JP2004341479A5 - - Google Patents

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反射防止膜形成用組成物Composition for forming antireflection film

本発明は、リソグラフィ工程により半導体デバイスを製造する場合に用いるレジスト材料において、下地基材とレジスト膜との中間に設けるための反射防止膜形成用組成物関するものである。 The present invention, in the resist material used in the production of semiconductor devices by lithography, it relates to an antireflection film-forming composition for providing intermediate the base substrate and the resist film.

近年、半導体素子の微細化が進むとともに、その製造に用いられるリソグラフィ工程についてよりいっそうの微細化が求められるようになってきている。そして、一般に半導体製造に際しては、シリコンウエーハ、シリコン酸化膜、層間絶縁膜などの基材の上に、リソグラフィ技術を用いてレジストパターンを形成し、これをマスクとして基材をエッチングすることが行われているが、微細化のためにはレジストについて、微細なパターンを解像しつつ、しかも高い精度でのレジストパターン線幅の制御の実現が必要とされる。   In recent years, with the progress of miniaturization of semiconductor elements, further miniaturization of a lithography process used for its manufacture has been required. In general, in manufacturing a semiconductor, a resist pattern is formed on a base material such as a silicon wafer, a silicon oxide film, and an interlayer insulating film by using a lithography technique, and the base material is etched using the resist pattern as a mask. However, for miniaturization, it is necessary to control the resist pattern line width with high precision while resolving a fine pattern in the resist.

ところで、このことを実現しようとすれば、パターン形成の際にレジストに照射される放射線における、レジスト膜と下地基材との境界で起こる反射が重大な意味をもってくる。すなわち、レジスト膜と下地基材間で放射線の反射が起ると、レジスト中での放射線強度が変化する結果、レジストパターンの線幅が変動し、正確なパターンが得られなくなる。   To realize this, the reflection of radiation applied to the resist at the time of pattern formation, which occurs at the boundary between the resist film and the base material, has a significant meaning. That is, when radiation is reflected between the resist film and the base material, the radiation intensity in the resist changes, and as a result, the line width of the resist pattern fluctuates and an accurate pattern cannot be obtained.

このような障害を抑制するために、レジストと下地基材との間に反射防止膜や保護膜などの被膜を設けることが行われているが、これらの被膜を構成する材料のエッチング速度は、レジストのそれと近似しているため、レジストパターンを転写するときに障害となる上に、これらの被膜を除去する際にレジストパターンの膜減りや形状が劣化するなどのトラブルを生じ、基材の加工精度を低下させるという欠点を伴う。   In order to suppress such obstacles, it has been performed to provide a coating such as an antireflection film or a protective film between the resist and the base material.However, the etching rate of a material constituting these coatings is Since it is similar to that of resist, it becomes an obstacle when transferring the resist pattern, and when removing these films, troubles such as loss of the resist pattern and deterioration of the shape occur, and processing of the base material It has the disadvantage of reducing accuracy.

また、十分なエッチング耐性を確保するためにレジスト膜の膜厚を大きくすることも行われているが、この膜厚をあまり大きくすると、レジストパターンの線幅とレジスト膜の厚さとのアスペクト比が高くなり、現像工程においてレジストパターン特にアイソレートパターンのパターン倒れや、露光工程におけるレジストの解像力低下を生じるという欠点がある。   In addition, in order to ensure sufficient etching resistance, the thickness of the resist film is also increased. However, if the thickness is excessively increased, the aspect ratio between the line width of the resist pattern and the thickness of the resist film becomes large. Therefore, there is a disadvantage that a resist pattern, particularly an isolate pattern, collapses in the developing step, and the resolution of the resist decreases in the exposure step.

そのほか、レジスト膜と被膜すなわち下層有機層との間に、中間層を設ける三層レジストプロセスも行われており、この中間層については、その上で再現性のよいレジストパターンを良好な形態で形成させうること、プラズマエッチングに対して高い耐性を有するとともに、下層有機層との間に高いプラズマエッチング選択性を有していること、アルカリ現像液に対し耐性を有することなどの特性が要求されることから、この要求を満たすため、これまでにもいくつかの材料が提案されている。   In addition, there is also a three-layer resist process in which an intermediate layer is provided between the resist film and the film, that is, the lower organic layer, and a resist pattern with good reproducibility is formed on the intermediate layer in a good form. Properties such as high resistance to plasma etching, high plasma etching selectivity with the lower organic layer, and resistance to alkali developing solution are required. Therefore, some materials have been proposed to meet this requirement.

例えば、無機系又は有機系シラン化合物の加水分解物及び/又は縮合物からなる中間層を設けることが提案されているが(特許文献1参照)、この中間層は、シラン化合物を含む塗布液を用いる関係上、成膜の際には、慣用のスピンコーティング法を用いることができず、専用のコータートラックを用いなければならない上に、縮合反応の際に生じる副生成物を除去するために、300℃以上という高温での焼成を必要とし、また放射線に対する発色団を安定に導入することができないため、反射防止能力の付与がむずかしいなどの欠点を有している。   For example, it has been proposed to provide an intermediate layer made of a hydrolyzate and / or condensate of an inorganic or organic silane compound (see Patent Document 1). Due to the use, when forming a film, a conventional spin coating method cannot be used, and a special coater track must be used.In addition, in order to remove by-products generated during the condensation reaction, Since it requires baking at a high temperature of 300 ° C. or higher, and it is not possible to stably introduce a chromophore for radiation, it has drawbacks such as difficulty in providing an antireflection ability.

また、誘電体層上に、周期表IIIa、IVa、Va、VIa、VIIa、VIII、Ib、IIb、IIIb、IVb又はVb族の中から選ばれた無機元素を含む有機反射防止ハードマスクも提案されているが(特許文献2参照)、このものも放射線に対する発色団の安定な導入ができないため、ケースバイケースにおいて必要な反射防止能力の調整ができないという欠点がある。   Further, an organic anti-reflection hard mask including an inorganic element selected from the periodic table IIIa, IVa, Va, VIa, VIIa, VIII, Ib, IIb, IIIb, IVb or Vb group on the dielectric layer has also been proposed. However, this method also has a drawback that it is not possible to stably introduce a chromophore to radiation, and thus it is not possible to adjust the necessary antireflection ability on a case-by-case basis.

特開2002−40668号公報(特許請求の範囲等)JP-A-2002-40668 (Claims, etc.) 特開2001−53068号公報(特許請求の範囲等)JP 2001-53068 A (Claims, etc.)

本発明は、有機溶剤に可溶で慣用のスピンコーティング法により簡単に塗布することができ、保存安定性がよく、しかも放射線を吸収する発色団を導入することにより、その反射防止能力の調整が可能な反射防止膜形成用組成物提供することを目的としてなされたものである。 The present invention is soluble in an organic solvent, can be easily applied by a conventional spin coating method, has good storage stability, and can adjust its antireflection ability by introducing a chromophore that absorbs radiation. An object of the present invention is to provide a composition for forming an antireflection film that can be used.

本発明者らは、レジスト膜と下地基材の間に設けることにより効率よく反射防止を行いうる中間層、いわゆる三層レジストプロセスのハードマスク材料について種々研究を重ねた結果、特定の組成をもつラダー型シリコーン共重合体と酸発生剤と架橋剤を含む組成物が有機溶剤に可溶で、慣用のスピンコーティング法により簡単に塗布することができ、かつ放射線を吸収する発色団の導入が容易で、適当に調整された反射防止能力をもつ安定な反射防止膜を形成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。   The present inventors have conducted various studies on an intermediate layer capable of efficiently preventing reflection by being provided between a resist film and a base substrate, that is, a hard mask material of a so-called three-layer resist process. A composition containing a ladder-type silicone copolymer, an acid generator, and a crosslinking agent is soluble in an organic solvent, can be easily applied by a conventional spin coating method, and easily introduces a chromophore that absorbs radiation. Thus, the present inventors have found that a stable antireflection film having an appropriately adjusted antireflection ability can be formed, and the present invention has been accomplished based on this finding.

すなわち、本発明は、(A)(a1)(ヒドロキシフェニルアルキル)シルセスキオキサン単位10〜90モル%、(a2)(アルコキシフェニルアルキル)シルセスキオキサン単位0〜50モル%及び(a3)アルキル又はフェニルシルセスキオキサン単位10〜90モル%からなるラダー型シリコーン共重合体、(B)熱又は光により酸を発生する酸発生剤及び(C)架橋剤を有機溶剤に溶解してなり、かつArFレーザーに対する光学パラメーター(k値)が0.002〜0.95の範囲の反射防止膜を形成しうることを特徴とする反射防止膜形成用組成物を提供するものである That is, the present invention, (A) (a 1) (hydroxyphenyl alkyl) silsesquioxane units 10 to 90 mole%, (a 2) (alkoxyphenyl alkyl) silsesquioxane units 0-50 mol% and ( a 3) alkyl or phenyl silsesquioxane ladder silicone copolymer consisting San units 10 to 90 mol%, (B) dissolving an acid generator, and (C) a crosslinking agent generating an acid by heat or light in an organic solvent A composition for forming an antireflection film, wherein the composition can form an antireflection film having an optical parameter (k value) for an ArF laser in the range of 0.002 to 0.95. .

