JP7207321B2 - レジスト下層膜形成用組成物、レジスト下層膜及びその形成方法、パターニングされた基板の製造方法並びに化合物 - Google Patents
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Description
当該レジスト下層膜形成用組成物(以下、単に「組成物」ともいう)は、[A]化合物と[B]溶媒とを含有する。当該組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、任意成分を含有していてもよい。当該レジスト下層膜形成用組成物は、多層レジストプロセス用に好適に用いることができる。以下、各成分について説明する。
[A]化合物は、下記式(1)で表される化合物である。
[A]化合物は、例えばシアヌル酸クロリド、1-(ジクロロ-1,3,5-トリアジニル)ピレン、2,4-ジクロロ-6-フェニル-1,3,5-トリアジン等のAr1を与える芳香族複素環含有ハロゲン化物と、フロログルシノール、レゾルシノール等のAr2を与えるフェノール化合物とを、塩化アルミニウム等のルイス酸存在下、ジエチルエーテル、1,2-ジクロロエタン、シクロペンチルメチルエーテル等の溶媒中で脱ハロゲン化水素縮合反応させて、Ar1の芳香族複素環基にAr2のフェノール性水酸基を有する芳香族炭素環基又は芳香族複素環基が結合した化合物(a)を合成し、得られた化合物(a)のフェノール性水酸基の水素原子を、臭化プロパルギル、ブロモアセトニトリル、臭化シアン、臭化アリル、4-フルオロベンゾニトリル等を用い、炭酸カリウム、トリエチルアミン等の塩基存在下、N,N-ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン等の溶媒中で、R1基へ変換することにより、合成することができる。化合物(a)である2,4,6-トリ(4-ヒドロキシフェニル)-1,3,5-トリアジンは、4-シアノフェノールを、トリフルオロメタンスルホン酸等の酸存在下、ジクロロメタン等の溶媒中で、3量化させることによっても合成することができる。また、上記フェノール性水酸基の水素原子のアセチル基への変換は、ピリジン等の溶媒中、無水酢酸を用いて行うこともできる。
[B]溶媒は、[A]化合物及び必要に応じて含有する任意成分を溶解又は分散することができれば特に限定されない。
当該組成物は、任意成分として、酸発生剤、架橋剤、界面活性剤、密着助剤等を含有してもよい。これらの任意成分は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
酸発生剤は、熱や光の作用により酸を発生し、[A]化合物の架橋を促進する成分である。当該組成物が酸発生剤を含有することで[A]化合物の架橋反応が促進され、形成されるレジスト下層膜の硬度をより高めることができる。酸発生剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
架橋剤は、熱や酸の作用により、当該組成物中の[A]化合物等の成分同士の架橋結合を形成するか、又は自らが架橋構造を形成する成分である。当該組成物が架橋剤を含有する場合、形成されるレジスト下層膜の硬度を高めることができる。架橋剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
当該組成物は、[A]化合物、[B]溶媒、及び必要に応じて、任意成分を所定の割合で混合し、好ましくは得られた混合物を孔径0.1μm以下のメンブランフィルター等で濾過することにより調製できる。
当該レジスト下層膜は、当該組成物から形成される。当該レジスト下層膜は、上述の当該組成物から形成されるので、有機溶媒耐性を維持しつつ、平坦性及びパターンの曲り耐性に優れている。
当該レジスト下層膜の形成方法は、基板の一方の面側に当該組成物を塗工する工程(以下、「塗工工程」ともいう)と、上記塗工工程により形成された塗工膜を加熱する工程(以下、「加熱工程」ともいう)とを備える。
本工程では、基板の一方の面側に当該組成物を塗工する。これにより塗工膜が形成される。
本工程では、上記塗工工程により形成された塗工膜を加熱する。これによりレジスト下層膜が形成される。
当該パターニングされた基板の製造方法は、基板の一方の面側に当該組成物を塗工する工程(塗工工程)と、上記塗工工程により形成された塗工膜を加熱する工程(加熱工程)と、上記加熱工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する工程(以下、「レジストパターン形成工程」ともいう)と、上記レジストパターンをマスクとして上記基板をエッチングする工程(以下、「エッチング工程」ともいう)とを備える。
本工程では、基板の一方の面側に当該組成物を塗工する。これにより塗工膜が形成される。本工程は、上述の当該レジスト下層膜の形成方法における塗工工程と同様である。
