JP6404799B2 - Resist underlayer film material and pattern forming method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置等の製造工程における微細加工に用いられるレジスト下層膜材料及びパターン形成方法に関するものである。   The present invention relates to a resist underlayer film material and a pattern forming method used for fine processing in a manufacturing process of a semiconductor device or the like.

近年、超微細かつ高密度なFin−FET(フィン型電界効果トランジスタ)等の3次元ゲートや、銅配線のトレンチとビアを同時に形成するデュアルダマシンによって配線を高密度に形成するために、リソグラフィーとエッチングを複数回繰り返す(LELE:Litho−Etch―Litho−Etch)ダブルパターニングが行われており、高アスペクトかつ高密度な段差を埋め込むことのできる材料が必要になってきている。段差の埋め込みを行うことによって膜表面が平坦化され、リソグラフィーにおけるフォーカスレベリングが小さくて済み、フォーカスマージンが狭い場合においても十分なマージンを持ってパターニングすることが可能となる。   In recent years, in order to form wiring with high density by three-dimensional gates such as ultra-fine and high-density Fin-FET (fin type field effect transistor) and dual damascene that simultaneously forms a trench and a via of copper wiring, Etching is repeated a plurality of times (LELE: Litho-Etch-Litho-Etch) double patterning has been performed, and a material capable of embedding a high-aspect and high-density step is required. By embedding the step, the film surface is flattened, focus leveling in lithography is small, and patterning can be performed with a sufficient margin even when the focus margin is narrow.

段差基板を平坦化する方法としては、スピンコートで行う方法が一般的である。アモルファスカーボン膜をCVD(化学蒸着)法で形成し、段差を埋め込むこともできるが、表面に凹凸が生じるために、CMP(化学機械研磨)法で膜表面を削って平坦化する必要があり、プロセスコストが高いというデメリットがある。また、CVD法によって形成されたアモルファスカーボン膜は、ピッチが50nm以下の超微細な段差では、段差の底にボイドが生じ、埋め込むことができないという問題がある。ピッチが50nm以下の超微細な段差は、低分子体を多く含有する材料をスピンコートすることよって埋め込みが可能となる。   As a method for flattening the stepped substrate, a method using spin coating is generally used. An amorphous carbon film can be formed by CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and the step can be embedded, but since the surface has irregularities, it is necessary to cut and planarize the film surface by CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, There is a demerit that process cost is high. In addition, the amorphous carbon film formed by the CVD method has a problem that voids are generated at the bottom of the step at an extremely fine step having a pitch of 50 nm or less and cannot be embedded. Ultra fine steps with a pitch of 50 nm or less can be embedded by spin-coating a material containing a large amount of low molecular weight substances.

液浸リソグラフィーによって、レジストとその下層に入射する露光時の光の角度が浅くなり、基板反射が増大している。基板反射を抑えるためにはレジストの下層の反射防止膜を多層膜にすることが効果的である。基板上に炭素密度の高い炭化水素膜(レジスト下層膜)、その上に珪素含有のレジスト中間層膜、その上にレジスト上層膜を形成した3層構造(トライレイヤー)は、炭化水素膜と珪素含有中間層膜の2層で基板反射を防止できるため、液浸リソグラフィーの適用に伴ってこの応用が急激に広がっている。   By immersion lithography, the angle of light at the time of exposure incident on the resist and its lower layer becomes shallow, and the substrate reflection increases. In order to suppress substrate reflection, it is effective to use a multilayer anti-reflection film under the resist. A three-layer structure (trilayer) in which a hydrocarbon film with high carbon density (resist underlayer film) is formed on a substrate, a silicon-containing resist intermediate layer film thereon, and a resist upper layer film thereon is formed. Since the reflection of the substrate can be prevented by the two layers of the intermediate layer film, this application is spreading rapidly with the application of immersion lithography.

レジスト下層膜の機能としては、スピンコートによる埋め込み平坦化特性、基板をドライエッチングするときの高いドライエッチング耐性、高い反射防止効果を得るための最適な光学特性が求められる。   As a function of the resist underlayer film, an embedding flattening characteristic by spin coating, a high dry etching resistance when the substrate is dry-etched, and an optimum optical characteristic for obtaining a high antireflection effect are required.

また、レジスト下層膜に高い耐熱性が必要となる場合もある。レジスト下層膜上にハードマスク層としてp−Si、SiN、SiON、TiN、ZrO、HfO等を形成する場合、これらの膜の形成温度が300℃を超えるためである。 Moreover, high heat resistance may be required for the resist underlayer film. This is because when p-Si, SiN, SiON, TiN, ZrO 2 , HfO 2 or the like is formed as a hard mask layer on the resist underlayer film, the formation temperature of these films exceeds 300 ° C.

この様な高耐熱なレジスト下層膜材料としては、特許文献1に記載のビスナフトール化合物及びこのノボラック樹脂、特許文献2に記載のビスナフトールフルオレン及びこのノボラック樹脂、特許文献3に記載のナフトールフタレインのノボラック樹脂、特許文献4に記載のナフトフルオレセインのノボラック樹脂が例示できる。   As such a heat-resistant resist underlayer film material, a bisnaphthol compound and a novolac resin described in Patent Document 1, a bisnaphthol fluorene and a novolak resin described in Patent Document 2, and a naphtholphthalein described in Patent Document 3 And naphthofluorescein novolak resin described in Patent Document 4.

また、レジスト下層膜を形成する際のベーク時に発生するアウトガスが問題になっている。アウトガス成分はホットプレートの天板に付着し、これがウェハー上に落下すると欠陥となる。段差基板の埋め込み特性を向上させるためには、レジスト下層膜材料としてモノマー成分(低分子量成分)を添加することが効果的であるが、モノマー成分の添加量を増やすと、高温ベーク中のアウトガス量が増大する。つまり、埋め込み特性向上とアウトガス低減がトレードオフの関係になっており、このトレードオフを打破できるレジスト下層膜材料が求められている。   Further, outgas generated during baking at the time of forming the resist underlayer film is a problem. The outgas component adheres to the top plate of the hot plate and becomes a defect when it falls on the wafer. In order to improve the embedding characteristics of the stepped substrate, it is effective to add a monomer component (low molecular weight component) as a resist underlayer film material. However, if the amount of the monomer component added is increased, the amount of outgas in the high-temperature baking is increased. Will increase. That is, there is a trade-off between improving the embedding characteristics and reducing the outgas, and a resist underlayer film material that can overcome this trade-off is demanded.

特許4659678号公報Japanese Patent No. 4659678 特許5336306号公報Japanese Patent No. 5336306 特開2015−18221号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-18221 特開2015−18223号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-18223

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、埋め込み特性が良好で、アウトガスの発生が少なく、かつドライエッチング耐性と耐熱性に優れたレジスト下層膜材料を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a resist underlayer film material that has good embedding characteristics, generates less outgas, and has excellent dry etching resistance and heat resistance.

上記課題を解決するために、本発明では、下記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと、下記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂及び下記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体のいずれか又は両方を含有するレジスト下層膜材料を提供する。

Figure 0006404799
Figure 0006404799
(式中、R、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基である。Rは単結合、フェニレン基、又は炭素数1〜11のアルキレン基である。Rはフッ素原子であるか、少なくとも1個以上のフッ素原子を有する炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、又は炭素数6〜10のアリール基であり、これらがヒドロキシ基、アルコキシ基、アシル基、スルホキシド基、スルホン基、又はスルホンアミド基を有していてもよい。R、R、R12、R13は水素原子、酸不安定基、及びグリシジル基のいずれか、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基、アシル基、若しくはアルコキシカルボニル基である。R、Rは水素原子、ヒドロキシ基、及び炭素数1〜4のアルコキシ基のいずれか、又はヒドロキシ基、アルコキシ基、アシロキシ基、エーテル基、若しくはスルフィド基を有していてもよい炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、若しくは炭素数6〜10のアリール基である。R14、R15はR、Rと同様の基又はハロゲン原子である。R、R10、R16、R17は水素原子であるか、あるいはRとR10、R16とR17が結合して形成されるエーテル結合である。R11は水素原子、又はヒドロキシ基、アルコキシ基、アシロキシ基、エーテル基、スルフィド基、クロロ基、若しくはニトロ基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、若しくは炭素数6〜10のアリール基である。Xはフェニレン基、エーテル基、又はエステル基である。X、Xは単結合であるか、あるいはヒドロキシ基、カルボキシル基、エーテル基、若しくはラクトン環を有していてもよい炭素数1〜38の直鎖状、分岐状、又は環状の2価炭化水素基である。Xが2価炭化水素基の場合、R及びR10はX中の炭素原子と結合して形成されるエーテル結合であってもよく、Xが2価炭化水素基の場合、R16及びR17はX中の炭素原子と結合して形成されるエーテル結合であってもよい。a及びbは、0<a≦1.0、0≦b<1.0であるが、Rがフッ素原子を有さない場合は0<a<1.0、0<b<1.0である。cは1≦c≦6の整数であり、cが2以上の場合は、cの数だけRでRの水素原子が置換される。g、h、i、j、k、l、m、及びnは1又は2である。) In order to solve the above problems, in the present invention, an acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the following general formula (1), and a repeating unit represented by the following general formula (2): There is provided a resist underlayer film material containing either or both of a novolak resin having a bisnaphthol derivative represented by the following general formula (3).
Figure 0006404799
Figure 0006404799
(In the formula, R 1 and R 2 are a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. R 3 is a single bond, a phenylene group, or an alkylene group having 1 to 11 carbon atoms. R 4 Is a fluorine atom, or a C1-C10 linear, branched or cyclic alkyl group having at least one fluorine atom, a C2-C10 alkenyl group, or a C6-C10 Which may have a hydroxy group, an alkoxy group, an acyl group, a sulfoxide group, a sulfone group, or a sulfonamide group, wherein R 5 , R 6 , R 12 , and R 13 are a hydrogen atom, acid labile groups, and one of a glycidyl group, or a straight, branched, or cyclic alkyl group, an acyl group, or alkoxycarbonyl .R 7, R 8 is a carbonyl group Any one of an elementary atom, a hydroxy group, and an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, or a straight chain having 1 to 10 carbon atoms which may have a hydroxy group, an alkoxy group, an acyloxy group, an ether group, or a sulfide group A branched, or cyclic alkyl group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms R 14 and R 15 are the same groups or halogen atoms as R 7 and R 8 R 9 , R 10 , R 16 and R 17 are hydrogen atoms, or are ether bonds formed by combining R 9 and R 10 , R 16 and R 17, and R 11 is a hydrogen atom. Or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a hydroxy group, an alkoxy group, an acyloxy group, an ether group, a sulfide group, a chloro group or a nitro group; Kenyir group, or an aryl group having a carbon number of 6 to 10 .X 1 is a phenylene group, an ether group, or an ester group .X 2, or X 3 is a single bond, or a hydroxy group, a carboxyl group, an ether Or a straight-chain, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 38 carbon atoms which may have a lactone ring, and when X 2 is a divalent hydrocarbon group, R 9 and R 10 may be an ether bond formed by bonding to a carbon atom in X 2 , and when X 3 is a divalent hydrocarbon group, R 16 and R 17 are bonded to a carbon atom in X 3. A and b are 0 <a ≦ 1.0 and 0 ≦ b <1.0, but when R 1 does not have a fluorine atom, 0 <a <1.0, 0 <b <1.0. c is an integer of 1 ≦ c ≦ 6, when c is 2 or more, the number of c hydrogen atoms in R 4 R 3 are substituted. g, h, i, j, k, l, m, and n are 1 or 2. )

このようなレジスト下層膜材料であれば、埋め込み特性が良好であり、アウトガスの発生が少なく、かつドライエッチング耐性と耐熱性に優れたものとなる。   Such a resist underlayer film material has good embedding characteristics, little outgassing, and excellent dry etching resistance and heat resistance.

またこのとき、前記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂が、フッ素原子を有さないアルデヒド誘導体とフッ素原子を有さない置換又は非置換のビスナフトール誘導体の縮合物であることが好ましい。   In this case, the novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2) is a condensate of an aldehyde derivative having no fluorine atom and a substituted or unsubstituted bisnaphthol derivative having no fluorine atom. Is preferred.

本発明のレジスト下層膜材料に使用されるノボラック樹脂としては、このような縮合物を好適に用いることができる。   As the novolak resin used for the resist underlayer film material of the present invention, such a condensate can be suitably used.

またこのとき、前記レジスト下層膜材料が、前記一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと、前記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂と、前記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体を含有するものであることが好ましい。   At this time, the resist underlayer film material includes an acrylonitrile polymer having a repeating unit represented by the general formula (1), a novolac resin having a repeating unit represented by the general formula (2), and the general formula (3). It is preferable that it contains the bisnaphthol derivative shown by this.

このように、一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマー、一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂、一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体の3種をすべて含むものとすることで、埋め込み特性の向上と、アウトガスの低減を更にバランスよく達成することができる。   Thus, all three types of acrylonitrile polymer having a repeating unit represented by the general formula (1), a novolak resin having a repeating unit represented by the general formula (2), and a bisnaphthol derivative represented by the general formula (3) are used. By including, the improvement of the embedding characteristic and the reduction of outgas can be achieved in a more balanced manner.

またこのとき、前記レジスト下層膜材料が、前記一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーの1質量部に対して、前記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂と前記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体を合計5〜100質量部含有するものであることが好ましい。   Further, at this time, the resist underlayer film material has a novolak resin having a repeating unit represented by the general formula (2) with respect to 1 part by mass of the acrylonitrile polymer having a repeating unit represented by the general formula (1). It is preferable to contain a total of 5 to 100 parts by mass of the bisnaphthol derivative represented by the general formula (3).

このような比率であれば、埋め込み特性の向上と、アウトガスの低減を特にバランスよく達成することができる。   With such a ratio, improvement of the embedding characteristic and reduction of outgas can be achieved in a particularly balanced manner.

またこのとき、前記レジスト下層膜材料が、更に有機溶剤を含有するものであることが好ましい。   At this time, it is preferable that the resist underlayer film material further contains an organic solvent.

このようにすることで、レジスト下層膜材料の濃度や粘度を調節でき、また、相溶性を向上させることができる。   By doing in this way, the density | concentration and viscosity of a resist underlayer film material can be adjusted, and compatibility can be improved.

またこのとき、前記レジスト下層膜材料が、更に酸発生剤及び/又は架橋剤を含有するものであることが好ましい。   At this time, it is preferable that the resist underlayer film material further contains an acid generator and / or a crosslinking agent.

このようにすることで、レジスト下層膜材料の架橋硬化反応を促進させることができる。   By doing in this way, the crosslinking hardening reaction of a resist underlayer film material can be promoted.

また本発明では、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、被加工基板上に上記レジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上に珪素含有中間層膜材料を用いて珪素含有中間層膜を形成し、該珪素含有中間層膜上にレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成し、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記珪素含有中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された珪素含有中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜にエッチングでパターンを転写し、更に、該パターンが転写されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工基板にエッチングでパターンを形成するパターン形成方法を提供する。   The present invention also provides a method for forming a pattern on a substrate by lithography, wherein a resist underlayer film is formed on the substrate to be processed using the resist underlayer film material, and a silicon-containing intermediate layer film material is formed on the resist underlayer film. A silicon-containing intermediate layer film is formed using, a resist upper layer film is formed on the silicon-containing intermediate layer film using a resist upper layer film material, and a pattern circuit region of the resist upper layer film is exposed and developed. A resist pattern is formed on the resist upper layer film, the resist upper layer film on which the resist pattern is formed is used as a mask, the pattern is transferred to the silicon-containing intermediate layer film by etching, and the silicon-containing intermediate layer film on which the pattern is transferred A pattern is transferred to the resist underlayer film by etching using the resist as a mask, and the resist underlayer film to which the pattern is transferred is used as a mask to transfer the pattern. Providing a pattern forming method for forming a pattern on a substrate by etching.

また本発明では、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、被加工基板上に上記レジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上に、珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素酸化窒化膜、珪素炭化膜、ポリシリコン膜、窒化チタン膜、酸化チタン膜、炭化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、又は酸化ハフニウム膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜上にレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成し、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記無機ハードマスク中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜にエッチングでパターンを転写し、更に、該パターンが転写されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工基板にエッチングでパターンを形成するパターン形成方法を提供する。   The present invention also provides a method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein a resist underlayer film is formed on the substrate to be processed using the resist underlayer film material, and a silicon oxide film, silicon Forming an inorganic hard mask interlayer film selected from a nitride film, a silicon oxynitride film, a silicon carbide film, a polysilicon film, a titanium nitride film, a titanium oxide film, a titanium carbide film, a zirconium oxide film, or a hafnium oxide film, A resist upper layer film is formed on the inorganic hard mask intermediate layer film using a resist upper layer film material, and a pattern circuit region of the resist upper layer film is exposed, and then developed to form a resist pattern on the resist upper layer film. Using the resist upper layer film on which the resist pattern is formed as a mask, the pattern is transferred to the inorganic hard mask intermediate layer film by etching, and the pattern is transferred. A pattern is transferred to the resist underlayer film by etching using the inorganic hard mask intermediate layer film to which the pattern is transferred as a mask, and further etched to the substrate to be processed using the resist underlayer film to which the pattern is transferred as a mask. A pattern forming method is provided.

また本発明では、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、被加工基板上に上記レジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上に、珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素酸化窒化膜、珪素炭化膜、ポリシリコン膜、窒化チタン膜、酸化チタン膜、炭化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、又は酸化ハフニウム膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜上に有機反射防止膜を形成し、該有機反射防止膜上にレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して4層レジスト膜とし、前記レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記有機反射防止膜及び無機ハードマスク中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜にエッチングでパターンを転写し、更に、該パターンが転写されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工基板にエッチングでパターンを形成するパターン形成方法を提供する。   The present invention also provides a method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein a resist underlayer film is formed on the substrate to be processed using the resist underlayer film material, and a silicon oxide film, silicon Forming an inorganic hard mask interlayer film selected from a nitride film, a silicon oxynitride film, a silicon carbide film, a polysilicon film, a titanium nitride film, a titanium oxide film, a titanium carbide film, a zirconium oxide film, or a hafnium oxide film, An organic antireflection film is formed on the inorganic hard mask intermediate film, a resist upper film is formed on the organic antireflection film by using a resist upper film material to form a four-layer resist film, and the resist upper film pattern circuit After exposing the region, development is performed to form a resist pattern on the resist upper layer film, and the resist upper layer film on which the resist pattern is formed is used as a mask. A pattern is transferred by etching to the organic antireflection film and the inorganic hard mask intermediate layer film, the pattern is transferred by etching to the resist underlayer film using the inorganic hard mask intermediate layer film to which the pattern is transferred as a mask, Provided is a pattern forming method for forming a pattern by etching on the substrate to be processed using a resist underlayer film to which the pattern is transferred as a mask.

また本発明では、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、被加工基板上に上記レジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上に、珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素酸化窒化膜、珪素炭化膜、ポリシリコン膜、窒化チタン膜、酸化チタン膜、炭化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、又は酸化ハフニウム膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜上に炭化水素膜材料を用いて炭化水素膜をスピンコートで形成し、該炭化水素膜上に珪素含有中間層膜材料を用いて珪素含有中間層膜を形成し、該珪素含有中間層膜上にレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して5層レジスト膜とし、前記レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記珪素含有中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された珪素含有中間層膜をマスクにして前記炭化水素膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された前記炭化水素膜をエッチングマスクにして前記無機ハードマスク中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された前記無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜にエッチングでパターンを転写し、更に、該パターンが転写されたレジスト下層膜を、マスクにして前記被加工基板にエッチングでパターンを形成するパターン形成方法を提供する。   The present invention also provides a method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein a resist underlayer film is formed on the substrate to be processed using the resist underlayer film material, and a silicon oxide film, silicon Forming an inorganic hard mask interlayer film selected from a nitride film, a silicon oxynitride film, a silicon carbide film, a polysilicon film, a titanium nitride film, a titanium oxide film, a titanium carbide film, a zirconium oxide film, or a hafnium oxide film, A hydrocarbon film is formed by spin coating using a hydrocarbon film material on the inorganic hard mask interlayer film, and a silicon-containing interlayer film is formed on the hydrocarbon film using a silicon-containing interlayer film material, A resist upper layer film is formed on the silicon-containing intermediate layer film using a resist upper layer film material to form a five-layer resist film. After exposing the pattern circuit region of the resist upper layer film, development is performed. A silicon-containing intermediate layer film in which a resist pattern is formed on the resist upper layer film, the pattern is transferred to the silicon-containing intermediate layer film by etching using the resist upper layer film on which the resist pattern is formed as a mask, and the pattern is transferred A pattern is transferred to the hydrocarbon film by etching using the mask as a mask, and the pattern is transferred to the inorganic hard mask intermediate layer film by using the hydrocarbon film to which the pattern is transferred as an etching mask. Using the inorganic hard mask intermediate layer film as a mask, a pattern is transferred to the resist underlayer film by etching. Further, using the resist underlayer film to which the pattern is transferred as a mask, the pattern is etched onto the substrate to be processed. A pattern forming method is provided.

埋め込み特性が良好で、アウトガスの発生が少なく、かつドライエッチング耐性及び耐熱性に優れた本発明のレジスト下層膜材料を用いてパターン形成を行うことにより、半導体装置等の製造工程における微細加工時の欠陥を大幅に低減することができる。   By performing pattern formation using the resist underlayer film material of the present invention, which has good embedding characteristics, little outgassing, and excellent dry etching resistance and heat resistance, it can be used for fine processing in the manufacturing process of semiconductor devices and the like. Defects can be greatly reduced.

またこのとき、前記無機ハードマスク中間層膜を、CVD法、ALD法、及びスパッタリング法のいずれかで形成することが好ましい。   At this time, the inorganic hard mask intermediate layer film is preferably formed by any one of a CVD method, an ALD method, and a sputtering method.

