JP7207330B2 - レジスト下層膜形成用組成物、レジスト下層膜及びその形成方法並びにパターニングされた基板の製造方法 - Google Patents

レジスト下層膜形成用組成物、レジスト下層膜及びその形成方法並びにパターニングされた基板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、レジスト下層膜形成用組成物、レジスト下層膜及びその形成方法並びにパターニングされた基板の製造方法に関する。
半導体デバイスの製造にあっては、高い集積度を得るためにレジスト下層膜が用いられている。基板の少なくとも一方の面側にレジスト下層膜形成用組成物を塗工した後、得られる塗工膜を加熱することにより、レジスト下層膜を形成し、このレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジスト組成物等を用いてレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとしてレジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをマスクとしてさらに基板をエッチングすることで、基板に所望のパターンを形成し、パターニングされた基板を得ることができる。レジスト下層膜には、エッチング耐性に優れることが要求される。
最近では、複数種のトレンチ、特に互いに異なるアスペクト比を有するトレンチを有する基板にパターンを形成する場合が増えてきている。この場合、レジスト下層膜形成用組成物は、耐熱性に優れ、高い平坦性を有するレジスト下層膜を形成できることが要求される。
これらの要求に対し、レジスト下層膜形成用組成物に含有される重合体等の構造や含まれる官能基について種々の検討が行われている(特開2004-177668号公報参照)。
特開2004-177668号公報
しかし、上記従来のレジスト下層膜形成用組成物では、上記要求を十分に満たすことはできていない。また、最近では、多層レジストプロセスにおいて、レジスト下層膜上に中間層としてケイ素含有膜を形成する方法が検討されているが、ケイ素含有膜の表面にひび割れ、剥がれ等の欠陥が発生することから、膜欠陥抑制性に優れることも必要である。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れるレジスト下層膜を形成できるレジスト下層膜形成用組成物、レジスト下層膜、レジスト下層膜の形成方法並びにパターニングされた基板の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた発明は、下記式(1-1)~(1-3)のいずれかで表される基を有する化合物(以下、「[A]化合物」ともいう)と、溶媒(以下、「[B]溶媒」ともいう)とを含有するレジスト下層膜形成用組成物である。
Figure 0007207330000001

(式(1-1)~(1-3)中、*及び**は、上記化合物における上記式(1-1)~(1-3)で表される基以外の部分に結合する部位を示す。a及びbは、それぞれ独立して、0~3の整数である。aが0の場合、bは1以上である。aが1以上の場合、bは0である。
式(1-1)中、Ar1Aは、環員数6~20の(a+p1+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p1+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p1は、0~11の整数である。p1が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Aは、環員数6~20の(b+q1+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(b+q1+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q1は、0~11の整数である。q1が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。p1+aは11以下である。q1+bは11以下である。
式(1-2)中、Ar1Bは、環員数6~20の(a+p2+2)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p2+2)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p2は、0~10の整数である。p2が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Bは、環員数6~20の(b+q2+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(b+q2+1)価の芳香族複素環基である。q2は、0~11の整数である。q2が1の場合、Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q2が2以上の場合、複数のRは同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくはニトロ基であるか、又は複数のRのうちの2つ以上が互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部である。p2+aは10以下である。q2+bは11以下である。
式(1-3)中、Ar1Cは、環員数6~20の(a+p3+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p3+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p3は、0~11の整数である。p3が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Cは、環員数5~20の(b+q3+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q3は、0~11の整数である。q3が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。p3+aは11以下である。q3+bは11以下である。)
上記課題を解決するためになされた別の発明は、当該レジスト下層膜形成用組成物から形成されるレジスト下層膜である。
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、基板の少なくとも一方の面側に[A]化合物及び[B]溶媒を含有するレジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程を備えるレジスト下層膜の形成方法である。
上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、基板の少なくとも一方の面側に[A]化合物及び[B]溶媒を含有するレジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程と、上記塗工工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する工程と、上記レジストパターンをマスクとしたエッチングを行う工程とを備えるパターニングされた基板の製造方法である。
本発明のレジスト下層膜形成用組成物は、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れるレジスト下層膜を形成することができる。本発明のレジスト下層膜は、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れている。本発明のレジスト下層膜の形成方法によれば、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れるレジスト下層膜を容易かつ確実に形成することができる。本発明のパターニングされた基板の製造方法によれば、このような優れたレジスト下層膜を用いることにより、良好なパターニングされた基板を得ることができる。従って、これらは、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイスの製造等に好適に用いることができる。
平坦性の評価方法を説明するための模式的断面図である。
<レジスト下層膜形成用組成物>
当該レジスト下層膜形成用組成物(以下、単に「組成物」ともいう)は、[A]化合物と[B]溶媒とを含有する。当該組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、任意成分を含有していてもよい。以下、各成分について説明する。
<[A]化合物>
[A]化合物は、下記式(1-1)~(1-3)のいずれかで表される基(式(1-1)で表される基を「基(I-1)」と、式(1-2)で表される基を「基(I-2)」と、式(1-3)で表される基を「基(I-3)」ともいう。基(I-1)~(I-3)をまとめて、「基(I)」ともいう。)を有する化合物である。[A]化合物は、基(I)を1個有していてもよく、複数個有していてもよい。
Figure 0007207330000002
上記式(1-1)~(1-3)中、*及び**は、上記化合物における上記式(1-1)~(1-3)で表される基以外の部分に結合する部位を示す。a及びbは、それぞれ独立して、0~3の整数である。aが0の場合、bは1以上である。aが1以上の場合、bは0である。
