JP7375757B2 - Resist underlayer film forming composition containing heteroatoms in polymer main chain - Google Patents

Resist underlayer film forming composition containing heteroatoms in polymer main chain Download PDF

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Description

本発明は、エポキシ付加体形成化合物とエポキシ基を有する特定構造の化合物との反応生成物、当該反応生成物を含むレジスト下層膜形成組成物、レジスト下層膜、パターニングされた基板の製造方法、及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a reaction product between an epoxy adduct-forming compound and a compound having a specific structure having an epoxy group, a resist underlayer film forming composition containing the reaction product, a resist underlayer film, a method for producing a patterned substrate, and The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

特許文献1には、2つのエポキシ基を含む少なくとも1種の化合物(ジエポキシ化合物)と、ジスルフィド結合を含む少なくとも1種のジカルボン酸との反応生成物であるポリマーを含むリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物が、レジスト膜に対するドライエッチング速度の選択比が大きく、ArFエキシマレーザーのような短波長でのk値が低く、且つn値が高い値を示し、レジストパターンが所望の形状に形成されるレジスト下層膜を形成することが開示されている。 Patent Document 1 discloses a composition for forming a resist underlayer film for lithography, which includes a polymer that is a reaction product of at least one compound containing two epoxy groups (diepoxy compound) and at least one dicarboxylic acid containing a disulfide bond. A resist that has a high dry etching rate selectivity with respect to the resist film, has a low k value at short wavelengths such as ArF excimer laser, and has a high n value, and allows a resist pattern to be formed in a desired shape. Forming an underlayer film is disclosed.

WO2009/096340A1WO2009/096340A1

しかしながら、従来製品はエッチング選択性がまだ充分には高いとは言い難かった。そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来製品に比べエッチング選択性が更に高いレジスト下層膜を与えるレジスト下層膜形成組成物を提供することである。また、本発明が解決しようとする課題は、ドライエッチング時間が短縮でき、下地基板に対して好ましくないエッチングダメージを抑制することができるレジスト下層膜を提供することである。 However, it cannot be said that the etching selectivity of conventional products is still sufficiently high. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a resist underlayer film forming composition that provides a resist underlayer film with higher etching selectivity than conventional products. Another object of the present invention is to provide a resist underlayer film that can shorten dry etching time and suppress undesirable etching damage to the underlying substrate.

本発明は以下を包含する。
<1> エポキシ付加体形成化合物と、下記式(1):

Figure 0007375757000001

[式(1)中、Aは少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよく且つ酸素原子、硫黄原子、ジスルフィド基、スルホニル基、カルボニル基若しくはイミノ基で中断されている炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す]で表される化合物、とのエポキシ付加生成物と、溶剤とを含む、レジスト下層膜形成組成物。
<2> 前記エポキシ付加体形成化合物が、カルボン酸含有化合物、カルボン酸無水物含有化合物、ヒドロキシ基含有化合物、チオール基含有化合物、アミノ基含有化合物及びイミド基含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、<1>に記載のレジスト下層膜形成組成物。
<3> 前記エポキシ付加体形成化合物が、カルボン酸含有化合物またはチオール基含有化合物である、<1>又は<2>に記載のレジスト下層膜形成組成物。
<4> 前記カルボン酸含有化合物が、硫黄原子を少なくとも1つ以上含むジカルボン酸である、<2>又は<3>に記載のレジスト下層膜形成組成物。
<5> 前記硫黄原子を少なくとも1つ以上含むジカルボン酸が、硫黄原子を少なくとも1つ以上含む脂肪族ジカルボン酸である、<4>に記載のレジスト下層膜形成組成物。
<6> 架橋触媒をさらに含む、<1>~<5>のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
<7> 架橋剤をさらに含む、<1>~<6>のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
<8> 界面活性剤をさらに含む、<1>~<7>のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
<9> <1>~<8>のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなる塗布膜の焼成物であることを特徴とするレジスト下層膜。
<10> 半導体基板上に、<1>~<8>のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物を塗布しベークしてレジスト下層膜を形成する工程、前記レジスト下層膜上にレジストを塗布しベークしてレジスト膜を形成する工程、前記レジスト下層膜と前記レジストで被覆された半導体基板を露光する工程、露光後の前記レジスト膜を現像し、パターニングする工程を含む、パターニングされた基板の製造方法。
<11> 半導体基板上に、<1>~<8>の何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなるレジスト下層膜を形成する工程と、
前記レジスト下層膜の上にレジスト膜を形成する工程と、
レジスト膜に対する光又は電子線の照射とその後の現像によりレジストパターンを形成する工程と、
形成された前記レジストパターンを介して前記レジスト下層膜をエッチングすることによりパターン化されたレジスト下層膜を形成する工程と、
パターン化された前記レジスト下層膜により半導体基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
<12> 下記式(1):
Figure 0007375757000002

(式(1)中、Aは少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよく且つ硫黄原子、ジスルフィド基、スルホニル基、カルボニル基若しくはイミノ基で中断されている炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す)で表される化合物。
<13> 下記式(1):
Figure 0007375757000003

[式(1)中、Aは少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されてもよく且つ硫黄原子、ジスルフィド基、スルホニル基、カルボニル基若しくはイミノ基で中断されている炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す]で表される化合物と、
カルボン酸含有化合物、カルボン酸無水物含有化合物、ヒドロキシ基含有化合物、チオール基含有化合物、アミノ基含有化合物及びイミド基含有化合物からなる群より選択される少なくとも一種のエポキシ付加体形成化合物との反応生成物。The present invention includes the following.
<1> Epoxy adduct-forming compound and the following formula (1):
Figure 0007375757000001

[In formula (1), A 1 is a carbon atom in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom and is interrupted by an oxygen atom, a sulfur atom, a disulfide group, a sulfonyl group, a carbonyl group, or an imino group A composition for forming a resist underlayer film, comprising an epoxy addition product with a compound represented by the following formula (representing a straight chain or branched alkylene group having numbers 2 to 10), and a solvent.
<2> The epoxy adduct-forming compound is at least one compound selected from the group consisting of a carboxylic acid-containing compound, a carboxylic anhydride-containing compound, a hydroxy group-containing compound, a thiol group-containing compound, an amino group-containing compound, and an imide group-containing compound. The resist underlayer film forming composition according to <1>, which is a seed compound.
<3> The resist underlayer film forming composition according to <1> or <2>, wherein the epoxy adduct-forming compound is a carboxylic acid-containing compound or a thiol group-containing compound.
<4> The resist underlayer film forming composition according to <2> or <3>, wherein the carboxylic acid-containing compound is a dicarboxylic acid containing at least one sulfur atom.
<5> The resist underlayer film forming composition according to <4>, wherein the dicarboxylic acid containing at least one sulfur atom is an aliphatic dicarboxylic acid containing at least one sulfur atom.
<6> The resist underlayer film forming composition according to any one of <1> to <5>, further comprising a crosslinking catalyst.
<7> The resist underlayer film forming composition according to any one of <1> to <6>, further comprising a crosslinking agent.
<8> The resist underlayer film forming composition according to any one of <1> to <7>, further comprising a surfactant.
<9> A resist underlayer film, which is a fired product of a coating film comprising the resist underlayer film forming composition according to any one of <1> to <8>.
<10> A step of applying the resist underlayer film forming composition according to any one of <1> to <8> on a semiconductor substrate and baking it to form a resist underlayer film, a step of forming a resist underlayer film on the resist underlayer film. a step of applying and baking to form a resist film; a step of exposing the resist underlayer film and the semiconductor substrate covered with the resist; and a step of developing and patterning the resist film after exposure. Substrate manufacturing method.
<11> Forming a resist underlayer film made of the resist underlayer film forming composition according to any one of <1> to <8> on a semiconductor substrate;
forming a resist film on the resist underlayer film;
forming a resist pattern by irradiating the resist film with light or electron beam and subsequent development;
forming a patterned resist underlayer film by etching the resist underlayer film through the formed resist pattern;
processing a semiconductor substrate using the patterned resist underlayer film;
A method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising:
<12> The following formula (1):
Figure 0007375757000002

(In formula (1), A 1 has at least one hydrogen atom optionally substituted with a halogen atom and is interrupted by a sulfur atom, a disulfide group, a sulfonyl group, a carbonyl group, or an imino group, and has a carbon atom number of 2 to 2. 10 straight-chain or branched alkylene groups).
<13> The following formula (1):
Figure 0007375757000003

[In formula (1), A 1 has 2 to 10 carbon atoms, in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom and is interrupted by a sulfur atom, a disulfide group, a sulfonyl group, a carbonyl group, or an imino group. represents a straight chain or branched alkylene group];
Reaction product with at least one epoxy adduct-forming compound selected from the group consisting of carboxylic acid-containing compounds, carboxylic anhydride-containing compounds, hydroxy group-containing compounds, thiol group-containing compounds, amino group-containing compounds, and imide group-containing compounds. thing.

本発明によれば、カルボン酸含有化合物等のエポキシ付加体形成化合物と、ヘテロ原子(O、S、N等)及びグリシジルエステル基を有する特定構造の化合物との反応生成物をレジスト下層膜形成組成物に適用することにより、グリシジルエステル基を持たないヘテロ原子化合物を用いた場合と比較して、高エッチングレートを達成することが可能となった。 According to the present invention, a reaction product of an epoxy adduct-forming compound such as a carboxylic acid-containing compound and a compound having a specific structure having a hetero atom (O, S, N, etc.) and a glycidyl ester group is used as a resist underlayer film forming composition. By applying this method to materials, it has become possible to achieve a higher etching rate than when using a heteroatom compound that does not have a glycidyl ester group.

[レジスト下層膜形成組成物]
本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は、エポキシ付加体形成化合物と、下記式(1):

Figure 0007375757000004

[式(1)中、Aは少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよく且つ酸素原子、硫黄原子、ジスルフィド基、スルホニル基、カルボニル基若しくはイミノ基で中断されている炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す]で表される化合物、とのエポキシ付加生成物と、溶剤とを含む。以下、順に説明する。[Resist underlayer film forming composition]
The resist underlayer film forming composition according to the present invention includes an epoxy adduct-forming compound and the following formula (1):
Figure 0007375757000004

[In formula (1), A 1 is a carbon atom in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom and is interrupted by an oxygen atom, a sulfur atom, a disulfide group, a sulfonyl group, a carbonyl group, or an imino group Representing a straight chain or branched alkylene group having numbers 2 to 10], an epoxy addition product with a compound represented by the following formula, and a solvent. Below, they will be explained in order.

[式(1)で表される化合物]
上記式(1)で表される化合物において、Aは少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよく且つ酸素原子、硫黄原子、ジスルフィド基、スルホニル基、カルボニル基若しくはイミノ基で中断されている炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す。
[Compound represented by formula (1)]
In the compound represented by the above formula (1), A 1 may have at least one hydrogen atom substituted with a halogen atom and is interrupted by an oxygen atom, a sulfur atom, a disulfide group, a sulfonyl group, a carbonyl group, or an imino group. represents a straight chain or branched alkylene group having 2 to 10 carbon atoms.

炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基としては、エチレン基、n-プロピレン基、イソプロピレン基、n-ブチレン基、s-ブチレン基、n-ペンチレン基、1-メチルブチレン基、2-メチルブチレン基、3-メチルブチレン基、n-ペンチレン基、1,1-ジメチルプロピレン基、1,2-ジメチルプロピレン基、2,2-ジメチルプロピレン基、1,3-ジメチルプロピレン基、n-ヘキシレン基、1-メチルヘプチレン基、2-メチルヘプチレン基、3-メチルヘプチレン基、1,1-ジメチルブチレン基、1,2-ジメチルブチレン基、1,3-ジメチルブチレン基、2,2-ジメチルブチレン基、2,3-ジメチルブチレン基、3,3-ジメチルブチレン基、3,3-ジメチルブタン-2-イレン基、2,3-ジメチルブタン-2-イレン基、3-ヘキシレン基、2-エチルペンチレン基、2-メチルペンタン-3-イレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基等である。 Examples of straight chain or branched alkylene groups having 2 to 10 carbon atoms include ethylene group, n-propylene group, isopropylene group, n-butylene group, s-butylene group, n-pentylene group, 1-methylbutylene group, 2 -Methylbutylene group, 3-methylbutylene group, n-pentylene group, 1,1-dimethylpropylene group, 1,2-dimethylpropylene group, 2,2-dimethylpropylene group, 1,3-dimethylpropylene group, n- hexylene group, 1-methylheptylene group, 2-methylheptylene group, 3-methylheptylene group, 1,1-dimethylbutylene group, 1,2-dimethylbutylene group, 1,3-dimethylbutylene group, 2,2-dimethylbutylene group, 2,3-dimethylbutylene group, 3,3-dimethylbutylene group, 3,3-dimethylbutan-2-ylene group, 2,3-dimethylbutan-2-ylene group, 3-hexylene group, 2-ethylpentylene group group, 2-methylpentan-3-ylene group, heptylene group, octylene group, nonylene group, decylene group, etc.

