JP3628010B2 - Resin pattern refinement coating forming agent and fine resist pattern forming method using the same - Google Patents

Resin pattern refinement coating forming agent and fine resist pattern forming method using the same Download PDF

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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホトレジストを用いて形成されたレジストパターン上に塗布後加熱することによりパターン間の距離を接近させて、微細レジストパターンを形成する際に用いるレジストパターン微細化用被覆形成剤、及びこの被覆形成剤を用いて微細レジストパターンを形成させる方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体素子の微細化の進行とともに、その製造におけるリソグラフィー工程において、いっそう微細化が要求されている。すなわち、リソグラフィー工程では、現在0.20μm以下の微細加工が必要になっており、KrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光あるいはFエキシマレーザー光などの短波長の照射光に対応したホトレジスト材料を用いて、微細なパターンを形成させる方法が種々検討されている。
【0003】
このようなリソグラフィー技術においては、露光波長の制約から、微細化に限界を生じるのを免れないので、これまで、この波長限界を超える微細パターンの形成を可能にするための研究が行われてきた。すなわち、例えば、ポリメチルメタクリレートなどの電子線レジストをパターン化し、該レジストパターン上にポジ型レジストを塗布したのち、加熱処理して該レジストパターンとポジ型レジスト層の境界に反応層を設け、ポジ型レジストの非反応部分を除去することにより、レジストパターンを微細化する方法(特許第2723260号掲載公報)、下層レジストパターンと上層レジストとの間に酸発生剤や酸による熱架橋を利用して反応層を形成させる方法(特開平6−250379号公報)、上層レジスト塗布液として、感光性成分を含まず、水溶性樹脂や水溶性架橋剤、あるいはこれらの混合物を水溶性溶媒に溶解した微細パターン形成材料を用いて半導体装置を製造する方法(特開平10−73927号公報)、基板上に化学増幅型レジストからなる感光層を設け、画像形成露光後、現像処理してレジストパターンを形成させ、このレジストパターン上に、ポリビニルアセタールのような水溶性樹脂やテトラ(ヒドロキシメチル)グリコールウリルのような水溶性架橋剤とアミンのような水溶性含窒素有機化合物と、場合によりフッ素及びケイ素含有界面活性剤とを含む塗膜形成剤を塗布したのち、加熱処理してレジストパターンとレジストパターン微細化用塗膜との界面に水不溶性の反応層を形成させ、次いで溶剤により、レジストパターン微細化用塗膜の非反応部分を除去する方法(特開2000−347414号公報)などが提案されている。
【0004】
これらの方法は、感光性レジスト(下層レジスト)の波長限界を超え、微細パターン形成材料(上層レジスト)によるパターンの微細化を簡単に行うことができるという点で好ましいものであるが、レジストパターンの底部分の不必要な部分まで微細パターン形成材料の架橋を生じたり、裾ひき形状となったり、微細パターン形成材料の断面形状の垂直性が不良になったり、あるいは上層レジストパターンサイズが架橋を起こすための加熱であるミキシングベークにより左右されるなどの欠点があり、まだ十分に満足しうるものとはいえない。また、これらのプロセスは10数nm/℃と熱依存性が高く、基板の大型化、パターンの微細化に際し、ウエーハ面内での温度を均一に保つことは困難であるため、得られたパターンの寸法制御性が低下するという欠点がある。
【0005】
そのほか、基板上にホトレジストパターンを形成したのち、それに熱又は放射線照射を施し、ホトレジストパターンを流動化させ、パターン寸法を解像限界よりも小さくする、いわゆる熱フロープロセスが提案されている(特開平1−307228号公報、特開平4−364021号公報)。
【0006】
しかしながら、この方法では、熱や放射線によるレジストの流動制御が困難であり、品質の一定した製品が得られないという欠点がある。