WO2023182408A1 - フルオレン骨格を有するレジスト下層膜形成組成物 - Google Patents

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WO2023182408A1
WO2023182408A1 PCT/JP2023/011405 JP2023011405W WO2023182408A1 WO 2023182408 A1 WO2023182408 A1 WO 2023182408A1 JP 2023011405 W JP2023011405 W JP 2023011405W WO 2023182408 A1 WO2023182408 A1 WO 2023182408A1
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WO
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group
carbon atoms
underlayer film
forming
resist underlayer
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PCT/JP2023/011405
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祥 清水
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日産化学株式会社
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    • 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
    • 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
    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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

  • the present invention relates to a composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography, a resist underlayer film for EB or EUV lithography, a substrate for semiconductor processing, a method for manufacturing a semiconductor element, and a method for forming a pattern.
  • the resist pattern is treated with an aqueous solution containing a specific ionic surfactant in the rinsing process after the development process.
  • a method has been disclosed in which the LWR and LER are improved by suppressing the defects (defects) and at the same time dissolving the unevenness of the resist pattern (see Patent Document 1).
  • the present invention provides a composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography, a resist underlayer film for EB or EUV lithography, a substrate for semiconductor processing, a method for manufacturing a semiconductor element, which can improve the LWR of a resist pattern in EB or EUV lithography. and a pattern forming method.
  • the present inventors conducted intensive studies and found that the above-mentioned problems could be solved, and completed the present invention having the following gist. That is, the present invention includes the following.
  • [1] A composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography, containing a polymer having a fluorene structure and a solvent.
  • [2] The composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography according to [1], wherein the polymer includes a partial structure represented by the following formula (1).
  • X 1 represents a divalent organic group having a fluorene structure.
  • a 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 and A 6 each independently represent a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group. * represents a bond.
  • R 1 , R 2 , R 5 and R 6 each independently represent a hydroxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, and 1 to 6 carbon atoms.
  • the above acyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, alkyl group, aryl group, alkenyl group, and alkynyl group are amino groups, nitro groups, cyano groups, hydroxy groups, glycidyl groups, and carboxyl groups.
  • R 3 and R 4 each independently represent a single bond or an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.
  • m1 and m2 each independently represent an integer of 0 to 4.
  • n1 and n2 each independently represent 0 or 1.
  • o1 represents an integer from 0 to 4.
  • o1 represents an integer from 0 to 6.
  • o2 represents an integer from 0 to 4.
  • o2 represents an integer from 0 to 6.
  • R 1 to R 6 are plural, each of the plurality of R 1 to R 6 may be the same or different.
  • One R 5 and one R 6 may be combined to form an -O- bond.
  • X 11 represents a group represented by any of the following formulas (2-1-1) to (2-1-3).
  • Z 11 and Z 12 each independently represent a single bond or a divalent group represented by the following formula (2-1-4).
  • Q 1 represents a single bond or a divalent organic group.
  • p1 and p2 each independently represent 0 or 1.
  • R 11 to R 15 each independently have a carbon atom number of 1 which may be interrupted by a hydrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom.
  • the phenyl group is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a nitro group, a cyano group, and an alkylthio group having 1 to 6 carbon atoms.
  • R 11 and R 12 may be substituted with at least one monovalent group selected from the group consisting of groups.
  • R 11 and R 12 may be bonded to each other to form a ring having 3 to 6 carbon atoms.
  • 13 and R 14 may be bonded to each other to form a ring having 3 to 6 carbon atoms.
  • * represents a bond.
  • *1 represents a bond bonded to a carbon atom.
  • *2 represents nitrogen (Represents a bond that is bonded to an atom.) (In formula (2-1-4), m1 represents an integer from 1 to 4, m2 represents 0 or 1.
  • *3 represents a bond bonded to the nitrogen atom.
  • *4 represents a bond.
  • [5] The composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography according to any one of [1] to [4], further containing a crosslinking agent.
  • [6] The composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography according to any one of [1] to [5], further containing a curing catalyst.
  • [7] The composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography according to any one of [1] to [6], which is used for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography having a film thickness of 10 nm or less.
  • a resist underlayer film for EB or EUV lithography which is a cured product of the composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography according to any one of [1] to [7].
  • a method for manufacturing a semiconductor device including: [11] Forming a resist underlayer film on a semiconductor substrate using the composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography according to any one of [1] to [7]; forming a resist film on the resist underlayer film; irradiating the resist film with EB or EUV, then developing the resist film to obtain a resist pattern
  • a composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography, a resist underlayer film for EB or EUV lithography, a substrate for semiconductor processing, and a semiconductor element that can improve the LWR of a resist pattern in EB or EUV lithography are manufactured.
  • a method and a patterning method can be provided.
  • the present inventors investigated methods for improving LWR using methods other than the rinsing process. Recently, we have found that a resist underlayer film formed from a resist underlayer film forming composition containing a polymer containing a fluorene structure is effective in improving the LWR of a resist pattern in EB or EUV lithography.
  • composition for forming resist underlayer film for EB or EUV lithography contains a polymer containing a fluorene structure and a solvent.
  • the polymer containing a fluorene structure is not particularly limited as long as it contains a fluorene structure.
  • the fluorene structure means the following structure.
  • the polymer containing a fluorene structure preferably contains a partial structure represented by the following formula (1) from the viewpoint of suitably obtaining the effects of the present invention.
  • X 1 represents a divalent organic group having a fluorene structure.
  • a 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 and A 6 each independently represent a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group. * represents a bond.
  • X 1 in formula (1) preferably represents a divalent organic group represented by the following formula (1-A) or (1-B).
  • R 1 , R 2 , R 5 and R 6 each independently represent a hydroxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, and 1 to 6 carbon atoms.
  • alkoxycarbonyl group having 1 to 6 carbon atoms alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, aryl group having 6 to 20 carbon atoms, alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, or carbon atom number 2 to 10 alkynyl groups
  • the above acyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, alkyl group, aryl group, alkenyl group, and alkynyl group are amino groups, nitro groups, cyano groups, hydroxy groups, glycidyl groups, and carboxyl groups. It may have one or more groups selected from the group consisting of.
  • R 3 and R 4 each independently represent a single bond or an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.
  • m1 and m2 each independently represent an integer of 0 to 4.
  • n1 and n2 each independently represent 0 or 1.
  • o1 represents an integer from 0 to 4.
  • o1 represents an integer from 0 to 6.
  • o2 represents an integer from 0 to 4.
  • o2 represents an integer from 0 to 6.
  • R 1 to R 6 are plural, each of the plurality of R 1 to R 6 may be the same or different.
  • One R 5 and one R 6 may be combined to form an -O- bond. * represents a bond. )
  • R 1 , R 2 , R 5 and R 6 are each independently a hydroxy group, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or an alkoxycarbonyl group having 1 to 6 carbon atoms. group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, or an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms.
  • acyl group, alkoxy group, alkoxycarbonyl group, alkyl group, aryl group, alkenyl group and alkynyl group are groups selected from the group consisting of amino group, nitro group, cyano group, hydroxy group, glycidyl group and carboxyl group. It may have one or more.
  • Examples of the acyl group having 1 to 6 carbon atoms include formyl group, acetyl group, propionyl group, butyryl group, isobutyryl group, valeryl group, and isovaleryl group.
  • alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms examples include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, isopropoxy group, n-butoxy group, isobutoxy group, tert-butoxy group, sec-butoxy group, n-pentoxy group. group, neopentoxy group, n-hexyloxy group, isohexyloxy group, 3-methylpentoxy group and the like.
  • alkoxycarbonyl group having 1 to 6 carbon atoms examples include methoxycarbonyl group, ethoxycarbonyl group, n-propoxycarbonyl group, i-propoxycarbonyl group, n-butoxycarbonyl group, i-butoxycarbonyl group, sec-butoxy Examples include carbonyl group, tert-butoxycarbonyl group, n-pentyloxycarbonyl group, and n-hexyloxycarbonyl group.
  • alkyl group having 1 to 10 carbon atoms examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, Straight chain alkyl groups such as n-nonyl group and n-decyl group; isopropyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, isopentyl group, neopentyl group, 1-methylpentyl group, isohexyl group, 1-propylbutyl group, Branched alkyl groups such as 2-ethylhexyl group and isononyl group; cyclic alkyl groups such as cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, p-tert-butylcyclohexyl group,
  • Examples of the aryl group having 6 to 20 carbon atoms include phenyl group, naphthyl group, biphenyl group, anthracyl group, phenanthosyl group, and pyrenyl group.
  • Examples of the alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms include vinyl group, propenyl group, and butenyl group.
  • alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms examples include ethynyl group, propynyl group, butynyl group, pentynyl group, hexynyl group, heptynyl group, octynyl group, nonynyl group, decynyl group, butadiynyl group, pentadiynyl group, hexadiynyl group, Examples include heptadiynyl group, octadiynyl group, nonadiynyl group, and decadiynyl group.
  • R 3 and R 4 each independently represent a single bond or an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.
  • alkylene groups having 1 to 10 carbon atoms include methylene group, ethylene group, 1,3-propylene group, 1-methylethylene group, 1,4-butylene group, 1-ethylethylene group, and 1-methylpropylene group.
  • the -C m H 2m - group in -O-C m H 2m -O- in Z 1 and Z 2 may be a straight chain or a branched chain.
  • Examples of "*-Z 1 -X 1 -Z 2 -*" in formula (1) include the following structures. In the above structure, * represents a bond.
  • the polymer containing a fluorene structure may further include at least one of a partial structure represented by the following formula (2-1) and a partial structure represented by the following formula (2-2).
  • X 11 represents a group represented by any of the following formulas (2-1-1) to (2-1-3).
  • Z 11 and Z 12 each independently represent a single bond or a divalent group represented by the following formula (2-1-4).
  • Q 1 represents a single bond or a divalent organic group.
  • p1 and p2 each independently represent 0 or 1. * represents a bond.
  • R 11 to R 15 each independently have a carbon atom number of 1 which may be interrupted by a hydrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom.
  • the phenyl group is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a nitro group, a cyano group, and an alkylthio group having 1 to 6 carbon atoms.
  • R 11 and R 12 may be substituted with at least one monovalent group selected from the group consisting of groups.
  • R 11 and R 12 may be bonded to each other to form a ring having 3 to 6 carbon atoms.
  • 13 and R 14 may be bonded to each other to form a ring having 3 to 6 carbon atoms.
  • * represents a bond.
  • *1 represents a bond bonded to a carbon atom.
  • *2 represents nitrogen (Represents a bond that is bonded to an atom.) (In formula (2-1-4), m1 represents an integer from 1 to 4, m2 represents 0 or 1.
  • *3 represents a bond bonded to the nitrogen atom.
  • *4 represents a bond.
  • alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms include the alkyl groups listed in the explanation of R 1 , R 2 , R 5 and R 6 in formulas (1-A) and (1-B). Can be mentioned.
  • alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms include the alkenyl groups mentioned in the explanation of R 1 , R 2 , R 5 and R 6 in formulas (1-A) and (1-B).
  • alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms include the alkynyl groups mentioned in the explanation of R 1 , R 2 , R 5 and R 6 in formulas (1-A) and (1-B).
  • Q 1 is not particularly limited as long as it is a divalent organic group, and examples thereof include divalent organic groups having 1 to 20 carbon atoms.
  • Examples of the divalent organic group having 1 to 10 carbon atoms include an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom.
  • Examples of the alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may be interrupted by an oxygen atom or a sulfur atom include an alkylene group represented by the following (Q1-1).
  • Q 11 and Q 12 each independently represent a single bond, an oxygen atom, or a sulfur atom.
  • k, m, and n each independently represent 0 to 10 and k+m+n represents an integer from 1 to 10. However, when k is 0, Q 11 represents a single bond, and when n is 0, Q 12 represents a single bond.
  • -C k H 2k -, -C m H 2m -, and -C n H 2n - represent an alkylene group.
  • the alkylene group may be linear or branched.
  • Q 1 may be a group represented by the following formula (T).
  • T represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, a carbonyl group, or an optionally substituted alkylene group having 1 to 10 carbon atoms.
  • R 22 and R 23 each independently represent an optionally substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • n12 and n13 each independently represent an integer of 0 to 4. When there are two or more R22s , two or more R22s may be the same or different. When there are two or more R23s , two or more R23s may be the same or different. * represents a bond.
  • Examples of the substituent of the optionally substituted alkylene group having 1 to 10 carbon atoms for T in formula (T) include a fluorine atom.
  • the number of substituents in the alkylene group having 1 to 10 carbon atoms may be one, or two or more.
  • Examples of the substituent for the optionally substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms in R 22 and R 23 in formula (T) include a fluorine atom.
  • the number of substituents in the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms may be one or two or more.
  • Examples of formula (2-1) include the following structures.
  • * represents a bond.
  • Examples of Q 1 in formula (2-2) include the following structures.
  • the polymer containing a fluorene structure may further have an aliphatic ring at the end, the carbon-carbon bond of which may be interrupted by a heteroatom.
