JP5141554B2 - PATTERN FORMING METHOD AND HIGH CARBON-CONTAINING RESIN COMPOSITION - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造プロセスにおけるリソグラフィー工程で使用されるパターン形成方法とそのパターン形成方法に好適な高炭素含有樹脂組成物に関し、特にヒドロキシメチルアセナフチレンの重合体および/またはヒドロキシメチルスチレンの共重合体を樹脂成分とする高炭素含有樹脂組成物に関する。 The present invention relates to a pattern formation method used in a lithography process in a semiconductor manufacturing process and a high carbon-containing resin composition suitable for the pattern formation method, and in particular, a copolymer of hydroxymethylacenaphthylene and / or a hydroxymethylstyrene copolymer. The present invention relates to a high carbon content resin composition containing a polymer as a resin component.
集積回路素子の製造分野において、リソグラフィープロセスが用いられている。このリソグラフィープロセスは、レジスト組成物を溶液として基板上に塗布し、縮小投影露光装置(ステッパー)によってマスクパターンを転写し、適当な現像液で現像することによって、所望のパターンを得ている。より高い集積度を得るために、リソグラフィープロセスにArFレーザーを用いて加工サイズの微細化が進んでいる。しかしながら、ArFレーザーを用いるリソグラフィープロセスに使用されるレジストはArF波長でほぼ透明であることが求められるため、一般にエッチング耐性に乏しいポリアクリル酸エステルやポリメタクリル酸エステルが用いられる。さらにパターン倒れを防止するために、加工サイズの微細化と共にレジストを薄膜化する必要が生じている。エッチング耐性の乏しいArFレジストを薄膜で使用することにより、微細なレジストパターンを被加工基板に正確に転写できない問題が生じている。 Lithographic processes are used in the field of integrated circuit device manufacturing. In this lithography process, a resist composition is applied as a solution on a substrate, a mask pattern is transferred by a reduction projection exposure apparatus (stepper), and developed with an appropriate developer to obtain a desired pattern. In order to obtain a higher degree of integration, the processing size has been miniaturized using an ArF laser in the lithography process. However, since a resist used in a lithography process using an ArF laser is required to be almost transparent at an ArF wavelength, polyacrylic acid ester or polymethacrylic acid ester having poor etching resistance is generally used. Furthermore, in order to prevent pattern collapse, it is necessary to reduce the resist thickness as the processing size is reduced. By using an ArF resist having poor etching resistance as a thin film, there is a problem that a fine resist pattern cannot be accurately transferred to a substrate to be processed.
この問題を解決するため、基板上に形成すべきレジスト被膜の下(基板とレジスト被膜との間)にマスク膜を設けるパターン転写プロセスが提案されている。このようなプロセスは一般に多層レジストプロセスと呼ばれ、2層レジストプロセスや3層レジストプロセスがよく知られている。このような多層レジストプロセスは、レジスト被膜の下にマスク膜を設ける工程とマスク膜を加工する工程が追加されるため、製造コストの増加と処理能力の低下などの欠点がある。
この多層レジストプロセスの欠点を解決するために、シリコーンまたは金属を含む化合物を用いるパターンの反転プロセスが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。In order to solve this problem, there has been proposed a pattern transfer process in which a mask film is provided under a resist film to be formed on a substrate (between the substrate and the resist film). Such a process is generally called a multilayer resist process, and a two-layer resist process or a three-layer resist process is well known. Such a multilayer resist process has disadvantages such as an increase in manufacturing cost and a reduction in processing capability because a step of providing a mask film under the resist film and a step of processing the mask film are added.
In order to solve the disadvantages of the multilayer resist process, a pattern inversion process using a compound containing silicone or metal has been proposed (see, for example,
しかしながら、シリコーンまたは金属を含む化合物を用いるパターンの反転プロセスは、シリコーンまたは金属を含むレジスト被膜と僅かでも混じり合う(インターミキシング)と、エッチング特性が大きく異なるために被加工基板加工時の加工不良を引き起こす可能性がある。例えば、シリコーンがエッチング処理などで完全に除去できないため、針状の残存物が有機膜上に残り製品の信頼性を損ねるという問題がある(非特許文献1参照)。また、イオンエッチング条件下では、炭素含有率のより高い重合体を用いた材料の方がエッチング耐性に優れることが知られている(非特許文献2参照)。
従って、このようなリソグラフィープロセスに関する諸問題を解決しうる、改善されたパターン形成方法、およびパターン形成方法に用いられる重合体成分として特に有用な重合体の開発が望まれている。
Therefore, it is desired to develop an improved pattern forming method and a polymer particularly useful as a polymer component used in the pattern forming method, which can solve various problems related to the lithography process.
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、リソグラフィープロセスにおいて、被加工基板をエッチングする条件で十分なエッチング耐性を有するパターンを形成するパターン形成方法およびこのパターン形成方法に用いられる高炭素含有樹脂組成物の提供を目的とする。さらに被加工基板の種類を問わない、例えばデュアルダマシン構造形成方法およびこの構造形成方法に用いられる好適な重合体の提供を目的とする。 The present invention has been made to cope with such problems, and in a lithography process, a pattern forming method for forming a pattern having sufficient etching resistance under conditions for etching a substrate to be processed, and the pattern forming method. An object of the present invention is to provide a high carbon-containing resin composition. It is another object of the present invention to provide a dual damascene structure forming method and a suitable polymer used in this structure forming method, regardless of the type of substrate to be processed.
本発明のパターン形成方法は、被加工基板にレジストパターンを形成する工程と、このレジストパターン間に該レジストパターンよりも炭素含有率が高く、かつ分子内にシリコン原子を含まない重合体および溶剤を含有する高炭素含有樹脂組成物を埋め込み、加熱する工程と、上記レジストパターンのみを除去して上記重合体のパターンを上記被加工基板に形成する工程とを含むことを特徴とする。
また、上記高炭素含有樹脂組成物の炭素含有率が、80質量%以上であることを特徴とする。
また、上記樹脂組成物を埋め込む工程後に放射線照射処理を施すことを特徴とする。
また、上記パターン形成方法が、デュアルダマシン構造形成方法であることを特徴とする。The pattern forming method of the present invention comprises a step of forming a resist pattern on a substrate to be processed, and a polymer and a solvent having a carbon content higher than that of the resist pattern and not containing silicon atoms in the molecule between the resist patterns. It includes a step of embedding and heating a high carbon-containing resin composition, and a step of removing only the resist pattern to form a pattern of the polymer on the substrate to be processed.
Further, the carbon content of the high carbon-containing resin composition is 80% by mass or more.
In addition, a radiation irradiation treatment is performed after the step of embedding the resin composition.
Further, the pattern forming method is a dual damascene structure forming method.
本発明において、「レジストパターンよりも炭素含有率が高く」とは、レジスト被膜を構成する重合体において、この重合体分子に占める炭素原子の含有率(質量%)が高いことをいう。
例えばアクリル酸由来の繰り返し単位[−(CH2−CH(COOH)−]における炭素含有率は、(12×3×100)/(12×3+1×4+16×2)で計算されて、50質量%となる。これに対してスチレン由来の繰り返し単位[−(CH2−CH(C6H6)−]における炭素含有率は、(12×8×100)/(12×8+1×9)で計算されて、91.4質量%となる。このため、芳香環を含む繰り返し単位は炭素含有率が高くなる。In the present invention, “the carbon content is higher than that of the resist pattern” means that the polymer constituting the resist film has a high carbon atom content (% by mass) in the polymer molecule.
For example, the carbon content in the repeating unit derived from acrylic acid [— (CH 2 —CH (COOH) —]) is calculated by (12 × 3 × 100) / (12 × 3 + 1 × 4 + 16 × 2), and is 50% by mass. In contrast, the carbon content in the repeating unit derived from styrene [— (CH 2 —CH (C 6 H 6 ) —] is calculated by (12 × 8 × 100) / (12 × 8 + 1 × 9). For this reason, the repeating unit containing an aromatic ring has a high carbon content.
本発明の高炭素含有樹脂組成物は、上記パターン形成方法に用いられる高炭素含有樹脂組成物であって、該樹脂組成物を構成する重合体が分子内に芳香環を含有する繰返し単位を含むことを特徴とする。
上記高炭素含有樹脂組成物において、分子内に芳香環を含有する繰返し単位は、下記式(1)および下記式(2)で表される繰返し単位から選ばれる少なくとも1つの繰返し単位を含み、上記重合体は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ法により測定したポリスチレン換算質量平均分子量が500〜500,000であることを特徴とする。
また、高炭素含有樹脂組成物を構成する溶剤は、アルコール類およびエーテル類から選ばれた少なくとも1つの溶剤を含むことを特徴とする。The high carbon-containing resin composition of the present invention is a high carbon-containing resin composition used in the pattern forming method, wherein the polymer constituting the resin composition includes a repeating unit containing an aromatic ring in the molecule. It is characterized by that.
In the high carbon-containing resin composition, the repeating unit containing an aromatic ring in the molecule includes at least one repeating unit selected from the repeating units represented by the following formula (1) and the following formula (2), The polymer is characterized by having a polystyrene-reduced mass average molecular weight of 500 to 500,000 measured by gel permeation chromatography.
Further, the solvent constituting the high carbon content resin composition contains at least one solvent selected from alcohols and ethers.
