JP7123668B2 - SUBSTRATE WITH RESIST MULTILAYER FILM AND PATTERN FORMATION METHOD - Google Patents

SUBSTRATE WITH RESIST MULTILAYER FILM AND PATTERN FORMATION METHOD Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置製造用基板に配線パターンを形成する方法、ならびにその方法に使用されるレジスト多層膜付き基板に関する。 The present invention relates to a method of forming a wiring pattern on a semiconductor device manufacturing substrate, and a substrate with a resist multilayer film used in the method.

従来、半導体装置の処理能力の高性能化は、リソグラフィー技術における光源の短波長化によるパターン寸法の微細化がけん引していた。しかし、近年、ArF光源以降の短波長化の速度が鈍化しているため、微細化に代わる半導体装置の処理能力の高性能化が求められていた。その方法の一つとして、平面型トランジスタより高速で動作可能な3次元トランジスタを高密度に配置した、処理能力の高い半導体装置が提案されている。このような半導体装置を製造するための基板(以下、基板とする)は、従来の基板に比べて複雑な段差加工を経た3次元構造となっている。そのため、従来の平面型トランジスタを形成する際に適用されていた単層フォトレジストによるパターン形成方法でパターン形成を行おうとすると、基板加工途中で形成される段差に対してフォトレジスト膜が追従してしまい、フォトレジスト膜表面に段差が発生し、結果として平坦なレジスト膜を得ることができなくなる。それによりフォトレジストを露光してパターン形成する時に、フォトレジストに焦点を正確に合わせることができなくなり、結果として基板加工の歩留まりが低下する。これを防止するための新しい材料や方法が求められている。 Conventionally, the advancement of the processing capability of semiconductor devices has been driven by the miniaturization of pattern dimensions due to the shortening of the wavelength of the light source in lithography technology. However, in recent years, since the speed of wavelength shortening after the ArF light source has been slowing down, there has been a demand for higher processing performance of semiconductor devices in place of miniaturization. As one of the methods, there has been proposed a semiconductor device with high processing capability in which three-dimensional transistors capable of operating at a higher speed than planar transistors are densely arranged. A substrate for manufacturing such a semiconductor device (hereinafter referred to as a substrate) has a three-dimensional structure that has undergone a stepped process that is more complicated than conventional substrates. Therefore, when a pattern is formed by a pattern formation method using a single-layer photoresist that has been applied to form a conventional planar transistor, the photoresist film follows the steps formed during substrate processing. As a result, steps are generated on the surface of the photoresist film, and as a result, a flat resist film cannot be obtained. As a result, when exposing and patterning the photoresist, the photoresist cannot be accurately focused, resulting in a decrease in substrate processing yield. New materials and methods are required to prevent this.

このような問題点を解決する方法の一つとして、多層レジスト法がある。この方法は、平坦化性能の高い下層膜で段差のある基板を平坦化し、この平坦膜上でフォトレジスト膜を形成することで、露光時の焦点裕度が広くなり基板加工における歩留まりの低下を防ぐことができる。さらに、この方法では、上層フォトレジスト膜と基板に対してそれぞれエッチング選択性が異なる下層膜を選択すると、レジスト上層膜にパターンを形成した後、レジスト上層膜パターンをドライエッチングマスクとしてドライエッチングで中間膜にパターンを転写し、さらに下層膜をドライエッチングマスクとして、ドライエッチングで被加工基板にパターンを転写することが可能になる。 As one of the methods for solving such problems, there is a multi-layer resist method. In this method, a lower layer film with high planarization performance is used to flatten a substrate with steps, and a photoresist film is formed on this flattened film. can be prevented. Furthermore, in this method, if a lower layer film having different etching selectivities is selected with respect to the upper layer photoresist film and the substrate, after forming a pattern in the resist upper layer film, intermediate etching is performed by dry etching using the resist upper layer film pattern as a dry etching mask. It is possible to transfer the pattern to the film, and then transfer the pattern to the substrate to be processed by dry etching using the underlying film as a dry etching mask.

この多層レジスト法としては、単層レジスト法で使用されている一般的なレジスト組成物を用いて行うことができる3層レジスト法が一般的である。例えば、被加工基板上に平坦性が高く基板加工に十分なドライエッチング耐性を持つ有機レジスト下層膜を成膜し、その上にケイ素含有レジスト下層膜を中間膜として成膜し(以下、ケイ素含有レジスト中間膜と言う)、その上にフォトレジスト膜をレジスト上層膜として形成する。フッ素系ガスプラズマによるドライエッチングに対しては、有機系のレジスト上層膜は、ケイ素含有レジスト中間膜に対して良好なエッチング選択比が取れるため、レジストパターンはフッ素系ガスプラズマによるドライエッチングを用いることでケイ素含有レジスト中間膜に転写できる。さらに酸素系ガスプラズマによるドライエッチングに対しては、ケイ素系のレジスト中間膜は、有機レジスト下層膜に対して良好なエッチング選択比が取れるため、ケイ素含有レジスト中間膜パターンは酸素系ガスプラズマによるドライエッチングを用いることで有機レジスト下層膜に転写できる。この方法によれば、直接被加工基板を加工するための十分な膜厚を持ったパターンは形成することが難しいレジスト上層膜形成用組成物や、基板を加工するためにはドライエッチング耐性が十分でないレジスト上層膜形成用組成物を用いても、ケイ素含有膜にだけパターンを転写することができれば、加工に十分なドライエッチング耐性を持つ有機レジスト下層膜のパターンを得ることができる。このようなドライエッチングによるパターン転写は、レジスト現像時の現像液による摩擦等を原因としたパターン倒れのような問題が発生することは無いため、高いアスペクト比であってもドライエッチングマスクとして十分機能する厚さの有機膜のパターンが得られるようになる。そして、このように形成された有機レジスト下層膜のパターンをドライエッチングマスクとして用いることで、複雑な段差を有する3次元トランジスタ構造を持つ基板にパターンを転写することが可能となる。上述のような有機レジスト下層膜としては、例えば特許文献1に記載のもの等、すでに多くのものが公知となっている。 As the multi-layer resist method, a three-layer resist method is generally used, which can be performed using a general resist composition used in the single-layer resist method. For example, an organic resist underlayer film having high flatness and sufficient dry etching resistance for substrate processing is formed on a substrate to be processed, and a silicon-containing resist underlayer film is formed thereon as an intermediate film (hereinafter referred to as a silicon-containing resist underlayer film). (referred to as a resist intermediate film), and a photoresist film is formed thereon as a resist upper layer film. For dry etching with fluorine-based gas plasma, the organic resist upper layer film has a good etching selectivity with respect to the silicon-containing resist intermediate film, so the resist pattern should be dry-etched with fluorine-based gas plasma. can be transferred to the silicon-containing resist intermediate film at . Furthermore, in dry etching with oxygen-based gas plasma, the silicon-based resist intermediate film has a good etching selectivity with respect to the organic resist underlayer film. It can be transferred to the organic resist underlayer film by using etching. According to this method, the composition for forming a resist upper layer film, which is difficult to form a pattern with a sufficient thickness for directly processing a substrate to be processed, or the composition for forming a substrate, has sufficient dry etching resistance. Even if a resist upper layer film forming composition is used, if the pattern can be transferred only to the silicon-containing film, an organic resist lower layer film pattern having sufficient dry etching resistance for processing can be obtained. Pattern transfer by such dry etching does not cause problems such as pattern collapse due to friction caused by developer during resist development, so even a high aspect ratio can function sufficiently as a dry etching mask. A pattern of an organic film having a thickness corresponding to the desired thickness can be obtained. By using the pattern of the organic resist underlayer film thus formed as a dry etching mask, it becomes possible to transfer the pattern to a substrate having a three-dimensional transistor structure with complicated steps. As the organic resist underlayer film as described above, many have already been known, such as those described in Patent Document 1, for example.

一般に3層レジスト法では、加工寸法を安定化させるため有機レジスト下層膜へのドライエッチングによるパターン転写では、有機レジスト下層膜パターンの上に数nmの厚さのケイ素含有レジスト中間膜を残す必要がある。この残ったケイ素分は、有機レジスト下層膜パターンをマスクとして基板にパターンを転写している最中に、基板を加工するドライエッチングガスによりエッチング除去されるため、基板加工後には有機レジスト下層膜パターン上に残らない。そのため、基板加工後に残った有機レジスト下層膜パターンをドライエッチング(アッシング)又は湿式除去しても、基板上にそのケイ素分が残渣として残ることは無い。 Generally, in the three-layer resist method, it is necessary to leave a silicon-containing resist intermediate film with a thickness of several nanometers on the organic resist underlayer film pattern in pattern transfer by dry etching to the organic resist underlayer film in order to stabilize processing dimensions. be. The remaining silicon is etched away by dry etching gas for processing the substrate while the pattern is being transferred to the substrate using the organic resist underlayer film pattern as a mask. does not remain on top. Therefore, even if the organic resist underlayer film pattern remaining after processing the substrate is dry-etched (ashed) or wet-removed, the silicon content will not remain as a residue on the substrate.

このように多層レジスト法は、基板加工方法として大きな段差が形成されている基板に対しても適用できることから、広範な基板加工に利用されている。そこで、この特徴を利用して、3次元トランジスタ形成工程の一部であるイオン打込み工程のイオン打込み遮蔽マスクとしての利用が期待されている。しかしながら、3層レジスト法で形成されたイオン打込み用の有機レジスト下層膜パターンでは、当該有機レジスト下層膜パターンをマスクとして基板加工をしていないため、実際には、上記のように有機レジスト下層膜パターン上にケイ素分が残留している。そのため、このような有機レジスト下層膜パターンを遮蔽マスクとしてイオンを打込むと、有機レジスト下層膜上に残っているケイ素分が打込まれるイオンにより変性し、打込み工程終了後の洗浄工程では有機レジスト下層膜パターンと同時に除去することができず、除去できなかったものは最終的に基板上に異物として残留してしまい、イオン打込み工程の歩留まり低下を引き起こす。これを防ぐためには、イオン打込み前に有機レジスト下層膜パターン上に残っているケイ素分を有機レジスト下層膜パターンに影響を与えることなく選択的に洗浄除去しなくてはいけない。しかし、このケイ素分は有機レジスト下層膜にパターン転写する際のドライエッチングガスにより変性しており、基板に損傷を与えない洗浄液として半導体製造工程で一般的に適用されている過酸化水素含有アンモニア水溶液(以下、アンモニア過水とも言う)では洗浄除去できない。この変性したケイ素分を完全に洗浄除去するためにはフッ酸系洗浄液の適用が必要であるが、この洗浄液では半導体基板表面にも損傷を与えてしまい当該加工工程における歩留まりが低下する。そこで、ドライエッチングによる有機レジスト下層膜へのパターン転写が終了した後、有機レジスト下層膜パターン上に残ったケイ素分を基板に損傷を与えないで除去できる方法ならびにそれに適した材料が求められている。 As described above, the multi-layer resist method is used for a wide range of substrate processing because it can be applied to a substrate having a large step as a substrate processing method. Therefore, utilizing this feature, it is expected to be used as an ion implantation shielding mask in the ion implantation process which is a part of the three-dimensional transistor formation process. However, in the organic resist underlayer film pattern for ion implantation formed by the three-layer resist method, the substrate is not processed using the organic resist underlayer film pattern as a mask. Silicon remains on the pattern. Therefore, when ions are implanted using such an organic resist underlayer film pattern as a shielding mask, the silicon remaining on the organic resist underlayer film is modified by the implanted ions, and the organic resist is removed in the cleaning process after the implanting process. Those that cannot be removed at the same time as the underlying film pattern will eventually remain on the substrate as foreign matter, resulting in a decrease in the yield of the ion implantation process. In order to prevent this, the silicon remaining on the organic resist underlayer film pattern must be selectively washed away without affecting the organic resist underlayer film pattern before ion implantation. However, this silicon content is denatured by the dry etching gas when transferring the pattern to the organic resist underlayer film, and hydrogen peroxide-containing ammonia aqueous solution, which is generally applied in the semiconductor manufacturing process as a cleaning solution that does not damage the substrate, is used. (hereinafter also referred to as ammonia hydrogen peroxide solution) cannot be washed away. In order to completely remove the modified silicon content by washing, it is necessary to apply a hydrofluoric acid-based cleaning solution, but this cleaning solution also damages the surface of the semiconductor substrate, resulting in a decrease in yield in the processing step. Therefore, there is a demand for a method and a suitable material for removing the silicon portion remaining on the organic resist underlayer film pattern without damaging the substrate after pattern transfer to the organic resist underlayer film by dry etching is completed. .

特開2016-094612号公報(米国特許出願公開第2013/0337649(A1)号明細書)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-094612 (US Patent Application Publication No. 2013/0337649 (A1))

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、半導体装置基板やパターニング工程で必要な有機レジスト下層膜に対してダメージを与えない剥離液、例えば半導体製造プロセスで一般的に使用されているSC1(Standard Cleaner 1)と呼ばれる過酸化水素含有アンモニア水溶液を用い、ドライエッチングで変性したケイ素分残渣を容易に湿式除去可能なレジスト多層膜付き基板、及びそのレジスト多層膜付き基板を用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a stripping solution that does not damage semiconductor device substrates and organic resist underlayer films required in the patterning process. Using a hydrogen peroxide-containing aqueous ammonia solution called SC1 (Standard Cleaner 1), a substrate with a resist multilayer film that can easily wet-remove silicon residue denatured by dry etching, and a substrate with the resist multilayer film. An object of the present invention is to provide a pattern formation method.

上記課題を解決するため、本発明では、基板と、該基板上に形成されたレジスト多層膜とを有するレジスト多層膜付き基板であって、前記レジスト多層膜が、前記基板側から、アンモニア過水に難溶な有機レジスト下層膜と、アンモニア過水に可溶な有機膜と、ケイ素含有レジスト中間膜と、レジスト上層膜とをこの順序で有するレジスト多層膜付き基板を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a substrate with a resist multilayer film having a substrate and a resist multilayer film formed on the substrate, wherein the resist multilayer film is coated with ammonia hydrogen peroxide from the substrate side. Provided is a substrate with a resist multilayer film having, in this order, an organic resist underlayer film sparingly soluble in water, an organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide, a silicon-containing resist intermediate film, and a resist overlayer film.

このようなレジスト多層膜付き基板であれば、半導体装置基板やパターニング工程で必要な有機レジスト下層膜に対してダメージを与えない剥離液、例えば半導体製造プロセスで一般的に使用されているSC1と呼ばれるアンモニア過水を用い、ドライエッチングで変性したケイ素分残渣を容易に湿式除去できるものとなる。 If it is a substrate with such a resist multilayer film, it is a stripping solution that does not damage the semiconductor device substrate or the organic resist underlayer film required in the patterning process, such as SC1, which is commonly used in the semiconductor manufacturing process. Ammonia hydrogen peroxide solution can be used to easily wet-remove the silicon residue denatured by dry etching.

このとき、前記アンモニア過水に可溶な有機膜が、下記一般式(1)~(4)で示されるいずれか1種以上の繰り返し単位を有する高分子化合物と有機溶媒とを含む有機膜形成用組成物の硬化物であることが好ましい。

Figure 0007123668000001
(式中、Rは炭素数1~19の炭化水素基、ハロゲン原子、アルコキシ基、カルボキシ基、スルホ基、メトキシカルボニル基、ヒドロキシフェニル基、又はアミノ基であり、Rは水素原子又はALである。ALは加熱又は酸の作用により酸性の官能基を生じる基である。Rは水素原子、フラニル基、又は塩素原子もしくはニトロ基を有していてもよい炭素数1~16の炭化水素基である。k、k、及びkは1~2であり、lは1~3であり、mは0~3であり、nは0又は1である。) At this time, the organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide mixture contains a polymer compound having one or more repeating units represented by the following general formulas (1) to (4) and an organic solvent. It is preferably a cured product of a composition for use.
Figure 0007123668000001
(In the formula, R 1 is a hydrocarbon group having 1 to 19 carbon atoms, a halogen atom, an alkoxy group, a carboxy group, a sulfo group, a methoxycarbonyl group, a hydroxyphenyl group, or an amino group, and R 2 is a hydrogen atom or AL AL is a group that generates an acidic functional group by the action of heat or acid, and R 3 is a hydrogen atom, a furanyl group, or a carbonized group having 1 to 16 carbon atoms which may have a chlorine atom or a nitro group. a hydrogen group, k 1 , k 2 and k 3 are 1 to 2, l is 1 to 3, m is 0 to 3, and n is 0 or 1.)

