WO2022163673A1 - 酸二無水物の反応生成物を含むレジスト下層膜形成組成物 - Google Patents

酸二無水物の反応生成物を含むレジスト下層膜形成組成物 Download PDF

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WO2022163673A1
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resist underlayer
resist
forming
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祐希 加藤
知忠 広原
護 田村
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日産化学株式会社
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    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • Y—GENERAL 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
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    • Y10S430/1055—Radiation sensitive composition or product or process of making

Definitions

  • the present invention relates to compositions used in lithographic processes in semiconductor manufacturing, particularly in cutting-edge (ArF, EUV, EB, etc.) lithographic processes.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a substrate with a resist pattern to which the resist underlayer film is applied, and a method of manufacturing a semiconductor device.
  • microfabrication by lithography using a resist composition has been performed in the manufacture of semiconductor devices.
  • a thin film of a photoresist composition is formed on a semiconductor substrate such as a silicon wafer, exposed to actinic rays such as ultraviolet rays through a mask pattern on which a device pattern is drawn, and developed.
  • actinic rays such as ultraviolet rays
  • This is a processing method in which the substrate is etched using the obtained photoresist pattern as a protective film to form fine unevenness corresponding to the pattern on the substrate surface.
  • Patent Document 1 discloses a composition for forming a resist underlayer film containing a polymer obtained by reacting a tetracarboxylic dianhydride having an alicyclic or aliphatic structure with a diepoxy-containing compound.
  • Patent Document 2 discloses a composition for forming a resist underlayer film containing a polymer obtained by reacting a specific heterocyclic compound with a diepoxy-containing compound.
  • Properties required for the resist underlayer film include, for example, no intermixing with the resist film formed on the upper layer (insolubility in the resist solvent), and a faster dry etching rate than the resist film. mentioned.
  • the line width of the formed resist pattern is 32 nm or less, and the resist underlayer film for EUV exposure is formed thinner than before.
  • it is difficult to form a defect-free uniform film because pinholes and aggregation are likely to occur due to the influence of the substrate surface, the polymer used, and the like.
  • a solvent capable of dissolving the resist film usually an organic solvent, is used to remove the unexposed portion of the resist film, leaving the exposed portion of the resist film as a resist pattern. is sometimes adopted. In such a negative development process, improvement of the adhesion of the resist pattern is a major issue.
  • LWR Line Width Roughness, line width roughness, line width fluctuation (roughness)
  • An object of the present invention is to provide a composition for forming a resist underlayer film capable of forming a desired resist pattern, and a method for forming a resist pattern using the resist underlayer film-forming composition, which solves the above problems. .
  • the present invention includes the following.
  • a 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 and A 6 each independently represent a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group
  • Q 1 represents a divalent organic group
  • R 1 represents a tetravalent organic group containing an aromatic ring structure having 6 to 40 carbon atoms
  • L 1 and L 2 are each independently a hydrogen atom, optionally substituted with a hydroxy group
  • an oxygen atom represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may be interrupted by
  • a resist underlayer film-forming composition comprising a polymer having a unit structure represented by and a solvent.
  • the polymer has the following formula (a-2): (In formula (a-2), Y 1 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, a halogen atom, an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms optionally substituted by an aryl group having 6 to 40 carbon atoms, or a sulfonyl n1 T 1 and n2 T 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and may be bonded to each other to bridge two benzene rings.
  • n1 and n2 each independently represents an integer of 0 to 4, Q 1 , A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6 , L 1 and L 2 are as defined in [1] is. )
  • R 1 represents an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, phenyl group, pyridyl group, halogeno group or hydroxy group
  • R 2 represents hydrogen
  • Atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group, a halogeno group, or an ester group represented by -C( O)O-X, where X is an optionally substituted carbon atom number 1
  • R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group or a halogeno group
  • R 4 represents a direct bond or a divalent organic group having 1 to 8 carbon atoms.
  • R 5 represents a divalent organic group having 1 to 8 carbon atoms
  • A represents an aromatic ring or an aromatic heterocycle
  • t represents 0 or 1
  • u represents 1 or 2 .
  • a resist underlayer film characterized by being a baked product of a coating film comprising the resist underlayer film-forming composition according to any one of [1] to [10].
  • a step of forming a resist underlayer film comprising the resist underlayer film-forming composition according to any one of [1] to [10] on a semiconductor substrate; forming a resist film on the resist underlayer film; a step of forming a resist pattern by irradiating the resist film with light or an electron beam and then developing; forming a patterned resist underlayer film by etching the resist underlayer film through the formed resist pattern; a step of processing a semiconductor substrate with the patterned resist underlayer film;
  • a method of manufacturing a semiconductor device comprising:
  • the resist underlayer film formed from the above resist underlayer film-forming composition exhibits excellent resistance to organic solvents used in the photoresist formed on the underlayer film, and is extremely thin (10 nm thick). below), a resist underlayer film exhibiting good film thickness uniformity can be formed.
  • the critical resolution size at which resist pattern collapse after development is not observed is smaller and finer than that of conventional resist underlayer films. a resist pattern can be formed.
  • the resist underlayer film-forming composition of the present invention contains a polymer and a solvent, and the polymer has the following formula (I): (In formula (I), A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 and A 6 each independently represent a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group, and Q 1 represents a divalent organic group.
  • R 1 represents a tetravalent organic group containing an aromatic ring structure having 6 to 40 carbon atoms
  • L 1 and L 2 are each independently a hydrogen atom, optionally substituted with a hydroxy group
  • an oxygen atom represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may be interrupted by It is a polymer having a unit structure represented by
  • Examples of the aromatic ring structure having 6 to 40 carbon atoms include benzene, naphthalene, anthracene, acenaphthene, fluorene, triphenylene, phenalene, phenanthrene, indene, indane, indacene, pyrene, chrysene, perylene, naphthacene, pentacene, coronene, and heptacene. , benzo[a]anthracene, dibenzophenanthrene, and dibenzo[a,j]anthracene.
  • the R 1 is represented by the following formula (III):
  • Y 1 represents a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, a halogen atom, an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may be substituted by an aryl group having 6 to 40 carbon atoms, or a sulfonyl group.
  • n1 T 1 and n2 T 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, which may be mutually bonded to bridge two benzene rings
  • n1 and n2 each independently represents an integer of 0 to 4
  • * is the point of attachment to the carbon atom of the carbonyl group to which R1 is attached.
  • * is the point of attachment to the carbon atom of the carbonyl group to which R1 is attached.
  • Y 1 is preferably a sulfonyl group.
  • the halogen atoms include fluorine, chlorine, iodine, and bromine.
  • Y 1 is preferably a sulfonyl group, and T 1 and T 2 are preferably hydrogen atoms.
  • Examples of the aryl group having 6 to 40 carbon atoms include a phenyl group, o-methylphenyl group, m-methylphenyl group, p-methylphenyl group, o-chlorophenyl group, m-chlorophenyl group and p-chlorophenyl group.
  • phenanthryl group o-fluorophenyl group, p-fluorophenyl group, o-methoxyphenyl group, p-methoxyphenyl group, p-nitrophenyl group, p-cyanophenyl group, ⁇ -naphthyl group, ⁇ -naphthyl group, o- biphenylyl group, m-biphenylyl group, p-biphenylyl group, 1-anthryl group, 2-anthryl group, 9-anthryl group, 1-phenanthryl group, 2-phenanthryl group, 3-phenanthryl group, 4-phenanthryl group and 9- A phenanthryl group is mentioned.
  • alkylene group having 1 to 10 carbon atoms examples include methylene group, ethylene group, n-propylene group, isopropylene group, cyclopropylene group, n-butylene group, isobutylene group, s-butylene group, t-butylene group, cyclobutylene group, 1-methyl-cyclopropylene group, 2-methyl-cyclopropylene group, n-pentylene group, 1-methyl-n-butylene group, 2-methyl-n-butylene group, 3-methyl-n-butylene group, 1,1-dimethyl-n-propylene group, 1,2-dimethyl-n-propylene group, 2,2-dimethyl-n-propylene group, 1-ethyl-n-propylene group, cyclopentylene group, 1- methyl-cyclobutylene group, 2-methyl-cyclobutylene group, 3-methyl-cyclobutylene group, 1,2-dimethyl-cyclopropylene group, 2,3-di
  • an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, s-butyl group, t It is preferably selected from a -butyl group, preferably a methyl group or an ethyl group.
  • the R 1 is represented by the following formula (2-1):
  • Y 1 is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, a halogen atom, an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms optionally substituted by an aryl group having 6 to 40 carbon atoms, or a sulfonyl n1 T 1 and n2 T 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and may be bonded to each other to bridge two benzene rings.
  • n1 and n2 each independently represents an integer of 0 to 4.
  • the polymer may have a heterocyclic structure.
  • a reaction product of a compound represented by the formula (2-1) and a compound containing a heterocyclic ring having two reactive groups reactive with the acid dianhydride represented by the formula (2-1) can be In the case of the reaction product, the reaction product contains a heterocyclic structure as a repeating unit structure. The details of the heterocycle will be described later.
  • the Q 1 may include an alkenyl or alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms.
  • Q 1 is not limited as long as it is a divalent organic group that exhibits the effects of the present application, it is preferably derived from a diepoxy-containing compound containing two epoxy groups. Specific examples include structures derived from compounds shown in (10-a) to (10-k) below.
  • the Q 1 may contain a heterocyclic structure.
  • the heterocyclic structures include furan, thiophene, pyrrole, imidazole, pyran, pyridine, pyrimidine, pyrazine, pyrrolidine, piperidine, piperazine, morpholine, indole, purine, quinoline, isoquinoline, quinuclidine, chromene, thianthrene, phenothiazine, phenoxazine, xanthene, acridine, phenazine, carbazole, triazineone, triazinedione and triazinetrione, or the heterocyclic structures shown in (10-h) to (10-k) above. Among these, triazinetrione is preferred, and specifically, structures represented by the above formulas (10-h) to (10-k) are preferred.
  • the polymer has the following formula (a-1): (In formula (a-1), Y 1 , T 1 , T 2 , n1 and n2 are as defined above, and L 1 and L 2 are each independently substituted with a hydrogen atom or a hydroxy group. represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may be optionally interrupted by an oxygen atom, and * represents a bonding portion with a polymer residue.).
  • L 1 and L 2 are preferably C 1-10 alkyl groups substituted with hydroxy groups and interrupted with oxygen atoms.
  • the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms which may be interrupted by an oxygen atom means that an ether bond is included between one or two or more carbon-carbon bonds of the alkyl group.
  • Preferred structures of L 1 and L 2 are represented by the solvent used during the reaction (for example, (3d-1) or (3d-2) below), as in the synthesis examples described in the Examples section. solvent) may be generated by reacting with the carboxy group derived from the above compound (a).
  • the polymer has the following formula (a-2): (In formula (a-2), Y 1 , T 1 , T 2 , n1 and n2 are as defined above, L 1 and L 2 are as defined above, A 1 , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 and A 6 each independently represent a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group, and Q 1 represents a divalent organic group.).
  • the weight average molecular weight of the polymer is preferably 500-50,000, more preferably 1,000-30,000.
  • the weight average molecular weight can be measured, for example, by the gel permeation chromatography method described in Examples.
  • the proportion of the polymer contained in the entire composition for forming a resist underlayer film of the present invention is usually 0.05% by mass to 3.0% by mass, and 0.08% by mass to 2.0% by mass, It is 0.1% by mass to 1.0% by mass.
  • Examples of the organic solvent contained in the resist underlayer film-forming composition of the present invention 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, Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate, Propylene Glycol Propyl Ether Acetate, Toluene, Xylene, Methyl Ethyl Ketone, Methyl Isobutyl Ketone, Cyclopentanone, Cyclohexanone, Cycloheptanone, 4-Methyl-2-Pene Tanol, methyl 2-hydroxyisobutyrate, ethyl 2-hydroxyisobutyrate, ethyl ethoxyacetate, 2-hydroxyethyl
  • propylene glycol monomethyl ether propylene glycol monomethyl ether acetate, ethyl lactate, butyl lactate, and cyclohexanone are preferred.
  • Propylene glycol monomethyl ether and propylene glycol monomethyl ether acetate are particularly preferred.
  • the end of the polymer may be blocked with a compound.
  • the compound may contain an optionally substituted aliphatic ring.
  • the aliphatic ring is preferably a monocyclic or polycyclic aliphatic ring having 3 to 10 carbon atoms.
