JP2022132962A - Resist underlayer-forming composition - Google Patents

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JP2022132962A
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underlayer film
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forming
resist
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服部隼人
Hayato Hattori
西巻裕和
Hirokazu Nishimaki
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Nissan Chemical Corp
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Nissan Chemical Corp
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Abstract

To provide a resist underlayer-forming composition having dry etching resistance to a fluorocarbon-containing gas comparable to that of fullerene derivatives and further having excellent film hardness even when easily available cheep materials are used, and a production method of the same.SOLUTION: A resist underlayer, formed by using a resist underlayer-forming composition comprising a polymer of a 6-60C aromatic compound having at least one or more structures in which a formyl group and a hydroxy group are respectively bonded to two mutually adjacent carbons and a solvent, has high etching resistance close to a material using fullerene and a low film contraction coefficient and easily maintains in-surface uniformity of the underlayer, and thereby can suppress occurrence of any non-photosensitive region. In addition, the resist underlayer exhibits high hardness and therefore is advantageous to substrate processing with etching.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リソグラフィープロセスにおいて使用されるレジスト下層膜を形成するレジスト下層膜形成組成物およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a resist underlayer film-forming composition for forming a resist underlayer film used in a lithography process, and a method for producing the same.

半導体装置を製造する際のリソグラフィープロセスにおいて、フォトレジスト膜を形成するのに先立ち、レジスト下層膜を設けることによって、所望の形状のレジストパターンを形成する技術が知られている。下記特許文献1には、フラーレン誘導体を用いて調製した、レジスト下層膜形成組成物が記載されている。フラーレン誘導体は炭素含有率が高い化合物であり、レジスト下層膜を形成した際に高い硬度を有し、またレジスト下層膜形成組成物からレジスト下層膜を形成する際、フルオロカーボンを含むガスに対する高いドライエッチング耐性を有することから有用な材料として用いられてきた。 2. Description of the Related Art In a lithography process for manufacturing a semiconductor device, a technique is known in which a resist pattern having a desired shape is formed by providing a resist underlayer film prior to forming a photoresist film. Patent Document 1 below describes a composition for forming a resist underlayer film prepared using a fullerene derivative. A fullerene derivative is a compound with a high carbon content, and has high hardness when a resist underlayer film is formed. It has been used as a useful material due to its resistance.

国際公開第2016/143436号WO2016/143436

しかしならフラーレン誘導体は特殊な化学構造を有することから入手性が良いとは言えず、また高価であることから工業的に用いるには必ずしも有用な材料では無かった。
本発明は、入手が容易かつ安価な材料を用いてもフラーレン誘導体と同程度のフルオロカーボンを含むガスに対するドライエッチング耐性を有し、更に優れた膜硬度を有するレジスト下層膜の形成組成物およびその製造方法を提供することを目的とする。
However, since fullerene derivatives have a special chemical structure, they are not readily available, and they are expensive, so they are not necessarily useful materials for industrial use.
The present invention provides a composition for forming a resist underlayer film having dry etching resistance to a fluorocarbon-containing gas comparable to that of a fullerene derivative even when an easily available and inexpensive material is used, and having excellent film hardness, and its production. The purpose is to provide a method.

発明者らが鋭意検討した結果、高いドライエッチング耐性を有し、更に優れた膜硬度を有するレジスト下層膜の形成組成物を見出し、本発明を完成させた。
すなわち本発明は以下を包含する。
1.ホルミル基とヒドロキシ基が隣り合う2つの炭素にそれぞれ結合する構造を少なくとも1つ以上有する炭素数6~60の芳香族化合物の重合体と、溶剤を含むレジスト下層膜形成組成物に関する。
2.前記芳香族化合物は、式(1)で表される化合物である上記1に記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。

Figure 2022132962000001
(式(1)中、Arは炭素数1乃至20のアルキル基、炭素数2乃至10のアルケニル基、炭素数2乃至10のアルキニル基、、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、エーテル基、アルコキシ基で置換されていても良い炭素数6~59の芳香環を表す。)
3.式(1)において、Arが単環、縮合環、複素環またはこれらの環が単結合によりもしくはスペーサーを介して連結されている連結環である上記2に記載のレジスト下層膜
形成組成物に関する。
4.式(1)において、Arがベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環のいずれかである上記2に記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
5.更に架橋剤を含む、上記1乃至上記4のいずれか1つに記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
6.更に酸及び/又は酸発生剤を含む、上記1乃至上記5のいずれか1つに記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
7.前記溶剤の沸点が、160℃以上である上記1乃至上記6のいずれか1つに記載のレジスト下層膜形成組成物に関する。
8.上記1乃至上記7のいずれか1つに記載のレジスト下層膜形成組成物からなる塗布膜の焼成物であることを特徴とするレジスト下層膜に関する。
9.半導体基板上に塗布された上記1乃至上記8のいずれか1つに記載のレジスト下層膜形成組成物を焼成してレジスト下層膜を形成するレジスト下層膜の製造方法に関する。
10.前記焼成を2段階でおこなう上記9に記載のレジスト下層膜の製造方法に関する。
11.前記焼成における2段階目の焼成温度が400℃以上である上記10に記載のレジスト下層膜の製造方法に関する。
12.前記焼成を不活性ガス雰囲気下で行う上記9乃至上記11のいずれか1つに記載のレジスト下層膜レジスト下層膜の製造方法に関する。
13.半導体基板上に上記1乃至上記8のいずれか1つに記載のレジスト下層膜形成組成物を用いてレジスト下層膜を形成する工程、
形成されたレジスト下層膜の上にレジスト膜を形成する工程、
形成されたレジスト膜に対する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、
形成されたレジストパターンを介して前記レジスト下層膜をエッチングし、パターン化する工程、及び
パターン化されたレジスト下層膜を介して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に関する。 As a result of intensive studies, the inventors have found a composition for forming a resist underlayer film having high dry etching resistance and excellent film hardness, and completed the present invention.
That is, the present invention includes the following.
1. The present invention relates to a resist underlayer film-forming composition containing a polymer of an aromatic compound having 6 to 60 carbon atoms and having at least one structure in which a formyl group and a hydroxy group are bonded to two adjacent carbons, respectively, and a solvent.
2. 1. The composition for forming a resist underlayer film according to 1 above, wherein the aromatic compound is a compound represented by formula (1).
Figure 2022132962000001
(wherein Ar 1 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, a halogen atom, a hydroxy group, an ether group, or an alkoxy group; represents an optionally substituted aromatic ring having 6 to 59 carbon atoms.)
3. 2. The composition for forming a resist underlayer film as described in 2 above, wherein in formula (1), Ar 1 is a monocyclic ring, a condensed ring, a heterocyclic ring, or a linked ring in which these rings are linked via a single bond or via a spacer. .
4. 2. The composition for forming a resist underlayer film as described in 2 above, wherein in formula (1), Ar 1 is any one of a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring and a pyrene ring.
5. 5. The composition for forming a resist underlayer film according to any one of 1 to 4 above, further comprising a cross-linking agent.
6. 6. The composition for forming a resist underlayer film according to any one of 1 to 5 above, further comprising an acid and/or an acid generator.
7. 7. The composition for forming a resist underlayer film according to any one of 1 to 6 above, wherein the solvent has a boiling point of 160° C. or higher.
8. 8. A resist underlayer film characterized by being a baked product of a coating film comprising the resist underlayer film-forming composition according to any one of 1 to 7 above.
9. The present invention relates to a method for producing a resist underlayer film, comprising baking the resist underlayer film-forming composition according to any one of 1 to 8 coated on a semiconductor substrate to form a resist underlayer film.
10. The method for producing a resist underlayer film according to 9 above, wherein the baking is performed in two stages.
11. 11. The method for producing a resist underlayer film as described in 10 above, wherein the baking temperature in the second step in the baking is 400° C. or higher.
12. 12. The method for producing a resist underlayer film according to any one of 9 to 11 above, wherein the baking is performed in an inert gas atmosphere.
13. forming a resist underlayer film on a semiconductor substrate using the resist underlayer film-forming composition according to any one of 1 to 8;
forming a resist film on the formed resist underlayer film;
forming a resist pattern by irradiating the formed resist film with light or an electron beam and developing;
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, including the steps of etching and patterning the resist underlayer film through a formed resist pattern, and processing a semiconductor substrate through the patterned resist underlayer film.

本発明のレジスト下層膜形成組成物を用いて形成されたレジスト下層膜は、フラーレンを用いた材料に近い高いエッチング耐性を有し、膜収縮率が低く、下層膜の内面均一性が保ちやすいため、非感光領域の発生を抑えることができる。また、高い硬度を示したことで、エッチングによる基板加工に有利である。 The resist underlayer film formed using the resist underlayer film-forming composition of the present invention has high etching resistance close to that of a material using fullerene, has a low film shrinkage rate, and easily maintains inner surface uniformity of the underlayer film. , the occurrence of non-photosensitive areas can be suppressed. In addition, since it exhibits high hardness, it is advantageous for substrate processing by etching.

本発明は、ホルミル基とヒドロキシ基が隣り合う2つの炭素にそれぞれ結合する構造を少なくとも1つ以上有する炭素数6~60の芳香族化合物の重合体と、溶剤を含むレジスト下層膜形成組成物である。 The present invention provides a resist underlayer film-forming composition comprising a polymer of an aromatic compound having 6 to 60 carbon atoms and having at least one structure in which a formyl group and a hydroxy group are respectively bonded to two adjacent carbons, and a solvent. be.

[炭素数6~60の芳香族化合物]
炭素数6~60の芳香族化合物は、式(1)で表される化合物である。

Figure 2022132962000002
(式(1)中、Arは炭素数1乃至20のアルキル基、炭素数2乃至10のアルケニル基、炭素数2乃至10のアルキニル基、、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、エーテル基、アルコキシ基で置換されていても良い炭素数6~59の芳香環を表す。) [Aromatic compound having 6 to 60 carbon atoms]
An aromatic compound having 6 to 60 carbon atoms is a compound represented by formula (1).
Figure 2022132962000002
(wherein Ar 1 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, a halogen atom, a hydroxy group, an ether group, or an alkoxy group; represents an optionally substituted aromatic ring having 6 to 59 carbon atoms.)

[炭素数6~59の芳香環(Ar)]
炭素数6~59の芳香環(Ar)は、単環、縮合環、複素環またはこれらの環が単結合によりもしくはスペーサーを介して連結されている連結環である。具体的に、炭素数6~59の芳香環(Ar)は、
(a)ベンゼン、フェノール、のような単環であってもよく、
(b)ナフタレン、アントラセン、ピレン、ヒドロキシナフタレン、ナフトール、9,10-アントラキノン、インデノフルオレンジオンのような縮合環であってもよく、
(c)フラン、チオフェン、ピリジン、カルバゾール、フェノチアジン、フェノオキサジン、インドロカルバゾールのような複素環であってもよく、
(d)ビフェニル、フェニルインドール、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、α,α,α’,α’-テトラキス(4-ヒドロキシフェニル)-p-キシレン、9,9-フルオレニリデン-ビスナフトールのように(a)~(c)の芳香環が単結合で結合された環であってもよく、
(e)フェニルナフチルアミンのように、スペーサーを介して(a)~(d)の芳香環が連結された環であってもよい。ここの置換基Rは後述する炭素数1~20のアルキル基を例示することができる。
スペーサーの例としては、-(CH-(n=1~20)、-CH=CH-、-C≡C-、-N=N-、-NH-、-NR-、-NHCO-、-NRCO-、-S-、-COO-、-OCO-、-O-、-CO-、-Ph-、-Ph-Ph-、-Ph-O-Ph-(Ph=C)、及び-CH=N-の一種又は二種以上の組合せが挙げられる。これらのスペーサーは2つ以上連結していてもよい。
[Aromatic ring having 6 to 59 carbon atoms (Ar 1 )]
The aromatic ring having 6 to 59 carbon atoms (Ar 1 ) is a monocyclic ring, a condensed ring, a heterocyclic ring, or a linked ring in which these rings are linked via a single bond or via a spacer. Specifically, the aromatic ring having 6 to 59 carbon atoms (Ar 1 ) is
(a) may be monocyclic such as benzene, phenol,
(b) may be condensed rings such as naphthalene, anthracene, pyrene, hydroxynaphthalene, naphthol, 9,10-anthraquinone, indenofluorenedione;
(c) may be a heterocycle such as furan, thiophene, pyridine, carbazole, phenothiazine, phenoxazine, indolocarbazole;
(d) biphenyl, phenylindole, 9,9-bis(4-hydroxyphenyl)fluorene, α,α,α',α'-tetrakis(4-hydroxyphenyl)-p-xylene, 9,9-fluorenylidene-bis It may be a ring in which the aromatic rings (a) to (c) are bonded with a single bond like naphthol,
(e) A ring in which the aromatic rings (a) to (d) are connected via a spacer, such as phenylnaphthylamine. The substituent R here can be exemplified by an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, which will be described later.
Examples of spacers include -(CH 2 ) n - (n=1-20), -CH=CH-, -C≡C-, -N=N-, -NH-, -NR-, -NHCO- , -NRCO-, -S-, -COO-, -OCO-, -O-, -CO-, -Ph-, -Ph-Ph-, -Ph-O-Ph- (Ph=C 6 H 4 ) , and —CH═N—, or a combination of two or more thereof. Two or more of these spacers may be linked.

