JP2012022191A - Composition for forming resist underlayer film including ionic polymer and method for forming resist pattern using the same - Google Patents

Composition for forming resist underlayer film including ionic polymer and method for forming resist pattern using the same Download PDF

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登喜雄 西田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for forming a resist underlayer film including an ionic polymer in which the composition is capable of forming the resist underlayer having antistatic function and solvent resistance and to provide a method for forming a resist pattern using the resist underlayer film formed from the composition.SOLUTION: A composition for forming a resist underlayer includes an ionic polymer having structural units [a] and [b] expressed by the following formula (1), a crosslinking agent, a compound for promoting crosslinking reaction and an organic solvent.

Description

本発明は、レジスト下層膜形成組成物及び該組成物から形成されるレジスト下層膜を用いたレジストパターンの形成方法に関し、より詳細には、イオン性重合体を含むレジスト下層膜形成組成物であって、帯電防止機能及び溶剤耐性を有するレジスト下層膜を形成することができる該組成物及び該組成物から形成されるレジスト下層膜を用いたレジストパターンの形成方法に関する。   The present invention relates to a resist underlayer film forming composition and a method of forming a resist pattern using a resist underlayer film formed from the composition, and more specifically, a resist underlayer film forming composition containing an ionic polymer. The present invention relates to a composition capable of forming a resist underlayer film having an antistatic function and solvent resistance, and a method for forming a resist pattern using a resist underlayer film formed from the composition.

従来から半導体デバイスの製造において、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。前記微細加工はシリコンウエハーの上にフォトレジスト組成物の薄膜を形成し、その上に半導体デバイスのパターンが描かれたマスクパターンを介して紫外線などの活性光線を照射し、現像し、得られたレジストパターンを保護膜としてシリコンウエハーをエッチング処理する加工法である。
そこで、従来より、様々なレジスト下層膜形成組成物が報告されている。
Conventionally, in the manufacture of semiconductor devices, fine processing by lithography using a photoresist composition has been performed. The fine processing was obtained by forming a thin film of a photoresist composition on a silicon wafer, irradiating it with an actinic ray such as ultraviolet rays through a mask pattern on which a semiconductor device pattern was drawn, and developing it. This is a processing method of etching a silicon wafer using a resist pattern as a protective film.
Therefore, various resist underlayer film forming compositions have been reported conventionally.

半導体プロセスでのフォトリソグラフィー用マスクの作製及び次世代の先端微細加工技術の候補の一つとして、電子線(EB:Electron Beam)リソグラフィーがある。電子線リソグラフィーは、微細パターン形成、レジスト下の基板からの定在波による影響がない等、光リソグラフィーに対して優位性がある。
しかしながら、電子線リソグラフィー技術においては電子線の露光時、レジスト表面に電子がチャージアップしやすいという問題がある。
As one of candidates for manufacturing a photolithography mask in a semiconductor process and next-generation advanced microfabrication technology, there is electron beam (EB) lithography. Electron beam lithography has advantages over optical lithography, such as the formation of fine patterns and no influence of standing waves from the substrate under the resist.
However, the electron beam lithography technique has a problem that electrons are easily charged up on the resist surface during exposure of the electron beam.

ところで、イオン液体は難燃性・不揮発性・高極性・高イオン伝導性・高耐熱性などの性質を有していることから、様々な電気化学デバイスへの応用が期待されている液体である。
そこで、帯電防止策としてこのイオン液体のイオン伝導性を利用すべく、イオン液体を含ませた、電子線レジストの上層に帯電防止膜を形成するための帯電防止膜形成組成物が提案されている(特許文献1)。しかしながら、該組成物は電子線レジストの上層に帯電防止膜を形成することにより、電子線レジスト表面のチャージアップを防止するものに過ぎない。そして該組成物は架橋剤を含むものではなく、成膜時に架橋させず、形成された帯電防止膜は、現像液により除去される。また、前記イオン伝導性の別の利用方法として、イオン性モノマーである構成単位が重合したものが20〜100mol%を占めるポリマーを用いた帯電防止膜形成用の電離放射線硬化性組成物も提案されている(特許文献2)。しかし、該組成物は電離放射線(例えば、紫外線)を用いて硬化させて帯電防止膜を形成するものであり、特許文献2はかかる組成物の電子線リソグラフィーの適用について示唆を与えるものでない。
By the way, ionic liquid has properties such as flame retardancy, non-volatility, high polarity, high ionic conductivity, and high heat resistance, and is expected to be applied to various electrochemical devices. .
Therefore, an antistatic film forming composition for forming an antistatic film on the upper layer of the electron beam resist containing the ionic liquid has been proposed in order to use the ionic conductivity of this ionic liquid as an antistatic measure. (Patent Document 1). However, this composition merely prevents the charge-up of the electron beam resist surface by forming an antistatic film on the upper layer of the electron beam resist. The composition does not contain a crosslinking agent, and is not crosslinked at the time of film formation, and the formed antistatic film is removed by a developer. As another method of using the ion conductivity, an ionizing radiation curable composition for forming an antistatic film using a polymer in which a constituent unit of an ionic monomer is 20 to 100 mol% is also proposed. (Patent Document 2). However, the composition is cured by using ionizing radiation (for example, ultraviolet rays) to form an antistatic film, and Patent Document 2 does not give any suggestion on the application of such a composition to electron beam lithography.

特開2010−020046号公報JP 2010-020046 A 特開2006−045425号公報JP 2006-045425 A

電子線リソグラフィー技術においては上記問題の他に、電子線露光時において基板からの電子線の後方散乱により、リソグラフィーの精度低下を引き起こし、また電子線露光に
よる微細化に伴いレジストパターンが倒れてしまうという問題もある。
In the electron beam lithography technology, in addition to the above problems, the backscattering of the electron beam from the substrate during electron beam exposure causes a reduction in lithography accuracy, and the resist pattern collapses as the electron beam exposure is miniaturized. There is also a problem.

ここで、この問題を解決する一案として、レジスト下層膜に帯電防止機能を付与することが考えられる。しかしながら、現在までに様々なレジスト下層膜形成組成物が報告されているが、帯電防止機能が付与されたレジスト下層膜を形成することが可能なレジスト下層膜形成組成物は提案されていない。また、ただ単にレジスト下層膜に帯電防止機能を付与すれば十分というわけではなく、帯電防止機能を有すると共に溶剤耐性、レジスト下層膜から発生する昇華物の抑制、及び高精度の良好なレジストパターンの形成を可能にする等の電子線リソグラフィー等向けのレジスト下層膜に要求される一般特性を満たす必要もある。   Here, as one proposal for solving this problem, it is conceivable to impart an antistatic function to the resist underlayer film. However, various resist underlayer film forming compositions have been reported so far, but no resist underlayer film forming composition capable of forming a resist underlayer film imparted with an antistatic function has been proposed. In addition, it is not sufficient to simply provide an antistatic function to the resist underlayer film, and it has an antistatic function and has resistance to solvents, suppression of sublimates generated from the resist underlayer film, and a highly accurate good resist pattern. It is also necessary to satisfy general characteristics required for a resist underlayer film for electron beam lithography or the like that enables formation.

そこで、本発明は、上記の事情に基づきなされたものであり、その解決しようとする課題は、帯電防止機能を有し、かつレジスト下層膜に要求される特性を満たすレジスト下層膜を形成することができるレジスト下層膜形成組成物及び該組成物から形成されるレジスト下層膜を用いたレジストパターンの形成方法を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made based on the above circumstances, and the problem to be solved is to form a resist underlayer film having an antistatic function and satisfying the characteristics required for the resist underlayer film. It is an object of the present invention to provide a resist underlayer film forming composition capable of forming a resist pattern and a resist pattern forming method using a resist underlayer film formed from the composition.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、下記式(1)で表される構造単位[a]及び[b]を有するイオン性重合体をレジスト下層膜形成組成物に含ませることにより、該組成物から形成されるレジスト下層膜に帯電防止機能が付与されることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、下記式(1)で表される構造単位[a]及び[b]を有するイオン性重合体、架橋剤、架橋反応を促進させる化合物及び有機溶媒を含む、レジスト下層膜形成組成物である。
(式中、R1はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素原子数3乃至12のアルキレン基又は−(CH2CH2O)m(CH2n−(mは1乃至7の整数、nは1乃
至3の整数)で表される2価の連結基を表し、R3はメチル基又はエチル基を表し、X-はイミド、ハロゲン、カルボキシラート、スルファート、スルホナート、チオシアナート、アルミナート、ボラート、ホスファート、ホスフィナート、アミド、アンチモナート及びメチドからなる群から選択されるアニオンを表し、Aは架橋部位を有する基を表す。)
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have obtained an ionic polymer having structural units [a] and [b] represented by the following formula (1) as a resist underlayer film forming composition. It was found that the inclusion of the antistatic function was imparted to the resist underlayer film formed from the composition, and the present invention was completed.
That is, the present invention provides a resist underlayer film formation comprising an ionic polymer having structural units [a] and [b] represented by the following formula (1), a crosslinking agent, a compound for promoting a crosslinking reaction, and an organic solvent. It is a composition.
(Wherein R 1 independently represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 represents an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms, or — (CH 2 CH 2 O) m (CH 2 ) n — (m is 1 To an integer of 1 to 7, n is an integer of 1 to 3, R 3 represents a methyl group or an ethyl group, X represents imide, halogen, carboxylate, sulfate, sulfonate, This represents an anion selected from the group consisting of thiocyanate, aluminate, borate, phosphate, phosphinate, amide, antimonate and methide, and A represents a group having a crosslinking site.

