CN104412163B - 使用溶剂显影光刻工艺用的用于形成有机下层膜的组合物的半导体装置制造方法 - Google Patents

使用溶剂显影光刻工艺用的用于形成有机下层膜的组合物的半导体装置制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的课题是提供一种使用能够形成良好图案而不发生分辨极限恶化的下层膜材料的半导体装置的制造方法。解决手段是一种半导体装置的制造方法，其特征在于，在半导体基板上形成有机下层膜的工序中，在该有机下层膜上形成无机硬掩模的工序中，在该无机硬掩模上形成抗蚀剂膜的工序中，在通过进行光或电子射线的照射和溶剂显影而形成抗蚀剂图案的工序中，在利用抗蚀剂图案对该无机硬掩模进行蚀刻的工序中，在利用图案化了的无机硬掩模对有机下层膜进行蚀刻的工序中，以及在利用图案化了的有机下层膜对半导体基板进行加工的工序中，该有机下层膜是通过用于形成有机下层膜的组合物的涂布和加热而获得的有机下层膜，所述组合物含有包含有机基团的化合物和有机溶剂，所述有机基团具有选自环氧基、异氰酸酯基、封闭异氰酸酯基和苯并环丁烯环基中的官能团。

Description

使用溶剂显影光刻工艺用的用于形成有机下层膜的组合物的 半导体装置制造方法
技术领域
本发明涉及在半导体装置制造中的溶剂显影光刻工艺中使用的、用于形成有机下层膜的组合物、和使用了该组合物的半导体装置的制造方法。
背景技术
过去以来，在半导体器件的制造中，通过使用光致抗蚀剂组合物的光刻来进行微细加工。前述微细加工是如下的加工方法：在硅晶片等被加工基板上形成光致抗蚀剂组合物的薄膜，经由描绘有半导体器件图案的掩模图案在其上照射紫外线等的活性光线，进行显影，将所得光致抗蚀剂图案作为保护膜对硅晶片等被加工基板进行蚀刻处理。然而，随着近年来半导体器件高集成度化的发展，存在所使用的活性光线也从KrF准分子激光(248nm)向ArF准分子激光(193nm)短波长化的倾向。伴随这些，活性光线从基板的漫反射、驻波的影响是大问题。因此，在光致抗蚀剂与被加工基板之间设置防反射膜(下层防反射涂层，Bottom Anti-Reflective Coating，BARC)的方法一直被广泛研究。
今后，如果抗蚀剂图案的微细化发展，会产生分辨率的问题、抗蚀剂图案在显影后倒塌这样的问题，从而一直期望抗蚀剂的薄膜化。因此，在基板加工中难以获得充分的抗蚀剂图案膜厚，变得需要不仅使抗蚀剂图案具有在基板加工时作为掩模的功能，而且使在抗蚀剂与所要加工的半导体基板之间制作的抗蚀剂下层膜也具有在基板加工时作为掩模的功能的工艺。作为用于这样的工艺的抗蚀剂下层膜，与现有的高蚀刻速率型(蚀刻速度快)抗蚀剂下层膜不同，要求具有与抗蚀剂接近的干法蚀刻速度选择比的光刻用抗蚀剂下层膜、具有比抗蚀剂小的干法蚀刻速度选择比的光刻用抗蚀剂下层膜、具有比半导体基板小的干法蚀刻速度选择比的光刻用抗蚀剂下层膜(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际专利申请小册子WO 2008/069047
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供用于在半导体装置制造的光刻工艺中使用的、用于形成有机下层膜的组合物。另外，本发明的目的在于提供在不引起与无机硬掩模层的相互混合的情况下可以获得优异的抗蚀剂图案，具有与抗蚀剂接近的干法蚀刻速度选择比的光刻用有机下层膜，具有比抗蚀剂小的干法蚀刻速度选择比的光刻用有机下层膜，具有比半导体基板小的干法蚀刻速度选择比的光刻用有机下层膜。
而且，该有机下层膜提供在使用通过溶剂进行显影的抗蚀剂时能够形成良好抗蚀剂图案的溶剂显影型抗蚀剂下层膜。
另外，本发明的组合物也可以提供在微细加工中使用248nm、193nm、157nm等波长的照射光时有效地吸收来自基板的反射光的性能。此外，本发明的目的在于提供使用了用于形成有机下层膜的组合物的抗蚀剂图案的形成方法、和采用该方法的半导体装置的制造方法。
解决课题的手段
本发明的第1方面是一种半导体装置的制造方法，其特征在于，在半导体基板上形成有机下层膜的工序中、在该有机下层膜上形成无机硬掩模的工序中、在该无机硬掩模上形成抗蚀剂膜的工序中、在通过进行光或电子射线的照射和溶剂显影来形成抗蚀剂图案的工序中、在利用抗蚀剂图案对该无机硬掩模进行蚀刻的工序中、在利用图案化了的无机硬掩模对该有机下层膜进行蚀刻的工序中、以及在利用图案化了的有机下层膜对半导体基板进行加工的工序中，该有机下层膜是通过用于形成有机下层膜的组合物的涂布和加热而获得的有机下层膜，所述用于形成有机下层膜的组合物含有包含有机基团的化合物、和有机溶剂，所述有机基团具有选自环氧基、异氰酸酯基、封闭异氰酸酯基和苯并环丁烯环基中的官能团；
本发明的第2方面是根据第1方面所述的半导体装置的制造方法，用于形成有机下层膜的组合物中的化合物是含有包含有机基团(A1)的结构单元、和包含有机基团(B1)的结构单元的聚合物，所述有机基团(A1)具有选自环氧基、异氰酸酯基、和封闭异氰酸酯基中的官能团，所述有机基团(B1)具有选自羟基、羧酸基、封闭羧酸基、氨基、酰胺基、异氰脲酸基、和巯基中的官能团；
本发明的第3方面是根据第1方面所述的半导体装置的制造方法，用于形成有机下层膜的组合物中的化合物是含有聚合物和交联性化合物的混合物，所述聚合物含有包含有机基团(A1)的结构单元，所述有机基团(A1)具有选自环氧基、异氰酸酯基、和封闭异氰酸酯基中的官能团，所述交联性化合物包含有机基团(B1)，所述有机基团(B1)具有选自羟基、羧酸基、封闭羧酸基、氨基、酰胺基、异氰脲酸基、和巯基中的官能团；
本发明的第4方面是根据第1方面所述的半导体装置的制造方法，用于形成有机下层膜的组合物中的化合物是含有交联性化合物和聚合物的混合物，所述交联性化合物包含有机基团(A1)，所述有机基团(A1)具有选自环氧基、异氰酸酯基、和封闭异氰酸酯基中的官能团，所述聚合物含有包含有机基团(B1)的结构单元，所述有机基团(B1)具有选自羟基、羧酸基、封闭羧酸基、氨基、酰胺基、异氰脲酸基、和巯基中的官能团；
