JP7255589B2 - Composition for forming resist underlayer film, resist underlayer film, method for forming same, and method for forming pattern - Google Patents

Composition for forming resist underlayer film, resist underlayer film, method for forming same, and method for forming pattern 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ン形成方法に関する。 The present invention relates to a composition for forming a resist underlayer film, a resist underlayer film, a method for forming the same, and a pattern forming method.

半導体デバイスの製造にあたっては、例えば、基板上に有機下層膜、ケイ素含有膜等のレジスト下層を介して積層されたレジスト膜を露光及び現像してレジストパターンを形成する多層レジストプロセスが用いられている。このプロセスでは、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(特開2004-177668号公報参照)。 In the manufacture of semiconductor devices, for example, a multilayer resist process is used in which a resist pattern is formed by exposing and developing a resist film laminated on a substrate with a resist underlayer such as an organic underlayer film or a silicon-containing film interposed therebetween. . In this process, the resist underlayer film is etched using this resist pattern as a mask, and the substrate is further etched using the obtained resist underlayer film pattern as a mask, thereby forming a desired pattern on the substrate and obtaining a patterned substrate. (See JP-A-2004-177668).

特開2004-177668号公報JP-A-2004-177668

本発明のレジスト下層膜及びレジスト下層膜形成用組成物は、上述の有機下層膜及びこれを形成する組成物である。多層レジストプロセスにおける有機下層膜の形成に用いられるレジスト下層膜形成用組成物は塗工性が良好であることが求められると共に、形成されるレジスト下層膜(有機下層膜)は、耐熱性及びエッチング耐性に優れることが要求される。また、多層レジストプロセスにおいて、ケイ素含有膜の表面にひび割れ、剥がれ等の欠陥の発生の抑制に優れること、すなわち、ケイ素含有膜の膜欠陥抑制性に優れることも必要である。 The resist underlayer film and the composition for forming the resist underlayer film of the present invention are the above-described organic underlayer film and the composition for forming the same. A resist underlayer film-forming composition used for forming an organic underlayer film in a multilayer resist process is required to have good coatability, and the resist underlayer film (organic underlayer film) formed is required to have excellent heat resistance and etching resistance. Excellent resistance is required. In addition, in a multilayer resist process, it is necessary to be excellent in suppressing the occurrence of defects such as cracks and peeling on the surface of the silicon-containing film, that is, to be excellent in suppressing film defects of the silicon-containing film.

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、耐熱性、エッチング耐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ン形成方法を提供することにある。 The present invention has been made based on the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide a composition for forming a resist underlayer film capable of forming a resist underlayer film having excellent heat resistance, etching resistance and film defect suppressing properties, and a resist underlayer. An object of the present invention is to provide a film, a method for forming a resist underlayer film, and a method for forming a pattern.

上記課題を解決するためになされた発明は、芳香環及びこの芳香環の炭素原子に結合する窒素原子を有する化合物(以下、「[A]化合物」ともいう)と、溶媒(以下、「[B]溶媒」ともいう)とを含有し、上記[A]化合物が、下記式(1)又は下記式(2)で表されるレジスト下層膜形成用組成物である。

Figure 0007255589000001
(式(1)中、Rは、置換又は非置換の炭素数1~70のn価の炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基若しくは水素原子であるか、又はR及びRが互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数3~20の環構造の一部である。但し、R、R及びRの少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(1)中の窒素原子に結合する基である。nは、1~10の整数である。nが2以上の場合、複数のRは同一又は異なり、複数のRは同一又は異なる。
式(2)中、R2’は、置換若しくは非置換の炭素数1~20の2価の炭化水素基である。R3’は、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基又は水素原子である。但し、R2’及びR3’の少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(2)中の窒素原子に結合する基である。mは、1~10の整数である。mが2以上の場合、複数のR2’は同一又は異なり、複数のR3’は同一又は異なる。)The invention made to solve the above problems is a compound having an aromatic ring and a nitrogen atom bonded to a carbon atom of this aromatic ring (hereinafter also referred to as "[A] compound"), a solvent (hereinafter referred to as "[B ] solvent”), and the above [A] compound is a composition for forming a resist underlayer film represented by the following formula (1) or (2).
Figure 0007255589000001
(In formula (1), R 1 is a substituted or unsubstituted n-valent hydrocarbon group having 1 to 70 carbon atoms. R 3 and R 4 each independently represent a substituted or unsubstituted carbon number 1 to 20 monovalent hydrocarbon groups or hydrogen atoms, or part of a 3 to 20 ring-membered ring structure in which R 3 and R 4 are taken together and formed together with the nitrogen atom to which they are attached; provided that at least one of R 1 , R 3 and R 4 is a group having an aromatic ring and being bonded to the nitrogen atom in the above formula (1) through a carbon atom of this aromatic ring, n is 1; It is an integer of up to 10. When n is 2 or more, multiple R 3 are the same or different, and multiple R 4 are the same or different.
In formula (2), R 2′ is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R 3′ is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms or a hydrogen atom. However, at least one of R 2' and R 3' is a group having an aromatic ring and bonding to the nitrogen atom in the above formula (2) through a carbon atom of the aromatic ring. m is an integer from 1 to 10; When m is 2 or more, multiple R 2' are the same or different, and multiple R 3' are the same or different. )

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。 Another invention made to solve the above problems is a resist underlayer film formed from the composition for forming a resist underlayer film.

上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、基板に直接又は間接にレジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程を備え、上記レジスト下層膜形成用組成物が、[A]化合物及び[B]溶媒を含有するレジスト下層膜の形成方法である。 Still another invention, which has been made to solve the above problems, comprises the step of directly or indirectly coating a substrate with a composition for forming a resist underlayer film, wherein the composition for forming a resist underlayer film is a compound [A] and [B] a method for forming a resist underlayer film containing a solvent.

上記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、基板に直接又は間接に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に対し直接又は間接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、上記レジスト下層膜形成用組成物が、[A]化合物及び[B]溶媒を含有するパターン形成方法である。 Still another invention, which has been made to solve the above problems, comprises a step of directly or indirectly coating a substrate with a composition for forming a resist underlayer film, and directly or indirectly on the resist underlayer film formed by the coating step A pattern forming method comprising a step of indirectly forming a resist pattern and a step of performing etching using the resist pattern as a mask, wherein the composition for forming a resist underlayer film contains a compound [A] and a solvent [B]. is.

本発明のレジスト下層膜形成用組成物は、耐熱性、エッチング耐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、耐熱性、エッチング耐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、耐熱性、エッチング耐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。本発明のパターン形成方法によれば、このような優れたレジスト下層膜を用いることにより、良好なパターン形状を有する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。 The composition for forming a resist underlayer film of the present invention can form a resist underlayer film that is excellent in heat resistance, etching resistance, and film defect suppressing properties. The resist underlayer film of the present invention is excellent in heat resistance, etching resistance and film defect suppressing property. According to the method for forming a resist underlayer film of the present invention, a resist underlayer film having excellent heat resistance, etching resistance, and film defect suppressing properties can be formed. According to the pattern forming method of the present invention, a patterned substrate having a favorable pattern shape can be obtained by using such an excellent resist underlayer film. Therefore, these can be suitably used for the manufacture of semiconductor devices, etc., which are expected to be further miniaturized in the future.

<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。
<Composition for forming resist underlayer film>
The composition for forming a resist underlayer film (hereinafter also simply referred to as "composition") contains [A] compound and [B] solvent. The composition may contain optional ingredients as long as the effects of the present invention are not impaired. Each component will be described below.

<[A]化合物>
[A]化合物は、下記式(1)又は下記式(2)で表される化合物(以下、式(1)で表される化合物を「[A1]化合物」ともいい、式(2)で表される化合物を「[A2]化合物」ともいう)である。
<[A] compound>
[A] compound is a compound represented by the following formula (1) or the following formula (2) (hereinafter, the compound represented by formula (1) is also referred to as "[A1] compound" and is represented by formula (2) (also referred to as "[A2] compound").

Figure 0007255589000002
Figure 0007255589000002

上記式(1)中、Rは、置換又は非置換の炭素数1~70のn価の炭化水素基である。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基若しくは水素原子であるか、又はR及びRが互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数3~20の環構造の一部である。但し、R、R及びRの少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(1)中の窒素原子に結合する基である。nは、1~10の整数である。nが2以上の場合、複数のRは同一又は異なり、複数のRは同一又は異なる。In formula (1) above, R 1 is a substituted or unsubstituted n-valent hydrocarbon group having 1 to 70 carbon atoms. R 3 and R 4 are each independently a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms or a hydrogen atom, or R 3 and R 4 are combined and bonded It is part of a 3- to 20-membered ring structure composed together with a nitrogen atom. However, at least one of R 1 , R 3 and R 4 is a group having an aromatic ring and bonding to the nitrogen atom in the above formula (1) through the carbon atom of this aromatic ring. n is an integer from 1 to 10; When n is 2 or more, multiple R3 's are the same or different, and multiple R4 's are the same or different.

上記式(2)中、R2’は、置換若しくは非置換の炭素数1~20の2価の炭化水素基である。R3’は、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基又は水素原子である。但し、R2’及びR3’の少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(2)中の窒素原子に結合する基である。mは、1~10の整数である。mが2以上の場合、複数のR2’は同一又は異なり、複数のR3’は同一又は異なる。In formula (2) above, R 2′ is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R 3′ is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms or a hydrogen atom. However, at least one of R 2' and R 3' is a group having an aromatic ring and bonding to the nitrogen atom in the above formula (2) through a carbon atom of the aromatic ring. m is an integer from 1 to 10; When m is 2 or more, multiple R 2' are the same or different, and multiple R 3' are the same or different.

当該組成物は、[A]化合物を含有することで、耐熱性、エッチング耐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。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、電子供与能が高いアミノ基が結合している芳香環を有する。このような構造を有する[A]化合物は酸化され易く、ラジカル活性種を発生し易く、その結果、当該レジスト下層膜形成用組成物は、より密な架橋を有するレジスト下層膜を形成することができ、耐熱性及びエッチング耐性に優れ、かつ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と考えられる。
以下、[A1]化合物及び[A2]化合物について説明する。
By containing the [A] compound, the composition can form a resist underlayer film that is excellent in heat resistance, etching resistance, and film defect suppressing properties. Although it is not necessarily clear why the composition has the above-described structure, it can be inferred as follows. That is, the [A] compound has an aromatic ring to which an amino group having a high electron-donating ability is bonded. The [A] compound having such a structure is easily oxidized and easily generates radical active species, and as a result, the composition for forming a resist underlayer film can form a resist underlayer film having denser crosslinks. It is considered that a resist underlayer film having excellent heat resistance, etching resistance, and film defect suppressing property can be formed.
[A1] compound and [A2] compound are described below.

