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JP2009116003A - Material for multilayer processing and pattern forming method - Google Patents

Material for multilayer processing and pattern forming method Download PDF

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JP2009116003A
JP2009116003A JP2007288296A JP2007288296A JP2009116003A JP 2009116003 A JP2009116003 A JP 2009116003A JP 2007288296 A JP2007288296 A JP 2007288296A JP 2007288296 A JP2007288296 A JP 2007288296A JP 2009116003 A JP2009116003 A JP 2009116003A
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JP
Japan
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film
pattern
etching
intermediate layer
multilayer
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007288296A
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Japanese (ja)
Inventor
Shogo Matsumaru
省吾 松丸
Hisayuki Ogata
寿幸 緒方
Kiyoshi Ishikawa
清 石川
Hideo Haneda
英夫 羽田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd filed Critical Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority to JP2007288296A priority Critical patent/JP2009116003A/en
Publication of JP2009116003A publication Critical patent/JP2009116003A/en
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  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pattern forming method using a material for multilayer processing, capable of forming a film having a high etching selective ratio to a film formed from an organic material, at a low temperature. <P>SOLUTION: The pattern forming method is characterized in that: a multilayered body is formed on a substrate, wherein an underlay organic film that can be dry-etched, an intermediate layer formed by using the material for multilayer processing, which contains a metal compound (W) that can generate a hydroxyl group by hydrolysis, and an overlay resist film, are laminated in order; and the multilayered body is subjected to processing including dry etching to form a pattern. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、多層プロセス用材料を用いたパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a pattern forming method using a multilayer process material.

一般に、半導体製造に際しては、シリコンウェーハ等の基板上にレジスト膜を形成した積層体に、ドライエッチングを含む処理、たとえばレジスト膜に選択的露光を施すことにより該レジスト膜にレジストパターンを形成し、これをマスクとしてドライエッチングを行い、基板上にパターンを形成する等の処理が行われている。   In general, in semiconductor manufacturing, a laminate including a resist film formed on a substrate such as a silicon wafer is subjected to treatment including dry etching, for example, by selectively exposing the resist film to form a resist pattern on the resist film, Using this as a mask, dry etching is performed to form a pattern on the substrate.

レジストパターン形成方法の1つとして、3層レジスト法が知られている(たとえば特許文献1参照)。3層レジスト法は、まず、基板上に、被膜形成用樹脂等を含む有機材料を塗布して下層有機膜を設け、その上に中間層を設けたのち、さらにその上にレジスト膜を設け、通常のリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして中間層をエッチングすることにより中間層にパターンを形成し、次いでパターン化された中間層をマスクとして、下層有機膜を、酸素プラズマ等によりエッチングすることにより、基板上にパターンを形成する。
また、3層レジスト法よりも工程数が少ない2層レジスト法も提案されている(たとえば特許文献2、3参照)。2層レジスト法では、基板上に、3層レジスト法と同様にして下層有機膜を設けた後、その上にレジスト膜を設け、通常のリソグラフィー技術によりレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして酸素プラズマ等によるエッチングを行い、下層有機膜にパターンを形成する。そして、そのパターンをマスクとしてエッチングを行い、基板上にパターンを形成する。
As one of the resist pattern forming methods, a three-layer resist method is known (see, for example, Patent Document 1). In the three-layer resist method, first, an organic material containing a film-forming resin or the like is applied on a substrate to provide a lower organic film, an intermediate layer is provided thereon, and a resist film is further provided thereon. A resist pattern is formed by a normal lithography technique, and the intermediate layer is etched by using the resist pattern as a mask to form a pattern in the intermediate layer. Then, using the patterned intermediate layer as a mask, the lower organic film is formed by oxygen plasma. Etching is performed to form a pattern on the substrate.
A two-layer resist method having a smaller number of steps than the three-layer resist method has also been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3). In the two-layer resist method, a lower layer organic film is provided on a substrate in the same manner as the three-layer resist method, and then a resist film is provided thereon, a resist pattern is formed by ordinary lithography technology, and the resist pattern is masked Etching with oxygen plasma or the like is performed to form a pattern in the lower organic film. Then, etching is performed using the pattern as a mask to form a pattern on the substrate.

このようなレジスト膜を含む多層積層体にパターンを形成する多層プロセス用途において、3層レジスト法における中間層や、2層レジスト法におけるレジスト膜を形成する材料には、下層有機膜のエッチングを行う際のマスクとして用いられるため、下層有機膜として用いられる有機材料から形成される膜に対して高いエッチング選択比を有することが必要とされる。
現在、かかる多層プロセス用材料としては主にシリカ(SiO)系被膜が用いられている。たとえば3層レジスト法における中間層としては、エッチング耐性が良好であることから、SiOを主成分とする無機膜(SiO膜)が主に用いられている。また、2層レジスト法におけるレジスト膜としては、シリコン含有ポリマーを含有するレジスト膜が用いられている。
In a multilayer process application in which a pattern is formed on a multilayer laminate including such a resist film, the lower layer organic film is etched for the material for forming the intermediate layer in the three-layer resist method or the resist film in the two-layer resist method. Therefore, it is necessary to have a high etching selectivity with respect to a film formed from an organic material used as a lower organic film.
At present, silica (SiO 2 ) -based coatings are mainly used as such multilayer process materials. For example, as the intermediate layer in the three-layer resist method, an inorganic film (SiO 2 film) containing SiO 2 as a main component is mainly used because etching resistance is good. As a resist film in the two-layer resist method, a resist film containing a silicon-containing polymer is used.

一方、従来、SiO膜等のシリカ系被膜の形成に用いられる方法としては、化学気相成長法(以下、CVD法ということがある)、SOG(spin−on−glass)法等が知られている。SOG法とは、一般的に、ケイ素化合物を有機溶剤に溶解した溶液(以下SOG溶液ということもある)を塗布し、加熱処理することによって、SiOを主成分とする膜(以下SOG被膜ということがある)を形成する方法である(たとえば特許文献4〜6参照)。
特開2001−51422号公報 特開昭61−239243号公報 特開昭62−25744号公報 特公平8−3074号公報 特許第2739902号公報 特許第3228714号公報
On the other hand, chemical vapor deposition (hereinafter sometimes referred to as CVD), SOG (spin-on-glass), and the like are known as methods conventionally used for forming a silica-based film such as a SiO 2 film. ing. The SOG method is generally a film containing SiO 2 as a main component (hereinafter referred to as an SOG coating) by applying a solution (hereinafter sometimes referred to as an SOG solution) in which a silicon compound is dissolved in an organic solvent, followed by heat treatment. (See, for example, Patent Documents 4 to 6).
JP 2001-51422 A JP-A 61-239243 Japanese Patent Laid-Open No. 62-25744 Japanese Patent Publication No. 8-3074 Japanese Patent No. 2739902 Japanese Patent No. 3228714

しかし、これらの方法により良質なシリカ系被膜、たとえば有機材料から形成される膜に対して高いエッチング選択比を有する膜を得るためには、200℃以上の高温で焼成し、緻密な酸化膜とする必要がある。たとえば、CVD法により形成されるシリカ系被膜は、その表面を平坦にするためには、膜形成後に、950〜1100℃程度の高温でリフローさせる必要がある。また、SOG法では、表面が平坦なシリカ系被膜を形成するためには、塗布液を塗布した後、たとえば200〜450℃程度の温度で焼成する必要がある。このような高温プロセスは、製造効率が悪い、コストがかかる等の問題がある。
本発明は、低温で、有機材料から形成される膜に対して高いエッチング選択比を有する膜を形成可能な多層プロセス用材料を用いたパターン形成方法を提供することを課題とする。
However, in order to obtain a high-quality silica-based film such as a film having a high etching selectivity with respect to a film formed from an organic material by these methods, a dense oxide film is formed by baking at a high temperature of 200 ° C. or higher. There is a need to. For example, a silica-based film formed by a CVD method needs to be reflowed at a high temperature of about 950 to 1100 ° C. after the film formation in order to flatten the surface. Further, in the SOG method, in order to form a silica-based film having a flat surface, it is necessary to bake at a temperature of, for example, about 200 to 450 ° C. after applying the coating liquid. Such a high temperature process has problems such as low manufacturing efficiency and high cost.
An object of the present invention is to provide a pattern forming method using a multilayer process material capable of forming a film having a high etching selectivity with respect to a film formed from an organic material at a low temperature.

上記課題を解決する本発明の第一の態様は、基板上に、ドライエッチング可能な下層有機膜と、加水分解により水酸基を生成し得る金属化合物(W)を含有する多層プロセス用材料を用いて形成された中間層と、上層レジスト膜とが順に積層されてなる多層積層体を形成し、該多層積層体に、ドライエッチングを含む処理を行って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である。   The first aspect of the present invention that solves the above problems uses a multilayer process material containing, on a substrate, a lower organic film that can be dry-etched and a metal compound (W) that can generate a hydroxyl group by hydrolysis. A pattern forming method, comprising: forming a multilayer laminate in which the formed intermediate layer and an upper resist film are sequentially laminated; and performing a process including dry etching on the multilayer laminate. It is.

なお、本特許請求の範囲および明細書において、「露光」は放射線の照射全般を含む概念であり、たとえば電子線の描画やマスクを介しての照射も含まれる。   In the claims and the specification, “exposure” is a concept including general radiation irradiation, and includes, for example, electron beam drawing and irradiation through a mask.

本発明によれば、低温で、有機材料から形成される膜に対して高いエッチング選択比を有する膜を形成可能な多層プロセス用材料を用いたパターン形成方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pattern formation method using the material for multilayer processes which can form the film | membrane which has a high etching selectivity with respect to the film | membrane formed from an organic material at low temperature can be provided.

