JP2012203393A - Composition for forming resist underlayer film, resist underlayer film, and pattern formation method - Google Patents

Composition for forming resist underlayer film, resist underlayer film, and pattern formation method Download PDF

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一雄 中原
Yuji Namie
祐司 浪江
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智樹 永井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition capable of forming a resist underlayer film having a high refractive index and an absorbancy index and having high etching selectivity to a resist film in dry etching, and to provide a resist underlayer film to be formed and a pattern formation method using the composition.SOLUTION: (A) The composition for forming a resist underlayer film includes a polymer including a structural unit (I) derived from a compound represented by following formula (1). (In the formula (1), Rand Rare an organic group each independently including hydrogen atoms, halogen atoms, a hydrocarbon group with the carbon number of 1 to 20, or an epoxy group. Ris -CO- or CRR. Rand Rare each independently hydrogen atoms, halogen atoms, a hydroxyl group, and a hydrocarbon group with the carbon number of 1 to 10. Where, a part or all of hydrogen atoms of the hydrocarbon group may be substituted.)

Description

本発明は、レジスト下層膜形成用組成物、レジスト下層膜及びパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a resist underlayer film forming composition, a resist underlayer film, and a pattern forming method.

従来、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。近年、半導体デバイスの高集積度化が進み、使用される活性光線もKrFエキシマレーザー(248nm)からArFエキシマレーザー(193nm)へと短波長化されている。短波長化に伴うパターンの微細化に伴い、基板からの活性光線の乱反射等がパターン形成に大きな影響を及ぼすことから、フォトレジストと基板との間に反射防止膜等のレジスト下層膜を設ける方法が検討されている。また、活性光線がEUV(13.5nm)である場合には、活性光線が基盤を透過するため、乱反射による影響は少ないものの、フォトレジストが薄膜化するため、フォトレジストとの高いエッチング選択性が必要となる。   Conventionally, in the manufacture of semiconductor devices, fine processing by lithography using a photoresist composition has been performed. In recent years, the degree of integration of semiconductor devices has increased, and the actinic rays used have also been shortened from KrF excimer laser (248 nm) to ArF excimer laser (193 nm). A method of providing a resist underlayer film such as an antireflection film between the photoresist and the substrate because irregular reflection of actinic rays from the substrate greatly affects pattern formation as the pattern becomes finer with shorter wavelengths Is being considered. In addition, when the actinic ray is EUV (13.5 nm), the actinic ray is transmitted through the substrate, so that the influence of irregular reflection is small, but the photoresist is thinned, so that the etching selectivity with the photoresist is high. Necessary.

レジスト下層膜形成用組成物としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン等を含む無機組成物や、吸光性物質と高分子化合物とを含む有機組成物が知られている。無機組成物は、下層膜の形成に真空蒸着装置、CVD装置、スパッタリング装置等の設備を必要とするのに対し、有機組成物は特別の設備を必要としない点で有利とされる。有機組成物としては、例えば架橋反応基であるヒドロキシル基と吸光基とを同一分子内に有するアクリル樹脂型組成物(米国特許第5919599号公報参照)、ヒドロキシル基と吸光基とを同一分子内に有するノボラック樹脂型組成物(米国特許第5693691号公報参照)等が知られている。   Known compositions for forming a resist underlayer film include inorganic compositions containing titanium, titanium dioxide, titanium nitride, and the like, and organic compositions containing a light-absorbing substance and a polymer compound. The inorganic composition requires an equipment such as a vacuum deposition apparatus, a CVD apparatus, and a sputtering apparatus for forming the lower layer film, whereas the organic composition is advantageous in that no special equipment is required. Examples of the organic composition include an acrylic resin-type composition having a hydroxyl group and a light absorbing group that are cross-linking reactive groups in the same molecule (see US Pat. No. 5,919,599), and a hydroxyl group and a light absorbing group in the same molecule. Novolak resin-type compositions (see US Pat. No. 5,693,691) and the like are known.

このような有機組成物に望まれる物性としては、光や放射線に対して高い屈折率及び吸光係数を有すること、ドライエッチング時におけるレジスト膜に対する高いエッチング選択性を有すること、並びにレジスト膜とのインターミキシングが起こらないこと(レジスト組成物に不溶であること)等が挙げられる(Proc.SPIE, Vol.3678,174−185(1999)及びProc.SPIE, Vol.3678,800−809(1999参照)。   Physical properties desired for such an organic composition include a high refractive index and absorption coefficient for light and radiation, a high etching selectivity for a resist film during dry etching, and an interface with the resist film. Mixing does not occur (insoluble in the resist composition), etc. (see Proc. SPIE, Vol. 3678, 174-185 (1999) and Proc. SPIE, Vol. 3678, 800-809 (1999)). .

現在、半導体デバイスの製造プロセスにおいてさらなる微細化が検討されており、上記特性により優れるレジスト下層膜形成用組成物の開発が望まれている。   Currently, further miniaturization is being studied in the manufacturing process of semiconductor devices, and the development of a composition for forming a resist underlayer film that is superior in the above characteristics is desired.

米国特許第5919599号公報US Pat. No. 5,919,599 米国特許第5693691号公報US Pat. No. 5,693,691

Proc.SPIE、Vol.3678(1999)、p.174−185Proc. SPIE, Vol. 3678 (1999), p. 174-185 Proc.SPIE、Vol.3678(1999)、p.800−809Proc. SPIE, Vol. 3678 (1999), p. 800-809

本発明は以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は高い屈折率及び吸光係数を有し、かつドライエッチング時におけるレジスト膜に対する高いエッチング選択性を有するレジスト下層膜を形成可能な組成物、当該組成物から形成されるレジスト下層膜並びに当該組成物を用いたパターン形成方法を提供することである。   The present invention has been made based on the above circumstances, and its purpose is to form a resist underlayer film having a high refractive index and an extinction coefficient and having a high etching selectivity with respect to a resist film during dry etching. A resist underlayer film formed from the composition, and a pattern forming method using the composition.

上記課題を解決するためになされた発明は、
[A]下記式(1)で表される化合物に由来する構造単位(I)を含む重合体(以下、「[A]重合体」とも称する)を含有するレジスト下層膜形成用組成物である。

Figure 2012203393
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基又はエポキシ基を有する有機基である。Rは、−CO−又はCRである。R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜10の炭化水素基である。但し、上記炭化水素基は、水素原子の一部又は全部が置換されていてもよい。) The invention made to solve the above problems is
[A] A resist underlayer film forming composition containing a polymer containing a structural unit (I) derived from a compound represented by the following formula (1) (hereinafter also referred to as “[A] polymer”). .
Figure 2012203393
(In Formula (1), R 1 and R 2 are each independently an organic group having a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or an epoxy group. R 3 is —CO—. Or CR 4 R 5. R 4 and R 5 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, provided that the hydrocarbon group is a hydrogen atom Part or all may be substituted.)

本発明のレジスト下層膜形成用組成物が、上記構造単位(I)を含む[A]重合体を含有することで高い屈折率及び吸光係数を有し、かつドライエッチング時におけるレジスト膜に対する高いエッチング選択性を有するレジスト下層膜を形成できる。   The composition for forming a resist underlayer film of the present invention contains a [A] polymer containing the structural unit (I) so that it has a high refractive index and an extinction coefficient, and is highly etched with respect to the resist film during dry etching. A resist underlayer film having selectivity can be formed.

上記R及びRの少なくとも1つは、グリシジル基であることが好ましい。上記R及びRの少なくとも1つをグリシジル基とすることで、構造単位(I)をより容易に[A]重合体に導入することができる。 At least one of R 1 and R 2 is preferably a glycidyl group. By making at least one of R 1 and R 2 a glycidyl group, the structural unit (I) can be more easily introduced into the [A] polymer.

当該組成物は、[B]架橋剤をさらに含有することが好ましい。当該組成物が[B]架橋剤をさらに含有することで、[B]架橋剤と[A]重合体との架橋反応が起こり、形成されるレジスト下層膜とレジスト組成物とのインターミキシングが抑制される。   It is preferable that the composition further contains [B] a crosslinking agent. When the composition further contains a [B] cross-linking agent, a cross-linking reaction between the [B] cross-linking agent and the [A] polymer occurs, and intermixing between the resist underlayer film to be formed and the resist composition is suppressed. Is done.

本発明のパターン形成方法は、
(1)当該組成物を被加工基板上に塗布し、レジスト下層膜を形成する工程、
(2)上記レジスト下層膜上にレジスト組成物を塗布し、レジスト膜を形成する工程、
(3)上記レジスト膜のマスクを介して放射線を照射し、レジスト膜を露光する工程、
(4)上記露光されたレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程、並びに
(5)上記レジストパターンをマスクとして、レジスト下層膜及び被加工基板をドライエッチングしてパターンを形成する工程
を有する。
The pattern forming method of the present invention comprises:
(1) A step of applying the composition onto a substrate to be processed to form a resist underlayer film,
(2) A step of applying a resist composition on the resist underlayer film to form a resist film,
(3) a step of exposing the resist film by irradiating with radiation through the resist film mask;
(4) developing the exposed resist film to form a resist pattern; and (5) forming a pattern by dry etching the resist underlayer film and the substrate to be processed using the resist pattern as a mask. .

