WO2017154600A1 - レジスト下層膜形成組成物及びそれを用いたレジストパターンの形成方法 - Google Patents

レジスト下層膜形成組成物及びそれを用いたレジストパターンの形成方法 Download PDF

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resist underlayer
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film forming
forming composition
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裕斗 緒方
友輝 臼井
護 田村
高広 岸岡
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日産化学工業株式会社
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    • H01L21/0276—Photolithographic processes using an anti-reflective coating

Definitions

  • the present invention relates to a composition for forming a resist underlayer film that has a high dry etching rate, functions as an antireflection film during exposure, and can embed a narrow space and a high aspect ratio recess.
  • a fine resist pattern on a substrate by a photolithography technique including an exposure process using a KrF excimer laser or an ArF excimer laser as a light source.
  • the KrF excimer laser or ArF excimer laser (incident light) incident on the resist film before forming the resist pattern is reflected on the substrate surface to generate a standing wave in the resist film.
  • a resist pattern having a desired shape cannot be formed due to this standing wave.
  • Patent Document 1 listed below describes a resist underlayer film forming composition using a polymer having at least one sulfur atom in a structural unit.
  • a resist underlayer film or an antireflection film having a dry etching rate larger than that of the resist film can be obtained.
  • a gap fill material or a planarizing film that can fill the concave portion of the substrate is required.
  • Patent Document 1 does not describe or suggest any embedding property of the recess.
  • Patent Document 2 listed below describes a resist underlayer film forming composition using a copolymer having a triazine ring and a sulfur atom in the main chain.
  • the composition described in Patent Document 2 it has a much higher dry etching rate than the resist film, functions as an antireflection film at the time of exposure without reducing the dry etching rate, and further has a hole ( A resist underlayer film in which a diameter of 0.12 ⁇ m and a depth of 0.4 ⁇ m can be embedded is obtained.
  • a resist underlayer film that satisfies all the requirements of having a high dry etching rate, functioning as an antireflection film during exposure, and being capable of filling a recess in a semiconductor substrate.
  • the concave portion is a trench having a narrow space and a high aspect ratio, it is not easy to completely fill the concave portion using a conventional resist underlayer film forming composition.
  • the first aspect of the present invention is a resist underlayer film forming composition comprising a copolymer having a structural unit represented by the following formula (1), a crosslinkable compound, a crosslinking catalyst, and a solvent.
  • R 1 and R 2 each independently represents an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms or a single bond, Z represents an —O— group, an —S— group or an —S—S— group; Ar Represents an arylene group.
  • R 1 and R 2 each independently represents a single bond, the —O— group, —S— group or —S—S— group represented by Z and the carbon atom of the carbonyl group are bonded by a single bond.
  • the arylene group is selected from, for example, a phenylene group and a naphthylene group.
  • crosslinkable compound examples include a nitrogen-containing compound having at least two nitrogen atoms to which a hydroxymethyl group or an alkoxymethyl group is bonded, an aromatic compound having at least two hydroxymethyl groups or an alkoxymethyl group, and at least two epoxy groups. And at least one compound selected from the group consisting of compounds having at least two blocked isocyanate groups.
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention may further contain a surfactant.
  • a step of applying the resist underlayer film forming composition according to the first aspect of the present invention on a substrate having a concave portion on the surface, and baking the resist underlayer film forming composition A step of forming a resist underlayer film that fills at least the recess.
  • the method may further include a step of forming a photoresist pattern on the resist underlayer film.
  • the substrate is, for example, a semiconductor substrate having a trench having a width of 0.005 ⁇ m to 0.20 ⁇ m, 0.01 ⁇ m to 0.10 ⁇ m, and an aspect ratio of 1 to 50 or 5 to 10.
  • the aspect ratio is a value of the ratio of the depth to the width of the trench.
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention contains a copolymer having at least two ether bonds and an arylene group in the main chain.
  • a resist underlayer film forming composition By using such a resist underlayer film forming composition, it functions as an antireflection film at the time of exposure without reducing the dry etching rate, the amount of sublimates generated at the time of baking is greatly reduced, and further, a narrow space and a high aspect ratio Thus, a resist underlayer film that can completely fill the trench is obtained.
  • Example 2 is a cross-sectional SEM image of a photoresist pattern formed on a resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition of Example 1.
  • 3 is a cross-sectional SEM image of a photoresist pattern formed on a resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition of Example 2.
  • 4 is a cross-sectional SEM image of a photoresist pattern formed on a resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition of Example 3. It is a cross-sectional SEM image of the photoresist pattern formed on the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition of Example 4.
  • FIG. Hall inside resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of Comparative Example 1 has been filled, a cross-sectional SEM image of the SiO 2 wafer.
  • Hall inside resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of Comparative Example 2 has been filled, a cross-sectional SEM image of the SiO 2 wafer.
  • the copolymer constituting the resist underlayer film forming composition of the present invention is a diglycidyl ether having a carboxyl group of an dicarboxylic acid compound having an —O— group, an —S— group or an —SS— group and an arylene group. It is synthesized by reacting with an epoxy group of a compound.
  • dicarboxylic acid compound having the —O— group, —S— group or —S—S— group are shown in the formulas (a) to (i).
  • diglycidyl ether compound having an arylene group are shown in the following formulas (j) to (q).
  • the weight average molecular weight of the copolymer is, for example, 1000 to 100,000, preferably 1000 to 10,000. If the weight average molecular weight of this copolymer is less than 1000, solvent resistance may be insufficient.
  • the weight average molecular weight is a value obtained by using gel as a standard sample by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC in the present specification).
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention contains a crosslinkable compound.
  • This crosslinkable compound is also called a crosslinking agent.
  • a crosslinkable compound a compound having at least two crosslink forming substituents is preferably used.
  • a melamine compound or a substituted urea compound having at least two crosslink forming substituents such as a hydroxymethyl group or an alkoxymethyl group.
  • the alkoxymethyl group include a methoxymethyl group, a 2-methoxyethoxymethyl group, and a butoxymethyl group.
  • the crosslinkable compound is a nitrogen-containing compound having at least 2, for example, 2 to 4, nitrogen atoms to which a hydroxymethyl group or an alkoxymethyl group is bonded.
  • the nitrogen-containing compounds include hexamethoxymethyl melamine, tetramethoxymethyl benzoguanamine, 1,3,4,6-tetrakis (methoxymethyl) glycoluril, 1,3,4,6-tetrakis (butoxymethyl) glycoluril, 1,3,4,6-tetrakis (hydroxymethyl) glycoluril, 1,3-bis (hydroxymethyl) urea, 1,1,3,3-tetrakis (butoxymethyl) urea and 1,1,3,3- Tetrakis (methoxymethyl) urea is mentioned.
  • Examples of the aromatic compound having at least two hydroxymethyl groups or alkoxymethyl groups include 1-hydroxybenzene-2,4,6-trimethanol, 3,3 ′, 5,5′-tetrakis (hydroxymethyl)- 4,4′-dihydroxybiphenyl (trade name: TML-BP, manufactured by Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), 5,5 ′-[2,2,2-trifluoro-1- (trifluoromethyl) ethylidene] bis [ 2-hydroxy-1,3-benzenedimethanol] (trade name: TML-BPAF-MF, manufactured by Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), 2,2-dimethoxymethyl-4-t-butylphenol (trade name: DMOM-PTBP) 3,3 ′, 5,5′-tetramethoxymethyl-4,4′-dihydroxybiphenyl (trade name: TMOM-BP, manufactured by Honshu Chemical Industry Co., Ltd.) Honshu Chemical Industry Co., Ltd.), bis (2-hydroxy-3-hydroxymethyl-5-methylphenyl
  • Examples of the compound having at least two epoxy groups include tris (2,3-epoxypropyl) isocyanurate, 1,4-butanediol diglycidyl ether, 1,2-epoxy-4- (epoxyethyl) cyclohexane, glycerol Triglycidyl ether, diethylene glycol diglycidyl ether, 2,6-diglycidylphenyl glycidyl ether, 1,1,3-tris [p- (2,3-epoxypropoxy) phenyl] propane, diglycidyl 1,2-cyclohexanedicarboxylate Ester, 4,4′-methylenebis (N, N-diglycidylaniline), 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate, trimethylolethane triglycidyl ether, bisphenol -A-diglycidyl ether, Epolide (registered trademark
  • a polymer compound can also be used as the compound having at least two epoxy groups.