  • the monocyclic or polycyclic aliphatic ring having 3 to 10 carbon atoms includes cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, cyclohexene, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, cyclodecane, spirobicyclopentane, bicyclo[ 2.1.0]pentane, bicyclo[3.2.1]octane, tricyclo[3.2.1.0 2,7 ]octane, spiro[3,4]octane, norbornane, norbornene, tricyclo[3.3 .1.1 3,7 ]decane (adamantane) and the like.
  • the polycyclic aliphatic ring is preferably a bicyclo ring or a tricyclo ring.
  • bicyclo ring examples include norbornane, norbornene, spirobicyclopentane, bicyclo[2.1.0]pentane, bicyclo[3.2.1]octane, spiro[3,4]octane and the like.
  • tricyclo ring examples include tricyclo[3.2.1.0 2,7 ]octane and tricyclo[3.3.1.1 3,7 ]decane (adamantane).
  • aliphatic ring optionally substituted with the substituents means that one or more hydrogen atoms in the aliphatic ring may be substituted with the substituents described below.
  • the substituent is a hydroxy group, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, or 1 to 1 carbon atoms optionally interrupted by an oxygen atom; It is preferably selected from ten acyloxy groups and carboxy groups.
  • alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms examples include methoxy group, ethoxy group, n-propoxy group, i-propoxy group, n-butoxy group, i-butoxy group, s-butoxy group, t-butoxy group, n -pentyloxy group, 1-methyl-n-butoxy group, 2-methyl-n-butoxy group, 3-methyl-n-butoxy group, 1,1-dimethyl-n-propoxy group, 1,2-dimethyl-n -propoxy group, 2,2-dimethyl-n-propoxy group, 1-ethyl-n-propoxy group, n-hexyloxy group, 1-methyl-n-pentyloxy group, 2-methyl-n-pentyloxy group, 3-methyl-n-pentyloxy group, 4-methyl-n-pentyloxy group, 1,1-dimethyl-n-butoxy group, 1,2-dimethyl-n-butoxy group, 1,3-dimethyl-n- butoxy group, 2,2-
  • the aliphatic ring preferably has at least one unsaturated bond (eg double bond, triple bond).
  • the aliphatic ring preferably has 1 to 3 unsaturated bonds.
  • the aliphatic ring preferably has one or two unsaturated bonds.
  • the unsaturated bond is preferably a double bond.
  • Specific examples of the compound containing an aliphatic ring optionally substituted with the substituent include the compounds described below. Specific examples also include compounds in which the carboxy group in the following specific examples is replaced with a hydroxy group, an amino group, or a thiol group.
  • the compound is represented by the following formulas (1) and (2):
  • R 1 represents an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, phenyl group, pyridyl group, halogeno group or hydroxy group
  • R 2 represents hydrogen
  • R 3 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a hydroxy group or a halogeno group
  • R 4 represents a direct bond or a divalent organic group having 1 to 8 carbon atoms.
  • R 5 represents a divalent organic group having 1 to 8 carbon atoms
  • A represents an aromatic ring or an aromatic heterocycle
  • t represents 0 or 1
  • u represents 1 or 2 .
  • the polymer terminal structures represented by the above formulas (1) and (2) are obtained by reacting the polymer with a compound represented by the following formula (1a) and/or a compound represented by the following formula (2a). can be manufactured by
  • Examples of compounds represented by the formula (2a) include compounds represented by the following formula.
  • the curing catalyst contained as an optional component in the resist underlayer film-forming composition of the present invention is preferably an acid generator.
  • the acid generator include p-toluenesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, pyridinium-p-toluenesulfonate (pyridinium-p-toluenesulfonic acid), pyridinium-p-hydroxybenzenesulfonic acid (p-phenolsulfonic acid pyridinium salt), pyridinium-trifluoromethanesulfonic acid, salicylic acid, camphorsulfonic acid, 5-sulfosalicylic acid, 4-chlorobenzenesulfonic acid, 4-hydroxybenzenesulfonic acid, benzenedisulfonic acid, 1-naphthalenesulfonic acid, citric acid, benzoic acid and sulfonic acid compounds such as hydroxybenzoic acid and carboxylic acid compounds.
  • the cross-linking agent contained as an optional component in the resist underlayer film-forming composition of the present invention includes, for example, hexamethoxymethylmelamine, tetramethoxymethylbenzoguanamine, 1,3,4,6-tetrakis(methoxymethyl)glycoluril (tetramethoxy methyl glycoluril) (POWDERLINK® 1174), 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.
  • cross-linking agent of the present application is a nitrogen-containing compound having 2 to 6 substituents per molecule represented by the following formula (1d) that binds to a nitrogen atom, as described in International Publication No. 2017/187969. There may be.
  • R 1 represents a methyl group or an ethyl group.
  • the nitrogen-containing compound having 2 to 6 substituents represented by the formula (1d) in one molecule may be a glycoluril derivative represented by the following formula (1E).
  • R 1s each independently represent a methyl group or an ethyl group
  • R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a phenyl group.
  • Examples of the glycoluril derivative represented by the formula (1E) include compounds represented by the following formulas (1E-1) to (1E-6).
  • the nitrogen-containing compound having 2 to 6 substituents represented by the formula (1d) in one molecule has 2 to 6 substituents in the molecule represented by the following formula (2d) bonded to the nitrogen atom. It can be obtained by reacting a nitrogen-containing compound with at least one compound represented by the following formula (3d).
  • R 1 represents a methyl group or an ethyl group
  • R 4 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • the glycoluril derivative represented by the formula (1E) is obtained by reacting a glycoluril derivative represented by the following formula (2E) with at least one compound represented by the formula (3d).
  • a nitrogen-containing compound having 2 to 6 substituents represented by the above formula (2d) in one molecule is, for example, a glycoluril derivative represented by the following formula (2E).
  • R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a phenyl group
  • R 4 each independently represent an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. represents.
  • Examples of the glycoluril derivative represented by the formula (2E) include compounds represented by the following formulas (2E-1) to (2E-4).
  • examples of the compound represented by the formula (3d) include compounds represented by the following formulas (3d-1) and (3d-2).
  • cross-linking agent may be a cross-linkable compound represented by the following formula (G-1) or formula (G-2) described in International Publication 2014/208542.
  • Q 1 represents a single bond or a monovalent organic group
  • R 1 and R 4 each represent an alkyl group having 2 to 10 carbon atoms or an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms.
  • 2 to 10 alkyl group R 2 and R 5 each represent a hydrogen atom or a methyl group
  • R 3 and R 6 each represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an aryl group having 6 to 40 carbon atoms indicates a group.
  • n1 is an integer of 1 ⁇ n1 ⁇ 3, n2 is an integer of 2 ⁇ n2 ⁇ 5, n3 is an integer of 0 ⁇ n3 ⁇ 3, n4 is an integer of 0 ⁇ n4 ⁇ 3, and 3 ⁇ (n1+n2+n3+n4) ⁇ 6.
  • n5 is an integer satisfying 1 ⁇ n5 ⁇ 3, n6 is an integer satisfying 1 ⁇ n6 ⁇ 4, n7 is an integer satisfying 0 ⁇ n7 ⁇ 3, n8 is an integer satisfying 0 ⁇ n8 ⁇ 3, and 2 ⁇ (n5+n6+n7+n8) ⁇ 5 show.
  • m1 represents an integer from 2 to 10; )
  • the crosslinkable compound represented by the above formula (G-1) or formula (G-2) comprises a compound represented by the following formula (G-3) or formula (G-4) and a hydroxyl group-containing ether compound or carbon atom It may be obtained by reaction with alcohols of numbers 2 to 10.
  • Q 2 represents a single bond or an m2-valent organic group.
  • R 8 , R 9 , R 11 and R 12 each represent a hydrogen atom or a methyl group, and R 7 and R 10 each have 1 carbon atom.
  • n9 is an integer of 1 ⁇ n9 ⁇ 3, n10 is an integer of 2 ⁇ n10 ⁇ 5, n11 is an integer of 0 ⁇ n11 ⁇ 3, n12 is an integer of 0 ⁇ n12 ⁇ 3, and 3 ⁇ (n9+n10+n11+n12) ⁇ 6. show.
  • n13 is an integer satisfying 1 ⁇ n13 ⁇ 3
  • n14 is an integer satisfying 1 ⁇ n14 ⁇ 4
  • n15 is an integer satisfying 0 ⁇ n15 ⁇ 3
  • n16 is an integer satisfying 0 ⁇ n16 ⁇ 3, and 2 ⁇ (n13+n14+n15+n16) ⁇ 5.
  • m2 represents an integer from 2 to 10; )
  • Me represents a methyl group.
  • the content of the cross-linking agent is, for example, 1% by mass to 50% by mass, preferably 5% by mass to 30% by mass, relative to the reaction product.
  • a surfactant may be further added to the resist underlayer film-forming composition of the present invention in order to prevent pinholes, striations, and the like from occurring and to further improve coatability against surface unevenness.
  • surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene cetyl ether, and polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene octylphenol ether, and polyoxyethylene nonylphenol ether.
  • Polyoxyethylene alkyl allyl ethers such as polyoxyethylene/polyoxypropylene block copolymers, sorbitan monolaurate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate, sorbitan tristearate, etc.
  • sorbitan fatty acid esters polyoxyethylene sorbitan such as polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polyoxyethylene sorbitan tristearate
  • Nonionic surfactants such as fatty acid esters, Ftop EF301, EF303, EF352 (manufactured by Tochem Products Co., Ltd., trade names), Megafac F171, F173, R-30 (manufactured by Dainippon Ink Co., Ltd., commercial products name), Florard FC430, FC431 (manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd., trade name), Asahiguard AG710, Surflon S-382, SC101, SC102, SC103, SC104, SC105, SC106 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., trade name), etc.
  • organosiloxane polymer KP341 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • the blending amount of these surfactants is usually 2.0% by mass or less, preferably 1.0% by mass or less, based on the total solid content of the resist underlayer film-forming composition of the present invention.
  • These surfactants may be added singly or in combination of two or more.
  • the resist underlayer film-forming composition of the present invention is preferably an electron beam resist underlayer film-forming composition or an EUV resist underlayer film-forming composition used in an electron beam (EB) drawing process and an EUV exposure process. It is preferably an EUV resist underlayer film-forming composition.
  • the resist underlayer film according to the present invention can be produced by applying the resist underlayer film-forming composition described above onto a semiconductor substrate and baking the composition.
  • the resist underlayer film according to the present invention is preferably an electron beam resist underlayer film or an EUV resist underlayer film.
  • Semiconductor substrates to which the resist underlayer film-forming composition of the present invention is applied include, for example, silicon wafers, germanium wafers, and compound semiconductor wafers such as gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, indium nitride, and aluminum nitride. be done.
  • the inorganic film is formed by, for example, an ALD (atomic layer deposition) method, a CVD (chemical vapor deposition) method, a reactive sputtering method, an ion plating method, or a vacuum deposition method. It is formed by a spin coating method (spin on glass: SOG).
  • the inorganic film examples include a polysilicon film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass) film, a titanium nitride film, a titanium oxynitride film, a tungsten film, a gallium nitride film, and a gallium arsenide film. is mentioned.
  • the resist underlayer film-forming composition of the present invention is applied onto such a semiconductor substrate by a suitable coating method such as a spinner or coater. Thereafter, a resist underlayer film is formed by baking using a heating means such as a hot plate. Baking conditions are appropriately selected from a baking temperature of 100° C. to 400° C. and a baking time of 0.3 minutes to 60 minutes. Preferably, the baking temperature is 120° C. to 350° C. and the baking time is 0.5 minutes to 30 minutes, and more preferably the baking temperature is 150° C. to 300° C. and the baking time is 0.8 minutes to 10 minutes.
  • the film thickness of the resist underlayer film to be formed is, for example, 0.001 ⁇ m (1 nm) to 10 ⁇ m, 0.002 ⁇ m (2 nm) to 1 ⁇ m, 0.003 ⁇ m (3 nm) to 0.5 ⁇ m (500 nm), 0.001 ⁇ m (1 nm).
  • a method of manufacturing a patterned substrate includes the following steps. Usually, it is manufactured by forming a photoresist layer on a resist underlayer film.
  • the photoresist formed by coating and baking on the resist underlayer film by a method known per se is not particularly limited as long as it is sensitive to the light used for exposure. Both negative and positive photoresists can be used.