このようなアンモニア過水に可溶な有機膜(以下、単に有機膜とも言う)であれば、半導体装置基板やパターニング工程で必要な有機レジスト下層膜に対してダメージを与えない剥離液、例えば半導体製造プロセスで一般的に使用されているSC1と呼ばれるアンモニア過水の処理によって、ドライエッチングで変性したケイ素分残渣とともに容易に湿式除去可能なものとなる。このような有機膜を有するレジスト多層膜付き基板を用いてパターン形成を行うと、ケイ素分残渣の無い有機レジスト下層膜パターンを得ることができ、この有機レジスト下層膜パターンを用いることで、3次元トランジスタの基板加工を高い歩留りで行うことができる。 If it is an organic film soluble in such ammonia peroxide water (hereinafter simply referred to as an organic film), a stripping solution that does not damage the semiconductor device substrate or the organic resist underlayer film required in the patterning process, such as a semiconductor Ammonia peroxide treatment, called SC1, commonly used in the manufacturing process, makes it readily wet removable along with dry-etch modified silicon residue. When a substrate with a resist multilayer film having such an organic film is used for pattern formation, an organic resist underlayer film pattern free of silicon residue can be obtained. Substrate processing of transistors can be performed with a high yield.

またこのとき、前記有機溶媒において、プロピレングリコールエステル、ケトン、及びラクトンから選ばれる1種以上の合計が全有機溶媒中の30wt%を超える量を占めることが好ましい。 Moreover, at this time, in the organic solvent, the total amount of one or more selected from propylene glycol esters, ketones, and lactones preferably accounts for more than 30 wt % of the total organic solvent.

このような条件を満たす有機溶媒を含む有機膜形成用組成物であれば、有機レジスト下層膜上における有機膜の塗布性が担保され、得られるレジスト多層膜付き基板における有機膜が欠陥の無い均質なものとなる。 If the composition for forming an organic film containing an organic solvent that satisfies these conditions is used, the coatability of the organic film on the organic resist underlayer film is ensured, and the resulting organic film on the substrate with the resist multilayer film is defect-free and homogeneous. become something.

またこのとき、前記有機膜形成用組成物が、さらに、熱酸発生剤及び架橋剤のいずれかもしくは両方を含有するものであることが好ましい。 In this case, the composition for forming an organic film preferably further contains either or both of a thermal acid generator and a cross-linking agent.

有機膜形成用組成物が熱酸発生剤及び架橋剤のいずれかもしくは両方を含有するものであれば、得られるレジスト多層膜付き基板において、有機膜が有機レジスト下層膜上に均一な膜厚で均一組成のものとなるだけでなく、有機膜上にケイ素含有レジスト中間膜を積層する際のインターミキシングを抑制できる。 If the composition for forming an organic film contains either or both of a thermal acid generator and a cross-linking agent, the obtained substrate with a resist multilayer film has an organic film of uniform thickness on the organic resist underlayer film. Not only can the composition be uniform, but intermixing can be suppressed when laminating a silicon-containing resist intermediate film on an organic film.

またこのとき、前記アンモニア過水に可溶な有機膜が、29%アンモニア水/35%過酸化水素水/水=1/1/8で混合した65℃の溶液による処理によって、5nm/分以上の溶解速度を有するものであることが好ましい。 Further, at this time, the organic film soluble in the ammonia hydrogen peroxide solution is treated with a solution of 29% ammonia water/35% hydrogen peroxide water/water=1/1/8 at 65° C., and is processed at 5 nm/min or more. preferably have a dissolution rate of

このような性能をもつ有機膜を含むレジスト多層膜付き基板であれば、半導体装置製造用基板に損傷を与えずに、アンモニア過水で有機膜と、有機膜上のケイ素分残渣を十分に取り除くことができる。 In the case of a substrate with a resist multilayer film containing an organic film having such performance, the organic film and silicon residue on the organic film are sufficiently removed with ammonia hydrogen peroxide mixture without damaging the substrate for semiconductor device manufacturing. be able to.

さらに、前記アンモニア過水に可溶な有機膜の膜厚が、10nm以上100nm未満のものであることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the thickness of the organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide is 10 nm or more and less than 100 nm.

本発明のレジスト多層膜付き基板において、有機膜の膜厚がこの範囲であれば、ケイ素分残渣を十分に取り除くことができ、かつ、ケイ素含有レジスト中間膜をドライエッチングマスクとして一気に有機膜と有機レジスト下層膜にパターン転写しても、レジスト上層膜で形成されたパターンの精度を保持した状態でパターン転写することが可能になる。 In the substrate with a resist multilayer film of the present invention, if the film thickness of the organic film is within this range, the silicon residue can be sufficiently removed, and the silicon-containing resist intermediate film can be used as a dry etching mask to etch the organic film and the organic film at once. Even if the pattern is transferred to the resist lower layer film, it is possible to transfer the pattern while maintaining the accuracy of the pattern formed by the resist upper layer film.

また、前記ケイ素含有レジスト中間膜が、ホウ素及びリンのいずれかもしくは両方を含むものであることが好ましい。 Moreover, the silicon-containing resist intermediate film preferably contains either or both of boron and phosphorus.

パターン形成されたケイ素含有レジスト中間膜をマスクとして、ドライエッチングで有機膜と有機レジスト下層膜に一気にパターン転写すると、ケイ素含有レジスト中間膜パターンはドライエッチング中のガスやプラズマの作用により構造変化が発生し、アンモニア過水に対する溶解性が低下する場合がある。しかしながら、ケイ素含有レジスト中間膜がホウ素及びリンのいずれかもしくは両方を含むことにより、ドライエッチングのガスや条件に依らず、ドライエッチング後においてもアンモニア過水に可溶なケイ素含有レジスト中間膜及び/又はケイ素分残渣とすることができる。 Using the patterned silicon-containing resist intermediate film as a mask, when the pattern is transferred to the organic film and the organic resist underlayer film at once by dry etching, the silicon-containing resist intermediate film pattern undergoes a structural change due to the action of gas and plasma during dry etching. However, the solubility in ammonia peroxide water may decrease. However, since the silicon-containing resist intermediate film contains one or both of boron and phosphorus, the silicon-containing resist intermediate film and/or is soluble in ammonia hydrogen peroxide even after dry etching, regardless of the dry etching gas and conditions. Alternatively, it can be a silicon residue.

また、本発明では、上述のレジスト多層膜付き基板のレジスト上層膜を露光し、現像液で現像して前記レジスト上層膜にパターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をエッチングマスクとして前記ケイ素含有レジスト中間膜をエッチングしてパターンを形成し、該パターンが形成されたケイ素含有レジスト中間膜をエッチングマスクとして前記有機膜と前記有機レジスト下層膜とをエッチングしてパターンを形成し、前記パターンが形成されたケイ素含有レジスト中間膜と前記パターンが形成された有機膜とをアンモニア過水による処理により除去し、前記パターンが形成された有機レジスト下層膜をマスクとして前記基板にパターンを形成するパターン形成方法を提供する。 Further, in the present invention, the resist upper layer film of the above substrate with a resist multilayer film is exposed, developed with a developer to form a pattern in the resist upper layer film, and the resist upper layer film having the pattern formed thereon is used as an etching mask. etching the silicon-containing resist intermediate film to form a pattern; using the patterned silicon-containing resist intermediate film as an etching mask, etching the organic film and the organic resist underlayer film to form a pattern; The patterned silicon-containing resist intermediate film and the patterned organic film are removed by treatment with ammonia hydrogen peroxide mixture, and the patterned organic resist underlayer film is used as a mask to form a pattern on the substrate. A patterning method is provided.

このようなパターン形成方法であれば、半導体装置基板やパターニング工程で必要な有機レジスト下層膜に対してダメージを与えない剥離液、例えば半導体製造プロセスで一般的に使用されているSC1と呼ばれるアンモニア過水を用い、ドライエッチングで変性したケイ素分残渣を容易に湿式除去できるため、ケイ素分がパターン上に残留していない有機レジスト下層膜パターンを形成することができる。 With such a pattern formation method, a stripping solution that does not damage the semiconductor device substrate or the organic resist underlayer film required in the patterning process, such as an ammonia peroxide called SC1 commonly used in the semiconductor manufacturing process, is used. Since the silicon residue denatured by dry etching can be easily wet-removed using water, it is possible to form an organic resist underlayer film pattern in which no silicon remains on the pattern.

さらに、前記基板にパターンを形成した後、前記パターンが形成された有機レジスト下層膜を、ドライエッチング又はウエットエッチングにより除去することが好ましい。 Furthermore, after forming the pattern on the substrate, the organic resist underlayer film having the pattern formed thereon is preferably removed by dry etching or wet etching.

本発明のパターン形成方法は、基板上に形成された3層レジスト法において、有機レジスト下層膜とフォトレジスト直下に形成されたケイ素含有レジスト中間膜の間にアンモニア過水に可溶な有機膜を導入したレジスト多層膜付き基板を用いる方法であり、実質4層レジスト法となる。基板上に有機レジスト下層膜を形成し、アンモニア過水に可溶な有機膜を有機レジスト下層膜上に(即ち、有機レジスト下層膜とケイ素含有レジスト中間膜の間に)形成し、次にケイ素含有レジスト中間膜を形成し、さらにレジスト上層膜を形成した後、レジスト上層膜にパターンを形成し、このパターンをドライエッチングでケイ素含有レジスト中間膜に転写し、その転写されたパターンをマスクとして、一気に有機膜と有機レジスト下層膜をドライエッチングしてパターン転写する。ここで、ケイ素含有レジスト中間膜がアンモニア過水に可溶なものであり、かつ、有機レジスト下層膜がアンモニア過水に難溶なものであれば、アンモニア過水処理で有機レジスト下層膜パターン上に残るケイ素分は有機膜とともに除去され、結果としてケイ素分残渣の無い有機レジスト下層膜パターンを形成することができる。こうして得られる有機レジスト下層膜パターンを基板にパターンを形成する際のマスクとして適用すると、最終的に有機レジスト下層膜パターンをドライエッチング又はウエットエッチングで除去した際に基板上に異物が残らず、段差の大きな3次元トランジスタを形成する場合においても高い歩留まりで基板加工が可能となる。 In the pattern forming method of the present invention, an organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide mixture is formed between an organic resist underlayer film and a silicon-containing resist intermediate film formed immediately below the photoresist in a three-layer resist method formed on a substrate. This is a method using the substrate with the introduced resist multilayer film, and is substantially a four-layer resist method. An organic resist underlayer film is formed on a substrate, an organic film soluble in ammonia peroxide is formed on the organic resist underlayer film (that is, between the organic resist underlayer film and the silicon-containing resist intermediate film), and then silicon After forming a containing resist intermediate film and further forming a resist upper layer film, a pattern is formed in the resist upper layer film, this pattern is transferred to the silicon-containing resist intermediate film by dry etching, and the transferred pattern is used as a mask, The pattern is transferred by dry etching the organic film and the organic resist underlayer film at once. Here, if the silicon-containing resist intermediate film is soluble in ammonia hydrogen peroxide water and the organic resist underlayer film is sparingly soluble in ammonia hydrogen peroxide water, then the organic resist underlayer film pattern is treated with ammonia hydrogen peroxide water. The remaining silicon portion is removed together with the organic film, and as a result, an organic resist underlayer film pattern free of silicon portion residue can be formed. When the organic resist underlayer film pattern obtained in this way is applied as a mask when forming a pattern on a substrate, when the organic resist underlayer film pattern is finally removed by dry etching or wet etching, no foreign matter remains on the substrate, and a step is formed. Even in the case of forming a three-dimensional transistor with a large value, the substrate can be processed with a high yield.

本発明のレジスト多層膜付き基板であれば、半導体装置基板やパターニング工程で必要な有機レジスト下層膜に対してダメージを与えない剥離液、例えば半導体製造プロセスで一般的に使用されているSC1と呼ばれるアンモニア過水を用い、湿式除去可能な有機膜とともにドライエッチングで変性したケイ素分残渣を除去できる。これにより、ケイ素分がパターン上に残留していない有機レジスト下層膜パターンを形成することができ、これをマスクとして基板を加工してパターンを形成することができる。このような有機レジスト下層膜パターンをドライエッチング又はウエットエッチングで除去した後では、基板上に異物が残らないため、3次元トランジスタの製造工程における歩留まり低下を防止することができる。即ち、より高性能の半導体装置を経済的に製造することが可能となる。
また、本発明のパターン形成方法であれば、半導体装置基板やパターニング工程で必要な有機レジスト下層膜に対してダメージを与えない剥離液、例えば半導体製造プロセスで一般的に使用されているSC1と呼ばれるアンモニア過水を用い、ドライエッチングで変性したケイ素分残渣を容易に湿式除去できるため、ケイ素分がパターン上に残留していない有機レジスト下層膜パターンを形成することができる。
If it is a substrate with a resist multilayer film of the present invention, a stripping solution that does not damage the semiconductor device substrate or the organic resist underlayer film required in the patterning process, such as SC1, which is commonly used in the semiconductor manufacturing process. Ammonia hydrogen peroxide can be used to remove wet-removable organic films as well as denatured silicon residues by dry etching. As a result, an organic resist underlayer film pattern in which no silicon content remains on the pattern can be formed, and the substrate can be processed using this as a mask to form a pattern. After such an organic resist underlayer film pattern is removed by dry etching or wet etching, no foreign matter remains on the substrate, so that it is possible to prevent a decrease in yield in the manufacturing process of the three-dimensional transistor. That is, it becomes possible to economically manufacture a semiconductor device with higher performance.
In the pattern forming method of the present invention, a stripping solution that does not damage the semiconductor device substrate and the organic resist underlayer film required in the patterning process, for example, SC1, which is commonly used in the semiconductor manufacturing process, is used. Since the silicon residue denatured by dry etching can be easily removed by a wet method using ammonia hydrogen peroxide, an organic resist underlayer film pattern in which no silicon remains on the pattern can be formed.

上述のように、半導体装置基板やパターニング工程で必要な有機レジスト下層膜に対してダメージを与えない剥離液、例えば半導体製造プロセスで一般的に使用されているSC1と呼ばれるアンモニア過水を用いてドライエッチングで変性したケイ素分残渣を除去でき、かつ加工後の基板上への異物の残留を抑制できるレジスト多層膜付き基板及びパターン形成方法が求められていた。 As described above, a stripping solution that does not damage the semiconductor device substrate and the organic resist underlayer film required in the patterning process, for example, an ammonia hydrogen peroxide solution called SC1 commonly used in the semiconductor manufacturing process, is used for drying. There has been a demand for a substrate with a resist multilayer film and a pattern forming method capable of removing silicon residue modified by etching and suppressing foreign matter from remaining on the substrate after processing.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、基板と、基板上に形成されたレジスト多層膜とを有するレジスト多層膜付き基板であって、レジスト多層膜が、基板側から、アンモニア過水に難溶な有機レジスト下層膜と、アンモニア過水に可溶な有機膜と、ケイ素含有レジスト中間膜と、レジスト上層膜とをこの順序で有するレジスト多層膜付き基板であれば上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have found a substrate with a resist multilayer film having a substrate and a resist multilayer film formed on the substrate, wherein the resist multilayer film is exposed to ammonia from the substrate side. A substrate with a resist multilayer film having, in this order, an organic resist lower layer film sparingly soluble in hydrogen peroxide, an organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide, an intermediate resist film containing silicon, and a resist upper layer film solves the above problems. We have found that the problem can be solved, and completed the present invention.

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these.

〔レジスト多層膜付き基板〕
本発明のレジスト多層膜付き基板は、基板と、基板上に形成されたレジスト多層膜(積層膜)とを有するものである。
[Substrate with resist multilayer film]
A substrate with a resist multilayer film of the present invention comprises a substrate and a resist multilayer film (laminated film) formed on the substrate.

[基板]
本発明のレジスト多層膜付き基板における基板(被加工基板)としては、特に限定されるものではなく、シリコン基板等の半導体基板、ガラス基板等の絶縁性基板、金属基板、樹脂基板等が挙げられるが、特に表面の加工される被加工層としては、TiN、W、SiO、SiN、p-Si、Al、シリカ系低誘電率絶縁膜等を好適に用いることができる。
[substrate]
The substrate (substrate to be processed) in the substrate with a resist multilayer film of the present invention is not particularly limited, and includes semiconductor substrates such as silicon substrates, insulating substrates such as glass substrates, metal substrates, resin substrates, and the like. However, TiN, W, SiO 2 , SiN, p-Si, Al, silica-based low dielectric constant insulating films, and the like can be preferably used as the layer to be processed, particularly on the surface.

[レジスト多層膜]
本発明のレジスト多層膜付き基板におけるレジスト多層膜は、基板側から、アンモニア過水に難溶な有機レジスト下層膜と、アンモニア過水に可溶な有機膜と、ケイ素含有レジスト中間膜と、レジスト上層膜とをこの順序で有するものである。以下、それぞれの膜について詳述する。
[Resist multilayer film]
The resist multilayer film in the substrate with a resist multilayer film of the present invention comprises, from the substrate side, an organic resist underlayer film sparingly soluble in ammonia hydrogen peroxide water, an organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide water, a silicon-containing resist intermediate film, a resist and an upper layer film in this order. Each film will be described in detail below.

