JP2016145849A - Composition for forming resist underlay film containing trihydroxynaphthalene novolac resin - Google Patents

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涼 柄澤
顕司 高瀬
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顕司 高瀬
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for forming a resist underlay film, which has heat resistance and wiggling resistance of a pattern to be used for a lithographic process in manufacturing a semiconductor device.SOLUTION: The composition for forming a resist underlay film for lithography comprises a polymer having a structural unit of formula (1). In formula (1), A represents a hydroxy group-substituted naphthylene group derived from polyhydroxynaphthalene and having 3 hydroxy groups; and B represents a monovalent condensed aromatic hydrocarbon cyclic group in which 2 to 4 benzene rings are condensed.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、半導体基板加工時に有効なリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物、並びに該レジスト下層膜形成組成物を用いるレジストパターン形成法、及び半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a resist underlayer film forming composition for lithography effective at the time of processing a semiconductor substrate, a resist pattern forming method using the resist underlayer film forming composition, and a method for manufacturing a semiconductor device.

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ェハー等の被加工基板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、得られたフォトレジストパターンを保護膜としてシリコンウェハー等の被加工基板をエッチング処理する加工法である。ところが、近年、半導体デバイスの高集積度化が進み、使用される活性光線もKrFエキシマレーザ(248nm)からArFエキシマレーザ(193nm)へと短波長化される傾向にある。これに伴い活性光線の基板からの乱反射や定在波の影響が大きな問題であった。そこでフォトレジストと被加工基板の間に反射防止膜(Bottom Anti−Reflective Coating、BARC)を設ける方法が広く検討されるようになってきた。   Conventionally, in the manufacture of semiconductor devices, fine processing by lithography using a photoresist composition has been performed. In the fine processing, a thin film of a photoresist composition is formed on a substrate to be processed such as a silicon wafer, and irradiated with actinic rays such as ultraviolet rays through a mask pattern on which a semiconductor device pattern is drawn, and developed. This is a processing method for etching a substrate to be processed such as a silicon wafer using the obtained photoresist pattern as a protective film. However, in recent years, the degree of integration of semiconductor devices has increased, and the actinic rays used tend to be shortened from KrF excimer laser (248 nm) to ArF excimer laser (193 nm). Accordingly, the influence of diffuse reflection of active rays from the substrate and standing waves has been a serious problem. Therefore, a method of providing an antireflection film (Bottom Anti-Reflective Coating, BARC) between the photoresist and the substrate to be processed has been widely studied.

今後、レジストパターンの微細化が進行すると、解像度の問題やレジストパターンが現像後に倒れるという問題が生じ、レジストの薄膜化が望まれてくる。そのため、基板加工に充分なレジストパターン膜厚を得ることが難しく、レジストパターンだけではなく、レジストと加工する半導体基板との間に作成されるレジスト下層膜にも基板加工時のマスクとしての機能を持たせるプロセスが必要になってきた。このようなプロセス用のレジスト下層膜として従来の高エッチレート性(エッチング速度の早い)レジスト下層膜とは異なり、レジストに近いドライエッチング速度の選択比を持つリソグラフィー用レジスト下層膜、レジストに比べて小さいドライエッチング速度の選択比を持つリソグラフィー用レジスト下層膜や半導体基板に比べて小さいドライエッチング速度の選択比を持つリソグラフィー用レジスト下層膜が要求されるようになってきている。   In the future, as the miniaturization of the resist pattern proceeds, there arises a problem of resolution and a problem that the resist pattern collapses after development, and it is desired to reduce the thickness of the resist. For this reason, it is difficult to obtain a resist pattern film thickness sufficient for substrate processing, and not only the resist pattern but also the resist underlayer film formed between the resist and the semiconductor substrate to be processed functions as a mask during substrate processing. The process to have it has become necessary. Unlike conventional resist underlayer films with high etch rate (fast etching speed) as resist underlayer films for such processes, compared to resist underlayer films and resists for lithography, which have a selectivity of dry etching rate close to that of resist There has been a demand for a resist underlayer film for lithography having a low dry etching rate selection ratio and a resist underlayer film for lithography having a low dry etching rate selection ratio compared to a semiconductor substrate.

上記レジスト下層膜形成組成物に用いられるポリマーとして、ジヒドロキシナフタレンと、ベンズアルデヒドやナフトアルデヒドとのノボラック樹脂が開示されている(特許文献1を参照)。   As a polymer used in the resist underlayer film forming composition, a novolak resin of dihydroxynaphthalene and benzaldehyde or naphthaldehyde is disclosed (see Patent Document 1).

上記レジスト下層膜形成組成物に用いられるポリマーとして、ポリヒドロキシベンゼンノボラック樹脂が開示されている(特許文献2を参照)。   As a polymer used in the resist underlayer film forming composition, a polyhydroxybenzene novolak resin is disclosed (see Patent Document 2).

特開2009−229666JP2009-229666 国際特許出願WO2012/176767号パンフレットInternational Patent Application WO2012 / 176767 Pamphlet

本発明は、半導体装置製造のリソグラフィープロセスに用いるためのレジスト下層膜形成組成物を提供することである。また本発明は、レジスト層とのインターミキシングが起こらず、優れたレジストパターンが得られ、レジストに近いドライエッチング速度の選択比を持つリソグラフィー用レジスト下層膜、レジストに比べて小さいドライエッチング速度の選択比を持つリソグラフィー用レジスト下層膜や半導体基板に比べて小さいドライエッチング速度の選択比を持つリソグラフィー用レジスト下層膜を提供することにある。また本発明は、248nm、193nm、157nm等の波長の照射光を微細加工に使用する際に基板からの反射光を効果的に吸収する性能を付与することもできる。さらに、本発明はレジスト下層膜形成組成物を用いたレジストパターンの形成法を提供することにある。そして、耐熱性も兼ね備えたレジスト下層膜を形成するためのレジスト下層膜形成組成物を提供する。   An object of the present invention is to provide a resist underlayer film forming composition for use in a lithography process for manufacturing a semiconductor device. In addition, the present invention does not cause intermixing with the resist layer, provides an excellent resist pattern, and has a dry etching rate selection ratio close to that of the resist. An object of the present invention is to provide a resist underlayer film for lithography having a ratio and a resist underlayer film for lithography having a low dry etching rate selection ratio as compared with a semiconductor substrate. In addition, the present invention can also provide the ability to effectively absorb the reflected light from the substrate when using irradiation light having a wavelength of 248 nm, 193 nm, 157 nm or the like for fine processing. Furthermore, this invention is providing the formation method of the resist pattern using the resist underlayer film forming composition. And the resist underlayer film forming composition for forming the resist underlayer film which also has heat resistance is provided.

本願発明は第1観点として、式(1): As a first aspect of the present invention, the formula (1):

Figure 2016145849
Figure 2016145849

(式(1)中、Aはポリヒドロキシナフタレンに由来するヒドロキシ基置換ナフチレン基であり3個のヒドロキシ基を有し、Bは2〜4個のベンゼン環が縮合した1価の縮合芳香族炭化水素環基である。)の単位構造を含むポリマーを含むリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物、
第2観点として、Aがトリヒドロキシナフタレンに由来するヒドロキシ基置換ナフチレン基である第1観点に記載のレジスト下層膜形成組成物、
第3観点として、Bの縮合芳香族炭化水素環基がナフタレン環基、アントラセン環基、又はピレン環基である第1観点又は第2観点に記載のレジスト下層膜形成組成物、
第4観点として、Bの縮合芳香族炭化水素環基がハロゲン基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、ニトリル基、又はこれらの組み合わせを置換基として有するものである第1観点乃至第3観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物、
第5観点として、更に架橋剤を含む第1観点乃至第4観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物、
第6観点として、更に酸及び/又は酸発生剤を含む第1観点乃至第5観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物、
第7観点として、第1観点乃至第6観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し焼成することによって得られるレジスト下層膜、
第8観点として、第1観点乃至第6観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し焼成して下層膜を形成する工程を含む半導体の製造に用いられるレジストパターンの形成方法、
第9観点として、半導体基板上に第1観点乃至第6観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物により下層膜を形成する工程、その上にレジスト膜を形成する工程、光又は電子線の照射と現像によりレジストパターンを形成する工程、レジストパターンにより該下層膜をエッチングする工程、及びパターン化された下層膜により半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法、
第10観点として、半導体基板に第1観点乃至第6観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物により下層膜を形成する工程、その上にハードマスクを形成する工程、更にその上にレジスト膜を形成する工程、光又は電子線の照射と現像によりレジストパターンを形成する工程、レジストパターンによりハードマスクをエッチングする工程、パターン化されたハードマスクにより該下層膜をエッチングする工程、及びパターン化された下層膜により半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法、及び
第11観点として、ハードマスクが無機物の塗布物又は無機物の蒸着により形成されたものである第10観点に記載の製造方法である。
(In the formula (1), A is a hydroxy group-substituted naphthylene group derived from polyhydroxynaphthalene, has 3 hydroxy groups, and B is a monovalent condensed aromatic carbonized with 2 to 4 benzene rings condensed. A composition for forming a resist underlayer film for lithography comprising a polymer containing a unit structure of a hydrogen ring group),
As a second aspect, the resist underlayer film forming composition according to the first aspect, wherein A is a hydroxy-substituted naphthylene group derived from trihydroxynaphthalene,
As a third aspect, the resist underlayer film forming composition according to the first aspect or the second aspect, in which the condensed aromatic hydrocarbon ring group of B is a naphthalene ring group, an anthracene ring group, or a pyrene ring group,
As a fourth aspect, the condensed aromatic hydrocarbon ring group of B has a halogen group, hydroxyl group, nitro group, amino group, carboxyl group, carboxylic acid ester group, nitrile group, or a combination thereof as a substituent. The resist underlayer film forming composition according to any one of the first aspect to the third aspect,
As a fifth aspect, the resist underlayer film forming composition according to any one of the first aspect to the fourth aspect, further including a crosslinking agent,
As a sixth aspect, the resist underlayer film forming composition according to any one of the first aspect to the fifth aspect, further comprising an acid and / or an acid generator,
As a seventh aspect, a resist underlayer film obtained by applying and baking the resist underlayer film forming composition according to any one of the first to sixth aspects on a semiconductor substrate,
As an eighth aspect, the resist underlayer film forming composition according to any one of the first to sixth aspects is applied on a semiconductor substrate and baked to form a lower layer film. Forming a resist pattern;
As a ninth aspect, a step of forming an underlayer film on the semiconductor substrate with the resist underlayer film forming composition according to any one of the first to sixth aspects, a step of forming a resist film thereon, light or A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a resist pattern by electron beam irradiation and development; a step of etching the lower layer film with a resist pattern; and a step of processing a semiconductor substrate with a patterned lower layer film;
As a tenth aspect, a step of forming an underlayer film on the semiconductor substrate with the resist underlayer film forming composition according to any one of the first to sixth aspects, a step of forming a hard mask thereon, and further thereon A step of forming a resist film on the substrate, a step of forming a resist pattern by light and electron beam irradiation and development, a step of etching a hard mask with the resist pattern, a step of etching the lower layer film with a patterned hard mask, and A manufacturing method of a semiconductor device including a step of processing a semiconductor substrate with a patterned underlayer film, and, as an eleventh aspect, described in the tenth aspect, wherein the hard mask is formed by an inorganic coating or inorganic deposition. It is a manufacturing method.

本発明のレジスト下層膜形成組成物により、レジスト下層膜の上層部とその上に被覆される層とのインターミキシングを起こすことなく、良好なレジストのパターン形状を形成することができる。 With the resist underlayer film forming composition of the present invention, a good resist pattern shape can be formed without causing intermixing between the upper layer portion of the resist underlayer film and the layer coated thereon.