本工程では、上記塗工工程により形成された塗工膜を加熱する。これによりレジスト下層膜が形成される。本工程は、上述の当該レジスト下層膜の形成方法における加熱工程と同様である。
本工程では、上記加熱工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にケイ素含有膜を形成する。
本工程では上記レジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する。この工程を行う方法としては、例えばレジスト組成物を用いる方法等が挙げられる。なお、当該パターニングされた基板の製造方法が上記ケイ素含有膜形成工程を備える場合、本工程では上記ケイ素含有膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する。
本工程では、上記レジストパターンをマスクとして上記基板をエッチングする。これにより、基板にパターンが形成される。エッチングの回数としては1回でも、複数回、すなわちエッチングにより得られるパターンをマスクとして順次エッチングを行ってもよいが、より良好な形状のパターンを得る観点からは、複数回が好ましい。複数回のエッチングを行う場合、ケイ素含有膜、膜、及び基板の順に順次エッチングを行う。エッチングの方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング等が挙げられる。これらの中で、基板のパターンの形状をより良好なものとする観点から、ドライエッチングが好ましい。このドライエッチングには、例えば酸素プラズマ等のガスプラズマ等が用いられる。上記エッチングの後、所定のパターンを有するパターニングされた基板が得られる。
レジスト下層膜の平均厚みは、分光エリプソメータ(J.A.WOOLLAM社の「M2000D」)を用いて測定した。
[A]化合物としての下記式(A-1)~(A-10)で表される化合物(以下、「化合物(A-1)~(A-10)」ともいう)を、以下に示す手順により合成した。
反応容器に、窒素雰囲気下、シアヌル酸クロリド23.2g、フロログルシノール50.0g、ジエチルエーテル586g及び1,2-ジクロロエタン146gを加えて溶解させた。0℃に冷却後、塩化アルミニウム52.9gを添加した後、40℃で12時間反応させた。反応溶液を濃縮してジエチルエーテルを除去した後、多量の10質量%塩酸中に投入し、再沈殿させた。得られた沈殿物をジメチルホルムアミド300g及びメタノール300gに溶解させた後、多量の10質量%塩酸中に投入し、再沈殿させた。得られた沈殿物をエタノール500gに分散させた後、トリエチルアミンで中和し、濾過して沈殿物を回収し、乾燥させることで下記式(a-1)で表される化合物(以下、「化合物(a-1)」ともいう)50.2gを得た。
反応容器に、窒素雰囲気下、シアヌル酸クロリド26.6g、レゾルシノール50.0g及び1,2-ジクロロエタン766gを加えて溶解させた。0℃に冷却後、塩化アルミニウム60.6gを添加した後、60℃に加温して6時間反応させた。反応溶液を多量の10質量%塩酸中に投入し、再沈殿させた。得られた沈殿物をジメチルホルムアミド300g及びメタノール300gに溶解した後、多量の10質量%塩酸中に投入し、再沈殿させた。得られた沈殿物をエタノール500gに分散させた後、トリエチルアミンで中和し、濾過して沈殿物を回収し、乾燥させることで下記式(a-2)で表される化合物(以下、「化合物(a-2)」ともいう)42.8gを得た。
反応容器に、窒素雰囲気下、1-(ジクロロ-1,3,5-トリアジニル)ピレン26.5g、フロログルシノール20.0g及びシクロペンチルメチルエーテル465gを加えて溶解させた。0℃に冷却後、塩化アルミニウム60.6gを添加した後、60℃に加温して8時間反応させた。反応溶液を多量の10質量%塩酸中に投入し、再沈殿させた。得られた沈殿物をメタノール/水(400g/400g)中で洗浄し、濾過して沈殿物を回収し、乾燥させることで下記式(a-3)で表される化合物(以下、「化合物(a-3)」ともいう)32.4gを得た。
反応容器に、窒素雰囲気下、2,4-ジクロロ-6-フェニル-1,3,5-トリアジン48.9g、レゾルシノール50.0g及びシクロペンチルメチルエーテル465gを加えて溶解させた。0℃に冷却後、塩化アルミニウム60.6gを添加した後、60℃に加温して8時間反応させた。反応溶液を多量の10質量%塩酸中に投入し、再沈殿させた。得られた沈殿物をメタノール/水(400g/400g)中で洗浄し、濾過して沈殿物を回収し、乾燥させることで下記式(a-4)で表される化合物(以下、「化合物(a-4)」ともいう)62.9gを得た。
実施例1-1において、臭化プロパルギル52.0gをブロモアセトニトリル52.4gに変更した以外は実施例1-1と同様にして上記化合物(A-5)25.1gを得た。