本発明のパターン形成方法によれば、リソグラフィープロセスにおいて、被加工基板をエッチングする条件で十分なエッチング耐性を有するパターンを形成することができ、エッチング耐性に乏しいレジストパターン使用の際に適用される多層レジストプロセスの欠点である製造コストの増加や処理能力の低下を伴わない、いわゆる単層レジストプロセスにて被加工基板をエッチングできる。また、本発明は被加工基板種を問わないので、デュアルダマシン構造形成に好適である。また、本発明のパターン形成方法に用いられる重合体は炭素含有率が高い。このため、イオンエッチング条件下でエッチング耐性に優れる。
本発明のレジストパターン形成方法においては、炭素含有率が高い重合体のパターンを被加工基板に形成できるので、エッチング耐性に優れ、被加工基板エッチング時に十分なマスク性能を有する。According to the pattern forming method of the present invention, in a lithography process, a pattern having sufficient etching resistance can be formed under conditions for etching a substrate to be processed, and a multilayer applied when using a resist pattern having poor etching resistance. The substrate to be processed can be etched by a so-called single-layer resist process that does not involve an increase in manufacturing cost and a decrease in processing capacity, which are disadvantages of the resist process. Moreover, since this invention does not ask | require a to-be-processed substrate kind, it is suitable for dual damascene structure formation. The polymer used in the pattern forming method of the present invention has a high carbon content. For this reason, it is excellent in etching resistance under ion etching conditions.
In the resist pattern forming method of the present invention, a polymer pattern having a high carbon content can be formed on a substrate to be processed. Therefore, the resist pattern is excellent in etching resistance and has a sufficient mask performance when etching a substrate to be processed.
本発明のパターン形成方法を図1〜図3を参照して説明する。図1〜図3はパターン形成方法の工程図である。なお、図1〜図3における符号、例えば図1(d)、図2(d)、図3(d)は同一状態を示す。また、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 The pattern forming method of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 are process diagrams of a pattern forming method. 1 to 3, for example, FIG. 1 (d), FIG. 2 (d), and FIG. 3 (d) indicate the same state. Further, the present invention is not limited to the following embodiments, and it is understood that design changes, improvements, and the like can be added as appropriate based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It should be.
(1)被加工基板にレジストパターンを形成する工程
直径8インチのシリコンウエハ1上にポリアクリル酸エステルあるいはポリメタクリル酸エステル構造からなるArF用のパターン形成用樹脂組成物溶液をスピンコートし、100〜130℃のホットプレート上で30〜90秒間プレベークして、膜厚200nmのレジスト膜2aを形成する(図1(a))。なお、シリコンウエハ1上には酸化物層、導電層、反射防止膜等を形成した後に、この反射防止膜上に上記レジスト膜2を形成してもよく、その場合、反射防止膜は、シリコンウエハ1上に反射防止膜形成組成物をスピンコートした後、100〜200℃のホットプレート上で60〜120秒間加熱して形成できる。反射防止膜の膜厚は基板からの反射率が最小となる膜厚であり、製品により異なるが、一般には30〜60nmである。
レジスト膜2aが形成されたシリコンウエハ1に対して、NIKON社製ArFエキシマレーザー露光装置を用い、マスクパターンを介して、最適露光時間だけ露光する。その後、100〜130℃のホットプレート上で60〜120秒間ポストベークした後、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、25℃で30〜120秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型ArF用レジストパターン2を形成する(図1(b))。(1) Step of forming a resist pattern on a substrate to be processed A pattern forming resin composition solution for ArF having a polyacrylate or polymethacrylate structure is spin-coated on a
The silicon wafer 1 on which the
(2)高炭素含有樹脂組成物をレジストパターン2間に埋め込み、加熱する工程
上記レジストパターン2が形成された上に、分子内にシリコン原子を含まないで、かつ芳香環を含有する重合体を樹脂成分とするパターン形成用高炭素含有樹脂組成物をスピンコートした後、150〜200℃のホットプレート上で60〜120秒間加熱して得られる被膜3aでパターン2を十分に被覆する(図1(c))。
この工程後に、被膜3aの上面を除去してレジストパターン2の上面を露出させる(図1(d))。
図1(c)から図1(d)への工程において、例えば、図2に示す種々の方法でレジストパターン2の上面を露出させることができる。図2はレジストパターン上面露出工程の例を示す図である。(2) A step of embedding a high carbon-containing resin composition between the
After this step, the upper surface of the
In the process from FIG. 1C to FIG. 1D, for example, the upper surface of the
(2−1)被膜3aの上面を乾式法で除去する方法
図1(c)に示す工程の後に、酸素(O2)ガス等を用いるプラズマエッチング等により、レジストパターン2の上面が露出するまで被膜3aの上面をエッチング除去する(図1および図2(d))。(2-1) Method of Removing Top Surface of
(2−2)被膜3aの上面をアルカリ性水溶液で除去する方法
図1(c)に示す工程の後に、被膜3aを2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、レジストパターン2の上面が露出するまで被膜3aを除去する(図2(c−2))。このとき、パターン2は除去されない。(2-2) Method of removing the upper surface of the
(2−3)被膜3aの上面を有機溶媒で除去する方法
図1(c)に示す工程の後に、被膜3aのみ選択的に溶解する有機溶媒を用い、パターン1の上面が露出するまで被膜3aを除去する(図2(c−2))。(2-3) Method of removing the upper surface of the
(3)レジストパターン2よりも炭素含有率が高く、かつ分子内にシリコン原子を含まない重合体によるレジストパターン3(以下、高炭素含有パターン3という)を被加工基板1に形成する工程
上記レジストパターン上面露出工程後に、レジストパターン2のみを除去して高炭素含有パターン3のパターンを被加工基板1に形成する(図1(e))。レジストパターン2を除去する方法としては、例えば、図3に示す以下の方法を挙げることができる。図3はレジストパターン2を除去する工程の例を示す図である。
(3−1)レジストパターン2を除去する方法1
紫外線照射装置を用い、表面がレジストパターン2とパターン化された高炭素含有パターン3とからなる基板全面に放射線照射処理(以下、露光ともいう)を施す(図3(d−1))。その後、100〜130℃のホットプレート上で60〜120秒間ポストベークする。ポストベークすることでレジストパターン2の酸解離性基が酸の作用により解離することでアルカリ易溶性のパターン2bとなる(図3(d−2))。その後、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、25℃で30〜120秒間現像し、水洗乾燥して、高炭素含有パターン3のみを被加工基板1に形成する(図2および図3(e))。
(3−2)レジストパターン2を除去する方法2
表面がレジストパターン2とパターン化された高炭素含有パターン3とからなる基板を150〜250℃のホットプレート上で30〜300秒間加熱して、高炭素含有パターン3中で架橋硬化反応を進行させて、現像液や有機溶剤に溶解しない高炭素含有パターン3とする。プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)やシクロヘキサノンやγ-ブチロラクトンなどレジストパターン2を溶解させることのできる有機溶媒を用い、30〜300秒間現像、乾燥して図3(d)における高炭素含有パターン3のみを被加工基板1に形成する(図2および図3(e))。(3) A step of forming a resist pattern 3 (hereinafter referred to as a high carbon-containing pattern 3) made of a polymer having a carbon content higher than that of the resist
(3-1)
Using an ultraviolet irradiation apparatus, a radiation irradiation process (hereinafter also referred to as exposure) is performed on the entire surface of the substrate having the resist
(3-2)
A substrate comprising the resist
本発明のデュアルダマシン構造形成方法を図4および図5を参照して説明する。図4および図5はデュアルダマシン構造のパターン形成方法の一例をそれぞれ示す工程図である。
(1)被加工基板にレジストパターンを形成する工程
既に加工形成された基板4に対して一般的な平坦化層5を形成した後、ポリアクリル酸エステルあるいはポリメタクリル酸エステル構造からなるArF用のパターン形成用樹脂組成物溶液をスピンコートし、100〜130℃のホットプレート上で30〜90秒間プレベークして、膜厚200nmのレジスト膜2aを形成する(図4(a)、図5(a))。なお、図4の基板4はビアホール4aが既に形成されており、図5の基板4はトレンチパターン4bが既に形成されている。また、平坦化層5は、例えばノボラック系組成物からなるビアホール埋め込み剤と通常の下層反射防止膜を組み合わせてもよいし、それぞれ単独で用いてもよい。平坦化層5の膜厚は、基板4からの反射率が最小となる膜厚であり、製品により異なるが、一般には基板表面より30〜60nmである。
レジスト膜2aが形成された基板に対して、NIKON社製ArFエキシマレーザー露光装置を用い、マスクパターンを介して、最適露光時間だけ露光する。その後、100〜130℃のホットプレート上で60〜120秒間ポストベークした後、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、25℃で30〜120秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型ArF用レジストパターン2を形成する(図4(b)、図5(b))。なお、6は下地を示す。The dual damascene structure forming method of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5 are process diagrams respectively showing an example of a pattern formation method having a dual damascene structure.
