JP6511931B2 - Polysiloxane composition for forming resist lower layer film and pattern forming method - Google Patents
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Description
本発明は、レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物及びこのレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物を用いるパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a polysiloxane composition for forming a resist underlayer film and a pattern forming method using the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film.
近年、半導体素子等の微細化に伴い、より微細なレジストパターンを形成することが求められている。この要請に対し、レジスト下層膜を用いる多層レジストプロセスが種々開発されている。このような多層レジストプロセスとしては、例えば次のようなものが挙げられる。まず、被加工基板上にケイ素原子を含有するレジスト下層膜形成用組成物を用いてレジスト下層膜を形成する。次に、レジスト下層膜上にフォトレジスト組成物を用いてレジスト膜を形成する。このレジスト膜は、上記レジスト下層膜とはエッチング選択比の異なる有機膜である。その後、上記レジスト膜を露光し、現像液で現像することによりレジストパターンを得る。続いて、ドライエッチングによりこのレジストパターンをレジスト下層膜及び被加工基板に転写することにより、所望のパターンが施された基板を得ることができる。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor elements and the like, it is required to form a finer resist pattern. In response to this request, various multilayer resist processes using a resist underlayer film have been developed. Examples of such a multilayer resist process include the following. First, a resist underlayer film is formed on a substrate to be processed using a composition for forming a resist underlayer film containing silicon atoms. Next, a resist film is formed on the resist underlayer film using a photoresist composition. The resist film is an organic film having an etching selectivity different from that of the resist underlayer film. Thereafter, the resist film is exposed and developed with a developer to obtain a resist pattern. Subsequently, the resist pattern is transferred onto the resist underlayer film and the substrate to be processed by dry etching to obtain a substrate having a desired pattern.
上記のレジスト下層膜形成用組成物では、レジスト下層膜上に形成されるレジストパターンを良好なものとするために酸発生剤を添加することが行われている(特開2007−164148号公報及び特開2010−122297号公報参照)。しかし、これらのレジスト下層膜形成用組成物では、酸発生剤に起因してレジスト下層膜に欠陥が生じ、これに伴い微細なレジストパターンの形成が困難になるという不都合がある。 In the composition for forming a resist underlayer film described above, an acid generator is added to improve the resist pattern formed on the resist underlayer film (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-164148 and See JP 2010-122297 A). However, these compositions for forming a resist underlayer film have the disadvantage that defects are generated in the resist underlayer film due to the acid generator, which makes it difficult to form a fine resist pattern.
本発明は上記のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、多層レジストプロセスにおいて、レジスト下層膜における欠陥の発生を抑制できるレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物及びこのレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物を用いるパターン形成方法を提供することである。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is a polysiloxane composition for forming a resist underlayer film capable of suppressing the occurrence of a defect in a resist underlayer film in a multilayer resist process, and the resist underlayer film It is an object of the present invention to provide a method for forming a pattern using a forming polysiloxane composition.
上記課題を解決するためになされた本発明は、ポリシロキサン及び酸発生剤を含有するレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物であって、上記酸発生剤がオニウムカチオン及び酸アニオンを含み、上記オニウムカチオンが、脂環構造、脂肪族複素環構造、鎖状置換基を有する芳香環構造又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする。 The present invention made to solve the above problems is a polysiloxane composition for forming a resist underlayer film containing a polysiloxane and an acid generator, wherein the acid generator contains an onium cation and an acid anion, and the onium The cation is characterized in that it includes an alicyclic structure, an aliphatic heterocyclic structure, an aromatic ring structure having a chain substituent, or a combination thereof.
また、上記課題を解決するためになされた別の本発明は、基板の一方の面側にレジスト下層膜を形成する工程、上記レジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する工程、及び上記レジストパターンをマスクとし、レジスト下層膜及び基板を順次ドライエッチングする工程を備え、上記レジスト下層膜を当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物により形成するパターン形成方法である。 Further, another present invention made to solve the above problems is a step of forming a resist underlayer film on one side of a substrate, and forming a resist pattern on the side opposite to the substrate of the resist underlayer film. And a step of dry etching the resist underlayer film and the substrate sequentially using the resist pattern as a mask, and the resist underlayer film is formed of the polysiloxane composition for forming the resist underlayer film.
ここで、「酸アニオン」とは、プロトンの付加により酸となるアニオンをいう。 Here, the "acid anion" refers to an anion that becomes an acid by addition of a proton.
本発明のレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物及びパターン形成方法によれば、多層レジストプロセスにおいて、レジスト下層膜における欠陥の発生を抑制できる。従って、これらは今後ますます微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造等におけるパターン形成に好適に用いることができる。 According to the polysiloxane composition for resist underlayer film formation and pattern formation method of this invention, generation | occurrence | production of the defect in a resist underlayer film can be suppressed in a multilayer resist process. Therefore, these can be suitably used for pattern formation in semiconductor device manufacturing etc. which are expected to be further miniaturized in the future.
<レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物>
当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物はポリシロキサン及び酸発生剤を含有する。この酸発生剤はオニウムカチオン及び酸アニオンを含み、上記オニウムカチオンが脂環構造、脂肪族複素環構造、鎖状置換基を有する芳香環構造又はこれらの組み合わせを含む。これにより、当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物から形成されるレジスト下層膜では酸発生剤に起因する欠陥が低減される。当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物が上記構成を有することで上記効果を奏する理由は明らかではないが、例えば以下のように推測することができる。すなわち、上記オニウムカチオンがかさ高い構造を有することで、酸発生剤自身の凝集性が低下し、レジスト下層膜中の酸発生剤の分散性が向上する。その結果、酸発生剤の凝集により局所的にエッチングレートが変化する等の欠陥や、凝集した酸発生剤がポリシロキサンを変性させることによる局所的なゲル化等の発生を低減することができ、レジスト下層膜における欠陥の発生が抑制できると考えられる。また、これらの結果、レジスト下層膜上に形成されるレジストパターンの形状が良好なものとなる。
<Polysiloxane composition for forming resist lower layer film>
The said polysiloxane composition for resist underlayer film formation contains polysiloxane and an acid generator. The acid generator includes an onium cation and an acid anion, and the onium cation includes an alicyclic structure, an aliphatic heterocyclic structure, an aromatic ring structure having a chain substituent, or a combination thereof. Thereby, in the resist underlayer film formed from the said polysiloxane composition for resist underlayer film formation, the defect resulting from an acid generator is reduced. Although the reason which produces the said effect by the said polysiloxane composition for resist lower layer film | membrane formation having said structure is not clear, it can presume as follows, for example. That is, when the onium cation has a bulky structure, the cohesiveness of the acid generator itself is reduced, and the dispersibility of the acid generator in the resist underlayer film is improved. As a result, it is possible to reduce the occurrence of defects such as a local change in etching rate due to the aggregation of the acid generator, and the occurrence of local gelation etc. due to denaturation of the polysiloxane by the aggregated acid generator. It is considered that the generation of defects in the resist underlayer film can be suppressed. In addition, as a result of these, the shape of the resist pattern formed on the resist underlayer film becomes good.
当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物は、上記効果を損なわない範囲であれば、溶媒、窒素含有化合物等のその他の成分を含有してもよい。以下、各成分について説明する。 The polysiloxane composition for forming a resist lower layer film may contain other components such as a solvent and a nitrogen-containing compound as long as the above effects are not impaired. Each component will be described below.
[ポリシロキサン]
ポリシロキサンは、シロキサン結合を有するポリマーである限り特に限定されないが、下記式(i)で表されるシラン化合物の加水分解縮合物が好ましい。ポリシロキサンの合成に用いられるシラン化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
[Polysiloxane]
The polysiloxane is not particularly limited as long as it is a polymer having a siloxane bond, but a hydrolytic condensate of a silane compound represented by the following formula (i) is preferable. The silane compounds used in the synthesis of the polysiloxane may be used alone or in combination of two or more.
ここで、「加水分解縮合物」とは、加水分解されたシラン化合物の一部のシラノール基同士が縮合した加水分解縮合物を意味する。 Here, "hydrolysis condensation product" means a hydrolysis condensation product in which some silanol groups of the hydrolyzed silane compound are condensed.
上記式(i)中、RAは、水素原子又は炭素数1〜20の1価の有機基である。Xは、ハロゲン原子又は−ORBである。RBは、炭素数1〜20の1価の有機基である。aは、0〜3の整数である。RAが複数の場合、複数のRAは同一でも異なっていてもよい。Xが複数の場合、複数のXは同一でも異なっていてもよい。 In said formula (i), R <A> is a hydrogen atom or a C1-C20 monovalent organic group. X is a halogen atom or -OR B. R B is a C 1-20 monovalent organic group. a is an integer of 0 to 3; When R A is plural, plural R A may be the same or different. When there are a plurality of X's, the plurality of X's may be the same or different.
ここで「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。 Here, "organic group" refers to a group containing at least one carbon atom.
上記RA又はRBで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば1価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素−炭素間にヘテロ原子含有基を含む基、これらの基の水素原子の一部又は全部を置換基で置換した基等が挙げられる。 The monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms represented by R A or R B is, for example, a monovalent hydrocarbon group, a group containing a hetero atom-containing group between carbon and carbon of the hydrocarbon group, The group etc. which substituted some or all of the hydrogen atoms of these groups by the substituent are mentioned.
上記1価の炭化水素基としては、例えば鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基が挙げられる。 As said monovalent hydrocarbon group, a chain | strand-shaped hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group is mentioned, for example.
上記鎖状炭化水素基としては、例えば
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
Examples of the above-mentioned chain hydrocarbon group include alkyl groups such as methyl group, ethyl group, propyl group and butyl group;
Alkenyl groups such as ethenyl, propenyl and butenyl;
And alkynyl groups such as ethynyl group, propynyl group and butynyl group.
上記脂環式炭化水素基としては、例えば
シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、ノルボルネニル基等のシクロアルケニル基などが挙げられる。
Examples of the alicyclic hydrocarbon group include cycloalkyl groups such as cyclopropyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, norbornyl group, adamantyl group and the like;
And cycloalkenyl groups such as cyclopropenyl group, cyclopentenyl group, cyclohexenyl group and norbornenyl group.
上記芳香族炭化水素基としては、例えば
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
Examples of the aromatic hydrocarbon group include aryl groups such as phenyl group, tolyl group, xylyl group, naphthyl group, anthryl group and the like;
And aralkyl groups such as benzyl group, phenethyl group and naphthylmethyl group.
上記ヘテロ原子含有基とは、構造中に2価以上のヘテロ原子を有する基をいう。上記ヘテロ原子含有基はヘテロ原子を1個有していてもよく、2個以上有していてもよい。 The said hetero atom containing group means group which has a bivalent or more hetero atom in a structure. The hetero atom-containing group may have one hetero atom, or may have two or more hetero atoms.
上記ヘテロ原子含有基が有する2価以上のへテロ原子としては、2価以上の原子価を有するヘテロ原子であれば特に限定されず、例えば酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ケイ素原子、リン原子、ホウ素原子等が挙げられる。 The divalent or higher valence of the hetero atom-containing group is not particularly limited as long as it is a hetero atom having a divalent or higher valence, and examples thereof include an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a silicon atom, and a phosphorus atom And boron atoms.
上記ヘテロ原子含有基としては、例えば
−SO−、−SO2−、−SO2O−、−SO3−等のヘテロ原子のみからなる基;
−CO−、−COO−、−COS−、−CONH−、−OCOO−、−OCOS−、−OCONH−、−SCONH−、−SCSNH−、−SCSS−等の炭素原子とヘテロ原子とを組み合わせた基などが挙げられる。
Examples of the hetero atom-containing group include groups consisting only of hetero atoms such as -SO-, -SO 2- , -SO 2 O- and -SO 3- ;
-CO-, -COO-, -COS-, -CONH-, -OCOO-, -OCOS-, -OCONH-, -SCONH-, -SCSNH-, -SCSS-, etc. combining a carbon atom and a hetero atom Groups and the like.
上記置換基としては、例えばハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。 As said substituent, a halogen atom, a hydroxyl group, a carboxy group, a nitro group, a cyano group etc. are mentioned, for example.
上記aとしては、0〜2の整数が好ましく、1及び2がより好ましい。 As said a, the integer of 0-2 is preferable and 1 and 2 are more preferable.