このような方法であれば、無機ハードマスク中間層膜の形成に好適である。   Such a method is suitable for forming an inorganic hard mask intermediate layer film.

またこのとき、前記レジスト上層膜材料として、珪素原子を含有するポリマーを含まないものを用いて、かつ、前記珪素含有中間層膜又は前記無機ハードマスク中間層膜をマスクにして行う前記レジスト下層膜のエッチングを、酸素ガス又は水素ガスを含有するエッチングガスを用いて行うことが好ましい。   Also, at this time, the resist underlayer film that is formed using a material that does not contain a silicon atom-containing polymer as the resist upper layer film material and that uses the silicon-containing intermediate layer film or the inorganic hard mask intermediate layer film as a mask. This etching is preferably performed using an etching gas containing oxygen gas or hydrogen gas.

このようにすることで、レジスト上層膜の除去と、レジスト下層膜のエッチングを同時に行うことができる。   By doing so, the removal of the resist upper layer film and the etching of the resist lower layer film can be performed simultaneously.

以上のように、本発明のレジスト下層膜材料であれば、埋め込み特性が良好で、アウトガスの発生が少なく、かつドライエッチング耐性と耐熱性に優れたレジスト下層膜を形成することができる。また、レジスト下層膜の膜厚均一性も向上させることができる。また、このようなレジスト下層膜材料を用いた本発明のパターン形成方法であれば、基板を十分に埋め込むことができ、かつアウトガスの発生を抑えることができるため、半導体装置等の製造工程における微細加工時の欠陥を大幅に低減することが可能となる。従って、本発明のレジスト下層膜及びパターン形成方法は、特に、共ピッチの細いトレンチパターンの埋め込みと、欠陥の発生源となるレジスト下層膜のベーク時のアウトガスの発生を抑えることが求められるFin−FET等の3次元デバイスの製造などに好適である。   As described above, with the resist underlayer film material of the present invention, it is possible to form a resist underlayer film having good embedding characteristics, less outgas generation, and excellent dry etching resistance and heat resistance. Also, the film thickness uniformity of the resist underlayer film can be improved. In addition, the pattern forming method of the present invention using such a resist underlayer film material can sufficiently embed a substrate and suppress the generation of outgas. Defects during processing can be greatly reduced. Therefore, the resist underlayer film and pattern forming method of the present invention are particularly required to suppress the occurrence of outgassing at the time of baking of the resist underlayer film, which is a source of defects, as well as embedding a trench pattern having a thin co-pitch. It is suitable for manufacturing a three-dimensional device such as an FET.

珪素含有中間層膜を用いた、本発明の3層プロセスのパターン形成方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the pattern formation method of the 3 layer process of this invention using a silicon containing intermediate | middle layer film. 無機ハードマスク中間層膜を用いた、本発明の3層プロセスのパターン形成方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the pattern formation method of the three-layer process of this invention using an inorganic hard mask intermediate | middle layer film. 本発明の4層プロセスのパターン形成方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the pattern formation method of the 4 layer process of this invention. 本発明の5層プロセスのパターン形成方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the pattern formation method of the 5 layer process of this invention.

上述のように、埋め込み特性が良好で、アウトガスの発生が少ないレジスト下層膜材料の開発が求められていた。埋め込み特性を向上させるにはレジスト下層膜材料にモノマー成分を添加することが有効である。ところがモノマー成分を添加すると、ベーク時にこのモノマー成分が蒸発してアウトガスとなり、ホットプレートの天板に付着する。この天板に付着したものが落下すると欠陥の原因となるため、埋め込み特性の向上性能とアウトガスの防止性能はトレードオフの関係になる。本発明者らは、埋め込み特性に優れ、かつアウトガスの発生が少ないレジスト下層膜材料を構築するために鋭意検討を重ね、段差基板側には埋め込みに必要なモノマー成分が多く、表層にはポリマー成分が多く分布するレジスト下層膜の構成が、埋め込み特性の向上とアウトガスの発生の抑制の両立に効果的であることに想到した。   As described above, there has been a demand for the development of a resist underlayer film material that has good embedding characteristics and generates less outgas. In order to improve the embedding characteristics, it is effective to add a monomer component to the resist underlayer film material. However, when a monomer component is added, the monomer component evaporates during baking to become outgas and adheres to the top plate of the hot plate. When the material attached to the top plate falls, it causes a defect, so that the performance of improving the embedding characteristic and the performance of preventing outgas have a trade-off relationship. The inventors of the present invention have made extensive studies in order to construct a resist underlayer film material having excellent embedding characteristics and generating less outgas, and there are many monomer components necessary for embedding on the stepped substrate side, and polymer components on the surface layer. It has been conceived that the structure of the resist underlayer film in which a large amount of is distributed is effective in improving both the embedding characteristics and suppressing the outgas generation.

本発明者らは、更に検討を重ね、一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと、一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂及び下記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体のいずれか又は両方をブレンドしたレジスト下層膜材料であれば、埋め込み特性を向上させるとともに、モノマー成分を多く含有する場合においてもアウトガスの発生を抑えることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have further studied, and an acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the general formula (1) and a novolac resin having a repeating unit represented by the general formula (2). And if it is a resist underlayer film material blended with either or both of the bisnaphthol derivatives represented by the following general formula (3), the embedding characteristics are improved and the generation of outgas is suppressed even when a large amount of monomer components are contained. As a result, the present invention has been completed.

即ち、本発明は、下記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと、下記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂及び下記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体のいずれか又は両方を含有するレジスト下層膜材料である。

Figure 0006404799
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(式中、R、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基である。Rは単結合、フェニレン基、又は炭素数1〜11のアルキレン基である。Rはフッ素原子であるか、少なくとも1個以上のフッ素原子を有する炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、又は炭素数6〜10のアリール基であり、これらがヒドロキシ基、アルコキシ基、アシル基、スルホキシド基、スルホン基、又はスルホンアミド基を有していてもよい。R、R、R12、R13は水素原子、酸不安定基、及びグリシジル基のいずれか、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基、アシル基、若しくはアルコキシカルボニル基である。R、Rは水素原子、ヒドロキシ基、及び炭素数1〜4のアルコキシ基のいずれか、又はヒドロキシ基、アルコキシ基、アシロキシ基、エーテル基、若しくはスルフィド基を有していてもよい炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、若しくは炭素数6〜10のアリール基である。R14、R15はR、Rと同様の基又はハロゲン原子である。R、R10、R16、R17は水素原子であるか、あるいはRとR10、R16とR17が結合して形成されるエーテル結合である。R11は水素原子、又はヒドロキシ基、アルコキシ基、アシロキシ基、エーテル基、スルフィド基、クロロ基、若しくはニトロ基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、若しくは炭素数6〜10のアリール基である。Xはフェニレン基、エーテル基、又はエステル基である。X、Xは単結合であるか、あるいはヒドロキシ基、カルボキシル基、エーテル基、若しくはラクトン環を有していてもよい炭素数1〜38の直鎖状、分岐状、又は環状の2価炭化水素基である。Xが2価炭化水素基の場合、R及びR10はX中の炭素原子と結合して形成されるエーテル結合であってもよく、Xが2価炭化水素基の場合、R16及びR17はX中の炭素原子と結合して形成されるエーテル結合であってもよい。a及びbは、0<a≦1.0、0≦b<1.0であるが、Rがフッ素原子を有さない場合は0<a<1.0、0<b<1.0である。cは1≦c≦6の整数であり、cが2以上の場合は、cの数だけRでRの水素原子が置換される。g、h、i、j、k、l、m、及びnは1又は2である。) That is, the present invention relates to an acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the following general formula (1), a novolak resin having a repeating unit represented by the following general formula (2), and the following general formula It is a resist underlayer film material containing either or both of the bisnaphthol derivative represented by the formula (3).
Figure 0006404799
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(In the formula, R 1 and R 2 are a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. R 3 is a single bond, a phenylene group, or an alkylene group having 1 to 11 carbon atoms. R 4 Is a fluorine atom, or a C1-C10 linear, branched or cyclic alkyl group having at least one fluorine atom, a C2-C10 alkenyl group, or a C6-C10 Which may have a hydroxy group, an alkoxy group, an acyl group, a sulfoxide group, a sulfone group, or a sulfonamide group, wherein R 5 , R 6 , R 12 , and R 13 are a hydrogen atom, acid labile groups, and one of a glycidyl group, or a straight, branched, or cyclic alkyl group, an acyl group, or alkoxycarbonyl .R 7, R 8 is a carbonyl group Any one of an elementary atom, a hydroxy group, and an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, or a straight chain having 1 to 10 carbon atoms which may have a hydroxy group, an alkoxy group, an acyloxy group, an ether group, or a sulfide group A branched, or cyclic alkyl group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms R 14 and R 15 are the same groups or halogen atoms as R 7 and R 8 R 9 , R 10 , R 16 and R 17 are hydrogen atoms, or are ether bonds formed by combining R 9 and R 10 , R 16 and R 17, and R 11 is a hydrogen atom. Or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a hydroxy group, an alkoxy group, an acyloxy group, an ether group, a sulfide group, a chloro group or a nitro group; Kenyir group, or an aryl group having a carbon number of 6 to 10 .X 1 is a phenylene group, an ether group, or an ester group .X 2, or X 3 is a single bond, or a hydroxy group, a carboxyl group, an ether Or a straight-chain, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 38 carbon atoms which may have a lactone ring, and when X 2 is a divalent hydrocarbon group, R 9 and R 10 may be an ether bond formed by bonding to a carbon atom in X 2 , and when X 3 is a divalent hydrocarbon group, R 16 and R 17 are bonded to a carbon atom in X 3. A and b are 0 <a ≦ 1.0 and 0 ≦ b <1.0, but when R 1 does not have a fluorine atom, 0 <a <1.0, 0 <b <1.0. c is an integer of 1 ≦ c ≦ 6, when c is 2 or more, the number of c hydrogen atoms in R 4 R 3 are substituted. g, h, i, j, k, l, m, and n are 1 or 2. )

以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto.

<レジスト下層膜材料>
本発明のレジスト下層膜材料は、上記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと、上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂及び下記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体のいずれか又は両方を含有するものである。このようなレジスト下層膜材料であれば、スピンコート中に上記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーが膜表面を覆う。このフッ素原子を含む層の存在によって、埋め込み特性を向上させるためのモノマー成分を含むレジスト下層膜材料を高温でベークした場合でも、アウトガスの発生を抑えることができる。
<Resist underlayer film material>
The resist underlayer film material of the present invention includes an acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the general formula (1) and a novolac resin having a repeating unit represented by the general formula (2). And any one or both of the bisnaphthol derivatives represented by the following general formula (3). In such a resist underlayer film material, the film surface is covered with an acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the general formula (1) in the spin coating. Owing to the presence of the layer containing fluorine atoms, generation of outgas can be suppressed even when a resist underlayer film material containing a monomer component for improving the embedding characteristics is baked at a high temperature.

また、レジスト下層膜上の珪素含有中間層膜(SOG膜)をフッ化水素酸水溶液で剥離する場合やTiN膜やBPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)膜をアルカリ性の剥離液SC(Standard Clean)1で剥離する場合のレジスト下層膜表面のダメージを防ぐためにも、レジスト下層膜表層にフッ素原子を含有する層が形成されていることは効果的である。これは、フッ素の撥水性によってフッ化水素酸水溶液やSC1のレジスト下層膜への浸透を防ぐことができるためである。   Further, when the silicon-containing intermediate layer film (SOG film) on the resist underlayer film is peeled off with a hydrofluoric acid aqueous solution, the TiN film or the BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass) film is formed with an alkaline stripping solution SC (Standard Clean) 1. In order to prevent damage to the resist underlayer film surface in the case of peeling, it is effective that a layer containing fluorine atoms is formed on the surface layer of the resist underlayer film. This is because permeation of the hydrofluoric acid aqueous solution or SC1 into the resist underlayer film can be prevented by the water repellency of fluorine.

また、レジスト下層膜の上にはスピンコートで形成される珪素含有中間層膜だけでなく、SiON膜やTiN膜等の反射防止膜とハードマスクを兼用した無機膜が形成される場合がある。SiON膜は反射防止効果に優れるだけでなく、スピンコートで形成された珪素含有中間層膜よりもドライエッチング耐性が高いという特徴を持つ。また、TiN膜はドライエッチング耐性が高いだけでなく、SC1等のアルカリ性の剥離液で剥離できるというメリットもある。これらのSiON膜やTiN膜を形成するときには300℃以上の基板温度が必要となるため、ドライエッチング耐性等が良好であっても耐熱性が不十分なレジスト下層膜は、このような無機膜を形成する方法に適用することができない。一方、本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜は十分な耐熱性を有するため、上記のように300℃以上の加熱が必要な無機膜を形成する場合にも好適に用いることができる。   In addition to the silicon-containing intermediate layer film formed by spin coating, an inorganic film that combines an antireflection film such as a SiON film or a TiN film and a hard mask may be formed on the resist underlayer film. The SiON film has not only an excellent antireflection effect, but also has a feature of higher dry etching resistance than a silicon-containing intermediate layer film formed by spin coating. In addition, the TiN film has not only high dry etching resistance, but also has an advantage that it can be stripped with an alkaline stripping solution such as SC1. When these SiON films and TiN films are formed, a substrate temperature of 300 ° C. or higher is required. Therefore, a resist underlayer film having insufficient heat resistance even with good dry etching resistance or the like is made of such an inorganic film. It cannot be applied to the forming method. On the other hand, since the resist underlayer film formed using the resist underlayer film material of the present invention has sufficient heat resistance, it can be suitably used when forming an inorganic film that requires heating at 300 ° C. or higher as described above. Can do.

また、例えばホールパターンが形成されている段差基板上に下層膜溶液を塗布した場合、塗布直後はホールの底には空隙が存在しており、高温ベーク後にホールの底への埋め込みが行われる。このことは、ベーク中に樹脂の流動が起き、樹脂がホールの底に埋め込まれ、空隙はボイドとなって下層膜表面方向に移動して消失することを示している。   For example, when the lower layer film solution is applied onto a stepped substrate on which a hole pattern is formed, a void exists at the bottom of the hole immediately after the application, and the hole is buried after high temperature baking. This indicates that the resin flows during baking, the resin is buried in the bottom of the hole, and the voids become voids that move toward the surface of the lower layer film and disappear.

通常、樹脂を含有する溶液を500rpm以下の低速で回転させ、その後ベークによって溶剤を蒸発させると不均一な膜厚となる。一方、700rpm以上の回転でスピンコートした場合は膜厚の不均一現象は起こらない。低速回転スピンコート後のベークで膜厚が不均一になる現象はマランゴニ効果による。   Usually, when the solution containing the resin is rotated at a low speed of 500 rpm or less and then the solvent is evaporated by baking, the film thickness becomes nonuniform. On the other hand, when spin coating is performed at a rotation of 700 rpm or more, the film thickness non-uniformity does not occur. The phenomenon that the film thickness becomes non-uniform by baking after low-speed spin coating is due to the Marangoni effect.

同様のマランゴニ効果は、下層膜樹脂の高温ベーク時にも起こっていると考えられる。モノマーだけから構成される樹脂材料を使用した場合に、コート後にウェハーエッジからのプルバック現象や、膜厚が不均一化する現象が起こることは、マランゴニ効果から説明できる。高温物質は表面張力が低く、これが膜表面に移動し温度が下がることによって表面張力が高くなる。一般的には表面張力が低い材料が膜表面を覆う方がエネルギー的には安定であるが、マランゴニ効果では逆であるためにエネルギー的に不安定となり、膜厚の不均一が生じるのである。   The same Marangoni effect is considered to occur even when the lower layer resin is baked at high temperature. It can be explained from the Marangoni effect that when a resin material composed only of a monomer is used, a pullback phenomenon from the wafer edge after coating or a phenomenon in which the film thickness becomes non-uniform occurs. The high temperature material has a low surface tension, and the surface tension increases as the temperature moves to the film surface and the temperature decreases. In general, it is more stable in terms of energy when a material having a low surface tension covers the surface of the film. However, since the Marangoni effect is reversed, the material becomes unstable and the film thickness becomes non-uniform.

これに対し、本発明のレジスト下層膜材料は、フッ素を含有する表面張力が低い材料(即ち、一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマー)を含有するものであるため、この表面張力が低い材料によって膜表面が覆われ、マランゴニ効果による不安定性を解消することができる。即ち、膜厚均一性も向上させることができる。   On the other hand, the resist underlayer film material of the present invention contains a material having a low surface tension containing fluorine (that is, an acrylonitrile polymer having a repeating unit represented by the general formula (1)). The film surface is covered with a material having a low tension, and instability due to the Marangoni effect can be eliminated. That is, the film thickness uniformity can also be improved.

[アクリロニトリルポリマー]
アクリロニトリルポリマーは、炭素繊維の原料として知られている。アクリロニトリルポリマーを無酸素雰囲気下で1,000℃以上の高温で加熱することによって、ベンゼン環の集合体の炭素繊維が形成される。500℃付近の加熱によっても環が形成され、炭素繊維程の強度はないものの、炭素繊維の前駆体となる高強度な繊維材料が形成されることが知られている。
[Acrylonitrile polymer]
Acrylonitrile polymer is known as a raw material for carbon fiber. By heating the acrylonitrile polymer at a high temperature of 1,000 ° C. or higher in an oxygen-free atmosphere, carbon fibers in an aggregate of benzene rings are formed. It is known that a ring is formed even by heating near 500 ° C. and a high-strength fiber material that forms a carbon fiber precursor is formed although the strength is not as high as that of carbon fiber.

本発明のレジスト下層膜材料に含まれる上記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーは、コート時にレジスト下層膜の表面に移動して樹脂層を形成し、フッ素原子を含む層となる。この膜表面を覆った1個以上のフッ素原子を有するアクリロニトリルポリマーは、300℃以上の加熱によって環化して、更に剛直な膜となり、アウトガスを抑える効果が高まり、またドライエッチング時にラインパターンの撚れを抑える効果も得られる。   The acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the general formula (1) contained in the resist underlayer film material of the present invention moves to the surface of the resist underlayer film at the time of coating to form a resin layer. It forms and becomes a layer containing a fluorine atom. The acrylonitrile polymer having one or more fluorine atoms covering the surface of the film is cyclized by heating at 300 ° C. or more to become a more rigid film, which increases the effect of suppressing outgassing, and twists the line pattern during dry etching. The effect which suppresses is also acquired.

上記一般式(1)中の繰り返し単位aを得るためのモノマーとしては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、2−フルオロアクリロニトリル、3−フルオロアクリロニトリル、2−(トリフルオロメチル)アクリロニトリル、3−(トリフルオロメチル)アクリロニトリル等を例示できる。   As the monomer for obtaining the repeating unit a in the general formula (1), acrylonitrile, methacrylonitrile, 2-fluoroacrylonitrile, 3-fluoroacrylonitrile, 2- (trifluoromethyl) acrylonitrile, 3- (trifluoromethyl) ) Acrylonitrile can be exemplified.

上記一般式(1)中の繰り返し単位bを得るためのモノマーとしては、具体的には下記のものを例示できる。   Specific examples of the monomer for obtaining the repeating unit b in the general formula (1) include the following.

Figure 0006404799
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また、レジスト下層膜表面に配向する上記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーの合成方法としては、繰り返し単位a、bを与えるモノマーを、有機溶剤中において、ラジカル重合開始剤を加えて加熱重合させることで共重合体の高分子化合物を得るという方法を例示できる。   Further, as a method for synthesizing an acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the general formula (1) oriented on the resist underlayer film surface, a monomer that gives the repeating units a and b is an organic compound. An example is a method in which a polymer compound of a copolymer is obtained by adding a radical polymerization initiator in a solvent and performing heat polymerization.

このとき、上記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーを重合させる際に使用する有機溶剤としては、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン等を例示できる。重合開始剤としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、ベンゾイルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等が例示できる。また、上記のアクリロニトリルポリマーの重合温度としては、50〜80℃が好ましい。また、反応時間としては2〜100時間が好ましく、更に好ましくは5〜20時間である。   At this time, as an organic solvent used when polymerizing an acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the general formula (1), toluene, benzene, tetrahydrofuran, diethyl ether, dioxane, etc. Can be illustrated. As polymerization initiators, 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl 2,2-azobis (2-methylpropionate) ), Benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, and the like. Moreover, as polymerization temperature of said acrylonitrile polymer, 50-80 degreeC is preferable. The reaction time is preferably 2 to 100 hours, more preferably 5 to 20 hours.

[ノボラック樹脂及びビスナフトール誘導体]
本発明のレジスト下層膜材料は、上記の一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーを必須とし、更に一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂と一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体のうちいずれか一方、又はこれらの両方を含むものである。即ち、一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂を含み、一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体を含まないものとしてもよいし、一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体を含み、一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂を含まないものとしてもよいし、一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂と一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体の3種をすべて含むものとしてもよい。
[Novolac resin and bisnaphthol derivatives]
The resist underlayer film material of the present invention essentially comprises an acrylonitrile polymer having a repeating unit represented by the general formula (1), and a novolak resin having a repeating unit represented by the general formula (2) and the general formula (3). Any one of the bisnaphthol derivatives shown by these, or both of these is included. That is, it includes an acrylonitrile polymer having a repeating unit represented by the general formula (1) and a novolak resin having a repeating unit represented by the general formula (2), and does not include a bisnaphthol derivative represented by the general formula (3). The acrylonitrile polymer having the repeating unit represented by the general formula (1) and the bisnaphthol derivative represented by the general formula (3) are included, and the novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2) is not included. The acrylonitrile polymer having the repeating unit represented by the general formula (1), the novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2), and the bisnaphthol derivative represented by the general formula (3) may be used. May be included.