≪パターン形成方法に用いられる多層プロセス用材料≫
まず、本発明のパターン形成方法において、中間層の形成に用いられる多層プロセス用材料について説明する。
該多層プロセス用材料は、レジスト膜を含む多層積層体にパターンを形成する方法に用いられるものであって、加水分解により水酸基を生成し得る金属化合物(W)を含有する。
金属化合物(W)を含む多層プロセス用材料を表面(たとえば後述する下層有機膜)の上に塗布し、水、好ましくは脱イオン水と接触させると、前記金属化合物(W)は加水分解し、水酸基を生成し、これにより、金属酸化物を含む被膜(中間層)が形成される。このようにして得られる被膜は、エッチング耐性が高く、有機材料から形成される膜に対して高いエッチング選択比を有する。
≪Multilayer process material used in pattern formation process≫
First, a multilayer process material used for forming an intermediate layer in the pattern forming method of the present invention will be described.
The multilayer process material is used in a method of forming a pattern on a multilayer laminate including a resist film, and contains a metal compound (W) that can generate a hydroxyl group by hydrolysis.
When a multilayer processing material containing a metal compound (W) is applied on a surface (for example, a lower organic film described later) and brought into contact with water, preferably deionized water, the metal compound (W) is hydrolyzed, A hydroxyl group is generated, whereby a film (intermediate layer) containing a metal oxide is formed. The film thus obtained has high etching resistance and a high etching selectivity with respect to a film formed from an organic material.

金属化合物(W)は、加水分解により水酸基を生成し得る官能基を有するものであれば特に限定することなく使用することができる。
官能基は金属原子に直接結合していることが望ましい。
また、官能基の数は金属原子1つに対して2以上であることが好ましく、2〜4であることが好ましく、特には4であることが望ましい。2以上の官能基を有することにより、加水分解によって生成した水酸基どうしが脱水縮合し、複数の金属化合物(W)分子同士が結合して良好な金属酸化膜が形成される。
The metal compound (W) can be used without particular limitation as long as it has a functional group capable of generating a hydroxyl group by hydrolysis.
It is desirable that the functional group is directly bonded to the metal atom.
The number of functional groups is preferably 2 or more per metal atom, more preferably 2 to 4, and particularly preferably 4. By having two or more functional groups, the hydroxyl groups generated by hydrolysis undergo dehydration condensation, and a plurality of metal compound (W) molecules are bonded together to form a good metal oxide film.

この様な官能基としては、アルコキシ基、イソシアネート基、カルボニル基等が挙げられる。また、ハロゲン原子も同様の機能を有するので、本発明においてはハロゲン原子も官能基に含まれる。
アルコキシ基としては、炭素数1〜5の直鎖状または分岐状のアルコキシ基、たとえばメトキシ基(−O−Me)、エトキシ基(−O−Et)、n−プロポキシ基(−O−nPr)、イソプロポキシ基(−O−iPr)、n−ブトキシ基(−O−nBu)等が挙げられる。
ハロゲン原子としては、塩素原子、フッ素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、中でも塩素原子が好ましい。
上記の中で、アルコキシ基、イソシアネート基は、特に、当該多層プロセス用材料が塗布されて中間層が形成される表面(たとえば後述する下層有機膜の表面)にカルボキシ基、水酸基等の反応基が存在する場合に、これと縮合反応するため好ましい。これにより、加水分解後に形成される水酸基と該表面の反応基とが縮合反応し、中間層と該表面とが強固に密着する。
上記の中で、カルボニル基、ハロゲン原子は、特に、当該多層プロセス用材料が塗布されて中間層が形成される表面(たとえば後述する下層有機膜の表面)にカルボキシ基、水酸基等の反応基が存在する場合に、これに吸着するため好ましい。これにより、加水分解後に形成される水酸基と該表面の反応基とが吸着し、中間層と該表面とが強固に密着する。
これらの中でも、イソシアネート基、ハロゲン原子(特に塩素原子)が、高活性で、加熱処理を特に行わずとも簡便に金属酸化膜を形成することができるため好ましく、特に、イソシアネート基が好ましい。
Examples of such a functional group include an alkoxy group, an isocyanate group, and a carbonyl group. Moreover, since a halogen atom also has the same function, a halogen atom is also contained in a functional group in this invention.
Examples of the alkoxy group include linear or branched alkoxy groups having 1 to 5 carbon atoms such as a methoxy group (-O-Me), an ethoxy group (-O-Et), and an n-propoxy group (-O-nPr). , Isopropoxy group (-O-iPr), n-butoxy group (-O-nBu) and the like.
Examples of the halogen atom include a chlorine atom, a fluorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and among them, a chlorine atom is preferable.
Among the above, alkoxy groups and isocyanate groups are particularly reactive groups such as carboxy groups and hydroxyl groups on the surface (for example, the surface of a lower organic film described later) on which the multilayer process material is applied to form an intermediate layer. When present, it is preferable because it undergoes a condensation reaction. Thereby, the hydroxyl group formed after hydrolysis and the reactive group on the surface undergo a condensation reaction, and the intermediate layer and the surface are firmly adhered.
Among the above, carbonyl groups and halogen atoms are particularly reactive groups such as carboxy groups and hydroxyl groups on the surface (for example, the surface of the lower organic film described later) on which the multilayer process material is applied to form an intermediate layer. If present, it is preferred because it adsorbs to it. Thereby, the hydroxyl group formed after hydrolysis and the reactive group on the surface are adsorbed, and the intermediate layer and the surface are firmly adhered.
Among these, an isocyanate group and a halogen atom (especially a chlorine atom) are preferable because they are highly active and a metal oxide film can be easily formed without any heat treatment, and an isocyanate group is particularly preferable.

金属化合物(W)は、上記「加水分解により水酸基を生成し得る官能基」以外の原子や有機基を有していてもよい。該原子としては、たとえば水素原子が挙げられる。有機基としては、例えばアルキル基(好ましくは炭素数1〜5の低級アルキル基)等が挙げられ、エチル基、メチル基が好ましい。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「アルキル基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状および環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
The metal compound (W) may have an atom or an organic group other than the above-mentioned “functional group capable of generating a hydroxyl group by hydrolysis”. Examples of the atom include a hydrogen atom. Examples of the organic group include an alkyl group (preferably a lower alkyl group having 1 to 5 carbon atoms) and the like, and an ethyl group and a methyl group are preferable.
In the present specification and claims, “alkyl group” includes linear, branched and cyclic monovalent saturated hydrocarbon groups unless otherwise specified.

ここで、本発明において、金属化合物(W)を構成する金属には、通常の金属の他に、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、アンチモン、セレン、テルル等も含まれるものとする。
金属化合物(W)を構成する金属として、好適なものとしては、例えばチタン、ジルコニウム、アルミニウム、ニオブ、ケイ素、ホウ素、ランタニド、イットリウム、バリウム、コバルト、鉄、ジルコニウム、タンタル等が挙げられ、チタン、ケイ素が好ましく、特にケイ素が好ましい。
また、金属化合物(W)中の金属原子の数は1であっても2以上であってもよく、好ましくは1である。
Here, in the present invention, the metal constituting the metal compound (W) includes boron, silicon, germanium, antimony, selenium, tellurium and the like in addition to a normal metal.
Suitable examples of the metal composing the metal compound (W) include titanium, zirconium, aluminum, niobium, silicon, boron, lanthanide, yttrium, barium, cobalt, iron, zirconium, tantalum, and the like. Silicon is preferred, and silicon is particularly preferred.
Further, the number of metal atoms in the metal compound (W) may be 1 or 2 or more, preferably 1.

金属化合物(W)としては、例えば以下のものを挙げることができる。
アルコキシ基を有する金属化合物(以下、「金属アルコキシド類」ということがある)としては、以下のものが挙げられる。
例えば、チタンブトキシド(Ti(O−nBu))、ジルコニウムプロポキシド(Zr(O−nPr))、アルミニウムブトキシド(Al(O−nBu))、ニオブブトキシド(Nb(O−nBu))、シリコンテトラメトキシド(Si(O−Me))、ホウ素エトキシド(B(O−Et))等の希土類金属以外の金属アルコキシド化合物;
ランタニドイソプロポキシド(Ln(O−iPr))、イットリウムイソプロポキシド(Y(O−iPr))等の希土類金属の金属アルコキシド化合物;
バリウムチタンアルコキシド(BaTi(OR60)等のダブルアルコキシド化合物(なお、ここでの「R60」は炭素数1〜5の低級アルコキシ基であり、Xは2〜4の整数である。);
メチルトリメトキシシラン(MeSi(O−Me))、ジエチルジエトキシシラン(EtSi(O−Et))等の、2個以上のアルコキシ基を有し、アルコキシ基以外の有機基を有する金属アルコキシド化合物;
アセチルアセトン等の配位子を有し、2個以上のアルコキシ基を有する金属アルコキシド化合物等が挙げられる。
また、上記金属アルコキシド類に少量の水を添加し、部分的に加水分解および縮合させて得られるアルコキシドゾルまたはアルコキシドゲルの微粒子を用いることもできる。
さらには、チタンブトキシドテトラマー(CO[Ti(OCO])等の、複数個または複数種の金属元素を有する二核またはクラスター型のアルコキシド化合物や、酸素原子を介して一次元に架橋した金属アルコキシド化合物に基づく高分子等も、上記金属アルコキシド類に含まれる。
Examples of the metal compound (W) include the following.
Examples of the metal compound having an alkoxy group (hereinafter sometimes referred to as “metal alkoxides”) include the following.
For example, titanium butoxide (Ti (O-nBu) 4 ), zirconium propoxide (Zr (O-nPr) 4 ), aluminum butoxide (Al (O-nBu) 3 ), niobium butoxide (Nb (O-nBu) 5 ) Metal alkoxide compounds other than rare earth metals such as silicon tetramethoxide (Si (O-Me) 4 ) and boron ethoxide (B (O-Et) 3 );
Metal alkoxide compounds of rare earth metals such as lanthanide isopropoxide (Ln (O-iPr) 3 ), yttrium isopropoxide (Y (O-iPr) 3 );
Double alkoxide compounds such as barium titanium alkoxide (BaTi (OR 60 ) x ) (where “R 60 ” is a lower alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, and X is an integer of 2 to 4). ;
It has two or more alkoxy groups such as methyltrimethoxysilane (MeSi (O-Me) 3 ) and diethyldiethoxysilane (Et 2 Si (O-Et) 2 ), and has an organic group other than the alkoxy group. Metal alkoxide compounds;
Examples thereof include metal alkoxide compounds having a ligand such as acetylacetone and having two or more alkoxy groups.
Further, fine particles of alkoxide sol or alkoxide gel obtained by adding a small amount of water to the metal alkoxides and partially hydrolyzing and condensing them can also be used.
Further, a binuclear or cluster type alkoxide compound having a plurality of or plural kinds of metal elements such as titanium butoxide tetramer (C 4 H 9 O [Ti (OC 4 H 9 ) 2 O] 4 C 4 H 9 ). In addition, a polymer based on a metal alkoxide compound cross-linked one-dimensionally through an oxygen atom is also included in the metal alkoxides.

