JP7340976B2 - ハードマスク形成用組成物及び電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
また、3層レジスト法よりも工程数が少ない2層レジスト法も提案されている(たとえば特許文献2、3参照)。2層レジスト法では、支持体上に、3層レジスト法と同様にして有機ハードマスク層を設けた後、その上にレジスト膜を設ける。次いで、通常のリソグラフィ技術によりレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして、有機ハードマスク層をエッチングすることにより、有機ハードマスクパターンを形成する。そして、該有機ハードマスクパターンをマスクとして支持体のエッチングを行い、支持体を加工する。
そのため、近年、スピンオンコーティング(spin-on-coating)法による成膜が導入されており(例えば、特許文献4)、該方法に適用可能な有機ハードマスク形成材料が提案されている。スピンオンコーティング法は、CVD法と比較して、スループットが高く、かつ既存のスピンコーターを使用可能であるというメリットがある。
一方、半導体デバイスの製造プロセスでは、一般的に、基板の加工が複数回行われる。加工後の基板には種々の段差が生じているため、さらなる加工を行う場合には、有機ハードマスク材料には埋め込み性・平坦化特性に優れた材料が求められる。有機ハードマスク材料の埋め込み性が不十分である場合、有機ハードマスク層と基板との間に空洞(ボイド)が生じ、有機ハードマスク層のマスク性能が低下するおそれがある。
すなわち、本発明の第1の態様は、リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するハードマスク形成用組成物であって、芳香環及び極性基を含む樹脂(P)と、芳香環に縮合したオキサジン環、及びフルオレン環からなる群より選択される少なくとも一種の構造を含む化合物(OF)と、を含有する、ハードマスク形成用組成物である。
「アルキル基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の1価の飽和炭化水素基を包含するものとする。アルコキシ基中のアルキル基も同様である。
「アルキレン基」は、特に断りがない限り、直鎖状、分岐鎖状及び環状の2価の飽和炭化水素基を包含するものとする。
「ハロゲン化アルキル基」は、アルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基であり、該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
「フッ素化アルキル基」又は「フッ素化アルキレン基」は、アルキル基又はアルキレン基の水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基をいう。
「構成単位」とは、高分子化合物(樹脂、重合体、共重合体)を構成するモノマー単位(単量体単位)を意味する。
「置換基を有していてもよい」又は「置換基を有してもよい」と記載する場合、水素原子(-H)を1価の基で置換する場合と、メチレン基(-CH2-)を2価の基で置換する場合との両方を含む。
「露光」は、放射線の照射全般を含む概念とする。
本発明の第1の態様に係るハードマスク形成用組成物は、リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するための組成物である。本実施形態のハードマスク形成用組成物は、芳香環及び極性基を含む樹脂(P)(以下、「樹脂(P)」という。)と、芳香環に縮合したオキサジン環、及びフルオレン環からなる群より選択される少なくとも一種の構造を含む化合物(OF)と、を含有する。
樹脂(P)は、芳香環及び極性基を含む樹脂である。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
樹脂(P)が含む芳香環は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
樹脂(P)が、複数種類の構成単位を有する場合、少なくとも1種類の構成単位は芳香環を含む。
樹脂(P)が含む極性基は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
樹脂(P)が、複数種類の構成単位を含む場合、少なくとも1種類の構成単位は極性基を含む。
Raにおける2価の連結基は、特に限定されず、いかなる連結基であってもよい。
樹脂(P)の好ましい例としては、下記一般式(u11-1)で表される構成単位(u11)と、下記一般式(u12-1)で表される構成単位(u12)と、を有する樹脂(以下、「樹脂(P-1)」という)が挙げられる。
構成単位(u11)は、前記一般式(u11-1)で表される構成単位である。前記一般式(u11-1)中、R11は、置換基を有してもよい炭素数10~30の多環式芳香族炭化水素基である。該多環式芳香族炭化水素基は、炭素数12~25が好ましく、炭素数12~20がより好ましい。なお、該炭素数には、置換基が含む炭素原子は含まないものとする。以下、同様に、特に言及しない限り、炭素数には、置換基が含む炭素原子は含まないものとする。
R11における多環式芳香族炭化水素基として具体的には、芳香族炭化水素環の縮合環または芳香族複素環の縮合環から水素原子を3つ除いた基(アリーレン基またはヘテロアリーレン基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン、ペリレン等)から水素原子を3つ除いた基等が挙げられる。
樹脂(P-1)中の構成単位(u11)の割合は、樹脂(P-1)を構成する全構成単位の合計に対して1~60モル%が好ましく、3~50モル%がより好ましい。
構成単位(u11)の割合を前記好ましい範囲の下限値以上とすると、エッチング耐性及び耐熱性が向上する。また、構成単位(u11)の割合を前記好ましい範囲の上限値以下とすると、他の構成単位とのバランスをとることができる。
構成単位(u12)は、前記一般式(u12-1)で表される構成単位である。前記一般式(u12-1)中、R12は、置換基を有してもよい炭素数6~30の芳香族炭化水素基又は水素原子である。該芳香族炭化水素基は、炭素数6~25が好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
R12における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基(アリール基またはヘテロアリール基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)から水素原子を1つ除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)等が挙げられる。前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
樹脂(P-1)中の構成単位(u12)の割合は、樹脂(P-1)を構成する全構成単位の合計に対して30~70モル%が好ましく、40~60モル%がより好ましく、50モル%がさらに好ましい。
構成単位(u12)の割合を前記好ましい範囲の下限値以上とすると、エッチング耐性及び耐熱性が向上する。また、構成単位(u12)の割合を前記好ましい範囲の上限値以下とすると、他の構成単位とのバランスをとることができる。
樹脂(P-1)は、上記構成単位(u11)及び(u12)に加えて、他の構成単位を有していてもよい。他の構成単位としては、例えば、下記一般式(u13-1)で表される構成単位(u13)が挙げられる。
樹脂(P-1)は、前記一般式(u13-1)で表される構成単位(u13)を有していることが好ましい。構成単位(u13)は、樹脂(P-1)のエッチング耐性の向上に有効である。