上記式(i)で表されるシラン化合物としては、例えば
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、メチルトリス(ジメチルシロキシ)シラン等のアルキルトリアルコキシシラン類;
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン等のアルケニルトリアルコキシシラン類;
フェニルトリメトキシシラン等のアリールトリアルコキシシラン類;
4−メチルフェニルトリメトキシシラン等の芳香環上の水素原子の1つ以上がアルキル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アミノ基若しくはアルキルカルボニルオキシ基により置換されてなるアリールトリアルコキシシラン類;
アラルキルトリアルコキシシラン類;
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラ−iso−プロポキシシラン、テトラ−n−ブトキシラン、テトラ−sec−ブトキシシラン、テトラ−t−ブトキシシラン等のテトラアルコキシシラン類;
テトラフェノキシシラン等のテトラアリールシラン類;
オキセタニルトリメトキシシラン、オキシラニルトリメトキシシラン、オキシラニルメチルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン等のエポキシ基含有シラン類;
3−(トリメトキシシリル)プロピル無水コハク酸、2−(トリメトキシシリル)エチル無水コハク酸、3−(トリメトキシシリル)プロピル無水マレイン酸、2−(トリメトキシシリル)エチル無水グルタル酸等の酸無水物基含有シラン類;
テトラクロロシラン等のテトラハロシラン類などが挙げられる。
Examples of the silane compound represented by the above formula (i) include alkyltrialkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane and methyltris (dimethylsiloxy) silane;
Alkenyltrialkoxysilanes such as vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, allyltrimethoxysilane and allyltriethoxysilane;
Aryltrialkoxysilanes such as phenyltrimethoxysilane;
Aryltrialkoxysilanes wherein one or more of hydrogen atoms on an aromatic ring such as 4-methylphenyltrimethoxysilane is substituted by an alkyl group, a hydroxy group, an alkoxy group, an amino group or an alkylcarbonyloxy group;
Aralkyl trialkoxysilanes;
Tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetra-iso-propoxysilane, tetra-n-butoxysilane, tetra-sec-butoxysilane, tetra-t-butoxysilane;
Tetraarylsilanes such as tetraphenoxysilane;
Epoxy group-containing silanes such as oxetanyl trimethoxysilane, oxiranyltrimethoxysilane, oxiranylmethyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, etc .;
Acids such as 3- (trimethoxysilyl) propyl succinic anhydride, 2- (trimethoxysilyl) ethyl succinic anhydride, 3- (trimethoxysilyl) propyl maleic anhydride, 2- (trimethoxysilyl) ethyl glutaric anhydride Anhydride group-containing silanes;
Tetrahalosilanes, such as tetrachlorosilane, etc. are mentioned.
これらの中で、得られるレジスト下層膜のドライエッチング耐性に優れる観点から、テトラメトキシシラン、及びテトラエトキシシランが好ましい。 Among these, tetramethoxysilane and tetraethoxysilane are preferable from the viewpoint of excellent dry etching resistance of the resulting resist underlayer film.
また、シラン化合物の反応性及び物質の取り扱い容易性の観点から、フェニルトリメトキシシラン、4−メチルフェニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、及びアリルトリエトキシシランが好ましい。 Also, from the viewpoint of the reactivity of the silane compound and the ease of handling of the substance, phenyltrimethoxysilane, 4-methylphenyltrimethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, Allyltrimethoxysilane and allyltriethoxysilane are preferred.
さらに、レジストパターンのパターン倒れを抑制する観点から、オキセタニルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(トリメトキシシリル)プロピル無水コハク酸、及び4−ヒドロキシフェニルトリメトキシシランが好ましい。 Furthermore, from the viewpoint of suppressing the pattern collapse of the resist pattern, oxetanyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3- (trimethoxysilyl) propyl succinic anhydride, and 4-hydroxyphenyltrimethoxysilane are preferable.
上記ポリシロキサンの合成には、上記式(i)で表されるシラン化合物以外のシラン化合物も用いることができる。このようなシラン化合物としては、例えばヘキサメトキシジシラン、ヘキサエトキシジシラン、ヘキサフェノキシジシラン、1,1,1,2,2−ペンタメトキシ−2−メチルジシラン、1,1,1,2,2−ペンタエトキシ−2−メチルジシラン、1,1,2,2−テトラメトキシ−1,2−ジメチルジシラン、1,1,2,2−テトラエトキシ−1,2−ジメチルジシラン、1,1,2,2−テトラフェノキシ−1,2−ジメチルジシラン、
1,1,2−トリメトキシ−1,2,2−トリメチルジシラン、1,1,2−トリエトキシ−1,2,2−トリメチルジシラン、1,1,2−トリフェノキシ−1,2,2−トリメチルジシラン、1,2−ジメトキシ−1,1,2,2−テトラメチルジシラン、1,2−ジエトキシ−1,1,2,2−テトラメチルジシラン、1,2−ジフェノキシ−1,1,2,2−テトラメチルジシラン、
ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン、1−(ジメトキシメチルシリル)−1−(トリメトキシシリル)メタン、1−(ジエトキシメチルシリル)−1−(トリエトキシシリル)メタン、
ビス(ジメトキシメチルシリル)メタン、ビス(ジエトキシメチルシリル)メタン、1,2−ビス(ジメトキシメチルシリル)エタン、1,2−ビス(ジエトキシメチルシリル)エタン、
1−(ジメトキシメチルシリル)−1−(トリメチルシリル)メタン、1−(ジエトキシメチルシリル)−1−(トリメチルシリル)メタン、
ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン等のジシラン類;
ポリジメトキシメチルカルボシラン、ポリジエトキシメチルカルボシラン等のポリカルボシラン類などが挙げられる。
For the synthesis of the above-mentioned polysiloxane, silane compounds other than the silane compound represented by the above-mentioned formula (i) can also be used. As such a silane compound, for example, hexamethoxydisilane, hexaethoxydisilane, hexaphenoxydisilane, 1,1,1,2,2-pentamethoxy-2-methyldisilane, 1,1,1,2,2-penta Ethoxy-2-methyldisilane, 1,1,2,2-tetramethoxy-1,2-dimethyldisilane, 1,1,2,2-tetraethoxy-1,2-dimethyldisilane, 1,1,2,2 -Tetraphenoxy-1,2-dimethyldisilane,
1,1,2-trimethoxy-1,2,2-trimethyldisilane, 1,1,2-triethoxy-1,2,2-trimethyldisilane, 1,1,2-triphenoxy-1,2,2-trimethyl Disilane, 1,2-dimethoxy-1,1,2,2-tetramethyldisilane, 1,2-diethoxy-1,1,2,2-tetramethyldisilane, 1,2-diphenoxy-1,1,2,2, 2-Tetramethyldisilane,
Bis (trimethoxysilyl) methane, bis (triethoxysilyl) methane, 1,2-bis (trimethoxysilyl) ethane, 1,2-bis (triethoxysilyl) ethane, 1- (dimethoxymethylsilyl) -1- (Trimethoxysilyl) methane, 1- (diethoxymethylsilyl) -1- (triethoxysilyl) methane,
Bis (dimethoxymethylsilyl) methane, bis (diethoxymethylsilyl) methane, 1,2-bis (dimethoxymethylsilyl) ethane, 1,2-bis (diethoxymethylsilyl) ethane,
1- (Dimethoxymethylsilyl) -1- (trimethylsilyl) methane, 1- (diethoxymethylsilyl) -1- (trimethylsilyl) methane,
Disilanes such as bis (trimethoxysilyl) benzene and bis (triethoxysilyl) benzene;
And polycarbosilanes such as polydimethoxymethylcarbosilane and polydiethoxymethylcarbosilane.
当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物におけるポリシロキサンの含有量の下限としては、レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物における全固形分に対して、80質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましい。なお、当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物はポリシロキサンを1種のみ含有していてもよく、2種以上含有していてもよい。ここで「固形分」とは、例えば溶液を30分間250℃で焼成した残分の焼成前の溶液に対する割合を意味する。 The lower limit of the content of the polysiloxane in the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film is preferably 80% by mass, and more preferably 90% by mass, with respect to the total solid content in the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film. 95% by mass is more preferable. The polysiloxane composition for forming a resist underlayer film may contain only one type of polysiloxane, or may contain two or more types. Here, "solid content" means, for example, the ratio of the residue obtained by firing the solution at 250 ° C. for 30 minutes to the solution before firing.
ポリシロキサンのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算重量平均分子量(Mw)の下限としては、500が好ましく、800がより好ましく、1,000がさらに好ましく、1,200が特に好ましい。一方、上記Mwの上限としては、20,000が好ましく、15,000がより好ましく、10,000がさらに好ましく、5,000が特に好ましい。 The lower limit of the polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) by gel permeation chromatography (GPC) of polysiloxane is preferably 500, more preferably 800, still more preferably 1,000, and particularly preferably 1,200. On the other hand, the upper limit of the Mw is preferably 20,000, more preferably 15,000, still more preferably 10,000, and particularly preferably 5,000.
なお、本明細書におけるMwは、東ソー社のGPCカラム(G2000HXL 2本、G3000HXL 1本、G4000HXL 1本)を使用し、流量1.0mL/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定した値である。 In addition, Mw in this specification uses GPC column (two G2000HXL, one G3000HXL, one G4000HXL) of Tosoh Corporation under the analysis conditions of flow rate 1.0 mL / min, elution solvent tetrahydrofuran, column temperature 40 ° C. This is a value measured by gel permeation chromatography (GPC) using monodispersed polystyrene as a standard.
上記式(i)で表されるシラン化合物及び必要に応じて用いる他のシラン化合物を加水分解縮合する方法としては、公知の加水分解縮合の方法を用いることができる。 As a method of hydrolyzing and condensing the silane compound represented by the above-mentioned formula (i) and the other silane compound optionally used, a known method of hydrolytic condensation can be used.
[酸発生剤]
上記酸発生剤はオニウムカチオン及び酸アニオンを含む。上記オニウムカチオンは、脂環構造、脂肪族複素環構造及び鎖状置換基を有する芳香環構造のうち少なくとも1つを含む。上記酸発生剤は露光又は加熱により酸を発生する。この酸によりポリシロキサン等の分子鎖間で架橋反応が生起される。これにより、レジスト下層膜上に形成されるレジストパターンの形状が向上する。また、上記酸発生剤の上記オニウムカチオンが上記特定の構造を有しているため、上述のようにレジスト下層膜中で好適に分散された状態となり、その結果、酸発生剤に起因するレジスト下層膜における欠陥の発生が抑制されると考えられる。
[Acid generator]
The acid generator contains onium cation and acid anion. The onium cation includes at least one of an alicyclic structure, an aliphatic heterocyclic structure, and an aromatic ring structure having a chain substituent. The acid generator generates an acid upon exposure or heating. The acid causes a crosslinking reaction between molecular chains such as polysiloxane. Thereby, the shape of the resist pattern formed on the resist underlayer film is improved. In addition, since the onium cation of the acid generator has the above-described specific structure, it is suitably dispersed in the resist underlayer film as described above, and as a result, the resist underlayer due to the acid generator It is believed that the occurrence of defects in the film is suppressed.
上記脂環構造としては、例えばシクロプロパン構造、シクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造等の単環のシクロアルカン構造;ノルボルナン構造、アダマンタン構造等の多環のシクロアルカン構造などが挙げられる。 Examples of the alicyclic structure include monocyclic cycloalkane structures such as cyclopropane structure, cyclobutane structure, cyclopentane structure and cyclohexane structure; and polycyclic cycloalkane structures such as norbornane structure and adamantane structure.
上記脂肪族複素環構造としては、例えばオキシラン構造、オキセタン構造、オキソラン構造、チオラン構造、チアン構造等の単環の構造;
オキサノルボルナン構造、アザノルボルナン構造、チアノルボルナン構造、ノルボルナンラクトン構造、オキサノルボルナンラクトン構造、ノルボルナンスルトン構造等の多環の構造などが挙げられる。
Examples of the aliphatic heterocyclic structure include single ring structures such as an oxirane structure, an oxetane structure, an oxolane structure, a thiolane structure, and a thiane structure;
Examples thereof include an oxa norbornane structure, an aza norbornane structure, a thia norbornane structure, a norbornane lactone structure, an oxa norbornane lactone structure, and a polycyclic structure such as a norbornane sultone structure.
上記鎖状置換基を有する芳香環構造としては、例えば芳香環構造の有する水素原子の一部又は全部を鎖状炭化水素基で置換したものが挙げられる。 As the aromatic ring structure having a chain substituent, for example, one in which a part or all of hydrogen atoms of the aromatic ring structure is substituted with a chain hydrocarbon group is mentioned.
上記芳香環構造としては、例えばベンゼン構造、ナフタレン構造、アントラセン構造、フェナレン構造等が挙げられる。 Examples of the aromatic ring structure include a benzene structure, a naphthalene structure, an anthracene structure, and a phenalene structure.
上記鎖状炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
As said chain | strand-shaped hydrocarbon group, alkyl groups, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, for example;
Alkenyl groups such as ethenyl, propenyl and butenyl;
And alkynyl groups such as ethynyl group, propynyl group and butynyl group.
上記オニウムカチオンとしては、下記式(1−1)及び(1−2)で表されるカチオンが好ましい。 As the onium cation, cations represented by the following formulas (1-1) and (1-2) are preferable.