本発明のレジスト下層膜材料を、上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂を含むものとすることで、ArFエキシマレーザーの波長193nmにおける吸収が比較的小さいナフタレン環によって、レジスト下層膜からの反射を抑えることができ、更に縮合芳香族環であるため、ドライエッチング耐性も高めることができる。   When the resist underlayer film material of the present invention includes a novolak resin having a repeating unit represented by the general formula (2), the resist underlayer film is separated from the resist underlayer film by a naphthalene ring having a relatively small absorption at a wavelength of 193 nm of an ArF excimer laser. Since the condensed aromatic ring is used, the dry etching resistance can be enhanced.

本発明のレジスト下層膜材料に含まれる上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂は、フッ素原子を有さないアルデヒド誘導体とフッ素原子を有さない置換又は非置換のビスナフトール誘導体の縮合物であることが好ましい。本発明のレジスト下層膜材料に使用されるノボラック樹脂としては、このような縮合物を好適に用いることができる。   The novolak resin having a repeating unit represented by the above general formula (2) contained in the resist underlayer film material of the present invention includes an aldehyde derivative having no fluorine atom and a substituted or unsubstituted bisnaphthol derivative having no fluorine atom The condensate is preferable. As the novolak resin used for the resist underlayer film material of the present invention, such a condensate can be suitably used.

一方、本発明のレジスト下層膜材料を、上記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体をモノマー成分として含むものとすることで、段差基板での埋め込み特性が更に向上する。通常、このようなモノマー成分の添加によって、ベーク中のアウトガスの発生が多くなるが、本発明のレジスト下層膜材料では、上記のように、上記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーが、コート時にレジスト下層膜の表面に移動し、このアクリロニトリルポリマーが多く含まれる樹脂層がレジスト下層膜の表面に形成される。レジスト下層膜表面がこのフッ素原子を含有するアクリロニトリルポリマーの樹脂層によって覆われることによって、モノマー成分を含む場合においても、ベーク中にモノマー成分がレジスト下層膜表面から蒸発してアウトガスとなることを抑えることができる。これは、アウトガスの発生を抑えて埋め込み特性を向上させるための有効な手段である。   On the other hand, when the resist underlayer film material of the present invention contains a bisnaphthol derivative represented by the above general formula (3) as a monomer component, the embedding property on the stepped substrate is further improved. Usually, the addition of such a monomer component increases the generation of outgas during baking. However, in the resist underlayer film material of the present invention, as described above, at least one or more of the general formula (1) is used. The acrylonitrile polymer having a repeating unit containing a fluorine atom moves to the surface of the resist underlayer film at the time of coating, and a resin layer containing a large amount of this acrylonitrile polymer is formed on the surface of the resist underlayer film. By covering the surface of the resist underlayer film with the acrylonitrile polymer resin layer containing fluorine atoms, the monomer component is prevented from evaporating from the surface of the resist underlayer film during baking and becoming outgas even when the monomer component is included. be able to. This is an effective means for improving the embedding characteristics by suppressing the generation of outgas.

なお、本発明のレジスト下層膜材料は、一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂と一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体の3種をすべて含むものとすることが好ましい。   The resist underlayer film material of the present invention includes an acrylonitrile polymer having a repeating unit represented by the general formula (1), a novolak resin having a repeating unit represented by the general formula (2), and a bis represented by the general formula (3). It is preferable to include all three types of naphthol derivatives.

このように、一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマー、一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂、一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体の3種をすべて含むものとすることで、埋め込み特性の向上と、アウトガスの低減を更にバランスよく達成することができる。   Thus, all three types of acrylonitrile polymer having a repeating unit represented by the general formula (1), a novolak resin having a repeating unit represented by the general formula (2), and a bisnaphthol derivative represented by the general formula (3) are used. By including, the improvement of the embedding characteristic and the reduction of outgas can be achieved in a more balanced manner.

上記一般式中のX及びXで示される炭素数1〜38の直鎖状、分岐状、若しくは環状の2価炭化水素基としては、より具体的には、炭素数1〜38の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキレン基、アリーレン基、及びアラルキレン基等を例示できる。 More specifically, the straight-chain, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 38 carbon atoms represented by X 2 and X 3 in the above general formula is a straight chain having 1 to 38 carbon atoms. Examples include chain, branched, or cyclic alkylene groups, arylene groups, and aralkylene groups.

上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂を得るためのモノマーとして用いることができるビスナフトール誘導体としては、具体的には下記のものを例示できる。また、上記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体としても、下記のものを用いることができる。   Specific examples of the bisnaphthol derivative that can be used as a monomer for obtaining the novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2) include the following. Moreover, the following can be used also as a bisnaphthol derivative shown by the said General formula (3).

Figure 0006404799
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ここで、R25はR、R12を示し、R26はR、R13を示す。また、上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂を得るためのビスナフトール誘導体と、埋め込み特性を向上させるために加える上記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体は、同一でも非同一でも構わない。 Here, R 25 represents R 5 and R 12 , and R 26 represents R 6 and R 13 . In addition, the bisnaphthol derivative for obtaining the novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2) and the bisnaphthol derivative represented by the general formula (3) added for improving the embedding property may be the same. They may be non-identical.

ここで、R、R、R12、R13が酸不安定基の場合、これらは同一でも非同一でもよく、特に下記式(A−1)〜(A−3)で示される基等を例示できる。 Here, when R 5 , R 6 , R 12 , and R 13 are acid labile groups, these may be the same or non-identical, particularly groups represented by the following formulas (A-1) to (A-3), etc. Can be illustrated.

Figure 0006404799
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上記式(A−1)において、RL30は、炭素数4〜20、好ましくは4〜15の三級アルキル基、炭素数1〜6のアルキル基を有するトリアルキルシリル基、炭素数4〜20のオキソアルキル基、又は上記一般式(A−3)で示される置換基である。三級アルキル基として具体的には、tert−ブチル基、tert−アミル基、1,1−ジエチルプロピル基、1−エチルシクロペンチル基、1−ブチルシクロペンチル基、1−エチルシクロヘキシル基、1−ブチルシクロヘキシル基、1−エチル−2−シクロペンテニル基、1−エチル−2−シクロヘキセニル基、2−メチル−2−アダマンチル基等が例示でき、トリアルキルシリル基として具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチル−tert−ブチルシリル基等が例示でき、オキソアルキル基として具体的には、3−オキソシクロヘキシル基、4−メチル−2−オキソオキサン−4−イル基、5−メチル−2−オキソオキソラン−5−イル基等を例示できる。A1は0〜6の整数である。 In the above formula (A-1), R L30 is a tertiary alkyl group having 4 to 20 carbon atoms, preferably 4 to 15 carbon atoms, a trialkylsilyl group having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or 4 to 20 carbon atoms. Or a substituent represented by the above general formula (A-3). Specific examples of the tertiary alkyl group include tert-butyl group, tert-amyl group, 1,1-diethylpropyl group, 1-ethylcyclopentyl group, 1-butylcyclopentyl group, 1-ethylcyclohexyl group, 1-butylcyclohexyl. Group, 1-ethyl-2-cyclopentenyl group, 1-ethyl-2-cyclohexenyl group, 2-methyl-2-adamantyl group and the like. Specific examples of the trialkylsilyl group include trimethylsilyl group, triethylsilyl group, and the like. Group, dimethyl-tert-butylsilyl group and the like. Specific examples of the oxoalkyl group include 3-oxocyclohexyl group, 4-methyl-2-oxoxan-4-yl group, 5-methyl-2-oxooxolane. A -5-yl group etc. can be illustrated. A1 is an integer of 0-6.

上記式(A−1)で示される酸不安定基としては、具体的にはtert−ブトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニルメチル基、tert−アミロキシカルボニル基、tert−アミロキシカルボニルメチル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニル基、1,1−ジエチルプロピルオキシカルボニルメチル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニル基、1−エチルシクロペンチルオキシカルボニルメチル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニル基、1−エチル−2−シクロペンテニルオキシカルボニルメチル基、1−エトキシエトキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロピラニルオキシカルボニルメチル基、2−テトラヒドロフラニルオキシカルボニルメチル基等が例示できる。   Specific examples of the acid labile group represented by the formula (A-1) include tert-butoxycarbonyl group, tert-butoxycarbonylmethyl group, tert-amyloxycarbonyl group, tert-amyloxycarbonylmethyl group, 1 1,1-diethylpropyloxycarbonyl group, 1,1-diethylpropyloxycarbonylmethyl group, 1-ethylcyclopentyloxycarbonyl group, 1-ethylcyclopentyloxycarbonylmethyl group, 1-ethyl-2-cyclopentenyloxycarbonyl group, 1 Examples include -ethyl-2-cyclopentenyloxycarbonylmethyl group, 1-ethoxyethoxycarbonylmethyl group, 2-tetrahydropyranyloxycarbonylmethyl group, 2-tetrahydrofuranyloxycarbonylmethyl group and the like.

更に、三級アルキル基としては、下記に示す式(A−1)−1〜(A−1)−10で示される置換基を挙げることもできる。

Figure 0006404799
Further, examples of the tertiary alkyl group include substituents represented by the following formulas (A-1) -1 to (A-1) -10.
Figure 0006404799

ここで、RL37は互いに同一又は異種の炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基又は炭素数6〜17のアリール基であり、RL38は水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基である。また、RL39は、互いに同一又は異種の炭素数2〜10の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基である。A1は前述の通りである。 Here, R L37 is the same or different from each other, a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 17 carbon atoms, and R L38 is a hydrogen atom or 1 carbon atom. 10 to 10 linear, branched, or cyclic alkyl groups. R L39 is a linear, branched, or cyclic alkyl group having 6 to 20 carbon atoms or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms that is the same or different from each other. A1 is as described above.

上記式(A−2)において、RL31、RL32は水素原子又は炭素数1〜18、好ましくは1〜10の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基である。具体的にはメチル基、エチル基、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、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基等を例示できる。RL33は、炭素数1〜18、好ましくは炭素数1〜10の酸素原子等のヘテロ原子を有してもよい1価の炭化水素基であり、特には直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基、及びこれらの水素原子の一部がヒドロキシ基、アルコキシ基、オキソ基、アミノ基、アルキルアミノ基等に置換されたものを例示でき、具体的には下記の置換アルキル基等を例示できる。 In the above formula (A-2), R L31 and R L32 are a hydrogen atom or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a 2-ethylhexyl group, and an n-octyl group. . R L33 is a monovalent hydrocarbon group which may have a hetero atom such as an oxygen atom having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, and is particularly linear, branched or cyclic. And a group in which some of these hydrogen atoms are substituted with a hydroxy group, an alkoxy group, an oxo group, an amino group, an alkylamino group, etc., specifically, the following substituted alkyl groups are exemplified. it can.

Figure 0006404799
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L31とRL32、RL31とRL33、RL32とRL33とは結合して、これらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよく、環を形成する場合には環の形成に関与するRL31、RL32、RL33はそれぞれ炭素数1〜18、好ましくは炭素数1〜10の直鎖状又は分岐状のアルキレン基である。環としては、炭素数3〜10が好ましく、特に炭素数4〜10が好ましい。 R L31 and R L32 , R L31 and R L33 , R L32 and R L33 may be combined to form a ring with the carbon atom to which they are bonded, and if a ring is formed, it is involved in the formation of the ring R L31 , R L32 and R L33 are each a linear or branched alkylene group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms. As a ring, C3-C10 is preferable and C4-C10 is especially preferable.

上記式(A−2)で示される酸不安定基のうち、直鎖状又は分岐状のものとしては、下記式(A−2)−1〜(A−2)−69のものを例示することができる。   Of the acid labile groups represented by the above formula (A-2), examples of the linear or branched groups include those of the following formulas (A-2) -1 to (A-2) -69. be able to.

Figure 0006404799
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上記式(A−2)で示される酸不安定基のうち、環状のものとしては、テトラヒドロフラン−2−イル基、2−メチルテトラヒドロフラン−2−イル基、テトラヒドロピラン−2−イル基、2−メチルテトラヒドロピラン−2−イル基等を例示できる。   Among the acid labile groups represented by the above formula (A-2), the cyclic ones include tetrahydrofuran-2-yl group, 2-methyltetrahydrofuran-2-yl group, tetrahydropyran-2-yl group, 2- Examples thereof include a methyltetrahydropyran-2-yl group.

また、下記一般式(A−2a)あるいは(A−2b)で表される酸不安定基によって、ベース樹脂である上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂が、分子間あるいは分子内で架橋されていてもよい。

Figure 0006404799
Moreover, the novolak resin which has a repeating unit shown by the said General formula (2) which is a base resin by the acid labile group represented by the following general formula (A-2a) or (A-2b) is intermolecular or It may be crosslinked in the molecule.
Figure 0006404799

上記式中、RL40、RL41は水素原子又は炭素数1〜8の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基であるか、あるいはRL40とRL41は結合してこれらが結合する炭素原子と共に環を形成してもよい。環を形成する場合にはRL40、RL41は炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状のアルキレン基である。RL42は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキレン基である。B1、D1は0又は1〜10、好ましくは0又は1〜5の整数である。また、C1は1〜7、好ましくは1〜3の整数である。 In the above formula, R L40 and R L41 are a hydrogen atom or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or R L40 and R L41 are bonded to each other and bonded to each other. You may form a ring with an atom. In the case of forming a ring, R L40 and R L41 are linear or branched alkylene groups having 1 to 8 carbon atoms. R L42 is a linear, branched or cyclic alkylene group having 1 to 10 carbon atoms. B1 and D1 are 0 or an integer of 1 to 10, preferably 0 or 1 to 5. C1 is an integer of 1 to 7, preferably 1 to 3.

上記式中、Aは(C1+1)価の炭素数1〜50の脂肪族若しくは脂環式飽和炭化水素基、芳香族炭化水素基、又はヘテロ環基であり、これらの基にはヘテロ原子が介在してもよく、これらの基の炭素原子に結合する水素原子の一部がヒドロキシ基、カルボキシル基、カルボニル基、又はフッ素原子によって置換されていてもよい。また、Aは好ましくは、2〜4価の炭素数1〜20の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキレン基、アルキルトリイル基、アルキルテトライル基、又は炭素数6〜30のアリーレン基であり、これらの基にはヘテロ原子が介在していてもよい。また、これらの基の炭素原子に結合する水素原子の一部がヒドロキシ基、カルボキシル基、アシル基、又はハロゲン原子によって置換されていてもよい。また、Bは−CO−O−、−NHCO−O−、又は−NHCONH−で示される基である。   In the above formula, A is a (C1 + 1) -valent aliphatic or alicyclic saturated hydrocarbon group, aromatic hydrocarbon group, or heterocyclic group having 1 to 50 carbon atoms, and these groups contain a heteroatom. Alternatively, part of the hydrogen atoms bonded to the carbon atoms of these groups may be substituted with a hydroxy group, a carboxyl group, a carbonyl group, or a fluorine atom. A is preferably a divalent to tetravalent C1-C20 linear, branched, or cyclic alkylene group, an alkyltriyl group, an alkyltetrayl group, or an arylene group having 6 to 30 carbon atoms. In these groups, a hetero atom may be interposed. Further, a part of hydrogen atoms bonded to carbon atoms of these groups may be substituted with a hydroxy group, a carboxyl group, an acyl group, or a halogen atom. B is a group represented by -CO-O-, -NHCO-O-, or -NHCONH-.

上記一般式(A−2a)、(A−2b)で示される架橋型アセタール基として、具体的には下記式(A−2)−70〜(A−2)−77のものを例示できる。

Figure 0006404799
Specific examples of the crosslinked acetal groups represented by the general formulas (A-2a) and (A-2b) include those represented by the following formulas (A-2) -70 to (A-2) -77.
Figure 0006404799

次に、上記式(A−3)においてRL34、RL35、RL36は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基等の1価の炭化水素基又は炭素数2〜20の直鎖状、分岐状、又は環状のアルケニル基である。また、これらの基は酸素、硫黄、窒素、フッ素等のヘテロ原子を含んでもよく、RL34とRL35、RL34とRL36、RL35とRL36とは互いに結合してこれらが結合する炭素原子と共に、炭素数3〜20の脂環を形成してもよい。 Next, in the above formula (A-3), R L34 , R L35 , and R L36 each represent a monovalent hydrocarbon group such as a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or 2 carbon atoms. -20 linear, branched, or cyclic alkenyl groups. In addition, these groups may contain hetero atoms such as oxygen, sulfur, nitrogen and fluorine, and R L34 and R L35 , R L34 and R L36 , R L35 and R L36 are bonded to each other, and carbons to which these are bonded. You may form a C3-C20 alicyclic with an atom.

上記式(A−3)で示される三級アルキル基としては、tert−ブチル基、トリエチルカルビル基、1−エチルノルボニル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロペンチル基、2−(2−メチル)アダマンチル基、2−(2−エチル)アダマンチル基、tert−アミル基等を例示できる。   The tertiary alkyl group represented by the above formula (A-3) includes a tert-butyl group, triethylcarbyl group, 1-ethylnorbornyl group, 1-methylcyclohexyl group, 1-ethylcyclopentyl group, 2- (2 -Methyl) adamantyl group, 2- (2-ethyl) adamantyl group, tert-amyl group and the like.

更に、三級アルキル基として、下記に示す式(A−3)−1〜(A−3)−18を具体的に例示できる。

Figure 0006404799
Furthermore, specific examples of the tertiary alkyl group include the following formulas (A-3) -1 to (A-3) -18.
Figure 0006404799

上記式(A−3)−1〜(A−3)−18中、RL43は同一又は異種の炭素数1〜8の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基、又は炭素数6〜20のフェニル基等のアリール基である。RL44、RL46は水素原子又は炭素数1〜20の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキル基である。RL45は炭素数6〜20のフェニル基等のアリール基である。 In the above formulas (A-3) -1 to (A-3) -18, R L43 is the same or different linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or 6 to 6 carbon atoms. An aryl group such as 20 phenyl groups. R L44 and R L46 are a hydrogen atom or a linear, branched, or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. R L45 is an aryl group such as a phenyl group having 6 to 20 carbon atoms.

更に、下記式(A−3)−19、(A−3)−20に示すように、2価以上のアルキレン基、アリーレン基であるRL47を含み、ポリマーの分子内あるいは分子間が架橋されていてもよい。E1は0〜8、好ましくは0〜6の整数である。

Figure 0006404799
Furthermore, as shown in the following formulas (A-3) -19 and (A-3) -20, it contains RL47 which is a divalent or higher valent alkylene group and an arylene group, and the polymer is intermolecular or intermolecularly crosslinked. It may be. E1 is an integer of 0 to 8, preferably 0 to 6.
Figure 0006404799