イソシアネート基を有する金属化合物としては、一般式「M(NCO)」で表される2個以上のイソシアネート基を有する化合物が挙げられる(式中、Mは金属原子であり、mは2〜4の整数である)。
具体的には、テトライソシアネートシラン(Si(NCO))チタンテトライソシアネート(Ti(NCO))、ジルコニウムテトライソシアネート(Zr(NCO))、アルミニウムトリイソシアネート(Al(NCO))等が挙げられる。
Examples of the metal compound having an isocyanate group include compounds having two or more isocyanate groups represented by the general formula “M (NCO) m ” (wherein M is a metal atom, and m is 2 to 4). Is an integer).
Specific examples include tetraisocyanate silane (Si (NCO) 4 ) titanium tetraisocyanate (Ti (NCO) 4 ), zirconium tetraisocyanate (Zr (NCO) 4 ), aluminum triisocyanate (Al (NCO) 3 ), and the like. It is done.

ハロゲン原子を有する金属化合物としては、一般式「M(X)」(式中、Mは金属原子であり、Xはフッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子から選ばれる一種であり、nは2〜4の整数である)で表される、2個以上(好ましくは2〜4個)のハロゲン原子を有するハロゲン化金属化合物が挙げられる。
ハロゲン原子を有する化合物は金属錯体であってもよい。
具体的には、テトラクロロチタン(TiCl)、テトラクロロシラン(SiCl)等が挙げられる。また、金属錯体として、塩化コバルト(CoCl)等も挙げられる。
The metal compound having a halogen atom has a general formula “M (X) n ” (wherein M is a metal atom, X is a kind selected from a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom, n Is an integer of 2 to 4), and a metal halide compound having 2 or more (preferably 2 to 4) halogen atoms.
The compound having a halogen atom may be a metal complex.
Specifically, tetrachlorotitanium (TiCl 4 ), tetrachlorosilane (SiCl 4 ), and the like can be given. The metal complexes also include cobalt chloride (CoCl 2) or the like.

カルボニル基を有する金属化合物としては、チタニウムオキソアセチルアセテート(TiO(CHCOCHCOO))、ペンタカルボニル鉄(Fe(CO))等の金属カルボニル化合物、及びこれらの多核クラスターが挙げられる。 Examples of the metal compound having a carbonyl group include metal carbonyl compounds such as titanium oxoacetyl acetate (TiO (CH 3 COCH 2 COO) 2 ), pentacarbonyl iron (Fe (CO) 5 ), and multinuclear clusters thereof.

これらの中でも、特に高活性で、加熱処理を特に行わずとも簡便に、エッチング耐性の良好な金属酸化膜を形成することができることから、イソシアネート基および/またはハロゲン原子を2個以上(好ましくは2〜4個)有するケイ素化合物が好ましい。1分子中のケイ素の数は1であっても2以上であってもよく、好ましくは1である。
中でも、以下の一般式(S−1)で表される化合物が好ましい。
SiW・・・(S−1)
[式中、aは2〜4の整数、Wはイソシアネート基(NCO基)またはハロゲン原子を示し、複数のWは相互に同じであっても異なっていてもよい。]
Among these, since a metal oxide film having particularly high activity and good etching resistance can be easily formed without particularly performing heat treatment, two or more isocyanate groups and / or halogen atoms (preferably 2 (˜4) silicon compounds are preferred. The number of silicon in one molecule may be 1 or 2 or more, preferably 1.
Especially, the compound represented by the following general formula (S-1) is preferable.
SiW a (S-1)
[Wherein, a represents an integer of 2 to 4, W represents an isocyanate group (NCO group) or a halogen atom, and a plurality of W may be the same or different from each other. ]

aは2〜4の整数であり、4であることが望ましい。
Wはイソシアネート基またはハロゲン原子であり、ハロゲン原子については上記と同様であり、塩素原子であることが望ましい。これらの中でも、イソシアネート基が好ましい。
a is an integer of 2 to 4, and is preferably 4.
W is an isocyanate group or a halogen atom, and the halogen atom is the same as described above, and is preferably a chlorine atom. Among these, an isocyanate group is preferable.

金属化合物(W)は1種または2種以上混合して用いることができる。   A metal compound (W) can be used 1 type or in mixture of 2 or more types.

また、多層プロセス用材料には、金属化合物(W)の他に有機化合物を配合することができる。これにより、金属酸化物と有機化合物との複合化膜が形成できる。
有機化合物は、後述する多層プロセス用材料に使用される溶媒に溶解するものであれば、特に制限はない。ここでいう溶解とは、有機化合物単独で溶解する場合に限らず、4−フェニルアゾ安息香酸のように、金属アルコキシド類との複合化によりクロロホルム等の溶媒に溶解する場合も含まれる。
有機化合物の分子量については特に制限はない。
In addition to the metal compound (W), an organic compound can be added to the multilayer process material. Thereby, a composite film of a metal oxide and an organic compound can be formed.
The organic compound is not particularly limited as long as it dissolves in a solvent used for a multilayer process material described later. The term “dissolution” as used herein includes not only the case where the organic compound is dissolved alone, but also the case where it is dissolved in a solvent such as chloroform by complexing with a metal alkoxide, such as 4-phenylazobenzoic acid.
There is no restriction | limiting in particular about the molecular weight of an organic compound.

有機化合物としては、パターンとの接触をより強固にする観点から、複数の反応基(好ましくは水酸基またはカルボキシ基)を有し、また室温下(25℃)において固体の性状であるものを用いることが好ましい。
この様な有機化合物として、例えば、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸、ポリグルタミン酸等の水酸基やカルボキシ基を有する高分子化合物;デンプン、グリコゲン、コロミン酸等の多糖類;グルコース、マンノース等の二糖類、単糖類;末端に水酸基やカルボキシ基を持つポルフィリン化合物やデンドリマー等が好ましく用いられる。
As an organic compound, from the viewpoint of strengthening contact with a pattern, a compound having a plurality of reactive groups (preferably a hydroxyl group or a carboxy group) and having a solid property at room temperature (25 ° C.) should be used. Is preferred.
Examples of such organic compounds include polymer compounds having a hydroxyl group or a carboxy group such as polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyvinylphenol, polymethacrylic acid, and polyglutamic acid; polysaccharides such as starch, glycogen, and colominic acid; glucose, A disaccharide such as mannose, a monosaccharide; a porphyrin compound having a hydroxyl group or a carboxy group at the end, a dendrimer, or the like is preferably used.

また、有機化合物として、カチオン性高分子化合物も好ましく用いることができる。金属アルコキシド類や金属酸化物は、カチオン性高分子化合物のカチオンに対してアニオン的に相互作用することができるため、強固な結合を実現することができる。
カチオン性高分子化合物の具体例として、PDDA(ポリジメチルジアリルアンモニウムクロライド)、ポリエチレンイミン、ポリリジン、キトサン、末端にアミノ基を持つデンドリマー等を挙げることができる。
Moreover, a cationic polymer compound can also be preferably used as the organic compound. Since metal alkoxides and metal oxides can interact anionically with the cation of the cationic polymer compound, a strong bond can be realized.
Specific examples of the cationic polymer compound include PDDA (polydimethyldiallylammonium chloride), polyethyleneimine, polylysine, chitosan, and a dendrimer having an amino group at the terminal.

これらの有機化合物は、機械的強度の強い薄膜を形成させるための構造成分として機能する。また、得られる薄膜に機能を付与するための機能性部位として、あるいは製膜後に取り除いてその分子形状に応じた空孔を薄膜中に形成させるための成分としての役割を果たすことも可能である。
有機化合物は1種または2種以上混合して用いることができる。
These organic compounds function as a structural component for forming a thin film having high mechanical strength. It can also serve as a functional part for imparting a function to the obtained thin film, or as a component for removing holes after film formation and forming vacancies corresponding to the molecular shape in the thin film. .
An organic compound can be used 1 type or in mixture of 2 or more types.

また、上記多層プロセス用材料においては、金属化合物(W)と、必要に応じて配合される有機化合物とを、適当な溶媒に溶解した溶液として使用することが望ましい。
溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、ベンゼン、クメン等を挙げることができ、緻密な膜が形成できる点から、ヘプタン、クメンが好ましい。溶媒は1種または2種以上混合して用いることができる。
溶液の固形分濃度(金属化合物(W)と必要に応じて用いられる有機化合物の合計の濃度)は、1〜200mM程度、好ましくは50〜150mM、さらに好ましくは50〜100mMである。この範囲内であることにより、より均一な膜を形成することができ、好ましい。
Moreover, in the said multilayer process material, it is desirable to use as a solution which melt | dissolved the metal compound (W) and the organic compound mix | blended as needed in a suitable solvent.
Examples of the solvent include methanol, ethanol, propanol, hexane, heptane, toluene, benzene, cumene, and the like, and heptane and cumene are preferable because a dense film can be formed. A solvent can be used 1 type or in mixture of 2 or more types.
The solid content concentration of the solution (the total concentration of the metal compound (W) and the organic compound used as necessary) is about 1 to 200 mM, preferably 50 to 150 mM, and more preferably 50 to 100 mM. Within this range, a more uniform film can be formed, which is preferable.

上記多層プロセス用材料は、レジスト膜を含む多層積層体にパターンを形成する方法に用いられる。
ここで、「多層積層体」とは、基板の上に、レジスト膜と、当該レジスト膜とは異なる材料で形成された他の層(レジスト膜以外の層)とを積層して構成された積層体を意味する。
「多層プロセス用材料」とは、基板の上に積層する、レジスト膜以外の層のうちの1層以上を形成する材料を意味する。
The multilayer processing material is used in a method for forming a pattern on a multilayer laminate including a resist film.
Here, the “multilayer laminate” is a laminate formed by laminating a resist film and another layer (a layer other than the resist film) formed of a material different from the resist film on the substrate. Means the body.
“Multilayer process material” means a material that forms one or more layers other than the resist film, which are laminated on a substrate.

上記多層プロセス用材料は、本発明のパターン形成方法において、中間層を形成するために用いられる。   The multilayer processing material is used for forming an intermediate layer in the pattern forming method of the present invention.