  • the aliphatic ring may be substituted with a substituent.
  • the polymer containing a fluorene structure is, for example, a linear polymer. In a polymer containing a linear fluorene structure, it is preferable to have the aliphatic ring at both ends.
  • Examples of the substituent in the aliphatic ring which may be substituted with a substituent and whose carbon-carbon bond may be interrupted by a heteroatom include a hydroxy group, a carboxy group, and an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • an acyl group having 1 to 6 carbon atoms an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, an alkyloxycarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms, and the like.
  • the number of members of the aliphatic ring includes, for example, a 3-membered ring to a 10-membered ring.
  • the aliphatic ring may be monocyclic or polycyclic.
  • the aliphatic ring may be a saturated aliphatic ring or an unsaturated aliphatic ring.
  • the total number of carbon atoms in the aliphatic ring which may be substituted with a substituent and whose carbon-carbon bond may be interrupted by a heteroatom is, for example, 6 to 15.
  • An aliphatic ring in which the carbon-carbon bond may be interrupted by a heteroatom, which a polymer containing a fluorene structure has, is represented as a monovalent organic group, for example, by the following formula (Z).
  • Z is an aliphatic ring which may be substituted with a substituent and whose carbon-carbon bond may be interrupted by a heteroatom, and one hydrogen atom has been removed from the aliphatic ring. Represents a monovalent organic group. * represents a bond.
  • Examples of Z in formula (Z) include the following structures.
  • * represents a bond.
  • the molecular weight of the polymer containing a fluorene structure is not particularly limited, but it is preferable that the weight average molecular weight by gel permeation chromatography (hereinafter sometimes abbreviated as GPC) is 1,500 to 100,000. , more preferably from 2,000 to 50,000.
  • GPC gel permeation chromatography
  • a polymer containing a fluorene structure can be produced using, for example, a monomer containing a fluorene structure.
  • Methods for producing a polymer containing a fluorene structure are not particularly limited, but include, for example, the following methods (i) to (vi).
  • a diepoxy compound having two epoxy groups other than the diepoxy compound represented by formula (A1-2) may be used in combination. Furthermore, in (iii) and (iv), a dihydroxy compound having two hydroxy groups may be used in combination. In (v) and (vi), a diepoxy compound having two epoxy groups other than the diepoxy compound represented by formula (A1-2) may be used in combination. Moreover, in (v) and (vi), a dicarboxy compound having two carboxy groups may be used in combination. By using a monocarboxy compound, a residue obtained by removing the carboxyl group from the monocarboxy compound can be introduced at the end of the polymer.
  • the hydroxy group that reacts when producing the polymer is preferably a phenolic hydroxy group.
  • a phenolic hydroxy group means a hydroxy group directly connected to an aromatic hydrocarbon ring. Examples of the aromatic hydrocarbon ring include a benzene ring, a naphthalene ring, and an anthracene ring.
  • a catalyst may be used in the polymerization reaction to promote the reaction.
  • the catalyst is, for example, a quaternary phosphonium salt such as tetrabutylphosphonium bromide or ethyltriphenylphosphonium bromide, or a quaternary ammonium salt such as benzyltriethylammonium chloride.
  • the amount of the catalyst to be used can be selected from a range of 0.1 to 10% by mass based on the total mass of the raw materials for the polymer used in the reaction.
  • the optimum temperature and time for the polymerization reaction can be selected from the range of, for example, 80 to 160° C. and 2 to 50 hours.
  • X 1 , Z 1 , and Z 2 have the same meanings as X 1 , Z 1 , and Z 2 in formula (1), respectively.
  • X 1 , Z 1 and Z 2 have the same meanings as X 1 , Z 1 and Z 2 in formula (1), respectively.
  • a x each independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group.
  • X 1 preferably represents a divalent organic group represented by formula (1-A) or (1-B).
  • Z 1 and Z 2 are preferably single bonds.
  • Examples of the compound represented by formula (A1-1) include the following compounds.
  • Examples of the compound represented by formula (A1-2) include the following compounds.
  • Examples of the diepoxy compound include a compound represented by the following formula (B1).
  • (In formula (B1), X 11 , Z 11 , and Z 12 are respectively synonymous with X 11 , Z 11 , and Z 12 in formula (2-1).
  • a y is each independently , represents a hydrogen atom, methyl group or ethyl group.)
  • Examples of the compound represented by formula (B1) include the following compounds.
  • diepoxy compounds having two epoxy groups other than the diepoxy compound represented by formula (A1-2) include the following diepoxy compounds.
  • Examples of the dicarboxy compound having two carboxyl groups include a compound represented by the following formula (C1). (In formula (C1), Q 1 has the same meaning as Q 1 in formula (2-2).)
  • Examples of the dihydroxy compound having two hydroxy groups capable of reacting with an epoxy group include a compound represented by the following formula (C2). (In formula (C2), Q 1 has the same meaning as Q 1 in formula (2-2).)
  • Examples of the compound represented by formula (C1) include the following compounds.
  • Examples of the compound represented by formula (C2) include the following compounds.
  • the following compounds may be used as monomers for producing a polymer containing a fluorene structure.
  • Examples of the monocarboxy compound having one carboxyl group include a compound represented by the following formula (D1). (In formula (D1), Z has the same meaning as Z in formula (Z).)
  • Examples of the compound represented by formula (D1) include the following compounds.
  • the proportion of the fluorene structure in the polymer containing a fluorene structure is not particularly limited, but the proportion of the monomer containing a fluorene structure is from 10 mol% to 90 mol% with respect to all monomers when producing a polymer containing a fluorene structure.
  • the amount is preferably mol%, more preferably 20 mol% to 80 mol%, and particularly preferably 30 mol% to 70 mol%.
  • the monomer for example, in the above production method examples (i) to (iv), the following compounds correspond to the monomer.
  • the content of the polymer containing a fluorene structure in the composition for forming a resist underlayer film is not particularly limited, but is preferably 30% to 95% by mass, and 50% to 90% by mass based on the film constituent components. More preferably, 60% by mass to 85% by mass is particularly preferred.
  • the film constituent component is a component obtained by removing volatile components (solvent) from the composition for forming a resist film.
  • the composition for forming a resist underlayer film preferably contains a crosslinking agent from the viewpoint of suitably obtaining the effects of the present invention.
  • the crosslinking agent included as an optional component in the composition for forming a resist underlayer film has, for example, a functional group that reacts by itself.
  • crosslinking agent examples include hexamethoxymethylmelamine, tetramethoxymethylbenzoguanamine, 1,3,4,6-tetrakis(methoxymethyl)glycoluril (tetramethoxymethylglycoluril) (POWDERLINK [registered trademark] 1174), 1, 3,4,6-tetrakis(butoxymethyl)glycoluril, 1,3,4,6-tetrakis(hydroxymethyl)glycoluril, 1,3-bis(hydroxymethyl)urea, 1,1,3,3-tetrakis Examples include (butoxymethyl)urea and 1,1,3,3-tetrakis(methoxymethyl)urea.
  • crosslinking agent is a nitrogen-containing compound having 2 to 6 substituents in one molecule represented by the following formula (1d) that bond to a nitrogen atom, as described in International Publication No. 2017/187969. Good too.
  • R 1 represents a methyl group or an ethyl group. * represents a bond bonded to a nitrogen atom.
  • the nitrogen-containing compound having 2 to 6 substituents represented by the formula (1d) in one molecule may be a glycoluril derivative represented by the following formula (1E).
  • R 1 's each independently represent a methyl group or an ethyl group
  • R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a phenyl group.
  • glycoluril derivative represented by the formula (1E) examples include compounds represented by the following formulas (1E-1) to (1E-6).
  • a nitrogen-containing compound having 2 to 6 substituents represented by the above formula (1d) in one molecule has 2 to 6 substituents represented by the following formula (2d) bonded to a nitrogen atom in one molecule. It can be obtained by reacting a nitrogen-containing compound with at least one compound represented by the following formula (3d).
  • R 1 represents a methyl group or an ethyl group
  • R 4 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. * represents a bond bonded to a nitrogen atom.
  • the glycoluril derivative represented by the formula (1E) can be obtained by reacting the glycoluril derivative represented by the following formula (2E) with at least one compound represented by the formula (3d).
  • the nitrogen-containing compound having 2 to 6 substituents represented by the formula (2d) in one molecule is, for example, a glycoluril derivative represented by the following formula (2E).
  • R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a phenyl group, and R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • glycoluril derivative represented by the formula (2E) examples include compounds represented by the following formulas (2E-1) to (2E-4). Furthermore, examples of the compound represented by the formula (3d) include compounds represented by the following formula (3d-1) and formula (3d-2).
  • crosslinking agent may be a crosslinking compound represented by the following formula (G-1) or formula (G-2) described in International Publication No. 2014/208542.
  • Q 1 represents a single bond or a monovalent organic group
  • R 1 and R 4 each have a carbon atom number having an alkyl group having 2 to 10 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms.
  • It represents an alkyl group having 2 to 10 carbon atoms
  • R 2 and R 5 each represent a hydrogen atom or a methyl group
  • R 3 and R 6 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 40 carbon atoms. Indicates the group.
  • n1 is an integer of 1 ⁇ n1 ⁇ 3, n2 is an integer of 2 ⁇ n2 ⁇ 5, n3 is an integer of 0 ⁇ n3 ⁇ 3, n4 is an integer of 0 ⁇ n4 ⁇ 3, and an integer of 3 ⁇ (n1+n2+n3+n4) ⁇ 6.
  • n5 is an integer of 1 ⁇ n5 ⁇ 3, n6 is an integer of 1 ⁇ n6 ⁇ 4, n7 is an integer of 0 ⁇ n7 ⁇ 3, n8 is an integer of 0 ⁇ n8 ⁇ 3, and an integer of 2 ⁇ (n5+n6+n7+n8) ⁇ 5.
  • m1 represents an integer from 2 to 10.
  • the crosslinkable compound represented by the above formula (G-1) or formula (G-2) is a compound represented by the following formula (G-3) or formula (G-4), and a hydroxyl group-containing ether compound or a carbon atom. It may be obtained by reaction with several 2 to 10 alcohols.
  • Q 2 represents a single bond or an m2-valent organic group.
  • R 8 , R 9 , R 11 and R 12 each represent a hydrogen atom or a methyl group, and R 7 and R 10 each have 1 carbon atom. It represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 40 carbon atoms.
  • n9 is an integer of 1 ⁇ n9 ⁇ 3, n10 is an integer of 2 ⁇ n10 ⁇ 5, n11 is an integer of 0 ⁇ n11 ⁇ 3, n12 is an integer of 0 ⁇ n12 ⁇ 3, and an integer of 3 ⁇ (n9+n10+n11+n12) ⁇ 6. show.
  • n13 is an integer of 1 ⁇ n13 ⁇ 3
  • n14 is an integer of 1 ⁇ n14 ⁇ 4
  • n15 is an integer of 0 ⁇ n15 ⁇ 3
  • n16 is an integer of 0 ⁇ n16 ⁇ 3
  • m2 represents an integer from 2 to 10.
  • Me represents a methyl group.
  • the content of the crosslinking agent in the composition for forming a resist underlayer film is, for example, 1% by mass to 50% by mass, preferably 5% by mass, based on the polymer containing a fluorene structure. % to 40% by mass.
  • ⁇ Curing catalyst> As the curing catalyst contained as an optional component in the composition for forming a resist underlayer film, either a thermal acid generator or a photoacid generator can be used, but it is preferable to use a thermal acid generator.
  • thermal acid generator examples include p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium-p-toluenesulfonate (pyridinium-p-toluenesulfonic acid), pyridiniumphenolsulfonic acid, and pyridinium-p-hydroxybenzenesulfonic acid (pyridinium-p-toluenesulfonic acid).
  • p-phenolsulfonic acid pyridinium salt pyridinium-trifluoromethanesulfonic acid
  • salicylic acid camphorsulfonic acid
  • 5-sulfosalicylic acid 4-chlorobenzenesulfonic acid
  • 4-hydroxybenzenesulfonic acid 4-hydroxybenzenesulfonic acid
  • benzenedisulfonic acid 1-naphthalenesulfonic acid
  • Examples include sulfonic acid compounds and carboxylic acid compounds such as citric acid, benzoic acid, and hydroxybenzoic acid.
  • Examples of the photoacid generator include onium salt compounds, sulfonimide compounds, and disulfonyldiazomethane compounds.
  • onium salt compounds include diphenyliodonium hexafluorophosphate, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonate, diphenyliodonium nonafluoronormal butanesulfonate, diphenyliodonium perfluoronormal octane sulfonate, diphenyliodonium camphorsulfonate, bis(4-tert-butylphenyl) Iodonium salt compounds such as iodonium camphorsulfonate and bis(4-tert-butylphenyl)iodonium trifluoromethanesulfonate, and triphenylsulfonium hexafluoroantimonate, triphenylsulfonium nonafluoronormal butanesulfonate, triphenylsulfonium camphorsulfonate and triphenylsulfonium Examples include sulfonium salt compounds such
  • sulfonimide compounds include N-(trifluoromethanesulfonyloxy)succinimide, N-(nonafluoronormalbutanesulfonyloxy)succinimide, N-(camphorsulfonyloxy)succinimide, and N-(trifluoromethanesulfonyloxy)naphthalimide. Can be mentioned.
