JP4831324B2 - Resist underlayer film forming composition containing sulfone - Google Patents

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本発明は、半導体基板加工時に有効なリソグラフィー用塗布型レジスト下層膜形成組成物、並びに該塗布型レジスト下層膜形成組成物を用いるフォトレジストパターン形成法に関するものである。より詳細には波長248nm、193nm又は157nmの露光照射光を用いて行われる半導体装置製造のリソグラフィープロセスにおいて、基板からの反射光を効果的に吸収する化合物、高分子化合物を含有する反射防止膜形成組成物に関するものである。 The present invention relates to a coating resist underlayer film forming composition for lithography that is effective at the time of processing a semiconductor substrate, and a photoresist pattern forming method using the coating resist underlayer film forming composition. More specifically, in a lithography process for manufacturing a semiconductor device using exposure light having a wavelength of 248 nm, 193 nm, or 157 nm, formation of an antireflection film containing a compound or polymer compound that effectively absorbs reflected light from the substrate It relates to a 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等の半導体基板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、得られたフォトレジストパターンを保護膜として半導体基板をエッチング処理する加工法である。ところが、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i線(波長365nm)、KrFエキシマレーザー(波長248nm)からArFエキシマレーザー(波長193nm)へと短波長化される傾向にある。これに伴い活性光線の半導体基板からの乱反射や定在波の影響が大きな問題となってきている。そこでフォトレジストと半導体基板の間に反射防止膜(Bottom Anti−Reflective Coating:BARC)を設ける方法が広く検討されるようになってきた。また、より短波長な光源であるF2エキシマレーザー(波長157nm)を用いたリソグラフィーによる微細加工に関する検討が行われるようになってきている。 Conventionally, in the manufacture of semiconductor devices, fine processing by lithography using a photoresist composition has been performed. The microfabrication forms a thin film of a photoresist composition on a semiconductor substrate such as a silicon wafer, and is irradiated with an actinic ray such as ultraviolet rays through a mask pattern on which a semiconductor device pattern is drawn, and developed. This is a processing method for etching a semiconductor substrate using the obtained photoresist pattern as a protective film. However, in recent years, the degree of integration of semiconductor devices has increased, and actinic rays used tend to be shortened from i-line (wavelength 365 nm) and KrF excimer laser (wavelength 248 nm) to ArF excimer laser (wavelength 193 nm). It is in. Accordingly, the influence of diffuse reflection of active rays from the semiconductor substrate and standing waves has become a serious problem. Therefore, a method of providing an antireflection film (Bottom Anti-Reflective Coating: BARC) between the photoresist and the semiconductor substrate has been widely studied. In addition, studies on fine processing by lithography using an F2 excimer laser (wavelength 157 nm), which is a light source having a shorter wavelength, have been conducted.

反射防止膜としては、チタン、二酸化チタン、窒化チタン、酸化クロム、カーボン、α−シリコン等の無機反射防止膜と、吸光性物質と高分子化合物とからなる有機反射防止膜が知られている。前者は膜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、後者は特別の設備を必要としない点で有利とされ数多くの検討が行われている。例えば、架橋反応基であるヒドロキシル基と吸光基を同一分子内に有するアクリル樹脂型反射防止膜や架橋反応基であるヒドロキシル基と吸光基を同一分子内に有するノボラック樹脂型反射防止膜等が挙げられる(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。   As an antireflection film, an inorganic antireflection film such as titanium, titanium dioxide, titanium nitride, chromium oxide, carbon, and α-silicon, and an organic antireflection film made of a light-absorbing substance and a polymer compound are known. The former requires equipment such as a vacuum deposition apparatus, a CVD apparatus, and a sputtering apparatus for film formation, whereas the latter is advantageous in that no special equipment is required, and many studies have been made. For example, an acrylic resin type antireflection film having a hydroxyl group that is a crosslinking reaction group and a light absorbing group in the same molecule, a novolak resin type antireflection film having a hydroxyl group that is a crosslinking reaction group and a light absorbing group in the same molecule, etc. (For example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).

有機反射防止膜材料として望まれる物性としては、光や放射線に対して大きな吸光度を有すること、フォトレジスト層とのインターミキシングが起こらないこと(フォトレジスト溶剤に不溶であること)、塗布時または加熱乾燥時に反射防止膜材料から上塗りレジスト中への低分子拡散物がないこと、フォトレジストに比べて大きなドライエッチング速度を有すること等がある(例えば、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3参照。)。   Physical properties desired as an organic antireflective coating material include large absorbance to light and radiation, no intermixing with the photoresist layer (insoluble in the photoresist solvent), application or heating There may be no low molecular diffusion material from the antireflection film material into the top coat resist during drying, and the dry etching rate may be higher than that of the photoresist (for example, Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, Non-Patent). Reference 3).

近年、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザーを使用したリソグラフィープロセスにおいて加工寸法の微細化、すなわち、形成されるフォトレジストパターンサイズの微細化が進んできている。フォトレジストパターンの微細化が進行すると、それに伴い、フォトレジストパターンの倒壊等を防止するためにフォトレジストの薄膜化が望まれるようになってきている。そして、フォトレジストを薄膜で使用する場合においては、共に使用される有機反射防止膜のエッチングによる除去工程におけるフォトレジスト層の膜厚の減少を抑制するために、より短時間でエッチングによる除去が可能な有機反射防止膜が望まれるようになってきている。すなわち、エッチング除去工程を短時間化するために、これまでよりも薄膜で使用可能な有機反射防止膜、或いはこれまでよりも大きなフォトレジストとのエッチング速度の選択比を持つ有機反射防止膜が要求されるようになってきている。   In recent years, in a lithography process using a KrF excimer laser or an ArF excimer laser, the processing dimension has been reduced, that is, the photoresist pattern to be formed has been reduced in size. As the miniaturization of the photoresist pattern proceeds, it has become desirable to reduce the thickness of the photoresist in order to prevent the photoresist pattern from collapsing. And when photoresist is used as a thin film, it can be removed by etching in a shorter time in order to suppress the decrease in the thickness of the photoresist layer in the removal process by etching of the organic antireflection film used together. Organic antireflective coatings have been desired. That is, in order to shorten the etching removal process, an organic antireflection film that can be used in a thinner film than before, or an organic antireflection film that has a higher etching rate selection ratio with a photoresist than before is required. It has come to be.

ところで、これまでの反射防止膜の技術の検討は主として波長が365nm、248nm、193nmの照射光を用いたリソグラフィープロセスに関して行われてきていた。そして、そのような検討の中で各波長の光を効率良く吸収する吸光成分、吸光基が開発され、有機系反射防止膜組成物の一つの成分として利用されるようになってきている。例えばベンゾフェノン系吸光性物質、ビスフェノールS系吸光性物質を含有する下層膜を用いること(例えば、特許文献3参照)、365nmの照射光については4−ヒドロキシアセトフェノンと4−メトキシベンズアルデヒドとの縮合によって生じたカルコン染料が有効であること(例えば、特許文献4参照)、248nmの照射光については特定の構造を有するナフタレン基含有ポリマーが大きな吸光度を示すということ(例えば、特許文献5参照)、193nmの照射光についてはフェニル基単位を含む樹脂バインダー組成物が優れているということ(例えば、特許文献6参照)、そして157nmの照射光に着いてはハロゲン原子(特に臭素、ヨウ素)を含む化合物が優れていること(例えば特許文献7参照)が知られている。   By the way, the examination of the technology of the antireflection film so far has been mainly performed with respect to a lithography process using irradiation light with wavelengths of 365 nm, 248 nm, and 193 nm. In such studies, light-absorbing components and light-absorbing groups that efficiently absorb light of each wavelength have been developed and used as one component of organic antireflection coating compositions. For example, using a lower layer film containing a benzophenone light-absorbing substance or a bisphenol S light-absorbing substance (see, for example, Patent Document 3), 365 nm irradiation light is generated by condensation of 4-hydroxyacetophenone and 4-methoxybenzaldehyde. That the chalcone dye is effective (for example, see Patent Document 4), and that the naphthamene group-containing polymer having a specific structure exhibits a large absorbance for the irradiation light of 248 nm (for example, see Patent Document 5), The resin binder composition containing a phenyl group unit is excellent for irradiation light (see, for example, Patent Document 6), and a compound containing a halogen atom (especially bromine or iodine) is excellent for the irradiation light of 157 nm. (For example, see Patent Document 7).

また、ポリスルホン樹脂を反射防止膜として用いることが記載されている(例えば特許文献8参照)。
米国特許第5919599号明細書 米国特許第5693691号明細書 特開平8−87115号公報 特表平11−511194号公報 特開平10−186671号公報 特開2000−187331号公報 特開2002−41482号公報 米国特許第5368989号明細書
Further, it is described that polysulfone resin is used as an antireflection film (see, for example, Patent Document 8).
US Pat. No. 5,919,599 US Pat. No. 5,693,691 JP-A-8-87115 Japanese National Patent Publication No. 11-511194 JP 10-186671 A JP 2000-187331 A JP 2002-41482 A US Pat. No. 5,368,889

トム・リンチ(Tom Lynch)他3名、「プロパティアンドパーフォーマンスオブニアーUVリフレクティビティコントロールレーヤー(Properties and Performance of Near UV Reflectivity Control Layers)」、(米国)、インアドバンスインレジストテクノロジーアンドプロセシングXI(in Advances in Resist Technology and Processing XI)、オムカラム・ナラマス(Omkaram Nalamasu)編、プロシーディングスオブエスピーアイイー(Proceedings of SPIE)、1994年、第2195巻(Vol.2195)、p.225−229Tom Lynch and three others, “Properties and Performance of Near UV Reflectivity Control Layers” (USA), In-Advanced Inresist Technology and Processing Advances in Resist Technology and Processing XI, edited by Omcaram Nalamasu, Proceedings of SPIE, 1994, Vol. 2195 (Vol. 2195). 225-229

ジー・テイラー(G. Taylor)他13名、「メタクリレートレジストアンドアンチリフレクティブコーティングフォー193nmリソグラフィー(Methacrylate Resist and Antireflective Coatings for 193nm Lithography)」、(米国)、インマイクロリソグラフィー1999:アドバンスインレジストテクノロジーアンドプロセシングXVI(in Microlithography 1999:Advances in Resist Technology and Processing XVI)、ウイル・コンレイ(Will Conley)編、プロシーディングスオブエスピーアイイー(Proceedings of SPIE)、1999年、第3678巻(Vol.3678)、p.174−185G. Taylor and 13 others, “Methacrylate Resist and Antireflective Coating for 193 nm Lithography” (USA), In-microlithography and 1999 In-process resist X technology (In Microlithography 1999: Advances in Resist Technology and Processing XVI), edited by Will Conley, Proceedings of SPIE, 1999, 3678. (Vol. 3678), p. 174-185

ジム・ディー・メーダー(Jim D. Meador)他6名、「リセントプログレスイン193nmアンチリフレクティブコーティングス(Recent Progress in 193nm Antireflective Coatings)」、(米国)、インマイクロリソグラフィー1999:アドバンスインレジストテクノロジーアンドプロセシングXVI(in Microlithography 1999:Advances in Resist Technology and Processing XVI)、ウイル・コンレイ(Will Conley)編、プロシーディングスオブエスピーアイイー(Proceedings of SPIE)、1999年、第3678巻(Vol.3678)、p.800−809Jim D. Meador and 6 others, “Recent Progress in 193 nm Antireflective Coatings” (USA), In-microlithography 1999: Advanced In-resist Technology and Processing XVI (In Microlithography 1999: Advances in Resist Technology and Processing XVI), edited by Will Conley, Proceedings of SPIE, Vol. 36, 78, 36, p. 800-809