上記例示された芳香環以外に、Arとしては、さらにピリミジン、ピラジン、ピロール、オキサゾール、チアゾール、イミダゾール、キノリン、フルオレン、キナゾリン、プリン、インドリジン、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、インドール、アクリジン等が挙げられる。 In addition to the aromatic rings exemplified above, Ar 1 further includes pyrimidine, pyrazine, pyrrole, oxazole, thiazole, imidazole, quinoline, fluorene, quinazoline, purine, indolizine, benzothiophene, benzofuran, indole, acridine, and the like. .

上記炭素数6~59の芳香環(Ar)の水素原子は、炭素数1乃至20のアルキル基、炭素数2乃至10のアルケニル基、炭素数2乃至10のアルキニル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、エーテル基、アルコキシ基で置換されていてもよい。 The hydrogen atom of the aromatic ring (Ar 1 ) having 6 to 59 carbon atoms is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, a halogen atom, and a hydroxy group. , an ether group, or an alkoxy group.

上記炭素数1乃至20のアルキル基としては、置換基を有しても、有さなくてもよい直鎖または分岐を有するアルキル基が挙げられ、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、シクロヘキシル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、イソノニル基、p-tert-ブチルシクロヘキシル基、n-デシル基、n-ドデシルノニル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基およびエイコシル基などが挙げられる。好ましくは炭素数1~12のアルキル基、より好ましくは炭素数1~8のアルキル基、更に好ましくは炭素数1~4のアルキル基である。 Examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms include a linear or branched alkyl group which may or may not have a substituent, such as a methyl group, an ethyl group, and an n-propyl group. , isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, cyclohexyl group , 2-ethylhexyl group, n-nonyl group, isononyl group, p-tert-butylcyclohexyl group, n-decyl group, n-dodecylnonyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group , heptadecyl group, octadecyl group, nonadecyl group and eicosyl group. An alkyl group having 1 to 12 carbon atoms is preferred, an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is more preferred, and an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is even more preferred.

炭素数2乃至10のアルケニル基、炭素数2乃至10のアルキニル基としては置換基を有しても、有さなくてもよい直鎖または分岐を有するアルケニル基、アルキニル基が挙げられ、例えば、ビニル基、エチニル基、2-プロぺニル基、2-プロピニル基、2-ブテニル基、2-ブチニル基、3-ブテニル基、3-ブチニル基などが挙げられる。 Examples of alkenyl groups having 2 to 10 carbon atoms and alkynyl groups having 2 to 10 carbon atoms include linear or branched alkenyl groups and alkynyl groups which may or may not have substituents. vinyl group, ethynyl group, 2-propenyl group, 2-propynyl group, 2-butenyl group, 2-butynyl group, 3-butenyl group, 3-butynyl group and the like.

上記置換基を有してもよい炭素数1乃至20のアルキル基、置換基を有しても良い炭素数2乃至10のアルケニル基、置換基を有しても良い炭素数2乃至10のアルキニル基の置換基としてはホルミル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、エーテル基、アルコキシ基などが挙げられる。 The alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may have a substituent, the alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms which may have a substituent, and the alkynyl having 2 to 10 carbon atoms which may have a substituent Substituents for the groups include formyl groups, halogen atoms, hydroxy groups, ether groups, alkoxy groups and the like.

上記芳香環(Ar)は、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環が好ましい。また、上記芳香環(Ar)は炭素数が59を越えない範囲において2種類以上の芳香環(Ar)が縮合した縮合環としていてもよい。 The aromatic ring (Ar 1 ) is preferably a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, or pyrene ring. Further, the aromatic ring (Ar 1 ) may be a condensed ring in which two or more kinds of aromatic rings (Ar 1 ) are condensed within a range not exceeding 59 carbon atoms.

[溶剤]
本発明に係るレジスト下層膜形成組成物の溶剤としては、上記反応生成物を溶解できる溶剤であれば、特に制限なく使用することができる。特に、本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は均一な溶液状態で用いられるものであるため、その塗布性能を考慮すると、リソグラフィー工程に一般的に使用される溶剤を併用することが推奨される。
[solvent]
As the solvent for the composition for forming a resist underlayer film according to the present invention, any solvent that can dissolve the reaction product can be used without particular limitation. In particular, since the composition for forming a resist underlayer film according to the present invention is used in the form of a uniform solution, it is recommended to use a solvent commonly used in lithography processes in combination, considering its coating performance. .

そのような溶剤としては、例えば、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、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メチルイソブチルカルビノール、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テルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチ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-ヒドロキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、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、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸イソプロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸アミル、ギ酸イソアミル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸ヘキシル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸ブチル、酪酸イソブチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、3-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシ-3-メチル酪酸メチル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メトキシプロピルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルプロピオネート、3-メチル-3-メトキシブチルブチレート、アセト酢酸メチル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、N、N-ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン
、4-メチル-2-ペンタノール、及びγ-ブチロラクトン等を挙げることができる。これらの溶剤は単独で、又は二種以上の組み合わせで使用することができる。
Examples of such solvents include methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, methyl isobutyl carbinol, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol mono Ether ether acetate, propylene glycol monopropyl ether acetate, propylene glycol monobutyl ether acetate, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, ethyl 2-hydroxypropionate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, ethyl ethoxyacetate , ethyl hydroxyacetate, methyl 2-hydroxy-3-methylbutanoate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl 3-ethoxypropionate, methyl pyruvate, ethyl pyruvate , ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monopropyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol Dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dipropyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol dipropyl ether, propylene glycol dibutyl ether, ethyl lactate, propyl lactate, isopropyl lactate, butyl lactate, isobutyl lactate, Methyl formate, ethyl formate, propyl formate, isopropyl formate, butyl formate, isobutyl formate, amyl formate, isoamyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, amyl acetate, isoamyl acetate, hexyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate , Isopropyl Propionate, Butyl Propionate, Isobutyl Propionate, Methyl Butyrate, Ethyl Butyrate, Propyl Butyrate, Isopropyl Butyrate, Butyl Butyrate, Isobutyl Butyrate, Hydroxy Vinegar ethyl acetate, ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, methyl 3-methoxy-2-methylpropionate, methyl 2-hydroxy-3-methylbutyrate, ethyl methoxyacetate, ethyl ethoxyacetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3-methoxybutyl acetate, 3-methoxypropyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutylpropionate, 3- Methyl-3-methoxybutyl butyrate, methyl acetoacetate, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl butyl ketone, 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, N,N-dimethylformamide, N-methylacetamide , N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, 4-methyl-2-pentanol, and γ-butyrolactone. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

また、WO2018/131562A1に記載された下記の化合物を用いることもできる。

Figure 2022132962000003
(式(i)中のR、R及びRは各々水素原子、酸素原子、硫黄原子又はアミド結合で中断されていてもよい炭素数1乃至20のアルキル基を表し、互いに同一であっても異なっても良く、互いに結合して環構造を形成しても良い。) In addition, the following compounds described in WO2018/131562A1 can also be used.
Figure 2022132962000003
(R 4 , R 5 and R 6 in formula (i) each represent a hydrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom or an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be interrupted by an amide bond, and are the same as each other. may be different from each other, and may be combined with each other to form a ring structure.)

炭素数1乃至20のアルキル基としては、置換基を有しても、有さなくてもよい直鎖又は分岐を有するアルキル基が挙げられ、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、シクロヘキシル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、イソノニル基、p-tert-ブチルシクロヘキシル基、n-デシル基、n-ドデシルノニル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基およびエイコシル基などが挙げられる。好ましくは炭素数1乃至12のアルキル基、より好ましくは炭素数1乃至8のアルキル基、更に好ましくは炭素数1乃至4のアルキル基である。 Examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms include linear or branched alkyl groups which may or may not have substituents, such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, cyclohexyl group, 2-ethylhexyl group, n-nonyl group, isononyl group, p-tert-butylcyclohexyl group, n-decyl group, n-dodecylnonyl group, undecyl group, dodecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, Examples include heptadecyl, octadecyl, nonadecyl and eicosyl groups. It is preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and still more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.

酸素原子、硫黄原子又はアミド結合により中断された炭素数1乃至20のアルキル基としては、例えば、構造単位-CH-O-、-CH-S-、-CH-NHCO-又は-CH-CONH-を含有するものが挙げられる。-O-、-S-、-NHCO-又は-CONH-は前記アルキル基中に一単位又は二単位以上あってよい。-O-、-S-、-NHCO-又は-CONH-単位により中断された炭素数1乃至20のアルキル基の具体例は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ブチルカルボニルアミノ基、メチルアミノカルボニル基、エチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ブチルアミノカルボニル基等であり、更には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基又はオクタデシル基であって、その各々がメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチルチオ基、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、メチルアミノカルボニル基、エチルアミノカルボニル基等により置換されたものである。好ましくはメトキシ基、エトキシ基、メチルチオ基、エチルチオ基であり、より好ましくはメトキシ基、エトキシ基である。 Examples of the alkyl group having 1 to 20 carbon atoms interrupted by an oxygen atom, a sulfur atom or an amide bond include the structural units -CH 2 -O-, -CH 2 -S-, -CH 2 -NHCO- or -CH Those containing 2 -CONH- are included. --O--, --S--, --NHCO-- or --CONH-- may be one unit or two or more units in the alkyl group. Specific examples of alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms interrupted by -O-, -S-, -NHCO- or -CONH- units include methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, methylthio and ethylthio groups. , propylthio group, butylthio group, methylcarbonylamino group, ethylcarbonylamino group, propylcarbonylamino group, butylcarbonylamino group, methylaminocarbonyl group, ethylaminocarbonyl group, propylaminocarbonyl group, butylaminocarbonyl group and the like, Furthermore, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group, a dodecyl group or an octadecyl group, each of which is a methoxy group and an ethoxy group. , propoxy group, butoxy group, methylthio group, ethylthio group, propylthio group, butylthio group, methylcarbonylamino group, ethylcarbonylamino group, methylaminocarbonyl group, ethylaminocarbonyl group and the like. A methoxy group, an ethoxy group, a methylthio group and an ethylthio group are preferred, and a methoxy group and an ethoxy group are more preferred.

これらの溶剤は比較的高沸点であることから、レジスト下層膜形成組成物に高埋め込み性や高平坦化性を付与するためにも有効である。 Since these solvents have relatively high boiling points, they are also effective in imparting high embedding properties and high planarization properties to the resist underlayer film-forming composition.

以下に式(i)で表される好ましい化合物の具体例を示す。

Figure 2022132962000004
Specific examples of preferable compounds represented by formula (i) are shown below.
Figure 2022132962000004

上記の中で、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、N,N-ジメチルイソブチルアミド、及び下記式:

Figure 2022132962000005
で表される化合物が好ましく、式(i)で表される化合物として特に好ましいのは、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、及びN,N-ジメチルイソブチルアミドである。 Among the above, 3-methoxy-N,N-dimethylpropionamide, N,N-dimethylisobutyramide, and the formula:
Figure 2022132962000005
are preferred, and particularly preferred compounds of formula (i) are 3-methoxy-N,N-dimethylpropionamide and N,N-dimethylisobutyramide.

