JP7157392B2 - アルカリ性現像液可溶性シリコン含有レジスト下層膜形成組成物 - Google Patents

アルカリ性現像液可溶性シリコン含有レジスト下層膜形成組成物 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置の製造に使用される基板とレジスト(例えば、フォトレジスト、電子線レジスト)の間に下層膜を形成するための組成物に関する。
従来から半導体装置の製造において、フォトレジストを用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。上記微細加工はシリコンウエハー等の半導体基板上にフォトレジストの薄膜を形成し、その上に半導体デバイスのパターンが描かれたマスクパターンを介して紫外線などの活性光線を照射し、現像し、得られたフォトレジストパターンを保護膜として基板をエッチング処理することにより、基板表面に、前記パターンに対応する微細凹凸を形成する加工法である。ところが、近年、半導体デバイスの高集積度化が進み、使用される活性光線もKrFエキシマレーザー(248nm)からArFエキシマレーザー(193nm)へと短波長化される傾向にある。これに伴い活性光線の半導体基板からの反射の影響が大きな問題となってきた。
また、半導体基板とフォトレジストとの間の下層膜として、シリコンやチタン等の金属元素を含むハードマスクとして知られる膜を使用することが行なわれている。この場合、レジストとハードマスクでは、その構成成分に大きな違いが有るため、それらのドライエッチングによって除去される速度は、ドライエッチングに使用されるガス種に大きく依存する。そして、ガス種を適切に選択することにより、フォトレジストの膜厚の大きな減少を伴うことなく、ハードマスクをドライエッチングによって除去することが可能となる。このように、近年の半導体装置の製造においては、反射防止効果を初め、さまざまな効果を達成するために、半導体基板とフォトレジストの間にレジスト下層膜が配置されるようになってきている。そして、これまでもレジスト下層膜用の組成物の検討が行なわれてきているが、その要求される特性の多様性などから、レジスト下層膜用の新たな材料の開発が望まれている。
従来から上層レジストの現像液でレジスト下層膜をエッチングする方法として湿式法のレジスト下層膜が用いられている。
カルボン酸基又はカルボン酸形成基と、置換フェニル基、エステル基、ポリエーテル基、メルカプト基、イオウ含有有機官能基、ヒドロキシル生成基、アリールスルホン酸エステル基から選ばれた化学基とを有するポリシロキサンを含む反射防止膜であり、基板の加工後に有機溶媒での湿式除去可能な反射防止膜が開示されている(特許文献1を参照)。
また、2つの加水分解性基を有するシランと3つの加水分解性基を有するシランとを加水分解し縮合し得られたポリシロキサンを含むレジスト下層膜であり、基板の加工後に有機溶媒での湿式除去可能なレジスト下層膜が開示されている(特許文献2を参照)。
特表2012-511742号公報 特開2017-020000号公報
発明が解決しよとする課題
本発明はフォトレジストの露光後の現像に用いられるアルカリ性現像液で、フォトレジストの現像と同時にその下層に存在するレジスト下層膜もレジストパターンに従って同時に除去する事が可能なレジスト下層膜を提供するものである。
本発明は第1観点として、リソグラフィー用レジスト下層膜を形成するための組成物であって、該リソグラフィー用レジスト下層膜はケイ素を含有する膜であって、上層レジストの現像時に当該上層レジストと共にレジストパターンに従ってアルカリ性現像液で溶解除去される膜であり、前記組成物は、
(a)加水分解性シラン、その加水分解物、その加水分解縮合物、又はそれらの組み合わせを含むシラン化合物、
を含み、
さらに前記組成物は、
(b)アルカリ性現像液に対する溶解起因要素
を前記成分(a)とは独立した要素として、或いは前記成分(a)の化合物の構造要素として有することを特徴とするリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物。
第2観点として、上記要素(b)のアルカリ性現像液に対する溶解起因要素が、上記成分(a)の化合物の構造に含まれていて、上記成分(a)は、
(b1)式(1)で示される加水分解性シラン、その加水分解物、その加水分解縮合物、又はそれらの組み合わせ、
を含み、
全シランに対して式(1)で示される加水分解性シランが30モル%乃至100モル%含まれる第1観点に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物、
Figure 0007157392000001
〔式(1)中Rはフェノール性水酸基を含む有機基、又は式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)、式(1-4)、若しくは式(1-5)を含む有機基:
Figure 0007157392000002
(式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)、式(1-4)、及び式(1-5)中でT、T及びTはそれぞれアルキレン基、環状アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、イオウ原子、酸素原子、オキシカルボニル基、アミド基、2級アミノ基、又はそれらの組み合わせであり、Tはアルキル基又は水素原子であり、T及びTはそれぞれ脂肪族環、又は芳香族環であり、T及びTはそれぞれラクトン環である。nは1又は2の整数を示す。)であり、且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであって、前記成分(a)の化合物の構造に含まれている前記要素(b)である。Rはアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、アルケニル基、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メルカプト基、アミノ基、もしくはシアノ基を有する有機基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものである。Rはアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示す。aは1の整数を示し、bは0又は1の整数を示し、a+bは1又は2の整数を示す。〕
第3観点として、上記要素(b)のアルカリ性現像液に対する溶解起因要素が、
(b2)光酸発生剤であり、
上記成分(a)と上記要素(b)の混合物として、全シランに対して上記要素(b2)が30質量%乃至60質量%含まれる第1観点に記載のレジスト下層膜形成組成物、
第4観点として、上記加水分解性シランが、式(1)の加水分解性シラン、その他の加水分解性シラン、又はその組み合わせであり、
その他の加水分解性シランが式(2)及び式(3):
Figure 0007157392000003
〔(式(2)中Rはアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、アルコキシアリール基、アルコキシアルコキシアリール基、アシルオキシアリール基、酸不安定基含有アリール基、アルケニル基、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メルカプト基、もしくはシアノ基を有する有機基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであり、Rはアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示し、eは0乃至3の整数を示す。)、及び
Figure 0007157392000004
(式(3)中Rはアルキル基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであり、Rはアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示し、Yはアルキレン基又はアリーレン基を示し、cは0又は1の整数を示し、dは0又は1の整数である。)〕で表される有機ケイ素化合物からなる群より選ばれた少なくとも1種の有機ケイ素化合物である第1観点乃至第3観点のいずれか一つに記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物、
第5観点として、第2観点で規定した式(1)の加水分解性シランと、第4観点で規定した式(2)の加水分解性シランとの加水分解物をポリマーとして含む第4観点に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物、
第6観点として、酸を更に含む第1観点乃至第5観点のいずれか一つに記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物、
第7観点として、水を更に含む第1観点乃至第6観点のいずれか一つに記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物、
第8観点として、第1観点乃至第7観点のいずれか一つに記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布する工程、並びに
上記リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を焼成する工程
を含むリソグラフィー用レジスト下層膜の製造方法、
第9観点として、第1観点乃至第7観点のいずれか一つに記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布する工程(I)、
上記リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を焼成しリソグラフィー用レジスト下層膜を形成する工程(II)、
前記下層膜の表面にレジスト用組成物を塗布しレジスト膜を形成する工程(III)、
前記レジスト膜を露光する工程(IV)、
レジストを現像しレジストパターンに従ってアルカリ性現像液でリソグラフィー用レジスト下層膜を除去してレジストパターン及びその転写されたレジストパターンを得る工程(V)、並びに
パターン化されたレジストとリソグラフィー用レジスト下層膜により半導体基板を加工する工程(VI)
を含む半導体装置の製造方法、
第10観点として、(VI)工程の後に、基板加工に用いられたレジスト下層膜をアルカリ水溶液で除去する工程を含む第9観点に記載の半導体装置の製造方法、
第11観点として、導体基板の表面に有機下層膜を形成する工程(i)、
上記有機下層膜の表面に第1観点乃至第7観点のいずれか一つに記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を塗布する工程(ii)、
上記リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を焼成しリソグラフィー用レジスト下層膜を形成する工程(iii)、
前記リソグラフィー用レジスト下層膜の表面にレジスト用組成物を塗布しレジスト膜を形成する工程(iv)、
前記レジスト膜を露光する工程(v)、
露光後にレジストを現像しレジストパターンに従ってアルカリ性現像液でリソグラフィー用レジスト下層膜を除去してレジストパターン及びその転写されたレジストパターンを得る工程(vi)、
パターン化されたリソグラフィー用レジスト下層膜により有機下層膜をエッチングする工程(vii)、並びに
パターン化された有機下層膜により半導体基板を加工する工程(viii)
を含む半導体装置の製造方法、及び
第12観点として、(viii)工程の後に、基板加工に用いられたレジスト下層膜をアルカリ水溶液で除去する工程を含む第11観点に記載の半導体装置の製造方法である。
多層プロセスを用いるリソグラフィー工程でフォトレジスト現像時にそのレジスト下層膜であるシリコン含有レジスト下層膜(シリコンハードマスク層)を同時に、現像液でパターニングする事ができれば、従来から行われているフッ素系ガスを用いたドライエッチング工程を省略する事が可能となり工程を簡略化できる。
また、フッ素系ガスによるドライエッチング時の基板へのダメージを防ぐ点においても、現像液(特にアルカリ性現像液)でシリコン含有レジスト下層膜(シリコンハードマスク層)を除去する事は有用である。
本発明はフォトレジストの露光後の現像に用いられるアルカリ性現像液で、フォトレジストの現像と同時にその下層に存在するレジスト下層膜もレジストパターンに沿って同時に除去する事が可能なレジスト下層膜である。
リソグラフィー用レジスト下層膜を形成するための組成物であって、該リソグラフィー用レジスト下層膜はケイ素を含有する膜であって、上層レジストの現像時に当該上層レジストと共にレジストパターンに従ってアルカリ性現像液で溶解除去される膜であり、前記組成物は、
(a)加水分解性シラン、その加水分解物、その加水分解縮合物、又はそれらの組み合わせを含むシラン化合物、
を含み、
さらに前記組成物は、
(b)アルカリ性現像液に対する溶解起因要素
を前記成分(a)とは独立した要素として、或いは前記成分(a)の化合物の構造要素として有することを特徴とするリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物。
露光後のレジストをポジ型現像する場合は、アルカリ現像によりレジストとレジスト下層膜がアルカリ水溶液により除去される。
そして任意成分として酸、水、アルコール、硬化触媒、酸発生剤、他の有機ポリマー、吸光性化合物、及び界面活性剤等を含むことができる。
本発明のレジスト下層膜形成組成物における固形分は、例えば0.1質量%乃至50質量%、好ましくは、0.1質量%乃至30質量%、より好ましくは0.1質量%乃至25質量%である。ここで固形分とはレジスト下層膜形成組成物の全成分から溶剤成分を除いたものである。
固形分中に占める加水分解性シラン、その加水分解物、及びその加水分解縮合物の割合は、20質量%以上であり、例えば50質量%乃至100質量%、好ましくは、60質量%乃至100質量%、より好ましくは70質量%乃至100質量%である。
そして上述の加水分解性シラン、その加水分解物、及びその加水分解縮合物はそれらの混合物として用いることもできる。加水分解性シランを加水分解し、得られた加水分解物を縮合した縮合物で用いることができる。加水分解縮合物を得る際に加水分解が完全に完了しない部分加水分解物やシラン化合物が加水分解縮合物に混合された混合物を用いることもできる。この縮合物はポリシロキサン構造を有するポリマーである。
上記要素(b)のアルカリ性現像液に対する溶解起因要素が、上記成分(a)の化合物の構造に含まれていて、上記成分(a)は、
(b1)式(1)で示される加水分解性シラン、その加水分解物、その加水分解縮合物、又はそれらの組み合わせ、
を含み、全シランに対して式(1)の加水分解性シランが、30モル%乃至100モル%含まれ得る。溶解起因要素(b)が(b1)による場合は全シランに対して式(1)の加水分解性シランは30モル%乃至60モル%の割合で含まれ得る。
そして、上記要素(b)のアルカリ性現像液に対する溶解起因要素が、(b2)光酸発生剤による場合は、ポリシロキサンの単位構造中のカルボキシル基や水酸基が例えばビニルエーテル化合物とアセタール結合を形成し、それが露光時の光酸発生剤からの酸により分解し、ポリシロキサンに含まれる構造単位が式(1)の加水分解性シランに基づく構造単位に100モル%変化するので、全シランに対して式(1)の加水分解性シランを30モル%乃至100モル%含有することとなる。
本発明は(b)アルカリ性現像液に対する溶解起因要素がアルカリ性現像液に溶解する原因を発生する要素であって、(b1)のみに基づく場合と、(b2)に基づき結果として(b1)を生成する場合がある。(b1)のみに基づく場合は全シランに対して式(1)の加水分解性シランを30モル%乃至60モル%の割合で含有することができるが、(b2)に基づき結果として(b1)を生成する場合は、全シランに対して式(1)の加水分解性シランを30モル%乃至100モル%含有することができる。