本発明は、レジスト下層膜形成組成物に上記式(1)で表されるイオン性重合体を含ませることで、電子線の散乱を防ぐことが可能な帯電防止機能を有するレジスト下層膜を提供することができる。
また、本発明のレジスト下層膜形成組成物は、優れた溶剤耐性を有するレジスト下層膜を形成することができ、かつ該レジスト下層膜を形成する際に発生する昇華物量が上記式(1)で表されるイオン性重合体を含まない場合と同等又はそれ以下に抑制可能であるという効果が得られる。
さらに、本発明は、上述の効果・性能を有するレジスト下層膜の形成により、高精度の良好なレジストパターンを形成することができる。
また、本発明のレジスト下層膜形成組成物は、上記式(1)で表されるイオン性重合体及び、当該イオン性重合体とは異なるポリマーを含ませることで、レジスト下層膜の帯電防止機能、溶剤耐性及び昇華物の抑制を向上させることが可能となる。
The present invention provides a resist underlayer film having an antistatic function capable of preventing electron beam scattering by including an ionic polymer represented by the above formula (1) in a resist underlayer film forming composition. can do.
In addition, the resist underlayer film forming composition of the present invention can form a resist underlayer film having excellent solvent resistance, and the amount of sublimate generated when the resist underlayer film is formed is represented by the above formula (1). The effect of being able to be suppressed to the same or less than the case where the ionic polymer represented is not included is acquired.
Furthermore, the present invention can form a good resist pattern with high accuracy by forming a resist underlayer film having the above-mentioned effects and performance.
In addition, the resist underlayer film forming composition of the present invention includes the ionic polymer represented by the above formula (1) and a polymer different from the ionic polymer, thereby preventing the antistatic function of the resist underlayer film. It is possible to improve solvent resistance and sublimation suppression.

図1は、実施例1で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 1 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in a cross-sectional SEM image of a resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 1. 図2は、実施例2で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 2 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in the cross-sectional SEM image of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 2. 図3は、実施例3で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 3 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in the cross-sectional SEM image of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 3. 図4は、実施例4で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 4 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in the cross-sectional SEM image of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 4. 図5は、比較例1で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 5 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in the cross-sectional SEM image of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Comparative Example 1. 図6は、実施例1で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜上のレジストパターンの断面SEM像である。6 is a cross-sectional SEM image of a resist pattern on a resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 1. FIG. 図7は、実施例2で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜上のレジストパターンの断面SEM像である。FIG. 7 is a cross-sectional SEM image of the resist pattern on the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 2. 図8は、実施例3で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜上のレジストパターンの断面SEM像である。FIG. 8 is a cross-sectional SEM image of the resist pattern on the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 3. 図9は、実施例4で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜上のレジストパターンの断面SEM像である。FIG. 9 is a cross-sectional SEM image of the resist pattern on the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 4.

本発明のレジスト下層膜形成組成物は、上記式(1)で表される構造単位[a]及び[b]を有するイオン性重合体、架橋剤、架橋反応を促進させる化合物及び有機溶媒を含む。また、本発明のレジスト下層膜形成組成物は、さらに界面活性剤等を含ませることもできる。   The resist underlayer film forming composition of the present invention includes an ionic polymer having the structural units [a] and [b] represented by the above formula (1), a crosslinking agent, a compound for promoting a crosslinking reaction, and an organic solvent. . Further, the resist underlayer film forming composition of the present invention can further contain a surfactant or the like.

本発明のレジスト下層膜形成組成物における有機溶媒を除く成分の割合は、例えば0.1〜15質量%、また1.0〜10.0質量%である。   The ratio of the components excluding the organic solvent in the resist underlayer film forming composition of the present invention is, for example, 0.1 to 15% by mass, or 1.0 to 10.0% by mass.

以下、本発明のレジスト下層膜形成組成物について詳細に説明する。
<イオン性重合体>
本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれるイオン性重合体は、下記式(1)で表される構造単位[a]及び[b]を有する。このイオン性重合体を含むことにより、本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜に帯電防止機能を付与することが可能となる。
(式中、R1はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素原子数3乃至12のアルキレン基又は−(CH2CH2O)m(CH2n−(mは1乃至7の整数、nは1乃
至3の整数)で表される2価の連結基を表し、R3はメチル基又はエチル基を表し、X-はイミド、ハロゲン、カルボキシラート、スルファート、スルホナート、チオシアナート、アルミナート、ボラート、ホスファート、ホスフィナート、アミド、アンチモナート及びメチドからなる群から選択されるアニオンを表し、Aは架橋部位を有する基を表す。)
Hereinafter, the resist underlayer film forming composition of the present invention will be described in detail.
<Ionic polymer>
The ionic polymer contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention has structural units [a] and [b] represented by the following formula (1). By containing this ionic polymer, it becomes possible to impart an antistatic function to the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention.
(Wherein R 1 independently represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 represents an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms, or — (CH 2 CH 2 O) m (CH 2 ) n — (m is 1 To an integer of 1 to 7, n is an integer of 1 to 3, R 3 represents a methyl group or an ethyl group, X represents imide, halogen, carboxylate, sulfate, sulfonate, This represents an anion selected from the group consisting of thiocyanate, aluminate, borate, phosphate, phosphinate, amide, antimonate and methide, and A represents a group having a crosslinking site.

前記イオン性重合体における、前記構造単位[a]及び[b]の割合は、通常10:90〜80:20質量%、好ましくは20:80〜70:30質量%である。[a]で表されるイオン性部位を有する構造単位の割合が少ないと、レジスト下層膜に帯電防止機能を十分に付与することができないからである。   The proportion of the structural units [a] and [b] in the ionic polymer is usually 10:90 to 80: 20% by mass, preferably 20:80 to 70: 30% by mass. This is because if the proportion of the structural unit having an ionic site represented by [a] is small, the resist underlayer film cannot be sufficiently provided with an antistatic function.

前記構造単位[a]において、R2が炭素原子数3乃至12のアルキレン基又は−(CH2CH2O)m(CH2n−(mは1乃至7の整数、nは1乃至3の整数)で表される2価の連結基であることにより、本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、帯電防止機能を発揮することができる。帯電防止性の点で好ましくは、R2は炭
素原子数6乃至8のアルキレン基である。
In the structural unit [a], R 2 is an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms or — (CH 2 CH 2 O) m (CH 2 ) n — (m is an integer of 1 to 7, n is 1 to 3 The resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention can exhibit an antistatic function. From the viewpoint of antistatic properties, R 2 is preferably an alkylene group having 6 to 8 carbon atoms.

また、アニオンであるX-としては、例えば、(CF3SO22-、(CF3CF2SO22-、Cl-、Br-、CH3COO-、CF3COO-、CF3CF2CF2COO-、CF3
SO3 -、CF3CF2CF2CF2SO3 -、SbF6 -が挙げられる。その中でも、融点が低く、耐熱性が高い点で、(CF3SO22-[ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミ
ドアニオン]が好ましい。
Examples of X which is an anion include (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N , Cl , Br , CH 3 COO , CF 3 COO , CF 3 CF 2 CF 2 COO - , CF 3
SO 3 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 SO 3 -, SbF 6 - and the like. Among them, (CF 3 SO 2 ) 2 N [bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion] is preferable because it has a low melting point and high heat resistance.

前記架橋部位を有する基とは、架橋反応をすることが可能な官能基を有する基をいい、そのような官能基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシル基、アミノ基、エステル基、クロルスルホン基、エポキシ基、イソシアネート基、メチロール基、スルホン基、又はメルカプト基を挙げることができる。好ましくは、ヒドロキシ基、カルボキシル基又はアミノ基である。   The group having a crosslinking site refers to a group having a functional group capable of undergoing a crosslinking reaction. Examples of such functional groups include a hydroxy group, a carboxyl group, an amino group, an ester group, and a chlorosulfone group. , Epoxy group, isocyanate group, methylol group, sulfone group, or mercapto group. Preferably, they are a hydroxyl group, a carboxyl group, or an amino group.

前記構造単位[b]は、例えば、下記式:
(式中、R1は水素原子又はメチル基を表し、A’は直鎖状又は分岐状の炭素原子数1乃
至4のヒドロキシアルキル基を表す。)で表される構造単位[b−1]とすることができる。
The structural unit [b] is, for example, the following formula:
(Wherein R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and A ′ represents a linear or branched hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms) [b-1] It can be.

前記イオン性重合体において、上記構造単位[a]はイオン性部位を有し、上記構造単位[b]は架橋部位を有する。
上述のような本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれるイオン性重合体を得るために必要なイオン性部位を有するモノマー及び架橋部位を有するモノマーとしては、例えば、下記一般式(I)及び(II)が挙げられる。
(R1、R2、R3、及びAは各々、上記式(1)に記載の定義と同義である。)
In the ionic polymer, the structural unit [a] has an ionic site, and the structural unit [b] has a crosslinking site.
Examples of the monomer having an ionic site and the monomer having a crosslinking site necessary for obtaining the ionic polymer contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention as described above include, for example, the following general formula (I) and (II) is mentioned.
(R 1 , R 2 , R 3 , and A are each synonymous with the definition described in the above formula (1).)