「中断されている」とは、上記アルキレン基の炭素-炭素結合間に、酸素原子、硫黄原子、ジスルフィド基、スルホニル基、カルボニル基若しくはイミノ基が挿入されている態様をいう。
上記ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、及びヨウ素が挙げられる。
上記少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい、とは上記炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基が有する少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよいことを言う。ハロゲン原子の置換数としては5以下が好ましく、3以下が好ましく、2以下が好ましく、1以下が好ましく、0(すなわち、ハロゲン原子で置換されていない)が好ましい。
好ましい具体例を挙げると以下のとおりであるが、これらに限定されるわけではない。
-CH-O-CH-,-C-O-C-,-C-O-C-,-CH-S-CH-,-C-S-C-,-C-S-C-,-CH-S-C-,-CH-S-C-,-C-S-C-,-CH-S-C-S-CH-,-CH-SS-CH-,-C-SS-C-,-C-SS-C-,-CH-SO-CH-,-C-SO-C-,-C-SO-C-,-CH-CO-CH-,-C-CO-C-,-C-CO-C-,-CH-NH-CH-,-C-NH-C-,-C-NH-C
また、上記アルキレン基が挿入される基によって中断される回数は1回でも良いが、結合の安定性が保たれる限り、2回以上であっても良い。その場合、挿入される基は同一でも良く、異なっていても良い。
"Interrupted" refers to an embodiment in which an oxygen atom, sulfur atom, disulfide group, sulfonyl group, carbonyl group, or imino group is inserted between the carbon-carbon bonds of the alkylene group.
Examples of the halogen atoms include fluorine, chlorine, bromine, and iodine.
The at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom means that at least one hydrogen atom of the linear or branched alkylene group having 2 to 10 carbon atoms may be substituted with a halogen atom. say something The number of halogen atoms substituted is preferably 5 or less, preferably 3 or less, preferably 2 or less, preferably 1 or less, and preferably 0 (that is, not substituted with a halogen atom).
Preferred specific examples are as follows, but are not limited thereto.
-CH 2 -O-CH 2 -, -C 2 H 4 -O-C 2 H 4 -, -C 3 H 6 -O-C 3 H 6 -, -CH 2 -S-CH 2 -, -C 2 H 4 -S-C 2 H 4 -, -C 3 H 6 -S-C 3 H 6 -, -CH 2 -S-C 2 H 4 -, -CH 2 -S-C 3 H 6 -, -C 2 H 4 -S-C 3 H 6 -, -CH 2 -S-C 2 H 4 -S-CH 2 -, -CH 2 -SS-CH 2 -, -C 2 H 4 -SS-C 2 H 4 -, -C 3 H 6 -SS-C 3 H 6 -, -CH 2 -SO 2 -CH 2 -, -C 2 H 4 -SO 2 -C 2 H 4 -, -C 3 H 6 -SO 2 -C 3 H 6 -, -CH 2 -CO-CH 2 -, -C 2 H 4 -CO-C 2 H 4 -, -C 3 H 6 -CO-C 3 H 6 -, -CH 2 -NH-CH 2 -, -C 2 H 4 -NH-C 2 H 4 -, -C 3 H 6 -NH-C 3 H 6 -
Further, the number of times that the alkylene group is interrupted by the inserted group may be one time, but may be two or more times as long as the stability of the bond is maintained. In that case, the groups inserted may be the same or different.

式(1)で表される化合物の具体例を挙げると以下のとおりであるが、これらに限定されるわけではない。 Specific examples of the compound represented by formula (1) are as follows, but the compound is not limited thereto.

Figure 0007375757000005
Figure 0007375757000005

[エポキシ付加体形成化合物]
エポキシ付加体形成化合物とは、上記式(1)で表される化合物と反応してポリマー又はオリゴマーを生成し得る化合物をいう。通常は、エポキシ基に対する反応性を有する官能基を一分子あたり1乃至4個有している化合物である。エポキシ付加体形成化合物は一種のみを用いることもできるが、二種以上の混合物であってもよい。その場合は、生成物の主鎖を或る程度長くする観点から、エポキシ基と反応性を有する官能基を一分子あたり2個以上有している化合物が混合物の過半量を占めることが好ましい。
[Epoxy adduct-forming compound]
The epoxy adduct-forming compound refers to a compound that can react with the compound represented by the above formula (1) to produce a polymer or oligomer. Usually, it is a compound having 1 to 4 functional groups per molecule that are reactive with epoxy groups. Although only one type of epoxy adduct-forming compound may be used, a mixture of two or more types may be used. In that case, from the viewpoint of lengthening the main chain of the product to some extent, it is preferable that a compound having two or more functional groups reactive with an epoxy group per molecule accounts for the majority of the mixture.

エポキシ付加体形成化合物は、好ましくは、カルボン酸含有化合物、カルボン酸無水物含有化合物、ヒドロキシ基含有化合物、チオール基含有化合物、アミノ基含有化合物及びイミド基含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であり、より好ましくは、カルボン酸含有化合物またはチオール基含有化合物である。
エポキシ付加体形成化合物は、ヘテロ原子を有することが好ましい。エポキシ付加体形成化合物は1つ又は2つ以上のヘテロ原子を有することが好ましい。エポキシ付加体形成化合物は2個以上10個以下のヘテロ原子を有することが好ましい。
上記ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子が好ましい。
カルボン酸含有化合物は、好ましくは、硫黄原子を少なくとも1つ以上含むジカルボン酸であり、より好ましくは、硫黄原子を少なくとも1つ以上含む脂肪族ジカルボン酸である。
The epoxy adduct-forming compound is preferably at least one selected from the group consisting of carboxylic acid-containing compounds, carboxylic anhydride-containing compounds, hydroxy group-containing compounds, thiol group-containing compounds, amino group-containing compounds, and imide group-containing compounds. More preferably, they are carboxylic acid-containing compounds or thiol group-containing compounds.
Preferably, the epoxy adduct-forming compound has a heteroatom. Preferably, the epoxy adduct-forming compound has one or more heteroatoms. Preferably, the epoxy adduct-forming compound has 2 or more and 10 or less heteroatoms.
The heteroatom is preferably a nitrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom.
The carboxylic acid-containing compound is preferably a dicarboxylic acid containing at least one sulfur atom, more preferably an aliphatic dicarboxylic acid containing at least one sulfur atom.

エポキシ付加体形成化合物の具体例を挙げると以下のとおりであるが、これらに限定されるわけではない。 Specific examples of the epoxy adduct-forming compound are listed below, but are not limited thereto.

Figure 0007375757000006
Figure 0007375757000006

Figure 0007375757000007
Figure 0007375757000007

[エポキシ付加生成物]
エポキシ付加生成物は、前記式(1)で表される化合物とエポキシ付加体形成化合物との反応生成物である。すなわち、原料モノマーである前記式(1)で表される化合物とエポキシ付加体形成化合物との反応生成物とを、適切なモル比になるよう溶剤へ溶解させ、エポキシ基を活性化させる触媒の存在のもと、重合させることによって得られる。
[Epoxy addition product]
The epoxy adduct is a reaction product of the compound represented by the formula (1) and an epoxy adduct-forming compound. That is, the reaction product of the compound represented by formula (1), which is a raw material monomer, and the epoxy adduct-forming compound is dissolved in a solvent at an appropriate molar ratio, and a catalyst for activating the epoxy group is prepared. It can be obtained by polymerization in the presence of

エポキシ基を活性化させる触媒とは、例えばトリフェニルモノエチルホスホニウムブロミドのような第4級ホスホニウム塩、又はベンジルトリエチルアンモニウムクロリドのような第4級アンモニウム塩であり、原料モノマーである式(1)で表される化合物とエポキシ付加体形成化合物との全質量に対して0.1質量%乃至10質量%の範囲から適量を選択して用いることができる。 The catalyst that activates the epoxy group is, for example, a quaternary phosphonium salt such as triphenylmonoethylphosphonium bromide, or a quaternary ammonium salt such as benzyltriethylammonium chloride, and is a raw material monomer represented by formula (1). An appropriate amount can be selected from the range of 0.1% by mass to 10% by mass based on the total mass of the compound represented by and the epoxy adduct-forming compound.

重合反応させる温度及び時間は、80℃乃至160℃、2時間乃至50時間の範囲から、最適な条件が選択される。 The optimum temperature and time for the polymerization reaction are selected from the range of 80° C. to 160° C. and 2 hours to 50 hours.

上記の反応は無溶媒でも行われるが、通常溶媒を用いて行われる。溶媒としては反応を阻害しないものであれば全て使用することができる。例えば1,2-ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類が挙げられる。 Although the above reaction may be carried out without a solvent, it is usually carried out using a solvent. Any solvent can be used as long as it does not inhibit the reaction. Examples include ethers such as 1,2-dimethoxyethane, diethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, tetrahydrofuran, and dioxane.

以上のようにして得られるエポキシ付加生成物の重量平均分子量Mwは、通常500又は600以上、1,000,000又は500,000以下である。 The weight average molecular weight Mw of the epoxy addition product obtained as described above is usually 500 or 600 or more and 1,000,000 or 500,000 or less.

[溶剤]
本発明に係るレジスト下層膜形成組成物の溶剤としては、上記反応生成物を溶解できる溶剤であれば、特に制限なく使用することができる。特に、本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は均一な溶液状態で用いられるものであるため、その塗布性能を考慮すると、リソグラフィー工程に一般的に使用される溶剤を併用することが推奨される。
[solvent]
As the solvent for the resist underlayer film forming composition according to the present invention, any solvent that can dissolve the above-mentioned reaction product can be used without particular limitation. In particular, since the resist underlayer film forming composition according to the present invention is used in a uniform solution state, in consideration of its coating performance, it is recommended to use a solvent commonly used in lithography processes. .

そのような溶剤としては、例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メチルイソブチルカルビノール、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエテルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテルプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸イソプロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸アミル、ギ酸イソアミル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸ヘキシル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸ブチル、酪酸イソブチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、3-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシ-3-メチル酪酸メチル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メトキシプロピルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルプロピオネート、3-メチル-3-メトキシブチルブチレート、アセト酢酸メチル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、シクロヘキサノン、N、N-ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、4-メチル-2-ペンタノール、及びγ-ブチロラクトン等を挙げることができる。これらの溶剤は単独で、または二種以上の組み合わせで使用することができる。 Such solvents include, for example, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, methyl isobutyl carbinol, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, Ether ether acetate, propylene glycol monopropyl ether acetate, propylene glycol monobutyl ether acetate, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, ethyl 2-hydroxypropionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl ethoxy acetate , ethyl hydroxyacetate, methyl 2-hydroxy-3-methylbutanoate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate , ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monopropyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol Dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dipropyl ether, diethylene glycol dibutyl ether propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol dipropyl ether, propylene glycol dibutyl ether, ethyl lactate, propyl lactate, isopropyl lactate, butyl lactate , isobutyl lactate, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, isopropyl formate, butyl formate, isobutyl formate, amyl formate, isoamyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, amyl acetate, isoamyl acetate, hexyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate , propyl propionate, isopropyl propionate, butyl propionate, isobutyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, propyl butyrate, isopropyl butyrate, butyl butyrate, isobutyl butyrate, ethyl hydroxyacetate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, Methyl 3-methoxy-2-methylpropionate, methyl 2-hydroxy-3-methylbutyrate, ethyl methoxyacetate, ethyl ethoxyacetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3-Methoxybutyl acetate, 3-methoxypropyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutylpropionate, 3-methyl-3-methoxybutylbutyrate, methyl acetoacetate, toluene , xylene, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl butyl ketone, 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, cyclohexanone, N,N-dimethylformamide, N-methylacetamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone , 4-methyl-2-pentanol, and γ-butyrolactone. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

また、特願2017-140193に記載された下記の化合物を用いることもできる。

Figure 0007375757000008

(式(i)中のR、R及びRは各々水素原子、酸素原子、硫黄原子又はアミド結合で中断されていてもよい炭素原子数1~20のアルキル基を表し、互いに同一であっても異なっても良く、互いに結合して環構造を形成しても良い。)Additionally, the following compounds described in Japanese Patent Application No. 2017-140193 can also be used.
Figure 0007375757000008

(R 1 , R 2 and R 3 in formula (i) each represent a hydrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be interrupted by an amide bond, and are the same as each other. They may be present or different, and may be combined with each other to form a ring structure.)

