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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024073468
(43)【公開日】2024-05-29
(54)【発明の名称】レジスト下層膜形成組成物
(51)【国際特許分類】
   G03F 7/11 20060101AFI20240522BHJP
   C08G 59/18 20060101ALI20240522BHJP
   G03F 7/20 20060101ALI20240522BHJP
   H01L 21/027 20060101ALI20240522BHJP
【FI】
G03F7/11 503
C08G59/18
G03F7/20 501
G03F7/20 502
G03F7/20 503
G03F7/20 504
H01L21/30 573
G03F7/20 521
【審査請求】有
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024026604
(22)【出願日】2024-02-26
(62)【分割の表示】P 2023507118の分割
【原出願日】2022-03-15
(31)【優先権主張番号】P 2021042226
(32)【優先日】2021-03-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2021042227
(32)【優先日】2021-03-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2021042229
(32)【優先日】2021-03-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000003986
【氏名又は名称】日産化学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001508
【氏名又は名称】弁理士法人 津国
(72)【発明者】
【氏名】緒方 裕斗
(72)【発明者】
【氏名】田村 護
【テーマコード(参考)】
2H197
2H225
4J036
5F146
【Fターム(参考)】
2H197CA05
2H197CA08
2H197CA09
2H197CA10
2H197CE01
2H197CE10
2H197HA03
2H197JA22
2H225AE04N
2H225AE33N
2H225AM62N
2H225AM90N
2H225AM94N
2H225AN05N
2H225AN38N
2H225AN39N
2H225AN67N
2H225BA01N
2H225BA21N
2H225BA34N
2H225CA12
2H225CB18
2H225CC03
2H225CC15
4J036AB01
4J036AB07
4J036AB16
4J036AC01
4J036AC05
4J036AC09
4J036AD07
4J036AD08
4J036AD10
4J036AG06
4J036AG07
4J036DB06
4J036DB07
4J036DB08
4J036DB10
4J036DB16
4J036DB17
4J036DB18
4J036DB20
4J036DB21
4J036DD01
4J036DD02
4J036JA09
5F146NA01
5F146NA14
5F146NA17
5F146NA18
(57)【要約】      (修正有)
【課題】所望のレジストパターンを形成できるレジスト下層膜を形成するための組成物、及び該レジスト下層膜形成組成物を用いたレジストパターン製造方法、半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】式(P1)で表されるポリマー:

(式(P1)中、AT及びTは各々独立して単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、L及びLは各々独立して単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、Uはニトロ基を表し、Dは炭素原子数6~40の芳香環又は複素環を表し、nは0~3の整数を表す。)と、溶剤とを含む、レジスト下層膜形成組成物。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記式(P1)で表されるポリマー:
【化103】
(式(P1)中、A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Qは2価の有機基を表し、T及びTは各々独立して単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、L及びLは各々独立して単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、Uはニトロ基を表し、Dは炭素原子数6~40の芳香環又は複素環を表し、nは0~3の整数を表す。)と、溶剤とを含む、レジスト下層膜形成組成物。
【請求項2】
前記エポキシ基含有化合物、エポキシ基を2以上含む化合物又はQが、複素環構造を含む、請求項1に記載のレジスト下層膜形成組成物。
【請求項3】
前記L~Lの少なくとも1つが、炭素原子数2~10のアルケニレン基である、請求項1に記載のレジスト下層膜形成組成物。
【請求項4】
下記式(200):
【化104】

(式(200)中、Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40の芳香環を表し、Lは置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、n個のRは独立にヒドロキシ基、ハロゲン原子、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、メチレンジオキシ基、アセトキシ基、メチルチオ基、アミノ基、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基及び置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルコキシ基からなる群より選ばれる基を表し、nは0~5の整数を表し、*はポリマー又は化合物残基への結合部分を表す。)で表される構造を末端に含むポリマー又は化合物、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。
【請求項5】
前記ポリマーが、エポキシ基を2以上含む化合物(A)と、該エポキシ基と反応性を有する基を2以上含む化合物(B)との反応生成物であり、
前記化合物(A)及び(B)が、複素環構造又は炭素原子数6~40の芳香環構造を含む、請求項4に記載のレジスト下層膜形成組成物。
【請求項6】
前記ポリマーが、下記式(P2):
【化105】
(式(P2)中、A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Q及びQは各々独立して複素環構造又は炭素原子数6~40の芳香環構造を含む2価の有機基を表し、T及びTは各々独立して単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、L及びLは各々独立して単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表す。)で表される単位構造を含む、請求項5に記載のレジスト下層膜形成組成物。
【請求項7】
酸発生剤をさらに含む、請求項1~6の何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
【請求項8】
架橋剤をさらに含む、請求項1~7の何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
【請求項9】
請求項1~8何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなる塗布膜の焼成物であることを特徴とするレジスト下層膜。
【請求項10】
半導体基板上に請求項1~9何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物を塗布しベークしてレジスト下層膜を形成する工程、
前記レジスト下層膜上にレジストを塗布しベークしてレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト下層膜と前記レジストで被覆された半導体基板を露光する工程、
露光後の前記レジスト膜を現像し、パターニングする工程
を含む、パターニングされた基板の製造方法。
【請求項11】
半導体基板上に、請求項1~9何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなる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、
レジスト膜に対する光又は電子線の照射とその後の現像によりレジストパターンを形成する工程と、
形成された前記レジストパターンを介して前記レジスト下層膜をエッチングすることによりパターン化されたレジスト下層膜を形成する工程と、
パターン化された前記レジスト下層膜により半導体基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体製造におけるリソグラフィープロセスにおいて、特に最先端(ArF、EUV、EB等)のリソグラフィープロセスに用いられる組成物に関する。また、前記レジスト下層膜を適用したレジストパターン付き基板の製造方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から半導体装置の製造において、レジスト組成物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。前記微細加工は、シリコンウェハー等の半導体基板上にフォトレジスト組成物の薄膜を形成し、その上に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、前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。近年、半導体デバイスの高集積度化が進み、使用される活性光線も、従来使用されていたi線(波長365nm)、KrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)に加え、最先端の微細加工にはEUV光(波長13.5nm)又はEB(電子線)の実用化が検討されている。これに伴い、半導体基板等からの影響による、レジストパターン形成不良が大きな問題となっている。そこでこの問題を解決すべく、レジストと半導体基板の間にレジスト下層膜を設ける方法が広く検討されている。特許文献1には、縮合系ポリマーを有するEUVリソグラフィー用レジスト下層膜形成組成物が開示されている。特許文献2には、特定の単位構造を主鎖に有するポリマーを含むレジスト下層膜形成組成物が開示されている。特許文献3には、ニトリル化合物を含む半導体リソグラフィー膜形成組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際特許出願公開第2013/018802号公報
【特許文献2】特開2015-145944号公報
【特許文献3】国際特許出願公開第2019/059202号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
レジスト下層膜に要求される特性としては、例えば、上層に形成されるレジスト膜とのインターミキシングが起こらないこと(レジスト溶剤に不溶であること)、レジスト膜に比べてドライエッチング速度が速いことが挙げられる。
【0005】
EUV露光を伴うリソグラフィーの場合、形成されるレジストパターンの線幅は32nm以下となり、EUV露光用のレジスト下層膜は、従来よりも膜厚を薄く形成して用いられる。このような薄膜を形成する際、基板表面、使用するポリマーなどの影響により、ピンホール、凝集などが発生しやすく、欠陥のない均一な膜を形成することが困難であった。
【0006】
一方、レジストパターン形成の際、現像工程において、レジスト膜を溶解し得る溶剤、通常は有機溶剤を用いて前記レジスト膜の未露光部を除去し、当該レジスト膜の露光部をレジストパターンとして残すネガ現像プロセスや、前記レジスト膜の露光部を除去し、当該レジスト膜の未露光部をレジストパターンとして残すポジ現像プロセスにおいては、レジストパターンの密着性の改善が大きな課題となっている。
【0007】
また、レジストパターン形成時のLWR(Line Width Roughness、ライン・ウィドス・ラフネス、線幅の揺らぎ(ラフネス))の悪化を抑制し、良好な矩形形状を有するレジストパターンを形成すること、及びレジスト感度の向上が求められている。
【0008】
本発明は、上記課題を解決した、所望のレジストパターンを形成できるレジスト下層膜を形成するための組成物、及び該レジスト下層膜形成組成物を用いるレジストパターン形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は以下を包含する。
[1]
下記式(100):
【化1】
(式(100)中、
Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40の芳香環基を表し、
は単結合、エステル結合、エーテル結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、
は単結合、エステル結合、エーテル結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、
但し、LとTとは異なり、
n個のRは独立にヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、又は1価の有機基を表し、
nは0~5の整数を表し、
は、ポリマー又は化合物残基との結合部分を表す。)で表される構造を含むポリマー又は化合物、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。
[2]
式(100)で表される部分構造を含む化合物、及び溶剤を含み、
式(100)において、
Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40の芳香環を表し、
は単結合、エステル結合、エーテル結合、炭素原子数1~10のアルキレン基又は炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、
は単結合を表し、
n個のRは独立にヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、又は1価の有機基を表し、
nは1~3の整数を表す
[1]に記載のレジスト下層膜形成組成物。
[3]
前記化合物が、エポキシ基含有化合物と、下記式(101):
【化2】

