JP5485188B2 - レジスト下層膜材料及びこれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子等の製造工程における微細加工に用いられる反射防止膜材料として有効なレジスト下層膜材料及びこれを用いた遠紫外線、ＫｒＦエキシマレーザー光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー光（１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザー光（１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザー光（１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザー光（１２６ｎｍ）、軟Ｘ線（ＥＵＶ、１３．５ｎｍ）、電子線（ＥＢ）、Ｘ線露光等に好適なレジストパターン形成方法に関するものである。

近年、ＬＳＩの高集積化と高速度化に伴い、パターンルールの微細化が求められている中、現在汎用技術として用いられている光露光を用いたリソグラフィーにおいては、用いられる光源に対して如何により微細かつ高精度なパターン加工を行うかについて種々の技術開発が行われている。

レジストパターン形成の際に使用するリソグラフィー用の光源として、水銀灯のｇ線（４３６ｎｍ）もしくはｉ線（３６５ｎｍ）を光源とする光露光が広く用いられており、更なる微細化のための手段として、露光光を短波長化する方法が有効とされてきた。このため、６４ＭビットＤＲＡＭ加工方法の量産プロセスには、露光光源としてｉ線（３６５ｎｍ）に代わって短波長のＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）が利用された。しかし、更に微細な加工技術（加工寸法が０．１３μｍ以下）を必要とする集積度１Ｇ以上のＤＲＡＭの製造には、より短波長の光源が必要とされ、特にＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）を用いたリソグラフィーが検討されてきている。

典型的なレジストパターン形成方法として用いられる単層レジスト法は、パターン線幅に対するパターンの高さの比（アスペクト比）が大きくなると現像時に現像液の表面張力によりパターン倒れを起こすことは良く知られている。そこで、段差基板上に高アスペクト比のパターンを形成するにはドライエッチング特性の異なる膜を積層させてパターンを形成する多層レジスト法が優れることが知られており、ケイ素系感光性ポリマーによるレジスト層と、炭素と水素及び酸素を主構成元素とする有機系ポリマー、例えばノボラック系ポリマーによる下層を組み合わせた２層レジスト法（特許文献１等）や、単層レジスト法に用いられる有機系感光性ポリマーによるレジスト層とケイ素系ポリマーあるいはケイ素系ＣＶＤ膜による中間層と有機系ポリマーによる下層を組み合わせた３層レジスト法（特許文献２等）が開発されてきている。

上述の多層レジスト法の下層膜は、直上のケイ素系材料層をハードマスクとして酸素ガスによるドライエッチングによるパターン形成を行うため、炭素と水素及び酸素を主構成元素とする有機系ポリマーが用いられるが、同時に被加工基板のドライエッチングを行う際のエッチング耐性や、被加工基板上に高い平坦性を持つ膜の形成が可能な成膜性、また使用法によっては露光時の反射防止機能が要求される。例えば特許文献２は２層あるいは３層レジスト法用の下層膜材料に関する技術であるが、このような下層膜を用いることにより、高精度な下層膜パターンの形成が可能であると共に、被加工基板のエッチング条件に対して高いエッチング耐性を確保することができる。

ここで、図２にレジスト中間層膜のｋ値（消光係数）を変化させたときの基板反射率を示す。
レジスト中間層膜のｋ値として０．２以下の低い値と、適切な膜厚設定によって、１％以下の十分な反射防止効果を得ることができる。

図３及び４には、下層膜のｋ値が０．２の場合と０．６の場合の、中間層と下層の膜厚を変化させたときの反射率変化を示す。図３と図４との比較から、レジスト下層膜のｋ値が高い方（０．６の場合（図４））が、より薄膜で反射を１％以下に抑えることができることがわかる。レジスト下層膜のｋ値が０．２の場合（図３）、膜厚２５０ｎｍでは反射を１％にするためにレジスト中間層膜の膜厚を厚くしなければならない。レジスト中間層膜の膜厚を上げると、レジスト中間層膜を加工するときのドライエッチング時に最上層のレジストに対する負荷が大きく、好ましいことではない。図３と４は、露光装置のレンズのＮＡが０．８５のドライ露光の場合の反射であるが、３層プロセスの中間層のｎ値（屈折率）、ｋ値と膜厚を最適化することによって、下層膜のｋ値によらずに１％以下の反射率にすることが出来ることが示されている。

ところが、液浸リソグラフィーによって投影レンズのＮＡが１．０を超え、レジストだけでなくレジストの下の反射防止膜に入射する光の角度が浅くなってきている。反射防止膜は、膜自体の吸収だけでなく、光の干渉効果による打ち消しの作用を用いて反射を抑えている。斜めの光は光の干渉効果が小さくなるため、反射が増大する。

３層プロセスの膜の中で光の干渉作用を用いて反射防止を行っているのは中間層である。下層膜は干渉作用を用いるには十分に厚いために干渉効果による打ち消し合いによる反射防止効果はない。下層膜表面からの反射を抑える必要があり、そのためにはｋ値を０．６より小さく、ｎ値を上層の中間層に近い値にしなければならない。ｋ値が小さすぎて透明性が高すぎると、基板からの反射も生じてくるため、液浸露光のＮＡ１．３の場合、ｋ値は０．２５〜０．４８程度が最適となる。ｎ値は中間層、下層共にレジストのｎ値１．７に近い値が目標値となる。

加工線幅の縮小に伴い、下層膜をマスクに被加工基板をエッチングするときに下層膜がよれたり曲がったりする現象が起きる事が報告されている（非特許文献１）。ＣＶＤで作成したアモルファスカーボン（以後「ＣＶＤ−Ｃ」とする）膜は、膜中の水素原子を極めて少なくすることが出来、よれ防止には非常に有効であることは、一般的によく知られている。

しかしながら、下地の被加工基板に段差がある場合、下層膜によって段差を平坦化させる必要がある。下層膜を平坦化させることによって、その上に成膜する中間層やフォトレジストの膜厚変動を抑え、リソグラフィーのフォーカスマージンを拡大することが出来る。
メタンガス、エタンガス、アセチレンガス等を原料に用いたＣＶＤ−Ｃ膜は、段差をフラットに埋め込むことが困難である。一方、下層膜をスピンコーティングによって形成した場合、基板の凹凸を埋め込むことが出来る長所がある。

このように、ＣＶＤ−Ｃ膜は段差の埋め込み特性が悪く、またＣＶＤ装置の価格と装置フットプリント面積の占有により導入が困難な場合がある。スピンコート法で成膜可能な下層膜材料でよれの問題を解決することが出来れば、プロセスと装置の簡略化のメリットは大きい。
そのため、反射防止膜としての最適なｎ値、ｋ値と埋め込み特性、優れたパターン曲がり耐性を有し、エッチング中のよれが生じない下層膜材料及び下層膜を形成するための方法が求められているのである。

特開平６−１１８６５１号公報 特許４３５５９４３号公報

Ｐｒｏｃ．ｏｆ Ｓｙｍｐ．Ｄｒｙ．Ｐｒｏｃｅｓｓ， （２００５） ｐ１１

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、特には３層レジストプロセス用下層膜として反射率を低減でき、即ち反射防止膜としての最適なｎ値、ｋ値を有し、埋め込み特性に優れ、パターン曲がり耐性が高く、特には６０ｎｍよりも細い高アスペクトラインにおけるエッチング後のラインの倒れやよれの発生がない下層膜を形成できるレジスト下層膜材料及びこれを用いたパターン形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも、下記一般式（１−１）及び／又は（１−２）で示される１種類以上の化合物と、下記一般式（２−１）及び／又は（２−２）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体とを縮合することにより得られるポリマーを含有することを特徴とするレジスト下層膜材料を提供する。