上記一般式(I)で表されるイオン性部位を有するモノマーの合成方法は既知であり、例えば、Hong Chen and Yossef A.Elabd,Macromolecules 2009,42,3368−3373に開示されている。   A method for synthesizing a monomer having an ionic moiety represented by the above general formula (I) is known, for example, as described in Hong Chen and Yosef A. Elabd, Macromolecules 2009, 42, 3368-3373.

本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれるイオン性重合体の合成方法としては、特に限定されないが、例えば、有機溶媒中で、上記式(I)で表されるイオン性部位を有するモノマー及び上記式(II)で表される架橋部位を有するモノマーに重合開始剤を加えて加熱重合を行い、合成することができる。   The method for synthesizing the ionic polymer contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention is not particularly limited. For example, in an organic solvent, a monomer having an ionic moiety represented by the above formula (I) and It can be synthesized by adding a polymerization initiator to the monomer having a crosslinking site represented by the above formula (II) and performing heat polymerization.

前記重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシドを挙げることができ、通常50乃至80℃に加熱して重合できる。反応時間としては通常2乃至100時間、または5乃至30時間である。   Examples of the polymerization initiator include 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropio). Nate), benzoyl peroxide, and lauroyl peroxide, and can be polymerized by heating to 50 to 80 ° C. The reaction time is usually 2 to 100 hours, or 5 to 30 hours.

また、上記イオン性重合体を合成する際に、上記式(I)で表されるイオン性部位を有するモノマー及び上記式(II)で表される架橋部位を有するモノマーの仕込み比は、通常20:80〜80:20質量%、好ましくは30:70〜70:30質量%である。   Moreover, when synthesizing the ionic polymer, the charging ratio of the monomer having the ionic moiety represented by the formula (I) and the monomer having the crosslinking moiety represented by the formula (II) is usually 20 : 80-80: 20% by mass, preferably 30: 70-70: 30% by mass.

さらに、本発明のレジスト下層膜形成組成物には、前記イオン重合体の他に、当該イオン性重合体とは異なるアクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエステル、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、天然高分子、メラミン樹脂、又はケイ素樹脂等を含ませることができる。レジスト下層膜の溶剤耐性及び帯電防止機能の観点から、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、及びポリエステルが好ましい。   Further, the resist underlayer film forming composition of the present invention includes, in addition to the ionic polymer, an acrylic resin, methacrylic resin, polyester, novolac resin, phenol resin, natural polymer, melamine resin different from the ionic polymer. Or a silicon resin or the like. From the viewpoint of solvent resistance and antistatic function of the resist underlayer film, acrylic resin, methacrylic resin, and polyester are preferable.

本発明のレジスト下層膜形成組成物に前記イオン性重合体とは異なるポリマーを含ませる場合、該イオン性重合体と該ポリマーの含有比は、通常20:80〜99:1質量%で
ある。イオン性重合体の割合が少なすぎると、レジスト下層膜に帯電防止機能を十分に付与することができないからである。一方、イオン性重合体の割合が100質量%、すなわち該イオン性重合体とは異なるポリマーを含まなくてもよい。
When the resist underlayer film forming composition of the present invention contains a polymer different from the ionic polymer, the content ratio of the ionic polymer to the polymer is usually 20:80 to 99: 1 mass%. This is because if the proportion of the ionic polymer is too small, the antistatic function cannot be sufficiently imparted to the resist underlayer film. On the other hand, the ratio of the ionic polymer may be 100% by mass, that is, the polymer different from the ionic polymer may not be included.

前記イオン性重合体は、本発明のレジスト下層膜形成組成物の有機溶媒を除く成分中の含有量に基づいて、例えば1.0〜90質量%、または10〜85質量%である。この割合が過小である場合及び過大である場合には、帯電防止機能及び溶剤耐性が得られにくくなることがあるからである。   The said ionic polymer is 1.0-90 mass% or 10-85 mass%, for example based on content in the component except the organic solvent of the resist underlayer film forming composition of this invention. This is because if this ratio is too small or too large, it may be difficult to obtain an antistatic function and solvent resistance.

<架橋剤>
架橋剤は、例えばメチロール基又はアルコキシメチル基で置換された窒素原子を分子内に2乃至4個有する含窒素化合物である。架橋剤を添加することにより、架橋剤が上記イオン性重合体又はイオン性重合体と当該イオン性重合体とは異なるポリマーと反応し、架橋することにより形成されるレジスト下層膜は強固になる。そして、有機溶剤に対する溶解性が低いレジスト下層膜となる。架橋剤は一種のみを使用してもよく、また二種以上を組み合わせて使用することができる。
前記架橋剤としては、例えば、ヘキサメトキシメチルメラミン、テトラメトキシメチルベンゾグアナミン、1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(ブトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(ヒドロキシメチル)グリコールウリル、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)尿素、1,1,3,3−テトラキス(ブトキシメチル)尿素、及び1,1,3,3−テトラキス(メトキシメチル)尿素が挙げられる。
<Crosslinking agent>
The crosslinking agent is, for example, a nitrogen-containing compound having 2 to 4 nitrogen atoms substituted with a methylol group or an alkoxymethyl group in the molecule. By adding a cross-linking agent, the cross-linking agent reacts with the ionic polymer or the ionic polymer and a polymer different from the ionic polymer, and the resist underlayer film formed by cross-linking becomes strong. And it becomes a resist underlayer film with low solubility with respect to an organic solvent. A crosslinking agent may use only 1 type and can be used in combination of 2 or more type.
Examples of the crosslinking agent include hexamethoxymethyl melamine, tetramethoxymethyl benzoguanamine, 1,3,4,6-tetrakis (methoxymethyl) glycoluril, 1,3,4,6-tetrakis (butoxymethyl) glycoluril, 1,3,4,6-tetrakis (hydroxymethyl) glycoluril, 1,3-bis (hydroxymethyl) urea, 1,1,3,3-tetrakis (butoxymethyl) urea, and 1,1,3,3 -Tetrakis (methoxymethyl) urea.

前記架橋剤の配合量は、本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれるイオン性重合体に対し、例えば、1質量%以上35質量%以下の割合で添加することができる。この割合が過小である場合や過大である場合には、レジスト下層膜の溶剤耐性が得られにくくなるからである。   The amount of the crosslinking agent can be added to the ionic polymer contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention, for example, at a ratio of 1% by mass to 35% by mass. This is because when this ratio is too small or too large, it is difficult to obtain the solvent resistance of the resist underlayer film.

<架橋反応を促進させる化合物>
架橋反応を促進させる化合物は、イオン性重合体と架橋剤又はイオン性重合体と当該イオン性重合体とは異なるポリマー及び架橋剤の架橋反応を促進させる化合物をいい、例えば、スルホン酸化合物が挙げられる。
前記スルホン酸化合物としては、例えば、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウム−p−トルエンスルホナート、カンファースルホン酸、5−スルホサリチル酸、4−クロロベンゼンスルホン酸、4−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、1−ナフタレンスルホン酸が挙げられる。
<Compound that promotes crosslinking reaction>
The compound that promotes the crosslinking reaction refers to a compound that promotes the crosslinking reaction of an ionic polymer and a crosslinking agent or a polymer different from the ionic polymer and the ionic polymer and a crosslinking agent, such as a sulfonic acid compound. It is done.
Examples of the sulfonic acid compound include p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium-p-toluenesulfonate, camphorsulfonic acid, 5-sulfosalicylic acid, 4-chlorobenzenesulfonic acid, 4-hydroxybenzenesulfonic acid, Examples thereof include benzenedisulfonic acid and 1-naphthalenesulfonic acid.

前記架橋反応を促進させる化合物の配合量は、本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれるイオン性重合体に対し、例えば0.1質量%以上10質量%以下の割合で添加することができる。この割合が過少である場合は、架橋反応を十分に促進させることができないからである。   The compounding amount of the compound that promotes the crosslinking reaction can be added to the ionic polymer contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention at a ratio of, for example, 0.1% by mass or more and 10% by mass or less. . This is because when this ratio is too small, the crosslinking reaction cannot be sufficiently promoted.

<有機溶媒>
有機溶媒は上記の各成分を溶解させることができれば特に限定されず、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、メトキシブタノール類、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロペンタ
ノン、シクロヘキサノン、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN−メチルピロリドンを用いることができる。また、プロピレングリコールモノブチルエーテル及びプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等の高沸点溶媒を上記有機溶媒に混合して使用することもできる。これらの有機溶媒は、単独又は2種以上の組合せで使用することができる。
<Organic solvent>
The organic solvent is not particularly limited as long as each of the above components can be dissolved. For example, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol , Propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, methoxybutanols, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, ethyl 2-hydroxypropionate, 2-hydroxy Ethyl-2-methylpropionate, eth Ethyl ethyl acetate, hydroxy hydroxyethyl, methyl 2-hydroxy-3-methylbutanoate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, methyl pyruvate, Ethyl pyruvate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, butyl lactate, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, and N-methylpyrrolidone can be used. Further, a high boiling point solvent such as propylene glycol monobutyl ether and propylene glycol monobutyl ether acetate can be used by mixing with the organic solvent. These organic solvents can be used individually or in combination of 2 or more types.

