JP2020056889A - Composition for forming resist lower layer film, resist lower layer film, and resist pattern formation method - Google Patents

Composition for forming resist lower layer film, resist lower layer film, and resist pattern formation method Download PDF

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智章 谷口
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Abstract

To provide a composition for forming a resist lower layer film which is excellent in a coating property, storage stability and a resist sensitivity change suppression property, a resist lower layer film, and a resist pattern formation method.SOLUTION: A composition for forming a resist lower layer film of the present invention contains a compound having an aromatic ring, an organic solvent and water, in which a percentage content of the water is 0.5 mass% or more and 15 mass% or less. The compound having the aromatic ring is preferably a polymer having a structural unit containing an aromatic ring. The polymer having the structural unit containing the aromatic ring is preferably a novolak resin, a resol resin, a styrene resin, an acenaphthylene resin, an indene resin, an arylene resin, a triazine resin, a calixarene resin or a combination thereof. The compound having the aromatic ring preferably has a hydroxyl group. A content of the water with respect to 100 pts.mass of the compound having the aromatic ring is preferably 5 pts.mass or more and 100 pts.mass or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、レジスト下層膜形成用組成物、レジスト下層膜及びレジストパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a composition for forming a resist underlayer film, a resist underlayer film, and a method for forming a resist pattern.

半導体デバイスの製造にあたっては、基板の一方の面側にレジスト下層膜形成用組成物により、レジスト下層膜を形成し、このレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジスト膜形成用組成物等を用いてレジストパターンを形成する方法が用いられている。このレジストパターンをマスクとしてレジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをマスクとしてさらに基板をエッチングすることができる。   In manufacturing a semiconductor device, a resist underlayer film is formed on one surface side of a substrate with a resist underlayer film forming composition, and a resist film forming composition is formed on a surface of the resist underlayer film opposite to the substrate. For example, a method of forming a resist pattern using the method described above is used. The resist underlayer film is etched using the resist pattern as a mask, and the substrate can be further etched using the obtained resist underlayer film pattern as a mask.

このようなレジスト下層膜形成用組成物に用いられる材料について、種々の検討が行われている(特開2013−83833号公報参照)。   Various studies have been made on materials used for such a composition for forming a resist underlayer film (see JP-A-2013-83833).

特開2013−83833号公報JP 2013-83833 A

最近では、レジスト下層膜形成用組成物は、塗工性、保存安定性に優れ、レジスト感度変化抑制性に優れること等が求められている。しかし、上記従来のレジスト下層膜形成用組成物は、これらの要求を満たすことはできていない。   Recently, a composition for forming a resist underlayer film is required to have excellent coatability and storage stability, and to have excellent resist sensitivity change suppressing properties. However, the above conventional composition for forming a resist underlayer film cannot satisfy these requirements.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、塗工性、保存安定性及びレジスト感度変化抑制性に優れるレジスト下層膜形成用組成物、レジスト下層膜及びレジストパターン形成方法を提供することにある。   The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a resist underlayer film forming composition, a resist underlayer film, and a resist excellent in coating properties, storage stability, and resist sensitivity change suppressing properties. It is to provide a pattern forming method.

上記課題を解決するためになされた発明は、芳香環を有する化合物(以下、「[A]化合物」ともいう)と、有機溶媒(以下、「[B]有機溶媒」ともいう)と、水(以下、「[C]水」ともいう)とを含有し、上記[C]水の含有率が0.5質量%以上15質量%以下であるレジスト下層膜形成用組成物である。   The invention made to solve the above-mentioned problem includes a compound having an aromatic ring (hereinafter, also referred to as “[A] compound”), an organic solvent (hereinafter, also referred to as “[B] organic solvent”), and water ( Hereinafter, it is also referred to as “[C] water”), and the content of the [C] water is 0.5% by mass or more and 15% by mass or less.

上記課題を解決するためになされた別の発明は、当該レジスト下層膜形成用組成物から形成されるレジスト下層膜である。   Another invention made to solve the above problem is a resist underlayer film formed from the composition for forming a resist underlayer film.

上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、基板の一方の面側に当該レジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程と、上記レジスト下層膜形成用組成物塗工工程により形成された塗工膜を加熱する工程と、上記加熱工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジスト膜形成用組成物を塗工する工程と、上記レジスト膜形成用組成物塗工工程により形成されたレジスト膜を放射線により露光する工程と、上記露光されたレジスト膜を現像する工程とを備えるレジストパターン形成方法である。   Yet another invention made in order to solve the above-mentioned problem is a step of applying the composition for forming a resist underlayer film on one surface side of a substrate, and a step of applying the composition for forming a resist underlayer film. Heating the applied coating film, applying a resist film-forming composition on the side of the resist underlayer film formed by the heating step opposite to the substrate, and forming the resist film-forming composition A resist pattern forming method includes a step of exposing a resist film formed by a product coating step to radiation, and a step of developing the exposed resist film.

本発明のレジスト下層膜形成用組成物は、塗工性、保存安定性及びレジスト感度変化抑制性に優れている。本発明のレジスト下層膜は、当該レジスト下層膜形成用組成物から形成されるので、レジスト感度変化抑制性に優れている。本発明のレジストパターン形成方法によれば、レジスト感度変化抑制性に優れたレジスト下層膜を形成することができ、このレジスト下層膜を用いることにより、良好なレジストパターンを形成することができる。従って、これらは、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイスの製造等に好適に用いることができる。   The composition for forming a resist underlayer film of the present invention is excellent in coating properties, storage stability and resist sensitivity change suppressing properties. Since the resist underlayer film of the present invention is formed from the composition for forming a resist underlayer film, the resist underlayer film is excellent in resist sensitivity change suppression. According to the method of forming a resist pattern of the present invention, a resist underlayer film excellent in resist sensitivity change suppression properties can be formed, and a good resist pattern can be formed by using this resist underlayer film. Therefore, they can be suitably used for the manufacture of semiconductor devices, which are expected to be further miniaturized in the future.

<レジスト下層膜形成用組成物>
当該レジスト下層膜形成用組成物は、[A]化合物と、[B]有機溶媒と、[C]水とを含有し、上記[C]水の含有率が0.5質量%以上15質量%以下である。当該レジスト下層膜形成用組成物は、酸発生剤(以下、「[D]酸発生剤」ともいう)及び/又は架橋剤(以下、「[E]架橋剤」ともいう)を含有することが好ましく、本発明の効果を損なわない範囲において、その他の任意成分を含有していてもよい。
<Composition for forming resist underlayer film>
The composition for forming a resist underlayer film contains a compound [A], an organic solvent [B], and water [C], and the content of the water [C] is 0.5% by mass or more and 15% by mass or more. It is as follows. The composition for forming a resist underlayer film may contain an acid generator (hereinafter, also referred to as “[D] acid generator”) and / or a cross-linking agent (hereinafter, also referred to as “[E] cross-linking agent”). Preferably, other optional components may be contained as long as the effects of the present invention are not impaired.

当該レジスト下層膜形成用組成物は、[A]〜[C]成分を含有し、[C]水の含有率を上記特定範囲とすることで塗工性、保存安定性及びレジスト感度変化抑制性に優れる。
以下、各成分について説明する。
The composition for forming a resist underlayer film contains the components [A] to [C], and the content of the water [C] falls within the above-mentioned specific range, whereby the coating properties, storage stability, and resist sensitivity change suppression properties are improved. Excellent.
Hereinafter, each component will be described.

<[A]化合物>
[A]化合物は、芳香環を有する化合物である。[A]化合物としては、芳香環を有するものであれば特に限定されず用いることができる。[A]化合物は1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
<[A] compound>
[A] The compound is a compound having an aromatic ring. The compound (A) can be used without any particular limitation as long as it has an aromatic ring. The compound [A] can be used alone or in combination of two or more.

芳香環としては、例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、インデン環、ピレン環、フルオレニリデンビフェニル環、フルオレニリデンビナフタレン環等の芳香族炭素環、フラン環、ピロール環、チオフェン環、ホスホール環、ピラゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環等の芳香族複素環などが挙げられる。これらの中で、芳香族炭素環が好ましい。   As the aromatic ring, for example, an aromatic carbon ring such as a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, an indene ring, a pyrene ring, a fluorenylidene biphenyl ring, a fluorenylidene binaphthalene ring, a furan ring, a pyrrole ring, a thiophene ring, and phosphor And aromatic heterocycles such as rings, pyrazole rings, oxazole rings, isoxazole rings, thiazole rings, pyridine rings, pyrazine rings, pyrimidine rings, pyridazine rings, and triazine rings. Of these, aromatic carbocycles are preferred.

[A]化合物におけるケイ素原子の質量含有率の上限としては、1質量%が好ましく、0.1質量%がより好ましく、0.01質量%がさらに好ましい。上記質量含有率は0質量%であってもよい。[A]化合物におけるケイ素原子の質量含有率を上記範囲とすることで、レジスト下層膜のエッチング耐性をより向上させることができる。   [A] The upper limit of the mass content of silicon atoms in the compound is preferably 1% by mass, more preferably 0.1% by mass, and still more preferably 0.01% by mass. The mass content may be 0% by mass. When the mass content of silicon atoms in the compound (A) is within the above range, the etching resistance of the resist underlayer film can be further improved.

[A]化合物としては、芳香環を含む構造単位を有する重合体(以下、「[A]重合体」ともいう)、芳香環含有化合物等が挙げられる。「重合体」とは、構造単位を2つ以上有する化合物をいう。「芳香環含有化合物」とは、芳香環を含み、構造単位を1つ有する化合物をいう。芳香環含有化合物の分子量としては、例えば300以上3,000以下である。当該レジスト下層膜形成用組成物は、[A]化合物として[A]重合体を用いることで、塗工性をより向上させることができる。   Examples of the compound [A] include a polymer having a structural unit containing an aromatic ring (hereinafter, also referred to as “[A] polymer”), an aromatic ring-containing compound, and the like. “Polymer” refers to a compound having two or more structural units. “Aromatic ring-containing compound” refers to a compound containing an aromatic ring and having one structural unit. The molecular weight of the aromatic ring-containing compound is, for example, 300 or more and 3,000 or less. The use of the polymer [A] as the compound [A] of the composition for forming a resist underlayer film can further improve the coatability.

[A]重合体としては、例えば主鎖に芳香環を有する重合体、主鎖に芳香環を有さず側鎖に芳香環を有する重合体等が挙げられる。「主鎖」とは、重合体における原子により構成される鎖のうち最も長いものをいう。「側鎖」とは、重合体における原子により構成される鎖のうち最も長いもの以外をいう。   [A] Examples of the polymer include a polymer having an aromatic ring in a main chain, and a polymer having no aromatic ring in a main chain and having an aromatic ring in a side chain. “Main chain” refers to the longest chain of atoms composed of atoms in a polymer. “Side chain” refers to a chain other than the longest chain among atoms formed by a polymer.

[A]重合体としては、例えば重縮合化合物、重縮合以外の反応により得られる化合物等が挙げられる。   [A] Examples of the polymer include polycondensation compounds and compounds obtained by reactions other than polycondensation.

[A]重合体しては、例えばノボラック樹脂、レゾール樹脂、スチレン樹脂、アセナフチレン樹脂、インデン樹脂、アリーレン樹脂、トリアジン樹脂、カリックスアレーン樹脂等が挙げられる。   [A] Examples of the polymer include a novolak resin, a resol resin, a styrene resin, an acenaphthylene resin, an indene resin, an arylene resin, a triazine resin, and a calixarene resin.

(ノボラック樹脂)
ノボラック樹脂は、フェノール性化合物と、アルデヒド類又はジビニル化合物等とを酸性触媒を用いて反応させて得られる樹脂である。複数のフェノール性化合物と、アルデヒド類又はジビニル化合物等を混合して反応させてもよい。
(Novolak resin)
The novolak resin is a resin obtained by reacting a phenolic compound with an aldehyde or a divinyl compound using an acidic catalyst. A plurality of phenolic compounds and aldehydes or divinyl compounds may be mixed and reacted.

フェノール性化合物としては、例えばフェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシノール、ビスフェノールA、p−tert−ブチルフェノール、p−オクチルフェノール、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(3−ヒドロキシフェニル)フルオレン、4,4’−(α−メチルべンジリデン)ビスフェノール等のフェノール類、α−ナフトール、β−ナフトール、1,5−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、9,9−ビス(6−ヒドロキシナフチル)フルオレン等のナフトール類、9−アントロール等のアントロール類、1−ヒドロキシピレン、2−ヒドロキシピレン等のピレノール類などが挙げられる。   Examples of the phenolic compound include phenol, cresol, xylenol, resorcinol, bisphenol A, p-tert-butylphenol, p-octylphenol, 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, and 9,9-bis (3-hydroxy Phenols such as phenyl) fluorene and 4,4 ′-(α-methylbenzylidene) bisphenol, α-naphthol, β-naphthol, 1,5-dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxynaphthalene, 9,9-bis ( Naphthols such as 6-hydroxynaphthyl) fluorene; anthrols such as 9-anthrol; pyrenols such as 1-hydroxypyrene and 2-hydroxypyrene;

アルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、1−ナフトアルデヒド、2−ナフトアルデヒド、1−ホルミルピレン等のアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン等のアルデヒド源などが挙げられる。   Examples of the aldehyde include aldehydes such as formaldehyde, benzaldehyde, 1-naphthaldehyde, 2-naphthaldehyde and 1-formylpyrene, and aldehyde sources such as paraformaldehyde and trioxane.