本発明は短波長の光、特に波長248nm、193nm又は157nmの光に強い吸収を有す反射防止膜のためのリソグラフィー用反射防止膜形成組成物に関するものである。また、本発明は、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)又はF2エキシマレーザー(波長157nm)の照射光を使用して行われる半導体装置製造のリソグラフィープロセスに用いることのできる反射防止膜形成組成物を提供することである。また本発明は、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー又はF2エキシマレーザーの照射光を微細加工に使用する際に基板からの反射光を効果的に吸収し、フォトレジスト層とのインターミキシングを起こさず、その構造を最適化することによりフォトレジストに比較してドライエッチング速度を大きく高めたり、低めたりすることができる。また、その後の除去工程の際に、酸素などを用いるドライアッシングだけでなくその溶解特性からPGMEやPGMEAなどのレジスト溶剤には溶解しないが、シクロヘキサノンなどのケトン溶媒には溶解しやすいところから、その除去性にプロセスメリットがでる。また、スルホン構造を最適化することで、NMD−3などの現像液に可溶にすることができ、現像液に可溶な反射防止膜、レジスト下層膜にすることができる。リソグラフィー用レジスト下層膜(例えば反射防止膜)のためのレジスト下層膜(例えば反射防止膜)形成組成物を提供すること、並びに該レジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物を用いたリソグラフィー用レジスト下層膜(反射防止膜)の形成方法、及びフォトレジストパターンの形成方法を提供することにある。   The present invention relates to an antireflection film-forming composition for lithography for an antireflection film having strong absorption for light having a short wavelength, particularly light having a wavelength of 248 nm, 193 nm, or 157 nm. Further, the present invention is a reflection that can be used in a lithography process for manufacturing a semiconductor device using irradiation light of a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), an ArF excimer laser (wavelength 193 nm), or an F2 excimer laser (wavelength 157 nm). An object of the present invention is to provide an anti-film forming composition. Further, the present invention effectively absorbs the reflected light from the substrate when the irradiation light of the KrF excimer laser, ArF excimer laser or F2 excimer laser is used for fine processing, and does not cause intermixing with the photoresist layer, By optimizing the structure, the dry etching rate can be greatly increased or decreased as compared with the photoresist. Further, in the subsequent removal process, it is not dissolved in a resist solvent such as PGME or PGMEA due to its dissolution characteristics as well as dry ashing using oxygen or the like, but it is easily dissolved in a ketone solvent such as cyclohexanone. The process merit comes out in the removability. Further, by optimizing the sulfone structure, it can be made soluble in a developer such as NMD-3, and an antireflection film and a resist underlayer film soluble in the developer can be obtained. Providing a resist underlayer film (for example, antireflection film) forming composition for a resist underlayer film (for example, antireflection film) for lithography, and a lithography resist using the resist underlayer film (antireflection film) forming composition An object of the present invention is to provide a method for forming a lower layer film (antireflection film) and a method for forming a photoresist pattern.

本願発明は第1観点として、スルホン結合を有する樹脂を含む半導体装置製造のリソグラフィープロセス用レジスト下層膜形成組成物、
第2観点として、上記樹脂が、主鎖又は主鎖と連結する側鎖にスルホン結合が導入されたものである第1観点に記載のリソグラフィープロセス用レジスト下層膜形成組成物、
第3観点として、上記樹脂が式(1):
As a first aspect of the present invention, a resist underlayer film forming composition for a lithography process for manufacturing a semiconductor device comprising a resin having a sulfone bond,
As a second aspect, the resin is a resist underlayer film forming composition for a lithography process according to the first aspect, wherein a sulfone bond is introduced into a main chain or a side chain connected to the main chain,
As a third aspect, the resin has the formula (1):

Figure 0004831324
Figure 0004831324

〔但し、Qは式(2)〜式(15): [However, Q is a formula (2)-a formula (15):

Figure 0004831324
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(但し、Rはそれぞれ水素原子、又はハロゲン原子であり、Yは炭素数1〜40のアルキル基、炭素数5〜40のアリール基、炭素数5〜40の環状脂肪族基、複素環基、エーテル基、エステル基、含ケイ素有機基、含スズ有機基、水酸基、ハロゲン基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、スルホニル基、スルホン酸基、又はそれらの組み合わせであり。Rは炭素数1〜40からなる置換又は未置換のアルキル基である。Arは炭素数5〜40からなる置換又は未置換のアリール基である。Cyは炭素数5〜40からなる置換又は未置換の環状脂肪族基を示す。)から選ばれる二価の有機基又はそれらの組み合わせを示す。mは3〜10000の繰り返し単位の数を示す。〕の構造を有するものである第1観点に記載のリソグラフィープロセス用レジスト下層膜形成組成物、
第4観点として、Qが式(2)、式(3)、式(12)又はそれらの組み合わせからなる二価の有機基である第3観点に記載のリソグラフィープロセス用レジスト下層膜形成組成物、
第5観点として、上記樹脂が式(16):
(Wherein, R 1 is each a hydrogen atom, or a halogen atom, Y represents an alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, an aryl group having 5 to 40 carbon atoms, cyclic aliphatic group having 5-40 carbon atoms, a heterocyclic group An ether group, an ester group, a silicon-containing organic group, a tin-containing organic group, a hydroxyl group, a halogen group, a nitro group, a cyano group, an amino group, a sulfonyl group, a sulfonic acid group, or a combination thereof. It is a substituted or unsubstituted alkyl group composed of ˜40, Ar is a substituted or unsubstituted aryl group composed of 5 to 40 carbon atoms, and Cy is a substituted or unsubstituted cyclic aliphatic composed of 5 to 40 carbon atoms. A divalent organic group selected from the group or a combination thereof. m represents the number of repeating units of 3 to 10,000. A composition for forming a resist underlayer film for a lithography process according to the first aspect, having the structure of
As a fourth aspect, the resist underlayer film forming composition for a lithography process according to the third aspect, wherein Q is a divalent organic group consisting of Formula (2), Formula (3), Formula (12), or a combination thereof,
As a fifth aspect, the resin has the formula (16):

Figure 0004831324
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(但し、Rはベンゼン環の水素原子の置換基であって、それぞれ水酸基、ハロゲン基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルケニル基、ニトロ基、シアノ基、又はその組み合わせを示し、nは0〜4の整数である。Qは酸素原子、カルボキシル基、上記式(2)〜式(15)から選ばれる二価の有機基、又はそれらの組み合わせを示す。mは3〜10000の繰り返し単位の数を示す。)の構造を有するものである第1観点に記載のリソグラフィープロセス用レジスト下層膜形成組成物、
第6観点として、Qが、酸素原子、式(4)、式(6)、式(9)、式(11)又はそれらの組み合わせからなる二価の有機基である第1観点に記載のリソグラフィープロセス用レジスト下層膜形成組成物、
第7観点として、第1観点乃至第6観点のいずれか一つに記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し、50〜300℃で焼成し、レジスト下層膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法、
第8観点として、第1観点乃至第6観点のいずれか一つ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焼成してレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上にフォトレジストを被覆し、このレジスト下層膜とフォトレジストを被覆した基板を露光し、現像し、ドライエッチングにより基板上に画像を転写して集積回路素子を形成する半導体装置の製造方法、及び、
第9観点として、第1観点乃至第6観点のいずれか一つに記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し焼成してレジスト下層膜を形成する工程、該レジスト下層膜上にハードマスクを形成する工程、さらに該ハードマスク上にレジスト膜を形成する工程、露光と現像によりレジストパターンを形成する工程、レジストパターンによりハードマスクをエッチングする工程、およびパターン化されたハードマスクによりレジスト下層膜をエッチングする工程、パターン化されたレジスト下層膜により半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法である。
(However, R 2 is a substituent of a hydrogen atom of the benzene ring, and each of them is a hydroxyl group, a halogen group, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an alkenyl group having 1 to 6 carbon atoms. , A nitro group, a cyano group, or a combination thereof, n is an integer of 0 to 4. Q is an oxygen atom, a carboxyl group, a divalent organic group selected from the above formulas (2) to (15), Or m represents a number of repeating units of 3 to 10000.) The resist underlayer film forming composition for a lithography process according to the first aspect,
As a sixth aspect, the lithography according to the first aspect, wherein Q is a divalent organic group comprising an oxygen atom, formula (4), formula (6), formula (9), formula (11), or a combination thereof. Resist underlayer film forming composition for process,
As a seventh aspect, the resist underlayer film forming composition for lithography according to any one of the first to sixth aspects is applied on a semiconductor substrate and baked at 50 to 300 ° C. to form a resist underlayer film. A method of manufacturing a semiconductor device including a process,
As an eighth aspect, the resist underlayer film forming composition according to any one of the first to sixth aspects is applied onto a semiconductor substrate and baked to form a resist underlayer film, and photo resist is formed on the resist underlayer film. A method of manufacturing a semiconductor device in which a resist is coated, a substrate coated with the resist underlayer film and the photoresist is exposed, developed, and an image is transferred onto the substrate by dry etching to form an integrated circuit element; and
As a ninth aspect, a step of applying a resist underlayer film forming composition for lithography according to any one of the first to sixth aspects on a semiconductor substrate and baking to form a resist underlayer film, the resist underlayer film A step of forming a hard mask thereon, a step of forming a resist film on the hard mask, a step of forming a resist pattern by exposure and development, a step of etching the hard mask by the resist pattern, and a patterned hard mask The method for manufacturing a semiconductor device includes a step of etching a resist underlayer film by a step and a step of processing a semiconductor substrate by a patterned resist underlayer film.

本発明は、スルホン構造を含むことを特徴とする反射防止膜形成組成物およびレジスト下層膜形成組成物に関するものであり、そして、短波長の照射光、特にKrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)又はF2エキシマレーザー(波長157nm)の照射光を使用して行われる半導体装置製造のリソグラフィープロセスに用いることのできるものである。   The present invention relates to an antireflection film-forming composition and a resist underlayer film-forming composition characterized by containing a sulfone structure, and short-wave irradiation light, particularly KrF excimer laser (wavelength 248 nm), ArF excimer It can be used for a lithography process for manufacturing a semiconductor device using irradiation light of a laser (wavelength 193 nm) or F2 excimer laser (wavelength 157 nm).

本願発明のリソグラフィープロセス用レジスト下層膜形成組成物は、基本的にスルホン構造を含む樹脂と溶剤からなる。従って架橋性化合物や架橋触媒を含有しない。これは本願発明の上記レジスト下層膜形成組成物が架橋させずに溶媒選択性をもたせるためである。溶媒選択性とは上記レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し焼成後、その上にフォトレジスト形成組成物を塗布する。このフォトレジスト形成組成物中の溶剤(例えば、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)には溶解しないので、フォトレジスト形成組成との間でインターミキシングは発生しない。そしてフォトレジスト形成組成物を焼成しフォトレジスト層を形成し露光と現像が行われ、フォトレジストパターンを用いてレジスト下層膜のドライエッチングが行われ、フォトレジスト層と下層膜層からなるレジストパターンが形成される。その後、形成されたレジストパターンにより基板加工がなされる。基板の加工後に不要となったレジストパターンは従来方法ではアッシング工程によって焼却除去されるが、アッシング工程は基板に熱的負担(ダメージ)をかけるので、溶媒による除去が可能であればそれが好ましい。本願発明では従来行われてきたアッシング工程を行わず、除去溶媒(例えば、シクロヘキサノン、γ−ブチルラクトン)による除去が可能になった。この様にフォトレジスト形成組成物中の溶剤(例えば、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)には溶解せずに、除去溶媒(例えば、シクロヘキサノン、γ−ブチルラクトン)に溶解するという溶媒選択性を持つことで、アッシング工程が不要になり、基板への熱的ダメージを低減することができた(効果1)。   The resist underlayer film forming composition for a lithography process of the present invention basically comprises a resin containing a sulfone structure and a solvent. Therefore, it does not contain a crosslinkable compound or a crosslinking catalyst. This is because the resist underlayer film forming composition of the present invention has solvent selectivity without crosslinking. With solvent selectivity, the resist underlayer film forming composition is applied onto a semiconductor substrate and baked, and then a photoresist forming composition is applied thereon. Since it is not dissolved in a solvent (for example, propylene glycol monomethyl ether or propylene glycol monomethyl ether acetate) in the photoresist forming composition, intermixing with the photoresist forming composition does not occur. Then, the photoresist forming composition is baked to form a photoresist layer, and exposure and development are performed. Using the photoresist pattern, dry etching of the resist underlayer film is performed, and a resist pattern composed of the photoresist layer and the underlayer film layer is formed. It is formed. Thereafter, the substrate is processed by the formed resist pattern. In the conventional method, the resist pattern which becomes unnecessary after processing the substrate is incinerated and removed by an ashing process. However, since the ashing process places a thermal burden (damage) on the substrate, it is preferable if it can be removed by a solvent. In the present invention, the ashing process that has been conventionally performed is not performed, and the removal with a removal solvent (for example, cyclohexanone, γ-butyllactone) is possible. In this way, the solvent selection is not to dissolve in the solvent (for example, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate) in the photoresist forming composition, but to dissolve in the removal solvent (for example, cyclohexanone, γ-butyllactone). As a result, the ashing process becomes unnecessary, and thermal damage to the substrate can be reduced (Effect 1).

