JP5085569B2 - Resist underlayer film forming method and pattern forming method using the same - Google Patents

Resist underlayer film forming method and pattern forming method using the same Download PDF

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Description

本発明は、半導体素子などの製造工程における微細加工に用いられる反射防止膜として有効なレジスト下層膜を形成するためのレジスト下層膜形成方法及びこれを用いた遠紫外線、KrFエキシマレーザー光(248nm)、ArFエキシマレーザー光(193nm)、Fレーザー光(157nm)、Krレーザー光(146nm)、Arレーザー光(126nm)、軟X線(EUV、13.5nm)、電子線(EB)、X線露光等に好適なレジストパターン形成方法に関するものである。 The present invention relates to a resist underlayer film forming method for forming a resist underlayer film effective as an antireflection film used for microfabrication in a manufacturing process of a semiconductor element and the like, and far ultraviolet ray and KrF excimer laser light (248 nm) using the same. , ArF excimer laser light (193 nm), F 2 laser light (157 nm), Kr 2 laser light (146 nm), Ar 2 laser light (126 nm), soft X-ray (EUV, 13.5 nm), electron beam (EB), The present invention relates to a resist pattern forming method suitable for X-ray exposure or the like.

近年、LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められている中、現在汎用技術として用いられている光露光を用いたリソグラフィーにおいては、光源の波長に由来する本質的な解像度の限界に近づきつつある。   In recent years, with the increasing integration and speed of LSIs, there is a need for finer pattern rules. In lithography using light exposure, which is currently used as a general-purpose technology, the essence derived from the wavelength of the light source The resolution limit is approaching.

レジストパターン形成の際に使用するリソグラフィー用の光源として、水銀灯のg線(436nm)もしくはi線(365nm)を光源とする光露光が広く用いられており、更なる微細化のための手段として、露光光を短波長化する方法が有効とされてきた。このため、64MビットDRAM加工方法の量産プロセスには、露光光源としてi線(365nm)に代わって短波長のKrFエキシマレーザー(248nm)が利用された。しかし、更に微細な加工技術(加工寸法が0.13μm以下)を必要とする集積度1G以上のDRAMの製造には、より短波長の光源が必要とされ、特にArFエキシマレーザー(193nm)を用いたリソグラフィーが検討されてきている。   As a light source for lithography used in forming a resist pattern, light exposure using a mercury lamp g-line (436 nm) or i-line (365 nm) as a light source is widely used, and as a means for further miniaturization, A method of shortening the wavelength of exposure light has been considered effective. For this reason, a short wavelength KrF excimer laser (248 nm) was used as an exposure light source in place of the i-line (365 nm) in the mass production process of the 64-Mbit DRAM processing method. However, in order to manufacture a DRAM having a degree of integration of 1G or more, which requires a finer processing technique (processing dimension is 0.13 μm or less), a light source with a shorter wavelength is required, and in particular, an ArF excimer laser (193 nm) is used. Lithography has been studied.

一方、従来、段差基板上に高アスペクト比のパターンを形成するには2層プロセスが優れていることが知られており、更に、2層レジスト膜を一般的なアルカリ現像液で現像するためには、ヒドロキシ基やカルボキシル基等の親水基を有する高分子シリコーン化合物が必要である。   On the other hand, conventionally, it is known that a two-layer process is excellent for forming a pattern with a high aspect ratio on a stepped substrate, and further, for developing a two-layer resist film with a general alkali developer. Requires a high molecular silicone compound having a hydrophilic group such as a hydroxy group or a carboxyl group.

シリコーン系化学増幅ポジ型レジスト材料としては、安定なアルカリ可溶性シリコーンポリマーであるポリヒドロキシベンジルシルセスキオキサンのフェノール性水酸基の一部をt−Boc基で保護したものをベース樹脂として使用し、これと酸発生剤とを組み合わせたKrFエキシマレーザー用シリコーン系化学増幅ポジ型レジスト材料が提案された(特許文献1、非特許文献1等参照)。また、ArFエキシマレーザー用としては、シクロヘキシルカルボン酸を酸不安定基で置換したタイプのシルセスキオキサンをベースにしたポジ型レジスト材料が提案されている(特許文献2,3、非特許文献2等参照)。更に、Fレーザー用としては、ヘキサフルオロイソプロパノールを溶解性基として持つシルセスキオキサンをベースにしたポジ型レジスト材料が提案されている(特許文献4等参照)。上記ポリマーは、トリアルコキシシラン、又はトリハロゲン化シランの縮重合によるラダー骨格を含むポリシルセスキオキサンを主鎖に含むものである。 As the silicone-based chemically amplified positive resist material, a base resin in which a part of the phenolic hydroxyl group of polyhydroxybenzylsilsesquioxane, which is a stable alkali-soluble silicone polymer, is protected with a t-Boc group is used. A silicone-based chemically amplified positive resist material for a KrF excimer laser, which combines an acid generator and an acid generator, has been proposed (see Patent Document 1, Non-Patent Document 1, etc.). For ArF excimer lasers, positive resist materials based on silsesquioxane in which cyclohexylcarboxylic acid is substituted with an acid labile group have been proposed (Patent Documents 2 and 3, Non-Patent Document 2). Etc.). Furthermore, for F 2 lasers, positive resist materials based on silsesquioxane having hexafluoroisopropanol as a soluble group have been proposed (see Patent Document 4, etc.). The above polymer contains polysilsesquioxane having a ladder skeleton formed by condensation polymerization of trialkoxysilane or trihalogenated silane in the main chain.

珪素が側鎖にペンダントされたレジスト用ベースポリマーとしては、珪素含有(メタ)アクリルエステル系ポリマーが提案されている(特許文献5、非特許文献3等参照)。   As a resist base polymer in which silicon is pendant on a side chain, a silicon-containing (meth) acrylic ester polymer has been proposed (see Patent Document 5, Non-Patent Document 3, etc.).

2層プロセスのレジスト下層膜としては、酸素ガスによるエッチングが可能な炭化水素化合物であり、更にその下の基板をエッチングする場合におけるマスクになるため、高いエッチング耐性を有することが必要である。酸素ガスエッチングにおいては、珪素原子を含まない炭化水素のみで構成される必要がある。また、上層の珪素含有レジスト膜の線幅制御性を向上させ、定在波によるパターン側壁の凹凸とパターンの崩壊を低減させるためには、反射防止膜としての機能も有し、具体的にはレジスト下層膜からレジスト上層膜内への反射率を1%以下に抑える必要がある。   The resist underlayer film of the two-layer process is a hydrocarbon compound that can be etched with oxygen gas, and further needs to have high etching resistance because it serves as a mask for etching the underlying substrate. In oxygen gas etching, it is necessary to be composed only of hydrocarbons that do not contain silicon atoms. In addition, in order to improve the line width controllability of the upper silicon-containing resist film and reduce the pattern sidewall irregularities and pattern collapse due to standing waves, it also has a function as an antireflection film, specifically It is necessary to suppress the reflectance from the resist lower layer film into the resist upper layer film to 1% or less.

ここで、最大500nmの膜厚までの反射率を計算した結果を図2,3に示す。露光波長は193nm、レジスト上層膜のn値を1.74、k値を0.02と仮定し、図2ではレジスト下層膜のk値を0.3に固定し、縦軸にn値を1.0〜2.0、横軸に膜厚0〜500nmの範囲で変動させたときの基板反射率を示す。膜厚が300nm以上の2層プロセス用レジスト下層膜を想定した場合、レジスト上層膜と同程度かあるいはそれよりも少し屈折率が高いn値が1.6〜1.9の範囲で反射率を1%以下にできる最適値が存在する。   Here, the results of calculating the reflectance up to a maximum film thickness of 500 nm are shown in FIGS. Assuming that the exposure wavelength is 193 nm, the n value of the resist upper layer film is 1.74, and the k value is 0.02, the k value of the resist lower layer film is fixed at 0.3 in FIG. 0.0 to 2.0, and the horizontal axis represents the substrate reflectance when the film thickness is varied in the range of 0 to 500 nm. Assuming a resist underlayer film for a two-layer process having a film thickness of 300 nm or more, the reflectivity is in the range of n to 1.6 to 1.9, which has a refractive index that is the same as or slightly higher than the resist upper layer film. There is an optimum value that can be reduced to 1% or less.

また、図3では、レジスト下層膜のn値を1.5に固定し、k値を0〜0.8の範囲で変動させたときの反射率を示す。膜厚が300nm以上の2層プロセス用レジスト下層膜を想定した場合、k値が0.24〜0.15の範囲で反射率を1%以下にすることが可能である。一方、40nm程度の薄膜で用いられる単層レジスト用の反射防止膜の最適k値は0.4〜0.5であり、300nm以上で用いられる2層プロセス用のレジスト下層膜の最適k値とは異なる。2層プロセス用のレジスト下層膜では、より低いk値、即ちより高透明なレジスト下層膜が必要であることが示されている。   FIG. 3 shows the reflectance when the n value of the resist underlayer film is fixed to 1.5 and the k value is varied in the range of 0 to 0.8. When a resist underlayer film for a two-layer process having a film thickness of 300 nm or more is assumed, the reflectance can be reduced to 1% or less in the range of k value from 0.24 to 0.15. On the other hand, the optimum k value of an antireflection film for a single layer resist used in a thin film of about 40 nm is 0.4 to 0.5, and the optimum k value of a resist underlayer film for a two layer process used at 300 nm or more is Is different. It has been shown that a resist underlayer film for a two-layer process requires a lower k value, that is, a more transparent resist underlayer film.

ここで、波長193nm用のレジスト下層膜材料として、非特許文献4に紹介されているようにポリヒドロキシスチレンとアクリル酸エステルの共重合体が検討されている。ポリヒドロキシスチレンは193nmに非常に強い吸収を持ち、そのもの単独ではk値が0.6前後と高い値である。そこで、k値が殆ど0であるアクリル酸エステルと共重合させることによって、k値を0.25前後に調整しているのである。   Here, as a resist underlayer film material for a wavelength of 193 nm, a copolymer of polyhydroxystyrene and an acrylate ester has been studied as introduced in Non-Patent Document 4. Polyhydroxystyrene has a very strong absorption at 193 nm, and the k value alone is a high value of around 0.6. Therefore, the k value is adjusted to around 0.25 by copolymerizing with an acrylate ester having a k value of almost 0.

しかしながら、ポリヒドロキシスチレンに対して、アクリル酸エステルの基板エッチングにおけるエッチング耐性は弱く、しかもk値を下げるためにかなりの割合のアクリル酸エステルを共重合せざるを得ず、結果的に基板エッチングの耐性はかなり低下する。エッチングの耐性は、エッチング速度だけでなく、エッチング後の表面ラフネスの発生にも現れてくる。アクリル酸エステルの共重合によってエッチング後の表面ラフネスの増大が深刻なほど顕著になっている。   However, with respect to polyhydroxystyrene, the etching resistance of acrylate esters in substrate etching is weak, and a significant proportion of acrylate esters must be copolymerized to lower the k value, resulting in substrate etching. Resistance is significantly reduced. The resistance to etching appears not only in the etching rate but also in the occurrence of surface roughness after etching. The increase in surface roughness after etching becomes more prominent due to the copolymerization of acrylic acid ester.

一方、珪素を含まない単層レジストをレジスト上層膜、その下に珪素を含有するレジスト中間層膜、更にその下に有機膜のレジスト下層膜を積層する3層プロセスが提案されている(例えば、非特許文献5参照)。一般的には珪素含有レジストより単層レジストの方が解像性に優れ、3層プロセスでは高解像な単層レジストを露光イメージング層として用いることができる。レジスト中間層膜としては、スピンオングラス(SOG)膜が用いられ、多くのSOG膜が提案されている。   On the other hand, a three-layer process has been proposed in which a single-layer resist containing no silicon is formed as a resist upper layer film, a resist intermediate layer film containing silicon underneath, and a resist underlayer film of an organic film thereunder is further laminated (for example, Non-patent document 5). In general, a single-layer resist has better resolution than a silicon-containing resist, and a high-resolution single-layer resist can be used as an exposure imaging layer in a three-layer process. As the resist intermediate layer film, a spin-on-glass (SOG) film is used, and many SOG films have been proposed.

ここで3層プロセスにおける基板反射を抑えるための最適な下層膜の光学定数は2層プロセスにおけるそれとは異なっている。基板反射をできるだけ抑え、具体的には1%以下にまで低減させる目的は2層プロセスも3層プロセスも変わらないのであるが、2層プロセスはレジスト下層膜だけに反射防止効果を持たせるのに対して、3層プロセスはレジスト中間層膜とレジスト下層膜のどちらか一方あるいは両方に反射防止効果を持たせることができる。   Here, the optimum optical constant of the lower layer film for suppressing the substrate reflection in the three-layer process is different from that in the two-layer process. The purpose of suppressing the substrate reflection as much as possible, specifically, to reduce it to 1% or less, is the same in both the two-layer process and the three-layer process, but the two-layer process has an antireflection effect only on the resist underlayer film. On the other hand, in the three-layer process, one or both of the resist intermediate layer film and the resist underlayer film can have an antireflection effect.

反射防止効果を付与させた珪素含有層材料が、特許文献6、特許文献7に提案されている。一般的に単層の反射防止膜よりも多層の反射防止膜の方が反射防止効果は高く、光学材料の反射防止膜として広く工業的に用いられている。レジスト中間層膜とレジスト下層膜の両方に反射防止効果を付与させることによって高い反射防止効果を得ることができる。
3層プロセスにおいて珪素含有レジスト中間層膜に反射防止膜としての機能を持たせることができれば、レジスト下層膜に2層プロセスの時のような反射防止膜としての最高の効果は特に必要がない。3層プロセスの場合のレジスト下層膜としては、反射防止膜としての効果よりも基板加工における高いエッチング耐性が要求される。
そのために、芳香族基を多く含有し、エッチング耐性が高いノボラック樹脂が3層プロセス用のレジスト下層膜として用いられてきた。
Patent Document 6 and Patent Document 7 propose silicon-containing layer materials imparted with an antireflection effect. In general, a multilayer antireflection film has a higher antireflection effect than a single-layer antireflection film, and is widely used industrially as an antireflection film for optical materials. By imparting an antireflection effect to both the resist intermediate layer film and the resist underlayer film, a high antireflection effect can be obtained.
If the silicon-containing resist intermediate layer film can have a function as an antireflection film in the three-layer process, the resist underlayer film need not have the highest effect as an antireflection film as in the two-layer process. The resist underlayer film in the case of the three-layer process is required to have higher etching resistance in substrate processing than the effect as an antireflection film.
Therefore, a novolak resin containing a large amount of aromatic groups and having high etching resistance has been used as a resist underlayer film for a three-layer process.

ここで、図4にレジスト中間層膜のk値を変化させたときの基板反射率を示す。
レジスト中間層膜のk値として0.2以下の低い値と、適切な膜厚設定によって、1%以下の十分な反射防止効果を得ることができる。
通常反射防止膜として、膜厚100nm以下で反射を1%以下に抑えるためにはk値が0.2以上であることが必要であるが(図3参照)、レジスト下層膜である程度の反射を抑えることができる3層レジスト膜のレジスト中間層膜としては0.2より低い値のk値が最適値となる。
Here, FIG. 4 shows the substrate reflectivity when the k value of the resist intermediate layer film is changed.
A sufficient antireflection effect of 1% or less can be obtained by a low value of 0.2 or less as the k value of the resist intermediate layer film and an appropriate film thickness setting.
In order to suppress reflection to 1% or less at a film thickness of 100 nm or less as a normal antireflection film, the k value is required to be 0.2 or more (see FIG. 3). As the resist intermediate layer film of the three-layer resist film that can be suppressed, the k value lower than 0.2 is the optimum value.

次に、レジスト下層膜のk値が0.2の場合と0.6の場合の、レジスト中間層膜とレジスト下層膜の膜厚を変化させたときの反射率変化を図5と図6に示す。
図5のk値が0.2のレジスト下層膜は、2層プロセスに最適化されたレジスト下層膜を想定しており、図6のk値が0.6のレジスト下層膜は、波長193nmにおけるノボラックやポリヒドロキシスチレンのk値に近い値である。
レジスト下層膜の膜厚は基板のトポグラフィーによって変動するが、レジスト中間層膜の膜厚はほとんど変動せず、設定した膜厚で塗布できると考えられる。
Next, FIG. 5 and FIG. 6 show the reflectance change when the thickness of the resist intermediate layer film and the resist lower layer film is changed when the k value of the resist lower layer film is 0.2 and 0.6. Show.
The resist underlayer film having a k value of 0.2 in FIG. 5 assumes a resist underlayer film optimized for a two-layer process, and the resist underlayer film in FIG. 6 having a k value of 0.6 is at a wavelength of 193 nm. The value is close to the k value of novolak and polyhydroxystyrene.
Although the film thickness of the resist underlayer film varies depending on the topography of the substrate, the film thickness of the resist intermediate layer film hardly varies, and it is considered that the resist can be applied with a set film thickness.

ここで、レジスト下層膜のk値が高い方(0.6の場合)が、より薄膜で反射を1%以下に抑えることができる。レジスト下層膜のk値が0.2の場合、膜厚250nmでは反射を1%にするためにレジスト中間層膜の膜厚を厚くしなければならない。しかし、このようにレジスト中間層膜の膜厚を上げると、レジスト中間層膜を加工するときのドライエッチング時に最上層のレジスト膜に対する負荷が大きく、好ましいことではない。   Here, the higher the k value of the resist underlayer film (in the case of 0.6), the reflection can be suppressed to 1% or less with a thinner film. When the k value of the resist underlayer film is 0.2, the film thickness of the resist intermediate layer film must be increased in order to achieve reflection of 1% at a film thickness of 250 nm. However, when the film thickness of the resist intermediate layer film is increased in this way, the load on the uppermost resist film during dry etching when processing the resist intermediate layer film is large, which is not preferable.