上記式(1-1)中、Ar1Aは、環員数6~20の(a+p1+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p1+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p1は、0~11の整数である。p1が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Aは、環員数6~20の(b+q1+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(b+q1+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q1は、0~11の整数である。q1が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。p1+aは11以下である。q1+bは11以下である。p1が2以上の場合、複数のRのうちの2つ以上は、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部であってもよい。q1が2以上の場合、複数のRのうちの2つ以上は、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部であってもよい。
上記式(1-2)中、Ar1Bは、環員数6~20の(a+p2+2)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p2+2)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p2は、0~10の整数である。p2が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Bは、環員数6~20の(b+q2+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(b+q2+1)価の芳香族複素環基である。q2は、0~11の整数である。q2が1の場合、Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q2が2以上の場合、複数のRは同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくはニトロ基であるか、又は複数のRのうちの2つ以上が互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部である。p2+aは10以下である。q2+bは11以下である。p2が2以上の場合、複数のRのうちの2つ以上は、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部であってもよい。
上記式(1-3)中、Ar1Cは、環員数6~20の(a+p3+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p3+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p3は、0~11の整数である。p3が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Cは、環員数5~20の(b+q3+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q3は、0~11の整数である。q3が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。p3+aは11以下である。q3+bは11以下である。p3が2以上の場合、複数のRのうちの2つ以上は、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部であってもよい。q3が2以上の場合、複数のRのうちの2つ以上は、互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部であってもよい。
当該組成物は、[A]化合物を含有することで、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れるレジスト下層膜をすることができる。当該組成物が、上記構成を備えることで上記効果を奏する理由については必ずしも明確ではないが、例えば以下のように推察することができる。すなわち、[A]化合物は、2つの芳香環(芳香族炭素環若しくは芳香族複素環)が結合するアミド基、2つの芳香環が結合するイミド基及び/又は少なくとも一方が芳香族複素環である2つの芳香環が結合するアミノ基を含む特定構造を有している。[A]化合物は、この特定構造に起因して、構成原子間の結合が強く、かつ分子間の相互作用が大きい。このような[A]化合物を用いることで、レジスト下層膜のエッチング耐性が向上すると共に、[A]化合物の昇華性等が低減され、レジスト下層膜の耐熱性及び膜欠陥抑制性が向上する。また、上記特定構造により[A]化合物の高温時の流動性が改善されると考えられ、その結果、レジスト下層膜の平坦性が向上する。
「芳香族炭素環基」とは、アレーンから1又は複数の芳香環上の水素原子を除いた基をいう。Ar1A、Ar2A、Ar1B、Ar2B又はAr1Cで表される環員数6~20の芳香族炭素環基を与えるアレーンとしては、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、ピレン、トリフェニレン、ぺリレン等が挙げられる。これらの中で、ベンゼン又はナフタレンが好ましい。
「芳香族複素環基」とは、ヘテロアレーンから1又は複数の芳香環上の水素原子を除いた基をいう。Ar1A、Ar2A、Ar1B、Ar2B、Ar1C又はAr2Cで表される環員数5~20の芳香族複素環基を与えるヘテロアレーンとしては、例えばピリジン、キノリン、イソキノリン、インドール、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン等の窒素原子含有複素環化合物、フラン、ピラン、ベンゾフラン、ベンゾピラン等の酸素原子含有複素環化合物、チオフェン、ベンゾチオフェン等の硫黄原子複素環化合物などが挙げられる。これらの中で、窒素原子含有複素環化合物が好ましく、トリアジンがより好ましい。
上記式(1-1)におけるAr1A及びAr2Bの少なくとも一方並びに上記式(1-2)におけるAr1B及びAr2Bの少なくとも一方が芳香族炭素環基であることが好ましく、Ar1A及びAr2Bの両方並びにAr1B及びAr2Bの両方が芳香族炭素環基であることがより好ましい。上記式(1-3)におけるAr1Cは、芳香族炭素環基であることが好ましい。このように、[A]化合物の上記基を芳香族炭素環基とすることで、レジスト下層膜のエッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性をより向上させることができる。
上記式(1-1)~(1-3)のR又はRで表される炭素数1~20の1価の有機基としては、例えば炭素数1~20の1価の炭化水素基、この炭化水素基の炭素-炭素間に2価のヘテロ原子含有基を含むヘテロ原子を有する炭素数1~20の基、上記炭化水素基又はヘテロ原子を有する基の水素原子の一部又は全部を1価のヘテロ原子含有基で置換した基等が挙げられる。
ここで「炭化水素基」には、鎖状炭化水素基、脂環式炭化水素基及び芳香族炭化水素基が含まれる。この「炭化水素基」は、飽和炭化水素基でも不飽和炭化水素基でもよい。「鎖状炭化水素基」とは、環状構造を含まず、鎖状構造のみで構成された炭化水素基をいい、直鎖状炭化水素基及び分岐状炭化水素基の両方を含む。「脂環式炭化水素基」とは、環構造としては脂環構造のみを含み、芳香環構造を含まない炭化水素基をいい、単環の脂環式炭化水素基及び多環の脂環式炭化水素基の両方を含む。但し、脂環式炭化水素基は、脂環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造を含んでいてもよい。「芳香族炭化水素基」とは、環構造として芳香環構造を含む炭化水素基をいう。但し、芳香族炭化水素基は、芳香環構造のみで構成されている必要はなく、その一部に鎖状構造や脂環構造を含んでいてもよい。
炭素数1~20の1価の炭化水素基としては、炭素数1~20の1価の鎖状炭化水素基、炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基、炭素数6~20の1価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
炭素数1~20の1価の鎖状炭化水素基としては、例えば
メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、sec-ブチル基、t-ブチル基等のアルキル基などの鎖状飽和炭化水素基;
エテニル基、1-プロペニル基、アリル基、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の鎖状不飽和炭化水素基などが挙げられる。
炭素数3~20の1価の脂環式炭化水素基としては、例えば
シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環の脂環式飽和炭化水素基、ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基等の多環の脂環式飽和炭化水素基などの脂環式飽和炭化水素基;
シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環の脂環式不飽和炭化水素基、ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環の脂環式不飽和炭化水素基などの脂環式不飽和炭化水素基などが挙げられる。
炭素数6~20の1価の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、アントリルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
1価又は2価のヘテロ原子含有基を構成するヘテロ原子としては、例えば酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、ケイ素原子、ハロゲン原子等が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
2価のヘテロ原子含有基としては、例えば-O-、-CO-、-S-、-CS-、-NR’-、これらのうちの2つ以上を組み合わせた基等が挙げられる。R’は、水素原子又は1価の炭化水素基である。
1価のヘテロ原子含有基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子、ヒドロキシ基、カルボキシ基、シアノ基、アミノ基、スルファニル基(-SH)等が挙げられる。
複数のR又はRのうちの2つ以上が構成する環員数4~20の環構造としては、例えばシクロブタン構造、シクロペンタン構造、シクロヘキサン構造、シクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造等の脂環構造などが挙げられる。
上記式(1-1)~(1-3)において、a及びbの一方は0である。すなわち、基(I)は[A]化合物の分子中の一端に位置する。aが0の場合、bとしては、1又は2が好ましい。bが0の場合、aとしては、1又は2が好ましい。
上記式(1-1)におけるp1及びq1の少なくとも一方、上記式(1-2)におけるp2及びq2の少なくとも一方並びに上記式(1-3)におけるp3及びq3の少なくとも一方が1以上であり、かつR及びRの少なくとも1つが上記有機基であることが好ましい。このように、[A]化合物の芳香環が少なくとも1つの有機基を有することで、レジスト下層膜のエッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性をより向上させることができる。
bが0の場合、p1、p2及びp3としては、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。q1、q2及びq3としては、1~3が好ましく、1又は2がより好ましく、1がさらに好ましい。
aが0の場合、p1、p2及びp3としては、1~3が好ましく、1又は2がより好ましく、1がさらに好ましい。q1、q2及びq3としては、0~2が好ましく、0又は1がより好ましく、0がさらに好ましい。
及びRの少なくとも1つが有機基である場合、上記有機基の少なくとも1つは多重結合含有基であることが好ましい。R又はRとして多重結合含有基を有することで、[A]化合物における水素原子含有率をより低減することができ、その結果、レジスト下層膜のエッチング耐性をより向上させることができる。「多重結合含有基」とは、2つの原子間の二重結合又は三重結合を含む基をいう。二重結合には、芳香族炭素環、芳香族複素環における共役二重結合が含まれる。
多重結合含有基としては、例えば炭素-炭素二重結合含有基、炭素-炭素三重結合含有基、炭素-窒素二重結合含有基、炭素-窒素三重結合含有基、炭素-酸素二重結合含有基等が挙げられる。
炭素-炭素二重結合含有基としては、例えばビニル基、ビニルオキシ基、アリル基、アリルオキシ基、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基等のエチレン性二重結合含有基、フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基、これらの基の水素原子の一部又は全部がヒドロキシ基、ハロゲン原子、1価の有機基等(以下、これらを「置換基(a)」ともいう)で置換された基などが挙げられる。
炭素-炭素三重結合含有基としては、例えばプロパルギル基、プロパルギルオキシ基、これらの基の水素原子の一部又は全部が置換基(a)で置換された基、エチニル基、エチニルオキシ基、エチニルカルボニル基、フェニルエチニルカルボニル基等が挙げられる。
炭素-窒素二重結合含有基としては、例えばメチルイミノ基等のイミノ含有基、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、トリアジニル基等の窒素含有複素環基、これらの基の水素原子の一部又は全部が置換基(a)で置換された基などが挙げられる。
炭素-窒素三重結合含有基としては、例えばシアノメチル基等のシアノアルキル基、シアノメチルオキシ基等のシアノアルキルオキシ基、シアノフェニル基等のシアノアリール基、シアノフェニルオキシ基等のシアノアリールオキシ基、これらの基の水素原子の一部又は全部が置換基(a)で置換された基、シアノ基、シアネート基等が挙げられる。
炭素-酸素二重結合含有基としては、例えばホルミル基、アセチル基等のアシル基、ホルミルオキシ基、アセチルオキシ基等のアシロキシ基、メトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等のアリールオキシカルボニル基、これらの基の水素原子の一部又は全部が置換基(a)で置換された基などが挙げられる。
多重結合含有基としては、炭素-炭素三重結合含有基が好ましく、エチニル基又はフェニルエチニルカルボニル基がより好ましい。
及びRの有機基としては、架橋性官能基も好ましい。[A]化合物は架橋性官能基を有することで架橋反応性がより向上し、その結果、レジスト下層膜のエッチング耐性及び耐熱性をより向上させることができる。「架橋性官能基」とは、架橋性官能基同士又は架橋性官能基と他の官能基との反応によって、[A]化合物中、[A]化合物同士又は[A]化合物と他の化合物との間を架橋する架橋結合を形成する官能基をいう。
架橋性官能基としては、上記エチレン性二重結合含有基、炭素-炭素三重結合含有基、イミノ含有基、炭素-窒素三重結合含有基、アシル基及びアシロキシ基の他、例えばエポキシ基、ジオキソール基、ヒドロキシ鎖状炭化水素基、芳香族性ヒドロキシ基含有基、アミノ基、置換アミノ基等が挙げられる。
エポキシ基としては、例えばオキシラニル基、オキシラニルメチル基、オキシラニルメチルオキシ基等のオキシラン環含有基、オキセタニル基、オキセタニルメチル基、オキセタニルメチルオキシ基等のオキセタン環含有基、これらの基の水素原子の一部又は全部を置換基(a)で置換した基等が挙げられる。
ジオキソール基としては、例えば-O-CR-O-、-O-CR-O-CR-、-O-CR-CR-O-等が挙げられる。R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1~20の1価の炭化水素基又は炭素数1~20の1価のフッ素化炭化水素基であるか、又はこれらの基が互いに合わせられこれらが結合する炭素原子と共に構成される環員数3~20の脂環構造の一部である。
ヒドロキシ鎖状炭化水素基としては、例えばヒドロキシメチル基、1-ヒドロキシエチル基、1-ヒドロキシプロピル基、2-ヒドロキシ-2-プロピル基等のヒドロキシアルキル基などが挙げられる。
芳香族性ヒドロキシ基含有基としては、例えばヒドロキシブタジエンジイル基、ヒドロキシフェニル基、ヒドロキシナフチル基、ヒドロキシアントリル基等が挙げられる。
置換アミノ基としては、例えばメチルアミノ基、エチルアミノ基等のモノアルキルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基などが挙げられる。
架橋性官能基としては、ジオキソール基、ヒドロキシ鎖状炭化水素基、芳香族性ヒドロキシ基含有基又は置換アミノ基が好ましく、-O-CH-O-、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシブタジエンジイル基又はジメチルアミノ基がより好ましい。
基(I-1)としては、例えば下記式(1-1-1)~(1-1-4)で表される基等が、基(I-2)としては、例えば下記式(1-2-1)~(1-2-3)で表される基等が、基(I-3)としては、例えば下記式(1-3-1)で表される基等が挙げられる。
Figure 0007207330000003
上記式(1-1-1)~(1-3-1)中、R、R、p、q、p、q、p、*及び**は、上記式(1-1)~(1-3)と同義である。
[A]化合物が有する基(I)の数の下限としては、2が好ましい。基(I)の数の上限としては、10が好ましく、5がより好ましい。
[A]化合物としては、例えば下記式(2-1)又は(2-2)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0007207330000004
上記式(2-1)中、Zは、c価の基(I)である。cは、1~3の整数である。nは、1~10の整数である。nが2以上の場合、複数のZは同一でも異なっていてもよい。Rは、炭素数1~40のm価の有機基である。mは、n個のZについてのcの総和である。
上記式(2-2)中、Z2A及びZ2Bは、それぞれ独立して、d価の基(I)である。dは、1~3の整数である。
は、基(I)において、上記式(1-1)~(1-3)におけるa又はbがcである場合である。Rで表される炭素数1~40のm価の有機基としては、例えば上記R及びRの1価の有機基から(m-1)個の水素原子を除いた基等が挙げられる。
