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WO2011108365A1 - フラーレン誘導体を含むレジスト下層膜形成組成物 - Google Patents

フラーレン誘導体を含むレジスト下層膜形成組成物 Download PDF

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WO2011108365A1
WO2011108365A1 PCT/JP2011/053386 JP2011053386W WO2011108365A1 WO 2011108365 A1 WO2011108365 A1 WO 2011108365A1 JP 2011053386 W JP2011053386 W JP 2011053386W WO 2011108365 A1 WO2011108365 A1 WO 2011108365A1
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WO
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resist underlayer
underlayer film
forming composition
resist
bis
Prior art date
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PCT/JP2011/053386
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French (fr)
Inventor
徹也 新城
圭祐 橋本
博明 奥山
康志 境田
雅一 加藤
Original Assignee
日産化学工業株式会社
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Filing date
Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • G03F7/09Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers
    • G03F7/11Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers having cover layers or intermediate layers, e.g. subbing layers

Definitions

  • the present invention relates to a composition for forming a resist underlayer film used in a lithography process when manufacturing a semiconductor device.
  • fullerene derivatives having higher solubility in organic solvents than C 60 fullerene have been synthesized.
  • a solution in which such a fullerene derivative is dissolved in an organic solvent a thin film can be easily formed on a substrate. Therefore, application of fullerene derivatives to n-type organic thin film transistors, solar cells, and the like has been studied.
  • Patent Document 1 describes a resist underlayer film forming composition prepared using, for example, a fullerene derivative manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd. as a fullerene derivative.
  • Patent Document 2 listed below describes a photoresist composition using a diethyl malonate polyadduct or a malonic acid-di-tert-butyl multiadduct as a fullerene derivative.
  • a fullerene derivative as described in Patent Document 2 and a method for producing the fullerene derivative are also described in Patent Document 3 below.
  • Control of the dry etching rate is important for the resist underlayer film.
  • a resist underlayer film having a high carbon content since fullerene itself is a material composed of only carbon atoms, the carbon content is 100% by mass, but there is a problem that it is difficult to dissolve in a solvent. This problem can be solved by using a fullerene derivative having solubility in a solvent. However, such fullerene derivatives usually have a lower carbon content than fullerenes without a modifying group.
  • the fullerene derivative malonic acid-di-tert-butyl multi-adduct used in Patent Document 2 decomposes the adduct (modifying group) by heating to produce a carboxyl group. That is, by applying a solution containing a fullerene derivative having the adduct (modifying group) and baking at a temperature at which the adduct (modifying group) decomposes, the carbon content of the formed film is lower than before decomposition. Can be increased.
  • the resist underlayer film is required not to be dissolved in a solvent contained in the solution to be applied and to be applied uniformly without unevenness when an intermediate layer or a resist film is formed thereon by a coating method.
  • the present invention has an object to provide a composition that can form a resist underlayer film having high etching resistance (low dry etching rate), excellent solvent resistance, and excellent applicability of a solution to be applied thereon.
  • the first aspect of the present invention is: The following formula (1) for one fullerene molecule: (In the formula, each R independently represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)
  • a resist underlayer film forming composition comprising a fullerene derivative to which 1 to 6 molecules of malonic acid diester represented by formula (I) is added, an epoxy compound, and a solvent.
  • the second aspect of the present invention is: Applying the resist underlayer film forming composition on a substrate, and baking at least once at a temperature of 180 ° C. to 400 ° C. to form a resist underlayer film; Applying the intermediate layer forming composition on the resist underlayer film and baking to form a silicon-containing intermediate layer; and Forming a resist film on the intermediate layer; It is a method for forming a resist pattern, comprising at least exposing and developing the resist film.
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention contains an epoxy compound together with a fullerene derivative that decomposes an adduct (modifying group) by heating, the crosslinking reaction proceeds by baking at a predetermined temperature.
  • the resist underlayer film to be formed has a high dry etching resistance, a solvent resistance, and a surface with a good solution coating property.
  • the fullerene derivative contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention is, for example, the following formula (2) in which R in the formula (1) is a branched alkyl group (3 or more carbon atoms): (In the formula, n represents an integer of 1 to 6.) It is represented by However, the fullerene derivative represented by the formula (2) is not specified.
  • the fullerene derivative contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention contains, as a main component, a 4-adduct obtained by adding 4 molecules of a malonic acid diester represented by the formula (1) to 1 molecule of fullerene. it can.
  • the malonic diester is added, not only the C 60, C 70, or C 60 can use a mixture of the C 70, also used mixtures containing higher fullerenes in addition to C 60 and C 70
  • You can also Higher order fullerene is defined herein as a generic term for fullerenes having more than 70 carbon atoms (for example, C 76 , C 82 , C 84 , C 90 and C 96 ). By using the said mixture, cost can be reduced compared with the case where C60 or C70 is used.
  • the epoxy compound contained in the resist underlayer film forming composition of the present invention a compound having at least two epoxy groups or oxirane rings is preferable.
  • the epoxy compound is included in the range of, for example, 0.1 to 500% by mass, preferably 1 to 100% by mass with respect to the fullerene derivative.
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention may further contain an acid catalyst or a base catalyst.
  • the acid catalyst include onium salts, diazomethane derivatives, glyoxime derivatives, bissulfone derivatives, ⁇ -ketosulfone derivatives, disulfone derivatives, nitrobenzyl sulfonate derivatives, sulfonate ester derivatives, and sulfonate ester derivatives of N-hydroxyimide compounds.
  • the base catalyst include imidazole compounds, quaternary ammonium salts, phosphonium salts, amine compounds, aluminum chelate compounds, and organic phosphine compounds.
  • 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 1,8-diaza-bicyclo (5,4,0) undecene-7 trimethylamine, benzyldimethylamine, triethylamine, dimethylbenzylamine, 2 , 4,6-trisdimethylaminomethylphenol and other amine compounds and salts thereof, quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium chloride, benzyltrimethylammonium bromide, benzyltriethylammonium chloride, tetrabutylammonium bromide, aluminum chelate, tetra-n And organic phosphine compounds such as -butylphosphonium benzotriazolate and tetra-n-butylphosphonium-o, o-diethyl phosphorodithioate.
