KR20230117233A - Manufacturing method of thick film resist pattern, manufacturing method of thick film solution and processed substrate - Google Patents
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Abstract
[과제] 후막화된 레지스트 패턴의 제조방법을 제공한다.
[해결 수단] (1) 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하여, 상기 레지스트 조성물로부터 레지스트 층을 형성하는 단계;
(2a) 상기 레지스트 층을 노광시키는 단계;
(2b) 중합체(A) 및 용매(B)를 포함하는 후막화 용액을 상기 레지스트 층 상에 도포하여 후막화 층을 형성하는 단계 및
(3) 상기 레지스트 층 및 상기 후막화 층을 현상하는 단계를 포함하는, 후막화된 레지스트 패턴의 제조방법.[Problem] To provide a method for producing a thick resist pattern.
[Solution] (1) Applying a resist composition on a substrate to form a resist layer from the resist composition;
(2a) exposing the resist layer to light;
(2b) forming a thickening layer by applying a thickening solution containing a polymer (A) and a solvent (B) on the resist layer; and
(3) a method of manufacturing a thick-film resist pattern, comprising a step of developing the resist layer and the thick-film layer.
Description
본 발명은 후막화된 레지스트 패턴의 제조방법, 상기 방법에 사용되는 후막화 용액 및 가공 기판의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a thick film resist pattern, a thick film solution used in the method, and a method of manufacturing a processing substrate.
최근, LSI의 고집적화에 대한 요구가 증가하고 있고, 레지스트 패턴을 보다 더 미세하게 만드는 것이 요구되고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위해, KrF 엑시머 레이저(248nm), ArF 엑시머 레이저(193nm), 극자외선(EUV; 13nm), 단파장 X-선, 전자빔 등을 사용한 리소그래피 공정을 실행에 옮겼다.In recent years, demands for higher integration of LSIs are increasing, and it is required to make resist patterns even finer. To meet these demands, lithography processes using KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), extreme ultraviolet (EUV; 13 nm), short-wavelength X-rays, and electron beams have been put into practice.
보다 더 미세한 패턴을 얻기 위해, 종래의 방법으로 안정적으로 얻을 수 있는 범위에서 형성된 레지스트 패턴을, 중합체를 포함하는 조성물로 덮어, 레지스트 패턴 및 홀 직경을 두껍게 하거나 이격 폭을 보다 더 미세하게 하는 방법이 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 상기 방법은 주로 레지스트 패턴의 폭을 후막화하는 것을 목적으로 하고, 레지스트 패턴을 1회 현상한 후에 중합체를 포함하는 조성물을 추가로 도포하는 것이다.In order to obtain a finer pattern, a method of covering a resist pattern formed in a range that can be stably obtained by a conventional method with a composition containing a polymer to thicken the resist pattern and hole diameter or to make the separation width finer is a method. There is (for example, Patent Document 1). This method mainly aims at thickening the width of a resist pattern, and further applies a composition containing a polymer after developing the resist pattern once.
또한, 종횡비가 높은 후막 레지스트 패턴이 요구되는 가운데, 비닐 수지 및 아민 화합물을 사용하는 조성물도 개발되어 있다(특허문헌 2).In addition, while a thick film resist pattern with a high aspect ratio is required, a composition using a vinyl resin and an amine compound has also been developed (Patent Document 2).
본원의 발명자들은 레지스트 패턴의 제조방법에 여전히 개선이 필요한 문제가 하나 이상 있다고 생각하였다. 이는, 예를 들면, 다음을 포함한다: 미세 레지스트 패턴을 후막화하는 것; 에칭 마스크로서 유용한 미세 레지스트 패턴을 얻는 것; 개구수가 증가된 노광기를 사용하여도 충분한 해상도를 얻는 것; 우수한 형상을 갖는 미세 패턴을 얻는 것; 종횡비가 높은 레지스트 패턴을 얻는 것; 공정 윈도우의 확대; 제조 수율의 향상.The inventors of the present application believe that there are at least one problem in the method of manufacturing a resist pattern that still needs improvement. This includes, for example: thickening the fine resist pattern; obtaining fine resist patterns useful as etching masks; obtaining sufficient resolution even using an exposure machine with an increased numerical aperture; obtaining micropatterns with good shapes; obtaining a resist pattern with a high aspect ratio; enlargement of the process window; Improvement in manufacturing yield.
본원의 발명자들은 다음과 같이 고찰하고 검토하였다.The inventors of the present application have considered and examined as follows.
DOF(초점 심도)는 동일한 노광량으로 초점을 상하로 이동시켜 노광했을 때, 목표 치수와의 차이가 소정의 범위가 되는 치수로 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 초점 심도의 범위를 나타낸다.DOF (depth of focus) indicates the range of depth of focus in which a resist pattern can be formed with a dimension in which a difference from a target dimension falls within a predetermined range when exposure is performed by moving the focal point up and down with the same exposure amount.
DOF는 이하의 수학식으로 나타낸다:DOF is represented by the following equation:
k2×λ/NA2 k2×λ/NA 2
상기 수학식에서, k2는 상수이고, λ는 노광 파장이고, NA는 개구수이다.In the above equation, k2 is a constant, λ is an exposure wavelength, and NA is a numerical aperture.
DOF가 클수록 공정 윈도우가 넓어지므로 바람직하다. 그러나, 고정밀 리소그래피 기술, 예를 들면, IC에서는 노광기의 NA가 점차 증가하는 경향이 있으며, DOF가 점점 더 좁아질 것으로 예상된다.The larger the DOF, the wider the process window, which is preferable. However, in high-precision lithography techniques, such as IC, the NA of an exposure machine tends to gradually increase, and the DOF is expected to become narrower and narrower.
고정밀 기술로 기대되는 EUV 노광에서는, 박막으로 구성된 미세 패턴 형성이 이루어지고 있다. 본원의 발명자들은 레지스트 패턴을 후막화하는 것이, 후속 공정에서 고정밀 패턴을 마스크로서 사용할 때 레지스트 패턴을 보다 내성 있게 만드는 것에 있어 바람직하다고 생각하였다. 레지스트 패턴이 얇으면, 예를 들면, 에칭 마스크로 사용하는 경우 마스크로서의 내구성을 충분히 달성할 수 없고, 에칭 공정의 마지막에 마스킹되어야 하는 대상물까지 스크래핑될 수 있다.In EUV exposure, which is expected as a high-precision technology, formation of fine patterns composed of thin films is performed. The inventors of the present application considered that thickening the resist pattern is preferable for making the resist pattern more resistant when using the high-precision pattern as a mask in a subsequent process. If the resist pattern is thin, for example, when used as an etching mask, durability as a mask cannot be sufficiently achieved, and even an object to be masked may be scraped at the end of the etching process.
레지스트 막 두께가 두꺼우면, 공정 윈도우가 좁아지는 경향이 있다. 예를 들면, 기판 두께의 약간의 어긋남에 의해 초점이 어긋나면, 형성되는 레지스트 패턴의 형상이 직사각형으로부터 멀어져 패턴 붕괴가 일어나기 쉬워질 가능성이 있다. 다른 예로, 노광량(Dose)이 어긋나면 라인 폭이 어긋나 패턴 브리지 및 패턴 붕괴가 발생할 가능성이 있다. 고해상도가 요구되는 고정밀 기술에서는, 보다 얇은 레지스트막이 용이하게 사용된다.When the resist film thickness is thick, the process window tends to narrow. For example, if the focus is shifted due to a slight shift in the thickness of the substrate, the shape of the resist pattern to be formed may deviate from the rectangular shape, and pattern collapse may easily occur. As another example, if the dose is out of sync, there is a possibility that pattern bridge and pattern collapse may occur due to a shift in line width. In high-precision techniques requiring high resolution, thinner resist films are readily used.
본 발명은 상기 기술적 배경을 기초하여 이루어지는 것으로, 후막화된 레지스트 패턴의 제조방법 및 이에 사용되는 후막화 용액을 제공한다.The present invention is made on the basis of the above technical background, and provides a method for manufacturing a thick-film resist pattern and a thick-film solution used therein.
본 발명에 따른 후막화된 레지스트 패턴의 제조방법은 이하의 단계를 포함한다:The method of manufacturing a thick-film resist pattern according to the present invention includes the following steps:
(1) 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하여, 상기 레지스트 조성물로부터 레지스트 층을 형성하는 단계;(1) applying a resist composition on a substrate to form a resist layer from the resist composition;
(2a) 상기 레지스트 층을 노광시키는 단계;(2a) exposing the resist layer to light;
(2b) 중합체(A) 및 용매(B)를 포함하는 후막화 용액을 상기 레지스트 층 상에 도포하여 후막화 층을 형성하는 단계 및(2b) forming a thickening layer by applying a thickening solution containing a polymer (A) and a solvent (B) on the resist layer; and
(3) 상기 레지스트 층 및 상기 후막화 층을 현상하는 단계.(3) developing the resist layer and the thickening layer.
본 발명에 따른 가공 기판의 제조방법은 다음의 단계를 포함한다:The manufacturing method of a processed substrate according to the present invention includes the following steps:
상기 후막화된 레지스트 패턴을 형성하는 단계 및forming the thick-film resist pattern; and
(4) 상기 후막화된 레지스트 패턴을 마스크로서 사용하는 가공 단계.(4) A processing step of using the thickened resist pattern as a mask.
본 발명에 따르면, 이하의 효과들 중 하나 이상이 바람직할 수 있다:According to the present invention, one or more of the following effects may be desirable:
미세 레지스트 패턴을 후막화하는 것; 에칭 마스크로서 유용한 미세 레지스트 패턴을 얻는 것; 개구수가 증가된 노광기를 사용하여도 충분한 해상도를 얻는 것; 우수한 형상을 갖는 미세 패턴을 얻는 것; 종횡비가 높은 레지스트 패턴을 얻는 것; 공정 윈도우의 확대; 및 제조 수율의 향상.thickening the fine resist pattern; obtaining fine resist patterns useful as etching masks; obtaining sufficient resolution even using an exposure machine with an increased numerical aperture; obtaining micropatterns with good shapes; obtaining a resist pattern with a high aspect ratio; enlargement of the process window; and improvement in manufacturing yield.
[도 1] 도 1은 후막화된 레지스트 패턴 제조방법의 일 양태를 개략적으로 도시하는 도면이다.[Fig. 1] Fig. 1 is a diagram schematically showing one aspect of a method for manufacturing a thick-film resist pattern.
[정의][Justice]
달리 구체적으로 언급하지 않는 한, 본 단락에 기재되는 정의 및 예에 따른다.Unless specifically stated otherwise, the definitions and examples set forth in this paragraph apply.
단수 형태는 복수 형태를 포함하고, "하나" 또는 "그"는 "적어도 하나"를 의미한다. 개념의 요소는 복수 종에 의해 표현될 수 있고, 양(예를 들면, 질량% 또는 mol%)이 기재되어 있는 경우, 상기 양은 복수 종의 합을 의미한다.The singular form includes the plural form, and “a” or “the” means “at least one”. An element of a concept may be expressed by a plurality of species, and when an amount (eg, mass % or mol %) is described, the amount refers to the sum of the plurality of species.
"및/또는"은 모든 요소들의 조합을 포함하고, 상기 요소의 단독 사용도 포함한다.“And/or” includes any combination of any of the elements, and includes use of any of the elements alone.