本発明のレジスト下層膜形成組成物には基板からの反射を効率的に抑制する性能を付与することも可能であり、露光光の反射防止膜としての効果を併せ持つこともできる。   The resist underlayer film forming composition of the present invention can be imparted with the ability to efficiently suppress reflection from the substrate, and can also have an effect as an antireflection film for exposure light.

本発明のレジスト下層膜形成組成物により、レジストに近いドライエッチング速度の選択比、レジストに比べて小さいドライエッチング速度の選択比や半導体基板に比べて小さいドライエッチング速度の選択比を持つ、優れたレジスト下層膜を提供することができる。   With the resist underlayer film forming composition of the present invention, the dry etching rate selectivity close to the resist, the dry etching rate selectivity lower than that of the resist, and the dry etching rate selectivity lower than that of the semiconductor substrate are excellent. A resist underlayer film can be provided.

レジストパターンの微細化に伴いレジストパターンが現像後に倒れることを防止するためにレジストの薄膜化が行われている。そのような薄膜レジストでは、レジストパターンをエッチングプロセスでその下層膜に転写し、その下層膜をマスクとして基板加工を行うプロセスや、レジストパターンをエッチングプロセスでその下層膜に転写し、さらに下層膜に転写されたパターンを異なるガス組成を用いてその下層膜に転写するという行程を繰り返し、最終的に基板加工を行うプロセスがある。本発明のレジスト下層膜及びその形成組成物はこのプロセスに有効であり、本発明のレジスト下層膜を用いて基板を加工する時は、加工基板(例えば、基板上の熱酸化ケイ素膜、窒化珪素膜、ポリシリコン膜等)に対して十分にエッチング耐性を有するものである。   In order to prevent the resist pattern from collapsing after development with the miniaturization of the resist pattern, the resist is thinned. In such a thin film resist, the resist pattern is transferred to the lower layer film by an etching process, the substrate processing is performed using the lower layer film as a mask, or the resist pattern is transferred to the lower layer film by an etching process, and further to the lower layer film. There is a process in which the process of transferring the transferred pattern to the lower layer film using a different gas composition is repeated to finally process the substrate. The resist underlayer film and the composition for forming the resist of the present invention are effective for this process. When a substrate is processed using the resist underlayer film of the present invention, a processed substrate (for example, a thermal silicon oxide film on the substrate, silicon nitride) Film, polysilicon film, etc.) having sufficient etching resistance.

そして、本発明のレジスト下層膜は、平坦化膜、レジスト下層膜、レジスト層の汚染防止膜、ドライエッチ選択性を有する膜として用いることができる。これにより、半導体製造のリソグラフィープロセスにおけるレジストパターン形成を、容易に、精度良く行うことができるようになる。   The resist underlayer film of the present invention can be used as a planarizing film, a resist underlayer film, a resist layer antifouling film, or a film having dry etch selectivity. This makes it possible to easily and accurately form a resist pattern in a lithography process for manufacturing a semiconductor.

本発明によるレジスト下層膜形成組成物によるレジスト下層膜を基板上に形成し、その上にハードマスクを形成し、その上にレジスト膜を形成し、露光と現像によりレジストパターンを形成し、ドライエッチングによりレジストパターンをハードマスクに転写し、ドライエッチングによりハードマスクに転写されたレジストパターンをレジスト下層膜に転写し、そのレジスト下層膜で半導体基板の加工を行うプロセスがある。ドライエッチングガスでドライエッチングする時に本発明のレジスト下層膜によるパターンはパターンの曲がり耐性(anti−wiggling)に優れたパターンである。   A resist underlayer film formed by the resist underlayer film forming composition according to the present invention is formed on a substrate, a hard mask is formed thereon, a resist film is formed thereon, a resist pattern is formed by exposure and development, and dry etching is performed. There is a process in which the resist pattern is transferred to a hard mask by the above, the resist pattern transferred to the hard mask by dry etching is transferred to the resist underlayer film, and the semiconductor substrate is processed by the resist underlayer film. When dry etching is performed with a dry etching gas, the pattern formed by the resist underlayer film of the present invention is a pattern excellent in pattern bending resistance (anti-wiggling).

また、このプロセスでハードマスクは有機ポリマーや無機ポリマー(ケイ素ポリマー)と溶剤を含む塗布型の組成物によって行われる場合と、無機物の真空蒸着によって行われる場合がある。無機物(例えば、窒化酸化ケイ素)の真空蒸着では蒸着物がレジスト下層膜表面に堆積するが、その際にレジスト下層膜表面の温度が400℃前後に上昇する。本発明では用いられるポリマーが多くのベンゼン系の単位構造を含むポリマーであるため極めて耐熱性が高く、蒸着物の堆積によっても熱劣化を生じない。   In this process, the hard mask may be formed by a coating composition containing an organic polymer or inorganic polymer (silicon polymer) and a solvent, or by vacuum deposition of an inorganic substance. In the vacuum deposition of an inorganic material (for example, silicon nitride oxide), the deposited material is deposited on the resist underlayer film surface. At this time, the temperature of the resist underlayer film surface rises to around 400 ° C. In the present invention, since the polymer used is a polymer containing many benzene-based unit structures, the heat resistance is extremely high, and thermal degradation does not occur even when deposits are deposited.

本願発明は式(1)の単位構造を含むポリマーを含むリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物である。   The present invention is a resist underlayer film forming composition for lithography comprising a polymer containing a unit structure of formula (1).

上記ポリマーはトリヒドロキシナフタレンとアルデヒドとを縮合したノボラック樹脂として用いることができる。   The polymer can be used as a novolak resin obtained by condensing trihydroxynaphthalene and an aldehyde.

本発明において上記のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物は上記ポリマーと溶剤を含む。そして、架橋剤と酸を含むことができ、必要に応じて酸発生剤、界面活性剤等の添加剤を含むことができる。この組成物の固形分は0.1〜70質量%、または0.1〜60質量%である。固形分はレジスト下層膜形成組成物から溶剤を除いた全成分の含有割合である。固形分中に上記ポリマーを1〜100質量%、または1〜99.9質量%、または50〜99.9質量%、または50〜95質量%、または50〜90質量%の割合で含有することができる。
本発明に用いられるポリマーは、重量平均分子量が600〜1000000、又は600〜200000、600〜100000、又は600〜10000、又は1000〜5000、又は1500〜3000である。
In the present invention, the resist underlayer film forming composition for lithography includes the polymer and a solvent. And it can contain a crosslinking agent and an acid, and can contain additives, such as an acid generator and surfactant, as needed. The solid content of this composition is 0.1 to 70% by mass, or 0.1 to 60% by mass. The solid content is the content ratio of all components excluding the solvent from the resist underlayer film forming composition. The polymer is contained in a solid content in a proportion of 1 to 100% by mass, or 1 to 99.9% by mass, or 50 to 99.9% by mass, or 50 to 95% by mass, or 50 to 90% by mass. Can do.
The polymer used in the present invention has a weight average molecular weight of 600 to 1,000,000, or 600 to 200,000, 600 to 100,000, or 600 to 10,000, or 1000 to 5000, or 1500 to 3000.

式(1)中、Aはポリヒドロキシナフタレンに由来するヒドロキシ基置換ナフチレン基であり、Bは2〜4個のベンゼン環が縮合した1価の縮合芳香族炭化水素環基である。   In formula (1), A is a hydroxy group-substituted naphthylene group derived from polyhydroxynaphthalene, and B is a monovalent condensed aromatic hydrocarbon ring group in which 2 to 4 benzene rings are condensed.

また、Bの縮合芳香族炭化水素環基がナフタレン環基、アントラセン環基、又はピレン環基とすることができる。ナフタレン環基、及びピレン環基を好ましく用いることができる。またピレン環基を好ましく用いることができる。   The condensed aromatic hydrocarbon ring group of B can be a naphthalene ring group, an anthracene ring group, or a pyrene ring group. A naphthalene ring group and a pyrene ring group can be preferably used. A pyrene ring group can be preferably used.

上記式(1)の単位構造としては以下に例示することができる。   Examples of the unit structure of the above formula (1) can be exemplified below.

Figure 2016145849
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本願発明ではトリヒドロキシナフタレンとアルデヒドとを縮合した式(1)の繰り返し単位構造を含むノボラック樹脂をポリマーとして用いることができる。   In this invention, the novolak resin containing the repeating unit structure of Formula (1) which condensed trihydroxynaphthalene and aldehyde can be used as a polymer.

アルデヒドはナフタレン、アントラセン、ピレン等の縮合芳香族炭化水素環基を有するアルデヒドであり、ナフトアルデヒド、アントラセンカルボキシアルデヒド、ピレンカルボキシアルデヒド等が挙げられる。   The aldehyde is an aldehyde having a condensed aromatic hydrocarbon ring group such as naphthalene, anthracene, or pyrene, and examples thereof include naphthaldehyde, anthracene carboxaldehyde, and pyrene carboxaldehyde.

この反応では上記フェノール類1モルに対して、アルデヒド類を0.1〜10モル、好ましくは0.8〜2.2モル、更に好ましくは1.0モルの割合で反応させることができる。
上記縮合反応で用いられる酸触媒としては、例えば硫酸、リン酸、過塩素酸等の鉱酸類、p−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸一水和物等の有機スルホン酸類、蟻酸、シュウ酸等のカルボン酸類が使用される。酸触媒の使用量は、使用する酸類の種類によって種々選択される。通常、上記フェノール類とアルデヒドの合計の100質量部に対して、0.001〜10000質量部、好ましくは、0.01〜1000質量部、より好ましくは0.1〜100質量部である。
上記の縮合反応は無溶剤でも行われるが、通常溶剤を用いて行われる。溶剤としては反応を阻害しないものであれば全て使用することができる。例えばテトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル類が挙げられる。また、使用する酸触媒が例えば蟻酸のような液状のものであるならば溶剤としての役割を兼ねさせることもできる。
縮合時の反応温度は通常40℃〜200℃である。反応時間は反応温度によって種々選択されるが、通常30分〜50時間程度である。
以上のようにして得られる重合体の重量平均分子量Mwは、通常600〜1000000、又は600〜200000、600〜100000、又は600〜10000、又は1000〜5000、又は1500〜3000である。
上記ポリマーは他のポリマーを全ポリマー中に30質量%以内で混合して用いることができる。
In this reaction, the aldehyde can be reacted at a ratio of 0.1 to 10 mol, preferably 0.8 to 2.2 mol, and more preferably 1.0 mol with respect to 1 mol of the phenol.
Examples of the acid catalyst used in the condensation reaction include mineral acids such as sulfuric acid, phosphoric acid and perchloric acid, organic sulfonic acids such as p-toluenesulfonic acid and p-toluenesulfonic acid monohydrate, formic acid and oxalic acid. Carboxylic acids such as are used. The amount of the acid catalyst used is variously selected depending on the type of acids used. Usually, it is 0.001-10000 mass parts with respect to 100 mass parts of the total of the said phenols and aldehyde, Preferably, it is 0.01-1000 mass parts, More preferably, it is 0.1-100 mass parts.
The above condensation reaction is carried out without a solvent, but is usually carried out using a solvent. Any solvent that does not inhibit the reaction can be used. Examples thereof include cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane. In addition, if the acid catalyst used is a liquid such as formic acid, it can also serve as a solvent.
The reaction temperature during the condensation is usually 40 ° C to 200 ° C. The reaction time is variously selected depending on the reaction temperature, but is usually about 30 minutes to 50 hours.
The weight average molecular weight Mw of the polymer obtained as described above is usually 600 to 1,000,000, or 600 to 200,000, 600 to 100,000, or 600 to 10,000, or 1000 to 5000, or 1500 to 3000.
The said polymer can mix and use another polymer within 30 mass% in all the polymers.

