JP3772077B2 - パターン形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、ウェハー基板表面上におけるパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造プロセスには、シリコンウェハー上に被加工膜として複数の物質を堆積し、所望のパターンにパターニングする工程を多く含んでいる。被加工膜のパターニングは、まず、一般にレジストと呼ばれる感光性物質を被加工膜上に堆積してレジスト膜を形成し、このレジスト膜の所定の領域に露光を施す。次いで、レジスト膜の露光部または未露光部を現像処理により除去してレジストパターンを形成し、さらにこのレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、被加工膜をドライエッチングすることにより行われる。
【０００３】
露光工程に用いられる露光光源としては、スループットの観点からＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザなどの紫外光が用いられているが、ＬＳＩの微細化に伴い、必要な解像度が波長以下になり、露光量裕度、フォーカス裕度などの露光プロセス裕度が不足してきている。これらのプロセスマージンを補うには、レジスト膜の膜厚を薄くして解像性を向上させることが有効であるが、一方で被加工膜のエッチングに必要なレジスト膜厚を確保できなくなるという問題が生じる。
【０００４】
この問題を解決するために、レジストパターンを一旦、酸化シリコン膜に転写して酸化シリコン膜パターンを形成し、この酸化シリコン膜パターンをエッチングマスクとして用いて、被加工膜をドライエッチングするパターン転写方法が用いられている。
【０００５】
ここで用いる酸化シリコン膜としては、簡易な塗布法で成膜ができることからスピンオングラスが用いられている。しかしながら、スピンオングラスを用いた場合、被加工膜をエッチングする際にスピンオングラスが破裂する場合があり、被加工膜の加工を正常に行うことが困難であった。
【０００６】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされ、マスク材パターンとして、例えばスピンオングラスを用いたパターン転写プロセスにおいて、スピンオングラスの破裂を起こすことなく、被加工膜のパターニングを行うことを可能とするパターン形成方法を提供することを特徴とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、被加工膜をエッチングする際のマスク材パターンの破裂は、マスク材パターンを被加工膜に転写する際に用いたエッチングガスが、マスク材パターンと被加工膜の界面に蓄積することによることを見出した。
【０００８】
そこで本発明者らは、マスク材中に揮発性ユニット等を含有せしめて、塗布後、分解させてマスク材を多孔質化することによって、マスク材パターンと被加工膜の界面に溜まったエッチングガスを逃がすることにより、マスク材パターンの破裂を防止し得ることができることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、無機元素と酸素との結合を有する無機化合物と、揮発性ユニットを含む化合物を溶剤に溶解してなる溶液を、被加工膜上に塗布して、マスク材を形成する工程、前記揮発性ユニットを揮発せしめて多孔質化する工程、前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜をパターニングしてレジストパターンを形成する工程、前記マスク材をドライエッチングして、前記レジストパターンを前記マスク材に転写して、マスク材パターンを形成する工程、および前記被加工膜をドライエッチングして、前記マスク材パターンを前記被加工膜に転写して、被加工膜パターンを形成する工程を具備することを特徴とするパターン形成方法を提供する。
【００１０】
以上の本発明のパターン形成方法において、揮発性ユニットの揮発は、マスク材への加熱、またはマスク材へのエネルギービームの照射により行うことが出来る。
【００１１】
また、本発明は、無機元素と酸素との結合有する無機化合物と、溶解性ユニットとを含む化合物を溶剤に溶解してなる溶液を、被加工膜上に塗布して、マスク材を形成する工程、前記マスク材を前記溶解性ユニットを溶解する溶剤により処理して、多孔質化する工程、前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜をパターニングしてレジストパターンを形成する工程、前記マスク材をドライエッチングして、前記レジストパターンを前記マスク材に転写して、マスク材パターンを形成する工程、および前記被加工膜をドライエッチングして、前記マスク材パターンを前記被加工膜に転写して、被加工膜パターンを形成する工程を具備することを特徴とするパターン形成方法を提供する。
【００１２】
以上の本発明のパターン形成方法において、無機化合物に含まれる無機元素は、シリコンであることが望ましい。例えば、無機化合物は、シロキサン結合を有するものとすることが出来る。
【００１３】
更に、本発明は、無機元素と酸素との結合を有する無機化合物と、揮発性ユニットを含む化合物を溶剤に溶解してなる溶液を、被加工膜上に塗布して、マスク材を形成する工程、前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜をパターニングしてレジストパターンを形成する工程、前記マスク材をドライエッチングして、前記レジストパターンを前記マスク材に転写して、マスク材パターンを形成する工程、および前記被加工膜をドライエッチングして、前記マスク材パターンを前記被加工膜に転写して、被加工膜パターンを形成する工程を具備し、前記被加工膜をドライエッチングする際に用いたエッチャントにより前記揮発性ユニットを揮発させて、前記マスク材を多孔質化することを特徴とするパターン形成方法を提供する。
