KR20120033268A - Composition for forming resist lower layer film, polymer, resist lower layer film, process for forming pattern and process for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레지스트 하층막 형성용 조성물, 중합체, 레지스트 하층막, 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for forming a resist underlayer film, a polymer, a resist underlayer film, a pattern forming method and a method for producing a semiconductor device.
종래부터 반도체 장치의 제조에 있어서, 포토레지스트 조성물을 사용한 리소그래피 기술에 의한 미세 가공이 행해지고 있다. 상기 미세 가공은 기판 위에 레지스트막을 형성하는 공정, 상기 레지스트막에 자외선 등의 방사선을 조사하여 노광하는 공정, 상기 노광된 레지스트막을 현상하는 공정 및 얻어진 레지스트 패턴을 보호막으로 하여 기판을 에칭 처리하는 공정을 포함하는 가공법이다. 최근, 반도체 장치의 고집적도화가 진행되고 있으며, 사용되는 방사선도 KrF 엑시머 레이저(248 nm)로부터 ArF 엑시머 레이저(193 nm), 나아가서는 EUV(13.5 nm)로 단파장화되는 경향이 있다. 그러나, 이들 저파장의 방사선을 사용하면 기판으로부터의 난반사, 정재파(定在波) 등의 영향에 의해 양호한 미세 패턴을 형성할 수 없다는 문제점이 있다. 따라서, 레지스트막과 기판 사이에 반사 방지막(Bottom Anti-Reflective Coating: BARC) 등의 레지스트 하층막을 설치하는 방법이 폭넓게 검토되고 있다.Conventionally, in the manufacture of a semiconductor device, fine processing by a lithography technique using a photoresist composition has been performed. The microfabrication includes the steps of forming a resist film on the substrate, exposing the resist film by irradiation with radiation such as ultraviolet rays, developing the exposed resist film, and etching the substrate using the obtained resist pattern as a protective film. It is processing method to include. In recent years, high integration of semiconductor devices is progressing, and the radiation used tends to be shortened from an KrF excimer laser (248 nm) to an ArF excimer laser (193 nm), and further to EUV (13.5 nm). However, the use of these low-wavelength radiations has a problem in that good fine patterns cannot be formed by the influence of diffuse reflection from the substrate, standing waves, and the like. Therefore, the method of providing a resist underlayer film, such as a bottom anti-reflective coating (BARC), between a resist film and a board | substrate is extensively examined.
상기 레지스트 하층막으로서는 티탄, 이산화티탄, 질화티탄, 산화크롬, 카본, α- 실리콘 등의 무기 레지스트 하층막이나, 흡광성 물질과 고분자 화합물을 포함하는 유기 레지스트 하층막이 알려져 있다. 전자는 막 형성에 진공 증착 장치, CVD 장치, 스퍼터링 장치 등의 설비를 필요로 하는데 비해, 후자는 특별한 설비를 필요로 하지 않는다는 점에서 유리하며, 수많은 검토가 행해지고 있다. 예를 들면, 미국 특허 제5919599호 명세서에 기재된 가교 반응기인 히드록실기와 흡광기를 동일한 분자 내에 갖는 아크릴 수지형 레지스트 하층막이나, 미국 특허 제5693691호 명세서에 기재된 가교 반응기인 히드록실기와 흡광기를 동일한 분자 내에 갖는 노볼락 수지형 레지스트 하층막 등을 들 수 있다.As the resist underlayer film, an inorganic resist underlayer film such as titanium, titanium dioxide, titanium nitride, chromium oxide, carbon, α-silicon, or an organic resist underlayer film containing a light absorbing material and a high molecular compound is known. While the former requires equipment such as a vacuum deposition apparatus, a CVD apparatus, a sputtering apparatus, etc. for film formation, the latter is advantageous in that no special equipment is required, and a lot of studies have been made. For example, an acrylic resin-type resist underlayer film having a hydroxyl group and a light absorber as a crosslinking reactor described in US Pat. No. 5919599, or a hydroxyl group and a light absorber as a crosslinking reactor described in US Pat. No. 5693691 And novolak resin-type resist underlayer films having the same molecule.
유기 레지스트 하층막 형성용 조성물로서 요구되는 물성으로서는, 광이나 방사선에 대하여 큰 흡광도를 갖는 것, 레지스트막과의 인터믹싱(intermixing)이 발생하지 않는 것, 도포시 또는 가열 건조시에 레지스트 하층막 형성용 조성물로부터 레지스트막 중으로의 저분자의 확산이 없는 것, 레지스트에 비해 큰 드라이 에칭 속도를 갖는 것 등이 있으며, 이들은 예를 들면 문헌 [Proc.SPIE, Vol.3678, 174-185(1999), Proc.SPIE, Vol.3678, 800-809(1999)]에도 기재되어 있다. 또한, 반도체 장치의 고집적도화에 따라 보다 높은 해상도를 갖는 것, 보다 미세한 패턴 크기의 직사각형 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 것, 레지스트 하층막과 레지스트막의 밀착성이 양호한 것, 패턴 붕괴에 강한 것 등의 특성도 레지스트 하층막 형성용 조성물에 요구된다.The physical properties required for the composition for forming an organic resist underlayer film include those having a large absorbance with respect to light or radiation, not intermixing with the resist film, and forming a resist underlayer film during application or heat drying. There is no diffusion of low molecules from the composition for the resist into the resist film, and a large dry etching rate compared with the resist. These are described, for example, in Proc. SPIE, Vol. 3678, 174-185 (1999), Proc. .SPIE, Vol. 3678, 800-809 (1999). In addition, the higher the density of semiconductor devices, the higher the resolution, the finer the pattern of a rectangular resist pattern having a finer pattern size can be formed, the better adhesion between the resist underlayer film and the resist film, and the stronger the pattern collapse. It is also required for a composition for forming a resist underlayer film.
특히, 패턴 크기의 미세화가 진행되는 현재의 반도체 장치 제조 공정에서는, 드라이 에칭에 의한 패턴 형성시에 레지스트막 및 기판에 대한 우수한 에칭 선택비를 실현할 수 있으며, 패턴 붕괴에 강한 것을 가능하게 하는 레지스트 하층막 형성용 조성물, 및 상기 특성을 구비한 레지스트 하층막의 개발이 강하게 요망되고 있다.In particular, in the current semiconductor device manufacturing process in which the pattern size is advanced, an excellent etching selectivity for the resist film and the substrate can be realized at the time of pattern formation by dry etching, and the resist underlayer makes it possible to resist the pattern collapse. There is a strong demand for development of a film-forming composition and a resist underlayer film having the above characteristics.
본 발명은 이상과 같은 사정에 기초하여 이루어진 것이며, 그 목적은 드라이 에칭에 의한 패턴 형성시에 높은 에칭 속도를 갖고, 레지스트막에 대한 우수한 에칭 선택비를 실현하고, 패턴 붕괴에 강한 레지스트 하층막을 형성하기 위한 레지스트 하층막 형성용 조성물, 레지스트 하층막, 이들을 사용한 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and an object thereof is to form a resist underlayer film having a high etching rate at the time of pattern formation by dry etching, achieving an excellent etching selectivity with respect to a resist film, and resisting pattern collapse. To provide a composition for forming a resist underlayer film, a resist underlayer film, a pattern forming method using these, and a method for manufacturing a semiconductor device.
본 발명의 레지스트 하층막 형성용 조성물은 [A] 환상 카르보네이트 구조를 갖는 중합체를 함유한다. 레지스트 하층막 형성용 조성물이 환상 카르보네이트 구조를 가짐으로써, 얻어지는 레지스트 하층막의 에칭 속도가 향상된다. 또한, 해당 레지스트 하층막은 레지스트막에 대한 밀착성도 높기 때문에, 패턴 붕괴에도 강하다.The composition for forming a resist underlayer film of the present invention contains a polymer having a [A] cyclic carbonate structure. When the composition for resist underlayer film formation has a cyclic carbonate structure, the etching rate of the resist underlayer film obtained improves. In addition, since the resist underlayer film has high adhesiveness to the resist film, it is also resistant to pattern collapse.
[A] 중합체는, 하기 화학식 1로 표시되는 구조 단위 (I)을 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the polymer (A) has a structural unit (I) represented by the following general formula (1).
(화학식 1 중, R1은 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, Q1은 2가의 연결기이고, Y는 단결합, 메틸렌기, 탄소수 2 내지 10의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 환원수(環員數) 6 내지 20의 헤테로아릴렌기 또는 이들의 기를 조합하여 이루어지는 기이고, 상기 알킬렌기, 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있을 수도 있고, 상기 알킬렌기의 탄소쇄 중에 산소 원자를 가질 수도 있고, p는 0 내지 3의 정수이고, q는 0 또는 1이고, r은 0 내지 2의 정수이고, X는 -CH2-, -CH2-CH2-, -O-, -S- 또는 -SO2-이되, 단 r이 2인 경우 복수의 X는 동일하거나 상이할 수도 있음)In Formula 1, R 1 is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, Q 1 is a divalent linking group, Y is a single bond, a methylene group, linear or branched alkyl having 2 to 10 carbon atoms. A ethylene group, an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, a heteroarylene group having 6 to 20 reduced water, or a group formed of these groups, and a part of the hydrogen atoms of the alkylene group, arylene group or heteroarylene group, or All may be substituted and may have an oxygen atom in the carbon chain of the said alkylene group, p is an integer of 0-3, q is 0 or 1, r is an integer of 0-2, X is- CH 2- , -CH 2 -CH 2- , -O-, -S- or -SO 2- , provided that when r is 2, a plurality of X may be the same or different)
[A] 중합체가 상기 화학식 1로 표시되는 구조 단위 (I)을 가짐으로써, 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물로부터 얻어지는 레지스트 하층막은 에칭 속도가 보다 향상되고, 레지스트막과의 밀착성도 우수하다.When the polymer (A) has the structural unit (I) represented by the above formula (1), the resist underlayer film obtained from the composition for forming a resist underlayer film further improves the etching rate and is excellent in adhesion to the resist film.
[A] 중합체는, 하기 화학식 2로 표시되는 구조 단위 (II)를 더 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the polymer (A) further has a structural unit (II) represented by the following general formula (2).
(화학식 2 중, R2는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, Q2는 2가의 연결기이고, R3은 수소 원자, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 7 내지 20의 아르알킬기 또는 환원수 6 내지 20의 헤테로아릴기이고, 이 알킬기, 아릴기, 아르알킬기 또는 헤테로아릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있을 수도 있음)(In Formula 2, R <2> is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group, Q <2> is a bivalent coupling group, R <3> is a hydrogen atom, a C1-C15 linear or branched alkyl group, carbon number It is an aryl group of 6 to 20 carbon atoms, an aralkyl group of 7 to 20 carbon atoms or a heteroaryl group of 6 to 20 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms of the alkyl group, aryl group, aralkyl group or heteroaryl group may be substituted. )
[A] 중합체가 상기 화학식 2로 표시되는 구조 단위 (II)를 더 가짐으로써 가교제 또는 가교성기와의 반응이 우수하고, 레지스트막과 인터믹싱을 일으키지 않는 하층막을 형성할 수 있다.When the polymer (A) further has the structural unit (II) represented by the formula (2), it is possible to form an underlayer film that is excellent in reaction with the crosslinking agent or the crosslinkable group and does not cause intermixing with the resist film.
[A] 중합체는, 상기 구조 단위 (I)로서 하기 화학식 (1-1)로 표시되는 구조 단위를 갖고, 상기 구조 단위 (II)로서 하기 화학식 (2-1)로 표시되는 구조 단위 (II-1) 및 화학식 (2-2)로 표시되는 구조 단위 (II-2)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 구조 단위를 갖는 것이 바람직하다.The polymer (A) has a structural unit represented by the following general formula (1-1) as the structural unit (I), and a structural unit (II-) represented by the following general formula (2-1) as the structural unit (II). It is preferable to have at least 1 type of structural unit selected from the group which consists of 1) and structural unit (II-2) represented by General formula (2-2).
(화학식 (1-1) 중, R1, X, Y, p, q 및 r은 상기 화학식 1과 동일한 의미이고, (In Formula (1-1), R 1 , X, Y, p, q and r have the same meanings as in Formula 1,
화학식 (2-1) 중, R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, R6은 탄소수 1 내지 15의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고, 이 알킬기 및 아릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환기로 치환되어 있고, 상기 치환기 중 적어도 하나는 수산기 또는 아미노기를 갖는 기이고, In general formula (2-1), R <4> is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group, R <6> is a C1-C15 alkyl group or a C6-C20 aryl group, and this alkyl group and an aryl group have Some or all of the hydrogen atoms are substituted with a substituent, at least one of the substituents is a group having a hydroxyl group or an amino group,
화학식 (2-2) 중, R5는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, R7은 페닐기, 나프틸기, 안트릴기 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기이고, 이 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있을 수도 있고, 상기 알킬기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있고, 이들의 치환기 중 적어도 하나는 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기이되, 단 이 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있을 수도 있음)In formula (2-2), R 5 is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, R 7 is a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group or a linear or branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms. Some or all of the hydrogen atoms which this phenyl group, naphthyl group, and anthryl group have may be substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group, and some or all of the hydrogen atoms which the said alkyl group has are substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group. At least one of these substituents may be a phenyl group, a naphthyl group, or an anthryl group, provided that some or all of the hydrogen atoms of the phenyl group, naphthyl group, or anthryl group may be substituted with a substituent other than a hydroxyl group and an amino group. )
상기 [A] 중합체가 수산기 또는 아미노기를 갖는 구조 단위 (II-1)을 가짐으로써 가교제와의 가교 반응이 촉진되고, 얻어지는 레지스트 하층막의 경도 및 레지스트막에 대한 밀착성이 향상된다. 또한, 방향환을 갖는 구조 단위 (II-2)를 가짐으로써, ArF 엑시머 레이저 등의 방사선 흡수가 우수한 레지스트 하층막을 형성할 수 있다.When the said polymer (A) has structural unit (II-1) which has a hydroxyl group or an amino group, crosslinking reaction with a crosslinking agent is accelerated | stimulated, and the hardness of the resist underlayer film obtained and adhesiveness with respect to a resist film improve. Moreover, by having structural unit (II-2) which has an aromatic ring, the resist underlayer film which is excellent in radiation absorption, such as ArF excimer laser, can be formed.
[A] 중합체는, 상기 구조 단위 (II)로서 상기 구조 단위 (II-1) 및 구조 단위 (II-2)를 갖거나, 또는 상기 구조 단위 (II-1)을 갖고, 상기 R6이 아릴기인 것이 바람직하다. [A] 중합체가 구조 단위 (II-1) 및 (II-2)를 갖거나, 또는 상기 R6이 아릴기인 구조 단위 (II-1)을 가짐으로써 가교제와의 가교 반응이 촉진되고, 얻어지는 레지스트 하층막의 경도 및 레지스트막에 대한 밀착성이 향상됨과 동시에, ArF 엑시머 레이저 등의 방사선 흡수도 우수하다.The polymer (A) has the structural unit (II-1) and the structural unit (II-2) as the structural unit (II), or has the structural unit (II-1), wherein R 6 is aryl It is preferable that it is a group. The resist obtained by accelerating crosslinking reaction with a crosslinking agent by having [A] polymer having structural unit (II-1) and (II-2) or having said structural unit (II-1) whose said R <6> is an aryl group. The hardness of the underlayer film and the adhesion to the resist film are improved, and the radiation of ArF excimer laser and the like is also excellent.
본 발명의 레지스트 하층막 형성용 조성물은, [B] 가교제를 더 포함하는 것이 바람직하다. 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물은 수산기 또는 아미노기를 갖는 구조 단위를 함유하기 때문에, [B] 가교제를 더 포함함으로써 [B] 가교제와 중합체의 가교 반응이 일어나고, 얻어지는 레지스트 하층막과 레지스트막의 인터믹싱이 억제된다.It is preferable that the composition for resist underlayer film formation of this invention contains a [B] crosslinking agent further. Since the composition for forming a resist underlayer film contains a structural unit having a hydroxyl group or an amino group, the crosslinking reaction between the [B] crosslinking agent and the polymer occurs by further including the [B] crosslinking agent, and the intermixing of the resulting resist underlayer film and the resist film is performed. Suppressed.
[B] 가교제는 적어도 2개의 가교 형성 관능기를 갖는 것이 바람직하다. [B] 가교제가 적어도 2개의 가교 형성 관능기를 가짐으로써 가교제의 자기 축합 및 [A] 중합체와의 가교 반응이 더욱 촉진되기 때문에, 해당 조성물로부터 형성되는 레지스트 하층막의 경도가 더욱 향상된다.The crosslinking agent (B) preferably has at least two crosslinking functional groups. Since the crosslinking agent (B) has at least two crosslinking functional groups, the self-condensation of the crosslinking agent and the crosslinking reaction with the polymer [A] are further promoted, so that the hardness of the resist underlayer film formed from the composition is further improved.
[A] 중합체는, 불소 원자를 포함하는 구조 단위 (III)을 더 갖는 것이 바람직하다. 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물이 불소 원자를 함유하는 중합체를 포함함으로써, 얻어지는 레지스트 하층막의 에칭 속도가 더욱 높아진다.It is preferable that the polymer (A) further has a structural unit (III) containing a fluorine atom. When the composition for forming a resist underlayer film contains a polymer containing a fluorine atom, the etching rate of the resulting resist underlayer film is further increased.
본 발명은, The present invention,
하기 화학식 (1-1)로 표시되는 구조 단위 (I), Structural unit (I) represented by the following general formula (1-1),
하기 화학식 (2-1)로 표시되는 구조 단위 (II-1), 및 Structural unit (II-1) represented by the following general formula (2-1), and
하기 화학식 (2-2)로 표시되는 구조 단위 (II-2)Structural unit (II-2) represented by the following general formula (2-2)
를 갖는 중합체를 포함한다.It includes a polymer having a.