≪パターン形成方法≫
本発明のパターン形成方法は、基板上に、ドライエッチング可能な下層有機膜と、上記多層プロセス用材料を用いて形成された中間層と、上層レジスト膜とが順に積層されてなる多層積層体を形成し、該多層積層体に、ドライエッチングを含む処理を行ってパターンを形成する方法である。
≪Pattern formation method≫
The pattern forming method of the present invention comprises a multilayer laminate in which a lower organic film capable of dry etching, an intermediate layer formed using the multilayer processing material, and an upper resist film are sequentially laminated on a substrate. In this method, a pattern is formed by performing a process including dry etching on the multilayer laminate.

本発明のパターン形成方法は、上記多層積層体を用い、該多層積層体にドライエッチングを含む処理を行う方法であれば特に限定されない。
本発明のパターン形成方法は、例えば以下のようにして行うことができる。
まず、基板上に、ドライエッチング可能な下層有機膜と、上記多層プロセス用材料を用いて形成された中間層と、上層レジスト膜とが順に積層されてなる多層積層体を形成する積層体形成工程と、
前記上層レジスト膜に対して露光を行い、アルカリ現像することにより前記上層レジスト膜にレジストパターンを形成する工程(レジストパターン形成工程)と、
前記レジストパターンをマスクパターンとして前記中間層のドライエッチングを行うことにより該中間層にパターンを形成する工程(中間層エッチング工程)と、
前記レジストパターンおよび前記中間層のパターンをマスクパターンとして前記下層有機膜のドライエッチングを行うことにより該下層有機膜にパターンを形成する工程(下層有機膜エッチング工程)とを順次施すことにより行うことができる。
The pattern forming method of the present invention is not particularly limited as long as it uses the above multilayer laminate and performs a treatment including dry etching on the multilayer laminate.
The pattern formation method of this invention can be performed as follows, for example.
First, a laminated body forming step of forming a multilayer laminated body in which a lower organic film that can be dry-etched, an intermediate layer formed using the multilayer processing material, and an upper resist film are sequentially laminated on a substrate When,
Exposing the upper resist film and forming a resist pattern on the upper resist film by alkali development (resist pattern forming process);
Forming a pattern in the intermediate layer by performing dry etching of the intermediate layer using the resist pattern as a mask pattern (intermediate layer etching step);
A step of forming a pattern in the lower organic film by performing dry etching of the lower organic film using the resist pattern and the pattern of the intermediate layer as a mask pattern (lower organic film etching process) is sequentially performed. it can.

以下、各工程について、好ましい実施形態の一例を示す。
<積層体形成工程>
まず、シリコンウェーハのような基板上に、下層有機膜を形成するための有機材料の溶液を、スピンナーなどで塗布し、好ましくは200〜300℃、30〜300秒間、好ましくは60〜180秒間の加熱条件でベーク処理し、下層有機膜を形成する。
Hereinafter, an example of preferable embodiment is shown about each process.
<Laminated body formation process>
First, a solution of an organic material for forming a lower organic film is applied on a substrate such as a silicon wafer with a spinner or the like, preferably at 200 to 300 ° C. for 30 to 300 seconds, preferably 60 to 180 seconds. Baking is performed under heating conditions to form a lower organic film.

{基板}
基板としては、特に限定されず、従来公知のものを用いることができ、例えば、電子部品用の基板や、これに所定の配線パターンが形成されたものなどを例示することができる。
基板として、より具体的には、シリコンウェーハ、銅、クロム、鉄、アルミニウムなどの金属製の基板や、ガラス基板などが挙げられる。
配線パターンの材料としては、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、金などが使用可能である。
{substrate}
The substrate is not particularly limited, and a conventionally known substrate can be used. For example, a substrate for an electronic component or a substrate on which a predetermined wiring pattern is formed can be exemplified.
More specifically, examples of the substrate include a silicon wafer, a metal substrate such as copper, chromium, iron, and aluminum, and a glass substrate.
As a material for the wiring pattern, for example, copper, aluminum, nickel, gold or the like can be used.

{下層有機膜}
有機膜は、従来のドライエッチング法でエッチング可能な有機膜である。この有機膜は、上層レジスト膜の露光後の現像の際に用いられるアルカリ現像液に対して不溶性であることが望ましい。
下層有機膜として、従来のドライエッチング法でエッチング可能な有機膜を用いることにより、まず、リソグラフィーにより上層レジスト膜の選択的露光、アルカリ現像を行ってレジストパターンを形成し、次いで、該レジストパターンをマスクとし、ドライエッチングを行うことにより、中間層にレジストパターンが転写される(すなわち、中間層にパターンが形成される)。その後、該中間層のパターンをマスクとして下層有機膜をドライエッチングすることによって、下層有機膜に上層レジスト膜のレジストパターンおよび中間層のパターンが転写される(すなわち、下層有機膜にパターンが形成される)。その結果、パターン倒れを生じることなく、高アスペクト比のパターンを形成することができる。なお、アスペクト比は、パターンの下方(基板側)の幅に対するパターンの高さの比で表される。
{Lower layer organic film}
The organic film is an organic film that can be etched by a conventional dry etching method. The organic film is preferably insoluble in an alkaline developer used for development after exposure of the upper resist film.
By using an organic film that can be etched by a conventional dry etching method as a lower organic film, first, selective exposure of the upper resist film by lithography and alkali development are performed to form a resist pattern, and then the resist pattern is formed. By performing dry etching using the mask, the resist pattern is transferred to the intermediate layer (that is, the pattern is formed in the intermediate layer). Thereafter, the lower organic film is dry-etched using the intermediate layer pattern as a mask, whereby the resist pattern of the upper resist film and the intermediate layer pattern are transferred to the lower organic film (that is, the pattern is formed in the lower organic film). ) As a result, a pattern with a high aspect ratio can be formed without causing pattern collapse. The aspect ratio is represented by the ratio of the height of the pattern to the width below the pattern (substrate side).

下層有機膜を形成するための有機膜材料は、上層レジスト膜のような、電子線や光に対する感受性を必ずしも必要とするものではない。半導体素子や液晶表示素子の製造において、一般的に用いられているレジストや樹脂を用いればよい。   The organic film material for forming the lower organic film does not necessarily require sensitivity to an electron beam or light like the upper resist film. In the manufacture of semiconductor elements and liquid crystal display elements, resists and resins that are generally used may be used.

下層有機膜は、特に、酸素プラズマエッチング、もしくはCFガス又はCHFガスを用いたエッチングが可能な材料であることが好ましく、特に、酸素プラズマエッチングが可能な材料が好ましい。
このような材料としては、ノボラック樹脂、アクリル樹脂及び可溶性ポリイミドからなる群から選択される少なくとも一種を主成分とするものが好ましく用いられる。これらは、酸素プラズマエッチングを行いやすいと同時に、後工程でシリコン基板等のエッチングに用いられているフッ化炭素系ガスに対する耐性が強い。
これらの中でも、ノボラック樹脂、及び側鎖に脂環式部位又は芳香族環を有するアクリル樹脂は、安価で汎用的に用いられ、後工程のドライエッチング耐性に優れるので、好ましく用いられる。
The lower organic film is particularly preferably a material that can be etched by oxygen plasma etching or CF 4 gas or CHF 3 gas, and particularly preferably a material that can be etched by oxygen plasma.
As such a material, a material mainly composed of at least one selected from the group consisting of novolak resin, acrylic resin and soluble polyimide is preferably used. These are easy to perform oxygen plasma etching, and at the same time have strong resistance to fluorocarbon gases used for etching silicon substrates and the like in subsequent processes.
Among these, a novolak resin and an acrylic resin having an alicyclic moiety or an aromatic ring in the side chain are preferably used because they are inexpensive and widely used and have excellent dry etching resistance in the subsequent steps.

ノボラック樹脂としては、ポジ型レジスト組成物に一般的に用いられているものが使用可能であるし、ノボラック樹脂を主成分として含むi線やg線用のレジストも使用可能である。
ノボラック樹脂は、例えば、フェノール性水酸基を持つ芳香族化合物(以下、単に「フェノール類」という。)とアルデヒド類とを酸触媒下で付加縮合させることにより得られる樹脂である。
As the novolak resin, those generally used in positive resist compositions can be used, and i-line and g-line resists containing a novolak resin as a main component can also be used.
The novolac resin is, for example, a resin obtained by addition condensation of an aromatic compound having a phenolic hydroxyl group (hereinafter simply referred to as “phenols”) and an aldehyde under an acid catalyst.

フェノール類としては、例えばフェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、o−エチルフェノール、m−エチルフェノール、p−エチルフェノール、o−ブチルフェノール、m−ブチルフェノール、p−ブチルフェノール、2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、2,6−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール、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、p−フェニルフェノール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、ピロガロール、フロログリシノール、ヒドロキシジフェニル、ビスフェノールA、没食子酸、没食子酸エステル、α−ナフトール、β−ナフトール等が挙げられる。
アルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒド、フルフラール、ベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒド、アセトアルデヒド等が挙げられる。
付加縮合反応時の触媒は、特に限定されるものではないが、例えば酸触媒では、塩酸、硝酸、硫酸、蟻酸、蓚酸、酢酸等が使用される。
上記ノボラック樹脂は、質量平均分子量が3000〜10000、好ましくは6000〜9000、さらに好ましくは7000〜8000の範囲内のものが好ましい。質量平均分子量が3000未満であると、高温でベークしたときに昇華してしまうことがあり、また、質量平均分子量が10000を超えると、ドライエッチングしにくくなる傾向があり、好ましくない。
Examples of phenols include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, o-ethylphenol, m-ethylphenol, p-ethylphenol, o-butylphenol, m-butylphenol, p-butylphenol, 2, 3 -Xylenol, 2,4-xylenol, 2,5-xylenol, 2,6-xylenol, 3,4-xylenol, 3,5-xylenol, 2,3,5-trimethylphenol, 3,4,5-trimethylphenol , P-phenylphenol, resorcinol, hydroquinone, hydroquinone monomethyl ether, pyrogallol, phloroglicinol, hydroxydiphenyl, bisphenol A, gallic acid, gallic acid ester, α-naphthol, β-naphthol and the like.
Examples of aldehydes include formaldehyde, furfural, benzaldehyde, nitrobenzaldehyde, acetaldehyde and the like.
The catalyst for the addition condensation reaction is not particularly limited. For example, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, oxalic acid, acetic acid and the like are used as the acid catalyst.
The novolak resin has a mass average molecular weight of 3000 to 10000, preferably 6000 to 9000, and more preferably 7000 to 8000. If the mass average molecular weight is less than 3000, it may sublime when baked at a high temperature. If the mass average molecular weight exceeds 10,000, dry etching tends to be difficult, which is not preferable.