  • quaternary ammonium salts such as tetramethylammonium chloride, benzyltrimethylam
  • the acid catalyst or base catalyst is contained in the fullerene derivative in an amount of, for example, 0.1 to 50% by mass, preferably 0.5 to 40% by mass, and the decomposition reaction of the fullerene derivative adduct (modifying group) and It promotes the crosslinking reaction.
  • onium salts examples include Tetramethylammonium trifluoromethanesulfonate, tetramethylammonium nonafluorobutanesulfonate, triethylammonium nonafluorobutanesulfonate, pyridinium nonafluorobutanesulfonate, triethylammonium camphorsulfonate, diphenyliodonium camphorsulfonate, camphorsulfonic acid (p- tert-Butoxyphenyl) phenyliodonium, camphorsulfonic acid bis (p-tert-butoxyphenyl) iodonium, trifluoromethanesulfonic acid bis (p-tert-butoxyphenyl) iodonium, nonafluorobutanesulfone (p-tert-butoxyphenyl) phenyl Iodonium, nonafluorobutanesulfone bis (p-tert-butoxyphen
  • diazomethane derivatives examples include bis (benzenesulfonyl) diazomethane, bis (p-toluenesulfonyl) diazomethane, bis (xylenesulfonyl) diazomethane, bis (cyclohexylsulfonyl) diazomethane, bis (cyclopentylsulfonyl) diazomethane, bis (n-butylsulfonyl) diazomethane, bis (isobutylsulfonyl) ) Diazomethane, bis (sec-butylsulfonyl) diazomethane, bis (n-propylsulfonyl) diazomethane, bis (isopropylsulfonyl) diazomethane, bis (tert-butylsulfonyl) diazomethane, bis (n-amylsulfonyl) diazomethane,
  • Examples of glyoxime derivatives are shown below.
  • bissulfone derivatives are shown below.
  • Examples of ⁇ -ketosulfone derivatives are shown below.
  • disulfone derivatives examples include diphenyl disulfone derivatives and dicyclohexyl disulfone derivatives.
  • Nitrobenzyl sulfonate derivatives are exemplified below. 2,6-dinitrobenzyl p-toluenesulfonate and 2,4-dinitrobenzyl p-toluenesulfonate. Examples of the sulfonate ester derivative are shown below. 1,2,3-tris (methanesulfonyloxy) benzene, 1,2,3-tris (trifluoromethanesulfonyloxy) benzene, and 1,2,3-tris (p-toluenesulfonyloxy) benzene.
  • N-hydroxysuccinimide methanesulfonic acid ester N-hydroxysuccinimide trifluoromethanesulfonic acid ester
  • N-hydroxysuccinimide ethanesulfonic acid ester N-hydroxysuccinimide 1-propanesulfonic acid ester
  • N-hydroxysuccinimide 2-propanesulfonic acid ester N-hydroxysuccinimide 1-pentanesulfonic acid ester
  • N-hydroxysuccinimide 1-octanesulfonic acid ester N-hydroxysuccinimide p-toluenesulfonic acid ester
  • N-hydroxysuccinimide p-methoxybenzenesulfonic acid ester N-hydroxysuccinimide 2 -Chloroethane sulfonate
  • N-hydroxysuccinimide benzene sulfonate N-hydroxysuccinimide 2 -Chloroethane sulfonate
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention can further contain a surfactant.
  • a surfactant for example, Ftop (registered trademark) EF301, EF303, EF352 (manufactured by Mitsubishi Materials Electronic Chemicals Co., Ltd.), MegaFuck (registered trademark) F171, F173, R173 (manufactured by DIC Corporation), Fluorard FC430, FC431 (Sumitomo 3M Co., Ltd.), Asahi Guard (registered trademark) AG710, Surflon (registered trademark) S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (Asahi Glass Co., Ltd.) Fluorosurfactant such as a company) and organosiloxane polymer KP341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
  • One kind selected from these surfactants may be added, or two or more kinds may be added in combination.
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention is used in a uniform solution state in which each of the above components is dissolved in a solvent.
  • solvents include propylene glycol monomethyl ether acetate, cyclohexanone, 2-heptanone, ethyl lactate, o-xylene, toluene, o-dichlorobenzene, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, 1-methyl-2 -Pyrrolidone and ⁇ -butyrolactone can be used.
  • One kind selected from these solvents may be used, or two or more kinds may be used in combination.
  • the prepared resist underlayer film forming composition is preferably used after being filtered using, for example, a filter having a pore size smaller than 0.1 ⁇ m or 0.1 ⁇ m.
  • the resist underlayer film-forming composition after filtration is excellent in long-term storage stability at room temperature.
  • Substrate for example, a semiconductor substrate such as silicon on which a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed, a silicon nitride substrate, a quartz substrate, a glass substrate (including non-alkali glass, low alkali glass, and crystallized glass)
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention is applied onto a glass substrate on which an ITO film is formed by an appropriate application method such as a spinner or a coater, and then baked using a heating means such as a hot plate. By doing so, a resist underlayer film is formed.
  • the optimum value is selected from the range of temperature: 180 ° C. to 400 ° C. and time: 0.3 minutes to 10 minutes.
  • baking may be performed again at a temperature higher than the temperature, for example, 300 ° C. to 400 ° C.
  • the adduct (modifying group) of the fullerene derivative contained in the applied composition is decomposed to generate a carboxyl group. It is presumed that the adduct (modifying group) is further decomposed by baking at 300 ° C. to 400 ° C., and the fullerene derivative undergoes a crosslinking reaction.
  • the thickness of the resist underlayer film to be formed is 0.01 ⁇ m to 3.0 ⁇ m, for example, 0.03 ⁇ m to 1.0 ⁇ m, or 0.05 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • the intermediate layer forming composition is applied onto the resist underlayer film by an appropriate application method such as a spinner or a coater.
  • the intermediate layer forming composition include a solution containing one or two or more alkoxysilane hydrolyzates and / or hydrolysis condensates and necessary additives, or a commercially available polysilane and necessary additives.
  • the silicon-containing intermediate layer is formed by baking using a heating means such as a hot plate.
  • a heating means such as a hot plate.
  • an optimum value is selected from the range of temperature: 180 ° C. to 300 ° C. and time: 0.3 minutes to 10 minutes.