これらの溶剤は単独で、又は二種以上の組み合わせで使用することができる。これらの溶剤の中で沸点が160℃以上であるものが好ましく、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、シクロヘキサノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、N,N-ジメチルイソブチルアミド、2,5-ジメチルヘキサン-1,6-ジイルジアセテート(DAH;cas,89182-68-3)、及び1,6-ジアセトキシヘキサン(cas,6222-17-9)等が好ましい。特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、N,N-ジメチルイソブチルアミドが好ましい。 These solvents can be used alone or in combination of two or more. Among these solvents, those having a boiling point of 160° C. or higher are preferred, and propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, butyl lactate, cyclohexanone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropionamide, N, N-dimethylisobutyramide, 2,5-dimethylhexane-1,6-diyldiacetate (DAH; cas, 89182-68-3), and 1,6-diacetoxyhexane (cas, 6222-17-9), etc. is preferred. Propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate, and N,N-dimethylisobutyramide are particularly preferred.

[架橋剤成分]
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、又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(例えば、テトラメトキシメチルグリコールウリル)、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、又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。
[Crosslinking agent component]
The resist underlayer film-forming composition of the present invention can contain a cross-linking agent component. Examples of the cross-linking agent include melamine-based, substituted urea-based, or polymer-based thereof. Preferred are crosslinkers having at least two crosslink-forming substituents, methoxymethylated glycoluril (e.g., tetramethoxymethylglycoluril), butoxymethylated glycoluril, methoxymethylated melamine, butoxymethylated melamine, methoxy Compounds such as methylated benzogwanamine, butoxymethylated benzogwanamine, methoxymethylated urea, butoxymethylated urea, or methoxymethylated thiourea. Condensates 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。 A cross-linking agent having high heat resistance can be used as the cross-linking agent. As a highly heat-resistant cross-linking agent, a compound containing a cross-linking substituent having an aromatic ring (eg, benzene ring, naphthalene ring) in the molecule can be preferably used.

この化合物は下記式(4)の部分構造を有する化合物や、下記式(5)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。

Figure 2022132962000006
上記R11、R12、R13、及びR14は水素原子又は炭素数1乃至10のアルキル基であり、これらのアルキル基は上述の例示を用いることができる。n3は1~4の整数であり、n4は1~(5-n3)の整数であり、(n3+n4)は2~5の整数を示す。n5は1~4の整数であり、n6は0~(4-n5)であり、(n5+n6)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。 Examples of this compound include compounds having a partial structure of the following formula (4), and polymers or oligomers having repeating units of the following formula (5).
Figure 2022132962000006
The above R 11 , R 12 , R 13 and R 14 are hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, and the above examples can be used for these alkyl groups. n3 is an integer of 1-4, n4 is an integer of 1-(5-n3), and (n3+n4) is an integer of 2-5. n5 is an integer of 1-4, n6 is 0-(4-n5), and (n5+n6) is an integer of 1-4. Oligomers and polymers can be used in the range of 2 to 100 or 2 to 50 repeating unit structures.

式(4)及び式(5)の化合物、ポリマー、オリゴマーは以下に例示される。

Figure 2022132962000007
Figure 2022132962000008
Compounds, polymers and oligomers of formulas (4) and (5) are exemplified below.
Figure 2022132962000007
Figure 2022132962000008

上記化合物は旭有機材工業株式会社、本州化学工業株式会社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(4-24)の化合物は旭有機材工業株式会社、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、使用する塗布溶媒、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乃至80質量%、好ましくは 0.01乃至50質量%、さらに好ましくは0.05乃至40質量%である。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、本発明の上記反応生成物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。
The above compounds are available as products of Asahi Organic Chemical Industry Co., Ltd. and Honshu Chemical Industry Co., Ltd. For example, the compound of formula (4-24) among the above crosslinking agents is available from Asahi Organic Chemicals Industry Co., Ltd. under the trade name TM-BIP-A.
The amount of the cross-linking agent to be added varies depending on the coating solvent to be used, the underlying substrate to be used, the required solution viscosity, the required film shape, etc., but is preferably 0.001 to 80% by mass, based on the total solid content. 0.01 to 50% by mass, more preferably 0.05 to 40% by mass. These cross-linking agents may cause a cross-linking reaction by self-condensation, but when cross-linkable substituents are present in the reaction product of the present invention, they can cause a cross-linking reaction with those cross-linkable substituents.

[酸及び/又は酸発生剤]
本発明のレジスト下層膜形成組成物は酸及び/又は酸発生剤を含有することができる。
酸としては例えば、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウムp-トルエンスルホン酸、ピリジニウムフェノールスルホン酸、サリチル酸、5-スルホサリチル酸、4-フェノールスルホン酸、カンファースルホン酸、4-クロロベンゼンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、1-ナフタレンスルホン酸、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が挙げられる。
酸は一種のみを使用することができ、又は二種以上を組み合わせて使用することができる。配合量は全固形分に対して、通常0.0001乃至20質量%、好ましくは0.0005乃至10質量%、さらに好ましくは0.01乃至3質量%である。
[Acid and/or acid generator]
The resist underlayer film-forming composition of the present invention can contain an acid and/or an acid generator.
Examples of acids include p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium p-toluenesulfonic acid, pyridinium phenolsulfonic acid, salicylic acid, 5-sulfosalicylic acid, 4-phenolsulfonic acid, camphorsulfonic acid, and 4-chlorobenzenesulfonic acid. , benzenedisulfonic acid, 1-naphthalenesulfonic acid, citric acid, benzoic acid, hydroxybenzoic acid, naphthalenecarboxylic acid and the like.
Only one kind of acid can be used, or two or more kinds can be used in combination. The blending amount is usually 0.0001 to 20% by mass, preferably 0.0005 to 10% by mass, more preferably 0.01 to 3% by mass, based on the total solid content.

酸発生剤としては、熱酸発生剤や光酸発生剤が挙げられる。
熱酸発生剤としては、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、K-PURE〔登録商標〕CXC-1612、同CXC-1614、同TAG-2172、同TAG-2179、同TAG-2678、同TAG2689、同TAG2700(King Industries社製)、及びSI-45、SI-60、SI-80、SI-100、SI-110、SI-150(三新化学工業(株)製)その他有機スルホン酸アルキルエステル等が挙げられる。
Examples of acid generators include thermal acid generators and photoacid generators.
Thermal acid generators include 2,4,4,6-tetrabromocyclohexadienone, benzoin tosylate, 2-nitrobenzyl tosylate, K-PURE (registered trademark) CXC-1612, CXC-1614, and TAG. -2172, TAG-2179, TAG-2678, TAG2689, TAG2700 (manufactured by King Industries), and SI-45, SI-60, SI-80, SI-100, SI-110, SI-150 ( manufactured by Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.) and other organic sulfonic acid alkyl esters.

光酸発生剤は、レジストの露光時に酸を生ずる。そのため、下層膜の酸性度の調整ができる。これは、下層膜の酸性度を上層のレジストとの酸性度に合わせるための一方法である。また、下層膜の酸性度の調整によって、上層に形成されるレジストのパターン形状の調整ができる。
本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれる光酸発生剤としては、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、及びジスルホニルジアゾメタン化合物等が挙げられる。
Photoacid generators generate acid when the resist is exposed to light. Therefore, the acidity of the underlayer film can be adjusted. This is one way to match the acidity of the underlayer film to that of the overlying resist. Also, the pattern shape of the resist formed on the upper layer can be adjusted by adjusting the acidity of the lower layer film.
Examples of the photoacid generator contained in the resist underlayer film-forming composition of the present invention include onium salt compounds, sulfonimide compounds, disulfonyldiazomethane compounds, and the like.

オニウム塩化合物としてはジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフエート、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ノルマルブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロノルマルオクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムカンファースルホネート、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホネート及びビス(4-tert-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等のヨードニウム塩化合物、及びトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロノルマルブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホネート及び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スルホニウム塩化合物等が挙げられる。 Onium salt compounds include diphenyliodonium hexafluorophosphate, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluoro-normal butanesulfonate, diphenyliodonium perfluoro-normal octane sulfonate, diphenyliodonium camphorsulfonate, bis(4-tert-butylphenyl)iodonium camphor. iodonium salt compounds such as sulfonates and bis(4-tert-butylphenyl)iodonium trifluoromethanesulfonate, and triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium nonafluoro-normal butanesulfonate, triphenylsulfonium camphorsulfonate and triphenylsulfonium trifluoromethane Examples include sulfonium salt compounds such as sulfonate.

スルホン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)スクシンイミド、N-(ノナフルオロノルマルブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド及びN-(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ナフタルイミド等が挙げられる。 Examples of sulfonimide compounds include N-(trifluoromethanesulfonyloxy)succinimide, N-(nonafluoro-normalbutanesulfonyloxy)succinimide, N-(camphorsulfonyloxy)succinimide and N-(trifluoromethanesulfonyloxy)naphthalimide. mentioned.

ジスルホニルジアゾメタン化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4-ジメチルベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、及びメチルスルホニル-p-トルエンスルホニルジアゾメタン等が挙げられる。 Examples of disulfonyldiazomethane compounds include bis(trifluoromethylsulfonyl)diazomethane, bis(cyclohexylsulfonyl)diazomethane, bis(phenylsulfonyl)diazomethane, bis(p-toluenesulfonyl)diazomethane, and bis(2,4-dimethylbenzenesulfonyl). ) diazomethane, and methylsulfonyl-p-toluenesulfonyl diazomethane.

酸発生剤は一種のみを使用することができ、又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
酸発生剤が使用される場合、その割合としては、レジスト下層膜形成組成物の固形分100質量部に対して、0.01乃至5質量部、又は0.1乃至3質量部、又は0.5乃至1質量部である。
Only one kind of acid generator can be used, or two or more kinds can be used in combination.
When an acid generator is used, its proportion is 0.01 to 5 parts by mass, or 0.1 to 3 parts by mass, or 0.1 to 3 parts by mass, per 100 parts by mass of the solid content of the resist underlayer film-forming composition. 5 to 1 part by mass.

[その他の成分]
本発明のレジスト下層膜形成組成物には、ピンホールやストレーション等の発生がなく
、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ェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、エフトップEF301、EF303、EF352(株式会社トーケムプロダクツ製、商品名)、メガファックF171、F173、R-40、R-40N、R-40LM(DIC株式会社製、商品名)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム株式会社製、商品名)、アサヒガードAG710、サーフロンS-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子株式会社製、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(信越化学工業株式会社製)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、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使用してもよいし、また二種以上の組み合わせで使用することもできる。界面活性剤が使用される場合、その割合としては、レジスト下層膜形成組成物の固形分100質量部に対して0.0001乃至5質量部、又は0.001乃至1質量部、又は0.01乃至0.5質量部である。
[Other ingredients]
The composition for forming a resist underlayer film of the present invention can be blended with a surfactant in order to further improve coatability against surface unevenness without generating pinholes, striations, and the like. Examples of surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene octylphenol ether, and polyoxyethylene nonylphenol ether. Polyoxyethylene alkyl allyl ethers such as polyoxyethylene/polyoxypropylene block copolymers, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan tristearate, etc. sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan such as polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan tristearate Nonionic surfactants such as fatty acid esters, Ftop EF301, EF303, EF352 (manufactured by Tochem Products Co., Ltd., trade names), Megaface F171, F173, R-40, R-40N, R-40LM (DIC stock company, product name), Florard FC430, FC431 (manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd., product name), Asahiguard AG710, Surflon S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., product name) ), organosiloxane polymer KP341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical 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. These surfactants may be used alone or in combination of two or more. When a surfactant is used, its proportion is 0.0001 to 5 parts by mass, or 0.001 to 1 part by mass, or 0.01, per 100 parts by mass of the solid content of the resist underlayer film-forming composition. to 0.5 parts by mass.