  • This polymer compound can be used without particular limitation as long as it is a polymer having at least two epoxy groups, and by addition polymerization using an addition polymerizable monomer having an epoxy group or a polymer having a hydroxy group, epichlorohydrin, It can be produced by reaction with a compound having an epoxy group such as glycidyl tosylate.
  • polystyrene resin examples include polyglycidyl acrylate, a copolymer of glycidyl methacrylate and ethyl methacrylate, an addition polymerization polymer such as a copolymer of glycidyl methacrylate, styrene and 2-hydroxyethyl methacrylate, and an epoxy novolac.
  • a condensation polymerization polymer is mentioned.
  • the weight average molecular weight of the polymer compound is, for example, 300 to 200,000.
  • the weight average molecular weight is a value obtained by using GPC as a standard sample by GPC.
  • An epoxy resin having an amino group can also be used as the compound having at least two epoxy groups.
  • Examples of such an epoxy resin include YH-434 and YH-434L (manufactured by Nippon Kayaku Epoxy Manufacturing Co., Ltd.).
  • Examples of the compound having at least two blocked isocyanate groups include Takenate (registered trademark) B-830 and B-870N manufactured by Mitsui Chemical Co., Ltd., and VESTANAT (registered trademark) -B1358 / 100 manufactured by Evonik Degussa. Can be mentioned. These compounds can be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the crosslinkable compound is, for example, 1% by mass to 80% by mass, and preferably 10% by mass to 60% by mass with respect to the content of the copolymer.
  • the content of the crosslinkable compound is too small or excessive, it may be difficult to obtain the resistance of the formed film to the resist solvent.
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention contains a crosslinking catalyst together with the crosslinking compound in order to promote the crosslinking reaction.
  • a crosslinking catalyst for example, a sulfonic acid compound or a carboxylic acid compound, or a thermal acid generator can be used.
  • sulfonic acid compound examples include p-toluenesulfonic acid, pyridinium-p-toluenesulfonate, 5-sulfosalicylic acid, 4-chlorobenzenesulfonic acid, 4-hydroxybenzenesulfonic acid, pyridinium-4-hydroxybenzenesulfonate, n- Examples include dodecylbenzenesulfonic acid, 4-nitrobenzenesulfonic acid, benzenedisulfonic acid, 1-naphthalenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, and camphorsulfonic acid.
  • Examples of the carboxylic acid compound include salicylic acid, citric acid, benzoic acid, and hydroxybenzoic acid.
  • Examples of the thermal acid generator include K-PURE (registered trademark) CXC-1612, CXC-1614, TAG-2172, TAG-2179, TAG-2678, TAG2689 (manufactured by King Industries), and SI. -45, SI-60, SI-80, SI-100, SI-110, SI-150 (manufactured by Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.).
  • These crosslinking catalysts can be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the crosslinking catalyst is, for example, 1% by mass to 40% by mass, and preferably 5% by mass to 20% by mass with respect to the content of the crosslinkable compound.
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention can contain, as an optional component, a glycoluril derivative having four functional groups together with the crosslinkable compound.
  • a glycoluril derivative having four functional groups together with the crosslinkable compound.
  • the glycoluril derivative include 1,3,4,6-tetraallylglycoluril (trade name: TA-G, manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.), 1,3,4,6-tetraglycidylglycoluril ( Trade name: TG-G, manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.), 1,3,4,6-tetrakis (2-carboxyethyl) glycoluril (trade name: TC-G, manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.), 1,3,4,6-tetrakis (2-hydroxyethyl) glycoluril (trade name: TH-G, manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) and 1,3,4,6-tetra
  • the content of the glycoluril derivative is, for example, 1% by mass to 40% by mass, and preferably 5% by mass to 30% by mass with respect to the content of the copolymer.
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention can contain a surfactant as an optional component in order to improve applicability to the substrate.
  • a surfactant include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene octylphenol ether, and polyoxyethylene nonylphenol.
  • Polyoxyethylene alkyl allyl ethers such as ether, polyoxyethylene / polyoxypropylene block copolymers, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan tristearate
  • Sorbitan fatty acid esters such as polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene
  • Nonionic surfactants such as polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters such as rubitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, Ftop [registered trademark] EF301, EF303, EF352 (manufactured by Mitsubishi Materials Denka Kasei Co., Ltd.), MegaFuck [registered trademark] F171, F173, R-30, R-30N, R-40-LM (DIC Corporation) )), Florard FC
  • Fluorine-based surfactants such as Ltd.), manufactured organosiloxane polymer KP341 (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co.) and the like. These surfactants may be added alone or in combination of two or more.
  • the content of the surfactant is, for example, 0.01% by mass to 5% by mass, preferably 0.1% by mass to 3% with respect to the content of the copolymer. % By mass.
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention can be prepared by dissolving each of the above components in an appropriate solvent, and is used in a uniform solution state.
  • solvents include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether.
  • the prepared composition is preferably used after being filtered using a filter having a pore size of 0.2 ⁇ m, 0.1 ⁇ m, or 0.05 ⁇ m, for example.
  • the resist underlayer film forming composition of the present invention is excellent in long-term storage stability at room temperature.
  • the use of the resist underlayer film forming composition of the present invention will be described.
  • An appropriate coating method such as a spinner or a coater on a substrate having a recess (for example, a semiconductor substrate such as a silicon wafer or a germanium wafer which may be covered with a silicon oxide film, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film).
  • the composition of the present invention is applied, and then the resist underlayer film is formed by baking using a heating means such as a hot plate.
  • Baking conditions are appropriately selected from baking temperatures of 80 ° C. to 250 ° C. and baking times of 0.3 minutes to 10 minutes.
  • the baking temperature is 120 to 250 ° C.
  • the baking time is 0.5 to 5 minutes.
  • the film thickness of the resist underlayer film is 0.005 ⁇ m to 3.0 ⁇ m, for example, 0.01 ⁇ m to 0.1 ⁇ m, or 0.05 ⁇ m to 0.5 ⁇ m.
  • the resist lower layer film may cause intermixing with the resist film formed in the upper layer.
  • the resist underlayer film may cause intermixing with the resist film due to the cutting of the bridge.
  • the resist film is formed on the resist underlayer film.
  • the resist film can be formed by a general method, that is, coating and baking of a photoresist solution on the resist underlayer film.
  • the photoresist solution used for forming the resist film is not particularly limited as long as it is sensitive to a light source used for exposure, and either a negative type or a positive type can be used.
  • a resist pattern When forming a resist pattern, exposure is performed through a mask (reticle) for forming a predetermined pattern.
  • a mask for example, a KrF excimer laser or an ArF excimer laser can be used.
  • post-exposure heating Post Exposure Bake
  • the conditions for “post-exposure heating” are appropriately selected from heating temperatures of 80 ° C. to 150 ° C. and heating times of 0.3 minutes to 10 minutes.
  • a resist pattern is formed through a step of developing with an alkaline developer.
  • alkali developer examples 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.
  • alkaline aqueous solutions such as amine aqueous solutions such as amines and ethylenediamine.
  • a surfactant or the like can be added to these developers.
  • 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.
  • Example 2 To 63.28 g of the solution containing 9.60 g of the copolymer obtained in Synthesis Example 2 (the solvent is PGME used at the time of synthesis), 226.53 g of PGME, 32.83 g of propylene glycol monomethyl ether acetate, tetramethoxymethyl glycoluril ( Product Name: Powder Link 1174, Nippon Cytec Industries Co., Ltd. 2.40 g, 5-sulfosalicylic acid (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 0.24 g, and Surfactant (DIC Co., Ltd., Product Name: R-30N) 0.0096 g was mixed to give a 3.5 mass% solution. The solution was filtered using a polytetrafluoroethylene microfilter having a pore size of 0.2 ⁇ m to prepare a resist underlayer film forming composition.
  • Example 3 60.05 g of a solution containing 9.99 g of the copolymer obtained in Synthesis Example 1 (the solvent is PGME used in the synthesis), 229.19 g of PGME, 32.79 g of propylene glycol monomethyl ether acetate, tetramethoxymethyl glycoluril ( Product name: Powder Link 1174, manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd. 2.00 g, 5-sulfosalicylic acid (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 0.25 g, and surfactant (manufactured by DIC Corporation, product name: R-30N) 0.010 g was mixed to obtain a 3.5% by mass solution. The solution was filtered using a polytetrafluoroethylene microfilter having a pore size of 0.2 ⁇ m to prepare a resist underlayer film forming composition.
