JP5385006B2 - Resist underlayer film material and pattern forming method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子などの製造工程における微細加工に用いられる反射防止膜材料として有効なレジスト下層膜材料及びこれを用いた遠紫外線、KrFエキシマレーザー光(248nm)、ArFエキシマレーザー光(193nm)、F2レーザー光(157nm)、Kr2レーザー光(146nm)、Ar2レーザー光(126nm)、軟X線(EUV、13.5nm)、電子線(EB)、X線露光に好適なレジストパターン形成方法に関するものである。 The present invention relates to a resist underlayer film material that is effective as an antireflection film material used for microfabrication in the manufacturing process of semiconductor elements and the like, and far ultraviolet rays, KrF excimer laser light (248 nm), and ArF excimer laser light (193 nm) using the same. , F 2 laser beam (157 nm), Kr 2 laser beam (146 nm), Ar 2 laser beam (126 nm), soft X-ray (EUV, 13.5 nm), electron beam (EB), resist pattern suitable for X-ray exposure The present invention relates to a forming method.
近年、LSIの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められている中、現在汎用技術として用いられている光露光を用いたリソグラフィーにおいては、光源の波長に由来する本質的な解像度の限界に近づきつつある。 In recent years, with the increasing integration and speed of LSIs, there is a need for finer pattern rules. In lithography using light exposure, which is currently used as a general-purpose technology, the essence derived from the wavelength of the light source The resolution limit is approaching.
レジストパターン形成の際に使用するリソグラフィー用の光源として、水銀灯のg線(436nm)もしくはi線(365nm)を光源とする光露光が広く用いられており、更なる微細化のための手段として、露光光を短波長化する方法が有効とされてきた。このため、64MビットDRAM加工方法の量産プロセスには、露光光源としてi線(365nm)に代わって短波長のKrFエキシマレーザー(248nm)が利用された。しかし、更に微細な加工技術(加工寸法が0.13μm以下)を必要とする集積度1G以上のDRAMの製造には、より短波長の光源が必要とされ、特にArFエキシマレーザー(193nm)を用いたリソグラフィーが検討されてきている。 As a light source for lithography used in forming a resist pattern, light exposure using a mercury lamp g-line (436 nm) or i-line (365 nm) as a light source is widely used, and as a means for further miniaturization, A method of shortening the wavelength of exposure light has been considered effective. For this reason, a short wavelength KrF excimer laser (248 nm) was used as an exposure light source in place of the i-line (365 nm) in the mass production process of the 64-Mbit DRAM processing method. However, in order to manufacture a DRAM having a degree of integration of 1G or more, which requires a finer processing technique (processing dimension is 0.13 μm or less), a light source with a shorter wavelength is required, and in particular, an ArF excimer laser (193 nm) is used. Lithography has been studied.
一方、従来、段差基板上に高アスペクト比のパターンを形成するには2層プロセスが優れていることが知られており、更に、2層レジスト膜を一般的なアルカリ現像液で現像するためには、ヒドロキシ基やカルボキシル基等の親水基を有する高分子シリコーン化合物が必要である。 On the other hand, conventionally, it is known that a two-layer process is excellent for forming a pattern with a high aspect ratio on a stepped substrate, and further, for developing a two-layer resist film with a general alkali developer. Requires a high molecular silicone compound having a hydrophilic group such as a hydroxy group or a carboxyl group.
シリコーン系化学増幅ポジ型レジスト材料としては、安定なアルカリ可溶性シリコーンポリマーであるポリヒドロキシベンジルシルセスキオキサンのフェノール性水酸基の一部をt−Boc基で保護したものをベース樹脂として使用し、これと酸発生剤とを組み合わせたKrFエキシマレーザー用シリコーン系化学増幅ポジ型レジスト材料が提案された(特許文献1、非特許文献1等参照)。また、ArFエキシマレーザー用としては、シクロヘキシルカルボン酸を酸不安定基で置換したタイプのシルセスキオキサンをベースにしたポジ型レジスト材料が提案されている(特許文献2,3、非特許文献2等参照)。更に、F2レーザー用としては、ヘキサフルオロイソプロパノールを溶解性基として持つシルセスキオキサンをベースにしたポジ型レジスト材料が提案されている(特許文献4等参照)。上記ポリマーは、トリアルコキシシラン、又はトリハロゲン化シランの縮重合によるラダー骨格を含むポリシルセスキオキサンを主鎖に含むものである。
As the silicone-based chemically amplified positive resist material, a base resin in which a part of the phenolic hydroxyl group of polyhydroxybenzylsilsesquioxane, which is a stable alkali-soluble silicone polymer, is protected with a t-Boc group is used. A silicone-based chemically amplified positive resist material for a KrF excimer laser, which combines an acid generator and an acid generator, has been proposed (see
珪素が側鎖にペンダントされたレジスト用ベースポリマーとしては、珪素含有(メタ)アクリルエステル系ポリマーが提案されている(特許文献5、非特許文献3等参照)。
As a resist base polymer in which silicon is pendant on a side chain, a silicon-containing (meth) acrylic ester polymer has been proposed (see
2層プロセスのレジスト下層膜としては、酸素ガスによるエッチングが可能な炭化水素化合物であり、更にその下の基板をエッチングする場合におけるマスクになるため、高いエッチング耐性を有することが必要である。酸素ガスエッチングにおいては、珪素原子を含まない炭化水素のみで構成される必要がある。また、上層の珪素含有レジスト膜の線幅制御性を向上させ、定在波によるパターン側壁の凹凸とパターンの崩壊を低減させるためには、反射防止膜としての機能も有し、具体的にはレジスト下層膜からレジスト上層膜内への反射率を1%以下に抑える必要がある。 The resist underlayer film of the two-layer process is a hydrocarbon compound that can be etched with oxygen gas, and further needs to have high etching resistance because it serves as a mask for etching the underlying substrate. In oxygen gas etching, it is necessary to be composed only of hydrocarbons that do not contain silicon atoms. In addition, in order to improve the line width controllability of the upper silicon-containing resist film and reduce the pattern sidewall irregularities and pattern collapse due to standing waves, it also has a function as an antireflection film, specifically It is necessary to suppress the reflectance from the resist lower layer film into the resist upper layer film to 1% or less.
ここで、最大500nmの膜厚までの反射率を計算した結果を図1,2に示す。露光波長は193nm、レジスト上層膜のn値を1.74、k値を0.02と仮定し、図1ではレジスト下層膜のk値を0.3に固定し、縦軸にn値を1.0〜2.0、横軸に膜厚0〜500nmの範囲で変動させたときの基板反射率を示す。膜厚が300nm以上の2層プロセス用レジスト下層膜を想定した場合、レジスト上層膜と同程度かあるいはそれよりも少し屈折率が高いn値が1.6〜1.9の範囲で反射率を1%以下にできる最適値が存在する。 Here, the results of calculating the reflectance up to a maximum film thickness of 500 nm are shown in FIGS. Assuming that the exposure wavelength is 193 nm, the n value of the resist upper layer film is 1.74, and the k value is 0.02, the k value of the resist lower layer film is fixed at 0.3 in FIG. 0.0 to 2.0, and the horizontal axis represents the substrate reflectance when the film thickness is varied in the range of 0 to 500 nm. Assuming a resist underlayer film for a two-layer process having a film thickness of 300 nm or more, the reflectivity is in the range of n to 1.6 to 1.9, which has a refractive index that is the same as or slightly higher than the resist upper layer film. There is an optimum value that can be reduced to 1% or less.
また、図2では、レジスト下層膜のn値を1.5に固定し、k値を0〜0.8の範囲で変動させたときの反射率を示す。膜厚が300nm以上の2層プロセス用レジスト下層膜を想定した場合、k値が0.24〜0.15の範囲で反射率を1%以下にすることが可能である。一方、40nm程度の薄膜で用いられる単層レジスト用の反射防止膜の最適k値は0.4〜0.5であり、300nm以上で用いられる2層プロセス用のレジスト下層膜の最適k値とは異なる。2層プロセス用のレジスト下層膜では、より低いk値、即ちより高透明なレジスト下層膜が必要であることが示されている。 FIG. 2 shows the reflectance when the n value of the resist underlayer film is fixed at 1.5 and the k value is varied in the range of 0 to 0.8. When a resist underlayer film for a two-layer process having a film thickness of 300 nm or more is assumed, the reflectance can be made 1% or less in the range of k value from 0.24 to 0.15. On the other hand, the optimum k value of an antireflection film for a single layer resist used in a thin film of about 40 nm is 0.4 to 0.5, and the optimum k value of a resist underlayer film for a two layer process used at 300 nm or more is Is different. It has been shown that a resist underlayer film for a two-layer process requires a lower k value, that is, a more transparent resist underlayer film.
ここで、波長193nm用のレジスト下層膜材料として、非特許文献4に紹介されているようにポリヒドロキシスチレンとアクリル酸エステルの共重合体が検討されている。ポリヒドロキシスチレンは193nmに非常に強い吸収を持ち、そのもの単独ではk値が0.6前後と高い値である。そこで、k値が殆ど0であるアクリル酸エステルと共重合させることによって、k値を0.25前後に調整しているのである。
Here, as a resist underlayer film material for a wavelength of 193 nm, a copolymer of polyhydroxystyrene and an acrylate ester has been studied as introduced in Non-Patent
しかしながら、ポリヒドロキシスチレンに対して、アクリル酸エステルの基板エッチングにおけるエッチング耐性は弱く、しかもk値を下げるためにかなりの割合のアクリル酸エステルを共重合せざるを得ず、結果的に基板エッチングの耐性はかなり低下する。エッチングの耐性は、エッチング速度だけでなく、エッチング後の表面ラフネスの発生にも現れてくる。アクリル酸エステルの共重合によってエッチング後の表面ラフネスの増大が深刻なほど顕著になっている。 However, with respect to polyhydroxystyrene, the etching resistance of acrylate esters in substrate etching is weak, and a significant proportion of acrylate esters must be copolymerized to lower the k value, resulting in substrate etching. Resistance is significantly reduced. The resistance to etching appears not only in the etching rate but also in the occurrence of surface roughness after etching. The increase in surface roughness after etching becomes more prominent due to the copolymerization of acrylic acid ester.
一方、珪素を含まない単層レジストをレジスト上層膜、その下に珪素を含有するレジスト中間層膜、更にその下に有機膜のレジスト下層膜を積層する3層プロセスが提案されている(例えば、非特許文献5参照)。一般的には珪素含有レジストより単層レジストの方が解像性に優れ、3層プロセスでは高解像な単層レジストを露光イメージング層として用いることができる。レジスト中間層膜としては、スピンオングラス(SOG)膜が用いられ、多くのSOG膜が提案されている。 On the other hand, a three-layer process has been proposed in which a single-layer resist containing no silicon is formed as a resist upper layer film, a resist intermediate layer film containing silicon underneath it, and a resist underlayer film of an organic film is further formed thereunder (for example, Non-patent document 5). In general, a single-layer resist has better resolution than a silicon-containing resist, and a high-resolution single-layer resist can be used as an exposure imaging layer in a three-layer process. As the resist intermediate layer film, a spin-on-glass (SOG) film is used, and many SOG films have been proposed.
ここで3層プロセスにおける基板反射を抑えるための最適なレジスト下層膜の光学定数は2層プロセスにおけるそれとは異なっている。基板反射をできるだけ抑え、具体的には1%以下にまで低減させる目的は2層プロセスも3層プロセスも変わらないのであるが、2層プロセスはレジスト下層膜だけに反射防止効果を持たせるのに対して、3層プロセスはレジスト中間層膜とレジスト下層膜のどちらか一方あるいは両方に反射防止効果を持たせることができる。 Here, the optimum optical constant of the resist underlayer film for suppressing the substrate reflection in the three-layer process is different from that in the two-layer process. The purpose of suppressing the substrate reflection as much as possible, specifically, to reduce it to 1% or less, is the same in both the two-layer process and the three-layer process, but the two-layer process has an antireflection effect only on the resist underlayer film. On the other hand, in the three-layer process, one or both of the resist intermediate layer film and the resist underlayer film can have an antireflection effect.
反射防止効果を付与させた珪素含有層材料が、特許文献6、特許文献7に提案されている。一般的に単層の反射防止膜よりも多層の反射防止膜の方が反射防止効果は高く、光学材料の反射防止膜として広く工業的に用いられている。レジスト中間層膜とレジスト下層膜の両方に反射防止効果を付与させることによって高い反射防止効果を得ることができる。
3層プロセスにおいて珪素含有レジスト中間層膜に反射防止膜としての機能を持たせることができれば、レジスト下層膜に2層プロセスの時のような反射防止膜としての最高の効果は特に必要がない。3層プロセスの場合のレジスト下層膜としては、反射防止膜としての効果よりも基板加工における高いエッチング耐性が要求される。
そのために、芳香族基を多く含有し、エッチング耐性が高いノボラック樹脂が3層プロセス用のレジスト下層膜として用いられてきた。
If the silicon-containing resist intermediate layer film can have a function as an antireflection film in the three-layer process, the resist underlayer film need not have the highest effect as an antireflection film as in the two-layer process. The resist underlayer film in the case of the three-layer process is required to have higher etching resistance in substrate processing than the effect as an antireflection film.
Therefore, a novolak resin containing a large amount of aromatic groups and having high etching resistance has been used as a resist underlayer film for a three-layer process.
ここで、図3にレジスト中間層膜のk値を変化させたときの基板反射率を示す。
レジスト中間層膜のk値として0.2以下の低い値と、適切な膜厚設定によって、1%以下の十分な反射防止効果を得ることができる。
通常反射防止膜として、膜厚100nm以下で反射を1%以下に抑えるためにはk値が0.2以上であることが必要であるが(図2参照)、レジスト下層膜である程度の反射を抑えることができる3層レジスト膜のレジスト中間層膜としては0.2より低い値のk値が最適値となる。
Here, FIG. 3 shows the substrate reflectivity when the k value of the resist intermediate layer film is changed.
A sufficient antireflection effect of 1% or less can be obtained by a low value of 0.2 or less as the k value of the resist intermediate layer film and an appropriate film thickness setting.
As an antireflection film, it is necessary for the k value to be 0.2 or more in order to suppress reflection to 1% or less when the film thickness is 100 nm or less (see FIG. 2). As the resist intermediate layer film of the three-layer resist film that can be suppressed, the k value lower than 0.2 is the optimum value.
次に、レジスト下層膜のk値が0.2の場合と0.6の場合の、レジスト中間層膜とレジスト下層膜の膜厚を変化させたときの反射率変化を図4と図5に示す。
図4のk値が0.2のレジスト下層膜は、2層プロセスに最適化されたレジスト下層膜を想定しており、図5のk値が0.6のレジスト下層膜は、波長193nmにおけるノボラックやポリヒドロキシスチレンのk値に近い値である。
レジスト下層膜の膜厚は基板のトポグラフィーによって変動するが、レジスト中間層膜の膜厚はほとんど変動せず、設定した膜厚で塗布できると考えられる。
Next, FIG. 4 and FIG. 5 show the reflectance change when the thickness of the resist intermediate layer film and the resist lower layer film is changed when the k value of the resist lower layer film is 0.2 and 0.6. Show.
The resist underlayer film having a k value of 0.2 in FIG. 4 is assumed to be a resist underlayer film optimized for a two-layer process, and the resist underlayer film having a k value of 0.6 in FIG. The value is close to the k value of novolak and polyhydroxystyrene.
Although the film thickness of the resist underlayer film varies depending on the topography of the substrate, the film thickness of the resist intermediate layer film hardly varies, and it is considered that the resist can be applied with a set film thickness.
ここで、レジスト下層膜のk値が高い方(0.6の場合)が、より薄膜で反射を1%以下に抑えることができる。レジスト下層膜のk値が0.2の場合、膜厚250nmでは反射を1%にするためにレジスト中間層膜の膜厚を厚くしなければならない。しかし、このようにレジスト中間層膜の膜厚を上げると、レジスト中間層膜を加工するときのドライエッチング時に最上層のレジスト膜に対する負荷が大きく、好ましいことではない。 Here, the higher the k value of the resist underlayer film (in the case of 0.6), the reflection can be suppressed to 1% or less with a thinner film. When the k value of the resist underlayer film is 0.2, the film thickness of the resist intermediate layer film must be increased in order to achieve reflection of 1% at a film thickness of 250 nm. However, when the film thickness of the resist intermediate layer film is increased in this way, the load on the uppermost resist film during dry etching when processing the resist intermediate layer film is large, which is not preferable.