さらに、この熱フロープロセスを発展させた方法として、基板上にホトレジストパターンを形成したのち、その上に水溶性樹脂膜を設け、ホトレジストの流動を制御する方法(特開平7−45510号公報)が提案されているが、この方法で用いられるポリビニルアルコールのような水溶性樹脂は、水による除去時に必要とされる溶解性や経時安定性が不十分であり、残留分を生じるという欠点がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、ホトレジストを用いて形成されたレジストパターン上に塗布し、熱処理することによりパターン間の距離を接近させて、微細レジストパターンを形成する際に用いるための被覆形成剤であって、熱処理により、レジストパターンを円滑に熱収縮させることができると共に、レジストパターンの熱処理後に水洗により容易に除去し得るレジストパターン微細化用被覆形成剤、及びこのものを用いて効率よく微細レジストパターンを形成させる方法を提供することを目的としてなされたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ビニルピロリドンと他の特定のモノマーとの共重合体からなる水溶性樹脂を含むものがレジストパターン微細化用被覆形成剤としてその目的に適合し得ること、そして該水溶性樹脂を用いることにより、効率よく微細レジストパターンを形成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は、(A)ビニルピロリドンと、(B)ビニルアルコール、酢酸ビニル及びビニルイミダゾリジノンの中から選ばれた少なくとも1種のモノマーとの共重合体を含む水溶液からなる、レジストパターン上に塗布し、熱処理によりレジストパターン間の距離を接近させたのち、除去するためのレジストパターン微細化用被覆形成剤、及び基板上にレジストパターンを形成する工程、このレジストパターンの全面又は一部に水溶性樹脂被膜を設ける工程、前記基板を熱処理してレジストパターン間の距離を接近させる工程及び前記水溶性樹脂被膜を水洗除去する工程からなる微細パターン形成方法において、該水溶性樹脂として、(A)ビニルピロリドンと、(B)ビニルアルコール、酢酸ビニル及びビニルイミダゾリジノンの中から選ばれた少なくとも1種のモノマーとの共重合体を用いることを特徴とする微細レジストパターン形成方法を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明レジストパターン微細化用被覆形成剤は、共重合体からなる水溶性樹脂を含むものであって、該共重合体における原料の(A)成分モノマーとして、ビニルピロリドンが用いられる。
一方、もう1つの原料の(B)成分モノマーとしてビニルアルコール、酢酸ビニル及びビニルイミダゾリジノンの中から選ばれた少なくとも1種が用いられる。
【0011】
本発明において用いられる共重合体は、ホモポリマーを用いる場合に比べて、レジストパターン間を近接させる効果が高く、さらにはパターンの形状を保持する効果も高い。このような共重合体においては、前記(A)成分と(B)成分とは、通常モル比で1:9ないし9:1の範囲で選ばれる。
また、該共重合体に対し、経時安定性が要求される場合には、p‐トルエンスルホン酸やドデシルベンゼンスルホン酸のような酸性化合物を加えることにより経時安定性を向上させることができる。
【0012】
この共重合体の分子量としては特に制限はないが、被膜形成性及び熱処理時における耐熱性などの点から、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC法)により測定したポリメチルメタクリレート換算の質量平均分子量で10000〜50000の範囲が好ましい。
【0013】
本発明の被覆形成剤は、前記共重合体を含む水溶液であるが、本発明の目的が損なわれない範囲で、所望により、他の水溶性樹脂を適宜含有することができる。前記他の水溶性樹脂としては、セルロース誘導体、アルキレングリコール系重合体、尿素系重合体、メラミン系重合体などを挙げることができる。
【0014】
ここで、セルロース誘導体としては、例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート、ヒドロキシプロピルメチルセルロースアセテートフタレート、ヒドロキシプロピルメチルセルロースヘキサヒドロフタレート、ヒドロキシプロピルメチルセルロースアセテートサクシネート、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロール、セルロールアセテートヘキサヒドロフタレート、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、メチルセルロースなどを、アルキレングリコール系重合体としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコールなどの付加重合体又は付加共重合体を、尿素系重合体としては、例えば、メチロール化尿素、ジメチロール化尿素、エチレン尿素などの重合体を、メラミン系重合体としては、例えばメトキシメチル化メラミン、メトキシメチル化イソブトキシメチル化メラミン、メトキシエチル化メラミンなどの重合体をそれぞれ挙げることができる。この外、エポキシ系重合体やアミド系重合体の中で水溶性のものも用いることができる。これらの水溶性樹脂は、単独で用いてもよいし、また2種以上混合して用いてもよい。
【0015】
本発明の被覆形成剤における溶媒としては、水が用いられるが、所望ならば水とアルコール系溶剤との混合溶剤を用いることもできる。このようなアルコール系溶剤としては、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、n‐プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2‐ブチレングリコール、1,3‐ブチレングリコール、2,3‐ブチレングリコールなどがある。これらのアルコール系溶剤は、水に対して30質量%を上限として混合して用いられる。この水性溶液における樹脂成分の濃度としては、塗布性などの点から、通常3〜50質量%、好ましくは5〜20質量%の範囲で選ばれる。