【００１４】
以上のように構成される本発明のパターン形成方法によると、多孔質のマスク材を用いているため、被加工膜を、マスク材の破裂を生ずることなく、選択性および量産性よく加工することが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
まず、図１（ａ）に示すように、ウェハー上１に被加工膜２を形成する。被加工膜２としては、特に限定されることはないが、アルミニウム、アルミニウムシリサイド、銅、タングステン、タングステンシリサイド、チタン、チタンナイトライドなどの導電性材料、ゲルマニウム、シリコンなどの半導体、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、有機樹脂などの絶縁性材料を挙げることができる。
【００１７】
特に、本発明で用いるマスク材は、被加工膜２が有機材料の場合、有機材料のエッチングに適したエッチング条件で、高いエッチング耐性を示すので、好適に用いることができる。
【００１８】
被加工膜２を構成する有機材料としては、多層レジストプロセスに用いる下層レジスト、低誘電率膜を挙げることが出来る。例えば、ノボラック、ポリビニルフェノール、ポリメタクリレート、ポリアリーレン、ポリアリーレンエーテル、カーボンなどを用いることができる。
【００１９】
被加工膜２の膜厚は、用途によって異なるが、概ね２０〜１００００ｎｍの範囲にあることが好ましい。その理由は、膜厚が２０ｎｍ以下では、被加工膜が有する作用を発揮することが困難となり、１００００ｎｍ以上では、マスク材パターンを被加工膜に転写する際に寸法変換差が発生し易いためである。
【００２０】
次に、被加工膜２上にマスク材３を形成する。マスク材３の膜厚は、２０〜５０００ｎｍの範囲にあることが好ましい。その理由は、膜厚が２０ｎｍ以下では、被加工膜２のエッチングの途中でマスク材３が削れてなくなる可能性があり、被加工膜２を所望の寸法で加工することが困難になり、５０００ｎｍより厚いと、レジストパターンをマスク材３に転写する際に寸法変換差が発生し易いためである。
【００２１】
マスク材３の形成方法は、塗布法を用いることが望ましい。その理由は、ＣＶＤ法と比べると塗布法は、プロセスが簡易であり、プロセスコストを低く抑えることができるからである。ここで、塗布法によるマスク材の形成方法について詳述する。
【００２２】
まず、無機原子と酸素原子との結合を主鎖に有する無機化合物を溶媒に溶解してマスク材溶液を調製する。無機元素としては、シリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタン等を挙げることが出来る。なお、これら無機化合物には、水素原子または炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の脂肪族炭化水素基または芳香族炭化水素基などの有機基が側鎖に結合していてもよい。
【００２３】
このような無機化合物として、シロキサン結合を有する化合物が好ましく、例えば、下記式［１−１］〜［１−１３］に示す構造を有するものを挙げることができる。
【００２４】
【化１】
【００２５】
【化２】
【００２６】
【化３】
【００２７】
無機化合物の分子量は特に限定されることはないが、２００〜１００，０００が好ましい。その理由は、分子量が２００未満では、レジストの溶剤にマスク材が溶解し易くなり、一方、１００，０００を超えると、溶剤に溶解しにくくなり、溶液材料を作成しにくくなるためである。
【００２８】
無機化合物を溶解した溶液には、揮発性ユニットまたは溶解性ユニットを含む化合物を添加剤として添加する必要がある。添加剤の混合比率は、無機化合物１００重量部に対して好ましくは０．５〜１００重量部、より好ましくは１〜５０重量部がよい。その理由は、０．５重量部未満では、マスク材を充分に多孔質化することが困難となり、１００重量部を越えると、被加工膜のエッチング時にマスク材のエッチング耐性が低下してしまうためである。
【００２９】
添加剤としては、熱、プラズマ、或は電子ビーム、紫外線、可視光によって分解する揮発性化合物、又は溶剤により溶解する溶解性化合物が好ましい。揮発性化合物または溶解性化合物としては、特に限定されることはないが、例えば、以下の化合物を挙げることが出来る。
【００３０】
即ち、アゾ化合物、ジアゾ化合物、過酸化物、アルキルアリールケトン、シリルペルオキシド、有機ハロゲン化物などのラジカル発生剤、ハロゲン含有化合物、オルトキノンジアジド化合物、スルホン化合物、スルフォン酸化合物、ニトロベンジル化合物を好ましく用いることが出来る。
【００３１】
他の好ましい揮発性化合物または溶解性化合物として、アミン、アミノ酸、二酸化硫黄、アセタール、又はそれらのハロゲン化物のうちの少なくとも一つを重合単位として含む重合体または共重合体、及びクレゾール、スチレン、アクリル酸、メタクリル酸、及びそのハロゲン化物のうちの少なくとも一つを重合単位として含む重合体または共重合体、クマリン、クルクミン等の染料を挙げることができる。
【００３２】
また、必要に応じて、貯蔵安定性をはかるために熱重合防止剤、被加工膜への密着性を向上させるための密着性向上剤、導電性物質、光、熱で導電性が生じる物質、塗布性を向上させるために界面活性剤を添加してもよい。
【００３３】
使用する溶剤としては、特に限定されることはないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルアセテート等のセロソルブ系溶剤、乳酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル系溶剤、メタノール、エタノール、イソプロパニール等のアルコール系溶剤、その他アニソール、トルエン、キシレン、ナフサ、水などを挙げることができる。
【００３４】
以上の方法により、マスク材溶液を調製し、被加工膜上に、例えばスピンコーティング法などで塗布した後、加熱して溶剤を気化することにより、マスク材３を形成する。