炭素原子数1~20のアルキル基としては、置換基を有しても、有さなくてもよい直鎖または分岐を有するアルキル基が挙げられ、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、シクロヘキシル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、イソノニル基、p-tert-ブチルシクロヘキシル基、n-デシル基、n-ドデシルノニル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基およびエイコシル基などが挙げられる。好ましくは炭素原子数1~12のアルキル基、より好ましくは炭素原子数1~8のアルキル基、更に好ましくは炭素原子数1~4のアルキル基である。 Examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms include linear or branched alkyl groups that may or may not have substituents, such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, etc. , isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, cyclohexyl group , 2-ethylhexyl group, n-nonyl group, isononyl group, p-tert-butylcyclohexyl group, n-decyl group, n-dodecylnonyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group , heptadecyl group, octadecyl group, nonadecyl group and eicosyl group. Preferably it is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and even more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

酸素原子、硫黄原子又はアミド結合により中断された炭素原子数1~20のアルキル基としては、例えば、構造単位-CH-O-、-CH-S-、-CH-NHCO-又は-CH-CONH-を含有するものが挙げられる。-O-、-S-、-NHCO-又は-CONH-は前記アルキル基中に一単位又は二単位以上あってよい。-O-、-S-、-NHCO-又は-CONH-単位により中断された炭素原子数1~20のアルキル基の具体例は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ブチルカルボニルアミノ基、メチルアミノカルボニル基、エチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ブチルアミノカルボニル基等であり、更には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基又はオクタデシル基であって、その各々がメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、メチルアミノカルボニル基、エチルアミノカルボニル基等により置換されたものである。好ましくはメトキシ基、エトキシ基、メチルチオ基、エチルチオ基であり、より好ましくはメトキシ基、エトキシ基である。Examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms interrupted by an oxygen atom, a sulfur atom or an amide bond include the structural unit -CH 2 -O-, -CH 2 -S-, -CH 2 -NHCO- or - Examples include those containing CH 2 -CONH-. -O-, -S-, -NHCO- or -CONH- may have one or more units in the alkyl group. Specific examples of alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms interrupted by -O-, -S-, -NHCO- or -CONH- units include methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, methylthio, ethylthio. group, propylthio group, butylthio group, methylcarbonylamino group, ethylcarbonylamino group, propylcarbonylamino group, butylcarbonylamino group, methylaminocarbonyl group, ethylaminocarbonyl group, propylaminocarbonyl group, butylaminocarbonyl group, etc. , furthermore, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group, a dodecyl group, or an octadecyl group, each of which is a methoxy group, an ethoxy group, group, propoxy group, butoxy group, methylthio group, ethylthio group, propylthio group, butylthio group, methylcarbonylamino group, ethylcarbonylamino group, methylaminocarbonyl group, ethylaminocarbonyl group, etc. Preferred are methoxy group, ethoxy group, methylthio group, and ethylthio group, more preferred are methoxy group and ethoxy group.

これらの溶剤は比較的高沸点であることから、レジスト下層膜形成組成物に高埋め込み性や高平坦化性を付与するためにも有効である。 Since these solvents have relatively high boiling points, they are also effective for imparting high embedding properties and high flattening properties to the resist underlayer film forming composition.

[架橋剤成分]
本発明のレジスト下層膜形成組成物は架橋剤成分を含むことができる。その架橋剤としては、メラミン系、置換尿素系、またはそれらのポリマー系等が挙げられる。好ましくは、少なくとも2個の架橋形成置換基を有する架橋剤であり、メトキシメチル化グリコールウリル、ブトキシメチル化グリコールウリル、メトキシメチル化メラミン、ブトキシメチル化メラミン、メトキシメチル化ベンゾグワナミン、ブトキシメチル化ベンゾグワナミン、メトキシメチル化尿素、ブトキシメチル化尿素、またはメトキシメチル化チオ尿素等の化合物である。また、これらの化合物の縮合体も使用することができる。
好ましいものとして、テトラメトキシメチルグリコールウリル(日本サイテックインダストリーズ(株)、商品名:POWDERLINK〔登録商標〕1174)が挙げられる。
[Crosslinking agent component]
The resist underlayer film forming composition of the present invention can contain a crosslinking agent component. Examples of the crosslinking agent include melamine type, substituted urea type, and polymer type thereof. Preferably, the crosslinking agent has at least two crosslinking substituents, such as methoxymethylated glycoluril, butoxymethylated glycoluril, methoxymethylated melamine, butoxymethylated melamine, methoxymethylated benzogwanamine, butoxymethylated benzogwanamine, Compounds such as methoxymethylated urea, butoxymethylated urea, or methoxymethylated thiourea. Moreover, condensates of these compounds can also be used.
Preferred examples include tetramethoxymethyl glycoluril (manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd., trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174).

また、上記架橋剤としては耐熱性の高い架橋剤を用いることができる。耐熱性の高い架橋剤としては分子内に芳香族環(例えば、ベンゼン環、ナフタレン環)を有する架橋形成置換基を含有する化合物を好ましく用いることができる。 Moreover, as the above-mentioned crosslinking agent, a crosslinking agent with high heat resistance can be used. As a crosslinking agent with high heat resistance, a compound containing a crosslinking substituent having an aromatic ring (eg, benzene ring, naphthalene ring) in the molecule can be preferably used.

この化合物は下記式(4)の部分構造を有する化合物や、下記式(5)の繰り返し単位を有するポリマー又はオリゴマーが挙げられる。

Figure 0007375757000009

上記R11、R12、R13、及びR14は水素原子又は炭素数1乃至10のアルキル基であり、これらのアルキル基は上述の例示を用いることができる。Examples of this compound include a compound having a partial structure of the following formula (4), and a polymer or oligomer having a repeating unit of the following formula (5).
Figure 0007375757000009

The above R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, and the above-mentioned examples can be used for these alkyl groups.

式(4)及び式(5)の化合物、ポリマー、オリゴマーは以下に例示される。

Figure 0007375757000010

Figure 0007375757000011
The compounds, polymers, and oligomers of formulas (4) and (5) are exemplified below.
Figure 0007375757000010

Figure 0007375757000011

上記化合物は旭有機材工業(株)、本州化学工業(株)の製品として入手することができる。例えば上記架橋剤の中で式(4-24)の化合物は旭有機材工業(株)、商品名TM-BIP-Aとして入手することができる。
架橋剤の添加量は、使用する塗布溶媒、使用する下地基板、要求される溶液粘度、要求される膜形状などにより変動するが、全固形分に対して0.001乃至80質量%、好ましくは0.01乃至50質量%、さらに好ましくは0.05乃至40質量%である。これら架橋剤は自己縮合による架橋反応を起こすこともあるが、本発明の上記反応生成物中に架橋性置換基が存在する場合は、それらの架橋性置換基と架橋反応を起こすことができる。
The above compounds are available as products from Asahi Yokuzai Kogyo Co., Ltd. and Honshu Chemical Industry Co., Ltd. For example, among the above-mentioned crosslinking agents, the compound of formula (4-24) is available from Asahi Yakuzai Kogyo Co., Ltd. under the trade name TM-BIP-A.
The amount of the crosslinking agent added varies depending on the coating solvent used, the base substrate used, the required solution viscosity, the required film shape, etc., but is preferably 0.001 to 80% by mass based on the total solid content. The content is 0.01 to 50% by mass, more preferably 0.05 to 40% by mass. These crosslinking agents may cause a crosslinking reaction by self-condensation, but if a crosslinking substituent is present in the reaction product of the present invention, they can cause a crosslinking reaction with those crosslinking substituents.

[酸及び/又は酸発生剤]
本発明のレジスト下層膜形成組成物は酸及び/又は酸発生剤を含有することができる。
酸としては例えば、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウムp-トルエンスルホン酸、ピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウム-p-フェノールスルホン酸、サリチル酸、5-スルホサリチル酸、4-フェノールスルホン酸、カンファースルホン酸、4-クロロベンゼンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、1-ナフタレンスルホン酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、ナフタレンカルボン酸等が挙げられる。
酸は一種のみを使用することができ、または二種以上を組み合わせて使用することができる。配合量は全固形分に対して、通常0.0001乃至20質量%、好ましくは0.0005乃至10質量%、さらに好ましくは0.01乃至3質量%である。
[Acid and/or acid generator]
The resist underlayer film forming composition of the present invention may contain an acid and/or an acid generator.
Examples of acids include p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium p-toluenesulfonic acid, pyridinium trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium-p-phenolsulfonic acid, salicylic acid, 5-sulfosalicylic acid, 4-phenolsulfonic acid, Examples include camphorsulfonic acid, 4-chlorobenzenesulfonic acid, benzenedisulfonic acid, 1-naphthalenesulfonic acid, citric acid, benzoic acid, hydroxybenzoic acid, naphthalenecarboxylic acid, and the like.
Only one kind of acid can be used, or two or more kinds can be used in combination. The blending amount is usually 0.0001 to 20% by mass, preferably 0.0005 to 10% by mass, and more preferably 0.01 to 3% by mass, based on the total solid content.

酸発生剤としては、熱酸発生剤や光酸発生剤が挙げられる。
熱酸発生剤としては、2,4,4,6-テトラブロモシクロヘキサジエノン、ベンゾイントシレート、2-ニトロベンジルトシレート、その他有機スルホン酸アルキルエステル等が挙げられる。
Examples of the acid generator include thermal acid generators and photoacid generators.
Examples of the thermal acid generator include 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, and other organic sulfonic acid alkyl esters.

光酸発生剤は、レジストの露光時に酸を生ずる。そのため、下層膜の酸性度の調整ができる。これは、下層膜の酸性度を上層のレジストとの酸性度に合わせるための一方法である。また、下層膜の酸性度の調整によって、上層に形成されるレジストのパターン形状の調整ができる。
本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれる光酸発生剤としては、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、及びジスルホニルジアゾメタン化合物等が挙げられる。
A photoacid generator generates an acid when the resist is exposed to light. Therefore, the acidity of the lower layer film can be adjusted. This is one method for matching the acidity of the lower layer film to the acidity of the upper layer resist. Further, by adjusting the acidity of the lower layer film, the pattern shape of the resist formed on the upper layer can be adjusted.
Examples of the photoacid generator contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention include onium salt compounds, sulfonimide compounds, and disulfonyldiazomethane compounds.

オニウム塩化合物としてはジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフエート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロノルマルブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロノルマルオクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムカンファースルホネート、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホネート及びビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート等のヨードニウム塩化合物、及びトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロノルマルブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホネート及びトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等のスルホニウム塩化合物等が挙げられる。 Onium salt compounds include diphenyliodonium hexafluorophosphate, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluoronormal butane sulfonate, diphenyliodonium perfluoronormal octane sulfonate, diphenyliodonium camphor sulfonate, bis(4-tert-butylphenyl)iodonium camphor Sulfonates and iodonium salt compounds such as bis(4-tert-butylphenyl)iodonium trifluoromethanesulfonate, and triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium nonafluoronormal butanesulfonate, triphenylsulfonium camphorsulfonate, and triphenylsulfonium trifluoromethane. Examples include sulfonium salt compounds such as sulfonates.

スルホンイミド化合物としては、例えばN-(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(ノナフルオロノルマルブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド及びN-(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ナフタルイミド等が挙げられる。 Examples of sulfonimide compounds include N-(trifluoromethanesulfonyloxy)succinimide, N-(nonafluoronormalbutanesulfonyloxy)succinimide, N-(camphorsulfonyloxy)succinimide, and N-(trifluoromethanesulfonyloxy)naphthalimide. Can be mentioned.

ジスルホニルジアゾメタン化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4-ジメチルベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、及びメチルスルホニル-p-トルエンスルホニルジアゾメタン等が挙げられる。 Examples of disulfonyldiazomethane compounds include bis(trifluoromethylsulfonyl)diazomethane, bis(cyclohexylsulfonyl)diazomethane, bis(phenylsulfonyl)diazomethane, bis(p-toluenesulfonyl)diazomethane, and bis(2,4-dimethylbenzenesulfonyl). ) diazomethane, and methylsulfonyl-p-toluenesulfonyldiazomethane.

酸発生剤は一種のみを使用することができ、または二種以上を組み合わせて使用することができる。
酸発生剤が使用される場合、その割合としては、レジスト下層膜形成組成物の固形分100質量部に対して、0.01乃至5質量部、または0.1乃至3質量部、または0.5乃至1質量部である。
Only one type of acid generator can be used, or two or more types can be used in combination.
When an acid generator is used, the proportion thereof is 0.01 to 5 parts by weight, or 0.1 to 3 parts by weight, or 0.01 to 5 parts by weight, or 0.1 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the solid content of the resist underlayer film forming composition. 5 to 1 part by mass.