本発明の反射防止膜形成用組成物は、(A)ラダー型シリコーン共重合体と、(B)熱又は光により酸を発生する酸発生剤と(C)架橋剤とを必須成分として含有するものである。   The composition for forming an antireflection film of the present invention contains (A) a ladder-type silicone copolymer, (B) an acid generator that generates an acid by heat or light, and (C) a crosslinking agent as essential components. Things.

そして、(A)成分のラダー型シリコーン共重合体としては、(a1)(ヒドロキシフェニルアルキル)シルセスキオキサン単位、すなわち、一般式

Figure 2004341479
又は
Figure 2004341479
(式中のnは1〜3の整数である)
で表わされる構成単位10〜90モル%と、(a2)(アルコキシフェニルアルキル)シルセスキオキサン単位、すなわち一般式
Figure 2004341479
又は
Figure 2004341479
(式中のRは炭素数1〜4の直鎖状又は枝分れ状低級アルキル基、nは1〜3の整数である)
で表わされる構成単位0〜50モル%と、(a3)アルキル又はフェニルシルセスキオキサン単位、すなわち式
Figure 2004341479
又は
Figure 2004341479
(式中のR5は炭素数1〜20の直鎖状又は炭素数2〜20の枝分かれ状又は炭素数5〜20の脂環状又は単環又は多環式アルキル基又はフェニル基である)
で表わされる構成単位10〜90モル%からなるラダー型シリコーン共重合体を用いることが必要である。上記一般式(II)又は(II´)中のRとしては、メチル基が最も好ましい。この一般式(III)又は(III´)中のR5としては、炭素数1〜5の低級アルキル基、炭素数5〜6のシクロアルキル基又はフェニル基が光学パラメーター(k値)を調整しやすいので好ましい。また、上記一般式(I)と(II)における−OH基と−OR基は、o位、m位及びp位のいずれの位置に結合していてもよいが、工業的にはp位に結合しているのが好ましい。また、(a1)、(a2)及び(a3)単位は、通常上記一般式(I)、(II)及び(III)で表わされたり、(I´)、(II´)、(III´)と表わされたりするが、同じものである
このラダー型シリコーン共重合体は、質量平均分子量(ポリスチレン換算)が1500〜30000の範囲にあるものが好ましく、3000〜20000の範囲にあるものが最も好ましい。分子量の分散度は1.0〜5.0の範囲であることが好ましく、1.2〜3.0であることが最も好ましい。 As the ladder type silicone copolymer of the component (A), (a 1 ) (hydroxyphenylalkyl) silsesquioxane unit,
Figure 2004341479
Or
Figure 2004341479
(Where n is an integer of 1 to 3)
And (a 2 ) (alkoxyphenylalkyl) silsesquioxane unit represented by the following general formula:
Figure 2004341479
Or
Figure 2004341479
(In the formula, R is a linear or branched lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n is an integer of 1 to 3)
In the structural unit 0-50 mol% represented, (a 3) alkyl or phenyl silsesquioxane units, i.e. formula
Figure 2004341479
Or
Figure 2004341479
(In the formula, R 5 is a straight chain having 1 to 20 carbon atoms, a branched chain having 2 to 20 carbon atoms, or an alicyclic or monocyclic or polycyclic alkyl group having 5 to 20 carbon atoms or a phenyl group.)
It is necessary to use a ladder type silicone copolymer composed of 10 to 90 mol% of the structural unit represented by the following formula: R in the general formula (II) or (II ′) is most preferably a methyl group. As R 5 in the general formula (III) or (III ′), a lower alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a cycloalkyl group having 5 to 6 carbon atoms or a phenyl group adjusts an optical parameter (k value). It is preferable because it is easy. Further, the —OH group and the —OR group in the above general formulas (I) and (II) may be bonded to any of the o-position, m-position and p-position. Preferably they are linked. The (a 1 ), (a 2 ) and (a 3 ) units are usually represented by the above general formulas (I), (II) and (III), or (I ′), (II ′), (III ') is the same .
The ladder type silicone copolymer preferably has a mass average molecular weight (in terms of polystyrene) of from 1500 to 30,000, and most preferably from 3,000 to 20,000. The molecular weight dispersity is preferably in the range of 1.0 to 5.0, and most preferably 1.2 to 3.0.

次に、(B)成分の熱又は光により酸を発生する酸発生剤は、通常化学増幅型レジスト組成物の成分として用いられている物質であり、本発明においては、これらの中から任意に選択して用いることができるが、特にオニウム塩、ジアゾメタン系化合物が好ましい。   Next, the acid generator which generates an acid by the heat or light of the component (B) is a substance which is usually used as a component of a chemically amplified resist composition, and in the present invention, any of these may be used. Although it can be used selectively, onium salts and diazomethane compounds are particularly preferable.

このような酸発生剤としては、例えば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又はノナフルオロブタンスルホネート、ビス(4‐tert‐ブチルフェニル)ヨードニウムのトリフルオロメタンスルホネート又はノナフルオロブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート又はノナフルオロブタンスルホネート、トリ(4‐メチルフェニル)スルホニウムのトリフルオロメタンスルホネート又はノナフルオロブタンスルホネートなどのオニウム塩や、ビス(p‐トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(1,1‐ジメチルエチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)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(2,4‐ジメチルフェニルスルホニル)ジアゾメタンなどのジアゾメタン系化合物を挙げることができる。これらの中で特に好ましいのは、分解点250℃以下のオニウム塩例えば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、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、ビス(p‐t‐ブチルフェニル)ヨードニウムの7,7‐ジメチル‐ビシクロ‐[2,2,1]‐ヘプタン‐2‐オン‐1‐スルホン酸塩などである。   Examples of such an acid generator include diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate, bis (4-tert-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate, and triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate or nonafluorobutanesulfonate. Onium salts such as trifluorobutanesulfonate, trifluoromethanesulfonate of tri (4-methylphenyl) sulfonium or nonafluorobutanesulfonate, bis (p-toluenesulfonyl) diazomethane, bis (1,1-dimethylethylsulfonyl) diazomethane, bis ( Isopropylsulfonyl) diazomethane, bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, bis (2,4-dimethylphenyl) Nirusuruhoniru) can be exemplified diazomethane-based compounds such as diazomethane. Of these, particularly preferred are onium salts having a decomposition point of 250 ° C. or less, such as triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, triphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonate, and 7,7-dimethyl-bis (pt-butylphenyl) iodonium. And bicyclo- [2,2,1] -heptane-2-one-1-sulfonate.

この(B)成分の酸発生剤は、単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。その含有量は、前記(A)成分100質量部に対し、通常0.5〜20質量部、好ましくは1〜10質量部の範囲で選ばれる。この酸発生剤が0.5質量部未満では反射防止膜を形成しにくくなるし、20質量部を超えると均一な溶液とならず、保存安定性が低下する。   The acid generator (B) may be used alone or in combination of two or more. The content is selected in the range of usually 0.5 to 20 parts by mass, preferably 1 to 10 parts by mass, based on 100 parts by mass of the component (A). When the amount of the acid generator is less than 0.5 part by mass, it is difficult to form an antireflection film, and when the amount exceeds 20 parts by mass, a uniform solution is not obtained, and storage stability is reduced.

また、(C)成分の架橋剤は、本発明組成物を加熱又は焼成したときに(A)成分を架橋してハードマスク材として適切な被膜を形成しうるものであればよく、特に制限はないが、2個以上の反応性基をもつ化合物、例えばジビニルベンゼン、ジビニルスルホン、トリアクリルホルマール、グリオキザールや多価アルコールのアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルや、メラミン、尿素、ベンゾグアナミン、グリコールウリルのアミノ基の少なくとも2個がメチロール基又は低級アルコキシメチル基で置換されたものが好ましい。その中でも、特に式

Figure 2004341479
で表わされる2,4,6,8‐テトラ‐n‐ブトキシメチル‐ビシクロ[1.0.1]‐2,4,6,8‐テトラアザオクタン‐3,7‐ジオンや、式
Figure 2004341479
で表わされるヘキサメトキシメチルメラミンが好ましい。
これらの架橋剤は、(A)100質量部当り1〜10質量部の範囲内で用いるのがよい。 The crosslinking agent of the component (C) is not particularly limited as long as it can form a coating suitable as a hard mask material by crosslinking the component (A) when the composition of the present invention is heated or fired. No, but compounds having two or more reactive groups, such as divinylbenzene, divinylsulfone, triacrylformal, glyoxal, acrylic acid esters or methacrylic acid esters of polyhydric alcohols, melamine, urea, benzoguanamine, amino acids of glycoluril It is preferred that at least two of the groups are substituted with a methylol group or a lower alkoxymethyl group. Among them, especially the formula
Figure 2004341479
2,4,6,8-tetra-n-butoxymethyl-bicyclo [1.0.1] -2,4,6,8-tetraazaoctane-3,7-dione represented by the formula:
Figure 2004341479
Hexamethoxymethylmelamine represented by
These crosslinking agents are preferably used in the range of 1 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of (A).