式(1)中、Rはフェノール性水酸基を含む有機基、又は式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)、式(1-4)、又は式(1-5)を含む有機基であり、且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものである。Rはアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、アルケニル基、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メルカプト基、アミノ基、もしくはシアノ基を有する有機基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものである。Rはアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示す。aは1の整数を示し、bは0又は1の整数を示し、a+bは1又は2の整数を示すことができる。
式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)、式(1-4)、及び式(1-5)中でT、T及びTはそれぞれアルキレン基、環状アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、イオウ原子、酸素原子、オキシカルボニル基、アミド基、2級アミノ基、又はそれらの組み合わせであり、Tはアルキル基又は水素原子であり、T及びTはそれぞれ脂肪族環、又は芳香族環であり、T及びTはそれぞれラクトン環である。nは1又は2の整数を示すことができる。
上記アルキル基は直鎖又は分枝を有する炭素原子数1乃至10のアルキル基であり、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、1-メチル-n-ブチル基、2-メチル-n-ブチル基、3-メチル-n-ブチル基、1,1-ジメチル-n-プロピル基、1,2-ジメチル-n-プロピル基、2,2-ジメチル-n-プロピル基、1-エチル-n-プロピル基、n-ヘキシル基、1-メチル-n-ペンチル基、2-メチル-n-ペンチル基、3-メチル-n-ペンチル基、4-メチル-n-ペンチル基、1,1-ジメチル-n-ブチル基、1,2-ジメチル-n-ブチル基、1,3-ジメチル-n-ブチル基、2,2-ジメチル-n-ブチル基、2,3-ジメチル-n-ブチル基、3,3-ジメチル-n-ブチル基、1-エチル-n-ブチル基、2-エチル-n-ブチル基、1,1,2-トリメチル-n-プロピル基、1,2,2-トリメチル-n-プロピル基、1-エチル-1-メチル-n-プロピル基及び1-エチル-2-メチル-n-プロピル基等が挙げられる。
また環状アルキル基を用いることもでき、例えば炭素原子数1乃至10の環状アルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、1-メチル-シクロプロピル基、2-メチル-シクロプロピル基、シクロペンチル基、1-メチル-シクロブチル基、2-メチル-シクロブチル基、3-メチル-シクロブチル基、1,2-ジメチル-シクロプロピル基、2,3-ジメチル-シクロプロピル基、1-エチル-シクロプロピル基、2-エチル-シクロプロピル基、シクロヘキシル基、1-メチル-シクロペンチル基、2-メチル-シクロペンチル基、3-メチル-シクロペンチル基、1-エチル-シクロブチル基、2-エチル-シクロブチル基、3-エチル-シクロブチル基、1,2-ジメチル-シクロブチル基、1,3-ジメチル-シクロブチル基、2,2-ジメチル-シクロブチル基、2,3-ジメチル-シクロブチル基、2,4-ジメチル-シクロブチル基、3,3-ジメチル-シクロブチル基、1-n-プロピル-シクロプロピル基、2-n-プロピル-シクロプロピル基、1-i-プロピル-シクロプロピル基、2-i-プロピル-シクロプロピル基、1,2,2-トリメチル-シクロプロピル基、1,2,3-トリメチル-シクロプロピル基、2,2,3-トリメチル-シクロプロピル基、1-エチル-2-メチル-シクロプロピル基、2-エチル-1-メチル-シクロプロピル基、2-エチル-2-メチル-シクロプロピル基及び2-エチル-3-メチル-シクロプロピル基等が挙げられる。
アルキレン基は上記アルキル基に由来するアルキレン基を挙げることができる。例えばメチル基であればメチレン基、エチル基であればエチレン基、プロピル基であればプロピレン基が挙げられる。
アルケニル基としては炭素原子数2乃至10のアルケニル基であり、エテニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基、1-メチル-1-エテニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、2-メチル-1-プロペニル基、2-メチル-2-プロペニル基、1-エチルエテニル基、1-メチル-1-プロペニル基、1-メチル-2-プロペニル基、1-ペンテニル基、2-ペンテニル基、3-ペンテニル基、4-ペンテニル基、1-n-プロピルエテニル基、1-メチル-1-ブテニル基、1-メチル-2-ブテニル基、1-メチル-3-ブテニル基、2-エチル-2-プロペニル基、2-メチル-1-ブテニル基、2-メチル-2-ブテニル基、2-メチル-3-ブテニル基、3-メチル-1-ブテニル基、3-メチル-2-ブテニル基、3-メチル-3-ブテニル基、1,1-ジメチル-2-プロペニル基、1-i-プロピルエテニル基、1,2-ジメチル-1-プロペニル基、1,2-ジメチル-2-プロペニル基、1-シクロペンテニル基、2-シクロペンテニル基、3-シクロペンテニル基、1-ヘキセニル基、2-ヘキセニル基、3-ヘキセニル基、4-ヘキセニル基、5-ヘキセニル基、1-メチル-1-ペンテニル基、1-メチル-2-ペンテニル基、1-メチル-3-ペンテニル基、1-メチル-4-ペンテニル基、1-n-ブチルエテニル基、2-メチル-1-ペンテニル基、2-メチル-2-ペンテニル基、2-メチル-3-ペンテニル基、2-メチル-4-ペンテニル基、2-n-プロピル-2-プロペニル基、3-メチル-1-ペンテニル基、3-メチル-2-ペンテニル基、3-メチル-3-ペンテニル基、3-メチル-4-ペンテニル基、3-エチル-3-ブテニル基、4-メチル-1-ペンテニル基、4-メチル-2-ペンテニル基、4-メチル-3-ペンテニル基、4-メチル-4-ペンテニル基、1,1-ジメチル-2-ブテニル基、1,1-ジメチル-3-ブテニル基、1,2-ジメチル-1-ブテニル基、1,2-ジメチル-2-ブテニル基、1,2-ジメチル-3-ブテニル基、1-メチル-2-エチル-2-プロペニル基、1-s-ブチルエテニル基、1,3-ジメチル-1-ブテニル基、1,3-ジメチル-2-ブテニル基、1,3-ジメチル-3-ブテニル基、1-i-ブチルエテニル基、2,2-ジメチル-3-ブテニル基、2,3-ジメチル-1-ブテニル基、2,3-ジメチル-2-ブテニル基、2,3-ジメチル-3-ブテニル基、2-i-プロピル-2-プロペニル基、3,3-ジメチル-1-ブテニル基、1-エチル-1-ブテニル基、1-エチル-2-ブテニル基、1-エチル-3-ブテニル基、1-n-プロピル-1-プロペニル基、1-n-プロピル-2-プロペニル基、2-エチル-1-ブテニル基、2-エチル-2-ブテニル基、2-エチル-3-ブテニル基、1,1,2-トリメチル-2-プロペニル基、1-t-ブチルエテニル基、1-メチル-1-エチル-2-プロペニル基、1-エチル-2-メチル-1-プロペニル基、1-エチル-2-メチル-2-プロペニル基、1-i-プロピル-1-プロペニル基、1-i-プロピル-2-プロペニル基、1-メチル-2-シクロペンテニル基、1-メチル-3-シクロペンテニル基、2-メチル-1-シクロペンテニル基、2-メチル-2-シクロペンテニル基、2-メチル-3-シクロペンテニル基、2-メチル-4-シクロペンテニル基、2-メチル-5-シクロペンテニル基、2-メチレン-シクロペンチル基、3-メチル-1-シクロペンテニル基、3-メチル-2-シクロペンテニル基、3-メチル-3-シクロペンテニル基、3-メチル-4-シクロペンテニル基、3-メチル-5-シクロペンテニル基、3-メチレン-シクロペンチル基、1-シクロヘキセニル基、2-シクロヘキセニル基及び3-シクロヘキセニル基等が挙げられる。
アルケニレン基としては上記アルケニル基に由来するアルケニレン基が挙げられる。
アリール基としては炭素原子数6乃至20のアリール基が挙げられ、例えばフェニル基、o-メチルフェニル基、m-メチルフェニル基、p-メチルフェニル基、o-クロルフェニル基、m-クロルフェニル基、p-クロルフェニル基、o-フルオロフェニル基、p-メルカプトフェニル基、o-メトキシフェニル基、p-メトキシフェニル基、p-アミノフェニル基、p-シアノフェニル基、α-ナフチル基、β-ナフチル基、o-ビフェニリル基、m-ビフェニリル基、p-ビフェニリル基、1-アントリル基、2-アントリル基、9-アントリル基、1-フェナントリル基、2-フェナントリル基、3-フェナントリル基、4-フェナントリル基及び9-フェナントリル基が挙げられる。
アリーレン基としては上記アリール基に由来するアリーレン基が挙げられる。
またこれらのフッ素、塩素、臭素、又はヨウ素等のハロゲン原子が置換した有機基が挙げられる。
エポキシ基を有する有機基としては、グリシドキシメチル基、グリシドキシエチル基、グリシドキシプロピル基、グリシドキシブチル基、エポキシシクロヘキシル基等が挙げられる。
アクリロイル基を有する有機基としては、アクリロイルメチル基、アクリロイルエチル基、アクリロイルプロピル基等が挙げられる。
メタクリロイル基を有する有機基としては、メタクリロイルメチル基、メタクリロイルエチル基、メタクリロイルプロピル基等が挙げられる。
メルカプト基を有する有機基としては、エチルメルカプト基、ブチルメルカプト基、ヘキシルメルカプト基、オクチルメルカプト基等が挙げられる。
シアノ基を有する有機基としては、シアノエチル基、シアノプロピル基等が挙げられる。
上記炭素原子数1乃至20のアルコキシ基としては、炭素原子数1乃至20の直鎖、分岐、環状のアルキル部分を有するアルコキシ基が挙げられ、例えばメトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基、n-ブトキシ基、i-ブトキシ基、s-ブトキシ基、t-ブトキシ基、n-ペンチロキシ基、1-メチル-n-ブトキシ基、2-メチル-n-ブトキシ基、3-メチル-n-ブトキシ基、1,1-ジメチル-n-プロポキシ基、1,2-ジメチル-n-プロポキシ基、2,2-ジメチル-n-プロポキシ基、1-エチル-n-プロポキシ基、n-ヘキシロキシ基、1-メチル-n-ペンチロキシ基、2-メチル-n-ペンチロキシ基、3-メチル-n-ペンチロキシ基、4-メチル-n-ペンチロキシ基、1,1-ジメチル-n-ブトキシ基、1,2-ジメチル-n-ブトキシ基、1,3-ジメチル-n-ブトキシ基、2,2-ジメチル-n-ブトキシ基、2,3-ジメチル-n-ブトキシ基、3,3-ジメチル-n-ブトキシ基、1-エチル-n-ブトキシ基、2-エチル-n-ブトキシ基、1,1,2-トリメチル-n-プロポキシ基、1,2,2-トリメチル-n-プロポキシ基、1-エチル-1-メチル-n-プロポキシ基及び1-エチル-2-メチル-n-プロポキシ基等が、また環状のアルコキシ基としてはシクロプロポキシ基、シクロブトキシ基、1-メチル-シクロプロポキシ基、2-メチル-シクロプロポキシ基、シクロペンチロキシ基、1-メチル-シクロブトキシ基、2-メチル-シクロブトキシ基、3-メチル-シクロブトキシ基、1,2-ジメチル-シクロプロポキシ基、2,3-ジメチル-シクロプロポキシ基、1-エチル-シクロプロポキシ基、2-エチル-シクロプロポキシ基、シクロヘキシロキシ基、1-メチル-シクロペンチロキシ基、2-メチル-シクロペンチロキシ基、3-メチル-シクロペンチロキシ基、1-エチル-シクロブトキシ基、2-エチル-シクロブトキシ基、3-エチル-シクロブトキシ基、1,2-ジメチル-シクロブトキシ基、1,3-ジメチル-シクロブトキシ基、2,2-ジメチル-シクロブトキシ基、2,3-ジメチル-シクロブトキシ基、2,4-ジメチル-シクロブトキシ基、3,3-ジメチル-シクロブトキシ基、1-n-プロピル-シクロプロポキシ基、2-n-プロピル-シクロプロポキシ基、1-i-プロピル-シクロプロポキシ基、2-i-プロピル-シクロプロポキシ基、1,2,2-トリメチル-シクロプロポキシ基、1,2,3-トリメチル-シクロプロポキシ基、2,2,3-トリメチル-シクロプロポキシ基、1-エチル-2-メチル-シクロプロポキシ基、2-エチル-1-メチル-シクロプロポキシ基、2-エチル-2-メチル-シクロプロポキシ基及び2-エチル-3-メチル-シクロプロポキシ基等が挙げられる。
上記炭素原子数2乃至20のアシルオキシ基は、例えばメチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n-プロピルカルボニルオキシ基、i-プロピルカルボニルオキシ基、n-ブチルカルボニルオキシ基、i-ブチルカルボニルオキシ基、s-ブチルカルボニルオキシ基、t-ブチルカルボニルオキシ基、n-ペンチルカルボニルオキシ基、1-メチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、2-メチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、3-メチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、1,1-ジメチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、1,2-ジメチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、2,2-ジメチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、1-エチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、n-ヘキシルカルボニルオキシ基、1-メチル-n-ペンチルカルボニルオキシ基、2-メチル-n-ペンチルカルボニルオキシ基、3-メチル-n-ペンチルカルボニルオキシ基、4-メチル-n-ペンチルカルボニルオキシ基、1,1-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、1,2-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、1,3-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、2,2-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、2,3-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、3,3-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、1-エチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、2-エチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、1,1,2-トリメチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、1,2,2-トリメチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、1-エチル-1-メチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、1-エチル-2-メチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基、及びトシルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
上記ハロゲン原子としてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
式(1)の加水分解性シランは以下に例示することができる。
Figure 0007157392000005
Figure 0007157392000006
上記式においてTはアルキル基であり、上述のアルキル基の例示が挙げられるが、例えばメチル基、エチル基が好ましい。
上記式においてRは以下に例示される。
Figure 0007157392000007
本発明では加水分解性シランが、式(1)の加水分解性シラン、その他の加水分解性シラン、又はその組み合わせであり、その他の加水分解性シランが式(2)及び式(3)からなる群より選ばれた少なくとも1種の有機ケイ素化合物を挙げることができる。