2A及びZ2Bは、基(I)において、上記式(1-1)~(1-3)におけるa又はbがdである場合である。
上記式(2-1)におけるRとしては、mが2のものとして下記式(3-1-1)~(3-1-4)で表される基等が、mが3のものとして下記式(3-2-1)で表される基等が、mが4のものとして下記式(3-3-1)、(3-3-2)で表される基等が挙げられる。
Figure 0007207330000005
上記式(3-1-1)~(3-3-2)中、*は、Zに結合する部位を示す。
[A]化合物としては、例えば下記式(i-1)~(i-11)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0007207330000006
Figure 0007207330000007
上記式(i-1)~(i-11)中、R、R、p1、q1、p2、q2及びp3は、上記式(1-1)~(1-3)と同義である。
[A]化合物の分子量の下限としては、300が好ましく、400がより好ましく、500がさらに好ましい。上記分子量の上限としては、3,000が好ましく、2,000がより好ましく、1,000がさらに好ましい。[A]化合物の分子量を上記範囲とすることで、レジスト下層膜の平坦性をより向上させることができる。[A]化合物は1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。[A]化合物が2種以上である場合、[A]化合物の分子量は、数平均の分子量をいう。
[[A]化合物の合成方法]
[A]化合物は、例えば4-エチニルベンゾイルクロリド、ベンゼントリカルボニルトリクロリド等の芳香族カルボン酸ハライド、無水トリメリット酸クロリド、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物、4-フェニルエチニルカルボニルフタル酸無水物、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物等の芳香族カルボン酸無水物、トリクロロトリアジン等のハロゲン化芳香族化合物などと、3-エチニルアニリン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、4-アミノベンジルアルコール、4-ジメチルアミノアニリン、3,4-メチレンジオキシアニリン、5-アミノ-2-ナフトール等の芳香族アミン化合物とを、N,N-ジメチルアセトアミド、ジイソプロピルエチルアミン、トルエン、テトラヒドロフラン等の溶媒中で反応させ、基(I)の構造を形成させることにより合成することができる。
[A]化合物における水素原子含有率の上限としては、6.5質量%が好ましく、6.0質量%がより好ましく、5.0質量%がさらに好ましく、4.0質量%が特に好ましい。上記水素原子の含有率の下限としては、例えば0.1質量%である。[A]化合物における水素原子含有率を上記範囲とすることで、レジスト下層膜のエッチング耐性をより向上させることができる。
[A]化合物の含有率の下限としては、当該組成物の[B]溶媒以外の全成分に対して、50質量%が好ましく、70質量%がより好ましく、85質量%がさらに好ましい。上記含有量の上限は、例えば100質量%である。
当該組成物における[A]化合物の含有率の下限としては、1質量%が好ましく、3質量%がより好ましく、5質量%がさらに好ましい。上記含有量の上限としては、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましく、15質量%がさらに好ましい。
<[B]溶媒>
[B]溶媒は、[A]化合物及び必要に応じて含有する任意成分を溶解又は分散することができれば特に限定されない。
[B]溶媒としては、例えばアルコール系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、含窒素系溶媒等が挙げられる。[B]溶媒は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
アルコール系溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、n-プロパノール等のモノアルコール系溶媒、エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール等の多価アルコール系溶媒などが挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えばメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の鎖状ケトン系溶媒、シクロヘキサノン等の環状ケトン系溶媒などが挙げられる。
エーテル系溶媒としては、例えばn-ブチルエーテル等の鎖状エーテル系溶媒、テトラヒドロフラン等の環状エーテル系溶媒等の多価アルコールエーテル系溶媒、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコール部分エーテル系溶媒などが挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えばジエチルカーボネート等のカーボネート系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル等の酢酸モノエステル系溶媒、γ-ブチロラクトン等のラクトン系溶媒、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒、乳酸メチル、乳酸エチル等の乳酸エステル系溶媒などが挙げられる。
含窒素系溶媒としては、例えばN,N-ジメチルアセトアミド等の鎖状含窒素系溶媒、N-メチルピロリドン等の環状含窒素系溶媒などが挙げられる。
[B]溶媒としては、ケトン系溶媒及び/又はエステル系溶媒が好ましく、環状ケトン系溶媒及び/又は多価アルコール部分エーテルカルボキシレート系溶媒がより好ましく、シクロヘキサノン及び/又は酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルがさらに好ましい。
<任意成分>
当該組成物は、任意成分として、酸発生剤、架橋剤、界面活性剤、密着助剤等を含有してもよい。これらの任意成分は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
[酸発生剤]
酸発生剤は、熱や光の作用により酸を発生し、[A]化合物の架橋を促進する成分である。当該組成物が酸発生剤を含有することで[A]化合物の架橋反応が促進され、形成されるレジスト下層膜の硬度をより高めることができる。酸発生剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
酸発生剤としては、例えばオニウム塩化合物、N-スルホニルオキシイミド化合物等が挙げられる。
[架橋剤]
架橋剤は、熱や酸の作用により、当該組成物中の[A]化合物等の成分同士の架橋結合を形成するか、又は自らが架橋構造を形成する成分である。当該組成物が架橋剤を含有する場合、形成されるレジスト下層膜の硬度を高めることができる。架橋剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
架橋剤としては、例えば多官能(メタ)アクリレート化合物、エポキシ化合物、ヒドロキシメチル基置換フェノール化合物、アルコキシアルキル基含有フェノール化合物、アルコキシアルキル化されたアミノ基を有する化合物、炭素-炭素三重結合含有基を有する芳香環化合物等が挙げられる。
[組成物の調製方法]
当該組成物は、[A]化合物、[B]溶媒、及び必要に応じて、任意成分を所定の割合で混合し、好ましくは得られた混合物を0.1μm以下のメンブランフィルター等で濾過することにより調製できる。上記組成物の濃度の下限としては、0.1質量%が好ましく、1質量%がより好ましく、3質量%がさらに好ましく、5質量%が特に好ましい。上記濃度の上限としては、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましく、20質量%がさらに好ましく、15質量%が特に好ましい。上記濃度は、当該組成物0.5gを250℃で30分間焼成することで、上記組成物の残渣の質量を測定し、この残渣の質量を当該組成物の質量で除することにより算出される値(質量%)である。
<レジスト下層膜>
当該レジスト下層膜は、当該組成物から形成される。当該レジスト下層膜は、上述の当該組成物から形成されるので、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れている。
<レジスト下層膜の形成方法>
当該レジスト下層膜の形成方法は、基板の少なくとも一方の面側に当該組成物を塗工する工程(以下、「塗工工程」ともいう)を備える。
当該レジスト下層膜の形成方法によれば、上述の当該組成物を用いるので、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れるレジスト下層膜を容易かつ確実に形成することができる。以下、塗工工程について説明する。
[塗工工程]
本工程では、基板の少なくとも一方の面側に当該組成物を塗工する。これによりレジスト下層膜が形成される。
基板としては、例えばシリコンウエハ、アルミニウムで被覆したウエハ等が挙げられる。また、当該組成物の塗工方法は特に限定されず、例えば回転塗工、流延塗工、ロール塗工等の適宜の方法で実施することができる。
上記塗工により形成された塗工膜を加熱することが好ましい。