[[A1]化合物]
[A1]化合物は、上記式(1)で表される化合物である。
[[A1] compound]
The [A1] compound is a compound represented by the above formula (1).

で表される炭素数1~70のn価の炭化水素基としては、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン等のアルカン、エテン、プロペン、ブテン、ペンテン等のアルケンなどの炭素数1~70の鎖状炭化水素、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルナン、アダマンタン等のシクロアルカン、シクロプロペン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネン等のシクロアルケンなどの炭素数3~70の脂環式炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、アントラセン等のアレーンなどの炭素数6~70の芳香族炭化水素などの炭化水素からn個の水素原子を除いた基などが挙げられる。Examples of n-valent hydrocarbon groups having 1 to 70 carbon atoms represented by R 1 include alkanes such as methane, ethane, propane and butane, and alkenes such as ethene, propene, butene and pentene. chain hydrocarbons, cycloalkanes such as cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, norbornane, adamantane, cycloalkenes such as cyclopropene, cyclobutene, cyclopentene, cyclohexene, norbornene, etc. Hydrogen, benzene, toluene, xylene, mesitylene, naphthalene, methylnaphthalene, dimethylnaphthalene, groups obtained by removing n hydrogen atoms from hydrocarbons such as aromatic hydrocarbons having 6 to 70 carbon atoms such as arenes such as anthracene, etc. mentioned.

上記n価の炭化水素基の置換基としては、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、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、メトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基等のアルコキシカルボニルオキシ基、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、ベンゾイル基等のアシル基、シアノ基、ニトロ基などが挙げられる。 Examples of substituents of the n-valent hydrocarbon group include halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine and iodine atoms, alkoxy groups such as methoxy, ethoxy and propoxy, methoxycarbonyl and ethoxycarbonyl. Alkoxycarbonyl groups such as groups, methoxycarbonyloxy groups, alkoxycarbonyloxy groups such as ethoxycarbonyloxy groups, acyl groups such as formyl groups, acetyl groups, propionyl groups, butyryl groups, benzoyl groups, cyano groups, nitro groups, etc. be done.

としては、芳香環を含む基(以下、「基(1)」ともいう)が好ましい。芳香環としては、芳香族炭素環が好ましい。芳香族炭素環としては、例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、テトラセン環、ペンタセン環、フルオレン環等が挙げられる。R 1 is preferably a group containing an aromatic ring (hereinafter also referred to as “group (1)”). As the aromatic ring, an aromatic carbocyclic ring is preferred. Examples of aromatic carbocyclic rings include benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, pyrene ring, tetracene ring, pentacene ring, and fluorene ring.

基(1)としては、上記式(1)における窒素原子がRの芳香族炭素環に結合する基(以下、「基(1-1)」ともいう)が好ましい。As group (1), a group in which the nitrogen atom in formula (1) is bonded to the aromatic carbocyclic ring of R 1 (hereinafter also referred to as “group (1-1)”) is preferable.

基(1-1)としては、例えば下記式(3)で表される基等が挙げられる。 Examples of the group (1-1) include groups represented by the following formula (3).

Figure 0007255589000003
Figure 0007255589000003

上記式(3)中、Arは、炭素数6~70のアレーンから芳香環上の(p+a)個の水素原子を除いた基である。Rは、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基又はハロゲン原子である。pは、0~20の整数である。pが2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。aは、1~10の整数である。*は、上記式(1)における窒素原子との結合部位を示す。In the above formula (3), Ar 1 is a group obtained by removing (p+a) hydrogen atoms on an aromatic ring from an arene having 6 to 70 carbon atoms. RA is a monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms, a hydroxy group or a halogen atom. p is an integer from 0 to 20; When p is 2 or more, multiple RAs are the same or different. a is an integer from 1 to 10; * indicates the bonding site with the nitrogen atom in the above formula (1).

Arを与える炭素数6~70のアレーンとしては、例えばベンゼン、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、ビフェニル、ジメチルビフェニル、ジフェニルビフェニル、フルオレン等が挙げられる。Examples of arenes having 6 to 70 carbon atoms that give Ar 1 include benzene, naphthalene, anthracene, phenanthrene, tetracene, pyrene, biphenyl, dimethylbiphenyl, diphenylbiphenyl and fluorene.

「有機基」とは、少なくとも1個の炭素原子を含む基をいう。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有する基、上記炭化水素基及び上記2価のヘテロ原子含有基を有する基が有する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。"Organic group" refers to a group containing at least one carbon atom. The monovalent organic group having 1 to 20 carbon atoms represented by R A includes, for example, a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and a divalent heteroatom-containing group between the carbon atoms of the hydrocarbon group. groups, and groups obtained by substituting a monovalent heteroatom-containing group for some or all of the hydrogen atoms of the hydrocarbon group and the group having a divalent heteroatom-containing group.

2価のヘテロ原子含有基としては、例えば-CO-、-CS-、-NH-、-O-、-S-、これらを組み合わせた基等が挙げられる。 Divalent heteroatom-containing groups include, for example, -CO-, -CS-, -NH-, -O-, -S-, groups in which these are combined, and the like.

1価のヘテロ原子含有基としては、例えばヒドロキシ基、スルファニル基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子等が挙げられる。 The monovalent heteroatom-containing group includes, for example, a hydroxy group, a sulfanyl group, a cyano group, a nitro group, a halogen atom and the like.

p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。
aとしては、1~5が好ましく、2又は3がより好ましい。
As p, 0 to 2 are preferable, 0 or 1 is more preferable, and 0 is even more preferable.
As a, 1 to 5 are preferable, and 2 or 3 is more preferable.

基(1-1)としては、例えば下記式で表される基等が挙げられる。 Examples of the group (1-1) include groups represented by the following formulas.

Figure 0007255589000004
Figure 0007255589000004

Figure 0007255589000005
Figure 0007255589000005

上記式中、Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~20の1価の炭化水素基である。*は、上記式(3)と同義である。 In the above formula, each R is independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. * is synonymous with the above formula (3).

又はRで表される炭素数1~20の1価の炭化水素基としては、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン等のアルカン、エテン、プロペン、ブテン、ペンテン等のアルケンなどの炭素数1~20の鎖状炭化水素、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルナン、アダマンタン等のシクロアルカン、シクロプロペン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネン等のシクロアルケンなどの炭素数3~20の脂環式炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、ナフタレン、メチルナフタレン、ジメチルナフタレン、アントラセン等のアレーンなどの炭素数6~20の芳香族炭化水素などの炭化水素から1個の水素原子を除いた基などが挙げられる。Examples of monovalent hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms represented by R 3 or R 4 include alkanes such as methane, ethane, propane and butane, and alkenes such as ethene, propene, butene and pentene. Chain hydrocarbons of 1 to 20 carbon atoms, cycloalkanes such as cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, norbornane, and adamantane, and cycloalkenes such as cyclopropene, cyclobutene, cyclopentene, cyclohexene, and norbornene, and other fatty acids having 3 to 20 carbon atoms. One hydrogen atom is removed from hydrocarbons such as aromatic hydrocarbons having 6 to 20 carbon atoms such as cyclic hydrocarbons, benzene, toluene, xylene, mesitylene, naphthalene, methylnaphthalene, dimethylnaphthalene, and arenes such as anthracene. and the like.

及びRの1価の炭化水素基の置換基としては、例えば上記Rのn価の炭化水素基の置換基として例示した基と同様の基等が挙げられる。R及びRの1価の炭化水素基が、芳香族炭化水素基である場合の置換基としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン等のアルカン、エテン、プロペン、ブテン、ペンテン等のアルケンなどの炭素数1~20の鎖状炭化水素、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルナン、アダマンタン等のシクロアルカン、シクロプロペン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、ノルボルネン等のシクロアルケンなどの炭素数3~20の脂環式炭化水素の炭化水素から1個の水素原子を除いた基が好ましく、メタン、エタン、プロパン、ブタン等のアルカンから1個の水素原子を除いた基がより好ましい。Examples of the substituents of the monovalent hydrocarbon group for R 3 and R 4 include the same groups as those exemplified as the substituents for the n-valent hydrocarbon group for R 1 above. When the monovalent hydrocarbon group of R 3 and R 4 is an aromatic hydrocarbon group, the substituents include alkanes such as methane, ethane, propane and butane, and alkenes such as ethene, propene, butene and pentene. Chain hydrocarbons with 1 to 20 carbon atoms, cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, norbornane, adamantane and other cycloalkanes, cyclopropene, cyclobutene, cyclopentene, cyclohexene, norbornene and other cycloalkenes with 3 to 3 carbon atoms A group obtained by removing one hydrogen atom from a hydrocarbon of 20 alicyclic hydrocarbons is preferred, and a group obtained by removing one hydrogen atom from an alkane such as methane, ethane, propane and butane is more preferred.

及びRが構成する環員数3~20の環構造としては、例えばアザシクロペンタン構造、アザシクロヘキサン構造等のアザシクロアルカン構造などが挙げられる。Examples of the 3- to 20-membered ring structure composed of R 3 and R 4 include an azacycloalkane structure such as an azacyclopentane structure and an azacyclohexane structure.

及びRの少なくとも一方が置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素であるか、又はR及びRが、R及びRが互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数3~20の環構造の一部であることが好ましく、R及びRが、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素であるか、又はR及びRが互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数3~20の環構造の一部であることがより好ましい。at least one of R 3 and R 4 is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon having 1 to 20 carbon atoms, or R 3 and R 4 are combined and bonded It is preferably part of a ring structure having 3 to 20 ring members formed with a nitrogen atom, and R 3 and R 4 are substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbons having 1 to 20 carbon atoms, Alternatively, it is more preferable that R 3 and R 4 are combined with each other and be part of a 3- to 20-membered ring structure formed together with the nitrogen atom to which they are attached.