また、上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂は、上述のビスナフトール誘導体以外のモノマーと共縮合されたものであってもよい。共縮合に使用できるモノマーとしては具体的には、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−ジメチルフェノール、2,5−ジメチルフェノール、3,4−ジメチルフェノール、3,5−ジメチルフェノール、2,4−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、2−tert−ブチルフェノール、3−tert−ブチルフェノール、4−tert−ブチルフェノール、2−フェニルフェノール、3−フェニルフェノール、4−フェニルフェノール、3,5−ジフェニルフェノール、2−ナフチルフェノール、3−ナフチルフェノール、4−ナフチルフェノール、4−トリチルフェノール、レゾルシノール、2−メチルレゾルシノール、4−メチルレゾルシノール、5−メチルレゾルシノール、カテコール、4−tert−ブチルカテコール、2−メトキシフェノール、3−メトキシフェノール、2−プロピルフェノール、3−プロピルフェノール、4−プロピルフェノール、2−イソプロピルフェノール、3−イソプロピルフェノール、4−イソプロピルフェノール、2−メトキシ−5−メチルフェノール、2−tert−ブチル−5−メチルフェノール、ピロガロール、チモール、イソチモール、4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジメチル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジアリル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジフルオロ−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジフェニル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジメトキシ−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、3,3,3’,3’−テトラメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、3,3,3’,3’,4,4’−ヘキサメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−5,5’−ジオール、5,5’−ジメチル−3,3,3’,3’−テトラメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、1,2−ジヒドロキシナフタレン、1,3−ジヒドロキシナフタレン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、1,8−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン、2,4−ジヒドロキシナフタレン、2,5−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、2,8−ジヒドロキシナフタレン、1−ナフトール、2−ナフトール、2−メチル−1−ナフトール、4−メトキシ−1−ナフトール、7−メトキシ−2−ナフトール、6−メトキシ−2−ナフトール、3−メトキシ−2−ナフトール、1,4−ジメトキシナフタレン、1,5−ジメトキシナフタレン、1,6−ジメトキシナフタレン、1,7−ジメトキシナフタレン、1,8−ジメトキシナフタレン、2,3−ジメトキシナフタレン、2,6−ジメトキシナフタレン、2,7−ジメトキシナフタレン、3−ヒドロキシ−ナフタレン−2−カルボン酸メチル、ナフタレン、1−メチルナフタレン、2−メチルナフタレン、1,2−ジメチルナフタレン、1,3−ジメチルナフタレン、1,4−ジメチルナフタレン、1,5−ジメチルナフタレン、1,6−ジメチルナフタレン、1,7−ジメチルナフタレン、1,8−ジメチルナフタレン、2,3−ジメチルナフタレン、2,6−ジメチルナフタレン、2,7−ジメチルナフタレン、1−エチルナフタレン、2−エチルナフタレン、1−プロピルナフタレン、2−プロピルナフタレン、1−ブチルナフタレン、2−ブチルナフタレン、1−フェニルナフタレン、1−シクロヘキシルナフタレン、1−シクロペンチルナフタレン、インデン、ヒドロキシアントラセン、アセナフチレン、アセナフテン、ビフェニル、ビスフェノール、トリスフェノール、ジシクロペンタジエン、1,5−ジメチルナフタレン、置換又は非置換のフェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレイン、4−フルオロフェノール、3−フルオロフェノール、2−フルオロフェノール、4−トリフルオロメチルフェノール、2,3−ジフルオロフェノール、2,4−ジフルオロフェノール、2,5−ジフルオロフェノール、2,6−ジフルオロフェノール、3,4−ジフルオロフェノール、3,5−ジフルオロフェノール、2,3,4−トリフルオロフェノール、2,3,6−トリフルオロフェノール、3,4,5−トリフルオロフェノール、4−トリフルオロメトキシフェノール、3−トリフルオロメトキシフェノール、2−トリフルオロメトキシフェノール、4−トリフルオロメチルチオフェノール、3−トリフルオロメチルチオフェノール、2−トリフルオロメチルチオフェノール、2,3−ジトリフルオロフェノール、2,4−ジトリフルオロフェノール、2,5−ジトリフルオロフェノール、2,6−ジトリフルオロフェノール、3,4−ジトリフルオロフェノール、3,5−ジトリフルオロフェノール、ペンタフルオロフェノール、3−トリフルオロメチルフェノール、2−トリフルオロメチルフェノール、4―(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール)フェノール、3―(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール)フェノール、3,5―ジ(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール)フェノール等を例示できる。   Further, the novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2) may be co-condensed with a monomer other than the above-described bisnaphthol derivative. Specific examples of monomers that can be used in the cocondensation include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 3,4-dimethylphenol, 3, 5-dimethylphenol, 2,4-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, 2,3,5-trimethylphenol, 3,4,5-trimethylphenol, 2-tert-butylphenol, 3-tert-butylphenol, 4 -Tert-butylphenol, 2-phenylphenol, 3-phenylphenol, 4-phenylphenol, 3,5-diphenylphenol, 2-naphthylphenol, 3-naphthylphenol, 4-naphthylphenol, 4-tritylphenol, resorcinol, 2 -Methyl reso Sinol, 4-methylresorcinol, 5-methylresorcinol, catechol, 4-tert-butylcatechol, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 2-propylphenol, 3-propylphenol, 4-propylphenol, 2-isopropylphenol 3-isopropylphenol, 4-isopropylphenol, 2-methoxy-5-methylphenol, 2-tert-butyl-5-methylphenol, pyrogallol, thymol, isothymol, 4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene ) Bisphenol, 2,2′dimethyl-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′diallyl-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2 'Difluoro- , 4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′diphenyl-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′dimethoxy-4,4 ′-(9H -Fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,3,2 ', 3'-tetrahydro- (1,1')-spirobiindene-6,6'-diol, 3,3,3 ', 3'-tetra Methyl-2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-6,6′-diol, 3,3,3 ′, 3 ′, 4,4′-hexamethyl-2 , 3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-6,6′-diol, 2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobi Indene-5,5′-diol, 5,5′-dimethyl-3,3 , 3 ′, 3′-tetramethyl-2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-6,6′-diol, 1,2-dihydroxynaphthalene, 1,3 -Dihydroxynaphthalene, 1,4-dihydroxynaphthalene, 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,6-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, 1,8-dihydroxynaphthalene, 2,3-dihydroxynaphthalene, 2,4- Dihydroxynaphthalene, 2,5-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, 2,7-dihydroxynaphthalene, 2,8-dihydroxynaphthalene, 1-naphthol, 2-naphthol, 2-methyl-1-naphthol, 4-methoxy -1-naphthol, 7-methoxy-2-naphthol, 6-methoxy-2 Naphthol, 3-methoxy-2-naphthol, 1,4-dimethoxynaphthalene, 1,5-dimethoxynaphthalene, 1,6-dimethoxynaphthalene, 1,7-dimethoxynaphthalene, 1,8-dimethoxynaphthalene, 2,3-dimethoxy Naphthalene, 2,6-dimethoxynaphthalene, 2,7-dimethoxynaphthalene, methyl 3-hydroxy-naphthalene-2-carboxylate, naphthalene, 1-methylnaphthalene, 2-methylnaphthalene, 1,2-dimethylnaphthalene, 1,3 -Dimethylnaphthalene, 1,4-dimethylnaphthalene, 1,5-dimethylnaphthalene, 1,6-dimethylnaphthalene, 1,7-dimethylnaphthalene, 1,8-dimethylnaphthalene, 2,3-dimethylnaphthalene, 2,6- Dimethylnaphthalene, 2,7-dimethylnaphthalene 1-ethylnaphthalene, 2-ethylnaphthalene, 1-propylnaphthalene, 2-propylnaphthalene, 1-butylnaphthalene, 2-butylnaphthalene, 1-phenylnaphthalene, 1-cyclohexylnaphthalene, 1-cyclopentylnaphthalene, indene, hydroxyanthracene , Acenaphthylene, acenaphthene, biphenyl, bisphenol, trisphenol, dicyclopentadiene, 1,5-dimethylnaphthalene, substituted or unsubstituted phenolphthalein, phenol red, cresolphthalein, cresol red, thymolphthalein, 4-fluorophenol , 3-fluorophenol, 2-fluorophenol, 4-trifluoromethylphenol, 2,3-difluorophenol, 2,4-difluorophenol, 2 , 5-difluorophenol, 2,6-difluorophenol, 3,4-difluorophenol, 3,5-difluorophenol, 2,3,4-trifluorophenol, 2,3,6-trifluorophenol, 3,4 , 5-trifluorophenol, 4-trifluoromethoxyphenol, 3-trifluoromethoxyphenol, 2-trifluoromethoxyphenol, 4-trifluoromethylthiophenol, 3-trifluoromethylthiophenol, 2-trifluoromethylthiophenol, 2 , 3-ditrifluorophenol, 2,4-ditrifluorophenol, 2,5-ditrifluorophenol, 2,6-ditrifluorophenol, 3,4-ditrifluorophenol, 3,5-ditrifluorophenol, pentafluoro Enol, 3-trifluoromethylphenol, 2-trifluoromethylphenol, 4- (1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol) phenol, 3- (1,1,1,3 , 3,3-hexafluoro-2-propanol) phenol, 3,5-di (1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol) phenol and the like.

上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂を合成する際には、上述の置換又は非置換のビスナフトール誘導体に、必要に応じてその他のモノマーを加え、そこにアルデヒドを加えてノボラック化して重合させる。ノボラック化することによって分子量が増大し、ベーク時の低分子量体によるアウトガスやパーティクルの発生を抑えることができる。   When synthesizing a novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2), other monomers are added to the above-mentioned substituted or unsubstituted bisnaphthol derivative as necessary, and an aldehyde is added thereto. Novolak and polymerize. By making it novolak, the molecular weight increases, and outgassing and particle generation due to low molecular weight substances during baking can be suppressed.

上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂の合成に使用可能なアルデヒドとしては、例えば、ホルムアルデヒド、トリオキサン、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、メトキシベンズアルデヒド、フェニルベンズアルデヒド、トリチルベンズアルデヒド、シクロヘキシルベンズアルデヒド、シクロペンチルベンズアルデヒド、tert−ブチルベンズアルデヒド、ナフタレンアルデヒド、ヒドロキシナフタレンアルデヒド、アントラセンアルデヒド、フルオレンアルデヒド、ピレンアルデヒド、メトキシナフタレンアルデヒド、ジメトキシナフタレンアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、ナフタレンアセトアルデヒド、置換又は非置換のカルボキシルナフタレンアセトアルデヒド、α−フェニルプロピルアルデヒド、β−フェニルプロピルアルデヒド、o−ヒドロキシベンズアルデヒド、m−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、o−クロロベンズアルデヒド、m−クロロベンズアルデヒド、p−クロロベンズアルデヒド、o−ニトロベンズアルデヒド、m−ニトロベンズアルデヒド、p−ニトロベンズアルデヒド、o−メチルベンズアルデヒド、m−メチルベンズアルデヒド、p−メチルベンズアルデヒド、p−エチルベンズアルデヒド、p−n−ブチルベンズアルデヒド、フルフラール、フランカルボキシアルデヒド、チオフェンアルデヒド等を例示できる。これらのうち、特にホルムアルデヒドが好適である。   Examples of the aldehyde that can be used for the synthesis of the novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2) include formaldehyde, trioxane, paraformaldehyde, benzaldehyde, methoxybenzaldehyde, phenylbenzaldehyde, tritylbenzaldehyde, cyclohexylbenzaldehyde, and cyclopentylbenzaldehyde. , Tert-butylbenzaldehyde, naphthalenealdehyde, hydroxynaphthalenealdehyde, anthracenealdehyde, fluorenealdehyde, pyrenealdehyde, methoxynaphthalenealdehyde, dimethoxynaphthalenealdehyde, acetaldehyde, propylaldehyde, phenylacetaldehyde, naphthaleneacetaldehyde, substituted or unsubstituted carboxylnaphthalenealdehyde Toaldehyde, α-phenylpropylaldehyde, β-phenylpropylaldehyde, o-hydroxybenzaldehyde, m-hydroxybenzaldehyde, p-hydroxybenzaldehyde, o-chlorobenzaldehyde, m-chlorobenzaldehyde, p-chlorobenzaldehyde, o-nitrobenzaldehyde, Examples thereof include m-nitrobenzaldehyde, p-nitrobenzaldehyde, o-methylbenzaldehyde, m-methylbenzaldehyde, p-methylbenzaldehyde, p-ethylbenzaldehyde, pn-butylbenzaldehyde, furfural, furancarboxaldehyde, thiophene aldehyde and the like. Of these, formaldehyde is particularly preferred.

上記のアルデヒドは、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、上記アルデヒドの使用量は、置換又は非置換のビスナフトール誘導体1モルに対して0.2〜5モルが好ましく、より好ましくは0.5〜2モルである。   Said aldehyde can be used individually or in combination of 2 or more types. Moreover, the usage-amount of the said aldehyde has preferable 0.2-5 mol with respect to 1 mol of substituted or unsubstituted bisnaphthol derivatives, More preferably, it is 0.5-2 mol.

上記のビスナフトール誘導体と上記アルデヒドの縮合反応に、触媒を用いることもできる。具体的には、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸、メタンスルホン酸、カンファースルホン酸、トシル酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の酸性触媒等を例示できる。これらの酸性触媒の使用量は、ビスナフトール誘導体1モルに対して1×10−5〜5×10−1モルが好適である。 A catalyst can also be used for the condensation reaction of the bisnaphthol derivative and the aldehyde. Specific examples include acidic catalysts such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, oxalic acid, acetic acid, methanesulfonic acid, camphorsulfonic acid, tosylic acid, trifluoromethanesulfonic acid, and the like. The amount of these acidic catalysts used is preferably 1 × 10 −5 to 5 × 10 −1 mol with respect to 1 mol of the bisnaphthol derivative.

上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂としては、重量平均分子量で分子量が400〜20,000の範囲のものが好ましい。更に好ましくは500〜10,000の範囲のものであり、特に好ましくは600〜10,000の範囲のものである。分子量が小さい方が埋め込み特性に優れるが、ベーク時にアウトガスが発生しやすくなるので、埋め込み特性とアウトガス発生の観点で最適化することが好ましい。   As the novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2), those having a weight average molecular weight and a molecular weight of 400 to 20,000 are preferable. More preferred is a range of 500 to 10,000, and particularly preferred is a range of 600 to 10,000. The smaller the molecular weight, the better the embedding characteristics. However, outgassing is likely to occur during baking, so it is preferable to optimize from the viewpoint of embedding characteristics and outgas generation.

埋め込み特性とアウトガス低減を両立させるためには、本発明のレジスト下層膜材料が、上記一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーの1質量部に対して、上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂と上記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体を合計5〜100質量部の割合で混合することが好ましい。このような割合にすることで、前記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーの樹脂層によるアウトガスの低減と、前記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体による埋め込み特性の向上を、特にバランスよく達成することができる。   In order to achieve both embedding characteristics and reduction of outgas, the resist underlayer film material of the present invention has the above general formula (2) with respect to 1 part by mass of the acrylonitrile polymer having the repeating unit represented by the above general formula (1). It is preferable to mix the novolak resin having a repeating unit represented by the above formula and the bisnaphthol derivative represented by the general formula (3) in a ratio of 5 to 100 parts by mass in total. By setting such a ratio, reduction of outgas by the resin layer of acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the general formula (1), and the general formula (3) Improvement of the embedding property by the bisnaphthol derivative can be achieved particularly in a well-balanced manner.

また、上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂を製造した際、反応溶液には未重合の置換又は非置換のビスナフトール誘導体(モノマー)や、2量体、3量体等の低分子量体が含まれている場合がある。これらの未重合のモノマーや低分子量体はアウトガス発生の一因となるため、埋め込み特性とアウトガス低減の両立の観点から、出来る限り除去することが好ましい。なお、モノマー成分を添加する場合には、上記のようにして未重合のモノマーや低分子量体を除去した後、別途所望の量のモノマー成分を添加することが好ましい。   Further, when the novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2) is produced, the reaction solution contains an unpolymerized substituted or unsubstituted bisnaphthol derivative (monomer), dimer, trimer, etc. In some cases. Since these unpolymerized monomers and low molecular weight substances contribute to the generation of outgas, it is preferable to remove them as much as possible from the viewpoint of both embedding characteristics and reduction of outgas. In addition, when adding a monomer component, after removing an unpolymerized monomer and a low molecular weight body as mentioned above, it is preferable to add a monomer component of a desired amount separately.

本発明のレジスト下層膜材料は、上記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと、上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂及び下記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体のいずれか又は両方を含有するものであるが、これら以外の樹脂をブレンドすることもできる。ブレンド可能な樹脂としては、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−ジメチルフェノール、2,4−ジメチルフェノール、2,5−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、3,4−ジメチルフェノール、3,5−ジメチルフェノール、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、2−tert−ブチルフェノール、3−tert−ブチルフェノール、4−tert−ブチルフェノール、2−フェニルフェノール、3−フェニルフェノール、4−フェニルフェノール、3,5−ジフェニルフェノール、2−ナフチルフェノール、3−ナフチルフェノール、4−ナフチルフェノール、4−トリチルフェノール、レゾルシノール、2−メチルレゾルシノール、4−メチルレゾルシノール、5−メチルレゾルシノール、カテコール、4−tert−ブチルカテコール、2−メトキシフェノール、3−メトキシフェノール、2−プロピルフェノール、3−プロピルフェノール、4−プロピルフェノール、2−イソプロピルフェノール、3−イソプロピルフェノール、4−イソプロピルフェノール、2−メトキシ−5−メチルフェノール、2−tert−ブチル−5−メチルフェノール、ピロガロール、チモール、イソチモール、1−ナフトール、2−ナフトール、2−メチル−1−ナフトール、4−メトキシ−1−ナフトール、7−メトキシ−2−ナフトール及び1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン、フェノールフタレイン、フェノールレッド、クレゾールフタレイン、クレゾールレッド、チモールフタレイン、3−ヒドロキシ−ナフタレン−2−カルボン酸メチル、インデン、ヒドロキシインデン、ベンゾフラン、ヒドロキシアントラセン、アセナフチレン、ビフェニル、ビスフェノール、トリスフェノールとアルデヒドとの反応によるノボラック樹脂等を例示できる。更には、フェノール化合物を、アルデヒドを用いずに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、ノルボルナジエン、5−ビニルノルボルナ−2−エン、α−ピネン、β−ピネン、リモネンと共重合させた樹脂等を例示できる。   The resist underlayer film material of the present invention includes an acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the general formula (1) and a novolac resin having a repeating unit represented by the general formula (2). And any one or both of bisnaphthol derivatives represented by the following general formula (3), other resins may be blended. Examples of resins that can be blended include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-dimethylphenol, 2,4-dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, 3 , 4-dimethylphenol, 3,5-dimethylphenol, 2,3,5-trimethylphenol, 3,4,5-trimethylphenol, 2-tert-butylphenol, 3-tert-butylphenol, 4-tert-butylphenol, 2 -Phenylphenol, 3-phenylphenol, 4-phenylphenol, 3,5-diphenylphenol, 2-naphthylphenol, 3-naphthylphenol, 4-naphthylphenol, 4-tritylphenol, resorcinol, 2-methylresorcinol, 4- Me Luresorcinol, 5-methylresorcinol, catechol, 4-tert-butylcatechol, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 2-propylphenol, 3-propylphenol, 4-propylphenol, 2-isopropylphenol, 3-isopropyl Phenol, 4-isopropylphenol, 2-methoxy-5-methylphenol, 2-tert-butyl-5-methylphenol, pyrogallol, thymol, isothymol, 1-naphthol, 2-naphthol, 2-methyl-1-naphthol, 4 -Dihydroxynaphthalene such as methoxy-1-naphthol, 7-methoxy-2-naphthol and 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, 2,6-dihydroxynaphthalene, phenol Talein, phenol red, cresolphthalein, cresol red, thymolphthalein, methyl 3-hydroxy-naphthalene-2-carboxylate, indene, hydroxyindene, benzofuran, hydroxyanthracene, acenaphthylene, biphenyl, bisphenol, trisphenol and aldehyde A novolak resin by reaction etc. can be illustrated. Furthermore, a resin obtained by copolymerizing a phenol compound with dicyclopentadiene, tetrahydroindene, 4-vinylcyclohexene, norbornadiene, 5-vinylnorborna-2-ene, α-pinene, β-pinene, limonene without using an aldehyde Can be illustrated.

更に、モノマー成分として、上記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体以外にも、ヒドロキシスチレン、アルコキシスチレン、ヒドロキシビニルナフタレン、アルコキシビニルナフタレン、(メタ)アクリレート類、ビニルエーテル類、無水マレイン酸、無水イタコン酸等から選ばれる化合物を添加することができる。また、置換又は非置換のナフトール類の化合物を添加することもできる。   Further, as a monomer component, in addition to the bisnaphthol derivative represented by the general formula (3), hydroxystyrene, alkoxystyrene, hydroxyvinylnaphthalene, alkoxyvinylnaphthalene, (meth) acrylates, vinyl ethers, maleic anhydride, anhydrous A compound selected from itaconic acid and the like can be added. In addition, a substituted or unsubstituted naphthol compound can be added.

また、本発明のレジスト下層膜材料には、高炭素樹脂を併用してもよく、このような樹脂としては、特開2004−205658号公報、同2004−205676号公報、同2004−205685号公報、同2004−271838号公報、同2004−354554号公報、同2005−10431号公報、同2005−49810号公報、同2005−114921号公報、同2005−128509号公報、同2005−250434号公報、同2006−053543号公報、同2006−227391号公報、同2006−259249号公報、同2006−259482号公報、同2006−285095号公報、同2006−293207号公報、同2006−293298号公報、同2007−140461号公報、同2007−171895号公報、同2007−199653号公報、同2007−316282号公報、同2008−26600号、同2008−65303号公報、同2008−96684号公報、同2008−257188号公報、同2010−160189号公報、同2010−134437号公報、同2010−170013号公報、同2010−271654号公報、同2008−116677号公報、同2008−145539号公報に記載のレジスト下層膜材料に使用されている樹脂を例示できる。   Moreover, a high carbon resin may be used in combination with the resist underlayer film material of the present invention. Examples of such a resin include JP-A Nos. 2004-205658, 2004-205676, and 2004-205585. 2004-271838, 2004-354554, 2005-10431, 2005-49810, 2005-114921, 2005-128509, 2005-250434, 2006-053543, 2006-227391, 2006-259249, 2006-259482, 2006-285095, 2006-293207, 2006-293298, 2007-140461 publication, the same No. 007-171895, No. 2007-199653, No. 2007-316282, No. 2008-26600, No. 2008-65303, No. 2008-96684, No. 2008-257188, No. 2010- 160189, 2010-134437, 2010-170013, 2010-271654, 2008-116677, and 2008-145539 described in the resist underlayer film materials. Resins can be exemplified.

[有機溶剤]
本発明のレジスト下層膜材料には、更に有機溶剤を使用してもよい。本発明のレジスト下層膜材料において使用可能な有機溶剤としては、上記のノボラック樹脂等のベース樹脂、モノマー成分、更には後述の酸発生剤、架橋剤等の添加剤が溶解するものであれば特に制限はない。具体的には、特開2007−199653号公報中の(0091)〜(0092)段落に記載されている溶剤を添加することができる。
[Organic solvent]
An organic solvent may be further used for the resist underlayer film material of the present invention. As the organic solvent that can be used in the resist underlayer film material of the present invention, a base resin such as the above-mentioned novolak resin, a monomer component, and further an additive such as an acid generator and a crosslinking agent described later can be used. There is no limit. Specifically, the solvents described in paragraphs (0091) to (0092) of JP-A-2007-199653 can be added.

[架橋剤]
レジスト下層膜としては、レジスト下層膜上に珪素含有中間層膜材料あるいはレジスト上層膜材料をディスペンスしたときに、珪素含有中間層膜材料あるいはレジスト上層膜材料に溶解しないことと、珪素含有中間層膜あるいはレジスト上層膜とミキシングしない特性が必要である。そのため、本発明のレジスト下層膜材料には、塗布後のベークで架橋させるために架橋剤を添加することが好ましい。
[Crosslinking agent]
As the resist underlayer film, when the silicon-containing intermediate layer film material or the resist upper layer film material is dispensed on the resist underlayer film, it does not dissolve in the silicon-containing intermediate layer film material or the resist upper layer film material; Or the characteristic which does not mix with a resist upper layer film is required. Therefore, it is preferable to add a crosslinking agent to the resist underlayer film material of the present invention in order to crosslink by baking after coating.

本発明で使用可能な架橋剤としては、メチロール基、アルコキシメチル基、及びアシロキシメチル基から選ばれる少なくとも一つの基で置換されたメラミン化合物、グアナミン化合物、グリコールウリル化合物、ウレア化合物、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、若しくはアジド化合物、又はアルケニルエーテル基等の2重結合を含む化合物等を例示できる。これらは添加剤として用いてもよいが、ポリマー側鎖にペンダント基として導入してもよい。また、ヒドロキシ基を含む化合物も架橋剤として用いることができる。   As a crosslinking agent that can be used in the present invention, a melamine compound substituted with at least one group selected from a methylol group, an alkoxymethyl group, and an acyloxymethyl group, a guanamine compound, a glycoluril compound, a urea compound, an epoxy compound, Examples thereof include an isocyanate compound, an azide compound, or a compound containing a double bond such as an alkenyl ether group. These may be used as additives, but may be introduced as pendant groups in the polymer side chain. A compound containing a hydroxy group can also be used as a crosslinking agent.