上記塗工膜の加熱は、通常、大気下で行われるが、窒素雰囲気下で行ってもよい。加熱温度としては、例えば200℃以上600℃以下である。加熱時間としては、例えば15秒以上1,200秒以下である。
上記塗工膜を200℃以上600℃以下の温度で加熱する前に、60℃以上150℃以下の温度で予備加熱してもよい。予備加熱における加熱時間の下限としては、10秒が好ましく、30秒がより好ましい。上記加熱時間の上限としては、300秒が好ましく、180秒がより好ましい。
なお、当該レジスト下層膜の形成方法においては、上記塗工膜を加熱して膜を形成する場合に、当該組成物が酸発生剤を含有し、酸発生剤が感放射線性酸発生剤である場合には、露光と加熱とを組み合わせることにより膜を硬化させてレジスト下層膜を形成することもできる。この露光に用いられる放射線としては、酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、γ線等の電磁波、電子線、分子線、イオンビーム等の粒子線から適宜選択される。
形成されるレジスト下層膜の平均厚みの下限としては、30nmが好ましく、50nmがより好ましく、100nmがさらに好ましい。上記平均厚みの上限としては、3,000nmが好ましく、2,000nmがより好ましく、500nmがさらに好ましい。
<パターニングされた基板の製造方法>
当該パターニングされた基板の製造方法は、基板の少なくとも一方の面側に当該組成物を塗工する工程(塗工工程)と、上記塗工工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジスト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)と、上記レジストパターンをマスクとしたエッチングを行う工程(以下、「エッチング工程」ともいう)とを備える。
当該パターニングされた基板の製造方法によれば、上述のエッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れるレジスト下層膜を用いるので、良好なパターン形状を有する良好なパターニングされた基板を得ることができる。
当該パターニングされた基板の製造方法は、必要に応じて、上記塗工工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にケイ素含有膜を形成する工程(以下、「ケイ素含有膜形成工程」ともいう)を備えていてもよい。以下、各工程について説明する。
[塗工工程]
本工程では、基板の少なくとも一方の面側に当該組成物を塗工する。これによりレジスト下層膜が形成される。本工程は、上述の当該レジスト下層膜の形成方法における塗工工程と同様である。
[ケイ素含有膜形成工程]
本工程では、上記塗工工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にケイ素含有膜を形成する。
ケイ素含有膜は、例えばケイ素含有膜形成用組成物を当該レジスト下層膜の上記基板とは反対の面側に塗工して形成された塗膜を、通常、露光及び/又は加熱することにより硬化等させることにより形成される。上記ケイ素含有膜形成用組成物の市販品としては、例えば「NFC SOG01」、「NFC SOG04」、「NFC SOG080」(以上、JSR(株))等を用いることができる。また、ケイ素含有膜は、CVD法、PVD法等で形成することができる。CVD法としては、例えばプラズマ援用CVD法、低圧CVD法、エピタキシャル成長法等が挙げられる。PVD法としては、例えばスパッタリング法、蒸発法等が挙げられる。
上記露光に用いられる放射線としては、例えば可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、γ線等の電磁波、電子線、分子線、イオンビーム等の粒子線などが挙げられる。
塗膜を加熱する際の温度の下限としては、90℃が好ましく、150℃がより好ましく、200℃がさらに好ましい。上記温度の上限としては、550℃が好ましく、450℃がより好ましく、300℃がさらに好ましい。形成されるケイ素含有膜の平均厚みの下限としては、1nmが好ましく、10nmがより好ましく、20nmがさらに好ましい。上記上限としては、20,000nmが好ましく、1,000nmがより好ましく、100nmがさらに好ましい。
[レジストパターン形成工程]
本工程では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。上記ケイ素含有膜形成工程でケイ素含有膜を形成した場合には、このケイ素含有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。この工程を行う方法としては、例えばレジスト組成物を用いる方法等が挙げられる。
上記レジスト組成物を用いる方法では、具体的には、得られるレジスト膜が所定の厚みとなるようにレジスト組成物を回転塗工法等により塗工した後、プレベークすることによって塗膜中の溶媒を揮発させることにより、レジスト膜を形成する。
上記レジスト組成物としては、例えば感放射線性酸発生剤を含有するポジ型又はネガ型の化学増幅型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂とキノンジアジド系感光剤とを含有するポジ型レジスト組成物、アルカリ可溶性樹脂と架橋剤とを含有するネガ型レジスト組成物等が挙げられる。
次に、選択的な放射線照射により上記形成されたレジスト膜を露光する。露光に用いられる放射線としては、レジスト組成物に使用される感放射線性酸発生剤の種類に応じて、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、γ線等の電磁波、電子線、分子線、イオンビーム等の粒子線から適切に選択される。これらの中で、遠紫外線が好ましく、KrFエキシマレーザー光(248nm)、ArFエキシマレーザー光(193nm)、Fエキシマレーザー光(波長157nm)、Krエキシマレーザー光(波長147nm)、ArKrエキシマレーザー光(波長134nm)又は極端紫外線(波長13.5nm等、EUV)がより好ましく、KrFエキシマレーザー光、ArFエキシマレーザー光又はEUVがさらに好ましい。
上記露光後、解像度、パターンプロファイル、現像性等を向上させるためポストベークを行うことができる。
次に、上記露光されたレジスト膜を現像液で現像してレジストパターンを形成する。この現像は、アルカリ現像であっても有機溶媒現像であってもよい。現像液としては、アルカリ現像の場合、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の塩基性水溶液が挙げられる。また、有機溶媒現像の場合、例えば酢酸n-ブチル、酢酸iso-ブチル、酢酸sec-ブチル、酢酸アミル等の有機溶媒などが挙げられる。
上記現像液での現像後、洗浄し、乾燥することによって、所定のレジストパターンが形成される。
レジストパターン形成工程を行う方法として、上述のレジスト組成物を用いる方法以外にも、ナノインプリント法を用いる方法、自己組織化組成物を用いる方法等も用いることができる。
[エッチング工程]
本工程では、上記レジストパターンをマスクとしたエッチングを行う。これにより、基板にパターンが形成される。エッチングの回数としては1回でも、複数回、すなわちエッチングにより得られるパターンをマスクとして順次エッチングを行ってもよい。複数回のエッチングを行う場合、ケイ素含有膜、レジスト下層膜、基板の順に順次エッチングを行う。エッチングの方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング等が挙げられる。上記エッチングの後、所定のパターンを有するパターニングされた基板が得られる。
ドライエッチングは、例えば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。ドライエッチングに使用するエッチングガスとしては、マスクパターンや、エッチングされる膜の元素組成等により、適宜選択することができ、例えばCHF、CF、C、C、SF等のフッ素系ガス、Cl、BCl等の塩素系ガス、O、O、HO等の酸素系ガス、H、NH、CO、CO、CH、C、C、C、C、C、C、HF、HI、HBr、HCl、NO、NH、BCl等の還元性ガス、He、N、Ar等の不活性ガスなどが用いられる。これらのガスは混合して用いることもできる。レジスト下層膜のパターンをマスクとして基板をエッチングする場合には、通常、フッ素系ガスが用いられる。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各種物性値の測定方法を以下に示す。
[膜の平均厚み]
膜の平均厚みは、分光エリプソメータ(J.A.WOOLLAM社の「M2000D」)を用いて測定した。
<[A]化合物の合成>
下記式(A-1)~(A-16)で表される化合物(以下、「化合物(A-1)~(A-16)」ともいう)を以下に示す手順により合成した。
Figure 0007207330000008
Figure 0007207330000009
[合成例1-1]
反応容器に窒素雰囲気下、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物20.0g、3-エチニルアニリン9.0g及びN,N-ジメチルアセトアミド120.0gを加え、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-1)を得た。
[合成例1-2]