  • positive photoresist composed of novolac resin and 1,2-naphthoquinonediazide sulfonic acid ester;
  • a chemically amplified photoresist comprising a low-molecular compound that decomposes to increase the alkali dissolution rate of the photoresist, an alkali-soluble binder, and a photoacid generator, and a binder having a group that decomposes with an acid to increase the alkali dissolution rate.
  • Examples include V146G (trade name) manufactured by JSR Corporation, APEX-E (trade name) manufactured by Shipley, PAR710 (trade name) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AR2772 (trade name) and SEPR430 (trade name) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and the like. Also, for example, Proc. SPIE, Vol. 3999, 330-334 (2000), Proc. SPIE, Vol. 3999, 357-364 (2000), and Proc. SPIE, Vol. 3999, 365-374 (2000). It may also be a so-called metal-containing resist containing metal (metal resist).
  • resist compositions include the following.
  • Resin A having a repeating unit having an acid-decomposable group whose polar group is protected by a protective group that is released by the action of an acid, and an actinic ray-sensitive compound comprising a compound represented by general formula (11) sensitive or radiation sensitive resin composition.
  • m represents an integer of 1-6.
  • R 1 and R 2 each independently represent a fluorine atom or a perfluoroalkyl group.
  • L 1 represents -O-, -S-, -COO-, -SO 2 -, or -SO 3 -.
  • L2 represents an optionally substituted alkylene group or a single bond.
  • W1 represents an optionally substituted cyclic organic group.
  • M + represents a cation.
  • (ii) Contains a compound having a metal-oxygen covalent bond and a solvent, and the metal element constituting the compound belongs to periods 3 to 7 of groups 3 to 15 of the periodic table, extreme ultraviolet rays Or a metal-containing film-forming composition for electron beam lithography.
  • a radioactive resin composition a polymer having a first structural unit represented by the following formula (21) and a second structural unit represented by the following formula (22) containing an acid-labile group; and an acid generator.
  • Ar is a group obtained by removing (n+1) hydrogen atoms from arene having 6 to 20 carbon atoms.
  • R 1 is a hydroxy group, a sulfanyl group, or a monovalent group having 1 to 20 carbon atoms.
  • n is an integer of 0 to 11.
  • R 2 is a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group or a trifluoromethyl group. is.
  • R 3 is a monovalent group having 1 to 20 carbon atoms containing the above acid-labile group.
  • Z is a single bond, an oxygen atom or a sulfur atom.
  • R4 is a hydrogen atom, fluorine atom, methyl group or trifluoromethyl group.
  • R 2 represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a halogen atom, a hydrogen atom or a halogen atom
  • X 1 is a single bond
  • -CO-O-* or -CO-NR 4 -* * represents a bond with -Ar
  • R 4 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • Ar is one or more groups selected from the group consisting of a hydroxy group and a carboxyl group represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms which may have ]
  • a resist composition that generates acid upon exposure and whose solubility in a developer changes due to the action of the acid, Containing a base component (A) whose solubility in a developer changes under the action of an acid and a fluorine additive component (F) which exhibits decomposability in an alkaline developer
  • the fluorine additive component (F) includes a structural unit (f1) containing a base dissociable group and a structural unit (f2) containing a group represented by the following general formula (f2-r-1): fluorine A resist composition comprising a resin component (F1).
  • each Rf 21 is independently a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a hydroxyalkyl group, or a cyano group.
  • n" is an integer of 0 to 2. * is a bond.
  • each R is independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
  • X is a divalent linking group having no acid-labile site.
  • a aryl is an optionally substituted divalent aromatic cyclic group.
  • X 01 is a single bond or a divalent linking group.
  • Each R 2 is independently an organic group having a fluorine atom.
  • Metal-containing resist compositions include, for example, coatings containing metal oxo-hydroxo networks having organic ligands via metal carbon bonds and/or metal carboxylate bonds.
  • Inorganic oxo/hydroxo-based compositions examples include the following.
  • a resist film containing. In formulas (a1) and (a2), R A is each independently a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 1 and R 2 are each independently a tertiary alkyl group having 4 to 6 carbon atoms.
  • each R 3 is independently a fluorine atom or a methyl group, m is an integer of 0 to 4, X 1 is a single bond, a phenylene group or a naphthylene group, an ester bond, a lactone ring, or a phenylene group; and a naphthylene group and a linking group having 1 to 12 carbon atoms, and X 2 is a single bond, an ester bond or an amide bond.
  • resist materials include the following. (i) A resist material containing a polymer having a repeating unit represented by the following formula (a1) or (a2).
  • R A is a hydrogen atom or a methyl group.
  • X 1 is a single bond or an ester group.
  • X 2 is a linear, branched or cyclic carbon number an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms or an arylene group having 6 to 10 carbon atoms, and part of the methylene groups constituting the alkylene group may be substituted with an ether group, an ester group or a lactone ring-containing group; , X 2 has at least one hydrogen atom substituted with a bromine atom, and X 3 is a single bond, an ether group, an ester group, or a linear, branched or cyclic alkylene having 1 to 12 carbon atoms.
  • a part of the methylene groups constituting the alkylene group may be substituted with an ether group or an ester group, and each of Rf 1 to Rf 4 is independently a hydrogen atom, a fluorine atom or a trifluoromethyl group, at least one of which is a fluorine atom or a trifluoromethyl group, and Rf 1 and Rf 2 may combine to form a carbonyl group, and R 1 to R 5 are each independently directly Chain, branched or cyclic alkyl groups having 1 to 12 carbon atoms, linear, branched or cyclic alkenyl groups having 2 to 12 carbon atoms, alkynyl groups having 2 to 12 carbon atoms, and 6 to 20 carbon atoms.
  • R 1 and R 2 may combine to form a ring together with the sulfur atom to which they are bonded.
  • R A is a hydrogen atom or a methyl group.
  • R 1 is a hydrogen atom or an acid-labile group.
  • R 2 is a linear, branched or cyclic C 1 to 6 alkyl groups or halogen atoms other than bromine
  • X 1 is a single bond or a phenylene group, or a linear, branched or cyclic C 1-12 group which may contain an ester group or a lactone ring is an alkylene group of X 2 is -O-, -O-CH 2 - or -NH-, m is an integer of 1 to 4, and n is an integer of 0 to 3.
  • a coating solution comprising an organic solvent and a first organometallic compound represented by the formula RSnO (3/2 ⁇ x/2) (OH) x where 0 ⁇ x ⁇ 3, , about 0.0025 M to about 1.5 M of tin in the solution, R is an alkyl or cycloalkyl group having 3 to 31 carbon atoms, and the alkyl or cycloalkyl group is a second Coating solutions bonded to tin at primary or tertiary carbon atoms.
  • an aqueous inorganic patterning precursor comprising a mixture of water, a metal suboxide cation, a polyatomic inorganic anion and a radiation sensitive ligand comprising a peroxide group; etc.
  • Exposure is performed through a mask (reticle) for forming a predetermined pattern, and for example, i-ray, KrF excimer laser, ArF excimer laser, EUV (extreme ultraviolet) or EB (electron beam) is used.
  • the resist underlayer film-forming composition of the invention is preferably applied for EUV (extreme ultraviolet) exposure.
  • An alkaline developer is used for development, and the development temperature is selected from 5° C. to 50° C. and the development time is appropriately selected from 10 seconds to 300 seconds.
  • alkaline developing solutions include inorganic alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, aqueous ammonia, primary amines such as ethylamine and n-propylamine, diethylamine, secondary amines such as di-n-butylamine; tertiary amines such as triethylamine and methyldiethylamine; alcohol amines such as dimethylethanolamine and triethanolamine; Aqueous solutions of alkalis such as quaternary ammonium salts, pyrrole, cyclic amines such as piperidine, and the like can be used.
  • inorganic alkalis such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, aqueous ammonia, primary amines such as ethylamine and n-propylamine, diethylamine, secondary amines such as di-n-butyl
  • an alcohol such as isopropyl alcohol or a nonionic surfactant may be added in an appropriate amount to the aqueous alkali solution.
  • Preferred developers among these are quaternary ammonium salts, more preferably tetramethylammonium hydroxide and choline.
  • a surfactant or the like can be added to these developers. It is also possible to use a method of developing with an organic solvent such as butyl acetate instead of the alkaline developer, and developing the portion where the rate of alkali dissolution of the photoresist is not improved.
  • the resist underlayer film is dry-etched.
  • the inorganic film is formed on the surface of the semiconductor substrate used, the surface of the inorganic film is exposed, and when the inorganic film is not formed on the surface of the semiconductor substrate used, the semiconductor substrate is exposed. expose the surface.
  • the substrate is processed by a method known per se (dry etching method, etc.), and a semiconductor device can be manufactured.
  • the weight average molecular weights of the polymers shown in Synthesis Examples 1 to 3 and Comparative Synthesis Examples 1 to 3 in this specification are the results of measurement by gel permeation chromatography (hereinafter abbreviated as GPC).
  • GPC gel permeation chromatography
  • the polymer obtained in this synthesis example has structural units represented by the following formulas (XX), (XY), and (XZ).
  • the polymer obtained in this synthesis example has structural units represented by the following formulas (XX), (XY), and (Xa).
  • the polymer solution does not become cloudy even when cooled to room temperature, and has good solubility in propylene glycol monomethyl ether.
  • GPC analysis revealed that the polymer in the resulting solution had a weight average molecular weight of 7,900 in terms of standard polystyrene.
  • the polymer obtained in this synthesis example has structural units represented by the following formulas (XX) and (XY).
  • the polymer obtained in this synthesis example has structural units represented by the following formulas (XX), (Xb), and (Xc).
  • the polymer obtained in this synthesis example has structural units represented by the following formulas (XX), (Xd), and (Xa).
  • Example 1-3 Comparative Example 1-2>
  • Each polymer, cross-linking agent, curing catalyst, and solvent of Synthesis Examples 1-3 and Comparative Synthesis Examples 1-2 are mixed in the proportions shown in Tables 1 and 2, and filtered through a 0.1 ⁇ m fluororesin filter.
  • Each solution of the composition for forming a resist underlayer film was prepared by the method.
  • tetramethoxymethyl glycoluril (manufactured by Nippon Cytec Industries Co., Ltd.) is PL-LI, Imidazo[4,5-d]imidazole-2,5(1H,3H)-dione, tetrahydro-1 , 3,4,6-tetrakis [(2-methoxy-1-methylethoxy)methyl]- is PGME-PL, pyridinium-p-hydroxybenzenesulfonic acid is PyPSA, propylene glycol monomethyl ether acetate is PGMEA, propylene glycol monomethyl ether is Abbreviated as PGME. Each addition amount is shown in parts by mass.
  • the composition for forming a resist underlayer film according to the present invention is a composition for forming a resist underlayer film capable of forming a desired resist pattern, a method for producing a substrate with a resist pattern using the composition for forming a resist underlayer film, a semiconductor A method of manufacturing a device can be provided.