"내지" 또는 "-"를 사용하여 수치 범위를 나타내는 경우, 이는 종말점 둘 다를 포함하고, 이들의 단위는 공통이다. 예를 들면, 5 내지 25mol%는 5mol% 이상 25mol% 이하를 의미한다.When "to" or "-" is used to indicate a numerical range, it is inclusive of both endpoints and their units are common. For example, 5 to 25 mol% means 5 mol% or more and 25 mol% or less.
"Cx-y", "Cx-Cy" 및 "Cx"와 같은 기재는 분자 또는 치환체 중의 탄소의 수를 의미한다. 예를 들면, C1-6 알킬은 탄소수 1 이상 6 이하의 알킬 쇄(메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 등)를 의미한다.References such as "C xy ", "C x -C y ", and "C x " refer to the number of carbons in the molecule or substituent. For example, C 1-6 alkyl means an alkyl chain (methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, etc.) having 1 to 6 carbon atoms.
중합체가 복수 유형의 반복 단위를 갖는 경우, 상기 반복 단위들은 공중합된다. 상기 공중합은 교호 공중합, 랜덤 공중합, 블록 공중합, 그래프트 공중합 또는 이들의 혼합 중 어느 것일 수 있다. 중합체 또는 수지를 구조식으로 나타내는 경우, 괄호 옆에 병기되는 n 또는 m 등은 반복수를 나타낸다.When the polymer has plural types of repeating units, the repeating units are copolymerized. The copolymerization may be any of alternating copolymerization, random copolymerization, block copolymerization, graft copolymerization, or a mixture thereof. When a polymer or resin is represented by a structural formula, n or m or the like written next to parentheses indicates the number of repetitions.
온도의 단위로서 섭씨가 사용된다. 예를 들면, 20도는 섭씨 20도를 의미한다.Celsius is used as the unit of temperature. For example, 20 degrees means 20 degrees Celsius.
첨가제는 이의 기능을 갖는 화합물 그 자체를 나타낸다(예를 들면, 염기 발생제의 경우, 염기를 발생시키는 화합물 그 자체). 화합물이 용매에 용해되거나 분산되어 조성물에 첨가되는 양태도 사용할 수 있다. 본 발명의 일 양태로서, 이러한 용매는 용매(B) 또는 다른 성분으로서 본 발명에 따른 조성물에 함유되는 것이 바람직하다.The additive refers to the compound itself having its function (for example, in the case of a base generator, the compound itself that generates a base). An embodiment in which the compound is dissolved or dispersed in a solvent and added to the composition can also be used. As one aspect of the present invention, this solvent is preferably contained in the composition according to the present invention as solvent (B) or other component.
이하, 본 발명의 양태들을 상세히 설명한다.Hereinafter, aspects of the present invention will be described in detail.
<후막화된 레지스트 패턴의 제조방법><Method of manufacturing thick resist pattern>
본 발명에 따른 후막화된 레지스트 패턴의 제조방법은 이하의 단계를 포함한다:The method of manufacturing a thick-film resist pattern according to the present invention includes the following steps:
(1) 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하여, 상기 레지스트 조성물로부터 레지스트 층을 형성하는 단계;(1) applying a resist composition on a substrate to form a resist layer from the resist composition;
(2a) 상기 레지스트 층을 노광시키는 단계;(2a) exposing the resist layer to light;
(2b) 중합체(A) 및 용매(B)를 포함하는 후막화 용액을 상기 레지스트 층 상에 도포하여 후막화 층을 형성하는 단계 및(2b) forming a thickening layer by applying a thickening solution containing a polymer (A) and a solvent (B) on the resist layer; and
(3) 상기 레지스트 층 및 상기 후막화 층을 현상하는 단계.(3) developing the resist layer and the thickening layer.
이하, 각각의 단계를 도면을 참조하여 설명한다. 명확성을 위해 설명하지만, 단계 (1) 및 (2)는 단계 (3) 이전에 수행된다. 단계를 나타내는 괄호 안의 수는 순서를 의미한다. 그러나, (2a)와 (2b)의 순서는 임의의 순서이다. 이하 동일하다.Hereinafter, each step will be described with reference to the drawings. Although described for clarity, steps (1) and (2) are performed before step (3). Numbers in parentheses indicate the order. However, the order of (2a) and (2b) is arbitrary. the same below
단계 (1)step (1)
단계 (1)에서, 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하여 레지스트 층을 형성한다.In step (1), a resist composition is applied on a substrate to form a resist layer.
기판의 예는 규소/이산화규소 코팅 기판, 질화규소 기판, 규소 웨이퍼 기판, 유리 기판 및 ITO 기판을 포함한다.Examples of substrates include silicon/silicon dioxide coated substrates, silicon nitride substrates, silicon wafer substrates, glass substrates and ITO substrates.
상기 레지스트 조성물은 특별히 제한되지 않으나, 미세한 레지스트 패턴을 고해상도로 형성하는 관점에서, 화학 증폭형 레지스트 조성물인 것이 바람직하고, 예를 들면, 화학 증폭형 PHS-아크릴레이트 하이브리드계 EUV 레지스트 조성물이 포함된다. 또한, 레지스트 조성물이 광 산 발생제를 포함하는 것이 바람직한 양태이다. 본 발명의 적합한 레지스트 조성물은 포지티브형 화학 증폭형 레지스트 조성물이다.The resist composition is not particularly limited, but from the viewpoint of forming a fine resist pattern at high resolution, it is preferably a chemically amplified resist composition, and examples thereof include a chemically amplified PHS-acrylate hybrid EUV resist composition. It is also a preferred embodiment that the resist composition contains a photoacid generator. A suitable resist composition of the present invention is a positive type chemically amplified resist composition.
일반적인 고해상도 포지티브형 레지스트 조성물은, 측쇄가 보호 그룹으로 보호된 알칼리-가용성 수지와 광 산 발생제의 조합을 포함한다. 이러한 조성물로 형성된 레지스트 층이 자외선, 전자빔, 극자외선 등으로 조사되면, 광 산 발생제는 조사된 부분(노광부)에서 산을 방출하고, 알칼리-가용성 수지에 결합된 보호 그룹은 상기 산에 의해 해리된다(이하, 탈보호로 나타냄). 탈보호된 알칼리-가용성 수지는 알칼리성 현상액에 가용성이기 때문에, 현상 처리로 제거된다. 레지스트 층 상에 후막화 층이 형성되는 본 발명의 경우, 하부 레지스트 층의 영역이 가용성이면, 상기 영역의 혼합층 및 레지스트 층이 모두 제거된다. 이에 대해서는 이후에 설명된다.A typical high-resolution positive-type resist composition includes a combination of an alkali-soluble resin whose side chain is protected with a protecting group and a photoacid generator. When a resist layer formed of such a composition is irradiated with ultraviolet rays, electron beams, extreme ultraviolet rays, etc., the photoacid generator releases acid from the irradiated portion (exposed portion), and the protecting group bonded to the alkali-soluble resin is oxidized by the acid. dissociates (hereinafter referred to as deprotection). Since the deprotected alkali-soluble resin is soluble in an alkaline developer, it is removed by the development treatment. In the case of the present invention in which a thickening layer is formed on the resist layer, if a region of the lower resist layer is soluble, both the mixed layer and the resist layer in the region are removed. This will be explained later.
본 발명의 레지스트 조성물로서 네거티브형 레지스트 조성물이 사용될 수도 있다. 공지된 네거티브 레지스트 조성물 및 공정이 사용될 수 있다. 예를 들면, 중합체를 가교결합제로 불용화하거나 현상액 중의 유기 용매를 사용하여, 미노광 영역의 레지스트 층과 혼합층이 모두 제거된다.As the resist composition of the present invention, a negative type resist composition may be used. Known negative resist compositions and processes may be used. For example, by insolubilizing the polymer with a crosslinking agent or using an organic solvent in a developing solution, both the resist layer and the mixed layer in the unexposed region are removed.
본 발명의 레지스트 조성물은 적절한 방법에 의해 기판 상에 도포된다. 본 발명에서 "기판 상"은 기판 바로 위에 도포되는 경우 및 다른 층을 통해 도포되는 경우를 포함한다. 예를 들면, 레지스트 하층막(예를 들면, SOC(Spin On Carbon) 및/또는 접착 강화막)이 기판 바로 위에 형성되고, 상기 레지스트 조성물이 상기 레지스트 하층막 바로 위에 도포될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 레지스트 조성물은 기판 바로 위에 도포된다. 또한, 다른 바람직한 양태에서, SOC는 기판 바로 위에 형성되고, 접착 강화막은 SOC 바로 위에 형성되고, 레지스트 조성물은 접착 강화막 바로 위에 도포된다.The resist composition of the present invention is applied onto a substrate by an appropriate method. In the present invention, "on a substrate" includes a case of being applied directly on a substrate and a case of being applied through another layer. For example, a resist underlayer film (eg, spin on carbon (SOC) and/or an adhesion enhancement film) may be formed directly on the substrate, and the resist composition may be applied directly on the resist underlayer film. Preferably, the resist composition of the present invention is applied directly onto a substrate. Further, in another preferred embodiment, the SOC is formed directly on the substrate, the adhesion enhancement film is formed directly on the SOC, and the resist composition is applied directly on the adhesion enhancement film.
도포 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 스핀 코팅에 의한 도포를 포함할 수 있다.The application method is not particularly limited, but may include, for example, application by spin coating.
바람직하게는, 가열에 의해 레지스트 조성물이 도포된 기판 상에 레지스트 층이 형성된다. 상기 가열은 프리베이킹이라고도 하며, 예를 들면, 핫 플레이트를 사용하여 수행된다. 가열 온도는 바람직하게는 100 내지 250℃, 보다 바람직하게는 100 내지 200℃, 더욱 바람직하게는 100 내지 160℃이다. 상기 온도는 핫 플레이트의 가열 표면 온도이다. 가열 시간은 바람직하게는 30 내지 300초, 보다 바람직하게는 30 내지 120초, 더욱 바람직하게는 45 내지 90초이다. 가열은 바람직하게는 공기 또는 질소 가스 분위기에서 수행되며, 보다 바람직하게는 공기 분위기에서 수행된다.Preferably, a resist layer is formed on the substrate coated with the resist composition by heating. The heating is also referred to as prebaking, and is performed using, for example, a hot plate. The heating temperature is preferably 100 to 250°C, more preferably 100 to 200°C, still more preferably 100 to 160°C. The temperature is the heating surface temperature of the hot plate. The heating time is preferably 30 to 300 seconds, more preferably 30 to 120 seconds, still more preferably 45 to 90 seconds. The heating is preferably performed in an air or nitrogen gas atmosphere, more preferably in an air atmosphere.
도 1의 (i)은 레지스트 층(2)이 기판(1) 상에 형성된 개략도이다. 레지스트 층의 막 두께는 의도하는 목적에 따라 선택되지만, 바람직하게는 10 내지 100nm, 보다 바람직하게는 10 내지 40nm, 더욱 바람직하게는 10 내지 30nm이다.1(i) is a schematic diagram in which a resist layer 2 is formed on a substrate 1 . The film thickness of the resist layer is selected depending on the intended purpose, but is preferably 10 to 100 nm, more preferably 10 to 40 nm, still more preferably 10 to 30 nm.
단계 (2a)Step (2a)
단계 (2a)에서, 레지스트 층은 필요에 따라 마스크를 통해 노광된다.In step (2a), the resist layer is exposed through a mask as needed.