反応容器に、窒素雰囲気下、上記化合物(a-1)20.0g、テトラヒドロフラン240g及びトリエチルアミン44.2gを添加した後、0℃に冷却し、臭化シアン46.3gを滴下し、6時間反応させた。反応溶液にメチルイソブチルケトン40g及び水240gを添加して分液抽出を行った後、有機相を多量のヘキサン中に投入し、再沈殿させた。濾過して沈殿物を回収し、乾燥させることで上記化合物(A-6)26.2gを得た。
反応容器に、窒素雰囲気下、4-シアノフェノール50g及びジクロロメタン500gを加えて室温にて溶解させた。0℃に冷却後、トリフルオロメタンスルホン酸315gを滴下した後、30℃に加温して24時間反応させた。反応溶液を1質量%水酸化アンモニウム水溶液で中和し、沈殿物を濾過で回収した。沈殿物をメチルエチルケトンで再結晶し、乾燥させることで下記式(a-7)で表される化合物(以下、「化合物(a-7)」ともいう)36.0gを得た。
実施例1-1において、臭化プロパルギル52.0gを臭化アリル52.8gに変更した以外は実施例1-1と同様にして上記化合物(A-8)27.8gを得た。
反応容器に、窒素雰囲気下、上記化合物(a-1)20.0g、ピリジン200g及び無水酢酸44.6gを添加した後、115℃で8時間反応させた。反応溶液にメチルイソブチルケトン40g、テトラヒドロフラン40g及び水240gを添加して分液抽出を行った後、有機相を多量のヘキサン中に投入し、再沈殿させた。濾過して沈殿物を回収し、乾燥させることで上記化合物(A-9)30.0gを得た。
実施例1-1において、臭化プロパルギル52.0gをエピクロロヒドリン40.4gに変更した以外は実施例1-1と同様にして上記化合物(A-10)28.2gを得た。
反応容器に、窒素雰囲気下、m-クレゾール250.0g、37質量%ホルマリン125.0g及び無水シュウ酸2gを加え、100℃で3時間、180℃で1時間反応させた後、減圧下にて未反応モノマーを除去し、下記式(x-1)で表される樹脂を得た。得られた樹脂(x-1)の重量平均分子量(Mw)は、東ソー社のGPCカラム(「G2000HXL」2本及び「G3000HXL」1本)を用い、流量:1.0mL/分、溶出溶媒:テトラヒドロフラン、カラム温度:40℃の分析条件で、単分散ポリスチレンを標準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(検出器:示差屈折計)により測定したところ、11,000であった。
レジスト下層膜形成用組成物の調製に用いた[A]化合物、[B]溶媒、[C]酸発生剤及び[D]架橋剤について以下に示す。
実施例:上記合成した化合物(A-1)~(A-10)
比較例:上記合成した樹脂(x-1)
B-1:酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル
B-2:乳酸エチル
B-3:シクロヘキサノン
C-1:ビス(4-t-ブチルフェニル)ヨードニウムノナフルオロ-n-ブタンスルホネート(下記式(C-1)で表される化合物)
D-1:1,3,4,6-テトラキス(メトキシメチル)グリコールウリル(下記式(D-1)で表される化合物)
[A]化合物としての(A-1)10質量部を[B]溶媒としての(B-1)90質量部に溶解した。得られた溶液を孔径0.1μmのメンブランフィルターで濾過して、レジスト下層膜形成用組成物(J-1)を調製した。
下記表1に示す種類及び含有量の各成分を使用した以外は実施例2-1と同様に操作して、レジスト下層膜形成用組成物(J-2)~(J-10)及び(CJ-1)を調製した。表1中の「-」は、該当する成分を使用しなかったことを示す。表1の「水素原子含有割合(質量%)」は算出した値である。
[実施例3-1~3-10及び比較例3-1]
上記調製したレジスト下層膜形成用組成物を、8インチシリコンウエハ(基板)上に、スピンコーター(東京エレクトロン社の「CLEAN TRACK ACT12」)を用い、回転塗工法により塗工した。次に、大気雰囲気下にて、下記表2に示す加熱温度(℃)及び加熱時間(sec)で加熱(焼成)した後、23℃で60秒間冷却することにより、平均厚み200nmのレジスト下層膜を形成して、基板上にレジスト下層膜が形成されたレジスト下層膜付き基板を得た。
上記得られたレジスト下層膜形成用組成物及びレジスト下層膜付き基板を用い、下記項目について下記方法で評価を行った。評価結果を下記表2に合わせて示す。
上記得られた膜付き基板をシクロヘキサノン(室温)に1分間浸漬した後、圧縮空気を20秒間吹き付けて、上記基板を乾燥させた。浸漬前後の膜の平均厚みを測定した。浸漬前の膜の平均厚みをX0、浸漬後の膜の平均厚みをX1として、(X1-X0)×100/X0で求められる数値の絶対値を算出し、膜厚変化率(%)とした。有機溶媒耐性は、膜厚変化率が1%未満の場合は「A」(良好)と、1%以上5%未満の場合は「B」(やや良好)と、5%以上の場合は「C」(不良)とした。
