WO2023157943A1 - 不飽和結合及び環式構造を有するシリコン含有レジスト下層膜形成組成物 - Google Patents

不飽和結合及び環式構造を有するシリコン含有レジスト下層膜形成組成物 Download PDF

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resist underlayer
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silicon
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宏大 加藤
諭 武田
修平 志垣
亘 柴山
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日産化学株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04Polysiloxanes
    • C08G77/20Polysiloxanes containing silicon bound to unsaturated aliphatic groups
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/09Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
    • G03F7/11Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers having cover layers or intermediate layers, e.g. subbing layers
    • HELECTRICITY
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    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34

Definitions

  • R 2 represents an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted halogenated alkyl group, an optionally substituted alkoxyalkyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an epoxy group; an organic group having an acryloyl group, an organic group having a methacryloyl group, an organic group having a mercapto group, an organic group having an amino group, an organic group having an alkoxy group, an organic group having a sulfonyl group, or a cyano group or a combination of two or more thereof.
  • X represents an alkoxy group, an aralkyloxy group, an acyloxy group, or a halogen atom.
  • a represents an integer of 1 to 3.
  • b represents an integer of 0 to 2; a+b represents an integer of 1-3.
  • R 1 represents an organic group having an unsaturated bond and a ring structure.
  • R 2 represents an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted halogenated alkyl group, an optionally substituted alkoxyalkyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an epoxy group; an organic group having an acryloyl group, an organic group having a methacryloyl group, an organic group having a mercapto group, an organic group having an amino group, an organic group having an alkoxy group, an organic group having a sulfonyl group, or a cyano group or a combination of two or more thereof.
  • R 1 , R 2 and X represents an alkoxy group, an aralkyloxy group, an acyloxy group, or a halogen atom.
  • R 1 , R 2 and X may be plural, the plural R 1 , R 2 and X may be the same or different.
  • R 2 is not an organic group having an unsaturated bond and a ring structure.
  • a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom are mentioned as a halogen atom.
  • R 1 in formula (A-1) is preferably represented by formula (A-2a) below.
  • the monovalent group for R a includes, for example, a halogen atom and a monovalent organic group having 1 to 10 carbon atoms.
  • the monovalent group for R a may or may not have an unsaturated bond.
  • the monovalent group for R a may or may not have a ring structure.
  • the amino group (-N(R 32 )-) in the formula (A-2-2) may be cationized.
  • the amino group (—N(R 32 )—) in formula (A-2-2) is cationized to form a nitrate. You may have
  • the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms in R 21 , R 31 , R 33 , R 41 , R 42 and R 51 may be linear or branched.
  • Examples of the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms include linear alkylene groups such as methylene, ethylene, trimethylene, tetramethylene, pentamethylene and hexamethylene. Among these, a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, and a tetramethylene group are preferred.
  • alkyl group specific examples of linear or branched alkyl groups include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, s-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, 1-methyl-n-butyl group, 2-methyl-n-butyl group, 3-methyl-n-butyl group, 1,1-dimethyl-n-propyl group, 1,2-dimethyl-n-propyl group, 2,2-dimethyl-n-propyl group, 1-ethyl-n-propyl group, n-hexyl group, 1-methyl-n-pentyl group, 2-methyl-n -pentyl group, 3-methyl-n-pentyl group, 4-methyl-n-pentyl group, 1,1-dimethyl-n-butyl group, 1,2-dimethyl-n-butyl group, 1,3-
  • n-pentyloxy group 1-methyl-n-butoxy group, 2-methyl-n-butoxy group, 3-methyl-n-butoxy group, 1,1-dimethyl-n-propoxy group, 1,2-dimethyl- n-propoxy group, 2,2-dimethyl-n-propoxy group, 1-ethyl-n-propoxy group, n-hexyloxy group, 1-methyl-n-pentyloxy group, 2-methyl-n-pentyloxy group, 3- methyl-n-pentyloxy group, 4-methyl-n-pentyloxy group, 1,1-dimethyl-n-butoxy group, 1,2-dimethyl-n-butoxy group, 1,3-dimethyl-n-butoxy group, 2 , 2-dimethyl-n-butoxy group, 2,3-dimethyl-n-butoxy group, 3,3-dimethyl-n-butoxy group, 1-ethyl-n-butoxy group, 2-ethyl-n-butoxy group, 1,1,2-trimethyl
  • R 101 and R 102 each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group
  • L each independently represents an optionally substituted alkylene group. * represents a bond.
  • Hydrocarbon groups include, but are not limited to, alkyl groups, alkenyl groups, and the like. Specific examples of these alkyl groups and alkenyl groups are the same as those described above for R 2 .
  • the alkylene group may be linear or branched, and usually has 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms.
  • R 3 is a group that bonds to a silicon atom and is independently of each other an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted halogenated alkyl group, an optionally substituted represents a good alkoxyalkyl group or an optionally substituted alkenyl group, or an organic group having an epoxy group, an organic group having an acryloyl group, an organic group having a methacryloyl group, an organic group having a mercapto group, or an amino group. an organic group having an alkoxy group, an organic group having a sulfonyl group, an organic group having a cyano group, or a combination of two or more thereof.
  • silane compound having an onium group in the molecule hydrolyzable organosilane
  • a silane compound having an onium group in its molecule is expected to effectively and efficiently promote the cross-linking reaction of hydrolyzable silane.
  • the silicon-bonded group R 11 in formula (3) can be a heteroaliphatic cyclic ammonium group represented by formula (S2) below.
  • the reaction between the silanol group of the hydrolytic condensate and the hydroxy group of the alcohol is carried out by contacting the hydrolytic condensate with the alcohol at a temperature of 40 to 160° C., for example, 60° C., for 0.1 to 48 hours, for example. By reacting for 24 hours, a modified product with capped silanol groups is obtained.
  • the alcohol of the capping agent can be used as a solvent in the composition containing polysiloxane.
  • a hydrolytic condensate of hydrolyzable silane is obtained by hydrolyzing and condensing the aforementioned silane compound (hydrolyzable silane).
  • the aforementioned silane compounds (hydrolyzable silanes) contain an alkoxy group, an aralkyloxy group, an acyloxy group, or a halogen atom directly bonded to a silicon atom, i.e., an alkoxysilyl group, an aralkyloxysilyl group, an acyloxysilyl group, or a halogen atom.
  • silyl groups hereinafter referred to as hydrolyzable groups).
  • the obtained polysiloxane varnish may be subjected to solvent replacement or may be diluted with a solvent as appropriate.
  • the resulting polysiloxane varnish may have a film-forming component concentration of 100% by distilling off the organic solvent if the storage stability is not poor.
  • the film-forming component refers to a component excluding the solvent component from all components of the composition.
  • the organic solvent used for solvent replacement, dilution, etc. of the polysiloxane varnish may be the same as or different from the organic solvent used for the hydrolysis and condensation reaction of the hydrolyzable silane.
  • the diluting solvent is not particularly limited, and one or two or more can be arbitrarily selected and used.
  • the compound of formula (D-2) is a quaternary ammonium salt represented by R 22 R 23 R 24 R 25 N + Y - .
  • R 22 , R 23 , R 24 and R 25 of this quaternary ammonium salt are, for example, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms such as ethyl, propyl, butyl, cyclohexyl, cyclohexylmethyl, phenyl or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms such as a group, or an aralkyl group having 7 to 18 carbon atoms such as a benzyl group.
  • This compound is also commercially available, and for example, by reacting a substituted pyridine such as picoline with an alkyl halide such as methyl bromide, octyl bromide, lauryl chloride, benzyl chloride, benzyl bromide, or an aryl halide.
  • an alkyl halide such as methyl bromide, octyl bromide, lauryl chloride, benzyl chloride, benzyl bromide, or an aryl halide.
  • alkyl halide such as methyl bromide, octyl bromide, lauryl chloride, benzyl chloride, benzyl bromide, or an aryl halide.
  • the compound of formula (D-6) is a tertiary ammonium salt derived from an amine, where m a represents an integer of 2-11 and n a represents 2 or 3.
  • the anion (Y ⁇ ) includes halide ions such as chloride ion (Cl ⁇ ), bromide ion (Br ⁇ ), iodine ion (I ⁇ ), carboxylate (—COO ⁇ ), sulfonate (—SO 3 ⁇ ), alcoholate (—O ⁇ ) and other acid groups.
  • This compound can be produced by reacting an amine with a weak acid such as a carboxylic acid or phenol.
  • Carboxylic acids include formic acid and acetic acid.
  • Phosphonium triphenylmethylphosphonium halide, triphenylmonoalkylphosphonium halide such as triphenylethylphosphonium halide, triphenylbenzylphosphonium halide, tetraphenylphosphonium halide, tritolylmonoarylphosphonium halide, or tritolylmonohalide
  • Alkylphosphonium (wherein the halogen atom is a chlorine atom or a bromine atom) can be mentioned.
  • maleimide compounds include, but are not limited to, maleimide, N-methylmaleimide, N-phenylmaleimide, N-cyclohexylmaleimide, N-benzylmaleimide, and N-hydroxyethylmaleimide.
  • the weight-average molecular weight of the organic polymer can generally range from 1,000 to 1,000,000.
  • the weight average molecular weight is, for example, 3,000 to 300,000, or 5,000 to 5,000. It can be 300,000, or 10,000-200,000, and so on.
  • Such organic polymers may be used singly or in combination of two or more.
  • onium salt compounds include diphenyliodonium hexafluorophosphate, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluoro-normal butanesulfonate, diphenyliodonium perfluoro-normal octane sulfonate, diphenyliodonium camphorsulfonate, bis(4-t-butylphenyl ) iodonium salt compounds such as iodonium camphorsulfonate, bis(4-t-butylphenyl)iodonium trifluoromethanesulfonate, triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium nonafluoron-butanesulfonate, triphenylsulfonium camphorsulfonate, triphenylsulfonium Examples include, but are not limited to,
  • a silicon-containing resist underlayer film-forming composition filtered through a nylon filter can be used as the silicon-containing resist underlayer film-forming composition used for forming the resist underlayer film.
  • the silicone-containing resist underlayer film-forming composition filtered through a nylon filter means that the silicone-containing resist underlayer film-forming composition was filtered through a nylon filter in the middle of manufacturing the silicon-containing resist underlayer film-forming composition, or after all the components were mixed. Refers to composition.
  • an organic solvent can be used as a developer, and development is performed with the developer (solvent) after exposure.
  • the developer solvent
  • the metal-containing resist film in the unexposed portions is removed to form a pattern of the metal-containing resist film.
  • the resist underlayer film (intermediate layer) is removed, and then the patterned metal-containing resist film and the patterned resist underlayer film ( An intermediate layer) is used as a protective film to remove the organic underlayer film (lower layer). Finally, the substrate is processed using the patterned resist underlayer film (intermediate layer) and the patterned organic underlayer film (lower layer) as protective films.
  • Resist patterns were formed using the compositions obtained in Examples 2 to 11 and Comparative Examples 1 to 4 in the same procedure. Using a critical dimension SEM (CG4100) manufactured by Hitachi High-Technologies Co., Ltd., the amount of exposure when a line is formed with a line dimension of 16 nm is measured and this is taken as the sensitivity, and the line width of 120 lines at this time is measured. It was measured to determine the line width roughness (LWR). Table 3 shows the results.
  • Comparative Example 1 using a hydrolyzable silane having no unsaturated bond or alicyclic structure Comparative Example 2 using a hydrolyzable silane having a cyclic structure but no unsaturated bond
  • the pattern width roughness (LWR) was inferior to that of Examples.

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Abstract

金属含有レジスト膜と基板との間に形成されるシリコン含有レジスト下層膜を形成するためのシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物であって、 [A]成分:ポリシロキサン、及び [C]成分:溶媒 を含有し、 前記ポリシロキサンが、下記式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)由来の構造単位を含む、 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。 (式(A-1)中、aは1~3の整数を表す。 bは0~2の整数を表す。 a+bは、1~3の整数を表す。 R1は不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基を表す。)

Description

不飽和結合及び環式構造を有するシリコン含有レジスト下層膜形成組成物
 本発明は、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物、及びシリコン含有レジスト下層膜に関する。
 従来から半導体装置の製造において、フォトレジストを用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。上記微細加工はシリコンウエハー等の半導体基板上にフォトレジストの薄膜を形成し、その上に半導体デバイスのパターンが描かれたマスクパターンを介して紫外線などの活性光線を照射し、現像し、得られたフォトレジストパターンを保護膜として基板をエッチング処理することにより、基板表面に、上記パターンに対応する微細凹凸を形成する加工法である。