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Abstract

所望のレジストパターンを形成できるレジスト下層膜を形成するための組成物、及び該レジスト下層膜形成組成物を用いたレジストパターン製造方法、半導体装置の製造方法を提供する。下記式（Ｉ）： （式（Ｉ）中、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５及びＡ６は、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Ｑ１は２価の有機基を表し、Ｒ１は炭素原子数６～４０の芳香環構造を含む４価の有機基を表し、Ｌ１及びＬ２は各々独立して水素原子、又はヒドロキシ基で置換されていてもよく、酸素原子で中断されていてもよい炭素原子数１～１０のアルキル基を表す。） で表される単位構造を有するポリマー、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。

Description

酸二無水物の反応生成物を含むレジスト下層膜形成組成物
　本発明は、半導体製造におけるリソグラフィープロセスにおいて、特に最先端（ＡｒＦ、ＥＵＶ、ＥＢ等）のリソグラフィープロセスに用いられる組成物に関する。また、前記レジスト下層膜を適用したレジストパターン付き基板の製造方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
　従来から半導体装置の製造において、レジスト組成物を用いたリソグラフィーによる微細加工が行われている。前記微細加工は、シリコンウェハー等の半導体基板上にフォトレジスト組成物の薄膜を形成し、その上にデバイスのパターンが描かれたマスクパターンを介して紫外線などの活性光線を照射し、現像し、得られたフォトレジストパターンを保護膜として基板をエッチング処理することにより、基板表面に、前記パターンに対応する微細凹凸を形成する加工法である。近年、半導体デバイスの高集積度化が進み、使用される活性光線も、従来使用されていたｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）に加え、最先端の微細加工にはＥＵＶ光（極端紫外線、波長１３．５ｎｍ）又はＥＢ（電子線）の実用化が検討されている。これに伴い、レジストへの半導体基板からの影響が大きな問題となっている。
　そこでこの問題を解決すべく、レジストと半導体基板の間にレジスト下層膜を設ける方法が広く検討されている。特許文献１には、脂環式構造又は脂肪族構造を有するテトラカルボン酸二無水物とジエポキシ含有化合物とを反応させて得られるポリマーを含むレジスト下層膜形成組成物が開示されている。特許文献２には、特定の複素環化合物とジエポキシ含有化合物とを反応させて得られるポリマーを含むレジスト下層膜形成組成物が開示されている。
国際公開２００９／１０４６８５号公報 国際公開２０１３／０１８８０２号公報
　レジスト下層膜に要求される特性としては、例えば、上層に形成されるレジスト膜とのインターミキシングが起こらないこと（レジスト溶剤に不溶であること）、レジスト膜に比べてドライエッチング速度が速いことが挙げられる。
　ＥＵＶ露光を伴うリソグラフィーの場合、形成されるレジストパターンの線幅は３２ｎｍ以下となり、ＥＵＶ露光用のレジスト下層膜は、従来よりも膜厚を薄く形成して用いられる。このような薄膜を形成する際、基板表面、使用するポリマーなどの影響により、ピンホール、凝集などが発生しやすく、欠陥のない均一な膜を形成することが困難であった。
　一方、レジストパターン形成の際、現像工程において、レジスト膜を溶解し得る溶剤、通常は有機溶剤を用いて前記レジスト膜の未露光部を除去し、当該レジスト膜の露光部をレジストパターンとして残す方法が採用されることがある。このようなネガ現像プロセスにおいては、レジストパターンの密着性の改善が大きな課題となっている。
　また、レジストパターン形成時のＬＷＲ（Ｌｉｎｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ、ライン・ウィドス・ラフネス、線幅の揺らぎ（ラフネス））の悪化を抑制し、良好な矩形形状を有するレジストパターンを形成すること、及びレジスト感度の向上が求められている。
　本発明は、上記課題を解決した、所望のレジストパターンを形成できるレジスト下層膜を形成するための組成物、及び該レジスト下層膜形成組成物を用いるレジストパターン形成方法を提供することを目的とする。
　本発明は以下を包含する。
［１］
　下記式（Ｉ）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
（式（Ｉ）中、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５及びＡ６は、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Ｑ１は２価の有機基を表し、Ｒ１は炭素原子数６～４０の芳香環構造を含む４価の有機基を表し、Ｌ１及びＬ２は各々独立して水素原子、又はヒドロキシ基で置換されていてもよく、酸素原子で中断されていてもよい炭素原子数１～１０のアルキル基を表す。）
で表される単位構造を有するポリマー、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。
［２］
　前記Ｒ１が、ビフェニレン構造を含む、［１］に記載のレジスト下層膜形成組成物。
［３］
　前記ポリマーが、下記式（ａ－２）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
（式（ａ－２）中、Ｙ１は単結合、酸素原子、硫黄原子、ハロゲン原子若しくは炭素原子数６～４０のアリール基で置換されてもよい炭素原子数１～１０のアルキレン基又はスルホニル基を表し、ｎ１個のＴ１及びｎ２個のＴ２は各々独立に水素原子又は炭素原子数１～１０のアルキル基を表し、相互に結合して二つのベンゼン環を橋架けしていてもよく、
ｎ１及びｎ２は各々独立して０～４の整数を表し、Ｑ１、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ｌ１及びＬ２は［１］に定義したとおりである。）
で表される繰り返し単位を含む、［１］又は［２］に記載のレジスト下層膜形成組成物。
［４］
　前記ポリマーが、複素環構造をさらに有する、［１］～［３］何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
［５］
　前記Ｙ１が、スルホニル基である、［１］～［４］何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
［６］
　前記ポリマーの末端が化合物で封止されている、［１］～［５］何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
［７］
　前記化合物が、置換基で置換されていてもよい脂肪族環を含む、［６］に記載のレジスト下層膜形成組成物。
［８］
　前記化合物が、下記式（１）及び式（２）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
（式（１）、（２）中、Ｒ１は置換基を有してもよい炭素原子数１～６のアルキル基、フェニル基、ピリジル基、ハロゲノ基又はヒドロキシ基を表し、Ｒ２は水素原子、炭素原子数１～６のアルキル基、ヒドロキシ基、ハロゲノ基又は－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ－Ｘで表されるエステル基を表し、Ｘは置換基を有してもよい炭素原子数１～６のアルキル基を表し、Ｒ３は水素原子、炭素原子数１～６のアルキル基、ヒドロキシ基又はハロゲノ基を表し、Ｒ４は直接結合、又は炭素原子数１～８の二価の有機基を表し、Ｒ５は炭素原子数１～８の二価の有機基を表し、Ａは芳香族環又は芳香族複素環を表し、ｔは０又は１を表し、ｕは１又は２を表す。）
で表される、［６］に記載のレジスト下層膜形成組成物。
［９］
　硬化触媒をさらに含む、［１］～［８］の何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
［１０］
　架橋剤をさらに含む、［１］～［９］の何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
［１１］
　［１］～［１０］の何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなる塗布膜の焼成物であることを特徴とするレジスト下層膜。
［１２］
　半導体基板上に［１］～［１０］の何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物を塗布しベークしてレジスト下層膜を形成する工程、
　前記レジスト下層膜上にレジストを塗布しベークしてレジスト膜を形成する工程、
　前記レジスト下層膜と前記レジストで被覆された半導体基板を露光する工程、
　露光後の前記レジスト膜を現像し、パターニングする工程
を含む、パターニングされた基板の製造方法。
［１３］
　半導体基板上に、［１］～［１０］の何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなるレジスト下層膜を形成する工程と、
　前記レジスト下層膜の上にレジスト膜を形成する工程と、
　レジスト膜に対する光又は電子線の照射とその後の現像によりレジストパターンを形成する工程と、
　形成された前記レジストパターンを介して前記レジスト下層膜をエッチングすることによりパターン化されたレジスト下層膜を形成する工程と、
　パターン化された前記レジスト下層膜により半導体基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
　上記のレジスト下層膜形成組成物から形成されるレジスト下層膜は、該下層膜の上部に形成されるフォトレジストで使用される有機溶媒に対して優れた耐性を示し、且つ極薄膜（膜厚１０ｎｍ以下）においても、良好な膜厚均一性を示すレジスト下層膜を形成できる。また本発明のレジスト下層膜形成組成物を用いてレジストパターンを形成する場合、現像後のレジストパターン倒れが見られない限界解像サイズが、従来のレジスト下層膜と比較しより小さくなり、より微細なレジストパターン形成が可能となる。また、ラインパターンにおけるブリッジの抑制が可能であり、良好なパターン形成能を有するという効果も奏する。
＜レジスト下層膜形成組成物＞
　本発明のレジスト下層膜形成組成物は、ポリマー、及び溶剤を含み、前記ポリマーが、下記式（Ｉ）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
（式（Ｉ）中、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５及びＡ６は、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Ｑ１は２価の有機基を表し、Ｒ１は炭素原子数６～４０の芳香環構造を含む４価の有機基を表し、Ｌ１及びＬ２は各々独立して水素原子、又はヒドロキシ基で置換されていてもよく、酸素原子で中断されていてもよい炭素原子数１～１０のアルキル基を表す。）
で表される単位構造を有するポリマーである。
　前記炭素原子数６～４０の芳香環構造の例は、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、アセナフテン、フルオレン、トリフェニレン、フェナレン、フェナントレン、インデン、インダン、インダセン、ピレン、クリセン、ペリレン、ナフタセン、ペンタセン、コロネン、ヘプタセン、ベンゾ［ａ］アントラセン、ジベンゾフェナントレン、ジベンゾ［ａ，ｊ］アントラセンから誘導される芳香環構造である。
　前記Ｒ１が、下記式（ＩＩＩ）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
（式（ＩＩＩ）中、Ｙ１は単結合、酸素原子、硫黄原子、ハロゲン原子若しくは炭素原子数６～４０のアリール基で置換されてもよい炭素原子数１～１０のアルキレン基又はスルホニル基を表し、ｎ１個のＴ１及びｎ２個のＴ２は各々独立に水素原子又は炭素原子数１～１０のアルキル基を表し、相互に結合して二つのベンゼン環を橋架けしていてもよく、ｎ１及びｎ２は各々独立して０～４の整数を表し、
＊はＲ１が結合しているカルボニル基の炭素原子への結合部分である。）
で表されてよい。
　前記Ｙ１が、スルホニル基であることが好ましい。
　前記ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、ヨウ素、臭素が挙げられる。Ｙ１がスルホニル基、Ｔ１及びＴ２が水素原子であることが好ましい。
　前記炭素原子数６～４０のアリール基としては、フェニル基、ｏ－メチルフェニル基、ｍ－メチルフェニル基、ｐ－メチルフェニル基、ｏ－クロルフェニル基、ｍ－クロルフェニル基、ｐ－クロルフェニル基、ｏ－フルオロフェニル基、ｐ－フルオロフェニル基、ｏ－メトキシフェニル基、ｐ－メトキシフェニル基、ｐ－ニトロフェニル基、ｐ－シアノフェニル基、α－ナフチル基、β－ナフチル基、ｏ－ビフェニリル基、ｍ－ビフェニリル基、ｐ－ビフェニリル基、１－アントリル基、２－アントリル基、９－アントリル基、１－フェナントリル基、２－フェナントリル基、３－フェナントリル基、４－フェナントリル基及び９－フェナントリル基が挙げられる。