(1) Step of forming a resist pattern on a substrate to be processed After a
The substrate on which the resist
(2)分子内にシリコン原子を含まない重合体をレジストパターン2間に埋め込む工程
上記レジストパターン2が形成された上に、分子内にシリコン原子を含まないで、かつ芳香環を含有する重合体を樹脂成分とするパターン形成用高炭素含有樹脂組成物をスピンコートした後、150〜200℃のホットプレート上で60〜120秒間加熱して得られる膜3aでパターン2を十分に被覆する(図4(c)、図5(c))。
この工程後に、被膜3aの上面を除去してレジストパターン2の上面を露出させる(図4(d)、図5(d))。
図4および図5の(c)から(d)への工程において、例えば、図2に示す種々の方法でレジストパターン2の上面を露出させることができる。(2) Step of embedding a polymer that does not contain silicon atoms in the molecule between the resist patterns 2 A polymer that contains the above resist
After this step, the upper surface of the
In the steps from (c) to (d) of FIGS. 4 and 5, for example, the upper surface of the resist
(3)高炭素含有パターン3のパターンを平坦化層5上に形成する工程
上記レジストパターン上面露出工程後に、レジストパターン2のみを除去して高炭素含有パターン3のパターンを平坦化層5上に形成する(図4(e)、図5(e))。レジストパターン2をエッチング除去する方法としては、例えば、図3に示す方法を挙げることができる。(3) Step of forming pattern of high
(4)基板4にトレンチ構造あるいはビア構造を形成する工程
高炭素含有パターン3のパターンをマスクとして、基板4にトレンチ構造4bあるいはビア構造4aを形成する。トレンチ構造あるいはビア構造形成は、ドライエッチングを用いて行ない、基板4に対して高炭素含有パターン3が十分マスク機能を果たせるだけのエッチング選択比がとれる条件を適用する(図4(f)、図5(f))。(4) Step of forming trench structure or via structure on
(5)エッチング後に基板4に残存する組成物を剥離する工程
トレンチ構造4bあるいはビア構造4a形成後の基板4に対して、基板4が形状や物性に変化を及ぼしにくい条件で残存組成物を剥離する。一般的な剥離条件として、酸素アッシングや、アンモニアガスのような還元型タイプのガスプラズマを用いる乾式剥離の他、硫酸−過酸化水素溶液を用いる湿式剥離などを用いることができる(図4(g)、図5(g))。(5) Step of peeling off the composition remaining on the
上記パターン形成方法で用いられるレジストパターン2間に埋め込まれる重合体は、レジストパターン2を形成する重合体よりもエッチング耐性に優れ、かつ分子内にシリコン原子を含まない重合体である。好適な重合体としては、ヒドロキシメチルアセナフチレンおよび/またはヒドロキシメチルスチレンからなる繰り返し単位を有する重合体が挙げられる。
ヒドロキシメチルアセナフチレンは上記式(1)で表され(以下、「繰り返し単位(1)」ともいう)、ヒドロキシメチルスチレンは上記式(2)で表される(以下、「繰り返し単位(2)」ともいう)。The polymer embedded between the resist
Hydroxymethylacenaphthylene is represented by the above formula (1) (hereinafter also referred to as “repeating unit (1)”), and hydroxymethylstyrene is represented by the above formula (2) (hereinafter referred to as “repeating unit (2)”. ”).
繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)を含む重合体は、側鎖に含まれる−CR2OH基がレジストパターン2に残存する酸(H+)と反応することにより、カチオン(−CR2 +)が生成すると共に、このカチオンが−CR2OH基と反応して架橋する。この架橋反応において、再び酸(H+)が発生するので、上記反応を繰り返し、−CR2OH基が架橋すると同時に酸を発生する。この反応は重合体の側鎖の官能基同士の反応となるので、低分子物質が残存しない。さらに、炭素−炭素単結合より結合エネルギーの高い炭素−炭素2重結合を持つ芳香環を重合体中に多く含むので、レジストパターン2よりもエッチング耐性に優れる。The polymer containing the repeating unit (1) and / or the repeating unit (2) reacts with the acid (H + ) remaining in the resist
繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)において、R1、R2およびR3として表される炭素数1〜3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基が挙げられる。
R1およびR2として表されるアリール基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基、ビフェニル基が挙げられる。
本発明においては、特に、R1およびR2が水素原子、nおよびmが0であることが好ましい。In the repeating unit (1) and / or the repeating unit (2), the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms represented by R 1 , R 2 and R 3 includes a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, i -Propyl group is mentioned.
Examples of the aryl group represented by R 1 and R 2 include a phenyl group, a tolyl group, a naphthyl group, and a biphenyl group.
In the present invention, it is particularly preferable that R 1 and R 2 are hydrogen atoms and n and m are 0.
繰り返し単位(1)および繰り返し単位(2)は、下記式(1−1)および式(2−1)で表される単量体を重合させて得られる。
繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)は、重合体全体に対して、通常10〜70モル%、好ましくは30〜50モル%含まれる。繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)を上記範囲にすることにより、エッチング耐性が向上する。繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)が30モル%より少ないと架橋性能が損なわれることがあり、70モル%より多いと溶剤に対する溶解性が損なわれることがある。The repeating unit (1) and the repeating unit (2) are obtained by polymerizing monomers represented by the following formulas (1-1) and (2-1).
The repeating unit (1) and / or the repeating unit (2) is usually contained in an amount of 10 to 70 mol%, preferably 30 to 50 mol%, based on the whole polymer. Etching resistance improves by making a repeating unit (1) and / or a repeating unit (2) into the said range. When the repeating unit (1) and / or the repeating unit (2) is less than 30 mol%, the crosslinking performance may be impaired, and when it is more than 70 mol%, the solubility in a solvent may be impaired.
上記パターン形成方法で用いられるレジストパターン2間に埋め込まれる重合体は、繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)以外に、その他の繰り返し単位(3)を含有してもよい。その他の繰り返し単位(3)としては、ヒドロキシスチレン、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、N−メチルアクリルアミド、p−ヒドロキシメタクリルアニリド等を挙げることができる。
その他の繰り返し単位(3)は、1種単独で存在してもよいし、2種以上が存在してもよい。また、その他の繰り返し単位(3)の含有率は、重合体全体に対して30〜90モル%であることが好ましく、50〜70モル%であることが更に好ましい。The polymer embedded between the resist
Other repeating units (3) may be present alone or in combination of two or more. Moreover, it is preferable that it is 30-90 mol% with respect to the whole polymer, and, as for the content rate of another repeating unit (3), it is still more preferable that it is 50-70 mol%.
繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)を含む重合体は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ法により測定したポリスチレン換算質量平均分子量(以下、「Mw」と略称する)が500〜500,000、好ましくは500〜100,000であり、より好ましくは800〜50,000であり、さらに好ましくは800〜10,000である。Mwが500未満では、膜焼成時に成分が揮発して所望の膜厚が得られない場合があり、500,000をこえると、溶剤への溶解性が低下する場合がある。 The polymer containing the repeating unit (1) and / or the repeating unit (2) has a polystyrene-reduced mass average molecular weight (hereinafter abbreviated as “Mw”) measured by a gel permeation chromatography method, preferably 500 to 500,000. Is 500 to 100,000, more preferably 800 to 50,000, and still more preferably 800 to 10,000. If Mw is less than 500, components may volatilize during film firing and a desired film thickness may not be obtained. If it exceeds 500,000, solubility in a solvent may be reduced.
重合体は、例えば、所望の分子組成を構成する各繰り返し単位に対応する重合性不飽和単量体を、ラジカル重合開始剤、連鎖移動剤等の存在下、所定の溶媒中で重合することにより製造することができる。ラジカル重合開始剤は、十分な重合速度を実現するために、十分高い濃度になるように添加することが好ましい。 For example, the polymer is obtained by polymerizing a polymerizable unsaturated monomer corresponding to each repeating unit constituting a desired molecular composition in a predetermined solvent in the presence of a radical polymerization initiator, a chain transfer agent, or the like. Can be manufactured. The radical polymerization initiator is preferably added so as to have a sufficiently high concentration in order to realize a sufficient polymerization rate.
上記ラジカル重合開始剤としては、特に限定されるものではないが、熱重合開始剤、レドックス重合開始剤、光重合開始剤が挙げられる。具体的には例えばパーオキシドやアゾ化合物等の重合開始剤が挙げられる。さらに具体的なラジカル重合開始剤としては、t−ブチルハイドロパーオキサイド、t−ブチルパーベンゾエート、ベンゾイルパーオキサイド、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、1,1'−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、ジメチル−2,2'−アゾビスイソブチレート(MAIB)等が挙げられる。
また、上記連鎖移動剤としては、ピラゾール誘導体、アルキルチオール類等が挙げられる。Although it does not specifically limit as said radical polymerization initiator, A thermal polymerization initiator, a redox polymerization initiator, and a photoinitiator are mentioned. Specific examples include polymerization initiators such as peroxides and azo compounds. More specific radical polymerization initiators include t-butyl hydroperoxide, t-butyl perbenzoate, benzoyl peroxide, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azo. Examples thereof include bisisobutyronitrile (AIBN), 1,1′-azobis (cyclohexanecarbonitrile), dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate (MAIB), and the like.
Examples of the chain transfer agent include pyrazole derivatives and alkylthiols.
重合操作については通常のバッチ重合、滴下重合などの方法で重合できる。例えば、上記単量体(1−1)と、単量体(2−1)と、その他の繰り返し単位(3)に対応する単量体とを準備し、必要な種類および量を有機溶媒に溶解させ、ラジカル重合開始剤および連鎖移動剤の存在下で重合することにより本実施形態のビニルナフタレン誘導体の重合体が得られる。重合溶媒は一般に単量体、ラジカル重合開始剤、連鎖移動剤を溶解できる有機溶剤が用いられる。有機溶剤としてアルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、非プロトン系極性溶剤、エステル系溶剤、芳香族系溶剤、線状または環状脂肪族系溶剤が挙げられる。アルコール系溶剤としては、2-プロパノール、ブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。ケトン系溶剤としては、メチルエチルケトン、アセトンなどが挙げられる。エーテル系溶剤としてはアルコキシアルキルエーテル、例えば、メトキシメチルエーテル、エチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどが挙げられる。非プロトン系極性溶剤としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホオキサイドなどが挙げられる。エステル系溶剤としては、酢酸アルキル、例えば酢酸エチル、酢酸メチルなどが挙げられる。芳香族系溶剤としては、アルキルアリール溶剤、例えばトルエン、キシレン、およびハロゲン化芳香族溶剤、例えばクロロベンゼンなどが挙げられる。脂肪族系溶剤としては、ヘキサン、シクロヘキサンなどが挙げられる。 As for the polymerization operation, polymerization can be carried out by a usual method such as batch polymerization or dropping polymerization. For example, the monomer (1-1), the monomer (2-1), and a monomer corresponding to the other repeating unit (3) are prepared, and the necessary types and amounts are prepared in an organic solvent. The polymer of the vinyl naphthalene derivative of this embodiment is obtained by dissolving and polymerizing in the presence of a radical polymerization initiator and a chain transfer agent. As the polymerization solvent, an organic solvent capable of dissolving the monomer, radical polymerization initiator and chain transfer agent is generally used. Examples of the organic solvent include alcohol solvents, ketone solvents, ether solvents, aprotic polar solvents, ester solvents, aromatic solvents, and linear or cyclic aliphatic solvents. Examples of the alcohol solvent include 2-propanol, butanol, propylene glycol monomethyl ether and the like. Examples of the ketone solvent include methyl ethyl ketone and acetone. Examples of ether solvents include alkoxyalkyl ethers such as methoxymethyl ether, ethyl ether, tetrahydrofuran, and 1,4-dioxane. Examples of the aprotic polar solvent include dimethylformamide and dimethylsulfoxide. Examples of ester solvents include alkyl acetates such as ethyl acetate and methyl acetate. Aromatic solvents include alkylaryl solvents such as toluene, xylene, and halogenated aromatic solvents such as chlorobenzene. Examples of the aliphatic solvent include hexane and cyclohexane.