 半導体デバイスの高集積度化が進む中、使用される活性光線もKrFエキシマレーザー(248nm)からArFエキシマレーザー(193nm)へと短波長化される傾向にあり、さらには、EUV(Extreme Ultra violet:極端紫外線)や電子線を用いた露光技術が検討されている。活性光線の短波長化に伴い、活性光線の半導体基板からの反射の影響が大きな問題となる中、フォトレジストと被加工基板の間に反射防止膜(BottomAnti-ReflectiveCoating、BARC)と呼ばれるレジスト下層膜を設ける方法が広く適用されるようになってきた。こうしたレジスト下層膜として、例えばシリコン等を含有する下層膜が提案されている(特許文献1等)。
 近年の最先端半導体デバイスにおけるレジストパターンの微細化に伴い、レジストの薄膜化への要望はより顕著となっている。とりわけレジスト膜、シリコン含有レジスト下層膜、有機下層膜からなる3層プロセスにおいては、シリコン含有レジスト下層膜上におけるレジストの良好なリソグラフィー特性が求められている。
特開2007-163846号公報
 上述したレジストの更なる微細パターニングに向け、近年では従来の化学増幅型レジストに比べ、エッチング耐性に優れたメタルオキサイドレジスト(MOR)を用いたリソグラフィー技術の開発が活発に行われている。今後更なる微細化において、レジスト膜厚の薄膜化が必要不可欠であるが、本メタルオキサイドレジスト(MOR)(以下、「金属含有レジスト」ともいう)は、薄膜でも微細パターニング加工を行うのに十分なエッチング耐性を有するため、次世代EUVリソグラフィー技術に用いられる材料として近年期待されている。このような背景の中、従来の化学増幅型レジスト下層膜とは異なる、メタルオキサイドレジスト用下層膜の良好なリソグラフィー特性の付与性能が重要な課題となり得る。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、金属含有レジストによる微細パターニングにおいてパターン幅のラフネスを改善できるレジスト下層膜を形成するための、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を提供することを目的とする。
 本発明者らは、前記の課題を解決する為、鋭意検討を行った結果、前記の課題を解決出来ることを見出し、以下の要旨を有する本発明を完成させた。
 すなわち、本発明は以下を包含する。
 [1] 金属含有レジスト膜と基板との間に形成されるシリコン含有レジスト下層膜を形成するためのシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物であって、
 [A]成分:ポリシロキサン、及び
 [C]成分:溶媒
を含有し、
 前記ポリシロキサンが、下記式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)由来の構造単位を含む、
 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
(式(A-1)中、aは1~3の整数を表す。
 bは0~2の整数を表す。
 a+bは、1~3の整数を表す。
 Rは不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基を表す。
 Rは置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいハロゲン化アルキル基、置換されていてもよいアルコキシアルキル基、若しくは置換されていてもよいアルケニル基を表すか、又はエポキシ基を有する有機基、アクリロイル基を有する有機基、メタクリロイル基を有する有機基、メルカプト基を有する有機基、アミノ基を有する有機基、アルコキシ基を有する有機基、スルホニル基を有する有機基、若しくはシアノ基を有する有機基、又はそれらの2種以上の組み合わせを表す。
 Xはアルコキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。
 R、R及びXがそれぞれ複数の場合、複数のR、R及びXは同一でもよいし、異なっていてもよい。)
 [2] 金属含有レジスト膜と基板との間に形成されるシリコン含有レジスト下層膜を形成するためのシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物であって、
 [A’]成分:ポリシロキサン、
 [B]成分:下記式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)、及び
 [C]成分:溶媒
を含有する、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式(A-1)中、aは1~3の整数を表す。
 bは0~2の整数を表す。
 a+bは、1~3の整数を表す。
 Rは不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基を表す。
 Rは置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいハロゲン化アルキル基、置換されていてもよいアルコキシアルキル基、若しくは置換されていてもよいアルケニル基を表すか、又はエポキシ基を有する有機基、アクリロイル基を有する有機基、メタクリロイル基を有する有機基、メルカプト基を有する有機基、アミノ基を有する有機基、アルコキシ基を有する有機基、スルホニル基を有する有機基、若しくはシアノ基を有する有機基、又はそれらの2種以上の組み合わせを表す。
 Xはアルコキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。
 R、R及びXがそれぞれ複数の場合、複数のR、R及びXは同一でもよいし、異なっていてもよい。)
 [3] 前記式(A-1)中のRが、下記式(A-2a)で表される、[1]又は[2]に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
(式(A-2a)中、R11は、単結合、又はイオン結合を有していてもよい2価の有機基を表す。
 R12は、不飽和結合を有しかつ環構造を有する基を表す。
 *は結合手を表す。)
 [4] 前記式(A-2a)中のR12が、下記式(A-2b)で表される、[3]に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
(式(A-2b)中、rは環構造を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
は、一重結合、又は二重結合を表す。ただし、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
が、一重結合の時、Rは、ハロゲン原子、又は1価の基を表し、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
が、二重結合の時、Rは、酸素原子を表す。
 nは、0以上であって、かつ環構造rが有し得る置換基の数n以下を表す。
 nが2以上のとき、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
及びRは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 環構造rが、環を構成する結合に二重結合を有する場合、nは0であってもよい。
 環構造rが、環を構成する結合として一重結合のみを有する場合、nは1以上であり、かつ、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
の少なくとも1つが二重結合であるか、又は少なくとも1つのRが不飽和結合を有する。
 *は結合手を表す。)
 [5] 環構造rが、単環式5員環構造、単環式6員環構造、二環式構造、又は三環式構造である、[4]に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
 [6] 前記式(A-2b)が、下記式(A-2c-1)~式(A-2c-6)のいずれかである、[4]又は[5]に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(式(A-2c-1)中、R1b~Rb10は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。Rb1とRb8とは、一緒になってメチレン基、又は1,2-エチレン基を形成していてもよい。ただし、R1b~Rb10の1つは、前記式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
 式(A-2c-2)中、X~Xは、N又はCR(ただし、Rはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。)を表す。*は、結合手を表す。
 式(A-2c-3)中、X11は、N又はCR(ただし、Rは、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。)を表す。Rc1~Rc5は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Rc1~Rc5の1つは、前記式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
 式(A-2c-4)中、X21は、O又はSを表す。Rd1~Rd4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Rd1~Rd4の1つは、前記式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
 式(A-2c-5)中、Re1~Re4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Re1~Re4の1つは、前記式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
 式(A-2c-6)中、X31は、-C(=O)-N(Rf3)-、-C(=O)-C(Rf4)(Rf5)-、又は-C(Rf6)(Rf7)-を表す。Rf1~Rf7は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Rf1及びRf2の1つは、前記式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。)
 [7] 前記[A]成分であるポリシロキサンが、シラノール基の一部がアルコール変性された又はアセタール保護されたポリシロキサン変性物である、[1]に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
 [8] 前記[A’]成分であるポリシロキサンが、シラノール基の一部がアルコール変性された又はアセタール保護されたポリシロキサン変性物である、[2]に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
 [9] 前記[C]成分が、アルコール系溶媒を含有する、[1]~[8]のいずれかに記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
 [10] 前記[C]成分が、プロピレングリコールモノアルキルエーテルを含有する、[9]に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
 [11] [D]成分:硬化触媒を更に含有する、[1]~[10]のいずれかに記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
 [12] [E]成分:硝酸を更に含有する、[1]~[11]のいずれかに記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
 [13] 前記[C]成分が、水を含有する、[1]~[12]のいずれかに記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
 [14] EUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用である、[1]~[13]のいずれかに記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
 [15] [1]~[14]のいずれかに記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の硬化物である、シリコン含有レジスト下層膜。
 [16] 半導体基板と、
 [15]に記載のシリコン含有レジスト下層膜と、
を備える半導体加工用基板。
 [17] 基板上に、有機下層膜を形成する工程と、
 前記有機下層膜の上に、[1]~[14]のいずれかに記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を用いてレジスト下層膜を形成する工程と、
 前記レジスト下層膜の上に、金属含有レジスト膜を形成する工程と、
を含む、半導体素子の製造方法。
 [18] 前記金属含有レジスト膜が、EUVリソグラフィー用金属含有レジストから形成される、
[17]に記載の半導体素子の製造方法。
 [19] 前記レジスト下層膜を形成する工程において、ナイロンフィルタろ過したシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を用いる、
[17]又は[18]に記載の半導体素子の製造方法。
 [20] 半導体基板上に有機下層膜を形成する工程と、
 前記有機下層膜の上に、[1]~[14]のいずれかに記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を塗布し、焼成して、レジスト下層膜を形成する工程と、
 前記レジスト下層膜の上に、金属含有レジスト膜を形成する工程と、
 前記金属含有レジスト膜を露光、現像し、レジストパターンを得る工程と、
 前記レジストパターンをマスクに用い、前記レジスト下層膜をエッチングする工程と、
 パターン化された前記レジスト下層膜をマスクとして用い、前記有機下層膜をエッチングする工程と、
を含む、パターン形成方法。
 [21] 前記有機下層膜をエッチングする工程の後に、薬液を用いた湿式法により前記レジスト下層膜を除去する工程、
を更に含む、[20]に記載のパターン形成方法。
 [22] 前記金属含有レジスト膜が、EUVリソグラフィー用金属含有レジストから形成される、
[20]又は[21]に記載のパターン形成方法。
 本発明によれば、金属含有レジストによる微細パターニングにおいてパターン幅のラフネスを改善できるレジスト下層膜を形成するための、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を提供することができる。
(シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物)
 本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物は、金属含有レジスト膜と基板との間に形成されるシリコン含有レジスト下層膜を形成するためのシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物である。
<第1の実施形態>
 本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の第1の実施形態は、[A]成分としてのポリシロキサン、及び[C]成分としての溶媒を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
 [A]成分としてのポリシロキサンは、下記式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)由来の構造単位を含む。[A]成分としてのポリシロキサンは、例えば、下記式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)を含む加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物である。
<第2の実施形態>
 本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の第2の実施形態は、[A’]成分としてのポリシロキサン(以下、「[A’]ポリシロキサン」と称することがある)、[B]成分としての下記式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)、及び[C]成分としての溶媒を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
 本発明者らは、以下のような考察をしている。
 本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物から形成されるシリコン含有レジスト下層膜がSiに結合する有機基として不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基を有することによって、金属含有レジストによる微細パターニングにおいてパターン幅のラフネスを改善できる。金属含有レジストの硬化には電子が関与していると考えられるが、シリコン含有レジスト下層膜中の不飽和結合及び環構造が電子を適度にトラップすることにより、電子の過剰な拡散が抑えられ、パターン幅のラフネスが改善されると考える。
 例えば、解像度(hp)が25nm未満、さらには8~20nmという極微細な金属含有レジストパターニングにおいて、パターン幅のラフネスが改善される。
<加水分解性シラン(A)>
 加水分解性シラン(A)は、下記式(A-1)で表される化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式(A-1)中、aは1~3の整数を表す。
 bは0~2の整数を表す。
 a+bは、1~3の整数を表す。
 Rは不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基を表す。
 Rは置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいハロゲン化アルキル基、置換されていてもよいアルコキシアルキル基、若しくは置換されていてもよいアルケニル基を表すか、又はエポキシ基を有する有機基、アクリロイル基を有する有機基、メタクリロイル基を有する有機基、メルカプト基を有する有機基、アミノ基を有する有機基、アルコキシ基を有する有機基、スルホニル基を有する有機基、若しくはシアノ基を有する有機基、又はそれらの2種以上の組み合わせを表す。
 Xはアルコキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。
 R、R及びXがそれぞれ複数の場合、複数のR、R及びXは同一でもよいし、異なっていてもよい。)
 なお、Rは、不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基ではない。
 なお、本発明において、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
<<式(A-1)中のR>>
 Rに関し、「不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基」における不飽和結合は、環構造中に存在する不飽和結合であってもよい。即ち、Rにおいて、環構造が不飽和結合を有し、Rがその不飽和結合以外に不飽和結合を有しない場合でも、そのRは、「不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基」に該当する。
 不飽和結合としては、二重結合、三重結合が挙げられる。
 不飽和結合としては、例えば、炭素-炭素不飽和結合(例えば、C=C)、炭素-酸素不飽和結合(例えば、C=O)、炭素-窒素不飽和結合(例えば、C=N)などが挙げられる。
 Rが有する不飽和結合は、1つであってもよいし、複数であってもよい。Rが有する不飽和結合は、例えば、1つ~8つであってもよいし、1つ~6つであってもよいし、1つ~4つであってもよい。
 環構造としては、炭化水素環であってもよいし、ヘテロ環であってもよい。ヘテロ環を構成する炭素原子以外の原子としては、例えば、酸素原子、硫黄原子、窒素原子などが挙げられる。
 環構造としては、芳香族環であってもよいし、非芳香族環であってもよい。
 環構造としては、例えば、3員環~10員環などが挙げられる。具体的には、3員環、4員環、5員環、6員環、7員環、8員環などが挙げられる。
 環構造は、単環式構造であってもよいし、多環式構造であってもよい。多環式構造としては、例えば、二環式構造であってもよいし、三環式構造であってもよい。
 多環において各環同士の結合の仕方には、例えば、以下の3通りが含まれる。
 ・1原子の共有:例えば、スピロ環化合物
 ・2原子の共有:デカリン、ナフタレンのように2つの環が2つの原子を共有している場合
 ・橋かけ構造:ノルボルナンのように、2つの環が3つの原子以上を共有しているとみなせる場合
 なお、多環の場合、環を構成する原子の数をもってその員環数とする。例えば、ノルボルナンは7員環である。
 Rが有する環構造は、1つであってもよいし、複数であってもよい。Rが有する環構造は、例えば、1つ~3つであってもよいし、1つ~2つであってもよい。
 Rは、例えば、Si-O基を有さない。
 Rの炭素原子数としては、特に限定されないが、Rの炭素原子数は、好ましくは4~30であり、より好ましくは4~20である。
 Rは、通常、水素原子を有する。Rは、炭素原子及び水素原子の他に、酸素原子を有していてもよいし、窒素原子を有していてもよいし、硫黄原子を有していてもよいし、ハロゲン原子を有していてもよい。
 Rは、イオン結合を有していてもよいし、イオン結合を有していなくてもよい。Rがイオン結合を有する場合、Rは、不飽和結合又は環構造とケイ素原子とを結ぶ原子の列の中にイオン結合を有していてもよいし、不飽和結合又は環構造とケイ素原子とを結ぶ原子の列から分岐した原子の列の中にイオン結合を有していてもよい。
 式(A-1)のRは、好ましくは下記式(A-2a)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
(式(A-2a)中、R11は、単結合、又はイオン結合を有していてもよい2価の有機基を表す。
 R12は、不飽和結合を有しかつ環構造を有する基を表す。
 *は結合手を表す。)
 R11がイオン結合を有していてもよい2価の有機基の場合、R11の炭素原子数としては、特に限定されないが、R11の炭素原子数は、好ましくは1~25であり、より好ましくは1~15である。
<<R12>>
 式(A-2a)中のR12は、例えば、下記式(A-2b)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
(式(A-2b)中、rは環構造を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
は、一重結合、又は二重結合を表す。ただし、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
が、一重結合の時、Rは、ハロゲン原子、又は1価の基を表し、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
が、二重結合の時、Rは、酸素原子を表す。
 nは、0以上であって、かつ環構造rが有し得る置換基の数n以下を表す。
 nが2以上のとき、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
及びRは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 環構造rが、環を構成する結合に二重結合を有する場合、nは0であってもよい。
 環構造rが、環を構成する結合として一重結合のみを有する場合、nは1以上であり、かつ、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
の少なくとも1つが二重結合であるか、又は少なくとも1つのRが不飽和結合を有する。
 *は結合手を表す。)
 環構造rが有する結合は、例えば、一重結合のみである。
 環構造rが有する結合は、例えば、一重結合及び二重結合である。
 環構造rは、例えば、単環式5員環構造、単環式6員環構造、二環式構造、又は三環式構造である。
 Rにおける1価の基としては、例えば、ハロゲン原子、炭素原子数1~10の1価の有機基などが挙げられる。
 Rにおける1価の基は、不飽和結合を有していてもよいし、不飽和結合を有していなくてもよい。
 Rにおける1価の基は、環構造を有していてもよいし、環構造を有していなくてもよい。
 式(A-2b)中のnは、例えば、0~8であってもよいし、0~6であってもよいし、0~5であってもよい。
 例えば、式(A-2b)が以下の式で表される場合、環構造rは3つの炭素原子と3つの窒素原子とから構成される6員環であり、nは5であり、2つのRはメチル基であり、3つのRは環構造rと炭素-酸素二重結合によって結合している酸素原子である。環構造rが有する結合は、炭素-窒素一重結合のみである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
 式(A-2b)は、本発明の効果を好適に得る観点から、下記式(A-2c-1)~式(A-2c-6)のいずれかであることが好ましい。言い換えれば、式(A-2a)中のR12は、本発明の効果を好適に得る観点から、下記式(A-2c-1)~式(A-2c-6)のいずれかであることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
(式(A-2c-1)中、R1b~Rb10は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。Rb1とRb8とは、一緒になってメチレン基、又は1,2-エチレン基を形成していてもよい。ただし、R1b~Rb10の1つは、式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
 式(A-2c-2)中、X~Xは、N又はCR(ただし、Rはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。)を表す。*は、結合手を表す。
 式(A-2c-3)中、X11は、N又はCR(ただし、Rは、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。)を表す。Rc1~Rc5は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Rc1~Rc5の1つは、式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
 式(A-2c-4)中、X21は、O又はSを表す。Rd1~Rd4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Rd1~Rd4の1つは、式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
 式(A-2c-5)中、Re1~Re4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Re1~Re4の1つは、式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
 式(A-2c-6)中、X31は、-C(=O)-N(Rf3)-、-C(=O)-C(Rf4)(Rf5)-、又は-C(Rf6)(Rf7)-を表す。Rf1~Rf7は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Rf1及びRf2の1つは、式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。)
 R1b~Rb10、Rc1~Rc5、Rd1~Rd4、Re1~Re4、Rf1~Rf7、及びCRのRにおける1価の基としては、例えば、炭素原子数1~10の1価の有機基が挙げられる。炭素原子数1~10の1価の有機基としては、例えば、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数2~10のアルケニル基が挙げられる。
 炭素原子数1~10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、シクロプロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、シクロブチル基、1-メチル-シクロプロピル基、2-メチル-シクロプロピル基、n-ペンチル基、1-メチル-n-ブチル基、2-メチル-n-ブチル基、3-メチル-n-ブチル基、1,1-ジメチル-n-プロピル基、1,2-ジメチル-n-プロピル基、2,2-ジメチル-n-プロピル基、1-エチル-n-プロピル基、シクロペンチル基、1-メチル-シクロブチル基、2-メチル-シクロブチル基、3-メチル-シクロブチル基、1,2-ジメチル-シクロプロピル基、2,3-ジメチル-シクロプロピル基、1-エチル-シクロプロピル基、2-エチル-シクロプロピル基、n-ヘキシル基、1-メチル-n-ペンチル基、2-メチル-n-ペンチル基、3-メチル-n-ペンチル基、4-メチル-n-ペンチル基、1,1-ジメチル-n-ブチル基、1,2-ジメチル-n-ブチル基、1,3-ジメチル-n-ブチル基、2,2-ジメチル-n-ブチル基、2,3-ジメチル-n-ブチル基、3,3-ジメチル-n-ブチル基、1-エチル-n-ブチル基、2-エチル-n-ブチル基、1,1,2-トリメチル-n-プロピル基、1,2,2-トリメチル-n-プロピル基、1-エチル-1-メチル-n-プロピル基、1-エチル-2-メチル-n-プロピル基、シクロヘキシル基、1-メチル-シクロペンチル基、2-メチル-シクロペンチル基、3-メチル-シクロペンチル基、1-エチル-シクロブチル基、2-エチル-シクロブチル基、3-エチル-シクロブチル基、1,2-ジメチル-シクロブチル基、1,3-ジメチル-シクロブチル基、2,2-ジメチル-シクロブチル基、2,3-ジメチル-シクロブチル基、2,4-ジメチル-シクロブチル基、3,3-ジメチル-シクロブチル基、1-n-プロピル-シクロプロピル基、2-n-プロピル-シクロプロピル基、1-i-プロピル-シクロプロピル基、2-i-プロピル-シクロプロピル基、1,2,2-トリメチル-シクロプロピル基、1,2,3-トリメチル-シクロプロピル基、2,2,3-トリメチル-シクロプロピル基、1-エチル-2-メチル-シクロプロピル基、2-エチル-1-メチル-シクロプロピル基、2-エチル-2-メチル-シクロプロピル基、2-エチル-3-メチル-シクロプロピル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコデシル基等が挙げられる。