(화학식 (1-1) 중, R1, X, Y, p, q 및 r은 상기 화학식 1과 동일한 의미이고, (In Formula (1-1), R 1 , X, Y, p, q and r have the same meanings as in Formula 1,
화학식 (2-1) 중, R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, R6은 탄소수 1 내지 15의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고, 이 알킬기 및 아릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환기로 치환되어 있고, 상기 치환기 중 적어도 하나는 수산기 또는 아미노기를 갖는 기이고, In general formula (2-1), R <4> is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group, R <6> is a C1-C15 alkyl group or a C6-C20 aryl group, and this alkyl group and an aryl group have Some or all of the hydrogen atoms are substituted with a substituent, at least one of the substituents is a group having a hydroxyl group or an amino group,
화학식 (2-2) 중, R5는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, R7은 페닐기, 나프틸기, 안트릴기 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기이고, 이 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있을 수도 있고, 상기 알킬기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있고, 이들의 치환기 중 적어도 하나는 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기이되, 단 이 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있을 수도 있음)In formula (2-2), R 5 is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, R 7 is a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group or a linear or branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms. Some or all of the hydrogen atoms which this phenyl group, naphthyl group, and anthryl group have may be substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group, and some or all of the hydrogen atoms which the said alkyl group has are substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group. At least one of these substituents may be a phenyl group, a naphthyl group, or an anthryl group, provided that some or all of the hydrogen atoms of the phenyl group, naphthyl group, or anthryl group may be substituted with a substituent other than a hydroxyl group and an amino group. )
해당 중합체는, 본 발명의 하층막 형성용 조성물의 재료로서 바람직하게 사용된다. 해당 중합체는 수산기 또는 아미노기를 갖는 구조 단위와 방향환을 갖는 구조 단위를 함유한다. 그 때문에, 해당 중합체를 본 발명의 하층막 형성용 조성물의 재료로서 사용한 경우, 얻어지는 레지스트 하층막은 경도 및 밀착성이 우수함과 동시에 ArF 엑시머 레이저 등의 방사선 흡수도 우수하다.The said polymer is used suitably as a material of the composition for lower layer film formation of this invention. The polymer contains a structural unit having a hydroxyl group or an amino group and a structural unit having an aromatic ring. Therefore, when the said polymer is used as a material of the composition for lower layer film formation of this invention, the resist underlayer film obtained is excellent in hardness and adhesiveness, and also excellent in radiation absorption, such as ArF excimer laser.
본 발명의 레지스트 하층막은, 상기 레지스트 하층막 형성용 조성물을 사용하여 형성된 것이기 때문에 드라이 에칭 공정에서의 에칭 속도가 우수하다. 또한, 레지스트막에 대한 높은 밀착성을 갖기 때문에 패턴 붕괴에도 강하다.Since the resist underlayer film of this invention was formed using the said composition for forming a resist underlayer film, the etching rate in a dry etching process is excellent. Moreover, since it has high adhesiveness with respect to a resist film, it is strong also in pattern collapse.
본 발명의 패턴 형성 방법은, The pattern forming method of the present invention,
(1) 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물을 피가공 기판 위에 도포하여 레지스트 하층막을 형성하는 공정과, (1) forming a resist underlayer film by applying the composition for forming a resist underlayer film on a substrate to be processed;
(2) 상기 레지스트 하층막 위에 레지스트 조성물을 도포하여 레지스트막을 형성하는 공정과, (2) forming a resist film by applying a resist composition on the resist underlayer film;
(3) 상기 레지스트막에 포토마스크를 통해 선택적으로 방사선을 조사하여 상기 레지스트막을 노광하는 공정과, (3) selectively irradiating the resist film with a photomask to expose the resist film;
(4) 상기 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, (4) developing the exposed resist film to form a resist pattern;
(5) 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 레지스트 하층막 및 상기 피가공 기판을 드라이 에칭하여 패턴을 형성하는 공정을 포함한다.(5) forming a pattern by dry etching the resist underlayer film and the substrate to be processed using the resist pattern as a mask.
해당 레지스트 하층막 형성용 조성물로부터 얻어지는 레지스트 하층막이 상술한 바와 같은 특성을 갖고 있기 때문에, 본 발명의 패턴 형성 방법에 따르면 보다 미세한 패턴의 형성이 가능해진다.Since the resist underlayer film obtained from the said composition for resist underlayer film formation has the characteristics mentioned above, according to the pattern formation method of this invention, finer pattern formation is attained.
본 발명의 패턴 형성 방법에서는, 상기 (3) 공정은 193 nm 파장의 빛에 의해 행해지는 것이 바람직하다. 해당 하층막 형성용 조성물을 사용하여 형성한 레지스트 하층막은, 193 nm의 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저의 기판에 의한 난반사를 방지할 수 있기 때문에, 보다 높은 해상도를 가짐과 동시에 미세한 패턴을 형성할 수 있다.In the pattern formation method of this invention, it is preferable that said (3) process is performed by the light of 193 nm wavelength. Since the resist underlayer film formed using the said underlayer film forming composition can prevent the diffuse reflection by the board | substrate of the ArF excimer laser which has a wavelength of 193 nm, it can have a higher resolution and can form a fine pattern simultaneously. .
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, The manufacturing method of the semiconductor device of this invention,
(1) 본 발명의 레지스트 하층막 형성용 조성물을 피가공 기판 위에 도포하여 레지스트 하층막을 형성하는 공정과, (1) applying the composition for forming a resist underlayer film of the present invention on a substrate to be processed to form a resist underlayer film;
(2) 상기 레지스트 하층막 위에 레지스트 조성물을 도포하여 레지스트막을 형성하는 공정과, (2) forming a resist film by applying a resist composition on the resist underlayer film;
(3) 상기 레지스트막에 포토마스크를 통해 선택적으로 방사선을 조사하여 상기 레지스트막을 노광하는 공정과, (3) selectively irradiating the resist film with a photomask to expose the resist film;
(4) 상기 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, (4) developing the exposed resist film to form a resist pattern;
(5) 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 레지스트 하층막 및 상기 피가공 기판을 드라이 에칭하여 패턴을 형성하는 공정과, (5) forming a pattern by dry etching the resist underlayer film and the substrate to be processed using the resist pattern as a mask;
(6) 상기 패턴을 구비하는 집적 회로 소자를 형성하는 공정(6) forming an integrated circuit device having the pattern
을 포함한다..
해당 레지스트 하층막 형성용 조성물로부터 얻어지는 레지스트 하층막이 상술한 바와 같은 특성을 갖고 있기 때문에, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 따르면 보다 미세한 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있다.Since the resist underlayer film obtained from the said composition for forming a resist underlayer film has the above characteristics, according to the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, the semiconductor device which has a finer pattern can be manufactured.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 (3) 공정은 193 nm 파장의 빛에 의해 행해지는 것이 바람직하다. 해당 조성물을 사용하여 형성한 레지스트 하층막은, 193 nm의 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저의 기판에 의한 난반사를 방지할 수 있기 때문에, 보다 높은 해상도를 갖는 미세한 패턴을 구비하는 반도체 장치를 제조할 수 있다.In the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, it is preferable that said (3) process is performed by the light of 193 nm wavelength. Since the resist underlayer film formed using this composition can prevent the diffuse reflection by the board | substrate of ArF excimer laser which has a wavelength of 193 nm, the semiconductor device which has a fine pattern with a higher resolution can be manufactured.
본 발명의 레지스트 하층막 형성용 조성물을 사용함으로써 높은 에칭 속도를 갖고, 레지스트막에 대한 우수한 에칭 선택비를 실현하는 레지스트 하층막을 형성할 수 있다. 또한, 해당 레지스트 하층막은 레지스트막에 대한 밀착성이 우수하기 때문에 패턴 붕괴를 억제할 수 있다. 그 결과, 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물을 사용하면 보다 미세한 패턴 형성이 가능해진다.By using the composition for forming a resist underlayer film of the present invention, it is possible to form a resist underlayer film having a high etching rate and realizing an excellent etching selectivity with respect to the resist film. In addition, since the resist underlayer film is excellent in adhesion to the resist film, pattern collapse can be suppressed. As a result, finer pattern formation becomes possible when the said composition for resist underlayer film formation is used.
본 발명의 레지스트 하층막 형성용 조성물, 레지스트 하층막, 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물을 사용한 패턴 형성 방법 및 반도체 장치의 제조 방법의 실시 형태에 대하여 이하에 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Embodiment of the pattern formation method and the manufacturing method of a semiconductor device using the composition for resist underlayer film formation of this invention, the resist underlayer film, the composition for this resist underlayer film formation are demonstrated below.
<레지스트 하층막 형성용 조성물><Composition for forming a resist underlayer film>
해당 레지스트 하층막 형성용 조성물은 [A] 중합체를 함유한다. 적합한 성분으로서 [B] 가교제를 더 함유할 수 있다. 또한, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 기타 임의 성분을 포함하고 있을 수도 있다. 각 성분에 대하여 이하에 설명한다. The resist underlayer film-forming composition contains the polymer [A]. [B] Crosslinking agent may be further contained as a suitable component. Moreover, other arbitrary components may be included in the range which does not impair the effect of this invention. Each component is demonstrated below.
<[A] 중합체><[A] polymer>
[A] 중합체는 환상 카르보네이트 구조를 갖는 중합체이다. 중합체 중에 산소 원자 함유율이 높은 환상 카르보네이트 구조를 갖기 때문에, [A] 중합체를 함유하는 레지스트 하층막 형성용 조성물을 사용하여 형성되는 레지스트 하층막은 에칭 속도가 높아지고, 레지스트막에 대한 에칭 선택비가 우수하다. 또한, 레지스트막에 대한 밀착성도 우수하다. 환상 카르보네이트 구조로서는, 예를 들면 하기 화학식 3으로 표시되는 기 등을 들 수 있다.The polymer [A] is a polymer having a cyclic carbonate structure. Since the polymer has a cyclic carbonate structure having a high oxygen atom content, the resist underlayer film formed by using the composition for forming a resist underlayer film containing the polymer [A] has a high etching rate and an excellent etching selectivity with respect to the resist film. Do. Moreover, the adhesiveness with respect to a resist film is also excellent. As a cyclic carbonate structure, group represented by following formula (3) is mentioned, for example.
(상기 화학식 3 중, p는 0 내지 3의 정수이고, q는 0 또는 1이고, r은 0 내지 2의 정수이고, X는 -CH2-, -CH2-CH2-, -O-, -S- 또는 -SO2-이되, 단 r이 2인 경우 복수의 X는 동일하거나 상이할 수도 있고, "*"는 결합손이고, 상기 화학식 3 중, 환상 카르보네이트기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있을 수도 있음)(In Formula 3, p is an integer of 0 to 3, q is 0 or 1, r is an integer of 0 to 2, X is -CH 2- , -CH 2 -CH 2- , -O-, -S- or -SO 2 -with the proviso that when r is 2, a plurality of X's may be the same or different, and "*" is a bond and a part of the hydrogen atoms possessed by the cyclic carbonate group in the above formula (3) Or all may be substituted)
상기 화학식 3으로 표시되는 기로서는, 하기 화학식 (3-1) 및 (3-2)로 표시되는 기를 바람직한 기로서 들 수 있다.As group represented by the said General formula (3), group represented by following General formula (3-1) and (3-2) is mentioned as a preferable group.
(상기 화학식 (3-1) 및 (3-2) 중, "*"는 결합손임)("*" In the formulas (3-1) and (3-2) is a bond)
[A] 중합체는, 환상 카르보네이트 구조를 갖는 상기 화학식 1로 표시되는 구조 단위 (I)을 갖는 것이 바람직하고, 상기 화학식 2로 표시되는 구조 단위 (II),불소 원자를 포함하는 구조 단위 (III)을 더 갖는 것이 바람직하다. 또한, [A] 중합체는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한 기타 구조 단위를 가질 수도 있다. 이하, 각각의 구조 단위에 대하여 설명한다. 또한, [A] 중합체는 각각의 구조 단위를 1종 단독으로 가질 수도 있고, 2종 이상 가질 수도 있다.[A] The polymer preferably has a structural unit (I) represented by the formula (1) having a cyclic carbonate structure, and a structural unit (II) represented by the formula (2), a structural unit containing a fluorine atom ( It is preferable to further have III). In addition, the polymer [A] may have other structural units as long as the effects of the present invention are not impaired. Hereinafter, each structural unit is demonstrated. In addition, [A] polymer may have each structural unit individually by 1 type, and may have 2 or more types.
[구조 단위 (I)][Structural Unit (I)]
[A] 중합체는 상기 화학식 1로 표시되는 구조 단위 (I)을 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the polymer (A) has a structural unit (I) represented by the formula (1).
상기 화학식 1 중, R1은 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이다. Q1은 2가의 연결기이다. Y는 단결합, 메틸렌기, 탄소수 2 내지 10의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 환원수 6 내지 20의 헤테로아릴렌기 또는 이들의 기를 조합하여 이루어지는 기이다. 상기 알킬렌기, 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있을 수도 있다. 또한, 상기 알킬렌기의 탄소쇄 중에 산소 원자를 가질 수도 있다. p는 0 내지 3의 정수이다. q는 0 또는 1이다. r은 0 내지 2의 정수이다. X는 -CH2-, -CH2-CH2-, -O-, -S- 또는 -SO2-이다. 단, r이 2인 경우 복수의 X는 동일하거나 상이할 수도 있다.In said Formula (1), R <1> is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. Q 1 is a divalent linking group. Y is a group formed by combining a single bond, a methylene group, a linear or branched alkylene group having 2 to 10 carbon atoms, an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, a heteroarylene group having 6 to 20 carbon atoms, or a group thereof. Some or all of the hydrogen atoms which the said alkylene group, arylene group, or heteroarylene group have may be substituted. Moreover, you may have an oxygen atom in the carbon chain of the said alkylene group. p is an integer of 0-3. q is 0 or 1; r is an integer of 0 to 2. X is -CH 2- , -CH 2 -CH 2- , -O-, -S- or -SO 2- . However, when r is 2, some X may be same or different.
상기 Q1이 나타내는 2가의 연결기로서는, 예를 들면 -O-, -S-, -COO-, -OCO-, -NHCOO-, -NHCONH-, -SO2-, -CO- 등을 들 수 있다. 이들 중에서 -COO-가 바람직하다.Examples of the divalent linking group represented by Q 1 include -O-, -S-, -COO-, -OCO-, -NHCOO-, -NHCONH-, -SO 2- , -CO- and the like. . Of these, -COO- is preferred.
상기 Y가 나타내는 탄소수 2 내지 10의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기로서는, 예를 들면 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기, 펜틸렌기, 헥실렌기, 헵틸렌기, 옥틸렌기, 노닐렌기, 데실렌기 등을 들 수 있다. 메틸렌기 및 이들 중에서, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기 및 펜틸렌기가 바람직하다.As a C2-C10 linear or branched alkylene group which Y represents, for example, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a pentylene group, a hexylene group, a heptylene group, an octylene group, a nonylene group, a decylene group Etc. can be mentioned. Among the methylene groups and these, methylene groups, ethylene groups, propylene groups, butylene groups and pentylene groups are preferable.
상기 Y가 나타내는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기로서는, 예를 들면 페닐렌기, 메틸페닐렌기, 메톡시페닐렌기, 니트로페닐렌기, 1,4-나프틸렌기, 2,6-나프틸렌기 등을 들 수 있다.Examples of the arylene group having 6 to 20 carbon atoms represented by Y include phenylene group, methylphenylene group, methoxyphenylene group, nitrophenylene group, 1,4-naphthylene group, 2,6-naphthylene group and the like. have.
상기 Y가 나타내는 헤테로아릴렌기로서는, 예를 들면 피리딘디일기, 퀴놀린디일기, 퀴녹살린디일기 등을 들 수 있다.As a hetero arylene group which said Y represents, a pyridine diyl group, a quinolinediyl group, a quinoxaline diyl group, etc. are mentioned, for example.
상기 화학식 1로 표시되는 구조 단위 (I)로서는, 예를 들면 하기 화학식으로 표시되는 구조 단위 등을 들 수 있다.As structural unit (I) represented by the said General formula (1), the structural unit represented with the following general formula etc. are mentioned, for example.
상기 화학식 중, R1은 상기 화학식 1과 동일한 의미이다.In the formula, R 1 has the same meaning as in formula (1).
이들 중에서, 상기 화학식 (I-1)로 표시되는 구조 단위 (I)이 바람직하다.Among them, the structural unit (I) represented by the general formula (I-1) is preferable.
구조 단위 (I)을 제공하는 단량체로서는, 예를 들면 4-(1,3-디옥사-2-옥소)시클로펜틸(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.As a monomer which provides a structural unit (I), 4- (1, 3- dioxa-2-oxo) cyclopentyl (meth) acrylate etc. are mentioned, for example.
[A] 중합체에서 구조 단위 (I)의 함유율은 5 몰% 이상 60 몰% 이하인 것이 바람직하고, 10 몰% 이상 50 몰% 이하인 것이 보다 바람직하다. 구조 단위 (I)의 함유율을 상기 특정 범위로 함으로써, 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물로부터 얻어지는 레지스트 하층막은 에칭 속도 및 레지스트막에 대한 에칭 선택비가 우수하다.It is preferable that it is 5 mol% or more and 60 mol% or less, and, as for the content rate of a structural unit (I) in a polymer (A), it is more preferable that it is 10 mol% or more and 50 mol% or less. By making the content rate of a structural unit (I) into the said specific range, the resist underlayer film obtained from the said composition for resist underlayer film formation is excellent in the etching rate and the etching selectivity with respect to a resist film.
[구조 단위 (II)][Structural Unit (II)]
[A] 중합체는 상기 화학식 2로 표시되는 구조 단위 (II)를 더 갖는 것이 바람직하다. [A] 중합체는, 상기 구조 단위 (I) 뿐만 아니라 상기 구조 단위 (II)를 더 가짐으로써, 가교제 또는 가교성기와의 반응성을 향상시킬 수 있다. 또한, 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물로부터 형성되는 레지스트 하층막은 레지스트막과의 인터믹싱을 일으키기 어렵다.It is preferable that the polymer (A) further has a structural unit (II) represented by the formula (2). The polymer (A) further improves the reactivity with the crosslinking agent or the crosslinkable group by further having not only the structural unit (I) but also the structural unit (II). In addition, the resist underlayer film formed from the composition for forming a resist underlayer film hardly causes intermixing with the resist film.