[その他の成分]
本発明のレジスト下膜形成組成物には、ピンホールやストレーション等の発生がなく、表面むらに対する塗布性をさらに向上させるために、界面活性剤を配合することができる。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、エフトップEF301、EF303、EF352((株)トーケムプロダクツ製、商品名)、メガファックF171、F173、R-40、R-40N、R-40LM(DIC(株)製、商品名)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム(株)製、商品名)、アサヒガードAG710、サーフロンS-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製、商品名)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤の配合量は、レジスト下層膜材料の全固形分に対して通常2.0質量%以下、好ましくは1.0質量%以下である。これらの界面活性剤は単独で使用してもよいし、また二種以上の組み合わせで使用することもできる。界面活性剤が使用される場合、その割合としては、レジスト下層膜形成組成物の固形分100質量部に対して0.0001乃至5質量部、または0.001乃至1質量部、または0.01乃至0.5質量部である。
[Other ingredients]
A surfactant may be added to the resist underlayer forming composition of the present invention in order to prevent the formation of pinholes, striations, etc., and to further improve the coating properties against surface unevenness. Examples of surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, and polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene octylphenol ether, and polyoxyethylene nonylphenol ether. polyoxyethylene alkyl allyl ethers, polyoxyethylene/polyoxypropylene block copolymers, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan tristearate, etc. sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, etc. Nonionic surfactants such as fatty acid esters, FTOP EF301, EF303, EF352 (manufactured by Tochem Products Co., Ltd., trade name), Megafac F171, F173, R-40, R-40N, R-40LM (DIC Co., Ltd., product name), Florado FC430, FC431 (Sumitomo 3M Co., Ltd., product name), Asahi Guard AG710, Surflon S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (Asahi Glass Co., Ltd.) Examples include fluorine-containing surfactants such as (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), organosiloxane polymer KP341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and the like. The blending amount of these surfactants is usually 2.0% by mass or less, preferably 1.0% by mass or less, based on the total solid content of the resist underlayer film material. These surfactants may be used alone or in combination of two or more. When a surfactant is used, the proportion thereof is 0.0001 to 5 parts by mass, or 0.001 to 1 part by mass, or 0.01 parts by mass per 100 parts by mass of the solid content of the resist underlayer film forming composition. 0.5 part by mass.

本発明のレジスト下膜形成組成物には、吸光剤、レオロジー調整剤、接着補助剤などを添加することができる。レオロジー調整剤は、下層膜形成組成物の流動性を向上させるのに有効である。接着補助剤は、半導体基板またはレジストと下層膜の密着性を向上させるのに有効である。 A light absorbing agent, a rheology modifier, an adhesion auxiliary agent, etc. can be added to the resist underlayer forming composition of the present invention. The rheology modifier is effective in improving the fluidity of the underlayer film forming composition. The adhesion aid is effective in improving the adhesion between the semiconductor substrate or resist and the underlying film.

吸光剤としては例えば、「工業用色素の技術と市場」(CMC出版)や「染料便覧」(有機合成化学協会編)に記載の市販の吸光剤、例えば、C.I.Disperse Yellow 1,3,4,5,7,8,13,23,31,49,50,51,54,60,64,66,68,79,82,88,90,93,102,114及び124;C.I.Disperse Orange1,5,13,25,29,30,31,44,57,72及び73;C.I.Disperse Red 1,5,7,13,17,19,43,50,54,58,65,72,73,88,117,137,143,199及び210;C.I.Disperse Violet 43;C.I.Disperse Blue 96;C.I.Fluorescent Brightening Agent 112,135及び163;C.I.Solvent Orange2及び45;C.I.Solvent Red 1,3,8,23,24,25,27及び49;C.I.Pigment Green 10;C.I.Pigment Brown 2等を好適に用いることができる。上記吸光剤は通常、レジスト下膜形成組成物の全固形分に対して10質量%以下、好ましくは5質量%以下の割合で配合される。 Examples of the light absorbing agent include commercially available light absorbing agents described in "Technology and Market of Industrial Colorants" (CMC Publishing) and "Dye Handbook" (edited by the Organic Synthetic Chemistry Association), such as C.I. I. Disperse Yellow 1, 3, 4, 5, 7, 8, 13, 23, 31, 49, 50, 51, 54, 60, 64, 66, 68, 79, 82, 88, 90, 93, 102, 114 and 124;C. I. Disperse Orange 1, 5, 13, 25, 29, 30, 31, 44, 57, 72 and 73; C. I. Disperse Red 1, 5, 7, 13, 17, 19, 43, 50, 54, 58, 65, 72, 73, 88, 117, 137, 143, 199 and 210; C. I. Disperse Violet 43;C. I. Disperse Blue 96;C. I. Fluorescent Brightening Agents 112, 135 and 163; C. I. Solvent Orange 2 and 45; C.I. I. Solvent Red 1, 3, 8, 23, 24, 25, 27 and 49; C. I. Pigment Green 10;C. I. Pigment Brown 2 etc. can be suitably used. The above-mentioned light absorbing agent is usually blended in a proportion of 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, based on the total solid content of the resist under film forming composition.

レオロジー調整剤は、主にレジスト下層膜形成組成物の流動性を向上させ、特にベーキング工程において、レジスト下層膜の膜厚均一性の向上やホール内部へのレジスト下層膜形成組成物の充填性を高める目的で添加される。具体例としては、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジイソブチルフタレート、ジヘキシルフタレート、ブチルイソデシルフタレート等のフタル酸誘導体、ジノルマルブチルアジペート、ジイソブチルアジペート、ジイソオクチルアジペート、オクチルデシルアジペート等のアジピン酸誘導体、ジノルマルブチルマレート、ジエチルマレート、ジノニルマレート等のマレイン酸誘導体、メチルオレート、ブチルオレート、テトラヒドロフルフリルオレート等のオレイン酸誘導体、またはノルマルブチルステアレート、グリセリルステアレート等のステアリン酸誘導体を挙げることができる。これらのレオロジー調整剤は、レジスト下膜形成組成物の全固形分に対して通常30質量%未満の割合で配合される。 The rheology modifier mainly improves the fluidity of the resist underlayer film forming composition, and improves the uniformity of the resist underlayer film thickness and the filling ability of the resist underlayer film forming composition into the holes, especially in the baking process. It is added for the purpose of enhancing. Specific examples include phthalic acid derivatives such as dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diisobutyl phthalate, dihexyl phthalate, and butylisodecyl phthalate; adipic acid derivatives such as di-n-butyl adipate, diisobutyl adipate, diisooctyl adipate, and octyldecyl adipate; Examples include maleic acid derivatives such as normal butyl maleate, diethyl maleate, and dinonyl maleate; oleic acid derivatives such as methyl oleate, butyl oleate, and tetrahydrofurfuryl oleate; and stearic acid derivatives such as normal butyl stearate and glyceryl stearate. can. These rheology modifiers are usually blended in a proportion of less than 30% by mass based on the total solid content of the resist underfilm forming composition.

接着補助剤は、主に基板あるいはレジストとレジスト下層膜形成組成物の密着性を向上させ、特に現像においてレジストが剥離しないようにするための目的で添加される。具体例としては、トリメチルクロロシラン、ジメチルメチロールクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン等のクロロシラン類、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルメチロールエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、N,N’-ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール等のシラザン類、メチロールトリクロロシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシラン類、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2-メルカプトベンズイミダゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環式化合物や、1,1-ジメチルウレア、1,3-ジメチルウレア等の尿素、またはチオ尿素化合物を挙げることができる。これらの接着補助剤は、レジスト下膜形成組成物の全固形分に対して通常5質量%未満、好ましくは2質量%未満の割合で配合される。 The adhesion auxiliary agent is added mainly for the purpose of improving the adhesion between the substrate or the resist and the resist underlayer film forming composition, and particularly for preventing the resist from peeling off during development. Specific examples include chlorosilanes such as trimethylchlorosilane, dimethylmethylolchlorosilane, methyldiphenylchlorosilane, and chloromethyldimethylchlorosilane, trimethylmethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethylmethylolethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, and phenyltriethoxy. Alkoxysilanes such as silane, silazane such as hexamethyldisilazane, N,N'-bis(trimethylsilyl)urea, dimethyltrimethylsilylamine, trimethylsilylimidazole, methyloltrichlorosilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyl Silanes such as triethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, benzotriazole, benzimidazole, indazole, imidazole, 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzoxazole, urazole, thiouracil, Examples include heterocyclic compounds such as mercaptoimidazole and mercaptopyrimidine, urea such as 1,1-dimethylurea and 1,3-dimethylurea, or thiourea compounds. These adhesion aids are generally blended in an amount of less than 5% by mass, preferably less than 2% by mass, based on the total solid content of the resist underfilm forming composition.

本発明に係るレジスト下層膜形成組成物の固形分は通常0.1乃至70質量%、好ましくは0.1乃至60質量%とする。固形分はレジスト下層膜形成組成物から溶剤を除いた全成分の含有割合である。固形分中における上記反応生成物の割合は、1乃至100質量%、1乃至99.9質量%、50乃至99.9質量%、50乃至95質量%、50乃至90質量%の順で好ましい。 The solid content of the resist underlayer film forming composition according to the present invention is generally 0.1 to 70% by mass, preferably 0.1 to 60% by mass. The solid content is the content of all components in the resist underlayer film forming composition excluding the solvent. The proportion of the reaction product in the solid content is preferably in the order of 1 to 100% by mass, 1 to 99.9% by mass, 50 to 99.9% by mass, 50 to 95% by mass, and 50 to 90% by mass.

レジスト下層膜形成組成物が均一な溶液状態であるかどうかを評価する尺度の一つは、特定のマイクロフィルターの通過性を観察することであるが、本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は、孔径0.1μmのマイクロフィルターを通過し、均一な溶液状態を呈する。 One of the measures to evaluate whether the resist underlayer film forming composition is in a uniform solution state is to observe the permeability of a specific microfilter, and the resist underlayer film forming composition according to the present invention , it passes through a microfilter with a pore size of 0.1 μm and presents a uniform solution state.

上記マイクロフィルター材質としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)などのフッ素系樹脂、PE(ポリエチレン)、UPE(超高分子量ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PSF(ポリスルフォン)、PES(ポリエーテルスルホン)、ナイロンが挙げられるが、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製であることが好ましい。 The above-mentioned microfilter materials include fluororesins such as PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (tetrafluoroethylene/perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), PE (polyethylene), UPE (ultra high molecular weight polyethylene), PP ( Although examples thereof include polypropylene), PSF (polysulfone), PES (polyethersulfone), and nylon, it is preferably made of PTFE (polytetrafluoroethylene).

[レジスト下層膜及び半導体装置の製造方法]
以下、本発明に係るレジスト下層膜形成組成物を用いたレジスト下層膜及び半導体装置の製造方法について説明する。
[Method for manufacturing resist lower layer film and semiconductor device]
Hereinafter, a method for manufacturing a resist underlayer film and a semiconductor device using the resist underlayer film forming composition according to the present invention will be described.

半導体装置の製造に使用される基板(例えば、シリコンウエハー基板、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、シリコンナイトライド基板、ガラス基板、ITO基板、ポリイミド基板、及び低誘電率材料(low-k材料)被覆基板等)の上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により本発明のレジスト下層膜形成組成物が塗布され、その後、焼成することによりレジスト下層膜が形成される。焼成する条件としては、焼成温度80℃乃至250℃、焼成時間0.3乃至60分間の中から適宜、選択される。好ましくは、焼成温度150℃乃至250℃、焼成時間0.5乃至2分間である。ここで、形成される下層膜の膜厚としては、例えば、10乃至1000nmであり、または20乃至500nmであり、または30乃至300nmであり、または50乃至200nmである。 Substrates used in the manufacture of semiconductor devices (e.g. silicon wafer substrates, silicon/silicon dioxide coated substrates, silicon nitride substrates, glass substrates, ITO substrates, polyimide substrates, and low dielectric constant material (low-k material) coated substrates) etc.), the resist underlayer film forming composition of the present invention is applied by a suitable coating method such as a spinner or coater, and then baked to form a resist underlayer film. The firing conditions are appropriately selected from among a firing temperature of 80° C. to 250° C. and a firing time of 0.3 to 60 minutes. Preferably, the firing temperature is 150°C to 250°C and the firing time is 0.5 to 2 minutes. Here, the thickness of the lower layer film to be formed is, for example, 10 to 1000 nm, 20 to 500 nm, 30 to 300 nm, or 50 to 200 nm.

また、本発明に係る有機レジスト下層膜上に無機レジスト下層膜(ハードマスク)を形成することもできる。例えば、WO2009/104552A1に記載のシリコン含有レジスト下層膜(無機レジスト下層膜)形成組成物をスピンコートで形成する方法の他、Si系の無機材料膜をCVD法などで形成することができる。 Furthermore, an inorganic resist underlayer film (hard mask) can also be formed on the organic resist underlayer film according to the present invention. For example, in addition to the method of forming a silicon-containing resist underlayer film (inorganic resist underlayer film) forming composition by spin coating as described in WO2009/104552A1, a Si-based inorganic material film can be formed by a CVD method or the like.