  • the resist film is formed by a general method, that is, by applying a resist solution onto the intermediate layer and baking.
  • the resist solution to be used is not particularly limited.
  • Rohm and Haas Electronic Materials trade name: APEX-E, Sumitomo Chemical Co., trade name: PAR710, and Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • Product name: SEPR430 etc. are mentioned.
  • a photomask reticle
  • a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, and EUV extreme ultraviolet
  • PEB Post Exposure Bake
  • an alkaline developer When using a positive resist solution, an alkaline developer is used for development.
  • alkaline developers include aqueous solutions of alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, aqueous solutions of quaternary ammonium hydroxides such as tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide and choline, ethanolamine, and propyl.
  • the amine aqueous solution include amines and ethylenediamine.
  • a surfactant can be added to these developers.
  • the development conditions are appropriately selected from a development temperature of 5 ° C. to 50 ° C. and a development time of 10 seconds to 300 seconds.
  • development can be easily performed at room temperature using a 2.38 mass% aqueous tetramethylammonium hydroxide solution that is widely used for developing photoresists.
  • the reaction layer (organic phase) was wash
  • the obtained organic phase was washed twice with 100 cm 3 of 1N sulfuric acid aqueous solution and then washed three times with 200 cm 3 of pure water.
  • the solvent (1,2,4-trimethylbenzene) was distilled off under reduced pressure to obtain 9.50 g of a reddish brown solid.
  • the obtained solid was fractionated with a mixed solvent of n-hexane and ethyl acetate by silica gel chromatography to obtain a fullerene derivative (malonic acid-di-tert-butyl ester adduct).
  • Example 1 To 1.0 g of the fullerene derivative obtained in Synthesis Example 1, 0.15 g of an epoxy compound represented by the formula (3-a) (trade name: YH434L, manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), Megafac as a surfactant [registered trademark] ] 0.001 g of R-30 (DIC Corporation) was mixed and dissolved in 7.0 g of propylene glycol monomethyl ether acetate to obtain a solution. Then, it filtered using the polyethylene micro filter with a hole diameter of 0.10 micrometer, and also filtered using the polyethylene micro filter with the hole diameter of 0.05 micrometer, and prepared the resist underlayer film forming composition solution.
  • 3-a an epoxy compound represented by the formula (3-a)
  • Megafac as a surfactant [registered trademark] ] ] 0.001 g of R-30 (DIC Corporation) was mixed and dissolved in 7.0 g of propylene glycol monomethyl ether acetate to obtain a solution.
  • Example 2 To 1.0 g of the fullerene derivative obtained in Synthesis Example 1, 0.3 g of the epoxy compound used in Example 1 (trade name: YH434L, manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd.), Megafac [registered trademark] R-30 as a surfactant 0.001 g (manufactured by DIC Corporation) was mixed and dissolved in 7.0 g of propylene glycol monomethyl ether acetate to obtain a solution. Then, it filtered using the polyethylene micro filter with a hole diameter of 0.10 micrometer, and also filtered using the polyethylene micro filter with the hole diameter of 0.05 micrometer, and prepared the resist underlayer film forming composition solution. In this example, the mass of the epoxy compound used is different from that of Example 1 described above.
  • Example 3 To 1.0 g of the fullerene derivative obtained in Synthesis Example 1, 0.1 g of an epoxy compound represented by the formula (3-b) (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., trade name: GT401), Megafac as a surfactant [Registered] Trademark] 0.001 g of R-30 (manufactured by DIC Corporation) was mixed and dissolved in 7.0 g of propylene glycol monomethyl ether acetate to obtain a solution. Then, it filtered using the polyethylene micro filter with a hole diameter of 0.10 micrometer, and also filtered using the polyethylene micro filter with the hole diameter of 0.05 micrometer, and prepared the resist underlayer film forming composition solution.
  • an epoxy compound represented by the formula (3-b) manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd., trade name: GT401
  • Megafac as a surfactant
  • R-30 manufactured by DIC Corporation
  • Example 4 To 1.0 g of the fullerene derivative obtained in Synthesis Example 1, 0.2 g of an epoxy compound represented by the formula (3-c) (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd., trade name: TETRAD-C), Megafac as a surfactant [Registered Trademark] 0.001 g of R-30 (manufactured by DIC Corporation) was mixed and dissolved in 7.0 g of propylene glycol monomethyl ether acetate to obtain a solution. Then, it filtered using the polyethylene micro filter with a hole diameter of 0.10 micrometer, and also filtered using the polyethylene micro filter with the hole diameter of 0.05 micrometer, and prepared the resist underlayer film forming composition solution.
  • 3-c an epoxy compound represented by the formula (3-c)
  • TETRAD-C trade name: TETRAD-C
  • Megafac as a surfactant
  • R-30 manufactured by DIC Corporation
  • Example 5 To 1.0 g of the fullerene derivative obtained in Synthesis Example 1, 0.3 g of an epoxy compound represented by the formula (3-d) (manufactured by DIC Corporation, trade name: HP-4700), Megafac as a surfactant [Registered] Trademark] 0.001 g of R-30 (manufactured by DIC Corporation) was mixed and dissolved in 7.0 g of propylene glycol monomethyl ether acetate to obtain a solution. Then, it filtered using the polyethylene micro filter with a hole diameter of 0.10 micrometer, and also filtered using the polyethylene micro filter with the hole diameter of 0.05 micrometer, and prepared the resist underlayer film forming composition solution.
  • an epoxy compound represented by the formula (3-d) manufactured by DIC Corporation, trade name: HP-4700
  • Megafac as a surfactant [Registered] Trademark] 0.001 g of R-30 (manufactured by DIC Corporation) was mixed and dissolved in 7.0 g of propylene glyco
  • Example 6 To 1.0 g of the fullerene derivative obtained in Synthesis Example 1, 0.15 g of the epoxy compound represented by the above formula (3-a) (manufactured by Tohto Kasei Co., Ltd., trade name: YH434L), Megafac as a surfactant [Registered] Trademark] 0.001 g of R-30 (DIC Corporation) and 0.05 g of pyridinium p-toluenesulfonate as a catalyst were mixed and dissolved in 7.0 g of propylene glycol monomethyl ether acetate to obtain a solution. Then, it filtered using the polyethylene micro filter with a hole diameter of 0.10 micrometer, and also filtered using the polyethylene micro filter with the hole diameter of 0.05 micrometer, and prepared the resist underlayer film forming composition solution.