<有機レジスト下層膜>
本発明のレジスト多層膜付き基板におけるレジスト多層膜は、有機レジスト下層膜を有する。この有機レジスト下層膜は、アンモニア過水に対して耐性のあるもの(即ち、アンモニア過水に難溶なもの)である。ここで、アンモニア過水に難溶な有機レジスト下層膜とは、具体的には、29%アンモニア水/35%過酸化水素水/水=1/1/8で混合した65℃の溶液による処理によって、3nm/分以下の溶解速度を有するものを指す。
<Organic resist underlayer film>
The resist multilayer film in the substrate with the resist multilayer film of the present invention has an organic resist underlayer film. This organic resist underlayer film is resistant to ammonia hydrogen peroxide mixture (that is, poorly soluble in ammonia hydrogen peroxide mixture). Here, the organic resist underlayer film that is sparingly soluble in ammonia peroxide water is specifically treated with a solution of 29% ammonia water/35% hydrogen peroxide water/water=1/1/8 mixed at 65°C. , refers to those having a dissolution rate of 3 nm/min or less.

このような有機レジスト下層膜としては、例えば、特開2004-205685号公報(米国特許第7,427,464(B2)号明細書)、特開2010-122656号公報(米国特許出願公開第2010/0099044(A1)号明細書及び米国特許出願公開第2013/0184404(A1)号明細書)、特開2012-214720号公報(米国特許出願公開第2012/0252218(A1)号明細書)、特開2016-094612号公報(米国特許出願公開第2013/0337649(A1)号明細書)にて開示されている有機レジスト下層膜を使用することができる。 Examples of such an organic resist underlayer film include, for example, JP-A-2004-205685 (US Pat. No. 7,427,464 (B2)), JP-A-2010-122656 (US Pat. /0099044 (A1) and US Patent Application Publication No. 2013/0184404 (A1)), JP 2012-214720 (US Patent Application Publication No. 2012/0252218 (A1)), An organic resist underlayer film disclosed in JP-A-2016-094612 (US Patent Application Publication No. 2013/0337649 (A1)) can be used.

上記の有機レジスト下層膜は、スピンコート法等で有機レジスト下層膜形成用組成物を被加工基板上にコーティングすることで形成される。スピンコート法等を用いることで、良好な埋め込み特性を得ることができる。スピンコート後、溶媒を蒸発し、レジスト上層膜やケイ素含有レジスト中間膜とのミキシング防止のため、あるいは架橋反応を促進させるためにベークを行う。ベークは100℃以上、600℃以下の範囲内で行い、10~600秒、好ましくは10~300秒の範囲内で行う。ベーク温度は、より好ましくは200℃以上500℃以下である。デバイスダメージやウエハの変形への影響を考えると、リソグラフィーのウエハプロセスでの加熱温度の上限は、600℃以下とすることが好ましく、より好ましくは500℃以下である。 The above organic resist underlayer film is formed by coating a substrate to be processed with a composition for forming an organic resist underlayer film by spin coating or the like. Good embedding characteristics can be obtained by using a spin coating method or the like. After spin coating, the solvent is evaporated, and baking is performed to prevent mixing with the resist upper layer film or the silicon-containing resist intermediate film, or to promote the cross-linking reaction. Baking is performed at a temperature of 100° C. to 600° C. for 10 to 600 seconds, preferably 10 to 300 seconds. The baking temperature is more preferably 200° C. or higher and 500° C. or lower. Considering the effects on device damage and wafer deformation, the upper limit of the heating temperature in the wafer process of lithography is preferably 600° C. or less, more preferably 500° C. or less.

上記のように有機レジスト下層膜を形成する方法においては、被加工基板上に有機レジスト下層膜形成用組成物を、スピンコート法等でコーティングし、この組成物を空気、N、Ar、He等の雰囲気中で焼成して硬化させることにより有機レジスト下層膜を形成することができる。この有機レジスト下層膜形成用組成物を、酸素を含む雰囲気中で焼成することにより、アンモニア過水に対して耐性のある硬化膜を得ることができる。 In the method of forming the organic resist underlayer film as described above, the composition for forming the organic resist underlayer film is coated on the substrate to be processed by a spin coating method or the like, and the composition is applied to air, N 2 , Ar, or He. The organic resist underlayer film can be formed by baking and curing in such an atmosphere. By baking this composition for forming an organic resist underlayer film in an oxygen-containing atmosphere, a cured film that is resistant to ammonia hydrogen peroxide can be obtained.

このようにして有機レジスト下層膜を形成することにより、その優れた埋め込み/平坦化特性により、被加工基板の凹凸に係らず平坦な硬化膜を得ることができるため、高さ30nm以上の構造体又は段差を有する基板上に平坦な硬化膜を形成する場合に極めて有用である。 By forming the organic resist underlayer film in this way, it is possible to obtain a flat cured film regardless of the unevenness of the substrate to be processed due to its excellent embedding/flattening characteristics. Alternatively, it is extremely useful when forming a flat cured film on a substrate having steps.

なお、この半導体装置製造用・平坦化用の有機レジスト下層膜の厚さは適宜選定されるが、5~500nm、特に10~400nmとすることが好ましい。 The thickness of the organic resist underlayer film for semiconductor device manufacturing and planarization is appropriately selected, but is preferably 5 to 500 nm, particularly 10 to 400 nm.

<アンモニア過水に可溶な有機膜>
本発明のレジスト多層膜付き基板におけるレジスト多層膜は、アンモニア過水に可溶な有機膜を有する。アンモニア過水に可溶な有機膜としては、下記一般式(1)~(4)で示されるいずれか1種以上の繰り返し単位を有する高分子化合物と有機溶媒とを含む有機膜形成用組成物から形成されるもの(即ち、有機膜形成用組成物の硬化物)であることが好ましい。

Figure 0007123668000002
(式中、Rは炭素数1~19の炭化水素基、ハロゲン原子、アルコキシ基、カルボキシ基、スルホ基、メトキシカルボニル基、ヒドロキシフェニル基、又はアミノ基であり、Rは水素原子又はALである。ALは加熱又は酸の作用により酸性の官能基を生じる基である。Rは水素原子、フラニル基、又は塩素原子もしくはニトロ基を有していてもよい炭素数1~16の炭化水素基である。k、k、及びkは1~2であり、lは1~3であり、mは0~3であり、nは0又は1である。) <Organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide solution>
The resist multilayer film in the substrate with a resist multilayer film of the present invention has an organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide mixture. As the organic film soluble in ammonia peroxide water, an organic film-forming composition containing a polymer compound having at least one repeating unit represented by any one of the following general formulas (1) to (4) and an organic solvent (that is, a cured product of the composition for forming an organic film).
Figure 0007123668000002
(In the formula, R 1 is a hydrocarbon group having 1 to 19 carbon atoms, a halogen atom, an alkoxy group, a carboxy group, a sulfo group, a methoxycarbonyl group, a hydroxyphenyl group, or an amino group, and R 2 is a hydrogen atom or AL AL is a group that generates an acidic functional group by the action of heat or acid, and R 3 is a hydrogen atom, a furanyl group, or a carbonized group having 1 to 16 carbon atoms which may have a chlorine atom or a nitro group. a hydrogen group, k 1 , k 2 and k 3 are 1 to 2, l is 1 to 3, m is 0 to 3, and n is 0 or 1.)

ここで、一般式(1)で示される繰り返し単位としては、以下の構造のものを例示することができる。

Figure 0007123668000003
Here, as the repeating unit represented by the general formula (1), those having the following structures can be exemplified.
Figure 0007123668000003

一般式(2)で示される繰り返し単位としては、以下の構造のものを例示することができる。

Figure 0007123668000004
Examples of repeating units represented by formula (2) include those having the following structures.
Figure 0007123668000004

一般式(3)で示される繰り返し単位としては、以下の構造のものを例示することができる。

Figure 0007123668000005
Examples of repeating units represented by formula (3) include those having the following structures.
Figure 0007123668000005

一般式(4)で示される繰り返し単位としては、以下の構造のものを例示することができる。

Figure 0007123668000006
As the repeating unit represented by formula (4), the following structures can be exemplified.
Figure 0007123668000006

このうち、好ましい繰り返し単位としては、上記一般式(2)又は(3)で示されるものを例示できる。このような繰り返し単位を有する高分子化合物を含む有機膜形成用組成物であれば、極性の高いカルボキシ基が効果的に位置することにより、アンモニア過水による湿式除去性に優れた有機膜を形成できる。 Among these, preferred repeating units are those represented by the above general formula (2) or (3). An organic film-forming composition containing a polymer compound having such a repeating unit forms an organic film excellent in wet removability with ammonia water mixture because the highly polar carboxyl group is effectively positioned. can.

ここで、上記一般式(1)~(4)で示される繰り返し単位として、n=0のものを得るためのモノマーとしては、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、2,3-ジメチルフェノール、2,5-ジメチルフェノール、3,4-ジメチルフェノール、3,5-ジメチルフェノール、2,4-ジメチルフェノール、2,6-ジメチルフェノール、2,3,5-トリメチルフェノール、3,4,5-トリメチルフェノール、2-t-ブチルフェノール、3-t-ブチルフェノール、4-t-ブチルフェノール、レゾルシノール、2-メチルレゾルシノール、4-メチルレゾルシノール、5-メチルレゾルシノール、カテコール、4-t-ブチルカテコール、2-メトキシフェノール、3-メトキシフェノール、2-プロピルフェノール、3-プロピルフェノール、4-プロピルフェノール、2-イソプロピルフェノール、3-イソプロピルフェノール、4-イソプロピルフェノール、2-メトキシ-5-メチルフェノール、2-t-ブチル-5-メチルフェノール、4-フェニルフェノール、トリチルフェノール、ピロガロール、チモール、ヒドロキシフェニルグリシジルエーテル、4-フルオロフェノール、3,4-ジフルオロフェノール、4-トリフルオロメチルフェノール、4-クロロフェノール、4-ヒドロキシベンゼンスルホン酸、4-ビニルフェノール、1-(4-ヒドロキシフェニル)ナフタレン等を挙げることができる。 Here, as the repeating units represented by the above general formulas (1) to (4), the monomers for obtaining n=0 include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3 -dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 3,4-dimethylphenol, 3,5-dimethylphenol, 2,4-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, 2,3,5-trimethylphenol, 3, 4,5-trimethylphenol, 2-t-butylphenol, 3-t-butylphenol, 4-t-butylphenol, resorcinol, 2-methylresorcinol, 4-methylresorcinol, 5-methylresorcinol, catechol, 4-t-butylcatechol , 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 2-propylphenol, 3-propylphenol, 4-propylphenol, 2-isopropylphenol, 3-isopropylphenol, 4-isopropylphenol, 2-methoxy-5-methylphenol, 2-t-butyl-5-methylphenol, 4-phenylphenol, tritylphenol, pyrogallol, thymol, hydroxyphenyl glycidyl ether, 4-fluorophenol, 3,4-difluorophenol, 4-trifluoromethylphenol, 4-chloro Phenol, 4-hydroxybenzenesulfonic acid, 4-vinylphenol, 1-(4-hydroxyphenyl)naphthalene and the like can be mentioned.

n=1のものを得るためのモノマーとしては、1-ナフトール、2-ナフトール、2-メチル-1-ナフトール、4-メトキシ-1-ナフトール、7-メトキシ-2-ナフトール、1,2-ジヒドロキシナフタレン、1,3-ジヒドロキシナフタレン、2,3-ジヒドロキシナフタレン、1,4-ジヒドロキシナフタレン、1,5-ジヒドロキシナフタレン、1,6-ジヒドロキシナフタレン、2,6-ジヒドロキシナフタレン、1,7-ジヒドロキシナフタレン、2,7-ジヒドロキシナフタレン、1,8-ジヒドロキシナフタレン、5-アミノ-1-ナフトール、2-メトキシカルボニル-1-ナフトール、6-(4-ヒドロキシフェニル)-2-ナフトール、6-(シクロヘキシル)-2-ナフトール、1,1’-ビ-2,2’-ナフトール、6,6’-ビ-2,2’-ナフトール、9,9-ビス(6-ヒドロキシ-2-ナフチル)フルオレン、6-ヒドロキシ-2-ビニルナフタレン、1-ヒドロキシメチルナフタレン、2-ヒドロキシメチルナフタレン、8-ヒドロキシナフタレン-1-スルホン酸、2-ヒドロキシナフタレン-7-スルホン酸、2,3-ジヒドロキシナフタレン-7-スルホン酸、1,7-ジヒドロキシナフタレン-3-スルホン酸等を挙げることができる。 Monomers for obtaining n=1 include 1-naphthol, 2-naphthol, 2-methyl-1-naphthol, 4-methoxy-1-naphthol, 7-methoxy-2-naphthol, 1,2-dihydroxy Naphthalene, 1,3-dihydroxynaphthalene, 2,3-dihydroxynaphthalene, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene , 2,7-dihydroxynaphthalene, 1,8-dihydroxynaphthalene, 5-amino-1-naphthol, 2-methoxycarbonyl-1-naphthol, 6-(4-hydroxyphenyl)-2-naphthol, 6-(cyclohexyl) -2-naphthol, 1,1'-bi-2,2'-naphthol, 6,6'-bi-2,2'-naphthol, 9,9-bis(6-hydroxy-2-naphthyl)fluorene, 6 -hydroxy-2-vinylnaphthalene, 1-hydroxymethylnaphthalene, 2-hydroxymethylnaphthalene, 8-hydroxynaphthalene-1-sulfonic acid, 2-hydroxynaphthalene-7-sulfonic acid, 2,3-dihydroxynaphthalene-7-sulfone acid, 1,7-dihydroxynaphthalene-3-sulfonic acid, and the like.

これらはそれぞれ単独で使用してもよいし、n値、k値、及びエッチング耐性を制御するため、2種類以上を組み合わせてもよい。 Each of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination to control the n value, k value, and etching resistance.

これらのモノマーと縮合反応させる縮合剤としては、以下のアルデヒド化合物を例示できる。例えば、ホルムアルデヒド、トリオキサン、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、ブチルアルデヒド、シクロペンタンカルボキシアルデヒド、シクロペンテンカルボキシアルデヒド、シクロヘキサンカルボキシアルデヒド、シクロヘキセンカルボキシアルデヒド、ノルボルナンカルボキシアルデヒド、ノルボルネンカルボキシアルデヒド、アダマンタンカルボアルデヒド、ベンズアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、α-フェニルプロピルアルデヒド、β-フェニルプロピルアルデヒド、2-ヒドロキシベンズアルデヒド、3-ヒドロキシベンズアルデヒド、4-ヒドロキシベンズアルデヒド、2、3-ジヒドロキシベンズアルデヒド、2,4-ジヒドロキシベンズアルデヒド、3、4-ジヒドロキシベンズアルデヒド、2-クロロベンズアルデヒド、3-クロロベンズアルデヒド、4-クロロベンズアルデヒド、2-ニトロベンズアルデヒド、3-ニトロベンズアルデヒド、4-ニトロベンズアルデヒド、2-メチルベンズアルデヒド、3-メチルベンズアルデヒド、4-メチルベンズアルデヒド、2-エチルベンズアルデヒド、3-エチルベンズアルデヒド、4-エチルベンズアルデヒド、2-メトキシベンズアルデヒド、3-メトキシベンズアルデヒド、4-メトキシベンズアルデヒド、アントラセンカルボアルデヒド、ピレンカルボアルデヒド、フルフラール等を挙げることができる。 Examples of condensing agents for condensation reaction with these monomers include the following aldehyde compounds. For example, formaldehyde, trioxane, paraformaldehyde, acetaldehyde, propylaldehyde, butyraldehyde, cyclopentanecarboxaldehyde, cyclopentenecarboxaldehyde, cyclohexanecarboxaldehyde, cyclohexenecarboxaldehyde, norbornanecarboxaldehyde, norbornenecarboxaldehyde, adamantanecarbaldehyde, benzaldehyde, phenylacetaldehyde , α-phenylpropylaldehyde, β-phenylpropylaldehyde, 2-hydroxybenzaldehyde, 3-hydroxybenzaldehyde, 4-hydroxybenzaldehyde, 2,3-dihydroxybenzaldehyde, 2,4-dihydroxybenzaldehyde, 3,4-dihydroxybenzaldehyde, 2 - chlorobenzaldehyde, 3-chlorobenzaldehyde, 4-chlorobenzaldehyde, 2-nitrobenzaldehyde, 3-nitrobenzaldehyde, 4-nitrobenzaldehyde, 2-methylbenzaldehyde, 3-methylbenzaldehyde, 4-methylbenzaldehyde, 2-ethylbenzaldehyde, 3 -ethylbenzaldehyde, 4-ethylbenzaldehyde, 2-methoxybenzaldehyde, 3-methoxybenzaldehyde, 4-methoxybenzaldehyde, anthracenecarbaldehyde, pyrenecarbaldehyde, furfural and the like.

その他にも、以下の式で表すことができる化合物を例示できる。

Figure 0007123668000007
In addition, compounds represented by the following formulas can be exemplified.
Figure 0007123668000007

モノマーと縮合剤であるアルデヒド化合物の比率は、モノマーのモル量の合計量1モルに対して好ましくは0.01~5モルであり、より好ましくは0.05~2モルである。 The ratio of the monomer and the aldehyde compound as the condensing agent is preferably 0.01 to 5 mol, more preferably 0.05 to 2 mol, per 1 mol of the total molar amount of the monomers.