直鎖状もしくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基などの直鎖状アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、tert-ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1,1-ジエチルプロピル基、2,2-ジメチルブチル基などの分岐鎖状アルキル基;ビニル基、プロペニル基(アリル基)、2-ブテニル基などの直鎖状アルケニル基:1-メチルビニル基、2-メチルビニル基、1-メチルプロペニル基、2-メチルプロペニル基などの分岐鎖状アルケニル基;エチニル基、プロパルギル基、3-ペンチニル基などの直鎖状アルキニル基;1-メチルプロパルギル基などの分岐鎖状アルキニル基が挙げられる。
単環の脂肪族炭化水素環としては、炭素数3~6のものが好ましく、具体的にはシクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。
多環の脂肪族炭化水素環としては、炭素数7~10のものが好ましく、具体的にはアダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン等の架橋環系の多環式骨格を有するポリシクロアルカン等が挙げられる。
また、該置換基は、脂環構造を構成する炭素原子の一部を置換するものであってもよい。該置換基としては、例えば、-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、-N-等が挙げられる。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
R13における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基(アリール基またはヘテロアリール基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)から水素原子を1つ除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)等が挙げられる。前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
樹脂(P-1)が構成単位(u13)を有する場合、樹脂(P-1)中の構成単位(u13)の割合は、樹脂(P-1)を構成する全構成単位の合計に対して1~60モル%が好ましく、3~50モル%がより好ましい。
構成単位(u13)の割合を前記好ましい範囲の下限値以上とすると、エッチング耐性及び耐熱性が向上する。また、構成単位(u13)の割合を前記好ましい範囲の上限値以下とすると、他の構成単位とのバランスをとることができる。
そのような樹脂としては、構成単位(u11)を誘導するモノマーと構成単位(u12)を誘導するモノマーとの共重合体;構成単位(u11)を誘導するモノマーと、構成単位(u12)を誘導するモノマーと、構成単位(u13)を誘導するモノマーと、の共重合体;等が挙げられる。
樹脂(P-1)の分散度(Mw/Mn)は、特に限定されず、1.0~4.0程度が好ましく、1.0~3.0程度がより好ましく、1.0~2.5程度がさらに好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
樹脂(P-1)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂(P)の好ましい例としては、下記一般式(u21-1)で表される構成単位(u21)、下記一般式(u22-1)で表される構成単位(u22)と、を有する樹脂(以下、「樹脂(P-2)」という)もまた挙げられる。
構成単位(u21)は、前記一般式(u21-1)で表される構成単位である。前記一般式(u21-1)中、R21は、少なくとも1つのヒドロキシ基を有するフェノール化合物に由来する有機基である。
溶媒に対する溶解性の観点から、前記フェノール化合物は、フェノール骨格(少なくとも1個のヒドロキシ基を有するベンゼン環)を含むことが好ましく、ビスナフトール骨格(2個のナフトールが単結合又は2価の連結基で連結された構造)を含まないことが好ましい。
樹脂(P-2)中の構成単位(u21)の割合は、樹脂(P-2)を構成する全構成単位の合計に対して30~70モル%が好ましい。
構成単位(u22)は、前記一般式(u22-1)で表される構成単位である。前記一般式(u22-1)中、R22は、置換基を有してもよい炭素数6~30の芳香族炭化水素基又は水素原子である。該芳香族炭化水素基は、炭素数6~25が好ましく、炭素数6~20がより好ましく、炭素数6~15がさらに好ましい。
芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピロリジン環、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
R22における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環から水素原子を1つ除いた基(アリール基またはヘテロアリール基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)から水素原子を1つ除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(たとえば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基など)等が挙げられる。前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
樹脂(P-2)中の構成単位(u22)の割合は、樹脂(P-2)を構成する全構成単位の合計に対して30~70モル%が好ましい。
より具体的には、樹脂(P-2)は、ノボラック樹脂又はレゾール樹脂であることが好ましく、ノボラック樹脂であることがより好ましい。
樹脂(P-2)の分散度(Mw/Mn)は、特に限定されず、1~50程度が好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
樹脂(P-2)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂(P)の好ましい例としては、下記一般式(u31-1)で表される構成単位(u31)を有する樹脂(以下、「樹脂(P-3)」という)もまた挙げられる。
構成単位(u31)は、前記一般式(u31-1)で表される構成単位である。
Rにおける炭素数1~5のアルキル基は、炭素数1~5の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基等が挙げられる。Rにおける炭素数1~5のハロゲン化アルキル基は、前記炭素数1~5のアルキル基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換された基である。該ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、特にフッ素原子が好ましい。
Rとしては、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のフッ素化アルキル基が好ましく、工業上の入手の容易さから、水素原子又はメチル基が最も好ましい。
Yax1における2価の連結基としては、例えば、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基、ヘテロ原子を含む2価の連結基が好適なものとして挙げられる。
Yax1が置換基を有していてもよい2価の炭化水素基である場合、該炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であってもよく、芳香族炭化水素基であってもよい。
該脂肪族炭化水素基は、飽和であってもよく不飽和であってもよく、通常は飽和であることが好ましい。
前記脂肪族炭化水素基としては、直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基、又は構造中に環を含む脂肪族炭化水素基等が挙げられる。