当該パターン形成方法によると、高い屈折率及び吸光係数を有し、かつドライエッチング時におけるレジスト膜に対する高いエッチング選択性を有するレジスト下層膜を効率よく形成することができる。従って、さらなる微細化が進む半導体デバイスの製造プロセスにおいて好適に適用できる。   According to the pattern formation method, it is possible to efficiently form a resist underlayer film having a high refractive index and an extinction coefficient and having high etching selectivity with respect to the resist film during dry etching. Therefore, the present invention can be suitably applied to a semiconductor device manufacturing process that is further miniaturized.

本発明には、当該組成物から形成されるレジスト下層膜も含まれる。   The present invention also includes a resist underlayer film formed from the composition.

本発明は高い屈折率及び吸光係数を有し、かつドライエッチング時におけるレジスト膜に対する高いエッチング選択性を有するレジスト下層膜を形成可能な組成物、当該組成物から形成されるレジスト下層膜並びに当該組成物を用いたパターン形成方法を提供することができる。従って、さらなる微細化が進む半導体デバイスの製造プロセスにおいて好適に適用できる。   The present invention provides a composition capable of forming a resist underlayer film having a high refractive index and an extinction coefficient and having a high etching selectivity for a resist film during dry etching, a resist underlayer film formed from the composition, and the composition A pattern forming method using an object can be provided. Therefore, the present invention can be suitably applied to a semiconductor device manufacturing process that is further miniaturized.

<レジスト下層膜形成用組成物>
当該組成物は、[A]重合体を含有する。また、好適成分として[B]架橋剤及び[C]架橋触媒を含有してもよい。さらに、当該組成物は本発明の効果を損なわない限り、その他の任意成分を含有してもよい。以下、各成分について詳述する。
<Composition for forming resist underlayer film>
The composition contains a [A] polymer. Moreover, you may contain a [B] crosslinking agent and a [C] crosslinking catalyst as a suitable component. Furthermore, the said composition may contain another arbitrary component, unless the effect of this invention is impaired. Hereinafter, each component will be described in detail.

<[A]重合体>
本発明のレジスト下層膜形成用組成物が、上記構造単位(I)を含む[A]重合体を含有することで高い屈折率及び吸光係数を有し、かつドライエッチング時におけるレジスト膜に対する高いエッチング選択性を有するレジスト下層膜を形成できる。
<[A] polymer>
The composition for forming a resist underlayer film of the present invention contains a [A] polymer containing the structural unit (I) so that it has a high refractive index and an extinction coefficient, and is highly etched with respect to the resist film during dry etching. A resist underlayer film having selectivity can be formed.

[構造単位(I)]
[A]重合体は、上記式(1)で表される化合物に由来する構造単位(I)を含む重合体である。
[Structural unit (I)]
[A] The polymer is a polymer containing the structural unit (I) derived from the compound represented by the formula (1).

上記式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基又はエポキシ基を有する有機基である。Rは、−CO−又はCRである。R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜10の炭化水素基である。但し、上記炭化水素基は、水素原子の一部又は全部が置換されていてもよい。 In the above formula (1), R 1 and R 2 are each independently an organic group having a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or an epoxy group. R 3 is —CO— or CR 4 R 5 . R 4 and R 5 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. However, part or all of the hydrogen atoms in the hydrocarbon group may be substituted.

上記R及びRで表されるハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。 Examples of the halogen atom represented by R 1 and R 2 include a fluorine atom, a chlorine atom, and a bromine atom.

上記R及びRで表される炭素数1〜20の炭化水素基としては、例えば直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、ベンゼン誘導基、ビニル誘導基等が挙げられる。上記直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等が挙げられる。上記ベンゼン誘導基としては、例えばフェニル基、ベンジル基、ビフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。上記ビニル誘導基としては、例えばエテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ブタジエニル基等が挙げられる。 Examples of the hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms represented by R 1 and R 2, for example, linear or branched alkyl group, a benzene derivative groups, and vinyl-induced group. Examples of the linear or branched alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, 2-methylpropyl group, 1-methylpropyl group, and t-butyl. Groups and the like. Examples of the benzene derivative group include a phenyl group, a benzyl group, a biphenyl group, and a naphthyl group. Examples of the vinyl derivative group include ethenyl group, propenyl group, butenyl group, butadienyl group and the like.

上記R及びRで表されるエポキシ基を有する有機基としては、エポキシ基を有する有機基であれば特に限定されないが、有機基としては例えば直鎖状又は分岐状のアルキル基等が挙げられる。エポキシ基を有する直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、例えばグリシジル基等が挙げられる。なお、エポキシ基とは、オキシラニル基(1,2−エポキシ構造)及びオキセタニル基(1,3−エポキシ構造)を含む概念である。 The organic group having an epoxy group represented by R 1 and R 2 is not particularly limited as long as it is an organic group having an epoxy group, and examples of the organic group include a linear or branched alkyl group. It is done. Examples of the linear or branched alkyl group having an epoxy group include a glycidyl group. The epoxy group is a concept including an oxiranyl group (1,2-epoxy structure) and an oxetanyl group (1,3-epoxy structure).

上記R及びRで表される炭素数1〜10の炭化水素基としては、例えば直鎖状若しくは分岐状のアルキル基等が挙げられる。上記直鎖状若しくは分岐状のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、1−メチルプロピル基、t−ブチル基等が挙げられる。 As a C1-C10 hydrocarbon group represented by said R < 4 > and R < 5 >, a linear or branched alkyl group etc. are mentioned, for example. Examples of the linear or branched alkyl group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, 2-methylpropyl group, 1-methylpropyl group, and t-butyl. Groups and the like.

上記炭化水素基は、水素原子の一部又は全部が置換されていてもよく、置換基としては、例えばハロゲン原子、水酸基、アルコキシ基、アシル基等が挙げられる。   The hydrocarbon group may have some or all of the hydrogen atoms substituted, and examples of the substituent include a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxy group, and an acyl group.

構造単位(I)を与える単量体としては、上記R及びRの少なくとも1つが、グリシジル基である単量体が好ましい。上記R及びRの少なくとも1つを、グリシジル基とすることで、構造単位(I)をより容易に[A]重合体に導入することができる。 As the monomer that gives the structural unit (I), a monomer in which at least one of R 1 and R 2 is a glycidyl group is preferable. By making at least one of R 1 and R 2 a glycidyl group, the structural unit (I) can be more easily introduced into the [A] polymer.

また、構造単位(I)を与える単量体としては、上記式(1)で表される化合物から誘導される化合物であってもよい。そのような化合物としては、下記式(2)で表される化合物が好ましい。   Moreover, as a monomer which gives structural unit (I), the compound induced | guided | derived from the compound represented by the said Formula (1) may be sufficient. As such a compound, a compound represented by the following formula (2) is preferable.

Figure 2012203393
Figure 2012203393

上記式(2)中、R〜Rは、それぞれ独立して上記式(1)中のR及びRと同義である。 In the formula (2), R 6 to R 9 are each independently the same meaning as that of R 1 and R 2 in the formula (1).

[A]重合体は構造単位(I)を2種以上含んでいてもよい。[A]重合体における構造単位(I)の含有率としては、[A]重合体を構成する全構造単位に対して、30モル%〜100モル%が好ましく、100モル%がより好ましい。構造単位(I)の含有率を上記特定範囲とすることで、高い屈折率及び吸光係数を有し、かつドライエッチング時におけるレジスト膜に対する高いエッチング選択性を有するレジスト下層膜を形成できる。   [A] The polymer may contain two or more structural units (I). [A] As a content rate of structural unit (I) in a polymer, 30 mol%-100 mol% are preferable with respect to all the structural units which comprise a [A] polymer, and 100 mol% is more preferable. By setting the content of the structural unit (I) in the specific range, it is possible to form a resist underlayer film having a high refractive index and an extinction coefficient and having high etching selectivity with respect to the resist film during dry etching.

[他の構造単位]
[A]重合体は本発明の効果を損なわない範囲で、上記構造単位(I)以外の他の構造単位を含んでいてもよい。
[Other structural units]
[A] The polymer may contain other structural units other than the structural unit (I) as long as the effects of the present invention are not impaired.

