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JP2002072489A - 反射防止組成物 - Google Patents

反射防止組成物

Info

Publication number
JP2002072489A
JP2002072489A JP2001231972A JP2001231972A JP2002072489A JP 2002072489 A JP2002072489 A JP 2002072489A JP 2001231972 A JP2001231972 A JP 2001231972A JP 2001231972 A JP2001231972 A JP 2001231972A JP 2002072489 A JP2002072489 A JP 2002072489A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
basic substance
composition
photoresist
layer
antireflective
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001231972A
Other languages
English (en)
Inventor
Peter Trefonas Iii
ピーター・トレフォナス,ザサード
Manuel Docanto
マニュエル・ドカント
Edward K Pavelchek
エドワード・ケイ・パベルチェク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DuPont Electronic Materials International LLC
Original Assignee
Shipley Co LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shipley Co LLC filed Critical Shipley Co LLC
Publication of JP2002072489A publication Critical patent/JP2002072489A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • G03F7/027Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon double bonds, e.g. ethylenic compounds
    • G03F7/032Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon double bonds, e.g. ethylenic compounds with binders
    • 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
    • G03F7/091Photosensitive materials characterised by structural details, e.g. supports, auxiliary layers characterised by antireflection means or light filtering or absorbing means, e.g. anti-halation, contrast enhancement
    • 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S430/00Radiation imagery chemistry: process, composition, or product thereof
    • Y10S430/151Matting or other surface reflectivity altering material

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Architecture (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】露光している放射線の、基盤から上塗りされた
フォトレジスト層への反射を減少させる組成物の提供。 【解決手段】塩基性物質および架橋剤を含む反射防止組
成物層、および該反射防止組成物層の上のフォトレジス
ト層、を含む被覆された基体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、露光している放射線の、基盤か
ら上塗りされたフォトレジスト層への反射を減少させる
組成物に関する。より詳細には、本発明は、塩基性添加
剤成分を含む反射防止被覆組成物(antirefle
ctive coatingcomposition
s)であって、望ましくない上塗りされたフォトレジス
トレリーフイメージのフッティング(footing)
またはノッチング(notching)を減少させるこ
とのできる反射防止被覆組成物に関する。
【0002】フォトレジストは、イメージを基体に転写
するために用いられる感光性フィルムである。フォトレ
ジストのコーティング層は基体上に形成され、フォトマ
スクを通して活性化放射線源で露光される。フォトマス
クは活性化放射線に対して不透明な領域と活性化放射線
に対して透明な領域を有する。活性化放射線で露光する
ことによりフォトレジストコーティングの光誘起化学的
変換が起こり、これによりフォトマスクのパターンがフ
ォトレジストでコートされた基体に移される。露光後、
フォトレジストを現像してレリーフイメージを得、これ
により基体の選択的加工が可能になる。
【0003】フォトレジストはポジ型またはネガ型とし
て作用することができる。ほとんどのネガ型フォトレジ
ストについては、活性化放射線で露光されたこれらのコ
ーティング層部分は光活性化合物とフォトレジスト組成
物の重合可能な試薬との反応により重合または架橋され
る。最終的に、露光されたコーティング部分は露光され
ていない部分よりも現像液中に溶解しにくくなる。ポジ
型フォトレジストについては、露光された部分は現像液
中にさらに溶解するようになるが、露光されていない部
分は比較的現像液に溶解しにくいままである。フォトレ
ジスト組成物は一般に、例えばDoforestによる
「フォトレジスト材料およびプロセス」、McGraw
Hill Book Company, New Y
ork(1975)およびMoreauによる「半導体
リソグラフィー、原理、実際および材料(Semico
nductor Lithography, Prin
cipals, Practices and Mat
erials)」、第2章および第4章、Plenum
Press, New Yorkによって記載されて
いる。フォトレジスト組成物、その製造方法、および使
用方法に関するそれらの開示は本明細書の一部として参
照される。
【0004】フォトレジストの主要な用途は、半導体製
造にある。ここでは、目的は、高度にポリッシュされた
半導体スライス、シリコンまたはガリウム砒素のような
もの、を回路機能を果たす、好ましくは1ミクロンまた
は1ミクロン以下のジオメトリーである電子導通パス
(electron conducting path
s)の複雑なマトリックスに転換することである。適切
なフォトレジス処理は、この目的を成し遂げるための鍵
である。さまざまなフォトレジスト処理工程間の強力な
相互依存があるとは言え、露光は、高い分解能を持った
フォトレジストイメージを達成するためにより重要な工
程の一つである。
【0005】フォトレジストの露光に用いられる活性化
放射線の反射は、しばしばフォトレジスト層にパターン
されるイメージの分解能を制限する。基体とフォトレジ
ストとの境界面からの放射線の反射は、フォトレジスト
内における放射線の強さの空間的な変動を起こさせる。
これによって、現像後のフォトレジストの線幅は不均一
なものとなる。また放射線は、基体とフォトレジストと
の境界面から露光を所望しない範囲のフォトレジストの
部分に散乱する。これによっても、線幅の変動を招く。
散乱と反射の量は、一般に場所によって変わる。これに
よってさらに線幅の不均一性が起こる。基体のトポグラ
フィー(topography)の変動もまた、分解能
を制限する問題を引き起こす。
【0006】反射された放射線の問題を減少させる1つ
の試みは、基体表面とフォトレジスト被覆層との間に挿
入される放射線吸収層を使用することであった。たとえ
ばPCT出願WO90/03598、EPO出願063
9941A1、並びに米国特許第4,910,122
号、4,370,405号、4,362,809号、お
よび5,939,236号参照。そのような層は反射防
止層または反射防止組成物とも呼ばれていた。米国特許
第5,939,236号、5,886,102号、5,
851,738号、および5,851,730号参照。
すべての特許はシップレーカンパニーに譲渡され、これ
らは非常に有用な反射防止組成物を開示する。
【0007】いくつかの従来の反射防止組成物の使用
は、上塗りされ、現像されたレジストレリーフイメージ
の望ましくないアンダーカッティング(ノッチング)を
引き起こす場合のあることを見いだした。少なくともい
くつかの従来の反射防止組成物により引き起こされる他