 炭素原子数1~10のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基、n-ブトキシ基、i-ブトキシ基、s-ブトキシ基、t-ブトキシ基、n-ペンチルオキシ基、1-メチル-n-ブトキシ基、2-メチル-n-ブトキシ基、3-メチル-n-ブトキシ基、1,1-ジメチル-n-プロポキシ基、1,2-ジメチル-n-プロポキシ基、2,2-ジメチル-n-プロポキシ基、1-エチル-n-プロポキシ基、n-ヘキシルオキシ基、1-メチル-n-ペンチルオキシ基、2-メチル-n-ペンチルオキシ基、3-メチル-n-ペンチルオキシ基、4-メチル-n-ペンチルオキシ基、1,1-ジメチル-n-ブトキシ基、1,2-ジメチル-n-ブトキシ基、1,3-ジメチル-n-ブトキシ基、2,2-ジメチル-n-ブトキシ基、2,3-ジメチル-n-ブトキシ基、3,3-ジメチル-n-ブトキシ基、1-エチル-n-ブトキシ基、2-エチル-n-ブトキシ基、1,1,2-トリメチル-n-プロポキシ基、1,2,2-トリメチル-n-プロポキシ基、1-エチル-1-メチル-n-プロポキシ基、及び1-エチル-2-メチル-n-プロポキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ノルボルニルオキシ基、アダマンチルオキシ基、アダマンタンメチルオキシ基、アダマンタンエチルオキシ基、テトラシクロデカニルオキシ基、トリシクロデカニルオキシ基等が挙げられる。
 炭素原子数2~10のアルケニル基としては、例えば、エテニル基、1-プロペニル基、2-プロペニル基、1-メチル-1-エテニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、2-メチル-1-プロペニル基、2-メチル-2-プロペニル基、1-エチルエテニル基、1-メチル-1-プロペニル基、1-メチル-2-プロペニル基、1-ペンテニル基、2-ペンテニル基、3-ペンテニル基、4-ペンテニル基、1-n-プロピルエテニル基、1-メチル-1-ブテニル基、1-メチル-2-ブテニル基、1-メチル-3-ブテニル基、2-エチル-2-プロペニル基、2-メチル-1-ブテニル基、2-メチル-2-ブテニル基、2-メチル-3-ブテニル基、3-メチル-1-ブテニル基、3-メチル-2-ブテニル基、3-メチル-3-ブテニル基、1,1-ジメチル-2-プロペニル基、1-i-プロピルエテニル基、1,2-ジメチル-1-プロペニル基、1,2-ジメチル-2-プロペニル基、1-シクロペンテニル基、2-シクロペンテニル基、3-シクロペンテニル基、1-ヘキセニル基、2-ヘキセニル基、3-ヘキセニル基、4-ヘキセニル基、5-ヘキセニル基、1-メチル-1-ペンテニル基、1-メチル-2-ペンテニル基、1-メチル-3-ペンテニル基、1-メチル-4-ペンテニル基、1-n-ブチルエテニル基、2-メチル-1-ペンテニル基、2-メチル-2-ペンテニル基、2-メチル-3-ペンテニル基、2-メチル-4-ペンテニル基、2-n-プロピル-2-プロペニル基、3-メチル-1-ペンテニル基、3-メチル-2-ペンテニル基、3-メチル-3-ペンテニル基、3-メチル-4-ペンテニル基、3-エチル-3-ブテニル基、4-メチル-1-ペンテニル基、4-メチル-2-ペンテニル基、4-メチル-3-ペンテニル基、4-メチル-4-ペンテニル基、1,1-ジメチル-2-ブテニル基、1,1-ジメチル-3-ブテニル基、1,2-ジメチル-1-ブテニル基、1,2-ジメチル-2-ブテニル基、1,2-ジメチル-3-ブテニル基、1-メチル-2-エチル-2-プロペニル基、1-s-ブチルエテニル基、1,3-ジメチル-1-ブテニル基、1,3-ジメチル-2-ブテニル基、1,3-ジメチル-3-ブテニル基、1-i-ブチルエテニル基、2,2-ジメチル-3-ブテニル基、2,3-ジメチル-1-ブテニル基、2,3-ジメチル-2-ブテニル基、2,3-ジメチル-3-ブテニル基、2-i-プロピル-2-プロペニル基、3,3-ジメチル-1-ブテニル基、1-エチル-1-ブテニル基、1-エチル-2-ブテニル基、1-エチル-3-ブテニル基、1-n-プロピル-1-プロペニル基、1-n-プロピル-2-プロペニル基、2-エチル-1-ブテニル基、2-エチル-2-ブテニル基、2-エチル-3-ブテニル基、1,1,2-トリメチル-2-プロペニル基、1-t-ブチルエテニル基、1-メチル-1-エチル-2-プロペニル基、1-エチル-2-メチル-1-プロペニル基、1-エチル-2-メチル-2-プロペニル基、1-i-プロピル-1-プロペニル基、1-i-プロピル-2-プロペニル基、1-メチル-2-シクロペンテニル基、1-メチル-3-シクロペンテニル基、2-メチル-1-シクロペンテニル基、2-メチル-2-シクロペンテニル基、2-メチル-3-シクロペンテニル基、2-メチル-4-シクロペンテニル基、2-メチル-5-シクロペンテニル基、2-メチレン-シクロペンチル基、3-メチル-1-シクロペンテニル基、3-メチル-2-シクロペンテニル基、3-メチル-3-シクロペンテニル基、3-メチル-4-シクロペンテニル基、3-メチル-5-シクロペンテニル基、3-メチレン-シクロペンチル基、1-シクロヘキセニル基、2-シクロヘキセニル基及び3-シクロヘキセニル基等が挙げられる。
 なお、本明細書において、「i」は「iso」、「s」は「sec」、「t」は「tert」を意味する。
 式(A-2c-2)としては、例えば、下記式(A-2c-2-1)、及び式(A-2c-2-2)が挙げられる。
 式(A-2c-6)としては、例えば、下記式(A-2c-6-1)~式(A-2c-6-3)が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
(式(A-2c-2-1)、及び式(A-2c-2-2)中、Rはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。*は、結合手を表す。
 式(A-2c-6-1)~式(A-2c-6-3)中、Rf1~Rf7は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Rf1及びRf2の1つは、式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。)
<<<R11>>>
 R11としては、単結合、又は下記式(A-2-1)~式(A-2-4)で表される2価の有機基のいずれかであることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
(式(A-2-1)中、R21は炭素原子数1~6のアルキレン基を表す。
 式(A-2-2)中、R31は炭素原子数1~6のアルキレン基を表す。R32は水素原子又は炭素原子数1~4のアルキル基を表す。R33は、単結合又は炭素原子数1~6のアルキレン基を表す。
 式(A-2-3)中、R41は炭素原子数1~6のアルキレン基を表す。R42は、単結合又は炭素原子数1~6のアルキレン基を表す。
 式(A-2-4)中、R51は炭素原子数1~6のアルキレン基を表す。R52及びR53はそれぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1~4のアルキル基を表す。R54は、単結合又は炭素原子数1~6のアルキレン基を表す。
 式(A-2-1)~式(A-2-4)中、*1はSiと結合する結合手を表す。*2はR12と結合する結合手を表す。)
 なお、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物及びレジスト下層膜において、式(A-2-2)中のアミノ基(-N(R32)-)は、カチオン化されていてもよい。例えば、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物に硝酸が添加されている場合、式(A-2-2)中のアミノ基(-N(R32)-)は、カチオン化され、硝酸塩を形成していてもよい。
 R21、R31、R33、R41、R42、及びR51における炭素原子数1~6のアルキレン基としては、直鎖状でも分岐鎖状でもいずれでもよい。炭素原子数1~6のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等の直鎖状アルキレン基が挙げられる。これらの中でも、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基が好ましい。
 R32、R52、及びR53における炭素原子数1~4のアルキル基としては、直鎖状でも分岐鎖状でもいずれでもよい。炭素原子数1~4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基が挙げられる。
 R32、R52、及びR53としては、水素原子、メチル基、エチル基が好ましい。
<<式(A-1)中のR>>
 アルキル基は、直鎖状、分枝鎖状、環状のいずれでよく、その炭素原子数は、特に限定されるものではないが、好ましくは40以下、より好ましくは30以下、より一層好ましくは20以下、更に好ましくは10以下である。
 アルキル基として、直鎖状の又は分枝鎖状アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、1-メチル-n-ブチル基、2-メチル-n-ブチル基、3-メチル-n-ブチル基、1,1-ジメチル-n-プロピル基、1,2-ジメチル-n-プロピル基、2,2-ジメチル-n-プロピル基、1-エチル-n-プロピル基、n-ヘキシル基、1-メチル-n-ペンチル基、2-メチル-n-ペンチル基、3-メチル-n-ペンチル基、4-メチル-n-ペンチル基、1,1-ジメチル-n-ブチル基、1,2-ジメチル-n-ブチル基、1,3-ジメチル-n-ブチル基、2,2-ジメチル-n-ブチル基、2,3-ジメチル-n-ブチル基、3,3-ジメチル-n-ブチル基、1-エチル-n-ブチル基、2-エチル-n-ブチル基、1,1,2-トリメチル-n-プロピル基、1,2,2-トリメチル-n-プロピル基、1-エチル-1-メチル-n-プロピル基及び1-エチル-2-メチル-n-プロピル基等が挙げられる。
 環状アルキル基の具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、1-メチル-シクロプロピル基、2-メチル-シクロプロピル基、シクロペンチル基、1-メチル-シクロブチル基、2-メチル-シクロブチル基、3-メチル-シクロブチル基、1,2-ジメチル-シクロプロピル基、2,3-ジメチル-シクロプロピル基、1-エチル-シクロプロピル基、2-エチル-シクロプロピル基、シクロヘキシル基、1-メチル-シクロペンチル基、2-メチル-シクロペンチル基、3-メチル-シクロペンチル基、1-エチル-シクロブチル基、2-エチル-シクロブチル基、3-エチル-シクロブチル基、1,2-ジメチル-シクロブチル基、1,3-ジメチル-シクロブチル基、2,2-ジメチル-シクロブチル基、2,3-ジメチル-シクロブチル基、2,4-ジメチル-シクロブチル基、3,3-ジメチル-シクロブチル基、1-n-プロピル-シクロプロピル基、2-n-プロピル-シクロプロピル基、1-i-プロピル-シクロプロピル基、2-i-プロピル-シクロプロピル基、1,2,2-トリメチル-シクロプロピル基、1,2,3-トリメチル-シクロプロピル基、2,2,3-トリメチル-シクロプロピル基、1-エチル-2-メチル-シクロプロピル基、2-エチル-1-メチル-シクロプロピル基、2-エチル-2-メチル-シクロプロピル基及び2-エチル-3-メチル-シクロプロピル基等のシクロアルキル基、ビシクロブチル基、ビシクロペンチル基、ビシクロヘキシル基、ビシクロヘプチル基、ビシクロクチル基、ビシクロノニル基及びビシクロデシル基等の架橋環式のシクロアルキル基等が挙げられる。
 ハロゲン化アルキル基は、1以上のハロゲン原子により置換されたアルキル基であり、このようなアルキル基の具体例としては前述したものと同じものが挙げられる。
 ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
 ハロゲン化アルキル基の炭素原子数は、特に限定されるものではないが、好ましくは40以下、より好ましくは30以下、より一層好ましくは20以下、更に好ましくは10以下である。
 ハロゲン化アルキル基の具体例としては、モノフルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ブロモジフルオロメチル基、2-クロロエチル基、2-ブロモエチル基、1,1-ジフルオロエチル基、2,2,2-トリフルオロエチル基、1,1,2,2-テトラフルオロエチル基、2-クロロ-1,1,2-トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基、3-ブロモプロピル基、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル基、1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロプロピル基、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン-2-イル基、3-ブロモ-2-メチルプロピル基、4-ブロモブチル基、パーフルオロペンチル基等が挙げられるが、これらに限定されない。
 アルコキシアルキル基は、1以上のアルコキシ基により置換されたアルキル基であり、このようなアルキル基の具体例としては前述したものと同じものが挙げられる。
 置換基としてのアルコキシ基としては、例えば、炭素原子数1~20の直鎖状、分岐鎖状、及び環状の少なくともいずれかのアルキル部分を有するアルコキシ基が挙げられる。
 直鎖状の又は分枝状のアルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、i-プロポキシ基、n-ブトキシ基、i-ブトキシ基、s-ブトキシ基、t-ブトキシ基、n-ペンチロキシ基、1-メチル-n-ブトキシ基、2-メチル-n-ブトキシ基、3-メチル-n-ブトキシ基、1,1-ジメチル-n-プロポキシ基、1,2-ジメチル-n-プロポキシ基、2,2-ジメチル-n-プロポキシ基、1-エチル-n-プロポキシ基、n-ヘキシロキシ基、1-メチル-n-ペンチロキシ基、2-メチル-n-ペンチロキシ基、3-メチル-n-ペンチロキシ基、4-メチル-n-ペンチロキシ基、1,1-ジメチル-n-ブトキシ基、1,2-ジメチル-n-ブトキシ基、1,3-ジメチル-n-ブトキシ基、2,2-ジメチル-n-ブトキシ基、2,3-ジメチル-n-ブトキシ基、3,3-ジメチル-n-ブトキシ基、1-エチル-n-ブトキシ基、2-エチル-n-ブトキシ基、1,1,2-トリメチル-n-プロポキシ基、1,2,2-トリメチル-n-プロポキシ基、1-エチル-1-メチル-n-プロポキシ基及び1-エチル-2-メチル-n-プロポキシ基等が挙げられる。
 また環状のアルコキシ基としては、例えばシクロプロポキシ基、シクロブトキシ基、1-メチル-シクロプロポキシ基、2-メチル-シクロプロポキシ基、シクロペンチロキシ基、1-メチル-シクロブトキシ基、2-メチル-シクロブトキシ基、3-メチル-シクロブトキシ基、1,2-ジメチル-シクロプロポキシ基、2,3-ジメチル-シクロプロポキシ基、1-エチル-シクロプロポキシ基、2-エチル-シクロプロポキシ基、シクロヘキシロキシ基、1-メチル-シクロペンチロキシ基、2-メチル-シクロペンチロキシ基、3-メチル-シクロペンチロキシ基、1-エチル-シクロブトキシ基、2-エチル-シクロブトキシ基、3-エチル-シクロブトキシ基、1,2-ジメチル-シクロブトキシ基、1,3-ジメチル-シクロブトキシ基、2,2-ジメチル-シクロブトキシ基、2,3-ジメチル-シクロブトキシ基、2,4-ジメチル-シクロブトキシ基、3,3-ジメチル-シクロブトキシ基、1-n-プロピル-シクロプロポキシ基、2-n-プロピル-シクロプロポキシ基、1-i-プロピル-シクロプロポキシ基、2-i-プロピル-シクロプロポキシ基、1,2,2-トリメチル-シクロプロポキシ基、1,2,3-トリメチル-シクロプロポキシ基、2,2,3-トリメチル-シクロプロポキシ基、1-エチル-2-メチル-シクロプロポキシ基、2-エチル-1-メチル-シクロプロポキシ基、2-エチル-2-メチル-シクロプロポキシ基及び2-エチル-3-メチル-シクロプロポキシ基等が挙げられる。
 アルコキシアルキル基の具体例としては、メトキシメチル基、エトキシメチル基、1-エトキシエチル基、2-エトキシエチル基、エトキシメチル基等の低級(炭素原子数5以下程度)アルキルオキシ低級(炭素原子数5以下程度)アルキル基等が挙げられるが、これらに限定されない。
 アルケニル基は、直鎖状又は分枝鎖状のいずれでよく、その炭素原子数は、特に限定されるものではないが、好ましくは40以下、より好ましくは30以下、より一層好ましくは20以下、更に好ましくは10以下である。
 アルケニル基の具体例としては、エテニル基(ビニル基)、1-プロペニル基、2-プロペニル基、1-メチル-1-エテニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、3-ブテニル基、2-メチル-1-プロペニル基、2-メチル-2-プロペニル基、1-エチルエテニル基、1-メチル-1-プロペニル基、1-メチル-2-プロペニル基、1-ペンテニル基、2-ペンテニル基、3-ペンテニル基、4-ペンテニル基、1-n-プロピルエテニル基、1-メチル-1-ブテニル基、1-メチル-2-ブテニル基、1-メチル-3-ブテニル基、2-エチル-2-プロペニル基、2-メチル-1-ブテニル基、2-メチル-2-ブテニル基、2-メチル-3-ブテニル基、3-メチル-1-ブテニル基、3-メチル-2-ブテニル基、3-メチル-3-ブテニル基、1,1-ジメチル-2-プロペニル基、1-i-プロピルエテニル基、1,2-ジメチル-1-プロペニル基、1,2-ジメチル-2-プロペニル基、1-ヘキセニル基、2-ヘキセニル基、3-ヘキセニル基、4-ヘキセニル基、5-ヘキセニル基、1-メチル-1-ペンテニル基、1-メチル-2-ペンテニル基、1-メチル-3-ペンテニル基、1-メチル-4-ペンテニル基、1-n-ブチルエテニル基、2-メチル-1-ペンテニル基、2-メチル-2-ペンテニル基、2-メチル-3-ペンテニル基、2-メチル-4-ペンテニル基、2-n-プロピル-2-プロペニル基、3-メチル-1-ペンテニル基、3-メチル-2-ペンテニル基、3-メチル-3-ペンテニル基、3-メチル-4-ペンテニル基、3-エチル-3-ブテニル基、4-メチル-1-ペンテニル基、4-メチル-2-ペンテニル基、4-メチル-3-ペンテニル基、4-メチル-4-ペンテニル基、1,1-ジメチル-2-ブテニル基、1,1-ジメチル-3-ブテニル基、1,2-ジメチル-1-ブテニル基、1,2-ジメチル-2-ブテニル基、1,2-ジメチル-3-ブテニル基、1-メチル-2-エチル-2-プロペニル基、1-s-ブチルエテニル基、1,3-ジメチル-1-ブテニル基、1,3-ジメチル-2-ブテニル基、1,3-ジメチル-3-ブテニル基、1-i-ブチルエテニル基、2,2-ジメチル-3-ブテニル基、2,3-ジメチル-1-ブテニル基、2,3-ジメチル-2-ブテニル基、2,3-ジメチル-3-ブテニル基、2-i-プロピル-2-プロペニル基、3,3-ジメチル-1-ブテニル基、1-エチル-1-ブテニル基、1-エチル-2-ブテニル基、1-エチル-3-ブテニル基、1-n-プロピル-1-プロペニル基、1-n-プロピル-2-プロペニル基、2-エチル-1-ブテニル基、2-エチル-2-ブテニル基、2-エチル-3-ブテニル基、1,1,2-トリメチル-2-プロペニル基、1-t-ブチルエテニル基、1-メチル-1-エチル-2-プロペニル基、1-エチル-2-メチル-1-プロペニル基、1-エチル-2-メチル-2-プロペニル基、1-i-プロピル-1-プロペニル基、1-i-プロピル-2-プロペニル基などが挙げられる。
 また、前述のアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシアルキル基、及びアルケニル基における置換基としては、例えば、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基等が挙げられ、これらの具体例及びそれらの好適な炭素原子数としては、前述又は後述のものと同じものが挙げられる。
 また、置換基が2以上存在する場合、置換基同士が結合して環を形成してもよい。
 エポキシ基を有する有機基としては、グリシドキシメチル基、グリシドキシエチル基、グリシドキシプロピル基、グリシドキシブチル基、エポキシシクロヘキシル基等が挙げられる。
 アクリロイル基を有する有機基としては、アクリロイルオキシメチル基、アクリロイルオキシエチル基、アクリロイルオキシプロピル基等が挙げられる。
 メタクリロイル基を有する有機基としては、メタクリロイルオキシメチル基、メタクリロイルオキシエチル基、メタクリロイルオキシプロピル基等が挙げられる。
 メルカプト基を有する有機基としては、メルカプトエチル基、メルカプトブチル基、メルカプトヘキシル基、メルカプトオクチル基基等が挙げられる。
 アミノ基を有する有機基としては、アミノ基、アミノメチル基、アミノエチル基、ジメチルアミノエチル基、ジメチルアミノプロピル基等が挙げられるがこれらに限定されない。アミノ基を有する有機基については、更に詳細について後述する。
 アルコキシ基を有する有機基としては、例えばメトキシメチル基、メトキシエチル基が挙げられるがこれらに限定されない。ただし、アルコキシ基が直接ケイ素原子に結合する基は除かれる。
 スルホニル基を有する有機基としては、例えばスルホニルアルキル基が挙げられるがこれらに限定されない。
 シアノ基を有する有機基としては、シアノエチル基、シアノプロピル基、チオシアネート基等が挙げられる。
 アミノ基を有する有機基としては、第1級アミノ基、第2級アミノ基、及び第3級アミノ基の少なくともいずれかを有する有機基が挙げられる。第3級アミノ基を有する加水分解性シランを強酸で加水分解して第3級アンモニウム基を有する対カチオンとする加水分解縮合物が好ましく用いることができる。また有機基はアミノ基を構成する窒素原子以外に、酸素原子、イオウ原子等のヘテロ原子を含有することができる。
 アミノ基を有する有機基は、好ましい一例としては、下記式(A1)で表される基が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
 式(A1)中、R101及びR102は、互いに独立して、水素原子又は炭化水素基を表し、Lは、互いに独立して、置換されていてもよいアルキレン基を表す。*は結合手を表す。
 炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基等が挙げられるが、これらに限定されない。これらアルキル基、及びアルケニル基の具体例としては、Rにおいて前述したものと同じものが挙げられる。
 またアルキレン基としては、直鎖状でも分岐鎖状でもいずれでもよく、その炭素原子数は、通常1~10、好ましくは1~5である。例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基等の直鎖状アルキレン基が挙げられる。
 アミノ基を有する有機基としては、アミノ基、アミノメチル基、アミノエチル基、ジメチルアミノエチル基、ジメチルアミノプロピル基等が挙げられるがこれらに限定されない。
<<式(A-1)中のX>>
 Xにおけるアルコキシ基としては、例えば、Rの説明で例示したアルコキシ基が挙げられる。
 Xにおけるハロゲン原子としては、例えば、Rの説明で例示したハロゲン原子が挙げられる。
 アラルキルオキシ基は、アラルキルアルコールのヒドロキシ基から水素原子を取り除いて誘導される1価の基であり、アラルキルオキシ基におけるアラルキル基の具体例としては、前述したものと同じものが挙げられる。
 アラルキルオキシ基の炭素原子数は特に限定されるものではないが、例えば40以下、好ましくは30以下、より好ましくは20以下とすることができる。
 アラルキルオキシ基の具体例としては、フェニルメチルオキシ基(ベンジルオキシ基)、2-フェニルエチレンオキシ基、3-フェニルn-プロピルオキシ基、4-フェニルn-ブチルオキシ基、5-フェニルn-ペンチルオキシ基、6-フェニルn-ヘキシルオキシ基、7-フェニルn-ヘプチルオキシ基、8-フェニルn-オクチルオキシ基、9-フェニルn-ノニルオキシ基、10-フェニルn-デシルオキシ基等が挙げられるが、これらに限定されない。
 アシルオキシ基は、カルボン酸化合物のカルボキシル基(-COOH)から水素原子を取り除いて誘導される1価の基であり、典型的には、アルキルカルボン酸、アリールカルボン酸又はアラルキルカルボン酸のカルボキシル基から水素原子を取り除いて誘導されるアルキルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基又はアラルキルカルボニルオキシ基が挙げられるが、これらに限定されない。このようなアルキルカルボン酸、アリールカルボン酸及びアラルキルカルボン酸におけるアルキル基、アリール基及びアラルキル基の具体例としては、前述したものと同じものが挙げられる。
 アシルオキシ基の具体例としては、炭素原子数2~20のアシルオキシ基が挙げられ、例えばメチルカルボニルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、n-プロピルカルボニルオキシ基、i-プロピルカルボニルオキシ基、n-ブチルカルボニルオキシ基、i-ブチルカルボニルオキシ基、s-ブチルカルボニルオキシ基、t-ブチルカルボニルオキシ基、n-ペンチルカルボニルオキシ基、1-メチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、2-メチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、3-メチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、1,1-ジメチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、1,2-ジメチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、2,2-ジメチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、1-エチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、n-ヘキシルカルボニルオキシ基、1-メチル-n-ペンチルカルボニルオキシ基、2-メチル-n-ペンチルカルボニルオキシ基、3-メチル-n-ペンチルカルボニルオキシ基、4-メチル-n-ペンチルカルボニルオキシ基、1,1-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、1,2-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、1,3-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、2,2-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、2,3-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、3,3-ジメチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、1-エチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、2-エチル-n-ブチルカルボニルオキシ基、1,1,2-トリメチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、1,2,2-トリメチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、1-エチル-1-メチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、1-エチル-2-メチル-n-プロピルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基、及びトシルカルボニルオキシ基等が挙げられる。
 式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)の具体例としては、例えば、以下の化合物が挙げられるが、式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)はこれら化合物に限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
 式中、Tは、式(A-1)中のXを表す。Tは、例えば、メトキシ基、又はエトキシ基を表す。Meはメチル基、Etはエチル基、Prはプロピル基、Buはブチル基、Acはアセチル基を表す。
 第1の実施形態において、[A]式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)由来の構成単位を含むポリシロキサンを合成する際の加水分解性シラン(A)の量としては、本発明の効果をより十分に得る観点から、ポリシロキサンの合成に用いられる加水分解性シランの総量100質量部に対して、好ましくは0.01~100質量部、より好ましくは0.05~50質量部、より一層好ましくは0.1~30質量部であり、特に好ましくは、1~20質量部である。
 第2の実施形態において、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物における[B]成分としての式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)の含有量は、本発明の効果をより十分に得る観点から、[A’]ポリシロキサン100質量部に対して、好ましくは0.01~100質量部、より好ましくは0.05~50質量部、より一層好ましくは0.1~30質量部であり、特に好ましくは、1~20質量部である。
<[A]成分及び[A’]成分:ポリシロキサン>
 [A]成分としてのポリシロキサンは、式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)由来の構成単位を含み、かつシロキサン結合を有するポリマーである限り特に限定されない。
 [A’]成分としてのポリシロキサンは、シロキサン結合を有するポリマーである限り特に限定されない。[A’]成分としてのポリシロキサンは、[A]成分としてのポリシロキサンであってもよい。
 ポリシロキサンは、シラノール基の一部が変性されている変性ポリシロキサン、例えばシラノール基の一部がアルコール変性された又はアセタール保護されたポリシロキサン変性物であってもよい。
 またポリシロキサンは、一例として加水分解性シランの加水分解縮合物であってもよいし、加水分解縮合物が有するシラノール基の少なくとも一部がアルコール変性された又はアセタール保護された変性物(以下、「加水分解縮合物の変性物」と称することがある。)であってもよい。加水分解縮合物に係る加水分解性シランは、一種又は二種以上の加水分解性シランを含むことができる。
 また[A]成分又は[A’]成分としてのポリシロキサンは、かご型、ラダー型、直鎖型、及び分岐型のいずれの主鎖を有する構造であるものとすることができる。さらに[A’]成分としてのポリシロキサンとして、市販のポリシロキサンを使用することができる。
 なお、本発明において、加水分解性シランの「加水分解縮合物」、すなわち加水分解縮合の生成物には、縮合が完全に完了した縮合物であるポリオルガノシロキサンポリマーだけでなく、縮合が完全に完了しない部分加水分解縮合物であるポリオルガノシロキサンポリマーも包含される。このような部分加水分解縮合物も、縮合が完全に完了した縮合物と同様、加水分解性シランの加水分解及び縮合によって得られたポリマーであるが、部分的に加水分解で止まり、縮合しておらず、それ故、Si-OH基が残存しているものである。また、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物は、加水分解縮合物の他に、未縮合の加水分解物(完全加水分解物、部分加水分解物)や、モノマー(加水分解性シラン)が残存していてもよい。