【００３５】
加熱温度は、特に限定されることはないが、１００〜５００℃の範囲が好ましい。１００℃未満では、溶媒が乾燥しにくく、５００℃を越えると、被加工膜が変質する可能性があるためである。
【００３６】
加熱することにより、添加剤中の揮発性ユニットが揮発して多孔質化が進行する。多孔質化が不十分な場合、必要に応じて電子ビーム、紫外光、可視光、Ｘ線などのエネルギービームを照射して、添加剤中の揮発性ユニットの揮発を促進させることが好ましい。
【００３７】
また、多孔質化のための加熱、或いはエネルギービームの照射は、減圧下で行ってもよく、そうすることにより、揮発性ユニットの揮発を促進させることが出来る。
【００３８】
また、溶剤により処理して、マスク材中の溶解性ユニットを選択的に溶解除去することによっても、マスク材の多孔質化を行うことが出来る。
【００３９】
多孔質化のための溶剤としては、マスク材中の無機化合物を溶解せず、添加剤を溶解するものであれば特に限定されることはないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルアセテート等のセロソルブ系溶剤、乳酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル系溶剤、メタノール、エタノール、イソプロパニール等のアルコール系溶剤、その他アニソール、トルエン、キシレン、ナフサ、水などを挙げることができる。
【００４０】
なお、多孔質化したマスク材の密度は、０．５〜２．２ｇ／ｃｍ３が好ましい。密度が０．５ｇ／ｃｍ３未満では、被加工膜のエッチング時に十分なマスク耐性が得られず、２．２ｇ／ｃｍ３以上では、被加工膜のエッチングに用いたエッチングガスが逃げにくくなり、マスク材が破裂し易くなってしまう。
【００４１】
多孔質化したマスク材の屈折率は、波長１９３ｎｍで１．１〜１．７の範囲にあることが好ましい。屈折率が１．１未満では、マスク材が多孔質化し過ぎて、十分なエッチング耐性を得にくくなり、１．７を越えると、多孔質化が不十分で、被加工膜のエッチング時にエッチングガスがマスク材と被加工膜の界面に蓄積し、マスク材が破裂し易くなってしまう。
【００４２】
次に、図１（ｂ）に示すように、マスク材３上にレジスト溶液を塗布して、加熱処理を行うことにより、レジスト膜４を形成する。レジスト膜４の膜厚を薄くすれば、それだけ、露光時の露光量裕度、フォーカス裕度、或は解像度を向上させることができる。そのため、レジスト膜４の膜厚は、マスク材３を寸法制御性よくエッチングできる膜厚であれば薄い方がよく、１０〜１００００ｎｍの範囲が好ましい。
【００４３】
レジストの種類は、特に限定されることはなく、目的に応じて、ポジ型またはネガ型を選択して使用することができる。具体的には、ポジ型レジストしては、例えば、ナフトキノンジアジドとノボラック樹脂とからなるレジスト（ＩＸ−７７０、ＪＳＲ社製）、ｔ−ＢＯＣで保護したポリビニルフェノール樹脂と酸発生剤とからなる化学増幅型レジスト（ＡＰＥＸ−Ｅ、シップレー社製）などを挙げることが出来る。
【００４４】
また、ネガ型のレジストとしては、例えば、ポリビニルフェノールとメラミン樹脂および光酸発生剤からなる化学増幅型レジスト（ＳＮＲ２００、シップレー社製）、ポリビニルフェノールとビスアジド化合物とからなるレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ、日立化成社製）などを挙げることが出来るが、これらに限定されることはない。
【００４５】
これらのレジスト溶液をマスク材３上に、例えばスピンコーティング法、ディップ法などにより塗布した後、加熱して溶媒を気化させることにより、レジスト膜４を作成する。
【００４６】
次に、レジスト膜４に対してパターン露光を行い、現像することにより、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン５を形成する。露光光源については、水銀灯のｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、或はＸｅＦ（波長＝３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（波長＝３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（波長＝２４８ｎｍ）、ＫｒＣｌ（波長＝２２２ｎｍ）、ＡｒＦ（波長＝１９３ｎｍ）、Ｆ２（波長＝１５１ｎｍ）等のエキシマレーザー、Ｘ線，電子ビーム，イオンビームなどを用いることが出来る。
【００４７】
露光終了後、必要に応じてポストエクスポジャーベーキングを行った後、ＴＭＡＨ、コリンなどのアルカリ現像液で現像処理を行うことにより、レジストパターン５を形成する。
【００４８】
次に、図２（ｄ）に示すように、エッチングによりレジストパターン５をマスク材３に転写して、マスク材パターン６を形成する。エッチング方式としては、ドライエッチングが好ましく、例えば、反応性イオンエッチング、マグネトロン型反応性イオンエッチング、電子ビームイオンエッチング、ＩＣＰエッチング、またはＥＣＲイオンエッチングなど、微細加工可能なものであれば、特に限定されることはない。また、エッチングガスとしては、フッ素原子を含むガスを用いることが好ましく、これにより好適にマスク材３を加工することができる。
【００４９】
次に、図２（ｅ）に示すように、ドライエッチング法を用いて、マスク材パターン６を被加工膜２に転写して、被加工膜パターン７を形成する。エッチング方式としては、例えば反応性イオンエッチング、マグネトロン型反応性イオンエッチング、電子ビームイオンエッチング、ＩＣＰエッチング、またはＥＣＲイオンエッチングなど、微細加工可能なものであれば、特に限定されることはない。
【００５０】