本発明のレジスト下層膜形成組成物には、吸光剤、レオロジー調整剤、接着補助剤などを添加することができる。レオロジー調整剤は、下層膜形成組成物の流動性を向上させるのに有効である。接着補助剤は、半導体基板又はレジストと下層膜の密着性を向上させるのに有効である。 The composition for forming a resist underlayer film of the present invention may contain a light absorber, a rheology modifier, an adhesion aid, and the like. Rheology modifiers are effective in improving the fluidity of the Underlayer film-forming composition. Adhesion aids are effective in improving the adhesion between the semiconductor substrate or resist and the underlying film.

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.Disperse 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、レジスト下層膜形成組成物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。 Examples of light absorbing agents include commercially available light absorbing agents described in "Techniques and Markets of Industrial Dyes" (CMC Publishing) and "Handbook of Dyes" (Edited by Society of Organic Synthetic 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; 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; I. Disperse Blue 96; I. Fluorescent Brightening Agents 112, 135 and 163; 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 and the like can be preferably used. The above light absorbing agent is usually blended in a proportion of 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, relative to the total solid content of the resist underlayer film-forming composition.

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、又はノルマルブチルステアレート、グリセリルステアレート等のステアリン酸誘導体を挙げることができる。これらのレオロジー調整剤は、レジスト下層膜形成組成物の全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 particularly in the baking process, improves the film thickness uniformity of the resist underlayer film and improves the fillability of the resist underlayer film-forming composition into the holes. It is added for the purpose of enhancement. Specific examples include phthalic acid derivatives such as dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diisobutyl phthalate, dihexyl phthalate, and butyl isodecyl phthalate; 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; and stearic acid derivatives such as normal butyl stearate and glyceryl stearate. can. These rheology modifiers are usually blended in a ratio of less than 30% by mass based on the total solid content of the resist underlayer film-forming composition.

接着補助剤は、主に基板あるいはレジスト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、ジメチルメチロールクロロシラン、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、ジメチルメチロールエトキシシラン、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’-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、メチロールトリクロロシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシラン類、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2-メルカプトベンズイミダゾール、2-メルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環式化合物や、1,1-ジメチルウレア、1,3-ジメチルウレア等の尿素、又はチオ尿素化合物を挙げることができる。これらの接着補助剤は、レジスト下層膜形成組成物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 adjuvant is added mainly for the purpose of improving the adhesion between the substrate or resist and the composition for forming a resist underlayer film, and especially for preventing the resist from peeling off during development. Specific examples include chlorosilanes such as trimethylchlorosilane, dimethylmethylolchlorosilane, methyldiphenylchlorosilane, chloromethyldimethylchlorosilane, trimethylmethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, dimethylmethylolethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, Alkoxysilanes such as enyltriethoxysilane, silazanes such as hexamethyldisilazane, N,N'-bis(trimethylsilyl)urea, dimethyltrimethylsilylamine, trimethylsilylimidazole, methyloltrichlorosilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, γ -Aminopropyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane and other silanes, benzotriazole, benzimidazole, indazole, imidazole, 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzoxazole, urazole , thiouracil, mercaptoimidazole, and mercaptopyrimidine; ureas such as 1,1-dimethylurea and 1,3-dimethylurea; and thiourea compounds. These adhesion aids are blended at a ratio of usually less than 5% by mass, preferably less than 2% by mass, based on the total solid content of the resist underlayer film-forming composition.

本発明に係るレジスト下層膜形成組成物の固形分は通常0.1乃至70質量%、好ましくは0.1乃至60質量%とする。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。固形分中における上記反応生成物の割合は、1乃至100質量%、1乃至99.9質量%、50乃至99.9質量%、50乃至95質量%、50乃至90質量%の順で好ましい。 The solid content of the resist underlayer film-forming composition according to the present invention is usually 0.1 to 70% by mass, preferably 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 proportion of the reaction product in the solid content is preferably in the order of 1 to 100% by mass, 1 to 99.9% by mass, 50 to 99.9% by mass, 50 to 95% by mass, and 50 to 90% by mass.

レジスト下層膜形成組成物が均一な溶液状態であるかどうかを評価する尺度の一つは、特定のマイクロフィルターの通過性を観察することであるが、本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は、孔径0.1μmのマイクロフィルターを通過し、均一な溶液状態を呈する。 One measure for evaluating whether the resist underlayer film-forming composition is in a uniform solution state is to observe the permeability of a specific microfilter. , passes through a microfilter with a pore size of 0.1 μm, and presents a homogeneous solution state.

上記マイクロフィルター材質としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)などのフッ素系樹脂、PE(ポリエチレン)、UPE(超高分子量ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PSF(ポリスルフォン)、PES(ポリエーテルスルホン)、ナイロンが挙げられるが、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製であることが好ましい。 Examples of the microfilter material include fluorine-based resins such as PTFE (polytetrafluoroethylene) and PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), PE (polyethylene), UPE (ultra-high molecular weight polyethylene), PP ( polypropylene), PSF (polysulfone), PES (polyethersulfone), and nylon, but PTFE (polytetrafluoroethylene) is preferred.

[レジスト下層膜及び半導体装置の製造方法]
以下、本発明に係るレジスト下層膜形成組成物を用いたレジスト下層膜及び半導体装置の製造方法について説明する。
[Method for manufacturing resist underlayer film and semiconductor device]
Hereinafter, a method for producing a resist underlayer film and a semiconductor device using the resist underlayer film-forming composition according to the present invention will be described.

半導体装置の製造に使用される基板(例えば、シリコンウエハー基板、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、シリコンナイトライド基板、ガラス基板、ITO基板、ポリイミド基板、及び低誘電率材料(low-k材料)被覆基板等)の上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により本発明のレジスト下層膜形成組成物が塗布され、その後、焼成することによりレジスト下層膜が形成される。焼成する条件としては、焼成温度80℃乃至
800℃、焼成時間0.3乃至60分間の中から適宜選択される。焼成時の雰囲気気体としては空気を用いてもよく、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用いることもできる。好ましくは、空気中で焼成温度150℃乃至350℃、焼成時間0.5乃至2分間でプリベークを行った後、不活性ガス中で焼成温度400℃乃至800℃、より好ましくは450℃乃至700℃、更に好ましくは500℃の至600℃、焼成時間0.5乃至2分間で本焼成を行うことである。不活性ガス下における酸素濃度としては、1容量%未満であり、0.1容量%以下が好ましく、0.01容量%以下がより好ましく、0.005容量%以下がさらに好ましく、0.003容量%以下が特に好ましい。加熱時の酸素濃度が高い場合、レジスト下層膜の酸化分解が進行し、レジスト下層膜として必要な特性が発現できないおそれがある。ここで、形成される下層膜の膜厚としては、例えば、10乃至1000nmであり、又は20乃至500nmであり、又は30乃至400nmであり、又は50乃至300nmである。
Substrates used in the manufacture of semiconductor devices, such as silicon wafer substrates, silicon/silicon dioxide coated substrates, silicon nitride substrates, glass substrates, ITO substrates, polyimide substrates, and low-k material coated substrates etc.), the resist underlayer film-forming composition of the present invention is applied by an appropriate coating method such as a spinner or a coater, and then baked to form a resist underlayer film. The firing conditions are appropriately selected from a firing temperature of 80° C. to 800° C. and a firing time of 0.3 to 60 minutes. Air may be used as the atmosphere gas during firing, or an inert gas such as nitrogen or argon may be used. Preferably, after pre-baking in air at a baking temperature of 150° C. to 350° C. for a baking time of 0.5 to 2 minutes, baking in an inert gas at a temperature of 400° C. to 800° C., more preferably 450° C. to 700° C. More preferably, the main firing is carried out at 500°C to 600°C for a firing time of 0.5 to 2 minutes. The oxygen concentration under inert gas is less than 1% by volume, preferably 0.1% by volume or less, more preferably 0.01% by volume or less, further preferably 0.005% by volume or less, and 0.003% by volume. % or less is particularly preferred. If the oxygen concentration during heating is high, the oxidative decomposition of the resist underlayer film proceeds, and there is a risk that the characteristics required for the resist underlayer film cannot be exhibited. Here, the film thickness of the lower layer film to be formed is, for example, 10 to 1000 nm, 20 to 500 nm, 30 to 400 nm, or 50 to 300 nm.

また、本発明に係る有機レジスト下層膜上に無機レジスト下層膜(ハードマスク)を形成することもできる。例えば、WO2009/104552A1に記載のシリコン含有レジスト下層膜(無機レジスト下層膜)形成組成物をスピンコートで形成する方法の他、Si系の無機材料膜をCVD法などで形成することができる。 Also, an inorganic resist underlayer film (hard mask) can be formed on the organic resist underlayer film according to the present invention. For example, a silicon-containing resist underlayer film (inorganic resist underlayer film)-forming composition described in WO2009/104552A1 can be formed by spin coating, or a Si-based inorganic material film can be formed by a CVD method or the like.

また、本発明に係るレジスト下層膜形成組成物を、段差を有する部分と段差を有しない部分とを有する半導体基板(いわゆる段差基板)上に塗布し、焼成することにより、当該段差を有する部分と段差を有しない部分との段差が3~70nmの範囲内である、レジスト下層膜を形成することができる。 Further, the composition for forming a resist underlayer film according to the present invention is applied onto a semiconductor substrate having a portion having a step and a portion having no step (so-called stepped substrate), and baked to obtain a portion having a step and a portion having a step. It is possible to form a resist underlayer film having a step in the range of 3 to 70 nm from a portion having no step.

次いでそのレジスト下層膜の上にレジスト膜、例えばフォトレジストの層が形成される。フォトレジストの層の形成は、周知の方法、すなわち、フォトレジスト組成物溶液の下層膜上への塗布及び焼成によって行なうことができる。フォトレジストの膜厚としては例えば50乃至10000nmであり、又は100乃至2000nmであり、又は200乃至1000nmである。 A resist film, for example, a layer of photoresist is then formed on the resist underlayer film. The formation of the photoresist layer can be carried out by a well-known method, ie, applying a solution of the photoresist composition onto the underlying film and baking. The film thickness of the photoresist is, for example, 50 to 10000 nm, 100 to 2000 nm, or 200 to 1000 nm.

レジスト下層膜の上に形成されるフォトレジストとしては露光に使用される光に感光するものであれば特に限定はない。ネガ型フォトレジスト及びポジ型フォトレジストのいずれも使用できる。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、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アルカリ可溶性バインダーと光酸発生剤とからなる化学増幅型フォトレジスト、及び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などがある。例えば、シプレー社製商品名APEX-E、住友化学工業株式会社製商品名PAR710、及び信越化学工業株式会社製商品名SEPR430等が挙げられる。また、例えば、Proc.SPIE,Vol.3999,330-334(2000)、Proc.SPIE,Vol.3999,357-364(2000)、やProc.SPIE,Vol.3999,365-374(2000)に記載されているような、含フッ素原子ポリマー系フォトレジストを挙げることができる。 The photoresist to be formed on the resist underlayer film is not particularly limited as long as it is sensitive to the light used for exposure. Both negative and positive photoresists can be used. positive photoresist composed of novolac resin and 1,2-naphthoquinonediazide sulfonic acid ester; A chemically amplified photoresist comprising a low-molecular compound that decomposes to increase the alkali dissolution rate of the photoresist, an alkali-soluble binder, and a photoacid generator, and a binder having a group that decomposes with an acid to increase the alkali dissolution rate. There is a chemically amplified photoresist composed of a low-molecular-weight compound and a photoacid generator, which are decomposed by acid to increase the rate of alkali dissolution of the photoresist. Examples include APEX-E (trade name) manufactured by Shipley, PAR710 (trade name) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., SEPR430 (trade name) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and the like. Also, for example, Proc. SPIE, Vol. 3999, 330-334 (2000), Proc. SPIE, Vol. 3999, 357-364 (2000), and Proc. SPIE, Vol. 3999, 365-374 (2000).