 なお、本明細書において、「加水分解性シラン」を単に「シラン化合物」とも称することがある。
 [A]成分としてのポリシロキサンとして、例えば、式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)を含む加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物を挙げることができる。
 [A]成分としてのポリシロキサンとして、例えば、式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)及び下記式(1)で表される少なくとも1種の加水分解性シランを含む加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物を挙げることができる。
 [A’]成分としてのポリシロキサンとして、例えば下記式(1)で表される少なくとも1種の加水分解性シランを含む加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物を挙げることができる。
<<式(1)>>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
 式(1)中、Rは、ケイ素原子に結合する基であって、互いに独立して、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいハロゲン化アルキル、置換されていてもよいアルコキシアルキル基、若しくは置換されていてもよいアルケニル基を表すか、又はエポキシ基を有する有機基、アクリロイル基を有する有機基、メタクリロイル基を有する有機基、メルカプト基を有する有機基、アミノ基を有する有機基、アルコキシ基を有する有機基、スルホニル基を有する有機基、若しくはシアノ基を有する有機基、又はそれらの2種以上の組み合わせを表す。
 またRは、ケイ素原子に結合する基又は原子であって、互いに独立して、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。
 aは0~3の整数を表す。
 式(1)中のRにおける各基及び原子の具体例、並びにそれらの好適な炭素原子数としては、式(A-1)中のRについて前述した基及び炭素原子数を挙げることができる。
 式(1)中のRにおける各基及び原子の具体例、並びにそれらの好適な炭素原子数としては、式(A-1)中のXについて前述した基及び原子並びに炭素原子数を挙げることができる。
<<<式(1)で表される加水分解性シランの具体例>>>
 式(1)で表される加水分解性シランの具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラクロロシラン、テトラアセトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ-n-プロポキシシラン、テトラ-i-プロポキシシラン、テトラ-n-ブトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、メチルトリアミロキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、メチルトリベンジルオキシシラン、メチルトリフェネチルオキシシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、α-グリシドキシエチルトリメトキシシラン、α-グリシドキシエチルトリエトキシシラン、β-グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β-グリシドキシエチルトリエトキシシラン、α-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリプロポキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリフェノキシシラン、α-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、α-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、β-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、δ-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、δ-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリプロポキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリブトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリフェノキシシラン、γ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、γ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、δ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)ブチルトリメトキシシラン、δ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)ブチルトリエトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジエトキシシラン、α-グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、α-グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、β-グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、β-グリシドキシエチルエチルジメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β-グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジプロポキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジブトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジフェノキシシラン、γ-グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルビニルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルビニルジエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、メチルビニルジクロロシラン、メチルビニルジアセトキシシラン、ジメチルビニルメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジメチルビニルクロロシラン、ジメチルビニルアセトキシシラン、ジビニルジメトキシシラン、ジビニルジエトキシシラン、ジビニルジクロロシラン、ジビニルジアセトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルビニルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルビニルジエトキシシラン、アリールトリメトキシシラン、アリールトリエトキシシラン、アリールトリクロロシラン、アリールトリアセトキシシシラン、アリールメチルジメトキシシラン、アリールメチルジエトキシシラン、アリールメチルジクロロシラン、アリールメチルジアセトキシシラン、アリールジメチルメトキシシラン、アリールジメチルエトキシシラン、アリールジメチルクロロシラン、アリールジメチルアセトキシシラン、ジアリールジメトキシシラン、ジアリールジエトキシシラン、ジアリールジクロロシラン、ジアリールジアセトキシシラン、3-アリールアミノプロピルトリメトキシシラン、3-アリールアミノプロピルトリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリアセトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジクロロシラン、フェニルメチルジアセトキシシラン、フェニルジメチルメトキシシラン、フェニルジメチルエトキシシラン、フェニルジメチルクロロシラン、フェニルジメチルアセトキシシラン、ジフェニルメチルメトキシシラン、ジフェニルメチルエトキシシラン、ジフェニルメチルクロロシラン、ジフェニルメチルアセトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジクロロシラン、ジフェニルジアセトキシシラン、トリフェニルメトキシシシラン、トリフェニルエトキシシラン、トリフェニルアセトキシシラン、トリフェニルクロロシラン、3-フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、3-フェニルアミノプロピルトリエトキシシラン、ジメトキシメチル-3-(3-フェノキシプロピルチオプロピル)シラン、トリエトキシ((2-メトキシ-4-(メトキシメチル)フェノキシ)メチル)シラン、ベンジルトリメトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン、ベンジルメチルジメトキシシラン、ベンジルメチルジエトキシシラン、ベンジルジメチルメトキシシラン、ベンジルジメチルエトキシシラン、ベンジルジメチルクロロシラン、フェネチルトリメトキシシラン、フェネチルトリエトキシシラン、フェネチルトリクロロシラン、フェネチルトリアセトキシシラン、フェネチルメチルジメトキシシラン、フェネチルメチルジエトキシシラン、フェネチルメチルジクロロシラン、フェネチルメチルジアセトキシシラン、メトキシフェニルトリメトキシシラン、メトキシフェニルトリエトキシシラン、メトキシフェニルトリアセトキシシラン、メトキシフェニルトリクロロシラン、メトキシベンジルトリメトキシシラン、メトキシベンジルトリエトキシシラン、メトキシベンジルトリアセトキシシラン、メトキシベンジルトリクロロシラン、メトキシフェネチルトリメトキシシラン、メトキシフェネチルトリエトキシシラン、メトキシフェネチルトリアセトキシシラン、メトキシフェネチルトリクロロシラン、エトキシフェニルトリメトキシシラン、エトキシフェニルトリエトキシシラン、エトキシフェニルトリアセトキシシラン、エトキシフェニルトリクロロシラン、エトキシベンジルトリメトキシシラン、エトキシベンジルトリエトキシシラン、エトキシベンジルトリアセトキシシラン、エトキシベンジルトリクロロシラン、i-プロポキシフェニルトリメトキシシラン、i-プロポキシフェニルトリエトキシシラン、i-プロポキシフェニルトリアセトキシシラン、i-プロポキシフェニルトリクロロシラン、i-プロポキシベンジルトリメトキシシラン、i-プロポキシベンジルトリエトキシシラン、i-プロポキシベンジルトリアセトキシシラン、i-プロポキシベンジルトリクロロシラン、t-ブトキシフェニルトリメトキシシラン、t-ブトキシフェニルトリエトキシシラン、t-ブトキシフェニルトリアセトキシシラン、t-ブトキシフェニルトリクロロシラン、t-ブトキシベンジルトリメトキシシラン、t-ブトキシベンジルトリエトキシシラン、t-ブトキシベンジルトリアセトキシシラン、t-ブトキシシベンジルトリクロロシラン、メトキシナフチルトリメトキシシラン、メトキシナフチルトリエトキシシラン、メトキシナフチルトリアセトキシシラン、メトキシナフチルトリクロロシラン、エトキシナフチルトリメトキシシラン、エトキシナフチルトリエトキシシラン、エトキシナフチルトリアセトキシシラン、エトキシナフチルトリクロロシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリエトキシシラン、γ-クロロプロピルトリアセトキシシラン、3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、β-シアノエチルトリエトキシシラン、チオシアネートプロピルトリエトキシシラン、クロロメチルトリメトキシシラン、クロロメチルトリエトキシシラン、トリエトキシシリルプロピルジアリールイソシアヌレート、ビシクロ[2,2,1]ヘプテニルトリエトキシシラン、ベンゼンスルホニルプロピルトリエトキシシラン、ベンゼンスルホンアミドプロピルトリエトキシシラン、ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジエトキシシラン、ジメチルジアセトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトメチルジエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシランや、下記式で表されるシラン等が挙げられるが、これらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000055
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000056
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000057
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000058
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000059
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000060
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000061
 式中、Tは、互いに独立して、アルコキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン基を表し、例えば、好ましくはメトキシ基又はエトキシ基を表す。
 また[A]ポリシロキサンとして、式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)、及び下記式(2)で表される加水分解性シランを含む、加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物を挙げることができる。
 また[A]ポリシロキサンとして、式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)、式(1)で表される加水分解性シラン、及び下記式(2)で表される加水分解性シランを含む、加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物を挙げることができる。
 [A’]ポリシロキサンとして、式(1)で表される加水分解性シランとともに、あるいは式(1)で表される加水分解性シランの代わりに、下記式(2)で表される加水分解性シランを含む、加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物を挙げることができる。
<式(2)>
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000062
 式(2)中、Rは、ケイ素原子に結合する基であって、互いに独立して、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいハロゲン化アルキル基、置換されていてもよいアルコキシアルキル基、若しくは置換されていてもよいアルケニル基を表すか、又はエポキシ基を有する有機基、アクリロイル基を有する有機基、メタクリロイル基を有する有機基、メルカプト基を有する有機基、アミノ基を有する有機基、アルコキシ基を有する有機基、スルホニル基を有する有機基、若しくはシアノ基を有する有機基、又はそれらの2種以上の組み合わせを表す。
 またRは、ケイ素原子に結合する基又は原子であって、互いに独立して、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。
 Rは、ケイ素原子に結合する基であって、互いに独立して、アルキレン基又はアリーレン基を表す。
 bは、0又は1を表し、cは、0又は1を表す。
 Rにおける各基及び原子の具体例、並びにそれらの好適な炭素原子数としては、式(A-1)中のRについて前述した基及び炭素原子数を挙げることができる。
 Rにおける各基及び原子の具体例、並びにそれらの好適な炭素原子数としては、式(A-1)中のXについて前述した基及び原子並びに炭素原子数を挙げることができる。
 Rにおけるアルキレン基の具体例としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプタメチレン基、オクタメチレン基、ノナメチレン基、デカメチレン基等の直鎖状アルキレン基、1-メチルトリメチレン基、2-メチルトリメチレン基、1,1-ジメチルエチレン基、1-メチルテトラメチレン基、2-メチルテトラメチレン基、1,1-ジメチルトリメチレン基、1,2-ジメチルトリメチレン基、2,2-ジメチルトリメチレン基、1-エチルトリメチレン基等の分岐鎖状アルキレン基等のアルキレン基、メタントリイル基、エタン-1,1,2-トリイル基、エタン-1,2,2-トリイル基、エタン-2,2,2-トリイル基、プロパン-1,1,1-トリイル基、プロパン-1,1,2-トリイル基、プロパン-1,2,3-トリイル基、プロパン-1,2,2-トリイル基、プロパン-1,1,3-トリイル基、ブタン-1,1,1-トリイル基、ブタン-1,1,2-トリイル基、ブタン-1,1,3-トリイル基、ブタン-1,2,3-トリイル基、ブタン-1,2,4-トリイル基、ブタン-1,2,2-トリイル基、ブタン-2,2,3-トリイル基、2-メチルプロパン-1,1,1-トリイル基、2-メチルプロパン-1,1,2-トリイル基、2-メチルプロパン-1,1,3-トリイル基のアルカントリイル基等が挙げられるが、これらに限定されない。
 Rにおけるアリーレン基の具体例としては、1,2-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,4-フェニレン基;1,5-ナフタレンジイル基、1,8-ナフタレンジイル基、2,6-ナフタレンジイル基、2,7-ナフタレンジイル基、1,2-アントラセンジイル基、1,3-アントラセンジイル基、1,4-アントラセンジイル基、1,5-アントラセンジイル基、1,6-アントラセンジイル基、1,7-アントラセンジイル基、1,8-アントラセンジイル基、2,3-アントラセンジイル基、2,6-アントラセンジイル基、2,7-アントラセンジイル基、2,9-アントラセンジイル基、2,10-アントラセンジイル基、9,10-アントラセンジイル基等の縮合環芳香族炭化水素化合物の芳香環上の水素原子を二つ取り除いて誘導される基;4,4’-ビフェニルジイル基、4,4’’-パラテルフェニルジイル基の環連結芳香族炭化水素化合物の芳香環上の水素原子を二つ取り除いて誘導される基等が挙げられるが、これらに限定されない。
 bは、好ましく0である。
 cは、好ましくは1である。
 式(2)で表される加水分解性シランの具体例としては、メチレンビストリメトキシシラン、メチレンビストリクロロシラン、メチレンビストリアセトキシシラン、エチレンビストリエトキシシラン、エチレンビストリクロロシラン、エチレンビストリアセトキシシラン、プロピレンビストリエトキシシラン、ブチレンビストリメトキシシラン、フェニレンビストリメトキシシラン、フェニレンビストリエトキシシラン、フェニレンビスメチルジエトキシシラン、フェニレンビスメチルジメトキシシラン、ナフチレンビストリメトキシシラン、ビストリメトキシジシラン、ビストリエトキシジシラン、ビスエチルジエトキシジシラン、ビスメチルジメトキシジシラン等が挙げられるが、これらに限定されない。
 [A]ポリシロキサンとして、式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)と、式(1)で表される加水分解性シラン及び/又は式(2)で表される加水分解性シランとともに、下記に挙げるその他の加水分解性シランを含む、加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物を挙げることができる。
 [A’]ポリシロキサンとして、式(1)で表される加水分解性シラン及び/又は式(2)で表される加水分解性シランとともに、下記に挙げるその他の加水分解性シランを含む、加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物を挙げることができる。
 その他の加水分解性シランとして、オニウム基を分子内に有するシラン化合物等が挙げられるが、これらに限定されない。
<<オニウム基を分子内に有するシラン化合物(加水分解性オルガノシラン)>>
 オニウム基を分子内に有するシラン化合物は、加水分解性シランの架橋反応を効果的に且つ効率的に促進できることが期待される。
 オニウム基を分子内に有するシラン化合物の好適な一例は、式(3)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000063
 R11は、ケイ素原子に結合する基であって、オニウム基又はそれを有する有機基を表す。
 R12は、ケイ素原子に結合する基であって、互いに独立して、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいハロゲン化アルキル基、置換されていてもよいアルコキシアルキル基、若しくは置換されていてもよいアルケニル基を表すか、又はエポキシ基を有する有機基、アクリロイル基を有する有機基、メタクリロイル基を有する有機基、メルカプト基を有する有機基、アミノ基を有する有機基、若しくはシアノ基を有する有機基、又はそれらの2種以上の組み合わせを表す。
 R13は、ケイ素原子に結合する基又は原子であって、互いに独立して、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。
 fは1又は2を表し、gは0又は1を表し、1≦f+g≦2を満たす。
 アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシアルキル基、アルケニル基、並びに、エポキシ基を有する有機基、アクリロイル基を有する有機基、メタクリロイル基を有する有機基、メルカプト基を有する有機基、アミノ基を有する有機基及びシアノ基を有する有機基、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基、ハロゲン原子の具体例、またアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシアルキル基、及びアルケニル基の置換基の具体例、及びそれらの好適な炭素原子数としては、R12については、式(A-1)中のRに関して前述したものを、R13については、式(A-1)中のXに関して前述したものをそれぞれ挙げることができる。
 より詳述すれば、オニウム基の具体例としては、環状アンモニウム基又は鎖状アンモニウム基が挙げられ、第3級アンモニウム基又は第4級アンモニウム基が好ましい。
 すなわち、オニウム基又はそれを有する有機基の好適な具体例としては、環状アンモニウム基若しくは鎖状アンモニウム基又はこれらの少なくとも一方を有する有機基が挙げられ、第3級アンモニウム基若しくは第4級アンモニウム基又はこれらの少なくとも一方を有する有機基が好ましい。
 なお、オニウム基が環状アンモニウム基である場合、アンモニウム基を構成する窒素原子が環を構成する原子を兼ねる。この際、環を構成する窒素原子とシリコン原子とが直接又は2価の連結基を介して結合している場合と、環を構成する炭素原子とシリコン原子が直接に又は2価の連結基を介して結合している場合とがある。
 好適な態様の一例においては、式(3)中のケイ素原子に結合する基であるR11は、下記式(S2)で表されるヘテロ脂肪族環状アンモニウム基とすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000064
 式(S2)中、A、A、A及びAは、互いに独立して、下記式(J4)~式(J6)のいずれかで表される基を表すが、A~Aのうち少なくとも1つは、下記式(J5)で表される基である。式(3)におけるケイ素原子がA~Aのいずれと結合するかに応じて、構成される環が非芳香族性を示すように、A~Aそれぞれと、それら各々に隣接し共に環を構成する原子との結合が、単結合であるか、二重結合であるかが定まる。*は結合手を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000065
 式(J4)~式(J6)中、R10は、互いに独立して、単結合、水素原子、アルキル基、又はハロゲン化アルキル基を表し、アルキル基、及びハロゲン化アルキル基の具体例及びそれらの好適な炭素原子数としては、前述したものと同じものが挙げられる。*は結合手を表す。
 式(S2)中、R15は、互いに独立して、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、又はヒドロキシ基を表し、R15が2つ以上存在する場合、2つのR15は、互いに結合して環を形成していてもよく、2つのR15が形成する環は架橋環構造であってもよく、このような場合においては、環状アンモニウム基は、アダマンタン環、スピロ環等を有することとなる。
 アルキル基、及びハロゲン化アルキル基、の具体例及びそれらの好適な炭素原子数としては、前述したものと同じものが挙げられる。
 式(S2)中、nは、1~8の整数であり、mは、0又は1であり、mは、0又は1から単環若しくは多環に置換可能な最大数までの正の整数である。
 mが0である場合、A~Aを含む(4+n)員環が構成される。すなわち、nが1であるときは5員環、nが2であるときは6員環、nが3であるときは7員環、nが4であるときは8員環、nが5であるときは9員環、nが6であるときは10員環、nが7であるときは11員環、nが8であるときは12員環が、それぞれ構成される。
 mが1である場合、A~Aを含む(4+n)員環とAを含む6員環とが縮合した縮合環が形成される。
 A~Aは、式(J4)~式(J6)のいずれであるか次第で、環を構成する原子上に水素原子を有する場合と、水素原子を有さない場合があるが、A~Aが、環を構成する原子上に水素原子を有する場合、その水素原子は、R15に置き換わっていてもよい。また、A~A中の環構成原子以外の環構成原子に、R15が置換していてもよい。
 このような事情から、前述の通り、mは、0又は1から単環若しくは多環に置換可能な最大数までの整数から選択される。
 式(S2)で表されるヘテロ脂肪族環状アンモニウム基の結合手は、このような単環又は縮合環に存在する任意の炭素原子又は窒素原子に存在し、ケイ素原子と直接結合するか、又は連結基が結合して環状アンモニウムを有する有機基が構成され、これがケイ素原子と結合する。
 このような連結基としては、アルキレン基が挙げられ、アルキレン基の具体例及びそれらの好適な炭素原子数としては、前述と同じものが挙げられる。
 式(S2)で表されるヘテロ脂肪族環状アンモニウム基を有する式(3)で表されるシラン化合物(加水分解性オルガノシラン)の具体例として、下記式で表されるシラン等が挙げられるが、これらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000066
 さらにその他の一例において、式(3)中のケイ素原子に結合する基であるR11は、下記式(S3)で表される鎖状アンモニウム基とすることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000068
 式(S3)中、R10は、互いに独立して、水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、又はアルケニル基を表し、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、及びアルケニル基の具体例及びそれらの好適な炭素原子数としては、前述したものと同じものが挙げられる。*は結合手を表す。
 式(S3)で表される鎖状アンモニウム基は、ケイ素原子と直接結合するか、又は連結基が結合して鎖状アンモニウム基を有する有機基が構成され、これがケイ素原子と結合する。
 このような連結基としては、アルキレン基、又はアルケニレン基が挙げられ、アルキレン基、及びアルケニレン基の具体例としては、前述と同じものが挙げられる。
 式(S3)で表される鎖状アンモニウム基を有する式(3)で表されるシラン化合物(加水分解性オルガノシラン)の具体例として、下記式で表されるシラン等が挙げられるが、これらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000069
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000070
 [A]ポリシロキサン及び[A’]ポリシロキサンは、本発明の効果を損なわない範囲において、前述の例示以外のその他のシラン化合物を含む加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物とすることができる。
 前述したように、[A]ポリシロキサン及び[A’]ポリシロキサンとして、加水分解縮合物のシラノール基の少なくとも一部が変性されている変性物を用いることができる。例えばシラノール基の一部がアルコール変性された変性物又はアセタール保護された変性物を用いることができる。
 該変性物であるポリシロキサンは、前述の加水分解性シランの加水分解縮合物において、該縮合物が有するシラノール基の少なくとも一部とアルコールのヒドロキシ基との反応により得られる反応生成物、該縮合物とアルコールとの脱水反応物、また、該縮合物が有するシラノール基の少なくとも一部をアセタール基で保護した変性物等を挙げることができる。
 アルコールとしては1価のアルコールを用いることができ、例えばメタノール、エタノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、tert-アミルアルコール、ネオペンチルアルコール、2-メチル-1-プロパノール、2-メチル-1-ブタノール、3-メチル-1-ブタノール、3-メチル-3-ペンタノール、シクロペンタノール、1-ヘキサノール、2-ヘキサノール、3-ヘキサノール、2,3-ジメチル-2-ブタノール、3,3-ジメチル-1-ブタノール、3,3-ジメチル-2-ブタノール、2-ジエチル-1-ブタノール、2-メチル-1-ペンタノール、2-メチル-2-ペンタノール、2-メチル-3-ペンタノール、3-メチル-1-ペンタノール、3-メチル-2-ペンタノール、3-メチル-3-ペンタノール、4-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-2-ペンタノール、4-メチル-3-ペンタノール及びシクロヘキサノールが挙げられる。