  • Example 4 To 1.64 g of the solution containing 0.27 g of the copolymer obtained in Synthesis Example 3 (the solvent is PGME used during synthesis), 6.64 g of PGME, 0.94 g of propylene glycol monomethyl ether acetate, tetramethoxymethyl glycoluril ( Product name: Powder Link 1174, 0.069 g of Nippon Cytec Industries Co., Ltd., 5-sulfosalicylic acid (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 0.0005 g, and surfactant (manufactured by DIC Corporation, product name: R-30N) 0.00027 g was mixed to obtain a 3.5% by mass solution. The solution was filtered using a polytetrafluoroethylene microfilter having a pore size of 0.2 ⁇ m to prepare a resist underlayer film forming composition.
  • Example 5 3.78 g of a solution containing 0.60 g of the copolymer obtained in Synthesis Example 2 (the solvent is PGME used at the time of synthesis), 19.47 g of PGME, tetramethoxymethyl glycoluril (trade name: Powder Link 1174, Nippon Cytec Co., Ltd.) 0.091 g, manufactured by Industries Co., Ltd., 0.015 g, 5-sulfosalicylic acid (produced by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 1,3,4,6-tetrakis (2-hydroxyethyl) glycoluril (trade name: TH- G, 0.091 g manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd., and 0.00060 g surfactant (manufactured by DIC Corporation, trade name: R-30N) were mixed to obtain a 3.2 mass% solution. The solution was filtered using a polytetrafluoroethylene microfilter having a pore size of 0.2 ⁇ m
  • the dry etching rate of this photoresist film was measured using the above-mentioned RIE system manufactured by Samco Co., Ltd. under the conditions using N 2 as a dry etching gas.
  • the dry etching rate of each resist underlayer film was calculated when the dry etching rate of the photoresist film was 1.00.
  • the results are shown as “selectivity” in Table 1 below.
  • the dry etching rate of the resist underlayer film formed using the resist underlayer film forming composition prepared in Examples 1 to 5, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 is sufficiently higher than the dry etching rate of the photoresist film. It was shown to have a large dry etching rate.
  • the resist underlayer film forming composition prepared in Examples 1 to 5, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was spin-coated at 1,500 rpm for 60 seconds on a 4-inch diameter silicon wafer.
  • the silicon wafer is set in a sublimation amount measuring apparatus (see International Publication WO2007 / 111147 pamphlet) integrated with a hot plate, baked for 120 seconds, and the sublimation is formed by a QCM (Quartz Crystal Microbalance) sensor, that is, an electrode.
  • the QCM sensor can measure a small amount of mass change by utilizing the property that when a sublimate adheres to the surface (electrode) of the crystal unit, the frequency of the crystal unit changes (decreases) according to the mass. .
  • the detailed measurement procedure is as follows.
  • the hot plate of the sublimation amount measuring device was heated to 215 ° C., the pump flow rate was set to 1 m 3 / s, and the first 60 seconds was left to stabilize the device.
  • the silicon wafer coated with the resist underlayer film forming composition was quickly placed on the hot plate from the slide port, and the sublimate was collected from 60 seconds to 180 seconds (120 seconds).
  • the film thickness of the resist underlayer film formed on the silicon wafer was 0.1 ⁇ m.
  • the flow attachment (detection part) that connects the QCM sensor and the collection funnel part of the sublimation quantity measuring device is used without a nozzle, so that the chamber with a distance of 30 mm from the sensor (quartz crystal unit) is used.
  • the airflow flows from the unit flow path (caliber: 32 mm) without being restricted.
  • the QCM sensor uses a material mainly composed of silicon and aluminum (AlSi) as an electrode, the diameter of the crystal unit (sensor diameter) is 14 mm, the electrode diameter on the surface of the crystal unit is 5 mm, and the resonance frequency is 9 MHz. The thing of was used.
  • Table 1 shows the resist underlayer film forming compositions of Examples 1 to 4 and Comparative Example 2 when the amount of sublimate generated from the resist underlayer film forming composition of Comparative Example 1 is 1.00. The amount of sublimate that was produced. The amount of sublimation generated from the resist underlayer film forming compositions of Examples 1 to 4 was smaller than the amount of sublimation of the composition obtained in Comparative Example 1.
  • substrate ie, a silicon wafer, and the orthogonal
  • SEM scanning electron microscope
  • Table 1 below shows “litho characteristics”, that is, photolithography characteristics, where the cross-sectional shape of the photoresist pattern is a straight skirt shape and a substantially rectangular shape, “ ⁇ ”, and the desired photoresist pattern was not obtained. The case is indicated by “ ⁇ ”.
  • FIGS. 1 to 5 Cross-sectional SEM images of photoresist patterns finally formed on the substrate using the resist underlayer film forming compositions of Examples 1 to 5 are shown in FIGS. 1 to 5, respectively.
  • the amount of sublimation of the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of Example 1 to Example 4 is the amount of sublimation of the resist underlayer film formed from the resist underlayer film forming composition of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. It was shown that it decreased significantly compared to. Furthermore, the cross-sectional shape of the photoresist pattern obtained using the composition for forming a resist underlayer film prepared in Examples 1 to 5 was a good straight skirt shape and a substantially rectangular shape.
  • the resist underlayer film forming compositions prepared in Examples 1 to 5 can be a resist underlayer film having low sublimation, a large dry etching rate, and antireflection performance in both ArF and KrF processes. It was shown that.
  • Example 1 to Example 5 the resist underlayer film forming composition prepared in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the spinner, the trench (width 0.04 .mu.m, depth 0.3 [mu] m) is a plurality have SiO 2 film It was applied on a silicon wafer (hereinafter abbreviated as SiO 2 wafer in this specification) formed on the surface. Then, it baked on the hotplate at the temperature of 215 degreeC for 1 minute, and formed the resist underlayer film (film thickness of 0.1 micrometer).
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of the SiO 2 wafer 4 used in this test and the resist underlayer film 3 formed on the wafer.
  • the wafer 4 has a dense pattern of trenches, and this dense pattern is a pattern in which the distance from the center of the trench to the center of the adjacent trench is three times the width of the trench.
  • the depth 1 of the trench of the SiO 2 wafer shown in FIG. 6 is 0.3 ⁇ m, and the width 2 of the trench is 0.04 ⁇ m.