該直鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が1~10であることが好ましく、炭素数1~6がより好ましく、炭素数1~4がさらに好ましく、炭素数1~3が最も好ましい。
直鎖状の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、メチレン基[-CH2-]、エチレン基[-(CH2)2-]、トリメチレン基[-(CH2)3-]、テトラメチレン基[-(CH2)4-]、ペンタメチレン基[-(CH2)5-]等が挙げられる。
該分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が2~10であることが好ましく、炭素数3~6がより好ましく、炭素数3又は4がさらに好ましく、炭素数3が最も好ましい。
分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては、分岐鎖状のアルキレン基が好ましく、具体的には、-CH(CH3)-、-CH(CH2CH3)-、-C(CH3)2-、-C(CH3)(CH2CH3)-、-C(CH3)(CH2CH2CH3)-、-C(CH2CH3)2-等のアルキルメチレン基;-CH(CH3)CH2-、-CH(CH3)CH(CH3)-、-C(CH3)2CH2-、-CH(CH2CH3)CH2-、-C(CH2CH3)2-CH2-等のアルキルエチレン基;-CH(CH3)CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2-等のアルキルトリメチレン基;-CH(CH3)CH2CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2CH2-等のアルキルテトラメチレン基などのアルキルアルキレン基等が挙げられる。アルキルアルキレン基におけるアルキル基としては、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましい。
該構造中に環を含む脂肪族炭化水素基としては、環構造中にヘテロ原子を含む置換基を含んでもよい環状の脂肪族炭化水素基(脂肪族炭化水素環から水素原子2個を除いた基)、前記環状の脂肪族炭化水素基が直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の末端に結合した基、前記環状の脂肪族炭化水素基が直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基の途中に介在する基などが挙げられる。前記の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基としては前記と同様のものが挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、炭素数が3~20であることが好ましく、炭素数3~12であることがより好ましい。
環状の脂肪族炭化水素基は、多環式基であってもよく、単環式基であってもよい。単環式の脂環式炭化水素基としては、モノシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましい。該モノシクロアルカンとしては、炭素数3~6のものが好ましく、具体的にはシクロペンタン、シクロヘキサン等が挙げられる。多環式の脂環式炭化水素基としては、ポリシクロアルカンから2個の水素原子を除いた基が好ましく、該ポリシクロアルカンとしては、炭素数7~12のものが好ましく、具体的にはアダマンタン、ノルボルナン、イソボルナン、トリシクロデカン、テトラシクロドデカン等が挙げられる。
前記置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基であることが最も好ましい。
前記置換基としてのアルコキシ基としては、炭素数1~5のアルコキシ基が好ましく、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、iso-プロポキシ基、n-ブトキシ基、tert-ブトキシ基がより好ましく、メトキシ基、エトキシ基が最も好ましい。
前記置換基としてのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
前記置換基としてのハロゲン化アルキル基としては、前記アルキル基の水素原子の一部又は全部が前記ハロゲン原子で置換された基が挙げられる。
環状の脂肪族炭化水素基は、その環構造を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子を含む置換基で置換されてもよい。該ヘテロ原子を含む置換基としては、-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-が好ましい。
該芳香族炭化水素基は、芳香環を少なくとも1つ有する炭化水素基である。
この芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素数は5~30であることが好ましく、炭素数5~20がより好ましく、炭素数6~15がさらに好ましく、炭素数6~12が特に好ましい。ただし、該炭素数には、置換基における炭素数を含まないものとする。芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から水素原子2つを除いた基(アリーレン基又はヘテロアリーレン基);2以上の芳香環を含む芳香族化合物(例えばビフェニル、フルオレン等)から水素原子2つを除いた基;前記芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から水素原子1つを除いた基(アリール基又はヘテロアリール基)の水素原子の1つがアルキレン基で置換された基(例えば、ベンジル基、フェネチル基、1-ナフチルメチル基、2-ナフチルメチル基、1-ナフチルエチル基、2-ナフチルエチル基等のアリールアルキル基におけるアリール基から水素原子をさらに1つ除いた基)等が挙げられる。前記のアリール基又はヘテロアリール基に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、炭素数1~2であることがより好ましく、炭素数1であることが特に好ましい。
前記置換基としてのアルキル基としては、炭素数1~5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、n-ブチル基、tert-ブチル基であることが最も好ましい。
前記置換基としてのアルコキシ基、ハロゲン原子及びハロゲン化アルキル基としては、前記環状の脂肪族炭化水素基が有する水素原子を置換する置換基として例示したものが挙げられる。
Yax1がヘテロ原子を含む2価の連結基である場合、該連結基として好ましいものとして、-O-、-C(=O)-O-、-C(=O)-、-O-C(=O)-O-、-C(=O)-NH-、-NH-、-NH-C(=NH)-(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、-S-、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、一般式-Y21-O-Y22-、-Y21-O-、-Y21-C(=O)-O-、-C(=O)-O-Y21-、-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-、-Y21-O-C(=O)-Y22-または-Y21-S(=O)2-O-Y22-で表される基[式中、Y21およびY22はそれぞれ独立して置換基を有していてもよい2価の炭化水素基であり、Oは酸素原子であり、m”は0~3の整数である。]等が挙げられる。
前記のへテロ原子を含む2価の連結基が-C(=O)-NH-、-C(=O)-NH-C(=O)-、-NH-、-NH-C(=NH)-の場合、そのHはアルキル基、アシル等の置換基で置換されていてもよい。該置換基(アルキル基、アシル基等)は、炭素数が1~10であることが好ましく、1~8であることがさらに好ましく、1~5であることが特に好ましい。