상기 화학식 2 중, R2는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이다. Q2는 2가의 연결기이다. R3은 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 7 내지 20의 아르알킬기 또는 환원수 6 내지 20의 헤테로아릴기이다. 이 알킬기, 아릴기, 아르알킬기 또는 헤테로아릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있을 수도 있다.In said Formula (2), R <2> is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. Q 2 is a divalent linking group. R 3 is a linear or branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms, or a heteroaryl group having 6 to 20 carbon atoms. Some or all of the hydrogen atoms of this alkyl group, aryl group, aralkyl group or heteroaryl group may be substituted.
상기 Q2가 나타내는 2가의 연결기로서는, 예를 들면 상기 화학식 1의 Q1이 나타내는 2가의 연결기로서 예시한 것과 동일한 기 등을 들 수 있다. 이들 중에서 -COO-가 바람직하다.Examples of the divalent linking group represented by Q 2 include the same groups as those exemplified as the divalent linking group represented by Q 1 in Formula 1 above. Of these, -COO- is preferred.
상기 R3이 나타내는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기로서는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-부틸기, i-부틸기, n-펜틸기, i-펜틸기, n-헥실기, i-헥실기 등을 들 수 있다.As a C1-C15 linear or branched alkyl group which R <3> represents, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, n-butyl group, i-butyl group, n-pentyl group, i-pentyl group, n -Hexyl group, i-hexyl group, etc. are mentioned.
상기 R3이 나타내는 탄소수 6 내지 20의 아릴기로서는, 예를 들면 페닐기, 나프틸기 등을 들 수 있다. 이들 중에서 페닐기가 바람직하다.As a C6-C20 aryl group which R <3> represents, a phenyl group, a naphthyl group, etc. are mentioned, for example. Among these, a phenyl group is preferable.
상기 R3이 나타내는 탄소수 7 내지 20의 아르알킬기로서는, 예를 들면 벤질기, 페닐렌에틸기, 나프탈렌메틸기 등을 들 수 있다.As a C7-20 aralkyl group which R <3> represents, a benzyl group, a phenylene ethyl group, a naphthalene methyl group, etc. are mentioned, for example.
상기 R3이 나타내는 환원수 6 내지 20의 헤테로아릴기로서는, 예를 들면 피리딜기, 퀴놀리디닐기, 피라질기 등을 들 수 있다.As a heteroaryl group of the reduced number 6-20 which R <3> represents, a pyridyl group, a quinolidinyl group, a pyrazyl group, etc. are mentioned, for example.
상기 알킬기, 아르알킬기, 아릴기 또는 헤테로아릴기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 치환되어 있을 수도 있는 치환기로서는, 수산기 또는 아미노기가 바람직하고, 수산기가 보다 바람직하다.As a substituent which one part or all part of the hydrogen atom of the said alkyl group, aralkyl group, aryl group, or heteroaryl group may be substituted, a hydroxyl group or an amino group is preferable, and a hydroxyl group is more preferable.
[A] 중합체는, 상기 구조 단위 (II)로서 상기 화학식 (2-1)로 표시되는 구조 단위 (II-1) 및 화학식 (2-2)로 표시되는 구조 단위 (II-2)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 구조 단위를 갖는 것이 바람직하다. 구조 단위 (II-1)은 치환기로서 수산기 또는 아미노기를 적어도 하나 포함하기 때문에, [A] 중합체의 가교제 또는 가교성기와의 반응성이 촉진된다. 또한, 상기 구조 단위 (II-2)는 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기를 갖기 때문에, 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물로부터 형성되는 레지스트 하층막은 KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, DUV 불소 레이저 등의 방사선 흡수성이 우수하다.[A] The polymer is a group consisting of the structural unit (II-1) represented by the formula (2-1) and the structural unit (II-2) represented by the formula (2-2) as the structural unit (II). It is preferable to have at least 1 type of structural unit chosen from. Since structural unit (II-1) contains at least one hydroxyl group or an amino group as a substituent, the reactivity with the crosslinking agent or crosslinkable group of a [A] polymer is accelerated | stimulated. In addition, since the structural unit (II-2) has a phenyl group, a naphthyl group, or an anthryl group, the resist underlayer film formed from the composition for forming a resist underlayer film has radiation absorbing properties such as KrF excimer laser, ArF excimer laser, and DUV fluorine laser. This is excellent.
상기 화학식 (2-1) 중, R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이다. R6은 탄소수 1 내지 15의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다. 상기 알킬기 및 아릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환기로 치환되어 있으며, 상기 치환기 중 적어도 하나는 수산기 또는 아미노기를 갖는 기이다. 수산기 및 아미노기를 갖는 기 이외의 치환기로서는, 할로겐 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기 등을 들 수 있다.In said general formula (2-1), R <4> is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. R 6 is an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. Some or all of the hydrogen atoms which the said alkyl group and the aryl group have are substituted by the substituent, and at least one of the said substituents is group which has a hydroxyl group or an amino group. As a substituent other than the group which has a hydroxyl group and an amino group, a halogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C3-C10 cycloalkyl group, etc. are mentioned.
상기 탄소수 1 내지 15의 알킬기로서는, 상기 R3으로 표시되는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기로서 예시한 기와 동일한 기를 들 수 있다.As said C1-C15 alkyl group, the group similar to the group illustrated as a C1-C15 linear or branched alkyl group represented by said R <3> is mentioned.
상기 탄소수 6 내지 20의 아릴기로서는, 상기 R3으로 표시되는 탄소수 6 내지 20의 아릴기로서 예시한 기와 동일한 기를 들 수 있다.Examples of the aryl group having 6 to 20 carbon atoms include the same groups as the groups exemplified as the aryl group having 6 to 20 carbon atoms represented by R 3 .
상기 화학식 (2-2) 중, R5는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이다. R7은 페닐기, 나프틸기, 안트릴기 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기이다. 상기 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있을 수도 있다. 또한, 상기 알킬기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있으며, 이들의 치환기 중 적어도 하나는 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기이다. 단, 상기 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있을 수도 있다. 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로서는, 할로겐 원자, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기 등을 들 수 있다.In said Formula (2-2), R <5> is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group. R 7 is a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group or a linear or branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms. Some or all of the hydrogen atoms which the said phenyl group, naphthyl group, and anthryl group have may be substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group. In addition, some or all of the hydrogen atoms which the said alkyl group has are substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group, At least one of these substituents is a phenyl group, a naphthyl group, or an anthryl group. However, some or all of the hydrogen atoms which the said phenyl group, naphthyl group, or anthryl group have may be substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group. As a substituent other than a hydroxyl group and an amino group, a halogen atom, a C1-C10 alkyl group, a C3-C10 cycloalkyl group, etc. are mentioned.
상기 R7로 표시되는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기로서는, 상기 R3으로 표시되는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기로서 예시한 기와 동일한 기를 들 수 있다.As a C1-C15 linear or branched alkyl group represented by said R <7> , the group similar to the group illustrated as a C1-C15 linear or branched alkyl group represented by said R <3> is mentioned.
[A] 중합체로서는, 상기 구조 단위 (II)로서 구조 단위 (II-1) 및 구조 단위 (II-2)를 갖거나, 또는 상기 구조 단위 (II)로서 구조 단위 (II-1)을 갖고, 상기 R6이 아릴기인 것이 보다 바람직하다.As the polymer (A), the structural unit (II) has a structural unit (II-1) and a structural unit (II-2), or the structural unit (II) has a structural unit (II-1), It is more preferable that said R <6> is an aryl group.
상기 구조 단위 (II-1)로서는, 하기 화학식 (2-1-1), (2-1-2) 및 (2-1-4)로 표시되는 구조 단위가 바람직하다.As said structural unit (II-1), the structural unit represented by the following general formula (2-1-1), (2-1-2), and (2-1-4) is preferable.
상기 화학식 중, R2는 상기 화학식 2와 동일한 의미이다.In the formula, R 2 has the same meaning as in formula (2).
상기 구조 단위 (II-2)로서는, 하기 화학식으로 표시되는 구조 단위가 바람직하다.As said structural unit (II-2), the structural unit represented with the following general formula is preferable.
상기 화학식 중, R2는 상기 화학식 2와 동일한 의미이다.In the formula, R 2 has the same meaning as in formula (2).
구조 단위 (II)를 제공하는 단량체로서는, 예를 들면 3-(1-옥사-2-옥소)시클로펜틸(메트)아크릴레이트, 벤질(메트)아크릴레이트, 4-히드록시페닐(메트)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메트)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.As a monomer which provides a structural unit (II), for example, 3- (1-oxa-2-oxo) cyclopentyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, 4-hydroxyphenyl (meth) acrylate , 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, and the like.
[A] 중합체에서의 구조 단위 (II)의 함유율은 30 몰% 이상 95 몰% 이하인 것이 바람직하고, 40 몰% 이상 90 몰% 이하인 것이 보다 바람직하다. 구조 단위 (II)의 함유율을 상기 특정 범위로 함으로써, [A] 중합체의 가교제 또는 가교성기와의 반응성을 향상시킬 수 있다.It is preferable that it is 30 mol% or more and 95 mol% or less, and, as for the content rate of structural unit (II) in a polymer, it is more preferable that it is 40 mol% or more and 90 mol% or less. By making the content rate of a structural unit (II) into the said specific range, the reactivity with the crosslinking agent or crosslinkable group of a [A] polymer can be improved.
[A] 중합체에서의 구조 단위 (II-1)의 함유율로서는 10 몰% 이상 80 몰% 이하인 것이 바람직하고, 20 몰% 이상 70 몰% 이하인 것이 보다 바람직하다. 구조 단위 (II-2)의 함유율로서는 0 몰% 이상 50 몰% 이하인 것이 바람직하고, 20 몰% 이상 40 몰% 이하인 것이 보다 바람직하다. 구조 단위 (II-1) 및 (II-2)의 함유율을 상기 특정 범위로 함으로써, [A] 중합체의 가교제 또는 가교성기와의 반응성이 우수함과 동시에, 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물로부터 얻어지는 레지스트 하층막의 방사선 흡수율을 향상시킬 수 있다. 또한, [A] 중합체로서는 구조 단위 (II-1) 및 (II-2)를 모두 상기 특정한 함유율로 갖는 것이 바람직하다.The content of the structural unit (II-1) in the polymer (A) is preferably 10 mol% or more and 80 mol% or less, and more preferably 20 mol% or more and 70 mol% or less. As content rate of a structural unit (II-2), it is preferable that they are 0 mol% or more and 50 mol% or less, and it is more preferable that they are 20 mol% or more and 40 mol% or less. By setting the content rate of the structural units (II-1) and (II-2) in the specific range, the resist underlayer obtained from the composition for forming a resist underlayer film while being excellent in reactivity with the crosslinking agent or crosslinkable group of the polymer [A]. It is possible to improve the radiation absorption rate of the film. Moreover, as a polymer [A], what has both a structural unit (II-1) and (II-2) at the said specific content rate is preferable.
[구조 단위 (III)][Structural Unit (III)]
구조 단위 (III)은 불소 원자를 함유하는 구조 단위이다. 구조 단위 (III)으로서는, 하기 화학식 4로 표시되는 구조 단위가 바람직하다.Structural unit (III) is a structural unit containing a fluorine atom. As structural unit (III), the structural unit represented by following General formula (4) is preferable.
(상기 화학식 4 중, R8은 수소 원자, 불소 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, R9는 불소 원자를 갖는 탄소수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 또는 불소 원자를 갖는 탄소수 3 내지 20의 1가의 지환식기이되, 단 상기 알킬기 및 지환식기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있을 수도 있음)(In Formula 4, R 8 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, R 9 is a C1-C6 linear or branched alkyl group having a fluorine atom, or C3 having a fluorine atom. To a monovalent alicyclic group of 20, provided that some or all of the hydrogen atoms of the alkyl group and the alicyclic group may be substituted)
상기 R9가 나타내는 불소 원자를 갖는 탄소수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기로서는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, n-프로필기, n-부틸기 등이 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부가 불소 원자로 치환된 기 등을 들 수 있다.As a C1-C6 linear or branched alkyl group which has a fluorine atom represented by said R <9> , a part or all of the hydrogen atoms which a methyl group, an ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, etc. have, for example, are fluorine. The group substituted by the atom etc. are mentioned.
상기 R9가 나타내는 불소 원자를 갖는 탄소수 3 내지 20의 1가의 지환식기로서는, 예를 들면 시클로펜틸기, 시클로펜틸프로필기, 시클로헥실기, 시클로헥실메틸기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로옥틸메틸기 등이 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부가 불소 원자로 치환된 기 등을 들 수 있다.As a C3-C20 monovalent alicyclic group which has a fluorine atom represented by said R <9> , For example, a cyclopentyl group, a cyclopentyl propyl group, a cyclohexyl group, a cyclohexylmethyl group, a cycloheptyl group, a cyclooctyl group, cyclooctyl The group etc. which the one part or all part of the hydrogen atom which the methyl group etc. have were substituted by the fluorine atom are mentioned.
구조 단위 (III)으로서는, 예를 들면 하기 화학식 (4-1), (4-2)로 표시되는 구조 단위 등을 들 수 있다.As structural unit (III), the structural unit represented by following General formula (4-1), (4-2), etc. are mentioned, for example.
(상기 화학식 (4-1) 및 (4-2) 중, R9는 상기 화학식 4와 동일한 의미임)(In formulas (4-1) and (4-2), R 9 has the same meaning as in formula (4).)
구조 단위 (III)을 제공하는 단량체로서는, 예를 들면 트리플루오로메틸(메트)아크릴레이트, 2,2,2-트리플루오로에틸(메트)아크릴레이트, 퍼플루오로에틸(메트)아크릴레이트, 퍼플루오로 n-프로필(메트)아크릴레이트, 퍼플루오로 i-프로필(메트)아크릴레이트, 퍼플루오로 n-부틸(메트)아크릴레이트, 퍼플루오로 i-부틸(메트)아크릴레이트, 퍼플루오로 t-부틸(메트)아크릴레이트, 퍼플루오로시클로헥실(메트)아크릴레이트, 2-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로)프로필(메트)아크릴레이트, 1-(2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로)펜틸(메트)아크릴레이트, 1-(2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로)헥실(메트)아크릴레이트, 퍼플루오로시클로헥실메틸(메트)아크릴레이트, 1-(2,2,3,3,3-펜타플루오로)프로필(메트)아크릴레이트, 1-(2,2,3,3,4,4,4-헵타플루오로)펜타(메트)아크릴레이트, 1-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-헵타데카플루오로)데실(메트)아크릴레이트, 1-(5-트리플루오로메틸-3,3,4,4,5,6,6,6-옥타플루오로)헥실(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.As a monomer which provides a structural unit (III), For example, trifluoromethyl (meth) acrylate, 2,2,2- trifluoroethyl (meth) acrylate, perfluoroethyl (meth) acrylate, Perfluoro n-propyl (meth) acrylate, perfluoro i-propyl (meth) acrylate, perfluoro n-butyl (meth) acrylate, perfluoro i-butyl (meth) acrylate, perfluoro T-butyl (meth) acrylate, perfluorocyclohexyl (meth) acrylate, 2- (1,1,1,3,3,3-hexafluoro) propyl (meth) acrylate, 1- ( 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro) pentyl (meth) acrylate, 1- (2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoro) Hexyl (meth) acrylate, perfluorocyclohexylmethyl (meth) acrylate, 1- (2,2,3,3,3-pentafluoro) propyl (meth) acrylate, 1- (2,2, 3,3,4,4,4-heptafluoro) penta (meth) acrylate, 1- (3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9, 9,10,10,10-heptadecafluoro) decyl (meth) acrylate, 1- (5-trifluoromethyl-3,3,4,4,5,6,6,6-octafluoro) Hexyl (meth) acrylate etc. are mentioned.
[A] 중합체에서의 구조 단위 (III)의 함유율은 1 몰% 이상 40 몰% 이하인 것이 바람직하고, 5 몰% 이상 30 몰% 이하인 것이 보다 바람직하다.It is preferable that they are 1 mol% or more and 40 mol% or less, and, as for the content rate of the structural unit (III) in a polymer, it is more preferable that they are 5 mol% or more and 30 mol% or less.
[[A] 중합체의 합성 방법][[A] polymer synthesis method]
[A] 중합체는, 예를 들면 소정의 각 구조 단위를 제공하는 단량체를 라디칼 중합 개시제를 사용하여 적당한 용매 중에서 중합함으로써 제조할 수 있다.The polymer (A) can be produced, for example, by polymerizing a monomer providing each of the predetermined structural units in a suitable solvent using a radical polymerization initiator.
상기 중합에 사용되는 라디칼 개시제로서는, 아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 2,2'-아조비스(4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(2-시클로프로필프로피오니트릴), 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴) 등을 들 수 있다. 이들 개시제는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.As a radical initiator used for the said superposition | polymerization, azobisisobutyronitrile (AIBN), 2,2'- azobis (4-methoxy-2, 4- dimethylvaleronitrile), 2,2'- azobis ( 2-cyclopropyl propionitrile), 2,2'- azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'- azobis (2-methylpropionitrile), etc. are mentioned. These initiators can also be used in mixture of 2 or more type.