それらポリマーとしてはポリアクリル酸エステル化合物、ポリメタクリル酸エステル化合物、ポリアクリルアミド化合物、ポリメタクリルアミド化合物、ポリビニル化合物、ポリスチレン化合物、ポリマレイミド化合物、ポリマレイン酸無水物、及びポリアクリロニトリル化合物が挙げられる。
ポリアクリル酸エステル化合物の原料モノマーとしては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ベンジルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルアクリレート、アントリルメチルアクリレート、フェニルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3−メトキシブチルアクリレート、2−メチル−2−アダマンチルアクリレート、2−エチル−2−アダマンチルアクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルアクリレート、2−メトキシブチル−2−アダマンチルアクリレート、8−メチル−8−トリシクロデシルアクリレート、8−エチル−8−トリシクロデシルアクリレート、及び5−アクリロイルオキシ−6−ヒドロキシノルボルネン−2−カルボキシリック−6−ラクトン等が挙げられる。
These polymers include polyacrylic acid ester compounds, polymethacrylic acid ester compounds, polyacrylamide compounds, polymethacrylamide compounds, polyvinyl compounds, polystyrene compounds, polymaleimide compounds, polymaleic anhydrides, and polyacrylonitrile compounds.
Examples of the raw material monomer for the polyacrylate compound include methyl acrylate, ethyl acrylate, isopropyl acrylate, benzyl acrylate, naphthyl acrylate, anthryl acrylate, anthryl methyl acrylate, phenyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2,2,2-trifluoroethyl acrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, isobutyl acrylate, tert-butyl acrylate, cyclohexyl acrylate, isobornyl acrylate, 2-methoxyethyl acrylate, methoxytriethylene glycol acrylate, 2-ethoxyethyl acrylate , Tetrahydrofurfuryl acrylate, 3-methoxybutyl acrylate 2-methyl-2-adamantyl acrylate, 2-ethyl-2-adamantyl acrylate, 2-propyl-2-adamantyl acrylate, 2-methoxybutyl-2-adamantyl acrylate, 8-methyl-8-tricyclodecyl acrylate, 8 -Ethyl-8-tricyclodecyl acrylate, 5-acryloyloxy-6-hydroxynorbornene-2-carboxyl-6-lactone, and the like.

ポリメタクリル酸エステル化合物の原料モノマーとしては、エチルメタクリレート、ノルマルプロピルメタクリレート、ノルマルペンチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ナフチルメタクリレート、アントリルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、フェニルメタクリレート、2−フェニルエチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2,2,2−トリフルオロエチルメタクリレート、2,2,2−トリクロロエチルメタクリレート、メチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ノルマルラウリルメタクリレート、ノルマルステアリルメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、イソステアリルメタクリレート、ノルマルブトキシエチルメタクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−メチル−2−アダマンチルメタクリレート、2−エチル−2−アダマンチルメタクリレート、2−プロピル−2−アダマンチルメタクリレート、2−メトキシブチル−2−アダマンチルメタクリレート、8−メチル−8−トリシクロデシルメタクリレート、8−エチル−8−トリシクロデシルメタクリレート、5−メタクリロイルオキシ−6−ヒドロキシノルボルネン−2−カルボキシリック−6−ラクトン、及び2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロブチルメタクリレート等が挙げられる。
アクリルアミド化合物としては、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N−ベンジルアクリルアミド、N−フェニルアクリルアミド、及びN,N−ジメチルアクリルアミド等が挙げられる。
The raw material monomers for the polymethacrylic acid ester compound include ethyl methacrylate, normal propyl methacrylate, normal pentyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, benzyl methacrylate, naphthyl methacrylate, anthryl methacrylate, anthryl methyl methacrylate, phenyl methacrylate, 2-phenylethyl methacrylate, 2 -Hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, 2,2,2-trichloroethyl methacrylate, methyl acrylate, isobutyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, isodecyl methacrylate, normal lauryl methacrylate Normal stearyl methacrylate , Methoxydiethylene glycol methacrylate, methoxy polyethylene glycol methacrylate, tetrahydrofurfuryl methacrylate, isobornyl methacrylate, tert-butyl methacrylate, isostearyl methacrylate, normal butoxyethyl methacrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl methacrylate, 2-methyl-2- Adamantyl methacrylate, 2-ethyl-2-adamantyl methacrylate, 2-propyl-2-adamantyl methacrylate, 2-methoxybutyl-2-adamantyl methacrylate, 8-methyl-8-tricyclodecyl methacrylate, 8-ethyl-8-tricyclo Decyl methacrylate, 5-methacryloyloxy-6-hydroxynorbornene-2-carboxylic 6-lactone, and 2,2,3,3,4,4,4-heptafluoro-butyl methacrylate, and the like.
Examples of the acrylamide compound include acrylamide, N-methylacrylamide, N-ethylacrylamide, N-benzylacrylamide, N-phenylacrylamide, and N, N-dimethylacrylamide.

ポリメタクリル酸アミド化合物の原料モノマーとしては、メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、N−ベンジルメタクリルアミド、N−フェニルメタクリルアミド、及びN,N−ジメチルメタクリルアミド等が挙げられる。
ポリビニル化合物の原料モノマーとしては、ビニルエーテル、メチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、2−ヒドロキシエチルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル、及びプロピルビニルエーテル等が挙げられる。
ポリスチレン化合物の原料モノマーとしては、スチレン、メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン、及びヒドロキシスチレン等が挙げられる。
ポリマレイミド化合物の原料モノマーとしては、マレイミド、N−メチルマレイミド、N−フェニルマレイミド、及びN−シクロヘキシルマレイミド等が挙げられる。
Examples of the raw material monomer of the polymethacrylic acid amide compound include methacrylamide, N-methyl methacrylamide, N-ethyl methacrylamide, N-benzyl methacrylamide, N-phenyl methacrylamide, and N, N-dimethyl methacrylamide. .
Examples of the raw material monomer for the polyvinyl compound include vinyl ether, methyl vinyl ether, benzyl vinyl ether, 2-hydroxyethyl vinyl ether, phenyl vinyl ether, and propyl vinyl ether.
Examples of the raw material monomer for the polystyrene compound include styrene, methylstyrene, chlorostyrene, bromostyrene, and hydroxystyrene.
Examples of the raw material monomer for the polymaleimide compound include maleimide, N-methylmaleimide, N-phenylmaleimide, and N-cyclohexylmaleimide.

これらポリマーの製造は、有機溶剤に付加重合性モノマー及び必要に応じて添加される連鎖移動剤(モノマーの質量に対して10%以下)を溶解した後、重合開始剤を加えて重合反応を行い、その後、重合停止剤を添加することにより製造することができる。重合開始剤の添加量としてはモノマーの質量に対して1〜10%であり、重合停止剤の添加量としては0.01〜0.2質量%である。使用される有機溶剤としては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プロピルエーテル、乳酸エチル、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、及びジメチルホルムアミド等が、連鎖移動剤としてはドデカンチオール及びドデシルチオール等が、重合開始剤としてはアゾビスイソブチロニトリル及びアゾビスシクロヘキサンカルボニトリル等が、そして、重合停止剤としては4−メトキシフェノール等が挙げられる。反応温度としては30〜100℃、反応時間としては1〜48時間から適宜選択される。   These polymers are produced by dissolving an addition polymerizable monomer and an optionally added chain transfer agent (10% or less based on the mass of the monomer) in an organic solvent, and then adding a polymerization initiator to perform a polymerization reaction. Thereafter, it can be produced by adding a polymerization terminator. The addition amount of the polymerization initiator is 1 to 10% with respect to the mass of the monomer, and the addition amount of the polymerization terminator is 0.01 to 0.2% by mass. Examples of the organic solvent used include propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, ethyl lactate, cyclohexanone, methyl ethyl ketone, and dimethylformamide, chain transfer agents such as dodecane thiol and dodecyl thiol, and polymerization initiators such as azo Examples thereof include bisisobutyronitrile and azobiscyclohexanecarbonitrile, and examples of the polymerization terminator include 4-methoxyphenol. The reaction temperature is appropriately selected from 30 to 100 ° C., and the reaction time is appropriately selected from 1 to 48 hours.

本発明のレジスト下層膜形成組成物は架橋剤成分を含むことができる。その架橋剤としては、メラミン系、置換尿素系、またはそれらのポリマー系等が挙げられる。好ましくは、少なくとも2個の架橋形成置換基を有する架橋剤であり、メトキシメチル化グリコールウリル、ブトキシメチル化グリコールウリル、メトキシメチル化メラミン、ブトキシメチル化メラミン、メトキシメチル化ベンゾグワナミン、ブトキシメチル化ベンゾグワナミン、メトキシメチル化尿素、ブトキシメチル化尿素、メトキシメチル化チオ尿素、またはメトキシメチル化チオ尿素等の化合物である。また、これらの化合物の縮合体も使用することができる。 The resist underlayer film forming composition of the present invention can contain a crosslinking agent component. Examples of the cross-linking agent include melamine type, substituted urea type, or polymer type thereof. Preferably, a cross-linking agent having at least two cross-linking substituents, methoxymethylated glycoluril, butoxymethylated glycoluril, methoxymethylated melamine, butoxymethylated melamine, methoxymethylated benzogwanamine, butoxymethylated benzogwanamine, Compounds such as methoxymethylated urea, butoxymethylated urea, methoxymethylated thiourea, or methoxymethylated thiourea. Moreover, the condensate of these compounds can also be used.

また、上記架橋剤としては耐熱性の高い架橋剤を用いることができる。耐熱性の高い架橋剤としては分子内に芳香族環(例えば、ベンゼン環、ナフタレン環)を有する架橋形成置換基を含有する化合物を好ましく用いることができる。
この化合物は下記式(2)の部分構造を有する化合物や、下記式(3)の繰り返し単位を有するポリマー又はオリゴマーが挙げられる。
式(2)中、R10及びR11はそれぞれ水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、又は炭素数6〜20のアリール基であり、n10は1〜4の整数であり、n11は1〜(5−n10)の整数であり、(n10+n11)は2〜5の整数を示す。
式(3)中、R12は水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基であり、R13は炭素数1〜10のアルキル基であり、n12は1〜4の整数であり、n13は0〜(4−n12)であり、(n12+n13)は1〜4の整数を示す。オリゴマー及びポリマーは繰り返し単位構造の数が2〜100、又は2〜50の範囲で用いることができる。
これらのアルキル基及びアリール基は、上記アルキル基及びアリール基を例示することができる。
Moreover, as the crosslinking agent, a crosslinking agent having high heat resistance can be used. As the crosslinking agent having high heat resistance, a compound containing a crosslinking-forming substituent having an aromatic ring (for example, a benzene ring or a naphthalene ring) in the molecule can be preferably used.
Examples of this compound include a compound having a partial structure of the following formula (2) and a polymer or oligomer having a repeating unit of the following formula (3).
In formula (2), R 10 and R 11 are each a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, n10 is an integer of 1 to 4, and n11 is 1 To (5-n10), and (n10 + n11) represents an integer of 2 to 5.
In Formula (3), R 12 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, R 13 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, n12 is an integer of 1 to 4, and n13 is 0. To (4-n12), and (n12 + n13) represents an integer of 1 to 4. The oligomer and polymer can be used in the range of 2 to 100 or 2 to 50 repeating unit structures.
These alkyl groups and aryl groups can exemplify the above alkyl groups and aryl groups.