上記式(1−1)中、R1a、R1b及びR1cは、それぞれ独立して、炭素数1〜20の1価の有機基である。但し、R1a、R1b及びR1cのうち少なくとも1つは脂環構造を有する。m1、m2及びm3は、それぞれ独立して、0〜3の整数である。但し、m1、m2及びm3の全てが0となることはない。n1、n2及びn3は、それぞれ独立して、0〜2の整数である。m1が2以上の場合、複数のR1aは同一でも異なっていてもよい。m2が2以上の場合、複数のR1bは同一でも異なっていてもよい。m3が2以上の場合、複数のR1cは同一でも異なっていてもよい。
上記式(1−2)中、R2は、炭素数1〜20の1価の有機基である。p、q及びrは、それぞれ独立して、0〜2の整数である。pが2以上の場合、複数のR2は同一でも異なっていてもよい。
R <1a> , R <1b> and R <1c> are respectively independently C1-C20 monovalent organic groups in said Formula (1-1). However, at least one of R 1a , R 1b and R 1c has an alicyclic structure. m1, m2 and m3 are each independently an integer of 0 to 3. However, all of m1, m2 and m3 will never be zero. n1, n2 and n3 are each independently an integer of 0-2. When m1 is 2 or more, a plurality of R 1a may be the same or different. When m2 is 2 or more, a plurality of R 1b may be the same or different. When m3 is 2 or more, a plurality of R 1c may be the same or different.
In the above formula (1-2), R 2 is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms. p, q and r are each independently an integer of 0 to 2; When p is 2 or more, plural R 2 s may be the same or different.
上記R1a、R1b、及びR1cで表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば上記RA又はRBとして例示したものと同様の基等が挙げられる。R1a、R1b及びR1cとしては、これらの中で脂環式炭化水素基が好ましく、シクロアルキル基がより好ましく、シクロヘキシル基がさらに好ましい。 As a C1-C20 monovalent organic group represented by said R <1a> , R <1b> and R <1c >, the group similar to what was illustrated as said R <A> or R < B >, etc. are mentioned, for example. Among these, as R 1a , R 1b and R 1c , an alicyclic hydrocarbon group is preferable, a cycloalkyl group is more preferable, and a cyclohexyl group is more preferable.
上記m1、m2及びm3としては、0及び1が好ましい。また、m1、m2及びm3のうちいずれか1つのみが1であり、残り2つが0であることがより好ましい。上記n1、n2及びn3としては、0及び1が好ましく、0がより好ましい。 As the above m1, m2 and m3, 0 and 1 are preferable. It is more preferable that only one of m1, m2 and m3 be 1 and the remaining 2 be 0. As said n1, n2 and n3, 0 and 1 are preferable and 0 is more preferable.
上記R2で表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば上記RA又はRBとして例示したものと同様の基等が挙げられる。R2としては、これらの中でヘテロ原子を有する鎖状炭化水素基が好ましく、酸素原子を有するアルキル基がより好ましく、酸素原子を有するブチル基がさらに好ましい。 As a C1-C20 monovalent organic group represented by said R < 2 >, the group similar to what was illustrated as said R <A> or R < B >, etc. are mentioned, for example. Among them, as R 2 , a chain hydrocarbon group having a hetero atom is preferable, an alkyl group having an oxygen atom is more preferable, and a butyl group having an oxygen atom is more preferable.
上記p、q及びrとしては、0及び1が好ましく、1がより好ましい。 As said p, q and r, 0 and 1 are preferable and 1 is more preferable.
上記酸アニオンとしては、例えばオキソ酸アニオン、スルホニルイミド酸アニオン等が挙げられる。このオキソ酸アニオンとしては、例えばスルホネートアニオン、カルボキシレートアニオン、ホスホネートアニオン等が挙げられる。これらの中で、発生する酸の強さの観点から、スルホネートアニオンが好ましい。 Examples of the acid anion include oxo acid anion and sulfonylimidate anion. Examples of the oxo acid anion include sulfonate anion, carboxylate anion, phosphonate anion and the like. Among these, sulfonate anions are preferred from the viewpoint of the strength of the generated acid.
上記スルホネートアニオンとしては下記式(2−a)で表されるアニオンが好ましい。
上記式(2−a)中、R3は炭素数1〜20の1価の有機基である。 In the formula (2-a), R 3 is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms.
上記R3で表される炭素数1〜20の1価の有機基としては、例えば上記RA又はRBとして例示したものと同様の基等が挙げられる。R3としては、これらの中でハロゲン原子を有する炭化水素基が好ましく、フッ素原子を有する炭化水素基がより好ましく、フッ素原子を有する炭素数1〜6の炭化水素基がさらに好ましく、フッ素原子を有する炭素数4〜6の炭化水素基が特に好ましい。 Examples of the monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms represented by R 3, for example, the R A or same groups as those exemplified as R B, and the like. Among them, R 3 is preferably a hydrocarbon group having a halogen atom, more preferably a hydrocarbon group having a fluorine atom, still more preferably a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms having a fluorine atom, a fluorine atom The hydrocarbon group having 4 to 6 carbon atoms is particularly preferable.
また、上記スルホニルイミド酸アニオンとしては、下記式(2−b)で表されるアニオンが好ましい。 Moreover, as said sulfonyl imide acid anion, the anion represented by a following formula (2-b) is preferable.
上記式(2−b)中、Lは、少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数2〜6のアルキレン基(以下、「フッ素化アルキレン基」ともいう。)である。 In said Formula (2-b), L is a C2-C6 alkylene group (Hereinafter, it is also mentioned "fluorinated alkylene group.") By which at least 1 hydrogen atom was substituted by the fluorine atom.
上記フッ素化アルキレン基の炭素数としては、3、4及び5が好ましく、3がより好ましい。上記炭素数が上記数値であることで、当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物の水への溶出を低減できる。 As a carbon number of the said fluorinated alkylene group, 3, 4 and 5 are preferable, and 3 are more preferable. The elution to the water of the said polysiloxane composition for resist lower layer film formation can be reduced because the said carbon number is the said numerical value.
また、上記フッ素化アルキレン基の有する水素原子のうちフッ素原子に置換されているものの割合であるフッ素化率の下限としては、70%が好ましく、90%がより好ましい。一方、上記フッ素化率の上限としては、100%が好ましい。フッ素化率が上記範囲であることで、酸発生剤から発生する酸の強度が適度に調節される。 Moreover, as a lower limit of the fluorination rate which is a ratio of what is substituted by the fluorine atom among the hydrogen atoms which the said fluorinated alkylene group has, 70% is preferable and 90% is more preferable. On the other hand, as an upper limit of the said fluorination rate, 100% is preferable. When the fluorination rate is in the above range, the strength of the acid generated from the acid generator is appropriately adjusted.
上記フッ素化アルキレン基としては、アルキレン基の有する水素原子の全てがフッ素原子に置換されたパーフルオロアルキレン基が好ましい。 As said fluorinated alkylene group, the perfluoro alkylene group by which all the hydrogen atoms which an alkylene group has was substituted by the fluorine atom is preferable.
上記フッ素化アルキレン基としては、例えばテトラフルオロエチレン基、1,2−ヘキサフルオロプロピレン基、1,3−ヘキサフルオロプロピレン基、1,2−オクタフルオロブチレン基、1,3−オクタフルオロブチレン基、1,4−オクタフルオロブチレン基、2−トリフルオロメチル−1,3−ペンタフルオロプロピレン基、1,5−パーフルオロペンチレン基、1,6−パーフルオロへキシレン基、1,7−パーフルオロヘプチレン基、1,8−パーフルオロオクチレン基等が挙げられる。 As the fluorinated alkylene group, for example, tetrafluoroethylene group, 1,2-hexafluoropropylene group, 1,3-hexafluoropropylene group, 1,2-octafluorobutylene group, 1,3-octafluorobutylene group, 1,4-octafluorobutylene group, 2-trifluoromethyl-1,3-pentafluoropropylene group, 1,5-perfluoropentylene group, 1,6-perfluorohexylene group, 1,7-perfluoro Examples include heptylene group and 1,8-perfluorooctylene group.
また、上記式(2−b)で表されるアニオンとしては、下記式(2−b−1)〜(2−b−3)で表されるものが好ましい。 Moreover, as an anion represented by said Formula (2-b), what is represented by following formula (2-b-1)-(2-b-3) is preferable.
酸アニオンを構成する原子の原子量の和の下限としては、150が好ましく、180がより好ましく、190がさらに好ましい。一方、上記原子量の和の上限としては、350が好ましく、320がより好ましく、300がさらに好ましい。上記原子量の和が上記下限未満の場合、酸発生剤から発生する酸の拡散長が過度に大きくなり、レジストパターンの形状が不良となるおそれがある。逆に、上記原子量の和が上記上限を超えると、当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物から形成される膜中における酸発生剤の分散性が低下するおそれがある。 The lower limit of the sum of the atomic weights of the atoms constituting the acid anion is preferably 150, more preferably 180, and still more preferably 190. On the other hand, the upper limit of the sum of the atomic weights is preferably 350, more preferably 320, and still more preferably 300. If the sum of the atomic weights is less than the above lower limit, the diffusion length of the acid generated from the acid generator may be excessively long, and the shape of the resist pattern may be defective. Conversely, when the sum of the atomic weights exceeds the upper limit, the dispersibility of the acid generator in the film formed from the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film may be reduced.
酸発生剤としては、例えば下記式(3−1)〜(3−8)で表される化合物(3−1)〜(3−8)が挙げられる。これらの中で、化合物(3−1)、化合物(3−2)、化合物(3−7)、及び化合物(3−8)が好ましい。 Examples of the acid generator include compounds (3-1) to (3-8) represented by the following formulas (3-1) to (3-8). Among these, compound (3-1), compound (3-2), compound (3-7) and compound (3-8) are preferable.
ポリシロキサン100質量部に対する酸発生剤の含有量の下限としては、3質量部が好ましく、5質量部がより好ましい。一方、上記含有量の上限としては、20質量部が好ましく、10質量部がより好ましい。また、酸発生剤は1種又は2種以上を用いることができる。 As a minimum of content of an acid generator to 100 mass parts of polysiloxane, 3 mass parts is preferred, and 5 mass parts is more preferred. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned content, 20 mass parts is preferred, and 10 mass parts is more preferred. Moreover, an acid generator can be used 1 type or 2 types or more.
[その他の成分]
当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物が含有できるその他の成分としては、例えば溶媒、窒素含有化合物、β−ジケトン、コロイド状シリカ、コロイド状アルミナ、有機ポリマー、界面活性剤、塩基発生体等が挙げられる。
[Other ingredients]
Examples of other components that can be contained in the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film include solvents, nitrogen-containing compounds, β-diketones, colloidal silica, colloidal alumina, organic polymers, surfactants, base generators, etc. It can be mentioned.
(溶媒)
溶媒は、上記ポリシロキサン及びその他の任意成分を溶解又は分散することができる限り、特に限定されず用いることができる。溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アミド系溶媒、エステル系溶媒、炭化水素系溶媒等の有機溶媒などが挙げられる。
(solvent)
The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the above-mentioned polysiloxane and other optional components. Examples of the solvent include organic solvents such as alcohol solvents, ether solvents, ketone solvents, amide solvents, ester solvents, hydrocarbon solvents and the like.
上記アルコール系溶媒としては、例えば
4−メチル−2−ペンタノール、n−ヘキサノール等の炭素数1〜18の脂肪族モノアルコール系溶媒;
シクロヘキサノール等の炭素数3〜18の脂環式モノアルコール系溶媒;
1,2−プロピレングリコール等の炭素数3〜18の多価アルコール系溶媒;
プロピレングリコールモノエチルエーテル等の炭素数3〜19の多価アルコール部分エーテル系溶媒などが挙げられる。
Examples of the alcohol solvents include aliphatic monoalcohol solvents having 1 to 18 carbon atoms such as 4-methyl-2-pentanol and n-hexanol;
Alicyclic monoalcohol solvents having 3 to 18 carbon atoms such as cyclohexanol;
Polyhydric alcohol solvents having 3 to 18 carbon atoms such as 1,2-propylene glycol;
Examples thereof include C3-C19 polyhydric alcohol partial ether solvents such as propylene glycol monoethyl ether.
上記エーテル系溶媒としては、例えば
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル等のジ脂肪族エーテル系溶媒;
アニソール、ジフェニルエーテル等の含芳香環エーテル系溶媒;
テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル系溶媒等が挙げられる。
Examples of the ether solvents include difatty ether solvents such as diethyl ether, dipropyl ether and dibutyl ether;
Aromatic ring ether solvents such as anisole and diphenyl ether;
Examples thereof include cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran and dioxane.
上記ケトン系溶媒としては、例えば
アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、メチル−n−アミルケトン、エチル−n−ブチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン、アセトフェノン等の鎖状ケトン系溶媒;
シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、シクロオクタノン、メチルシクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒;
2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン等のジケトン系溶媒等が挙げられる。
Examples of the ketone solvents include acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, diethyl ketone, methyl-iso-butyl ketone, methyl-n-amyl ketone, ethyl-n-butyl ketone, methyl-n- Chain ketone solvents such as hexyl ketone, di-iso-butyl ketone, trimethylnonanone, acetophenone;
Cyclic ketone solvents such as cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, cyclooctanone, methylcyclohexanone;
Diketone solvents such as 2,4-pentanedione and acetonylacetone are listed.
上記アミド系溶媒としては、例えば
N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド等の鎖状アミド系溶媒;
N−メチルピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン等の環状アミド系溶媒等が挙げられる。
Examples of the above-mentioned amide solvents include N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-methylpropionamide, etc. Amide solvents;
Examples thereof include cyclic amide solvents such as N-methylpyrrolidone and N, N'-dimethylimidazolidinone.