<[A]重合体の合成方法>
[A]重合体の合成方法としては、例えば構造単位(I)を与える単量体がラジカル重合性基を有する場合、重合開始剤を使用し、適当な溶媒中で重合することにより合成できる。また、構造単位(I)を与える単量体がエポキシ基等の架橋性基を有する場合は、好ましくは架橋剤、架橋触媒等の存在下において重合することができる。架橋剤及び架橋触媒としては、例えば後述する[B]架橋剤及び[C]架橋触媒として例示する化合物等が挙げられる。
<[A] Polymer Synthesis Method>
[A] As a method for synthesizing the polymer, for example, when the monomer giving the structural unit (I) has a radical polymerizable group, it can be synthesized by polymerization in an appropriate solvent using a polymerization initiator. Moreover, when the monomer which gives structural unit (I) has crosslinkable groups, such as an epoxy group, it can superpose | polymerize in presence of a crosslinking agent, a crosslinking catalyst, etc. preferably. As a crosslinking agent and a crosslinking catalyst, the compound etc. which are illustrated as a [B] crosslinking agent and a [C] crosslinking catalyst mentioned later, for example are mentioned.

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(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)、2,2−アゾビスイソ酪酸ジメチル等が挙げられる。これらの開始剤は単独又は2種以上を併用できる。   Examples of the polymerization initiator include 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), and 2,2′-azobis (2-cyclopropyl). Propionitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2-methylpropionitrile), dimethyl 2,2-azobisisobutyrate and the like. These initiators can be used alone or in combination of two or more.

重合溶媒としては、ラジカル重合を行なう場合は、重合を阻害する溶媒(重合禁止効果を有するニトロベンゼン、連鎖移動効果を有するメルカプト化合物等)以外の溶媒であれば特に限定されない。架橋剤及び架橋触媒下、重合を行なう場合は、溶媒の種類は特に限定されない。重合溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル・ラクトン系溶媒、ニトリル系溶媒及びその混合溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は、単独又は2種以上を併用できる。   The polymerization solvent is not particularly limited as long as radical polymerization is performed as long as it is a solvent other than a solvent that inhibits polymerization (nitrobenzene having a polymerization inhibiting effect, mercapto compound having a chain transfer effect, or the like). When the polymerization is performed under a crosslinking agent and a crosslinking catalyst, the type of the solvent is not particularly limited. Examples of the polymerization solvent include alcohol solvents, ketone solvents, amide solvents, ester / lactone solvents, nitrile solvents, and mixed solvents thereof. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

重合反応により得られた[A]重合体は、再沈殿法により回収することが好ましい。即ち、重合反応終了後、重合液を再沈溶媒に投入することにより、目的の[A]重合体を粉体として回収する。再沈溶媒としては、アルコール類やアルカン類等を単独又は2種以上を併用できる。再沈殿法の他に、分液操作やカラム操作、限外ろ過操作等により、単量体、オリゴマー等の低分子成分を除去して、[A]重合体を回収することもできる。   The [A] polymer obtained by the polymerization reaction is preferably recovered by a reprecipitation method. That is, after completion of the polymerization reaction, the target [A] polymer is recovered as a powder by putting the polymerization solution into a reprecipitation solvent. As the reprecipitation solvent, alcohols or alkanes can be used alone or in combination of two or more. In addition to the reprecipitation method, low molecular components such as monomers and oligomers can be removed by a liquid separation operation, a column operation, an ultrafiltration operation, or the like, and the [A] polymer can be recovered.

これらの合成方法における反応温度としては、構造単位(I)を与える単量体、使用する重合開始剤の種類等によって適宜決定される。   The reaction temperature in these synthesis methods is appropriately determined depending on the monomer giving the structural unit (I), the type of polymerization initiator used, and the like.

[A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)としては、500〜100,000が好ましく、1,000〜50,000がより好ましい。[A]重合体のMwが500未満の場合、下層膜のインターミキシング耐性が低下する可能性がある。一方、Mwが100,000を超えると、下層膜の面内均一性が低下する傾向がある。   [A] The weight average molecular weight (Mw) in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (GPC) of the polymer is preferably 500 to 100,000, more preferably 1,000 to 50,000. [A] When the Mw of the polymer is less than 500, the intermixing resistance of the lower layer film may be lowered. On the other hand, when Mw exceeds 100,000, the in-plane uniformity of the lower layer film tends to decrease.

なお、本明細書のMwは、GPCカラム(東ソー製、G2000HXL 2本、G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本)を用い、流量1.0mL/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするGPCにより測定した値をいう。[A]重合体のMwとGPC法によるポリスチレン換算数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)としては、通常1〜5であり、好ましくは1〜3.0である。   In addition, Mw of this specification uses GPC column (The Tosoh make, G2000HXL 2 pieces, G2000HXL 2 pieces, G3000HXL 1 piece, G4000HXL 1 piece), flow rate 1.0mL / min, elution solvent tetrahydrofuran, column temperature of 40 degreeC It means a value measured by GPC using monodisperse polystyrene as a standard under analysis conditions. [A] The ratio (Mw / Mn) of the polymer Mw to the polystyrene-equivalent number average molecular weight (Mn) by the GPC method is usually 1 to 5, preferably 1 to 3.0.

<[B]架橋剤>
当該組成物が好適成分として含有してもよい[B]架橋剤は、熱や酸の作用により、樹脂等の配合組成物や他の架橋剤分子との結合を形成する化合物である。[B]架橋剤としては、例えば多官能(メタ)アクリレート化合物、エポキシ化合物、ヒドロキシメチル基置換フェノール化合物、アルコキシアルキル化されたアミノ基を有する化合物等が挙げられる。[B]架橋剤は、単独又は2種以上を併用できる。
<[B] Crosslinking agent>
[B] The crosslinking agent that may be contained as a suitable component in the composition is a compound that forms a bond with a compounded composition such as a resin or other crosslinking agent molecules by the action of heat or acid. [B] Examples of the crosslinking agent include polyfunctional (meth) acrylate compounds, epoxy compounds, hydroxymethyl group-substituted phenol compounds, and compounds having an alkoxyalkylated amino group. [B] A crosslinking agent can be used alone or in combination of two or more.

上記多官能(メタ)アクリレート化合物としては、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、エチレングルコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングルコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングルコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングルコールジ(メタ)アクリレート、ビス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。   Examples of the polyfunctional (meth) acrylate compound include trimethylolpropane tri (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, and dipentaerythritol penta. (Meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, glycerin tri (meth) acrylate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) acrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, 1,3-butane Diol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) Acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, dipropylene glycol di (meth) acrylate, bis (2-hydroxyethyl) isocyanurate di (meth) acrylate.

上記エポキシ化合物としては、例えばノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂等が挙げられる。   Examples of the epoxy compound include novolac type epoxy resins, bisphenol type epoxy resins, alicyclic epoxy resins, and aliphatic epoxy resins.

上記ヒドロキシメチル基置換フェノール化合物としては、例えば2−ヒドロキシメチル−4,6−ジメチルフェノール、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン、3,5−ジヒドロキシメチル−4−メトキシトルエン[2,6−ビス(ヒドロキシメチル)−p−クレゾール]等が挙げられる。   Examples of the hydroxymethyl group-substituted phenol compound include 2-hydroxymethyl-4,6-dimethylphenol, 1,3,5-trihydroxymethylbenzene, 3,5-dihydroxymethyl-4-methoxytoluene [2,6- Bis (hydroxymethyl) -p-cresol] and the like.

上記アルコキシアルキル化されたアミノ基を有する化合物としては、例えば(ポリ)メチロール化メラミン、(ポリ)メチロール化グリコールウリル、(ポリ)メチロール化ベンゾグアナミン、(ポリ)メチロール化ウレア等の一分子内に複数個の活性メチロール基を有する含窒素化合物であって、そのメチロール基の水酸基の水素原子の少なくとも一つが、メチル基やブチル基等のアルキル基によって置換された化合物等が挙げられる。なお、アルコキシアルキル化されたアミノ基を有する化合物は、複数の置換化合物を混合した混合物でもよく、一部自己縮合してなるオリゴマー成分を含むものであってもよい。   Examples of the compound having an alkoxyalkylated amino group include a plurality of compounds in one molecule such as (poly) methylolated melamine, (poly) methylolated glycoluril, (poly) methylolated benzoguanamine, and (poly) methylolated urea. A nitrogen-containing compound having one active methylol group, wherein at least one hydrogen atom of the hydroxyl group of the methylol group is substituted with an alkyl group such as a methyl group or a butyl group. The compound having an alkoxyalkylated amino group may be a mixture in which a plurality of substituted compounds are mixed, or may include an oligomer component that is partially self-condensed.

これらのうち、アルコキシアルキル化されたアミノ基を有する化合物が好ましく、メチロール化メラミン、メチロール化グリコールウリルがより好ましい。   Of these, compounds having an alkoxyalkylated amino group are preferred, and methylolated melamine and methylolated glycoluril are more preferred.