 また例えば3-メトキシブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(1-メトキシ-2-プロパノール)、プロピレングリコールモノエチルエーテル(1-エトキシ-2-プロパノール)、プロピレングリコールモノブチルエーテル(1-ブトキシ-2-プロパノール)等のアルコキシ基含有アルコールを用いることができる。
 加水分解縮合物が有するシラノール基と、アルコールのヒドロキシ基との反応は、加水分解縮合物とアルコールとを接触させ、温度40~160℃、例えば60℃にて、0.1~48時間、例えば24時間反応させることで、シラノール基がキャッピングされた変性物が得られる。この時、キャッピング剤のアルコールは、ポリシロキサンを含有する組成物において溶媒として使用することができる。
 また加水分解性シランの加水分解縮合物とアルコールとの脱水反応物は、触媒である酸の存在下、加水分解縮合物をアルコールと反応させ、シラノール基をアルコールにてキャッピングし、脱水により生じた生成水を、反応系外に除去することにより製造することができる。
 酸は、酸解離定数(pka)が-1~5、好ましくは4~5である有機酸を用いることができる。例えば、酸は、トリフルオロ酢酸、マレイン酸、安息香酸、イソ酪酸、酢酸等、中でも安息香酸、イソ酪酸、酢酸等を例示することができる。
 また、酸は、70~160℃の沸点を有する酸を用いることができ、例えば、トリフルオロ酢酸、イソ酪酸、酢酸、硝酸等が挙げられる。
 このように酸としては、酸解離定数(pka)が4~5であるか、又は沸点が70~160℃であるか、いずれかの物性を有するものが好ましい。即ち、酸性度が弱いものか、又は酸性度は強くても沸点が低いものを用いることができる。
 そして、酸としては酸解離定数、沸点の性質からいずれの性質を利用することも可能である。
 加水分解縮合物が有するシラノール基のアセタール保護はビニルエーテルを用いて、例えば下記式(5)で表されるビニルエーテルを用いることができ、これらの反応により下記式(6)で表される部分構造をポリシロキサンに導入することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000071
 式(5)中、R1a、R2a、及びR3aはそれぞれ水素原子、又は炭素原子数1~10のアルキル基を表し、R4aは炭素原子数1~10のアルキル基を表し、R2aとR4aは互いに結合して環を形成していてもよい。アルキル基は前述の例示を挙げることができる。
 式(6)中、R’、R’、及びR’はそれぞれ水素原子、又は炭素原子数1~10のアルキル基を表し、R’は炭素原子数1~10のアルキル基を示し、R’とR’は互いに結合して環を形成していてもよい。式(6)において*は隣接原子との結合を示す。隣接原子は例えばシロキサン結合の酸素原子や、シラノール基の酸素原子や、式(1)のRに由来する炭素原子が挙げられる。アルキル基は前述の例示を挙げることができる。
 式(5)で表されるビニルエーテルとしては、例えばメチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、ノルマルブチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、tert-ブチルビニルエーテル、及びシクロヘキシルビニルエーテル等の脂肪族ビニルエーテル化合物や、2,3-ジヒドロフラン、4-メチル-2,3-ジヒドロフラン、及び3,4-ジヒドロ-2H-ピラン等の環状ビニルエーテル化合物を用いることができる。特に、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、3,4-ジヒドロ-2H-ピラン、又は2,3-ジヒドロフランが好ましく用いることができる。
 シラノール基のアセタール保護は、加水分解縮合物と、ビニルエーテルと、溶媒としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸エチル、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等の非プロトン性溶媒を用い、ピリジウムパラトルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、塩酸、硫酸等の触媒を用いて実施できる。
 なおこれらシラノール基のアルコールによるキャッピングやアセタール保護は、後述する加水分解性シランの加水分解及び縮合と同時に行ってもよい。
 加水分解性シランの加水分解縮合物又はその変性物は、その重量平均分子量を、例えば500~1,000,000とすることができる。組成物中での加水分解縮合物又はその変性物の析出等を抑制する観点等から、好ましくは重量平均分子量を500,000以下、より好ましくは250,000以下、より一層好ましくは100,000以下とすることができ、保存安定性と塗布性の両立の観点等から、好ましくは700以上、より好ましくは1,000以上とすることができる。
 なお、重量平均分子量は、GPC分析によるポリスチレン換算にて得られる分子量である。GPC分析は、例えばGPC装置(商品名HLC-8220GPC、東ソー株式会社製)、GPCカラム(商品名Shodex(登録商標)KF803L、KF802、KF801、昭和電工株式会社製)、カラム温度を40℃とし、溶離液(溶出溶媒)としてテトラヒドロフランを用い、流量(流速)は1.0mL/minとし、標準試料はポリスチレン(昭和電工株式会社製Shodex(登録商標))を用いて行うことができる。
 加水分解性シランの加水分解縮合物は、前述のシラン化合物(加水分解性シラン)を加水分解及び縮合することで得られる。
 前述のシラン化合物(加水分解性シラン)は、ケイ素原子に直接結合するアルコキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を、すなわちアルコキシシリル基、アラルキルオキシシリル基、アシロキシシリル基、又はハロゲン化シリル基(以下、加水分解性基と称する)を含む。
 これら加水分解性基の加水分解には、加水分解性基の1モル当たり、通常0.1~100モル、例えば0.5~100モル、好ましくは1~10モルの水を用いる。
 加水分解及び縮合の際、反応を促進する目的等で、加水分解触媒を用いてもよいし、用いずに加水分解及び縮合を行ってもよい。加水分解触媒を用いる場合は、加水分解性基の1モル当たり、通常0.0001~10モル、好ましくは0.001~1モルの加水分解触媒を用いることができる。
 加水分解と縮合を行う際の反応温度は、通常、室温以上、加水分解に用いられ得る有機溶媒の常圧での還流温度以下の範囲であり、例えば20~110℃、また例えば20~80℃とすることができる。
 加水分解は完全に加水分解を行う、すなわち、全ての加水分解性基をシラノール基に変えてもよいし、部分加水分解する、即ち未反応の加水分解基を残してもよい。
 加水分解し縮合させる際に使用可能な加水分解触媒としては、金属キレート化合物、有機酸、無機酸、有機塩基、無機塩基を挙げることができる。
 加水分解触媒としての金属キレート化合物は、例えばトリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-n-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-i-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-n-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-sec-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ-t-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ-n-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ-i-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ-n-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ-sec-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ-t-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ-n-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ-i-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ-n-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ-sec-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ-t-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、テトラキス(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-n-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-i-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-n-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-sec-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-t-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ-n-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ-i-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ-n-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ-sec-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ-t-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ-n-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ-i-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ-n-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ-sec-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ-t-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、テトラキス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)チタン、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)チタン、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)チタン等のチタンキレート化合物;トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-n-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-i-プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-n-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-sec-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリ-t-ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ-n-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ-i-プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ-n-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ-sec-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、ジ-t-ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ-n-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ-i-プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ-n-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ-sec-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、モノ-t-ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、テトラキス(アセチルアセトナート)ジルコニウム、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ-n-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ-i-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ-n-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ-sec-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリ-t-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ-n-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ-i-プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ-n-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ-sec-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ジ-t-ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ-n-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ-i-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ-n-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ-sec-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ-t-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)ジルコニウム等のジルコニウムキレート化合物;トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム等のアルミニウムキレート化合物;などを挙げることができるが、これらに限定されない。
 加水分解触媒としての有機酸は、例えば酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、シュウ酸、マレイン酸、メチルマロン酸、アジピン酸、セバシン酸、没食子酸、酪酸、メリット酸、アラキドン酸、2-エチルヘキサン酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレイン酸、サリチル酸、安息香酸、p-アミノ安息香酸、p-トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ギ酸、マロン酸、スルホン酸、フタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸等を挙げることができるが、これらに限定されない。
 加水分解触媒としての無機酸は、例えば塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、リン酸等を挙げることができるが、これらに限定されない。
 加水分解触媒としての有機塩基は、例えばピリジン、ピロール、ピペラジン、ピロリジン、ピペリジン、ピコリン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロンデセン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルフェニルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド等を挙げることができるが、これらに限定されない。
 加水分解触媒としての無機塩基は、例えばアンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム等を挙げることができるが、これらに限定されない。
 これらの触媒のうち、金属キレート化合物、有機酸、無機酸が好ましく、これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 中でも、本発明では、加水分解触媒として硝酸を好適に用いることができる。硝酸を使用することにより、加水分解及び縮合の後の反応溶液の保存安定性を向上させることができ、特に、加水分解縮合物又はその変性物の分子量変化を抑制することができる。液中の加水分解縮合物又はその変性物の安定性は、溶液のpHに依存することが分かっている。鋭意検討した結果、硝酸を適量用いることで、溶液のpHが安定領域となることが見いだされた。
 また、前述の通り、硝酸は、加水分解縮合物の変性物を得る際、例えばシラノール基のアルコールによるキャッピングの際にも使用し得るため、加水分解性シランの加水分解及び縮合と、加水分解縮合物のアルコールキャッピングの双方の反応に寄与できるものとなり得る観点からも好ましい。
 加水分解及び縮合をする際、溶媒として有機溶媒を用いてもよく、その具体例としては、n-ペンタン、i-ペンタン、n-ヘキサン、i-ヘキサン、n-ヘプタン、i-ヘプタン、2,2,4-トリメチルペンタン、n-オクタン、i-オクタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン、メチルエチルベンゼン、n-プロピルベンセン、i-プロピルベンセン、ジエチルベンゼン、i-ブチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ジ-i-プロピルベンセン、n-アミルナフタレン等の芳香族炭化水素系溶媒;メタノール、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノール、n-ペンタノール、i-ペンタノール、2-メチルブタノール、sec-ペンタノール、t-ペンタノール、3-メトキシブタノール、n-ヘキサノール、2-メチルペンタノール、sec-ヘキサノール、2-エチルブタノール、n-ヘプタノール、sec-ヘプタノール、3-ヘプタノール、n-オクタノール、2-エチルヘキサノール、sec-オクタノール、n-ノニルアルコール、2,6-ジメチル-4-ヘプタノール、n-デカノール、sec-ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec-テトラデシルアルコール、sec-ヘプタデシルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、フェニルメチルカルビノール、ジアセトンアルコール、クレゾール等のモノアルコール系溶媒;エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブチレングリコール、2,4-ペンタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2,5-ヘキサンジオール、2,4-ヘプタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチル-n-プロピルケトン、メチル-n-ブチルケトン、ジエチルケトン、メチル-i-ブチルケトン、メチル-n-ペンチルケトン、エチル-n-ブチルケトン、メチル-n-ヘキシルケトン、ジ-i-ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、2,4-ペンタンジオン、アセトニルアセトン、ジアセトンアルコール、アセトフェノン、フェンチョン等のケトン系溶媒;エチルエーテル、i-プロピルエーテル、n-ブチルエーテル、n-ヘキシルエーテル、2-エチルヘキシルエーテル、エチレンオキシド、1,2-プロピレンオキシド、ジオキソラン、4-メチルジオキソラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、エチレングリコールモノ-n-ヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノ-2-エチルブチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-ヘキシルエーテル、エトキシトリグリコール、テトラエチレングリコールジ-n-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(1-メトキシ-2-プロパノール)、プロピレングリコールモノエチルエーテル(1-エトキシ-2-プロパノール)、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(1-メトキシ-2-プロパノールモノアセテート)、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;ジエチルカーボネート、酢酸メチル、酢酸エチル、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、酢酸n-プロピル、酢酸i-プロピル、酢酸n-ブチル、酢酸i-ブチル、酢酸sec-ブチル、酢酸n-ペンチル、酢酸sec-ペンチル、酢酸3-メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2-エチルブチル、酢酸2-エチルヘキシル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸n-ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノプロピルエーテル、酢酸プロピレングリコールモノブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、エチレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n-ブチル、プロピオン酸i-アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ-n-ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n-ブチル、乳酸n-アミル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル等のエステル系溶媒;N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルプロピオンアミド、N-メチル-2-ピロリドン等の含窒素系溶媒;硫化ジメチル、硫化ジエチル、チオフェン、テトラヒドロチオフェン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,3-プロパンスルトン等の含硫黄系溶媒等を挙げることができるが、これらに限定されない。これらの溶媒は1種又は2種以上の組み合わせで用いることができる。
 加水分解及び縮合反応の終了後、反応溶液をそのまま又は希釈若しくは濃縮し、それを中和し、イオン交換樹脂を用いて処理することで、加水分解及び縮合に用いた酸や塩基等の加水分解触媒を取り除くことができる。また、このような処理の前又は後に、減圧蒸留等によって、反応溶液から副生成物のアルコールや水、用いた加水分解触媒等を除去することができる。
 このようにして得られた加水分解縮合物又はその変性物(以下、ポリシロキサンとも称する)は、有機溶媒中に溶解しているポリシロキサンワニスの形態として得られ、これをそのままシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の調製に用いることができる。すなわち、反応溶液をそのまま(あるいは希釈して)シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の調製に用いることができ、このとき、加水分解及び縮合に用いた加水分解触媒や、副生成物等は本発明の効果を損なわない限り反応溶液に残存していてもよい。例えば加水分解触媒やシラノール基のアルコールキャッピング時に使用される硝酸は、ポリマーワニス溶液中に100ppm~5,000ppm程度残存していてよい。
 得られたポリシロキサンワニスは溶媒置換してもよいし、また適宜溶媒で希釈してもよい。なお得られたポリシロキサンワニスは、その保存安定性が悪くなければ、有機溶媒を留去し、膜形成成分濃度100%とすることもできる。なお膜形成成分とは、組成物の全成分から溶媒成分を除いた成分を指す。
 ポリシロキサンワニスの溶媒置換や希釈等に用いる有機溶媒は、加水分解性シランの加水分解及び縮合反応に用いた有機溶媒と同じでも異なってもよい。この希釈用溶媒は、特に限定されず、1種でも2種以上でも任意に選択して用いることができる。
<[C]成分:溶媒>
 第1の実施形態において、[C]成分としての溶媒は、[A]成分、及び必要に応じてシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物に含有されるその他成分を溶解・混和できる溶媒であれば特に制限なく使用することができる。
 第2の実施形態において、[C]成分としての溶媒は、[A’]成分、及び[B]成分、並びに必要に応じてシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物に含有されるその他成分を溶解・混和できる溶媒であれば特に制限なく使用することができる。
 [C]溶媒としては、好ましくはアルコール系溶媒であり、より好ましくはアルコール系溶媒であるアルキレングリコールモノアルキルエーテルであり、より一層好ましくはプロピレングリコールモノアルキルエーテルである。これらの溶媒は、加水分解縮合物のシラノール基のキャッピング剤でもあるため、溶媒置換などを必要とせずに、[A]ポリシロキサン又は[A’]ポリシロキサンを調製して得られる溶液から、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を調製できる。
 アルキレングリコールモノアルキルエーテルとしては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル(1-メトキシ-2-プロパノール)、プロピレングリコールモノエチルエーテル(1-エトキシ-2-プロパノール)、メチルイソブチルカルビノール、プロピレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
 その他の[C]溶媒の具体例としては、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(1-メトキシ-2-プロパノールモノアセテート)、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸ブチル、乳酸イソブチル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸イソプロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸アミル、ギ酸イソアミル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸ヘキシル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、酪酸イソプロピル、酪酸ブチル、酪酸イソブチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-2-メチルプロピオン酸エチル、3-メトキシ-2-メチルプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシ-3-メチル酪酸メチル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メトキシプロピルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルプロピオネート、3-メチル-3-メトキシブチルブチレート、アセト酢酸メチル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルブチルケトン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、シクロヘキサノン、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、4-メチル-2-ペンタノール、γ-ブチロラクトン等を挙げることができ、溶媒は1種単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
 また本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物は、溶媒として水を含有していてもよい。溶媒として水を含有する場合、その含有量は、当該組成物が含有する溶媒の合計質量に対して、例えば30質量%以下、好ましくは20質量%以下、より一層好ましくは15質量%以下とすることができる。
<[D]成分:硬化触媒>
 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物は、硬化触媒を含有しない組成物とすることができるが、硬化触媒([D]成分)を含有することが好ましい。
 硬化触媒としては、アンモニウム塩、ホスフィン類、ホスホニウム塩、スルホニウム塩等を用いることができる。なお硬化触媒の一例として記載した下記の塩類は、塩の形態にて添加してもよいし、組成物中において塩を形成するもの(添加時には別化合物として添加され、系内で塩を形成するもの)のいずれであってもよい。