상기 중합에 사용되는 용매로서는, 예를 들면As a solvent used for the said superposition | polymerization, for example,
n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, n-옥탄, n-노난, n-데칸 등의 알칸류; alkanes such as n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane and n-decane;
시클로헥산, 시클로헵탄, 시클로옥탄, 데칼린, 노르보르난 등의 시클로알칸류; Cycloalkanes such as cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, decalin and norbornane;
벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 쿠멘 등의 방향족 탄화수소류; Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene and cumene;
클로로부탄류, 브로모헥산류, 디클로로에탄류, 헥사메틸렌디브로마이드, 클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소류; Halogenated hydrocarbons such as chlorobutane, bromohexane, dichloroethane, hexamethylene dibromide and chlorobenzene;
아세트산에틸, 아세트산 n-부틸, 아세트산 i-부틸, 프로피온산메틸 등의 포화 카르복실산에스테르류; Saturated carboxylic acid esters such as ethyl acetate, n-butyl acetate, i-butyl acetate and methyl propionate;
아세톤, 2-부타논, 4-메틸-2-펜타논, 2-헵타논 등의 케톤류; Ketones such as acetone, 2-butanone, 4-methyl-2-pentanone and 2-heptanone;
테트라히드로푸란, 디메톡시에탄류, 디에톡시에탄류 등의 에테르류; Ethers such as tetrahydrofuran, dimethoxyethanes and diethoxyethanes;
메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 4-메틸-2-펜탄올 등의 알코올류 등을 들 수 있다. 이들 용매는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.Alcohol, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, and 4-methyl- 2-pentanol, etc. are mentioned. These solvents may be used alone or in combination of two or more thereof.
상기 중합에서의 반응 온도로서는 통상 40 ℃ 내지 150 ℃, 50 ℃ 내지 150 ℃가 바람직하다. 반응 시간으로서는 통상 1 시간 내지 48 시간, 1 시간 내지 24 시간이 바람직하다.As reaction temperature in the said superposition | polymerization, 40 degreeC-150 degreeC and 50 degreeC-150 degreeC are preferable normally. As reaction time, 1 hour-48 hours and 1 hour-24 hours are preferable normally.
[A] 중합체의 겔 투과 크로마토그래피(GPC)법에 의한 폴리스티렌 환산 중량 평균 분자량(Mw)으로서는 1,000 내지 100,000이 바람직하고, 2,000 내지 50,000이 보다 바람직하고, 3,000 내지 30,000이 특히 바람직하다. [A] 중합체의 Mw가 1,000 미만인 경우, 막의 인터믹싱 내성이 저하될 가능성이 있다. 한편, Mw가 100,000을 초과하면, 하층막의 면내 균일성이 저하되는 경향이 있다.As a polystyrene reduced weight average molecular weight (Mw) by the gel permeation chromatography (GPC) method of polymer (A), 1,000-100,000 are preferable, 2,000-50,000 are more preferable, 3,000-30,000 are especially preferable. When the Mw of the polymer [A] is less than 1,000, there is a possibility that the intermixing resistance of the film is lowered. On the other hand, when Mw exceeds 100,000, there exists a tendency for the in-plane uniformity of an underlayer film to fall.
[A] 중합체의 Mw와 GPC법에 의한 폴리스티렌 환산 수 평균 분자량(Mn)의 비(Mw/Mn)는 통상 1 내지 3이고, 바람직하게는 1 내지 2.5이다.The ratio (Mw / Mn) of the polystyrene reduced number average molecular weight (Mn) by the MPC of the polymer (A) and the GPC method is usually 1 to 3, preferably 1 to 2.5.
<[B] 가교제><[B] crosslinking agent>
본 발명의 레지스트 하층막 형성용 조성물에 사용되는 [B] 가교제는, 열이나 산의 작용에 의해 수지 등의 배합 조성물이나 다른 가교성 분자와 결합을 형성하는 화합물이다. [B] 가교제로서는, 예를 들면 다관능 (메트)아크릴레이트 화합물, 에폭시 화합물, 히드록시메틸기 치환 페놀 화합물, 알콕시알킬화된 아미노기를 갖는 화합물 등을 들 수 있다.The crosslinking agent [B] used in the composition for forming a resist underlayer film of the present invention is a compound which forms a bond with a compound composition such as resin or other crosslinkable molecules by the action of heat or acid. [B] As a crosslinking agent, the polyfunctional (meth) acrylate compound, an epoxy compound, the hydroxymethyl group substituted phenol compound, the compound which has an alkoxyalkylated amino group, etc. are mentioned, for example.
다관능 (메트)아크릴레이트 화합물로서는, 예를 들면 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 글리세린트리(메트)아크릴레이트, 트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트트리(메트)아크릴레이트, 에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트, 1,3-부탄디올디(메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 비스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트디(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.As a polyfunctional (meth) acrylate compound, for example, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, ditrimethylol propane tetra (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, and pentaerythritol tetra (meth) ) Acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, glycerin tri (meth) acrylate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) Acrylate, ethylene glycol (meth) acrylate, 1,3-butanedioldi (meth) acrylate, 1,4-butanedioldi (meth) acrylate, 1,6-hexanedioldi (meth) acrylate, neopentyl Glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, dipropylene glycol di (meth) acrylate, bis (2-hydroxyethyl) isocyanate There may be mentioned the rate of di (meth) acrylate and the like.
에폭시 화합물로서는, 예를 들면 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 지방족 에폭시 수지 등을 들 수 있다.As an epoxy compound, a novolak-type epoxy resin, a bisphenol-type epoxy resin, an alicyclic epoxy resin, an aliphatic epoxy resin, etc. are mentioned, for example.
히드록시메틸기 치환 페놀 화합물로서는, 예를 들면 2-히드록시메틸-4,6-디메틸페놀, 1,3,5-트리히드록시메틸벤젠, 3,5-디히드록시메틸-4-메톡시톨루엔[2,6-비스(히드록시메틸)-p-크레졸] 등을 들 수 있다.As a hydroxymethyl group substituted phenolic compound, 2-hydroxymethyl-4,6-dimethylphenol, 1,3,5-trihydroxymethylbenzene, 3,5-dihydroxymethyl-4-methoxytoluene [2,6-bis (hydroxymethyl) -p-cresol] etc. are mentioned.
알콕시알킬화된 아미노기를 갖는 화합물로서는, 예를 들면 (폴리)메틸올화멜라민, (폴리)메틸올화글리콜우릴, (폴리)메틸올화벤조구아나민, (폴리)메틸올화우레아 등의 한 분자 내에 복수개의 활성 메틸올기를 갖는 질소 함유 화합물이며, 그 메틸올기의 수산기의 수소 원자 중 적어도 하나가 메틸기나 부틸기 등의 알킬기에 의해 치환된 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 알콕시알킬화된 아미노기를 갖는 화합물은 복수의 치환 화합물을 혼합한 혼합물인 경우가 있으며, 일부 자기 축합되어 이루어지는 올리고머 성분을 포함하는 것도 존재하지만, 이들도 사용할 수 있다. 이들 중에서 알콕시알킬화된 아미노기를 갖는 화합물이 바람직하다. 그 중에서도 메틸올화멜라민 및 메틸올화글리콜우릴이 보다 바람직하다.Examples of the compound having an alkoxyalkylated amino group include a plurality of activities in one molecule such as (poly) methylol melamine, (poly) methylol glycoluril, (poly) methylolated benzoguanamine, and (poly) methylolurea The compound which is the nitrogen containing compound which has a methylol group, in which at least one of the hydrogen atoms of the hydroxyl group of this methylol group was substituted by alkyl groups, such as a methyl group and a butyl group, etc. are mentioned. In addition, the compound which has the alkoxyalkylated amino group may be a mixture which mixed several substituted compounds, and although the thing containing the oligomer component formed by partial self-condensation exists, these can also be used. Of these, compounds having an alkoxyalkylated amino group are preferred. Especially, methylolated melamine and methylolated glycoluril are more preferable.
[B] 가교제로서는, 적어도 2개의 가교 형성 관능기를 갖는 것이 보다 바람직하다. 본 발명에서 "가교 형성 관능기"란, [A] 중합체와의 가교 반응성을 갖는 관능기이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 글리시딜에테르기, 글리시딜에스테르기, 글리시딜아미노기, 메톡시메틸기, 에톡시메틸기, 벤질옥시메틸기, 아세톡시메틸기, 벤조일옥시메틸기, 포르밀기, 아세틸기, 비닐기, 이소프로페닐기, 디메틸아미노메틸기, 디에틸아미노메틸기, 디메틸올아미노메틸기, 디에틸올아미노메틸기, 모르폴리노메틸기 등을 들 수 있다. 상기한 가교 형성 관능기를 갖는 화합물로서는 메톡시메틸화글리콜우릴 또는 메톡시메틸화멜라민이 바람직하고, 이 중에서도 헥사메톡시메틸화멜라민 및 테트라메톡시메틸화글리콜우릴이 특히 바람직하다.As the crosslinking agent (B), one having at least two crosslinking forming functional groups is more preferable. In the present invention, the "crosslinking forming functional group" is not particularly limited as long as it is a functional group having crosslinking reactivity with the polymer [A]. For example, a glycidyl ether group, glycidyl ester group, glycidylamino group, and methoxy Methyl group, ethoxymethyl group, benzyloxymethyl group, acetoxymethyl group, benzoyloxymethyl group, formyl group, acetyl group, vinyl group, isopropenyl group, dimethylaminomethyl group, diethylaminomethyl group, dimethylolaminomethyl group, diethylolaminomethyl group And morpholinomethyl groups. As the compound having the aforementioned crosslinking functional group, methoxymethylated glycoluril or methoxymethylated melamine is preferable, and hexamethoxymethylated melamine and tetramethoxymethylated glycoluril are particularly preferable.
또한, 이들 [B] 가교제는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.In addition, these [B] crosslinking agents can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more type.
[B] 가교제는 자기 축합에 의한 가교 반응을 일으키는 경우도 있지만, [A] 중합체 중에 가교 형성 관능기가 존재하는 경우에는 이들 가교 형성 관능기와 가교 반응을 일으킬 수 있다. 또한, [A] 중합체 중의 상기 화학식 2로 표시되는 구조 단위 (II)가 수산기 또는 아미노기를 갖는 경우에는, 가교제의 가교 형성 관능기와 수산기 또는 아미노기가 가교 반응을 일으킬 수 있다.The crosslinking agent (B) may cause a crosslinking reaction by self-condensation, but when a crosslinking functional group is present in the [A] polymer, it may cause a crosslinking reaction with these crosslinking functional groups. In addition, when the structural unit (II) represented by the formula (2) in the polymer [A] has a hydroxyl group or an amino group, the crosslinking functional group and the hydroxyl group or the amino group of the crosslinking agent may cause a crosslinking reaction.
[B] 가교제의 함유 비율은, 레지스트 하층막 형성용 조성물에 의해 형성되는 하층막이 충분히 경화되는 양이 되도록 적절하게 설정된다. 구체적으로 [B] 가교제의 함유 비율은, 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물에 포함되는 [A] 중합체 100 질량부에 대하여 통상 0.001 내지 100 질량부이고, 0.01 내지 50 질량부인 것이 바람직하고, 0.1 내지 30 질량부인 것이 보다 바람직하다. 0.001 질량부 미만이면, 얻어지는 레지스트 하층막의 경도가 불충분해질 우려가 있다. 한편, 100 질량부를 초과하면, 레지스트 하층막 중의 가교제와 레지스트막 사이에서 가교 반응이 일어날 가능성이 있다.The content rate of the crosslinking agent (B) is suitably set so that the lower layer film formed by the composition for resist underlayer film forming may fully be hardened | cured. Specifically, the content ratio of the [B] crosslinking agent is usually 0.001 to 100 parts by mass, preferably 0.01 to 50 parts by mass, and preferably 0.1 to 30 parts by mass based on 100 parts by mass of the polymer [A] contained in the resist underlayer film-forming composition. It is more preferable that it is a mass part. If it is less than 0.001 mass part, there exists a possibility that the hardness of the resist underlayer film obtained may become inadequate. On the other hand, when it exceeds 100 mass parts, a crosslinking reaction may arise between the crosslinking agent in a resist underlayer film, and a resist film.
<기타 임의 성분><Other optional ingredients>
해당 레지스트 하층막 형성용 조성물은, 기타 임의 성분으로서 [C] 가교 촉매, [D] 용매, [E] 계면활성제, [F] 보존 안정제 등을 함유하고 있을 수도 있다. 이하에 각 성분에 대하여 상세히 설명한다.The composition for resist underlayer film formation may contain [C] crosslinking catalyst, [D] solvent, [E] surfactant, [F] storage stabilizer, etc. as other arbitrary components. Each component is explained in full detail below.
([C] 가교 촉매)([C] crosslinking catalyst)
해당 레지스트 하층막 형성용 조성물은, 가교 촉매로서 각종 아민 화합물, 페놀 수지, 아미노 수지, 머캅탄계 화합물, 히드라지드류, 폴리페놀, 다염기산, 광산 발생제 또는 열산 발생제 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 생산성이나 잔존 촉매의 광학 특성에 대한 영향이 거의 보이지 않는 광 또는 열산 발생제가 바람직하다.As the composition for forming a resist underlayer film, various amine compounds, phenol resins, amino resins, mercaptan-based compounds, hydrazides, polyphenols, polybasic acids, photoacid generators, or thermal acid generators can be used as the crosslinking catalyst. Especially, the light or thermal acid generator which hardly affects productivity or the optical characteristic of a residual catalyst is preferable.
본 발명에서는 하기 화학식으로 표시되는 화합물이 바람직하다.In the present invention, a compound represented by the following formula is preferable.
([D] 용매)([D] solvent)
해당 레지스트 하층막 형성용 조성물은 통상 [D] 용매를 함유한다. [D] 용매는 적어도 상기한 [A] 중합체, [B] 가교제 및 필요에 따라 첨가되는 기타 임의 성분을 용해할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다. [D] 용매로서는, 예를 들면 알코올계 용매, 에테르계 용매, 케톤계 용매, 아미드계 용매, 에스테르계 용매, 탄화수소계 용매 및 그의 혼합 용매 등을 들 수 있다.The resist underlayer film-forming composition usually contains the solvent [D]. The solvent [D] is not particularly limited as long as it can dissolve at least the above-mentioned [A] polymer, the [B] crosslinking agent and other optional components added as necessary. Examples of the solvent [D] include alcohol solvents, ether solvents, ketone solvents, amide solvents, ester solvents, hydrocarbon solvents, mixed solvents thereof, and the like.
알코올계 용매로서는, 예를 들면As an alcoholic solvent, for example
메탄올, 에탄올, n-프로판올, i-프로판올, n-부탄올, i-부탄올, sec-부탄올, tert-부탄올, n-펜탄올, i-펜탄올, 2-메틸부탄올, sec-펜탄올, tert-펜탄올, 3-메톡시부탄올, n-헥산올, 2-메틸펜탄올, sec-헥산올, 2-에틸부탄올, sec-헵탄올, 3-헵탄올, n-옥탄올, 2-에틸헥산올, sec-옥탄올, n-노닐알코올, 2,6-디메틸-4-헵탄올, n-데칸올, sec-운데실알코올, 트리메틸노닐알코올, sec-테트라데실알코올, sec-헵타데실알코올, 푸르푸릴알코올, 페놀, 시클로헥산올, 메틸시클로헥산올, 3,3,5-트리메틸시클로헥산올, 벤질알코올, 디아세톤알코올 등의 모노 알코올계 용매; Methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol, tert-butanol, n-pentanol, i-pentanol, 2-methylbutanol, sec-pentanol, tert- Pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, sec-hexanol, 2-ethylbutanol, sec-heptanol, 3-heptanol, n-octanol, 2-ethylhexanol , sec-octanol, n-nonyl alcohol, 2,6-dimethyl-4-heptanol, n-decanol, sec-undecyl alcohol, trimethylnonyl alcohol, sec- tetradecyl alcohol, sec-heptadecyl alcohol, green Monoalcohol solvents such as furyl alcohol, phenol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, 3,3,5-trimethylcyclohexanol, benzyl alcohol and diacetone alcohol;
에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 2,4-펜탄디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 2,5-헥산디올, 2,4-헵탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 트리프로필렌글리콜 등의 다가 알코올계 용매; Propylene glycol, 1,3-butylene glycol, 2,4-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2,5-hexanediol, 2,4- Polyhydric alcohol solvents such as 2-ethyl-1,3-hexanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol and tripropylene glycol;
에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노헥실에테르, 에틸렌글리콜모노페닐에테르, 에틸렌글리콜모노-2-에틸부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노프로필에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 프로필렌글리콜모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노프로필에테르 등의 다가 알코올 부분 에테르계 용매 등을 들 수 있다.Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol mono-2-ethylbutyl ether, diethylene glycol mono Methyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene Polyhydric alcohol partial ether solvents such as glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, and the like.
에테르계 용매로서는, 예를 들면 디에틸에테르, 디프로필에테르, 디부틸에테르, 디페닐에테르 등을 들 수 있다.Examples of the ether solvent include diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, diphenyl ether, and the like.
케톤계 용매로서는, 예를 들면 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸-n-프로필케톤, 메틸-n-부틸케톤, 디에틸케톤, 메틸-i-부틸케톤, 메틸-n-펜틸케톤, 에틸-n-부틸케톤, 메틸-n-헥실케톤, 디-i-부틸케톤, 트리메틸노나논, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 시클로헵타논, 시클로옥타논, 메틸시클로헥사논, 2,4-펜탄디온, 아세토닐아세톤, 아세토페논 등을 들 수 있다.As a ketone solvent, acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, diethyl ketone, methyl-i-butyl ketone, methyl-n-pentyl ketone, ethyl-n- Butyl ketone, methyl-n-hexyl ketone, di-i-butyl ketone, trimethylnonanone, cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, cyclooctanone, methylcyclohexanone, 2,4-pentanedione, aceto And acetophenone may be mentioned.
아미드계 용매로서는, 예를 들면 N,N'-디메틸이미다졸리디논, N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디에틸포름아미드, 아세트아미드, N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸프로피온아미드, N-메틸피롤리돈 등을 들 수 있다.As the amide solvent, for example, N, N'-dimethylimidazolidinone, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide , N, N-dimethylacetamide, N-methylpropionamide, N-methylpyrrolidone and the like.