図4と図5は、露光装置のレンズのNAが0.85のドライ露光の場合の反射であるが、3層プロセス用のレジスト中間層膜のn、k値と膜厚を最適化することによって、レジスト下層膜のk値によらずに1%以下の反射率にすることが出来ることが示されている。ところが、液浸リソグラフィーによって投影レンズのNAが1.0を超え、レジストだけでなくレジストの下の反射防止膜に入射する光の角度が浅くなってきている。反射防止膜は、膜自体の吸収だけでなく、光の干渉効果による打ち消しの作用を用いて反射を抑えている。斜めの光は光の干渉効果が小さくなるため、反射が増大する。3層プロセスの膜の中で光の干渉作用を用いて反射防止を行っているのはレジスト中間層膜である。レジスト下層膜は干渉作用を用いるには十分に厚いために干渉効果による打ち消し合いによる反射防止効果はない。レジスト下層膜表面からの反射を抑える必要があり、そのためにはレジスト下層膜のk値を0.6程度より小さく、n値を上層のレジスト中間層膜に近い値にすることが好ましい。k値が小さすぎて透明性が高すぎると、基板からの反射も生じてくるため、液浸露光のNA1.3の場合、k値は0.25〜0.48程度が最適となる。n値は中間層、下層共にレジストのn値1.7に近い値が目標値となる。 4 and 5 are reflections in the case of dry exposure with a lens NA of the exposure apparatus of 0.85, the n, k values and film thickness of the resist interlayer film for the three-layer process should be optimized. Thus, it is shown that the reflectance can be 1% or less regardless of the k value of the resist underlayer film. However, the NA of the projection lens exceeds 1.0 due to immersion lithography, and the angle of light incident not only on the resist but also on the antireflection film under the resist is becoming shallower. The antireflection film suppresses reflection not only by the absorption of the film itself but also by the action of cancellation due to the light interference effect. Since oblique light has a small light interference effect, reflection increases. Of the three-layer process film, the resist intermediate layer film is used to prevent reflection by using the interference of light. Since the resist underlayer film is sufficiently thick to use the interference action, there is no antireflection effect due to cancellation by the interference effect. It is necessary to suppress reflection from the surface of the resist underlayer film. For this purpose, it is preferable that the k value of the resist underlayer film is smaller than about 0.6 and the n value is set to a value close to that of the upper resist intermediate film. When the k value is too small and the transparency is too high, reflection from the substrate also occurs. Therefore, in the case of immersion exposure NA 1.3, the optimum k value is about 0.25 to 0.48. The n value is a target value that is close to the n value 1.7 of the resist for both the intermediate layer and the lower layer.
ベンゼン環は吸収が非常に強く、クレゾールノボラックやポリヒドロキシスチレンのk値は0.6を超える。ベンゼン環よりも波長193nmにおける透明性が高く、エッチング耐性が高いものの一つにナフタレン環がある。例えば、特許文献8にナフタレン環、アントラセン環を有するレジスト下層膜が提案されている。我々の測定値では、ナフトール共縮合ノボラック樹脂、ポリビニルナフタレン樹脂のk値は0.3〜0.4の間である。また、ナフトール共縮合ノボラック樹脂、ポリビニルナフタレン樹脂の波長193nmにおけるn値は低く、ナフトール共縮合ノボラック樹脂で1.4、ポリビニルナフタレン樹脂に至っては1.2である。例えば、特許文献9、特許文献10で示されるアセナフチレン重合体においては、193nmにおけるn値は1.5、k値は0.4で目標値に近い。n値が高く、k値が低く透明でかつエッチング耐性が高いレジスト下層膜が求められている。
ここで、特許文献11にビスナフトール基を有するレジスト下層膜形成材料が提案されており、n値、k値共に目標値に近く、エッチング耐性に優れる特徴を有している。
特許文献12には、フルオレン構造を有するノボラック樹脂からなる下層膜材料が、特許文献13には、フルオレンモノマーを添加した下層膜材料が提案されている。
The benzene ring is very strongly absorbed, and the k value of cresol novolac and polyhydroxystyrene exceeds 0.6. One of the higher transparency and higher etching resistance at a wavelength of 193 nm than a benzene ring is a naphthalene ring. For example,
Here, Patent Document 11 proposes a resist underlayer film forming material having a bisnaphthol group, which has a feature that both n value and k value are close to target values and excellent in etching resistance.
Patent Document 12 proposes an underlayer film material made of a novolak resin having a fluorene structure, and Patent Document 13 proposes an underlayer film material to which a fluorene monomer is added.
また、下地の被加工基板に段差がある場合、レジスト下層膜によって段差を平坦化させる必要がある。レジスト下層膜を平坦化させることによって、その上に成膜するレジスト中間層膜やレジスト上層膜であるフォトレジスト膜の膜厚変動を抑え、リソグラフィーのフォーカスマージンを拡大することが出来る。 Further, when there is a step in the substrate to be processed, it is necessary to flatten the step with a resist underlayer film. By flattening the resist lower layer film, it is possible to suppress the film thickness variation of the resist intermediate layer film formed on the resist film and the photoresist film as the resist upper layer film, and to expand the lithography focus margin.
しかし、メタンガス、エタンガス、アセチレンガスなどを原料に用いたCVDによって形成されたアモルファスカーボン下層膜は、段差をフラットに埋め込むことが困難である。一方、レジスト下層膜をスピンコーティングによって形成した場合、基板の凹凸を埋め込むことが出来る長所がある。また、更に、塗布型の材料に於いて埋め込み特性を向上させるために特許文献14に示すように、分子量が低く、分子量分布が広いノボラックを用いる方法、特許文献15に示されるようにベースポリマーに低融点の低分子化合物をブレンドする方法が提案されている。 However, it is difficult for the amorphous carbon underlayer film formed by CVD using methane gas, ethane gas, acetylene gas or the like as a raw material to bury the step flatly. On the other hand, when the resist underlayer film is formed by spin coating, there is an advantage that the unevenness of the substrate can be embedded. Further, in order to improve the embedding characteristics in the coating type material, as shown in Patent Document 14, a method using a novolak having a low molecular weight and a wide molecular weight distribution, as shown in Patent Document 15, a base polymer is used. A method of blending a low molecular compound having a low melting point has been proposed.
ノボラック樹脂が加熱だけで分子間架橋し硬化することは従来からよく知られている(非特許文献6)。ここでは、加熱によってクレゾールノボラックのヒドロキシ基にフェノキシラジカルが発生し、共鳴によってノボラック樹脂の連結基のメチレンにラジカルが移動し、メチレン同士が架橋するラジカルカップリングによる架橋メカニズムが報告されている。特許文献16にポリアリーレンやナフトールノボラック、ヒドロキシアントラセンノボラックなどの多環芳香族化合物を熱によって脱水素あるいは脱水縮合反応によって炭素密度を高めた下層膜を用いるパターン形成方法が報告されている。
ガラス状のカーボン膜は800℃以上の加熱によって形成される(非特許文献7)。しかしながら、デバイスダメージやウェハーの変形への影響を考えると、リソグラフィーのウェハープロセスでの加熱できる温度の上限は600℃以下、好ましくは500℃以下である。
It has been well known that novolak resins are crosslinked and cured by heating alone (Non-Patent Document 6). Here, a crosslinking mechanism by radical coupling is reported in which a phenoxy radical is generated in the hydroxy group of cresol novolac by heating, the radical is transferred to methylene of the linking group of the novolak resin by resonance, and the methylenes are cross-linked. Patent Document 16 reports a pattern formation method using a lower layer film in which a polycyclic aromatic compound such as polyarylene, naphthol novolak, and hydroxyanthracene novolak is heated and decarbonized or subjected to dehydration condensation to increase the carbon density.
A glassy carbon film is formed by heating at 800 ° C. or higher (Non-patent Document 7). However, considering the influence on device damage and wafer deformation, the upper limit of the heatable temperature in the lithography wafer process is 600 ° C. or less, preferably 500 ° C. or less.
加工線幅の縮小に伴い、レジスト下層膜をマスクに被加工基板をエッチングするときにレジスト下層膜がよれたり曲がったりする現象が起きる事が報告されている(非特許文献8)。フルオロカーボン系のガスによる基板エッチング中に、レジスト下層膜の水素原子がフッ素原子で置換される現象が示されている。レジスト下層膜表面がテフロン(登録商標)化されることによって下層膜の体積増加により膨潤したり、ガラス転移点が低下することによって、より微細なパターンのよれが生じるものと考えられる。前述の文献では、水素含有率の低いレジスト下層膜を適用することによってよれが防止できることが示されている。CVDで作成したアモルファスカーボン膜は、膜中の水素原子を極めて少なくすることが出来、よれ防止には非常に有効である。しかしながら、前述のようにCVDは段差の埋め込み特性が悪く、またCVD装置の価格と装置フットプリント面積の占有により導入が困難な場合がある。コーティング、特にスピンコート法で製膜可能なレジスト下層膜材料でよれの問題を解決することが出来れば、プロセスと装置の簡略化のメリットは大きい。 It has been reported that with the reduction of the processing line width, a phenomenon that the resist underlayer film is twisted or bent when the substrate to be processed is etched using the resist underlayer film as a mask (Non-patent Document 8). It shows a phenomenon in which hydrogen atoms in a resist underlayer film are replaced with fluorine atoms during substrate etching with a fluorocarbon-based gas. It is considered that the resist underlayer film surface is made Teflon (registered trademark) to swell due to the increase in volume of the underlayer film or the glass transition point is lowered, thereby causing a finer pattern distortion. In the above-mentioned document, it has been shown that twisting can be prevented by applying a resist underlayer film having a low hydrogen content. An amorphous carbon film prepared by CVD can extremely reduce the number of hydrogen atoms in the film, and is very effective in preventing dripping. However, as described above, CVD has poor step embedding characteristics and may be difficult to introduce due to the cost of the CVD apparatus and the occupation footprint area. If the problem can be solved with a coating, particularly a resist underlayer film material that can be formed by a spin coating method, the merit of simplifying the process and the apparatus is great.
レジスト下層膜の上にCVD法でハードマスクを形成するマルチレイヤープロセスが検討されている。シリコン系のハードマスク(珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素窒化酸化膜)の場合に於いてもスピンコート法で形成するハードマスクよりもCVD等で形成した無機ハードマスクの方がエッチング耐性が高い。また、被加工基板が低誘電率膜を有し、そこからのフォトレジストへの汚染(ポイゾニング)が生じる場合があるが、CVD膜の方がポイゾニング防止の遮断膜としての効果が高い。 A multi-layer process in which a hard mask is formed on a resist underlayer film by a CVD method has been studied. In the case of silicon hard masks (silicon oxide film, silicon nitride film, silicon oxynitride film), the etching resistance of inorganic hard masks formed by CVD or the like is higher than that of hard masks formed by spin coating. . Further, the substrate to be processed has a low dielectric constant film, and the photoresist may be contaminated (poisoning) from there, but the CVD film is more effective as a blocking film for preventing poisoning.
そこで、平坦化ためにレジスト下層膜をスピンコートで形成し、その上のレジスト中間層膜としての無機ハードマスク中間層膜をCVD法で作成するプロセスが検討されている。CVD法で無機ハードマスク中間層を作成する場合、特に窒化物系の膜の作成に於いて最低300℃、通常は400℃の基板の加熱が必要とされる。従って、スピンコート法でレジスト下層膜を作成した場合、400℃の耐熱性が必要であるが、通常のクレゾールノボラック、ナフトールノボラック、および耐熱性が高いフルオレンビスフェノールのノボラック樹脂においても400℃の加熱に耐えることが出来ず、加熱後大きな膜減りが生じてしまう。このように、CVD法で無機ハードマスク中間層膜を形成する際の高温の加熱にも耐えることができるようなレジスト下層膜が求められている。 Therefore, a process for forming a resist underlayer film by spin coating for flattening and forming an inorganic hard mask intermediate layer film as a resist intermediate layer film thereon by a CVD method has been studied. When the inorganic hard mask intermediate layer is formed by the CVD method, it is necessary to heat the substrate at a minimum of 300 ° C., usually 400 ° C., particularly in forming a nitride film. Therefore, when a resist underlayer film is formed by spin coating, heat resistance of 400 ° C. is necessary. However, ordinary cresol novolak, naphthol novolak, and fluorene bisphenol novolak resin having high heat resistance can also be heated to 400 ° C. It cannot withstand and a large film loss occurs after heating. Thus, there is a need for a resist underlayer film that can withstand high-temperature heating when forming an inorganic hard mask intermediate layer film by CVD.
また、このような耐熱性が原因となる加熱後の膜減りや樹脂の劣化の問題から、従来レジスト下層膜材料の熱処理は通常300℃以下(好ましくは80〜300℃の範囲内)で行われていた。しかしながら、溶媒処理後に減膜が生じたり、基板のエッチング中にパターンによれが生じてしまうという問題は生じたままであった。 Further, due to the problem of film loss after heating and deterioration of the resin due to such heat resistance, conventional heat treatment of the resist underlayer film material is usually performed at 300 ° C. or less (preferably in the range of 80 to 300 ° C.). It was. However, there still remains a problem that the film is reduced after the solvent treatment or the pattern is distorted during the etching of the substrate.
以上より、反射防止膜としての最適なn、k値と埋め込み特性、優れたエッチング耐性、耐溶媒性を有し、更にCVD法などによる無機ハードマスク中間層膜形成中の高温にも耐えることができる耐熱性を有し、基板のエッチング中によれが生じないレジスト下層膜を形成するためのレジスト下層膜材料が求められているのである。 As described above, it has optimum n and k values and anti-reflection properties as an antireflection film, excellent etching resistance and solvent resistance, and can withstand high temperatures during the formation of an inorganic hard mask interlayer film by CVD or the like. There is a need for a resist underlayer film material for forming a resist underlayer film that has heat resistance that can be resisted and does not sag during etching of the substrate.
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、リソグラフィーで用いられる多層レジスト膜のレジスト下層膜材料であって、反射率を低減でき、エッチング耐性が高く、高い耐熱性、耐溶媒性を有し、特に基板のエッチング中によれの発生がないレジスト下層膜を形成するためのレジスト下層膜材料及びこれを用いたパターン形成方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a resist underlayer film material of a multilayer resist film used in lithography, which can reduce reflectance, has high etching resistance, and has high heat resistance and solvent resistance. In particular, it is an object of the present invention to provide a resist underlayer film material for forming a resist underlayer film that is free from occurrence of contamination during etching of a substrate, and a pattern forming method using the resist underlayer film material.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リソグラフィーで用いられる多層レジスト膜のレジスト下層膜材料であって、少なくとも、下記一般式(1)で示される繰り返し単位a1を有するポリフルオレンを含有することを特徴とするレジスト下層膜材料を提供する。
このように、上記一般式(1)で示される繰り返し単位a1を有するポリフルオレンを含有するレジスト下層膜材料であれば、該レジスト下層膜材料を基板上にコーティングし、コーティングしたレジスト下層膜材料を熱処理して硬化させることによって、反射防止膜としての最適なn、k値と埋め込み特性、優れたエッチング耐性、耐溶媒性を有し、更にCVD法などによる無機ハードマスク中間層膜形成中の高温にも耐えることができる耐熱性を有し、基板のエッチング中によれが生じないレジスト下層膜を形成することができる。 Thus, if the resist underlayer film material contains polyfluorene having the repeating unit a1 represented by the general formula (1), the resist underlayer film material is coated on the substrate, and the coated resist underlayer film material is By curing by heat treatment, it has optimum n and k values and embedding characteristics as an antireflection film, excellent etching resistance, solvent resistance, and high temperature during the formation of an inorganic hard mask interlayer film by CVD method etc. It is possible to form a resist underlayer film that has heat resistance that can withstand, and that does not sag during etching of the substrate.
また、上記一般式(1)で示される繰り返し単位a1が下記一般式(2)で示される繰り返し単位a2であることが好ましい。
このように、上記一般式(2)で示される繰り返し単位a2を有するポリフルオレンを含有するレジスト下層膜材料であれば、該レジスト下層膜材料を基板上にコーティングし、コーティングしたレジスト下層膜材料を熱処理して硬化させることによって、反射防止膜としての最適なn、k値と埋め込み特性、優れたエッチング耐性、耐溶媒性を有し、更にCVD法などによる無機ハードマスク中間層膜形成中の高温にも耐えることができる耐熱性を有し、基板のエッチング中によれが生じないレジスト下層膜をより確実に形成することができる。 Thus, if the resist underlayer film material contains polyfluorene having the repeating unit a2 represented by the general formula (2), the resist underlayer film material is coated on the substrate, and the coated resist underlayer film material is By curing by heat treatment, it has optimum n and k values and embedding characteristics as an antireflection film, excellent etching resistance, solvent resistance, and high temperature during the formation of an inorganic hard mask interlayer film by CVD method etc. It is possible to more reliably form a resist underlayer film that has heat resistance that can withstand, and that does not sag during etching of the substrate.