 アンモニウム塩としては、式(D-1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000073
(式中、mは2~11の整数を表し、nは2~3の整数を表し、R21はアルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表し、Yは陰イオンを表す。)で表される構造を有する第4級アンモニウム塩、
 式(D-2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000074
(式中、R22、R23、R24及びR25は、互いに独立して、アルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表し、Yは陰イオンを表し、且つR22、R23、R24、及びR25はそれぞれ窒素原子と結合されているものである。)で表される構造を有する第4級アンモニウム塩、
 式(D-3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000075
(式中、R26及びR27は、互いに独立して、アルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表し、Yは陰イオンを表す。)で表される構造を有する第4級アンモニウム塩、
 式(D-4):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000076
(式中、R28はアルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表し、Yは陰イオンを表す。)で表される構造を有する第4級アンモニウム塩、
 式(D-5):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000077
(式中、R29及びR30は、互いに独立して、アルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表し、Yは陰イオンを表す。)で表される構造を有する第4級アンモニウム塩、
 式(D-6):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000078
(式中、mは2~11の整数を表し、nは2~3の整数を表し、Yは陰イオンを表す。)で表される構造を有する第3級アンモニウム塩を挙げることができる。
 また、ホスホニウム塩としては、式(D-7):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000079
(式中、R31、R32、R33、及びR34は、互いに独立して、アルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表し、Yは陰イオンを表し、且つR31、R32、R33、及びR34はそれぞれリン原子と結合されているものである。)で表される第4級ホスホニウム塩を挙げることができる。
 また、スルホニウム塩としては、式(D-8):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000080
(式中、R35、R36、及びR37は、互いに独立して、アルキル基、アリール基、又はアラルキル基を表し、Yは陰イオンを表し、且つR35、R36、及びR37はそれぞれ硫黄原子と結合されているものである。)で表される第3級スルホニウム塩を挙げることができる。
 式(D-1)の化合物は、アミンから誘導される第4級アンモニウム塩であり、mは2~11の整数を示し、nは2~3の整数を示す。この第4級アンモニウム塩のR21は、例えば炭素原子数1~18、好ましくは2~10のアルキル基、炭素原子数6~18のアリール基、又は炭素原子数7~18のアラルキル基を示し、例えば、エチル基、プロピル基、ブチル基等の直鎖状アルキル基や、ベンジル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、ジシクロペンタジエニル基等が挙げられる。また陰イオン(Y)は、塩素イオン(Cl)、臭素イオン(Br)、ヨウ素イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることができる。
 式(D-2)の化合物は、R22232425で示される第4級アンモニウム塩である。この第4級アンモニウム塩のR22、R23、R24及びR25は、例えば、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基等の炭素原子数1~18のアルキル基、フェニル基等の炭素原子数6~18のアリール基、又はベンジル基等の炭素原子数7~18のアラルキル基である。陰イオン(Y)は、塩素イオン(Cl)、臭素イオン(Br)、ヨウ素イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることができる。この第4級アンモニウム塩は、市販品で入手することが可能であり、例えばテトラメチルアンモニウムアセテート、テトラブチルアンモニウムアセテート、塩化トリエチルベンジルアンモニウム、臭化トリエチルベンジルアンモニウム、塩化トリオクチルメチルアンモニウム、塩化トリブチルベンジルアンモニウム、塩化トリメチルベンジルアンモニウム等が例示される。
 式(D-3)の化合物は、1-置換イミダゾールから誘導される第4級アンモニウム塩であり、R26及びR27の炭素原子数は、例えば、1~18であり、R26及びR27の炭素原子数の総和が7以上であることが好ましい。例えばR26はメチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基を例示することができ、R27はベンジル基等のアラルキル基、オクチル基、オクタデシル基等のアルキル基を例示することができる。陰イオン(Y)は、塩素イオン(Cl)、臭素イオン(Br)、ヨウ素イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることができる。この化合物は、市販品で入手することもできるが、例えば1-メチルイミダゾール、1-ベンジルイミダゾール等のイミダゾール系化合物と、臭化ベンジル、臭化メチル、臭化ベンゼン等のハロゲン化アラルキル、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アリールを反応させて製造することができる。
 式(D-4)の化合物は、ピリジンから誘導される第4級アンモニウム塩であり、R28は、例えば炭素原子数1~18、好ましくは炭素原子数4~18のアルキル基、炭素原子数6~18のアリール基、又は炭素原子数7~18のアラルキル基であり、例えばブチル基、オクチル基、ベンジル基、ラウリル基を例示することができる。陰イオン(Y)は、塩素イオン(Cl)、臭素イオン(Br)、ヨウ素イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることができる。この化合物は、市販品として入手することもできるが、例えばピリジンと、塩化ラウリル、塩化ベンジル、臭化ベンジル、臭化メチル、臭化オクチル等のハロゲン化アルキル、又はハロゲン化アリールを反応させて製造することができる。この化合物は例えば、塩化N-ラウリルピリジニウム、臭化N-ベンジルピリジニウム等を例示することができる。
 式(D-5)の化合物は、ピコリン等に代表される置換ピリジンから誘導される第4級アンモニウム塩であり、R29は、例えば炭素原子数1~18、好ましくは炭素原子数4~18のアルキル基、又は炭素原子数6~18のアリール基、又は炭素原子数7~18のアラルキル基であり、例えばメチル基、オクチル基、ラウリル基、ベンジル基等を例示することができる。R30は、例えば、炭素原子数1~18のアルキル基、炭素原子数6~18のアリール基、又は炭素原子数7~18のアラルキル基であり、例えば式(D-5)で表される化合物がピコリンから誘導される第4級アンモニウムである場合、R30はメチル基である。陰イオン(Y)は、塩素イオン(Cl)、臭素イオン(Br)、ヨウ素イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることができる。この化合物は市販品として入手することもできるが、例えばピコリン等の置換ピリジンと、臭化メチル、臭化オクチル、塩化ラウリル、塩化ベンジル、臭化ベンジル等のハロゲン化アルキル、又はハロゲン化アリールを反応させて製造することができる。この化合物は例えば、N-ベンジルピコリニウムクロリド、N-ベンジルピコリニウムブロミド、N-ラウリルピコリニウムクロリド等を例示することができる。
 式(D-6)の化合物は、アミンから誘導される第3級アンモニウム塩であり、mは2~11の整数を示し、nは2又は3を示す。また陰イオン(Y)は、塩素イオン(Cl)、臭素イオン(Br)、ヨウ素イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることができる。本化合物は、アミンとカルボン酸やフェノール等の弱酸との反応によって製造することができる。カルボン酸としてはギ酸や酢酸が挙げられ、ギ酸を使用した場合は、陰イオン(Y)は(HCOO)であり、酢酸を使用した場合は、陰イオン(Y)は(CHCOO)である。またフェノールを使用した場合は、陰イオン(Y)は(C)である。
 式(D-7)の化合物は、R31323334の構造を有する第4級ホスホニウム塩である。R31、R32、R33、及びR34は、例えば、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシルメチル等の炭素原子数1~18のアルキル基、フェニル基等の炭素原子数6~18のアリール基、又はベンジル基等の炭素原子数7~18のアラルキル基であり、好ましくはR31~R34の4つの置換基のうちの3つが無置換のフェニル基又は置換されたフェニル基であり、例えばフェニル基やトリル基を例示することができ、また残りの1つは炭素原子数1~18のアルキル基、炭素原子数6~18のアリール基、又は炭素原子数7~18のアラルキル基である。また陰イオン(Y)は、塩素イオン(Cl)、臭素イオン(Br)、ヨウ素イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)等の酸基を挙げることができる。この化合物は市販品として入手することが可能であり、例えばハロゲン化テトラn-ブチルホスホニウム、ハロゲン化テトラn-プロピルホスホニウム等のハロゲン化テトラアルキルホスホニウム、ハロゲン化トリエチルベンジルホスホニウム等のハロゲン化トリアルキルベンジルホスホニウム、ハロゲン化トリフェニルメチルホスホニウム、ハロゲン化トリフェニルエチルホスホニウム等のハロゲン化トリフェニルモノアルキルホスホニウム、ハロゲン化トリフェニルベンジルホスホニウム、ハロゲン化テトラフェニルホスホニウム、ハロゲン化トリトリルモノアリールホスホニウム、或いはハロゲン化トリトリルモノアルキルホスホニウム(以上、ハロゲン原子は塩素原子又は臭素原子)が挙げられる。特に、ハロゲン化トリフェニルメチルホスホニウム、ハロゲン化トリフェニルエチルホスホニウム等のハロゲン化トリフェニルモノアルキルホスホニウム、ハロゲン化トリフェニルベンジルホスホニウム等のハロゲン化トリフェニルモノアリールホスホニウム、ハロゲン化トリトリルモノフェニルホスホニウム等のハロゲン化トリトリルモノアリールホスホニウムや、ハロゲン化トリトリルモノメチルホスホニウム等のハロゲン化トリトリルモノアルキルホスホニウム(ハロゲン原子は塩素原子又は臭素原子)が好ましい。
 また、ホスフィン類としては、メチルホスフィン、エチルホスフィン、プロピルホスフィン、イソプロピルホスフィン、イソブチルホスフィン、フェニルホスフィン等の第一ホスフィン、ジメチルホスフィン、ジエチルホスフィン、ジイソプロピルホスフィン、ジイソアミルホスフィン、ジフェニルホスフィン等の第二ホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、ジメチルフェニルホスフィン等の第三ホスフィンが挙げられる。
 式(D-8)の化合物は、R353637の構造を有する第3級スルホニウム塩である。R35、R36、及びR37は、例えば、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシルメチル等の炭素原子数1~18のアルキル基、フェニル基等の炭素原子数6~18のアリール基、又はベンジル基等の炭素原子数7~18のアラルキル基であり、好ましくはR35~R37の3つの置換基のうちの2つが無置換のフェニル基又は置換されたフェニル基であり、例えばフェニル基やトリル基を例示することができ、また残りの1つは炭素原子数1~18のアルキル基、炭素原子数6~18のアリール基、又は炭素原子数7~18のアラルキル基である。また陰イオン(Y)は、塩素イオン(Cl)、臭素イオン(Br)、ヨウ素イオン(I)等のハロゲン化物イオンや、カルボキシラート(-COO)、スルホナト(-SO )、アルコラート(-O)、マレイン酸アニオン、硝酸アニオン等の酸基を挙げることができる。この化合物は市販品として入手することが可能であり、例えばハロゲン化トリn-ブチルスルホニウム、ハロゲン化トリn-プロピルスルホニウム等のハロゲン化トリアルキルスルホニウム、ハロゲン化ジエチルベンジルスルホニウム等のハロゲン化ジアルキルベンジルスルホニウム、ハロゲン化ジフェニルメチルスルホニウム、ハロゲン化ジフェニルエチルスルホニウム等のハロゲン化ジフェニルモノアルキルスルホニウム、ハロゲン化トリフェニルスルホニウム(以上、ハロゲン原子は塩素原子又は臭素原子)、トリn-ブチルスルホニウムカルボキシラート、トリn-プロピルスルホニウムカルボキシラート等のトリアルキルスルホニウムカルボキシラート、ジエチルベンジルスルホニウムカルボキシラート等のジアルキルベンジルスルホニウムカルボキシラート、ジフェニルメチルスルホニウムカルボキシラート、ジフェニルエチルスルホニウムカルボキシラート等のジフェニルモノアルキルスルホニウムカルボキシラート、トリフェニルスルホニウムカルボキシラートが挙げられる。また、ハロゲン化トリフェニルスルホニウム、トリフェニルスルホニウムカルボキシラートが好ましく用いることができる。
 また、硬化触媒として窒素含有シラン化合物を添加することができる。窒素含有シラン化合物としてはN-(3-トリエトキシシリプロピル)-4,5-ジヒドロイミダゾール等のイミダゾール環含有シラン化合物が挙げられる。
 第1の実施形態であるシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物における[D]硬化触媒の含有量は、本発明の効果をより十分に得る観点から、[A]ポリシロキサン100質量部に対して、好ましくは0.1~30質量部、より好ましくは0.5~25質量部、より一層好ましくは1~20質量部である。
 第2の実施形態であるシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物における[D]硬化触媒の含有量は、本発明の効果をより十分に得る観点から、[A’]ポリシロキサン100質量部に対して、好ましくは0.1~30質量部、より好ましくは0.5~25質量部、より一層好ましくは1~20質量部である。
<[E]成分:硝酸>
 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物は、好ましくは[E]硝酸を含有する。
 [E]硝酸は、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の調製時に添加してもよいが、前述のポリシロキサンの製造において、加水分解触媒としてやシラノール基のアルコールキャッピング時に使用し、これがポリシロキサンワニス中に残存したものを[E]硝酸として扱うこともできる。
 [E]硝酸の配合量(残硝酸量)は、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の総質量に基づいて、例えば0.0001質量%~1質量%、又は0.001質量%~0.1質量%、又は0.005質量%~0.05質量%とすることができる。
<その他添加剤>
 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物には、組成物の用途に応じて種々の添加剤を配合可能である。
 添加剤としては、例えば、架橋剤、架橋触媒、安定化剤(有機酸、水、アルコール等)、有機ポリマー、酸発生剤、界面活性剤(ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、UV硬化型界面活性剤等)、pH調整剤、金属酸化物、レオロジー調整剤、接着補助剤等、レジスト下層膜や、反射防止膜、パターン反転用膜など、半導体素子の製造に使用され得る各種膜を形成する材料(組成物)に配合される公知の添加剤を挙げることができる。
 なお以下に各種添加剤を例示するが、これらに限定されるものではない。
<<安定化剤>>
 安定化剤は、加水分解性シランの加水分解縮合物の安定化等の目的のために添加され得、その具体例として、有機酸、水、アルコール、又はそれらの組み合わせを添加することができる。
 有機酸としては、例えばシュウ酸、マロン酸、メチルマロン酸、コハク酸、マレイン酸、リンゴ酸、酒石酸、フタル酸、クエン酸、グルタル酸、乳酸、サリチル酸等が挙げられる。中でも、シュウ酸、マレイン酸が好ましい。有機酸を添加する場合、その添加量は、加水分解性シランの加水分解縮合物に対して、0.1~5.0質量%である。これら有機酸はpH調整剤としても働き得る。
 水としては、純水、超純水、イオン交換水等を用いることができ、使用する場合、その添加量は、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物100質量部に対して1~20質量部とすることができる。
 アルコールとしては塗布後の加熱により飛散しやすいものが好ましく、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、i-プロパノール、ブタノール等が挙げられる。アルコールを添加する場合、その添加量は、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物100質量部に対して1~20質量部とすることができる。
<<有機ポリマー>>
 有機ポリマーは、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物に添加することにより、組成物から形成される膜(レジスト下層膜)のドライエッチング速度(単位時間当たりの膜厚の減少量)や、また減衰係数や屈折率等を調整することができる。有機ポリマーとしては特に制限はなく、その添加目的に応じて、種々の有機ポリマー(縮重合ポリマー及び付加重合ポリマー)の中から適宜選択される。
 その具体例としては、ポリエステル、ポリスチレン、ポリイミド、アクリルポリマー、メタクリルポリマー、ポリビニルエーテル、フェノールノボラック、ナフトールノボラック、ポリエーテル、ポリアミド、ポリカーボネート等の付加重合ポリマー及び縮重合ポリマーが挙げられる。
 本発明においては、吸光部位として機能するベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、トリアジン環、キノリン環、キノキサリン環等の芳香環や複素芳香環を含む有機ポリマーも、そのような機能が必要な場合には、好適に用い得る。そのような有機ポリマーの具体例としては、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルアクリレート、ナフチルアクリレート、アントリルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、スチレン、ヒドロキシスチレン、ベンジルビニルエーテル及びN-フェニルマレイミド等の付加重合性モノマーをその構造単位として含む付加重合ポリマーや、フェノールノボラック及びナフトールノボラック等の縮重合ポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。
 有機ポリマーとして付加重合ポリマーが使用される場合、そのポリマーは、単独重合体、共重合体のいずれであってもよい。
 付加重合ポリマーの製造には付加重合性モノマーが使用されるが、そのような付加重合性モノマーの具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル化合物、メタクリル酸エステル化合物、アクリルアミド化合物、メタクリルアミド化合物、ビニル化合物、スチレン化合物、マレイミド化合物、マレイン酸無水物、アクリロニトリル等が挙げられるが、これらに限定されない。
 アクリル酸エステル化合物の具体例としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ノルマルヘキシルアクリレート、i-プロピルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、フェニルアクリレート、アントリルメチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルアクリレート、2,2,2-トリクロロエチルアクリレート、2-ブロモエチルアクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート、2-メトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、2-メチル-2-アダマンチルアクリレート、5-アクリロイルオキシ-6-ヒドロキシノルボルネン-2-カルボキシリック-6-ラクトン、3-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、グリシジルアクリレート等が挙げられるが、これらに限定されない。
 メタクリル酸エステル化合物の具体例としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ノルマルヘキシルメタクリレート、i-プロピルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、アントリルメチルメタクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート、2,2,2-トリクロロエチルメタクリレート、2-ブロモエチルメタクリレート、4-ヒドロキシブチルメタクリレート、2-メトキシエチルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、2-メチル-2-アダマンチルメタクリレート、5-メタクリロイルオキシ-6-ヒドロキシノルボルネン-2-カルボキシリック-6-ラクトン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、グリシジルメタクリレート、2-フェニルエチルメタクリレート、ヒドロキシフェニルメタクリレート、ブロモフェニルメタクリレート等が挙げられるが、これらに限定されない。
 アクリルアミド化合物の具体例としては、アクリルアミド、N-メチルアクリルアミド、N-エチルアクリルアミド、N-ベンジルアクリルアミド、N-フェニルアクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-アントリルアクリルアミド等が挙げられるが、これらに限定されない。
 メタクリルアミド化合物の具体例としては、メタクリルアミド、N-メチルメタクリルアミド、N-エチルメタクリルアミド、N-ベンジルメタクリルアミド、N-フェニルメタクリルアミド、N,N-ジメチルメタクリルアミド、N-アントリルメタアクリルアミド等が挙げられるが、これらに限定されない。
 ビニル化合物の具体例としては、ビニルアルコール、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、ビニル酢酸、ビニルトリメトキシシラン、2-クロロエチルビニルエーテル、2-メトキシエチルビニルエーテル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン等が挙げられるが、これらに限定されない。
 スチレン化合物の具体例としては、スチレン、ヒドロキシスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン、メトキシスチレン、シアノスチレン、アセチルスチレン等が挙げられるが、これらに限定されない。
 マレイミド化合物の具体例としては、マレイミド、N-メチルマレイミド、N-フェニルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド、N-ベンジルマレイミド、N-ヒドロキシエチルマレイミド等が挙げられるが、これらに限定されない。
 ポリマーとして縮重合ポリマーが使用される場合、そのようなポリマーとしては、例えば、グリコール化合物とジカルボン酸化合物との縮重合ポリマーが挙げられる。グリコール化合物としてはジエチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ブチレングリコール等が挙げられる。ジカルボン酸化合物としては、コハク酸、アジピン酸、テレフタル酸、無水マレイン酸等が挙げられる。また、例えば、ポリピロメリットイミド、ポリ(p-フェニレンテレフタルアミド)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリアミド、ポリイミドが挙げられるが、これらに限定されない。
 有機ポリマーがヒドロキシ基を含む場合は、このヒドロキシ基は、加水分解縮合物等と架橋反応をし得る。
 有機ポリマーの重量平均分子量は、通常1,000~1,000,000とすることができる。有機ポリマーを配合する場合、ポリマーとしての機能の効果を十分に得つつ、組成物中での析出を抑制する観点から、その重量平均分子量を例えば3,000~300,000、又は5,000~300,000、あるいは10,000~200,000などとすることができる。
 このような有機ポリマーは、1種単独で使用してもよいし、2種以上組み合わせて用いることができる。
 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物が有機ポリマーを含有する場合、その含有量は、その有機ポリマーの機能等を考慮して適宜定まるため一概に規定できないが、通常、[A]ポリシロキサン又は[A’]ポリシロキサンに対して、1~200質量%の範囲とすることができ、組成物中での析出を抑制する観点等から、例えば100質量%以下、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下とすることができ、その効果を十分に得る観点等から、例えば5質量%以上、好ましくは10質量%以上、より好ましくは30質量%以上とすることができる。
<<酸発生剤>>
 酸発生剤としては、熱酸発生剤や光酸発生剤が挙げられ、光酸発生剤を好ましく用いることができる。
 光酸発生剤としては、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、ジスルホニルジアゾメタン化合物等が挙げられるが、これらに限定されない。なお光酸発生剤は、例えば後述するオニウム塩化合物における硝酸塩やマレイン酸塩などのカルボン酸塩、また塩酸塩など、その種類によっては硬化触媒としても機能し得る。
 また熱酸発生剤としては、例えばテトラメチルアンモニウム硝酸塩などが挙げられるが、これに限定されない。
 オニウム塩化合物の具体例としては、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムノナフルオロノルマルブタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムパーフルオロノルマルオクタンスルホネート、ジフェニルヨードニウムカンファースルホネート、ビス(4-t-ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホネート、ビス(4-t-ブチルフェニル)ヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート等のヨードニウム塩化合物、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムノナフルオロノルマルブタンスルホネート、トリフェニルスルホニウムカンファースルホネート、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリフェニルスルホニウム硝酸塩(ナイトレート)、トリフェニルスルホニウムトリフルオロ酢酸塩、トリフェニルスルホニウムマレイン酸塩、トリフェニルスルホニウムクロリド等のスルホニウム塩化合物等を挙げることができるが、これらに限定されない。
 スルホンイミド化合物の具体例としては、N-(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(ノナフルオロノルマルブタンスルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(カンファースルホニルオキシ)スクシンイミド、N-(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ナフタルイミド等が挙げられるが、これらに限定されない。
 ジスルホニルジアゾメタン化合物の具体例としては、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(2,4-ジメチルベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、メチルスルホニル-p-トルエンスルホニルジアゾメタン等が挙げられるが、これらに限定されない。
 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物が酸発生剤を含有する場合、その含有量は、酸発生剤の種類等を考慮して適宜定まるため一概に規定できないが、通常、[A]ポリシロキサン又は[A’]ポリシロキサンに対して、0.01~5質量%の範囲であり、組成物中での酸発生剤の析出を抑制する観点等から、好ましくは3質量%以下、より好ましくは1質量%以下であり、その効果を十分に得る観点等から、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上である。
 なお酸発生剤は、1種単独で又は2種以上組み合わせて用いることができ、また、光酸発生剤と熱酸発生剤とを併用してもよい。
<<界面活性剤>>