重合温度は、一般に20〜120℃、好ましくは50〜110℃、さらに好ましくは60〜100℃である。通常の大気雰囲気でも重合できる場合もあるが、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下での重合が好ましい。本実施形態のビニルナフタレン誘導体の重合体の分子量は単量体量と連鎖移動剤量との比率を制御することで調整できる。重合時間は一般に0.5〜144時間、好ましくは1〜72時間、より好ましくは2〜24時間である。 The polymerization temperature is generally 20 to 120 ° C, preferably 50 to 110 ° C, more preferably 60 to 100 ° C. Although polymerization may be performed even in a normal air atmosphere, polymerization in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon is preferable. The molecular weight of the vinyl naphthalene derivative polymer of this embodiment can be adjusted by controlling the ratio of the monomer amount and the chain transfer agent amount. The polymerization time is generally 0.5 to 144 hours, preferably 1 to 72 hours, more preferably 2 to 24 hours.
上記重合体は、本発明のパターン形成方法に用いられる高炭素含有樹脂組成物の樹脂成分として用いることができる。
高炭素含有樹脂組成物に含有される溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、2-プロパノール、1−ブタノール、2-ブタノール、1−ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2−メチル−1−ブタノール、2−メチル−3−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−2−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール等のアルコール類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテルなどのエーテル類等を適宜選択して使用することができる。ポリアクリル酸エステルあるいはポリメタクリル酸エステル構造からなるArF用有機レジスト被膜を溶解させないものであれば特に限定されない。The said polymer can be used as a resin component of the high carbon content resin composition used for the pattern formation method of this invention.
Examples of the solvent contained in the high carbon-containing resin composition include methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, and 1-hexanol. 2-hexanol, 3-hexanol, 2-methyl-1-butanol, 2-methyl-3-pentanol, 3-methyl-1-pentanol, 3-methyl-2-pentanol, 4-methyl-2- Alcohols such as pentanol, ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether, dipropyl ether, and dibutyl ether can be appropriately selected and used. There is no particular limitation as long as it does not dissolve the organic resist film for ArF having a polyacrylate or polymethacrylate structure.
これらの溶剤のうち、好ましくは、1−ブタノール、2−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール等である。上記溶剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。溶剤の使用量は、得られる組成物の固形分濃度が、好ましくは0.01〜70質量%、更に好ましくは0.05〜60質量%、特に好ましくは0.1〜50質量%となる範囲である。 Of these solvents, 1-butanol, 2-butanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 4-methyl-2-pentanol and the like are preferable. The said solvent can be used individually or in mixture of 2 or more types. The amount of the solvent used is a range in which the solid content concentration of the obtained composition is preferably 0.01 to 70% by mass, more preferably 0.05 to 60% by mass, and particularly preferably 0.1 to 50% by mass. It is.
高炭素含有樹脂組成物には、必要に応じて、酸発生剤、架橋剤、バインダー樹脂、放射線吸収剤、界面活性剤等の各種の添加剤を配合することができる。
上記酸発生剤は、露光あるいは加熱により酸を発生する成分である。露光により酸を発生する酸発生剤(以下、「光酸発生剤」という。)としては、例えば、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウムナフタレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、
ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムナフタレンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート、Various additives such as an acid generator, a crosslinking agent, a binder resin, a radiation absorber, and a surfactant can be blended with the high carbon-containing resin composition as necessary.
The acid generator is a component that generates an acid upon exposure or heating. Examples of the acid generator that generates an acid upon exposure (hereinafter referred to as “photoacid generator”) include diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluoro-n-butanesulfonate, diphenyliodonium pyrenesulfonate, and diphenyliodonium n. -Dodecylbenzene sulfonate, diphenyl iodonium 10-camphor sulfonate, diphenyl iodonium naphthalene sulfonate, diphenyl iodonium hexafluoroantimonate,
Bis (4-t-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium nonafluoro-n-butanesulfonate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium n-dodecylbenzenesulfonate, bis ( 4-t-butylphenyl) iodonium 10-camphorsulfonate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium naphthalenesulfonate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium hexafluoroantimonate,
トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、トリフェニルスルホニウムナフタレンスルホネート、トリフェニルスルホニウム10−カンファースルホネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、
4−ヒドロキシフェニル・フェニル・メチルスルホニウムp−トルエンスルホネート、4−ヒドロキシフェニル・ベンジル・メチルスルホニウムp−トルエンスルホネート、シクロヘキシル・メチル・2−オキソシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジシクロヘキシルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、2−オキソシクロヘキシルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、Triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, triphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate, triphenylsulfonium n-dodecylbenzenesulfonate, triphenylsulfonium naphthalenesulfonate, triphenylsulfonium 10-camphorsulfonate, triphenylsulfonium hexafluoroantimonate,
4-hydroxyphenyl phenyl methylsulfonium p-toluenesulfonate, 4-hydroxyphenyl benzyl methylsulfonium p-toluenesulfonate, cyclohexyl methyl 2-oxocyclohexylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 2-oxocyclohexyldicyclohexylsulfonium trifluoromethanesulfonate 2-oxocyclohexyldimethylsulfonium trifluoromethanesulfonate,
1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−ナフチルジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−シアノ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−シアノ−1−ナフチルジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ニトロ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ニトロ−1−ナフチルジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メチル−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−メチル−1−ナフチルジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジメチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−ヒドロキシ−1−ナフチルジエチルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、
1−(4−ヒドロキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−メトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−エトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−メトキシメトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−エトキシメトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1-naphthyldimethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 1-naphthyldiethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-cyano-1-naphthyldimethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-cyano-1-naphthyldiethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-nitro-1- Naphthyldimethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-nitro-1-naphthyldiethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-methyl-1-naphthyldimethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-methyl-1-naphthyldiethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4-hydroxy- 1-naphthyldimethylsulfonium trifluoromethanesulfonate, 4 Hydroxy-1-naphthyl diethyl sulfonium trifluoromethane sulfonate,
1- (4-hydroxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- (4-methoxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- (4-ethoxynaphthalene-1- Yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- (4-methoxymethoxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- (4-ethoxymethoxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethane Sulfonate,
1−〔4−(1−メトキシエトキシ)ナフタレン−1−イル〕テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−〔4−(2−メトキシエトキシ)ナフタレン−1−イル〕テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−メトキシカルボニルオキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−エトキシカルボニルオキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−プロポキシカルボニルオキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
1−(4−i−プロポキシカルボニルオキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキカルボニルオキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−t−ブトキシカルボニルオキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−〔4−(2−テトラヒドロフラニルオキシ)ナフタレン−1−イル〕テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−〔4−(2−テトラヒドロピラニルオキシ)ナフタレン−1−イル〕テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、
1−(4−ベンジルオキシ)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(ナフチルアセトメチル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート等のオニウム塩系光酸発生剤類;1- [4- (1-methoxyethoxy) naphthalen-1-yl] tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- [4- (2-methoxyethoxy) naphthalen-1-yl] tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- (4-methoxycarbonyloxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- (4-ethoxycarbonyloxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- (4-n -Propoxycarbonyloxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate,
1- (4-i-propoxycarbonyloxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- (4-n-butoxycarbonyloxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1 -(4-t-butoxycarbonyloxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- [4- (2-tetrahydrofuranyloxy) naphthalen-1-yl] tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1 -[4- (2-tetrahydropyranyloxy) naphthalen-1-yl] tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate,
Onium salt photoacid generators such as 1- (4-benzyloxy) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate, 1- (naphthylacetomethyl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate;
フェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−メトキシフェニルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、1−ナフチルビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等のハロゲン含有化合物系光酸発生剤類;
1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホニルクロリド、1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホニルクロリド、2,3,4,4'−テトラヒドロキシベンゾフェノンの1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステルまたは1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル等のジアゾケトン化合物系光酸発生剤類;
4−トリスフェナシルスルホン、メシチルフェナシルスルホン、ビス(フェニルスルホニル)メタン等のスルホン化合物系光酸発生剤類;
ベンゾイントシレート、ピロガロールのトリス(トリフルオロメタンスルホネート)、ニトロベンジル−9,10−ジエトキシアントラセン−2−スルホネート、トリフルオロメタンスルホニルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボジイミド、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミドトリフルオロメタンスルホネート等のスルホン酸化合物系光酸発生剤類等を挙げることができる。Halogen-containing compound-based photoacid generators such as phenylbis (trichloromethyl) -s-triazine, 4-methoxyphenylbis (trichloromethyl) -s-triazine, 1-naphthylbis (trichloromethyl) -s-triazine;
1,2-naphthoquinonediazide-4-sulfonyl chloride, 1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonyl chloride, 1,2, naphthoquinonediazide-4-sulfonic acid ester of 2,3,4,4′-tetrahydroxybenzophenone or Diazoketone compound-based photoacid generators such as 1,2-naphthoquinonediazide-5-sulfonic acid ester;
Sulfone compound photoacid generators such as 4-trisphenacylsulfone, mesitylphenacylsulfone, bis (phenylsulfonyl) methane;
Benzoin tosylate, pyrogallol tris (trifluoromethanesulfonate), nitrobenzyl-9,10-diethoxyanthracene-2-sulfonate, trifluoromethanesulfonylbicyclo [2.2.1] hept-5-ene-2,3-di Examples thereof include sulfonic acid compound photoacid generators such as carbodiimide, N-hydroxysuccinimide trifluoromethanesulfonate, and 1,8-naphthalenedicarboxylic acid imide trifluoromethanesulfonate.