また、半導体装置の製造工程でレジスト下層膜やフォトレジスト膜の塗布不良が発生した場合は通常、その基板そのものが廃棄処分となる。しかし、本願発明のレジスト下層膜形成組成物は除去溶媒(例えば、シクロヘキサノン、γ−ブチルラクトン)に溶解するので、塗布不良が発生した半導体基板を除去溶媒で洗浄することにより、レジスト下層膜やフォトレジスト膜を洗い流すことが可能であり、再度それらを塗布することで半導体基板を廃棄せずに、不良品を再生すること(リワーク)が可能である(効果2)。   Further, when a coating failure of the resist underlayer film or the photoresist film occurs in the manufacturing process of the semiconductor device, the substrate itself is usually discarded. However, since the resist underlayer film forming composition of the present invention is dissolved in a removal solvent (for example, cyclohexanone, γ-butyllactone), the resist underlayer film or the photo resist is removed by washing the semiconductor substrate in which the coating failure has occurred with the removal solvent. The resist film can be washed away, and by applying them again, the defective product can be regenerated (reworked) without discarding the semiconductor substrate (effect 2).

また、半導体基板にレジスト下層膜形成組成物を塗布した後に焼成工程を行う場合、その焼成工程で架橋性化合物や架橋触媒が昇華物となりドラフトチャンバー内に付着し、それが基板上に落下して異物となり欠陥を発生させることがある。しかし、本願発明の上記レジスト下層膜形成組成物は、架橋性化合物と架橋触媒を含有せず、そして半導体基板にレジスト下層膜形成組成物を塗布した後の焼成は溶媒の蒸発だけであるので長い焼成時間を必要としないので、結果として低分子成分の昇華物量が少ない。従って昇華物の落下による異物が原因となる欠陥の発生を低減させること(効果3)ができる。   In addition, when the baking process is performed after applying the resist underlayer film forming composition to the semiconductor substrate, the crosslinking compound or the crosslinking catalyst becomes a sublimate in the baking process and adheres to the draft chamber, and falls on the substrate. It may become a foreign material and cause defects. However, the resist underlayer film forming composition of the present invention does not contain a crosslinkable compound and a crosslinking catalyst, and the baking after applying the resist underlayer film forming composition to the semiconductor substrate is only evaporation of the solvent, which is long. Since no firing time is required, the amount of low molecular component sublimates is small as a result. Therefore, it is possible to reduce the occurrence of defects caused by foreign matter due to the fall of the sublimate (Effect 3).

このような効果は、本願発明のレジスト下層膜形成組成物が熱硬化を必要としないためである。熱硬化を必要としない(非熱硬化性)構成は、スルホン結合を有する樹脂を用いることによってなされたものである。   Such an effect is because the resist underlayer film forming composition of the present invention does not require thermosetting. The structure which does not require thermosetting (non-thermosetting) is made by using a resin having a sulfone bond.

また、フォトレジスト形成組成物を焼成しフォトレジスト層を形成し露光と現像が行われ、フォトレジストパターンを形成する際に、断面形状がすそ引きになりやすいことが問題となっている。本願発明のスルホン結合を含有する膜を利用することで、効果的に矩形からアンダーカットまで種々の形状に調整すること(効果4)ができる。   In addition, there is a problem that the cross-sectional shape tends to be squeezed when a photoresist pattern is formed by baking a photoresist forming composition to form a photoresist layer, and then performing exposure and development. By using the membrane containing the sulfone bond of the present invention, it is possible to effectively adjust the shape from rectangular to undercut (effect 4).

また、スルホン基と共役結合を隣接させる分子デザインを行うことで、193nmのみならず、248nmなどの他の露光波長領域にも吸収を持たせること(効果5)ができる。   In addition, by designing a molecule in which a sulfone group and a conjugated bond are adjacent to each other, absorption can be provided not only at 193 nm but also at other exposure wavelength regions such as 248 nm (effect 5).

本願発明はスルホン結合を有する樹脂を含む半導体装置製造のリソグラフィープロセス用レジスト下層膜形成組成物である。上記樹脂は主鎖又は主鎖と連結する側鎖にスルホン構造が導入されたものである。   The present invention is a resist underlayer film forming composition for a lithography process for manufacturing a semiconductor device containing a resin having a sulfone bond. The resin has a sulfone structure introduced in the main chain or a side chain connected to the main chain.

本発明の反射防止膜形成組成物はスルホン結合を有する樹脂及び溶剤からなるものであり、任意成分として触媒、界面活性剤等を含有するものである。本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物の固形分は、例えば0.1〜50質量%であり、又、例えば0.5〜30質量%である。ここで固形分とは、レジスト下層膜形成組成物の全成分から溶剤成分を除いたものである。   The antireflection film-forming composition of the present invention comprises a resin having a sulfone bond and a solvent, and contains a catalyst, a surfactant and the like as optional components. The solid content of the resist underlayer film forming composition for lithography of the present invention is, for example, 0.1 to 50% by mass, and for example, 0.5 to 30% by mass. Here, the solid content is obtained by removing the solvent component from all the components of the resist underlayer film forming composition.

また、本発明の反射防止膜形成組成物において、スルホン結合を有する樹脂の配合量としては、全固形分当たり10質量%以上であり、例えば30質量%〜99質量%であり、例えば50質量%〜99質量%であり、更に、例えば60質量%〜95質量%である。   In the antireflection film-forming composition of the present invention, the amount of the resin having a sulfone bond is 10% by mass or more per total solid content, for example, 30% to 99% by mass, for example, 50% by mass. It is -99 mass%, Furthermore, it is 60 mass%-95 mass%, for example.

本願発明に用いるスルホン結合を有する樹脂は式(1)の構造を有する樹脂を上げることができる。式(1)の構造を有する樹脂において、Qは式(2)〜式(15)から選ばれる二価の有機基又はそれらを組み合わせた二価の有機基を示す。上記式中においてR1はそれぞれ水素原子又はハロゲン原子であり、ハロゲン原子はフッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子である。Yは炭素数1〜40のアルキル基、炭素数5〜40のアリール基、炭素数5〜40の環状脂肪族基、複素環基、エーテル基、エステル基、含ケイ素有機基、含スズ有機基、水酸基、ハロゲン基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、スルホニル基、スルホン酸基、又はそれらの組み合わせであり、Rは炭素数1〜40からなる置換又は未置換のアルキル基であり、Arは炭素数5〜40からなる置換又は未置換のアリール基であり、Cyは炭素数5〜40からなる置換又は未置換の環状脂肪族基を示す。ハロゲン基はフッ素、塩素、臭素、ヨウ素に由来する。アリール基は置換又は非置換のフェニル基、ナフチル基、アントリル基等である。複素環基としては、フラン、チオフェン、ピロール、ピラン、チオピラン、ピリジン、チアゾール、イミダゾール、ピリミジン、トリアジン、インドール、キノリン、プリン等の複素環に由来する有機基である。環境脂肪族基としてはシクロペンタン、シクロヘキサン、シクロデカン等に由来する有機基である。特に式(1)中のQは、式(2)、式(3)、式(12)又はそれらの組み合わせが好ましい。   The resin having a sulfone bond used in the present invention can be a resin having the structure of formula (1). In the resin having the structure of the formula (1), Q represents a divalent organic group selected from the formulas (2) to (15) or a divalent organic group obtained by combining them. In the above formula, each R1 is a hydrogen atom or a halogen atom, and the halogen atom is a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Y is an alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, an aryl group having 5 to 40 carbon atoms, a cyclic aliphatic group having 5 to 40 carbon atoms, a heterocyclic group, an ether group, an ester group, a silicon-containing organic group, or a tin-containing organic group. , Hydroxyl group, halogen group, nitro group, cyano group, amino group, sulfonyl group, sulfonic acid group, or a combination thereof, R is a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, and Ar is It is a substituted or unsubstituted aryl group having 5 to 40 carbon atoms, and Cy represents a substituted or unsubstituted cyclic aliphatic group having 5 to 40 carbon atoms. Halogen groups are derived from fluorine, chlorine, bromine and iodine. The aryl group is a substituted or unsubstituted phenyl group, naphthyl group, anthryl group and the like. The heterocyclic group is an organic group derived from a heterocyclic ring such as furan, thiophene, pyrrole, pyran, thiopyran, pyridine, thiazole, imidazole, pyrimidine, triazine, indole, quinoline, and purine. The environmental aliphatic group is an organic group derived from cyclopentane, cyclohexane, cyclodecane or the like. In particular, Q in formula (1) is preferably formula (2), formula (3), formula (12) or a combination thereof.

式(1)で示されるスルホン結合を有する樹脂は、二酸化イオウと、炭素と炭素の多重結合(二重結合、三重結合)を有する化合物とのラジカル重合によって得られる。この反応は二酸化硫黄を過剰に入れ溶媒として用いたり、二酸化硫黄をN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどの有機溶剤に溶解させた溶液状態で反応させることが好ましい。
この反応において、式(1)の構造を有する樹脂は2種類以上の化合物を組み合わせて重合により得られる。この重合反応においては、tert−ブチルヒドロペルオキシド、AIBN、2,2‘−アゾビス(イソ酪酸)ジメチルなどのラジカル開始剤を上記ラジカル反応の触媒として用いることも可能である。上記反応の反応温度、反応時間は使用する化合物、濃度等に依存するものであるが、反応時間0.1〜100時間、反応温度20℃〜200℃の範囲から適宜選択される。触媒を用いる場合、使用する化合物の全質量に対して0.001〜50質量%の範囲で用いることができる。
式(1)の構造を有する樹脂は繰り返し単位の数mは3〜10000、又は3〜1000、又は10〜1000である。また重量平均分子量は300〜1000000であり、好ましくは300〜100000である。
The resin having a sulfone bond represented by the formula (1) is obtained by radical polymerization of sulfur dioxide and a compound having a carbon-carbon multiple bond (double bond, triple bond). This reaction is preferably carried out in a solution state in which sulfur dioxide is excessively used as a solvent, or sulfur dioxide is dissolved in an organic solvent such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or dimethylsulfoxide.
In this reaction, the resin having the structure of the formula (1) is obtained by polymerization by combining two or more kinds of compounds. In this polymerization reaction, a radical initiator such as tert-butyl hydroperoxide, AIBN, or 2,2′-azobis (isobutyric acid) dimethyl can be used as a catalyst for the radical reaction. The reaction temperature and reaction time of the above reaction depend on the compound used, concentration, etc., but are appropriately selected from the range of reaction time of 0.1 to 100 hours and reaction temperature of 20 ° C to 200 ° C. When using a catalyst, it can be used in 0.001-50 mass% with respect to the total mass of the compound to be used.
In the resin having the structure of formula (1), the number m of repeating units is 3 to 10,000, or 3 to 1000, or 10 to 1000. The weight average molecular weight is 300 to 1,000,000, preferably 300 to 100,000.