　前記炭素原子数１～１０のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、ｎ－プロピレン基、イソプロピレン基、シクロプロピレン基、ｎ－ブチレン基、イソブチレン基、ｓ－ブチレン基、ｔ－ブチレン基、シクロブチレン基、１－メチル－シクロプロピレン基、２－メチル－シクロプロピレン基、ｎ－ペンチレン基、１－メチル－ｎ－ブチレン基、２－メチル－ｎ－ブチレン基、３－メチル－ｎ－ブチレン基、１，１－ジメチル－ｎ－プロピレン基、１，２－ジメチル－ｎ－プロピレン基、２，２－ジメチル－ｎ－プロピレン、１－エチル－ｎ－プロピレン基、シクロペンチレン基、１－メチル－シクロブチレン基、２－メチル－シクロブチレン基、３－メチル－シクロブチレン基、１，２－ジメチル－シクロプロピレン基、２，３－ジメチル－シクロプロピレン基、１－エチル－シクロプロピレン基、２－エチル－シクロプロピレン基、ｎ－ヘキシレン基、１－メチル－ｎ－ペンチレン基、２－メチル－ｎ－ペンチレン基、３－メチル－ｎ－ペンチレン基、４－メチル－ｎ－ペンチレン基、１，１－ジメチル－ｎ－ブチレン基、１，２－ジメチル－ｎ－ブチレン基、１，３－ジメチル－ｎ－ブチレン基、２，２－ジメチル－ｎ－ブチレン基、２，３－ジメチル－ｎ－ブチレン基、３，３－ジメチル－ｎ－ブチレン基、１－エチル－ｎ－ブチレン基、２－エチル－ｎ－ブチレン基、１，１，２－トリメチル－ｎ－プロピレン基、１，２，２－トリメチル－ｎ－プロピレン基、１－エチル－１－メチル－ｎ－プロピレン基、１－エチル－２－メチル－ｎ－プロピレン基、シクロヘキシレン基、１－メチル－シクロペンチレン基、２－メチル－シクロペンチレン基、３－メチル－シクロペンチレン基、１－エチル－シクロブチレン基、２－エチル－シクロブチレン基、３－エチル－シクロブチレン基、１，２－ジメチル－シクロブチレン基、１，３－ジメチル－シクロブチレン基、２，２－ジメチル－シクロブチレン基、２，３－ジメチル－シクロブチレン基、２，４－ジメチル－シクロブチレン基、３，３－ジメチル－シクロブチレン基、１－ｎ－プロピル－シクロプロピレン基、２－ｎ－プロピル－シクロプロピレン基、１－イソプロピル－シクロプロピレン基、２－イソプロピル－シクロプロピレン基、１，２，２－トリメチル－シクロプロピレン基、１，２，３－トリメチル－シクロプロピレン基、２，２，３－トリメチル－シクロプロピレン基、１－エチル－２－メチル－シクロプロピレン基、２－エチル－１－メチル－シクロプロピレン基、２－エチル－２－メチル－シクロプロピレン基、２－エチル－３－メチル－シクロプロピレン基、ｎ－ヘプチレン基、ｎ－オクチレン基、ｎ－ノニレン基又はｎ－デカニレン基が挙げられる。これらの中でも炭素原子数１～４のアルキル基であることが好ましく、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、ｉ－プロピル基、ｎ－ブチル基、ｉ－ブチル基、ｓ－ブチル基、ｔ－ブチル基から選ばれることが好ましく、メチル基又はエチル基であることが好ましい。
　前記Ｒ１が、下記式（２－１）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
（式（２－１）中、Ｙ１は単結合、酸素原子、硫黄原子、ハロゲン原子若しくは炭素原子数６～４０のアリール基で置換されてもよい炭素原子数１～１０のアルキレン基又はスルホニル基を表し、ｎ１個のＴ１及びｎ２個のＴ２は各々独立に水素原子又は炭素原子数１～１０のアルキル基を表し、相互に結合して二つのベンゼン環を橋架けしていてもよく、ｎ１及びｎ２は各々独立して０～４の整数を表す。）
で表される化合物から誘導されてよい。
　前記ポリマーが、複素環構造を有してよい。例えば、前記式（２－１）で表される化合物と、式（２－１）が含む酸二無水物と反応性を有する２つの反応性基を有する複素環を含む化合物との反応生成物であってよい。前記反応生成物の場合、前記反応生成物は、複素環構造を繰り返し単位構造として含む。前記複素環の詳細については後述する。
　前記Ｑ１が、炭素原子数２～１０のアルケニル基又はアルキニル基を含んでよい。
　前記Ｑ１は、本願の効果を奏する２価の有機基であれば制限は無いが、エポキシ基を２つ含むジエポキシ含有化合物から誘導されることが好ましい。具体例としては、下記（１０－ａ）～（１０－ｋ）に示す化合物から誘導される構造が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
　前記Ｑ１が、複素環構造を含んでよい。前記複素環構造としては、フラン、チオフェン、ピロール、イミダゾール、ピラン、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、インドール、プリン、キノリン、イソキノリン、キヌクリジン、クロメン、チアントレン、フェノチアジン、フェノキサジン、キサンテン、アクリジン、フェナジン、カルバゾール、トリアジンオン、トリアジンジオン及びトリアジントリオン、又は上記（１０－ｈ）～（１０－ｋ）に示す複素環構造が挙げられる。これらの中でもトリアジントリオンが好ましく、具体的には上記式（１０－ｈ）～（１０－ｋ）に示される構造が好ましい。
　前記ポリマーが、下記式（ａ－１）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
（式（ａ－１）中、Ｙ１、Ｔ１、Ｔ２、ｎ１及びｎ２は上に定義した通りであり、Ｌ１及びＬ２は各々独立して水素原子、又はヒドロキシ基で置換されていてもよく、酸素原子で中断されていてもよい炭素原子数１～１０のアルキル基を表し、＊は、ポリマー残基との結合部分を表す。）で表される部分構造を含んでよい。
　Ｌ１及びＬ２はヒドロキシ基で置換され、酸素原子で中断されている炭素原子数１～１０のアルキル基であることが好ましい。前記酸素原子で中断されていてもよい炭素原子数１～１０のアルキル基とは、前記アルキル基の１つ又は２以上の炭素―炭素結合の間に、エーテル結合を含むことを言う。好ましいＬ１及びＬ２の構造は、例えば実施例の項に記載の合成例のように、反応時に使用している溶媒（例えば下記（３ｄ－１）又は下記（３ｄ－２）で表される溶媒）が、上記化合物（ａ）から誘導されるカルボキシ基に反応して生成する場合がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
　前記ポリマーが、下記式（ａ－２）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
（式（ａ－２）中、Ｙ１、Ｔ１、Ｔ２、ｎ１及びｎ２は上に定義した通りであり、Ｌ１及びＬ２は上に定義した通りであり、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５及びＡ６は、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Ｑ１は２価の有機基を表す。）で表される繰り返し単位を含んでよい。
　上記ポリマーの重量平均分子量は、好ましくは５００～５０，０００、より好ましくは１，０００～３０，０００である。前記重量平均分子量は、例えば実施例に記載のゲルパーミエーションクロマトグラフィ法により測定できる。
　上記ポリマーが、本発明のレジスト下層膜形成組成物全体に対して含まれる割合は通常０．０５質量％～３．０質量％であり、０．０８質量％～２．０質量％であり、０．１質量％～１．０質量％である。
　本発明のレジスト下層膜形成組成物に含まれる有機溶剤としては、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、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、シクロヘプタノン、４－メチル－２－ペンタノール、２―ヒドロキシイソ酪酸メチル、２―ヒドロキシイソ酪酸エチル、エトキシ酢酸エチル、酢酸２－ヒドロキシエチル、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、２－ヘプタノン、メトキシシクロペンタン、アニソール、γ－ブチロラクトン、Ｎ－メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、及びＮ，Ｎ－ジメチルアセトアミドが挙げられる。これらの溶剤は、単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
　これらの溶剤の中で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メチルエーテルアセテート、乳酸エチル、乳酸ブチル、及びシクロヘキサノン等が好ましい。特に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メチルエーテルアセテートが好ましい。
　前記ポリマーの末端が化合物で封止されていてよい。
　前記化合物が、置換基で置換されていてもよい脂肪族環を含んでよい。
　前記脂肪族環が、炭素原子数３～１０の単環式又は多環式脂肪族環であることが好ましい。前記炭素原子数３～１０の単環式又は多環式脂肪族環としては、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘキセン、シクロへプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、スピロビシクロペンタン、ビシクロ［２．１．０］ペンタン、ビシクロ［３．２．１］オクタン、トリシクロ［３．２．１．０２，７］オクタン、スピロ［３，４］オクタン、ノルボルナン、ノルボルネン、トリシクロ［３．３．１．１３，７］デカン（アダマンタン）等が挙げられる。
　前記多環式脂肪族環が、ビシクロ環又はトリシクロ環であることが好ましい。
　前記ビシクロ環としては、ノルボルナン、ノルボルネン、スピロビシクロペンタン、ビシクロ［２．１．０］ペンタン、ビシクロ［３．２．１］オクタン、スピロ［３，４］オクタン等が挙げられる。
　前記トリシクロ環としては、トリシクロ［３．２．１．０２，７］オクタン、トリシクロ［３．３．１．１３，７］デカン（アダマンタン）が挙げられる。
　前記置換基で置換されていてもよい脂肪族環、とは、当該脂肪族環の１つ以上の水素原子が、下記に記載の置換基で置き換わってもよいことを言う。
　前記置換基が、ヒドロキシ基、直鎖状若しくは分岐鎖状の炭素原子数１～１０のアルキル基、炭素原子数１～２０のアルコキシ基、酸素原子で中断されていてもよい炭素原子数１～１０のアシルオキシ基及びカルボキシ基から選ばれることが好ましい。
　前記炭素原子数１～２０のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ｎ－プロポキシ基、ｉ－プロポキシ基、ｎ－ブトキシ基、ｉ－ブトキシ基、ｓ－ブトキシ基、ｔ－ブトキシ基、ｎ－ペンチルオキシ基、１－メチル－ｎ－ブトキシ基、２－メチル－ｎ－ブトキシ基、３－メチル－ｎ－ブトキシ基、１，１－ジメチル－ｎ－プロポキシ基、１，２－ジメチル－ｎ－プロポキシ基、２，２－ジメチル－ｎ－プロポキシ基、１－エチル－ｎ－プロポキシ基、ｎ－ヘキシルオキシ基、１－メチル－ｎ－ペンチルオキシ基、２－メチル－ｎ－ペンチルオキシ基、３－メチル－ｎ－ペンチルオキシ基、４－メチル－ｎ－ペンチルオキシ基、１，１－ジメチル－ｎ－ブトキシ基、１，２－ジメチル－ｎ－ブトキシ基、１，３－ジメチル－ｎ－ブトキシ基、２，２－ジメチル－ｎ－ブトキシ基、２，３－ジメチル－ｎ－ブトキシ基、３，３－ジメチル－ｎ－ブトキシ基、１－エチル－ｎ－ブトキシ基、２－エチル－ｎ－ブトキシ基、１，１，２－トリメチル－ｎ－プロポキシ基、１，２，２－トリメチル－ｎ－プロポキシ基、１－エチル－１－メチル－ｎ－プロポキシ基、及び１－エチル－２－メチル－ｎ－プロポキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ノルボルニオキシ基、アダマンチルオキシ基、アダマンタンメチルオキシ基、アダマンタンエチルオキシ基、テトラシクロデカニルオキシ基、トリシクロデカニルオキシ基が挙げられる。
　前記脂肪族環が、少なくとも１つの不飽和結合（例えば２重結合、３重結合）を有することが好ましい。前記脂肪族環が、１つ～３つの不飽和結合を有することが好ましい。前記脂肪族環が、１つ又は２つの不飽和結合を有することが好ましい。上記不飽和結合は２重結合であることが好ましい。
　前記置換基で置換されていてもよい脂肪族環を含む化合物の具体例としては、以下に記載の化合物が挙げられる。下記具体例のカルボキシ基が、ヒドロキシ基、アミノ基及びチオール基に置き換わった化合物も具体例として挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
　前記末端が置換基で置換されていてもよい脂肪族環であるポリマーに係る内容は、国際公開第２０２０／２２６１４１号公報に記載の全開示が本願に援用される。
　前記化合物が、下記式（１）及び式（２）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
（式（１）、（２）中、Ｒ１は置換基を有してもよい炭素原子数１～６のアルキル基、フェニル基、ピリジル基、ハロゲノ基又はヒドロキシ基を表し、Ｒ２は水素原子、炭素原子数１～６のアルキル基、ヒドロキシ基、ハロゲノ基又は－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ－Ｘで表されるエステル基を表し、Ｘは置換基を有してもよい炭素原子数１～６のアルキル基を表し、Ｒ３は水素原子、炭素原子数１～６のアルキル基、ヒドロキシ基又はハロゲノ基を表し、Ｒ４は直接結合、又は炭素原子数１～８の二価の有機基を表し、Ｒ５は炭素原子数１～８の二価の有機基を表し、Ａは芳香族環又は芳香族複素環を表し、ｔは０又は１を表し、ｕは１又は２を表す。）
で表されてよい。
　上記式（１）及び式（２）で表される前記ポリマー末端構造は、前記ポリマーと、下記式（１ａ）で表される化合物及び／又は下記式（２ａ）で表される化合物との反応により製造できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
（上記式（１ａ）及び式（２ａ）の記号の意味は、前記式（１）及び式（２）で説明した通りである。）
　前記式（１ａ）で表される化合物として、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
　前記式（２ａ）で表される化合物として、例えば、下記式で表される化合物を挙げることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
　上記式（１）及び式（２）に係る内容は、国際公開第２０１５／１６３１９５号公報に記載の全開示が本願に援用される。
＜硬化触媒＞
　本発明のレジスト下層膜形成組成物に任意成分として含まれる硬化触媒としては、酸発生剤であることが好ましい。前記酸発生剤としては、例えば、ｐ－トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ピリジニウム－ｐ－トルエンスルホネート（ピリジニウム－ｐ－トルエンスルホン酸）、ピリジニウム－ｐ－ヒドロキシベンゼンスルホン酸（ｐ－フェノールスルホン酸ピリジニウム塩）、ピリジニウム－トリフルオロメタンスルホン酸、サリチル酸、カンファースルホン酸、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、ベンゼンジスルホン酸、１－ナフタレンスルホン酸、クエン酸、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸等のスルホン酸化合物及びカルボン酸化合物が挙げられる。上記架橋触媒が使用される場合、当該架橋触媒の含有割合は、下記架橋剤に対し、例えば０．１質量％～５０質量％であり、好ましくは、１質量％～３０質量％である。
＜架橋剤＞
　本発明のレジスト下層膜形成組成物に任意成分として含まれる架橋剤としては、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（テトラメトキシメチルグリコールウリル）（ＰＯＷＤＥＲＬＩＮＫ〔登録商標〕１１７４）、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。