また、本発明に係るレジスト下層膜形成組成物を、段差を有する部分と段差を有しない部分とを有する半導体基板(いわゆる段差基板)上に塗布し、焼成することにより、当該段差を有する部分と段差を有しない部分との段差が3~50nmの範囲内である、レジスト下層膜を形成することができる。 Furthermore, by applying the resist underlayer film forming composition according to the present invention onto a semiconductor substrate having a portion with a step and a portion without a step (a so-called step substrate) and baking it, It is possible to form a resist underlayer film having a level difference between 3 and 50 nm from a portion without a level difference.

次いでそのレジスト下層膜の上にレジスト膜、例えばフォトレジストの層が形成される。フォトレジストの層の形成は、周知の方法、すなわち、フォトレジスト組成物溶液の下層膜上への塗布及び焼成によって行なうことができる。フォトレジストの膜厚としては例えば50乃至10000nmであり、または100乃至2000nmであり、または200乃至1000nmである。 A resist film, such as a layer of photoresist, is then formed on the resist underlayer film. Formation of the photoresist layer can be performed by a well-known method, that is, by applying a photoresist composition solution onto the underlying film and baking. The film thickness of the photoresist is, for example, 50 to 10,000 nm, 100 to 2,000 nm, or 200 to 1,000 nm.

レジスト下層膜の上に形成されるフォトレジストとしては露光に使用される光に感光するものであれば特に限定はない。ネガ型フォトレジスト及びポジ型フォトレジストのいずれも使用できる。ノボラック樹脂と1,2-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルとからなるポジ型フォトレジスト、酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーと光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジスト、酸により分解してフォトレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物とアルカリ可溶性バインダーと光酸発生剤とからなる化学増幅型フォトレジスト、及び酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーと酸により分解してフォトレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物と光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジストなどがある。例えば、シプレー社製商品名APEX-E、住友化学工業(株)製商品名PAR710、及び信越化学工業(株)製商品名SEPR430等が挙げられる。また、例えば、Proc.SPIE,Vol.3999,330-334(2000)、Proc.SPIE,Vol.3999,357-364(2000)、やProc.SPIE,Vol.3999,365-374(2000)に記載されているような、含フッ素原子ポリマー系フォトレジストを挙げることができる。 The photoresist formed on the resist underlayer film is not particularly limited as long as it is sensitive to the light used for exposure. Both negative photoresists and positive photoresists can be used. A positive photoresist consisting of a novolac resin and 1,2-naphthoquinonediazide sulfonic acid ester, a chemically amplified photoresist consisting of a binder having a group that decomposes with acid and increases the rate of alkali dissolution, and a photoacid generator; A chemically amplified photoresist comprising a low molecular weight compound that decomposes to increase the alkali dissolution rate of the photoresist, an alkali-soluble binder, and a photoacid generator, and a binder having a group that decomposes with an acid to increase the alkali dissolution rate. There are chemically amplified photoresists that are made of a photoacid generator and a low-molecular compound that decomposes with acid to increase the alkali dissolution rate of the photoresist. For example, the product name APEX-E manufactured by Shipley, the product name PAR710 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., and the product name SEPR430 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. may be mentioned. Also, for example, Proc. SPIE, Vol. 3999, 330-334 (2000), Proc. SPIE, Vol. 3999, 357-364 (2000), and Proc. SPIE, Vol. Examples include fluorine-containing atom polymer photoresists such as those described in 3999, 365-374 (2000).

次に、光又は電子線の照射と現像によりレジストパターンを形成する。まず、所定のマスクを通して露光が行なわれる。露光には、近紫外線、遠紫外線、又は極端紫外線(例えば、EUV(波長13.5nm))等が用いられる。具体的には、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)及びFエキシマレーザー(波長157nm)等を使用することができる。これらの中でも、ArFエキシマレーザー(波長193nm)及びEUV(波長13.5nm)が好ましい。露光後、必要に応じて露光後加熱(post exposure bake)を行なうこともできる。露光後加熱は、加熱温度70℃乃至150℃、加熱時間0.3乃至10分間から適宜、選択された条件で行われる。Next, a resist pattern is formed by irradiation with light or electron beam and development. First, exposure is performed through a predetermined mask. Near ultraviolet rays, far ultraviolet rays, extreme ultraviolet rays (for example, EUV (wavelength 13.5 nm)), etc. are used for exposure. Specifically, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm), an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm), an F 2 excimer laser (wavelength: 157 nm), etc. can be used. Among these, ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) and EUV (wavelength: 13.5 nm) are preferred. After exposure, post-exposure bake can be performed as needed. The post-exposure heating is performed under conditions appropriately selected from a heating temperature of 70° C. to 150° C. and a heating time of 0.3 to 10 minutes.

また、本発明ではレジストとしてフォトレジストに変えて電子線リソグラフィー用レジストを用いることができる。電子線レジストとしてはネガ型、ポジ型いずれも使用できる。酸発生剤と酸により分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーからなる化学増幅型レジスト、アルカリ可溶性バインダーと酸発生剤と酸により分解してレジストのアルカリ溶解速度を変化させる低分子化合物からなる化学増幅型レジスト、酸発生剤と酸により分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーと酸により分解してレジストのアルカリ溶解速度を変化させる低分子化合物からなる化学増幅型レジスト、電子線によって分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーからなる非化学増幅型レジスト、電子線によって切断されアルカリ溶解速度を変化させる部位を有するバインダーからなる非化学増幅型レジストなどがある。これらの電子線レジストを用いた場合も照射源を電子線としてフォトレジストを用いた場合と同様にレジストパターンを形成することができる。 Further, in the present invention, a resist for electron beam lithography can be used as the resist instead of a photoresist. Both negative and positive types can be used as electron beam resists. A chemically amplified resist consisting of an acid generator and a binder having a group that decomposes with acid to change the alkali dissolution rate, an alkali-soluble binder, an acid generator, and a low molecular compound that decomposes with acid to change the alkali dissolution rate of the resist. A chemically amplified resist consisting of an acid generator, a binder having a group that decomposes with acid to change the alkali dissolution rate, and a low molecular compound that decomposes with acid to change the alkali dissolution rate of the resist. There are non-chemically amplified resists made of binders that have groups that are decomposed by electron beams to change the alkali dissolution rate, and non-chemically amplified resists that are made of binders that have groups that are cleaved by electron beams to change the alkali dissolution rate. Even when these electron beam resists are used, a resist pattern can be formed in the same manner as when a photoresist is used with an electron beam as the irradiation source.

次いで、現像液によって現像が行なわれる。これにより、例えばポジ型フォトレジストが使用された場合は、露光された部分のフォトレジストが除去され、フォトレジストのパターンが形成される。
現像液としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、コリンなどの水酸化四級アンモニウムの水溶液、エタノールアミン、プロピルアミン、エチレンジアミンなどのアミン水溶液等のアルカリ性水溶液を例として挙げることができる。さらに、これらの現像液に界面活性剤などを加えることもできる。現像の条件としては、温度5乃至50℃、時間10乃至600秒から適宜選択される。
Next, development is performed using a developer. In this way, for example, if a positive photoresist is used, the exposed portions of the photoresist are removed and a photoresist pattern is formed.
Examples of developing solutions include aqueous solutions of alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, aqueous solutions of quaternary ammonium hydroxides such as tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, and choline, ethanolamine, propylamine, Examples include alkaline aqueous solutions such as amine aqueous solutions such as ethylenediamine. Furthermore, surfactants and the like can also be added to these developers. The conditions for development are appropriately selected from a temperature of 5 to 50° C. and a time of 10 to 600 seconds.

そして、このようにして形成されたフォトレジスト(上層)のパターンを保護膜として無機下層膜(中間層)の除去が行われ、次いでパターン化されたフォトレジスト及び無機下層膜(中間層)からなる膜を保護膜として、有機下層膜(下層)の除去が行われる。最後に、パターン化された無機下層膜(中間層)及び有機下層膜(下層)を保護膜として、半導体基板の加工が行なわれる。 Then, the inorganic lower layer film (intermediate layer) is removed using the pattern of the photoresist (upper layer) formed in this way as a protective film, and then the patterned photoresist and the inorganic lower layer film (intermediate layer) are removed. The organic underlayer film (lower layer) is removed using the film as a protective film. Finally, the semiconductor substrate is processed using the patterned inorganic lower layer film (intermediate layer) and organic lower layer film (lower layer) as protective films.

まず、フォトレジストが除去された部分の無機下層膜(中間層)をドライエッチングによって取り除き、半導体基板を露出させる。無機下層膜のドライエッチングにはテトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、一酸化炭素、アルゴン、酸素、窒素、六フッ化硫黄、ジフルオロメタン、三フッ化窒素及び三フッ化塩素、塩素、トリクロロボラン及びジクロロボラン等のガスを使用することができる。無機下層膜のドライエッチングにはハロゲン系ガスを使用することが好ましく、フッ素系ガスによることがより好ましい。フッ素系ガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、及びジフルオロメタン(CH)等が挙げられる。First, the inorganic lower film (intermediate layer) in the area where the photoresist has been removed is removed by dry etching to expose the semiconductor substrate. For dry etching of the inorganic underlayer film, tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, carbon monoxide, argon, oxygen, nitrogen, and Gases such as sulfur fluoride, difluoromethane, nitrogen trifluoride and chlorine trifluoride, chlorine, trichloroborane and dichloroborane can be used. It is preferable to use a halogen-based gas, and more preferably a fluorine-based gas, for dry etching the inorganic underlayer film. Examples of fluorine-based gases include tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, and difluoromethane (CH 2 F 2 ). Can be mentioned.

その後、パターン化されたフォトレジスト及び無機下層膜からなる膜を保護膜として有機下層膜の除去が行われる。有機下層膜(下層)は酸素系ガスによるドライエッチングによって行なわれることが好ましい。シリコン原子を多く含む無機下層膜は、酸素系ガスによるドライエッチングでは除去されにくいからである。 Thereafter, the organic underlayer film is removed using the patterned photoresist and the inorganic underlayer film as a protective film. The organic lower layer film (lower layer) is preferably etched by dry etching using an oxygen-based gas. This is because an inorganic lower layer film containing many silicon atoms is difficult to remove by dry etching using an oxygen-based gas.

最後に、半導体基板の加工が行なわれる。半導体基板の加工はフッ素系ガスによるドライエッチングによって行なわれることが好ましい。
フッ素系ガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、及びジフルオロメタン(CH)等が挙げられる。
Finally, the semiconductor substrate is processed. Preferably, the semiconductor substrate is processed by dry etching using a fluorine-based gas.
Examples of fluorine-based gases include tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, and difluoromethane (CH 2 F 2 ). Can be mentioned.

また、レジスト下層膜の上層には、フォトレジストの形成前に有機系の反射防止膜を形成することができる。そこで使用される反射防止膜組成物としては特に制限はなく、これまでリソグラフィープロセスにおいて慣用されているものの中から任意に選択して使用することができ、また、慣用されている方法、例えば、スピナー、コーターによる塗布及び焼成によって反射防止膜の形成を行なうことができる。 Furthermore, an organic antireflection film can be formed on the resist underlayer film before forming the photoresist. The antireflection coating composition used therein is not particularly limited and can be arbitrarily selected from those conventionally used in lithography processes. The antireflection film can be formed by coating with a coater and baking.

本発明では基板上に有機下層膜を成膜した後、その上に無機下層膜を成膜し、更にその上にフォトレジストを被覆することができる。これによりフォトレジストのパターン幅が狭くなり、パターン倒れを防ぐためにフォトレジストを薄く被覆した場合でも、適切なエッチングガスを選択することにより基板の加工が可能になる。例えば、フォトレジストに対して十分に早いエッチング速度となるフッ素系ガスをエッチングガスとしてレジスト下層膜に加工が可能であり、また無機下層膜に対して十分に早いエッチング速度となるフッ素系ガスをエッチングガスとして基板の加工が可能であり、更に有機下層膜に対して十分に早いエッチング速度となる酸素系ガスをエッチングガスとして基板の加工を行うことができる。 In the present invention, after forming an organic lower layer film on a substrate, an inorganic lower layer film can be formed thereon, and then a photoresist can be further coated thereon. As a result, the pattern width of the photoresist becomes narrower, and even if the photoresist is thinly coated to prevent pattern collapse, the substrate can be processed by selecting an appropriate etching gas. For example, it is possible to process the resist underlayer film using a fluorine-based gas that has a sufficiently fast etching rate for photoresist, and it is also possible to process the resist underlayer film using a fluorine-based gas that has a sufficiently fast etching rate for inorganic underlayer films. It is possible to process the substrate as a gas, and furthermore, it is possible to process the substrate using an oxygen-based gas as the etching gas, which has a sufficiently high etching rate for the organic underlayer film.