本发明的第5方面是根据第2方面所述的半导体装置的制造方法，用于形成有机下层膜的组合物中的化合物是含有包含有机基团(A2)的结构单元、和包含有机基团(B2)的结构单元的聚合物，所述有机基团(A2)具有环氧基或封闭异氰酸酯基，所述有机基团(B2)具有羟基、封闭羧酸基、或氨基；
本发明的第6方面是根据第4方面所述的半导体装置的制造方法，用于形成有机下层膜的组合物中的化合物是含有交联性化合物和聚合物的混合物，所述交联性化合物包含有机基团(A3)，所述有机基团(A3)具有环氧基或异氰酸酯基，所述聚合物含有包含有机基团(B3)的结构单元，所述有机基团(B3)具有羟基；
本发明的第7方面是根据第2方面至第6方面中任一方面所述的半导体装置的制造方法，相对于1摩尔有机基团(A1)、有机基团(A2)或有机基团(A3)，以0.05至2摩尔的比例配合有机基团(B1)、有机基团(B2)或有机基团(B3)。
发明效果
通过使用本发明的用于形成有机下层膜的组合物，可以在不引起与无机硬掩模层的相互混合的情况下，形成良好的抗蚀剂的图案形状。
本发明的用于形成有机下层膜的组合物，还能够提供有效率地抑制来自基板的反射的性能，还可以兼具作为曝光光的防反射膜的效果。
利用本发明的用于形成有机下层膜的组合物，可以提供具有与抗蚀剂接近的干法蚀刻速度选择比、比抗蚀剂小的干法蚀刻速度选择比、或比半导体基板小的干法蚀刻速度选择比的优异的有机下层膜。
另外，近年来，随着抗蚀剂图案微细化，为了防止在抗蚀剂图案显影后倒塌，进行抗蚀剂的薄膜化。在这样的薄膜抗蚀剂的情况下，有以下工艺：在蚀刻工艺中将抗蚀剂图案转印至其下层膜，以该下层膜作为掩模进行基板加工的工艺；在蚀刻工艺中将抗蚀剂图案转印至其下层膜，使用不同的气体组成将转印至下层膜的图案再转印至其下层膜，反复进行这一过程，最终进行基板加工的工艺。本发明的有机下层膜及用于形成该有机下层膜的组合物在该工艺中是有效的，在使用本发明的有机下层膜对基板进行加工时，对加工基板(例如，基板上的热氧化硅膜、氮化硅膜、多晶硅膜等)具有充分的蚀刻耐受性。
而且，本发明的有机下层膜可以用作平坦化膜、抗蚀剂层的防污染膜、具有干法蚀刻选择性的膜。由此，可以容易地、高精度地进行半导体制造的光刻工艺中的抗蚀剂图案形成。
存在如下工艺：提供利用本发明的用于形成有机下层膜的组合物在基板上形成有机下层膜，在该有机下层膜上形成无机硬掩模层，在该无机硬掩模层上形成抗蚀剂膜，进行曝光和溶剂显影，从而形成抗蚀剂图案，将该抗蚀剂图案转印至无机硬掩模层，将转印至无机硬掩模层的抗蚀剂图案转印至有机下层膜，用该有机下层膜进行半导体基板的加工。在该工艺中，对于无机硬掩模层的形成，存在通过包含有机聚合物、无机聚合物和溶剂的涂布型组合物来进行的情况、和通过无机物的真空蒸镀来进行的情况。在无机物(例如，氮氧化硅)的真空蒸镀的情况下，虽然蒸镀物会沉积在有机下层膜表面，但是此时存在有机下层膜表面的温度上升至400℃左右的情况。
利用本发明的用于形成有机下层膜的组合物获得的有机下层膜，可以通过干法蚀刻将转印至上层无机硬掩模层的抗蚀剂图案转印至有机下层膜。此外，转印至有机下层膜的抗蚀剂图案，可以通过干法蚀刻对半导体基板进行加工。
具体实施方式
本发明是一种半导体装置的制造方法，其特征在于，在半导体基板上形成有机下层膜的工序中、在该有机下层膜上形成无机硬掩模的工序中、在该无机硬掩模上形成抗蚀剂膜的工序中、在通过进行光或电子射线的照射和溶剂显影来形成抗蚀剂图案的工序中、在利用抗蚀剂图案对该无机硬掩模进行蚀刻的工序中、在利用图案化了的无机硬掩模对该有机下层膜进行蚀刻的工序中、以及在利用图案化了的有机下层膜对半导体基板进行加工的工序中，该有机下层膜是通过用于形成有机下层膜的组合物的涂布和加热而获得的有机下层膜，所述用于形成有机下层膜的组合物含有包含有机基团的化合物、和有机溶剂，所述有机基团具有选自环氧基、异氰酸酯基、封闭异氰酸酯基、和苯并环丁烯环基中的官能团。
形成上述有机下层膜的用于形成有机下层膜的组合物，含有上述化合物和有机溶剂，根据需要，含有表面活性剂等添加剂。从该组合物中除去溶剂后的总固体成分为0.1至70质量％，优选为1至60质量％。在总固体成分中，以1至100质量％的比例、1至99.9质量％的比例、1至99质量％的比例、或者1至98质量％的比例含有上述化合物。
用于形成有机下层膜的组合物中的化合物，可以是含有包含有机基团(A1)的结构单元、和包含有机基团(B1)的结构单元的聚合物，所述有机基团(A1)具有选自环氧基、异氰酸酯基、和封闭异氰酸酯基中的官能团，所述有机基团(B1)具有选自羟基、羧酸基、封闭羧酸基、氨基、酰胺基、异氰脲酸基、和巯基中的官能团。
另外，用于形成有机下层膜的组合物中的化合物，可以是含有聚合物和交联性化合物的混合物，所述聚合物含有包含有机基团(A1)的结构单元，所述有机基团(A1)具有选自环氧基、异氰酸酯基、和封闭异氰酸酯基中的官能团，所述交联性化合物包含有机基团(B1)，所述有机基团(B1)具有选自羟基、羧酸基、封闭羧酸基、氨基、酰胺基、异氰脲酸基、和巯基中的官能团。
而且，用于形成有机下层膜的组合物中的化合物，可以是含有交联性化合物和聚合物的混合物，所述交联性化合物包含有机基团(A1)，所述有机基团(A1)具有选自环氧基、异氰酸酯基、和封闭异氰酸酯基中的官能团，所述聚合物含有包含有机基团(B1)的结构单元，所述有机基团(B1)具有选自羟基、羧酸基、封闭羧酸基、氨基、酰胺基、异氰脲酸基、和巯基中的官能团。
在上述化合物中，作为用于形成有机下层膜的组合物中的化合物，可以合适地使用含有包含有机基团(A2)的结构单元、和包含有机基团(B2)的结构单元的聚合物，所述有机基团(A2)具有环氧基或封闭异氰酸酯基，所述有机基团(B2)具有羟基、封闭羧酸基、或氨基。
另外，作为用于形成有机下层膜的组合物中的化合物，可以合适地使用含有交联性化合物和聚合物的混合物，所述交联性化合物包含具有环氧基或异氰酸酯基的有机基团(A3)，所述聚合物含有包含有机基团(B3)的结构单元，所述有机基团(B3)具有羟基。