これらの光酸発生剤のうち、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムピレンスルホネート、ジフェニルヨードニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、ジフェニルヨードニウム10−カンファースルホネート、ジフェニルヨードニウムナフタレンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムn−ドデシルベンゼンスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム10−カンファースルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムナフタレンスルホネート等が好ましい。上記光酸発生剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。 Among these photoacid generators, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluoro-n-butanesulfonate, diphenyliodonium pyrenesulfonate, diphenyliodonium n-dodecylbenzenesulfonate, diphenyliodonium 10-camphorsulfonate, diphenyliodonium naphthalenesulfonate, Bis (4-t-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium nonafluoro-n-butanesulfonate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium n-dodecylbenzenesulfonate, bis ( 4-t-butylphenyl) iodonium 10-camphorsulfonate, bis (4-t-butylphenyl) Etc. iodonium naphthalene sulfonate is preferred. The photoacid generators can be used alone or in admixture of two or more.
また、加熱により酸を発生する酸発生剤(以下、「熱酸発生剤」という。)としては、例えば、2,4,4,6−テトラブロモシクロヘキサジエノン、ベンゾイントシレート、2−ニトロベンジルトシレート、アルキルスルホネート類等を挙げることができる。これらの熱酸発生剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。また、酸発剤として、光酸発生剤と熱酸発生剤とを併用することもできる。 Examples of the acid generator that generates an acid by heating (hereinafter referred to as “thermal acid generator”) include 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl, and the like. Tosylate, alkyl sulfonates and the like can be mentioned. These thermal acid generators can be used alone or in admixture of two or more. Moreover, a photo-acid generator and a thermal acid generator can also be used together as an acid generator.
酸発生剤の配合量は、得られる組成物の固形分中の割合として50質量%以下が好ましく、0.1〜30質量%が更に好ましく、0.1〜10質量%が特に好ましい。 50 mass% or less is preferable as a ratio in solid content of the composition obtained, as for the compounding quantity of an acid generator, 0.1-30 mass% is further more preferable, and 0.1-10 mass% is especially preferable.
また、上記架橋剤は、繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)を有する重合体からなる平坦化膜の硬化反応を促進する成分である。このような架橋剤としては、多核フェノール類や、種々の市販の硬化剤を使用することができる。上記多核フェノール類としては、例えば、4,4'−ビフェニルジオール、4,4'−メチレンビスフェノール、4,4'−エチリデンビスフェノール、ビスフェノールA等の2核フェノール類;4,4',4''−メチリデントリスフェノール、4,4'−〔1−{4−(1−[4−ヒドロキシフェニル]−1−メチルエチル)フェニル}エチリデン〕ビスフェノール等の3核フェノール類;ノボラック等のポリフェノール類等を挙げることができる。これらの多核フェノール類のうち、4,4'−〔1−{4−(1−[4−ヒドロキシフェニル]−1−メチルエチル)フェニル}エチリデン〕ビスフェノール、ノボラック等が好ましい。上記多核フェノール類は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。 Moreover, the said crosslinking agent is a component which accelerates | stimulates hardening reaction of the planarization film which consists of a polymer which has a repeating unit (1) and / or a repeating unit (2). As such a crosslinking agent, polynuclear phenols and various commercially available curing agents can be used. Examples of the polynuclear phenols include binuclear phenols such as 4,4′-biphenyldiol, 4,4′-methylene bisphenol, 4,4′-ethylidene bisphenol, and bisphenol A; 4,4 ′, 4 ″. -Trinuclear phenols such as methylidenetrisphenol, 4,4 '-[1- {4- (1- [4-hydroxyphenyl] -1-methylethyl) phenyl} ethylidene] bisphenol; polyphenols such as novolak Can be mentioned. Of these polynuclear phenols, 4,4 ′-[1- {4- (1- [4-hydroxyphenyl] -1-methylethyl) phenyl} ethylidene] bisphenol, novolac and the like are preferable. The above polynuclear phenols can be used alone or in admixture of two or more.
また、上記硬化剤としては、例えば、2,3−トリレンジイソシアナート、2,4−トリレンジイソシアナート、3,4−トリレンジイソシアナート、3,5−トリレンジイソシアナート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、1,4−シクロヘキサンジイソシアナート等のジイソシアナート類や、以下商品名で、エピコート812、同815、同826、同828、同834、同836、同871、同1001、同1004、同1007、同1009、同1031(以上、油化シェルエポキシ(株)製)、アラルダイト6600、同6700、同6800、同502、同6071、同6084、同6097、同6099(以上、チバガイギー社製)、DER331、同332、同333、同661、同644、同667(以上、ダウケミカル社製)等のエポキシ化合物;サイメル300、同301、同303、同350、同370、同771、同325、同327、同703、同712、同701、同272、同202、マイコート506、同508(以上、三井サイアナミッド(株)製)等のメラミン系硬化剤;サイメル1123、同1123−10、同1128、マイコート102、同105、同106、同130(以上、三井サイアナミッド(株)製)等のベンゾグアナミン系硬化剤;サイメル1170、同1172(以上、三井サイアナミッド(株)製)、ニカラックN―2702(三和ケミカル(株)製)等のグリコールウリル系硬化剤等を挙げることができる。これらの硬化剤のうち、メラミン系硬化剤、グリコールウリル系硬化剤等が好ましい。上記硬化剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。また、架橋剤として、多核フェノール類と硬化剤とを併用することもできる。 Examples of the curing agent include 2,3-tolylene diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 3,4-tolylene diisocyanate, 3,5-tolylene diisocyanate, and 4,4 ′. -Diisocyanates such as diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 1,4-cyclohexane diisocyanate, and the following trade names: Epicoat 812, 815, 826, 828, 834, 834 871, 1001, 1004, 1007, 1007, 1009, 1031 (Oilized Shell Epoxy), Araldite 6600, 6700, 6800, 502, 6071, 6084, 6097, 6099 (above, manufactured by Ciba Geigy), DER331, 332, 333, 66 1, epoxy compound such as 644, 667 (manufactured by Dow Chemical Co.); Cymel 300, 301, 303, 350, 370, 771, 325, 327, 703, 712, Melting agents such as 701, 272, 202, My Coat 506, 508 (above, manufactured by Mitsui Cyanamid Co., Ltd.); Cymel 1123, 1123-10, 1128, My Coat 102, 105, Benzoguanamine type curing agents such as 106, 130 (above, Mitsui Cyanamid Co., Ltd.), etc .; Cymel 1170, 1172 (above, Mitsui Cyanamid Co., Ltd.), Nicarak N-2702 (Sanwa Chemical Co., Ltd.) ) And the like. Of these curing agents, melamine curing agents, glycoluril curing agents and the like are preferable. The said hardening | curing agent can be used individually or in mixture of 2 or more types. Moreover, polynuclear phenols and a hardening | curing agent can also be used together as a crosslinking agent.
架橋剤の配合量は、得られる組成物の固形分中の割合が50質量%以下が好ましく、30質量%以下が更に好ましい。 As for the compounding quantity of a crosslinking agent, the ratio in solid content of the composition obtained is preferable 50 mass% or less, and 30 mass% or less is still more preferable.