被加工膜２に有機材料を用いた場合、マスク材３に対して高選択比で被加工膜２をエッチングするためには、エッチングガスとして、酸素原子或は窒素原子を含むガスを用いることが好ましい。本発明で用いるマスク材は、これらの原子を含むガスを放電させることにより得られたエッチャントに対して不活性であるため、高いエッチング耐性が得られ、その結果、被加工膜２を異方性良く加工することが可能になる。
【００５１】
酸素原子を含むエッチングガスとして、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、窒素原子を含むエッチングガスとして、Ｎ２，ＮＨ３を挙げることができ、これらのエッチングガスを混合しても良い。
【００５２】
更に、エッチングガスには、硫黄原子を含んでいても良い。その理由は、被加工膜２を異方性良く加工できるからである。その他、Ａｒ、Ｈｅなどのガスを含んでも良い。
【００５３】
本発明の方法では、マスク材３を塗布した後、ベーキング或いはエネルギービームの照射によりマスク材３を多孔質化することが望ましいが、被加工膜２をドライエッチングする際に用いたエッチャントにより、添加剤中の揮発性ユニットを揮発させて、多孔質化することも可能である。多孔質化した際に得られる密度、屈折率の好適な範囲は、先に示した通りである。
【００５４】
本発明においては、多孔質化したマスク材３を用いているため、被加工膜２のエッチングに用いたエッチングガスが被加工膜２とマスク材３との界面に溜まりにくくなり、そのため、マスク材３の破裂が生ずることなく、被加工膜２の加工が可能となる。
【００５５】
以下、本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に説明する。
【００５６】
実施例
図１（ａ）に示すように、シリコンウェハー１上に、被加工膜２として、ポリアリーレンエーテル１０ｇをシクロヘキサノン９０ｇに溶解して得た溶液をスピンコーテングした後、ホットプレートで３５０℃で２分間ベーキングを行って膜厚７００ｎｍの層間絶縁膜２を形成した。次に、被加工膜２上に、以下の（Ｓ１）〜（Ｓ８）に記載の方法でマスク材を形成した。
【００５７】
（Ｓ１）：式［１−８］に示すシリコン化合物（平均重量分子量Ｍｗ＝１２０００、共重合比ｍ／ｎ＝１／４）９ｇと、ジアゾナフトキノン１ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を、スピンコーテング法を用いて被加工膜２上に塗布した。そして、大気中で１８０℃で６０秒間ベーキングして、溶剤を気化させた後、３００℃で１２０秒間、ベーキングを行なって、マスク材３を形成した。
【００５８】
（Ｓ２）：（Ｓ１）で用いたシリコン化合物９ｇと、クマリン１ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を用いて、（Ｓ１）と同様にしてマスク材を形成した。
【００５９】
（Ｓ３）：（Ｓ１）で用いたシリコン化合物９ｇと、平均分子量２０００のポリメチルメタクリレート１ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を用いて、（Ｓ１）と同様にしてマスク材を形成した。
【００６０】
（Ｓ４）：（Ｓ１）で用いたシリコン化合物９ｇと、平均重量分子量３０００のポリビニルアルコール１ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を用いて、（Ｓ１）と同様にしてマスク材を形成した。
【００６１】
（Ｓ５）：（Ｓ３）の方法でマスク材を形成した後、マスク材上にシクロヘキサノンを滴下して、マスク材中のポリメタクリレートを選択的に溶解除去した。３００℃でベーキングした際にシリコン化合物は架橋反応が進行し、シクロヘキサノンに不溶化するが、ポリメチルメタクリレートは架橋せずシクロヘキサノンに溶解する。そのため、マスク材中のポリメチルメタクリレートのみを選択的に溶解除去することができる。
【００６２】
（Ｓ６）：（Ｓ１）で用いたシリコン化合物９ｇと、平均重量分子量２０００のポリビニルアルコール１ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を、スピンコーテング法を用いて被加工膜上に塗布した。そして、大気中、１８０℃で６０秒間ベーキングして溶剤を気化させた後、マスク材上に純水を滴下して、マスク材中のポリビニルアルコールを選択的に溶解除去し、続いて大気中、３００℃で１２０秒間加熱を行った。シリコン化合物は純水に不溶であるが、ポリビニルアルコールは溶解するため、マスク材中のポリビニルアルコールのみを選択的に溶解除去することが可能である。
【００６３】
（Ｓ７）：（Ｓ３）の方法で調製したマスク材溶液を、大気中、１８０℃で６０秒間ベーキングして溶剤を気化させた後、窒素雰囲気中で加速電圧１０ｋｅＶの電子線照射装置を用いて、照射量１０Ｃ／ｃｍ２で全面照射した。
【００６４】
（Ｓ８）：（Ｓ３）の方法で調製したマスク材溶液を、大気中、１８０℃で６０秒間ベーキングして溶剤を気化させた後、窒素雰囲気中でフラッシュランプ照射装置を用いて、照射量２０Ｊ／ｃｍ２で全面照射した。
【００６５】
次に、比較例として、以下の方法でマスク材を形成した。
（Ｒ１）：（Ｓ１）で用いたシリコン化合物１０ｇをシクロヘキサノン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を、（Ｓ１）と同様の方法で塗布し、ベーキングを行なうことにより、マスク材を形成した。
【００６６】
（Ｒ２）：式［１−３］に示す構造を有するシリコン化合物１０ｇシクロヘキサノン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を、（Ｓ１）と同様の方法で塗布し、ベーキングを行なうことにより、マスク材を形成した。
【００６７】
以上の方法で形成した各マスク材の露光波長における密度、及び屈折率を測定した。測定結果を下記表１に示す。なお、比較のため、１８０℃で６０秒間ベーキングして得た塗膜についても、密度及び屈折率を測定した。
【００６８】