(式(101)中、Rは、エポキシ基と反応性を有する基を表し、
Ar、L及びnは[2]におけるAr、L及びnとそれぞれ同義である。)で表される化合物との反応生成物である、[2]に記載のレジスト下層膜形成組成物。
[4]
ポリマーと、溶剤とを含む、レジスト下層膜形成組成物であって、
下記式(103):
【化3】
(式(103)中、Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40の芳香環を表し、Lは単結合、エステル結合、エーテル結合、炭素原子数1~10のアルキレン基又は炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、nは1~3の整数を表す。)で表される構造を該ポリマー末端に含む、レジスト下層膜形成組成物。
[5]
エポキシ基を2以上含む化合物と、下記式(102):
【化4】

(式(102)中、Rは、エポキシ基と反応性を有する基を表し、Dは、炭素原子数6~40の芳香環又は複素環を表し、L及びnは[2]におけるL及びnとそれぞれ同義である。)で表される化合物との反応で得られるポリマー、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。
[6]
前記ポリマーが、前記式(103)で表される構造をポリマー末端に含む、[5]に記載のレジスト下層膜形成組成物。
[7]
下記式(P1)で表されるポリマー:
【化5】
(式(P1)中、A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Qは2価の有機基を表し、T及びTは各々独立して単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、L及びLは各々独立して単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、Uはニトロ基を表し、Dは炭素原子数6~40の芳香環又は複素環を表し、nは0~3の整数を表す。)と、溶剤とを含む、レジスト下層膜形成組成物。
[8]
前記エポキシ基含有化合物、エポキシ基を2以上含む化合物又はQが、複素環構造を含む、[3]、[5]又は[7]に記載のレジスト下層膜形成組成物。
[9]
前記L~Lの少なくとも1つが、炭素原子数2~10のアルケニレン基である、[2]~[8]何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
[10]
下記式(200):
【化6】

