JPWO2017188263A1 - 膜密度が向上したレジスト下層膜を形成するための組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 下記式(1):
【化1】
(式(1)中、基A及び基Bはそれぞれ、芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環を有する有機基であって、酸化により質量増を生じる化学基(a)、加熱により架橋形成を生じる化学基(b)、及び硬化中に相分離を誘発する化学基(c)からなる群より選ばれた同種又は異種の2つ以上の1価又は2価の化学基が、該基A及び/又は基B中の該環上の水素原子と、それぞれ置換した構造を有する有機基である。)で表される繰り返し単位構造を有するノボラック樹脂を含むレジスト下層膜形成組成物。該組成物は更に架橋剤、酸及び/又は酸発生剤を含む。該レジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し焼成することによって得られるレジスト下層膜の製造方法。
【選択図】 なし
Description
(式(1)において、基A及び基Bはそれぞれ独立して、芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環を有する有機基であって、酸化により質量増を生じる化学基(a)、加熱により架橋形成を生じる化学基(b)、及び硬化中に相分離を誘発する化学基(c)からなる群より選ばれた同種又は異種の2つ以上の1価又は2価の化学基が、該基Aもしくは基B又はその両方の基中の、芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環上の炭素原子に結合する水素原子と、それぞれ置換した構造を有する有機基であり、前記化学基が2価の場合、前記環同士は該化学基を介して結合もしくは該化学基とともに縮合していてもよい。)で表される繰り返し単位構造を有するノボラック樹脂を含むレジスト下層膜形成組成物、
第2観点として、芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環を有する有機基が、1又は複数のベンゼン環、ナフタレン環、又はベンゼン環とヘテロ環との縮合環を有する有機基である第1観点に記載のレジスト下層膜形成組成物、
第3観点として、式(1)のノボラック樹脂が、化学基(a)、化学基(b)、化学基(c)、化学基(a)と化学基(b)の組み合わせ、化学基(a)と化学基(c)の組み合わせ、化学基(b)と化学基(c)の組み合わせ、化学基(a)と化学基(b)と化学基(c)の組み合わせ、から選ばれた2種類以上の化学基で芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環の水素原子をそれぞれ置換した構造を有するノボラック樹脂である第1観点又は第2観点に記載のレジスト下層膜形成組成物、
第4観点として、式(1)で表されるノボラック樹脂は、化学基(b)から選ばれた同種又は異種の2種の化学基、又は化学基(a)と化学基(b)からそれぞれ選ばれた2種類の化学基が、基A及び基Bの両方の基中の芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環上の炭素原子に結合する少なくとも1つの水素原子とそれぞれ置換して、単位構造中に2種類の化学基が導入された構造を有するものである第3観点に記載のレジスト下層膜形成組成物、
第5観点として、化学基(a)がメチル基、スルフィド基、又はその組み合わせである第1観点乃至第4観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物、
第6観点として、化学基(b)がアミノ基、カルボキシル基、カルボン酸アルキルエステル基、ニトロ基、ヒドロキシ基、エーテル基、又はその組み合わせである第1観点乃至第5観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物、
第7観点として、化学基(c)がフルオロアルキル基である第1観点乃至第6観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物、
第8観点として、更に架橋剤を含む第1観点乃至第7観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物、
第9観点として、更に酸及び/又は酸発生剤を含む第1観点乃至第8観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物、
第10観点として、第1観点乃至第9観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し焼成することによって得られるレジスト下層膜の製造方法、
第11観点として、半導体基板上に第1観点乃至第9観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物からレジスト下層膜を形成する工程、その上にレジスト膜を形成する工程、光又は電子線の照射と現像によりレジストパターンを形成する工程、形成されたレジストパターンにより該下層膜をエッチングする工程、及びパターン化された下層膜により半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法、及び
第12観点として、半導体基板上に第1観点乃至第9観点のいずれか一つに記載のレジスト下層膜形成組成物からレジスト下層膜を形成する工程、その上にハードマスクを形成する工程、更にその上にレジスト膜を形成する工程、光又は電子線の照射と現像によりレジストパターンを形成する工程、形成されたレジストパターンによりハードマスクをエッチングする工程、パターン化されたハードマスクにより該下層膜をエッチングする工程、及びパターン化されたレジスト下層膜により半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法である。
好ましくは、式(1)において有機基Aとしてはベンゼン、ナフタレン、カルバゾール、ジフェニルアミン、トリスヒドロキシフェニルエタン等を有する有機基が挙げられる。カルバゾールや、ジフェニルアミンに含まれるアミノ基は上記化学基(b)に相当し、2級アミノ基が2つのベンゼン環の水素原子と置換した構造である。トリスヒドロキシフェニルエタンではそれぞれのベンゼン環にヒドロキシ基が置換した構造である。
式(1)において有機基Bとしてはベンゼン、ナフタレン等を有する有機基が挙げられる。
本発明に用いられるポリマーは、重量平均分子量が600乃至1000000、又は600乃至200000である。
式(4)中、R5はそれぞれ水素原子又は炭素原子数1乃至10のアルキル基であり、R6は炭素原子数1乃至10のアルキル基であり、n3は1乃至4の整数であり、n4は0乃至(4−n3)であり、(n3+n4)は1乃至4の整数を示す。オリゴマー及びポリマーは繰り返し単位構造の数が2乃至100、又は2乃至50の範囲で用いることができる。
上記炭素原子数1乃至10のアルキル基としては、上述の例示を挙げることができる。上記炭素原子数6乃至20のアリール基としては、例えばフェニル基、ナフチル基、アントリル基等が挙げられる。