図5と図6は、露光装置のレンズのNAが0.85のドライ露光の場合の反射であるが、3層プロセス用のレジスト中間層膜のn、k値と膜厚を最適化することによって、レジスト下層膜のk値によらずに1%以下の反射率にすることが出来ることが示されている。ところが、液浸リソグラフィーによって投影レンズのNAが1.0を超え、レジストだけでなくレジストの下の反射防止膜に入射する光の角度が浅くなってきている。反射防止膜は、膜自体の吸収だけでなく、光の干渉効果による打ち消しの作用を用いて反射を抑えている。斜めの光は光の干渉効果が小さくなるため、反射が増大する。3層プロセスの膜の中で光の干渉作用を用いて反射防止を行っているのはレジスト中間層膜である。レジスト下層膜は干渉作用を用いるには十分に厚いために干渉効果による打ち消し合いによる反射防止効果はない。レジスト下層膜表面からの反射を抑える必要があり、そのためにはレジスト下層膜のk値を0.6より小さく、n値を上層のレジスト中間層膜に近い値にしなければならない。k値が小さすぎて透明性が高すぎると、基板からの反射も生じてくるため、液浸露光のNA1.3の場合、k値は0.25〜0.48程度が最適となる。n値は中間層、下層共にレジストのn値1.7に近い値が目標値となる。   FIGS. 5 and 6 show reflections in the case of dry exposure in which the NA of the exposure apparatus lens is 0.85, but the n, k values and film thickness of the resist interlayer film for the three-layer process should be optimized. Thus, it is shown that the reflectance can be 1% or less regardless of the k value of the resist underlayer film. However, the NA of the projection lens exceeds 1.0 due to immersion lithography, and the angle of light incident not only on the resist but also on the antireflection film under the resist is becoming shallower. The antireflection film suppresses reflection not only by the absorption of the film itself but also by the action of cancellation due to the light interference effect. Since oblique light has a small light interference effect, reflection increases. Of the three-layer process film, the resist intermediate layer film is used to prevent reflection by using the interference of light. Since the resist underlayer film is sufficiently thick to use the interference action, there is no antireflection effect due to cancellation by the interference effect. It is necessary to suppress reflection from the surface of the resist underlayer film. For this purpose, the k value of the resist underlayer film must be smaller than 0.6 and the n value must be close to that of the upper resist intermediate film. When the k value is too small and the transparency is too high, reflection from the substrate also occurs. Therefore, in the case of immersion exposure NA 1.3, the optimum k value is about 0.25 to 0.48. The n value is a target value that is close to the n value 1.7 of the resist for both the intermediate layer and the lower layer.

ベンゼン環は吸収が非常に強く、クレゾールノボラックやポリヒドロキシスチレンのk値は0.6を超える。ベンゼン環よりも波長193nmにおける透明性が高く、エッチング耐性が高いものの一つにナフタレン環がある。例えば、特許文献8にナフタレン環、アントラセン環を有するレジスト下層膜が提案されている。我々の測定値では、ナフトール共縮合ノボラック樹脂、ポリビニルナフタレン樹脂のk値は0.3〜0.4の間である。 また、ナフトール共縮合ノボラック樹脂、ポリビニルナフタレン樹脂の波長193nmにおけるn値は低く、ナフトール共縮合ノボラック樹脂で1.4、ポリビニルナフタレン樹脂に至っては1.2である。例えば、特許文献9、特許文献10で示されるアセナフチレン重合体においては、193nmにおけるn値は1.5、k値は0.4で目標値に近い。n値が高く、k値が低く透明でかつエッチング耐性が高い下層膜が求められている。
ここで、特許文献11にビスナフトール基を有するレジスト下層膜形成材料が提案されており、n値、k値共に目標値に近く、エッチング耐性に優れる特徴を有している。
The benzene ring is very strongly absorbed, and the k value of cresol novolac and polyhydroxystyrene exceeds 0.6. One of the higher transparency and higher etching resistance at a wavelength of 193 nm than a benzene ring is a naphthalene ring. For example, Patent Document 8 proposes a resist underlayer film having a naphthalene ring and an anthracene ring. In our measured value, k value of naphthol co-condensed novolak resin and polyvinyl naphthalene resin is between 0.3 and 0.4. In addition, the n value at a wavelength of 193 nm of the naphthol co-condensed novolak resin and the polyvinyl naphthalene resin is low, 1.4 for the naphthol co-condensed novolak resin, and 1.2 for the polyvinyl naphthalene resin. For example, in the acenaphthylene polymers shown in Patent Document 9 and Patent Document 10, the n value at 193 nm is 1.5 and the k value is 0.4, which is close to the target value. There is a need for a lower layer film that has a high n value, a low k value, is transparent, and has high etching resistance.
Here, Patent Document 11 proposes a resist underlayer film forming material having a bisnaphthol group, which has a feature that both n value and k value are close to target values and excellent in etching resistance.

また、下地の被加工基板に段差がある場合、レジスト下層膜によって段差を平坦化させる必要がある。レジスト下層膜を平坦化させることによって、その上に成膜するレジスト中間層膜やレジスト上層膜であるフォトレジスト膜の膜厚変動を抑え、リソグラフィーのフォーカスマージンを拡大することが出来る。   Further, when there is a step in the substrate to be processed, it is necessary to flatten the step with a resist underlayer film. By flattening the resist lower layer film, it is possible to suppress the film thickness variation of the resist intermediate layer film formed on the resist film and the photoresist film as the resist upper layer film, and to expand the lithography focus margin.

しかし、メタンガス、エタンガス、アセチレンガスなどを原料に用いたCVDによって形成されたアモルファスカーボン下層膜は、段差をフラットに埋め込むことが困難である。一方、レジスト下層膜をスピンコーティングによって形成した場合、基板の凹凸を埋め込むことが出来る長所がある。また、更に、塗布型の材料に於いて埋め込み特性を向上させるために特許文献12に示すように、分子量が低く、分子量分布が広いノボラックを用いる方法、特許文献13に示されるようにベースポリマーに低融点の低分子化合物をブレンドする方法が提案されている。   However, it is difficult for the amorphous carbon underlayer film formed by CVD using methane gas, ethane gas, acetylene gas or the like as a raw material to bury the step flatly. On the other hand, when the resist underlayer film is formed by spin coating, there is an advantage that the unevenness of the substrate can be embedded. Furthermore, in order to improve the embedding characteristics in the coating type material, as shown in Patent Document 12, a method using a novolak having a low molecular weight and a wide molecular weight distribution, as shown in Patent Document 13, a base polymer is used. A method of blending a low molecular compound having a low melting point has been proposed.

ノボラック樹脂が加熱だけで分子間架橋し硬化することは従来からよく知られている(非特許文献6)。ここでは、加熱によってクレゾールノボラックのヒドロキシ基にフェノキシラジカルが発生し、共鳴によってノボラック樹脂の連結基のメチレンにラジカルが移動し、メチレン同士が架橋するラジカルカップリングによる架橋メカニズムが報告されている。特許文献14にポリアリーレンやナフトールノボラック、ヒドロキシアントラセンノボラックなどの多環芳香族化合物を熱によって脱水素あるいは脱水縮合反応によって炭素密度を高めた下層膜を用いるパターン形成方法が報告されている。
ガラス状のカーボン膜は800℃以上の加熱によって形成される(非特許文献7)。しかしながら、デバイスダメージやウェハーの変形への影響を考えると、リソグラフィーのウェハープロセスでの加熱できる温度の上限は600℃以下、好ましくは500℃以下である。
It has been well known that novolak resins are crosslinked and cured by heating alone (Non-Patent Document 6). Here, a crosslinking mechanism by radical coupling in which a phenoxy radical is generated in a hydroxy group of a cresol novolac by heating, a radical moves to methylene of a linking group of a novolak resin by resonance, and the methylenes are cross-linked is reported. Patent Document 14 reports a pattern formation method using a lower layer film in which a polycyclic aromatic compound such as polyarylene, naphthol novolak, hydroxyanthracene novolak or the like is dehydrogenated or dehydrated by heat to increase the carbon density.
A glassy carbon film is formed by heating at 800 ° C. or higher (Non-patent Document 7). However, considering the influence on device damage and wafer deformation, the upper limit of the heatable temperature in the lithography wafer process is 600 ° C. or less, preferably 500 ° C. or less.

加工線幅の縮小に伴い、レジスト下層膜をマスクに被加工基板をエッチングするときにレジスト下層膜がよれたり曲がったりする現象が起きる事が報告されている(非特許文献8)。フルオロカーボン系のガスによる基板エッチング中に、レジスト下層膜の水素原子がフッ素原子で置換される現象が示されている。レジスト下層膜表面がテフロン(登録商標)化されることによって下層膜の体積増加により膨潤したり、ガラス転移点が低下することによって、より微細なパターンのよれが生じるものと考えられる。前述の文献では、水素含有率の低いレジスト下層膜を適用することによってよれが防止できることが示されている。CVDで作成したアモルファスカーボン膜は、膜中の水素原子を極めて少なくすることが出来、よれ防止には非常に有効である。しかしながら、前述のようにCVDは段差の埋め込み特性が悪く、またCVD装置の価格と装置フットプリント面積の占有により導入が困難な場合がある。コーティング、特にスピンコート法で製膜可能な下層膜材料でよれの問題を解決することが出来れば、プロセスと装置の簡略化のメリットは大きい。   It has been reported that with the reduction of the processing line width, a phenomenon that the resist underlayer film is twisted or bent when the substrate to be processed is etched using the resist underlayer film as a mask (Non-patent Document 8). It shows a phenomenon in which hydrogen atoms in a resist underlayer film are replaced with fluorine atoms during substrate etching with a fluorocarbon-based gas. It is considered that the resist underlayer film surface is made Teflon (registered trademark) to swell due to the increase in volume of the underlayer film or the glass transition point is lowered, thereby causing a finer pattern distortion. In the above-mentioned document, it has been shown that twisting can be prevented by applying a resist underlayer film having a low hydrogen content. An amorphous carbon film prepared by CVD can extremely reduce the number of hydrogen atoms in the film, and is very effective in preventing dripping. However, as described above, CVD has poor step embedding characteristics and may be difficult to introduce due to the cost of the CVD apparatus and the occupation footprint area. If the problem can be solved with a coating, particularly a lower layer film material that can be formed by a spin coating method, the merit of simplifying the process and the apparatus is great.

レジスト下層膜の上にCVD法でハードマスクを形成するマルチレイヤープロセスが検討されている。シリコン系のハードマスク(珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素窒化酸化膜)の場合に於いてもスピンコート法で形成するハードマスクよりもCVD等で形成した無機ハードマスクの方がエッチング耐性が高い。また、被加工基板が低誘電率膜であり、そこからのフォトレジストへの汚染(ポイゾニング)が生じる場合があるが、CVD膜の方がポイゾニング防止の遮断膜としての効果が高い。   A multi-layer process in which a hard mask is formed on a resist underlayer film by a CVD method has been studied. In the case of silicon hard masks (silicon oxide film, silicon nitride film, silicon oxynitride film), the etching resistance of inorganic hard masks formed by CVD or the like is higher than that of hard masks formed by spin coating. . Further, the substrate to be processed is a low dielectric constant film, and the photoresist may be contaminated (poisoning) from there, but the CVD film is more effective as a blocking film for preventing poisoning.

そこで、平坦化のためにレジスト下層膜をスピンコートで形成し、その上のレジスト中間層膜としての無機ハードマスク中間層膜をCVD法で作成するプロセスが検討されている。CVD法で無機ハードマスク中間層を作成する場合、特に窒化物系の膜の作成に於いて最低300℃、通常は400℃の基板の加熱が必要とされる。従って、スピンコート法でレジスト下層膜を作成した場合、400℃の耐熱性が必要であるが、通常のクレゾールノボラック、ナフトールノボラック、および耐熱性が高いフルオレンビスフェノールにおいても400℃の加熱に耐えることが出来ず、加熱後大きな膜減りが生じてしまう。このように、CVD法で無機ハードマスク中間膜を形成する際の高温の加熱にも耐えることができるようなレジスト下層膜が求められている。   Therefore, a process of forming a resist underlayer film by spin coating for planarization and forming an inorganic hard mask intermediate layer film as a resist intermediate layer film thereon by a CVD method has been studied. When the inorganic hard mask intermediate layer is formed by the CVD method, it is necessary to heat the substrate at a minimum of 300 ° C., usually 400 ° C., particularly in forming a nitride film. Therefore, when a resist underlayer film is formed by spin coating, heat resistance of 400 ° C. is necessary, but ordinary cresol novolak, naphthol novolak, and fluorene bisphenol having high heat resistance can withstand heating at 400 ° C. It cannot be done, and a large film loss occurs after heating. Thus, there is a need for a resist underlayer film that can withstand high-temperature heating when forming an inorganic hard mask intermediate film by CVD.

また、このような耐熱性が原因となる加熱後の膜減りや樹脂の劣化の問題から、従来レジスト下層膜材料の熱処理は通常300℃以下(好ましくは80〜300℃の範囲内)で行われていた。しかしながら、溶媒処理後に減膜が生じたり、基板のエッチング中にパターンによれが生じてしまうという問題は生じたままであった。   Further, due to the problem of film loss after heating and deterioration of the resin due to such heat resistance, conventional heat treatment of the resist underlayer film material is usually performed at 300 ° C. or less (preferably in the range of 80 to 300 ° C.). It was. However, there still remains a problem that the film is reduced after the solvent treatment or the pattern is distorted during the etching of the substrate.

以上より、反射防止膜としての最適なn、k値と埋め込み特性、優れたエッチング耐性、耐溶媒性を有し、更にCVD法などによる無機ハードマスク中間膜形成中の高温にも耐えることができる耐熱性を有し、基板のエッチング中によれが生じないレジスト下層膜を形成するための方法が求められているのである。   As described above, it has optimum n and k values and embedding characteristics as an antireflection film, excellent etching resistance and solvent resistance, and can withstand high temperatures during the formation of an inorganic hard mask intermediate film by CVD or the like. There is a need for a method for forming a resist underlayer film that has heat resistance and does not sag during etching of the substrate.

特開平6−118651号公報JP-A-6-118651 特開平10−324748号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-324748 特開平11−302382号公報JP-A-11-302382 特開2002−55456号公報JP 2002-55456 A 特開平9−110938号公報JP-A-9-110938 米国特許第6506497号明細書US Pat. No. 6,506,497 米国特許第6420088号明細書US Pat. No. 6420088 特開2002−14474号公報JP 2002-14474 A 特開2001−40293号公報JP 2001-40293 A 特開2002−214777号公報JP 2002-214777 A 特開2007−199653号公報JP 2007-199653 A 特開2002−47430号公報JP 2002-47430 A 特開平11−154638号公報JP-A-11-154638 特許3504247号Patent 3504247

SPIE vol.1925(1993)p377SPIE vol. 1925 (1993) p377 SPIE vol.3333(1998)p62SPIE vol. 3333 (1998) p62 J.Photopolymer Sci. and Technol.Vol.9 No.3(1996)p435−446J. et al. Photopolymer Sci. and Technol. Vol. 9 No. 3 (1996) p435-446 SPIE vol.4345(2001)p50SPIE vol. 4345 (2001) p50 J.Vac.Sci.Technol.,16(6),Nov./Dec.1979J. et al. Vac. Sci. Technol. , 16 (6), Nov. / Dec. 1979 SPIE Vol.469 p72(1984)SPIE Vol. 469 p72 (1984) Glass Carbon Bull. Chem. Soc. JPN.41(12) 3023−3024 (1968)Glass Carbon Bull. Chem. Soc. JPN. 41 (12) 3023-3024 (1968) (Proc.of Symp.Dry.Process, (2005) p11)(Proc. Of Symp. Dry. Process, (2005) p11)

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、リソグラフィーで用いられる少なくとも3層を有する多層レジスト膜のレジスト下層膜の形成方法であって、反射率を低減でき、エッチング耐性が高く、高い耐熱性、耐溶媒性を有し、特に基板のエッチング中によれの発生がないレジスト下層膜を形成するためのレジスト下層膜形成方法及びこれを用いたパターン形成方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a method for forming a resist underlayer film of a multilayer resist film having at least three layers used in lithography, which can reduce reflectance, has high etching resistance, and has high heat resistance. Another object of the present invention is to provide a resist underlayer film forming method for forming a resist underlayer film that has solvent resistance and in particular is free from occurrence during etching of a substrate, and a pattern forming method using the resist underlayer film forming method.

上記課題を解決するために、本発明によれば、リソグラフィーで用いられる少なくとも3層を有する多層レジスト膜のレジスト下層膜の形成方法であって、下記一般式(A−1)〜(E−1)から選ばれる1種以上の、ビスナフトール基を有する化合物を含有するレジスト下層膜材料を基板上にコーティングし、該コーティングしたレジスト下層膜材料を300℃を超え、600℃以下の温度で、10秒〜600秒間の範囲で熱処理して硬化させることを特徴とするレジスト下層膜形成方法を提供する。

Figure 0005085569
(上記一般式(A−1)〜(E−1)中、R〜Rは、同一又は異種の水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数2〜10のアルケニル基であり、R〜Rはそれぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アシル基、あるいはグリシジル基、Rは水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子、アミノ基、炭素数1〜4のアルキルメチルアミノ基、炭素数6〜10のジアリールアミノ基、シアノ基、ニトロ基、m、n、p、q、rは1〜6の整数である。) In order to solve the above problems, according to the present invention, there is provided a method for forming a resist underlayer film of a multilayer resist film having at least three layers used in lithography, which comprises the following general formulas (A-1) to (E-1): And a resist underlayer film material containing at least one compound selected from the group consisting of a compound having a bisnaphthol group is coated on the substrate, and the coated resist underlayer film material is heated to a temperature exceeding 300 ° C. and not exceeding 600 ° C. Provided is a method for forming a resist underlayer film, characterized in that the resist underlayer film is cured by heat treatment in a range of seconds to 600 seconds.
Figure 0005085569
(In the general formulas (A-1) to (E-1), R 1 to R 4 are the same or different hydrogen atoms, linear, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, carbon An aryl group having 6 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and R 5 to R 8 are each a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an acyl group, Alternatively, a glycidyl group, R 9 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, halogen An atom, an amino group, an alkylmethylamino group having 1 to 4 carbon atoms, a diarylamino group having 6 to 10 carbon atoms, a cyano group, a nitro group, m, n, p, q, and r are integers of 1 to 6. )

上記一般式(A−1)〜(E−1)のような、アントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンのカルボニル基をナフトールと反応させて得られるビスナフトール化合物を一種以上含むレジスト下層膜材料を基板上にコーティングし、コーティングしたレジスト下層膜材料を300℃を超え、600℃以下の温度で、10秒〜600秒間の範囲で熱処理して硬化させることによって、反射防止膜としての最適なn、k値と埋め込み特性、優れたエッチング耐性、高い耐熱性、耐溶媒性を有し、ベーク中のアウトガスの発生を抑制でき、特に基板のエッチング中に倒れやよれが生じないレジスト下層膜を形成することができる。   One kind of bisnaphthol compound obtained by reacting the carbonyl group of anthanthrone, dibenzpyrenequinone, pyranthrone, violanthrone, or isoviolanthrone with naphthol, as in the above general formulas (A-1) to (E-1) Anti-reflection by coating the resist underlayer film material including the above on the substrate and curing the coated resist underlayer film material at a temperature exceeding 300 ° C. and not exceeding 600 ° C. for 10 seconds to 600 seconds. Optimum n, k value and embedding characteristics as a film, excellent etching resistance, high heat resistance, solvent resistance, can suppress outgassing during baking, especially collapse and twist during substrate etching A resist underlayer film can be formed.