(式(200)中、Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40の芳香環を表し、Lは置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、n個のRは独立にヒドロキシ基、ハロゲン原子、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、メチレンジオキシ基、アセトキシ基、メチルチオ基、アミノ基、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基及び置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルコキシ基からなる群より選ばれる基を表し、nは0~5の整数を表し、*はポリマー又は化合物残基への結合部分を表す。)で表される構造を末端に含むポリマー又は化合物、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。
[11]
前記ポリマーが、エポキシ基を2以上含む化合物(A)と、該エポキシ基と反応性を有する基を2以上含む化合物(B)との反応生成物であり、
前記化合物(A)及び(B)が、複素環構造又は炭素原子数6~40の芳香環構造を含む、[10]に記載のレジスト下層膜形成組成物。
[12]
前記ポリマーが、下記式(P2):
【化7】
(式(P2)中、A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Q及びQは各々独立して複素環構造又は炭素原子数6~40の芳香環構造を含む2価の有機基を表し、T及びTは各々独立して単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、L及びLは各々独立して単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表す。)で表される単位構造を含む、[10]又は[11]に記載のレジスト下層膜形成組成物。
[13]
下記式(300):
【化8】
(式(300)中、Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40のアリール基を表し、Lは単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、Tは単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、n個のRは独立に1価の有機基を表し、nは0~5の整数を表し、は、ポリマー残基との結合部分を表し、且つ式(300)中に少なくとも1つのシアノ基を含む。)で表される構造を末端に含むポリマー、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。
[14]
前記ポリマーが、下記式(P3):
【化9】
(式(P3)中、A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Qは2価の有機基を表し、T及びTは各々独立して単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、L及びLは各々独立して単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、Dは炭素原子数6~40のアリーレン基又は複素環を表し、Uはハロゲン原子、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、メチレンジオキシ基、アセトキシ基、メチルチオ基、アミノ基、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基、置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニル基及び置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルコキシ基からなる群より選ばれる基を表し、mは0~5の整数を表す。)で表される、[13]に記載のレジスト下層膜形成組成物。
[15]
酸発生剤をさらに含む、[1]~[14]の何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
[16]
架橋剤をさらに含む、[1]~[15]の何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
[17]
[1]~[16]何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなる塗布膜の焼成物であることを特徴とするレジスト下層膜。
[18]
半導体基板上に[1]~[16]何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物を塗布しベークしてレジスト下層膜を形成する工程、
前記レジスト下層膜上にレジストを塗布しベークしてレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト下層膜と前記レジストで被覆された半導体基板を露光する工程、
露光後の前記レジスト膜を現像し、パターニングする工程
を含む、パターニングされた基板の製造方法。
[19]
半導体基板上に、[1]~[16]何れか1項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなる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、
レジスト膜に対する光又は電子線の照射とその後の現像によりレジストパターンを形成する工程と、
形成された前記レジストパターンを介して前記レジスト下層膜をエッチングすることによりパターン化されたレジスト下層膜を形成する工程と、
パターン化された前記レジスト下層膜により半導体基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【0010】
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、被加工半導体基板への優れた塗布性を有し、レジストパターン形成時のレジストとレジスト下層膜界面の密着性に優れることで、レジストパターンの剥がれが生じることなく、レジストパターン形成時のLWR(Line Width Roughness、ライン・ウィドス・ラフネス、線幅の揺らぎ(ラフネス))の悪化を抑制でき、レジストパターンサイズ(最小CDサイズ)の極小化が出来、レジストパターンが矩形状である良好なレジストパターンを形成できる。特にEUV(波長13.5nm)又はEB(電子線)使用時に顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【0011】
<レジスト下層膜形成組成物>
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、下記式(100):
【化10】
(式(100)中、
Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40の芳香環基を表し、
は単結合、エステル結合、エーテル結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、
は単結合、エステル結合、エーテル結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、
但し、LとTとは異なり、
n個のRは独立にヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、又は1価の有機基を表し、
nは0~5の整数を表し、
は、ポリマー又は化合物残基との結合部分を表す。)で表される構造を含むポリマー又は化合物、及び溶剤を含む。
【0012】
前記炭素原子数6~40の芳香環としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、アセナフテン、フルオレン、トリフェニレン、フェナレン、フェナントレン、インデン、インダン、インダセン、ピレン、クリセン、ペリレン、ナフタセン、ペンタセン、コロネン、ヘプタセン、ベンゾ[a]アントラセン、ジベンゾフェナントレン、ジベンゾ[a,j]アントラセンから誘導される芳香環が挙げられる。これらの中でもベンゼン、ナフタレン及びアントラセンから選ばれることが好ましい。
【0013】
炭素原子数6~40のアリール基としては、フェニル基、o-メチルフェニル基、m-メチルフェニル基、p-メチルフェニル基、o-クロルフェニル基、m-クロルフェニル基、p-クロルフェニル基、o-フルオロフェニル基、p-フルオロフェニル基、o-メトキシフェニル基、p-メトキシフェニル基、p-ニトロフェニル基、p-シアノフェニル基、α-ナフチル基、β-ナフチル基、o-ビフェニリル基、m-ビフェニリル基、p-ビフェニリル基、1-アントリル基、2-アントリル基、9-アントリル基、1-フェナントリル基、2-フェナントリル基、3-フェナントリル基、4-フェナントリル基及び9-フェナントリル基が挙げられる。
【0014】
炭素原子数6~40のアリーレン基としては、フェニレン基、o-メチルフェニレン基、m-メチルフェニレン基、p-メチルフェニレン基、o-クロルフェニレン基、m-クロルフェニレン基、p-クロルフェニレン基、o-フルオロフェニレン基、p-フルオロフェニレン基、o-メトキシフェニレン基、p-メトキシフェニレン基、p-ニトロフェニレン基、p-シアノフェニレン基、α-ナフチレン基、β-ナフチレン基、o-ビフェニリレン基、m-ビフェニリレン基、p-ビフェニリレン基、1-アントリレン基、2-アントリレン基、9-アントリレン基、1-フェナントリレン基、2-フェナントリレン基、3-フェナントリレン基、4-フェナントリレン基及び9-フェナントリレン基が挙げられる。
【0015】
前記炭素原子数1~10のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、イソプロピレン基、シクロプロピレン基、n-ブチレン基、イソブチレン基、s-ブチレン基、t-ブチレン基、シクロブチレン基、1-メチル-シクロプロピレン基、2-メチル-シクロプロピレン基、n-ペンチレン基、1-メチル-n-ブチレン基、2-メチル-n-ブチレン基、3-メチル-n-ブチレン基、1,1-ジメチル-n-プロピレン基、1,2-ジメチル-n-プロピレン基、2,2-ジメチル-n-プロピレン、1-エチル-n-プロピレン基、シクロペンチレン基、1-メチル-シクロブチレン基、2-メチル-シクロブチレン基、3-メチル-シクロブチレン基、1,2-ジメチル-シクロプロピレン基、2,3-ジメチル-シクロプロピレン基、1-エチル-シクロプロピレン基、2-エチル-シクロプロピレン基、n-ヘキシレン基、1-メチル-n-ペンチレン基、2-メチル-n-ペンチレン基、3-メチル-n-ペンチレン基、4-メチル-n-ペンチレン基、1,1-ジメチル-n-ブチレン基、1,2-ジメチル-n-ブチレン基、1,3-ジメチル-n-ブチレン基、2,2-ジメチル-n-ブチレン基、2,3-ジメチル-n-ブチレン基、3,3-ジメチル-n-ブチレン基、1-エチル-n-ブチレン基、2-エチル-n-ブチレン基、1,1,2-トリメチル-n-プロピレン基、1,2,2-トリメチル-n-プロピレン基、1-エチル-1-メチル-n-プロピレン基、1-エチル-2-メチル-n-プロピレン基、シクロヘキシレン基、1-メチル-シクロペンチレン基、2-メチル-シクロペンチレン基、3-メチル-シクロペンチレン基、1-エチル-シクロブチレン基、2-エチル-シクロブチレン基、3-エチル-シクロブチレン基、1,2-ジメチル-シクロブチレン基、1,3-ジメチル-シクロブチレン基、2,2-ジメチル-シクロブチレン基、2,3-ジメチル-シクロブチレン基、2,4-ジメチル-シクロブチレン基、3,3-ジメチル-シクロブチレン基、1-n-プロピル-シクロプロピレン基、2-n-プロピル-シクロプロピレン基、1-イソプロピル-シクロプロピレン基、2-イソプロピル-シクロプロピレン基、1,2,2-トリメチル-シクロプロピレン基、1,2,3-トリメチル-シクロプロピレン基、2,2,3-トリメチル-シクロプロピレン基、1-エチル-2-メチル-シクロプロピレン基、2-エチル-1-メチル-シクロプロピレン基、2-エチル-2-メチル-シクロプロピレン基、2-エチル-3-メチル-シクロプロピレン基、n-ヘプチレン基、n-オクチレン基、n-ノニレン基又はn-デカニレン基が挙げられる。
【0016】
前記炭素原子数2~10のアルケニレン基としては、前記炭素原子数2~10のアルキレン基の内、隣り合う炭素原子から各々水素原子を取り去った2重結合を少なくとも1つ有する基が挙げられる。前記炭素原子数2~10のアルケニレン基の内、ビニレン基が好ましい。
【0017】
前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
【0018】
前記「置換されていてもよい」とは、上記炭素原子数6~40の芳香環若しくはアリール基、炭素原子数1~10のアルキレン基又は炭素原子数2~10のアルケニレン基中に存在する一部又は全部の水素原子が、例えば、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、カルボキシル基、ニトロ基、シアノ基、メチレンジオキシ基、アセトキシ基、メチルチオ基、アミノ基、炭素原子数1~10のアルキル基又は炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換されてもよいことを意味する。
【0019】
前記炭素原子数1~10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、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、デシル基が挙げられる。
炭素原子数2~10のアルケニル基としては、したがって、前記炭素原子数2~10のアルキル基の内、隣り合う炭素原子から各々水素原子を取り去った2重結合を少なくとも1つ有する基が挙げられる。
【0020】
前記炭素原子数1~10のアルコキシ基としては、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-ペントキシ基、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、1-エチル-2-メチル-n-プロポキシ基、n-ヘプチルオキシ基、n-オクチルオキシ基、n-ノニルオキシ基及びn-デカニルオキシ基が挙げられる。
【0021】
<レジスト下層膜形成組成物A(化合物含有)>
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、
式(100)で表される部分構造を含む化合物、及び溶剤を含み、
式(100)において、
Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40の芳香環を表し、
は単結合、エステル結合、エーテル結合、炭素原子数1~10のアルキレン基又は炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、
は単結合を表し、
n個のRは独立にヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、又は1価の有機基を表し、
nは1~3の整数を表す
レジスト下層膜形成組成物Aを包含する。
【0022】
前記化合物が、エポキシ基含有化合物と、下記式(101):
【化11】

(式(101)中、Rは、エポキシ基と反応性を有する基を表し、Ar、L及びnは上記式(100)におけるAr、L、及びnと同義であり、好ましくは、Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40の芳香環を表し、Lは単結合、エステル結合、エーテル結合、炭素原子数1~10のアルキレン基又は炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、nは1~3の整数を表す。)で表される化合物との反応生成物であってよい。
【0023】
前記エポキシ基と反応性を有する基(R)としては、ヒドロキシ基、アシル基、アセチル基、ホルミル基、ベンゾイル基、カルボキシ基、カルボニル基、アミノ基、イミノ基、シアノ基、アゾ基、アジ基、チオール基、スルホ基及びアリル基が挙げられるが、これらの中でもエポキシ基との反応性の観点から、ヒドロキシ基又はカルボキシ基が好ましい。
【0024】
前記エポキシ基含有化合物としては、以下が例示される。
【化12-1】

【化12-2】

【化12-3】
【0025】
上記式(101)で表される化合物としては、以下が挙げられる。
【化13-1】

【化13-2】
【0026】
前記化合物の、例えば実施例に記載の、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定される重量平均分子量の下限は例えば200又は300であり、前記化合物の重量平均分子量の上限は例えば1,999、1,500、又は1,200である。
【0027】
<レジスト下層膜形成組成物A(ポリマー含有)>
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、ポリマーと、溶剤とを含み、上記式(100)で表される構造を該ポリマー末端に含むものであってよい。
【0028】
(ポリマー)
本発明のレジスト下層膜形成組成物が含むポリマー(共重合体、樹脂)としては、本発明の効果を奏するものであれば制限は無いが、例えば、WO2009/008446に記載の下記の構造を有するポリマーであってよい。下記式(1):
【化14】

(式中、Rはメトキシ基、炭素原子数1~13のアルキル基またはハロゲン原子を表し、nは0~4の整数を表し、Rは水素原子、シアノ基、フェニル基、炭素原子数1乃至13のアルキル基またはハロゲン原子を表し、Xはエーテル結合またはエステル結合を表し、A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立に、水素原子、メチル基またはエチル基を表し、Qは2つの炭素原子間の2価の有機基を表す)
で表される繰り返しの単位構造を有するポリマー。
【0029】
さらに、WO2011/074494に記載の、下記式(1):
【化15】

〔式中、Xはエステル結合あるいはエーテル結合を表す。A、A、A、A、A、及びAは、それぞれ水素原子、メチル基またはエチル基を表し、Qは式(2)又は式(3):
【化16】