上記エステル系溶媒としては、例えば
酢酸n−ブチル、乳酸エチル等のモノカルボン酸エステル系溶媒;
γ−ブチロラクトン、バレロラクトン等のラクトン系溶媒;
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒;
シュウ酸ジエチル等の多価カルボン酸ジエステル系溶媒;
ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のカーボネート系溶媒などが挙げられる。
Examples of the ester solvents include monocarboxylic acid ester solvents such as n-butyl acetate and ethyl lactate;
lactone solvents such as γ-butyrolactone and valerolactone;
Polyhydric alcohol partial ether carboxylate solvents such as propylene glycol monomethyl ether acetate;
Polyvalent carboxylic acid diester solvents such as diethyl oxalate;
Carbonate solvents such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate may, for example, be mentioned.
上記炭化水素系溶媒としては、例えば
n−ペンタン、iso−ペンタン、n−ヘキサン、iso−ヘキサン、n−ヘプタン、iso−ヘプタン、2,2,4−トリメチルペンタン、n−オクタン、iso−オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;
ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、iso−プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、iso−ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ−iso−プロピルベンセン、n−アミルナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒;
ジクロロメタン、クロロホルム、フロン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の含ハロゲン系溶媒などが挙げられる。
Examples of the hydrocarbon solvents include n-pentane, iso-pentane, n-hexane, iso-hexane, n-heptane, iso-heptane, 2,2,4-trimethylpentane, n-octane and iso-octane, for example. Aliphatic hydrocarbon solvents such as cyclohexane and methylcyclohexane;
Aromatics such as benzene, toluene, xylene, mesitylene, ethylbenzene, trimethylbenzene, methylethylbenzene, n-propylbenzene, iso-propylbenzene, diethylbenzene, iso-butylbenzene, triethylbenzene, di-iso-propylbenzene, n-amylnaphthalene Group hydrocarbon solvents;
Halogen-containing solvents such as dichloromethane, chloroform, fluorocarbon, chlorobenzene, dichlorobenzene and the like can be mentioned.
溶媒としては、これらの中で、アルコール系溶媒、及びエステル系溶媒が好ましく、多価アルコール部分エーテル系溶媒、及び多価アルコールモノアルキルエーテルアセテート系溶媒がより好ましく、プロピレングリコールモノエチルエーテル、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートがさらに好ましい。溶媒は、1種単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。 Among these, preferred solvents are alcohol solvents and ester solvents, polyhydric alcohol partial ether solvents, and polyhydric alcohol monoalkyl ether acetate solvents are more preferable, propylene glycol monoethyl ether, and propylene More preferred is glycol monomethyl ether acetate. The solvents may be used alone or in combination of two or more.
(水)
当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物は、水を含有してもよい。水を含有するとポリシロキサンが水和されるため、保存安定性が向上する。また、水を含有するとレジスト下層膜の成膜時の硬化が促進され、緻密な膜を得ることができる。
(water)
The polysiloxane composition for forming a resist underlayer film may contain water. Since the polysiloxane is hydrated when it contains water, storage stability is improved. In addition, when water is contained, hardening at the time of film formation of the resist underlayer film is promoted, and a dense film can be obtained.
当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物が水を含有する場合、水の含有率の下限としては、0.1質量%が好ましく、0.2質量%がより好ましい。一方、上記含有率の上限としては、30質量%が好ましく、20質量%がより好ましく、15質量%がさらに好ましい。水の含有量が上記上限を超えると、当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物の保存安定性が低下し、また塗布膜の均一性が低下する場合がある。 When the said polysiloxane composition for resist lower layer film formation contains water, as a minimum of the content rate of water, 0.1 mass% is preferable and 0.2 mass% is more preferable. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned content rate, 30 mass% is preferred, 20 mass% is more preferred, and 15 mass% is still more preferred. When the content of water exceeds the above upper limit, the storage stability of the polysiloxane composition for forming a resist lower layer film may be reduced, and the uniformity of the coated film may be reduced.
(窒素含有化合物)
窒素含有化合物は、塩基性アミノ基を有する化合物、又は酸の作用により塩基性アミノ基となる基を有する化合物である。窒素含有化合物は当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物から得られるレジスト下層膜のアッシング耐性等の特性を向上させる効果を有する。この効果は、窒素含有化合物がレジスト下層膜に存在することにより、レジスト下層膜中の架橋反応が促進されるためと考えられる。
(Nitrogen-containing compounds)
The nitrogen-containing compound is a compound having a basic amino group or a compound having a group that becomes a basic amino group by the action of an acid. The nitrogen-containing compound has an effect of improving properties such as ashing resistance of the resist underlayer film obtained from the polysiloxane composition for forming the resist underlayer film. This effect is considered to be due to the fact that the crosslinking reaction in the resist underlayer film is promoted by the presence of the nitrogen-containing compound in the resist underlayer film.
窒素含有化合物としては、例えばアミン化合物、アミド基含有化合物、ウレア化合物、含窒素複素環化合物等が挙げられる。 As a nitrogen containing compound, an amine compound, an amido group containing compound, a urea compound, a nitrogen-containing heterocyclic compound etc. are mentioned, for example.
上記アミン化合物としては、例えばモノ(シクロ)アルキルアミン類;ジ(シクロ)アルキルアミン類;トリ(シクロ)アルキルアミン類;置換アルキルアニリン又はその誘導体;エチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2−(3−アミノフェニル)−2−(4−アミノフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2−(4−アミノフェニル)−2−(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,4−ビス(1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル)ベンゼン、1,3−ビス(1−(4−アミノフェニル)−1−メチルエチル)ベンゼン、ビス(2−ジメチルアミノエチル)エーテル、ビス(2−ジエチルアミノエチル)エーテル、1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリジノン、2−キノキサリノール、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、N,N,N’,N’’N’’−ペンタメチルジエチレントリアミン等が挙げられる。 Examples of the amine compound include mono (cyclo) alkylamines; di (cyclo) alkylamines; tri (cyclo) alkylamines; substituted alkylanilines or derivatives thereof; ethylenediamine, N, N, N ', N'- Tetramethylethylenediamine, tetramethylenediamine, hexamethylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylether, 4,4′-diaminobenzophenone, 4,4′-diaminodiphenylamine, 2,2-bis 4-aminophenyl) propane, 2- (3-aminophenyl) -2- (4-aminophenyl) propane, 2- (4-aminophenyl) -2- (3-hydroxyphenyl) propane, 2- (4-aminophenyl) propane Aminophenyl) -2- (4-hydroxyphenyl) propane, , 4-Bis (1- (4-aminophenyl) -1-methylethyl) benzene, 1,3-bis (1- (4-aminophenyl) -1-methylethyl) benzene, bis (2-dimethylaminoethyl) benzene ) Ether, bis (2-diethylaminoethyl) ether, 1- (2-hydroxyethyl) -2-imidazolidinone, 2-quinoxalinol, N, N, N ′, N′-tetrakis (2-hydroxypropyl) Ethylenediamine, N, N, N ', N''N' '-pentamethyldiethylene triamine etc. are mentioned.
上記アミド基含有化合物としては、例えばN−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物、N−t−アミロキシカルボニル基含有アミノ化合物、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピオンアミド、ベンズアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン、N−アセチル−1−アダマンチルアミン、イソシアヌル酸トリス(2−ヒドロキシエチル)等が挙げられる。 Examples of the amide group-containing compounds include N-t-butoxycarbonyl group-containing amino compounds, N-t-amyloxycarbonyl group-containing amino compounds, formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, acetamide, N- Examples include methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, propionamide, benzamide, pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, N-acetyl-1-adamantylamine, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate and the like.
上記ウレア化合物としては、例えば尿素、メチルウレア、1,1−ジメチルウレア、1,3−ジメチルウレア、1,1,3,3−テトラメチルウレア、1,3−ジフェニルウレア、トリ−n−ブチルチオウレア等が挙げられる。 Examples of the above-mentioned urea compounds include urea, methylurea, 1,1-dimethylurea, 1,3-dimethylurea, 1,1,3,3-tetramethylurea, 1,3-diphenylurea and tri-n-butylthiourea. Etc.
上記含窒素複素環化合物としては、例えばイミダゾール類;ピリジン類;ピペラジン類;ピラジン、ピラゾール、ピリダジン、キノザリン、プリン、ピロリジン、ピペリジン、ピペリジンエタノール、3−ピペリジノ−1,2−プロパンジオール、モルホリン、4−メチルモルホリン、1−(4−モルホリニル)エタノール、4−アセチルモルホリン、3−(N−モルホリノ)−1,2−プロパンジオール、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等が挙げられる。 The nitrogen-containing heterocyclic compounds include, for example, imidazoles; pyridines; piperazines; pyrazine, pyrazole, pyridazine, quinozalin, purine, pyrrolidine, piperidine, piperidine ethanol, 3-piperidino-1,2-propanediol, morpholine, 4 -Methylmorpholine, 1- (4-morpholinyl) ethanol, 4-acetylmorpholine, 3- (N-morpholino) -1,2-propanediol, 1,4-dimethylpiperazine, 1,4-diazabicyclo [2.2. 2) octane and the like.
窒素含有化合物としては、これらの中で、アミド基含有化合物が好ましく、N−t−ブトキシカルボニル基含有アミノ化合物、及びN−t−アミロキシカルボニル基含有アミノ化合物がより好ましい。 Among these, as the nitrogen-containing compound, an amide group-containing compound is preferable, and an N-t-butoxycarbonyl group-containing amino compound and an N-t-amyloxy carbonyl-containing amino compound are more preferable.
窒素含有化合物の含有量の上限としては、パターン形状を良好にする観点から、当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物100質量部に対して、30質量部が好ましく、10質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましい。窒素含有化合物は、1種又は2種以上を用いることができる。 The upper limit of the content of the nitrogen-containing compound is preferably 30 parts by mass, more preferably 10 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film, from the viewpoint of improving the pattern shape. 1 part by mass is more preferred. The nitrogen-containing compound can be used alone or in combination of two or more.
<レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物の調製方法>
当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物は、例えばポリシロキサン、酸発生剤及び任意でその他の成分を混合し、溶媒に溶解または分散して得られる。当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物の固形分濃度の下限としては、0.5質量%が好ましく、1質量%がより好ましい。一方、上記固形分濃度の上限としては、20質量%が好ましく、10質量%がより好ましい。
<Method of preparing polysiloxane composition for forming resist lower layer film>
The polysiloxane composition for forming a resist underlayer film is obtained, for example, by mixing a polysiloxane, an acid generator and optionally other components and dissolving or dispersing in a solvent. As a minimum of solid content concentration of the polysiloxane composition for resist lower layer films concerned concerned, 0.5 mass% is preferred and 1 mass% is more preferred. On the other hand, as a maximum of the above-mentioned solid content concentration, 20 mass% is preferred, and 10 mass% is more preferred.
<パターン形成方法>
本発明のパターン形成方法は、基板の一方の面側に、レジスト下層膜を形成する工程(以下、「レジスト下層膜形成工程」ともいう)、上記レジスト下層膜の上記基板とは反対の面側に、レジストパターンを形成する工程(以下、「レジストパターン形成工程」ともいう)、及び上記レジストパターンをマスクとし、上記レジスト下層膜及び基板を順次ドライエッチングする工程(以下、「ドライエッチング工程」ともいう)を備える。以下、各工程について説明する。
<Pattern formation method>
In the pattern forming method of the present invention, the step of forming a resist underlayer film on one side of the substrate (hereinafter, also referred to as “resist underlayer film forming step”), the side of the resist underlayer film opposite to the substrate A step of forming a resist pattern (hereinafter also referred to as a “resist pattern forming step”) and a step of sequentially dry etching the resist underlayer film and the substrate using the resist pattern as a mask (hereinafter also referred to as a “dry etching step”) Say). Each step will be described below.
[レジスト下層膜形成工程]
レジスト下層膜形成工程では、当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物を被加工基板の一方の面側に塗布し、その後加熱することでポリシロキサンを架橋させ、レジスト下層膜を形成する。
[Resist lower layer forming process]
In the resist underlayer film forming step, the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film is applied to one surface side of a substrate to be processed and then heated to crosslink the polysiloxane, thereby forming a resist underlayer film.
上記被加工基板としては、例えばシリコンウェハ、アルミニウムで被覆されたウェハ等の従来公知の基板を使用できる。 As the substrate to be processed, for example, a conventionally known substrate such as a silicon wafer or a wafer coated with aluminum can be used.
当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物の塗布方法としては、例えば回転塗布、流延塗布、ロール塗布等が挙げられる。また、形成されるレジスト下層膜の平均厚みの下限としては、0.01μmが好ましい。一方、上記平均厚みの上限としては、1μmが好ましく、0.5μmがより好ましい。 Examples of the method of applying the polysiloxane composition for forming a resist lower layer film include spin coating, cast coating, roll coating, and the like. The lower limit of the average thickness of the resist underlayer film to be formed is preferably 0.01 μm. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned average thickness, 1 micrometer is preferred and 0.5 micrometer is more preferred.