また、リソグラフィーで用いられる少なくとも3層を有する多層レジスト膜のレジスト下層膜の形成方法であって、下記一般式(A−2)〜(E−2)から選ばれる1種以上の、ビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂を含有するレジスト下層膜材料を基板上にコーティングし、該コーティングしたレジスト下層膜材料を300℃を超え、600℃以下の温度で、10秒〜600秒間の範囲で熱処理して硬化させることを特徴とするレジスト下層膜形成方法を提供する。

Figure 0005085569
(上記一般式(A−2)〜(E−2)中、R〜Rは、同一又は異種の水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数2〜10のアルケニル基であり、R〜Rはそれぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アシル基、あるいはグリシジル基、Rは水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子、アミノ基、炭素数1〜4のアルキルメチルアミノ基、炭素数6〜10のジアリールアミノ基、シアノ基、ニトロ基、R10、R11は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状のアルキレン基であり、m、n、p、q、rは1〜6の整数である。) Moreover, it is a formation method of the resist underlayer film of the multilayer resist film which has at least 3 layers used by lithography, Comprising: 1 or more types selected from the following general formula (A-2)-(E-2), Bisnaphthol group The substrate is coated with a resist underlayer film material containing a resin in which a compound having a novolac is formed, and the coated resist underlayer film material is heated to a temperature exceeding 300 ° C. and not more than 600 ° C. for 10 seconds to 600 seconds. Provided is a method for forming a resist underlayer film characterized by being cured by heat treatment.
Figure 0005085569
(In the general formulas (A-2) to (E-2), R 1 to R 4 are the same or different hydrogen atoms, linear, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, carbon An aryl group having 6 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and R 5 to R 8 are each a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an acyl group, Alternatively, a glycidyl group, R 9 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, halogen Atom, amino group, alkylmethylamino group having 1 to 4 carbon atoms, diarylamino group having 6 to 10 carbon atoms, cyano group, nitro group, R 10 and R 11 are linear or branched having 1 to 10 carbon atoms M, n, p, q, r are integers of 1-6 )

上記一般式(A−2)〜(E−2)のような、アントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンのカルボニル基をナフトールと反応させて得られるビスナフトール化合物をノボラック化した樹脂を一種以上含むレジスト下層膜材料を基板上にコーティングし、コーティングしたレジスト下層膜材料を300℃を超え、600℃以下の温度で、10秒〜600秒間の範囲で熱処理して硬化させることによって、反射防止膜としての最適なn、k値、埋め込み特性、優れたエッチング耐性、高い耐熱性、耐溶媒性を有し、ベーク中のアウトガスの発生を抑制し、特に基板のエッチング中に倒れやよれが生じないレジスト下層膜を形成することができる。   A bisnaphthol compound obtained by reacting a carbonyl group of anthanthrone, dibenzpyrenequinone, pyranthrone, violanthrone, or isoviolanthrone with naphthol, such as the above general formulas (A-2) to (E-2), is a novolak. The substrate is coated with a resist underlayer film material containing at least one resin, and the coated resist underlayer film material is heat-treated at a temperature exceeding 300 ° C. and not exceeding 600 ° C. for 10 seconds to 600 seconds, and cured. Therefore, it has optimal n, k value, embedding characteristics, excellent etching resistance, high heat resistance, and solvent resistance as an antireflection film, and suppresses the generation of outgas during baking, especially during substrate etching. A resist underlayer film that does not collapse or twist can be formed.

また、前記レジスト下層膜材料を、スピンコート法で基板上にコーティングすることが好ましい。
このように、前記レジスト下層膜材料を基板上にコーティングする方法として、スピンコート法が挙げられる。スピンコート法によりレジスト下層膜を形成すると、基板の凹凸を埋め込むことができる。
The resist underlayer film material is preferably coated on the substrate by spin coating.
Thus, a spin coat method is mentioned as a method of coating the said resist underlayer film material on a board | substrate. When the resist underlayer film is formed by spin coating, the unevenness of the substrate can be embedded.

また、前記レジスト下層膜材料が、更に、有機溶剤を含有することが好ましい。また、前記レジスト下層膜材料が、更に、架橋剤及び酸発生剤を含有することが好ましい。
このように、レジスト下層膜材料は、更に有機溶剤を含有することが好ましく、更に、スピンコート特性、段差基板の埋め込み特性、膜の剛性や耐溶媒性を上げるために、架橋剤及び酸発生剤を含むことが好ましい。
Moreover, it is preferable that the resist underlayer film material further contains an organic solvent. Moreover, it is preferable that the resist underlayer film material further contains a crosslinking agent and an acid generator.
Thus, it is preferable that the resist underlayer film material further contains an organic solvent. Further, in order to improve spin coating characteristics, step board embedding characteristics, film rigidity and solvent resistance, a crosslinking agent and an acid generator. It is preferable to contain.

また、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に前記下層膜形成方法によりレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上に珪素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、前記レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記レジスト中間層膜をエッチングし、得られたレジスト中間層膜パターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをエッチングマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。   Also, a method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate by the underlayer film forming method, and a resist intermediate layer film material containing silicon atoms on the resist underlayer film A resist intermediate layer film is formed using a resist upper layer film material made of a photoresist composition on the resist intermediate layer film, and a pattern circuit region of the resist upper layer film is exposed. And then developing with a developing solution to form a resist pattern on the resist upper layer film, etching the resist intermediate layer film using the obtained resist pattern as an etching mask, and etching the resist intermediate layer film pattern obtained The resist underlayer film is etched, and the resulting resist underlayer film pattern is used as an etching mask. The substrate is etched Te provides a pattern forming method and forming a pattern on a substrate.

このような3層レジスト法を用いたパターン形成方法であれば、基板に微細なパターンを高精度で形成することができる。   With such a pattern formation method using the three-layer resist method, a fine pattern can be formed on the substrate with high accuracy.

また、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に前記レジスト下層膜形成方法によりレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上に珪素酸化膜、珪素窒化膜及び珪素酸化窒化膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、前記レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、得られた無機ハードマスク中間層膜パターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをエッチングマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。   A method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate by the resist underlayer film forming method, and a silicon oxide film, a silicon nitride film, and silicon are formed on the resist underlayer film An inorganic hard mask intermediate film selected from oxynitride films is formed, a resist upper film is formed on the inorganic hard mask intermediate film using a resist upper film material made of a photoresist composition, and the resist upper layer is formed. After exposing the pattern circuit area of the film, developing with a developing solution to form a resist pattern on the resist upper layer film, and etching the inorganic hard mask intermediate layer film using the obtained resist pattern as an etching mask Etching the resist underlayer using the inorganic hard mask intermediate layer film pattern as an etching mask. Resist underlayer film pattern by etching the substrate with an etching mask to provide a pattern forming method comprising forming a pattern on substrate.

このようにレジスト下層膜の上にレジスト中間層膜として無機ハードマスクを形成する際、本発明のレジスト下層膜形成方法を用いると、無機ハードマスク中間膜形成時の高温処理にも耐えうる高い耐熱性を有するレジスト下層膜を形成できる。   Thus, when forming an inorganic hard mask as a resist intermediate film on a resist underlayer film, the resist underlayer film forming method of the present invention can be used to withstand high temperatures during the formation of the inorganic hard mask intermediate film. A resist underlayer film having a property can be formed.

また、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に前記レジスト下層膜形成方法によりレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上に珪素酸化膜、珪素窒化膜及び珪素酸化窒化膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上に有機反射防止膜を形成し、該有機反射防止膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、前記レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記有機反射防止膜と前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、得られた無機ハードマスク中間層膜パターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをエッチングマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。
このように、無機ハードマスク中間膜とレジスト上層膜の間に有機反射防止膜を形成することができる。
A method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate by the resist underlayer film forming method, and a silicon oxide film, a silicon nitride film, and silicon are formed on the resist underlayer film An inorganic hard mask intermediate layer film selected from oxynitride films is formed, an organic antireflection film is formed on the inorganic hard mask intermediate film, and a resist upper layer made of a photoresist composition is formed on the organic antireflection film After forming a resist upper layer film using a film material, exposing a pattern circuit region of the resist upper layer film, developing with a developing solution to form a resist pattern on the resist upper layer film, and etching the obtained resist pattern Etching the organic antireflection film and the inorganic hard mask interlayer film as a mask, and obtaining the inorganic hard mask interlayer film pattern obtained And the on to the etching mask to etch the resist underlayer film, the resulting resist underlayer film pattern by etching the substrate with an etching mask to provide a pattern forming method comprising forming a pattern on a substrate.
Thus, an organic antireflection film can be formed between the inorganic hard mask intermediate film and the resist upper layer film.

また、前記無機ハードマスク中間膜は、CVD法あるいはALD法によって形成することが好ましい。
このように、無機ハードマスク中間膜をCVD法あるいはALD法により形成することにより、エッチング耐性を高くすることができる。
The inorganic hard mask intermediate film is preferably formed by a CVD method or an ALD method.
As described above, the etching resistance can be increased by forming the inorganic hard mask intermediate film by the CVD method or the ALD method.

また、前記レジスト上層膜材料が、珪素原子含有ポリマーを含まず、前記レジスト中間層膜をマスクにして行うレジスト下層膜のエッチングを、酸素ガス又は水素ガスを主体とするエッチングガスを用いて行うことが好ましい。
このように、無機ハードマスク中間膜パターンをエッチングマスクにしてレジスト下層膜をエッチングする際、珪素原子を含む無機ハードマスクは、酸素ガス又は水素ガスによるエッチング耐性を示すために好ましい。
In addition, the resist upper layer film material does not contain a silicon atom-containing polymer, and the resist lower layer film is etched using the resist intermediate layer film as a mask, using an etching gas mainly composed of oxygen gas or hydrogen gas. Is preferred.
As described above, when the resist underlayer film is etched using the inorganic hard mask intermediate film pattern as an etching mask, an inorganic hard mask containing silicon atoms is preferable in order to exhibit etching resistance by oxygen gas or hydrogen gas.

以上説明したように、本発明の少なくとも3層を有する多層レジスト膜のレジスト下層膜形成方法を用いることにより、反射防止膜としての最適なn、k値と埋め込み特性、優れたエッチング耐性を有し、高い耐熱性、耐溶媒性を有し、ベーク中のアウトガスの発生を抑制でき、特には60nmよりも細い高アスペクトラインにおける基板のエッチング中によれが生じないレジスト下層膜を形成することが可能となる。更に、本発明であるスピンコート法を用いて形成されたレジスト下層膜の上にCVD法により無機ハードマスクを形成する際、無機ハードマスク中間層膜形成時の高温処理にも耐えうる高い耐熱性を有するレジスト下層膜を形成できるため、スピンコート法で得られたレジスト下層膜とCVD法で得られた無機ハードマスクを組み合わせたパターン形成方法を提供することができる。   As described above, by using the resist underlayer film forming method of a multilayer resist film having at least three layers according to the present invention, it has optimum n and k values and embedding characteristics as an antireflection film, and excellent etching resistance. It is possible to form a resist underlayer film that has high heat resistance and solvent resistance, can suppress outgassing during baking, and does not cause sag during etching of a substrate in a high aspect line narrower than 60 nm. It becomes. Furthermore, when forming an inorganic hard mask on the resist underlayer film formed by using the spin coating method of the present invention by CVD, it has high heat resistance that can withstand high-temperature processing during the formation of the inorganic hard mask intermediate film Therefore, it is possible to provide a pattern forming method in which a resist underlayer film obtained by a spin coating method and an inorganic hard mask obtained by a CVD method are combined.

3層プロセスの説明図である。It is explanatory drawing of a 3 layer process. 2層プロセスにおける下層膜屈折率k値が0.3固定で、n値を1.0〜2.0の範囲で変化させた下層膜の膜厚と基板反射率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film thickness of the lower layer film | membrane which changed the n value in the range of 1.0-2.0, and the board | substrate reflectance with the lower layer film refractive index k value in 0.3 layer being fixed. 2層プロセスにおける下層膜屈折率n値が1.5固定で、k値を0〜0.8の範囲で変化させた下層膜の膜厚と基板反射率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the film thickness of the lower layer film | membrane which changed the k value in the range of 0-0.8, and the board | substrate reflectance with the lower layer film refractive index n value in 2 layer process having fixed 1.5. 3層プロセスにおける下層膜屈折率n値が1.5、k値が0.6、膜厚500nm固定で、中間層のn値が1.5、k値を0〜0.3、膜厚を0〜400nmの範囲で変化させたときの基板反射率の関係を示すグラフである。In the three-layer process, the lower layer refractive index n value is 1.5, the k value is 0.6, the film thickness is fixed to 500 nm, the n value of the intermediate layer is 1.5, the k value is 0 to 0.3, and the film thickness is It is a graph which shows the relationship of a board | substrate reflectance when it changes in the range of 0-400 nm. 3層プロセスにおける下層膜屈折率n値が1.5、k値が0.2、中間層のn値が1.5、k値を0.1固定で下層と中間層の膜厚を変化させたときの基板反射率の関係を示すグラフである。In the three-layer process, the refractive index n value of the lower layer film is 1.5, the k value is 0.2, the n value of the intermediate layer is 1.5, and the k value is fixed at 0.1 to change the film thickness of the lower layer and the intermediate layer. It is a graph which shows the relationship of the board | substrate reflectance at the time. 3層プロセスにおける下層膜屈折率n値が1.5、k値が0.6、中間層のn値が1.5、k値を0.1固定で下層と中間層の膜厚を変化させたときの基板反射率の関係を示すグラフである。In the three-layer process, the refractive index n value of the lower layer film is 1.5, the k value is 0.6, the n value of the intermediate layer is 1.5, and the k value is fixed at 0.1 to change the film thickness of the lower layer and the intermediate layer. It is a graph which shows the relationship of the board | substrate reflectance at the time.

以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、少なくとも3層を有する多層レジスト膜のレジスト下層膜の形成方法として、優れた反射防止膜機能とエッチング耐性、耐熱性、耐溶媒性、埋め込み特性を有し、特に基板のエッチング中によれが生じないレジスト下層膜の形成方法が必要視されていた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
As described above, as a method for forming a resist underlayer film of a multilayer resist film having at least three layers, it has an excellent antireflection film function and etching resistance, heat resistance, solvent resistance, and embedding characteristics, particularly during etching of a substrate. There has been a need for a method for forming a resist underlayer film that does not sag.

従来、アントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンは、光導電物質としての機能を有し、近年有機蛍光体としての応用が検討されている(特開平7−90258号公報)   Conventionally, anthanthrone, dibenzpyrenequinone, pyranthrone, violanthrone, and isoviolanthrone have a function as a photoconductive substance, and in recent years, application as an organic phosphor has been studied (Japanese Patent Laid-Open No. 7-90258). )

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、下記一般式(A−1)〜(E−1)に示されるアントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンのカルボニル基をナフトールと反応させて得られるビスナフトール基を有する化合物、及び、下記一般式(A−2)〜(E−2)に示されるアントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンのカルボニル基をナフトールと反応させて得られるビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂は、耐熱性が非常に高いことを見出し、300℃を超える高温でベークをすると熱分解を起こさずに溶媒等の蒸発が促進される性質を持ち、透明性が高く、エッチング耐性に優れ、特にはエッチング後の微細パターンのよれ防止効果に優れ、レジスト下層膜として有望な材料であることを見出した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that anthanthrone, dibenzpyrenequinone, pyranthrone, violanthrone, and isoviolane represented by the following general formulas (A-1) to (E-1): A compound having a bisnaphthol group obtained by reacting a carbonyl group of throne with naphthol, and anthanthrone, dibenzpyrenequinone, pyranthrone, violanthrone represented by the following general formulas (A-2) to (E-2), A resin obtained by reacting the carbonyl group of isoviolanthrone with naphthol and having novolak formed from a compound having a bisnaphthol group has been found to have very high heat resistance, and is thermally decomposed when baked at a high temperature exceeding 300 ° C. It has the property of evaporating the solvent without causing it, has high transparency, has excellent etching resistance, especially Excellent accordance prevention effect after a fine pattern etching, was found to be a promising material as a resist lower layer film.

即ち、本発明の3層プロセス用レジスト下層膜形成方法で用いるレジスト下層膜材料として、特に波長300nm以下の高エネルギー線、具体的には248nm、193nm、157nmのエキシマレーザー、3〜20nmの軟X線、電子ビーム、X線におけるエッチング耐性に優れる、透明性が高い、
(A)下記一般式(A−1)〜(E−1)に示される、アントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンのカルボニル基をナフトールと反応させて得られるビスナフトール基を有する化合物、又は下記一般式(A−2)〜(E−2)に示されるビスナフトール基を有する化合物をノボラック化したノボラック樹脂を必須成分とし、
(B)有機溶剤、
を含むものであるが、スピンコート特性、段差基板の埋め込み特性、膜の剛性や耐溶媒性を上げるために
(C)ベースポリマー
(D)架橋剤、
(E)酸発生剤
を加えても良い。
That is, as a resist underlayer film material used in the method for forming a resist underlayer film for a three-layer process of the present invention, a high energy ray having a wavelength of 300 nm or less, specifically, an excimer laser of 248 nm, 193 nm, 157 nm, a soft X of 3-20 nm Excellent etching resistance in X-ray, electron beam, X-ray, high transparency,
(A) Bisnaphthol obtained by reacting a carbonyl group of anthanthrone, dibenzpyrenequinone, pyranthrone, violanthrone, or isoviolanthrone represented by the following general formulas (A-1) to (E-1) with naphthol A novolak resin obtained by novolacizing a compound having a group or a compound having a bisnaphthol group represented by the following general formulas (A-2) to (E-2),
(B) an organic solvent,
(C) base polymer (D) cross-linking agent, in order to increase spin coating characteristics, step board embedding characteristics, film rigidity and solvent resistance,
(E) An acid generator may be added.