反応容器に窒素雰囲気下、無水トリメリット酸クロリド15.0g、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン9.9g及びN,N-ジメチルアセトアミド65.0gを加え、0℃で3時間反応させた。その後、室温で3-エチニルアニリン15.0gを追添し、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-2)を得た。
[合成例1-3]
反応容器に窒素雰囲気下、無水トリメリット酸クロリド15.0g、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン11.7g及びN,N-ジメチルアセトアミド65.0gを加え、0℃で3時間反応させた。その後、室温で3-エチニルアニリン15.0gを追添し、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-3)を得た。
[合成例1-4]
反応容器に窒素雰囲気下、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物20.0g、3-エチニルアニリン6.0g及びN,N-ジメチルアセトアミド120.0gを加え、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-4)を得た。
[合成例1-5]
反応容器に窒素雰囲気下、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン20.0g、4-エチニルフタル酸無水物16.7g及びN,N-ジメチルアセトアミド120.0gを加え、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-5)を得た。
[合成例1-6]
反応容器に窒素雰囲気下、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン20.0g、4-フェニルエチニルカルボニルフタル酸無水物24.2g及びN,N-ジメチルアセトアミド120.0gを加え、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-6)を得た。
[合成例1-7]
反応容器に窒素雰囲気下、無水トリメリット酸クロリド15.0g、3-エチニルアニリン8.4g及びN,N-ジメチルアセトアミド65.0gを加え、0℃で3時間反応させた。その後、室温で9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン12.4gを追添し、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-7)を得た。
[合成例1-8]
反応容器に窒素雰囲気下、無水トリメリット酸クロリド15.0g、3-エチニルアニリン8.4g及びN,N-ジメチルアセトアミド65.0gを加え、0℃で3時間反応させた。その後、室温で2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン14.6gを追添し、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-8)を得た。
[合成例1-9]
反応容器に窒素雰囲気下、1,3,5-ベンゼントリカルボニルトリクロリド15.0g、3-エチニルアニリン21.8g及びN,N-ジメチルアセトアミド184.2gを加え、0℃で1時間反応させた。その後、室温で3時間反応させることで、上記化合物(A-9)を得た。
[合成例1-10]
反応容器に窒素雰囲気下、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン15.0g、4-エチニルベンゾイルクロリド14.2g及びN,N-ジメチルアセトアミド116.7gを加え、0℃で1時間反応させた。その後、室温で3時間反応させることで、上記化合物(A-10)を得た。
[合成例1-11]
反応容器に窒素雰囲気下、トリクロロトリアジン15.0g、3-エチニルアニリン28.6g及びトルエン130.8gを加え、0℃で1時間反応させた。その後、110℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-11)を得た。
[合成例1-12]
反応容器に窒素雰囲気下、トリクロロトリアジン65.8g及びテトラヒドロフラン329.0gを加え、フロログルシノール15.0g及びジイソプロピルエチルアミン46.1gをテトラヒドロフラン300.0gに溶解させた溶液を0℃で1時間かけて滴下した。その後、室温で2時間反応させた。その後、3-エチニルアニリン97.5g及びジイソプロピルエチルアミン107.6gを追添し、65℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-12)を得た。
[合成例1-13]
反応容器に窒素雰囲気下、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物15.0g、4-アミノベンジルアルコール7.1g及びN,N-ジメチルアセトアミド90.0gを加え、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-13)を得た。
[合成例1-14]
反応容器に窒素雰囲気下、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物15.0g、4-ジメチルアミノアニリン7.9g及びN,N-ジメチルアセトアミド90.0gを加え、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-14)を得た。
[合成例1-15]
反応容器に窒素雰囲気下、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物15.0g、3,4-メチレンジオキシアニリン7.9g及びN,N-ジメチルアセトアミド90.0gを加え、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-15)を得た。
[合成例1-16]
反応容器に窒素雰囲気下、4,4’-(4,4’-イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物15.0g、5-アミノ-2-ナフトール9.2g及びN,N-ジメチルアセトアミド90.0gを加え、150℃で3時間反応させることで、上記化合物(A-16)を得た。
[合成例2-1]
反応容器に、窒素雰囲気下、m-クレゾール250.0g、37質量%ホルマリン125.0g及び無水シュウ酸2gを加え、100℃で3時間、180℃で1時間反応させた後、減圧下にて未反応モノマーを除去し、下記式(a-1)で表される樹脂を得た。得られた樹脂(a-1)の重量平均分子量(Mw)は、東ソー(株)のGPCカラム(「G2000HXL」2本及び「G3000HXL」1本)を用い、流量:1.0mL/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、カラム温度:40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(検出器:示差屈折計)により測定したところ、11,000であった。
Figure 0007207330000010
<レジスト下層膜形成用組成物の調製>
レジスト下層膜形成用組成物の調製に用いた[A]化合物、[B]溶媒、酸発生剤(以下、「[C]酸発生剤」ともいう)及び架橋剤(以下、「[D]架橋剤」ともいう)について以下に示す。
[[A]化合物]
実施例:上記合成した化合物(A-1)~(A-16)
比較例:上記合成した樹脂(a-1)
[[B]溶媒]
B-1:シクロヘキサノン
B-2:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
[[C]酸発生剤]
C-1:ビス(4-t-ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート(下記式(C-1)で表される化合物)
Figure 0007207330000011
[[D]架橋剤]
D-1:1,3,4,6-テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル(下記式(D-1)で表される化合物)
D-2:下記式(D-2)で表される化合物
D-3:下記式(D-3)で表される化合物
D-4:下記式(D-4)で表される化合物
Figure 0007207330000012
[実施例1-1]
[A]化合物としての(A-1)10質量部を[B]溶媒としての(B-1)90質量部に溶解した。得られた溶液を孔径0.1μmのメンブランフィルターでろ過して、レジスト下層膜形成用組成物(J-1)を調製した。
[実施例1-2~1-20及び比較例1-1]
下記表1に示す種類及び含有量の各成分を使用した以外は実施例1-1と同様に操作して、レジスト下層膜形成用組成物(J-2)~(J-20)及び(CJ-1)を調製した。表1中の「-」は、該当する成分を使用しなかったことを示す。
Figure 0007207330000013
<レジスト下層膜の形成>
[実施例2-1~2-20及び比較例2-1]
上記調製したレジスト下層膜形成用組成物を、シリコンウエハ(基板)上に、スピンコーター(東京エレクトロン(株)の「CLEAN TRACK ACT12」)を用い、回転塗工法により塗工した。次に、大気雰囲気下にて、下記表2に示す加熱温度(℃)及び加熱時間(sec)で加熱(焼成)した後、23℃で60秒間冷却することにより、平均厚み200nmのレジスト下層膜を形成して、基板上にレジスト下層膜が形成されたレジスト下層膜付き基板を得た。
