JP2012194216A - パターン形成方法及びこれに用いるケイ素含有膜形成用組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)下記一般式(A−1)、下記一般式(A−2−1)、及び下記一般式(A−2−2)で表される反応性化合物及び/又はこれらの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物の各々からなる群から選ばれる各々の1種以上の化合物、からなる混合物を加水分解縮合することにより得られるケイ素含有化合物、(R2)m2(OR3)(3−m2)Si−R1−Si(R4)m4(OR5)(3−m4)(A−1)R11 m11R12 m12R13 m13Si(OR14)(4−m11−m12−m13)(A−2−1)U(OR21)m21(OR22)m22(O)m23/2(A−2−2)(B)有機溶剤を含む組成物によるケイ素含有膜上に、有機溶剤現像のフォトレジストでネガ型パターンを得る。
【選択図】なし
Description
有機溶剤によるネガティブトーン現像用のArFレジスト組成物としては、従来型のポジ型ArFレジスト組成物等を用いることができ、例えば特許文献1〜3にパターン形成方法が示されている。
(A)下記一般式(A−1)で表される1種以上の加水分解性ケイ素化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物と、
下記一般式(A−2−1)で表される加水分解性ケイ素化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物、及び下記一般式(A−2−2)で表される反応性化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物からなる群から選ばれる1種以上の化合物と、
からなる混合物を加水分解縮合することにより得られるケイ素含有化合物、
(R2)m2(OR3)(3−m2)Si−R1−Si(R4)m4(OR5)(3−m4) (A−1)
R11 m11R12 m12R13 m13Si(OR14)(4−m11−m12−m13) (A−2−1)
U(OR21)m21(OR22)m22(O)m23/2 (A−2−2)
(式中、R1は単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基であり、R2、R4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基であり、R3、R5はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。m2、m4は0≦m2+m4≦2を満たす整数である。
R11、R12、R13はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。m11、m12、m13はそれぞれ独立に、0又は1であり、かつ0≦m11+m12+m13≦3を満たす。R14は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。
R21、R22はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜30の有機基である。m21+m22+m23/2はUの種類により決まる価数であり、m21、m22、m23はそれぞれ独立に、0以上の整数である。Uは炭素とケイ素を除く周期律表のIII族、IV族、及びV族のいずれかの元素である。)
(B)有機溶剤
を含むケイ素含有膜形成用組成物を用いてケイ素含有膜を形成し、該ケイ素含有膜上にケイ素を含まないレジスト組成物を用いてフォトレジスト膜を形成し、加熱処理後に高エネルギー線で前記フォトレジスト膜を露光し、有機溶剤の現像液を用いて前記フォトレジスト膜の未露光部を溶解させることによりネガ型パターンを得ることを特徴とするパターン形成方法を提供する。
(C)少なくとも1種以上の下記一般式(3)又は(4)で表される化合物、
LaHbX (3)
(式中、Lは周期表1a族のカチオンであり、Xは水酸化物イオン、炭素数1〜30の1価又は2価以上でありハロゲン原子で置換されてもよい有機酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、及び炭酸イオンのいずれかである。aは1以上の整数、bは0又は1以上の整数であり、a+bは前記Xにより決まる価数である。)
Ma’Hb’A (4)
(式中、Mはスルホニウム、ヨードニウム、及びアンモニウムのいずれかであり、Aは水酸化物イオン、炭素数1〜30の1価又は2価以上でありハロゲン原子で置換されてもよい有機酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、ハロゲンイオン、及びハロゲン酸イオンのいずれかである。a’は1以上の整数、b’は0又は1以上の整数であり、a’+b’は前記Aにより決まる価数である。)
(D)炭素数1〜30の1価又は2価以上の有機酸、
を含むケイ素含有膜形成用組成物を用いることができる。
更に、前記ネガ型パターンを得た後に、該パターンが形成されたフォトレジスト膜をマスクにして前記ケイ素含有膜にドライエッチングでパターン転写し、該パターンが転写されたケイ素含有膜をマスクにして前記有機下層膜又は有機ハードマスクにドライエッチングでパターン転写し、更に該パターンが転写された有機下層膜又は有機ハードマスクをマスクにして被加工体にドライエッチングでパターンを転写することができる。