上記一般式(1)~(4)で示される繰り返し単位が占める全繰り返し単位中の比率としては、全体を100%として、10%以上が好ましく、より好ましくは30%以上である。 The ratio of the repeating units represented by the general formulas (1) to (4) to all repeating units is preferably 10% or more, more preferably 30% or more, based on 100% of the whole.

上記のような原料を使用して重縮合反応を行う場合、通常、無溶媒又は溶媒中で酸又は塩基を触媒として用いて、室温又は必要に応じて冷却もしくは加熱下にて行うことができ、これにより高分子化合物(ポリマー)を得ることができる。用いられる溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等のエーテル類、塩化メチレン、クロロフォルム、ジクロロエタン、トリクロロエチレン等の塩素系溶剤類、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の炭化水素類、アセトニトリル等のニトリル類、アセトン、エチルメチルケトン、イソブチルメチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸n-ブチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート等のエステル類、γ-ブチロラクトン等のラクトン類、ジメチルスルホキシド、N,N-ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド等の非プロトン性極性溶媒類が例示でき、これらを単独あるいは2種類以上を混合して用いることができる。これらの溶媒は、反応原料100質量部に対して0~2,000質量部の範囲で使用できる。 When the polycondensation reaction is carried out using the raw materials as described above, it is usually carried out in the absence of solvent or in a solvent using an acid or base as a catalyst at room temperature or under cooling or heating as necessary. Thereby, a high molecular compound (polymer) can be obtained. Solvents used include alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, glycerol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, propylene glycol monomethyl ether, diethyl ether, dibutyl ether, and diethylene glycol diethyl. Ethers such as ether, diethylene glycol dimethyl ether, tetrahydrofuran, and 1,4-dioxane; chlorinated solvents such as methylene chloride, chloroform, dichloroethane, and trichlorethylene; hydrocarbons such as hexane, heptane, benzene, toluene, xylene, and cumene; and acetonitrile. nitriles such as acetone, ethyl methyl ketone, isobutyl methyl ketone and the like, esters such as ethyl acetate, n-butyl acetate and propylene glycol methyl ether acetate, lactones such as γ-butyrolactone, dimethyl sulfoxide, N, Aprotic polar solvents such as N-dimethylformamide and hexamethylphosphoric triamide can be exemplified, and these can be used alone or in combination of two or more. These solvents can be used in the range of 0 to 2,000 parts by mass per 100 parts by mass of the reaction raw material.

酸触媒としては、塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸、ヘテロポリ酸等の無機酸類、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の有機酸類、三塩化アルミニウム、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、四塩化錫、四臭化錫、二塩化ジブチル錫、ジブチル錫ジメトキシド、ジブチル錫オキシド、四塩化チタン、四臭化チタン、チタン(IV)メトキシド、チタン(IV)エトキシド、チタン(IV)イソプロポキシド、酸化チタン(IV)等のルイス酸類を用いることができる。塩基触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化カルシウム等の無機塩基類、メチルリチウム、n-ブチルリチウム、塩化メチルマグネシウム、臭化エチルマグネシウム等のアルキル金属類、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムt-ブトキシド等のアルコキシド類、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、N,N-ジメチルアニリン、ピリジン、4-ジメチルアミノピリジン等の有機塩基類を用いることができる。その使用量は、原料に対して好ましくは0.001~100重量%、より好ましくは0.005~50重量%の範囲である。反応温度は-50℃から溶媒の沸点程度が好ましく、室温から100℃がさらに好ましい。 Acid catalysts include hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, inorganic acids such as heteropoly acids, oxalic acid, trifluoroacetic acid, methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfone. Organic acids such as acids, aluminum trichloride, aluminum ethoxide, aluminum isopropoxide, boron trifluoride, boron trichloride, boron tribromide, tin tetrachloride, tin tetrabromide, dibutyltin dichloride, dibutyltin dimethoxide , dibutyltin oxide, titanium tetrachloride, titanium tetrabromide, titanium (IV) methoxide, titanium (IV) ethoxide, titanium (IV) isopropoxide, and titanium (IV) oxide. Examples of basic catalysts include inorganic bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, barium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate, lithium hydride, sodium hydride, potassium hydride, calcium hydride, and methyllithium. , n-butyllithium, methylmagnesium chloride, alkyl metals such as ethylmagnesium bromide, alkoxides such as sodium methoxide, sodium ethoxide, potassium t-butoxide, triethylamine, diisopropylethylamine, N,N-dimethylaniline, pyridine , 4-dimethylaminopyridine and the like can be used. The amount used is preferably 0.001 to 100% by weight, more preferably 0.005 to 50% by weight, based on the starting material. The reaction temperature is preferably from -50°C to about the boiling point of the solvent, more preferably from room temperature to 100°C.

重縮合反応の方法としては、モノマー、縮合剤、触媒を一括で仕込む方法や、触媒存在下でモノマー、縮合剤を滴下していく方法が挙げられる。 Examples of the polycondensation reaction method include a method of charging the monomer, the condensing agent and the catalyst all at once, and a method of dropping the monomer and the condensing agent in the presence of the catalyst.

また、重縮合反応終了後、系内に存在する未反応原料、触媒等を除去するために、反応釜の温度を130~230℃にまで上昇させ、1~50mmHg程度で揮発分を除去する方法や、適切な溶媒や水を加えてポリマーを分画する方法、ポリマーを良溶媒に溶解後、貧溶媒中で再沈する方法等を、得られた反応生成物の性質により使い分けることができる。 In addition, after the polycondensation reaction is completed, in order to remove unreacted raw materials, catalysts, etc. present in the system, the temperature of the reactor is raised to 130 to 230° C., and volatile matter is removed at about 1 to 50 mmHg. , a method of adding an appropriate solvent or water to fractionate the polymer, a method of dissolving the polymer in a good solvent and then reprecipitating it in a poor solvent, etc. can be used depending on the properties of the obtained reaction product.

このようにして得られたポリマーのポリスチレン換算の分子量としては、重量平均分子量(Mw)が500~500,000であることが好ましく、特に1,000~100,000であることが好ましい。また、分子量の分散度は1.2~20の範囲内が好ましく用いられる。モノマー成分、オリゴマー成分、又は分子量(Mw)1,000以下の低分子量体をカットすることでベーク中の揮発成分を抑えられ、ベークカップ周辺の汚染、あるいは堆積した揮発成分がウエハ上に落下することによる表面欠陥を防ぐことができる。 The weight-average molecular weight (Mw) of the polymer thus obtained in terms of polystyrene is preferably 500 to 500,000, more preferably 1,000 to 100,000. Also, the molecular weight dispersity is preferably in the range of 1.2 to 20. Volatile components during baking can be suppressed by removing monomer components, oligomer components, or low molecular weight substances with a molecular weight (Mw) of 1,000 or less. It is possible to prevent surface defects caused by

アンモニア過水に可溶な有機膜を形成するのに好適な有機膜形成用組成物は、有機溶媒を含む。有機溶媒の具体例としては、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチル-2-アミルケトン等のケトン類、3-メトキシブタノール、3-メチル-3-メトキシブタノール、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のアルコール類、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert-ブチル、プロピオン酸tert-ブチル、プロピレングリコールモノtert-ブチルエーテルアセテート等のエステル類、γ-ブチロラクトン等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を混合使用できるが、これらに限定されるものではない。 An organic film-forming composition suitable for forming an organic film soluble in ammonia peroxide contains an organic solvent. Specific examples of organic solvents include ketones such as cyclopentanone, cyclohexanone, methyl-2-amyl ketone, 3-methoxybutanol, 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy- 2-propanol, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether and other alcohols, propylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether and other ethers, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol mono Esters such as ethyl ether acetate, ethyl lactate, ethyl pyruvate, butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, propylene glycol mono tert-butyl ether acetate .

ここで、上記有機溶媒のうち、プロピレングリコールエステル、ケトン、ラクトンから選ばれる1種以上(例えば、上記例示した有機溶媒のうち、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチル-2-アミルケトン、γ-ブチロラクトンから選ばれる1種以上)の合計が全有機溶媒中の30wt%を超える量を占めていることが好ましい。有機溶媒がこの条件を満たす場合、有機レジスト下層膜の直上に均質な有機膜を確実に形成することができる。 Here, among the above organic solvents, one or more selected from propylene glycol esters, ketones, and lactones (for example, among the organic solvents exemplified above, propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclopentanone, cyclohexanone, methyl-2-amyl ketone, , γ-butyrolactone) accounts for more than 30% by weight in the total amount of the organic solvent. When the organic solvent satisfies this condition, a uniform organic film can be reliably formed directly on the organic resist underlayer film.

また、上記の有機膜形成用組成物には、架橋反応をさらに促進させるための酸発生剤や架橋剤を添加することができる。酸発生剤としては、熱分解によって酸を発生するもの(熱酸発生剤)や、光照射によって酸を発生するものがあるが、いずれのものも添加することができる。 In addition, an acid generator and a cross-linking agent can be added to the organic film-forming composition to further promote the cross-linking reaction. As the acid generator, there are those that generate acid by thermal decomposition (thermal acid generators) and those that generate acid by light irradiation, and any of them can be added.

酸発生剤としては、オニウム塩、ジアゾメタン誘導体、グリオキシム誘導体、ビススルホン誘導体、N-ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル、β-ケトスルホン酸誘導体、ジスルホン誘導体、ニトロベンジルスルホネート誘導体、スルホン酸塩、スルホン酸エステル誘導体等を挙げることができる。具体的には、特開2008-65303号公報(米国特許出願公開第2008/0038662(A1)号明細書)の(0081)~(0111)段落に記載のものを挙げることができる。 Acid generators include onium salts, diazomethane derivatives, glyoxime derivatives, bissulfone derivatives, sulfonic acid esters of N-hydroxyimide compounds, β-ketosulfonic acid derivatives, disulfone derivatives, nitrobenzylsulfonate derivatives, sulfonates, and sulfonate ester derivatives. etc. can be mentioned. Specifically, those described in paragraphs (0081) to (0111) of JP-A-2008-65303 (US Patent Application Publication No. 2008/0038662 (A1)) can be mentioned.

架橋剤としては、メチロール基、アルコキシメチル基、アシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの基で置換されたメラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物又はウレア化合物、エポキシ化合物、チオエポキシ化合物、イソシアネート化合物、アジド化合物、アルケニルエーテル基等の二重結合を含む化合物等を挙げることができる。具体的には、特開2008-65303号公報(米国特許出願公開第2008/0038662(A1)号明細書)の(0074)~(0080)段落に記載のものを挙げることができる。 Examples of cross-linking agents include melamine compounds, guanamine compounds, glycoluril compounds or urea compounds substituted with at least one group selected from methylol groups, alkoxymethyl groups and acyloxymethyl groups, epoxy compounds, thioepoxy compounds, isocyanate compounds, azides. compounds, compounds containing double bonds such as alkenyl ether groups, and the like. Specifically, those described in paragraphs (0074) to (0080) of JP-A-2008-65303 (US Patent Application Publication No. 2008/0038662 (A1)) can be mentioned.

また、上記の有機膜形成用組成物には、スピンコーティングにおける塗布性を向上させるために界面活性剤を添加することもできる。界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルのノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、部分フッ素化オキセタン開環重合物系の界面活性剤等を挙げることができる。具体的には、特開2009-269953号公報(米国特許出願公開第2009/0274978(A1)号明細書)の(0142)~(0147)段落に記載のものを挙げることができる。 A surfactant may also be added to the above organic film-forming composition in order to improve coatability in spin coating. Surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl allyl ethers, polyoxyethylene polyoxypropylene block copolymers, sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester nonionic surfactants, fluorine surfactants, partially fluorinated oxetane ring-opening polymer-based surfactants, and the like. Specifically, those described in paragraphs (0142) to (0147) of JP-A-2009-269953 (US Patent Application Publication No. 2009/0274978 (A1)) can be mentioned.

さらに、上記の有機膜形成用組成物には、保存安定性を向上させるための塩基性化合物を添加することができる。塩基性化合物は、酸発生剤より微量に発生した酸が架橋反応を進行させるのを防ぐための、酸に対するクエンチャーの役割を果たす。このような塩基性化合物としては、第一級、第二級、第三級の脂肪族アミン類、混成アミン類、芳香族アミン類、複素環アミン類、カルボキシ基を有する含窒素化合物、スルホニル基を有する含窒素化合物、水酸基を有する含窒素化合物、ヒドロキシフェニル基を有する含窒素化合物、アルコール性含窒素化合物、アミド誘導体、イミド誘導体等を挙げることができる。具体的には、特開2008-65303号公報(米国特許出願公開第2008/0038662(A1)号明細書)の(0112)~(0119)段落に記載のものを挙げることができる。 Furthermore, a basic compound can be added to the above composition for forming an organic film to improve storage stability. The basic compound plays a role of a quencher for the acid to prevent the progress of the cross-linking reaction of the acid generated in a trace amount by the acid generator. Such basic compounds include primary, secondary, and tertiary aliphatic amines, mixed amines, aromatic amines, heterocyclic amines, nitrogen-containing compounds having a carboxyl group, sulfonyl groups, , nitrogen-containing compounds having a hydroxyl group, nitrogen-containing compounds having a hydroxyphenyl group, alcoholic nitrogen-containing compounds, amide derivatives, imide derivatives, and the like. Specifically, those described in paragraphs (0112) to (0119) of JP-A-2008-65303 (US Patent Application Publication No. 2008/0038662 (A1)) can be mentioned.

以上説明した有機膜形成用組成物は、ケイ素含有レジスト中間膜の直下、かつ、アンモニア過水に難溶である有機レジスト下層膜の直上に導入する、アンモニア過水に可溶な有機膜の形成に好適に用いることができる。 The composition for forming an organic film described above forms an organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide water, which is introduced directly below the silicon-containing resist intermediate film and directly above the organic resist underlayer film that is sparingly soluble in ammonia hydrogen peroxide water. It can be suitably used for

ドライエッチングで変性したケイ素分残渣を一緒に湿式除去するため、上記の有機膜は、29%アンモニア水/35%過酸化水素水/水=1/1/8で混合した65℃の溶液による処理にて5nm/分以上の溶解速度を有するものであることが好ましい。 In order to wet-remove the silicon residues modified by dry etching together, the above organic film was treated with a solution mixed with 29% ammonia water/35% hydrogen peroxide water/water=1/1/8 at 65°C. It preferably has a dissolution rate of 5 nm/min or more at .

また、上記の有機膜は、膜厚が10nm以上100nm未満であることが好ましく、膜厚が20nm以上80nm以下であることがさらに好ましい。有機膜の膜厚が10nm以上であれば湿式処理によるケイ素分の除去効果を十分に得ることができ、また、100nm未満であればドライエッチング加工時のサイドエッチングが抑制され加工に不具合が生じない。 The thickness of the organic film is preferably 10 nm or more and less than 100 nm, and more preferably 20 nm or more and 80 nm or less. If the film thickness of the organic film is 10 nm or more, a sufficient effect of removing the silicon content by the wet treatment can be obtained. .

上記の有機膜を形成する方法としては、有機膜形成用組成物をスピンコート法等で被加工基板上にコーティングする方法が挙げられる。スピンコート後、溶媒を蒸発させ、レジスト上層膜やケイ素含有レジスト中間膜とのミキシング防止のため、あるいは架橋反応を促進させるためにベークを行う。ベークは100℃以上、400℃以下の範囲内で行い、10~600秒、好ましくは10~300秒の範囲内で行う。ベーク温度は、より好ましくは150℃以上350℃以下である。 Examples of the method of forming the above organic film include a method of coating a substrate to be processed with a composition for forming an organic film by a spin coating method or the like. After spin coating, the solvent is evaporated, and baking is performed to prevent mixing with the resist upper layer film or the silicon-containing resist intermediate film, or to promote the cross-linking reaction. Baking is performed at a temperature of 100° C. to 400° C. for 10 to 600 seconds, preferably 10 to 300 seconds. The baking temperature is more preferably 150° C. or higher and 350° C. or lower.