(式中Qは炭素原子数1~10のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、またはアントリレン基を表し、そして、前記フェニレン基、ナフチレン基、及びアントリレン基は、それぞれ、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、水酸基、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基で置換されていてもよく、n1及びn2はそれぞれ0または1の数を表し、Xは式(4)、(5)または式(6):
【化17】

(式中R及びRはそれぞれ、水素原子、炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数2~6のアルケニル基、ベンジル基またはフェニル基を表し、そして、前記ベンジル基及びフェニル基は、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、水酸基、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基で置換されていてもよく、また、RとR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く、Rは炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数2~6のアルケニル基、ベンジル基またはフェニル基を表し、そして、前記ベンジル基及びフェニル基は、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、水酸基、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基で置換されていてもよい)を表す)を表す〕で表される繰り返しの単位構造を有するポリマー、であってよい。
【0030】
さらに、WO2013/018802に記載の下記の構造を有するポリマーであってよい。
【0031】
式(1a):
【化18】

〔式中、A、A、A、A、A、及びAは、それぞれ、水素原子、メチル基またはエチル基を表し、Xは式(2)、式(3)、式(4)、又は式(0):
【化19】

(式(2)、(3)、(4)及び(0)中、R及びRはそれぞれ、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数3~6のアルケニル基、ベンジル基またはフェニル基を表し、そして、前記炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数3~6のアルケニル基、ベンジル基及びフェニル基は、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、ヒドロキシ基、カルボキシル基及び炭素原子数1~6のアルキルチオ基からなる群から選ばれる基で置換されていてもよく、また、RとR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く、Rはハロゲン原子、炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数3~6のアルケニル基、ベンジル基またはフェニル基を表し、そして、前記フェニル基は、炭素原子数1~6のアルキル基、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルコキシ基、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシ基、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基で置換されていてもよい)を表し、Qは式(5)または式(6):
【化20】

(式中Qは炭素原子数1~10のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、またはアントリレン基を表し、そして、前記アルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、及びアントリレン基は、それぞれ、炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数2~7のカルボニルオキシアルキル基、ハロゲン原子、炭素原子数1~6のアルコキシ基、フェニル基、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシ基、炭素原子数1~6のアルキルチオ基、ジスルフィド基を有する基、カルボキシル基又はそれらの組み合わせからなる基で置換されていてもよく、n及びnはそれぞれ0または1の数を表し、Xは式(2)、式(3)、又は式(0)を表す)を表す〕で表される繰り返し単位構造を有するポリマー。
【0032】
また、本発明のポリマーは、WO2020/026834に記載されている、主鎖に少なくとも1つの-C(=O)-O-基を含む繰り返し構造単位及び側鎖に少なくとも1つのヒドロキシ基を含む繰り返し構造単位を有するか、又は主鎖に少なくとも1つの-C(=O)-O-基を含みかつ側鎖に少なくとも1つのヒドロキシ基を含む繰り返し構造単位を有する樹脂であってよい。
【0033】
さらに、前記樹脂は、下記式(1-1)で表される繰り返し構造単位及び下記式(1-2)で表される繰り返し構造単位を有する共重合体であってよい。
【0034】
【化21】

(式(1-1)、(1-2)中、R及びRはそれぞれ独立に、炭素原子数2~20の直鎖状、分岐状又は環状の官能基を含む二価の有機基を表し、該有機基は硫黄原子、窒素原子又は酸素原子を少なくとも1つ有してもよく、i及びjはそれぞれ独立に0又は1を表し、2つのQはそれぞれ単結合、-O-基又は-C(=O)-O-基を表し、ただし、i及びjの両方が0の場合は、2つのQのうち少なく1つのQは-C(=O)-O-基を表す。)
例えば、前記の樹脂は、下記式(A)
【化22】

(式(A)中、R、i及びjは上記と同じ意味を表す。)で表される少なくとも一種の化合物と、下記式(B)
【化23】

(式(B)中、Rは及びQは上記と同じ意味を表す。)で表される少なくとも一種のジエポキシ化合物との共重合体を使用できる。
【0035】
すなわち、式(A)で表される少なくとも一種の化合物と式(B)で表される少なくとも一種のジエポキシ化合物を、適切なモル比になるよう有機溶剤へ溶解させ、必要であれば触媒の存在のもと、重合させることによって、前記式(1-1)で表される繰り返しの構造単位及び前記式(1-2)で表される繰り返し構造単位を有する共重合体が得られる。
【0036】
前記式(A)で表される化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば下記式で表される化合物が挙げられる。
【化24】

【化25】
【0037】
前記式(B)で表されるジエポキシ化合物としては、特に限定されるものではないが、例えば下記のジエポキシ化合物が例示される。
【化26】

【化27】
【0038】
上記式(1-1)で表される繰り返し構造単位及び下記式(1-2)で表される繰り返し構造単位を有する共重合体としては、例えば、下記式(1a)~式(1n)で表される繰り返し構造単位を有する共重合体が挙げられる。
【化28】

【化29】
【0039】
WO2009/008446、WO2011/074494、WO2013/018802、及びWO2020/026834の全開示は本願に援用される。
【0040】
前記ポリマーが、エポキシ基を2以上含む化合物と、下記式(102):
【化30】

(式(102)中、Rは、エポキシ基と反応性を有する基を表し、Dは、炭素原子数6~40のアリーレン基又は複素環を表し、L及びnは上記式(100)におけるL及びnと同義であり、好ましくは、Lは置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、n個のRは独立にヒドロキシ基、ハロゲン原子、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、メチレンジオキシ基、アセトキシ基、メチルチオ基、アミノ基、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基及び置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルコキシ基からなる群より選ばれる基を表し、nは0~5の整数を表す。)で表される化合物との反応で得られるポリマーであってよい。
【0041】
エポキシ基を2以上含む化合物は前述の通りである。
【0042】
前記複素環としては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾール、ピラン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、インドール、プリン、キノリン、イソキノリン、キヌクリジン、クロメン、チアントレン、フェノチアジン、フェノキサジン、キサンテン、アクリジン、フェナジン、カルバゾール、トリアジンオン、トリアジンジオン及びトリアジントリオンが挙げられる。これらの中でも、トリアジンオン、トリアジンジオン及びトリアジントリオンが好ましい。
【0043】
前記ポリマーが、上記式(100)で表される構造をポリマー末端に含んでよい。
【0044】
前記ポリマーが、下記式(P)で表されるポリマー:
【化31】

(式(P)中、A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Qは2価の有機基を表し、T及びTは各々独立して単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、L及びLは各々独立して単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、Uは水素原子又はニトロ基を表し、Dは炭素原子数6~40の芳香環又は複素環を表し、nは1~3の整数を表す。)であってよい。各用語の意味及び具体例は前述の通りである。
【0045】
前記エポキシ基含有化合物、エポキシ基を2以上含む化合物又はQが、複素環構造を含んでよい。複素環構造の具体例は前述の通りである。
【0046】
前記L~Lの少なくとも1つが、炭素原子数2~10のアルケニレン基であってよい。
【0047】
前記炭素原子数2~10のアルケニレン基の内、ビニレン基が好ましい。
【0048】
前記ポリマーの、例えば実施例に記載の、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定される重量平均分子量の下限は例えば1,000又は2,000であり、前記ポリマーの重量平均分子量の上限は例えば30,000、20,000、又は10,000である。
【0049】
<レジスト下層膜形成組成物B>
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、下記式(200):
【化32】

(式(200)中、Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40の芳香環を表し、Lは置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、n個のRは独立にヒドロキシ基、ハロゲン原子、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、メチレンジオキシ基、アセトキシ基、メチルチオ基、アミノ基、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基及び置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルコキシ基からなる群より選ばれる基を表し、nは0~5の整数を表し、*はポリマー又は化合物残基への結合部分を表す。)で表される構造を末端に含むポリマー又は化合物、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物Bを包含する。
【0050】
前記Rは前記基から選ばれる3種以内であることが好ましい。
前記炭素原子数6~40の芳香環、炭素原子数1~10のアルキレン基、炭素原子数2~10のアルケニレン基、炭素原子数1~10のアルキル基、及び炭素原子数1~10のアルコキシ基については上記のとおりである。
【0051】
前記式(200)の構造は、けい皮酸から誘導される構造であることが好ましい。
【0052】
前記ポリマーが、エポキシ基を2以上含む化合物(A)と、該エポキシ基と反応性を有する基を2以上含む化合物(B)との反応生成物であってよい。
【0053】
前記エポキシ基を2以上含む化合物(A)、及び前記エポキシ基と反応性を有する基の具体例については上記したとおりである。
【0054】
前記該エポキシ基と反応性を有する基を2以上含む化合物(B)の具体例としては、下記に記載の化合物が挙げられる。
【0055】
【化33】