Figure 0005085569
(上記一般式(A−1)〜(E−1)中、R〜Rは、同一又は異種の水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数2〜10のアルケニル基であり、R〜Rはそれぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アシル基、あるいはグリシジル基、Rは水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子、アミノ基、炭素数1〜4のアルキルメチルアミノ基、炭素数6〜10のジアリールアミノ基、シアノ基、ニトロ基、m、n、p、q、rは1〜6の整数である。)
Figure 0005085569
(In the general formulas (A-1) to (E-1), R 1 to R 4 are the same or different hydrogen atoms, linear, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, carbon An aryl group having 6 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and R 5 to R 8 are each a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an acyl group, Alternatively, a glycidyl group, R 9 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, halogen An atom, an amino group, an alkylmethylamino group having 1 to 4 carbon atoms, a diarylamino group having 6 to 10 carbon atoms, a cyano group, a nitro group, m, n, p, q, and r are integers of 1 to 6. )

Figure 0005085569
(上記一般式(A−2)〜(E−2)中、R〜Rは、同一又は異種の水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数2〜10のアルケニル基であり、R〜Rはそれぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アシル基、あるいはグリシジル基、Rは水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子、アミノ基、炭素数1〜4のアルキルメチルアミノ基、炭素数6〜10のジアリールアミノ基、シアノ基、ニトロ基、R10、R11は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状のアルキレン基であり、m、n、p、q、rは1〜6の整数である。)
Figure 0005085569
(In the general formulas (A-2) to (E-2), R 1 to R 4 are the same or different hydrogen atoms, linear, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, carbon An aryl group having 6 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and R 5 to R 8 are each a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an acyl group, Alternatively, a glycidyl group, R 9 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, halogen Atom, amino group, alkylmethylamino group having 1 to 4 carbon atoms, diarylamino group having 6 to 10 carbon atoms, cyano group, nitro group, R 10 and R 11 are linear or branched having 1 to 10 carbon atoms M, n, p, q, r are integers of 1-6 )

アントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンのカルボニル基をナフトールと反応させて得られるビスナフトール化合物は、4級炭素を有し、また炭素の割合が90%前後の高い値であるために非常に高い耐熱性を有する。レジスト下層膜上にCVD法等で珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素窒化酸化膜等のハードマスクを形成する場合、特に窒化膜系の膜に於いては300℃以上の高温が必要であり、レジスト下層膜としても高耐熱性が要求される。また、アントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンのカルボニル基をナフトールと反応させて得られるビスナフトール化合物は、ベンゼン環の縮合炭化水素であるために吸収シフトによって波長193nmにおける吸収が比較的小さく、3層プロセスを用いたときに特に100nm以上の膜厚で良好な反射防止効果が期待される。また、アントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンのビスナフトール化合物は、通常のm−クレゾールノボラック樹脂よりも、基板加工に用いられるCF/CHFガス及びCl/BCl系ガスエッチングに対するエッチング耐性が高く、芳香族の数が増えた分だけ水素原子が減ってエッチング耐性、とりわけエッチング中のパターンよれの発生を抑えることができる。更に300℃を越える温度でベークをすることによって、さらに高いエッチング耐性、耐溶媒性を有し、基板エッチング中のパターンよれの発生を抑えることができる。 The bisnaphthol compound obtained by reacting the carbonyl group of anthanthrone, dibenzpyrenequinone, pyranthrone, violanthrone, or isoviolanthrone with naphthol has a quaternary carbon and has a high carbon ratio of around 90%. Therefore, it has very high heat resistance. When a hard mask such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed on the resist underlayer film by a CVD method or the like, a high temperature of 300 ° C. or higher is necessary particularly in a nitride film, High heat resistance is also required for the resist underlayer film. In addition, the bisnaphthol compound obtained by reacting the carbonyl group of anthanthrone, dibenzpyrenequinone, pyranthrone, violanthrone, or isoviolanthrone with naphthol is a condensed hydrocarbon of a benzene ring. The absorption is relatively small, and when the three-layer process is used, a good antireflection effect is expected particularly with a film thickness of 100 nm or more. In addition, bisnaphthol compounds such as anthrone, dibenzpyrenequinone, pyranthrone, violanthrone, and isoviolanthrone are CF 4 / CHF 3 gas and Cl 2 / BCl used for substrate processing rather than ordinary m-cresol novolac resin. The etching resistance to the 3- system gas etching is high, and the hydrogen atoms are reduced by the increase in the number of aromatics, so that the etching resistance, particularly the occurrence of pattern distortion during etching can be suppressed. Further, by baking at a temperature exceeding 300 ° C., it has higher etching resistance and solvent resistance, and can suppress the occurrence of pattern distortion during substrate etching.

一般式(A−1)〜(E−1)に示されるビスナフトール基を有する化合物としては、具体的には下記に例示される。

Figure 0005085569
Figure 0005085569
Specific examples of the compound having a bisnaphthol group represented by general formulas (A-1) to (E-1) are given below.
Figure 0005085569
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Figure 0005085569
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Figure 0005085569
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Figure 0005085569
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カルボニル基を有する化合物をナフトールと反応させてビスナフトール基を有する化合物を合成する方法が特開2007−99741号に示されている。ここではフルオレノンとナフトールを酸触媒の存在下で反応させてフルオレンビスナフトールを合成する方法が示されている。
アントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンのカルボニル基をナフトール類と反応させて(A−1)〜(E−1)で示されるビスナフトール基を有する化合物を合成する方法も同様の方法を適用させることが出来る。
上記化合物のうち、R〜RがHのビスナフトール化合物は、ナフトールと対応するアントアントロン、ジベンズピレンキノン、ピラントロン、ビオラントロン、イソビオラントロンを常法に従って反応させることによって得ることが出来、R〜Rがグリシジル基のものは、上記方法によって得られたビスナフトール化合物の水酸基を常法に従ってグリシジル化することによって得ることが出来る。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-99741 discloses a method of synthesizing a compound having a bisnaphthol group by reacting a compound having a carbonyl group with naphthol. Here, a method of synthesizing fluorene bisnaphthol by reacting fluorenone and naphthol in the presence of an acid catalyst is shown.
A method of synthesizing a compound having a bisnaphthol group represented by (A-1) to (E-1) by reacting a carbonyl group of anthanthrone, dibenzpyrenequinone, pyranthrone, violanthrone, or isoviolanthrone with naphthols A similar method can be applied.
Among the above compounds, bisnaphthol compounds in which R 5 to R 8 are H can be obtained by reacting naphthol and the corresponding anthanthrone, dibenzpyrenequinone, pyrantrone, violanthrone, or isoviolanthrone according to a conventional method. , R 5 to R 8 having a glycidyl group can be obtained by glycidylating the hydroxyl group of the bisnaphthol compound obtained by the above method according to a conventional method.

ナフトール類としては、1−ナフトール、2−ナフトール、2−メチル−1−ナフトール、4−メトキシ−1−ナフトール、7−メトキシ−2−ナフトール及び1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン、1,2,4−トリヒドロキシナフタレン、1,3,8−トリヒドロキシナフタレン等のトリヒドロキシナフタレンが挙げられる。これらのナフトール類は単独又は2種以上を組み合わせても良い。   Examples of naphthols include 1-naphthol, 2-naphthol, 2-methyl-1-naphthol, 4-methoxy-1-naphthol, 7-methoxy-2-naphthol, 1,5-dihydroxynaphthalene, and 1,7-dihydroxynaphthalene. 2,6-dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxynaphthalene and the like dihydroxynaphthalene, 1,2,4-trihydroxynaphthalene, 1,3,8-trihydroxynaphthalene and the like. These naphthols may be used alone or in combination of two or more.

本発明のレジスト下層膜形成方法においては、レジスト下層膜材料の成分(A)として、(A−2)〜(E−2)で示されるような、ビスナフトール基を有する化合物をアルデヒド類との縮合反応によってノボラック化した樹脂も用いることができる。
ここで用いられるアルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒド、トリオキサン、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、α−フェニルプロピルアルデヒド、β−フェニルプロピルアルデヒド、o−ヒドロキシベンズアルデヒド、m−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、o−クロロベンズアルデヒド、m−クロロベンズアルデヒド、p−クロロベンズアルデヒド、o−ニトロベンズアルデヒド、m−ニトロベンズアルデヒド、p−ニトロベンズアルデヒド、o−メチルベンズアルデヒド、m−メチルベンズアルデヒド、p−メチルベンズアルデヒド、p−エチルベンズアルデヒド、p−n−ブチルベンズアルデヒド、1−ナフタアルデヒド、2−ナフタアルデヒド、フルフラール等を挙げることができる。また、これらのうち、特にホルムアルデヒドを好適に用いることができる。
これらのアルデヒド類は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記アルデヒド類の使用量は、ビスナフトール化合物1モルに対して0.2〜5モルが好ましく、より好ましくは0.5〜2モルである。
In the resist underlayer film forming method of the present invention, as a component (A) of the resist underlayer film material, a compound having a bisnaphthol group as shown by (A-2) to (E-2) is used with an aldehyde. A resin novolakized by a condensation reaction can also be used.
Examples of aldehydes used here include formaldehyde, trioxane, paraformaldehyde, benzaldehyde, acetaldehyde, propylaldehyde, phenylacetaldehyde, α-phenylpropylaldehyde, β-phenylpropylaldehyde, o-hydroxybenzaldehyde, m-hydroxybenzaldehyde, p. -Hydroxybenzaldehyde, o-chlorobenzaldehyde, m-chlorobenzaldehyde, p-chlorobenzaldehyde, o-nitrobenzaldehyde, m-nitrobenzaldehyde, p-nitrobenzaldehyde, o-methylbenzaldehyde, m-methylbenzaldehyde, p-methylbenzaldehyde, p -Ethylbenzaldehyde, pn-butylbenzaldehyde, 1-naphthalde And hydride, 2-naphthalaldehyde, furfural and the like. Of these, formaldehyde can be particularly preferably used.
These aldehydes can be used alone or in combination of two or more.
0.2-5 mol is preferable with respect to 1 mol of bisnaphthol compounds, and, as for the usage-amount of the said aldehyde, More preferably, it is 0.5-2 mol.

ビスナフトール類とアルデヒド類の縮合反応に触媒を用いることもできる。具体的には塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸、メタンスルホン酸、カンファースルホン酸、トシル酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の酸性触媒を挙げることができる。
これらの酸性触媒の使用量は、ビスナフトール化合物1モルに対して1×10−5〜5×10−1モルである。インデン、ヒドロキシインデン、ベンゾフラン、ヒドロキシアントラセン、アセナフチレン、ビフェニル、ビスフェノール、トリスフェノール、ジシクロペンタジエン、テトラヒドロインデン、4−ビニルシクロヘキセン、ノルボルナジエン、5−ビニルノルボルナ−2−エン、α−ピネン、β−ピネン、リモネンなどの非共役2重結合を有する化合物との共重合反応の場合は、必ずしもアルデヒド類は必要ない。
A catalyst can also be used for the condensation reaction of bisnaphthols and aldehydes. Specific examples include acidic catalysts such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, oxalic acid, acetic acid, methanesulfonic acid, camphorsulfonic acid, tosylic acid, and trifluoromethanesulfonic acid.
The usage-amount of these acidic catalysts is 1 * 10 < -5 > -5 * 10 < -1 > mol with respect to 1 mol of bisnaphthol compounds. Indene, hydroxyindene, benzofuran, hydroxyanthracene, acenaphthylene, biphenyl, bisphenol, trisphenol, dicyclopentadiene, tetrahydroindene, 4-vinylcyclohexene, norbornadiene, 5-vinylnorborna-2-ene, α-pinene, β-pinene, limonene In the case of a copolymerization reaction with a compound having a non-conjugated double bond such as aldehydes, aldehydes are not necessarily required.

重縮合における反応溶媒として水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ジオキサン又はこれらの混合溶媒を用いることができる。
これらの溶媒は、反応原料100質量部に対して0〜2,000質量部の範囲である。反応温度は、反応原料の反応性に応じて適宜選択することができるが、通常10〜200℃の範囲である。
Water, methanol, ethanol, propanol, butanol, tetrahydrofuran, dioxane or a mixed solvent thereof can be used as a reaction solvent in the polycondensation.
These solvents are in the range of 0 to 2,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the reaction raw material. Although reaction temperature can be suitably selected according to the reactivity of the reaction raw material, it is the range of 10-200 degreeC normally.

重縮合反応方法としては、ビスナフトール化合物、アルデヒド類、触媒を一括で仕込む方法や、触媒存在下ビスナフトール化合物、アルデヒド類を滴下していく方法がある。
重縮合反応終了後、系内に存在する未反応原料、触媒等を除去するために、反応釜の温度を130〜230℃にまで上昇させ、1〜50mmHg程度で揮発分を除去することができる。
上記一般式(A−1)〜(E−1)に示されるビスナフトール化合物を単独で重合してもよいが、他のフェノール類を共重合してもよい。
As a polycondensation reaction method, there are a method in which a bisnaphthol compound, an aldehyde, and a catalyst are charged together, and a method in which a bisnaphthol compound and an aldehyde are dropped in the presence of a catalyst.
After completion of the polycondensation reaction, in order to remove unreacted raw materials, catalysts, etc. existing in the system, the temperature of the reaction kettle can be raised to 130-230 ° C., and volatile matter can be removed at about 1-50 mmHg. .
The bisnaphthol compounds represented by the general formulas (A-1) to (E-1) may be polymerized alone, but other phenols may be copolymerized.

共重合可能なフェノール類は、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−ジメチルフェノール、2,5−ジメチルフェノール、3,4−ジメチルフェノール、3,5−ジメチルフェノール、2,4−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、2−t−ブチルフェノール、3−t−ブチルフェノール、4−t−ブチルフェノール、2−フェニルフェノール、3−フェニルフェノール、4−フェニルフェノール、3,5−ジフェニルフェノール、2−ナフチルフェノール、3−ナフチルフェノール、4−ナフチルフェノール、4−トリチルフェノール、レゾルシノール、2−メチルレゾルシノール、4−メチルレゾルシノール、5−メチルレゾルシノール、カテコール、4−t−ブチルカテコール、2−メトキシフェノール、3−メトキシフェノール、2−プロピルフェノール、3−プロピルフェノール、4−プロピルフェノール、2−イソプロピルフェノール、3−イソプロピルフェノール、4−イソプロピルフェノール、2−メトキシ−5−メチルフェノール、2−t−ブチル−5−メチルフェノール、ピロガロール、チモール、イソチモール等を挙げることができる。   The copolymerizable phenols are phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 3,4-dimethylphenol, 3,5-dimethylphenol, 2,4-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, 2,3,5-trimethylphenol, 3,4,5-trimethylphenol, 2-t-butylphenol, 3-t-butylphenol, 4-t-butylphenol, 2-phenylphenol, 3-phenylphenol, 4-phenylphenol, 3,5-diphenylphenol, 2-naphthylphenol, 3-naphthylphenol, 4-naphthylphenol, 4-tritylphenol, resorcinol, 2-methylresorcinol, 4 -Methylresorcinol 5-methylresorcinol, catechol, 4-t-butylcatechol, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 2-propylphenol, 3-propylphenol, 4-propylphenol, 2-isopropylphenol, 3-isopropylphenol, 4 -Isopropylphenol, 2-methoxy-5-methylphenol, 2-t-butyl-5-methylphenol, pyrogallol, thymol, isothimol and the like can be mentioned.

その他、共重合可能なモノマーを共重合させることができ、具体的には1−ナフトール、2−ナフトール、2−メチル−1−ナフトール、4−メトキシ−1−ナフトール、7−メトキシ−2−ナフトール及び1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン、3−ヒドロキシ−ナフタレン−2−カルボン酸メチル、4−トリチルフェノール、インデン、ヒドロキシインデン、ベンゾフラン、ヒドロキシアントラセン、ジヒドロキシアントラセン、トリヒドロキシアントラセン、ヒドロキシピレン、アセナフチレン、ビフェニル、ビスフェノール、トリスフェノール、ジシクロペンタジエン、テトラヒドロインデン、4−ビニルシクロヘキセン、ノルボルナジエン、5−ビニルノルボルナ−2−エン、α−ピネン、β−ピネン、リモネンなどが挙げられ、これらのものを加えた3元以上の共重合体であっても構わない。   In addition, copolymerizable monomers can be copolymerized. Specifically, 1-naphthol, 2-naphthol, 2-methyl-1-naphthol, 4-methoxy-1-naphthol, 7-methoxy-2-naphthol And 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, dihydroxynaphthalene such as 2,6-dihydroxynaphthalene, methyl 3-hydroxy-naphthalene-2-carboxylate, 4-tritylphenol, indene, hydroxyindene, benzofuran, Hydroxyanthracene, dihydroxyanthracene, trihydroxyanthracene, hydroxypyrene, acenaphthylene, biphenyl, bisphenol, trisphenol, dicyclopentadiene, tetrahydroindene, 4-vinylcyclohexene, norbornadi Emissions, 5 Binirunoruboruna-2-ene, alpha-pinene, beta-pinene, and limonene and the like, it may be a ternary or more copolymer added these things.

ノボラック樹脂のポリスチレン換算の分子量は、重量平均分子量(Mw)が1,000〜30,000、特に2,000〜20,000であることが好ましい。分子量分布は1.2〜7の範囲内が好ましく用いられるが、モノマー成分、オリゴマー成分又は分子量(Mw)1,000以下の低分子量体をカットして分子量分布を狭くした方が架橋効率が高くなり、またベーク中の揮発成分を抑えることによりベークカップ周辺の汚染を防ぐことができる。   The molecular weight in terms of polystyrene of the novolak resin is preferably a weight average molecular weight (Mw) of 1,000 to 30,000, particularly 2,000 to 20,000. The molecular weight distribution is preferably in the range of 1.2-7, but the crosslinking efficiency is higher when the monomer component, oligomer component or low molecular weight body having a molecular weight (Mw) of 1,000 or less is cut to narrow the molecular weight distribution. In addition, by suppressing the volatile components in the baking, contamination around the baking cup can be prevented.

次に、ビスナフトール基を有する化合物あるいはこれをノボラック化した樹脂のヒドロキシ基のオルソ位に縮合芳香族、あるいは脂環族の置換基を導入することができる。
ここで導入可能な置換基は、具体的には下記に挙げることができる。
Next, a condensed aromatic or alicyclic substituent can be introduced into the ortho-position of the hydroxy group of the compound having a bisnaphthol group or a novolak resin thereof.
Specific examples of the substituent that can be introduced here are listed below.

Figure 0005085569
Figure 0005085569

これらの中で248nm露光用には、多環芳香族基、例えばアントラセンメチル基、ピレンメチル基が最も好ましく用いられる。193nmでの透明性向上のためには脂環構造を持つものや、ナフタレン構造を持つものが好ましく用いられる。一方、波長157nmにおいてベンゼン環は透明性が向上するウィンドウがあるため、吸収波長をずらして吸収を上げてやる必要がある。フラン環はベンゼン環よりも吸収が短波長化して157nmの吸収が若干向上するが、効果は小さい。ナフタレン環やアントラセン環、ピレン環は吸収波長が長波長化することによって吸収が増大し、これらの芳香族環はエッチング耐性も向上する効果もあり、好ましく用いられる。   Of these, polycyclic aromatic groups such as anthracenemethyl group and pyrenemethyl group are most preferably used for 248 nm exposure. In order to improve transparency at 193 nm, those having an alicyclic structure and those having a naphthalene structure are preferably used. On the other hand, since the benzene ring has a window with improved transparency at a wavelength of 157 nm, it is necessary to increase the absorption by shifting the absorption wavelength. The furan ring has a shorter absorption than the benzene ring and slightly improves the absorption at 157 nm, but the effect is small. Naphthalene rings, anthracene rings, and pyrene rings are preferably used because their absorption increases as the absorption wavelength increases, and these aromatic rings also have an effect of improving etching resistance.