  • Each resist underlayer film forming composition solution (including an epoxy compound) prepared in Examples 1 to 6 was applied onto a silicon wafer by a spinner. Heating was performed on a hot plate at a temperature of 240 ° C. for 1 minute to form a resist underlayer film (film thickness 0.2 ⁇ m). Then, these resist underlayer films were immersed in ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monomethyl ether acetate, which are solvents used for the photoresist, and confirmed to be insoluble in the solvent.
  • the resist underlayer film forming composition solution prepared in Comparative Example 1 was applied onto a silicon wafer by a spinner. Heating was performed on a hot plate at a temperature of 240 ° C. for 1 minute to form a resist underlayer film (film thickness 0.2 ⁇ m).
  • this resist underlayer film was immersed in ethyl lactate, propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monomethyl ether acetate, which are solvents used for the photoresist, it was confirmed that it was dissolved in the solvent.
  • an intermediate layer forming material for example, poly It is difficult to form a film containing a composition containing siloxane or polysilane.
  • Each resist underlayer film forming composition prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 was applied onto a silicon wafer by a spinner. Heating was performed on a hot plate at a temperature of 240 ° C. for 1 minute to form a resist underlayer film (film thickness 0.2 ⁇ m). These resist underlayer films were subjected to a refractive index (n value) and optical absorption coefficient (k value, attenuation coefficient) at a wavelength of 193 nm using a spectroscopic ellipsometer (manufactured by JA Woollam, VUV-VASE VU-302). (Also called). The results are shown in Table 1 below.
  • Table 1 The results shown in Table 1 indicate that when a resist underlayer film obtained from the resist underlayer film forming composition according to the present invention is used in combination with a silicon-containing intermediate layer, the reflection of light having a wavelength of 193 nm from the substrate is reduced. It has n value and k value which can be.
  • a solution obtained by dissolving 0.7 g of phenol novolak resin in 10 g of propylene glycol monomethyl ether was applied onto a silicon wafer by a spinner and heated at a temperature of 240 ° C. for 1 minute to form a phenol novolak resin film.
  • the dry etching rate was measured using CF 4 gas as an etching gas, and each of the resist underlayer films formed from the resist underlayer film forming compositions of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 was measured. Comparison with dry etching rate was performed. The results are shown in Table 2 below.
  • the dry etching rate ratio in Table 2 is the dry etching rate of each resist underlayer film (resist underlayer film) / (phenol novolac resin film) with respect to the dry etching rate of the phenol novolak resin film.
  • the resist underlayer film obtained from the resist underlayer film forming composition containing the catalyst prepared in Example 6 is the resist obtained from the resist underlayer film forming composition prepared in other Examples. Compared to the lower layer film, the dry etching rate ratio was small. This result has shown that the dry etching tolerance of the film

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Abstract

【課題】 高いエッチング耐性(ドライエッチング速度が小さい)を有すると共に、溶剤耐性に優れたレジスト下層膜を形成できる組成物を提供する。 【解決手段】 フラーレン1分子に対して下記式(1):(式中、Rはそれぞれ独立に炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す。) で表されるマロン酸ジエステルが1乃至6分子付加したフラーレン誘導体、エポキシ基又はオキシラン環を少なくとも2つ有する化合物、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。

Description

フラーレン誘導体を含むレジスト下層膜形成組成物
 本発明は、半導体装置を製造する際のリソグラフィープロセスにおいて使用される、レジスト下層膜を形成するための組成物に関する。
 近年、C60フラーレンと比較して有機溶媒への溶解度の高い、フラーレン誘導体が合成されている。そのようなフラーレン誘導体を有機溶媒に溶解させた溶液を用いることで、基板上に容易に薄膜を形成できるようになった。そのため、フラーレン誘導体をn型有機薄膜トランジスタ、太陽電池などへ適用することが研究されている。
 一方、半導体装置を製造する際のリソグラフィープロセスにおいて、フォトレジスト膜を形成するのに先立ち、レジスト下層膜を設けることによって、所望の形状のレジストパターンを形成する技術が知られている。下記特許文献1には、フラーレン誘導体として、例えばフロンティアカーボン株式会社製のフラーレン誘導体を用いて調製した、レジスト下層膜形成組成物が記載されている。下記特許文献2には、フラーレン誘導体として、マロン酸ジエチル多付加体又はマロン酸-ジ-tert-ブチル多付加体を用いた、フォトレジスト組成物が記載されている。特許文献2に記載されているようなフラーレン誘導体及びその製造方法は、下記特許文献3にも記載されている。
国際公開第2008/126804号 特開2005-266798号公報 特開2005-263795号公報