【0016】
本発明の微細レジストパターン形成方法は、(a)レジストパターン形成工程、(b)水溶性樹脂被膜形成工程、(c)熱処理工程及び(d)水洗工程から構成され、これらを順次行うことによって所望の微細レジストパターンを効率よく形成させることができる。
【0017】
(a)工程;
この工程は、ホトレジストを用いて基板上にレジストパターンを形成する工程である。このレジストパターンの形成は、半導体素子の製造に際し、通常用いられている微細パターン形成方法、例えばシリコンウエーハのような基板上に、化学増幅型レジスト、電子線レジスト又はFレジストの溶液をスピンナーなどで塗布し、乾燥して感光層を形成させ、これに縮小投影露光装置などにより、紫外線、deep−UV、エキシマレーザー光など所望のマスクパターンを介して照射するか、あるいは電子線により描画し、加熱し、次いで、これを現像液、例えば1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液のようなアルカリ性水溶液などを用いて現像処理することにより、レジストパターンを形成する方法によって行うことができる。
【0018】
(b)工程;
この工程は、前記(a)工程で形成されたレジストパターンの全面又は一部に水溶性樹脂被膜を設ける工程である。この水溶性樹脂被膜の形成は、前述の本発明のレジストパターン微細化用被覆形成剤を用いて行われる。被膜形成方法としては、これまでの熱フロープロセスにおいて通常行われていた方法に従い、スピンナーなどにより該被覆形成剤を、レジストパターンの全面又は一部に塗布し、被覆層を形成する。また、この場合、必要に応じ、加熱乾燥処理の工程を加えてもよい。この塗膜の厚さとしては、0.1〜0.5μm程度が有利である。
【0019】
(c)工程;
この工程は、前記(b)工程で設けられた水溶性樹脂被膜を有するレジストパターンを熱処理して、レジストパターン間の距離を接近させる工程である。このレジストパターンの熱処理は、通常80〜160℃の範囲の温度で30〜120秒間程度加熱処理することにより行われるが、その際、前記レジストパターンの軟化点よりも低い温度で行うと、水溶性樹脂によりパターンが引張られ、ホール又はトレンチがいっそう微細化し、さらにデューティ(Duty)比の差による収縮率の変動を生じることがないので好ましい。
この処理により、例えばトレンチの場合、220nmから160nm程度に、またホールの場合、180nmから160nm程度にレジストパターンの間隔が縮小する。
【0020】
(d)工程;
この工程は、前記(c)工程で熱処理されたレジストパターン上に存在する水溶性樹脂被膜を水洗除去する工程である。該水溶性樹脂被膜は、水系溶剤、好ましくは純水により10〜60秒間程度洗浄することにより、完全に除去することができる。
このようにして、リソグラフィー技術により形成される微細レジストパターンから、さらに微細なパターンに形成することができる。この際のレジストパターンはトレンチ型パターンでもよいし、ホール型パターンでもよい。
【0021】
【実施例】
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する
【0022】
実施例1
ビニルピロリドンとビニルイミダゾリジノンとの共重合体(質量比1:3)5gを水45gに溶解した水溶性樹脂水溶液からなる被覆形成剤を調製した。
シリコンウエーハ基板上に、ポジ型ホトレジスト(東京応化工業社製、商品名「TDUR−P036PM」、軟化点約122℃)をスピンナー塗布し、80℃で90秒間ベーク処理することにより、膜厚560nmのホトレジスト膜を形成させた。
次いで、このホトレジスト膜に対し、露光装置(キヤノン社製、商品名「Canon FPA−3000EX3」)を用いて露光処理後、120℃で90秒間加熱処理したのち、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像処理することにより、寸法180.3nmのホトレジストパターンを形成させた。
次に、このようにして得られたレジストパターン上に、前記被覆形成剤を塗布し、120℃で60秒間加熱処理することにより、レジスト膜を熱収縮させた。次いで23℃の純水を用いて60秒間水洗したところ、被覆形成剤は完全に除去され、側壁が垂直な寸法170.1nmのホトレジストパターン(ホールパターン)が得られた。
【0023】
比較例1
実施例1において、被覆形成剤を塗布しなかったこと以外は、実施例1と同様な操作を行い、ホトレジストパターンを形成したところ、パターン形状に変化は認められなかった。
【0024】
実施例2
シリコンウエーハ基板上に、ホトレジスト(東京応化工業社製、商品名「TDMR−AR2000」、軟化点約130℃)をスピンナー塗布し、90℃で90秒間ベーク処理することにより、膜厚1.3μmのホトレジスト膜を形成させた。