에스테르계 용매로서는, 예를 들면 디에틸카르보네이트, 프로필렌카르보네이트, 아세트산메틸, 아세트산에틸, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, 아세트산 n-프로필, 아세트산 i-프로필, 아세트산 n-부틸, 아세트산 i-부틸, 아세트산 sec-부틸, 아세트산 n-펜틸, 아세트산 sec-펜틸, 아세트산 3-메톡시부틸, 아세트산메틸펜틸, 아세트산 2-에틸부틸, 아세트산 2-에틸헥실, 아세트산벤질, 아세트산시클로헥실, 아세트산메틸시클로헥실, 아세트산 n-노닐, 아세토아세트산메틸, 아세토아세트산에틸, 아세트산에틸렌글리콜모노메틸에테르, 아세트산에틸렌글리콜모노에틸에테르, 아세트산디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 아세트산디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 아세트산디에틸렌글리콜모노-n-부틸에테르, 아세트산프로필렌글리콜모노메틸에테르, 아세트산프로필렌글리콜모노에틸에테르, 아세트산프로필렌글리콜모노프로필에테르, 아세트산프로필렌글리콜모노부틸에테르, 아세트산디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 아세트산디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디아세트산글리콜, 아세트산메톡시트리글리콜, 프로피온산에틸, 프로피온산 n-부틸, 프로피온산 i-아밀, 옥살산디에틸, 옥살산디-n-부틸, 락트산메틸, 락트산에틸, 락트산 n-부틸, 락트산 n-아밀, 말론산디에틸, 프탈산디메틸, 프탈산디에틸 등을 들 수 있다.Examples of the ester solvent include diethyl carbonate, propylene carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, n-propyl acetate, i-propyl acetate and n-acetic acid Butyl, i-butyl acetate, sec-butyl acetate, n-pentyl acetate, sec-pentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, benzyl acetate, cycloacetate Hexyl, methylcyclohexyl acetate, n-nonyl acetate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, Diethylene glycol mono-n-butyl ether, propylene acetate monomethyl ether, propylene acetate Recol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, diacetate glycol, methoxytriglycol acetate, ethyl propionate, propionate n -Butyl, i-amyl propionate, diethyl oxalate, di-n-butyl oxalate, methyl lactate, ethyl lactate, n-butyl lactate, n-amyl lactate, diethyl malonate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, and the like. .
탄화수소계 용매로서는, 예를 들면As a hydrocarbon solvent, for example
n-펜탄, i-펜탄, n-헥산, i-헥산, n-헵탄, i-헵탄, 2,2,4-트리메틸펜탄, n-옥탄, i-옥탄, 시클로헥산, 메틸시클로헥산 등의 지방족 탄화수소계 용매; aliphatic such as n-pentane, i-pentane, n-hexane, i-hexane, n-heptane, i-heptane, 2,2,4-trimethylpentane, n-octane, i-octane, cyclohexane, methylcyclohexane Hydrocarbon solvents;
벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌, 에틸벤젠, 트리메틸벤젠, 메틸에틸벤젠, n-프로필벤젠, i-프로필벤젠, 디에틸벤젠, i-부틸벤젠, 트리에틸벤젠, 디-i-프로필벤젠, n-아밀나프탈렌 등의 방향족 탄화수소계 용매 등을 들 수 있다.Benzene, toluene, xylene, mesitylene, ethylbenzene, trimethylbenzene, methylethylbenzene, n-propylbenzene, i-propylbenzene, diethylbenzene, i-butylbenzene, triethylbenzene, di-i-propylbenzene, n Aromatic hydrocarbon solvents, such as amyl naphthalene, etc. are mentioned.
이들 중에서 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 아세트산프로필렌글리콜모노메틸에테르 및 시클로헥사논이 바람직하다. 이들 유기 용매는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.Among these, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, and cyclohexanone are preferable. These organic solvents may be used independently and may use 2 or more types together.
([E] 계면활성제)([E] surfactant)
계면활성제는, 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물의 도포성 개선, 도포 불균일 감소, 방사선 조사부의 현상성을 개량하기 위해 첨가할 수 있다. 바람직한 계면활성제의 예로서는, 비이온계 계면활성제, 불소계 계면활성제 및 실리콘계 계면활성제를 들 수 있다.Surfactant can be added in order to improve the applicability | paintability of the said composition for resist underlayer film formation, reduce application | coating nonuniformity, and developability of a radiation irradiation part. As an example of a preferable surfactant, a nonionic surfactant, a fluorine-type surfactant, and a silicone type surfactant are mentioned.
비이온계 계면활성제로서는, 예를 들면 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르 등의 폴리옥시에틸렌알킬에테르류; 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르 등의 폴리옥시에틸렌아릴에테르류; 폴리에틸렌글리콜디라우레이트, 폴리에틸렌글리콜디스테아레이트 등의 폴리에틸렌글리콜디알킬에스테르류; (메트)아크릴산계 공중합체류 등을 들 수 있다. (메트)아크릴산계 공중합체류의 예로서는, 폴리플로우 No.57, 동 No.95(교에이샤 가가꾸사 제조) 등을 들 수 있다.As a nonionic surfactant, For example, polyoxyethylene alkyl ether, such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether; Polyoxyethylene aryl ethers such as polyoxyethylene octylphenyl ether and polyoxyethylene nonylphenyl ether; Polyethylene glycol dialkyl esters such as polyethylene glycol dilaurate and polyethylene glycol distearate; (Meth) acrylic acid type copolymers etc. are mentioned. Examples of the (meth) acrylic acid copolymers include polyflow No. 57, copper No. 95 (manufactured by Kyowa Co., Ltd.), and the like.
불소계 계면활성제로서는, 예를 들면 1,1,2,2-테트라플루오로옥틸(1,1,2,2-테트라플루오로프로필)에테르, 1,1,2,2-테트라플루오로옥틸헥실에테르, 옥타에틸렌글리콜디(1,1,2,2-테트라플루오로부틸)에테르, 헥사에틸렌글리콜(1,1,2,2,3,3-헥사플루오로펜틸)에테르, 옥타프로필렌글리콜디(1,1,2,2-테트라플루오로부틸)에테르, 헥사프로필렌글리콜디(1,1,2,2,3,3-헥사플루오로펜틸)에테르 등의 플루오로에테르류; 퍼플루오로도데실술폰산나트륨; 1,1,2,2,8,8,9,9,10,10-데카플루오로도데칸, 1,1,2,2,3,3-헥사플루오로데칸 등의 플루오로알칸류; 플루오로알킬벤젠술폰산나트륨류; 플루오로알킬옥시에틸렌에테르류; 플루오로알킬암모늄요오다이드류; 플루오로알킬폴리옥시에틸렌에테르류; 퍼플루오로알킬폴리옥시에탄올류; 퍼플루오로알킬알콕실레이트류; 불소계 알킬에스테르류 등을 들 수 있다.As the fluorine-based surfactant, for example, 1,1,2,2-tetrafluorooctyl (1,1,2,2-tetrafluoropropyl) ether, 1,1,2,2-tetrafluorooctylhexyl ether , Octaethylene glycol di (1,1,2,2-tetrafluorobutyl) ether, hexaethylene glycol (1,1,2,2,3,3-hexafluoropentyl) ether, octapropylene glycol di (1 Fluoro ethers such as 1,2,2-tetrafluorobutyl) ether and hexapropylene glycol di (1,1,2,2,3,3-hexafluoropentyl) ether; Sodium perfluorododecyl sulfonate; Fluoroalkanes such as 1,1,2,2,8,8,9,9,10,10-decafluorododecane and 1,1,2,2,3,3-hexafluorodecane; Sodium fluoroalkylbenzenesulfonates; Fluoroalkyloxyethylene ethers; Fluoroalkylammonium iodides; Fluoroalkyl polyoxyethylene ethers; Perfluoroalkyl polyoxyethanols; Perfluoroalkyl alkoxylates; Fluorine-based alkyl esters and the like.
이들 불소계 계면활성제의 시판품으로서는, 에프톱 EF301, 303, 352(이상, 신아키타 가세이사 제조), 메가팩 F171, 172, 173(이상, 다이니폰 잉크사 제조), 플루오라드 FC430, 431(이상, 스미또모 쓰리엠사 제조), 아사히가드 AG710, 서플론 S-382, SC-101, 102, 103, 104, 105, 106(이상, 아사히 글래스사 제조), FTX-218(네오스사 제조) 등을 들 수 있다.Commercially available products of these fluorine-based surfactants include F-Top EF301, 303, and 352 (above, manufactured by Shin Akita Kasei Co., Ltd.), MegaPack F171, 172, 173 (manufactured by Dainippon Ink, Inc.), fluoride FC430, 431 (more than, Sumitomo 3M Corporation), Asahi Guard AG710, Suplon S-382, SC-101, 102, 103, 104, 105, 106 (above, Asahi Glass Co., Ltd.), FTX-218 (manufactured by Neos) Can be.
실리콘계 계면활성제의 예로서는, 예를 들면 SH200-100cs, SH28PA, SH30PA, ST89PA, SH190(이상, 도레이 다우코닝 실리콘사 제조), 오르가노실록산 중합체 KP341(신에쓰 가가꾸 고교사 제조) 등을 들 수 있다.As an example of a silicone type surfactant, SH200-100cs, SH28PA, SH30PA, ST89PA, SH190 (above, Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.), organosiloxane polymer KP341 (made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), etc. are mentioned, for example. .
[E] 계면활성제를 사용하는 경우에, 그 양은 [A] 중합체 100 질량부에 대하여 0.001 질량부 이상 10 질량부 이하인 것이 바람직하고, 0.005 질량부 이상 5 질량부 이하인 것이 보다 바람직하다. [E] 계면활성제의 사용량을 0.001 질량부 이상 10 질량부 이하로 함으로써, 레지스트 하층막 형성용 조성물의 도포성을 최적화시킬 수 있다.In the case of using the surfactant (E), the amount is preferably 0.001 parts by mass or more and 10 parts by mass or less, and more preferably 0.005 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polymer [A]. The coating property of the composition for resist underlayer film formation can be optimized by making the usage-amount of [E] surfactant into 0.001 mass part or more and 10 mass parts or less.
<레지스트 하층막 형성용 조성물의 제조><Preparation of the composition for forming a resist underlayer film>
해당 레지스트 하층막 형성용 조성물은 상기한 [A] 중합체, 적합 성분인 [B] 가교제, 필요에 따라 첨가되는 [C] 가교 촉매, [D] 용매, [E] 계면활성제 등의 기타 임의 성분을 균일하게 혼합함으로써 제조된다. 통상 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물은, 바람직하게는 적당한 용매에 용해 또는 분산시킨 상태로 제조되어 사용된다.The composition for forming a resist underlayer film includes the above-mentioned [A] polymer, [B] crosslinking agent which is a suitable component, [C] crosslinking catalyst added as needed, [D] solvent, and [E] surfactant. It is prepared by mixing uniformly. Usually, the composition for forming a resist underlayer film is preferably produced and used in a state in which it is dissolved or dispersed in a suitable solvent.
해당 레지스트 하층막 형성용 조성물을 용액 상태로서 제조하는 경우, 고형분 농도, 즉 상기한 [A] 중합체, 적합 성분인 [B] 가교제, 필요에 따라 첨가되는 [C] 가교 촉매 등의 합계량의 비율은 사용 목적이나 필요한 막 두께치 등에 따라 임의의 농도로 설정할 수 있다. 0.5 내지 50 질량%가 바람직하고, 1 내지 40 질량%가 보다 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1.5 내지 35 질량%이다. 이렇게 하여 제조된 레지스트 하층막 형성용 조성물의 용액은, 공경 0.2 내지 0.5 ㎛ 정도의 밀리포어 필터 등을 사용하여 여과시킨 후 사용할 수도 있다.When preparing the composition for forming a resist underlayer film as a solution state, the solid content concentration, that is, the ratio of the total amount of the above-mentioned [A] polymer, the [B] crosslinking agent which is a suitable component, and the [C] crosslinking catalyst added as necessary, is It can be set to arbitrary concentrations according to the purpose of use, the film thickness value required, and the like. 0.5-50 mass% is preferable, and 1-40 mass% is more preferable. More preferably, it is 1.5-35 mass%. The solution of the composition for forming a resist underlayer film thus prepared may be used after being filtered using a Millipore filter or the like having a pore size of about 0.2 to 0.5 µm.
<중합체><Polymer>
해당 중합체는 상기 화학식 (1-1)로 표시되는 구조 단위 (I), 상기 화학식 (2-1)로 표시되는 구조 단위 (II-1) 및 상기 화학식 (2-2)로 표시되는 구조 단위 (II-2)를 갖는 중합체이다. 해당 중합체는 수산기 또는 아미노기를 갖는 구조 단위와 방향환을 갖는 구조 단위를 함유한다. 그에 따라, 해당 중합체를 본 발명의 하층막 형성용 조성물의 재료로서 사용한 경우, 얻어지는 레지스트막은 가교제와의 가교 반응이 촉진되어 경도 및 밀착성이 우수함과 동시에, ArF 엑시머 레이저 등의 방사선 흡수도 우수하다. 그 때문에, 해당 중합체는 본 발명의 하층막 형성용 조성물의 재료로서 바람직하게 사용된다. 또한 해당 중합체에 대해서는, 상기 레지스트 하층막 형성용 조성물의 [A] 중합체에 대한 설명을 적용할 수 있다.The polymer is a structural unit represented by the structural unit (I) represented by the general formula (1-1), the structural unit (II-1) represented by the general formula (2-1) and the general formula (2-2) ( II-2). The polymer contains a structural unit having a hydroxyl group or an amino group and a structural unit having an aromatic ring. Therefore, when this polymer is used as a material of the composition for forming an underlayer film of the present invention, the resulting resist film promotes crosslinking reaction with a crosslinking agent, and is excellent in hardness and adhesiveness, and also excellent in radiation absorption such as an ArF excimer laser. Therefore, this polymer is used suitably as a material of the composition for lower layer film formation of this invention. In addition, about this polymer, the description about the polymer [A] of the said composition for resist underlayer film formation is applicable.
<레지스트 하층막><Resist Underlayer Film>
해당 레지스트 하층막은, [A] 환상 카르보네이트 구조를 갖는 중합체를 포함하는 레지스트 하층막 형성용 조성물을 사용하여 형성되어 있기 때문에 에칭 속도가 높고, 레지스트막과 기판에 대한 우수한 에칭 선택비를 구비하고 있다. 또한, 레지스트막에 대한 밀착성도 우수하다. 또한, [A] 중합체가 방향족환을 갖는 구조 단위를 갖고 있기 때문에, 해당 레지스트 하층막은 ArF 엑시머 레이저 등의 방사선 흡수가 우수하고, 반사 방지막으로서 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, [A] 중합체가 수산기 또는 아미노기를 갖고 있기 때문에 [B] 가교제와의 가교 반응이 촉진되어, 얻어지는 레지스트 하층막의 인터믹싱 내성이 향상된다. 이러한 레지스트 하층막은, 높은 해상성을 요하는 기술 용도에 바람직하게 사용될 수 있다.Since the resist underlayer film is formed using a composition for forming a resist underlayer film containing a polymer having a [A] cyclic carbonate structure, the resist underlayer film has a high etching rate, and has an excellent etching selectivity for the resist film and the substrate. have. Moreover, the adhesiveness with respect to a resist film is also excellent. In addition, since the polymer [A] has a structural unit having an aromatic ring, the resist underlayer film is excellent in radiation absorption such as an ArF excimer laser and can be preferably used as an antireflection film. In addition, since the polymer [A] has a hydroxyl group or an amino group, the crosslinking reaction with the [B] crosslinking agent is promoted, and the intermixing resistance of the resulting resist underlayer film is improved. Such a resist underlayer film can be suitably used for technical applications requiring high resolution.
해당 레지스트 하층막의 막 두께는 통상 5 nm 이상 200 nm 이하이고, 패터닝성을 높이기 위해서는 10 nm 이상 100 nm 이하가 바람직하다.The film thickness of the resist underlayer film is usually 5 nm or more and 200 nm or less, and in order to increase patterning property, 10 nm or more and 100 nm or less are preferable.
<레지스트 하층막의 제조 방법><Method for producing resist underlayer film>
해당 레지스트 하층막의 구체적인 제조 방법으로서는, 예를 들면 기판 위 또는 다른 하층막 등의 표면에 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물을 도포하여 도막을 형성하고, 이 도막을 가열 처리함으로써, 또는 잠재성 광산 발생제를 함유하는 경우에는 자외광의 조사 및 가열 처리를 행함으로써 경화시키는 방법을 들 수 있다. 상기 기판으로서는, 예를 들면 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 폴리실록산 등의 절연막, 블랙 다이아몬드(AMAT사 제조), 실크(다우 케미컬사 제조), LKD5109(JSR사 제조) 등의 저유전체 절연막으로 피복한 웨이퍼 등의 층간 절연막을 사용할 수 있다. 또한, 이 기판으로서는 배선홈(트렌치(trench)), 플러그홈(비아(via)) 등의 패턴화된 기판을 사용할 수도 있다.As a specific manufacturing method of the said resist underlayer film, a coating film is formed by apply | coating this composition for resist underlayer film formation on the surface of a board | substrate or another underlayer film, etc., for example, and heat-processing this coating film, or a latent photo-acid generator When it contains, the method of hardening by irradiating an ultraviolet light and heat-processing is mentioned. As the substrate, for example, an insulating film made of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, polysiloxane, or the like, coated with a low dielectric insulating film such as black diamond (manufactured by AMAT), silk (manufactured by Dow Chemical), or LKD5109 (manufactured by JSR) An interlayer insulating film such as a wafer can be used. In addition, as this board | substrate, patterned board | substrates, such as a wiring groove (trench) and a plug groove (via), can also be used.
레지스트 하층막 형성용 조성물을 도포하는 방법으로서는 공지된 방법을 들 수 있으며, 예를 들면 스핀 코팅법, 롤 코팅법, 침지법 등을 들 수 있다. 또한, 형성되는 도막의 가열 온도는 통상 50 내지 450 ℃이다.As a method of apply | coating the composition for resist underlayer film forming, a well-known method is mentioned, For example, a spin coating method, a roll coating method, an immersion method, etc. are mentioned. In addition, the heating temperature of the coating film formed is 50-450 degreeC normally.