本発明において使用可能なノボラック樹脂は、市販されているものを使用することもできるが、特に質量平均分子量(Mw)が5000〜50000、好ましくは8000〜30000であり、かつ分子量500以下、好ましくは200以下の低核体の含有量が、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法において1質量%以下、好ましくは0.8質量%以下であるノボラック樹脂が好ましい。低核体の含有量は、少ないほど好ましく、望ましくは0質量%である。   As the novolak resin that can be used in the present invention, commercially available ones can be used. In particular, the mass average molecular weight (Mw) is 5000 to 50000, preferably 8000 to 30000, and the molecular weight is 500 or less, preferably A novolak resin having a content of low nuclei of 200 or less in the gel permeation chromatography method is 1% by mass or less, preferably 0.8% by mass or less. The content of the low nucleus is preferably as small as possible, and is desirably 0% by mass.

「分子量500以下の低核体」とは、ポリスチレンを標準としてGPC法により分析した際に分子量500以下の低分子フラクションとして検出されるものである。「分子量500以下の低核体」には、重合しなかったモノマーや、重合度の低いもの、例えば、分子量によっても異なるが、フェノール類2〜5分子がアルデヒド類と縮合したものなどが含まれる。
分子量500以下の低核体の含有量(質量%)は、このGPC法による分析結果を、横軸にフラクション番号、縦軸に濃度をとってグラフとし、全曲線下面積に対する、分子量500以下の低分子フラクションの曲線下面積の割合(%)を求めることにより測定される。
The “low molecular weight having a molecular weight of 500 or less” is detected as a low molecular fraction having a molecular weight of 500 or less when analyzed by GPC using polystyrene as a standard. “Low molecular weight less than 500 molecular weight” includes monomers that have not been polymerized and those that have a low degree of polymerization, such as those in which 2 to 5 molecules of phenols are condensed with aldehydes, depending on the molecular weight. .
The content (mass%) of the low nuclei having a molecular weight of 500 or less is graphed by taking the analysis result by the GPC method with the fraction number on the horizontal axis and the concentration on the vertical axis. It is measured by determining the percentage (%) of the area under the curve of the low molecular fraction.

ノボラック樹脂のMwを50000以下とすることにより、微細な凹凸を有する基板に対する良好な埋め込み特性が優れ、また、Mwを5000以上とすることにより、フッ化炭素系ガス等に対するエッチング耐性が優れるので好ましい。
また、分子量500以下の低核体の含有量が1質量%以下であることにより、微細な凹凸を有する基板に対する埋め込み特性が良好になる。低核体の含有量が低減されていることにより埋め込み特性が良好になる理由は明らかではないが、分散度が小さくなるためと推測される。
By setting Mw of the novolak resin to 50000 or less, excellent embedding characteristics with respect to a substrate having fine irregularities are excellent, and by setting Mw to 5000 or more, etching resistance to a fluorocarbon gas or the like is excellent, which is preferable. .
In addition, when the content of the low-nuclear body having a molecular weight of 500 or less is 1% by mass or less, the embedding property with respect to the substrate having fine unevenness is improved. Although the reason why the embedding property is improved by reducing the content of the low nuclei is not clear, it is presumed that the degree of dispersion becomes small.

アクリル樹脂としては、ポジ型レジスト組成物に一般的に用いられているものが使用可能であり、例えば、エーテル結合を有する重合性化合物から誘導された構成単位と、カルボキシル基を有する重合性化合物から誘導された構成単位を含有するアクリル樹脂を挙げることができる。   As the acrylic resin, those generally used in positive resist compositions can be used. For example, a structural unit derived from a polymerizable compound having an ether bond and a polymerizable compound having a carboxyl group can be used. Mention may be made of acrylic resins containing derived structural units.

エーテル結合を有する重合性化合物としては、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等のエーテル結合及びエステル結合を有する(メタ)アクリル酸誘導体等を例示することができる。これらの化合物は単独もしくは2種以上組み合わせて使用できる。   Examples of the polymerizable compound having an ether bond include 2-methoxyethyl (meth) acrylate, methoxytriethylene glycol (meth) acrylate, 3-methoxybutyl (meth) acrylate, ethyl carbitol (meth) acrylate, phenoxypolyethylene glycol (meta ), (Meth) acrylic acid derivatives having an ether bond and an ester bond such as methoxypolypropylene glycol (meth) acrylate and tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate. These compounds can be used alone or in combination of two or more.

カルボキシル基を有する重合性化合物としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などのモノカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのジカルボン酸;2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸、2−メタクリロイルオキシエチルマレイン酸、2−メタクリロイルオキシエチルフタル酸、2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸などのカルボキシル基及びエステル結合を有する化合物等を例示することができ、好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸である。これらの化合物は単独もしくは2種以上組み合わせて使用できる。   Examples of the polymerizable compound having a carboxyl group include monocarboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid; dicarboxylic acids such as maleic acid, fumaric acid, and itaconic acid; 2-methacryloyloxyethyl succinic acid, and 2-methacryloyloxyethyl. Examples include maleic acid, 2-methacryloyloxyethylphthalic acid, 2-methacryloyloxyethylhexahydrophthalic acid, and other compounds having a carboxyl group and an ester bond, and acrylic acid and methacrylic acid are preferred. These compounds can be used alone or in combination of two or more.

可溶性ポリイミドとは、上述のような有機溶剤により液状にできるポリイミドである。   The soluble polyimide is a polyimide that can be made liquid by the organic solvent as described above.

下層有機膜の厚さは、好ましくは50〜500nm、より好ましくは100〜400nmである。下層有機膜の厚さをこの範囲内とすることにより、高アスペクト比のレジストパターンが形成できる、基板エッチング時に十分なエッチング耐性が確保できる等の効果がある。   The thickness of the lower organic film is preferably 50 to 500 nm, more preferably 100 to 400 nm. By setting the thickness of the lower organic film within this range, it is possible to form a resist pattern with a high aspect ratio and to obtain sufficient etching resistance during substrate etching.

次いで、下層有機膜上に、多層プロセス用材料を用いて中間層を形成する。
{中間層}
中間層は、上述した多層プロセス用材料の溶液を、下層有機膜上に塗布し、加水分解することによって形成できる。
具体的には、多層プロセス用材料を下層有機膜の表面に塗布して塗膜(被覆層)を形成し、該被覆層に水を接触させる等の加水分解処理を行う。その結果、多層プロセス用材料中の金属化合物(W)が加水分解して水酸基を生成し、被覆層中に存在する水酸基同士が脱水縮合して、金属酸化物を含む被覆層が形成される。
Next, an intermediate layer is formed on the lower organic film using a multilayer process material.
{Middle layer}
The intermediate layer can be formed by applying a solution of the above-mentioned multilayer process material on the lower organic film and hydrolyzing it.
Specifically, a multilayer processing material is applied to the surface of the lower organic film to form a coating film (coating layer), and a hydrolysis treatment such as bringing the coating layer into contact with water is performed. As a result, the metal compound (W) in the multilayer process material is hydrolyzed to generate hydroxyl groups, and the hydroxyl groups present in the coating layer are dehydrated and condensed to form a coating layer containing a metal oxide.

このとき、加水分解処理を行った後、必要に応じて、後述する様に下層有機膜と被覆層中の金属化合物(W)との化学的吸着及び/又は物理的吸着を進行させるために放置してもよい。
ここで、本明細書における「化学的吸着」とは、下層有機膜や上層レジスト膜等の有機材料から形成される膜の表面に、金属化合物(W)との反応性を有する反応基(たとえば水酸基またはカルボキシ基)が存在する場合に、該反応基と金属化合物(W)との間に、化学結合(共有結合、水素結合、配位結合等)または静電気による結合(イオン結合等)が形成されて、有機材料から形成される膜の表面に金属化合物(W)や、その金属イオンが結合している状態を意味する。
At this time, after performing the hydrolysis treatment, if necessary, it is left to advance chemical adsorption and / or physical adsorption between the lower organic film and the metal compound (W) in the coating layer as described later. May be.
Here, “chemical adsorption” in the present specification means a reactive group (for example, a reactive group having a reactivity with a metal compound (W) on the surface of a film formed of an organic material such as a lower organic film or an upper resist film). When a hydroxyl group or a carboxy group is present, a chemical bond (covalent bond, hydrogen bond, coordinate bond, etc.) or a static bond (ionic bond, etc.) is formed between the reactive group and the metal compound (W). Thus, it means a state in which the metal compound (W) and its metal ions are bonded to the surface of the film formed from the organic material.

多層プロセス用材料の溶液の塗布方法は、下層有機膜と多層プロセス用材料とを接触させることができる方法であれば良く、例えば、基板上に下層有機膜が形成された積層体を多層プロセス用材料中に浸漬する方法(ディップコート法)、前記積層体の下層有機膜上に多層プロセス用材料をスピンコート法により積層する方法が挙げられる。また、交互吸着法等の方法によっても形成することができる。
これらの中で、ディップコート法は簡便であるため好ましく、スピンコート法は膜厚を一定にできるため好ましい。
The method of applying the solution of the multilayer process material may be any method that allows the lower layer organic film and the multilayer process material to be in contact with each other. For example, a multilayer body in which the lower layer organic film is formed on the substrate is used for the multilayer process. Examples include a method of dipping in a material (dip coating method) and a method of laminating a multilayer processing material on the lower organic film of the laminate by a spin coating method. It can also be formed by a method such as an alternating adsorption method.
Among these, the dip coating method is preferable because it is simple, and the spin coating method is preferable because the film thickness can be made constant.

