JP2012013872A - Resist underlayer film forming composition comprising ionic liquid and method for forming resist pattern using the same - Google Patents

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Tokio Nishida
登喜雄 西田
Rikimaru Sakamoto
力丸 坂本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for forming a resist underlayer film comprising an ionic liquid which can form a resist underlayer film having an antistatic function and solvent resistance, and to provide a method for forming a resist pattern using the resist underlayer film formed from the composition.SOLUTION: A composition for forming a resist underlayer film comprises at least one kind of an ionic liquid having an anion structure represented by the following formula (1): (in the formula, R represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms), a polymer having a crosslinking moiety, a crosslinking agent, a compound for facilitating crosslinking reaction and an organic solvent.

Description

本発明は、レジスト下層膜形成組成物及び該組成物から形成されるレジスト下層膜を用いたレジストパターンの形成方法に関し、より詳細には、イオン液体を含むレジスト下層膜形成組成物であって、帯電防止機能及び溶剤耐性を有するレジスト下層膜を形成することができる該組成物及び該組成物から形成されるレジスト下層膜を用いたレジストパターンの形成方法に関する。   The present invention relates to a resist underlayer film forming composition and a method for forming a resist pattern using a resist underlayer film formed from the composition, and more specifically, a resist underlayer film forming composition containing an ionic liquid, The present invention relates to a composition capable of forming a resist underlayer film having an antistatic function and solvent resistance and a method for forming a resist pattern using a resist underlayer film formed from the composition.

従来から半導体デバイスの製造において、フォトレジスト組成物を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。前記微細加工はシリコンウエハーの上にフォトレジスト組成物の薄膜を形成し、その上に半導体デバイスのパターンが描かれたマスクパターンを介して紫外線などの活性光線を照射し、現像し、得られたレジストパターンを保護膜としてシリコンウエハーをエッチング処理する加工法である。
したがって、従来より、様々なレジスト下層膜形成組成物が報告されている。
Conventionally, in the manufacture of semiconductor devices, fine processing by lithography using a photoresist composition has been performed. The fine processing was obtained by forming a thin film of a photoresist composition on a silicon wafer, irradiating it with an actinic ray such as ultraviolet rays through a mask pattern on which a semiconductor device pattern was drawn, and developing it. This is a processing method of etching a silicon wafer using a resist pattern as a protective film.
Therefore, conventionally various resist underlayer film forming compositions have been reported.

ところで、半導体プロセスでのフォトリソグラフィー用マスクの作製及び次世代の先端微細加工技術の候補の一つとして、電子線(EB:Electron Beam)リソグラフィーがある。電子線リソグラフィーは、微細パターン形成、レジスト下の基板からの定在波による影響がない等、光リソグラフィーに対して優位性がある。
しかしながら、電子線リソグラフィー技術においては電子線の露光時、レジスト表面に電子がチャージアップしやすいという問題がある。
Incidentally, electron beam (EB) lithography is one of candidates for manufacturing a photolithographic mask in a semiconductor process and next-generation advanced microfabrication technology. Electron beam lithography has advantages over optical lithography, such as the formation of fine patterns and no influence of standing waves from the substrate under the resist.
However, the electron beam lithography technique has a problem that electrons are easily charged up on the resist surface during exposure of the electron beam.

そこで、帯電防止策として、例えば、水溶性樹脂及びイオン液体を含み、電子線レジストの上層に帯電防止膜を形成するための帯電防止膜形成組成物が提案されている(特許文献1)。しかしながら、該組成物は電子線レジストの上層に帯電防止膜を形成することにより、電子線レジスト表面のチャージアップを防止するものに過ぎない。そして該組成物は架橋剤を含むものではなく、成膜時に架橋させず、形成された帯電防止膜は、現像液により除去される。また、イオン性モノマーである構成単位が重合したものが20〜100mol%を占めるポリマーを用いた帯電防止膜形成用の電離放射線硬化性組成物も提案されている(特許文献2)。しかし、該組成物は電離放射線(例えば、紫外線)を用いて硬化させて帯電防止膜を形成するものであり、特許文献2はかかる組成物の電子線リソグラフィーの適用について示唆を与えるものでない。   Thus, as an antistatic measure, for example, an antistatic film-forming composition for forming an antistatic film on an upper layer of an electron beam resist that includes a water-soluble resin and an ionic liquid has been proposed (Patent Document 1). However, this composition merely prevents the charge-up of the electron beam resist surface by forming an antistatic film on the upper layer of the electron beam resist. The composition does not contain a crosslinking agent, and is not crosslinked at the time of film formation, and the formed antistatic film is removed by a developer. In addition, an ionizing radiation curable composition for forming an antistatic film using a polymer in which a constituent unit of an ionic monomer is polymerized to occupy 20 to 100 mol% has been proposed (Patent Document 2). However, the composition is cured by using ionizing radiation (for example, ultraviolet rays) to form an antistatic film, and Patent Document 2 does not give any suggestion on the application of such a composition to electron beam lithography.

特開2010−020046号公報JP 2010-020046 A 特開2006−045425号公報JP 2006-045425 A

電子線リソグラフィー技術においては上記問題の他に、電子線露光時において基板からの電子線の後方散乱により、リソグラフィーの精度低下を引き起こし、また電子線露光による微細化に伴いレジストパターンが倒れてしまうという問題もある。   In the electron beam lithography technology, in addition to the above problems, the backscattering of the electron beam from the substrate during electron beam exposure causes a reduction in lithography accuracy, and the resist pattern collapses as the electron beam exposure is miniaturized. There is also a problem.

ここで、この問題を解決する一案として、レジスト下層膜に帯電防止機能を付与することが考えられる。しかしながら、現在までに様々なレジスト下層膜形成組成物が報告され
ているが、帯電防止機能が付与されたレジスト下層膜を形成することが可能なレジスト下層膜形成組成物は提案されていない。また、ただ単にレジスト下層膜に帯電防止機能を付与すれば十分というわけではなく、帯電防止機能を有すると共に溶剤耐性、レジスト下層膜から発生する昇華物の抑制、及び高精度の良好なレジストパターンの形成を可能にする等の電子線リソグラフィー等向けのレジスト下層膜に要求される一般特性を満たす必要もある。
Here, as one proposal for solving this problem, it is conceivable to impart an antistatic function to the resist underlayer film. However, various resist underlayer film forming compositions have been reported so far, but no resist underlayer film forming composition capable of forming a resist underlayer film imparted with an antistatic function has been proposed. In addition, it is not sufficient to simply provide an antistatic function to the resist underlayer film, and it has an antistatic function and has resistance to solvents, suppression of sublimates generated from the resist underlayer film, and a highly accurate good resist pattern. It is also necessary to satisfy general characteristics required for a resist underlayer film for electron beam lithography or the like that enables formation.

そこで、本発明は、上記の事情に基づきなされたものであり、その解決しようとする課題は、帯電防止機能を有し、かつレジスト下層膜に要求される特性を満たすレジスト下層膜を形成することができるレジスト下層膜形成組成物及び該組成物から形成されるレジスト下層膜を用いたレジストパターンの形成方法を提供することである。   Therefore, the present invention has been made based on the above circumstances, and the problem to be solved is to form a resist underlayer film having an antistatic function and satisfying the characteristics required for the resist underlayer film. It is to provide a resist underlayer film forming composition capable of forming a resist pattern and a method for forming a resist pattern using a resist underlayer film formed from the composition.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、下記式(1)で表されるアニオン構造を有するイオン液体をレジスト下層膜形成組成物に含ませることにより、該組成物から形成されるレジスト下層膜に帯電防止機能が付与されることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、下記式(1)で表されるアニオン構造を有する少なくとも一種のイオン液体、架橋部位を有するポリマー、架橋剤、架橋反応を促進させる化合物及び有機溶媒を含む、レジスト下層膜形成組成物である。
(式中、Rは炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す。)
As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present invention have included an ionic liquid having an anion structure represented by the following formula (1) in the resist underlayer film forming composition. The present inventors have found that an antistatic function is imparted to the resist underlayer film to be formed, thereby completing the present invention.
That is, the present invention provides a resist underlayer film formation comprising at least one ionic liquid having an anion structure represented by the following formula (1), a polymer having a crosslinking site, a crosslinking agent, a compound for promoting a crosslinking reaction, and an organic solvent. It is a composition.
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)