式(1)の構造を有する樹脂を含む本発明のレジスト下層膜組成物において、レジスト下層膜が反射防止膜である場合は反射防止膜の特性、特に、リソグラフィープロセスに用いられる照射光に対する吸光特性、減衰係数、屈折率等は、式(1)の構造を有する樹脂の合成に用いる化合物の種類に大きく依存するものである。また、本発明のレジスト下層膜形成組成物により反射防止膜を形成した場合、エッチングによる除去工程に要する時間に対しても、使用される式(1)の構造を有する樹脂の合成に用いる化合物の種類が影響を与えるものである。   In the resist underlayer film composition of the present invention containing a resin having the structure of the formula (1), when the resist underlayer film is an antireflection film, the characteristics of the antireflection film, in particular, the absorption characteristics with respect to irradiation light used in the lithography process The attenuation coefficient, refractive index, etc. greatly depend on the type of compound used for the synthesis of the resin having the structure of formula (1). Further, when an antireflection film is formed with the resist underlayer film forming composition of the present invention, the compound used for the synthesis of the resin having the structure of the formula (1) to be used can be used for the time required for the removal step by etching. Kind is the one that affects.

非芳香族主鎖型ポリスルホンを得るための反応に用いられる化合物の組み合わせとしては、二酸化硫黄ガスと、二重結合もしくは三重結合を持つ化合物との組み合わせであり、重合可能な化合物であれば如何なる化合物も使用することが可能である。それらコモノマー種としては、プロペン、プロピン、ブテン、ブチン、ペンテン、ペンチン、へキセン、ヘキシン、ヘプテン、ヘプチン、オクテン、オクチン、ノネン、ノニン、デセン、デシン、ドデセン、ドデシン、ウンデセン、ウンデシン、トリデセン、トリデシン、テトラデセン、テトラデシン、ヘキサデセン、ヘキサデシン、スチレン、フェニルアセチレン、アリルトリメチルシラン、アリルフェニルスルホン、シクロヘキセン、シクロヘキシン、シクロペンテン、シクロペンチン、ノルボルネン、ノルボルナジエン、アリルアセテート、スルホレン、ブテニルトリメチルシラン、アリルアルコール、アリルペンタフルオロベンゼン、アリルフェニルエーテル、アリルフェノール、5−へキセンー1−オール、5−ヘキシンー1−オール、9−デセンー1−オール、アリルローダニン、1−アリルー2−チオウレア、アリルパーフルオロ−n−ノナノエート、アリルトリフルオロアセテート、4−フェニルー1−ブテン、アリルベンゼン、メチレンシクロヘキサン、4−フェニルー1−ブチン、アリルーチンートリーn―ブチル、エチニルベンゼン、アリルフェニルスルホン、シクロヘキセン、シクロペンテン、酢酸アリル、モノアリルイソシアヌル酸、3,4−ジヒドロ−2H−ピラン、ヘキサデセン、ヘキサデシン、アリルベンゼン、メチレンシクロヘキサン等が挙げられ、これらを単独で用いることも2種以上の混合物として用いることもできる。
上記式(1)の構造を有する樹脂は、例えば[1−1]〜[1−36]:
The combination of the compounds used in the reaction for obtaining the non-aromatic main chain polysulfone is a combination of a sulfur dioxide gas and a compound having a double bond or a triple bond, and any compound can be used as long as it is a polymerizable compound. Can also be used. The comonomer species include propene, propyne, butene, butyne, pentene, pentyne, hexene, hexyne, heptene, heptine, octene, octyne, nonene, nonine, decene, decine, dodecene, dodecin, undecene, undecine, tridecene, tridecine. , Tetradecene, tetradecyne, hexadecene, hexadecine, styrene, phenylacetylene, allyltrimethylsilane, allylphenylsulfone, cyclohexene, cyclohexyne, cyclopentene, cyclopentine, norbornene, norbornadiene, allyl acetate, sulfolene, butenyltrimethylsilane, allyl alcohol, allylpenta Fluorobenzene, allyl phenyl ether, allyl phenol, 5-hexen-1-ol, 5-hexyne-1-one 9-decen-1-ol, allylrhodanine, 1-allyl-2-thiourea, allyl perfluoro-n-nonanoate, allyl trifluoroacetate, 4-phenyl-1-butene, allylbenzene, methylenecyclohexane, 4-phenyl-1 -Butyne, allyroutine n-butyl, ethynylbenzene, allylphenylsulfone, cyclohexene, cyclopentene, allyl acetate, monoallyl isocyanuric acid, 3,4-dihydro-2H-pyran, hexadecene, hexadecyne, allylbenzene, methylenecyclohexane, etc. These can be used alone or in combination of two or more.
Resins having the structure of the above formula (1) are, for example, [1-1] to [1-36]:

Figure 0004831324
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Figure 0004831324
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Figure 0004831324
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が挙げられる。
本願発明に用いるスルホン結合を有する樹脂は式(16)の構造を有する樹脂を挙げることができる。
式(16)の構造を有する樹脂は繰り返し単位の数mは3〜10000、又は3〜1000、又は10〜1000である。また重量平均分子量は300〜1000000であり、好ましくは300〜100000である。
但し、Rはベンゼン環の水素原子の置換基であって、それぞれ水酸基、ハロゲン基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数1〜6のアルケニル基、ニトロ基、シアノ基、又はその組み合わせを示し、nは0〜4の整数である。
Is mentioned.
Examples of the resin having a sulfone bond used in the present invention include a resin having a structure of the formula (16).
In the resin having the structure of the formula (16), the number m of repeating units is 3 to 10,000, or 3 to 1000, or 10 to 1000. The weight average molecular weight is 300 to 1,000,000, preferably 300 to 100,000.
However, R < 2 > is a substituent of the hydrogen atom of a benzene ring, Comprising: Each is a hydroxyl group, a halogen group, a C1-C6 alkyl group, a C1-C6 alkoxy group, a C1-C6 alkenyl group, A nitro group, a cyano group, or a combination thereof is shown, and n is an integer of 0 to 4.

式(16)においてQは酸素原子、カルボキシル基、上記式(2)〜式(15)から選ばれる二価の有機基、又はそれらを組み合わせた二価の有機基を示す。特に酸素原子、式(4)、式(6)、式(9)、式(11)又はそれらの組み合わせからなる二価の有機基が好ましい。
上記Rにおいてハロゲン基としてはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子である。炭素数1〜6のアルキル基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t−ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。炭素数1〜6のアルコキシ基としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、t−ブトキシ基等が挙げられる。炭素数1〜6のアルケニル基としてはアリル基等が好ましく用いられる。nはベンゼン環の水素原子に置換するR1の数であり、それぞれ0〜4の整数である。
式(16)の構造を有する樹脂は、ビスフェノールS系化合物又はジカルボキシジフェニルスルホン系化合物と芳香族化合物との反応、ビスフェノールS系化合物及びジルルボキシジフェニルスルホン系化合物同士の反応によって得られる。
このような、式(16)の構造を有する樹脂は、トルエン、ニトロベンゼン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル―2−ピロリジノンなどの有機溶剤に、ビスフェノールS系化合物と芳香族化合物溶解させた溶液状態やバルクで、ディーンスタークトラップを用いて反応させることが好ましい。この反応において、ビスフェノールS系化合物及び芳香族化合物は、2種類以上の化合物を組み合わせて用いることもできる。また、本反応においては、炭酸カリウムなどの塩基を本反応の触媒として用いることも可能である。本反応の反応温度、反応時間は使用する化合物、濃度等に依存するものであるが、反応時間0.1〜100時間、反応温度20℃〜200℃の範囲から適宜選択される。触媒を用いる場合、使用する化合物の全質量に対して0.001〜50質量%の範囲で用いることができる。
In the formula (16), Q represents an oxygen atom, a carboxyl group, a divalent organic group selected from the above formulas (2) to (15), or a divalent organic group obtained by combining them. In particular, an oxygen atom, a divalent organic group composed of Formula (4), Formula (6), Formula (9), Formula (11), or a combination thereof is preferable.
In R 2 described above, the halogen group is a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom. Examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a t-butyl group, and a pentyl group. Examples of the alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a t-butoxy group. An allyl group or the like is preferably used as the alkenyl group having 1 to 6 carbon atoms. n is the number of R1 substituted with the hydrogen atom of a benzene ring, and is an integer of 0-4, respectively.
The resin having the structure of the formula (16) is obtained by a reaction between a bisphenol S compound or a dicarboxydiphenyl sulfone compound and an aromatic compound, or a reaction between a bisphenol S compound and a diruruboxy diphenyl sulfone compound.
Such a resin having the structure of the formula (16) is obtained by using a bisphenol S compound in an organic solvent such as toluene, nitrobenzene, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidinone. It is preferable to carry out the reaction using a Dean-Stark trap in a solution state or a bulk in which the aromatic compound is dissolved. In this reaction, the bisphenol S-based compound and the aromatic compound can be used in combination of two or more compounds. In this reaction, a base such as potassium carbonate can also be used as a catalyst for this reaction. The reaction temperature and reaction time of this reaction depend on the compound used, concentration, etc., but are appropriately selected from the range of reaction time of 0.1 to 100 hours and reaction temperature of 20 ° C to 200 ° C. When using a catalyst, it can be used in 0.001-50 mass% with respect to the total mass of the compound to be used.

式(16)で表される化合物を含む本発明のレジスト下層膜組成物において、そのレジスト下層膜(例えば反射防止膜)形成組成物より形成されるレジスト下層膜(例えば反射防止膜)の特性、特に、リソグラフィープロセスに用いられる照射光に対する吸光特性、減衰係数、屈折率等は、本反応に使用される式(16)の化合物の種類に大きく依存するものである。また、本発明のレジスト下層膜(例えば反射防止膜)形成組成物より形成されるレジスト下層膜(例えば反射防止膜)のエッチングによる除去工程に要する時間に対しても、使用される式(16)の構造を有する樹脂に合成に用いられる化合物の種類が影響を与えるものである。   In the resist underlayer film composition of the present invention containing the compound represented by the formula (16), the characteristics of the resist underlayer film (for example, antireflection film) formed from the resist underlayer film (for example, antireflection film) formation composition, In particular, the light absorption characteristics, the attenuation coefficient, the refractive index, and the like for the irradiation light used in the lithography process largely depend on the type of the compound of the formula (16) used in this reaction. Also, the formula (16) used for the time required for the step of removing the resist underlayer film (for example, antireflection film) formed from the resist underlayer film (for example, antireflection film) forming composition of the present invention by etching. The type of compound used in the synthesis affects the resin having the structure:

芳香族型ポリスルホンを得るための反応に用いられる化合物の組み合わせとしては、例えば、ビスフェノールS、3,3’5,5‘−テトラメチルー4,4’−ジヒドロキシージフェニルスルホン、4,4‘−ジカルボキシジフェニルスルホン等、と、ビスフェノールA,ビフェノール、2,2−ビス(4−ヒドロキシー3−メチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、2,2−ビス(4−ヒドロキシー3,5−ジメチルフェニル)プロパンなどを挙げることが出来る。   Examples of the combination of compounds used in the reaction for obtaining the aromatic polysulfone include bisphenol S, 3,3′5,5′-tetramethyl-4,4′-dihydroxy-diphenylsulfone, and 4,4′-dicarboxy. Diphenylsulfone, and the like, bisphenol A, biphenol, 2,2-bis (4-hydroxy-3-methylphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) hexafluoropropane, 9,9-bis (4- Hydroxyphenyl) fluorene, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane, 2,2-bis (4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl) propane and the like.

式(16)の構造を有する樹脂は、例えば[2−1]〜[2−15]:   Resins having the structure of the formula (16) are, for example, [2-1] to [2-15]:

Figure 0004831324
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Figure 0004831324
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が挙げられる。 Is mentioned.