一般式-Y21-O-Y22-、-Y21-O-、-Y21-C(=O)-O-、-C(=O)-O-Y21-、-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-、-Y21-O-C(=O)-Y22-または-Y21-S(=O)2-O-Y22-中、Y21およびY22は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい2価の炭化水素基である。該2価の炭化水素基としては、前記2価の連結基としての説明で挙げた(置換基を有していてもよい2価の炭化水素基)と同様のものが挙げられる。
Y21としては、直鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、直鎖状のアルキレン基がより好ましく、炭素数1~5の直鎖状のアルキレン基がさらに好ましく、メチレン基又はエチレン基が特に好ましい。
Y22としては、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、メチレン基、エチレン基又はアルキルメチレン基がより好ましい。該アルキルメチレン基におけるアルキル基は、炭素数1~5の直鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1~3の直鎖状のアルキル基がより好ましく、メチル基が最も好ましい。
式-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-で表される基において、m”は0~3の整数であり、0~2の整数であることが好ましく、0又は1がより好ましく、1が特に好ましい。つまり、式-[Y21-C(=O)-O]m”-Y22-で表される基としては、式-Y21-C(=O)-O-Y22-で表される基が特に好ましい。中でも、式-(CH2)a’-C(=O)-O-(CH2)b’-で表される基が好ましい。該式中、a’は、1~10の整数であり、1~8の整数が好ましく、1~5の整数がより好ましく、1又は2がさらに好ましく、1が最も好ましい。b’は、1~10の整数であり、1~8の整数が好ましく、1~5の整数がより好ましく、1又は2がさらに好ましく、1が最も好ましい。
Wax1における芳香族炭化水素基としては、芳香環から(nax1+1)個の水素原子を除いた基が挙げられる。ここでの芳香環は、4n+2個のπ電子をもつ環状共役系であれば特に限定されず、単環式でも多環式でもよい。芳香環の炭素数は5~30であることが好ましく、炭素数5~20がより好ましく、炭素数6~15がさらに好ましく、炭素数6~12が特に好ましい。芳香環として具体的には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族炭化水素環;前記芳香族炭化水素環を構成する炭素原子の一部がヘテロ原子で置換された芳香族複素環等が挙げられる。芳香族複素環におけるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。芳香族複素環として具体的には、ピリジン環、チオフェン環等が挙げられる。
下記の式中、Rαは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。
樹脂(P-3)中の構成単位(u31)の割合は、樹脂(P-3)を構成する全構成単位の合計に対して30~100モル%が好ましく、50~100モル%がより好ましく、60~100モル%がさらに好ましい。
構成単位(u31)の割合を前記好ましい範囲の下限値以上とすると、エッチング耐性が向上する。
樹脂(P-3)は、上記構成単位(u31)に加えて、他の構成単位を有していてもよい。他の構成単位としては、例えば、下記一般式(u32-1)で表される構成単位(u32)が挙げられる。
Yax3における2価の連結基としては、上述した一般式(u31-1)中のYax1における2価の連結基と同様のものが挙げられる。中でも、Yax3としては、単結合、エステル結合[-C(=O)-O-、-O-C(=O)-]、エーテル結合(-O-)、直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキレン基、又はこれらの組合せであることが好ましい。
下記の式中、Rαは、水素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を示す。
樹脂(P-3)中の構成単位(u32)の割合は、樹脂(P-3)を構成する全構成単位の合計に対して0~60モル%が好ましく、0~50モル%がより好ましく、0~40モル%がさらに好ましい。
構成単位(u32)の割合を前記好ましい範囲の上限値以下とすると、エッチング耐性が向上する。
そのような樹脂としては、構成単位(u31)を誘導するモノマーの重合体;構成単位(u31)を誘導するモノマーと、構成単位(u32)を誘導するモノマーと、の共重合体;等が挙げられる。
樹脂(P-3)の分散度(Mw/Mn)は、特に限定されず、1.0~4.0程度が好ましく、1.0~3.0程度がより好ましい。なお、Mnは数平均分子量を示す。
樹脂(P-3)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂(P)としては、例えば、樹脂(P-1)を含む樹脂;樹脂(P-2)を含む樹脂;樹脂(P-3)を含む樹脂;樹脂(P-1)及び樹脂(P-2)を含む樹脂;樹脂(P-1)及び樹脂(P-3)を含む樹脂;樹脂(P-2)及び樹脂(P-3)を含む樹脂;樹脂(P-1)、樹脂(P-2)及び樹脂(P-3)を含む樹脂;等が挙げられる。
化合物(OF)は、芳香環に縮合したオキサジン環、及びフルオレン環からなる群より選択される少なくとも一種の構造を含む化合物である。
化合物(OF)は、芳香環に縮合したオキサジン環を含む化合物であってもよく、フルオレン環を含む化合物であってもよく、芳香環に縮合したオキサジン環及びフルオレン環を含む化合物であってもよい。
芳香環に縮合したオキサジン環を含む化合物としては、下記一般式(o1-1)で表される構造を含む化合物(O1)が挙げられる。
Ro1における炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における炭素数1~20の炭化水素基で挙げたものと同様のものが挙げられる。
中でも、Ro1における炭化水素基としては、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。該直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基は、炭素数1~5が好ましく、炭素数1~3がより好ましく、炭素数1又は2がさらに好ましい。
該芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、ピレン、トリフェニレン、ペリレン等が挙げられる。中でも、Aro1における芳香族炭化水素環としては、ベンゼン又はナフタレンが好ましく、ベンゼンがより好ましい。
Ro2における炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における炭素数1~20の炭化水素基で挙げたものと同様のものが挙げられる。中でも、Ro2における炭化水素基としては、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数1~10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基がより好ましい。該直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基は、炭素数1~5が好ましく、炭素数1~3がより好ましく、炭素数1又は2がさらに好ましい。
no1としては、0~3の整数が好ましく、0~2の整数がより好ましく、0又は1がさらに好ましく、0が特に好ましい。
no2としては、0~2の整数がより好ましく、0又は1がさらに好ましく、0が特に好ましい。