次いで、このホトレジスト膜に対し、露光装置(ニコン社製、商品名「Nikon NSR−2205i14E」)を用いて露光処理後、110℃で90秒間加熱処理したのち、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像処理することにより、寸法411.1nmのホトレジストパターンを形成させた。
以下、実施例1と同様な操作を行うことにより、側壁が垂直な寸法345.3nmのホトレジストパターン(トレンチパターン)が得られた。
【0025】
比較例2
実施例2において、被覆形成剤を塗布しなかったこと以外は、実施例2と同様な操作を行い、ホトレジストパターンを形成したところ、パターン形状に変化は認められなかった。
【0026】
比較例3
実施例2において、被覆形成剤としてポリビニルアルコールの5質量%水溶液を用いた以外は、実施例2と同様な操作を行い、ホトレジストパターンを形成したところ、基板上には明らかに残留物が認められた。
【0027】
実施例3
ビニルピロリドンと酢酸ビニルとの共重合体(質量比3:2)5gを水45gに溶解した水溶性樹脂水溶液からなる被覆形成剤を用いて実施例1と同様に処理したところ、水洗時の溶解時間は1秒であり、寸法171.5nmのホトレジストパターンが得られた。
なお、被覆形成剤を塗布し、熱処理する前のホトレジストパターンの寸法は180.3nmであった。
【0028】
比較例4
シリコンウエーハ基板上に、ポジ型ホトレジスト(東京応化工業社製、商品名「TDUR−P036PM」)をスピンナー塗布し、80℃で90秒間ベーク処理することにより、膜厚560nmのホトレジスト膜を形成させた。
次いで、このホトレジスト膜に対し、露光装置(キヤノン社製、商品名「Canon FPA−3000EX3」)を用いて露光処理後、120℃で90秒間加熱処理したのち、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像処理することにより、寸法178.1nmのホール型レジストパターンを得た。
次に、ポリビニルピロリドン5.0gを水45gに溶解した水溶性樹脂水溶液からなる被覆形成剤を塗布し、120℃で60秒間加熱処理することにより、レジスト膜を熱収縮させた。次いで23℃の純水を用いて60秒間水洗し、被覆形成剤を除去することにより、側壁が垂直な寸法168.7nmのホール型ホトレジストパターンを得た。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、酸により架橋を形成させることなく、単にレジストパターン上に塗布し、熱処理することによりレジストパターン間の距離を接近させて、微細レジストパターンを形成する際に、該レジストパターン上に設けられる被覆形成剤であって、熱処理により、レジストパターン間の距離を接近させることができると共に、レジストパターンの熱処理後に水洗により容易に除去し得るレジストパターン微細化用被覆形成剤を提供することができる。
この被覆形成剤を用いることにより、光学手段の限界を超えた微細なレジストパターンを得ることができ、半導体デバイス、液晶表示素子、磁気ヘッドなどの製造分野において広く利用することができる。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coating forming agent for refining a resist pattern used for forming a fine resist pattern by bringing the distance between the patterns closer to each other by applying heat on a resist pattern formed using a photoresist and then heating the resist pattern. The present invention relates to a method for forming a fine resist pattern using a coating forming agent.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the progress of miniaturization of semiconductor elements, further miniaturization is required in the lithography process in the manufacture thereof. That is, in the lithography process, microfabrication of 0.20 μm or less is currently required, and a photoresist material corresponding to irradiation light with a short wavelength such as KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, or F 2 excimer laser light is used. Various methods for forming fine patterns have been studied.