  • Examples 1 to 5 the cross section of the SiO 2 wafer to form a resist underlayer film by applying and baking the resist underlayer film forming composition prepared in Comparative Example 1 and Comparative Example 2 on SiO 2 wafer
  • SEM scanning electron microscope
  • SiO 2 wafer trench depth 2 SiO 2 wafer trench width 3 Resist underlayer film 4 SiO 2 wafer

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Abstract

【課題】 大きいドライエッチング速度を有し、露光時に反射防止膜として機能すると共に、狭スペース及び高アスペクト比の凹部を埋め込むことができる、新規なレジスト下層膜形成組成物を提供する。 【解決手段】 下記式（１）で表される構造単位を有する共重合体、架橋性化合物、架橋触媒及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。 （式中、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に炭素原子数１乃至３のアルキレン基又は単結合を表し、Ｚは－Ｏ－基、－Ｓ－基又は－Ｓ－Ｓ－基を表し、Ａｒはアリーレン基を表す。）

Description

レジスト下層膜形成組成物及びそれを用いたレジストパターンの形成方法
本発明は、大きいドライエッチング速度を有し、露光時に反射防止膜として機能すると共に、狭スペース及び高アスペクト比の凹部を埋め込むことができるレジスト下層膜を形成するための組成物に関する。
例えば半導体素子の製造において、光源としてＫｒＦエキシマレーザー又はＡｒＦエキシマレーザーを使用した露光工程を含むフォトリソグラフィー技術により、基板上に微細なレジストパターンを形成することが知られている。レジストパターン形成前のレジスト膜へ入射したＫｒＦエキシマレーザー又はＡｒＦエキシマレーザー（入射光）は、基板表面で反射することにより、当該レジスト膜中に定在波を発生させる。この定在波が原因で、所望の形状のレジストパターンを形成できないことが知られている。この定在波の発生を抑制するために、レジスト膜と基板との間に、入射光を吸収する反射防止膜を設けることも知られている。この反射防止膜は、前記レジスト膜の下層に設けられる場合、当該レジスト膜よりも大きいドライエッチング速度を有することが求められる。
下記特許文献１には、構造単位中に硫黄原子を少なくとも１つ有するポリマーを用いたレジスト下層膜形成組成物が記載されている。特許文献１に記載された組成物を用いることで、レジスト膜よりも大きいドライエッチング速度を有するレジスト下層膜又は反射防止膜を得ることができる。一方、半導体素子の製造において、表面に凹部を有する基板を用いる場合、当該基板の凹部を埋め込むことができるギャップフィル材又は平坦化膜が必要とされる。しかしながら、特許文献１には、凹部の埋め込み性について何ら記載はなく示唆もない。
下記特許文献２には、トリアジン環及び硫黄原子を主鎖に有する共重合体を用いたレジスト下層膜形成組成物が記載されている。特許文献２に記載の組成物を用いることで、レジスト膜よりもはるかに大きいドライエッチング速度を有し、ドライエッチング速度を低下させることなく露光時に反射防止膜として機能し、さらに半導体基板のホール（直径０．１２μｍ、深さ０．４μｍ）を埋め込むことができる、レジスト下層膜が得られる。
国際公開第２００９／０９６３４０号 国際公開第２０１５／０９８５２５号
半導体素子の製造において、大きいドライエッチング速度を有すること、露光時に反射防止膜として機能すること、半導体基板の凹部を埋め込むことができること、の全ての要件を満たすレジスト下層膜が求められている。しかし、前記凹部が狭スペース及び高アスペクト比のトレンチである場合、従来のレジスト下層膜形成組成物を用いて該凹部を完全に埋め込むことは容易ではなかった。
本発明は、特定の共重合体、架橋性化合物、架橋触媒及び溶剤を含むレジスト下層膜形成組成物を提供することにより、上記課題を解決するものである。すなわち、本発明の第１の態様は、下記式（１）で表される構造単位を有する共重合体、架橋性化合物、架橋触媒及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 （式中、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に炭素原子数１乃至３のアルキレン基又は単結合を表し、Ｚは－Ｏ－基、－Ｓ－基又は－Ｓ－Ｓ－基を表し、Ａｒはアリーレン基を表す。）
上記Ｒ１及びＲ２がそれぞれ独立に単結合を表す場合、Ｚで表される－Ｏ－基、－Ｓ－基又は－Ｓ－Ｓ－基とカルボニル基の炭素原子とが単結合により結合していることを意味する。
前記アリーレン基は、例えばフェニレン基及びナフチレン基から選択される。
前記架橋性化合物は、例えば、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基が結合した窒素原子を少なくとも２つ有する含窒素化合物、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を少なくとも２つ有する芳香族化合物、少なくとも２つのエポキシ基を有する化合物、及び少なくとも２つのブロックイソシアネート基を有する化合物からなる群から選択される少なくとも一種の化合物である。
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有してもよい。
本発明の第２の態様は、表面に凹部を有する基板上に、本発明の第１の態様に係るレジスト下層膜形成組成物を塗布する工程、及び前記レジスト下層膜形成組成物をベークすることにより少なくとも前記凹部内を埋めるレジスト下層膜を形成する工程、を有する方法である。
前記レジスト下層膜を形成する工程の後、該レジスト下層膜上にフォトレジストパターンを形成する工程をさらに有してもよい。
前記基板は、例えば、幅が０．００５μｍ乃至０．２０μｍ又は０．０１μｍ乃至０．１０μｍでアスペクト比が１乃至５０又は５乃至１０のトレンチを有する半導体基板である。前記アスペクト比は、前記トレンチの幅に対する深さの比の値である。
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、主鎖に少なくとも２つのエーテル結合とアリーレン基とを有する共重合体を含む。このようなレジスト下層膜形成組成物を用いることによって、ドライエッチング速度を低下させることなく露光時に反射防止膜として機能し、ベーク時に発生する昇華物量が大幅に低減され、さらに狭スペース及び高アスペクト比のトレンチを完全に埋め込むことができる、レジスト下層膜が得られる。
実施例１のレジスト下層膜形成組成物を用いて形成したレジスト下層膜上に形成されたフォトレジストパターンの断面ＳＥＭ像である。 実施例２のレジスト下層膜形成組成物を用いて形成したレジスト下層膜上に形成されたフォトレジストパターンの断面ＳＥＭ像である。 実施例３のレジスト下層膜形成組成物を用いて形成したレジスト下層膜上に形成されたフォトレジストパターンの断面ＳＥＭ像である。 実施例４のレジスト下層膜形成組成物を用いて形成したレジスト下層膜上に形成されたフォトレジストパターンの断面ＳＥＭ像である。 実施例５のレジスト下層膜形成組成物を用いて形成したレジスト下層膜上に形成されたフォトレジストパターンの断面ＳＥＭ像である。 レジスト下層膜によるトレンチの埋め込み性（充填性）試験で使用した、ＳｉＯ２ウエハーの断面を表す模式図である。 実施例１のレジスト下層膜形成組成物を用いて形成したレジスト下層膜でホール内部が充填された、ＳｉＯ２ウエハーの断面ＳＥＭ像である。 実施例２のレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜でホール内部が充填された、ＳｉＯ２ウエハーの断面ＳＥＭ像である。 実施例３のレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜でホール内部が充填された、ＳｉＯ２ウエハーの断面ＳＥＭ像である。 実施例４のレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜でホール内部が充填された、ＳｉＯ２ウエハーの断面ＳＥＭ像である。 実施例５のレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜でホール内部が充填された、ＳｉＯ２ウエハーの断面ＳＥＭ像である。 比較例１のレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜でホール内部が充填された、ＳｉＯ２ウエハーの断面ＳＥＭ像である。 比較例２のレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜でホール内部が充填された、ＳｉＯ２ウエハーの断面ＳＥＭ像である。
本発明のレジスト下層膜形成組成物を構成する共重合体は、－Ｏ－基、－Ｓ－基又は－Ｓ－Ｓ－基を有するジカルボン酸化合物のカルボキシル基と、アリーレン基を有するジグリシジルエーテル化合物のエポキシ基と、を反応させて合成される。
上記－Ｏ－基、－Ｓ－基又は－Ｓ－Ｓ－基を有するジカルボン酸化合物の具体例を式（ａ）乃至式（ｉ）に示す。さらに、アリーレン基を有するジグリシジルエーテル化合物の具体例を下記式（ｊ）乃至式（ｑ）に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
前記共重合体の重量平均分子量は、例えば１０００乃至１００，０００、好ましくは１０００乃至１０，０００である。この共重合体の重量平均分子量が１０００より小さいと、溶剤耐性が不十分になる場合がある。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（以下、本明細書ではＧＰＣと略称する。）により、標準試料としてポリスチレンを用いて得られる値である。