  • disulfonyldiazomethane compounds include bis(trifluoromethylsulfonyl)diazomethane, bis(cyclohexylsulfonyl)diazomethane, bis(phenylsulfonyl)diazomethane, bis(p-toluenesulfonyl)diazomethane, and bis(2,4-dimethylbenzenesulfonyl). ) diazomethane, and methylsulfonyl-p-toluenesulfonyldiazomethane.
  • the content of the curing catalyst is, for example, 0.1% to 50% by weight, preferably 1% to 30% by weight, based on the crosslinking agent.
  • solvent organic solvents generally used in chemical solutions for semiconductor lithography processes are preferred. Specifically, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl Ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, toluene, xylene, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, 4-methyl-2-pentanol, methyl 2-hydroxyisobutyrate, 2-hydroxyisobutyric acid Ethyl, ethyl ethoxy acetate, 2-hydroxy
  • propylene glycol monomethyl ether propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, butyl lactate, and cyclohexanone are preferred. Particularly preferred are propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monomethyl ether acetate.
  • a surfactant can be further added to the composition for forming a resist underlayer film in order to prevent occurrence of pinholes, striations, etc., and to further improve coating properties against surface unevenness.
  • surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, and polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene octylphenol ether, and polyoxyethylene nonylphenol ether.
  • sorbitan fatty acid esters polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, etc.
  • Nonionic surfactants such as fatty acid esters, FTOP EF301, EF303, EF352 (manufactured by Tochem Products Co., Ltd., trade name), Megafac F171, F173, R-30 (manufactured by DIC Corporation, trade name) , Fluorade FC430, FC431 (manufactured by Sumitomo 3M Ltd., product name), Asahi Guard AG710, Surflon S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., product name), etc.
  • fatty acid esters such as fatty acid esters, FTOP EF301, EF303, EF352 (manufactured by Tochem Products Co., Ltd., trade name), Megafac F171, F173, R-30 (manufactured by DIC Corporation, trade name) , Fluorade FC430, FC431 (manufactured by
  • surfactants organosiloxane polymer KP341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and the like.
  • the blending amount of these surfactants is not particularly limited, but is usually 2.0% by mass or less, preferably 1.0% by mass or less, based on the total solid content of the composition for forming a resist underlayer film.
  • These surfactants may be added alone or in combination of two or more.
  • the film constituent components contained in the composition for forming a resist underlayer film are, for example, 0.01% by mass to 10% by mass of the composition for forming a resist underlayer film.
  • composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography is preferably used to form a resist underlayer film for EB or EUV lithography having a film thickness of 10 nm or less.
  • resist underlayer film for EB or EUV lithography The resist underlayer film for EB or EUV lithography of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as "resist underlayer film”) is a cured product of the above-described composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography.
  • the resist underlayer film can be manufactured, for example, by applying the composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography onto a semiconductor substrate and baking the composition.
  • Examples of the semiconductor substrate to which the composition for forming a resist underlayer film is applied include silicon wafers, germanium wafers, and compound semiconductor wafers such as gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, indium nitride, and aluminum nitride.
  • the inorganic film can be formed by, for example, an ALD (atomic layer deposition) method, a CVD (chemical vapor deposition) method, a reactive sputtering method, an ion plating method, or a vacuum evaporation method. method, spin coating method (spin-on-glass: SOG).
  • the inorganic film examples include a polysilicon film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a BPSG (Boro-Phosphosilicate Glass) film, a titanium nitride film, a titanium nitride oxide film, a tungsten film, a gallium nitride film, and a gallium arsenide film.
  • a polysilicon film a silicon oxide film, a silicon nitride film, a BPSG (Boro-Phosphosilicate Glass) film
  • titanium nitride film a titanium nitride oxide film
  • tungsten film a gallium nitride film
  • gallium arsenide film examples include a gallium arsenide film.
  • the composition for forming a resist underlayer film of the present invention is applied onto such a semiconductor substrate using a suitable coating method such as a spinner or a coater. Thereafter, a resist lower layer film is formed by baking using a heating means such as a hot plate.
  • the baking conditions are appropriately selected from baking temperatures of 100° C. to 400° C. and baking times of 0.3 minutes to 60 minutes.
  • the baking temperature is 120°C to 350°C and the baking time is 0.5 to 30 minutes, more preferably the baking temperature is 150°C to 300°C, and the baking time is 0.8 to 10 minutes.
  • the thickness of the resist underlayer film is, for example, 0.001 ⁇ m (1 nm) to 10 ⁇ m, 0.002 ⁇ m (2 nm) to 1 ⁇ m, 0.005 ⁇ m (5 nm) to 0.5 ⁇ m (500 nm), 0.001 ⁇ m (1 nm) to 0. .05 ⁇ m (50 nm), 0.002 ⁇ m (2 nm) ⁇ 0.05 ⁇ m (50 nm), 0.003 ⁇ m (3 nm) ⁇ 0.05 ⁇ m (50 nm), 0.004 ⁇ m (4 nm) ⁇ 0.05 ⁇ m (50 nm), 0.
  • the method for measuring the thickness of the resist underlayer film in this specification is as follows.
  • the substrate for semiconductor processing of the present invention includes a semiconductor substrate and the resist underlayer film for EB or EUV lithography of the present invention.
  • the semiconductor substrate include the aforementioned semiconductor substrates.
  • the resist underlayer film is disposed on a semiconductor substrate.
  • the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes at least the following steps. ⁇ A step of forming a resist underlayer film on a semiconductor substrate using the composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography of the present invention, and ⁇ A step of forming a resist film on the resist underlayer film.
  • the pattern forming method of the present invention includes at least the following steps. - Forming a resist underlayer film on a semiconductor substrate using the composition for forming a resist underlayer film for EB or EUV lithography of the present invention, - Step of forming a resist film on the resist lower layer film. - Step of irradiating the resist film with EB or EUV and then developing the resist film to obtain a resist pattern. - Using the resist pattern as a mask, forming the resist lower layer Process of etching the film
  • a resist film is formed on the resist underlayer film.
  • the thickness of the resist film is preferably 200 nm or less, more preferably 150 nm or less, even more preferably 100 nm or less, and particularly preferably 80 nm or less. Further, the thickness of the resist film is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, and particularly preferably 30 nm or more.
  • the method for forming the resist film is not particularly limited.
  • the resist film formed on the resist underlayer film by, for example, coating and baking by a known method is not particularly limited as long as it responds to EB or EUV used for irradiation. Both negative photoresists and positive photoresists can be used. Note that in this specification, a resist that responds to EB is also referred to as a photoresist.
  • photoresists there are positive type photoresists made of novolak resin and 1,2-naphthoquinonediazide sulfonic acid ester, and chemically amplified type made of a photoacid generator and a binder that has a group that decomposes with acid to increase the rate of alkali dissolution.
  • Photoresist a chemically amplified photoresist consisting of a low-molecular compound, an alkali-soluble binder, and a photoacid generator that decomposes with acid to increase the alkali dissolution rate of the photoresist, and a chemically amplified photoresist that decomposes with acid to increase the alkali dissolution rate.
  • photoresists consisting of a binder having a group, a low-molecular compound that is decomposed by acid to increase the alkali dissolution rate of the photoacid generator, and a photoacid generator, and resists containing metal elements.
  • Examples include product name V146G manufactured by JSR Corporation, product name APEX-E manufactured by Shipley, product name PAR710 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., and product names AR2772 and SEPR430 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • Examples of the resist composition include the following compositions.
  • Resin A having a repeating unit having an acid-decomposable group whose polar group is protected with a protecting group that is removed by the action of an acid, and an actinic ray-sensitive or Radiation sensitive resin composition.
  • m represents an integer of 1 to 6.
  • R 1 and R 2 each independently represent a fluorine atom or a perfluoroalkyl group.
  • L 1 represents -O-, -S-, -COO-, -SO 2 -, or -SO 3 -.
  • L 2 represents an alkylene group that may have a substituent or a single bond.
  • W 1 represents a cyclic organic group which may have a substituent.
  • M + represents a cation.
  • Ar is a group obtained by removing (n+1) hydrogen atoms from an arene having 6 to 20 carbon atoms.
  • R 1 is a hydroxy group, a sulfanyl group, or a group having 1 to 20 carbon atoms. It is a monovalent organic group.
  • n is an integer of 0 to 11. When n is 2 or more, plural R 1 are the same or different.
  • R 2 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or a trifluoro It is a methyl group.
  • R 3 is a monovalent group having 1 to 20 carbon atoms and containing the acid dissociable group.
  • Z is a single bond, an oxygen atom or a sulfur atom.
  • R 4 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group.
  • R 2 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a halogen atom, a hydrogen atom or a halogen atom
  • X 1 is a single bond
  • -CO-O-* or -CO-NR 4 - * represents a bond with -Ar
  • R 4 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • Ar is one or more selected from the group consisting of a hydroxy group and a carboxyl group.
  • Examples of the resist film include the following.
  • R A is each independently a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 1 and R 2 are each independently a tertiary alkyl group having 4 to 6 carbon atoms.
  • R 3 is each independently a fluorine atom or a methyl group.
  • m is an integer of 0 to 4.
  • X 1 is a single bond, a phenylene group, a naphthylene group, an ester bond, a lactone ring, It is a linking group having 1 to 12 carbon atoms and containing at least one selected from phenylene group and naphthylene group.
  • X 2 is a single bond, ester bond, or amide bond.
  • resist materials include the following.
  • R A is a hydrogen atom or a methyl group.
  • X 1 is a single bond or an ester group.
  • X 2 is a linear, branched or cyclic carbon An alkylene group having 1 to 12 atoms or an arylene group having 6 to 10 carbon atoms, even if a part of the methylene group constituting the alkylene group is substituted with an ether group, ester group, or lactone ring-containing group. Often, at least one hydrogen atom contained in X 2 is substituted with a bromine atom.
  • Rf 1 to Rf 4 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom or a trifluoromethyl group, at least one of which is a fluorine atom or a trifluoromethyl group.Also, Rf 1 and Rf 2 may be combined to form a carbonyl group.
  • R 1 to R 5 are each Independently, a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, a linear, branched or cyclic alkenyl group having 2 to 12 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 12 carbon atoms; , an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms, or an aryloxyalkyl group having 7 to 12 carbon atoms, and some or all of the
  • R 1 and R 2 may be bonded together to form a ring with the sulfur atom to which they are bonded. Also good.
  • R A is a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 1 is a hydrogen atom or an acid-labile group.
  • R 2 is a linear, branched or cyclic carbon atom number 1 ⁇ 6 alkyl group, or a halogen atom other than bromine. ⁇ 12 alkylene group.
  • X 2 is -O-, -O-CH 2 - or -NH-.
  • m is an integer of 1 to 4.
  • u is an integer of 0 to 3 (However, m+u is an integer from 1 to 4.)
  • a resist composition that generates acid upon exposure and whose solubility in a developer changes due to the action of the acid Contains a base material component (A) whose solubility in a developer changes due to the action of an acid and a fluorine additive component (F) which shows decomposition properties in an alkaline developer,
  • the fluorine additive component (F) is a fluorine additive having a structural unit (f1) containing a base-dissociable group and a structural unit (f2) containing a group represented by the following general formula (f2-r-1).
  • Rf 21 is each independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a hydroxyalkyl group, or a cyano group.
  • n is an integer from 0 to 2. * is a bond.
  • the structural unit (f1) includes a structural unit represented by the following general formula (f1-1) or a structural unit represented by the following general formula (f1-2).
  • R is each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • X is a divalent linking group that does not have an acid-dissociable site.
  • a aryl is a divalent aromatic cyclic group which may have a substituent.
  • X 01 is a single bond or a divalent linking group.
  • Each R 2 is independently an organic group having a fluorine atom.
  • coatings examples include the following.
  • Coatings comprising metal oxo-hydroxo networks with organic ligands via metal carbon bonds and/or metal carboxylate bonds.
  • a coating solution comprising an organic solvent and a first organometallic compound represented by the formula RSnO (3/2-x/2) (OH) x (where 0 ⁇ x ⁇ 3), the coating solution comprising: from about 0.0025 M to about 1.5 M tin, R is an alkyl group or cycloalkyl group having 3 to 31 carbon atoms, and the alkyl group or cycloalkyl group is secondary or secondary. Coating solution, bonded to tin at the tertiary carbon atom.
  • An aqueous inorganic patterning precursor solution comprising a mixture of water, a metal suboxide cation, a polyatomic inorganic anion, and a radiation-sensitive ligand comprising a peroxide group.
  • the EB or EUV irradiation is performed, for example, through a mask (reticle) for forming a predetermined pattern.