[0003]
In such a lithography technique, there is an unavoidable limit on the miniaturization due to the limitation of the exposure wavelength, so far, research has been conducted to enable the formation of fine patterns exceeding the wavelength limit. . That is, for example, after patterning an electron beam resist such as polymethyl methacrylate and applying a positive resist on the resist pattern, a heat treatment is performed to provide a reaction layer at the boundary between the resist pattern and the positive resist layer. A method of refining a resist pattern by removing a non-reacting portion of a mold resist (Patent No. 2723260), and using an acid generator or thermal crosslinking with an acid between a lower resist pattern and an upper resist A method for forming a reaction layer (Japanese Patent Laid-Open No. 6-250379), as an upper layer resist coating solution, a fine solution in which a water-soluble resin, a water-soluble crosslinking agent, or a mixture thereof is dissolved in a water-soluble solvent without containing a photosensitive component Method of manufacturing semiconductor device using pattern forming material (Japanese Patent Laid-Open No. 10-73927), chemical amplification on substrate A photosensitive layer made of resist is provided, and after image formation exposure, development processing is performed to form a resist pattern. On this resist pattern, a water-soluble resin such as polyvinyl acetal and a water-soluble resin such as tetra (hydroxymethyl) glycoluril are formed. After applying a film-forming agent containing a crosslinking agent, a water-soluble nitrogen-containing organic compound such as an amine, and optionally a fluorine- and silicon-containing surfactant, a heat treatment is performed to form a resist pattern and a resist pattern refinement coating film. A method of forming a water-insoluble reaction layer at the interface with the substrate and then removing a non-reacted portion of the resist pattern refinement coating film with a solvent (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-347414) has been proposed.
[0004]
These methods are preferable in that the wavelength limit of the photosensitive resist (lower layer resist) is exceeded and the pattern can be easily miniaturized with the fine pattern forming material (upper layer resist). Cross-linking of the fine pattern forming material up to the unnecessary part of the bottom part, a skirted shape, the perpendicularity of the cross-sectional shape of the fine pattern forming material is poor, or the upper resist pattern size is cross-linked However, it is not satisfactory enough because it is affected by mixing baking, which is heating. In addition, these processes are highly dependent on heat of several tens of nm / ° C., and it is difficult to maintain a uniform temperature in the wafer surface when the substrate is enlarged and the pattern is miniaturized. There is a drawback in that the dimensional controllability is reduced.
[0005]
In addition, a so-called thermal flow process has been proposed in which a photoresist pattern is formed on a substrate and then subjected to heat or radiation to fluidize the photoresist pattern to make the pattern dimension smaller than the resolution limit (Japanese Patent Laid-Open No. Hei. 1-307228 and JP-A-4-364221).
[0006]
However, this method has a drawback that it is difficult to control the flow of the resist by heat or radiation, and a product having a constant quality cannot be obtained. Further, as a method of developing this heat flow process, there is a method (Japanese Patent Laid-Open No. 7-45510) in which a photoresist pattern is formed on a substrate and then a water-soluble resin film is provided thereon to control the flow of the photoresist. Although proposed, a water-soluble resin such as polyvinyl alcohol used in this method has a drawback that it has insufficient solubility and stability over time required when removed with water, and a residue is generated.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is, under such circumstances, photoresist is coated on a resist pattern formed by using, is brought closer the distance between the patterns by heat treatment, for use in forming a fine resist pattern A coating formation agent for refining a resist pattern, which can smoothly shrink a resist pattern by heat treatment, and can be easily removed by washing with water after the heat treatment of the resist pattern, and the like The object of the present invention is to provide a method for efficiently forming a fine resist pattern.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have developed a coating forming agent for refining a resist pattern, which contains a water-soluble resin composed of a copolymer of vinylpyrrolidone and another specific monomer. As a result, it has been found that a fine resist pattern can be efficiently formed by using the water-soluble resin, and the present invention has been completed based on this finding.