本発明のレジスト下層膜形成組成物は架橋性化合物を含有する。この架橋性化合物は架橋剤とも称する。当該架橋性化合物としては、少なくとも２つの架橋形成置換基を有する化合物が好ましく用いられ、例えば、ヒドロキシメチル基、アルコキシメチル基といった架橋形成置換基を少なくとも２つ有する、メラミン系化合物、置換尿素系化合物又は芳香族化合物、少なくとも２つのエポキシ基を有する化合物、及び少なくとも２つのブロックイソシアネート基を有する化合物が挙げられる。アルコキシメチル基として、例えば、メトキシメチル基、２－メトキシエトキシメチル基及びブトキシメチル基が挙げられる。架橋性化合物として、より好ましくは、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基が結合した窒素原子を少なくとも２つ、例えば２乃至４つ有する含窒素化合物が用いられる。当該含窒素化合物として、例えば、ヘキサメトキシメチルメラミン、テトラメトキシメチルベンゾグアナミン、１，３，４，６－テトラキス（メトキシメチル）グリコールウリル、１，３，４，６－テトラキス（ブトキシメチル）グリコールウリル、１，３，４，６－テトラキス（ヒドロキシメチル）グリコールウリル、１，３－ビス（ヒドロキシメチル）尿素、１，１，３，３－テトラキス（ブトキシメチル）尿素及び１，１，３，３－テトラキス（メトキシメチル）尿素が挙げられる。
上記ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を少なくとも２つ有する芳香族化合物として、例えば、１－ヒドロキシベンゼン－２，４，６－トリメタノール、３，３’，５，５’－テトラキス（ヒドロキシメチル）－４，４’－ジヒドロキシビフェニル（商品名：ＴＭＬ－ＢＰ，本州化学工業（株）製）、５，５’－［２，２，２－トリフルオロ－１－（トリフルオロメチル）エチリデン］ビス［２－ヒドロキシ－１，３－ベンゼンジメタノール］（商品名：ＴＭＬ－ＢＰＡＦ－ＭＦ，本州化学工業（株）製）、２，２－ジメトキシメチル－４－ｔ－ブチルフェノール（商品名：ＤＭＯＭ－ＰＴＢＰ，本州化学工業（株）製）、３，３’，５，５’－テトラメトキシメチル－４，４’－ジヒドロキシビフェニル（商品名：ＴＭＯＭ－ＢＰ，本州化学工業（株）製）、ビス（２－ヒドロキシ－３－ヒドロキシメチル－５－メチルフェニル）メタン（商品名：ＤＭ－ＢＩＰＣ－Ｆ，旭有機材工業（株）製）、ビス（４－ヒドロキシ－３－ヒドロキシメチル－５－メチルフェニル）メタン（商品名：ＤＭ－ＢＩＯＣ－Ｆ，旭有機材工業（株）製）、５，５’－（１－メチルエチリデン）ビス（２－ヒドロキシ－１，３－ベンゼンジメタノール）（商品名：ＴＭ－ＢＩＰ－Ａ，旭有機材工業（株）製）が挙げられる。
上記少なくとも２つのエポキシ基を有する化合物として、例えば、トリス（２，３－エポキシプロピル）イソシアヌレート、１，４－ブタンジオールジグリシジルエーテル、１，２－エポキシ－４－（エポキシエチル）シクロヘキサン、グリセロールトリグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、２，６－ジグリシジルフェニルグリシジルエーテル、１，１，３－トリス［ｐ－（２，３－エポキシプロポキシ）フェニル］プロパン、１，２－シクロヘキサンジカルボン酸ジグリシジルエステル、４，４’－メチレンビス（Ｎ，Ｎ－ジグリシジルアニリン）、３，４－エポキシシクロヘキシルメチル－３，４－エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル、ビスフェノール－Ａ－ジグリシジルエーテル、（株）ダイセル製のエポリード〔登録商標〕ＧＴ－４０１、同ＧＴ－４０３、同ＧＴ－３０１、同ＧＴ－３０２、セロキサイド〔登録商標〕２０２１、同３０００、三菱化学（株）製の１００１、１００２、１００３、１００４、１００７、１００９、１０１０、８２８、８０７、１５２、１５４、１８０Ｓ７５、８７１、８７２、日本化薬（株）製のＥＰＰＮ２０１、同２０２、ＥＯＣＮ－１０２、同１０３Ｓ、同１０４Ｓ、同１０２０、同１０２５、同１０２７、ナガセケムテックス（株）製のデナコール〔登録商標〕ＥＸ－２５２、同ＥＸ－６１１、同ＥＸ－６１２、同ＥＸ－６１４、同ＥＸ－６２２、同ＥＸ－４１１、同ＥＸ－５１２、同ＥＸ－５２２、同ＥＸ－４２１、同ＥＸ－３１３、同ＥＸ－３１４、同ＥＸ－３２１、ＢＡＳＦジャパン（株）製のＣＹ１７５、ＣＹ１７７、ＣＹ１７９、ＣＹ１８２、ＣＹ１８４、ＣＹ１９２、ＤＩＣ（株）製のエピクロン２００、同４００、同７０１５、同８３５ＬＶ、同８５０ＣＲＰが挙げられる。
上記少なくとも２つのエポキシ基を有する化合物として、ポリマー化合物を使用することもできる。このポリマー化合物は、エポキシ基を少なくとも２つ有するポリマーであれば特に制限なく使用することができ、エポキシ基を有する付加重合性モノマーを用いた付加重合により、又はヒドロキシ基を有するポリマーと、エピクロルヒドリン、グリシジルトシレート等のエポキシ基を有する化合物との反応により製造することができる。エポキシ基を少なくとも２つ有するポリマーとして、例えば、ポリグリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート及びエチルメタクリレートの共重合体、グリシジルメタクリレート、スチレン及び２－ヒドロキシエチルメタクリレートの共重合体等の付加重合ポリマー、エポキシノボラック等の縮重合ポリマーが挙げられる。前記ポリマー化合物の重量平均分子量としては、例えば、３００乃至２００，０００である。なお、重量平均分子量は、ＧＰＣにより、標準試料としてポリスチレンを用いて得られる値である。
少なくとも二つのエポキシ基を有する化合物として、さらに、アミノ基を有するエポキシ樹脂を使用することもできる。このようなエポキシ樹脂として、例えば、ＹＨ－４３４、ＹＨ－４３４Ｌ（以上、新日化エポキシ製造（株）製）が挙げられる。
上記少なくとも２つのブロックイソシアネート基を有する化合物として、例えば、三井化学（株）製のタケネート〔登録商標〕Ｂ－８３０、同Ｂ－８７０Ｎ、エボニック　デグサ社製のＶＥＳＴＡＮＡＴ〔登録商標〕－Ｂ１３５８／１００が挙げられる。
　これらの化合物は、単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
上記架橋性化合物の含有量は、前記共重合体の含有量に対し、例えば１質量％乃至８０質量％、好ましくは１０質量％乃至６０質量％である。前記架橋性化合物の含有量が過少である場合及び過剰である場合には、形成される膜のレジスト溶剤に対する耐性が得られにくくなることがある。
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、架橋反応を促進させるために、上記架橋性化合物と共に、架橋触媒を含有する。当該架橋触媒として、例えば、スルホン酸化合物若しくはカルボン酸化合物、又は熱酸発生剤を用いることができる。スルホン酸化合物として、例えば、ｐ－トルエンスルホン酸、ピリジニウム－ｐ－トルエンスルホナート、５－スルホサリチル酸、４－クロロベンゼンスルホン酸、４－ヒドロキシベンゼンスルホン酸、ピリジニウム－４－ヒドロキシベンゼンスルホナート、ｎ－ドデシルベンゼンスルホン酸、４－ニトロベンゼンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、１－ナフタレンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、カンファースルホン酸が挙げられる。カルボン酸化合物として、例えば、サリチル酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸が挙げられる。熱酸発生剤として、例えば、Ｋ－ＰＵＲＥ〔登録商標〕ＣＸＣ－１６１２、同ＣＸＣ－１６１４、同ＴＡＧ－２１７２、同ＴＡＧ－２１７９、同ＴＡＧ－２６７８、同ＴＡＧ２６８９（Ｋｉｎｇ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社製）、及びＳＩ－４５、ＳＩ－６０、ＳＩ－８０、ＳＩ－１００、ＳＩ－１１０、ＳＩ－１５０（三新化学工業（株）製）が挙げられる。
　これら架橋触媒は、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。当該架橋触媒の含有量は、前記架橋性化合物の含有量に対し、例えば１質量％乃至４０質量％、好ましくは５質量％乃至２０質量％である。
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、任意成分として、上記架橋性化合物と共に、４つの官能基を有するグリコールウリル誘導体を含むことができる。当該グリコールウリル誘導体として、例えば、１，３，４，６－テトラアリルグリコールウリル（商品名：ＴＡ－Ｇ，四国化成工業（株）製）、１，３，４，６－テトラグリシジルグリコールウリル（商品名：ＴＧ－Ｇ，四国化成工業（株）製）、１，３，４，６－テトラキス（２－カルボキシエチル）グリコールウリル（商品名：ＴＣ－Ｇ，四国化成工業（株）製）、１，３，４，６－テトラキス（２－ヒドロキシエチル）グリコールウリル（商品名：ＴＨ－Ｇ，四国化成工業（株）製）、及び１，３，４，６－テトラキス（２－メルカプトエチル）グリコールウリル（商品名：ＴＳ－Ｇ，四国化成工業（株）製）が挙げられる。
これらのグリコールウリル誘導体は、単独で添加してもよいし、また２種以上の組合せで添加することもできる。
上記グリコールウリル誘導体が使用される場合、当該グリコールウリル誘導体の含有量は、前記共重合体の含有量に対し、例えば１質量％乃至４０質量％、好ましくは５質量％乃至３０質量％である。