さらに、本発明のレジスト下層膜形成組成物は、必要に応じてレオロジー調整剤、接着補助剤、界面活性剤などを添加することができる。   Furthermore, the resist underlayer film forming composition of the present invention may contain a rheology adjuster, an adhesion aid, a surfactant, and the like as necessary.

レオロジー調整剤は、主にレジスト下層膜形成組成物の流動性を向上させるための目的で添加することができる。レオロジー調整剤としては、例えばジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジイソブチルフタレート、ジヘキシルフタレート、ブチルイソデシルフタレート等のフタル酸誘導体、ジノルマルブチルアジペート、ジイソブチルアジペート、ジイソオクチルアジペート、オクチルデシルアジペート等のアジピン酸誘導体、ジノルマルブチルマレート、ジエチルマレート、ジノニルマレート等のマレイン酸誘導体、メチルオレート、ブチルオレート、テトラヒドロフルフリルオレート等のオレイン酸誘導体、またはノルマルブチルステアレート、グリセリルステアレート等のステアリン酸誘導体を挙げることができる。これらのレオロジー調整剤は、レジスト下層膜形成組成物の全組成物100質量%に対して通常30質量%未満の割合で配合される。   The rheology modifier can be added mainly for the purpose of improving the fluidity of the resist underlayer film forming composition. Examples of the rheology modifier include phthalic acid derivatives such as dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diisobutyl phthalate, dihexyl phthalate, and butyl isodecyl phthalate; , Maleic acid derivatives such as dinormal butyl maleate, diethyl maleate and dinonyl maleate, oleic acid derivatives such as methyl oleate, butyl oleate and tetrahydrofurfuryl oleate, or stearic acid derivatives such as normal butyl stearate and glyceryl stearate be able to. These rheology modifiers are usually blended at a ratio of less than 30% by mass with respect to 100% by mass of the total composition of the resist underlayer film forming composition.

接着補助剤は、主に基板あるいはレジスト膜とレジスト下層膜の密着性を向上させ、特に現像においてレジスト膜が剥離しないようにするための目的で添加することができる。接着補助剤としては、例えば、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン等のクロロシラン類、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール等のシラザン類、ビニルトリクロロシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシラン類、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環式化合物、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア等の尿素又はチオ尿素化合物を挙げることができる。接着補助剤は、レジスト下層膜形成組成物の全組成物100質量%に対して通常5質量%未満、好ましくは2質量%未満の割合で配合される。   The adhesion auxiliary agent can be added mainly for the purpose of improving the adhesion between the substrate or the resist film and the resist underlayer film and preventing the resist film from being peeled off particularly during development. Examples of the adhesion assistant include chlorosilanes such as trimethylchlorosilane, dimethylvinylchlorosilane, methyldiphenylchlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane, trimethylmethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethylvinylethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, Alkoxysilanes such as phenyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane, N, N′-bis (trimethylsilyl) urea, silazanes such as dimethyltrimethylsilylamine, trimethylsilylimidazole, vinyltrichlorosilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ -Silanes such as aminopropyltriethoxysilane and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, benzotriazole, Heterocyclic compounds such as imidazole, indazole, imidazole, 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzoxazole, urazole, thiouracil, mercaptoimidazole, mercaptopyrimidine, 1,1-dimethylurea, 1,3 -Urea or thiourea compounds such as dimethylurea can be mentioned. The adhesion assistant is usually blended at a ratio of less than 5% by mass, preferably less than 2% by mass with respect to 100% by mass of the total composition of the resist underlayer film forming composition.

本発明のレジスト下層膜形成組成物には、ピンホールやストレーション等の発生を無くし、表面むらに対する塗布性をさらに向上させるために、界面活性剤を配合することができる。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロック
コポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、エフトップ[登録商標]EF301、同EF303、同EF352(三菱マテリアル電子化成(株)製)、メガファック[登録商標]F171、同F173、同R30(DIC(株)製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガード[登録商標]AG710、サーフロン[登録商標]S−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)、サーフィノール[登録商標](エアープロダクツジャパン(株)製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また2種以上の組合せで添加することもできる。界面活性剤は、本発明のレジスト下層膜形成組成物の有機溶媒を除く成分中の含有量に基づいて、通常3質量%以下、好ましくは1質量%、より好ましくは0.5質量%以下の割合で配合される。
In the resist underlayer film forming composition of the present invention, a surfactant can be blended in order to eliminate the occurrence of pinholes and installations and to further improve the coating property against surface unevenness. Examples of the surfactant include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene octylphenol ether, polyoxyethylene nonylphenol ether. Polyoxyethylene alkyl allyl ethers, polyoxyethylene / polyoxypropylene block copolymers, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan tristearate, etc. Sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sol Nonionic surfactants such as tan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, and other polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, Ftop [registered trademark] EF301, EF303, EF352 (Mitsubishi Materials Electronics Kasei Co., Ltd.), MegaFuck [registered trademark] F171, F173, R30 (DIC Corporation), Florard FC430, FC431 (Sumitomo 3M) Manufactured by Asahi Guard [registered trademark] AG710, Surflon [registered trademark] S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), organosiloxane polymer KP341 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), can be mentioned Surfynol [registered trademark] (manufactured by Air Products Japan Co., Ltd.), and the like. These surfactants may be added alone or in combination of two or more. The surfactant is usually 3% by mass or less, preferably 1% by mass, more preferably 0.5% by mass or less based on the content of the resist underlayer film forming composition of the present invention in the components excluding the organic solvent. Blended in proportions.

このように調製されたレジスト下層膜形成組成物(溶液)は、孔径が通常0.2μm、または0.1μm程度のフィルター等を用いて濾過した後、使用することが好ましい。このように調製されたレジスト下層膜形成組成物は、室温で長期間の貯蔵安定性にも優れる。   The resist underlayer film forming composition (solution) thus prepared is preferably used after being filtered using a filter or the like having a pore size of usually about 0.2 μm or about 0.1 μm. The resist underlayer film forming composition thus prepared is also excellent in long-term storage stability at room temperature.

以下、本発明のレジスト下層膜形成組成物の使用について説明する。   Hereinafter, the use of the resist underlayer film forming composition of the present invention will be described.

基板{例えば、酸化珪素膜で被覆されたシリコン等の半導体基板、窒化珪素膜又は酸化窒化珪素膜で被覆されたシリコン等の半導体基板、窒化珪素基板、石英基板、ガラス基板(無アルカリガラス、低アルカリガラス、結晶化ガラスを含む)、ITO膜が形成されたガラス基板等}上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により本発明のレジスト下層膜形成組成物が塗布され、その後、ホットプレート等の加熱手段を用いてベークすることによりレジスト下層膜が形成される。   Substrate {for example, a semiconductor substrate such as silicon covered with a silicon oxide film, a semiconductor substrate such as silicon covered with a silicon nitride film or a silicon oxynitride film, a silicon nitride substrate, a quartz substrate, a glass substrate (non-alkali glass, low (Including alkali glass, crystallized glass), glass substrate on which an ITO film is formed, etc.}, the resist underlayer film forming composition of the present invention is applied by an appropriate application method such as a spinner or coater, and then hot plate A resist underlayer film is formed by baking using a heating means such as the above.

ベーク条件としては、ベーク温度80乃至250℃、ベーク時間0.3乃至60分間から適宜選択され、好ましくは、ベーク温度130乃至250℃、ベーク時間0.5乃至5分間である。ベーク温度が上記範囲より低い場合には、レジスト下層膜における架橋構造が不十分となり、レジスト下層膜がレジストとインターミキシングを起こすことがある。一方、ベーク温度が高すぎる場合は、レジスト下層膜における架橋構造が切断され、レジスト下層膜がレジストとインターミキシングを起こすことがある。   The baking conditions are appropriately selected from a baking temperature of 80 to 250 ° C. and a baking time of 0.3 to 60 minutes, preferably a baking temperature of 130 to 250 ° C. and a baking time of 0.5 to 5 minutes. When the baking temperature is lower than the above range, the crosslinked structure in the resist underlayer film becomes insufficient, and the resist underlayer film may cause intermixing with the resist. On the other hand, when the baking temperature is too high, the cross-linked structure in the resist underlayer film may be cut, and the resist underlayer film may cause intermixing with the resist.

本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜の膜厚は、通常0.01〜3.0μmであり、より好ましくは0.01〜1.0μmである。   The film thickness of the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention is usually 0.01 to 3.0 μm, more preferably 0.01 to 1.0 μm.

本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、形成時のベーク条件により架橋部位を有するポリマー中のヒドロキシ基等と架橋剤が反応し、架橋することにより、架橋構造をとった強固な膜となる。このため、本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、レジストとのインターミキシングを起こさないものとなる。そして、該レジスト下層膜は、その上に塗布されるレジスト溶液として、一般的に使用される有機溶剤、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレンセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル
アセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、トルエン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、γ−ブチロラクトン、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ピルビン酸メチル、乳酸エチル、及び乳酸ブチルに対して溶解性が低いものとなる。
The resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention has a cross-linked structure by reacting with a hydroxy group in a polymer having a cross-linked site and a cross-linking agent according to the baking conditions at the time of formation and cross-linking. It becomes a strong film. For this reason, the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention does not cause intermixing with the resist. The resist underlayer film is a resist solution to be coated thereon, and generally used organic solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene cellosolve acetate, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether , Propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, toluene, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, γ-butyrolactone, ethyl 2-hydroxypropionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl ethoxyacetate, methyl pyruvate, lactic acid The solubility in ethyl and butyl lactate is low.