及びRの1価の炭化水素基が、鎖状炭化水素基又は脂環式炭化水素基である場合には、非置換の鎖状炭化水素基又は非置換の脂環式炭化水素基であることが好ましい。When the monovalent hydrocarbon groups of R 3 and R 4 are chain hydrocarbon groups or alicyclic hydrocarbon groups, unsubstituted chain hydrocarbon groups or unsubstituted alicyclic hydrocarbon groups is preferably

、R及びRの少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(1)中の窒素原子に結合する。At least one of R 1 , R 3 and R 4 has an aromatic ring and is bonded to the nitrogen atom in the above formula (1) through the carbon atom of this aromatic ring.

nの下限としては、2が好ましい。nの上限としては、5が好ましく、3がより好ましい。 As a lower limit of n, 2 is preferable. As the upper limit of n, 5 is preferable, and 3 is more preferable.

[A1]化合物としては、例えば下記式(i1-1)~(i1-10)で表される化合物(以下、「化合物(i1-1)~(i1-10)」ともいう)等が挙げられる。 Examples of [A1] compounds include compounds represented by the following formulas (i1-1) to (i1-10) (hereinafter also referred to as “compounds (i1-1) to (i1-10)”), and the like. .

Figure 0007255589000006
Figure 0007255589000006

Figure 0007255589000007
Figure 0007255589000007

これらの中で、化合物(i1-1)~(i1-4)が好ましい。 Among these, compounds (i1-1) to (i1-4) are preferred.

[[A2]化合物]
[A2]化合物は、上記式(2)で表される化合物である。
[[A2] compound]
The [A2] compound is a compound represented by the above formula (2).

2’で表される炭素数1~20の2価の炭化水素基としては、例えば上記式(1)のRの炭素数1~70のn価の炭化水素基として例示した基のうち、nが2かつ炭素数が1~20の基等が挙げられる。As the divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms represented by R 2′ , for example, among the groups exemplified as the n-valent hydrocarbon group having 1 to 70 carbon atoms for R 1 in the above formula (1) , n is 2 and a group having 1 to 20 carbon atoms.

3’で表される置換又は非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基としては、例えば上記式(1)におけるRとして例示した炭素数1~20の1価の炭化水素基と同様の基等が挙げられる。Examples of the substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms represented by R 3′ include the monovalent hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms exemplified as R 3 in the above formula (1). and the same groups as above.

2’の2価の炭化水素基並びにR3’の1価の炭化水素基の置換基としては、例えば上記式(1)におけるR1のn価の炭化水素基の置換基として例示した基と同様の基等が挙げられる。The divalent hydrocarbon group for R 2′ and the substituent for the monovalent hydrocarbon group for R 3′ include, for example, the groups exemplified as the substituents for the n-valent hydrocarbon group for R 1 in formula (1) above. Similar groups and the like can be mentioned.

2’としては、置換又は非置換の2価の炭化水素基が好ましく、置換又は非置換のアレーンジイル基がより好ましい。
3’としては、置換又は非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基が好ましく、炭素数1~20の非置換の1価の炭化水素基がより好ましい。
R 2′ is preferably a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group, more preferably a substituted or unsubstituted arenediyl group.
R 3′ is preferably a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably an unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.

2’及びR3’の少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(2)中の窒素原子に結合する。At least one of R 2' and R 3' has an aromatic ring and is bonded to the nitrogen atom in the above formula (2) through a carbon atom of this aromatic ring.

mの下限としては、2が好ましく、3がより好ましい。mの上限としては、6が好ましく、5がより好ましい。 As a lower limit of m, 2 is preferable and 3 is more preferable. The upper limit of m is preferably 6, more preferably 5.

[A2]化合物としては、例えば下記式(i2-1)~(i2-5)で表される化合物(以下、「化合物(i2-1)~(i2-5)」ともいう)等が挙げられる。 Examples of the [A2] compound include compounds represented by the following formulas (i2-1) to (i2-5) (hereinafter also referred to as “compounds (i2-1) to (i2-5)”), and the like. .

Figure 0007255589000008
Figure 0007255589000008

[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、4,000が好ましく、2,000がより好ましく、1,500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、レジスト下層膜の膜欠陥抑制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] The lower limit of the molecular weight of the compound is preferably 300, more preferably 400, and even more preferably 500. The upper limit of the molecular weight is preferably 4,000, more preferably 2,000, and even more preferably 1,500. By setting the molecular weight of the compound [A] within the above range, the film defect suppressing property of the resist underlayer film can be further improved. [A] compound can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. When there are two or more [A] compounds, the molecular weight of the [A] compound refers to the number average molecular weight.

[[A]化合物の合成方法]
[A]化合物は、公知の方法により合成することができる。[A1]化合物は、例えば1-ピレンカルバルデヒド等のアルデヒド化合物と、N,N-ジエチルアニリン等の芳香族アミン化合物とを、硫酸等の酸存在下、脱水縮合させる方法、N,N’-ジ-p-トリル-3,3’-ジメチルベンジジン等の芳香族2級アミン化合物と、4-エチルヨードベンゼン等の芳香族ハロゲン化物とを、銅粉と、炭酸カリウム等の塩基存在下、3級アミノ基化させる方法、1,3,5-トリ(フルオレン-2-イル)ベンゼン等のフルオレン化合物と、N,N-ジメチルアミノベンズアルデヒド等のアルデヒド化合物とを、テトラブチルアンモニウムブロミド等のアンモニウム塩と、水酸化ナトリウム等の塩基存在下、脱水縮合させる方法などにより合成することができる。[A2]化合物は、例えば5,11,17,23-テトラ-t-ブチル-25,26,27,28-テトラメトキシ-2,8,14,20-テトラアザカリックス[4]アレーン等の2級アミノ基含有アザカリックスアレーン化合物と、ヨウ化ブチル等の有機ハロゲン化物とを、2,6-t-ブチル-4-メチルピリジン等の塩基存在下、3級アミノ基化させる方法などにより合成することができる。
[[A] compound synthesis method]
The [A] compound can be synthesized by a known method. The [A1] compound is prepared by, for example, dehydration condensation of an aldehyde compound such as 1-pyrenecarbaldehyde and an aromatic amine compound such as N,N-diethylaniline in the presence of an acid such as sulfuric acid. An aromatic secondary amine compound such as di-p-tolyl-3,3′-dimethylbenzidine and an aromatic halide such as 4-ethyliodobenzene are mixed with copper powder and a base such as potassium carbonate in the presence of 3. A method of group amino grouping, a fluorene compound such as 1,3,5-tri(fluoren-2-yl)benzene and an aldehyde compound such as N,N-dimethylaminobenzaldehyde are combined with an ammonium salt such as tetrabutylammonium bromide. and a method of dehydration condensation in the presence of a base such as sodium hydroxide. The [A2] compound is, for example, a 2- A class amino group-containing azacalixarene compound and an organic halide such as butyl iodide are synthesized in the presence of a base such as 2,6-t-butyl-4-methylpyridine by a method such as tertiary amino grouping. be able to.

[A]化合物を構成する水素原子含有率の上限としては、12.0質量%が好ましく、11.0質量%がより好ましく、10.0質量%がさらに好ましい。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]化合物を構成する水素原子含有率を上記範囲とすることで、レジスト下層膜の耐熱性をより向上させることができる。[A]化合物を構成する水素原子含有率は、[A]化合物の分子式から算出した値である。 [A] The upper limit of the content of hydrogen atoms constituting the compound is preferably 12.0% by mass, more preferably 11.0% by mass, and even more preferably 10.0% by mass. The lower limit of the hydrogen atom content is, for example, 0.1% by mass. By setting the content of hydrogen atoms constituting the [A] compound within the above range, the heat resistance of the resist underlayer film can be further improved. The content of hydrogen atoms constituting the [A] compound is a value calculated from the molecular formula of the [A] compound.

[A]化合物の含有割合の下限としては、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。上記含有割合の上限は、例えば100質量%である。 The lower limit of the content of the [A] compound is preferably 50% by mass, more preferably 70% by mass, and even more preferably 85% by mass with respect to all components other than the [B] solvent of the composition. The upper limit of the content ratio is, for example, 100% by mass.

当該組成物における[A]化合物の含有割合の下限としては、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。上記含有割合の上限としては、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。 The lower limit of the content of the [A] compound in the composition is preferably 1% by mass, more preferably 3% by mass, and even more preferably 5% by mass. The upper limit of the content ratio is preferably 50% by mass, more preferably 30% by mass, and even more preferably 15% by mass.

<[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] Solvent>
The [B] solvent is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse the [A] compound and optionally contained optional components.

[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。 [B] Solvents include, for example, alcohol solvents, ketone solvents, ether solvents, ester solvents, and nitrogen-containing solvents. [B] A solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

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。 Examples of alcoholic solvents include monoalcoholic solvents such as methanol, ethanol and n-propanol, and polyhydric alcoholic solvents such as ethylene glycol and 1,2-propylene glycol.

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。 Examples of ketone solvents include chain ketone solvents such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, and cyclic ketone solvents such as cyclohexanone.

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、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。 Examples of ether solvents include chain ether solvents such as n-butyl ether, cyclic ether solvents such as tetrahydrofuran, and polyhydric alcohol partial ether solvents such as diethylene glycol monomethyl ether.

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。 Examples of ester solvents include carbonate solvents such as diethyl carbonate, acetic acid monoester solvents such as methyl acetate and ethyl acetate, lactone solvents such as γ-butyrolactone, diethylene glycol monomethyl ether acetate, and propylene glycol monomethyl ether acetate. Valued alcohol partial ether carboxylate solvents, lactate ester solvents such as methyl lactate and ethyl lactate, and the like are included.

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。 Examples of nitrogen-containing solvents include linear nitrogen-containing solvents such as N,N-dimethylacetamide and cyclic nitrogen-containing solvents such as N-methylpyrrolidone.

[B]溶媒としては、エステル系溶媒又はケトン系溶媒を含有することが好ましい。エステル系溶媒としては、塗工性をより良好にする観点から、グリコール構造を有するエステル系溶媒がより好ましい。 [B] The solvent preferably contains an ester solvent or a ketone solvent. As the ester-based solvent, an ester-based solvent having a glycol structure is more preferable from the viewpoint of improving coatability.