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、任意成分として、基板に対する塗布性を向上させるために界面活性剤を含むことができる。前記界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、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）製）、メガファック〔登録商標〕Ｆ１７１、同Ｆ１７３、同Ｒ－３０、同Ｒ－３０Ｎ、同Ｒ－４０－ＬＭ（ＤＩＣ（株）製）、フロラードＦＣ４３０、同ＦＣ４３１（住友スリーエム（株）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）製）等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーＫＰ３４１（信越化学工業（株）製）等を挙げることができる。これらの界面活性剤は単独で添加してもよいし、また２種以上の組合せで添加することもできる。
上記界面活性剤が使用される場合、当該界面活性剤の含有量は、前記共重合体の含有量に対し、例えば、０．０１質量％乃至５質量％、好ましくは０．１質量％乃至３質量％である。
本発明のレジスト下層膜形成組成物は、上記各成分を適当な溶剤に溶解させることによって調製でき、均一な溶液状態で用いられる。そのような溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコール、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エチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、２－ヒドロキシプロピオン酸エチル、２－ヒドロキシ－２－メチルプロピオン酸エチル、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、２－ヒドロキシ－３－メチルブタン酸メチル、３－メトキシプロピオン酸メチル、３－メトキシプロピオン酸エチル、３－エトキシプロピオン酸エチル、３－エトキシプロピオン酸メチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、及びＮ－メチルピロリドン等を用いることができる。これらの溶剤は単独または２種以上の組合せで使用することができる。さらに、これらの溶剤に、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等の高沸点溶剤を混合して使用することもできる。
調製した組成物は、孔径が例えば０．２μｍ、又は０．１μｍ、もしくは０．０５μｍのフィルター等を用いてろ過した後、使用することが好ましい。本発明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も優れる。
以下、本発明のレジスト下層膜形成組成物の使用について説明する。凹部を有する基板（例えば、酸化珪素膜、窒化珪素膜又は酸化窒化珪素膜で被覆されていてもよい、シリコンウエハー、ゲルマニウムウエハー等の半導体基板）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組成物が塗布され、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。ベーク条件としては、ベーク温度８０℃乃至２５０℃、ベーク時間０．３分乃至１０分間の中から適宜選択される。好ましくは、ベーク温度１２０℃乃至２５０℃、ベーク時間０．５分乃至５分間である。ここで、レジスト下層膜の膜厚としては、０．００５μｍ乃至３．０μｍ、例えば０．０１μｍ乃至０．１μｍ、又は０．０５μｍ乃至０．５μｍである。
ベーク時の温度が、上記範囲より低い場合には架橋が不十分となり、レジスト下層膜が、上層に形成されるレジスト膜とインターミキシングを起こすことがある。一方、ベーク時の温度が上記範囲より高い場合は架橋の切断により、レジスト下層膜が、当該レジスト膜とインターミキシングを起こすことがある。
次いで前記レジスト下層膜の上に、レジスト膜を形成する。レジスト膜の形成は一般的な方法、すなわち、フォトレジスト溶液のレジスト下層膜上への塗布及びベークによって行なうことができる。
前記レジスト膜の形成に使用するフォトレジスト溶液としては、露光に使用される光源に感光するものであれば特に限定はなく、ネガ型、ポジ型いずれも使用できる。
レジストパターンを形成する際、所定のパターンを形成するためのマスク（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エキシマレーザーを使用することができる。露光後、必要に応じて露光後加熱（Ｐｏｓｔ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ　Ｂａｋｅ）が行なわれる。“露光後加熱”の条件としては、加熱温度８０℃乃至１５０℃、加熱時間０．３分乃至１０分間の中から適宜選択される。その後、アルカリ現像液で現像する工程を経て、レジストパターンが形成される。
前記アルカリ現像液としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなど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、コリンなど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、エチレンジアミンなどのアミン水溶液のようなアルカリ性水溶液を挙げることができる。さらに、これらの現像液に界面活性剤など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。
以下、本発明のレジスト下層膜形成組成物の具体例を、下記実施例を用いて説明するが、これによって本発明が限定されるものではない。
下記合成例で得られた反応生成物の重量平均分子量の測定に用いた装置等を示す。
装置：東ソー（株）製ＨＬＣ－８３２０ＧＰＣ
ＧＰＣカラム：Ａｓａｈｉｐａｋ〔登録商標〕ＧＦ－３１０ＨＱ、同ＧＦ－５１０ＨＱ、同ＧＦ－７１０ＨＱ
カラム温度：４０℃
流量：０．６ｍＬ／分
溶離液：ＤＭＦ
標準試料：ポリスチレン
＜合成例１＞
プロピレングリコールモノメチルエーテル（以下、本明細書ではＰＧＭＥと略称する。）７４．４５ｇに、１，６－ビス（２，３－エポキシプロパン－１－イルオキシ）ナフタレン（ＤＩＣ（株）製、製品名ＨＰ－４０３２Ｄ）１０．００ｇ、３，３’－ジチオジプロピオン酸（堺化学工業（株）製、商品名：ＤＴＤＰＡ）７．９４ｇ、及び触媒としてエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド０．６７ｇを添加した後、１０５℃で１７時間反応させ、反応生成物を含む溶液を得た。得られた反応生成物のＧＰＣ分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は４３００であった。得られた反応生成物は、下記式（１Ａ）で表される構造単位を有する共重合体と推定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
＜合成例２＞
ＰＧＭＥ７５．９６ｇに、１，６－ビス（２，３－エポキシプロパン－１－イルオキシ）ナフタレン（ＤＩＣ（株）製、製品名ＨＰ－４０３２Ｄ）１０．００ｇ、３，３’－ジチオジプロピオン酸（堺化学工業（株）製、商品名：ＤＴＤＰＡ）８．３２ｇ、及び触媒としてエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド０．６７ｇを添加した後、１０５℃で１７時間反応させ、反応生成物を含む溶液を得た。得られた反応生成物のＧＰＣ分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は３２００であった。得られた反応生成物は、下記式（１Ｂ）で表される構造単位を有する共重合体と推定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
＜合成例３＞
ＰＧＭＥ６２．９４ｇに、１，６－ビス（２，３－エポキシプロパン－１－イルオキシ）ナフタレン（ＤＩＣ（株）製、製品名ＨＰ－４０３２Ｄ）１０．００ｇ、ジグリコール酸（東京化成工業（株）製）５．０７ｇ、及び触媒としてエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド０．６７ｇを添加した後、１４０℃にて加熱還流下、１７時間反応させ、反応生成物を含む溶液を得た。得られた反応生成物のＧＰＣ分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は３３００であった。得られた反応生成物は、下記式（１Ｃ）で表される構造単位を有する共重合体と推定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
＜合成例４＞
ＰＧＭＥ６１．５９ｇに、ジグリシジルテレフタレート（ナガセケムテックス（株）製、製品名ＥＸ－７１１）２５．００ｇ、２,２－ジメチルコハク酸（みどり化学（株）製）１３．２１ｇ、及び触媒としてエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド１．６０ｇを添加した後、１０５℃で２４時間反応させ、反応生成物を含む溶液を得た。得られた反応生成物のＧＰＣ分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は７８００であった。得られた反応生成物は、下記式（２）で表される構造単位を有する共重合体と推定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
＜合成例５＞
ＰＧＭＥ８５．７６ｇに、１，４－ブタンジオールジグリシジルエーテル（東洋ファインケム（株）製、製品名１，４－ＢＤ－ＤＥＰ（Ｐ））１０．００ｇ、３，３’－ジチオジプロピオン酸（堺化学工業（株）製、商品名：ＤＴＤＰＡ）１０．５１ｇ、及び触媒としてエチルトリフェニルホスホニウムブロマイド０．９３ｇを添加した後、１０５℃にて２０時間反応させ、反応生成物を含む溶液を得た。得られた反応生成物のＧＰＣ分析を行ったところ、標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量は３７００であった。得られた反応生成物は、下記式（３）で表される構造単位を有する共重合体と推定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