  • the composition for forming a resist underlayer film of the present invention is applied to EB (electron beam) or EUV (extreme ultraviolet rays: 13.5 nm) irradiation, and is preferably applied to EUV (extreme ultraviolet rays) exposure.
  • the EB irradiation energy and the EUV exposure amount are not particularly limited.
  • Post Exposure Bake may be performed after EB or EUV irradiation and before development.
  • the baking temperature is not particularly limited, but is preferably 60°C to 150°C, more preferably 70°C to 120°C, and particularly preferably 75°C to 110°C.
  • the baking time is not particularly limited, but is preferably from 1 second to 10 minutes, more preferably from 10 seconds to 5 minutes, and particularly preferably from 30 seconds to 3 minutes.
  • an alkaline developer is used for development.
  • the developing temperature is, for example, 5°C to 50°C.
  • the developing time is, for example, 10 seconds to 300 seconds.
  • alkaline developers include inorganic alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, and aqueous ammonia, primary amines such as ethylamine and n-propylamine, diethylamine, Secondary amines such as di-n-butylamine, tertiary amines such as triethylamine and methyldiethylamine, alcohol amines such as dimethylethanolamine and triethanolamine, and secondary amines such as tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide and choline.
  • Aqueous solutions of alkalis such as quaternary ammonium salts, cyclic amines such as pyrrole and piperidine, etc. can be used. Furthermore, an appropriate amount of an alcohol such as isopropyl alcohol or a nonionic surfactant may be added to the aqueous solution of the alkali.
  • preferred developing solutions are aqueous solutions of quaternary ammonium salts, more preferably aqueous solutions of tetramethylammonium hydroxide and aqueous solutions of choline.
  • surfactants and the like can also be added to these developers. It is also possible to use a method in which the photoresist is developed with an organic solvent such as butyl acetate instead of the alkaline developer, and the portions of the photoresist where the alkali dissolution rate has not been improved are developed.
  • the resist underlayer film is etched using the formed resist pattern as a mask. Etching may be dry etching or wet etching, but dry etching is preferable. If the inorganic film is formed on the surface of the semiconductor substrate used, the surface of the inorganic film is exposed; if the inorganic film is not formed on the surface of the semiconductor substrate used, the surface of the semiconductor substrate is exposed. let Thereafter, a semiconductor device can be manufactured by processing the semiconductor substrate by a known method (such as dry etching).
  • the weight average molecular weights of the polymers shown in the synthesis examples below are the results of measurements by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC).
  • GPC gel permeation chromatography
  • a GPC device manufactured by Tosoh Corporation was used for the measurement, and the measurement conditions were as follows.
  • ⁇ Synthesis example 1> In a reaction vessel, 5.00 g of monoallyl diglycidyl isocyanuric acid (manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), 5.32 g of 9,9-bis(4-hydroxyphenyl)fluorene (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.), and adamantane. 0.96 g of carboxylic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 0.21 g of tetrabutylphosphonium bromide (manufactured by ACROSS) were added to and dissolved in 79.00 g of propylene glycol monomethyl ether.
  • the polymer obtained in this synthesis example has structural units represented by the following formulas (1a), (2a), and (3a).
  • the polymer obtained in this synthesis example has structural units represented by the following formulas (1b), (2b), and (3a).
  • ⁇ Comparative synthesis example 1> In a reaction vessel, 3.00 g of monoallyl diglycidyl isocyanuric acid (manufactured by Shikoku Chemical Industry Co., Ltd.) and 1.91 g of 3,3'-dithiodipropionic acid (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., trade name: DTDPA). , 0.57 g of adamantane carboxylic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and 0.14 g of tetrabutylphosphonium bromide (manufactured by ACROSS) were added to and dissolved in 6.87 g of propylene glycol monomethyl ether.
  • the polymer obtained in this synthesis example has structural units represented by the following formulas (1b), (2a), and (3a).
  • Example 1 To 0.43 g of the polymer solution obtained in Synthesis Example 1 (solid content: 16.4% by weight), 0.02 g of tetramethoxymethyl glycoluril (manufactured by Nippon Cytec Industries, Ltd.) and 0.003 g of pyridinium phenolsulfonic acid were added. , 44.5 g of propylene glycol monomethyl ether and 4.99 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, it was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.05 ⁇ m to obtain a composition for forming a resist underlayer film for lithography.
  • Example 2 To 0.47 g of the polymer solution obtained in Synthesis Example 2 (solid content: 17.8% by weight), 0.02 g of tetramethoxymethyl glycoluril (manufactured by Nippon Cytec Industries, Ltd.) and 0.003 g of pyridinium phenolsulfonic acid were added. , 44.6 g of propylene glycol monomethyl ether and 4.99 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, it was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.05 ⁇ m to obtain a composition for forming a resist underlayer film for lithography.
  • Example 3 To 0.47 g of the polymer solution obtained in Synthesis Example 3 (solid content: 18.3% by weight), 0.02 g of tetramethoxymethyl glycoluril (manufactured by Nippon Cytec Industries, Ltd.) and 0.003 g of pyridiniumphenolsulfonic acid were added. , 44.6 g of propylene glycol monomethyl ether and 4.99 g of propylene glycol monomethyl ether acetate were added and dissolved. Thereafter, it was filtered using a polyethylene microfilter with a pore size of 0.05 ⁇ m to obtain a composition for forming a resist underlayer film for lithography.
  • Example 1 Example 2, and Example 3 all showed good LWR compared to Comparative Example 1.

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Abstract

フルオレン構造を含む重合体及び溶剤を含有する、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。

Description

フルオレン骨格を有するレジスト下層膜形成組成物
 本発明は、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜、半導体加工用基板、半導体素子の製造方法、及びパターン形成方法に関する。
 LSI(半導体集積回路)などの半導体装置においては、集積度の向上に伴い、微細パターンの形成が要求されており、近年の最小パターンサイズは、100nm以下に達している。
 こうした半導体装置における微細パターンの形成は、露光装置における光源の短波長化、及びレジスト材料の改良によって実現してきた。現在では、深紫外線である波長193nmのArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザ光を光源に、水を介して露光を行う液浸露光法が行われており、レジスト材料についても、アクリル樹脂をベースとした様々なArF対応レジスト材料が開発されている。
 更には、次世代の露光技術として、電子線(EB:Electron beam)によるEB露光法、又は波長13.5nmの軟X線を光源とするEUV(極端紫外線)露光法の検討が進んでおり、パターンサイズは30nm以下と、より一層の微細化が進んでいる。
 しかしながら、このようなパターンサイズの微細化に伴い、レジストパターン側壁のがたつき(LER;Line edge roughness)及びレジストパターン幅の不均一さ(LWR:Line width roughness)が大きくなり、デバイス性能に悪影響を及ぼす懸念が高まっている。露光装置、レジスト材料、プロセス条件の最適化などで、これらを抑制する検討はなされているものの、十分な結果は得られていない。なお、LWRとLERは関連があり、LWRを改善することにより、LERも改善される。
 上記問題を解決する方法として、現像処理後のリンス工程において、特定のイオン性の界面活性剤を含む水溶液を用いてレジストパターンを処理することで、現像処理によるディフェクト(残の発生やパターン倒れなどの欠陥)を抑制すると同時に、レジストパターンの凹凸を溶解して、前記LWR、LERを改善する方法が開示されている(特許文献1参照)。
特開2007-213013号公報
 本発明は、EB又はEUVリソグラフィーにおけるレジストパターンのLWRを改善できる、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜、半導体加工用基板、半導体素子の製造方法、及びパターン形成方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記の課題を解決する為、鋭意検討を行った結果、上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] フルオレン構造を含む重合体及び溶剤を含有する、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
 [2] 前記重合体が、下記式(1)で表される部分構造を含む、[1]に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(式(1)中、Xは、フルオレン構造を有する2価の有機基を表す。
 Z、及びZは、それぞれ独立して、単結合、-O-、-C(=O)O-又は-O-C2m-O-(mは、1~6の整数を表す。)を表す。
 A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立して、水素原子、メチル基又はエチル基を表す。
 *は、結合手を表す。)
 [3] 前記式(1)中のXが、下記式(1-A)又は(1-B)で表される2価の有機基を表す、[2]に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(式(1-A)及び(1-B)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアシル基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシカルボニル基、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数2~20のアルケニル基又は炭素原子数2~10のアルキニル基を表し、上記アシル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキル基、アリール基、アルケニル基及びアルキニル基は、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシ基、グリシジル基及びカルボキシル基からなる群より選択される基を1つ又は複数有していてもよい。
 R及びRは、それぞれ独立して、単結合、又は炭素原子数1~10のアルキレン基を表す。
 m1及びm2は、それぞれ独立して、0~4の整数を表す。
 n1及びn2は、それぞれ独立して、0又は1を表す。
 n1が0のとき、o1は、0~4の整数を表す。n1が1のとき、o1は、0~6の整数を表す。
 n2が0のとき、o2は、0~4の整数を表す。n2が1のとき、o2は、0~6の整数を表す。
 R~Rがそれぞれ複数のとき、複数のR~Rのぞれぞれは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 1つのRと1つのRとは、一緒になって-O-結合を形成していてもよい。
 *は、結合手を表す。)
 [4] 前記重合体が、更に下記式(2-1)で表される部分構造及び下記式(2-2)で表される部分構造の少なくともいずれかを含む、[2]又は[3]に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
(式(2-1)中、X11は、下記式(2-1-1)~(2-1-3)のいずれかで表される基を表す。
 Z11及びZ12は、それぞれ独立して、単結合又は下記式(2-1-4)で表される2価の基を表す。