本発明の反射防止膜形成用組成物は、上記の(A)成分、(B)成分及び(C)成分を有機溶剤に溶解して得られる溶液であるが、この際用いる有機溶剤としては、これら3成分の必要量を溶解しうるものの中から任意に選ぶことができるが、焼成条件を考慮すると沸点150℃以上のものが好ましい。この溶剤としては、例えばアセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソアミルケトンなどのケトン類や、エチレングリコール、エチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール又はジエチレングリコールモノアセテートのモノメチルエーテル、モノエチルエーテル、モノプロピルエーテル、モノブチルエーテル又はモノフェニルエーテルなどの多価アルコール類及びその誘導体や、ジオキサンのような環式エーテル類や、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチルなどのエステル類が用いられる。これらは単独で用いてもよいし、また2種以上混合して用いてもよい。
この有機溶剤は、固形分全質量に基づき1〜20倍量、好ましくは2〜10倍量の割合で使用される。
The composition for forming an antireflection film of the present invention is a solution obtained by dissolving the above components (A), (B) and (C) in an organic solvent. The necessary amounts of these three components can be arbitrarily selected from those which can be dissolved, but those having a boiling point of 150 ° C. or higher are preferable in consideration of the calcination conditions. Examples of the solvent include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, and methyl isoamyl ketone, ethylene glycol, ethylene glycol monoacetate, propylene glycol, propylene glycol monoacetate, diethylene glycol or diethylene glycol monoacetate monomethyl ether, monoethyl ether, Monopropyl ether, polyhydric alcohols such as monobutyl ether or monophenyl ether and derivatives thereof, and cyclic ethers such as dioxane, methyl lactate, ethyl lactate, methyl acetate, ethyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl pyruvate, Esters such as ethyl pyruvate are used. These may be used alone or as a mixture of two or more.
The organic solvent is used in an amount of 1 to 20 times, preferably 2 to 10 times the amount based on the total mass of the solid content.

本発明の反射防止膜形成用組成物は、ArFレーザーすなわち波長193nmの光に対する光学パラメーター(k値)が0.002〜0.95、好ましくは0.1〜0.7、さらに好ましくは0.15〜0.4の範囲内にある反射防止膜が形成されるように調整されることが必要である。この調整は、例えば(A)成分中の(a2)成分の含有割合を増減することによって行うことができる。このような範囲に調整することにより、反射防止膜の厚さを40〜200nmにしたときに低く安定な反射率を示す。 The composition for forming an antireflection film of the present invention has an optical parameter (k value) of 0.002 to 0.95, preferably 0.1 to 0.7, more preferably 0.1 to 0.7 for an ArF laser, that is, light having a wavelength of 193 nm. It must be adjusted so that an anti-reflective coating in the range of 15-0.4 is formed. This adjustment can be performed, for example, by increasing or decreasing the content ratio of the component (a 2 ) in the component (A). By adjusting to such a range, a low and stable reflectance is exhibited when the thickness of the antireflection film is set to 40 to 200 nm.

次に、本発明の反射防止膜形成用組成物には、上記の(A)成分、(B)成分及び(C)成分に加え、必要に応じさらに(D)成分として線状ポリマーを含有させることができる。   Next, the composition for forming an antireflection film of the present invention further contains a linear polymer as a component (D), if necessary, in addition to the components (A), (B) and (C). be able to.

そして、本発明組成物において、(D)成分として用いる線状ポリマーは、少なくとも水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル単位を構成単位として含むポリマー、すなわち水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルのホモポリマー又は水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルと他の共重合可能なモノマーとのコポリマーであるのが好ましい。   In the composition of the present invention, the linear polymer used as the component (D) is a polymer containing at least a hydroxyl group-containing (meth) acrylate unit as a constitutional unit, that is, a homopolymer of a hydroxyl group-containing (meth) acrylate ester or a hydroxyl group. It is preferably a copolymer of the contained (meth) acrylic acid ester and another copolymerizable monomer.

このように水酸基を含むポリマーを(D)成分として用いることにより、この水酸基が架橋助剤として高分子量化を助長し、レジスト溶剤や現像液に対する安定性が著しく向上するという効果が奏される。この効果は、特に側鎖としてアダマンチル基のような脂肪族多環式基を有する水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルを用いたときに増大する。   By using a polymer containing a hydroxyl group as the component (D), the hydroxyl group promotes a high molecular weight as a crosslinking aid, and the effect of significantly improving the stability to a resist solvent and a developing solution is exhibited. This effect is particularly enhanced when a hydroxyl group-containing (meth) acrylate having an aliphatic polycyclic group such as an adamantyl group as a side chain is used.

この線状ポリマーが水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルのコポリマーの場合、水酸基含有(メタ)アクリル酸エステルと共重合させるモノマー成分としては特に制限はなく、従来ArFレジストに用いられている公知のモノマーの中から任意に選択して用いることができる。   When the linear polymer is a copolymer of a hydroxyl group-containing (meth) acrylate, the monomer component to be copolymerized with the hydroxyl group-containing (meth) acrylate is not particularly limited, and a known monomer conventionally used in ArF resists is used. Can be arbitrarily selected and used.

上記の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル単位を含む線状ポリマーの中で特に好適なのは、(d1)一般式

Figure 2004341479
(式中、R1は水素原子又はメチル基、R2は低級アルキル基である)
で表わされる構成単位10〜60モル%、好ましくは20〜40モル%、(d2)一般式
Figure 2004341479
(式中のR3は水素原子又はメチル基である)
で表わされる構成単位30〜80モル%、好ましくは20〜50モル%、及び(d3)一般式
Figure 2004341479
(式中、R4は水素原子又はメチル基である)
で表わされる構成単位10〜50モル%、好ましくは20〜40モル%からなる線状共重合体を挙げることができる。
上記一般式(V)中のR2としては、炭素数1〜5の低級アルキル基、特にメチル基やエチル基が工業的な面から好ましい。 Among the above-mentioned linear polymers containing a hydroxyl group-containing (meth) acrylic acid ester unit, particularly preferred are those represented by the general formula (d 1 )
Figure 2004341479
(Wherein, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 is a lower alkyl group)
10 to 60 mol%, preferably 20 to 40 mol%, of a structural unit represented by the formula: (d 2 )
Figure 2004341479
(Wherein R 3 is a hydrogen atom or a methyl group)
30 to 80 mol%, preferably 20 to 50 mol%, represented by the following formula: and (d 3 )
Figure 2004341479
(Wherein R 4 is a hydrogen atom or a methyl group)
And a linear copolymer consisting of 10 to 50 mol%, preferably 20 to 40 mol%, represented by the following formula:
As R 2 in the general formula (V), a lower alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, particularly a methyl group or an ethyl group is preferable from an industrial viewpoint.

この(D)成分の線状ポリマーは、質量平均分子量5000〜20000の範囲のものが好ましい。
この(D)成分は、(A)成分100質量部当り10〜100質量部の割合で配合される。
The linear polymer of the component (D) preferably has a weight average molecular weight of 5,000 to 20,000.
The component (D) is blended at a ratio of 10 to 100 parts by mass per 100 parts by mass of the component (A).

次に、本発明の反射防止膜形成用組成物には、上記した(A)成分、(B)成分及び(C)成分、場合により配合される(D)成分に加えて、さらにその分散性及び塗膜均一性を付与するために慣用のイオン性又は非イオン性界面活性剤を含有させることができる。   Next, in addition to the components (A), (B) and (C), and optionally the component (D), the composition for forming an antireflection film of the present invention further has a dispersibility. Conventional ionic or non-ionic surfactants can be added to impart coating uniformity.

これらの界面活性剤は、固体分合計量100質量部当り0.05〜1.0質量部の割合で添加される。   These surfactants are added at a ratio of 0.05 to 1.0 part by mass per 100 parts by mass of the total solid content.

本発明の反射防止膜形成用組成物は、シリコンウエーハのような基材上に慣用のスピンコーティング法を用いて簡単に塗布することができ、所望厚さの反射防止膜を形成させることができる。これまでのレジストプロセスにおいては、蒸着により基材上に酸化膜を形成し、その上にレジスト膜を施すことが必要であったことを考えれば、非常に簡便化されていることが分る。   The composition for forming an antireflection film of the present invention can be easily applied to a substrate such as a silicon wafer by using a conventional spin coating method, and can form an antireflection film having a desired thickness. . Considering that it has been necessary to form an oxide film on a base material by vapor deposition and apply a resist film on the oxide film in the conventional resist process, it can be seen that the process is extremely simplified.