<評価>
上記得られたレジスト下層膜形成用組成物及びレジスト下層膜付き基板を用い、下記項目について下記方法で評価を行った。評価結果を下記表2に合わせて示す。表2中の「-」は、エッチング耐性の評価の基準であることを示す。
[エッチング耐性]
上記得られたレジスト下層膜付き基板におけるレジスト下層膜を、エッチング装置(東京エレクトロン(株)の「TACTRAS」)を用いて、CF/Ar=110/440sccm、PRESS.=30MT、HF RF(プラズマ生成用高周波電力)=500W、LF RF(バイアス用高周波電力)=3000W、DCS=-150V、RDC(ガスセンタ流量比)=50%、30secの条件にて処理し、処理前後のレジスト下層膜の平均厚みからエッチング速度(nm/分)を算出し、比較例2-1に対する比率を算出し、エッチング耐性の尺度とした。エッチング耐性は、上記比率が0.98以上1.00未満の場合は「A」(良好)と、1.00以上の場合は「B」(不良)と評価した。
[耐熱性]
上記調製したレジスト下層膜形成用組成物を、直径8インチのシリコンウエハ上にスピンコート法により塗工し、大気雰囲気下にて、250℃で60秒間焼成(ベーク)してレジスト下層膜を形成し、レジスト下層膜付き基板を得た。次に、このレジスト下層膜付き基板のレジスト下層膜を削ることにより粉体を回収し、レジスト下層膜の粉体をTG-DTA装置(NETZSCH社の「TG-DTA2000SR」)による測定で使用する容器に入れ、加熱前の質量を測定した。次に、TG-DTA装置(NETZSCH社の「TG-DTA2000SR」)を用いて、窒素雰囲気下、10℃/分の昇温速度にて400℃まで加熱し、400℃における粉体の質量を測定した。そして、下記式により質量減少率(%)を測定し、この質量減少率を耐熱性の尺度とした。
={(m1-m2)/m1}×100
ここで、上記式中、Mは、質量減少率(%)であり、m1は、加熱前の質量(mg)であり、m2は、400℃における質量(mg)である。
耐熱性は、試料となる粉体の質量減少率が小さいほど、レジスト下層膜の加熱時に発生する昇華物やレジスト下層膜の分解物が少なく、良好である。すなわち、質量減少率が小さいほど、高い耐熱性であることを示す。耐熱性は、質量減少率が5%未満の場合は「A」(極めて良好)と、5%以上10%未満の場合は「B」(良好)と、10%以上の場合は「C」(不良)と評価した。
[平坦性]
上記調製したレジスト下層膜形成用組成物を、図1に示すように、深さ100nm、幅10μmのトレンチパターンが形成されたシリコン基板1上に、スピンコーター(東京エレクトロン(株)の「CLEAN TRACK ACT12」)を用い、回転塗工法により塗工した。スピンコートの回転速度は、上記「レジスト下層膜の形成」において、平均厚み200nmのレジスト下層膜を形成する場合と同じとした。次いで、大気雰囲気下にて、下記表2に示す加熱温度(℃)及び加熱時間(sec)で加熱(焼成)し、非トレンチパターンの部分における平均厚み200nmのレジスト下層膜2を形成し、上記シリコン基板がレジスト下層膜で被覆されたレジスト下層膜付きシリコン基板を得た。
上記レジスト下層膜付きシリコン基板の断面形状を走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジーズの「S-4800」)にて観察し、このレジスト下層膜の上記トレンチパターンの中央部分bにおける高さと、上記トレンチパターンの端から5μmの場所の非トレンチパターンの部分aにおける高さとの差(ΔFT)を平坦性の指標とした。平坦性は、このΔFTが40nm未満の場合は「A」(良好)と、40nm以上60nm未満の場合は「B」(やや良好)と、60nm以上の場合は「C」(不良)と評価した。なお、図1で示す高さの差は、実際よりも誇張して記載している。
[膜欠陥抑制性]
上記得られたレジスト下層膜付き基板上に、ケイ素含有膜形成用組成物(JSR(株)の「NFC SOG080」)を回転塗工法により塗工した後、大気雰囲気下にて200℃で60秒間加熱(焼成)し、平均厚み50nmのケイ素含有膜を形成し、ケイ素含有膜付き基板を得た。上記得られたケイ素含有膜付き基板を、さらに450℃で60秒間加熱(焼成)した後、光学顕微鏡でケイ素含有膜の表面を観察した。膜欠陥抑制性は、ケイ素含有膜のひび割れ又は剥がれが見られなかった場合は「A」(良好)と、ケイ素含有膜のひび割れ又は剥がれが見られた場合は「B」(不良)と評価した。
Figure 0007207330000014
表2の結果から分かるように、実施例のレジスト下層膜形成用組成物から形成されたレジスト下層膜は、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性のいずれも優れていた。これに対し、比較例のレジスト下層膜形成用組成物から形成されたレジスト下層膜は、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性のいずれもが劣るものであった。
本発明のレジスト下層膜形成用組成物は、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れるレジスト下層膜を形成することができる。本発明のレジスト下層膜は、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れている。本発明のレジスト下層膜の形成方法によれば、エッチング耐性、耐熱性、平坦性及び膜欠陥抑制性に優れるレジスト下層膜を容易かつ確実に形成することができる。本発明のパターニングされた基板の製造方法によれば、このような優れたレジスト下層膜を用いることにより、良好なパターニングされた基板を得ることができる。従って、これらは、今後さらに微細化が進行すると予想される半導体デバイスの製造等に好適に用いることができる。
1 シリコン基板
2 レジスト下層膜

Claims (9)

  1. 下記式(1-1)~(1-3)のいずれかで表される基を有する化合物と、
    溶媒と
    を含有し、
    上記化合物の分子量が3,000以下であるレジスト下層膜形成用組成物。
    Figure 0007207330000015
    (式(1-1)~(1-3)中、*及び**は、上記化合物における上記式(1-1)~(1-3)で表される基以外の部分に結合する部位を示す。a及びbは、それぞれ独立して、0~3の整数である。aが0の場合、bは1以上である。aが1以上の場合、bは0である。
    式(1-1)中、Ar1Aは、環員数6~20の(a+p1+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p1+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p1は、0~11の整数である。p1が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Aは、環員数6~20の(b+q1+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(b+q1+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q1は、0~11の整数である。q1が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。p1+aは11以下である。q1+bは11以下である。
    式(1-2)中、Ar1Bは、環員数6~20の(a+p2+2)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p2+2)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p2は、0~10の整数である。p2が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Bは、環員数6~20の(b+q2+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(b+q2+1)価の芳香族複素環基である。q2は、0~11の整数である。q2が1の場合、Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q2が2以上の場合、複数のRは同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくはニトロ基であるか、又は複数のRのうちの2つ以上が互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部である。p2+aは10以下である。q2+bは11以下である。
    式(1-3)中、Ar1Cは、環員数6~20の(a+p3+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p3+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p3は、0~11の整数である。p3が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Cは、環員数5~20の(b+q3+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q3は、0~11の整数である。q3が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。p3+aは11以下である。q3+bは11以下である。)