本発明は、レジスト下層膜形成組成物に上記式(1)で表されるアニオン構造を有するイオン液体を含ませることで、電子線の散乱を防ぐことが可能な帯電防止機能を有するとともに、前記イオン液体を含まない場合と同等の、優れた溶剤耐性を有するレジスト下層膜を提供することができる。
また、本発明のレジスト下層膜形成組成物は、レジスト下層膜を形成する際に発生する昇華物量が上記式(1)で表されるアニオン構造を有するイオン液体を含まない場合と同等又はそれ以下に抑制可能であるという効果が得られる。
さらに、本発明は、上述の効果・性能を有するレジスト下層膜の形成により、高精度の良好なレジストパターンを形成することができる。
The present invention includes an antistatic function capable of preventing scattering of electron beams by including an ionic liquid having an anion structure represented by the above formula (1) in the resist underlayer film forming composition. It is possible to provide a resist underlayer film having excellent solvent resistance equivalent to the case where no ionic liquid is contained.
Further, the resist underlayer film forming composition of the present invention is equivalent to or less than the case where the amount of sublimate generated when forming the resist underlayer film does not include the ionic liquid having the anion structure represented by the above formula (1). The effect of being able to be suppressed is obtained.
Furthermore, the present invention can form a good resist pattern with high accuracy by forming a resist underlayer film having the above-mentioned effects and performance.

図1は、実施例1で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 1 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in a cross-sectional SEM image of a resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 1. 図2は、実施例2で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 2 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in the cross-sectional SEM image of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 2. 図3は、実施例5で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 3 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in the cross-sectional SEM image of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 5. 図4は、実施例6で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 4 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in the cross-sectional SEM image of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 6. 図5は、実施例7で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 5 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in the cross-sectional SEM image of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 7. 図6は、実施例8で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。6 is a photograph taken immediately after the magnification was reduced from 1000 times to 400 times in the cross-sectional SEM image of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 8. FIG. 図7は、比較例1で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜の断面SEM像において、倍率を1000倍から400倍に縮小した直後に撮影した写真である。FIG. 7 is a photograph taken immediately after reducing the magnification from 1000 times to 400 times in the cross-sectional SEM image of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Comparative Example 1. 図8は、実施例1で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜上のレジストパターンの断面SEM像である。FIG. 8 is a cross-sectional SEM image of the resist pattern on the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 1. 図9は、実施例2で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜上のレジストパターンの断面SEM像である。FIG. 9 is a cross-sectional SEM image of a resist pattern on a resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 2. 図10は、実施例5で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜上のレジストパターンの断面SEM像である。FIG. 10 is a cross-sectional SEM image of a resist pattern on a resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Example 5.

本発明のレジスト下層膜形成組成物は、上記式(1)で表されるアニオン構造単位を有する少なくとも一種のイオン液体、架橋部位を有するポリマー、架橋剤、架橋反応を促進させる化合物及び有機溶媒を含む。また、本発明のレジスト下層膜形成組成物は、さらに界面活性剤等を含ませることもできる。   The resist underlayer film forming composition of the present invention comprises at least one ionic liquid having an anionic structural unit represented by the above formula (1), a polymer having a crosslinking site, a crosslinking agent, a compound for promoting a crosslinking reaction, and an organic solvent. Including. Further, the resist underlayer film forming composition of the present invention can further contain a surfactant or the like.

本発明のレジスト下層膜形成組成物における有機溶媒を除く成分の割合は、例えば0.1乃至15質量%、また1.0乃至10.0質量%である。   The ratio of the components excluding the organic solvent in the resist underlayer film forming composition of the present invention is, for example, 0.1 to 15% by mass, or 1.0 to 10.0% by mass.

以下、本発明のレジスト下層膜形成組成物について詳細に説明する。
<イオン液体>
本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれるイオン液体は、下記式(1)で表されるアニオン構造を有する。そのようなイオン液体を含むことにより、本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜に帯電防止機能を付与することが可能となる。
(式中、Rは炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す。)
Hereinafter, the resist underlayer film forming composition of the present invention will be described in detail.
<Ionic liquid>
The ionic liquid contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention has an anion structure represented by the following formula (1). By including such an ionic liquid, it becomes possible to impart an antistatic function to the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention.
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)

好ましくは、Rは1乃至6の炭素原子数である。前記式(1)で表されるアニオン構造を有するイオン液体は、二種以上を混合して用いてもよい。   Preferably R is from 1 to 6 carbon atoms. Two or more ionic liquids having an anion structure represented by the formula (1) may be mixed and used.

前記イオン液体のカチオンは特に限定されず、例えば、イミダゾリウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、アンモニウムカチオン、及びスルホニウムカチオン等が挙げられる。   The cation of the ionic liquid is not particularly limited, and examples thereof include an imidazolium cation, a pyridinium cation, a pyrrolidinium cation, a phosphonium cation, an ammonium cation, and a sulfonium cation.

前記イミダゾリウムカチオンとしては、例えば、下記式(2−1)乃至式(2−17)が挙げられる。
Examples of the imidazolium cation include the following formulas (2-1) to (2-17).

前記ピリジニウムカチオンとしては、例えば、下記式(3−1)乃至式(3−4)が挙げられる。
Examples of the pyridinium cation include the following formulas (3-1) to (3-4).

前記ピロリジニウムカチオンとしては、例えば、下記式(4−1)乃至式(4−8)が挙げられる。
Examples of the pyrrolidinium cation include the following formulas (4-1) to (4-8).

前記ホスホニウムカチオンとしては、例えば、下記式(5−1)乃至式(5−4)が挙げられる。
Examples of the phosphonium cation include the following formulas (5-1) to (5-4).

前記アンモニウムカチオンとしては、例えば、下記式(6−1)乃至式(6−9)が挙げられる。
Examples of the ammonium cation include the following formulas (6-1) to (6-9).

前記スルホニウムカチオンとしては、例えば、下記式(7−1)乃至式(7−4)が挙げられる。
Examples of the sulfonium cation include the following formulas (7-1) to (7-4).

前記イオン液体の配合量は、本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれる架橋部位を有するポリマーの質量に対し、1.0乃至90質量%、好ましくは5.0乃至70質量%、より好ましくは5.0乃至50質量%である。イオン液体の配合量が5.0質量%未満だとレジスト下層膜に十分な帯電防止機能を付与することができず、一方、90質量%を超えると該組成物を硬化させてレジスト下層膜を形成するのに時間がかかるからである。   The blending amount of the ionic liquid is 1.0 to 90% by mass, preferably 5.0 to 70% by mass, more preferably based on the mass of the polymer having a crosslinking site contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention. Is 5.0 to 50 mass%. If the blending amount of the ionic liquid is less than 5.0% by mass, the resist underlayer film cannot be provided with a sufficient antistatic function, while if it exceeds 90% by mass, the composition is cured to form a resist underlayer film. This is because it takes time to form.

<架橋部位を有するポリマー>
架橋部位を有するポリマーとは、架橋反応をすることが可能な官能基を有するポリマーをいう。例えば、ヒドロキシ基、カルボキシル基、又はアミノ基等の架橋部位を有する樹脂であり、該樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ノボラック樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル、天然高分子、メラミン樹脂、及びシロキサン樹脂等を挙げることができる。当該ポリマーは、後述の有機溶媒のいずれかに可溶である必要がある。
<Polymer having cross-linked site>
The polymer having a crosslinking site refers to a polymer having a functional group capable of undergoing a crosslinking reaction. For example, a resin having a crosslinking site such as a hydroxy group, a carboxyl group, or an amino group. Examples of the resin include acrylic resins, methacrylic resins, novolac resins, phenol resins, polyesters, natural polymers, melamine resins, and Examples thereof include siloxane resins. The polymer needs to be soluble in any of the organic solvents described below.