この反射防止膜を形成するには、基材上に回転塗布し、乾燥後、溶剤の沸点以下、例えば100〜120℃において、60〜120秒間、次いで200〜250℃において、60〜120秒間加熱する多段階加熱法を用いるのがよい。このようにして、厚さ40〜200nmの反射防止膜を形成したのち、常法によりこの上にレジスト膜を100〜300nmの厚さで設けてレジスト材料を製造する。この場合、基材上に先ず200〜600nmの厚さに有機膜を設け、その有機膜とレジスト膜の中間層として、上記の反射防止膜を形成させることにより、三層レジスト材料とすることもできる。   In order to form this antireflection film, it is spin-coated on a substrate, dried and heated at a temperature lower than the boiling point of the solvent, for example, at 100 to 120 ° C for 60 to 120 seconds, and then at 200 to 250 ° C for 60 to 120 seconds. It is preferable to use a multi-stage heating method. After forming an antireflection film having a thickness of 40 to 200 nm in this manner, a resist material is provided thereon with a thickness of 100 to 300 nm by a conventional method to produce a resist material. In this case, a three-layer resist material may be formed by first providing an organic film with a thickness of 200 to 600 nm on the base material, and forming the antireflection film as an intermediate layer between the organic film and the resist film. it can.

このような反射防止膜形成用組成物に用いられる(A)成分のラダー型シリコーン共重合体は、反射防止膜形成用組成物の基材樹脂成分、特に該組成物のArFレーザーすなわち波長193nmの光に対する光学パラメーター(k値)を0.002〜0.95に調整する場合の成分として重要であり、そのような調整を効果的に行うことができる。また、該共重合体におけるシリコン含有率が高く、O2プラズマ耐性が高く好ましい。
該ラダー型シリコーン共重合体はそれ自体公知の方法、例えば特許第2567984号公報の製造例1に記載の方法で合成できる。
The ladder-type silicone copolymer of the component (A) used in the composition for forming an antireflection film is a base resin component of the composition for forming an antireflection film, particularly an ArF laser of the composition, that is, a 193 nm wavelength. This is important as a component when the optical parameter (k value) for light is adjusted to 0.002 to 0.95, and such adjustment can be performed effectively. Further, the copolymer has a high silicon content and a high O 2 plasma resistance, which is preferable.
The ladder-type silicone copolymer can be synthesized by a method known per se, for example, the method described in Production Example 1 of Japanese Patent No. 2567984.

また、(A)成分のラダー型シリコーン共重合体の中で、(ヒドロキシフェニルアルキル)シルセスキオキサン単位及びアルキルシルセスキオキサン単位の組合せを含む共重合体は文献未載の新規化合物である。本発明の反射防止膜形成用組成物に用いるには、(ヒドロキシフェニルアルキル)シルセスキオキサン単位とアルキルシルセスキオキサン単位との含有割合はモル比で10:90ないし90:10の範囲のものが好ましく、またその中でも質量平均分子量が1500〜30000、特に3000〜20000で、分散度が1.0〜5.0、特に1.2〜3.0の範囲にあるものが好ましい。   Further, among the ladder-type silicone copolymers of the component (A), a copolymer containing a combination of a (hydroxyphenylalkyl) silsesquioxane unit and an alkylsilsesquioxane unit is a novel compound not described in any literature. . For use in the composition for forming an antireflection film of the present invention, the content ratio of (hydroxyphenylalkyl) silsesquioxane units to alkylsilsesquioxane units is in the range of 10:90 to 90:10 by molar ratio. Those having a mass average molecular weight of 1500 to 30,000, particularly 3000 to 20,000, and a dispersity of 1.0 to 5.0, particularly 1.2 to 3.0 are preferred.

本発明によると、慣用のレジストコーターを用いたスピンコーティング法により、簡単に塗布することができ、保存安定性、酸素プラズマエッチング耐性がよく、優れたプロファイル形状のマスクパターンを与えることができ、しかも有機溶剤に分散よく溶解させた溶液に調製しているため、放射線を吸収する発色団の導入が容易で、反射防止能力の調整が可能な反射防止膜形成用組成物提供される。 According to the present invention, it can be easily applied by a spin coating method using a conventional resist coater, storage stability, oxygen plasma etching resistance is good, and a mask pattern having an excellent profile shape can be provided. Since the solution is prepared in a well-dispersed solution in an organic solvent, it is easy to introduce a chromophore that absorbs radiation, and a composition for forming an antireflection film capable of adjusting the antireflection ability is provided.

次に、実施例により本発明を実施するための最良の形態をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によりなんら限定されるものではない。
なお、各実施例においては、酸発生剤(B)成分、架橋剤(C)成分及び線状ポリマー(D)成分として以下に示す化合物を用いた。
Next, best modes for carrying out the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
In each example, the following compounds were used as the acid generator (B) component, the crosslinking agent (C) component, and the linear polymer (D) component.

(1)酸発生剤;
(B)成分

Figure 2004341479
(2)架橋剤;
(C1)成分
Figure 2004341479
又は
(C2)成分
Figure 2004341479
(3)線状ポリマー;
(D)成分
2‐エチル‐2‐アダマンチルアクリレート単位、一般式(VI)におけるR3が水素原子である単位及び3‐ヒドロキシ‐1‐アダマンチルアクリレート単位をそれぞれ30モル%、40モル%及び30モル%含むアクリレートタイプポリマー
質量平均分子量10000 (1) an acid generator;
(B) component
Figure 2004341479
(2) a crosslinking agent;
(C 1 ) component
Figure 2004341479
Or (C 2 ) component
Figure 2004341479
(3) linear polymers;
(D) Component 2-ethyl-2-adamantyl acrylate unit, 30 mol%, 40 mol% and 30 mol of a unit in which R 3 in the general formula (VI) is a hydrogen atom and a 3-hydroxy-1-adamantyl acrylate unit, respectively. % Acrylate type polymer Mass average molecular weight 10,000

なお、各実施例における光学パラメーター(k値:消衰係数)は以下の方法により測定した数値である。
すなわち、試料を8インチシリコンウエーハ上に塗布して膜厚50nmの塗膜を形成させ、スペクトロスコピックエリプソメトリー(J.A.WOOLLAM社製、「VUV−VASE」)により測定し、同社製の解析ソフトウェア(WVASE32)により解析した。
The optical parameter (k value: extinction coefficient) in each example is a value measured by the following method.
That is, the sample was applied on an 8-inch silicon wafer to form a coating film having a thickness of 50 nm, which was measured by spectroscopic ellipsometry (“VUV-VASE”, manufactured by JA WOOLLAM Co., Ltd.). Analysis was performed using analysis software (WVASE32).

参考例1
かきまぜ機、還流冷却器、滴下漏斗及び温度計を備えた500ml三つ口フラスコに、炭酸水素ナトリウム1.00モル(84.0g)と水400mlを投入し、次いで滴下漏斗からp‐メトキシベンジルトリクロロシラン0.36モル(92.0g)とフェニルトリクロロシラン0.14モル(29.6g)とをジエチルエーテル100mlに溶かして得た溶液を2時間にわたってかきまぜながら滴下したのち、1時間加熱還流した。反応終了後、反応混合物から反応生成物をジエチルエーテルで抽出し、この抽出液からジエチルエーテルを減圧下に留去し、加水分解生成物を回収した。
このようにして得た加水分解生成物に10質量%−水酸化カリウム水溶液0.33gを加え、200℃で2時間加熱することにより、p‐メトキシベンジルシルセスキオキサン単位72モル%とフェニルシルセスキオキサン単位28モル%からなる共重合体A1(64.4g)を製造した。共重合体A1のプロトンNMR、赤外吸収スペクトル、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)の分析結果を以下に示す。
1H−NMR(DMSO−d6):δ=2.70ppm(−CH2−)、3.50ppm(−OCH3)、6.00〜7.50ppm(ベンゼン環)
IR(cm-1):ν=1178(−OCH3)、1244,1039(−SiO−)
質量平均分子量(Mw):7500、分散度(Mw/Mn):1.8
Reference Example 1
Into a 500 ml three-necked flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, a dropping funnel and a thermometer, 1.00 mol (84.0 g) of sodium hydrogencarbonate and 400 ml of water were charged, and then p-methoxybenzyltriethyl was added from the dropping funnel. A solution obtained by dissolving 0.36 mol (92.0 g) of chlorosilane and 0.14 mol (29.6 g) of phenyltrichlorosilane in 100 ml of diethyl ether was added dropwise with stirring over 2 hours, and the mixture was heated under reflux for 1 hour. After completion of the reaction, the reaction product was extracted from the reaction mixture with diethyl ether, and diethyl ether was distilled off from the extract under reduced pressure to collect a hydrolysis product.
0.33 g of a 10% by mass aqueous solution of potassium hydroxide was added to the hydrolysis product thus obtained, and the mixture was heated at 200 ° C. for 2 hours, whereby 72 mol% of p-methoxybenzylsilsesquioxane unit and phenylsilyl were added. A copolymer A 1 (64.4 g) consisting of 28 mol% of sesquioxane units was produced. Proton NMR of the copolymer A 1, infrared absorption spectrum, the analysis of GPC (gel permeation chromatography) are shown below.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ): δ = 2.70 ppm (—CH 2 —), 3.50 ppm (—OCH 3 ), 6.00 to 7.50 ppm (benzene ring)
IR (cm -1 ): ν = 1178 (-OCH 3 ), 1244, 1039 (-SiO-)
Mass average molecular weight (Mw): 7500, degree of dispersion (Mw / Mn): 1.8