下記表１から、（Ｓ１）、（Ｓ２）、（Ｓ７）及び（Ｓ８）のマスク材については、３００℃で加熱した後、或はエネルギービームを照射した後に、屈折率及び密度の顕著な低下が見られ、マスク材が多孔質化していることが分かる。これは、ジアゾナフトキノン、及びクマリンの一部が熱或はエネルギービームによってガス化して揮発したためと考えられる。
【００６９】
（Ｓ３）と（Ｓ５）、或は（Ｓ４）と（Ｓ６）を比べると、（Ｓ５）、（Ｓ６）で溶剤処理を行うことにより、密度及び屈折率が低下しており、多孔質化が進行していることが分かる。
【００７０】
次に、図１（ｂ）に示すように、マスク材３上に、下記式［２−１］に示す構造を有する平均重量分子量１２，０００の溶剤抑止剤９ｇと、下記式［２−２］に示す構造を有する酸発生剤１ｇを乳酸エチル９０ｇに溶解して調製したレジストを、スピンコーテング法で塗布した後、ホットプレートを用いて１４０℃で９０秒間ベーキングを行って、膜厚２００ｎｍのレジスト膜４を形成した。
【００７１】
【化４】
【００７２】
更に、ＡｒＦエキシマレーザーを用いてレジスト膜４に対してパターン露光を行った後、１４０℃で９０秒間ベーキングを行った。続いて、０．２１規定のテトラヒドロキシアンモニウムを用いて現像処理を行なうことにより、図１（ｃ）に示すように、１２０ｎｍラインアンドスペースのレジストパターン５を形成した。
【００７３】
次に、エッチング装置として、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、ＣＦ４／Ｏ２／Ａｒ＝２０／１００／２００ｓｃｃｍ、真空度７５ｍＴ、励起密度１．３Ｗ／ｃｍ２、基板温度４０℃の条件で、マスク材３をエッチングして、レジストパターン５をマスク材３に転写して、マスク材パターン６を形成した。その結果、何れのマスク材３を用いた場合も、図２（ｄ）に示すように、マスク材を異方性良く加工することができた。
【００７４】
次に、図２（ｅ）に示すように、被加工膜２をエッチングして、マスク材パターン６を被加工膜２に転写して、被加工膜パターン７を形成した。エッチング装置として、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、Ｎ２／Ｏ２＝２０／１００ｓｃｃｍ、真空度７５ｍＴ、励起密度１．３Ｗ／ｃｍ２、基板温度４０℃の条件でエッチングを行なった。
【００７５】
その結果、（Ｒ１）および（Ｒ２）のマスク材の場合は、図２（ｅ′）に示したように、被加工膜のエッチング中にマスク材の破裂が見られたが、（Ｓ１）〜（Ｓ８）のマスク材については破裂は見られなかった。
【００７６】
エッチング後に残ったマスク材の密度、及び屈折率を調べた結果を下記表１に示す。下記表１から、（Ｓ１）〜（Ｓ８）のマスク材について、屈折率、及び密度が低下しており、被加工膜のエッチング工程でも多孔質かが進んでいるものと考えられる。これは、マスク材中に添加した添加剤、或はシリコン化合物の側鎖に置換した揮発性ユニットが、エッチング中に揮発してガス化したためと考えられる。
【００７７】
エッチング後のＳＯＧと被加工膜の積層膜について、Ａｒイオンでスパッタリングしながら窒素原子の膜厚方向での分布をＸＰＳ分光法を用いて調べた。被加工膜表面の窒素含有量を下記表１に示す。
【００７８】
下記表１から、（Ｓ１）〜（Ｓ８）のマスク材を用いた場合には、窒素含有量が（Ｒ１）、（Ｒ２）と比べて低いことが分かる。従って、マスク材の破裂の原因は、被加工膜をエッチングする際に、マスク材を透過したエッチングガスがマスク材と被加工膜の界面に溜ってマスク材が破裂したためと考えることができる。
【００７９】
さらに、（Ｓ１）〜（Ｓ８）のマスク材では破裂が起こらなかったのは、マスク材が多孔質化してエッチングガスがマスク材と被加工膜との界面に溜りにくくなったためと考えられる。
【００８０】
加工形状については、各マスク材について、異方性良く加工することができた。被加工膜エッチング時のマスク材のエッチングレートの測定結果を下記表１に示す。下記表１から、この時の被加工膜のエッチレートは３２０ｎｍ／分であり、被加工膜／マスク材のエッチング選択比は１０以上を確保することができ、マスク材は充分なエッチング耐性をもっており、その結果、被加工膜を異方性良く加工することができたとものと考えられる。
【００８１】
【表１】
【００８２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、多孔質のマスク材を用いているため、被加工膜を、マスク材の破裂を生ずることなく、選択性および量産性よく加工することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を工程順に示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を工程順に示す断面図。
【符号の説明】
１…ウエハー
２…被加工膜、
３…マスク材、
４…レジスト膜、
５…レジストパターン、
６…マスク材パターン、
７…被加工膜パターン、
８…破裂したマスク材パターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、ウェハー基板表面上におけるパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造プロセスには、シリコンウェハー上に被加工膜として複数の物質を堆積し、所望のパターンにパターニングする工程を多く含んでいる。被加工膜のパターニングは、まず、一般にレジストと呼ばれる感光性物質を被加工膜上に堆積してレジスト膜を形成し、このレジスト膜の所定の領域に露光を施す。次いで、レジスト膜の露光部または未露光部を現像処理により除去してレジストパターンを形成し、さらにこのレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、被加工膜をドライエッチングすることにより行われる。
【０００３】