前記架橋部位を有するポリマーの重量平均分子量は通常、2,000乃至50,000である。架橋部位を有するポリマーの重量平均分子量が2,000より小さいと溶剤耐性が不十分になる場合があり、一方、重量平均分子量が大きすぎると解像性に問題が生じる場合があるからである。なお、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(GPC)により、標準試料としてポリスチレンを用いて得られる値である。
前記架橋部位を有するポリマーは、本発明のレジスト下層膜形成組成物の有機溶媒を除く成分中の含有量に基づいて、例えば0.5乃至95質量%、または1.0乃至90質量%である。この割合が過小である場合及び過大である場合には、溶剤耐性が得られにくくなることがあるからである。
The weight average molecular weight of the polymer having the crosslinking site is usually 2,000 to 50,000. This is because if the weight average molecular weight of the polymer having a cross-linked site is less than 2,000, the solvent resistance may be insufficient, while if the weight average molecular weight is too large, there may be a problem in resolution. The weight average molecular weight is a value obtained by using gel as a standard sample by gel permeation chromatography (GPC).
The polymer having the crosslinking site is, for example, 0.5 to 95% by mass, or 1.0 to 90% by mass based on the content in the component excluding the organic solvent of the resist underlayer film forming composition of the present invention. . This is because when this ratio is too small or too large, solvent resistance may be difficult to obtain.

<架橋剤>
架橋剤は、例えばメチロール基又はアルコキシメチル基で置換された窒素原子を分子内に2乃至4個有する含窒素化合物である。架橋剤を添加することにより、架橋剤が上記架橋部位を有するポリマー中のヒドロキシル基等と反応し、架橋することにより形成されるレジスト下層膜は強固になる。そして、有機溶剤に対する溶解性が低いレジスト下層膜となる。架橋剤は一種のみを使用してもよく、また二種以上を組み合わせて使用することができる。
架橋剤の具体例として、ヘキサメトキシメチルメラミン、テトラメトキシメチルベンゾグアナミン、1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(ブトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6−テトラキス(ヒドロキシメチル)グリコールウリル、1,3−ビス(ヒドロキシメチル)尿素、1,1,3,3−テトラキス(ブトキシメチル)尿素、及び1,1,3,3−テトラキス(メトキシメチル)尿素等が挙げられる。
<Crosslinking agent>
The crosslinking agent is, for example, a nitrogen-containing compound having 2 to 4 nitrogen atoms substituted with a methylol group or an alkoxymethyl group in the molecule. By adding a crosslinking agent, the crosslinking agent reacts with a hydroxyl group or the like in the polymer having the crosslinking site, and the resist underlayer film formed by crosslinking is strengthened. And it becomes a resist underlayer film with low solubility with respect to an organic solvent. A crosslinking agent may use only 1 type and can be used in combination of 2 or more type.
Specific examples of the crosslinking agent include hexamethoxymethyl melamine, tetramethoxymethyl benzoguanamine, 1,3,4,6-tetrakis (methoxymethyl) glycoluril, 1,3,4,6-tetrakis (butoxymethyl) glycoluril, 1 , 3,4,6-tetrakis (hydroxymethyl) glycoluril, 1,3-bis (hydroxymethyl) urea, 1,1,3,3-tetrakis (butoxymethyl) urea, and 1,1,3,3- Examples include tetrakis (methoxymethyl) urea.

前記架橋剤の配合量は、本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれる架橋部位を有す
るポリマーに対し、例えば、1質量%以上30質量%以下の割合で添加することができる。この割合が過小である場合や過大である場合には、レジスト下層膜の溶剤耐性が得られにくくなるからである。
The amount of the crosslinking agent can be added to the polymer having a crosslinking site contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention, for example, at a ratio of 1% by mass to 30% by mass. This is because when this ratio is too small or too large, it is difficult to obtain the solvent resistance of the resist underlayer film.

<架橋反応を促進させる化合物>
架橋反応を促進させる化合物は、架橋部位を有するポリマーと架橋剤との架橋反応を促進させる化合物をいい、例えば、スルホン酸化合物等が挙げられる。
前記スルホン酸化合物としては、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−トルエンスルホナート、カンファースルホン酸、5−スルホサリチル酸、4−クロロベンゼンスルホン酸、4−ヒドロキシ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等が挙げられる。
前記架橋反応を促進させる化合物の配合量は、本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれる架橋部位を有するポリマーに対し、例えば0.1質量%以上10質量%以下の割合で添加することができる。この割合が過少である場合は、架橋反応を十分に促進させることができない。
<Compound that promotes crosslinking reaction>
The compound that promotes the crosslinking reaction refers to a compound that promotes the crosslinking reaction between the polymer having a crosslinking site and the crosslinking agent, and examples thereof include sulfonic acid compounds.
Examples of the sulfonic acid compound include p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium-p-toluenesulfonate, camphorsulfonic acid, 5-sulfosalicylic acid, 4-chlorobenzenesulfonic acid, 4-hydroxybenzenesulfonic acid, Examples thereof include benzenedisulfonic acid and 1-naphthalenesulfonic acid.
The compounding amount of the compound for promoting the crosslinking reaction may be added, for example, at a ratio of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the polymer having a crosslinking site contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention. it can. When this ratio is too small, the crosslinking reaction cannot be promoted sufficiently.

<有機溶媒>
有機溶媒は上記の各成分を溶解させることができれば特に限定されず、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、メトキシブタノール類、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、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN−メチルピロリドン等を用いることができる。また、プロピレングリコールモノブチルエーテル及びプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等の高沸点溶媒を上記有機溶媒に混合して使用することもできる。これらの有機溶媒は、単独又は2種以上の組合せで使用することができる。
<Organic solvent>
The organic solvent is not particularly limited as long as each of the above components can be dissolved. For example, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol , Propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, methoxybutanols, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, ethyl 2-hydroxypropionate, 2-hydroxy Ethyl-2-methylpropionate, eth Ethyl ethyl acetate, hydroxy hydroxyethyl, methyl 2-hydroxy-3-methylbutanoate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, methyl pyruvate, Ethyl pyruvate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, butyl lactate, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone and the like can be used. Further, a high boiling point solvent such as propylene glycol monobutyl ether and propylene glycol monobutyl ether acetate can be used by mixing with the organic solvent. These organic solvents can be used individually or in combination of 2 or more types.

さらに、本発明のレジスト下層膜形成組成物は、必要に応じてレオロジー調整剤、接着補助剤、界面活性剤などを添加することができる。   Furthermore, the resist underlayer film forming composition of the present invention may contain a rheology adjuster, an adhesion aid, a surfactant, and the like as necessary.

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るための目的で添加することができる。レオロジー調整剤としては、例えば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、レジスト下層膜形成組成物の全組成物100質量%に対して通常30質量%未満の割合で配合される。   The rheology modifier can be added mainly for the purpose of improving the fluidity of the resist underlayer film forming composition. Examples of the rheology modifier include phthalic acid derivatives such as dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diisobutyl phthalate, dihexyl phthalate, and butyl isodecyl phthalate; , Maleic acid derivatives such as dinormal butyl maleate, diethyl maleate and dinonyl maleate, oleic acid derivatives such as methyl oleate, butyl oleate and tetrahydrofurfuryl oleate, or stearic acid derivatives such as normal butyl stearate and glyceryl stearate be able to. These rheology modifiers are usually blended at a ratio of less than 30% by mass with respect to 100% by mass of the total composition of the resist underlayer film forming composition.

接着補助剤は、主に基板あるいはレジスト膜とレジスト下層膜の密着性を向上させ、特
に現像においてレジスト膜が剥離しないようにするための目的で添加することができる。接着補助剤としては、例えば、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフ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、ジメチルビニルエトキシシラン、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、ビニルトリクロロシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−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、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア等の尿素又はチオ尿素化合物を挙げることができる。接着補助剤は、レジスト下層膜形成組成物の全組成物100質量%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 can be added mainly for the purpose of improving the adhesion between the substrate or the resist film and the resist underlayer film and preventing the resist film from being peeled off particularly during development. Examples of the adhesion assistant include chlorosilanes such as trimethylchlorosilane, dimethylvinylchlorosilane, methyldiphenylchlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane, trimethylmethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethylvinylethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, Alkoxysilanes such as phenyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane, N, N′-bis (trimethylsilyl) urea, silazanes such as dimethyltrimethylsilylamine, trimethylsilylimidazole, vinyltrichlorosilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ -Silanes such as aminopropyltriethoxysilane and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, benzotriazole, benz Heterocyclic compounds such as imidazole, indazole, imidazole, 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzoxazole, urazole, thiouracil, mercaptoimidazole, mercaptopyrimidine, 1,1-dimethylurea, 1,3 -Urea or thiourea compounds such as dimethylurea can be mentioned. The adhesion assistant is usually blended at a ratio of less than 5% by mass, preferably less than 2% by mass with respect to 100% by mass of the total composition of the resist underlayer film forming composition.