Ro31における炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における炭素数1~20の炭化水素基で挙げたものと同様のものが挙げられる。
Ro31における炭素数1~20の炭化水素基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。
また、該置換基は、脂肪族炭化水素鎖のメチレン基(-CH2-)を置換する基であってもよい。そのような置換基としては、例えば、-O-、-C(=O)-O-、-C(=O)-、-O-C(=O)-O-、-C(=O)-NH-、-NH-、-NH-C(=NH)-(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、-S-、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-等が挙げられる。
また、該置換基は、脂環構造を構成する炭素原子の一部を置換するものであってもよい。該置換基としては、例えば、-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、-N-等が挙げられる。
これらの中でも、Ro31としては、アリール基が好ましく、フェニル基又はナフチル基がより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。
Ro41におけるno31価の炭化水素基は、炭素数1~30が好ましい。
前記直鎖状若しくは分岐鎖状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有していてもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、例えば、ヒドロキシ基、オキソ基、アルコキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
また、該置換基は、脂肪族炭化水素鎖のメチレン基(-CH2-)を置換する基であってもよい。そのような置換基としては、例えば、-O-、-C(=O)-O-、-C(=O)-、-O-C(=O)-O-、-C(=O)-NH-、-NH-、-NH-C(=NH)-(Hはアルキル基、アシル基等の置換基で置換されていてもよい。)、-S-、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-等が挙げられる。
前記の環状の脂肪族炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3がより好ましい。
また、該置換基は、脂環構造を構成する炭素原子の一部を置換するものであってもよい。該置換基としては、例えば、-O-、-C(=O)-O-、-S-、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、-N-等が挙げられる。
Ro41における芳香族炭化水素基として具体的には、前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環からno31個の水素原子を除いた基;2以上の芳香環を含む芳香族化合物(たとえばビフェニル、フルオレン等)からno31個の水素原子を除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環の1個の水素原子がアルキレン基で置換された基からno31個の水素原子を除いた基;前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環のno31個の水素原子がアルキレン基で置換された基等が挙げられる。前記芳香族炭化水素環または芳香族複素環に結合するアルキレン基の炭素数は、1~4であることが好ましく、1~2であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。
Ro41における芳香族炭化水素基は、置換基を有してもよいし、有していなくてもよい。該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボニル基、アルコキシ基、ニトロ基、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。前記置換基におけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3がより好ましい。
Ro42における置換基を有していてもよいno32価の炭化水素基は、置換基を有していてもよい炭素数1~30が好ましい。前記の置換基を有していてもよい炭素数1~30のno32価の炭化水素基としては、前記一般式(o1-1-1a)中のRo41で挙げたものと同様のものが挙げられる。
上記式(Ro42-8)中、X2は、-O-、-S-、-SO2-又は炭素数1~10のアルカンジイル基である。
フルオレン環を含む化合物は、フルオレン環に加えて、少なくとも1個の極性基を有することが好ましい。該極性基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、アミノ基、スルホ基、アルコキシ基、及びエポキシ基等が挙げられる。中でも、極性基としては、ヒドロキシ基、及びエポキシ基が好ましい。
Rf1及びRf2における炭素数1~20の炭化水素基としては、前記一般式(u13-1)中のR13における炭素数1~20の炭化水素基で挙げたものと同様のものが挙げられる。より具体的には、炭素数1~20の分岐鎖状の脂肪族炭化水素基、炭素数3~20の構造中に環を含む脂肪族炭化水素基、及び炭素数5~20の芳香族炭化水素基が挙げられる。
中でも、Rf1及びRf2における炭素数1~20の炭化水素基としては、炭素数5~20の芳香族炭化水素基が好ましい。好ましい例としては、芳香族炭化水素環又は芳香族複素環から水素原子1つを除いた基(アリーレン基又はヘテロアリーレン基)が挙げられる。中でも、フェニル基、又はナフチル基が好ましい。
Rf1及びRf2が、炭素数1~20の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族炭化水素基である場合、該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基、スルホ基、アルコキシ基、及びエポキシ基等が挙げられる。
Rf1及びRf2が、炭素数3~20の構造中に環を含む脂肪族炭化水素基である場合、該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基、スルホ基、アルコキシ基、エポキシ基、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、グリシジル基、グリシドキシ基等が挙げられる。
Rf1及びRf2が、炭素数5~20の芳香族炭化水素基である場合、該置換基としては、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、アミノ基、ニトロ基、スルホ基、アルコキシ基、エポキシ基、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、グリシジル基、グリシドキシ基等が挙げられる。
前記置換基におけるアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基としては、炭素数1~5のものが好ましく、炭素数1~3がより好ましい。
化合物(OF)が化合物(O1)である場合、ハードマスク形成用組成物中の化合物(O1)の含有量は、ハードマスク形成用組成物に含まれる樹脂(P)100質量部に対して、10~100質量部が好ましく、20~80質量部がより好ましく、30~60質量部がさらに好ましい。
化合物(OF)が化合物(F1)である場合、ハードマスク形成用組成物中の化合物(F1)の含有量は、ハードマスク形成用組成物に含まれる樹脂(P)100質量部に対して、10~100質量部が好ましく、20~100質量部がより好ましく、30~100質量部がさらに好ましい。