[B]架橋剤の含有割合としては、当該組成物から形成される下層膜が十分に硬化する量となるように適宜設定され、当該組成物に含まれる[A]重合体100質量部に対して(但し、[A]重合体以外の他の重合体をさらに含有する場合は、全重合体100質量部に対して)、通常0.1質量部〜50質量部であり、好ましくは1質量部〜30質量部である。[B]架橋剤の含有割合が0.1質量部未満であると、得られるレジスト下層膜の硬度が不十分となるおそれがある。一方、[B]架橋剤の含有割合が50質量部を超えると、下層膜中の架橋剤とレジストとの間で架橋反応が起きる可能性がある。   [B] The content ratio of the crosslinking agent is appropriately set so that the lower layer film formed from the composition is sufficiently cured, and is contained in 100% by mass of the polymer [A] contained in the composition. (However, when the polymer other than the polymer [A] is further contained, it is usually 0.1 parts by weight to 50 parts by weight, preferably 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the whole polymer). Part to 30 parts by mass. [B] If the content of the crosslinking agent is less than 0.1 parts by mass, the resulting resist underlayer film may have insufficient hardness. On the other hand, when the content ratio of [B] cross-linking agent exceeds 50 parts by mass, a cross-linking reaction may occur between the cross-linking agent in the lower layer film and the resist.

<[C]架橋触媒>
当該組成物が好適成分として含有してもよい[C]架橋触媒は、[A]重合体の架橋を促進する成分であり、当該組成物が[C]架橋触媒を含有することで、結果として高い屈折率を有するレジスト下層膜を形成可能となる。
<[C] Cross-linking catalyst>
The composition [C] cross-linking catalyst that the composition may contain as a suitable component is a component that promotes cross-linking of the polymer [A], and as a result, the composition contains the [C] cross-linking catalyst. A resist underlayer film having a high refractive index can be formed.

[C]架橋触媒としては、例えばアミン化合物、フェノール樹脂、アミノ樹脂、メルカプタン系化合物、ヒドラジド類、ポリフェノール、多塩基酸、光又は熱酸発生剤等が挙げられる。これらのうち、生産性や残存触媒の光学特性への影響が少ない光又は熱酸発生剤が好ましい。   [C] Examples of the crosslinking catalyst include amine compounds, phenol resins, amino resins, mercaptan compounds, hydrazides, polyphenols, polybasic acids, light or thermal acid generators, and the like. Among these, a light or thermal acid generator that has little influence on productivity and optical characteristics of the remaining catalyst is preferable.

[C]架橋触媒の含有割合としては、当該組成物から形成される下層膜が十分に硬化する量となるように適宜設定され、当該組成物に含まれる[A]重合体100質量部に対して(但し、[A]重合体以外の他の重合体をさらに含有する場合は、全重合体100質量部に対して)、通常0.1質量部〜15質量部であり、好ましくは0.1質量部〜10質量部である。[C]架橋触媒の含有割合が0.1質量部未満であると、得られるレジスト下層膜の硬度が不十分となるおそれがある。一方、[C]架橋触媒の含有割合が15質量部を超えると、下層膜中の架橋剤とレジストとの間で架橋反応が起きる可能性がある。   [C] The content ratio of the crosslinking catalyst is appropriately set so that the lower layer film formed from the composition is sufficiently cured, and is contained in the composition with respect to 100 parts by mass of the polymer (A). (However, when the polymer other than the polymer [A] is further contained, it is generally 0.1 to 15 parts by mass, preferably 0. 1 part by mass to 10 parts by mass. [C] If the content of the crosslinking catalyst is less than 0.1 parts by mass, the resulting resist underlayer film may have insufficient hardness. On the other hand, when the content of the [C] crosslinking catalyst exceeds 15 parts by mass, a crosslinking reaction may occur between the crosslinking agent in the lower layer film and the resist.

<[D]溶媒>
当該組成物は通常、[D]溶媒を含有する。[D]溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒及びその混合溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は、単独又は2種以上を併用できる。
<[D] solvent>
The composition usually contains a [D] solvent. [D] Examples of the solvent include alcohol solvents, ketone solvents, amide solvents, ether solvents, ester solvents, and mixed solvents thereof. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

アルコール系溶媒としては、例えば
メタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノール、n−ブタノール、iso−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、iso−ペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、tert−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、3−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、2,6−ジメチル−4−ヘプタノール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フルフリルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール等のモノアルコール系溶媒;
エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2,4−ヘプタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の多価アルコール系溶媒;
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、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルブチルエーテル、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、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、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プロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル等の多価アルコール部分エーテル系溶媒等が挙げられる。
Examples of alcohol solvents include methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, iso-butanol, sec-butanol, tert-butanol, n-pentanol, iso-pentanol, 2-methylbutanol, sec-pentanol, tert-pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, sec-hexanol, 2-ethylbutanol, sec-heptanol, 3-heptanol, n-octanol, 2-ethylhexanol , Sec-octanol, n-nonyl alcohol, 2,6-dimethyl-4-heptanol, n-decanol, sec-undecyl alcohol, trimethylnonyl alcohol, sec-tetradecyl alcohol, sec -Monoalcohol solvents such as heptadecyl alcohol, furfuryl alcohol, phenol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, 3,3,5-trimethylcyclohexanol, benzyl alcohol, diacetone alcohol;
Ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-butylene glycol, 2,4-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2,5-hexanediol, 2,4-heptanediol, 2 -Polyhydric alcohol solvents such as ethyl-1,3-hexanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol;
Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol mono-2-ethylbutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl Ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol Monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, polyhydric alcohol partial ether solvents such as dipropylene glycol monopropyl ether.

ケトン系溶媒としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、ジアセトンアルコール、アセトフェノン等のケトン系溶媒が挙げられる。   Examples of the ketone solvent include acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, diethyl ketone, methyl-iso-butyl ketone, methyl-n-pentyl ketone, ethyl-n-butyl ketone, methyl-n- Ketones such as hexyl ketone, di-iso-butyl ketone, trimethylnonanone, cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, cyclooctanone, methylcyclohexanone, 2,4-pentanedione, acetonylacetone, diacetone alcohol, acetophenone A solvent is mentioned.

アミド系溶媒としては、例えばN,N’−ジメチルイミダゾリジノン、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N−メチルピロリドン等が挙げられる。   Examples of the amide solvents include N, N′-dimethylimidazolidinone, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpropionamide, N-methylpyrrolidone and the like can be mentioned.

エステル系溶媒としては、例えばジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、γ−バレロラクトン、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n−ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸iso−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル等が挙げられる。   Examples of the ester solvents include diethyl carbonate, propylene carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, γ-valerolactone, n-propyl acetate, iso-propyl acetate, n-butyl acetate, iso-butyl acetate, sec-butyl acetate, acetic acid. n-pentyl, sec-pentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methyl pentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, benzyl acetate, cyclohexyl acetate, methyl cyclohexyl acetate, n-nonyl acetate, methyl acetoacetate, acetoacetate Ethyl acetate ethylene glycol monomethyl ether, acetate ethylene glycol monoethyl ether, acetate diethylene glycol monomethyl ether, acetate diethylene glycol monoethyl ether, acetate diethylene glycol mono-n-butyl Ether ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monopropyl ether acetate, propylene glycol monobutyl ether acetate, dipropylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol monoethyl ether acetate, glycol diacetate, methoxytriacetate Glycol, ethyl propionate, n-butyl propionate, iso-amyl propionate, diethyl oxalate, di-n-butyl oxalate, methyl lactate, ethyl lactate, n-butyl lactate, n-amyl lactate, diethyl malonate, Examples thereof include dimethyl phthalate and diethyl phthalate.

その他の溶媒としては、例えば
n−ペンタン、iso−ペンタン、n−ヘキサン、iso−ヘキサン、n−ヘプタン、iso−ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタン、n−オクタン、iso−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;
ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、iso−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、iso−ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ−iso−プロピルベンセン、n−アミルナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒;
ジクロロメタン、クロロホルム、フロン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の含ハロゲン溶媒等が挙げられる。
Examples of other solvents include n-pentane, iso-pentane, n-hexane, iso-hexane, n-heptane, iso-heptane, 2,2,4-trimethylpentane, n-octane, iso-octane, cyclohexane, Aliphatic hydrocarbon solvents such as methylcyclohexane;
Fragrances such as benzene, toluene, xylene, mesitylene, ethylbenzene, trimethylbenzene, methylethylbenzene, n-propylbenzene, iso-propylbenzene, diethylbenzene, iso-butylbenzene, triethylbenzene, di-iso-propylbenzene and n-amylnaphthalene Group hydrocarbon solvents;
And halogen-containing solvents such as dichloromethane, chloroform, chlorofluorocarbon, chlorobenzene, and dichlorobenzene.

これらの[D]溶媒のうち、酢酸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、乳酸エチル、シクロヘキサノンが好ましい。   Of these [D] solvents, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, ethyl lactate, and cyclohexanone are preferred.

<その他の任意成分>
当該組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、界面活性剤等のその他の任意成分を含有できる。かかるその他の任意成分は、それぞれを単独又は2種以上を併用できる。また、その他の任意成分の配合量は、その目的に応じて適宜決定することができる。
<Other optional components>
The said composition can contain other arbitrary components, such as surfactant, in the range which does not impair the effect of this invention. These other optional components can be used alone or in combination of two or more. Moreover, the compounding quantity of another arbitrary component can be suitably determined according to the objective.

[界面活性剤]
界面活性剤は当該組成物の塗布性の改善、塗布ムラの低減、放射線照射部の現像性を改良するために添加することができる。界面活性剤は、好ましい界面活性剤の例としては、ノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤及びシリコーン系界面活性剤が挙げられる。
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オレイルエーテル、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のノニオン系界面活性剤の他、以下商品名として、KP341(信越化学工業製)、ポリフローNo.75、同No.95(以上、共栄社化学製)、エフトップEF301、同EF303、同EF352(以上、トーケムプロダクツ製)、メガファックF171、同F173(以上、大日本インキ化学工業製)、フロラードFC430、同FC431(以上、住友スリーエム製)、アサヒガードAG710、サーフロンS−382、同SC−101、同SC−102、同SC−103、同SC−104、同SC−105、同SC−106(以上、旭硝子製)等が挙げられる。
[Surfactant]
The surfactant can be added to improve the coating property of the composition, reduce coating unevenness, and improve the developability of the radiation irradiated part. Examples of preferable surfactants include nonionic surfactants, fluorosurfactants, and silicone surfactants.
Examples of the surfactant include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene n-octylphenyl ether, polyoxyethylene n-nonylphenyl ether, polyethylene glycol dilaurate, polyethylene glycol diacrylate. In addition to nonionic surfactants such as stearate, the following trade names are KP341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), Polyflow No. 75, no. 95 (above, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), F-top EF301, EF303, EF352 (above, manufactured by Tochem Products), MegaFac F171, F173 (above, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals), Fluorad FC430, FC431 ( As above, manufactured by Sumitomo 3M, Asahi Guard AG710, Surflon S-382, SC-101, SC-102, SC-103, SC-104, SC-105, SC-106 (above, manufactured by Asahi Glass) ) And the like.

<レジスト下層膜形成用組成物の調製方法>
当該組成物は、例えば上記溶媒中で[A]重合体、[B]架橋剤及び必要に応じその他の任意成分を所定の割合で混合することにより調製できる。溶媒としては、[A]重合体、[B]架橋剤等を溶解又は分散可能であれば特に限定されない。当該組成物は通常、その使用に際して溶媒に溶解した後、例えば孔径0.1μm程度のフィルターでろ過することによって、調製される。
<Method for preparing resist underlayer film forming composition>
The composition can be prepared, for example, by mixing the [A] polymer, the [B] cross-linking agent, and other optional components as required in a predetermined ratio in the solvent. The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the [A] polymer, [B] cross-linking agent and the like. The composition is usually prepared by dissolving in a solvent when used and then filtering with a filter having a pore size of about 0.1 μm, for example.

<パターン形成方法>
本発明のパターン形成方法は、
(1)当該組成物を被加工基板上に塗布し、レジスト下層膜を形成する工程、
(2)上記レジスト下層膜上にレジスト組成物を塗布し、レジスト膜を形成する工程、
(3)上記レジスト膜のマスクを介して放射線を照射し、レジスト膜を露光する工程、
(4)上記露光されたレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程、並びに
(5)上記レジストパターンをマスクとして、レジスト下層膜及び被加工基板をドライエッチングしてパターンを形成する工程
を有する。
<Pattern formation method>
The pattern forming method of the present invention comprises:
(1) A step of applying the composition onto a substrate to be processed to form a resist underlayer film,
(2) A step of applying a resist composition on the resist underlayer film to form a resist film,
(3) a step of exposing the resist film by irradiating with radiation through the resist film mask;
(4) developing the exposed resist film to form a resist pattern; and (5) forming a pattern by dry etching the resist underlayer film and the substrate to be processed using the resist pattern as a mask. .

当該パターン形成方法によると、高い屈折率及び吸光係数を有し、かつドライエッチング時におけるレジスト膜に対する高いエッチング選択性を有するレジスト下層膜を効率よく形成することができる。従って、さらなる微細化が進む半導体デバイスの製造プロセスにおいて好適に適用できる。以下、各工程を詳述する。   According to the pattern formation method, it is possible to efficiently form a resist underlayer film having a high refractive index and an extinction coefficient and having high etching selectivity with respect to the resist film during dry etching. Therefore, the present invention can be suitably applied to a semiconductor device manufacturing process that is further miniaturized. Hereinafter, each process is explained in full detail.

[工程(1)]
本工程では、被加工基板上に当該組成物を用いてレジスト下層膜を形成する。上記被加工基板としては、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、ポリシロキサン等の絶縁膜、並びに市販品であるブラックダイヤモンド(AMAT製)、シルク(ダウケミカル製)、LKD5109(JSR製)等の低誘電体絶縁膜で被覆したウェハ等の層間絶縁膜が挙げられる。また、この被加工基板としては、配線講(トレンチ)、プラグ溝(ビア)等のパターン化された基板を用いてもよい。
[Step (1)]
In this step, a resist underlayer film is formed on the substrate to be processed using the composition. Examples of the substrate to be processed include insulating films such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and polysiloxane, and commercially available products such as black diamond (manufactured by AMAT), silk (manufactured by Dow Chemical), LKD5109 (manufactured by JSR), and the like. An interlayer insulating film such as a wafer coated with a low dielectric insulating film. As the substrate to be processed, a patterned substrate such as a wiring course (trench) or a plug groove (via) may be used.

当該レジスト下層膜の形成方法としては、例えば被加工基板や他の下層膜等の表面に塗布することにより、当該組成物の塗膜を形成し、この塗膜を加熱処理、又は紫外光の照射及び加熱処理を行うことにより硬化させることで形成できる。レジスト下層膜形成用組成物を塗布する方法としては、例えばスピンコート法、ロールコート法、ディップ法等が挙げられる。また、加熱温度しては、通常50℃〜450℃である。加熱時間としては、通常30秒〜1,200秒であり、好ましくは45秒〜600秒である。   As a method for forming the resist underlayer film, for example, a coating film of the composition is formed by coating on the surface of a substrate to be processed or other underlayer film, and the coating film is heat-treated or irradiated with ultraviolet light. And it can form by making it harden | cure by heat-processing. Examples of the method for applying the resist underlayer film forming composition include spin coating, roll coating, and dipping. Moreover, as heating temperature, it is 50 to 450 degreeC normally. The heating time is usually 30 seconds to 1,200 seconds, preferably 45 seconds to 600 seconds.

また、上記被加工基板には、予め本発明のレジスト下層膜形成用組成物を用いて得られるレジスト下層膜とは異なる他の下層膜(以下、「他の下層膜」と称する)が形成されていてもよい。この他の下層膜は、反射防止機能、塗布膜平坦性、CF等のフッ素系ガスに対する高エッチング耐性等が付与された膜である。この他の下層膜としては、例えばNFC HM8005(JSR製)、NFC CT08(JSR製)等の市販品を使用することができる。 Further, another lower layer film (hereinafter referred to as “other lower layer film”) different from the resist lower layer film obtained by using the composition for forming a resist lower layer film of the present invention in advance is formed on the substrate to be processed. It may be. The other lower layer film is a film provided with an antireflection function, coating film flatness, high etching resistance against a fluorine-based gas such as CF 4, and the like. As other lower layer films, for example, commercially available products such as NFC HM8005 (manufactured by JSR) and NFC CT08 (manufactured by JSR) can be used.

当該レジスト下層膜の膜厚としては、通常5nm以上200nm以下であり、パターンニング性を高めるためには、10nm以上100nm以下が好ましい。   The film thickness of the resist underlayer film is usually 5 nm or more and 200 nm or less, and preferably 10 nm or more and 100 nm or less in order to improve the patterning property.

[工程(2)〜(4)]
本工程では、レジスト下層膜の上面側にレジスト組成物を塗布し、露光、加熱及び現像し、レジストパターンを形成する。上記レジスト組成物としては、例えば光酸発生剤を含有するポジ型又はネガ型の化学増幅型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド系感光剤とからなるポジ型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂と架橋剤とからなるネガ型レジスト組成物等が挙げられる。なお、本発明のパターン形成方法においては、このようなレジスト組成物として、市販品のレジスト組成物を使用することもできる。レジスト組成物の塗布方法としては、例えばスピンコート法等の従来の方法によって塗布することができる。なお、レジスト組成物を塗布する際には、得られるレジスト塗膜が所望の膜厚となるように、塗布するレジスト組成物の量を調整する。レジスト組成物を塗布する方法は特に限定されず、例えばスピンコート法等の従来の方法によって塗布することができる。
[Steps (2) to (4)]
In this step, a resist composition is applied to the upper surface side of the resist underlayer film, exposed, heated and developed to form a resist pattern. Examples of the resist composition include a positive or negative chemically amplified resist composition containing a photoacid generator, a positive resist composition comprising an alkali-soluble resin and a quinonediazide-based photosensitizer, and an alkali-soluble resin and a cross-link. And negative resist compositions composed of an agent. In addition, in the pattern formation method of this invention, a commercially available resist composition can also be used as such a resist composition. As a method of applying the resist composition, it can be applied by a conventional method such as a spin coating method. In addition, when apply | coating a resist composition, the quantity of the resist composition to apply | coat is adjusted so that the resist coating film obtained may become a desired film thickness. The method for applying the resist composition is not particularly limited, and can be applied by a conventional method such as a spin coating method.