노광에 사용하는 방사선(광)의 파장은 특별히 제한되지 않지만, 파장 13.5 내지 248nm의 광으로 노광되는 것이 바람직하다. 특히, KrF 엑시머 레이저(파장: 248nm), ArF 엑시머 레이저(파장: 193nm), EUV(극자외광, 파장 13.5nm) 등이 사용될 수 있다. EUV 광이 보다 바람직하다. 상기 파장은 ±1%의 범위에서 허용된다.The wavelength of the radiation (light) used for exposure is not particularly limited, but exposure with light having a wavelength of 13.5 to 248 nm is preferred. In particular, KrF excimer laser (wavelength: 248 nm), ArF excimer laser (wavelength: 193 nm), EUV (extreme ultraviolet light, wavelength 13.5 nm), and the like can be used. EUV light is more preferred. The above wavelength is allowed in the range of ±1%.
노광 후, 필요에 따라 노광후 베이킹(PEB)이 수행될 수 있다. PEB의 온도는 70 내지 150℃, 바람직하게는 80 내지 120℃의 범위에서 선택될 수 있다. PEB의 가열 시간은 0.3 내지 5분, 바람직하게는 0.5 내지 2분의 범위에서 선택될 수 있다.After exposure, post-exposure baking (PEB) may be performed if necessary. The temperature of PEB can be selected in the range of 70 to 150 °C, preferably 80 to 120 °C. The heating time of PEB can be selected in the range of 0.3 to 5 minutes, preferably 0.5 to 2 minutes.
도 1의 (ii)는 일반적인 포지티브형 화학 증폭형 레지스트 조성물을 사용하는 경우에 레지스트 층(2)이 마스크를 통해 노광되는 상태를 도시하는 개략도이다. 광 산 발생기로부터 노광 영역(4)으로 산이 방출되어, 중합체가 탈보호되고 이의 알칼리 용해도가 증가된다. 미노광 영역(3)에서는, 중합체의 알칼리 용해도가 변하지 않는다.Fig. 1(ii) is a schematic diagram showing a state in which the resist layer 2 is exposed through a mask in the case of using a general positive type chemically amplified resist composition. Acid is released from the photoacid generator into the exposure area 4 to deprotect the polymer and increase its alkali solubility. In the unexposed area 3, the alkali solubility of the polymer does not change.
단계 (2b)Step (2b)
단계 (2b)에서는, 중합체(A)와 용매(B)를 포함하는 후막화 용액이 레지스트 층 상에 도포되어 후막화 층이 형성된다. 본 발명에서는, (레지스트 층이 현상된 후에) 후막화 용액이 레지스트 패턴들 사이에 도포되지 않는다.In step (2b), a thickening solution containing a polymer (A) and a solvent (B) is applied on the resist layer to form a thickening layer. In the present invention, a thickening solution is not applied between the resist patterns (after the resist layer is developed).
도포 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 스핀 코팅에 의한 도포를 포함한다.The application method is not particularly limited, but includes, for example, application by spin coating.
바람직하게는, 가열 또는 스핀-건조에 의해(보다 바람직하게는, 가열에 의해), 위에 후막화 용액이 도포된 기판 상에 후막화 층이 형성된다. 가열은 예를 들면, 핫 플레이트를 사용하여 수행된다. 가열 온도는 바람직하게는 45 내지 150℃, 보다 바람직하게는 90 내지 130℃이다. 가열 시간은 바람직하게는 30 내지 180초, 보다 바람직하게는 45 내지 90초이다. 가열은 공기 또는 질소 가스 분위기에서 수행되는 것이 바람직하고, 공기 분위기에서 수행되는 것이 보다 바람직하다. 단계 (2b)에서의 가열을 믹싱 베이크로도 나타낸다.Preferably, by heating or spin-drying (more preferably by heating), a thickening layer is formed on the substrate on which the thickening solution is applied. Heating is performed using, for example, a hot plate. The heating temperature is preferably 45 to 150°C, more preferably 90 to 130°C. The heating time is preferably 30 to 180 seconds, more preferably 45 to 90 seconds. The heating is preferably performed in an air or nitrogen gas atmosphere, more preferably in an air atmosphere. Heating in step (2b) is also referred to as mixing bake.
단계 (2a) 및 단계 (2b)의 순서는 임의의 순서일 수 있다. 후막화 층을 통과하여 노광할 필요가 없기 때문에, 단계 (2a) 이후에 단계 (2b)를 수행하는 공정이 보다 바람직하다. 단계 (2b) 이후에 단계 (2a)를 수행하는 공정도 사용할 수 있으며, 이 경우, 후막화 층을 통한 투과도의 영향을 조정한 후 노광을 수행하는 것이 바람직하다.The order of steps (2a) and (2b) may be any order. A process of performing step (2b) after step (2a) is more preferable because it is not necessary to pass through the thickening layer for exposure. A process of performing step (2a) after step (2b) can also be used, and in this case, it is preferable to perform exposure after adjusting the influence of the transmittance through the thickening layer.
도 1의 (iii)은 레지스트 층(2) 상에 후막화 층(5)이 형성된 상태의 개략도이다.1(iii) is a schematic diagram of a state in which a thickening layer 5 is formed on a resist layer 2 .
단계 (2b)에서는, 후막화 층과 레지스트 층이 서로 접촉하는 부근의 영역에 불용화 층이 형성되는 것이 바람직하다. 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 후막화 층과 레지스트 층이 서로 접촉하는 영역에서 각각의 중합체가 침투(혼합)하여 혼합층이 형성되는 것으로 생각된다. 혼합층이 후속 현상 공정에서 현상액에 가용성인지 또는 불용성인지 여부는, 하부 레지스트 층이 현상액에 가용성인지 또는 불용성인지에 따른다. 하부 레지스트 층의 상기 영역이 현상액에 불용성인 경우, 혼합층은 불용성층이 된다. 하부 레지스트 층의 상기 영역이 현상액에 가용성인 경우, 혼합층도 가용성이 된다.In step (2b), an insolubilization layer is preferably formed in a region near where the thickening layer and the resist layer contact each other. Without wishing to be bound by theory, it is thought that the mixed layer is formed by infiltrating (mixing) the respective polymers in the region where the thickening layer and the resist layer contact each other. Whether the mixed layer is soluble or insoluble in the developer in a subsequent development process depends on whether the underlying resist layer is soluble or insoluble in the developer. When the region of the lower resist layer is insoluble to the developer, the mixed layer becomes an insoluble layer. If the region of the lower resist layer is soluble in the developer, the mixed layer is also soluble.
포지티브형 레지스트 층의 예를 설명한다. 레지스트 층의 노광된 영역이 현상액에 가용성이기 때문에, 동일한 영역의 혼합층에 침투된 레지스트 층(매트릭스 성분, 바람직하게는 중합체)이 용해되고, 혼합층도 용해된다. 또한, 혼합층 아래의 레지스트 층의 노광 영역도 용해된다. 한편, 레지스트 층의 미노광 영역은 현상액에 불용성이다(예를 들면, 탈보호되지 않음). 따라서, 동일한 영역의 혼합층을 투과하는 레지스트 층은 불용성이며, 혼합층도 용해되지 않는다. 또한, 혼합층 아래의 레지스트 층의 미노광 영역도 용해되지 않는다.An example of a positive type resist layer will be described. Since the exposed area of the resist layer is soluble in the developer, the resist layer (matrix component, preferably a polymer) that has penetrated into the mixed layer in the same area is dissolved, and the mixed layer is also dissolved. In addition, the exposed area of the resist layer below the mixed layer is also dissolved. On the other hand, the unexposed areas of the resist layer are insoluble to the developer (eg, not deprotected). Therefore, the resist layer that penetrates the mixed layer in the same area is insoluble, and the mixed layer is also insoluble. Also, unexposed regions of the resist layer below the mixed layer are not dissolved.
도 1의 (iv)는 불용화 층(6)이 형성된 상태의 개략도이다. 용해되는 영역(포지티브형의 경우, 노광 영역)에도 혼합층이 형성되지만, 이는 현상 과정에서 용해되어 제거되기 때문에 편의상 (iv)에는 도시하지 않았다.1(iv) is a schematic diagram of a state in which an insolubilization layer 6 is formed. A mixed layer is also formed in a dissolving region (exposed region in the case of a positive type), but is not shown in (iv) for convenience because it is dissolved and removed during development.
상기 단계 (2b)에서, 후막화 층의 형성 후 세정을 수행하여, 후막화 층의 상부(혼합층보다 위쪽의 후막화 층)를 제거하는 것도 바람직하다. 세정에는 후막화 용액의 용매(B)와 동일한 조성의 것이 사용될 수 있고, 바람직하게는 물(예를 들면, DIW)이 사용될 수 있다. 본 발명에서의 세정은 후술하는 현상과는 상이하다. 즉, 세정은 레지스트 층의 가용성 영역을 용해시켜 레지스트 패턴을 형성하기 위한 것이 아니다.In the above step (2b), it is also preferable to perform cleaning after formation of the thickening layer to remove the upper part of the thickening layer (thickening layer above the mixed layer). For washing, a solvent having the same composition as the solvent (B) of the thickening solution may be used, and preferably water (eg, DIW) may be used. Cleaning in the present invention is different from the phenomenon described later. That is, the cleaning is not for dissolving the soluble region of the resist layer to form a resist pattern.
[후막화 용액][Thickening solution]
본 발명에 따른 후막화 용액은 중합체(A) 및 용매(B)를 포함하고, 레지스트 층의 현상 전에 도포된 레지스트 층을 후막화하기 위해 사용된다. 본 발명에 따른 후막화 용액은 현상 후에 레지스트 패턴들 사이에 도포되지 않는다. 그러나, "현상 후"라는 표현 내의 "현상"은 이미 제거된 레지스트 층이 패터닝된 경우의 현상은 포함하지 않는다. 예를 들면, 레지스트 패터닝이 연속적으로 복수회 수행되는 디자인의 경우, 이전 공정에서 레지스트가 현상된 후에도 후속 공정에서 레지스트 층을 후막화하기 위해 본 발명의 후막화 용액이 사용될 수 있다.The thickening solution according to the present invention comprises a polymer (A) and a solvent (B), and is used to thicken an applied resist layer prior to development of the resist layer. The thickening solution according to the present invention is not applied between resist patterns after development. However, "development" in the expression "after development" does not include development when an already removed resist layer is patterned. For example, in the case of a design in which resist patterning is continuously performed a plurality of times, the thickening solution of the present invention can be used to thicken a resist layer in a subsequent process even after the resist has been developed in a previous process.
(A) 중합체(A) polymer
본 발명에서 사용되는 중합체(A)는, 레지스트 패턴과의 친화성이 우수한 한 특별히 제한되지 않으며, 이의 예는 폴리아크릴산, 비닐 수지 등을 포함한다.The polymer (A) used in the present invention is not particularly limited as long as it has excellent affinity with the resist pattern, and examples thereof include polyacrylic acid, vinyl resin and the like.
바람직하게는, 중합체(A)는 반복 단위에 아미노 그룹을 포함하는 중합체이다. 본원에서, 아미노 그룹은 1급 아미노 그룹(-NH2), 2급 아미노 그룹(-NHR) 및 3급 아미노 그룹(-NRR')을 나타낸다. 본원서, 아미노 그룹은 질소가 이중 결합을 통해 인접한 원소와 결합한 것, 예를 들면, -N=도 포함한다. 이러한 아미노 그룹은 반복 단위의 측쇄에 함유될 수 있거나, 중합체의 주쇄 구조에 함유될 수 있다.Preferably, polymer (A) is a polymer containing amino groups in repeating units. Herein, the amino group denotes a primary amino group (-NH 2 ), a secondary amino group (-NHR) and a tertiary amino group (-NRR'). In the present application, the amino group also includes a nitrogen bonded to an adjacent element through a double bond, for example, -N=. These amino groups may be contained in the side chain of the repeating unit or may be contained in the main chain structure of the polymer.