【化34】
【0056】
前記化合物(A)及び(B)が、複素環構造又は炭素原子数6~40の芳香環構造を含んでよい。
【0057】
前記複素環構造については上記のとおりである。
【0058】
また、上記複素環構造は、バルビツール酸から由来する構造であってよい。
【0059】
前記炭素原子数6~40の芳香環構造は、前述の通りである。
【0060】
前記ポリマーが、下記式(P):
【化35】

(式(P)中、A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Q及びQは各々独立して複素環構造又は炭素原子数6~40の芳香環構造を含む2価の有機基を表し、T及びTは各々独立して単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、L及びLは各々独立して単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表す。)で表される単位構造を含んでよい。各用語は、前述の通りである。
【0061】
<化合物>
本願の化合物は、本願の効果を奏する化合物であれば制限は無いが、前記式(200)の構造を該化合物末端に含む。
前記化合物残基を誘導するための化合物前駆体の具体例としては、前記エポキシ基を2以上含む化合物(A)で例示されているものが挙げられる。
前記化合物残基が、複素環構造又は炭素原子数6~40の芳香環構造を含んでよい。
前記複素環構造が、トリアジントリオンであってよい。
【0062】
<レジスト下層膜形成組成物C>
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、下記式(300):
【化36】
(式(300)中、Arは置換されていてもよい炭素原子数6~40のアリール基を表し、Lは単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、Tは単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、n個のRは独立に1価の有機基を表し、nは0~5の整数を表し、は、ポリマー残基との結合部分を表し、且つ式(300)中に少なくとも1つのシアノ基を含む。)で表される構造を末端に含むポリマー、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物Cを包含する。
【0063】
「式(300)中に少なくとも1つのシアノ基を含む」とは、Ar、L、T、Rの少なくとも1つがシアノ基を有することを意味する。
【0064】
前記炭素原子数1~10のアルキレン基、炭素原子数2~10のアルケニレン基、及び 炭素原子数1~10のアルコキシ基については上記のとおりである。
【0065】
は1価の有機基を表し、本発明の効果を損なわない限り特段の制限はないが、例えば、シアノ基又は下記式で表される基が挙げられる。
【化37】

(上式において、*1は、前記炭素原子数6~40のアリール基への結合部分を表す。Rは炭素原子数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、ベンジル基又はフェニル基を表し、前記フェニル基は、炭素原子数1~10のアルキル基、ハロゲン原子、炭素数1~10のアルコキシ基、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシ基、及び炭素原子数1~10のアルキルチオ基からなる群から選ばれる基で置換されていてもよい。)
【0066】
<ポリマー>
前記ポリマーが、エポキシ基を2以上含む化合物(A)と、下記式(301):
【0067】
【化38】

(式(301)中、Rは、エポキシ基と反応性を有する基を表し、Uはハロゲン原子、カルボキシ基、ニトロ基、シアノ基、メチレンジオキシ基、アセトキシ基、メチルチオ基、アミノ基、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基、置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニル基及び置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルコキシ基、及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる基を表し、mは0~5の整数を表し、Dは炭素原子数6~40のアリーレン基又は複素環を表し、Lは上記[1]と同義である。)で表される化合物(B)との反応生成物であってよい。
【0068】
前記エポキシ基を2以上含む化合物(A)は、エポキシ基含有化合物として上に例示したとおりである。
【0069】
前記エポキシ基と反応性を有する基については上記のとおりである。
【0070】
前記置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキル基、置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニル基及び置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルコキシ基の具体例は、前述の通りである。
【0071】
前記炭素原子数6~40のアリーレン基、複素環については上記のとおりである。
【0072】
前記該エポキシ基と反応性を有する基を2以上含む化合物の具体例としては、下記に記載の化合物であってもよい。
【化39】
【0073】
【化40】
【0074】
前記ポリマーが、下記式(P):
【化41】

(式(P)中、A、A、A、A、A及びAは、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Qは2価の有機基を表し、T及びTは各々独立して単結合、エステル結合又はエーテル結合を表し、L及びLは各々独立して単結合、置換されていてもよい炭素原子数1~10のアルキレン基又は置換されていてもよい炭素原子数2~10のアルケニレン基を表し、Dは炭素原子数6~40のアリーレン基又は複素環を表し、U及びmは上記[2]と同義である。)で表されてよい。
【0075】
前記Qは、前記エポキシ基を2以上含む化合物(A)から誘導されてよい。又、前記Qは置換されていてもよい複素環構造又は置換されていてもよい炭素原子数6~40のアリーレン基であってよい。各用語の記載は、前述の通りである。
【0076】
<溶剤>
本発明のレジスト下層膜形成組成物に使用される溶剤は、前記ポリマー等の常温で固体の含有成分を均一に溶解できる溶剤であれば特に限定は無いが、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。
【0077】
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、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。
【0078】
<酸発生剤>
本発明のレジスト下層膜形成組成物に任意成分として含まれる酸発生剤としては、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。
【0079】
前記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、及びジスルホニルジアゾメタン化合物等が挙げられる。
【0080】
オニウム塩化合物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-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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
前記酸発生剤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。
【0084】
前記酸発生剤が使用される場合、当該酸発生剤の含有割合は、下記架橋剤に対し、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。
【0085】
<架橋剤>
本発明のレジスト下層膜形成組成物に任意成分として含まれる架橋剤としては、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)尿素が挙げられる。
【0086】
また、本願の架橋剤は、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。
【0087】
【化42】

(式(1d)中、Rはメチル基又はエチル基を表す。)
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。
【0088】
【化43】

(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。
【0089】
【化44】
【0090】
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。
【0091】
【化45】

(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。)
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。
【0092】
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。
【0093】
【化46】

(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。
【0094】
【化47】

【化48】
【0095】
前記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。
【0096】
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。
【0097】
【化49】

(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。)
【0098】
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。
【0099】
【化50】

(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。)
【0100】
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。
【0101】
【化51】
【0102】
【化52】
【0103】
【化53】
【0104】
【化54】
【0105】
【化55】
【0106】
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。
【0107】
【化56】
【0108】
【化57】

式中、Meはメチル基を表す。
【0109】
国際公開2014/208542号公報の全開示は本願に援用される。
【0110】
前記架橋剤が使用される場合、当該架橋剤の含有割合は、前記反応生成物に対し、例えば1質量%~50質量%であり、好ましくは、5質量%~30質量%である。
【0111】
<その他の成分>
本発明のレジスト下層膜形成組成物には、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(大日本インキ(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、本発明のレジスト下層膜形成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。
【0112】
本発明のレジスト下層膜形成組成物が含む固形分、すなわち前記溶剤を除いた成分は例えば0.01質量%~10質量%である。
【0113】
<レジスト下層膜>
本発明に係るレジスト下層膜は、前述したレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し、焼成することにより製造することができる。
【0114】
本発明のレジスト下層膜形成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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
形成され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)、0.005μm(5nm)である。ベーク時の温度が、上記範囲より低い場合には架橋が不十分となる。一方、ベーク時の温度が上記範囲より高い場合は、レジスト下層膜が熱によって分解してしまうことがある。
【0118】
<パターンニングされた基板の製造方法、半導体装置の製造方法>
パターンニングされた基板の製造方法は以下の工程を経る。通常、レジスト下層膜の上にフォトレジスト層を形成して製造される。レジスト下層膜の上に自体公知の方法で塗布、焼成して形成されるフォトレジストとしては露光に使用される光に感光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。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。
【0119】
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、これらに限定されない。
【0120】
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。
【0121】
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、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。
【0122】
【化58】

一般式(21)中、mは、1~6の整数を表す。
【0123】
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。
【0124】
は、-O-、-S-、-COO-、-SO-、又は、-SO-を表す。
【0125】
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。
【0126】
は、置換基を有していてもよい環状有機基を表す。
【0127】
は、カチオンを表す。
【0128】
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。
【0129】
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。
【0130】
【化59】