（上記一般式（１−１）及び（１−２）中、Ｒ^１〜Ｒ^８は、互いに独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、イソシアナト基、グリシジルオキシ基、カルボキシル基、アミノ基、炭素数が１〜３０のアルコキシル基、炭素数が１〜３０のアルコキシカルボニル基、炭素数が１〜３０のアルカノイルオキシ基のいずれか、又は置換されてもよい炭素数１〜３０の飽和もしくは不飽和の有機基である。更に、分子内でＲ^１〜Ｒ^４又はＲ^５〜Ｒ^８からそれぞれ任意に選ばれる２個の置換基が結合して、環状置換基を形成してもよい。）

（上記一般式（２−１）及び（２−２）中、Ｑは置換されてもよい炭素数が１〜３０の有機基であり、更に分子内で任意に選ばれる２個のＱが結合して、環状置換基を形成してもよい。ｎ１〜ｎ６は各置換基の数であり、それぞれ０〜２の整数である。ただし、（２−１）では、ヒドロキシベンズアルデヒドを除く。また、（２−２）では、０≦ｎ３＋ｎ５≦３、０≦ｎ４＋ｎ６≦４、１≦ｎ３＋ｎ４≦４の関係を満たす。）

このようなレジスト下層膜材料を用いて形成されるレジスト下層膜は、特に短波長の露光に対して優れた反射防止膜として機能し、即ち透明性が高く、最適なｎ値、ｋ値を有し、しかも基板加工時におけるパターン曲がり耐性に優れたものである。

また、前記ポリマーとして、前記一般式（１−１）及び／又は（１−２）で示される１種類以上の化合物と、前記一般式（２−１）及び／又は（２−２）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体と、下記一般式（３）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体とを縮合することにより得られるポリマーを含有することもできる。
Ｙ−ＣＨＯ （３）
（上記一般式（３）中、Ｙは水素原子又は置換基を有してもよい炭素数が１〜３０の一価の有機基であり、（３）は（２−１）及び（２−２）とは異なる。）

このように、レジスト下層膜材料が、上記一般式（１−１）及び／又は（１−２）で示される１種類以上の化合物と、上記一般式（２−１）及び／又は（２−２）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体と、上記一般式（３）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体とを縮合することにより得られるポリマーを含有するものであれば、最適なｎ値、ｋ値を有し、しかも基板加工時におけるパターン曲がり耐性により優れたものとなる。

また、前記レジスト下層膜材料が、更に架橋剤、酸発生剤、及び有機溶剤のうちいずれか１つ以上のものを含有することができる。

このように、本発明のレジスト下層膜材料が、更に有機溶剤、架橋剤、酸発生剤のうちいずれか一つ以上のものを含有することで、レジスト下層膜材料の塗布性をより向上させることや、基板等への塗布後にベーク等により、レジスト下層膜内での架橋反応を促進することができる。従って、このようなレジスト下層膜は、レジスト上層膜とのインターミキシングの恐れが少なく、レジスト上層膜への低分子成分の拡散が少ないものとなる。

また本発明は、被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に前記レジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成し、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記レジスト中間層膜をエッチングし、該パターンが形成されたレジスト中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、更に、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。

このように、本発明のレジスト下層膜材料を用いてリソグラフィーによりパターンを形成すれば、高精度で基板にパターンを形成することができる。

また本発明は、被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に前記レジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ）を形成し、該ＢＡＲＣ上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して４層レジスト膜とし、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記ＢＡＲＣと前記レジスト中間層膜をエッチングし、該パターンが形成されたレジスト中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、更に、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。

このように、本発明のパターン形成方法では、レジスト中間層膜とレジスト上層膜の間にＢＡＲＣを形成することができる。

また本発明は、被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に前記レジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素酸化膜、ケイ素窒化膜、ケイ素酸化窒化膜、及びアモルファスケイ素膜から選ばれるいずれかの無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、該パターンが形成された無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、更に、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。

このように、本発明のパターン形成方法では、無機ハードマスク中間層膜を用いた場合も、本発明のレジスト下層膜材料を用いてリソグラフィーによりパターンを形成することにより、高精度で基板にパターンを形成することができる。

また本発明は、被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に前記レジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素酸化膜、ケイ素窒化膜、ケイ素酸化窒化膜、及びアモルファスケイ素膜から選ばれるいずれかの無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ）を形成し、該ＢＡＲＣ上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して４層レジスト膜とし、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記ＢＡＲＣと前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、該パターンが形成された無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、更に、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。

このように、ハードマスク中間層膜の上にＢＡＲＣを形成すれば、２層の反射防止膜によって、１．０を超える高ＮＡの液浸露光においても反射を抑えることが可能となる。また、ハードマスク中間層膜上のフォトレジストパターンの裾引きを低減させる効果もある。

この場合、前記無機ハードマスク中間層膜は、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法によって形成することができる。

また、前記レジスト上層膜のパターン形成方法が、波長が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光リソグラフィー、電子線による直接描画、及びナノインプリンティングのいずれか、あるいはこれらの組み合わせによるパターン形成であることができる。

このように、波長が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光リソグラフィー、電子線による直接描画、及びナノインプリンティングのいずれか、あるいはこれらの組み合わせにより、レジスト上層膜にパターンを形成することができる。

また前記パターン形成方法における現像方法が、アルカリ現像又は有機溶剤による現像であることが好ましい。
このように、本発明では、アルカリ現像又は有機溶剤による現像を適用することができる。

また前記被加工体として、半導体基板に、金属膜、金属炭化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、及び金属酸化窒化膜のいずれかが成膜されたものを用いることができる。
この場合、前記金属として、ケイ素、チタン、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、ゲルマニウム、銅、アルミニウム、及び鉄のいずれか、あるいはこれらの合金を用いることができる。

以上説明したように、本発明のレジスト下層膜材料により形成されたレジスト下層膜は、特に短波長の露光に対して、優れた反射防止膜として機能し、即ち透明性が高く、最適なｎ値、ｋ値を有し、しかも埋め込み特性に優れ、基板加工時におけるパターン曲がり耐性に優れたものである。また、本発明のレジスト下層膜材料を用いてパターンの形成を行うと、被加工体に上層フォトレジストのパターンを高精度で転写、形成することが可能になる。

本発明のパターン形成方法（３層レジスト加工プロセス）の説明図である。 ３層プロセスにおける下層膜屈折率ｎ値が１．５、ｋ値が０．６、膜厚５００ｎｍ固定で、中間層のｎ値が１．５、ｋ値を０〜０．４、膜厚を０〜４００ｎｍの範囲で変化させたときの基板反射率の関係を示すグラフである。 ３層プロセスにおける下層膜屈折率ｎ値が１．５、ｋ値が０．２、中間層のｎ値が１．５、ｋ値を０．１固定で下層と中間層の膜厚を変化させたときの基板反射率の関係を示すグラフである。 ３層プロセスにおける下層膜屈折率ｎ値が１．５、ｋ値が０．６、中間層のｎ値が１．５、ｋ値を０．１固定で下層と中間層の膜厚を変化させたときの基板反射率の関係を示すグラフである。

以下、本発明について説明する。
前述のように、ＬＳＩの高集積化と高速度化が進む中、反射防止膜としての最適なｎ値、ｋ値と埋め込み特性、優れたパターン曲がり耐性を有し、エッチング中のよれが生じない下層膜材料及びパターン形成方法が求められていた。