本実施形態のハードマスク形成用組成物は、前記樹脂(P)及び化合物(OF)に加えて、他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、架橋剤、架橋促進触媒、光酸発生剤、吸光剤、レオロジー調整剤、接着補助剤、界面活性剤、溶剤等が挙げられる。
溶剤の使用量は、特に限定されず、基板等に塗布可能な濃度で、塗布膜厚に応じて適宜設定される。例えば、ハードマスク形成用組成物中の樹脂成分濃度が1~50質量%、好ましくは15~35質量%の範囲内となるように、溶剤を配合することができる。
本実施形態のハードマスク形成用組成物を用いることにより、基板が段差を有する場合であっても、マスク性能が高い平坦化されたハードマスク層を形成することができる。
≪第1実施形態≫
本発明の第2の態様に係る電子部品の製造方法は、
支持体上に、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程(以下「工程(i)」という。)、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程(以下、「工程(ii)」という。)、
前記ハードマスク層(m2)上に、レジスト膜を形成する工程(以下、「工程(iii)」)、
前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターンを形成する工程(以下、「工程(iv)」という。)、
前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターンを形成する工程(以下、「工程(v)」という)、
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程(以下、「工程(vi)」という)、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程(以下、「工程(vii)」という。)
を有する。
以下、本実施形態の電子部品の製造方法について、図1~図8を参照しながら具体例を説明する。ただし、本実施形態に係る製造法は、これに限定されるものではない。
まず、支持体10上に、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する(図2;工程(i))。
次に、ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する(図3;工程(ii))。また、必要に応じて、ハードマスク層(m2)上に反射防止膜(BARC)20を成膜する。
次に、ハードマスク層(m2)上に、レジスト組成物を用いてレジスト膜30を形成する(図4;工程(iii))。
次に、レジスト膜を露光し、現像することにより、ハードマスク層(m2)上にレジストパターン30pを形成する(図5;工程(iv))。
次に、レジストパターン30pをマスクとしてハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターン(m2p)を形成する(図6;工程(v))。
次に、無機パターン(m2p)をマスクとしてハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する(図7;工程(vi))。
次に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する(図8;工程(vii))。
このようにして、基板11にパターン12pを備えた電子部品100を製造することができる。
工程(i)は、支持体10上に、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程である。
また、支持体10は、前記基板11上に加工層12が成膜されたものであってもよい。加工層12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等が挙げられる。加工層12の厚さは、通常、50~10,000nmとすることができる。また、深掘加工を行なう場合、加工層12の厚さは、1000~10000nmとすることができる。なお、加工層12を成膜する場合、基板11と加工層12とは、通常、異なる材質のものが用いられる。
工程(ii)は、ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程である。
ハードマスク層(m2)の膜厚としては、5~200nm程度が例示され、10~100nm程度が好ましい。
工程(iii)は、ハードマスク層(m2)上に、レジスト組成物を用いてレジスト膜30を形成する工程である。
レジスト膜30の膜厚は、特に限定されないが、一般的に、30~500nm程度が例示される。
工程(iv)は、レジスト膜30を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターン30pを形成する工程である。
アルカリ現像プロセスで現像処理に用いるアルカリ現像液としては、例えば0.1~10質量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)水溶液が挙げられる。
溶剤現像プロセスで現像処理に用いる有機系現像液が含有する有機溶剤としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、ニトリル系溶剤、アミド系溶剤、エーテル系溶剤等の極性溶剤、炭化水素系溶剤等が挙げられる。
溶剤現像プロセスの場合、前記現像処理またはリンス処理の後に、パターン上に付着している現像液またはリンス液を、超臨界流体により除去する処理を行ってもよい。
現像処理後またはリンス処理後、乾燥を行う。また、場合によっては、上記現像処理後にベーク処理(ポストベーク)を行ってもよい。
工程(v)は、前記レジストパターン30pをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターン(m2p)を形成する工程である。
例えば、平行平板型RIEでは、RIE装置のチャンバーに多層積層体を入れ、必要なエッチングガスを導入する。チャンバー内の、上部電極と平行に置かれた多層積層体のホルダーに高周波電圧を加えると、エッチングガスがプラズマ化される。プラズマ中では正・負のイオンや電子などの電荷粒子、中性活性種などのエッチング種が存在している。これらのエッチング種が下部レジスト層に吸着すると、化学反応が生じ、反応生成物が表面から離脱して外部へ排気され、エッチングが進行する。
工程(vi)は、前記無機パターン(m2p)をマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する工程である。
工程(vii)は、前記樹脂パターン(m1p)をマスクとして前記支持体10を加工する工程である。
そして、前記工程(iv)と同様に、レジスト膜30を露光し、現像することにより、ハードマスク層(m1)上にレジストパターン30pを形成する。
次に、前記工程(vi)と同様に、レジストパターン30pをマスクとしてハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターン(m1p)を形成する。
その後は、前記工程(vii)と同様に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する。
このようにして、2層レジスト法によっても電子部品を製造することができる。
支持体上に、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、
前記ハードマスク層(m1)上にレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m1)上にレジストパターンを形成する工程、
前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程
を有する、電子部品の製造方法、もまた提供する。
本発明の第3の態様に係る電子部品の製造方法は、