露光工程に用いられる露光光源としては、スループットの観点からＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザなどの紫外光が用いられているが、ＬＳＩの微細化に伴い、必要な解像度が波長以下になり、露光量裕度、フォーカス裕度などの露光プロセス裕度が不足してきている。これらのプロセスマージンを補うには、レジスト膜の膜厚を薄くして解像性を向上させることが有効であるが、一方で被加工膜のエッチングに必要なレジスト膜厚を確保できなくなるという問題が生じる。
【０００４】
この問題を解決するために、レジストパターンを一旦、酸化シリコン膜に転写して酸化シリコン膜パターンを形成し、この酸化シリコン膜パターンをエッチングマスクとして用いて、被加工膜をドライエッチングするパターン転写方法が用いられている。
【０００５】
ここで用いる酸化シリコン膜としては、簡易な塗布法で成膜ができることからスピンオングラスが用いられている。しかしながら、スピンオングラスを用いた場合、被加工膜をエッチングする際にスピンオングラスが破裂する場合があり、被加工膜の加工を正常に行うことが困難であった。
【０００６】
本発明は、以上の事情に鑑みてなされ、マスク材パターンとして、例えばスピンオングラスを用いたパターン転写プロセスにおいて、スピンオングラスの破裂を起こすことなく、被加工膜のパターニングを行うことを可能とするパターン形成方法を提供することを特徴とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、被加工膜をエッチングする際のマスク材パターンの破裂は、マスク材パターンを被加工膜に転写する際に用いたエッチングガスが、マスク材パターンと被加工膜の界面に蓄積することによることを見出した。
【０００８】
そこで本発明者らは、マスク材中に揮発性ユニット等を含有せしめて、塗布後、分解させてマスク材を多孔質化することによって、マスク材パターンと被加工膜の界面に溜まったエッチングガスを逃がすることにより、マスク材パターンの破裂を防止し得ることができることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、無機元素と酸素との結合を有する無機化合物と、揮発性ユニットを含む化合物を溶剤に溶解してなる溶液を、被加工膜上に塗布して、マスク材を形成する工程、前記揮発性ユニットを揮発せしめて多孔質化する工程、前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜をパターニングしてレジストパターンを形成する工程、前記マスク材をドライエッチングして、前記レジストパターンを前記マスク材に転写して、マスク材パターンを形成する工程、および前記被加工膜をドライエッチングして、前記マスク材パターンを前記被加工膜に転写して、被加工膜パターンを形成する工程を具備することを特徴とするパターン形成方法を提供する。
【００１０】
以上の本発明のパターン形成方法において、揮発性ユニットの揮発は、マスク材への加熱、またはマスク材へのエネルギービームの照射により行うことが出来る。
【００１１】
また、本発明は、無機元素と酸素との結合有する無機化合物と、溶解性ユニットとを含む化合物を溶剤に溶解してなる溶液を、被加工膜上に塗布して、マスク材を形成する工程、前記マスク材を前記溶解性ユニットを溶解する溶剤により処理して、多孔質化する工程、前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜をパターニングしてレジストパターンを形成する工程、前記マスク材をドライエッチングして、前記レジストパターンを前記マスク材に転写して、マスク材パターンを形成する工程、および前記被加工膜をドライエッチングして、前記マスク材パターンを前記被加工膜に転写して、被加工膜パターンを形成する工程を具備することを特徴とするパターン形成方法を提供する。
【００１２】
以上の本発明のパターン形成方法において、無機化合物に含まれる無機元素は、シリコンであることが望ましい。例えば、無機化合物は、シロキサン結合を有するものとすることが出来る。
【００１３】
更に、本発明は、無機元素と酸素との結合を有する無機化合物と、揮発性ユニットを含む化合物を溶剤に溶解してなる溶液を、被加工膜上に塗布して、マスク材を形成する工程、前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程、前記レジスト膜をパターニングしてレジストパターンを形成する工程、前記マスク材をドライエッチングして、前記レジストパターンを前記マスク材に転写して、マスク材パターンを形成する工程、および前記被加工膜をドライエッチングして、前記マスク材パターンを前記被加工膜に転写して、被加工膜パターンを形成する工程を具備し、前記被加工膜をドライエッチングする際に用いたエッチャントにより前記揮発性ユニットを揮発させて、前記マスク材を多孔質化することを特徴とするパターン形成方法を提供する。
【００１４】
以上のように構成される本発明のパターン形成方法によると、多孔質のマスク材を用いているため、被加工膜を、マスク材の破裂を生ずることなく、選択性および量産性よく加工することが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
まず、図１（ａ）に示すように、ウェハー上１に被加工膜２を形成する。被加工膜２としては、特に限定されることはないが、アルミニウム、アルミニウムシリサイド、銅、タングステン、タングステンシリサイド、チタン、チタンナイトライドなどの導電性材料、ゲルマニウム、シリコンなどの半導体、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、有機樹脂などの絶縁性材料を挙げることができる。
【００１７】
特に、本発明で用いるマスク材は、被加工膜２が有機材料の場合、有機材料のエッチングに適したエッチング条件で、高いエッチング耐性を示すので、好適に用いることができる。
【００１８】