本発明者らは、上記事情を鑑み、パターン曲がり耐性が高く、特には６０ｎｍよりも細く高アスペクトラインにおけるエッチング後のラインの倒れやよれの発生がない多層レジストプロセス用下層膜を得るため、鋭意検討を重ねた結果、フェノール性水酸基を有するアルデヒドが縮合されたポリマーを含有する組成物から得られる下層膜は、ナノインデンテーション法で測定される膜強度（ハードネス）が高く、それ故、エッチング後のラインの倒れやよれの発生が見られないことを見出して本発明を完成させた。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明は、少なくとも、下記一般式（１−１）及び／又は（１−２）で示される１種類以上の化合物と、下記一般式（２−１）及び／又は（２−２）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体（以後、「アルデヒド化合物（２−１）」、「アルデヒド化合物（２−２）」ということもある）とを縮合することにより得られるポリマーを含有することを特徴とするレジスト下層膜材料である。

（上記一般式（１−１）及び（１−２）中、Ｒ^１〜Ｒ^８は、互いに独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、イソシアナト基、グリシジルオキシ基、カルボキシル基、アミノ基、炭素数が１〜３０のアルコキシル基、炭素数が１〜３０のアルコキシカルボニル基、炭素数が１〜３０のアルカノイルオキシ基のいずれか、又は置換されてもよい炭素数１〜３０の飽和もしくは不飽和の有機基である。更に、分子内でＲ^１〜Ｒ^４又はＲ^５〜Ｒ^８からそれぞれ任意に選ばれる２個の置換基が結合して、環状置換基を形成してもよい。）

（上記一般式（２−１）及び（２−２）中、Ｑは置換されてもよい炭素数が１〜３０の有機基であり、更に分子内で任意に選ばれる２個のＱが結合して、環状置換基を形成してもよい。ｎ１〜ｎ６は各置換基の数であり、それぞれ０〜２の整数である。ただし、（２−１）では、ヒドロキシベンズアルデヒドを除く。また、（２−２）では、０≦ｎ３＋ｎ５≦３、０≦ｎ４＋ｎ６≦４、１≦ｎ３＋ｎ４≦４の関係を満たす。）

ここで、本発明における有機基とは炭素を含む基の意味であり、更に水素を含み、また、窒素、酸素、硫黄等を含んでもよい。

このようなポリマーを含有するレジスト下層膜材料であれば、これにより得られる下層膜が、特に短波長の露光に対して、優れた反射防止膜として機能し、即ち透明性が高く、最適なｎ値、ｋ値を有し、しかも基板加工時におけるパターン曲がり耐性に優れたものとなる。

上記一般式（１−１）で示されるナフタレン（誘導体）（以後、「ナフタレン誘導体（１−１）」ということもある）として、ナフタレン、１−メチルナフタレン、２−メチルナフタレン、１，３−ジメチルナフタレン、１，５−ジメチルナフタレン、１，７−ジメチルナフタレン、２，７−ジメチルナフタレン、２−ビニルナフタレン、２，６−ジビニルナフタレン、アセナフテン、アセナフチレン、アントラセン、１−メトキシナフタレン、２−メトキシナフタレン、１，４−ジメトキシナフタレン、２，７−ジメトキシナフタレン、１−ナフトール、２−ナフトール、２−メチル−１−ナフトール、４−メトキシ−１−ナフトール、７−メトキシ−２−ナフトール、１，２−ジヒドロキシナフタレン、１，３−ジヒドロキシナフタレン、２，３−ジヒドロキシナフタレン、１，４−ジヒドロキシナフタレン、１，５−ジヒドロキシナフタレン、１，６−ジヒドロキシナフタレン、２，６−ジヒドロキシナフタレン、１，７−ジヒドロキシナフタレン、２，７−ジヒドロキシナフタレン、１，８−ジヒドロキシナフタレン、５−アミノ−１−ナフトール、２−メトキシカルボニル−１−ナフトール、１−（４−ヒドロキシフェニル）ナフタレン、６−（４−ヒドロキシフェニル）−２−ナフトール、６−（シクロヘキシル）−２−ナフトール、１，１’−ビ−２，２’−ナフトール、６，６’−ビ−２，２’−ナフトール、９，９−ビス（６−ヒドロキシ−２−ナフチル）フルオレン、６−ヒドロキシ−２−ビニルナフタレン、１−ヒドロキシメチルナフタレン、２−ヒドロキシメチルナフタレン等を挙げることができる。

また、上記一般式（１−２）で示されるベンゼン（誘導体）（以後、「ベンゼン誘導体（１−２）」ということもある）として、トルエン、ｏ−キシレン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン、クメン、インダン、インデン、メシチレン、ビフェニール、フルオレン、フェノール、アニソール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，３−ジメチルフェノール、２，５−ジメチルフェノール、３，４−ジメチルフェノール、３，５−ジメチルフェノール、２，４−ジメチルフェノール、２，６−ジメチルフェノール、２，３，５−トリメチルフェノール、３，４，５−トリメチルフェノール、２−ｔ−ブチルフェノール、３−ｔ−ブチルフェノール、４−ｔ−ブチルフェノール、レゾルシノール、２−メチルレゾルシノール、４−メチルレゾルシノール、５−メチルレゾルシノール、カテコール、４−ｔ−ブチルカテコール、２−メトキシフェノール、３−メトキシフェノール、２−プロピルフェノール、３−プロピルフェノール、４−プロピルフェノール、２−イソプロピルフェノール、３−イソプロピルフェノール、４−イソプロピルフェノール、２−メトキシ−５−メチルフェノール、２−ｔ−ブチル−５−メチルフェノール、４−フェニルフェノール、トリチルフェノール、ピロガロール、チモール、フェニルグリシジルエーテル、４−フルオロフェノール、３，４−ジフルオロフェノール、４−トリフルオロメチルフェノール、４−クロロフェノール、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン、スチレン、４−ｔ−ブトキシスチレン、４−アセトキシスチレン、４−メトキシスチレン、ジビニルベンゼン、ベンジルアルコール等を挙げることができる。

上記一般式（１−１）、（１−２）で示される化合物は、それぞれ単独で使用してもよいし、ｎ値、ｋ値及びエッチング耐性を制御するため、２種類以上を組み合わせてもよい。

上記一般式（２−１）、（２−２）で示されるアルデヒド化合物の一例は、以下の式で表すことが出来る。

更に、ここで示されたアルデヒド化合物の等価体を使用することが出来る。
例えば、上記一般式（２−１）の等価体としては、下記一般式

（式中、Ｑ、ｎ１及びｎ２は前記と同じ定義、Ｒ’はそれぞれ同じでも異なってもよい炭素数が１〜１０の一価の炭化水素基である。）

（式中、Ｑ、ｎ１及びｎ２は前記と同じ定義、Ｒ’’は炭素数が１〜１０の二価の炭化水素基である。）
等を例示できる。

（２−１−Ａ）のタイプの等価体として、具体的に例示すると、

であり、そのほかのアルデヒド化合物に関しても同様に適応できる。

（２−１−Ｂ）のタイプの等価体として、具体的に例示すると、

であり、そのほかのアルデヒド化合物に関しても同様に適応できる。

また、上記一般式（２−２）の等価体としては、下記一般式

（上記一般式（２−２−Ａ）及び（２−２−Ｂ）中、Ｑ、ｎ３〜ｎ６、Ｒ’、Ｒ’’は前記と同じ定義である。）
等を例示できる。

ナフタレン誘導体（１−１）、ベンゼン誘導体（１−２）とアルデヒド化合物（２−１）、（２−２）との比率は、ナフタレン誘導体（１−１）とベンゼン誘導体（１−２）のモル量の合計量１モルに対して０．０１〜５モルが好ましく、より好ましくは０．１〜２モルである。