(式(31)中、Arは、炭素数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。)
【0131】
環状炭酸エステル構造を有する構造単位、式(II)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。
【0132】
【化60】

[式(II)中、
は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数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数6~20の芳香族炭化水素基を表す。]
【0133】
レジスト膜としては、例えば、以下が挙げられる。
【0134】
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。
【0135】
【化61】

(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。)
【0136】
レジスト材料としては、例えば、以下が挙げられる。
【0137】
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。
【0138】
【化62】

(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数1~12のアルキレン基又は炭素数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数1~12のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数2~12のアルケニル基、炭素数2~12のアルキニル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数7~12のアラルキル基、又は炭素数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。)
【0139】
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。
【0140】
【化63】

(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。nは、0~3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)を含有することを特徴とする、レジスト組成物。
【0141】
【化64】

[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。]
【0142】
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。
【0143】
【化65】

[式(f1-1)、(f1-2)中、Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数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。]
【0144】
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。
【0145】
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。
【0146】
無機オキソ/ヒドロキソベースの組成物。
【0147】
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。
【0148】
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。
【0149】
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。
【0150】
露光は、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、例えば、i線、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー、EUV(極端紫外線)またはEB(電子線)が使用されるが、本願のレジスト下層膜形成組成物は、EB(電子線)又はEUV(極端紫外線)露光用に適用されることが好ましく、EUV(極端紫外線)露光用に適用されることが好ましい。現像にはアルカリ現像液が用いられ、現像温度5℃~50℃、現像時間10秒~300秒から適宜選択される。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、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及びコリンである。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。上記工程を経て、上記レジストがパターンニングされた基板が製造できる。
【0151】
次いで、形成したレジストパターンをマスクとして、前記レジスト下層膜をドライエッチングする。その際、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。その後基板を自体公知の方法(ドライエッチング法等)により基板を加工する工程を経て、半導体装置が製造できる。
【実施例0152】
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。
【0153】
本明細書の下記合成例、比較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。
【0154】
GPCカラム:TSKgel Super-MultiporeHZ-N (2本)
カラム温度:40℃
溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
流量:0.35ml/分
標準試料:ポリスチレン(東ソー(株)製)
【0155】
<合成例A1>
反応容器に1,3,5-トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌル酸(製品名:TEPIC-SS、日産化学(株)製)5.00g、4-ニトロけい皮酸(東京化成工業(株)製)9.60g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.63g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.14gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル35.85gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA1(化合物A1)を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA1(化合物A1)は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量860、分散度は1.1であった。ポリマーA1(化合物A1)中に存在する構造を下記式に示す。
【化66】
【0156】
<合成例A2>
反応容器に1,3,5-トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌル酸(製品名:TEPIC-SS、日産化学(株)製)8.00g、(E)-3-ニトロけい皮酸(東京化成工業(株)製)15.35g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)1.01gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル56.85gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA2(化合物A2)を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA2(化合物A2)は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量1,140、分散度は1.0であった。ポリマーA2(化合物A2)中に存在する構造を下記式に示す。
【化67】
【0157】
<合成例A3>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)6.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)4.76g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.55g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.12gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル45.68gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA3を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA3は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量5,400、分散度は3.4であった。ポリマーA3中に存在する構造を下記式に示す。
【化68】
【0158】
<合成例A4>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)6.00g、Trans-p-クマル酸(東京化成工業(株)製)2.99g、4-ニトロけい皮酸(東京化成工業(株)製)1.24g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.55g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.12gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル43.60gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA4を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA4は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量2,800、分散度は3.0であった。ポリマーA4中に存在する構造を下記式に示す。
【化69】
【0159】
<合成例A5>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)8.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)5.13g、4-ニトロけい皮酸(東京化成工業(株)製)1.66g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.73g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.16gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル62.70gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA5を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA5は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量2,900、分散度は2.4であった。ポリマーA5中に存在する構造を下記式に示す。
【化70】
【0160】
<合成例A6>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)10.00g、α-シアノ-4-ヒドロキシけい皮酸(みどり化学(株)製)5.75g、4-ニトロけい皮酸(東京化成工業(株)製)2.07g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.91g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.20gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル28.39gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA6を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA6は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量2,700、分散度は2.3であった。ポリマーA6中に存在する構造を下記式に示す。
【化71】
【0161】
<合成例A7>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)9.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)5.77g、テレフタルアルデヒド酸(東京化成工業(株)製)1.45g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.82gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル39.76gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、105℃で24時間反応させた。続いて、マロノニトリル(純正化学(株)製)0.64gをプロピレングリコールモノメチルエーテル1.50gに溶解させた溶液を系内に加え、さらに4時間反応させポリマーA7を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA7は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量3,900、分散度は2.5であった。ポリマーA7中に存在する構造を下記式に示す。
【0162】
【化72】
【0163】
<合成例A8>
反応容器にジグリシジルテレフタレート(ナガセケムテックス(株)製、商品名:EX-711)6.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)4.59g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.53gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル62.98gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA8を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA8は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量5,400、分散度は3.1であった。ポリマーA8中に存在する構造を下記式に示す。
【0164】
【化73】
【0165】
<合成例A9>
反応容器にレゾルシノールジグリシジルエーテル(ナガセケムテックス(株)製、商品名:EX-201)4.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.74g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.43gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル46.27gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA9を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA9は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量6,200、分散度は4.3であった。ポリマーA9中に存在する構造を下記式に示す。
【0166】
【化74】
【0167】
<合成例A10>
反応容器にN,N-ジグリシジル-5,5-ジメチルヒダントイン 30重量%PGME溶液(四国化成工業株式会社製)9.00g、モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)3.20g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)5.06g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.58gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル40.00gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA10を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA10は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量3,900、分散度は2.8であった。ポリマーA10中に存在する構造を下記式に示す。
【0168】
【化75】
【0169】
<合成例A11>
反応容器にN,N-ジグリシジル-5,5-ジメチルヒダントイン 30重量%PGME溶液(四国化成工業株式会社製)15.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)4.21g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.48gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル26.48gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA11を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA11は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量3,200、分散度は2.3であった。ポリマーA11中に存在する構造を下記式に示す。
【0170】
【化76】
【0171】
<合成例A12>
反応容器にモノメチルジグリシジルイソシアヌル酸 30重量%PGME溶液(四国化成工業株式会社製)15.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)4.90g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.46gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル28.87gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA12を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA12は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量1,600、分散度は2.3であった。ポリマーA12中に存在する構造を下記式に示す。
【0172】
【化77】
【0173】
<合成例A13>
反応容器にN,N-ジグリシジル-5,5-ジメチルヒダントイン 30重量%PGME溶液(四国化成工業株式会社製)15.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.40g、アダマンタンカルボン酸(東京化成工業(株)製)1.03g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.48gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル3.73gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA13を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA13は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量3,500、分散度は3.3であった。ポリマーA13中に存在する構造を下記式に示す。
【0174】
【化78】
【0175】
<合成例A14>
反応容器にN,N-ジグリシジル-5,5-ジメチルヒダントイン 30重量%PGME溶液(四国化成工業株式会社製)15.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.40g、3,5-ジヨードサリチル酸(東京化成工業(株)製)2.22g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.48gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル5.52gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA13を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA13は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量2,000、分散度は2.0であった。ポリマーA13中に存在する構造を下記式に示す。
【0176】
【化79】
【0177】
<合成例A15>
反応容器にN,N-ジグリシジル-5,5-ジメチルヒダントイン 30重量%PGME溶液(四国化成工業株式会社製)15.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.40g、4-ニトロけい皮酸(東京化成工業(株)製)1.10g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.48gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル27.67gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA15を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA15は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量3,100、分散度は2.4であった。ポリマーA15中に存在する構造を下記式に示す。
【0178】
【化80】
【0179】
<合成例A16>
反応容器にN,N-ジグリシジル-5,5-ジメチルヒダントイン 30重量%PGME溶液(四国化成工業株式会社製)15.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.40g、テトラブロモフタル酸無水物(東京化成工業(株)製)2.64g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.48gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル6.15gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA16を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA16は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量2,300、分散度は1.9であった。ポリマーA16中に存在する構造を下記式に示す。
【0180】
【化81】
【0181】
<合成例A17>
反応容器にモノメチルジグリシジルイソシアヌル酸 30重量%PGME溶液(四国化成工業株式会社製)15.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.21g、アダマンタンカルボン酸(東京化成工業(株)製)0.97g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.46gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル25.94gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA17を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA17は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量1,300、分散度は2.3であった。ポリマーA17中に存在する構造を下記式に示す。
【0182】
【化82】
【0183】
<合成例A18>
反応容器にモノメチルジグリシジルイソシアヌル酸 30重量%PGME溶液(四国化成工業株式会社製)12.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)2.41g、3,5-ジヨードサリチル酸(東京化成工業(株)製)2.23g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.36gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル25.97gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA18を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA18は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量1,600、分散度は2.2であった。ポリマーA18中に存在する構造を下記式に示す。
【0184】
【化83】
【0185】
<合成例A19>
反応容器にモノメチルジグリシジルイソシアヌル酸 30重量%PGME溶液(四国化成工業株式会社製)15.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.21g、テトラブロモフタル酸無水物(東京化成工業(株)製)2.49g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.46gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル32.02gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーA19を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーA19は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量2,000、分散度は2.1であった。ポリマーA19中に存在する構造を下記式に示す。