上記置換基の導入方法としては、重合後のポリマーに、上記置換基の結合位置がヒドロキシ基になっているアルコールを酸触媒存在下ナフトールのヒドロキシ基のオルソ位又はパラ位に導入する方法が挙げられる。酸触媒は、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸、メタンスルホン酸、n−ブタンスルホン酸、カンファースルホン酸、トシル酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の酸性触媒を用いることができる。これらの酸性触媒の使用量は、フェノール類1モルに対して1×10−5〜5×10−1モルである。置換基の導入量は、ナフトールのヒドロキシ基1モルに対して0〜0.8モルの範囲である。 Examples of the method for introducing the substituent include a method in which an alcohol in which the substituent is bonded to the hydroxy group is introduced into the polymer after polymerization into the ortho or para position of the hydroxy group of naphthol in the presence of an acid catalyst. It is done. As the acid catalyst, an acidic catalyst such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, oxalic acid, acetic acid, methanesulfonic acid, n-butanesulfonic acid, camphorsulfonic acid, tosylic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like can be used. The usage-amount of these acidic catalysts is 1 * 10 < -5 > -5 * 10 < -1 > mol with respect to 1 mol of phenols. The amount of the substituent introduced is in the range of 0 to 0.8 mol with respect to 1 mol of the hydroxy group of naphthol.

本発明で用いられる一般式(A−1)〜(E−1)又は(A−2)〜(E−2)で示されるビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂の193nmにおける透明性を向上させるために、水素添加を行うことができる。好ましい水素添加の割合は、芳香族基の80モル%以下、特に60モル%以下である。   Transparency at 193 nm of a resin obtained by novolakizing a compound having a bisnaphthol group represented by formulas (A-1) to (E-1) or (A-2) to (E-2) used in the present invention. Hydrogenation can be performed to improve. A preferable hydrogenation ratio is 80 mol% or less, particularly 60 mol% or less of the aromatic group.

更に、他のポリマーや化合物とブレンドすることもできる。ブレンド用化合物又はブレンド用ポリマーとしては、前記一般式(A−1)〜(E−1)の化合物又は一般式(A−2)〜(E−2)のノボラック樹脂と混合し、スピンコーティングの成膜性や、段差基板での埋め込み特性を向上させる役割を持つ。また、炭素密度が高くエッチング耐性の高い材料が選ばれる。
このような材料とは、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−ジメチルフェノール、2,5−ジメチルフェノール、3,4−ジメチルフェノール、3,5−ジメチルフェノール、2,4−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、2−t−ブチルフェノール、3−t−ブチルフェノール、4−t−ブチルフェノール、2−フェニルフェノール、3−フェニルフェノール、4−フェニルフェノール、3,5−ジフェニルフェノール、2−ナフチルフェノール、3−ナフチルフェノール、4−ナフチルフェノール、4−トリチルフェノール、レゾルシノール、2−メチルレゾルシノール、4−メチルレゾルシノール、5−メチルレゾルシノール、カテコール、4−t−ブチルカテコール、2−メトキシフェノール、3−メトキシフェノール、2−プロピルフェノール、3−プロピルフェノール、4−プロピルフェノール、2−イソプロピルフェノール、3−イソプロピルフェノール、4−イソプロピルフェノール、2−メトキシ−5−メチルフェノール、2−t−ブチル−5−メチルフェノール、ピロガロール、チモール、イソチモール、4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジメチル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジアリル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジフルオロ−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジフェニル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジメトキシ−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、3,3,3’,3’−テトラメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、3,3,3’,3’,4,4’−ヘキサメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−5,5’−ジオール、5,5‘−ジメチル−3,3,3’,3’−テトラメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、1−ナフトール、2−ナフトール、2−メチル−1−ナフトール、4−メトキシ−1−ナフトール、7−メトキシ−2−ナフトール及び1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン、3−ヒドロキシ−ナフタレン−2−カルボン酸メチル、インデン、ヒドロキシインデン、ベンゾフラン、ヒドロキシアントラセン、アセナフチレン、ビフェニル、ビスフェノール、トリスフェノール、ジシクロペンタジエン、テトラヒドロインデン、4−ビニルシクロヘキセン、ノルボルナジエン、5−ビニルノルボルナ−2−エン、α−ピネン、β−ピネン、リモネンなどのノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン、ポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリビニルアントラセン、ポリビニルカルバゾール、ポリインデン、ポリアセナフチレン、ポリノルボルネン、ポリシクロデセン、ポリテトラシクロドデセン、ポリノルトリシクレン、ポリ(メタ)アクリレートおよびこれらの共重合体が挙げられる。
Furthermore, it can be blended with other polymers and compounds. As a compound for blending or a polymer for blending, the compound of general formulas (A-1) to (E-1) or the novolak resin of general formulas (A-2) to (E-2) is mixed, It has the role of improving film forming properties and embedding characteristics on a stepped substrate. A material having a high carbon density and high etching resistance is selected.
Such materials include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 3,4-dimethylphenol, 3,5-dimethylphenol, 2 , 4-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, 2,3,5-trimethylphenol, 3,4,5-trimethylphenol, 2-t-butylphenol, 3-t-butylphenol, 4-t-butylphenol, 2 -Phenylphenol, 3-phenylphenol, 4-phenylphenol, 3,5-diphenylphenol, 2-naphthylphenol, 3-naphthylphenol, 4-naphthylphenol, 4-tritylphenol, resorcinol, 2-methylresorcinol, 4- Methyl resorcinol, 5-me Luresorcinol, catechol, 4-t-butylcatechol, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 2-propylphenol, 3-propylphenol, 4-propylphenol, 2-isopropylphenol, 3-isopropylphenol, 4-isopropyl Phenol, 2-methoxy-5-methylphenol, 2-t-butyl-5-methylphenol, pyrogallol, thymol, isothymol, 4,4 '-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2'dimethyl- 4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′diallyl-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′difluoro-4,4 ′-( 9H-Fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2 ' Diphenyl-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′dimethoxy-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,3,2 ′, 3′- Tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-6,6′-diol, 3,3,3 ′, 3′-tetramethyl-2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′ ) -Spirobiindene-6,6'-diol, 3,3,3 ', 3', 4,4'-hexamethyl-2,3,2 ', 3'-tetrahydro- (1,1')-spiro Biindene-6,6′-diol, 2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-5,5′-diol, 5,5′-dimethyl-3,3 , 3 ′, 3′-tetramethyl-2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-6,6′-dio 1-naphthol, 2-naphthol, 2-methyl-1-naphthol, 4-methoxy-1-naphthol, 7-methoxy-2-naphthol and 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, 2, Dihydroxynaphthalene such as 1,6-dihydroxynaphthalene, methyl 3-hydroxy-naphthalene-2-carboxylate, indene, hydroxyindene, benzofuran, hydroxyanthracene, acenaphthylene, biphenyl, bisphenol, trisphenol, dicyclopentadiene, tetrahydroindene, 4- Novolac resins such as vinylcyclohexene, norbornadiene, 5-vinylnorborna-2-ene, α-pinene, β-pinene, limonene, polyhydroxystyrene, polystyrene, polyvinylnaphthalene, poly Examples thereof include vinyl anthracene, polyvinyl carbazole, polyindene, polyacenaphthylene, polynorbornene, polycyclodecene, polytetracyclododecene, polynortricyclene, poly (meth) acrylate, and copolymers thereof.

また、特開2004−205658号記載のノルトリシクレン共重合体、同2004−205676号記載の水素添加ナフトールノボラック樹脂、同2004−205685記載のナフトールジシクロペンタジエン共重合体、同2004−354554、同2005−10431号記載のフェノールジシクロペンタジエン共重合体、同2005−128509に記載されるフルオレンビルフェノールノボラック、同2005−250434記載のアセナフチレン共重合、同2006−53543記載のインデン共重合体、同2006−227391記載のフェノール基を有するフラーレン、同2006−259249、同2006−293298、同2007−316282記載のビスフェノール化合物およびこのノボラック樹脂、同2006−259482記載のジビスフェノール化合物およびこのノボラック樹脂、同2006−285095記載のアダマンタンフェノール化合物のノボラック樹脂、同2007−171895記載のヒドロキシビニルナフタレン共重合体、同2007−199653記載のビスナフトール化合物およびこのノボラック樹脂、同2008−26600記載のROMP、同2008−96684記載のトリシクロペンタジエン共重合物に示される樹脂化合物、同2006−227391、同2008−158002記載のフラーレン類樹脂化合物をブレンドすることもできる。   Further, a nortricyclene copolymer described in JP-A No. 2004-205658, a hydrogenated naphthol novolak resin described in JP-A No. 2004-205676, a naphthol dicyclopentadiene copolymer described in JP-A No. 2004-205665, 2004-354554, and 2005-2005. No. 10431 phenol dicyclopentadiene copolymer, 2005-128509 fluoreneville phenol novolak, 2005-250434 acenaphthylene copolymer, 2006-53543 indene copolymer, 2006-227391 Fullerenes having the phenol group described in the above, Bisphenol compounds described in the same 2006-259249, 2006-293298, 2007-316282 and this novolak resin, 200 -259482 dibisphenol compound and this novolak resin, 2006-285095 adamantane phenol compound novolak resin, 2007-171895 hydroxyvinylnaphthalene copolymer, 2007-199653 bisnaphthol compound and this novolak Resin, ROMP described in JP-A-2008-26600, resin compound shown in tricyclopentadiene copolymer described in JP-A-2008-96684, fullerene resin compound described in JP-A-2006-227391 and 2008-158002 can also be blended.

上記ブレンド用化合物又はブレンド用ポリマーの配合量は、一般式(A−1)〜(E−1)又は(A−2)〜(E−2)に示される化合物100重量部に対して0〜1000重量部、好ましくは0〜500重量部である。   The blending amount of the blending compound or blending polymer is 0 to 100 parts by weight of the compound represented by the general formulas (A-1) to (E-1) or (A-2) to (E-2). 1000 parts by weight, preferably 0 to 500 parts by weight.

本発明のレジスト下層膜形成方法に用いるレジスト下層膜材料のノボラック樹脂(A−2)〜(E−2)に対して、縮合に用いる化合物(モノマー成分)の(A−1)〜(E−1)を添加することもできる。モノマー成分の添加は光学定数を変えずに埋め込み特性を向上させるメリットがある。添加量はノボラック樹脂100重量部に対して0〜1000重量部、好ましくは0〜500重量部であり、埋め込み特性を観察しながら適宜添加量を調整することができる。従来のレジスト下層膜材料の場合、モノマー成分の添加量が多すぎるとベーク中にアウトガスとなってパーティクルが発生してベーク炉を汚染してしまうことがあるため、埋め込み特性を確保できる最小限の添加量にとどめておく必要があった。一方、本発明のレジスト下層膜形成方法に用いるビスナフトール基を有する化合物(A−1)〜(E−1)は、分子内に4つのナフトール基を有する。ナフトール基は架橋に関与するため、多くのナフトール基を有することは、架橋後に硬度の高い下層膜を形成できるだけでなく、架橋のスピードが早いためにアウトガスが発生しにくい。   In contrast to the novolak resins (A-2) to (E-2) of the resist underlayer film material used in the resist underlayer film forming method of the present invention, the compounds (monomer components) used for condensation (A-1) to (E-) 1) can also be added. The addition of the monomer component has the merit of improving the embedding characteristics without changing the optical constant. The addition amount is 0 to 1000 parts by weight, preferably 0 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the novolak resin, and the addition amount can be appropriately adjusted while observing the embedding characteristics. In the case of a conventional resist underlayer film material, if too much monomer component is added, outgassing may occur during baking and particles may be generated and contaminate the baking furnace. It was necessary to keep the amount added. On the other hand, the compounds (A-1) to (E-1) having a bisnaphthol group used in the resist underlayer film forming method of the present invention have four naphthol groups in the molecule. Since naphthol groups are involved in crosslinking, having many naphthol groups can not only form a lower layer film having high hardness after crosslinking, but also the outgassing hardly occurs due to the rapid crosslinking speed.

反射防止膜機能を含むレジスト下層膜に要求される性能の一つとして、レジスト下層膜の上に形成される、珪素を含有するレジスト中間層およびレジスト上層膜とのインターミキシングがないこと、レジスト上層膜及びレジスト中間層膜ヘの低分子成分の拡散がないことが挙げられる(Proc. SPIE Vol.2195、p225−229(1994))。これらを防止するために、一般的に反射防止膜のスピンコート後のベークで熱架橋するという方法が採られている。そのため、反射防止膜材料の成分として架橋剤を添加する場合、ポリマーに架橋性の置換基を導入する方法が採られることがある。架橋剤を特に添加していない場合でも、(A−2)〜(E−2)のビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂の場合は、300℃を超える加熱によって後述の反応機構によって架橋させることが出来る。   As one of the performance required for the resist underlayer film including the antireflection film function, there is no intermixing between the resist intermediate layer containing silicon and the resist upper layer film formed on the resist underlayer film, and the resist upper layer. It is mentioned that there is no diffusion of low molecular components to the film and the resist intermediate film (Proc. SPIE Vol. 2195, p225-229 (1994)). In order to prevent these problems, a method is generally employed in which thermal crosslinking is performed by baking after spin coating of the antireflection film. Therefore, when a crosslinking agent is added as a component of the antireflection film material, a method of introducing a crosslinkable substituent into the polymer may be employed. Even in the case where a crosslinking agent is not particularly added, in the case of a resin in which a compound having a bisnaphthol group of (A-2) to (E-2) is novolakized, it is crosslinked by a reaction mechanism described later by heating above 300 ° C. It can be made.

本発明のレジスト下層膜形成方法に用いられる(A−1)〜(E−1)のビスナフトール基を有する化合物及び(A−2)〜(E−2)のビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂は、耐熱性が非常に高いため、これを300℃を超える高温でベークしても熱分解が殆ど起きない。本発明者は、更にこの化合物及びそのノボラック樹脂は、300℃を超える高温ベークによって、溶媒等の蒸発が促進され、膜の炭素密度、緻密性が高くなる性質を持ち、エッチング耐性が向上することを見出した。また、300℃を超えるベークによって、高い耐溶媒性を有し、基板のエッチング中に発生するよれを防止できることを見出した。耐熱性の低い材料を300℃を超える高温でベークした場合は熱分解が起きるために必ずしも炭素密度が高くなるとは限らず、むしろ劣化する場合もある。   A compound having a bisnaphthol group (A-1) to (E-1) and a compound having a bisnaphthol group (A-2) to (E-2) used in the resist underlayer film forming method of the present invention are novolaks. Since the heat-resistant resin has very high heat resistance, thermal decomposition hardly occurs even if it is baked at a high temperature exceeding 300 ° C. The present inventor further shows that this compound and its novolak resin have properties such that evaporation of a solvent and the like is promoted by high-temperature baking exceeding 300 ° C., and the carbon density and denseness of the film are increased, and etching resistance is improved. I found. Moreover, it discovered that it has high solvent resistance by baking exceeding 300 degreeC, and can generate | occur | produce the twist generate | occur | produced during the etching of a board | substrate. When a material having low heat resistance is baked at a high temperature exceeding 300 ° C., thermal decomposition occurs, so that the carbon density does not always increase, but may deteriorate.

本発明で使用可能な架橋剤は、特開2007−199653号公報中の(0055)〜(0060)段落に記載されている材料を添加することができる。   As the crosslinking agent that can be used in the present invention, materials described in paragraphs (0055) to (0060) of JP-A-2007-199653 can be added.

本発明においては、熱による架橋反応を更に促進させるための酸発生剤を添加することができる。酸発生剤は熱分解によって酸を発生するものや、光照射によって酸を発生するものがあるが、いずれのものも添加することができる。具体的には、特開2007−199653号公報中の(0061)〜(0085)段落に記載されている材料を添加することができる。   In the present invention, an acid generator for further promoting the crosslinking reaction by heat can be added. There are acid generators that generate an acid by thermal decomposition and those that generate an acid by light irradiation, and any of them can be added. Specifically, the materials described in paragraphs (0061) to (0085) of JP-A-2007-199653 can be added.

更に、本発明のレジスト下層膜形成方法に用いるレジスト下層膜材料には、保存安定性を向上させるための塩基性化合物を配合することができる。塩基性化合物としては、酸発生剤より微量に発生した酸が架橋反応を進行させるのを防ぐための、酸に対するクエンチャーの役割を果たす。
このような塩基性化合物としては、具体的には特開2007−199653号公報中の(0086)〜(0090)段落に記載されている材料を添加することができる。
Furthermore, the resist underlayer film material used in the resist underlayer film forming method of the present invention may contain a basic compound for improving storage stability. As a basic compound, it plays the role of the quencher with respect to an acid in order to prevent the acid which generate | occur | produced in trace amount from the acid generator to advance a crosslinking reaction.
As such a basic compound, specifically, materials described in paragraphs (0086) to (0090) of JP-A-2007-199653 can be added.

本発明のレジスト下層膜形成方法に用いるレジスト下層膜材料において使用可能な有機溶剤としては、前記のベースポリマー、酸発生剤、架橋剤、その他添加剤等が溶解するものであれば特に制限はない。具体的には、特開2007−199653号公報中の(0091)〜(0092)段落に記載されている溶剤を添加することができる。   The organic solvent that can be used in the resist underlayer film material used in the resist underlayer film forming method of the present invention is not particularly limited as long as it dissolves the base polymer, acid generator, crosslinking agent, and other additives. . Specifically, the solvents described in paragraphs (0091) to (0092) of JP-A-2007-199653 can be added.

本発明のパターン形成方法に用いる下層膜形成材料においてスピンコーティングにおける塗布性を向上させるために界面活性剤を添加することもできる。界面活性剤は、特開2008−111103号公報中の(0165)〜(0166)記載のものを用いることができる。   In order to improve the coating property in the spin coating in the lower layer film forming material used in the pattern forming method of the present invention, a surfactant can be added. As the surfactant, those described in (0165) to (0166) of JP-A-2008-111103 can be used.

本発明のレジスト下層膜形成方法では、上記のレジスト下層膜材料を、フォトレジストと同様にスピンコート法などで被加工基板上にコーティングする。スピンコート法などを用いることで、良好な埋め込み特性を得ることができる。スピンコート後、溶媒を蒸発し、レジスト上層膜やレジスト中間層膜とのミキシング防止のため、架橋反応を促進させるためにベークを行う。ベークは300℃を超え、600℃以下の範囲内で行い、10〜600秒、好ましくは10〜300秒の範囲内で行う。ベーク温度は、より好ましくは350℃以上500℃以下である。デバイスダメージやウェハーの変形への影響を考えると、リソグラフィーのウェハープロセスでの加熱できる温度の上限は600℃以下、好ましくは500℃以下である。   In the resist underlayer film forming method of the present invention, the above resist underlayer film material is coated on a substrate to be processed by a spin coat method or the like in the same manner as a photoresist. Good embedding characteristics can be obtained by using a spin coating method or the like. After spin coating, the solvent is evaporated and baking is performed to promote the crosslinking reaction in order to prevent mixing with the resist upper layer film and resist intermediate layer film. Baking is performed within the range of 300 ° C. or more and 600 ° C. or less, and is performed for 10 to 600 seconds, preferably 10 to 300 seconds. The baking temperature is more preferably 350 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. Considering the influence on device damage and wafer deformation, the upper limit of the heatable temperature in the lithography wafer process is 600 ° C. or less, preferably 500 ° C. or less.