本発明のレジスト下層膜材料は、前記一般式（１−１）及び／又は（１−２）で示される１種類以上の化合物と、前記一般式（２−１）及び／又は（２−２）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体と、下記一般式（３）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体（以後、「アルデヒド化合物（３）」ということもある）とを縮合することにより得られるポリマーを含有するものであってよい。
Ｙ−ＣＨＯ （３）
（上記一般式（３）中、Ｙは水素原子又は置換基を有してもよい炭素数が１〜３０の一価の有機基であり、（３）は（２−１）及び（２−２）とは異なる。）

上記一般式（３）で示されるアルデヒド化合物としては、例えばホルムアルデヒド、トリオキサン、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、アダマンタンカルボアルデヒド、ベンズアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、α−フェニルプロピルアルデヒド、β−フェニルプロピルアルデヒド、ｏ−クロロベンズアルデヒド、ｍ−クロロベンズアルデヒド、ｐ−クロロベンズアルデヒド、ｏ−ニトロベンズアルデヒド、ｍ−ニトロベンズアルデヒド、ｐ−ニトロベンズアルデヒド、ｏ−メチルベンズアルデヒド、ｍ−メチルベンズアルデヒド、ｐ−メチルベンズアルデヒド、ｐ−エチルベンズアルデヒド、ｐ−ｎ−ブチルベンズアルデヒド、１−ナフチルアルデヒド、２−ナフチルアルデヒド、アントラセンカルボアルデヒド、ピレンカルボアルデヒド、フルフラール、メチラール、フタルアルデヒド、イソフタルアルデヒド、テレフタルアルデヒド、ナフタレンジカルボアルデヒド、アントラセンジカルボアルデヒド、ピレンジカルボアルデヒド、シクロヘキサンジアルデヒド、ノルボルナンジアルデヒド等を挙げることができる。

更に、上記一般式（２−１）、（２−２）で示されるアルデヒド化合物の場合と同様に、アルデヒド等価体を使用することが出来る。
例えば、上記一般式（３）の等価体としては、下記一般式

（式中、Ｙは前記Ｙと同じ定義、Ｒ’はそれぞれ同じでも異なってもよい炭素数が１〜１０の一価の炭化水素基である。）

（式中、Ｙは前記Ｙと同じ定義、Ｒ’’は炭素数が１〜１０の二価の炭化水素基である。）
等を例示できる。

本発明のレジスト下層膜材料に含有されるこのようなポリマーとしては、下記一般式（４−１）、（４−２）等で示されるものを挙げることができる。

（上記一般式（４−１）及び（４−２）中、Ｒ^１〜Ｒ^８、Ｑ、Ｙ、ｎ１〜ｎ６は前記と同じ定義である。ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは全繰り返し単位に占める各単位の比率であり、０＜ｃ＋ｄ＋ｅ＜ａ＋ｂ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１の関係を満たす。）

ナフタレン誘導体（１−１）、ベンゼン誘導体（１−２）とアルデヒド化合物（２−１）、（２−２）、及び（３）との比率は、ナフタレン誘導体（１−１）とベンゼン誘導体（１−２）のモル量の合計量１モルに対して、好ましくは０．０１〜５モルであり、より好ましくは０．０５〜２モルである。
全繰り返し単位中の比率としては、０．１＜ａ＋ｂ＜１が好ましく、より好ましくは０．３＜ａ＋ｂ＜０．９５である。

上記のような原料（化合物）からなるポリマー（上記一般式（４−１）、（４−２）で示されるもの等）は、通常、無溶媒又は溶媒中で酸又は塩基を触媒として用いて、室温又は必要に応じて冷却又は加熱下にて、上記対応する化合物を縮合反応（例えば脱水縮合）させることにより得ることが出来る。

用いられる溶媒として、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルコール類、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン等のエーテル類、塩化メチレン、クロロフォルム、ジクロロエタン、トリクロロエチレン等の塩素系溶剤類、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン等の炭化水素類、アセトニトリル等のニトリル類、アセトン、エチルメチルケトン、イソブチルメチルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート等のエステル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド等の非プロトン性極性溶媒類が例示でき、これらを単独あるいは２種類以上を混合して用いることができる。これらの溶媒は、反応原料１００質量部に対して０〜２，０００質量部の範囲で使用できる。

用いられる酸触媒として、塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸、ヘテロポリ酸等の無機酸類、シュウ酸、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の有機酸類、三塩化アルミニウム、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、三臭化ホウ素、四塩化錫、四臭化錫、二塩化ジブチル錫、ジブチル錫ジメトキシド、ジブチル錫オキシド、四塩化チタン、四臭化チタン、チタン（ＩＶ）メトキシド、チタン（ＩＶ）エトキシド、チタン（ＩＶ）イソプロポキシド、酸化チタン（ＩＶ）等のルイス酸類を用いることができる。用いられる塩基触媒として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化カルシウム等の無機塩基類、メチルリチウム、ｎ−ブチルリチウム、塩化メチルマグネシウム、臭化エチルマグネシウム等のアルキル金属類、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムｔ−ブトキシド等のアルコキシド類、トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアニリン、ピリジン、４−ジメチルアミノピリジン等の有機塩基類を用いることができる。その使用量は、原料に対して０．００１〜１００重量％、好ましくは０．００５〜５０重量％の範囲である。反応温度は−５０℃から溶媒の沸点程度が好ましく、室温から１５０℃が更に好ましい。

縮合反応方法としては、ナフタレン誘導体（１−１）、ベンゼン誘導体（１−２）、アルデヒド化合物（２−１）、（２−２）、及び（３）、触媒を一括で仕込む方法や、触媒存在下ナフタレン誘導体（１−１）、ベンゼン誘導体（１−２）、アルデヒド化合物（２−１）、（２−２）、及び（３）を滴下していく方法がある。
縮合反応終了後、系内に存在する未反応原料、触媒等を除去するために、反応釜の温度を１３０〜２３０℃にまで上昇させ、１〜５０ｍｍＨｇ程度で揮発分を除去する方法や適切な溶媒や水を加えて、ポリマーを分画する方法、ポリマーを良溶媒に溶解後、貧溶媒中で再沈する方法等、得られた反応生成物の性質により使い分けることができる。

このようにして得られたポリマーのポリスチレン換算の分子量は、重量平均分子量（Ｍｗ）が５００〜５００，０００、特に１，０００〜１００，０００であることが好ましい。分子量分散度は１．２〜２０の範囲内が好ましく用いられるが、モノマー成分、オリゴマー成分又は分子量（Ｍｗ）１，０００以下の低分子量体をカットすると、ベーク中の揮発成分を抑えることによりベークカップ周辺の汚染や揮発成分の落下による表面欠陥の発生を防ぐことができる。

このポリマーには、縮合芳香族、あるいは脂環族の置換基を導入することができる。
ここで導入可能な置換基は、具体的には下記に挙げることができる。

これらの中で２４８ｎｍ露光用には、多環芳香族基、例えばアントラセンメチル基、ピレンメチル基が最も好ましく用いられる。１９３ｎｍでの透明性向上のためには脂環構造を持つものや、ナフタレン構造を持つものが好ましく用いられる。一方、波長１５７ｎｍにおいてベンゼン環は透明性が向上するウィンドウがあるため、吸収波長をずらして吸収を上げてやる必要がある。フラン環はベンゼン環よりも吸収が短波長化して１５７ｎｍの吸収が若干向上するが、効果は小さい。ナフタレン環やアントラセン環、ピレン環は吸収波長が長波長化することによって吸収が増大し、これらの芳香族環はエッチング耐性も向上する効果もあり、好ましく用いられる。