上記レジスト塗膜は、上記レジスト組成物を塗布することによって形成された塗膜をプレベークすることにより、塗膜中の溶媒(即ち、レジスト組成物に含有される溶媒)を揮発させて形成することができる。プレベークの温度としては、使用するレジスト組成物の種類等に応じて適宜調整されるが、50℃〜200℃が好ましく、80℃〜150℃がより好ましい。加熱時間としては、通常30秒〜200秒であり、好ましくは45秒〜120秒である。なお、このレジスト膜の表面にさらに他の塗膜を設けてもよい。レジスト膜の膜厚としては、通常、0.01μm〜0.5μmであり、0.02μm〜0.3μmが好ましい。   The resist coating film is formed by volatilizing a solvent (that is, a solvent contained in the resist composition) in the coating film by pre-baking the coating film formed by applying the resist composition. Can do. The pre-baking temperature is appropriately adjusted according to the type of resist composition to be used, but is preferably 50 ° C to 200 ° C, more preferably 80 ° C to 150 ° C. The heating time is usually 30 seconds to 200 seconds, preferably 45 seconds to 120 seconds. In addition, you may provide another coating film on the surface of this resist film. The thickness of the resist film is usually 0.01 μm to 0.5 μm, and preferably 0.02 μm to 0.3 μm.

次いで、得られたレジスト塗膜に、フォトマスクを介して選択的に放射線を照射してレジスト塗膜を露光する。放射線としては、レジスト組成物に使用されている酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、電子線、γ線、分子線、イオンビーム等から適切に選択されるが、遠紫外線であることが好ましく、KrFエキシマレーザー(248nm)、ArFエキシマレーザー(193nm)、Fエキシマレーザー(波長157nm)、Krエキシマレーザー(波長147nm)、ArKrエキシマレーザー(波長134nm)、極紫外線(波長13nm等)がより好ましい。また、液浸露光法も採用することができる。 Next, the resulting resist coating film is selectively irradiated with radiation through a photomask to expose the resist coating film. The radiation is appropriately selected from visible light, ultraviolet light, far ultraviolet light, X-ray, electron beam, γ-ray, molecular beam, ion beam, etc., depending on the type of acid generator used in the resist composition. Is preferably a deep ultraviolet ray, KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), F 2 excimer laser (wavelength 157 nm), Kr 2 excimer laser (wavelength 147 nm), ArKr excimer laser (wavelength 134 nm), Extreme ultraviolet rays (wavelength 13 nm or the like) are more preferable. Further, an immersion exposure method can also be employed.

露光後にレジスト膜の解像度、パターンプロファイル、現像性等を向上させるため、ポストベークを行う。このポストベークの温度としては、使用されるレジスト組成物の種類等に応じて適宜調整される。加熱時間としては、通常30秒〜200秒であり、好ましくは45秒〜120秒である。   After the exposure, post-baking is performed in order to improve the resolution, pattern profile, developability, and the like of the resist film. The post-baking temperature is appropriately adjusted according to the type of resist composition used. The heating time is usually 30 seconds to 200 seconds, preferably 45 seconds to 120 seconds.

ポストベーク後、レジスト塗膜を現像して、レジストパターンを形成する。現像に用いる現像液としては、使用されるレジスト組成物の種類に応じて適宜選択することができる。ポジ型化学増幅型レジスト組成物やアルカリ可溶性樹脂を含有するポジ型レジスト組成物の場合には、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、アンモニア、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、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、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性水溶液が挙げられる。また、これらのアルカリ性水溶液は、水溶性有機溶媒、例えばメタノール、エタノール等のアルコール類や、界面活性剤を適量添加したものであってもよい。   After the post-baking, the resist coating film is developed to form a resist pattern. The developer used for development can be appropriately selected depending on the type of resist composition used. In the case of a positive chemically amplified resist composition or a positive resist composition containing an alkali-soluble resin, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, ammonia, ethylamine, n- Propylamine, diethylamine, di-n-propylamine, triethylamine, methyldiethylamine, dimethylethanolamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, pyrrole, piperidine, choline, 1,8-diazabicyclo [5. 4.0] -7-undecene and 1,5-diazabicyclo [4.3.0] -5-nonene. These alkaline aqueous solutions may be those obtained by adding an appropriate amount of a water-soluble organic solvent, for example, alcohols such as methanol and ethanol, and a surfactant.

また、ネガ型化学増幅型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂を含有するネガ型レジスト組成物の場合には、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、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アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二アミン類、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等が挙げられる。   Further, in the case of a negative chemically amplified resist composition and a negative resist composition containing an alkali-soluble resin, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, aqueous ammonia, etc. Inorganic alkalis, primary amines such as ethylamine and n-propylamine, secondary amines such as diethylamine and di-n-butylamine, tertiary amines such as triethylamine and methyldiethylamine, dimethylethanolamine and triethanolamine Alcohol amines, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, quaternary ammonium salts such as choline, and alkaline aqueous solutions such as pyrrole, piperidine and other cyclic amines.

[工程(5)]
本工程では、上記レジストパターンをマスクとしてレジスト下層膜及び被加工基板をドライエッチングする。ドライエッチングは、公知のドライエッチング装置を用いて行うことができる。また、ドライエッチング時のソースガスとしては、被エッチング物の元素組成にもよるが、O、CO、CO等の酸素原子を含むガス、He、N、Ar等の不活性ガス、Cl、BCl等の塩素系ガス、CHF、CF等のフッ素系ガス、H、NHのガス等を使用することができる。なお、これらのガスは混合して用いることもできる。
[Step (5)]
In this step, the resist underlayer film and the substrate to be processed are dry-etched using the resist pattern as a mask. Dry etching can be performed using a known dry etching apparatus. The source gas during dry etching depends on the elemental composition of the object to be etched, but includes oxygen atoms such as O 2 , CO, and CO 2 , inert gases such as He, N 2 , and Ar, Cl 2 , chlorine gas such as BCl 4 , fluorine gas such as CHF 3 and CF 4 , gas of H 2 and NH 3 , etc. can be used. In addition, these gases can also be mixed and used.

また、これらのプロセス後、被加工基板上に残存するレジスト下層膜を除去する工程を有していてもよい。   Moreover, you may have the process of removing the resist underlayer film which remain | survives on a to-be-processed substrate after these processes.

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

<[A]重合体の合成>
[合成例1]
温度計、コンデンサーを備えたガラスのフラスコに、バルビツル酸10.0g(78.7mmol)、エピクロロヒドリン72.8g(787mmol)及びテトラエチルアンモニウムブロマイド248mg(1.18mmol)を加え、70℃で6時間加熱した。その後、炭酸カリウム32.6g(236.1mmol)及びアセトニトリル40mLを加えさらに6時間還流を行なった。反応後、低沸点成分を減圧留去し、残った固体をアセトニトリルで洗浄することにより、下記式で表される粗生成物(a―1)を得た(45.2g)。H−NMR(JNM−GX400、日本電子製)を用い分析したケミカルシフトを以下に示す。
<[A] Synthesis of polymer>
[Synthesis Example 1]
To a glass flask equipped with a thermometer and a condenser were added 10.0 g (78.7 mmol) of barbituric acid, 72.8 g (787 mmol) of epichlorohydrin and 248 mg (1.18 mmol) of tetraethylammonium bromide. Heated for hours. Thereafter, 32.6 g (236.1 mmol) of potassium carbonate and 40 mL of acetonitrile were added, and the mixture was further refluxed for 6 hours. After the reaction, low-boiling components were distilled off under reduced pressure, and the remaining solid was washed with acetonitrile to obtain a crude product (a-1) represented by the following formula (45.2 g). Chemical shifts analyzed using 1 H-NMR (JNM-GX400, manufactured by JEOL Ltd.) are shown below.