 レジスト下層膜にとって、ドライエッチング速度の制御は重要である。例えば、酸素含有ガスに対してエッチング速度を高く、逆にCF等のフッ素化合物を含有するガスに対してエッチング耐性を有するためには、炭素含有率の高いレジスト下層膜を採用する必要がある。フラーレン自体は炭素原子のみからなる材料であるため、炭素含有率は100質量%であるが、溶剤に溶けにくいという問題がある。この問題は、溶剤に対する溶解性を備えたフラーレン誘導体を用いることで解決することができる。しかしながら、このようなフラーレン誘導体は通常、修飾基を有さないフラーレンと比較して炭素含有率が低い。
 ところで、特許文献2で用いられたフラーレン誘導体であるマロン酸-ジ-tert-ブチル多付加体は、加熱により付加物(修飾基)が分解し、カルボキシル基が生成することが、最近わかってきた。すなわち、前記付加物(修飾基)を有するフラーレン誘導体を含む溶液を塗布し、前記付加物(修飾基)が分解する温度でベークすることによって、形成される膜の炭素含有率を分解前よりも高めることができる。
 さらにレジスト下層膜は、その上に、塗布法により中間層又はレジスト膜を形成する際、塗布する溶液に含まれる溶剤に溶解しないこと、及びムラなく均一に塗布できることが求められる。
 そこで、本発明は、高いエッチング耐性(ドライエッチング速度が小さい)を有すると共に、溶剤耐性に優れ、上に塗布する溶液の塗布性に優れたレジスト下層膜を形成できる組成物を提供することを課題とする。
 本発明の第一態様は、
フラーレン1分子に対して下記式(1):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(式中、Rはそれぞれ独立に炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す。)
で表されるマロン酸ジエステルが1乃至6分子付加したフラーレン誘導体、エポキシ化合物、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物である。
 本発明の第二態様は、
前記レジスト下層膜形成組成物を基板上に塗布し、180℃乃至400℃の温度で少なくとも1回ベークしてレジスト下層膜を形成する工程と、
前記レジスト下層膜上に中間層形成組成物を塗布し、ベークすることにより珪素含有中間層を形成する工程と、
前記中間層上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対し少なくとも露光及び現像する工程を有する、レジストパターンの形成方法である。
 本発明のレジスト下層膜形成組成物は、加熱により付加物(修飾基)が分解するフラーレン誘導体と共に、エポキシ化合物を含むため、所定の温度でベークすることにより架橋反応が進行する。その結果、形成されるレジスト下層膜は、高いドライエッチング耐性を有すると共に、耐溶剤性を有し、且つ溶液塗布性のよい表面を有する。
 本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれるフラーレン誘導体は、例えば前記式(1)のRが分岐アルキル基(炭素原子数3以上)である、下記式(2):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(式中、nは1乃至6の整数を表す。)
で表される。しかし、この式(2)で表されるフラーレン誘導体に特定されるわけではない。
 本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれるフラーレン誘導体は、フラーレン1分子に対して前記式(1)で表されるマロン酸ジエステルが4分子付加した、4付加体を主成分として含むことができる。
 前記マロン酸ジエステルが付加するフラーレンとして、C60に限らず、C70、又はC60とC70の混合物を使用することができ、C60及びC70に加えて高次フラーレンを含む混合物も使用することもできる。高次フラーレンとは、炭素原子数が70を越えるフラーレン(例えば、C76、C82、C84、C90及びC96)の総称である、と本明細書では定義する。前記混合物を使用することによって、C60又はC70を使用する場合と比較してコストを下げることができる。
 本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれるエポキシ化合物として、エポキシ基又はオキシラン環を少なくとも2つ有する化合物が好ましい。当該エポキシ化合物は、フラーレン誘導体に対し、例えば、0.1乃至500質量%、好ましくは1乃至100質量%の範囲で含まれる。
 本発明のレジスト下層膜形成組成物は、酸触媒又は塩基触媒をさらに含むことができる。酸触媒として、例えば、オニウム塩、ジアゾメタン誘導体、グリオキシム誘導体、ビススルホン誘導体、β-ケトスルホン誘導体、ジスルホン誘導体、ニトロベンジルスルホネート誘導体、スルホン酸エステル誘導体及びN-ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体を挙げることができる。塩基触媒として、例えば、イミダゾール化合物、4級アンモニウム塩、ホスホニウム塩、アミン化合物、アルミニウムキレート化合物、有機ホスフィン化合物等を挙げることができる。具体的には、2-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、1,8-ジアザ-ビシクロ(5,4,0)ウンデセン-7、トリメチルアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルベンジルアミン、2,4,6-トリスジメチルアミノメチルフェノール等のアミン化合物及びその塩、テトラメチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリメチルアンモニウムブロミド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムブロミドなどの4級アンモニウム塩、アルミニウムキレート、テトラ-n-ブチルホスホニウムベンゾトリアゾレート、テトラ-n-ブチルホスホニウム-o,o-ジエチルホスホロジチオエートなどの有機ホスフィン化合物等が挙げられる。これらの酸触媒又は塩基触媒から選択される1種を添加してもよいし、2種以上組合せて添加することもできる。当該酸触媒又は塩基触媒は、フラーレン誘導体に対し、例えば0.1乃至50質量%、好ましくは0.5乃至40質量%の範囲で含まれ、フラーレン誘導体の付加物(修飾基)の分解反応及び架橋反応を促進するものである。
 オニウム塩を以下に例示する。トリフルオロメタンスルホン酸テトラメチルアンモニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸テトラメチルアンモニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸トリエチルアンモニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸ピリジニウム、カンファースルホン酸トリエチルアンモニウム、カンファースルホン酸ジフェニルヨードニウム、カンファースルホン酸(p-tert-ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、カンファースルホン酸ビス(p-tert-ブトキシフェニル)ヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ビス(p-tert-ブトキシフェニル)ヨードニウム、ノナフルオロブタンスルホン(p-tert-ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、ノナフルオロブタンスルホンビス(p-tert-ブトキシフェニル)ヨードニウム、カンファースルホン酸ピリジニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸テトラn-ブチルアンモニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸テトラフェニルアンモニウム、p-トルエンスルホン酸テトラメチルアンモニウム、p-トルエンスルホン酸ピリジニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p-tert-ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、p-トルエンスルホン酸ジフェニルヨードニウム、p-トルエンスルホン酸(p-tert-ブトキシフェニル)フェニルヨードニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(p-tert-ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ビス(p-tert-ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリス(p-tert-ブトキシフェニル)スルホニウム、p-トルエンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、p-トルエンスルホン酸(p-tert-ブトキシフェニル)ジフェニルスルホニウム、p-トルエンスルホン酸ビス(p-tert-ブトキシフェニル)フェニルスルホニウム、p-トルエンスルホン酸トリス(p-tert-ブトキシフェニル)スルホニウム、ノナフルオロブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、ブタンスルホン酸トリフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリメチルスルホニウム、p-トルエンスルホン酸トリメチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2-オキソシクロヘキシル)スルホニウム、p-トルエンスルホン酸シクロヘキシルメチル(2-オキソシクロヘキシル)スルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、p-トルエンスルホン酸ジメチルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、p-トルエンスルホン酸ジシクロヘキシルフェニルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸トリナフチルスルホニウム、トリフルオロメタンスルホン酸(2-ノルボニル)メチル(2-オキソシクロヘキシル)スルホニウム、エチレンビス[メチル(2-オキソシクロペンチル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホナート]、1,2’-ナフチルカルボニルメチルテトラヒドロチオフェニウムトリフレート、トリエチルアンモニウムノナフレート、トリブチルアンモニウムノナフレート、テトラエチルアンモニウムノナフレート、テトラブチルアンモニウムノナフレート、トリエチルアンモニウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、及びトリエチルアンモニウムトリス(パーフルオロエチルスルホニル)メチド。
 ジアゾメタン誘導体を以下に例示する。ビス(ベンゼンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(p-トルエンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(キシレンスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(シクロペンチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n-ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec-ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n-プロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソプロピルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert-ブチルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(n-アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(イソアミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(sec-アミルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(tert-アミルスルホニル)ジアゾメタン、1-シクロヘキシルスルホニル-1-(tert-ブチルスルホニル)ジアゾメタン、1-シクロヘキシルスルホニル-1-(tert-アミルスルホニル)ジアゾメタン、及び1-tert-アミルスルホニル-1-(tert-ブチルスルホニル)ジアゾメタン。
 グリオキシム誘導体を以下に例示する。ビス-O-(p-トルエンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(p-トルエンスルホニル)-α-ジフェニルグリオキシム、ビス-O-(p-トルエンスルホニル)-α-ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス-O-(p-トルエンスルホニル)-2,3-ペンタンジオングリオキシム、ビス-O-(p-トルエンスルホニル)-2-メチル-3,4-ペンタンジオングリオキシム、ビス-O-(n-ブタンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(n-ブタンスルホニル)-α-ジフェニルグリオキシム、ビス-O-(n-ブタンスルホニル)-α-ジシクロヘキシルグリオキシム、ビス-O-(n-ブタンスルホニル)-2,3-ペンタンジオングリオキシム、ビス-O-(n-ブタンスルホニル)-2-メチル-3,4-ペンタンジオングリオキシム、ビス-O-(メタンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(トリフルオロメタンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(1,1,1-トリフルオロエタンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(tert-ブタンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(パーフルオロオクタンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(シクロヘキサンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(ベンゼンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(p-フルオロベンゼンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(p-tert-ブチルベンゼンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、ビス-O-(キシレンスルホニル)-α-ジメチルグリオキシム、及びビス-O-(カンファースルホニル)-α-ジメチルグリオキシム。
 ビススルホン誘導体を以下に例示する。ビスナフチルスルホニルメタン、ビストリフルオロメチルスルホニルメタン、ビスメチルスルホニルメタン、ビスエチルスルホニルメタン、ビスプロピルスルホニルメタン、ビスイソプロピルスルホニルメタン、ビス-p-トルエンスルホニルメタン、及びビスベンゼンスルホニルメタン。
 β-ケトスルホン誘導体を以下に例示する。2-シクロヘキシルカルボニル-2-(p-トルエンスルホニル)プロパン、及び2-イソプロピルカルボニル-2-(p-トルエンスルホニル)プロパン。
 ジスルホン誘導体を以下に例示する。ジフェニルジスルホン誘導体及びジシクロヘキシルジスルホン誘導体。
 ニトロベンジルスルホネート誘導体を以下に例示する。p-トルエンスルホン酸2,6-ジニトロベンジル及びp-トルエンスルホン酸2,4-ジニトロベンジル。
 スルホン酸エステル誘導体を以下に例示する。1,2,3-トリス(メタンスルホニルオキシ)ベンゼン、1,2,3-トリス(トリフルオロメタンスルホニルオキシ)ベンゼン、及び1,2,3-トリス(p-トルエンスルホニルオキシ)ベンゼン。
 N-ヒドロキシイミド化合物のスルホン酸エステル誘導体を以下に例示する。N-ヒドロキシスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミドエタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミド1-プロパンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミド2-プロパンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミド1-ペンタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミド1-オクタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミドp-トルエンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミドp-メトキシベンゼンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミド2-クロロエタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミドベンゼンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミド-2,4,6-トリメチルベンゼンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミド1-ナフタレンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシスクシンイミド2-ナフタレンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシ-2-フェニルスクシンイミドメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシマレイミドメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシマレイミドエタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシ-2-フェニルマレイミドメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシグルタルイミドメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシグルタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシフタルイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシフタルイミドp-トルエンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシナフタルイミドメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシナフタルイミドベンゼンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシ-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミドメタンスルホン酸エステル、N-ヒドロキシ-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミドトリフルオロメタンスルホン酸エステル、及びN-ヒドロキシ-5-ノルボルネン-2,3-ジカルボキシイミドp-トルエンスルホン酸エステル。