の問題は、フッティング、すなわち、現像の間にすべて
の露光されたフォトレジストを清浄にすることができ
ず、上方にテーパーを有するレリーフイメージサイドウ
ォールを与えることであった。ノッチングおよびフッテ
ィングの両方とも、下層の基体にパターン付けられるイ
メージの解像度を低下させることがある。
【0008】したがって、新規な反射防止被覆組成物が
望まれている。上塗りされたレジストレリーフイメージ
中に望ましくないノッチングを引き起こさない新規な反
射防止被覆組成物が特に望まれている。
【0009】我々は、著しく優れた性能、特に上塗りさ
れたレジストレリーフイメージ中のノッチングが減少ま
たは解消される、新規な反射防止組成物を見いだした。
より詳細には、塩基性物質を反射防止組成物に加えるこ
とにより、上塗りされたフォトレジストレリーフイメー
ジ中のノッチングが有意に減少され、または完全に消滅
させることができるを見いだした。たとえば、後述の実
施例および比較例を参照。
【0010】種々の塩基性物質が本発明の反射防止組成
物に使用できる。一般に、本発明の反射防止組成物に使
用される塩基性物質は、約2もしくは3またはそれ以
上、より典型的には約4もしくは5またはそれ以上、よ
り典型的には約6、7、8もしくは9またはそれ以上の
pKaを有する。また強塩基、たとえば約10、11、
12、13またはそれ以上のpKaの塩基性添加剤も適
当である。ヘテロ原子(N、OまたはS)を含む化合物
も一般に好ましい塩基性添加剤である。たとえば、ヒド
ロキシ化合物、エーテル、スルフィドおよびアミンも適
当である。アミンが一般に好ましい。大きな分子量の物
質、たとえば約150または200を越える分子量、よ
り好ましくは約300、400もしくは500またはそ
れ以上の分子量のものは特に好ましい。オリゴマー性、
またはポリマー性アミンは特に好ましい。
【0011】理論に拘束されるものではないが、上塗り
されたレジスト層の光生成された酸は、レジスト/反射
防止組成物界面に集まると考えられる。光生成された酸
はバルクのレジスト物質を通るよりも、レジスト/反射
防止被覆層界面を通ってより容易に拡散するので、レジ
ストの底部におけるそのような酸の濃縮が、起こりうる
ものと考えられる。酸の濃縮は隣接した、未露光のレジ
スト層領域への有意のフォト酸の拡散をもたらし、それ
はレジスト層の現像に際し、レジストレリーフイメージ
の望ましくないノッチングをもたらす。そのようなノッ
チングは特に化学増幅ポジ型フォトレジスト、たとえば
デブロッキングアセタールまたはケタール基を有するポ
ジ型レジストにおいて問題であり、比較的穏やかな条件
で光誘起デブロッキング(deblocking re
action)反応を起こす。
【0012】本発明の反射防止被覆組成物は、塩基性添
加剤に加えて樹脂成分を含む。別の態様として、オリゴ
マー性、またはポリマー性塩基性添加剤が、反射防止組
成物の唯一の樹脂成分であることができる。しかし、反
射防止組成物が少なくとも1種の樹脂成分を含むこと
が、たとえば良好なフィルム形成性能を反射防止組成物
に付与するために、一般に好ましい。
【0013】本発明の反射防止組成物は、上塗りされた
レジスト層の露光に使用された放射線の望ましくない反
射を吸収することのできる発色団を有する成分をさらに
含む。一般に好ましい発色団は芳香族基であり、単環お
よび多環芳香族基の両者を含み、たとえば任意に置換さ
れたフェニル、任意に置換されたナフチル、任意に置換
されたアントラセン、任意に置換されたフェナントラセ
ニル、任意に置換されたキノリニルなどがあげられる。
特に好ましい発色団は上塗りされたレジスト層の露光に
使用された放射線に応じて変化する。より詳細には、2
48nmでの上塗りされたレジスト層の露光において
は、任意に置換されたアントラセンが特に好ましい反射
防止組成物の発色団である。193nmでの上塗りされ
たレジスト層の露光においては、任意に置換されたフェ
ニルが特に好ましい反射防止組成物の発色団である。好
ましくは、そのような発色団は反射防止組成物の樹脂成
分、ポリマー性塩基性添加剤成分または、ポリマー性塩
基性添加剤成分とは異なる追加の樹脂成分に結合(たと
えばペンダント)する。
【0014】本発明の好ましい反射防止被覆組成物は、
たとえば熱および/または放射線処理により架橋される
ことができる。たとえば、好ましい本発明の反射防止被
覆組成物は、反射防止組成物の1以上の他の成分と架橋
することができる別個の架橋剤を含むことができる。一
般に好ましい架橋反射防止組成物、たとえばグリコルリ
ル、ベンゾグアナミン、またはメラミン樹脂のような、
アミンーベースの物質のような別個の架橋剤成分を含
む。特に好ましい本発明の反射防止組成物は別個の成分
として、樹脂、架橋剤、および塩基性添加剤を含む。さ
らに、本発明の架橋反射防止組成物は、好ましくは、1
以上の組成物成分の架橋を誘起または促進するために、
酸または酸生成化合物(特に熱酸生成剤)も含む。架橋
反射防止組成物は、好ましくは、反射防止層の上にフォ
トレジスト層が適用される前に架橋される。反射防止組
成物の熱誘起された架橋が一般に好ましい。
【0015】本発明の反射防止組成物は、好ましくは、
化学増幅ポジ型フォトレジスト組成物とともに使用され
る。後述の実施例において示されるように、本発明の反
射防止組成物は、上述のように特に望ましくないノッチ
ングをこうむりやすい、アセタールベースまたはケター
ルベースの化学増幅ポジ型フォトレジスト組成物におい
てすら、望ましくないノッチングを減少または消滅させ
ることができる。本発明の反射防止組成物はは、他のタ
イプのポジ型レジストと同様、ネガ型フォトレジストと
ともに好適に使用される。
【0016】本発明はさらに、フォトレジストレリーフ
イメージの形成方法、および本発明の反射防止組成物単
独で、またはフォトレジスト組成物とともに被覆された
基体(たとえばマイクロエレクトロニックウエハー基
体)を有する新規な製品を提供する。本発明の他の態様
は以下に示される。
【0017】上記のように、本発明の反射防止組成物の
塩基性添加剤は、好ましくは、約2もしくは3またはそ
れ以上、より典型的には約4もしくは5またはそれ以
上、さらにより典型的には約6、7、8もしくは9また
はそれ以上のpKaを有する。たとえば約10、11、
12、13またはそれ以上のpKaの強塩基性添加剤も
適当である。本明細書におけるpKaは、水中で25℃
で測定された値を言う。
【0018】好ましい塩基性添加剤は、電子の多い部
位、たとえば窒素、硫黄および/または酸素原子を含む
基、好ましくは少なくとも1つの窒素を含む基を有す
る。塩基性添加剤は芳香族または非芳香族であることが
できる。好ましい塩基性添加剤は1以上のヒドロキシ
基、エーテル基、スルフィド基、および/またはアミン
基を含む。任意に置換されたアミン基が一般に好まし
い。アミン含有塩基性添加剤は、1以上の1級、2級、
3級、および/または4級のアミン基を含むことができ
る。4級アミンは、好ましくは塩の形態で存在すること
ができる。
【0019】本発明の塩基性添加剤の置換されたアミン
基の置換基としては、たとえば、ヒドロキシ;任意に置
換されたアルキル、たとえば1から約16の炭素原子を
有するアルキル、より典型的には1から約8の炭素原子
を有するアルキル;任意に置換されたアルケニル、たと
えば2から約16の炭素原子を有するアルケニル、より
典型的には2から約8の炭素原子を有するアルケニル;
任意に置換されたアルキニル、たとえば2から約16の
炭素原子を有するアルキニル、より典型的には2から約
8の炭素原子を有するアルキニル;任意に置換されたア
ルコキシ、たとえば1から約16の炭素原子を有するア
ルコキシ、より典型的には1から約8の炭素原子を有す
るアルコキシ;任意に置換された炭素環式アリール、た
とえば任意に置換されたフェニル、任意に置換されたナ
フチル、任意に置換されたアントラセンなど;任意に置
換されたアルアルキル、たとえば7から約20の炭素原
子を有するアルアルキル、たとえば任意に置換されたベ
ンジルなど;任意に置換されたヘテロ芳香族またはヘテ
ロ脂環式基、好ましくはそれぞれの環が3員ないし8員
環であり1から3個のヘテロ原子を有する環を1から3
個有するもの、たとえばクマリニル、キノリニル、ピリ
ジル、ビラジニル、ピリミジル、フリル、ピロリル、チ
エニル、チアゾリル、オキサゾリル、イミダゾリル、イ
ンドリル、ベンゾフラニル、ベンゾチアゾール、テトラ
ヒドロフラニル、テトラヒドロピラニル、ピペリジニ
ル、モルホリノ、およびピロリニジルなどがあげられ
る。
【0020】ヒドロキシ化合物、エーテル、スルフィド
などの他の塩基性添加剤は、同じかまたは類似の置換基
により適当に置換されることができる。たとえば、ヒド
ロキシ含有塩基性添加剤は、好適に1以上のヒドロキシ
基、典型的には1から約3ないし4個のヒドロキシ基
を、アルキル、たとえば1から約16の炭素原子を有す
るアルキル;アルケニル、たとえば2から約16の炭素
原子を有するアルケニル;アルキニル、たとえば2から
約16の炭素原子を有するアルキニル;炭素環式アリー
ル、たとえばフェニル、ナフチル、アントラセン;1か
ら3個の独立した環または縮合環を有し、1つの環あた
り1−3個のヘテロ原子(N、OまたはS)を有するヘ
テロ芳香族またはヘテロ脂環式、たとえば上記のヘテロ
環式基;の置換基として有することができる。ポリマー