ジビニル化合物類としては、例えばジビニルベンゼン、ジシクロペンタジエン、テトラヒドロインデン、4−ビニルシクロヘキセン、5−ビニルノボルナ−2−エン、ジビニルピレン、リモネン、5−ビニルノルボルナジエン等が挙げられる。   Examples of the divinyl compounds include divinylbenzene, dicyclopentadiene, tetrahydroindene, 4-vinylcyclohexene, 5-vinylnoborna-2-ene, divinylpyrene, limonene, and 5-vinylnorbornadiene.

ノボラック樹脂としては、例えばフェノール及びホルムアルデヒドに由来する構造単位を有する樹脂、クレゾール及びホルムアルデヒドに由来する構造単位を有する樹脂、ジヒドロキシナフタレン及びホルムアルデヒドに由来する構造単位を有する樹脂、フルオレンビスフェノール及びホルムアルデヒドに由来する構造単位を有する樹脂、フルオレンビスナフトール及びホルムアルデヒドに由来する構造単位を有する樹脂、ヒドロキシピレン及びホルムアルデヒドに由来する構造単位を有する樹脂、ヒドロキシピレン及びナフトアルデヒドに由来する構造単位を有する樹脂、4,4’−(α−メチルべンジリデン)ビスフェノール及びホルムアルデヒドに由来する構造単位を有する樹脂、フェノール化合物及びホルミルピレンに由来する構造単位を有する樹脂、これらを組み合わせた樹脂、これらの樹脂のフェノール性水酸基の水素原子の一部又は全部をプロパルギル基等で置換した樹脂などが挙げられる。   As the novolak resin, for example, a resin having a structural unit derived from phenol and formaldehyde, a resin having a structural unit derived from cresol and formaldehyde, a resin having a structural unit derived from dihydroxynaphthalene and formaldehyde, a resin derived from fluorenebisphenol and formaldehyde A resin having a structural unit derived from fluorene bisnaphthol and formaldehyde, a resin having a structural unit derived from hydroxypyrene and formaldehyde, a resin having a structural unit derived from hydroxypyrene and naphthaldehyde, 4,4 Resin having a structural unit derived from '-(α-methylbenzylidene) bisphenol and formaldehyde, a structure derived from a phenol compound and formylpyrene Resins having position, these combined resins, such as resins which some or all substituted with propargyl group of the hydrogen atoms of the phenolic hydroxyl groups of these resins.

(レゾール樹脂)
レゾール樹脂は、フェノール性化合物と、アルデヒド類とをアルカリ性触媒を用いて反応させて得られる樹脂である。
(Resole resin)
The resole resin is a resin obtained by reacting a phenolic compound with an aldehyde using an alkaline catalyst.

(スチレン樹脂)
スチレン樹脂は、芳香環及び重合性炭素−炭素二重結合を有する化合物に由来する構造単位を有する樹脂である。スチレン樹脂は、上記構造単位以外にも、アクリル系単量体、ビニルエーテル類等に由来する構造単位を有していてもよい。
(Styrene resin)
A styrene resin is a resin having a structural unit derived from a compound having an aromatic ring and a polymerizable carbon-carbon double bond. The styrene resin may have a structural unit derived from an acrylic monomer, vinyl ether, or the like, in addition to the above structural unit.

スチレン樹脂としては、例えばポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリヒドロキシスチレン、ポリフェニル(メタ)アクリレート、これらを組み合わせた樹脂等が挙げられる。   Examples of the styrene resin include polystyrene, polyvinyl naphthalene, polyhydroxystyrene, polyphenyl (meth) acrylate, and a resin obtained by combining these.

(アセナフチレン樹脂)
アセナフチレン樹脂は、アセナフチレン骨格を有する化合物に由来する構造単位を有する樹脂である。
(Acenaphthylene resin)
Acenaphthylene resin is a resin having a structural unit derived from a compound having an acenaphthylene skeleton.

アセナフチレン樹脂としては、例えばアセナフチレンとヒドロキシメチルアセナフチレンとの共重合体等が挙げられる。   Examples of the acenaphthylene resin include a copolymer of acenaphthylene and hydroxymethylacenaphthylene.

(インデン樹脂)
インデン樹脂は、インデン骨格を有する化合物に由来する構造単位を有する樹脂である。
(Indene resin)
The indene resin is a resin having a structural unit derived from a compound having an indene skeleton.

(アリーレン樹脂)
アリーレン樹脂は、アリーレン骨格を含む化合物に由来する構造単位を有する樹脂である。アリーレン骨格としては、例えばフェニレン骨格、ナフチレン骨格、ビフェニレン骨格等が挙げられる。
(Arylene resin)
The arylene resin is a resin having a structural unit derived from a compound having an arylene skeleton. Examples of the arylene skeleton include a phenylene skeleton, a naphthylene skeleton, and a biphenylene skeleton.

アリーレン樹脂としては、例えばポリアリーレンエーテル、ポリアリーレンスルフィド、ポリアリーレンエーテルスルホン、ポリアリーレンエーテルケトン、ビフェニレン骨格を含む構造単位を有する樹脂、ビフェニレン骨格を含む構造単位とアセナフチレン骨格を含む化合物に由来する構造単位とを有する樹脂等が挙げられる。   As the arylene resin, for example, polyarylene ether, polyarylene sulfide, polyarylene ether sulfone, polyarylene ether ketone, a resin having a structural unit containing a biphenylene skeleton, a structure derived from a compound containing a structural unit containing a biphenylene skeleton and an acenaphthylene skeleton And a resin having a unit.

アリーレン樹脂としては、ビフェニレン骨格を有する樹脂が好ましく、ビフェニレン骨格を含む構造単位とアセナフチレン骨格を含む化合物に由来する構造単位とを有する樹脂がさらに好ましい。   As the arylene resin, a resin having a biphenylene skeleton is preferable, and a resin having a structural unit having a biphenylene skeleton and a structural unit derived from a compound having an acenaphthylene skeleton is more preferable.

(トリアジン樹脂)
トリアジン樹脂は、トリアジン骨格を有する化合物に由来する構造単位を有する樹脂である。
(Triazine resin)
A triazine resin is a resin having a structural unit derived from a compound having a triazine skeleton.

トリアジン骨格を有する化合物としては、例えばメラミン化合物、シアヌル酸化合物等が挙げられる。   Examples of the compound having a triazine skeleton include a melamine compound and a cyanuric acid compound.

[A]重合体がノボラック樹脂、レゾール樹脂、スチレン樹脂、アセナフチレン樹脂、インデン樹脂、アリーレン樹脂又はトリアジン樹脂の場合、[A]重合体のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)の下限としては、1,000が好ましく、2,000がより好ましく、3,000がさらに好ましく、4,000が特に好ましい。また、上記Mwの上限としては、100,000が好ましく、70,000がより好ましく、50,000がさらに好ましく、10,000が特に好ましい。[A]重合体のMwを上記範囲とすることで、当該レジスト下層膜形成用組成物の塗工性をより向上させることができる。   [A] When the polymer is a novolak resin, a resole resin, a styrene resin, an acenaphthylene resin, an indene resin, an arylene resin or a triazine resin, [A] the polymer has a weight average molecular weight in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (GPC) ( The lower limit of Mw) is preferably 1,000, more preferably 2,000, still more preferably 3,000, and particularly preferably 4,000. Further, the upper limit of Mw is preferably 100,000, more preferably 70,000, further preferably 50,000, and particularly preferably 10,000. [A] By setting the Mw of the polymer in the above range, the coatability of the composition for forming a resist underlayer film can be further improved.

[A]重合体のMw/Mn(Mnは、GPCによるポリスチレン換算数平均分子量である)の下限としては、通常1であり、1.1が好ましい。上記Mw/Mnの上限としては、5が好ましく、3がより好ましく、2がさらに好ましい。   [A] The lower limit of Mw / Mn (Mn is the number average molecular weight in terms of polystyrene by GPC) of the polymer is usually 1 and preferably 1.1. The upper limit of Mw / Mn is preferably 5, more preferably 3, and even more preferably 2.

本明細書において、重合体のMw及びMnは、GPCカラム(東ソー(株)の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、「G4000HXL」1本)を使用し、流量:1.0mL/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、カラム温度:40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(検出器:示差屈折計)により測定される値である。   In the present specification, the Mw and Mn of the polymer were measured using a GPC column (TOSOH Corporation's "G2000HXL", two "G3000HXL", one "G4000HXL"), and the flow rate: 1.0 mL / min. , Elution solvent: tetrahydrofuran, column temperature: 40 ° C. The value is measured by gel permeation chromatography (detector: differential refractometer) using monodisperse polystyrene as a standard.

(カリックスアレーン樹脂)
カリックスアレーン樹脂は、ヒドロキシ基が結合する芳香環が炭化水素基を介して複数個環状に結合した環状オリゴマー又はこのヒドロキシ基、芳香環及び炭化水素基が有する水素原子の一部若しくは全部が置換されたものである。
(Calix arene resin)
The calixarene resin is a cyclic oligomer in which a plurality of aromatic rings to which a hydroxy group is bonded via a hydrocarbon group or a part or all of the hydrogen atoms of the hydroxy group, the aromatic ring and the hydrocarbon group are substituted. It is a thing.

カリックスアレーン樹脂としては、例えばフェノール、ナフトール等のフェノール化合物とホルムアルデヒドとから形成される環状4〜12量体、フェノール、ナフトール等フェノール化合物とベンズアルデヒド化合物とから形成される環状4〜12量体、これらの環状体が有するフェノール性水酸基の水素原子をプロパルギル基等で置換した樹脂等が挙げられる。   Examples of the calixarene resin include cyclic 4- to 12-mers formed from phenol compounds such as phenol and naphthol and formaldehyde, and cyclic 4- to 12-mers formed from phenol compounds such as phenol and naphthol and benzaldehyde compounds. And a resin in which the hydrogen atom of the phenolic hydroxyl group of the cyclic body is replaced with a propargyl group or the like.

カリックスアレーン樹脂の分子量の下限としては、500が好ましく、700がより好ましく、1,000がさらに好ましい。上記分子量の上限としては、5,000が好ましく、3,000がより好ましく、1,500がさらに好ましい。   The lower limit of the molecular weight of the calixarene resin is preferably 500, more preferably 700, and still more preferably 1,000. The upper limit of the molecular weight is preferably 5,000, more preferably 3,000, and still more preferably 1,500.

[A]化合物は、水酸基を有することが好ましい。水酸基としては、例えばフェノール性水酸基、アルコール性水酸基等が挙げられる。[A]化合物が水酸基を有することで、後述する[D]酸発生剤、[E]架橋剤等により、[A]化合物の架橋反応を促進させることができる。   [A] The compound preferably has a hydroxyl group. Examples of the hydroxyl group include a phenolic hydroxyl group and an alcoholic hydroxyl group. When the compound [A] has a hydroxyl group, the cross-linking reaction of the compound [A] can be promoted by the acid generator [D], the cross-linking agent [E] described below, and the like.

[A]化合物の含有量の下限としては、当該レジスト下層膜形成用組成物の固形分に対して、50質量%が好ましく、60質量%がより好ましく、65質量%がさらに好ましい。上記含有量の上限は、例えば100質量%であり、99質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましい。当該レジスト下層膜形成用組成物の「固形分」とは、[B]有機溶媒及び[C]水以外の全成分をいう。   The lower limit of the content of the compound (A) is preferably 50% by mass, more preferably 60% by mass, and still more preferably 65% by mass, based on the solid content of the composition for forming a resist underlayer film. The upper limit of the content is, for example, 100% by mass, preferably 99% by mass, more preferably 90% by mass, and still more preferably 80% by mass. The “solid content” of the composition for forming a resist underlayer film refers to all components other than [B] the organic solvent and [C] water.

[[A]化合物の合成方法]
[A]化合物は、公知の方法に従って合成してもよく、商業的に入手可能な市販品を用いてもよい。
[Method for synthesizing [A] compound]
The compound [A] may be synthesized according to a known method, or a commercially available product may be used.

<[B]有機溶媒>
[B]有機溶媒は、[A]化合物、[C]水及び必要に応じて含有される任意成分を溶解又は分散できるものであれば特に限定されない。
<[B] Organic solvent>
[B] The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the compound [A], the water [C], and optional components contained as necessary.