レジスト下層膜形成組成物より形成されるレジスト下層膜は、また、リソグラフィープロセスにおいて使用される光の波長によっては、その光に対する吸収を有することがある。そして、そのような場合には、基板からの反射光を防止する効果を有する反射防止膜として機能することができる。さらに、本発明のレジスト下層膜形成組成物で形成された下層膜はハードマスクとしても機能し得るものである。本発明の下層膜は、基板とフォトレジストとの相互作用の防止するための層、フォトレジストに用いられる材料又はフォトレジストへの露光時に生成する物質の基板への悪作用を防ぐ機能とを有する層、加熱焼成時に基板から生成する物質の上層フォトレジストへの拡散を防ぐ機能を有する層、及び半導体基板誘電体層によるフォトレジスト層のポイズニング効果を減少させるためのバリア層等として使用することも可能である。 The resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition may also absorb light depending on the wavelength of the light used in the lithography process. In such a case, it can function as an antireflection film that has the effect of preventing reflected light from the substrate. Furthermore, the underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention can also function as a hard mask. The lower layer film of the present invention has a layer for preventing interaction between the substrate and the photoresist, and a function of preventing the material used for the photoresist or the substance generated during exposure of the photoresist from having an adverse effect on the substrate. It can also be used as a layer, a layer that has the function of preventing substances generated from the substrate during heating and baking from diffusing into the upper photoresist layer, and a barrier layer to reduce the poisoning effect of the photoresist layer by the semiconductor substrate dielectric layer. It is possible.

また、レジスト下層膜形成組成物より形成される下層膜は、デュアルダマシンプロセスで用いられるビアホールが形成された基板に適用され、ホールを隙間なく充填することができる埋め込み材として使用できる。また、凹凸のある半導体基板の表面を平坦化するための平坦化材として使用することもできる。 Further, the lower layer film formed from the resist lower layer film forming composition can be applied to a substrate in which a via hole is formed, which is used in a dual damascene process, and can be used as a filling material that can fill the hole without any gaps. Moreover, it can also be used as a planarizing material for planarizing the surface of a semiconductor substrate having unevenness.

次に実施例を挙げ本発明の内容を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Next, the content of the present invention will be specifically explained with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

本明細書の下記合成例に示すポリマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略称する)による測定結果である。測定には東ソー(株)製GPC装置を用い、測定条件等は次のとおりである。
GPCカラム:Shodex〔登録商標〕・Asahipak〔登録商標〕(昭和電工(
株))
カラム温度:40℃
溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
流量:0.35ml/min
標準試料:ポリスチレン(東ソー(株))
The weight average molecular weights of the polymers shown in the synthesis examples below in this specification are the results of measurements by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC). A GPC device manufactured by Tosoh Corporation was used for the measurement, and the measurement conditions were as follows.
GPC column: Shodex [registered trademark] / Asahipak [registered trademark] (Showa Denko (
KK))
Column temperature: 40℃
Solvent: Tetrahydrofuran (THF)
Flow rate: 0.35ml/min
Standard sample: Polystyrene (Tosoh Corporation)

(原料モノマーの合成)
<合成例1>
(ジアリル-2,2’-オキシジアセテートの合成)

Figure 0007375757000012

冷却管、温度計及び攪拌機を備えた1Lフラスコにジグリコール酸50.01g(東京化成工業(株)製)、炭酸カリウム128.81g(0.89mol,関東化学,特級)、アセトン350.0gを入れて5℃以下に冷却し、臭化アリル135.33g(1.12mol,東京化成工業(株)製)を滴下した。その後、55℃に昇温して23時間撹拌した後、室温まで冷却し、不溶物をろ過してアセトン50.0gで2回洗浄した。ろ液を減圧下40℃にて溶媒を留去し、濃縮物にジクロロメタン250.0g及び純水250.0gを加えて分液した。さらに有機層を純水250.0gで2回水洗した後、有機層を減圧下40℃にて溶媒を留去して、上記式(A)で表される化合物を薄黄色の液体として24.47gで得た(収率30.6%)。この化合物のH-NMRスペクトル(500MHz,Acetone-d6)におけるδ値は下記のとおりであった。
6.00(m,2H),5.38(dd,2H),5.26(s,2H),4.68(d,4H),4.32(s,4H)(Synthesis of raw material monomer)
<Synthesis example 1>
(Synthesis of diallyl-2,2'-oxydiacetate)
Figure 0007375757000012

In a 1 L flask equipped with a cooling tube, a thermometer, and a stirrer, 50.01 g of diglycolic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 128.81 g of potassium carbonate (0.89 mol, Kanto Kagaku, special grade), and 350.0 g of acetone were added. The mixture was cooled to below 5° C., and 135.33 g (1.12 mol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) of allyl bromide was added dropwise. Thereafter, the temperature was raised to 55° C. and stirred for 23 hours, then cooled to room temperature, insoluble matter was filtered and washed twice with 50.0 g of acetone. The solvent of the filtrate was distilled off at 40° C. under reduced pressure, and 250.0 g of dichloromethane and 250.0 g of pure water were added to the concentrate to separate the layers. Furthermore, after washing the organic layer twice with 250.0 g of pure water, the solvent was distilled off from the organic layer at 40° C. under reduced pressure to obtain the compound represented by the above formula (A) as a pale yellow liquid.24. Obtained in 47 g (yield 30.6%). The δ value of this compound in the 1 H-NMR spectrum (500 MHz, Acetone-d6) was as follows.
6.00 (m, 2H), 5.38 (dd, 2H), 5.26 (s, 2H), 4.68 (d, 4H), 4.32 (s, 4H)

<合成例2>
(ジグリシジル-2,2’-オキシジアセテートの合成)(DG-DGA)

Figure 0007375757000013

温度計及び攪拌機を備えた500mLフラスコに、合成例1で得たジアリル-2,2’-オキシジアセテート23.01g(0.11mol)、クロロホルム230.0gを入れて5℃以下に冷却し、3-クロロ過安息香酸68.41g(0.26mol,東京化成工業(株)製,35%含水品)を徐々に添加した。その後、25℃に昇温して91.5時間撹拌した。反応混合物をクロロホルム230.0gで希釈し、5%炭酸水素ナトリウム水溶液460.0gを加えて分液した。さらに、有機層を10%亜硫酸水素ナトリウム水溶液460.0g、5%炭酸水素ナトリウム水溶液460.0g、純水460.0gで分液した後、有機層を減圧下40℃にて溶媒を留去して、上記式(B)で表されるジグリシジル-2,2’-オキシジアセテートを白色固体として17.63gで得た(収率66.7%)。この化合物のH-NMRスペクトル(500MHz,DMSO-d6)におけるδ値は下記のとおりであった。
4.46(dd,2H),4.30(s,4H),3.88(dd,2H),3.21(m,2H),2.79(dd,2H),2.65(dd,2H)<Synthesis example 2>
(Synthesis of diglycidyl-2,2'-oxydiacetate) (DG-DGA)
Figure 0007375757000013

23.01 g (0.11 mol) of diallyl-2,2'-oxydiacetate obtained in Synthesis Example 1 and 230.0 g of chloroform were placed in a 500 mL flask equipped with a thermometer and a stirrer, and cooled to below 5°C. 68.41 g (0.26 mol, manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., 35% water content) of 3-chloroperbenzoic acid was gradually added. Thereafter, the temperature was raised to 25° C. and stirred for 91.5 hours. The reaction mixture was diluted with 230.0 g of chloroform, and 460.0 g of 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution was added to separate the layers. Furthermore, after separating the organic layer with 460.0 g of a 10% aqueous sodium bisulfite solution, 460.0 g of a 5% aqueous sodium bicarbonate solution, and 460.0 g of pure water, the solvent was distilled off from the organic layer at 40°C under reduced pressure. Thus, 17.63 g of diglycidyl-2,2'-oxydiacetate represented by the above formula (B) was obtained as a white solid (yield: 66.7%). The δ value in the 1 H-NMR spectrum (500 MHz, DMSO-d6) of this compound was as follows.
4.46 (dd, 2H), 4.30 (s, 4H), 3.88 (dd, 2H), 3.21 (m, 2H), 2.79 (dd, 2H), 2.65 (dd , 2H)

<合成例3>
(ジグリシジル-2,2’-チオジアセテートの合成)(DG-TDGA)

Figure 0007375757000014

温度計及び攪拌機を備えた500mLフラスコに、2,2’-チオジグリコール酸30.01g(東京化成工業(株)製)、テトラヒドロフラン90.0g(関東化学,特級)を入れ、5℃に冷却してピリジン32.40g(0.41mol,関東化学,脱水)を添加した。ここにジシクロヘキシルカルボジイミド82.44g(0.40mol,関東化学,鹿特級)をTHF60.0gに溶解させた溶液を滴下して1時間撹拌した。その後、グリシドール(0.40mol,Aldrich製)をTHF30.0gに溶解させた溶液を滴下し、23℃に昇温して20時間撹拌した。反応混合物をTHF120.0gで希釈し、不溶物をろ過してTHF30.0gで2回洗浄した。ろ液を減圧下30℃にて溶媒を留去し、濃縮物に酢酸エチル300.0gを加えて、不溶物をろ過して、酢酸エチル15.0gで2回洗浄した。ここへ純水300.0gを加えて分液し、さらに有機層を純水300.0gで2回水洗した後、減圧下30℃にて溶媒を留去した。得られた残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル/n-ヘプタン=3/2→4/1(容量比))にて精製して、上記式(C)で表される化合物を白色固体として20.67gで得た(収率39.4%)。この化合物のH-NMRスペクトル(500MHz,DMSO-d6)におけるδ値は下記のとおりであった。
4.43(dd,2H),3.87(dd,2H),3.53(s,4H),3.21(m,2H),2.79(dd,2H),2.66(dd,2H)<Synthesis example 3>
(Synthesis of diglycidyl-2,2'-thiodiacetate) (DG-TDGA)
Figure 0007375757000014

30.01 g of 2,2'-thiodiglycolic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 90.0 g of tetrahydrofuran (Kanto Kagaku, special grade) were placed in a 500 mL flask equipped with a thermometer and a stirrer, and the mixture was cooled to 5°C. Then, 32.40 g (0.41 mol, Kanto Kagaku, Dehydrated) of pyridine was added. A solution of 82.44 g (0.40 mol, Kanto Kagaku, Shika Special Grade) of dicyclohexylcarbodiimide dissolved in 60.0 g of THF was added dropwise thereto, and the mixture was stirred for 1 hour. Thereafter, a solution of glycidol (0.40 mol, manufactured by Aldrich) dissolved in 30.0 g of THF was added dropwise, the temperature was raised to 23° C., and the mixture was stirred for 20 hours. The reaction mixture was diluted with 120.0 g of THF, and insoluble matter was filtered and washed twice with 30.0 g of THF. The solvent of the filtrate was distilled off at 30° C. under reduced pressure, 300.0 g of ethyl acetate was added to the concentrate, insoluble materials were filtered out, and the mixture was washed twice with 15.0 g of ethyl acetate. 300.0 g of pure water was added to separate the layers, and the organic layer was washed twice with 300.0 g of pure water, and then the solvent was distilled off at 30° C. under reduced pressure. The obtained residue was purified by silica gel column chromatography (ethyl acetate/n-heptane = 3/2 → 4/1 (volume ratio)) to obtain the compound represented by the above formula (C) as a white solid. Obtained in an amount of 20.67 g (yield 39.4%). The δ value in the 1 H-NMR spectrum (500 MHz, DMSO-d6) of this compound was as follows.
4.43 (dd, 2H), 3.87 (dd, 2H), 3.53 (s, 4H), 3.21 (m, 2H), 2.79 (dd, 2H), 2.66 (dd , 2H)

<合成例4>
(ジグリシジル-2,2’-スルホニルジアセテートの合成)(DG-SDGA)

Figure 0007375757000015

温度計及び攪拌機を備えた200mLフラスコに合成例3で得たジグリシジル-2,2’-チオジアセテート8.01g、クロロホルム80.0gを入れて5℃以下に冷却し、3-クロロ過安息香酸19.43g(0.26mol,東京化成工業(株)製)を徐々に添加した。その後、23℃に昇温して4.5時間撹拌した。反応混合物をクロロホルム80.0gで希釈し、5%炭酸水素ナトリウム水溶液160.0gを加えて分液した。さらに、有機層を10%亜硫酸水素ナトリウム水溶液160.0g、5%炭酸水素ナトリウム水溶液160.0g、純水160.0gで分液した後、有機層を減圧下30℃にて溶媒を留去して、上記式(D)で表される化合物を白色固体として4.36gで得た(収率48.6%)。この化合物のH-NMRスペクトル(500MHz,DMSO-d6)におけるδ値は下記のとおりであった。
4.65(s,4H),4.52(dd,2H),3.98(dd,2H),3.24(m,2H),2.81(dd,2H),2.70(dd,2H)<Synthesis example 4>
(Synthesis of diglycidyl-2,2'-sulfonyl diacetate) (DG-SDGA)
Figure 0007375757000015