性のヒドロキシ塩基性添加剤は、典型的にはヒドロキシ
含有繰り返し単位あたり1から約4個のヒドロキシ基を
有する。
【0021】エーテルベース添加剤は1以上、典型的に
は1から約3または4個のアルコキシ基、たとえば1か
ら約16の炭素原子を有するアルコキシ基を含むことが
できる。これらのアルコキシ基は、ヒドロキシ含有塩基
性添加剤について上記されたような、他の基の置換基で
あることができる。種々のポリマー性エーテルを、本発
明の反射防止組成物中の塩基性添加剤として使用するこ
とができる。
【0022】スルフィドベース添加剤は1以上、典型的
には1から約3または4個のアルキルチオ基、たとえば
1から約16の炭素原子を有するアルキルチオ基を含む
ことができる。これらのアルキルチオ基は、ヒドロキシ
含有塩基性添加剤について上記されたような、他の基の
置換基であることができる。ポリマー性チオ化合物を、
本発明の反射防止組成物中の塩基性添加剤として使用す
ることができる。
【0023】上記のように、本発明の好ましい塩基性添
加剤化合物は、比較的大きな分子量を有する。そのよう
な大きな分子量の物質は、これらの塩基性添加剤を含む
反射防止被覆層の熱硬化の間に、蒸発する傾向が小さ
い。
【0024】好ましい高分子量塩基性添加剤は、少なく
とも約100、150、200、250、300、35
0、400、450、500、600、700、80
0、900、1000ダルトンの分子量を有する。より
大きな分子量の添加剤、たとえば少なくとも約120
0、1400、1600、1800、2000、220
0、2400、2600、2800、3000、350
0、4000、4500、5000、6000、700
0、8000、9000、10000、15000、2
0000または30000ダルトンの分子量を有する塩
基性添加剤も好ましい。ポリマー性物質については、本
明細書で言及される分子量はMwである。
【0025】オリゴマー性およびポリマー性の塩基性添
加剤は一般に好ましい。特に好ましくは、ポリマー骨格
に組み込まれているか、またはペンダント部位としての
アミン置換基を有するオリゴマー性およびポリマー性の
物質である。そのようなポリマー性アミン官能基は、好
適には1級、2級、3級、および/または4級アミンで
あることができる。
【0026】本発明の反射防止組成物の好適なオリゴマ
ー性およびポリマー性の塩基性添加剤は、2以上の異な
るモノマーの重合により形成することができる。そのよ
うなモノマーは、モノマーがポリマーの塩基性に寄与す
る場合には塩基または塩基性として特性付けられ、モノ
マーがポリマーの塩基性に寄与しない場合には非塩基と
して特性付けられる。この命名法によれば、好ましいコ
ポリマー塩基性添加剤は、約1から50モル%の塩基性
モノマー、より好ましくは約2から20モル%の塩基性
モノマー、さらにより好ましくは約5から10モル%の
塩基性モノマーを含む。
【0027】ポリマーが上記の塩基性モノマーの1以上
を含むことを条件として、種々のポリマー性物質が塩基
性添加剤として使用できる。たとえば、ポリマー性の塩
基性添加剤は重合された芳香族基、たとえばフェノール
単位(たとえばビニルフェノールの重合により提供され
る)、または任意にヒドロキシ以外で置換されたフェニ
ル単位(たとえば任意に置換されたスチレンまたはアル
ファ−メチルスチレンの重合により提供される);アク
リレートまたはメタアクリレート単位、たとえばアルキ
ルアクリレートまたはアルキルメタアクリレート、たと
えばメタルアクリレート、メチルメタアクリレート、エ
チルアクリレート、エチルメタアクリレート、ブチルア
クリレート、ブチルメタアクリレートなどをはじめとす
るC1− 16アルキルアクリレートおよびメタアクリレ
ート;アクリロニトリルまたはメタアクリロニトリルの
重合により提供されるようなシアノ単位;脂環式単位、
たとえばポリマー骨格に組み込まれているか、またはペ
ンダント部位としての脂環式単位、たとえばアダマンチ
ルアクリレート、アダマンチルメタアクリレート、任意
に置換されたノルボルネン等を含むことができる。
【0028】好ましいポリマー性塩基性物質添加剤は、
珪素原子、より好ましくはシロキサン基(Si−O)を
含む。特に好ましいものはアミノポリシロキサンであ
る。特に好ましい繰り返し単位としては、ジアルキルシ
ロキサン単位、たとえばジ(C 1−12アルキル)シロ
キサン単位、特にはジ(C1−6アルキル)シロキサ
ン、特にはジメチルシロキサン;および1以上の塩基性
官能基で置換されたアルキルシロキサン、特にはアミノ
アルキルシロキサン単位、たとえば1以上の1級、2
級、または3級のアミン基を有する(C1−16アルキ
ル)シロキサン単位であり、(アミノエチルアミノプロ
ピル)メチルシロキサンが特に好ましい。アミン基で置
換されていないジアルキルシロキサン単位を有するコポ
リマーも好ましい。ジアルキルシロキサン単位(好まし
くはジメチルシロキサン単位)およびアミノアルキルシ
ロキサン単位(好ましくは(アミノプロピル)メチルシ
ロキサン単位)の繰り返し単位を含むコポリマー塩基性
添加剤も好ましい。特に好ましいポリマー性塩基性添加
剤としては、以下の式(I)および(II)の構造式
(式中、mおよびnはポリマー中の特定された単位のモ
ル分率を示す)に対応する構造を有するものがあげられ
る。好適にはそのような式(I)および(II)の塩基
性添加剤ポリマーは、約500から50000、より典
型的には約1000または2000から50000のM
wを有する。そのような種々のポリマーはGeles
t,Inc.から商業的に入手できる。
【0029】
【化1】
【0030】上記のように、非ポリマー性の塩基性添加
剤をはじめとする、低分子量の塩基性添加剤も本発明の
反射防止組成物において好適に使用することができる。
たとえば、好適な塩基性添加剤としては、約600ダル
トン未満、より典型的には約500、400、300、
200、150または100ダルトン未満の分子量を有
するものがあげられる。塩基性添加剤は典型的には、少
なくとも約40、50、60、70、80、90、10
0または125ダルトンの分子量を有する。
【0031】非ポリマー性であることができる、好まし
い低分子量塩基性添加剤としては、たとえば上記の基、
すなわち、ヒドロキシ;任意に置換されたアルキル;任
意に置換されたアルケニル;任意に置換されたアルキニ
ル;任意に置換されたアルコキシ;任意に置換された炭
素環式アリール;任意に置換されたアルアルキル;任意
に置換されたヘテロ芳香族またはヘテロ脂環式基などで
ある基で置換されることができる、1級、2級、3級、
および4級アミンをはじめとする、置換されたアミンが
あげられる。
【0032】1級、2級、3級、または4級脂肪族アミ
ンが特に好ましい。たとえば、本発明の反射防止組成物
の塩基性添加剤としては、式(R)(R)RN、
[式中、R、RおよびRは、独立に水素または任
意に置換されたアルキル基、たとえば任意に置換された
1−16アルキル、少なくとも1つのR、Rおよ
びRは水素ではない]を有するものがあげられる。
【0033】低分子量塩基性添加剤は非ポリマー性物質
であってもよく、上記のようなヒドロキシ、エーテル、
またはスルフィド部位を有する化合物のような、アミン
以外のモノであることができる。
【0034】1以上の塩基性添加剤が、本発明の反射防
止組成物中に比較的幅広い範囲の量で存在することがで
きる。好適には、1以上の塩基性添加剤が、上塗りされ
たフォトレジスト層の望ましくないノッチングを禁止す
るか、または実質的に防止するのに十分な量で使用され
る。ポリマー性塩基の適当な量は、かなり幅広く変化す
ることができ、実験的に容易に決定することができる。
典型的な配合物では、ポリマー性塩基を総固形分の約
0.01から約10%、より典型的には総固形分の約
0.05から約2%の範囲の濃度で含むことができる。
本明細書においては、反射防止組成物の「総固形分」の
用語は、溶剤キャリアを除く組成物のすべての成分を言
う。
【0035】反射防止組成物中に使用される塩基性添加
剤の最適量は、塩基性添加剤の特性により変化する。よ
り詳細には、塩基性添加剤が強塩基、たとえば9ないし
10またはより大きなpKa、またはより典型的には1
1、12ないし13またはより大きなpKaを有するで
ある場合には、比較的小量の塩基性添加剤が、効果的な
結果を得るために反射防止組成物中において好適に使用
される。同様に、塩基性添加剤が界面活性剤的な特性を
有し、反射防止組成物被覆層の上部領域に濃縮される場
合には、比較的少量の塩基性添加剤が、反射防止組成物
において好適に使用される。添加剤が1以上の長いアル
キル基、たとえば6個以上の炭素を有する1以上のアル
キル基を有する場合には、塩基性添加剤はそのような界
面活性剤的な特性を示す場合がある。
【0036】本発明の反射防止組成物はまた、上塗りさ
れるフォトレジスト層の望ましくないノッチングを抑制
または実質的に防止するのに十分な量の一以上のフォト
酸生成剤(すなわち「PAG」)を含むことができる。
反射防止組成物中のそのようなフォト酸生成剤の使用
は、米国特許第5,939,236号に開示されてい
る。フォト酸発生剤のこの用途においては、フォト酸生
成剤は、架橋反応を促進するための酸ソース(sour
ce)として使用されない。好ましくは、架橋性ARC
の場合にフォト酸生成剤は反射防止組成物の架橋の間、