  2. 上記式(1-1)におけるAr1A及びAr2Aの少なくとも一方並びに上記式(1-2)におけるAr1B及びAr2Bの少なくとも一方が芳香族炭素環基である請求項1に記載のレジスト下層膜形成用組成物。
  3. 上記式(1-3)におけるAr1Cが芳香族炭素環基である請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜形成用組成物。
  4. 上記化合物が上記式(1-1)~(1-3)のいずれかで表される基を2以上有する請求項1、請求項2又は請求項3に記載のレジスト下層膜形成用組成物。
  5. 上記式(1-1)におけるp1及びq1の少なくとも一方、上記式(1-2)におけるp2及びq2の少なくとも一方並びに上記式(1-3)におけるp3及びq3の少なくとも一方が、1以上である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成用組成物。
  6. 上記式(1-1)~(1-3)におけるR及びRの少なくとも1つが多重結合含有基である請求項5に記載のレジスト下層膜形成用組成物。
  7. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成用組成物から形成されるレジスト下層膜。
  8. 基板の少なくとも一方の面側に下記式(1-1)~(1-3)のいずれかで表される基を有する化合物及び溶媒を含有するレジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程
    を備え
    上記化合物の分子量が3,000以下であるレジスト下層膜の形成方法。
    Figure 0007207330000016
    (式(1-1)~(1-3)中、*及び**は、上記化合物における上記式(1-1)~(1-3)で表される基以外の部分に結合する部位を示す。a及びbは、それぞれ独立して、0~3の整数である。aが0の場合、bは1以上である。aが1以上の場合、bは0である。
    式(1-1)中、Ar1Aは、環員数6~20の(a+p1+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p1+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p1は、0~11の整数である。p1が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Aは、環員数6~20の(b+q1+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(b+q1+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q1は、0~11の整数である。q1が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。p1+aは11以下である。q1+bは11以下である。
    式(1-2)中、Ar1Bは、環員数6~20の(a+p2+2)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p2+2)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p2は、0~10の整数である。p2が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Bは、環員数6~20の(b+q2+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(b+q2+1)価の芳香族複素環基である。q2は、0~11の整数である。q2が1の場合、Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q2が2以上の場合、複数のRは同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくはニトロ基であるか、又は複数のRのうちの2つ以上が互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部である。p2+aは10以下である。q2+bは11以下である。
    式(1-3)中、Ar1Cは、環員数6~20の(a+p3+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p3+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p3は、0~11の整数である。p3が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Cは、環員数5~20の(b+q3+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q3は、0~11の整数である。q3が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。p3+aは11以下である。q3+bは11以下である。)
  9. 基板の少なくとも一方の面側に下記式(1-1)~(1-3)のいずれかで表される基を有する化合物及び溶媒を含有するレジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程と、
    上記塗工工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する工程と、
    上記レジストパターンをマスクとしたエッチングを行う工程と
    を備え
    上記化合物の分子量が3,000以下であるパターニングされた基板の製造方法。
    Figure 0007207330000017
    (式(1-1)~(1-3)中、*及び**は、上記化合物における上記式(1-1)~(1-3)で表される基以外の部分に結合する部位を示す。a及びbは、それぞれ独立して、0~3の整数である。aが0の場合、bは1以上である。aが1以上の場合、bは0である。
    式(1-1)中、Ar1Aは、環員数6~20の(a+p1+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p1+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p1は、0~11の整数である。p1が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Aは、環員数6~20の(b+q1+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(b+q1+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q1は、0~11の整数である。q1が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。p1+aは11以下である。q1+bは11以下である。
    式(1-2)中、Ar1Bは、環員数6~20の(a+p2+2)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p2+2)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p2は、0~10の整数である。p2が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Bは、環員数6~20の(b+q2+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(b+q2+1)価の芳香族複素環基である。q2は、0~11の整数である。q2が1の場合、Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q2が2以上の場合、複数のRは同一又は異なり、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基若しくはニトロ基であるか、又は複数のRのうちの2つ以上が互いに合わせられこれらが結合する原子鎖と共に構成される環員数4~20の環構造の一部である。p2+aは10以下である。q2+bは11以下である。
    式(1-3)中、Ar1Cは、環員数6~20の(a+p3+1)価の芳香族炭素環基又は環員数5~20の(a+p3+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。p3は、0~11の整数である。p3が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Ar2Cは、環員数5~20の(b+q3+1)価の芳香族複素環基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基又はニトロ基である。q3は、0~11の整数である。q3が2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。p3+aは11以下である。q3+bは11以下である。)
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