本願発明ではそれぞれの特定波長に吸収を持たせるため、吸光性化合物としては、例えば、フェニル化合物、ベンゾフェノン化合物、ベンゾトリアゾール化合物、アゾ化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、アントラキノン化合物、トリアジン化合物、トリアジントリオン化合物、キノリン化合物などを使用することができる。フェニル化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、トリアジン化合物、トリアジントリオン化合物が好ましく用いられる。
本発明のレジスト下層膜(例えば反射防止膜)形成組成物には、上記以外に必要に応じて更なるレオロジー調整剤、接着補助剤、界面活性剤などを添加することができる。
In the present invention, in order to give absorption at each specific wavelength, examples of the light-absorbing compound include phenyl compounds, benzophenone compounds, benzotriazole compounds, azo compounds, naphthalene compounds, anthracene compounds, anthraquinone compounds, triazine compounds, triazine trione compounds. A quinoline compound or the like can be used. Phenyl compounds, naphthalene compounds, anthracene compounds, triazine compounds, and triazine trione compounds are preferably used.
In addition to the above, the composition for forming a resist underlayer film (for example, an antireflection film) of the present invention may contain other rheology adjusting agents, adhesion assistants, surfactants, and the like as necessary.

レオロジー調整剤は、主にレジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物の流動性を向上させ、特にベーク工程において、ホール内部へのレジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物の充填性を高める目的で添加される。具体例としては、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、リソグラフィー用反射防止膜材料の全組成物において通常30質量%未満の割合で配合される。   The rheology modifier mainly improves the fluidity of the resist underlayer film (antireflection film) forming composition, and in particular, enhances the filling property of the resist underlayer film (antireflection film) forming composition into the hole in the baking process. Add for purpose. Specific examples include phthalic acid derivatives such as dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diisobutyl phthalate, dihexyl phthalate, butyl isodecyl phthalate, adipic acid derivatives such as dinormal butyl adipate, diisobutyl adipate, diisooctyl adipate, octyl decyl adipate, Mention may be made of maleic acid derivatives such as normal 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. it can. These rheology modifiers are usually blended in a proportion of less than 30% by mass in the total composition of the antireflection film material for lithography.

接着補助剤は、主に基板あるいはフォトレジストとレジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物の密着性を向上させ、特に現像においてフォトレジストが剥離しないようにする目的で添加される。具体例としては、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフエニルクロロシラン、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、ジフエニルジメトキシシラン、フエ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ー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や、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア等の尿素、またはチオ尿素化合物を挙げることができる。これらの接着補助剤は、リソグラフィー用レジスト下層膜(反射防止膜)の全組成物中で、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。   Adhesion aids are added mainly for the purpose of improving the adhesion between the substrate or photoresist and the resist underlayer film (antireflection film) forming composition and preventing the photoresist from being peeled off particularly during development. Specific examples include chlorosilanes such as trimethylchlorosilane, dimethylvinylchlorosilane, methyldiphenylchlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane, trimethylmethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethylvinylethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, Alkoxysilanes such as enyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane, N, N′-bis (trimethylsilyl) urea, silazanes such as dimethyltrimethylsilylamine, trimethylsilylimidazole, vinyltrichlorosilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ -Silanes such as aminopropyltriethoxysilane and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, benzotriazole, benzimidazole , Indazole, imidazole, 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzoxazole, urazole, thiouracil, mercaptoimidazole, mercaptopyrimidine, etc., 1,1-dimethylurea, 1,3 -Urea such as dimethylurea or thiourea compounds. These adhesion assistants are generally blended in a proportion of less than 5% by mass, preferably less than 2% by mass, in the entire composition of the resist underlayer film for lithography (antireflection film).

本発明のレジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物には、ピンホールやストレーション等の発生がなく、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エノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフエ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ツクコポリマー類、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、エフトツプEF301、EF303、EF352((株)トーケムプロダクツ製)、メガフアツクF171、F173(大日本インキ(株)製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガードAG710、サーフロン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)等を挙げることができる。これらの界面活性剤の配合量は、本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜(反射防止膜)材料の全組成物において、通常0.2質量%以下、好ましくは0.1質量%以下である。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。   In the resist underlayer film (antireflection film) forming composition of the present invention, there is no occurrence of pinholes and setups, and a surfactant can be blended in order to further improve the applicability to 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 nonyl Polyoxyethylene alkyl allyl ethers such as phenol ether, polyoxyethylene / polyoxypropylene block copolymers, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan tristearate Sorbitan fatty acid esters such as rate, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sol Nonionic surfactants such as polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters such as tan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, EFTTOP EF301, EF303, EF352 (Manufactured by Tochem Products Co., Ltd.), Megafuk F171, F173 (manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd.), Florard FC430, FC431 (manufactured by Sumitomo 3M), Asahi Guard AG710, Surflon S-382, SC101, SC102, Fluorosurfactants such as SC103, SC104, SC105, and SC106 (Asahi Glass Co., Ltd.), organosiloxane polymer KP341 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and the like can be mentioned. The compounding amount of these surfactants is usually 0.2% by mass or less, preferably 0.1% by mass or less, in the total composition of the resist underlayer film (antireflection film) for lithography of the present invention. These surfactants may be added alone or in combination of two or more.

本願発明のレジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物に用いる溶剤としては、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プロピルエーテルアセテート、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ー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、酢酸ブチル等を用いることができる。これらの有機溶剤は単独で、または2種以上の組合せで使用される。   Solvents used in the resist underlayer film (antireflection film) forming composition of the present invention include 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 propyl ether acetate, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, 2-hydroxyethyl propionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl ethoxy acetate, ethyl hydroxyacetate, 2-hydroxy-3 -Methyl methyl butanoate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3-ethoxy Ethyl propionate, methyl 3-ethoxypropionate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate, ethyl acetate, butyl acetate. These organic solvents are used alone or in combination of two or more.

本願発明ではレジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物に用いる溶媒は上記ポリマー成分を溶解するものであれば如何なる溶媒も使用することができる。そして当該レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布して溶剤を蒸発させる温度まで焼成して、溶剤を除去してレジスト下層膜を形成したあとはその上に上塗りされるフォトレジスト組成物形成組成物の溶剤(例えば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)には溶解せず、フォトレジスト膜とレジスト下層膜とを除去する溶媒(例えば、シクロヘキサノン、γ−ブチルラクトン)にのみ溶解する。   In the present invention, any solvent can be used for the resist underlayer film (antireflection film) forming composition as long as it dissolves the polymer component. Then, the resist underlayer film forming composition is applied onto a semiconductor substrate and baked to a temperature at which the solvent is evaporated. After the solvent is removed and the resist underlayer film is formed, a photoresist composition is overcoated thereon. It does not dissolve in the solvent of the composition (for example, propylene glycol monomethyl ether or propylene glycol monomethyl ether acetate), but dissolves only in the solvent for removing the photoresist film and the resist underlayer film (for example, cyclohexanone, γ-butyllactone).

本発明におけるレジスト下層膜(反射防止膜)の上層に塗布されるフォトレジストとしてはネガ型、ポジ型いずれも使用できる。光酸発生剤と酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーからなる化学増幅型レジスト、アルカリ可溶性バインダーと光酸発生剤と酸により分解してレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物からなる化学増幅型レジスト、光酸発生剤と酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇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上昇させる低分子化合物からなる化学増幅型レジストなどがあり、例えば、シプレー社製、商品名APEX−Eが挙げられる。また、Proc.SPIE,Vol.3999,330−334(2000)、Proc.SPIE,Vol.3999,357−364(2000)、やProc.SPIE,Vol.3999,365−374(2000)に記載されているような、含フッ素原子ポリマー系フォトレジストも挙げることができる。   As the photoresist applied to the upper layer of the resist underlayer film (antireflection film) in the present invention, either a negative type or a positive type can be used. A chemically amplified resist comprising a photoacid generator and a binder having a group that decomposes with an acid to increase the alkali dissolution rate, and a low resistance that decomposes with an alkali-soluble binder, a photoacid generator and an acid to increase the alkali dissolution rate of the resist. Chemical amplification resist consisting of molecular compounds, chemical amplification consisting of a low molecular weight compound that decomposes with a photoacid generator and an acid to increase the alkali dissolution rate, and a binder with a group that increases the alkali dissolution rate with an acid. There are mold resists, for example, trade name APEX-E manufactured by Shipley. In addition, Proc. SPIE, Vol. 3999, 330-334 (2000), Proc. SPIE, Vol. 3999, 357-364 (2000), Proc. SPIE, Vol. 3999, 365-374 (2000) can also be mentioned.

本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜(反射防止膜)材料を使用して形成したレジスト下層膜(反射防止膜)を有するポジ型フォトレジストの現像液としては、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4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 for a positive photoresist having a resist underlayer film (antireflection film) formed using the resist underlayer film (antireflection film) material for lithography of the present invention, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate , Inorganic alkalis such as sodium silicate, sodium metasilicate, and aqueous ammonia, primary amines such as ethylamine and n-propylamine, secondary amines such as diethylamine and di-n-butylamine, triethylamine, and methyldiethylamine Alkalis such as tertiary amines, alcohol amines such as dimethylethanolamine and triethanolamine, quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide and choline, cyclic amines such as pyrrole and piperidine, etc. Water-soluble It 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.

次に本発明のフォトレジストパターン形成法について説明すると、精密集積回路素子の製造に使用される基板(例えば、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、シリコンナイトライド基板、ガラス基板、ITO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レジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物を塗布後、焼成(ベーク)して硬化させレジスト下層膜(反射防止膜)を作成する。ここで、レジスト下層膜(反射防止膜)の膜厚としては、例えば0.01〜3.0μmであり、また、例えば0.03〜1.0μmである。また塗布後、焼成する条件としては、例えば80〜250℃で0.5〜120分間であり、また、例えば、150〜250℃で0.5〜10分間である。その後フォトレジストを塗布し、所定のマスクを通して露光し、現像、リンス、乾燥することにより良好なフォトレジストパターンを得ることができる。必要に応じて露光後加熱(PEB:Post Exposure Bake)を行うこともできる。そして、フォトレジストが前記工程により現像除去された部分のレジスト下層膜(反射防止膜)をドライエッチングや、溶剤もしくはリムーバーなどのウェット処理により除去し、所望のパターンを基板上に形成することができる。   Next, the photoresist pattern forming method of the present invention will be described. A spinner on a substrate (for example, a silicon / silicon dioxide coated substrate, a silicon nitride substrate, a glass substrate, an ITO substrate, etc.) used for manufacturing a precision integrated circuit device. The resist underlayer film (antireflection film) forming composition is applied by an appropriate coating method such as a coater and then baked (baked) and cured to form a resist underlayer film (antireflection film). Here, the film thickness of the resist underlayer film (antireflection film) is, for example, 0.01 to 3.0 [mu] m, and for example, 0.03 to 1.0 [mu] m. Moreover, as conditions for baking after application | coating, it is 0.5 to 120 minutes at 80-250 degreeC, for example, and is 0.5 to 10 minutes at 150-250 degreeC, for example. Thereafter, a photoresist is applied, exposed through a predetermined mask, developed, rinsed and dried to obtain a good photoresist pattern. If necessary, post-exposure heating (PEB: Post Exposure Bake) can also be performed. Then, the resist underlayer film (antireflection film) where the photoresist has been developed and removed by the above-described process can be removed by dry etching or wet processing such as a solvent or a remover to form a desired pattern on the substrate. .

