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JP2001209185A - Antireflection film and coating liquid for antireflection film formation - Google Patents

Antireflection film and coating liquid for antireflection film formation

Info

Publication number
JP2001209185A
JP2001209185A JP2000013857A JP2000013857A JP2001209185A JP 2001209185 A JP2001209185 A JP 2001209185A JP 2000013857 A JP2000013857 A JP 2000013857A JP 2000013857 A JP2000013857 A JP 2000013857A JP 2001209185 A JP2001209185 A JP 2001209185A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon black
antireflection film
resin
film
aggregate
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2000013857A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigemi Toda
繁美 戸田
Hiroaki Arai
啓哲 新井
Takaomi Sugihara
孝臣 杉原
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.)
Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokai Carbon Co Ltd filed Critical Tokai Carbon Co Ltd
Priority to JP2000013857A priority Critical patent/JP2001209185A/en
Publication of JP2001209185A publication Critical patent/JP2001209185A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光吸収能が高く、低反射率を備えたフォトレ
ジストプロセスにおいて好適に用いられる反射防止膜、
及び、この反射防止膜を容易に形成することのできる反
射防止膜形成用塗布液を提供すること。 【解決手段】 アグリゲートのストークスモード径Dst
が20〜50nm、同半値幅ΔDstが40nm以下の粒子凝
集性状を備えるカーボンブラックを、樹脂中に分散させ
てなることを特徴とする反射防止膜、好ましくは、アグ
ロメレートの平均粒径Dupa50%の値が20〜150nm、
最大粒径Dupa99%の値が300nm以下である。また、反
射防止膜形成用塗布液は、これらの粒子凝集性状を備え
るカーボンブラックが1〜20wt%、樹脂が2〜10wt
%、残部が溶媒の組成からなる。
(57) Abstract: An anti-reflection film suitably used in a photoresist process having a high light absorption capacity and a low reflectance.
Also, to provide an antireflection film-forming coating liquid capable of easily forming the antireflection film. SOLUTION: Stokes mode diameter Dst of the aggregate
Is an antireflection film, characterized in that carbon black having a particle aggregation property of 20 to 50 nm and the same half width ΔDst is 40 nm or less is dispersed in a resin, preferably a value of an average particle size Dupa50% of agglomerate Is 20-150 nm,
The value of the maximum particle size Dupa99% is 300 nm or less. The coating liquid for forming an anti-reflection film contains 1 to 20% by weight of carbon black having the particle aggregation property and 2 to 10% by weight of a resin.
%, The balance being the composition of the solvent.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、IC、LSIなど
の半導体デバイス製造工程中のフォトレジストプロセス
において用いる反射防止膜、及び、この反射防止膜を簡
便、安価に形成することのできる反射防止膜形成用塗布
液に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antireflection film used in a photoresist process in a process of manufacturing semiconductor devices such as ICs and LSIs, and an antireflection film capable of forming the antireflection film simply and inexpensively. It relates to a coating liquid for forming.

【0002】[0002]

【従来の技術】フォトレジストプロセスは、半導体基板
上に絶縁膜、パターン形成用導電膜、及びフォトレジス
ト膜などをこの順に形成して、紫外線に露光し、現像す
ることによりレジストパターンを形成し、次いで導電膜
をエッチング処理して配線パターンを転写するものであ
る。
2. Description of the Related Art In a photoresist process, an insulating film, a conductive film for forming a pattern, a photoresist film, and the like are formed in this order on a semiconductor substrate, exposed to ultraviolet rays, and developed to form a resist pattern. Next, the conductive film is etched to transfer the wiring pattern.

【0003】この場合、紫外線を照射して露光させる際
に、基板で反射した光によって光の散乱や干渉が起こる
と、フォトレジスト膜の露光部分に誤差が生じてレジス
トパターンの形状精度が低下することとなる。そこで、
反射率の高い基板上に、反射防止膜を形成して基板から
の反射光を低減化する方法が採られており、反射防止膜
は、通常フォトレジスト膜の下層(パターン形成用導電
膜の上層)に形成されている。
In this case, when light is irradiated and irradiated with ultraviolet light, if light scattering or interference occurs due to light reflected by the substrate, an error occurs in the exposed portion of the photoresist film, and the shape accuracy of the resist pattern is reduced. It will be. Therefore,
A method has been adopted in which an antireflection film is formed on a substrate having high reflectivity to reduce light reflected from the substrate, and the antireflection film is usually formed under a photoresist film (over a conductive film for pattern formation). ) Is formed.

【0004】反射防止膜には、従来からW、Ti、Ti
W、TiN、α−Siなどが用いられているが、これら
の材質では基板からの反射光の影響を低減化するのに限
界があるため、特開平6−69123号公報には、これ
らの材質に比べて低い反射率を示す反射防止膜及びこれ
を用いたレジストパターン形成方法として、カーボン及
びカーボンを含む材料から選ばれた少なくとも一種の材
料で構成された反射防止膜と、フォトリソグラフィ技術
によりレジストパターンを形成する際に反射防止膜を用
いるレジストパターン形成方法において、前記のカーボ
ン及びカーボンを含む材料から選ばれた少なくとも一種
の材料からなる膜を用いる方法が提案されている。そし
て、カーボンを含む材料として、例えばSiCのような
炭化物が例示されている。
[0004] Conventionally, W, Ti, Ti
Although W, TiN, α-Si and the like are used, these materials have a limit in reducing the influence of the light reflected from the substrate, and therefore, JP-A-6-69123 discloses these materials. As an antireflection film exhibiting a lower reflectance than that and a resist pattern forming method using the same, an antireflection film made of at least one material selected from carbon and a material containing carbon, and a resist formed by photolithography technology As a method of forming a resist pattern using an antireflection film when forming a pattern, there has been proposed a method of using a film made of at least one material selected from the above-mentioned materials containing carbon and carbon. As a material containing carbon, for example, a carbide such as SiC is exemplified.