Figure 2016145849
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式(2)、式(3)の化合物、ポリマー、オリゴマーは以下に例示される。 The compounds of formula (2) and formula (3), polymers and oligomers are exemplified below.

Figure 2016145849
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Figure 2016145849
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Figure 2016145849
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上記化合物は旭有機材工業(株)、本州化学工業(株)の製品として入手することができる。例えば上記架橋剤の中で式(3−21)の化合物は旭有機材工業(株)、商品名TM−BIP−Aとして入手することができる。
架橋剤の添加量は、使用する塗布溶剤、使用する下地基板、要求される溶液粘度、要求される膜形状などにより変動するが、全固形分に対して0.001〜80質量%、好ましくは0.01〜50質量%、さらに好ましくは0.05〜40質量%で用いることができる。これら架橋剤は自己縮合による架橋反応を起こすこともあるが、本発明の上記のポリマー中に架橋性置換基が存在する場合は、それらの架橋性置換基と架橋反応を起こすことができる。
本発明では上記架橋反応を促進するための触媒としてとして、p−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウムp−トルエンスルホン酸、サリチル酸、スルホサリチル酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、ナフタレンカルボン酸等の酸性化合物又は/及び2,4,4,6−テトラブロモシクロヘキサジエノン、ベンゾイントシレート、2−ニトロベンジルトシレート、その他有機スルホン酸アルキルエステル等の熱酸発生剤を配合する事が出来る。配合量は全固形分に対して、0.0001〜20質量%、好ましくは0.0005〜10質量%、好ましくは0.01〜3質量%とすることができる。
The above compounds can be obtained as products of Asahi Organic Materials Co., Ltd. and Honshu Chemical Industry Co., Ltd. For example, among the above crosslinking agents, the compound of the formula (3-21) can be obtained as Asahi Organic Materials Co., Ltd., trade name TM-BIP-A.
The addition amount of the crosslinking agent varies depending on the coating solvent to be used, the base substrate to be used, the required solution viscosity, the required film shape, etc., but is 0.001 to 80% by mass with respect to the total solid content, preferably It can be used at 0.01 to 50 mass%, more preferably 0.05 to 40 mass%. These cross-linking agents may cause a cross-linking reaction by self-condensation, but when a cross-linkable substituent is present in the above-mentioned polymer of the present invention, it can cause a cross-linking reaction with those cross-linkable substituents.
In the present invention, as a catalyst for promoting the crosslinking reaction, p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium p-toluenesulfonic acid, salicylic acid, sulfosalicylic acid, citric acid, benzoic acid, hydroxybenzoic acid, naphthalenecarboxylic acid It is possible to mix acidic compounds such as acids or / and thermal acid generators such as 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, and other organic sulfonic acid alkyl esters. I can do it. A compounding quantity can be 0.0001-20 mass% with respect to a total solid, Preferably it is 0.0005-10 mass%, Preferably it can be 0.01-3 mass%.

本発明のリソグラフィー用塗布型下層膜形成組成物は、リソグラフィー工程で上層に被覆されるフォトレジストとの酸性度を一致させる為に、光酸発生剤を添加する事が出来る。好ましい光酸発生剤としては、例えば、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等のオニウム塩系光酸発生剤類、フェニル−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン等のハロゲン含有化合物系光酸発生剤類、ベンゾイントシレート、N−ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホネート等のスルホン酸系光酸発生剤類等が挙げられる。上記光酸発生剤は全固形分に対して、0.2〜10質量%、好ましくは0.4〜5質量%である。 In the coating type lower layer film forming composition for lithography of the present invention, a photoacid generator can be added in order to match the acidity with the photoresist coated on the upper layer in the lithography process. Preferred photoacid generators include, for example, onium salt photoacid generators such as bis (4-t-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate, triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, and phenyl-bis (trichloromethyl) -s. -Halogen-containing compound photoacid generators such as triazine, and sulfonic acid photoacid generators such as benzoin tosylate and N-hydroxysuccinimide trifluoromethanesulfonate. The said photo-acid generator is 0.2-10 mass% with respect to the total solid, Preferably it is 0.4-5 mass%.

本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜材料には、上記以外に必要に応じて更なる吸光剤、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。
更なる吸光剤としては例えば、「工業用色素の技術と市場」(CMC出版)や「染料便覧」(有機合成化学協会編)に記載の市販の吸光剤、例えば、C.I.Disperse Yellow 1,3,4,5,7,8,13,23,31,49,50,51,54,60,64,66,68,79,82,88,90,93,102,114及び124;C.I.D isperse Orange1,5,13,25,29,30,31,44,57,72及び73;C.I.Disperse Red 1,5,7,13,17,19,43,50,54,58,65,72,73,88,117,137,143,199及び210;C.I.Disperse Violet 43;C.I.Disperse Blue 96;C.I.Fluorescent Brightening Agent 112,135及び163;C.I.Solvent Orange2及び45;C.I.Solvent Red 1,3,8,23,24,25,27及び49;C.I.Pigment Green 10;C.I.Pigment Brown 2等を好適に用いることができる。上記吸光剤は通常、リソグラフィー用レジスト下層膜材料の全固形分に対して10質量%以下、好ましくは5質量%以下の割合で配合される。
In addition to the above, further light absorbers, rheology modifiers, adhesion aids, surfactants, and the like can be added to the resist underlayer film material for lithography of the present invention as necessary.
Examples of further light absorbers include commercially available light absorbers described in “Technical dye technology and market” (published by CMC) and “Dye Handbook” (edited by the Society of Synthetic Organic Chemistry), such as C.I. I. Disperse Yellow 1, 3, 4, 5, 7, 8, 13, 23, 31, 49, 50, 51, 54, 60, 64, 66, 68, 79, 82, 88, 90, 93, 102, 114 and 124; C.I. I. Disperse Orange 1, 5, 13, 25, 29, 30, 31, 44, 57, 72 and 73; C.I. I. Disperse Red 1, 5, 7, 13, 17, 19, 43, 50, 54, 58, 65, 72, 73, 88, 117, 137, 143, 199 and 210; I. Disperse Violet 43; C.I. I. Disperse Blue 96; C.I. I. Fluorescent Brightening Agents 112, 135 and 163; C.I. I. Solvent Orange 2 and 45; C.I. I. Solvent Red 1, 3, 8, 23, 24, 25, 27 and 49; I. Pigment Green 10; C.I. I. Pigment Brown 2 etc. can be used suitably. The above light-absorbing agent is usually blended at a ratio of 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, based on the total solid content of the resist underlayer film material for lithography.

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

接着補助剤は、主に基板あるいはレジストとレジスト下層膜形成組成物の密着性を向上させ、特に現像においてレジストが剥離しないようにするための目的で添加される。具体例としては、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフエニルクロロシラン、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、ジフエニルジメトキシシラン、フエ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’ービス(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ークロロプロピルトリメトキシシラン、γーアミノプロピルトリエトキシシラン、γー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ーメルカプトベンズイミダゾール、2ーメルカプトベンゾチアゾール、2ーメルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環式化合物や、1,1ージメチルウレア、1,3ージメチルウレア等の尿素、またはチオ尿素化合物を挙げることができる。これらの接着補助剤は、リソグラフィー用レジスト下層膜材料の全固形分に対して通常5質量%未満、好ましくは2質量%未満の割合で配合される。 The adhesion assistant is added mainly for the purpose of improving the adhesion between the substrate or the resist and the resist underlayer film forming composition, and preventing the resist from peeling particularly during development. Specific examples include chlorosilanes such as trimethylchlorosilane, dimethylvinylchlorosilane, methyldiphenylchlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane, trimethylmethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethylvinylethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, Alkoxysilanes such as enyltriethoxysilane, hexamethyldisilazane, N, N'-bis (trimethylsilyl) urea, silazanes such as dimethyltrimethylsilylamine, trimethylsilylimidazole, vinyltrichlorosilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ- Silanes such as aminopropyltriethoxysilane and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, benzotriazole, benzimidazole , Indazole, imidazole, 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzoxazole, urazole, thiouracil, mercaptoimidazole, mercaptopyrimidine, etc., 1,1-dimethylurea, 1,3-dimethylurea, etc. And urea or thiourea compounds. These adhesion assistants are usually blended in a proportion of less than 5% by mass, preferably less than 2% by mass, based on the total solid content of the resist underlayer film material for lithography.

本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜材料には、ピンホールやストレーション等の発生がなく、表面むらに対する塗布性をさらに向上させるために、界面活性剤を配合することができる。界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフエノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフエ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ツクコポリマー類、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、エフトツプEF301、EF303、EF352((株)トーケムプロダクツ製、商品名)、メガファックF171、F173、R−30(大日本インキ(株)製、商品名)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム(株)製、商品名)、アサヒガードAG710、サーフロンSー382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製、商品名)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤の配合量は、本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜材料の全固形分に対して通常2.0質量%以下、好ましくは1.0質量%以下である。これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また2種以上の組合せで添加することもできる。   In the resist underlayer film material for lithography of the present invention, a surfactant can be blended in order to further improve the applicability to surface unevenness without generating pinholes or installations. 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 nonyl Polyoxyethylene alkyl allyl ethers such as phenol ether, polyoxyethylene / polyoxypropylene block copolymers, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan tristearate Sorbitan fatty acid esters such as rate, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sol Nonionic surfactants such as polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters such as tan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, EFTTOP EF301, EF303, EF352 (Trade name, manufactured by Tochem Products Co., Ltd.), MegaFuck F171, F173, R-30 (trade name, manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd.), Florard FC430, FC431 (trade name, manufactured by Sumitomo 3M Limited) Fluorine surfactants such as Asahi Guard AG710, Surflon S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), organosiloxane polymer KP341 (Shin-Etsu) Mention may be made of the academic Kogyo Co., Ltd.), and the like. The blending amount of these surfactants is usually 2.0% by mass or less, preferably 1.0% by mass or less, based on the total solid content of the resist underlayer film material for lithography of the present invention. These surfactants may be added alone or in combination of two or more.

本発明で、上記のポリマー及び架橋剤成分、架橋触媒等を溶解させる溶剤としては、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、プロピレングリコールモノエ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、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ーヒドロキシプロピオン酸エチル、2ーヒドロキシー2ーメチルプロピオン酸エチル、エトシキ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2ーヒドロキシー3ーメチルブタン酸メチル、3ーメトキシプロピオン酸メチル、3ーメトキシプロピオン酸エチル、3ーエトキシプロピオン酸エチル、3ー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、乳酸ブチル等を用いることができる。これらの有機溶剤は単独で、または2種以上の組合せで使用される。
さらに、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等の高沸点溶剤を混合して使用することができる。これらの溶剤の中で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、乳酸エチル、乳酸ブチル、及びシクロヘキサノン等がレベリング性の向上に対して好ましい。
In the present invention, the solvent for dissolving the polymer and the crosslinking agent component, the crosslinking catalyst and the like include 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 monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, 2-hydroxypropionic acid Ethyl, 2-hydroxy-2 Ethyl methyl propionate, ethyl ethoxyacetate, ethyl hydroxyacetate, methyl 2-hydroxy-3-methylbutanoate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, pyruvate Methyl, ethyl pyruvate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate, butyl lactate and the like can be used. These organic solvents are used alone or in combination of two or more.
Furthermore, high boiling point solvents such as propylene glycol monobutyl ether and propylene glycol monobutyl ether acetate can be mixed and used. Among these solvents, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, butyl lactate, cyclohexanone and the like are preferable for improving the leveling property.