前述のSPIE Vol.469 p72(1984)に記載されるように、ノボラック樹脂は、加熱によってフェノキシラジカルが生じ、ノボラック結合のメチレン基が活性化されてメチレン基同士が結合し架橋する。この反応はラジカル的反応なので、脱離する分子が生じないために耐熱性が高い材料であれば架橋による膜収縮は起こらない。   The aforementioned SPIE Vol. 469 p72 (1984), the novolac resin generates a phenoxy radical by heating, and the methylene group of the novolac bond is activated to bond and crosslink the methylene groups. Since this reaction is a radical reaction, no desorbed molecules are generated, so that if the material has high heat resistance, film shrinkage due to crosslinking does not occur.

ベーク中の雰囲気としては空気中でも構わないが、酸素を低減させるためにN、Ar、He等の不活性ガスを封入しておくことは、レジスト下層膜の酸化を防止するために好ましい。酸化を防止するためには酸素濃度をコントロールする必要があり、好ましくは1000ppm以下、より好ましくは100ppm以下である。ベーク中のレジスト下層膜の酸化を防止すると、吸収が増大したりエッチング耐性が低下したりすることがないため好ましい。 The atmosphere in the bake may be air, but it is preferable to enclose an inert gas such as N 2 , Ar, or He in order to reduce oxygen, in order to prevent oxidation of the resist underlayer film. In order to prevent oxidation, it is necessary to control the oxygen concentration, preferably 1000 ppm or less, more preferably 100 ppm or less. It is preferable to prevent oxidation of the resist underlayer film during baking because absorption does not increase and etching resistance does not decrease.

なお、このレジスト下層膜の厚さは適宜選定されるが、30〜20,000nm、特に50〜15,000nmとすることが好ましい。レジスト下層膜を作製した後、3層プロセスの場合はその上に珪素を含有するレジスト中間層膜、珪素を含まないレジスト上層膜を形成することができる。   Although the thickness of the resist underlayer film is appropriately selected, it is preferably 30 to 20,000 nm, particularly 50 to 15,000 nm. After producing the resist underlayer film, in the case of a three-layer process, a resist intermediate layer film containing silicon and a resist upper layer film not containing silicon can be formed thereon.

本発明のパターン形成方法は、上記一般式(A−1)〜(E−1)で表されるビスナフトール基を有する化合物又は、上記一般式(A−2)〜(E−2)で表されるビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂を含有するレジスト下層膜材料を基板上にコーティングしてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にレジスト中間層膜を介してフォトレジスト組成物のレジスト上層膜を形成し、このレジスト上層膜の所用領域に放射線等を照射し、現像液で現像してレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをマスクにしてレジスト中間層膜をエッチングし、得られたレジスト中間層パターンをマスクにしてレジスト下層膜及び基板を加工するものである。   The pattern forming method of the present invention is a compound having a bisnaphthol group represented by the general formulas (A-1) to (E-1) or represented by the general formulas (A-2) to (E-2). A resist underlayer film material containing a resin in which a compound having a bisnaphthol group is novolakized is coated on a substrate to form a resist underlayer film, and a photoresist is formed on the resist underlayer film via a resist intermediate layer film. Form a resist upper layer film of the composition, irradiate a desired region of this resist upper layer film with radiation, etc., develop with a developing solution to form a resist pattern, and use the obtained resist pattern as a mask to form a resist intermediate layer film The resist underlayer film and the substrate are processed by etching and using the obtained resist intermediate layer pattern as a mask.

レジスト下層膜の上に無機ハードマスク中間層膜を形成する場合は、CVD法やALD法等で、珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素酸化窒化膜(SiON膜)が形成される。窒化膜の形成方法としては、特開2002−334869号公報、WO2004/066377に記載されている。無機ハードマスクの膜厚は5〜200nm、好ましくは10〜100nmであり、中でも反射防止膜としての効果が高いSiON膜が最も好ましく用いられる。SiON膜を形成する時の基板温度は300〜500℃となるために、下層膜として300〜500℃の温度に耐える必要がある。本発明で用いる一般式(A−1)〜(E−1)で示されるビスハフトール基を有する化合物及び(A−2)〜(E−2)で示されるビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂を含有するレジスト下層膜材料は、高い耐熱性を有しており300℃〜500℃の高温に耐えることができるため、CVD法あるいはALD法で形成された無機ハードマスクと、スピンコート法で形成されたレジスト下層膜の組み合わせが可能である。   When an inorganic hard mask intermediate layer film is formed on the resist underlayer film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film (SiON film) are formed by CVD, ALD, or the like. A method for forming a nitride film is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-334869 and WO 2004/066377. The film thickness of the inorganic hard mask is 5 to 200 nm, preferably 10 to 100 nm. Among them, a SiON film having a high effect as an antireflection film is most preferably used. Since the substrate temperature when forming the SiON film is 300 to 500 ° C., it is necessary to withstand the temperature of 300 to 500 ° C. as the lower layer film. The compounds having general formulas (A-1) to (E-1) and having bisnaphthol groups represented by general formulas (A-1) to (E-1) and compounds having bisnaphthol groups (A-2) to (E-2) used in the present invention were novolakized. Since the resist underlayer film material containing resin has high heat resistance and can withstand high temperatures of 300 ° C. to 500 ° C., an inorganic hard mask formed by a CVD method or an ALD method and a spin coating method are used. Combinations of the formed resist underlayer films are possible.

このようなレジスト中間層膜の上にレジスト上層膜としてフォトレジスト膜を形成しても良いが、レジスト中間層膜の上に有機反射防止膜(BARC)をスピンコートで形成して、その上にフォトレジスト膜を形成しても良い。レジスト中間層膜としてSiON膜を用いた場合、SiON膜とBARC膜の2層の反射防止膜によって1.0を超える高NAの液浸露光に於いても反射を抑えることが可能となる。BARCを形成するもう一つのメリットとしては、SiON直上でのフォトレジストパターンの裾引きを低減させる効果があることである。   A photoresist film may be formed as a resist upper layer film on such a resist intermediate layer film. However, an organic antireflection film (BARC) is formed on the resist intermediate layer film by spin coating, and on that, A photoresist film may be formed. When the SiON film is used as the resist intermediate layer film, reflection can be suppressed even in immersion exposure with a high NA exceeding 1.0 by the two antireflection films of the SiON film and the BARC film. Another advantage of forming the BARC is that it has the effect of reducing the tailing of the photoresist pattern immediately above the SiON.

3層プロセスの珪素含有レジスト中間層膜としてはポリシルセスキオキサンベースの中間層も好ましく用いられる。レジスト中間層膜に反射防止膜として効果を持たせることによって、反射を抑えることができる。具体的には特開2004−310019号、同2005−15779号、同2005−18054号、同2005−352104号、同2007−65161号、同2007−163846号、同2007−226170号、同2007−226204号に示されるシルセスキオキサンベースの珪素化合物を含む材料が挙げられる。   A polysilsesquioxane-based intermediate layer is also preferably used as the silicon-containing resist intermediate layer film in the three-layer process. By providing the resist intermediate layer film as an antireflection film, reflection can be suppressed. Specifically, JP-A-2004-310019, 2005-15779, 2005-18054, 2005-352104, 2007-65161, 2007-163846, 2007-226170, 2007- The material containing the silsesquioxane base silicon compound shown to 226204 is mentioned.

特に193nm露光用としては、レジスト下層膜として芳香族基を多く含み基板エッチング耐性が高い材料を用いると、k値が高くなり、基板反射が高くなるが、レジスト中間層膜で反射を抑えることによって基板反射を0.5%以下にすることができる。   Especially for 193 nm exposure, if a material having many aromatic groups and high substrate etching resistance is used as the resist underlayer film, the k value increases and the substrate reflection increases, but the resist intermediate layer film suppresses reflection. Substrate reflection can be reduced to 0.5% or less.

反射防止効果があるレジスト中間層膜としては、248nm、157nm露光用としてはアントラセン、193nm露光用としてはフェニル基又は珪素−珪素結合を有する吸光基をペンダントし、酸あるいは熱で架橋するポリシルセスキオキサンが好ましく用いられる。   As the resist intermediate layer film having an antireflection effect, an anthracene is used for exposure at 248 nm and 157 nm, a light-absorbing group having a phenyl group or a silicon-silicon bond is pendant for exposure at 193 nm, and a polysilsesquide that is crosslinked by acid or heat. Oxane is preferably used.

CVD法よりもスピンコート法による珪素含有レジスト中間層膜の形成の方が簡便でコスト的なメリットがある。   The formation of a silicon-containing resist intermediate layer film by spin coating is simpler and more cost effective than CVD.

3層レジスト膜におけるレジスト上層膜は、ポジ型でもネガ型でもどちらでもよく、通常用いられているフォトレジスト組成物と同じものを用いることができる。上記フォトレジスト組成物により単層レジスト上層膜を形成する場合、上記レジスト下層膜を形成する場合と同様に、スピンコート法が好ましく用いられる。フォトレジスト組成物をスピンコート後、プリベークを行うが、60〜180℃で10〜300秒の範囲が好ましい。その後常法に従い、露光を行い、ポストエクスポジュアーベーク(PEB)、現像を行い、レジストパターンを得る。なお、レジスト上層膜の厚さは特に制限されないが、30〜500nm、特に50〜400nmが好ましい。
また、露光光としては、波長300nm以下の高エネルギー線、具体的には248nm、193nm、157nmのエキシマレーザー、3〜20nmの軟X線、電子ビーム、X線等を挙げることができる。
The resist upper layer film in the three-layer resist film may be either a positive type or a negative type, and the same one as a commonly used photoresist composition can be used. When forming a single layer resist upper layer film with the said photoresist composition, a spin coat method is used preferably similarly to the case where the said resist lower layer film is formed. The photoresist composition is spin-coated and then pre-baked, and the range of 60 to 180 ° C. and 10 to 300 seconds is preferable. Thereafter, exposure is performed according to a conventional method, post-exposure baking (PEB), and development is performed to obtain a resist pattern. The thickness of the resist upper layer film is not particularly limited, but is preferably 30 to 500 nm, particularly 50 to 400 nm.
Examples of the exposure light include high energy rays having a wavelength of 300 nm or less, specifically, excimer lasers of 248 nm, 193 nm, and 157 nm, soft X-rays of 3 to 20 nm, electron beams, and X-rays.

次に、得られたレジストパターンをマスクにしてエッチングを行う。3層プロセスにおけるレジスト中間層膜、特に無機ハードマスクのエッチングは、フロン系のガスを用いてレジストパターンをマスクにして行う。次いでレジスト中間層膜パターン、特に無機ハードマスクパターンをマスクにして酸素ガス又は水素ガスを用いてレジスト下層膜のエッチング加工を行う。   Next, etching is performed using the obtained resist pattern as a mask. Etching of the resist interlayer film, particularly the inorganic hard mask, in the three-layer process is performed using a resist pattern as a mask using a fluorocarbon gas. Next, the resist underlayer film is etched using oxygen gas or hydrogen gas using the resist intermediate layer film pattern, particularly the inorganic hard mask pattern as a mask.

次の被加工基板のエッチングも、常法によって行うことができ、例えば基板がSiO、SiN、シリカ系低誘電率絶縁膜であればフロン系ガスを主体としたエッチング、p−SiやAl、Wでは塩素系、臭素系ガスを主体としたエッチングを行う。基板加工をフロン系ガスでエッチングした場合、3層プロセスの珪素含有中間層は基板加工と同時に剥離される。塩素系、臭素系ガスで基板をエッチングした場合は、珪素含有中間層の剥離は基板加工後にフロン系ガスによるドライエッチング剥離を別途行う必要がある。 Etching of the next substrate to be processed can also be performed by a conventional method. For example, if the substrate is SiO 2 , SiN, silica-based low dielectric constant insulating film, etching mainly using CFC-based gas, p-Si, Al, In W, etching mainly using chlorine and bromine gases is performed. When the substrate processing is etched with chlorofluorocarbon gas, the silicon-containing intermediate layer in the three-layer process is peeled off simultaneously with the substrate processing. When the substrate is etched with a chlorine-based or bromine-based gas, the silicon-containing intermediate layer needs to be separated by dry etching with a chlorofluorocarbon-based gas after the substrate is processed.

本発明のレジスト下層膜形成方法で形成したレジスト下層膜は、これら被加工基板のエッチング耐性に優れる特徴がある。
なお、被加工基板としては、被加工層が基板上に成膜される。基板としては、特に限定されるものではなく、Si、α−Si、p−Si、SiO、SiN、SiON、W、TiN、Al等で被加工層と異なる材質のものが用いられる。被加工層としては、Si、SiO、SiON、SiN、p−Si、α−Si、W、W−Si、Al、Cu、Al−Si等種々のLow−k膜及びそのストッパー膜が用いられ、通常50〜10,000nm、特に100〜5,000nm厚さに形成し得る。
The resist underlayer film formed by the resist underlayer film forming method of the present invention is characterized by excellent etching resistance of these substrates to be processed.
Note that as a substrate to be processed, a layer to be processed is formed on the substrate. The substrate is not particularly limited, and a substrate made of a material different from the layer to be processed such as Si, α-Si, p-Si, SiO 2 , SiN, SiON, W, TiN, Al, or the like is used. The layer to be processed, Si, SiO 2, SiON, SiN, p-Si, α-Si, W, W-Si, Al, Cu, Al-Si , etc. Various Low-k film and stopper film are used Usually, it can be formed to a thickness of 50 to 10,000 nm, particularly 100 to 5,000 nm.

3層プロセスの一例について図1を用いて具体的に示すと下記の通りである。   An example of the three-layer process is specifically shown below with reference to FIG.

3層プロセスの場合、図1(A)に示したように、基板1の上に積層された被加工層2上に本発明によりレジスト下層膜3を形成した後、レジスト中間層膜4を形成し、その上にレジスト上層膜5を形成する。   In the case of a three-layer process, as shown in FIG. 1 (A), after forming a resist underlayer film 3 according to the present invention on a work layer 2 laminated on a substrate 1, a resist intermediate layer film 4 is formed. Then, a resist upper layer film 5 is formed thereon.

次いで、図1(B)に示したように、レジスト上層膜の所用部分6を露光し、PEB及び現像を行ってレジストパターン5aを形成する(図1(C))。この得られたレジストパターン5aをマスクとし、CF系ガスを用いてレジスト中間層膜4をエッチング加工してレジスト中間層膜パターン4aを形成する(図1(D))。レジストパターン5aを除去後、この得られたレジスト中間層膜パターン4aをマスクとしてレジスト下層膜3を酸素プラズマエッチングし、レジスト下層膜パターン3aを形成する(図1(E))。更にレジスト中間層膜パターン4aを除去後、レジスト下層膜パターン3aをマスクに被加工層2をエッチング加工して、基板にパターン2aを形成するものである(図1(F))。
無機ハードマスク中間膜を用いる場合、レジスト中間層膜4が無機ハードマスク中間膜であり、BARCを敷く場合はレジスト中間層膜4とレジスト上層膜5との間にBARC層を設ける。BARCのエッチングはレジスト中間層膜4のエッチングに先立って連続して行われる場合もあるし、BARCだけのエッチングを行ってからエッチング装置を変えるなどしてレジスト中間層膜4のエッチングを行うことができる。
Next, as shown in FIG. 1B, the desired portion 6 of the resist upper layer film is exposed, and PEB and development are performed to form a resist pattern 5a (FIG. 1C). Using the obtained resist pattern 5a as a mask, the resist intermediate layer film 4 is etched using a CF-based gas to form a resist intermediate layer film pattern 4a (FIG. 1D). After removing the resist pattern 5a, the resist underlayer film 3 is subjected to oxygen plasma etching using the obtained resist intermediate layer film pattern 4a as a mask to form a resist underlayer film pattern 3a (FIG. 1E). Further, after removing the resist intermediate layer film pattern 4a, the layer 2 to be processed is etched using the resist underlayer film pattern 3a as a mask to form the pattern 2a on the substrate (FIG. 1F).
When an inorganic hard mask intermediate film is used, the resist intermediate layer film 4 is an inorganic hard mask intermediate film. When BARC is laid, a BARC layer is provided between the resist intermediate layer film 4 and the resist upper layer film 5. The BARC etching may be performed continuously prior to the etching of the resist intermediate layer film 4 or the resist intermediate layer film 4 may be etched by changing the etching apparatus after performing only the BARC etching. it can.

なお、分子量の測定法は具体的に下記の方法により行った。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求め、分散度(Mw/Mn)を求めた。
In addition, the measuring method of molecular weight was specifically performed by the following method.
The polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were determined by gel permeation chromatography (GPC), and the degree of dispersion (Mw / Mn) was determined.

以下、実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの記載によって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited by these description.

(化合物合成例)ビスナフトールA−1〜ビスナフトールE−1、C−E1
1Lのフラスコにピラントロン(8,16−ピラントレンジオン)40.6g、2−ナフトール144g、β−メルカプトプロピオン酸4g、トルエン500gを混合し、98%硫酸10gを滴下し、80℃で10時間攪拌する事によって反応を行った。得られた反応液にトルエン100g、水30g加えて、10%水溶液のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドをPHが7になるまで加えた後、水洗分液を5回繰り返した後、水層を除去し、ビスナフトールC−1を得た。H−NMR分析により構造特定を行った。
(Compound synthesis example) Bisnaphthol A-1 to Bisnaphthol E-1, C-E1
In a 1 L flask, 40.6 g of pyrantrone (8,16-pyrantorangeone), 144 g of 2-naphthol, 4 g of β-mercaptopropionic acid, and 500 g of toluene were mixed, 10 g of 98% sulfuric acid was added dropwise, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 10 hours. It reacted by doing. To the obtained reaction solution, 100 g of toluene and 30 g of water were added, and tetramethylammonium hydroxide in a 10% aqueous solution was added until PH became 7, then, the water washing was repeated 5 times, and then the aqueous layer was removed. Bisnaphthol C-1 was obtained. The structure was identified by 1 H-NMR analysis.