次に、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。まず、所定のマスクを通して露光が行なわれる。露光には、近紫外線、遠紫外線、又は極端紫外線(例えば、EUV(波長13.5nm))等が用いられる。具体的には、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)及びFエキシマレーザー(波長157nm)等を使用することができる。これらの中でも、ArFエキシマ
レーザー(波長193nm)及びEUV(波長13.5nm)が好ましい。露光後、必要に応じて露光後加熱(post exposure bake)を行なうこともできる。露光後加熱は、加熱温度70℃乃至150℃、加熱時間0.3乃至10分間から適宜、選択された条件で行われる。
Next, a resist pattern is formed by irradiation with light or an electron beam and development. First, exposure is performed through a predetermined mask. Near-ultraviolet rays, far-ultraviolet rays, or extreme ultraviolet rays (for example, EUV (wavelength: 13.5 nm)) or the like are used for exposure. Specifically, KrF excimer laser (wavelength: 248 nm), ArF excimer laser (wavelength: 193 nm), F2 excimer laser ( wavelength: 157 nm), and the like can be used. Among these, ArF excimer laser (wavelength 193 nm) and EUV (wavelength 13.5 nm) are preferable. After exposure, a post exposure bake can be performed if necessary. The post-exposure heating is performed under conditions appropriately selected from a heating temperature of 70° C. to 150° C. and a heating time of 0.3 to 10 minutes.

また、本発明ではレジストとしてフォトレジストに変えて電子線リソグラフィー用レジストを用いることができる。電子線レジストとしてはネガ型、ポジ型いずれも使用できる。酸発生剤と酸により分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーからなる化学増幅型レジスト、アルカリ可溶性バインダーと酸発生剤と酸により分解してレジストのアルカリ溶解速度を変化させる低分子化合物からなる化学増幅型レジスト、酸発生剤と酸により分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーと酸により分解してレジストのアルカリ溶解速度を変化させる低分子化合物からなる化学増幅型レジスト、電子線によって分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーからなる非化学増幅型レジスト、電子線によって切断されアルカリ溶解速度を変化させる部位を有するバインダーからなる非化学増幅型レジストなどがある。これらの電子線レジストを用いた場合も照射源を電子線としてフォトレジストを用いた場合と同様にレジストパターンを形成することができる。 Further, in the present invention, a resist for electron beam lithography can be used instead of a photoresist as a resist. Both negative type and positive type electron beam resists can be used. A chemically amplified resist consisting of an acid generator and a binder having a group that is decomposed by an acid to change the alkali dissolution rate, and an alkali-soluble binder, an acid generator, and a low-molecular-weight compound that is decomposed by an acid to change the alkali dissolution rate of the resist. a chemically amplified resist consisting of an acid generator, a binder having a group that is decomposed by an acid to change the alkali dissolution rate, and a low-molecular-weight compound that is decomposed by the acid to change the alkali dissolution rate of the resist, There are non-chemically amplified resists composed of a binder having a group that is decomposed by an electron beam to change the alkali dissolution rate, and non-chemically amplified resists composed of a binder having a site that is cut by an electron beam and changes the alkali dissolution rate. Even when these electron beam resists are used, a resist pattern can be formed in the same manner as when a photoresist is used with an electron beam as an irradiation source.

次いで、現像液によって現像が行なわれる。これにより、例えばポジ型フォトレジストが使用された場合は、露光された部分のフォトレジストが除去され、フォトレジストのパターンが形成される。
現像液としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、コリンなどの水酸化四級アンモニウムの水溶液、エタノールアミン、プロピルアミン、エチレンジアミンなどのアミン水溶液等のアルカリ性水溶液を例として挙げることができる。さらに、これらの現像液に界面活性剤などを加えることもできる。現像の条件としては、温度5℃乃至50℃、時間10乃至600秒から適宜選択される。
Development is then performed with a developer. This removes the exposed portions of the photoresist and forms a pattern of the photoresist, for example, if a positive photoresist is used.
Examples of the developer include aqueous solutions of alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, aqueous solutions of tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, quaternary ammonium hydroxides such as choline, ethanolamine, propylamine, Examples include aqueous alkaline solutions such as aqueous solutions of amines such as ethylenediamine. Furthermore, a surfactant or the like can be added to these developers. The development conditions are appropriately selected from a temperature of 5° C. to 50° C. and a time of 10 to 600 seconds.

そして、このようにして形成されたフォトレジスト(上層)のパターンを保護膜として無機下層膜(中間層)の除去が行われ、次いでパターン化されたフォトレジスト及び無機下層膜(中間層)からなる膜を保護膜として、有機下層膜(下層)の除去が行われる。最後に、パターン化された無機下層膜(中間層)及び有機下層膜(下層)を保護膜として、半導体基板の加工が行なわれる。 Then, using the pattern of the photoresist (upper layer) thus formed as a protective film, the inorganic lower layer film (intermediate layer) is removed, and then the patterned photoresist and the inorganic lower layer film (intermediate layer) are formed. Using the film as a protective film, the organic underlayer film (lower layer) is removed. Finally, the semiconductor substrate is processed using the patterned inorganic underlayer film (intermediate layer) and organic underlayer film (lower layer) as protective films.

まず、フォトレジストが除去された部分の無機下層膜(中間層)をドライエッチングによって取り除き、半導体基板を露出させる。無機下層膜のドライエッチングにはテトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、一酸化炭素、アルゴン、酸素、窒素、六フッ化硫黄、ジフルオロメタン、三フッ化窒素及び三フッ化塩素、塩素、トリクロロボラン及びジクロロボラン等のガスを使用することができる。無機下層膜のドライエッチングにはハロゲン系ガスを使用することが好ましく、フッ素系ガスによることがより好ましい。フッ素系ガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、及びジフルオロメタン(CH)等が挙げられる。 First, the portion of the inorganic underlayer film (intermediate layer) from which the photoresist has been removed is removed by dry etching to expose the semiconductor substrate. Tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, carbon monoxide, argon, oxygen, nitrogen, and hexafluoromethane are used for dry etching of inorganic underlayer films. Gases such as sulfur fluoride, difluoromethane, nitrogen and chlorine trifluoride, chlorine, trichloroborane and dichloroborane can be used. For the dry etching of the inorganic underlayer film, it is preferable to use a halogen-based gas, more preferably a fluorine-based gas. Examples of fluorine-based gases include tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, and difluoromethane (CH 2 F 2 ). mentioned.

その後、パターン化されたフォトレジスト及び無機下層膜からなる膜を保護膜として有機下層膜の除去が行われる。有機下層膜(下層)は酸素系ガスによるドライエッチングによって行なわれることが好ましい。シリコン原子を多く含む無機下層膜は、酸素系ガスによるドライエッチングでは除去されにくいからである。 After that, the organic underlayer film is removed using a film composed of the patterned photoresist and the inorganic underlayer film as a protective film. The organic underlayer film (lower layer) is preferably dry-etched using an oxygen-based gas. This is because the inorganic underlayer film containing a large amount of silicon atoms is difficult to remove by dry etching using an oxygen-based gas.

最後に、半導体基板の加工が行なわれる。半導体基板の加工はフッ素系ガスによるドライエッチングによって行なわれることが好ましい。
フッ素系ガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、及びジフルオロメタン(CH)等が挙げられる。
Finally, processing of the semiconductor substrate is performed. The semiconductor substrate is preferably processed by dry etching using a fluorine-based gas.
Examples of fluorine-based gases include tetrafluoromethane (CF 4 ), perfluorocyclobutane (C 4 F 8 ), perfluoropropane (C 3 F 8 ), trifluoromethane, and difluoromethane (CH 2 F 2 ). mentioned.

また、レジスト下層膜の上層には、フォトレジストの形成前に有機系の反射防止膜を形成することができる。そこで使用される反射防止膜組成物としては特に制限はなく、これまでリソグラフィープロセスにおいて慣用されているものの中から任意に選択して使用することができ、また、慣用されている方法、例えば、スピナー、コーターによる塗布及び焼成によって反射防止膜の形成を行なうことができる。 Moreover, an organic antireflection film can be formed on the upper layer of the resist underlayer film before forming the photoresist. The antireflection coating composition used there is not particularly limited, and can be used by arbitrarily selecting from those commonly used in the lithography process. The antireflection film can be formed by coating with a coater and baking.

本発明では基板上に有機下層膜を成膜した後、その上に無機下層膜を成膜し、更にその上にフォトレジストを被覆することができる。これによりフォトレジストのパターン幅が狭くなり、パターン倒れを防ぐためにフォト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。例えば、フォトレジストに対して十分に早いエッチング速度となるフッ素系ガスをエッチングガスとしてレジスト下層膜に加工が可能であり、また無機下層膜に対して十分に早いエッチング速度となるフッ素系ガスをエッチングガスとして基板の加工が可能であり、更に有機下層膜に対して十分に早いエッチング速度となる酸素系ガスをエッチングガスとして基板の加工を行うことができる。 In the present invention, an organic underlayer film is formed on a substrate, an inorganic underlayer film is formed thereon, and a photoresist can be further coated thereon. As a result, the pattern width of the photoresist is narrowed, and even if the photoresist is thinly coated to prevent pattern collapse, the substrate can be processed by selecting an appropriate etching gas. For example, it is possible to process the resist underlayer film by using a fluorine-based gas, which has a sufficiently high etching rate for the photoresist, as an etching gas, and etch the fluorine-based gas, which has a sufficiently high etching rate for the inorganic underlayer film. The substrate can be processed by using the gas, and furthermore, the substrate can be processed by using the oxygen-based gas as the etching gas, which has a sufficiently high etching rate for the organic underlayer film.

レジスト下層膜形成組成物より形成されるレジスト下層膜は、また、リソグラフィープロセスにおいて使用される光の波長によっては、その光に対する吸収を有することがある。そして、そのような場合には、基板からの反射光を防止する効果を有する反射防止膜として機能することができる。さらに、本発明のレジスト下層膜形成組成物で形成された下層膜はハードマスクとしても機能し得るものである。本発明の下層膜は、基板とフォトレジストとの相互作用の防止するための層、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層、加熱焼成時に基板から生成する物質の上層フォトレジストへの拡散を防ぐ機能を有する層、及び半導体基板誘電体層によるフォトレジスト層のポイズニング効果を減少させるためのバリア層等として使用することも可能である。 Depending on the wavelength of the light used in the lithography process, the resist underlayer film formed from the resist underlayer film-forming composition may also absorb light. In such a case, it can function as an antireflection film having an effect of preventing reflected light from the substrate. Furthermore, the underlayer film formed from the composition for forming a resist underlayer film of the present invention can also function as a hard mask. The underlayer film of the present invention has a layer for preventing interaction between the substrate and the photoresist, and a function for preventing adverse effects on the substrate of materials used for the photoresist or substances generated when the photoresist is exposed to light. It can also be used as a layer, a layer having a function of preventing diffusion of substances generated from the substrate during heating and baking into the upper photoresist layer, and a barrier layer for reducing the poisoning effect of the photoresist layer by the dielectric layer of the semiconductor substrate. It is possible.

また、レジスト下層膜形成組成物より形成される下層膜は、デュアルダマシンプロセスで用いられるビアホールが形成された基板に適用され、ホールを隙間なく充填することができる埋め込み材として使用できる。また、凹凸のある半導体基板の表面を平坦化するための平坦化材として使用することもできる。 In addition, the underlayer film formed from the resist underlayer film-forming composition can be applied to a substrate having via holes formed therein for use in a dual damascene process, and can be used as a filling material capable of filling the holes without gaps. It can also be used as a planarizing material for planarizing the uneven surface of a semiconductor substrate.