次にレジスト下層膜上にレジスト膜が形成される。レジスト膜の形成は一般的な方法、すなわち、レジスト溶液のレジスト下層膜上への塗布及びベークによって行うことができる。   Next, a resist film is formed on the resist underlayer film. The resist film can be formed by a general method, that is, application and baking of a resist solution on the resist underlayer film.

本発明のレジスト下層膜形成組成物により得られたレジスト下層膜上に形成されるレジストとしては、光又は電子線に感光するものであればよい。電子線に感光するレジストとしてはネガ型、ポジ型いずれも使用できる。酸により分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーと酸発生剤とを含有する化学増幅型レジスト、酸により分解してレジストのアルカリ溶解速度を変化させる低分子化合物とアルカリ可溶性バインダーと酸発生剤とを含有する化学増幅型レジスト、酸により分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーと酸により分解してレジストのアルカリ溶解速度を変化させる低分子化合物と酸発生剤とを含有する化学増幅型レジスト、電子線によって分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーを含有する非化学増幅型レジスト、電子線によって切断されアルカリ溶解速度を変化させる部位を有するバインダーを含有する非化学増幅型レジストなどがある。   The resist formed on the resist underlayer film obtained by the resist underlayer film forming composition of the present invention may be any resist that is sensitive to light or an electron beam. Either a negative type or a positive type can be used as the resist sensitive to the electron beam. Chemically amplified resist containing a binder having a group that changes the alkali dissolution rate by being decomposed by an acid and an acid generator, a low molecular weight compound that is decomposed by an acid to change the alkali dissolution rate of the resist, an alkali-soluble binder, and an acid A chemically amplified resist containing a generator, a binder having a group that decomposes with an acid to change the alkali dissolution rate, a low-molecular compound that decomposes with an acid to change the alkali dissolution rate of the resist, and an acid generator A chemically amplified resist, a non-chemically amplified resist containing a binder having a group that changes the alkali dissolution rate by being decomposed by an electron beam, and a binder containing a binder having a site that is cut by an electron beam to change the alkali dissolution rate There are chemical amplification resists.

また、半導体製造装置の製造に用いるレジストパターンの形成方法において、露光は所定のパターンを形成するためのマスク(レチクル)を通して露光が行われる。但し、電子線露光の場合、マスク(レチクル)を必要としない。露光には、電子線を使用することができ、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、極端紫外線(EUV)を使用することもできる。露光後、必要に応じて露光後加熱(Post Exposure Bake)が行われる。露光後加熱の条件としては、加熱温度80乃至150℃、加熱時間0.3乃至60分間の中から適宜選択される。レジスト下層膜とレジスト膜で被覆された半導体基板を露光し、その後に現像する工程により半導体装置を製造する。本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、露光時にレジスト膜に含まれている架橋反応を促進させる化合物である酸の作用によって、アルカリ性現像液に可溶となる。露光を行った後、アルカリ性現像液でレジスト膜及びレジスト下層膜両層の一括現像を行うと、そのレジスト膜及びレジスト下層膜の露光された部分はアルカリ溶解性を示すため、除去される。   Further, in a method for forming a resist pattern used for manufacturing a semiconductor manufacturing apparatus, exposure is performed through a mask (reticle) for forming a predetermined pattern. However, in the case of electron beam exposure, a mask (reticle) is not required. An electron beam can be used for exposure, and a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, or extreme ultraviolet (EUV) can also be used. After exposure, post-exposure bake is performed as necessary. The conditions for the post-exposure heating are appropriately selected from heating temperatures of 80 to 150 ° C. and heating times of 0.3 to 60 minutes. A semiconductor device is manufactured by a process in which a semiconductor substrate covered with a resist underlayer film and a resist film is exposed and then developed. The resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention becomes soluble in an alkaline developer by the action of an acid which is a compound that promotes a crosslinking reaction contained in the resist film during exposure. After the exposure, when the resist film and the resist underlayer film are collectively developed with an alkaline developer, the exposed portions of the resist film and the resist underlayer film are removed because they exhibit alkali solubility.

レジスト膜の現像に用いる現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一級アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二級アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三級アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。さらに、上記アルカリ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。これらの中で好ましい現像液は第四級アンモニウム塩、さらに好ましくはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド及びコリンである。   As a developer used for developing the resist film, inorganic alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, and aqueous ammonia, and primary amines such as ethylamine and n-propylamine are used. , Secondary amines such as diethylamine and di-n-butylamine, tertiary amines such as triethylamine and methyldiethylamine, alcohol amines such as dimethylethanolamine and triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium An aqueous solution of an alkali such as a quaternary ammonium salt such as hydroxide or choline, or a cyclic amine such as pyrrole or piperidine can be used. Furthermore, an appropriate amount of an alcohol such as isopropyl alcohol or a nonionic surfactant may be added to the alkaline aqueous solution. Of these, preferred developers are quaternary ammonium salts, more preferably tetramethylammonium hydroxide and choline.

現像の条件としては、現像温度5乃至50℃、現像時間10乃至300秒から適宜選択される。本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、フォトレジストの現像に汎用されている2.38質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液
を用いて、室温で容易に現像を行うことができる。
The development conditions are appropriately selected from a development temperature of 5 to 50 ° C. and a development time of 10 to 300 seconds. The resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention is easily developed at room temperature using a 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution that is widely used for developing photoresists. be able to.

本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、基板とレジスト膜との相互作用を防止するための層、レジスト膜に用いられる材料又はレジストへの露光時に生成する物質の半導体基板への悪影響を防ぐ層、ベーク時に半導体基板から生成する物質の上層レジスト膜への拡散を防ぐ機能を有する層、及び誘電体層によるレジストのポイズニング効果を減少させるためのバリア層等として使用することも可能である。   The resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention includes a layer for preventing the interaction between the substrate and the resist film, a material used for the resist film, or a semiconductor of a substance generated upon exposure to the resist. Used as a layer that prevents adverse effects on the substrate, a layer that has the function of preventing diffusion of substances generated from the semiconductor substrate during baking into the upper resist film, and a barrier layer that reduces the poisoning effect of the resist by the dielectric layer It is also possible.

以下に実施例及び比較例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

[ポリマーの重量平均分子量の測定]
本願明細書の下記合成例に示す重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略称する)による測定結果である。測定には東ソー(株)製GPC装置を用い、測定条件等は次の通りである。また、本願明細書の下記合成例に示す分散度は、測定された重量平均分子量、及び数平均分子量から算出した。
GPCカラム:Shodex[登録商標] Asahipak[登録商標](昭和電工(株)製)
カラム温度:40℃
溶媒:N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)
流量:0.6ml/分
標準試料:標準ポリスチレン試料(東ソー(株)製)
ディテクター:RIディテクター(東ソー(株)製、RI−8020)
[レジスト下層膜の膜厚の測定]
本願明細書の表1に記載の膜厚は、膜厚測定器NanoSpec/AFT5100(Nanometrics社製)を用いて測定した。
[Measurement of weight average molecular weight of polymer]
The weight average molecular weight shown in the following synthesis examples of the present specification is a measurement result by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC). The measurement conditions etc. are as follows using the Tosoh Co., Ltd. product GPC apparatus for a measurement. Moreover, the dispersity shown in the following synthesis examples of the present specification was calculated from the measured weight average molecular weight and number average molecular weight.
GPC column: Shodex [registered trademark] Asahipak [registered trademark] (manufactured by Showa Denko KK)
Column temperature: 40 ° C
Solvent: N, N-dimethylformamide (DMF)
Flow rate: 0.6 ml / min Standard sample: Standard polystyrene sample (manufactured by Tosoh Corporation)
Detector: RI detector (manufactured by Tosoh Corporation, RI-8020)
[Measurement of resist underlayer thickness]
The film thickness described in Table 1 of the present specification was measured using a film thickness measuring device NanoSpec / AFT5100 (manufactured by Nanometrics).

<合成例1>
モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業(株)製)10.0g、5−ヒドロキシイソフタル酸(東京化成工業(株)製)6.6g及びエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド(関東化学工業(株)製)0.67gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル68.9gに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、135℃で4時間反応させ、ポリマー溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた下記式(2)で表される構造単位を有するポリマーは、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量23,200、分散度は6.5であった。得られたポリマーは、末端にOH基を有すると推定される。
<Synthesis Example 1>
Monoallyl diglycidyl isocyanuric acid (manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.) 10.0 g, 5-hydroxyisophthalic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 6.6 g, and ethyltriphenylphosphonium bromide (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) ) 0.67 g was added and dissolved in 68.9 g of propylene glycol monomethyl ether. The reaction vessel was purged with nitrogen and reacted at 135 ° C. for 4 hours to obtain a polymer solution. When GPC analysis was performed, the obtained polymer having a structural unit represented by the following formula (2) had a weight average molecular weight of 23,200 in terms of standard polystyrene and a dispersity of 6.5. It is presumed that the obtained polymer has an OH group at the terminal.