本発明の高分子化合物(樹脂)を含むことを特徴とするレジスト下層膜(反射防止膜)は、波長248nm、波長193nm又は波長157nmの照射光を効率よく吸収する性質を有している。その為、基板からの反射光の防止効果が高く、その結果、上層のフォトレジストパターンを良好に形成することができるものである。又、本発明の高分子化合物(樹脂)を含むレジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物より作製したレジスト下層膜(反射防止膜)は、オレフィンースルホン構造に代表されるように、ヘテロ原子(窒素原子、酸素原子)を多く含ませたり、芳香族スルホンタイプに代表されるように、ヘテロ元素量を削減させ、種々のドライエッチング速度を得ることができる。   The resist underlayer film (antireflection film) characterized by containing the polymer compound (resin) of the present invention has a property of efficiently absorbing irradiation light having a wavelength of 248 nm, a wavelength of 193 nm, or a wavelength of 157 nm. Therefore, the effect of preventing the reflected light from the substrate is high, and as a result, the upper layer photoresist pattern can be satisfactorily formed. Moreover, the resist underlayer film (antireflection film) produced from the resist underlayer film (antireflection film) forming composition containing the polymer compound (resin) of the present invention is a heteroatom as represented by the olefin sulfone structure. Various dry etching rates can be obtained by containing a large amount of (nitrogen atoms, oxygen atoms) or by reducing the amount of hetero elements as represented by the aromatic sulfone type.

さらに、本発明のレジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物より形成したレジスト下層膜(反射防止膜)は、シクロヘキサノンなどに溶解しやすいが、通常レジスト溶剤に使用されるアルコール系溶剤には溶解しないなど、架橋しなくともレジストと混ざり合わないような特異な溶解特性を有することができる。また、レジスト溶剤に不溶であるが、現像液に可溶にすることも可能なため、現像液可溶型レジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物としても使用できる。   Furthermore, the resist underlayer film (antireflection film) formed from the resist underlayer film (antireflection film) forming composition of the present invention is easily dissolved in cyclohexanone and the like, but is soluble in alcohol solvents that are usually used as resist solvents. It is possible to have a unique dissolution property that does not mix with the resist without crosslinking. In addition, it is insoluble in a resist solvent, but can also be made soluble in a developer, so that it can also be used as a developer-soluble resist underlayer film (antireflection film) forming composition.

さらに、本発明のレジスト下層膜(反射防止膜)形成組成物より形成したレジスト下層膜(反射防止膜)は、プロセス条件によっては、反射光を防止する機能と、更には基板とフォトレジストとの相互作用の防止、フォトレジストに用いられる材料又はフォトレジストへの露光時に生成する物質の基板への悪作用の防止、又は、露光時或いは加熱時に基板から発生する物質のフォトレジストへの悪影響の防止、等の機能とを有する膜としての使用が可能である。   Furthermore, the resist underlayer film (antireflection film) formed from the resist underlayer film (antireflection film) forming composition of the present invention has a function of preventing reflected light depending on process conditions, and further, between the substrate and the photoresist. Prevention of interaction, prevention of adverse effects on the substrate of materials used for photoresist or substances exposed to photoresist, or prevention of adverse effects on the photoresist of substances generated from the substrate during exposure or heating It can be used as a film having functions such as.

さらに、芳香族ポリスルホンおよびアルキンースルホンは、248nmに吸収を持ちやすく、248nm用の反射防止膜として適用可能である。   Furthermore, aromatic polysulfone and alkyne-sulfone are likely to have absorption at 248 nm, and can be applied as an antireflection film for 248 nm.

合成例1
攪拌機、ディーンスタークトラップ、冷却器を備えているフラスコに4,4‘−ジクロロージフェニルースルホン3.08g、ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン2.68g、炭酸カリウム4.45g、N−メチルー2−ピロリジノン40g、トルエン10gの混合物を入れた。その後値窒素をフローさせながら、160℃まで加熱し16h反応させた。次にその混合物を室温まで冷却させた後、メタノールに投入し再沈精製を行った。その後水にて洗浄し、50℃で1日真空乾燥させ目的物を得た。得られた樹脂のGPC分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は5100であった。なお、本合成例によって得られた反応生成物は、式[2−1]構造単位を有するポリマーが含まれるものと推定される。
Synthesis example 1
In a flask equipped with a stirrer, Dean-Stark trap and condenser, 3.08 g of 4,4′-dichloro-diphenyl-sulfone, 2.68 g of bis (4-hydroxyphenyl) propane, 4.45 g of potassium carbonate, N-methyl-2 -A mixture of 40 g of pyrrolidinone and 10 g of toluene was added. Then, while flowing the value nitrogen, it was heated to 160 ° C. and reacted for 16 hours. Next, the mixture was cooled to room temperature and then poured into methanol for reprecipitation purification. Thereafter, it was washed with water and vacuum-dried at 50 ° C. for 1 day to obtain the desired product. When GPC analysis of the obtained resin was performed, the weight average molecular weight was 5100 in terms of standard polystyrene. In addition, it is estimated that the reaction product obtained by this synthesis example includes a polymer having the formula [2-1] structural unit.

合成例2
攪拌機、ディーンスタークトラップ、冷却器を備えているフラスコに4,4‘−ジクロロージフェニルースルホン3.08g、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン3.75g、炭酸カリウム4.45g、N−メチルー2−ピロリジノン40g、トルエン10gの混合物を入れた。その後値窒素をフローさせながら、160℃まで加熱し16h反応させた。次にその混合物を室温まで冷却させた後、メタノールに投入し再沈精製を行った。その後水にて洗浄し、50℃で1日真空乾燥させ目的物を得た。得られた樹脂のGPC分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は22800であった。なお、本合成例によって得られた反応生成物は、式[2−7]構造単位を有するポリマーが含まれるものと推定される。
Synthesis example 2
In a flask equipped with a stirrer, Dean-Stark trap and condenser, 3.08 g of 4,4′-dichloro-diphenyl-sulfone, 3.75 g of 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, 4.45 g of potassium carbonate, A mixture of 40 g of N-methyl-2-pyrrolidinone and 10 g of toluene was added. Then, while flowing the value nitrogen, it was heated to 160 ° C. and reacted for 16 hours. Next, the mixture was cooled to room temperature and then poured into methanol for reprecipitation purification. Thereafter, it was washed with water and vacuum-dried at 50 ° C. for 1 day to obtain the desired product. When GPC analysis of the obtained resin was performed, the weight average molecular weight was 22800 in terms of standard polystyrene. In addition, it is estimated that the reaction product obtained by this synthesis example includes a polymer having the formula [2-7] structural unit.

合成例3
耐圧重合管にスターラーチップと1−ヘキサデセン2gを加え、−78℃で冷却しながら、開始材としてtert−ブチルヒドロペルオキシド0.01gを導入した。その後重合管内を真空にし、液体SOガスを10g導入した。導入後、−15℃下で24時間攪拌を行った。次にヘキサンに投入し重合を停止させ、SOガスを蒸発させた後、再沈殿されたポリマーを取り出し、洗浄し、30℃で1日真空乾燥させ目的物を得た。本合成例によって得られた反応生成物は、式[1−26]構造単位を有するポリマーが含まれるものと推定される。
Synthesis example 3
A stirrer chip and 2 g of 1-hexadecene were added to a pressure-resistant polymerization tube, and 0.01 g of tert-butyl hydroperoxide was introduced as a starting material while cooling at -78 ° C. Thereafter, the inside of the polymerization tube was evacuated, and 10 g of liquid SO 2 gas was introduced. After the introduction, the mixture was stirred at −15 ° C. for 24 hours. Next, the mixture was poured into hexane to stop the polymerization, and the SO 2 gas was evaporated. Then, the reprecipitated polymer was taken out, washed, and vacuum-dried at 30 ° C. for 1 day to obtain the desired product. The reaction product obtained by this synthesis example is presumed to contain a polymer having the formula [1-26] structural unit.

合成例4
耐圧重合管にスターラーチップと4−フェニル−1−ブテン2gを加え、−78℃で冷却しながら、開始材としてtert−ブチルヒドロペルオキシド0.01gを導入した。その後重合管内を真空にし、液体SOガスを10g導入した。導入後、−15℃下で24時間攪拌を行った。次にヘキサンに投入し重合を停止させ、SOガスを蒸発させた後、再沈殿されたポリマーを取り出し、洗浄し、30℃で1日真空乾燥させ目的物を得た。
本合成例によって得られた反応生成物は、式[1−28]構造単位を有するポリマーが含まれるものと推定される。
Synthesis example 4
Stirrer chips and 2 g of 4-phenyl-1-butene were added to a pressure resistant polymerization tube, and 0.01 g of tert-butyl hydroperoxide was introduced as a starting material while cooling at -78 ° C. Thereafter, the inside of the polymerization tube was evacuated, and 10 g of liquid SO 2 gas was introduced. After the introduction, the mixture was stirred at −15 ° C. for 24 hours. Next, the mixture was poured into hexane to stop the polymerization, and the SO 2 gas was evaporated. Then, the reprecipitated polymer was taken out, washed, and vacuum-dried at 30 ° C. for 1 day to obtain the desired product.
The reaction product obtained by this synthesis example is presumed to contain a polymer having the formula [1-28] structural unit.

合成例5
耐圧重合管にスターラーチップと1−テトラデセン2gを加え、−78℃で冷却しながら、開始材としてtert−ブチルヒドロペルオキシド0.01gを導入した。その後重合管内を真空にし、液体SOガスを10g導入した。導入後、−15℃下で24時間攪拌を行った。次にヘキサンに投入し重合を停止させ、SOガスを蒸発させた後、再沈殿されたポリマーを取り出し、洗浄し、30℃で1日真空乾燥させ目的物を得た。本合成例によって得られた反応生成物は、式[1−32]構造単位を有するポリマーが含まれるものと推定される。
Synthesis example 5
Stirrer chips and 2 g of 1-tetradecene were added to the pressure-resistant polymerization tube, and 0.01 g of tert-butyl hydroperoxide was introduced as a starting material while cooling at -78 ° C. Thereafter, the inside of the polymerization tube was evacuated, and 10 g of liquid SO 2 gas was introduced. After the introduction, the mixture was stirred at −15 ° C. for 24 hours. Next, the mixture was poured into hexane to stop the polymerization, and the SO 2 gas was evaporated. Then, the reprecipitated polymer was taken out, washed, and vacuum-dried at 30 ° C. for 1 day to obtain the desired product. The reaction product obtained by this synthesis example is presumed to contain a polymer having the formula [1-32] structural unit.

合成例6
耐圧重合管にスターラーチップと1−ドデセン2gを加え、−78℃で冷却しながら、開始材としてtert−ブチルヒドロペルオキシド0.01gを導入した。その後重合管内を真空にし、液体SOガスを10g導入した。導入後、−15℃下で24時間攪拌を行った。次にヘキサンに投入し重合を停止させ、SOガスを蒸発させた後、再沈殿されたポリマーを取り出し、洗浄し、30℃で1日真空乾燥させ目的物を得た。本合成例によって得られた反応生成物は、式[1−36]構造単位を有するポリマーが含まれるものと推定される。
Synthesis Example 6
Stirrer chips and 2 g of 1-dodecene were added to the pressure-resistant polymerization tube, and 0.01 g of tert-butyl hydroperoxide was introduced as a starting material while cooling at -78 ° C. Thereafter, the inside of the polymerization tube was evacuated, and 10 g of liquid SO 2 gas was introduced. After the introduction, the mixture was stirred at −15 ° C. for 24 hours. Next, the mixture was poured into hexane to stop the polymerization, and the SO 2 gas was evaporated. Then, the reprecipitated polymer was taken out, washed, and vacuum-dried at 30 ° C. for 1 day to obtain the desired product. The reaction product obtained by this synthesis example is presumed to contain a polymer having the formula [1-36] structural unit.