本明細書の下記合成例に示す重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、本明細書ではGPCと略称する。)による測定結果である。測定には東ソー株式会社製GPC装置(HLC-8320GPC)を用い、測定条件等は次のとおりである。
GPCカラム:TSKgelSuperH-RC,TSKgelSuperMultipore HZ-N,TSKgelSuperMultipore HZ-N(東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃
溶媒:テトラヒドロフラン(関東化学,高速液体クロマトグラフィー用)
標準試料:ポリスチレン(Shodex製)
The weight average molecular weights shown in the synthesis examples below in this specification are the results of measurement by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC in this specification). A GPC apparatus (HLC-8320GPC) manufactured by Tosoh Corporation was used for the measurement, and the measurement conditions and the like were as follows.
GPC column: TSKgelSuperH-RC, TSKgelSuperMultipore HZ-N, TSKgelSuperMultipore HZ-N (manufactured by Tosoh Corporation)
Column temperature: 40°C
Solvent: Tetrahydrofuran (Kanto Kagaku, for high performance liquid chromatography)
Standard sample: polystyrene (manufactured by Shodex)

また、下記合成例に記載の略記号は以下の意味を表す。
PGMEA:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
PGME: プロピレングリコールモノメチルエーテル
In addition, the abbreviations described in the synthesis examples below have the following meanings.
PGMEA: Propylene glycol monomethyl ether acetate PGME: Propylene glycol monomethyl ether

<合成例1>(ポリマー(1)の合成)

Figure 2022132962000009
窒素下、300ミリリットル容量の四口フラスコに、2-ヒドロキシ-1-ナフトアルデヒド(東京化成工業(株)製)70.00g(406.6mmol)、メタンスルホン酸(東京化成工業(株)製)39.1g(406.6mmol)、N-メチル-2-ピロリジノン(関東化学、鹿1級)49.1g、PGMEA114.5gを入れて150℃に昇温し、150℃で18時間攪拌した。得られた反応混合物を1600mlのメタノール(関東化学,特級)/水(5/5)混合溶媒に滴下してポリマーを沈殿させた。得られた沈殿物を濾別し、真空乾燥したのち再度シクロヘキサノンで固形分30%に溶解し、800mlのメタノール(関東化学,特級)/水(5/5)混合溶媒に滴下してポリマーを再度沈殿させた。得られた沈殿物を濾別し、真空乾燥してポリマーを得た。このポリマーの分子量をGPC(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は524であり、収率は30.1%であった。得られたポリマーをシクロヘキサノンで固形分濃度30%に希釈し、固形分量と同量の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂をそれぞれ加え、4時間撹拌した。イオン交換樹脂をろ過してポリマー溶液を得た。 <Synthesis Example 1> (Synthesis of Polymer (1))
Figure 2022132962000009
Under nitrogen, 70.00 g (406.6 mmol) of 2-hydroxy-1-naphthaldehyde (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and methanesulfonic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) are placed in a 300-mL four-necked flask. 39.1 g (406.6 mmol), 49.1 g of N-methyl-2-pyrrolidinone (Kanto Kagaku, Shika 1st grade) and 114.5 g of PGMEA were added, heated to 150° C., and stirred at 150° C. for 18 hours. The resulting reaction mixture was added dropwise to 1600 ml of methanol (Kanto Kagaku, special grade)/water (5/5) mixed solvent to precipitate the polymer. The resulting precipitate was separated by filtration, dried in vacuo, dissolved again with cyclohexanone to a solid content of 30%, and added dropwise to 800 ml of a mixed solvent of methanol (Kanto Kagaku, special grade)/water (5/5) to recover the polymer. precipitated. The resulting precipitate was filtered off and vacuum dried to obtain a polymer. When the molecular weight of this polymer was measured by GPC (converted to standard polystyrene), the weight average molecular weight (Mw) was 524 and the yield was 30.1%. The obtained polymer was diluted with cyclohexanone to a solid content concentration of 30%, and the same amount of cation exchange resin and anion exchange resin as the solid content were added and stirred for 4 hours. The ion exchange resin was filtered to obtain a polymer solution.

<合成例2>(ポリマー(2)の合成)

Figure 2022132962000010
窒素下、100ミリリットル容量の二口フラスコに、サリチルアルデヒド(東京化成工業(株)製)8.00g(65.5mmol)、メタンスルホン酸(東京化成工業(株)製)6.3g(65.5mmol)、N-メチル-2-ピロリジノン(関東化学、鹿1級)6.4g、PGMEA15.0gを入れて150℃に昇温し、150℃で18時間攪拌した。得られた反応混合物を350mlのメタノール(関東化学,特級)/水(5/5)
混合溶媒に滴下してポリマーを沈殿させた。得られた沈殿物を濾別し、真空乾燥してポリマーを得た。このポリマーの分子量をGPC(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は3200であった。得られたポリマーをシクロヘキサノンで固形分濃度30%に希釈し、固形分量と同量の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂をそれぞれ加え、4時間撹拌した。イオン交換樹脂をろ過してポリマー溶液を得た。 <Synthesis Example 2> (Synthesis of polymer (2))
Figure 2022132962000010
Under nitrogen, 8.00 g (65.5 mmol) of salicylaldehyde (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 6.3 g (65.5 mmol) of methanesulfonic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were added to a 100-ml two-necked flask. 5 mmol), 6.4 g of N-methyl-2-pyrrolidinone (Kanto Kagaku Co., Ltd., Shika 1st grade), and 15.0 g of PGMEA were added, the temperature was raised to 150° C., and the mixture was stirred at 150° C. for 18 hours. The resulting reaction mixture was added to 350 ml of methanol (Kanto Kagaku, special grade)/water (5/5).
The polymer was precipitated by dropping into the mixed solvent. The resulting precipitate was filtered off and vacuum dried to obtain a polymer. When the molecular weight of this polymer was measured by GPC (converted to standard polystyrene), the weight average molecular weight (Mw) was 3,200. The obtained polymer was diluted with cyclohexanone to a solid content concentration of 30%, and the same amount of cation exchange resin and anion exchange resin as the solid content were added and stirred for 4 hours. The ion exchange resin was filtered to obtain a polymer solution.

<合成例3>(ポリマー(3)の合成)

Figure 2022132962000011
窒素下、100ミリリットル容量の二口フラスコに、3-メチルサリチルアルデヒド(東京化成工業(株)製)8.00g(58.8mmol)、メタンスルホン酸(東京化成工業(株)製)5.6g(58.8mmol)、N-メチル-2-ピロリジノン(関東化学、鹿1級)6.1g、PGMEA14.3gを入れて150℃に昇温し、150℃で18時間攪拌した。得られた反応混合物を350mlのメタノール(関東化学,特級)/水(5/5)混合溶媒に滴下してポリマーを沈殿させた。得られた沈殿物を濾別し、真空乾燥してポリマーを得た。このポリマーの分子量をGPC(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は1000であった。得られたポリマーをPGMEで固形分濃度30%に希釈し、固形分量と同量の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂をそれぞれ加え、4時間撹拌した。イオン交換樹脂をろ過してポリマー溶液を得た。 <Synthesis Example 3> (Synthesis of Polymer (3))
Figure 2022132962000011
Under nitrogen, 8.00 g (58.8 mmol) of 3-methylsalicylaldehyde (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 5.6 g of methanesulfonic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) are placed in a 100-ml two-necked flask. (58.8 mmol), 6.1 g of N-methyl-2-pyrrolidinone (Kanto Kagaku, Shika 1st class) and 14.3 g of PGMEA were added, heated to 150° C., and stirred at 150° C. for 18 hours. The resulting reaction mixture was added dropwise to 350 ml of methanol (Kanto Kagaku, special grade)/water (5/5) mixed solvent to precipitate the polymer. The resulting precipitate was filtered off and vacuum dried to obtain a polymer. When the molecular weight of this polymer was measured by GPC (converted to standard polystyrene), the weight average molecular weight (Mw) was 1,000. The obtained polymer was diluted with PGME to a solid content concentration of 30%, and the same amount of cation exchange resin and anion exchange resin as the solid content were added and stirred for 4 hours. The ion exchange resin was filtered to obtain a polymer solution.

<合成例4>(ポリマー(4)の合成)

Figure 2022132962000012
窒素下、100ミリリットル容量の二口フラスコに、4-メチルサリチルアルデヒド(東京化成工業(株)製)8.00g(58.8mmol)、メタンスルホン酸(東京化成工業(株)製)5.6g(58.8mmol)、N-メチル-2-ピロリジノン(関東化学、鹿1級)6.1g、PGMEA14.3gを入れて150℃に昇温し、150℃で18時間攪拌した。得られた反応混合物を350mlのメタノール(関東化学,特級)/水
(5/5)混合溶媒に滴下してポリマーを沈殿させた。得られた沈殿物を濾別し、真空乾燥してポリマーを得た。このポリマーの分子量をGPC(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は1500であった。得られたポリマーをPGMEで固形分濃度30%に希釈し、固形分量と同量の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂をそれぞれ加え、4時間撹拌した。イオン交換樹脂をろ過してポリマー溶液を得た。 <Synthesis Example 4> (Synthesis of polymer (4))
Figure 2022132962000012
Under nitrogen, 8.00 g (58.8 mmol) of 4-methylsalicylaldehyde (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 5.6 g of methanesulfonic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) are placed in a 100-ml two-necked flask. (58.8 mmol), 6.1 g of N-methyl-2-pyrrolidinone (Kanto Kagaku, Shika 1st class) and 14.3 g of PGMEA were added, heated to 150° C., and stirred at 150° C. for 18 hours. The resulting reaction mixture was added dropwise to 350 ml of methanol (Kanto Kagaku, special grade)/water (5/5) mixed solvent to precipitate the polymer. The resulting precipitate was filtered off and vacuum dried to obtain a polymer. When the molecular weight of this polymer was measured by GPC (converted to standard polystyrene), the weight average molecular weight (Mw) was 1,500. The obtained polymer was diluted with PGME to a solid content concentration of 30%, and the same amount of cation exchange resin and anion exchange resin as the solid content were added and stirred for 4 hours. The ion exchange resin was filtered to obtain a polymer solution.

<合成例5>(ポリマー(5)の合成)

Figure 2022132962000013
窒素下、100ミリリットル容量の二口フラスコに、5-メチルサリチルアルデヒド(東京化成工業(株)製)8.00g(58.8mmol)、メタンスルホン酸(東京化成工業(株)製)5.6g(58.8mmol)、N-メチル-2-ピロリジノン(関東化学、鹿1級)6.1g、PGMEA14.3gを入れて150℃に昇温し、150℃で18時間攪拌した。得られた反応混合物を350mlのメタノール(関東化学,特級)/水(5/5)混合溶媒に滴下してポリマーを沈殿させた。得られた沈殿物を濾別し、真空乾燥してポリマーを得た。このポリマーの分子量をGPC(標準ポリスチレン換算)で測定したところ、重量平均分子量(Mw)は800であった。得られたポリマーをPGMEで固形分濃度30%に希釈し、固形分量と同量の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂をそれぞれ加え、4時間撹拌した。イオン交換樹脂をろ過してポリマー溶液を得た。 <Synthesis Example 5> (Synthesis of polymer (5))
Figure 2022132962000013
Under nitrogen, 8.00 g (58.8 mmol) of 5-methylsalicylaldehyde (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 5.6 g of methanesulfonic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) are placed in a 100-ml two-necked flask. (58.8 mmol), 6.1 g of N-methyl-2-pyrrolidinone (Kanto Kagaku, Shika 1st class) and 14.3 g of PGMEA were added, heated to 150° C., and stirred at 150° C. for 18 hours. The resulting reaction mixture was added dropwise to 350 ml of methanol (Kanto Kagaku, special grade)/water (5/5) mixed solvent to precipitate the polymer. The resulting precipitate was filtered off and vacuum dried to obtain a polymer. When the molecular weight of this polymer was measured by GPC (converted to standard polystyrene), the weight average molecular weight (Mw) was 800. The obtained polymer was diluted with PGME to a solid content concentration of 30%, and the same amount of cation exchange resin and anion exchange resin as the solid content were added and stirred for 4 hours. The ion exchange resin was filtered to obtain a polymer solution.