[0009]
That is, the present invention provides a resist pattern comprising an aqueous solution containing a copolymer of (A) vinyl pyrrolidone and (B) at least one monomer selected from vinyl alcohol, vinyl acetate and vinyl imidazolidinone. A coating forming agent for refining a resist pattern to be removed after applying a heat treatment to bring the distance between the resist patterns closer, and a step of forming a resist pattern on the substrate, the whole or part of the resist pattern In the fine pattern forming method comprising a step of providing a water-soluble resin film on the substrate, a step of heat-treating the substrate to bring the distance between the resist patterns closer, and a step of washing and removing the water-soluble resin film, A) vinylpyrrolidone and (B) vinyl alcohol, vinyl acetate and vinyl imidazolidinone The use of the copolymer of at least one monomer selected from those which provide a fine resist pattern forming method comprising.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Resist for pattern fining coating formation agent of the present invention, which comprises a water soluble resin comprising a copolymer, as component (A) monomer starting materials in the copolymer, vinylpyrrolidone is used.
On the other hand, as the component (B) monomer Another raw material, polyvinyl alcohol, at least one selected from among vinyl acetate and vinyl imidazolidinone is used.
[0011]
The copolymer used in the present invention has a high effect of bringing the resist patterns close to each other and a high effect of maintaining the pattern shape as compared with the case of using a homopolymer. In such a copolymer, the component (A) and the component (B) are usually selected in a molar ratio of 1: 9 to 9: 1.
When stability over time is required for the copolymer, the stability over time can be improved by adding an acidic compound such as p-toluenesulfonic acid or dodecylbenzenesulfonic acid.
[0012]
Although there is no restriction | limiting in particular as molecular weight of this copolymer, From points, such as a film formation property and the heat resistance at the time of heat processing, it is the mass mean molecular weight of polymethylmethacrylate conversion measured by the gel permeation chromatography method (GPC method). A range of 10,000 to 50,000 is preferred.
[0013]
The coating-forming agent of the present invention is an aqueous solution containing the above-mentioned copolymer, but can optionally contain other water-soluble resins as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of the other water-soluble resins include cellulose derivatives, alkylene glycol polymers, urea polymers, melamine polymers, and the like.
[0014]
Here, as the cellulose derivative, for example, hydroxypropylmethylcellulose phthalate, hydroxypropylmethylcellulose acetate phthalate, hydroxypropylmethylcellulose hexahydrophthalate, hydroxypropylmethylcellulose acetate succinate, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, cellulose Acetate hexahydrophthalate, carboxymethylcellulose, ethylcellulose, methylcellulose, etc., as alkylene glycol polymers, for example, addition polymers or addition copolymers such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, etc., as urea polymers For example, methylolated urea, dimethylo Le urea, polymers such as ethylene urea, the melamine polymer, such as methoxymethyl melamine, methoxymethylated isobutoxymethyl melamine, polymers such as methoxyethyl melamine may be mentioned, respectively. In addition, water-soluble epoxy polymers and amide polymers can be used. These water-soluble resins may be used alone or in combination of two or more.
[0015]
As the solvent in the coating forming agent of the present invention, water is used, but if desired, a mixed solvent of water and an alcohol solvent can be used. Examples of such alcohol solvents include methyl alcohol, ethyl alcohol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, glycerin, ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-butylene glycol, 1,3-butylene glycol, 2,3- Butylene glycol. These alcohol solvents are used by mixing up to 30% by mass with respect to water. The concentration of the resin component in this aqueous solution is usually 3 to 50% by mass, preferably 5 to 20% by mass, from the viewpoint of applicability and the like.
[0016]
The fine resist pattern forming method of the present invention comprises (a) a resist pattern forming step, (b) a water-soluble resin film forming step, (c) a heat treatment step, and (d) a water washing step, which are desired by sequentially performing these steps. The fine resist pattern can be efficiently formed.
[0017]
(A) step;
This step is a step of forming a resist pattern on the substrate using a photoresist. The formation of the resist pattern in the production of semiconductor devices, fine pattern forming method commonly used, on a substrate such as a silicon wafer, a chemical amplification resist, electron beam resist or F 2 resist solution spinner etc. And dried to form a photosensitive layer, which is irradiated with a reduction projection exposure apparatus or the like through a desired mask pattern such as ultraviolet light, deep-UV, excimer laser light, or drawn by an electron beam, This can be carried out by a method of forming a resist pattern by heating and then developing with a developer, for example, an alkaline aqueous solution such as an aqueous solution of 1 to 10% by mass of tetramethylammonium hydroxide.