当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物を塗布した後、必要に応じて、プレベーク(PB)によって塗膜中の溶媒を揮発させてもよい。PBの温度としては、当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物の配合組成によって適宜選択されるが、30℃以上200℃以下が好ましい。また、PBの時間としては、5秒以上600秒以下が好ましい。 After the application of the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film, the solvent in the coating film may be volatilized by prebaking (PB), if necessary. The temperature of PB is appropriately selected depending on the composition of the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film, but is preferably 30 ° C. or more and 200 ° C. or less. Moreover, as time of PB, 5 to 600 second is preferable.
当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物塗布後における加熱温度としては、特に限定されないが、その下限としては100℃が好ましく、120℃がより好ましく、150℃がさらに好ましく、200℃が特に好ましい。一方、上記加熱温度の上限としては450℃が好ましく、400℃がより好ましく、300℃がさらに好ましく、240℃が特に好ましい。 The heating temperature after application of the polysiloxane composition for forming a resist lower layer film is not particularly limited, but the lower limit thereof is preferably 100 ° C., more preferably 120 ° C., still more preferably 150 ° C., and particularly preferably 200 ° C. On the other hand, as a maximum of the above-mentioned heating temperature, 450 ° C is preferred, 400 ° C is more preferred, 300 ° C is still more preferred, and 240 ° C is especially preferred.
上記加熱時間の下限としては、10秒が好ましく、15秒がより好ましく、20秒がさらに好ましく、40秒が特に好ましい。一方、上記加熱時間の上限としては、1時間が好ましく、10分がより好ましく、150秒がさらに好ましく、80秒が特に好ましい。 The lower limit of the heating time is preferably 10 seconds, more preferably 15 seconds, still more preferably 20 seconds, and particularly preferably 40 seconds. On the other hand, the upper limit of the heating time is preferably 1 hour, more preferably 10 minutes, still more preferably 150 seconds, and particularly preferably 80 seconds.
レジスト下層膜を形成する際の加熱温度及び時間を上記範囲とすることで、簡便かつ確実に上記レジスト下層膜を形成することができる。また、上記加熱時の雰囲気としては特に限定されず、空気雰囲気下でも、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下でもよい。 By setting the heating temperature and time for forming the resist underlayer film in the above range, the resist underlayer film can be formed simply and reliably. Further, the atmosphere at the time of heating is not particularly limited, and may be an air atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas.
また、上記レジスト下層膜形成工程の前に、被加工基板上に有機下層膜を形成し、上記レジスト下層膜形成工程においてレジスト下層膜を上記有機下層膜上に形成することもできる。多層レジストプロセスにおいて、被加工基板とレジスト下層膜との間に有機下層膜を設けることで、本発明の効果をより発揮させることができる。この有機下層膜は、有機下層膜形成用組成物を塗布、乾燥させて形成することができる。 In addition, an organic underlayer film may be formed on the substrate to be processed before the resist underlayer film forming step, and a resist underlayer film may be formed on the organic underlayer film in the resist underlayer film forming step. By providing the organic underlayer film between the substrate to be processed and the resist underlayer film in the multilayer resist process, the effects of the present invention can be exhibited more. The organic underlayer film can be formed by applying and drying a composition for forming an organic underlayer film.
さらに、被加工基板上に有機反射防止膜を形成し、その上にレジスト下層膜等を形成することもできる。この有機反射防止膜としては、例えば特公平6−12452号公報、特開昭59−93448号公報等に記載されているものを採用できる。 Furthermore, an organic antireflective film can be formed on a substrate to be processed, and a resist underlayer film or the like can be formed thereon. As the organic antireflective film, those described in, for example, Japanese Patent Publication No. 6-12452 and Japanese Patent Laid-Open Publication No. 59-93448 can be adopted.
[レジストパターン形成工程]
レジストパターン形成工程は、例えば感放射線性樹脂組成物を用い、上記レジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジスト膜を形成する工程(以下、「レジスト膜形成工程」ともいう。)、上記レジスト膜を露光する工程(以下、「露光工程」ともいう。)、及び有機溶媒を用い、上記露光されたレジスト膜を現像する工程(以下、「現像工程」ともいう。)を備える。
[Resist pattern formation process]
The resist pattern forming step is, for example, a step of forming a resist film on the surface side of the resist underlayer film opposite to the substrate using a radiation sensitive resin composition (hereinafter also referred to as “resist film forming step”). A step of exposing the resist film (hereinafter, also referred to as “exposure step”), and a step of developing the exposed resist film using an organic solvent (hereinafter, also referred to as “development step”) are provided.
(レジスト膜形成工程)
本工程では、レジスト下層膜の上記基板とは反対の面側に感放射線性樹脂組成物を塗布しレジスト膜を形成する。
(Resist film formation process)
In this step, a radiation sensitive resin composition is applied to the surface of the resist underlayer film opposite to the above substrate to form a resist film.
(感放射線性樹脂組成物)
感放射線性樹脂組成物は、例えば酸解離性基を有するベース重合体、酸発生体及び溶媒を含有する。また、感放射線性樹脂組成物はフッ素含有重合体、酸拡散制御剤等のその他の成分を含有してもよい。
Radiation-sensitive resin composition
The radiation sensitive resin composition contains, for example, a base polymer having an acid dissociable group, an acid generator and a solvent. The radiation sensitive resin composition may also contain other components such as a fluorine-containing polymer and an acid diffusion control agent.
上記ベース重合体は、酸解離性基を有する。酸解離性基とは、酸発生体等から発生する酸により解離する基である。酸解離性基が解離することにより、ベース重合体にカルボキシ基等の極性基が生じ、露光部及び未露光部の現像液への溶解性の違いが生じる。 The base polymer has an acid dissociable group. The acid dissociable group is a group which is dissociated by an acid generated from an acid generator or the like. The dissociation of the acid dissociable group generates a polar group such as a carboxy group in the base polymer, resulting in a difference in solubility of the exposed area and the unexposed area in the developer.
上記酸解離性基を有するベース重合体としては、通常、感放射線性樹脂組成物が含有する重合体を用いることができ、1−アルキル−1−シクロアルキル(メタ)アクリレートに由来する構造を有する重合体、2−シクロアルキルプロパン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造を有する重合体、2−アルキル−2−アダマンチル(メタ)アクリレートに由来する構造を有する重合体、2−(アダマンタン−1−イル)プロパン−2−イル(メタ)アクリレートに由来する構造を有する重合体が好ましい。 As a base polymer which has the said acid dissociative group, the polymer which a radiation sensitive resin composition contains can usually be used, and it has a structure derived from 1-alkyl 1- cycloalkyl (meth) acrylate Polymer, polymer having a structure derived from 2-cycloalkylpropan-2-yl (meth) acrylate, polymer having a structure derived from 2-alkyl-2-adamantyl (meth) acrylate, 2- (adamantane- Polymers having a structure derived from 1-yl) propan-2-yl (meth) acrylate are preferred.
また、上記ベース重合体は、ラクトン構造、環状カーボネート構造、スルトン構造等の構造を有していてもよい。これらの構造を有することで、レジスト膜の現像液への溶解性をさらに向上させることができる。 Further, the base polymer may have a structure such as a lactone structure, a cyclic carbonate structure or a sultone structure. By having these structures, the solubility of the resist film in a developer can be further improved.
ベース重合体の含有量の下限としては、上記感放射線性樹脂組成物の全固形分中、70質量%が好ましく、75質量%がより好ましく、80質量%がさらに好ましい。 The lower limit of the content of the base polymer is preferably 70% by mass, more preferably 75% by mass, and still more preferably 80% by mass, based on the total solid content of the radiation sensitive resin composition.
上記酸発生体の含有形態としては、低分子化合物の形態、重合体の一部に上記低分子化合物が組み込まれた形態、及びこれらの両方の形態が挙げられる。上記低分子化合物としては、例えば当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物において例示した酸発生剤と同様の化合物が挙げられる。これらの中で、オニウム塩化合物が好ましく、スルホニウム塩、テトラヒドロチオフェニウム塩がより好ましい。 Examples of the form of containing the acid generator include a form of a low molecular weight compound, a form in which the low molecular weight compound is incorporated into a part of a polymer, and a form of both of them. As said low molecular weight compound, the compound similar to the acid generator illustrated, for example in the said polysiloxane composition for resist lower layer film formation is mentioned. Among these, onium salt compounds are preferable, and sulfonium salts and tetrahydrothiophenium salts are more preferable.
上記酸発生体が上記低分子化合物の場合、ベース重合体100質量部に対する酸発生体の含有量の下限としては、0.5質量部がより好ましく、1質量部がさらに好ましく、3質量部が特に好ましい。一方、上記含有量の上限としては、30質量部が好ましく、20質量部がより好ましく、15質量部がさらに好ましい。酸発生体の含有量を上記範囲とすることで、上記感放射線性樹脂組成物の感度及び現像性が向上する。酸発生体は、1種又は2種以上を用いることができる。 When the above-mentioned acid generator is the above-mentioned low molecular weight compound, 0.5 mass part is more preferred as a minimum of content of an acid generator to 100 mass parts of base polymers, 1 mass part is still more preferred, and 3 mass parts Particularly preferred. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned content, 30 mass parts is preferred, 20 mass parts is more preferred, and 15 mass parts is still more preferred. By making content of an acid generator into the said range, the sensitivity and the developability of the said radiation sensitive resin composition improve. The acid generator can be used alone or in combination of two or more.
上記溶媒としては、例えば当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物において例示した溶媒と同様のものが挙げられる。これらの中で、エステル系溶媒、及びケトン系溶媒が好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、及びシクロヘキサノンがより好ましい。上記溶媒は、1種又は2種以上を用いることができる。 As said solvent, the thing similar to the solvent illustrated, for example in the said polysiloxane composition for resist underlayer film formation is mentioned. Among these, ester solvents and ketone solvents are preferable, and propylene glycol monomethyl ether acetate and cyclohexanone are more preferable. The said solvent can be used 1 type or 2 types or more.
上記酸拡散制御剤としては、例えば当該レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物において例示した上記窒素含有化合物と同様のもの、及び光崩壊性塩基等が挙げられる。 Examples of the acid diffusion control agent include the same ones as the above-mentioned nitrogen-containing compound exemplified in the polysiloxane composition for forming a resist lower layer film, and a photodisintegrable base.
光崩壊性塩基とは露光により弱酸を発生する化合物であり、未露光部ではアニオンによる酸捕捉機能が発揮されクエンチャーとして機能し、露光部から拡散する酸を捕捉する。一方、露光部においては酸を発生してアニオンが消滅するため、酸捕捉機能がなくなる。すなわち、未露光部のみにおいてクエンチャーとして機能するため、酸解離性基の解離反応のコントラストが向上する。上記光崩壊性塩基としては、例えば露光により分解して酸拡散制御性を失うオニウム塩化合物等が挙げられる。このオニウム塩化合物としては、例えばスルホニウム塩化合物、ヨードニウム塩化合物等が挙げられる。 The photodisintegrable base is a compound that generates a weak acid upon exposure, and in the unexposed area, an acid capturing function by an anion is exhibited to function as a quencher, capturing an acid diffused from the exposed area. On the other hand, in the exposed area, an acid is generated and the anion disappears, so that the acid trapping function is lost. That is, since it functions as a quencher only in the unexposed area, the contrast of the dissociation reaction of the acid dissociable group is improved. As said photodisintegrable base, the onium salt compound etc. which are decomposed | disassembled by exposure and loses acid diffusion controllability are mentioned, for example. Examples of this onium salt compound include sulfonium salt compounds and iodonium salt compounds.
酸拡散制御剤としては、光崩壊性塩基が好ましく、トリフェニルスルホニウムサリチレート、及びトリフェニルスルホニウムカンファースルホナートがより好ましい。 As an acid diffusion control agent, a photodisintegrable base is preferable, and triphenyl sulfonium salicylate and triphenyl sulfonium camphor sulfonate are more preferable.
上記感放射線性樹脂組成物が酸拡散制御体を含有する場合であって酸拡散制御体が酸拡散制御剤の場合、ベース重合体100質量部に対する酸拡散制御体の含有量の下限としては、0.1質量部が好ましく、0.3質量部がより好ましい。一方、上記含有量の上限としては、10質量部が好ましく、7質量部がより好ましく、5質量部がさらに好ましい。酸拡散制御剤の含有量が上記上限を超えると、得られる感放射線性樹脂組成物の感度が低下する場合がある。酸拡散抑制剤は、1種単独で又は2種以上を混合して用いてもよい。 When the radiation sensitive resin composition contains an acid diffusion controller and the acid diffusion controller is an acid diffusion controller, the lower limit of the content of the acid diffusion controller per 100 parts by mass of the base polymer is as follows: 0.1 mass part is preferable and 0.3 mass part is more preferable. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned content, 10 mass parts is preferred, 7 mass parts is more preferred, and 5 mass parts is still more preferred. When content of an acid diffusion control agent exceeds the said upper limit, the sensitivity of the radiation sensitive resin composition obtained may fall. The acid diffusion inhibitors may be used alone or in combination of two or more.