本発明に用いられるレジストとはフォトレジストや電子線レジストである。   The resist used in the present invention is a photoresist or an electron beam resist.

本発明におけるリソグラフィー用レジスト下層膜の上部に塗布されるフォトレジストとしてはネガ型、ポジ型いずれも使用でき、ノボラック樹脂と1,2−ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルとからなるポジ型フォトレジスト、酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーと光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジスト、アルカリ可溶性バインダーと酸により分解してフォトレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物と光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジスト、酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーと酸により分解してフォトレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物と光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジスト、骨格にSi原子を有するフォトレジスト等があり、例えば、ロームアンドハーツ社製、商品名APEX−Eが挙げられる。   As the photoresist applied to the upper part of the resist underlayer film for lithography in the present invention, either negative type or positive type can be used, and a positive type photoresist composed of a novolak resin and 1,2-naphthoquinonediazide sulfonic acid ester, depending on the acid. Chemically amplified photoresist comprising a binder having a group that decomposes to increase the alkali dissolution rate and a photoacid generator, a low molecular weight compound and photoacid that increases the alkali dissolution rate of the photoresist by decomposition with an alkali-soluble binder and acid Chemically amplified photoresist comprising a generator, comprising a binder having a group that decomposes with acid to increase the alkali dissolution rate, a low-molecular compound that decomposes with acid to increase the alkali dissolution rate of the photoresist, and a photoacid generator Chemically amplified photoresist with Si atoms in the skeleton That there is a photoresist or the like, for example, Rohm & Hearts Co., Ltd., and trade name APEX-E.

また本発明におけるリソグラフィー用レジスト下層膜の上部に塗布される電子線レジストとしては、例えば主鎖にSi−Si結合を含み末端に芳香族環を含んだ樹脂と電子線の照射により酸を発生する酸発生剤から成る組成物、又は水酸基がN−カルボキシアミンを含む有機基で置換されたポリ(p−ヒドロキシスチレン)と電子線の照射により酸を発生する酸発生剤から成る組成物等が挙げられる。後者の電子線レジスト組成物では、電子線照射によって酸発生剤から生じた酸がポリマー側鎖のN−カルボキシアミノキシ基と反応し、ポリマー側鎖が水酸基に分解しアルカリ可溶性を示しアルカリ現像液に溶解し、レジストパターンを形成するものである。この電子線の照射により酸を発生する酸発生剤は1,1−ビス[p−クロロフェニル]−2,2,2−トリクロロエタン、1,1−ビス[p−メトキシフェニル]−2,2,2−トリクロロエタン、1,1−ビス[p−クロロフェニル]−2,2−ジクロロエタン、2−クロロ−6−(トリクロロメチル)ピリジン等のハロゲン化有機化合物、トリフェニルスルフォニウム塩、ジフェニルヨウドニウム塩等のオニウム塩、ニトロベンジルトシレート、ジニトロベンジルトシレート等のスルホン酸エステルが挙げられる。   The electron beam resist applied on the upper part of the resist underlayer film for lithography in the present invention, for example, generates an acid by irradiation with a resin containing an Si-Si bond in the main chain and an aromatic ring at the terminal and an electron beam. A composition comprising an acid generator or a composition comprising a poly (p-hydroxystyrene) having a hydroxyl group substituted with an organic group containing N-carboxyamine and an acid generator that generates an acid upon irradiation with an electron beam It is done. In the latter electron beam resist composition, the acid generated from the acid generator by electron beam irradiation reacts with the N-carboxyaminoxy group of the polymer side chain, and the polymer side chain decomposes into a hydroxyl group to show alkali solubility and an alkali developer. To form a resist pattern. Acid generators that generate acid upon irradiation with electron beams are 1,1-bis [p-chlorophenyl] -2,2,2-trichloroethane and 1,1-bis [p-methoxyphenyl] -2,2,2. -Halogenated organic compounds such as trichloroethane, 1,1-bis [p-chlorophenyl] -2,2-dichloroethane, 2-chloro-6- (trichloromethyl) pyridine, triphenylsulfonium salts, diphenyliodonium salts, etc. Examples thereof include sulfonic acid esters such as onium salts, nitrobenzyl tosylate, and dinitrobenzyl tosylate.

本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜材料を使用して形成したレジスト下層膜を有するレジストの現像液としては、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アミン類、ジエチルアミン、ジーn−ブチルアミン等の第二アミン類、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4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 resist developer having a resist underlayer film formed using the resist underlayer film material for lithography of the present invention, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, aqueous ammonia, etc. Inorganic amines, primary amines such as ethylamine and n-propylamine, secondary amines such as diethylamine and di-n-butylamine, tertiary amines such as triethylamine and methyldiethylamine, dimethylethanolamine and triethanolamine Alcohol aqueous solutions such as alcohol amines, quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide and choline, and cyclic amines such as pyrrole and 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.

次に本発明のレジストパターン形成法について説明すると、精密集積回路素子の製造に使用される基板(例えばシリコン/二酸化シリコン被覆、ガラス基板、ITO基板などの透明基板)上にスピナー、コーター等の適当な塗布方法によりレジスト下層膜形成組成物を塗布後、ベークして硬化させ塗布型下層膜を作成する。ここで、レジスト下層膜の膜厚としては0.01〜3.0μmが好ましい。また塗布後ベーキングする条件としては80〜350℃で0.5〜120分間である。その後レジスト下層膜上に直接、または必要に応じて1層乃至数層の塗膜材料をレジスト下層膜上に成膜した後、レジストを塗布し、所定のマスクを通して光又は電子線の照射を行い、現像、リンス、乾燥することにより良好なレジストパターンを得ることができる。必要に応じて光又は電子線の照射後加熱(PEB:PostExposure Bake)を行うこともできる。そして、レジストが前記工程により現像除去された部分のレジスト下層膜をドライエッチングにより除去し、所望のパターンを基板上に形成することができる。
上記フォトレジストでの露光光は、近紫外線、遠紫外線、又は極端紫外線(例えば、EUV、波長13.5nm)等の化学線であり、例えば248nm(KrFレーザー光)、193nm(ArFレーザー光)、157nm(Fレーザー光)等の波長の光が用いられる。光照射には、光酸発生剤から酸を発生させることができる方法であれば、特に制限なく使用することができ、露光量1〜2000mJ/cm、または10〜1500mJ/cm、または50〜1000mJ/cmによる。
また電子線レジストの電子線照射は、例えば電子線照射装置を用い照射することができる。
Next, the resist pattern forming method of the present invention will be described. A spinner, a coater, etc. are suitably used on a substrate (for example, a transparent substrate such as a silicon / silicon dioxide coating, a glass substrate, an ITO substrate) used for manufacturing a precision integrated circuit device. After applying the resist underlayer film forming composition by a simple coating method, it is baked and cured to form a coating type underlayer film. Here, the film thickness of the resist underlayer film is preferably 0.01 to 3.0 μm. Moreover, as conditions for baking after application | coating, it is 0.5 to 120 minutes at 80-350 degreeC. Then, directly or on the resist underlayer film, if necessary, coat one or several layers of coating material on the resist underlayer film, then apply the resist, and irradiate with light or electron beam through a predetermined mask. A good resist pattern can be obtained by developing, rinsing and drying. If necessary, post-irradiation heating (PEB: Post Exposure Bake) can be performed. Then, the resist underlayer film where the resist has been developed and removed by the above process is removed by dry etching, and a desired pattern can be formed on the substrate.
The exposure light in the photoresist is actinic radiation such as near ultraviolet, far ultraviolet, or extreme ultraviolet (for example, EUV, wavelength 13.5 nm), for example, 248 nm (KrF laser light), 193 nm (ArF laser light), Light having a wavelength such as 157 nm (F 2 laser light) is used. The light irradiation can be used without particular limitation as long as it is a method capable of generating an acid from a photoacid generator, and the exposure amount is 1 to 2000 mJ / cm 2 , or 10 to 1500 mJ / cm 2 , or 50. According to ~ 1000 mJ / cm 2 .
Moreover, the electron beam irradiation of an electron beam resist can be performed using an electron beam irradiation apparatus, for example.

本発明では、半導体基板にレジスト下層膜形成組成物により該レジスト下層膜を形成する工程、その上にレジスト膜を形成する工程、光又は電子線照射と現像によりレジストパターンを形成する工程、レジストパターンにより該レジスト下層膜をエッチングする工程、及びパターン化されたレジスト下層膜により半導体基板を加工する工程を経て半導体装置を製造することができる。
今後、レジストパターンの微細化が進行すると、解像度の問題やレジストパターンが現像後に倒れるという問題が生じ、レジストの薄膜化が望まれてくる。そのため、基板加工に充分なレジストパターン膜厚を得ることが難しく、レジストパターンだけではなく、レジストと加工する半導体基板との間に作成されるレジスト下層膜にも基板加工時のマスクとしての機能を持たせるプロセスが必要になってきた。このようなプロセス用のレジスト下層膜として従来の高エッチレート性レジスト下層膜とは異なり、レジストに近いドライエッチング速度の選択比を持つリソグラフィー用レジスト下層膜、レジストに比べて小さいドライエッチング速度の選択比を持つリソグラフィー用レジスト下層膜や半導体基板に比べて小さいドライエッチング速度の選択比を持つリソグラフィー用レジスト下層膜が要求されるようになってきている。また、このようなレジスト下層膜には反射防止能を付与することも可能であり、従来の反射防止膜の機能を併せ持つことができる。
In the present invention, a step of forming the resist underlayer film on the semiconductor substrate with the resist underlayer film forming composition, a step of forming a resist film thereon, a step of forming a resist pattern by light or electron beam irradiation and development, a resist pattern Thus, a semiconductor device can be manufactured through a step of etching the resist underlayer film and a step of processing the semiconductor substrate with the patterned resist underlayer film.
In the future, as the miniaturization of the resist pattern proceeds, there arises a problem of resolution and a problem that the resist pattern collapses after development, and it is desired to reduce the thickness of the resist. For this reason, it is difficult to obtain a resist pattern film thickness sufficient for substrate processing, and not only the resist pattern but also the resist underlayer film formed between the resist and the semiconductor substrate to be processed functions as a mask during substrate processing. The process to have it has become necessary. Unlike conventional high-etch-rate resist underlayer films, the resist underlayer film for lithography, which has a selection ratio of dry etching rates close to that of resist, is selected as a resist underlayer film for such processes, and a lower dry etching rate than resist. There has been a growing demand for a resist underlayer film for lithography having a higher ratio and a resist underlayer film for lithography having a lower dry etching rate selection ratio than a semiconductor substrate. Further, such a resist underlayer film can be provided with an antireflection ability, and can also have a function of a conventional antireflection film.

一方、微細なレジストパターンを得るために、レジスト下層膜ドライエッチング時にレジストパターンとレジスト下層膜をレジスト現像時のパターン幅より細くするプロセスも使用され始めている。このようなプロセス用のレジスト下層膜として従来の高エッチレート性反射防止膜とは異なり、レジストに近いドライエッチング速度の選択比を持つレジスト下層膜が要求されるようになってきている。また、このようなレジスト下層膜には反射防止能を付与することも可能であり、従来の反射防止膜の機能を併せ持つことができる。   On the other hand, in order to obtain a fine resist pattern, a process of making the resist pattern and the resist underlayer film narrower than the pattern width at the time of developing the resist during dry etching of the resist underlayer film has begun to be used. Unlike the conventional high etch rate antireflection film, a resist underlayer film having a selectivity of a dry etching rate close to that of the resist has been required as a resist underlayer film for such a process. Further, such a resist underlayer film can be provided with an antireflection ability, and can also have a function of a conventional antireflection film.