実質上活性化しない。特に、熱架橋される反射防止組成
物については、PAGは次の上塗りされたレジスト層の
露光の間に活性化し酸を発生するために、反射防止組成
物PAGは架橋反応の条件では実質的に安定でなければ
ならない。具体的には、好ましいPAGsは、5から3
0分またはそれ以上で、約140または150℃から1
90℃の温度への曝露で実質的に分解または劣化しな
い。
【0037】本発明のARCにおけるそのような用途の
ために一般に好ましいフォト酸発生剤としては、ジ(4
−tert−ブチルフェニル)ヨードニウム ペルフル
オロオクタンスルホネートのようなオニウム塩、1,1
−ビス[p−クロロフェニル]−2,2,2−トリクロ
ロエタンのようなハロゲン化非イオン性フォト酸発生
剤、および本明細書においてフォトレジスト組成物にお
ける使用のために開示された他のフォト酸発生剤があげ
られる。本発明の少なくともいくつかの反射防止組成物
においては、界面活性剤として作用することができ、反
射防止組成物/レジストコーティング層界面近傍の反射
防止組成物層の上部部分の近くに集まることのできる反
射防止組成物フォト酸発生剤が好ましい。たとえば、そ
のような好ましいPAGは1以上の長い脂肪族基、たと
えば4個以上の炭素、好ましくは6から15またはそれ
以上の炭素を有する置換または非置換のアルキルまたは
脂肪族基、または1または好ましくは2またはそれ以上
のフルオロ置換基を有するC 1−15アルキルまたはC
2−15アルケニルのようなフッ素化基を有することが
できる。
【0038】本発明の好ましい態様においては、反射防
止組成物は塩基性添加剤とフォト酸発生剤の両方を含
む。フォト酸発生剤は反射防止組成物において比較的幅
広い範囲の量で好適に使用することができる。フォト酸
発生剤の好ましい量は、後述の実施例の組成により例示
される。好適な量は、米国特許第5,939,236号
にも開示されている。上記のように、反射防止組成物は
好適に樹脂成分と、塩基性添加剤物質を含むことができ
る。好適な樹脂成分は、上塗りされた樹脂層をイメージ
するために使用される放射線の望ましくない反射を吸収
するために発色団を含むことができる。
【0039】ディープUV用(すなわち上塗りされたレ
ジストがディープUV線でイメージされる)、として
は、反射防止組成物のポリマーは、ディープUV範囲
(典型的には約100から300nm)において反射を
吸収することが好ましい。従って、ポリマーは、ディー
プUV用発色団(deep UV chromopho
res)単位、すなわちディープUV放射線を吸収する
単位を含むことが好ましい。強い共役成分は一般的に適
当な発色団である。芳香族、特に多環式炭化水素または
複素環式ユニット、はディープUV発色団として典型的
に好ましい。例えば、それぞれの環が3員環から8員環
であり、および窒素、酸素または硫黄元素が各環に0か
ら3つある、2から3または4つの縮合環または別個の
環を有する基があげられる。そのような発色団には、任
意に置換されたフェナントリル、任意に置換されたアン
トラシル(anthracyl)、任意に置換されたア
クリジン(acridine)、任意に置換されたナフ
チル(naphthyl)、任意に置換されたキノリニ
ル(quinolinyl)、およびヒドロキシキノリ
ニル基のような環置換キノリニルが含まれる。塗りされ
たレジストの248nmでのイメージンクのためには、
任意に置換されたアントラシル基が特に好ましい。好ま
しい樹脂バインダーはペンダントアントラセン基を持
つ。好ましい反射防止組成物樹脂には、Shipley
Companyのヨーロッパで公開された出願第81
3114号A2の第4ページに開示されている式1のよ
うなものが含まれる。
【0040】他の好ましい樹脂バインダーは、任意に置
換されたキノリニル、またはヒドロキシキノリニルのよ
うな1以上の窒素、酸素または硫黄元素を有するキノリ
ニル誘導体を含む。ポリマーは、カルボキシのような単
位および/またはポリマーの主鎖にペンダントしている
アルキルエステル単位を含むことができる。特に好まし
い反射防止組成物樹脂は、このような単位を含むアクリ
ルポリマーであり、たとえばShipley Comp
anyのヨーロッパで公開された出願第813114号
A2の4から5ページに開示されている式2の樹脂のよ
うなものである。
【0041】193nmにおいて画像形成するために、
ARC組成物は、好ましくは、フェニル発色団単位を有
する樹脂を含む。例えば、193nmで画像形成するフ
ォトレジストと共に使用するために好ましいARC樹脂
の一つは、スチレン、2−ヒドロキシエチルメタクリレ
ートおよびメチルメタクリレートの重合単位から成るタ
ーポリマー(30:38:32モル比)である。このよ
うなフェニル樹脂及びARC組成物における使用は、S
hipley Companyに譲渡されたアメリカ特
許出願(出願番号09/153、575、1998年出
願)、および対応するヨーロッパ出願EP87600A
1に開示されている。
【0042】本発明の反射防止組成物の好ましい樹脂
は、約1,000から10,000,000ダルトン、
より典型的には約5,000から約1,000,000
ダルトンの重量平均分子量(Mw)、および約500か
ら約1,000,000ダルトンの数平均分子量(M
n)を有する。本発明のポリマーのMwおよびMnの分
子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによ
り好適に決定される。そのような吸収性発色団を有する
反射防止組成物樹脂バインダーは一般的に好適である
が、本発明の反射防止組成物は、コレジン(co−re
sin)または単独の樹脂バインダー成分として他の樹
脂を含むことができる。例えば、ポリ(ビニルフェノー
ル)およびノボラックのような、フェノール類が使用で
きる。そのような樹脂は、Shipley Compa
nyのヨーロッパ特許出願EP542008に開示され
ている。フォトレジスト樹脂バインダーとして以下に述
べる他の樹脂も本発明の反射防止組成物の樹脂バインダ
ー成分として使用することができる。
【0043】本発明の反射防止組成物のそのような樹脂
成分の濃度は比較的広い範囲において変化することがで
きる。一般的に樹脂バインダーは、反射防止組成物の乾
燥成分全体の約50から95重量パーセントの濃度にお
いて使用される。より典型的には、全乾燥成分(溶媒キ
ャリアを除いた全ての成分)の約60から90重量パー
セントである。本発明の架橋型反射防止組成物は、更な
る架橋剤成分も含んでいる。参考としてここに組み込ま
れるShipleyのヨーロッパ特許出願第54200
8号に開示されている反射防止組成物架橋剤をはじめと
して様々な架橋剤が使用されることができる。例えば、
適当な反射防止組成物架橋剤としては、America
n Cyanamidによって製造され、Cymel3
00、301、303、350、370、380、11
16および1130の商標で販売されているようなメラ
ミン樹脂を含むメラミン物質のようなアミンベースの架
橋剤が挙げられる。American Cyanami
dから入手できるグリコールウリル(glycolur
ils)をはじめとするグリコールウリル類が特に好適
である。Cymel1123および1125の名前でA
merican Cyanamidから入手可能なベン
ゾグアナミン樹脂、およびBeetle60、65およ
び80の名前でAmerican Cyanamidか
ら入手できる尿素樹脂のような樹脂を含むベンゾグアナ
ミン(benzoquanamines)および尿素ベ
ースの物質もまた適当である。商業的に入手可能なもの
に加えて、このようなアミンベースの樹脂は、例えばア
ルコール含有溶液中でのホルムアルデヒドとアクリルア
ミドまたはメタクリルアミドのコポリマーとの反応によ
り、あるいはN−アルコキシメチルアクリルアミドまた
はメタクリルアミドと他の適当なモノマーとのコポリマ
ー化によって調製することができる。
【0044】メトキシメチレート化グリコールウリルの
ような低塩基度の反射防止組成物架橋剤は、特に好まし
い。特に好ましい架橋剤は次式(III)に示されるメ
トキシメチレート化グリコールウリルであり、後述の実
施例においてはPowderlink 1174と呼ば
れる。
【0045】
【化2】
【0046】このメトキシメチレート化グリコールウリ
ルは公知の手段により調製することができる。この化合
物はまた、Powderlink1174の商標でAm
erican Cyanamid Co.から商業的に
入手できる。他の好適な低塩基度の架橋剤には、ヒドロ
キシ化合物、特に一以上のヒドロキシまたはC1−8
ドロキシアルキル置換基のようなヒドロキシアルキル置
換基を有するフェニルまたは他の芳香族基のような多官
能性化合物を含む。近接する(1−2個の環内元素)ヒ
ドロキシ及びヒドロキシアルキル置換基を有する、ジ−
メタノールフェノール(C(CHOH)
H)および他の化合物、特に一以上のメタノールまたは
他のヒドロキシアルキル環置換基、およびそのようなヒ
ドロキシアルキル置換基と近接する少なくとも1のヒド
ロキシを有する、フェニルまたは他の芳香族化合物のよ
うなフェノール化合物は、一般的に好ましい。
【0047】本発明の反射防止組成物で使用されるメト
キシメチレート化グリコールウリルのような低塩基度の
架橋剤は、上塗りされたフォトレジストのレリーフイメ