前記架橋剤の具体例のうち、更にエポキシ化合物としては、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリメチロールメタントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリエチロールエタントリグリシジルエーテル等を例示できる。メラミン化合物としては、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンの1〜6個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物又はその混合物、ヘキサメトキシエチルメラミン、ヘキサアシロキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミンのメチロール基の1〜6個がアシロキシメチル化した化合物又はその混合物等を例示できる。グアナミン化合物としては、テトラメチロールグアナミン、テトラメトキシメチルグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物、又はその混合物、テトラメトキシエチルグアナミン、テトラアシロキシグアナミン、テトラメチロールグアナミンの1〜4個のメチロール基がアシロキシメチル化した化合物、又はその混合物等を例示できる。グリコールウリル化合物としては、テトラメチロールグリコールウリル、テトラメトキシグリコールウリル、テトラメトキシメチルグリコールウリル、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1〜4個がメトキシメチル化した化合物、又はその混合物、テトラメチロールグリコールウリルのメチロール基の1〜4個がアシロキシメチル化した化合物、又はその混合物等を例示できる。ウレア化合物としてはテトラメチロールウレア、テトラメトキシメチルウレア、テトラメチロールウレアの1〜4個のメチロール基がメトキシメチル化した化合物、又はその混合物、テトラメトキシエチルウレア等を例示できる。イソシアネート化合物としては、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート等が例示でき、アジド化合物としては、1,1’−ビフェニル−4,4’−ビスアジド、4,4’−メチリデンビスアジド、4,4’−オキシビスアジド等を例示できる。   Among the specific examples of the crosslinking agent, examples of the epoxy compound further include tris (2,3-epoxypropyl) isocyanurate, trimethylol methane triglycidyl ether, trimethylol propane triglycidyl ether, triethylol ethane triglycidyl ether and the like. it can. Examples of the melamine compound include hexamethylol melamine, hexamethoxymethyl melamine, a compound in which 1 to 6 methylol groups of hexamethylol melamine are methoxymethylated, or a mixture thereof, hexamethoxyethyl melamine, hexaacyloxymethyl melamine, hexamethylol melamine A compound in which 1 to 6 methylol groups are acyloxymethylated or a mixture thereof can be exemplified. Examples of the guanamine compound include tetramethylolguanamine, tetramethoxymethylguanamine, a compound in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylolguanamine are methoxymethylated, or a mixture thereof, tetramethoxyethylguanamine, tetraacyloxyguanamine, and tetramethylolguanamine. Examples include compounds in which 1 to 4 methylol groups are acyloxymethylated, or mixtures thereof. Examples of the glycoluril compound include tetramethylol glycoluril, tetramethoxyglycoluril, tetramethoxymethylglycoluril, a compound in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylolglycoluril are methoxymethylated, or a mixture thereof, and tetramethylolglycoluril. Examples thereof include compounds in which 1 to 4 methylol groups are acyloxymethylated, or mixtures thereof. Examples of the urea compound include tetramethylol urea, tetramethoxymethyl urea, a compound in which 1 to 4 methylol groups of tetramethylol urea are methoxymethylated, a mixture thereof, tetramethoxyethyl urea, and the like. Examples of the isocyanate compound include tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and cyclohexane diisocyanate. Examples of the azide compound include 1,1′-biphenyl-4,4′-bisazide and 4,4′-methylidenebis. Examples include azide and 4,4′-oxybisazide.

また、アセタール基によって架橋を形成する架橋剤としては、分子内に複数のエノールエーテル基を有する化合物を例示できる。分子内に少なくとも2つ以上のエノールエーテル基を有する架橋剤としては、エチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、1,2−プロパンジオールジビニルエーテル、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、テトラメチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ソルビトールテトラビニルエーテル、ソルビトールペンタビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレングリコールジプロペニルエーテル、トリエチレングリコールジプロペニルエーテル、1,2−プロパンジオールジプロペニルエーテル、1,4−ブタンジオールジプロペニルエーテル、テトラメチレングリコールジプロペニルエーテル、ネオペンチルグリコールジプロペニルエーテル、トリメチロールプロパントリプロペニルエーテル、ヘキサンジオールジプロペニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジオールジプロペニルエーテル、ペンタエリスリトールトリプロペニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラプロペニルエーテル、ソルビトールテトラプロペニルエーテル、ソルビトールペンタプロペニルエーテル、トリメチロールプロパントリプロペニルエーテル等が例示される。   Moreover, as a crosslinking agent which forms bridge | crosslinking by an acetal group, the compound which has a some enol ether group in a molecule | numerator can be illustrated. Examples of the crosslinking agent having at least two enol ether groups in the molecule include ethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol divinyl ether, 1,2-propanediol divinyl ether, 1,4-butanediol divinyl ether, and tetramethylene glycol. Divinyl ether, neopentyl glycol divinyl ether, trimethylolpropane trivinyl ether, hexanediol divinyl ether, 1,4-cyclohexanediol divinyl ether, pentaerythritol trivinyl ether, pentaerythritol tetravinyl ether, sorbitol tetravinyl ether, sorbitol pentavinyl ether, trimethylolpropane Trivinyl ether, ethylene glycol dipropenyl ether, Liethylene glycol dipropenyl ether, 1,2-propanediol dipropenyl ether, 1,4-butanediol dipropenyl ether, tetramethylene glycol dipropenyl ether, neopentyl glycol dipropenyl ether, trimethylolpropane tripropenyl ether, hexanediol di Examples include propenyl ether, 1,4-cyclohexanediol dipropenyl ether, pentaerythritol tripropenyl ether, pentaerythritol tetrapropenyl ether, sorbitol tetrapropenyl ether, sorbitol pentapropenyl ether, trimethylolpropane tripropenyl ether and the like.

更には分子内に複数のエノールエーテル基を有する化合物の架橋剤として、下記に示される化合物も例示できる。

Figure 0006404799
Furthermore, the compound shown below can also be illustrated as a crosslinking agent of the compound which has several enol ether group in a molecule | numerator.
Figure 0006404799

エノールエーテル基は熱によってヒドロキシ基とアセタール結合するため、分子内に複数のエノールエーテル基を有する化合物を添加することによって、アセタール基による熱架橋が行われる。   Since an enol ether group is acetal-bonded to a hydroxy group by heat, thermal crosslinking with an acetal group is performed by adding a compound having a plurality of enol ether groups in the molecule.

なお、分子内に少なくとも2つ以上のオキシランを含有する酸脱離性の3級エステル基を有する架橋剤を添加することもできる。このような架橋剤としては具体的には、特開2006−96848号公報に記載のものを例示できる。このような架橋剤を用いると、特開2001−226430号公報に示されるようにオキシランが熱によって架橋し、3級エステル部分が酸によって分解する。   A crosslinking agent having an acid-eliminating tertiary ester group containing at least two or more oxiranes in the molecule can also be added. Specific examples of such a crosslinking agent include those described in JP-A-2006-96848. When such a crosslinking agent is used, as shown in JP-A-2001-226430, oxirane is crosslinked by heat, and the tertiary ester moiety is decomposed by acid.

また、本発明のレジスト下層膜材料は、上記のような架橋剤を添加しなくてもスピンコート後300℃以上の加熱によって架橋させることができる。この場合は酸化カップリング反応によってポリマー同士が結合する。   Further, the resist underlayer film material of the present invention can be crosslinked by heating at 300 ° C. or higher after spin coating without adding a crosslinking agent as described above. In this case, the polymers are bonded to each other by an oxidative coupling reaction.

[酸発生剤]
また、本発明のレジスト下層膜材料には、熱による架橋反応を更に促進させるための酸発生剤を添加することができる。酸発生剤は熱分解によって酸を発生するものや、光照射によって酸を発生するものがあるが、いずれのものも添加することができる。酸発生剤としては、具体的には、特開2007−199653号公報の(0061)〜(0085)段落に記載されている材料を挙げることができる。
[Acid generator]
In addition, an acid generator for further promoting the crosslinking reaction by heat can be added to the resist underlayer film material of the present invention. There are acid generators that generate an acid by thermal decomposition and those that generate an acid by light irradiation, and any of them can be added. Specific examples of the acid generator include materials described in paragraphs (0061) to (0085) of JP-A-2007-199653.

以上説明したような本発明のレジスト下層膜材料を用いれば、上記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーの樹脂層がレジスト下層膜表面に形成され、このフッ素原子を含む層の存在によって、レジスト下層膜裁量を高温でベークした場合でも、アウトガスの発生を抑えることができる。また、レジスト下層膜材料に上記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体をモノマー成分として加えることによって、アウトガスの発生の抑制と段差基板の埋め込み特性の向上を両立させることができる。   When the resist underlayer film material of the present invention as described above is used, a resin layer of acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the general formula (1) is formed on the resist underlayer film surface. In addition, the presence of the fluorine-containing layer can suppress the generation of outgas even when the resist underlayer film is baked at a high temperature. Further, by adding the bisnaphthol derivative represented by the general formula (3) as a monomer component to the resist underlayer film material, it is possible to achieve both suppression of outgassing and improvement of the step-filling characteristics.

<パターン形成方法>
本発明では、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、被加工基板上に上述の本発明のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上に珪素含有中間層膜材料を用いて珪素含有中間層膜を形成し、該珪素含有中間層膜上にレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成し、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記珪素含有中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された珪素含有中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜にエッチングでパターンを転写し、更に、該パターンが転写されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工基板にエッチングでパターンを形成するパターン形成方法を提供する。
<Pattern formation method>
The present invention is a method for forming a pattern on a substrate by lithography, wherein a resist underlayer film is formed on a substrate to be processed using the resist underlayer film material of the present invention described above, and a silicon-containing intermediate is formed on the resist underlayer film. After forming a silicon-containing intermediate layer film using the layer film material, forming a resist upper layer film using the resist upper layer film material on the silicon-containing intermediate layer film, and exposing the pattern circuit region of the resist upper layer film, Development is performed to form a resist pattern on the resist upper layer film, and the resist upper layer film on which the resist pattern is formed is used as a mask to transfer the pattern to the silicon-containing intermediate layer film by etching. The intermediate layer film is used as a mask to transfer the pattern to the resist underlayer film by etching, and the resist underlayer film to which the pattern is transferred is used as a mask to transfer the pattern. Providing a pattern forming method for forming a pattern by etching the processable substrate.

以下、本発明のパターン形成方法の一例について、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, although an example of the pattern formation method of this invention is demonstrated, referring drawings, this invention is not limited to these.

図1は、珪素含有中間層膜材料を用いた、本発明の3層プロセスのパターン形成方法の一例を示すフロー図である。図1のフロー図に示されるパターン形成方法では、まず、I−i)基板1上の被加工層2の上に本発明のレジスト下層膜材料をコーティングしてレジスト下層膜3を形成し、レジスト下層膜3上に珪素含有中間層膜材料をコーティングして珪素含有中間層膜4を形成し、珪素含有中間層膜4上にレジスト上層膜材料をコーティングして、レジスト上層膜5を形成する。次に、I−ii)レジスト上層膜5のパターン回路領域6を露光し、I−iii)現像して前記レジスト上層膜5にレジストパターンを形成し(ポジ型レジストの場合)、I−iv)レジストパターンが形成されたレジスト上層膜5をマスクにして珪素含有中間層膜4にエッチングでパターンを転写し、I−v)パターンが転写された珪素含有中間層膜4をマスクにしてレジスト下層膜3にエッチングでパターンを転写し、I−vi)更に、パターンが転写されたレジスト下層膜3をマスクにして被加工層2にエッチングでパターンを形成する。   FIG. 1 is a flowchart showing an example of a pattern forming method of a three-layer process of the present invention using a silicon-containing intermediate layer film material. In the pattern forming method shown in the flow chart of FIG. 1, first, Ii) a resist underlayer film material of the present invention is coated on a layer 2 to be processed on a substrate 1 to form a resist underlayer film 3, and the resist The silicon-containing intermediate layer film material is coated on the lower layer film 3 to form the silicon-containing intermediate layer film 4, and the resist upper layer film material is coated on the silicon-containing intermediate layer film 4 to form the resist upper layer film 5. Next, I-ii) exposes the pattern circuit region 6 of the resist upper layer film 5, I-iii) develops it to form a resist pattern on the resist upper layer film 5 (in the case of a positive resist), and I-iv) Using the resist upper layer film 5 on which the resist pattern is formed as a mask, the pattern is transferred to the silicon-containing intermediate layer film 4 by etching, and Iv) the resist lower layer film using the silicon-containing intermediate layer film 4 on which the pattern is transferred as a mask The pattern is transferred to 3 by etching, and I-vi) Further, the resist underlayer film 3 to which the pattern has been transferred is used as a mask to form a pattern on the layer to be processed 2 by etching.

[被加工基板]
被加工基板としては、特に限定されないが、例えば基板上に被加工層が形成されたものを用いることができる。基板としては、特に限定されるものではなく、Si、α−Si、p−Si、SiO、SiN、SiON、W、TiN、Al等で被加工層と異なる材質のものを好適に用いることができる。また、被加工層としては、Si、SiO、SiON、SiN、p−Si、α−Si、W、W−Si、Al、Cu、Al−Si等及び及び種々のLow−k膜(低誘電膜)、及びそのエッチングストッパー膜、あるいはFin−FETの段差基板などを好適に用いることができ、被加工層の厚さとしては、10〜10,000nmが好ましく、20〜5,000nmが特に好ましい。
[Substrate to be processed]
Although it does not specifically limit as a to-be-processed substrate, For example, what formed the to-be-processed layer on the board | substrate can be used. The substrate is not particularly limited, and Si, α-Si, p-Si, SiO 2 , SiN, SiON, W, TiN, Al, or the like, preferably made of a material different from the layer to be processed. it can. In addition, as a layer to be processed, Si, SiO 2 , SiON, SiN, p-Si, α-Si, W, W-Si, Al, Cu, Al-Si, and various Low-k films (low dielectric constant) Film), an etching stopper film thereof, or a Fin-FET stepped substrate, and the like. The thickness of the layer to be processed is preferably 10 to 10,000 nm, particularly preferably 20 to 5,000 nm. .

被加工基板とレジスト下層膜との間に、被加工基板を加工するためのハードマスクを形成しても良く、ハードマスクとしては被加工基板がSiO系の絶縁膜基板の場合はSiN、SiON、p−Si、α−Si、W、W−Si、アモルファスカ−ボン等が用いられる。被加工基板がp−Si、W−Si、Al−Si等のゲート電極の場合はSiO、SiN、SiON等が用いられる。 A hard mask for processing the substrate to be processed may be formed between the substrate to be processed and the resist underlayer film. As the hard mask, when the substrate to be processed is an SiO 2 -based insulating film substrate, SiN, SiON , P-Si, α-Si, W, W-Si, amorphous carbon, and the like are used. The substrate to be processed is p-Si, W-Si, SiO 2 in the case of the gate electrode such as Al-Si, SiN, SiON or the like is used.

本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜の上には、珪素、チタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属から選ばれる元素を含有する中間層膜が好適である。その中間層膜の上にレジスト上層膜を設けるトライレイヤープロセスが好ましく用いられる。トライレイヤー用の中間層膜に含有される元素としては、珪素が最も好ましい。   On the resist underlayer film formed using the resist underlayer film material of the present invention, an intermediate layer film containing an element selected from metals such as silicon, titanium, zirconium and hafnium is preferable. A tri-layer process in which a resist upper layer film is provided on the intermediate layer film is preferably used. As an element contained in the intermediate layer film for the trilayer, silicon is most preferable.

[珪素含有中間層膜]
珪素含有中間層膜の材料としては、特に限定されないが、特開2007−302873号公報に記載の露光波長に吸収を有するシルセスキオキサン系の材料を用いることができる。また、珪素含有中間層膜は、スピンコートによって形成される。珪素含有中間層膜材料をスピンコートした後に150〜300℃の温度でベークして、珪素酸化膜からなる珪素含有中間層膜を形成することができる。
[Silicon-containing interlayer film]
The material for the silicon-containing intermediate layer film is not particularly limited, and a silsesquioxane-based material having absorption at an exposure wavelength described in JP-A-2007-302873 can be used. Further, the silicon-containing intermediate layer film is formed by spin coating. A silicon-containing intermediate layer film made of a silicon oxide film can be formed by spin-coating a silicon-containing intermediate layer film material and baking at a temperature of 150 to 300 ° C.

トライレイヤープロセスに適用した場合の珪素含有中間層膜の反射防止効果に最適な光学定数(n、k値)は、n値が1.5〜1.9、k値が0.15〜0.3、膜厚が20〜130nmの範囲である。また、レジスト下層膜としては、n値が1.3〜1.8、k値が0.2〜0.8、膜厚が50以上のものが最適である。   The optical constant (n, k value) optimum for the antireflection effect of the silicon-containing intermediate film when applied to the trilayer process is such that the n value is 1.5 to 1.9 and the k value is 0.15 to 0.3. 3. The film thickness is in the range of 20 to 130 nm. As the resist underlayer film, an n value of 1.3 to 1.8, a k value of 0.2 to 0.8, and a film thickness of 50 or more are optimal.

[レジスト上層膜]
レジスト上層膜材料としては、特に限定されないが、例えば特開平9−73173号公報、特開2000−336121号公報に示されるような公知の炭化水素系からなるベースポリマーを使用することができる。なお、レジスト上層膜の厚さは特に制限されないが、20〜500nmのものが好ましく、特に30〜400nmのものが好ましい。
[Resist upper layer film]
The material for the resist upper layer film is not particularly limited, and for example, a known base polymer made of hydrocarbon as shown in JP-A-9-73173 and JP-A-2000-336121 can be used. The thickness of the resist upper layer film is not particularly limited, but is preferably 20 to 500 nm, and particularly preferably 30 to 400 nm.

上記レジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成する場合、前記レジスト下層膜を形成する場合と同様に、スピンコート法等が好適である。レジスト上層膜をスピンコート法等で形成した後に行うプリベークは、80〜180℃で、10〜300秒の範囲が好ましい。   When the resist upper layer film is formed using the resist upper layer film material, a spin coat method or the like is suitable as in the case of forming the resist lower layer film. The pre-bake performed after the resist upper layer film is formed by spin coating or the like is preferably 80 to 180 ° C. and 10 to 300 seconds.

また、珪素含有中間層膜に代わって、無機ハードマスク中間層膜を形成する際には、図2のII−i)に示すように、レジスト下層膜3とレジスト上層膜5の間に、珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素酸化窒化膜、珪素炭化膜、ポリシリコン膜、窒化チタン膜、酸化チタン膜、炭化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、又は酸化ハフニウム膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜7を形成してもよい。   When an inorganic hard mask intermediate layer film is formed in place of the silicon-containing intermediate layer film, as shown in II-i of FIG. 2, a silicon layer between the resist lower layer film 3 and the resist upper layer film 5 is used. Inorganic hard mask intermediate layer film 7 selected from oxide film, silicon nitride film, silicon oxynitride film, silicon carbide film, polysilicon film, titanium nitride film, titanium oxide film, titanium carbide film, zirconium oxide film, or hafnium oxide film May be formed.

[無機ハードマスク中間層膜]
無機ハードマスク中間層膜の材料としては、特に限定されない。珪素、チタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属から選ばれる元素を含有する無機ハードマスク中間層膜、特にはチタン含有中間膜については特開2014−178602号公報に記載の材料を用いることができる。レジスト下層膜上に無機ハードマスク中間層膜を形成し、その上にレジスト上層膜を設けてトライレイヤープロセスとすることができる。無機ハードマスク中間層膜材料としては、特にp−Si、SiN、SiON、SiC、TiN、TiO、TiC、ZrO、HfOが好適である。
[Inorganic hard mask interlayer film]
The material of the inorganic hard mask intermediate layer film is not particularly limited. For the inorganic hard mask intermediate layer film containing an element selected from metals such as silicon, titanium, zirconium and hafnium, in particular, for the titanium-containing intermediate film, materials described in JP-A-2014-178602 can be used. An inorganic hard mask intermediate layer film is formed on the resist lower layer film, and a resist upper layer film is provided thereon to form a trilayer process. As the inorganic hard mask intermediate layer film material, p-Si, SiN, SiON, SiC, TiN, TiO 2 , TiC, ZrO 2 , and HfO 2 are particularly suitable.

無機ハードマスク中間層膜の形成は、CVD法、ALD法、又はスパッタリング法等によって行うことができ、膜形成時に300〜800℃の加熱を行う。このため、CVD法やスパッタリング時のレジスト下層膜からのアウトガスの発生を防止するために、予めレジスト下層膜に対し、300〜800℃の加熱を行っておくとよい。この時にアウトガスが多量に発生するとホットプレートの天板に汚れが付着し、天板に付着したものがウェハー表面に降り落ちると欠陥の原因となるが、本発明のレジスト下層膜材料は上述のように、高温ベーク時のアウトガスの発生を抑えることができるためこのような無機ハードマスク中間層膜を形成する場合にも適用可能である。   The inorganic hard mask intermediate layer film can be formed by a CVD method, an ALD method, a sputtering method, or the like, and is heated at 300 to 800 ° C. during the film formation. For this reason, in order to prevent generation of outgas from the resist underlayer film during CVD or sputtering, the resist underlayer film is preferably heated at 300 to 800 ° C. in advance. If a large amount of outgas is generated at this time, dirt will adhere to the top plate of the hot plate, and if the material adhering to the top plate falls to the wafer surface, it will cause defects. However, the resist underlayer film material of the present invention is as described above. In addition, since generation of outgas during high-temperature baking can be suppressed, the present invention can also be applied to the case where such an inorganic hard mask intermediate layer film is formed.