また、前記レジスト下層膜材料として、前記一般式(2)で示される繰り返し単位a2を有するポリフルオレンが、前記繰り返し単位a2をノボラック化することにより得られる、下記一般式(3)で示される繰り返し単位a3を含有するものを用いることもできる。
このように、上記一般式(3)で示される繰り返し単位a3を有するポリフルオレンのノボラック樹脂を含有するレジスト下層膜材料であれば、該レジスト下層膜材料を基板上にコーティングし、コーティングしたレジスト下層膜材料を熱処理して硬化させることによって、反射防止膜としての最適なn、k値と埋め込み特性、優れたエッチング耐性、耐溶媒性を有し、更にCVD法などによる無機ハードマスク中間層膜形成中の高温にも耐えることができる耐熱性を有し、基板のエッチング中によれが生じないレジスト下層膜を形成することができる。 Thus, if the resist underlayer film material contains a polyfluorene novolak resin having the repeating unit a3 represented by the general formula (3), the resist underlayer film material is coated on the substrate, and the coated resist underlayer film By curing the film material by heat treatment, it has optimum n and k values and embedding characteristics as an antireflection film, excellent etching resistance and solvent resistance, and also forms an inorganic hard mask interlayer film by CVD method etc. It is possible to form a resist underlayer film that has heat resistance that can withstand high temperatures in the middle and that does not sag during etching of the substrate.
また、前記レジスト下層膜材料が、有機溶剤を含有するものであることが好ましい。また、前記レジスト下層膜材料が、更に、架橋剤及び酸発生剤を含有するものであることが好ましい。 Further, the resist underlayer film material preferably contains an organic solvent. Moreover, it is preferable that the resist underlayer film material further contains a crosslinking agent and an acid generator.
このように、上記本発明のレジスト下層膜材料が、有機溶剤、架橋剤、酸発生剤を含有することで、基板等への塗布性を向上させたり、基板等への塗布後のベーク等により、レジスト下層膜内での架橋反応を促進させたりすることができる。したがって、このようなレジスト下層膜材料から形成されたレジスト下層膜は、膜厚均一性が良く、レジスト上層膜あるいはレジスト中間層膜とのインターミキシングの恐れが少なく、レジスト上層膜等への低分子成分の拡散が少ないものとなる。 As described above, the resist underlayer film material of the present invention contains an organic solvent, a crosslinking agent, and an acid generator, thereby improving the coating property on a substrate or the like, or by baking after coating on a substrate or the like. The crosslinking reaction in the resist underlayer film can be promoted. Therefore, the resist underlayer film formed from such a resist underlayer film material has good film thickness uniformity, and there is little risk of intermixing with the resist upper layer film or the resist intermediate layer film. Less component diffusion.
また、本発明は、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に前記本発明のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをエッチングマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。 The present invention is also a method for forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate using the resist underlayer film material of the present invention, and a photo resist is formed on the resist underlayer film. Forming a resist upper layer film using a resist upper layer film material made of a resist composition, exposing a pattern circuit region of the resist upper layer film, developing with a developer to form a resist pattern on the resist upper layer film, Etching the resist underlayer film using the obtained resist pattern as an etching mask, and etching the substrate using the obtained resist underlayer film pattern as an etching mask to form a pattern on the substrate. provide.
このように、本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜は、特に短波長の露光において、最適なn値、k値を有し、かつ基板エッチング条件でのエッチング耐性にも優れる。このため、本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜を、2層プロセスのレジスト下層膜として用いれば、高精度で基板にパターンを形成することができる。 As described above, the resist underlayer film formed by using the resist underlayer film material of the present invention has optimum n value and k value, and is excellent in etching resistance under the substrate etching conditions, particularly in short wavelength exposure. . For this reason, if the resist underlayer film formed using the resist underlayer film material of the present invention is used as the resist underlayer film in the two-layer process, a pattern can be formed on the substrate with high accuracy.
この場合、前記フォトレジストからなるレジスト上層膜材料が、珪素原子を含有するポリマーを含み、前記レジスト上層膜をマスクにして行うレジスト下層膜のエッチングを、酸素ガス又は水素ガスを主体とするエッチングガスを用いて行うことが好ましい。 In this case, the resist upper layer material made of the photoresist contains a polymer containing silicon atoms, and etching of the resist lower layer film using the resist upper layer film as a mask is an etching gas mainly composed of oxygen gas or hydrogen gas. It is preferable to carry out using.
本発明のレジスト下層膜材料から形成したレジスト下層膜は、レジスト上層膜として、ベース樹脂に珪素原子を含有したものを用い、前記レジスト上層膜をマスクにしたレジスト下層膜のエッチングを、酸素ガス又は水素ガスを主体とするドライエッチングで行い、レジスト上層膜のレジストパターンをレジスト下層膜に転写するのに適したものとなっている。 The resist underlayer film formed from the resist underlayer film material of the present invention uses, as the resist upper layer film, a base resin containing silicon atoms, and etching of the resist underlayer film using the resist upper layer film as a mask is performed using oxygen gas or It is suitable for transferring the resist pattern of the resist upper layer film to the resist lower layer film by dry etching mainly using hydrogen gas.
また、本発明は、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に前記本発明のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上に珪素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記レジスト中間層膜をエッチングし、得られたレジスト中間層膜パターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。 The present invention also relates to a method for forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate using the resist underlayer film material of the present invention, and a silicon is formed on the resist underlayer film. A resist intermediate layer film is formed using a resist intermediate layer film material containing atoms, a resist upper layer film is formed on the resist intermediate layer film using a resist upper layer film material made of a photoresist composition, After exposing the pattern circuit area of the resist upper layer film, developing with a developing solution to form a resist pattern on the resist upper layer film, and etching the resist intermediate layer film using the obtained resist pattern as an etching mask The resist underlayer film pattern obtained by etching the resist underlayer film using the resist intermediate layer film pattern as an etching mask. The etched substrate as a mask to provide a pattern forming method comprising forming a pattern on a substrate.
このように、本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜は、特に短波長の露光において、最適なn値、k値を有し、かつ基板エッチング時のエッチング耐性に優れる。また、必要により反射防止効果のあるレジスト中間層膜と併せることで優れた反射防止効果をもたらす。このため、本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜を、3層プロセスのレジスト下層膜として用いれば、更に高精度で基板にパターンを形成することができる。 As described above, the resist underlayer film formed by using the resist underlayer film material of the present invention has optimum n value and k value, particularly in short wavelength exposure, and is excellent in etching resistance during substrate etching. Further, if necessary, it is combined with a resist intermediate layer film having an antireflection effect to provide an excellent antireflection effect. For this reason, if the resist underlayer film formed using the resist underlayer film material of the present invention is used as a resist underlayer film in a three-layer process, a pattern can be formed on the substrate with higher accuracy.
また、本発明は、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に前記本発明のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上に珪素酸化膜、珪素窒化膜及び珪素酸化窒化膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上に有機反射防止膜を形成し、該有機反射防止膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記有機反射防止膜と前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、得られた無機ハードマスク中間層膜パターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをエッチングマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。 The present invention also relates to a method for forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate using the resist underlayer film material of the present invention, and a silicon is formed on the resist underlayer film. An inorganic hard mask intermediate film selected from an oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film is formed, an organic antireflection film is formed on the inorganic hard mask intermediate film, and the organic antireflection film is formed on the organic antireflection film. After forming a resist upper layer film using a resist upper layer film material made of a photoresist composition, exposing a pattern circuit region of the resist upper layer film, developing with a developer to form a resist pattern on the resist upper layer film The organic antireflection film and the inorganic hard mask intermediate film are etched using the obtained resist pattern as an etching mask, and the resulting inorganic hard mask is obtained. A pattern forming method is provided, wherein the resist underlayer film is etched using the intermediate layer film pattern as an etching mask, and the substrate is etched using the obtained resist underlayer film pattern as an etching mask to form a pattern on the substrate. To do.
このように、本発明のパターン形成方法では、前記無機ハードマスク中間層膜とレジスト上層膜との間に有機反射防止膜を形成することができる。 Thus, in the pattern formation method of the present invention, an organic antireflection film can be formed between the inorganic hard mask intermediate layer film and the resist upper layer film.
この場合、前記無機ハードマスク中間層膜は、CVD法あるいはALD法によって形成することができる。 In this case, the inorganic hard mask intermediate layer film can be formed by a CVD method or an ALD method.
このように、無機ハードマスク中間層膜をCVD法あるいはALD法によって形成することにより、エッチング耐性を高くすることができる。また、本発明のレジスト下層膜はこのようなCVD法、ALD法の高温にも耐えることができるので好適である。 In this manner, the etching resistance can be increased by forming the inorganic hard mask intermediate film by the CVD method or the ALD method. Further, the resist underlayer film of the present invention is suitable because it can withstand the high temperatures of such CVD and ALD methods.
また、前記フォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料が、珪素原子を含有するポリマーを含まず、前記中間層膜をマスクにして行うレジスト下層膜のエッチングを、酸素ガス又は水素ガスを主体とするエッチングガスを用いて行うことが好ましい。 In addition, the resist upper layer film material made of the photoresist composition does not contain a polymer containing silicon atoms, and etching of the resist lower layer film using the intermediate layer film as a mask is mainly oxygen gas or hydrogen gas. It is preferable to use an etching gas.
レジスト上層膜に珪素原子含有ポリマーを含まないものは、珪素原子含有ポリマーを含むものと比較して、解像性に優れるという利点がある。また、無機ハードマスク中間層膜パターンをエッチングマスクにしてレジスト下層膜をエッチングする際、珪素原子を含む無機ハードマスクは、酸素ガス又は水素ガスによるエッチング耐性を示すために好ましい。 Those in which the resist upper layer film does not contain a silicon atom-containing polymer has an advantage that the resolution is excellent as compared with those containing a silicon atom-containing polymer. Further, when the resist underlayer film is etched using the inorganic hard mask intermediate layer film pattern as an etching mask, an inorganic hard mask containing silicon atoms is preferable because it shows etching resistance with oxygen gas or hydrogen gas.
以上説明したように、本発明のレジスト下層膜材料を用いることにより、反射率を低減でき、エッチング耐性が高く、高い耐熱性、耐溶媒性を有し、特に基板のエッチング中によれの発生がないレジスト下層膜を形成することができる。また、本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成されたレジスト下層膜は、短波長の露光において必要により反射防止効果のある中間層膜と組み合わせることによって、100nm以上の膜厚で十分な反射防止効果を発揮できるだけの吸光係数を有し、基板加工に用いられるCF4/CHF3ガス及びCl2/BCl3系ガスエッチングの速度も通常のm−クレゾールノボラック樹脂よりも遅く強固であり、高いエッチング耐性を有するものとなる。また、パターニング後のレジスト形状も良好である。 As described above, by using the resist underlayer film material of the present invention, the reflectance can be reduced, the etching resistance is high, the heat resistance and the solvent resistance are high, and particularly the occurrence of sag during the etching of the substrate. A resist underlayer film can be formed. In addition, the resist underlayer film formed using the resist underlayer film material of the present invention is sufficiently antireflective with a film thickness of 100 nm or more by combining with an intermediate layer film having an antireflection effect as necessary in short wavelength exposure. It has an extinction coefficient that can exert the effect, and the etching rate of CF 4 / CHF 3 gas and Cl 2 / BCl 3 gas used for substrate processing is slower and stronger than normal m-cresol novolac resin, and high etching It will be resistant. Also, the resist shape after patterning is good.
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、多層レジスト膜のレジスト下層膜材料として、優れた反射防止膜機能とエッチング耐性、耐熱性、耐溶媒性、埋め込み特性を有し、特に基板のエッチング中によれが生じないレジスト膜を形成できるものが必要視されていた。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
As described above, as a resist underlayer film material of a multilayer resist film, it has an excellent antireflection film function, etching resistance, heat resistance, solvent resistance, and embedding characteristics, and resist film that is not particularly distorted during substrate etching. It was regarded as necessary to be able to form.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、透明性が高く炭素数が多い基を有するポリフルオレン及びこの誘導体が、優れた反射防止膜機能と、耐熱性、耐溶媒性、埋め込み特性を有し、エッチング耐性にも優れる2層あるいは3層プロセス用レジスト下層膜を形成するレジスト下層膜材料として有望であることを見出し、本発明をなすに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that polyfluorene having a high transparency and a large number of carbon atoms and its derivative have an excellent antireflection film function, heat resistance, and solvent resistance. It has been found that the present invention is promising as a resist underlayer film material for forming a resist underlayer film for a two-layer or three-layer process that has excellent properties and embedding characteristics, and has excellent etching resistance.
即ち、本発明のレジスト下層膜材料は、リソグラフィーで用いられる多層レジスト膜のレジスト下層膜材料であって、少なくとも、下記一般式(1)で示される繰り返し単位a1を有するポリフルオレンを含有することを特徴とする。
また、上記一般式(1)で示される繰り返し単位a1が下記一般式(2)で示される繰り返し単位a2であることが好ましい。
また、前記レジスト下層膜材料として、前記一般式(2)で示される繰り返し単位a2を有するポリフルオレンをノボラック化した、下記一般式(3)で示される繰り返し単位a3を含有するものを用いることもできる。
レジスト下層膜材料として用いられてきた従来のノボラック樹脂は、フェノール間がメチレンなどのアルキレン基で繋がっているため、アルキレン基の回転によって膜の剛直性や、炭素密度の低下によってエッチング耐性が低下するという問題があった。また、インデンやアセナフチレンなどを重合したシクロオレフィンポリマーは主鎖が剛直であるが、主鎖の炭素が3級炭素になるので、この部分が熱により開重合する可能性があり、4級炭素に比べるとエッチング耐性が弱いという問題があった。
これに対して、本発明のレジスト下層膜材料に含有される、上記一般式(1)もしくは(2)に示されるポリフルオレン、又は上記一般式(3)に示される、ポリフルオレンをノボラック化したノボラック樹脂(ポリフルオレンのノボラック樹脂)は、芳香族基同士が直接結合しているため、非常に剛直性が高く、4級炭素で繋がっているために、優れたエッチング耐性、耐溶媒性、耐熱性を有する。また、本発明のレジスト下層膜材料に含有される、前記ポリフルオレン及びポリフルオレンのノボラック樹脂は、透明性が高いため、本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜は、優れた反射防止機能を有するものとなる。
即ち、本発明のレジスト下層膜材料は、ポリフルオレン及び/又はポリフルオレンの誘導体(ノボラック樹脂)をベースにする材料を提案するもので、特に波長300nm以下の高エネルギー線、具体的には248nm、193nm、157nmのエキシマレーザー、3〜20nmの軟X線、電子ビーム、X線におけるエッチング耐性に優れ、優れた反射防止機能、耐溶媒性、耐熱性、さらに、最適な埋め込み特性を有し、基板加工におけるドライエッチング耐性に優れる、多層レジストプロセス、例えば、2層あるいは3層プロセス用のレジスト下層膜を形成することができるものである。
In conventional novolak resins that have been used as resist underlayer film materials, the phenols are connected by alkylene groups such as methylene, and therefore the rotation of the alkylene groups reduces the film rigidity and the etching resistance due to a decrease in carbon density. There was a problem. In addition, the cycloolefin polymer obtained by polymerizing indene, acenaphthylene, etc. has a rigid main chain, but the carbon of the main chain becomes a tertiary carbon. In comparison, there was a problem that etching resistance was weak.
On the other hand, the polyfluorene represented by the general formula (1) or (2) or the polyfluorene represented by the general formula (3) contained in the resist underlayer film material of the present invention was novolakized. Novolac resin (polyfluorene novolac resin) is very rigid because aromatic groups are directly bonded to each other, and is connected by quaternary carbon, so it has excellent etching resistance, solvent resistance, and heat resistance. Have sex. In addition, since the polyfluorene and the polyfluorene novolak resin contained in the resist underlayer film material of the present invention are highly transparent, the resist underlayer film formed using the resist underlayer film material of the present invention is excellent. It has an antireflection function.
That is, the resist underlayer film material of the present invention proposes a material based on polyfluorene and / or a polyfluorene derivative (novolak resin), particularly high energy rays having a wavelength of 300 nm or less, specifically 248 nm, Excellent resistance to etching in 193 nm, 157 nm excimer laser, 3-20 nm soft X-ray, electron beam, X-ray, excellent antireflection function, solvent resistance, heat resistance, and optimal embedding characteristics. A resist underlayer film for a multi-layer resist process, for example, a two-layer or three-layer process, having excellent dry etching resistance in processing can be formed.