 式(2-2)中、Qは、単結合、又は2価の有機基を表す。p1及びp2は、それぞれ独立して、0又は1を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(式(2-1-1)~(2-1-3)中、R11~R15は、それぞれ独立して、水素原子、酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基、酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニル基、酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数2~10のアルキニル基、ベンジル基又はフェニル基を表し、該フェニル基は、炭素原子数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、炭素原子数1~6のアルコキシ基、ニトロ基、シアノ基及び炭素原子数1~6のアルキルチオ基からなる群から選ばれる少なくとも1つの1価の基で置換されていてもよい。R11とR12は、互いに結合して炭素原子数3~6の環を形成していてもよい。R13とR14は、互いに結合して炭素原子数3~6の環を形成していてもよい。*は結合手を表す。*1は炭素原子に結合する結合手を表す。*2は窒素原子に結合する結合手を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
(式(2-1-4)中、m1は1~4の整数を表し、m2は0又は1を表す。*3は窒素原子に結合する結合手を表す。*4は結合手を表す。)
 [5] 更に、架橋剤を含有する、[1]から[4]のいずれかに記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
 [6] 更に、硬化触媒を含有する、[1]から[5]のいずれかに記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
 [7] 膜厚が10nm以下のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜の形成に用いられる、[1]から[6]のいずれかに記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
 [8] [1]から[7]のいずれかに記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物の硬化物である、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜。
 [9] 半導体基板と、
 [8]に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜と、
を備える半導体加工用基板。
 [10] 半導体基板の上に、[1]から[7]のいずれかに記載のEB又はEUVリソグラフィー用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、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。
 [11] 半導体基板の上に、[1]から[7]のいずれかに記載のEB又はEUVリソグラフィー用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、レジスト膜を形成する工程と、
 前記レジスト膜にEB又はEUVを照射し、次いで、前記レジスト膜を現像し、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、
を含む、パターン形成方法。
 本発明によれば、EB又はEUVリソグラフィーにおけるレジストパターンのLWRを改善できる、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜、半導体加工用基板、半導体素子の製造方法、及びパターン形成方法を提供することができる。
 本発明者らは、リンス工程以外の方法でLWRを改善できる方法について検討した。そのところ、フルオレン構造を含む重合体を含有するレジスト下層膜形成用組成物から形成されるレジスト下層膜が、EB又はEUVリソグラフィーにおけるレジストパターンのLWRの改善に有効であることを見出した。
(EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物)
 本発明のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物(以下、単に、「レジスト下層膜形成用組成物」と称することがある)は、フルオレン構造を含む重合体及び溶剤を含有する。
<フルオレン構造を含む重合体>
 フルオレン構造を含む重合体は、フルオレン構造を含む限り特に制限されない。
 フルオレン構造とは、以下の構造を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 フルオレン構造を含む重合体は、本発明の効果を好適に得る観点から、下記式(1)で表される部分構造を含むことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
(式(1)中、Xは、フルオレン構造を有する2価の有機基を表す。
 Z、及びZは、それぞれ独立して、単結合、-O-、-C(=O)O-又は-O-C2m-O-(mは、1~6の整数を表す。)を表す。
 A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立して、水素原子、メチル基又はエチル基を表す。
 *は、結合手を表す。)
 式(1)中のXとしては、本発明の効果を好適に得る観点から、下記式(1-A)又は(1-B)で表される2価の有機基を表すことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
(式(1-A)及び(1-B)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアシル基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシカルボニル基、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数2~20のアルケニル基又は炭素原子数2~10のアルキニル基を表し、上記アシル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキル基、アリール基、アルケニル基及びアルキニル基は、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシ基、グリシジル基及びカルボキシル基からなる群より選択される基を1つ又は複数有していてもよい。
 R及びRは、それぞれ独立して、単結合、又は炭素原子数1~10のアルキレン基を表す。
 m1及びm2は、それぞれ独立して、0~4の整数を表す。
 n1及びn2は、それぞれ独立して、0又は1を表す。
 n1が0のとき、o1は、0~4の整数を表す。n1が1のとき、o1は、0~6の整数を表す。
 n2が0のとき、o2は、0~4の整数を表す。n2が1のとき、o2は、0~6の整数を表す。
 R~Rがそれぞれ複数のとき、複数のR~Rのぞれぞれは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 1つのRと1つのRとは、一緒になって-O-結合を形成していてもよい。
 *は、結合手を表す。)
 R、R、R及びRは、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアシル基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシカルボニル基、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数2~20のアルケニル基又は炭素原子数2~10のアルキニル基を表す。ただし、アシル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキル基、アリール基、アルケニル基及びアルキニル基は、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシ基、グリシジル基及びカルボキシル基からなる群より選択される基を1つ又は複数有していてもよい。
 炭素原子数1~6のアシル基としては、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基などが挙げられる。
 炭素原子数1~6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、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、tert-ブトキシ基、sec-ブトキシ基、n-ペントキシ基、ネオペントキシ基、n-ヘキシルオキシ基、イソヘキシルオキシ基、3-メチルペントキシ基などが挙げられる。
 炭素原子数1~6のアルコキシカルボニル基としては、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n-プロポキシカルボニル基、i-プロポキシカルボニル基、n-ブトキシカルボニル基、i-ブトキシカルボニル基、sec-ブトキシカルボニル基、tert-ブトキシカルボニル基、n-ペンチロキシカルボニル基、n-ヘキシロキシカルボニル基などが挙げられる。
 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、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基等の直鎖アルキル基;イソプロピル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1-メチルペンチル基、イソヘキシル基、1-プロピルブチル基、2-エチルヘキシル基、イソノニル基等の分岐鎖状アルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、p-tert-ブチルシクロヘキシル基、アダマンチル基等の環状アルキル基などが挙げられる。
 炭素原子数6~20のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラシル基、フェナントシル基、ピレニル基などが挙げられる。
 炭素原子数2~20のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基などが挙げられる。
 炭素原子数2~10のアルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基、ヘキシニル基、ヘプチニル基、オクチニル基、ノニニル基、デシニル基、ブタジイニル基、ペンタジイニル基、ヘキサジイニル基、ヘプタジイニル基、オクタジイニル基、ノナジイニル基、デカジイニル基などが挙げられる。
 R及びRは、それぞれ独立して、単結合、又は炭素原子数1~10のアルキレン基を表す。
 炭素原子数1~10のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、1,3-プロピレン基、1-メチルエチレン基、1,4-ブチレン基、1-エチルエチレン基、1-メチルプロピレン基、2-メチルプロピレン基、1,5-ペンチレン基、1-メチルブチレン基、2-メチルブチレン基、1,1-ジメチルプロピレン基、1,2-ジメチルプロピレン基、1-エチルプロピレン基、2-エチルプロピレン基、1,6-ヘキシレン基、1,4-シクロヘキシレン基、1,8-オクチレン基、2-エチルオクチレン基、1,9-ノニレン基、1,10-デシレン基などが挙げられる。
 Z、及びZにおける-O-C2m-O-中の-C2m-基は、直鎖であってもよいし、分岐鎖であってもよい。
 式(1)中の「*-Z-X-Z-*」としては、以下の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 上記構造中、*は結合手を表す。
 フルオレン構造を含む重合体は、更に、下記式(2-1)で表される部分構造及び下記式(2-2)で表される部分構造の少なくともいずれかを含んでいてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
(式(2-1)中、X11は、下記式(2-1-1)~(2-1-3)のいずれかで表される基を表す。
 Z11及びZ12は、それぞれ独立して、単結合又は下記式(2-1-4)で表される2価の基を表す。
 式(2-2)中、Qは、単結合、又は2価の有機基を表す。p1及びp2は、それぞれ独立して、0又は1を表す。
 *は、結合手を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
(式(2-1-1)~(2-1-3)中、R11~R15は、それぞれ独立して、水素原子、酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基、酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニル基、酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数2~10のアルキニル基、ベンジル基又はフェニル基を表し、該フェニル基は、炭素原子数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、炭素原子数1~6のアルコキシ基、ニトロ基、シアノ基及び炭素原子数1~6のアルキルチオ基からなる群から選ばれる少なくとも1つの1価の基で置換されていてもよい。R11とR12は、互いに結合して炭素原子数3~6の環を形成していてもよい。R13とR14は、互いに結合して炭素原子数3~6の環を形成していてもよい。*は結合手を表す。*1は炭素原子に結合する結合手を表す。*2は窒素原子に結合する結合手を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
(式(2-1-4)中、m1は1~4の整数を表し、m2は0又は1を表す。*3は窒素原子に結合する結合手を表す。*4は結合手を表す。)
 炭素原子数1~10のアルキル基の具体例としては、例えば、式(1-A)及び(1-B)中、R、R、R及びRの説明で挙げたアルキル基が挙げられる。
 炭素原子数2~10のアルケニル基としては、例えば、式(1-A)及び(1-B)中、R、R、R及びRの説明で挙げたアルケニル基が挙げられる。
 炭素原子数2~10のアルキニル基としては、例えば、式(1-A)及び(1-B)中、R、R、R及びRの説明で挙げたアルキニル基が挙げられる。
 Qとしては、2価の有機基であれば、特に制限されないが、例えば、炭素原子数1~20の2価の有機基が挙げられる。炭素原子数1~10の2価の有機基としては、例えば、酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基が挙げられる。
 酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基としては、例えば、下記(Q1-1)で表されるアルキレン基が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
(式(Q1-1)中、Q11、及びQ12は、それぞれ独立して、単結合、酸素原子、又は硫黄原子を表す。k、m、及びnは、それぞれ独立して、0~10の整数を表し、かつ、k+m+nは、1~10の整数を表す。ただし、kが0のとき、Q11は、単結合を表し、nが0のとき、Q12は、単結合を表す。)
 k、m、及びnが、それぞれ、1以上のとき、-C2k-、-C2m-、及び-C2n-は、アルキレン基を表す。アルキレン基は、直鎖であってもよいし、分岐鎖であってもよい。
 Qは、下記式(T)で表される基であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式(T)中、Tは、単結合、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、又は置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基を表す。
 R22及びR23は、それぞれ独立して、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基を表す。
 n12及びn13は、それぞれ独立して、0~4の整数を表す。
 R22が2つ以上の時、2つ以上のR22は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 R23が2つ以上の時、2つ以上のR23は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 *は、結合手を表す。)
 式(T)中のTにおける置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基の置換基としては、例えば、フッ素原子が挙げられる。炭素原子数1~10のアルキレン基における置換基は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。
 式(T)中のR22及びR23における置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基の置換基としては、例えば、フッ素原子が挙げられる。炭素原子数1~10のアルキル基における置換基は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。
 式(2-1)としては、例えば、以下の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
 上記構造中、*は結合手を表す。
 式(2-2)中のQとしては、例えば、以下の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000028
 上記構造中、*は結合手を表す。
 フルオレン構造を含む重合体は、更に、末端に、炭素-炭素結合がヘテロ原子で中断されていてもよい脂肪族環を有していてもよい。当該脂肪族環は、置換基で置換されていてもよい。
 フルオレン構造を含む重合体は、例えば、線状の重合体である。線状かつフルオレン構造を含む重合体においては、当該脂肪族環を、両末端に有することが好ましい。
 置換基で置換されていてもよくかつ炭素-炭素結合がヘテロ原子で中断されていてもよい脂肪族環における置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、カルボキシ基、炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数1~6のアシル基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、炭素原子数2~6のアルキルオキシカルボニル基などが挙げられる。
 脂肪族環の員環数としては、例えば、3員環~10員環が挙げられる。
 脂肪族環は、単環であってもよいし、多環であってもよい。
 脂肪族環は、飽和脂肪族環であってもよいし、不飽和脂肪族環であってもよい。
 置換基で置換されていてもよくかつ炭素-炭素結合がヘテロ原子で中断されていてもよい脂肪族環の総炭素原子数としては、例えば、6~15が挙げられる。
 フルオレン構造を含む重合体が有する、炭素-炭素結合がヘテロ原子で中断されていてもよい脂肪族環を1価の有機基として表すと、例えば、下記式(Z)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
(式(Z)中、Zは、置換基で置換されていてもよくかつ炭素-炭素結合がヘテロ原子で中断されていてもよい脂肪族環の前記脂肪族環から水素原子を一つ除いた1価の有機基を表す。*は、結合手を表す。)
 式(Z)中のZとしては、例えば、以下の構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
 構造中、*は、結合手を表す。
 フルオレン構造を含む重合体の分子量としては、特に制限されないが、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略称することがある)による重量平均分子量が、1,500~100,000であることが好ましく、2,000~50,000であることがより好ましい。
<<フルオレン構造を含む重合体の製造方法>>
 フルオレン構造を含む重合体は、例えば、フルオレン構造を含むモノマーを用いて製造することができる。
 フルオレン構造を含む重合体の製造方法としては、特に制限されないが、例えば、下記(i)~(vi)の方法が挙げられる。
 (i):下記式(A1-1)で表されるジヒドロキシ化合物と、エポキシ基を2つ有するジエポキシ化合物とを反応させる方法
 (ii):下記式(A1-1)で表されるジヒドロキシ化合物と、エポキシ基を2つ有するジエポキシ化合物と、カルボキシ基を1つ有するモノカルボキシ化合物とを反応させる方法。
 (iii):下記式(A1-2)で表されるジエポキシ化合物と、カルボキシ基を2つ有するジカルボキシ化合物とを反応させる方法
 (iv):下記式(A1-2)で表されるジエポキシ化合物と、カルボキシ基を2つ有するジカルボキシ化合物と、カルボキシ基を1つ有するモノカルボキシ化合物とを反応させる方法。