また、無機ハードマスク中間層膜の上に有機反射防止膜を形成して、4層レジスト膜とする場合には、図3のIII−i)に示すように、無機ハードマスク中間層膜7上に有機反射防止膜材料をコーティングして有機反射防止膜8を形成してもよい。この場合は4層プロセスとなる。   Further, when an organic antireflection film is formed on the inorganic hard mask intermediate film to form a four-layer resist film, as shown in III-i) of FIG. The organic antireflection film 8 may be formed by coating an organic antireflection film material. In this case, a four-layer process is performed.

[有機反射防止膜]
有機反射防止膜材料としては、特に限定されず、公知のものを使用できる。
[Organic anti-reflection coating]
The organic antireflection film material is not particularly limited, and known materials can be used.

更に、炭化水素膜と、その上に珪素含有中間層膜を形成して5層レジスト膜とする場合、図4のIV−i)に示すように、無機ハードマスク中間層膜7上に炭化水素膜材料を用いて炭化水素膜9をスピンコートで形成し、その上に珪素含有中間層膜材料を用いて珪素含有中間層膜4を形成してもよい。この場合は5層プロセスとなる。   Further, in the case of forming a hydrocarbon film and a silicon-containing intermediate layer film thereon to form a five-layer resist film, as shown in IV-i) of FIG. 4, hydrocarbons are formed on the inorganic hard mask intermediate layer film 7. The hydrocarbon film 9 may be formed by spin coating using a film material, and the silicon-containing intermediate film 4 may be formed thereon using a silicon-containing intermediate film material. In this case, a 5-layer process is performed.

[炭化水素膜]
炭化水素膜材料としては、特に限定されず、公知のものを使用できる。
[Hydrocarbon film]
It does not specifically limit as a hydrocarbon film material, A well-known thing can be used.

[パターンの形成]
(3層プロセス)
まず、本発明のレジスト下層膜材料を用いたレジスト下層膜の形成方法について説明する。通常のフォトレジスト膜の形成法と同様に、スピンコート法等で基板上に形成することが可能である。スピンコート法等でレジスト下層膜材料を上記の被加工基板上に塗布し、レジスト下層膜を形成した後、有機溶剤を蒸発させて、レジスト上層膜とのミキシングを防止するため、あるいは架橋反応を促進させるためにベークをすることが好ましい。ベーク温度は80〜800℃の範囲内で、10〜300秒の範囲内が好ましい。なお、このレジスト下層膜の厚さは適宜選定されるが、5〜100,000nmとすることが好ましく、特に10〜50,000nmとすることが好ましい。このような厚さにすれば、高い反射防止効果を得ることができる。
[Pattern formation]
(Three-layer process)
First, a method for forming a resist underlayer film using the resist underlayer film material of the present invention will be described. It can be formed on the substrate by a spin coating method or the like in the same way as a normal photoresist film forming method. After applying the resist underlayer film material on the substrate to be processed by spin coating or the like to form the resist underlayer film, the organic solvent is evaporated to prevent mixing with the resist upper layer film, or a crosslinking reaction is performed. It is preferable to bake to promote. The baking temperature is preferably in the range of 80 to 800 ° C. and preferably in the range of 10 to 300 seconds. Although the thickness of the resist underlayer film is appropriately selected, it is preferably 5 to 100,000 nm, particularly preferably 10 to 50,000 nm. With such a thickness, a high antireflection effect can be obtained.

3層プロセスの場合、図1中のI−i)に示したように、基板1の上に積層された被加工層2上にレジスト下層膜3を形成した後、珪素含有中間層膜4を形成し、その上にレジスト上層膜5を形成する。   In the case of the three-layer process, as shown in Ii in FIG. 1, after forming the resist underlayer film 3 on the processing layer 2 laminated on the substrate 1, the silicon-containing intermediate layer film 4 is formed. Then, a resist upper layer film 5 is formed thereon.

また、レジスト上層膜の上にレジスト保護膜を形成することもできる。レジスト保護膜は、液浸露光を行う際、レジスト上層膜からの酸発生剤等の添加剤の溶出を防ぐ目的及び滑水性を向上させる目的で設ける場合がある。また、レジスト保護膜を、反射防止機能を有するものとすることもできる。レジスト保護膜としては、水溶性のものと非水溶性のものがある。非水溶性のレジスト保護膜としては、アルカリ現像液に溶解するものとアルカリ現像液に溶解せず、有機溶剤で剥離する材料があるが、前者の方がレジストの現像と同時に剥離可能である分だけプロセス的なメリットがあり、好ましい。有機溶剤現像によるネガパターン形成に適用する場合は、後者の溶剤剥離型は現像と同時に剥離可能である。アルカリ現像液に可溶な場合は、αトリフルオロメチルヒドロキシ基を有する高分子化合物を炭素数4以上の高級アルコールや炭素数8〜12のエーテル化合物に溶解したものが用いられる。   Also, a resist protective film can be formed on the resist upper layer film. The resist protective film may be provided for the purpose of preventing elution of an additive such as an acid generator from the resist upper layer film and improving the sliding property during immersion exposure. The resist protective film can also have an antireflection function. The resist protective film includes a water-soluble one and a water-insoluble one. There are two types of water-insoluble resist protective films, one that dissolves in an alkali developer and another that does not dissolve in an alkali developer and peels off with an organic solvent. There are only process advantages and is preferable. When applied to negative pattern formation by organic solvent development, the latter solvent peeling type can be peeled off simultaneously with development. When soluble in an alkali developer, a polymer compound having an α-trifluoromethylhydroxy group dissolved in a higher alcohol having 4 or more carbon atoms or an ether compound having 8 to 12 carbon atoms is used.

レジスト保護膜の形成方法としては、プリベーク後のレジスト上層膜上に保護膜材料をスピンコートし、プリベークによって形成する。レジスト保護膜の膜厚としては10〜200nmの範囲が好ましい。ドライ又は液浸露光後、ポストエクスポジュアーベーク(PEB)を行い、アルカリ現像液で10〜300秒間現像を行う。アルカリ現像液は2.38質量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液が一般的に広く用いられている。現像液に可溶のレジスト保護膜を用いた場合、レジスト保護膜の剥離とレジスト上層膜の現像を同時に行うことができる。   As a method for forming the resist protective film, a protective film material is spin-coated on the resist upper layer film after pre-baking, and is formed by pre-baking. The thickness of the resist protective film is preferably in the range of 10 to 200 nm. After dry or immersion exposure, post-exposure baking (PEB) is performed, and development is performed with an alkali developer for 10 to 300 seconds. As the alkali developer, a 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is generally widely used. When a resist protective film soluble in the developer is used, the resist protective film can be peeled off and the resist upper layer film can be developed simultaneously.

レジスト上層膜のレジストパターンの形成は、常法に従って行うことができる。レジスト上層膜のパターン回路領域の露光を行い、PEB、現像を行うことで、レジストパターンを得ることができる。珪素含有酸不安定基がペンダントされたポリマーに酸発生剤が添加された珪素含有中間層膜を適用した場合は、露光と現像によってレジストパターンの形成と同時に珪素含有中間層膜のパターンを得ることができる。   Formation of the resist pattern of the resist upper layer film can be performed according to a conventional method. A resist pattern can be obtained by exposing the pattern circuit region of the resist upper layer film and performing PEB and development. When a silicon-containing interlayer film in which an acid generator is added to a polymer pendant with a silicon-containing acid labile group is applied, a silicon-containing interlayer film pattern is obtained simultaneously with formation of a resist pattern by exposure and development. Can do.

このとき、PEB前に、レジスト上層膜上に水が残っていると、PEB中に水がレジスト上層膜中の酸を吸い出してしまい、パターン形成ができなくなる恐れがある。そのため、PEB前にレジスト保護膜上の水を完全に除去するため、PEB前のスピンドライ、乾燥空気や窒素による膜表面のパージ、あるいは露光後のステージ上の水回収に使用されるノズル形状や水回収プロセスの最適化などによって膜上の水を乾燥あるいは回収することが好ましい。   At this time, if water remains on the resist upper layer film before PEB, the water sucks out the acid in the resist upper layer film into PEB, and there is a possibility that the pattern cannot be formed. Therefore, in order to completely remove the water on the resist protective film before PEB, the shape of the nozzle used for spin drying before PEB, purging of the film surface with dry air or nitrogen, or water recovery on the stage after exposure, It is preferable to dry or recover the water on the membrane by optimizing the water recovery process.

まず、レジスト上層膜5のパターン回路領域6を露光し(図1、I−ii))、PEB及び現像を行って、レジスト上層膜5にレジストパターンを形成する(図1、I−iii)。この得られたレジストパターンをマスクとして、CF系ガスを用いて珪素含有中間層膜4をエッチングして、珪素含有中間層膜4にパターンを転写する(図1、I−iv))。   First, the pattern circuit region 6 of the resist upper layer film 5 is exposed (FIG. 1, I-ii)), and PEB and development are performed to form a resist pattern on the resist upper layer film 5 (FIG. 1, I-iii). Using the obtained resist pattern as a mask, the silicon-containing intermediate layer film 4 is etched using CF-based gas to transfer the pattern to the silicon-containing intermediate layer film 4 (FIG. 1, I-iv)).

ここで、現像は、アルカリ水溶液を用いたパドル法、ディップ法等が用いられ、特にはテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの2.38質量%水溶液を用いたパドル法が好ましい。まず、室温で10秒〜300秒の範囲で現像液で処理し、その後純水でリンスし、スピンドライあるいは窒素ブロー等によって乾燥する。アルカリ現像によってポジ型レジストの露光部分が溶解し、ネガレジストの場合は露光部分が不溶化する。   Here, for the development, a paddle method using an alkaline aqueous solution, a dip method or the like is used, and a paddle method using a 2.38 mass% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide is particularly preferable. First, it is treated with a developer at room temperature for 10 seconds to 300 seconds, then rinsed with pure water, and dried by spin drying or nitrogen blowing. The exposed portion of the positive resist is dissolved by alkali development, and the exposed portion is insoluble in the case of a negative resist.

有機溶剤現像によってネガパターンを形成することもできる。この時に用いられる現像液は、2−オクタノン、2−ノナノン、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、4−ヘプタノン、2−ヘキサノン、3−ヘキサノン、ジイソブチルケトン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、メチルアセトフェノン、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、酢酸ブテニル、酢酸イソアミル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、蟻酸イソブチル、蟻酸アミル、蟻酸イソアミル、吉草酸メチル、ペンテン酸メチル、クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、乳酸アミル、乳酸イソアミル、2−ヒドロキシイソ酪酸メチル、2−ヒドロキシイソ酪酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、酢酸フェニル、酢酸ベンジル、フェニル酢酸メチル、蟻酸ベンジル、蟻酸フェニルエチル、3−フェニルプロピオン酸メチル、プロピオン酸ベンジル、フェニル酢酸エチル、酢酸2−フェニルエチル等から選ばれる1種以上の溶剤である。   A negative pattern can also be formed by organic solvent development. Developers used at this time are 2-octanone, 2-nonanone, 2-heptanone, 3-heptanone, 4-heptanone, 2-hexanone, 3-hexanone, diisobutyl ketone, methylcyclohexanone, acetophenone, methyl acetophenone, propyl acetate, Butyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate, butenyl acetate, isoamyl acetate, propyl formate, butyl formate, isobutyl formate, amyl formate, isoamyl formate, methyl valerate, methyl pentenoate, methyl crotonic acid, ethyl crotonic acid, methyl propionate, Ethyl propionate, ethyl 3-ethoxypropionate, methyl lactate, ethyl lactate, propyl lactate, butyl lactate, isobutyl lactate, amyl lactate, isoamyl lactate, methyl 2-hydroxyisobutyrate, ethyl 2-hydroxyisobutyrate 1 selected from methyl benzoate, ethyl benzoate, phenyl acetate, benzyl acetate, methyl phenylacetate, benzyl formate, phenylethyl formate, methyl 3-phenylpropionate, benzyl propionate, ethyl phenylacetate, 2-phenylethyl acetate, etc. More than a seed solvent.

次に、レジストパターンと珪素含有中間層膜のパターンをマスクとしてレジスト下層膜3に、酸素プラズマ等のドライエッチング等でパターンを転写する(図1、I−v))。本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成されたレジスト下層膜のドライエッチングは、酸素ガス又は水素ガスを含有するエッチングガスを用いて行うことが好ましい。また、酸素ガス又は水素ガスに加えて、He、Ar等の不活性ガスや、CO、CO、NH、SO、N、NOガス等を加えることも可能である。 Next, using the resist pattern and the silicon-containing intermediate layer film as a mask, the pattern is transferred to the resist underlayer film 3 by dry etching such as oxygen plasma (FIG. 1, Iv). Dry etching of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film material of the present invention is preferably performed using an etching gas containing oxygen gas or hydrogen gas. In addition to oxygen gas or hydrogen gas, it is possible to add an inert gas such as He or Ar, CO, CO 2 , NH 3 , SO 2 , N 2 , NO 2 gas, or the like.

また、上記レジスト上層膜材料として、珪素原子を含有するポリマーを含まないものを用い、レジスト下層膜のエッチングを行う際に、酸素ガス又は水素ガスを含有するエッチングガスを用いることが好ましい。このようなエッチングガスを用いることで、レジスト上層膜の除去と、レジスト下層膜のエッチングを同時に行うことができる。   Further, it is preferable to use a material not containing a polymer containing silicon atoms as the resist upper layer film material, and an etching gas containing oxygen gas or hydrogen gas when etching the resist lower layer film. By using such an etching gas, it is possible to simultaneously remove the resist upper layer film and etch the resist lower layer film.

更に、珪素含有中間層膜のパターンを除去した後、レジスト下層膜のパターンをマスクにして、被加工層2をエッチングして、パターンを形成する(図1、I−vi))。このとき、被加工層2がSiO、SiN等であればフロン系ガスを含有するエッチングガスが、ポリシリコン(p−Si)やAl、W等であれば塩素系又は臭素系ガスを含有するエッチングガスが好適である。イオンを打ち込む場合は被加工基板の加工は必ずしも必要ではなく、レジスト下層膜のパターンをマスクにしてイオンの打ち込みを行う。 Further, after the pattern of the silicon-containing intermediate layer film is removed, the pattern 2 is formed by etching the layer 2 to be processed using the pattern of the resist underlayer film as a mask (FIG. 1, I-vi)). At this time, if the work layer 2 is SiO 2 , SiN or the like, an etching gas containing a chlorofluorocarbon gas contains chlorine or bromine gas if it is polysilicon (p-Si), Al, W or the like. An etching gas is preferred. When ions are implanted, it is not always necessary to process the substrate to be processed, and ions are implanted using the resist underlayer film pattern as a mask.

本発明の、無機ハードマスク膜を形成するトライレイヤーのパターン形成方法の一例を図2に示した。図2のフロー図に示されるパターン形成方法では、II−i)基板1上の被加工層2に本発明のレジスト下層膜材料をコーティングしてレジスト下層膜3を形成し、レジスト下層膜3上に無機ハードマスク膜材料をコーティングして無機ハードマスク中間層膜7を形成し、無機ハードマスク中間層膜7上にレジスト上層膜材料をコーティングして、レジスト上層膜5を形成し、II−ii)パターン回路領域6を露光し、II−iii)現像して前記レジスト上層膜5にレジストパターンを形成し(ポジ型レジストの場合)、II−iv)レジストパターンが形成されたレジスト上層膜5をマスクにして無機ハードマスク膜7にエッチングでパターンを転写し、II−v)パターンが転写された無機ハードマスク中間層膜7をマスクにしてレジスト下層膜3にエッチングでパターンを転写し、II−vi)更に、パターンが転写されたレジスト下層膜3をマスクにして被加工層2にエッチングでパターンを形成する。このとき、無機ハードマスク中間層膜のエッチングは常法に従って行えばよい。   An example of the pattern forming method of the trilayer for forming the inorganic hard mask film of the present invention is shown in FIG. In the pattern forming method shown in the flow chart of FIG. 2, II-i) the resist underlayer film material of the present invention is coated on the layer 2 to be processed on the substrate 1 to form the resist underlayer film 3. An inorganic hard mask film material is coated to form an inorganic hard mask intermediate film 7, and a resist upper film material is coated on the inorganic hard mask intermediate film 7 to form a resist upper film 5, II-ii The pattern circuit region 6 is exposed, II-iii) is developed to form a resist pattern on the resist upper layer film 5 (in the case of a positive resist), and II-iv) the resist upper layer film 5 on which the resist pattern is formed The pattern is transferred to the inorganic hard mask film 7 by etching as a mask, and II-v) the inorganic hard mask intermediate layer film 7 to which the pattern is transferred is used as a mask. The pattern etching is transferred to strike the lower film 3, II-vi) Further, the pattern to form a pattern by etching the layer to be processed 2 in the resist underlayer film 3 which has been transferred to the mask. At this time, the inorganic hard mask intermediate layer film may be etched in accordance with a conventional method.

(4層プロセス)
次に、本発明の、4層プロセスのパターン形成方法について説明する。図3のフロー図に示されるパターン形成方法では、III−i)基板1上の被加工層2に本発明のレジスト下層膜材料をコーティングしてレジスト下層膜3を形成し、レジスト下層膜3上に無機ハードマスク膜材料をコーティングして無機ハードマスク中間層膜7を形成し、無機ハードマスク中間層膜7上に有機反射防止膜材料をコーティングして有機反射防止膜8を形成し、有機反射防止膜8上にレジスト上層膜材料をコーティングして、レジスト上層膜5を形成して4層レジスト膜とし、III−ii)パターン回路領域6を露光し、III−iii)現像して前記レジスト上層膜5にレジストパターンを形成し(ポジ型レジストの場合)、III−iv)レジストパターンが形成されたレジスト上層膜5をマスクにして有機反射防止膜8にエッチングでパターンを転写し、III−v)パターンが形成された有機反射防止膜8をマスクにして無機ハードマスク中間層膜7にエッチングでパターンを転写し、III−vi)パターンが転写された無機ハードマスク膜7をマスクにしてレジスト下層膜3にエッチングでパターンを転写し、III−vii)更に、パターンが転写されたレジスト下層膜3をマスクにして被加工層2にエッチングでパターンを形成する。
(4-layer process)
Next, the pattern forming method of the four-layer process of the present invention will be described. In the pattern forming method shown in the flow chart of FIG. 3, III-i) a resist underlayer film material of the present invention is coated on a layer 2 to be processed on a substrate 1 to form a resist underlayer film 3. An inorganic hard mask film material is coated to form an inorganic hard mask intermediate film 7, and an organic antireflection film material is coated on the inorganic hard mask intermediate film 7 to form an organic antireflection film 8. A resist upper layer film material is coated on the prevention film 8 to form a resist upper layer film 5 to form a four-layer resist film. III-ii) The pattern circuit region 6 is exposed and III-iii) The developed resist upper layer A resist pattern is formed on the film 5 (in the case of a positive resist), and III-iv) an organic antireflection film using the resist upper layer film 5 on which the resist pattern is formed as a mask III-v) The pattern was transferred to the inorganic hard mask intermediate film 7 using the organic antireflection film 8 on which the pattern was formed as a mask, and III-vi) the pattern was transferred. The pattern is transferred to the resist underlayer film 3 by etching using the inorganic hard mask film 7 as a mask. III-vii) Further, the pattern is formed by etching on the layer 2 to be processed using the resist underlayer film 3 to which the pattern is transferred as a mask. To do.

このとき、有機反射防止膜のエッチングは常法に従って行えばよい。更に、有機反射防止膜のエッチングは、無機ハードマスク中間層膜7のエッチングと連続して行ってもよいし、また、有機反射防止膜8のみをエッチングしてから、エッチング装置を変えるなどして無機ハードマスク中間層膜7のエッチングを行ってもよい(図3、III−iv)、III−v))。   At this time, the organic antireflection film may be etched according to a conventional method. Further, the etching of the organic antireflection film may be performed continuously with the etching of the inorganic hard mask intermediate layer film 7, or only the organic antireflection film 8 is etched and then the etching apparatus is changed. The inorganic hard mask intermediate layer film 7 may be etched (FIG. 3, III-iv), III-v)).

(5層プロセス)
次に、本発明の、5層プロセスのパターン形成方法について説明する。図4のフロー図に示されるパターン形成方法では、IV−i)基板1上の被加工層2に本発明のレジスト下層膜材料をコーティングしてレジスト下層膜3を形成し、レジスト下層膜3上に無機ハードマスク中間層膜材料をコーティングして無機ハードマスク中間層膜7を形成し、無機ハードマスク中間層膜7上に炭化水素膜材料を用いて炭化水素膜9をスピンコートで形成し、炭化水素膜9上に珪素含有中間層膜材料を用いて珪素含有中間層膜4を形成し、珪素含有中間層膜4上にレジスト上層膜材料をコーティングして、レジスト上層膜5を形成して5層レジスト膜とし、IV−ii)パターン回路領域6を露光し、IV−iii)現像して前記レジスト上層膜5にレジストパターンを形成し(ポジ型レジストの場合)、IV−iv)レジストパターンが形成されたレジスト上層膜5をマスクにして珪素含有中間層膜4にエッチングでパターンを転写し、IV−v)レジストパターンが形成された珪素含有中間層膜4をマスクにして炭化水素膜9にエッチングでパターンを転写し、IV−vi)パターンが転写された炭化水素膜9をマスクにして無機ハードマスク中間層膜7にエッチングでパターンを転写し、IV−vii)更に、パターンが転写された無機ハードマスク膜7をマスクにしてレジスト下層膜3にエッチングでパターンを転写し、IV−viii)更に、パターンが転写されたレジスト下層膜3をマスクにして被加工層2にエッチングでパターンを形成する。このとき、炭化水素膜のエッチングは常法に従って行えばよい。
(5-layer process)
Next, the pattern forming method of the 5-layer process of the present invention will be described. In the pattern forming method shown in the flow chart of FIG. 4, IV-i) The resist underlayer film material of the present invention is coated on the processing layer 2 on the substrate 1 to form the resist underlayer film 3. An inorganic hard mask intermediate film material is coated to form an inorganic hard mask intermediate film 7, and a hydrocarbon film 9 is formed on the inorganic hard mask intermediate film 7 using a hydrocarbon film material by spin coating. A silicon-containing intermediate layer film 4 is formed on the hydrocarbon film 9 using a silicon-containing intermediate layer film material, and a resist upper layer film material is coated on the silicon-containing intermediate layer film 4 to form a resist upper layer film 5. A 5-layer resist film is formed. IV-ii) The pattern circuit region 6 is exposed, and IV-iii) is developed to form a resist pattern on the resist upper layer film 5 (in the case of a positive resist). IV-iv) The pattern is transferred to the silicon-containing intermediate layer film 4 by etching using the resist upper layer film 5 on which the resist pattern is formed as a mask. IV-v) Hydrocarbon using the silicon-containing intermediate layer film 4 on which the resist pattern is formed as a mask The pattern is transferred to the film 9 by etching. IV-vi) The pattern is transferred to the inorganic hard mask intermediate film 7 by using the hydrocarbon film 9 to which the pattern is transferred as a mask. IV-vii) Using the transferred inorganic hard mask film 7 as a mask, the pattern is transferred to the resist underlayer film 3 by etching. IV-viii) Further, using the resist underlayer film 3 to which the pattern is transferred as a mask, etching is performed on the layer 2 to be processed. Form a pattern. At this time, the hydrocarbon film may be etched in accordance with a conventional method.