[B]有機溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、含窒素系溶媒、炭化水素系溶媒等が挙げられる。[B]有機溶媒は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   [B] Examples of the organic solvent include alcohol solvents, ketone solvents, ether solvents, ester solvents, nitrogen-containing solvents, and hydrocarbon solvents. [B] The organic solvent can be used alone or in combination of two or more.

アルコール系溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール等のモノアルコール系溶媒、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール等の多価アルコール系溶媒などが挙げられる。   Examples of the alcohol solvent include a monoalcohol solvent such as methanol, ethanol and n-propanol, and a polyhydric alcohol solvent such as ethylene glycol and 1,2-propylene glycol.

ケトン系溶媒としては、例えばメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の鎖状ケトン系溶媒、シクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒などが挙げられる。   Examples of the ketone solvent include chain ketone solvents such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, and cyclic ketone solvents such as cyclohexanone.

エーテル系溶媒としては、例えばn−ブチルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等の環状エーテル系溶媒などの多価アルコールエーテル系溶媒、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコール部分エーテル系溶媒などが挙げられる。   Examples of ether solvents include chain ether solvents such as n-butyl ether, polyhydric alcohol ether solvents such as cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane, and polyhydric alcohol partial ethers such as diethylene glycol monomethyl ether. System solvents and the like.

エステル系溶媒としては、例えばジエチルカーボネート等のカーボネート系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル等の酢酸モノエステル系溶媒、γ−ブチロラクトン等のラクトン系溶媒、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒、乳酸メチル、乳酸エチル等の乳酸エステル系溶媒などが挙げられる。   Examples of the ester solvent include carbonate solvents such as diethyl carbonate, monoester solvents such as methyl acetate and ethyl acetate, lactone solvents such as γ-butyrolactone, diethylene glycol monomethyl ether acetate, and propylene glycol monomethyl ether acetate. Examples include a hydric alcohol partial ether carboxylate-based solvent and a lactic acid ester-based solvent such as methyl lactate and ethyl lactate.

含窒素系溶媒としては、例えばN,N−ジメチルアセトアミド等の鎖状含窒素系溶媒、N−メチルピロリドン等の環状含窒素系溶媒などが挙げられる。   Examples of the nitrogen-containing solvent include a chain nitrogen-containing solvent such as N, N-dimethylacetamide and a cyclic nitrogen-containing solvent such as N-methylpyrrolidone.

炭化水素系溶媒としては、例えばデカリン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。   Examples of the hydrocarbon-based solvent include an aliphatic hydrocarbon-based solvent such as decalin and an aromatic hydrocarbon-based solvent such as toluene.

[B]有機溶媒としては、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒及び/又は含窒素系溶媒が好ましく、ケトン系溶媒及び/又はエステル系溶媒がより好ましく、環状ケトン系溶媒及び/又は多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒がさらに好ましく、シクロヘキサノン及び/又は酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルが特に好ましい。[B]有機溶媒を上記のものとすることで、当該レジスト下層膜形成用組成物における[C]水の含有率をより高めることができ、その結果、保存安定性及びレジスト感度変化抑制性をより向上させることができる。   [B] The organic solvent is preferably an alcohol solvent, a ketone solvent, an ether solvent, an ester solvent and / or a nitrogen-containing solvent, more preferably a ketone solvent and / or an ester solvent, and a cyclic ketone solvent. And / or polyhydric alcohol partial ether carboxylate solvents are more preferred, and cyclohexanone and / or propylene glycol monomethyl acetate acetate are particularly preferred. By making the organic solvent [B] as described above, the content of water [C] in the composition for forming a resist underlayer film can be further increased, and as a result, storage stability and resist sensitivity change suppression properties can be improved. It can be further improved.

[B]有機溶媒の含有量としては、[A]化合物100質量部に対して、10質量部が好ましく、100質量部がより好ましく、500質量部がさらに好ましく、1,000質量部が特に好ましい。上記含有量の上限としては、10,000質量部が好ましく、6,000質量部がより好ましく、4,000質量部がさらに好ましく、2,000質量部が特に好ましい。   [B] The content of the organic solvent is preferably 10 parts by mass, more preferably 100 parts by mass, further preferably 500 parts by mass, and particularly preferably 1,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the compound [A]. . The upper limit of the content is preferably 10,000 parts by mass, more preferably 6,000 parts by mass, still more preferably 4,000 parts by mass, and particularly preferably 2,000 parts by mass.

<[C]水>
[C]水としては、例えば超純水、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等を用いることができる。これらの中で、超純水が好ましい。また、[C]水は、上述の[B]有機溶媒中に含有される水であってもよい。
<[C] water>
[C] As the water, for example, ultrapure water, ion exchange water, ultrafiltration water, reverse osmosis water, distilled water and the like can be used. Of these, ultrapure water is preferred. [C] water may be water contained in the above-mentioned [B] organic solvent.

[C]水の含有率の下限としては、当該レジスト下層膜形成用組成物に対して、0.5質量%であり、1質量%が好ましく、2質量%がより好ましく、3質量%がさらに好ましく、4質量%が特に好ましい。上記含有率の上限としては、15質量%であり、13質量%が好ましく、11質量%がより好ましく、10質量%がさらに好ましく、9質量%が特に好ましい。当該レジスト下層膜形成用組成物は、[C]水の含有率を上記範囲とすることで、保存安定性及びレジスト感度変化抑制性をより向上させることができる。   [C] The lower limit of the water content is 0.5% by mass, preferably 1% by mass, more preferably 2% by mass, and still more preferably 3% by mass, based on the composition for forming a resist underlayer film. Preferably, 4% by weight is particularly preferred. The upper limit of the content is 15% by mass, preferably 13% by mass, more preferably 11% by mass, still more preferably 10% by mass, and particularly preferably 9% by mass. The composition for forming a resist underlayer film can further improve the storage stability and the ability to suppress a change in the resist sensitivity by setting the content of the water [C] in the above range.

[C]水の含有量の下限としては、[A]化合物100質量部に対して、5質量部が好ましく、10質量部がより好ましく、30質量部がさらに好ましく、50質量部が特に好ましい。上記含有量の上限としては、100質量部が好ましく、90質量部がより好ましく、80質量部がさらに好ましく、75質量部が特に好ましい。   [C] The lower limit of the water content is preferably 5 parts by mass, more preferably 10 parts by mass, still more preferably 30 parts by mass, and particularly preferably 50 parts by mass, based on 100 parts by mass of the compound [A]. The upper limit of the content is preferably 100 parts by mass, more preferably 90 parts by mass, further preferably 80 parts by mass, and particularly preferably 75 parts by mass.

[C]水の含有量の下限としては、[B]有機溶媒100質量部に対して、0.5質量部が好ましく、1質量部がより好ましく、2質量部がさらに好ましく、3質量部が特に好ましい。上記含有量の上限としては、15質量部が好ましく、13質量部がより好ましく、11質量部がさらに好ましく、10質量部が特に好ましい。   [C] The lower limit of the water content is preferably 0.5 parts by mass, more preferably 1 part by mass, still more preferably 2 parts by mass, and more preferably 3 parts by mass, based on 100 parts by mass of the organic solvent [B]. Particularly preferred. As a maximum of the above-mentioned content, 15 mass parts is preferred, 13 mass parts is more preferred, 11 mass parts is still more preferred, and 10 mass parts is especially preferred.

<[D]酸発生剤>
[D]酸発生剤は、熱や光の作用により酸を発生し、[A]化合物の架橋を促進する成分である。当該レジスト下層膜形成用組成物が[D]酸発生剤を含有することで[A]化合物の架橋反応が促進され、形成されるレジスト下層膜の硬度を高めることができる。[D]酸発生剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
<[D] acid generator>
[D] The acid generator is a component that generates an acid by the action of heat or light and promotes the crosslinking of the compound [A]. When the composition for forming a resist underlayer film contains the acid generator [D], the crosslinking reaction of the compound [A] is promoted, and the hardness of the formed resist underlayer film can be increased. [D] The acid generator can be used alone or in combination of two or more.

[D]酸発生剤としては、例えばオニウム塩化合物、N−スルホニルオキシイミド化合物等が挙げられる。   [D] Examples of the acid generator include an onium salt compound and an N-sulfonyloxyimide compound.

オニウム塩化合物としては、例えばトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート等のスルホニウム塩、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムトリフルオロメタンスルホネート、1−(4−n−ブトキシナフタレン−1−イル)テトラヒドロチオフェニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート等のテトラヒドロチオフェニウム塩、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、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、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート等のヨードニウム塩、トリエチルアンモニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート、トリエチルアンモニウム1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−(ピバロイルオキシ)プロパンスルホネート等のアンモニウム塩などが挙げられる。   Examples of the onium salt compound include sulfonium salts such as triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate and triphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate, and 1- (4-n-butoxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium trifluoromethanesulfonate. , 1- (4-n-butoxynaphthalen-1-yl) tetrahydrothiophenium nonafluoro-n-butanesulfonate and the like, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluoro-n-butanesulfonate, Bis (4-t-butylphenyl) iodonium trifluoromethanesulfonate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium nonafluoro-n-butane Iodonium salts such as Honeto, triethylammonium nonafluoro -n- butane sulfonate, and ammonium salts such as triethylammonium 1,1,3,3,3-pentafluoro-2- (pivaloyloxy) propanesulfonate and the like.

N−スルホニルオキシイミド化合物としては、例えばN−(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド、N−(ノナフルオロ−n−ブタンスルホニルオキシ)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド等が挙げられる。   Examples of the N-sulfonyloxyimide compound include N- (trifluoromethanesulfonyloxy) bicyclo [2.2.1] hept-5-ene-2,3-dicarboximide and N- (nonafluoro-n-butanesulfonyloxy) ) Bicyclo [2.2.1] hept-5-ene-2,3-dicarboximide and the like.

[D]酸発生剤としては、オニウム塩化合物が好ましく、ヨードニウム塩がより好ましく、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネートがさらに好ましい。   [D] The acid generator is preferably an onium salt compound, more preferably an iodonium salt, and even more preferably bis (4-t-butylphenyl) iodonium nonafluoro-n-butanesulfonate.

当該レジスト下層膜形成用組成物が[D]酸発生剤を含有する場合、[D]酸発生剤の含有量の下限としては、[A]化合物100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、0.5質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、20質量部が好ましく、10質量部がより好ましく、5質量部がさらに好ましい。[D]酸発生剤の含有量を上記範囲とすることで、[A]化合物の架橋反応をより効果的に促進させることができる。   When the composition for forming a resist underlayer film contains [D] an acid generator, the lower limit of the content of the [D] acid generator is 0.1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the [A] compound. Is preferably 0.5 part by mass, more preferably 1 part by mass. As a maximum of the above-mentioned content, 20 mass parts is preferred, 10 mass parts is more preferred, and 5 mass parts is still more preferred. By setting the content of the acid generator [D] in the above range, the crosslinking reaction of the compound [A] can be more effectively promoted.

<[E]架橋剤>
[E]架橋剤は、熱や酸の作用により、[A]化合物等の成分同士の架橋結合を形成する成分である。当該レジスト下層膜形成用組成物は、[A]化合物が分子間結合形成基を有している場合であっても、さらに[E]架橋剤を含有することで、レジスト下層膜の硬度を高めることができる。[E]架橋剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
<[E] Crosslinking agent>
[E] The crosslinking agent is a component that forms a cross-linking between components such as the compound [A] by the action of heat or an acid. Even if the compound [A] has an intermolecular bond-forming group, the composition for forming a resist underlayer film further contains [E] a cross-linking agent to increase the hardness of the resist underlayer film. be able to. [E] The crosslinking agent may be used alone or in combination of two or more.

[E]架橋剤としては、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の多官能(メタ)アクリレート化合物、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂等のエポキシ化合物、2−ヒドロキシメチル−4,6−ジメチルフェノール、4,4’−(1−(4−(1−(4−ヒドロキシ−3,5−ビス(メトキシメチル)フェニル)−1−メチルエチル)フェニル)エチリデン)ビス(2,6−ビス(メトキシメチル)フェノール)等のヒドロキシメチル基置換フェノール化合物、メトキシメチル基含有フェノール化合物、エトキシメチル基含有フェノール化合物等のアルコキシアルキル基含有フェノール化合物、(ポリ)メチロール化メラミン、(ポリ)メチロール化グリコールウリル等のアルコキシアルキル化されたアミノ基を有する化合物などが挙げられる。   [E] Examples of the crosslinking agent include polyfunctional (meth) acrylate compounds such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate and pentaerythritol tri (meth) acrylate; epoxy compounds such as novolak type epoxy resin and bisphenol type epoxy resin; -Hydroxymethyl-4,6-dimethylphenol, 4,4 '-(1- (4- (1- (4-hydroxy-3,5-bis (methoxymethyl) phenyl) -1-methylethyl) phenyl) ethylidene ) Hydroxyphenol-substituted phenol compounds such as bis (2,6-bis (methoxymethyl) phenol), methoxymethyl-containing phenol compounds, alkoxyalkyl-containing phenol compounds such as ethoxymethyl-containing phenol compounds, and (poly) methylol Melamine, (poly) methylo And compounds having an alkoxy alkylated amino group, such as Le glycoluril.