本発明では基板上に本発明のレジスト下層膜を成膜した後、レジスト下層膜上に直接、または必要に応じて1層乃至数層の塗膜材料をレジスト下層膜上に成膜した後、レジストを塗布することができる。これによりレジストのパターン幅が狭くなり、パターン倒れを防ぐ為にレジストを薄く被覆した場合でも、適切なエッチングガスを選択することにより基板の加工が可能になる。   In the present invention, after forming the resist underlayer film of the present invention on the substrate, directly or on the resist underlayer film as needed, after forming one to several layers of coating material on the resist underlayer film, A resist can be applied. As a result, the pattern width of the resist becomes narrow, and even when the resist is thinly coated to prevent pattern collapse, the substrate can be processed by selecting an appropriate etching gas.

即ち、半導体基板にレジスト下層膜形成組成物により該レジスト下層膜を形成する工程、その上にケイ素成分等を含有する塗膜材料によるハードマスク又は蒸着によるハードマスク(例えば、窒化酸化ケイ素)を形成する工程、更にその上にレジスト膜を形成する工程、光又は電子線の照射と現像によりレジストパターンを形成する工程、レジストパターンによりハードマスクをハロゲン系ガスでエッチングする工程、パターン化されたハードマスクにより該レジスト下層膜を酸素系ガス又は水素系ガスでエッチングする工程、及びパターン化されたレジスト下層膜によりハロゲン系ガスで半導体基板を加工する工程を経て半導体装置を製造することができる。   That is, a step of forming the resist underlayer film on the semiconductor substrate with the resist underlayer film forming composition, and forming a hard mask by a coating material containing a silicon component or the like or a hard mask (for example, silicon nitride oxide) on the semiconductor substrate. A step of forming a resist film thereon, a step of forming a resist pattern by light and electron beam irradiation and development, a step of etching the hard mask with a halogen-based gas using the resist pattern, and a patterned hard mask Thus, a semiconductor device can be manufactured through a step of etching the resist underlayer film with an oxygen-based gas or a hydrogen-based gas and a step of processing a semiconductor substrate with a halogen-based gas with the patterned resist underlayer film.

本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物は、反射防止膜としての効果を考慮した場合、光吸収部位が骨格に取りこまれているため、加熱乾燥時にフォトレジスト中への拡散物がなく、また、光吸収部位は十分に大きな吸光性能を有しているため反射光防止効果が高い。   When considering the effect as an antireflection film, the resist underlayer film forming composition for lithography of the present invention has a light absorption site incorporated into the skeleton, so there is no diffused material in the photoresist during heating and drying. Moreover, since the light absorption site has a sufficiently large light absorption performance, the effect of preventing reflected light is high.

本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物では、熱安定性が高く、焼成時の分解物による上層膜への汚染が防げ、また、焼成工程の温度マージンに余裕を持たせることができるものである。   The composition for forming a resist underlayer film for lithography of the present invention has high thermal stability, can prevent contamination of the upper layer film by decomposition products during baking, and can provide a margin for the temperature margin of the baking process. is there.

さらに、本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜材料は、プロセス条件によっては、光の反射を防止する機能と、更には基板とフォトレジストとの相互作用の防止或いはフォトレジストに用いられる材料又はフォトレジストへの露光時に生成する物質の基板への悪作用を防ぐ機能とを有する膜としての使用が可能である。   Furthermore, the resist underlayer film material for lithography according to the present invention has a function of preventing reflection of light depending on process conditions, and further prevents the interaction between the substrate and the photoresist, or a material or photoresist used for the photoresist. The film can be used as a film having a function of preventing an adverse effect on a substrate of a substance generated during exposure.

(原料の準備)トリヒドロキシナフタレンの合成
500mlナスフラスコに、5−ヒドロキシ−1,4−ナフトキノン(東京化成工業株式会社製)15.0g(86.1mmol)、酢酸エチル(関東化学製)150g、純水150gに溶かした亜ジチオン酸ナトリウム(関東化学製)29.99g(129.2mmol)を入れ、25℃で20時間攪拌した。反応液から水相を除去し、純水にて洗浄を行った後、エバポレーターにて酢酸エチルを除去することで、1,4,5−トリヒドロキシナフタレン14.29g(81.1mmol)を褐色固体として得た。
H−NMR(500MHz、DMSO−d):6.55ppm(d、1H)、6.65ppm(d、1H)、6.71ppm(d、1H)、7.22ppm(t、1H)、7.50ppm(d、1H)、9.33ppm(s、1H)、10.32ppm(s、1H)、10.69ppm(s、1H)
(Preparation of raw materials) Synthesis of trihydroxynaphthalene In a 500 ml eggplant flask, 15.0 g (86.1 mmol) of 5-hydroxy-1,4-naphthoquinone (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 150 g of ethyl acetate (manufactured by Kanto Chemical), 29.9 g (129.2 mmol) of sodium dithionite (manufactured by Kanto Kagaku) dissolved in 150 g of pure water was added and stirred at 25 ° C. for 20 hours. The aqueous phase was removed from the reaction solution, washed with pure water, and then ethyl acetate was removed with an evaporator to obtain 14.29 g (81.1 mmol) of 1,4,5-trihydroxynaphthalene as a brown solid. Got as.
1 H-NMR (500 MHz, DMSO-d 6 ): 6.55 ppm (d, 1 H), 6.65 ppm (d, 1 H), 6.71 ppm (d, 1 H), 7.22 ppm (t, 1 H), 7 .50 ppm (d, 1H), 9.33 ppm (s, 1H), 10.32 ppm (s, 1H), 10.69 ppm (s, 1H)

合成例1
50mlナスフラスコに1,4,5−トリヒドロキシナフタレン0.90g、1−ナフトアルデヒド(東京化成工業株式会社製)0.78g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.061g、プロピレングリコールモノメチルエーテル2.63gを入れた。その後℃まで加熱し、約14時間還流撹拌した。反応終了後、テトラヒドロフラン(関東化学製)3.00gで希釈し、沈殿物をろ過により除去した。回収したヘキサン溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を85℃で一晩減圧乾燥した。そして、紺色粉末の1、4、5−トリヒドロキシナフタレン樹脂を1.26g得た。得られたポリマーは式(1−11)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量はMw2,200、多分散度Mw/Mnは1.75であった。
Synthesis example 1
In a 50 ml eggplant flask, 0.90 g of 1,4,5-trihydroxynaphthalene, 0.78 g of 1-naphthaldehyde (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 0.061 g of methanesulfonic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), propylene glycol 2.63 g of monomethyl ether was added. Thereafter, the mixture was heated to 0 ° C. and stirred at reflux for about 14 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was diluted with 3.00 g of tetrahydrofuran (manufactured by Kanto Chemical), and the precipitate was removed by filtration. The solution was dropped into the collected hexane solution and reprecipitated. The obtained precipitate was suction filtered, and the filtrate was dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight. And 1.26g of 1,4,5-trihydroxynaphthalene resin of amber powder was obtained. The obtained polymer corresponded to Formula (1-11). The weight average molecular weight measured in terms of polystyrene by GPC was Mw 2,200, and the polydispersity Mw / Mn was 1.75.

合成例2
50mlナスフラスコに1,4,5−トリヒドロキシナフタレン0.88g、1−ピレンカルボキシアルデヒド(アルドリッチ製)1.62g、1,4−ジオキサン(関東化学製)10.52g、p−トルエンスルホン酸一水和物(東京化成工業株式会社製)0.14gを入れた。その後110℃まで加熱し、約16時間還流撹拌した。反応終了後、テトラヒドロフラン(関東化学製)5.26gで希釈し、沈殿物をろ過により除去した。回収したヘキサン溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を85℃で一晩減圧乾燥した。そして、紺色粉末の1、4、5−トリヒドロキシナフタレン樹脂を1.48g得た。得られたポリマーは式(1−41)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは1,500、多分散度Mw/Mnは1.54であった。
Synthesis example 2
In a 50 ml eggplant flask, 0.88 g of 1,4,5-trihydroxynaphthalene, 1.62 g of 1-pyrenecarboxaldehyde (manufactured by Aldrich), 10.52 g of 1,4-dioxane (manufactured by Kanto Chemical), one p-toluenesulfonic acid Hydrate (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 0.14g was put. Thereafter, the mixture was heated to 110 ° C. and stirred at reflux for about 16 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was diluted with 5.26 g of tetrahydrofuran (manufactured by Kanto Chemical), and the precipitate was removed by filtration. The solution was dropped into the collected hexane solution and reprecipitated. The obtained precipitate was suction filtered, and the filtrate was dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight. And 1.48g of 1,4,5-trihydroxynaphthalene resin of amber powder was obtained. The obtained polymer corresponded to Formula (1-41). The weight average molecular weight Mw measured in terms of polystyrene by GPC was 1,500, and the polydispersity Mw / Mn was 1.54.

合成例3
50mlナスフラスコに1,4,5−トリヒドロキシナフタレン0.88g、1−ピレンカルボキシアルデヒド(アルドリッチ製)0.81g、1−ナフトアルデヒド(東京化成工業株式会社製)0.55g、1,4−ジオキサン(関東化学製)7.31g、p−トルエンスルホン酸一水和物(東京化成工業株式会社製)0.14gを入れた。その後110℃まで加熱し、約16時間還流撹拌した。反応終了後、テトラヒドロフラン(関東化学製)4.74gで希釈し、沈殿物をろ過により除去した。回収したメタノール/水混合溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を85℃で一晩減圧乾燥した。そして、紺色粉末の1,4,5−トリヒドロキシナフタレン樹脂を1.28g得た。得られたポリマーは式(1−46)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは2,500、多分散度Mw/Mnは1.67であった。
Synthesis example 3
In a 50 ml eggplant flask, 0.84 g of 1,4,5-trihydroxynaphthalene, 0.81 g of 1-pyrenecarboxaldehyde (manufactured by Aldrich), 0.55 g of 1-naphthaldehyde (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 1,4- 7.31 g of dioxane (manufactured by Kanto Chemical) and 0.14 g of p-toluenesulfonic acid monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were added. Thereafter, the mixture was heated to 110 ° C. and stirred at reflux for about 16 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was diluted with 4.74 g of tetrahydrofuran (manufactured by Kanto Chemical), and the precipitate was removed by filtration. The solution was dropped into the recovered methanol / water mixed solution and reprecipitated. The obtained precipitate was suction filtered, and the filtrate was dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight. And 1.28g of 1,4,5-trihydroxynaphthalene resin of amber powder was obtained. The obtained polymer corresponded to Formula (1-46). The weight average molecular weight Mw measured in terms of polystyrene by GPC was 2,500, and the polydispersity Mw / Mn was 1.67.