比較合成例1
クレゾールノボラック樹脂(旭チバ(株)製品、商品名ECN1299、重量平均分子量3900)10gをプロピレングリコールモノメチルエーテル80gに添加し溶解させた。その溶液に、9−アントラセンカルボン酸9.7gとベンジルトリエチルアンモニウムクロリド0.26gを添加した後、105℃で24時間反応させ式(17)の樹脂化合物を得た。得られた樹脂化合物のGPC分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は5600であった。

Figure 0004831324
Comparative Synthesis Example 1
10 g of cresol novolac resin (Asahi Ciba Co., Ltd., trade name ECN1299, weight average molecular weight 3900) was added to 80 g of propylene glycol monomethyl ether and dissolved. To the solution, 9.7 g of 9-anthracenecarboxylic acid and 0.26 g of benzyltriethylammonium chloride were added and reacted at 105 ° C. for 24 hours to obtain a resin compound of formula (17). When GPC analysis of the obtained resin compound was performed, the weight average molecular weight was 5600 in standard polystyrene conversion.
Figure 0004831324

実施例1
合成例1で得た樹脂0.3g、溶媒のシクロヘキサノン9.7gを加えた後、孔径0.10のポリエチレン製ミクロフィルターを用いて濾過して反射防止膜形成組成物を調製した。
Example 1
After adding 0.3 g of the resin obtained in Synthesis Example 1 and 9.7 g of the solvent cyclohexanone, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.10 to prepare an antireflection film-forming composition.

実施例2
合成例1で得た樹脂の代わりに合成例2で得た樹脂を用いた以外は実施例1と同様に行い反射防止膜形成組成物を調製した。
Example 2
An antireflection film-forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resin obtained in Synthesis Example 2 was used instead of the resin obtained in Synthesis Example 1.

実施例3
合成例1で得た樹脂の代わりに合成例3で得た樹脂を用いた以外は実施例1と同様に行い反射防止膜形成組成物を調製した。
Example 3
An antireflection film-forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resin obtained in Synthesis Example 3 was used instead of the resin obtained in Synthesis Example 1.

実施例4
合成例1で得た樹脂の代わりに合成例4で得た樹脂を用いた以外は実施例1と同様に行い反射防止膜形成組成物を調製した。
Example 4
An antireflection film-forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resin obtained in Synthesis Example 4 was used instead of the resin obtained in Synthesis Example 1.

実施例5
合成例1で得た樹脂の代わりに合成例5で得た樹脂を用いた以外は実施例1と同様に行い反射防止膜形成組成物を調製した。
Example 5
An antireflection film-forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resin obtained in Synthesis Example 5 was used instead of the resin obtained in Synthesis Example 1.

実施例6
合成例1で得た樹脂の代わりに合成例6で得た樹脂を用いた以外は実施例1と同様に行い反射防止膜形成組成物を調製した。
Example 6
An antireflection film-forming composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the resin obtained in Synthesis Example 6 was used instead of the resin obtained in Synthesis Example 1.

比較例1
比較合成例1で得た樹脂2gを有する溶液10gにテトラメトキシメチルグリコールウリル(三井サイテック(株)製、商品名パウダーリンク1174)0.5gとp−トルエンスルホン酸0.03gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル37.3g、及びシクロヘキサノン19.4gに溶解させ溶液とした。その後、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いて濾過して反射防止膜形成組成物溶液を調製した。
Comparative Example 1
To 10 g of the solution having 2 g of the resin obtained in Comparative Synthesis Example 1, 0.5 g of tetramethoxymethyl glycoluril (trade name Powder Link 1174, manufactured by Mitsui Cytec Co., Ltd.) and 0.03 g of p-toluenesulfonic acid are mixed, and propylene is added. A solution was prepared by dissolving in 37.3 g of glycol monomethyl ether and 19.4 g of cyclohexanone. Then, it filtered using the polyethylene micro filter with a hole diameter of 0.10 micrometer, and prepared the anti-reflective film formation composition solution.

比較例2
0.5gの架橋性化合物MX−750(ニカラック社製、メラミン環1個当たり平均3.7個のメトキシメチロール基で置換されている)と、0.5gのビスフェノールSを、19gのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに溶解し、フッ素系界面活性剤(住友3M社製、商品名Fc−430)を1000ppm濃度に添加して溶液とした。その後、孔径0.10μmののポリエチレン製ミクロフィルターを用いて濾過して反射防止膜形成組成物を調製した。
Comparative Example 2
0.5 g of the crosslinkable compound MX-750 (manufactured by Nicalak, substituted with an average of 3.7 methoxymethylol groups per melamine ring), 0.5 g of bisphenol S, 19 g of propylene glycol monomethyl Dissolved in ether acetate, a fluorosurfactant (manufactured by Sumitomo 3M, trade name Fc-430) was added to a concentration of 1000 ppm to obtain a solution. Then, it filtered using the polyethylene micro filter with a hole diameter of 0.10 micrometer, and prepared the anti-reflective film formation composition.

実施例1〜6および比較例1で得た溶液をスピナーにより、シリコンウエハー上に塗布した。ホットプレート上で205℃1分間加熱し、反射防止膜(膜厚0.03μm)を形成した。この反射防止膜をレジストに使用する溶剤、例えば、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)、アルカリ現像液(NMD−3)に浸漬し、その処理前後の膜厚差を見ることで溶剤耐性があるかどうか確認を行った。また成膜してからでも、膜がポリマーの溶剤であるシクロヘキサノン(CYH)に溶解するかどうかもあわせて確認を行った。その結果を表1に示した。   The solutions obtained in Examples 1 to 6 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 an antireflection film (film thickness: 0.03 μm). This antireflection film is immersed in a solvent used for resist, for example, propylene glycol monomethyl ether (PGME), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), alkaline developer (NMD-3), and the difference in film thickness before and after the treatment is determined. It was confirmed whether there was solvent resistance by looking. In addition, it was also confirmed whether or not the film was dissolved in cyclohexanone (CYH), which is a polymer solvent, even after film formation. The results are shown in Table 1.

〔表1〕
表1
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耐溶剤性試験 (処理前後の膜厚差、単位はnm)
NMD−3 PGME PGMEA CYH
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
実施例1 0 −1 −4 全溶解
実施例2 ― 0 −3 全溶解
実施例3 全溶解 −1 −1 全溶解
実施例4 0 −1 −4 全溶解
実施例5 全溶解 −1 −4 全溶解
実施例6 全溶解 −1 −1 全溶解
比較例1 0 0 0 0
比較例2 0 0 0 0
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
[Table 1]
table 1
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
Solvent resistance test (Difference in film thickness before and after treatment, unit is nm)
NMD-3 PGME PGMEA CYH
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
Example 1 0 -1 -4 Total dissolution example 2 _ 0 -3 Total dissolution example 3 Total dissolution -1 -1 Total dissolution example 4 0 -1 -4 Total dissolution example 5 Total dissolution -1 -4 Total Example 6 of dissolution Total dissolution -1 -1 Total dissolution comparative example 1 0 0 0 0
Comparative Example 2 0 0 0 0
――――――――――――――――――――――――――――――――――――

比較例1に代表される通常の反射防止膜は、架橋剤で熱硬化させる。そのため成膜後溶剤に溶解しない特性を持つ。また、比較例2では架橋性化合物とビスフェノールS(モノマー)を含有するが、反射防止膜を加熱中にビスフェノールSと架橋性化合物との反応を生じ、得られる反射防止膜に溶剤選択性は生じない。
しかし、たとえば実施例1〜6に示すようなポリスルホンは、架橋剤などで熱硬化させずに、ポリマーの溶解性の差を用いて耐溶剤性を獲得でき、レジストをポリスルホン膜上にパターニングすることができる。そのため、リソグラフィー工程において、反射防止膜を除去する際にシクロヘキサノン溶剤を暴露することによって速やかに膜を除去することができる。
A normal antireflection film typified by Comparative Example 1 is thermally cured with a crosslinking agent. Therefore, it has a characteristic that it does not dissolve in a solvent after film formation. In Comparative Example 2, the crosslinkable compound and bisphenol S (monomer) are contained, but the reaction between bisphenol S and the crosslinkable compound occurs during heating of the antireflection film, and solvent selectivity occurs in the obtained antireflection film. Absent.
However, for example, polysulfone as shown in Examples 1 to 6 can obtain solvent resistance using the difference in solubility of the polymer without being thermally cured with a crosslinking agent or the like, and patterning a resist on the polysulfone film. Can do. Therefore, in the lithography process, the film can be quickly removed by exposing the cyclohexanone solvent when removing the antireflection film.

また、たとえば実施例3、実施例5及び実施例6に代表されるようなポリ(オレフィンースルホン)は、現像液およびシクロヘキサノンには溶解するが、PGMEやPGMEAには溶解しない。このため、現像液可溶型反射防止膜としても応用できる。
光学パラメーターの試験
実施例1〜6および比較例1で得た反射防止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。ホットプレート上で205℃1分間加熱し、反射防止膜(膜厚0.03μm)を形成した。そして、これらの反射防止膜を分光エリプソメーター(J.A. Woollam社製、VUV−VASE VU−302)を用い、波長193nmでの屈折率(n値)及び減衰係数(k値)を測定した。評価の結果を表2に示す。
ドライエッチング速度の測定
実施例1〜6および比較例1で得た反射防止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。ホットプレート上で205℃1分間加熱し、反射防止膜(膜厚0.03μm)を形成した。そして日本サイエンティフィック製RIEシステムES401を用い、ドライエッチングガスとしてCF4を使用した条件下でドライエッチング速度(単位時間当たりの膜厚の減少量)を測定した。
Further, for example, poly (olefin-sulfone) as typified by Example 3, Example 5 and Example 6 dissolves in the developer and cyclohexanone, but does not dissolve in PGME or PGMEA. Therefore, it can be applied as a developer-soluble antireflection film.
Test of optical parameters The antireflection film-forming compositions obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were applied on a silicon wafer by a spinner. Heating was performed at 205 ° C. for 1 minute on a hot plate to form an antireflection film (film thickness: 0.03 μm). These antireflection films were measured for refractive index (n value) and attenuation coefficient (k value) at a wavelength of 193 nm using a spectroscopic ellipsometer (manufactured by JA Woollam, VUV-VASE VU-302). . The evaluation results are shown in Table 2.
Measurement of dry etching rate The antireflection film-forming compositions obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were applied onto a silicon wafer by a spinner. Heating was performed at 205 ° C. for 1 minute on a hot plate to form an antireflection film (film thickness: 0.03 μm). The dry etching rate (the amount of decrease in film thickness per unit time) was measured using RIE system ES401 manufactured by Nippon Scientific under the condition that CF 4 was used as the dry etching gas.

また、同様にフォトレジスト溶液(住友化学工業(株)製、商品名PAR710)をスピナーにより、シリコンウェハー上に塗布し、ホットプレート上で90℃1分間加熱しフォトレジストの層を形成した。そして日本サイエンティフィック製RIEシステムES401を用い、ドライエッチングガスとしてCF4を使用した条件下でドライエッチング速度を測定した。結果を表2に示す。表2中、フォトレジストのドライエッチング速度を1.00としたときの、各実施例より形成された反射防止膜のエッチング速度を表2に表す。 Similarly, a photoresist solution (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name PAR710) was applied onto a silicon wafer by a spinner and heated on a hot plate at 90 ° C. for 1 minute to form a photoresist layer. The dry etching rate was measured using a RIE system ES401 manufactured by Japan Scientific under the condition that CF 4 was used as the dry etching gas. The results are shown in Table 2. In Table 2, Table 2 shows the etching rate of the antireflection film formed from each example when the dry etching rate of the photoresist is 1.00.