置換基の導入方法としては、ポリマーに、上記置換基の結合位置がヒドロキシル基になっているアルコールを、酸触媒存在下、芳香族親電子置換反応機構で、水酸基やアルキル基のオルソ位又はパラ位に導入する方法が挙げられる。酸触媒は、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、シュウ酸、酢酸、メタンスルホン酸、ｎ−ブタンスルホン酸、カンファースルホン酸、トシル酸、トリフルオロメタンスルホン酸等の酸性触媒を用いることができる。これらの酸性触媒の使用量は、反応前ポリマー１００質量部に対して０．００１〜２０質量部である。置換基の導入量は、ポリマー中のモノマーユニット１モルに対して０〜０．８モルの範囲である。

更に、別のポリマーとブレンドすることもできる。ブレンド用ポリマーとしては、上記一般式（１−１）又は（１−２）で示される化合物を原料とし、組成の異なるポリマーや公知のノボラック樹脂等を例示できる。これらを混合し、スピンコーティングの成膜性や、段差基板での埋め込み特性を向上させる役割を持たせることができる。また、炭素密度が高くエッチング耐性の高い材料を選ぶことも出来る。

例えばブレンドに用いることの出来る公知のノボラック樹脂として、具体的には、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，３−ジメチルフェノール、２，５−ジメチルフェノール、３，４−ジメチルフェノール、３，５−ジメチルフェノール、２，４−ジメチルフェノール、２，６−ジメチルフェノール、２，３，５−トリメチルフェノール、３，４，５−トリメチルフェノール、２−ｔ−ブチルフェノール、３−ｔ−ブチルフェノール、４−ｔ−ブチルフェノール、２−フェニルフェノール、３−フェニルフェノール、４−フェニルフェノール、３，５−ジフェニルフェノール、２−ナフチルフェノール、３−ナフチルフェノール、４−ナフチルフェノール、４−トリチルフェノール、レゾルシノール、２−メチルレゾルシノール、４−メチルレゾルシノール、５−メチルレゾルシノール、カテコール、４−ｔ−ブチルカテコール、２−メトキシフェノール、３−メトキシフェノール、２−プロピルフェノール、３−プロピルフェノール、４−プロピルフェノール、２−イソプロピルフェノール、３−イソプロピルフェノール、４−イソプロピルフェノール、２−メトキシ−５−メチルフェノール、２−ｔ−ブチル−５−メチルフェノール、ピロガロール、チモール、イソチモール、４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，２’ジメチル−４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，２’ジアリル−４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，２’ジフルオロ−４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，２’ジフェニル−４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，２’ジメトキシ−４，４’−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノール、２，３，２’，３’−テトラヒドロ−（１，１’）−スピロビインデン−６，６’−ジオール、３，３，３’，３’−テトラメチル−２，３，２’，３’−テトラヒドロ−（１，１’）−スピロビインデン−６，６’−ジオール、３，３，３’，３’，４，４’−ヘキサメチル−２，３，２’，３’−テトラヒドロ−（１，１’）−スピロビインデン−６，６’−ジオール、２，３，２’，３’−テトラヒドロ−（１，１’）−スピロビインデン−５，５’−ジオール、５，５‘−ジメチル−３，３，３’，３’−テトラメチル−２，３，２’，３’−テトラヒドロ−（１，１’）−スピロビインデン−６，６’−ジオール、１−ナフトール、２−ナフトール、２−メチル−１−ナフトール、４−メトキシ−１−ナフトール、７−メトキシ−２−ナフトール、１，５−ジヒドロキシナフタレン、１，７−ジヒドロキシナフタレン、２，６−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン、３−ヒドロキシ−ナフタレン−２−カルボン酸メチル、ヒドロキシインデン、ヒドロキシアントラセン、ビスフェノール、トリスフェノール等とホルムアルデヒドとの脱水縮合物、ポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリビニルアントラセン、ポリビニルカルバゾール、ポリインデン、ポリアセナフチレン、ポリノルボルネン、ポリシクロデセン、ポリテトラシクロドデセン、ポリノルトリシクレン、ポリ（メタ）アクリレート及びこれらの共重合体等を挙げることが出来る。

更に、ノルトリシクレン共重合体、水素添加ナフトールノボラック樹脂、ナフトールジシクロペンタジエン共重合体、フェノールジシクロペンタジエン共重合体、フルオレンビルフェノールノボラック、アセナフチレン共重合、インデン共重合体、フェノール基を有するフラーレン、ビスフェノール化合物及びこのノボラック樹脂、ジビスフェノール化合物及びこのノボラック樹脂、アダマンタンフェノール化合物のノボラック樹脂、ヒドロキシビニルナフタレン共重合体、ビスナフトール化合物及びこのノボラック樹脂、ＲＯＭＰポリマー、トリシクロペンタジエン共重合物に示される樹脂化合物、フラーレン類樹脂化合物をブレンドすることもできる。

前記ブレンド用化合物又はブレンド用ポリマーの配合量は、例えば、上記一般式（４−１）、（４−２）等に示される化合物１００質量部に対して、０〜１，０００質量部、好ましくは０〜５００質量部である。

本発明のレジスト下層膜材料には、基板等への塗布後にベーク等により、レジスト下層膜内での架橋反応を促進し、レジスト下層膜を、レジスト上層膜とのインターミキシングの恐れが少なく、レジスト上層膜への低分子成分の拡散が少ないものとする目的で、架橋剤を含有することができる。

本発明で使用可能な架橋剤は、特開２００７−１９９６５３号公報中の（００５５）〜（００６０）段落に記載されている材料を添加することができる。

本発明においては、熱による架橋反応を更に促進させるための酸発生剤を添加することができる。酸発生剤は熱分解によって酸を発生するものや、光照射によって酸を発生するものがあるが、いずれのものも添加することができる。具体的には、特開２００７−１９９６５３号公報中の（００６１）〜（００８５）段落に記載されている材料を添加することができる。

更に、後述する本発明のパターン形成方法に用いるレジスト下層膜材料には、保存安定性を向上させるための塩基性化合物を配合することができる。塩基性化合物としては、酸発生剤より微量に発生した酸が架橋反応を進行させるのを防ぐための、酸に対するクエンチャーの役割を果たす。
このような塩基性化合物としては、具体的には特開２００７−１９９６５３号公報中の（００８６）〜（００９０）段落に記載されている材料を添加することができる。

また、本発明のレジスト下層膜材料の調製には、有機溶剤を用いることができる。
本発明のレジスト下層膜形成方法に用いるレジスト下層膜材料において使用可能な有機溶剤としては、前記のベースポリマー、酸発生剤、架橋剤、その他添加剤等が溶解するものであれば特に制限はない。具体的には、特開２００７−１９９６５３号公報中の（００９１）〜（００９２）段落に記載されている溶剤を添加することができる。

また更に、本発明のパターン形成方法に用いる下層膜形成材料においてスピンコーティングにおける塗布性を向上させるために、界面活性剤を添加することもできる。界面活性剤は、特開２００８−１１１１０３号公報中の（０１６５）〜（０１６６）記載のものを用いることができる。