比較合成例1
100mlナスフラスコに1,5−ジヒドロキシナフタレン11.21g、1−ナフトアルデヒド(東京化成工業株式会社製)5.48g、1,4−ジオキサン(関東化学製)45.04g、p−トルエンスルホン酸一水和物(東京化成工業株式会社製)1.34gを入れた。その後110℃まで加熱し、約23時間還流撹拌した。反応終了後、テトラヒドロフラン(関東化学製)22.5gで希釈し、沈殿物をろ過により除去した。回収したメタノール/水混合溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を85℃で一晩減圧乾燥した。そして、紺色粉末の1,5−ジヒドロキシナフタレン樹脂を8.03g得た。得られたポリマーは式(3−1)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは1,900、多分散度Mw/Mnは1.35であった。
Comparative Synthesis Example 1
In a 100 ml eggplant flask, 11.21 g of 1,5-dihydroxynaphthalene, 5.48 g of 1-naphthaldehyde (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 45.04 g of 1,4-dioxane (manufactured by Kanto Chemical), one p-toluenesulfonic acid 1.34 g of hydrate (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added. Thereafter, the mixture was heated to 110 ° C. and stirred at reflux for about 23 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was diluted with 22.5 g of tetrahydrofuran (manufactured by Kanto Chemical), and the precipitate was removed by filtration. The solution was dropped into the recovered methanol / water mixed solution and reprecipitated. The obtained precipitate was suction filtered, and the filtrate was dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight. And 8.03g of 1,5-dihydroxynaphthalene resin of amber powder was obtained. The obtained polymer corresponded to Formula (3-1). The weight average molecular weight Mw measured in terms of polystyrene by GPC was 1,900, and the polydispersity Mw / Mn was 1.35.

Figure 2016145849
Figure 2016145849

比較合成例2
200ml三口フラスコにフロログルシノール(東京化成工業株式会社製)10.09g、1−ピレンカルボキシアルデヒド(アルドリッチ製)18.42g、1,4−ジオキサン(関東化学製)49.61g、p−トルエンスルホン酸一水和物(東京化成工業株式会社製)4.56gを入れた。その後110℃まで加熱し、約5時間還流撹拌した。反応終了後、テトラヒドロフラン(関東化学製)24.80gで希釈し、沈殿物をろ過により除去した。回収したろ液をメタノール/水混合溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を85℃で一晩減圧乾燥した。そして、茶褐色粉末のフロログルシノール樹脂を25.26g得た。得られたポリマーは式(3−2)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは2,800、多分散度Mw/Mnは2.18であった。
Comparative Synthesis Example 2
In a 200 ml three-necked flask, 10.09 g of phloroglucinol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 18.42 g of 1-pyrenecarboxaldehyde (manufactured by Aldrich), 49.61 g of 1,4-dioxane (manufactured by Kanto Chemical), p-toluenesulfone 4.56 g of acid monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added. Thereafter, the mixture was heated to 110 ° C. and stirred at reflux for about 5 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture was diluted with 24.80 g of tetrahydrofuran (manufactured by Kanto Chemical), and the precipitate was removed by filtration. The collected filtrate was dropped into a methanol / water mixed solution and reprecipitated. The obtained precipitate was suction filtered, and the filtrate was dried under reduced pressure at 85 ° C. overnight. And 25.26g of phloroglucinol resin of the brown powder was obtained. The obtained polymer corresponded to Formula (3-2). The weight average molecular weight Mw measured by GPC in terms of polystyrene was 2,800, and the polydispersity Mw / Mn was 2.18.

Figure 2016145849
Figure 2016145849

実施例1
合成例1で得た樹脂1gに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.15g、プロピレングリコールモノメチルエーテル1.15g、シクロヘキサノン9.19gに溶解させ、に溶解させ、多層膜によるリソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜形成組成物の溶液を調製した。
実施例2
合成例2で得た樹脂1gに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.15g、プロピレングリコールモノメチルエーテル1.15g、シクロヘキサノン9.19gに溶解させ、に溶解させ、多層膜によるリソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜形成組成物の溶液を調製した。
実施例3
合成例3で得た樹脂1gに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート1.15g、プロピレングリコールモノメチルエーテル1.15g、シクロヘキサノン9.19gに溶解させ、に溶解させ、多層膜によるリソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜形成組成物の溶液を調製した。
Example 1
Forming a resist underlayer film for use in a lithography process with a multilayer film by dissolving in 1 g of the resin obtained in Synthesis Example 1 in 1.15 g of propylene glycol monomethyl ether acetate, 1.15 g of propylene glycol monomethyl ether and 9.19 g of cyclohexanone A solution of the composition was prepared.
Example 2
Forming a resist underlayer film for use in a lithography process with a multilayer film by dissolving in 1 g of the resin obtained in Synthesis Example 2 in 1.15 g of propylene glycol monomethyl ether acetate, 1.15 g of propylene glycol monomethyl ether and 9.19 g of cyclohexanone A solution of the composition was prepared.
Example 3
Forming a resist underlayer film for use in a lithography process with a multilayer film by dissolving in 1 g of the resin obtained in Synthesis Example 3 in 1.15 g of propylene glycol monomethyl ether acetate, 1.15 g of propylene glycol monomethyl ether and 9.19 g of cyclohexanone A solution of the composition was prepared.

比較例1
クレゾールノボラック樹脂(市販品、重量平均分子量は4000)1gに、プロピレングリコールモノメチルエーテル10.34g、シクロヘキサノン2.59gに溶解させ、多層膜によるリソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜形成組成物の溶液を調製した。
比較例2
比較合成例1で得た樹脂(式3−1)2gに、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート9.19g、プロピレングリコールモノメチルエーテル9.19g、シクロヘキサノン4.59gに溶解させ、に溶解させ、多層膜によるリソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜形成組成物の溶液を調製した。
比較例3
比較合成例2で得た樹脂(式3−2)1gに、プロピレングリコールモノメチルエーテル10.34g、シクロヘキサノン2.59gに溶解させ、多層膜によるリソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜形成組成物の溶液を調製した。
Comparative Example 1
1 g of cresol novolak resin (commercial product, weight average molecular weight 4000) was dissolved in 10.34 g of propylene glycol monomethyl ether and 2.59 g of cyclohexanone to prepare a solution of a resist underlayer film forming composition used in a lithography process using a multilayer film. .
Comparative Example 2
Lithium-based lithography by dissolving 2 g of the resin (Formula 3-1) obtained in Comparative Synthesis Example 1 in 9.19 g of propylene glycol monomethyl ether acetate, 9.19 g of propylene glycol monomethyl ether, and 4.59 g of cyclohexanone. A resist underlayer film forming composition solution used in the process was prepared.
Comparative Example 3
In 1 g of the resin (Formula 3-2) obtained in Comparative Synthesis Example 2, 1034 g of propylene glycol monomethyl ether and 2.59 g of cyclohexanone are dissolved to prepare a solution of a resist underlayer film forming composition used in a lithography process using a multilayer film. did.

(光学パラメータの測定)
実施例1〜3、比較例1で調製したレジスト下層膜溶液を、スピンコーターを用いてシリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で400℃2分間(比較例1は205℃1分間)、レジスト下層膜(膜厚0.05μm)を形成した。これらのレジスト下層膜を、分光エリプソメーターを用いて波長193nmでの屈折率(n値)及び光学吸光係数(k値、減衰係数とも呼ぶ)を測定した。結果を表1に示した。
(Measurement of optical parameters)
The resist underlayer film solutions prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were applied onto a silicon wafer using a spin coater. A resist underlayer film (film thickness 0.05 μm) was formed on a hot plate at 400 ° C. for 2 minutes (in Comparative Example 1, 205 ° C. for 1 minute). These resist underlayer films were measured for refractive index (n value) and optical extinction coefficient (also called k value, attenuation coefficient) at a wavelength of 193 nm using a spectroscopic ellipsometer. The results are shown in Table 1.

〔表1〕
表1 屈折率nと光学吸光係数k
―――――――――――――――――――――――――――――――
n k
(193nm)
実施例1 250℃焼成膜 1.41 0.33
実施例1 400℃焼成膜 1.39 0.43
実施例2 240℃焼成膜 1.57 0.49
実施例2 400℃焼成膜 1.43 0.48
実施例3 240℃焼成膜 1.48 0.45
実施例3 400℃焼成膜 1.42 0.46
比較例1 400℃焼成膜 1.53 0.42
―――――――――――――――――――――――――――――――
[Table 1]
Table 1 Refractive index n and optical extinction coefficient k
―――――――――――――――――――――――――――――――
n k
(193 nm)
Example 1 250 ° C. Firing Film 1.41 0.33
Example 1 Fired film at 400 ° C. 1.39 0.43
Example 2 240 degreeC baking film 1.57 0.49
Example 2 Fired film at 400 ° C. 1.43 0.48
Example 3 240 ° C. fired film 1.48 0.45
Example 3 Fired film at 400 ° C. 1.42 0.46
Comparative Example 1 400 ° C. Firing Film 1.53 0.42
―――――――――――――――――――――――――――――――

(フォトレジスト溶剤への溶出試験)
実施例1〜3で調製したレジスト下層膜形成組成物の溶液を、スピンコーターを用いてシリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で240℃1分間、または400℃2分間焼成し、レジスト下層膜(膜厚0.20μm)を形成した。このレジスト下層膜をレジストに使用する溶剤、例えば乳酸エチル、ならびに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、シクロヘキサノンに対する浸漬試験を行った。
実施例1〜3の溶液を240℃1分間焼成した膜はそれらの溶剤に不溶であることを確認した。
(Elution test for photoresist solvent)
The resist underlayer film forming composition solutions prepared in Examples 1 to 3 were applied on a silicon wafer using a spin coater. Baking was performed on a hot plate at 240 ° C. for 1 minute or at 400 ° C. for 2 minutes to form a resist underlayer film (film thickness 0.20 μm). The resist underlayer film was subjected to an immersion test in a solvent used for the resist, such as ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, and cyclohexanone.
It was confirmed that the films obtained by baking the solutions of Examples 1 to 3 at 240 ° C. for 1 minute were insoluble in these solvents.

(ドライエッチング速度の測定)
ドライエッチング速度の測定に用いたエッチャー及びエッチングガスは以下のものを用いた。
RIE−10NR(サムコ製):CF
実施例1〜3、比較例1で調製したレジスト下層膜形成組成物の溶液を、スピンコーターを用いてシリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で240℃1分間、または400℃2分間焼成し、(比較例1は205℃1分間焼成し、レジスト下層膜(膜厚0.20μm)を形成した。エッチングガスとしてCFガスを使用してドライエッチング速度を測定した。
また、比較例1の溶液を、スピンコーターを用いてシリコンウェハー上に塗膜を形成した。エッチングガスとしてCFガスを使用してドライエッチング速度を測定し、実施例1〜3のレジスト下層膜のドライエッチング速度との比較を行った。結果を表2に示した。速度比(1)は(実施例1〜3で用いたレジスト下層膜のそれぞれのドライエッチング速度)/(比較例1のドライエッチング速度)のドライエッチング速度比である。
(Measurement of dry etching rate)
The following etchers and etching gases were used to measure the dry etching rate.
RIE-10NR (manufactured by Samco): CF 4
The resist underlayer film forming composition solutions prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were applied on a silicon wafer using a spin coater. (Comparative Example 1 was baked at 205 ° C. for 1 minute to form a resist underlayer film (film thickness: 0.20 μm). CF 4 gas was used as an etching gas. Used to measure the dry etching rate.
Moreover, the coating film was formed on the silicon wafer using the solution of the comparative example 1 using the spin coater. The dry etching rate was measured using CF 4 gas as an etching gas, and compared with the dry etching rates of the resist underlayer films of Examples 1 to 3. The results are shown in Table 2. The speed ratio (1) is a dry etching speed ratio of (each dry etching speed of the resist underlayer film used in Examples 1 to 3) / (dry etching speed of Comparative Example 1).