本発明のレジスト下層膜形成組成物には、ピンホールやストレーション等の発生を無くし、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[登録商標]EF301、同EF303、同EF352(三菱マテリアル電子化成(株)製)、メガファック[登録商標]F171、同F173、同R30(DIC(株)製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム(株)製)、アサヒガード[登録商標]AG710、サーフロン[登録商標]S−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)、サーフィノール[登録商標](エアープロダクツジャパン(株)製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また2種以上の組合せで添加することもできる。界面活性剤は、本発明のレジスト下層膜形成組成物の有機溶媒を除く成分中の含有量に基づいて、通常3質量%以下、好ましくは1質量%、より好ましくは0.5質量%以下の割合で配合される。   In the resist underlayer film forming composition of the present invention, a surfactant can be blended in order to eliminate the occurrence of pinholes and installations and to further improve the coating property against surface unevenness. Examples of the surfactant include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene octylphenol ether, polyoxyethylene 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 sol Nonionic surfactants such as tan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, and other polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, Ftop [registered trademark] EF301, EF303, EF352 (Mitsubishi Materials Electronics Kasei Co., Ltd.), MegaFuck [registered trademark] F171, F173, R30 (DIC Corporation), Florard FC430, FC431 (Sumitomo 3M) Manufactured by Asahi Guard [registered trademark] AG710, Surflon [registered trademark] S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), organosiloxane polymer KP341 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), can be mentioned Surfynol [registered trademark] (manufactured by Air Products Japan Co., Ltd.), and the like. These surfactants may be added alone or in combination of two or more. The surfactant is usually 3% by mass or less, preferably 1% by mass, more preferably 0.5% by mass or less based on the content of the resist underlayer film forming composition of the present invention in the components excluding the organic solvent. Blended in proportions.

このように調製されたレジスト下層膜形成組成物(溶液)は、孔径が通常0.2μm、または0.1μm程度のフィルター等を用いて濾過した後、使用することが好ましい。このように調製されたレジスト下層膜形成組成物は、室温で長期間の貯蔵安定性にも優れる。   The resist underlayer film forming composition (solution) thus prepared is preferably used after being filtered using a filter or the like having a pore size of usually about 0.2 μm or about 0.1 μm. The resist underlayer film forming composition thus prepared is also excellent in long-term storage stability at room temperature.

以下、本発明のレジスト下層膜形成組成物の使用について説明する。   Hereinafter, the use of the resist underlayer film forming composition of the present invention will be described.

基板{例えば、酸化珪素膜で被膜されたシリコン等の半導体基板、窒化珪素膜又は酸化
窒化珪素膜で被膜されたシリコン等の半導体基板、窒化珪素基板、石英基板、ガラス基板(無アルカリガラス、低アルカリガラス、結晶化ガラスを含む)、ITO膜が形成されたガラス基板等}上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により本発明のレジスト下層膜形成組成物が塗布され、その後、ホットプレート等の加熱手段を用いてベークすることによりレジスト下層膜が形成される。
Substrate {for example, a semiconductor substrate such as silicon coated with a silicon oxide film, a semiconductor substrate such as silicon coated with a silicon nitride film or a silicon oxynitride film, a silicon nitride substrate, a quartz substrate, a glass substrate (non-alkali glass, low (Including alkali glass, crystallized glass), glass substrate on which an ITO film is formed, etc.}, the resist underlayer film forming composition of the present invention is applied by an appropriate application method such as a spinner or coater, and then hot plate A resist underlayer film is formed by baking using a heating means such as the above.

ベーク条件としては、ベーク温度80乃至250℃、ベーク時間0.3乃至60分間から適宜選択され、好ましくは、ベーク温度130乃至250℃、ベーク時間0.5乃至5分間である。ベーク温度が上記範囲より低い場合には、レジスト下層膜における架橋構造が不十分となり、レジスト下層膜がレジストとインターミキシングを起こすことがある。一方、ベーク温度が高すぎる場合は、レジスト下層膜における架橋構造が切断され、レジスト下層膜がレジストとインターミキシングを起こすことがある。   The baking conditions are appropriately selected from a baking temperature of 80 to 250 ° C. and a baking time of 0.3 to 60 minutes, preferably a baking temperature of 130 to 250 ° C. and a baking time of 0.5 to 5 minutes. When the baking temperature is lower than the above range, the crosslinked structure in the resist underlayer film becomes insufficient, and the resist underlayer film may cause intermixing with the resist. On the other hand, when the baking temperature is too high, the cross-linked structure in the resist underlayer film may be cut, and the resist underlayer film may cause intermixing with the resist.

本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜の膜厚は、通常0.01〜3.0μmであり、より好ましくは0.01〜1.0μmである。   The film thickness of the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention is usually 0.01 to 3.0 μm, more preferably 0.01 to 1.0 μm.

本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、形成時のベーク条件により架橋部位を有するポリマー中のヒドロキシ基等と架橋剤が反応し、架橋することにより、架橋構造をとった強固な膜となる。このため、本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、レジストとのインターミキシングを起こさないものとなる。そして、該レジスト下層膜は、その上に塗布されるレジスト溶液として、一般的に使用される有機溶剤、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレンセロソルブアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、トルエン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、γ−ブチロラクトン、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、ピルビン酸メチル、乳酸エチル、及び乳酸ブチル等に対して溶解性が低いものとなる。   The resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention has a cross-linked structure by reacting with a hydroxy group in a polymer having a cross-linked site and a cross-linking agent according to the baking conditions at the time of formation and cross-linking. It becomes a strong film. For this reason, the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention does not cause intermixing with the resist. The resist underlayer film is a resist solution to be coated thereon, and generally used organic solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene cellosolve acetate, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether , Propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, toluene, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, γ-butyrolactone, ethyl 2-hydroxypropionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl ethoxyacetate, methyl pyruvate, lactic acid The solubility in ethyl and butyl lactate is low.

次にレジスト下層膜上にレジスト膜が形成される。レジスト膜の形成は一般的な方法、すなわち、レジスト溶液のレジスト下層膜上への塗布及びベークによって行うことができる。   Next, a resist film is formed on the resist underlayer film. The resist film can be formed by a general method, that is, application and baking of a resist solution on the resist underlayer film.

本発明のレジスト下層膜形成組成物により得られたレジスト下層膜上に形成されるレジストとしては、光又は電子線に感光するものであればよい。電子線に感光するレジストとしてはネガ型、ポジ型いずれも使用できる。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発生剤とを含有する化学増幅型レジスト、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とアルカリ可溶性バインダーと酸発生剤とを含有する化学増幅型レジスト、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と酸発生剤とを含有す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を含有す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を含有する非化学増幅型レジストなどがある。   The resist formed on the resist underlayer film obtained by the resist underlayer film forming composition of the present invention may be any resist that is sensitive to light or an electron beam. Either a negative type or a positive type can be used as the resist sensitive to the electron beam. Chemically amplified resist containing a binder having a group that changes the alkali dissolution rate by being decomposed by an acid and an acid generator, a low molecular weight compound that is decomposed by an acid to change the alkali dissolution rate of the resist, an alkali-soluble binder, and an acid A chemically amplified resist containing a generator, a binder having a group that decomposes with an acid to change the alkali dissolution rate, a low-molecular compound that decomposes with an acid to change the alkali dissolution rate of the resist, and an acid generator A chemically amplified resist, a non-chemically amplified resist containing a binder having a group that changes the alkali dissolution rate by being decomposed by an electron beam, and a binder containing a binder having a site that is cut by an electron beam to change the alkali dissolution rate There are chemical amplification resists.