<패턴 형성 방법><Pattern forming method>
본 발명의 패턴 형성 방법은 (1) 레지스트 하층막 형성용 조성물을 피가공 기판 위에 도포하여 레지스트 하층막을 형성하는 공정(이하, "공정 1"이라고도 함)과, (2) 상기 레지스트 하층막 위에 레지스트 조성물을 도포하여 레지스트막을 형성하는 공정(이하, "공정 2"라고도 함)과, (3) 상기 레지스트막에 포토마스크를 통해 선택적으로 방사선을 조사하여 상기 레지스트막을 노광하는 공정(이하, "공정 3"이라고도 함)과, (4) 상기 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정(이하, "공정 4"라고도 함)과, (5) 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 레지스트 하층막 및 상기 피가공 기판을 드라이 에칭하여 패턴을 형성하는 공정(이하, "공정 5"라고도 함)을 갖는다.The pattern forming method of the present invention comprises the steps of (1) applying a composition for forming a resist underlayer film on a substrate to be processed to form a resist underlayer film (hereinafter also referred to as "step 1"), and (2) a resist on the resist underlayer film A process of applying a composition to form a resist film (hereinafter also referred to as "step 2"), and (3) exposing the resist film to selective radiation through a photomask (hereinafter referred to as "step 3"). "," (4) developing the exposed resist film to form a resist pattern (hereinafter also referred to as "step 4"), and (5) using the resist pattern as a mask for the resist underlayer film and the And a process of forming a pattern by dry etching the substrate to be processed (hereinafter, also referred to as "step 5").
이하, 이들 각 공정에 대하여 순차적으로 설명한다.Hereinafter, each of these steps will be described sequentially.
[공정 (1)][Step (1)]
이 공정 (1)에서는, 상기 레지스트 하층막 형성용 조성물을 사용하여 기판 위에 레지스트 하층막을 형성한다. 이에 따라, 기판 위에 레지스트 하층막이 형성된 레지스트 하층막 부착 기판을 얻을 수 있다. 상기 기판으로서는, 레지스트 하층막의 제조 방법에서 예시한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다.In this step (1), a resist underlayer film is formed on the substrate using the composition for forming a resist underlayer film. Thereby, the board | substrate with a resist underlayer film in which the resist underlayer film was formed on the board | substrate can be obtained. As said board | substrate, the thing similar to what was illustrated by the manufacturing method of a resist underlayer film can be used.
또한 상기 기판에는, 본 발명의 레지스트 하층막 형성용 조성물을 사용하여 얻어지는 레지스트 하층막과는 상이한 다른 하층막(이하, "하층막"이라고도 함)이 미리 형성되어 있을 수도 있다. 이 하층막은 반사 방지 기능, 도포막 평탄성, CF4 등의 불소계 가스에 대한 높은 에칭 내성 등이 부여된 막이다. 이 하층막은, 예를 들면 "NFC HM8005"(JSR사 제조), "NFC CT08"(JSR사 제조) 등의 상품명으로 시판되어 있는 재료 등을 사용하여 종래 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다.Furthermore, another underlayer film (hereinafter also referred to as "underlayer film") different from the resist underlayer film obtained by using the composition for forming a resist underlayer film of the present invention may be previously formed on the substrate. This underlayer film is a film to which antireflection function, coating film flatness, and high etching resistance to fluorine-based gases such as CF 4 are imparted. This underlayer film can be formed by a conventionally well-known method using the material marketed by brand names, such as "NFC HM8005" (made by JSR Corporation) and "NFC CT08" (made by JSR Corporation).
해당 레지스트 하층막의 형성 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 피가공 기판 위에 해당 레지스트 하층막 형성용 조성물을 스핀 코팅법 등의 공지된 방법에 의해 도포하여 형성된 도막을, 노광 및/또는 가열함으로써 경화하여 형성할 수 있다. 이 노광에 사용되는 방사선으로서는, 예를 들면 가시광선, 자외선, 원자외선, X선, 전자선, γ선, 분자선, 이온빔 등을 들 수 있다. 또한, 도막을 가열할 때의 온도는 특별히 한정되지 않지만 90 내지 550 ℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90 내지 450 ℃, 더욱 바람직하게는 90 내지 300 ℃이다. 또한, 상기 하층막의 막 두께는 특별히 한정되지 않지만 통상 5 nm 이상 200 nm 이하이고, 패터닝성을 높이기 위해서는 10 nm 이상 100 nm 이하인 것이 바람직하다.Although the formation method of this resist underlayer film is not specifically limited, For example, it hardens | cures by exposing and / or heating the coating film formed by apply | coating the composition for resist underlayer film formation on a to-be-processed substrate by well-known methods, such as a spin coating method. Can be formed. Examples of the radiation used for this exposure include visible light, ultraviolet light, far ultraviolet light, X-rays, electron beams, gamma rays, molecular rays, ion beams, and the like. Moreover, although the temperature at the time of heating a coating film is not specifically limited, It is preferable that it is 90-550 degreeC, More preferably, it is 90-450 degreeC, More preferably, it is 90-300 degreeC. Although the film thickness of the underlayer film is not particularly limited, it is usually 5 nm or more and 200 nm or less, and in order to improve patterning property, it is preferable that they are 10 nm or more and 100 nm or less.
[공정 (2)][Step (2)]
이 공정 (2)에서는, 레지스트 조성물을 사용하여 공정 (1)에서 얻어진 레지스트 하층막 위에 레지스트막을 형성한다. 이 공정 (2)에서 사용되는 레지스트 조성물로서는, 예를 들면 광산 발생제를 함유하는 포지티브형 또는 네가티브형의 화학 증폭형 레지스트 조성물, 알칼리 가용성 수지와 퀴논디아지드계 감광제를 포함하는 포지티브형 레지스트 조성물, 알칼리 가용성 수지와 가교제를 포함하는 네가티브형 레지스트 조성물 등을 적합예로서 들 수 있다.In this step (2), a resist film is formed on the resist underlayer film obtained in step (1) using the resist composition. As the resist composition used in this step (2), for example, a positive or negative chemically amplified resist composition containing a photoacid generator, a positive resist composition containing an alkali-soluble resin and a quinonediazide-based photosensitive agent, Examples of suitable resist compositions include alkali-soluble resins and crosslinking agents.
또한, 레지스트 조성물의 고형분 농도는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 5 내지 50 질량%인 것이 바람직하다.Moreover, although solid content concentration of a resist composition is not specifically limited, For example, it is preferable that it is 5-50 mass%.
또한, 레지스트 조성물로서는 공경 0.2 ㎛ 정도의 필터를 사용하여 여과시킨 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 패턴 형성 방법에서는 이러한 레지스트 조성물로서 시판품인 레지스트 조성물을 그대로 사용할 수도 있다.Moreover, as a resist composition, the thing filtered using the filter of about 0.2 micrometer of pore diameters can be used preferably. Moreover, in the pattern formation method of this invention, you may use the resist composition which is a commercial item as it is as such a resist composition.
레지스트 조성물을 도포하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 스핀 코팅법 등의 종래의 방법에 의해 도포할 수 있다. 또한, 레지스트 조성물을 도포할 때에는, 얻어지는 레지스트막이 소정의 막 두께가 되도록 도포하는 레지스트 조성물의 양을 조정한다.The method of applying the resist composition is not particularly limited, and for example, can be applied by conventional methods such as spin coating. In addition, when apply | coating a resist composition, the quantity of the resist composition apply | coated so that the obtained resist film may become a predetermined | prescribed film thickness is adjusted.
상기 레지스트막은, 상기 레지스트 조성물에 의해 형성된 도막을 프리 베이킹(prebaking)함으로써 도막 중의 용매(즉, 레지스트 조성물에 함유되는 용매)를 휘발시켜 형성할 수 있다. 프리 베이킹할 때의 온도는 사용하는 레지스트 조성물의 종류 등에 따라 적절하게 조정되지만, 30 내지 200 ℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 150 ℃이다. 또한, 이 레지스트막의 표면에 또 다른 피막을 설치할 수도 있다.The resist film can be formed by volatilizing a solvent (that is, a solvent contained in the resist composition) in the coating film by prebaking the coating film formed of the resist composition. Although the temperature at the time of prebaking is adjusted suitably according to the kind of resist composition to be used, etc., It is preferable that it is 30-200 degreeC, More preferably, it is 50-150 degreeC. Moreover, another film can also be provided on the surface of this resist film.
[공정 (3)][Step (3)]
이 공정 (3)에서는, 공정 (2)에서 얻어진 레지스트막에 포토마스크를 통해 선택적으로 방사선을 조사하여 레지스트막을 노광한다. 이 공정 (3)에서 사용되는 방사선으로서는, 레지스트 조성물에 사용되고 있는 산 발생제의 종류에 따라 가시광선, 자외선, 원자외선, X선, 전자선, γ선, 분자선, 이온빔 등으로부터 적절하게 선택되지만 원자외선인 것이 바람직하고, 특히 KrF 엑시머 레이저(248 nm), ArF 엑시머 레이저(193 nm), F2 엑시머 레이저(157 nm), Kr2 엑시머 레이저(147 nm), ArKr 엑시머 레이저(134 nm), 극자외선(13.5 nm 등) 등을 적합예로서 들 수 있다.In this step (3), the resist film obtained in the step (2) is selectively irradiated with a radiation through a photomask to expose the resist film. The radiation used in this step (3) is appropriately selected from visible rays, ultraviolet rays, far ultraviolet rays, X rays, electron beams, gamma rays, molecular rays, ion beams and the like depending on the type of acid generator used in the resist composition. In particular, KrF excimer laser (248 nm), ArF excimer laser (193 nm), F 2 excimer laser (157 nm), Kr 2 excimer laser (147 nm), ArKr excimer laser (134 nm), extreme ultraviolet rays (13.5 nm etc.) etc. are mentioned as a suitable example.
또한, 노광하는 방법에 대해서도 특별히 제한은 없으며, 종래 공지된 패턴 형성에서 행해지는 방법에 준하여 행할 수 있다. 또한, 액침 노광법도 이용할 수 있다.Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the method of exposing, It can carry out according to the method performed by conventionally well-known pattern formation. Moreover, the liquid immersion exposure method can also be used.
[공정 (4)][Step (4)]
이 공정 (4)에서는, 공정 (3)에서 노광한 레지스트막을 현상액을 사용하여 현상함으로써 레지스트 패턴을 형성한다. 현상에 사용하는 현상액은, 사용되는 레지스트 조성물의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 포지티브형 화학 증폭형 레지스트 조성물이나 알칼리 가용성 수지를 함유하는 포지티브형 레지스트 조성물의 경우에는, 예를 들면 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 규산나트륨, 메타규산나트륨, 암모니아, 에틸아민, n-프로필아민, 디에틸아민, 디-n-프로필아민, 트리에틸아민, 메틸디에틸아민, 디메틸에탄올아민, 트리에탄올아민, 테트라메틸암모늄히드록시드, 테트라에틸암모늄히드록시드, 피롤, 피페리딘, 콜린, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 1,5-디아자비시클로[4.3.0]-5-노넨 등의 알칼리성 수용액을 사용할 수 있다. 또한, 이들 알칼리성 수용액은 수용성 유기 용매, 예를 들면 메탄올, 에탄올 등의 알코올류나, 계면활성제를 적량 첨가한 것일 수도 있다.In this step (4), a resist pattern is formed by developing the resist film exposed in step (3) using a developer. The developing solution used for image development can be suitably selected according to the kind of resist composition used. In the case of a positive chemically amplified resist composition or a positive resist composition containing an alkali-soluble resin, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, ammonia, ethylamine, n-propylamine, Diethylamine, di-n-propylamine, triethylamine, methyldiethylamine, dimethylethanolamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, pyrrole, piperidine, choline, 1 Alkaline aqueous solution, such as 8-diazabicyclo [5.4.0] -7-undecene and 1, 5- diazabicyclo [4.3.0] -5-nonene, can be used. Moreover, these alkaline aqueous solution may be a thing which added the water-soluble organic solvent, such as alcohol, such as methanol and ethanol, and surfactant suitably.
또한, 네가티브형 화학 증폭형 레지스트 조성물, 알칼리 가용성 수지를 함유하는 네가티브형 레지스트 조성물의 경우에는, 예를 들면 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산나트륨, 규산나트륨, 메타규산나트륨, 암모니아수 등의 무기 알칼리류, 에틸아민, n-프로필아민 등의 제1 아민류, 디에틸아민, 디-n-부틸아민 등의 제2 아민류, 트리에틸아민, 메틸디에틸아민 등의 제3 아민류, 디메틸에탄올아민, 트리에탄올아민 등의 알코올 아민류, 테트라메틸암모늄히드록시드, 테트라에틸암모늄히드록시드, 콜린 등의 제4급 암모늄염, 피롤, 피페리딘 등의 환상 아민류 등의 알칼리류의 수용액 등을 사용할 수 있다.In addition, in the case of the negative chemical amplification resist composition and the negative resist composition containing alkali-soluble resin, inorganic alkalis, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, ammonia water, ethyl, for example, 1st amines, such as amine and n-propylamine, 2nd amines, such as diethylamine and di-n-butylamine, 3rd amines, such as triethylamine and methyldiethylamine, dimethylethanolamine, triethanolamine, etc. Aqueous solutions of alkalis such as quaternary ammonium salts such as alcohol amines, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide and choline, and cyclic amines such as pyrrole and piperidine can be used.
공정 (4)에서는, 상기 현상액으로 현상을 행한 후 세정하고 건조함으로써, 상기 포토마스크에 대응하는 소정의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.In the step (4), a predetermined resist pattern corresponding to the photomask can be formed by performing development with the developer, followed by washing and drying.
또한, 이 공정 (4)에서는 해상도, 패턴 프로파일, 현상성 등을 향상시키기 위해, 현상을 행하기 전(즉, 공정 (3)에서의 노광을 행한 후)에 포스트 베이킹(postbaking)을 행하는 것이 바람직하다. 이 포스트 베이킹의 온도는 사용되는 레지스트 조성물의 종류 등에 따라 적절하게 조정되지만 50 내지 200 ℃인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 80 내지 150 ℃이다.In this step (4), postbaking is preferably performed before development (that is, after exposure in step (3)) in order to improve resolution, pattern profile, developability, and the like. Do. Although the temperature of this postbaking is suitably adjusted according to the kind etc. of the resist composition used, it is preferable that it is 50-200 degreeC, More preferably, it is 80-150 degreeC.
[공정 (5)][Step (5)]
이 공정 (5)에서는, 공정 (4)에서 형성한 레지스트 패턴을 마스크(에칭 마스크)로 하여 레지스트 하층막 및 기판을 드라이 에칭하여 패턴을 형성한다. 또한, 하층막이 형성된 기판을 사용한 경우에는, 레지스트 하층막 및 기판과 함께 하층막도 드라이 에칭한다. 상기 드라이 에칭은 공지된 드라이 에칭 장치를 사용하여 행할 수 있다. 또한, 드라이 에칭시의 소스 가스로서는, 피에칭물의 원소 조성에 따라서도 상이하지만 O2, CO, CO2 등의 산소 원자를 포함하는 가스, He, N2, Ar 등의 불활성 가스, Cl2, BCl4 등의 염소계 가스, H2, NH3의 가스 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 가스는 혼합하여 사용할 수도 있다.In this step (5), the resist underlayer film and the substrate are dry-etched using the resist pattern formed in the step (4) as a mask (etching mask) to form a pattern. When the substrate on which the underlayer film is formed is used, the underlayer film is dry-etched together with the resist underlayer film and the substrate. The said dry etching can be performed using a well-known dry etching apparatus. Further, as the source gas at the time of dry etching, it differs depending on the elemental composition of the etched, but O 2, CO, gas containing oxygen atoms such as CO 2, He, N 2, an inert gas such as Ar, Cl 2, BCl may use chlorine-based gas, a gas such as H 2, NH 3, such as 4. In addition, these gases can also be mixed and used.
해당 레지스트 하층막 형성용 조성물로부터 얻어지는 레지스트 하층막은 상술한 바와 같이 높은 에칭 속도를 갖고, 레지스트막과의 밀착성이 우수하다. 따라서 패턴 붕괴에 대하여 강하기 때문에, 본 발명의 패턴 형성 방법에 따르면 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있다.The resist underlayer film obtained from the composition for forming a resist underlayer film has a high etching rate as described above, and is excellent in adhesiveness with a resist film. Therefore, since it is strong against pattern collapse, according to the pattern formation method of this invention, a finer pattern can be formed.
<반도체 장치의 제조 방법><Method for Manufacturing Semiconductor Device>
본 발명에서의 반도체 장치의 제조 방법은, The manufacturing method of the semiconductor device in this invention,
(1) 본 발명의 레지스트 하층막 형성용 조성물을 피가공 기판 위에 도포하여 레지스트 하층막을 형성하는 공정(이하, "공정 1"이라고도 함)과, (1) a step of forming a resist underlayer film by applying the composition for forming a resist underlayer film of the present invention on a substrate to be processed (hereinafter also referred to as "step 1");
(2) 상기 레지스트 하층막 위에 레지스트 조성물을 도포하여 레지스트막을 형성하는 공정(이하, "공정 2"라고도 함)과, (2) forming a resist film by applying a resist composition on the resist underlayer film (hereinafter also referred to as "step 2"),
(3) 상기 레지스트막에 포토마스크를 통해 선택적으로 방사선을 조사하여 상기 레지스트막을 노광하는 공정(이하, "공정 3"이라고도 함)과, (3) exposing the resist film to radiation by selectively irradiating the resist film through a photomask (hereinafter also referred to as "step 3");
(4) 상기 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정(이하, "공정 4"라고도 함)과, (4) developing the exposed resist film to form a resist pattern (hereinafter also referred to as "step 4"),
(5) 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 레지스트 하층막 및 상기 피가공 기판을 드라이 에칭하여 패턴을 형성하는 공정(이하, "공정 5"라고도 함)과, (5) forming a pattern by dry etching the resist underlayer film and the substrate to be processed using the resist pattern as a mask (hereinafter also referred to as "step 5");
(6) 집적 회로 소자를 형성하는 공정(이하, "공정 6"이라고도 함)을 포함한다.(6) a step of forming an integrated circuit element (hereinafter also referred to as "step 6").