<ケイ素含有レジスト中間膜>
本発明のレジスト多層膜付き基板におけるレジスト多層膜は、ケイ素含有レジスト中間膜を有する。このようなケイ素含有レジスト中間膜としては、アンモニア過水に可溶であり、アンモニア過水で溶解又は剥離可能なものが好ましい。例えば、特開2010-085912号公報(米国特許出願公開第2010/0086870(A1)号明細書)、特開2010-085893号公報(米国特許出願公開第2010/0086872(A1)号明細書)、特開2015-028145号公報(米国特許出願公開第2015/0004791(A1)号明細書)、国際公開第2010/068336号(米国特許出願公開第2011/0233489(A1)号明細書)、特開2016-074772号公報(米国特許出願公開第2016/0096977(A1)号明細書)、特開2016-074774号公報(米国特許出願公開第2016/0096978(A1)号明細書)に記載のケイ素含有レジスト下層膜を、本発明におけるケイ素含有レジスト中間膜として用いることが好ましい。これらの中でも、ホウ素及びリンのいずれかもしくは両方を含むものはアンモニア過水での湿式除去性に優れるため、特に好ましい。
<Silicon-containing resist intermediate film>
The resist multilayer film in the substrate with a resist multilayer film of the present invention has a silicon-containing resist intermediate film. As such a silicon-containing resist intermediate film, one that is soluble in ammonia hydrogen peroxide mixture and can be dissolved or peeled off with ammonia hydrogen peroxide mixture is preferable. For example, JP 2010-085912 (US Patent Application Publication No. 2010/0086870 (A1)), JP 2010-085893 (US Patent Application Publication No. 2010/0086872 (A1)), JP 2015-028145 (US Patent Application Publication No. 2015/0004791 (A1)), WO 2010/068336 (US Patent Application Publication No. 2011/0233489 (A1)), JP 2016-074772 (US Patent Application Publication No. 2016/0096977 (A1)), JP 2016-074774 (US Patent Application Publication No. 2016/0096978 (A1)) Silicon-containing described It is preferable to use the resist underlayer film as the silicon-containing resist intermediate film in the present invention. Among these, those containing either or both of boron and phosphorus are particularly preferable because they are excellent in wet removability with ammonia hydrogen peroxide mixture.

<レジスト上層膜>
本発明のレジスト多層膜付き基板におけるレジスト多層膜は、レジスト上層膜を有する。レジスト上層膜は、特に限定されるものではなく、パターンを形成する方法に応じて適宜選択することができる。例えば、波長300nm以下の光もしくはEUV光を用いたリソグラフィーを行う場合、レジスト上層膜としては、例えば化学増幅型のフォトレジスト膜を用いることができる。このようなフォトレジスト膜としては、露光を行った後にアルカリ現像液を用いて露光部を溶解することによりポジ型パターンを形成するものや、有機溶剤からなる現像液を用いて未露光部を溶解することによりネガ型パターンを形成するものを例示できる。
<Resist upper layer film>
The resist multilayer film in the substrate with the resist multilayer film of the present invention has a resist upper layer film. The resist upper layer film is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the pattern forming method. For example, when performing lithography using light with a wavelength of 300 nm or less or EUV light, a chemically amplified photoresist film, for example, can be used as the resist upper layer film. As such a photoresist film, there are those that form a positive pattern by dissolving the exposed areas with an alkaline developer after exposure, and those that dissolve the unexposed areas with a developer made of an organic solvent. An example of forming a negative pattern can be exemplified by

また、波長300nm以下の光として、ArFエキシマレーザー光を用いてリソグラフィーを行う場合、レジスト上層膜としては通常のArFエキシマレーザー光用レジスト膜であればいずれも使用可能である。このようなArFエキシマレーザー光用レジスト膜を与える組成物は多数の候補が既に公知であり、大別すると、ポリ(メタ)アクリル系、COMA(Cyclo Olefin Maleic Anhydride)系、COMA-(メタ)アクリルハイブリッド系、ROMP(Ring Opening Metathesis Polymerization)系、ポリノルボルネン系等があるが、このうち、ポリ(メタ)アクリル系樹脂を使用したレジスト組成物は側鎖に脂環式骨格を導入することでエッチング耐性を確保しているため、解像性能が他の樹脂系と比較して優れており、好ましく用いることができる。 When lithography is performed using ArF excimer laser light as light having a wavelength of 300 nm or less, any ordinary resist film for ArF excimer laser light can be used as the resist upper layer film. A large number of candidates for the composition that provides such a resist film for ArF excimer laser light are already known, and can be broadly classified into poly(meth)acrylic, COMA (Cyclo Olefin Maleic Anhydride), and COMA-(meth)acrylic. There are hybrid systems, ROMP (Ring Opening Metathesis Polymerization) systems, polynorbornene systems, and the like. Since the durability is ensured, the resolution performance is superior to that of other resin systems and can be preferably used.

レジスト上層膜は、スピンコート法等で形成することが可能である。レジスト上層膜の厚さは適宜選定されるが、20~500nm、特に30~400nmが好ましい。 The resist upper layer film can be formed by a spin coating method or the like. The thickness of the resist upper layer film is appropriately selected, but preferably 20 to 500 nm, particularly 30 to 400 nm.

以上説明したようなレジスト多層膜付き基板であれば、半導体装置基板やパターニング工程で必要な有機レジスト下層膜に対してダメージを与えない剥離液、例えば半導体製造プロセスで一般的に使用されているSC1と呼ばれるアンモニア過水を用い、ドライエッチングで変性したケイ素分残渣を有機膜とともに容易に湿式除去することができる。また、得られる有機レジスト下層膜のパターンを、基板加工後にドライエッチング又はウエットエッチングで除去した際には、基板上への異物の残留を抑制することができる。これにより3次元トランジスタの製造工程における歩留まり低下を防止することが可能になり、高性能の半導体装置を経済的に製造することが可能となる。 For a substrate with a resist multilayer film as described above, a stripping solution that does not damage the semiconductor device substrate and the organic resist underlayer film required in the patterning process, such as SC1, which is commonly used in the semiconductor manufacturing process, is used. Ammonia hydrogen peroxide called "Ammonia Peroxide" can be used to easily wet-remove the silicon residue that has been denatured by dry etching together with the organic film. In addition, when the pattern of the obtained organic resist underlayer film is removed by dry etching or wet etching after processing the substrate, it is possible to prevent foreign matter from remaining on the substrate. As a result, it becomes possible to prevent a decrease in yield in the manufacturing process of the three-dimensional transistor, and it becomes possible to economically manufacture high-performance semiconductor devices.

(パターン形成方法)
本発明では、上述のレジスト多層膜付き基板を用いたパターン形成方法を提供する。本発明のパターン形成方法では、上述のレジスト多層膜付き基板のレジスト上層膜を露光し、現像液で現像してレジスト上層膜にパターンを形成し、パターンが形成されたレジスト上層膜をエッチングマスクとしてケイ素含有レジスト中間膜をエッチングしてパターンを形成し、パターンが形成されたケイ素含有レジスト中間膜をエッチングマスクとして有機膜と有機レジスト下層膜とをエッチングしてパターンを形成し、パターンが形成されたケイ素含有レジスト中間膜とパターンが形成された有機膜とをアンモニア過水による処理により除去し、パターンが形成された有機レジスト下層膜をマスクとして基板にパターンを形成する。
(Pattern formation method)
The present invention provides a pattern forming method using the substrate with the resist multilayer film described above. In the pattern forming method of the present invention, the resist upper layer film of the substrate with the above resist multilayer film is exposed, developed with a developer to form a pattern in the resist upper layer film, and the patterned resist upper layer film is used as an etching mask. Etching the silicon-containing resist intermediate film to form a pattern, using the patterned silicon-containing resist intermediate film as an etching mask, etching the organic film and the organic resist underlayer film to form a pattern, and forming the pattern. The silicon-containing resist intermediate film and the patterned organic film are removed by treatment with ammonia hydrogen peroxide mixture, and the patterned organic resist underlayer film is used as a mask to form a pattern on the substrate.

さらに、基板にパターンを形成した後、パターンが形成された有機レジスト下層膜を、ドライエッチング又はウエットエッチングにより除去することで、基板加工を完了することが好ましい。 Furthermore, after forming the pattern on the substrate, the substrate processing is preferably completed by removing the patterned organic resist underlayer film by dry etching or wet etching.

本発明のパターン形成方法では、まず、上述した本発明のレジスト多層膜付き基板のレジスト上層膜を露光し、現像液で現像してレジスト上層膜にパターンを形成する。レジスト上層膜としては、上記したようにポジ型でもネガ型でもどちらでもよく、通常用いられているフォトレジスト組成物と同じものを用いることができる。フォトレジスト組成物を用いてレジスト上層膜を形成する場合、スピンコート法が好ましく用いられる。 In the pattern forming method of the present invention, first, the resist upper layer film of the substrate with the resist multilayer film of the present invention is exposed and developed with a developer to form a pattern on the resist upper layer film. As described above, the resist upper layer film may be of either a positive type or a negative type, and the same photoresist composition as commonly used can be used. When forming a resist upper layer film using a photoresist composition, a spin coating method is preferably used.

フォトレジスト組成物をスピンコート後にプリベークを行う場合は60~180℃で10~300秒の範囲が好ましい。その後常法に従い、露光を行い、ポストエクスポージャーベーク(PEB)、現像を行い、レジストパターンを得る。なお、レジスト上層膜の厚さは特に制限されないが、20~500nm、特に30~400nmが好ましい。また、露光光としては、波長300nm以下の高エネルギー線、具体的には248nm、193nmのエキシマレーザー、13.5nmの極端紫外線、電子ビーム、X線等を挙げることができる。 When the photoresist composition is pre-baked after spin coating, the temperature is preferably 60 to 180° C. for 10 to 300 seconds. After that, exposure, post-exposure baking (PEB), and development are carried out according to a conventional method to obtain a resist pattern. Although the thickness of the resist upper layer film is not particularly limited, it is preferably 20 to 500 nm, particularly 30 to 400 nm. Examples of exposure light include high-energy rays with a wavelength of 300 nm or less, specifically excimer lasers of 248 nm and 193 nm, extreme ultraviolet rays of 13.5 nm, electron beams, and X-rays.

次に、得られたレジスト上層膜パターンをエッチングマスクにして、ケイ素含有レジスト中間膜のドライエッチングを行い、パターンを形成する。この際のドライエッチングは特に限定されないが、例えばCF、CHFといったCF系ガスを用いることが好ましい。 Next, using the obtained resist upper layer film pattern as an etching mask, the silicon-containing resist intermediate film is dry-etched to form a pattern. Dry etching at this time is not particularly limited, but it is preferable to use a CF-based gas such as CF 4 or CHF 3 .

次いで、ケイ素含有レジスト中間膜パターンをエッチングマスクにして、アンモニア過水に可溶な有機膜と有機レジスト下層膜とを一度にエッチングし、パターンを形成する。この際のドライエッチングは特に限定されないが、例えばN/Hガス、あるいはOガスを用いることが好ましい。 Next, using the silicon-containing resist intermediate film pattern as an etching mask, the organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide mixture and the organic resist underlayer film are etched at once to form a pattern. Dry etching at this time is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, N 2 /H 2 gas or O 2 gas.

さらに、残存するケイ素含有レジスト中間膜パターンと有機膜パターンとを一緒に湿式除去する。ここでは、過酸化水素を含有した剥離液を用いることが好ましい。また、剥離を促進するため、剥離液に酸又はアルカリを加えてpH調整するとさらに好ましい。このようなpH調整剤(酸又はアルカリ)としては、塩酸や硫酸等の無機酸、酢酸、シュウ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸等の有機酸、アンモニア、エタノールアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム等の窒素を含むアルカリ、EDTA(エチレンジアミン4酢酸)等の窒素を含む有機酸化合物等を例示できる。特にアンモニアが好ましい。即ち、上記剥離液としてはアンモニア過水が好ましい。 Furthermore, the remaining silicon-containing resist intermediate film pattern and the organic film pattern are wet-removed together. Here, it is preferable to use a stripping solution containing hydrogen peroxide. Further, it is more preferable to adjust the pH by adding an acid or an alkali to the stripping solution in order to promote stripping. Examples of such pH adjusters (acids or alkalis) include inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, organic acids such as acetic acid, oxalic acid, tartaric acid, citric acid and lactic acid, ammonia, ethanolamine, tetramethylammonium hydroxide and the like. Nitrogen-containing alkalis and nitrogen-containing organic acid compounds such as EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) can be exemplified. Ammonia is particularly preferred. That is, ammonia hydrogen peroxide mixture is preferable as the stripping solution.

剥離液としてアンモニア過水を用いる場合、アンモニアと過酸化水素と希釈用脱イオン水の比率としては、脱イオン水100質量部に対して、アンモニアは0.01~20質量部、好ましくは0.05~15質量部、より好ましくは0.1~10質量部であり、過酸化水素は0.01~20質量部、好ましくは0.05~15質量部、より好ましくは0.1~10質量部である。 When ammonia hydrogen peroxide is used as the stripping solution, the ratio of ammonia to hydrogen peroxide to deionized water for dilution is 0.01 to 20 parts by mass, preferably 0.01 to 20 parts by mass of ammonia per 100 parts by mass of deionized water. 05 to 15 parts by mass, more preferably 0.1 to 10 parts by mass, hydrogen peroxide is 0.01 to 20 parts by mass, preferably 0.05 to 15 parts by mass, more preferably 0.1 to 10 parts by mass Department.

アンモニア過水の処理は、0℃~80℃、好ましくは5℃~70℃の剥離液を用意し、これに処理したい被加工基板が形成されているシリコンウエハを浸漬するだけでよい。さらに必要であれば、表面に剥離液をスプレーしたり、ウエハを回転させながら剥離液を塗布したりする等、定法の手順により、容易にケイ素含有レジスト中間膜とアンモニア過水に可溶な有機膜を一括除去できる。 Ammonia hydrogen peroxide treatment can be carried out simply by preparing a stripping solution at 0° C. to 80° C., preferably 5° C. to 70° C., and immersing the silicon wafer on which the substrate to be processed is formed. Furthermore, if necessary, the silicon-containing resist intermediate film and the ammonia-hydrogen-soluble organic solvent can be easily removed by standard procedures, such as spraying the stripping solution on the surface or applying the stripping solution while rotating the wafer. The film can be removed all at once.

なお、アンモニア過水の処理の後、有機レジスト下層膜の表面に残るケイ素を定量してケイ素分の除去程度を確認することが好ましい。例えば、特開2016-177262号公報(米国特許出願公開第2016/0276152(A1)号明細書)に記載されている方法により分析が可能である。 After the ammonia hydrogen peroxide treatment, it is preferable to quantify the amount of silicon remaining on the surface of the organic resist underlayer film to confirm the degree of silicon removal. For example, analysis can be performed by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-177262 (US Patent Application Publication No. 2016/0276152 (A1)).

こうして得られた有機レジスト下層膜のパターンをマスクとして、基板にパターンを形成する(基板加工)。本発明のパターン形成方法は、ドライエッチングを用いない基板加工、例えば各種イオンの打ち込み加工、ウエットエッチングによる基板加工において好適に用いることができる。なお、被加工基板がTiNやWのようにアンモニア過水でエッチングできる場合には、ケイ素分残渣と有機膜とをアンモニア過水で一括除去する際に基板加工も一緒に行うことができる。また、ドライエッチングによる基板加工も可能であり、例えば被加工基板がSiO、SiN、シリカ系低誘電率絶縁膜であればフロン系ガスを主体とした条件、p-SiやAl、Wでは塩素系、臭素系ガスを主体とした条件が用いられる。 Using the pattern of the organic resist underlayer film thus obtained as a mask, a pattern is formed on the substrate (substrate processing). The pattern forming method of the present invention can be suitably used in substrate processing that does not use dry etching, such as various ion implantation processing and substrate processing by wet etching. If the substrate to be processed is made of TiN or W, which can be etched with ammonia hydrogen peroxide mixture, the substrate can be processed at the same time that the silicon residue and the organic film are removed with ammonia hydrogen peroxide mixture. In addition, substrate processing by dry etching is also possible. A condition mainly based on a system and a bromine-based gas is used.

基板加工を済ませた後、マスクとなった有機レジスト下層膜パターンはドライエッチング又はウエットエッチングにより除去する。ドライエッチング(アッシング)の条件は特に限定されないが、有機レジスト下層膜の加工と同様、例えばN/Hガス、あるいはOガスを用いることが好ましい。ウエットエッチングの条件も特に限定は無いが、硫酸過水を用いた湿式処理を例示できる。本発明のパターン形成方法を用いれば、有機レジスト下層膜パターンを除去した後において、基板上への異物の残留を抑制することができる。 After finishing the substrate processing, the organic resist underlayer film pattern used as a mask is removed by dry etching or wet etching. Conditions for dry etching (ashing) are not particularly limited, but it is preferable to use, for example, N 2 /H 2 gas or O 2 gas as in the processing of the organic resist underlayer film. The wet etching conditions are also not particularly limited, but a wet treatment using sulfuric acid peroxide can be exemplified. By using the pattern forming method of the present invention, it is possible to prevent foreign matter from remaining on the substrate after removing the organic resist underlayer film pattern.