H−NMR(DMSO−d)δ(ppm):3.94(4H)、3.70(2H)、3.17(2H)、2.75(2H)、2.56(2H) 1 H-NMR (DMSO-d 6 ) δ (ppm): 3.94 (4H), 3.70 (2H), 3.17 (2H), 2.75 (2H), 2.56 (2H)

Figure 2012203393
Figure 2012203393

温度計、コンデンサーを備えたガラスのフラスコに、上記粗生成物(a―1)15g、フェノール1.23g(13.1mmol)、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド214mg(0.787mmol)及びキシレン200mLを加え、140℃で14時間反応させた。反応後、反応溶液を室温まで冷却し、500mLの水に注いだ。沈殿した固体をろ過で回収し、さらに100mLの水で2回洗浄したのち、50℃にて17時間減圧乾燥して、重合体(A−1)を得た(収量0.48g)。重合体(A−1)は、Mwが1,850であり、Mw/Mnが2.4であった。   To a glass flask equipped with a thermometer and a condenser were added 15 g of the crude product (a-1), 1.23 g (13.1 mmol) of phenol, 214 mg (0.787 mmol) of benzyltriethylammonium chloride and 200 mL of xylene. The reaction was carried out at ° C for 14 hours. After the reaction, the reaction solution was cooled to room temperature and poured into 500 mL of water. The precipitated solid was collected by filtration, further washed twice with 100 mL of water, and then dried under reduced pressure at 50 ° C. for 17 hours to obtain a polymer (A-1) (yield 0.48 g). The polymer (A-1) had Mw of 1,850 and Mw / Mn of 2.4.

[合成例2]
200mLのフラスコに、2−ヒドロキシメタクリレート17.7g(40モル%)、ベンジルメタクリレート32.3g(60モル%)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)2.11g及びメチルエチルケトン100gを仕込み、窒素下、80℃で5時間攪拌し重合反応を行った。重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却した後、250gのメタノールへ投入して重合体を沈殿させた。上澄みの溶液を除いた後、沈殿した重合体にメタノール100gを加え、重合体を洗浄した。上澄み液を除いた後に、50℃にて17時間乾燥して、重合体(CA−1)を得た(収量31g、収率61%)。重合体(CA−1)は、Mwが15,200であり、Mw/Mnが2.3であった。
[Synthesis Example 2]
In a 200 mL flask, 17.7 g (40 mol%) of 2-hydroxy methacrylate, 32.3 g (60 mol%) of benzyl methacrylate, 2.11 g of dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) and 100 g of methyl ethyl ketone. And stirred for 5 hours at 80 ° C. under nitrogen to conduct a polymerization reaction. After completion of the polymerization, the polymerization solution was cooled to 30 ° C. or lower by water cooling, and then poured into 250 g of methanol to precipitate the polymer. After removing the supernatant solution, 100 g of methanol was added to the precipitated polymer to wash the polymer. After removing the supernatant, it was dried at 50 ° C. for 17 hours to obtain a polymer (CA-1) (yield 31 g, yield 61%). The polymer (CA-1) had Mw of 15,200 and Mw / Mn of 2.3.

<レジスト下層膜形成用組成物の調製>
[A]重合体以外の下層膜形成用組成物の調製に用いた[B]架橋剤、[C]架橋触媒及び[D]溶媒について以下に示す。
<Preparation of composition for forming resist underlayer film>
[A] The [B] cross-linking agent, [C] cross-linking catalyst, and [D] solvent used for the preparation of the composition for forming the lower layer film other than the polymer are shown below.

[B]架橋剤
B−1:下記式(B−1)で表される化合物
B−2:下記式(B−2)で表される化合物
[B] Crosslinking agent B-1: Compound represented by the following formula (B-1) B-2: Compound represented by the following formula (B-2)

Figure 2012203393
Figure 2012203393

[C]架橋触媒
C−1:下記式(C−1)で表される化合物
[C] Cross-linking catalyst C-1: Compound represented by the following formula (C-1)

Figure 2012203393
Figure 2012203393

[D]溶媒
D−1:乳酸エチル
[D] Solvent D-1: Ethyl lactate

[実施例1]
[A]重合体としての(A−1)100質量部、[B]架橋剤としての(B−1)20質量部、[C]架橋触媒としての(C−1)3質量部並びに[D]溶媒としての(D−1)3,500質量部を混合してレジスト下層膜形成用組成物を調製した。
[Example 1]
[A] 100 parts by mass of (A-1) as a polymer, [B] 20 parts by mass of (B-1) as a crosslinking agent, [C] 3 parts by mass of (C-1) as a crosslinking catalyst, and [D A composition for forming a resist underlayer film was prepared by mixing 3,500 parts by mass of (D-1) as a solvent.

[実施例2及び比較例1〜2]
表1に示す種類、量の各成分を使用した以外は実施例1と同様に操作して、各レジスト下層膜形成用組成物を調製した。
[Example 2 and Comparative Examples 1-2]
Each resist underlayer film forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the types and amounts of each component shown in Table 1 were used.

<レジスト組成物用重合体の合成>
レジスト組成物の調製に用いられる重合体の合成に使用した化合物(M−1)〜(M−4)を下記に示す。
<Synthesis of polymer for resist composition>
The compounds (M-1) to (M-4) used for the synthesis of the polymer used for preparing the resist composition are shown below.

Figure 2012203393
Figure 2012203393

[合成例3]
上記化合物(M−1)18.60g(15モル%)、化合物(M−2)6.20g(35モル%)及び化合物(M−4)25.20g(50モル%)を2−ブタノン100gに溶解し、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)1.86gを溶解させた単量体溶液を準備した。50gの2−ブタノンを投入した500mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、反応器を攪拌しながら80℃に加熱し、上述のように準備した単量体溶液を、滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、1,000gのメタノールへ投入して析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を200gのメタノールに分散させてスラリー状にして洗浄した後、ろ別する操作を2回行った。50℃にて17時間乾燥して白色粉末の共重合体(R−1)を得た(収量39g、収率78%)。共重合体(R−1)は、Mwが6,300であり、Mw/Mnが1.4であった。
[Synthesis Example 3]
18.60 g (15 mol%) of the compound (M-1), 6.20 g (35 mol%) of the compound (M-2) and 25.20 g (50 mol%) of the compound (M-4) were added to 100 g of 2-butanone. A monomer solution in which 1.86 g of dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) was dissolved was prepared. A 500 mL three-necked flask charged with 50 g of 2-butanone was purged with nitrogen for 30 minutes, and then the reactor was heated to 80 ° C. with stirring, and the monomer solution prepared as described above was added to the flask using a dropping funnel. It was added dropwise over time. The polymerization start was carried out for 6 hours with the start of dropping as the polymerization start time. After completion of the polymerization, the polymerization solution was cooled with water to 30 ° C. or lower, and poured into 1,000 g of methanol, and the precipitated white powder was filtered off. The filtered white powder was dispersed in 200 g of methanol, washed in the form of a slurry, and then filtered off twice. The white powder copolymer (R-1) was obtained by drying at 50 ° C. for 17 hours (yield 39 g, yield 78%). The copolymer (R-1) had Mw of 6,300 and Mw / Mn of 1.4.

[合成例4]
上記化合物(M−1)17.69g(40モル%)、化合物(M−3)5.35g(10モル%)及び化合物(M−4)26.96g(50モル%)を2−ブタノン100gに溶解し、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)1.99gを溶解させた単量体溶液を準備した。50gの2−ブタノンを投入した500mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、反応器を攪拌しながら80℃に加熱し、上述のように準備した単量体溶液を、滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合溶液を水冷することにより30℃以下に冷却し、1,000gのメタノールへ投入して析出した白色粉末をろ別した。ろ別した白色粉末を200gのメタノールに分散させてスラリー状にして洗浄した後、ろ別する操作を2回行った。50℃にて17時間乾燥して白色粉末の共重合体(R−2)を得た(収量41g、収率82%)。共重合体(R−2)は、Mwが6,100であり、Mw/Mnが1.4であった。
[Synthesis Example 4]
17.69 g (40 mol%) of the compound (M-1), 5.35 g (10 mol%) of the compound (M-3) and 26.96 g (50 mol%) of the compound (M-4) were added to 100 g of 2-butanone. A monomer solution in which 1.99 g of dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate) was dissolved was prepared. A 500 mL three-necked flask charged with 50 g of 2-butanone was purged with nitrogen for 30 minutes, and then the reactor was heated to 80 ° C. with stirring, and the monomer solution prepared as described above was added to the flask using a dropping funnel. It was added dropwise over time. The polymerization start was carried out for 6 hours with the start of dropping as the polymerization start time. After completion of the polymerization, the polymerization solution was cooled with water to 30 ° C. or lower, and poured into 1,000 g of methanol, and the precipitated white powder was filtered off. The filtered white powder was dispersed in 200 g of methanol, washed in the form of a slurry, and then filtered off twice. The white powder copolymer (R-2) was obtained by drying at 50 ° C. for 17 hours (yield 41 g, yield 82%). The copolymer (R-2) had Mw of 6,100 and Mw / Mn of 1.4.