ピラントロンをアントアントロンに変えて同様の反応を行い、ビスナフトールA−1を得た。
ピラントロンをジベンズピレンキノンに変えて同様の反応を行い、ビスナフトールB−1を得た。
ピラントロンをイソビオラントロンに変えて同様の反応を行い、ビスナフトールD−1を得た。
ピラントロンをビオラントロンに変えて同様の反応を行い、ビスナフトールE−1を得た。
ビスナフトールC−1をエピクロルヒドリンと反応させてC−E1を得た。
上記の方法で合成したビスナフトールA−1〜E−1、C−E1を下記に示す。
Birantol A-1 was obtained by changing the pyrantrone to anthanthrone and performing the same reaction.
A similar reaction was carried out by changing the pyranthrone to dibenzpyrenequinone to obtain bisnaphthol B-1.
Birantol D-1 was obtained by changing the pyrantron to isoviolanthrone and performing the same reaction.
Birantolol E-1 was obtained by changing the pyrantron to violanthrone and performing the same reaction.
Bisnaphthol C-1 was reacted with epichlorohydrin to obtain C-E1.
Bisnaphthol A-1 to E-1 and C-E1 synthesized by the above method are shown below.

Figure 0005085569
Figure 0005085569

(ポリマー合成例1)ポリマー1
1LのフラスコにビスナフトールA−1の169g、37%ホルマリン水溶液75g、シュウ酸5g、ジオキサン200gを加え、撹拌しながら100℃で24時間撹拌させた。反応後メチルイソブチルケトン500mlに溶解し、十分な水洗により触媒と金属不純物を除去し、溶媒を減圧除去し、150℃、2mmHgまで減圧し、水分、未反応モノマーを除き下記に示すポリマー1を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
ポリマー1 Mw5,500、Mw/Mn4.90
(Polymer synthesis example 1) Polymer 1
169 g of bisnaphthol A-1, 75 g of a 37% formalin aqueous solution, 5 g of oxalic acid, and 200 g of dioxane were added to a 1 L flask, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 24 hours. After the reaction, it is dissolved in 500 ml of methyl isobutyl ketone, the catalyst and metal impurities are removed by washing with sufficient water, the solvent is removed under reduced pressure, the pressure is reduced to 150 ° C. and 2 mmHg, and the polymer 1 shown below is obtained except for moisture and unreacted monomers. It was.
Molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Polymer 1 Mw 5,500, Mw / Mn 4.90

Figure 0005085569
Figure 0005085569

(ポリマー合成例2)ポリマー2
1LのフラスコにビスナフトールB−1の174g、37%ホルマリン水溶液75g、シュウ酸5g、ジオキサン200gを加え、撹拌しながら100℃で24時間撹拌させた。反応後メチルイソブチルケトン500mlに溶解し、十分な水洗により触媒と金属不純物を除去し、溶媒を減圧除去し、150℃、2mmHgまで減圧し、水分、未反応モノマーを除き下記に示すポリマー2を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
ポリマー2 Mw5,900、Mw/Mn5.3
(Polymer synthesis example 2) Polymer 2
To a 1 L flask, 174 g of bisnaphthol B-1, 75 g of 37% formalin aqueous solution, 5 g of oxalic acid, and 200 g of dioxane were added, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 24 hours. After the reaction, it is dissolved in 500 ml of methyl isobutyl ketone, the catalyst and metal impurities are removed by washing with sufficient water, the solvent is removed under reduced pressure, the pressure is reduced to 150 ° C. and 2 mmHg, and water and unreacted monomers are removed to obtain the polymer 2 shown below. It was.
Molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Polymer 2 Mw5,900, Mw / Mn5.3

Figure 0005085569
Figure 0005085569

(ポリマー合成例3)ポリマー3
300mlのフラスコにビスナフトールC−1の189g、37%ホルマリン水溶液75g、シュウ酸5g、ジオキサン200gを加え、撹拌しながら100℃で24時間撹拌させた。反応後メチルイソブチルケトン500mlに溶解し、十分な水洗により触媒と金属不純物を除去し、溶媒を減圧除去し、150℃、2mmHgまで減圧し、水分、未反応モノマーを除き下記に示すポリマー3を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
ポリマー3 Mw4,900、Mw/Mn4.80
(Polymer synthesis example 3) Polymer 3
To a 300 ml flask were added 189 g of bisnaphthol C-1, 75 g of a 37% formalin aqueous solution, 5 g of oxalic acid, and 200 g of dioxane, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 24 hours. After the reaction, it is dissolved in 500 ml of methyl isobutyl ketone, the catalyst and metal impurities are removed by washing with sufficient water, the solvent is removed under reduced pressure, the pressure is reduced to 150 ° C. and 2 mmHg, and water and unreacted monomers are removed to obtain the polymer 3 shown below. It was.
Molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Polymer 3 Mw 4,900, Mw / Mn 4.80

Figure 0005085569
Figure 0005085569

(ポリマー合成例4)ポリマー4
300mlのフラスコにビスナフトールD−1の200g、37%ホルマリン水溶液75g、シュウ酸5g、ジオキサン200gを加え、撹拌しながら100℃で24時間撹拌させた。反応後メチルイソブチルケトン500mlに溶解し、十分な水洗により触媒と金属不純物を除去し、溶媒を減圧除去し、150℃、2mmHgまで減圧し、水分、未反応モノマーを除き下記に示すポリマー4を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
ポリマー4 Mw6,100、Mw/Mn5.60
(Polymer Synthesis Example 4) Polymer 4
200 g of bisnaphthol D-1, 75 g of 37% formalin aqueous solution, 5 g of oxalic acid, and 200 g of dioxane were added to a 300 ml flask, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 24 hours with stirring. After the reaction, it is dissolved in 500 ml of methyl isobutyl ketone, the catalyst and metal impurities are removed by washing with sufficient water, the solvent is removed under reduced pressure, the pressure is reduced to 150 ° C. and 2 mmHg, and the polymer 4 shown below is obtained except for moisture and unreacted monomers. It was.
Molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Polymer 4 Mw 6,100, Mw / Mn 5.60

Figure 0005085569
Figure 0005085569

(ポリマー合成例5)ポリマー5
300mlのフラスコにビスナフトールE−1の200g、37%ホルマリン水溶液75g、シュウ酸5g、ジオキサン200gを加え、撹拌しながら100℃で24時間撹拌させた。反応後メチルイソブチルケトン500mlに溶解し、十分な水洗により触媒と金属不純物を除去し、溶媒を減圧除去し、150℃、2mmHgまで減圧し、水分、未反応モノマーを除き下記に示すポリマー5を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
ポリマー5 Mw5,200、Mw/Mn4.67
(Polymer synthesis example 5) Polymer 5
200 g of bisnaphthol E-1, 75 g of 37% formalin aqueous solution, 5 g of oxalic acid and 200 g of dioxane were added to a 300 ml flask, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 24 hours with stirring. After the reaction, it is dissolved in 500 ml of methyl isobutyl ketone, the catalyst and metal impurities are removed by washing with sufficient water, the solvent is removed under reduced pressure, the pressure is reduced to 150 ° C. and 2 mmHg, and water and unreacted monomers are removed to obtain the polymer 5 shown below. It was.
Molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Polymer 5 Mw 5,200, Mw / Mn 4.67

Figure 0005085569
Figure 0005085569

(比較合成例1)比較ポリマー1
300mlのフラスコにフルオレンビスフェノールの200g、37%ホルマリン水溶液75g、シュウ酸5gを加え、撹拌しながら100℃で24時間撹拌させた。反応後メチルイソブチルケトン500mlに溶解し、十分な水洗により触媒と金属不純物を除去し、溶媒を減圧除去し、150℃、2mmHgまで減圧し、水分、未反応モノマーを除き、135gの下記に示す比較ポリマー1を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
比較ポリマー1 Mw6,500、Mw/Mn5.20
(Comparative Synthesis Example 1) Comparative polymer 1
200 g of fluorene bisphenol, 75 g of a 37% formalin aqueous solution, and 5 g of oxalic acid were added to a 300 ml flask and stirred at 100 ° C. for 24 hours while stirring. After the reaction, it is dissolved in 500 ml of methyl isobutyl ketone, the catalyst and metal impurities are removed by washing with sufficient water, the solvent is removed under reduced pressure, the pressure is reduced to 150 ° C. and 2 mmHg, moisture and unreacted monomers are removed, and 135 g of the comparison shown below Polymer 1 was obtained.
Molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Comparative polymer 1 Mw 6,500, Mw / Mn 5.20

Figure 0005085569
Figure 0005085569

また、比較ポリマー2としてはMw8,800、Mw/Mn4.5のm−クレゾールノボラック樹脂、比較ポリマー3としてはMw9,200、Mw/Mn1.05のポリヒドロキシスチレンを用いた。   Further, as comparative polymer 2, m-cresol novolak resin having Mw of 8,800 and Mw / Mn 4.5 was used, and as comparative polymer 3, polyhydroxystyrene having Mw of 9,200 and Mw / Mn of 1.05 was used.

比較モノマー1〜比較モノマー3については、以下に示す化合物を用いた。

Figure 0005085569
For Comparative monomer 1 to Comparative monomer 3, the following compounds were used.
Figure 0005085569

(レジスト下層膜材料及びレジスト中間層膜材料の調製)
表1に示すようにビスナフトールA−1〜E−1、C−E1、ポリマー1〜5、比較ポリマー1〜3、比較モノマー1〜3、珪素含有中間層用ポリマー、ブレンドポリマー1、2、AG1で示される酸発生剤、CR1で示される架橋剤を、FC−4430(住友スリーエム(株)製)0.1質量%を含む溶媒中に表1に示す割合で溶解させ、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによってレジスト下層膜溶液とレジスト中間層膜溶液をそれぞれ調製した。
(Preparation of resist underlayer film material and resist intermediate layer film material)
As shown in Table 1, bisnaphthol A-1 to E-1, C-E1, polymers 1 to 5, comparative polymers 1 to 3, comparative monomers 1 to 3, polymers for silicon-containing intermediate layers, blend polymers 1 and 2, An acid generator represented by AG1 and a crosslinking agent represented by CR1 were dissolved in a solvent containing 0.1% by mass of FC-4430 (manufactured by Sumitomo 3M Ltd.) at a ratio shown in Table 1, and 0.1 μm A resist underlayer film solution and a resist interlayer film solution were prepared by filtering with a fluororesin filter.

(屈折率測定)
上記のように調整したレジスト下層膜溶液をシリコン基板上に塗布して、UDL−1〜16、比較例UDL−1、4〜7は350℃で60秒間ベークし、比較例UDL−2、3は230℃で60秒間ベークし、それぞれ膜厚200nmの下層膜を形成した。上記のように調整した珪素含有中間層溶液をシリコン基板上に塗布して200℃で60秒間ベークして膜厚35nmの珪素含有膜を形成し(以下SOG−1と略称する)、J.A.ウーラム社の入射角度可変の分光エリプソメーター(VASE)で波長193nmにおけるUDL1〜16、比較例UDL−1〜7、SOG1の屈折率(n,k)を求め、結果を表1に示した。
(Refractive index measurement)
The resist underlayer film solution prepared as described above was applied on a silicon substrate, UDL-1 to 16 and Comparative Examples UDL-1 and 4 to 7 were baked at 350 ° C. for 60 seconds, and Comparative Examples UDL-2 and 3 Were baked at 230 ° C. for 60 seconds to form lower layer films each having a thickness of 200 nm. A silicon-containing intermediate layer solution prepared as described above was applied onto a silicon substrate and baked at 200 ° C. for 60 seconds to form a silicon-containing film having a thickness of 35 nm (hereinafter abbreviated as SOG-1). A. The refractive index (n, k) of UDL 1 to 16, comparative examples UDL-1 to 7 and SOG 1 at a wavelength of 193 nm was obtained by a spectroscopic ellipsometer with variable incident angle (VASE) manufactured by Woollam, and the results are shown in Table 1.

Figure 0005085569
PGMEA;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
Figure 0005085569
PGMEA; propylene glycol monomethyl ether acetate

なお、表1中のAG1で示される酸発生剤、CR1で示される架橋剤は以下のものを用いた。

Figure 0005085569
In Table 1, the acid generator indicated by AG1 and the crosslinking agent indicated by CR1 were as follows.
Figure 0005085569

なお、ブレンド用ポリマーとしては、下記ブレンド用ノボラック樹脂(ブレンドポリマー1)、ラジカル重合で重合したブレンドポリマー2を用いた。

Figure 0005085569
As the blending polymer, the following novolak resin for blending (blend polymer 1) and blend polymer 2 polymerized by radical polymerization were used.
Figure 0005085569

また、ArF珪素含有中間層ポリマーとしては、下記のものを用いた。

Figure 0005085569
Moreover, the following were used as the ArF silicon-containing intermediate layer polymer.
Figure 0005085569

(溶媒耐性測定)実施例1〜20、比較例1〜11
UDL−1〜16、比較例UDL1〜7をシリコン基板上に塗布して、窒素気流下、下の表2に示す温度でそれぞれ60秒間ベークして膜厚を測定し、その上にPGMEA溶液をディスペンスし、30秒間放置しスピンドライ、100℃で60秒間ベークしてPGMEAを蒸発させ、膜厚を測定しPGMEA処理前後の膜厚差を求めた。結果を表2に示した。
(Measurement of solvent resistance) Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 11
UDL-1 to 16 and Comparative Examples UDL1 to 7 were applied on a silicon substrate, and the film thickness was measured by baking for 60 seconds at a temperature shown in Table 2 below under a nitrogen stream. Dispensing, standing for 30 seconds, spin-drying, baking at 100 ° C. for 60 seconds to evaporate PGMEA, measuring the film thickness, and determining the film thickness difference before and after PGMEA treatment. The results are shown in Table 2.

Figure 0005085569
Figure 0005085569

(CF/CHF系ガスでのエッチング試験)
上記のレジスト下層膜材料をシリコン基板上に塗布して、UDL−1〜16、比較例UDL−1、4〜7は350℃で60秒間ベークし、比較例UDL−2、3は230℃で60秒間ベークし、それぞれ膜厚200nmの下層膜を形成し、下記条件でCF/CHF系ガスでのエッチング試験を行った。この場合、東京エレクトロン株式会社製ドライエッチング装置TE−8500を用い、エッチング前後のポリマー膜の膜厚差を求めた。結果を表3に示す。
エッチング条件は下記に示す通りである。
チャンバー圧力 40.0Pa
RFパワー 1,300W
CHFガス流量 30ml/min
CFガス流量 30ml/min
Arガス流量 100ml/min
時間 60sec
(Etching test with CF 4 / CHF 3 gas)
The above resist underlayer film material is applied on a silicon substrate, UDL-1 to 16 and Comparative Examples UDL-1 and 4 to 7 are baked at 350 ° C. for 60 seconds, and Comparative Examples UDL-2 and 3 are 230 ° C. The film was baked for 60 seconds to form an underlayer film having a thickness of 200 nm, and an etching test with a CF 4 / CHF 3 gas was performed under the following conditions. In this case, the difference in film thickness of the polymer film before and after etching was determined using a dry etching apparatus TE-8500 manufactured by Tokyo Electron Limited. The results are shown in Table 3.
Etching conditions are as shown below.
Chamber pressure 40.0Pa
RF power 1,300W
CHF 3 gas flow rate 30ml / min
CF 4 gas flow rate 30ml / min
Ar gas flow rate 100ml / min
60 sec

Figure 0005085569
Figure 0005085569

(パターンエッチング試験)実施例21〜36、比較例12〜18
レジスト下層膜材料(UDL−1〜16、比較例UDL−1〜7)を、膜厚200nmのSiO膜が形成された直径300mmSiウェハー基板上に塗布して、UDL−1〜16、比較例UDL−1、4〜7は350℃で60秒間ベークして膜厚200nmのレジスト下層膜を形成した。比較例UDL−2、3では230℃で60秒間ベークして膜厚200nmのレジスト下層膜を形成した。尚、レジスト下層膜のベーク雰囲気は窒素気流下で行った。
その上に珪素含有レジスト中間層材料SOG−1を塗布して200℃で60秒間ベークして膜厚35nmのレジスト中間層膜を形成し、レジスト上層膜材料(ArF用SLレジスト溶液)を塗布し、105℃で60秒間ベークして膜厚100nmのレジスト上層膜を形成した。レジスト上層膜に液浸保護膜(TC−1)を塗布し90℃で60秒間ベークし膜厚50nmの保護膜を形成した。
(Pattern Etching Test) Examples 21 to 36, Comparative Examples 12 to 18
A resist underlayer film material (UDL-1 to 16, Comparative Example UDL-1 to 7) is applied on a 300 mm diameter Si wafer substrate on which a 200 nm thick SiO 2 film is formed, and UDL-1 to 16, Comparative Example UDL-1 and 4-7 were baked at 350 ° C. for 60 seconds to form a resist underlayer film having a thickness of 200 nm. In Comparative Examples UDL-2 and 3, baking was performed at 230 ° C. for 60 seconds to form a resist underlayer film having a thickness of 200 nm. The resist underlayer film was baked in a nitrogen stream.
A silicon-containing resist intermediate layer material SOG-1 is applied thereon, baked at 200 ° C. for 60 seconds to form a resist intermediate layer film having a thickness of 35 nm, and a resist upper layer film material (Ar resist SL resist solution) is applied. The resist upper layer film having a thickness of 100 nm was formed by baking at 105 ° C. for 60 seconds. An immersion protective film (TC-1) was applied to the resist upper layer film and baked at 90 ° C. for 60 seconds to form a protective film having a thickness of 50 nm.

レジスト上層膜材料としては、表4に示す組成の樹脂、酸発生剤、塩基化合物をFC−4430(住友スリーエム(株)製)0.1質量%を含む溶媒中に溶解させ、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって調製した。

Figure 0005085569
As a resist upper layer film material, a resin, an acid generator, and a base compound having the composition shown in Table 4 are dissolved in a solvent containing 0.1% by mass of FC-4430 (manufactured by Sumitomo 3M Limited), and 0.1 μm It was prepared by filtering with a fluororesin filter.
Figure 0005085569

表4中、ArF単層レジストポリマー、PAG1、TMMEAは下記のものを用いた。

Figure 0005085569
In Table 4, the following were used for the ArF single layer resist polymer, PAG1, and TMMEA.
Figure 0005085569

液浸保護膜(TC−1)としては、表5に示す組成の樹脂を溶媒中に溶解させ、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって調製した。

Figure 0005085569
The immersion protective film (TC-1) was prepared by dissolving a resin having the composition shown in Table 5 in a solvent and filtering with a 0.1 μm fluororesin filter.
Figure 0005085569

保護膜ポリマー
分子量(Mw)=8,800
分散度(Mw/Mn)=1.69

Figure 0005085569
Protective film polymer
Molecular weight (Mw) = 8,800
Dispersity (Mw / Mn) = 1.69
Figure 0005085569

次いで、ArF液浸露光装置((株)ニコン製;NSR−S610C,NA1.30、σ0.98/0.65、35度ダイポール偏光照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク)で露光し、100℃で60秒間ベーク(PEB)し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で30秒間現像し、43nm1:1のポジ型のラインアンドスペースパターンを得た。   Next, exposure was performed with an ArF immersion exposure apparatus (Nikon Corporation; NSR-S610C, NA 1.30, σ 0.98 / 0.65, 35 ° dipole polarized illumination, 6% halftone phase shift mask), and 100 ° C. Was baked for 60 seconds (PEB) and developed with an aqueous 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution for 30 seconds to obtain a 43 nm 1: 1 positive line and space pattern.