(A)下記一般式(A−1)で表される1種以上の加水分解性ケイ素化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物と、
下記一般式(A−2−1)で表される加水分解性ケイ素化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物、及び下記一般式(A−2−2)で表される反応性化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物からなる群から選ばれる1種以上の化合物と、
からなる混合物を加水分解縮合することにより得られるケイ素含有化合物、
(R2)m2(OR3)(3−m2)Si−R1−Si(R4)m4(OR5)(3−m4) (A−1)
R11 m11R12 m12R13 m13Si(OR14)(4−m11−m12−m13) (A−2−1)
U(OR21)m21(OR22)m22(O)m23/2 (A−2−2)
(式中、R1は単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基であり、R2、R4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基であり、R3、R5はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。m2、m4は0≦m2+m4≦2を満たす整数である。
R11、R12、R13はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。m11、m12、m13はそれぞれ独立に、0又は1であり、かつ0≦m11+m12+m13≦3を満たす。R14は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。
R21、R22はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜30の有機基である。m21+m22+m23/2はUの種類により決まる価数であり、m21、m22、m23はそれぞれ独立に、0以上の整数である。Uは炭素とケイ素を除く周期律表のIII族、IV族、及びV族のいずれかの元素である。)
(B)有機溶剤
を含むことを特徴とするケイ素含有膜形成用組成物を提供する。
(C)少なくとも1種以上の下記一般式(3)又は(4)で表される化合物、
LaHbX (3)
(式中、Lは周期表1a族のカチオンであり、Xは水酸化物イオン、炭素数1〜30の1価又は2価以上でありハロゲン原子で置換されてもよい有機酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、及び炭酸イオンのいずれかである。aは1以上の整数、bは0又は1以上の整数であり、a+bは前記Xにより決まる価数である。)
Ma’Hb’A (4)
(式中、Mはスルホニウム、ヨードニウム、及びアンモニウムのいずれかであり、Aは水酸化物イオン、炭素数1〜30の1価又は2価以上でありハロゲン原子で置換されてもよい有機酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、ハロゲンイオン、及びハロゲン酸イオンのいずれかである。a’は1以上の整数、b’は0又は1以上の整数であり、a’+b’は前記Aにより決まる価数である。)
(D)炭素数1〜30の1価又は2価以上の有機酸、
を含むことが好ましい。
このような接触角となるケイ素含有膜を形成する組成物であれば、レジストパターンとの密着性がより向上し、倒れのないパターンを形成できる。
前述のように、有機溶剤による現像液を用いてネガ型レジストパターンを形成する場合、従来の下層膜材料等を用いたパターン形成方法では、上層レジストの性能を十分に発揮できないことがあった。
下記一般式(A−2−1)で表される加水分解性ケイ素化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物、及び下記一般式(A−2−2)で表される反応性化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物からなる群から選ばれる1種以上の化合物と、
からなる混合物を加水分解縮合することにより得られる。
(R2)m2(OR3)(3−m2)Si−R1−Si(R4)m4(OR5)(3−m4) (A−1)
R11 m11R12 m12R13 m13Si(OR14)(4−m11−m12−m13) (A−2−1)
U(OR21)m21(OR22)m22(O)m23/2 (A−2−2)
(式中、R1は単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基であり、R2、R4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基であり、R3、R5はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。m2、m4は0≦m2+m4≦2を満たす整数である。
R11、R12、R13はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。m11、m12、m13はそれぞれ独立に、0又は1であり、かつ0≦m11+m12+m13≦3を満たす。R14は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。