[E]架橋剤としては、アルコキシアルキル化されたアミノ基を有する化合物が好ましく、1,3,4,6−テトラ(メトキシメチル)グリコールウリルがより好ましい。   [E] As the crosslinking agent, compounds having an alkoxyalkylated amino group are preferred, and 1,3,4,6-tetra (methoxymethyl) glycoluril is more preferred.

当該レジスト下層膜形成用組成物が[E]架橋剤を含有する場合、[E]架橋剤の含有量の下限としては、[A]化合物100質量部に対して、0.1質量部が好ましく、1質量部がより好ましく、10質量部がさらに好ましく、30質量部が特に好ましい。上記含有量の上限としては、100質量部が好ましく、80質量部がより好ましく、60質量部がさらに好ましく、50質量部が特に好ましい。[E]架橋剤の含有量を上記範囲とすることで、[A]化合物の架橋反応をより効果的に起こさせることができる。   When the composition for forming a resist underlayer film contains [E] a crosslinking agent, the lower limit of the content of the [E] crosslinking agent is preferably 0.1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the [A] compound. 1 part by mass is more preferable, 10 parts by mass is more preferable, and 30 parts by mass is particularly preferable. The upper limit of the content is preferably 100 parts by mass, more preferably 80 parts by mass, further preferably 60 parts by mass, and particularly preferably 50 parts by mass. When the content of the crosslinking agent [E] is in the above range, the crosslinking reaction of the compound [A] can be more effectively caused to occur.

<その他の任意成分>
その他の任意成分としては、例えば界面活性剤、密着助剤等が挙げられる。
<Other optional ingredients>
Other optional components include, for example, surfactants and adhesion aids.

<レジスト下層膜形成用組成物の調製方法>
当該レジスト下層膜形成用組成物は、[A]化合物、[B]有機溶媒及び[C]水、並びに必要に応じて[D]酸発生剤、[E]架橋剤、その他の任意成分等を所定の割合で混合し、好ましくは得られた混合物を0.2μm以下のフィルター等でろ過することにより調製できる。当該レジスト下層膜形成用組成物の固形分濃度の下限としては、0.1質量%が好ましく、1質量%がより好ましく、4質量%がさらに好ましく、7質量%が特に好ましい。上記固形分濃度の上限としては、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましく、20質量%がさらに好ましく、15質量%が特に好ましい。
<Method of preparing composition for forming resist underlayer film>
The composition for forming a resist underlayer film comprises [A] compound, [B] organic solvent and [C] water, and if necessary, [D] acid generator, [E] crosslinking agent, and other optional components. It can be prepared by mixing at a predetermined ratio and preferably filtering the obtained mixture through a filter having a size of 0.2 μm or less. The lower limit of the solid concentration of the composition for forming a resist underlayer film is preferably 0.1% by mass, more preferably 1% by mass, still more preferably 4% by mass, and particularly preferably 7% by mass. The upper limit of the solid content concentration is preferably 50% by mass, more preferably 30% by mass, still more preferably 20% by mass, and particularly preferably 15% by mass.

<レジスト下層膜>
本発明のレジスト下層膜は、当該レジスト下層膜形成用組成物から形成される。当該レジスト下層膜は、上述の当該レジスト下層膜形成用組成物から形成されるので、レジスト感度変化抑制性に優れる。
<Resist underlayer film>
The resist underlayer film of the present invention is formed from the composition for forming a resist underlayer film. Since the resist underlayer film is formed from the above-described composition for forming a resist underlayer film, the resist underlayer film is excellent in resist sensitivity change suppression.

<レジスト下層膜の形成方法>
当該レジスト下層膜の形成方法は、基板の一方の面側に当該レジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程(以下、「レジスト下層膜形成用組成物塗工工程」ともいう)と、上記レジスト下層膜形成用組成物塗工工程により形成された塗工膜を加熱する工程(以下、「加熱工程」ともいう)を備える。当該レジスト下層膜の形成方法によれば、上述の当該レジスト下層膜形成用組成物を用いるので、レジスト感度変化抑制性に優れるレジスト下層膜を形成することができる。
<Method of forming resist underlayer film>
The method for forming the resist underlayer film includes a step of applying the composition for forming a resist underlayer film on one surface side of a substrate (hereinafter, also referred to as a “step of applying a composition for forming a resist underlayer film”) and the above-described method. The method includes a step of heating the coating film formed in the step of applying the composition for forming a resist underlayer film (hereinafter, also referred to as a “heating step”). According to the method for forming a resist underlayer film, since the above-described composition for forming a resist underlayer film is used, it is possible to form a resist underlayer film having excellent resist sensitivity change suppressing properties.

[レジスト下層膜形成用組成物塗工工程]
本工程では、基板の一方の面側に、当該レジスト下層膜形成用組成物を塗工する。
[Coating process of composition for forming resist underlayer film]
In this step, the composition for forming a resist underlayer film is applied to one surface of the substrate.

上記基板としては、例えばシリコンウエハ、アルミニウムで被覆したウエハ等が挙げられる。また、当該レジスト下層膜形成用組成物の塗工方法は特に限定されず、例えば回転塗工、流延塗工、ロール塗工等の適宜の方法で実施することができ、これにより塗工膜を形成することができる。   Examples of the substrate include a silicon wafer and a wafer coated with aluminum. The method of applying the composition for forming a resist underlayer film is not particularly limited, and can be performed by an appropriate method such as spin coating, cast coating, or roll coating. Can be formed.

[加熱工程]
本工程では、上記レジスト下層膜形成用組成物塗工工程により形成された塗工膜を加熱する。これにより、レジスト下層膜が形成される。
[Heating process]
In this step, the coating film formed in the above-described resist underlayer film forming composition coating step is heated. Thereby, a resist underlayer film is formed.

上記塗工膜の加熱は、通常、大気下で行われるが、窒素雰囲気下で行ってもよい。上記加熱は、1段階で行っても、多段階で行ってもよい。   The heating of the coating film is usually performed in the air, but may be performed in a nitrogen atmosphere. The heating may be performed in one stage or in multiple stages.

上記加熱の温度の下限として、60℃が好ましく、80℃がより好ましく、150℃がさらに好ましく、200℃が特に好ましい。上記温度の上限としては、400℃が好ましく、350℃がより好ましく、300℃がさらに好ましく、270℃が特に好ましい。上記加熱の時間の下限としては、10秒が好ましく、30秒がより好ましく、50秒がさらに好ましい。上記時間の上限としては、300秒が好ましく、180秒がより好ましく、120秒がさらに好ましい。   As a lower limit of the above-mentioned heating temperature, 60 ° C is preferred, 80 ° C is more preferred, 150 ° C is still more preferred, and 200 ° C is especially preferred. The upper limit of the temperature is preferably 400 ° C, more preferably 350 ° C, still more preferably 300 ° C, and particularly preferably 270 ° C. The lower limit of the heating time is preferably 10 seconds, more preferably 30 seconds, and even more preferably 50 seconds. As an upper limit of the above-mentioned time, 300 seconds are preferred, 180 seconds are more preferred, and 120 seconds are still more preferred.

なお、レジスト下層膜の形成方法において、上記塗工膜を加熱してレジスト下層膜を形成するが、当該レジスト下層膜形成用組成物が[D]酸発生剤を含有し、[D]酸発生剤が感放射線性酸発生剤である場合には、露光と加熱とを組み合わせることにより膜を硬化させてレジスト下層膜を形成することもできる。この露光に用いられる放射線としては、[D]酸発生剤の種類に応じ、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、γ線等の電磁波;電子線、分子線、イオンビーム等の粒子線から適宜選択される。   In the method of forming a resist underlayer film, the coating film is heated to form a resist underlayer film, and the composition for forming a resist underlayer film contains an acid generator [D] and an acid generator [D]. When the agent is a radiation-sensitive acid generator, the film can be cured by a combination of exposure and heating to form a resist underlayer film. The radiation used for this exposure includes [D] electromagnetic waves such as visible light, ultraviolet light, far ultraviolet light, X-rays, and γ-rays; and electron beams, molecular beams, and ion beams. It is appropriately selected.

形成されるレジスト下層膜の平均厚みとの下限としては、10nmが好ましく、30nmがより好ましく、50nmがさらに好ましい。上記平均厚みの上限としては、3,000nmが好ましく、1,000nmがより好ましく、300nmがさらに好ましい。   The lower limit of the average thickness of the formed resist underlayer film is preferably 10 nm, more preferably 30 nm, and even more preferably 50 nm. The upper limit of the average thickness is preferably 3,000 nm, more preferably 1,000 nm, and still more preferably 300 nm.

<レジストパターン形成方法>
当該レジストパターン形成方法は、基板の一方の面側に当該レジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程(レジスト下層膜形成用組成物塗工工程)と、上記レジスト下層膜形成用組成物塗工工程により形成された塗工膜を加熱する工程(加熱工程)と、上記加熱工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジスト膜形成用組成物を塗工する工程(以下、「レジスト膜形成用組成物塗工工程」ともいう)と、上記レジスト膜形成用組成物塗工工程により形成されたレジスト膜を放射線により露光する工程(以下、「露光工程」ともいう)と、上記露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう)とを備える。
<Method of forming resist pattern>
The method for forming a resist pattern includes a step of applying the composition for forming a resist underlayer film on one surface side of a substrate (a step of applying a composition for forming a resist underlayer film), and a step of coating the composition for forming a resist underlayer film. Heating the coating film formed by the heating step (heating step), and coating the resist underlayer film formed by the heating step on the side opposite to the substrate with the resist film forming composition (Hereinafter also referred to as “resist film forming composition coating step”) and a step of exposing the resist film formed by the resist film forming composition coating step to radiation (hereinafter also referred to as “exposure step”). ) And a step of developing the exposed resist film (hereinafter, also referred to as a “development step”).

当該レジストパターン形成方法によれば、レジスト感度変化抑制性に優れたレジスト下層膜を形成することができ、このレジスト下層膜を用いることにより、良好なレジストパターンを形成することができる。   According to the method for forming a resist pattern, a resist underlayer film having excellent resist sensitivity change suppressing properties can be formed, and a good resist pattern can be formed by using the resist underlayer film.

当該レジストパターン形成方法は、上記加熱工程後かつ上記レジスト膜形成用組成物塗工工程前に、上記加熱工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側に中間層(中間膜)を形成する工程(以下、「中間層形成工程」ともいう)を備えることができる。
以下、各工程について説明する。
The method for forming a resist pattern includes, after the heating step and before the step of applying the composition for forming a resist film, an intermediate layer (intermediate film) formed on the side of the resist underlayer film formed by the heating step opposite to the substrate. ) (Hereinafter, also referred to as “intermediate layer forming step”).
Hereinafter, each step will be described.

[レジスト下層膜形成用組成物塗工工程]
本工程では、基板の一方の面側に当該レジスト下層膜形成用組成物を塗工する。これにより、塗工膜が形成される。本工程は、上述のレジスト下層膜の形成方法におけるレジスト下層膜形成用組成物塗工工程と同様である。
[Coating process of composition for forming resist underlayer film]
In this step, the composition for forming a resist underlayer film is applied to one surface side of the substrate. Thereby, a coating film is formed. This step is the same as the resist underlayer film forming composition coating step in the above-described resist underlayer film forming method.

[加熱工程]
本工程では、上記レジスト下層膜形成用組成物塗工工程により形成された塗工膜を加熱する。これにより、レジスト下層膜が形成される。本工程は、上述のレジスト下層膜の形成方法における加熱工程と同様である。
[Heating process]
In this step, the coating film formed in the above-described resist underlayer film forming composition coating step is heated. Thereby, a resist underlayer film is formed. This step is the same as the heating step in the above-described method for forming a resist underlayer film.

[中間層形成工程]
本工程では、上記加熱工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側に中間層を形成する。この中間層は、レジストパターン形成において、レジスト下層膜及び/又はレジスト膜が有する機能をさらに補ったり、これらが有していない機能を与えたりするために上記機能が付与された層のことである。例えば反射防止膜を中間層として形成した場合、レジスト下層膜の反射防止機能をさらに補うことができる。
[Intermediate layer forming step]
In this step, an intermediate layer is formed on the side of the resist underlayer film formed in the heating step opposite to the substrate. This intermediate layer is a layer provided with the above functions in order to further supplement the functions of the resist underlayer film and / or the resist film in the formation of the resist pattern, or to provide functions which these do not have. . For example, when the antireflection film is formed as an intermediate layer, the antireflection function of the resist underlayer film can be further supplemented.