下層有機膜と多層プロセス用材料との接触時間および接触温度(塗膜形成工程及びその後必要に応じて吸着を進行させるために放置する工程とを含む)は、用いられる金属化合物(W)の活性によって異なり、一概に限定することはできない。一般には、1分から数時間で、0〜100℃の範囲内で決定すればよい。また、上記化学反応の際、酸や塩基等の触媒を用いることで、これらの工程に必要な時間を大幅に短縮することも可能である。   The contact time and contact temperature between the lower organic film and the multilayer processing material (including the coating film forming step and then the step of allowing the adsorption to proceed if necessary) are the activities of the metal compound (W) used. It is different depending on the situation and cannot be limited. Generally, it may be determined within a range of 0 to 100 ° C. in 1 minute to several hours. In addition, by using a catalyst such as an acid or a base during the chemical reaction, the time required for these steps can be significantly shortened.

また、下層有機膜上の余分な金属化合物(W)は、膜厚均一性の観点から、加水分解を行う前に、必要に応じて、洗浄し、除去してもよい。洗浄を行うと、例えば主に弱い物理的吸着によってのみ吸着されていた金属化合物(W)が除去され、化学吸着された金属化合物(W)は下層有機膜の表面に均一に残るので、ナノメーターレベルの薄膜が均一な膜厚で、極めて精度良く、かつ高い再現性で形成される。洗浄は、下層有機膜と金属化合物(W)との間において化学的吸着が生じている場合に特に有効である。
洗浄には多層プロセス用材料の溶媒として使用し得る有機溶剤が好適に使用できる。
なお、スピンコート法によれば、塗膜の厚さを常に一定に保つことができるので、この洗浄を行わなくてもよい。
洗浄は、例えば有機溶剤を、スプレー法等によって、多層プロセス用材料を塗布して形成した塗膜の表面に供給した後、余分な有機溶剤を減圧下で吸引して行う方法や、有機溶媒に浸漬洗浄する方法、スプレー洗浄する方法、蒸気洗浄する方法等が好適に採用される。
また、洗浄時の温度条件は、前記多層プロセス用材料を塗布する操作の温度が好適に採用される。
Further, from the viewpoint of film thickness uniformity, the excess metal compound (W) on the lower organic film may be washed and removed as necessary before hydrolysis. When the cleaning is performed, for example, the metal compound (W) adsorbed mainly by weak physical adsorption is removed, and the chemically adsorbed metal compound (W) remains uniformly on the surface of the lower organic film. A level thin film is formed with a uniform film thickness, extremely high accuracy, and high reproducibility. The cleaning is particularly effective when chemical adsorption occurs between the lower organic film and the metal compound (W).
An organic solvent that can be used as a solvent for the multilayer process material can be suitably used for the cleaning.
In addition, according to the spin coat method, the thickness of the coating film can be kept constant at all times, so that it is not necessary to perform this cleaning.
Cleaning can be performed by, for example, supplying an organic solvent to the surface of the coating film formed by applying the multilayer processing material by a spray method or the like, and then sucking excess organic solvent under reduced pressure. An immersion cleaning method, a spray cleaning method, a steam cleaning method, and the like are preferably employed.
As the temperature condition at the time of cleaning, the temperature of the operation for applying the multilayer process material is preferably employed.

ついで加水分解処理を行う。加水分解処理により、金属化合物(W)は水酸基を生じ、この水酸基が縮合することにより、下層有機膜の表面に金属酸化物からなる薄膜(中間層)が形成される。
加水分解は、公知の方法が特に制限なく使用できる。例えば、上述したように多層プロセス用材料を塗布して形成した塗膜を、水と接触させる操作が最も一般的である。
水としては、不純物等の混入を防止し、高純度の金属酸化物を生成するために、脱イオン水を用いることが好ましい。
また、加水分解において、酸や塩基等の触媒を用いることにより、これらの工程に必要な時間を大幅に短縮することも可能である。
また、前記塗膜が形成された積層体を、少量の水を含んだ有機溶媒に浸漬することによっても加水分解を行うことができる。
また、前記塗膜が、水との反応性が高い金属化合物(W)を含む場合には、空気中の水分を利用し、たとえば水蒸気の存在する空気中で反応させることで、加水分解を行うこともできる。
なお、中間層を形成する操作は、反応性制御の点から、不活性ガス雰囲気下で処理することが望ましい。この場合は空気中の水分を利用せずに処理することになる。
加水分解後、必要により、窒素ガス等の乾燥用ガスにより薄膜表面を乾燥させる。この操作により均一な薄膜が得られる。
Next, a hydrolysis treatment is performed. By the hydrolysis treatment, the metal compound (W) generates a hydroxyl group, and the hydroxyl group condenses to form a thin film (intermediate layer) made of a metal oxide on the surface of the lower organic film.
For the hydrolysis, a known method can be used without any particular limitation. For example, as described above, an operation of bringing a coating film formed by applying a multilayer processing material into contact with water is the most common.
As water, it is preferable to use deionized water in order to prevent impurities and the like from being produced and to produce a high-purity metal oxide.
Further, by using a catalyst such as an acid or a base in the hydrolysis, it is possible to significantly reduce the time required for these steps.
In addition, hydrolysis can be performed by immersing the laminate on which the coating film is formed in an organic solvent containing a small amount of water.
Moreover, when the said coating film contains the metal compound (W) with high reactivity with water, it hydrolyzes by utilizing the water | moisture content in air, for example, making it react in the air in which water vapor | steam exists. You can also.
The operation for forming the intermediate layer is preferably performed in an inert gas atmosphere from the viewpoint of reactivity control. In this case, the treatment is performed without using moisture in the air.
After hydrolysis, if necessary, the surface of the thin film is dried with a drying gas such as nitrogen gas. By this operation, a uniform thin film can be obtained.

中間層の厚みは、下層有機膜と多層プロセス用材料の溶液とを接触(塗布)させる操作と加水分解の操作とを繰り返して行うことにより調整できる。
すなわち、下層有機膜上に多層プロセス用材料を塗布し、被覆層を形成し、必要に応じて洗浄し、ついで加水分解を行う一連の操作は、少なくとも1回行えばよいが、好ましくは5回以上繰り返して行うことにより、所望の厚みを有する均一な薄膜(中間層)を形成することができる。
The thickness of the intermediate layer can be adjusted by repeatedly performing the operation of contacting (coating) the lower organic film and the solution of the multilayer processing material and the operation of hydrolysis.
That is, a series of operations of applying a multilayer processing material on the lower organic film, forming a coating layer, washing as necessary, and then performing hydrolysis may be performed at least once, but preferably 5 times. By repeating the above, a uniform thin film (intermediate layer) having a desired thickness can be formed.

この様な操作によって、例えば数nmから数十nm、条件によっては数百nmの中間層を精度良く形成できる。
例えば金属化合物(W)として、チタンブトキシド等の一種類の金属原子を含有する金属アルコキシドを含む多層プロセス用材料を用いた場合、接触条件により、数オングストロームの厚みの薄膜を逐次積層化することができる。
この場合、1サイクルあたりの膜厚の増加は多層プロセス用材料の積層回数に対応している。一方、金属化合物(W)として、アルコキシドゲルの微粒子等を用いると、1サイクルあたり、60nm程度の厚みの薄膜を積層化することもできる。
また、スピンコート法により多層プロセス用材料による塗膜を形成する場合は、用いる溶媒や金属化合物(W)の濃度、スピン速度等を変えることにより、膜厚を数nmから200nm程度まで任意に制御することができる。
その際、1サイクル毎に使用する金属化合物(W)の種類を変えることにより、異なる種類の金属酸化物(W)からなる薄膜が積層された積層体を得ることもできる。
By such an operation, an intermediate layer of several nm to several tens nm, for example, and several hundreds nm can be formed with high accuracy depending on conditions.
For example, when a multilayer process material containing a metal alkoxide containing one kind of metal atom, such as titanium butoxide, is used as the metal compound (W), a thin film having a thickness of several angstroms may be sequentially laminated depending on contact conditions. it can.
In this case, the increase in the film thickness per cycle corresponds to the number of times the multilayer process material is stacked. On the other hand, when fine particles of alkoxide gel are used as the metal compound (W), a thin film having a thickness of about 60 nm can be laminated per cycle.
In addition, when a coating film is formed from a multilayer processing material by spin coating, the film thickness can be arbitrarily controlled from several nm to about 200 nm by changing the concentration of the solvent used, the metal compound (W), the spin speed, and the like. can do.
In that case, the laminated body by which the thin film which consists of a different kind of metal oxide (W) was laminated | stacked can also be obtained by changing the kind of metal compound (W) used for every cycle.

中間層の厚さは、好ましくは10〜300nm、より好ましくは20〜250nmである。この範囲内とすることにより、エッチング、好ましくはドライエッチングに対する十分な耐性が得られる等の効果がある。   The thickness of the intermediate layer is preferably 10 to 300 nm, more preferably 20 to 250 nm. By setting it within this range, there is an effect that sufficient resistance to etching, preferably dry etching is obtained.

次いで、上述のようにして形成された中間層上に、レジスト組成物の溶液をスピンナーなどで塗布し、80〜300℃の温度条件下、プレベークを40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施して上層レジスト膜を形成し、基板上に少なくとも3種の層が積層された多層積層体を得る。   Next, a resist composition solution is applied onto the intermediate layer formed as described above with a spinner or the like, and prebaked at a temperature of 80 to 300 ° C. for 40 to 120 seconds, preferably 60 to 90 seconds. An upper resist film is formed to obtain a multilayer laminate in which at least three kinds of layers are laminated on the substrate.

{上層レジスト膜}
上層レジスト膜の材料としては、一般に、露光工程を用いた方法に好適なレジスト材料として提案されているものが使用できる。レジスト材料は、化学増幅型レジストであってもよいし、非化学増幅型レジストであってもよい。
また、上層レジスト膜の形成方法としては、従来公知の方法が利用できる。
{Upper resist film}
As the material for the upper resist film, those generally proposed as a resist material suitable for a method using an exposure process can be used. The resist material may be a chemically amplified resist or a non-chemically amplified resist.
As a method for forming the upper resist film, a conventionally known method can be used.

上層レジスト膜の厚さは、好ましくは50〜150nm、より好ましくは50〜100nmである。上層レジスト膜の厚さをこの範囲内とすることにより、レジストパターンを高解像度で形成できる、ドライエッチングに対する十分な耐性が得られる等の効果がある。   The thickness of the upper resist film is preferably 50 to 150 nm, more preferably 50 to 100 nm. By setting the thickness of the upper resist film within this range, there are effects that a resist pattern can be formed with high resolution and sufficient resistance to dry etching can be obtained.