ージのフッティング(footing)またはアンダー
カット(undercutting)の著しい減少(S
EM試験)をはじめとする、優れたリソグラフィー動作
特性を提供することが発見された。一般的に本発明の反
射防止組成物の架橋剤成分は、反射防止組成物の全固形
分(溶媒キャリアを除くすべての成分)の5から50重
量パーセントの量で存在する。さらに典型的には、全固
形分の約7から25重量パーセントの量で存在する。
【0048】本発明の架橋性反射防止組成物は、反射防
止組成物の被覆層を硬化する間に架橋を促進させまたは
触媒するために、さらに酸または熱酸発生化合物を含む
ことが好ましい。様々な公知の熱酸発生剤、例えば、
2,4,4,6−テトラブロモシクロヘキサジエノン
(2,4,4,6−tetrabromocycloh
exadienone)、ベンゾイントシレート(be
nzoin tosylate)、4−ニトロベンジル
トシレート及び他の有機スルホン酸のアルキルエステ
ル、が好適に使用される。活性化により硫酸を発生する
化合物が一般に好ましい。典型的に、熱酸発生剤は、組
成物の全乾燥成分の約0.1から10重量パーセントの
濃度で反射防止組成物に存在する。より好ましくは、全
乾燥成分の約2重量パーセントである。
【0049】上記のように、熱酸発生剤よりも、酸の方
が、反射防止組成物に簡単に配合することができる。特
に、反射防止組成物の使用の前に酸が組成物成分の望ま
しくない反応を促進しないようにするため、酸の存在中
で硬化のためには加熱を必要とする反射防止組成物にお
いて配合される。好適な酸には、例えば、トルエンスル
ホン酸、メタンスルホン酸、トリフリック酸(trif
lic acid)のようなスルホン酸のような強酸
等、またはこれらの混合物が含まれる。
【0050】本発明はまた、フォトレジスト組成物と使
用する際には有意の架橋をしない反射防止組成物を含
む。そのような非架橋性反射防止組成物は、本明細書記
載のフォト酸生成剤を含むが、架橋剤成分、または架橋
反応を誘起または促進するための酸または熱酸発生剤を
含む必要はない。言い換えると、そのような非架橋性反
射防止組成物は、典型的に、架橋剤成分および/または
熱酸発生剤が完全にないか、または本質的にない。
【0051】本発明の反射防止組成物はまた、上塗りさ
れたフォトレジスト層の露光に使用される放射線を吸収
する染料化合物をさらに含むことができる。他の任意の
添加物は、表面平滑剤、例えば、Union Carb
ideからSilwet7604の商品名で入手できる
平滑剤、または3M Companyから入手できる界
面活性剤FC171またはFC431、を含む。
【0052】液状被覆組成物を作るためには、反射防止
組成物の成分を適当な溶剤に溶解する。例えば、エチル
ラクテートまたは2−メトキシエチルエーテル(dig
lyme)、エチレングリコールモノメチルエーテル、
およびプロピレングリコールモノメチルエーテルのよう
な一以上のグリコールエーテル;メトキシブタノール、
エトキシブタノール、メトキシプロパノールおよびエト
キシプロパノールのようなエーテルおよびヒドロキシ部
位の両者を有する溶剤;メチルセロソルブアセテート、
エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモ
ノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコール
モノメチルエーテルアセテートのようなエステルおよび
二塩基エステル、プロピレンカーボネートおよびガンマ
−ブチロラクトンのような他の溶剤が適当である。溶剤
における乾燥成分の濃度は、塗布の方法のようないくつ
かの要因により変化する。一般的には、反射防止組成物
の固形分含有量は、反射防止組成物の全重量の約0.5
から20重量パーセントの間で変化する。好ましくは、
固形分含有量は、反射防止組成物の全重量の約2から1
0重量パーセントの間で変化する。
【0053】様々なフォトレジスト組成物が、本発明の
反射防止組成物とともに使用することができる。該フォ
トレジスト組成物には、ポジ型およびネガ型のフォト酸
発生組成物が含まれる。本発明の反射防止組成物と共に
使用されるフォトレジストは、概して、樹脂バインダー
とフォト活性成分、典型的には、フォト酸発生剤化合物
を含む。好ましくは、フォトレジスト樹脂バインダー
は、画像形成されたレジスト組成物にアルカリ水溶液現
像能を付与するための官能基を有する。
【0054】上記のように、本発明の反射防止組成物に
使用するのに特に好ましいフォトレジストは、化学増幅
レジストであり、特にポジ型化学増幅レジスト組成物で
あって、レジスト層中の光活性化された酸が1以上の組
成物の成分のデプロテクションタイプの反応を誘起し、
それによりレジストコーティング層の露光された領域と
露光されない領域との間の溶解性の差をもたらすもので
ある。
【0055】多くの化学的増幅レジスト組成物が、例え
ば米国特許4,968,581;4,883,740;
4,810,613;4,491,628および5,4
92,793に記載されている。これらのすべては、化
学的増幅ポジ型レジストの製造および使用の示唆のため
の参考文献としてここに組み入れられる。本発明の反射
防止組成物と共に使用することに特に好ましい化学的増
幅フォトレジストは、フォト酸発生剤および、フェノー
ル系および非フェノール系単位の両方を含むコポリマー
を含む樹脂バインダーの混合物を含む。例えば、このよ
うなコポリマーの一つの好ましい群は、実質的に、本質
的にまたは完全にコポリマーの非フェノール系単位にの
み酸レイビル基(acid labile grou
p)を有する。一つの特に好ましいコポリマーバインダ
ーは、次式の繰り返し単位xおよびyを有する:
【0056】
【化3】
【0057】ここで、ヒドロキシ基はコポリマーの全体
にわたりオルト、メタまたはパラの位置で存在し、R’
は1から約18の炭素原子を有する置換または非置換ア
ルキル、より一般的には、1から約6または8の炭素原
子を有する。Tert−ブチルが一般的に好ましいR’
基である。R’基は任意に、例えば、一以上のハロゲン
(特にF、ClまたはBr)、C1−8アルコキシ、C
2−8アルケニル等によって置換されることができる。
単位xおよびyは、コポリマー中で規則正しく交互に、
またはポリマーを通じてランダムに存在することができ
る。そのようなコポリマーは容易に形成することができ
る。例えば、上記の式の樹脂については、ビニルフェノ
ールとt−ブチルアクリレート等のような置換または非
置換のアルキルアクリレートを当業者に知られているフ
リーラジカル条件の下で重合させることができる。置換
エステル部分、すなわちR’−O−C(=O)−、アク
リレートの部分は、樹脂の酸レイビル基として作用し、
樹脂を含んでいるフォトレジストの被覆層の露光でフォ
ト酸に誘起された開裂を生ずる。好ましくは、コポリマ
ーは約8,000から約50,000の分子量、より好
ましくは、約15,000から約30,000の分子量
(Mw)を有するとともに、約3以下の分子量分布、よ
り好ましくは、2以下の分子量分布を有する。非フェノ
ール性樹脂、例えば、t−ブチルアクリレートまたはt
−ブチルメタクリレートのようなアルキルメタクリレー
トとビニルノルボルニル(vinyl norborn
yl)またはビニルシクロヘキサノール化合物のような
ビニルアリシクリック(vinyl alicycli
c)とのコポリマー、は本発明の組成物中の樹脂バイン
ダーとして使用することができる。そのようなコポリマ
ーはそのようなフリーラジカル重合または他の公知の手
段により調製されることができる。該コポリマーは、好
適には約8,000から約50,000の分子量(M
w)、および約3以下の分子量分布を有する。さらなる
好ましい化学的増幅ポジ型レジストは、Sinta e
t alの米国特許5,258,257に開示されてい
る。
【0058】上記のように、反射防止組成物は、フォト
酸の存在下でデブロッキングを起こすアセタール基を有
するポジ型化学増幅フォトレジストとともに好適に使用
することもできる。そのようなアセタールベースのレジ
ストは、たとえば米国特許第5,929,176号、お
よび6,090,526号に開示されている。
【0059】本発明の反射防止組成物はまた他のポジ型
レジストと使用することができる。ヒドロキシまたはカ
ルボキシレートのような極性官能基を有する樹脂バイン
ダーを含む組成物を含む。該樹脂バインダーは、アルカ
リ水溶液でレジストが現像できるようにするのに十分な
量でレジスト組成物に使用される。一般的に好まれるレ
ジスト樹脂バインダーは、ノボラック樹脂として当業者
に知られているフェノールアルデヒド縮合物、アルケニ
ルフェノールのホモおよびコポリマーおよびN−ヒドロ
キシフェニル−マレイミドのホモおよびコポリマーを含
むフェノール樹脂である。
【0060】フェノールおよび非芳香族環状アルコール
単位を含むコポリマーも、本発明のレジストとして好ま
しい樹脂バインダーであり、これはノボラックまたはポ
リ(ビニルフェノール)樹脂の部分水素化により好適に
調製することができる。そのようなコポリマーおよびそ
れらのフォトレジスト組成物中での使用は、Thack
erayらの米国特許第5,128,232号に開示さ
れている。本発明の反射防止組成物と共に使用するため
の好ましいネガ型レジスト組成物は、酸に暴露すること