　また、本願の架橋剤は、国際公開第２０１７／１８７９６９号公報に記載の、窒素原子と結合する下記式（１ｄ）で表される置換基を１分子中に２～６つ有する含窒素化合物であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
　（式（１ｄ）中、Ｒ１はメチル基又はエチル基を表す。）
　前記式（１ｄ）で表される置換基を１分子中に２～６つ有する含窒素化合物は下記式（１Ｅ）で表されるグリコールウリル誘導体であってよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
（式（１Ｅ）中、４つのＲ１はそれぞれ独立にメチル基又はエチル基を表し、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数１～４のアルキル基、又はフェニル基を表す。）
　前記式（１Ｅ）で表されるグリコールウリル誘導体として、例えば、下記式（１Ｅ－１）～式（１Ｅ－６）で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
　前記式（１ｄ）で表される置換基を１分子中に２～６つ有する含窒素化合物は、窒素原子と結合する下記式（２ｄ）で表される置換基を１分子中に２～６つ有する含窒素化合物と下記式（３ｄ）で表される少なくとも１種の化合物とを反応させることで得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
（式（２ｄ）、（３ｄ）中、Ｒ１はメチル基又はエチル基を表し、Ｒ４は炭素原子数１～４のアルキル基を表す。）
　前記式（１Ｅ）で表されるグリコールウリル誘導体は、下記式（２Ｅ）で表されるグリコールウリル誘導体と前記式（３ｄ）で表される少なくとも１種の化合物とを反応させることにより得られる。
　前記式（２ｄ）で表される置換基を１分子中に２～６つ有する含窒素化合物は、例えば、下記式（２Ｅ）で表されるグリコールウリル誘導体である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
（式（２Ｅ）中、Ｒ２及びＲ３はそれぞれ独立に水素原子、炭素原子数１～４のアルキル基、又はフェニル基を表し、Ｒ４はそれぞれ独立に炭素原子数１～４のアルキル基を表す。）
　前記式（２Ｅ）で表されるグリコールウリル誘導体として、例えば、下記式（２Ｅ－１）～式（２Ｅ－４）で表される化合物が挙げられる。さらに前記式（３ｄ）で表される化合物として、例えば下記式（３ｄ－１）及び式（３ｄ－２）で表される化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
　上記窒素原子と結合する下記式（１ｄ）で表される置換基を１分子中に２～６つ有する含窒素化合物に係る内容については、ＷＯ２０１７／１８７９６９号公報の全開示が本願に援用される。
　また、上記架橋剤は、国際公開２０１４／２０８５４２号公報に記載の、下記式（Ｇ－１）又は式（Ｇ－２）で表される架橋性化合物であってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
（式中、Ｑ１は単結合又はｍ１価の有機基を示し、Ｒ１及びＲ４はそれぞれ炭素原子数２乃至１０のアルキル基、又は炭素原子数１乃至１０のアルコキシ基を有する炭素原子数２乃至１０のアルキル基を示し、Ｒ２及びＲ５はそれぞれ水素原子又はメチル基を示し、Ｒ３及びＲ６はそれぞれ炭素原子数１乃至１０のアルキル基、又は炭素原子数６乃至４０のアリール基を示す。
　ｎ１は１≦ｎ１≦３の整数、ｎ２は２≦ｎ２≦５の整数、ｎ３は０≦ｎ３≦３の整数、ｎ４は０≦ｎ４≦３の整数、３≦（ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＋ｎ４）≦６の整数を示す。
　ｎ５は１≦ｎ５≦３の整数、ｎ６は１≦ｎ６≦４の整数、ｎ７は０≦ｎ７≦３の整数、ｎ８は０≦ｎ８≦３の整数、２≦（ｎ５＋ｎ６＋ｎ７＋ｎ８）≦５の整数を示す。
　ｍ１は２乃至１０の整数を示す。）
　上記式（Ｇ－１）又は式（Ｇ－２）で示される架橋性化合物は、下記式（Ｇ－３）又は式（Ｇ－４）で示される化合物と、ヒドロキシル基含有エーテル化合物又は炭素原子数２乃至１０のアルコールとの反応によって得られるものであってよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
（式中、Ｑ２は単結合又はｍ２価の有機基を示す。Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１１及びＲ１２はそれぞれ水素原子又はメチル基を示し、Ｒ７及びＲ１０はそれぞれ炭素原子数１乃至１０のアルキル基、又は炭素原子数６乃至４０のアリール基を示す。
　ｎ９は１≦ｎ９≦３の整数、ｎ１０は２≦ｎ１０≦５の整数、ｎ１１は０≦ｎ１１≦３の整数、ｎ１２は０≦ｎ１２≦３の整数、３≦（ｎ９＋ｎ１０＋ｎ１１＋ｎ１２）≦６の整数を示す。
　ｎ１３は１≦ｎ１３≦３の整数、ｎ１４は１≦ｎ１４≦４の整数、ｎ１５は０≦ｎ１５≦３の整数、ｎ１６は０≦ｎ１６≦３の整数、２≦（ｎ１３＋ｎ１４＋ｎ１５＋ｎ１６）≦５の整数を示す。
　ｍ２は２乃至１０の整数を示す。）
　上記式（Ｇ－１）及び式（Ｇ－２）で示される化合物は例えば以下に例示することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
　式（Ｇ－３）及び式（Ｇ－４）で示される化合物は例えば以下に例示することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040
　式中、Ｍｅはメチル基を表す。
　国際公開２０１４／２０８５４２号公報の全開示は本願に援用される。
　上記架橋剤が使用される場合、当該架橋剤の含有割合は、前記反応生成物に対し、例えば１質量％～５０質量％であり、好ましくは、５質量％～３０質量％である。
＜その他の成分＞
　本発明のレジスト下層膜形成組成物には、ピンホールやストリエーション等の発生がなく、表面むらに対する塗布性をさらに向上させるために、さらに界面活性剤を添加することができる。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ＥＦ３０１、ＥＦ３０３、ＥＦ３５２（（株）トーケムプロダクツ製、商品名）、メガファックＦ１７１、Ｆ１７３、Ｒ－３０（大日本インキ（株）製、商品名）、フロラードＦＣ４３０、ＦＣ４３１（住友スリーエム（株）製、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）製、商品名）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の配合量は、本発明のレジスト下層膜形成組成物の全固形分に対して通常２．０質量％以下、好ましくは１．０質量％以下である。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。
　本発明のレジスト下層膜形成組成物は、電子線（ＥＢ）描画工程及び、ＥＵＶ露光工程において使用される、電子線レジスト下層膜形成組成物又はＥＵＶレジスト下層膜形成組成物であることが好ましく、ＥＵＶレジスト下層膜形成組成物であることが好ましい。
＜レジスト下層膜＞
　本発明に係るレジスト下層膜は、上述したレジスト下層膜形成組成物を半導体基板上に塗布し、焼成することにより製造することができる。
　本発明に係るレジスト下層膜は、電子線レジスト下層膜又はＥＵＶレジスト下層膜であることが好ましい。
　本発明のレジスト下層膜形成組成物が塗布される半導体基板としては、例えば、シリコンウエハ、ゲルマニウムウエハ、及びヒ化ガリウム、リン化インジウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム等の化合物半導体ウエハが挙げられる。
　表面に無機膜が形成された半導体基板を用いる場合、当該無機膜は、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）法、ＣＶＤ（化学気相堆積）法、反応性スパッタ法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、スピンコーティング法（スピンオングラス：ＳＯＧ）により形成される。前記無機膜として、例えば、ポリシリコン膜、酸化ケイ素膜、窒化珪素膜、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ－Ｐｈｏｓｐｈｏ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｇｌａｓｓ）膜、窒化チタン膜、窒化酸化チタン膜、タングステン膜、窒化ガリウム膜、及びヒ化ガリウム膜が挙げられる。
　このような半導体基板上に、スピナー、コーター等の適当な塗布方法により本発明のレジスト下層膜形成組成物を塗布する。その後、ホットプレート等の加熱手段を用いてベークすることによりレジスト下層膜を形成する。ベーク条件としては、ベーク温度１００℃～４００℃、ベーク時間０．３分～６０分間の中から適宜、選択される。好ましくは、ベーク温度１２０℃～３５０℃、ベーク時間０．５分～３０分間、より好ましくは、ベーク温度１５０℃～３００℃、ベーク時間０．８分～１０分間である。
　形成されるレジスト下層膜の膜厚としては、例えば０．００１μｍ（１ｎｍ）～１０μｍ、０．００２μｍ（２ｎｍ）～１μｍ、０．００３μｍ（３ｎｍ）～０．５μｍ（５００ｎｍ）、０．００１μｍ（１ｎｍ）～０．０５μｍ（５０ｎｍ）、０．００２μｍ（２ｎｍ）～０．０５μｍ（５０ｎｍ）、０．００３μｍ（３ｎｍ）～０．０５μｍ（５０ｎｍ）、０．００４μｍ（４ｎｍ）～０．０５μｍ（５０ｎｍ）、０．００５μｍ（５ｎｍ）～０．０５μｍ（５０ｎｍ）、０．００３μｍ（３ｎｍ）～０．０３μｍ（３０ｎｍ）、０．００３μｍ（３ｎｍ）～０．０２μｍ（２０ｎｍ）、０．００５μｍ（５ｎｍ）～０．０２μｍ（２０ｎｍ）、０．００２μｍ（２ｎｍ）～０．０１μｍ（１０ｎｍ）、０．００３μｍ（３ｎｍ）～０．０１μｍ（１０ｎｍ）、０．００２μｍ（２ｎｍ）～０．００６μｍ（６ｎｍ）、０．００４μｍ（４ｎｍ）、０．００５μｍ（５ｎｍ）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る。一方、ベーク時の温度が上記範囲より高い場合は、レジスト下層膜が熱によって分解してしまうことがある。
＜パターンニングされた基板の製造方法、半導体装置の製造方法＞
　パターンニングされた基板の製造方法は以下の工程を経る。通常、レジスト下層膜の上にフォトレジスト層を形成して製造される。レジスト下層膜の上に自体公知の方法で塗布、焼成して形成されるフォトレジストとしては露光に使用される光に感光するものであれば特に限定はない。ネガ型フォトレジスト及びポジ型フォトレジストのいずれも使用できる。ノボラック樹脂と１，２－ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルとからなるポジ型フォトレジスト、酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーと光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジスト、酸により分解してフォトレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物とアルカリ可溶性バインダーと光酸発生剤とからなる化学増幅型フォトレジスト、及び酸により分解してアルカリ溶解速度を上昇させる基を有するバインダーと酸により分解してフォトレジストのアルカリ溶解速度を上昇させる低分子化合物と光酸発生剤からなる化学増幅型フォトレジスト、メタル元素を含有するレジストなどがある。例えば、ＪＳＲ（株）製商品名Ｖ１４６Ｇ、シプレー社製商品名ＡＰＥＸ－Ｅ、住友化学工業（株）製商品名ＰＡＲ７１０、及び信越化学工業（株）製商品名ＡＲ２７７２、ＳＥＰＲ４３０等が挙げられる。また、例えば、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．３９９９，３３０－３３４（２０００）、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．３９９９，３５７－３６４（２０００）、やＰｒｏｃ．ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．３９９９，３６５－３７４（２０００）に記載されているような、含フッ素原子ポリマー系フォトレジストを挙げることができる。またいわゆる金属を含有する金属含有レジスト（メタルレジスト）であってよい。
　具体例としては、ＷＯ２０１９／１８８５９５、ＷＯ２０１９／１８７８８１、ＷＯ２０１９／１８７８０３、ＷＯ２０１９／１６７７３７、ＷＯ２０１９／１６７７２５、ＷＯ２０１９／１８７４４５、ＷＯ２０１９／１６７４１９、ＷＯ２０１９／１２３８４２、ＷＯ２０１９／０５４２８２、ＷＯ２０１９／０５８９４５、ＷＯ２０１９／０５８８９０、ＷＯ２０１９／０３９２９０、ＷＯ２０１９／０４４２５９、ＷＯ２０１９／０４４２３１、ＷＯ２０１９／０２６５４９、ＷＯ２０１８／１９３９５４、ＷＯ２０１９／１７２０５４、ＷＯ２０１９／０２１９７５、ＷＯ２０１８／２３０３３４、ＷＯ２０１８／１９４１２３、特開２０１８－１８０５２５、ＷＯ２０１８／１９００８８、特開２０１８－０７０５９６、特開２０１８－０２８０９０、特開２０１６－１５３４０９、特開２０１６－１３０２４０、特開２０１６－１０８３２５、特開２０１６－０４７９２０、特開２０１６－０３５５７０、特開２０１６－０３５５６７、特開２０１６－０３５５６５、特開２０１９－１０１４１７、特開２０１９－１１７３７３、特開２０１９－０５２２９４、特開２０１９－００８２８０、特開２０１９－００８２７９、特開２０１９－００３１７６、特開２０１９－００３１７５、特開２０１８－１９７８５３、特開２０１９－１９１２９８、特開２０１９－０６１２１７、特開２０１８－０４５１５２、特開２０１８－０２２０３９、特開２０１６－０９０４４１、特開２０１５－１０８７８、特開２０１２－１６８２７９、特開２０１２－０２２２６１、特開２０１２－０２２２５８、特開２０１１－０４３７４９、特開２０１０－１８１８５７、特開２０１０－１２８３６９、ＷＯ２０１８／０３１８９６、特開２０１９－１１３８５５、ＷＯ２０１７／１５６３８８、ＷＯ２０１７／０６６３１９、特開２０１８－４１０９９、ＷＯ２０１６／０６５１２０、ＷＯ２０１５／０２６４８２、特開２０１６－２９４９８、特開２０１１－２５３１８５等に記載のレジスト組成物、感放射性樹脂組成物、有機金属溶液に基づいた高解像度パターニング組成物等のいわゆるレジスト組成物、金属含有レジスト組成物が使用できるが、これらに限定されない。