本発明のレジスト下層膜材料は、
(A)上記一般式(1)もしくは(2)に示されるポリフルオレン、又は上記一般式(3)に示される、ポリフルオレンのノボラック樹脂
を必須成分とするものであり、
(B)有機溶剤、
を含んでもよく、スピンコート特性、段差基板の埋め込み特性、膜の剛性や耐溶媒性を上げるために、
(C)上記一般式(1)、(2)のポリフルオレン及び上記一般式(3)のポリフルオレンノボラック樹脂以外の樹脂
(D)架橋剤、
(E)酸発生剤
を含むこともできる。
The resist underlayer film material of the present invention is
(A) The polyfluorene represented by the general formula (1) or (2) or the polyfluorene novolak resin represented by the general formula (3) is an essential component.
(B) an organic solvent,
In order to increase spin coating characteristics, step board embedding characteristics, film rigidity and solvent resistance,
(C) Resins other than the polyfluorenes of the above general formulas (1) and (2) and the polyfluorene novolak resin of the above general formula (3) (D) a crosslinking agent,
(E) An acid generator may also be included.
上記一般式(1)及び(2)に示されるポリフルオレンを得るためのモノマーとしては、具体的には下記に例示されるが、これらに限定されるものではない。
上記一般式(1)又は(2)で示されるポリフルオレンのうち、特にR3及び/又はR4がナフタレン環であるものは、レジスト下層膜のエッチング耐性と光学定数をより向上させることができる。
また、R1及びR2のどちらもが、ヒドロキシル基及びグリシジル基でないものは、レジスト下層膜を形成する際の段差基板上での埋め込み特性をより向上させることができる。
Among the polyfluorenes represented by the general formula (1) or (2), those in which R 3 and / or R 4 are a naphthalene ring can further improve the etching resistance and optical constant of the resist underlayer film. .
In addition, when both R 1 and R 2 are not hydroxyl groups or glycidyl groups, the embedding property on the stepped substrate when forming the resist underlayer film can be further improved.
上記一般式(1)又は(2)で示されるポリフルオレンの合成方法としては、特に限定されないが、例えば、WO2005/100437 A1記載の化学的酸化重合が挙げられる。酸化重合に用いられる触媒としては、FeCl3、MoCl3、WCl3、AlCl3−CuCl2、AlCl3−MnO3等とルイス酸の組み合わせを用いることも出来るが、FeCl3が最も好ましく用いることが出来る。酸化重合の場合、フルオレンの2、7位の活性が高いために、主に2,7位同士がカップリングしながら重合が進行するが2,7位以外の部分がカップリングする場合もある。
また、例えば、他の重合方法として、特許3443736号記載の様にハロゲン化したフルオレンを重縮合する方法が挙げられる。ここで用いられる触媒としては、Ni触媒が用いられ、ニッケル(シクロオクタジエン)2が好ましく用いられる
Although it does not specifically limit as a synthesis method of the polyfluorene shown by the said General formula (1) or (2), For example, the chemical oxidative polymerization of WO2005 / 100437 A1 is mentioned. As a catalyst used for oxidative polymerization, a combination of FeCl 3 , MoCl 3 , WCl 3 , AlCl 3 —CuCl 2 , AlCl 3 —MnO 3, etc. and a Lewis acid can be used, but FeCl 3 is most preferably used. I can do it. In the case of oxidative polymerization, since the activities at the 2nd and 7th positions of fluorene are high, the polymerization proceeds mainly while the 2nd and 7th positions are coupled to each other.
Further, as another polymerization method, for example, a method of polycondensing halogenated fluorene as described in Japanese Patent No. 3443736 can be mentioned. As the catalyst used here, a Ni catalyst is used, and nickel (cyclooctadiene) 2 is preferably used.
このような方法により合成された、本発明のレジスト下層膜材料としてのポリフルオレンは、フルオレンモノマーの耐熱性と相俟って、フルオレン同士が単結合によって直接繋がる事によって、非常に高い耐熱性を有する。従って、本発明のレジスト下層膜材料を用いれば、高温の加熱にも耐えることができるレジスト下層膜を形成することができる。
これに比べて通常のクレゾールノボラック樹脂は、アルキレン基によってフェノール間が結合しているため、アルキレン基が振動或いは回転する分だけ耐熱性が低下する。
Polyfluorene as a resist underlayer film material of the present invention synthesized by such a method, combined with the heat resistance of the fluorene monomer, has a very high heat resistance because the fluorenes are directly connected by a single bond. Have. Therefore, if the resist underlayer film material of the present invention is used, a resist underlayer film that can withstand high temperature heating can be formed.
Compared to this, in a normal cresol novolac resin, phenols are bonded by an alkylene group, so that the heat resistance is reduced by the amount of vibration or rotation of the alkylene group.
本発明のレジスト下層膜材料の成分(A)として、上記一般式(3)で示されるような、上記一般式(2)で示されるポリフルオレン化合物をアルデヒド類との縮合反応によってノボラック化した樹脂を用いることもできる。
ここで用いられるアルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒド、トリオキサン、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、α−フェニルプロピルアルデヒド、β−フェニルプロピルアルデヒド、o−ヒドロキシベンズアルデヒド、m−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、o−クロロベンズアルデヒド、m−クロロベンズアルデヒド、p−クロロベンズアルデヒド、o−ニトロベンズアルデヒド、m−ニトロベンズアルデヒド、p−ニトロベンズアルデヒド、o−メチルベンズアルデヒド、m−メチルベンズアルデヒド、p−メチルベンズアルデヒド、p−エチルベンズアルデヒド、p−n−ブチルベンズアルデヒド、フルフラール等を挙げることができる。また、これらのうち、特にホルムアルデヒドを好適に用いることができる。
これらのアルデヒド類は、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。
上記アルデヒド類の使用量は、ポリフルオレン化合物1モルに対して0.2〜5モルが好ましく、より好ましくは0.5〜2モルである。
As a component (A) of the resist underlayer film material of the present invention, a resin obtained by novolacizing the polyfluorene compound represented by the above general formula (2) by a condensation reaction with aldehydes, as represented by the above general formula (3) Can also be used.
Examples of aldehydes used here include formaldehyde, trioxane, paraformaldehyde, benzaldehyde, acetaldehyde, propylaldehyde, phenylacetaldehyde, α-phenylpropylaldehyde, β-phenylpropylaldehyde, o-hydroxybenzaldehyde, m-hydroxybenzaldehyde, p. -Hydroxybenzaldehyde, o-chlorobenzaldehyde, m-chlorobenzaldehyde, p-chlorobenzaldehyde, o-nitrobenzaldehyde, m-nitrobenzaldehyde, p-nitrobenzaldehyde, o-methylbenzaldehyde, m-methylbenzaldehyde, p-methylbenzaldehyde, p -Ethylbenzaldehyde, pn-butylbenzaldehyde, furfural, etc. Can be mentioned. Of these, formaldehyde can be particularly preferably used.
These aldehydes can be used alone or in combination of two or more.
0.2-5 mol is preferable with respect to 1 mol of polyfluorene compounds, and, as for the usage-amount of the said aldehyde, More preferably, it is 0.5-2 mol.
ポリフルオレン化合物とアルデヒド類の縮合反応に触媒を用いることもできる。
具体的には塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸、メタンスルホン酸、カンファースルホン酸、トシル酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の酸性触媒を挙げることができる。
これらの酸性触媒の使用量は、ビスナフトール化合物1モルに対して1×10-5〜5×10-1モルである。インデン、ヒドロキシインデン、ベンゾフラン、ヒドロキシアントラセン、アセナフチレン、ビフェニル、ビスフェノール、トリスフェノール、ジシクロペンタジエン、テトラヒドロインデン、4−ビニルシクロヘキセン、ノルボルナジエン、5−ビニルノルボルナ−2−エン、α−ピネン、β−ピネン、リモネンなどの非共役2重結合を有する化合物との共重合反応の場合は、必ずしもアルデヒド類は必要ない。
A catalyst can also be used for the condensation reaction of a polyfluorene compound and aldehydes.
Specific examples include acidic catalysts such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, oxalic acid, acetic acid, methanesulfonic acid, camphorsulfonic acid, tosylic acid, and trifluoromethanesulfonic acid.
The usage-amount of these acidic catalysts is 1 * 10 < -5 > -5 * 10 < -1 > mol with respect to 1 mol of bisnaphthol compounds. Indene, hydroxyindene, benzofuran, hydroxyanthracene, acenaphthylene, biphenyl, bisphenol, trisphenol, dicyclopentadiene, tetrahydroindene, 4-vinylcyclohexene, norbornadiene, 5-vinylnorborna-2-ene, α-pinene, β-pinene, limonene In the case of a copolymerization reaction with a compound having a non-conjugated double bond such as aldehydes, aldehydes are not necessarily required.
重縮合における反応溶媒として水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、テトラヒドロフラン、ジオキサン又はこれらの混合溶媒を用いることができる。
これらの溶媒は、反応原料100質量部に対して0〜2,000質量部の範囲である。
反応温度は、反応原料の反応性に応じて適宜選択することができるが、通常10〜200℃の範囲である。
Water, methanol, ethanol, propanol, butanol, tetrahydrofuran, dioxane or a mixed solvent thereof can be used as a reaction solvent in the polycondensation.
These solvents are in the range of 0 to 2,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the reaction raw material.
Although reaction temperature can be suitably selected according to the reactivity of the reaction raw material, it is the range of 10-200 degreeC normally.
重縮合反応方法としては、ポリフルオレン化合物、アルデヒド類、触媒を一括で仕込む方法や、触媒存在下ポリフルオレン化合物、アルデヒド類を滴下していく方法がある。
重縮合反応終了後、系内に存在する未反応原料、触媒等を除去するために、反応釜の温度を130〜230℃にまで上昇させ、1〜50mmHg程度で揮発分を除去することができる。
As a polycondensation reaction method, there are a method in which a polyfluorene compound, an aldehyde, and a catalyst are charged at once, and a method in which a polyfluorene compound and an aldehyde are dropped in the presence of a catalyst.
After completion of the polycondensation reaction, in order to remove unreacted raw materials, catalysts, etc. existing in the system, the temperature of the reaction kettle can be raised to 130-230 ° C., and volatile matter can be removed at about 1-50 mmHg. .
ポリフルオレンの繰り返し単位としては、上記一般式(1)中の繰り返し単位a1、上記一般式(2)中の繰り返し単位a2、又は上記一般式(3)中の繰り返し単位a3単独のホモポリマー、a1、a2及びa3のうち少なくとも2つを共重合したコポリマーだけではなく、様々なモノマーと共重合することが出来る。
共重合可能なモノマーとしては、炭素数6〜30の芳香族化合物であり、ジハロゲン化の芳香族化合物が好ましく用いられる。具体的には、ジブロモベンゼン、ジクロロベンゼン、ジブロモメチルベンゼン、ジブロモナフタレン、ジブロモメチルベンゼン、ジブロモアントラセン、ジブロモメチルアントラセン、ジブロモフェナントレン、ジブロモピレン、ジブロモペンタセン、ジブロモフルオレン、ジブロモビフェニル、ジブロモビルナフタレン、ジブロモフェノール、ジブロモナフトール、ジブロモビルナフトール、フルオランテン、インデン、アセナフチレン、アセフェナントリレン、アセアントリレン、ピレン、アントラセン、ナフタセン、ペリレン、ペンタセン、コロネン、フェナントレン、インダセン、スチレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、ビニルカルバゾール、シクロペンタフェナントレン等を挙げることができる。
As the repeating unit of polyfluorene, a repeating unit a1 in the general formula (1), a repeating unit a2 in the general formula (2), or a homopolymer of the repeating unit a3 in the general formula (3) alone, a1 , A2 and a3 can be copolymerized with various monomers as well as a copolymer obtained by copolymerizing at least two of them.
The copolymerizable monomer is an aromatic compound having 6 to 30 carbon atoms, and a dihalogenated aromatic compound is preferably used. Specifically, dibromobenzene, dichlorobenzene, dibromomethylbenzene, dibromonaphthalene, dibromomethylbenzene, dibromoanthracene, dibromomethylanthracene, dibromophenanthrene, dibromopyrene, dibromopentacene, dibromofluorene, dibromobiphenyl, dibromovirnaphthalene, dibromophenol , Dibromonaphthol, dibromovirnaphthol, fluoranthene, indene, acenaphthylene, acephenanthrylene, acanthrylene, pyrene, anthracene, naphthacene, perylene, pentacene, coronene, phenanthrene, indacene, styrene, vinylnaphthalene, vinylanthracene, vinylcarbazole, And cyclopentaphenanthrene.
また、他のフェノール類を共重合してもよい。
共重合可能なフェノール類は、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−ジメチルフェノール、2,5−ジメチルフェノール、3,4−ジメチルフェノール、3,5−ジメチルフェノール、2,4−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、2−t−ブチルフェノール、3−t−ブチルフェノール、4−t−ブチルフェノール、2−フェニルフェノール、3−フェニルフェノール、4−フェニルフェノール、3,5−ジフェニルフェノール、2−ナフチルフェノール、3−ナフチルフェノール、4−ナフチルフェノール、4−トリチルフェノール、レゾルシノール、2−メチルレゾルシノール、4−メチルレゾルシノール、5−メチルレゾルシノール、カテコール、4−t−ブチルカテコール、2−メトキシフェノール、3−メトキシフェノール、2−プロピルフェノール、3−プロピルフェノール、4−プロピルフェノール、2−イソプロピルフェノール、3−イソプロピルフェノール、4−イソプロピルフェノール、2−メトキシ−5−メチルフェノール、2−t−ブチル−5−メチルフェノール、ピロガロール、チモール、イソチモール等を挙げることができる。
Further, other phenols may be copolymerized.
The copolymerizable phenols are phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 3,4-dimethylphenol, 3,5-dimethylphenol, 2,4-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, 2,3,5-trimethylphenol, 3,4,5-trimethylphenol, 2-t-butylphenol, 3-t-butylphenol, 4-t-butylphenol, 2-phenylphenol, 3-phenylphenol, 4-phenylphenol, 3,5-diphenylphenol, 2-naphthylphenol, 3-naphthylphenol, 4-naphthylphenol, 4-tritylphenol, resorcinol, 2-methylresorcinol, 4 -Methylresorcinol 5-methylresorcinol, catechol, 4-t-butylcatechol, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 2-propylphenol, 3-propylphenol, 4-propylphenol, 2-isopropylphenol, 3-isopropylphenol, 4 -Isopropylphenol, 2-methoxy-5-methylphenol, 2-t-butyl-5-methylphenol, pyrogallol, thymol, isothimol and the like can be mentioned.
その他、共重合可能なモノマーを共重合させることができ、具体的には1−ナフトール、2−ナフトール、2−メチル−1−ナフトール、4−メトキシ−1−ナフトール、7−メトキシ−2−ナフトール及び1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン、3−ヒドロキシ−ナフタレン−2−カルボン酸メチル、インデン、ヒドロキシインデン、ベンゾフラン、ヒドロキシアントラセン、アセナフチレン、ビフェニル、ビスフェノール、トリスフェノール、ジシクロペンタジエン、テトラヒドロインデン、4−ビニルシクロヘキセン、ノルボルナジエン、5−ビニルノルボルナ−2−エン、α−ピネン、β−ピネン、リモネン、ベンゼンジメタノール、ナフタレンジメタノール、フルオレンジメタノール、アントラセンジメタノール、ピレンジメタノール、ビフェニルジメタノール、4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジメチル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジアリル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジフルオロ−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジフェニル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジメトキシ−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、テトラヒドロスピロビインデン化合物、2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、3,3,3’,3’−テトラメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、3,3,3’,3’,4,4’−ヘキサメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−5,5’−ジオール、5,5‘−ジメチル−3,3,3’,3’−テトラメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、特開2006−259482号公報記載のジビスフェノール化合物、同2006−285095号公報記載のアダマンタンフェノール化合物、同2007−199653号公報記載のビスナフトール化合物などが挙げられ、これらのものを加えた3元以上の共重合体であっても構わない。 In addition, copolymerizable monomers can be copolymerized. Specifically, 1-naphthol, 2-naphthol, 2-methyl-1-naphthol, 4-methoxy-1-naphthol, 7-methoxy-2-naphthol And 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, dihydroxynaphthalene such as 2,6-dihydroxynaphthalene, methyl 3-hydroxy-naphthalene-2-carboxylate, indene, hydroxyindene, benzofuran, hydroxyanthracene, acenaphthylene, Biphenyl, bisphenol, trisphenol, dicyclopentadiene, tetrahydroindene, 4-vinylcyclohexene, norbornadiene, 5-vinylnorborna-2-ene, α-pinene, β-pinene, limonene, benzenedimethanol, naphth Thallene methanol, fluorenediethanol methanol, anthracene dimethanol, pyrene methanol, biphenyl dimethanol, 4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′dimethyl-4,4 ′-(9H— Fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′diallyl-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′difluoro-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) Bisphenol, 2,2′diphenyl-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′dimethoxy-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, tetrahydrospirobiindene Compound, 2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiin -6,6'-diol, 3,3,3 ', 3'-tetramethyl-2,3,2', 3'-tetrahydro- (1,1 ')-spirobiindene-6,6'- Diol, 3,3,3 ′, 3 ′, 4,4′-hexamethyl-2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-6,6′-diol, 2 , 3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-5,5′-diol, 5,5′-dimethyl-3,3,3 ′, 3′-tetramethyl-2 , 3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-6,6′-diol, a dibisphenol compound described in JP-A-2006-259482, and JP-A-2006-285095 An adamantanephenol compound, as described in JP 2007-199653 A Such as scan naphthol compounds include, but may be a ternary or more copolymer obtained by adding these things.