次に、この共重合体A1をアセトニトリル150mlに溶解して得た溶液に、トリメチルシリルヨード0.4モル(80.0g)を加え、還流下で24時間かきまぜたのち、水50mlを加え、さらに12時間還流下でかきまぜて反応させた。冷却後、亜硫酸水素ナトリウム水溶液で遊離のヨウ素を還元したのち、有機層を分離し、溶媒を留去した。残留物をアセトンとn‐ヘキサンで再沈し、減圧加熱乾燥することにより、p‐ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン単位72モル%とフェニルシルセスキオキサン単位28モル%からなる共重合体A2(39.0g)を製造した。共重合体A2のプロトンNMR、赤外吸収スペクトル、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)の分析結果を以下に示す。
1H−NMR(DMSO−d6):δ=2.70ppm(−CH2−)、6.00〜7.50ppm(ベンゼン環)、8.90ppm(−OH)
IR(cm-1):ν=3300(−OH)、1244,1047(−SiO−)
質量平均分子量(Mw):7000、分散度(Mw/Mn):1.8
Then, the copolymer A 1 to a solution obtained by dissolving in acetonitrile 150 ml, was added trimethylsilyl iodide 0.4 mol (80.0 g), After stirring 24 hours under reflux, water 50ml was added, further The mixture was stirred and reacted under reflux for 12 hours. After cooling, free iodine was reduced with an aqueous solution of sodium hydrogen sulfite, then the organic layer was separated and the solvent was distilled off. The residue was reprecipitated with acetone and n-hexane, and dried by heating under reduced pressure to obtain a copolymer A 2 (p-hydroxybenzylsilsesquioxane unit: 72 mol% and phenyl silsesquioxane unit: 28 mol%) 39.0 g). Proton NMR of the copolymer A 2, infrared absorption spectrum, the analysis of GPC (gel permeation chromatography) are shown below.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ): δ = 2.70 ppm (—CH 2 —), 6.00 to 7.50 ppm (benzene ring), 8.90 ppm (—OH)
IR (cm -1 ): ν = 3300 (-OH), 1244, 1047 (-SiO-)
Weight average molecular weight (Mw): 7000, degree of dispersion (Mw / Mn): 1.8

参考例2
参考例1で製造した共重合体A1をアセトニトリル150mlに溶解して得た溶液に、トリメチルシリルヨード0.250モル(50.0g)を加え、還流下で24時間かきまぜたのち、水50mlを加え、さらに12時間還流下でかきまぜて反応させた。冷却後、亜硫酸水素ナトリウム水溶液で遊離のヨウ素を還元したのち、有機層を分離し、溶媒を留去した。残留物をアセトンとn‐ヘキサンで再沈し、減圧加熱乾燥することにより、p‐ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン単位36モル%とp‐メトキシベンジルシルセスキオキサン単位36モル%とフェニルシルセスキオキサン単位28モル%からなる共重合体A3(40.3g)を製造した。共重合体 3 のプロトンNMR、赤外吸収スペクトル、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)の分析結果を以下に示す。
1H−NMR(DMSO−d6):δ=2.70ppm(−CH2−)、3.50ppm(−OCH3)、6.00〜7.50ppm(ベンゼン環)、8.90ppm(−OH)
IR(cm-1):ν=3300(−OH)、1178(−OCH3)、1244,1047(−SiO−)
質量平均分子量(Mw):7000、分散度(Mw/Mn):1.8
Reference Example 2
To a solution of the copolymer A 1 prepared in Reference Example 1 was obtained by dissolving in acetonitrile 150 ml, was added trimethylsilyl iodide 0.250 mol (50.0 g), After stirring 24 hours under reflux, water 50ml was added The reaction was further stirred for 12 hours under reflux. After cooling, free iodine was reduced with an aqueous solution of sodium hydrogen sulfite, then the organic layer was separated and the solvent was distilled off. The residue was reprecipitated with acetone and n-hexane, and dried by heating under reduced pressure to obtain 36 mol% of p-hydroxybenzylsilsesquioxane unit, 36 mol% of p-methoxybenzylsilsesquioxane unit and phenylsilsesquioxane. A copolymer A 3 (40.3 g) consisting of 28 mol% of sun units was produced. Proton NMR of the copolymer A 3, infrared absorption spectrum, the analysis of GPC (gel permeation chromatography) are shown below.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ): δ = 2.70 ppm (—CH 2 —), 3.50 ppm (—OCH 3 ), 6.00 to 7.50 ppm (benzene ring), 8.90 ppm (—OH )
IR (cm -1): ν = 3300 (-OH), 1178 (-OCH 3), 1244,1047 (-SiO-)
Weight average molecular weight (Mw): 7000, degree of dispersion (Mw / Mn): 1.8

参考例3
参考例1で製造した共重合体A1をアセトニトリル150mlに溶解して得た溶液に、トリメチルシリルヨード0.347モル(69.4g)を加え、還流下で24時間かきまぜたのち、水50mlを加え、さらに12時間還流下でかきまぜて反応させた。冷却後、亜硫酸水素ナトリウム水溶液で遊離のヨウ素を還元したのち、有機層を分離し、溶媒を留去した。残留物をアセトンとn‐ヘキサンで再沈し、減圧加熱乾燥することにより、p‐ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン単位50モル%とp‐メトキシベンジルシルセスキオキサン単位22モル%とフェニルシルセスキオキサン単位28モル%からなる共重合体A4(39.8g)を製造した。共重合体A4のプロトンNMR、赤外吸収スペクトル、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)の分析結果を以下に示す。
1H−NMR(DMSO−d6):δ=2.70ppm(−CH2−)、3.50ppm(−OCH3)、6.00〜7.50ppm(ベンゼン環)、8.90ppm(−OH)
IR(cm-1):ν=3300(−OH)、1178(−OCH3)、1244,1047(−SiO−)
質量平均分子量(Mw):7000、分散度(Mw/Mn):1.8
Reference Example 3
To a solution of the copolymer A 1 prepared in Reference Example 1 was obtained by dissolving in acetonitrile 150 ml, was added trimethylsilyl iodide 0.347 mol (69.4 g), After stirring 24 hours under reflux, water 50ml was added The reaction was further stirred for 12 hours under reflux. After cooling, free iodine was reduced with an aqueous solution of sodium hydrogen sulfite, then the organic layer was separated and the solvent was distilled off. The residue was reprecipitated with acetone and n-hexane, and dried by heating under reduced pressure to give 50 mol% of p-hydroxybenzylsilsesquioxane unit, 22 mol% of p-methoxybenzylsilsesquioxane unit and phenylsilsesquioxane. A copolymer A 4 (39.8 g) consisting of 28 mol% of sun units was produced. Proton NMR of the copolymer A 4, infrared absorption spectrum, the analysis of GPC (gel permeation chromatography) are shown below.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ): δ = 2.70 ppm (—CH 2 —), 3.50 ppm (—OCH 3 ), 6.00 to 7.50 ppm (benzene ring), 8.90 ppm (—OH )
IR (cm -1): ν = 3300 (-OH), 1178 (-OCH 3), 1244,1047 (-SiO-)
Weight average molecular weight (Mw): 7000, degree of dispersion (Mw / Mn): 1.8

参考例4
かきまぜ機、還流冷却器、滴下漏斗及び温度計を備えた500ml三つ口フラスコに、炭酸水素ナトリウム1.00モル(84.0g)と水400mlを投入し、次いで滴下漏斗からp‐メトキシベンジルトリクロロシラン0.36モル(92.0g)とn‐プロピルトリクロロシラン0.14モル(24.9g)とをジエチルエーテル100mlに溶かして得た溶液を2時間にわたってかきまぜながら滴下したのち、1時間加熱還流した。反応終了後、反応生成物をジエチルエーテルで抽出し、抽出液からジエチルエーテルを減圧下に留去した。
このようにして得た加水分解生成物に10質量%−水酸化カリウム水溶液0.33gを加え、200℃で2時間加熱することにより、p‐メトキシベンジルシルセスキオキサン単位72モル%とn‐プロピルシルセスキオキサン単位28モル%からなる共重合体A5(60.6g)を製造した。共重合体A5のプロトンNMR、赤外吸収スペクトル、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)の分析結果を以下に示す。
1H−NMR(DMSO−d6):δ=1.00〜2.00ppm(−n−Propyl)、2.70ppm(−CH2−)、3.50ppm(−OCH3)、6.00〜7.50ppm(ベンゼン環)
IR(cm-1):ν=1178(−OCH3)、1244,1039(−SiO−)
質量平均分子量(Mw):7500、分散度(Mw/Mn):1.8
Reference example 4
Into a 500 ml three-necked flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, a dropping funnel and a thermometer, 1.00 mol (84.0 g) of sodium hydrogencarbonate and 400 ml of water were charged, and then p-methoxybenzyltriethyl was added from the dropping funnel. A solution obtained by dissolving 0.36 mol (92.0 g) of chlorosilane and 0.14 mol (24.9 g) of n-propyltrichlorosilane in 100 ml of diethyl ether was added dropwise with stirring over 2 hours, and then heated to reflux for 1 hour. did. After completion of the reaction, the reaction product was extracted with diethyl ether, and diethyl ether was distilled off from the extract under reduced pressure.
0.33 g of a 10 mass% aqueous potassium hydroxide solution was added to the hydrolysis product thus obtained, and the mixture was heated at 200 ° C. for 2 hours, whereby 72 mol% of p-methoxybenzylsilsesquioxane unit and n- a copolymer consisting of propyl silsesquioxane units 28 mol% was prepared a 5 (60.6g). Proton NMR of the copolymer A 5, the infrared absorption spectrum, the analysis of GPC (gel permeation chromatography) are shown below.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ): δ = 1.00 to 2.00 ppm (-n-Propyl), 2.70 ppm (-CH 2- ), 3.50 ppm (-OCH 3 ), 6.00 7.50 ppm (benzene ring)
IR (cm -1 ): ν = 1178 (-OCH 3 ), 1244, 1039 (-SiO-)
Mass average molecular weight (Mw): 7500, degree of dispersion (Mw / Mn): 1.8