で硬化し、架橋しまたは固まる(harden)物質お
よびフォト酸発生剤の混合物を含む。
【0061】特に好ましいネガ型レジスト組成物は、フ
ェノール系樹脂のような樹脂バインダー、架橋剤成分お
よび本発明の光活性成分を含む。このような組成物およ
びその使用法については、Thackeray et
alの欧州特許出願0164248および023297
2および米国特許第5、128、232に開示されてい
る。樹脂バインダー成分として使用するのに好ましいフ
ェノール系樹脂は、上述したようなノボラック類および
ポリ(ビニルフェノール)類を含む。好ましい架橋剤に
は、メラミンをはじめとするアミンベースの物質、グリ
コールウリル、ベンゾグアナミンベースの物質および尿
素ベースの物質を含む。メラミンホルムアルデヒド樹脂
が一般的にもっとも好ましい。このような架橋剤は、商
業的に入手できる。例えば、メラミン樹脂は、Amer
ican CyanamidよりCymel300、3
01および303の商品名で売られている。グリコール
ウリル樹脂は、American Cyanamidよ
りCymel1170、1171、1172、Powd
erlink1174の商品名で販売されている。尿素
ベース樹脂は、Beetle60、65、および80の
商品名で販売され、ベンゾグアナミン樹脂はCymel
1123および1125の商品名で販売されている。
【0062】本発明の反射防止組成物と共に使用される
適当なフォト酸発生剤化合物は、ここで参照され一部と
して取り込まれる米国特許4442197、46031
01、および4624912に開示されているもののよ
うなオニウム塩;およびThackeray et a
lの米国特許5128232に開示されるハロゲン化光
活性成分及びスルホネート化エステルおよびスルホニル
オキシケトンのようなスルホン酸塩フォト酸発生剤のよ
うな非イオン性有機光活性化合物を含む。ベンゾイント
シレート、t−ブチルフェニル アルファ−(p−トル
エンスルフォニルオキシ)−アセテートおよびt−ブチ
ル アルファ−(p−トルエンスルフォニルオキシ)−
アセテートをはじめとする適当なスルホン化PAGSを
開示する、J. of Photopolymer S
cience and Technology,4
(3):337―440(1991)を参照のこと。好
ましいスルホン酸塩PAGsはまた、Sinta et
alの米国特許第5、344、742号にも開示され
ている。上記のカンファースルホネートPAGs1およ
び2は、本発明の反射防止組成物とともに使用されるレ
ジスト組成物のための好ましいフォト酸発生剤であり、
特に、本発明の化学的増幅樹脂において好ましい。
【0063】本発明の反射防止組成物と共に使用される
フォトレジストはまた、他の物質を含むことができる。
例えば、他の任意の添加物として、アクチニック(ac
tinic)およびコントラスト染料(contras
t dyes)、耐光条剤(anti−atriati
on agent)、可塑剤、スピードエンハンサー
(speed enhancers)等を含む。このよ
うな任意の添加物は、例えば、レジストの乾燥成分の全
重量の5から30重量パーセントの量の様な比較的に大
きな濃度で存在する充填剤(fillers)及び染料
以外は、典型的には、フォトレジスト組成物中では少な
い濃度で存在する。
【0064】適当なグリコールウリルのような低塩基性
架橋剤を含む本発明の反射防止組成物は、露光において
トリフリック酸、カンファースルホネート、または他の
スルホン酸、または25℃で約2以下のpKaを有する
他の酸のような強酸光生産物を発生するフォトレジスト
に特に有用である。理論により拘束されるものではない
が、本発明の反射防止組成物はそのような強酸レジスト
とともに使用すると特に効果的である。なぜなら、より
塩基性の架橋剤を含む反射防止組成物に比較して、フォ
ト発生された強酸はレジストから移動し、反射防止組成
物層中にとどまるる量がより少なくなるからである。す
なわち、本発明の塩基性の低い架橋剤は、より塩基性の
反射防止組成物架橋剤よりも、上塗りされたレジスト層
のフォト発生された強酸をより少ない程度に拘束する。
その結果、レジスト層からの酸の損失はほとんど起こら
ず、フッティングのような解像度の問題がさらに減少さ
れる。
【0065】任意に置換されることができる種々の置換
基および物質(塩基性物質、樹脂など)が、たとえばハ
ロゲン(F、Cl、Br、I);ニトロ;ヒドロキシ;
アミノ;C1−8のようなアルキル;C2−8アルケニ
ルのようなアルケニル;C −8アルキルアミノのよう
なアルキルアミノ;フェニル、ナフチル、アントラセニ
ルなどのような炭素環式アリール等により、1以上の利
用可能な位置で好適に置換されることができる。
【0066】使用において、本発明の反射防止組成物
は、スピンコーティングのような様々な方法により基体
に被覆層として適用される。一般に、反射防止組成物
は、約0.02から0.5μmの間の乾燥膜厚で基体上
に適用される。好ましくは、約0.04から0.20μ
mの乾燥膜厚である。基体は、フォトレジストを使用す
るプロセスにおいて使用されるいずれの基体でも適当で
ある。例えば、基体は、シリコン、二酸化シリコンまた
はアルミニウム−酸化アルミニウムマイクロエレクトロ
ニックウェーハであることができる。ガリウム砒素、セ
ラミック、石英または、銅基体もまた使用できる。液晶
ディスプレイまたは他のフラットパネルディスプレイ用
途に使用される基体もまた、好適に使用される。例え
ば、ガラス基体、インジウム スズ酸化物被覆基体等が
ある。光学および光学−電子ディバイス(たとえば導波
管(waveguides))の基体もまた使用され
る。
【0067】反射防止被覆層は、その上にフォトレジス
ト組成物が適用される前に硬化されることが好ましい。
硬化条件は、反射防止組成物の成分により変化する。従
って、組成物が酸又は熱酸発生剤を含まない場合、硬化
温度および条件は、酸または酸発生剤化合物を含んでい
る組成物のそれよりもよりも激しくなる。典型的な硬化
条件は、約0.5から40分間で約120℃から225
℃である。硬化条件は、反射防止組成物被覆層をアルカ
リ水溶現像液およびフォトレジストの溶媒にも実質的に
不溶性とするようなものが望ましい。
【0068】このような硬化の後、フォトレジストは反
射防止組成物の表面上に適用される。反射防止組成物の
適用と同じように、フォトレジストはスピニング、ディ
ッピング、メニスカス(meniscus)またはロー
ルコーティングのような任意の標準的な手段により適用
され得る。適用に続いて、フォトレジスト被覆層は、典
型的には、溶剤を除去するため、好ましくはレジスト層
が非粘着性になるまで加熱される。最適なものとして、
反射防止組成物層とフォトレジスト層との混合は、本質
的に起きない。
【0069】その後、レジスト層は、慣用方法によりマ
スクを通して活性化放射線で画像形成される。露光エネ
ルギーは、反射防止組成物層の厚さ方向の少なくとも一
部のフォト酸発生剤を活性化するとともに、レジストシ
ステムのフォト活性化合物を活性化し、レジスト被覆層
にパターン化された画像を提供するために反射防止組成
物のPAGから光発生した酸が、反射防止組成物/レジ
スト被覆層の境界面に存在するのに十分なものである。
露光エネルギーは、典型的には、約3から300mJ/
cmの範囲であり、これは、いくぶん露光装置および
使用した具体的なレジストおよび用いられたレジストの
使用方法による。
【0070】被覆層の露光された範囲と露光されなかっ
た範囲の間の溶解度の違いを発生させ、または大きくす
ることを望む場合、露光されたレジスト層は、露光後ベ
ーク(post−exposure bake)にさら
されることができる。例えば、ネガ型酸硬化フォトレジ
ストは、典型的には、酸促進架橋反応を生じさせために
露光後加熱を必要とする、多くの化学的増幅ポジ型レジ
ストは、酸促進されるデプロテクション反応(depr
otection reaction)を誘起するため
に露光後加熱を必要とする。典型的には、露光後ベーク
条件は、約50℃以上の温度、より詳しくは、約50℃
から160℃の範囲の温度である。
【0071】露光されたレジスト被覆層は、その後、現
像される。好ましくは、テトラブチルアンモニウム、ハ
イドロオキサイド、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリ
ウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア水溶液等で例
示される無機アルカリのような水性塩基現像液で現像さ
れる。別法として、有機現像液も使用することができ
る。一般に、現像は、当業者に知られた方法にしたがっ
て行われる。現像に続いて、酸硬化フォトレジストの最
終ベークが、約100から150℃の温度で、数分間行
われる。これにより、現像され露光された被覆層の領域
がさらに硬化する。
【0072】現像された基体は、その後、フォトレジス
トのない基体の領域において選択的に処理が行われる。
例えば、当業者に公知の方法に従って、フォトレジスト
の無い基体領域に化学エッチングまたはメッキをする。
適当なエッチャントとしては、フッ化水素酸エッチング
液および酸素プラズマエッチのようなプラズマガスエッ
チがあげられる。プラズマガスエッチは、架橋されたア
ンチハレーション被覆層を除去することができる。