以上のように、本発明のレジスト下層膜材料を用いた本発明のパターン形成方法であれば、基板を十分に埋め込むことができ、かつアウトガスの発生を抑えることができるため、半導体装置等の製造工程における微細加工時の欠陥を大幅に低減することが可能となる。従って、本発明のレジスト下層膜及びパターン形成方法は、特に、共ピッチの細いトレンチパターンの埋め込みと、欠陥の発生源となるレジスト下層膜のベーク時のアウトガスの発生を抑えることが求められるFin−FET等の3次元デバイスの製造などに好適である。   As described above, the pattern forming method of the present invention using the resist underlayer film material of the present invention can sufficiently embed a substrate and suppress the generation of outgas. It is possible to greatly reduce defects during microfabrication in the process. Therefore, the resist underlayer film and pattern forming method of the present invention are particularly required to suppress the occurrence of outgassing at the time of baking of the resist underlayer film, which is a source of defects, as well as embedding a trench pattern having a thin co-pitch. It is suitable for manufacturing a three-dimensional device such as an FET.

以下、実施例、比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの記載によって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited by these description.

<一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーの合成> <Synthesis of an acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the general formula (1)>

[合成例1−1]
2Lのフラスコに、アクリロニトリル5.3g、2−トリフルオロメチルアクリロニトリル12.1gを加え、溶媒としてはテトラヒドロフラン20gを添加し、撹拌した。この反応容器を窒素雰囲気下で−70℃まで冷却し、減圧脱気した後、窒素ブローを3回繰り返した。更に室温まで昇温させた後、重合開始剤としてAIBN(アゾビスイソブチロニトリル)1.2gを加えて撹拌し、60℃まで昇温させた後、15時間反応させた。このようにして得られた反応溶液をイソプロピルアルコール1L溶液中に沈殿させ、濾過することで得られた白色固体を、60℃で減圧乾燥し、白色重合体を得た。更にこの得られた重合体を、13C,H−NMR(核磁気共鳴)及びGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)で分析したところ、以下の分析結果となった。この得られた重合体をアクリロニトリルポリマー1とし、以下に示す。
[Synthesis Example 1-1]
To a 2 L flask, 5.3 g of acrylonitrile and 12.1 g of 2-trifluoromethylacrylonitrile were added, and 20 g of tetrahydrofuran was added as a solvent, followed by stirring. The reaction vessel was cooled to −70 ° C. under a nitrogen atmosphere, degassed under reduced pressure, and then nitrogen blowing was repeated three times. After further raising the temperature to room temperature, 1.2 g of AIBN (azobisisobutyronitrile) as a polymerization initiator was added and stirred, and the temperature was raised to 60 ° C., followed by reaction for 15 hours. The white solid obtained by precipitating the reaction solution thus obtained in 1 L of isopropyl alcohol and filtering was dried under reduced pressure at 60 ° C. to obtain a white polymer. Furthermore, when the obtained polymer was analyzed by 13 C, 1 H-NMR (nuclear magnetic resonance) and GPC (gel permeation chromatography), the following analysis results were obtained. This obtained polymer is referred to as “acrylonitrile polymer 1” and is shown below.

アクリロニトリルポリマー1
共重合組成比(モル比)
アクリロニトリル:2−トリフルオロメチルアクリロニトリル=0.52:0.48
重量平均分子量(Mw)=45,300
分子量分布(Mw/Mn)=2.21

Figure 0006404799
Acrylonitrile polymer 1
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Acrylonitrile: 2-trifluoromethylacrylonitrile = 0.52: 0.48
Weight average molecular weight (Mw) = 45,300
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 2.21
Figure 0006404799

[合成例1−2]
合成例1−1と同様にして、2Lのフラスコにアクリロニトリルの9.4g、メタクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル6.7g、溶媒としてテトラヒドロフランを20g添加し、白色重合体を得た。更にこの得られた重合体を上記と同様にして分析したところ、以下の分析結果となった。この得られた重合体をアクリロニトリルポリマー2とし、以下に示す。
[Synthesis Example 1-2]
In the same manner as in Synthesis Example 1-1, 9.4 g of acrylonitrile, 6.7 g of 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, and 20 g of tetrahydrofuran as a solvent were added to a 2 L flask to obtain a white polymer. Further, when the obtained polymer was analyzed in the same manner as described above, the following analysis results were obtained. This obtained polymer is referred to as “acrylonitrile polymer 2” and is shown below.

アクリロニトリルポリマー2
共重合組成比(モル比)
アクリロニトリル:メタクリル酸2,2,2−トリフルオロエチル=0.78:0.22
重量平均分子量(Mw)=31,300
分子量分布(Mw/Mn)=1.98

Figure 0006404799
Acrylonitrile polymer 2
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Acrylonitrile: 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate = 0.78: 0.22
Weight average molecular weight (Mw) = 31,300
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.98
Figure 0006404799

[合成例1−3]
合成例1−1と同様にして、2Lのフラスコにアクリロニトリルの9.4g、2,2,2−トリフルオロエチルビニルエーテル6.3g、溶媒としてテトラヒドロフランを20g添加し、白色重合体を得た。更にこの得られた重合体を上記と同様にして分析したところ、以下の分析結果となった。この得られた重合体をアクリロニトリルポリマー3とし、以下に示す。
[Synthesis Example 1-3]
In the same manner as in Synthesis Example 1-1, 9.4 g of acrylonitrile, 6.3 g of 2,2,2-trifluoroethyl vinyl ether, and 20 g of tetrahydrofuran as a solvent were added to a 2 L flask to obtain a white polymer. Further, when the obtained polymer was analyzed in the same manner as described above, the following analysis results were obtained. This obtained polymer is referred to as “acrylonitrile polymer 3” and is shown below.

アクリロニトリルポリマー3
共重合組成比(モル比)
アクリロニトリル:2,2,2−トリフルオロエチルビニルエーテル=0.75:0.25
重量平均分子量(Mw)=38,800
分子量分布(Mw/Mn)=1.91

Figure 0006404799
Acrylonitrile polymer 3
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Acrylonitrile: 2,2,2-trifluoroethyl vinyl ether = 0.75: 0.25
Weight average molecular weight (Mw) = 38,800
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.91
Figure 0006404799

[合成例1−4]
合成例1−1と同様にして、2Lのフラスコにアクリロニトリルの9.4g、2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン7.6g、溶媒としてテトラヒドロフランを20g添加し、白色重合体を得た。更にこの得られた重合体を上記と同様にして分析したところ、以下の分析結果となった。この得られた重合体をアクリロニトリルポリマー4とし、以下に示す。
[Synthesis Example 1-4]
In the same manner as in Synthesis Example 1-1, 9.4 g of acrylonitrile, 7.6 g of 2,3,4,5,6-pentafluorostyrene and 20 g of tetrahydrofuran as a solvent were added to a 2 L flask to obtain a white polymer. It was. Further, when the obtained polymer was analyzed in the same manner as described above, the following analysis results were obtained. This obtained polymer is referred to as “acrylonitrile polymer 4” and is shown below.

アクリロニトリルポリマー4
共重合組成比(モル比)
アクリロニトリル:2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン=0.75:0.25
重量平均分子量(Mw)=23,100
分子量分布(Mw/Mn)=1.86

Figure 0006404799
Acrylonitrile polymer 4
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Acrylonitrile: 2,3,4,5,6-pentafluorostyrene = 0.75: 0.25
Weight average molecular weight (Mw) = 23,100
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.86
Figure 0006404799

[合成例1−5]
合成例1−1と同様にして、2Lのフラスコにアクリロニトリルの9.4g、メタクリル酸5,5,4,4,3,3,2,2−オクタフルオロペンチル4.5g、溶媒としてテトラヒドロフランを20g添加し、白色重合体を得た。更にこの得られた重合体を上記と同様にして分析したところ、以下の分析結果となった。この得られた重合体をアクリロニトリルポリマー5とし、以下に示す。
[Synthesis Example 1-5]
In the same manner as in Synthesis Example 1-1, 9.4 g of acrylonitrile, 4.5 g of methacrylic acid 5,4.5 g of methacrylic acid, and 20 g of tetrahydrofuran as a solvent in a 2 L flask. This was added to obtain a white polymer. Further, when the obtained polymer was analyzed in the same manner as described above, the following analysis results were obtained. This obtained polymer is referred to as “acrylonitrile polymer 5” and is shown below.

アクリロニトリルポリマー5
共重合組成比(モル比)
アクリロニトリル:メタクリル酸5,5,4,4,3,3,2,2−オクタフルオロペンチル=0.85:0.15
重量平均分子量(Mw)=35,600
分子量分布(Mw/Mn)=1.91

Figure 0006404799
Acrylonitrile polymer 5
Copolymer composition ratio (molar ratio)
Acrylonitrile: methacrylic acid 5,5,4,4,3,3,2,2-octafluoropentyl = 0.85: 0.15
Weight average molecular weight (Mw) = 35,600
Molecular weight distribution (Mw / Mn) = 1.91
Figure 0006404799

<上記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂の合成>
[合成例2−1]
6,6’−(9H−フルオレン−9,9−ジイル)ジ(2−ナフトール)45g、37質量%ホルマリン水溶液120g、シュウ酸5g、ジオキサン50gを加え、100℃で24時間撹拌した。反応後、メチルイソブチルケトン500mlに溶解させ、十分な水洗により触媒と金属不純物を除去した後、150℃,2mmHgまで減圧して水分と溶剤を減圧除去し、以下に示すノボラック樹脂1を得た。
<Synthesis of novolak resin having a repeating unit represented by the general formula (2)>
[Synthesis Example 2-1]
45 g of 6,6 ′-(9H-fluorene-9,9-diyl) di (2-naphthol), 120 g of a 37 mass% formalin aqueous solution, 5 g of oxalic acid and 50 g of dioxane were added and stirred at 100 ° C. for 24 hours. After the reaction, the product was dissolved in 500 ml of methyl isobutyl ketone and the catalyst and metal impurities were removed by sufficient water washing, and then the water and solvent were removed under reduced pressure by reducing the pressure to 150 ° C. and 2 mmHg to obtain the novolak resin 1 shown below.

ノボラック樹脂1
分子量(Mw)=3,100
分散度(Mw/Mn)=3.88

Figure 0006404799
Novolac resin 1
Molecular weight (Mw) = 3,100
Dispersity (Mw / Mn) = 3.88
Figure 0006404799

[合成例2−2]
合成例2−1と同様にして、αナフトールフタレイン45g、37質量%ホルマリン水溶液120g、シュウ酸5g、ジオキサン50gを加え、以下に示すノボラック樹脂2を得た。
[Synthesis Example 2-2]
In the same manner as in Synthesis Example 2-1, 45 g of α-naphtholphthalein, 120 g of a 37 mass% formalin aqueous solution, 5 g of oxalic acid, and 50 g of dioxane were added to obtain a novolak resin 2 shown below.

ノボラック樹脂2
分子量(Mw)=2,100
分散度(Mw/Mn)=3.67

Figure 0006404799
Novolac resin 2
Molecular weight (Mw) = 2,100
Dispersity (Mw / Mn) = 3.67
Figure 0006404799

[合成例2−3]
合成例2−1と同様にして、ナフトフルオレセイン45g、37質量%ホルマリン水溶液120g、シュウ酸5g、ジオキサン50gを加え、以下に示すノボラック樹脂3を得た。
[Synthesis Example 2-3]
In the same manner as in Synthesis Example 2-1, 45 g of naphthofluorescein, 120 g of a 37 mass% formalin aqueous solution, 5 g of oxalic acid, and 50 g of dioxane were added to obtain a novolak resin 3 shown below.

ノボラック樹脂3
分子量(Mw)=2,600
分散度(Mw/Mn)=3.55

Figure 0006404799
Novolac resin 3
Molecular weight (Mw) = 2,600
Dispersity (Mw / Mn) = 3.55
Figure 0006404799

[合成例2−4]
6,6’−(9H−フルオレン−9,9−ジイル)ジ(2−ナフトール)45g、37質量%ホルマリン水溶液60g、シュウ酸5g、ジオキサン50gを加え、80℃で24時間撹拌した。反応後、メチルイソブチルケトン500mlに溶解し、十分な水洗により触媒と金属不純物を除去した後、150℃,2mmHgまで減圧して水分と溶剤を減圧除去し、以下に示すノボラック樹脂4を得た。
[Synthesis Example 2-4]
45 g of 6,6 ′-(9H-fluorene-9,9-diyl) di (2-naphthol), 60 g of a 37 mass% formalin aqueous solution, 5 g of oxalic acid and 50 g of dioxane were added and stirred at 80 ° C. for 24 hours. After the reaction, the product was dissolved in 500 ml of methyl isobutyl ketone and the catalyst and metal impurities were removed by washing with sufficient water. Then, the pressure was reduced to 150 ° C. and 2 mmHg, and the water and the solvent were removed under reduced pressure to obtain the novolak resin 4 shown below.

ノボラック樹脂4
分子量(Mw)=1,100
分散度(Mw/Mn)=3.86

Figure 0006404799
Novolac resin 4
Molecular weight (Mw) = 1,100
Dispersity (Mw / Mn) = 3.86
Figure 0006404799

(実施例1−1〜1−10、比較例1−1、1−2)
[レジスト下層膜材料の調製]
上記アクリロニトリルポリマー1〜5、ノボラック樹脂1〜4、及び下記に示されるモノマー1〜5を、FC−4430(住友スリーエム社製)0.1質量%を含む有機溶剤中に表1に示す割合で溶解させ、孔径0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによってレジスト下層膜材料(下層膜材料1〜10、比較下層膜材料1、2)をそれぞれ調製した。
(Examples 1-1 to 1-10, Comparative Examples 1-1 and 1-2)
[Preparation of resist underlayer film material]
The acrylonitrile polymers 1 to 5, the novolak resins 1 to 4 and the monomers 1 to 5 shown below are shown in Table 1 in an organic solvent containing 0.1% by mass of FC-4430 (manufactured by Sumitomo 3M). Resist lower layer film materials (lower layer film materials 1 to 10 and comparative lower layer film materials 1 and 2) were prepared by dissolving and filtering through a filter made of a fluororesin having a pore diameter of 0.1 μm.

モノマー1〜5

Figure 0006404799
Monomers 1-5
Figure 0006404799

<屈折率測定>
上記で調製したレジスト下層膜材料(下層膜材料1〜10、比較下層膜材料1、2)をシリコン(Si)基板上に塗布して、大気雰囲気下において、350℃で60秒間ベークして、それぞれ膜厚100nmのレジスト下層膜を形成した。レジスト下層膜の形成後、入射角度可変のJ.A.ウーラム社製分光エリプソメーター(VASE)で波長193nmにおける屈折率(n,k)を求めた。その結果を表1に示す。
<Refractive index measurement>
The resist underlayer film material prepared above (underlayer film materials 1 to 10, comparative underlayer film materials 1 and 2) is applied on a silicon (Si) substrate, and is baked at 350 ° C. for 60 seconds in an air atmosphere. A resist underlayer film having a thickness of 100 nm was formed. After the formation of the resist underlayer film, the incident angle is variable. A. The refractive index (n, k) at a wavelength of 193 nm was determined with a spectroscopic ellipsometer (VASE) manufactured by Woollam. The results are shown in Table 1.

Figure 0006404799
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
Figure 0006404799
PGMEA: Propylene glycol monomethyl ether acetate

<昇華物測定>
製造したレジスト下層膜材料(下層膜材料1〜10、比較下層膜材料1、2)を、それぞれSi基板上に塗布し、表2に記載の条件で、大気雰囲気下において焼成し、ベーク中にホットプレートオーブン中に発生するパーティクルを、リオン社製パーティクルカウンターKR−11Aを用いて0.3μmと0.5μmサイズのパーティクル数について測定した。結果を表2に示す。
<Measurement of sublimation>
The manufactured resist underlayer film materials (underlayer film materials 1 to 10 and comparative underlayer film materials 1 and 2) were respectively applied on a Si substrate, fired under the atmosphere described in Table 2 in an air atmosphere, and baked. Particles generated in the hot plate oven were measured for the number of particles having a size of 0.3 μm and 0.5 μm using a particle counter KR-11A manufactured by Rion. The results are shown in Table 2.

Figure 0006404799
Figure 0006404799

上記結果より、下層膜材料1〜10及び比較下層膜材料2は、比較下層膜材料1に比べて、ベーク中のパーティクルの発生が少ないことから、アウトガスの発生が低減されており、焼成用オーブンを汚染しにくいことが分かった。また、いずれの下層膜材料も、十分な耐熱性を有することが分かった。   From the above results, the lower layer film materials 1 to 10 and the comparative lower layer film material 2 have less generation of particles during baking than the comparative lower layer film material 1, and thus the generation of outgas is reduced. It turned out to be difficult to contaminate. Moreover, it turned out that any underlayer film material has sufficient heat resistance.

<段差基板上の埋め込み評価>
(実施例2−1〜2−10、比較例2−1、2−2)
段差基板として、膜厚500nm、サイズ160nm、ピッチ320nmのSiO膜の密集ホールパターンが形成されたSi基板を使用した。製造したレジスト下層膜材料(下層膜材料1〜10、比較下層膜材料1、2)を、平坦なSi基板上で100nm膜厚となるように段差基板のSiO膜上に塗布した後、ウェハーを割断してホールの底までレジスト下層膜材料が埋め込まれているかどうかSEM(走査型電子顕微鏡)で観察した。結果を表3に示す。
<Embedded evaluation on stepped substrate>
(Examples 2-1 to 2-10, Comparative examples 2-1 and 2-2)
As the step substrate, a Si substrate on which a dense hole pattern of SiO 2 film having a film thickness of 500 nm, a size of 160 nm, and a pitch of 320 nm was formed was used. The manufactured resist underlayer film material (underlayer film materials 1 to 10, comparative underlayer film materials 1 and 2) is applied on the SiO 2 film of the stepped substrate so as to have a film thickness of 100 nm on a flat Si substrate, and then the wafer. Was observed by SEM (scanning electron microscope) to see if the resist underlayer film material was buried to the bottom of the hole. The results are shown in Table 3.

Figure 0006404799
Figure 0006404799

上記表3に示される結果より、下層膜材料1〜10は、高アスペクトな段差基板においても埋め込み特性が良好であり、かつ表2の結果と併せて、アウトガスの発生を抑えていることが分かる。一方、比較例1−1、1−2では、埋め込み特性の確保とアウトガスの低減の両立ができていないことが分かった。   From the results shown in Table 3, it can be seen that the lower layer film materials 1 to 10 have good embedding characteristics even in a high-aspect stepped substrate and, together with the results in Table 2, suppress the generation of outgas. . On the other hand, in Comparative Examples 1-1 and 1-2, it has been found that the securing of the embedding characteristic and the reduction of the outgas are not compatible.

<珪素含有中間層膜材料の調製>
下記に示される珪素含有ポリマー及び酸発生剤PAG1を、FC−4430(住友スリーエム社製)0.1質量%を含む有機溶剤中に、表4に示される割合で溶解させ、孔径0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって珪素含有中間層膜材料を調製した。上記で調製した珪素含有中間層膜材料を、Si基板上に塗布して、200℃で60秒間ベークしてそれぞれ膜厚40nmの珪素含有中間層膜を形成した。珪素含有中間層膜の形成後、入射角度可変のJ.A.ウーラム社製分光エリプソメーター(VASE)で波長193nmにおける屈折率(n,k)を求め、その結果を表4に示した。
<Preparation of silicon-containing interlayer film material>
The silicon-containing polymer and acid generator PAG1 shown below are dissolved in an organic solvent containing 0.1% by mass of FC-4430 (manufactured by Sumitomo 3M) at a ratio shown in Table 4, and the pore diameter is 0.1 μm. A silicon-containing interlayer film material was prepared by filtering with a fluororesin filter. The silicon-containing intermediate layer film material prepared above was applied onto a Si substrate and baked at 200 ° C. for 60 seconds to form silicon-containing intermediate layer films each having a thickness of 40 nm. After the formation of the silicon-containing intermediate layer film, the incident angle variable J.P. A. The refractive index (n, k) at a wavelength of 193 nm was determined with a spectroscopic ellipsometer (VASE) manufactured by Woollam, and the results are shown in Table 4.