グリコール構造を有するエステル系溶媒としては、例えば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等が挙げられる。これらの中でも、特に、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましい。 Examples of ester solvents having a glycol structure include propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monopropyl ether acetate and the like. Among these, propylene glycol monomethyl ether acetate is particularly preferred.

<任意成分>
当該組成物は、任意成分として、酸化剤、架橋剤、酸発生剤、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。
<Optional component>
The composition may contain, as optional components, an oxidizing agent, a cross-linking agent, an acid generator, a surfactant, an adhesion aid, and the like. These arbitrary components can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

[酸化剤]
酸化剤は、酸化反応により[A]化合物の架橋を促進する成分である。当該組成物が酸化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。酸化剤は、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。
[Oxidant]
The oxidizing agent is a component that promotes cross-linking of the [A] compound by an oxidation reaction. When the composition contains an oxidizing agent, the cross-linking reaction of the [A] compound is promoted, and the hardness of the formed resist underlayer film can be further increased. An oxidizing agent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

酸化剤としては、例えば4-アセトアミド-2,2,6,6-テトラメチル-1-オキソピペリジニウムトリフルオロメタンスルホネート等のオキソピペリジニウム塩化合物、ビス(4-t-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オニウム塩化合物などが挙げられる。 Examples of the oxidizing agent include oxopiperidinium salt compounds such as 4-acetamido-2,2,6,6-tetramethyl-1-oxopiperidinium trifluoromethanesulfonate, bis(4-t-butylphenyl)iodonium trifluoride, onium salt compounds such as romethanesulfonate;

当該組成物が酸化剤を含有する場合、酸化剤の含有量の上限としては、[A]化合物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い。上記含有量の下限としては、1質量部が好ましく、3質量部がより好ましい。 When the composition contains an oxidizing agent, the upper limit of the content of the oxidizing agent is preferably 30 parts by mass, more preferably 10 parts by mass, per 100 parts by mass of the [A] compound. As a minimum of the said content, 1 mass part is preferable and 3 mass parts is more preferable.

[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。
[Crosslinking agent]
The cross-linking agent is a component that forms cross-linked bonds between components such as the [A] compound in the composition or itself forms a cross-linked structure by the action of heat or acid. When the composition contains a cross-linking agent, the hardness of the formed resist underlayer film can be increased. A crosslinking agent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

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等が挙げられる。 Examples of cross-linking agents include polyfunctional (meth)acrylate compounds, epoxy compounds, hydroxymethyl group-substituted phenol compounds, alkoxyalkyl group-containing phenol compounds, and compounds having an alkoxyalkylated amino group.

当該組成物が架橋剤を含有する場合、架橋剤の含有量の上限としては、[A]化合物100質量部に対して、100質量部が好ましく、50質量部がより好ましい。上記含有量の下限としては、5質量部が好ましく、10質量部がより好ましい。 When the composition contains a cross-linking agent, the upper limit of the content of the cross-linking agent is preferably 100 parts by mass, more preferably 50 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the [A] compound. As a minimum of the said content, 5 mass parts is preferable and 10 mass parts is more preferable.

[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。当該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。
[Method for preparing composition]
The composition is prepared by mixing the [A] compound, [B] solvent, and optionally optional ingredients in a predetermined ratio, and preferably filtering the resulting mixture through a membrane filter of 0.1 μm or less. can be prepared by The lower limit of the concentration of the composition is preferably 0.1% by mass, more preferably 1% by mass, still more preferably 3% by mass, and particularly preferably 5% by mass. The upper limit of the concentration is preferably 50% by mass, more preferably 30% by mass, still more preferably 20% by mass, and particularly preferably 15% by mass.

<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、耐熱性、膜欠陥抑制性及びエッチング耐性に優れている。
<Resist underlayer film>
The resist underlayer film is formed from the composition. Since the resist underlayer film is formed from the above composition, it is excellent in heat resistance, film defect suppressing property, and etching resistance.

<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、基板に直接又は間接に当該組成物を塗工する工程(以下、「塗工工程」ともいう)と、通常、上記塗工工程により形成された塗工膜を加熱する工程(以下、「加熱工程」ともいう)とを備える。
<Method for Forming Resist Underlayer Film>
The method for forming the resist underlayer film includes a step of directly or indirectly coating the composition on a substrate (hereinafter also referred to as a “coating step”), and usually forming a coating film formed by the coating step. and a step of heating (hereinafter also referred to as a “heating step”).

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、上述の耐熱性、膜欠陥抑制性及びエッチング耐性に優れるレジスト下層膜を形成することができる。以下、各工程について説明する。 According to the method for forming the resist underlayer film, since the above-described composition is used, the resist underlayer film having excellent heat resistance, film defect suppressing property, and etching resistance can be formed. Each step will be described below.

[塗工工程]
本工程では、基板に直接又は間接に当該組成物を塗工する。
[Coating process]
In this step, the composition is directly or indirectly applied to the substrate.

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。 Examples of substrates include silicon wafers and aluminum-coated wafers. Moreover, the coating method of the composition is not particularly limited, and can be carried out by an appropriate method such as spin coating, casting coating, roll coating, and the like.

[加熱工程]
本工程は、上記塗工工程により形成された塗工膜を加熱する任意の工程である。
[Heating process]
This step is an optional step of heating the coating film formed by the coating step.

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。上記塗工膜の加熱温度の下限としては、100℃が好ましく、200℃が好ましい。上記塗工膜の加熱温度の上限としては、600℃が好ましく、500℃が好ましい。上記塗工膜の加熱時間の下限としては、15秒が好ましく、30秒が好ましい。上記塗工膜の加熱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。 The coating film is usually heated in the air, but may be heated in a nitrogen atmosphere. As a minimum of the heating temperature of the said coating film, 100 degreeC is preferable and 200 degreeC is preferable. As an upper limit of the heating temperature of the said coating film, 600 degreeC is preferable and 500 degreeC is preferable. The lower limit of the heating time of the coating film is preferably 15 seconds, more preferably 30 seconds. The upper limit of the heating time for the coating film is preferably 600 seconds, more preferably 300 seconds.

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。 Before heating the coating film at a temperature of 200° C. or higher and 600° C. or lower, it may be preheated at a temperature of 60° C. or higher and 150° C. or lower. The lower limit of the heating time in preheating is preferably 10 seconds, more preferably 30 seconds. The upper limit of the heating time is preferably 300 seconds, more preferably 180 seconds.

形成されるレジスト下層膜の平均厚みとの下限としては、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。 The lower limit of the average thickness of the resist underlayer film to be formed is preferably 30 nm, more preferably 50 nm, and even more preferably 100 nm. The upper limit of the average thickness is preferably 3,000 nm, more preferably 2,000 nm, and even more preferably 500 nm.

<パターン形成方法>
当該パターン形成方法は、基板に直接又は間接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に対し直接又は間接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。
<Pattern formation method>
The pattern forming method includes a step of directly or indirectly coating the composition on a substrate (coating step), and a step of directly or indirectly forming a resist pattern on the resist underlayer film formed by the coating step. (hereinafter also referred to as “resist pattern forming step”), and a step of performing etching using the resist pattern as a mask (hereinafter also referred to as “etching step”).

当該パターン形成方法によれば、上述の耐熱性、エッチング耐性及び膜欠陥抑制性に優れた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パターニングされた基板を得ることができる。 According to the pattern forming method, since the above-described resist underlayer film having excellent heat resistance, etching resistance, and film defect suppressing property is used, a patterned substrate having a favorable pattern shape can be obtained.

当該パターン形成方法は、必要に応じて、上記レジスト下層膜に対し直接又は間接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。 The pattern forming method may optionally include a step of forming a silicon-containing film directly or indirectly on the resist underlayer film (hereinafter also referred to as a "silicon-containing film forming step"). Each step will be described below.

[塗工工程]
本工程では、基板に直接又は間接に当該組成物を塗工する。当該パターン形成方法は、通常、上記塗工工程により形成された塗工膜を加熱する工程(以下、「加熱工程」ともいう)を備える。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。
[Coating process]
In this step, the composition is directly or indirectly applied to the substrate. The pattern forming method usually includes a step of heating the coating film formed by the coating step (hereinafter also referred to as a "heating step"). Thereby, a resist underlayer film is formed. This step is the same as the coating step in the method for forming the resist underlayer film described above.

[加熱工程]
本工程では、上記塗工工程により形成された塗工膜を加熱してもよい。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加熱工程と同様である。
[Heating process]
In this step, the coating film formed by the coating step may be heated. This step is the same as the heating step in the method for forming the resist underlayer film described above.

[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に対し直接又は間接にケイ素含有膜を形成する。
[Silicon-containing film forming step]
In this step, a silicon-containing film is formed directly or indirectly on the resist underlayer film formed in the coating step.

ケイ素含有膜は、ケイ素含有膜形成用組成物の塗工、化学蒸着(CVD)法、原子層堆積(ALD)等により形成することができる。ケイ素含有膜をケイ素含有膜形成用組成物の塗工により形成する方法としては、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に対し直接又は間接に塗工して形成された塗工膜を、露光及び/又は加熱することにより硬化等させる方法が挙げられる。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。化学蒸着(CVD)法、原子層堆積(ALD)により、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、酸化窒化ケイ素膜、アモルファスケイ素膜を形成することができる。 A silicon-containing film can be formed by coating a composition for forming a silicon-containing film, chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), or the like. As a method of forming a silicon-containing film by coating a composition for forming a silicon-containing film, for example, a coating film formed by directly or indirectly coating the composition for forming a silicon-containing film on the resist underlayer film. is cured by exposure and/or heating. Commercially available products of the silicon-containing film-forming composition include, for example, "NFC SOG01", "NFC SOG04", and "NFC SOG080" (manufactured by JSR Corporation). Silicon oxide films, silicon nitride films, silicon oxynitride films, and amorphous silicon films can be formed by chemical vapor deposition (CVD) and atomic layer deposition (ALD).

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。 Radiation used for the exposure includes, for example, visible light, ultraviolet rays, far ultraviolet rays, electromagnetic waves such as X-rays and γ-rays, and particle beams such as electron beams, molecular beams and ion beams.