また、半導体製造装置の製造に用いるレジストパターンの形成方法において、露光は所定のパターンを形成するためのマスク(レチクル)を通して露光が行われる。但し、電子線露光の場合、マスク(レチクル)を必要としない。露光には、電子線を使用することができ、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、極端紫外線(EUV)を使用することもできる。露光後、必要に応じて露光後加熱(Post Exposure B
ake)が行われる。露光後加熱の条件としては、加熱温度80乃至150℃、加熱時間0.3乃至60分間の中から適宜選択される。レジスト下層膜とレジスト膜で被覆された半導体基板を露光し、その後に現像する工程により半導体装置を製造する。本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、露光時にレジスト膜に含まれている架橋反応を促進させる化合物である酸の作用によって、アルカリ性現像液に可溶となる。露光を行った後、アルカリ性現像液でレジスト膜及びレジスト下層膜両層の一括現像を行うと、そのレジスト膜及びレジスト下層膜の露光された部分はアルカリ溶解性を示すため、除去される。
Further, in a method for forming a resist pattern used for manufacturing a semiconductor manufacturing apparatus, exposure is performed through a mask (reticle) for forming a predetermined pattern. However, in the case of electron beam exposure, a mask (reticle) is not required. An electron beam can be used for exposure, and a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, or extreme ultraviolet (EUV) can also be used. After exposure, if necessary, post-exposure heating (Post Exposure B
ake) is performed. The conditions for the post-exposure heating are appropriately selected from heating temperatures of 80 to 150 ° C. and heating times of 0.3 to 60 minutes. A semiconductor device is manufactured by a process in which a semiconductor substrate covered with a resist underlayer film and a resist film is exposed and then developed. The resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention becomes soluble in an alkaline developer by the action of an acid which is a compound that promotes a crosslinking reaction contained in the resist film during exposure. After the exposure, when the resist film and the resist underlayer film are collectively developed with an alkaline developer, the exposed portions of the resist film and the resist underlayer film are removed because they exhibit alkali solubility.

レジスト膜の現像に用いる現像液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n−プロピルアミン等の第一級アミン類、ジエチルアミン、ジ−n−ブチルアミン等の第二級アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三級アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の第四級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。さらに、上記アルカリ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。これらの中で好ましい現像液は第四級アンモニウム塩、さらに好ましくはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド及びコリンである。   As a developer used for developing the resist film, inorganic alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, and aqueous ammonia, and primary amines such as ethylamine and n-propylamine are used. , Secondary amines such as diethylamine and di-n-butylamine, tertiary amines such as triethylamine and methyldiethylamine, alcohol amines such as dimethylethanolamine and triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium An aqueous solution of an alkali such as a quaternary ammonium salt such as hydroxide or choline, or a cyclic amine such as pyrrole or piperidine can be used. Furthermore, an appropriate amount of an alcohol such as isopropyl alcohol or a nonionic surfactant may be added to the alkaline aqueous solution. Of these, preferred developers are quaternary ammonium salts, more preferably tetramethylammonium hydroxide and choline.

現像の条件としては、現像温度5乃至50℃、現像時間10乃至300秒から適宜選択される。本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、フォトレジストの現像に汎用されている2.38質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて、室温で容易に現像を行うことができる。   The development conditions are appropriately selected from a development temperature of 5 to 50 ° C. and a development time of 10 to 300 seconds. The resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of the present invention is easily developed at room temperature using a 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution that is widely used for developing photoresists. be able to.

本発明のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、基板とレジスト膜との相互作用を防止するための層、レジスト膜に用いられる材料又はレジストへの露光時に生成する物質の半導体基板への悪影響を防ぐ層、ベーク時に半導体基板から生成する物質の上層レジスト膜への拡散を防ぐ機能を有する層、及び誘電体層によるレジスト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 of the present invention includes a layer for preventing the interaction between the substrate and the resist film, a material used for the resist film, or a semiconductor of a substance generated upon exposure to the resist. Used as a layer that prevents adverse effects on the substrate, a layer that has the function of preventing diffusion of substances generated from the semiconductor substrate during baking into the upper resist film, and a barrier layer that reduces the poisoning effect of the resist by the dielectric layer It is also possible.

以下に実施例及び比較例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

[ポリマーの重量平均分子量の測定]
本願明細書の下記合成例に示す重量平均分子量は、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、測定条件等は次の通りである。また、本願明細書の下記合成例に示す分散度は、測定された重量平均分子量、及び数平均分子量から算出した。
GPCカラム:Shodex[登録商標] Asahipak[登録商標](昭和電工(株)製)
カラム温度:40℃
溶媒:N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)
流量:0.6ml/分
標準試料:標準ポリスチレン試料(東ソー(株)製)
ディテクター:RIディテクター(東ソー(株)製、RI−8020)
[レジスト下層膜の膜厚の測定]
本願明細書の表1に記載の膜厚は、膜厚測定器NanoSpec/AFT5100(N
anometrics社製)を用いて測定した。
[Measurement of weight average molecular weight of polymer]
The weight average molecular weight shown in the following synthesis examples of the present specification is a measurement result by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC). The measurement conditions etc. are as follows using the Tosoh Co., Ltd. product GPC apparatus for a measurement. Moreover, the dispersity shown in the following synthesis examples of the present specification was calculated from the measured weight average molecular weight and number average molecular weight.
GPC column: Shodex [registered trademark] Asahipak [registered trademark] (manufactured by Showa Denko KK)
Column temperature: 40 ° C
Solvent: N, N-dimethylformamide (DMF)
Flow rate: 0.6 ml / min Standard sample: Standard polystyrene sample (manufactured by Tosoh Corporation)
Detector: RI detector (manufactured by Tosoh Corporation, RI-8020)
[Measurement of resist underlayer thickness]
The film thickness described in Table 1 of the present specification is a film thickness measuring device NanoSpec / AFT5100 (N
Anometrics).

<合成例1>
モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業(株)製)10.0g、5−ヒドロキシイソフタル酸(東京化成工業(株)製)6.6g及びエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド(関東化学工業(株)製)0.67gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル68.9gに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、135℃で4時間反応させ、ポリマー溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた下記式(8)で表される構造単位を有するポリマーは、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量23,200、分散度は6.5であった。得られたポリマーは、末端にOH基を有すると推定される。
<Synthesis Example 1>
Monoallyl diglycidyl isocyanuric acid (manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.) 10.0 g, 5-hydroxyisophthalic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 6.6 g, and ethyltriphenylphosphonium bromide (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) ) 0.67 g was added and dissolved in 68.9 g of propylene glycol monomethyl ether. The reaction vessel was purged with nitrogen and reacted at 135 ° C. for 4 hours to obtain a polymer solution. When GPC analysis was performed, the obtained polymer having a structural unit represented by the following formula (8) had a weight average molecular weight of 23,200 in terms of standard polystyrene and a dispersity of 6.5. It is presumed that the obtained polymer has an OH group at the terminal.

<合成例2>
エポキシ樹脂(HP−4032D、DIC(株)製)7.0g、5−ヒドロキシイソフタル酸(東京化成工業(株)製)4.65g及びエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド(関東化学工業(株)製)0.47gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル48.5gに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、135℃で4時間反応させ、ポリマー溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた下記式(9)で表される構造単位を有するポリマーは、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量23,600、分散度は3.8であった。得られたポリマーは、末端にOH基を有すると推定される。
<Synthesis Example 2>
Epoxy resin (HP-4032D, manufactured by DIC Corporation) 7.0 g, 5-hydroxyisophthalic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 4.65 g and ethyltriphenylphosphonium bromide (manufactured by Kanto Chemical Industry Co., Ltd.) 0 .47 g was added to 48.5 g of propylene glycol monomethyl ether and dissolved. The reaction vessel was purged with nitrogen and reacted at 135 ° C. for 4 hours to obtain a polymer solution. When GPC analysis was performed, the obtained polymer having a structural unit represented by the following formula (9) had a weight average molecular weight of 23,600 in terms of standard polystyrene and a dispersity of 3.8. It is presumed that the obtained polymer has an OH group at the terminal.