R21、R22はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜30の有機基である。m21+m22+m23/2はUの種類により決まる価数であり、m21、m22、m23はそれぞれ独立に、0以上の整数である。Uは炭素とケイ素を除く周期律表のIII族、IV族、及びV族のいずれかの元素である。)
例えば、モノマー同士やポリマーの反応性末端とモノマーとの反応を例に取ると、規制のない2官能シラン、一つの結合が規制を受けて自由回転の出来ない2官能シラン単位、3官能シランの加水分解縮合では、下記に示すように、縮合が進むに連れてシリコン原子の回転がシロキサン結合により制限を受けてしまうが、最後のシロキサン結合を形成するときでも比較的容易に周辺のシラノールと縮合することが可能である。
例えばm11+m12+m13=0のテトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン等を例示できる。
例えば、Uがホウ素の場合、上記一般式(A−2−2)で示される化合物として、ボロンメトキシド、ボロンエトキシド、ボロンプロポキシド、ボロンブトキシド、ボロンアミロキシド、ボロンヘキシロキシド、ボロンシクロペントキシド、ボロンシクロヘキシロキシド、ボロンアリロキシド、ボロンフェノキシド、ボロンメトキシエトキシド、ホウ酸、酸化ホウ素等をモノマーとして例示できる。
ケイ素含有化合物(A)は、上記反応原料(以下「モノマー」と呼ぶこともある)を好ましくは無機酸、脂肪族スルホン酸及び芳香族スルホン酸から選ばれる一種以上の化合物を酸触媒として用いて、加水分解縮合を行うことで製造することができる。
このとき使用する有機溶剤としては、ケイ素含有化合物を溶解でき、水と混合させると2層分離するものが好ましい。例えばメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、アセトン、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサン、酢酸エチル、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン、ブタンジオ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、エチレングリコールモノメチルエーテル、ブタンジオールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ブタンジオールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、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モノエチルエーテルアセテート、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸t−ブチル、プロピオン酸t−ブチル、プロピレングリコールモノt−ブチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンチルメチルエーテル等及びこれらの混合物を挙げることができる。
尚、上記の触媒除去操作において、酸触媒が実質的に除去されたとは、反応に使用された酸触媒がケイ素含有化合物中反応開始時に添加した量に対して10質量%以下、好ましくは5質量%以下程度残存しているものは許容されることを意味する。
有機溶剤(B)としては、前記ケイ素含有化合物(A)の製造時に使用したものと同様の有機溶剤、好ましくは水溶性有機溶剤、特にエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のモノアルキルエーテル、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール等のモノアルキルエーテルを使用することができる。具体的には、ブタンジオ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、エチレングリコールモノメチルエーテル、ブタンジオールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ブタンジオールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル等から選ばれる有機溶剤を使用することができる。
LaHbX (3)
(式中、Lは周期表1a族のカチオンであり、Xは水酸化物イオン、炭素数1〜30の1価又は2価以上でありハロゲン原子で置換されてもよい有機酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、及び炭酸イオンのいずれかである。aは1以上の整数、bは0又は1以上の整数であり、a+bは前記Xにより決まる価数である。)
Ma’Hb’A (4)
(式中、Mはスルホニウム、ヨードニウム、及びアンモニウムのいずれかであり、Aは水酸化物イオン、炭素数1〜30の1価又は2価以上でありハロゲン原子で置換されてもよい有機酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、ハロゲンイオン、及びハロゲン酸イオンのいずれかである。a’は1以上の整数、b’は0又は1以上の整数であり、a’+b’は前記Aにより決まる価数である。)