式(2)中でRはアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、アルコキシアリール基、アルコキシアルコキシアリール基、アシルオキシアリール基、酸不安定基含有アリール基、アルケニル基、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メルカプト基、もしくはシアノ基を有する有機基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであり、Rはアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示し、eは0乃至3の整数を示すことができる。これらの化学基は上述の例示を用いる事ができる。
式(3)中でRはアルキル基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであり、Rはアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示し、Yはアルキレン基又はアリーレン基を示し、cは0又は1の整数を示し、dは0又は1の整数を示すことができる。これらの化学基は上述の例示を用いる事ができる。
式(2)の具体例としてはテトラメトキシシラン、テトラクロルシラン、テトラアセトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラn-プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラn-ブトキシシラン、テトラアセトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリアセチキシシラン、メチルトリブトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリアミロキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、メチルトリベンジルオキシシラン、メチルトリフェネチルオキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メトキシフェニルトリメトキシシラン、メトキシフェニルトリエトキシシラン、メトキシフェニルトリアセトキシシラン、メトキシフェニルトリクロロシラン、メトキシベンジルトリメトキシシラン、メトキシベンジルトリエトキシシラン、メトキシベンジルトリアセトキシシラン、メトキシベンジルトリクロロシラン、メトキシフェネチルトリメトキシシラン、メトキシフェネチルトリエトキシシラン、メトキシフェネチルトリアセトキシシラン、メトキシフェネチルトリクロロシラン、エトキシフェニルトリメトキシシラン、エトキシフェニルトリエトキシシラン、エトキシフェニルトリアセトキシシラン、エトキシフェニルトリクロロシラン、エトキシベンジルトリメトキシシラン、エトキシベンジルトリエトキシシラン、エトキシベンジルトリアセトキシシラン、エトキシベンジルトリクロロシラン、イソプロポキシフェニルトリメトキシシラン、イソプロポキシフェニルトリエトキシシラン、イソプロポキシフェニルトリアセトキシシラン、イソプロポキシフェニルトリクロロシラン、イソプロポキシベンジルトリメトキシシラン、イソプロポキシベンジルトリエトキシシラン、イソプロポキシベンジルトリアセトキシシラン、イソプロポキシベンジルトリクロロシラン、t-ブトキシフェニルトリメトキシシラン、t-ブトキシフェニルトリエトキシシラン、t-ブトキシフェニルトリアセトキシシラン、t-ブトキシフェニルトリクロロシラン、t-ブトキシベンジルトリメトキシシラン、t-ブトキシベンジルトリエトキシシラン、t-ブトキシベンジルトリアセトキシシラン、t-ブトキシシベンジルトリクロロシラン、メトキシナフチルトリメトキシシラン、メトキシナフチルトリエトキシシラン、メトキシナフチルトリアセトキシシラン、メトキシナフチルトリクロロシラン、エトキシナフチルトリメトキシシラン、エトキシナフチルトリエトキシシラン、エトキシナフチルトリアセトキシシラン、エトキシナフチルトリクロロシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリエトキシシラン、γ-クロロプロピルトリアセトキシシラン、3、3、3-トリフロロプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、β-シアノエチルトリエトキシシラン、クロロメチルトリメトキシシラン、クロロメチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジエトキシシラン、ジメチルジアセトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトメチルジエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、アセトキシメチルトリメトキシシラン、アセトキシエチルトリメトキシシラン、アセトキシプロピルトリメトキシシラン、アセトキシメチルトリエトキシシラン、アセトキシエチルトリエトキシシラン、アセトキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
また式(2)のRのアリール基は置換アリール基が好ましく、例えば置換フェニル基が挙げられ、それらはアルコキシフェニル基、アルコキシアルコキシフェニル基、又はアシルオキシフェニル基又はそれを含む有機基として例示されるシランは以下に挙げられる。
Figure 0007157392000008
Figure 0007157392000009
式(3)の具体例としては、メチレンビストリメトキシシラン、メチレンビストリクロロシラン、メチレンビストリアセトキシシラン、エチレンビストリエトキシシラン、エチレンビストリクロロシラン、エチレンビストリアセトキシシラン、プロピレンビストリエトキシシラン、ブチレンビストリメトキシシラン、フェニレンビストリメトキシシラン、フェニレンビストリエトキシシラン、フェニレンビスメチルジエトキシシラン、フェニレンビスメチルジメトキシシラン、ナフチレンビストリメトキシシラン、ビストリメトキシジシラン、ビストリエトキシジシラン、ビスエチルジエトキシジシラン、ビスメチルジメトキシジシラン等が挙げられる。
その他の加水分解性シランとしては以下も例示することができる。
Figure 0007157392000010
本発明では式(1)の加水分解性シランと、式(2)の加水分解性シランとの加水分解物をポリマーとして含むことができる。
式(1)の加水分解性シランと、その他の加水分解性シランの割合はモル比で、1:0.1乃至100、又は1:1乃至100、又は1:1乃至50、又は1:1乃至20の割合で配合することができる。
本発明に用いられる上記成分(a)としてのポリシロキサンは具体例としては以下に例示される。
Figure 0007157392000011
Figure 0007157392000012
Figure 0007157392000013
Figure 0007157392000014
上記の加水分解性シランの加水分解縮合物(ポリオルガノシロキサン)は、重量平均分子量が1000乃至1000000、又は1000乃至100000の縮合物を得ることができる。これらの分子量はGPC分析によるポリスチレン換算で得られる分子量である。
GPCの測定条件は、例えばGPC装置(商品名HLC-8220GPC、東ソー株式会社製)、GPCカラム(商品名ShodexKF803L、KF802、KF801、昭和電工製)、カラム温度は40℃、溶離液(溶出溶媒)はテトラヒドロフラン、流量(流速)は1.0ml/min、標準試料はポリスチレン(昭和電工株式会社製)を用いて行うことができる。
アルコキシシリル基、アシロキシシリル基、又はハロゲン化シリル基の加水分解には、加水分解性基の1モル当たり、0.5モル乃至100モル、好ましくは1モル乃至10モルの水を用いる。
また、加水分解性基の1モル当たり0.001モル乃至10モル、好ましくは0.001モル乃至1モルの加水分解触媒を用いることができる。
加水分解と縮合を行う際の反応温度は、通常20℃乃至80℃である。
加水分解は完全に加水分解を行うことも、部分加水分解することでも良い。即ち、加水分解縮合物中に加水分解物やモノマーが残存していても良い。
加水分解し縮合させる際に触媒を用いることができる。
加水分解触媒としては、金属キレート化合物、有機酸、無機酸、有機塩基、無機塩基を挙げることができる。
加水分解触媒としての金属キレート化合物は、例えばトリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-n-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-i-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-n-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-sec-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-t-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ-n-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ-i-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ-n-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ-sec-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ-t-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ-n-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ-i-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ-n-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ-sec-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ-t-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、テトラキス(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-n-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-i-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-n-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-sec-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-t-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ-n-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ-i-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ-n-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ-sec-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ-t-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ-n-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ-i-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ-n-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ-sec-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ-t-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、テトラキス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)チタン、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)チタン、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)チタン、等のチタンキレート化合物;トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-n-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-i-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-n-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-sec-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-t-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ-n-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ-i-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ-n-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ-sec-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ-t-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ-n-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ-i-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ-n-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ-sec-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ-t-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、テトラキス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ-n-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ-i-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ-n-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ-sec-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ-t-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ-n-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ-i-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ-n-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ-sec-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ-t-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ-n-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ-i-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ-n-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ-sec-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ-t-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、等のジルコニウムキレート化合物;トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム等のアルミニウムキレート化合物;などを挙げることができる。