ポリフルオレンのポリスチレン換算の分子量は、重量平均分子量(Mw)が400〜20,000、特に500〜15,000であることが好ましい。
ポリフルオレンのノボラック樹脂のポリスチレン換算の分子量は、重量平均分子量(Mw)が600〜30,000、特に700〜20,000であることが好ましい。
分子量分布(Mw/Mn)は1.2〜7の範囲内が好ましく用いられるが、モノマー成分、オリゴマー成分又は分子量(Mw)300以下の低分子量体をカットして分子量分布を狭くした方が架橋効率が高くなり、またベーク中の揮発成分を抑えることによりベークカップ周辺の汚染を防ぐことができる。
The weight average molecular weight (Mw) of polyfluorene in terms of polystyrene is preferably 400 to 20,000, particularly preferably 500 to 15,000.
The molecular weight in terms of polystyrene of the polyfluorene novolak resin is preferably 600 to 30,000, particularly preferably 700 to 20,000, in weight average molecular weight (Mw).
The molecular weight distribution (Mw / Mn) is preferably in the range of 1.2-7, but it is cross-linked by narrowing the molecular weight distribution by cutting monomer components, oligomer components or low molecular weight materials having a molecular weight (Mw) of 300 or less. Efficiency increases and contamination around the baking cup can be prevented by suppressing volatile components in the baking.
また、上記一般式(1)もしくは(2)で示されるポリフルオレン、又は上記一般式(3)で示される、ポリフルオレンのノボラック樹脂のうち、ヒドロキシル基を有するものは、ヒドロキシル基のオルト位又はパラ位に縮合芳香族、あるいは脂環族の置換基を導入することができる。
ここで導入可能な置換基は、具体的には下記に挙げることができる。
Specific examples of the substituent that can be introduced here are listed below.
これらの中で248nm露光用には、多環芳香族基、例えばアントラセンメチル基、ピレンメチル基が最も好ましく用いられる。193nmでの透明性向上のためには脂環構造を持つものや、ナフタレン構造を持つものが好ましく用いられる。一方、波長157nmにおいてベンゼン環は透明性が向上するウィンドウがあるため、吸収波長をずらして吸収を上げてやる必要がある。フラン環はベンゼン環よりも吸収が短波長化して157nmの吸収が若干向上するが、効果は小さい。ナフタレン環やアントラセン環、ピレン環は吸収波長が長波長化することによって吸収が増大し、これらの芳香族環はエッチング耐性も向上する効果もあり、好ましく用いられる。 Of these, polycyclic aromatic groups such as anthracenemethyl group and pyrenemethyl group are most preferably used for 248 nm exposure. In order to improve transparency at 193 nm, those having an alicyclic structure and those having a naphthalene structure are preferably used. On the other hand, since the benzene ring has a window with improved transparency at a wavelength of 157 nm, it is necessary to increase the absorption by shifting the absorption wavelength. The furan ring has a shorter absorption than the benzene ring and slightly improves the absorption at 157 nm, but the effect is small. Naphthalene rings, anthracene rings, and pyrene rings are preferably used because their absorption increases as the absorption wavelength increases, and these aromatic rings also have an effect of improving etching resistance.
置換基の導入方法としては、重合後のポリマーに、上記置換基の結合位置がヒドロキシル基になっているアルコールを、酸触媒存在下ポリフルオレンのヒドロキシル基のオルト位又はパラ位に導入する方法が挙げられる。酸触媒は、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸、メタンスルホン酸、n−ブタンスルホン酸、カンファースルホン酸、トシル酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の酸性触媒を用いることができる。これらの酸性触媒の使用量は、フェノール類1モルに対して1×10-5〜5×10-1モルである。置換基の導入量は、ポリフルオレンのヒドロキシル基1モルに対して0〜0.8モルの範囲である。 As a method for introducing the substituent, there is a method in which an alcohol having a hydroxyl group as the bonding position of the substituent is introduced into the polymer after polymerization in the ortho or para position of the hydroxyl group of polyfluorene in the presence of an acid catalyst. Can be mentioned. As the acid catalyst, an acidic catalyst such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, oxalic acid, acetic acid, methanesulfonic acid, n-butanesulfonic acid, camphorsulfonic acid, tosylic acid, trifluoromethanesulfonic acid and the like can be used. The usage-amount of these acidic catalysts is 1 * 10 < -5 > -5 * 10 < -1 > mol with respect to 1 mol of phenols. The amount of the substituent introduced is in the range of 0 to 0.8 mol with respect to 1 mol of the hydroxyl group of polyfluorene.
本発明で用いられる上記一般式(1)もしくは(2)で示されるポリフルオレン、又は上記一般式(3)で示される、ポリフルオレンのノボラック樹脂の193nmにおける透明性を向上させるために、水素添加を行うことができる。好ましい水素添加の割合は、芳香族基の80モル%以下、特に60モル%以下である。 In order to improve the transparency at 193 nm of the polyfluorene represented by the general formula (1) or (2) used in the present invention or the novolak resin of polyfluorene represented by the general formula (3), hydrogenation is performed. It can be performed. A preferable hydrogenation ratio is 80 mol% or less, particularly 60 mol% or less of the aromatic group.
更に、本発明のレジスト下層膜材料には、(C)成分として他のポリマーをブレンドすることもできる。
ブレンド用ポリマーとしては、上記一般式(1)もしくは(2)で示されるポリフルオレン、又は上記一般式(3)で示される、ポリフルオレンのノボラック樹脂と混合し、スピンコーティングの成膜性や、段差基板での埋め込み特性を向上させる役割を持つものや、炭素密度が高くエッチング耐性の高い材料が選ばれる。
Further, the resist underlayer film material of the present invention can be blended with other polymers as the component (C).
As the polymer for blending, it is mixed with the polyfluorene represented by the above general formula (1) or (2) or the polyfluorene novolac resin represented by the above general formula (3), A material having a role of improving the embedding characteristics in the stepped substrate or a material having a high carbon density and high etching resistance is selected.
このような材料とは、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−ジメチルフェノール、2,5−ジメチルフェノール、3,4−ジメチルフェノール、3,5−ジメチルフェノール、2,4−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノール、2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール、2−t−ブチルフェノール、3−t−ブチルフェノール、4−t−ブチルフェノール、2−フェニルフェノール、3−フェニルフェノール、4−フェニルフェノール、3,5−ジフェニルフェノール、2−ナフチルフェノール、3−ナフチルフェノール、4−ナフチルフェノール、4−トリチルフェノール、レゾルシノール、2−メチルレゾルシノール、4−メチルレゾルシノール、5−メチルレゾルシノール、カテコール、4−t−ブチルカテコール、2−メトキシフェノール、3−メトキシフェノール、2−プロピルフェノール、3−プロピルフェノール、4−プロピルフェノール、2−イソプロピルフェノール、3−イソプロピルフェノール、4−イソプロピルフェノール、2−メトキシ−5−メチルフェノール、2−t−ブチル−5−メチルフェノール、ピロガロール、チモール、イソチモール、4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジメチル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジアリル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジフルオロ−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジフェニル−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,2’ジメトキシ−4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノール、2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、3,3,3’,3’−テトラメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、3,3,3’,3’,4,4’−ヘキサメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−5,5’−ジオール、5,5‘−ジメチル−3,3,3’,3’−テトラメチル−2,3,2’,3’−テトラヒドロ−(1,1’)−スピロビインデン−6,6’−ジオール、1−ナフトール、2−ナフトール、2−メチル−1−ナフトール、4−メトキシ−1−ナフトール、7−メトキシ−2−ナフトール及び1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン、3−ヒドロキシ−ナフタレン−2−カルボン酸メチル、インデン、ヒドロキシインデン、ベンゾフラン、ヒドロキシアントラセン、アセナフチレン、ビフェニル、ビスフェノール、トリスフェノール、ジシクロペンタジエン、テトラヒドロインデン、4−ビニルシクロヘキセン、ノルボルナジエン、5−ビニルノルボルナ−2−エン、α−ピネン、β−ピネン、リモネンなどのノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン、ポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリビニルアントラセン、ポリビニルカルバゾール、ポリインデン、ポリアセナフチレン、ポリノルボルネン、ポリシクロデセン、ポリテトラシクロドデセン、ポリノルトリシクレン、ポリ(メタ)アクリレートおよびこれらの共重合体が挙げられる。
上記ブレンド用ポリマーの配合量は、上記一般式(1)乃至(3)に示される化合物100重量部に対して0〜1000重量部、好ましくは0〜500重量部である。
Such materials include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-dimethylphenol, 2,5-dimethylphenol, 3,4-dimethylphenol, 3,5-dimethylphenol, 2 , 4-dimethylphenol, 2,6-dimethylphenol, 2,3,5-trimethylphenol, 3,4,5-trimethylphenol, 2-t-butylphenol, 3-t-butylphenol, 4-t-butylphenol, 2 -Phenylphenol, 3-phenylphenol, 4-phenylphenol, 3,5-diphenylphenol, 2-naphthylphenol, 3-naphthylphenol, 4-naphthylphenol, 4-tritylphenol, resorcinol, 2-methylresorcinol, 4- Methyl resorcinol, 5-me Luresorcinol, catechol, 4-t-butylcatechol, 2-methoxyphenol, 3-methoxyphenol, 2-propylphenol, 3-propylphenol, 4-propylphenol, 2-isopropylphenol, 3-isopropylphenol, 4-isopropyl Phenol, 2-methoxy-5-methylphenol, 2-t-butyl-5-methylphenol, pyrogallol, thymol, isothymol, 4,4 '-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2'dimethyl- 4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′diallyl-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′difluoro-4,4 ′-( 9H-Fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2 ' Diphenyl-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,2′dimethoxy-4,4 ′-(9H-fluorene-9-ylidene) bisphenol, 2,3,2 ′, 3′- Tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-6,6′-diol, 3,3,3 ′, 3′-tetramethyl-2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′ ) -Spirobiindene-6,6'-diol, 3,3,3 ', 3', 4,4'-hexamethyl-2,3,2 ', 3'-tetrahydro- (1,1')-spiro Biindene-6,6′-diol, 2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-5,5′-diol, 5,5′-dimethyl-3,3 , 3 ′, 3′-tetramethyl-2,3,2 ′, 3′-tetrahydro- (1,1 ′)-spirobiindene-6,6′-dio 1-naphthol, 2-naphthol, 2-methyl-1-naphthol, 4-methoxy-1-naphthol, 7-methoxy-2-naphthol and 1,5-dihydroxynaphthalene, 1,7-dihydroxynaphthalene, 2, Dihydroxynaphthalene such as 1,6-dihydroxynaphthalene, methyl 3-hydroxy-naphthalene-2-carboxylate, indene, hydroxyindene, benzofuran, hydroxyanthracene, acenaphthylene, biphenyl, bisphenol, trisphenol, dicyclopentadiene, tetrahydroindene, 4- Novolac resins such as vinylcyclohexene, norbornadiene, 5-vinylnorborna-2-ene, α-pinene, β-pinene, limonene, polyhydroxystyrene, polystyrene, polyvinylnaphthalene, poly Examples thereof include vinyl anthracene, polyvinyl carbazole, polyindene, polyacenaphthylene, polynorbornene, polycyclodecene, polytetracyclododecene, polynortricyclene, poly (meth) acrylate, and copolymers thereof.
The blending amount of the blending polymer is 0 to 1000 parts by weight, preferably 0 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the compounds represented by the general formulas (1) to (3).
反射防止膜を含むレジスト下層膜に要求される性能の一つとして、上層膜、例えば珪素含有レジスト中間層膜およびレジスト上層膜とのインターミキシングがないこと、上層膜ヘの低分子成分の拡散がないことが挙げられる(Proc. SPIE Vol.2195、p225−229(1994))。これらを防止するために、一般的に反射防止膜のスピンコート後のベークで熱架橋するという方法が採られている。そのため、反射防止膜材料の成分として架橋剤を添加する場合、ポリマーに架橋性の置換基を導入する方法が採られることがある。架橋剤を特に添加していない場合でも、300℃以上の加熱によってヒドロキシ基の縮合反応あるいはラジカルカップリング反応によって架橋させることが出来る。架橋反応が特に起きなくても、高温のベークによって膜密度が向上することによってミキシングが起こりにくくなる。 One of the performance requirements for the resist underlayer film including the antireflection film is that there is no intermixing with the upper layer film, for example, the silicon-containing resist intermediate layer film and the resist upper layer film, and diffusion of low molecular components into the upper layer film. (Proc. SPIE Vol. 2195, p225-229 (1994)). In order to prevent these problems, a method is generally employed in which thermal crosslinking is performed by baking after spin coating of the antireflection film. Therefore, when a crosslinking agent is added as a component of the antireflection film material, a method of introducing a crosslinkable substituent into the polymer may be employed. Even when a crosslinking agent is not particularly added, it can be crosslinked by a condensation reaction or a radical coupling reaction of a hydroxy group by heating at 300 ° C. or higher. Even if the cross-linking reaction does not particularly occur, mixing is difficult to occur due to the film density being improved by high-temperature baking.
本発明で使用可能な(D)成分としての架橋剤として、具体的には、特開2007−199653号公報中の(0056)〜(0059)段落に記載されている材料を添加することができる。 As the crosslinking agent as the component (D) that can be used in the present invention, specifically, materials described in paragraphs (0056) to (0059) of JP-A-2007-199653 can be added. .
本発明における架橋剤の配合量は、ベースポリマー(全樹脂分)100部(質量部、以下同じ)に対して3〜50部が好ましく、特に5〜40部が好ましい。3部未満であるとレジストとミキシングを起こす場合があり、50部を超えると反射防止効果が低下したり、架橋後の膜にひび割れが入るあるいは炭素密度の低下によりエッチング耐性が低下することがある。 The blending amount of the crosslinking agent in the present invention is preferably from 3 to 50 parts, particularly preferably from 5 to 40 parts, based on 100 parts (parts by mass, hereinafter the same) of the base polymer (total resin). If it is less than 3 parts, it may cause mixing with the resist, and if it exceeds 50 parts, the antireflection effect may be reduced, or the film after crosslinking may be cracked or the etching resistance may be reduced due to a decrease in carbon density. .
本発明においては、熱による架橋反応を更に促進させるための(E)成分として酸発生剤を添加することができる。酸発生剤は熱分解によって酸を発生するものや、光照射によって酸を発生するものがあるが、いずれのものも添加することができる。
本発明で使用可能な酸発生剤として、具体的には、特開2007−199653号公報中の(0062)〜(0084)段落に記載されているものを添加することができる。
In the present invention, an acid generator can be added as a component (E) for further promoting the crosslinking reaction by heat. There are acid generators that generate an acid by thermal decomposition and those that generate an acid by light irradiation, and any of them can be added.
Specific examples of the acid generator usable in the present invention include those described in paragraphs (0062) to (0084) of JP-A-2007-199653.