また、上記バインダー樹脂としては、種々の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を使用することができる。上記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリ−1−ペンテン、ポリ−1−ヘキセン、ポリ−1−ヘプテン、ポリ−1−オクテン、ポリ−1−デセン、ポリ−1−ドデセン、ポリ−1−テトラデセン、ポリ−1−ヘキサデセン、ポリ−1−オクダデセン、ポリビニルシクロアルカン等のα−オレフイン系重合体類;ポリ−1,4−ペンタジエン、ポリ−1,4−ヘキサジエン、ポリ−1,5−ヘキサジエン等の非共役ジエン系重合体類;
α,β−不飽和アルデヒド系重合体類;ポリ(メチルビニルケトン)、ポリ(芳香族ビニルケトン)、ポリ(環状ビニルケトン)等のα,β−不飽和ケトン系重合体類;(メタ)アクリル酸、α−クロルアクリル酸、(メタ)アクリル酸塩、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸ハロゲン化物等のα,β−不飽和カルボン酸またはその誘導体の重合体類;ポリ(メタ)アクリル酸無水物、無水マレイン酸の共重合体等のα,β−不飽和カルボン酸無水物の重合体類;メチレンマロン酸ジエステル、イタコン酸ジエステル等の不飽和多塩基性カルボン酸エステルの重合体類;As the binder resin, various thermoplastic resins and thermosetting resins can be used. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, poly-1-butene, poly-1-pentene, poly-1-hexene, poly-1-heptene, poly-1-octene, poly-1-decene, and poly-1-decene. Α-Olefin-based polymers such as -1-dodecene, poly-1-tetradecene, poly-1-hexadecene, poly-1-octadecene, and polyvinylcycloalkane; poly-1,4-pentadiene, poly-1,4- Non-conjugated diene polymers such as hexadiene and poly-1,5-hexadiene;
α, β-unsaturated aldehyde polymers; α, β-unsaturated ketone polymers such as poly (methyl vinyl ketone), poly (aromatic vinyl ketone), poly (cyclic vinyl ketone); (meth) acrylic acid Polymers of α, β-unsaturated carboxylic acids or derivatives thereof such as, α-chloroacrylic acid, (meth) acrylate, (meth) acrylic acid ester, (meth) acrylic acid halide; Polymers of α, β-unsaturated carboxylic acid anhydrides such as copolymers of acrylic acid anhydride and maleic anhydride; Polymers of unsaturated polybasic carboxylic acid esters such as methylenemalonic acid diester and itaconic acid diester Kind;
ソルビン酸エステル、ムコン酸エステル等のジオレフィンカルボン酸エステルの重合体類;(メタ)アクリル酸チオエステル、α−クロルアクリル酸チオエステル等のα,β−不飽和カルボン酸チオエステルの重合体類;(メタ)アクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリル等の(メタ)アクリロニトリルまたはその誘導体の重合体類;(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミドまたはその誘導体の重合体類;スチリル金属化合物の重合体類;ビニルオキシ金属化合物の重合体類;
ポリイミン類;ポリフェニレンオキシド、ポリ−1,3−ジオキソラン、ポリオキシラン、ポリテトラヒドロフラン、ポリテトラヒドロピラン等のポリエーテル類;ポリスルフィド類;ポリスルホンアミド類;ポリペプチド類;ナイロン66、ナイロン1〜ナイロン12等のポリアミド類;脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル、脂環族ポリエステル、ポリ炭酸エステル等のポリエステル類;ポリ尿素類;ポリスルホン類;ポリアジン類;ポリアミン類;ポリ芳香族ケトン類;ポリイミド類;ポリベンゾイミダゾール類;ポリベンゾオキサゾール類;ポリベンゾチアゾール類;ポリアミノトリアゾール類;ポリオキサジアゾール類;ポリピラゾール類;ポリテトラゾール類;ポリキノキサリン類;ポリトリアジン類;ポリベンゾオキサジノン類;ポリキノリン類;ポリアントラゾリン類等を挙げることができる。Polymers of diolefin carboxylic acid esters such as sorbic acid ester and muconic acid ester; Polymers of α, β-unsaturated carboxylic acid thioesters such as (meth) acrylic acid thioester and α-chloroacrylic acid thioester; ) Polymers of (meth) acrylonitrile such as acrylonitrile and α-chloroacrylonitrile or derivatives thereof; Polymers of (meth) acrylamide or derivatives thereof such as (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide; Polymers of metal compounds; Polymers of vinyloxy metal compounds;
Polyimines; polyethers such as polyphenylene oxide, poly-1,3-dioxolane, polyoxirane, polytetrahydrofuran, polytetrahydropyran; polysulfides; polysulfonamides; polypeptides; nylon 66,
また、上記熱硬化性樹脂は、加熱により硬化して溶剤に不溶となり、レジストパターン2との間のインターミキシングを防止する作用を有する成分であり、バインダー樹脂として好ましく使用することができる。このような熱硬化性樹脂としては、例えば、熱硬化性アクリル系樹脂類、フェノール樹脂類、尿素樹脂類、メラミン樹脂類、アミノ樹脂類、芳香族炭化水素樹脂類、エポキシ樹脂類、アルキド樹脂類等を挙げることができる。これらの熱硬化性樹脂のうち、尿素樹脂類、メラミン樹脂類、芳香族炭化水素樹脂類等が好ましい。
Moreover, the said thermosetting resin is a component which hardens | cures by heating, becomes insoluble in a solvent, and has an effect | action which prevents the intermixing between the resist
上記バインダー樹脂は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。バインダー樹脂の配合量は、得られる組成物の固形分中で20質量%以下が好ましく、10質量%以下が更に好ましい。 The above binder resins can be used alone or in admixture of two or more. 20 mass% or less is preferable in the solid content of the composition obtained, and, as for the compounding quantity of binder resin, 10 mass% or less is still more preferable.
また、上記放射線吸収剤としては、例えば、油溶性染料、分散染料、塩基性染料、メチン系染料、ピラゾール系染料、イミダゾール系染料、ヒドロキシアゾ系染料等の染料類;ビクシン誘導体、ノルビクシン、スチルベン、4,4'−ジアミノスチルベン誘導体、クマリン誘導体、ピラゾリン誘導体等の蛍光増白剤類;ヒドロキシアゾ系染料、チヌビン234(商品名、チバガイギー社製)、チヌビン1130(商品名、チバガイギー社製)等の紫外線吸収剤類;アントラセン誘導体、アントラキノン誘導体等の芳香族化合物等を挙げることができる。これらの放射線吸収剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。放射線吸収剤の配合量は、得られる組成物の固形分中で100質量%以下が好ましく、50質量%以下が更に好ましい。 Examples of the radiation absorber include oil-soluble dyes, disperse dyes, basic dyes, methine dyes, pyrazole dyes, imidazole dyes, hydroxyazo dyes, and the like; bixin derivatives, norbixine, stilbene, Fluorescent brighteners such as 4,4′-diaminostilbene derivatives, coumarin derivatives, pyrazoline derivatives; hydroxyazo dyes, tinuvin 234 (trade name, manufactured by Ciba Geigy), tinuvin 1130 (trade name, manufactured by Ciba Geigy), etc. Ultraviolet absorbers; aromatic compounds such as anthracene derivatives and anthraquinone derivatives. These radiation absorbers can be used alone or in admixture of two or more. 100 mass% or less is preferable in the solid content of the composition obtained, and, as for the compounding quantity of a radiation absorber, 50 mass% or less is still more preferable.
また、上記界面活性剤は、塗布性、ストリエーション、ぬれ性、現像性等を改良する作用を有する成分である。このような界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン−n−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン−n−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤や、以下商品名で、KP341(信越化学工業(株)製)、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社油脂化学工業(株)製)、エフトップEF101、同EF204、同EF303、同EF352(以上、トーケムプロダクツ社製)、メガファックF171、同F172、同F173(以上、大日本インキ化学工業(株)製)、フロラードFC430、同FC431、同FC135、同FC93(以上、住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロンS382、同SC101、同SC102、同SC103、同SC104、同SC105、同SC106(以上、旭硝子(株)製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。界面活性剤の配合量は、得られる組成物の固形分中で15質量%以下が好ましく、10質量%以下が更に好ましい。さらに、上記以外の添加剤としては、例えば、保存安定剤、消泡剤、接着助剤等を挙げることができる。 The surfactant is a component having an effect of improving coatability, striation, wettability, developability and the like. Examples of such surfactants include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene-n-octylphenyl ether, polyoxyethylene-n-nonylphenyl ether, and polyethylene. Nonionic surfactants such as glycol dilaurate and polyethylene glycol distearate, and KP341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), Polyflow No. 75, no. 95 (above, manufactured by Kyoeisha Yushi Chemical Co., Ltd.), Ftop EF101, EF204, EF303, EF352 (above, manufactured by Tochem Products), MegaFuck F171, F172, F173 (above, Dainippon) Ink Chemical Industry Co., Ltd.), Florard FC430, FC431, FC135, FC135, FC93 (above, manufactured by Sumitomo 3M), Asahi Guard AG710, Surflon S382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (above, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) and the like. These surfactants can be used alone or in admixture of two or more. The blending amount of the surfactant is preferably 15% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less in the solid content of the obtained composition. Furthermore, examples of additives other than those described above include storage stabilizers, antifoaming agents, and adhesion aids.
レジストパターン2間に埋め込まれて、該レジストパターン2を除去することで形成される高炭素含有樹脂組成物において、繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)を有する重合体を含む組成物の固形分濃度は、0.05〜60質量%が好ましく、0.1〜50質量%が更に好ましい。
固形分濃度が0.05質量%未満では塗膜が薄くなりすぎレジストパターンを十分被覆することができないおそれがあり、60質量%をこえると粘度が高くなりすぎ塗布性不良をおこすおそれがある。微細なパターンへ埋め込むことができないおそれがある。
また、組成物中に占める繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)を有する重合体の割合は、樹脂成分全体に対して、60質量%以上であることが好ましい。
繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)を有する重合体を樹脂成分として含有する高炭素含有樹脂組成物は、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等の各種の放射線を用いるリソグラフィープロセスにおける微細加工、例えば集積回路素子の製造に極めて好適に使用することができる。A composition comprising a polymer having a repeating unit (1) and / or a repeating unit (2) in a high carbon-containing resin composition embedded between resist
If the solid content concentration is less than 0.05% by mass, the coating film may be too thin to sufficiently cover the resist pattern, and if it exceeds 60% by mass, the viscosity may be too high, resulting in poor applicability. There is a possibility that it cannot be embedded in a fine pattern.
Moreover, it is preferable that the ratio of the polymer which has a repeating unit (1) and / or a repeating unit (2) which occupies in a composition is 60 mass% or more with respect to the whole resin component.
The high carbon-containing resin composition containing the polymer having the repeating unit (1) and / or the repeating unit (2) as a resin component is capable of emitting various radiation such as visible light, ultraviolet light, far ultraviolet light, electron beam, and X-ray. It can be used very suitably for microfabrication in the lithography process to be used, for example, in the manufacture of integrated circuit elements.
上記高炭素含有樹脂組成物を本発明のパターン形成方法(図1〜図5)に用いる場合について説明する。
樹脂組成物を塗布すべき基板としては、例えば、シリコンウエハ1上にポリアクリル酸エステルあるいはポリメタクリル酸エステル構造からなるArF用有機レジストパターン2が形成された基板を例示することができる。
繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)を有する重合体を含むパターン形成用樹脂組成物の塗布は、回転塗布、流延塗布、ロール塗布等の適宜の方法で実施することができる。その後、加熱することにより塗膜を硬化させる。パターン形成用樹脂組成物が光酸発生剤を含有し、かつ放射線照射処理(露光)する場合には、常温でも塗膜を有効に硬化させることが可能である。また加熱温度は、50〜300℃が好ましく、150〜250℃が更に好ましいが、高炭素含有樹脂組成物が熱酸発生剤を含有する場合は、例えば、90〜130℃程度でも塗膜を有効に硬化させることが可能である。The case where the said high carbon containing resin composition is used for the pattern formation method (FIGS. 1-5) of this invention is demonstrated.