〔表2〕 ドライエッチング速度比
――――――――――――――――――――――――――――――――――
実施例1 250℃焼成膜速度比(1) 1.01
実施例1 400℃焼成膜速度比(1) 1.03
実施例2 240℃焼成膜速度比(1) 1.04
実施例2 400℃焼成膜速度比(1) 0.97
実施例3 240℃焼成膜速度比(1) 0.97
実施例3 400℃焼成膜速度比(1) 1.01
――――――――――――――――――――――――――――――――――
[Table 2] Dry etching rate ratio -----------
Example 1 250 ° C. Firing Film Speed Ratio (1) 1.01
Example 1 400 ° C. Firing Film Speed Ratio (1) 1.03
Example 2 240 ° C. Firing Film Speed Ratio (1) 1.04
Example 2 400 ° C. Firing Film Speed Ratio (1) 0.97
Example 3 240 ° C. fired film speed ratio (1) 0.97
Example 3 400 ° C. Firing Film Speed Ratio (1) 1.01
――――――――――――――――――――――――――――――――――

(パターンの曲がり耐性の測定)
実施例2〜3、及び比較例2〜3で調整した各レジスト下層膜形成組成物の溶液を、スピンコーターを用いてそれぞれ酸化ケイ素被膜付きシリコンウエハー上に塗布した。ホットプレート上で240℃1分間、または400℃2分間焼成しレジスト下層膜(膜厚200nm)を形成した。レジスト下層膜上にシリコンハードマスク形成組成物溶液(ポリオルガノシロキサン溶液)を塗布し、240℃で1分間焼成しシリコンハードマスク層(ポリオルガノシロキサン縮合物、膜厚45nm)を形成した。その上にレジスト溶液を塗布し、100℃で1分間焼成しレジスト層(膜厚120nm)を形成した。マスクを用いて波長193nmで露光し、露光後加熱PEB(105℃で1分間)を行った後、現像してレジストパターンを得た。その後、フッ素系ガス(成分はCF)でドライエッチングを行い、レジストパターンをハードマスクに転写した。その後、酸素系ガス(成分はO)でドライエッチングを行い、レジストパターンを本件レジスト下層膜に転写した。その後、フッ素系ガス(成分はC)でドライエッチングを行い、シリコンウエハー上の酸化ケイ素被膜の除去を行った。その時のそれぞれのパターン形状を電子顕微鏡で観察した。
(Measurement of pattern bending resistance)
The solutions of the resist underlayer film forming compositions prepared in Examples 2 to 3 and Comparative Examples 2 to 3 were each applied onto a silicon wafer with a silicon oxide film using a spin coater. A resist underlayer film (film thickness 200 nm) was formed by baking on a hot plate at 240 ° C. for 1 minute or 400 ° C. for 2 minutes. A silicon hard mask forming composition solution (polyorganosiloxane solution) was applied on the resist underlayer film and baked at 240 ° C. for 1 minute to form a silicon hard mask layer (polyorganosiloxane condensate, film thickness 45 nm). A resist solution was applied thereon and baked at 100 ° C. for 1 minute to form a resist layer (film thickness 120 nm). Exposure was performed using a mask at a wavelength of 193 nm, post-exposure heating PEB (1 minute at 105 ° C.) was performed, and development was performed to obtain a resist pattern. Thereafter, dry etching was performed with a fluorine-based gas (component is CF 4 ), and the resist pattern was transferred to a hard mask. Thereafter, dry etching was performed with an oxygen-based gas (component is O 2 ), and the resist pattern was transferred to the resist underlayer film. Thereafter, dry etching was performed with a fluorine-based gas (component is C 4 F 8 ) to remove the silicon oxide film on the silicon wafer. Each pattern shape at that time was observed with an electron microscope.

パターン幅が狭まるにしたがいウイグリング(wiggling)という不規則なパターンの曲がりが発生しやすくなるが、上記の実施例のレジスト下層膜形成組成物を用いて上述工程を行いパターンの曲がり(wiggling)を生じ始めるパターン幅を電子顕微鏡で観測した。
パターンの曲がり(wiggling)が発生することで忠実なパターンに基づく基板加工ができなくなるため、パターンの曲がり(wiggling)が発生する直前のパターン幅(限界パターン幅)により基板加工をする必要がある。パターンの曲がり(wiggling)が発生し始める限界パターン幅は、その値が狭ければ狭いほど微細な基板の加工が可能となる。
解像度の測定には測長走査型電子顕微鏡(日立製作所製)を用いた。測定結果を表3に示した。
As the pattern width narrows, irregular pattern bending called wiggling is likely to occur. However, the above-described steps are performed using the resist underlayer film forming composition of the above-described embodiment, and pattern wiggling occurs. The starting pattern width was observed with an electron microscope.
Since the processing of the substrate based on the faithful pattern becomes impossible due to the occurrence of pattern bending, it is necessary to process the substrate with the pattern width (limit pattern width) immediately before the occurrence of the pattern bending. The narrower the limit pattern width at which pattern bending starts to occur, the finer the substrate can be processed.
A length-measuring scanning electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd.) was used for measuring the resolution. The measurement results are shown in Table 3.

〔表3〕
表3 パターンの曲がり(wiggling)が発生し始める
限界パターン幅(240℃2分間焼成)
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
(実施例2のレジスト下層膜形成組成物を用いた場合) 38.5nm
(実施例3のレジスト下層膜形成組成物を用いた場合) 36.0nm
(比較例2のレジスト下層膜形成組成物を用いた場合) 39.5nm
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
[Table 3]
Table 3 Limit pattern width at which pattern bending starts to occur (fired at 240 ° C. for 2 minutes)
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
(When the resist underlayer film forming composition of Example 2 is used) 38.5 nm
(When the resist underlayer film forming composition of Example 3 is used) 36.0 nm
(When the resist underlayer film forming composition of Comparative Example 2 is used) 39.5 nm
――――――――――――――――――――――――――――――――――――

〔表4〕
表4 パターンの曲がり(wiggling)が発生し始める
限界パターン幅(400℃2分間焼成)
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
(実施例2のレジスト下層膜形成組成物を用いた場合) 38.4nm
(実施例3のレジスト下層膜形成組成物を用いた場合) 36.2nm
(比較例2のレジスト下層膜形成組成物を用いた場合) 38.2nm
(比較例3のレジスト下層膜形成組成物を用いた場合) 40.8nm
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
[Table 4]
Table 4 Limit pattern width at which pattern bending starts to occur (firing at 400 ° C. for 2 minutes)
――――――――――――――――――――――――――――――――――――
(When the resist underlayer film forming composition of Example 2 is used) 38.4 nm
(When the resist underlayer film forming composition of Example 3 is used) 36.2 nm
(When the resist underlayer film forming composition of Comparative Example 2 is used) 38.2 nm
(When the resist underlayer film forming composition of Comparative Example 3 is used) 40.8 nm
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本発明の多層膜によるリソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜材料は、従来の高エッチレート性反射防止膜とは異なり、フォトレジストに近い又はフォトレジストに比べて小さいドライエッチング速度の選択比、半導体基板に比べて小さいドライエッチング速度の選択比を持ち、さらに反射防止膜としての効果も併せ持つことが出来るレジスト下層膜を提供することができる。また、本発明の下層膜材料は上層に蒸着でハードマスクを形成可能な耐熱性を有することが判った。また、焼成温度が低い場合でもパターンの曲がり(wiggling)が発生し難く良好なパターンが得られ、少なくとも36nm付近のパターン幅では曲がりのない良好なパターンが得られる。 Unlike the conventional high etch rate antireflection film, the resist underlayer film material used in the lithography process using the multilayer film of the present invention is close to the photoresist or has a lower dry etching rate selection ratio than the photoresist. It is possible to provide a resist underlayer film that has a lower dry etching rate selection ratio and can also have an effect as an antireflection film. It was also found that the lower layer film material of the present invention has heat resistance capable of forming a hard mask on the upper layer by vapor deposition. Further, even when the firing temperature is low, it is difficult to generate pattern bending, and a good pattern can be obtained. With a pattern width of at least around 36 nm, a good pattern without bending can be obtained.

Claims (11)

式(1):
Figure 2016145849

(式(1)中、Aはポリヒドロキシナフタレンに由来するヒドロキシ基置換ナフチレン基であり3個のヒドロキシ基を有し、Bは2〜4個のベンゼン環が縮合した1価の縮合芳香族炭化水素環基である。)の単位構造を含むポリマーを含むリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物。
Formula (1):
Figure 2016145849

(In the formula (1), A is a hydroxy group-substituted naphthylene group derived from polyhydroxynaphthalene, has 3 hydroxy groups, and B is a monovalent condensed aromatic carbonized with 2 to 4 benzene rings condensed. A composition for forming a resist underlayer film for lithography, comprising a polymer comprising a unit structure of a hydrogen ring group.
Aがトリヒドロキシナフタレンに由来するヒドロキシ基置換ナフチレン基である請求項1に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The resist underlayer film forming composition according to claim 1, wherein A is a hydroxy-substituted naphthylene group derived from trihydroxynaphthalene. Bの縮合芳香族炭化水素環基がナフタレン環基、アントラセン環基、又はピレン環基である請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The resist underlayer film forming composition according to claim 1, wherein the condensed aromatic hydrocarbon ring group of B is a naphthalene ring group, an anthracene ring group, or a pyrene ring group. Bの縮合芳香族炭化水素環基がハロゲン基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基、ニトリル基、又はこれらの組み合わせを置換基として有するものである請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The condensed aromatic hydrocarbon ring group of B has a halogen group, a hydroxyl group, a nitro group, an amino group, a carboxyl group, a carboxylic acid ester group, a nitrile group, or a combination thereof as a substituent. Item 4. The resist underlayer film forming composition according to any one of Items 3 above. 更に架橋剤を含む請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 4, further comprising a crosslinking agent. 更に酸及び/又は酸発生剤を含む請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。 The resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 5, further comprising an acid and / or an acid generator. 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し焼成することによって得られるレジスト下層膜。 A resist underlayer film obtained by applying the resist underlayer film forming composition according to claim 1 onto a semiconductor substrate and baking the composition. 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し焼成して下層膜を形成する工程を含む半導体の製造に用いられるレジストパターンの形成方法。 A method for forming a resist pattern, which is used for manufacturing a semiconductor, comprising a step of applying the resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 6 on a semiconductor substrate and baking the composition to form an underlayer film. . 半導体基板上に請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物により下層膜を形成する工程、その上にレジスト膜を形成する工程、光又は電子線の照射と現像によりレジストパターンを形成する工程、レジストパターンにより該下層膜をエッチングする工程、及びパターン化された下層膜により半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法。 A step of forming a lower layer film on the semiconductor substrate with the resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 6, a step of forming a resist film thereon, light or electron beam irradiation, A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a resist pattern by development; a step of etching the lower layer film with a resist pattern; and a step of processing a semiconductor substrate with a patterned lower layer film. 半導体基板に請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物により下層膜を形成する工程、その上にハードマスクを形成する工程、更にその上にレジスト膜を形成する工程、光又は電子線の照射と現像によりレジストパターンを形成する工程、レジストパターンによりハードマスクをエッチングする工程、パターン化されたハードマスクにより該下層膜をエッチングする工程、及びパターン化された下層膜により半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法。 A step of forming an underlayer film with the resist underlayer film forming composition according to any one of claims 1 to 6 on a semiconductor substrate, a step of forming a hard mask thereon, and further forming a resist film thereon A step of forming a resist pattern by irradiation and development of light or electron beam, a step of etching a hard mask with the resist pattern, a step of etching the lower layer film with a patterned hard mask, and a patterned lower layer A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of processing a semiconductor substrate with a film. ハードマスクが無機物の塗布物又は無機物の蒸着により形成されたものである請求項10に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 10, wherein the hard mask is formed by an inorganic coating or an inorganic vapor deposition.
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