被加工膜２を構成する有機材料としては、多層レジストプロセスに用いる下層レジスト、低誘電率膜を挙げることが出来る。例えば、ノボラック、ポリビニルフェノール、ポリメタクリレート、ポリアリーレン、ポリアリーレンエーテル、カーボンなどを用いることができる。
【００１９】
被加工膜２の膜厚は、用途によって異なるが、概ね２０〜１００００ｎｍの範囲にあることが好ましい。その理由は、膜厚が２０ｎｍ以下では、被加工膜が有する作用を発揮することが困難となり、１００００ｎｍ以上では、マスク材パターンを被加工膜に転写する際に寸法変換差が発生し易いためである。
【００２０】
次に、被加工膜２上にマスク材３を形成する。マスク材３の膜厚は、２０〜５０００ｎｍの範囲にあることが好ましい。その理由は、膜厚が２０ｎｍ以下では、被加工膜２のエッチングの途中でマスク材３が削れてなくなる可能性があり、被加工膜２を所望の寸法で加工することが困難になり、５０００ｎｍより厚いと、レジストパターンをマスク材３に転写する際に寸法変換差が発生し易いためである。
【００２１】
マスク材３の形成方法は、塗布法を用いることが望ましい。その理由は、ＣＶＤ法と比べると塗布法は、プロセスが簡易であり、プロセスコストを低く抑えることができるからである。ここで、塗布法によるマスク材の形成方法について詳述する。
【００２２】
まず、無機原子と酸素原子との結合を主鎖に有する無機化合物を溶媒に溶解してマスク材溶液を調製する。無機元素としては、シリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、チタン等を挙げることが出来る。なお、これら無機化合物には、水素原子または炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の脂肪族炭化水素基または芳香族炭化水素基などの有機基が側鎖に結合していてもよい。
【００２３】
このような無機化合物として、シロキサン結合を有する化合物が好ましく、例えば、下記式［１−１］〜［１−１３］に示す構造を有するものを挙げることができる。
【００２４】
【化１】
【化２】
【化３】
無機化合物の分子量は特に限定されることはないが、２００〜１００，０００が好ましい。その理由は、分子量が２００未満では、レジストの溶剤にマスク材が溶解し易くなり、一方、１００，０００を超えると、溶剤に溶解しにくくなり、溶液材料を作成しにくくなるためである。
【００２８】
無機化合物を溶解した溶液には、揮発性ユニットまたは溶解性ユニットを含む化合物を添加剤として添加する必要がある。添加剤の混合比率は、無機化合物１００重量部に対して好ましくは０．５〜１００重量部、より好ましくは１〜５０重量部がよい。その理由は、０．５重量部未満では、マスク材を充分に多孔質化することが困難となり、１００重量部を越えると、被加工膜のエッチング時にマスク材のエッチング耐性が低下してしまうためである。
【００２９】
添加剤としては、熱、プラズマ、或は電子ビーム、紫外線、可視光によって分解する揮発性化合物、又は溶剤により溶解する溶解性化合物が好ましい。揮発性化合物または溶解性化合物としては、特に限定されることはないが、例えば、以下の化合物を挙げることが出来る。
【００３０】
即ち、アゾ化合物、ジアゾ化合物、過酸化物、アルキルアリールケトン、シリルペルオキシド、有機ハロゲン化物などのラジカル発生剤、ハロゲン含有化合物、オルトキノンジアジド化合物、スルホン化合物、スルフォン酸化合物、ニトロベンジル化合物を好ましく用いることが出来る。
【００３１】
他の好ましい揮発性化合物または溶解性化合物として、アミン、アミノ酸、二酸化硫黄、アセタール、又はそれらのハロゲン化物のうちの少なくとも一つを重合単位として含む重合体または共重合体、及びクレゾール、スチレン、アクリル酸、メタクリル酸、及びそのハロゲン化物のうちの少なくとも一つを重合単位として含む重合体または共重合体、クマリン、クルクミン等の染料を挙げることができる。
【００３２】
また、必要に応じて、貯蔵安定性をはかるために熱重合防止剤、被加工膜への密着性を向上させるための密着性向上剤、導電性物質、光、熱で導電性が生じる物質、塗布性を向上させるために界面活性剤を添加してもよい。
【００３３】
使用する溶剤としては、特に限定されることはないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルアセテート等のセロソルブ系溶剤、乳酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル系溶剤、メタノール、エタノール、イソプロパニール等のアルコール系溶剤、その他アニソール、トルエン、キシレン、ナフサ、水などを挙げることができる。
【００３４】
以上の方法により、マスク材溶液を調製し、被加工膜上に、例えばスピンコーティング法などで塗布した後、加熱して溶剤を気化することにより、マスク材３を形成する。
【００３５】
加熱温度は、特に限定されることはないが、１００〜５００℃の範囲が好ましい。１００℃未満では、溶媒が乾燥しにくく、５００℃を越えると、被加工膜が変質する可能性があるためである。
【００３６】
加熱することにより、添加剤中の揮発性ユニットが揮発して多孔質化が進行する。多孔質化が不十分な場合、必要に応じて電子ビーム、紫外光、可視光、Ｘ線などのエネルギービームを照射して、添加剤中の揮発性ユニットの揮発を促進させることが好ましい。
【００３７】
また、多孔質化のための加熱、或いはエネルギービームの照射は、減圧下で行ってもよく、そうすることにより、揮発性ユニットの揮発を促進させることが出来る。
【００３８】
また、溶剤により処理して、マスク材中の溶解性ユニットを選択的に溶解除去することによっても、マスク材の多孔質化を行うことが出来る。
【００３９】
多孔質化のための溶剤としては、マスク材中の無機化合物を溶解せず、添加剤を溶解するものであれば特に限定されることはないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルアセテート等のセロソルブ系溶剤、乳酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル系溶剤、メタノール、エタノール、イソプロパニール等のアルコール系溶剤、その他アニソール、トルエン、キシレン、ナフサ、水などを挙げることができる。