<比較合成例1>(ポリマー(7)の合成)

Figure 2022132962000014
窒素下、100mL容量の二口フラスコに2,2’-ビフェノール(東京化成工業(株)製)25.00g、1-ナフトアルデヒド(東京化成工業(株)製)10.5g、1-ピレンカルボキシアルデヒド(アルドリッチ製)15.5g及びメタンスルホン酸(東京化成工業(株)製)3.87gを入れた。その後、120℃まで加熱し、約24時間後室温まで放冷し、メタノールで沈殿させて、得られた沈殿物を乾燥させた。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2,000であった。得られたポリマーをPGMEAで固形分濃度30%に希釈し、固形分量と同量の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂をそれぞれ加え、4時間撹拌した。イオン交換樹脂をろ過してポリマー溶液を得た。 <Comparative Synthesis Example 1> (Synthesis of polymer (7))
Figure 2022132962000014
Under nitrogen, 2,2′-biphenol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 25.00 g, 1-naphthaldehyde (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 10.5 g, 1-pyrenecarboxy 15.5 g of aldehyde (manufactured by Aldrich) and 3.87 g of methanesulfonic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were added. After that, the mixture was heated to 120° C., allowed to cool to room temperature after about 24 hours, precipitated with methanol, and dried. The weight average molecular weight Mw measured by GPC in terms of polystyrene was 2,000. The obtained polymer was diluted with PGMEA to a solid content concentration of 30%, and the same amount of cation exchange resin and anion exchange resin as the solid content were added and stirred for 4 hours. The ion exchange resin was filtered to obtain a polymer solution.

<比較合成例2>(ポリマー(8)の合成)

Figure 2022132962000015
窒素下、3リットル容量の四口フラスコにマロン酸-ジ-tert-ブチル(Aldrich社製)9.80gを入れ、さらに1,2,4-トリメチルベンゼン150cmとジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene、東京化成工業株式会社製)6.50gを加えて撹拌しながら、温度を4℃に調整した。得られた温度調整後の反応液に、ヨウ素(和光純薬工業株式会社製)10.9gを130cmの1,2,4-トリメチルベンゼンに溶解させた黒紫色の溶液をゆっくり滴下した。滴下中は氷浴を用いてフラスコ内温を11℃になるよう制御した。滴下終了後、反応液の温度を室温まで戻し、その後、上記反応容器内の反応液に、フラーレン混合物(C60、C70及びその他高次フラーレン類を含む、フロンティアカーボン株式会社製)5.00gを1,2,4-トリメチルベンゼン350cmに溶解させた溶液を撹拌しながら加えた。その後、フラスコ内の反応液に、ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene、東京化成工業株式会社製)6.90gを5cmの1,2,4-トリメチルベンゼンで希釈した溶液を撹拌しながらゆっくり滴下した。室温で6.5時間撹拌して反応させた。得られた反応液について、反応層(有機相)を飽和亜硫酸ナトリウム水溶液で4回洗浄した。得られた有機相を、1N硫酸水溶液100cmを用いて2回洗浄した後、純水200cmを用いて3回洗浄した。溶剤(1,2,4-トリメチルベンゼン)を減圧下留去し、赤茶色の固体9.50gを得た。 得られた固体をシリカゲルクロマトグラフでn-ヘキサンと酢酸エチルの混合溶媒にて分別して、フラーレン誘導体(マロン酸-ジ-tert-ブチルエステル付加体)を得た。 <Comparative Synthesis Example 2> (Synthesis of Polymer (8))
Figure 2022132962000015
Under nitrogen, 9.80 g of di-tert-butyl malonate (manufactured by Aldrich) was placed in a 3-liter four-necked flask, and 150 cm 3 of 1,2,4-trimethylbenzene and diazabicyclo[5.4.0] were added. 6.50 g of -7-undecene (1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added and the temperature was adjusted to 4° C. while stirring. To the resulting temperature-controlled reaction solution was slowly added dropwise a black purple solution of 10.9 g of iodine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) dissolved in 130 cm 3 of 1,2,4-trimethylbenzene. During the dropwise addition, an ice bath was used to control the internal temperature of the flask to 11°C. After the completion of dropping, the temperature of the reaction solution is returned to room temperature, and then 5.00 g of a fullerene mixture (containing C60, C70 and other higher fullerenes, manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) is added to the reaction solution in the reaction vessel. , 2,4-trimethylbenzene in 350 cm 3 was added with stirring. After that, 6.90 g of diazabicyclo[5.4.0]-7-undecene (1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the reaction solution in the flask. was slowly added dropwise with stirring to a solution diluted with 5 cm 3 of 1,2,4-trimethylbenzene. The reaction was allowed to stir at room temperature for 6.5 hours. The reaction layer (organic phase) of the resulting reaction solution was washed four times with a saturated sodium sulfite aqueous solution. The obtained organic phase was washed twice with 100 cm 3 of a 1N aqueous sulfuric acid solution, and then washed three times with 200 cm 3 of pure water. The solvent (1,2,4-trimethylbenzene) was distilled off under reduced pressure to obtain 9.50 g of a reddish brown solid. The resulting solid was fractionated by silica gel chromatography using a mixed solvent of n-hexane and ethyl acetate to obtain a fullerene derivative (malonic acid-di-tert-butyl ester adduct).

<比較合成例3>(ポリマー(9)の合成)

Figure 2022132962000016
窒素下、300mL容量の四口フラスコに1,5-ジヒドロキシナフタレン(東京化成工業(株)製)12.5g(76.5mmol)、パラトルエンスルホン酸一水和物(東京化成工業(株)製)3.55g(2.1mmol)、PGME74.4gを入れて85℃に昇温し、37%ホルムアルデヒド液(東京化成工業(株)製)5.86gを反応液に滴下した。その後、約5時間後室温まで放冷し、ヘプタンで沈殿させて、得られた沈殿物を乾燥させた。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1,400であった。 <Comparative Synthesis Example 3> (Synthesis of Polymer (9))
Figure 2022132962000016
Under nitrogen, 12.5 g (76.5 mmol) of 1,5-dihydroxynaphthalene (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and paratoluenesulfonic acid monohydrate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) are placed in a 300 mL four-necked flask. ) and 74.4 g of PGME were added, the temperature was raised to 85° C., and 5.86 g of a 37% formaldehyde solution (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) was added dropwise to the reaction solution. After about 5 hours, the mixture was allowed to cool to room temperature, precipitated with heptane, and dried. The weight average molecular weight Mw measured by GPC in terms of polystyrene was 1,400.

<比較合成例4>(ポリマー(10)の合成)

Figure 2022132962000017
窒素下、100ミリリットル容量の二口フラスコに、6-ヒドロキシ-1-ナフトアルデヒド(東京化成工業(株)製)4.00g(23.2mmol)、メタンスルホン酸(東京化成工業(株)製)2.23g(23.2mmol)、N-メチル-2-ピロリジノン(関東化学、鹿1級)7.41g、PGMEA17.4gを入れて150℃に昇温したところ、1時間程度でゲル化した。 <Comparative Synthesis Example 4> (Synthesis of polymer (10))
Figure 2022132962000017
Under nitrogen, 4.00 g (23.2 mmol) of 6-hydroxy-1-naphthaldehyde (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and methanesulfonic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) are placed in a 100-mL two-necked flask. 2.23 g (23.2 mmol), 7.41 g of N-methyl-2-pyrrolidinone (Kanto Kagaku Co., Ltd., Shika 1st grade), and 17.4 g of PGMEA were added, and when the temperature was raised to 150° C., gelation occurred in about 1 hour.

<実施例1>
合成例1で得た樹脂溶液5.31gに1%の界面活性剤(DIC(株)製、品名:メガファック[商品名]R-40、フッ素系界面活性剤)を含むPGMEA0.14g、PGMEA2.40g、シクロヘキサノン2.13gを混合した。その後、口径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製マイクロフィルターにて濾過し、レジスト下層膜形成組成物の溶液を調整した。
<Example 1>
0.14 g of PGMEA containing 1% surfactant (manufactured by DIC Corporation, product name: Megafac [trade name] R-40, fluorine-based surfactant) in 5.31 g of the resin solution obtained in Synthesis Example 1, PGMEA2 .40 g and 2.13 g of cyclohexanone were mixed. Thereafter, the solution was filtered through a polytetrafluoroethylene microfilter having a diameter of 0.1 μm to prepare a solution of the composition for forming a resist underlayer film.

<実施例2>
合成例2で得た樹脂溶液3.98gに1%の界面活性剤(DIC(株)製、品名:メガファック[商品名]R-40、フッ素系界面活性剤)を含むPGMEA0.10g、PGME1.80g、PGMEA3.50g、シクロヘキサノン0.61gを混合した。その後、口径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製マイクロフィルターにて濾過し、レジスト下層膜形成組成物の溶液を調整した。
<Example 2>
0.10 g of PGMEA containing 1% surfactant (manufactured by DIC Corporation, product name: Megafac [trade name] R-40, fluorine-based surfactant) in 3.98 g of the resin solution obtained in Synthesis Example 2, PGME1 .80 g, 3.50 g PGMEA and 0.61 g cyclohexanone were mixed. Thereafter, the solution was filtered through a polytetrafluoroethylene microfilter having a diameter of 0.1 μm to prepare a solution of the composition for forming a resist underlayer film.

<実施例3>
合成例3で得た樹脂溶液10.59gに1%の界面活性剤(DIC(株)製、品名:メガファック[商品名]R-40、フッ素系界面活性剤)を含むPGMEA0.21g、PGME0.53g、PGMEA3.66gを混合した。その後、口径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製マイクロフィルターにて濾過し、レジスト下層膜形成組成物の溶液を調整した。
<Example 3>
0.21 g of PGMEA containing 1% surfactant (manufactured by DIC Corporation, product name: Megafac [trade name] R-40, fluorine-based surfactant) in 10.59 g of the resin solution obtained in Synthesis Example 3, PGME0 .53 g and 3.66 g of PGMEA were mixed. Thereafter, the solution was filtered through a polytetrafluoroethylene microfilter having a diameter of 0.1 μm to prepare a solution of the composition for forming a resist underlayer film.

<実施例4>
合成例4で得た樹脂溶液8.78gに1%の界面活性剤(DIC(株)製、品名:メガファック[商品名]R-40、フッ素系界面活性剤)を含むPGMEA0.21g、PGME2.34g、PGMEA3.66gを混合した。その後、口径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製マイクロフィルターにて濾過し、レジスト下層膜形成組成物の溶液を調整した。
<Example 4>
0.21 g of PGMEA containing 1% surfactant (manufactured by DIC Corporation, product name: Megafac [trade name] R-40, fluorine-based surfactant) in 8.78 g of the resin solution obtained in Synthesis Example 4, PGME2 .34 g and 3.66 g of PGMEA were mixed. Thereafter, the solution was filtered through a polytetrafluoroethylene microfilter having a diameter of 0.1 μm to prepare a solution of the composition for forming a resist underlayer film.

<実施例5>
合成例5で得た樹脂溶液9.79gに1%の界面活性剤(DIC(株)製、品名:メガ
ファック[商品名]R-40、フッ素系界面活性剤)を含むPGMEA0.21g、PGME1.32g、PGMEA3.66gを混合した。その後、口径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製マイクロフィルターにて濾過し、レジスト下層膜形成組成物の溶液を調整した。
<Example 5>
0.21 g of PGMEA containing 1% surfactant (manufactured by DIC Corporation, product name: Megafac [trade name] R-40, fluorine-based surfactant) in 9.79 g of the resin solution obtained in Synthesis Example 5, PGME1 .32 g and 3.66 g of PGMEA were mixed. Thereafter, the solution was filtered through a polytetrafluoroethylene microfilter having a diameter of 0.1 μm to prepare a solution of the composition for forming a resist underlayer film.

<実施例6>
合成例1で得た樹脂を7.82gに2%のピリジニウムp-ヒドロキシベンゼンスルホナートを含むPGME2.54g、TMOM-BP(本州化学工業(株)製、架橋剤)0.51g、1%の界面活性剤(DIC(株)製、品名:メガファック[商品名]R-40、フッ素系界面活性剤)を含むPGMEA0.20g、PGME4.35g、PGMEA4.15g、シクロヘキサノン0.42gを混合した。その後、口径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製マイクロフィルターにて濾過し、レジスト下層膜形成組成物の溶液を調整した。
<Example 6>
To 7.82 g of the resin obtained in Synthesis Example 1, 2.54 g of PGME containing 2% pyridinium p-hydroxybenzenesulfonate, TMOM-BP (manufactured by Honshu Chemical Industry Co., Ltd., cross-linking agent) 0.51 g, 1% 0.20 g of PGMEA, 4.35 g of PGME, 4.15 g of PGMEA and 0.42 g of cyclohexanone containing a surfactant (manufactured by DIC Corporation, product name: MEGAFACE [trade name] R-40, fluorosurfactant) were mixed. Thereafter, the solution was filtered through a polytetrafluoroethylene microfilter having a diameter of 0.1 μm to prepare a solution of the composition for forming a resist underlayer film.