 本発明のレジスト下層膜形成組成物は、界面活性剤をさらに含むことができる。界面活性剤として、例えば、エフトップ〔登録商標〕EF301、同EF303、同EF352(三菱マテリアル電子化成株式会社製)、メガファック〔登録商標〕F171、同F173、同R30(DIC株式会社製)、フロラードFC430、同FC431(住友スリーエム株式会社製)、アサヒガード〔登録商標〕AG710、サーフロン〔登録商標〕S-382、同SC101、同SC102、同SC103、同SC104、同SC105、同SC106(旭硝子株式会社製)等のフッ素系界面活性剤、及びオルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業株式会社製)を挙げることができる。これらの界面活性剤から選択される1種を添加してもよいし、2種以上組合せて添加することもできる。当該界面活性剤は、フラーレン誘導体に対し、例えば、0.01乃至10質量%、好ましくは0.1乃至5質量%の範囲で含まれる。
 本発明のレジスト下層膜形成組成物は、上記の各成分が溶剤に溶解した、均一な溶液状態で用いられる。そのような溶剤として、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、2-ヘプタノン、乳酸エチル、o-キシレン、トルエン、o-ジクロロベンゼン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、1-メチル-2-ピロリドン及びγ-ブチロラクトンを用いることができる。これらの溶剤から選択される1種を使用してもよいし、2種以上組合せて使用することもできる。
 調製されたレジスト下層膜形成組成物は、例えば0.1μm又は0.1μmより小さい孔径のフィルタを用いてろ過した後、使用することが好ましい。ろ過後のレジスト下層膜形成組成物は、室温で長期間の貯蔵安定性に優れる。
 以下、本発明のレジスト下層膜形成組成物の使用法について説明する。基板〔例えば、酸化珪素膜、窒化珪素膜又は酸化窒化珪素膜が形成されたシリコン等の半導体基板、窒化珪素基板、石英基板、ガラス基板(無アルカリガラス、低アルカリガラス、結晶化ガラスを含む)、ITO膜が形成されたガラス基板等〕の上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により本発明のレジスト下層膜形成組成物を塗布し、その後、ホットプレート等の加熱手段を用いてベークすることによりレジスト下層膜が形成される。ベーク条件は、温度:180℃乃至400℃、時間:0.3分乃至10分の範囲から最適値が選択される。180℃乃至250℃の温度でベークした後、当該温度よりも高い温度、例えば300℃乃至400℃で再びベークしてもよい。180℃乃至250℃の温度でのベークにより、塗布した組成物に含まれるフラーレン誘導体の付加物(修飾基)が分解し、カルボキシル基が生成する。その後300℃乃至400℃でのベークにより、前記付加物(修飾基)の分解がさらに進み、架橋反応が進行したフラーレン誘導体になると推定される。形成されるレジスト下層膜の膜厚は、0.01μm乃至3.0μm、例えば0.03μm乃至1.0μm、又は0.05μm乃至0.5μmである。
 前記レジスト下層膜上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により中間層形成組成物を塗布する。前記中間層形成組成物として、例えば、1種又は2種以上のアルコキシシランの加水分解物及び/又は加水分解縮合物と必要な添加剤を含む溶液、又は市販のポリシラン及び必要な添加剤を含む溶液が挙げられる。その後、ホットプレート等の加熱手段を用いてベークすることにより珪素含有中間層が形成される。ベーク条件は、温度:180℃乃至300℃、時間:0.3分乃至10分の範囲から最適値が選択される。
 次いで珪素含有中間層上に、レジスト膜が形成される。レジスト膜の形成は一般的な方法、すなわち、レジスト溶液の中間層上への塗布及びベークによって行なうことができる。使用するレジスト溶液としては、特に制限はなく、例えば、ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ社製,商品名:APEX-E、住友化学株式会社製,商品名:PAR710、及び信越化学工業株式会社製,商品名:SEPR430等が挙げられる。
 さらに、レジスト膜からレジストパターンを形成するために、フォトマスク(レチクル)を通して露光が行なわれる。露光には、例えば、KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザー及びEUV(極端紫外線)を使用することができる。露光後、必要に応じてPEB(Post Exposure Bake)を行った後、現像を行う。
 ポジ型のレジスト溶液を用いた場合、現像にはアルカリ性現像液が用いられる。アルカリ性現像液として、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属水酸化物の水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、コリン等の水酸化四級アンモニウムの水溶液、エタノールアミン、プロピルアミン、エチレンジアミン等のアミン水溶液が挙げられる。さらに、これらの現像液に界面活性剤を加えることもできる。
 現像の条件としては、現像温度5℃乃至50℃、現像時間10秒乃至300秒から適宜選択される。本発明の場合、フォトレジストの現像に汎用されている2.38質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を用いて、室温で容易に現像を行なうことができる。
 以下、本発明の具体例を下記合成例及び下記実施例にて説明するが、これによって本発明が限定されるものではない。
(合成例1)
 反応容器に窒素気流下マロン酸-ジ-tert-ブチル(Aldrich社製)9.80gを入れ、さらに1,2,4-トリメチルベンゼン150cmとジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene、東京化成工業株式会社製)6.50gを加えて撹拌しながら、温度を4℃に調整した。
 得られた温度調整後の反応液に、ヨウ素(和光純薬工業株式会社製)10.9gを130cmの1,2,4-トリメチルベンゼンに溶解させた黒紫色の溶液をゆっくり滴下した。滴下中は氷浴を用いてフラスコ内温を11℃になるよう制御した。滴下終了後、反応液の温度を室温まで戻した。フラスコ内の反応液は茶色の懸濁液の状態であった。
 その後、上記反応容器内の反応液に、フラーレン混合物(C60、C70及びその他高次フラーレン類を含む、フロンティアカーボン株式会社製)5.00gを1,2,4-トリメチルベンゼン350cmに溶解させた溶液を撹拌しながら加えた。ここで、高次フラーレンとは、炭素原子数が70を越えるフラーレンの総称と本明細書では定義する。その後、フラスコ内の反応液に、ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセン(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene、東京化成工業株式会社製)6.90gを5cmの1,2,4-トリメチルベンゼンで希釈した溶液を撹拌しながらゆっくり滴下した。室温で6.5時間撹拌して反応させた。
 得られた反応液について、反応層(有機相)を飽和亜硫酸ナトリウム水溶液で4回洗浄した。得られた有機相を、1N硫酸水溶液100cmを用いて2回洗浄した後、純水200cmを用いて3回洗浄した。溶剤(1,2,4-トリメチルベンゼン)を減圧下留去し、赤茶色の固体9.50gを得た。
 得られた固体をシリカゲルクロマトグラフでn-ヘキサンと酢酸エチルの混合溶媒にて分別して、フラーレン誘導体(マロン酸-ジ-tert-ブチルエステル付加体)を得た。
(実施例1)
 合成例1で得たフラーレン誘導体1.0gに、式(3-a)で表されるエポキシ化合物(東都化成株式会社製、商品名:YH434L)0.15g、界面活性剤としてメガファック〔登録商標〕R-30(DIC株式会社)0.001gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート7.0gに溶解させ溶液とした。その後、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成組成物溶液を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(実施例2)