Examples of the substrate to which the resin composition is to be applied include a substrate in which an ArF organic resist
Application | coating of the resin composition for pattern formation containing the polymer which has a repeating unit (1) and / or a repeating unit (2) can be implemented by appropriate methods, such as spin coating, cast coating, and roll coating. Thereafter, the coating film is cured by heating. When the resin composition for pattern formation contains a photoacid generator and is subjected to radiation irradiation treatment (exposure), the coating film can be effectively cured even at room temperature. The heating temperature is preferably 50 to 300 ° C, more preferably 150 to 250 ° C. When the high carbon-containing resin composition contains a thermal acid generator, for example, the coating film is effective even at about 90 to 130 ° C. Can be cured.
高炭素含有樹脂組成物の膜厚は、シリコンウエハ1上に形成したポリアクリル酸エ
ステルあるいはポリメタクリル酸エステル構造からなるArF用有機レジストパターン2
が十分被覆される膜厚であるべきであり、一般にその膜厚は30〜500nmであること
が好ましい。この範囲とすることにより、シリコンウエハ1上に形成したレジストパター
ン2を効果的に被覆平坦化できる。30nmより薄いと、上記効果を得にくいことがあり
、500nmより厚いとシリコンウエハ1上に形成したレジストパターン2の上面を露出
するためのエッチングに時間がかかりすぎることがある。The film thickness of the high carbon-containing resin composition is as follows: an ArF organic resist
Should be sufficiently covered, and generally the thickness is preferably 30 to 500 nm. By setting this range, the resist
高炭素含有樹脂組成物は、エッチング耐性に優れ、かつポリアクリル酸エステルあるいはポリメタクリル酸エステル構造からなるArF用有機レジストパターン被膜とインターミキシングを生じることがないため、レジストパターン2の形状を変形させることなく被覆平坦化することができ、引き続く転写プロセスによって、エッチング耐性に優れた単層レジストパターンをもたらすことができる。従って、繰り返し単位(1)および/または繰り返し単位(2)を有する重合体からなる高炭素含有樹脂組成物は、可視光線、紫外線、遠紫外線、電子線、X線等の各種の放射線を用いるリソグラフィープロセスによる微細加工、例えば集積回路素子の製造に極めて好適に使用することができる。
また、本発明は被加工基板種を問わないので、例えばデュアルダマシン構造形成にも好適に利用することができる。The high carbon-containing resin composition is excellent in etching resistance and does not cause intermixing with the organic resist pattern coating for ArF having a polyacrylate or polymethacrylate structure, so that the shape of the resist
Moreover, since this invention does not ask | require the kind of to-be-processed substrate, it can utilize suitably also for dual damascene structure formation, for example.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら制約されるものではない。ここで、部は、特記しない限り質量基準である。実施例および比較例における各測定・評価は、下記の要領で行なった。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited at all by these Examples. Here, the part is based on mass unless otherwise specified. Each measurement and evaluation in Examples and Comparative Examples was performed as follows.
実施例1
ヒドロキシメチルアセナフチレンからなる繰り返し単位を有する重合体(I)を調製し、その重合体(I)を使用して高炭素含有樹脂組成物(I)を調製した。Example 1
A polymer (I) having a repeating unit composed of hydroxymethylacenaphthylene was prepared, and a high carbon-containing resin composition (I) was prepared using the polymer (I).
ヒドロキシメチルアセナフチレンからなる繰り返し単位を有する重合体(I)
その後、反応溶液を95℃に昇温した後1時間加熱した。反応溶液を2分の1質量に減圧濃縮した後、大量のヘプタン中に投入して反応生成物を再沈させた。温度計を備えたセパラブルフラスコに、窒素雰囲気下で、得られた固形分全量、テトラヒドロフラン100質量部、メタノール100質量部、トリエチルアミン7質量部および水3質量部を加え、攪拌しつつ7時間加熱還流した。反応溶液を2分の1質量に減圧濃縮した後、大量のヘプタン中に投入して固形分を18g得た。この重合体のMwは1,800であった。なお、Mwは、東ソー(株)社製GPCカラム(G2000HXL2本、G3000HXL1本、G4000HXL1本)を用い、流量1.0ミリリットル/分、溶出溶剤テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。Polymer (I) having a repeating unit composed of hydroxymethylacenaphthylene
Thereafter, the reaction solution was heated to 95 ° C. and then heated for 1 hour. The reaction solution was concentrated under reduced pressure to a half mass, and then poured into a large amount of heptane to reprecipitate the reaction product. To a separable flask equipped with a thermometer, the total amount of the solid content obtained, 100 parts by mass of tetrahydrofuran, 100 parts by mass of methanol, 7 parts by mass of triethylamine and 3 parts by mass of water were added and heated for 7 hours while stirring. Refluxed. The reaction solution was concentrated under reduced pressure to a half mass, and then poured into a large amount of heptane to obtain 18 g of a solid content. The Mw of this polymer was 1,800. Mw is a monodisperse polystyrene using a GPC column (2 G2000HXL, 1 G3000HXL, 1 G4000HXL) manufactured by Tosoh Corporation, under the analysis conditions of a flow rate of 1.0 ml / min, an elution solvent tetrahydrofuran, and a column temperature of 40 ° C. Was measured by gel permeation chromatography (GPC).
高炭素含有樹脂組成物(I)
得られた重合体(I)10質量部およびビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート0.1質量部を4−メチル−2−ペンタノール190質量部に溶解させて高炭素含有樹脂組成物(I)を得た。High carbon-containing resin composition (I)
10 parts by mass of the obtained polymer (I) and 0.1 part by mass of bis (4-t-butylphenyl) iodonium nonafluoro-n-butanesulfonate were dissolved in 190 parts by mass of 4-methyl-2-pentanol. A high carbon-containing resin composition (I) was obtained.
有機レジストパターン2の形成
直径8インチのシリコンウエハ上に反射防止膜形成組成物をスピンコートした後、200℃のホットプレート上で120秒間加熱して、シリコンウエハ上に膜厚36nmの反射防止膜を形成した。その後、この反射防止膜上に、ポリメタクリル酸エステル構造からなるArF用有機レジスト組成物溶液(JSR社製、商品名AR1221J)をスピンコートし、100℃のホットプレート上で60秒間プレベークして、膜厚200nmのレジスト被膜を形成した。その後、NIKON社製ArFエキシマレーザー露光装置を用い、マスクパターンを介して、規定露光時間だけ露光した。その後、110℃のホットプレート上で60秒間ポストベークした後、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、25℃で30秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型有機ArFレジストの線幅90nmのラインアンドスペースパターン2を形成した。Formation of organic resist
高炭素含有樹脂組成物(I)の被膜形成とエッチング
有機ArFレジストパターン2上に、高炭素含有樹脂組成物(I)をスピンコートした後、150℃のホットプレート上で120秒間加熱して得られる高炭素含有パターン3の被膜でパターン2を十分被覆、平坦化した。その後、O2ガスを用いるプラズマエッチングにより、パターン2の上面が露出するまで高炭素含有パターン3の被膜をエッチング除去した。エッチング時間は、予め高炭素含有パターン3の単膜を用いて測定した単位時間当たりのエッチング速度から算出した。Film formation and etching of high carbon-containing resin composition (I) Obtained by spin-coating high carbon-containing resin composition (I) on organic ArF resist
パターン(I)の形成
NIKON社製KrFエキシマレーザー露光装置を用い、表面がレジストパターン2と高炭素含有パターン3のパターンとからなる基板全面に露光を施す。その後、130℃のホットプレート上で60秒間ポストベークした後、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、25℃で60秒間現像し、水洗乾燥して、90nmのラインアンドスペースパターン3のみを形成した。この高炭素含有パターン3のパターンを評価用パターン(I)とする。Formation of Pattern (I) Using a KrF excimer laser exposure apparatus manufactured by NIKON, the entire surface of the substrate having the resist
実施例2
有機レジストパターン2の形成までは実施例1と同じ操作で実施した。
高炭素含有樹脂組成物(I)の被膜形成とエッチング
有機ArFレジストパターン2上に、高炭素含有樹脂組成物(I)をスピンコートした後、100℃のホットプレート上で120秒間加熱して得られる被膜3aでパターン2を十分被覆、平坦化した。次に被膜3aのみを選択的に溶解する4−メチル−2−ペンタノールを用い、パターン2の上面が露出するまで被膜3aをエッチングした。次いで、基板を150℃のホットプレート上で120秒間加熱して、被膜3aを架橋硬化させて重合体3のパターンを得た。この条件では、パターン2は架橋硬化しなかった。Example 2
The same operation as in Example 1 was performed until the formation of the organic resist
Film formation and etching of high carbon-containing resin composition (I) Obtained by spin-coating high carbon-containing resin composition (I) on organic ArF resist
パターン(Ia)の形成
パターン2を溶解させることのできるプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用い、120秒間現像、乾燥して高炭素含有パターン3からなる90nmのラインアンドスペースパターンのみが形成できた。Formation of pattern (Ia) Using propylene glycol monomethyl ether acetate capable of dissolving
実施例3
ヒドロキシメチルスチレンからなる繰り返し単位を有する重合体(II)を調製し、その重合体(II)を使用して高炭素含有樹脂組成物(II)を調製した。
ヒドロキシメチルスチレンからなる繰り返し単位を有する重合体(II)
A polymer (II) having a repeating unit composed of hydroxymethylstyrene was prepared, and a high carbon-containing resin composition (II) was prepared using the polymer (II).