上記感放射線性樹脂組成物の塗布方法としては、例えばレジスト下層膜形成工程におけるものと同様のものを用いることができる。また、形成されるレジスト膜の平均厚みの下限としては、0.01μmが好ましい。一方、上記平均厚みの上限としては、1μmが好ましく、0.5μmがより好ましい。 As a coating method of the said radiation sensitive resin composition, the thing similar to the thing in a resist underlayer film formation process can be used, for example. The lower limit of the average thickness of the resist film to be formed is preferably 0.01 μm. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned average thickness, 1 micrometer is preferred and 0.5 micrometer is more preferred.
また、上記感放射線性樹脂組成物を塗布した後、必要に応じて、プレベーク(PB)によって塗膜中の溶媒を揮発させてもよい。PBの温度及び時間としては、上記レジスト下層膜におけるPBと同様のものとすることができる。 Moreover, after apply | coating the said radiation sensitive resin composition, you may volatilize the solvent in a coating film by prebaking (PB) as needed. The temperature and time of PB can be the same as PB in the resist underlayer film.
さらに、環境雰囲気中に含まれる塩基性不純物等の影響を防止するために、保護膜を上記形成したレジスト膜上に設けることもできる。この保護膜としては、例えば特開平5−188598号公報等に記載されているものが挙げられる。加えて、レジスト膜からの酸発生体等の流出を防止するため、例えば特開2005−352384号公報等に記載されている液浸用保護膜をレジスト膜上に設けることもできる。なお、これらの技術は併用できる。 Furthermore, in order to prevent the influence of basic impurities and the like contained in the environmental atmosphere, a protective film can be provided on the above-formed resist film. Examples of this protective film include those described in JP-A-5-188598. In addition, in order to prevent the acid generator and the like from flowing out of the resist film, a liquid immersion protective film described in, for example, JP 2005-352384 A can be provided on the resist film. These techniques can be used together.
(露光工程)
本工程では、上記レジスト膜形成工程で形成したレジスト膜を露光する。この露光としては、例えば所望の領域にアイソラインパターンマスクを介して縮小投影露光を行うことにより、アイソトレンチパターンを形成できる。また、露光は所望のパターンとマスクパターンによって2回以上行ってもよい。2回以上露光を行う場合、露光は連続して行うことが好ましい。複数回露光する場合、例えば所望の領域にラインアンドスペースパターンマスクを介して第1の縮小投影露光を行い、続けて第1の露光を行った露光部に対してラインが交差するように第2の縮小投影露光を行う。第1の露光部と第2の露光部とは直交することが好ましい。直交することにより、露光部で囲まれた未露光部において真円状のコンタクトホールパターンが形成しやすくなる。
(Exposure process)
At this process, the resist film formed at the said resist film formation process is exposed. As this exposure, for example, an iso-trench pattern can be formed by performing reduction projection exposure in a desired area via an iso-line pattern mask. The exposure may be performed twice or more depending on the desired pattern and the mask pattern. When the exposure is performed twice or more, the exposure is preferably performed continuously. When multiple exposures are performed, for example, a first reduction projection exposure is performed on a desired area through a line and space pattern mask, and a line intersects the exposure portion subjected to the first exposure subsequently. Perform a reduced projection exposure of The first exposure unit and the second exposure unit are preferably orthogonal to each other. By being orthogonal, it becomes easy to form a perfect circular contact hole pattern in the unexposed area surrounded by the exposed area.
露光として液浸露光を行う場合、露光の際に用いられる液浸液としては水やフッ素系不活性液体等が挙げられる。液浸液は、露光波長に対して透明であり、かつ膜上に投影される光学像の歪みを最小限に留めるよう屈折率の温度係数ができる限り小さい液体が好ましいが、特に露光光源がArFエキシマレーザー光(波長193nm)である場合、上述の観点に加えて、入手の容易さ、取り扱いのし易さといった点から水を用いるのが好ましい。水を用いる場合、水の表面張力を減少させるとともに、界面活性力を増大させる添加剤を僅かな割合で添加しても良い。この添加剤は、ウェハ上のレジスト層を溶解させず、かつレンズの下面の光学コートに対する影響が無視できるものが好ましい。使用する水としては蒸留水が好ましい。 When immersion exposure is performed as the exposure, examples of the immersion liquid used in the exposure include water and a fluorine-based inert liquid. The immersion liquid is preferably a liquid that is transparent to the exposure wavelength and has a temperature coefficient of refractive index as small as possible to minimize distortion of the optical image projected onto the film, but the exposure light source is particularly preferably ArF. In the case of excimer laser light (wavelength 193 nm), it is preferable to use water from the viewpoints of easy availability and easy handling in addition to the above-mentioned viewpoints. When water is used, additives that increase the surface activity and reduce the surface tension of water may be added in small proportions. The additive is preferably one which does not dissolve the resist layer on the wafer and has negligible effect on the optical coat on the lower surface of the lens. Distilled water is preferred as water to be used.
露光に使用される放射線としては、上記感放射線性樹脂組成物が含有する酸発生体の種類に応じて適宜選択されるが、例えば紫外線、遠紫外線、可視光線、EUV、X線、γ線等の電磁波;電子線、α線等の荷電粒子線などが挙げられる。これらの中で、遠紫外線、EUV、及び電子線が好ましく、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、KrFエキシマレーザー光(波長248nm)、EUV(極端紫外線)、及び電子線がより好ましい。露光量等の露光条件は、上記感放射線性樹脂組成物の配合組成や添加剤の種類等に応じて適宜選択される。当該パターン形成方法においては露光工程を複数回有してもよく、この場合、複数回の露光は同じ光源を用いても異なる光源を用いてもよい。 The radiation used for exposure is appropriately selected according to the type of the acid generator contained in the above radiation sensitive resin composition, and for example, ultraviolet light, far ultraviolet light, visible light, EUV, X-rays, γ-rays, etc. Of electromagnetic waves; electron beams; charged particle beams such as .alpha. Among these, far ultraviolet rays, EUV and electron beams are preferable, and ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), EUV (extreme ultraviolet) and electron beams are more preferable. Exposure conditions, such as an exposure amount, are suitably selected according to the compounding composition of the said radiation sensitive resin composition, the kind of additive, etc. The pattern formation method may have a plurality of exposure steps, and in this case, the plurality of exposures may use the same light source or different light sources.
また、露光後にポストエクスポージャーベーク(PEB)を行なうことが好ましい。PEBを行なうことにより、上記感放射線性樹脂組成物中の酸解離性基の解離反応を円滑に進行できる。PEB温度の下限としては、30℃が好ましく、50℃がより好ましく、70℃がさらに好ましい。一方、上記PEB温度の上限としては、200℃が好ましく、170℃がより好ましく、120℃がさらに好ましい。PEB時間の下限としては、5秒が好ましく、10秒がより好ましい。一方、PEB時間の上限としては、600秒が好ましく、300秒がより好ましい。 Also, post exposure bake (PEB) is preferably performed after exposure. By performing PEB, the dissociative reaction of the acid dissociatable group in the said radiation sensitive resin composition can be advanced smoothly. As a minimum of PEB temperature, 30 ° C is preferred, 50 ° C is more preferred, and 70 ° C is still more preferred. On the other hand, as an upper limit of the above-mentioned PEB temperature, 200 ° C is preferred, 170 ° C is more preferred, and 120 ° C is still more preferred. As a minimum of PEB time, 5 seconds are preferred and 10 seconds are more preferred. On the other hand, as a maximum of PEB time, 600 seconds are preferred and 300 seconds are more preferred.
(現像工程)
本工程では、上記露光工程で露光されたレジスト膜を現像液を用いて現像し、乾燥処理等を行う。これにより、所定のレジストパターンを形成することができる。
(Development process)
In this step, the resist film exposed in the exposure step is developed using a developer, and a drying process and the like are performed. Thereby, a predetermined resist pattern can be formed.
有機溶媒現像の場合、上記現像に用いる現像液としては、炭化水素系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒等の有機溶媒などが挙げられる。上記有機溶媒としては、例えば上述のレジスト下層膜形成用組成物の溶媒として列挙した溶媒の1種又は2種以上等が挙げられる。これらの中でも、エステル系溶媒、及びケトン系溶媒が好ましい。エステル系溶媒としては、酢酸エステル系溶媒が好ましく、酢酸n−ブチルがより好ましい。ケトン系溶媒としては、鎖状ケトンが好ましく、2−ヘプタノンがより好ましい。現像液中の有機溶媒の含有量の下限としては80質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、95質量%がさらに好ましく、99質量%が特に好ましい。 In the case of organic solvent development, examples of the developer used for the development include organic solvents such as hydrocarbon solvents, ether solvents, ester solvents, ketone solvents, alcohol solvents and the like. Examples of the organic solvent include one or more of the solvents listed as the solvent for the composition for forming a resist lower layer film described above, and the like. Among these, ester solvents and ketone solvents are preferable. As an ester solvent, an acetic acid ester solvent is preferable, and n-butyl acetate is more preferable. As a ketone solvent, a chain ketone is preferable, and 2-heptanone is more preferable. The lower limit of the content of the organic solvent in the developer is preferably 80% by mass, more preferably 90% by mass, still more preferably 95% by mass, and particularly preferably 99% by mass.
現像液には、必要に応じて界面活性剤を適当量添加することができる。界面活性剤としては、例えばイオン性や非イオン性のフッ素系及び/又はシリコン系界面活性剤等を用いることができる。 An appropriate amount of surfactant can be added to the developer as needed. As the surfactant, for example, an ionic or non-ionic fluorine-based and / or silicon-based surfactant can be used.
また、アルカリ性溶液を用いてアルカリ現像を行ってもよい。この場合、上記現像に用いる現像液としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、けい酸ナトリウム、メタけい酸ナトリウム、アンモニア水、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、エチルジメチルアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、ピロール、ピペリジン、コリン、1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ−[4.3.0]−5−ノネン等のアルカリ性化合物の少なくとも1種を溶解したアルカリ水溶液等が挙げられる。これらの中でも、TMAH水溶液が好ましく、2.38質量%TMAH水溶液がより好ましい。 In addition, alkaline development may be performed using an alkaline solution. In this case, examples of the developer used for the development include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, aqueous ammonia, ethylamine, n-propylamine, diethylamine, di-n-propyl Amine, triethylamine, methyl diethylamine, ethyldimethylamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), pyrrole, piperidine, choline, 1,8-diazabicyclo- [5.4.0] -7-undecene, 1, The aqueous alkali solution etc. which dissolved at least 1 sort (s) of alkaline compounds, such as 5-diazabicyclo- [4.3.0] -5- nonene, etc. are mentioned. Among these, TMAH aqueous solution is preferable and 2.38 mass% TMAH aqueous solution is more preferable.
現像方法としては、例えば現像液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面に現像液を表面張力によって盛り上げて一定時間静止することで現像する方法(パドル法)、基板表面に現像液を噴霧する方法(スプレー法)、一定速度で回転している基板上に一定速度で現像液塗出ノズルをスキャンしながら現像液を塗出しつづける方法(ダイナミックディスペンス法)等が挙げられる。 As a developing method, for example, a method of immersing a substrate in a bath filled with a developer for a certain time (dip method), a method of raising a developer on the substrate surface by surface tension and developing by standing for a certain time (paddle method A method of spraying a developer onto the substrate surface (spray method), a method of continuously coating a developer onto a substrate rotating at a constant speed while scanning a developer coating nozzle at a constant speed (dynamic dispense method) Etc.
上記現像後に、形成されたレジストパターンをリンス液を用いて洗浄することが好ましい。リンス液としては、有機溶媒現像の場合は、アルコール系溶媒、及びエステル系溶媒が好ましく、炭素数6〜8の1価のアルコール系溶媒がより好ましく、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、2−ヘプタノール、及び4−メチル−2−ペンタノールがさらに好ましい。アルカリ現像の場合は、水が好ましく、純水がより好ましい。 After the development, the formed resist pattern is preferably washed using a rinse solution. As the rinse solution, in the case of organic solvent development, alcohol solvents and ester solvents are preferable, and monovalent alcohol solvents having 6 to 8 carbon atoms are more preferable, and 1-hexanol, 2-hexanol, 2-heptanol And 4-methyl-2-pentanol are more preferred. In the case of alkali development, water is preferred, and pure water is more preferred.
洗浄処理の方法としては、例えば一定速度で回転している基板上にリンス液を塗出しつづける方法(回転塗布法)、リンス液が満たされた槽中に基板を一定時間浸漬する方法(ディップ法)、基板表面にリンス液を噴霧する方法(スプレー法)等が挙げられる。 As a method of cleaning treatment, for example, a method of continuously applying a rinse liquid on a substrate rotating at a constant speed (rotation coating method), a method of immersing a substrate in a bath filled with a rinse liquid for a predetermined time (dip method) And a method (spray method) of spraying a rinse liquid on the substrate surface.
[ドライエッチング工程]
ドライエッチング工程では、上記レジストパターンをマスクとし、上記レジスト下層膜をドライエッチングして下層パターンを形成する。その後、この下層パターンをマスクとし、上記被加工基板をドライエッチングして被加工基板にパターンを形成する。
[Dry etching process]
In the dry etching step, the resist underlayer film is dry etched using the resist pattern as a mask to form an underlayer pattern. Thereafter, using the lower layer pattern as a mask, the substrate to be processed is dry etched to form a pattern on the substrate to be processed.