本发明所使用的聚合物的重均分子量为，例如1000至200000，优选为1000至20000。如果该聚合物的重均分子量小于1000，则存在耐溶剂性变得不充分的情况。另外，重均分子量是通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用聚苯乙烯作为标准样品所获得的值。
在本发明中，相对于1摩尔有机基团(A1)、有机基团(A2)或有机基团(A3)，可以以0.05至2摩尔的比例配合有机基团(B1)、有机基团(B2)或有机基团(B3)。而且，优选相对于1摩尔有机基团(A1)、有机基团(A2)或有机基团(A3)，以1摩尔的比例含有有机基团(B1)、有机基团(B2)或有机基团(B3)。
作为上述聚合物，可以例示出以下的聚合物。
Figure BDA0000648012710000081
在本发明所使用的上述交联性化合物中，对于具有环氧基的交联性化合物，作为其具体例，可以举出例如YH434L(东都化成(株)制，商品名)。其是四官能的聚缩水甘油胺，可以举出环氧当量为110至130(g/eq)、在50℃下测定的粘度为5000至10000(mPa·s)的物性值。
对于具有封闭异氰酸酯基的交联性化合物，作为其具体例，可以举出例如タケネート[商品名]B-830、タケネートB-870N(三井化学(株)制造)、VESTANAT[商品名]B1358/100(エボニックデグサ公司制)。
タケネート(商品名)B-830是甲苯二异氰酸酯封闭体。
タケネート(商品名)B-870N是异佛尔酮二异氰酸酯的丁酮肟封闭体。
VESTANAT[商品名]B1358/100是基于异佛尔酮二异氰酸酯的封闭化多异氰酸酯。
这里，封闭异氰酸酯基是指，异氰酸酯基(-N＝C＝O)被适当的保护基封闭了的基团。作为封闭剂，可以举出例如：甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、2-乙氧基己醇、2-N,N-二甲基氨基乙醇、2-乙氧基乙醇、环己醇等醇类，苯酚、邻硝基苯酚、对氯苯酚、邻甲基苯酚、间甲基苯酚、对甲基苯酚等酚类，ε-己内酰胺等内酰胺类，丙酮肟、丁酮肟、甲基异丁基酮肟、环己酮肟、苯乙酮肟、二苯甲酮肟等肟类，吡唑、3,5-二甲基吡唑、3-甲基吡唑等吡唑类，十二烷硫醇、苯硫酚等硫醇类。
另外，封闭羧酸基是指，羧酸基(COO-)被如乙烯基醚类那样的保护基封闭了的基团。作为封闭剂，可以举出例如：正丙基乙烯基醚之类的烷基乙烯基醚类。
在上述聚合物的合成中，可以合并使用其他的加成聚合性单体。作为这样的加成聚合性单体，可以举出：丙烯酸酯化合物、甲基丙烯酸酯化合物、丙烯酰胺化合物、甲基丙烯酰胺化合物、乙烯基化合物、苯乙烯系化合物、马来酰亚胺化合物、马来酸酐、和丙烯腈等。
作为丙烯酸酯化合物，可以举出：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸苯甲酯、丙烯酸萘基酯、丙烯酸蒽基酯、丙烯酸蒽基甲酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、丙烯酸4-羟基丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸环己基酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-甲氧基乙酯、甲氧基三乙二醇丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基乙酯、丙烯酸四氢呋喃酯、丙烯酸3-甲氧基丁酯、丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、丙烯酸2-乙基-2-金刚烷基酯、丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、丙烯酸2-甲氧基丁基-2-金刚烷基酯、丙烯酸8-甲基-8-三环癸基酯、丙烯酸8-乙基-8-三环癸基酯、和5-丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧基-6-内酯等。
作为甲基丙烯酸酯化合物，可以举出：甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸正戊酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸苯甲酯、甲基丙烯酸萘基酯、甲基丙烯酸蒽基酯、甲基丙烯酸蒽基甲酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸2-苯基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、甲基丙烯酸2,2,2-三氯乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸正十二烷基酯、甲基丙烯酸正十八烷基酯、甲氧基二乙二醇甲基丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸四氢呋喃酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异十八烷基酯、甲基丙烯酸正丁氧基乙酯、甲基丙烯酸3-氯-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸2-甲基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸2-乙基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸2-丙基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸2-甲氧基丁基-2-金刚烷基酯、甲基丙烯酸8-甲基-8-三环癸基酯、甲基丙烯酸8-乙基-8-三环癸基酯、5-甲基丙烯酰氧基-6-羟基降冰片烯-2-羧基-6-内酯、和甲基丙烯酸2,2,3,3,4,4,4-七氟丁酯等。