次に、この共重合体A5をアセトニトリル150mlに溶解して得た溶液に、トリメチルシリルヨード0.4モル(80.0g)を加え、還流下で24時間かきまぜたのち、水50mlを加え、さらに12時間還流下でかきまぜて反応させた。冷却後、亜硫酸水素ナトリウム水溶液で遊離のヨウ素を還元したのち、有機層を分離し、溶媒を留去した。残留物をアセトンとn‐ヘキサンで再沈し、減圧加熱乾燥することにより、p‐ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン単位72モル%とn‐プロピルシルセスキオキサン単位28モル%からなる共重合体A6(36.6g)を製造した。共重合体A6のプロトンNMR、赤外吸収スペクトル、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)の分析結果を以下に示す。
1H−NMR(DMSO−d6):δ=1.00〜2.00ppm(−n−Propyl)、2.70ppm(−CH2−)、6.00〜7.50ppm(ベンゼン環)、8.90ppm(−OH)
IR(cm-1):ν=3300(−OH)、1244,1047(−SiO−)
質量平均分子量(Mw):7000、分散度(Mw/Mn):1.8
Then, the copolymer A 5 solution obtained by dissolving in acetonitrile 150 ml, was added trimethylsilyl iodide 0.4 mol (80.0 g), After stirring 24 hours under reflux, water 50ml was added, further The mixture was stirred and reacted under reflux for 12 hours. After cooling, free iodine was reduced with an aqueous solution of sodium hydrogen sulfite, then the organic layer was separated and the solvent was distilled off. The residue was reprecipitated with acetone and n-hexane, and dried by heating under reduced pressure to give a copolymer A comprising 72 mol% of p-hydroxybenzylsilsesquioxane units and 28 mol% of n-propylsilsesquioxane units. 6 (36.6 g) was produced. The analysis results of the proton A, infrared absorption spectrum and GPC (gel permeation chromatography) of the copolymer A 6 are shown below.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ): δ = 1.00 to 2.00 ppm (-n-Propyl), 2.70 ppm (-CH 2- ), 6.00 to 7.50 ppm (benzene ring), 8 .90 ppm (-OH)
IR (cm -1 ): ν = 3300 (-OH), 1244, 1047 (-SiO-)
Weight average molecular weight (Mw): 7000, degree of dispersion (Mw / Mn): 1.8

参考例
かきまぜ機、還流冷却器、滴下漏斗及び温度計を備えた500ml三つ口フラスコに、炭酸水素ナトリウム1.00モル(84.0g)と水400mlを投入し、次いで滴下漏斗からp‐メトキシベンジルトリクロロシラン0.32モル(81.8g)とフェニルトリクロロシラン0.18モル(38.1g)とをジエチルエーテル100mlに溶かして得た溶液を2時間にわたってかきまぜながら滴下したのち、1時間加熱還流した。反応終了後、反応生成物をジエチルエーテルで抽出し、抽出液からジエチルエーテルを減圧下に留去した。
このようにして得た加水分解生成物に10質量%−水酸化カリウム水溶液0.33gを加え、200℃で2時間加熱することにより、p‐メトキシベンジルシルセスキオキサン単位64モル%とフェニルシルセスキオキサン単位36モル%からなる共重合体A7(62.9g)を製造した。共重合体A7のプロトンNMR、赤外吸収スペクトル、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)の分析結果を以下に示す。
1H−NMR(DMSO−d6):δ=2.70ppm(−CH2−)、3.50ppm(−OCH3)、6.00〜7.50ppm(ベンゼン環)
IR(cm-1):ν=1178(−OCH3)、1244,1039(−SiO−)
質量平均分子量(Mw):7500、分散度(Mw/Mn):1.8
Reference example 5
Into a 500 ml three-necked flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, a dropping funnel and a thermometer, 1.00 mol (84.0 g) of sodium hydrogencarbonate and 400 ml of water were charged, and then p-methoxybenzyltriethyl was added from the dropping funnel. A solution obtained by dissolving 0.32 mol (81.8 g) of chlorosilane and 0.18 mol (38.1 g) of phenyltrichlorosilane in 100 ml of diethyl ether was added dropwise with stirring over 2 hours, and the mixture was heated under reflux for 1 hour. After completion of the reaction, the reaction product was extracted with diethyl ether, and diethyl ether was distilled off from the extract under reduced pressure.
0.33 g of a 10% by mass-aqueous potassium hydroxide solution was added to the hydrolysis product thus obtained, and heated at 200 ° C. for 2 hours, whereby 64 mol% of p-methoxybenzylsilsesquioxane unit and phenylsilyl A copolymer A 7 (62.9 g) consisting of 36 mol% of sesquioxane units was produced. Proton NMR of the copolymer A 7, infrared absorption spectrum, the analysis of GPC (gel permeation chromatography) are shown below.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ): δ = 2.70 ppm (—CH 2 —), 3.50 ppm (—OCH 3 ), 6.00 to 7.50 ppm (benzene ring)
IR (cm -1 ): ν = 1178 (-OCH 3 ), 1244, 1039 (-SiO-)
Mass average molecular weight (Mw): 7500, degree of dispersion (Mw / Mn): 1.8

次に、この共重合体A7をアセトニトリル150mlに溶解して得た溶液に、トリメチルシリルヨード0.4モル(80.0g)を加え、還流下で24時間かきまぜたのち、水50mlを加え、さらに12時間還流下でかきまぜて反応させた。冷却後、亜硫酸水素ナトリウム水溶液で遊離のヨウ素を還元したのち、有機層を分離し、溶媒を留去した。残留物をアセトンとn‐ヘキサンで再沈し、減圧加熱乾燥することにより、p‐ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン単位64モル%とフェニルシルセスキオキサン単位36モル%からなる共重合体A8(38.4g)を製造した。共重合体A8のプロトンNMR、赤外吸収スペクトル、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)の分析結果を以下に示す。
1H−NMR(DMSO−d6):δ=2.70ppm(−CH2−)、6.00〜7.50ppm(ベンゼン環)、8.90ppm(−OH)
IR(cm-1):ν=3300(−OH)、1244,1047(−SiO−)
質量平均分子量(Mw):7000、分散度(Mw/Mn):1.8
Then, the copolymer A 7 in a solution obtained by dissolving in acetonitrile 150 ml, was added trimethylsilyl iodide 0.4 mol (80.0 g), After stirring 24 hours under reflux, water 50ml was added, further The mixture was stirred and reacted under reflux for 12 hours. After cooling, free iodine was reduced with an aqueous solution of sodium hydrogen sulfite, then the organic layer was separated and the solvent was distilled off. The residue was reprecipitated with acetone and n-hexane, and dried by heating under reduced pressure to obtain a copolymer A 8 (64 mol% of p-hydroxybenzylsilsesquioxane units and 36 mol% of phenylsilsesquioxane units) ( 38.4 g). Proton NMR of the copolymer A 8, the infrared absorption spectrum, the analysis of GPC (gel permeation chromatography) are shown below.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ): δ = 2.70 ppm (—CH 2 —), 6.00 to 7.50 ppm (benzene ring), 8.90 ppm (—OH)
IR (cm -1 ): ν = 3300 (-OH), 1244, 1047 (-SiO-)
Weight average molecular weight (Mw): 7000, degree of dispersion (Mw / Mn): 1.8