 界面活性剤は、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を基板や有機下層膜に塗布した際に、ピンホール、ストレーション等の発生を抑制するのに有効である。界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、UV硬化型界面活性剤等が挙げられる。より具体的には、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリールエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、商品名エフトップ(登録商標)EF301、EF303、EF352(三菱マテリアル電子化成(株)(旧(株)トーケムプロダクツ)製)、商品名メガファック(登録商標)F171、F173、R-08、R-30、R-30N、R-40LM(DIC(株)製)、フロラードFC430、FC431(スリーエムジャパン(株)製)、商品名アサヒガード(登録商標)AG710(AGC(株)製)、サーフロン(登録商標)S-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(AGCセイミケミカル(株)製)等のフッ素系界面活性剤、及びオルガノシロキサンポリマ-KP341(信越化学工業(株)製)等を挙げることができるが、これらに限定されない。
 界面活性剤は、1種単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。
 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物が界面活性剤を含有する場合、その含有量は、[A]ポリシロキサン又は[A’]ポリシロキサンに対して、通常0.0001~5質量%であり、好ましくは0.001~4質量%、より好ましくは0.01~3質量%とすることができる。
<<レオロジー調整剤>>
 レオロジー調整剤は、主にシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の流動性を向上させ、特にベーキング工程において、形成される膜の膜厚均一性の向上や、ホール内部への組成物の充填性を高める目的で添加される。具体例としては、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジ-i-ブチルフタレート、ジヘキシルフタレート、ブチル-i-デシルフタレート等のフタル酸誘導体、ジノルマルブチルアジペート、ジ-i-ブチルアジペート、ジ-i-オクチルアジペート、オクチルデシルアジペート等のアジピン酸誘導体、ジノルマルブチルマレート、ジエチルマレート、ジノニルマレート等のマレイン酸誘導体、メチルオレート、ブチルオレート、テトラヒドロフルフリルオレート等のオレイン酸誘導体、またはノルマルブチルステアレート、グリセリルステアレート等のステアリン酸誘導体等を挙げることができる。
 これらのレオロジー調整剤が使用される場合、その添加量は、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の全膜形成成分に対して通常30質量%未満である。
<<接着補助剤>>
 接着補助剤は、主に基板、有機下層膜あるいはレジストと、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物から形成される膜(レジスト下層膜)との密着性を向上させ、特に現像においてレジストの剥離を抑制・防止する目的で添加される。具体例としては、トリメチルクロロシラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン等のクロロシラン類、トリメチルメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン等のアルコキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、N,N’-ビス(トリメチルシリル)ウレア、ジメチルトリメチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾール等のシラザン類、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のその他のシラン類、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、イミダゾール、2-メルカプトベンズイミダゾール、2ーメルカプトベンゾチアゾール、2-メルカプトベンゾオキサゾール、ウラゾール、チオウラシル、メルカプトイミダゾール、メルカプトピリミジン等の複素環式化合物や、1,1-ジメチルウレア、1,3-ジメチルウレア等の尿素、又はチオ尿素化合物を挙げることができる。
 これらの接着補助剤が使用される場合、その添加量は、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の膜形成成分に対して通常5質量%未満、好ましくは2質量%未満である。
<<pH調整剤>>
 また、pH調整剤として、前述の安定化剤として挙げた有機酸などのカルボン酸基を1又は2以上有する酸の他を挙げることができる。pH調整剤が使用される場合のその添加量は、[A]ポリシロキサン又は[A’]ポリシロキサンの100質量部に対して、0.01~20質量部、又は0.01~10質量部、又は0.01~5質量部の割合とすることができる。
<<金属酸化物>>
 またシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物に添加可能な金属酸化物としては、例えば、スズ(Sn)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)及びW(タングステン)等の金属及びホウ素(B)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、及びテルル(Te)等の半金属のうち1種又は2種以上の組み合わせの酸化物を挙げることができるが、これらに限定されない。
 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物における膜形成成分の濃度は、当該組成物の全量に対して、例えば0.1~50質量%、0.1~30質量%、0.1~25質量%、0.5~20.0質量%とすることができる。
 膜形成成分中の[A]ポリシロキサン又は[A’]ポリシロキサンの含有量は、通常20質量%~100質量%であるが、本発明の効果を再現性よく得る観点等から、その下限値は、好ましくは50質量%、より好ましくは60質量%、より一層好ましくは70質量%、更に好ましくは80質量%であり、その上限値は、好ましくは99質量%であり、その余を、後述の添加剤とすることができる。
 また当該シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物は、好ましくはpH2~5を有し、より好ましくはpH3~4を有する。
 第1の実施形態のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物は、[A]ポリシロキサンと、[C]溶媒と、所望によりその他の成分が含有される場合には当該その他の成分とを混合することで製造できる。この際、[A]ポリシロキサンを含有する溶液を予め準備し、この溶液を、[C]溶媒やその他の成分と混合してもよい。
 混合順序は特に限定されるものではない。例えば、[A]ポリシロキサンを含有する溶液に、及び[C]溶媒を加えて混合し、その混合物にその他の成分を加えてもよく、[A]ポリシロキサンを含有する溶液と、[C]溶媒と、その他の成分を同時に混合してもよい。
 必要であれば、最後に更に[C]溶媒を追加で加えたり、[C]溶媒に比較的溶けやすい一部の成分を混合物中に含めずにおき、最後にそれを加えたりしてもよいが、構成成分の凝集や分離を抑制し、均一性に優れる組成物を再現性よく調製する観点から、[A]ポリシロキサンが良好に溶解した溶液を予め準備し、これを用いて組成物を調製することが好ましい。なお、[A]ポリシロキサンは、共に混ぜられる[C]溶媒の種類や量、その他の成分の量や性質等によっては、これらが混ぜられた際に凝集又は沈殿する可能性がある点に留意する。また、[A]ポリシロキサンが溶解した溶液を用いて組成物を調製する場合、最終的に得られる組成物中の[A]ポリシロキサンが所望の量となるように、[A]ポリシロキサンの溶液の濃度やその使用量を決める必要がある点も留意する。
 組成物の調製において、成分が分解したり変質したりしない範囲で、適宜加熱してもよい。
 第2の実施形態のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物は、[A’]ポリシロキサンと、[B]式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)と、[C]溶媒と、所望によりその他の成分が含有される場合には当該その他の成分とを混合することで製造できる。この際、[A’]ポリシロキサンを含有する溶液を予め準備し、この溶液を、[B]式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)、[C]溶媒やその他の成分と混合してもよい。
 混合順序は特に限定されるものではない。例えば、[A’]ポリシロキサンを含有する溶液に、[B]式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)、及び[C]溶媒を加えて混合し、その混合物にその他の成分を加えてもよく、[A’]ポリシロキサンを含有する溶液と、[B]式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)と、[C]溶媒と、その他の成分を同時に混合してもよい。
 必要であれば、最後に更に[C]溶媒を追加で加えたり、[C]溶媒に比較的溶けやすい一部の成分を混合物中に含めずにおき、最後にそれを加えたりしてもよいが、構成成分の凝集や分離を抑制し、均一性に優れる組成物を再現性よく調製する観点から、[A’]ポリシロキサンが良好に溶解した溶液を予め準備し、これを用いて組成物を調製することが好ましい。なお、[A’]ポリシロキサンは、共に混ぜられる[B]式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)及び[C]溶媒の種類や量、その他の成分の量や性質等によっては、これらが混ぜられた際に凝集又は沈殿する可能性がある点に留意する。また、[A’]ポリシロキサンが溶解した溶液を用いて組成物を調製する場合、最終的に得られる組成物中の[A’]ポリシロキサンが所望の量となるように、[A’]ポリシロキサンの溶液の濃度やその使用量を決める必要がある点も留意する。
 組成物の調製において、成分が分解したり変質したりしない範囲で、適宜加熱してもよい。
 本発明において、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を製造する途中の段階において、又は全ての成分を混合した後に、サブマイクロメートルオーダーのフィルタ等を用いてろ過してもよい。なおこのとき用いられるフィルタの材料種は問わないが、例えばナイロン製フィルタ、フッ素樹脂製フィルタ等を用いることができる。
 本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物はリソグラフィー工程に使用されるレジスト下層膜形成用の組成物として、好適に用いることができる。
(レジスト下層膜、半導体加工用基板、パターン形成方法及び半導体素子の製造方法)
 本発明のレジスト下層膜は、本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の硬化物である。
 本発明の半導体加工用基板は、例えば、本発明のシリコン含有レジスト下層膜を備える。
 本発明の半導体素子の製造方法は、例えば、
 基板上に、有機下層膜を形成する工程と、
 有機下層膜の上に、本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を用いてレジスト下層膜を形成する工程と、
 レジスト下層膜の上に、金属含有レジスト膜を形成する工程と、
を含む。
 本発明のパターン形成方法は、例えば、
 半導体基板上に有機下層膜を形成する工程と、
 有機下層膜の上に、本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を塗布し、焼成して、レジスト下層膜を形成する工程と、
 レジスト下層膜の上に、金属含有レジスト膜を形成する工程と、
 金属含有レジスト膜を露光、現像し、レジストパターンを得る工程と、
 レジストパターンをマスクに用い、レジスト下層膜をエッチングする工程と、
 パターン化されたレジスト下層膜をマスクとして用い、有機下層膜をエッチングする工程と、
を含む。
 以下、本発明の一態様として、本発明のシリコン含有レジスト下層膜、又は本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を使用した、半導体加工用基板、パターン形成方法、並びに、半導体素子の製造方法について説明する。
 まず、精密集積回路素子の製造に使用される基板〔例えば、酸化珪素膜、窒化珪素膜又は酸化窒化珪素膜で被覆されたシリコンウェハー等の半導体基板、窒化珪素基板、石英基板、ガラス基板(無アルカリガラス、低アルカリガラス、結晶化ガラスを含む。)、ITO(インジウムスズ酸化物)膜やIZO(インジウム亜鉛酸化物)膜が形成されたガラス基板、プラスチック(ポリイミド、PET等)基板、低誘電率材料(low-k材料)被覆基板、フレキシブル基板等〕の上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により、本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を塗布し、その後、ホットプレート等の加熱手段を用いて焼成することによって組成物を硬化物とし、レジスト下層膜を形成する。以下、本明細書において、レジスト下層膜とは、本発明のシリコン含有レジスト下層膜、又は本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物より形成される膜をいう。
 焼成する条件としては、焼成温度40℃~400℃、又は80℃~250℃、焼成時間0.3分間~60分間の中から適宜選択される。好ましくは、焼成温度150℃~250℃、焼成時間0.5分間~2分間である。
 ここで形成されるレジスト下層膜の膜厚としては、例えば、10nm~1,000nmであり、又は20nm~500nmであり、又は50nm~300nmであり、又は100nm~200nm、又は10~150nmである。
 なおレジスト下層膜の形成時に使用するシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物として、ナイロンフィルタろ過したシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を用いることができる。ここでナイロンフィルタろ過したシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物とは、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を製造する途中の段階において、又は全ての成分を混合した後に、ナイロンフィルタろ過を行った組成物を指す。
 本発明の一態様では、基板上に有機下層膜を形成した後、この上にレジスト下層膜を形成した態様とするが、場合によって有機下層膜を設けない態様とすることもあり得る。
 ここで使用する有機下層膜としては、特に制限はなく、これまでリソグラフィープロセスにおいて慣用されているものの中から任意に選択して使用することができる。
 基板上に、有機下層膜、その上にレジスト下層膜、さらにその上に後述する金属含有レジスト膜を設けた態様とすることにより、金属含有レジスト膜のパターン幅が狭くなり、パターン倒れを防ぐ為に金属含有レジスト膜を薄く被覆した場合でも、後述する適切なエッチングガスを選択することにより基板の加工が可能になる。例えば、金属含有レジスト膜に対して十分に早いエッチング速度を有するフッ素系ガスをエッチングガスとして用いて、レジスト下層膜の加工が可能であり、またレジスト下層膜に対して十分に早いエッチング速度を有する酸素系ガスをエッチングガスとして用いて、有機下層膜の加工が可能であり、更に有機下層膜に対して十分に早いエッチング速度を有するフッ素系ガスをエッチングガスとして用いて、基板の加工を行うことができる。
 なお、この際に用い得る基板及び塗布方法は、上述したものと同じものが挙げられる。
 次いで、レジスト下層膜の上に、例えば金属含有レジスト材料の層(金属含有レジスト膜)が形成される。金属含有レジスト膜の形成は周知の方法にて、すなわち、レジスト下層膜の上に、塗布型レジスト材料(金属含有レジスト膜形成用組成物)を塗布し焼成することによって行うことができる。
 金属含有レジスト膜の膜厚は、例えば5nm~10,000nmであり、又は5nm~1,000nmであり、又は5nm~40nmである。
 金属含有レジスト膜としては、特に限定されないが、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf、Al、及びCoの少なくともいずれかの元素を有することが好ましい。
 金属含有レジストは、金属酸化物レジスト(メタルオキサイドレジスト(MOR))とも呼ばれ、代表的には、スズ酸化物系レジストが挙げられる。
 金属酸化物レジスト材料として、例えば、特開2019-113855号公報に記載の、金属炭素結合及び/又は金属カルボキシラート結合により有機配位子を有する金属オキソ-ヒドロキソネットワークを含むコーティング組成物が挙げられる。
 金属含有レジストの一例は、放射線感受性安定化配位子としてペルオキソ配位子を使用する。ペルオキソベースの金属オキソ-ヒドロキソ化合物は、例えば、公表2019-532489号公報の段落〔0011〕に記載されている特許文献にその詳細が説明されている。当該特許文献としては、例えば、米国特許第9,176,377B2号明細書、米国特許出願公開第2013/0224652A1号明細書、米国特許第9,310,684B2号明細書、米国特許出願公開第2016/0116839A1号明細書、米国特許出願公開第15/291738号明細書が挙げられる。
 金属含有レジストの他の一例は、特開2011-253185号公報、WO2015/026482、WO2016/065120、WO2017/066319、WO2017/156388、WO2018/031896、特開2020-122959号公報、特開2020-122960号公報、WO2019/099981、WO2019/199467、WO2019/195522、WO2019/195522、WO2020/210660、WO2021/011367、及びWO2021/016229に記載の組成物が挙げられる。
 これらの内容は、全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。
 また、金属含有レジスト膜は、蒸着によって形成されてもよい。蒸着による金属含有レジスト膜の形成方法としては、例えば、特開2017-116923号公報に記載の方法が挙げられる。特開2017-116923号公報の内容は、全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。なお、特開2017-116923号公報においては、本発明における金属含有レジスト膜を、金属酸化物含有膜と称している。
 次に、レジスト下層膜の上層に形成された金属含有レジスト膜に対して、所定のマスク(レクチル)を通して露光を行う。露光には、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)、Fエキシマレーザー(波長157nm)、EUV(波長13.5nm)、電子線等を使用することができる。
 露光後、必要に応じて露光後加熱(post exposure bake)を行うこともできる。露光後加熱は、加熱温度70℃~250℃、加熱時間0.3分間~10分間から適宜選択された条件で行われる。
 また本発明では、現像液として有機溶剤を用いることができ、露光後に現像液(溶剤)によって現像が行われる。これにより、例えばネガ型金属含有レジスト膜が使用された場合は、露光されていない部分の金属含有レジスト膜が除去され、金属含有レジスト膜のパターンが形成される。
 現像液(有機溶剤)としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、メトキシ酢酸エチル、エトキシ酢酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、2-メトキシブチルアセテート、3-メトキシブチルアセテート、4-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-エチル-3-メトキシブチルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、2-エトキシブチルアセテート、4-エトキシブチルアセテート、4-プロポキシブチルアセテート、2-メトキシペンチルアセテート、3-メトキシペンチルアセテート、4-メトキシペンチルアセテート、2-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-3-メトキシペンチルアセテート、3-メチル-4-メトキシペンチルアセテート、4-メチル-4-メトキシペンチルアセテート、プロピレングリコールジアセテート、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸ブチル、ギ酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル、炭酸エチル、炭酸プロピル、炭酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、ピルビン酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル、メチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-メトキシプロピオネート、エチル-3-エトキシプロピオネート、プロピル-3-メトキシプロピオネート等を例として挙げることができる。さらに、これらの現像液に界面活性剤などを加えることもできる。現像の条件としては、温度は5℃~50℃、時間は10秒~600秒から適宜選択される。
 このようにして形成された金属含有レジスト膜(上層)のパターンを保護膜としてレジスト下層膜(中間層)の除去を行い、次いでパターン化された金属含有レジスト膜とパターン化されたレジスト下層膜(中間層)からなる膜を保護膜として、有機下層膜(下層)の除去を行う。そして最後に、パターン化されたレジスト下層膜(中間層)及び、パターン化された有機下層膜(下層)を保護膜として、基板の加工を行う。
 金属含有レジスト膜(上層)のパターンを保護膜として行われるレジスト下層膜(中間層)の除去(パターン化)はドライエッチングによって行われ、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、一酸化炭素、アルゴン、酸素、窒素、六フッ化硫黄、ジフルオロメタン、三フッ化窒素、三フッ化塩素、塩素、トリクロロボラン及びジクロロボラン等のガスを使用することができる。
 なおレジスト下層膜のドライエッチングには、ハロゲン系ガスを使用することが好ましい。ハロゲン系ガスによるドライエッチングでは、基本的に金属含有レジスト膜は除去されにくい。それに対し、ケイ素原子を多く含むレジスト下層膜はハロゲン系ガスによって速やかに除去される。そのため、該レジスト下層膜のドライエッチングに伴う金属含有レジスト膜の膜厚の減少を抑えることができる。そして、その結果、金属含有レジスト膜を薄膜で使用することが可能となる。従って、レジスト下層膜のドライエッチングはフッ素系ガスによることが好ましく、フッ素系ガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、ジフルオロメタン(CH)等が挙げられるが、これらに限定されない。
 基板とレジスト下層膜の間に有機下層膜を有している場合、次いで(残存している場合にはパターン化された金属含有レジスト膜(上層)と)パターン化されたレジスト下層膜(中間層)からなる膜を保護膜として行われる有機下層膜(下層)の除去(パターン化)は、酸素系ガス(酸素ガス、酸素/硫化カルボニル(COS)混合ガス等)によるドライエッチングによって行われることが好ましい。これは、ケイ素原子を多く含む本発明のレジスト下層膜は、酸素系ガスによるドライエッチングでは除去されにくいことによる。
 その後、パターン化されたレジスト下層膜(中間層)、及び所望によりパターン化された有機下層膜(下層)を保護膜として行われる(半導体)基板の加工(パターン化)は、フッ素系ガスによるドライエッチングによって行われることが好ましい。
 フッ素系ガスとしては、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、及びジフルオロメタン(CH)等が挙げられる。
 有機下層膜の除去(パターン化)後、又は、基板の加工(パターン化)後、レジスト下層膜の除去が行われ得る。レジスト下層膜の除去は、ドライエッチング又はウェットエッチング(湿式法)により実施され得る。
 レジスト下層膜のドライエッチングは、パターン化において挙げたようにフッ素系ガスによることが好ましく、例えば、テトラフルオロメタン(CF)、パーフルオロシクロブタン(C)、パーフルオロプロパン(C)、トリフルオロメタン、ジフルオロメタン(CH)等が挙げられるが、これらに限定されない。
 レジスト下層膜のウェットエッチングに使用される薬液としては、希フッ酸(フッ化水素酸)、バッファードフッ酸(HFとNHFの混合溶液)、塩酸と過酸化水素を含有する水溶液(SC-2薬液)、硫酸と過酸化水素を含有する水溶液(SPM薬液)、弗酸と過酸化水素を含有する水溶液(FPM薬液)や、アンモニアと過酸化水素を含有する水溶液(SC-1薬液)等のアルカリ性溶液が挙げられる。またアルカリ性溶液としては、前述のアンモニアと過酸化水素水と水の混合によるアンモニア過水(SC-1薬液)のほか、アンモニア、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、コリンヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド、DBU(ジアザビシクロンデセン)、DBN(ジアザビシクロノネン)、ヒドロキシルアミン、1-ブチル-1-メチルピロリジニウムヒドロキシド、1-プロピル-1-メチルピロリジニウムヒドロキシド、1-ブチル-1-メチルピペリジニウムヒドロキシド、1-プロピル-1-メチルピペリジニウムヒドロキシド、メピクアトヒドロキシド、トリメチルスルホニウムヒドロキシド、ヒドラジン類、エチレンジアミン類、又はグアニジンを1~99質量%含有する水溶液を挙げることができる。これら薬液は混合して用いることもできる。
 またレジスト下層膜の上層には、金属含有レジスト膜の形成前に有機系の反射防止膜を形成することができる。そこで使用される反射防止膜組成物としては特に制限はなく、例えば、これまでリソグラフィープロセスにおいて慣用されているものの中から任意に選択して使用することができ、また、慣用されている方法、例えば、スピナー、コーターによる塗布及び焼成によって反射防止膜の形成を行うことができる。
 また、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物が塗布される基板は、その表面にCVD法などで形成された有機系又は無機系の反射防止膜を有するものであってもよく、その上にレジスト下層膜を形成することもできる。基板上に有機下層膜を形成した後、この上に本発明のレジスト下層膜を形成する場合も、用いる基板は、その表面にCVD法などで形成された有機系又は無機系の反射防止膜を有するものであってもよい。
 シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物より形成されるレジスト下層膜はまた、リソグラフィープロセスにおいて使用される光の波長によっては、その光に対する吸収を有することがある。そして、そのような場合には、基板からの反射光を防止する効果を有する反射防止膜として機能することができる。
 さらにレジスト下層膜は、基板と金属含有レジスト膜との相互作用を防止するための層、金属含有レジスト膜に用いられる材料又は金属含有レジスト膜への露光時に生成する物質の基板への悪作用を防ぐ機能を有する層、加熱焼成時に基板から生成する物質の金属含有レジスト膜への拡散を防ぐ機能を有する層、及び半導体基板誘電体層による金属含有レジスト膜のポイズニング効果を減少させるためのバリア層等として使用することも可能である。
 レジスト下層膜は、デュアルダマシンプロセスで用いられるビアホールが形成された基板に適用され得、ホールを隙間なく充填することができる穴埋め材(埋め込み材)として使用できる。また、凹凸のある半導体基板の表面を平坦化するための平坦化材として使用することもできる。
 また本発明のレジスト下層膜は、EUV金属含有レジスト膜の下層膜として、ハードマスクとしての機能以外にも、例えばEUV金属含有レジスト膜とインターミキシングすることなく、EUV露光(波長13.5nm)に際して好ましくない露光光、例えばUV(紫外)光やDUV(深紫外)光(ArF光、KrF光)の基板又は界面からの反射を防止することができる。従って、EUV金属含有レジスト膜の下層反射防止膜を形成するために、本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を好適に用いることができる。すなわちEUV金属含有レジスト膜の下層として効率的に反射を防止することができる。EUVレジスト下層膜として用いた場合は、そのプロセスはフォトレジスト用下層膜と同様に行うことができる。
 以上説明した本発明のレジスト下層膜と、半導体基板とを備える半導体加工用基板は、これを用いることによって、好適に半導体基板を加工することができる。
 また、上述した通りの、有機下層膜を形成する工程と、該有機下層膜上に、本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を用いてレジスト下層膜を形成する工程と、当該シレジスト下層膜上に、金属含有レジスト膜を形成する工程とを含む、半導体素子の製造方法によれば、精度の高い半導体基板の加工を再現性よく実現できるため、半導体素子の安定的な製造を期待できる。
 以下、合成例および実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例のみに限定されるものではない。
 なお実施例において、試料の物性の分析に使用した装置及び条件は、以下のとおりである。
(1)分子量測定
 本発明で用いるポリシロキサンの分子量は、GPC分析によるポリスチレン換算で得られる分子量である。
 GPCの測定は、GPC装置(商品名HLC-8220GPC、東ソー株式会社製)、GPCカラム(商品名Shodex(登録商標)KF803L、KF802、KF801、昭和電工株式会社製)、カラム温度は40℃、溶離液(溶出溶媒)はテトラヒドロフラン、流量(流速)は1.0mL/min、標準試料はポリスチレン(昭和電工株式会社製)を用いて行った。
(2)H-NMR
 JEOL製核磁気共鳴装置H-NMR(400MHz)、溶媒はd6-Acetoneを用いて評価した。
[1]ポリマー(加水分解縮合物)の合成