 (v):下記式(A1-2)で表されるジエポキシ化合物と、エポキシ基と反応可能なヒドロキシ基を2つ有するジヒドロキシ化合物とを反応させる方法
 (vi):下記式(A1-2)で表されるジエポキシ化合物と、エポキシ基と反応可能なヒドロキシ基を2つ有するジヒドロキシ化合物と、カルボキシ基を1つ有するモノカルボキシ化合物とを反応させる方法。
 なお、(i)及び(ii)においては、式(A1-1)で表されるジヒドロキシ化合物以外の、ヒドロキシ基を2つ有するジヒドロキシ化合物が併用されてもよい。
 また、(i)及び(ii)においては、カルボキシ基を2つ有するジカルボキシ化合物が併用されてもよい。
 (iii)及び(iv)においては、式(A1-2)で表されるジエポキシ化合物以外の、エポキシ基を2つ有するジエポキシ化合物が併用されてもよい。
 また、(iii)及び(iv)においては、ヒドロキシ基を2つ有するジヒドロキシ化合物が併用されてもよい。
 (v)及び(vi)においては、式(A1-2)で表されるジエポキシ化合物以外の、エポキシ基を2つ有するジエポキシ化合物が併用されてもよい。
 また、(v)及び(vi)においては、カルボキシ基を2つ有するジカルボキシ化合物が併用されてもよい。
 モノカルボキシ化合物を用いることで、モノカルボキシ化合物からカルボキシ基を除いた残基を重合体の末端に導入することができる。
 重合体を製造する際に反応するヒドロキシ基は、フェノール性ヒドロキシ基であることが好ましい。フェノール性ヒドロキシ基とは、芳香族炭化水素環に直結したヒドロキシ基を意味する。芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環などが挙げられる。
 重合反応には反応を促進させるために触媒が用いられてもよい。触媒とは、例えば、テトラブチルホスホニウムブロミド、エチルトリフェニルホスホニウムブロミドのような第4級ホスホニウム塩、ベンジルトリエチルアンモニウムクロリドのような第4級アンモニウム塩である。触媒の使用量としては、反応に使用する重合体の原料の全質量に対して0.1~10質量%の範囲から適量を選択して用いることができる。重合反応させる温度及び時間は、例えば、80~160℃、2~50時間の範囲から、最適な条件を選択することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
(式(A1-1)中、X、Z、及びZは、それぞれ、式(1)中のX、Z、及びZと同義である。
 式(A1-2)中、X、Z、及びZは、それぞれ、式(1)中のX、Z、及びZと同義である。Aは、それぞれ独立して、水素原子、メチル基又はエチル基を表す。)
 式(A1-1)において、Xは、式(1-A)又は(1-B)で表される2価の有機基を表すことが好ましい。
 式(A1-1)において、Z、及びZは、単結合であることが好ましい。
 式(A1-1)で表される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
 式(A1-2)で表される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
 ジエポキシ化合物としては、例えば、下記式(B1)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
(式(B1)中、X11、Z11、及びZ12は、それぞれ、式(2-1)中のX11、Z11、及びZ12と同義である。Aは、それぞれ独立して、水素原子、メチル基又はエチル基を表す。)
 式(B1)で表される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
 式(A1-2)で表されるジエポキシ化合物以外の、エポキシ基を2つ有するジエポキシ化合物としては、例えば、以下のジエポキシ化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
 カルボキシ基を2つ有するジカルボキシ化合物としては、例えば、下記式(C1)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
(式(C1)中、Qは、式(2-2)中のQと同義である。)
 エポキシ基と反応可能なヒドロキシ基を2つ有するジヒドロキシ化合物としては、例えば、下記式(C2)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
(式(C2)中、Qは、式(2-2)中のQと同義である。)
 式(C1)で表される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
 式(C2)で表される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
 また、フルオレン構造を含む重合体を製造するためのモノマーとして下記の化合物を使用してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
 カルボキシ基を1つ有するモノカルボキシ化合物としては、例えば、下記式(D1)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000054
(式(D1)中、Zは、式(Z)中のZと同義である。)
 式(D1)で表される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000055
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000056
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000057
 フルオレン構造を含む重合体におけるフルオレン構造の割合としては、特に制限されないが、フルオレン構造を含む重合体を製造する際の全モノマーに対して、フルオレン構造を含むモノマーの割合は、10モル%~90モル%が好ましく、20モル%~80モル%がより好ましく、30モル%~70モル%が特に好ましい。
 ここで、モノマーとしては、例えば、上記製造方法例(i)~(iv)においては、以下の化合物がモノマーに相当する。
 ・式(A1-1)で表されるジヒドロキシ化合物
 ・エポキシ基を2つ有するジエポキシ化合物
 ・式(A1-2)で表されるジエポキシ化合物
 ・カルボキシ基を2つ有するジカルボキシ化合物
 ・ヒドロキシ基を2つ有するジヒドロキシ化合物
 ・カルボキシ基を1つ有するモノカルボキシ化合物
 レジスト下層膜形成用組成物におけるフルオレン構造を含む重合体の含有量としては、特に制限されないが、膜構成成分に対して、30質量%~95質量%が好ましく、50質量%~90質量%がより好ましく、60質量%~85質量%が特に好ましい。
 膜構成成分とは、レジスト膜形成用組成物から揮発分(溶剤)を除いた成分である。
<架橋剤>
 レジスト下層膜形成用組成物は、本発明の効果を好適に得る観点から、架橋剤を含むことが好ましい。
 レジスト下層膜形成用組成物に任意成分として含まれる架橋剤は、例えば、それ自体単独で反応する官能基を有する。
 架橋剤としては、例えば、ヘキサメトキシメチルメラミン、テトラメトキシメチルベンゾグアナミン、1,3,4,6-テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル(テトラメトキシメチルグリコールウリル)(POWDERLINK〔登録商標〕1174)、1,3,4,6-テトラキス(ブトキシメチル)グリコールウリル、1,3,4,6-テトラキス(ヒドロキシメチル)グリコールウリル、1,3-ビス(ヒドロキシメチル)尿素、1,1,3,3-テトラキス(ブトキシメチル)尿素及び1,1,3,3-テトラキス(メトキシメチル)尿素などが挙げられる。
 また、架橋剤は、国際公開第2017/187969号公報に記載の、窒素原子と結合する下記式(1d)で表される置換基を1分子中に2~6つ有する含窒素化合物であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000058
(式(1d)中、Rはメチル基又はエチル基を表す。*は窒素原子と結合する結合手を表す。)
 前記式(1d)で表される置換基を1分子中に2~6つ有する含窒素化合物は下記式(1E)で表されるグリコールウリル誘導体であってよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000059
(式(1E)中、4つのRはそれぞれ独立にメチル基又はエチル基を表し、R及びRはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~4のアルキル基、又はフェニル基を表す。)
 前記式(1E)で表されるグリコールウリル誘導体として、例えば、下記式(1E-1)~式(1E-6)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000060
 前記式(1d)で表される置換基を1分子中に2~6つ有する含窒素化合物は、窒素原子と結合する下記式(2d)で表される置換基を1分子中に2~6つ有する含窒素化合物と下記式(3d)で表される少なくとも1種の化合物とを反応させることで得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000061
(式(2d)及び式(3d)中、Rはメチル基又はエチル基を表し、Rは炭素原子数1~4のアルキル基を表す。*は窒素原子と結合する結合手を表す。)
 前記式(1E)で表されるグリコールウリル誘導体は、下記式(2E)で表されるグリコールウリル誘導体と前記式(3d)で表される少なくとも1種の化合物とを反応させることにより得られる。
 前記式(2d)で表される置換基を1分子中に2~6つ有する含窒素化合物は、例えば、下記式(2E)で表されるグリコールウリル誘導体である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000062
(式(2E)中、R及びRはそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数1~4のアルキル基、又はフェニル基を表し、Rはそれぞれ独立に炭素原子数1~4のアルキル基を表す。)
 前記式(2E)で表されるグリコールウリル誘導体として、例えば、下記式(2E-1)~式(2E-4)で表される化合物が挙げられる。さらに前記式(3d)で表される化合物として、例えば下記式(3d-1)及び式(3d-2)で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000063
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000064
 前記窒素原子と結合する式(1d)で表される置換基を1分子中に2~6つ有する含窒素化合物に係る内容については、WO2017/187969号公報の全開示が本願に援用される。
 また、上記架橋剤は、国際公開2014/208542号公報に記載の、下記式(G-1)又は式(G-2)で表される架橋性化合物であってもよい。
(式中、Qは単結合又はm1価の有機基を示し、R及びRはそれぞれ炭素原子数2乃至10のアルキル基、又は炭素原子数1乃至10のアルコキシ基を有する炭素原子数2乃至10のアルキル基を示し、R及びRはそれぞれ水素原子又はメチル基を示し、R及びRはそれぞれ炭素原子数1乃至10のアルキル基、又は炭素原子数6乃至40のアリール基を示す。
 n1は1≦n1≦3の整数、n2は2≦n2≦5の整数、n3は0≦n3≦3の整数、n4は0≦n4≦3の整数、3≦(n1+n2+n3+n4)≦6の整数を示す。
 n5は1≦n5≦3の整数、n6は1≦n6≦4の整数、n7は0≦n7≦3の整数、n8は0≦n8≦3の整数、2≦(n5+n6+n7+n8)≦5の整数を示す。
 m1は2乃至10の整数を示す。)
 上記式(G-1)又は式(G-2)で示される架橋性化合物は、下記式(G-3)又は式(G-4)で示される化合物と、ヒドロキシル基含有エーテル化合物又は炭素原子数2乃至10のアルコールとの反応によって得られるものであってよい。
(式中、Qは単結合又はm2価の有機基を示す。R、R、R11及びR12はそれぞれ水素原子又はメチル基を示し、R及びR10はそれぞれ炭素原子数1乃至10のアルキル基、又は炭素原子数6乃至40のアリール基を示す。
 n9は1≦n9≦3の整数、n10は2≦n10≦5の整数、n11は0≦n11≦3の整数、n12は0≦n12≦3の整数、3≦(n9+n10+n11+n12)≦6の整数を示す。
 n13は1≦n13≦3の整数、n14は1≦n14≦4の整数、n15は0≦n15≦3の整数、n16は0≦n16≦3の整数、2≦(n13+n14+n15+n16)≦5の整数を示す。
 m2は2乃至10の整数を示す。)
 上記式(G-1)及び式(G-2)で示される化合物は例えば以下に例示することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000067
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000068
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000069
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000070
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000071
 式(G-3)及び式(G-4)で示される化合物は例えば以下に例示することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000072
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000073
 式中、Meはメチル基を表す。
 国際公開2014/208542号公報の全開示は本願に援用される。
 前記架橋剤が使用される場合、レジスト下層膜形成用組成物における当該架橋剤の含有割合は、フルオレン構造を含む重合体に対し、例えば1質量%~50質量%であり、好ましくは、5質量%~40質量%である。
<硬化触媒>
 レジスト下層膜形成用組成物に任意成分として含まれる硬化触媒は、熱酸発生剤、光酸発生剤何れも使用することができるが、熱酸発生剤を使用することが好ましい。
 熱酸発生剤としては、例えば、p-トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウム-p-トルエンスルホネート(ピリジニウム-p-トルエンスルホン酸)、ピリジニウムフェノールスルホン酸、ピリジニウム-p-ヒドロキシベンゼンスルホン酸(p-フェノールスルホン酸ピリジニウム塩)、ピリジニウム-トリフルオロメタンスルホン酸、サリチル酸、カンファースルホン酸、5-スルホサリチル酸、4-クロロベンゼンスルホン酸、4-ヒドロキシベンゼンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、1-ナフタレンスルホン酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸等のスルホン酸化合物及びカルボン酸化合物が挙げられる。
 光酸発生剤としては、例えば、オニウム塩化合物、スルホンイミド化合物、及びジスルホニルジアゾメタン化合物等が挙げられる。
 オニウム塩化合物としては、例えば、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-tert-ブチルフェニル)ヨードニウムカンファースルホネート及びビス(4-tert-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、及び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及び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等のスルホニウム塩化合物等が挙げられる。
 スルホンイミド化合物としては、例えば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)スクシンイミド及び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。
 ジスルホニルジアゾメタン化合物としては、例えば、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、及びメチルスルホニル-p-トルエンスルホニルジアゾメタン等が挙げられる。
 硬化触媒は一種のみを使用することができ、または二種以上を組み合わせて使用することができる。
 硬化触媒が使用される場合、当該硬化触媒の含有割合は、架橋剤に対し、例えば0.1質量%~50質量%であり、好ましくは、1質量%~30質量%である。
<溶剤>
 溶剤としては、一般的に半導体リソグラフィー工程用薬液に用いられる有機溶剤が好ましい。具体的には、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、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、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、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アセテート、プロピレングリコールプロピ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、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、4-メチル-2-ペンタノール、2-ヒドロキシイソ酪酸メチル、2-ヒドロキシイソ酪酸エチル、エトキシ酢酸エチル、酢酸2-ヒドロキシエチル、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、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、2-ヘプタノン、メトキシシクロペンタン、アニソール、γ-ブチロラクトン、N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、及びN,N-ジメチルアセトアミドが挙げられる。これらの溶剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
 これらの溶剤の中で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、乳酸エチル、乳酸ブチル、及びシクロヘキサノンが好ましい。特にプロピレングリコールモノメチルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートが好ましい。
<その他の成分>
 レジスト下層膜形成用組成物には、ピンホールやストリエーション等の発生がなく、表面むらに対する塗布性をさらに向上させるために、さらに界面活性剤を添加することができる。
 界面活性剤としては、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、エフトップEF301、EF303、EF352((株)トーケムプロダクツ製、商品名)、メガファックF171、F173、R-30(DIC(株)製、商品名)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム(株)製、商品名)、アサヒガードAG710、サーフロンS-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製、商品名)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)等を挙げることができる。
 これらの界面活性剤の配合量は、特に制限されないが、レジスト下層膜形成用組成物の全固形分に対して通常2.0質量%以下、好ましくは1.0質量%以下である。
 これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また2種以上の組合せで添加することもできる。
 レジスト下層膜形成用組成物が含む膜構成成分、すなわち前記溶剤を除いた成分は、例えば、レジスト下層膜形成用組成物の0.01質量%~10質量%である。
 EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物は、好ましくは、膜厚が10nm以下のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜の形成に用いられる。
(EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜)