【0005】また、特開平8−241858号公報に
は、炭素粒子を分散させた有機樹脂で構成されており、
波長250nmの光の下で吸光係数が0.23より大き
く、屈折率が1.6〜1.8である半導体の反射防止
膜、及び炭素粒子が分散している有機樹脂からなる反射
防止膜を基板の酸化面に形成し、反射防止膜の上にフォ
トレジスト膜を生成した後、基板を選択的に紫外線で露
光する半導体の製造方法が提案されている。しかし、炭
素粒子については、その大きさが100オングストロー
ム(10nm)未満が好ましいとしている以外に何ら具体
的な開示はされていない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-241858 discloses an organic resin in which carbon particles are dispersed.
An antireflection film made of a semiconductor having an absorption coefficient of greater than 0.23 and a refractive index of 1.6 to 1.8 under a light having a wavelength of 250 nm, and an antireflection film made of an organic resin in which carbon particles are dispersed. A semiconductor manufacturing method has been proposed in which a photoresist film is formed on an oxidized surface of a substrate, a photoresist film is formed on an antireflection film, and the substrate is selectively exposed to ultraviolet light. However, there is no specific disclosure of carbon particles except that the size is preferably less than 100 angstroms (10 nm).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体集積回路
の高集積化や高密度化が進行し、より微細で高精度のレ
ジストパターンの形成が必要となってきており、光の吸
収能が高く、反射防止機能の優れた反射防止膜への必要
性が高まっている。
In recent years, as the degree of integration and density of semiconductor integrated circuits has increased, it has become necessary to form finer and more accurate resist patterns, and the light absorption capability has been high. The need for an antireflection film having an excellent antireflection function is increasing.

【0007】そこで、本発明者らは光の吸収能が高いカ
ーボンブラックに着目して、その粒子性状、特に粒子凝
集性状と光吸収能との関連について研究を行った結果、
特定の粒子凝集性状を有するカーボンブラックを樹脂中
に分散させて反射防止膜を形成すると、露光時に基板面
からの反射が効果的に抑制され、微細で寸法誤差の少な
いレジストパターンの形成が可能であることを見出し
た。
Accordingly, the present inventors have focused on carbon black having a high light absorbing ability, and have conducted research on the particle properties, particularly the relationship between the particle aggregating properties and the light absorbing ability.
By dispersing carbon black with specific particle aggregation properties in resin to form an anti-reflection film, reflection from the substrate surface during exposure is effectively suppressed, and it is possible to form a resist pattern with fine and small dimensional errors. I found something.

【0008】すなわち、本発明は上記の知見に基づいて
開発されたものであって、その目的は、紫外線などの照
射光の吸収能が高く、低い反射率を備えた反射防止膜、
及びこの反射防止膜を簡便な手法で、かつ安価に基板上
に形成することのできる反射防止膜形成用塗布液を提供
することにある。
That is, the present invention has been developed on the basis of the above findings, and has as its object to provide an antireflection film having a high absorptivity for irradiation light such as ultraviolet rays and a low reflectance.
It is another object of the present invention to provide a coating liquid for forming an anti-reflection film which can be formed on a substrate at a low cost by a simple method at a low cost.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の請求項1に係る反射防止膜は、アグリゲー
トのストークスモード径Dstが20〜50nm、同半値幅
ΔDstが40nm以下の粒子凝集性状を備えるカーボンブ
ラックを、樹脂中に分散させてなることを構成上の特徴
とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an antireflection film having an aggregate having a Stokes mode diameter Dst of 20 to 50 nm and a half width ΔDst of 40 nm or less. A structural feature is that carbon black having particle aggregation properties is dispersed in a resin.

【0010】また、本発明の請求項2に係る反射防止膜
は、請求項1の反射防止膜においてカーボンブラックの
アグロメレートの平均粒径Dupa50%の値が20〜150
nm、最大粒径Dupa99%の値が300nm以下の粒子凝集性
状を備えることを構成上の特徴とする。
The antireflection film according to claim 2 of the present invention is the antireflection film according to claim 1, wherein the value of the average particle diameter Dupa 50% of the agglomerate of carbon black is 20 to 150.
It is characterized in that it has a particle aggregation property in which the value of nm and the maximum particle size Dupa 99% are 300 nm or less.

【0011】また、本発明の反射防止膜形成用塗布液
は、請求項1又は2記載の粒子凝集性状を備えるカーボ
ンブラックが1〜20wt%、樹脂が2〜10wt%、残部
が溶媒からなることを構成上の特徴とする。
The coating liquid for forming an antireflection film according to the present invention comprises 1 to 20% by weight of carbon black having the particle aggregation property according to claim 1 or 2, 2 to 10% by weight of a resin, and the remainder of a solvent. Is a structural feature.