塗工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。塗工膜を加熱する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。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。上記平均厚みの上限としては、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。 The lower limit of the temperature for heating the coating film is preferably 90°C, more preferably 150°C, and even more preferably 200°C. The upper limit of the temperature is preferably 550°C, more preferably 450°C, and even more preferably 300°C. The lower limit of the time for heating the coating film is preferably 10 seconds, more preferably 30 seconds. The upper limit of the time is preferably 600 seconds, more preferably 300 seconds. The lower limit of the average thickness of the silicon-containing film to be formed is preferably 1 nm, more preferably 10 nm, and even more preferably 20 nm. The upper limit of the average thickness is preferably 20,000 nm, more preferably 1,000 nm, and even more preferably 100 nm.

[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に対し直接又は間接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。
[Resist pattern forming step]
In this step, a resist pattern is formed directly or indirectly on the resist underlayer film. Examples of a method for performing this step include a method using a resist composition.

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塗工した後、プレベークすることによって塗工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。 Specifically, in the method using the resist composition, after coating the resist composition so that the resulting resist film has a predetermined thickness, the solvent in the coated film is volatilized by pre-baking. , to form a resist film.

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。 Examples of the resist composition include a positive-type or negative-type chemically amplified resist composition containing a radiation-sensitive acid generator, a positive-type resist composition containing an alkali-soluble resin and a quinonediazide-based photosensitizer, an alkali-soluble Examples include negative resist compositions containing a resin and a cross-linking agent.

上記レジスト組成物の濃度の下限としては、0.3質量%が好ましく、1質量%がより好ましい。上記濃度の上限としては、50質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。また、上記レジスト組成物は、一般に、例えば孔径0.2μm以下のフィルターで濾過して、レジスト膜の形成に供される。なお、本工程では、市販のレジスト組成物をそのまま使用することもできる。 The lower limit of the concentration of the resist composition is preferably 0.3% by mass, more preferably 1% by mass. The upper limit of the concentration is preferably 50% by mass, more preferably 30% by mass. In addition, the resist composition is generally filtered through a filter having a pore size of 0.2 μm or less, for example, to form a resist film. In addition, in this step, a commercially available resist composition can be used as it is.

レジスト組成物の塗工方法としては特に限定されず、例えば回転塗工法等が挙げられる。また、プレベークの温度としては、使用されるレジスト組成物の種類等に応じて適宜調整されるが、上記温度の下限としては、30℃が好ましく、50℃がより好ましい。上記温度の上限としては、200℃が好ましく、150℃がより好ましい。プレベークの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。 The method of coating the resist composition is not particularly limited, and examples thereof include spin coating. The temperature for prebaking is appropriately adjusted according to the type of resist composition used, etc., but the lower limit of the above temperature is preferably 30°C, more preferably 50°C. The upper limit of the temperature is preferably 200°C, more preferably 150°C. The lower limit of the prebaking time is preferably 10 seconds, more preferably 30 seconds. The upper limit of the time is preferably 600 seconds, more preferably 300 seconds.

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。Next, the resist film thus formed is exposed by selective radiation irradiation. Depending on the type of radiation-sensitive acid generator used in the resist composition, the radiation used for exposure includes electromagnetic waves such as visible light, ultraviolet rays, deep ultraviolet rays, X-rays and gamma rays, electron beams, molecular beams, It is appropriately selected from particle beams such as ion beams. Among these, far ultraviolet rays are preferred, and KrF excimer laser light (248 nm), ArF excimer laser light (193 nm), F2 excimer laser light (wavelength 157 nm), Kr2 excimer laser light (wavelength 147 nm), ArKr excimer laser light. (wavelength 134 nm) or extreme ultraviolet rays (wavelength 13.5 nm, etc., EUV) are more preferred, and KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, or EUV is even more preferred.

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。このポストベークの温度としては、使用されるレジスト組成物の種類等に応じて適宜調整されるが、上記温度の下限としては、50℃が好ましく、70℃がより好ましい。上記温度の上限としては、200℃が好ましく、150℃がより好ましい。ポストベークの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。 After the exposure, post-baking can be performed to improve the resolution, pattern profile, developability, and the like. The post-baking temperature is appropriately adjusted according to the type of resist composition used, etc., but the lower limit of the above temperature is preferably 50°C, more preferably 70°C. The upper limit of the temperature is preferably 200°C, more preferably 150°C. The lower limit of post-baking time is preferably 10 seconds, more preferably 30 seconds. The upper limit of the time is preferably 600 seconds, more preferably 300 seconds.

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、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウム、メタ珪酸ナトリウム、アンモニア、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、ジメチルエタノールアミン、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)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、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-ノネン等の塩基性水溶液が挙げられる。これらの塩基性水溶液には、例えばメタノール、エタノール等のアルコール類などの水溶性有機溶媒、界面活性剤等を適量添加することもできる。また、有機溶媒現像の場合、現像液としては、例えば上述の組成物の[B]溶媒として例示した種々の有機溶媒等が挙げられる。 Next, the exposed resist film is developed with a developer to form a resist pattern. This development may be either alkali development or organic solvent development. Examples of the developer for alkaline development include sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, ammonia, ethylamine, n-propylamine, diethylamine, di-n-propylamine, triethylamine, methyl Diethylamine, dimethylethanolamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetraethylammonium hydroxide, pyrrole, piperidine, choline, 1,8-diazabicyclo[5.4.0]-7-undecene, 1,5 -diazabicyclo[4.3.0]-5-nonene and other basic aqueous solutions. Suitable amounts of water-soluble organic solvents such as alcohols such as methanol and ethanol, surfactants and the like can also be added to these basic aqueous solutions. In the case of organic solvent development, the developer includes, for example, various organic solvents exemplified as the [B] solvent of the composition described above.

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。 After developing with the developer, the resist is washed and dried to form a predetermined resist pattern.

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。 As a method for performing the resist pattern forming step, in addition to the method using the resist composition described above, a method using a nanoimprint method, a method using a self-assembled composition, and the like can also be used.

[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。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が、より良好な形状のパターンを得る観点からは、複数回が好ましい。複数回のエッチングを行う場合、ケイ素含有膜、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。これらの中で、基板のパターンの形状をより良好なものとする観点から、ドライエッチングが好ましい。このドライエッチングには、例えば酸素プラズマ等のガスプラズマ等が用いられる。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。
[Etching process]
In this step, etching is performed using the resist pattern as a mask. Etching may be performed once or multiple times, that is, etching may be performed sequentially using the pattern obtained by etching as a mask, but multiple times is preferable from the viewpoint of obtaining a pattern with a better shape. When etching is performed multiple times, etching is performed sequentially in the order of the silicon-containing film, the underlying film, and the substrate. Etching methods include dry etching, wet etching, and the like. Among these, dry etching is preferable from the viewpoint of improving the pattern shape of the substrate. For this dry etching, gas plasma such as oxygen plasma is used. After the etching, a patterned substrate with a predetermined pattern is obtained.

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。例えば、レジスト下層膜のマスクパターンは、フッ素系ガスエッチングにより、基板上のシリコン酸化膜(層間絶縁膜)にビアホールを形成する工程に用いられるので、フッ素系ガスエッチング耐性に優れることが求められる。Dry etching can be performed using, for example, a known dry etching apparatus. The etching gas used for dry etching can be appropriately selected depending on the mask pattern, the elemental composition of the film to be etched, etc. For example, CHF3 , CF4 , C2F6 , C3F8 , SF6. chlorine-based gases such as Cl 2 and BCl 3 ; oxygen - based gases such as O 2 , O 3 and H 2 O ; , C2H4 , C2H6 , C3H4 , C3H6 , C3H8 , HF , HI, HBr, HCl , NO , NH3 , reducing gases such as BCl3 , He, N 2 , an inert gas such as Ar is used. These gases can also be mixed and used. When etching a substrate using the pattern of the resist underlayer film as a mask, a fluorine-based gas is usually used. For example, since the mask pattern of the resist underlayer film is used in the step of forming via holes in the silicon oxide film (interlayer insulating film) on the substrate by fluorine gas etching, it is required to have excellent fluorine gas etching resistance.

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。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Methods for measuring various physical properties are shown below.

[レジスト下層膜の平均厚み]
レジスト下層膜の平均厚みは、分光エリプソメータ(J.A.WOOLLAM社の「M2000D」)を用いて測定した。
[Average thickness of resist underlayer film]
The average thickness of the resist underlayer film was measured using a spectroscopic ellipsometer ("M2000D" manufactured by JA WOOLLAM).

<[A]化合物の合成>
[A]化合物としての化合物(A-1)~(A-5)を下記方法により合成した。
<Synthesis of [A] compound>
[A] Compounds (A-1) to (A-5) were synthesized by the following method.

[合成例1-1]
温度計、コンデンサー及びマグネチックスターラーを備えた3口フラスコに、窒素雰囲気下、1-ピレンカルバルデヒド20.0g及びN,N-ジエチルアニリン259.3gを仕込み、室温にて溶解させた。96質量%硫酸0.4gを30分かけて滴下した。滴下終了後、60℃に加温して10時間反応させた。反応終了後、本反応溶液を多量の水に加えた後、メチルイソブチルケトン(MIBK)60g及びテトラヒドロフラン(THF)30gを加えて抽出を行った。水洗を3回実施した後、有機相を600gのヘキサンに投入し再沈澱した。得られた沈澱物を60℃で一晩減圧乾燥することで下記化合物(A-1)(分子量511)を得た。
[Synthesis Example 1-1]
A three-necked flask equipped with a thermometer, a condenser and a magnetic stirrer was charged with 20.0 g of 1-pyrenecarbaldehyde and 259.3 g of N,N-diethylaniline under a nitrogen atmosphere and dissolved at room temperature. 0.4 g of 96% by mass sulfuric acid was added dropwise over 30 minutes. After completion of dropping, the mixture was heated to 60° C. and reacted for 10 hours. After completion of the reaction, this reaction solution was added to a large amount of water, and then 60 g of methyl isobutyl ketone (MIBK) and 30 g of tetrahydrofuran (THF) were added for extraction. After washing with water three times, the organic phase was poured into 600 g of hexane and reprecipitated. The obtained precipitate was dried overnight at 60° C. under reduced pressure to obtain the following compound (A-1) (molecular weight: 511).