このとき添加する有機酸(D)としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、トリフルオロ酢酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、シュウ酸、マロン酸、メチルマロン酸、エチルマロン酸、プロピルマロン酸、ブチルマロン酸、ジメチルマロン酸、ジエチルマロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、クエン酸等を例示することができる。特にシュウ酸、マレイン酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、クエン酸等が好ましい。また、安定性を保つため、2種以上の酸を混合して使用してもよい。
あるいは、上記有機酸(D)を組成物のpHに換算して、好ましくは0≦pH≦7、より好ましくは0.3≦pH≦6.5、更に好ましくは0.5≦pH≦6となるように配合することがよい。
この場合、図1(A)に示したように、本発明においては被加工体10に本発明のケイ素含有膜形成用組成物を用いてケイ素含有膜20を形成し、更にレジスト組成物を基板上に塗布してフォトレジスト膜30を形成する。レジスト膜の厚さとしては、10〜1,000nm、特に20〜500nmであることが好ましい。このフォトレジスト膜は、露光前に加熱(プリベーク)を行うが、この条件としては、例えば80〜180℃で10〜300秒間行うことが好ましい。
半導体基板としては、シリコン基板が一般的に用いられるが、特に限定されるものではなく、Si、アモルファスシリコン(α−Si)、p−Si、SiO2、SiN、SiON、W、TiN、Al等で被加工層と異なる材質のものが用いられてもよい。
被加工体を構成する金属としては、ケイ素、チタン、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、ゲルマニウム、銅、アルミニウム、及び鉄のいずれか、あるいはこれらの合金であるものを用いることができ、このような金属を含む被加工層としては、例えば、Si、SiO2、SiN、SiON、SiOC、p−Si、α−Si、TiN、WSi、BPSG、SOG、Cr、CrO、CrON、MoSi、W、W−Si、Al、Cu、Al−Si等及び種々の低誘電膜及びそのエッチングストッパー膜が用いられ、通常50〜10,000nm、特に100〜5,000nmの厚さに形成し得る。
このようなArFエキシマレーザー光用レジスト組成物は多数の候補がすでに公知であり、すでに公知の樹脂を大別すると、ポリ(メタ)アクリル系、COMA(Cyclo Olefin Maleic Anhydride)系、COMA−(メタ)アクリルハイブリッド系、ROMP(Ring Opening Methathesis Polymerization)系、ポリノルボルネン系等があるが、このうち、ポリ(メタ)アクリル系樹脂を使用したレジスト組成物は、側鎖に脂環式骨格を導入することでエッチング耐性を確保しているため、解像性能は、他の樹脂系に比較して優れる。
ArF液浸リソグラフィーにおいては液浸溶剤として純水、又はアルカン等の屈折率が1以上で露光波長に高透明の液体が用いられる。液浸リソグラフィーでは、プリベーク後のフォトレジスト膜と投影レンズの間に、純水やその他の液体を挿入する。これによってNAが1.0以上のレンズ設計が可能となり、より微細なパターン形成が可能になる。液浸リソグラフィーはArFリソグラフィーを45nmノードまで延命させるための重要な技術である。
特に、前記現像液成分1種又は2種以上の合計が、50質量%以上である現像液を使用することが、パターン倒れ改善やより良好なホールパターンを形成するとの観点から好ましい。
このプロセスにおいては、まず被加工体上に有機下層膜をスピンコート法等で作製する。この有機下層膜は、被加工体をエッチングするときのマスクとして作用するので、エッチング耐性が高いことが望ましく、上層のケイ素含有膜とミキシングしないことが求められるので、スピンコートした後に熱あるいは酸によって架橋することが望ましい。
尚、下記例で%は質量%を示し、分子量測定はGPCによった。
[合成例1]
エタノール40g、メタンスルホン酸1g及び脱イオン水50gの混合物にフェニルトリメトキシシラン2.0g、1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタン6.8g、ホウ酸トリイソプロピル7.5g及びテトラエトキシシラン20.8gの混合物を添加し、12時間、40℃に保持し、加水分解縮合させた。反応終了後、プロピレングリコールメチルエーテル100gを加え、副生アルコールを減圧で留去した。そこに、酢酸エチル1000ml及びプロピレングリコールメチルエーテル300gを加え、水層を分液した。残った有機層に、イオン交換水100mlを加えて撹拌、静置、分液した。これを3回繰り返した。残った有機層を減圧で濃縮してケイ素含有化合物1のプロピレングリコールメチルエーテル溶液100g(ポリマー濃度10%)を得た。得られた溶液をイオンクロマトグラフでメタンスルホン酸イオンを分析したが、検出されなかった。このもののポリスチレン換算分子量を測定したところMw=3,000であった。
上記合成例で得られたケイ素含有化合物1〜22、有機酸、熱架橋促進剤、溶剤、添加剤を表2−1〜2−3に示す割合で混合し、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって、ケイ素含有膜形成用組成物溶液をそれぞれ調製し、それぞれSol.1〜37とした。
TPSHCO3 :炭酸モノ(トリフェニルスルホニウム)
TPSOx :シュウ酸モノ(トリフェニルスルホニウム)
TPSTFA :トリフルオロ酢酸トリフェニルスルホニウム
TPSOCOPh:安息香酸トリフェニルスルホニウム