加水分解触媒としての有機酸は、例えば酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、シュウ酸、マレイン酸、メチルマロン酸、アジピン酸、セバシン酸、没食子酸、酪酸、メリット酸、アラキドン酸、2-エチルヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレイン酸、サリチル酸、安息香酸、p-アミノ安息香酸、p-トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸、マロン酸、スルホン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸等を挙げることができる。
加水分解触媒としての無機酸は、例えば塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、リン酸等を挙げることができる。
加水分解触媒としての有機塩基は、例えばピリジン、ピロール、ピペラジン、ピロリジン、ピペリジン、ピコリン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデセン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等を挙げることができる。無機塩基としては、例えばアンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム等を挙げることができる。これら触媒の内、金属キレート化合物、有機酸、無機酸が好ましく、これらは1種あるいは2種以上を同時に使用しても良い。
加水分解に用いられる有機溶媒としては、例えばn-ペンタン、i-ペンタン、n-ヘキサン、i-ヘキサン、n-ヘプタン、i-ヘプタン、2,2,4-トリメチルペンタン、n-オクタン、i-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、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-プロピルベンセン、i-プロピルベンセン、ジエチルベンゼン、i-ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ-i-プロピルベンセン、n-アミルナフタレン、トリメチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒;メタノール、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノール、n-ペンタノール、i-ペンタノール、2-メチルブタノール、sec-ペンタノール、t-ペンタノール、3-メトキシブタノール、n-ヘキサノール、2-メチルペンタノール、sec-ヘキサノール、2-エチルブタノール、sec-ヘプタノール、ヘプタノール-3、n-オクタノール、2-エチルヘキサノール、sec-オクタノール、n-ノニルアルコール、2,6-ジメチルヘプタノール-4、n-デカノール、sec-ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec-テトラデシルアルコール、sec-ヘプタデシルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、フェニルメチルカルビノール、ジアセトンアルコール、クレゾール等のモノアルコール系溶媒;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブチレングリコール、ペンタンジオール-2,4、2-メチルペンタンジオール-2,4、ヘキサンジオール-2,5、ヘプタンジオール-2,4、2-エチルヘキサンジオール-1,3、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール系溶媒;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-i-ブチルケトン、メチル-n-ペンチルケトン、エチル-n-ブチルケトン、メチル-n-ヘキシルケトン、ジ-i-ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、2,4-ペンタンジオン、アセトニルアセトン、ジアセトンアルコール、アセトフェノン、フェンチョン等のケトン系溶媒;エチルエーテル、i-プロピルエーテル、n-ブチルエーテル、n-ヘキシルエーテル、2-エチルヘキシルエーテル、エチレンオキシド、1,2-プロピレンオキシド、ジオキソラン、4-メチルジオキソラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、エチレングリコールモノ-n-ヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ-2-エチルブチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-ヘキシルエーテル、エトキシトリグリコール、テトラエチレングリコールジ-n-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;ジエチルカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、酢酸n-プロピル、酢酸i-プロピル、酢酸n-ブチル、酢酸i-ブチル、酢酸sec-ブチル、酢酸n-ペンチル、酢酸sec-ペンチル、酢酸3-メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2-エチルブチル、酢酸2-エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n-ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n-ブチル、プロピオン酸i-アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ-n-ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n-ブチル、乳酸n-アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル等のエステル系溶媒;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、N-メチルピロリドン等の含窒素系溶媒;硫化ジメチル、硫化ジエチル、チオフェン、テトラヒドロチオフェン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,3-プロパンスルトン等の含硫黄系溶媒等を挙げることができる。これらの溶剤は1種又は2種以上の組み合わせで用いることができる。
特に、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-i-ブチルケトン、メチル-n-ペンチルケトン、エチル-n-ブチルケトン、メチル-n-ヘキシルケトン、ジ-i-ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、2,4-ペンタンジオン、アセトニルアセトン、ジアセトンアルコール、アセトフェノン、フェンチョン等のケトン系溶媒が溶液の保存安定性の点で好ましい。
本発明では上記要素(b)のアルカリ性現像液に対する溶解起因要素が、
(b2)光酸発生剤であり、
上記成分(a)と上記要素(b)の混合物として、全シランに対して上記要素(b2)が30質量%乃至60質量%含まれ得る。
光酸発生剤は、レジストの露光時に酸を生ずる。
光酸発生剤としては、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、及びジスルホニルジアゾメタン化合物等が挙げられる。
オニウム塩化合物としてはジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフエート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロノルマルブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロノルマルオクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムカンファースルホネート、ビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホネート及びビス(4-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート等のヨードニウム塩化合物、及びトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロノルマルブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホネート及びトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート等のスルホニウム塩化合物等が挙げられる。
スルホンイミド化合物としては、例えばN-(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(ノナフルオロノルマルブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド及びN-(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ナフタルイミド等が挙げられる。
ジスルホニルジアゾメタン化合物としては、例えば、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4-ジメチルベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、及びメチルスルホニル-p-トルエンスルホニルジアゾメタン等が挙げられる。
光酸発生剤は一種のみを使用することができ、又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明では上記要素(b)のアルカリ性現像液に対する溶解起因要素が、上記成分(a)の化合物の構造に含まれていて、上記成分(a)は、
上記要素(b1)の式(1)で示される加水分解性シラン、その加水分解物、その加水分解縮合物、又はそれらの組み合わせ、及び
上記要素(b2)の光酸発生剤とを組み合わせて用いることができる。
本発明では添加剤としてビスフェノールS、又はビスフェノールS誘導体を添加することができる。ビスフェノールS、又はビスフェノールS誘導体はポリオルガノシロキサン100質量部に対して、0.01質量部乃至20質量部、又は0.01質量部乃至10質量部、又は0.01質量部乃至5質量部である。
好ましいビスフェノールS、又はビスフェノールS誘導体は以下に例示される。
Figure 0007157392000015
本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物は硬化触媒を含有することができる。硬化触媒は、加水分解縮合物からなるポリオルガノシロキサンを含有する塗布膜を加熱し硬化させる時に硬化触媒の働きをする。
硬化触媒としては、アンモニウム塩、ホスフィン類、ホスホニウム塩、スルホニウム塩を用いることができる。
アンモニウム塩としては、式(D-1):
Figure 0007157392000016
(但し、mは2乃至11、nは2乃至3の整数を、R21はアルキル基又はアリール基を、Y は陰イオンを示す。)で示される構造を有する第4級アンモニウム塩、式(D-2):
Figure 0007157392000017
(但し、R22、R23、R24及びR25はアルキル基又はアリール基を、Nは窒素原子を、Y は陰イオンを示し、且つR22、R23、R24、及びR25はそれぞれC-N結合により窒素原子と結合されているものである)で示される構造を有する第4級アンモニウム塩、
式(D-3):
Figure 0007157392000018
(但し、R26及びR27はアルキル基又はアリール基を、Y は陰イオンを示す)の構造を有する第4級アンモニウム塩、
式(D-4):
Figure 0007157392000019
(但し、R28はアルキル基又はアリール基を、Y は陰イオンを示す)の構造を有する第4級アンモニウム塩、
式(D-5):
Figure 0007157392000020
(但し、R29及びR30はアルキル基又はアリール基を、Y は陰イオンを示す)の構造を有する第4級アンモニウム塩、
式(D-6):
Figure 0007157392000021
(但し、mは2乃至11、nは2乃至3の整数を、Hは水素原子を、Y は陰イオンを示す)の構造を有する第3級アンモニウム塩が上げられる。
また、ホスホニウム塩としては、式(D-7):
Figure 0007157392000022
(但し、R31、R32、R33、及びR34はアルキル基又はアリール基を、Pはリン原子を、Y は陰イオンを示し、且つR31、R32、R33、及びR34はそれぞれC-P結合によりリン原子と結合されているものである)で示される第4級ホスホニウム塩が上げられる。
また、スルホニウム塩としては、式(D-8):
Figure 0007157392000023
(但し、R35、R36、及びR37はアルキル基又はアリール基を、Sは硫黄原子を、Y は陰イオンを示し、且つR35、R36、及びR37はそれぞれC-S結合により硫黄原子と結合されているものである)で示される第3級スルホニウム塩が上げられる。
上記の式(D-1)の化合物は、アミンから誘導される第4級アンモニウム塩であり、mは2乃至11、nは2乃至3の整数を示す。この第4級アンモニウム塩のR21は炭素原子数1乃至18、好ましくは2乃至10のアルキル基又はアリール基を示し、例えば、エチル基、プロピル基、ブチル基等の直鎖アルキル基や、ベンジル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ジシクロペンタジエニル基等が挙げられる。また陰イオン(Y )は、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることが出来る。
上記の式(D-2)の化合物は、R22232425 で示される第4級アンモニウム塩である。この第4級アンモニウム塩のR22、R23、R24及びR25は炭素原子数1乃至18のアルキル基又はアリール基、又はSi-C結合によりケイ素原子と結合しているシラン化合物である。陰イオン(Y )は、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることが出来る。この第4級アンモニウム塩は、市販品で入手する事が可能であり、例えばテトラメチルアンモニウムアセテート、テトラブチルアンモニウムアセテート、塩化トリエチルベンジルアンモニウム、臭化トリエチルベンジルアンモニウム、塩化トリオクチルメチルアンモニウム、塩化トリブチルベンジルアンモニウム、塩化トリメチルベンジルアンモニウム等が例示される。
上記の式(D-3)の化合物は、1-置換イミダゾールから誘導される第4級アンモニウム塩であり、R26及びR27は炭素原子数1乃至18であり、R26及びR27の炭素原子数の総和が7以上で有ることが好ましい。例えばR26はメチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基、ベンジル基を、R27はベンジル基、オクチル基、オクタデシル基を例示する事が出来る。陰イオン(Y )は、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることが出来る。この化合物は、市販品で入手する事も出来るが、例えば1-メチルイミダゾール、1-ベンジルイミダゾール等のイミダゾール系化合物と、臭化ベンジル、臭化メチル等のハロゲン化アルキルやハロゲン化アリールを反応させて製造する事ができる。