<合成例2>
エポキシ樹脂(HP−4032D、DIC(株)製)7.0g、5−ヒドロキシイソフタル酸(東京化成工業(株)製)4.65g及びエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド
(関東化学工業(株)製)0.47gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル48.5gに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、135℃で4時間反応させ、ポリマー溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた下記式(3)で表される構造単位を有するポリマーは、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量23,600、分散度は3.8であった。得られたポリマーは、末端にOH基を有すると推定される。
<Synthesis Example 2>
Epoxy resin (HP-4032D, manufactured by DIC Corporation) 7.0 g, 5-hydroxyisophthalic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 4.65 g and ethyltriphenylphosphonium bromide (manufactured by Kanto Chemical Industry Co., Ltd.) 0 .47 g was added to 48.5 g of propylene glycol monomethyl ether and dissolved. The reaction vessel was purged with nitrogen and reacted at 135 ° C. for 4 hours to obtain a polymer solution. When GPC analysis was performed, the obtained polymer having a structural unit represented by the following formula (3) had a weight average molecular weight of 23,600 in terms of standard polystyrene and a dispersity of 3.8. It is presumed that the obtained polymer has an OH group at the terminal.

<合成例3>
[イオン性モノマーの合成]
ジクロロメタン(脱水)(関東化学(株)製)66.33gに6−ブロモ−1−ヘキサノール(東京化成工業(株)製)19.01g及びトリエチルアミン(関東化学(株)製)10.09gを加えた溶液に、メタクリロイルクロリド(東京化成工業(株)製)10.45gをジクロロメタン(脱水)13.27gに溶解させた溶液を冷却しながら滴下し、一晩反応させた。反応溶液を純水により数回洗浄し溶媒を蒸発させ、硫酸マグネシウム(無水)
5gを加えて上記式Aで表される反応物を脱水した。
次に、上記式Aで表される反応物18.69gに対し重合禁止剤として2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール(東京化成工業(株)製)0.1gを加え、1−エチルイミダゾール(東京化成工業(株)製)7.21gを滴下しながら40℃のオイルバスを用いて24時間反応させた。得られた反応溶液をジエチルエーテルで数回洗浄し、溶媒を蒸発させ目的の上記式Bで表されるモノマーを得た。収率は約62%であった。
次に上記式Bで表されるモノマー21.33gを純水50gに溶解させ、冷却しながらビス(トリフルオロメタンスルホニルイミド)リチウム(東京化成工業(株)製)17.73gを加え、24時間反応させた。得られた反応物を純水で数回洗浄し、ジクロロメタン(脱水)に溶解させ、溶媒を蒸発させ、最終目的物である上記式Cで表される化合物28.92gを得た。収率は約85%であった。
<Synthesis Example 3>
[Synthesis of ionic monomers]
19.66 g of 6-bromo-1-hexanol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 10.09 g of triethylamine (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) are added to 66.33 g of dichloromethane (dehydrated) (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.). A solution prepared by dissolving 10.45 g of methacryloyl chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) in 13.27 g of dichloromethane (dehydrated) was added dropwise to the solution while cooling and allowed to react overnight. Wash the reaction solution several times with pure water, evaporate the solvent, magnesium sulfate (anhydrous)
5 g was added to dehydrate the reaction product represented by Formula A above.
Next, 0.1 g of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added as a polymerization inhibitor to 18.69 g of the reaction product represented by the above formula A. -While reacting 7.21 g of ethylimidazole (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) dropwise, the reaction was carried out for 24 hours using an oil bath at 40C. The obtained reaction solution was washed several times with diethyl ether, and the solvent was evaporated to obtain the desired monomer represented by the above formula B. The yield was about 62%.
Next, 21.33 g of the monomer represented by the above formula B was dissolved in 50 g of pure water, and 17.73 g of bis (trifluoromethanesulfonylimide) lithium (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added while cooling and reacted for 24 hours. I let you. The obtained reaction product was washed several times with pure water, dissolved in dichloromethane (dehydration), and the solvent was evaporated to obtain 28.92 g of the compound represented by the above formula C as the final target product. The yield was about 85%.

[イオン性重合体の合成]
上記式Cで表される化合物6.00g、上記式Dで表される化合物である2−ヒドロキシプロピルメタクリレート14.00g(東京化成工業(株)製)及び乳酸エチル(EL)10gを加えた後、フラスコ内を窒素にて置換し70℃まで昇温させた。重合開始剤として乳酸エチル19.8gに溶解させたアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.20gを窒素加圧下添加し、24時間反応させ、上記式Eで表されるイオン性重合体を含む生成物が得られた(X=30質量%)。得られた生成物から未反応物を取り除くためジエチルエーテルを用いて再沈殿させ、溶媒を乾燥させ、上記式Eで表されるイオン性重合体20.07gを得た。得られた上記式Eで表されるイオン性重合体を乳酸エチルに再び溶解させ、イオン性重合体の溶液を得た。得られた溶液の粘度は5.54mPa・s(東機産業(株)製、VISCOMETER TV20)であった。
[Synthesis of ionic polymer]
After adding 6.00 g of the compound represented by Formula C above, 14.00 g of 2-hydroxypropyl methacrylate (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 10 g of ethyl lactate (EL) represented by Formula D above. The inside of the flask was replaced with nitrogen, and the temperature was raised to 70 ° C. As a polymerization initiator, 0.20 g of azobisisobutyronitrile (AIBN) dissolved in 19.8 g of ethyl lactate is added under nitrogen pressure and reacted for 24 hours to contain the ionic polymer represented by the above formula E The product was obtained (X = 30% by weight). In order to remove unreacted substances from the resulting product, reprecipitation was performed using diethyl ether, and the solvent was dried to obtain 20.07 g of an ionic polymer represented by the above formula E. The obtained ionic polymer represented by the above formula E was dissolved again in ethyl lactate to obtain a solution of the ionic polymer. The viscosity of the obtained solution was 5.54 mPa · s (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., VISCOMETER TV20).

<実施例1>
上記合成例1で得られたポリマー0.17gを含む溶液0.91g及び上記合成例3で得られたイオン性重合体0.51gを含む溶液3.00gに、ピリジニウム−p−トルエンスルホナート(東京化成工業(株)製)0.0053g及びテトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.1696gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル8.11g及び乳酸エチル16.99gを加え溶解させた。その後孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 1>
To 0.91 g of a solution containing 0.17 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1 and 3.00 g of a solution containing 0.51 g of the ionic polymer obtained in Synthesis Example 3, pyridinium-p-toluenesulfonate ( 0.0053 g of Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 0.1696 g of tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, manufactured by Nihon Cytec Industries Co., Ltd.) are mixed and 8.11 g of propylene glycol monomethyl ether And 16.99 g of ethyl lactate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<実施例2>
上記合成例2で得られたポリマー0.17gを含む溶液0.92g及び上記合成例3で得られたイオン性重合体0.51gを含む溶液3.00gに、ピリジニウム−p−トルエンスルホナート(東京化成工業(株)製)0.0053g及びテトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.17gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル8.11g及び乳酸エチル16.99gを加え溶解させた。その後孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 2>
To 0.92 g of a solution containing 0.17 g of the polymer obtained in Synthesis Example 2 and 3.00 g of a solution containing 0.51 g of the ionic polymer obtained in Synthesis Example 3, pyridinium-p-toluenesulfonate ( 0.0053 g of Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 0.17 g of tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, manufactured by Nihon Cytec Industries Co., Ltd.) are mixed and 8.11 g of propylene glycol monomethyl ether And 16.99 g of ethyl lactate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<実施例3>
下記式(4)で表される構造を有するポリマー(ポリスチレン換算にて重量平均分子量10,000)を含む溶液0.54g(ポリマー濃度21質量%)及び上記合成例3で得られたイオン性重合体0.34gを含む溶液2.00gに、ピリジニウム−p−トルエンスルホナート(東京化成工業(株)製)0.0035g及びテトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.11gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル5.40g及び乳酸エチル11.33gを加え溶液とした。その後孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過し、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 3>
0.54 g (polymer concentration 21 mass%) containing a polymer having a structure represented by the following formula (4) (weight average molecular weight 10,000 in terms of polystyrene) and the ionic weight obtained in Synthesis Example 3 To 2.00 g of a solution containing 0.34 g of a compound, 0.0035 g of pyridinium-p-toluenesulfonate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, Nippon Cytec 0.11 g of Industries, Ltd.) was mixed, and 5.40 g of propylene glycol monomethyl ether and 11.33 g of ethyl lactate were added to obtain a solution. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<実施例4>
上記合成例3で得られたイオン性重合体0.34gを含む溶液2.00gに、5−スルホサリチル酸0.017g及びテトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.08gを混合し、乳酸エチル15.55gを加え溶解させた。その後孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 4>
To 2.00 g of a solution containing 0.34 g of the ionic polymer obtained in Synthesis Example 3, 0.017 g of 5-sulfosalicylic acid and tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, Nippon Cytec Industries, Ltd. 0.08 g) was mixed, and 15.55 g of ethyl lactate was added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例1>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに、5−スルホサリチル酸0.0091g及びテトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.00g及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた。その後孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative Example 1>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1 above, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid and tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) (0.09 g) was mixed, and 11.00 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例2>
上記合成例2で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに、5−スルホサリチル酸0.0092g及びテトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.1g及びプロピレングリコール
モノメチルエーテルアセテート1.52gを加え溶解させた。その後孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative example 2>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 2 above, 0.0092 g of 5-sulfosalicylic acid and tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) 0.09 g) was mixed, and 11.1 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.52 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例3>
下記式(4’)で表される構造を有するポリマー(ポリスチレン換算にて重量平均分子
量60,000)を含む溶液5.03g(ポリマー濃度15質量%)に、ピリジニウム−
p−トルエンスルホナート(東京化成工業(株)製)0.012g、ビスフェノールS(東京化成工業(株)製)0.024g及びテトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.19g、プロピレングリコールモノメチルエーテル12.67g及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート7.17gを加え溶液とした。その後孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過し、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative Example 3>
To a solution containing a polymer having a structure represented by the following formula (4 ′) (weight average molecular weight of 60,000 in terms of polystyrene) (polymer concentration 15 mass%), pyridinium-
0.012 g of p-toluenesulfonate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 0.024 g of bisphenol S (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, Japan Cytec Industries Co., Ltd.) 0.19 g, propylene glycol monomethyl ether 12.67 g, and propylene glycol monomethyl ether acetate 7.17 g were added to obtain a solution. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