TPSH2PO4:リン酸モノ(トリフェニルスルホニウム)
TPSMA :マレイン酸モノ(トリフェニルスルホニウム)
QMAMA :マレイン酸モノ(テトラメチルアンモニウム)
QMATFA :トリフルオロ酢酸テトラメチルアンモニウム
QBANO3 :硝酸テトラブチルアンモニウム
Ph2ICl :塩化ジフェニルヨードニウム
PGME :プロピレングリコールモノメチルエーテル
ケイ素含有膜形成用組成物溶液Sol.1〜37を塗布して240℃で60秒間加熱して、膜厚35nmのケイ素含有膜Film1〜37を作成し、純水との接触角を測定した(表3)。
[実施例1−1〜1−20]、[比較例1−1〜1−7]
シリコンウエハー上に、信越化学工業(株)製スピンオンカーボン膜ODL−50(カーボン含有量80質量%)を膜厚200nmで形成した。その上にケイ素含有膜形成用組成物溶液Sol.11から37を塗布して240℃で60秒間加熱して、膜厚35nmのケイ素含有膜Film11〜37を作製した。
次いで、ArF液浸露光装置((株)ニコン製;NSR−S610C,NA1.30、σ0.98/0.65、35度ダイポール偏光照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク)で露光し、100℃で60秒間ベーク(PEB)し、30rpmで回転させながら現像ノズルから現像液として酢酸ブチルを3秒間吐出し、その後回転を止めてパドル現像を27秒間行い、ジイソアミルエーテルでリンス後スピンドライし、100℃で20秒間ベークしてリンス溶剤を蒸発させた。
このパターニングにより、43nm 1:1のネガ型のラインアンドスペースパターンを得た。この寸法を(株)日立ハイテクノロジーズ製電子顕微鏡(S−9380)で寸法を測定した。
一方、表5−2に示すように、接触角が70度以上の比較例1−1〜1−7では、パターン断面がアンダーカット形状やネガティブ形状となり、パターン倒れも発生した。
[実施例2−1〜2−12]
上記のパターニング試験Iで示された現像液(酢酸ブチル)の代わりに、以下に示した現像液を用いて、パターニング試験Iと同様手順で、43nm 1:1のネガ型のラインアンドスペースパターンを得た。
[実施例3−1〜3−20]、[比較例3−1〜3−7]
シリコンウエハー上に、信越化学工業(株)製スピンオンカーボン膜ODL−50(カーボン含有量80質量%)を膜厚200nmで形成した。その上にケイ素含有膜形成用組成物溶液Sol.11から37を塗布して240℃で60秒間加熱して、膜厚35nmのケイ素含有膜Film11〜37を作製した。
装置:東京エレクトロン(株)製ドライエッチング装置Telius SP
エッチング条件(1):
チャンバー圧力 10Pa
Upper/Lower RFパワー 500W/300W
CHF3ガス流量 50ml/min
CF4ガス流量 150ml/min
Arガス流量 100ml/min
処理時間 40sec
装置:東京エレクトロン(株)製ドライエッチング装置Telius SP
エッチング条件(2):
チャンバー圧力 2Pa
Upper/Lower RFパワー 1000W/300W
O2ガス流量 300ml/min
N2ガス流量 100ml/min
Arガス流量 100ml/min
処理時間 30sec
一方、比較例3−1〜3−7では、表7−2に示すように、アンダーカット形状やネガティブ形状により上層レジストの倒れが発生し、スピンオンカーボン膜エッチング時にパターンよれが発生し、その結果、エッチング後のスピンオンカーボン膜パターンラフネスが大きく悪化した。
30…フォトレジスト膜、 30a…ネガティブパターン、 40…露光。
Claims (17)
- リソグラフィーによりネガ型のパターンを形成する方法であって、少なくとも、
(A)下記一般式(A−1)で表される1種以上の加水分解性ケイ素化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物と、
下記一般式(A−2−1)で表される加水分解性ケイ素化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物、及び下記一般式(A−2−2)で表される反応性化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物からなる群から選ばれる1種以上の化合物と、
からなる混合物を加水分解縮合することにより得られるケイ素含有化合物、
(R2)m2(OR3)(3−m2)Si−R1−Si(R4)m4(OR5)(3−m4) (A−1)
R11 m11R12 m12R13 m13Si(OR14)(4−m11−m12−m13) (A−2−1)
U(OR21)m21(OR22)m22(O)m23/2 (A−2−2)
(式中、R1は単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基であり、R2、R4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基であり、R3、R5はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。m2、m4は0≦m2+m4≦2を満たす整数である。
R11、R12、R13はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。m11、m12、m13はそれぞれ独立に、0又は1であり、かつ0≦m11+m12+m13≦3を満たす。R14は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。