支持体上に、前記第1の態様に係るハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程(以下、「工程(i)’」という。)、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターンを形成する工程、(以下、「工程(v)’」という。)
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程(以下、「工程(vi)’」という。)、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程(以下、「工程(vii)’」という。)
を有する。
以下、本実施形態の電子部品の製造方法について、図1、図2及び図6~8を参照しながら具体例を説明する。ただし、本実施形態に係る製造方法は、これに限定されるものではない。
次に、樹脂パターン(m1p)をマスクとして支持体10を加工し、パターン12pを形成する(図8;工程(vii)’)。本工程は、前記第2の態様に係る電子部品の製造方法における工程(vii)と同様である。
このようにしても、基板11にパターン12pを備えた電子部品100を製造することができる。
≪樹脂(P-1-1)≫
温度計、還流管、窒素導入管を繋いだ三口フラスコで、9-ナフチルカルバゾール10.00g(34.09mmol)、ベンズアルデヒド36.17g(40.9mmol)、及び1-ピレノール66.96g(306.8mmol)を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート75.42gに溶解した後、パラトルエンスルホン酸10%PM溶液87.53gを添加し、反応温度120℃で10時間加熱撹拌した。その後、反応液を室温まで冷却した。
得られた反応液を大量のメタノール(MeOH)に滴下して重合体を析出させる操作を行い、沈殿した褐色粉体を大量のメタノールにて洗浄、乾燥して樹脂(P-1-1)を85g(収率75%)得た。
この樹脂(P-1-1)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算質量平均分子量(Mw)は4,400であり、分子量分散度(Mw/Mn)は2.10であった。
定法により、m-クレゾール及びp-クレゾールと、ホルムアルデヒドとを酸触媒下で付加縮合させることにより、下記の樹脂(P-2-1)を得た。この樹脂(P-2-1)について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算質量平均分子量(Mw)は21,000であり、分子量分散度(Mw/Mn)は26であった。
定法により、各構成単位を誘導するモノマーをラジカル重合することにより、樹脂(P-3-1-1)、樹脂(P-3-1―2)、及び樹脂(P-3-2)をそれぞれ合成した。これらの樹脂について、GPC測定により求めた標準ポリスチレン換算質量平均分子量(Mw)、及び分子量分散度(Mw/Mn)を合わせて示す。
<ハードマスク形成用組成物の調製>
表1~3に示す各成分を混合して溶解し、各例のハードマスク形成用組成物(固形分濃度:18~20質量%)をそれぞれ調製した。
(P)-1:上記の樹脂(P-1-1)。
(P)-2:上記の樹脂(P-2-1)。
(P)-3:上記の樹脂(P-3-1-1)。
(P)-4:上記の樹脂(P-3-1-2)。
(P)-5:上記の樹脂(P-3-2)。
(O)-1:下記化合物(O1-1)。
(O)-2:下記化合物(O1-2)。
(O)-3:下記化合物(O1-3)。
(O)-4:下記化合物(O1-4)。
(F)-1:下記化合物(F1-1)。
(F)-2:下記化合物(F1-2)。
(C)-1:下記化合物(C-1)。
(A)-1:フッ素系界面活性剤、DIC株式会社製の商品名「R-40」。
(S)-1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)/γ-ブチロラクトン=75/25(質量比)の混合溶剤。
(S)-2:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)/シクロヘキサノン=75/25(質量比)の混合溶剤。
(S)-3:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)。
シリコンウェーハ上に、実施例1~16及び比較例1~8の各ハードマスク形成用組成物をそれぞれ、スピンナーを用いて塗布した。その後、大気雰囲気下にて、表4~6に示す温度で90秒間ベーク(焼成)し、厚さ1.0μmのハードマスク層を形成し、ハードマスク層付き基板を得た。
前記ハードマスク層付き基板を、エッチング装置を用いて、N2/O2=40/80sccm、Press=20mtorr、RF-Power=350W、90秒条件にて処理し、処理前後の平均膜厚からエッチング速度(nm/sec)を算出した。
エッチング速度の評価は、同じ樹脂成分を用いた実施例及び比較例毎に、添加物1を添加していない比較例(比較例1、4、6、7、8)におけるエッチング速度を100%としたときの相対エッチング速度(比率)を算出し、下記評価基準に基づき評価した。その結果を表4~6に示した。
評価基準
(実施例1~7、比較例2、3)
AA:比較例1のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例1のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例1のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例1のエッチング速度に対する比率が110%超
(実施例8~13、比較例5)
AA:比較例4のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例4のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例4のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例4のエッチング速度に対する比率が110%超
(実施例14)
AA:比較例6のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例6のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例6のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例6のエッチング速度に対する比率が110%超
(実施例15)
AA:比較例7のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例7のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例7のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例7のエッチング速度に対する比率が110%超
(実施例16)
AA:比較例8のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例8のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例8のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例8のエッチング速度に対する比率が110%超
ピッチ200nm、ラインアンドスペース100nm、深さ200nmのシリコンウェーハ段差基板(被加工基板)上に、実施例1~16及び比較例1~8各ハードマスク形成用組成物をそれぞれ、スピンコート法により塗布した。その後、大気雰囲気下にて、表1~3に示す温度で90秒間ベーク(焼成)し、厚さ300nmのハードマスク層を形成し、ハードマスク層付き段差基板を得た。