更なる吸光剤としては例えば、「工業用色素の技術と市場」(CMC出版)や「染料便覧」(有機合成化学協会編)に記載の市販の吸光剤、例えば、C.I.Disperse Yellow 1,3,4,5,7,8,13,23,31,49,50,51,54,60,64,66,68,79,82,88,90,93,102,114及び124;C.I.Disperse Orange1,5,13,25,29,30,31,44,57,72及び73;C.I.Disperse Red 1,5,7,13,17,19,43,50,54,58,65,72,73,88,117,137,143,199及び210;C.I.Disperse Violet 43;C.I.Disperse Blue 96;C.I.Fluorescent Brightening Agent 112,135及び163;C.I.Solvent Orange2及び45;C.I.Solvent Red 1,3,8,23,24,25,27及び49;C.I.Pigment Green 10;C.I.Pigment Brown 2等を好適に用いることができる。上記吸光剤は通常、リソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物の全固形分に対して10質量%以下、好ましくは5質量%以下の割合で配合される。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)9.00g、p−トルアルデヒド(東京化成工業株式会社製)6.47g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート38.52g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)1.04gを入れた。その後150℃まで加熱し、約1.5時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート18.73gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を12.2g得た。得られたポリマーは式(1−1)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは82,700、多分散度Mw/Mnは13.5であった。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)8.00g、テレフタルアルデヒド酸(東京化成工業株式会社製)7.19g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート18.79g、プロピレングリコールモノメチルエーテル 18.79g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.92gを入れた。その後150℃まで加熱し、約3.5時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート22.25gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を13.7g得た。得られたポリマーは式(1−2)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは24,800、多分散度Mw/Mnは4.30であった。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)8.00g、テレフタルアルデヒド酸メチルエステル(東京化成工業株式会社製)7.86g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート24.14g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.23gを入れた。その後150℃まで加熱し、約2時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート39.08gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を13.3g得た。得られたポリマーは式(1−3)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは4,600、多分散度Mw/Mnは3.16であった。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)8.00g、4−メチルチオベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)7.28g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート36.20g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.23gを入れた。その後150℃まで加熱し、約3.5時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート24.71gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を9.02g得た。得られたポリマーは式(1−4)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは3,800、多分散度Mw/Mnは2.58であった。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)8.00g、4−ニトロベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)7.24g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート36.09g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.23gを入れた。その後150℃まで加熱し、約1.25時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート24.63gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を12.1g得た。得られたポリマーは式(1−5)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは1,900、多分散度Mw/Mnは1.43であった。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)8.00g、4−トリフルオロメチルベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)8.34g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート40.27g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.92gを入れた。その後150℃まで加熱し、約4時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート24.16gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を6.45g得た。得られたポリマーは式(1−6)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは4,000、多分散度Mw/Mnは2.05であった。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)8.00g、4−ヒドロキシベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)5.85g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート17.23g、プロピレングリコールモノメチルエーテル17.23g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.92gを入れた。その後150℃まで加熱し、約2.5時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート20.10gで希釈した。この溶液をメタノール/水=50/50(vol%/vol%)溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を9.90g得た。得られたポリマーは式(1−7)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは4,100、多分散度Mw/Mnは3.01であった。