각 공정에 대하여 이하에 순차적으로 설명한다. 상기 공정 1 내지 공정 5까지는, 상술한 패턴 형성 방법에서의 공정 1 내지 공정 5와 동일하다.Each process is demonstrated sequentially below. The said process 1-process 5 are the same as the process 1-process 5 in the pattern formation method mentioned above.
[공정 (6)][Process (6)]
이 공정 (6)에서는, 상기 패턴이 형성된 기판을 사용하여 종래 공지된 방법에 따라 집적 회로를 형성한다.In this step (6), an integrated circuit is formed by a conventionally known method using the substrate on which the pattern is formed.
[실시예][Example]
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 각종 물성값의 측정 방법을 이하에 나타낸다.Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. The measuring method of various physical property values is shown below.
[중량 평균 분자량(Mw), 수 평균 분자량(Mn)][Weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn)]
도소 가부시끼가이샤 제조 GPC 칼럼(G2000HXL 2개, G3000 HXL 1개, G4000 HXL 1개)을 사용하여, 유량 1.0 mL/분, 용출 용매로 테트라히드로푸란, 칼럼 온도 40 ℃의 분석 조건으로 단분산 폴리스티렌을 표준으로 하는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정하였다.Monodisperse polystyrene under analytical conditions with a flow rate of 1.0 mL / min, an elution solvent, tetrahydrofuran, and a column temperature of 40 ° C using a GPC column (2 G2000HXL, 1 G3000 HXL, 1 G4000 HXL) manufactured by Tosoh Corporation. Was measured by gel permeation chromatography (GPC).
[13C-NMR 분석] 13 C-NMR Analysis
중합체의 불소 원자 함유율(질량%)을 구하기 위한 13C-NMR 분석은, 핵 자기 공명 장치(니혼 덴시사 제조 "JNM-ECX400")를 사용하여 측정하였다. 13 C-NMR analysis for determining the fluorine atom content (mass%) of the polymer was measured using a nuclear magnetic resonance apparatus ("JNM-ECX400" manufactured by Nippon Denshi Co., Ltd.).
<[A] 중합체의 합성><Synthesis of polymer [A]>
하기 화학식으로 표시되는 화합물 (M-1) 내지 (M-12)를 사용하여, 중합체 (A-1) 내지 (A-6) 및 (a-1) 내지 (a-6)을 합성하였다. 또한, 후술하는 레지스트 조성물용 중합체 (R-1) 내지 (R-2)의 합성에 사용한 화합물도 이하에 함께 나타내었다.Polymers (A-1) to (A-6) and (a-1) to (a-6) were synthesized using the compounds (M-1) to (M-12) represented by the following formulas. In addition, the compound used for the synthesis | combination of the polymer (R-1)-(R-2) for resist compositions mentioned later was also shown below.
[실시예 1]Example 1
200 mL의 플라스크에 (M-1) 7.00 g(31 몰%), (M-3) 6.63 g(31 몰%), (M-5) 6.37 g(38 몰%), 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트) 0.55 g 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르 40 g을 투입하고, 질소하에 80 ℃에서 5 시간 동안 교반하여 중합 반응을 행하였다. 중합 종료 후, 중합 용액을 수냉함으로써 30 ℃ 이하로 냉각시킨 후, 300 g의 메탄올:물(질량비 9:1)의 용액에 투입하여 중합체를 침전시켰다. 상청 용액을 제거한 후, 침전된 중합체에 메탄올 60 g을 첨가하고, 중합체를 세정하였다. 상청액을 제거한 후, 50 ℃에서 17 시간 동안 건조하여 중합체 (A-1)을 얻었다(수량 12.8 g, 수율 64 %). 이 공중합체는 Mw가 21,600이고, Mw/Mn이 2.2였다. 13C-NMR 분석의 결과, (M-1), (M-3), (M-5)의 함유율은 각각 32 몰%, 31 몰%, 37 몰%였다.7.00 g (31 mol%) (M-1), 6.63 g (31 mol%) (M-3), 6.37 g (38 mol%) (M-5), dimethyl 2,2'- in a 200 mL flask. 0.55 g of azobis (2-methylpropionate) and 40 g of propylene glycol monomethyl ether were added, followed by stirring at 80 ° C. for 5 hours under nitrogen to conduct a polymerization reaction. After completion of the polymerization, the polymerization solution was cooled to 30 ° C. or lower by water cooling, and then charged into a solution of 300 g of methanol: water (mass ratio 9: 1) to precipitate the polymer. After removing the supernatant solution, 60 g of methanol was added to the precipitated polymer and the polymer was washed. After the supernatant was removed, it was dried at 50 ° C. for 17 hours to obtain a polymer (A-1) (amount 12.8 g, yield 64%). This copolymer had Mw of 21,600 and Mw / Mn of 2.2. As a result of 13 C-NMR analysis, the contents of (M-1), (M-3) and (M-5) were 32 mol%, 31 mol% and 37 mol%, respectively.
[실시예 2][Example 2]
200 mL의 플라스크에 (M-1) 7.00 g(31 몰%), (M-3) 6.63 g(31 몰%), (M-5) 6.37 g(38 몰%), 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트) 0.55 g 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르 40 g을 투입하고, 질소하에 80 ℃에서 5 시간 동안 교반하였다. 그 후, 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트)를 0.23 g(1 몰%) 더 첨가하고, 90 ℃까지 승온시켜 1 시간 동안 반응시킨 후 중합을 종료하였다. 중합 종료 후, 후처리는 행하지 않고 중합체 (A-2)를 포함하는 용액을 얻었다. 이 공중합체는 Mw가 23,400이고, Mw/Mn이 2.3이었다. 또한, 용액의 농도는 33.3 %였다.7.00 g (31 mol%) (M-1), 6.63 g (31 mol%) (M-3), 6.37 g (38 mol%) (M-5), dimethyl 2,2'- in a 200 mL flask. 0.55 g of azobis (2-methylpropionate) and 40 g of propylene glycol monomethyl ether were added and stirred at 80 ° C. for 5 hours under nitrogen. Thereafter, 0.23 g (1 mol%) of dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate) was further added, the temperature was raised to 90 ° C for reaction for 1 hour, and the polymerization was terminated. After completion of the polymerization, a post-treatment was not carried out to obtain a solution containing the polymer (A-2). This copolymer had Mw of 23,400 and Mw / Mn of 2.3. In addition, the concentration of the solution was 33.3%.
[실시예 3 내지 6 및 비교예 1 내지 6][Examples 3 to 6 and Comparative Examples 1 to 6]
배합하는 각 성분의 종류 및 배합량을 표 1에 기재된 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 2의 합성 방법과 동일하게 하여 중합체 (A-3) 내지 (A-6) 및 (a-1) 내지 (a-6)을 합성하였다. 얻어진 중합체의 Mw 및 Mw/Mn은 표 1에 함께 나타내었다.The polymers (A-3) to (A-6) and (a-1) to (a) were prepared in the same manner as in the synthesis method of Example 2, except that the type and amount of each component to be blended were as described in Table 1. -6) was synthesized. Mw and Mw / Mn of the obtained polymer are shown together in Table 1.
<레지스트막 형성용 중합체의 제조><Production of Polymer for Resist Film Formation>
[합성예 1]Synthesis Example 1
화합물 (M-9) 18.60 g(15 몰%), 화합물 (M-10) 6.20 g(35 몰%) 및 화합물 (M-12) 25.20 g(50 몰%)을 2-부타논 100 g에 용해하고, 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트) 1.86 g을 더 용해시킨 단량체 용액을 준비하였다. 50 g의 2-부타논을 투입한 500 mL의 삼구 플라스크를 30분간 질소 퍼징한 후, 반응기를 교반하면서 80 ℃로 가열하고, 상술한 바와 같이 준비한 단량체 용액을 적하 깔때기를 사용하여 3 시간에 걸쳐서 적하하였다. 적하 개시를 중합 개시 시간으로 하고, 중합 반응을 6 시간 동안 실시하였다. 중합 종료 후, 중합 용액을 수냉함으로써 30 ℃ 이하로 냉각시키고, 1,000 g의 메탄올에 투입하여 석출된 백색 분말을 여과 분별하였다. 여과 분별한 백색 분말을 200 g의 메탄올에 분산시켜 슬러리상으로 하여 세정한 후, 여과 분별하는 조작을 2회 행하였다. 50 ℃에서 17 시간 동안 건조시켜 백색 분말의 공중합체를 얻었다(수량 39 g, 수율 78 %). 이 공중합체는 Mw가 6,300이고, Mw/Mn이 1.4였다. 이 공중합체를 중합체 (R-1)로 한다.18.60 g (15 mol%) of compound (M-9), 6.20 g (35 mol%) of compound (M-10) and 25.20 g (50 mol%) of compound (M-12) are dissolved in 100 g of 2-butanone. Then, a monomer solution in which 1.86 g of dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate) was further dissolved was prepared. A 500 mL three-necked flask with 50 g of 2-butanone was purged with nitrogen for 30 minutes, heated to 80 ° C. while stirring the reactor, and the prepared monomer solution was added to the dropping funnel over 3 hours using a dropping funnel. It dripped. The dropping start was taken as the polymerization start time, and the polymerization reaction was carried out for 6 hours. After completion of the polymerization, the polymerization solution was cooled by water to 30 ° C. or lower, and charged into 1,000 g of methanol to precipitate white powder. The white powder separated by filtration was dispersed in 200 g of methanol, washed as a slurry, and then filtered twice. It dried at 50 degreeC for 17 hours, and obtained the copolymer of white powder (amount 39 g, yield 78%). This copolymer had Mw of 6,300 and Mw / Mn of 1.4. This copolymer is referred to as polymer (R-1).
[합성예 2]Synthesis Example 2
화합물 (M-9) 17.69 g(40 몰%), 화합물 (M-11) 5.35 g(10 몰%) 및 화합물 (M-12) 26.96 g(50 몰%)을 2-부타논 100 g에 용해하고, 디메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트) 1.99 g을 더 용해시킨 단량체 용액을 준비하였다. 50 g의 2-부타논을 투입한 500 mL의 삼구 플라스크를 30분간 질소 퍼징한 후, 반응기를 교반하면서 80 ℃로 가열하고, 상술한 바와 같이 준비한 단량체 용액을 적하 깔때기를 사용하여 3 시간에 걸쳐서 적하하였다. 적하 개시를 중합 개시 시간으로 하고, 중합 반응을 6 시간 동안 실시하였다. 중합 종료 후, 중합 용액을 수냉함으로써 30 ℃ 이하로 냉각시키고, 1,000 g의 메탄올에 투입하여 석출된 백색 분말을 여과 분별하였다. 여과 분별한 백색 분말을 200 g의 메탄올에 분산시켜 슬러리상으로 하여 세정한 후, 여과 분별하는 조작을 2회 행하였다. 50 ℃에서 17 시간 동안 건조시켜 백색 분말의 공중합체를 얻었다(수량 41 g, 수율 82 %). 이 공중합체는 Mw가 6,100이고, Mw/Mn이 1.4였다. 이 공중합체를 중합체 (R-2)로 한다.17.69 g (40 mol%) of compound (M-9), 5.35 g (10 mol%) of compound (M-11) and 26.96 g (50 mol%) of compound (M-12) are dissolved in 100 g of 2-butanone. Then, a monomer solution in which 1.99 g of dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate) was further dissolved was prepared. A 500 mL three-necked flask with 50 g of 2-butanone was purged with nitrogen for 30 minutes, heated to 80 ° C. while stirring the reactor, and the prepared monomer solution was added to the dropping funnel over 3 hours using a dropping funnel. It dripped. The dropping start was taken as the polymerization start time, and the polymerization reaction was carried out for 6 hours. After completion of the polymerization, the polymerization solution was cooled by water to 30 ° C. or lower, and charged into 1,000 g of methanol to precipitate white powder. The white powder separated by filtration was dispersed in 200 g of methanol, washed as a slurry, and then filtered twice. It dried at 50 degreeC for 17 hours, and obtained the copolymer of white powder (amount 41 g, yield 82%). This copolymer had Mw of 6,100 and Mw / Mn of 1.4. This copolymer is referred to as polymer (R-2).
<레지스트 하층막 형성용 조성물의 제조><Preparation of the composition for forming a resist underlayer film>
상기에서 제조한 중합체 (A-1) 내지 (A-6) 및 (a-1) 내지 (a-6) 이외의 하층막 형성용 조성물을 구성하는 각 성분([B] 가교제, [C] 가교 촉매, [D] 용매 및 기타 임의 성분)에 대하여 이하에 나타내었다.Each component ([B] crosslinking agent, [C] bridge | crosslink which comprises the composition for lower layer film formation other than polymer (A-1)-(A-6) and (a-1)-(a-6) manufactured above Catalyst, [D] solvent and other optional components).
[B] 가교제[B] crosslinking agent
하기 화학식 (B-1) 및 (B-2)로 표시되는 화합물Compounds represented by the following formulas (B-1) and (B-2)
[C] 가교 촉매[C] crosslinking catalyst
하기 화학식 (C-1)로 표시되는 화합물Compound represented by the following formula (C-1)
[D] 용매[D] solvent
(D-1): 프로필렌글리콜모노메틸에테르(D-1): propylene glycol monomethyl ether
(D-2): 아세트산프로필렌글리콜모노메틸에테르(D-2): propylene glycol monomethyl ether
(D-3): 시클로헥사논(D-3): cyclohexanone
[E] 계면활성제[E] surfactants
FTX-218(네오스사 제조)FTX-218 (manufactured by Neos)
<레지스트 하층막 형성용 조성물의 제조><Preparation of the composition for forming a resist underlayer film>
[실시예 7]Example 7
중합체 (A-1) 100 질량부, 가교제 (B-1) 20 질량부, 가교 촉매 (C-1) 3 질량부, 용매 (D-1) 1,800 질량부 및 용매 (D-2) 1,800 질량부를 혼합하여 레지스트 하층막 형성용 조성물 (T-1)을 제조하였다.100 parts by mass of the polymer (A-1), 20 parts by mass of the crosslinking agent (B-1), 3 parts by mass of the crosslinking catalyst (C-1), 1,800 parts by mass of the solvent (D-1) and 1,800 parts by mass of the solvent (D-2) By mixing, a composition for forming a resist underlayer film (T-1) was prepared.
[실시예 8 내지 19 및 비교예 7 내지 19][Examples 8 to 19 and Comparative Examples 7 to 19]
배합하는 각 성분의 종류 및 배합량을 표 2에 기재된 바와 같이 한 것 이외에는, 실시예 7과 동일하게 하여 레지스트 하층막 형성용 조성물 (T-2) 내지 (T-26)을 제조하였다. 또한, 실시예 19 및 비교예 19에서는 표 2에 기재된 양의 [E] 계면활성제를 첨가하였다.Except having performed the kind and compounding quantity of each component to mix | blend as described in Table 2, it carried out similarly to Example 7, and manufactured the composition for resist underlayer film formation (T-2)-(T-26). In Example 19 and Comparative Example 19, the amount of the surfactant shown in Table 2 was added.
<레지스트 하층막의 형성><Formation of resist underlayer film>
[실시예 20 내지 32 및 비교예 20 내지 32][Examples 20 to 32 and Comparative Examples 20 to 32]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 각 레지스트 하층막 형성용 조성물을 8인치의 실리콘 웨이퍼 표면에 스핀 코팅에 의해 도포하고, 핫 플레이트 위에서 205 ℃로 60초간 베이킹을 행하여 막 두께 90 nm의 레지스트 하층막을 형성하였다. 레지스트 하층막의 막 두께는 리소그래피?시뮬레이터(상품명 "프로리스(Prolith)", KLA 텐코르사 제조)를 사용하여 계산하고, 반사율의 제2 최소값이 되도록 하였다. 이 레지스트 하층막에 대하여 하기 평가 방법에 따라 굴절률 및 감쇠 계수를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.Each of the resist underlayer film forming compositions prepared in Examples and Comparative Examples was applied to the surface of an 8-inch silicon wafer by spin coating, and baked at 205 ° C. for 60 seconds on a hot plate to form a resist underlayer film having a thickness of 90 nm. Formed. The film thickness of the resist underlayer film was calculated using a lithography simulator (trade name "Prolith", manufactured by KLA Tencor Co., Ltd.) to obtain a second minimum value of the reflectance. The refractive index and the attenuation coefficient of the resist underlayer film were measured according to the following evaluation method. The results are shown in Table 3.
표 3에 나타낸 바와 같이, 파장 193 nm의 레이저에 대한 굴절률 및 감쇠 계수에 있어서, 실시예의 레지스트 하층막은 비교예와 동등한 값을 나타내어, 반사 방지막으로서의 일반적 요구성을 충분히 만족시키고 있다는 것을 알 수 있었다.As shown in Table 3, in the refractive index and the attenuation coefficient with respect to the laser of wavelength 193 nm, the resist underlayer film of the Example showed the value equivalent to a comparative example, and it turned out that it fully satisfies the general requirement as an antireflection film.