前記ハードマスク層付き段差基板の断面形状を走査型電子顕微鏡(製品名:SU8000、メーカー名:日立ハイテクノロジーズ社製)にて観察し、下記評価基準に基づき、埋め込み性を評価した。その結果を表4~6に示した。
評価基準
〇:良好(ボイドが観察されない)
×:不良(ボイドが観察される)
<ハードマスク形成用組成物の調製>
表7に示す各成分を混合して溶解し、各例のハードマスク形成用組成物(固形分濃度:18~20質量%(実施例17、18);25質量%(比較例9))をそれぞれ調製した。
(P)-1:上記の樹脂(P-1-1)。
(P)-2:上記の樹脂(P-2-1)。
(O)-3:上記化合物(O1-3)。
(A)-1:フッ素系界面活性剤、DIC株式会社製の商品名「R-40」。
(S)-1:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)/γ-ブチロラクトン=75/25(質量比)の混合溶剤。
(S)-2:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)/シクロヘキサノン=75/25(質量比)の混合溶剤。
(S)-3:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)。
シリコンウェーハ上に、実施例17~18及び比較例9の各ハードマスク形成用組成物をそれぞれ、スピンナーを用いて塗布し、上記と同様にハードマスク層付き基板を得た。前記ハードマスク層付き基板を、エッチング装置を用いて、N2/O2=40/80sccm、Press=20mtorr、RF-Power=350W、90秒条件にて処理し、処理前後の平均膜厚からエッチング速度(nm/sec)を算出した。
エッチング速度の評価は、比較例9におけるエッチング速度を100%としたときの相対エッチング速度(比率)を算出し、下記評価基準に基づき評価した。その結果を表8に示した。
評価基準
AA:比較例9のエッチング速度に対する比率が100%以下
A :比較例9のエッチング速度に対する比率が100%超105%以下
B :比較例9のエッチング速度に対する比率が105%超110%以下
C :比較例9のエッチング速度に対する比率が110%超
上記と同様にハードマスク層付き段差基板を作製し、前記ハードマスク層付き段差基板の断面形状を走査型電子顕微鏡(製品名:SU8000、メーカー名:日立ハイテクノロジーズ社製)にて観察し、下記評価基準に基づき、埋め込み性を評価した。その結果を表8に示した。
評価基準
〇:良好(ボイドが観察されない)
×:不良(ボイドが観察される)
上記の樹脂(P-1-1)、樹脂(P-2-1)、樹脂(P-3-1-1)、樹脂(P-3-1-2)、及び樹脂(P-3-2)、並びに下記樹脂(P2-1)を、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)に対して、30質量%となるように溶解した。
その結果、樹脂(P-1-1)、樹脂(P-2-1)、樹脂(P-3-1-1)、樹脂(P-3-1-2)、及び樹脂(P-3-2)は、PGMEAに対する溶解性が良好で、30質量%のPGMEA溶液を調製することができた。一方、樹脂(P2-1)は、PGMEAに対する溶解性が不良であり、30質量%のPGMEA溶液を調製することができなかった。
11 基板
12 加工層
12p パターン
20 BARC層
30 レジスト膜
30p レジストパターン
m1、m2 ハードマスク層
m1p 樹脂パターン
m2p 無機パターン
100 電子部品
Claims (5)
- リソグラフィで用いられるハードマスクを形成するハードマスク形成用組成物であって、
芳香環及び極性基を含む樹脂(P)と、
芳香環に縮合したオキサジン環、及びフルオレン環からなる群より選択される少なくとも一種の構造を含む化合物(OF)と、
を含有し、
前記樹脂(P)が、
下記一般式(u11-1)で表される構成単位(u11)と、下記一般式(u12-1)で表される構成単位(u12)と、を有し、且つビスナフトール骨格を含まない樹脂(P-1);
下記一般式(u21-1-1)で表される構成単位(u21)と、下記一般式(u12-1)で表される構成単位(u12)と、を有し、且つビスナフトール骨格を含まない樹脂(P-2);又は
下記一般式(u31-1)で表される構成単位(u31)を有し、前記構成単位(u31)の割合が、前記樹脂(P)を構成する全構成単位の合計に対して30~100モル%であり、且つビスナフトール骨格を含まない樹脂(P-3)であり、
前記化合物(OF)が、
下記一般式(o1-1)で表される構造を含む化合物(O1);又は
下記一般式(f1-1)で表される化合物(F1)である、
ハードマスク形成用組成物。
[式中、R11は、置換基を有してもよい炭素数10~30の多環式芳香族炭化水素基である。R12は、置換基を有してもよい炭素数6~30の芳香族炭化水素基である。]
[式中、nは0~3の整数である。R22は、置換基を有してもよい炭素数6~30の芳香族炭化水素基又は水素原子である。]
[式中、Rは、水素原子、炭素数1~5のアルキル基又は炭素数1~5のハロゲン化アルキル基である。Yax1は、単結合又は2価の連結基である。Wax1は、(nax1+1)価の芳香族炭化水素基である。nax1は、1~3の整数である。]
[式中、Ro1は、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。Aro1は、炭素数6~20の単環又は多環の芳香族炭化水素環を表す。Ro2は、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又は置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。no1は、0~4の整数である。no1が2以上の整数である場合、複数のRo1はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。no2は、0~3の整数である。no2が2以上の整数である場合、複数のRo2はそれぞれ同じであっても異なっていてもよく、複数のRo2のうちの2つ以上が互いに結合してこれらが結合するAro1中の炭素原子と共に環員数4~20の環構造を形成してもよい。*及び**は、それぞれ独立して、水素原子又は結合手を表す。]
[式中、Rf1及びRf2は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基である。Rf3及びRf4は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基、又はスルホ基を表す。nf1及びnf2は、それぞれ独立に、0~4の整数を表す。] - 前記化合物(F1)が少なくとも1個の極性基を有する、請求項1に記載のハードマスク形成用組成物。
- 支持体上に、請求項1~3のいずれか一項に記載のハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなるハードマスク層(m2)を形成する工程、
前記ハードマスク層(m2)上にレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト膜を露光し、現像することにより、前記ハードマスク層(m2)上にレジストパターンを形成する工程、
前記レジストパターンをマスクとして前記ハードマスク層(m2)にエッチング処理を施して、無機パターンを形成する工程、
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程
を有する、電子部品の製造方法。 - 支持体上に、請求項1~3のいずれか一項に記載のハードマスク形成用組成物を用いてハードマスク層(m1)を形成する工程、
前記ハードマスク層(m1)上に、無機材料からなる無機パターンを形成する工程、
前記無機パターンをマスクとして前記ハードマスク層(m1)にエッチング処理を施して、樹脂パターンを形成する工程、及び
前記樹脂パターンをマスクとして前記支持体を加工する工程
を有する、電子部品の製造方法。
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