【0186】
【化84】
【0187】
<比較合成例A1>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)100.00g、5,5-ジエチルバルビツール酸66.4g、及びベンジルトリエチルアンモニウムクロリド4.1gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル682.00gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、130℃で24時間反応させ比較ポリマーA1を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた比較ポリマーA1は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量6,800、分散度は4.8であった。比較ポリマーA1中に存在する構造を下記式に示す。
【化85】
【0188】
<比較合成例A2>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)6.00g、イソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.74g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.55g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.12gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル41.62gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させ比較ポリマーA2を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた比較ポリマーA2は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量7,600、分散度は5.6であった。比較ポリマーA2中に存在する構造を下記式に示す。
【化86】
【0189】
<比較合成例A3>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)6.00g、イソフタル酸(東京化成工業(株)製)4.10g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.55g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.12gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル43.06gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させ比較ポリマーA3を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた比較ポリマーA3は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量7,400、分散度は4.8であった。比較ポリマーA3中に存在する構造を下記式に示す。
【化87】
【0190】
<比較合成例A4>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)5.00g、5-メトキシイソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.68g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.46g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.10gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル36.94gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させ比較ポリマーA4を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた比較ポリマーA4は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量7,300、分散度は5.2であった。比較ポリマーA4中に存在する構造を下記式に示す。
【化88】
【0191】
(レジスト下層膜の調製)
(実施例、比較例)
上記合成例A1~A19、比較合成例A1~A4で得られたポリマー(化合物)、架橋剤、硬化触媒(酸発生剤)、溶媒を表A1、表A2に示す割合で混合し、孔径0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって、レジスト下層膜形成用組成物の溶液をそれぞれ調製した。
【0192】
表A1、表A2中でテトラメトキシメチルグリコールウリルをPL-LI、Imidazo[4,5-d]imidazole-2,5(1H,3H)-dione,tetrahydro-1,3,4,6-tetrakis[(2-methoxy-1-methylethoxy)methyl]-をPGME-PL、ピリジニウム-p-ヒドロキシベンゼンスルホン酸をPyPSA、界面活性剤はR-30N、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートはPGMEA、プロピレングリコールモノメチルエーテルはPGMEと略した。各添加量は質量部で示した。
【0193】
【表1】
【0194】
【表2】
【0195】
(フォトレジスト溶剤への溶出試験)
実施例A1~A19、比較例A1~A4のレジスト下層膜形成組成物の各々を、スピナーを用いて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、ホットプレート上で205℃で60秒間ベークし、膜厚5nmの膜を得た。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=70/30の混合溶液に浸漬し、膜厚変化が5Å未満である場合に良、5Å以上である場合に不良として、その結果を表A3に示す。
【0196】
【表3】
【0197】
(レジストパターニング評価)
〔電子線描画装置によるレジストパターンの形成試験〕
レジスト下層膜形成組成物を、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、90℃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、フォトレジスト用現像液として2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(東京応化工業(株)製、商品名NMD-3)を用いて30秒間パドル現像を行った。ラインサイズが16nm~28nm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。
このようにして得られたフォトレジストパターンについて、22nmのラインアンドスペース(L/S)の形成可否を評価した。実施例A1~A19の全ての場合で22nmL/Sパターン形成を確認した。比較例A3は22nmL/Sパターン形成が確認できなかった。また22nmライン/44nmピッチ(ラインアンドスペース(L/S=1/1)を形成した電荷量を最適照射エネルギーとし、その時の照射エネルギー(μC/cm)、レジストパターンのショット内で倒れ(コラプス)が見られない最小のCDサイズ及びLWRを表A4に示す。実施例A1~実施例A19では比較例A1~A4と比較してLWRの向上、最小CDサイズの向上が確認された。
【0198】
【表4】
【0199】
<合成例B1>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)6.00g、Trans-p-クマル酸(東京化成工業(株)製)2.99g、Trans-けい皮酸(東京化成工業(株)製)0.95g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.55g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.12gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル42.44gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーB1を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーB1は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量2,900、分散度は2.3であった。ポリマーB1中に存在する構造を下記式に示す。
【化89】
【0200】
<合成例B2>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)6.00g、Trans-p-クマル酸(東京化成工業(株)製)2.99g、4-メチルけい皮酸(東京化成工業(株)製)1.04g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.55g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.12gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル42.44gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーB2を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーB2は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量3,000、分散度は2.2であった。ポリマーB2中に存在する構造を下記式に示す。
【化90】
【0201】
<合成例B3>
反応容器に1,6-ビス(2,3-エポキシプロパン-1-イルオキシ)ナフタレンのプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(DIC(株)製、製品名WR-400)35.00g、5,5-ジエチルバルビツール酸(立山化成(株)製)1.99g、Trans-けい皮酸(東京化成工業(株)製)0.57g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.32gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル5.10gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーB3を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーB3は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量3,700、分散度は2.1であった。ポリマーB3中に存在する構造を下記式に示す。
【化91】
【0202】
<合成例B4>
反応容器に1,3,5-トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌル酸(製品名:TEPIC-SS、日産化学(株)製)6.00g、Trans-けい皮酸(東京化成工業(株)製)8.71g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.76g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.16gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル36.48gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーB4(化合物B4)を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーB4(化合物B4)は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量680、分散度は1.1であった。ポリマーB4(化合物B4)中に存在する構造を下記式に示す。
【化92】
【0203】
<合成例B5>
反応容器に1,3,5-トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌル酸(製品名:TEPIC-SS、日産化学(株)製)5.00g、4-メチルけい皮酸(東京化成工業(株)製)8.06g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.63g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.14gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル32.26gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーB5(化合物B5)を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーB5(化合物B5)は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量760、分散度は1.1であった。ポリマーB5(化合物B5)中に存在する構造を下記式に示す。
【化93】
【0204】
<合成例B6>
反応容器に1,3,5-トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌル酸(製品名:TEPIC-SS、日産化学(株)製)5.00g、trans-4-メトキシけい皮酸(東京化成工業(株)製)8.90g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.63g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.14gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル34.23gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーB6(化合物B6)を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーB6(化合物B6)は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量760、分散度は1.0であった。ポリマーB6(化合物B6)中に存在する構造を下記式に示す。
【化94】
【0205】
<合成例B7>
反応容器に1,3,5-トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌル酸(製品名:TEPIC-SS、日産化学(株)製)5.00g、4-フルオロけい皮酸(東京化成工業(株)製)8.25g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.63g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.14gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル32.72gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーB7(化合物B7)を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーB7(化合物B7)は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量810、分散度は1.0であった。ポリマーB7(化合物B7)中に存在する構造を下記式に示す。
【化95】
【0206】
<比較合成例B1>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)100.00g、5,5―ジエチルバルビツール酸(立山化成(株)製)66.4g、及びベンジルトリエチルアンモニウムクロリド4.1gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル682.00gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、130℃で24時間反応させ比較ポリマーB1を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた比較ポリマーB1は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量6,800、分散度は4.8であった。比較ポリマーB1中に存在する構造を下記式に示す。
【化96】
【0207】
<比較合成例B2>
反応容器に1,6-ビス(2,3-エポキシプロパン-1-イルオキシ)ナフタレンのプロピレングリコールモノメチルエーテル溶液(DIC(株)製、商品名:WR-400)40.00g、Trans-p-クマル酸(東京化成工業(株)製)2.87g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.37g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.08gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル5.95gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させ比較ポリマーB2を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた比較ポリマーB2は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量6,200、分散度は3.0であった。比較ポリマーB2中に存在する構造を下記式に示す。
【化97】
【0208】
(レジスト下層膜の調製)
(実施例、比較例)
上記合成例B1~B7、比較合成例B1~B2で得られたポリマー(化合物)、架橋剤、硬化触媒、溶媒を表B1、表B2に示す割合で混合し、孔径0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって、レジスト下層膜形成用組成物の溶液をそれぞれ調製した。
表B1、表B2中でテトラメトキシメチルグリコールウリルをPL-LI、Imidazo[4,5-d]imidazole-2,5(1H,3H)-dione,tetrahydro-1,3,4,6-tetrakis[(2-methoxy-1-methylethoxy)methyl]-をPGME-PL、ピリジニウム-p-ヒドロキシベンゼンスルホン酸をPyPSA、界面活性剤はR-30N、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートはPGMEA、プロピレングリコールモノメチルエーテルはPGMEと略した。各添加量は質量部で示した。
【0209】
【表5】
【0210】
【表6】
【0211】
(フォトレジスト溶剤への溶出試験)
実施例B1~B7、比較例B1~B2のレジスト下層膜形成組成物の各々を、スピナーを用いて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、ホットプレート上で205℃で60秒間ベークし、膜厚5nmの膜を得た。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=70/30の混合溶液に浸漬し、膜厚変化が5Å未満である場合に良、5Å以上である場合に不良として、その結果を表B3に示す。
【0212】
【表7】
【0213】
(レジストパターニング評価)
〔電子線描画装置によるレジストパターンの形成試験〕
レジスト下層膜形成組成物を、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、90℃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、フォトレジスト用現像液として2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(東京応化工業(株)製、商品名NMD-3)を用いて30秒間パドル現像を行った。ラインサイズが16nm~28nm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。
このようにして得られたフォトレジストパターンについて、22nmのラインアンドスペース(L/S)の形成可否を評価した。実施例B1~B7の全ての場合で22nmL/Sパターン形成を確認した。また22nmライン/44nmピッチ(ラインアンドスペース(L/S=1/1)を形成した電荷量を最適照射エネルギーとし、その時の照射エネルギー(μC/cm)、及びLWRを表B4に示す。実施例B1~B7において、いずれも比較例B1~B2と比較してLWRの向上が確認された。
【0214】
【表8】
【0215】
<合成例C1>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)9.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)5.77g、テレフタルアルデヒド酸(東京化成工業(株)製)1.45g、及びテトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.82gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル39.76gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、105℃で24時間反応させた。続いて、マロノニトリル(純正化学(株)製)0.64gをプロピレングリコールモノメチルエーテル1.50gに溶解させた溶液を系内に加え、さらに4時間反応させポリマーC1を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーC1は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量3,900、分散度は2.5であった。ポリマーC1中に存在する構造を下記式に示す。
【化98】
【0216】
<合成例C2>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)5.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.21g、3-シアノ安息香酸(東京化成工業(株)製)0.79g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.46gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル37.81gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーC2を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーC2は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量3,300、分散度は2.4であった。ポリマーC2中に存在する構造を下記式に示す。
【化99】
【0217】
<合成例C3>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)5.00g、5-ニトロイソフタル酸(東京化成工業(株)製)3.21g、α-シアノけい皮酸(東京化成工業(株)製)0.93g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)0.46g、ヒドロキノン(東京化成工業(株)製)0.10gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル38.76gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、140℃で24時間反応させポリマーC3を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られたポリマーC3は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量2,900、分散度は2.3であった。ポリマーC3中に存在する構造を下記式に示す。
【化100】
【0218】
<比較合成例C1>
反応容器にモノアリルジグリシジルイソシアヌル酸(四国化成工業株式会社製)100.00g、5,5-ジエチルバルビツール酸(立山化成(株)製)66.4g、及びベンジルトリエチルアンモニウムクロリド4.1gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル682.00gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、130℃で24時間反応させ比較ポリマーC1を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた比較ポリマーC1は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量6,800、分散度は4.8であった。比較ポリマーC1中に存在する構造を下記式に示す。
【化101】
【0219】
<比較合成例C2>
反応容器に1,3,5-トリス(2,3-エポキシプロピル)イソシアヌル酸(製品名:TEPIC-SS、日産化学(株)製)12.86g、テレフタルアルデヒド酸(東京化成工業(株)製)9.67g、4-ヒドロキシベンズアルデヒド(純正化学(株)製)7.87g、テトラブチルホスホニウムブロミド(北興化学工業(株)製)1.09gを、プロピレングリコールモノメチルエーテル125.96gに加え溶解した。反応容器を窒素置換後、135℃で6時間反応させた。続いて、マロノニトリル(純正化学(株)製)8.51gをプロピレングリコールモノメチルエーテル34.04gに溶解させた溶液を系内に加え、さらに2時間反応させ比較ポリマーC2(比較化合物C2)を含む溶液を得た。GPC分析を行ったところ、得られた比較ポリマーC2(比較化合物C2)は標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量980、分散度は1.3であった。比較ポリマーC2(比較化合物C2)中に存在する構造を下記式に示す。
【化102】