[0018]
(B) step;
This step is a step of providing a water-soluble resin film on the entire surface or part of the resist pattern formed in the step (a). The water-soluble resin film is formed by using the above-described coating forming agent for refining a resist pattern of the present invention. As a film forming method, the coating forming agent is applied to the entire surface or a part of the resist pattern by a spinner or the like according to a method usually performed in a conventional heat flow process to form a coating layer. In this case, a heat drying process may be added as necessary. The thickness of this coating film is advantageously about 0.1 to 0.5 μm.
[0019]
(C) step;
This step is a step in which the resist pattern having the water-soluble resin film provided in the step (b) is heat-treated to bring the distance between the resist patterns closer. The heat treatment of the resist pattern is usually performed by heat treatment at a temperature in the range of 80 to 160 ° C. for about 30 to 120 seconds. At this time, if the heat treatment is performed at a temperature lower than the softening point of the resist pattern, This is preferable because the pattern is pulled by the resin, the holes or trenches are further miniaturized, and the shrinkage rate does not vary due to the difference in duty ratio.
By this process, for example, the distance between the resist patterns is reduced from about 220 nm to 160 nm in the case of a trench, and from about 180 nm to 160 nm in the case of a hole.
[0020]
(D) step;
This step is a step of washing and removing the water-soluble resin film present on the resist pattern heat-treated in the step (c). The water-soluble resin film can be completely removed by washing with an aqueous solvent, preferably pure water, for about 10 to 60 seconds.
In this manner, a finer pattern can be formed from the fine resist pattern formed by the lithography technique. The resist pattern at this time may be a trench type pattern or a hole type pattern.
[0021]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples .
[0022]
Example 1
A coating forming agent comprising a water-soluble resin aqueous solution in which 5 g of a copolymer of vinylpyrrolidone and vinylimidazolidinone (mass ratio 1: 3) was dissolved in 45 g of water was prepared.
A positive photoresist (trade name “TDUR-P036PM” manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., softening point: about 122 ° C. ) is applied onto a silicon wafer substrate by spinner coating and baked at 80 ° C. for 90 seconds to obtain a film thickness of 560 nm. A photoresist film was formed.
Next, the photoresist film was subjected to an exposure process using an exposure apparatus (trade name “Canon FPA-3000EX3” manufactured by Canon Inc.), followed by heat treatment at 120 ° C. for 90 seconds, and then 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxy. A photoresist pattern having a size of 180.3 nm was formed by developing with an aqueous solution.
Next, the coating forming agent was applied on the resist pattern thus obtained, and the resist film was thermally contracted by heat treatment at 120 ° C. for 60 seconds. Subsequently, the film was washed with pure water at 23 ° C. for 60 seconds. As a result, the coating forming agent was completely removed, and a photoresist pattern (hole pattern) having a vertical dimension of 170.1 nm was obtained.
[0023]
Comparative Example 1
In Example 1, except that the coating forming agent was not applied, the same operation as in Example 1 was performed to form a photoresist pattern, but no change was observed in the pattern shape.
[0024]
Example 2
On the silicon wafer substrate, a photoresist (trade name “TDMR-AR2000” manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., softening point: about 130 ° C. ) is applied with a spinner and baked at 90 ° C. for 90 seconds to obtain a film thickness of 1.3 μm. A photoresist film was formed.
Next, the photoresist film was subjected to an exposure process using an exposure apparatus (trade name “Nikon NSR-2205i14E” manufactured by Nikon Corporation), followed by heat treatment at 110 ° C. for 90 seconds, and then 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxy. A photoresist pattern having a size of 411.1 nm was formed by development using an aqueous solution.
Thereafter, by performing the same operation as in Example 1, a photoresist pattern (trench pattern) having a vertical dimension of 345.3 nm was obtained.
[0025]
Comparative Example 2
In Example 2, except that the coating forming agent was not applied, the same operation as in Example 2 was performed to form a photoresist pattern, but no change was observed in the pattern shape.
[0026]
Comparative Example 3
In Example 2, a photoresist pattern was formed by performing the same operation as in Example 2 except that a 5% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol was used as the coating forming agent. As a result, a residue was clearly observed on the substrate. It was.