【0073】ここに示した文献の全ては、本明細書の一
部として参照されるる。次の制限的でない実施例は、本
発明を例示する。
【0074】実施例1 好ましい反射防止組成物樹脂バインダーの調製 ヒドロキシエチルメタアクリレート(HEMA)/メチ
ルアントラセンメタアクリレート(ANTMA)コポリ
マーが以下の通り調製された。マグネチックスターラ
ー、凝縮器、窒素および真空インレットを設けた300
mlの3つ口丸底フラスコに、16.0g(0.122
9モル)のHEMA(蒸留により精製された)、8.4
9g(0.0307モル)のメチルアントラセンメタア
クリレート、0.2449g(1重量%)のAIBN、
および180mlのTHFを加えた。反応フラスコは窒
素でパージしながら、液体窒素中で急冷された。反応フ
ラスコの内容物が凍結したとき、フラスコを脱気し、つ
いで窒素でパージした(3回)。反応混合物を還流下に
18時間撹拌した。淡黄色のポリマーを3000mlの
エーテル中に沈殿させ、濾過し、真空下に50℃で乾燥
し(収率86%)、HEMA/ANTMAコポリマーを
得た。コポリマーは81モル%の−CHC(CH
(COCHCHOH)−単位と、19モル%の−
CHC(CH)(COCH−9−アントラセ
ン)単位を有し、Mnは2295、Mwは19150で
あり、Tgは101℃であった。
【0075】実施例2 ポリマー性塩基を含む反射防止材料の調製 以下を容器に入れ、溶解することにより、反射防止組成
物を調製した。0.807gの実施例1のポリマー 0.101gのPowderlink 1174架橋剤
(AmericanCyanamid社製) 0.00460gのp−トルエンスルホン酸 0.008gのAMS−162(ジメチルシリコン:ア
ミノプロピルメチルシリコンの93:7のコポリマー、
Gelest Corporation製) 39.08gのプロピレングリコール モルメチルエー
テル 溶液をついで0.2ミクロンのポアを有するフィルター
でろ過し、清浄なボトルへ入れた。
【0076】実施例3 ポリマー性塩基とフォト酸発生剤を含む反射防止材料の
調製 以下を容器に入れ、溶解することにより、反射防止組成
物を調製した。 0.807gの実施例1のポリマー 0.101gのPowderlink 1174架橋剤
(AmericanCyanamid社製) 0.00276gのp−トルエンスルホン酸 0.00920gのAMS−162(ジメチルシリコ
ン:アミノプロピルメチルシリコンの93:7のコポリ
マー、Gelest Corporation製) 0.00580gのビス(2,4−ジメチルフェニル)
ジアゾメタンジスルホン、製品名DAM−105(Mi
dori Corp,日本製) 39.08gのプロピレングリコール モルメチルエー
テル 溶液をついで0.2ミクロンのポアを有するフィルター
でろ過し、清浄なボトルへ入れた。
【0077】実施例4 ポリマー性塩基、低分子量塩基、およびフォト酸発生剤
を含む反射防止材料の調製 以下を容器に入れ、溶解することにより、反射防止組成
物を調製した。 49.77gの実施例1のポリマー 6.27gのPowderlink 1174架橋剤
(American Cyanamid社製) 0.171gのp−トルエンスルホン酸 0.456gのAMS−162(ジメチルシリコン:ア
ミノプロピルメチルシリコンの93:7のコポリマー、
Gelest Corporation製) 0.258gのビス(2,4−ジメチルフェニル)ジア
ゾメタンジスルホン、製品名DAM−105(Mido
ri Corp,日本製) 0.0470gのトリエチルアミン 2443gのプロピレングリコール モルメチルエーテ
ル 溶液をついで0.2ミクロンのポアを有するフィルター
でろ過し、清浄なボトルへ入れた。
【0078】比較例1 塩基性添加剤成分を含まない反射防止物質の調製 以下を容器に入れ、溶解することにより、反射防止組成
物を調製した。 97.9gの、実施例1のポリマーの1:1のエチルラ
クテート:プロピレングリコール エーテルアセテート
溶剤中の12.75%溶液 1.56gのPowderlink 1174架橋剤
(American Cyanamid社製) 0.04332gのp−トルエンスルホン酸 0.0708gの、ビス(tert−ブチルフェニル)
カンファースルホネート 85.42gの、1:1のエチルラクテート:プロピレ
ングリコール メチルエーテルアセテート溶剤 溶液をついで0.2ミクロンのポアを有するフィルター
でろ過し、清浄なボトルへ入れた。
【0079】比較例2 非塩基性の添加剤成分を含む反射防止物質の調製 以下を容器に入れ、溶解することにより、反射防止組成
物を調製した。 38.52gの、実施例1のポリマー 12gの、レゾルシノールとビス−メチロール−p−ク
レゾール(その92%がビス(レゾルシノール−メチレ
ン)p−クレゾールである)の縮合生成物 9.00gのPowderlink 1174架橋剤
(American Cyanamid社製) 0.300gの、ビス(tert−ブチルフェニル)カ
ンファースルホネート0.180gのp−トルエンスル
ホン酸 940gの、5:3:2のプロピレングリコール メチ
ルエーテルアセテート:1−エトキシ−2−プロパノー
ル:アニソール 溶剤ブレンド 溶液をついで0.2ミクロンのポアを有するフィルター
でろ過し、清浄なボトルへ入れた。
【0080】比較例3 非塩基性の添加剤成分および非塩基性の界面活性剤を含
む反射防止物質の調製以下を容器に入れ、溶解すること
により、反射防止組成物を調製した。 12.64gの、実施例1のポリマー 3.06gの、レゾルシノールとビス−メチロール−p
−クレゾール(その92%がビス(レゾルシノール−メ
チレン)p−クレゾールである)の縮合生成物 2.16gのPowderlink 1174架橋剤
(American Cyanamid社製) 0.09gの、ビス(tert−ブチルフェニル)カン
ファースルホネート 0.101gのFC430界面活性剤(3Mカンパニー
製) 0.0540gのp−トルエンスルホン酸 214gの、プロピレングリコール メチルエーテルア
セテート 70.03gの2−メチルブタノール 溶液をついで0.2ミクロンのポアを有するフィルター
でろ過し、清浄なボトルへ入れた。
【0081】比較例4 非塩基性のポリマー性添加剤成分および非塩基性の界面
活性剤を含む反射防止物質の調製 以下を容器に入れ、溶解することにより、反射防止組成
物を調製した。 5.813gの、実施例1のポリマー 0.155gのPowderlink 1174架橋剤
(AmericanCyanamid社製) 0.00250gのFC430界面活性剤(3Mカンパ
ニー製) 0.0345gのFC520(3Mカンパニー製) 酸
触媒 0.363gのポリ(ヒドロキシスチレン)(Maru
zen Corporation製) 83.31gの、プロピレングリコール メチルエーテ
ルアセテート 49.98gの1−エトキシ−2−プロパノール 33.326gのアニソール 溶液をついで0.2ミクロンのポアを有するフィルター
でろ過し、清浄なボトルへ入れた。
【0082】比較例5 以下を容器に入れ、溶解することにより、反射防止組成
物を調製した。 59.82gの、実施例1のポリマー 8.97gのPowderlink 1174架橋剤
(American Cyanamid社製) 0.300gのp−トルエンスルホン酸 2930gの、プロピレングリコール モノメチルエー
テル 溶液をついで0.2ミクロンのポアを有するフィルター
でろ過し、清浄なボトルへ入れた。
【0083】試験方法および結果 2つの異なるタイプのフォトレジストが、上記の反射防
止組成物とともに試験された。第1のレジスト(レジス
ト1と呼ぶ)は、フォト酸発生剤およびフェノール単位
とフォト酸デブロッキング t−ブチル(メタ)アクリ
レート単位を含む樹脂とを含む。第2のフォトレジスト
(レジスト2と呼ぶ)は、フォト酸発生剤化合物および
アセタールタイプのフォト酸デブロッキング基を含む樹
脂とを含む。TEL MARK 8 自動ウエハートラ
ックを使用し、上記の実施例および比較例の反射防止組
成物のそれぞれで、複数のシリコンウエハーをスピンコ
ートした。反射防止フィルムはついで表1に示した温度
範囲で、ホットプレートのすぐ上でベークした。スピン
スピードはベーク後に約60nmのフィルム厚さとなる
ように選択された。レジスト1およびレジスト2が、つ
いで反射防止フィルムの上に塗布され、ベークされ、A
SM deep−UVウエハーステッパーで露光され、
露光後ベークを行い、ついで0.26Nのテトラメチル
アンモニウムハイドロオキサイド現像液で、60秒のス
プレーパドルプロセスを用いて現像した。レジスト1は
130℃/60秒のプリベークおよび130℃/90秒
の露光後ベークを行った。レジスト2は90℃/60秒
のプリベークおよび110℃/90秒の露光後ベークを
行った。
【0084】
【表1】
【0085】表1に示された結果では、実施例3および
実施例4のプロファイル形状は、反射防止フィルムベー
ク温度の関数として著しく変化した。実施例3および実
施例4についての最適な反射防止フィルムベーク条件
は、レジスト1を使用した場合には145℃であり、レ
ジスト2を使用した場合には150℃であった。
【0086】得られたプロファイルはついで高圧断面操
作電子顕微鏡により評価した。レジスト露光量および焦
点は、レジストのライン幅をマスキングのライン幅(縮