以上説明したように、本発明のパターン形成方法では、基板上に有機レジスト下層膜を形成し、アンモニア過水に可溶な有機膜を有機レジスト下層膜上に形成し、次にケイ素含有レジスト中間膜を形成し、さらにレジスト上層膜を形成してレジスト多層膜付き基板を得た後、レジスト上層膜にパターンを形成し、このパターンをドライエッチングでケイ素含有レジスト中間膜に転写し、その転写されたパターンをマスクとすることで、一気に有機膜と有機レジスト下層膜をドライエッチングしてパターン転写することができる。上記の通り、転写されたパターン上に残るケイ素分は有機膜とともにアンモニア過水で除去することができ、ケイ素分残渣の無い有機レジスト下層膜パターンを得ることができる。この有機レジスト下層膜パターンは基板加工のマスクとすることができ、最終的にドライエッチング又はウエットエッチングで除去した際に基板上への異物の残留を抑制することができる。これにより、段差の大きな3次元トランジスタを形成する場合においても高い歩留まりで基板加工が可能となる。 As described above, in the pattern forming method of the present invention, an organic resist underlayer film is formed on a substrate, an organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide is formed on the organic resist underlayer film, and then a silicon-containing resist intermediate layer is formed on the organic resist underlayer film. After forming a film and further forming a resist upper layer film to obtain a substrate with a resist multilayer film, a pattern is formed in the resist upper layer film, this pattern is transferred to the silicon-containing resist intermediate film by dry etching, and the transferred By using this pattern as a mask, the organic film and the organic resist underlayer film can be dry-etched at once to transfer the pattern. As described above, silicon remaining on the transferred pattern can be removed together with the organic film with ammonia hydrogen peroxide mixture, and an organic resist underlayer film pattern free of silicon residue can be obtained. This organic resist underlayer film pattern can be used as a mask for substrate processing, and can prevent foreign matter from remaining on the substrate when finally removed by dry etching or wet etching. As a result, substrate processing can be performed with a high yield even when a three-dimensional transistor having a large step is formed.

以下、合成例、実施例、及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの記載によって限定されるものではない。なお、下記例において、%は質量%を示し、分子量測定はGPCによって行った。GPC測定において、検出はRIで行い、溶離溶剤はテトラヒドロフランとして、ポリスチレン換算の分子量を求めた。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Synthesis Examples, Examples, and Comparative Examples, but the present invention is not limited by these descriptions. In the following examples, % indicates % by mass, and the molecular weight was measured by GPC. In the GPC measurement, RI was used for detection, and tetrahydrofuran was used as the elution solvent to determine the molecular weight in terms of polystyrene.

[高分子化合物の合成]
[合成例(A1)]
500mlの3口フラスコにレゾルシノール40.00g(0.36mol)、p-トルエンスルホン酸一水和物の20質量%PGME溶液10.00g、及び2-メトキシ-1-プロパノール72.00gを採り、攪拌しながら80℃まで加熱した。そこへ37%ホルマリン23.59g(ホルムアルデヒド0.29mol)を加え、11時間攪拌した。反応液に超純水160gと酢酸エチル200gを加えて分液ロートに移し、酸触媒と金属不純物を除去するために超純水150gで10回洗浄した。得られた有機層を76gまで減圧濃縮した後、酢酸エチルを加えて150gの溶液とし、n-ヘキサン217gを加えた。n-ヘキサン層が上層、高濃度ポリマー溶液が下層となって分離し、この上層を除いた。同様の操作を2度繰り返し、得られたポリマー溶液を濃縮、さらに80℃で13時間減圧乾燥して高分子化合物A1を得た。GPCにより重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=800、Mw/Mn=1.3であった。この高分子化合物A1は、一般式(4)で示される繰り返し単位を有するものである。
[Synthesis of polymer compound]
[Synthesis Example (A1)]
40.00 g (0.36 mol) of resorcinol, 10.00 g of a 20% by mass PGME solution of p-toluenesulfonic acid monohydrate, and 72.00 g of 2-methoxy-1-propanol were placed in a 500 ml three-necked flask and stirred. while heating to 80°C. 23.59 g of 37% formalin (0.29 mol of formaldehyde) was added thereto and stirred for 11 hours. 160 g of ultrapure water and 200 g of ethyl acetate were added to the reaction solution, transferred to a separating funnel, and washed 10 times with 150 g of ultrapure water to remove the acid catalyst and metal impurities. The obtained organic layer was concentrated under reduced pressure to 76 g, ethyl acetate was added to make a 150 g solution, and 217 g of n-hexane was added. The n-hexane layer was the upper layer and the high-concentration polymer solution was the lower layer, and the upper layer was removed. The same operation was repeated twice, and the resulting polymer solution was concentrated and dried under reduced pressure at 80° C. for 13 hours to obtain polymer compound A1. When the weight average molecular weight (Mw) and the degree of dispersion (Mw/Mn) were obtained by GPC, they were found to be Mw=800 and Mw/Mn=1.3. This polymer compound A1 has a repeating unit represented by the general formula (4).

[合成例(A2)]
1,000mlの3口フラスコに1,5-ジヒドロキシナフタレン80.1g(0.50mol)、37%ホルマリン溶液26.4g(0.24mol)、及び2-メトキシ-1-プロパノール250gを窒素雰囲気下、液温80℃で均一溶液とした後、20%パラトルエンスルホン酸2-メトキシ-1-プロパノール溶液18gをゆっくり加え、液温110℃で12時間撹拌した。室温まで冷却後、メチルイソブチルケトン500gを加え、有機層を純水200gで5回洗浄後、有機層を減圧乾固した。残渣にTHF300mLを加え、ヘキサン2,000mLでポリマーを再沈させた。沈降したポリマーをろ過で分別し減圧乾燥して高分子化合物A2を得た。GPCにより重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=3,000、Mw/Mn=2.7であった。この高分子化合物A2は、一般式(4)で示される繰り返し単位を有するものである。
[Synthesis example (A2)]
80.1 g (0.50 mol) of 1,5-dihydroxynaphthalene, 26.4 g (0.24 mol) of 37% formalin solution, and 250 g of 2-methoxy-1-propanol were placed in a 1,000 ml three-necked flask under a nitrogen atmosphere. After making a uniform solution at a liquid temperature of 80°C, 18 g of a 20% p-toluenesulfonic acid 2-methoxy-1-propanol solution was slowly added, and the mixture was stirred at a liquid temperature of 110°C for 12 hours. After cooling to room temperature, 500 g of methyl isobutyl ketone was added, the organic layer was washed with 200 g of pure water five times, and the organic layer was dried under reduced pressure. 300 mL of THF was added to the residue, and the polymer was reprecipitated with 2,000 mL of hexane. The precipitated polymer was separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer compound A2. When the weight average molecular weight (Mw) and the degree of dispersion (Mw/Mn) were determined by GPC, they were Mw=3,000 and Mw/Mn=2.7. This polymer compound A2 has a repeating unit represented by the general formula (4).

[合成例(A3)]
2,000mlの3口フラスコに1,5-ジヒドロキシナフタレン80.1g(0.50mol)、3,4-ジ-t-ブトキシベンズアルデヒド100.1g(0.40mol)、及び2-メトキシ-1-プロパノール600gを窒素雰囲気下、液温80℃で均一溶液とした後、25%水酸化ナトリウム水溶液6.4gをゆっくり加え、液温110℃で24時間撹拌した。室温まで冷却後、酢酸エチル1,500gを加え、有機層を3%硝酸水溶液300gで洗浄後、さらに純水300gで5回洗浄を行い減圧乾固した。残渣にTHF400mLを加え、ヘキサン3,000mLでポリマーを再沈させた。沈降したポリマーをろ過で分別し減圧乾燥して高分子化合物A3を得た。GPCにより重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=2,900、Mw/Mn=2.9であった。この高分子化合物A3は、一般式(1)で示される繰り返し単位を有するものである。
[Synthesis example (A3)]
80.1 g (0.50 mol) of 1,5-dihydroxynaphthalene, 100.1 g (0.40 mol) of 3,4-di-t-butoxybenzaldehyde, and 2-methoxy-1-propanol were placed in a 2,000 ml three-necked flask. After 600 g was made into a uniform solution at a liquid temperature of 80°C under a nitrogen atmosphere, 6.4 g of a 25% sodium hydroxide aqueous solution was slowly added and stirred at a liquid temperature of 110°C for 24 hours. After cooling to room temperature, 1,500 g of ethyl acetate was added, and the organic layer was washed with 300 g of a 3% nitric acid aqueous solution, and further washed with 300 g of pure water five times, followed by drying to dryness under reduced pressure. 400 mL of THF was added to the residue, and the polymer was reprecipitated with 3,000 mL of hexane. The precipitated polymer was separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer compound A3. When the weight average molecular weight (Mw) and the degree of dispersion (Mw/Mn) were determined by GPC, they were Mw=2,900 and Mw/Mn=2.9. This polymer compound A3 has a repeating unit represented by the general formula (1).

[合成例(A4)]
1,000mLのフラスコに1,5-ジヒドロキシナフタレン80g(0.50mol)、4-ヒドロキシベンズアルデヒド36.6g(0.30mol)、及びメチルセロソルブ145gを加え、70℃で撹拌しながらp-トルエンスルホン酸の20質量%メチルセロソルブ溶液20gを添加した。温度を85℃に上げ6時間撹拌後、室温に冷却し、酢酸エチル800mLで希釈した。分液ロートに移し変え、脱イオン水200mLで洗浄を繰り返し、反応触媒と金属不純物を除去した。得られた溶液を減圧濃縮した後、残渣に酢酸エチル600mLを加え、ヘキサン2,400mLでポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ別、回収後、減圧乾燥して高分子化合物A4を得た。GPCにより重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=3,800、Mw/Mn=2.4であった。この高分子化合物A4は、一般式(1)で示される繰り返し単位を有するものである。
[Synthesis example (A4)]
80 g (0.50 mol) of 1,5-dihydroxynaphthalene, 36.6 g (0.30 mol) of 4-hydroxybenzaldehyde, and 145 g of methyl cellosolve were added to a 1,000 mL flask, and p-toluenesulfonic acid was added while stirring at 70°C. of 20% by weight methyl cellosolve solution was added. After raising the temperature to 85° C. and stirring for 6 hours, the mixture was cooled to room temperature and diluted with 800 mL of ethyl acetate. It was transferred to a separating funnel and washed repeatedly with 200 mL of deionized water to remove the reaction catalyst and metal impurities. After the obtained solution was concentrated under reduced pressure, 600 mL of ethyl acetate was added to the residue, and the polymer was precipitated with 2,400 mL of hexane. The precipitated polymer was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer compound A4. When the weight average molecular weight (Mw) and the degree of dispersion (Mw/Mn) were determined by GPC, they were Mw=3,800 and Mw/Mn=2.4. This polymer compound A4 has a repeating unit represented by the general formula (1).

[合成例(A5)]
2,000mlの3口フラスコに2,7-ジヒドロキシナフタレン80.1g(0.50mol)、テレフタルアルデヒド酸=t-ブチル100.1g(0.40mol)、及び2-メトキシ-1-プロパノール600gを窒素雰囲気下、液温80℃で均一溶液とした後、25%水酸化ナトリウム水溶液6.4gをゆっくり加え、液温110℃で24時間撹拌した。室温まで冷却後、酢酸エチル1,500gを加え、有機層を3%硝酸水溶液300gで洗浄後、さらに純水300gで5回洗浄を行い減圧乾固した。残渣にTHF400mLを加え、ヘキサン3,000mLでポリマーを再沈させた。沈降したポリマーをろ過で分別し減圧乾燥して高分子化合物A5を得た。GPCにより重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=2,900、Mw/Mn=2.9であった。この高分子化合物A5は、一般式(2)で示される繰り返し単位を有するものである。
[Synthesis example (A5)]
80.1 g (0.50 mol) of 2,7-dihydroxynaphthalene, 100.1 g (0.40 mol) of terephthalaldehyde acid = t-butyl, and 600 g of 2-methoxy-1-propanol were placed in a 2,000 ml three-necked flask under nitrogen. After forming a uniform solution at a liquid temperature of 80° C. under an atmosphere, 6.4 g of a 25% sodium hydroxide aqueous solution was slowly added, and the mixture was stirred at a liquid temperature of 110° C. for 24 hours. After cooling to room temperature, 1,500 g of ethyl acetate was added, and the organic layer was washed with 300 g of a 3% nitric acid aqueous solution, and further washed with 300 g of pure water five times, followed by drying to dryness under reduced pressure. 400 mL of THF was added to the residue, and the polymer was reprecipitated with 3,000 mL of hexane. The precipitated polymer was separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer compound A5. When the weight average molecular weight (Mw) and the degree of dispersion (Mw/Mn) were determined by GPC, they were Mw=2,900 and Mw/Mn=2.9. This polymer compound A5 has a repeating unit represented by the general formula (2).

[合成例(A6)]
2,000mlの3口フラスコに6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸94.4g(0.50mol)、テレフタルアルデヒド酸=t-ブチル100.1g(0.40mol)、及び2-メトキシ-1-プロパノール600gを窒素雰囲気下、液温80℃で均一溶液とした後、25%水酸化ナトリウム水溶液6.4gをゆっくり加え、液温110℃で24時間撹拌した。室温まで冷却後、酢酸エチル1,500gを加え、有機層を3%硝酸水溶液300gで洗浄後、さらに純水300gで5回洗浄を行い減圧乾固した。残渣にTHF400mLを加え、ヘキサン3,000mLでポリマーを再沈させた。沈降したポリマーをろ過で分別し減圧乾燥して高分子化合物A6を得た。GPCにより重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=3,500、Mw/Mn=2.8であった。この高分子化合物A6は、一般式(2)で示される繰り返し単位を有するものである。
[Synthesis example (A6)]
94.4 g (0.50 mol) of 6-hydroxy-2-naphthoic acid, 100.1 g (0.40 mol) of terephthalaldehyde acid = t-butyl, and 600 g of 2-methoxy-1-propanol were placed in a 2,000 ml three-necked flask. was made into a uniform solution at a liquid temperature of 80°C under a nitrogen atmosphere, 6.4 g of a 25% sodium hydroxide aqueous solution was slowly added, and the mixture was stirred at a liquid temperature of 110°C for 24 hours. After cooling to room temperature, 1,500 g of ethyl acetate was added, and the organic layer was washed with 300 g of a 3% nitric acid aqueous solution, and further washed with 300 g of pure water five times, followed by drying to dryness under reduced pressure. 400 mL of THF was added to the residue, and the polymer was reprecipitated with 3,000 mL of hexane. The precipitated polymer was separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer compound A6. When the weight average molecular weight (Mw) and the degree of dispersion (Mw/Mn) were determined by GPC, they were Mw=3,500 and Mw/Mn=2.8. This polymer compound A6 has a repeating unit represented by the general formula (2).

[合成例(A7)]
2,000mlの3口フラスコに1,5-ジヒドロキシナフタレン80.1g(0.50mol)、テレフタルアルデヒド酸60.1g(0.40mol)、及び2-メトキシ-1-プロパノール600gを窒素雰囲気下、液温80℃で均一溶液とした後、25%水酸化ナトリウム水溶液6.4gをゆっくり加え、液温110℃で24時間撹拌した。室温まで冷却後、酢酸エチル1,500gを加え、有機層を3%硝酸水溶液300gで洗浄後、さらに純水300gで5回洗浄を行い減圧乾固した。残渣にTHF400mLを加え、ヘキサン3,000mLでポリマーを再沈させた。沈降したポリマーをろ過で分別し減圧乾燥して高分子化合物A7を得た。GPCにより重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=2,200、Mw/Mn=2.9であった。この高分子化合物A7は、一般式(2)で示される繰り返し単位を有するものである。
[Synthesis example (A7)]
80.1 g (0.50 mol) of 1,5-dihydroxynaphthalene, 60.1 g (0.40 mol) of terephthalaldehyde acid, and 600 g of 2-methoxy-1-propanol were placed in a 2,000 ml three-necked flask under a nitrogen atmosphere. After making a uniform solution at a temperature of 80°C, 6.4 g of a 25% sodium hydroxide aqueous solution was slowly added, and the solution was stirred at a liquid temperature of 110°C for 24 hours. After cooling to room temperature, 1,500 g of ethyl acetate was added, and the organic layer was washed with 300 g of a 3% nitric acid aqueous solution, and further washed with 300 g of pure water five times, followed by drying to dryness under reduced pressure. 400 mL of THF was added to the residue, and the polymer was reprecipitated with 3,000 mL of hexane. The precipitated polymer was separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer compound A7. When the weight average molecular weight (Mw) and the degree of dispersion (Mw/Mn) were determined by GPC, they were Mw=2,200 and Mw/Mn=2.9. This polymer compound A7 has a repeating unit represented by the general formula (2).