8.01 g of diglycidyl-2,2'-thiodiacetate obtained in Synthesis Example 3 and 80.0 g of chloroform were placed in a 200 mL flask equipped with a thermometer and a stirrer, cooled to below 5°C, and 3-chloroperbenzoic acid was added. 19.43 g (0.26 mol, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was gradually added. Thereafter, the temperature was raised to 23°C and stirred for 4.5 hours. The reaction mixture was diluted with 80.0 g of chloroform, and 160.0 g of 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution was added to separate the layers. Furthermore, after separating the organic layer with 160.0 g of a 10% aqueous sodium bisulfite solution, 160.0 g of a 5% aqueous sodium bicarbonate solution, and 160.0 g of pure water, the solvent was distilled off from the organic layer at 30°C under reduced pressure. Thus, 4.36 g of the compound represented by the above formula (D) was obtained as a white solid (yield: 48.6%). The δ value in the 1 H-NMR spectrum (500 MHz, DMSO-d6) of this compound was as follows.
4.65 (s, 4H), 4.52 (dd, 2H), 3.98 (dd, 2H), 3.24 (m, 2H), 2.81 (dd, 2H), 2.70 (dd , 2H)

<合成例5>
(ジグリシジル-2,2’-ジチオジアセテートの合成)(DG-DTDGA)

Figure 0007375757000016

200ml四ッ口フラスコに、グリシドール4.5g、塩化メチレン11.55g、1-(3-ジメチルアミノプロピル)-3-エチルカルボジイミド塩酸塩20gを仕込み、氷浴下、マグネチックスターラーで攪拌しながら、ジチオジグリコール酸5gをテトラヒドロフラン10gに溶解させた溶液を3分間掛けて滴下した後、4-ジメチルアミノピリジン0.035gを添加し、室温にて、2時間攪拌した。次に、反応液を酢酸エチル約100gで希釈し、有機層を純水約50gで4回洗浄した後、有機層をエバポレータにて減圧濃縮した。続いて、濃縮物を酢酸エチル約20gで希釈し、シリカゲルのショートカラムを行った後、溶出液をエバポレータにて減圧濃縮し、上記式(E)で表される化合物を3.24gを得た(収率:40%)。この化合物のH-NMRスペクトル(300MHz,DMSO-d6)におけるδ値は下記のとおりであった。
H―NMR(300MHz) in DMSO―d6:2.66ppm(m,2H),2.79ppm(dd,J=5.3Hz,J=4.8Hz,2H),3.21ppm(m,2H),3.80ppm(s,4H),3.89ppm(dd,J=12.6Hz,J= 6.6Hz,2H),4.43ppm(dd,J=12.6Hz,J=2.7Hz,2H)<Synthesis example 5>
(Synthesis of diglycidyl-2,2'-dithiodiacetate) (DG-DTDGA)
Figure 0007375757000016

In a 200 ml four-necked flask, 4.5 g of glycidol, 11.55 g of methylene chloride, and 20 g of 1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride were charged, and while stirring with a magnetic stirrer under an ice bath, A solution of 5 g of dithiodiglycolic acid dissolved in 10 g of tetrahydrofuran was added dropwise over 3 minutes, and then 0.035 g of 4-dimethylaminopyridine was added and stirred at room temperature for 2 hours. Next, the reaction solution was diluted with about 100 g of ethyl acetate, the organic layer was washed four times with about 50 g of pure water, and then the organic layer was concentrated under reduced pressure using an evaporator. Subsequently, the concentrate was diluted with about 20 g of ethyl acetate and subjected to a short silica gel column, and the eluate was concentrated under reduced pressure using an evaporator to obtain 3.24 g of the compound represented by the above formula (E). (Yield: 40%). The δ value in the 1 H-NMR spectrum (300 MHz, DMSO-d6) of this compound was as follows.
1 H-NMR (300MHz) in DMSO-d6: 2.66ppm (m, 2H), 2.79ppm (dd, J = 5.3Hz, J = 4.8Hz, 2H), 3.21ppm (m, 2H) , 3.80ppm (s, 4H), 3.89ppm (dd, J = 12.6Hz, J = 6.6Hz, 2H), 4.43ppm (dd, J = 12.6Hz, J = 2.7Hz, 2H )

(ポリマーの合成)
<合成例6>(DG-DGAポリマー)

Figure 0007375757000017

化合物2(DG-DGA)2.50gと3,3’-ジチオジプロピオン酸(堺化学工業(株)、商品名:DTDPA)2.40g、及び触媒として第4級ホスホニウム塩であるテトラブチルホスホニウムブロミド0.12gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル20.07gに溶解させた後、105℃に加温し、窒素雰囲気下で24時間撹拌し樹脂化合物の溶液を得た。得られた樹脂のGPC分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は約1700であった。(Synthesis of polymer)
<Synthesis Example 6> (DG-DGA polymer)
Figure 0007375757000017

2.50 g of compound 2 (DG-DGA), 2.40 g of 3,3'-dithiodipropionic acid (Sakai Chemical Industries, Ltd., trade name: DTDPA), and tetrabutylphosphonium, which is a quaternary phosphonium salt, as a catalyst. After 0.12 g of bromide was dissolved in 20.07 g of propylene glycol monomethyl ether, it was heated to 105° C. and stirred for 24 hours under a nitrogen atmosphere to obtain a solution of the resin compound. GPC analysis of the obtained resin revealed that the weight average molecular weight was approximately 1700 in terms of standard polystyrene.

<合成例7>(DG-TDGAポリマー)

Figure 0007375757000018

化合物3(DG-TDGA)2.30gと3,3’-ジチオジプロピオン酸(堺化学工業(株)、商品名:DTDPA)2.26g、及び触媒として第4級ホスホニウム塩であるテトラブチルホスホニウムブロミド0.17gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル18.89gに溶解させた後、105℃に加温し、窒素雰囲気下で24時間撹拌し樹脂化合物の溶液を得た。得られた樹脂のGPC分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は約2300であった。<Synthesis Example 7> (DG-TDGA polymer)
Figure 0007375757000018

2.30 g of compound 3 (DG-TDGA), 2.26 g of 3,3'-dithiodipropionic acid (Sakai Chemical Industries, Ltd., trade name: DTDPA), and tetrabutylphosphonium, which is a quaternary phosphonium salt, as a catalyst. After 0.17 g of bromide was dissolved in 18.89 g of propylene glycol monomethyl ether, the solution was heated to 105° C. and stirred for 24 hours under a nitrogen atmosphere to obtain a solution of the resin compound. GPC analysis of the obtained resin revealed that the weight average molecular weight was approximately 2300 in terms of standard polystyrene.

<合成例8>(DG-SDGAポリマー)

Figure 0007375757000019

化合物4(DG-SDGA)2.50gと3,3’-ジチオジプロピオン酸(堺化学工業(株)、商品名:DTDPA)2.11g、及び触媒として第4級ホスホニウム塩であるテトラブチルホスホニウムブロミド0.16gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル19.06gに溶解させた後、105℃に加温し、窒素雰囲気下で24時間撹拌し樹脂化合物の溶液を得た。得られた樹脂のGPC分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は約1000であった。<Synthesis Example 8> (DG-SDGA polymer)
Figure 0007375757000019

2.50 g of compound 4 (DG-SDGA), 2.11 g of 3,3'-dithiodipropionic acid (Sakai Chemical Industry Co., Ltd., trade name: DTDPA), and tetrabutylphosphonium, which is a quaternary phosphonium salt, as a catalyst. After dissolving 0.16 g of bromide in 19.06 g of propylene glycol monomethyl ether, the solution was heated to 105° C. and stirred for 24 hours under a nitrogen atmosphere to obtain a solution of the resin compound. GPC analysis of the obtained resin revealed that the weight average molecular weight was approximately 1000 in terms of standard polystyrene.

<合成例9>(DG-DTDGAポリマー)

Figure 0007375757000020

化合物5(DG-DTDGA)2.50gと3,3’-ジチオジプロピオン酸(堺化学工業(株)、商品名:DTDPA)1.73g、及び触媒として第4級ホスホニウム塩であるテトラブチルホスホニウムブロミド0.13gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル17.36gに溶解させた後、105℃に加温し、窒素雰囲気下で24時間撹拌し樹脂化合物の溶液を得た。得られた樹脂のGPC分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は約2400であった。<Synthesis Example 9> (DG-DTDGA polymer)
Figure 0007375757000020

2.50 g of compound 5 (DG-DTDGA), 1.73 g of 3,3'-dithiodipropionic acid (Sakai Chemical Industry Co., Ltd., trade name: DTDPA), and tetrabutylphosphonium, which is a quaternary phosphonium salt, as a catalyst. After 0.13 g of bromide was dissolved in 17.36 g of propylene glycol monomethyl ether, it was heated to 105° C. and stirred for 24 hours under a nitrogen atmosphere to obtain a solution of the resin compound. GPC analysis of the obtained resin revealed that the weight average molecular weight was approximately 2400 in terms of standard polystyrene.

<合成例10>(DG-DTDGAポリマー(ii))

Figure 0007375757000021

化合物5(DG-DTDGA)2.00gとメチルジカルボキシメチルイソシアヌル酸(四国化成工業(株)、商品名:MeCIC-1)2.36g、及び触媒として第4級ホスホニウム塩であるテトラブチルホスホニウムブロミド0.07gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル17.73gに溶解させた後、105℃に加温し、窒素雰囲気下で24時間撹拌し樹脂化合物の溶液を得た。得られた樹脂のGPC分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は約1600であった。<Synthesis Example 10> (DG-DTDGA polymer (ii))
Figure 0007375757000021

2.00 g of compound 5 (DG-DTDGA), 2.36 g of methyldicarboxymethylisocyanuric acid (Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd., trade name: MeCIC-1), and tetrabutylphosphonium bromide, which is a quaternary phosphonium salt, as a catalyst. After dissolving 0.07 g in 17.73 g of propylene glycol monomethyl ether, it was heated to 105° C. and stirred for 24 hours under a nitrogen atmosphere to obtain a solution of the resin compound. GPC analysis of the obtained resin revealed that the weight average molecular weight was approximately 1,600 in terms of standard polystyrene.

(組成物調製)
[実施例1]
合成例6で得られた反応生成物(DG-DGAポリマー)0.424gを含む溶液2.650gに、プロピレングリコールモノメチルエーテル7.334g、ピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸(東京化成工業(株))0.016g、及び界面活性剤(大日本インキ化学工業(株)、商品名:R-40)0.001gを加え、溶液とした。その後、孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成用組成物を調製した。
(Composition preparation)
[Example 1]
To 2.650 g of a solution containing 0.424 g of the reaction product (DG-DGA polymer) obtained in Synthesis Example 6, 7.334 g of propylene glycol monomethyl ether and 0.0 g of pyridinium trifluoromethanesulfonic acid (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) were added. 016 g and 0.001 g of a surfactant (Dainippon Ink & Chemicals Co., Ltd., trade name: R-40) were added to form a solution. Thereafter, it was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.02 μm to prepare a composition for forming a resist underlayer film.

[実施例2]
合成例7で得られた反応生成物(DG-TDGAポリマー)0.482gを含む溶液2.924gに、プロピレングリコールモノメチルエーテル7.057g、ピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸(東京化成工業(株))0.018g、及び界面活性剤(大日本インキ化学工業(株)、商品名:R-40)0.001gを加え、溶液とした。その後、孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成用組成物を調製した。
[Example 2]
To 2.924 g of a solution containing 0.482 g of the reaction product (DG-TDGA polymer) obtained in Synthesis Example 7, 7.057 g of propylene glycol monomethyl ether and 0.0 g of pyridinium trifluoromethanesulfonic acid (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) were added. 018 g and 0.001 g of a surfactant (Dainippon Ink & Chemicals Co., Ltd., trade name: R-40) were added to form a solution. Thereafter, it was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.02 μm to prepare a composition for forming a resist underlayer film.

[実施例3]
合成例8で得られた反応生成物(DG-SDGAポリマー)0.482gを含む溶液2.486gに、プロピレングリコールモノメチルエーテル7.496g、ピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸(東京化成工業(株))0.018g、及び界面活性剤(大日本インキ化学工業(株)、商品名:R-40)0.001gを加え、溶液とした。その後、孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成用組成物を調製した。
[Example 3]
To 2.486 g of a solution containing 0.482 g of the reaction product (DG-SDGA polymer) obtained in Synthesis Example 8, 7.496 g of propylene glycol monomethyl ether and 0.0 g of pyridinium trifluoromethanesulfonic acid (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) were added. 018 g and 0.001 g of a surfactant (Dainippon Ink & Chemicals Co., Ltd., trade name: R-40) were added to form a solution. Thereafter, it was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.02 μm to prepare a composition for forming a resist underlayer film.