作为丙烯酰胺化合物，可以举出：丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-苯甲基丙烯酰胺、N-苯基丙烯酰胺、和N,N-二甲基丙烯酰胺等。
作为甲基丙烯酰胺化合物，可以举出：甲基丙烯酰胺、N-甲基甲基丙烯酰胺、N-乙基甲基丙烯酰胺、N-苯甲基甲基丙烯酰胺、N-苯基甲基丙烯酰胺、和N,N-二甲基甲基丙烯酰胺等。
作为乙烯基化合物，可以举出：乙烯基醚、甲基乙烯基醚、苯甲基乙烯基醚、2-羟基乙基乙烯基醚、苯基乙烯基醚、和丙基乙烯基醚等。
作为苯乙烯系化合物，可以举出：苯乙烯、甲基苯乙烯、氯代苯乙烯、溴代苯乙烯、羟基苯乙烯、和乙烯基萘等。
作为马来酰亚胺化合物，可以举出：马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、和N-环己基马来酰亚胺等。
对于上述聚合物的制造，可以通过以下方式制造：将加成聚合性单体和根据需要添加的链转移剂(相对于单体的质量为10％以下)溶解于有机溶剂，然后加入聚合引发剂进行聚合反应，聚合反应之后，添加聚合终止剂。作为聚合引发剂的添加量，相对于单体的质量为1至10％，作为聚合终止剂的添加量为0.01至0.2％。作为所使用的有机溶剂，可以举出丙二醇单甲醚、丙二醇单丙醚、乳酸乙酯、环己酮、丁酮、和二甲基甲酰胺等，作为链转移剂，可以举出十二烷硫醇(ドデカンチオール)和十二烷基硫醇(ドデシルチオール)等，作为聚合引发剂，可以举出偶氮二异丁腈和偶氮双(环己烷甲腈)等，而且，作为聚合终止剂，可以举出4-甲氧基苯酚等。作为反应温度，可以从30至100℃适当选择，作为反应时间，可以从1至48小时适当选择。
在本发明所使用的用于形成有机下层膜的组合物中，除了上述成分以外，根据需要，可以进一步添加吸光剂、流变调节剂、粘接助剂、表面活性剂等。
作为进一步添加的吸光剂，例如可以合适地使用：“工业用色素的技术和市场”(CMC出版社)、“染料便览”(有机合成化学协会编)中记载的市售的吸光剂，例如：C.I.Disperse Yellow 1、3、4、5、7、8、13、23、31、49、50、51、54、60、64、66、68、79、82、88、90、93、102、114和124；C.I.Disperse Orange 1、5、13、25、29、30、31、44、57、72和73；C.I.Disperse Red 1、5、7、13、17、19、43、50、54、58、65、72、73、88、117、137、143、199和210；C.I.Disperse Violet 43；C.I.Disperse Blue 96；C.I.Fluorescent Brightening Agent112、135和163；C.I.Solvent Orange 2和45；C.I.Solvent Red 1、3、8、23、24、25、27和49；C.I.Pigment Green 10；C.I.Pigment Brown 2等。上述吸光剂通常相对于用于形成有机下层膜的组合物的总固体成分以10质量％以下的比例、优选5质量％以下的比例进行配合。
流变调节剂，主要是出于以下目的而添加的：提高用于形成有机下层膜的组合物的流动性，特别是在烘烤工序中提高有机下层膜的膜厚均匀性，提高用于形成有机下层膜的组合物在孔内部的填充性。作为具体例，可以举出：邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二己酯、邻苯二甲酸丁基异癸基酯等邻苯二甲酸衍生物，己二酸二正丁酯、己二酸二异丁酯、己二酸二异辛酯、己二酸辛基癸基酯等己二酸衍生物，马来酸二正丁酯、马来酸二乙酯、马来酸二壬酯等马来酸衍生物，油酸甲酯、油酸丁酯、油酸四氢呋喃基酯等油酸衍生物，或者硬脂酸正丁酯、硬脂酸甘油酯等硬脂酸衍生物。这些流变调节剂，相对于用于形成有机下层膜的组合物的总固体成分，通常以小于30质量％的比例进行配合。
粘接助剂，主要是出于以下目的而添加的：提高基板或者抗蚀剂或无机硬掩模与用于形成有机下层膜的组合物之间的密合性，特别是在显影中为了不使抗蚀剂剥离。作为具体例，可以举出：三甲基氯硅烷、二甲基乙烯基氯硅烷、甲基二苯基氯硅烷、氯甲基二甲基氯硅烷等氯硅烷类，三甲基甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基二甲氧基硅烷、二甲基乙烯基乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷等烷氧基硅烷类，六甲基二硅氮烷、N,N’-双(三甲基硅烷基)脲、二甲基三甲基硅烷基胺、三甲基硅烷基咪唑等硅氮烷类，乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷等硅烷类，苯并三唑、苯并咪唑、吲唑、咪唑、2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并
Figure BDA0000648012710000121
唑、尿唑、硫脲嘧啶、巯基咪唑、巯基嘧啶等杂环化合物，1,1-二甲基脲、1,3-二甲基脲等脲，或硫脲化合物。这些粘接助剂，相对于用于形成光刻用有机下层膜的组合物的总固体成分，通常以小于5质量％的比例、优选小于2质量％的比例进行配合。