この中間層は、有機化合物や無機酸化物により形成することができる。上記有機化合物としては、市販品として、例えば「DUV−42」、「DUV−44」、「ARC−28」、「ARC−29」(以上、Brewer Science社);「AR−3」、「AR−19」(以上、ローム アンド ハース社)等が挙げられる。上記無機酸化物としては、市販品として、例えば「NFC SOG01」、「NFC SOG04」、「NFC SOG080」(以上、JSR(株))等が挙げられる。また、上記無機酸化物として、CVD法により形成されるポリシロキサン、酸化チタン、酸化アルミナ、酸化タングステン等を用いることができる。   This intermediate layer can be formed of an organic compound or an inorganic oxide. Examples of the organic compound include commercially available products such as “DUV-42”, “DUV-44”, “ARC-28”, and “ARC-29” (above, Brewer Science); “AR-3”, “AR -19 "(above, Rohm and Haas Company) and the like. As the inorganic oxide, commercially available products include, for example, “NFC SOG01”, “NFC SOG04”, “NFC SOG080” (above, JSR Corporation) and the like. Further, as the inorganic oxide, polysiloxane, titanium oxide, alumina oxide, tungsten oxide, or the like formed by a CVD method can be used.

中間層の形成方法は特に限定されないが、例えば塗工法やCVD法等を用いることができる。これらの中でも、塗工法が好ましい。塗工法を用いた場合、レジスト下層膜を形成後、中間層を連続して形成することができる。また、中間層の平均厚みは、中間層に求められる機能に応じて適宜選択されるが、中間層の平均厚みの下限としては、10nmが好ましく、20nmがより好ましい。上記平均厚みの上限としては、3,000nmが好ましく、300nmがより好ましい。   The method for forming the intermediate layer is not particularly limited, and for example, a coating method, a CVD method, or the like can be used. Among these, the coating method is preferred. When the coating method is used, the intermediate layer can be continuously formed after the formation of the resist underlayer film. Further, the average thickness of the intermediate layer is appropriately selected according to the function required of the intermediate layer, but the lower limit of the average thickness of the intermediate layer is preferably 10 nm, more preferably 20 nm. The upper limit of the average thickness is preferably 3,000 nm, more preferably 300 nm.

[レジスト膜形成用組成物塗工工程]
本工程では、上記加熱工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジスト膜形成用組成物を塗工する。上記中間層形成工程を行った場合は、中間層の基板とは反対の面側にレジスト膜形成用組成物を塗工する。
[Resist film forming composition coating process]
In this step, a composition for forming a resist film is applied to the surface of the resist underlayer film formed in the heating step opposite to the surface of the substrate. When the above-mentioned intermediate layer forming step is performed, a composition for forming a resist film is applied to the surface of the intermediate layer opposite to the substrate.

本工程は、具体的には、得られるレジスト膜が所定の厚みとなるようにレジスト膜形成用組成物を塗工した後、加熱(プレベーク)することによって塗膜中の溶媒を揮発させることにより、レジスト膜を形成する。   In this step, specifically, after the resist film forming composition is applied so that the obtained resist film has a predetermined thickness, the solvent in the coating film is volatilized by heating (pre-baking). Then, a resist film is formed.

レジスト膜形成用組成物としては、例えば感放射線性酸発生剤を含有するポジ型又はネガ型の化学増幅型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド系感光剤とを含有するポジ型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂と架橋剤とを含有するネガ型レジスト組成物、スズ、ジルコニウム等の金属原子又は半金属原子から選ばれる少なくとも1つの原子を含む化合物を含有する金属又は半金属含有レジスト組成物などが挙げられる。レジスト膜形成用組成物として、上記金属又は半金属含有レジスト組成物を用いると、当該レジスト下層膜形成用組成物のレジスト感度変化抑制性がより向上する。また、レジスト膜形成用組成物として、ポジ型又はネガ型の化学増幅型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド系感光剤とを含有するポジ型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂と架橋剤とを含有するネガ型レジスト組成物、又は金属原子又は半金属原子から選ばれる少なくとも1つの原子を含む化合物を含有する金属又は半金属含有レジスト組成物を用いる場合、当該レジストパターン形成方法によれば、レジスト膜形成用組成物から形成されたレジスト膜の感度がより向上する。   As the composition for forming a resist film, for example, a positive or negative chemically amplified resist composition containing a radiation-sensitive acid generator, a positive resist composition containing an alkali-soluble resin and a quinonediazide-based photosensitizer, A negative resist composition containing an alkali-soluble resin and a cross-linking agent, tin or a metal or metalloid-containing resist composition containing a compound containing at least one atom selected from metal atoms or metalloid atoms such as zirconium, etc. No. When the resist composition containing a metal or metalloid is used as the composition for forming a resist film, the composition for forming a resist underlayer film can more effectively suppress the change in resist sensitivity. Further, as a composition for forming a resist film, a positive-type or negative-type chemically amplified resist composition, a positive-type resist composition containing an alkali-soluble resin and a quinonediazide-based photosensitizer, containing an alkali-soluble resin and a crosslinking agent When using a negative resist composition, or a metal or metalloid containing resist composition containing a compound containing at least one atom selected from metal atoms or metalloid atoms, the resist film forming method according to the resist pattern forming method The sensitivity of the resist film formed from the forming composition is further improved.

レジスト膜形成用組成物の固形分濃度の下限としては、0.3質量%が好ましく、1質量%がより好ましい。上記固形分濃度の上限としては、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。また、レジスト膜形成用組成物は、一般に、例えば孔径0.2μm以下のフィルターでろ過して、レジスト膜の形成に供される。なお、この工程では、市販のレジスト組成物をそのまま使用することもできる。   As a minimum of solid concentration of a constituent for resist film formation, 0.3 mass% is preferred and 1 mass% is more preferred. The upper limit of the solid content concentration is preferably 50% by mass, and more preferably 30% by mass. In addition, the composition for forming a resist film is generally subjected to filtration with a filter having a pore size of 0.2 μm or less, for example, to be used for forming a resist film. In this step, a commercially available resist composition can be used as it is.

レジスト膜形成用組成物の塗工方法としては特に限定されず、例えばスピンコート法等が挙げられる。また、上記加熱の温度としては、使用されるレジスト膜形成用組成物の種類等に応じて適宜調整されるが、上記温度の下限としては、30℃が好ましく、50℃がより好ましい。上記温度の上限としては、200℃が好ましく、150℃がより好ましい。上記加熱の時間の下限としては、10秒が好ましく、30秒がより好ましい。上記時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましい。   The method for applying the composition for forming a resist film is not particularly limited, and examples thereof include a spin coating method. The heating temperature is appropriately adjusted according to the type of the composition for forming a resist film to be used, and the lower limit of the temperature is preferably 30 ° C, more preferably 50 ° C. The upper limit of the temperature is preferably 200 ° C, more preferably 150 ° C. The lower limit of the heating time is preferably 10 seconds, and more preferably 30 seconds. As an upper limit of the above-mentioned time, 600 seconds are preferred and 300 seconds are more preferred.

[露光工程]
本工程では、上記レジスト膜形成用組成物塗工工程により形成されたレジスト膜を放射線により露光する。
[Exposure process]
In this step, the resist film formed in the resist film forming composition coating step is exposed to radiation.

露光に用いられる放射線としては、レジスト膜形成用組成物に使用される感放射線性酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、γ線等の電磁波;電子線、分子線、イオンビーム等の粒子線から適切に選択される。これらの中で、遠紫外線又は電子線が好ましく、KrFエキシマレーザー光(248nm)、ArFエキシマレーザー光(193nm)、Fエキシマレーザー光(波長157nm)、Krエキシマレーザー光(波長147nm)、ArKrエキシマレーザー光(波長134nm)、極端紫外線(波長13.5nm等、EUV)又は電子線がより好ましく、KrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光、EUV又は電子線がさらに好ましい。 As the radiation used for the exposure, depending on the type of the radiation-sensitive acid generator used in the composition for forming a resist film, electromagnetic waves such as visible light, ultraviolet light, far ultraviolet light, X-ray, and γ-ray; It is appropriately selected from particle beams such as a molecular beam and an ion beam. Among these, far ultraviolet rays or electron beams are preferable, and KrF excimer laser light (248 nm), ArF excimer laser light (193 nm), F 2 excimer laser light (wavelength 157 nm), Kr 2 excimer laser light (wavelength 147 nm), ArKr Excimer laser light (wavelength 134 nm), extreme ultraviolet light (wavelength 13.5 nm, EUV) or an electron beam is more preferable, and KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, EUV or an electron beam is further preferable.

上記露光後、解像度、パターンプロファイル、現像性等を向上させるため露光後加熱(ポストベーク)を行うことができる。露光後加熱の温度としては、使用されるレジスト膜形成用組成物の種類等に応じて適宜調整されるが、上記温度の下限としては、50℃が好ましく、70℃がより好ましい。上記温度の上限としては、200℃が好ましく、150℃がより好ましい。露光後加熱の時間の下限としては、10秒が好ましく、30秒がより好ましい。上記時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましい。   After the above-mentioned exposure, post-exposure baking (post-bake) can be performed to improve the resolution, pattern profile, developability and the like. The post-exposure baking temperature is appropriately adjusted depending on the type of the resist film forming composition to be used, etc., but the lower limit of the above temperature is preferably 50 ° C, more preferably 70 ° C. The upper limit of the temperature is preferably 200 ° C, more preferably 150 ° C. The lower limit of the heating time after exposure is preferably 10 seconds, more preferably 30 seconds. As an upper limit of the above-mentioned time, 600 seconds are preferred and 300 seconds are more preferred.

[現像工程]
本工程では、上記露光されたレジスト膜を現像する。
[Development step]
In this step, the exposed resist film is developed.

この現像は、アルカリ現像であっても有機溶媒現像であってもよい。現像液としては、アルカリ現像の場合、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、アンモニア、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、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、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性水溶液が挙げられる。これらのアルカリ性水溶液には、例えばメタノール、エタノール等のアルコール類などの水溶性有機溶媒、界面活性剤等を適量添加することもできる。また、有機溶媒現像の場合、現像液としては、例えば上述のレジスト下層膜形成用組成物の[B]有機溶媒として例示した種々の有機溶媒等が挙げられる。   This development may be an alkali development or an organic solvent development. As the developer, in the case of alkali development, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, ammonia, ethylamine, n-propylamine, diethylamine, di-n-propylamine, triethylamine, methyl Diethylamine, dimethylethanolamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, pyrrole, piperidine, choline, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] -7-undecene, 1,5-diazabicyclo [ 4.3.0] -5-nonene and the like. An appropriate amount of a water-soluble organic solvent such as alcohols such as methanol and ethanol, a surfactant, and the like can be added to these alkaline aqueous solutions. In the case of organic solvent development, examples of the developer include various organic solvents exemplified as the organic solvent [B] of the composition for forming a resist underlayer film described above.

上記現像液での現像後、洗浄し、乾燥することによって、所定のレジストパターンが形成される。   After development with the above-mentioned developer, washing and drying are performed to form a predetermined resist pattern.

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例における各物性は、下記方法により測定した。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Each physical property in the examples was measured by the following methods.

[重量平均分子量(Mw)]
重合体のMwは、GPCカラム(東ソー(株)の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本、「G4000HXL」1本)を使用し、流量:1.0mL/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、カラム温度:40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(検出器:示差屈折計)により測定した。
[Weight average molecular weight (Mw)]
The Mw of the polymer was measured using a GPC column (2 G2000HXL, 1 G3000HXL, 1 G4000HXL from Tosoh Corp.), flow rate: 1.0 mL / min, elution solvent: tetrahydrofuran, column The measurement was performed by gel permeation chromatography (detector: differential refractometer) using monodisperse polystyrene as a standard under the analysis condition of temperature: 40 ° C.

[膜の平均厚み]
膜の平均厚みは、分光エリプソメータ(J.A.WOOLLAM社の「M2000D」)を用いて測定した。
[Average film thickness]
The average thickness of the film was measured using a spectroscopic ellipsometer (“M2000D” manufactured by JA WOLLAM).

<[A]化合物の合成>
[A]化合物として、下記式(A−1)〜(A−8)で表される重合体(以下、「重合体(A−1)〜(A−8)」ともいう)を以下に示す手順により合成した。
<Synthesis of [A] compound>
As the compound [A], polymers represented by the following formulas (A-1) to (A-8) (hereinafter, also referred to as “polymers (A-1) to (A-8)”) are shown below. Synthesized according to the procedure.