ラダー型シリコーン共重合体すなわち(A)成分として、p‐ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン単位72モル%とフェニルシルセスキオキサン単位28モル%からなる参考例1の共重合体A2(質量平均分子量7000)を用い、この(A)成分83質量部と上記酸発生剤として(B)成分3質量部と架橋剤として(C1)成分5質量部とを加え、さらに(D)成分として上記アクリレートタイプポリマー17質量部を加えて得た混合物を、プロピレングリコールモノプロピルエーテル300質量部に溶解して、反射防止膜形成用組成物を調製した。
次に、シリコンウエーハ上に慣用のレジストコーターを用いて上記の組成物を塗布し、100℃で90秒、続いて250℃で90秒の条件下で2段階の加熱処理を行うことにより、厚さ55nmの反射防止膜を形成させた。
この反射防止膜の光学パラメーター(k値)は0.67であった。
このようにして異なった厚さの塗膜を形成させ、厚さに対する反射率を測定し、グラフとして図1に示す。
この図から分るように、k値が0.67の場合、使用膜厚範囲40〜150nmにおいて安定な低反射率を示す。
The ladder type silicone copolymer, that is, the copolymer A 2 of Reference Example 1 comprising 72 mol% of p-hydroxybenzylsilsesquioxane units and 28 mol% of phenyl silsesquioxane units (weight average molecular weight) as the component (A) 7000), 83 parts by weight of the component (A), 3 parts by weight of the component (B) as the acid generator, and 5 parts by weight of the component (C 1 ) as a crosslinking agent, and the acrylate as the component (D). The mixture obtained by adding 17 parts by mass of the type polymer was dissolved in 300 parts by mass of propylene glycol monopropyl ether to prepare a composition for forming an antireflection film.
Next, the above-mentioned composition is applied on a silicon wafer using a conventional resist coater, and a two-stage heat treatment is performed at 100 ° C. for 90 seconds, and then at 250 ° C. for 90 seconds to obtain a thick film. An antireflection film having a thickness of 55 nm was formed.
The optical parameter (k value) of this antireflection film was 0.67.
In this manner, coating films having different thicknesses were formed, and the reflectance with respect to the thickness was measured. The results are shown in FIG. 1 as a graph.
As can be seen from the figure, when the k value is 0.67, a stable low reflectance is exhibited in the used film thickness range of 40 to 150 nm.

(A)成分として、p‐ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン単位36モル%とp‐メトキシベンジルシルセスキオキサン単位36モル%とフェニルシルセスキオキサン単位28モル%からなる参考例2の共重合体A3(質量平均分子量7000)を用い、この(A)成分100質量部と酸発生剤として前記(B)成分3質量部と架橋剤として前記(C1)成分5質量部とを、プロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテートとプロピレングリコールモノメチルエーテルとの混合物(質量比40/60)300質量部に溶解することにより反射防止膜形成用組成物を調製した。
次に、シリコンウエーハ上に慣用のレジストコーターを用いて上記の組成物を塗布し、100℃で90秒、続いて250℃で90秒の条件下で2段階で加熱処理を行うことにより、厚さ約50nmの反射防止膜を形成させた。
この反射防止膜の光学パラメーター(k値)は0.67であった。
(A) The copolymer of Reference Example 2 comprising 36 mol% of p-hydroxybenzylsilsesquioxane units, 36 mol% of p-methoxybenzylsilsesquioxane units and 28 mol% of phenylsilsesquioxane units as the component. A 3 (mass average molecular weight 7000) was used, and 100 parts by mass of the component (A), 3 parts by mass of the component (B) as an acid generator, and 5 parts by mass of the component (C 1 ) as a crosslinking agent were mixed with propylene glycol. The composition for forming an antireflection film was prepared by dissolving in 300 parts by mass of a mixture of monomethyl ether monoacetate and propylene glycol monomethyl ether (mass ratio 40/60).
Next, the above composition is applied on a silicon wafer using a conventional resist coater, and is subjected to a heat treatment in two stages under the conditions of 100 ° C. for 90 seconds, and then 250 ° C. for 90 seconds. An antireflection film having a thickness of about 50 nm was formed.
The optical parameter (k value) of this antireflection film was 0.67.

(A)成分として、p‐ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン単位50モル%とp‐メトキシベンジルシルセスキオキサン単位22モル%とフェニルシルセスキオキサン単位28モル%からなる参考例3の共重合体A4(質量平均分子量7000)を用い、この(A)成分100質量部と酸発生剤として前記(B)成分3質量部と架橋剤として前記(C1)成分5質量部とを、プロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテート300質量部に溶解することにより反射防止膜形成用組成物を調製した。
この組成物を、実施例と同様にしてシリコンウエーハ上に塗布し、100℃で90秒間加熱後、230℃で90秒間加熱することにより、厚さ70nmの反射防止膜を形成させた。この反射防止膜の光学パラメーター(k値)は0.90であった。
(A) The copolymer of Reference Example 3 comprising 50 mol% of p-hydroxybenzylsilsesquioxane units, 22 mol% of p-methoxybenzylsilsesquioxane units and 28 mol% of phenylsilsesquioxane units as the component. a 4 using (weight average molecular weight 7000), and the said component (a) 100 parts by weight of an acid generator component (B) 3 parts by weight and the as a crosslinking agent (C 1) component, 5 parts by mass propylene glycol The composition for forming an antireflection film was prepared by dissolving in 300 parts by mass of monomethyl ether monoacetate.
This composition was applied on a silicon wafer in the same manner as in Example 1 , heated at 100 ° C. for 90 seconds, and then heated at 230 ° C. for 90 seconds to form an antireflection film having a thickness of 70 nm. The optical parameter (k value) of this antireflection film was 0.90.

加熱処理を250℃で90秒間の1段階での加熱処理に変えた以外は、実施例と全く同様にして厚さ70nmの反射防止膜を形成させた。
この反射防止膜の光学パラメーター(k値)は0.90であった。
An anti-reflection film having a thickness of 70 nm was formed in exactly the same manner as in Example 3 , except that the heat treatment was changed to a single-stage heat treatment at 250 ° C. for 90 seconds.
The optical parameter (k value) of this antireflection film was 0.90.

(A)成分として、参考例4で得た共重合体A683質量部と酸発生剤として前記(B)成分3質量部と架橋剤として前記(C1)成分5質量部とを加え、さらに線状ポリマーとして前記(D)成分17質量部を加えて得た混合物を、プロピレングリコールモノプロピルエーテル300質量部に溶解して、反射防止膜形成用組成物を調製した。次に、シリコンウエーハ上に慣用のレジストコーターを用いて上記の組成物を塗布し、100℃で90秒、続いて250℃で90秒の条件下で2段階で加熱処理を行うことにより、厚さ55nmの反射防止膜を形成させた。
この反射防止膜の光学パラメーター(k値)は0.55であった。
As the component (A), 83 parts by mass of the copolymer A 6 obtained in Reference Example 4 , 3 parts by mass of the component (B) as an acid generator, and 5 parts by mass of the component (C 1 ) as a crosslinking agent were added. Further, a mixture obtained by adding 17 parts by mass of the component (D) as a linear polymer was dissolved in 300 parts by mass of propylene glycol monopropyl ether to prepare a composition for forming an antireflection film. Next, the above composition is applied on a silicon wafer using a conventional resist coater, and is subjected to a heat treatment in two stages under the conditions of 100 ° C. for 90 seconds, and then 250 ° C. for 90 seconds. An antireflection film having a thickness of 55 nm was formed.
The optical parameter (k value) of this antireflection film was 0.55.

(A)成分として、p‐ヒドロキシベンジルシルセスキオキサン単位64モル%とフェニルシルセスキオキサン単位36モル%からなる参考例の共重合体A8(質量平均分子量7000)を用い、この(A)成分83質量部と酸発生剤として前記(B)成分3質量部と架橋剤として前記(C2)成分5質量部とを加え、さらに線状ポリマーとして前記(D)成分17質量部を加えて得た混合物を、プロピレングリコールモノプロピルエーテル300質量部に溶解して、反射防止膜形成用組成物を調製した。次に、シリコンウエーハ上に慣用のレジストコーターを用いて上記の組成物を塗布し、100℃で90秒、続いて250℃で90秒の条件下で2段階で加熱処理を行うことにより、厚さ75nmの反射防止膜を形成させた。
この反射防止膜の光学パラメーター(k値)は0.49であった。
As the component (A), a copolymer A 8 (mass average molecular weight 7000) of Reference Example 5 consisting of 64 mol% of p-hydroxybenzylsilsesquioxane units and 36 mol% of phenylsilsesquioxane units was used. A) 83 parts by weight of the component, 3 parts by weight of the component (B) as an acid generator, and 5 parts by weight of the component (C 2 ) as a crosslinking agent, and 17 parts by weight of the component (D) as a linear polymer The obtained mixture was dissolved in 300 parts by mass of propylene glycol monopropyl ether to prepare a composition for forming an antireflection film. Next, the above composition is applied on a silicon wafer using a conventional resist coater, and is subjected to a heat treatment in two stages under the conditions of 100 ° C. for 90 seconds, and then 250 ° C. for 90 seconds. An antireflection film having a thickness of 75 nm was formed.
The optical parameter (k value) of this antireflection film was 0.49.