 合成例1で得たフラーレン誘導体1.0gに、実施例1で用いたエポキシ化合物(東都化成株式会社製、商品名:YH434L)0.3g、界面活性剤としてメガファック〔登録商標〕R-30(DIC株式会社製)0.001gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート7.0gに溶解させ溶液とした。その後、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成組成物溶液を調製した。本実施例は、使用したエポキシ化合物の質量が前述の実施例1と異なる。
(実施例3)
 合成例1で得たフラーレン誘導体1.0gに、式(3-b)で表されるエポキシ化合物(ダイセル化学工業株式会社製、商品名:GT401)0.1g、界面活性剤としてメガファック〔登録商標〕R-30(DIC株式会社製)0.001gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート7.0gに溶解させ溶液とした。その後、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成組成物溶液を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
(実施例4)
 合成例1で得たフラーレン誘導体1.0gに、式(3-c)で表されるエポキシ化合物(三菱ガス化学株式会社製、商品名:TETRAD-C)0.2g、界面活性剤としてメガファック〔登録商標〕R-30(DIC株式会社製)0.001gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート7.0gに溶解させ溶液とした。その後、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成組成物溶液を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
(実施例5)
 合成例1で得たフラーレン誘導体1.0gに、式(3-d)で表されるエポキシ化合物(DIC株式会社製、商品名:HP-4700)0.3g、界面活性剤としてメガファック〔登録商標〕R-30(DIC株式会社製)0.001gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート7.0gに溶解させ溶液とした。その後、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成組成物溶液を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
(実施例6)
 合成例1で得たフラーレン誘導体1.0gに、前記式(3-a)で表されるエポキシ化合物(東都化成株式会社製、商品名:YH434L)0.15g、界面活性剤としてメガファック〔登録商標〕R-30(DIC株式会社)0.001g、触媒としてp-トルエンスルホン酸ピリジニウム0.05gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート7.0gに溶解させ溶液とした。その後、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成組成物溶液を調製した。
(比較例1)
 合成例1で得たフラーレン誘導体1.0gに、界面活性剤としてメガファック〔登録商標〕R-30(DIC株式会社製)0.001gを混合し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート7.0gに溶解させ溶液とした。その後、孔径0.10μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過し、更に、孔径0.05μmのポリエチレン製ミクロフィルターを用いてろ過して、レジスト下層膜形成組成物溶液を調製した。本比較例は、前述の実施例1乃至実施例6とは異なり、エポキシ化合物を含まない例である。
〔フォトレジスト溶剤への溶出試験〕
 実施例1乃至実施例6で調製した各レジスト下層膜形成組成物溶液(エポキシ化合物を含む)を、スピナーにより、シリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で240℃の温度で1分間加熱し、レジスト下層膜(膜厚0.2μm)を形成した。そして、これらのレジスト下層膜を、フォトレジストに使用する溶剤である、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに浸漬し、その溶剤に不溶であることを確認した。
 次に、比較例1で調製したレジスト下層膜形成組成物溶液を、スピナーにより、シリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で240℃の温度で1分間加熱し、レジスト下層膜(膜厚0.2μm)を形成した。このレジスト下層膜を、フォトレジストに使用する溶剤である、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに浸漬したところ、その溶剤に溶解することを確認した。比較例1で調製したレジスト下層膜形成組成物を塗布した膜は、上記加熱により耐溶剤性が発現しないため、形成されたレジスト下層膜の上層へ、塗布法により中間層形成材料(例えば、ポリシロキサン又はポリシランを含有する組成物)を成膜することが困難である。
〔光学パラメーターの試験〕
 実施例1乃至実施例6及び比較例1で調製した各レジスト下層膜形成組成物を、スピナーにより、シリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で240℃の温度で1分間加熱し、レジスト下層膜(膜厚0.2μm)を形成した。そして、これらのレジスト下層膜を分光エリプソメーター(J.A. Woollam社製、VUV-VASE VU-302)を用い、波長193nmでの屈折率(n値)及び光学吸光係数(k値、減衰係数とも称する)を測定した。その結果を下記表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表1に示す結果は、本発明に係るレジスト下層膜形成組成物より得られたレジスト下層膜を、珪素含有中間層と組み合わせて用いる際に、基板からの波長193nmの光の反射を低減することができるn値及びk値を有していることを示している。
〔ドライエッチング速度の測定〕
 ドライエッチング速度の測定には、下記のエッチング装置及びエッチングガスを用いた。
エッチング装置:RIE-10NR(サムコ株式会社製)
エッチングガス:CF
 実施例1乃至実施例6及び比較例1で調製した各レジスト下層膜形成組成物溶液をスピナーにより、シリコンウェハー上に塗布した。ホットプレート上で240℃の温度で1分間加熱し、レジスト下層膜(膜厚0.2μm)を形成した。そのレジスト下層膜に対し、エッチングガスとしてCFガスを使用してドライエッチング速度を測定した。さらに、フェノールノボラック樹脂0.7gをプロピレングリコールモノメチルエーテル10gに溶解させた溶液を、スピナーにより、シリコンウェハー上に塗布し、240℃の温度で1分間加熱してフェノールノボラック樹脂膜を形成した。その樹脂膜に対し、エッチングガスとしてCFガスを使用してドライエッチング速度を測定し、実施例1乃至実施例6及び比較例1のレジスト下層膜形成組成物から形成された各レジスト下層膜のドライエッチング速度との比較を行った。その結果を下記表2に示す。表2のドライエッチング速度比は、上記フェノールノボラック樹脂膜のドライエッチング速度に対する各レジスト下層膜のドライエッチング速度(レジスト下層膜)/(フェノールノボラック樹脂膜)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 上記表2の結果から、実施例6で調製した、触媒を含むレジスト下層膜形成組成物より得られたレジスト下層膜は、他の実施例で調製したレジスト下層膜形成組成物より得られたレジスト下層膜と比較して、ドライエッチング速度比が小さい結果となった。この結果は、レジスト下層膜形成組成物が触媒を含有することにより、形成される膜のドライエッチング耐性が向上することを示している。

Claims (4)

  1. フラーレン1分子に対して下記式(1):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、Rはそれぞれ独立に炭素原子数1乃至10のアルキル基を表す。)
    で表されるマロン酸ジエステルが1乃至6分子付加したフラーレン誘導体、エポキシ基又はオキシラン環を少なくとも2つ有する化合物、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。
  2. さらに酸触媒又は塩基触媒を含む、請求項1に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  3. さらに界面活性剤を含む、請求項1又は請求項2に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成組成物を基板上に塗布し、180℃乃至400℃の温度で少なくとも1回ベークしてレジスト下層膜を形成する工程と、
    前記レジスト下層膜上に中間層形成組成物を塗布し、ベークすることにより珪素含有中間層を形成する工程と、
    前記中間層上にレジスト膜を形成する工程と、
    前記レジスト膜に対し少なくとも露光及び現像する工程を有する、レジストパターンの形成方法。
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