上記のように調製したレジスト下層膜材料を用いた本発明のパターン形成方法は、例えば以下のものである。
本発明では、被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に前記本発明のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成し、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記レジスト中間層膜をエッチングし、該パターンが形成されたレジスト中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、更に、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法を提供する。

本発明のパターン形成方法におけるレジスト下層膜形成工程では、上記のレジスト下層膜材料を、フォトレジストと同様にスピンコート法等で被加工体上にコーティングする。スピンコート法等を用いることで、良好な埋め込み特性を得ることができる。スピンコート後、溶媒を蒸発し、レジスト上層膜やレジスト中間層膜とのミキシング防止のため、架橋反応を促進させるためにベークを行う。ベークは１００℃を超え、６００℃以下の範囲内で行い、１０〜６００秒、好ましくは１０〜３００秒の範囲内で行う。ベーク温度は、より好ましくは１５０℃以上５００℃以下であり、更に好ましくは１８０℃以上４００℃以下である。デバイスダメージやウェハーの変形への影響を考えると、リソグラフィーのウェハープロセスでの加熱できる温度の上限は６００℃以下、好ましくは５００℃以下である。

ベーク中の雰囲気としては空気中でも構わないが、酸素を低減させるためにＮ_２、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを封入しておくことは、レジスト下層膜の酸化を防止するために好ましい。酸化を防止するためには酸素濃度をコントロールする必要があり、好ましくは１，０００ｐｐｍ以下、より好ましくは１００ｐｐｍ以下である。ベーク中のレジスト下層膜の酸化を防止すると、吸収が増大したりエッチング耐性が低下したりすることがないため好ましい。

尚、このレジスト下層膜の厚さは適宜選定されるが、３０〜２０，０００ｎｍ、特に５０〜１５，０００ｎｍとすることが好ましい。レジスト下層膜を作製した後、３層プロセスの場合はその上にケイ素を含有するレジスト中間層膜、ケイ素を含まないレジスト上層膜（単層レジスト膜）を形成することができる。

このような３層プロセスのケイ素含有レジスト中間層膜としてはポリシロキサンベースの中間層膜が好ましく用いられる。このケイ素含有中間層膜に反射防止膜として効果を持たせることによって、反射を抑えることができる。具体的には特開２００４−３１００１９号、同２００７−３０２８７３号、同２００９−１２６９４０号等に示される組成物から得られるケイ素含有レジスト中間層膜を挙げることができる。

特に１９３ｎｍ露光用としては、レジスト下層膜として芳香族基を多く含み基板エッチング耐性が高い材料を用いると、ｋ値が高くなり、基板反射が高くなるが、レジスト中間層膜で反射を抑えることによって基板反射を０．５％以下にすることができる。

レジスト下層膜の上に無機ハードマスク中間層膜を形成する場合は、ＣＶＤ法やＡＬＤ法等で、ケイ素酸化膜、ケイ素窒化膜、ケイ素酸化窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、アモルファスケイ素膜等が形成される。窒化膜の形成方法としては、特開２００２−３３４８６９号公報、ＷＯ２００４／０６６３７７等に記載されている。無機ハードマスクの膜厚は５〜２００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍであり、中でも反射防止膜としての効果が高いＳｉＯＮ膜が最も好ましく用いられる。ＳｉＯＮ膜を形成する時の基板温度は３００〜５００℃となるために、下層膜として３００〜５００℃の温度に耐える必要がある。本発明で用いるレジスト下層膜材料は、高い耐熱性を有しており３００〜５００℃の高温に耐えることができるため、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法で形成された無機ハードマスクと、スピンコート法で形成されたレジスト下層膜の組み合わせが可能である。

これらレジスト中間層膜や無機ハードマスク中間層膜の上にレジスト上層膜としてフォトレジスト膜を形成しても良いが、レジスト中間層膜や無機ハードマスク中間層膜の上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ）をスピンコートで形成して、その上にフォトレジスト膜を形成しても良い。
特にＳｉＯＮ膜等の無機ハードマスク中間層膜を用いた場合、ＳｉＯＮ膜とＢＡＲＣ膜の２層の反射防止膜によって１．０を超える高ＮＡの液浸露光に於いても反射を抑えることが可能となる。ＢＡＲＣを形成するもう一つのメリットとしては、ＳｉＯＮ直上でのフォトレジストパターンの裾引きを低減させる効果があることである。

３層レジスト膜におけるレジスト上層膜は、ポジ型でもネガ型でもどちらでもよく、通常用いられているフォトレジスト組成物と同じものを用いることができる。上記フォトレジスト組成物によりレジスト上層膜を形成する場合、上記レジスト下層膜を形成する場合と同様に、スピンコート法が好ましく用いられる。フォトレジスト組成物をスピンコート後、プリベークを行うが、６０〜１８０℃で１０〜３００秒の範囲が好ましい。その後常法に従い、露光を行い、ポストエクスポジュアーベーク（ＰＥＢ）、現像を行い、レジストパターンを得る。尚、レジスト上層膜の厚さは特に制限されないが、３０〜５００ｎｍ、特に５０〜４００ｎｍが好ましい。

前記レジスト上層膜のパターン形成方法としては、波長が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光リソグラフィー、電子線による直接描画、ナノインプリンティング等、あるいはこれらの組み合わせによるパターン形成を行うことができる。

また、このようなパターン形成方法における現像方法の一例としては、アルカリ現像又は有機溶剤による現像が挙げられる。

次に、得られたレジストパターンをマスクにしてエッチングを行う。３層プロセスにおけるレジスト中間層膜、特に無機ハードマスクのエッチングは、フロン系のガスを用いてレジストパターンをマスクにして行う。次いでレジスト中間層膜パターン、特に無機ハードマスクパターンをマスクにして酸素ガス又は水素ガスを用いてレジスト下層膜のエッチング加工を行う。

次の被加工体のエッチングも、常法によって行うことができ、例えば基板がＳｉＯ_２、ＳｉＮ、シリカ系低誘電率絶縁膜であればフロン系ガスを主体としたエッチング、ｐ−ＳｉやＡｌ、Ｗでは塩素系、臭素系ガスを主体としたエッチングを行う。基板加工をフロン系ガスでエッチングした場合、３層プロセスのケイ素含有中間層膜は基板加工と同時に剥離される。塩素系、臭素系ガスで基板をエッチングした場合は、ケイ素含有中間層膜の剥離は基板加工後にフロン系ガスによるドライエッチング剥離を別途行う必要がある。

本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成したレジスト下層膜は、これら被加工体のエッチング耐性に優れる特徴がある。
尚、被加工体としては、半導体基板に、金属膜、金属炭化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、及び金属酸化窒化膜のいずれか（以後、「被加工層」とする）が成膜されたもの、例えば、前記金属がケイ素、チタン、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、ゲルマニウム、銅、アルミニウム、及び鉄のいずれか、あるいはこれらの合金等であるものを用いることができる。

基板としては、特に限定されるものではなく、Ｓｉ、α−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ｗ、ＴｉＮ、Ａｌ等で被加工層と異なる材質のものが用いられる。
被加工層としては、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ｐ−Ｓｉ、α−Ｓｉ、Ｗ、Ｗ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ等種々のＬｏｗ−ｋ膜及びそのストッパー膜が用いられ、通常５０〜１０，０００ｎｍ、特に１００〜５，０００ｎｍの厚さに形成し得る。

本発明のパターン形成方法の一例（３層プロセス）について図１を用いて具体的に示すと下記の通りである。
３層プロセスの場合、図１（Ａ）に示したように、基板１の上に積層された被加工層２上に本発明によりレジスト下層膜３を形成した後、レジスト中間層膜４を形成し、その上にレジスト上層膜５を形成する。