[レジスト溶剤への溶出試験]
実施例1乃至4並びに比較例1及び2で調製されたリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を、それぞれ、スピナーにより、半導体基板であるシリコンウエハー上に塗布した。そのシリコンウエハーをホットプレート上に配置し、205℃で1分間ベークし、レジスト下層膜を形成した。これらのレジスト下層膜をプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)/プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)=7/3(質量比)に浸漬し、その溶剤に不溶であるか否かの確認実験を行った。
[Elution test in resist solvent]
The resist underlayer film forming compositions for lithography prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were each applied onto a silicon wafer as a semiconductor substrate by a spinner. The silicon wafer was placed on a hot plate and baked at 205 ° C. for 1 minute to form a resist underlayer film. These resist underlayer films were immersed in propylene glycol monomethyl ether (PGME) / propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) = 7/3 (mass ratio), and an experiment for confirming whether or not they were insoluble in the solvent was conducted.

表1の結果より、本発明の実施例1乃至4のレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜は、いずれも膜厚変化が1nm以下(初期膜厚の1%以下)であるこ
とから、溶剤耐性を有することが明らかである。
From the results of Table 1, the resist underlayer films formed using the resist underlayer film forming compositions of Examples 1 to 4 of the present invention all have a film thickness change of 1 nm or less (1% or less of the initial film thickness). It is clear from some that it has solvent resistance.

[昇華物量の測定]
直径4インチのシリコンウエハーに、前記実施例1乃至4で調製したレジスト下層膜形成組成物及び比較対象として比較例3で調製したレジスト下層膜形成組成物を、スピンコーターにて、1,500rpm、60秒間でそれぞれ塗布した。レジスト下層膜形成組成
物が塗布されたシリコンウエハーを、ホットプレートが一体化した昇華物量測定装置(国際公開第2007/111147号パンフレット参照)にセットして、120秒間ベークし、昇華物をQCM(Quartz Crystal Microbalance)センサー、すなわち電極が形成された水晶振動子に捕集した。QCMセンサーは、水晶振動子の表面(電極)に昇華物が付着するとその質量に応じて水晶振動子の周波数が変化する(下がる)性質を利用して、微量の質量変化を測定することができる。
[Measurement of sublimation amount]
To a silicon wafer having a diameter of 4 inches, the resist underlayer film forming composition prepared in Examples 1 to 4 and the resist underlayer film forming composition prepared in Comparative Example 3 as a comparative object were applied at 1,500 rpm using a spin coater. Each was applied for 60 seconds. The silicon wafer coated with the resist underlayer film forming composition is set in a sublimation amount measuring apparatus (see International Publication No. 2007/111147 pamphlet) in which a hot plate is integrated, and baked for 120 seconds. The quartz crystal was collected on a quartz crystal microbalance sensor. The QCM sensor can measure a small amount of mass change by utilizing the property that when a sublimate adheres to the surface (electrode) of the crystal unit, the frequency of the crystal unit changes (decreases) according to the mass. .

詳細な測定手順は、以下の通りである。
昇華物量測定装置のホットプレートを205℃に昇温し、ポンプ流量を1m3/sに設
定し、最初の60秒間は装置安定化のために放置した。その後直ちに、レジスト下層膜形成組成物が塗布されたシリコンウエハーをスライド口から速やかにホットプレートに乗せ、60秒の時点から180秒の時点(120秒間)の昇華物の捕集を行った。なお、シリコンウエハー上に形成されたレジスト下層膜の当初の膜厚は80nmであった。
The detailed measurement procedure is as follows.
The hot plate of the sublimation amount measuring device was heated to 205 ° C., the pump flow rate was set to 1 m 3 / s, and the first 60 seconds were left to stabilize the device. Immediately thereafter, the silicon wafer coated with the resist underlayer film forming composition was quickly placed on the hot plate from the slide port, and the sublimate was collected from 60 seconds to 180 seconds (120 seconds). The initial film thickness of the resist underlayer film formed on the silicon wafer was 80 nm.

なお、前記昇華物量測定装置のQCMセンサーと捕集ロート部分の接続となるフローアタッチメント(検出部分)にはノズルを付けずに使用し、そのため、センサー(水晶振動子)との距離が30mmのチャンバーユニットの流路(口径:32mm)から、気流が絞られることなく流入する。また、QCMセンサーには、電極として珪素とアルミニウムを主成分とする材料(AlSi)を用い、水晶振動子の直径(センサー直径)が14mm、水晶振動子表面の電極直径が5mm、共振周波数が9MHzのものを用いた。   In addition, the flow attachment (detection part) that connects the QCM sensor and the collection funnel part of the sublimation amount measuring device is used without a nozzle, so that the chamber with a distance of 30 mm from the sensor (quartz crystal unit) is used. The airflow flows from the unit flow path (caliber: 32 mm) without being restricted. The QCM sensor uses a material mainly composed of silicon and aluminum (AlSi) as an electrode, the diameter of the crystal unit (sensor diameter) is 14 mm, the electrode diameter on the surface of the crystal unit is 5 mm, and the resonance frequency is 9 MHz. The thing of was used.

得られた周波数変化を、測定に使用した水晶振動子の固有値からグラムに換算し、レジスト下層膜形成組成物が塗布されたシリコンウエハー1枚の昇華物量と時間経過との関係を明らかにした。表2に、実施例1乃至4及び比較対象の比較例3における0秒から180秒までの測定装置が示す昇華物量(単位はng:ナノグラム)を記載した。なお、最初の60秒間は装置安定化のために放置した(シリコンウエハーをセットしていない)時間帯であり、測定機器の安定状態を示すために測定装置の示す昇華物量がマイナスの値であってもそのまま読み取った。したがって、シリコンウエハーをホットプレートに載せた60秒の時点から180秒の時点までの測定値がシリコンウエハーの昇華物量に関する測定値である。   The obtained frequency change was converted to grams from the eigenvalue of the quartz crystal used for the measurement, and the relationship between the amount of sublimation of one silicon wafer coated with the resist underlayer film forming composition and the passage of time was clarified. Table 2 shows the amount of sublimation (unit: ng: nanogram) indicated by the measuring apparatus from 0 to 180 seconds in Examples 1 to 4 and Comparative Example 3 to be compared. Note that the first 60 seconds is a time zone in which the device is left to stabilize (the silicon wafer is not set), and the amount of sublimation indicated by the measuring device is a negative value in order to indicate the stable state of the measuring device. I read it as it was. Therefore, the measurement value from the time point of 60 seconds when the silicon wafer is placed on the hot plate to the time point of 180 seconds is a measurement value related to the amount of sublimation of the silicon wafer.

表2の結果より、本発明の実施例1乃至4のレジスト下層膜形成組成物から形成されたレジスト下層膜の方が、比較例3のレジスト下層膜形成組成物から形成されたレジスト下層膜より昇華物の発生が抑制されていることが明らかである。   From the results of Table 2, the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of Examples 1 to 4 of the present invention is more than the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of Comparative Example 3. It is clear that the generation of sublimates is suppressed.

[表面抵抗値測定]
帯電防止性能は、フィルムの表面抵抗値と密接に関係し、一般に表面抵抗値が低い程、
帯電防止性能に優れることが知られている。従って、表面抵抗値を測定することで、間接的ではあるが帯電防止能を評価することが可能である。シリコンウエハー上に実施例1乃至4、比較例1及び2で得たレジスト下層膜形成組成物を1500rpmで60秒間スピンコートし、205℃で60秒間ベークしてレジスト下層膜を形成した。
DSM−8103デジタル絶縁計(東亜ディーケーケー(株)製)を用いて表面抵抗値の測定を行った。表3に示すとおり、実施例で得たイオン性重合体を含むレジスト下層膜形成組成物から形成されたレジスト下層膜は、イオン性重合体を含まない比較例のものと比較して抵抗値が1オーダー以上低いことが確認された。
[Surface resistance measurement]
Antistatic performance is closely related to the surface resistance value of the film. Generally, the lower the surface resistance value,
It is known that it has excellent antistatic performance. Therefore, by measuring the surface resistance value, it is possible to evaluate the antistatic ability although indirectly. The resist underlayer film forming compositions obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were spin-coated on a silicon wafer at 1500 rpm for 60 seconds and baked at 205 ° C. for 60 seconds to form a resist underlayer film.
The surface resistance value was measured using a DSM-8103 digital insulation meter (manufactured by Toa DKK Corporation). As shown in Table 3, the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition containing the ionic polymer obtained in the Examples has a resistance value as compared with that of the comparative example not containing the ionic polymer. It was confirmed that it was 1 order or more lower.