[表2]
表2
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
193nmでのn/k 248nmでのn/k 選択比
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
実施例1 1.57/0.77 1.76/0.23 1
実施例2 ― ― 0.9
実施例3 1.61/0.01 1.52/0.01 1.9
実施例4 1.94/0.76 1.74/0.01 1.3
実施例5 ― ― ―
実施例6 ― ― ―
比較例1 1.60/0.47 1.55/0.60 0.9
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
[Table 2]
Table 2
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
N / k at 193 nm n / k selectivity at 248 nm ――――――――――――――――――――――――――――――――――――
Example 1 1.57 / 0.77 1.76 / 0.23 1
Example 2--0.9
Example 3 1.61 / 0.01 1.52 / 0.01 1.9
Example 4 1.94 / 0.76 1.74 / 0.01 1.3
Example 5 ― ― ―
Example 6 ― ― ―
Comparative Example 1 1.60 / 0.47 1.55 / 0.60 0.9
―――――――――――――――――――――――――――――――――――

本発明の反射防止膜形成組成物より得られた反射防止膜は、芳香族ポリスルホンの場合、193nmのみならず248nmの光に対して十分に有効な屈折率と減衰係数を有していることが判る。また、ポリ(オレフィンースルホン)は193nm、248nmともベンゼン環を持たない限りは減衰係数を持たないが、ポリ(アルキンースルホン)は193nm、248nmに減衰係数を持つことがわかった。   In the case of an aromatic polysulfone, the antireflection film obtained from the antireflection film-forming composition of the present invention has a sufficiently effective refractive index and attenuation coefficient for not only 193 nm but also 248 nm light. I understand. Poly (olefin-sulfone) did not have an attenuation coefficient unless both 193 nm and 248 nm had a benzene ring, but poly (alkyne-sulfone) was found to have an attenuation coefficient at 193 nm and 248 nm.

そして、特にポリ(オレフィンースルホン)において、フォトレジストに対して大きなドライエッチング速度の選択比を有していることが判る。そのため、反射防止膜のドライエッチングによる除去に要する時間を短縮することができ、そして、反射防止膜のドライエッチングによる除去に伴うフォトレジスト層の膜厚の減少という好ましくない現象を抑制することができるといえる。   It can be seen that poly (olefin-sulfone), in particular, has a large dry etching rate selectivity with respect to the photoresist. Therefore, the time required for removing the antireflection film by dry etching can be shortened, and the undesirable phenomenon of a decrease in the thickness of the photoresist layer accompanying removal of the antireflection film by dry etching can be suppressed. It can be said.

フォトレジストパターン形状の評価
実施例1、比較例1で調製した反射防止膜形成組成物の溶液をスピナーにより、シリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で205℃1分間焼成し、反射防止膜を形成した。この反射防止膜の上に、市販のフォトレジスト溶液(JSR(株)製、商品名AR1221J)をスピナーにより塗布し、ホットプレート上で130℃にて90秒間加熱してフォトレジスト膜(膜厚0.25μm)を形成した。そして、次いで、ASML社製PAS5500/1100スキャナー(波長193nm、NA、σ:0.75、0.89/0.55(ANNULAR))を用い、現像後にフォトレジストのライン幅およびそのライン間の幅が0.10μmであり、すなわち0.10μmL/S(デンスライン)であり、そして、そのようなラインが9本形成されるように設定されたマスクを通して露光を行った。
Evaluation of Photoresist Pattern Shape The solution of the antireflection film forming composition prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was applied onto a silicon wafer by a spinner. An antireflection film was formed by baking on a hot plate at 205 ° C. for 1 minute. On this antireflection film, a commercially available photoresist solution (trade name AR1221J, manufactured by JSR Corporation) was applied by a spinner and heated on a hot plate at 130 ° C. for 90 seconds to form a photoresist film (thickness 0). .25 μm) was formed. Then, using an ASML PAS5500 / 1100 scanner (wavelength 193 nm, NA, σ: 0.75, 0.89 / 0.55 (ANNNULAR)), the line width of the photoresist and the width between the lines after development. Was 0.10 μm, that is, 0.10 μmL / S (dense line), and exposure was performed through a mask set so that nine such lines were formed.

その後、ホットプレート上130℃で90秒間露光後加熱を行なった。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で現像した。   Thereafter, post-exposure heating was performed on a hot plate at 130 ° C. for 90 seconds. After cooling, it was developed with a 0.26N aqueous tetramethylammonium hydroxide solution as a developer in an industrial standard 60 second single paddle process.

得られたフォトレジストのパターンの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。その結果、実施例1ではレジスト形状を矩形に作成できた。架橋剤によって熱硬化させていないためか、ベーク温度に依存性のないレジスト形状が得られている。   The cross section of the obtained photoresist pattern was observed with a scanning electron microscope (SEM). As a result, in Example 1, the resist shape could be made rectangular. A resist shape that does not depend on the baking temperature is obtained because it is not thermally cured by a crosslinking agent.

昇華物定量試験(QCM法)
実施例1および比較例1で調製した反射防止膜形成組成物の溶液をスピナーにより、シリコンウェハー上に塗布した。上記反射防止膜が塗膜されたウエハーを205℃に調整されたホットプレートが一体化した昇華物測定装置にセットして、120秒間ベークおよび昇華物をQCMセンサーに捕集し定量した。
測定はホットプレートを205℃に昇温し、ポンプ流量が1m/sに設定し、最初の60秒間はエージングのために放置する。その後直ちに、スライド口から速やかに反射防止膜が被覆されたウエハーをホットプレートに乗せ(測定物をインストール)、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。
Sublimation quantitative test (QCM method)
The solution of the antireflection film forming composition prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was applied onto a silicon wafer by a spinner. The wafer coated with the antireflection film was set in a sublimation measuring apparatus integrated with a hot plate adjusted to 205 ° C., and the baking and sublimation were collected for 120 seconds by a QCM sensor and quantified.
In the measurement, the hot plate is heated to 205 ° C., the pump flow rate is set to 1 m 3 / s, and the first 60 seconds is left for aging. Immediately after that, the wafer coated with the antireflection film was quickly put on the hot plate from the slide opening (installed with the measurement object), and the sublimate was collected from the time point of 60 seconds to the time point of 180 seconds (120 seconds). .

また、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)には口径2mmのノズルをつけ、センサーとノズルの距離は0.5mmを保っている。また、QCMセンサーはシリコンとアルミニウムを含有する化合物による材質の電極を用い、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, a nozzle with a diameter of 2 mm is attached to the flow attachment (detection portion) that connects the QCM sensor and the collection funnel portion, and the distance between the sensor and the nozzle is kept at 0.5 mm. The QCM sensor uses an electrode made of a compound containing silicon and aluminum, and has a crystal resonator diameter (sensor diameter) of 14 mm, a crystal resonator surface electrode diameter of 5 mm, and a resonance frequency of 9 MHz. .

結果、実施例1で調製した反射防止膜形成組成物から得られた反射防止膜の昇華物量は、比較例1で調製した低分子量成分を多く含む反射防止膜形成組成物から得られた反射防止膜の昇華物量に対して、5分の1の量であり、顕著に昇華物量を削減させることができた。   As a result, the sublimation amount of the antireflection film obtained from the antireflection film-forming composition prepared in Example 1 is the antireflection film obtained from the antireflection film-forming composition containing a large amount of low molecular weight components prepared in Comparative Example 1. The amount of the sublimate of the film was 1/5 of the amount, and the amount of sublimate could be significantly reduced.

また、実施例1で調製した反射防止膜形成組成物から得られた反射防止膜の昇華物量は、比較例2で調製した低分子量成分を多く含む反射防止膜形成組成物から得られた反射防止膜の昇華物量に対して、5分の1の量であり、顕著に昇華物量を削減させることができた。   Moreover, the amount of sublimation of the antireflection film obtained from the antireflection film forming composition prepared in Example 1 is the antireflection film obtained from the antireflection film forming composition containing a large amount of low molecular weight components prepared in Comparative Example 2. The amount of the sublimate of the film was 1/5 of the amount, and the amount of sublimate could be significantly reduced.

本願発明のリソグラフィープロセス用レジスト下層膜形成組成物より得られるレジスト下層膜は、アッシング工程を行わないアッシングレスプロセスへの適用や、レジスト下層膜形成組成物の塗布不良によりリワーク工程への適用が可能である。また、該レジスト下層膜形成組成物は架橋性化合物や架橋触媒を含まないため、焼成工程での昇華物量が少なく、そのためにチャンバー内に付着した昇華物が基板上へ落下し異物となり欠陥を発生する問題を引き起こす可能性が低い。この様な特性を利用して半導体装置製造のリソグラフィー工程に好適に使用することができる。   The resist underlayer film obtained from the resist underlayer film forming composition for the lithography process of the present invention can be applied to an ashing-less process in which no ashing process is performed, or to a rework process due to poor application of the resist underlayer film forming composition It is. In addition, since the resist underlayer film forming composition does not contain a crosslinkable compound or a crosslinking catalyst, the amount of sublimated material in the baking process is small, so that the sublimated material adhering to the chamber falls onto the substrate and becomes a foreign substance, generating defects. Is less likely to cause problems. By utilizing such characteristics, it can be suitably used in a lithography process for manufacturing a semiconductor device.

Claims (4)

式(1)
Figure 0004831324

〔但し、Qは式(2)、式(3)、式(12)
Figure 0004831324

但し、R はそれぞれ水素原子、又はハロゲン原子であり、Yは炭素数1〜40のアルキル基、炭素数5〜40のアリール基、炭素数5〜40の環状脂肪族基、複素環基、エーテル基、エステル基、含ケイ素有機基、含スズ有機基、水酸基、ハロゲン基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、スルホニル基、スルホン酸基、又はそれらの組み合わせであり。Cyは炭素数5〜40からなる置換又は未置換の環状脂肪族基を示す。)から選ばれる二価の有機基又はそれらの組み合わせを示す。mは3〜10000の繰り返し単位の数を示す。〕のスルホン結合を有する樹脂を含む半導体装置製造のリソグラフィープロセス用レジスト下層膜形成組成物。
Formula (1) :
Figure 0004831324

[However, Q is the formula (2), formula (3), formula (12) :
Figure 0004831324

(Wherein, R 1 is each a hydrogen atom, or a halogen atom, Y represents an alkyl group having 1 to 40 carbon atoms, an aryl group having 5 to 40 carbon atoms, cyclic aliphatic group having 5-40 carbon atoms, a heterocyclic group , Ether group, ester group, silicon-containing organic group, tin-containing organic group, hydroxyl group, halogen group, nitro group, cyano group, amino group, sulfonyl group, sulfonic acid group, or a combination thereof, Cy having 5 carbon atoms A substituted or unsubstituted cycloaliphatic group consisting of ˜40. ) A divalent organic group selected from) or a combination thereof. m represents the number of repeating units of 3 to 10,000. A composition for forming a resist underlayer film for a lithography process for manufacturing a semiconductor device, comprising a resin having a sulfone bond.
請求項1又は請求項2に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し、50〜300℃で焼成し、レジスト下層膜を形成する工程を含む半導体装置の製造方法。 A method for producing a semiconductor device, comprising: applying a resist underlayer film forming composition for lithography according to claim 1 or 2 onto a semiconductor substrate, and baking the composition at 50 to 300 ° C. to form a resist underlayer film. 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を半導体基板上に塗布し焼成してレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上にフォトレジストを被覆し、このレジスト下層膜とフォトレジストを被覆した基板を露光し、現像し、ドライエッチングにより基板上に画像を転写して集積回路素子を形成する半導体装置の製造方法。 The resist underlayer film-forming composition according to claim 1 or 2 is applied onto a semiconductor substrate and baked to form a resist underlayer film, and a photoresist is coated on the resist underlayer film. A method of manufacturing a semiconductor device in which an integrated circuit element is formed by exposing a substrate coated with a photoresist, developing the substrate, and transferring an image onto the substrate by dry etching. 請求項1又は請求項2に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し焼成してレジスト下層膜を形成する工程、該レジスト下層膜上にハードマスクを形成する工程、さらに該ハードマスク上にレジスト膜を形成する工程、露光と現像によりレジストパターンを形成する工程、レジストパターンによりハードマスクをエッチングする工程、およびパターン化されたハードマスクによりレジスト下層膜をエッチングする工程、パターン化されたレジスト下層膜により半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法。
A step of applying a resist underlayer film forming composition for lithography according to claim 1 or 2 onto a semiconductor substrate and baking the composition to form a resist underlayer film, a step of forming a hard mask on the resist underlayer film, A step of forming a resist film on the hard mask, a step of forming a resist pattern by exposure and development, a step of etching the hard mask by the resist pattern, and a step of etching the resist underlayer film by the patterned hard mask, pattern A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of processing a semiconductor substrate with a patterned resist underlayer film.
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