 本発明のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜(以下、単に「レジスト下層膜」と称することがある)は、前述したEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物の硬化物である。
 レジスト下層膜は、例えば、前述したEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物を半導体基板上に塗布し、焼成することにより製造することができる。
 レジスト下層膜形成用組成物が塗布される半導体基板としては、例えば、シリコンウエハ、ゲルマニウムウエハ、及びヒ化ガリウム、リン化インジウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム等の化合物半導体ウエハが挙げられる。
 表面に無機膜が形成された半導体基板を用いる場合、当該無機膜は、例えば、ALD(原子層堆積)法、CVD(化学気相堆積)法、反応性スパッタ法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、スピンコーティング法(スピンオングラス:SOG)により形成される。前記無機膜として、例えば、ポリシリコン膜、酸化ケイ素膜、窒化珪素膜、BPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)膜、窒化チタン膜、窒化酸化チタン膜、タングステン膜、窒化ガリウム膜、及びヒ化ガリウム膜が挙げられる。
 このような半導体基板上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により本発明のレジスト下層膜形成用組成物を塗布する。その後、ホットプレート等の加熱手段を用いてベークすることによりレジスト下層膜を形成する。ベーク条件としては、ベーク温度100℃~400℃、ベーク時間0.3分~60分間の中から適宜、選択される。好ましくは、ベーク温度120℃~350℃、ベーク時間0.5分~30分間、より好ましくは、ベーク温度150℃~300℃、ベーク時間0.8分~10分間である。
 レジスト下層膜の膜厚としては、例えば0.001μm(1nm)~10μm、0.002μm(2nm)~1μm、0.005μm(5nm)~0.5μm(500nm)、0.001μm(1nm)~0.05μm(50nm)、0.002μm(2nm)~0.05μm(50nm)、0.003μm(3nm)~0.05μm(50nm)、0.004μm(4nm)~0.05μm(50nm)、0.005μm(5nm)~0.05μm(50nm)、0.003μm(3nm)~0.03μm(30nm)、0.003μm(3nm)~0.02μm(20nm)、0.005μm(5nm)~0.02μm(20nm)、0.005μm(5nm)~0.02μm(20nm)、0.003μm(3nm)~0.01μm(10nm)、0.005μm(5nm)~0.01μm(10nm)、0.003μm(3nm)~0.006μm(6nm)、又は0.005μm(5nm)である。
 本明細書におけるレジスト下層膜の膜厚の測定方法は、以下のとおりである。
 ・測定装置名:エリプソ式膜厚測定装置RE-3100 ((株)SCREEN)
 ・SWE(単波長エリプソメータ)モード
 ・8点の算術平均(例えば、ウエハX方向に1cm間隔で8点測定)
(半導体加工用基板)
 本発明の半導体加工用基板は、半導体基板と、本発明のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜とを備える。
 半導体基板としては、例えば、前述の半導体基板が挙げられる。
 レジスト下層膜は、例えば、半導体基板の上に配される。
(半導体素子の製造方法、パターン形成方法)
 本発明の半導体素子の製造方法は、少なくとも以下の工程を含む。
 ・半導体基板の上に、本発明のEB又はEUVリソグラフィー用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、及び
 ・レジスト下層膜の上に、レジスト膜を形成する工程
 本発明のパターン形成方法は、少なくとも以下の工程を含む。
 ・半導体基板の上に、本発明のEB又はEUVリソグラフィー用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、
 ・レジスト下層膜の上に、レジスト膜を形成する工程
 ・レジスト膜にEB又はEUVを照射し、次いで、レジスト膜を現像し、レジストパターンを得る工程、及び
 ・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
 通常、レジスト下層膜の上にレジスト膜が形成される。
 レジスト膜の膜厚としては、200nm以下が好ましく、150nm以下がより好ましく、100nm以下が更により好ましく、80nm以下が特に好ましい。また、レジスト膜の膜厚としては、10nm以上が好ましく、20nm以上がより好ましく、30nm以上が特に好ましい。
 レジスト膜の形成方法としては、特に制限されない。
 レジスト下層膜の上に、例えば、公知の方法で塗布、焼成して形成されるレジスト膜としては照射に使用されるEB又はEUVに応答するものであれば特に限定はない。ネガ型フォトレジスト及びポジ型フォトレジストのいずれも使用できる。
 なお、本明細書においてはEBに応答するレジストもフォトレジストと称する。
 フォトレジストとしては、ノボラック樹脂と1,2-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルとからなるポジ型フォトレジスト、酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーと光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジスト、酸により分解してフォトレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物とアルカリ可溶性バインダーと光酸発生剤とからなる化学増幅型フォトレジスト、及び酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーと酸により分解してフォトレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物と光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジスト、メタル元素を含有するレジストなどがある。例えば、JSR(株)製商品名V146G、シプレー社製商品名APEX-E、住友化学(株)製商品名PAR710、及び信越化学工業(株)製商品名AR2772、SEPR430等が挙げられる。また、例えば、Proc.SPIE,Vol.3999,330-334(2000)、Proc.SPIE,Vol.3999,357-364(2000)、やProc.SPIE,Vol.3999,365-374(2000)に記載されているような、含フッ素原子ポリマー系フォトレジストを挙げることができる。
 また、WO2019/188595、WO2019/187881、WO2019/187803、WO2019/167737、WO2019/167725、WO2019/187445、WO2019/167419、WO2019/123842、WO2019/054282、WO2019/058945、WO2019/058890、WO2019/039290、WO2019/044259、WO2019/044231、WO2019/026549、WO2018/193954、WO2019/172054、WO2019/021975、WO2018/230334、WO2018/194123、特開2018-180525、WO2018/190088、特開2018-070596、特開2018-028090、特開2016-153409、特開2016-130240、特開2016-108325、特開2016-047920、特開2016-035570、特開2016-035567、特開2016-035565、特開2019-101417、特開2019-117373、特開2019-052294、特開2019-008280、特開2019-008279、特開2019-003176、特開2019-003175、特開2018-197853、特開2019-191298、特開2019-061217、特開2018-045152、特開2018-022039、特開2016-090441、特開2015-10878、特開2012-168279、特開2012-022261、特開2012-022258、特開2011-043749、特開2010-181857、特開2010-128369、WO2018/031896、特開2019-113855、WO2017/156388、WO2017/066319、特開2018-41099、WO2016/065120、WO2015/026482、特開2016-29498、特開2011-253185等に記載のレジスト組成物、感放射性樹脂組成物、有機金属溶液に基づいた高解像度パターニング組成物等のいわゆるレジスト組成物、金属含有レジスト組成物が使用できるが、これらに制限されない。
 レジスト組成物としては、例えば、以下の組成物が挙げられる。
 酸の作用により脱離する保護基で極性基が保護された酸分解性基を有する繰り返し単位を有する樹脂A、及び、下記一般式(21)で表される化合物を含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000074
 一般式(21)中、mは、1~6の整数を表す。
 R及びRは、それぞれ独立に、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基を表す。
 Lは、-O-、-S-、-COO-、-SO-、又は、-SO-を表す。
 Lは、置換基を有していてもよいアルキレン基又は単結合を表す。
 Wは、置換基を有していてもよい環状有機基を表す。
 Mは、カチオンを表す。
 金属-酸素共有結合を有する化合物と、溶媒とを含有し、上記化合物を構成する金属元素が、周期表第3族~第15族の第3周期~第7周期に属する、極端紫外線又は電子線リソグラフィー用金属含有膜形成組成物。
 下記式(31)で表される第1構造単位及び下記式(32)で表され酸解離性基を含む第2構造単位を有する重合体と、酸発生剤とを含有する、感放射線性樹脂組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000075
(式(31)中、Arは、炭素原子数6~20のアレーンから(n+1)個の水素原子を除いた基である。Rは、ヒドロキシ基、スルファニル基又は炭素原子数1~20の1価の有機基である。nは、0~11の整数である。nが2以上の場合、複数のRは同一又は異なる。Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。式(32)中、Rは、上記酸解離性基を含む炭素原子数1~20の1価の基である。Zは、単結合、酸素原子又は硫黄原子である。Rは、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。)
 環状炭酸エステル構造を有する構造単位、下記式で表される構造単位及び酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂(A1)と、酸発生剤とを含有するレジスト組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000076
 [式中、
 Rは、ハロゲン原子を有してもよい炭素原子数1~6のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表し、Xは、単結合、-CO-O-*又は-CO-NR-*を表し、*は-Arとの結合手を表し、Rは、水素原子又は炭素原子数1~4のアルキル基を表し、Arは、ヒドロキシ基及びカルボキシル基からなる群から選ばれる1以上の基を有していてもよい炭素原子数6~20の芳香族炭化水素基を表す。]
 レジスト膜としては、例えば、以下が挙げられる。
 下記式(a1)で表される繰り返し単位及び/又は下記式(a2)で表される繰り返し単位と、露光によりポリマー主鎖に結合した酸を発生する繰り返し単位とを含むベース樹脂を含むレジスト膜。
(式(a1)及び式(a2)中、Rは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。R及びRは、それぞれ独立に、炭素原子数4~6の3級アルキル基である。Rは、それぞれ独立に、フッ素原子又はメチル基である。mは、0~4の整数である。Xは、単結合、フェニレン基若しくはナフチレン基、又はエステル結合、ラクトン環、フェニレン基及びナフチレン基から選ばれる少なくとも1種を含む炭素原子数1~12の連結基である。Xは、単結合、エステル結合又はアミド結合である。)
 レジスト材料としては、例えば、以下が挙げられる。
 下記式(b1)又は式(b2)で表される繰り返し単位を有するポリマーを含むレジスト材料。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000078
(式(b1)及び式(b2)中、Rは、水素原子又はメチル基である。Xは、単結合又はエステル基である。Xは、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素原子数1~12のアルキレン基又は炭素原子数6~10のアリーレン基であり、該アルキレン基を構成するメチレン基の一部が、エーテル基、エステル基又はラクトン環含有基で置換されていてもよく、また、Xに含まれる少なくとも1つの水素原子が臭素原子で置換されている。Xは、単結合、エーテル基、エステル基、又は炭素原子数1~12の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキレン基であり、該アルキレン基を構成するメチレン基の一部が、エーテル基又はエステル基で置換されていてもよい。Rf~Rfは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であるが、少なくとも1つはフッ素原子又はトリフルオロメチル基である。また、Rf及びRfが合わさってカルボニル基を形成してもよい。R~Rは、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素原子数1~12のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素原子数2~12のアルケニル基、炭素原子数2~12のアルキニル基、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数7~12のアラルキル基、又は炭素原子数7~12のアリールオキシアルキル基であり、これらの基の水素原子の一部又は全部が、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、オキソ基、シアノ基、アミド基、ニトロ基、スルトン基、スルホン基又はスルホニウム塩含有基で置換されていてもよく、これらの基を構成するメチレン基の一部が、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カーボネート基又はスルホン酸エステル基で置換されていてもよい。また、RとRとが結合して、これらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。)
 下記式(a)で表される繰り返し単位を含むポリマーを含むベース樹脂を含むレジスト材料。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000079
(式(a)中、Rは、水素原子又はメチル基である。Rは、水素原子又は酸不安定基である。Rは、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素原子数1~6のアルキル基、又は臭素以外のハロゲン原子である。Xは、単結合若しくはフェニレン基、又はエステル基若しくはラクトン環を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素原子数1~12のアルキレン基である。Xは、-O-、-O-CH-又は-NH-である。mは、1~4の整数である。uは、0~3の整数である。ただし、m+uは、1~4の整数である。)
 露光により酸を発生し、酸の作用により現像液に対する溶解性が変化するレジスト組成物であって、
  酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基材成分(A)及びアルカリ現像液に対して分解性を示すフッ素添加剤成分(F)を含有し、
  前記フッ素添加剤成分(F)は、塩基解離性基を含む構成単位(f1)と、下記一般式(f2-r-1)で表される基を含む構成単位(f2)と、を有するフッ素樹脂成分(F1)を含有する、レジスト組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000080
[式(f2-r-1)中、Rf21は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、水酸基、ヒドロキシアルキル基又はシアノ基である。n”は、0~2の整数である。*は結合手である。]
 前記構成単位(f1)は、下記一般式(f1-1)で表される構成単位、又は下記一般式(f1-2)で表される構成単位を含む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000081
[式(f1-1)、(f1-2)中、Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素原子数1~5のアルキル基又は炭素原子数1~5のハロゲン化アルキル基である。Xは、酸解離性部位を有さない2価の連結基である。Aarylは、置換基を有していてもよい2価の芳香族環式基である。X01は、単結合又は2価の連結基である。Rは、それぞれ独立に、フッ素原子を有する有機基である。]
 コーティング、コーティング溶液、及びコーティング組成物としては、例えば、以下が挙げられる。
 金属炭素結合および/また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。
 無機オキソ/ヒドロキソベースの組成物。
 コーティング溶液であって、有機溶媒;第一の有機金属組成物であって、式RSnO(2-(z/2)-(x/2))(OH)(ここで、0<z≦2および0<(z+x)≦4である)、式R’SnX4-n(ここで、n=1または2である)、またはそれらの混合物によって表され、ここで、RおよびR’が、独立して、1~31個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、およびXが、Snに対する加水分解性結合を有する配位子またはそれらの組合せである、第一の有機金属組成物;および加水分解性の金属化合物であって、式MX’(ここで、Mが、元素周期表の第2~16族から選択される金属であり、v=2~6の数であり、およびX’が、加水分解性のM-X結合を有する配位子またはそれらの組合せである)によって表される、加水分解性の金属化合物を含む、コーティング溶液。
 有機溶媒と、式RSnO(3/2-x/2)(OH)(式中、0<x<3)で表される第1の有機金属化合物とを含むコーティング溶液であって、前記溶液中に約0.0025M~約1.5Mのスズが含まれ、Rが3~31個の炭素原子を有するアルキル基またはシクロアルキル基であり、前記アルキル基またはシクロアルキル基が第2級または第3級炭素原子においてスズに結合された、コーティング溶液。
 水と、金属亜酸化物陽イオンと、多原子無機陰イオンと、過酸化物基を含んで成る感放射線リガンドとの混合物を含んで成る無機パターン形成前駆体水溶液。
 EB又はEUVの照射は、例えば、所定のパターンを形成するためのマスク(レチクル)を通して行われる。本発明のレジスト下層膜形成用組成物は、EB(電子線)又はEUV(極端紫外線:13.5nm)照射用に適用されるが、EUV(極端紫外線)露光用に適用されることが好ましい。
 EBの照射エネルギー及びEUVの露光量としては、特に制限されない。
 EB又はEUVの照射後であって現像の前に、ベーク(PEB:Post Exposure Bake)を行ってもよい。
 ベーク温度としては、特に制限されないが、60℃~150℃が好ましく、70℃~120℃がより好ましく、75℃~110℃が特に好ましい。
 ベーク時間としては、特に制限されないが、1秒間~10分間が好ましく、10秒間~5分間がより好ましく、30秒間~3分間が特に好ましい。
 現像には、例えば、アルカリ現像液が用いられる。