중합체(A)는 바람직하게는 화학식 (a1)로 나타내어지는 반복 단위(A1) 및 화학식 (a2)로 나타내어지는 반복 단위(A2)로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 반복 단위를 포함하는 중합체이다. 중합체(A)가 화학식 (a1)로 나타내어지는 반복 단위(A1)를 포함하는 양태가 보다 바람직하다.Polymer (A) is preferably a polymer comprising at least one repeating unit selected from the group consisting of a repeating unit (A1) represented by formula (a1) and a repeating unit (A2) represented by formula (a2). An aspect in which the polymer (A) includes the repeating unit (A1) represented by the formula (a1) is more preferable.
화학식 (a1)로 나타내어지는 반복 단위(A1)는 다음과 같다.The repeating unit (A1) represented by the formula (a1) is as follows.
[화학식 (a1)][Formula (a1)]
상기 화학식 (a1)에서,In the above formula (a1),
R11, R12 및 R13은 각각 독립적으로, H, C1-4 알킬 또는 카복시이다. R11 및 R12는 바람직하게는 H이다. R13은 바람직하게는 H 또는 메틸, 보다 바람직하게는 H이다.R 11 , R 12 and R 13 are each independently H, C 1-4 alkyl or carboxy. R 11 and R 12 are preferably H. R 13 is preferably H or methyl, more preferably H.
L11은 단일 결합 또는 C1-4 알킬렌, 바람직하게는 단일 결합 또는 메틸렌, 보다 바람직하게는 단일 결합이다.L 11 is a single bond or C 1-4 alkylene, preferably a single bond or methylene, more preferably a single bond.
R14는 단일 결합, H 또는 C1-5 알킬, 바람직하게는 단일 결합, H, 메틸, 에틸, n-프로필 또는 n-부틸, 보다 바람직하게는 단일 결합, H 또는 메틸이다. R14가 단일 결합인 경우, 이는 R13에 결합한다.R 14 is a single bond, H or C 1-5 alkyl, preferably a single bond, H, methyl, ethyl, n-propyl or n-butyl, more preferably a single bond, H or methyl. When R 14 is a single bond, it is bonded to R 13 .
R15는 H, C1-5 알킬, C1-5 아실 또는 포르밀(-CHO), 바람직하게는 H, 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, 아세틸 또는 포르밀, 보다 바람직하게는 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필, 더욱 바람직하게는 H 또는 n-프로필이다.R 15 is H, C 1-5 alkyl, C 1-5 acyl or formyl (-CHO), preferably H, methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, acetyl or formyl, more preferably H, methyl, ethyl or n-propyl, more preferably H or n-propyl.
L11의 알킬 중의, R14의 알킬 중의 그리고 R15의 알킬 또는 아실 중의 -CH2- 중 적어도 하나는 각각 독립적으로, -NH-로 대체될 수 있다. 바람직하게는, R15의 알킬 또는 아실 중의 -CH2- 중 하나가 -NH-로 대체된다. -NH-의 대체가 일어나지 않는 양태도 바람직하다.At least one of -CH 2 - in the alkyl of L 11 , the alkyl of R 14 , and the alkyl or acyl of R 15 may each independently be replaced by -NH-. Preferably, one of -CH 2 - in the alkyl or acyl of R 15 is replaced by -NH-. An embodiment in which -NH- is not replaced is also preferable.
R14의 단일 결합 또는 알킬과 R13의 알킬이 함께 결합하여 포화 또는 불포화 헤테로사이클이 형성될 수 있다. 바람직하게는, R14의 단일 결합과 R13의 알킬이 함께 결합하여 포화 헤테로사이클이 형성될 수 있다. 헤테로사이클이 형성되지 않는 양태도 바람직하다.A single bond of R 14 or an alkyl of R 13 may be bonded together to form a saturated or unsaturated heterocycle. Preferably, a single bond of R 14 and an alkyl of R 13 may be bonded together to form a saturated heterocycle. The aspect in which a heterocycle is not formed is also preferable.
R14의 알킬과 R15의 알킬, 아실 또는 포르밀이 함께 결합하여 포화 또는 불포화 헤테로사이클이 형성될 수 있다. 바람직하게는, R14의 알킬과 R15의 알킬이 함께 결합하여 불포화 헤테로사이클이 형성된다. 결합에 사용되는 R14 및/또는 R15의 -CH2-는 -NH-로 대체될 수 있다. 헤테로사이클이 형성되지 않는 양태도 바람직하다.The alkyl of R 14 and the alkyl, acyl or formyl of R 15 may be bonded together to form a saturated or unsaturated heterocycle. Preferably, the alkyl of R 14 and the alkyl of R 15 are bonded together to form an unsaturated heterocycle. -CH 2 - of R 14 and/or R 15 used for bonding may be replaced with -NH-. The aspect in which a heterocycle is not formed is also preferable.
m11 및 m12는 각각 독립적으로, 0 내지 1의 수, 바람직하게는 0 또는 1, 보다 바람직하게는 0이다.m11 and m12 are each independently a number from 0 to 1, preferably 0 or 1, more preferably 0.
후술하는 폴리비닐이미다졸(P1)의 반복 단위가 화학식 (a1)을 참조하여 설명된다. m11 = m12 = 0이다. R11, R12 및 R13은 H이다. L11은 단일 결합이다. R14는 메틸이다. R15는 C3 알킬(n-프로필)이고, -CH2- 중 하나는 -NH-로 대체된다. 또한, R14의 알킬과 R15의 알킬이 결합하여 불포화 헤테로사이클(이미다졸)이 형성된다.The repeating unit of polyvinylimidazole (P1) described later is explained with reference to formula (a1). m11 = m12 = 0. R 11 , R 12 and R 13 are H. L 11 is a single bond. R 14 is methyl. R 15 is C 3 alkyl (n-propyl), and one of -CH 2 - is replaced by -NH-. In addition, an unsaturated heterocycle (imidazole) is formed by combining the alkyl of R 14 and the alkyl of R 15 .
후술하는 폴리알릴아민(P2)의 반복 단위가 화학식 (a1)을 참조하여 설명된다. m11 = m12 = 0이다. R11, R12 및 R13은 H이다. L11은 메틸렌이다. R14 및 R15는 H이다.The repeating unit of polyallylamine (P2) described later is explained with reference to formula (a1). m11 = m12 = 0. R 11 , R 12 and R 13 are H. L 11 is methylene. R 14 and R 15 are H.
후술하는 비닐피롤리돈-비닐이미다졸 공중합체(P3)의 반복 단위가 화학식 (a1)을 참조하여 설명된다. (A1)을 갖는 중합체는 2종의 반복 단위를 가지며, 이들 각각은 화학식 (a1)로 나타내어진다. 비닐 이미다졸의 관련 부분은 상기 P1의 관련 부분과 동일하다. 비닐피롤리돈의 관련 부분이 설명된다. m11 = m12 = 0이다. R11, R12 및 R13은 H이다. L11은 단일 결합이다. R14는 C2 알킬(에틸)이다. R15는 C2 아실(CH3-CO-, 아세틸)이다. R14의 알킬과 R15의 아실이 함께 결합하여 포화 헤테로사이클(2-피롤리돈)이 형성된다. 이는 비닐 이미다졸-해당 부분과 비닐피롤리돈-해당 부분의 반복 단위비가 4:6으로 랜덤 공중합되어 있다.The repeating unit of the vinylpyrrolidone-vinylimidazole copolymer (P3) described later is explained with reference to formula (a1). The polymer having (A1) has two types of repeating units, each of which is represented by formula (a1). The relevant part of vinyl imidazole is the same as that of P1 above. Relevant portions of vinylpyrrolidone are described. m11 = m12 = 0. R 11 , R 12 and R 13 are H. L 11 is a single bond. R 14 is C 2 alkyl(ethyl). R 15 is C 2 acyl (CH 3 -CO-, acetyl). The alkyl of R 14 and the acyl of R 15 are bonded together to form a saturated heterocycle (2-pyrrolidone). This is a random copolymerization of a vinyl imidazole-corresponding moiety and a vinylpyrrolidone-corresponding moiety in a repeating unit ratio of 4:6.
하기 폴리디알릴아민의 반복 단위가 화학식 (a1)을 참조하여 설명된다. m11 = m12 = 1이다. R11 및 R12는 H이다. L11은 메틸렌이고, R13은 메틸이다. R14는 단일 결합이고, R14는 R13과 결합하여 포화 헤테로사이클이 형성된다. R15는 H이다.The repeating units of the following polydiallylamine are explained with reference to formula (a1). m11 = m12 = 1. R 11 and R 12 are H. L 11 is methylene and R 13 is methyl. R 14 is a single bond, and R 14 combines with R 13 to form a saturated heterocycle. R 15 is H.
이하의 반복 단위가 화학식 (a1)을 참조하여 설명된다. m11 = m12 = 0이다. R11, R12 및 R13은 H이다. L11은 단일 결합이다. R14는 C4 알킬(n-부틸)이다. R15는 C2 아실(CH3-CO-, 아세틸)이다. R14의 알킬과 R15의 아실이 함께 결합하여 포화 헤테로사이클이 형성된다.The following repeating units are explained with reference to formula (a1). m11 = m12 = 0. R 11 , R 12 and R 13 are H. L 11 is a single bond. R 14 is C 4 alkyl (n-butyl). R 15 is C 2 acyl (CH 3 -CO-, acetyl). The alkyl of R 14 and the acyl of R 15 are bonded together to form a saturated heterocycle.
(A1)을 갖는 중합체의 예는 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐아민, 폴리알릴아민, 폴리디알릴아민 및 비닐피롤리돈-비닐이미다졸 공중합체를 포함한다. 중합체(A)는 2종 이상의 (A1)을 갖는 공중합체일 수 있고, 이의 예는 비닐피롤리돈-비닐이미다졸 공중합체 및 폴리(알릴아민-co-디알릴아민)을 포함한다. (A1)을 갖는 중합체에 포함되는 반복 단위는 1종 또는 2종, 보다 바람직하게는 1종이다. 공중합체가 사용되는 경우, (A1)을 갖는 중합체에 포함되는 반복 단위는 2종인 것이 바람직하다.Examples of polymers having (A1) include polyvinylimidazole, polyvinylamine, polyallylamine, polydiallylamine and vinylpyrrolidone-vinylimidazole copolymers. Polymer (A) may be a copolymer having two or more types of (A1), examples thereof include vinylpyrrolidone-vinylimidazole copolymer and poly(allylamine-co-diallylamine). The repeating unit contained in the polymer having (A1) is 1 type or 2 types, more preferably 1 type. When a copolymer is used, it is preferable that the repeating unit contained in the polymer having (A1) is two types.
화학식 (a2)로 나타내어지는 반복 단위(A2)는 다음과 같다.The repeating unit (A2) represented by the formula (a2) is as follows.