上述のような多層積層体において、上層レジスト膜、中間層および下層有機膜の厚さは、目的とするアスペクト比と下層有機膜のドライエッチングに要する時間を考慮したスループットのバランスから、トータルとして、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.7μm以下、最も好ましいのは0.5μm以下である。トータルの下限値は特に限定されないが、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.15μm以上である。   In the multilayer laminate as described above, the thickness of the upper layer resist film, the intermediate layer and the lower layer organic film is a total from the balance of throughput considering the target aspect ratio and the time required for dry etching of the lower layer organic film, Preferably it is 1 micrometer or less, More preferably, it is 0.7 micrometer or less, Most preferably, it is 0.5 micrometer or less. The total lower limit value is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.15 μm or more.

なお、多層積層体には、上層レジスト膜や中間層、下層有機膜にパターンが形成されている積層体も、形成されていない積層体も含まれる。   The multilayer laminate includes a laminate in which a pattern is formed in the upper resist film, the intermediate layer, and the lower organic film, and a laminate in which no pattern is formed.

<レジストパターン形成工程>
上記積層体形成工程の次に、この多層積層体の上層レジスト膜に対して露光を行い、アルカリ現像することにより、該上層レジスト膜にレジストパターンを形成する。
露光は、従来公知の手順で行うことができる。たとえば所望のマスクパターンを介して、または介さずに直接描画することにより選択的露光を行う。このとき、マスクパターンを介しての露光は、スループットが向上する、パターン間の間隔(ピッチサイズ)の小さいレジストパターンが形成できる等の利点があるため好ましい。
露光光源は、特に限定されず、使用されるレジスト組成物に応じて適宜選択して用いればよい。具体的には、形成しようとするパターンの寸法、使用するレジスト材料の種類等に応じて適宜選択すればよく、一概に限定することはできないが、一般には300nm以下の遠紫外線領域から数nmの極紫外線、X線領域の範囲で適宜選択することができる。
例えば、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、電子線、EUV(Extreme Ultraviolet 極端紫外光:波長約13.5nm)、X線などが用いられる。たとえば上記化学増幅型レジストを用いる場合には、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、Fエキシマレーザー、EUV(極紫外線)、VUV(真空紫外線)、電子線、X線、軟X線等が好ましい。他方、非化学増幅型レジストの場合には、g線、i線、電子線を用いればよい。
レジスト材料として化学増幅型レジストを用いる場合は、上記露光後、80〜150℃の温度条件下、PEB(露光後加熱)を40〜120秒間、好ましくは60〜90秒間施すことが好ましい。
次いで、上層レジスト膜をアルカリ現像液、例えば0.1〜10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液を用いて現像処理する。このようにして、上層レジスト膜に、マスクパターンに忠実なレジストパターン(上層レジストパターン)を形成できる。
<Resist pattern formation process>
Next to the laminated body forming step, the upper resist film of the multilayer laminated body is exposed and subjected to alkali development to form a resist pattern on the upper resist film.
The exposure can be performed by a conventionally known procedure. For example, selective exposure is performed by drawing directly through or without a desired mask pattern. At this time, the exposure through the mask pattern is preferable because of the advantages that the throughput is improved and a resist pattern having a small interval (pitch size) between patterns can be formed.
The exposure light source is not particularly limited, and may be appropriately selected and used according to the resist composition to be used. Specifically, it may be appropriately selected according to the dimension of the pattern to be formed, the type of resist material to be used, and the like, and although it is not possible to limit it generally, it is generally from a deep ultraviolet region of 300 nm or less to several nm. It can be appropriately selected within the range of extreme ultraviolet and X-ray regions.
For example, a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, an electron beam, EUV (Extreme Ultraviolet light: wavelength of about 13.5 nm), X-ray, or the like is used. For example, when the above chemically amplified resist is used, KrF excimer laser, ArF excimer laser, F 2 excimer laser, EUV (extreme ultraviolet), VUV (vacuum ultraviolet), electron beam, X-ray, soft X-ray and the like are preferable. On the other hand, in the case of a non-chemically amplified resist, g-line, i-line, and electron beam may be used.
When a chemically amplified resist is used as the resist material, it is preferable to apply PEB (post-exposure heating) for 40 to 120 seconds, preferably 60 to 90 seconds after the exposure under the temperature condition of 80 to 150 ° C.
Next, the upper resist film is developed using an alkali developer, for example, an aqueous 0.1 to 10% by mass tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution. In this way, a resist pattern (upper layer resist pattern) faithful to the mask pattern can be formed on the upper layer resist film.

<中間層エッチング工程>
次いで、この上層レジストパターンをマスクパターンとして用い、中間層をドライエッチングする。これにより、中間層に、上層レジストパターンに忠実なパターン(中間層パターン)を形成できる。
中間層のドライエッチングの方法としては、ダウンフローエッチングやケミカルドライエッチング等の化学的エッチング;スパッタエッチングやイオンビームエッチング等の物理的エッチング;RIE(リアクティブイオンエッチング)等の化学的・物理的エッチングなどの公知の方法を用いることができる。
最も一般的なドライエッチングは、平行平板型RIEである。この方法では、まず、RIE装置のチャンバーに多層積層体を入れ、必要なエッチングガスを導入する。チャンバー内の、上部電極と平行に置かれた多層積層体のホルダーに高周波電圧を加えると、エッチングガスがプラズマ化される。プラズマ中では正・負のイオンや電子などの電荷粒子、中性活性種などのエッチング種が存在している。これらのエッチング種が下部レジスト層に吸着すると、化学反応が生じ、反応生成物が表面から離脱して外部へ排気され、エッチングが進行する。
中間層をエッチングするために用いられるエッチングガスとしては、下層有機膜に対するエッチング選択比が高いことから、ハロゲン系のガスが好ましい。すなわち、中間層のドライエッチングは、ハロゲン系のガスを用いたエッチングであることが好ましい。
ハロゲン系のガスとしては、水素原子の一部または全部がフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子で置換された炭化水素ガスが例示でき、具体的には、テトラフルオロメタン(CF)ガス、トリフルオロメタン(CHF)ガス等のフッ化炭素系ガス、テトラクロロメタン(CCl)ガス等の塩化炭素系ガス等が挙げられる。フッ化炭素系ガスが好ましく、特にCFガスおよび/またはCHFガスが好ましい。
<Intermediate layer etching process>
Next, the upper layer resist pattern is used as a mask pattern, and the intermediate layer is dry etched. Thereby, a pattern (intermediate layer pattern) faithful to the upper resist pattern can be formed in the intermediate layer.
Intermediate layer dry etching methods include chemical etching such as downflow etching and chemical dry etching; physical etching such as sputter etching and ion beam etching; and chemical and physical etching such as RIE (reactive ion etching). A known method such as can be used.
The most common dry etching is parallel plate RIE. In this method, first, a multilayer laminate is put into a chamber of an RIE apparatus, and a necessary etching gas is introduced. When a high-frequency voltage is applied to the holder of the multilayer stack placed in parallel with the upper electrode in the chamber, the etching gas is turned into plasma. In the plasma, there are charged particles such as positive and negative ions and electrons, and etching species such as neutral active species. When these etching species are adsorbed on the lower resist layer, a chemical reaction occurs, the reaction product is detached from the surface and exhausted to the outside, and etching proceeds.
As an etching gas used for etching the intermediate layer, a halogen-based gas is preferable because the etching selectivity with respect to the lower organic film is high. That is, the dry etching of the intermediate layer is preferably etching using a halogen-based gas.
Examples of the halogen-based gas include hydrocarbon gases in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms such as fluorine atoms and chlorine atoms. Specifically, tetrafluoromethane (CF 4 ) gas, trifluoro Examples thereof include fluorocarbon gases such as rhomethane (CHF 3 ) gas, and carbon chloride gases such as tetrachloromethane (CCl 4 ) gas. Fluorocarbon-based gas is preferable, and CF 4 gas and / or CHF 3 gas is particularly preferable.

<下層有機膜エッチング工程>
次に、上層レジストパターンおよび中間層パターンをマスクパターンとして用い、下層有機膜をドライエッチングする。これにより、下層有機膜に、該マスクパターンに忠実なパターン(下層パターン)を形成できる。
下層有機膜のドライエッチングの方法としては、上記と同様の公知の方法を用いることができる。
下層有機膜をエッチングするために用いられるエッチングガスとしては、酸素ガス、二酸化硫黄ガス、および上述したのと同様のハロゲン系ガス等が挙げられる。
特に、エッチングガスとして酸素ガスを用いた酸素プラズマエッチング、またはCFガスおよび/またはCHFガスを用いたエッチングが好ましい。これらの中で、酸素プラズマエッチングは、酸素プラズマにより高解像度のエッチングが可能であり、有機膜のエッチングに汎用的に用いられている等の理由で好ましく用いられる。
<Lower layer organic film etching process>
Next, the lower layer organic film is dry etched using the upper layer resist pattern and the intermediate layer pattern as a mask pattern. Thereby, a pattern (lower layer pattern) faithful to the mask pattern can be formed in the lower organic film.
As a method of dry etching of the lower organic film, a known method similar to the above can be used.
Examples of the etching gas used for etching the lower organic film include oxygen gas, sulfur dioxide gas, and halogen-based gas similar to those described above.
In particular, oxygen plasma etching using oxygen gas as an etching gas or etching using CF 4 gas and / or CHF 3 gas is preferable. Among these, oxygen plasma etching is preferably used because it can be etched with high resolution by oxygen plasma and is generally used for etching organic films.

このようにして得られた下層パターンをマスクとして基板のエッチングを行うことにより、基板に、パターンを形成することができる。
このときのエッチング法としては、中間層のドライエッチングと同様、ハロゲン系ガスを用いたエッチング法を好ましく用いることができ、特にフッ化炭素系ガスが好ましく用いられる。
上述のようにして得られるパターンは、例えば半導体等の製造に用いることができる。
By etching the substrate using the lower layer pattern thus obtained as a mask, the pattern can be formed on the substrate.
As the etching method at this time, like the dry etching of the intermediate layer, an etching method using a halogen-based gas can be preferably used, and a fluorocarbon-based gas is particularly preferably used.
The pattern obtained as described above can be used for manufacturing semiconductors, for example.