<레지스트 패턴의 형성><Formation of resist pattern>
[감방사선성 수지 조성물의 제조][Manufacture of a radiation sensitive resin composition]
중합체 (R-1) 70 질량부, 중합체 (R-2) 30 질량부, 산 발생제로서 트리페닐술포늄노나플루오로-n-부탄술포네이트 4 질량부, 4-부톡시-1-나프틸테트라히드로티오페늄노나플루오로-n-부탄술포네이트 5부, 산 확산 제어제로서 N-t-아밀옥시카르보닐-4-히드록시피페리딘 0.9 질량부, 용매로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 1,250 질량부, 시클로헥사논 520 질량부를 혼합하여 감방사선성 수지 조성물 (P-1)을 제조하였다.70 parts by mass of the polymer (R-1), 30 parts by mass of the polymer (R-2), 4 parts by mass of triphenylsulfonium nonafluoro-n-butanesulfonate as an acid generator, 4-butoxy-1-naphthyl 5 parts of tetrahydrothiophenium nonafluoro-n-butanesulfonate, 0.9 parts by mass of Nt-amyloxycarbonyl-4-hydroxypiperidine as an acid diffusion control agent, and 1,250 parts of propylene glycol monomethyl ether acetate as a solvent To this, 520 parts by mass of cyclohexanone was mixed to prepare a radiation sensitive resin composition (P-1).
[레지스트 하층막의 형성][Formation of resist underlayer film]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 각각의 레지스트 하층막 형성용 조성물을 8인치의 실리콘 웨이퍼 표면에 스핀 코팅에 의해 도포하고, 핫 플레이트 위에서 205 ℃로 60초간 베이킹을 행하여 막 두께 90 nm의 레지스트 하층막을 형성하였다.Each of the resist underlayer film-forming compositions prepared in Examples and Comparative Examples was applied to the surface of an 8-inch silicon wafer by spin coating, and baked at 205 ° C. for 60 seconds on a hot plate to form a resist underlayer having a thickness of 90 nm. A film was formed.
[레지스트막의 형성][Formation of resist film]
이 레지스트 하층막 위에 상기에서 조정한 감방사선성 조성물 (P-1)을 스핀 코팅에 의해 도포하고, 핫 플레이트 위에서 120 ℃로 60초간 베이킹을 행하여 막 두께 120 nm의 포토레지스트막을 형성하였다. 이 때, 레지스트와 반사 방지막의 인터믹싱은 관찰되지 않았다.The radiation sensitive composition (P-1) adjusted above was apply | coated by spin coating on this resist underlayer film, and it baked at 120 degreeC for 60 second on the hotplate, and formed the photoresist film of 120 nm in thickness. At this time, intermixing of the resist and the anti-reflection film was not observed.
[레지스트 패턴의 형성][Formation of resist pattern]
얻어진 레지스트 하층막 형성용 조성물 및 감방사선성 조성물을 도포한 실리콘 웨이퍼를 ArF 엑시머 레이저 노광 장치(상품명 "NSRS306C", 니콘사 제조)를 사용하여 마스크 패턴을 통해 노광하였다. 그 후, 115 ℃에서 60초간 PEB를 행한 후, 2.38 % 테트라메틸암모늄히드록시드 수용액(이하, "TMAH 수용액"이라고도 함)에 의해 25 ℃에서 30초간 현상하고, 수세하고, 건조하여 포지티브형의 레지스트 패턴을 형성하고, 하기 평가 방법에 따라 패턴 붕괴 치수를 측정하였다. 사용한 감방사선성 수지 조성물 및 결과를 표 4에 나타내었다(실시예 33 내지 45 및 비교예 33 내지 45).The silicon wafer to which the obtained resist underlayer film forming composition and the radiation sensitive composition were apply | coated was exposed through the mask pattern using ArF excimer laser exposure apparatus (brand name "NSRS306C", the Nikon Corporation make). Thereafter, PEB was performed at 115 ° C. for 60 seconds, followed by developing at 25 ° C. for 30 seconds with a 2.38% aqueous tetramethylammonium hydroxide solution (hereinafter also referred to as “TMAH aqueous solution”), washing with water, and drying to obtain a positive type. A resist pattern was formed and the pattern collapse dimension was measured in accordance with the following evaluation method. The radiation sensitive resin composition used and the result are shown in Table 4 (Examples 33-45 and Comparative Examples 33-45).
<평가 방법><Evaluation method>
[굴절률 및 감쇠 계수]Refractive Index and Attenuation Coefficient
분광 엘립소미터(ellipsometer)를 사용하여 파장 193 nm에서의 굴절률 및 감쇠 계수를 측정하였다.A refractive index and attenuation coefficient at wavelength 193 nm were measured using a spectroscopic ellipsometer.
[붕괴 시험][Collapse test]
패턴 설계 치수 80 nm의 1:1 라인 앤드 스페이스가 9개 배열된 패턴을 갖는 마스크를 사용하여, 상기 절차로 노광을 행하였다. 노광량을 0.5 mJ/cm2씩 늘려서 9개 배열된 패턴 중 4개가 붕괴되었을 때, 나머지 5개의 선폭의 평균값을 붕괴 치수로 하였다. 붕괴 치수가 짧을수록, 패턴 붕괴가 보다 억제되어 있는 것으로 평가된다. 레지스트 패턴의 길이 측정에는 주사형 전자 현미경(상품명 "S9380", 히다치 하이테크놀로지사 제조)을 사용하였다.The exposure was performed in the above procedure using a mask having a pattern in which nine 1: 1 line and spaces having a pattern design dimension of 80 nm were arranged. When the exposure amount was increased by 0.5 mJ / cm 2 and four of the nine arrayed patterns collapsed, the average value of the remaining five line widths was taken as the collapse dimension. It is evaluated that the shorter the collapse dimension, the more the pattern collapse is suppressed. The scanning electron microscope (brand name "S9380", the Hitachi High-Technologies company) was used for the measurement of the length of a resist pattern.
[에칭 속도][Etching Speed]
얻어진 레지스트 하층막 형성용 조성물 용액을 스피너(spinner)를 사용하여 실리콘 웨이퍼 위에 도포하였다. 핫 플레이트 위에서 205 ℃로 1분간 소성하여, 레지스트 하층막을 형성하였다. 드라이 에칭 가스로서 CF4를 사용한 조건하에 드라이 에칭 속도를 측정하였다. 감방사선성 조성물의 드라이 에칭 속도를 1로 한 경우의 레지스트 하층막 형성 조성물의 드라이 에칭 속도를, 드라이 에칭 속도 선택비로서 표 5에 나타내었다(실시예 46 및 비교예 46).The obtained solution for forming a resist underlayer film was applied onto a silicon wafer using a spinner. It baked on the hotplate at 205 degreeC for 1 minute, and formed the resist underlayer film. The dry etching rate was measured under conditions using CF 4 as a dry etching gas. The dry etching rate of the resist underlayer film forming composition when the dry etching rate of the radiation sensitive composition is 1 is shown in Table 5 as a dry etching rate selectivity (Example 46 and Comparative Example 46).
표 4에 나타낸 동일한 번호의 실시예 및 비교예에 있어서, 실시예에서는 [A] 중합체를, 비교예에서는 락톤 골격을 갖는 비교예의 중합체를 사용한 것 이외에는, 다른 성분을 동일한 비율로 배합한 레지스트 하층막 형성용 조성물로부터 형성한 레지스트 하층막을 사용하여 패턴을 형성하였다. 모든 조합에 있어서 비교예에 비해 실시예의 레지스트 하층막이 붕괴 치수가 짧았다. 해당 레지스트 형성 조성물로부터 얻어진 레지스트 하층막을 사용하여 패턴 형성을 행한 경우에는, 비교예에 비해 패턴 붕괴를 억제할 수 있다는 것을 알 수 있었다.In the examples and comparative examples of the same number shown in Table 4, a resist underlayer film containing different components in the same ratio except that the polymer of [A] was used in Examples and the polymer of Comparative Example having a lactone skeleton in Comparative Examples. The pattern was formed using the resist underlayer film formed from the formation composition. In all the combinations, the resist underlayer film of the Example had a shorter collapsed dimension than the comparative example. When pattern formation was performed using the resist underlayer film obtained from the said resist formation composition, it turned out that pattern collapse can be suppressed compared with a comparative example.
표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예의 레지스트 하층막 형성용 조성물을 사용하여 형성한 레지스트막은 비교예에 비해 높은 에칭 속도를 갖고 있다. 카르보네이트 구조를 갖는 해당 레지스트 형성 조성물로부터 얻어진 레지스트 하층막은, 비교예에 비해 에칭 속도가 크다는 것을 알 수 있었다.As shown in Table 5, the resist film formed using the resist underlayer film forming composition of the Example has a high etching rate compared with the comparative example. It was found that the resist underlayer film obtained from the resist forming composition having a carbonate structure had a larger etching rate than the comparative example.
본 발명의 레지스트 하층막 형성용 조성물을 사용함으로써 높은 에칭 속도를 갖고, 레지스트막에 대한 우수한 에칭 선택비를 실현하는 레지스트 하층막을 형성할 수 있다. 또한, 해당 레지스트 하층막은 레지스트막에 대한 밀착성이 우수함 과 동시에 패턴 붕괴를 억제할 수 있기 때문에, 보다 미세한 패턴 형성을 가능하게 한다. 해당 하층막 형성용 조성물은, 더욱 미세화가 요구되는 반도체 장치, 액정 장치 등의 각종 전자 장치의 구조에 충분히 대응할 수 있다.By using the composition for forming a resist underlayer film of the present invention, it is possible to form a resist underlayer film having a high etching rate and realizing an excellent etching selectivity with respect to the resist film. In addition, since the resist underlayer film is excellent in adhesion to the resist film and can suppress pattern collapse, finer pattern formation is made possible. The composition for lower layer film formation can fully correspond to the structure of various electronic devices, such as a semiconductor device and a liquid crystal device which require further refinement | miniaturization.
Claims (14)
<화학식 1>
(화학식 1 중, R1은 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, Q1은 2가의 연결기이고, Y는 단결합, 메틸렌기, 탄소수 2 내지 10의 직쇄상 또는 분지상의 알킬렌기, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 환원수(環員數) 6 내지 20의 헤테로아릴렌기 또는 이들의 기를 조합하여 이루어지는 기이고, 상기 알킬렌기, 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있을 수도 있고, 상기 알킬렌기의 탄소쇄 중에 산소 원자를 가질 수도 있고, p는 0 내지 3의 정수이고, q는 0 또는 1이고, r은 0 내지 2의 정수이고, X는 -CH2-, -CH2-CH2-, -O-, -S- 또는 -SO2-이되, 단 r이 2인 경우 복수의 X는 동일하거나 상이할 수도 있음)The composition for forming a resist underlayer film according to claim 1, wherein the polymer [A] has a structural unit (I) represented by the following general formula (1).
<Formula 1>
In Formula 1, R 1 is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, Q 1 is a divalent linking group, Y is a single bond, a methylene group, linear or branched alkyl having 2 to 10 carbon atoms. A ethylene group, an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, a heteroarylene group having 6 to 20 reduced water, or a group formed of these groups, and a part of the hydrogen atoms of the alkylene group, arylene group or heteroarylene group, or All may be substituted and may have an oxygen atom in the carbon chain of the said alkylene group, p is an integer of 0-3, q is 0 or 1, r is an integer of 0-2, X is- CH 2- , -CH 2 -CH 2- , -O-, -S- or -SO 2- , provided that when r is 2, a plurality of X may be the same or different)
<화학식 2>
(화학식 2 중, R2는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, Q2는 2가의 연결기이고, R3은 수소 원자, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 7 내지 20의 아르알킬기 또는 환원수 6 내지 20의 헤테로아릴기이고, 이 알킬기, 아릴기, 아르알킬기 또는 헤테로아릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환되어 있을 수도 있음)The composition for forming a resist underlayer film according to claim 2, wherein the polymer [A] further has a structural unit (II) represented by the following formula (2).
<Formula 2>
(In Formula 2, R <2> is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group, Q <2> is a bivalent coupling group, R <3> is a hydrogen atom, a C1-C15 linear or branched alkyl group, carbon number It is an aryl group of 6 to 20 carbon atoms, an aralkyl group of 7 to 20 carbon atoms or a heteroaryl group of 6 to 20 carbon atoms, and part or all of the hydrogen atoms of the alkyl group, aryl group, aralkyl group or heteroaryl group may be substituted. )
(화학식 (1-1) 중, R1, X, Y, p, q 및 r은 상기 화학식 1과 동일한 의미이고,
화학식 (2-1) 중, R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, R6은 탄소수 1 내지 15의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고, 이 알킬기 및 아릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환기로 치환되어 있고, 상기 치환기 중 적어도 하나는 수산기 또는 아미노기를 갖는 기이고,
화학식 (2-2) 중, R5는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, R7은 페닐기, 나프틸기, 안트릴기 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기이고, 이 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있을 수도 있고, 상기 알킬기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있고, 이들의 치환기 중 적어도 하나는 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기이되, 단 이 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있을 수도 있음)The polymer [A] has a structural unit represented by the following general formula (1-1) as the structural unit (I), and is represented by the following general formula (2-1) as the structural unit (II). A composition for forming a resist underlayer film having at least one structural unit selected from the group consisting of structural unit (II-1) and structural unit (II-2) represented by the following general formula (2-2).
(In Formula (1-1), R 1 , X, Y, p, q and r have the same meanings as in Formula 1,
In general formula (2-1), R <4> is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group, R <6> is a C1-C15 alkyl group or a C6-C20 aryl group, and this alkyl group and an aryl group have Some or all of the hydrogen atoms are substituted with a substituent, at least one of the substituents is a group having a hydroxyl group or an amino group,
In formula (2-2), R 5 is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, R 7 is a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group or a linear or branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms. Some or all of the hydrogen atoms which this phenyl group, naphthyl group, and anthryl group have may be substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group, and some or all of the hydrogen atoms which the said alkyl group has are substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group. At least one of these substituents may be a phenyl group, a naphthyl group, or an anthryl group, provided that some or all of the hydrogen atoms of the phenyl group, naphthyl group, or anthryl group may be substituted with a substituent other than a hydroxyl group and an amino group. )
하기 화학식 (2-1)로 표시되는 구조 단위 (II-1), 및
하기 화학식 (2-2)로 표시되는 구조 단위 (II-2)
를 갖는 중합체.
(화학식 (1-1) 중, R1, X, Y, p, q 및 r은 상기 화학식 1과 동일한 의미이고,
화학식 (2-1) 중, R4는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, R6은 탄소수 1 내지 15의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고, 이 알킬기 및 아릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 치환기로 치환되어 있고, 상기 치환기 중 적어도 하나는 수산기 또는 아미노기를 갖는 기이고,
화학식 (2-2) 중, R5는 수소 원자, 할로겐 원자, 메틸기 또는 트리플루오로메틸기이고, R7은 페닐기, 나프틸기, 안트릴기 또는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기이고, 이 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있을 수도 있고, 상기 알킬기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있고, 이들의 치환기 중 적어도 하나는 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기이되, 단 이 페닐기, 나프틸기 또는 안트릴기가 갖는 수소 원자의 일부 또는 전부는 수산기 및 아미노기 이외의 치환기로 치환되어 있을 수도 있음)Structural unit (I) represented by the following general formula (1-1),
Structural unit (II-1) represented by the following general formula (2-1), and
Structural unit (II-2) represented by the following general formula (2-2)
Polymers having
(In Formula (1-1), R 1 , X, Y, p, q and r have the same meanings as in Formula 1,
In general formula (2-1), R <4> is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group, or a trifluoromethyl group, R <6> is a C1-C15 alkyl group or a C6-C20 aryl group, and this alkyl group and an aryl group have Some or all of the hydrogen atoms are substituted with a substituent, at least one of the substituents is a group having a hydroxyl group or an amino group,
In formula (2-2), R 5 is a hydrogen atom, a halogen atom, a methyl group or a trifluoromethyl group, R 7 is a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group or a linear or branched alkyl group having 1 to 15 carbon atoms. Some or all of the hydrogen atoms which this phenyl group, naphthyl group, and anthryl group have may be substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group, and some or all of the hydrogen atoms which the said alkyl group has are substituted by substituents other than a hydroxyl group and an amino group. At least one of these substituents may be a phenyl group, a naphthyl group, or an anthryl group, provided that some or all of the hydrogen atoms of the phenyl group, naphthyl group, or anthryl group may be substituted with a substituent other than a hydroxyl group and an amino group. )
(2) 상기 레지스트 하층막 위에 레지스트 조성물을 도포하여 레지스트막을 형성하는 공정과,
(3) 상기 레지스트막에 포토마스크를 통해 선택적으로 방사선을 조사하여 상기 레지스트막을 노광하는 공정과,
(4) 상기 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
(5) 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 레지스트 하층막 및 상기 피가공 기판을 드라이 에칭하여 패턴을 형성하는 공정
을 포함하는 패턴 형성 방법.(1) applying the composition for forming a resist underlayer film according to any one of claims 1 to 8 on a substrate to be formed to form a resist underlayer film;
(2) forming a resist film by applying a resist composition on the resist underlayer film;
(3) selectively irradiating the resist film with a photomask to expose the resist film;
(4) developing the exposed resist film to form a resist pattern;
(5) forming a pattern by dry etching the resist underlayer film and the substrate to be processed using the resist pattern as a mask;
Pattern forming method comprising a.
(2) 상기 레지스트 하층막 위에 레지스트 조성물을 도포하여 레지스트막을 형성하는 공정과,
(3) 상기 레지스트막에 포토마스크를 통해 선택적으로 방사선을 조사하여 상기 레지스트막을 노광하는 공정과,
(4) 상기 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
(5) 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 레지스트 하층막 및 상기 피가공 기판을 드라이 에칭하여 패턴을 형성하는 공정과,
(6) 상기 패턴을 구비하는 집적 회로 소자를 형성하는 공정
을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.(1) applying the composition for forming a resist underlayer film according to any one of claims 1 to 8 on a substrate to be formed to form a resist underlayer film;
(2) forming a resist film by applying a resist composition on the resist underlayer film;
(3) selectively irradiating the resist film with a photomask to expose the resist film;
(4) developing the exposed resist film to form a resist pattern;
(5) forming a pattern by dry etching the resist underlayer film and the substrate to be processed using the resist pattern as a mask;
(6) forming an integrated circuit device having the pattern
Method for manufacturing a semiconductor device comprising a.
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