このドライエッチングは、公知のドライエッチング装置を用いて行うことができる。また、ドライエッチングに使用するエッチングガスとしては、エッチングされるレジスト下層膜の元素組成等により適宜選択することができ、例えばCHF3、CF4、C2F6、C3F8、SF6等のフッ素系ガス、Cl2、BCl3等の塩素系ガス、O2、O3、H2O等の酸素系ガス、H2、NH3、CO、CO2等のガス、He、N2、Ar等の不活性ガス等が挙げられる。これらのガスは1種又は2種以上を用いることができる。 This dry etching can be performed using a known dry etching apparatus. The etching gas used for dry etching can be appropriately selected depending on the elemental composition of the resist underlayer film to be etched, and the like. For example, CHF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , SF 6 etc. Fluorine-based gases, chlorine-based gases such as Cl 2 and BCl 3 , oxygen-based gases such as O 2 , O 3 , and H 2 O, gases such as H 2 , NH 3 , CO, and CO 2 , He, N 2 , Inert gases such as Ar may be mentioned. These gases may be used alone or in combination of two or more.
レジスト下層膜のエッチングに用いるエッチングガスとしては、フッ素系ガスが好ましく、フッ素系ガスに酸素系ガス及び不活性ガスを混合したものが好ましい。被加工基板のエッチングに用いるエッチングガスとしては、酸素系ガスが好ましく、酸素系ガスに不活性ガスを混合したものがより好ましい。 As an etching gas used for etching the resist underlayer film, a fluorine-based gas is preferable, and a mixture of a fluorine-based gas and an oxygen-based gas and an inert gas is preferable. As an etching gas used for etching the substrate to be processed, an oxygen-based gas is preferable, and a mixture of an oxygen-based gas and an inert gas is more preferable.
また、上記有機下層膜を形成する場合、ドライエッチング工程では、上記下層パターンをマスクとして有機下層膜をエッチングし、続いて被加工基板をエッチングする。この有機下層膜のエッチングに用いるエッチングガスとしては、酸素系ガスが好ましく、酸素系ガスに不活性ガスを混合したものがより好ましい。 When the organic lower layer film is formed, in the dry etching step, the organic lower layer film is etched using the lower layer pattern as a mask, and then the substrate to be processed is etched. As an etching gas used for etching the organic lower layer film, an oxygen-based gas is preferable, and a mixture of an oxygen-based gas and an inert gas is more preferable.
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例に本発明が限定的に解釈されるものではない。各種物性値の測定方法を以下に示す。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples, but the present invention is not construed as being limited to these examples. The measuring method of various physical-property values is shown below.
[固形分の含有割合の決定]
シロキサン樹脂溶液0.5gを30分間250℃で焼成することで、樹脂溶液0.5gに対する固形分の重量を測定し、シロキサン樹脂溶液の固形分の含有割合を決定した。
[Determination of solid content ratio]
The weight of the solid content relative to 0.5 g of the resin solution was measured by baking 0.5 g of the siloxane resin solution for 30 minutes at 250 ° C., and the content ratio of the solid content of the siloxane resin solution was determined.
[Mw及びMn測定]
重合体のMw及びMnは、下記条件によるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。
カラム:東ソー社の「G2000HXL」2本、「G3000HXL」1本及び「G4000HXL」1本
溶出溶媒:テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
流量:1.0mL/分
検出器:示差屈折計
標準物質:単分散ポリスチレン
[Mw and Mn measurement]
The Mw and Mn of the polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
Column: Two Tosoh "G2000 H XL", one "G 3000 H XL" and one "G 4000 H XL" Elution solvent: tetrahydrofuran Column temperature: 40 ° C
Flow rate: 1.0 mL / min Detector: Differential refractometer Standard substance: Monodispersed polystyrene
<ポリシロキサンの合成>
シュウ酸10.9gを水163.8gに加熱溶解させて、シュウ酸水溶液を調製した。次に、冷却管と添加装置を備えたテトラエトキシシラン252.6g(75モル%)、メチルトリメトキシシラン33.0g(15モル%)、フェニルトリメトキシシラン32.1g(10モル%)及びプロピレングリコールモノエチルエーテル(PGEE)507.7gを入れた5Lのフラスコに、冷却管と、上記調製したシュウ酸水溶液を入れた滴下ロートをセットした。次いで、オイルバスにて60℃に加熱した後、シュウ酸水溶液をゆっくり滴下し、60℃で4時間反応させた。反応終了後、反応溶液の入ったフラスコを放冷してからエバポレーターにセットし、反応により生成したアルコールを留去した。得られた溶液に、692.0gのプロピレングリコールモノエチルエーテル(PGEE)を加えてからエバポレーターでPGEE等を留去して溶媒置換を行うことにより、ポリシロキサンを含む混合液(以下、「ポリシロキサン混合液」ともいう)846.0gを得た。得られたポリシロキサン混合液の固形分濃度は、焼成法により測定した結果、6.9質量%であった。また、GPC測定の結果、ポリシロキサンのMwは3,000であった。
<Synthesis of Polysiloxane>
10.9 g of oxalic acid was heated and dissolved in 163.8 g of water to prepare an aqueous oxalic acid solution. Next, 252.6 g (75 mol%) of tetraethoxysilane, 33.0 g (15 mol%) of methyltrimethoxysilane, 32.1 g (10 mol%) of phenyltrimethoxysilane, and propylene having a cooling pipe and an addition device In a 5 L flask containing 507.7 g of glycol monoethyl ether (PGEE), a cooling pipe and a dropping funnel containing the oxalic acid aqueous solution prepared above were set. Next, after heating to 60 ° C. with an oil bath, an oxalic acid aqueous solution was slowly dropped, and allowed to react at 60 ° C. for 4 hours. After completion of the reaction, the flask containing the reaction solution was allowed to cool and then set in an evaporator, and the alcohol produced by the reaction was distilled off. After adding 692.0 g of propylene glycol monoethyl ether (PGEE) to the obtained solution, PGEE and the like are distilled off with an evaporator to carry out solvent substitution to obtain a mixed solution containing polysiloxane (hereinafter referred to as “polysiloxane It obtained 846.0g of mixed solution (it is also called "). As a result of measuring solid content concentration of the obtained polysiloxane liquid mixture by a calcination method, it was 6.9 mass%. Moreover, as a result of GPC measurement, Mw of polysiloxane was 3,000.
<レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物の調製>
レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物の調製に用いた各成分を以下に示す。
<Preparation of polysiloxane composition for forming resist lower layer film>
Each component used for preparation of the polysiloxane composition for resist underlayer film formation is shown below.
[酸発生剤]
B−1:下記式(B−1)で示す化合物
B−2:下記式(B−2)で示す化合物
B−3:下記式(B−3)で示す化合物
B−4:下記式(B−4)で示す化合物
B−5:下記式(B−5)で示す化合物
B−6:下記式(B−6)で示す化合物
B−7:下記式(B−7)で示す化合物
[Acid generator]
B-1: Compound represented by the following formula (B-1) B-2: Compound represented by the following formula (B-2) B-3: Compound represented by the following formula (B-3) B-4: Formula (B) -4) Compound B-5: Compound represented by the following formula (B-5) B-6: Compound represented by the following formula (B-6) B-7: Compound represented by the following formula (B-7)
[溶媒]
C−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)
C−2:プロピレングリコールモノエチルエーテル(PGEE)
[solvent]
C-1: Propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA)
C-2: Propylene glycol monoethyl ether (PGEE)
[実施例1]
レジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物の調製において、溶液タンク、フィルタA、フィルタB、ダイヤフラムポンプ及びテフロン(登録商標)製チューブ(内径4mm、長さ200mm)を備える循環濾過装置を用いた。上記フィルタAとして、ポリアミド系合成繊維膜(日本ポール社の「フィルターカプセル フォトクリーDDF ウルチプリーツ・P−ナイロン」、孔径20nm、濾布面積0.53m2)を用い、上記フィルタBとして、ポリエチレン膜(日本ポール社の「フィルターカプセル フォトクリーンDDF PE−クリーン」、孔径10nm、濾布面積0.51m2)を用いた。この際フィルタAが上流側、フィルタBが下流側となるようにし、2つのフィルタをテフロン(登録商標)製チューブ(内径4mm、長さ100mm)で接続した。
Example 1
In preparation of the polysiloxane composition for resist lower layer film formation, the circulation filtration apparatus provided with a solution tank, filter A, filter B, a diaphragm pump, and a Teflon (trademark) tube (inner diameter 4 mm, length 200 mm) was used. As the filter A, a polyamide-based synthetic fiber membrane (Nippon Pall Co., Ltd. "filter capsule Photocree DDF Ultipleated P-nylon", pore diameter 20 nm, filter cloth area 0.53 m 2 ) (Japan Paul's "filter capsule photo clean DDF PE- clean", a pore size of 10nm, filter cloth area 0.51m 2) was used. At this time, the filter A was on the upstream side and the filter B was on the downstream side, and the two filters were connected by a Teflon (registered trademark) tube (inner diameter 4 mm, length 100 mm).
次に、溶液タンクに上記調製したポリシロキサン混合液を591g投入した。このポリシロキサン混合液中のポリシロキサン100質量部に対して、酸発生剤(B−1)2.5質量部、並びに溶媒(C−1)5037質量部及び(C−2)2157質量部を加え希釈溶解させた後、この溶液を常圧下、流速450g/分の条件にて、循環回数が20回となるまで循環濾過を行うことで実施例1のレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物を得た。 Next, 591 g of the above-prepared polysiloxane mixed solution was charged into a solution tank. 2.5 parts by mass of the acid generator (B-1), 5037 parts by mass of the solvent (C-1) and 2157 parts by mass of (C-2) with respect to 100 parts by mass of the polysiloxane in the polysiloxane mixture After the addition and dissolution, this solution is subjected to circulation filtration under normal pressure and at a flow rate of 450 g / min until the number of circulations reaches 20 times, whereby the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film of Example 1 is obtained. Obtained.
<実施例2〜4及び比較例1〜3>
下記表1に示す種類及び使用量の各化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして実施例2〜4及び比較例1〜3のレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物を得た。
Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3
The polysiloxane compositions for forming a resist underlayer film of Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were obtained in the same manner as Example 1 except that each compound of the type and amount used shown in Table 1 below was used.
<評価>
12インチシリコンウエハー表面に、上記実施例及び比較例のレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物をスピンコーター(東京エレクトロン社の「ACT12」)を用いてインラインで塗布し、215℃で60秒間ベークを行い、平均厚み33nmのレジスト下層膜を形成した欠陥検査用基板を得た。得られた欠陥検査用基板について、欠陥検査装置(ケー・エル・エー・テンコール社の「KLA2810」)を用いて、ピクセルサイズ0.23μm、閾値10の条件下で欠陥数を測定した。欠陥抑制性は、欠陥検査用基板1枚あたりの欠陥数が25個以下の場合は「A」とし、25個を超えた場合は「B」と評価した。これらの評価のうち、Aを合格とした。この欠陥数及び評価を表2に示す。
<Evaluation>
The polysiloxane composition for forming a resist underlayer film of the above Example and Comparative Example is applied inline on a 12 inch silicon wafer using a spin coater (“ACT12” from Tokyo Electron Ltd.) and baked at 215 ° C. for 60 seconds Then, a substrate for defect inspection on which a resist underlayer film having an average thickness of 33 nm was formed was obtained. With respect to the obtained substrate for defect inspection, the number of defects was measured under the conditions of a pixel size of 0.23 μm and a threshold of 10 using a defect inspection apparatus (“KLA 2810” by KLA Tencor Corporation). The defect controllability was evaluated as “A” when the number of defects per defect inspection substrate was 25 or less, and was evaluated as “B” when it exceeded 25. Of these evaluations, A was accepted. The number of defects and the evaluation are shown in Table 2.
表2に示すように、実施例のレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物は、レジスト下層膜における欠陥が少なかった。これに対し、比較例のレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物は、いずれもレジスト下層膜における欠陥が多かった。 As shown in Table 2, the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film of the example had few defects in the resist underlayer film. On the other hand, all of the polysiloxane compositions for forming a resist underlayer film of the comparative example had many defects in the resist underlayer film.
<パターン形状>
以下の手順により、レジスト下層膜上に形成されたパターンの形状について評価した。
<Pattern shape>
The shape of the pattern formed on the resist underlayer film was evaluated by the following procedure.
[感放射線性樹脂組成物の調製]
ベース重合体(a−1)及びフッ素含有重合体(a−2)の合成に用いた化合物を以下に示す。
[Preparation of radiation sensitive resin composition]
The compounds used for the synthesis of the base polymer (a-1) and the fluorine-containing polymer (a-2) are shown below.