<比較例1>
比較合成例1で得た樹脂溶液(固形分は29.9質量%)を得た。この樹脂溶液3.02gに1質量%界面活性剤(DIC(株)製、メガファックR-40)含有PGMEA0.10g、PGMEA3.68g、PGME2.68gを加えて溶解させ、口径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製マイクロフィルターにて濾過して、レジスト下層膜形成組成物の溶液を調製した。
<Comparative Example 1>
The resin solution obtained in Comparative Synthesis Example 1 (solid content: 29.9% by mass) was obtained. 0.10 g of PGMEA, 3.68 g of PGMEA, and 2.68 g of PGME containing 1% by mass of a surfactant (manufactured by DIC Corporation, Megafac R-40) were added to 3.02 g of this resin solution and dissolved. The solution was filtered through a tetrafluoroethylene microfilter to prepare a solution of the composition for forming a resist underlayer film.

<比較例2>
比較合成例2で得たフラーレン誘導体1.0gに、下記式(6)で表されるエポキシ化合物(東都化成株式会社製、商品名:YH434L)0.15g、界面活性剤としてメガファック〔登録商標〕R-30(DIC株式会社)0.001gを混合し、PGMEA7.0gに溶解させ溶液とした。その後、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成組成物溶液を調製した。

Figure 2022132962000018
<Comparative Example 2>
To 1.0 g of the fullerene derivative obtained in Comparative Synthesis Example 2, 0.15 g of an epoxy compound represented by the following formula (6) (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., trade name: YH434L), Megafac [registered trademark] as a surfactant ] 0.001 g of R-30 (DIC Corporation) was mixed and dissolved in 7.0 g of PGMEA to prepare a solution. Thereafter, the solution was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.10 μm and then filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.05 μm to prepare a resist underlayer film-forming composition solution.
Figure 2022132962000018

<比較例3>
比較合成例3で得た樹脂1.29gに1質量%界面活性剤(DIC(株)製、メガファックR-40)含有PGMEA0.25g、PGME6.09g、PGMEA2.35gを加えて溶解させ、口径0.1μmのポリテトラフルオロエチレン製マイクロフィルターにて濾過して、レジスト下層膜形成組成物の溶液を調製した。
<Comparative Example 3>
To 1.29 g of the resin obtained in Comparative Synthesis Example 3, 0.25 g of PGMEA containing 1% by mass of surfactant (manufactured by DIC Corporation, Megafac R-40), 6.09 g of PGME, and 2.35 g of PGMEA were added and dissolved. The solution was filtered through a 0.1 μm polytetrafluoroethylene microfilter to prepare a solution of the composition for forming a resist underlayer film.

〔膜収縮率の測定〕
実施例1乃至実施例6、及び比較例1至比較例3で調製されたレジスト下層膜形成組成物を、それぞれ、スピナーにより、シリコンウエハー上に塗布した。その後、大気中ホットプレート上で350℃で1分間ベークし、レジスト下層膜(膜厚約0.25μm)を形成し、膜厚Aを測定した。この基板を更に窒素雰囲気下500℃あるいは600℃で5分ベークし、膜厚Bを測定した。膜厚B/膜厚A×100からなる値を膜収縮率とした。
なお、焼成温度が500℃の場合、「記号-1」と表1に記載され、焼成温度が600
℃の場合、「記号-2」と表1に記載される。
比較例1で調整したレジスト下層膜組成物の膜収縮率が50%と大きいのに対して実施例1至実施例6からなる組成物は25%以下と小さい。これは昇華物が少なく装置汚染が少なくなるという利点があり、また、膜の面内均一性に対しても収縮率が少ない方が有利である。
[Measurement of film shrinkage]
Each of the resist underlayer film-forming compositions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 was applied onto a silicon wafer using a spinner. Then, it was baked on a hot plate in the atmosphere at 350° C. for 1 minute to form a resist underlayer film (thickness: about 0.25 μm), and the film thickness A was measured. This substrate was further baked at 500° C. or 600° C. for 5 minutes in a nitrogen atmosphere, and the film thickness B was measured. The film shrinkage ratio was defined as film thickness B/film thickness A×100.
In addition, when the firing temperature is 500 ° C., it is listed as "symbol -1" in Table 1, and the firing temperature is 600
°C is described in Table 1 as “symbol-2”.
The film shrinkage ratio of the resist underlayer film composition prepared in Comparative Example 1 is as high as 50%, whereas the film shrinkage ratio of the compositions of Examples 1 to 6 is as small as 25% or less. This has the advantage of less sublimate and less contamination of the device, and a smaller shrinkage rate is also advantageous for the in-plane uniformity of the film.

〔ドライエッチング速度の測定〕
実施例1乃至実施例6、及び比較例1至比較例3で調製されたレジスト下層膜形成組成物を、それぞれ、スピナーにより、シリコンウエハー上に塗布した。その後、ホットプレート上で350℃で1分間ベークした後、窒素雰囲気下500℃、600℃で5分ベークし、レジスト下層膜(膜厚0.2μm)を形成した。そして、これらのレジスト下層膜のドライエッチング速度を、サムコ株式会社製RIEシステムを用い、ドライエッチングガスとしてCFを使用した条件下で測定した。
前記比較例2-1(フラーレン)のドライエッチング速度(E.R.)を1.00としたときの、前記各レジスト下層膜のドライエッチング速度を算出した。その結果を下記表1に“相対ドライエッチング速度”として示す。比較例2-1で形成されたレジスト下層膜は蒸着で形成されるアモルファスカーボン層の代替となり得るドライエッチング速度を有している。一方、実施例1至実施例6で形成されたレジスト下層膜はフラーレンを用いた材料(比較例2)に近い高いエッチング耐性を有している。
[Measurement of dry etching rate]
Each of the resist underlayer film-forming compositions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 was applied onto a silicon wafer using a spinner. After that, it was baked on a hot plate at 350° C. for 1 minute, and then baked at 500° C. and 600° C. for 5 minutes in a nitrogen atmosphere to form a resist underlayer film (thickness: 0.2 μm). Then, the dry etching rate of these resist underlayer films was measured using an RIE system manufactured by Samco Corporation under the condition of using CF4 as a dry etching gas.
Taking the dry etching rate (ER) of Comparative Example 2-1 (fullerene) as 1.00, the dry etching rate of each resist underlayer film was calculated. The results are shown in Table 1 below as "Relative Dry Etching Rate". The resist underlayer film formed in Comparative Example 2-1 has a dry etching rate that can substitute for the amorphous carbon layer formed by vapor deposition. On the other hand, the resist underlayer films formed in Examples 1 to 6 have high etching resistance close to that of the material using fullerene (Comparative Example 2).

〔硬度の測定〕
実施例1乃至実施例6、及び比較例1至比較例3で調製したレジスト下層膜形成組成物を用い、上記と同様の方法によって、シリコンウエハー上にレジスト下層膜を形成した。東陽テクニカ社製ナノインデンターでナノインデンテーション試験を行い、上記レジスト下層膜の硬度を測定した。実施例1乃至実施例6は1.40GPa以上の硬度を示し、より緻密な構造を有していることからエッチングによる基板加工に有利であることが示された。
[Measurement of hardness]
Using the resist underlayer film-forming compositions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3, resist underlayer films were formed on silicon wafers in the same manner as described above. A nanoindentation test was performed using a nanoindenter manufactured by Toyo Technica Co., Ltd. to measure the hardness of the resist underlayer film. Examples 1 to 6 showed a hardness of 1.40 GPa or more and had a denser structure, which was shown to be advantageous for substrate processing by etching.

Figure 2022132962000019
Figure 2022132962000019

Claims (13)

ホルミル基とヒドロキシ基が隣り合う2つの炭素にそれぞれ結合する構造を少なくとも1つ以上有する炭素数6~60の芳香族化合物の重合体と、溶剤を含むレジスト下層膜形成組成物。 A resist underlayer film-forming composition comprising a polymer of an aromatic compound having 6 to 60 carbon atoms and having at least one structure in which a formyl group and a hydroxy group are bonded to two adjacent carbons, respectively, and a solvent. 前記芳香族化合物は、式(1)で表される化合物である請求項1に記載のレジスト下層膜形成組成物。
Figure 2022132962000020
(式(1)中、Arは炭素数1乃至20のアルキル基、炭素数2乃至10のアルケニル基、炭素数2乃至10のアルキニル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、エーテル基、アルコキシ基で置換されていても良い炭素数6乃至59の芳香環を表す。)
2. The composition for forming a resist underlayer film according to claim 1, wherein the aromatic compound is a compound represented by formula (1).
Figure 2022132962000020
(In formula (1), Ar 1 is substituted with an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms, a halogen atom, a hydroxy group, an ether group, or an alkoxy group. represents an aromatic ring having 6 to 59 carbon atoms which may be substituted.)
式(1)において、Arが単環、縮合環、複素環またはこれらの環が単結合によりもしくはスペーサーを介して連結されている連結環である請求項2に記載のレジスト下層膜形成組成物。 3. The composition for forming a resist underlayer film according to claim 2, wherein in formula (1), Ar 1 is a monocyclic ring, a condensed ring, a heterocyclic ring, or a linking ring in which these rings are linked via a single bond or via a spacer. . 式(1)において、Arがベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環のいずれかである請求項2に記載のレジスト下層膜形成組成物。 3. The composition for forming a resist underlayer film according to claim 2, wherein in formula (1), Ar 1 is any one of a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring and pyrene ring. 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。 5. The composition for forming a resist underlayer film according to claim 1, further comprising a cross-linking 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。 6. The resist underlayer film-forming composition according to any one of claims 1 to 5, further comprising an acid and/or an acid generator. 前記溶剤の沸点が、160℃以上である請求項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。 7. The composition for forming a resist underlayer film according to claim 1, wherein the solvent has a boiling point of 160[deg.] C. or higher. 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなる塗布膜の焼成物であることを特徴とするレジスト下層膜。 A resist underlayer film characterized by being a baked product of a coating film comprising the resist underlayer film-forming composition according to any one of claims 1 to 7. 半導体基板上に塗布された請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物を焼成してレジスト下層膜を形成するレジスト下層膜の製造方法。 A method for producing a resist underlayer film, comprising baking the resist underlayer film-forming composition according to any one of claims 1 to 8 coated on a semiconductor substrate to form a resist underlayer film. 前記焼成を2段階でおこなう請求項9記載のレジスト下層膜の製造方法。 10. The method for producing a resist underlayer film according to claim 9, wherein the baking is performed in two steps. 前記焼成における2段階目の焼成温度が400℃以上である請求項10記載のレジスト下層膜の製造方法。 11. The method for producing a resist underlayer film according to claim 10, wherein the baking temperature in the second stage of the baking is 400[deg.] C. or higher. 前記焼成を不活性ガス雰囲気下で行う請求項9乃至請求項11のいずれか1項に記載のレジスト下層膜レジスト下層膜の製造方法。 12. The method for producing a resist underlayer film according to claim 9, wherein the baking is performed in an inert gas atmosphere. 半導体基板上に請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物を用いてレジスト下層膜を形成する工程、
形成されたレジスト下層膜の上にレジスト膜を形成する工程、
形成されたレジスト膜に対する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、
形成されたレジストパターンを介して前記レジスト下層膜をエッチングし、パターン化する工程、及び
パターン化されたレジスト下層膜を介して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。
forming a resist underlayer film on a semiconductor substrate using the resist underlayer film-forming composition according to any one of claims 1 to 8;
forming a resist film on the formed resist underlayer film;
forming a resist pattern by irradiating the formed resist film with light or an electron beam and developing;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: etching the resist underlayer film through a formed resist pattern to form a pattern; and processing a semiconductor substrate through the patterned resist underlayer film.
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