在本发明的用于形成有机下层膜的组合物中，为了在不产生针孔和/或条痕破损(ストレーション)等的情况下进一步提高针对表面不匀的涂布性，可以配合表面活性剂。作为表面活性剂，可以举出例如：聚氧乙烯十二烷基醚、聚氧乙烯十八烷基醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯油烯基醚等聚氧乙烯烷基醚类，聚氧乙烯辛基苯酚醚、聚氧乙烯壬基苯酚醚等聚氧乙烯烷基芳基醚类，聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物类，脱水山梨醇单月桂酸酯、脱水山梨醇单棕榈酸酯、脱水山梨醇单硬脂酸酯、脱水山梨醇单油酸酯、脱水山梨醇三油酸酯、脱水山梨醇三硬脂酸酯等脱水山梨醇脂肪酸酯类，聚氧乙烯脱水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇三油酸酯、聚氧乙烯脱水山梨醇三硬脂酸酯等聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯类等非离子系表面活性剂，エフトツプEF301、エフトツプEF303、エフトツプEF352((株)トーケムプロダクツ制，商品名)，メガファックF171、メガファックF173、R-30(大日本インキ(株)制，商品名)，フロラードFC430、フロラードFC431(住友スリーエム(株)制，商品名)，アサヒガードAG710、サーフロンS-382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)制，商品名)等氟系表面活性剂，有机硅氧烷聚合物KP341(信越化学工业(株)制)等。这些表面活性剂的配合量，相对于本发明所使用的用于形成有机下层膜的组合物的总固体成分，通常为2.0质量％以下，优选为1.0质量％以下。这些表面活性剂可以单独添加，也可以组合添加2种以上。
在本发明中，作为溶解上述化合物的溶剂，可以使用乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、甲基溶纤剂乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、丙二醇、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单乙醚、丙二醇单乙醚乙酸酯、丙二醇丙醚乙酸酯、甲苯、二甲苯、丁酮、环戊酮、环己酮、2-羟基丙酸乙酯、2-羟基-2-甲基丙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、羟基乙酸乙酯、2-羟基-3-甲基丁酸甲酯、3-甲氧基丙酸甲酯、3-甲氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸乙酯、3-乙氧基丙酸甲酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯等。这些有机溶剂可以单独使用，或者组合使用2种以上。
此外，可以混合使用丙二醇单丁醚、丙二醇单丁醚乙酸酯等高沸点溶剂。在这些溶剂中，相对于流平性的提高而言，优选丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、和环己酮等。
下面，对本发明的抗蚀剂图案形成方法进行说明，通过旋涂器、涂布器等适当的涂布方法在精密集成电路元件制造中所使用的基板(例如硅/二氧化硅被覆基板、玻璃基板、ITO基板等透明基板)上涂布用于形成有机下层膜的组合物，然后进行烘烤使其固化从而制作成涂布型有机下层膜。这里，作为有机下层膜层的膜厚，优选为0.01至3.0μm。另外，作为涂布后进行烘烤的条件，为在80至450℃下0.5至120分钟。然后，可以通过在用于形成有机下层膜的组合物上直接涂布抗蚀剂，或者根据需要，在有机下层膜上成膜1层至数层涂膜材料(例如无机硬掩模)之后，再涂布抗蚀剂，透过规定的掩模进行光或电子射线的照射，进行显影，冲洗，干燥，从而获得良好的抗蚀剂图案。根据需要，也可以进行光或电子射线的照射后加热(PEB：Post Exposure Bake)。而且，可以通过干法蚀刻将通过前述工序显影除去了抗蚀剂的部分的有机下层膜除去，从而在基板上形成期望的图案。
作为本发明中所使用的光致抗蚀剂，只要是对在曝光中所使用的光感光的抗蚀剂，就无特别限定。可以使用负型光致抗蚀剂或正型光致抗蚀剂。只要是在曝光后能够通过溶剂进行显影的光致抗蚀剂，就可以使用。可以举出例如：JSR(株)制，商品名AR2772JN。
然后，透过规定的掩模进行曝光。对于曝光，可以使用KrF准分子激光(波长248nm)、ArF准分子激光(波长193nm)和F2准分子激光(波长157nm)等。曝光后，根据需要也可以进行曝光后加热(Post Exposure Bake)。曝光后加热可以在从加热温度70℃至150℃、加热时间0.3至10分钟中适当选择的条件下进行。
另外，在本发明中，作为抗蚀剂，可以使用电子射线光刻用抗蚀剂代替光致抗蚀剂。作为电子射线抗蚀剂，可以使用负型或正型。只要是曝光后能够通过溶剂进行显影的光致抗蚀剂，就可以使用。
在使用了这些电子射线抗蚀剂的情况下，可以使用电子射线作为照射源以与使用光致抗蚀剂的情况同样的方式形成抗蚀剂图案。
在上述光致抗蚀剂的情况下，曝光光为近紫外线、远紫外线、或者极端紫外线(例如，EUV)等的化学射线，例如可以使用248nm(KrF激光)、193nm(ArF激光)、157nm(F2激光)等波长的光。对于光照射，只要是能够使光产酸剂产生酸的方法，就可以使用，而没有特别限制，曝光量为1至2000mJ/cm2、或者10至1500mJ/cm2、或者50至1000mJ/cm2。
另外，电子射线抗蚀剂的电子射线照射，例如可以使用电子射线照射装置进行照射。
然后，利用显影液(有机溶剂)进行抗蚀剂的显影。由此，例如在使用正型光致抗蚀剂的情况下，将未曝光部分的光致抗蚀剂除去，从而形成光致抗蚀剂的图案。