上記の式(D-4)の化合物は、ピリジンから誘導される第4級アンモニウム塩であり、R28は炭素原子数1乃至18、好ましくは炭素原子数4乃至18のアルキル基又はアリール基であり、例えばブチル基、オクチル基、ベンジル基、ラウリル基を例示する事が出来る。陰イオン(Y )は、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることが出来る。この化合物は、市販品として入手する事も出来るが、例えばピリジンと、塩化ラウリル、塩化ベンジル、臭化ベンジル、臭化メチル、臭化オクチル等のハロゲン化アルキル、又はハロゲン化アリールを反応させて製造する事が出来る。この化合物は例えば、塩化N-ラウリルピリジニウム、臭化N-ベンジルピリジニウム等を例示する事が出来る。
上記の式(D-5)の化合物は、ピコリン等に代表される置換ピリジンから誘導される第4級アンモニウム塩であり、R29は炭素原子数1乃至18、好ましくは4乃至18のアルキル基又はアリール基であり、例えばメチル基、オクチル基、ラウリル基、ベンジル基等を例示する事が出来る。R30は炭素原子数1乃至18のアルキル基又はアリール基であり、例えばピコリンから誘導される第4級アンモニウムである場合はR30はメチル基である。陰イオン(Y )は、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることが出来る。この化合物は市販品として入手する事も出来るが、例えばピコリン等の置換ピリジンと、臭化メチル、臭化オクチル、塩化ラウリル、塩化ベンジル、臭化ベンジル等のハロゲン化アルキル、又はハロゲン化アリールを反応させて製造する事が出来る。この化合物は例えば、N-ベンジルピコリニウムクロライド、N-ベンジルピコリニウムブロマイド、N-ラウリルピコリニウムクロライド等を例示することが出来る。
上記の式(D-6)の化合物は、アミンから誘導される第3級アンモニウム塩であり、mは2乃至11、nは2乃至3の整数を示す。また陰イオン(Y )は、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることが出来る。アミンとカルボン酸やフェノール等の弱酸との反応によって製造する事が出来る。カルボン酸としてはギ酸や酢酸が挙げられ、ギ酸を使用した場合は、陰イオン(Y )は(HCOO)であり、酢酸を使用した場合は、陰イオン(Y )は(CHCOO)である。またフェノールを使用した場合は、陰イオン(Y )は(C)である。
上記の式(D-7)の化合物は、R31323334 の構造を有する第4級ホスホニウム塩である。R31、R32、R33、及びR34は炭素原子数1乃至18のアルキル基又はアリール基、又はSi-C結合によりケイ素原子と結合しているシラン化合物であるが、好ましくはR31乃至R34の4つの置換基の内で3つがフェニル基又は置換されたフェニル基であり、例えばフェニル基やトリル基を例示する事が出来、また残りの1つは炭素原子数1乃至18のアルキル基、アリール基、又はSi-C結合によりケイ素原子と結合しているシラン化合物である。また陰イオン(Y )は、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)等のハロゲンイオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることが出来る。この化合物は市販品として入手する事が可能であり、例えばハロゲン化テトラn-ブチルホスホニウム、ハロゲン化テトラn-プロピルホスホニウム等のハロゲン化テトラアルキルホスホニウム、ハロゲン化トリエチルベンジルホスホニウム等のハロゲン化トリアルキルベンジルホスホニウム、ハロゲン化トリフェニルメチルホスホニウム、ハロゲン化トリフェニルエチルホスホニウム等のハロゲン化トリフェニルモノアルキルホスホニウム、ハロゲン化トリフェニルベンジルホスホニウム、ハロゲン化テトラフェニルホスホニウム、ハロゲン化トリトリルモノアリールホスホニウム、或いはハロゲン化トリトリルモノアルキルホスホニウム(ハロゲン原子は塩素原子又は臭素原子)が挙げられる。特に、ハロゲン化トリフェニルメチルホスホニウム、ハロゲン化トリフェニルエチルホスホニウム等のハロゲン化トリフェニルモノアルキルホスホニウム、ハロゲン化トリフェニルベンジルホスホニウム等のハロゲン化トリフェニルモノアリールホスホニウム、ハロゲン化トリトリルモノフェニルホスホニウム等のハロゲン化トリトリルモノアリールホスホニウムや、ハロゲン化トリトリルモノメチルホスホニウム等のハロゲン化トリトリルモノアルキルホスホニウム(ハロゲン原子は塩素原子又は臭素原子)が好ましい。
また、ホスフィン類としては、メチルホスフィン、エチルホスフィン、プロピルホスフィン、イソプロピルホスフィン、イソブチルホスフィン、フェニルホスフィン等の第一ホスフィン、ジメチルホスフィン、ジエチルホスフィン、ジイソプロピルホスフィン、ジイソアミルホスフィン、ジフェニルホスフィン等の第二ホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、ジメチルフェニルホスフィン等の第三ホスフィンが挙げられる。
上記の式(D-8)の化合物は、R353637 の構造を有する第3級スルホニウム塩である。R35、R36、及びR37は炭素原子数1乃至18のアルキル基又はアリール基、又はSi-C結合によりケイ素原子と結合しているシラン化合物であるが、好ましくはR35乃至R37の4つの置換基の内で3つがフェニル基又は置換されたフェニル基であり、例えばフェニル基やトリル基を例示する事が出来、また残りの1つは炭素原子数1乃至18のアルキル基、又はアリール基である。また陰イオン(Y )は、塩化物イオン(Cl)、臭化物イオン(Br)、ヨウ化物イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることが出来る。この化合物は市販品として入手する事が可能であり、例えばハロゲン化トリn-ブチルスルホニウム、ハロゲン化トリn-プロピルスルホニウム等のハロゲン化テトラアルキルスルホニウム、ハロゲン化ジエチルベンジルスルホニウム等のハロゲン化トリアルキルベンジルスルホニウム、ハロゲン化ジフェニルメチルスルホニウム、ハロゲン化ジフェニルエチルスルホニウム等のハロゲン化ジフェニルモノアルキルスルホニウム、ハロゲン化トリフェニルスルホニウム、(ハロゲン原子は塩素原子又は臭素原子)、トリn-ブチルスルホニウムカルボキシラート、トリn-プロピルスルホニウムカルボキシラート等のテトラアルキルホスフォニウムカルボキシラート、ジエチルベンジルスルホニウムカルボキシラート等のトリアルキルベンジルスルホニウムカルボキシラート、ジフェニルメチルスルホニウムカルボキシラート、ジフェニルエチルスルホニウムカルボキシラート等のジフェニルモノアルキルスルホニウムカルボキシラート、トリフェニルスルホニウムカルボキシラートが挙げられる。特に、ハロゲン化トリフェニルスルホニウム、トリフェニルスルホニウムカルボキシラートが好ましい。
硬化触媒はポリオルガノシロキサン100質量部に対して、0.01質量部乃至10質量部、又は0.01質量部乃至5質量部、又は0.01質量部乃至3質量部である。
加水分解性シランを溶剤中で触媒を用いて加水分解し縮合し、得られた加水分解縮合物(ポリマー)は減圧蒸留等により副生成物のアルコールや用いた加水分解触媒や水を同時に除去することができる。また、加水分解に用いた酸や塩基触媒を中和やイオン交換により取り除くことができる。そして本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物では、その加水分解縮合物を含むレジスト下層膜形成組成物の安定化のために有機酸、水、アルコール、又はそれらの組み合わせを添加することができる。
上記有機酸としては、例えばシュウ酸、マロン酸、メチルマロン酸、コハク酸、マレイン酸、リンゴ酸、酒石酸、フタル酸、クエン酸、グルタル酸、クエン酸、乳酸、サリチル酸等が挙げられる。中でも、シュウ酸、マレイン酸等が好ましい。加える有機酸は縮合物(ポリオルガノシロキサン)100質量部に対して0.1質量部乃至5.0質量部である。また加える水は純水、超純水、イオン交換水等を用いることができ、その添加量はレジスト下層膜形成組成物100質量部に対して1質量部乃至20質量部とすることができる。
また加えるアルコールとしては塗布後の加熱により飛散しやすいものが好ましく、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等が挙げられる。加えるアルコールはレジスト下層膜形成組成物100質量部に対して1質量部乃至20質量部とすることができる。
本発明のリソグラフィー用下層膜形成組成物は、上記の成分の他、必要に応じて有機ポリマー化合物、光酸発生剤及び界面活性剤等を含むことができる。
有機ポリマー化合物を使用することにより、本発明のリソグラフィー用下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜のドライエッチング速度(単位時間当たりの膜厚の減少量)、減衰係数及び屈折率等を調整することができる。
有機ポリマー化合物としては特に制限はなく、種々の有機ポリマーを使用することができる。縮重合ポリマー及び付加重合ポリマー等を使用することができる。ポリエステル、ポリスチレン、ポリイミド、アクリルポリマー、メタクリルポリマー、ポリビニルエーテル、フェノールノボラック、ナフトールノボラック、ポリエーテル、ポリアミド、ポリカーボネート等の付加重合ポリマー及び縮重合ポリマーを使用することができる。吸光部位として機能するベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、トリアジン環、キノリン環、及びキノキサリン環等の芳香環構造を有する有機ポリマーが好ましく使用される。
そのような有機ポリマー化合物としては、例えば、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、スチレン、ヒドロキシスチレン、ベンジルビニルエーテル及びN-フェニルマレイミド等の付加重合性モノマーをその構造単位として含む付加重合ポリマーや、フェノールノボラック及びナフトールノボラック等の縮重合ポリマーが挙げられる。
有機ポリマー化合物として付加重合ポリマーが使用される場合、そのポリマー化合物は単独重合体でもよく共重合体であってもよい。付加重合ポリマーの製造には付加重合性モノマーが使用される。そのような付加重合性モノマーとしてはアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル化合物、メタクリル酸エステル化合物、アクリルアミド化合物、メタクリルアミド化合物、ビニル化合物、スチレン化合物、マレイミド化合物、マレイン酸無水物、アクリロニトリル等が挙げられる。
ポリマーとして縮重合ポリマーが使用される場合、そのようなポリマーとしては、例えば、グリコール化合物とジカルボン酸化合物との縮重合ポリマーが挙げられる。グリコール化合物としてはジエチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ブチレングリコール等が挙げられる。ジカルボン酸化合物としては、コハク酸、アジピン酸、テレフタル酸、無水マレイン酸等が挙げられる。また、例えば、ポリピロメリットイミド、ポリ(p-フェニレンテレフタルアミド)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリアミド、ポリイミドが挙げられる。
有機ポリマー化合物にヒドロキシル基が含有されている場合は、このヒドロキシル基はポリオルガノシロキサンと架橋反応を形成することができる。
有機ポリマー化合物としては、重量平均分子量が、例えば1000乃至1000000であり、又は3000乃至300000であり、又は5000乃至200000であり、又は10000乃至100000であるポリマー化合物を使用することができる。
有機ポリマー化合物は一種のみを使用することができ、又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
有機ポリマー化合物が使用される場合、その割合としては、縮合物(ポリオルガノシロキサン)100質量部に対して、1質量部乃至200質量部、又は5質量部乃至100質量部、又は10質量部乃至50質量部、又は20質量部乃至30質量部である。
界面活性剤は、本発明のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を基板に塗布した際に、ピンホール及びストレーション等の発生を抑制するのに有効である。
本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれる界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロツクコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、商品名エフトップEF301、EF303、EF352((株)トーケムプロダクツ製)、商品名メガファックF171、F173、R-08、R-30(大日本インキ化学工業(株)製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム(株)製)、商品名アサヒガードAG710,サーフロンS-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)等のフッ素系界面活性剤、及びオルガノシロキサンポリマ-KP341(信越化学工業(株)製)等を挙げることができる。これらの界面活性剤は単独で使用してもよいし、また二種以上の組み合わせで使用することもできる。界面活性剤が使用される場合、その割合としては、縮合物(ポリオルガノシロキサン)100質量部に対して0.0001質量部乃至5質量部、又は0.001質量部乃至1質量部、又は0.01質量部乃至0.5質量部である。
また、本発明のレジスト下層膜形成組成物には、レオロジー調整剤及び接着補助剤等を添加することができる。レオロジー調整剤は、下層膜形成組成物の流動性を向上させるのに有効である。接着補助剤は、半導体基板又はレジストと下層膜の密着性を向上させるのに有効である。
本発明のレジスト下層膜形成組成物に使用される溶剤としては、上記の固形分を溶解できる溶剤であれば、特に制限なく使用することができる。そのような溶剤としては、例えば、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メチルイソブチルカルビノール、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸イソプロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸アミル、ギ酸イソアミル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸ヘキシル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸ブチル、酪酸イソブチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、3-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシ-3-メチル酪酸メチル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メトキシプロピルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルプロピオネート、3-メチル-3-メトキシブチルブチレート、アセト酢酸メチル、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、N、N-ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、4-メチル-2-ペンタノール、及びγ-ブチロラクトン等を挙げることができる。これらの溶剤は単独で、又は二種以上の組み合わせで使用することができる。
以下、本発明のレジスト下層膜形成組成物の使用について説明する。
半導体装置の製造に使用される基板(例えば、シリコンウエハー基板、シリコン/二酸化シリコン被覆基板、シリコンナイトライド基板、ガラス基板、ITO基板、ポリイミド基板、及び低誘電率材料(low-k材料)被覆基板等)の上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により本発明のレジスト下層膜形成組成物が塗布され、その後、焼成することによりレジスト下層膜が形成される。焼成する条件としては、焼成温度80℃乃至250℃、焼成時間0.3分間乃至60分間の中から適宜、選択される。好ましくは、焼成温度150℃乃至250℃、焼成時間0.5分間乃至2分間である。ここで、形成される下層膜の膜厚としては、例えば、10nm乃至1000nmであり、又は20nm乃至500nmであり、又は50nm乃至300nmであり、又は100nm乃至200nmである。