Polymer (II) having a repeating unit composed of hydroxymethylstyrene
高炭素含有樹脂組成物(II)
得られた重合体10質量部およびビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート0.1質量部を4−メチル−2−ペンタノール190質量部に溶解させて高炭素含有樹脂組成物(II)を得た。High carbon content resin composition (II)
10 parts by mass of the obtained polymer and 0.1 part by mass of bis (4-t-butylphenyl) iodonium nonafluoro-n-butanesulfonate were dissolved in 190 parts by mass of 4-methyl-2-pentanol to contain high carbon. Resin composition (II) was obtained.
有機レジストパターンの形成
直径8インチのシリコンウエハ上に反射防止膜形成組成物をスピンコートした後、200℃のホットプレート上で120秒間加熱して、シリコンウエハ上に膜厚36nmの反射防止膜を形成した。その後、この反射防止膜上に、実施例1で用いたポリメタクリル酸エステル構造からなるArF用有機レジスト組成物溶液をスピンコートし、100℃のホットプレート上で60秒間プレベークして、膜厚200nmのレジスト被膜を形成した。その後、NIKON社製ArFエキシマレーザー露光装置を用い、マスクパターンを介して、規定露光時間だけ露光した。その後、110℃のホットプレート上で60秒間ポストベークした後、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、25℃で30秒間現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型有機ArFレジストの150nm径ドットパターンを形成した。Formation of Organic Resist Pattern After spin coating the antireflection film forming composition on a silicon wafer having a diameter of 8 inches, it was heated on a hot plate at 200 ° C. for 120 seconds to form an antireflection film having a thickness of 36 nm on the silicon wafer. Formed. Thereafter, an ArF organic resist composition solution having a polymethacrylate structure used in Example 1 was spin-coated on this antireflection film, prebaked on a hot plate at 100 ° C. for 60 seconds, and a film thickness of 200 nm. The resist film was formed. Thereafter, exposure was performed for a specified exposure time through a mask pattern using an ArF excimer laser exposure apparatus manufactured by NIKON. Then, after post-baking on a hot plate at 110 ° C. for 60 seconds, using a 2.38 mass% concentration of tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, developing at 25 ° C. for 30 seconds, washing with water and drying, a positive organic A 150 nm diameter dot pattern of ArF resist was formed.
高炭素含有樹脂組成物(II)の被膜形成とエッチング
有機ArFレジストドットパターン上に、高炭素含有樹脂組成物(II)をスピンコートした後、100℃のホットプレート上で120秒間加熱して得られる被膜でドットパターンを十分被覆、平坦化した。次に2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、ドットパターンの上面が露出するまで被膜をエッチングした。このとき、ドットパターンはエッチングされなかった。次いで、基板を150℃のホットプレート上で120秒間加熱して、埋め込まれたパターンを架橋硬化させた。この条件では、ドットパターンは架橋硬化しなかった。Film formation and etching of high carbon-containing resin composition (II) Obtained by spin-coating high carbon-containing resin composition (II) on an organic ArF resist dot pattern and then heating it on a hot plate at 100 ° C. for 120 seconds. The dot pattern was sufficiently covered and flattened with the resulting coating. Next, the coating film was etched using an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution having a concentration of 2.38 mass% until the upper surface of the dot pattern was exposed. At this time, the dot pattern was not etched. The substrate was then heated on a hot plate at 150 ° C. for 120 seconds to crosslink and cure the embedded pattern. Under this condition, the dot pattern was not crosslinked and cured.
埋め込まれたパターンの形成
NIKON社製ArFエキシマレーザー露光装置を用い、表面がドットパターンと埋め込まれたパターンとからなる基板全面に露光を施す。その後、130℃のホットプレート上で60秒間ポストベークした後、2.38質量%濃度のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用い、25℃で60秒間現像し、水洗乾燥して、150nm径のホールパターンのみを形成し、評価用パターン(II)とした。Formation of Embedded Pattern Using an ArF excimer laser exposure apparatus manufactured by NIKON, the entire surface of the substrate composed of a dot pattern and an embedded pattern is exposed. Then, after post-baking on a hot plate at 130 ° C. for 60 seconds, using a 2.38 mass% concentration of tetramethylammonium hydroxide aqueous solution, developing at 25 ° C. for 60 seconds, washing with water and drying, a hole pattern with a diameter of 150 nm Only an evaluation pattern (II) was formed.
エッチング性能評価
実施例1および実施例3で得られた評価用パターン(I)、評価用パターン(II)、および比較例として実施例1で用いた有機ArFレジスト被膜を使用して、表1に示す条件で、エッチング耐性を比較した。得られた結果を表1に示す。
表1より、実施例1および3の組成物からなる被膜はArFレジスト組成物被膜(比較例)よりもエッチング耐性に優れることがわかる。 From Table 1, it can be seen that the coatings composed of the compositions of Examples 1 and 3 have better etching resistance than the ArF resist composition coating (Comparative Example).
本発明のパターン形成方法は、リソグラフィープロセスにおいて、被加工基板をエッチングする条件で十分なエッチング耐性を有するパターンを形成することができ、エッチング耐性に乏しいレジストパターン使用の際に適用される多層レジストプロセスの欠点である製造コストの増加や処理能力の低下を伴わない、いわゆる単層レジストプロセスにて被加工基板をエッチングできる。また、本発明は被加工基板種を問わないので、例えばデュアルダマシン構造形成にも好適に利用することができる。また、本発明のパターン形成方法に用いられるヒドロキシメチルアセナフチレンおよび/またはヒドロキシメチルスチレンからなる繰り返し単位を有する重合体からなるパターン形成用組成物は、上記本発明のパターン形成方法を成立させるためのエッチング耐性に優れており、かつ比較的低温で架橋反応が進行する官能基を含んでいるので、本発明のパターン形成方法に好適に用いることができる。 The pattern forming method of the present invention can form a pattern having sufficient etching resistance under conditions for etching a substrate to be processed in a lithography process, and is a multilayer resist process applied when using a resist pattern having poor etching resistance The substrate to be processed can be etched by a so-called single-layer resist process that does not increase the manufacturing cost and decrease the processing capacity, which are disadvantages of the above. Moreover, since this invention does not ask | require the kind of to-be-processed substrate, it can utilize suitably also for dual damascene structure formation, for example. Moreover, the pattern forming composition comprising a polymer having a repeating unit comprising hydroxymethyl acenaphthylene and / or hydroxymethyl styrene used in the pattern forming method of the present invention is effective for establishing the pattern forming method of the present invention. It has excellent etching resistance and contains a functional group that undergoes a crosslinking reaction at a relatively low temperature. Therefore, it can be suitably used in the pattern forming method of the present invention.
1 シリコンウエハ
2 レジストパターン
3 高炭素含有パターン
4 基板
5 平坦化層
6 下地DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記レジストパターン間に該レジストパターンよりも炭素含有率が高く、かつ分子内にシリコン原子を含まない重合体および溶剤を含有する高炭素含有樹脂組成物を埋め込み、加熱する工程と、
前記レジストパターンのみを除去して前記重合体のパターンを前記被加工基板に形成する工程とを含むパターン形成方法。Forming a resist pattern on the substrate to be processed;
Embedding and heating a high carbon-containing resin composition containing a polymer and a solvent having a carbon content higher than that of the resist pattern and not containing silicon atoms in the molecule between the resist patterns;
Removing only the resist pattern and forming a pattern of the polymer on the substrate to be processed.
前記高炭素含有樹脂組成物の炭素含有率が、80質量%以上であることを特徴とするパターン形成方法。In the pattern formation method of Claim 1,
The pattern formation method characterized by the carbon content rate of the said high carbon containing resin composition being 80 mass% or more.
前記樹脂組成物を埋め込む工程後に放射線照射処理を施すことを特徴とするパターン形成方法。In the pattern formation method of Claim 2,
A pattern forming method comprising performing a radiation irradiation treatment after the step of embedding the resin composition.
前記パターン形成方法が、デュアルダマシン構造形成方法であることを特徴とするパターン形成方法。In the pattern formation method of Claim 3,
The pattern forming method is a dual damascene structure forming method .
該高炭素含有樹脂組成物は、前記レジストパターンよりも炭素含有率が高く、かつ分子内にシリコン原子を含まない重合体および溶剤を含有し、
該樹脂組成物を構成する重合体は、分子内に芳香環を含有する繰返し単位を含むことを特徴とする高炭素含有樹脂組成物。A high carbon-containing resin composition used in the pattern forming method according to claim 1,
The high carbon-containing resin composition contains a polymer having a carbon content higher than that of the resist pattern and containing no silicon atom in the molecule and a solvent,
The polymer which comprises this resin composition contains the repeating unit containing an aromatic ring in a molecule | numerator, The high carbon content resin composition characterized by the above-mentioned .
前記分子内に芳香環を含有する繰返し単位は、下記式(1)および下記式(2)で表される繰返し単位から選ばれる少なくとも1つの繰返し単位を含み、前記重合体は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ法により測定したポリスチレン換算質量平均分子量が500〜500,000であることを特徴とする高炭素含有樹脂組成物。
The repeating unit containing an aromatic ring in the molecule includes at least one repeating unit selected from repeating units represented by the following formula (1) and the following formula (2), and the polymer is gel permeation chromatography. A high carbon-containing resin composition having a polystyrene-reduced mass average molecular weight of 500 to 500,000 measured by a method.
前記繰返し単位における、R1およびR2が水素原子、nおよびmが0であることを特徴とする高炭素含有樹脂組成物。The high carbon content resin composition according to claim 6,
Wherein in the repeating unit, high-carbon-containing resin composition, wherein R 1 and R 2 are hydrogen atoms, the n and m is 0.
該樹脂組成物を構成する溶剤は、アルコール類およびエーテル類から選ばれた少なくとも1つの溶剤を含むことを特徴とする高炭素含有樹脂組成物。In the high carbon content resin composition according to claim 5,
Solvents, alcohols and high-carbon resin composition characterized in that it comprises at least one solvent selected from ethers constituting the resin composition.
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