作为显影液，可以举出例如：乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯、甲氧基乙酸乙酯、乙氧基乙酸乙酯、丙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚乙酸酯、乙二醇单丙醚乙酸酯、乙二醇单丁醚乙酸酯、乙二醇单苯醚乙酸酯、二乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单丙醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、二乙二醇单苯醚乙酸酯、二乙二醇单丁醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、乙酸2-甲氧基丁酯、乙酸3-甲氧基丁酯、乙酸4-甲氧基丁酯、3-甲基-3-甲氧基丁基乙酸酯、3-乙基-3-甲氧基丁基乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单乙醚乙酸酯、丙二醇单丙醚乙酸酯、乙酸2-乙氧基丁酯、乙酸4-乙氧基丁酯、乙酸4-丙氧基丁酯、乙酸2-甲氧基戊酯、乙酸3-甲氧基戊酯、乙酸4-甲氧基戊酯、2-甲基-3-甲氧基戊基乙酸酯、3-甲基-3-甲氧基戊基乙酸酯、3-甲基-4-甲氧基戊基乙酸酯、4-甲基-4-甲氧基戊基乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丁酯、甲酸丙酯、乳酸乙酯、乳酸丁酯、乳酸丙酯、碳酸乙酯、碳酸丙酯、碳酸丁酯、丙酮酸甲酯、丙酮酸乙酯、丙酮酸丙酯、丙酮酸丁酯、乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸异丙酯、2-羟基丙酸甲酯、2-羟基丙酸乙酯、甲基-3-甲氧基丙酸酯、乙基-3-甲氧基丙酸酯、乙基-3-乙氧基丙酸酯、丙基-3-甲氧基丙酸酯等。此外，在这些显影液中也可以加入表面活性剂等。作为显影的条件，从温度5至50℃、时间10至600秒中适当地选择。
在本发明中，可以经过以下工序来制造半导体装置：通过用于形成有机下层膜的组合物在半导体基板上形成有机下层膜层的工序、在该有机下层膜上形成抗蚀剂膜的工序、通过光或电子射线照射和显影形成抗蚀剂图案的工序、利用抗蚀剂图案对该有机下层膜层进行蚀刻的工序、以及利用图案化了的有机下层膜层对半导体基板进行加工的工序。
今后，如果抗蚀剂图案的微细化发展，会产生分辨率的问题、抗蚀剂图案在显影后倒塌这样的问题，一直期望抗蚀剂的薄膜化。因此，在基板加工中难以获得充分的抗蚀剂图案膜厚，变得需要不仅使抗蚀剂图案具有在基板加工时作为掩模的功能，而且使在抗蚀剂与要加工的半导体基板之间制作的有机下层膜层也具有在基板加工时作为掩模的功能的工艺。作为用于这样的工艺的有机下层膜层，与现有的高蚀刻速率型有机下层膜不同，要求具有与抗蚀剂接近的干法蚀刻速度选择比的光刻用有机下层膜、具有比抗蚀剂小的干法蚀刻速度选择比的光刻用有机下层膜、具有比半导体基板小的干法蚀刻速度选择比的有机下层膜层。另外，也可以赋予这样的有机下层膜层防反射能力，也可以兼具现有的防反射膜的功能。
另一方面，为了获得微细的抗蚀剂图案，也开始采用在有机下层膜层的干法蚀刻时使抗蚀剂图案和有机下层膜层比抗蚀剂显影时的图案宽度细的工艺。作为这样的工艺用的有机下层膜层，与现有的高蚀刻速率型防反射膜不同，要求具有与抗蚀剂接近的干法蚀刻速度选择比的有机下层膜层。另外，也可以赋予这样的有机下层膜层防反射能力，也可以兼具现有的防反射膜的功能。
在本发明中，可以在使本发明的有机下层膜层在基板上成膜之后，在有机下层膜层上直接涂布抗蚀剂，或者根据需要，在有机下层膜层上成膜1层至数层涂膜材料之后，再涂布抗蚀剂。通过这样，即使在抗蚀剂的图案宽度变窄，为了防止图案倒塌而薄薄地被覆抗蚀剂的情况下，也可以通过选择合适的蚀刻气体对基板进行加工。
即，可以经过以下工序来制造半导体装置：通过用于形成有机下层膜的组合物在半导体基板上形成有机下层膜层的工序、在该有机下层膜上利用含有硅成分等的涂膜材料形成无机硬掩模层的工序、进一步在该无机硬掩模层上形成抗蚀剂膜的工序、通过光或电子射线的照射和显影形成抗蚀剂图案的工序、利用抗蚀剂图案对无机硬掩模层进行蚀刻的工序、利用图案化了的无机硬掩模层对该有机下层膜层进行蚀刻的工序、以及利用图案化了的有机下层膜层对半导体基板进行加工的工序。
本发明中所使用的用于形成光刻用有机下层膜的组合物，在考虑作为防反射膜的效果的情况下，由于光吸收部位被并入骨架中，所以在加热干燥时在光致抗蚀剂中没有扩散物，另外，由于光吸收部位具有充分大的吸光性能，所以防光反射效果好。
本发明所使用的用于形成光刻用有机下层膜的组合物，热稳定性高，可以防止烧成时因分解物导致对上层膜的污染，另外，可以使烧成工序的温度余量有余裕。
此外，本发明所使用的用于形成光刻用有机下层膜的组合物，根据工艺条件，可以制成具有防光反射的功能、以及具有防止基板与光致抗蚀剂的相互作用、或者防止光致抗蚀剂中使用的材料或光致抗蚀剂曝光时所生成物质对基板的不良作用的功能的膜。
实施例
合成例1
将4-羟基苯基甲基丙烯酰胺12.0g、γ-丁内酯甲基丙烯酸酯4.9g、2,2’-偶氮二异丁腈1.2g溶解于丙二醇单甲醚72g。将该溶液滴加到将丙二醇单甲基醚91g加热至85℃的300ml烧瓶中，滴加结束后搅拌约15小时。反应结束后，将反应液滴加到乙酸乙酯/己烷的混合溶液中，使聚合物沉淀出来。将所得沉淀物抽滤，用乙酸乙酯/己烷的混合溶液清洗过滤物，然后在50℃下减压干燥一夜，获得聚合物12.0g。所得聚合物相当于上述式(1-1)。通过GPC以聚苯乙烯换算测定的重均分子量Mw为10700。
合成例2
将2-乙烯基萘(みどり化学(株)制)8.00g、甲基丙烯酸缩水甘油酯1.05g、甲基丙烯酸丁氧基(2-乙基)酯1.38g、2,2’-偶氮二异丁腈0.6g溶解于环己酮38.03g，然后将该溶液加热，在85℃下搅拌约15小时。所得聚合物相当于上述式(1-2)。通过GPC以聚苯乙烯换算测定的重均分子量Mw为6000。
合成例3
将2-乙烯基萘(みどり化学(株)制)8.00g、封闭异氰酸酯系丙烯酸酯(昭和电工(株)，商品名：MOI-BP)1.69g、对氨基苯乙烯0.77g、2,2’-偶氮二异丁腈0.62g溶解于环己酮45.59g，然后将该溶液加热，在85℃下搅拌约15小时。所得聚合物相当于上述式(1-3)。通过GPC以聚苯乙烯换算测定的重均分子量Mw为5000。
合成例4
将2-乙烯基萘(みどり化学(株)制)7.00g、封闭异氰酸酯系丙烯酸酯(昭和电工(株)，商品名：MOI-BP)3.80g、4-羟基苯基甲基丙烯酰胺2.68g、2,2’-偶氮二异丁腈0.81g溶解于环己酮57.17g，然后将该溶液加热，在85℃下搅拌约15小时。所得聚合物相当于上述式(1-4)。通过GPC以聚苯乙烯换算测定的重均分子量Mw为5300。