次いでそのレジスト下層膜の上に、例えばフォトレジストの層が形成される。フォトレジストの層の形成は、周知の方法、すなわち、フォトレジスト組成物溶液の下層膜上への塗布及び焼成によって行なうことができる。フォトレジストの膜厚としては例えば50nm乃至10000nmであり、又は100nm乃至2000nmであり、又は200nm乃至1000nmである。
本発明では基板上に有機下層膜を成膜した後、この上に本発明のレジスト下層膜を成膜し、更にその上にフォトレジストを被覆することができる。これによりフォトレジストのパターン幅が狭くなり、パターン倒れを防ぐ為にフォトレジストを薄く被覆した場合でも、適切なエッチングガスを選択することにより基板の加工が可能になる。例えば、フォトレジストに対して十分に早いエッチング速度となるフッ素系ガスをエッチングガスとして本発明のレジスト下層膜に加工が可能であり、また本発明のレジスト下層膜に対して十分に早いエッチング速度となる酸素系ガスをエッチングガスとして有機下層膜の加工が可能であり、更に有機下層膜に対して十分に早いエッチング速度となるフッ素系ガスをエッチングガスとして基板の加工を行うことができる。
本発明のレジスト下層膜の上に形成されるフォトレジストとしては露光に使用される光に感光するものであれば特に限定はない。ネガ型フォトレジスト及びポジ型フォトレジストのいずれも使用できる。ノボラック樹脂と1,2-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルとからなるポジ型フォトレジスト、酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーと光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジスト、酸により分解してフォトレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物とアルカリ可溶性バインダーと光酸発生剤とからなる化学増幅型フォトレジスト、及び酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーと酸により分解してフォトレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物と光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジストなどがある。例えば、シプレー社製商品名APEX-E、住友化学工業(株)製商品名PAR710、及び信越化学工業(株)製商品名SEPR430等が挙げられる。また、例えば、Proc.SPIE,Vol.3999,330-334(2000)、Proc.SPIE,Vol.3999,357-364(2000)、やProc.SPIE,Vol.3999,365-374(2000)に記載されているような、含フッ素原子ポリマー系フォトレジストを挙げることができる。
次に、所定のマスクを通して露光が行なわれる。露光には、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)及びF2エキシマレーザー(波長157nm)等を使用することができる。露光後、必要に応じて露光後加熱(post exposure bake)を行なうこともできる。露光後加熱は、加熱温度70℃乃至150℃、加熱時間0.3分間乃至10分間から適宜、選択された条件で行われる。
また、本発明ではレジストとしてフォトレジストに変えて電子線リソグラフィー用レジスト、又はEUVリソグラフィー用レジストを用いることができる。電子線レジストとしてはネガ型、ポジ型いずれも使用できる。酸発生剤と酸により分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーからなる化学増幅型レジスト、アルカリ可溶性バインダーと酸発生剤と酸により分解してレジストのアルカリ溶解速度を変化させる低分子化合物からなる化学増幅型レジスト、酸発生剤と酸により分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーと酸により分解してレジストのアルカリ溶解速度を変化させる低分子化合物からなる化学増幅型レジスト、電子線によって分解してアルカリ溶解速度を変化させる基を有するバインダーからなる非化学増幅型レジスト、電子線によって切断されアルカリ溶解速度を変化させる部位を有するバインダーからなる非化学増幅型レジストなどがある。これらの電子線レジストを用いた場合も照射源を電子線としてフォトレジストを用いた場合と同様にレジストパターンを形成することができる。
また、EUVレジストとしてはメタクリレート樹脂系レジストを用いることができる。
次いで、現像液(例えばアルカリ性現像液)によって現像が行なわれる。これにより、例えばポジ型フォトレジストが使用された場合は、露光された部分のフォトレジストが除去され、フォトレジストのパターンが形成される。
現像液としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物の水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、コリンなどの水酸化四級アンモニウムの水溶液、エタノールアミン、プロピルアミン、エチレンジアミンなどのアミン水溶液等のアルカリ性水溶液を例として挙げることができる。さらに、これらの現像液に界面活性剤などを加えることもできる。現像の条件としては、温度5℃乃至50℃、時間10秒乃至600秒から適宜選択される。
そして、このようにして形成されたフォトレジストパターン(上層)とレジストパターンに従って本発明のレジスト下層膜(中間層)がアルカリ性現像液により除去され、次いでパターン化されたフォトレジスト及び本発明のレジスト下層膜(中間層)からなる膜を保護膜として、有機下層膜(下層)の除去が行われる。最後に、パターン化された本発明のレジスト下層膜(中間層)及び有機下層膜(下層)を保護膜として、半導体基板の加工が行なわれる。
まず、フォトレジストパターンと、フォトレジストパターンに従って本発明のレジスト下層膜(中間層)とをアルカリ性現像液によって取り除き、さらに下層を加工する。
また、パターン化されたフォトレジスト及び本発明のレジスト下層膜からなる膜を保護膜として有機下層膜の除去が行われる。有機下層膜(下層)は酸素系ガスによるドライエッチングによって行なわれることが好ましい。シリコン原子を多く含む本発明のレジスト下層膜は、酸素系ガスによるドライエッチングでは除去されにくいからである。
最後に、半導体基板の加工が行なわれる。半導体基板の加工はフッ素系ガスによるドライエッチングによって行なわれることが好ましい。
フッ素系ガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF4)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、及びジフルオロメタン(CH)等が挙げられる。
基板の加工後は、基板上に残存する基板加工に用いられたレジスト下層膜は、アルカリ水溶液で除去することができる。このアルカリ水溶液は例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液や、水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液を用いることができる。
これらのアルカリ水溶液の濃度は2.38質量%濃度で使用することも可能であるが、10質量%、20質量%、又は30質量%の高濃度のアルカリ水溶液を使用することもできる。
また、本発明のレジスト下層膜形成組成物が塗布される基板は、その表面にCVD法などで形成された有機系又は無機系の反射防止膜を有するものであってもよく、その上に本発明の下層膜を形成することもできる。
本発明のレジスト下層膜形成組成物より形成されるレジスト下層膜は、また、リソグラフィープロセスにおいて使用される光の波長によっては、その光に対する吸収を有することがある。そして、そのような場合には、基板からの反射光を防止する効果を有する反射防止膜として機能することができる。さらに、本発明の下層膜は、基板とフォトレジストとの相互作用を防止するための層、フォトレジストに用いられる材料又はフォトレジストへの露光時に生成する物質の基板への悪作用を防ぐ機能とを有する層、加熱焼成時に基板から生成する物質の上層フォトレジストへの拡散を防ぐ機能を有する層、及び半導体基板誘電体層によるフォトレジスト層のポイズニング効果を減少させるためのバリア層等として使用することも可能である。
また、レジスト下層膜形成組成物より形成されるレジスト下層膜は、デュアルダマシンプロセスで用いられるビアホールが形成された基板に適用され、ホールを隙間なく充填することができる埋め込み材として使用できる。また、凹凸のある半導体基板の表面を平坦化するための平坦化材として使用することもできる。
また、EUVレジストの下層膜としてはハードマスクとしての機能以外に以下の目的にも使用できる。EUVレジストとインターミキシングすることなく、EUV露光(波長13.5nm)に際して好ましくない露光光、例えば上述のUVやDUV(ArF光、KrF光)の基板又は界面からの反射を防止することができるEUVレジストの下層反射防止膜として、上記レジスト下層膜形成組成物を用いることができる。EUVレジストの下層で効率的に反射を防止することができる。EUVレジスト下層膜として用いた場合は、プロセスはフォトレジスト用下層膜と同様に行うことができる。
(合成例1)
テトラエトキシシラン20.0g、フェニルトリメトキシシラン1.5g、5-(トリエトキシシリル)ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオン14.6g、アセトン54.2gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.01M塩酸水溶液9.7gを混合溶液に滴下した。添加後、85℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、還流させた。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを72g加え、アセトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、140℃における固形残物換算で13質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-1)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で1500であった。5-(トリエトキシシリル)ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオンは全シラン中に30モル%の割合で含まれていた。
(合成例2)
テトラエトキシシラン19.5g、5-(トリエトキシシリル)ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオン14.2g、N-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)ベンゼンスルホンアミド2.6g、アセトン54.3gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.1M硝酸水溶液9.5gを混合溶液に滴下した。添加後、85℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、還流させた。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを72g加え、アセトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、140℃における固形残物換算で13質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-2)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で1500であった。5-(トリエトキシシリル)ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオンは全シラン中に30モル%の割合で含まれていた。
(合成例3)
テトラエトキシシラン18.2g、ジ-tert-ブチル2-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)マロネート16.9g、フェニルトリメトキシシラン1.33g、アセトン54.7gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.01M塩酸水溶液8.8gを混合溶液に滴下した。添加後、85℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、還流させた。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを72g加え、アセトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、140℃における固形残物換算で13質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-3)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で1500であった。ジ-tert-ブチル2-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)マロネートは全シラン中に30モル%の割合で含まれていた。
(合成例4)
テトラエトキシシラン17.7g、ジ-tert-ブチル2-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)マロネート16.5g、N-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)ベンゼンスルホンアミド2.4g、アセトン54.8gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.01M塩酸水溶液8.8gを混合溶液に滴下した。添加後、85℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、還流させた。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを72g加え、アセトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、140℃における固形残物換算で13質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-4)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で1500であった。ジ-tert-ブチル2-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)マロネートは全シラン中に30モル%の割合で含まれていた。
(合成例5)
テトラエトキシシラン20.6g、3-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)ジヒドロフラン-2,5-ジオン13.9g、フェニルトリメトキシシラン1.51g、アセトン54.0gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.01M塩酸水溶液10.0gを混合溶液に滴下した。添加後、85℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、還流させた。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを72g加え、アセトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、140℃における固形残物換算で13質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-5)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で1500であった。3-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)ジヒドロフラン-2,5-ジオンは全シラン中に30モル%の割合で含まれていた。