[合成例(A8)]
200mlの3口フラスコに6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸9.4g(0.05mol)、テレフタルアルデヒド酸5.3g(0.05mol)、及び2-メトキシ-1-プロパノール60gを窒素雰囲気下、液温80℃で均一溶液とした後、25%水酸化ナトリウム水溶液0.6gをゆっくり加え、液温110℃で24時間撹拌した。室温まで冷却後、酢酸エチル150gを加え、有機層を3%硝酸水溶液30gで洗浄後、さらに純水30gで5回洗浄を行い減圧乾固した。残渣にTHF40mLを加え、ヘキサン300mLでポリマーを再沈させた。沈降したポリマーをろ過で分別し減圧乾燥して高分子化合物A8を得た。GPCにより重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=2,000、Mw/Mn=2.6であった。この高分子化合物A8は、一般式(2)で示される繰り返し単位を有するものである。
[Synthesis example (A8)]
9.4 g (0.05 mol) of 6-hydroxy-2-naphthoic acid, 5.3 g (0.05 mol) of terephthalaldehyde acid, and 60 g of 2-methoxy-1-propanol were placed in a 200 ml three-necked flask under a nitrogen atmosphere. After making a uniform solution at a temperature of 80°C, 0.6 g of a 25% sodium hydroxide aqueous solution was slowly added, and the solution was stirred at a liquid temperature of 110°C for 24 hours. After cooling to room temperature, 150 g of ethyl acetate was added, and the organic layer was washed with 30 g of a 3% aqueous nitric acid solution and then with 30 g of pure water five times, followed by drying to dryness under reduced pressure. 40 mL of THF was added to the residue, and the polymer was reprecipitated with 300 mL of hexane. The precipitated polymer was separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer compound A8. When the weight average molecular weight (Mw) and the degree of dispersion (Mw/Mn) were determined by GPC, they were Mw=2,000 and Mw/Mn=2.6. This polymer compound A8 has a repeating unit represented by the general formula (2).

[合成例(A9)]
2,000mlの3口フラスコにo-クレゾール54.1g(0.50mol)、3,4-ビス(t-ブトキシカルボニルメトキシ)ベンズアルデヒド140.2g(0.40mol)、及び2-メトキシ-1-プロパノール600gを窒素雰囲気下、液温80℃で均一溶液とした後、25%水酸化ナトリウム水溶液6.4gをゆっくり加え、液温110℃で24時間撹拌した。室温まで冷却後、酢酸エチル1,500gを加え、有機層を3%硝酸水溶液300gで洗浄後、さらに純水300gで5回洗浄を行い減圧乾固した。残渣にTHF400mLを加え、ヘキサン3,000mLでポリマーを再沈させた。沈降したポリマーをろ過で分別し減圧乾燥して高分子化合物A9を得た。GPCにより重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=3,200、Mw/Mn=3.0であった。この高分子化合物A9は、一般式(3)で示される繰り返し単位を有するものである。
[Synthesis example (A9)]
54.1 g (0.50 mol) of o-cresol, 140.2 g (0.40 mol) of 3,4-bis(t-butoxycarbonylmethoxy)benzaldehyde, and 2-methoxy-1-propanol were placed in a 2,000 ml three-necked flask. After 600 g was made into a uniform solution at a liquid temperature of 80°C under a nitrogen atmosphere, 6.4 g of a 25% sodium hydroxide aqueous solution was slowly added and stirred at a liquid temperature of 110°C for 24 hours. After cooling to room temperature, 1,500 g of ethyl acetate was added, and the organic layer was washed with 300 g of a 3% nitric acid aqueous solution, and further washed with 300 g of pure water five times, followed by drying to dryness under reduced pressure. 400 mL of THF was added to the residue, and the polymer was reprecipitated with 3,000 mL of hexane. The precipitated polymer was separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer compound A9. When the weight average molecular weight (Mw) and the degree of dispersion (Mw/Mn) were determined by GPC, they were Mw=3,200 and Mw/Mn=3.0. This polymer compound A9 has a repeating unit represented by the general formula (3).

[合成例(A10)]
2,000mlの3口フラスコに1,6-ジヒドロキシナフタレン80.1g(0.50mol)、4-t-ブトキシカルボニルメトキシベンズアルデヒド94.5g(0.40mol)、及び2-メトキシ-1-プロパノール600gを窒素雰囲気下、液温80℃で均一溶液とした後、25%水酸化ナトリウム水溶液6.4gをゆっくり加え、液温110℃で24時間撹拌した。室温まで冷却後、酢酸エチル1,500gを加え、有機層を3%硝酸水溶液300gで洗浄後、さらに純水300gで5回洗浄を行い減圧乾固した。残渣にTHF400mLを加え、ヘキサン3,000mLでポリマーを再沈させた。沈降したポリマーをろ過で分別し減圧乾燥して高分子化合物A10を得た。GPCにより重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求めたところ、Mw=2,700、Mw/Mn=2.7であった。この高分子化合物A10は、一般式(3)で示される繰り返し単位を有するものである。
[Synthesis example (A10)]
80.1 g (0.50 mol) of 1,6-dihydroxynaphthalene, 94.5 g (0.40 mol) of 4-t-butoxycarbonylmethoxybenzaldehyde, and 600 g of 2-methoxy-1-propanol were placed in a 2,000 ml three-necked flask. After making a uniform solution at a liquid temperature of 80° C. under a nitrogen atmosphere, 6.4 g of a 25% sodium hydroxide aqueous solution was slowly added, and the mixture was stirred at a liquid temperature of 110° C. for 24 hours. After cooling to room temperature, 1,500 g of ethyl acetate was added, and the organic layer was washed with 300 g of a 3% nitric acid aqueous solution, and further washed with 300 g of pure water five times, followed by drying to dryness under reduced pressure. 400 mL of THF was added to the residue, and the polymer was reprecipitated with 3,000 mL of hexane. The precipitated polymer was separated by filtration and dried under reduced pressure to obtain polymer compound A10. When the weight average molecular weight (Mw) and the degree of dispersion (Mw/Mn) were determined by GPC, they were Mw=2,700 and Mw/Mn=2.7. This polymer compound A10 has a repeating unit represented by the general formula (3).

[有機膜形成用組成物(Sol.1~22)の調製]
上記の高分子化合物A1~A10、添加剤として架橋剤XL1~3、熱酸発生剤AG1、界面活性剤としてFC-4430(住友スリーエム(株)製)0.1質量%を含む有機溶媒を表1に示す割合で混合し、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって有機膜形成用組成物(Sol.1~22)をそれぞれ調製した。なお、Sol.1~10、15~16、20~22が本発明のレジスト多層膜付き基板を得るための有機膜形成用組成物であり、Sol.11~14、17~19は比較用の有機膜形成用組成物である。また、調製した有機膜形成用組成物中、プロピレングリコールエステル、ケトン、及びラクトンから選ばれる1種以上の合計が全有機溶媒を占める量を表1に併せて示す。
[Preparation of Organic Film-Forming Compositions (Sol.1-22)]
An organic solvent containing the above polymer compounds A1 to A10, cross-linking agents XL1 to XL3 as additives, thermal acid generator AG1, and surfactant FC-4430 (manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd.) 0.1% by mass is shown. 1 and filtered through a 0.1 μm fluororesin filter to prepare organic film-forming compositions (Sol. 1 to 22). In addition, Sol. 1 to 10, 15 to 16, and 20 to 22 are organic film-forming compositions for obtaining a substrate with a resist multilayer film of the present invention; Sol. Nos. 11 to 14 and 17 to 19 are organic film-forming compositions for comparison. Table 1 also shows the amount of the total amount of one or more selected from propylene glycol esters, ketones, and lactones in the prepared organic film-forming composition in the total organic solvent.

Figure 0007123668000008
Figure 0007123668000008

以下に、熱酸発生剤AG1、架橋剤XL1~3を示す。

Figure 0007123668000009
Thermal acid generator AG1 and cross-linking agents XL1 to XL3 are shown below.
Figure 0007123668000009

また、表1中の有機溶媒は以下を意味する。
PGMEA:プロピレングリコ-ルメチルエーテルアセテート
Cyho:シクロヘキサノン
PGEE:プロピレングリコールエチルエーテル
GBL:γ-ブチロラクトン
4M2P:4-メチル-2-ペンタノール
Moreover, the organic solvent in Table 1 means the following.
PGMEA: propylene glycol methyl ether acetate Cyho: cyclohexanone PGEE: propylene glycol ethyl ether GBL: γ-butyrolactone 4M2P: 4-methyl-2-pentanol

[溶剤耐性評価]
本発明のレジスト多層膜付き基板における有機膜は、直上にケイ素含有レジスト中間膜がスピンコートされることから、形成される有機膜がインターミキシングが起こらない有機膜であるかを調べるために有機溶剤への耐性を評価した。上記の有機膜形成用組成物(Sol.1~22)をそれぞれシリコン基板上に塗布し、285℃で60秒間焼成して有機膜を形成して膜厚T1を測定した。得られた有機膜上にPGMEA/PGME=30/70(質量比)をスピンコートした後、100℃で30秒間加熱処理して膜厚T2を測定した。これらの測定結果から、T1-T2で示される膜厚減を算出した。結果を表2に示す。
[Solvent resistance evaluation]
Since the silicon-containing resist intermediate film is spin-coated directly on the organic film in the substrate with the resist multilayer film of the present invention, an organic solvent was used to examine whether the organic film to be formed is an organic film that does not cause intermixing. was evaluated for resistance to Each of the above organic film-forming compositions (Sol. 1 to 22) was coated on a silicon substrate, baked at 285° C. for 60 seconds to form an organic film, and the film thickness T1 was measured. After spin-coating PGMEA/PGME=30/70 (mass ratio) on the obtained organic film, heat treatment was performed at 100° C. for 30 seconds, and the film thickness T2 was measured. From these measurement results, the thickness reduction indicated by T1-T2 was calculated. Table 2 shows the results.

Figure 0007123668000010
Figure 0007123668000010

表2に示されるように、Sol.1~10、15~16、20~22から形成される有機膜は十分な有機溶剤耐性を有する。従って、これらの有機膜の直上にケイ素含有レジスト中間膜をスピンコートしても、インターミキシングすることなく積層膜を形成できることが明らかとなった。 As shown in Table 2, Sol. Organic films formed from 1 to 10, 15 to 16 and 20 to 22 have sufficient organic solvent resistance. Therefore, it was found that even if a silicon-containing resist intermediate film is spin-coated directly on these organic films, a laminated film can be formed without intermixing.

[有機レジスト下層膜上の成膜性評価]
本発明のレジスト多層膜付き基板における有機膜は有機レジスト下層膜上に積層されることから、有機レジスト下層膜上での成膜性を確認した。シリコンウエハ上に、有機レジスト下層膜として信越化学工業(株)製スピンオンカーボン膜ODL-102を塗布し、膜厚200nmの有機レジスト下層膜を形成した。この上に有機膜形成用組成物(Sol.1~22)を塗布し、285℃で60秒間焼成して有機膜を形成し、有機膜の成膜状態を確認した。結果を表3に示す。
[Evaluation of film formability on organic resist underlayer film]
Since the organic film in the resist multilayer-coated substrate of the present invention is laminated on the organic resist underlayer film, the film-forming property on the organic resist underlayer film was confirmed. A silicon wafer was coated with a spin-on carbon film ODL-102 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. as an organic resist underlayer film to form an organic resist underlayer film having a thickness of 200 nm. Organic film-forming compositions (Sol. 1 to 22) were applied thereon and baked at 285° C. for 60 seconds to form an organic film, and the state of formation of the organic film was confirmed. Table 3 shows the results.

Figure 0007123668000011
Figure 0007123668000011

表3に示される通り、Sol.1~10、15~16、20~22はスピンコートによって有機レジスト下層膜上に成膜不良なく膜形成することができた。一方で、アルコール系有機溶媒を70wt%以上含むSol.11~14、17~19は有機レジスト下層膜上ではじきを生じ、膜を積層することができなかった。 As shown in Table 3, Sol. 1 to 10, 15 to 16, and 20 to 22 could be formed on the organic resist underlayer film by spin coating without film formation failure. On the other hand, Sol. In Nos. 11 to 14 and 17 to 19, repelling occurred on the organic resist underlayer film, and the film could not be laminated.

[有機膜のアンモニア過水による湿式除去性]
上記の有機膜形成用組成物(Sol.1~10、15~16)をそれぞれシリコン基板上に塗布し、285℃で60秒間焼成して25nmになるように有機膜を形成して膜厚T1を測定した。この膜を29%アンモニア水/35%過酸化水素水/水=1/1/8で混合し65℃に保ったアンモニア過水中に5分間浸漬し、純水で洗浄した後に100℃で60秒間加熱乾燥させ、膜厚T3を測定した。また、このときの膜除去速度を求めた。これらの結果を表4に示す。
[Wet removability of organic film with ammonia water]
Each of the above organic film-forming compositions (Sol. 1 to 10, 15 to 16) is coated on a silicon substrate and baked at 285° C. for 60 seconds to form an organic film having a thickness of 25 nm. was measured. This film was mixed with 29% ammonia water/35% hydrogen peroxide water/water=1/1/8, immersed in ammonia overwater maintained at 65° C. for 5 minutes, washed with pure water, and then heated at 100° C. for 60 seconds. It was dried by heating, and the film thickness T3 was measured. Also, the film removal rate at this time was obtained. These results are shown in Table 4.

Figure 0007123668000012
Figure 0007123668000012

表4に示される通り、Sol.1~10、15~16から形成される有機膜は、アンモニア過水にて5nm/分以上の速度で除去可能であることが分かった。 As shown in Table 4, Sol. It was found that the organic films formed from 1 to 10 and 15 to 16 can be removed with ammonia hydrogen peroxide at a rate of 5 nm/min or more.

[レジスト多層膜付き基板の製造及び有機レジスト下層膜アッシング後の残渣評価]
(実施例1~15及び比較例1)
シリコンウエハ上に、有機レジスト下層膜として信越化学工業(株)製スピンオンカーボン膜ODL-102を膜厚200nmで形成した。その上に有機膜形成用組成物(Sol.1~10、15~16、20~22)をそれぞれ塗布し、285℃で60秒間加熱して有機膜を積層した。一方、上記の通り、Sol.11~14、17~19は有機レジスト下層膜上ではじきを生じ、膜を積層することができなかった(即ち、本発明のレジスト多層膜付き基板を製造できなかった)ため、有機膜を導入しないものを比較例1とした。
[Production of Substrate with Resist Multilayer Film and Evaluation of Residue After Organic Resist Underlayer Film Ashing]
(Examples 1 to 15 and Comparative Example 1)
A spin-on carbon film ODL-102 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. was formed as an organic resist underlayer film on a silicon wafer with a film thickness of 200 nm. Organic film-forming compositions (Sol. 1 to 10, 15 to 16, 20 to 22) were applied thereon, respectively, and heated at 285° C. for 60 seconds to laminate an organic film. On the other hand, as described above, Sol. In Nos. 11 to 14 and 17 to 19, repelling occurred on the organic resist underlayer film, and the film could not be laminated (that is, the substrate with the resist multilayer film of the present invention could not be produced), so an organic film was introduced. Comparative Example 1 was taken as Comparative Example 1.

次に、下記の表5に示すケイ素含有レジスト中間膜形成用組成物(SiARC-1)を塗布し、220℃で60秒間加熱して膜厚35nmのケイ素含有レジスト中間膜を積層した。その上に下記の表6に示すポジ型現像用ArFレジスト溶液(PR-1)を塗布し、110℃で60秒間加熱して膜厚100nmのフォトレジスト膜をレジスト上層膜として形成し、レジスト多層膜付き基板を得た。さらに、フォトレジスト膜上に下記の表7に示す液浸保護膜組成物(TC-1)を塗布し、90℃で60秒間加熱して膜厚50nmの保護膜を形成した。 Next, a composition for forming a silicon-containing resist intermediate film (SiARC-1) shown in Table 5 below was applied and heated at 220° C. for 60 seconds to laminate a silicon-containing resist intermediate film having a thickness of 35 nm. A positive development ArF resist solution (PR-1) shown in Table 6 below was applied thereon and heated at 110° C. for 60 seconds to form a photoresist film with a thickness of 100 nm as a resist upper layer film. A substrate with a film was obtained. Further, the liquid immersion protective film composition (TC-1) shown in Table 7 below was coated on the photoresist film and heated at 90° C. for 60 seconds to form a protective film having a thickness of 50 nm.

続いて、これらのウエハをArF液浸露光装置((株)ニコン製NSR-S610C、NA1.30、σ0.98/0.65、35度ダイポール偏光照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク)で露光し、100℃で60秒間ベーク(PEB)し、2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で30秒間現像し、160nm1:1のポジ型のラインアンドスペースパターンを得た。このようにして得られたウエハに対し、(株)日立製作所製電子顕微鏡(S-4800)でパターンの断面形状を、また、(株)日立ハイテクノロジーズ製電子顕微鏡(CG4000)でパターンの倒れを観察した。 Subsequently, these wafers were exposed with an ArF immersion exposure apparatus (Nikon Corporation NSR-S610C, NA 1.30, σ 0.98/0.65, 35-degree dipole polarized illumination, 6% halftone phase shift mask). Then, it was baked (PEB) at 100° C. for 60 seconds and developed with a 2.38% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution for 30 seconds to obtain a 160 nm 1:1 positive type line-and-space pattern. For the wafer thus obtained, the cross-sectional shape of the pattern was examined with an electron microscope (S-4800) manufactured by Hitachi, Ltd., and the collapse of the pattern was examined with an electron microscope (CG4000) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation. Observed.