〔レジスト下層膜形成組成物の調製〕
＜実施例１＞
前記合成例１で得た、共重合体９．６０ｇを含む溶液（溶剤は合成時に用いたＰＧＭＥ）５８．４７ｇに、ＰＧＭＥ２３１．３５ｇ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３２．８３ｇ、テトラメトキシメチルグリコールウリル（商品名：パウダーリンク１１７４，日本サイテックインダストリーズ（株）製）２．４０ｇ、５－スルホサリチル酸（東京化成工業（株）製）０.２４ｇ、及び界面活性剤（ＤＩＣ（株）製、商品名：Ｒ－３０Ｎ）０．００９６ｇを混合し、３．５質量％溶液とした。その溶液を、孔径０．２μｍのポリテトラフルオロ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を調製した。
＜実施例２＞
前記合成例２で得た、共重合体９．６０ｇを含む溶液（溶剤は合成時に用いたＰＧＭＥ）６３．２８ｇに、ＰＧＭＥ２２６．５３ｇ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３２．８３ｇ、テトラメトキシメチルグリコールウリル（商品名：パウダーリンク１１７４，日本サイテックインダストリーズ（株）製）２．４０ｇ、５－スルホサリチル酸（東京化成工業（株）製）０.２４ｇ、及び界面活性剤（ＤＩＣ（株）製、商品名：Ｒ－３０Ｎ）０．００９６ｇを混合し、３．５質量％溶液とした。その溶液を、孔径０．２μｍのポリテトラフルオロ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を調製した。
＜実施例３＞
前記合成例１で得た、共重合体９．９９ｇを含む溶液（溶剤は合成時に用いたＰＧＭＥ）６０．０５ｇに、ＰＧＭＥ２２９．１９ｇ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート３２．７９ｇ、テトラメトキシメチルグリコールウリル（商品名：パウダーリンク１１７４，日本サイテックインダストリーズ（株）製）２．００ｇ、５－スルホサリチル酸（東京化成工業（株）製）０.２５ｇ、及び界面活性剤（ＤＩＣ（株）製、商品名：Ｒ－３０Ｎ）０．０１０ｇを混合し、３．５質量％溶液とした。その溶液を、孔径０．２μｍのポリテトラフルオロ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を調製した。
＜実施例４＞
前記合成例３で得た、共重合体０．２７ｇを含む溶液（溶剤は合成時に用いたＰＧＭＥ）１．６４ｇに、ＰＧＭＥ６．６４ｇ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート０．９４ｇ、テトラメトキシメチルグリコールウリル（商品名：パウダーリンク１１７４，日本サイテックインダストリーズ（株）製）０．０６９ｇ、５－スルホサリチル酸（東京化成工業（株）製）０.００６９ｇ、及び界面活性剤（ＤＩＣ（株）製、商品名：Ｒ－３０Ｎ）０．０００２７ｇを混合し、３．５質量％溶液とした。その溶液を、孔径０．２μｍのポリテトラフルオロ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を調製した。
＜実施例５＞
前記合成例２で得た、共重合体０．６０ｇを含む溶液（溶剤は合成時に用いたＰＧＭＥ）３．７８ｇに、ＰＧＭＥ１９．４７ｇ、テトラメトキシメチルグリコールウリル（商品名：パウダーリンク１１７４，日本サイテックインダストリーズ（株）製）０．０９１ｇ、５－スルホサリチル酸（東京化成工業（株）製）０.０１５ｇ、１，３，４，６－テトラキス（２－ヒドロキシエチル）グリコールウリル（商品名：ＴＨ－Ｇ，四国化成工業（株）製）０．０９１ｇ、及び界面活性剤（ＤＩＣ（株）製、商品名：Ｒ－３０Ｎ）０．０００６０ｇを混合し、３．２質量％溶液とした。その溶液を、孔径０．２μｍのポリテトラフルオロ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を調製した。
＜比較例１＞
前記合成例４で得た、共重合体１０．１７ｇを含む溶液（溶剤は合成時に用いたＰＧＭＥ）５３．４４ｇに、ＰＧＭＥ１８５．４９ｇ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート９０．７３２ｇ、テトラメトキシメチルグリコールウリル（商品名：パウダーリンク１１７４，日本サイテックインダストリーズ（株）製）３．３９ｇ、熱酸発生剤として５－スルホサリチル酸（東京化成工業（株）製）０．３４ｇ、及び界面活性剤（ＤＩＣ（株）製、商品名：Ｒ－３０Ｎ）０．１０ｇを混合し、４．０質量％溶液とした。その溶液を、孔径０．２μｍのポリテトラフルオロ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を調製した。
＜比較例２＞
前記合成例５で得た、共重合体０．３１ｇを含む溶液（溶剤は合成時に用いたＰＧＭＥ）２．０７ｇに、ＰＧＭＥ６．１１ｇ、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート０．９３ｇ、テトラメトキシメチルグリコールウリル（商品名：パウダーリンク１１７４，日本サイテックインダストリーズ（株）製）０．０７８ｇ、熱酸発生剤として５－スルホサリチル酸（東京化成工業（株）製）０．００７８ｇ、及び界面活性剤（ＤＩＣ（株）製、商品名：Ｒ－３０Ｎ）０．０００３１ｇを混合し、４．０質量％溶液とした。その溶液を、孔径０．２μｍのポリテトラフルオロ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を調製した。
〔フォトレジスト溶剤への溶出試験〕
実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２で調製したレジスト下層膜形成組成物を、それぞれ、スピナーにより、シリコンウエハー上に塗布した。その後、ホットプレート上で２１５℃の温度で１分間ベークし、レジスト下層膜（膜厚０．１μｍ）を形成した。これらのレジスト下層膜を、フォトレジスト溶液に使用される溶剤であるＰＧＭＥ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、両溶剤に不溶であることを確認した。また、フォトレジスト現像用のアルカリ現像液（２．３８質量％水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）に浸漬し、当該現像液に不溶であることを確認した。下記表１に、“溶剤耐性”として、上記不溶である結果を“○”で表した。表１において、“ＰＧＭＥＡ”とは試験に使用したプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを表し、“ＮＭＤ－３”とは試験に使用したアルカリ現像液を表す。
〔光学パラメーターの試験〕
実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２で調製したレジスト下層膜形成組成物を、スピナーにより、シリコンウエハー上に塗布した。その後、ホットプレート上で２１５℃の温度で１分間ベークし、レジスト下層膜（膜厚０．１μｍ）を形成した。そして、これらのレジスト下層膜を光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製、ＶＵＶ－ＶＡＳＥ ＶＵ－３０２）を用い、波長１９３ｎｍ、及び２４８ｎｍでの屈折率（ｎ値）及び減衰係数（ｋ値）を測定した。その結果を下記表１に示す。上記レジスト下層膜が十分な反射防止機能を有するためには、波長１９３ｎｍ、及び２４８ｎｍでのｋ値は０．１以上であることが望ましい。
〔ドライエッチング速度の測定〕
実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２で調製したレジスト下層膜形成組成物を用い、上記と同様の方法によって、シリコンウエハー上にレジスト下層膜を形成した。そして、これらのレジスト下層膜のドライエッチング速度を、サムコ（株）製ＲＩＥシステムを用い、ドライエッチングガスとしてＮ２を使用した条件下で測定した。また、フォトレジスト溶液（ＪＳＲ（株）製、商品名：Ｖ１４６Ｇ）を、スピナーにより、シリコンウエハー上に塗布し、ホットプレート上で１１０℃の温度で１分間ベークし、フォトレジスト膜を形成した。このフォトレジスト膜のドライエッチング速度を、上記サムコ（株）製ＲＩＥシステムを用い、ドライエッチングガスとしてＮ２を使用した条件下で測定した。前記フォトレジスト膜のドライエッチング速度を１．００としたときの、前記各レジスト下層膜のドライエッチング速度を算出した。その結果を下記表１に“選択比”として示す。実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いて形成したレジスト下層膜のドライエッチング速度は、前記フォトレジスト膜のドライエッチング速度に比べ、十分に大きいドライエッチング速度を有していることが示された。
〔昇華物量の測定〕
直径４インチのシリコンウエハーに、実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２で調製したレジスト下層膜形成組成物を１，５００ｒｐｍで６０秒間スピンコートした。そのシリコンウエハーを、ホットプレートが一体化した昇華物量測定装置（国際公開ＷＯ２００７／１１１１４７号パンフレット参照）にセットして、１２０秒間ベークし、昇華物をＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）センサー、すなわち電極が形成された水晶振動子に捕集した。ＱＣＭセンサーは、水晶振動子の表面（電極）に昇華物が付着するとその質量に応じて水晶振動子の周波数が変化する（下がる）性質を利用して、微量の質量変化を測定することができる。