(合成例6)
テトラエトキシシラン20.0g、3-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)ジヒドロフラン-2,5-ジオン13.5g、N-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)ベンゼンスルホンアミド2.67g、アセトン54.2gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.01M塩酸水溶液9.7gを混合溶液に滴下した。添加後、85℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、還流させた。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを72g加え、アセトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、140℃における固形残物換算で13質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-6)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で1500であった。3-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)ジヒドロフラン-2,5-ジオンは全シラン中に30モル%の割合で含まれていた。
(合成例7)
テトラエトキシシラン12.8g、5-(トリエトキシシリル)ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオン22.4g、フェニルトリメトキシシラン1.35g、アセトン54.9gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.01M塩酸水溶液8.5gを混合溶液に滴下した。添加後、85℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、還流させた。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを72g加え、アセトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、140℃における固形残物換算で13質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-7)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で1500であった。5-(トリエトキシシリル)ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオンは全シラン中に50モル%の割合で含まれていた。
(合成例8)
テトラエトキシシラン17.2g、5-(トリエトキシシリル)ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオン13.5g、トリエトキシシリルプロピルジアリルイソシアヌレート5.69g、アセトン54.6gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.01M塩酸水溶液8.9gを混合溶液に滴下した。添加後、85℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、還流させた。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを72g加え、アセトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、140℃における固形残物換算で13質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-8)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で1500であった。5-(トリエトキシシリル)ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオンは全シラン中に30モル%の割合で含まれていた。
(合成例9)
35wt%テトラエチルアンモニウムヒドロキシド水溶液0.81g、水1.30g、イソプロピルアルコール27.63g、メチルイソブチルケトン55.25gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら(4-(1-エトキシエトキシ)フェニル)トリメトキシシラン27.6gを混合溶液に滴下した。添加後、40℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、反応させた。その後、反応溶液に1M硝酸48.2gを加え、さらに40℃にてエトキシエトキシ基を脱保護しフェノール基を有する加水分解縮合物を得た。その後、メチルイソブチルケトン165.76g、水82.88gを加え、分液操作にて水層に移行した反応副生物である水、硝酸、テトラエチルアンモニウム硝酸塩を留去し、有機層を回収した。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを82.88g加え、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノメチルエーテル100%の溶媒比率として140℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-9)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で2500であった。(4-(1-エトキシエトキシ)フェニル)トリメトキシシランのエトキシエトキシ基を脱保護したフェノール基含有ユニットが全シラン中に100モル%の割合で含まれていた。
(合成例10)
35wt%テトラエチルアンモニウムヒドロキシド水溶液0.78g、水1.24g、イソプロピルアルコール27.34g、メチルイソブチルケトン54.67gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら5-(トリエトキシシリル)ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオン27.34g、(4-(1-エトキシエトキシ)フェニル)トリメトキシシラン2.65gを混合溶液に滴下した。添加後、40℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、反応させた。その後、反応溶液に1M硝酸46.2gを加え、さらに40℃にてエトキシエトキシ基を脱保護したフェノール基とジカルボン酸基を有する加水分解縮合物を得た。その後、メチルイソブチルケトン164.0g、水82.0gを加え、分液操作にて水層に移行した反応副生物である水、硝酸、テトラエチルアンモニウム硝酸塩を留去し、有機層を回収した。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを82.0g加え、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノメチルエーテル100%の溶媒比率として140℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-10)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で2000であった。(4-(1-エトキシエトキシ)フェニル)トリメトキシシランのエトキシエトキシ基を脱保護したフェノール基含有ユニットが全シラン中に10モル%の割合で含まれ、5-(トリエトキシシリル)ヘキサヒドロ-4,7-メタノイソベンゾフラン-1,3-ジオンを加水分解して得られたジカルボン酸含有ユニットが全シラン中に90モル%の割合で含まれていた。
(合成例11)
35wt%テトラエチルアンモニウムヒドロキシド水溶液0.86g、水1.38g、イソプロピルアルコール28.15g、メチルイソブチルケトン56.30gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら3-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)ジヒドロフラン-2,5-ジオン28.15g、(4-(1-エトキシエトキシ)フェニル)トリメトキシシラン2.94gを混合溶液に滴下した。添加後、40℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、反応させた。その後、反応溶液に1M硝酸51.4gを加え、さらに40℃にてエトキシエトキシ基を脱保護したフェノール基とジカルボン酸基を有する加水分解縮合物を得た。その後、メチルイソブチルケトン168.9g、水84.5gを加え、分液操作にて水層に移行した反応副生物である水、硝酸、テトラエチルアンモニウム硝酸塩を留去し、有機層を回収した。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを84.5g加え、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノメチルエーテル100%の溶媒比率として140℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(4-11)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で2100であった。(4-(1-エトキシエトキシ)フェニル)トリメトキシシランのエトキシエトキシ基を脱保護したフェノール基含有ユニットが全シラン中に10モル%の割合で含まれ、3-(3-(トリエトキシシリル)プロピル)ジヒドロフラン-2,5-ジオンを加水分解して得られたジカルボン酸含有ユニットが全シラン中に90モル%の割合で含まれていた。
(比較合成例1)
テトラエトキシシラン24.1g、フェニルトリメトキシシラン1.8g、トリエトキシメチルシラン9.5g、アセトン53.0gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.01M塩酸水溶液11.7gを混合溶液に滴下した。添加後、85℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、240分間、還流させた。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルを70g加え、アセトン、メタノール、エタノール、水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。さらにプロピレングリコールモノメチルエーテルを加え、140℃における固形残物換算で13質量パーセントとなるように調整した。得られたポリマーは式(5-1)に相当し、GPCによる重量平均分子量Mwはポリスチレン換算で1400であった。
Figure 0007157392000024
(Si含有レジスト下層膜の調整)
上記合成例1で得られたケイ素含有ポリマー、酸、溶媒を表1及び表2に示す割合で混合し、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、ポリマー含有塗布液をそれぞれ調製した。表1及び表2中のポリマーの添加割合はポリマー溶液の添加量ではなく、ポリマー自体の添加量を示した。
TPSMale(光酸発生剤)はトリフェニルスルホニウムマレイン酸を示し、TPSNO3(光酸発生剤)はトリフェニルスルホニウム硝酸塩を示し、TPSCS(光酸発生剤)はトリフェニルスルホニウムカンファスルホン酸塩を示し、TPSTFA(光酸発生剤)はトリフェニルスルホニウムトリフルオロ酢酸塩を示し、TPSNf(光酸発生剤)はトリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、TPSTf(光酸発生剤)はトリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホナート、を示し、TPSAdTf(光酸発生剤)はトリフェニルスルホニウムアダマンタンカルボン酸ブチルトリフルオロメタンスルホン酸を示し、ImideTEOSは4,5-ジヒドロイミダゾールプロピルトリエトキシシランを示し、TPSCl(光酸発生剤)はトリフェニルスルホニウムクロライドを示し、TPSAc(光酸発生剤)はトリフェニルスルホニウム酢酸塩を示し、TPSMS(光酸発生剤)はトリフルオロメタンスルホニウムメタンスルホネートを示し、Tris-VEはトリス(4-(ビニリロキシ)ブチル)ベンゼン-1,3,5-トリカルボキシレートを示し、PGMEはプロピレングリコールモノメチルエーテルを示し、PGMEAはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを示す。各添加量は質量部で示した。
Figure 0007157392000025
Figure 0007157392000026
(有機下層膜の調整)
窒素下、100mL四口フラスコにカルバゾール(6.69g、0.040mol、東京化成工業(株)製)、9-フルオレノン(7.28g、0.040mol、東京化成工業(株)製)、パラトルエンスルホン酸一水和物(0.76g、0.0040mol、東京化成工業(株)製)を加え、1,4-ジオキサン(6.69g、関東化学(株)製)を仕込み撹拌し、100℃まで昇温し溶解させ重合を開始した。24時間後60℃まで放冷後、クロロホルム(34g、関東化学(株)製)を加え希釈し、メタノール(168g、関東化学(株)製)へ再沈殿させた。得られた沈殿物をろ過し、減圧乾燥機で80℃、24時間乾燥し、目的とするポリマー(式(6-1)、以下PCzFLと略す)9.37gを得た。
Figure 0007157392000027
PCzFLのH-NMRの測定結果は以下の通りであった。
H-NMR(400MHz,DMSO-d):δ7.03-7.55(br,12H),δ7.61-8.10(br,4H),δ11.18(br,1H)
PCzFLのGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは2800、多分散度Mw/Mnは1.77であった。
得られた樹脂20gに、架橋剤としてテトラメトキシメチルグリコールウリル(三井サイテック(株)製、商品名パウダーリンク1174)3.0g、触媒としてピリジニウムパラトルエンスルホネート0.30g、界面活性剤としてメガファックR-30(DIC(株)製、商品名)0.06gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート88gに溶解させ溶液とした。その後、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いて濾過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いて濾過して、多層膜によるリソグラフィープロセスに用いる有機下層膜形成組成物の溶液を調製した。
(溶剤耐性、現像液溶解性試験)
実施例1乃至実施例11、比較例1で調製したSi含有塗布液をスピナーを用い、シリコンウェハー上にそれぞれ塗布した。ホットプレート上で180℃1分間加熱し、Si含有レジスト下層膜をそれぞれ形成した。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテル/プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート=7/3の溶剤をSi含有レジスト下層膜上に塗布、スピン乾燥し、溶剤塗布前後での膜厚の変化の有無を評価した。膜厚変化が1%以下のものを「良好」、膜厚変化が1%以上のものを「硬化せず」とした。