　レジスト組成物としては、例えば、以下が挙げられる。
（ｉ）　酸の作用により脱離する保護基で極性基が保護された酸分解性基を有する繰り返し単位を有する樹脂Ａ、及び、一般式（１１）で表される化合物を含む、感活性光線性又は感放射線性樹脂組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
一般式（１１）中、ｍは、１～６の整数を表す。
Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、フッ素原子又はパーフルオロアルキル基を表す。
Ｌ１は、－Ｏ－、－Ｓ－、－ＣＯＯ－、－ＳＯ２－、又は、－ＳＯ３－を表す。
Ｌ２は、置換基を有していてもよいアルキレン基又は単結合を表す。
Ｗ１は、置換基を有していてもよい環状有機基を表す。
Ｍ＋は、カチオンを表す。
（ｉｉ）　金属－酸素共有結合を有する化合物と、溶媒とを含有し、上記化合物を構成する金属元素が、周期表第３族～第１５族の第３周期～第７周期に属する、極端紫外線又は電子線リソグラフィー用金属含有膜形成組成物。
（ｉｉｉ）　下記式（２１）で表される第１構造単位及び下記式（２２）で表され酸解離性基を含む第２構造単位を有する重合体と、酸発生剤とを含有する、感放射線性樹脂組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042
　（式（２１）中、Ａｒは、炭素数６～２０のアレーンから（ｎ＋１）個の水素原子を除いた基である。Ｒ１は、ヒドロキシ基、スルファニル基又は炭素数１～２０の１価の有機基である。ｎは、０～１１の整数である。ｎが２以上の場合、複数のＲ１は同一又は異なる。Ｒ２は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。
　式（２２）中、Ｒ３は、上記酸解離性基を含む炭素数１～２０の１価の基である。Ｚは、単結合、酸素原子又は硫黄原子である。Ｒ４は、水素原子、フッ素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基である。）
（ｉｖ）　環状炭酸エステル構造を有する構造単位、式（ＩＩ）で表される構造単位及び酸不安定基を有する構造単位を含む樹脂（Ａ１）と、酸発生剤とを含有するレジスト組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000043
［式（ＩＩ）中、
Ｒ２は、ハロゲン原子を有してもよい炭素数１～６のアルキル基、水素原子又はハロゲン原子を表し、Ｘ１は、単結合、－ＣＯ－Ｏ－＊又は－ＣＯ－ＮＲ４－＊を表し、＊は－Ａｒとの結合手を表し、Ｒ４は、水素原子又は炭素数１～４のアルキル基を表し、Ａｒは、ヒドロキシ基及びカルボキシル基からなる群から選ばれる１以上の基を有していてもよい炭素数６～２０の芳香族炭化水素基を表す。］
（ｖ）　露光により酸を発生し、酸の作用により現像液に対する溶解性が変化するレジスト組成物であって、
酸の作用により現像液に対する溶解性が変化する基材成分（Ａ）及びアルカリ現像液に対して分解性を示すフッ素添加剤成分（Ｆ）を含有し、
前記フッ素添加剤成分（Ｆ）は、塩基解離性基を含む構成単位（ｆ１）と、下記一般式（ｆ２－ｒ－１）で表される基を含む構成単位（ｆ２）と、を有するフッ素樹脂成分（Ｆ１）を含有することを特徴とする、レジスト組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000044
［式（ｆ２－ｒ－１）中、Ｒｆ２１は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、水酸基、ヒドロキシアルキル基又はシアノ基である。ｎ”は、０～２の整数である。＊は結合手である。］
（ｖｉ）　前記構成単位（ｆ１）は、下記一般式（ｆ１－１）で表される構成単位、又は下記一般式（ｆ１－２）で表される構成単位を含む、上記（ｖ）に記載のレジスト組成物。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000045
［式（ｆ１－１）、（ｆ１－２）中、Ｒは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１～５のアルキル基又は炭素数１～５のハロゲン化アルキル基である。Ｘは、酸解離性部位を有さない２価の連結基である。Ａａｒｙｌは、置換基を有していてもよい２価の芳香族環式基である。Ｘ０１は、単結合又は２価の連結基である。Ｒ２は、それぞれ独立に、フッ素原子を有する有機基である。］
　金属含有レジスト組成物としては、例えば、金属炭素結合および／または金属カルボキシラート結合により有機配位子を有する金属オキソ－ヒドロキソネットワークを含むコーティングが挙げられる。
（ｖｉｉ）　無機オキソ／ヒドロキソベースの組成物。
　レジスト膜としては、例えば、以下が挙げられる。
（ｉ）下記式（ａ１）で表される繰り返し単位及び／又は下記式（ａ２）で表される繰り返し単位と、露光によりポリマー主鎖に結合した酸を発生する繰り返し単位とを含むベース樹脂を含むレジスト膜。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000046
（式（ａ１）、（ａ２）中、ＲＡは、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、炭素数４～６の３級アルキル基である。Ｒ３は、それぞれ独立に、フッ素原子又はメチル基である。ｍは、０～４の整数である。Ｘ１は、単結合、フェニレン基若しくはナフチレン基、又はエステル結合、ラクトン環、フェニレン基及びナフチレン基から選ばれる少なくとも１種を含む炭素数１～１２の連結基である。Ｘ２は、単結合、エステル結合又はアミド結合である。）
　レジスト材料としては、例えば、以下が挙げられる。
（ｉ）　下記式（ａ１）又は（ａ２）で表される繰り返し単位を有するポリマーを含むレジスト材料。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000047
（式（ａ１）、（ａ２）中、ＲＡは、水素原子又はメチル基である。Ｘ１は、単結合又はエステル基である。Ｘ２は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１～１２のアルキレン基又は炭素数６～１０のアリーレン基であり、該アルキレン基を構成するメチレン基の一部が、エーテル基、エステル基又はラクトン環含有基で置換されていてもよく、また、Ｘ２に含まれる少なくとも１つの水素原子が臭素原子で置換されている。Ｘ３は、単結合、エーテル基、エステル基、又は炭素数１～１２の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキレン基であり、該アルキレン基を構成するメチレン基の一部が、エーテル基又はエステル基で置換されていてもよい。Ｒｆ１～Ｒｆ４は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子又はトリフルオロメチル基であるが、少なくとも１つはフッ素原子又はトリフルオロメチル基である。また、Ｒｆ１及びＲｆ２が合わさってカルボニル基を形成してもよい。Ｒ１～Ｒ５は、それぞれ独立に、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１～１２のアルキル基、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数２～１２のアルケニル基、炭素数２～１２のアルキニル基、炭素数６～２０のアリール基、炭素数７～１２のアラルキル基、又は炭素数７～１２のアリールオキシアルキル基であり、これらの基の水素原子の一部又は全部が、ヒドロキシ基、カルボキシ基、ハロゲン原子、オキソ基、シアノ基、アミド基、ニトロ基、スルトン基、スルホン基又はスルホニウム塩含有基で置換されていてもよく、これらの基を構成するメチレン基の一部が、エーテル基、エステル基、カルボニル基、カーボネート基又はスルホン酸エステル基で置換されていてもよい。また、Ｒ１とＲ２とが結合して、これらが結合する硫黄原子と共に環を形成してもよい。）
（ｉｉ）　下記式（ａ）で表される繰り返し単位を含むポリマーを含むベース樹脂を含むレジスト材料。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000048
（式（ａ）中、ＲＡは、水素原子又はメチル基である。Ｒ１は、水素原子又は酸不安定基である。Ｒ２は、直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１～６のアルキル基、又は臭素以外のハロゲン原子である。Ｘ１は、単結合若しくはフェニレン基、又はエステル基若しくはラクトン環を含んでいてもよい直鎖状、分岐状若しくは環状の炭素数１～１２のアルキレン基である。Ｘ２は、－Ｏ－、－Ｏ－ＣＨ２－又は－ＮＨ－である。ｍは、１～４の整数である。ｎは、０～３の整数である。）
　コーティング溶液としては、例えば、以下が挙げられる。
（ｉ）　コーティング溶液であって、有機溶媒；第一の有機金属組成物であって、式ＲｚＳｎＯ（２－（ｚ／２）－（ｘ／２））（ＯＨ）ｘ（ここで、０＜ｚ≦２および０＜（ｚ＋ｘ）≦４である）、式Ｒ’ｎＳｎＸ４－ｎ（ここで、ｎ＝１または２である）、またはそれらの混合物によって表され、ここで、ＲおよびＲ’が、独立して、１～３１個の炭素原子を有するヒドロカルビル基であり、およびＸが、Ｓｎに対する加水分解性結合を有する配位子またはそれらの組合せである、第一の有機金属組成物；および加水分解性の金属化合物であって、式ＭＸ’ｖ（ここで、Ｍが、元素周期表の第２～１６族から選択される金属であり、ｖ＝２～６の数であり、およびＸ’が、加水分解性のＭ－Ｘ結合を有する配位子またはそれらの組合せである）によって表される、加水分解性の金属化合物　を含む、コーティング溶液。
（ｉｉ）　有機溶媒と、式ＲＳｎＯ（３／２－ｘ／２）（ＯＨ）ｘ（式中、０＜ｘ＜３）で表される第１の有機金属化合物とを含むコーティング溶液であって、前記溶液中に約０．００２５Ｍ～約１．５Ｍのスズが含まれ、Ｒが３～３１個の炭素原子を有するアルキル基またはシクロアルキル基であり、前記アルキル基またはシクロアルキル基が第２級または第３級炭素原子においてスズに結合された、コーティング溶液。
（ｉｉｉ）　水と、金属亜酸化物陽イオンと、多原子無機陰イオンと、過酸化物基を含んで成る感放射線リガンドとの混合物を含んで成る無機パターン形成前駆体水溶液。等が挙げられる。
　露光は、所定のパターンを形成するためのマスク（レチクル）を通して行われ、例えば、ｉ線、ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、ＥＵＶ（極端紫外線）またはＥＢ（電子線）が使用されるが、本発明のレジスト下層膜形成組成物は、ＥＵＶ（極端紫外線）露光用に適用されることが好ましい。現像にはアルカリ現像液が用いられ、現像温度５℃～５０℃、現像時間１０秒～３００秒から適宜選択される。アルカリ現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、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、アンモニア水等の無機アルカリ類、エチルアミン、ｎ－プロピルアミン等の第一アミン類、ジエチルアミン、ジーｎ－ブチルアミン等の第二アミン類、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン等の第三アミン類、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルコールアミン類、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の第４級アンモニウム塩、ピロール、ピペリジン等の環状アミン類、等のアルカリ類の水溶液を使用することができる。さらに、上記アルカリ類の水溶液にイソプロピルアルコール等のアルコール類、ノニオン系等の界面活性剤を適当量添加して使用することもできる。これらの中で好ましい現像液は第四級アンモニウム塩、さらに好ましくはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド及びコリンである。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。アルカリ現像液に代えて、酢酸ブチル等の有機溶媒で現像を行い、フォトレジストのアルカリ溶解速度が向上していない部分を現像する方法を用いることもできる。上記工程を経て、上記レジストがパターンニングされた基板が製造できる。
　次いで、形成したレジストパターンをマスクとして、前記レジスト下層膜をドライエッチングする。その際、用いた半導体基板の表面に前記無機膜が形成されている場合、その無機膜の表面を露出させ、用いた半導体基板の表面に前記無機膜が形成されていない場合、その半導体基板の表面を露出させる。その後基板を自体公知の方法（ドライエッチング法等）により基板を加工する工程を経て、半導体装置が製造できる。
　本明細書の下記合成例１～合成例３、比較合成例１～比較合成例３に示すポリマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（以下、ＧＰＣと略称する）による測定結果である。測定には東ソー（株）製ＧＰＣ装置を用い、測定条件等は次のとおりである。
ＧＰＣカラム：Ｓｈｏｄｅｘ　ＫＦ８０３Ｌ、Ｓｈｏｄｅｘ　ＫＦ８０２、Ｓｈｏｄｅｘ　ＫＦ８０１〔登録商標〕（昭和電工（株））
カラム温度：４０℃
溶媒：Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）
流量：０．６ｍｌ／分
標準試料：ポリスチレン（東ソー（株）製）
＜合成例１＞
　モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸（四国化成工業（株）製）３．００ｇ、３、３’、４、４’－ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物（東京化成工業（株）製）３．２７ｇ、４－（メチルスルホニル）安息香酸（東京化成工業（株）製）０．６４ｇ、テトラブチルホスホニウムブロマイド（北興化学工業（株）製）０．２７ｇを、プロピレングリコールモノメチルエーテル２１．８３ｇに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、１０５℃で２４時間反応させ、ポリマー溶液を得た。当該ポリマー溶液は、室温に冷却しても白濁等を生じることはなく、プロピレングリコールモノメチルエ―テルに対する溶解性は良好である。ＧＰＣ分析を行ったところ、得られた溶液中のポリマーは標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量８, ３００であった。本合成例で得られたポリマーは、下記式（ＸＸ）、（ＸＹ）、（ＸＺ）で表される構造単位を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000049