小後)とほぼ等しくなるようにしながら、最も良好なプ
ロファイル形状(できるだけ平坦なレジスト表面とほぼ
垂直なサイドウォール)が得られるように調節された。
【0087】
【表2】
【0088】表2に示された結果に関し、「良好」なプ
ロファイルとは、反射防止フィルム/レジスト界面で、
フレアリング(flaring)、フッティングまたは
アンダーカットがほとんどないレジスト形状をいう。
「フッティングがある」プロファイルとは、フレアリン
グまたは、反射防止フィルム/レジスト界面で、レジス
ト形状の底部からの隆起の存在を言う。「アンダーカッ
トがある」プロファイルとは、ノッチの存在または、反
射防止フィルム/レジスト界面で、レジスト形状が狭く
なっていることを言う。
【0089】本発明の以上の説明は例示にすぎず、種々
の変更や改良が本発明の思想の範囲内で行われることが
できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03F 7/039 601 G03F 7/039 601 H01L 21/027 H01L 21/30 574 (71)出願人 596156668 455 Forest Street,Ma rlborough,MA 01752 U. S.A (72)発明者 マニュエル・ドカント アメリカ合衆国マサチューセッツ州01776, ストートン,アトキンソン・アベニュー・ 59 (72)発明者 エドワード・ケイ・パベルチェク アメリカ合衆国マサチューセッツ州01775, ストー,オールド・ボルトン・ロード・ 102 Fターム(参考) 2H025 AA02 AA03 AB16 AC04 AC08 AD03 BE00 BE10 BG00 CB41 DA34 DA40 FA10 4F100 AK01B AK01K AR00C AT00A BA03 BA07 BA10A BA10C CA02B GB41 JA07B JB14C JN06B YY00B 4J038 CC091 CG141 CG161 DA161 DA171 DL081 GA02 GA03 GA09 GA13 JC13 KA03 KA06 MA14 PA17 PA18 5F046 PA07

Claims (44)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】塩基性物質および架橋剤を含む反射防止組
    成物層、および該反射防止組成物層の上のフォトレジス
    ト層、を含む被覆された基体。
  2. 【請求項2】塩基性物質が約3以上のpKaを有する、
    請求項1記載の基体。
  3. 【請求項3】塩基性物質が約6以上のpKaを有する、
    請求項1記載の基体。
  4. 【請求項4】塩基性物質が約9以上のpKaを有する、
    請求項1記載の基体。
  5. 【請求項5】塩基性物質が1以上のN、OまたはS原子
    を含む、請求項1から4のいずれか1項記載の基体。
  6. 【請求項6】塩基性物質が1以上のアミン基を含む、請
    求項1から5のいずれか1項記載の基体。
  7. 【請求項7】塩基性物質が1以上のヒドロキシ基、エー
    テル基、またはスルフィド基を含む、請求項1から6の
    いずれか1項記載の基体。
  8. 【請求項8】塩基性物質が約500未満の分子量を有す
    る、請求項1から7のいずれか1項記載の基体。
  9. 【請求項9】塩基性物質がポリマー物質である、請求項
    1から7のいずれか1項記載の基体。
  10. 【請求項10】反射防止組成物が架橋されている、請求
    項1から9のいずれか1項記載の基体。
  11. 【請求項11】反射防止組成物が酸または酸生成化合物
    を含む、請求項1から10のいずれか1項記載の基体。
  12. 【請求項12】反射防止組成物が熱酸生成化合物および
    フォト酸生成化合物を含む、請求項1から11のいずれ
    か1項記載の基体。
  13. 【請求項13】反射防止層が塩基性物質とは異なる樹脂
    を含む、請求項1から12のいずれか1項記載の基体。
  14. 【請求項14】反射防止層が芳香族基を含む、請求項1
    から13のいずれか1項記載の基体。
  15. 【請求項15】反射防止層がアントラセニル基、ナフチ
    レン基、またはフェニル基を含む、請求項1から13の
    いずれか1項記載の基体。
  16. 【請求項16】フォトレジスト層が化学増幅ポジ型フォ
    トレジストである、請求項1から15のいずれか1項記
    載の基体。
  17. 【請求項17】フォトレジストがアセタール基を有する
    樹脂を含む、請求項16記載の基体。
  18. 【請求項18】塩基性物質および架橋剤を含む反射防止
    組成物を基体上に適用し、 反射防止組成物層の上にフォトレジスト層を適用し、お
    よびフォトレジスト層を露光し、現像し、レジストレリ
    ーフイメージを提供する、フォトレジストレリーフイメ
    ージの形成方法。
  19. 【請求項19】反射防止層がフォトレジスト層の適用の
    前に架橋される、請求項18記載の方法。
  20. 【請求項20】反射防止層がフォトレジスト層の適用の
    前に熱硬化される、請求項18記載の方法。
  21. 【請求項21】塩基性物質が約3以上のpKaを有す
    る、請求項18から20のいずれか1項記載の方法。
  22. 【請求項22】塩基性物質が約6以上のpKaを有す
    る、請求項18から20のいずれか1項記載の方法。
  23. 【請求項23】塩基性物質が約9以上のpKaを有す
    る、請求項18から20のいずれか1項記載の方法。
  24. 【請求項24】塩基性物質が1以上のN、OまたはS原
    子を含む、請求項18から23のいずれか1項記載の方
    法。
  25. 【請求項25】塩基性物質が1以上のアミン基を含む、
    請求項18から24のいずれか1項記載の方法。
  26. 【請求項26】塩基性物質が1以上のヒドロキシ基、エ
    ーテル基、またはスルフィド基を含む、請求項18から
    24のいずれか1項記載の方法。
  27. 【請求項27】塩基性物質が約500未満の分子量を有
    する、請求項18から25のいずれか1項記載の方法。
  28. 【請求項28】塩基性物質がポリマー物質である、請求
    項18から25のいずれか1項記載の方法。
  29. 【請求項29】反射防止組成物が酸または酸生成化合物
    を含む、請求項18から28のいずれか1項記載の方
    法。
  30. 【請求項30】反射防止組成物が熱酸生成化合物および
    フォト酸生成化合物を含む、請求項18から29のいず
    れか1項記載の方法。
  31. 【請求項31】反射防止層が塩基性物質とは異なる樹脂
    を含む、請求項18から30のいずれか1項記載の方
    法。
  32. 【請求項32】反射防止層が1以上の芳香族基を含む、
    請求項18から31のいずれか1項記載の方法。
  33. 【請求項33】フォトレジスト層が約260nm以下の
    波長を有する、パターン付けられた放射線で露光され
    る、請求項18から32のいずれか1項記載の方法。
  34. 【請求項34】フォトレジスト層が約248nm、19
    3nm、または157nmの波長を有する、パターン付
    けられた放射線で露光される、請求項18から32のい
    ずれか1項記載の方法。
  35. 【請求項35】フォトレジスト層が約248nmの波長
    を有する放射線で露光され、反射防止層がアントラセニ
    ル基、またはナフチレン基を有する、請求項18から3
    2のいずれか1項記載の方法。
  36. 【請求項36】フォトレジスト層が約193nmの波長
    を有する放射線で露光され、反射防止層がフェニル基を
    有する、請求項18から32のいずれか1項記載の方
    法。
  37. 【請求項37】フォトレジスト層が化学増幅ポジ型フォ
    トレジストである、請求項18から36のいずれか1項
    記載の方法。
  38. 【請求項38】フォトレジストがアセタール基を有する
    樹脂を含む、請求項18から37のいずれか1項記載の
    方法。
  39. 【請求項39】上塗りされたフォトレジスト組成物層と
    ともに使用される反射防止組成物であって、該反射防止
    組成物が塩基性物質および架橋剤を含む、反射防止組成
    物。
  40. 【請求項40】塩基性物質とは異なる樹脂をさらに含
    む、請求項39記載の反射防止組成物。
  41. 【請求項41】酸または酸生成化合物をさらに含む、請
    求項39または40記載の反射防止組成物。
  42. 【請求項42】酸生成化合物が熱酸生成化合物である、
    請求項41記載の反射防止組成物。
  43. 【請求項43】反射防止組成物が1以上の芳香族部位を
    含む、請求項39から42のいずれか1項記載の反射防
    止組成物。
  44. 【請求項44】反射防止組成物が1以上のフェニル部
    位、ナフチレン部位、またはアントラセニル部位を有す
    る、請求項39から42のいずれか1項記載の反射防止
    組成物。
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