また同様にして実施例1乃至実施例11、比較例1で調製したSi含有塗布液をスピナーを用い、シリコンウェハー上にそれぞれ塗布した。ホットプレート上で180℃1分間加熱し、Si含有レジスト下層膜をそれぞれ形成した。その後、アルカリ現像液(水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)2.38%水溶液)をSi含有レジスト下層膜上に塗布、スピン乾燥し、溶剤塗布前後での膜厚の変化の有無を評価した。膜厚変化が90%以上のものを「良好」、膜厚変化が90%以下のものを「溶解せず」とした。
さらに、同様にして実施例1乃至実施例11、比較例1で調製したSi含有塗布液をスピナーを用い、シリコンウェハー上にそれぞれ塗布した。ホットプレート上で180℃1分間加熱し、Si含有レジスト下層膜をそれぞれ形成した。その後、(株)ニコン製NSR-S307Eスキャナー(波長193nm、NA、σ:0.85)を用い、マスクを通さずSiウェハ全面にArF露光を行った。その後、アルカリ現像液(TMAH2.38%水溶液)をSi含有レジスト下層膜上に塗布、スピン乾燥し、溶剤塗布前後での膜厚の変化の有無を評価した。膜厚変化が90%以上のものを「良好」、膜厚変化が90%以下のものを「溶解せず」とした。また、「――」は評価を行わなかった。
Figure 0007157392000028
〔ArF露光によるレジストパターン評価〕
(レジストパターニング評価:アルカリ現像を行うPTD工程を経由した評価)
上記式(6-1)で得られた有機下層膜(A層)形成組成物をシリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上で240℃で60秒間ベークし、膜厚200nmの有機下層膜(A層)を得た。その上にそれぞれ、実施例2、4、6、8、10、11、比較例1で得られたSi含有レジスト下層膜(B層)形成組成物を塗布し、ホットプレート上で180℃で60秒間ベークし、Si含有レジスト下層膜(B層)を得た。Si含有レジスト下層膜(B層)の膜厚は40nmであった。
B層の上に市販のArF用レジスト溶液(JSR(株)製、商品名:AR2772JN)をスピナーによりそれぞれ塗布し、ホットプレート上で110℃にて1分間加熱し、膜厚120nmのフォトレジスト膜(C層)を形成した。
(株)ニコン製NSR-S307Eスキャナー(波長193nm、NA、σ:0.85、0.93/0.85)を用い、現像後にフォトレジストのライン幅及びそのライン間の幅が0.062μm、すなわち0.062μmのラインアンドスペース(L/S)=1/1のデンスラインが形成されるように設定されたマスクにそれぞれを通して露光を行った。その後、ホットプレート上100℃で60秒間ベークし、冷却後、2.38%アルカリ水溶液を用いて60秒現像し、レジスト下層膜(B層)上にポジ型のパターンを形成した。得られたフォトレジストパターンについて、大きなパターン剥がれやアンダーカット、ライン底部の太り(フッティング)が発生しないものを良好として評価した。また、「――」は評価を行わなかった。
Figure 0007157392000029
〔KrF露光によるレジストパターン評価〕
(レジストパターニング評価:アルカリ現像を行うPTD工程を経由した評価)
上記式(6-1)で得られた有機下層膜(A層)形成組成物をシリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上で240℃で60秒間ベークし、膜厚200nmの有機下層膜(A層)を得た。その上に、実施例9、比較例1で得られたSi含有レジスト下層膜(B層)形成組成物を塗布し、ホットプレート上で180℃で60秒間ベークし、Si含有レジスト下層膜(B層)を得た。Si含有レジスト下層膜(B層)の膜厚は80nmであった。
B層の上に市販のKrF用レジスト溶液をスピナーによりそれぞれ塗布し、ホットプレート上で120℃にて1分間加熱し、膜厚400nmのフォトレジスト膜(C層)を形成した。
(株)ニコン製NSR-S205Cスキャナー(波長248nm、NA、σ:0.75、σ:0.85、コンベンショナル)を用い、現像後にフォトレジストのライン幅及びそのライン間の幅が0.16μm、すなわち0.16μmのラインアンドスペース(L/S)=1/1のデンスラインが形成されるように設定されたマスクにそれぞれを通して露光を行った。その後、ホットプレート上120℃で60秒間ベークし、冷却後、2.38%アルカリ水溶液を用いて60秒現像し、レジスト下層膜(B層)上にポジ型のパターンを形成した。得られたフォトレジストパターンについて、大きなパターン剥がれや極端なアンダーカット、ライン底部の太り(フッティング)が発生しないものを良好として評価した。さらに断面観察から、Si含有レジスト下層膜が現像液により完全に除去されているものを「良好」とし、除去されていないものを「除去されず」とした。
Figure 0007157392000030
本発明は良好なパターンを形成するArF、KrF、EUVのレジスト下層膜として有用であり、アルカリ性現像液によるレジストの現像時に同時にレジスト下層膜の除去が可能である。従って、フォトレジストの露光後の現像に用いられるアルカリ性現像液で、フォトレジストの現像と同時にその下層に存在するレジスト下層膜もレジストパターンに従って同時に除去する工程に有用である。

Claims (11)

  1. リソグラフィー用レジスト下層膜を形成するための組成物であって、該リソグラフィー用レジスト下層膜はケイ素を含有する膜であって、上層レジストの現像時に当該上層レジストと共にレジストパターンに従ってアルカリ性現像液で溶解除去される膜であり、前記組成物は、
    (a)加水分解性シラン、その加水分解物、その加水分解縮合物、又はそれらの組み合わせを含むシラン化合物、
    を含み、
    さらに前記組成物は、
    (b)アルカリ性現像液に対する溶解起因要素
    を前記成分(a)の化合物の構造要素として有し、
    前記要素(b)のアルカリ性現像液に対する溶解起因要素が、前記成分(a)の化合物の構造に含まれていて、前記成分(a)は、
    (b1)式(1)で示される加水分解性シラン、その加水分解物、その加水分解縮合物、又はそれらの組み合わせ、
    を含み、
    全シランに対して式(1)で示される加水分解性シランが30モル%乃至100モル%含まれることを特徴とするリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物(ただし、特許5632387号公報の請求項1に記載のシルセスキオキサン樹脂を除く)。
    Figure 0007157392000031
    〔式(1)中Rはフェノール性水酸基を含む有機基、又は式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)、式(1-4)、若しくは式(1-5)を含む有機基:
    Figure 0007157392000032
    (式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)、式(1-4)、及び式(1-5)中でT、T及びTはそれぞれアルキレン基、環状アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、イオウ原子、酸素原子、オキシカルボニル基、アミド基、2級アミノ基、又はそれらの組み合わせであり、Tはアルキル基又は水素原子であり、T及びTはそれぞれ脂肪族環、又は芳香族環であり、T及びTはそれぞれラクトン環である。nは1又は2の整数を示す。)であり、且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであって、前記成分(a)の化合物の構造に含まれている前記要素(b)である。Rはアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、アルケニル基、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メルカプト基、アミノ基、もしくはシアノ基を有する有機基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものである。Rはアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示す。aは1の整数を示し、bは0又は1の整数を示し、a+bは1又は2の整数を示す。〕
  2. リソグラフィー用レジスト下層膜を形成するための組成物であって、該リソグラフィー用レジスト下層膜はケイ素を含有する膜であって、上層レジストの現像時に当該上層レジストと共にレジストパターンに従ってアルカリ性現像液で溶解除去される膜であり、前記組成物は、
    (a)加水分解性シラン、その加水分解物、その加水分解縮合物、又はそれらの組み合わせを含むシラン化合物、
    を含み、
    さらに前記組成物は、
    (b)アルカリ性現像液に対する溶解起因要素
    を前記成分(a)とは独立した要素として有し、
    前記要素(b)のアルカリ性現像液に対する溶解起因要素が、
    (b2)光酸発生剤であり、
    前記成分(a)と前記要素(b)の混合物として、全シランに対して前記要素(b2)が30質量%乃至60質量%含まれることを特徴とするリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物。
  3. 前記加水分解性シランが、式(1)
    Figure 0007157392000033
    〔式(1)中R はフェノール性水酸基を含む有機基、又は式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)、式(1-4)、若しくは式(1-5)を含む有機基:
    Figure 0007157392000034
    (式(1-1)、式(1-2)、式(1-3)、式(1-4)、及び式(1-5)中でT 、T 及びT はそれぞれアルキレン基、環状アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、イオウ原子、酸素原子、オキシカルボニル基、アミド基、2級アミノ基、又はそれらの組み合わせであり、T はアルキル基又は水素原子であり、T 及びT はそれぞれ脂肪族環、又は芳香族環であり、T 及びT はそれぞれラクトン環である。nは1又は2の整数を示す。)であり、且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであって、前記成分(a)の化合物の構造に含まれている前記要素(b)である。R はアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、アルケニル基、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メルカプト基、アミノ基、もしくはシアノ基を有する有機基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものである。R はアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示す。aは1の整数を示し、bは0又は1の整数を示し、a+bは1又は2の整数を示す。〕の加水分解性シラン、その他の加水分解性シラン、又はその組み合わせであり、
    その他の加水分解性シランが式(2)及び式(3):
    Figure 0007157392000035
    〔(式(2)中Rはアルキル基、アリール基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アリール基、アルコキシアリール基、アルコキシアルコキシアリール基、アシルオキシアリール基、酸不安定基含有アリール基、アルケニル基、又はエポキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、メルカプト基、もしくはシアノ基を有する有機基で且つSi-C結合に
    よりケイ素原子と結合しているものであり、Rはアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示し、eは0乃至3の整数を示す。)、及び
    Figure 0007157392000036
    (式(3)中Rはアルキル基で且つSi-C結合によりケイ素原子と結合しているものであり、Rはアルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を示し、Yはアルキレン基又はアリーレン基を示し、cは0又は1の整数を示し、dは0又は1の整数である。)〕で表される有機ケイ素化合物からなる群より選ばれた少なくとも1種の有機ケイ素化合物である請求項1又は請求項2に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物。
  4. 請求項1及び請求項3で規定した式(1)の加水分解性シランと、請求項で規定した式(2)の加水分解性シランとの加水分解物をポリマーとして含む請求項に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物。
  5. 酸を更に含む請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物。
  6. 水を更に含む請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物。
  7. 請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布する工程、並びに
    前記リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を焼成する工程
    を含むリソグラフィー用レジスト下層膜の製造方法。
  8. 請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布する工程(I)、
    前記リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を焼成しリソグラフィー用レジスト下層膜を形成する工程(II)、
    前記下層膜の表面にレジスト用組成物を塗布しレジスト膜を形成する工程(III)、
    前記レジスト膜を露光する工程(IV)、
    レジストを現像しレジストパターンに従ってアルカリ性現像液でリソグラフィー用レジスト下層膜を除去してレジストパターン及びその転写されたレジストパターンを得る工程(V)、並びに
    パターン化されたレジストとリソグラフィー用レジスト下層膜により半導体基板を加工する工程(VI)
    を含む半導体装置の製造方法。
  9. (VI)工程の後に、基板加工に用いられたレジスト下層膜をアルカリ水溶液で除去する工程を含む請求項に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 半導体基板の表面に有機下層膜を形成する工程(i)、
    前記有機下層膜の表面に請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載のリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を塗布する工程(ii)、
    前記リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物を焼成しリソグラフィー用レジスト下層膜を形成する工程(iii)、
    前記リソグラフィー用レジスト下層膜の表面にレジスト用組成物を塗布しレジスト膜を形成する工程(iv)、
    前記レジスト膜を露光する工程(v)、
    露光後にレジストを現像しレジストパターンに従ってアルカリ性現像液でリソグラフィー用レジスト下層膜を除去してレジストパターン及びその転写されたレジストパターンを得る工程(vi)、
    パターン化されたリソグラフィー用レジスト下層膜により有機下層膜をエッチングする工程(vii)、並びに
    パターン化された有機下層膜により半導体基板を加工する工程(viii)
    を含む半導体装置の製造方法。
  11. (viii)工程の後に、基板加工に用いられたレジスト下層膜をアルカリ水溶液で除去する工程を含む請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
JP2019527987A 2017-07-06 2018-07-06 アルカリ性現像液可溶性シリコン含有レジスト下層膜形成組成物 Active JP7157392B2 (ja)

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