次いで、図１（Ｂ）に示したように、レジスト上層膜の所用部分６を露光し、ＰＥＢ及び現像を行ってレジストパターン５ａを形成する（図１（Ｃ））。この得られたレジストパターン５ａをマスクとし、ＣＦ系ガスを用いてレジスト中間層膜４をエッチング加工してレジスト中間層膜パターン４ａを形成する（図１（Ｄ））。レジストパターン５ａを除去後、この得られたレジスト中間層膜パターン４ａをマスクとしてレジスト下層膜３を酸素プラズマエッチングし、レジスト下層膜パターン３ａを形成する（図１（Ｅ））。更にレジスト中間層膜パターン４ａを除去後、レジスト下層膜パターン３ａをマスクに被加工層２をエッチング加工して、基板にパターン２ａを形成するものである（図１（Ｆ））。

尚、無機ハードマスク中間層膜を用いる場合、レジスト中間層膜４が無機ハードマスク中間層膜４であり、レジスト中間層膜パターン４ａが無機ハードマスク中間層膜パターン４ａである。
また、ＢＡＲＣを敷く場合はレジスト中間層膜（又は無機ハードマスク中間層膜）４とレジスト上層膜５との間にＢＡＲＣ層を設ける。ＢＡＲＣのエッチングはレジスト中間層膜（又は無機ハードマスク中間層膜）４のエッチングに先立って連続して行われる場合もあるし、ＢＡＲＣだけのエッチングを行ってからエッチング装置を変える等してレジスト中間層膜（無機ハードマスク中間層膜）４のエッチングを行うこともできる。

以下、合成例、比較合成例、実施例、比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの記載によって限定されるものではない。
尚、分子量として、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）によるポリスチレン換算の重量平均分子量（Ｍｗ）及び数平均分子量（Ｍｎ）を求め、それらから分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）を導いた。

（合成例１）
１，０００ｍＬのフラスコに１，５−ジヒドロキシナフタレン８０ｇ（０．５０モル）、２−ヒドロキシ−６−ナフトアルデヒド５１．６ｇ（０．３０モル）、メチルセロソルブ１４５ｇを加え、７０℃で撹拌しながら２０ｗｔ％パラトルエンスルホン酸メチルセロソルブ溶液２０ｇを添加した。温度を８５℃に上げ６時間撹拌後、室温に冷却し、酢酸エチル８００ｍＬで希釈した。分液ロートに移し変え、脱イオン水２００ｍＬで洗浄を繰り返し、反応触媒と金属不純物を除去した。得られた溶液を減圧濃縮した後、残渣に酢酸エチル６００ｍＬを加え、ヘキサン２，４００ｍＬでポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ別、回収後、減圧乾燥してポリマー１を得た。

ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）によりポリスチレン換算の分子量（Ｍｗ）、分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）を求め、^１Ｈ−ＮＭＲ分析によりポリマー１中のジヒドロキシナフタレン（ａ）と２−ヒドロキシ−６−ナフトアルデヒド（ｂ）のモル比を以下の通りに求めた。
モル比 ａ：ｂ＝０．５９：０．４１
分子量（Ｍｗ）＝３，２００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝２．４４

（合成例２〜１４（うち合成例１３及び１４は比較合成例））
表１に示される原料を使用して合成例１と同じ反応条件で、表２に示されるようなポリマー２からポリマー１４までを得た。

反応触媒Ａ：２０％パラトルエンスルホン酸メチルセロソルブ溶液
反応触媒Ｂ：２０％パラトルエンスルホン酸メトキシプロパノール溶液

［実施例、比較例］
（レジスト下層膜材料の調製）
上記ポリマー１〜１４を２０質量部と、下記ＡＧ１で示される酸発生剤を１質量部と、下記ＣＲ１で示される架橋剤を４質量部とを、ＦＣ−４３０（住友スリーエム社製）０．１質量％を含むプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート１００質量部に溶解させ、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溶液（ＳＯＬ−１〜１４）をそれぞれ調製した。

この溶液をシリコン基板上に塗布（スピンコート）して、２５０℃で６０秒間ベークしてそれぞれ膜厚２００ｎｍの塗布膜ＵＤＬ−１〜１４を形成した。この膜を、Ｊ．Ａ．ウーラム社の入射角度可変の分光エリプソメーター（ＶＡＳＥ）で波長１９３ｎｍにおける屈折率（ｎ，ｋ）を求めた。その結果を表３に示す。更に、東陽テクニカ社製ナノインデンターＳＡ２型装置でナノインデンテーション試験を行い、上記塗布膜のハードネスを測定した。その結果も表３に示す。

表３に示されるように、ＵＤＬ１〜１４では、レジスト下層膜の屈折率のｎ値が約１．４〜１．６の範囲内、ｋ値が０．２０〜０．５０の範囲内にあり、３層レジスト用の下層膜としても十分な反射防止効果を有し、特に２００ｎｍ以上の膜厚で十分な反射防止効果を発揮できるだけの最適な屈折率（ｎ）と消光係数（ｋ）を有することがわかる。

ＵＤＬ−１とＵＤＬ−１４、ＵＤＬ−６とＵＤＬ−１３を比べると、ハードネスはそれぞれ、０．７５と０．４５、０．６９と０．４０という結果になった。このことからフェノール性水酸基を持つアルデヒドを含有するポリマーは、これを持たない物に比べてハードネスが高く、より緻密な構造を有していることがわかった。

また、ＵＤＬ−１とＵＤＬ−２を比較すると、ナフトール構造のモル比の高いＵＤＬ−１のハードネスがより高いことからも、フェノール性水酸基を有するアルデヒドが塗布膜のハードネス向上に寄与していることがわかる。

［実施例１〜１２、比較例１〜２］
（パターンエッチング試験）
レジスト下層膜材料（ＵＤＬ−１〜１４）を、膜厚２００ｎｍのＳｉＯ_２膜が形成された直径３００ｍｍＳｉウェハー基板上に塗布（スピンコート）して、２５０℃で６０秒間ベークして膜厚２００ｎｍのレジスト下層膜（実施例１〜１２、比較例１〜２）を形成した。その上にＡｒＦケイ素含有レジスト中間層ポリマーＳＯＧ−１を常法に従って調製したものを塗布して２２０℃で６０秒間ベークして膜厚３５ｎｍのレジスト中間層膜を形成し、レジスト上層膜材料（ＡｒＦ用ＳＬレジスト溶液）を塗布し、１０５℃で６０秒間ベークして膜厚１００ｎｍのレジスト上層膜を形成した。レジスト上層膜に液浸保護膜（ＴＣ−１）を塗布し９０℃で６０秒間ベークし膜厚５０ｎｍの保護膜を形成した。上層レジストとしては、表４に示す組成の樹脂、酸発生剤、塩基化合物をＦＣ−４３０（住友スリーエム（株）製）０．１質量％を含む溶媒中に溶解させ、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調製した。

液浸保護膜（ＴＣ−１）としては、表５に示す組成の樹脂を溶媒中に溶解させ、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調製した。

保護膜ポリマー：下記構造式

分子量（Ｍｗ）＝８，８００
分散度（Ｍｗ／Ｍｎ）＝１．６９

次いで、ＡｒＦ液浸露光装置（（株）ニコン製；ＮＳＲ−Ｓ６１０Ｃ，ＮＡ１．３０、σ０．９８／０．６５、３５度ダイポールｓ偏光照明、６％ハーフトーン位相シフトマスク）で露光量を変えながら露光し、１００℃で６０秒間ベーク（ＰＥＢ）し、２．３８質量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液で３０秒間現像し、ピッチ１００ｎｍでレジスト線幅を５０ｎｍから３０ｎｍまでのポジ型のラインアンドスペースパターンを得た。