なお、上記酸発生剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
酸発生剤の添加量は、ベースポリマー100部に対して好ましくは0.1〜50部、より好ましくは0.5〜40部である。0.1部より少ないと酸発生量が少なく、架橋反応が不十分な場合があり、50部を超えると上層レジストへ酸が移動することによるミキシング現象が起こる場合がある。
In addition, the said acid generator can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
The addition amount of the acid generator is preferably 0.1 to 50 parts, more preferably 0.5 to 40 parts with respect to 100 parts of the base polymer. If the amount is less than 0.1 part, the amount of acid generated is small and the crosslinking reaction may be insufficient. If the amount exceeds 50 parts, a mixing phenomenon may occur due to the acid moving to the upper resist.
更に、本発明のレジスト下層膜材料には、保存安定性を向上させるための塩基性化合物を配合することができる。
塩基性化合物としては、酸発生剤より微量に発生した酸が架橋反応を進行させるのを防ぐための、酸に対するクエンチャーの役割を果たす。
このような塩基性化合物としては、具体的には、特開2007−199653号公報中の(0086)〜(0089)段落に記載されているものを配合することができる。
Furthermore, the resist underlayer film material of the present invention can be blended with a basic compound for improving storage stability.
As a basic compound, it plays the role of the quencher with respect to an acid in order to prevent the acid which generate | occur | produced in trace amount from the acid generator to advance a crosslinking reaction.
As such a basic compound, specifically, those described in paragraphs (0086) to (0089) of JP-A-2007-199653 can be blended.
塩基性化合物の配合量は全ベースポリマー100部に対して0.001〜2部、特に0.01〜1部が好適である。配合量が0.001部より少ないと配合効果がなく、2部を超えると熱で発生した酸を全てトラップして架橋しなくなる場合がある。 The compounding amount of the basic compound is suitably 0.001 to 2 parts, particularly 0.01 to 1 part, based on 100 parts of the total base polymer. When the blending amount is less than 0.001 part, there is no blending effect, and when it exceeds 2 parts, all of the acid generated by heat may be trapped and crosslinking may not occur.
本発明のレジスト下層膜材料において使用可能な(B)成分としての有機溶剤としては、前記のベースポリマー、酸発生剤、架橋剤、その他添加剤等が溶解するものであれば特に制限はない。その具体例を列挙すると、シクロヘキサノン、メチル−2−アミルケトン等のケトン類;3−メトキシブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−エトキシ−2−プロパノール等のアルコール類;プロピ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、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ジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、酢酸tert−ブチル,プロピオン酸tert−ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノtert−ブチルエーテルアセテート等のエステル類が挙げられ、これらの1種又は2種以上を混合使用できるが、これらに限定されるものではない。本発明においては、これら有機溶剤の中でもジエチレングリコールジメチルエーテルや1−エトキシ−2−プロパノール、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル及びこれらの混合溶剤が好ましく使用される。 The organic solvent as the component (B) that can be used in the resist underlayer film material of the present invention is not particularly limited as long as the base polymer, the acid generator, the crosslinking agent, other additives and the like can be dissolved. Specific examples thereof include ketones such as cyclohexanone and methyl-2-amyl ketone; 3-methoxybutanol, 3-methyl-3-methoxybutanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol and the like. Alcohols: ethers such as propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether; propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, lactic acid Ethyl, ethyl pyruvate, butyl acetate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate , Tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol mono tert-butyl ether acetate and the like, and one or more of these can be used in combination. It is not limited. In the present invention, among these organic solvents, diethylene glycol dimethyl ether, 1-ethoxy-2-propanol, ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether and a mixed solvent thereof are preferably used.
溶剤の配合量は、全ベースポリマー100部に対して200〜10,000部が好ましく、特に300〜5,000部とすることが好ましい。 The blending amount of the solvent is preferably 200 to 10,000 parts, particularly preferably 300 to 5,000 parts with respect to 100 parts of the total base polymer.
本発明のレジスト下層膜材料には、上記成分以外に任意成分として界面活性剤、溶解阻止剤、カルボン酸化合物、アセチレンアルコール誘導体等の他の成分を添加することができ、任意成分の添加量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすることができる。
このような任意成分としては、具体的には、特開2008−111103号公報中の(0165)〜(0192)段落に記載されているものを添加することができる。
In addition to the above components, other components such as a surfactant, a dissolution inhibitor, a carboxylic acid compound, and an acetylene alcohol derivative can be added to the resist underlayer film material of the present invention. The amount may be a normal amount within a range not impeding the effects of the present invention.
As such optional components, specifically, those described in paragraphs (0165) to (0192) of JP-A-2008-111103 can be added.
また、本発明は、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に前記本発明のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをエッチングマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。 The present invention is also a method for forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate using the resist underlayer film material of the present invention, and a photo resist is formed on the resist underlayer film. Forming a resist upper layer film using a resist upper layer film material made of a resist composition, exposing a pattern circuit region of the resist upper layer film, developing with a developer to form a resist pattern on the resist upper layer film, Etching the resist underlayer film using the obtained resist pattern as an etching mask, and etching the substrate using the obtained resist underlayer film pattern as an etching mask to form a pattern on the substrate. provide.
この場合、前記フォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料が珪素原子を含有するポリマーを含み、前記レジスト上層膜をマスクにして行うレジスト下層膜のエッチングを、酸素ガス又は水素ガスを主体とするエッチングガスを用いて行うことが好ましい。 In this case, the resist upper layer material made of the photoresist composition contains a polymer containing silicon atoms, and etching of the resist lower layer film using the resist upper layer film as a mask is performed mainly using oxygen gas or hydrogen gas. It is preferable to use gas.
さらに、本発明は、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に前記本発明のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上に珪素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記レジスト中間層膜をエッチングし、得られたレジスト中間層膜パターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。 Furthermore, the present invention is a method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate using the resist underlayer film material of the present invention, and silicon is formed on the resist underlayer film. A resist intermediate layer film is formed using a resist intermediate layer film material containing atoms, a resist upper layer film is formed on the resist intermediate layer film using a resist upper layer film material made of a photoresist composition, After exposing the pattern circuit area of the resist upper layer film, developing with a developing solution to form a resist pattern on the resist upper layer film, and etching the resist intermediate layer film using the obtained resist pattern as an etching mask The resist underlayer film obtained by etching the resist underlayer film using the resist intermediate layer film pattern as an etching mask was obtained. The substrate and the on to the mask is etched to provide a pattern forming method comprising forming a pattern on a substrate.
この場合、前記フォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料が、珪素原子を含有するポリマーを含まず、前記中間層膜をマスクにして行うレジスト下層膜のエッチングを、酸素ガス又は水素ガスを主体とするエッチングガスを用いて行うことが好ましい。 In this case, the resist upper layer film material made of the photoresist composition does not contain a polymer containing silicon atoms, and etching of the resist lower layer film, which is performed using the intermediate layer film as a mask, mainly comprises oxygen gas or hydrogen gas. It is preferable to use an etching gas.
さらに、本発明は、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、基板上に前記本発明のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上に珪素酸化膜、珪素窒化膜及び珪素酸化窒化膜から選ばれる無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上に有機反射防止膜を形成し、該有機反射防止膜の上にフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、該レジスト上層膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像して前記レジスト上層膜にレジストパターンを形成し、得られたレジストパターンをエッチングマスクにして前記有機反射防止膜と前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、得られた無機ハードマスク中間層膜パターンをエッチングマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、得られたレジスト下層膜パターンをエッチングマスクにして基板をエッチングして基板にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。 Furthermore, the present invention is a method of forming a pattern on a substrate by lithography, wherein at least a resist underlayer film is formed on the substrate using the resist underlayer film material of the present invention, and silicon is formed on the resist underlayer film. An inorganic hard mask intermediate film selected from an oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film is formed, an organic antireflection film is formed on the inorganic hard mask intermediate film, and the organic antireflection film is formed on the organic antireflection film. After forming a resist upper layer film using a resist upper layer film material made of a photoresist composition, exposing a pattern circuit region of the resist upper layer film, developing with a developer to form a resist pattern on the resist upper layer film The organic antireflection film and the inorganic hard mask intermediate film are etched using the obtained resist pattern as an etching mask, and the resulting inorganic hard mask is obtained. A pattern forming method comprising: etching the resist underlayer film using an intermediate layer film pattern as an etching mask; and etching the substrate using the obtained resist underlayer film pattern as an etching mask to form a pattern on the substrate. provide.
この場合、前記無機ハードマスク中間層膜は、CVD法あるいはALD法によって形成することが好ましい。また、前記フォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料が、珪素原子を含有するポリマーを含まず、前記中間層膜をマスクにして行うレジスト下層膜のエッチングを、酸素ガス又は水素ガスを主体とするエッチングガスを用いて行うことが好ましい。 In this case, the inorganic hard mask intermediate film is preferably formed by a CVD method or an ALD method. In addition, the resist upper layer film material made of the photoresist composition does not contain a polymer containing silicon atoms, and etching of the resist lower layer film using the intermediate layer film as a mask is mainly oxygen gas or hydrogen gas. It is preferable to use an etching gas.
本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成するレジスト下層膜は、通常のフォトレジスト膜の形成法と同様にスピンコート法などで被加工基板上に作製することが可能である。スピンコート法などを用いることで、良好な埋め込み特性を得ることができる。スピンコート後、溶媒を蒸発し、レジスト上層膜やレジスト中間層膜とのミキシング防止のため、架橋反応を促進させるためにベークをすることが望ましい。ベーク温度は80〜500℃の範囲内で、好ましくは150〜400℃の範囲内で10〜300秒の範囲内が好ましく用いられる。
250℃以下の温度で架橋を行うためには、熱酸発生剤と酸によって架橋する架橋剤を添加することが好ましい。250℃以上の高温でベークする場合は、架橋剤は特に必要なく、高温ベークによって炭素密度が高い緻密な膜を形成することができる。この様な高温でベークを行うと、酸化反応によって膜内に酸素が取り込まれてエッチング耐性が低下する場合がある。ベーク中の酸化反応を防止するために窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスで置換することは効果的である。
The resist underlayer film formed by using the resist underlayer film material of the present invention can be formed on a substrate to be processed by a spin coat method or the like in the same manner as a normal photoresist film forming method. Good embedding characteristics can be obtained by using a spin coating method or the like. After spin coating, it is desirable to bake to accelerate the crosslinking reaction in order to evaporate the solvent and prevent mixing with the resist upper layer film and resist intermediate layer film. The baking temperature is preferably in the range of 80 to 500 ° C, preferably in the range of 150 to 400 ° C, and in the range of 10 to 300 seconds.
In order to perform crosslinking at a temperature of 250 ° C. or lower, it is preferable to add a thermal acid generator and a crosslinking agent that is crosslinked with an acid. When baking at a high temperature of 250 ° C. or higher, a crosslinking agent is not particularly required, and a dense film having a high carbon density can be formed by high-temperature baking. When baking is performed at such a high temperature, oxygen may be taken into the film by an oxidation reaction and etching resistance may be reduced. In order to prevent an oxidation reaction during baking, it is effective to substitute with an inert gas such as nitrogen, helium, or argon.
尚、このレジスト下層膜の厚さは適宜選定されるが、30〜20,000nm、特に50〜15,000nmとすることが好ましい。レジスト下層膜を作製した後、2層プロセスの場合はその上に珪素含有レジスト上層膜、3層プロセスの場合はその上に珪素含有レジスト中間層膜、更にその上に珪素を含まないレジスト上層膜(単層レジスト膜)を形成することができる。
この場合、レジスト上層膜を形成するためのフォトレジスト組成物としては公知のものを使用することができる。
Although the thickness of the resist underlayer film is appropriately selected, it is preferably 30 to 20,000 nm, particularly 50 to 15,000 nm. After producing the resist underlayer film, a silicon-containing resist upper layer film is formed thereon in the case of a two-layer process, and a silicon-containing resist intermediate layer film is formed thereon in the case of a three-layer process, and further a resist upper layer film not containing silicon is formed thereon. A (single layer resist film) can be formed.
In this case, a well-known thing can be used as a photoresist composition for forming a resist upper layer film.
2層プロセスにおける珪素含有ポリマーを含むフォトレジスト組成物としては、酸素ガスエッチング耐性の点から、ベースポリマーとしてポリシルセスキオキサン誘導体又はビニルシラン誘導体等の珪素原子含有ポリマーを使用し、更に有機溶剤、酸発生剤、必要により塩基性化合物等を含むポジ型のフォトレジスト組成物が使用される。なお、珪素原子含有ポリマーとしては、この種のフォトレジスト組成物に用いられる公知のポリマーを使用することができる。 As a photoresist composition containing a silicon-containing polymer in a two-layer process, from the point of resistance to oxygen gas etching, a silicon atom-containing polymer such as a polysilsesquioxane derivative or a vinylsilane derivative is used as a base polymer, and an organic solvent, A positive photoresist composition containing an acid generator and, if necessary, a basic compound is used. In addition, as a silicon atom containing polymer, the well-known polymer used for this kind of photoresist composition can be used.
3層プロセス用の珪素含有レジスト中間層膜としては、ポリシルセスキオキサンベースの中間層膜が好ましく用いられる。具体的には、特開2004−310019号公報、同2005−15779号公報、同2005−18054号公報、同2005−352104号公報、同2007−65161号公報、同2007−163846号公報、同2007−226170号公報、同2007−226204号公報等に示されるシルセスキオキサンベースの珪素化合物を含む材料が挙げられる。
レジスト中間層膜に反射防止膜としての効果を持たせることによって、より効果的に反射を抑えることができる。
As the silicon-containing resist interlayer film for the three-layer process, a polysilsesquioxane-based interlayer film is preferably used. Specifically, JP-A-2004-310019, 2005-15779, 2005-18054, 2005-352104, 2007-65161, 2007-163846, 2007. The material containing the silsesquioxane base silicon compound shown by -226170 gazette, 2007-226204 gazette, etc. is mentioned.
By providing the resist intermediate layer film with an effect as an antireflection film, reflection can be more effectively suppressed.
特に193nm露光用としては、レジスト下層膜として芳香族基を多く含み基板エッチング耐性が高い材料を用いると、k値が高くなり、基板反射が高くなるが、中間層で反射を抑えることによって基板反射を0.5%以下にすることができる。 Especially for 193 nm exposure, if a material with many aromatic groups and high substrate etching resistance is used as the resist underlayer film, the k value increases and the substrate reflection increases, but the substrate reflection is suppressed by suppressing the reflection in the intermediate layer. Can be made 0.5% or less.
反射防止効果があるレジスト中間層膜としては、248nm、157nm露光用としてはアントラセン、193nm露光用としてはフェニル基又は珪素−珪素結合を有する吸光基をペンダントし、酸あるいは熱で架橋するポリシルセスキオキサンが好ましく用いられる。 As the resist intermediate layer film having an antireflection effect, an anthracene is used for exposure at 248 nm and 157 nm, a light-absorbing group having a phenyl group or a silicon-silicon bond is pendant for exposure at 193 nm, and a polysilsesquide that is crosslinked by acid or heat. Oxane is preferably used.
レジスト下層膜の上に無機ハードマスク中間層膜を形成する場合は、CVD法やALD法等で、珪素酸化膜、珪素窒化膜、珪素酸化窒化膜(SiON膜)が形成される。窒化膜の形成方法としては、特開2002−334869号公報、WO2004/066377に記載されている。無機ハードマスクの膜厚は5〜200nm、好ましくは10〜100nmであり、中でも反射防止膜としての効果の高いSiON膜が最も好ましく用いられる。SiON膜を形成する時の基板温度は300〜500℃となるために、レジスト下層膜として300〜500℃の高温に耐える必要がある。本発明のレジスト下層膜材料は、高い耐熱性を有しており、300〜500℃の高温に耐えることができるため、CVD法あるいはALD法で形成された無機ハードマスクと、スピンコート法で形成されたレジスト下層膜との組み合わせが可能である。 When an inorganic hard mask intermediate layer film is formed on the resist underlayer film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film (SiON film) are formed by CVD, ALD, or the like. A method for forming a nitride film is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-334869 and WO 2004/066377. The film thickness of the inorganic hard mask is 5 to 200 nm, preferably 10 to 100 nm. Among them, a SiON film having a high effect as an antireflection film is most preferably used. Since the substrate temperature when forming the SiON film is 300 to 500 ° C., it is necessary to withstand a high temperature of 300 to 500 ° C. as the resist underlayer film. Since the resist underlayer film material of the present invention has high heat resistance and can withstand high temperatures of 300 to 500 ° C., it is formed by an inorganic hard mask formed by a CVD method or an ALD method and a spin coating method. Combination with the resist underlayer film thus formed is possible.