(合成例1)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、4-シクロヘキセニルエチルトリメトキシシラン1.8g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル62.5gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、メタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E1)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw1,500であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000081
(合成例2)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、1,4-ペンタジエニル-3-プロピルトリエトキシシラン2.1g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル63.7gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E2)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw1,900であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000082
(合成例3)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、ノルボルネントリエトキシシラン2.0g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル39.0gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E3)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw1,500であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000083
(合成例4)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、フェニルトリメトキシシラン1.5g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル61.5gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、メタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E4)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw2,700であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000084
(合成例5)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシラン2.5g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル42.5gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、メタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E5)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw1,600であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000085
(合成例6)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、N-プロピルトリメトキシシリルピロール1.8g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル36.4gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、メタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E6)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw5,300であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000086
(合成例7)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、フリルプロピルトリエトキシシラン1.8g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル36.5gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E7)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw4,800であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000087
(合成例8)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、メルドラム酸アリルプロピルトリエトキシシラン1.8g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル36.5gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E8)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw3,000であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000088
(合成例9)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、N,N-ジアリルイソシアヌル酸プロピルトリエトキシシラン3.2g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル68.1gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E9)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw1,640であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000089
(合成例10)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、N,N-ジメチルイソシアヌル酸プロピルトリメトキシシラン3.1g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル68.1gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、メタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E10)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw1,600であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000090
(合成例11)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、プロピルトリエトキシシリルコハク酸無水物2.3g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル24.3gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E11)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw5,060であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000091
(比較合成例1)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン4.1g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル22.7gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E12)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw5,500であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000092
(比較合成例2)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン2.7g、及びシクロヘキシルトリエトキシシラン1.5g、プロピレングリコールモノエチルエーテル61.5gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E13)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw2,400であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000093
(比較合成例3)
 テトラエトキシシラン11.1g、メチルトリエトキシシラン1.4g、ビニルトリメトキシシラン2.3g、及びプロピレングリコールモノエチルエーテル34.5gを300mlのフラスコに入れ、混合溶液をマグネチックスターラーにて撹拌しながら0.2M硝酸水溶液8.4gを滴下した。
 滴下後、60℃に調整されたオイルバスにフラスコを移し、20時間還流させた。その後、反応副生物である、エタノール、メタノール、及び水を減圧留去し、濃縮して加水分解縮合物(ポリマー)水溶液を得た。
 さらにプロピレングリコールモノエチルエーテルを加え、プロピレングリコールモノエチルエーテル100%の溶媒比率として150℃における固形残物換算で20質量パーセントとなるように濃度調整し、ナイロン製フィルタ(孔径0.1μm)にてろ過を行った。得られたポリマーは下記式(E14)で表される構造を含み、その重量平均分子量は、GPCによるポリスチレン換算でMw2,151であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000094
[2]レジストパターンに塗布される組成物の調製
 上記合成例で得られたポリシロキサン(ポリマー)、安定化剤(添加剤1)、硬化触媒(添加剤2)、高沸点グリコール化合物(添加剤3)、及び溶媒を表1に示す割合で混合し、0.1μmのフッ素樹脂製のフィルタで濾過することによって、レジストパターンに塗布される組成物をそれぞれ調製した。表1中の各添加量は質量部で示した。
 なお、加水分解縮合物(ポリマー)は合成例で得た該縮合物を含む溶液として組成物を調製しているが、表1中のポリマーの添加割合はポリマー溶液の添加量ではなく、ポリマー自体の添加量を示した。
 表1中の略号は、以下のとおりである。
<溶媒>
 ・DIW:超純水
 ・PGEE:プロピレングリコールモノエチルエーテル
 ・PGME:プロピレングリコールモノメチルエーテル
<添加剤1>
 ・MA:マレイン酸
<添加剤2>
 ・TPSNO3:トリフェニルスルホニウム硝酸塩
<添加剤3>
 ・Farnesol:ファルネソール(異性体混合物、鎖状不飽和アルコール)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000095
 ※実施例1~11及び比較例1~4は、合成例で調製したポリマー溶液に含まれる硝酸をさらに含む。
[3]有機レジスト下層膜形成用組成物の調製
 窒素下、100mlの四つ口フラスコにカルバゾール(6.69g、0.040mol、東京化成工業(株)製)、9-フルオレノン(7.28g、0.040mol、東京化成工業(株)製)、及びパラトルエンスルホン酸一水和物(0.76g、0.0040mol、東京化成工業(株)製)を加え、1,4-ジオキサン(6.69g、関東化学(株)製)を仕込み撹拌し、100℃まで昇温し溶解させ重合を開始した。24時間後、60℃まで放冷した。
 冷却した反応混合物に、クロロホルム(34g、関東化学(株)製)を加えて希釈し、希釈した混合物をメタノール(168g、関東化学(株)製)に添加して沈殿させた。
 得られた沈殿物をろ過して回収し、回収した固体を減圧乾燥機で80℃、24時間乾燥し、目的とする式(X)で表されるポリマー(以下PCzFLと略す)9.37gを得た。
 なお、PCzFLのH-NMRの測定結果は以下の通りであった。
 H-NMR(400MHz,DMSO-d6):δ7.03-7.55(br,12H),δ7.61-8.10(br,4H),δ11.18(br,1H)
 また、PCzFLの重量平均分子量Mwは、GPCによるポリスチレン換算では2,800、多分散度Mw/Mnは1.77であった。
 PCzFL 20gと、架橋剤としてテトラメトキシメチルグリコールウリル(日本サイテック・インダストリーズ(株)(旧 三井サイテック(株))製、商品名パウダーリンク1174)3.0gと、触媒としてピリジニウムパラトルエンスルホネート0.30gと、界面活性剤としてメガファックR-30(DIC(株)製、商品名)0.06gとを混合し、混合物をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート88gに溶解させ溶液とした。その後、該溶液を孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルタを用いて濾過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルタを用いて濾過して、多層膜によるリソグラフィープロセスに用いる有機レジスト下層膜形成用組成物を調製した。
[4]溶剤耐性試験
 実施例1~11及び比較例1~4で調製した組成物を、スピナーを用いてシリコンウェハー上にそれぞれ塗布した。ホットプレート上で215℃1分間加熱し、Si含有レジスト下層膜をそれぞれ形成し、得られた下層膜の膜厚を計測した。膜厚はおよそ10nmであった。
 その後、各Si含有レジスト下層膜上に、プロピレングリコールモノメチルエーテル/プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの混合溶媒(7/3(V/V))を塗布してスピン乾燥した。塗布後の下層膜の膜厚を計測し、混合溶媒の塗布前の膜厚を基準(100%)として、混合溶媒塗布後の膜厚の変化の割合(%)を算出した。混合溶媒塗布前後での膜厚変化の割合が1%以下のものを「良好」、膜厚変化の割合が1%超のものを「硬化せず」と評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000097
[5]EUV露光によるレジストパターンの形成:ネガ型有機溶剤現像
 上記有機レジスト下層膜形成用組成物を、スピナーを用いてシリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上で215℃60秒間ベークし、膜厚60nmの有機下層膜(A層)を得た。
 その上に、実施例1で得られた組成物をスピンコートし、215℃で1分間加熱することにより、レジスト下層膜(B)層(膜厚10nm)を形成した。
 更にその上に、EUV用レジスト溶液(スズ酸化物系レジスト)をスピンコートし、130℃で1分間加熱することにより、EUVレジスト層(C)層を形成し、その後、ASML製EUV露光装置(NXE3400B)を用い、NA=0.33、σ=0.878/0.353(outer/inner)、Dipoleの条件にて露光した。なお露光時には、下記現像後にEUVレジストのライン幅およびライン間の幅が16nmとなるように、すなわち16nmのラインアンドスペース(L/S)=1/1のデンスラインが形成されるように設定されたマスクを通して露光を行った。
 露光後、露光後加熱(PEB、170℃1分間)を行い、クーリングプレート上で室温まで冷却し、有機溶媒(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)を用いて60秒現像し、リンス処理をし、レジストパターンを形成した。
 同様の手順にて、実施例2~11、比較例1~4で得られた各組成物を用いてレジストパターンを形成した。
 (株)日立ハイテクノロジーズ製の測長SEM(CG4100)を用いて、ライン寸法が16nmで形成されるときの露光量を測定してこれを感度とし、また、このときの120本のライン幅を測定し、ライン幅ラフネス(line width roughness:LWR)を求めた。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000098
 表3に示すように、本発明のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を用いて形成した膜をレジスト下層膜として使用すると、微細パターニングにおいても大きな感度低下を引き起こさず、パターン幅ラフネス(LWR)を良化できることがわかる。一方、不飽和結合及び脂環式構造を有さない加水分解性シランを用いた比較例1や、環式構造を有するが不飽和結合を有さない加水分解性シランを用いた比較例2、またはSiに結合する基として不飽和結合を有するが環式構造を有さない(鎖状構造の)基を有する加水分解性シランを用いた比較例3、さらに添加剤として鎖状不飽和アルコールを添加した比較例4ではパターン幅ラフネス(LWR)が実施例と比べて劣る結果となった。
 Siに結合する基として不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基を有する加水分解性シランを利用したシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物がメタルオキサイドレジストの微細パターニングにおけるラフネスの改善に効果がある理由は厳密にはわかってはいないが、仮説の一つとして、環構造の歪みの影響を受けた不飽和結合または共役系が、メタルオキサイドレジスト中の露光部で生じたレジスト硬化を促進する化学種や二次電子の一部をクエンチすることによって、これらの化学種または二次電子のレジスト未露光部への拡散を抑制し、結果としてラフネスを改善している可能性が考えられる。メカニズムについて現在も調査中である。

 

Claims (22)

  1.  金属含有レジスト膜と基板との間に形成されるシリコン含有レジスト下層膜を形成するためのシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物であって、
     [A]成分:ポリシロキサン、及び
     [C]成分:溶媒
    を含有し、
     前記ポリシロキサンが、下記式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)由来の構造単位を含む、
     シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(A-1)中、aは1~3の整数を表す。
     bは0~2の整数を表す。
     a+bは、1~3の整数を表す。
     Rは不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基を表す。
     Rは置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいハロゲン化アルキル基、置換されていてもよいアルコキシアルキル基、若しくは置換されていてもよいアルケニル基を表すか、又はエポキシ基を有する有機基、アクリロイル基を有する有機基、メタクリロイル基を有する有機基、メルカプト基を有する有機基、アミノ基を有する有機基、アルコキシ基を有する有機基、スルホニル基を有する有機基、若しくはシアノ基を有する有機基、又はそれらの2種以上の組み合わせを表す。
     Xはアルコキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。
     R、R及びXがそれぞれ複数の場合、複数のR、R及びXは同一でもよいし、異なっていてもよい。)
  2.  金属含有レジスト膜と基板との間に形成されるシリコン含有レジスト下層膜を形成するためのシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物であって、
     [A’]成分:ポリシロキサン、
     [B]成分:下記式(A-1)で表される加水分解性シラン(A)、及び
     [C]成分:溶媒
    を含有する、シリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式(A-1)中、aは1~3の整数を表す。
     bは0~2の整数を表す。
     a+bは、1~3の整数を表す。
     Rは不飽和結合を有しかつ環構造を有する有機基を表す。
     Rは置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいハロゲン化アルキル基、置換されていてもよいアルコキシアルキル基、若しくは置換されていてもよいアルケニル基を表すか、又はエポキシ基を有する有機基、アクリロイル基を有する有機基、メタクリロイル基を有する有機基、メルカプト基を有する有機基、アミノ基を有する有機基、アルコキシ基を有する有機基、スルホニル基を有する有機基、若しくはシアノ基を有する有機基、又はそれらの2種以上の組み合わせを表す。
     Xはアルコキシ基、アラルキルオキシ基、アシルオキシ基、又はハロゲン原子を表す。
     R、R及びXがそれぞれ複数の場合、複数のR、R及びXは同一でもよいし、異なっていてもよい。)
  3.  前記式(A-1)中のRが、下記式(A-2a)で表される、請求項1又は2に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式(A-2a)中、R11は、単結合、又はイオン結合を有していてもよい2価の有機基を表す。
     R12は、不飽和結合を有しかつ環構造を有する基を表す。
     *は結合手を表す。)
  4.  前記式(A-2a)中のR12が、下記式(A-2b)で表される、請求項3に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (式(A-2b)中、rは環構造を表す。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    は、一重結合、又は二重結合を表す。ただし、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
    が、一重結合の時、Rは、ハロゲン原子、又は1価の基を表し、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
    が、二重結合の時、Rは、酸素原子を表す。
     nは、0以上であって、かつ環構造rが有し得る置換基の数n以下を表す。
     nが2以上のとき、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
    及びRは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
     環構造rが、環を構成する結合に二重結合を有する場合、nは0であってもよい。
     環構造rが、環を構成する結合として一重結合のみを有する場合、nは1以上であり、かつ、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
    の少なくとも1つが二重結合であるか、又は少なくとも1つのRが不飽和結合を有する。
     *は結合手を表す。)
  5.  環構造rが、単環式5員環構造、単環式6員環構造、二環式構造、又は三環式構造である、請求項4に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
  6.  前記式(A-2b)が、下記式(A-2c-1)~式(A-2c-6)のいずれかである、請求項4に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
    (式(A-2c-1)中、R1b~Rb10は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。Rb1とRb8とは、一緒になってメチレン基、又は1,2-エチレン基を形成していてもよい。ただし、R1b~Rb10の1つは、前記式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
     式(A-2c-2)中、X~Xは、N又はCR(ただし、Rはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。)を表す。*は、結合手を表す。
     式(A-2c-3)中、X11は、N又はCR(ただし、Rは、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。)を表す。Rc1~Rc5は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Rc1~Rc5の1つは、前記式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
     式(A-2c-4)中、X21は、O又はSを表す。Rd1~Rd4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Rd1~Rd4の1つは、前記式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
     式(A-2c-5)中、Re1~Re4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Re1~Re4の1つは、前記式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。
     式(A-2c-6)中、X31は、-C(=O)-N(Rf3)-、-C(=O)-C(Rf4)(Rf5)-、又は-C(Rf6)(Rf7)-を表す。Rf1~Rf7は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は1価の基を表す。ただし、Rf1及びRf2の1つは、前記式(A-2a)中のR11と結合する結合手を表す。)
  7.  前記[A]成分であるポリシロキサンが、シラノール基の一部がアルコール変性された又はアセタール保護されたポリシロキサン変性物である、請求項1に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
  8.  前記[A’]成分であるポリシロキサンが、シラノール基の一部がアルコール変性された又はアセタール保護されたポリシロキサン変性物である、請求項2に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
  9.  前記[C]成分が、アルコール系溶媒を含有する、請求項1又は2に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
  10.  前記[C]成分が、プロピレングリコールモノアルキルエーテルを含有する、請求項9に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
  11.  [D]成分:硬化触媒を更に含有する、請求項1又は2に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
  12.  [E]成分:硝酸を更に含有する、請求項1又は2に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
  13.  前記[C]成分が、水を含有する、請求項1又は2に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
  14.  EUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用である、請求項1又は2に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物。
  15.  請求項1又は2に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物の硬化物である、シリコン含有レジスト下層膜。
  16.  半導体基板と、
     請求項15に記載のシリコン含有レジスト下層膜と、
    を備える半導体加工用基板。
  17.  基板上に、有機下層膜を形成する工程と、
     前記有機下層膜の上に、請求項1又は2に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を用いてレジスト下層膜を形成する工程と、
     前記レジスト下層膜の上に、金属含有レジスト膜を形成する工程と、
    を含む、半導体素子の製造方法。
  18.  前記金属含有レジスト膜が、EUVリソグラフィー用金属含有レジストから形成される、
    請求項17に記載の半導体素子の製造方法。
  19.  前記レジスト下層膜を形成する工程において、ナイロンフィルタろ過したシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を用いる、
    請求項17に記載の半導体素子の製造方法。
  20.  半導体基板上に有機下層膜を形成する工程と、
     前記有機下層膜の上に、請求項1又は2に記載のシリコン含有レジスト下層膜形成用組成物を塗布し、焼成して、レジスト下層膜を形成する工程と、
     前記レジスト下層膜の上に、金属含有レジスト膜を形成する工程と、
     前記金属含有レジスト膜を露光、現像し、レジストパターンを得る工程と、
     前記レジストパターンをマスクに用い、前記レジスト下層膜をエッチングする工程と、
     パターン化された前記レジスト下層膜をマスクとして用い、前記有機下層膜をエッチングする工程と、
    を含む、パターン形成方法。
  21.  前記有機下層膜をエッチングする工程の後に、薬液を用いた湿式法により前記レジスト下層膜を除去する工程、
    を更に含む、請求項20に記載のパターン形成方法。
  22.  前記金属含有レジスト膜が、EUVリソグラフィー用金属含有レジストから形成される、
    請求項20に記載のパターン形成方法。

     
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