(LはL及びLとの結合部分を表す)
【0220】
(レジスト下層膜の調製)
(実施例、比較例)
上記合成例C1~C3、比較合成例C1~C2で得られたポリマー(化合物)、架橋剤、硬化触媒、溶媒を表C1、表C2に示す割合で混合し、孔径0.1μmのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって、レジスト下層膜形成用組成物の溶液をそれぞれ調製した。
表C1、表C2中でテトラメトキシメチルグリコールウリルをPL-LI、Imidazo[4,5-d]imidazole-2,5(1H,3H)-dione,tetrahydro-1,3,4,6-tetrakis[(2-methoxy-1-methylethoxy)methyl]-をPGME-PL、ピリジニウム-p-ヒドロキシベンゼンスルホン酸をPyPSA、界面活性剤はR-30N、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートはPGMEA、プロピレングリコールモノメチルエーテルはPGMEと略した。各添加量は質量部で示した。
【0221】
【表9】
【0222】
【表10】
【0223】
(フォトレジスト溶剤への溶出試験)
実施例C1~C3、比較例C1~C2のレジスト下層膜形成組成物の各々を、スピナーを用いて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、ホットプレート上で205℃で60秒間ベークし、膜厚5nmの膜を得た。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=70/30の混合溶液に浸漬し、膜厚変化が1Å未満である場合に良、1Å以上である場合に不良として、その結果を表C3に示す。
【0224】
【表11】
【0225】
(レジストパターニング評価)
〔電子線描画装置によるレジストパターンの形成試験〕
レジスト下層膜形成組成物を、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、90℃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、フォトレジスト用現像液として2.38%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(東京応化工業(株)製、商品名NMD-3)を用いて30秒間パドル現像を行った。ラインサイズが16nm~28nm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。
このようにして得られたフォトレジストパターンについて、22nmのラインアンドスペース(L/S)の形成可否を評価した。実施例C1~C3の全ての場合で22nmL/Sパターン形成を確認した。また22nmライン/44nmピッチ(ラインアンドスペース(L/S=1/1)を形成した電荷量を最適照射エネルギーとし、その時の照射エネルギー(μC/cm)、レジストパターンのショット内で倒れ(コラプス)が見られない最小のCDサイズ及びLWRを表C4に示す。実施例C1~C3では比較例C1と比較してLWRの向上、最小CDサイズの向上が確認された。
【0226】
【表12】
【産業上の利用可能性】
【0227】
本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は、所望のレジストパターンを形成できるレジスト下層膜を形成するための組成物、及び該レジスト下層膜形成組成物を用いたレジストパターン付き基板の製造方法、半導体装置の製造方法を提供することができる。