このようなレジスト中間層膜の上に、レジスト上層膜としてフォトレジスト膜を形成しても良いが、レジスト中間層膜の上に有機反射防止膜(BARC)をスピンコートで形成して、その上にフォトレジスト膜を形成しても良い。レジスト中間層膜としてSiON膜を用いた場合、SiON膜とBARCの2層の反射防止膜によって、1.0を超える高NAの液浸露光においても、反射を抑えることが可能となる。BARCを形成するもう一つのメリットとしては、SiON膜直上でのフォトレジストパターンの裾引きを低減させる効果があることである。 A photoresist film may be formed as a resist upper layer film on such a resist intermediate layer film. However, an organic antireflection film (BARC) is formed on the resist intermediate layer film by spin coating, and then the resist film is formed thereon. Alternatively, a photoresist film may be formed. When a SiON film is used as the resist intermediate layer film, the reflection can be suppressed even in immersion exposure with a high NA exceeding 1.0 by the SiON film and the BARC two-layer antireflection film. Another advantage of forming the BARC is that it has the effect of reducing the tailing of the photoresist pattern immediately above the SiON film.
3層プロセスにおける珪素原子含有ポリマーを含まないフォトレジスト組成物は、ポジ型でもネガ型でもどちらでもよく、通常用いられているフォトレジスト組成物と同じものを用いることができる。3層レジスト膜のレジスト上層膜に珪素原子含有ポリマーを含まないものは、珪素原子を含有するポリマーを含むものと比較して、解像性に優れるという利点がある。 The photoresist composition that does not contain a silicon atom-containing polymer in the three-layer process may be either a positive type or a negative type, and the same photoresist composition as that normally used can be used. Those in which the resist upper layer film of the three-layer resist film does not contain a silicon atom-containing polymer has an advantage that the resolution is excellent as compared with a film containing a silicon atom-containing polymer.
2層及び3層プロセスにおいて、上記フォトレジスト組成物によりレジスト上層膜を形成する場合、上記レジスト下層膜を形成する場合と同様に、スピンコート法が好ましく用いられる。レジスト組成物をスピンコート後、プリベークを行うが、80〜180℃で10〜300秒の範囲が好ましい。その後常法に従い、露光を行い、ポストエクスポジュアーベーク(PEB)、現像を行い、レジストパターンを得る。なお、レジスト膜の厚さは特に制限されないが、30〜500nm、特に50〜400nmが好ましい。
また、露光光としては、波長300nm以下の高エネルギー線、具体的には248nm、193nm、157nmのエキシマレーザー、3〜20nmの軟X線、電子ビーム、X線等を挙げることができる。
In the two-layer and three-layer processes, when the resist upper layer film is formed from the photoresist composition, a spin coating method is preferably used as in the case of forming the resist lower layer film. Pre-baking is performed after spin-coating the resist composition, and a range of 10 to 300 seconds at 80 to 180 ° C. is preferable. Thereafter, exposure is performed according to a conventional method, post-exposure baking (PEB), and development is performed to obtain a resist pattern. The thickness of the resist film is not particularly limited, but is preferably 30 to 500 nm, particularly 50 to 400 nm.
Examples of the exposure light include high energy rays having a wavelength of 300 nm or less, specifically, excimer lasers of 248 nm, 193 nm, and 157 nm, soft X-rays of 3 to 20 nm, electron beams, and X-rays.
次に、得られたレジストパターンをマスクにしてエッチングを行う。
2層プロセスにおけるレジスト下層膜のエッチングは、酸素ガス又は水素ガスを主体とするエッチングガスを用いて行う。この場合、酸素ガス又は水素ガスに加えて、He、Arなどの不活性ガスや、CO、CO2、NH3、SO2、N2、NO2、H2ガスを加えることも可能であり、酸素ガス又は水素ガスを使わずにCO、CO2、NH3、SO2、N2、NO2ガスだけでエッチングを行うこともできる。特に後者のガスはパターン側壁のアンダーカット防止のための側壁保護のために用いられる。
3層プロセスにおけるレジスト中間層膜のエッチングは、フロン系のガスを用いてレジストパターンをマスクにして中間層の加工を行う。次いで上記酸素ガス又は水素ガスエッチングを行い、レジスト中間層膜パターンをマスクにしてレジスト下層膜の加工を行う。
Next, etching is performed using the obtained resist pattern as a mask.
Etching of the resist underlayer film in the two-layer process is performed using an etching gas mainly composed of oxygen gas or hydrogen gas. In this case, in addition to oxygen gas or hydrogen gas, it is also possible to add an inert gas such as He, Ar, CO, CO 2 , NH 3 , SO 2 , N 2 , NO 2, H 2 gas, Etching can be performed only with CO, CO 2 , NH 3 , SO 2 , N 2 , and NO 2 gas without using oxygen gas or hydrogen gas. In particular, the latter gas is used for side wall protection for preventing undercut of the pattern side wall.
The etching of the resist intermediate layer film in the three-layer process is performed by processing the intermediate layer using a fluorocarbon gas with the resist pattern as a mask. Next, the oxygen gas or hydrogen gas etching is performed, and the resist underlayer film is processed using the resist intermediate layer film pattern as a mask.
次の被加工基板のエッチングも、常法によって行うことができ、例えば基板がSiO2、SiN、シリカ系低誘電率絶縁膜を有するものであればフロン系ガスを主体としたエッチング、p−SiやAl、Wでは塩素系、臭素系ガスを主体としたエッチングを行う。基板加工をフロン系ガスでエッチングした場合、2層レジストプロセスの珪素含有レジストと3層プロセスの珪素含有中間層は基板加工と同時に剥離される。塩素系、臭素系ガスで基板をエッチングした場合は、珪素含有レジスト又は珪素含有中間層の剥離は基板加工後にフロン系ガスによるドライエッチング剥離を別途行う必要がある。 Etching of the next substrate to be processed can also be performed by a conventional method. For example, if the substrate has SiO 2 , SiN, a silica-based low dielectric constant insulating film, etching mainly using Freon-based gas, p-Si Etching mainly with chlorine-based or bromine-based gases is used for Al and W. When the substrate processing is etched with chlorofluorocarbon gas, the silicon-containing resist in the two-layer resist process and the silicon-containing intermediate layer in the three-layer process are peeled off simultaneously with the substrate processing. When the substrate is etched with a chlorine-based or bromine-based gas, the silicon-containing resist or the silicon-containing intermediate layer needs to be removed by dry etching using a chlorofluorocarbon-based gas after the substrate is processed.
本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜は、これら被加工基板のエッチング耐性に優れる特徴がある。
尚、被加工基板は、基板上に被加工膜を形成したものとすることができる。基板としては、特に限定されるものではなく、Si、α−Si、p−Si、SiO2、SiN、SiON、W、TiN、Al等で被加工膜と異なる材質のものが用いられる。被加工膜としては、Si、SiO2、SiON、SiN、p−Si、α−Si、W、W−Si、Al、Cu、Al−Si等種々のLow−k膜及びそのストッパー膜が用いられ、通常50〜10,000nm、特に100〜5,000nm厚さに形成し得る。
The resist underlayer film formed using the resist underlayer film material of the present invention is characterized by excellent etching resistance of these substrates to be processed.
Note that the substrate to be processed may be a substrate in which a film to be processed is formed. The substrate is not particularly limited, and a substrate made of a material different from the film to be processed, such as Si, α-Si, p-Si, SiO 2 , SiN, SiON, W, TiN, and Al, is used. Various low-k films such as Si, SiO 2 , SiON, SiN, p-Si, α-Si, W, W-Si, Al, Cu, Al-Si, and their stopper films are used as the work film. Usually, it can be formed to a thickness of 50 to 10,000 nm, particularly 100 to 5,000 nm.
2層プロセスの一例について、図6を用いて更に具体的に示すと下記の通りである。
2層レジスト加工プロセスの場合、図6(A)に示したように、基板1の上に積層された被加工膜2上にレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜3を形成し、その上にフォトレジスト組成物、特に珪素原子含有ポリマーをベース樹脂とするフォトレジスト組成物からなるレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜4を形成し、次いでフォトマスクを介してレジスト上層膜4のパターン回路領域5を露光し(図6(B))、PEB及び現像を行ってレジストパターン4aを形成する(図6(C))。
その後、得られたレジストパターン4aをマスクにしてレジスト下層膜3を酸素プラズマエッチング加工してレジスト下層膜パターン3aを形成し(図6(D))、更にレジストパターン4aを除去後、レジスト下層膜パターン3aをマスクにして被加工膜2をエッチング加工し、基板1にパターン2aを形成する(図6(E))。
An example of the two-layer process will be described more specifically with reference to FIG.
In the case of a two-layer resist processing process, as shown in FIG. 6A, a resist
Thereafter, using the obtained resist pattern 4a as a mask, the resist
また、3層プロセスの一例について、図7を用いて更に具体的に示すと下記の通りである。
3層レジスト加工プロセスの場合、図7(A)に示したように、2層レジスト加工プロセスの場合と同様に、基板1の上に積層された被加工膜2上にレジスト下層膜3を形成した後、珪素含有レジスト中間層膜6を形成し、その上に単層レジスト上層膜7を形成する。
次いで、図7(B)に示したように、レジスト上層膜7のパターン回路領域8を露光し、PEB及び現像を行ってレジストパターン7aを形成し(図7(C))、この得られたレジストパターン7aをマスクとして、CF系ガスを用いてレジスト中間層膜6をエッチング加工してレジスト中間層膜パターン6aを形成する(図7(D))。レジストパターン7aを除去後、この得られたレジスト中間層膜パターン6aをマスクとしてレジスト下層膜3を酸素プラズマエッチングしてレジスト下層膜パターン3aを形成する(図7(E))。更に、レジスト中間層膜パターン6aを除去後、この得られたレジスト下層膜パターン3aをマスクにして被加工膜2をエッチング加工し、基板1にパターン2aを形成する(図7(F))。
無機ハードマスク中間膜を用いる場合、レジスト中間層膜6が無機ハードマスク中間層膜であり、BARCを敷く場合は、レジスト中間層膜6とレジスト上層膜7との間にBARCを設ける。BARCのエッチングはレジスト中間層膜6のエッチングに先立って連続して行われる場合もあるし、BARCだけのエッチングを行ってからエッチング装置を変えるなどしてレジスト中間層膜6のエッチングを行うこともできる。
An example of the three-layer process is more specifically shown as follows using FIG.
In the case of the three-layer resist processing process, as shown in FIG. 7A, the resist
Next, as shown in FIG. 7B, the
When an inorganic hard mask intermediate film is used, the resist
以下、実施例と比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの記載によって限定されるものではない。
尚、分子量の測定法は具体的に下記の方法により行った。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求め、分散度(Mw/Mn)を求めた。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited by these description.
In addition, the measuring method of molecular weight was specifically performed by the following method.
The polystyrene equivalent weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were determined by gel permeation chromatography (GPC), and the degree of dispersion (Mw / Mn) was determined.
[合成例1]
3Lのフラスコに4,4’−(9−フルオレニリデン)ジフェノールの33g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー1を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw2,100、Mw/Mn2.10
In a 3 L flask, 33 g of 4,4 ′-(9-fluorenylidene) diphenol, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours, 1 L of water was added to the reaction solution, and iron trichloride was separated by filtration. The filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw2,100, Mw / Mn2.10
[合成例2]
3Lのフラスコに4,4’−メトキシ−(9−フルオレニリデン)ジフェニルの36g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー2を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw2,900、Mw/Mn2.36
In a 3 L flask, 36 g of 4,4′-methoxy- (9-fluorenylidene) diphenyl, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours, 1 L of water was added to the reaction solution, and iron trichloride was separated by filtration. The filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw2,900, Mw / Mn2.36
[合成例3]
3Lのフラスコに4,4’−アセトキシ−(9−フルオレニリデン)ジフェニルの41g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー3を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw3,200、Mw/Mn3.90
In a 3 L flask, 41 g of 4,4'-acetoxy- (9-fluorenylidene) diphenyl, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours, 1 L of water was added to the reaction solution, and iron trichloride was separated by filtration. The filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw 3,200, Mw / Mn 3.90
[合成例4]
3Lのフラスコに6,6’−(9−フルオレニリデン)2,2’−ジナフトールの42g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー4を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw1,900、Mw/Mn2.86
In a 3 L flask, 42 g of 6,6 ′-(9-fluorenylidene) 2,2′-dinaphthol, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours, and 1 L of water was added to the reaction solution to add iron trichloride. The filtrate was concentrated and the filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw1,900, Mw / Mn2.86
[合成例5]
3Lのフラスコに6,6’−(9−フルオレニリデン)2,2’−ジナフトールの21g、フルオレンの7.8g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー5を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw3,300、Mw/Mn3.10
In a 3 L flask, 21 g of 6,6 ′-(9-fluorenylidene) 2,2′-dinaphthol, 7.8 g of fluorene, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours, and 1 L of water was added to the reaction solution. Then, iron trichloride was separated by filtration, and the filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw 3,300, Mw / Mn 3.10.
[合成例6]
3Lのフラスコに9−カルボン酸メチルフルオレンの10.5g、フルオレンの7.8g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー6を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw3,500、Mw/Mn2.66
In a 3 L flask, 10.5 g of methyl fluorene 9-carboxylate, 7.8 g of fluorene, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred for 100 hours at room temperature, 1 L of water was added to the reaction solution, and iron trichloride was filtered. Fractionation, the filtrate was concentrated and dichloroethane was evaporated to obtain
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw 3,500, Mw / Mn 2.66
[合成例7]
3Lのフラスコに9,9’−ジカルボン酸メチルフルオレンの13.2g、ベンゾ[c]フルオレンの10.6g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー7を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw1,600、Mw/Mn1.94
Stir 13.2 g of
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw1,600, Mw / Mn1.94
[合成例8]
3Lのフラスコに9−ヒドロキシフルオレンの8.6g、フルオレンの7.8g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー8を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw4,500、Mw/Mn1.98
In a 3 L flask, 8.6 g of 9-hydroxyfluorene, 7.8 g of fluorene, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours, 1 L of water was added to the reaction solution, and iron trichloride was separated by filtration. The filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw 4,500, Mw / Mn 1.98
[合成例9]
3Lのフラスコに9−(2−ナフチル)−9−フルオレノールの14.5g、ベンゾ[b]フルオレンの10.6g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー9を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw1,800、Mw/Mn2.30
In a 3 L flask, 14.5 g of 9- (2-naphthyl) -9-fluorenol, 10.6 g of benzo [b] fluorene, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours, and 1 L of water was added to the reaction solution. Was added, and iron trichloride was separated by filtration, and the filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw1,800, Mw / Mn2.30
[合成例10]
3Lのフラスコに3,3’−ジビニル−4,4’−(9−フルオレニリデン)ジフェノールの37.9g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー10を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw1,500、Mw/Mn2.10
37.9 g of 3,3′-divinyl-4,4 ′-(9-fluorenylidene) diphenol, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours in a 3 L flask, and 1 L of water was added to the reaction solution. Then, the iron trichloride was separated by filtration, the filtrate was concentrated, and dichloroethane was evaporated to obtain a polymer 10.
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw1,500, Mw / Mn2.10
[合成例11]
3Lのフラスコに6,6’−(9−フルオレニリデン)2,2’−ジナフトールの21.2g、99−ジエチニル−フルオレンの10.1g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー11を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw2,900、Mw/Mn2.63
In a 3 L flask, 21.2 g of 6,6 ′-(9-fluorenylidene) 2,2′-dinaphthol, 10.1 g of 99-diethynyl-fluorene, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours and reacted. 1 L of water was added to the liquid, and iron trichloride was separated by filtration, and the filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain polymer 11.
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw2,900, Mw / Mn2.63
[合成例12]
3Lのフラスコに6,6’−(9−フルオレニリデン)2,2’−ジナフトールの21.2g、9−ベンジリデンフルオレンの12.0g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー12を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw3,500、Mw/Mn3.10
Stir in a 3 L flask with 21.2 g of 6,6 ′-(9-fluorenylidene) 2,2′-dinaphthol, 12.0 g of 9-benzylidenefluorene, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane at room temperature for 100 hours. 1 L of water was added to the solution, and iron trichloride was separated by filtration. The filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain polymer 12.
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw 3,500, Mw / Mn 3.10
[合成例13]
3Lのフラスコに6,6’−(9−フルオレニリデン)2,2’−ジナフトールの21.2g、フルオランテンの10g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー13を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw1,100、Mw/Mn2.30
In a 3 L flask, 21.2 g of 6,6 ′-(9-fluorenylidene) 2,2′-dinaphthol, 10 g of fluoranthene, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours, and 1 L of water was added to the reaction solution. Then, iron trichloride was separated by filtration, and the filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain polymer 13.