比較例
反射防止膜形成用組成物として、市販のテトラアルコキシシランとメチルトリアルコキシシランの共加水分解物と縮合物の混合物を主体とする塗布液(東京応化工業社製、商品名「OCD T−7 ML02」)を用い、これをSOG専用コーターによりシリコンウエーハ上に塗布し、80℃で90秒、次に150℃で90秒、最後に250℃で90秒の条件下、3段階で加熱処理することにより、厚さ50nmの反射防止膜を形成させた。
上記の塗布液は溶液の乾燥に伴い、即座に粉状の析出物を生じ、これがコーティングノズル、コーターカップ、ウエーハなどのコンタミネーションとなるため、慣用のレジストコーターでは、塗布不可能であった。
Comparative Example As a composition for forming an anti-reflection film, a coating solution mainly composed of a mixture of a co-hydrolyzate and a condensate of a commercially available tetraalkoxysilane and methyltrialkoxysilane (trade name “OCD T- manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) 7 ML02 ”), coated on a silicon wafer with a SOG coater, heated at 80 ° C for 90 seconds, then at 150 ° C for 90 seconds, and finally heated at 250 ° C for 90 seconds in three stages. As a result, an antireflection film having a thickness of 50 nm was formed.
The above-mentioned coating liquid immediately produces a powdery precipitate as the solution dries, which becomes a contamination of a coating nozzle, a coater cup, a wafer, and the like, and thus cannot be applied by a conventional resist coater.

応用例
前記した各実施例及び比較例における反射防止膜形成用組成物について、以下の方法により保存安定性、レジストコーターによる塗布可能性及び酸素プラズマエッチング耐性を試験し、その結果を表1に示した。
Application Examples The compositions for forming an anti-reflection film in the above Examples and Comparative Examples were tested for storage stability, applicability by a resist coater, and oxygen plasma etching resistance by the following method, and the results are shown in Table 1. Was.

(1)保存安定性(膜厚の変化);
所定の組成物を室温下(20℃)又は冷凍下(−20℃)で45日間保存したものを準備し、それぞれ8インチシリコンウエーハ上に同じ塗布条件で回転塗布し、乾燥して塗膜を形成させたときのそれぞれの膜厚を測定し、冷凍保存試料に対する室温保存試料の膜厚の差が5%以内の場合を○、それよりも大きい場合を×とした。
(1) Storage stability (change in film thickness);
A composition prepared by storing the given composition at room temperature (20 ° C.) or under freezing (−20 ° C.) for 45 days is prepared, spin-coated on an 8-inch silicon wafer under the same coating conditions, dried, and dried. The thickness of each of the formed films was measured, and the case where the difference between the film thickness of the sample stored at room temperature and the sample stored at room temperature with respect to the frozen sample was within 5% was evaluated as ○, and the case where it was larger than that was evaluated as ×.

(2)保存安定性(粒子の発生);
また、(1)の室温保存の試料について、粒径0.22μm以上の粒子の発生数をパーティクルカウンター[リオン(Rion)社製、製品名「パーティクルセンサーKS−41」]で測定し、300個以下の場合を○、それを超える場合を×として評価した。
(2) storage stability (generation of particles);
Further, the number of particles having a particle size of 0.22 μm or more was measured with a particle counter [Rion, product name “Particle Sensor KS-41”] for the sample stored at room temperature of (1), and 300 particles were measured. The following cases were evaluated as ○, and the cases exceeding them were evaluated as ×.

(3)レジストコーター塗布可能性;
レジストコーターで塗布可能なためには、エッジリンス工程及びオートディスペンス工程で粒子の発生がないことが必要である。したがって、エッジリンス液として用いられるプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル及び乳酸エチルに対して溶解させ、粒子の発生の有無を観察し、発生がない場合を○、発生した場合を×と評価した。
(3) Possibility of applying a resist coater;
In order to be able to apply by a resist coater, it is necessary that no particles are generated in the edge rinsing step and the auto-dispensing step. Therefore, it was dissolved in propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether and ethyl lactate used as an edge rinse solution, and the presence or absence of particles was observed. did.

(4)酸素プラズマエッチング耐性(エッチングレート);
試料を以下の条件でエッチングし、そのエッチングレートを求めた。この数値が小さいほど酸素プラズマエッチング耐性が良好である。
エッチング装置;GP−12(東京応化工業社製、酸素プラズマエッチング装置)
エッチングガス;O2/N2(60/40sccm)
圧力;0.4Pa
出力;1600W
バイアスパワー;150W
ステージ温度;−10℃
(4) oxygen plasma etching resistance (etching rate);
The sample was etched under the following conditions, and the etching rate was determined. The smaller the value, the better the oxygen plasma etching resistance.
Etching equipment: GP-12 (Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., oxygen plasma etching equipment)
Etching gas; O 2 / N 2 (60/40 sccm)
Pressure; 0.4 Pa
Output: 1600W
Bias power; 150W
Stage temperature; -10 ° C

Figure 2004341479
Figure 2004341479

本発明の反射防止膜形成用組成物は、保存安定性がよく、しかも放射線を吸収する発色団を導入することにより、その反射防止能力の調整が可能であり、有機溶剤に可溶なので慣用のスピンコーティング法により簡単に塗布することができるので、半導体デバイスの製造用として好適である。   The composition for forming an antireflection film of the present invention has good storage stability, and furthermore, by introducing a chromophore that absorbs radiation, its antireflection ability can be adjusted. Since it can be easily applied by a spin coating method, it is suitable for manufacturing semiconductor devices.

光学パラメーター(k値)0.67の本発明組成物についての膜厚と反射率との関係を示すグラフ。9 is a graph showing the relationship between the film thickness and the reflectance of the composition of the present invention having an optical parameter (k value) of 0.67.

Claims (5)

(A)(a1)(ヒドロキシフェニルアルキル)シルセスキオキサン単位10〜90モル%、(a2)(アルコキシフェニルアルキル)シルセスキオキサン単位0〜50モル%及び(a3)アルキル又はフェニルシルセスキオキサン単位10〜90モル%からなるラダー型シリコーン共重合体、(B)熱又は光により酸を発生する酸発生剤及び(C)架橋剤を有機溶剤に溶解してなり、かつArFレーザーに対する光学パラメーター(k値)が0.002〜0.95の範囲の反射防止膜を形成しうることを特徴とする反射防止膜形成用組成物。 (A) (a 1) (hydroxyphenyl alkyl) silsesquioxane units 10 to 90 mole%, (a 2) (alkoxyphenyl alkyl) silsesquioxane units 0-50 mol% and (a 3) alkyl or phenyl A ladder type silicone copolymer comprising 10 to 90 mol% of silsesquioxane units, (B) an acid generator which generates an acid by heat or light, and (C) a crosslinking agent dissolved in an organic solvent, and ArF A composition for forming an antireflection film, wherein the composition can form an antireflection film having an optical parameter (k value) for laser in the range of 0.002 to 0.95. (A)成分、(B)成分及び(C)成分に加えて、さらに(D)線状ポリマーを含有する請求項1記載の反射防止膜形成用組成物。   The composition for forming an antireflection film according to claim 1, further comprising (D) a linear polymer in addition to the component (A), the component (B), and the component (C). 前記(D)線状ポリマーが、少なくとも水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル単位を含むポリマーである請求項2記載の反射防止膜形成用組成物。   The composition for forming an antireflection film according to claim 2, wherein the (D) linear polymer is a polymer containing at least a hydroxyl group-containing (meth) acrylate unit. 前記(D)線状ポリマーが、少なくとも水酸基含有脂肪族多環式基を有する(メタ)アクリル酸エステル単位を含むポリマーである請求項3記載の反射防止膜形成用組成物。   The composition for forming an antireflection film according to claim 3, wherein the (D) linear polymer is a polymer containing a (meth) acrylate unit having at least a hydroxyl group-containing aliphatic polycyclic group. 前記(D)線状ポリマーが、(d1)一般式
Figure 2004341479
(式中、R1は水素原子又はメチル基、R2は低級アルキル基である)
で表わされる構成単位10〜60モル%、(d2)一般式
Figure 2004341479
(式中のR3は水素原子又はメチル基である)
で表わされる構成単位30〜80モル%、及び(d3)一般式
Figure 2004341479
(式中、R4は水素原子又はメチル基である)
で表わされる構成単位10〜50モル%からなる線状共重合体である請求項3記載の反射防止膜形成用組成物。
The linear polymer (D) is represented by the general formula (d 1 )
Figure 2004341479
(Wherein, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 is a lower alkyl group)
10 to 60 mol% of a structural unit represented by the formula: (d 2 )
Figure 2004341479
(Wherein R 3 is a hydrogen atom or a methyl group)
30 to 80 mol% of a structural unit represented by the formula: and (d 3 )
Figure 2004341479
(Wherein R 4 is a hydrogen atom or a methyl group)
The composition for forming an antireflection film according to claim 3, which is a linear copolymer comprising 10 to 50 mol% of a structural unit represented by the following formula:
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