【0012】但し、上記構成において、Dstは遠心沈降
法により測定されるカーボンブラックアグリゲートのス
トークス相当径分布における最大頻度のストークス相当
径、ΔDstは同ストークス相当径分布の半値幅、Dupa5
0%はカーボンブラックの水分散液にレーザー光を照射し
散乱光の周波数変調度合から作成したアグロメレート粒
径の累積度数分布曲線における50%累積度数の値を、
Dupa99%は同分布曲線における99%累積度数の値を示
す。
However, in the above structure, Dst is the Stokes equivalent diameter of the maximum frequency in the Stokes equivalent diameter distribution of the carbon black aggregate measured by the centrifugal sedimentation method, ΔDst is the half width of the Stokes equivalent diameter distribution, and Dupa5
0% is the value of the 50% cumulative frequency in the cumulative frequency distribution curve of the agglomerate particle size created from the frequency modulation degree of the scattered light by irradiating the aqueous dispersion of carbon black with laser light,
Dupa99% indicates the value of the 99% cumulative frequency in the distribution curve.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の反射防止膜は、カーボン
ブラックを樹脂中に分散させた構造から構成されてお
り、カーボンブラックは均一な分散状態で樹脂中に存在
している。カーボンブラックは黒色で光吸収能が高く、
反射率が低い物性を示すが、本発明はカーボンブラック
の粒子凝集性状を特定することにより、反射防止機能の
向上を図るとともに樹脂中での均一で安定な分散状態の
保持を図るものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The antireflection film of the present invention has a structure in which carbon black is dispersed in a resin, and the carbon black is present in the resin in a uniform dispersion state. Carbon black is black and has high light absorption,
Although the present invention exhibits physical properties with low reflectance, the present invention aims at improving the antireflection function and maintaining a uniform and stable dispersion state in the resin by specifying the particle aggregation properties of carbon black.

【0014】すなわち、本発明の請求項1に係る反射防
止膜に用いられるカーボンブラックは、粒子の凝集形態
としてアグリゲートのストークスモード径Dstが20〜
50nm、ストークスモード径の半値幅ΔDstが40nm以
下の粒子凝集性状を備えることを特徴としている。
That is, the carbon black used in the antireflection film according to the first aspect of the present invention has a Stokes mode diameter Dst of the aggregate of 20 to 20 as an aggregate form of particles.
It is characterized by having a particle aggregation property of 50 nm and a half width ΔDst of Stokes mode diameter of 40 nm or less.

【0015】カーボンブラック粒子の凝集形態は、その
生成過程において、微細な基本微粒子が数個から数十個
の単位で不規則で複雑な鎖状に強固に融着結合して凝集
体(アグリゲート)を形成し、更にこれらのアグリゲー
トが相互に絡み合ったり、付着して再凝集した集合体
(アグロメレート)から構成されている。
In the formation process of carbon black particles, in the process of their formation, fine basic fine particles are firmly fused and bonded in an irregular and complex chain in a unit of several to several tens to form an aggregate (aggregate). ), And these aggregates are composed of aggregates (agglomerates) that are entangled with each other or adhere and re-aggregate.

【0016】本発明の請求項1の反射防止膜は、カーボ
ンブラックのアグリゲートの粒子凝集性状を特定するこ
とによって、反射防止機能の向上を図るものである。す
なわち、アグリゲートが大きくなると、樹脂中における
分散状態が粗になって緻密性が低下し、反射防止膜の平
滑性が損なわれることとなる。また、アグリゲートの大
きさの分布状態がブロードになると、樹脂中におけるカ
ーボンブラックの分散状態もブロード化して反射防止膜
面の平滑性が損なわれ、更に面粗さの制御も困難とな
る。そこで、本発明の反射防止膜においては、カーボン
ブラックのアグリゲートのストークスモード径Dstの値
を20〜50nm、及び、アグリゲートのストークスモー
ド径の半値幅ΔDstの値を40nm以下、に設定すること
により光吸収能の向上および安定化を図るものである。
The antireflection film according to the first aspect of the present invention is intended to improve the antireflection function by specifying the particle aggregation property of the carbon black aggregate. That is, when the aggregate becomes large, the dispersion state in the resin becomes coarse, the compactness is reduced, and the smoothness of the antireflection film is impaired. Further, when the size distribution of the aggregate becomes broad, the dispersion state of the carbon black in the resin also becomes broad, thereby impairing the smoothness of the surface of the antireflection film, and making it difficult to control the surface roughness. Therefore, in the antireflection film of the present invention, the value of the Stokes mode diameter Dst of the carbon black aggregate is set to 20 to 50 nm, and the value of the half width ΔDst of the Stokes mode diameter of the aggregate is set to 40 nm or less. Thereby, the light absorbing ability is improved and stabilized.