<合成例3>
モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業(株)製)10.0g、イソフタル酸(東京化成工業(株)製)5.98g及びエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド(関東化学工業(株)製)0.67gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル66.6gに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、135℃で4時間反応させ、ポリマー溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた下記式(10)で表される構造単位を有するポリマーは、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量23,700、分散度は8.2であった。得られたポリマーは、末端にOH基を有すると推定される。
<Synthesis Example 3>
Monoallyl diglycidyl isocyanuric acid (manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) 10.0 g, isophthalic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 5.98 g, and ethyltriphenylphosphonium bromide (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 0. 67 g was added to 66.6 g of propylene glycol monomethyl ether and dissolved. The reaction vessel was purged with nitrogen and reacted at 135 ° C. for 4 hours to obtain a polymer solution. When GPC analysis was performed, the obtained polymer having a structural unit represented by the following formula (10) had a weight average molecular weight of 23,700 in terms of standard polystyrene and a dispersity of 8.2. It is presumed that the obtained polymer has an OH group at the terminal.

<合成例4>
シクロヘキシルジグリシジル(阪本薬品工業(株)製)7.0g、5−ヒドロキシイソフタル酸(東京化成工業(株)製)4.19g及びエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド(関東化学工業(株)製)0.43gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル17.42gに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、135℃で4時間反応させ、ポリマー溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた下記式(11)で表される構造単位を有するポリマー、は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量8,600、分散度2.41であった。得られたポリマーは、末端にOH基を有すると推定される。
<Synthesis Example 4>
7.0 g of cyclohexyl diglycidyl (Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.), 4.19 g of 5-hydroxyisophthalic acid (Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) and ethyl triphenylphosphonium bromide (Kanto Chemical Co., Ltd.) 43 g was added to 17.42 g of propylene glycol monomethyl ether and dissolved. The reaction vessel was purged with nitrogen and reacted at 135 ° C. for 4 hours to obtain a polymer solution. When GPC analysis was performed, the obtained polymer having a structural unit represented by the following formula (11) had a weight average molecular weight of 8,600 and a dispersity of 2.41 in terms of standard polystyrene. The resulting polymer is presumed to have an OH group at the end.

本願明細書の実施例1乃至8及び比較例5乃至9で用いたイオン液体を以下にA乃至Iとして示す。
The ionic liquids used in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 5 to 9 of the present specification are shown as A to I below.

<実施例1>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0091g、上記イオン液体A 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.90g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた
。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 1>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of the ionic liquid A, tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174 0.09 g, manufactured by Nippon Cytec Industries, Ltd.), 11.90 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<実施例2>
上記合成例2で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0092g、イオン液体A 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル12.01g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.52gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 2>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 2 above, 0.0092 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid A, tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g of Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) was mixed, and 12.01 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.52 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<実施例3>
上記合成例3で得られたポリマー0.36gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0090g、イオン液体A 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.65g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.48gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 3>
To 2.00 g of a solution containing 0.36 g of the polymer obtained in Synthesis Example 3 above, 0.0090 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid A, tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g (manufactured by Nippon Cytec Industries, Ltd.) was mixed, and 11.65 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.48 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<実施例4>
上記合成例4で得られたポリマー0.35gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0088g、イオン液体A 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.37g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.45gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 4>
To 2.00 g of a solution containing 0.35 g of the polymer obtained in Synthesis Example 4 above, 0.0088 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid A, tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g of Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) was mixed, and 11.37 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.45 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<実施例5>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0091g、イオン液体G 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.90g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 5>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid G, tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g (manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) was mixed, and 11.90 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<実施例6>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0091g、イオン液体H 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.90g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 6>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid H, tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g (manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) was mixed, and 11.90 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<実施例7>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチ
ル酸0.0091g、イオン液体I 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.90g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 7>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid I, tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g (manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) was mixed, and 11.90 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<実施例8>
下記式(12)で表される構造を有するポリマー(ポリスチレン換算にて重量平均分子量10000)を含む溶液2.00g(ポリマー濃度21質量%)に、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.10g、ピリジニウム−p−トルエンスルホナート0.012g(東京化成工業(株)製)、イオン液体G 0.13gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル13.98g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.73gを加え溶液とした。その後口径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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Example 8>
Tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered] is added to 2.00 g (polymer concentration: 21% by mass) of a solution containing a polymer having a structure represented by the following formula (12) (weight average molecular weight 10,000 in terms of polystyrene). Trademark] 1174, manufactured by Nippon Cytec Industries, Ltd.) 0.10 g, pyridinium-p-toluenesulfonate 0.012 g (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and ionic liquid G 0.13 g were mixed, and propylene glycol monomethyl ether 13.98 g and propylene glycol monomethyl ether acetate 1.73 g were added to make a solution. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a diameter of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例1>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0091g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative Example 1>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1 above, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid, tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) ) 0.09 g was mixed, and 11.00 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例2>
上記合成例2で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0092g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.1g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.52gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative example 2>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 2 above, 0.0092 g of 5-sulfosalicylic acid, tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) ) 0.09 g was mixed and 11.1 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.52 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例3>
上記合成例3で得られたポリマー0.36gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0090g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル10.76g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.48gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative Example 3>
To 2.00 g of a solution containing 0.36 g of the polymer obtained in Synthesis Example 3 above, 0.0090 g of 5-sulfosalicylic acid, tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, manufactured by Nippon Cytec Industries, Ltd. ) 0.09 g was mixed, and 10.76 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.48 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例4>
上記合成例4で得られたポリマー0.35gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0088g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル10.5g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.45gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative example 4>
To 2.00 g of a solution containing 0.35 g of the polymer obtained in Synthesis Example 4 above, 0.0088 g of 5-sulfosalicylic acid, tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) ) 0.09 g was mixed, and 10.5 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.45 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例5>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0091g、イオン液体B 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative Example 5>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid B, tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g of Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) was mixed, and 11.00 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例6>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0091g、イオン液体C 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative Example 6>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid C, tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g of Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) was mixed, and 11.00 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例7>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0091g、イオン液体D 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative Example 7>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid D, tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g of Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) was mixed, and 11.00 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例8>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチル酸0.0091g、イオン液体E 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative Example 8>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid E, tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g of Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) was mixed, and 11.00 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例9>
上記合成例1で得られたポリマー0.37gを含む溶液2.00gに5−スルホサリチ
ル酸0.0091g、イオン液体F 0.11g、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.09gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテル11.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.50gを加え溶解させた。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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative Example 9>
To 2.00 g of a solution containing 0.37 g of the polymer obtained in Synthesis Example 1, 0.0091 g of 5-sulfosalicylic acid, 0.11 g of ionic liquid F, tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: POWDERLINK [registered trademark] 1174, 0.09 g of Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) was mixed, and 11.00 g of propylene glycol monomethyl ether and 1.50 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

<比較例10>
下記式(12’)で表される構造を有するポリマー(ポリスチレン換算にて重量平均分子量60000)を含む溶液5.03g(ポリマー濃度15質量%)に、テトラメトキシメチルグリコールウリル(商品名:POWDERLINK[登録商標]1174、日本サイテックインダストリーズ(株)製)0.19g、ピリジニウム−p−トルエンスルホナート0.012g(東京化成工業(株)製)、ビスフェノールS(東京化成工業(株)製)0.024g、プロピレングリコールモノメチルエーテル12.67g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート7.17g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、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(溶液)とした。
<Comparative Example 10>
To a solution containing a polymer having a structure represented by the following formula (12 ′) (weight average molecular weight 60000 in terms of polystyrene) (polymer name: 15% by mass), tetramethoxymethylglycoluril (trade name: POWDERLINK [ Registered trademark] 1174, manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) 0.19 g, pyridinium-p-toluenesulfonate 0.012 g (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), bisphenol S (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 0. 024 g, 12.67 g of propylene glycol monomethyl ether and 7.17 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added to make a solution. Thereafter, the mixture was filtered using a polyethylene microfilter having a pore size of 0.02 μm to obtain a resist underlayer film forming composition (solution) for lithography.