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)8.00g、4−(2−ヒドロキシエトキシ)ベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)8.95g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート43.68g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.78gを入れた。その後150℃まで加熱し、約2.5時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート27.32gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を10.8g得た。得られたポリマーは式(1−8)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは3,400、多分散度Mw/Mnは1.85であった。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)8.00g、2,4,6−トリメチルベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)7.10g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート37.37g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.92gを入れた。その後150℃まで加熱し、約21.5時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート22.09gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を9.20g得た。得られたポリマーは式(1−9)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは12,700、多分散度Mw/Mnは3.82であった。
100mL二口フラスコにジフェニルアミン(東京化成工業株式会社製)7.04g、p−トルアルデヒド(東京化成工業株式会社製)5.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート20.65g、プロピレングリコールモノメチルエーテル8.85g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.60gを入れた。その後150℃まで加熱し、約1.5時間還流撹拌した。反応終了後、シクロヘキサノン18.07gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を8.11g得た。得られたポリマーは式(1−10)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは15,300、多分散度Mw/Mnは3.52であった。
100mL二口フラスコにジフェニルアミン(東京化成工業株式会社製)9.02g、テレフタルアルデヒド酸(東京化成工業株式会社製)8.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート28.63g、プロピレングリコールモノメチルエーテル12.27g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.51gを入れた。その後150℃まで加熱し、約30分還流撹拌した。反応終了後、シクロヘキサノン26.66gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を10.6g得た。得られたポリマーは式(1−11)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは82,200、多分散度Mw/Mnは5.57であった。
100mL二口フラスコにジフェニルアミン(東京化成工業株式会社製)8.90g、4−メチルチオベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)8.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート28.43g、プロピレングリコールモノメチルエーテル12.28g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.51gを入れた。その後150℃まで加熱し、約1時間還流撹拌した。反応終了後、シクロヘキサノン26.48gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を10.7g得た。得られたポリマーは式(1−12)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは6,300、多分散度Mw/Mnは2.90であった。
100mL二口フラスコにジフェニルアミン(東京化成工業株式会社製)8.95g、4−ニトロベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)8.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート40.74g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.51gを入れた。その後150℃まで加熱し、約15分還流撹拌した。反応終了後、シクロヘキサノン26.56gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を9.54g得た。得られたポリマーは式(1−13)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは2,500、多分散度Mw/Mnは1.95であった。
100mL二口フラスコにジフェニルアミン(東京化成工業株式会社製)6.80g、4−トリフルオロメチルベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)7.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート23.49g、プロピレングリコールモノメチルエーテル10.07g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.58gを入れた。その後150℃まで加熱し、約1.5時間還流撹拌した。反応終了後、シクロヘキサノン21.07gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を4.76g得た。得られたポリマーは式(1−14)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは103,000、多分散度Mw/Mnは2.32であった。
100mL二口フラスコに1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(東京化成工業株式会社製)12.00g、p−トルアルデヒド(東京化成工業株式会社製)4.71g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート20.81g、プロピレングリコールモノメチルエーテル20.81g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)1.13gを入れた。その後150℃まで加熱し、約24時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート24.08gで希釈した。この溶液をメタノール/水=60/40(vol%/vol%)に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を7.03g得た。得られたポリマーは式(1−15)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは2,100、多分散度Mw/Mnは1.61であった。