フォトレジストパターンが得られたこれらのウエハに対し、東京エレクトロン製エッチング装置Teliusを用いて、表8、表9に示す処理条件でドライエッチングを行い、それぞれケイ素含有レジスト中間膜と有機レジスト下層膜を加工した。また、得られたウエハにおいて、(株)日立製作所製電子顕微鏡(S-9380)でパターンの断面形状を観察した。 These wafers on which the photoresist pattern was obtained were subjected to dry etching under the processing conditions shown in Tables 8 and 9 using Tokyo Electron's etching apparatus Telus to form a silicon-containing resist intermediate film and an organic resist underlayer film, respectively. processed. In addition, the cross-sectional shape of the pattern on the obtained wafer was observed with an electron microscope (S-9380, manufactured by Hitachi, Ltd.).

次に、有機レジスト下層膜加工後に残存したケイ素含有レジスト中間膜を湿式除去するため、上記ウエハを29%アンモニア水/35%過酸化水素水/水=1/1/8で混合して65℃に保ったアンモニア過水で5分間処理した。処理後に純水で洗浄し、100℃で60秒間加熱乾燥させた。また、アンモニア過水処理でケイ素分を除去できているか確認するため、有機レジスト下層膜表面をサーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のK-ALPHAでXPS分析し、有機レジスト下層膜上のケイ素を定量した。 Next, in order to wet-remove the silicon-containing resist intermediate film remaining after processing the organic resist underlayer film, the above wafer was mixed with 29% ammonia water/35% hydrogen peroxide water/water=1/1/8 and heated to 65°C. The mixture was treated with ammonia hydrogen peroxide kept at constant temperature for 5 minutes. After the treatment, it was washed with pure water and dried by heating at 100° C. for 60 seconds. In addition, in order to confirm whether the silicon content was removed by the ammonia hydrogen peroxide treatment, the surface of the organic resist underlayer film was subjected to XPS analysis using K-ALPHA manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., and the amount of silicon on the organic resist underlayer film was quantified. did.

以上の工程で得られた有機レジスト下層膜パターンを、東京エレクトロン製エッチング装置Teliusを用いて表10に示す処理条件で処理し、残存した有機レジスト下層膜をアッシング除去した。アッシング処理後のウエハを(株)日立ハイテクノロジーズ製電子顕微鏡(CG4000)で観察し、残渣の有無を確認した。結果を表11に示す。 The organic resist underlayer film pattern obtained by the above steps was processed under the processing conditions shown in Table 10 using an etching apparatus Telus manufactured by Tokyo Electron to remove the remaining organic resist underlayer film by ashing. After the ashing treatment, the wafer was observed with an electron microscope (CG4000, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) to confirm the presence or absence of residues. Table 11 shows the results.

上記のケイ素含有レジスト中間膜形成用組成物(SiARC-1)の組成を以下の表5に示す。 The composition of the silicon-containing resist intermediate film-forming composition (SiARC-1) is shown in Table 5 below.

Figure 0007123668000013
TPSNO:硝酸トリフェニルスルホニウム
Figure 0007123668000013
TPSNO 3 : triphenylsulfonium nitrate

表5に示されるSiARCポリマー1の分子量、及び構造式を以下に示す。
SiARCポリマー1:分子量(Mw)=2,800

Figure 0007123668000014
The molecular weight and structural formula of SiARC polymer 1 shown in Table 5 are shown below.
SiARC polymer 1: molecular weight (Mw) = 2,800
Figure 0007123668000014

表5に示されるSiARCポリマー2の分子量、及び構造式を以下に示す。
SiARCポリマー2:分子量(Mw)=2,800

Figure 0007123668000015
The molecular weight and structural formula of SiARC polymer 2 shown in Table 5 are shown below.
SiARC polymer 2: molecular weight (Mw) = 2,800
Figure 0007123668000015

上記のポジ型現像用ArFレジスト溶液(PR-1)の組成を以下の表6に示す。

Figure 0007123668000016
The composition of the above ArF resist solution for positive development (PR-1) is shown in Table 6 below.
Figure 0007123668000016

表6に示されるArFレジストポリマー1の分子量、分散度、及び構造式を以下に示す。
ArFレジストポリマー1:分子量(Mw)=7,800
分散度(Mw/Mn)=1.78

Figure 0007123668000017
The molecular weight, dispersity, and structural formula of ArF resist polymer 1 shown in Table 6 are shown below.
ArF resist polymer 1: molecular weight (Mw) = 7,800
Dispersity (Mw/Mn) = 1.78
Figure 0007123668000017

表6に示される酸発生剤:PAG1の構造式を以下に示す。

Figure 0007123668000018
Acid generator shown in Table 6: The structural formula of PAG1 is shown below.
Figure 0007123668000018

表6に示される塩基:Quencherの構造式を以下に示す。

Figure 0007123668000019
The structural formulas of the bases shown in Table 6: Quencher are shown below.
Figure 0007123668000019

上記のポジ型現像によるパターニング試験に用いる液浸保護膜組成物(TC-1)の組成を以下の表7に示す。

Figure 0007123668000020
Table 7 below shows the composition of the liquid immersion protective film composition (TC-1) used in the above patterning test by positive development.
Figure 0007123668000020

上記の表7に示される保護膜ポリマーの分子量、分散度、及び構造式を以下に示す。
保護膜ポリマー:分子量(Mw)=8,800
分散度(Mw/Mn)=1.69

Figure 0007123668000021
The molecular weights, dispersities, and structural formulas of the overcoat polymers shown in Table 7 above are shown below.
Protective film polymer: molecular weight (Mw) = 8,800
Dispersity (Mw/Mn) = 1.69
Figure 0007123668000021

ケイ素含有レジスト中間膜のドライエッチング加工条件を、以下の表8に示す。

Figure 0007123668000022
Dry etching processing conditions for the silicon-containing resist intermediate film are shown in Table 8 below.
Figure 0007123668000022

有機レジスト下層膜のドライエッチング加工条件を、以下の表9に示す。

Figure 0007123668000023
The dry etching processing conditions for the organic resist underlayer film are shown in Table 9 below.
Figure 0007123668000023

有機レジスト下層膜のアッシング除去条件を、以下の表10に示す。

Figure 0007123668000024
Table 10 below shows the ashing removal conditions for the organic resist underlayer film.
Figure 0007123668000024

上記の評価において得られた、フォトレジストパターンの断面形状及びパターンの倒れの観察結果、ドライエッチング加工後のパターン断面形状の観察結果、アンモニア過水処理後の有機レジスト下層膜表面のケイ素残量、そして有機レジスト下層膜パターンをアッシングした後の残渣の有無について、以下の表11に示す。 Observation results of the cross-sectional shape of the photoresist pattern and the collapse of the pattern obtained in the above evaluation, observation results of the cross-sectional shape of the pattern after dry etching processing, silicon remaining amount on the surface of the organic resist underlayer film after ammonia water treatment, Table 11 below shows the presence or absence of residue after ashing the organic resist underlayer film pattern.

Figure 0007123668000025
Figure 0007123668000025

表11に示される通り、アンモニア過水で除去可能なSol.1~10、15~16から形成される有機膜を導入した実施例1~12では、アンモニア過水処理後に有機レジスト下層膜上にケイ素が残らず、有機レジスト下層膜パターンをアッシングした後に残渣が発生しなくなった。また、実施例13~15、比較例1にて有機膜の膜厚の影響を確認したところ、実施例13に示されるように、有機膜が薄い場合には、アンモニア過水処理後の有機レジスト下層膜表面にケイ素分残渣は見られず、有機レジスト下層膜パターンをアッシングした後に残渣は発生しなかった。また、実施例15に示されるように、膜が厚い場合には、ドライエッチング加工時に有機膜部分にサイドエッチングが入ったものの、有機レジスト下層膜パターンをアッシングした後に残渣は発生しなかった。一方で、比較例1が示す通り、有機膜が無い場合にはケイ素分残渣の除去効果が得られず、有機レジスト下層膜パターンをアッシングした後に残渣が発生した。 As shown in Table 11, Sol. In Examples 1 to 12 in which the organic films formed from 1 to 10 and 15 to 16 were introduced, no silicon remained on the organic resist underlayer film after the ammonia hydrogen peroxide treatment, and no residue was left after the organic resist underlayer film pattern was ashed. no longer occurs. Further, when the influence of the film thickness of the organic film was confirmed in Examples 13 to 15 and Comparative Example 1, as shown in Example 13, when the organic film was thin, the organic resist after the ammonia hydrogen peroxide treatment No residue of silicon was found on the surface of the underlayer film, and no residue was generated after the organic resist underlayer film pattern was ashed. Moreover, as shown in Example 15, when the film was thick, the organic film portion was side-etched during the dry etching process, but no residue was generated after the organic resist underlayer film pattern was ashed. On the other hand, as shown in Comparative Example 1, when there was no organic film, the effect of removing the silicon residue was not obtained, and the residue was generated after the organic resist underlayer film pattern was ashed.

以上より、本発明のレジスト多層膜付き基板は、半導体装置基板やパターニング工程で必要な有機レジスト下層膜に対してダメージを与えない剥離液を用い、ドライエッチングで変性したケイ素分残渣とともに容易に湿式除去可能な有機膜を有するものとなり、3次元トランジスタ形成時のイオン打込み遮蔽マスク用材料として適用することが可能なものとなることが明らかとなった。特に有機膜を10nm以上100nm未満の膜厚で導入することにより、残渣の発生しない加工プロセスをより確実に構築することができることが明らかとなった。これにより、3次元トランジスタの製造工程における歩留まり低下を防止することが可能になり、より高性能の半導体装置を経済的に製造することが可能となる。 As described above, the substrate with a resist multilayer film of the present invention can be easily wet-processed with a silicon residue denatured by dry etching using a stripping solution that does not damage the semiconductor device substrate or the organic resist underlayer film required in the patterning process. It has become clear that it has a removable organic film and that it can be applied as an ion-implantation shielding mask material when forming a three-dimensional transistor. In particular, by introducing an organic film with a film thickness of 10 nm or more and less than 100 nm, it has become clear that a processing process that does not generate residues can be constructed more reliably. As a result, it becomes possible to prevent a decrease in yield in the manufacturing process of the three-dimensional transistor, and it becomes possible to economically manufacture a semiconductor device with higher performance.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments. The above-described embodiment is an example, and any device having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect is the present invention. included in the technical scope of

Claims (8)

基板と、該基板上に形成されたレジスト多層膜とを有するレジスト多層膜付き基板であって、
前記レジスト多層膜が、前記基板側から、アンモニア過水に難溶な有機レジスト下層膜と、アンモニア過水に可溶な有機膜と、ケイ素含有レジスト中間膜と、レジスト上層膜とをこの順序で有するものであり、かつ、
前記アンモニア過水に可溶な有機膜が、下記一般式(1)~(4)で示されるいずれか1種以上の繰り返し単位を有する高分子化合物と有機溶媒とを含む有機膜形成用組成物の硬化物であり、かつ、
前記アンモニア過水に難溶な有機レジスト下層膜が、29%アンモニア水/35%過酸化水素水/水=1/1/8で混合した65℃の溶液による浸漬処理によって、3nm/分以下の溶解速度を有するものであることを特徴とするレジスト多層膜付き基板。
Figure 0007123668000026
(式中、R は炭素数1~19の炭化水素基、ハロゲン原子、アルコキシ基、カルボキシ基、スルホ基、メトキシカルボニル基、ヒドロキシフェニル基、又はアミノ基であり、R は水素原子又はALである。ALは加熱又は酸の作用により酸性の官能基を生じる基である。R は水素原子、フラニル基、又は塩素原子もしくはニトロ基を有していてもよい炭素数1~16の炭化水素基である。k 、k 、及びk は1~2であり、lは1~3であり、mは0~3であり、nは0又は1である。ただし、前記高分子化合物はm-クレゾールノボラックではない。)
A substrate with a resist multilayer film comprising a substrate and a resist multilayer film formed on the substrate,
The resist multilayer film comprises, from the substrate side, an organic resist lower layer film sparingly soluble in ammonia hydrogen peroxide water, an organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide water, a silicon-containing resist intermediate film, and a resist upper layer film in this order. and
A composition for forming an organic film, wherein the organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide mixture contains a polymer compound having at least one repeating unit represented by any one of the following general formulas (1) to (4), and an organic solvent. is a cured product of, and
The organic resist underlayer film, which is poorly soluble in ammonia hydrogen peroxide, is immersed in a solution of 29% ammonia water/35% hydrogen peroxide water/water (=1/1/8) at 65° C., so that the A substrate with a resist multilayer film, characterized by having a dissolution rate .
Figure 0007123668000026
(In the formula, R 1 is a hydrocarbon group having 1 to 19 carbon atoms, a halogen atom, an alkoxy group, a carboxy group, a sulfo group, a methoxycarbonyl group, a hydroxyphenyl group, or an amino group, and R 2 is a hydrogen atom or AL AL is a group that generates an acidic functional group by the action of heat or acid, and R 3 is a hydrogen atom, a furanyl group, or a carbonized group having 1 to 16 carbon atoms which may have a chlorine atom or a nitro group. is a hydrogen group, k 1 , k 2 and k 3 are 1 to 2, l is 1 to 3, m is 0 to 3, and n is 0 or 1, provided that the polymer The compound is not m-cresol novolac.)
前記有機膜形成用組成物が、さらに、熱酸発生剤及び架橋剤のいずれかもしくは両方を含有するものであることを特徴とする請求項1に記載のレジスト多層膜付き基板。 2. The substrate with a resist multilayer film according to claim 1 , wherein the composition for forming an organic film further contains either or both of a thermal acid generator and a cross-linking agent. 前記アンモニア過水に可溶な有機膜が、29%アンモニア水/35%過酸化水素水/水=1/1/8で混合した65℃の溶液による浸漬処理によって、5nm/分以上の溶解速度を有するものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレジスト多層膜付き基板。 The organic film soluble in ammonia hydrogen peroxide is immersed in a solution of 29% ammonia water/35% hydrogen peroxide water/water = 1/1/8 at 65°C to achieve a dissolution rate of 5 nm/min or more. 3. The substrate with a resist multilayer film according to claim 1 or 2 , characterized in that it has a 前記アンモニア過水に可溶な有機膜の膜厚が、10nm以上100nm未満のものであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のレジスト多層膜付き基板。 4. The substrate with a resist multilayer film according to claim 1, wherein the thickness of the organic film soluble in ammonia peroxide water is 10 nm or more and less than 100 nm. 前記ケイ素含有レジスト中間膜が、ホウ素及びリンのいずれかもしくは両方を含むものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のレジスト多層膜付き基板。 5. The substrate with a resist multilayer film according to any one of claims 1 to 4 , wherein the silicon-containing resist intermediate film contains one or both of boron and phosphorus. 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のレジスト多層膜付き基板の製造方法であって、
前記有機膜形成用組成物として、前記有機溶媒において、プロピレングリコールエステル、ケトン、及びラクトンから選ばれる1種以上の合計が全有機溶媒中の30wt%を超える量を占めるものを用いることを特徴とするレジスト多層膜付き基板の製造方法。
A method for manufacturing a substrate with a resist multilayer film according to any one of claims 1 to 5,
The organic film-forming composition is characterized in that, in the organic solvent, the total amount of one or more selected from propylene glycol esters, ketones, and lactones accounts for more than 30% by weight in the total organic solvent. A method for manufacturing a substrate with a resist multilayer film.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のレジスト多層膜付き基板のレジスト上層膜を露光し、現像液で現像して前記レジスト上層膜にパターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をエッチングマスクとして前記ケイ素含有レジスト中間膜をエッチングしてパターンを形成し、該パターンが形成されたケイ素含有レジスト中間膜をエッチングマスクとして前記有機膜と前記有機レジスト下層膜とをエッチングしてパターンを形成し、前記パターンが形成されたケイ素含有レジスト中間膜と前記パターンが形成された有機膜とをアンモニア過水による処理により除去し、前記パターンが形成された有機レジスト下層膜をマスクとして前記基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。 The resist upper layer film of the substrate with a resist multilayer film according to any one of claims 1 to 5 is exposed and developed with a developer to form a pattern on the resist upper layer film, and the pattern is formed. The silicon-containing resist intermediate film is etched using the resist upper layer film as an etching mask to form a pattern, and the silicon-containing resist intermediate film with the pattern formed thereon is used as an etching mask to etch the organic film and the organic resist lower layer film. The patterned silicon-containing resist intermediate film and the patterned organic film are removed by treatment with ammonia hydrogen peroxide mixture, and the patterned organic resist underlayer film is used as a mask. A pattern forming method, comprising forming a pattern on the substrate. 前記基板にパターンを形成した後、前記パターンが形成された有機レジスト下層膜を、ドライエッチング又はウエットエッチングにより除去することを特徴とする請求項7に記載のパターン形成方法。 8. The pattern forming method according to claim 7 , wherein after the pattern is formed on the substrate, the organic resist underlayer film on which the pattern is formed is removed by dry etching or wet etching.
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