Figure 0007255589000009
Figure 0007255589000009

[合成例1-2]
温度計、コンデンサー及びマグネチックスターラーを備えた3口フラスコに、アルゴン雰囲気下、N,N’-ジ-p-トリル-3,3’-ジメチルベンジジン3.93g、4-エチルヨードベンゼン4.73g、銅粉0.1g、炭酸カリウム1.38g及び20mLのニトロベンゼンを加え、アルゴンをバブリングさせながら撹拌し、水をニトロベンゼンとの共沸で取り除きながら24時間還流させた。反応液を濾過後に、ニトロベンゼンを留去し、アルミナカラムクロマトグラフィーで精製し下記化合物(A-2)(分子量601)を得た。
[Synthesis Example 1-2]
3.93 g of N,N'-di-p-tolyl-3,3'-dimethylbenzidine and 4.73 g of 4-ethyliodobenzene were placed in a three-necked flask equipped with a thermometer, condenser and magnetic stirrer under an argon atmosphere. , 0.1 g of copper powder, 1.38 g of potassium carbonate and 20 mL of nitrobenzene were added, stirred with argon bubbling, and refluxed for 24 hours while removing water azeotropically with nitrobenzene. After filtering the reaction solution, nitrobenzene was distilled off and the residue was purified by alumina column chromatography to obtain the following compound (A-2) (molecular weight: 601).

Figure 0007255589000010
Figure 0007255589000010

[合成例1-3]
反応容器に、窒素雰囲気下、2-アセチルフルオレン20.0g及びm-キシレン20.0gを仕込み、110℃にて溶解させた。次いで、ドデシルベンゼンスルホン酸3.14gを添加し、140℃に加熱して16時間反応させた。反応終了後、本反応溶液にキシレン80gを加えて希釈した後、50℃に冷却し、500gのメタノールに投入し再沈殿した。得られた沈殿物をトルエンで洗浄した後、固体をろ紙で回収し、乾燥して下記式(b-1)で表される化合物(b-1)を得た。
[Synthesis Example 1-3]
20.0 g of 2-acetylfluorene and 20.0 g of m-xylene were placed in a reactor under a nitrogen atmosphere and dissolved at 110.degree. Then, 3.14 g of dodecylbenzenesulfonic acid was added, heated to 140° C. and reacted for 16 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was diluted with 80 g of xylene, cooled to 50° C., and poured into 500 g of methanol for reprecipitation. After the obtained precipitate was washed with toluene, the solid was collected with filter paper and dried to obtain a compound (b-1) represented by the following formula (b-1).

Figure 0007255589000011
Figure 0007255589000011

反応容器に、窒素雰囲気下、上記化合物(b-1)10.0g、N,N-ジメチルアミノベンズアルデヒド8.23g及びトルエン50gを加え、撹拌した後、50質量%水酸化ナトリウム水溶液25.2g及びテトラブチルアンモニウムブロミド1.7gを加え、92℃で12時間反応させた。反応液を50℃に冷却した後、テトラヒドロフラン25gを加えた。水相を除去した後、1質量%シュウ酸水溶液50gを加えて分液抽出を行った後、ヘキサンに投入し再沈殿した。得られた沈殿物をろ紙で回収し、乾燥して下記化合物(A-3)(分子量964)を得た。 10.0 g of the above compound (b-1), 8.23 g of N,N-dimethylaminobenzaldehyde and 50 g of toluene were added to a reaction vessel under a nitrogen atmosphere, and after stirring, 25.2 g of a 50% by mass aqueous sodium hydroxide solution and 1.7 g of tetrabutylammonium bromide was added and reacted at 92° C. for 12 hours. After cooling the reaction solution to 50° C., 25 g of tetrahydrofuran was added. After removing the aqueous phase, 50 g of a 1% by mass aqueous oxalic acid solution was added to separate and extract the liquids, and then the mixture was added to hexane for reprecipitation. The resulting precipitate was collected with filter paper and dried to obtain the following compound (A-3) (molecular weight: 964).

Figure 0007255589000012
Figure 0007255589000012

[合成例1-4]
反応容器に、窒素雰囲気下で、2,7-ジ-(N,N-ジフェニルアミノ)-9H-フルオレン5.00g、1-ブロモヘキサン3.63g及びトルエン50gを加え、撹拌した後、50質量%水酸化ナトリウム水溶液25.2g及びテトラブチルアンモニウムブロミド1.7gを加え、92℃で12時間反応させた。反応液を50℃に冷却した後、テトラヒドロフラン25gを加えた。水相を除去した後、1質量%シュウ酸水溶液50gを加えて分液抽出を行った後、ヘキサンに投入し再沈殿した。得られた沈殿物をろ紙で回収し、乾燥して下記化合物(A-4)(分子量669)を得た。
[Synthesis Example 1-4]
5.00 g of 2,7-di-(N,N-diphenylamino)-9H-fluorene, 3.63 g of 1-bromohexane and 50 g of toluene were added to a reaction vessel under a nitrogen atmosphere, and after stirring, 50 mass % sodium hydroxide aqueous solution and 1.7 g of tetrabutylammonium bromide were added and reacted at 92° C. for 12 hours. After cooling the reaction solution to 50° C., 25 g of tetrahydrofuran was added. After removing the aqueous phase, 50 g of a 1% by mass aqueous oxalic acid solution was added to separate and extract the liquids, and the mixture was poured into hexane for reprecipitation. The resulting precipitate was collected with filter paper and dried to obtain the following compound (A-4) (molecular weight: 669).

Figure 0007255589000013
Figure 0007255589000013

[合成例1-5]
反応容器に、窒素雰囲気下で、5,11,17,23-テトラ-t-ブチル-25,26,27,28-テトラメトキシ-2,8,14,20-テトラアザカリックス[4]アレーン10g、ヨウ化ブチル20g、2,6-t-ブチル-4-メチルピリジン11.5g及びN,N-ジメチルアセトアミド100gを仕込み、40℃で48時間反応させた。冷却後にシクロヘキサノン60g、MIBK40g、5質量%塩酸水でそれぞれ洗浄し、MIBKを留去し、シクロヘキサノンで希釈して、下記化合物(A-5)(分子量933)の10質量%溶液を得た。
[Synthesis Example 1-5]
10 g of 5,11,17,23-tetra-t-butyl-25,26,27,28-tetramethoxy-2,8,14,20-tetraazacalix[4]arene was placed in a reaction vessel under a nitrogen atmosphere. , 20 g of butyl iodide, 11.5 g of 2,6-t-butyl-4-methylpyridine and 100 g of N,N-dimethylacetamide were charged and reacted at 40° C. for 48 hours. After cooling, it was washed with 60 g of cyclohexanone, 40 g of MIBK, and 5% by mass hydrochloric acid water, and MIBK was distilled off, and diluted with cyclohexanone to obtain a 10% by mass solution of the following compound (A-5) (molecular weight: 933).

Figure 0007255589000014
Figure 0007255589000014

[合成例2-1]
下記式(a-1)で表される樹脂を以下の方法により合成した。反応容器に、窒素雰囲気下、4-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。
[Synthesis Example 2-1]
A resin represented by the following formula (a-1) was synthesized by the following method. In a reaction vessel, 250.0 g of 4-cresol, 125.0 g of 37 mass% formalin and 2 g of anhydrous oxalic acid were added under a nitrogen atmosphere, reacted at 100°C for 3 hours and at 180°C for 1 hour, and then reduced under reduced pressure. Unreacted monomers were removed to obtain a resin represented by the following formula (a-1).

Figure 0007255589000015
Figure 0007255589000015

<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、[C]酸化剤及び[D]架橋剤について以下に示す。
<Preparation of Composition for Forming Resist Underlayer Film>
The [A] compound, [B] solvent, [C] oxidizing agent and [D] cross-linking agent used in the preparation of the composition for forming a resist underlayer film are shown below.

[[A]化合物]
実施例:上記合成した化合物(A-1)~(A-5)
比較例:上記合成した樹脂(a-1)
[[A] compound]
Examples: Compounds (A-1) to (A-5) synthesized above
Comparative example: Resin (a-1) synthesized above

[[B]溶媒]
B-1:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
B-2:シクロヘキサノン
[[B] solvent]
B-1: propylene glycol monomethyl ether acetate B-2: cyclohexanone

[[C]酸化剤]
C-1:4-アセトアミド-2,2,6,6-テトラメチル-1-オキソピペリジニウムトリフルオロメタンスルホネート(下記式(C-1)で表される化合物)
C-2:ビス(4-t-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(下記式(C-2)で表される化合物)
[[C] oxidizing agent]
C-1: 4-acetamido-2,2,6,6-tetramethyl-1-oxopiperidinium trifluoromethanesulfonate (compound represented by the following formula (C-1))
C-2: bis(4-t-butylphenyl)iodonium trifluoromethanesulfonate (compound represented by the following formula (C-2))

Figure 0007255589000016
Figure 0007255589000016

[[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] cross-linking agent]
D-1: 1,3,4,6-tetrakis(methoxymethyl)glycoluril (compound represented by the following formula (D-1))

Figure 0007255589000017
Figure 0007255589000017

[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濾過して、レジスト下層膜形成用組成物(J-1)を調製した。
[Example 1-1]
[A] 10 parts by mass of (A-1) as a compound was dissolved in 90 parts by mass of (B-1) as a [B] solvent. The resulting solution was filtered through a membrane filter with a pore size of 0.1 μm to prepare a resist underlayer film-forming composition (J-1).

[実施例1-2~1-10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-10)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。
[Examples 1-2 to 1-10 and Comparative Example 1-1]
Compositions (J-2) to (J-10) and (CJ) for forming a resist underlayer film were prepared in the same manner as in Example 1-1, except that each component having the type and content shown in Table 1 below was used. -1) was prepared. "-" in Table 1 indicates that the corresponding component was not used.

Figure 0007255589000018
Figure 0007255589000018

<レジスト下層膜の形成>
[実施例2-1~2-10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。
<Formation of resist underlayer film>
[Examples 2-1 to 2-10 and Comparative Example 2-1]
The composition for forming a resist underlayer film prepared above was coated on a silicon wafer (substrate) by a spin coating method using a spin coater (“CLEAN TRACK ACT 12” available from Tokyo Electron Ltd.). Next, in an air atmosphere, after heating (baking) at the heating temperature (° C.) and heating time (sec) shown in Table 2 below, the resist underlayer film having an average thickness of 200 nm was obtained by cooling at 23° C. for 60 seconds. was formed to obtain a substrate with a resist underlayer film in which a resist underlayer film was formed on the substrate.