合成例5
在100mL烧瓶中加入咔唑(8.00g，东京化成工业(株)制)、4-羟基苯甲醛(5.84g，东京化成工业(株)制)、对甲苯磺酸一水合物(0.97g，关东化学(株)制)，加入甲苯(10.48g，关东化学(株)制)、1,4-二氧六环(24.32g，关东化学(株)制)并搅拌，升温至110℃使其溶解并引发聚合。24小时后，放置冷却至60℃，然后用蒸发器蒸馏除去溶剂。将所得沉淀物溶解于丙二醇单甲醚，在减压干燥机中在80℃下干燥12小时，获得目标聚合物35.98g。所得聚合物相当于上述式(1-5)。通过GPC以聚苯乙烯换算测定的重均分子量Mw为11200，多分散度Mw/Mn为3.58。
比较合成例1
在300ml烧瓶中加入咔唑(30.00g，东京化成工业(株)制)、1-萘甲醛(28.07g，东京化成工业(株)制)、对甲苯磺酸一水合物(3.57g，关东化学(株)制)，加入甲苯(143.77g，关东化学(株)制)并搅拌，升温至110℃使其溶解并引发聚合。27小时后放置冷却至60℃，然后在甲醇(2000ml，关东化学(株)制)中再沉淀。将所得沉淀物过滤，在减压干燥机中在80℃下干燥12小时，获得目标聚合物37.89g。所获得的聚合物相当于下述式(2-1)。通过GPC以聚苯乙烯换算测定的重均分子量Mw为3800，多分散度Mw/Mn为1.88。
Figure BDA0000648012710000191
实施例1
在合成例1所获得的树脂2g中加入异氰酸酯系交联剂(三井化学(株)制，商品名：タケネートB-830，在乙酸乙酯和甲基异丁基酮的混合溶剂中以55质量％的比例含有)0.36g、表面活性剂((株)ネオス制，商品名：フタージェント[商品名]208G，成分为氟系表面活性剂)0.01g，将其溶解于丙二醇单甲醚23g形成溶液。然后，用孔径0.2μm的聚乙烯制微过滤器进行过滤，从而调制成在利用多层膜的光刻工艺中使用的用于形成有机下层膜的组合物的溶液。
实施例2
在合成例2所获得的树脂2g中加入表面活性剂(DIC(株)制，商品名：メガファック[商品名]R-30，成分为氟系表面活性剂)0.01g，将其溶解于丙二醇单甲醚乙酸酯3.5g、环己酮18.4g、γ-丁内酯1.2g中形成溶液。然后，用孔径为0.2μm的聚乙烯制微过滤器进行过滤，从而调制成在利用多层膜的光刻工艺中使用的用于形成有机下层膜的组合物的溶液。
实施例3
在合成例3所获得的树脂2g中添加表面活性剂(DIC(株)制，商品名：メガファック[商品名]R-30，成分为氟系表面活性剂)0.01g，将其溶解于丙二醇单甲醚乙酸酯6.9g、环己酮16.1g形成溶液。然后，用孔径0.2μm的聚乙烯制微过滤器进行过滤，从而调制成在利用多层膜的光刻工艺中使用的用于形成有机下层膜的组合物的溶液。
实施例4
在合成例4所获得的树脂2g中加入表面活性剂(DIC(株)制，商品名：メガファック[商品名]R-30，成分为氟系表面活性剂)0.01g，将其溶解于丙二醇单甲醚乙酸酯6.9g、环己酮16.1g形成溶液。然后，用孔径为0.2μm的聚乙烯制微过滤器进行过滤，从而调制成在利用多层膜的光刻工艺中使用的用于形成有机下层膜的组合物的溶液。
实施例5
在合成例5所获得树脂1.0g中加入环氧系交联剂(东都化成(株)制，商品名：YH434L)0.2g、表面活性剂(DIC(株)制，商品名：メガファック[商品名]R-30，成分为氟系表面活性剂)0.003g，将其溶解于丙二醇单甲醚6.7g、丙二醇单甲醚乙酸酯15.6g形成溶液。然后，用孔径0.2μm的聚乙烯制微过滤器进行过滤，从而调制成在利用多层膜的光刻工艺中使用的用于形成有机下层膜的组合物的溶液。
实施例6
在市售的苯酚酚醛清漆树脂(群荣化学(株)制)1.0g中加入环氧系交联剂(东都化成(株)制，商品名：YH434L)0.2g、表面活性剂(DIC(株)制，商品名：メガファック[注册商标]R-30，成分为氟系表面活性剂)0.003g，将其溶解于丙二醇单甲醚6.7g、丙二醇单甲醚乙酸酯15.6g形成溶液。然后，用孔径0.2μm的聚乙烯制微过滤器进行过滤，从而调制成在利用多层膜的光刻工艺中使用的用于形成有机下层膜的组合物的溶液。
比较例1
在市售的苯酚酚醛清漆树脂(群荣化学(株)制)1.0g中加入四甲氧基甲基甘脲0.2g、对甲苯磺酸吡啶
Figure BDA0000648012710000211
0.02g、表面活性剂(DIC(株)制，商品名：メガファック[商品名]R-30，成分为氟系表面活性剂)0.003g，将其溶解于丙二醇单甲醚乙酸酯4.5g、丙二醇单甲醚10.6g形成溶液。然后，用孔径0.2μm的聚乙烯制微过滤器进行过滤，从而调制成在利用多层膜的光刻工艺中使用的用于形成有机下层膜的组合物的溶液。
比较例2
在比较合成例1所获得的树脂1g中加入四甲氧基甲基甘脲0.15g、对甲苯磺酸吡啶
Figure BDA0000648012710000212
0.015g，将其溶解于丙二醇单甲醚乙酸酯18.0g、丙二醇单甲醚4.5g形成溶液。然后，用孔径0.2μm的聚乙烯制微过滤器进行过滤，从而调制成在利用多层膜的光刻工艺中使用的用于形成有机下层膜的组合物的溶液。
(光学参数的测定)
使用旋涂器将实施例1～6、比较例1～2中调制的用于形成有机下层膜的组合物的溶液涂布在硅晶片上。用热板在240℃下烧成1分钟，形成有机下层膜层(膜厚0.05μm)。使用光谱椭偏仪测定这些有机下层膜层在波长193nm处的折射率(n值)和光学吸光系数(也称为k值、衰减系数)。结果在表1中示出。
表1
表1折射率n和光学吸光系数k
Figure BDA0000648012710000221
(在光致抗蚀剂溶剂中的溶出试验)
使用旋涂器将实施例1～6、比较例1～2中调制的用于形成有机下层膜的组合物的溶液涂布在硅晶片上。用热板在240℃下烧成1分钟，形成有机下层膜层(膜厚0.20μm)。对这些有机下层膜层进行针对用于抗蚀剂的溶剂例如丙二醇单甲醚、和丙二醇单甲醚乙酸酯的浸渍试验。结果在表2中示出。残膜率是在各溶剂中浸渍60秒，测定浸渍前后的膜厚，通过(浸渍后的膜厚)/(浸渍前的膜厚)×100而计算出的结果。