[帯電防止性能試験]
シリコンウエハー上に実施例1乃至4及び比較例1で得たレジスト下層膜形成組成物をそれぞれスピンコートした。205℃で60秒ベークしてレジスト下層膜を形成した。シリコンウエハーを1cm角にカットし、断面SEM(S−4800、(株)日立製作所製)にて帯電防止性試験を行った。帯電防止性能は一定の加速電圧、引き出し電流下、試料に電子線を照射し、SEM(走査型電子顕微鏡)で得られる像の焼きつきの大小にて帯電防止性の大きさを判断した。加速電圧1.5kV、引き出し電流10μAにて試験を行った。試験には、倍率1000倍で5秒間保った後に倍率を400倍に戻してすぐさま写真撮影を行い、1000倍に拡大時に帯電した像のコントラストを比較した。実施例で得られたイオン性重合体を含むレジスト下層膜では、倍率を拡大、縮小後の像コントラストはイオン性重合体を含まない比較例のものと比較して十分に小さく、帯電防止性能が確認された。もし、試料がチャージアップ(帯電状態)していれば、1000倍の拡大時の映像を400倍に縮小しても1000倍時の映像が黒い像として残存するが、チャージアップしていなければ1000倍時の映像から400倍時の映像にしたとき1000倍時の映像の残像が薄れた映像(残像がつきにくい)が映し出される。実施例1乃至4及び比較例1で得たレジスト下層膜形成組成物を用いた場合の断面SEM像を図1〜5に示す。
[Antistatic performance test]
The resist underlayer film forming compositions obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were each spin-coated on a silicon wafer. A resist underlayer film was formed by baking at 205 ° C. for 60 seconds. A silicon wafer was cut into a 1 cm square, and an antistatic property test was performed with a cross-sectional SEM (S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.). The antistatic performance was determined by irradiating the sample with an electron beam under a constant accelerating voltage and extraction current, and determining the size of the antistatic property based on the magnitude of image burn-in obtained by SEM (scanning electron microscope). The test was performed at an acceleration voltage of 1.5 kV and an extraction current of 10 μA. In the test, the magnification was maintained at 1000 times for 5 seconds, and then the magnification was returned to 400 times to immediately take a photograph, and the contrast of images charged when enlarged to 1000 times was compared. In the resist underlayer film containing the ionic polymer obtained in the examples, the image contrast after enlargement and reduction is sufficiently smaller than that of the comparative example not containing the ionic polymer, and the antistatic performance is low. confirmed. If the sample is charged up (charged), the image at 1000 times remains as a black image even if the image at 1000 times magnification is reduced to 400 times, but if the sample is not charged up, 1000 times remains. When the double-time video is changed to the 400-time video, a video (afterimage is difficult to attach) of the 1000x video is displayed. Cross-sectional SEM images when the resist underlayer film forming compositions obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 are used are shown in FIGS.

[レジストパターンの形成]
上記実施例1乃至4及び比較例1で調製したレジスト下層膜形成組成物を、スピナーによりシリコンウエハー上に塗布した。ホットプレート上にて205℃で1分間加熱し、膜厚20〜80nmのレジスト下層膜を形成した。このレジスト下層膜の上に、市販のフォトレジスト溶液(住友化学(株)製、商品名:PAR855)をスピナーにより塗布し、ホットプレート上にて105℃で60秒間加熱してフォトレジスト膜(膜厚0.10μm)を形成した。
[Formation of resist pattern]
The resist underlayer film forming compositions prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were applied onto a silicon wafer using a spinner. Heating was performed at 205 ° C. for 1 minute on a hot plate to form a resist underlayer film having a thickness of 20 to 80 nm. On this resist underlayer film, a commercially available photoresist solution (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name: PAR855) is applied by a spinner, and heated on a hot plate at 105 ° C. for 60 seconds to form a photoresist film (film). A thickness of 0.10 μm) was formed.

次いで、(株)ニコン製、NSR−S307E(波長193nm、NA:0.85,σ:0.65/0.93(ANNULAR))のスキャナーを用い、フォトマスクを通して露光を行った。フォトマスクは形成すべきレジストパターンに応じて選択した。露光後、
ホットプレート上、105℃で60秒間露光後加熱(PEB)を行い、冷却後、工業規格の60秒シングルパドル式工程にて、現像液として0.26規定のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像した。レジストパターンの、基板(シリコンウエハー)と垂直方向の断面形状を断面SEMにて観察したところ、目的のレジストパターンが形成されていることが確認できた。実施例1乃至4で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジストパターンの断面SEM像を図6〜9に示す。
Next, exposure was performed through a photomask using a scanner made by Nikon Corporation, NSR-S307E (wavelength 193 nm, NA: 0.85, σ: 0.65 / 0.93 (ANNNULAR)). The photomask was selected according to the resist pattern to be formed. After exposure,
On the hot plate, post exposure bake (PEB) is performed at 105 ° C. for 60 seconds, and after cooling, a 0.26N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is used as a developer in an industrial standard 60 second single paddle process. Developed. When the cross-sectional shape of the resist pattern in the direction perpendicular to the substrate (silicon wafer) was observed with a cross-sectional SEM, it was confirmed that the target resist pattern was formed. Cross-sectional SEM images of resist patterns formed using the resist underlayer film forming compositions prepared in Examples 1 to 4 are shown in FIGS.

Claims (8)

下記式(1):
(式中、R1はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素原子数3乃至12のアルキレン基又は−(CH2CH2O)m(CH2n−(mは1乃至7の整数、nは1乃
至3の整数)で表される2価の連結基を表し、R3はメチル基又はエチル基を表し、X-はイミド、ハロゲン、カルボキシラート、スルファート、スルホナート、チオシアナート、アルミナート、ボラート、ホスファート、ホスフィナート、アミド、アンチモナート及びメチドからなる群から選択されるアニオンを表し、Aは架橋部位を有する基を表す。)
で表される構造単位[a]及び[b]を有するイオン性重合体、架橋剤、架橋反応を促進させる化合物及び有機溶媒を含む、レジスト下層膜形成組成物。
Following formula (1):
(Wherein R 1 independently represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 represents an alkylene group having 3 to 12 carbon atoms, or — (CH 2 CH 2 O) m (CH 2 ) n — (m is 1 To an integer of 1 to 7, n is an integer of 1 to 3, R 3 represents a methyl group or an ethyl group, X represents imide, halogen, carboxylate, sulfate, sulfonate, This represents an anion selected from the group consisting of thiocyanate, aluminate, borate, phosphate, phosphinate, amide, antimonate and methide, and A represents a group having a crosslinking site.
A resist underlayer film-forming composition comprising: an ionic polymer having structural units [a] and [b] represented by formula:
前記イオン性重合体における前記構造単位[a]及び[b]の割合が10:90〜80:20質量%である、請求項1に記載のレジスト下層膜形成組成物。   The resist underlayer film forming composition according to claim 1, wherein a ratio of the structural units [a] and [b] in the ionic polymer is 10:90 to 80: 20% by mass. 前記架橋部位はヒドロキシ基、カルボキシル基又はアミノ基である、請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜形成組成物。   The resist underlayer film forming composition according to claim 1, wherein the crosslinking site is a hydroxy group, a carboxyl group, or an amino group. 前記構造単位[b]は下記式:
(式中、R1は請求項1と同義であり、A’は直鎖状又は分岐状の炭素原子数1乃至4の
ヒドロキシアルキル基を表す。)で表される構造単位[b−1]である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
The structural unit [b] is represented by the following formula:
(Wherein R 1 has the same meaning as in claim 1, and A ′ represents a linear or branched hydroxyalkyl group having 1 to 4 carbon atoms) [b-1] The resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記X-はビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオンである、請求項1乃
至請求項4のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
The resist underlayer film forming composition according to claim 1, wherein the X is a bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion.
さらに、前記イオン性重合体とは異なるアクリル樹脂、メタクリル樹脂又はポリエステルを含む、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成組成物。   Furthermore, the resist underlayer film forming composition as described in any one of Claims 1 thru | or 5 containing the acrylic resin, methacrylic resin, or polyester different from the said ionic polymer. さらに、界面活性剤を含む、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成組成物。   Furthermore, the resist underlayer film forming composition as described in any one of Claims 1 thru | or 6 containing surfactant. 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し、ベークしてレジスト下層膜を形成する工程、前記レジスト下層膜上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト下層膜と前記レジスト膜で被覆された半導体基板を露光する工程、及び前記露光後に現像する工程、を含む半導体装置の製造に用いるレジストパターンの形成方法。   A step of applying the resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 7 on a semiconductor substrate and baking to form a resist underlayer film, and forming a resist film on the resist underlayer film A method of forming a resist pattern used for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of exposing a semiconductor substrate covered with the resist underlayer film and the resist film; and a step of developing after the exposure.
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