<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。
<Evaluation>
Using the composition for forming a resist underlayer film and the substrate with a resist underlayer film obtained above, the following items were evaluated by the following methods. The evaluation results are also shown in Table 2 below.

[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、上記TG-DTA装置を用いて、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。
[Heat-resistant]
The composition for forming a resist underlayer film prepared above is applied to a silicon wafer having a diameter of 8 inches by a spin coating method, and baked at 250° C. for 60 seconds in an air atmosphere to form a resist underlayer film. Then, a substrate with a resist underlayer film was obtained. Next, the powder is collected by scraping the resist underlayer film of the substrate with the resist underlayer film, and the powder of the resist underlayer film is a container used for measurement with a TG-DTA device (“TG-DTA2000SR” by NETZSCH). was placed in a container and the mass before heating was measured. Next, using the above TG-DTA apparatus, the powder was heated to 400° C. at a heating rate of 10° C./min in a nitrogen atmosphere, and the mass of the powder at 400° C. was measured. Then, the mass reduction rate (%) was measured by the following formula, and this mass reduction rate was used as a measure of heat resistance.
M L = {(m1−m2)/m1}×100
Here, in the above formula, ML is the mass reduction rate (%), m1 is the mass before heating (mg), and m2 is the mass at 400°C (mg).
As for the heat resistance, the smaller the mass reduction rate of the powder used as the sample, the less the sublimate generated during heating of the resist underlayer film and the decomposition product of the resist underlayer film. That is, the smaller the mass reduction rate, the higher the heat resistance. The heat resistance is "A" (very good) when the mass reduction rate is less than 5%, "B" (good) when it is 5% or more and less than 10%, and "C" when it is 10% or more ( bad).

[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)を算出した。次いで、比較例2-1のエッチング速度を基準として比較例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。表2中のエッチング耐性の欄の「-」は評価の基準であることを示す。
[Etching resistance]
The resist underlayer film on the substrate with the resist underlayer film thus obtained was etched using an etching apparatus ("TACTRAS" manufactured by Tokyo Electron Ltd.) with CF 4 /Ar=110/440 sccm, PRESS. = 30 MT, HF RF (radio frequency power for plasma generation) = 500 W, LF RF (radio frequency power for bias) = 3000 W, DCS = -150 V, RDC (gas center flow ratio) = 50%, 30 sec. The etching rate (nm/min) was calculated from the average thicknesses of the resist underlayer films before and after. Next, the ratio to Comparative Example 2-1 was calculated based on the etching rate of Comparative Example 2-1, and used as a measure of etching resistance. The etching resistance was evaluated as "A" (good) when the ratio was 0.98 or more and less than 1.00, and as "B" (bad) when the ratio was 1.00 or more. "-" in the column of etching resistance in Table 2 indicates the evaluation criteria.

[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。
[Film Defect Suppression]
A composition for forming a silicon-containing film (“NFC SOG080” available from JSR Corporation) was applied onto the substrate with the resist underlayer film obtained above by a spin coating method, and then coated at 200° C. for 60 seconds in an air atmosphere. A silicon-containing film having an average thickness of 50 nm was formed by heating (baking) to obtain a silicon-containing film-coated substrate. After further heating (baking) the substrate with the silicon-containing film obtained above at 450° C. for 60 seconds, the surface of the silicon-containing film was observed with an optical microscope. The film defect suppression property was evaluated as "A" (good) when no cracking or peeling of the silicon-containing film was observed, and as "B" (poor) when cracking or peeling of the silicon-containing film was observed. .

Figure 0007255589000019
Figure 0007255589000019

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、耐熱性、エッチング耐性及び膜欠陥抑制性に優れている。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、耐熱性及び膜欠陥抑制性が不良であり、エッチング耐性は劣っていた。 As can be seen from the results in Table 2, the resist underlayer films formed from the resist underlayer film-forming compositions of Examples are excellent in heat resistance, etching resistance, and film defect suppressing properties. On the other hand, the resist underlayer film formed from the composition for forming a resist underlayer film of Comparative Example had poor heat resistance and film defect suppressing properties, and was inferior in etching resistance.

[レジストパターン形成]
上記得られたレジスト下層膜形成用組成物(J-1)~(J-10)を用いて形成さ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。次に、上記ケイ素含有膜上に、ArF用レジスト組成物(JSR(株)の「AR1682J」)を回転塗工法により塗工し、大気雰囲気下にて130℃で60秒間加熱(焼成)して、平均厚み200nmのレジスト膜を形成した。その後、レジスト膜を、(株)ニコンのArFエキシマレーザー露光装置(レンズ開口数0.78、露光波長193nm)を用いて、ターゲットサイズが100nmの1対1のラインアンドスペースのマスクパターンを介して、露光量を変化させて露光した後、大気雰囲気下にて130℃で60秒間加熱(焼成)し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液を用いて、25℃で1分間現像し、水洗、乾燥した。上記レジスト膜を、走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジーズの「CG-4000」)にて観察することにより、ラインパターンの線幅が30nmから100nmである200nmピッチのラインアンドスペースのレジストパターンが形成されていることを確認した。
[Resist pattern formation]
A composition for forming a silicon-containing film (JSR Corporation's " NFC SOG080") was applied by a spin coating method, and then heated (baked) at 200° C. for 60 seconds in an air atmosphere to form a silicon-containing film having an average thickness of 50 nm, thereby obtaining a substrate with a silicon-containing film. Next, an ArF resist composition (“AR1682J” available from JSR Corporation) is applied onto the silicon-containing film by a spin coating method, and heated (baked) at 130° C. for 60 seconds in an air atmosphere. , a resist film having an average thickness of 200 nm was formed. Thereafter, the resist film is exposed through a 1:1 line-and-space mask pattern with a target size of 100 nm using an ArF excimer laser exposure apparatus (lens numerical aperture: 0.78, exposure wavelength: 193 nm) manufactured by Nikon Corporation. , After exposure by changing the exposure amount, heating (baking) at 130 ° C. for 60 seconds in an air atmosphere, using a 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution, at 25 ° C. for 1 minute. Developed, washed with water and dried. By observing the resist film with a scanning electron microscope ("CG-4000" by Hitachi High-Technologies Corporation), a line-and-space resist pattern with a line pattern of 200 nm pitch and a line width of 30 nm to 100 nm. was confirmed to be formed.

本発明のレジスト下層膜形成用組成物は、耐熱性、エッチング耐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、耐熱性、エッチング耐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、耐熱性、エッチング耐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。本発明のパターン形成方法によれば、このような優れたレジスト下層膜を用いることにより、良好なパターン形状を有する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。 The composition for forming a resist underlayer film of the present invention can form a resist underlayer film that is excellent in heat resistance, etching resistance, and film defect suppressing properties. The resist underlayer film of the present invention is excellent in heat resistance, etching resistance and film defect suppressing property. According to the method for forming a resist underlayer film of the present invention, a resist underlayer film having excellent heat resistance, etching resistance, and film defect suppressing properties can be formed. According to the pattern forming method of the present invention, a patterned substrate having a favorable pattern shape can be obtained by using such an excellent resist underlayer film. Therefore, these can be suitably used for the manufacture of semiconductor devices, etc., which are expected to be further miniaturized in the future.

Claims (11)