次いで、東京エレクトロン製エッチング装置Ｔｅｌｉｕｓを用いてドライエッチングによるレジストパターンをマスクにしてケイ素含有中間層膜の加工、ケイ素含有中間層膜をマスクにして下層膜、下層膜をマスクにしてＳｉＯ_２膜の加工を行った。結果を表６に示す。

エッチング条件は下記に示すとおりである。
・レジストパターンのＳＯＧ膜への転写条件。
チャンバー圧力 １０．０Ｐａ
ＲＦパワー １，５００Ｗ
ＣＦ_４ガス流量 １５ｓｃｃｍ
Ｏ_２ガス流量 ７５ｓｃｃｍ
時間 １５ｓｅｃ

・ＳＯＧ膜の下層膜への転写条件。
チャンバー圧力 ２．０Ｐａ
ＲＦパワー ５００Ｗ
Ａｒガス流量 ７５ｓｃｃｍ
Ｏ_２ガス流量 ４５ｓｃｃｍ
時間 １２０ｓｅｃ

・ＳｉＯ_２膜への転写条件。
チャンバー圧力 ２．０Ｐａ
ＲＦパワー ２，２００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_１２ガス流量 ２０ｓｃｃｍ
Ｃ_２Ｆ_６ガス流量 １０ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量 ３００ｓｃｃｍ
Ｏ_２ ６０ｓｃｃｍ
時間 ９０ｓｅｃ

パターン断面を（株）日立製作所製電子顕微鏡（Ｓ−４７００）にて観察し、形状を比較し、表６にまとめた。

表３に示されるように、本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成した下層膜は、液浸リソグラフィー用３層レジストの下層膜として実用に値する光学特性を有している。
表６に示されるように、現像後のレジスト形状、酸素エッチング後、基板加工エッチング後の下層膜の形状は、実施例１〜１２、比較例１〜２ともに良好であった。
しかし、露光により作られたレジスト線幅に従って、基板転写後のパターン寸法も変化した結果、ハードネスが０．５０ＧＰａに満たない材料を使用した場合には、４０ｎｍ前後の線幅でパターンよれが発生した（比較例１〜２）。一方、ハードネスが０．５５ＧＰａより高い下層膜を使用するとパターン寸法が３５ｎｍ以下までよれないことが判明した（実施例１〜１２）。

以上のように、本発明のレジスト下層膜材料を用いて形成されたレジスト下層膜は、十分な反射防止効果を与える好適な光学特性を有し、かつ、エッチング時のよれ耐性に優れており、超微細かつ高精度なパターン加工のための多層レジストプロセス、特に３層レジストプロセス用下層膜として極めて有用であることが実証された。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…基板、２…被加工層、２ａ…パターン、３…レジスト下層膜、
３ａ…レジスト下層膜パターン、４…レジスト中間層膜（無機ハードマスク中間層膜）、
４ａ…レジスト中間層膜パターン（無機ハードマスク中間層膜パターン）、
５…レジスト上層膜、５ａ…レジストパターン、６…所用部分。

Claims (12)

1. 少なくとも、下記一般式（１−１）で示される１種類以上の化合物と、下記一般式（２−２）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体とを縮合することにより得られるポリマーを含有することを特徴とするレジスト下層膜材料。
   

   

   （上記一般式（１−１）中、Ｒ^１〜Ｒ ^４ は、互いに独立に、水素原子、水酸基、又は置換されてもよい炭素数１〜３０の飽和もしくは不飽和の有機基であり、少なくとも２つの水酸基を持つ。更に、分子内でＲ^１〜Ｒ ^４ からそれぞれ任意に選ばれる２個の置換基が結合して、環状置換基を形成してもよい。）
   

   

   （上記一般式（２−２）中、Ｑは置換されてもよい炭素数が１〜３０の有機基であり、更に分子内で任意に選ばれる２個のＱが結合して、環状置換基を形成してもよい。ｎ３〜ｎ６は各置換基の数であり、それぞれ０〜２の整数である。また、（２−２）では、０≦ｎ３＋ｎ５≦３、０≦ｎ４＋ｎ６≦４、２≦ｎ３＋ｎ４≦４の関係を満たす。）
2. 前記ポリマーとして、前記一般式（１−１）で示される１種類以上の化合物と、前記一般式（２−２）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体と、下記一般式（３）で示される１種類以上の化合物及び／又はその等価体とを縮合することにより得られるポリマーを含有することを特徴とする請求項１に記載のレジスト下層膜材料。
   Ｙ−ＣＨＯ （３）
   （上記一般式（３）中、Ｙは水素原子又は置換基を有してもよい炭素数が１〜３０の一価の有機基であり、（３）は（２−２）とは異なる。）
3. 前記レジスト下層膜材料が、更に架橋剤、酸発生剤、及び有機溶剤のうちいずれか１つ以上のものを含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレジスト下層膜材料。
4. 被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成し、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記レジスト中間層膜をエッチングし、該パターンが形成されたレジスト中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、更に、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
5. 被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素原子を含有するレジスト中間層膜材料を用いてレジスト中間層膜を形成し、該レジスト中間層膜の上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ）を形成し、該ＢＡＲＣ上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して４層レジスト膜とし、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記ＢＡＲＣと前記レジスト中間層膜をエッチングし、該パターンが形成されたレジスト中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、更に、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
6. 被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素酸化膜、ケイ素窒化膜、ケイ素酸化窒化膜、及びアモルファスケイ素膜から選ばれるいずれかの無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、該パターンが形成された無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、更に、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
7. 被加工体にパターンを形成する方法であって、少なくとも、被加工体上に請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレジスト下層膜材料を用いてレジスト下層膜を形成し、該レジスト下層膜の上にケイ素酸化膜、ケイ素窒化膜、ケイ素酸化窒化膜、及びアモルファスケイ素膜から選ばれるいずれかの無機ハードマスク中間層膜を形成し、該無機ハードマスク中間層膜の上に有機反射防止膜（ＢＡＲＣ）を形成し、該ＢＡＲＣ上にフォトレジスト組成物のレジスト上層膜材料を用いてレジスト上層膜を形成して４層レジスト膜とし、該レジスト上層膜に回路パターンを形成し、該パターンが形成されたレジスト上層膜をマスクにして前記ＢＡＲＣと前記無機ハードマスク中間層膜をエッチングし、該パターンが形成された無機ハードマスク中間層膜をマスクにして前記レジスト下層膜をエッチングし、更に、該パターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして前記被加工体をエッチングして前記被加工体にパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
8. 前記無機ハードマスク中間層膜が、ＣＶＤ法又はＡＬＤ法によって形成されることを特徴とする請求項６又は７に記載のパターン形成方法。
9. 前記レジスト上層膜のパターン形成方法が、波長が１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光リソグラフィー、電子線による直接描画、及びナノインプリンティングのいずれか、あるいはこれらの組み合わせによるパターン形成であることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
10. 前記パターン形成方法における現像方法が、アルカリ現像又は有機溶剤による現像であることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
11. 前記被加工体として、半導体基板に、金属膜、金属炭化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、及び金属酸化窒化膜のいずれかが成膜されたものを用いることを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
12. 前記金属がケイ素、チタン、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、ゲルマニウム、銅、アルミニウム、及び鉄のいずれか、あるいはこれらの合金であることを特徴とする請求項１１に記載のパターン形成方法。

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