【0017】また、本発明の請求項2の反射防止膜は、
請求項1のカーボンブラックにおいて、アグリゲートが
再凝集した集合体であるアグロメレートの平均粒径Dup
a50%の値を20〜150nm、及び、アグロメレートの最
大粒径Dupa99%の値を300nm以下、に設定することに
より反射防止機能の一層の向上を図るものである。すな
わち、アグロメレートが大きくなると、反射防止膜面の
緻密性が低下し、平滑性も低くなり、反射防止機能が低
下することとなるため、安定で優れた反射防止機能を付
与することができなくなる。そのため、好ましくは、ア
グロメレートの平均粒径Dupa50%の値を20〜150n
m、アグロメレートの最大粒径Dupa99%の値を300nm
以下、に設定制御する。
Further, the anti-reflection film according to claim 2 of the present invention comprises:
The average particle size Dup of the agglomerate, which is an aggregate in which aggregates are re-aggregated in the carbon black according to claim 1.
By setting the value of a50% to 20 to 150 nm and the value of the maximum agglomerate particle diameter Dupa99% to 300 nm or less, the antireflection function is further improved. That is, when the agglomerate increases, the density of the antireflection film surface decreases, the smoothness also decreases, and the antireflection function decreases, so that it is impossible to provide a stable and excellent antireflection function. Therefore, preferably, the value of the average particle size Dupa50% of the agglomerate is 20 to 150 n
m, the maximum particle size of agglomerate Dupa 99% is 300 nm
The setting is controlled as follows.

【0018】上記の特性Dst及びDupa は、下記の測定
方法によって得られた値が用いられる。 (1)アグリゲートのストークスモード径Dst(nm)、半値
幅ΔDst(nm):JIS K6221(1982) 5「乾燥試料の作
り方」に基づいて乾燥したカーボンブラック試料を少量
の界面活性剤を含む20容量%エタノール水溶液と混合
してカーボンブラック濃度0.1kg/m3 の分散液を作成
し、これを超音波で十分に分散させて試料とする。ディ
スク・セントリフュージ装置(英国Joyes Lobel 社製)
を100s-1の回転数に設定し、スピン液(2重量%グ
リセリン水溶液、25℃)を0.015dm3 加えた後、
0.001dm3 のバッファー液(20容量%エタノール
水溶液、25℃)を注入する。次いで、温度25℃のカ
ーボンブラック分散液0.0005dm3 を注射器で加え
た後、遠心沈降を開始し、同時に記録計を作動させて図
1に示す分布曲線(横軸:カーボンブラック分散液を注
射器で加えてからの経過時間、縦軸:カーボンブラック
の遠心沈降に伴い変化した特定点での吸光度)を作成す
る。この分布曲線より各時間Tを読み取り、次式(数
1)に代入して各時間に対応するストークス相当径を算
出する。
As the characteristics Dst and Dupa, values obtained by the following measuring methods are used. (1) Stokes mode diameter Dst (nm) and half width ΔDst (nm) of the aggregate: JIS K6221 (1982) 5 A dry carbon black sample containing a small amount of surfactant based on “How to prepare a dry sample” 20 A dispersion having a carbon black concentration of 0.1 kg / m 3 is prepared by mixing with a volume% aqueous solution of ethanol, and this is sufficiently dispersed with ultrasonic waves to obtain a sample. Disk Centrifuge (Joyes Lobel, UK)
Is set to 100 s −1 and 0.015 dm 3 of spin solution (2% by weight glycerin aqueous solution, 25 ° C.) is added.
Inject 0.001 dm 3 of buffer solution (20% by volume ethanol aqueous solution, 25 ° C.). Then, after adding 0.0005 dm 3 of the carbon black dispersion at a temperature of 25 ° C. with a syringe, centrifugal sedimentation was started, and at the same time, the recorder was operated to obtain the distribution curve shown in FIG. , The vertical axis: absorbance at a specific point changed with the centrifugal sedimentation of carbon black). Each time T is read from this distribution curve and substituted into the following equation (Equation 1) to calculate the Stokes equivalent diameter corresponding to each time.

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】数1において、ηはスピン液の粘度(0.935
×10-3Pa・s)、Nはディスク回転スピード(100 s -1)、
1 はカーボンブラック分散液注入点の半径(0.0456m)
、r 2 は吸光度測定点までの半径(0.0482m) 、ρCB
カーボンブラックの密度(kg/m3) 、ρ1 はスピン液の密
度(1.00178×103kg/m3) である。
In Equation 1, η is the viscosity of the spin liquid (0.935
× 10-3Pa · s), N is the disk rotation speed (100 s-1),
r1Is the radius of the carbon black dispersion injection point (0.0456m)
 , R TwoIs the radius (0.0482m) to the absorbance measurement point, ρCBIs
Carbon black density (kg / mThree), Ρ1Is the density of the spin liquid
Degree (1.00178 × 10Threekg / mThree).

【0021】このようにして得られたストークス相当径
と吸光度の分布曲線(図2)における最大頻度のストー
クス相当径をアグリゲートのストークスモード径Dst(n
m)、また最大頻度の1/2の頻度に相当する大小2点間
の距離を半値幅ΔDst(nm)とする。
The Stokes equivalent diameter having the maximum frequency in the Stokes equivalent diameter and the absorbance distribution curve (FIG. 2) obtained in this manner is calculated as the Stokes mode diameter Dst (n) of the aggregate.
m), and the distance between two points, large and small, corresponding to half the maximum frequency, is defined as a half width ΔDst (nm).