[화학식 (a2)][Formula (a2)]
상기 화학식 (a2)에서,In the above formula (a2),
R21은 각각 독립적으로, H, 단일 결합, C1-4 알킬 또는 카복시(-COOH)이고, 바람직하게는 H, 단일 결합 또는 메틸이고, 보다 바람직하게는 H 또는 단일 결합이고, 더욱 바람직하게는 H이다. R21의 단일 결합은 다른 반복 단위(A2)에 대한 반복 단위로서 사용된다. 중합체 말단에 사용되지 않는 단일 결합에는 H 등이 결합할 수 있다.Each R 21 is independently H, a single bond, C 1-4 alkyl or carboxy (-COOH), preferably H, a single bond or methyl, more preferably H or a single bond, still more preferably is H. A single bond of R 21 is used as a repeating unit for another repeating unit (A2). H or the like may be bonded to a single bond not used at the end of the polymer.
R22, R23, R24 및 R25는 각각 독립적으로, H, C1-4 알킬 또는 카복시이고, 바람직하게는 H 또는 메틸이고, 더욱 바람직하게는 H이다.R 22 , R 23 , R 24 and R 25 are each independently H, C 1-4 alkyl or carboxy, preferably H or methyl, more preferably H.
m21은 0 내지 3의 수이고, 바람직하게는 0 또는 1이고, 보다 바람직하게는 1이다.m21 is a number from 0 to 3, preferably 0 or 1, more preferably 1.
(A2)를 갖는 중합체의 예는 폴리에틸렌이민을 포함한다. 폴리에틸렌이민은 선형 또는 분지형일 수 있고, 선형이 보다 바람직하다.Examples of polymers with (A2) include polyethyleneimine. The polyethyleneimine may be linear or branched, with linear being more preferred.
선형 폴리에틸렌이민이 화학식 (a2)를 참조하여 설명된다. m21 = 1이고, R21, R22, R23, R24 및 R25는 H이다.Linear polyethyleneimines are described with reference to formula (a2). m21 = 1, and R 21 , R 22 , R 23 , R 24 and R 25 are H.
분지형 폴리에틸렌이민이 화학식 (a2)를 참조하여 설명된다. m21 = 1이고, R21은 H 또는 단일 결합이다. R22, R23, R24 및 R25는 H이다.Branched polyethyleneimines are described with reference to formula (a2). m21 = 1, and R 21 is H or a single bond. R 22 , R 23 , R 24 and R 25 are H.
중합체(A)는 2종 이상의 (A2)를 갖는 공중합체일 수 있다. 바람직하게는, (A2)를 갖는 중합체에 포함되는 반복 단위는 1종 또는 2종이고, 보다 바람직하게는 1종이다. 중합체(A)는 (A1)과 (A2)를 갖는 공중합체일 수 있다.Polymer (A) may be a copolymer having two or more types of (A2). Preferably, the repeating unit contained in the polymer having (A2) is one or two types, more preferably one type. Polymer (A) may be a copolymer having (A1) and (A2).
중합체(A)는 도포되는 레지스트 조성물의 종류, 중합체의 입수 가능성 등의 관점에서 상기한 것들 중에서 적절히 선택될 수 있고, 바람직하게는 폴리비닐이미다졸, 폴리비닐아민, 폴리알릴아민, 폴리디알릴아민, 폴리에틸렌이민, 비닐피롤리돈-비닐이미다졸 공중합체 및 폴리(알릴아민-co-디알릴아민)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.The polymer (A) may be appropriately selected from the above in view of the type of resist composition to be applied, the availability of the polymer, etc., and is preferably polyvinylimidazole, polyvinylamine, polyallylamine, or polydiallyl. It is selected from the group consisting of amines, polyethyleneimines, vinylpyrrolidone-vinylimidazole copolymers and poly(allylamine-co-diallylamine).
중합체(A)는, 본 발명의 범위를 손상시키지 않는 한, 아미노 그룹을 포함하지 않는 반복 단위를 포함하는 공중합체일 수 있다. 예를 들면, 공중합 단위로서 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리비닐 알코올 등을 포함하는 공중합체가 언급될 수 있다.Polymer (A) may be a copolymer containing repeating units not containing an amino group, as long as the scope of the present invention is not impaired. For example, copolymers containing polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyvinyl alcohol and the like as copolymerized units can be mentioned.
레지스트에서 중합체와의 친화성을 고려하면, 아미노 그룹을 함유하지 않는 반복 단위는, 중합체 (A)를 구성하는 전체 반복 단위를 기준으로 하여, 바람직하게는 50mol% 이하, 보다 바람직하게는 30mol% 이하, 더욱 바람직하게는 5mol% 이하이다. 아미노 그룹을 함유하지 않는 반복 단위가 0mol%(함유되지 않음)인 것도 본 발명의 바람직한 양태이다.Considering affinity with the polymer in the resist, the number of repeating units not containing an amino group is preferably 50 mol% or less, more preferably 30 mol% or less, based on all repeating units constituting the polymer (A). , more preferably 5 mol% or less. It is also a preferred embodiment of the present invention that the repeating unit not containing an amino group is 0 mol% (not contained).
중합체(A)의 질량 평균 분자량은 바람직하게는 5,000 내지 200,000, 보다 바람직하게는 5,000 내지 150,000, 더욱 바람직하게는 6,000 내지 10,000이다. 본 발명에서, 질량 평균 분자량(Mw)은 겔 투과 크로마토그래피로 측정한 폴리스티렌 환산의 질량 평균 질량 분자량을 의미한다.The mass average molecular weight of the polymer (A) is preferably 5,000 to 200,000, more preferably 5,000 to 150,000, still more preferably 6,000 to 10,000. In the present invention, the mass average molecular weight (Mw) means the mass average mass molecular weight in terms of polystyrene measured by gel permeation chromatography.
중합체(A)의 함유량은, 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 바람직하게는 1 내지 30질량%, 보다 바람직하게는 1 내지 20질량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 10질량%이다.The content of the polymer (A) is preferably 1 to 30% by mass, more preferably 1 to 20% by mass, still more preferably 2 to 10% by mass based on the total mass of the film thickening solution.
후막화 용액은 중합체(A)를 포함하지만, 중합체(A) 이외의 임의의 중합체(바람직하게는, 아미노 그룹을 함유하지 않는 반복 단위를 갖는 중합체)를 포함할 수 있다. 중합체(A) 이외의 중합체의 함유량은, 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0 내지 20질량%, 보다 바람직하게는 0 내지 10질량%, 더욱 바람직하게는 0 내지 5%, 더욱 바람직하게는 0질량%(중합체(A) 이외의 중합체가 함유되지 않는 양태)이다.The thickening solution contains polymer (A), but may contain any polymer other than polymer (A) (preferably, a polymer having repeating units not containing amino groups). The content of the polymer other than the polymer (A) is preferably 0 to 20% by mass, more preferably 0 to 10% by mass, still more preferably 0 to 5%, based on the total mass of the film thickening solution. More preferably, it is 0 mass % (aspect which does not contain polymers other than polymer (A)).
(B) 용매(B) solvent
용매(B)는 중합체(A) 및 필요에 따라 사용되는 기타 성분을 용해하기 위한 것이다. 이러한 용매는 레지스트 층을 용해시키지 않을 필요가 있다. 용매(B)는 바람직하게는 물을 포함한다. 물은 바람직하게는 탈이온수(DIW)이다. 용매(B)는, 미세한 레지스트 패턴을 형성하기 위해 사용되기 때문에, 불순물이 적은 것이 바람직하다. 바람직한 용매(B)는 불순물이 1ppm 이하이고, 보다 바람직하게는 100ppb 이하이고, 더욱 바람직하게는 10ppb 이하이다. 미세 공정에 사용하기 위해 용질이 용해된 용액을 여과하여 후막화 용액을 제조하는 것도 본 발명의 바람직한 양태이다.The solvent (B) is for dissolving the polymer (A) and other components used as needed. These solvents need not dissolve the resist layer. Solvent (B) preferably comprises water. The water is preferably deionized water (DIW). Since the solvent (B) is used for forming a fine resist pattern, it is preferable that the solvent (B) contains few impurities. A preferable solvent (B) has impurities of 1 ppm or less, more preferably 100 ppb or less, still more preferably 10 ppb or less. It is also a preferred embodiment of the present invention to prepare a thick film solution by filtering a solution in which solutes are dissolved for use in microprocessing.
물의 함유량은, 용매(B)의 총 질량을 기준으로 하여, 바람직하게는 80 내지 100질량%, 보다 바람직하게는 90 내지 100질량%, 더욱 바람직하게는 98 내지 100질량%, 보다 더 바람직하게는 100질량%이다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 용매(B)는 실질적으로 물로만 이루어진다. 그러나, 본 발명에 따른 후막화 용액에, 물 이외의 용매(예를 들면, 계면활성제)에 용해되고/되거나 분산된 상태로 첨가제가 함유되는 양태도 본 발명의 바람직한 양태로 허용된다.The water content is preferably 80 to 100% by mass, more preferably 90 to 100% by mass, still more preferably 98 to 100% by mass, and even more preferably, based on the total mass of the solvent (B). It is 100 mass %. In a preferred embodiment of the present invention, solvent (B) consists essentially of only water. However, an embodiment in which an additive is contained in the thickening solution according to the present invention in a state of being dissolved and/or dispersed in a solvent other than water (eg, surfactant) is also acceptable as a preferred embodiment of the present invention.
물을 제외한 용매(B)의 예시적인 양태는 적절하게는 사이클로헥사논, 사이클로펜타논, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(PGME), 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 디메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 디에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 1-모노메틸 에테르 2-아세테이트(PGMEA), 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르 아세테이트, γ-부티로락톤, 에틸 락테이트 또는 이들 중 어느 것의 혼합물을 포함한다. 이들은 용액의 저장 안정성의 점에서 바람직하다. 상기 용매들 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Exemplary embodiments of solvent (B) other than water suitably include cyclohexanone, cyclopentanone, propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, Propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate (PGMEA), propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monopropyl ether acetate, γ-butyrolactone, ethyl lactate or these mixtures of any of them. These are preferable from the point of storage stability of a solution. Two or more of the above solvents may be mixed and used.
용매(B)의 함유량은, 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 바람직하게는 70 내지 99질량%, 보다 바람직하게는 80 내지 99질량%, 더욱 바람직하게는 90 내지 98질량%이다.The content of the solvent (B) is preferably 70 to 99% by mass, more preferably 80 to 99% by mass, still more preferably 90 to 98% by mass based on the total mass of the film thickening solution.
본 발명의 후막화 용액 전체의 pH는 바람직하게는 5 내지 12이고, 보다 바람직하게는 7 내지 12이고, 더욱 바람직하게는 9 내지 12이다.The pH of the entire thickening solution of the present invention is preferably 5 to 12, more preferably 7 to 12, still more preferably 9 to 12.
(C) 산(C) acid
본 발명에 따른 후막화 용액은 산(C)을 추가로 포함할 수 있다. 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 산(C)의 혼입으로, 중합체(A)로 인해 염기성 경향이 있는 후막화 용액의 pH를 조정할 수 있는 것으로 생각된다. 레지스트 층의 표면에 존재하는 부분적으로 탈보호된 레지스트 층 중의 중합체의 용해를 억제할 수 있는 것으로 생각된다.The thickening solution according to the present invention may further include an acid (C). Without wishing to be bound by theory, it is believed that the incorporation of acid (C) can adjust the pH of the thickening solution, which tends to be basic due to polymer (A). It is believed to be able to inhibit dissolution of the polymer in the partially deprotected resist layer present on the surface of the resist layer.