Figure 2020056889
Figure 2020056889

上記式(A−6)及び(A−7)中、*は、酸素原子に結合する部位を示す。
上記式(A−1)、(A−4)及び(A−8)中、各構造単位に付した数字は、その構造単位の含有割合(モル%)を示す。
In the above formulas (A-6) and (A-7), * R indicates a site bonded to an oxygen atom.
In the above formulas (A-1), (A-4) and (A-8), the numbers given to the respective structural units indicate the content ratio (mol%) of the structural units.

[合成例1−1](重合体(A−1)の合成)
反応容器に、窒素雰囲気下、m−クレゾール70g、p−クレゾール57.27g、37質量%ホルムアルデヒド水溶液95.52g及びメチルイソブチルケトン381.82gを加えて溶解させた。得られた溶液を40℃に加熱した後、p−トルエンスルホン酸2.03gを加え、85℃で4時間反応させた。反応液を30℃以下に冷却し、この反応液をメタノール/水(50/50(質量比))の混合溶液に投入し再沈殿した。沈殿物をろ紙で回収し、乾燥して重合体(A−1)を得た。重合体(A−1)のMwは50,000であった。
[Synthesis Example 1-1] (Synthesis of Polymer (A-1))
Under a nitrogen atmosphere, 70 g of m-cresol, 57.27 g of p-cresol, 95.52 g of a 37% by mass aqueous formaldehyde solution and 381.82 g of methyl isobutyl ketone were added to and dissolved in a reaction vessel. After heating the obtained solution to 40 degreeC, 2.03 g of p-toluenesulfonic acid was added and it was made to react at 85 degreeC for 4 hours. The reaction solution was cooled to 30 ° C. or lower, and the reaction solution was poured into a mixed solution of methanol / water (50/50 (mass ratio)) to precipitate again. The precipitate was collected with a filter paper and dried to obtain a polymer (A-1). Mw of the polymer (A-1) was 50,000.

[合成例1−2](重合体(A−2)の合成)
反応容器に、窒素雰囲気下、2,7−ジヒドロキシナフタレン150g、37質量%ホルムアルデヒド水溶液76.01g及びメチルイソブチルケトン450gを加えて溶解させた。得られた溶液を40℃に加熱した後、p−トルエンスルホン酸1.61gを加え、80℃で7時間反応させた。反応液を30℃以下に冷却し、この反応液をメタノール/水(50/50(質量比))の混合溶液に投入し再沈殿した。沈殿物をろ紙で回収し、乾燥して重合体(A−2)を得た。重合体(A−2)のMwは3,000であった。
[Synthesis Example 1-2] (Synthesis of Polymer (A-2))
Under a nitrogen atmosphere, 150 g of 2,7-dihydroxynaphthalene, 76.01 g of a 37% by mass aqueous solution of formaldehyde and 450 g of methyl isobutyl ketone were added and dissolved in a reaction vessel. After the obtained solution was heated to 40 ° C, 1.61 g of p-toluenesulfonic acid was added and reacted at 80 ° C for 7 hours. The reaction solution was cooled to 30 ° C. or lower, and the reaction solution was poured into a mixed solution of methanol / water (50/50 (mass ratio)) to precipitate again. The precipitate was collected with a filter paper and dried to obtain a polymer (A-2). Mw of the polymer (A-2) was 3,000.

[合成例1−3](重合体(A−3)の合成)
反応容器に、窒素雰囲気下、1−ヒドロキシピレン20g、2−ナフトアルデヒド7.16g及びプロピレングリコールモノメチルエーテル82gを仕込み、室温にて溶解させた。得られた溶液にメタンスルホン酸8.81gを添加し、120℃で12時間攪拌して重合した。重合終了後、重合反応液を多量のメタノール/水(80/20(vol%))混合溶液に投入し、沈殿物をろ過することにより重合体(A−3)を得た。重合体(A−3)のMwは1,100であった。
[Synthesis Example 1-3] (Synthesis of Polymer (A-3))
Under a nitrogen atmosphere, 20 g of 1-hydroxypyrene, 7.16 g of 2-naphthaldehyde and 82 g of propylene glycol monomethyl ether were charged into a reaction vessel and dissolved at room temperature. To the obtained solution, 8.81 g of methanesulfonic acid was added, and the mixture was stirred at 120 ° C. for 12 hours to perform polymerization. After completion of the polymerization, the polymerization reaction solution was poured into a large amount of a mixed solution of methanol / water (80/20 (vol%)), and the precipitate was filtered to obtain a polymer (A-3). Mw of the polymer (A-3) was 1,100.

[合成例1−4](重合体(A−4)の合成)
反応容器に、窒素雰囲気下、4,4’−(α−メチルベンジリデン)ビスフェノール34.5g、フェノール2.80g及びパラホルムアルデヒド3.49gを仕込んだ。次に、60gのプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを加えて溶解させた後、p−トルエンスルホン酸一水和物0.220gを添加し、95℃で6時間攪拌して重合した。重合終了後、重合反応液を多量のメタノール/水(70/30(質量比))混合溶液中に投入し、沈殿物をろ過することにより重合体(A−4)を得た。重合体(A−4)のMwは4,200であった。
[Synthesis Example 1-4] (Synthesis of Polymer (A-4))
A reaction vessel was charged with 34.5 g of 4,4 ′-(α-methylbenzylidene) bisphenol, 2.80 g of phenol, and 3.49 g of paraformaldehyde under a nitrogen atmosphere. Next, after adding and dissolving 60 g of propylene glycol monomethyl ether acetate, 0.220 g of p-toluenesulfonic acid monohydrate was added, followed by stirring at 95 ° C. for 6 hours to carry out polymerization. After completion of the polymerization, the polymerization reaction solution was put into a large amount of a mixed solution of methanol / water (70/30 (mass ratio)), and the precipitate was filtered to obtain a polymer (A-4). Mw of the polymer (A-4) was 4,200.

[合成例1−5](重合体(A−5)の合成)
合成例1−4における4,4’−(α−メチルベンジリデン)ビスフェノール34.5g、フェノール2.80g及びパラホルムアルデヒド3.49gをビスフェノールフルオレン37.9g及びパラホルムアルデヒド2.86gに変更した以外は合成例1−4と同様に操作して重合体(A−5)を得た。重合体(A−5)のMwは4,500であった。
[Synthesis Example 1-5] (Synthesis of polymer (A-5))
Synthesis was performed except that 3,4.5 g of 4,4 ′-(α-methylbenzylidene) bisphenol, 2.80 g of phenol, and 3.49 g of paraformaldehyde in Synthesis Example 1-4 were changed to 37.9 g of bisphenolfluorene and 2.86 g of paraformaldehyde. The same operation as in Example 1-4 was performed to obtain a polymer (A-5). Mw of the polymer (A-5) was 4,500.

[合成例1−6](重合体(A−6)の合成)
反応容器に、窒素雰囲気下、合成例1−2で合成した重合体(A−2)20g、N,N−ジメチルアセトアミド80g及び炭酸カリウム22gを仕込んだ。次に、80℃に加温し、臭化プロパルギル19gを添加した後、6時間攪拌して反応を行った。その後、反応溶液にメチルイソブチルケトン40g及び水80gを添加して分液操作を行った後、得られた有機相を多量のメタノール中に投入し、沈殿物をろ過することで重合体(A−6)を得た。重合体(A−6)のMwは3,200であった。
[Synthesis Example 1-6] (Synthesis of polymer (A-6))
In a reaction vessel, under a nitrogen atmosphere, 20 g of the polymer (A-2) synthesized in Synthesis Example 1-2, 80 g of N, N-dimethylacetamide, and 22 g of potassium carbonate were charged. Next, the mixture was heated to 80 ° C., and after adding 19 g of propargyl bromide, the mixture was stirred and reacted for 6 hours. Thereafter, 40 g of methyl isobutyl ketone and 80 g of water were added to the reaction solution to carry out a liquid separation operation. The obtained organic phase was poured into a large amount of methanol, and the precipitate was filtered to obtain a polymer (A-A). 6) was obtained. Mw of the polymer (A-6) was 3,200.

[合成例1−7](重合体(A−7)の合成)
反応容器に、窒素雰囲気下、合成例1−5で合成した重合体(A−5)20g、N,N−ジメチルアセトアミド80g及び炭酸カリウム22gを仕込んだ。次に、80℃に加温し、臭化プロパルギル19gを添加した後、6時間攪拌して反応を行った。その後、反応溶液にメチルイソブチルケトン40g及び水80gを添加して分液操作を行った後、得られた有機相を多量のメタノール中に投入し、沈殿物をろ過することで重合体(A−7)を得た。重合体(A−7)のMwは4,800であった。
[Synthesis Example 1-7] (Synthesis of polymer (A-7))
In a reaction vessel, under a nitrogen atmosphere, 20 g of the polymer (A-5) synthesized in Synthesis Example 1-5, 80 g of N, N-dimethylacetamide, and 22 g of potassium carbonate were charged. Next, the mixture was heated to 80 ° C., and after adding 19 g of propargyl bromide, the mixture was stirred and reacted for 6 hours. Thereafter, 40 g of methyl isobutyl ketone and 80 g of water were added to the reaction solution to carry out a liquid separation operation. The obtained organic phase was poured into a large amount of methanol, and the precipitate was filtered to obtain a polymer (A-A). 7) was obtained. Mw of the polymer (A-7) was 4,800.

[合成例1−8](重合体(A−8)の合成)
反応容器中で、2−ビニルナフタレン35g及び2−ヒドロキシエチルアクリレート2.9gをシクロヘキサノン112gに溶解させた後、反応容器内を窒素置換し、60℃まで昇温した。シクロヘキサノン47gに溶解したアゾビスイソブチロニトリル1.9gを添加し、60℃で24時間反応させた。反応溶液を冷却後、メタノールに投入して再沈殿を行い、得られた沈殿物を乾燥して重合体(A−8)を得た。重合体(A−8)のMwは11,000であった。
[Synthesis Example 1-8] (Synthesis of polymer (A-8))
After 35 g of 2-vinylnaphthalene and 2.9 g of 2-hydroxyethyl acrylate were dissolved in 112 g of cyclohexanone in the reaction vessel, the inside of the reaction vessel was replaced with nitrogen, and the temperature was raised to 60 ° C. 1.9 g of azobisisobutyronitrile dissolved in 47 g of cyclohexanone was added and reacted at 60 ° C. for 24 hours. After cooling, the reaction solution was poured into methanol for reprecipitation, and the obtained precipitate was dried to obtain a polymer (A-8). Mw of the polymer (A-8) was 11,000.

<レジスト下層膜形成用組成物の調製>
レジスト下層膜形成用組成物の調製に用いた[B]溶媒、[D]酸発生剤及び[E]架橋剤について以下に示す。
<Preparation of composition for forming resist underlayer film>
The [B] solvent, [D] acid generator, and [E] cross-linking agent used in the preparation of the composition for forming a resist underlayer film are shown below.

[[B]有機溶媒]
B−1:シクロヘキサノン
B−2:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
[[B] Organic solvent]
B-1: cyclohexanone B-2: propylene glycol monomethyl ether acetate

[[D]酸発生剤]
D−1:ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ−n−ブタンスルホネート(下記式(D−1)で表される化合物)
[[D] acid generator]
D-1: bis (4-t-butylphenyl) iodonium nonafluoro-n-butanesulfonate (compound represented by the following formula (D-1))

Figure 2020056889
Figure 2020056889

[[E]架橋剤]
E−1:1,3,4,6−テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル(下記式(E−1)で表される化合物)
[[E] Crosslinking agent]
E-1: 1,3,4,6-tetrakis (methoxymethyl) glycoluril (compound represented by the following formula (E-1))

Figure 2020056889
Figure 2020056889

[実施例1−1]
[A]化合物としての(A−1)7質量部と、[B]有機溶媒としての(B−1)60質量部及び(B−2)25質量部と、[C]水5質量部と、[E]架橋剤としての(E−1)3質量部とを混合し、得られた混合物を孔径0.2μmのフィルターでろ過して、レジスト下層膜形成用組成物(J−1)を調製した。
[Example 1-1]
[A] 7 parts by mass of (A-1) as a compound, [B] 60 parts by mass of (B-1) and 25 parts by mass of (B-2) as an organic solvent, and [C] 5 parts by mass of water. , [E] 3 parts by mass of (E-1) as a cross-linking agent, and the resulting mixture was filtered through a filter having a pore size of 0.2 μm to obtain a composition (J-1) for forming a resist underlayer film. Prepared.

[実施例1−2〜1−15及び比較例1−1〜1−8]
下記表1に示す種類及び含有量の各成分を用いた以外は、実施例1−1と同様に操作して、レジスト下層膜形成用組成物(J−2)〜(J−15)及び(CJ−1)〜(CJ−8)を調製した。
[Examples 1-2 to 1-15 and Comparative Examples 1-1 to 1-8]
Except that the components and contents shown in Table 1 below were used, the operations were performed in the same manner as in Example 1-1, and the resist underlayer film forming compositions (J-2) to (J-15) and ( CJ-1) to (CJ-8) were prepared.