芳香環及びこの芳香環の炭素原子に結合する窒素原子を有する化合物と、
溶媒と
を含有し、
上記化合物が、下記式(1)又は下記式(2)で表されるレジスト下層膜形成用組成物。
Figure 0007255589000020
(式(1)中、Rは、下記式(3)で表される基である。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基若しくは水素原子である(但し、R 及びR の少なくとも一方が非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基であり、R 及びR の少なくとも一方が鎖状炭化水素基である場合、上記鎖状炭化水素基がアルカンから1個の水素原子を除いた基である。)か、又はR及びRが互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数3~20の環構造の一部である。但し、R、R及びRの少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(1)中の窒素原子に結合する基である。nは、~10の整数である。複数のRは同一又は異なり、複数のRは同一又は異なる。
式(2)中、R2’は、置換若しくは非置換の炭素数1~20の2価の炭化水素基である。R3’は、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基又は水素原子である。但し、R2’及びR3’の少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(2)中の窒素原子に結合する基である。mは、1~10の整数である。mが2以上の場合、複数のR2’は同一又は異なり、複数のR3’は同一又は異なる。)
Figure 0007255589000021
(式(3)中、Ar は、炭素数6~70のアレーンから芳香環上の(p+a)個の水素原子を除いた基である。R は、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基又はハロゲン原子である。pは、0~20の整数である。pが2以上の場合、複数のR は同一又は異なる。aは、1~10の整数である。*は、上記式(1)における窒素原子との結合部位を示す。)
a compound having an aromatic ring and a nitrogen atom bonded to a carbon atom of the aromatic ring;
containing a solvent and
A composition for forming a resist underlayer film, wherein the compound is represented by the following formula (1) or (2).
Figure 0007255589000020
(In formula (1), R 1 is a group represented by the following formula (3) . R 3 and R 4 each independently represent a substituted or unsubstituted monovalent C 1-20 a hydrocarbon group or a hydrogen atom (with the proviso that at least one of R 3 and R 4 is an unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and at least one of R 3 and R 4 is a chain carbonized When it is a hydrogen group, the chain hydrocarbon group is an alkane with one hydrogen atom removed), or R 3 and R 4 are combined with each other and formed with the nitrogen atom to which they are attached. It is part of a ring structure having 3 to 20 ring members, provided that at least one of R 1 , R 3 and R 4 has an aromatic ring, and the carbon atom of this aromatic ring is A group bonded to a nitrogen atom, n is an integer of 2 to 10. Plural R 3 are the same or different, and plural R 4 are the same or different.
In formula (2), R 2′ is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R 3′ is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms or a hydrogen atom. However, at least one of R 2' and R 3' is a group having an aromatic ring and bonding to the nitrogen atom in the above formula (2) through a carbon atom of the aromatic ring. m is an integer from 1 to 10; When m is 2 or more, multiple R 2' are the same or different, and multiple R 3' are the same or different. )
Figure 0007255589000021
(In the formula (3), Ar 1 is a group obtained by removing (p+a) hydrogen atoms on an aromatic ring from an arene having 6 to 70 carbon atoms . is an organic group, a hydroxy group, or a halogen atom, p is an integer of 0 to 20. When p is 2 or more, multiple R A are the same or different, and a is an integer of 1 to 10.* indicates the bonding site with the nitrogen atom in the above formula (1).)
上記式(1)におけるR及びRが、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基であるか、又はR及びRが互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数3~20の環構造の一部である請求項に記載のレジスト下層膜形成用組成物。 R 3 and R 4 in the above formula (1) are substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms, or R 3 and R 4 are combined with each other and the nitrogen atom to which they are bonded 2. The composition for forming a resist underlayer film according to claim 1 , which is a part of a ring structure having 3 to 20 ring members formed together with 上記式(3)で表される基が下記式で表される基のいずれか1つである請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜形成用組成物。3. The composition for forming a resist underlayer film according to claim 1, wherein the group represented by formula (3) is any one of the groups represented by the following formulae.
Figure 0007255589000022
Figure 0007255589000022
(上記式中、Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~20の1価の炭化水素基である。*は、上記式(3)と同義である。)(In the above formula, each R is independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. * has the same meaning as in formula (3) above.)
上記化合物の分子量が4,000以下である請求項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。 4. The composition for forming a resist underlayer film according to any one of claims 1 to 3 , wherein the compound has a molecular weight of 4,000 or less. 上記化合物の含有割合が、上記溶媒以外の全成分に対して50質量%以上である請求項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。 5. The composition for forming a resist underlayer film according to any one of claims 1 to 4 , wherein the content of the compound is 50% by mass or more with respect to all components other than the solvent. 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。 A resist underlayer film formed from the composition for forming a resist underlayer film according to claim 1 . 基板に直接又は間接にレジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程
を備え、
上記レジスト下層膜形成用組成物が、
芳香環及びこの芳香環の炭素原子に結合する窒素原子を有する化合物、及び
溶媒
を含有し、
上記化合物が、下記式(1)又は下記式(2)で表されるレジスト下層膜の形成方法。
Figure 0007255589000023
(式(1)中、Rは、下記式(3)で表される基である。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基若しくは水素原子である(但し、R 及びR の少なくとも一方が非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基であり、R 及びR の少なくとも一方が鎖状炭化水素基である場合、上記鎖状炭化水素基がアルカンから1個の水素原子を除いた基である。)か、又はR及びRが互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数3~20の環構造の一部である。但し、R、R及びRの少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(1)中の窒素原子に結合する基である。nは、~10の整数である。複数のRは同一又は異なり、複数のRは同一又は異なる。
式(2)中、R2’は、置換若しくは非置換の炭素数1~20の2価の炭化水素基である。R3’は、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基又は水素原子である。但し、R2’及びR3’の少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(2)中の窒素原子に結合する基である。mは、1~10の整数である。mが2以上の場合、複数のR2’は同一又は異なり、複数のR3’は同一又は異なる。)
Figure 0007255589000024
(式(3)中、Ar は、炭素数6~70のアレーンから芳香環上の(p+a)個の水素原子を除いた基である。R は、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基又はハロゲン原子である。pは、0~20の整数である。pが2以上の場合、複数のR は同一又は異なる。aは、1~10の整数である。*は、上記式(1)における窒素原子との結合部位を示す。)
A step of directly or indirectly applying a composition for forming a resist underlayer film to a substrate,
The composition for forming a resist underlayer film is
a compound having an aromatic ring and a nitrogen atom attached to a carbon atom of the aromatic ring; and a solvent,
A method for forming a resist underlayer film in which the compound is represented by the following formula (1) or (2).
Figure 0007255589000023
(In formula (1), R 1 is a group represented by the following formula (3) . R 3 and R 4 each independently represent a substituted or unsubstituted monovalent C 1-20 a hydrocarbon group or a hydrogen atom (with the proviso that at least one of R 3 and R 4 is an unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and at least one of R 3 and R 4 is a chain carbonized When it is a hydrogen group, the chain hydrocarbon group is an alkane with one hydrogen atom removed), or R 3 and R 4 are combined with each other and formed with the nitrogen atom to which they are attached. It is part of a ring structure having 3 to 20 ring members, provided that at least one of R 1 , R 3 and R 4 has an aromatic ring, and the carbon atom of this aromatic ring is A group bonded to a nitrogen atom, n is an integer of 2 to 10. Plural R 3 are the same or different, and plural R 4 are the same or different.
In formula (2), R 2′ is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R 3′ is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms or a hydrogen atom. However, at least one of R 2' and R 3' is a group having an aromatic ring and bonding to the nitrogen atom in the above formula (2) through a carbon atom of the aromatic ring. m is an integer from 1 to 10; When m is 2 or more, multiple R 2' are the same or different, and multiple R 3' are the same or different. )
Figure 0007255589000024
(In the formula (3), Ar 1 is a group obtained by removing (p+a) hydrogen atoms on an aromatic ring from an arene having 6 to 70 carbon atoms . is an organic group, a hydroxy group, or a halogen atom, p is an integer of 0 to 20. When p is 2 or more, multiple R A are the same or different, and a is an integer of 1 to 10.* indicates the bonding site with the nitrogen atom in the above formula (1).)
上記式(3)で表される基が下記式で表される基のいずれか1つである請求項1又は請求項7に記載のレジスト下層膜の形成方法。8. The method of forming a resist underlayer film according to claim 1, wherein the group represented by formula (3) is any one of the groups represented by the following formulae.
Figure 0007255589000025
Figure 0007255589000025
(上記式中、Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~20の1価の炭化水素基である。*は、上記式(3)と同義である。)(In the above formula, each R is independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. * has the same meaning as in formula (3) above.)
基板に直接又は間接に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に対し直接又は間接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、
上記レジスト下層膜形成用組成物が、
芳香環及びこの芳香環の炭素原子に結合する窒素原子を有する化合物、及び
溶媒
を含有し、
上記化合物が、下記式(1)又は下記式(2)で表されるパターン形成方法。
Figure 0007255589000026
(式(1)中、Rは、下記式(3)で表される基である。R及びRは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基若しくは水素原子である(但し、R 及びR の少なくとも一方が非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基であり、R 及びR の少なくとも一方が鎖状炭化水素基である場合、上記鎖状炭化水素基がアルカンから1個の水素原子を除いた基である。)か、又はR及びRが互いに合わせられこれらが結合する窒素原子と共に構成される環員数3~20の環構造の一部である。但し、R、R及びRの少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(1)中の窒素原子に結合する基である。nは、~10の整数である。複数のRは同一又は異なり、複数のRは同一又は異なる。
式(2)中、R2’は、置換若しくは非置換の炭素数1~20の2価の炭化水素基である。R3’は、置換若しくは非置換の炭素数1~20の1価の炭化水素基又は水素原子である。但し、R2’及びR3’の少なくとも1つは、芳香環を有し、この芳香環の炭素原子で上記式(2)中の窒素原子に結合する基である。mは、1~10の整数である。mが2以上の場合、複数のR2’は同一又は異なり、複数のR3’は同一又は異なる。)
Figure 0007255589000027
(式(3)中、Ar は、炭素数6~70のアレーンから芳香環上の(p+a)個の水素原子を除いた基である。R は、炭素数1~20の1価の有機基、ヒドロキシ基又はハロゲン原子である。pは、0~20の整数である。pが2以上の場合、複数のR は同一又は異なる。aは、1~10の整数である。*は、上記式(1)における窒素原子との結合部位を示す。)
a step of directly or indirectly applying a composition for forming a resist underlayer film onto a substrate;
a step of directly or indirectly forming a resist pattern on the resist underlayer film formed by the coating step;
and a step of performing etching using the resist pattern as a mask,
The composition for forming a resist underlayer film is
a compound having an aromatic ring and a nitrogen atom attached to a carbon atom of the aromatic ring; and a solvent,
A pattern forming method wherein the compound is represented by the following formula (1) or (2).
Figure 0007255589000026
(In formula (1), R 1 is a group represented by the following formula (3) . R 3 and R 4 each independently represent a substituted or unsubstituted monovalent C 1-20 a hydrocarbon group or a hydrogen atom (with the proviso that at least one of R 3 and R 4 is an unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and at least one of R 3 and R 4 is a chain carbonized When it is a hydrogen group, the chain hydrocarbon group is an alkane with one hydrogen atom removed), or R 3 and R 4 are combined with each other and formed with the nitrogen atom to which they are attached. It is part of a ring structure having 3 to 20 ring members, provided that at least one of R 1 , R 3 and R 4 has an aromatic ring, and the carbon atom of this aromatic ring is A group bonded to a nitrogen atom, n is an integer of 2 to 10. Plural R 3 are the same or different, and plural R 4 are the same or different.
In formula (2), R 2′ is a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. R 3′ is a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms or a hydrogen atom. However, at least one of R 2' and R 3' is a group having an aromatic ring and bonding to the nitrogen atom in the above formula (2) through a carbon atom of the aromatic ring. m is an integer from 1 to 10; When m is 2 or more, multiple R 2' are the same or different, and multiple R 3' are the same or different. )
Figure 0007255589000027
(In the formula (3), Ar 1 is a group obtained by removing (p+a) hydrogen atoms on an aromatic ring from an arene having 6 to 70 carbon atoms . is an organic group, a hydroxy group, or a halogen atom, p is an integer of 0 to 20. When p is 2 or more, multiple R A are the same or different, and a is an integer of 1 to 10.* indicates the bonding site with the nitrogen atom in the above formula (1).)
レジストパターンを形成する工程の前に、
上記塗工工程により形成されたレジスト下層膜に対し直接又は間接にケイ素含有膜を形成する工程を備える請求項に記載のパターン形成方法。
Before the process of forming a resist pattern,
10. The pattern forming method according to claim 9 , comprising a step of directly or indirectly forming a silicon-containing film on the resist underlayer film formed by the coating step.
上記式(3)で表される基が下記式で表される基のいずれか1つである請求項1又は請求項9又は請求項10に記載のパターン形成方法。11. The pattern forming method according to claim 1, wherein the group represented by formula (3) is any one of the groups represented by the following formulae.
Figure 0007255589000028
Figure 0007255589000028
(上記式中、Rは、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~20の1価の炭化水素基である。*は、上記式(3)と同義である。)(In the above formula, each R is independently a hydrogen atom or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. * has the same meaning as in formula (3) above.)
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