(ベース重合体(a−1)の合成)
下記化合物(M−1)12.9g(50モル%)及び化合物(M−2)17.1g(50モル%)を、メチルエチルケトン60gに溶解し、さらに2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1.77gを投入して溶解させ、単量体溶液を調製した。次に、30gのメチルエチルケトンを投入した200mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱して、上記単量体溶液を滴下漏斗を用い、3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、重合反応溶液を水冷し30℃以下に冷却し、600gのメタノールへ投入して、析出した白色粉末を濾別した。濾別した白色粉末をそれぞれ150gのメタノールを用い、2回、スラリー状にして洗浄した後、再度濾別し、50℃にて17時間乾燥して白色粉末のベース重合体(a−1)を得た(収率80%)。13C−NMRの結果、ベース重合体(a−1)における化合物(M−1)/(M−2)に由来する構造単位の含有割合は49/51(モル%)であった。また、ベース重合体(a−1)のMwは6,900、Mw/Mnは1.35であった。
(Synthesis of Base Polymer (a-1))
12.9 g (50 mol%) of the following compound (M-1) and 17.1 g (50 mol%) of the compound (M-2) are dissolved in 60 g of methyl ethyl ketone, and further 2,2'-azobisisobutyronitrile 1.77 g of (AIBN) was added and dissolved to prepare a monomer solution. Next, a 200 mL three-necked flask charged with 30 g of methyl ethyl ketone is purged with nitrogen for 30 minutes, and then the reaction kettle is heated to 80 ° C. while stirring, and the above monomer solution is dropped using a dropping funnel over 3 hours did. The polymerization reaction was carried out for 6 hours, with the dripping start as the polymerization start time. After completion of the polymerization, the polymerization reaction solution was water-cooled and cooled to 30 ° C. or less, and poured into 600 g of methanol, and the precipitated white powder was separated by filtration. The filtered white powder was slurried twice with 150 g of methanol, washed again, filtered again, and dried at 50 ° C. for 17 hours to obtain a white powder base polymer (a-1). Obtained (yield 80%). As a result of 13 C-NMR, the content ratio of the structural units derived from the compound (M-1) / (M-2) in the base polymer (a-1) was 49/51 (mol%). Moreover, Mw of the base polymer (a-1) was 6,900, and Mw / Mn was 1.35.
(フッ素含有重合体(a−2)の合成)
下記化合物(M−3)10.4g(30モル%)及び化合物(M−4)19.6g(70モル%)を、メチルエチルケトン60gに溶解し、さらに2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)0.91g(5モル%)を投入し、単量体溶液を調製した。次に、30gのメチルエチルケトンを投入した200mLの三口フラスコを30分窒素パージした後、反応釜を攪拌しながら80℃に加熱し、事前に準備した上記単量体溶液を滴下漏斗を用いて3時間かけて滴下した。滴下開始を重合開始時間とし、重合反応を6時間実施した。重合終了後、溶液を水冷し30℃以下に冷却し、600gのメタノールへ投入し、析出した白色粉末を濾別した。濾別した白色粉末を150gのメタノールにて2回スラリー状にして洗浄した後、再度濾別し、50℃にて12時間乾燥して白色粉末のフッ素含有重合体(a−2)を得た(収率68%)。13C−NMRの結果、フッ素含有重合体(a−2)における(M−3)/(M−4)に由来する構造単位の含有割合は、31/69(モル%)であった。また、フッ素含有重合体(a−2)のMwは5,900、Mw/Mnは1.58であった。
(Synthesis of Fluorine-Containing Polymer (a-2))
10.4 g (30 mol%) of the following compound (M-3) and 19.6 g (70 mol%) of the compound (M-4) are dissolved in 60 g of methyl ethyl ketone, and 2,2'-azobis (isobutyronitrile) 0.91 g (5 mol%) was charged to prepare a monomer solution. Next, a 200 mL three-necked flask charged with 30 g of methyl ethyl ketone is purged with nitrogen for 30 minutes, and then the reaction kettle is heated to 80 ° C. while stirring, and the above prepared monomer solution is added using a dropping funnel for 3 hours It dripped over. The polymerization reaction was carried out for 6 hours, with the dripping start as the polymerization start time. After completion of the polymerization, the solution was water-cooled, cooled to 30 ° C. or less, and poured into 600 g of methanol, and the precipitated white powder was separated by filtration. The filtered white powder was slurried twice with 150 g of methanol, washed again, filtered off again, and dried at 50 ° C. for 12 hours to obtain a fluorine-containing polymer (a-2) of a white powder (Yield 68%). As a result of 13 C-NMR, the content ratio of structural units derived from (M-3) / (M-4) in the fluorine-containing polymer (a-2) was 31/69 (mol%). Moreover, Mw of the fluorine-containing polymer (a-2) was 5,900, and Mw / Mn was 1.58.
感放射線性樹脂組成物の調製に用いたベース重合体(a−1)及びフッ素含有重合体(a−2)以外の成分を下記に示す。 The components other than the base polymer (a-1) and the fluorine-containing polymer (a-2) used for the preparation of the radiation sensitive resin composition are shown below.
(酸発生剤)
b−1:トリフェニルスルホニウム1,1,2,2−テトラフルオロ−6−(1−アダマンタンカルボニロキシ)−ヘキサン−1−スルホネート(下記式(b−1)で表される化合物)
(Acid generator)
b-1: Triphenylsulfonium 1,1,2,2-tetrafluoro-6- (1-adamantanecarbonyloxy) -hexane-1-sulfonate (compound represented by the following formula (b-1))
(酸拡散制御剤)
c−1:トリフェニルスルホニウムサリチレート(下記式(c−1)で表される化合物)
(Acid diffusion control agent)
c-1: triphenylsulfonium salicylate (compound represented by the following formula (c-1))
(溶媒)
d−1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
d−2:シクロヘキサノン
d−3:γ−ブチロラクトン
(solvent)
d-1: Propylene glycol monomethyl ether acetate d-2: Cyclohexanone d-3: γ-butyrolactone
(感放射線性樹脂組成物(J−1)の調製)
ベース重合体(a−1)100質量部、フッ素含有重合体(a−2)3質量部、酸発生剤(b−1)10.8質量部、酸拡散制御剤(c−1)4.3質量部並びに溶媒(d−1)2,185質量部、溶媒(d−2)935質量部及び溶媒(d−3)30質量部を混合して感放射線性樹脂組成物(J−1)を調製した。
(Preparation of radiation sensitive resin composition (J-1))
100 parts by mass of base polymer (a-1), 3 parts by mass of fluorine-containing polymer (a-2), 10.8 parts by mass of acid generator (b-1), acid diffusion control agent (c-1) 4. 3 parts by mass, 2,185 parts by mass of solvent (d-1), 935 parts by mass of solvent (d-2) and 30 parts by mass of solvent (d-3) are mixed to obtain a radiation sensitive resin composition (J-1) Was prepared.
[ラインアンドスペースパターンの形成]
12インチシリコンウェハ上に、反射防止膜形成材料(JSR社の「HM8006」)をスピンコートした。スピンコートには、塗布/現像装置(東京エレクトロン社の「CLEAN TRACK ACT12」)を使用した(以下、特に記載のないものについては同じ装置を用いた)。その後、PB(250℃、60秒)を行うことにより平均厚み100nmの反射防止膜を形成した。この反射防止膜上に、実施例1のレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物(S−1)をスピンコートし、PB(220℃、60秒)した後、冷却(23℃、60秒)することにより平均厚み30nmのレジスト下層膜を形成した。レジスト下層膜の平均厚みは、膜厚測定装置(、J.A.Woollam社の「M−2000D」)で測定した。次いで、感放射線性樹脂組成物(J−1)を形成したレジスト下層膜上にスピンコートし、PB(90℃、60秒)した後、冷却(23℃、30秒)することにより平均厚み100nmのレジスト膜を形成した。
[Formation of line and space pattern]
An antireflective film-forming material ("HM8006" manufactured by JSR Corporation) was spin-coated on a 12-inch silicon wafer. For the spin coating, a coating / developing apparatus (“CLEAN TRACK ACT 12” from Tokyo Electron Ltd.) was used (hereinafter, the same apparatus was used for those not described in particular). Thereafter, PB (250 ° C., 60 seconds) was performed to form an antireflective film having an average thickness of 100 nm. The polysiloxane composition (S-1) for forming a resist underlayer film of Example 1 is spin-coated on this antireflection film, and after PB (220 ° C., 60 seconds), it is cooled (23 ° C., 60 seconds) Thus, a resist underlayer film having an average thickness of 30 nm was formed. The average thickness of the resist underlayer film was measured by a film thickness measurement apparatus ("M-2000D" manufactured by JA Woollam Co., Ltd.). Next, the resist underlayer film on which the radiation sensitive resin composition (J-1) was formed was spin coated, and after PB (90 ° C., 60 seconds), cooling (23 ° C., 30 seconds) gave an average thickness of 100 nm. Resist film was formed.
次いで、ArF液浸露光装置(NIKON社の「S610C」)を使用し、NA:1.30、Dipoleの光学条件にて、40nmライン/80nmピッチ形成用のマスクサイズのマスクを介して露光した。上記「CLEAN TRACK Lithius Pro−i」のホットプレート上でPEB(100℃、60秒)を行い、冷却(23℃、30秒)した後、酢酸ブチルを現像液としてパドル現像(30秒間)し、MIBCでリンスした。2,000rpm、15秒間振り切りでスピンドライすることにより、40nmライン/80nmピッチのレジストパターンが形成された評価用基板を得た。 Next, using an ArF immersion exposure apparatus ("S610C" manufactured by NIKON), exposure was performed through a mask of mask size for forming a 40 nm line / 80 nm pitch under the optical conditions of NA: 1.30 and Dipole. Perform PEB (100 ° C., 60 seconds) on the above “CLEAN TRACK Lithius Pro-i” hot plate, cool (23 ° C., 30 seconds), and then paddle develop (30 seconds) using butyl acetate as a developer. Rinse with MIBC. By spin-drying at 2,000 rpm for 15 seconds by shaking off, a substrate for evaluation on which a resist pattern of 40 nm line / 80 nm pitch was formed was obtained.
上記得られた評価用基板を用い、パターン形状の評価を行った。評価用基板のレジストパターンの測長及び観察には走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社の「CG−4000」)を用いた。レジストパターンに倒れやボトムの裾引きは見られず、パターン形状は良好であった。 The pattern shape was evaluated using the obtained evaluation substrate. A scanning electron microscope ("CG-4000" manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) was used to measure and observe the resist pattern on the evaluation substrate. The resist pattern did not fall down and no bottoming on the bottom, and the pattern shape was good.
上述のように、本発明のレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物及びパターン形成方法によれば、多層レジストプロセスにおいて、レジスト下層膜における欠陥の発生を抑制できる。従って、これらは今後ますます微細化が進行すると予想される半導体デバイス製造等におけるパターン形成に好適に用いることができる。
As described above, according to the polysiloxane composition for forming a resist underlayer film and the pattern forming method of the present invention, the occurrence of defects in the resist underlayer film can be suppressed in the multilayer resist process. Therefore, these can be suitably used for pattern formation in semiconductor device manufacturing etc. which are expected to be further miniaturized in the future.
Claims (6)
上記酸発生剤がオニウムカチオン及び酸アニオンを含み、
上記オニウムカチオンが、下記式(1−1)で表されるカチオン、下記式(1−2)で表されるカチオン又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とするレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物。
式(1−2)中、R 2 は、炭素数1〜20の1価の有機基である。p、q及びrは、それぞれ独立して、0〜2の整数である。pが2以上の場合、複数のR 2 は同一でも異なっていてもよい。) A polysiloxane composition for forming a resist underlayer film comprising a polysiloxane and an acid generator, which is a polysiloxane composition comprising:
The acid generator contains an onium cation and an acid anion,
The polysiloxane composition for forming a resist underlayer film, wherein the onium cation comprises a cation represented by the following formula (1-1), a cation represented by the following formula (1-2), or a combination thereof .
In formula (1-2), R 2 is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms. p, q and r are each independently an integer of 0 to 2; When p is 2 or more, plural R 2 s may be the same or different. )
上記レジスト下層膜の上記基板とは反対の面側に、レジストパターンを形成する工程、及び
上記レジストパターンをマスクとし、上記レジスト下層膜及び基板を順次ドライエッチングする工程
を備え、
上記レジスト下層膜を請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成用ポリシロキサン組成物により形成するパターン形成方法。 Forming a resist underlayer film on one side of the substrate;
Forming a resist pattern on the side opposite to the substrate of the resist underlayer film, and dry etching the resist underlayer film and the substrate sequentially using the resist pattern as a mask,
The pattern formation method which forms the said resist underlayer film with the polysiloxane composition for resist underlayer film formation of any one of Claims 1-4 .
感放射線性樹脂組成物を用い、上記レジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジスト膜を形成する工程、
上記レジスト膜を露光する工程、及び
有機溶媒を用い、上記露光されたレジスト膜を現像する工程
を備える請求項5に記載のパターン形成方法。 The step of forming the resist pattern is
Forming a resist film on the surface of the resist underlayer film opposite to the substrate using a radiation sensitive resin composition;
The pattern formation method according to claim 5 , comprising the steps of: exposing the resist film; and developing the exposed resist film using an organic solvent.
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