R21、R22はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜30の有機基である。m21+m22+m23/2はUの種類により決まる価数であり、m21、m22、m23はそれぞれ独立に、0以上の整数である。Uは炭素とケイ素を除く周期律表のIII族、IV族、及びV族のいずれかの元素である。)
(B)有機溶剤
を含むケイ素含有膜形成用組成物を用いてケイ素含有膜を形成し、該ケイ素含有膜上にケイ素を含まないレジスト組成物を用いてフォトレジスト膜を形成し、加熱処理後に高エネルギー線で前記フォトレジスト膜を露光し、有機溶剤の現像液を用いて前記フォトレジスト膜の未露光部を溶解させることによりネガ型パターンを得ることを特徴とするパターン形成方法。 - 前記ケイ素含有膜形成用組成物として、更に、
(C)少なくとも1種以上の下記一般式(3)又は(4)で表される化合物、
LaHbX (3)
(式中、Lは周期表1a族のカチオンであり、Xは水酸化物イオン、炭素数1〜30の1価又は2価以上でありハロゲン原子で置換されてもよい有機酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、及び炭酸イオンのいずれかである。aは1以上の整数、bは0又は1以上の整数であり、a+bは前記Xにより決まる価数である。)
Ma’Hb’A (4)
(式中、Mはスルホニウム、ヨードニウム、及びアンモニウムのいずれかであり、Aは水酸化物イオン、炭素数1〜30の1価又は2価以上でありハロゲン原子で置換されてもよい有機酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、ハロゲンイオン、及びハロゲン酸イオンのいずれかである。a’は1以上の整数、b’は0又は1以上の整数であり、a’+b’は前記Aにより決まる価数である。)
(D)炭素数1〜30の1価又は2価以上の有機酸、
を含むケイ素含有膜形成用組成物を用いることを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。 - 前記一般式(4)中のMが、三級スルホニウム、二級ヨードニウム、及び四級アンモニウムのいずれかであるケイ素含有膜形成用組成物を使用することを特徴とする請求項2に記載のパターン形成方法。
- 前記一般式(A−2−2)中のUが、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ゲルマニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ビスマス、スズ、リン、バナジウム、ヒ素、アンチモン、ニオブ、及びタンタルのいずれかであるケイ素含有膜形成用組成物を使用することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記ケイ素含有膜の純水に対する接触角が20度以上70度未満であるケイ素含有膜形成用組成物を使用することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記フォトレジスト膜のパターン形成方法が、波長が10nm以上300nm以下の光リソグラフィー、電子線による直接描画、及びナノインプリンティングのいずれか、あるいはこれらの組み合わせによるパターン形成であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記現像液として、2−オクタノン、2−ノナノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、3−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、メチルアセトフェノン、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、酢酸ブテニル、酢酸イソアミル、酢酸フェニル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸アミル、ギ酸イソアミル、吉草酸メチル、ペンテン酸メチル、クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、乳酸アミル、乳酸イソアミル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸メチル、ギ酸ベンジル、ギ酸フェニルエチル、3−フェニルプロピオン酸メチル、プロピオン酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸−2−フェニルエチルから選ばれる1種以上を成分として含む現像液を使用することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記現像液成分1種又は2種以上の合計が、50質量%以上である現像液を使用することを特徴とする請求項7に記載のパターン形成方法。
- 被加工体上に有機下層膜又は有機ハードマスクを形成した後、該有機下層膜又は有機ハードマスク上に前記ケイ素含有膜を形成することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記ネガ型パターンを得た後に、該パターンが形成されたフォトレジスト膜をマスクにして前記ケイ素含有膜にドライエッチングでパターン転写し、該パターンが転写されたケイ素含有膜をマスクにして前記有機下層膜又は有機ハードマスクにドライエッチングでパターン転写し、更に該パターンが転写された有機下層膜又は有機ハードマスクをマスクにして被加工体にドライエッチングでパターンを転写することを特徴とする請求項9に記載のパターン形成方法。