【0022】(2)アグロメレートの平均粒径Dupa50%、
最大粒径Dupa99%(nm):カーボンブラックを水に分散し
て0.1〜0.5kg/m3 の分散液を調製し、ヘテロダイ
ンレーザドップラー方式粒度分布測定装置(マイクロト
ラック社製、UPA mode1 9340) を用いて分散液にレーザ
ー光を照射して、散乱光の周波数変調の度合いから分散
液中のアグロメレートの粒径を測定する。分散液中のカ
ーボンブラックはブラウン運動しており、ドップラー効
果によって分散しているカーボンブラック凝集体の大き
さにより散乱光の周波数が変調する。したがって、凝集
体の大きさによるブラウン運動の激しさが異なることか
ら、水中に分散している状態における凝集体の大きさ、
すなわちアグロメレートの粒径を測定することができ
る。このようにして測定したアグロメレート粒径からそ
の累積度数分布曲線を作成し、50%累積度数の値をア
グロメレートの平均粒径Dupa50%(nm)、99%累積度数
の値をアグロメレートの最大粒径Dupa99%(nm)とする。
(2) Average particle size of agglomerate Dupa 50%,
Maximum particle size Dupa99% (nm): Carbon black is dispersed in water to prepare a dispersion of 0.1 to 0.5 kg / m 3 , and a heterodyne laser Doppler type particle size distribution analyzer (Microtrac, UPA mode1) 9340), the dispersion is irradiated with laser light, and the particle size of agglomerate in the dispersion is measured from the degree of frequency modulation of the scattered light. The carbon black in the dispersion liquid undergoes Brownian motion, and the frequency of scattered light is modulated by the size of the dispersed carbon black aggregate due to the Doppler effect. Therefore, since the intensity of the Brownian motion differs depending on the size of the aggregate, the size of the aggregate in a state of being dispersed in water,
That is, the particle size of the agglomerate can be measured. A cumulative frequency distribution curve is created from the agglomerate particle size measured in this way, and the value of 50% cumulative frequency is defined as the average particle size Dupa of agglomerate 50% (nm), and the value of 99% cumulative frequency is defined as the maximum agglomerated particle size Dupa99. % (nm).

【0023】本発明の反射防止膜形成用塗布液は、アグ
リゲートのストークスモード径Dstおよびその半値幅Δ
Dst値が、上記の粒子凝集性状を備えるカーボンブラッ
ク1〜20wt%、樹脂2〜10wt%、残部が溶媒、の組
成比で形成する点を特徴としており、更に、アグロメレ
ートの平均粒径Dupa50%、最大粒径Dupa99%の値が、上
記の粒子凝集性状を備えることが、より好ましい。
The coating liquid for forming an antireflection film of the present invention comprises a Stokes mode diameter Dst of the aggregate and a half-value width Δ.
The Dst value is characterized in that it is formed by a composition ratio of 1 to 20% by weight of carbon black having the above-mentioned particle aggregation property, 2 to 10% by weight of a resin, and the remainder being a solvent. Further, the average particle diameter of agglomerate Dupa 50%, It is more preferable that the value of the maximum particle size Dupa of 99% has the above-mentioned particle aggregation property.

【0024】反射防止膜形成用塗布液のカーボンブラッ
クの組成比が1wt%未満では、光吸収能が低いために反
射防止機能が不充分となり、また20wt%を越えると安
定で均一な状態で樹脂中に分散させることが困難とな
り、反射防止機能の低下を招くこととなる。
When the composition ratio of carbon black in the coating liquid for forming an anti-reflection film is less than 1 wt%, the anti-reflection function becomes insufficient due to low light absorbing ability, and when it exceeds 20 wt%, the resin becomes stable and uniform. It becomes difficult to disperse them inside, which leads to a decrease in the antireflection function.

【0025】また、樹脂量が2wt%を下回ると形成した
酸化防止膜が脆く、また基板上に強固に定着させること
が困難となる。一方、10wt%を上回ると相対的にカー
ボンブラック含有量が少なくなるために光吸収能が小さ
くなり、反射防止機能が低下することとなる。樹脂とし
ては高純度で、カーボンブラックの溶媒中への分散性を
阻害しないものであれば特に制限はなく、例えば、フェ
ノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、
アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルピロリドンなどが例示される。
When the amount of the resin is less than 2 wt%, the formed antioxidant film is brittle, and it is difficult to firmly fix the film on the substrate. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, the carbon black content becomes relatively small, so that the light absorption capacity is reduced, and the antireflection function is reduced. The resin is of high purity and is not particularly limited as long as it does not inhibit the dispersibility of the carbon black in the solvent.For example, a phenol resin, an epoxy resin, a polyacrylamide resin,
An acrylic resin, a polyimide resin, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and the like are exemplified.

【0026】本発明の反射防止膜形成用塗布液を構成す
る溶媒としては、沸点100℃〜220℃程度のものが
好ましく用いられ、例えば、極性溶媒としては水、ジメ
チルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルア
セトアミド、N-メチル-2- ピロリジノンなどが、非極性
溶媒としてはシクロヘキサノン、乳酸エチルなどが例示
される。
As the solvent constituting the coating solution for forming an antireflection film of the present invention, a solvent having a boiling point of about 100 ° C. to 220 ° C. is preferably used. For example, as a polar solvent, water, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, dimethylacetamide , N-methyl-2-pyrrolidinone and the like, and examples of the nonpolar solvent include cyclohexanone and ethyl lactate.