산(C)은 설폰산, 카복실산, 황산, 질산 또는 적어도 이들 중 어느 두 가지의 혼합물을 포함하고, 바람직하게는 설폰산, 황산 또는 질산이고, 보다 바람직하게는 설폰산 또는 질산이다. 설폰산의 예는 p-톨루엔설폰산, 벤젠설폰산, p-도데실벤젠설폰산, 1,4-나프탈렌디설폰산 및 메탄설폰산을 포함하고, 바람직하게는 p-톨루엔설폰산을 포함한다. 카복실산의 예는 아세트산, 포름산, 옥살산, 말레산, 푸마르산, o-프탈산 및 석신산을 포함한다.Acid (C) comprises sulfonic acid, carboxylic acid, sulfuric acid, nitric acid or a mixture of at least any two thereof, preferably sulfonic acid, sulfuric acid or nitric acid, more preferably sulfonic acid or nitric acid. Examples of the sulfonic acid include p-toluenesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-dodecylbenzenesulfonic acid, 1,4-naphthalenedisulfonic acid and methanesulfonic acid, preferably p-toluenesulfonic acid. Examples of carboxylic acids include acetic acid, formic acid, oxalic acid, maleic acid, fumaric acid, o-phthalic acid and succinic acid.
본 발명의 후막화 용액 전체의 pH는 첨가되는 산(C)의 양에 의해 조정될 수 있다. 산(C)으로서, 레지스트막을 개질시킬 정도로 강한 산은 사용하지 않는 것이 바람직하다. 예를 들면, 레지스트막은 산(C)에 의해 탈보호되지 않는 것이 바람직하다.The pH of the entire thickening solution of the present invention can be adjusted by the amount of acid (C) added. As the acid (C), it is preferable not to use an acid strong enough to modify the resist film. For example, it is preferable that the resist film is not deprotected by acid (C).
산(C)의 함유량은, 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0 내지 20질량%, 보다 바람직하게는 0 내지 15질량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10질량%, 보다 더 바람직하게는 0.1 내지 5질량%이다. 후막화 용액이 산(C)을 함유하지 않는 양태(0질량%)도 본 발명의 바람직한 양태이다.The content of the acid (C) is preferably 0 to 20% by mass, more preferably 0 to 15% by mass, still more preferably 0.1 to 10% by mass, and even more, based on the total mass of the film thickening solution. Preferably it is 0.1-5 mass %. An embodiment in which the film thickening solution does not contain acid (C) (0% by mass) is also a preferred embodiment of the present invention.
(D) 계면활성제(D) surfactant
본 발명에 따른 후막화 용액은 계면활성제(D)를 추가로 포함할 수 있다. 계면활성제(D)가 포함됨으로써 코팅성이 향상될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 계면활성제의 예는 (I) 음이온성 계면활성제, (II) 양이온성 계면활성제 또는 (III) 비이온성 계면활성제를 포함하며, 보다 구체적으로는 (I) 알킬 설포네이트, 알킬 벤젠 설폰산 및 알킬 벤젠 설포네이트, (II) 라우릴 피리디늄 클로라이드 및 라우릴 메틸 암모늄 클로라이드 및 (III) 폴리옥시에틸렌 옥틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 아세틸렌 글리콜 에테르, 불소-함유 계면활성제(예를 들면, Fluorad(3M), Megafac(DIC), Surflon(AGC)) 및 유기 실록산 계면활성제(예를 들면, KF-53, KP341(Shinetsu Chemical Industry))를 포함한다.The thickening solution according to the present invention may further include a surfactant (D). Coatability may be improved by including the surfactant (D). Examples of surfactants that can be used in the present invention include (I) anionic surfactants, (II) cationic surfactants or (III) nonionic surfactants, more specifically (I) alkyl sulfonates, alkyl Benzene sulfonic acid and alkyl benzene sulfonates, (II) lauryl pyridinium chloride and lauryl methyl ammonium chloride and (III) polyoxyethylene octyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene acetylene glycol ether, fluorine-containing surfactants (eg Fluorad (3M), Megafac (DIC), Surflon (AGC)) and organosiloxane surfactants (eg KF-53, KP341 (Shinetsu Chemical Industry)).
이들 계면활성제는 단독으로 또는 이들 중 2종 이상의 조합으로 사용될 수 있다.These surfactants may be used alone or in combination of two or more of them.
계면활성제(D)의 함유량은, 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0 내지 5질량%, 보다 바람직하게는 0.001 내지 2질량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1질량%이다. 후막화 용액이 계면활성제(D)를 함유하지 않는 양태(0질량%)도 본 발명의 일 양태이다.The content of the surfactant (D) is preferably 0 to 5% by mass, more preferably 0.001 to 2% by mass, still more preferably 0.01 to 1% by mass based on the total mass of the film thickening solution. An aspect (0% by mass) in which the film thickening solution does not contain the surfactant (D) is also an aspect of the present invention.
(E) 첨가제(E) additives
본 발명에 따른 후막화 용액은 상기 성분 (A) 내지 성분 (D) 이외에 첨가제(E)를 추가로 포함할 수 있다. 첨가제(E)는 바람직하게는 가소제, 가교결합제, 항균제, 살균제, 방부제, 항진균제, 염기 또는 이들 중 어느 것의 혼합물이다. 바람직하게는, 첨가제(E)는 염기를 포함하고, 보다 바람직하게는 염기로 이루어진다. 염기는 아미노 그룹을 함유하는 중합체(A)와 달리 저분자량 화합물이다. 상기 저분자량 화합물의 분자량은 50 내지 200, 바람직하게는 70 내지 150, 보다 바람직하게는 100 내지 125이다.The film thickening solution according to the present invention may further include an additive (E) in addition to the above components (A) to (D). Additives (E) are preferably plasticizers, crosslinking agents, antibacterial agents, bactericides, preservatives, antifungal agents, bases or mixtures of any of these. Preferably, additive (E) comprises a base, more preferably consists of a base. The base is a low molecular weight compound unlike the polymer (A) containing an amino group. The molecular weight of the low molecular weight compound is 50 to 200, preferably 70 to 150, more preferably 100 to 125.
이러한 염기의 예는 3급 아민, 디아민, 및 케이지형 삼차원 구조를 갖는 아민 화합물을 포함한다.Examples of such bases include tertiary amines, diamines, and amine compounds having a cage-like three-dimensional structure.
디아민 화합물로는 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌 디아민,Examples of the diamine compound include N,N,N',N'-tetramethylethylene diamine,
N,N,N',N'-테트라에틸에틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetraethylethylene diamine;
N,N,N',N'-테트라프로필에틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetrapropylethylene diamine;
N,N,N',N'-테트라이소프로필에틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetraisopropylethylene diamine;
N,N,N',N'-테트라메틸-1,2-프로필렌 디아민,N,N,N',N'-tetramethyl-1,2-propylene diamine;
N,N,N',N'-테트라에틸-1,2-프로필렌 디아민,N,N,N',N'-tetraethyl-1,2-propylene diamine;
N,N,N',N'-테트라프로필-1,2-프로필렌 디아민,N,N,N',N'-tetrapropyl-1,2-propylene diamine;
N,N,N',N'-테트라이소프로필-1,2-프로필렌 디아민,N,N,N',N'-tetraisopropyl-1,2-propylene diamine;
N,N,N',N'-테트라메틸-1,3-프로필렌 디아민,N,N,N',N'-tetramethyl-1,3-propylene diamine;
N,N,N',N'-테트라에틸-1,3-프로필렌 디아민,N,N,N',N'-tetraethyl-1,3-propylene diamine;
N,N,N',N'-테트라프로필-1,3-프로필렌 디아민,N,N,N',N'-tetrapropyl-1,3-propylene diamine;
N,N,N',N'-테트라이소프로필-1,3-프로필렌 디아민,N,N,N',N'-tetraisopropyl-1,3-propylene diamine;
N,N,N',N'-테트라메틸-1,2-부틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetramethyl-1,2-butylene diamine;
N,N,N',N'-테트라에틸-1,2-부틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetraethyl-1,2-butylene diamine;
N,N,N',N'-테트라프로필-1,2-부틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetrapropyl-1,2-butylene diamine;
N,N,N',N'-테트라이소프로필-1,2-부틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetraisopropyl-1,2-butylene diamine;
N,N,N',N'-테트라메틸-1,3-부틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetramethyl-1,3-butylene diamine;
N,N,N',N'-테트라에틸-1,3-부틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetraethyl-1,3-butylene diamine;
N,N,N',N'-테트라프로필-1,3-부틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetrapropyl-1,3-butylene diamine;
N,N,N',N'-테트라이소프로필-1,3-부틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetraisopropyl-1,3-butylene diamine;
N,N,N',N'-테트라메틸-1,4-부틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetramethyl-1,4-butylene diamine;
N,N,N',N'-테트라에틸-1,4-부틸렌 디아민,N,N,N',N'-tetraethyl-1,4-butylene diamine;
N,N,N',N'-테트라프로필-1,4-부틸렌 디아민 및N,N,N',N'-tetrapropyl-1,4-butylene diamine and
N,N,N',N'-테트라이소프로필-1,4-부틸렌 디아민이 포함된다.N,N,N',N'-tetraisopropyl-1,4-butylene diamine.
케이지형 삼차원 구조를 갖는 아민 화합물로는 1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄, 2-메틸-1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄, 1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄-2-온, 1,4-디아자-2-옥사바이사이클로[2.2.2]옥탄, 1,5-디아자바이사이클로-[3.2.2]노난, 1,5-디아자바이사이클로[3.3.2]데칸 및 1,5-디아자바이사이클로[3.3.3]운데칸이 포함된다. 첨가제(E)의 염기가 1,4-디아자바이사이클로[2.2.2]옥탄인 양태가 본 발명의 바람직한 양태이다. 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 첨가제(E)의 염기를 포함함으로써 후막화 용액의 레지스트 층으로의 침투가 촉진될 수 있고, 하부 레지스트 층이 더욱 팽창하는 것으로 생각된다.Examples of amine compounds having a cage-type three-dimensional structure include 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane, 2-methyl-1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane, 1,4-diazabicyclo[ 2.2.2] octan-2-one, 1,4-diaza-2-oxabicyclo [2.2.2] octane, 1,5-diazabicyclo- [3.2.2] nonane, 1,5-diazabi Cyclo[3.3.2]decane and 1,5-diazabicyclo[3.3.3]undecane. An embodiment in which the base of additive (E) is 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane is a preferred embodiment of the present invention. Without wishing to be bound by theory, it is thought that the penetration of the thickening solution into the resist layer can be promoted by including the base of the additive (E), and the underlying resist layer is further expanded.
첨가제(E)의 함유량은, 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0 내지 10질량%, 보다 바람직하게는 0.001 내지 5질량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 4질량%, 보다 더 바람직하게는 0.1 내지 3질량%이다. 본 발명에 따른 후막화 용액이 첨가제(E)를 함유하지 않는 양태(0질량%)도 본 발명의 바람직한 양태이다.The content of the additive (E) is preferably 0 to 10% by mass, more preferably 0.001 to 5% by mass, still more preferably 0.01 to 4% by mass, and even more, based on the total mass of the film thickening solution. Preferably it is 0.1-3 mass %. An aspect (0% by mass) in which the film thickening solution according to the present invention does not contain the additive (E) is also a preferable aspect of the present invention.
단계 (3)step (3)
단계 (3)에서는, 레지스트 층 및 후막화 층이 현상된다.In step (3), the resist layer and the thickening layer are developed.