[レジスト溶剤への溶出試験]
実施例1乃至8及び比較例1乃至9で調製したレジスト下層膜形成組成物を、それぞれ、スピナーにより、半導体基板であるシリコンウエハー上に塗布した。そのシリコンウエハーをホットプレート上に配置し、205℃で1分間ベークし、レジスト下層膜を形成した。これらのレジスト下層膜をプロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)/プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)=7/3(質量比)に浸漬し、その溶剤に不溶であるか否かの確認実験を行った。
[Elution test in resist solvent]
The resist underlayer film forming compositions prepared in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 9 were each applied onto a silicon wafer as a semiconductor substrate by a spinner. The silicon wafer was placed on a hot plate and baked at 205 ° C. for 1 minute to form a resist underlayer film. These resist underlayer films were immersed in propylene glycol monomethyl ether (PGME) / propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) = 7/3 (mass ratio), and an experiment for confirming whether or not they were insoluble in the solvent was conducted.

表1の結果より、本発明の実施例1乃至8のレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜は、いずれも膜厚変化が1nm以下(初期膜厚の1%以下)であるこ
とから、溶剤耐性を有することが明らかである。一方、比較例6乃至9のレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜は、いずれも溶剤耐性を有さない結果となった。
From the results of Table 1, the resist underlayer films formed using the resist underlayer film forming compositions of Examples 1 to 8 of the present invention all have a film thickness change of 1 nm or less (1% or less of the initial film thickness). It is clear from some that it has solvent resistance. On the other hand, the resist underlayer films formed using the resist underlayer film forming compositions of Comparative Examples 6 to 9 all did not have solvent resistance.

[昇華物量の測定]
直径4インチのシリコンウエハーに、前記実施例1、2、5乃至8で調製したレジスト下層膜形成組成物及び比較対象として比較例5、10で調製したレジスト下層膜形成組成物を、スピンコーターにて、1,500rpm、60秒間でそれぞれ塗布した。レジスト下層膜形成組成物が塗布されたウエハーを、ホットプレートが一体化した昇華物量測定装置(国際公開第2007/111147号パンフレット参照)にセットして、120秒間ベークし、昇華物をQCM(Quartz Crystal Microbalance)センサー、すなわち電極が形成された水晶振動子に捕集した。QCMセンサーは、水晶振動子の表面(電極)に昇華物が付着するとその質量に応じて水晶振動子の周波数が変化する(下がる)性質を利用して、微量の質量変化を測定することができる。
[Measurement of sublimation amount]
The resist underlayer film forming composition prepared in Examples 1, 2, 5 to 8 and the resist underlayer film forming composition prepared in Comparative Examples 5 and 10 as comparative objects were applied to a silicon wafer having a diameter of 4 inches on a spin coater. Each was applied at 1,500 rpm for 60 seconds. The wafer coated with the resist underlayer film forming composition is set in a sublimation amount measuring device (see International Publication No. 2007/111147 pamphlet) integrated with a hot plate, baked for 120 seconds, and the sublimate is QCM (Quartz). The crystals were collected on a crystal microbalance sensor, that is, a crystal resonator on which an electrode was formed. The QCM sensor can measure a small amount of mass change by utilizing the property that when a sublimate adheres to the surface (electrode) of the crystal unit, the frequency of the crystal unit changes (decreases) according to the mass. .

詳細な測定手順は、以下の通りである。
昇華物量測定装置のホットプレートを205℃に昇温し、ポンプ流量を1m3/sに設
定し、最初の60秒間は装置安定化のために放置した。その後直ちに、レジスト下層膜形成組成物が塗布されたウエハーをスライド口から速やかにホットプレートに乗せ、60秒の時点から180秒の時点(120秒間)の昇華物の捕集を行った。なおウエハー上に形成されたレジスト下層膜の当初の膜厚は80nmであった。
The detailed measurement procedure is as follows.
The hot plate of the sublimation amount measuring device was heated to 205 ° C., the pump flow rate was set to 1 m 3 / s, and the first 60 seconds were left to stabilize the device. Immediately thereafter, the wafer coated with the resist underlayer film forming composition was quickly put on the hot plate from the slide port, and the sublimate was collected from the time point of 60 seconds to the time point of 180 seconds (120 seconds). The initial film thickness of the resist underlayer film formed on the wafer was 80 nm.

なお、前記昇華物量測定装置のQCMセンサーと捕集ロート部分の接続となるフローアタッチメント(検出部分)にはノズルを付けずに使用し、そのため、センサー(水晶振動子)との距離が30mmのチャンバーユニットの流路(口径:32mm)から、気流が絞られることなく流入する。また、QCMセンサーには、電極として珪素とアルミニウムを主成分とする材料(AlSi)を用い、水晶振動子の直径(センサー直径)が14mm、水晶振動子表面の電極直径が5mm、共振周波数が9MHzのものを用いた。   In addition, the flow attachment (detection part) that connects the QCM sensor and the collection funnel part of the sublimation amount measuring device is used without a nozzle, so that the chamber with a distance of 30 mm from the sensor (quartz crystal unit) is used. The airflow flows from the unit flow path (caliber: 32 mm) without being restricted. The QCM sensor uses a material mainly composed of silicon and aluminum (AlSi) as an electrode, the diameter of the crystal unit (sensor diameter) is 14 mm, the electrode diameter on the surface of the crystal unit is 5 mm, and the resonance frequency is 9 MHz. The thing of was used.

得られた周波数変化を、測定に使用した水晶振動子の固有値からグラムに換算し、レジスト下層膜形成組成物が塗布されたウエハー1枚の昇華物量と時間経過との関係を明らかにした。表2に、実施例1、2、5乃至8及び比較対象の比較例5、10における0秒から180秒までの測定装置が示す昇華物量(単位はng:ナノグラム)を記載した。なお、最初の60秒間は装置安定化のために放置した(ウエハーをセットしていない)時間帯であり、測定機器の安定状態を示すために測定装置が示す昇華物量をマイナスの値であってもそのまま読み取った。したがって、ウエハーをホットプレートに載せた60秒の時点から180秒の時点までの測定値がウエハーの昇華物量に関する測定値である。   The obtained frequency change was converted to gram from the eigenvalue of the quartz crystal used for the measurement, and the relationship between the amount of sublimation and the time course of one wafer coated with the resist underlayer film forming composition was clarified. In Table 2, the amount of sublimation (unit: ng: nanogram) indicated by the measuring apparatus from 0 to 180 seconds in Examples 1, 2, 5 to 8 and Comparative Examples 5 and 10 to be compared is shown. Note that the first 60 seconds is a time zone in which the apparatus is left to stabilize the apparatus (no wafer is set), and the amount of sublimation indicated by the measuring apparatus is a negative value to indicate the stable state of the measuring instrument. I read it as it was. Therefore, the measurement value from the time point of 60 seconds to the time point of 180 seconds when the wafer is placed on the hot plate is a measurement value relating to the amount of sublimation of the wafer.

表2の結果より、本発明の実施例1、2、5乃至8のレジスト下層膜形成組成物の方が、比較例5のレジスト下層膜形成組成物より昇華物の発生が抑制されていることが明らかである。さらに本発明の実施例1、2、5乃至8のレジスト下層膜形成組成物は、比較例10のレジスト下層膜形成組成物と比較して、発生する昇華物量は同等以下である。   From the results in Table 2, the resist underlayer film forming compositions of Examples 1, 2, 5 to 8 of the present invention are more suppressed from generating sublimates than the resist underlayer film forming composition of Comparative Example 5. Is clear. Furthermore, the resist underlayer film forming compositions of Examples 1, 2, 5 to 8 of the present invention generate less sublimates than the resist underlayer film forming composition of Comparative Example 10.

[表面抵抗値測定]
帯電防止性能は、フィルムの表面抵抗値と密接に関係し、一般に表面抵抗値が低い程帯電防止性能に優れることが知られている。従って、表面抵抗値を測定することで、間接的ではあるが帯電防止能を評価することが可能である。ウエハー上に実施例1、2、5乃至8、比較例1及び2で得たレジスト下層膜形成組成物を1500rpmで60秒間スピンコートし、205℃で60秒間ベークしてレジスト下層膜を形成した。
DSM−8103デジタル絶縁計(東亜ディーケーケー(株)製)を用いて表面抵抗値測定を行った。表3に示すとおり、実施例で得たイオン液体を含むレジスト下層膜形成組成物から形成されたレジスト下層膜は、イオン液体を含まない比較例のものと比較して抵抗値が1オーダー以上低いことが確認された。
[Surface resistance measurement]
The antistatic performance is closely related to the surface resistance value of the film, and it is generally known that the lower the surface resistance value, the better the antistatic performance. Therefore, by measuring the surface resistance value, it is possible to evaluate the antistatic ability although indirectly. The resist underlayer film forming compositions obtained in Examples 1, 2, 5 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were spin-coated on a wafer at 1500 rpm for 60 seconds, and baked at 205 ° C. for 60 seconds to form a resist underlayer film. .
The surface resistance value was measured using a DSM-8103 digital insulation meter (manufactured by Toa DK Corporation). As shown in Table 3, the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition containing the ionic liquid obtained in the example has a resistance value one order or more lower than that of the comparative example not containing the ionic liquid. It was confirmed.