Figure 2020056889
Figure 2020056889

<評価>
上記調製したレジスト下層膜形成用組成物について、下記方法に従い、塗工性及び保存安定性について評価した。評価結果を下記表2に示す。
<Evaluation>
The coating composition and storage stability of the composition for forming a resist underlayer film prepared above were evaluated according to the following methods. The evaluation results are shown in Table 2 below.

[塗工性]
上記調製したレジスト下層膜形成用組成物をシリコンウェハ(基板)上に、スピンコーター(東京エレクトロン(株)の「CLEAN TRACK ACT12」)を用い、回転塗工法により塗工した。次に、大気雰囲気下にて、90℃で60秒間加熱した後、23℃で60秒間冷却することにより、平均厚み200nmのレジスト下層膜を形成して、基板上にレジスト下層膜が形成されたレジスト下層膜付き基板を得た。上記得られたレジスト下層膜付き基板におけるレジスト下層膜を光学顕微鏡で観察し、塗工ムラが認められない場合は、塗工性は「A」(良好)と、塗工ムラが認められる場合は「B」(不良)と評価した。
[Coating property]
The composition for forming a resist underlayer film prepared above was coated on a silicon wafer (substrate) by a spin coating method using a spin coater (“CLEAN TRACK ACT12” manufactured by Tokyo Electron Limited). Next, after heating at 90 ° C. for 60 seconds in the air atmosphere, cooling was performed at 23 ° C. for 60 seconds to form a resist underlayer film having an average thickness of 200 nm, and the resist underlayer film was formed on the substrate. A substrate with a resist underlayer film was obtained. Observe the resist underlayer film on the substrate with the resist underlayer film obtained above with an optical microscope. If no coating unevenness is observed, the coating property is “A” (good). It was evaluated as "B" (poor).

[保存安定性]
上記調製したレジスト下層膜形成用組成物をシリコンウェハ(基板)上に、上記スピンコーターを用い、1,500rpm及び30秒間の条件で、回転塗工法により塗工した後、得られた塗工膜を90℃で60秒間加熱することによりレジスト下層膜を形成した。上記調製した日のレジスト下層膜形成用組成物(T=0)の場合を「レジスト下層膜(a0)」と、上記調製したレジスト下層膜形成用組成物を35℃で60日間保存したもの(T=60)の場合を「レジスト下層膜(a1)」とし、レジスト下層膜(a0)の平均厚みをTと、レジスト下層膜(a1)の平均厚みをTとしたとき、膜厚変化率(%)を下記式により求め、保存安定性の指標とした。
膜厚変化率(%)=|T−T|×100/T
保存安定性は、膜厚変化率が1.0%未満の場合は「A」(良好)と、1.0%以上2.0%未満の場合は「B」(やや不良)と、2.0%以上の場合は「C」(不良)と評価した。
[Storage stability]
The above-prepared composition for forming a resist underlayer film was coated on a silicon wafer (substrate) by the spin coating method under the conditions of 1,500 rpm and 30 seconds using the above-mentioned spin coater. Was heated at 90 ° C. for 60 seconds to form a resist underlayer film. The case of the composition for forming a resist underlayer film (T = 0) on the day prepared above is referred to as “resist underlayer film (a0)” and the composition prepared for forming a resist underlayer film prepared above at 35 ° C. for 60 days ( in the case of T = 60) and "resist underlayer film (a1)", the average thickness of the resist underlayer film (a0) and T 0, when the average thickness of the resist underlayer film (a1) was T 1, the thickness variation The rate (%) was determined by the following equation and used as an index of storage stability.
Film thickness change rate (%) = | T 1 −T 0 | × 100 / T 0
The storage stability is “A” (good) when the film thickness change rate is less than 1.0%, and “B” (somewhat poor) when the film thickness change rate is 1.0% or more and less than 2.0%. When it was 0% or more, it was evaluated as "C" (defective).

Figure 2020056889
Figure 2020056889

表2の結果から分かるように、実施例のレジスト下層膜形成用組成物は、塗工性及び保存安定性に優れている。   As can be seen from the results in Table 2, the compositions for forming a resist underlayer film of Examples are excellent in coatability and storage stability.

<レジスト膜形成用組成物の調製>
[化合物の合成]
レジスト膜形成用組成物の調製に用いる化合物(M−1)〜(M−4)を、以下に示す手順により合成した。
<Preparation of composition for forming resist film>
[Synthesis of Compound]
Compounds (M-1) to (M-4) used for preparing the composition for forming a resist film were synthesized by the following procedure.

[合成例2−1](化合物(M−1)の合成)
反応容器内において、150mLの0.5N水酸化ナトリウム水溶液を攪拌しながら、イソプロピルスズ三塩化物6.5gを添加し、反応を2時間実施した。析出した沈殿物をろ取し、50gの水で2回洗浄した後、乾燥させ、化合物(M−1)を得た。化合物(M−1)は、イソプロピルスズ三塩化物の加水分解物の酸化水酸化物生成物(i−PrSnO(3/2−x/2)(OH)(0<x<3)を構造単位とする)である。
[Synthesis Example 2-1] (Synthesis of Compound (M-1))
In a reaction vessel, while stirring 150 mL of a 0.5 N aqueous sodium hydroxide solution, 6.5 g of isopropyltin trichloride was added, and the reaction was carried out for 2 hours. The deposited precipitate was collected by filtration, washed twice with 50 g of water, and then dried to obtain Compound (M-1). Compound (M-1) has a structure of an oxidized hydroxide product of a hydrolyzate of isopropyltin trichloride (i-PrSnO (3 / 2-x / 2) (OH) x (0 <x <3)). Unit).

[合成例2−2](化合物(M−2)の合成)
反応容器内において、100mLの0.5M水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を攪拌しながら、ベンジルスズ三塩化物3.16gを添加し、反応を2時間実施した。析出した沈殿物をろ取し、50gの水で2回洗浄した後、乾燥させ、化合物(M−2)を得た。化合物(M−12)は、((PhCH)SnO3/2)で表される構造単位を有する化合物である。
[Synthesis Example 2-2] (Synthesis of Compound (M-2))
In a reaction vessel, 3.16 g of benzyltin trichloride was added while stirring 100 mL of a 0.5 M aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, and the reaction was carried out for 2 hours. The deposited precipitate was collected by filtration, washed twice with 50 g of water, and then dried to obtain a compound (M-2). Compound (M-12) is a compound having a structural unit represented by ((PhCH 2 ) SnO 3/2 ).

[合成例2−3](化合物(M−3)の合成)
反応容器内において、テトラブトキシスズ(IV)20.0g、テトラヒドロフラン100g及びメタクリル酸100gを添加し、反応を65℃で20分間実施した。次に、水10.6gを10分間かけて滴下し、反応を65℃で18時間実施した。次いで、水10.6gを10分かけて滴下し、2時間撹拌した。冷却した反応液に水400gを添加し、析出物を得た。得られた析出物を遠心分離した後、アセトン50gに溶解し、水400gを添加し、析出物を得た。得られた析出物を遠心分離した後、乾燥させ、化合物(M−3)を得た。化合物(M−3)は、スズの金属酸化物を主成分とし、メタクリル酸を含む粒子である。
[Synthesis Example 2-3] (Synthesis of Compound (M-3))
In a reaction vessel, 20.0 g of tetrabutoxy tin (IV), 100 g of tetrahydrofuran and 100 g of methacrylic acid were added, and the reaction was carried out at 65 ° C for 20 minutes. Next, 10.6 g of water was added dropwise over 10 minutes, and the reaction was carried out at 65 ° C. for 18 hours. Then, 10.6 g of water was added dropwise over 10 minutes, and the mixture was stirred for 2 hours. 400 g of water was added to the cooled reaction solution to obtain a precipitate. After the obtained precipitate was centrifuged, the precipitate was dissolved in 50 g of acetone, and 400 g of water was added to obtain a precipitate. The obtained precipitate was centrifuged and then dried to obtain a compound (M-3). The compound (M-3) is a particle mainly containing a metal oxide of tin and containing methacrylic acid.

[合成例2−4](化合物(M−4)の合成)
反応容器内において、テトライソプロポキシジルコニウム(IV)20.0g、テトラヒドロフラン100g及びメタクリル酸100gを添加し、反応を65℃で20分間実施した。次に、水10.6gを10分間かけて滴下し、反応を65℃で18時間実施した。次いで、水10.6gを10分かけて滴下し、2時間撹拌した。冷却した反応液に水400gを添加し、析出物を得た。得られた析出物を遠心分離した後、アセトン50gに溶解し、水400gを添加し、析出物を得た。得られた析出物を遠心分離した後、乾燥させ、化合物(M−4)を得た。化合物(M−4)は、ジルコニウムの金属酸化物を主成分とし、メタクリル酸を含む粒子である。
[Synthesis Example 2-4] (Synthesis of Compound (M-4))
In the reaction vessel, 20.0 g of tetraisopropoxyzirconium (IV), 100 g of tetrahydrofuran and 100 g of methacrylic acid were added, and the reaction was carried out at 65 ° C. for 20 minutes. Next, 10.6 g of water was added dropwise over 10 minutes, and the reaction was carried out at 65 ° C. for 18 hours. Then, 10.6 g of water was added dropwise over 10 minutes, and the mixture was stirred for 2 hours. 400 g of water was added to the cooled reaction solution to obtain a precipitate. After the obtained precipitate was centrifuged, the precipitate was dissolved in 50 g of acetone, and 400 g of water was added to obtain a precipitate. The obtained precipitate was centrifuged and then dried to obtain a compound (M-4). The compound (M-4) is a particle mainly containing a metal oxide of zirconium and containing methacrylic acid.

[レジスト膜形成用組成物の調製]
[調製例2−1]
上記合成した化合物(M−1)2質量部と、プロピレングリコールモノエチルエーテル98質量部とを混合し、得られた混合物を活性化4Åモレキュラーシーブにより残留水を除去した後、孔径0.2μmのフィルターでろ過して、レジスト膜形成用組成物(K−1)を調製した。
[Preparation of composition for forming resist film]
[Preparation Example 2-1]
2 parts by mass of the compound (M-1) synthesized above and 98 parts by mass of propylene glycol monoethyl ether were mixed, and the resulting mixture was subjected to activated 4Å molecular sieves to remove residual water. The mixture was filtered with a filter to prepare a resist film-forming composition (K-1).

[調製例2−2]
上記合成した化合物(M−2)2質量部と、プロピレングリコールモノエチルエーテル98質量部とを混合し、得られた溶液を孔径0.2μmのフィルターでろ過して、レジスト膜形成用組成物(K−2)を調製した。
[Preparation Example 2-2]
2 parts by mass of the compound (M-2) synthesized above and 98 parts by mass of propylene glycol monoethyl ether were mixed, and the obtained solution was filtered through a filter having a pore size of 0.2 μm to obtain a composition for forming a resist film ( K-2) was prepared.

[調製例2−3]
上記合成した化合物(M−3)2質量部と、プロピレングリコールモノエチルエーテル98質量部、N−トリフルオロメタンスルホニルオキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド0.2質量部とを混合し、得られた溶液を孔径0.2μmのフィルターでろ過して、レジスト膜形成用組成物(K−3)を調製した。
[Preparation Example 2-3]
2 parts by mass of the compound (M-3) synthesized above, 98 parts by mass of propylene glycol monoethyl ether, and 0.2 parts by mass of N-trifluoromethanesulfonyloxy-5-norbornene-2,3-dicarboximide are mixed. The resulting solution was filtered through a filter having a pore size of 0.2 μm to prepare a resist film forming composition (K-3).

[調製例2−4]
上記合成した化合物(M−4)2質量部と、プロピレングリコールモノエチルエーテル98質量部と、N−トリフルオロメタンスルホニルオキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシイミド0.2質量部とを混合し、得られた溶液を孔径0.2μmのフィルターでろ過して、レジスト膜形成用組成物(K−4)を調製した。
[Preparation Example 2-4]
A mixture of 2 parts by mass of the compound (M-4) synthesized above, 98 parts by mass of propylene glycol monoethyl ether, and 0.2 parts by mass of N-trifluoromethanesulfonyloxy-5-norbornene-2,3-dicarboximide is mixed. Then, the obtained solution was filtered through a filter having a pore size of 0.2 μm to prepare a resist film forming composition (K-4).

<評価>
[実施例2−1〜2−8及び比較例2−1〜2−8]
上記調製したレジスト下層膜形成用組成物について、上記調製したレジスト膜形成用組成物を用い、下記方法に従って、レジスト感度変化抑制性を評価した。電子線露光及び極端紫外線露光のそれぞれについて、評価結果を表3に示す。表3中の「−」は、該当する評価を行わなかったことを示す。
<Evaluation>
[Examples 2-1 to 2-8 and Comparative Examples 2-1 to 2-8]
With respect to the composition for forming a resist underlayer film prepared above, the resist sensitivity change suppressing property was evaluated by using the composition for forming a resist film prepared above according to the following method. Table 3 shows the evaluation results for each of the electron beam exposure and the extreme ultraviolet exposure. "-" In Table 3 indicates that the corresponding evaluation was not performed.