현상액의 도포 방법의 예는 패들 방법, 딥 방법, 스프레이 방법을 포함한다. 현상액의 온도는 바람직하게는 5 내지 50℃, 보다 바람직하게는 25 내지 40℃이고, 현상 시간은 바람직하게는 15 내지 120초, 보다 바람직하게는 30 내지 60초이다. 현상액을 도포한 후, 현상액이 제거된다. 현상 후의 레지스트 패턴이 세정 처리될 수도 있다. 세정 처리는 바람직하게는 물(DIW)로 수행될 수 있다.Examples of the method of applying the developer include a paddle method, a dip method, and a spray method. The temperature of the developing solution is preferably 5 to 50°C, more preferably 25 to 40°C, and the developing time is preferably 15 to 120 seconds, more preferably 30 to 60 seconds. After application of the developer, the developer is removed. The resist pattern after development may be subjected to cleaning treatment. The cleaning treatment may preferably be performed with water (DIW).
현상액은 바람직하게는 알칼리성 수용액 또는 유기 용매이고, 보다 바람직하게는 알칼리성 수용액이다. 알칼리성 수용액의 예는 무기 알칼리, 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨 및 규산나트륨, 유기 아민, 예를 들면, 암모니아, 에틸아민, 프로필아민, 디에틸아민, 디에틸아미노에탄올 및 트리에틸아민, 및 4급 아민을 함유하는 수용액, 예를 들면, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 등을 포함하고, 보다 바람직하게는 TMAH 수용액을 포함하고, 더욱 바람직하게는 2.38질량% TMAH 수용액을 포함한다.The developing solution is preferably an alkaline aqueous solution or an organic solvent, more preferably an alkaline aqueous solution. Examples of alkaline aqueous solutions are inorganic alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate and sodium silicate, organic amines such as ammonia, ethylamine, propylamine, diethylamine, diethylaminoethanol and triethylamine , and an aqueous solution containing a quaternary amine, such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH), more preferably an aqueous TMAH solution, and even more preferably a 2.38% by mass TMAH aqueous solution. .
상기 계면활성제는 현상액에 추가로 첨가될 수 있다.The surfactant may be further added to the developing solution.
도 1의 (v)는 현상액이 레지스트 층 및 후막화 층에 도포되고, 상기 현상액이 제거되어 후막화된 레지스트 패턴(7)이 형성된 상태를 도시한다.Fig. 1(v) shows a state in which a developer is applied to the resist layer and the thickening layer, and the developer is removed to form a thickened resist pattern 7.
(후막화된 레지스트 패턴의 높이) - (후막화 용액이 도포되지 않은 것 이외에는 동일하게 하여 형성된 레지스트 패턴의 높이)를 후막화량으로 했을 때, 후막화량은 바람직하게는 2 내지 20nm이고, 보다 바람직하게는 2 내지 15nm이고, 더욱 바람직하게는 3 내지 10nm이고, 보다 더 바람직하게는 3 내지 8nm이다. 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 고정밀 리소그래피 기술, 예를 들면, EUV 노광에서는 레지스트막의 두께가 얇은 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명에 따라 레지스트막을 후막화 함으로써, 후공정에서 예를 들면, 에칭 마스크로서 사용했을 때에 마스크로서의 내구성을 확보할 수 있는 것으로 생각된다.When (height of the resist pattern thickened) - (height of the resist pattern formed in the same manner except that the thickening solution is not applied) is taken as the thickening amount, the thickening amount is preferably 2 to 20 nm, more preferably is 2 to 15 nm, more preferably 3 to 10 nm, and even more preferably 3 to 8 nm. Without wishing to be bound by theory, thin resist films are common in high-precision lithography techniques, such as EUV exposure. However, it is considered that durability as a mask can be ensured when used as an etching mask in a later step, for example, by making the resist film thicker according to the present invention.
<가공 기판 및 디바이스의 제조방법><Method of Manufacturing Substrate and Device>
본 발명에 따른 가공 기판의 제조방법은 이하의 단계를 포함한다:The method for manufacturing a processed substrate according to the present invention includes the following steps:
상기한 바와 같이 후막화된 레지스트 패턴을 형성하는 단계 및Forming a thick resist pattern as described above; and
(4) 상기 후막화된 레지스트 패턴을 마스크로서 사용하는 가공 단계.(4) A processing step of using the thickened resist pattern as a mask.
단계 (4)step (4)
단계 (4)에서는, 후막화된 레지스트 패턴을 마스크로서 사용하여 가공을 수행한다.In step (4), processing is performed using the thickened resist pattern as a mask.
후막화된 레지스트 패턴은 레지스트 하층막 또는 기판(보다 바람직하게는 기판)의 가공에 사용되는 것이 바람직하다. 특히, 레지스트 패턴을 마스크로서 사용하여, 하층 재료가 되는 각종 기판이 건식 에칭법, 습식 에칭법, 이온 주입법, 금속 도금법 등으로 가공될 수 있다. 레지스트 패턴이 후막화되기 때문에, 가혹한 조건 하에서도 마스크로서 기능할 수 있으므로, 건식 에칭법에 의한 가공에 바람직하게 사용된다.The thick resist pattern is preferably used for processing a resist underlayer film or a substrate (more preferably a substrate). In particular, using a resist pattern as a mask, various substrates to be the lower layer material can be processed by a dry etching method, a wet etching method, an ion implantation method, a metal plating method, or the like. Since the resist pattern becomes thick, it can function as a mask even under severe conditions, and therefore it is preferably used for processing by a dry etching method.
후막화된 레지스트 패턴을 사용하여 레지스트 하층막이 가공되는 경우, 가공이 단계별로 수행될 수 있다. 예를 들면, 레지스트 패턴은 접착 강화막 및 SOC를 가공하는 데 사용될 수 있고, SOC 패턴은 기판을 가공하는 데 사용될 수 있다. 접착 강화막으로서, 예를 들면, SiARC(Si 반사 방지 코팅)이 사용될 수 있다.When the resist underlayer film is processed using a thick-film resist pattern, the process can be performed step by step. For example, the resist pattern can be used to process the adhesion enhancement film and the SOC, and the SOC pattern can be used to process the substrate. As the adhesion enhancing film, for example, SiARC (Si antireflection coating) can be used.
본 발명에 따른 디바이스의 제조방법은 상기 방법을 포함하고, 바람직하게는 가공 기판 상에 배선을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 공지된 방법이 상기 가공 기판 상에 적용될 수 있다. 그 후, 필요에 따라, 기판이 칩들로 절단되어 리드 프레임에 연결되고, 수지로 패키징된다. 본 발명에서는, 이러한 패키징된 것을 디바이스로 나타낸다. 디바이스의 예는 반도체 디바이스, 액정 디스플레이 디바이스, 유기 EL 디스플레이 디바이스, 플라즈마 디스플레이 디바이스 및 태양 전지 디바이스를 포함한다. 디바이스는 반도체 디바이스인 것이 바람직하다.A method of manufacturing a device according to the present invention includes the above method, and preferably further includes forming a wiring on a processing substrate. A known method can be applied on the processing substrate. Then, as needed, the board is cut into chips, connected to a lead frame, and packaged with resin. In the present invention, this packaged thing is referred to as a device. Examples of devices include semiconductor devices, liquid crystal display devices, organic EL display devices, plasma display devices, and solar cell devices. The device is preferably a semiconductor device.
[실시예][Example]
본 발명은 다양한 실시예를 참조하여 이하에 설명된다. 또한, 본 발명의 양태는 이들 실시예에 제한되지 않는다.The present invention is described below with reference to various embodiments. Also, aspects of the present invention are not limited to these examples.
[후막화 용액 1 내지 3의 제조][Preparation of Thickening Solutions 1 to 3]
표 1에 기재된 중합체(A), 계면활성제(D) 및 염기(E)를 용매(B)에 용해시킨다. 각각의 함유량은 표 1에 나타낸 바와 같다. 표 1의 수치는, 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 한, 각각의 성분들의 함유량(질량%)이다.The polymer (A), surfactant (D) and base (E) listed in Table 1 are dissolved in solvent (B). Each content is as showing in Table 1. The numerical values in Table 1 are the contents (% by mass) of each component based on the total mass of the film thickening solution.
얻어진 용액을 실온에서 60분간 교반한다. 용질이 완전히 용해된 것을 육안으로 확인한 후, 상기 용액을 0.2㎛ 플루오라이드 수지 필터로 여과하여 후막화 용액 1 내지 3을 얻는다.The resulting solution is stirred at room temperature for 60 minutes. After visually confirming that the solute is completely dissolved, the solution is filtered through a 0.2 μm fluoride resin filter to obtain thickening solutions 1 to 3.
표에서,in the table,
· P1: 폴리비닐이미다졸(Mw: 30,000),· P1: polyvinylimidazole (Mw: 30,000),
· P2: 폴리알릴아민(Mw 8,000),· P2: polyallylamine (Mw 8,000),
· P3: 비닐피롤리돈과 비닐이미다졸의 랜덤 공중합체(m:n = 4:6, Mw: 25,000),P3: Random copolymer of vinylpyrrolidone and vinylimidazole (m:n = 4:6, Mw: 25,000),
· S1: 하기 구조를 갖는 아세틸렌계 디올 폴리옥시알킬렌 에테르:S1: acetylenic diol polyoxyalkylene ether having the following structure:
[실시예 1][Example 1]
규소 기판을 90℃에서 30초 동안 HMDS(헥사메틸디실라잔) 처리한다. 화학 증폭형 PHS-아크릴레이트 하이브리드계 레지스트 조성물(포지티브형)을 HMDS-처리된 기판 상에 스핀 코팅법으로 도포하고, 기판을 110℃의 핫 플레이트에서 60초간 가열하여 막 두께가 35nm인 레지스트 층을 형성한다. EUV 노광 장치(NXE: 3300B, ASML)를 사용하여 노광량을 변화시키면서 18nm 크기(라인:스페이스 = 1:1)의 마스크를 통해 레지스트 층을 노광한다. 그 후, 100℃에서 60초간 노광후 베이킹(PEB)을 수행한다. 그 후, 후막화 용액 1을 스핀 코팅에 의해 레지스트 층 상에 도포하여 후막화 층을 형성하고, 130℃에서 60초간 가열한다. 이후, 2.38질량% TMAH 수용액을 현상액으로서 사용하여 패들 현상을 30초 동안 수행하고, 현상액을 기판 상에 패들링한 상태에서 물을 적하하기 시작하고, 기판을 회전시키면서 계속 물을 적하하여, 현상액을 물로 대체한다. 그 후, 기판을 고속으로 회전시켜 실시예 1의 후막화된 레지스트 패턴을 건조시킨다.The silicon substrate is treated with HMDS (hexamethyldisilazane) at 90° C. for 30 seconds. A chemically amplified PHS-acrylate hybrid resist composition (positive type) was applied on an HMDS-treated substrate by spin coating, and the substrate was heated on a hot plate at 110° C. for 60 seconds to form a resist layer with a film thickness of 35 nm. form Using an EUV exposure device (NXE: 3300B, ASML), the resist layer is exposed through a mask having a size of 18 nm (line:space = 1:1) while varying the exposure amount. Thereafter, post-exposure baking (PEB) is performed at 100° C. for 60 seconds. Thereafter, the thickening solution 1 was applied on the resist layer by spin coating to form a thickening layer, and heated at 130 DEG C for 60 seconds. Thereafter, paddle development was performed for 30 seconds using a 2.38% by mass TMAH aqueous solution as a developer, water was started dropwise while the developer was paddled on the substrate, and water was continuously dropped while rotating the substrate so that the developer was reduced to water. replace After that, the substrate was rotated at high speed to dry the thick resist pattern of Example 1.