<レジスト組成物の調製>
[合成例5]
重合体(R−1)70質量部及び重合体(R−2)30質量部、酸発生剤としてのトリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート4質量部及び4−ブトキシ−1−ナフチルテトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネートを5質量部、酸拡散制御剤としてのN−t−アミロキシカルボニル−4−ヒドロキシピペリジン0.9質量部、並びに溶媒としての酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル1,250質量部及びシクロヘキサノン520質量部を混合してレジスト組成物(P−1)を調製した。
<Preparation of resist composition>
[Synthesis Example 5]
70 parts by mass of polymer (R-1) and 30 parts by mass of polymer (R-2), 4 parts by mass of triphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate as an acid generator and 4-butoxy-1-naphthyltetrahydrothio 5 parts by mass of phenium nonafluoro-n-butanesulfonate, 0.9 parts by mass of Nt-amyloxycarbonyl-4-hydroxypiperidine as an acid diffusion controller, and propylene glycol monomethyl ether 1,250 as a solvent Mass parts and 520 parts by mass of cyclohexanone were mixed to prepare a resist composition (P-1).

<レジスト下層膜の形成>
調製した各レジスト下層膜形成用組成物を、8インチのシリコンウエハー表面に、スピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて、205℃で60秒間ベークを行い、膜厚90nmのレジスト下層膜を形成した。
<Formation of resist underlayer film>
Each prepared resist underlayer film forming composition is applied to the surface of an 8-inch silicon wafer by spin coating, and baked on a hot plate at 205 ° C. for 60 seconds to form a resist underlayer film having a thickness of 90 nm. did.

<評価1>
得られたレジスト下層膜について以下の評価をした。結果を表1にあわせて示す。
<Evaluation 1>
The obtained resist underlayer film was evaluated as follows. The results are shown in Table 1.

[屈折率n及び減衰係数(吸光係数)kの測定]
分光エリプソメーターを用いて、レジスト下層膜の波長193nmにおける屈折率n及び減衰係数kを測定した。
[Measurement of refractive index n and attenuation coefficient (absorption coefficient) k]
A refractive index n and an attenuation coefficient k at a wavelength of 193 nm of the resist underlayer film were measured using a spectroscopic ellipsometer.

<レジスト膜の形成>
このレジスト下層膜の上に調製したレジスト組成物(P−1)をスピンコートにより塗布し、ホットプレート上にて、120℃60秒間ベークを行い、膜厚120nmのフォトレジスト膜を形成した。このとき、レジストとレジスト下層膜とのインターミキシングは認められなかった。
<Formation of resist film>
The resist composition (P-1) prepared on this resist underlayer film was applied by spin coating, and baked on a hot plate at 120 ° C. for 60 seconds to form a 120 nm-thick photoresist film. At this time, no intermixing between the resist and the resist underlayer film was observed.

<評価2>
[エッチング選択性]
実施例1及び比較例1で得られたレジスト下層膜形成用組成物溶液をスピンナーを用い、シリコンウェハー上にそれぞれ塗布し、ホットプレート上で205℃で1分間焼成し、レジスト下層膜をそれぞれ形成した。また、上記調製したレジスト組成物(P−1)をスピンナーを用い、シリコンウェハー上に塗布し、ホットプレート上で100℃で1分間焼成し、レジスト膜を形成した。ドライエッチングガスとしてCFを使用した条件下でドライエッチング速度を測定した。レジスト膜のドライエッチング速度を1とした場合のレジスト下層膜のドライエッチング速度をエッチング選択性とした。
<Evaluation 2>
[Etching selectivity]
The resist underlayer film forming composition solutions obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were each applied onto a silicon wafer using a spinner and baked at 205 ° C. for 1 minute on a hot plate to form resist underlayer films. did. The prepared resist composition (P-1) was applied onto a silicon wafer using a spinner and baked on a hot plate at 100 ° C. for 1 minute to form a resist film. The dry etching rate was measured under conditions using CF 4 as the dry etching gas. The dry etching rate of the resist underlayer film when the dry etching rate of the resist film was 1 was defined as the etching selectivity.

<レジストパターンの形成>
[実施例3]
得られたレジスト下層膜形成用組成物及びレジスト組成物を塗布したシリコンウェハをArFエキシマレーザー露光装置(NSRS306C、NIKON製)を用いて、マスクパターンを介して露光した。その後、115℃で60秒間ポストベークを行った後、2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液により、25℃で30秒現像し、水洗し、乾燥して、ポジ型のレジストパターンを形成した。その後、上記レジストパターンをマスクとしてシリコンウェハ及びレジスト下層膜をエッチング装置(東京エレクトロン製、条件:シリコン系酸化膜エッチングガスCF(CF:150mL/分、RFパワー:300W)、下層膜エッチングガスO/N(O:55mL/分、N:65mL/分、RFパワー:700W))によって、順次ドライエッチングした。
<Formation of resist pattern>
[Example 3]
The obtained resist underlayer film forming composition and the silicon wafer coated with the resist composition were exposed through a mask pattern using an ArF excimer laser exposure apparatus (NSRS306C, manufactured by NIKON). Thereafter, post-baking was performed at 115 ° C. for 60 seconds, and then developed with a 2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution at 25 ° C. for 30 seconds, washed with water, and dried to form a positive resist pattern. Thereafter, the silicon wafer and the resist underlayer film are etched using the resist pattern as a mask (manufactured by Tokyo Electron, conditions: silicon-based oxide film etching gas CF 4 (CF 4 : 150 mL / min, RF power: 300 W)), underlayer film etching gas O 2 / N 2 (O 2 : 55 mL / min, N 2 : 65 mL / min, RF power: 700 W)) was sequentially dry etched.

Figure 2012203393
Figure 2012203393

表1に示される結果から明らかなように、当該組成物から形成されるレジスト下層膜は高い屈折率及び吸光係数を有し、かつドライエッチング時におけるレジスト膜に対する高いエッチング選択性を有することがわかった。また、当該レジスト下層膜はレジスト組成物とのインターミキシングを引き起こさないことも明らかとなった。   As is clear from the results shown in Table 1, it is found that the resist underlayer film formed from the composition has a high refractive index and an extinction coefficient, and has a high etching selectivity with respect to the resist film during dry etching. It was. It has also been clarified that the resist underlayer film does not cause intermixing with the resist composition.

本発明は高い屈折率及び吸光係数を有し、かつドライエッチング時におけるレジスト膜に対する高いエッチング選択性を有するレジスト下層膜を形成可能な組成物、当該組成物から形成されるレジスト下層膜並びに当該組成物を用いたパターン形成方法を提供することができる。従って、さらなる微細化が進む半導体デバイスの製造プロセスにおいて好適に適用できる。   The present invention provides a composition capable of forming a resist underlayer film having a high refractive index and an extinction coefficient and having a high etching selectivity for a resist film during dry etching, a resist underlayer film formed from the composition, and the composition A pattern forming method using an object can be provided. Therefore, the present invention can be suitably applied to a semiconductor device manufacturing process that is further miniaturized.

Claims (5)

[A]下記式(1)で表される化合物に由来する構造単位(I)を含む重合体を含有するレジスト下層膜形成用組成物。
Figure 2012203393
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の炭化水素基又はエポキシ基を有する有機基である。Rは、−CO−又はCRである。R及びRは、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜10の炭化水素基である。但し、上記炭化水素基は、水素原子の一部又は全部が置換されていてもよい。)
[A] A resist underlayer film forming composition containing a polymer containing a structural unit (I) derived from a compound represented by the following formula (1).
Figure 2012203393
(In Formula (1), R 1 and R 2 are each independently an organic group having a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or an epoxy group. R 3 is —CO—. Or CR 4 R 5. R 4 and R 5 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, provided that the hydrocarbon group is a hydrogen atom Part or all may be substituted.)
上記R及びRの少なくとも1つが、グリシジル基である請求項1に記載のレジスト下層膜形成用組成物。 The composition for forming a resist underlayer film according to claim 1, wherein at least one of R 1 and R 2 is a glycidyl group. [B]架橋剤をさらに含有する請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜形成用組成物。   [B] The composition for forming a resist underlayer film according to claim 1 or 2, further comprising a crosslinking agent. (1)請求項1、請求項2又は請求項3に記載のレジスト下層膜形成用組成物を被加工基板上に塗布し、レジスト下層膜を形成する工程、
(2)上記レジスト下層膜上にレジスト組成物を塗布し、レジスト膜を形成する工程、
(3)上記レジスト膜にマスクを介して放射線を照射し、レジスト膜を露光する工程、
(4)上記露光されたレジスト膜を現像し、レジストパターンを形成する工程、並びに
(5)上記レジストパターンをマスクとして、レジスト下層膜及び被加工基板をドライエッチングしてパターンを形成する工程
を有するパターン形成方法。
(1) A step of applying the resist underlayer film forming composition according to claim 1, claim 2 or claim 3 on a substrate to be processed to form a resist underlayer film,
(2) A step of applying a resist composition on the resist underlayer film to form a resist film,
(3) irradiating the resist film with radiation through a mask to expose the resist film;
(4) developing the exposed resist film to form a resist pattern; and (5) forming a pattern by dry etching the resist underlayer film and the substrate to be processed using the resist pattern as a mask. Pattern forming method.
請求項1、請求項2又は請求項3に記載のレジスト下層膜形成用組成物から形成されるレジスト下層膜。   A resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition according to claim 1, 2 or 3.
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