詳細な測定手順は、次の通りである。昇華物量測定装置のホットプレートを２１５℃に昇温し、ポンプ流量を１ｍ３／ｓに設定し、最初の６０秒間は装置安定化のために放置した。その後直ちに、レジスト下層膜形成組成物が塗布されたシリコンウエハーをスライド口から速やかにホットプレートに乗せ、６０秒の時点から１８０秒の時点（１２０秒間）の昇華物の捕集を行った。なおシリコンウエハー上に形成されたレジスト下層膜の膜厚は０．１μｍであった。
なお、前記昇華物量測定装置のＱＣＭセンサーと捕集ロート部分の接続となるフローアタッチメント（検出部分）にはノズルをつけずに使用し、そのため、センサー（水晶振動子）との距離が３０ｍｍのチャンバーユニットの流路（口径：３２ｍｍ）から、気流が絞られることなく流入する。また、ＱＣＭセンサーには、電極として珪素とアルミニウムを主成分とする材料（ＡｌＳｉ）を用い、水晶振動子の直径（センサー直径）が１４ｍｍ、水晶振動子表面の電極直径が５ｍｍ、共振周波数が９ＭＨｚのものを用いた。
得られた周波数変化を、測定に使用した水晶振動子の固有値からグラムに換算し、レジスト下層膜が塗布されたシリコンウエハー１枚の昇華物量と時間経過との関係を明らかにした。表１には、前記比較例１のレジスト下層膜形成組成物から発生した昇華物量を１．００としたときの、実施例１乃至実施例４及び比較例２のレジスト下層膜形成組成物から発生した昇華物量を示した。実施例１乃至実施例４のレジスト下層膜形成組成物から発生する昇華物量は、比較例１で得た組成物の昇華物量よりも少ない結果となった。
〔フォトレジストパターン形状の評価〕
実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２で調製したレジスト下層膜形成用組成物を、スピナーにより、シリコンウエハー上に塗布した。それから、ホットプレート上で２１５℃１分間ベークし、膜厚０．１μｍのレジスト下層膜を形成した。このレジスト下層膜の上に、市販のフォトレジスト溶液（信越化学工業（株）製、商品名：ＳＥＰＲ－４３０）をスピナーにより塗布し、ホットプレート上で１００℃にて６０秒間ベークして、フォトレジスト膜（膜厚０．５５μｍ）を形成した。
次いで、（株）ニコン製スキャナー、ＮＳＲＳ２０５Ｃ（波長２４８ｎｍ、ＮＡ：０．７５，σ：０．４３／０．８５（ＡＮＮＵＬＡＲ））を用い、現像後にフォトレジストのライン幅及びそのフォトレジストのライン間の幅が０．１７μｍであり、すなわち０．１７μｍＬ／Ｓ（デンスライン）であって、そのようなラインが９本形成されるように設定されたフォトマスクを通して露光を行った。その後、ホットプレート上、１１０℃で６０秒間露光後加熱（ＰＥＢ）をおこない、冷却後、工業規格の６０秒シングルパドル式工程にて、現像液として０．２６規定のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液を用いて現像した。
得られたフォトレジストパターンについて、基板すなわちシリコンウエハーと垂直方向の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。その結果、実施例１乃至実施例５で調製したレジスト下層膜形成用組成物を用いた場合、フォトレジストパターンの断面形状は、良好なストレートの裾形状で、ほぼ矩形状であることが観察された。対して、比較例１及び比較例２で調製したレジスト下層膜形成組成物を用いた場合、現像後にパターンの消失が見られた。下記表１に、“リソ特性”すなわちフォトリソグラフィー特性として、前記フォトレジストパターンの断面形状がストレートの裾形状でほぼ矩形状である場合“○”で表し、目的のフォトレジストパターンが得られなかった場合“×”で表した。
実施例１乃至実施例５のレジスト下層膜形成組成物を用い、最終的に基板上に形成されたフォトレジストパターンの断面ＳＥＭ像を、図１乃至図５にそれぞれ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
上記表１の結果は、実施例１乃至実施例５、及び比較例１で調製したレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜は、１９３ｎｍ及び２４８ｎｍでのｋ値が０．１より大きい値を示しており、ＡｒＦ、及びＫｒＦのどちらのプロセスでも反射防止機能を有していることを示している。しかし、比較例２で調製したレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜は、ｋ値が０．１より小さい値を示しており、十分な反射防止能を有していないことを示している。また、実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２で調製したレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜のドライエッチング速度は、前記フォトレジスト膜のドライエッチング速度と比較して大幅に大きいことを示している。さらに、実施例１乃至実施例４のレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜の昇華物量は、比較例１及び比較例２のレジスト下層膜形成組成物から形成したレジスト下層膜の昇華物量に比べ、大幅に減少していることが示された。さらに、実施例１乃至実施例５で調製したレジスト下層膜形成用組成物用いて得られたフォトレジストパターンの断面形状は、良好なストレートの裾形状で、ほぼ矩形状であった。
これらの結果から、実施例１乃至実施例５で調製したレジスト下層膜形成組成物は、低昇華性、大きいドライエッチング速度、及びＡｒＦ、ＫｒＦどちらのプロセスでも反射防止能を有するレジスト下層膜となりうることが示された。
〔埋め込み性（充填性）の試験〕
実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２で調製したレジスト下層膜形成組成物を、スピナーにより、トレンチ（幅０．０４μｍ、深さ０．３μｍ）を複数有しＳｉＯ２膜が表面に形成されたシリコンウエハー（以下、本明細書ではＳｉＯ２ウエハーと略称する。）上に塗布した。その後、ホットプレート上で２１５℃の温度で１分間ベークし、レジスト下層膜（膜厚０．１μｍ）を形成した。なお図６に、本試験で使用したＳｉＯ２ウエハー４及び該ウエハーに対して形成したレジスト下層膜３の模式図を示す。当該ウエハー４は、トレンチのＤｅｎｓｅ（密）パターンを有し、このＤｅｎｓｅパターンは、トレンチ中心から隣のトレンチ中心までの間隔が、当該トレンチ幅の３倍であるパターンである。図６に示すＳｉＯ２ウエハーのトレンチの深さ１は０．３μｍであり、トレンチの幅２は０．０４μｍである。
上述の如く、実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２で調製したレジスト下層膜形成組成物をＳｉＯ２ウエハー上に塗布しベークしてレジスト下層膜を形成したＳｉＯ２ウエハーの断面形状を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察することにより、レジスト下層膜によるＳｉＯ２ウエハーのトレンチへの埋め込み性（充填性）を評価した。得られた結果を図７（実施例１）乃至図１１（実施例５）、図１２（比較例１）及び図１３（比較例２）に示す。
図７乃至図１１、及び図１３から、トレンチ部にボイド（隙間）は観察されず、レジスト下層膜でトレンチ内部は充填され、トレンチ全体が完全に埋め込まれていることが観察された。しかし、図１２ではトレンチ部にボイド（隙間）が観察され、レジスト下層膜でホール内部は充填されておらず、トレンチ全体が完全に埋め込まれていないことが観察された。
１　ＳｉＯ２ウエハーのトレンチの深さ
２　ＳｉＯ２ウエハーのトレンチの幅
３　レジスト下層膜
４　ＳｉＯ２ウエハー

Claims (8)

  1. 下記式（１）で表される構造単位を有する共重合体、架橋性化合物、架橋触媒及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     （式中、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立に炭素原子数１乃至３のアルキレン基又は単結合を表し、Ｚは－Ｏ－基、－Ｓ－基又は－Ｓ－Ｓ－基を表し、Ａｒはアリーレン基を表す。）
  2. 前記アリーレン基はフェニレン基又はナフチレン基である、請求項１に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  3. 前記架橋性化合物は、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基が結合した窒素原子を少なくとも２つ有する含窒素化合物、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を少なくとも２つ有する芳香族化合物、少なくとも２つのエポキシ基を有する化合物、及び少なくとも２つのブロックイソシアネート基を有する化合物からなる群から選択される少なくとも一種の化合物である、請求項１又は請求項２に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  4. 界面活性剤をさらに含む、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。
  5. 前記共重合体の重量平均分子量は１０００乃至１０，０００である、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  6. 表面に凹部を有する基板上に、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のレジスト下層膜形成組成物を塗布する工程、及び
    前記レジスト下層膜形成組成物をベークすることにより少なくとも前記凹部内を埋めるレジスト下層膜を形成する工程、を有する方法。
  7. 前記レジスト下層膜上にフォトレジストパターンを形成する工程をさらに有する、請求項６に記載の方法。
  8. 前記基板は幅が０．０１μｍ乃至０．１０μｍでアスペクト比が５乃至１０のトレンチを有する半導体基板である、請求項６に記載の方法。
     
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