비교를 위해, 후막화 용액의 도포를 수행하지 않고 레지스트 패턴을 형성하였다. 특히, 후막화 용액의 도포 및 후속 가열을 수행하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 레지스트 패턴을 형성한다. 이를 비교 레지스트 패턴으로 나타낸다.For comparison, a resist pattern was formed without performing application of the thickening solution. In particular, a resist pattern was formed in the same manner as in Example 1 except that the application of the thickening solution and subsequent heating were not performed. This is shown as a comparative resist pattern.
[평가][evaluation]
실시예 1의 후막화된 레지스트 패턴 및 비교 레지스트 패턴 각각의 기판의 칩을 형성하고, 이들의 단면 형상을 SEM(SU8230, Hitachi High-Tech Fielding)으로 관찰하고, 패턴들의 높이를 측정하였다. (후막화된 레지스트 패턴의 높이) - (비교 레지스트 패턴의 높이)를 후막화량으로 계산한다. 얻어진 결과는 표 2에 나타낸다.Chips of the substrates of each of the thick-film resist pattern and comparative resist pattern of Example 1 were formed, and their cross-sectional shapes were observed with an SEM (SU8230, Hitachi High-Tech Fielding), and the heights of the patterns were measured. (Height of thick resist pattern) - (Height of comparative resist pattern) is calculated as the thickening amount. The obtained results are shown in Table 2.
실시예 2 및 3에, 후막화 용액의 종류를 표 2와 같이 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 후막화량을 계산하였다. 얻어진 결과를 표 2에 나타낸다.In Examples 2 and 3, the amount of film thickening was calculated in the same manner as in Example 1, except that the type of the thickening solution was changed as shown in Table 2. The obtained results are shown in Table 2.
1. 기판
2. 레지스트 층
3. 미노광 영역
4. 노광 영역
5. 후막화 층
6. 불용화 층
7. 후막화된 레지스트 패턴
8. 후막화된 레지스트 패턴의 높이1. Substrate
2. Resist layer
3. Unexposed area
4. Exposure area
5. Thickening layer
6. Insoluble layer
7. Thickened resist pattern
8. Height of thick resist pattern
Claims (15)
(1) 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하여, 상기 레지스트 조성물로부터 레지스트 층을 (바람직하게는 가열에 의해) 형성하는 단계;
(2a) 상기 레지스트 층을 (바람직하게는 EUV 광으로) 노광시키는 단계;
(2b) 중합체(A) 및 용매(B)를 포함하는 후막화 용액을 상기 레지스트 층 상에 도포하여 후막화 층을 (바람직하게는 가열 또는 스핀-건조에 의해) 형성하는 단계 및
(3) 상기 레지스트 층 및 상기 후막화 층을 (바람직하게는 알칼리성 수용액 또는 유기 용매로, 보다 바람직하게는 알칼리성 수용액으로) 현상하는 단계를 포함하는, 후막화된 레지스트 패턴의 제조방법.As a method of manufacturing a thick film resist pattern,
(1) applying a resist composition onto a substrate to form a resist layer from the resist composition (preferably by heating);
(2a) exposing the resist layer (preferably with EUV light);
(2b) applying a thickening solution containing a polymer (A) and a solvent (B) onto the resist layer to form a thickening layer (preferably by heating or spin-drying); and
(3) A method for producing a thickened resist pattern, including a step of developing the resist layer and the thickening layer (preferably with an alkaline aqueous solution or organic solvent, more preferably with an alkaline aqueous solution).
[화학식 (a1)]
상기 화학식 (a1)에서,
R11, R12 및 R13은 각각 독립적으로, H, C1-4 알킬 또는 카복시(바람직하게는 H)이고,
L11은 단일 결합 또는 C1-4 알킬렌이고,
R14는 단일 결합, H 또는 C1-5 알킬이고,
R15는 H, C1-5 알킬, C1-5 아실 또는 포르밀이고,
L11의 알킬 중의, R14의 알킬 중의 그리고 R15의 알킬 또는 아실 중의 -CH2- 중 적어도 하나는 각각 독립적으로, -NH-로 대체될 수 있고, R14의 단일 결합 또는 알킬과 R13의 알킬은 함께 결합하여 포화 또는 불포화 헤테로사이클을 형성할 수 있고, R14의 알킬과 R15의 알킬, 아실 또는 포르밀은 함께 결합하여 포화 또는 불포화 헤테로사이클을 형성할 수 있고,
m11 및 m12는 각각 독립적으로, 0 내지 1의 수이다.
[화학식 (a2)]
상기 화학식 (a2)에서,
R21은 각각 독립적으로, H, 단일 결합, C1-4 알킬 또는 카복시(바람직하게는 H)이고,
R22, R23, R24 및 R25는 각각 독립적으로, H, C1-4 알킬 또는 카복시(바람직하게는 H)이고,
m21은 0 내지 3의 수이다.The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the polymer (A) is selected from the group consisting of a repeating unit (A1) represented by formula (a1) and a repeating unit (A2) represented by formula (a2) A method for producing a thick-film resist pattern comprising at least one repeating unit that is a polymer.
[Formula (a1)]
In the above formula (a1),
R 11 , R 12 and R 13 are each independently H, C 1-4 alkyl or carboxy (preferably H);
L 11 is a single bond or C 1-4 alkylene;
R 14 is a single bond, H or C 1-5 alkyl;
R 15 is H, C 1-5 alkyl, C 1-5 acyl or formyl;
At least one of -CH 2 - in the alkyl of L 11 , the alkyl of R 14 , and the alkyl or acyl of R 15 may each independently be replaced by -NH-, and a single bond of R 14 or an alkyl and R 13 Alkyl of may be bonded together to form a saturated or unsaturated heterocycle, the alkyl of R 14 and the alkyl, acyl or formyl of R 15 may be bonded together to form a saturated or unsaturated heterocycle,
m11 and m12 are each independently a number of 0 to 1.
[Formula (a2)]
In the above formula (a2),
R 21 are each independently H, a single bond, C 1-4 alkyl or carboxy (preferably H);
R 22 , R 23 , R 24 and R 25 are each independently H, C 1-4 alkyl or carboxy (preferably H);
m21 is a number from 0 to 3.
상기 용매(B)가 물을 포함하고,
바람직하게는, 상기 물의 함유량은, 상기 용매(B)의 총 질량을 기준으로 하여, 80 내지 100질량%(보다 바람직하게는 90 내지 100질량%, 더욱 바람직하게는 98 내지 100질량%, 보다 더 바람직하게는 100질량%)이고,
바람직하게는, 상기 중합체(A)의 함유량은, 상기 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 1 내지 30질량%(보다 바람직하게는 1 내지 20질량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 10질량%)이고, 또는
바람직하게는, 상기 용매(B)의 함유량은, 상기 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 70 내지 99질량%(보다 바람직하게는 80 내지 99질량%, 더욱 바람직하게는 90 내지 98질량%)인, 후막화된 레지스트 패턴의 제조방법.According to any one of claims 1 to 3,
The solvent (B) contains water,
Preferably, the water content is 80 to 100% by mass (more preferably 90 to 100% by mass, still more preferably 98 to 100% by mass, even more) based on the total mass of the solvent (B). preferably 100% by mass),
Preferably, the content of the polymer (A) is 1 to 30 mass% (more preferably 1 to 20 mass%, still more preferably 2 to 10 mass%) based on the total mass of the film thickening solution. ), or
Preferably, the content of the solvent (B) is 70 to 99 mass% (more preferably 80 to 99 mass%, still more preferably 90 to 98 mass%) based on the total mass of the film thickening solution ), a method for producing a thick-film resist pattern.
상기 후막화 용액이 산(C)을 추가로 포함하고,
바람직하게는, 상기 산(C)의 함유량은, 상기 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 0 내지 20질량%(보다 바람직하게는 0 내지 15질량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10질량%, 보다 더 바람직하게는 0.1 내지 5질량%)이고,
바람직하게는, 상기 후막화 용액 전체의 pH는 5 내지 12(보다 바람직하게는 5 내지 10, 더욱 바람직하게는 6 내지 9)이고, 또는
바람직하게는, 상기 산(C)은 설폰산, 카복실산, 황산, 질산 또는 이들 중 어느 것의 혼합물인, 후막화된 레지스트 패턴의 제조방법.According to any one of claims 1 to 7,
The thickening solution further contains an acid (C),
Preferably, the content of the acid (C) is 0 to 20 mass% (more preferably 0 to 15 mass%, still more preferably 0.1 to 10 mass%) based on the total mass of the film thickening solution. , more preferably 0.1 to 5% by mass),
Preferably, the pH of the entire thickening solution is 5 to 12 (more preferably 5 to 10, still more preferably 6 to 9), or
Preferably, the acid (C) is sulfonic acid, carboxylic acid, sulfuric acid, nitric acid, or a mixture of any of them.
상기 후막화 용액이 계면활성제(D)를 추가로 포함하고,
바람직하게는, 상기 계면활성제(D)의 함유량은, 상기 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 0 내지 5질량%(보다 바람직하게는 0.001 내지 2질량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1질량%)이고,
바람직하게는, 상기 후막화 용액은 첨가제(E)를 추가로 포함하고,
바람직하게는, 상기 첨가제(E)는 가소제, 가교결합제, 항균제, 살균제, 방부제, 항진균제, 염기 또는 이들 중 어느 것의 혼합물이고, 또는
바람직하게는, 상기 첨가제(E)의 함유량은, 상기 후막화 용액의 총 질량을 기준으로 하여, 0 내지 10질량%(보다 바람직하게는 0.001 내지 5질량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 4질량%)인, 후막화된 레지스트 패턴의 제조방법.According to any one of claims 1 to 8,
The thickening solution further comprises a surfactant (D),
Preferably, the content of the surfactant (D) is 0 to 5 mass% (more preferably 0.001 to 2 mass%, still more preferably 0.01 to 1 mass%) based on the total mass of the film thickening solution. %)ego,
Preferably, the thickening solution further comprises an additive (E),
Preferably, the additive (E) is a plasticizer, a crosslinking agent, an antibacterial agent, a bactericide, a preservative, an antifungal agent, a base or a mixture of any of these, or
Preferably, the content of the additive (E) is 0 to 10 mass% (more preferably 0.001 to 5 mass%, still more preferably 0.01 to 4 mass%) based on the total mass of the film thickening solution. ), a method for producing a thick-film resist pattern.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 후막화된 레지스트 패턴을 형성하는 단계 및
(4) 상기 후막화된 레지스트 패턴을 마스크로서 사용하는 가공 단계를 포함하는, 가공 기판의 제조방법.As a method of manufacturing a processed substrate,
Forming a thick-film resist pattern according to any one of claims 1 to 11; and
(4) a processing step of using the thick-film resist pattern as a mask.
바람직하게는, 가공 기판 상에 배선을 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 또는
바람직하게는, 상기 디바이스가 반도체 디바이스인, 디바이스의 제조방법.A method for manufacturing a device comprising the method according to claim 14,
Preferably, further comprising the step of forming a wiring on the processing substrate, or
Preferably, the method of manufacturing a device, wherein the device is a semiconductor device.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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