次いで、東京エレクトロン製エッチング装置Teliusを用いてドライエッチングによるレジストパターンをマスクにして珪素含有レジスト中間層膜(SOG)の加工、珪素含有レジスト中間層膜をマスクにしてレジスト下層膜、得られたレジスト下層膜パターンをマスクにしてSiO膜の加工を行った。エッチング条件は下記に示すとおりである。 Next, processing of silicon-containing resist intermediate layer film (SOG) using the resist pattern by dry etching as a mask using Tokyo Electron etching apparatus Telius, resist underlayer film using the silicon-containing resist intermediate layer film as a mask, and the obtained resist The SiO 2 film was processed using the lower layer film pattern as a mask. Etching conditions are as shown below.

レジストパターンのレジスト中間層膜への転写条件。
チャンバー圧力 10.0Pa
RFパワー 1,500W
CFガス流量 75sccm
ガス流量 15sccm
時間 15sec
Transfer conditions of resist pattern to resist interlayer film.
Chamber pressure 10.0Pa
RF power 1,500W
CF 4 gas flow rate 75sccm
O 2 gas flow rate 15sccm
Time 15sec

レジスト中間膜パターンのレジスト下層膜への転写条件。
チャンバー圧力 2.0Pa
RFパワー 500W
Arガス流量 75sccm
ガス流量 45sccm
時間 120sec
Transfer conditions of resist interlayer film pattern to resist underlayer film.
Chamber pressure 2.0Pa
RF power 500W
Ar gas flow rate 75sccm
O 2 gas flow rate 45sccm
Time 120sec

レジスト下層膜パターンのSiO膜への転写条件。
チャンバー圧力 2.0Pa
RFパワー 2,200W
12ガス流量 20sccm
ガス流量 10sccm
Arガス流量 300sccm
60sccm
時間 90sec
Transfer conditions of resist underlayer film pattern to SiO 2 film.
Chamber pressure 2.0Pa
RF power 2,200W
C 5 F 12 gas flow rate 20 sccm
C 2 F 6 gas flow rate 10 sccm
Ar gas flow rate 300sccm
O 2 60 sccm
90 seconds

パターン断面を(株)日立製作所製電子顕微鏡(S−4700)にて観察し、形状を比較し、表6にまとめた。

Figure 0005085569
The cross sections of the patterns were observed with an electron microscope (S-4700) manufactured by Hitachi, Ltd., and the shapes were compared and summarized in Table 6.
Figure 0005085569

(段差基板埋め込み特性)実施例37、38、比較例19〜22
Si基板上に厚み500nmで直径が160nmの密集ホールパターンが形成されているSiO段差基板上に、平坦な基板上で200nmの膜厚になるよう調整されたUDL−1、6と比較例UDL−4〜7を塗布し、350℃で60秒間ベークした。
基板を割断し、ホールの底まで膜が埋め込まれているかどうかをSEMで観察した。結果を表7に示す。
(Step Substrate Embedding Characteristics) Examples 37 and 38, Comparative Examples 19-22
UDL-1 and 6 and comparative example UDL adjusted to have a thickness of 200 nm on a flat substrate on a SiO 2 stepped substrate on which a dense hole pattern having a thickness of 500 nm and a diameter of 160 nm is formed on a Si substrate -4 to 7 were applied and baked at 350 ° C for 60 seconds.
The substrate was cleaved, and it was observed by SEM whether the film was buried up to the bottom of the hole. The results are shown in Table 7.

Figure 0005085569
Figure 0005085569

(アウトガス測定)実施例39、40、比較例23〜26
UDL−1、UDL−6と比較例UDL−4〜7をSi基板上の塗布し、350℃で60秒間ベークし、膜厚200nmの下層膜を形成できる条件で、350℃ベーク中にホットプレートオーブン中に発生するパーティクルをリオン社製パーティクルカウンターKR−11Aを用いて0.3ミクロンと0.5ミクロンサイズのパーティクル数を測定した。結果を表8に示す。

Figure 0005085569
(Outgas measurement) Examples 39 and 40, Comparative Examples 23 to 26
UDL-1, UDL-6 and Comparative Examples UDL-4 to 7 are coated on a Si substrate, baked at 350 ° C. for 60 seconds, and under the condition that a 200 nm-thick underlayer film can be formed, a hot plate is baked at 350 ° C. The number of particles having a size of 0.3 microns and 0.5 microns was measured for particles generated in the oven using a particle counter KR-11A manufactured by Lion. The results are shown in Table 8.
Figure 0005085569

表1に示されるように、本発明のレジスト下層膜形成方法で形成したレジスト下層膜は、液浸リソグラフィー用の3層プロセスのレジスト下層膜としても実用に適する屈折率を有している。
表2に示すように、本発明のように300℃を超える温度でベークして形成すると、溶媒に不溶のレジスト下層膜が形成された(実施例1〜20)。一方、300℃以下の温度でレジスト膜材料UDL−1をベークしてレジスト下層膜を形成すると、溶媒処理によって10Å以上溶媒に溶け、耐溶媒性が低いレジスト下層膜が形成された(比較例1〜3)。また、上記一般式(A−1)〜(E−1)で示されるビスナフトール基を有する化合物及び(A−2)〜(E−2)で示されるビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂以外の化合物(モノマー)又は樹脂を用いた場合、実施例よりも大きな減膜が生じた(比較例4、5、7〜10)。
表3に示すように、本発明の方法で形成したレジスト下層膜のCF/CHFガスエッチングの速度は、ビスナフトール基を有さない比較ポリマー1(比較例UDL−1)、m−クレゾールノボラック樹脂(比較例UDL−2)、ポリヒドロキシスチレン(比較例UDL−3)、上記一般式(A−1)〜(E−1)で示されるビスナフトール基を有する化合物及び上記一般式(A−2)〜(E−2)で示されるビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂以外の化合物又は樹脂を用いた場合(比較例UDL−4〜7)よりもエッチング速度が遅く、非常に高いエッチング耐性を有する。
表6に示すように、本発明の方法で形成したレジスト下層膜は、現像後のレジスト形状、酸素エッチング後、基板加工エッチング後の下層膜の形状が良好で、パターンのよれの発生も見られなかった(実施例21〜36)。一方、上記一般式(A−1)〜(E−1)で示されるビスナフトール基を有する化合物及び(A−2)〜(E−2)で示されるビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂以外の化合物又は樹脂を用いた場合、基板加工エッチング後の形状がテーパー形状となるもの、膜減りを生じるもの、パターンのよれを生じるものがあった(比較例12〜14、比較例17、18)。
表7に示すように、比較例19においては埋め込み不良が発見された。一方、モノマー(化合物)をレジスト下層膜材料に添加することで、埋め込み特性が更に改善された。しかし、モノマーを添加すると、表8の比較例24〜26に示すように、ベーク中にパーティクルが発生し、ホットプレートのオーブンを汚染する。本発明のビスナフトール化合物を含有したレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜は、モノマーのような低分子を多く添加してもパーティクルの発生がなく、埋め込み特性とパーティクル防止の両方の特性を同時に達成することができる。
As shown in Table 1, the resist underlayer film formed by the resist underlayer film forming method of the present invention has a refractive index suitable for practical use as a resist underlayer film in a three-layer process for immersion lithography.
As shown in Table 2, when formed by baking at a temperature exceeding 300 ° C. as in the present invention, a resist underlayer film insoluble in the solvent was formed (Examples 1 to 20). On the other hand, when the resist film material UDL-1 was baked at a temperature of 300 ° C. or lower to form a resist underlayer film, a resist underlayer film having a low solvent resistance was formed by dissolution in a solvent by 10% or more by solvent treatment (Comparative Example 1). ~ 3). In addition, the compounds having the bisnaphthol group represented by the general formulas (A-1) to (E-1) and the compounds having the bisnaphthol group represented by (A-2) to (E-2) were novolakized. When a compound (monomer) or resin other than the resin was used, a film thickness larger than that of the example was generated (Comparative Examples 4, 5, 7 to 10).
As shown in Table 3, the rate of CF 4 / CHF 3 gas etching of the resist underlayer film formed by the method of the present invention was as follows: Comparative polymer 1 having no bisnaphthol group (Comparative Example UDL-1), m-cresol Novolak resin (Comparative Example UDL-2), polyhydroxystyrene (Comparative Example UDL-3), a compound having a bisnaphthol group represented by the above general formulas (A-1) to (E-1), and the above general formula (A -2) to (E-2) When the compound or resin other than the resin in which the compound having a bisnaphthol group represented by (E-2) is novolakized is used (Comparative Example UDL-4 to 7), the etching rate is very low. High etching resistance.
As shown in Table 6, the resist underlayer film formed by the method of the present invention has a good resist shape after development, the shape of the underlayer film after oxygen etching and substrate processing etching, and the occurrence of pattern distortion is also seen. (Examples 21 to 36). On the other hand, the compounds having bisnaphthol groups represented by the general formulas (A-1) to (E-1) and the compounds having bisnaphthol groups represented by (A-2) to (E-2) were novolakized. When a compound or resin other than the resin is used, the shape after the substrate processing etching becomes a taper shape, the film thickness is reduced, or the pattern is distorted (Comparative Examples 12 to 14, Comparative Example 17, 18).
As shown in Table 7, in Comparative Example 19, defective filling was found. On the other hand, the embedding property was further improved by adding a monomer (compound) to the resist underlayer film material. However, when a monomer is added, as shown in Comparative Examples 24-26 in Table 8, particles are generated during baking, and the oven of the hot plate is contaminated. The resist underlayer film formed using the resist underlayer film material containing the bisnaphthol compound of the present invention does not generate particles even when many low molecules such as monomers are added, and has both embedding characteristics and particle prevention characteristics. Can be achieved at the same time.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に含有される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. It is contained in the technical range.

1…基板、 2…被加工層、 3…レジスト下層膜、 4…レジスト中間層膜、 5…レジスト上層膜、 6…露光部分、 5a…レジストパターン、 4a…レジスト中間層膜パターン、 3a…レジスト下層膜パターン、 2a…基板に形成されるパターン。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Processed layer, 3 ... Resist underlayer film, 4 ... Resist intermediate layer film, 5 ... Resist upper layer film, 6 ... Exposed part, 5a ... Resist pattern, 4a ... Resist intermediate layer film pattern, 3a ... Resist Lower layer film pattern, 2a: pattern formed on the substrate.

Claims (10)

リソグラフィーで用いられる少なくとも3層を有する多層レジスト膜のレジスト下層膜の形成方法であって、下記一般式(A−1)〜(E−1)から選ばれる1種以上の、ビスナフトール基を有する化合物を含有するレジスト下層膜材料を基板上にコーティングし、該コーティングしたレジスト下層膜材料を300℃を超え、600℃以下の温度で、10秒〜600秒間の範囲で熱処理して硬化させることを特徴とするレジスト下層膜形成方法。
Figure 0005085569
(上記一般式(A−1)〜(E−1)中、R〜Rは、同一又は異種の水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数2〜10のアルケニル基であり、R〜Rはそれぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アシル基、あるいはグリシジル基、Rは水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子、アミノ基、炭素数1〜4のアルキルメチルアミノ基、炭素数6〜10のジアリールアミノ基、シアノ基、ニトロ基、m、n、p、q、rは1〜6の整数である。)
A method for forming a resist underlayer film of a multilayer resist film having at least three layers used in lithography, having one or more bisnaphthol groups selected from the following general formulas (A-1) to (E-1) Coating a resist underlayer film material containing a compound on a substrate, and curing the coated resist underlayer film material by heat-treating at a temperature exceeding 300 ° C. and not exceeding 600 ° C. for 10 seconds to 600 seconds; A resist underlayer film forming method.
Figure 0005085569
(In the general formulas (A-1) to (E-1), R 1 to R 4 are the same or different hydrogen atoms, linear, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, carbon An aryl group having 6 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and R 5 to R 8 are each a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an acyl group, Alternatively, a glycidyl group, R 9 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, halogen An atom, an amino group, an alkylmethylamino group having 1 to 4 carbon atoms, a diarylamino group having 6 to 10 carbon atoms, a cyano group, a nitro group, m, n, p, q, and r are integers of 1 to 6. )
リソグラフィーで用いられる少なくとも3層を有する多層レジスト膜のレジスト下層膜の形成方法であって、下記一般式(A−2)〜(E−2)から選ばれる1種以上の、ビスナフトール基を有する化合物をノボラック化した樹脂を含有するレジスト下層膜材料を基板上にコーティングし、該コーティングしたレジスト下層膜材料を300℃を超え、600℃以下の温度で、10秒〜600秒間の範囲で熱処理して硬化させることを特徴とするレジスト下層膜形成方法。
Figure 0005085569
(上記一般式(A−2)〜(E−2)中、R〜Rは、同一又は異種の水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数2〜10のアルケニル基であり、R〜Rはそれぞれ水素原子、炭素数1〜6の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アシル基、あるいはグリシジル基、Rは水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、環状のアルキル基、アルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜10のアリール基、ハロゲン原子、アミノ基、炭素数1〜4のアルキルメチルアミノ基、炭素数6〜10のジアリールアミノ基、シアノ基、ニトロ基、R10、R11は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状のアルキレン基であり、m、n、p、q、rは1〜6の整数である。)
A method for forming a resist underlayer film of a multilayer resist film having at least three layers used in lithography, having one or more bisnaphthol groups selected from the following general formulas (A-2) to (E-2) A resist underlayer film material containing a resin in which a compound is novolak-coated is coated on a substrate, and the coated resist underlayer film material is heat-treated at a temperature exceeding 300 ° C. and not more than 600 ° C. for 10 seconds to 600 seconds. And a resist underlayer film forming method characterized by comprising:
Figure 0005085569
(In the general formulas (A-2) to (E-2), R 1 to R 4 are the same or different hydrogen atoms, linear, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, carbon An aryl group having 6 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and R 5 to R 8 are each a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an acyl group, Alternatively, a glycidyl group, R 9 is a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, halogen Atom, amino group, alkylmethylamino group having 1 to 4 carbon atoms, diarylamino group having 6 to 10 carbon atoms, cyano group, nitro group, R 10 and R 11 are linear or branched having 1 to 10 carbon atoms M, n, p, q, r are integers of 1-6 )
前記レジスト下層膜材料を、スピンコート法で基板上にコーティングすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜形成方法。   3. The resist underlayer film forming method according to claim 1, wherein the resist underlayer film material is coated on a substrate by a spin coat method. 前記レジスト下層膜材料が、更に、有機溶剤を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成方法。   The resist underlayer film forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein the resist underlayer film material further contains an organic solvent. 前記レジスト下層膜材料が、更に、架橋剤及び酸発生剤を含有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成方法。   The resist underlayer film forming method according to any one of claims 1 to 4, wherein the resist underlayer film material further contains a crosslinking agent and an acid generator. リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成方法によりレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上に珪素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、前記レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記レジスト中間層膜をエッチングし、得られたレジスト中間層膜パターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをエッチングマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。   A method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate by the resist underlayer film forming method according to any one of claims 1 to 5, and the resist underlayer film A resist intermediate layer film containing a silicon atom is used to form a resist intermediate layer film, and a resist upper layer film made of a photoresist composition is formed on the resist intermediate layer film. Then, after exposing the pattern circuit region of the resist upper layer film, developing with a developing solution to form a resist pattern on the resist upper layer film, and etching the resist intermediate layer film using the obtained resist pattern as an etching mask The resist underlayer film is etched using the obtained resist intermediate layer film pattern as an etching mask, and the obtained resist Pattern forming method and forming a pattern on a substrate strike underlayer film pattern by etching the substrate with an etching mask. リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成方法によりレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上に珪素酸化膜、珪素窒化膜及び珪素酸化窒化膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、前記レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、得られた無機ハードマスク中間層膜パターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをエッチングマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。   A method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate by the resist underlayer film forming method according to any one of claims 1 to 5, and the resist underlayer film An inorganic hard mask intermediate film selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film is formed on the substrate, and a resist upper film material made of a photoresist composition is used on the inorganic hard mask intermediate layer film. Forming a resist upper layer film, exposing the pattern circuit region of the resist upper layer film, developing with a developer to form a resist pattern on the resist upper layer film, and using the obtained resist pattern as an etching mask The inorganic hard mask intermediate layer film is etched, and the obtained inorganic hard mask intermediate layer film pattern is used as an etching mask. Pattern forming method strike underlayer film is etched, the resulting resist underlayer film pattern by etching the substrate with an etching mask and forming a pattern on a substrate. リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成方法によりレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上に珪素酸化膜、珪素窒化膜及び珪素酸化窒化膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上に有機反射防止膜を形成し、該有機反射防止膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、前記レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記有機反射防止膜と前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、得られた無機ハードマスク中間層膜パターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをエッチングマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。   A method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate by the resist underlayer film forming method according to any one of claims 1 to 5, and the resist underlayer film An inorganic hard mask intermediate layer film selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film and a silicon oxynitride film is formed on the organic anti-reflection film, and an organic anti-reflection film is formed on the inorganic hard mask intermediate layer film. A resist upper layer film made of a photoresist composition is used to form a resist upper layer film on the film, the pattern circuit region of the resist upper layer film is exposed, and then developed with a developing solution to form a resist on the resist upper layer film. A pattern is formed, and the organic antireflection film and the inorganic hard mask intermediate film are etched using the obtained resist pattern as an etching mask. The resist underlayer film is etched using the inorganic hard mask intermediate layer film pattern as an etching mask, and the substrate is etched using the obtained resist underlayer film pattern as an etching mask to form a pattern on the substrate. Forming method. 前記無機ハードマスク中間膜は、CVD法あるいはALD法によって形成することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のパターン形成方法。   9. The pattern forming method according to claim 7, wherein the inorganic hard mask intermediate film is formed by a CVD method or an ALD method. 前記レジスト上層膜材料が、珪素原子含有ポリマーを含まず、前記レジスト中間層膜をマスクにして行うレジスト下層膜のエッチングを、酸素ガス又は水素ガスを主体とするエッチングガスを用いて行うことを特徴とする請求項6乃至請求項9のいずれか一項に記載のパターン形成方法。

The resist upper layer film material does not contain a silicon atom-containing polymer, and the resist lower layer film is etched using the resist intermediate layer film as a mask, using an etching gas mainly composed of oxygen gas or hydrogen gas. The pattern formation method as described in any one of Claim 6 thru | or 9.

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