 現像温度としては、例えば、5℃~50℃が挙げられる。
 現像時間としては、例えば、10秒間~300秒間が挙げられる。
 アルカリ現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、n-プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジーn-ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、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、コリン等の第4級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類、等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。さらに、上記アルカリ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。これらの中で好ましい現像液は第四級アンモニウム塩の水溶液、さらに好ましくはテトラメチルアンモニウムヒドロキシドの水溶液及びコリンの水溶液である。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。アルカリ現像液に代えて、酢酸ブチル等の有機溶媒で現像を行い、フォトレジストのアルカリ溶解速度が向上していない部分を現像する方法を用いることもできる。
 次いで、形成したレジストパターンをマスクとして、レジスト下層膜をエッチングする。エッチングは、ドライエッチングであってもよし、ウェットエッチングであってもよいが、ドライエッチングであることが好ましい。
 用いた半導体基板の表面に前記無機膜が形成されている場合、その無機膜の表面を露出させ、用いた半導体基板の表面に前記無機膜が形成されていない場合、その半導体基板の表面を露出させる。その後半導体基板を公知の方法(ドライエッチング法等)により半導体基板を加工する工程を経て、半導体装置が製造できる。
 次に実施例を挙げ本発明の内容を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
 下記合成例に示すポリマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略称する)による測定結果である。測定には東ソー(株)製GPC装置を用い、測定条件等は次のとおりである。
 GPCカラム:Shodex KF803L、Shodex KF802、Shodex KF801〔登録商標〕(昭和電工(株))
 カラム温度:40℃
 溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
 流量:1.0ml/分
 標準試料:ポリスチレン(東ソー(株)製)
<合成例1>
 反応容器中で、モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業(株)製)5.00g、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン(東京化成工業(株)製)5.32g、アダマンタンカルボン酸(東京化成工業(株)製)0.96g、及びテトラブチルホスホニウムブロマイド(ACROSS社製)0.21gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル79.00gに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、105℃で24時間反応させ、ポリマー溶液を得た。当該ポリマー溶液は、室温に冷却しても白濁等を生じることはなく、プロピレングリコールモノメチルエーテルに対する溶解性は良好であった。GPC分析を行ったところ、得られた溶液中のポリマーは標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量8000であった。本合成例で得られたポリマーは、下記式(1a)、(2a)、及び(3a)で表される構造単位を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000082
<合成例2>
 反応容器中で、9,9-ビス(4-グリシジルオキシフェニル)フルオレン(大阪ガスケミカル(株)製、商品名:オグソールPG)10.00g、3,3’-ジチオジプロピオン酸(堺化学工業(株)製、商品名:DTDPA)5.32g、アダマンタンカルボン酸(東京化成工業(株)製)1.16g、及びテトラブチルホスホニウムブロマイド(ACROSS社製)0.25gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル35.58gに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、105℃で24時間反応させ、ポリマー溶液を得た。当該ポリマー溶液は、室温に冷却しても白濁等を生じることはなく、プロピレングリコールモノメチルエーテルに対する溶解性は良好であった。GPC分析を行ったところ、得られた溶液中のポリマーは標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量9000であった。本合成例で得られたポリマーは、下記式(1b)、(2b)、及び(3a)で表される構造単位を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000083
<合成例3>
 反応容器中で、3’,6’-Bis(2-oxiranylmethoxy)spiro[9H-fluorene-9,9’-[9H]xanthene](田岡化学工業(株)製、商品名:TBIS-RXG)5.00g、3,3’-ジチオジプロピオン酸(堺化学工業(株)製、商品名:DTDPA)1.82g、アダマンタンカルボン酸(東京化成工業(株)製)0.55g、及びテトラブチルホスホニウムブロマイド(ACROSS社製)0.25gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル30.00gに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、105℃で24時間反応させ、ポリマー溶液を得た。当該ポリマー溶液は、室温に冷却しても白濁等を生じることはなく、プロピレングリコールモノメチルエーテルに対する溶解性は良好であった。GPC分析を行ったところ、得られた溶液中のポリマーは標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量8000であった。本合成例で得られたポリマーは、下記式(1c)、(2b)、及び(3a)で表される構造単位を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000084
<比較合成例1>
 反応容器中で、モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業(株)製)3.00g、3,3’-ジチオジプロピオン酸(堺化学工業(株)製、商品名:DTDPA)1.91g、アダマンタンカルボン酸(東京化成工業(株)製)0.57、及びテトラブチルホスホニウムブロマイド(ACROSS社製)0.14gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル6.87gに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、105℃で8時間反応させ、ポリマー溶液を得た。当該ポリマー溶液は、室温に冷却しても白濁等を生じることはなく、プロピレングリコールモノメチルエーテルに対する溶解性は良好であった。GPC分析を行ったところ、得られた溶液中のポリマーは標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量5000であった。本合成例で得られたポリマーは、下記式(1b)、(2a)、及び(3a)で表される構造単位を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000085
<実施例1>
 上記合成例1で得られたポリマー溶液0.43g(固形分:16.4重量%)に、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)製)0.02g、ピリジニウムフェノールスルホン酸0.003g、プロピレングリコールモノメチルエーテル44.5g及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート4.99gを加え溶解させた。その後孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、リソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物とした。
<実施例2>
 上記合成例2で得られたポリマー溶液0.47g(固形分:17.8重量%)に、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)製)0.02g、ピリジニウムフェノールスルホン酸0.003g、プロピレングリコールモノメチルエーテル44.6g及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート4.99gを加え溶解させた。その後孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、リソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物とした。
<実施例3>
 上記合成例3で得られたポリマー溶液0.47g(固形分:18.3重量%)に、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)製)0.02g、ピリジニウムフェノールスルホン酸0.003g、プロピレングリコールモノメチルエーテル44.6g及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート4.99gを加え溶解させた。その後孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、リソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物とした。
<比較例1>
 上記比較合成例1で得られたポリマー溶液0.47g(固形分:18.0重量%)に、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)製)0.02g、ピリジニウムフェノールスルホン酸0.003g、プロピレングリコールモノメチルエーテル44.6g及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート4.99gを加え溶解させた。その後孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、リソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物とした。
〔フォトレジスト溶剤への溶出試験〕
 実施例1、実施例2、実施例3及び比較例1の各レジスト下層膜形成用組成物を、それぞれ、スピナーにより、半導体基板であるシリコンウェハー上に塗布した。そのシリコンウェハーをホットプレート上に配置し、205℃で1分間ベークし、レジスト下層膜(膜厚5nm)を形成した。これらのレジスト下層膜をフォトレジストに使用する溶剤である乳酸エチル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルのそれぞれに浸漬し、それらの各溶剤に不溶であることを確認した。
〔電子線描画装置によるポジ型レジストパターンの形成〕
 実施例1、実施例2、実施例3及び比較例1の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ェハー上にそれぞれ塗布した。そのシリコンウェハーを、ホットプレート上で205℃、60秒間ベークし、膜厚5nmのレジスト下層膜を得た。そのレジスト下層膜上に、EUV用ポジ型レジスト溶液(メタクリルポリマー含有)をスピンコートし、130℃で60秒間加熱し、EUVレジスト膜を形成した。そのレジスト膜に対し、電子線描画装置(ELS-G130)を用い、所定の条件で露光した。露光後、100℃で60秒間ベーク(PEB)を行い、クーリングプレート上で室温まで冷却し、アルカリ現像液(2.38%TMAH)で現像した後、CD25nm/50nmピッチのラインアンドスペースのレジストパターンを形成した。レジストパターンの測長には走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジーズ製、CG4100)を用いた。上記レジストパターンの形成において、CDサイズ25nmのLWRを比較した。結果を表1に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000086
 実施例1、実施例2及び実施例3においていずれも比較例1と比較して、良好なLWRを示した。

Claims (11)

  1.  フルオレン構造を含む重合体及び溶剤を含有する、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
  2.  前記重合体が、下記式(1)で表される部分構造を含む、請求項1に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(1)中、Xは、フルオレン構造を有する2価の有機基を表す。
     Z、及びZは、それぞれ独立して、単結合、-O-、-C(=O)O-又は-O-C2m-O-(mは、1~6の整数を表す。)を表す。
     A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立して、水素原子、メチル基又はエチル基を表す。
     *は、結合手を表す。)
  3.  前記式(1)中のXが、下記式(1-A)又は(1-B)で表される2価の有機基を表す、請求項2に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式(1-A)及び(1-B)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアシル基、炭素原子数1~6のアルコキシ基、炭素原子数1~6のアルコキシカルボニル基、炭素原子数1~10のアルキル基、炭素原子数6~20のアリール基、炭素原子数2~20のアルケニル基又は炭素原子数2~10のアルキニル基を表し、上記アシル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルキル基、アリール基、アルケニル基及びアルキニル基は、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシ基、グリシジル基及びカルボキシル基からなる群より選択される基を1つ又は複数有していてもよい。
     R及びRは、それぞれ独立して、単結合、又は炭素原子数1~10のアルキレン基を表す。
     m1及びm2は、それぞれ独立して、0~4の整数を表す。
     n1及びn2は、それぞれ独立して、0又は1を表す。
     n1が0のとき、o1は、0~4の整数を表す。n1が1のとき、o1は、0~6の整数を表す。
     n2が0のとき、o2は、0~4の整数を表す。n2が1のとき、o2は、0~6の整数を表す。
     R~Rがそれぞれ複数のとき、複数のR~Rのぞれぞれは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
     1つのRと1つのRとは、一緒になって-O-結合を形成していてもよい。
     *は、結合手を表す。)
  4.  前記重合体が、更に下記式(2-1)で表される部分構造及び下記式(2-2)で表される部分構造の少なくともいずれかを含む、請求項2に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式(2-1)中、X11は、下記式(2-1-1)~(2-1-3)のいずれかで表される基を表す。
     Z11及びZ12は、それぞれ独立して、単結合又は下記式(2-1-4)で表される2価の基を表す。
     式(2-2)中、Qは、単結合、又は2価の有機基を表す。p1及びp2は、それぞれ独立して、0又は1を表す。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (式(2-1-1)~(2-1-3)中、R11~R15は、それぞれ独立して、水素原子、酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基、酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニル基、酸素原子若しくは硫黄原子で中断されていてもよい炭素原子数2~10のアルキニル基、ベンジル基又はフェニル基を表し、該フェニル基は、炭素原子数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、炭素原子数1~6のアルコキシ基、ニトロ基、シアノ基及び炭素原子数1~6のアルキルチオ基からなる群から選ばれる少なくとも1つの1価の基で置換されていてもよい。R11とR12は、互いに結合して炭素原子数3~6の環を形成していてもよい。R13とR14は、互いに結合して炭素原子数3~6の環を形成していてもよい。*は結合手を表す。*1は炭素原子に結合する結合手を表す。*2は窒素原子に結合する結合手を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
    (式(2-1-4)中、m1は1~4の整数を表し、m2は0又は1を表す。*3は窒素原子に結合する結合手を表す。*4は結合手を表す。)
  5.  更に、架橋剤を含有する、請求項1に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
  6.  更に、硬化触媒を含有する、請求項1に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
  7.  膜厚が10nm以下のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜の形成に用いられる、請求項1に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物。
  8.  請求項1から7のいずれかに記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成用組成物の硬化物である、EB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜。
  9.  半導体基板と、
     請求項8に記載のEB又はEUVリソグラフィー用レジスト下層膜と、
    を備える半導体加工用基板。
  10.  半導体基板の上に、請求項1から7のいずれかに記載のEB又はEUVリソグラフィー用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、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。
  11.  半導体基板の上に、請求項1から7のいずれかに記載のEB又はEUVリソグラフィー用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、レジスト膜を形成する工程と、
     前記レジスト膜にEB又はEUVを照射し、次いで、前記レジスト膜を現像し、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、
    を含む、パターン形成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007178974A (ja) * 2005-12-26 2007-07-12 Cheil Industries Inc フォトレジスト下層膜用ハードマスク組成物及びこれを利用した半導体集積回路デバイスの製造方法
JP2021015205A (ja) * 2019-07-12 2021-02-12 日産化学株式会社 高分子架橋剤を用いたレジスト下層膜形成組成物
WO2021070727A1 (ja) * 2019-10-09 2021-04-15 日産化学株式会社 レジスト下層膜形成組成物

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