- 前記被加工体として、半導体基板に、金属膜、金属炭化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、及び金属酸化窒化膜のいずれかが成膜されたものを用いることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記被加工体を構成する金属が、ケイ素、チタン、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、ゲルマニウム、銅、アルミニウム、及び鉄のいずれか、あるいはこれらの合金であるものを用いることを特徴とする請求項11に記載のパターン形成方法。
- リソグラフィーで用いられる多層レジスト法において成膜されるケイ素含有膜を形成するためのケイ素含有膜形成用組成物であって、少なくとも、
(A)下記一般式(A−1)で表される1種以上の加水分解性ケイ素化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物と、
下記一般式(A−2−1)で表される加水分解性ケイ素化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物、及び下記一般式(A−2−2)で表される反応性化合物及び/又はこれの加水分解物、縮合物、加水分解縮合物からなる群から選ばれる1種以上の化合物と、
からなる混合物を加水分解縮合することにより得られるケイ素含有化合物、
(R2)m2(OR3)(3−m2)Si−R1−Si(R4)m4(OR5)(3−m4) (A−1)
R11 m11R12 m12R13 m13Si(OR14)(4−m11−m12−m13) (A−2−1)
U(OR21)m21(OR22)m22(O)m23/2 (A−2−2)
(式中、R1は単結合又は炭素数1〜20の2価の有機基であり、R2、R4はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基であり、R3、R5はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。m2、m4は0≦m2+m4≦2を満たす整数である。
R11、R12、R13はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜30の1価の有機基である。m11、m12、m13はそれぞれ独立に、0又は1であり、かつ0≦m11+m12+m13≦3を満たす。R14は水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。
R21、R22はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜30の有機基である。m21+m22+m23/2はUの種類により決まる価数であり、m21、m22、m23はそれぞれ独立に、0以上の整数である。Uは炭素とケイ素を除く周期律表のIII族、IV族、及びV族のいずれかの元素である。)
(B)有機溶剤
を含むことを特徴とするケイ素含有膜形成用組成物。 - 前記ケイ素含有膜形成用組成物が、更に、
(C)少なくとも1種以上の下記一般式(3)又は(4)で表される化合物、
LaHbX (3)
(式中、Lは周期表1a族のカチオンであり、Xは水酸化物イオン、炭素数1〜30の1価又は2価以上でありハロゲン原子で置換されてもよい有機酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、及び炭酸イオンのいずれかである。aは1以上の整数、bは0又は1以上の整数であり、a+bは前記Xにより決まる価数である。)
Ma’Hb’A (4)
(式中、Mはスルホニウム、ヨードニウム、及びアンモニウムのいずれかであり、Aは水酸化物イオン、炭素数1〜30の1価又は2価以上でありハロゲン原子で置換されてもよい有機酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、ハロゲンイオン、及びハロゲン酸イオンのいずれかである。a’は1以上の整数、b’は0又は1以上の整数であり、a’+b’は前記Aにより決まる価数である。)
(D)炭素数1〜30の1価又は2価以上の有機酸、
を含むことを特徴とする請求項13に記載のケイ素含有膜形成用組成物。 - 前記一般式(4)中のMが、三級スルホニウム、二級ヨードニウム、及び四級アンモニウムのいずれかであることを特徴とする請求項14に記載のケイ素含有膜形成用組成物。
- 前記一般式(A−2−2)中のUが、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ゲルマニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ビスマス、スズ、リン、バナジウム、ヒ素、アンチモン、ニオブ、及びタンタルのいずれかであることを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載のケイ素含有膜形成用組成物。
- 前記ケイ素含有膜形成用組成物の、被加工体への塗布及び焼成により得られる膜の純水に対する接触角が20度以上70度未満であることを特徴とする請求項13乃至16のいずれか1項に記載のケイ素含有膜形成用組成物。
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