【0027】これらのカーボンブラックおよび樹脂は、
所定の量比で溶媒中に混合し、均一に分散させて反射防
止膜形成用の塗布液が調製される。この場合に、カーボ
ンブラックを溶媒中に均一に分散させ、また溶媒中での
凝集を抑止するためには、カーボンブラック表面を改質
することが好ましく、例えばカーボンブラックを酸化処
理あるいはカップリング剤による処理などが施させる。
These carbon blacks and resins are
A coating solution for forming an anti-reflection film is prepared by mixing in a solvent at a predetermined ratio and uniformly dispersing the mixture. In this case, in order to uniformly disperse the carbon black in the solvent and to suppress aggregation in the solvent, it is preferable to modify the surface of the carbon black, for example, by oxidizing the carbon black or using a coupling agent. Processing is performed.

【0028】例えば、酸化処理はオゾン、酸化窒素、フ
ッ素ガスなどによる気相酸化、次亜塩素酸塩、重クロム
酸塩、過マンガン酸塩、硝酸、ペルオキソ二硫酸塩など
による液相酸化などの方法で行うことができる。しか
し、反射防止膜には高純度性が要求され、特に金属元素
の混入を嫌うので、硝酸やペルオキソ二硫酸アンモニウ
ムなどの酸性酸化剤を用いてカーボンブラック中の金属
元素をイオン化して除去し、同時にカーボンブラック表
面に官能基を生成させる方法により酸化処理することが
望ましい方法となる。
For example, the oxidation treatment includes gas phase oxidation with ozone, nitrogen oxide, fluorine gas, etc., and liquid phase oxidation with hypochlorite, dichromate, permanganate, nitric acid, peroxodisulfate, etc. Can be done in a way. However, the antireflection film is required to have high purity, and particularly dislikes the incorporation of metal elements.Therefore, the metal elements in carbon black are ionized and removed using an acid oxidizing agent such as nitric acid or ammonium peroxodisulfate. It is a desirable method to perform an oxidation treatment by a method of generating a functional group on the surface of carbon black.

【0029】このようにして調製された塗布溶液を基板
上の所定の面上に、例えばスピンコーターにより塗布し
たのち、加熱処理して溶媒を揮散除去するとともに樹脂
を定着させ、基板上に反射防止膜が形成される。なお、
反射防止膜は100〜200nm程度の膜厚に形成するこ
とが好ましく、また均一な膜厚に形成するために塗布溶
液の粘度は10 mPa・s(25℃) 以下であることが好まし
い。
The coating solution thus prepared is applied on a predetermined surface of the substrate by, for example, a spin coater, and then subjected to a heat treatment to volatilize and remove the solvent, fix the resin, and prevent reflection on the substrate. A film is formed. In addition,
The antireflection film is preferably formed to a thickness of about 100 to 200 nm, and the viscosity of the coating solution is preferably 10 mPa · s (25 ° C.) or less in order to form a uniform film thickness.

【0030】このようにして、本発明によれば、所定の
粒子凝集性状を備えたカーボンブラックが樹脂中に均一
に分散した反射防止膜が形成され、この反射防止膜によ
れば、露光時の光吸収能が高く、優れた反射防止機能を
備えた反射防止膜が提供される。
As described above, according to the present invention, an anti-reflection film in which carbon black having a predetermined particle aggregating property is uniformly dispersed in a resin is formed. An antireflection film having a high light absorption ability and an excellent antireflection function is provided.

【0031】以下、本発明の実施例を比較例と対比して
具体的に説明する。
Hereinafter, examples of the present invention will be specifically described in comparison with comparative examples.