[レジスト感度変化抑制性](電子線露光によるレジスト膜形成用組成物の感度変化抑制性)
8インチシリコンウェハ上に、下記表3に示すレジスト下層膜形成用組成物をスピンコーター(東京エレクトロン(株)の「CLEAN TRACK ACT8」)による回転塗工法により塗工した後、250℃で60秒間加熱を行うことにより平均厚み100nmのレジスト下層膜を形成した。このレジスト下層膜上に、下記表3に示すレジスト膜形成用組成物を、上記スピンコーターによる回転塗工法により塗工してから、所定の時間経過後に、90℃で60秒間加熱してから、23℃で30秒間冷却することにより平均厚み35nmのレジスト膜を形成した。上記レジスト膜として、上記所定の時間を30秒とした場合の「レジスト膜(b0)」と、所定の時間を300秒とした場合の「レジスト膜(b1)」とをそれぞれ形成した。
[Resistant sensitivity change suppressing property] (Sensitivity change suppressing property of resist film forming composition by electron beam exposure)
The composition for forming a resist underlayer film shown in the following Table 3 was coated on an 8-inch silicon wafer by a spin coating method using a spin coater (“CLEAN TRACK ACT8” of Tokyo Electron Ltd.), and then at 250 ° C. for 60 seconds. By heating, a resist underlayer film having an average thickness of 100 nm was formed. On the resist underlayer film, a composition for forming a resist film shown in Table 3 below was applied by a spin coating method using the spin coater, and after a predetermined time, heated at 90 ° C. for 60 seconds, By cooling at 23 ° C. for 30 seconds, a resist film having an average thickness of 35 nm was formed. As the resist film, a “resist film (b0)” when the predetermined time was set to 30 seconds and a “resist film (b1)” when the predetermined time was set to 300 seconds were formed.

電子線描画装置((株)日立製作所の「HL800D」、出力:50KeV、電流密度:5.0アンペア/cm)を用いてレジスト膜に電子線を照射した。電子線の照射後、基板を110℃で60秒間加熱し、次いで23℃で60秒間冷却した後、2.38質量%のTMAH水溶液(20〜25℃)を用い、パドル法により現像した後、水で洗浄し、乾燥することにより、レジストパターンが形成された評価用基板を得た。 The resist film was irradiated with an electron beam using an electron beam lithography system (“HL800D” manufactured by Hitachi, Ltd., output: 50 KeV, current density: 5.0 amps / cm 2 ). After the electron beam irradiation, the substrate was heated at 110 ° C. for 60 seconds, then cooled at 23 ° C. for 60 seconds, and then developed using a 2.38 mass% TMAH aqueous solution (20 to 25 ° C.) by a paddle method. After washing with water and drying, an evaluation substrate on which a resist pattern was formed was obtained.

上記評価用基板のレジストパターンの測長には走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジーズの「S9380」)を用いた。上記評価用基板において、線幅100nmの1対1ラインアンドスペースが形成される露光量を最適露光量とし、レジスト膜(b0)を有する評価用基板における最適露光量をDと、レジスト膜(b1)を有する評価用基板における最適露光量をDとしたとき、最適露光量変化率(%)を下記式により求め、レジスト感度変化抑制性の指標とした。
最適露光量変化率(%)=|D−D|×100/D
レジスト感度変化抑制性は、最適露光量変化率が1%未満の場合は「A」(良好)と、1%以上の場合は「B」(不良)と評価した。
A scanning electron microscope ("S9380" manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) was used for measuring the length of the resist pattern on the evaluation substrate. In the above-mentioned evaluation substrate, the exposure amount at which a one-to-one line and space having a line width of 100 nm is formed is defined as the optimum exposure amount, and the optimum exposure amount on the evaluation substrate having the resist film (b0) is D 0 , when the optimal exposure amount in evaluation substrate having b1) was D 1, the optimum exposure amount change rate (%) was determined according to the following equation, and the resist sensitivity variation inhibitory index.
Optimal exposure dose change rate (%) = | D 1 −D 0 | × 100 / D 0
The resist sensitivity change suppression property was evaluated as “A” (good) when the optimum exposure dose change rate was less than 1%, and “B” (bad) when the optimum exposure dose change rate was 1% or more.

[レジスト感度変化抑制性](極端紫外線露光によるレジスト膜形成用組成物の感度変化抑制性)
12インチシリコンウェハ上に、下記表3に示すレジスト下層膜形成用組成物をスピンコーター(東京エレクトロン(株)の「CLEAN TRACK ACT12」)による回転塗工法により塗工した後、250℃で60秒間加熱を行うことにより平均厚み100nmのレジスト下層膜を形成した。このレジスト下層膜上に、下記表3に示すレジスト膜形成用組成物を、上記スピンコーターによる回転塗工法により塗工してから、所定の時間経過後に、90℃で60秒間加熱してから、23℃で30秒間冷却することにより平均厚み35nmのレジスト膜を形成した。上記レジスト膜として、上記所定の時間を30秒とした場合の「レジスト膜(c0)」と、所定の時間を300秒とした場合の「レジスト膜(c1)」とをそれぞれ形成した。
[Resistant sensitivity change suppression] (Sensitivity change suppression of resist film forming composition by extreme ultraviolet exposure)
A composition for forming a resist underlayer film shown in Table 3 below was coated on a 12-inch silicon wafer by a spin coating method using a spin coater (“CLEAN TRACK ACT12” of Tokyo Electron Ltd.), and then at 250 ° C. for 60 seconds. By heating, a resist underlayer film having an average thickness of 100 nm was formed. On the resist underlayer film, a composition for forming a resist film shown in Table 3 below was applied by a spin coating method using the spin coater, and after a predetermined time, heated at 90 ° C. for 60 seconds, By cooling at 23 ° C. for 30 seconds, a resist film having an average thickness of 35 nm was formed. As the resist film, a “resist film (c0)” when the predetermined time was set to 30 seconds and a “resist film (c1)” when the predetermined time was set to 300 seconds were formed.

EUVスキャナー(ASML社の「TWINSCAN NXE:3300B」(NA0.3、シグマ0.9、クアドルポール照明、ウェハ上寸法が線幅25nmの1対1ラインアンドスペースのマスク)を用いてレジスト膜に露光を行った。露光後、基板を110℃で60秒間加熱し、次いで23℃で60秒間冷却した。その後、2.38質量%のTMAH水溶液(20〜25℃)を用い、パドル法により現像した後、水で洗浄し、乾燥することにより、レジストパターンが形成された評価用基板を得た。   Exposure to the resist film using an EUV scanner ("TWINSCAN NXE: 3300B" from ASML (NA0.3, Sigma0.9, Quadrupole illumination, 1: 1 line-and-space mask with a line width of 25 nm on the wafer)) After the exposure, the substrate was heated at 110 ° C. for 60 seconds, and then cooled at 23 ° C. for 60 seconds, and then developed by a paddle method using a 2.38% by mass aqueous TMAH solution (20 to 25 ° C.). Thereafter, the substrate was washed with water and dried to obtain an evaluation substrate on which a resist pattern was formed.

上記評価用基板のレジストパターンの測長及び観察には走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジーズの「CG−4000」)を用いた。上記評価用基板において、線幅25nmの1対1ラインアンドスペースが形成される露光量を最適露光量とし、レジスト膜(c0)を有する評価用基板における最適露光量をDと、レジスト膜(c1)を有する評価用基板における最適露光量をDとしたとき、最適露光量変化率(%)を下記式により求め、レジスト感度変化抑制性の指標とした。
最適露光量変化率(%)=|D−D|×100/D
レジスト感度変化抑制性は、最適露光量変化率が1%未満の場合は「A」(良好)と、1%以上の場合は「B」(不良)と評価した。
A scanning electron microscope (“CG-4000” manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) was used for length measurement and observation of the resist pattern on the evaluation substrate. In the above-mentioned evaluation substrate, the exposure amount at which a one-to-one line-and-space having a line width of 25 nm is formed is set as the optimum exposure amount, and the optimum exposure amount on the evaluation substrate having the resist film (c0) is D 0 , when the optimal exposure amount in evaluation board having c1) was D 1, the optimum exposure amount change rate (%) was determined according to the following equation, and the resist sensitivity variation inhibitory index.
Optimal exposure dose change rate (%) = | D 1 −D 0 | × 100 / D 0
The resist sensitivity change suppression property was evaluated as “A” (good) when the optimum exposure dose change rate was less than 1%, and “B” (bad) when the optimum exposure dose change rate was 1% or more.

Figure 2020056889
Figure 2020056889

表3の結果から分かるように、実施例のレジスト下層膜形成用組成物は、レジスト感度変化抑制性に優れるレジスト下層膜を形成することができる。   As can be seen from the results in Table 3, the compositions for forming a resist underlayer film of Examples can form a resist underlayer film excellent in resist sensitivity change suppression.

本発明のレジスト下層膜形成用組成物は、塗工性、保存安定性及びレジスト感度変化抑制性に優れている。本発明のレジスト下層膜は、当該レジスト下層膜形成用組成物から形成されるので、レジスト感度変化抑制性に優れている。本発明のレジストパターン形成方法によれば、レジスト感度変化抑制性に優れたレジスト下層膜を形成することができ、このレジスト下層膜を用いることにより、良好なレジストパターンを形成することができる。従って、これらは、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイスの製造等に好適に用いることができる。
The composition for forming a resist underlayer film of the present invention is excellent in coating properties, storage stability and resist sensitivity change suppressing properties. Since the resist underlayer film of the present invention is formed from the composition for forming a resist underlayer film, the resist underlayer film is excellent in resist sensitivity change suppression. According to the method of forming a resist pattern of the present invention, a resist underlayer film excellent in resist sensitivity change suppression properties can be formed, and a good resist pattern can be formed by using this resist underlayer film. Therefore, they can be suitably used for the manufacture of semiconductor devices, which are expected to be further miniaturized in the future.

Claims (7)

芳香環を有する化合物と、
有機溶媒と、
水と
を含有し、
上記水の含有率が0.5質量%以上15質量%以下であるレジスト下層膜形成用組成物。
A compound having an aromatic ring,
An organic solvent,
Contains water and
A composition for forming a resist underlayer film, wherein the water content is 0.5% by mass or more and 15% by mass or less.
上記芳香環を有する化合物が、芳香環を含む構造単位を有する重合体である請求項1に記載のレジスト下層膜形成用組成物。   The composition for forming a resist underlayer film according to claim 1, wherein the compound having an aromatic ring is a polymer having a structural unit containing an aromatic ring. 上記芳香環を含む構造単位を有する重合体が、ノボラック樹脂、レゾール樹脂、スチレン樹脂、アセナフチレン樹脂、インデン樹脂、アリーレン樹脂、トリアジン樹脂、カリックスアレーン樹脂又はこれらの組み合わせである請求項2に記載のレジスト下層膜形成用組成物。   The resist according to claim 2, wherein the polymer having a structural unit containing an aromatic ring is a novolak resin, a resol resin, a styrene resin, an acenaphthylene resin, an indene resin, an arylene resin, a triazine resin, a calixarene resin, or a combination thereof. A composition for forming an underlayer film. 上記芳香環を有する化合物が水酸基を有する請求項1、請求項2又は請求項3に記載のレジスト下層膜形成用組成物。   4. The composition for forming a resist underlayer film according to claim 1, wherein the compound having an aromatic ring has a hydroxyl group. 5. 上記芳香環を有する化合物100質量部に対する上記水の含有量が5質量部以上100質量部以下である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成用組成物。   The composition for forming a resist underlayer film according to any one of claims 1 to 4, wherein the content of the water is 5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the compound having an aromatic ring. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成用組成物から形成されるレジスト下層膜。   A resist underlayer film formed from the composition for forming a resist underlayer film according to claim 1. 基板の一方の面側に請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程と、
上記レジスト下層膜形成用組成物塗工工程により形成された塗工膜を加熱する工程と、
上記加熱工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジスト膜形成用組成物を塗工する工程と、
上記レジスト膜形成用組成物塗工工程により形成されたレジスト膜を放射線により露光する工程と、
上記露光されたレジスト膜を現像する工程と
を備えるレジストパターン形成方法。

A step of coating the composition for forming a resist underlayer film according to any one of claims 1 to 5 on one surface side of the substrate,
Heating the coating film formed by the resist underlayer film forming composition coating process,
A step of applying a composition for forming a resist film on the side of the resist underlayer film formed by the heating step opposite to the substrate,
Exposing the resist film formed by the resist film forming composition coating step with radiation,
Developing the exposed resist film.

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