＜合成例２＞
　モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸（四国化成工業（株）製）３．００ｇ、３、３’、４、４’－ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物（東京化成工業（株）製）３．２７ｇ、５－ノルボルネン－２，３－ジカルボン酸無水物（東京化成工業（株）製）０．５３ｇ、テトラブチルホスホニウムブロマイド（北興化学工業（株）製）０．２７ｇを、プロピレングリコールモノメチルエーテル２１．４９ｇに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、１０５℃で２４時間反応させ、ポリマー溶液を得た。当該ポリマー溶液は、室温に冷却しても白濁等を生じることはなく、プロピレングリコールモノメチルエ―テルに対する溶解性は良好である。ＧＰＣ分析を行ったところ、得られた溶液中のポリマーは標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量１２，３００であった。本合成例で得られたポリマーは、下記式（ＸＸ）、（ＸＹ）、（Ｘａ）で表される構造単位を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000050
＜合成例３＞
　モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸（四国化成工業（株）製）３．００ｇ、３、３’、４、４’－ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物（東京化成工業（株）製）３．２７ｇ、テトラブチルホスホニウムブロマイド（北興化学工業（株）製）０．２７ｇを、プロピレングリコールモノメチルエーテル１９．９０ｇに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、１０５℃で２４時間反応させ、ポリマー溶液を得た。当該ポリマー溶液は、室温に冷却しても白濁等を生じることはなく、プロピレングリコールモノメチルエ―テルに対する溶解性は良好である。ＧＰＣ分析を行ったところ、得られた溶液中のポリマーは標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量７，９００であった。本合成例で得られたポリマーは、下記式（ＸＸ）、（ＸＹ）で表される構造単位を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000051
＜比較合成例１＞
　モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸（四国化成工業（株）製）３．００ｇ、３，３’－ジチオジプロピオン酸（堺化学工業（株）製、商品名：ＤＴＤＰＡ）１．９１ｇ、アダマンタンカルボン酸（東京化成工業（株）製）０．５７ｇ、テトラブチルホスホニウムブロマイド（北興化学工業（株）製）０．１４ｇを、プロピレングリコールモノメチルエーテル６．８７ｇに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、１０５℃で８時間反応させ、ポリマー溶液を得た。当該ポリマー溶液は、室温に冷却しても白濁等を生じることはなく、プロピレングリコールモノメチルエ―テルに対する溶解性は良好である。ＧＰＣ分析を行ったところ、得られた溶液中のポリマーは標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量５，０００であった。本合成例で得られたポリマーは、下記式（ＸＸ）、（Ｘｂ）、（Ｘｃ）で表される構造単位を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000052
＜比較合成例２＞
　モノアリルジグリシジルイソシアヌル酸（四国化成工業（株）製）２．５０ｇ、ジエチルバルビツール酸（東京化成工業（株）製）１．４７ｇ、５－ノルボルネン－２，３－ジカルボン酸無水物（東京化成工業（株）製）０．２９ｇ、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド（東京化成工業（株）製）０．１６ｇを、プロピレングリコールモノメチルエーテル８．９７ｇに加え溶解させた。反応容器を窒素置換後、１１０℃で２４時間反応させ、ポリマー溶液を得た。当該ポリマー溶液は、室温に冷却しても白濁等を生じることはなく、プロピレングリコールモノメチルエ―テルに対する溶解性は良好である。ＧＰＣ分析を行ったところ、得られた溶液中のポリマーは標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量３，０００であった。本合成例で得られたポリマーは、下記式（ＸＸ）、（Ｘｄ）、（Ｘａ）で表される構造単位を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000053
＜実施例１－３、比較例１－２＞
　上記合成例１～３、比較合成例１～２の各ポリマー、架橋剤、硬化触媒、溶媒を表１、表２に示す割合で混合し、０．１μｍのフッ素樹脂製のフィルターで濾過することによって、レジスト下層膜形成用組成物の溶液をそれぞれ調製した。
　表１、表２中でテトラメトキシメチルグリコールウリル（日本サイテックインダストリーズ（株）製）をＰＬ－ＬＩ、Ｉｍｉｄａｚｏ［４，５－ｄ］ｉｍｉｄａｚｏｌｅ－２，５（１Ｈ，３Ｈ）－ｄｉｏｎｅ，ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ－１，３，４，６－ｔｅｔｒａｋｉｓ［（２－ｍｅｔｈｏｘｙ－１－ｍｅｔｈｙｌｅｔｈｏｘｙ）ｍｅｔｈｙｌ］－をＰＧＭＥ－ＰＬ、ピリジニウム－ｐ－ヒドロキシベンゼンスルホン酸をＰｙＰＳＡ、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ＰＧＭＥＡ、プロピレングリコールモノメチルエーテルをＰＧＭＥと略した。各添加量は質量部で示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000054
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000055
〔フォトレジスト溶剤への溶出試験〕
　実施例１、実施例２、実施例３及び比較例１、比較例２のレジスト下層膜形成組成物を、それぞれ、スピナーにより、半導体基板であるシリコンウェハー上に塗布した。そのシリコンウェハーをホットプレート上に配置し、２０５℃で１分間ベークし、レジスト下層膜（膜厚４ｎｍ）を形成した。これらのレジスト下層膜をフォトレジストに使用する溶剤である乳酸エチル及びプロピレングリコールモノメチルエーテルに浸漬し、それらの溶剤に不溶であることを確認した。
〔ＥＵＶ露光装置によるポジ型レジストパターンの形成〕
　実施例１、実施例２、実施例３及び比較例１、比較例２のレジスト下層膜形成組成物を、スピナーを用いてシリコンウェハー上にそれぞれ塗布した。そのシリコンウェハーを、ホットプレート上で２０５℃、６０秒間ベークし、膜厚４ｎｍのレジスト下層膜を得た。そのレジスト下層膜上に、ＥＵＶ用ポジ型レジスト溶液（メタクリルポリマー含有）をスピンコートし、１３０℃で６０秒間加熱し、ＥＵＶレジスト膜を形成した。そのレジスト膜に対し、ＥＵＶ露光描画装置（ＮＸＥ―３４００）を用い、所定の条件で露光した。露光後、１００℃で６０秒間ベーク（ＰＥＢ）を行い、クーリングプレート上で室温まで冷却し、アルカリ現像液（２．３８％ＴＭＡＨ）で現像した後、１９ｎｍラインパターン／３２ｎｍピッチのレジストパターンを形成した。レジストパターンの測長には走査型電子顕微鏡（（株）日立ハイテクノロジーズ製、ＣＧ４１００）を用いた。上記レジストパターンの形成において、ＣＤサイズ１９ｎｍのラインパターンを形成した場合は「良好」、ラインパターンのブリッジが見られた場合には「不良」とした。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000056
　実施例１、実施例２及び実施例３においていずれも比較例１、比較例２と比較して、ラインパターンにおけるブリッジの抑制が可能であり、良好なパターン形成能を有することが示された。
　本発明に係るレジスト下層膜形成組成物は、所望のレジストパターンを形成できるレジスト下層膜を形成するための組成物、及び該レジスト下層膜形成組成物を用いたレジストパターン付き基板の製造方法、半導体装置の製造方法を提供することができる。

Claims (13)

  1. 　下記式（Ｉ）：
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    （式（Ｉ）中、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５及びＡ６は、それぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を表し、Ｑ１は２価の有機基を表し、Ｒ１は炭素原子数６～４０の芳香環構造を含む４価の有機基を表し、Ｌ１及びＬ２は各々独立して水素原子、又はヒドロキシ基で置換されていてもよく、酸素原子で中断されていてもよい炭素原子数１～１０のアルキル基を表す。）
    で表される単位構造を有するポリマー、及び溶剤を含む、レジスト下層膜形成組成物。
  2. 　前記Ｒ１が、ビフェニレン構造を含む、請求項１に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  3. 　前記ポリマーが、下記式（ａ－２）：
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    （式（ａ－２）中、Ｙ１は単結合、酸素原子、硫黄原子、ハロゲン原子若しくは炭素原子数６～４０のアリール基で置換されてもよい炭素原子数１～１０のアルキレン基又はスルホニル基を表し、ｎ１個のＴ１及びｎ２個のＴ２は各々独立に水素原子又は炭素原子数１～１０のアルキル基を表し、相互に結合して二つのベンゼン環を橋架けしていてもよく、
    ｎ１及びｎ２は各々独立して０～４の整数を表し、Ｑ１、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６、Ｌ１及びＬ２は請求項１に定義したとおりである。）
    で表される繰り返し単位を含む、請求項１又は２に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  4. 　前記ポリマーが、複素環構造をさらに有する、請求項１～３何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  5. 　前記Ｙ１が、スルホニル基である、請求項１～４何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  6. 　前記ポリマーの末端が化合物で封止されている、請求項１～５何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  7. 　前記化合物が、置換基で置換されていてもよい脂肪族環を含む、請求項６に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  8. 　前記化合物が、下記式（１）及び式（２）：
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    （式（１）、（２）中、Ｒ１は置換基を有してもよい炭素原子数１～６のアルキル基、フェニル基、ピリジル基、ハロゲノ基又はヒドロキシ基を表し、Ｒ２は水素原子、炭素原子数１～６のアルキル基、ヒドロキシ基、ハロゲノ基又は－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ－Ｘで表されるエステル基を表し、Ｘは置換基を有してもよい炭素原子数１～６のアルキル基を表し、Ｒ３は水素原子、炭素原子数１～６のアルキル基、ヒドロキシ基又はハロゲノ基を表し、Ｒ４は直接結合、又は炭素原子数１～８の二価の有機基を表し、Ｒ５は炭素原子数１～８の二価の有機基を表し、Ａは芳香族環又は芳香族複素環を表し、ｔは０又は１を表し、ｕは１又は２を表す。）
    で表される、請求項６に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  9. 　硬化触媒をさらに含む、請求項１～８の何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  10. 　架橋剤をさらに含む、請求項１～９の何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物。
  11. 　請求項１～１０の何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなる塗布膜の焼成物であることを特徴とするレジスト下層膜。
  12. 　半導体基板上に請求項１～１０の何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物を塗布しベークしてレジスト下層膜を形成する工程、
    　前記レジスト下層膜上にレジストを塗布しベークしてレジスト膜を形成する工程、
    　前記レジスト下層膜と前記レジストで被覆された半導体基板を露光する工程、
    　露光後の前記レジスト膜を現像し、パターニングする工程
    を含む、パターニングされた基板の製造方法。
  13. 　半導体基板上に、請求項１～１０の何れか１項に記載のレジスト下層膜形成組成物からなるレジスト下層膜を形成する工程と、
    　前記レジスト下層膜の上にレジスト膜を形成する工程と、
    　レジスト膜に対する光又は電子線の照射とその後の現像によりレジストパターンを形成する工程と、
    　形成された前記レジストパターンを介して前記レジスト下層膜をエッチングすることによりパターン化されたレジスト下層膜を形成する工程と、
    　パターン化された前記レジスト下層膜により半導体基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
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