【0032】実施例1〜9、比較例1〜13 (1)反射防止膜形成用塗布液の調製: カーボンブラック試料;表1に示した粒子凝集性状の
異なるカーボンブラックを酸化処理して試料とした。酸
化処理はカーボンブラック0.150kgを濃度0.75
mol/dm3 の過硫酸アンモニウム溶液0.003m3に添加
し、反応温度60℃、反応時間10時間、攪拌速度5s
-1の条件で行った。反応終了後、限外濾過膜にて脱塩、
精製したのち、カーボンブラック濃度が3wt%に水で希
釈して、遠心分離した。次いで、限外濾過膜にてカーボ
ンブラック濃度20wt%に濃縮したのち、真空乾燥し、
粉砕してカーボンブラック試料とした。 塗布液の調製;これらのカーボンブラック試料を溶媒
中に異なる重量比で分散させた。溶媒としては乳酸エチ
ル、シクロヘキサノン、水を用い、超音波浴槽中で5分
間攪拌して混合分散した。なお、溶媒に水を用いた場合
のみフッ素系の界面活性剤を使用した。次いで、異なる
重量比で樹脂を添加してホモジナイザーにより混合し、
更に遠心分離処理(33.33s-1、10分)して反射防止膜形
成用塗布液を調製した。なお、樹脂には、フェノール樹
脂、アクリル酸樹脂を用いた。 この反射防止膜形成用塗布液の調製条件を対比して表
1に示した。
Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 13 (1) Preparation of coating liquid for forming antireflection film: carbon black sample; carbon black having different particle aggregating properties shown in Table 1 was oxidized to obtain a sample. did. Oxidation treatment was performed using carbon black 0.150 kg at a concentration of 0.75.
mol / dm 3 ammonium persulfate solution 0.003m 3 , reaction temperature 60 ° C, reaction time 10 hours, stirring speed 5s
Performed under the condition of -1 . After the completion of the reaction, desalting with an ultrafiltration membrane,
After purification, the mixture was diluted with water to a carbon black concentration of 3% by weight and centrifuged. Then, after being concentrated to a carbon black concentration of 20% by weight with an ultrafiltration membrane, dried under vacuum,
This was ground to obtain a carbon black sample. Preparation of coating solution; These carbon black samples were dispersed in solvents at different weight ratios. Ethyl lactate, cyclohexanone, and water were used as solvents and mixed and dispersed in an ultrasonic bath with stirring for 5 minutes. It should be noted that a fluorine-based surfactant was used only when water was used as the solvent. Then, the resins were added at different weight ratios and mixed with a homogenizer,
Further, a coating solution for forming an antireflection film was prepared by centrifugation (33.33 s -1 , 10 minutes). Note that a phenol resin or an acrylic resin was used as the resin. Table 1 compares the preparation conditions of the coating solution for forming an antireflection film.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】(2)反射防止膜の形成、及び評価:これら
の反射防止膜形成用塗布液0.002dm3 をスピンコー
ターを使用してシリコン基板上に塗布(スピンコーター
回転数16.67s-1) し、190℃の温度で60秒間焼き付
けて反射防止膜を形成した。形成した反射防止膜につい
て、下記の方法により膜厚、膜密度を測定し、また吸光
係数を測定した。 膜厚、膜密度;ダイヤモンドカッターで切断して、そ
の断面を電子顕微鏡で観測して膜厚を測定し、膜密度は
塗膜重量を測定し、膜断面積から体積を算出して求め
た。 吸光係数;(株)島津製作所製、自記分光光度計(UV
-3100PC)に鏡面反射測定装置(MPS-3100)を取り付け
て、入射角5°、波長250nmの条件で測定した。 得られた結果を表2に示した。
(2) Formation and evaluation of an antireflection film: These coating solutions for forming an antireflection film of 0.002 dm 3 were applied on a silicon substrate using a spin coater (spin coater rotation speed: 16.67 s −1 ). Then, the film was baked at a temperature of 190 ° C. for 60 seconds to form an antireflection film. About the formed antireflection film, the film thickness and the film density were measured by the following methods, and the extinction coefficient was measured. Film thickness, film density: Cut with a diamond cutter, the cross section was observed with an electron microscope to measure the film thickness, and the film density was determined by measuring the coating film weight and calculating the volume from the film cross-sectional area. Extinction coefficient: Shimadzu Corporation, self-recording spectrophotometer (UV
-3100PC) with a specular reflection measurement device (MPS-3100), and measured at an incident angle of 5 ° and a wavelength of 250 nm. Table 2 shows the obtained results.

【0035】[0035]

【表2】 [Table 2]

【0036】実施例1〜9は、分散媒、定着用樹脂を変
更しても、反射防止膜としての膜厚も200nm以下、膜
密度も0.4×103kg/m3以上、しかも緻密性を有して
いる。また、吸光係数も0.3以上であり、問題なく良
好な反射防止膜を形成している。比較例1〜3は、分散
媒を乳酸エチル、定着用樹脂をフェノール樹脂とした
が、カーボンブラックのアグリゲートサイズ特性が範囲
外であるため、膜厚が厚くしかも膜密度が低い傾向にあ
る。比較例4、8、12は、酸化処理を施していないた
め塗膜溶液中のカーボンブラックの分散性が低下し、塗
膜の形成が困難である。比較例5〜7は、分散媒にシク
ロヘキサノン、定着樹脂にフェノール樹脂を用いたが、
カーボンブラックのアグリゲートサイズ特性が範囲外で
あるため塗膜の厚さが厚くなり、膜密度も低下してい
る。比較例9〜11は、分散媒に水、樹脂にフェノール
樹脂ならびにアクリル酸樹脂を用いたが、アグリゲート
サイズ特性が範囲外であるため塗膜の厚さが厚くなり、
膜密度も低下している。比較例13は、分散媒に乳酸エ
チル、定着樹脂にフェノール樹脂を用い、それぞれの添
加量を範囲外にしたところ、膜密度は、非常に向上する
ものの、塗膜の厚さが厚すぎる結果となった。
In Examples 1 to 9, even if the dispersion medium and the fixing resin were changed, the thickness as an antireflection film was 200 nm or less, the film density was 0.4 × 10 3 kg / m 3 or more, and the density was high. It has nature. Further, the extinction coefficient is 0.3 or more, and a good antireflection film is formed without any problem. In Comparative Examples 1 to 3, the dispersion medium was ethyl lactate and the fixing resin was a phenol resin. However, since the aggregate size characteristics of carbon black were out of the range, the film thickness tended to be large and the film density was low. In Comparative Examples 4, 8, and 12, since no oxidation treatment was performed, the dispersibility of carbon black in the coating film solution was reduced, and it was difficult to form a coating film. In Comparative Examples 5 to 7, cyclohexanone was used as the dispersion medium and phenol resin was used as the fixing resin.
Since the aggregate size characteristic of carbon black is out of the range, the thickness of the coating film is increased, and the film density is also reduced. In Comparative Examples 9 to 11, water was used as the dispersion medium, and a phenol resin and an acrylic resin were used as the resin. However, since the aggregate size characteristics were out of the range, the thickness of the coating film was increased,
The film density has also decreased. Comparative Example 13 shows that, when ethyl lactate was used as the dispersion medium and phenol resin was used as the fixing resin, and the amount of each added was out of the range, the film density was significantly improved, but the film thickness was too large. became.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上のとおり、本発明の反射防止膜によ
れば、カーボンブラックのアグリゲートおよびアグロメ
レートの粒子凝集性状が特定粒径範囲のカーボンブラッ
クを樹脂中に分散させた構造からなり、紫外線などの照
射光の吸収能が高く、露光時に基板面からの反射光を効
果的に抑止することが可能となる。したがって、微細で
寸法誤差の少ないレジストパターンの形成が可能であ
る。また、本発明の反射防止膜形成用塗布液によれば、
この優れた性能を備えた反射防止膜を簡便な手法によ
り、安価に基板上に形成することができる。
As described above, according to the antireflection film of the present invention, the aggregate of carbon black and the agglomerated particles of agglomerate have a structure in which carbon black having a specific particle size range is dispersed in a resin. And the like, and has a high absorption capability of irradiation light, so that light reflected from the substrate surface during exposure can be effectively suppressed. Therefore, it is possible to form a fine resist pattern with a small dimensional error. Further, according to the coating solution for forming an antireflection film of the present invention,
An antireflection film having such excellent performance can be formed on a substrate at low cost by a simple method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】Dstの測定時におけるカーボンブラック分散液
を加えてからの経過時間とカーボンブラックの遠心沈降
による吸光度の変化を示した分布曲線である。
FIG. 1 is a distribution curve showing changes in absorbance due to centrifugal sedimentation of carbon black and elapsed time from the addition of a carbon black dispersion at the time of measurement of Dst.