[実施例4]
合成例9で得られた反応生成物(DG-DTDGAポリマー)0.482gを含む溶液2.486gに、プロピレングリコールモノメチルエーテル7.496g、ピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸(東京化成工業(株))0.018g、及び界面活性剤(大日本インキ化学工業(株)、商品名:R-40)0.001gを加え、溶液とした。その後、孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成用組成物を調製した。
[Example 4]
To 2.486 g of a solution containing 0.482 g of the reaction product (DG-DTDGA polymer) obtained in Synthesis Example 9, 7.496 g of propylene glycol monomethyl ether and 0.0 g of pyridinium trifluoromethanesulfonic acid (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) were added. 018 g and 0.001 g of a surfactant (Dainippon Ink & Chemicals Co., Ltd., trade name: R-40) were added to form a solution. Thereafter, it was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.02 μm to prepare a composition for forming a resist underlayer film.

[実施例5]
合成例10で得られた反応生成物(DG-DTDGAポリマー(ii))0.482gを含む溶液2.486gに、プロピレングリコールモノメチルエーテル7.496g、ピリジニウムトリフルオロメタンスルホン酸(東京化成工業(株))0.018g、及び界面活性剤(大日本インキ化学工業(株)、商品名:R-40)0.001gを加え、溶液とした。その後、孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成用組成物を調製した。
[Example 5]
To 2.486 g of a solution containing 0.482 g of the reaction product (DG-DTDGA polymer (ii)) obtained in Synthesis Example 10, 7.496 g of propylene glycol monomethyl ether and pyridinium trifluoromethanesulfonic acid (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) were added. ) and 0.001 g of a surfactant (Dainippon Ink & Chemicals Co., Ltd., trade name: R-40) were added to form a solution. Thereafter, it was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.02 μm to prepare a composition for forming a resist underlayer film.

[実施例6]
合成例10で得られた反応生成物(DG-DTDGAポリマー(ii))0.357gを含む溶液2.211gに、プロピレングリコールモノメチルエーテル7.689g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(日本サイテックインダストリーズ(株)、商品名:POWDERLINK〔登録商標〕1174)0.089g、ピリジニウム-p-フェノールスルホン酸0.013g、及び界面活性剤(大日本インキ化学工業(株)、商品名:R-40)0.001gを加え、溶液とした。その後、孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成用組成物を調製した。
[Example 6]
To 2.211 g of a solution containing 0.357 g of the reaction product (DG-DTDGA polymer (ii)) obtained in Synthesis Example 10, 7.689 g of propylene glycol monomethyl ether and tetramethoxymethyl glycoluril (Japan Cytec Industries Co., Ltd.) were added. , trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174) 0.089 g, pyridinium-p-phenolsulfonic acid 0.013 g, and surfactant (Dainippon Ink & Chemicals Co., Ltd., trade name: R-40) 0.001 g was added to form a solution. Thereafter, it was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.02 μm to prepare a composition for forming a resist underlayer film.

[比較例1]
WO2009/096340の合成例1に記載の方法で得られた反応生成物0.723gを含む溶液3.580gに、プロピレングリコールモノメチルエーテル88.431g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート9.906g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(日本サイテックインダストリーズ(株)、商品名:POWDERLINK〔登録商標〕1174)0.181g、p-フェノールスルホン酸(東京化成工業(株))、ビスフェノールS(東京化成工業(株))0.011g、及び界面活性剤(大日本インキ化学工業(株)、商品名:R-40)0.007gを加え、溶液とした。その後、孔径0.02μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成用組成物を調製した。
[Comparative example 1]
To 3.580 g of a solution containing 0.723 g of the reaction product obtained by the method described in Synthesis Example 1 of WO2009/096340, 88.431 g of propylene glycol monomethyl ether, 9.906 g of propylene glycol monomethyl ether acetate, and tetramethoxymethyl glycol were added. Uril (Japan Cytec Industries Co., Ltd., trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174) 0.181g, p-phenolsulfonic acid (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.), bisphenol S (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) 0.011g , and 0.007 g of a surfactant (Dainippon Ink & Chemicals Co., Ltd., trade name: R-40) were added to form a solution. Thereafter, it was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.02 μm to prepare a composition for forming a resist underlayer film.

(ドライエッチング速度の測定)
実施例1~実施例6及び比較例1で調製されたレジスト下層膜形成用組成物を、それぞれスピナーによりシリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上、205℃で1分間ベークし、各々膜厚100nmのレジスト下層膜を形成した。これらをサムコ(株)製ドライエッチング装置(RIE-10NR)を用い、ドライエッチングガスとしてCF及びNを使用する条件下でドライエッチング速度(単位時間当たりの膜厚の減少量)を測定した。比較例1から得られるレジスト下層膜のエッチング選択比を1.00とした場合の各下層膜のエッチング選択比を表1、2に示す。
(Measurement of dry etching speed)
The resist underlayer film forming compositions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 were each applied onto a silicon wafer using a spinner, and baked on a hot plate at 205° C. for 1 minute to give a film thickness of 100 nm. A resist underlayer film was formed. The dry etching rate (amount of decrease in film thickness per unit time) was measured using a dry etching apparatus (RIE-10NR) manufactured by Samco Co., Ltd. under the conditions of using CF 4 and N 2 as dry etching gases. . Tables 1 and 2 show the etching selectivity of each underlayer film, assuming that the etching selectivity of the resist underlayer film obtained from Comparative Example 1 is 1.00.

Figure 0007375757000022
Figure 0007375757000022

Figure 0007375757000023
Figure 0007375757000023

上記の結果から実施例1~実施例6は比較例1よりも十分高いエッチング選択性を有していることがわかる。その結果、本発明によって得られるレジスト下層膜形成用組成物はレジスト下層膜のドライエッチング時のエッチング時間を短縮することができ、レジスト下層膜をドライエッチングで除去する際に、レジスト膜厚が減少する好ましくない現象を抑制できる。さらに、ドライエッチング時間を短縮できることは、レジスト下層膜の下地基板に対して好ましくないエッチングダメージを抑制することができるため、レジスト下層膜として特に有用である。 From the above results, it can be seen that Examples 1 to 6 have sufficiently higher etching selectivity than Comparative Example 1. As a result, the composition for forming a resist underlayer film obtained by the present invention can shorten the etching time during dry etching of the resist underlayer film, and the resist film thickness can be reduced when the resist underlayer film is removed by dry etching. Undesirable phenomena that occur can be suppressed. Furthermore, being able to shorten the dry etching time is particularly useful as a resist underlayer film, since undesirable etching damage to the underlying substrate of the resist underlayer film can be suppressed.

本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は、特に高ドライエッチング速度を有するレジスト下層膜を提供するものである。 The resist underlayer film forming composition according to the present invention provides a resist underlayer film having a particularly high dry etching rate.

Claims (13)

エポキシ付加体形成化合物と、下記式(1):
Figure 0007375757000024

[式(1)中、Aは少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよく且つ酸素原子、硫黄原子、ジスルフィド基、スルホニル基、カルボニル基若しくはイミノ基で中断されている炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す]で表される化合物、とのエポキシ付加生成物と、溶剤とを含み、前記エポキシ付加体形成化合物が、カルボン酸含有化合物、カルボン酸無水物含有化合物、ヒドロキシ基含有化合物、チオール基含有化合物、及びアミノ基含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である、レジスト下層膜形成組成物。
An epoxy adduct-forming compound and the following formula (1):
Figure 0007375757000024

[In formula (1), A 1 is a carbon atom in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom and is interrupted by an oxygen atom, a sulfur atom, a disulfide group, a sulfonyl group, a carbonyl group, or an imino group representing a linear or branched alkylene group of numbers 2 to 10, and a solvent, and the epoxy adduct-forming compound is a carboxylic acid-containing compound, a carboxylic acid anhydride, and a solvent. 1. A resist underlayer film-forming composition, which is at least one compound selected from the group consisting of compounds containing compounds, compounds containing hydroxy groups, compounds containing thiol groups, and compounds containing amino groups.
前記エポキシ付加体形成化合物が、カルボン酸含有化合物またはチオール基含有化合物である、請求項1に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The resist underlayer film forming composition according to claim 1, wherein the epoxy adduct-forming compound is a carboxylic acid-containing compound or a thiol group-containing compound. 前記カルボン酸含有化合物が、硫黄原子を少なくとも1つ以上含むジカルボン酸である、請求項2に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The resist underlayer film forming composition according to claim 2, wherein the carboxylic acid-containing compound is a dicarboxylic acid containing at least one sulfur atom. 前記硫黄原子を少なくとも1つ以上含むジカルボン酸が、硫黄原子を少なくとも1つ以上含む脂肪族ジカルボン酸である、請求項3に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The resist underlayer film forming composition according to claim 3, wherein the dicarboxylic acid containing at least one sulfur atom is an aliphatic dicarboxylic acid containing at least one sulfur atom. 架橋触媒をさらに含む、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 4, further comprising a crosslinking catalyst. 架橋剤をさらに含む、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 5, further comprising a crosslinking agent. 界面活性剤をさらに含む、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 6, further comprising a surfactant. 請求項1~請求項7のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなる塗布膜の焼成物であることを特徴とするレジスト下層膜。 A resist underlayer film, which is a fired product of a coating film comprising the resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 7. 半導体基板上に、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物を塗布しベークしてレジスト下層膜を形成する工程、前記レジスト下層膜上にレジストを塗布しベークしてレジスト膜を形成する工程、前記レジスト下層膜と前記レジストで被覆された半導体基板を露光する工程、露光後の前記レジスト膜を現像し、パターニングする工程を含む、パターニングされた基板の製造方法。 a step of applying the resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 7 on a semiconductor substrate and baking it to form a resist underlayer film; applying a resist on the resist underlayer film; Manufacturing a patterned substrate, including a step of baking to form a resist film, a step of exposing the resist underlayer film and the semiconductor substrate covered with the resist, and a step of developing and patterning the resist film after exposure. Method. 半導体基板上に、請求項1~請求項7の何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなるレジスト下層膜を形成する工程と、 forming a resist underlayer film comprising the resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 7 on a semiconductor substrate;
前記レジスト下層膜の上にレジスト膜を形成する工程と、 forming a resist film on the resist underlayer film;
レジスト膜に対する光又は電子線の照射とその後の現像によりレジストパターンを形成する工程と、 forming a resist pattern by irradiating the resist film with light or electron beam and subsequent development;
形成された前記レジストパターンを介して前記レジスト下層膜をエッチングすることによりパターン化されたレジスト下層膜を形成する工程と、 forming a patterned resist underlayer film by etching the resist underlayer film through the formed resist pattern;
パターン化された前記レジスト下層膜により半導体基板を加工する工程と、 processing a semiconductor substrate using the patterned resist underlayer film;
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising:
下記式(1): The following formula (1):
Figure 0007375757000025
Figure 0007375757000025

(式(1)中、A(In formula (1), A 1 は少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよく且つジスルフィド基、カルボニル基若しくはイミノ基で中断されている炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す)で表される化合物。represents a straight chain or branched alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom and is interrupted by a disulfide group, carbonyl group, or imino group. Compound.
下記式(1): The following formula (1):
Figure 0007375757000026
Figure 0007375757000026

[式(1)中、A[In formula (1), A 1 は少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されてもよく且つジスルフィド基、カルボニル基若しくはイミノ基で中断されている炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す]で表される化合物と、represents a straight chain or branched alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom and is interrupted by a disulfide group, carbonyl group, or imino group] and,
カルボン酸含有化合物、カルボン酸無水物含有化合物、ヒドロキシ基含有化合物、チオール基含有化合物、アミノ基含有化合物及びイミド基含有化合物からなる群より選択される少なくとも一種のエポキシ付加体形成化合物との反応生成物。Reaction product with at least one epoxy adduct-forming compound selected from the group consisting of carboxylic acid-containing compounds, carboxylic anhydride-containing compounds, hydroxy group-containing compounds, thiol group-containing compounds, amino group-containing compounds, and imide group-containing compounds. thing.
下記式(1): The following formula (1):
Figure 0007375757000027
Figure 0007375757000027

[式(1)中、A[In formula (1), A 1 は少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されてもよく且つ硫黄原子、ジスルフィド基、スルホニル基、カルボニル基若しくはイミノ基で中断されている炭素原子数2乃至10の直鎖若しくは分岐アルキレン基を表す]で表される化合物と、represents a straight chain or branched alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, in which at least one hydrogen atom may be substituted with a halogen atom and is interrupted by a sulfur atom, a disulfide group, a sulfonyl group, a carbonyl group or an imino group. ] and a compound represented by
カルボン酸含有化合物、カルボン酸無水物含有化合物、ヒドロキシ基含有化合物、チオール基含有化合物、及びイミド基含有化合物からなる群より選択される少なくとも一種のエポキシ付加体形成化合物との反応生成物。A reaction product with at least one epoxy adduct-forming compound selected from the group consisting of carboxylic acid-containing compounds, carboxylic anhydride-containing compounds, hydroxy group-containing compounds, thiol group-containing compounds, and imide group-containing compounds.
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