100mL二口フラスコに1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(東京化成工業株式会社製)10.20g、テレフタルアルデヒド酸(東京化成工業株式会社製) 5.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 18.30g、プロピレングリコールモノメチルエーテル 18.30g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.48gを入れた。その後150℃まで加熱し、約24時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート23.74gで希釈した。この溶液をメタノール/水=50/50(vol%/vol%)に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を7.84g得た。得られたポリマーは式(1−16)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは4,000、多分散度Mw/Mnは2.17であった。
100mL二口フラスコに1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(東京化成工業株式会社製)12.00g、4−メチルチオベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)5.96g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート29.95g、プロピレングリコールモノメチルエーテル12.83g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.38gを入れた。その後150℃まで加熱し、約44時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート28.67gで希釈した。この溶液をメタノール/水=50/50(vol%/vol%)に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を11.9g得た。得られたポリマーは式(1−17)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは2,000、多分散度Mw/Mnは1.73であった。
100mL二口フラスコに1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(東京化成工業株式会社製)10.14g、4−ニトロベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製) 5.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート18.22g、プロピレングリコールモノメチルエーテル18.22g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.48gを入れた。その後150℃まで加熱し、約24時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート23.64gで希釈した。この溶液をメタノール/水=50/50(vol%/vol%)に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を11.6g得た。得られたポリマーは式(1−18)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは4,300、多分散度Mw/Mnは2.14であった。
100mL二口フラスコに1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(東京化成工業株式会社製)12.00g、4−トリフルオロメチルベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)6.82g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート23.27g、プロピレングリコールモノメチルエーテル23.27g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)1.13gを入れた。その後150℃まで加熱し、約5時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート27.60gで希釈した。この溶液をメタノール/水=50/50(vol%/vol%)に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を11.1g得た。得られたポリマーは式(1−19)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは4,000、多分散度Mw/Mnは1.53であった。
100mL二口フラスコにN−フェニルアントラニル酸(東京化成工業株式会社製)10.05g、ベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)5.00g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート18.35g、プロピレングリコールモノメチルエーテル 18.35g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.68gを入れた。その後150℃まで加熱し、約2時間還流撹拌した。反応終了後、シクロヘキサノン22.81gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を7.81g得た。得られたポリマーは式(1−20)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは6,300、多分散度Mw/Mnは1.78であった。
100mL二口フラスコに3−メチルジフェニルアミン(東京化成工業株式会社製)9.50g、ベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)5.50g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート18.37g、プロピレングリコールモノメチルエーテル 18.37g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.75gを入れた。その後150℃まで加熱し、約45分還流撹拌した。反応終了後、シクロヘキサノン22.51gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を11.5g得た。得られたポリマーは式(1−21)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは52,700、多分散度Mw/Mnは8.86であった。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)8.00g、ベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)5.08g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート32.36g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.92gを入れた。その後150℃まで加熱し、約1.5時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート23.43gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を8.92g得た。得られたポリマーは式(2−1)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは32,200、多分散度Mw/Mnは2.14であった。