表2
表2溶出实验后的残膜率(％)
Figure BDA0000648012710000222
(干法蚀刻速度的测定)
干法蚀刻速度测定中所使用的蚀刻装置和蚀刻气体如下。
RIE-10NR(サムコ公司制)：CF4
使用旋涂器将实施例1～6、比较例1～2中调制的用于形成有机下层膜的组合物的溶液涂布在硅晶片上。用热板在240℃下烧成1分钟，形成有机下层膜层(膜厚0.20μm)。使用CF4气体作为蚀刻气体，测定干法蚀刻速度。
另外，使用旋涂器将甲酚酚醛清漆树脂(市售品，重均分子量为4000)的溶液涂布在硅晶片上，在205℃下烧成1分钟，形成有机下层膜层(膜厚0.20μm)。使用CF4气体作为蚀刻气体，以与实施例1～6、比较例1～2同样的方式测定干法蚀刻速度，与实施例1～6、比较例1～2的有机下层膜层的干法蚀刻速度进行比较。结果在表3中示出。速度比(1)是(实施例所使用的有机下层膜层)/(甲酚酚醛清漆树脂，205℃烧成1分钟的膜)的干法蚀刻速度比。
表3
表3干法蚀刻速度比
Figure BDA0000648012710000231
(抗蚀剂图案化评价)
将实施例1～6、比较例1～2所获得的用于形成有机下层膜(A层)的组合物涂布在硅晶片上，用热板在240℃下加热1分钟，获得膜厚为150nm的有机下层膜(A层)。在该有机下层膜上涂布用于形成含Si的抗蚀剂下层膜(B层)的组合物，用热板在240℃下加热1分钟，获得膜厚为35nm的含Si的抗蚀剂下层膜(B层)。
用旋涂器在含Si的抗蚀剂下层膜上涂布光致抗蚀剂溶液(富士フィルム(株)制，商品名FAiRS-9521NT05)，用热板在100℃下加热1分钟，形成膜厚为85nm的光致抗蚀剂膜(C层)。使用ニコン公司制造的NSR-S307E扫描器(波长193nm，NA，σ：0.85、0.93/0.85)进行抗蚀剂的图案化。透过掩模进行曝光，所述掩模被设定为目标是形成显影后光致抗蚀剂的线宽及其线间宽度为0.06μm的所谓的线与间隔(密集的线)。然后，用热板在100℃下烘烤60秒，冷却后使用乙酸丁酯(溶剂显影液)显影60秒，获得负型的图案。
对在涂布含Si的抗蚀剂下层膜之后不放置的情况、在涂布抗蚀剂之前放置一天的情况、以及在涂布抗蚀剂之前进行了HMDS处理的情况进行评价。HMDS处理条件是在150℃下处理60秒。
结果在表4中示出。将不发生大的图案剥离、分辨不良的情况设为良好。
表4
表4溶剂显影光刻评价结果
Figure BDA0000648012710000241
另外，除了使用实施例1和2的用于形成有机下层膜的组合物，在光致抗蚀剂的曝光后使用碱显影液(显影液为2.38％的氢氧化四甲基铵水溶液)进行显影以外，进行与上述同样的工艺。
结果在表5中示出。将不发生大的图案剥离、分辨不良的情况设为良好。将发生了图案剥离、分辨不良的情况设为不良。
表5
表5溶剂显影光刻和碱显影光刻评价结果
Figure BDA0000648012710000251
产业上的可利用性
在本发明的利用多层膜的光刻工艺中在最下层中使用的有机下层膜材料，在溶剂显影工序中，即使在涂布含Si的抗蚀剂下层膜后进行放置，也不会发生分辨极限的恶化，能够形成良好的图案。

Claims (6)

1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，在半导体基板上形成有机下层膜的工序中、在所述有机下层膜上形成无机硬掩模的工序中、在所述无机硬掩模上形成抗蚀剂膜的工序中、在通过进行光或电子射线的照射和溶剂显影来形成抗蚀剂图案的工序中、在利用抗蚀剂图案对该无机硬掩模进行蚀刻的工序中、在利用图案化了的无机硬掩模对该有机下层膜进行蚀刻的工序中、以及在利用图案化了的有机下层膜对半导体基板进行加工的工序中，该有机下层膜是通过用于形成有机下层膜的组合物的涂布和加热而获得的有机下层膜，所述用于形成有机下层膜的组合物含有包含有机基团的化合物、和有机溶剂，所述有机基团具有选自环氧基、异氰酸酯基、封闭异氰酸酯基和苯并环丁烯环基中的官能团，
用于形成有机下层膜的组合物中的化合物是
含有包含有机基团A1的结构单元、和包含有机基团B1的结构单元的聚合物；
含有聚合物和交联性化合物的混合物，所述聚合物含有包含有机基团A1的结构单元，所述交联性化合物包含有机基团B1；或者
含有交联性化合物和聚合物的混合物，所述交联性化合物包含有机基团A1，所述聚合物含有包含有机基团B1的结构单元，
所述有机基团A1具有选自环氧基、异氰酸酯基和封闭异氰酸酯基中的官能团，所述有机基团B1具有选自羟基、羧酸基、封闭羧酸基、氨基、酰胺基、异氰脲酸基和巯基中的官能团。
2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，用于形成有机下层膜的组合物中的化合物是含有包含有机基团A2的结构单元、和包含有机基团B2的结构单元的聚合物，所述有机基团A2具有环氧基或封闭异氰酸酯基，所述有机基团B2具有羟基、封闭羧酸基或氨基。
3.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，用于形成有机下层膜的组合物中的化合物是含有交联性化合物和聚合物的混合物，所述交联性化合物包含有机基团A3，所述有机基团A3具有环氧基或异氰酸酯基，所述聚合物含有包含有机基团B3的结构单元，所述有机基团B3具有羟基。
4.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，相对于1摩尔有机基团A1，以0.05至2摩尔的比例配合有机基团B1。
5.根据权利要求2所述的半导体装置的制造方法，相对于1摩尔有机基团A2，以0.05至2摩尔的比例配合有机基团B2。
6.根据权利要求3所述的半导体装置的制造方法，相对于1摩尔有机基团A3，以0.05至2摩尔的比例配合有机基团B3。
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