[帯電防止性能試験]
シリコンウエハー上に実施例1乃至8及び比較例1で得たレジスト下層膜形成組成物をそれぞれスピンコートした。205℃で60秒ベークしてレジスト下層膜を形成した。ウエハーを1cm角にカットし、断面SEM(S−4800、(株)日立製作所製)にて帯電防止性試験を行った。帯電防止性能は一定の加速電圧、引き出し電流下、試料に電子線を照射し、SEM(走査型電子顕微鏡)で得られる像の焼きつきの大小にて帯電防止性の大きさを判断した。加速電圧1.5kV、引き出し電流10μAにて試験を行った。試験には、倍率1000倍で5秒間保った後に倍率を400倍に戻してすぐさま写真撮影を行い、1000倍に拡大時に帯電した像のコントラストを比較した。実施例で得たイオン液体を含むレジスト下層膜形成組成物から形成されたレジスト下層膜では、倍率を拡大、縮小後の像コントラストはイオン液体を含まない比較例のものと比較して十分に小さく、帯電防止性能が確認された。もし、試料がチャージアップ(帯電状態)していれば、1000倍の拡大時の映像を400倍に縮小しても1000倍時の映像が黒い像として残存するが、チャージアップしていなければ1000倍時の映像から400倍時の映像にしたとき1000倍時の映像の残像が薄れた映像(残像がつきにくい)が映し出される。実施例1、2、5乃至8及び比較例1で得たレジスト下層膜形成組成物を用いた場合の断面SEM像を図1〜7に示す。
[Antistatic performance test]
Each of the resist underlayer film forming compositions obtained in Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 was spin-coated on a silicon wafer. A resist underlayer film was formed by baking at 205 ° C. for 60 seconds. The wafer was cut into 1 cm square, and an antistatic property test was performed with a cross-sectional SEM (S-4800, manufactured by Hitachi, Ltd.). The antistatic performance was determined by irradiating the sample with an electron beam under a constant accelerating voltage and extraction current, and determining the size of the antistatic property based on the magnitude of image burn-in obtained by SEM (scanning electron microscope). The test was performed at an acceleration voltage of 1.5 kV and an extraction current of 10 μA. In the test, the magnification was maintained at 1000 times for 5 seconds, and then the magnification was returned to 400 times to immediately take a photograph, and the contrast of images charged when enlarged to 1000 times was compared. In the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition containing the ionic liquid obtained in the examples, the image contrast after enlargement and reduction is sufficiently smaller than that of the comparative example not containing the ionic liquid. The antistatic performance was confirmed. If the sample is charged up (charged), the image at 1000 times remains as a black image even if the image at 1000 times magnification is reduced to 400 times, but if the sample is not charged up, 1000 times remains. When the double-time video is changed to the 400-time video, a video (afterimage is difficult to attach) of the 1000x video is displayed. 1 to 7 show cross-sectional SEM images when the resist underlayer film forming compositions obtained in Examples 1, 2, 5 to 8 and Comparative Example 1 were used.

[レジストパターンの形成]
前記実施例1乃至8で調製したレジスト下層膜形成組成物を、スピナーによりシリコンウエハー上に塗布した。ホットプレート上で205℃で1分間加熱し、膜厚20〜80nmのレジスト下層膜を形成した。このレジスト下層膜の上に、市販のレジスト溶液(住友化学(株)製、商品名:PAR855)をスピナーにより塗布し、ホットプレート上にて105℃で60秒間加熱してレジスト膜(膜厚0.10μm)を形成した。
[Formation of resist pattern]
The resist underlayer film forming compositions prepared in Examples 1 to 8 were applied onto a silicon wafer using a spinner. Heating was performed at 205 ° C. for 1 minute on a hot plate to form a resist underlayer film having a thickness of 20 to 80 nm. On this resist underlayer film, a commercially available resist solution (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name: PAR855) is applied by a spinner and heated on a hot plate at 105 ° C. for 60 seconds to form a resist film (film thickness 0). .10 μm) was formed.

次いで、(株)ニコン製、NSR−S307E(波長193nm、NA:0.85,σ:0.65/0.93(ANNULAR))のスキャナーを用い、フォトマスクを通して露光を行った。フォトマスクは形成すべきレジストパターンに応じて選択した。露光後、ホットプレート上、105℃で60秒間露光後加熱(PEB)を行い、冷却後、工業規格の60秒シングルパドル式工程にて、現像液として0.26規定のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像した。レジストパターンの、基板(シリコンウエハー)と垂直方向の断面形状を断面SEMにて観察したところ、目的のレジストパターンが形成されていることが確認できた。実施例1、2及び5で調製したレジスト下層膜形成組
成物を用いて形成されたレジスト下層膜上のレジストパターンの断面SEM像を図8〜10に示す。
Next, exposure was performed through a photomask using a scanner made by Nikon Corporation, NSR-S307E (wavelength 193 nm, NA: 0.85, σ: 0.65 / 0.93 (ANNNULAR)). The photomask was selected according to the resist pattern to be formed. After exposure, on the hot plate, post exposure bake (PEB) is performed at 105 ° C. for 60 seconds, and after cooling, 0.26N tetramethylammonium hydroxide aqueous solution as a developer in an industrial standard 60 second single paddle process. Developed using When the cross-sectional shape of the resist pattern in the direction perpendicular to the substrate (silicon wafer) was observed with a cross-sectional SEM, it was confirmed that the target resist pattern was formed. The cross-sectional SEM images of the resist pattern on the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Examples 1, 2, and 5 are shown in FIGS.

Claims (6)

下記式(1):
(式中、Rは炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す。)
で表されるアニオン構造を有する少なくとも一種のイオン液体、架橋部位を有するポリマー、架橋剤、架橋反応を促進させる化合物及び有機溶媒を含む、レジスト下層膜形成組成物。
Following formula (1):
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)
A resist underlayer film-forming composition comprising at least one ionic liquid having an anion structure represented by formula (1), a polymer having a crosslinking site, a crosslinking agent, a compound for promoting a crosslinking reaction, and an organic solvent.
前記イオン液体は前記架橋部位を有するポリマーの質量に対し5乃至50質量%の量含まれる、請求項1に記載されたレジスト下層膜形成組成物。   2. The resist underlayer film forming composition according to claim 1, wherein the ionic liquid is contained in an amount of 5 to 50% by mass with respect to the mass of the polymer having the crosslinking site. 前記架橋部位を有するポリマーはアクリル樹脂、メタクリル樹脂又はポリエステルである、請求項1又は請求項2に記載されたレジスト下層膜形成組成物。   The resist underlayer film forming composition according to claim 1 or 2, wherein the polymer having a crosslinking site is an acrylic resin, a methacrylic resin, or a polyester. 前記架橋部位はヒドロキシ基、カルボキシル基又はアミノ基である、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載された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 3, wherein the crosslinking site is a hydroxy group, a carboxyl group, or an amino group. さらに界面活性剤を含む、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載された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 surfactant. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載されたレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し、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膜を形成する工程、前記レジスト下層膜と前記レジスト膜で被覆された半導体基板を露光する工程、及び前記露光後に現像する工程、を含む半導体装置の製造に用いるレジストパターンの形成方法。   A step of applying the resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 5 on a semiconductor substrate and baking to form a resist underlayer film, and forming a resist film on the resist underlayer film A method for forming a resist pattern used for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming, a step of exposing a semiconductor substrate covered with the resist underlayer film and the resist film, and a step of developing after the exposure.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023048021A1 (en) * 2021-09-24 2023-03-30 日産化学株式会社 Resist underlayer film-forming composition

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