100mL二口フラスコにジフェニルアミン(東京化成工業株式会社製)8.77g、ベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)5.50g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート24.53g、プロピレングリコールモノメチルエーテル10.51g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.75gを入れた。その後150℃まで加熱し、約15分還流撹拌した。反応終了後、シクロヘキサノン 92.65gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を8.58g得た。得られたポリマーは式(2−2)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは8,400、多分散度Mw/Mnは2.38であった。
100mL二口フラスコに1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(東京化成工業株式会社製)12.00g、ベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)4.16g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート19.51g、プロピレングリコールモノメチルエーテル19.51g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.56gを入れた。その後150℃まで加熱し、約19時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート24.08gで希釈した。この溶液をメタノール/水=50/50(vol%/vol%)溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を11.0g得た。得られたポリマーは式(2−3)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは4,600、多分散度Mw/Mnは1.64であった。
100mL二口フラスコにカルバゾール(東京化成工業株式会社製)8.00g、4−tert−ブチルベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)7.77g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート38.94g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.92gを入れた。その後150℃まで加熱し、約1.5時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート23.21gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を13.3g得た。得られたポリマーは式(2−4)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは25,800、多分散度Mw/Mnは4.44であった。
100mL二口フラスコにジフェニルアミン(東京化成工業株式会社製)8.34g、4−tert−ブチルベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)8.34g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート39.24g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.47gを入れた。その後150℃まで加熱し、約3時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート25.66gで希釈した。この溶液をメタノール溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を9.65g得た。得られたポリマーは式(2−5)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは6,300、多分散度Mw/Mnは2.03であった。
100mL二口フラスコに1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(東京化成工業株式会社製)10.39g、4−tert−ブチルベンズアルデヒド(東京化成工業株式会社製)5.50g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート19.10g、プロピレングリコールモノメチルエーテル19.10g、メタンスルホン酸(東京化成工業株式会社製)0.49gを入れた。その後150℃まで加熱し、約24時間還流撹拌した。反応終了後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート24.85gで希釈した。この溶液をメタノール/水=50/50(vol%/vol%)溶液中に滴下し、再沈殿させた。得られた沈殿物を吸引ろ過し、ろ物を60℃で一晩減圧乾燥した。そして、粉末の樹脂を10.3g得た。得られたポリマーは式(2−6)に相当した。GPCによりポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは2,000、多分散度Mw/Mnは1.97であった。
(実施例1)
合成例1で得た樹脂1.0gに対して、界面活性剤としてメガファックR−40を0.001g混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート5.66g、プロピレングリコールモノメチルエーテル2.42gに溶解させ、孔径0.02μmのポリテトラフルオロエチレン製ミクロフィルターを用いて濾過して、多層膜によるリソグラフィープロセスに用いるレジスト下層膜形成組成物の溶液を調製した。
なお、ポリマーと界面活性剤と溶剤の配合量は以下表1乃至3の通りである。
実施例1乃至21及び比較例1乃至6で調製したレジスト下層膜形成組成物の溶液を、それぞれスピンコーターを用いてシリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上で400℃90秒間焼成し、レジスト下層膜(膜厚0.20μm)を形成した。これらレジスト下層膜をレジストに使用する溶剤である、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、及びシクロヘキサノンに浸漬した。これらレジスト下層膜はこれら溶剤に不溶であった。
(膜密度の測定)
実施例1乃至21及び比較例1乃至6で調製したレジスト下層膜形成組成物の溶液を、それぞれスピンコーターを用いてシリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上で400℃90秒間焼成し、レジスト下層膜(膜厚0.20μm)を形成した。これらのレジスト下層膜の密度を求めるために、X線反射率測定装置(Bruker製)を用いて評価した。結果を下記表に示した。