Figure 0006404799
Figure 0006404799

Figure 0006404799
PGEE:プロピレングリコールエチルエーテル
Figure 0006404799
PGEE: Propylene glycol ethyl ether

<レジスト上層膜材料の調製>
下記に示されるレジストポリマー、酸発生剤PAG2、クエンチャーを、FC−4430(住友スリーエム社製)0.1質量%を含む有機溶剤中に、表5に示される割合で溶解させ、孔径0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによってレジスト上層膜材料(ArF用レジスト膜材料)を調製した。
<Preparation of resist upper layer film material>
The resist polymer, acid generator PAG2, and quencher shown below were dissolved in an organic solvent containing 0.1% by mass of FC-4430 (manufactured by Sumitomo 3M) at a ratio shown in Table 5 to obtain a pore size of 0. A resist upper layer film material (ArF resist film material) was prepared by filtering through a 1 μm fluororesin filter.

Figure 0006404799
Figure 0006404799

レジストポリマー
分子量(Mw)=7,500
分散度(Mw/Mn)=1.92

Figure 0006404799
Resist polymer
Molecular weight (Mw) = 7,500
Dispersity (Mw / Mn) = 1.92
Figure 0006404799

Figure 0006404799
Figure 0006404799

<パターンエッチング試験>
(実施例3−1〜3−10、比較例3−1、3−2)
製造したレジスト下層膜形成材料(下層膜材料1〜10、比較下層膜材料1、2)を、膜厚80nmのSiO膜が形成された300mmSiウェハー基板上に塗布して、大気雰囲気下において300℃で60秒間ベークし、その後、更に窒素気流下において400℃で60秒間ベークして膜厚100nmのレジスト下層膜を形成した。その上に前記調製した珪素含有中間層膜材料を塗布して200℃で60秒間ベークして膜厚35nmの中間層膜を形成し、その上にArF用レジスト膜材料を塗布し、105℃で60秒間ベークして膜厚100nmのArF用レジスト膜を形成した。
<Pattern etching test>
(Examples 3-1 to 3-10, Comparative examples 3-1 and 3-2)
The produced resist underlayer film forming materials (underlayer film materials 1 to 10, comparative underlayer film materials 1 and 2) are applied onto a 300 mm Si wafer substrate on which an SiO 2 film having a thickness of 80 nm is formed, and 300 in an air atmosphere. Bake at 60 ° C. for 60 seconds, and then further baked at 400 ° C. for 60 seconds in a nitrogen stream to form a resist underlayer film having a thickness of 100 nm. The silicon-containing intermediate layer material prepared above is applied thereon and baked at 200 ° C. for 60 seconds to form an intermediate layer film having a thickness of 35 nm. Then, an ArF resist film material is applied thereon at 105 ° C. The resist film for ArF with a film thickness of 100 nm was formed by baking for 60 seconds.

次いで、上記のようにして3層の膜を形成したSiウェハー基板を、ArF液浸露光装置(ニコン社製;NSR−S610C,NA1.30、σ0.98/0.65、35度ダイポールs偏光照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク)で露光し、100℃で60秒間ベーク(PEB)し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で30秒間現像し、43nm1:1のポジ型のラインアンドスペースパターンを得た。   Next, the Si wafer substrate on which the three-layer film was formed as described above was subjected to an ArF immersion exposure apparatus (manufactured by Nikon; NSR-S610C, NA1.30, σ0.98 / 0.65, 35-degree dipole s-polarized light Exposure with illumination, 6% halftone phase shift mask), baking (PEB) at 100 ° C. for 60 seconds, development with 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution for 30 seconds, 43 nm 1: 1 positive A mold line and space pattern was obtained.

更に、東京エレクトロン社製エッチング装置Teliusを用いてドライエッチングによって、前記形成したレジストパターンをマスクにして珪素含有中間層膜にパターンを転写した。更に、同様にドライエッチングによって、パターンを転写した珪素含有中間層膜をマスクにして、レジスト下層膜にパターンを転写し、パターンを転写したレジスト下層膜をマスクにして、SiO膜にパターンを転写した。 Further, the pattern was transferred to the silicon-containing intermediate layer film by dry etching using an etching apparatus Telius manufactured by Tokyo Electron Co., Ltd. using the formed resist pattern as a mask. Similarly, by dry etching, the silicon-containing intermediate layer film to which the pattern is transferred is used as a mask, the pattern is transferred to the resist underlayer film, and the pattern is transferred to the SiO 2 film using the resist underlayer film to which the pattern is transferred as a mask. did.

エッチング条件は下記に示すとおりである。
珪素含有中間層膜への転写条件
チャンバー圧力 10.0Pa
RFパワー 1,500W
CFガス流量 15sccm(mL/min)
ガス流量 75sccm(mL/min)
時間 15sec
Etching conditions are as shown below.
Transfer conditions to silicon-containing interlayer film Chamber pressure 10.0 Pa
RF power 1,500W
CF 4 gas flow rate 15 sccm (mL / min)
O 2 gas flow rate 75 sccm (mL / min)
Time 15sec

レジスト下層膜への転写条件
チャンバー圧力 2.0Pa
RFパワー 500W
Arガス流量 75sccm(mL/min)
ガス流量 45sccm(mL/min)
時間 120sec
Transfer conditions to resist underlayer chamber pressure 2.0 Pa
RF power 500W
Ar gas flow rate 75 sccm (mL / min)
O 2 gas flow rate 45 sccm (mL / min)
Time 120sec

SiO膜への転写条件
チャンバー圧力 2.0Pa
RFパワー 2,200W
12ガス流量 20sccm(mL/min)
ガス流量 10sccm(mL/min)
Arガス流量 300sccm(mL/min)
60sccm(mL/min)
時間 90sec
Transfer conditions to SiO 2 film Chamber pressure 2.0 Pa
RF power 2,200W
C 5 F 12 gas flow rate 20 sccm (mL / min)
C 2 F 6 gas flow rate 10 sccm (mL / min)
Ar gas flow rate 300sccm (mL / min)
O 2 60 sccm (mL / min)
90 seconds

日立製作所社製電子顕微鏡(S−4700)を用いて、ウェハーを割断してパターン断面を観察し、各エッチング段階におけるエッチング後のパターン形状や、SiO膜のエッチング後のパターンのよれを比較した。結果を表6に示す。 Using an electron microscope (S-4700) manufactured by Hitachi, Ltd., the wafer was cleaved and the pattern cross section was observed, and the pattern shape after etching in each etching stage and the pattern variation after etching of the SiO 2 film were compared. . The results are shown in Table 6.

Figure 0006404799
Figure 0006404799

上記表6に示される結果より、本発明のレジスト下層膜材料を用いれば、従来型のレジスト下層膜と同様にドライエッチング後においても良好なパターンを形成できることが分かった。また、いずれの下層膜材料も、十分なドライエッチング耐性を有することが分かった。   From the results shown in Table 6 above, it was found that if the resist underlayer film material of the present invention is used, a good pattern can be formed even after dry etching as in the conventional resist underlayer film. It was also found that any lower layer film material has sufficient dry etching resistance.

1…基板、 2…被加工層、 3…レジスト下層膜、 4…珪素含有中間層膜、
5…レジスト上層膜、 6…パターン回路領域、 7…無機ハードマスク中間層膜、
8…有機反射防止膜、 9…炭化水素膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Processed layer, 3 ... Resist underlayer film, 4 ... Silicon containing intermediate | middle layer film,
5 ... Resist upper layer film, 6 ... Pattern circuit region, 7 ... Inorganic hard mask intermediate layer film,
8 ... Organic antireflection film, 9 ... Hydrocarbon film.

Claims (12)

下記一般式(1)で示される少なくとも1個以上のフッ素原子を含む繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと、下記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂及び下記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体のいずれか又は両方を含有するものであることを特徴とするレジスト下層膜材料。
Figure 0006404799
Figure 0006404799
(式中、R、Rは水素原子、フッ素原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基である。Rは単結合、フェニレン基、又は炭素数1〜11のアルキレン基である。Rはフッ素原子であるか、少なくとも1個以上のフッ素原子を有する炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、又は炭素数6〜10のアリール基であり、これらがヒドロキシ基、アルコキシ基、アシル基、スルホキシド基、スルホン基、又はスルホンアミド基を有していてもよい。R、R、R12、R13は水素原子、酸不安定基、及びグリシジル基のいずれか、又は炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基、アシル基、若しくはアルコキシカルボニル基である。R、Rは水素原子、ヒドロキシ基、及び炭素数1〜4のアルコキシ基のいずれか、又はヒドロキシ基、アルコキシ基、アシロキシ基、エーテル基、若しくはスルフィド基を有していてもよい炭素数1〜10の直鎖状、分岐状、若しくは環状のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、若しくは炭素数6〜10のアリール基である。R14、R15はR、Rと同様の基又はハロゲン原子である。R、R10、R16、R17は水素原子であるか、あるいはRとR10、R16とR17が結合して形成されるエーテル結合である。R11は水素原子、又はヒドロキシ基、アルコキシ基、アシロキシ基、エーテル基、スルフィド基、クロロ基、若しくはニトロ基を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、若しくは炭素数6〜10のアリール基である。Xはフェニレン基、エーテル基、又はエステル基である。X、Xは単結合であるか、あるいはヒドロキシ基、カルボキシル基、エーテル基、若しくはラクトン環を有していてもよい炭素数1〜38の直鎖状、分岐状、又は環状の2価炭化水素基である。Xが2価炭化水素基の場合、R及びR10はX中の炭素原子と結合して形成されるエーテル結合であってもよく、Xが2価炭化水素基の場合、R16及びR17はX中の炭素原子と結合して形成されるエーテル結合であってもよい。a及びbは、0<a≦1.0、0≦b<1.0であるが、Rがフッ素原子を有さない場合は0<a<1.0、0<b<1.0である。cは1≦c≦6の整数であり、cが2以上の場合は、cの数だけRでRの水素原子が置換される。g、h、i、j、k、l、m、及びnは1又は2である。)
An acrylonitrile polymer having a repeating unit containing at least one fluorine atom represented by the following general formula (1), a novolak resin having a repeating unit represented by the following general formula (2), and the following general formula (3) A resist underlayer film material containing either or both of bisnaphthol derivatives.
Figure 0006404799
Figure 0006404799
(In the formula, R 1 and R 2 are a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. R 3 is a single bond, a phenylene group, or an alkylene group having 1 to 11 carbon atoms. R 4 Is a fluorine atom, or a C1-C10 linear, branched or cyclic alkyl group having at least one fluorine atom, a C2-C10 alkenyl group, or a C6-C10 Which may have a hydroxy group, an alkoxy group, an acyl group, a sulfoxide group, a sulfone group, or a sulfonamide group, wherein R 5 , R 6 , R 12 , and R 13 are a hydrogen atom, acid labile groups, and one of a glycidyl group, or a straight, branched, or cyclic alkyl group, an acyl group, or alkoxycarbonyl .R 7, R 8 is a carbonyl group Any one of an elementary atom, a hydroxy group, and an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, or a straight chain having 1 to 10 carbon atoms which may have a hydroxy group, an alkoxy group, an acyloxy group, an ether group, or a sulfide group A branched, or cyclic alkyl group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms R 14 and R 15 are the same groups or halogen atoms as R 7 and R 8 R 9 , R 10 , R 16 and R 17 are hydrogen atoms, or are ether bonds formed by combining R 9 and R 10 , R 16 and R 17, and R 11 is a hydrogen atom. Or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a hydroxy group, an alkoxy group, an acyloxy group, an ether group, a sulfide group, a chloro group or a nitro group; Kenyir group, or an aryl group having a carbon number of 6 to 10 .X 1 is a phenylene group, an ether group, or an ester group .X 2, or X 3 is a single bond, or a hydroxy group, a carboxyl group, an ether Or a straight-chain, branched or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 38 carbon atoms which may have a lactone ring, and when X 2 is a divalent hydrocarbon group, R 9 and R 10 may be an ether bond formed by bonding to a carbon atom in X 2 , and when X 3 is a divalent hydrocarbon group, R 16 and R 17 are bonded to a carbon atom in X 3. A and b are 0 <a ≦ 1.0 and 0 ≦ b <1.0, but when R 1 does not have a fluorine atom, 0 <a <1.0, 0 <b <1.0. c is an integer of 1 ≦ c ≦ 6, when c is 2 or more, the number of c hydrogen atoms in R 4 R 3 are substituted. g, h, i, j, k, l, m, and n are 1 or 2. )
前記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂が、フッ素原子を有さないアルデヒド誘導体とフッ素原子を有さない置換又は非置換のビスナフトール誘導体の縮合物であることを特徴とする請求項1に記載のレジスト下層膜材料。   The novolak resin having a repeating unit represented by the general formula (2) is a condensate of an aldehyde derivative having no fluorine atom and a substituted or unsubstituted bisnaphthol derivative having no fluorine atom. The resist underlayer film material according to claim 1. 前記レジスト下層膜材料が、前記一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーと、前記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂と、前記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体を含有するものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜材料。   The resist underlayer film material is represented by the acrylonitrile polymer having the repeating unit represented by the general formula (1), the novolak resin having the repeating unit represented by the general formula (2), and the general formula (3). The resist underlayer film material according to claim 1 or 2, which contains a bisnaphthol derivative. 前記レジスト下層膜材料が、前記一般式(1)で示される繰り返し単位を有するアクリロニトリルポリマーの1質量部に対して、前記一般式(2)で示される繰り返し単位を有するノボラック樹脂と前記一般式(3)で示されるビスナフトール誘導体を合計5〜100質量部含有するものであることを特徴とする請求項3に記載のレジスト下層膜材料。   The resist underlayer film material is composed of a novolak resin having a repeating unit represented by the general formula (2) and the general formula (1) with respect to 1 part by mass of the acrylonitrile polymer having a repeating unit represented by the general formula (1). The resist underlayer film material according to claim 3, which contains a total of 5 to 100 parts by mass of the bisnaphthol derivative represented by 3). 前記レジスト下層膜材料が、更に有機溶剤を含有するものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のレジスト下層膜材料。   The resist underlayer film material according to any one of claims 1 to 4, wherein the resist underlayer film material further contains an organic solvent. 前記レジスト下層膜材料が、更に酸発生剤及び/又は架橋剤を含有するものであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のレジスト下層膜材料。   The resist underlayer film material according to any one of claims 1 to 5, wherein the resist underlayer film material further contains an acid generator and / or a crosslinking agent. リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、被加工基板上に請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上に珪素含有中間層膜材料を用いて珪素含有中間層膜を形成し、該珪素含有中間層膜上にレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成し、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記珪素含有中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された珪素含有中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜にエッチングでパターンを転写し、更に、該パターンが転写されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工基板にエッチングでパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。   A method for forming a pattern on a substrate by lithography, wherein a resist underlayer film is formed on a substrate to be processed using the resist underlayer film material according to any one of claims 1 to 6, and the resist underlayer A silicon-containing intermediate layer film is formed on the film using a silicon-containing intermediate layer film material, a resist upper layer film is formed on the silicon-containing intermediate layer film using a resist upper layer film material, and the resist upper layer film pattern circuit After exposing the region, development is performed to form a resist pattern on the resist upper layer film, and the resist upper layer film on which the resist pattern is formed is used as a mask to transfer the pattern to the silicon-containing intermediate layer film by etching. Using the silicon-containing intermediate layer film transferred with a mask as a mask, a pattern is transferred to the resist underlayer film by etching, and further, the resist underlayer film to which the pattern is transferred Pattern forming method, characterized in that as a mask to form a pattern by etching the substrate to be processed. リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、被加工基板上に請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上に、珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素酸化窒化膜、珪素炭化膜、ポリシリコン膜、窒化チタン膜、酸化チタン膜、炭化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、又は酸化ハフニウム膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜上にレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成し、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記無機ハードマスク中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜にエッチングでパターンを転写し、更に、該パターンが転写されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工基板にエッチングでパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。   A method for forming a pattern on a substrate by lithography, wherein a resist underlayer film is formed on a substrate to be processed using the resist underlayer film material according to any one of claims 1 to 6, and the resist underlayer An inorganic hard film selected from a silicon oxide film, silicon nitride film, silicon oxynitride film, silicon carbide film, polysilicon film, titanium nitride film, titanium oxide film, titanium carbide film, zirconium oxide film, or hafnium oxide film on the film Forming a mask intermediate layer film, forming a resist upper layer film on the inorganic hard mask intermediate layer film using a resist upper layer film material, exposing a pattern circuit region of the resist upper layer film, and developing the resist upper layer film; A resist pattern is formed on the film, and the resist upper layer film on which the resist pattern is formed is used as a mask to etch the inorganic hard mask intermediate film. The pattern is transferred by etching to the resist underlayer film using the inorganic hard mask intermediate layer film to which the pattern is transferred as a mask, and the resist underlayer film to which the pattern is transferred is used as a mask. A pattern forming method, wherein a pattern is formed by etching on a substrate to be processed. リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、被加工基板上に請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上に、珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素酸化窒化膜、珪素炭化膜、ポリシリコン膜、窒化チタン膜、酸化チタン膜、炭化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、又は酸化ハフニウム膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜上に有機反射防止膜を形成し、該有機反射防止膜上にレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して4層レジスト膜とし、前記レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記有機反射防止膜及び無機ハードマスク中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜にエッチングでパターンを転写し、更に、該パターンが転写されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工基板にエッチングでパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。   A method for forming a pattern on a substrate by lithography, wherein a resist underlayer film is formed on a substrate to be processed using the resist underlayer film material according to any one of claims 1 to 6, and the resist underlayer An inorganic hard film selected from a silicon oxide film, silicon nitride film, silicon oxynitride film, silicon carbide film, polysilicon film, titanium nitride film, titanium oxide film, titanium carbide film, zirconium oxide film, or hafnium oxide film on the film A mask intermediate layer film is formed, an organic antireflection film is formed on the inorganic hard mask intermediate layer film, and a resist upper layer film is formed on the organic antireflection film using a resist upper layer film material to form a four-layer resist film The pattern circuit region of the resist upper layer film is exposed and developed to form a resist pattern on the resist upper layer film, and the resist pattern is formed on the resist pattern. Using the upper layer film as a mask, the pattern is transferred by etching to the organic antireflection film and the inorganic hard mask intermediate layer film, and the pattern is etched to the resist lower layer film using the inorganic hard mask intermediate layer film to which the pattern is transferred as a mask. And a pattern is formed on the substrate by etching using the resist underlayer film to which the pattern is transferred as a mask. リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、被加工基板上に請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜上に、珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素酸化窒化膜、珪素炭化膜、ポリシリコン膜、窒化チタン膜、酸化チタン膜、炭化チタン膜、酸化ジルコニウム膜、又は酸化ハフニウム膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜上に炭化水素膜材料を用いて炭化水素膜をスピンコートで形成し、該炭化水素膜上に珪素含有中間層膜材料を用いて珪素含有中間層膜を形成し、該珪素含有中間層膜上にレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して5層レジスト膜とし、前記レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、該レジストパターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記珪素含有中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された珪素含有中間層膜をマスクにして前記炭化水素膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された前記炭化水素膜をエッチングマスクにして前記無機ハードマスク中間層膜にエッチングでパターンを転写し、該パターンが転写された前記無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜にエッチングでパターンを転写し、更に、該パターンが転写されたレジスト下層膜を、マスクにして前記被加工基板にエッチングでパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。   A method for forming a pattern on a substrate by lithography, wherein a resist underlayer film is formed on a substrate to be processed using the resist underlayer film material according to any one of claims 1 to 6, and the resist underlayer An inorganic hard film selected from a silicon oxide film, silicon nitride film, silicon oxynitride film, silicon carbide film, polysilicon film, titanium nitride film, titanium oxide film, titanium carbide film, zirconium oxide film, or hafnium oxide film on the film A mask interlayer film is formed, a hydrocarbon film material is formed on the inorganic hard mask interlayer film by spin coating, and a silicon-containing interlayer film material is used on the hydrocarbon film to form silicon. And forming a resist upper layer film using the resist upper layer film material on the silicon-containing intermediate layer film to form a five-layer resist film, and a pattern circuit region of the resist upper layer film After exposure, development is performed to form a resist pattern on the resist upper layer film, and the resist upper layer film on which the resist pattern is formed is used as a mask to transfer the pattern to the silicon-containing intermediate layer film by etching. The silicon-containing intermediate layer film is used as a mask to transfer a pattern to the hydrocarbon film by etching, and the hydrocarbon film to which the pattern is transferred is used as an etching mask to form a pattern on the inorganic hard mask intermediate layer film by etching. The pattern is transferred by etching to the resist underlayer film using the inorganic hard mask intermediate layer film to which the pattern is transferred as a mask, and the resist underlayer film to which the pattern is transferred is used as a mask to transfer the pattern. A pattern forming method comprising forming a pattern on a processed substrate by etching. 前記無機ハードマスク中間層膜を、CVD法、ALD法、及びスパッタリング法のいずれかで形成することを特徴とする請求項7から請求項10のいずれか一項に記載のパターン形成方法。   The pattern formation method according to claim 7, wherein the inorganic hard mask intermediate layer film is formed by any one of a CVD method, an ALD method, and a sputtering method. 前記レジスト上層膜材料として、珪素原子を含有するポリマーを含まないものを用いて、かつ、前記珪素含有中間層膜又は前記無機ハードマスク中間層膜をマスクにして行う前記レジスト下層膜のエッチングを、酸素ガス又は水素ガスを含有するエッチングガスを用いて行うことを特徴とする請求項7から請求項11のいずれか一項に記載のパターン形成方法。   Etching of the resist underlayer film using the resist upper layer film material not containing a polymer containing silicon atoms, and using the silicon-containing intermediate layer film or the inorganic hard mask intermediate layer film as a mask, The pattern forming method according to claim 7, wherein the pattern forming method is performed using an etching gas containing oxygen gas or hydrogen gas.
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