上述したように、本発明の多層プロセス用材料によれば、低温で、有機材料から形成される膜に対して高いエッチング選択比を有する膜を形成できる。
そのため、本発明の多層プロセス用材料は、上述の様に基板上にレジスト膜を含む複数の層が積層された多層積層体を用いて行われる多層プロセスにおいて好適に使用できる。
また、本発明の多層プロセス用材料は、従来のシリカ系被膜、たとえばCVD法やSOG法により形成されるシリカ系被膜にくらべて、低温での処理により形成可能であり、簡便であるため、生産効率の向上、コストダウンを図ることができる。
As described above, according to the multilayer processing material of the present invention, a film having a high etching selectivity with respect to a film formed from an organic material can be formed at a low temperature.
Therefore, the multilayer process material of the present invention can be suitably used in a multilayer process performed using a multilayer laminate in which a plurality of layers including a resist film are laminated on a substrate as described above.
In addition, the multilayer process material of the present invention can be formed by processing at a low temperature and is simpler than the conventional silica-based film, for example, a silica-based film formed by a CVD method or an SOG method. Efficiency can be improved and costs can be reduced.

以下、本発明を、実施例を示して詳しく説明する。
[多層プロセス材料の調製]
p−メンタンに、テトライソシアネートシラン(Si(NCO))を100mMとなるよう溶解して、多層プロセス材料1を調製した。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[Preparation of multi-layer process materials]
Multi-layer process material 1 was prepared by dissolving tetraisocyanate silane (Si (NCO) 4 ) in p-menthane to a concentration of 100 mM.

[実施例1]
8インチシリコン基板上に、下層膜形成材料BLC730(東京応化工業株式会社製)をスピンコート塗布し、250℃、90秒間の加熱処理を行うことにより下層膜を形成した。更に下層膜上に多層プロセス材料1をスピンコートし、120℃、60秒間加熱処理し、膜厚30nmのSiOからなる中間膜を形成した。
[Example 1]
A lower layer film was formed by spin-coating a lower layer film forming material BLC730 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) on an 8-inch silicon substrate and performing a heat treatment at 250 ° C. for 90 seconds. Furthermore, the multilayer process material 1 was spin-coated on the lower layer film, and heat-treated at 120 ° C. for 60 seconds to form an intermediate film made of SiO 2 with a film thickness of 30 nm.

[実施例2]
8インチシリコン基板上に、下層膜形成材料BLC730(東京応化工業株式会社製)をスピンコート塗布し、250℃、90秒間の加熱処理を行うことにより、下層膜を形成した。更に下層膜上に多層プロセス材料1をスピンコートし、150℃、60秒間加熱処理し、膜厚30nmのSiOからなる中間膜を形成した。
[Example 2]
A lower layer film was formed by spin-coating a lower layer film forming material BLC730 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) on an 8-inch silicon substrate and performing a heat treatment at 250 ° C. for 90 seconds. Furthermore, the multilayer process material 1 was spin-coated on the lower layer film, and heat-treated at 150 ° C. for 60 seconds to form an intermediate film made of SiO 2 with a film thickness of 30 nm.

[実施例3]
8インチシリコン基板上に、下層膜形成材料BLC730(東京応化工業株式会社製)をスピンコート塗布し、250℃、90秒間の加熱処理を行うことにより、下層膜を形成した。更に下層膜上に多層プロセス材料1をスピンコートし、200℃、60秒間加熱処理し、膜厚30nmのSiOからなる中間膜を形成した。
[Example 3]
A lower layer film was formed by spin-coating a lower layer film forming material BLC730 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) on an 8-inch silicon substrate and performing a heat treatment at 250 ° C. for 90 seconds. Furthermore, the multilayer process material 1 was spin-coated on the lower layer film, and heat-treated at 200 ° C. for 60 seconds to form an intermediate film made of SiO 2 with a film thickness of 30 nm.

[比較例1]
8インチシリコン基板上に、下層膜形成材料BLC730(東京応化工業株式会社製)をスピンコート塗布し、250℃、90秒間の加熱処理を行うことにより下層膜を形成した。
[Comparative Example 1]
A lower layer film was formed by spin-coating a lower layer film forming material BLC730 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) on an 8-inch silicon substrate and performing a heat treatment at 250 ° C. for 90 seconds.

[比較例2]
8インチシリコン基板上に、下層膜形成材料BLC730(東京応化工業株式会社製)をスピンコート塗布し、250℃、90秒間の加熱処理を行うことにより、下層膜を形成した。更に下層膜上に中間膜形成材料HM30(東京応化工業株式会社製)をスピンコートし、250℃、90秒間加熱処理し、膜厚45nmのSiOからなる中間膜を形成した。
[Comparative Example 2]
A lower layer film was formed by spin-coating a lower layer film forming material BLC730 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) on an 8-inch silicon substrate and performing a heat treatment at 250 ° C. for 90 seconds. Further, an intermediate film forming material HM30 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated on the lower layer film, and heat-treated at 250 ° C. for 90 seconds to form an intermediate film made of SiO 2 having a film thickness of 45 nm.

[比較例3]
8インチシリコン基板上に、化学増幅型ポジ型レジスト組成物 TDUR−P015(東京応化工業株式会社製)をスピンコート塗布し、90℃、90秒の条件で加熱処理してレジスト膜を形成した。
[Comparative Example 3]
A chemically amplified positive resist composition TDUR-P015 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated on an 8-inch silicon substrate, and heat-treated at 90 ° C. for 90 seconds to form a resist film.

実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた基板を、RIE(リアクティブイオンエッチング)装置RIE−10NR(SAMCO社製)を用いて、酸素プラズマエッチング(40Pa、300W、20秒/60秒)、フッ素系ガス(CF/CHF/He、300mmTorr、300W、50秒)によるエッチング(実施例1、比較例2)を行った。エッチング処理後の中間膜および下層膜の残膜量(nm)の結果を表1に示した。 The substrates obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to oxygen plasma etching (40 Pa, 300 W, 20 seconds / 60) using an RIE (reactive ion etching) apparatus RIE-10NR (manufactured by SAMCO). Second), etching (Example 1 and Comparative Example 2) using a fluorine-based gas (CF 4 / CHF 3 / He, 300 mm Torr, 300 W, 50 seconds) was performed. Table 1 shows the results of the remaining film amounts (nm) of the intermediate film and the lower layer film after the etching process.

Figure 2009116003
Figure 2009116003

上記の結果より、実施例1〜3の中間膜は比較例2に示した従来のハードマスクと同等の酸素プラズマエッチング耐性を有しており、かつ低温で形成することができることが確認された。また、フッ素系ガスによるエッチングも可能であった。
このように、優れた酸素プラズマエッチング耐性を有することから、該中間層は、下層膜やレジスト膜に対して高いエッチング選択性を有する。よって、実施例1〜3の中間層が、基板上に、ドライエッチング可能な下層有機膜と、中間層と、上層レジスト膜とが順に積層されてなる多層積層体を形成し、該多層積層体に、ドライエッチングを含む処理を行ってパターンを形成する方法において有用であることが確認できた。
From the above results, it was confirmed that the intermediate films of Examples 1 to 3 have oxygen plasma etching resistance equivalent to that of the conventional hard mask shown in Comparative Example 2 and can be formed at a low temperature. Moreover, etching with a fluorine-based gas was also possible.
Thus, since it has excellent oxygen plasma etching resistance, the intermediate layer has high etching selectivity with respect to the lower layer film and the resist film. Therefore, the intermediate layers of Examples 1 to 3 form a multilayer laminate in which the lower organic film capable of dry etching, the intermediate layer, and the upper resist film are sequentially laminated on the substrate, and the multilayer laminate Further, it was confirmed that the method was useful in a method for forming a pattern by performing a process including dry etching.

Claims (4)

基板上に、ドライエッチング可能な下層有機膜と、加水分解により水酸基を生成し得る金属化合物(W)を含有する多層プロセス用材料を用いて形成された中間層と、上層レジスト膜とが順に積層されてなる多層積層体を形成し、該多層積層体に、ドライエッチングを含む処理を行って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。   A lower organic film capable of dry etching, an intermediate layer formed using a multilayer processing material containing a metal compound (W) capable of generating a hydroxyl group by hydrolysis, and an upper resist film are sequentially laminated on the substrate. A pattern forming method, comprising: forming a multilayer laminate, and performing a process including dry etching on the multilayer laminate to form a pattern. 加水分解により水酸基を生成し得る金属化合物(W)を含有する多層プロセス用材料を用いて形成された中間層と、上層レジスト膜とが順に積層されてなる多層積層体を形成する積層体形成工程と、
前記上層レジスト膜に対して露光を行い、アルカリ現像することにより前記上層レジスト膜にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクパターンとして前記中間層のドライエッチングを行うことにより該中間層にパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンおよび前記中間層のパターンをマスクパターンとして前記下層有機膜のドライエッチングを行うことにより該下層有機膜にパターンを形成する工程とを順次施す請求項1に記載のパターン形成方法。
Laminate forming step for forming a multilayer laminate in which an intermediate layer formed using a multilayer processing material containing a metal compound (W) capable of generating a hydroxyl group by hydrolysis and an upper resist film are sequentially laminated When,
Exposing the upper resist film and forming a resist pattern on the upper resist film by alkali development; and
Forming a pattern in the intermediate layer by performing dry etching of the intermediate layer using the resist pattern as a mask pattern;
The pattern forming method according to claim 1, wherein a step of forming a pattern on the lower organic film by sequentially performing dry etching of the lower organic film using the resist pattern and the pattern of the intermediate layer as a mask pattern.
前記中間層のドライエッチングが、ハロゲン系のガスを用いたエッチングである請求項2に記載のパターン形成方法。   The pattern forming method according to claim 2, wherein the dry etching of the intermediate layer is etching using a halogen-based gas. 前記下層有機膜のドライエッチングが、酸素プラズマエッチング、またはCFガスおよび/またはCHFガスを用いたエッチングである請求項2または3に記載のパターン形成方法。 The pattern forming method according to claim 2, wherein the dry etching of the lower organic film is oxygen plasma etching or etching using CF 4 gas and / or CHF 3 gas.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025053057A1 (en) * 2023-09-07 2025-03-13 Jsr株式会社 Substrate for semiconductor production, method for producing substrate for semiconductor production, and method for producing semiconductor substrate

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