実施例1乃至21及び比較例1乃至6で調製したレジスト下層膜形成組成物の溶液を、それぞれスピンコーターを用いてシリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上で400℃90秒間焼成し、レジスト下層膜(膜厚0.20μm)を形成した。これらのレジスト下層膜の硬度とヤング率を求めるために押し込み試験機(東陽テクニカ製)を用いて評価した。結果を下記表に示した。
実施例2、4、9及び比較例4乃至6で調製した各レジスト下層膜形成組成物の溶液を、スピンコーターを用いてそれぞれ酸化ケイ素被膜付きシリコンウエハー上に塗布した。ホットプレート上で400℃90秒間焼成しレジスト下層膜(膜厚200nm)を形成した。レジスト下層膜上にシリコンハードマスク形成組成物溶液を塗布し、240℃で1分間焼成しシリコンハードマスク層(膜厚30nm)を形成した。その上にレジスト溶液を塗布し、100℃で1分間焼成しレジスト層(膜厚150nm)を形成した。マスクを用いて波長193nmで露光し、露光後加熱PEB(105℃で1分間)を行った後、現像してレジストパターンを得た。その後、フッ素系ガス(成分はCF4)でドライエッチングを行い、レジストパターンをハードマスクに転写した。その後、酸素系ガス(成分はO2)でドライエッチングを行い、レジストパターンを本発明のレジスト下層膜に転写した。その後、フッ素系ガス(成分はC4F8)でドライエッチングを行い、シリコンウエハー上の酸化ケイ素被膜の除去を行った。その時のそれぞれのパターン形状を観察した。
パターン幅が狭まるにしたがいwigglingという不規則なパターンの曲がりが発生しやすくなるが、上記の実施例のレジスト下層膜形成組成物を用いて上述工程を行いwigglingを生じ始めるパターン幅を電子顕微鏡で観測した。
wigglingが発生することで忠実なパターンに基づく基板加工ができなくなるため、wigglingが発生する直前のパターン幅(限界パターン幅)により基板加工をする必要がある。wigglingが発生し始める限界パターン幅は、その値が狭ければ狭いほど微細な基板の加工が可能となる。
解像度の測定には測長走査型電子顕微鏡(日立製作所製)を用いた。測定結果を下記表に示した。
また、比較例4乃至6で対比すると、カルバゾールノボラック樹脂(比較例4)はジフェニルアミンノボラック樹脂(比較例5)と、多価フェノールノボラック樹脂(比較例6)に比べて膜密度、硬度、ヤング率において高く、それらの数値に比例してWigglingが発生する最小パターンサイズもほぼ同等か又は小さくなっている。カルバゾールノボラック樹脂(比較例4)について上述の傾向があり、ジフェニルアミンノボラック樹脂(比較例5)と、多価フェノールノボラック樹脂(比較例6)についても同様に、ノボラック樹脂を構成するベンゼン環に2種類以上の特定の化学基(a)、(b)、(c)が置換することで膜密度、硬度、ヤング率の向上と、それらの数値に比例してWigglingが発生する最小パターンサイズは小さくなり、Wiggling耐性が向上しエッチング耐性も向上する。
以上のことから、ベンゼン環に2種類以上の上記特定の化学基が置換することにより、膜密度、硬度、ヤング率の向上と、それに伴うWiggling耐性が向上しエッチング耐性が向上する。これはカルバゾールノボラック樹脂を用いたレジスト下層膜だけでなく、ノボラック樹脂を用いたレジスト下層膜に共通する効果と考えられる。
Claims (12)
- 下記式(1):
(式(1)において、基A及び基Bはそれぞれ独立して、芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環を有する有機基であって、酸化により質量増を生じる化学基(a)、加熱により架橋形成を生じる化学基(b)、及び硬化中に相分離を誘発する化学基(c)からなる群より選ばれた同種又は異種の2つ以上の1価又は2価の化学基が、該基Aもしくは基B又はその両方の基中の、芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環上の炭素原子に結合する水素原子と、それぞれ置換した構造を有する有機基であり、前記化学基が2価の場合、前記環同士は該化学基を介して結合もしくは該化学基とともに縮合していてもよい。)で表される繰り返し単位構造を有するノボラック樹脂を含むレジスト下層膜形成組成物。 - 芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環を有する有機基が、1又は複数のベンゼン環、ナフタレン環、又はベンゼン環とヘテロ環との縮合環を有する有機基である請求項1に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 式(1)のノボラック樹脂が、化学基(a)、化学基(b)、化学基(c)、化学基(a)と化学基(b)の組み合わせ、化学基(a)と化学基(c)の組み合わせ、化学基(b)と化学基(c)の組み合わせ、化学基(a)と化学基(b)と化学基(c)の組み合わせ、から選ばれた2種類以上の化学基で芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環の水素原子をそれぞれ置換した構造を有するノボラック樹脂である請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 式(1)で表されるノボラック樹脂は、化学基(b)から選ばれた同種又は異種の2つの化学基、又は化学基(a)と化学基(b)からそれぞれ選ばれた2種類の化学基が、基A及び基Bの両方の基中の芳香族環、縮合芳香族環、又は縮合芳香族ヘテロ環上の炭素原子に結合する少なくとも1つの水素原子とそれぞれ置換して、単位構造中に2種類の化学基が導入された構造を有するものである請求項3に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 化学基(a)がメチル基、スルフィド基、又はその組み合わせである請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 化学基(b)がアミノ基、カルボキシル基、カルボン酸アルキルエステル基、ニトロ基、ヒドロキシ基、エーテル基、又はその組み合わせである請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 化学基(c)がフルオロアルキル基である請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 更に架橋剤を含む請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 更に酸及び/又は酸発生剤を含む請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
- 請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し焼成することによって得られるレジスト下層膜の製造方法。
- 半導体基板上に請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からレジスト下層膜を形成する工程、その上にレジスト膜を形成する工程、光又は電子線の照射と現像によりレジストパターンを形成する工程、形成されたレジストパターンにより該下層膜をエッチングする工程、及びパターン化された下層膜により半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法。
- 半導体基板上に請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からレジスト下層膜を形成する工程、その上にハードマスクを形成する工程、更にその上にレジスト膜を形成する工程、光又は電子線の照射と現像によりレジストパターンを形成する工程、形成されたレジストパターンによりハードマスクをエッチングする工程、パターン化されたハードマスクにより該下層膜をエッチングする工程、及びパターン化されたレジスト下層膜により半導体基板を加工する工程を含む半導体装置の製造方法。
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