【図2】Dstの測定時に得られるストークス相当径と吸
光度の関係を示す分布曲線である。
FIG. 2 is a distribution curve showing the relationship between Stokes equivalent diameter and absorbance obtained at the time of measuring Dst.

フロントページの続き (72)発明者 杉原 孝臣 東京都港区北青山1丁目2番3号 東海カ ーボン株式会社内 Fターム(参考) 2H025 AB16 DA34 5F046 PA11 Continued on the front page (72) Inventor Takaomi Sugihara 1-3-2 Kitaaoyama, Minato-ku, Tokyo Tokai Carbon Co., Ltd. F-term (reference) 2H025 AB16 DA34 5F046 PA11

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アグリゲートのストークスモード径Dst
が20〜50nm、同半値幅ΔDstが40nm以下の粒子凝
集性状を備えるカーボンブラックを、樹脂中に分散させ
てなることを特徴とする反射防止膜。
1. Stokes mode diameter Dst of an aggregate
An antireflection film comprising a carbon black having a particle aggregation property of 20 to 50 nm and a half value width ΔDst of 40 nm or less dispersed in a resin.
【請求項2】 カーボンブラックのアグロメレートの平
均粒径Dupa50%の値が20〜150nm、最大粒径Dupa9
9%の値が300nm以下の粒子凝集性状を備える、請求項
1記載の反射防止膜。
2. The agglomerate of carbon black has an average particle diameter Dupa of 50% of 20 to 150 nm and a maximum particle diameter Dupa9.
The antireflection film according to claim 1, wherein the antireflection film has a particle aggregation property of 9% or less of 300 nm or less.
【請求項3】 請求項1又は2記載の粒子凝集性状を備
えるカーボンブラックが1〜20wt%、樹脂が2〜10
wt%、残部が溶媒からなることを特徴とする反射防止膜
形成用塗布液。但し、Dstは遠心沈降法により測定され
るカーボンブラックアグリゲートのストークス相当径分
布における最大頻度のストークス相当径、ΔDstは同ス
トークス相当径分布の半値幅、Dupa50%はカーボンブラ
ックの水分散液にレーザー光を照射し散乱光の周波数変
調度合から作成したアグロメレート粒径の累積度数分布
曲線における50%累積度数の値を、Dupa99%は同分布
曲線における99%累積度数の値を示す。
3. The carbon black having the particle aggregating property according to claim 1 or 2 is 1 to 20% by weight, and the resin is 2 to 10%.
A coating liquid for forming an anti-reflection film, wherein the coating liquid comprises wt% and the balance is a solvent. However, Dst is the Stokes equivalent diameter of the maximum frequency in the Stokes equivalent diameter distribution of the carbon black aggregate measured by the centrifugal sedimentation method, ΔDst is the half value width of the Stokes equivalent diameter distribution, and Dupa50% is the laser in which the aqueous carbon black dispersion is The value of the 50% cumulative frequency in the cumulative frequency distribution curve of the agglomerate particle size created from the degree of frequency modulation of the scattered light by irradiating light, and the value of Dupa 99% represent the value of the 99% cumulative frequency in the same distribution curve.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008070819A (en) * 2006-09-15 2008-03-27 Hoya Corp Mask blank and mask
WO2008059918A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-22 Az Electronic Materials (Japan) K.K. Composition for upper surface antireflection film, and method for pattern formation using the same
JP2018177858A (en) * 2017-04-04 2018-11-15 日本化薬株式会社 Carbon black-dispersed phenolic resin, epoxy resin composition and method for producing the same

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