上記調製した組成物を、図1に示すように、深さ100nm、幅10μmのトレンチパターンが形成されたシリコン基板1上に、スピンコーター(東京エレクトロン社の「CLEAN TRACK ACT12」)を用い、回転塗工法により塗工した。スピンコートの回転速度は、上記「膜の形成」において、平均厚み200nmの膜を形成する場合と同じとした。次いで、大気雰囲気下にて、下記表2に示す加熱温度(℃)及び加熱時間(sec)で加熱(焼成)し、非トレンチパターンの部分における平均厚み200nmの膜2を形成し、上記シリコン基板が膜で被覆された膜付きシリコン基板を得た。
上記調製した組成物を、平均厚み500nmの熱酸化膜が形成されたシリコン基板上に、回転塗工法により塗工した後、大気雰囲気下にて350℃で60秒間加熱(焼成)し、平均厚み200nmの膜が形成された膜付き基板を得た。上記得られた膜付き基板上に、ケイ素含有膜形成用組成物(JSR(株)の「NFC SOG080」)を回転塗工法により塗工した後、大気雰囲気下にて200℃で60秒間加熱(焼成)し、さらに300℃で60秒間加熱(焼成)して、平均厚み50nmのケイ素含有膜を形成した。次に、上記ケイ素含有膜上に、ArF用レジスト組成物(JSR(株)の「AR1682J」)を回転塗工法により塗工し、大気雰囲気下にて130℃で60秒間加熱(焼成)して、平均厚み200nmのレジスト膜を形成した。その後、レジスト膜を、ニコン社のArFエキシマレーザー露光装置(レンズ開口数0.78、露光波長193nm)を用いて、ターゲットサイズが100nmの1対1のラインアンドスペースのマスクパターンを介して、露光量を変化させて露光した後、大気雰囲気下にて130℃で60秒間加熱(焼成)し、2.38質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液を用いて、25℃で1分間現像し、水洗、乾燥して、ラインパターンの線幅が30nmから100nmである200nmピッチのラインアンドスペースのレジストパターンが形成された基板を得た。
2 膜
3 膜パターン
3a 膜パターンの横側面
Claims (11)
- 下記式(1)で表される化合物と、
溶媒と
を含有し、
上記化合物の含有割合が上記溶媒以外の全成分に対して50質量%以上であるレジスト下層膜形成用組成物。
- 上記式(1)のAr2がベンゼンから芳香族炭素環の炭素原子に結合する(n+1)個の水素原子を除いた基である請求項1に記載のレジスト下層膜形成用組成物。
- 上記式(1)のnのうちの少なくとも1つが1以上である請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜形成用組成物。
- 上記式(1)のR1の少なくとも1つが上記式(2)で表される基であり、この基の少なくとも1つが多重結合含有基である請求項1、請求項2又は請求項3に記載のレジスト下層膜形成用組成物。
- 上記多重結合含有基が、炭素-炭素二重結合含有基、炭素-炭素三重結合含有基、炭素-窒素二重結合含有基、炭素-窒素三重結合含有基、炭素-酸素二重結合含有基又はこれらの組み合わせである請求項4に記載のレジスト下層膜形成用組成物。
- 多層レジストプロセスにおけるケイ素含有膜の下層に設けられる有機下層膜を形成するために用いられる請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成用組成物。
- 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成用組成物から形成されるレジスト下層膜。
- 基板の一方の面側に請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程と、
上記塗工工程により形成された塗工膜を加熱する工程と
を備えるレジスト下層膜の形成方法。 - 基板の一方の面側に請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のレジスト下層膜形成用組成物を塗工する工程と、
上記塗工工程により形成された塗工膜を加熱する工程と、
上記加熱工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にレジストパターンを形成する工程と、
上記レジストパターンをマスクとして上記基板をエッチングする工程と
を備えるパターニングされた基板の製造方法。 - 上記加熱工程により形成されたレジスト下層膜の上記基板とは反対の面側にケイ素含有膜を形成する工程をさらに備える請求項9に記載のパターニングされた基板の製造方法。
- 下記式(1’)で表される化合物。
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