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw1,100, Mw / Mn2.30
[合成例14]
3Lのフラスコに6,6’−(9−フルオレニリデン)2,2’−ジナフトールの21.2g、シクロペンタ[d,e,f]フェナントレンの10g、三塩化鉄46g、ジクロロエタン1600g室温で100時間撹拌し、反応液に1Lの水を添加して三塩化鉄をろ過分別、ろ液を濃縮してジクロロエタンを蒸発させ、ポリマー14を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw1,200、Mw/Mn2.90
In a 3 L flask, 21.2 g of 6,6 ′-(9-fluorenylidene) 2,2′-dinaphthol, 10 g of cyclopenta [d, e, f] phenanthrene, 46 g of iron trichloride, 1600 g of dichloroethane were stirred at room temperature for 100 hours. Then, 1 L of water was added to the reaction solution, and iron trichloride was separated by filtration, and the filtrate was concentrated to evaporate dichloroethane to obtain polymer 14.
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw 1,200, Mw / Mn 2.90
[合成例15]
300mlのフラスコに合成例1で得られたポリマー1の20g、37%ホルマリン水溶液7.5g、シュウ酸0.5gを加え、撹拌しながら100℃で24時間撹拌させた。反応後メチルイソブチルケトン500mlに溶解し、十分な水洗により触媒と金属不純物を除去し、溶媒を減圧除去し、150℃、2mmHgまで減圧し、水分、未反応モノマーを除き、ポリマー15を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw5,900、Mw/Mn4.50
20 g of
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw5,900, Mw / Mn4.50
[合成例16]
500mLのフラスコに上記合成例1で得られたポリマー1の12.5g、エピクロルヒドリン30gを入れ溶解させ、80℃に加熱し、撹拌しながら20%水酸化ナトリウム22gを3時間かけて滴下し、1時間の熟成撹拌の後、下層の食塩水を分離、未反応のエピクトルヒドリンを150℃加熱で蒸留除去した後MIBK(メチルイソブチルケトン)を30g加えて溶解させた後、水洗分離を3回繰り返して下層の水層を除去、乾燥濾過、150℃加熱によりMIBKを脱溶媒しポリマー16を得た。
GPCにより分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn)を求め、1H−NMR分析によりポリマー中の比率を以下のように求めた。
Mw2,300、Mw/Mn2.30
In a 500 mL flask, 12.5 g of
The molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) were determined by GPC, and the ratio in the polymer was determined by 1 H-NMR analysis as follows.
Mw2,300, Mw / Mn2.30
比較例用ポリマー1としてはラジカル重合によって得られた4−ヒドロキシスチレン:2−メタクリル酸―1−アントラセンメチル=56:44、重量平均分子量(Mw)=14400、分子量分布(Mw/Mn)=1.77、比較例用ポリマー2としてはMw8,800、Mw/Mn4.5のm−クレゾールノボラック樹脂、比較例用ポリマー3としてはMw9,200、Mw/Mn1.05のポリヒドロキシスチレンを用いた。
As the
ブレンド用ポリマー1としては、カチオン重合によって得られたアセナフチレン−ヒドロキシスチレン、ブレンドポリマー2としては4,4’−(9H−フルオレン−9−イリデン)ビスフェノールをホルマリンにてノボラック化した樹脂、ブレンドポリマー3としては2,2’−(9H−フルオレン−9−イリデン)−6,6’−ビスナフトールをホルマリンにてノボラック化した樹脂、ブレンドポリマー4としては、1−ナフトールとジシクロペンタジエン共縮合樹脂を用いた。
ブレンドポリマーの構造、重合比率分子量を下記に示す。
The structure of the blend polymer and the polymerization ratio molecular weight are shown below.
また、ArF珪素含有中間層膜用ポリマーとしては、下記のものを用いた。
(実施例1〜20、比較例1〜4)
(レジスト下層膜材料及びレジスト中間層膜材料の調製)
表1に示すように、ポリマー1〜16、比較ポリマー1〜4、ブレンドポリマー1〜4、ArF珪素含有中間層膜用ポリマー、架橋剤、酸発生剤を、フッ素系界面活性剤FC−4430(住友スリーエム(株)製)0.1質量%を含む溶媒中に溶解させ、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材料(実施例1〜20、比較例1〜4)とレジスト中間層膜材料(SOG―1)を調製した。
(Examples 1-20, Comparative Examples 1-4)
(Preparation of resist underlayer film material and resist intermediate layer film material)
As shown in Table 1,
(屈折率測定)
上記のように調整したレジスト下層膜材料(実施例1〜20、比較例1〜4)をシリコン基板上に塗布して、実施例16、比較例1〜3は200℃で60秒間ベークし、実施例1〜15、17〜20、比較例4は350℃で60秒間ベークして、それぞれ膜厚300nmのレジスト下層膜を形成した。また、上記のように調整したレジスト中間層膜材料(SOG1)をスピンコートにより塗布して、200℃で60秒間ベークし、膜厚30nmの珪素含有レジスト中間層膜を形成した。
レジスト下層膜と珪素含有レジスト中間層膜を形成後、J.A.ウーラム社の入射角度可変の分光エリプソメーター(VASE)で、波長193nmにおける屈折率(n,k)を求め、結果を表1に示した。
(Refractive index measurement)
The resist underlayer film materials (Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 4) prepared as described above were applied on a silicon substrate, and Examples 16 and Comparative Examples 1 to 3 were baked at 200 ° C. for 60 seconds. Examples 1 to 15, 17 to 20, and Comparative Example 4 were baked at 350 ° C. for 60 seconds to form a resist underlayer film having a thickness of 300 nm. Further, the resist intermediate layer material (SOG1) prepared as described above was applied by spin coating, and baked at 200 ° C. for 60 seconds to form a silicon-containing resist intermediate layer film having a thickness of 30 nm.
After forming the resist underlayer film and the silicon-containing resist intermediate layer film, A. The refractive index (n, k) at a wavelength of 193 nm was obtained using a spectroscopic ellipsometer (VASE) with variable incident angle from Woollam, and the results are shown in Table 1.
CR1(下記構造式参照)
AG1(下記構造式参照)
AG1 (See the structural formula below)
(CF4/CHF3系ガスでのエッチング試験)
次いで、ドライエッチング耐性のテストを行った。まず、前記屈折率測定に用いたものと同じレジスト下層膜(実施例1〜20、比較例1〜4)を作製し、これらのレジスト下層膜のCF4/CHF3系ガスでのエッチング試験として下記(1)の条件で試験した。この場合、東京エレクトロン株式会社製ドライエッチング装置TE−8500Pを用い、エッチング前後のレジスト下層膜の膜厚差を測定した。結果を表2に示す。
(Etching test with CF 4 / CHF 3 gas)
Next, a dry etching resistance test was performed. First, the same resist underlayer films (Examples 1 to 20 and Comparative Examples 1 to 4) used for the refractive index measurement were prepared, and these resist underlayer films were etched with a CF 4 / CHF 3 gas. The test was performed under the following conditions (1). In this case, the thickness difference of the resist underlayer film before and after etching was measured using a dry etching apparatus TE-8500P manufactured by Tokyo Electron Limited. The results are shown in Table 2.
(1)CF4/CHF3系ガスでのエッチング試験
エッチング条件は下記に示す通りである。
チャンバー圧力 40.0Pa
RFパワー 1,300W
ギャップ 9mm
CHF3ガス流量 30ml/min
CF4ガス流量 30ml/min
Arガス流量 100ml/min
時間 60sec
Chamber pressure 40.0Pa
RF power 1,300W
Gap 9mm
CHF 3 gas flow rate 30ml / min
CF 4 gas flow rate 30ml / min
Ar gas flow rate 100ml / min
60 sec
(レジスト上層膜材料の調製)
レジスト上層膜材料としては、表3に示す組成の樹脂、酸発生剤、塩基化合物をFC−4430(住友スリーエム(株)製)0.1質量%を含む溶媒中に溶解させ、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調製した。
As a resist upper layer film material, a resin, an acid generator, and a base compound having the composition shown in Table 3 are dissolved in a solvent containing 0.1% by mass of FC-4430 (manufactured by Sumitomo 3M Ltd.), and 0.1 μm It was prepared by filtering with a fluororesin filter.
表3中、ArF単層レジストポリマー1、PAG1、Quencher1、及び撥水性ポリマー1は下記のものを用いた。
(パターンエッチング試験)
前記調整したレジスト下層膜材料(実施例1〜20、比較例1〜4)を、膜厚200nmのSiO2基板上に塗布して、実施例1〜15、17〜20、比較例4は350℃で60秒間、実施例16、比較例1〜3は200℃で60秒間ベークして膜厚200nmのレジスト下層膜を形成した。
その上に、前記調整した珪素含有レジスト中間層膜材料(SOG1)を塗布し、200℃で60秒間ベークして膜厚30nmの中間層を形成した。
更にその上に、前記調整したレジスト上層膜材料(ArF用SLレジスト)を塗布し、110℃で60秒間ベークして膜厚100nmのレジスト上層膜を形成した。
このようにして、3層レジスト膜とした。
尚、下層膜のベーク雰囲気は窒素気流下で行った。
(Pattern etching test)
The prepared resist underlayer film materials (Examples 1 to 20, Comparative Examples 1 to 4) were applied on a 200 nm thick SiO 2 substrate, and Examples 1 to 15, 17 to 20, and Comparative Example 4 were 350. Example 16 and Comparative Examples 1 to 3 were baked at 200 ° C. for 60 seconds at 60 ° C. to form a resist underlayer film having a thickness of 200 nm.
The adjusted silicon-containing resist intermediate layer film material (SOG1) was applied thereon, and baked at 200 ° C. for 60 seconds to form an intermediate layer having a thickness of 30 nm.
Further, the adjusted resist upper layer film material (ArF SL resist) was applied thereon, and baked at 110 ° C. for 60 seconds to form a resist upper layer film having a thickness of 100 nm.
In this way, a three-layer resist film was obtained.
The lower layer film was baked in a nitrogen stream.
次いで、レジスト上層膜のパターン回路領域をArF液浸露光装置((株)ニコン製;NSR−S610C,NA1.30、σ0.98/0.65、35度ダイポール偏光照明、6%ハーフトーン位相シフトマスク)で露光し、100℃で60秒間ベーク(PEB)し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液で30秒間現像し、43nm1:1のポジ型のラインアンドスペースパターンを得た。 Next, the pattern circuit area of the resist upper layer film is subjected to ArF immersion exposure equipment (manufactured by Nikon Corporation; NSR-S610C, NA1.30, σ0.98 / 0.65, 35 degree dipole polarized illumination, 6% halftone phase shift) Exposure with a mask), baking (PEB) at 100 ° C. for 60 seconds, and development with an aqueous 2.38 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution for 30 seconds to obtain a 43 nm 1: 1 positive line and space pattern. It was.
次いで、東京エレクトロン製エッチング装置Teliusを用いて上記ドライエッチングにより得られたレジストパターンをマスクにして珪素含有レジスト中間層膜(SOG)をエッチング加工し、これにより得られた珪素含有レジスト中間層膜パターンをマスクにしてレジスト下層膜をエッチング加工し、これにより得られたレジスト下層膜パターンをマスクにしてSiO2膜のエッチング加工を行った。エッチング条件は下記に示すとおりである。
レジストパターンのレジスト中間層膜への転写条件。
チャンバー圧力 10.0Pa
RFパワー 1,500W
CF4ガス流量 15sccm
O2ガス流量 75sccm
時間 15sec
Next, the silicon-containing resist intermediate layer film (SOG) is etched by using the resist pattern obtained by the dry etching as a mask using an etching apparatus Telius manufactured by Tokyo Electron, and the silicon-containing resist intermediate layer film pattern obtained thereby is obtained. As a mask, the resist underlayer film was etched, and the resulting resist underlayer film pattern was used as a mask to etch the SiO 2 film. Etching conditions are as shown below.
Transfer conditions of resist pattern to resist interlayer film.
Chamber pressure 10.0Pa
RF power 1,500W
CF 4 gas flow rate 15sccm
O 2 gas flow rate 75sccm
Time 15sec
レジスト中間層膜パターンのレジスト下層膜への転写条件。
チャンバー圧力 2.0Pa
RFパワー 500W
Arガス流量 75sccm
O2ガス流量 45sccm
時間 120sec
Transfer conditions of resist interlayer film pattern to resist underlayer film.
Chamber pressure 2.0Pa
RF power 500W
Ar gas flow rate 75sccm
O 2 gas flow rate 45sccm
Time 120sec
レジスト下層膜パターンのSiO2膜への転写条件。
チャンバー圧力 2.0Pa
RFパワー 2,200W
C5F12ガス流量 20sccm
C2F6ガス流量 10sccm
Arガス流量 300sccm
O2 60sccm
時間 90sec
Transfer conditions of resist underlayer film pattern to SiO 2 film.
Chamber pressure 2.0Pa
RF power 2,200W
C 5 F 12 gas flow rate 20 sccm
C 2 F 6 gas flow rate 10 sccm
Ar gas flow rate 300sccm
O 2 60 sccm
90 seconds
パターン断面を(株)日立製作所製電子顕微鏡(S−4700)にて観察し、形状を比較し、表4にまとめた。 The cross sections of the patterns were observed with an electron microscope (S-4700) manufactured by Hitachi, Ltd., and the shapes were compared and summarized in Table 4.
表1に示されるように、本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜は(実施例1〜20)、波長193nmにおける屈折率のn値が1.35〜1.50の範囲であり、k値が0.38〜0.62の範囲であるため、特に液浸リソグラフィー用の多層プロセスのレジスト下層膜として実用に適する屈折率を有していることが認められた。 As shown in Table 1, the resist underlayer films formed using the resist underlayer film material of the present invention (Examples 1 to 20) have a refractive index n value of 1.35 to 1.50 at a wavelength of 193 nm. Since the k value is in the range of 0.38 to 0.62, it was confirmed that it had a refractive index suitable for practical use as a resist underlayer film in a multilayer process for immersion lithography.
また、表2に示されるように、実施例1〜20のCF4/CHF3ガスエッチングの速度は、比較例1〜3よりも十分に遅く、比較例4よりも遅いことが認められた。 Further, as shown in Table 2, it was confirmed that the CF 4 / CHF 3 gas etching rate of Examples 1 to 20 was sufficiently slower than Comparative Examples 1 to 3 and slower than Comparative Example 4.
さらに、表4に示されるように、350℃という高温でレジスト下層膜の熱処理を行った場合でも、現像後のレジスト形状、酸素エッチング後、基板加工エッチング後のレジスト下層膜の形状は良好であり、パターンのよれもないことが認められた(実施例1〜15、17〜20)。また、従来のように、300℃以下(本実施例では200℃)で熱処理を行った実施例16においても、実施例1〜15、17〜20同様良好な結果が得られた。
一方、比較例においては、350℃で熱処理を行った場合(比較例4)、200℃で熱処理を行った場合(比較例1〜3)、いずれにおいても、膜減りやパターンによれが生じていることが認められた。
Furthermore, as shown in Table 4, even when the resist underlayer film is heat-treated at a high temperature of 350 ° C., the resist shape after development, the shape of the resist underlayer film after oxygen etching, and the substrate processing etching are good. It was confirmed that there was no distortion of the pattern (Examples 1 to 15 and 17 to 20). Moreover, also in Example 16 which heat-processed below 300 degreeC (this example 200 degreeC) like the past, the result favorable as Examples 1-15 and 17-20 was obtained.
On the other hand, in the comparative example, when the heat treatment was performed at 350 ° C. (Comparative Example 4) and when the heat treatment was performed at 200 ° C. (Comparative Examples 1 to 3), film loss and pattern variation occurred It was recognized that
以上のように、本発明のレジスト下層膜材料を用いれば、反射率を低減でき、エッチング耐性の高いレジスト下層膜を形成することができ、また、本発明のレジスト下層膜材料を用いることで、基板に高精度のパターンを形成することができることが確認された。 As described above, if the resist underlayer film material of the present invention is used, the reflectance can be reduced, and a resist underlayer film having high etching resistance can be formed.In addition, by using the resist underlayer film material of the present invention, It was confirmed that a highly accurate pattern can be formed on the substrate.
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1…基板、 2…被加工膜、 2a…基板に形成されるパターン、 3…レジスト下層膜、 3a…レジスト下層膜パターン、 4、7…レジスト上層膜、 4a、7a…レジスト上層膜パターン、 5、8…パターン回路領域、 6…レジスト中間層膜、 6a…レジスト中間層膜パターン。
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