[0027]
Example 3
When the same treatment as in Example 1 was performed using a coating forming agent comprising a water-soluble resin aqueous solution in which 5 g of a copolymer of vinyl pyrrolidone and vinyl acetate (mass ratio 3: 2) was dissolved in 45 g of water, The time was 1 second, and a photoresist pattern having a dimension of 171.5 nm was obtained.
In addition, the dimension of the photoresist pattern before apply | coating a coating formation agent and heat-processing was 180.3 nm.
[0028]
Comparative Example 4
A positive photoresist (trade name “TDUR-P036PM”, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied onto a silicon wafer substrate by spinner coating and baked at 80 ° C. for 90 seconds to form a photoresist film having a thickness of 560 nm. .
Next, the photoresist film was subjected to an exposure process using an exposure apparatus (trade name “Canon FPA-3000EX3” manufactured by Canon Inc.), followed by heat treatment at 120 ° C. for 90 seconds, and then 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxy. A hole-type resist pattern having a size of 178.1 nm was obtained by developing with a developing aqueous solution.
Next, a coating forming agent comprising a water-soluble resin aqueous solution in which 5.0 g of polyvinyl pyrrolidone was dissolved in 45 g of water was applied, and the resist film was thermally contracted by heat treatment at 120 ° C. for 60 seconds. Subsequently, it was washed with pure water at 23 ° C. for 60 seconds to remove the coating forming agent, thereby obtaining a hole type photoresist pattern having a vertical dimension of 168.7 nm .
[0029]
【The invention's effect】
According to the present invention, when a fine resist pattern is formed by forming a fine resist pattern by applying a heat treatment to the resist pattern without forming a cross-link with an acid, and making the distance between the resist patterns close by heat treatment. A coating formation agent for refining a resist pattern, which can make the distance between resist patterns close by heat treatment and can be easily removed by water washing after the heat treatment of the resist pattern. Can do.
By using this coating forming agent, a fine resist pattern exceeding the limit of the optical means can be obtained, and can be widely used in the field of manufacturing semiconductor devices, liquid crystal display elements, magnetic heads and the like.

Claims (3)

(A)ビニルピロリドンと、(B)ビニルアルコール、酢酸ビニル及びビニルイミダゾリジノンの中から選ばれた少なくとも1種のモノマーとの共重合体を含む水溶液からなる、レジストパターン上に塗布し、熱処理によりレジストパターン間の距離を接近させたのち、除去するためのレジストパターン微細化用被覆形成剤。Coating on a resist pattern comprising an aqueous solution containing a copolymer of (A) vinyl pyrrolidone and (B) at least one monomer selected from vinyl alcohol, vinyl acetate and vinyl imidazolidinone, and heat treatment A resist pattern miniaturization coating-forming agent for removing the resist pattern after making the distance between the resist patterns approach by. (A)成分と(B)成分とのモル比が1:9ないし9:1である請求項1記載のレジストパターン微細化用被覆形成剤。The coating forming agent for refining a resist pattern according to claim 1, wherein the molar ratio of the component (A) to the component (B) is 1: 9 to 9: 1. 基板上にレジストパターンを形成する工程、このレジストパターンの全面又は一部に水溶性樹脂被膜を設ける工程、前記基板を熱処理してレジストパターン間の距離を接近させる工程及び前記水溶性樹脂被膜を水洗除去する工程からなる微細パターン形成方法において、該水溶性樹脂として、(A)ビニルピロリドンと、(B)ビニルアルコール、酢酸ビニル及びビニルイミダゾリジノンの中から選ばれた少なくとも1種のモノマーとの共重合体を用いることを特徴とする微細レジストパターン形成方法。A step of forming a resist pattern on the substrate, a step of providing a water-soluble resin coating on the entire surface or a part of the resist pattern, a step of heat-treating the substrate to bring the distance between the resist patterns close, and washing the water-soluble resin coating with water In the method for forming a fine pattern comprising the step of removing, as the water-soluble resin, (A) vinylpyrrolidone and (B) at least one monomer selected from vinyl alcohol, vinyl acetate and vinylimidazolidinone. A method for forming a fine resist pattern, comprising using a copolymer.
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