【００４０】
なお、多孔質化したマスク材の密度は、０．５〜２．２ｇ／ｃｍ３が好ましい。密度が０．５ｇ／ｃｍ３未満では、被加工膜のエッチング時に十分なマスク耐性が得られず、２．２ｇ／ｃｍ３以上では、被加工膜のエッチングに用いたエッチングガスが逃げにくくなり、マスク材が破裂し易くなってしまう。
【００４１】
多孔質化したマスク材の屈折率は、波長１９３ｎｍで１．１〜１．７の範囲にあることが好ましい。屈折率が１．１未満では、マスク材が多孔質化し過ぎて、十分なエッチング耐性を得にくくなり、１．７を越えると、多孔質化が不十分で、被加工膜のエッチング時にエッチングガスがマスク材と被加工膜の界面に蓄積し、マスク材が破裂し易くなってしまう。
【００４２】
次に、図１（ｂ）に示すように、マスク材３上にレジスト溶液を塗布して、加熱処理を行うことにより、レジスト膜４を形成する。レジスト膜４の膜厚を薄くすれば、それだけ、露光時の露光量裕度、フォーカス裕度、或は解像度を向上させることができる。そのため、レジスト膜４の膜厚は、マスク材３を寸法制御性よくエッチングできる膜厚であれば薄い方がよく、１０〜１００００ｎｍの範囲が好ましい。
【００４３】
レジストの種類は、特に限定されることはなく、目的に応じて、ポジ型またはネガ型を選択して使用することができる。具体的には、ポジ型レジストしては、例えば、ナフトキノンジアジドとノボラック樹脂とからなるレジスト（ＩＸ−７７０、ＪＳＲ社製）、ｔ−ＢＯＣで保護したポリビニルフェノール樹脂と酸発生剤とからなる化学増幅型レジスト（ＡＰＥＸ−Ｅ、シップレー社製）などを挙げることが出来る。
【００４４】
また、ネガ型のレジストとしては、例えば、ポリビニルフェノールとメラミン樹脂および光酸発生剤からなる化学増幅型レジスト（ＳＮＲ２００、シップレー社製）、ポリビニルフェノールとビスアジド化合物とからなるレジスト（ＲＤ−２０００Ｎ、日立化成社製）などを挙げることが出来るが、これらに限定されることはない。
【００４５】
これらのレジスト溶液をマスク材３上に、例えばスピンコーティング法、ディップ法などにより塗布した後、加熱して溶媒を気化させることにより、レジスト膜４を作成する。
【００４６】
次に、レジスト膜４に対してパターン露光を行い、現像することにより、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン５を形成する。露光光源については、水銀灯のｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、或はＸｅＦ（波長＝３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（波長＝３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（波長＝２４８ｎｍ）、ＫｒＣｌ（波長＝２２２ｎｍ）、ＡｒＦ（波長＝１９３ｎｍ）、Ｆ２（波長＝１５１ｎｍ）等のエキシマレーザー、Ｘ線，電子ビーム，イオンビームなどを用いることが出来る。
【００４７】
露光終了後、必要に応じてポストエクスポジャーベーキングを行った後、ＴＭＡＨ、コリンなどのアルカリ現像液で現像処理を行うことにより、レジストパターン５を形成する。
【００４８】
次に、図２（ｄ）に示すように、エッチングによりレジストパターン５をマスク材３に転写して、マスク材パターン６を形成する。エッチング方式としては、ドライエッチングが好ましく、例えば、反応性イオンエッチング、マグネトロン型反応性イオンエッチング、電子ビームイオンエッチング、ＩＣＰエッチング、またはＥＣＲイオンエッチングなど、微細加工可能なものであれば、特に限定されることはない。また、エッチングガスとしては、フッ素原子を含むガスを用いることが好ましく、これにより好適にマスク材３を加工することができる。
【００４９】
次に、図２（ｅ）に示すように、ドライエッチング法を用いて、マスク材パターン６を被加工膜２に転写して、被加工膜パターン７を形成する。エッチング方式としては、例えば反応性イオンエッチング、マグネトロン型反応性イオンエッチング、電子ビームイオンエッチング、ＩＣＰエッチング、またはＥＣＲイオンエッチングなど、微細加工可能なものであれば、特に限定されることはない。
【００５０】
被加工膜２に有機材料を用いた場合、マスク材３に対して高選択比で被加工膜２をエッチングするためには、エッチングガスとして、酸素原子或は窒素原子を含むガスを用いることが好ましい。本発明で用いるマスク材は、これらの原子を含むガスを放電させることにより得られたエッチャントに対して不活性であるため、高いエッチング耐性が得られ、その結果、被加工膜２を異方性良く加工することが可能になる。
【００５１】
酸素原子を含むエッチングガスとして、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、窒素原子を含むエッチングガスとして、Ｎ２，ＮＨ３を挙げることができ、これらのエッチングガスを混合しても良い。
【００５２】
更に、エッチングガスには、硫黄原子を含んでいても良い。その理由は、被加工膜２を異方性良く加工できるからである。その他、Ａｒ、Ｈｅなどのガスを含んでも良い。
【００５３】
本発明の方法では、マスク材３を塗布した後、ベーキング或いはエネルギービームの照射によりマスク材３を多孔質化することが望ましいが、被加工膜２をドライエッチングする際に用いたエッチャントにより、添加剤中の揮発性ユニットを揮発させて、多孔質化することも可能である。多孔質化した際に得られる密度、屈折率の好適な範囲は、先に示した通りである。
【００５４】
本発明においては、多孔質化したマスク材３を用いているため、被加工膜２のエッチングに用いたエッチングガスが被加工膜２とマスク材３との界面に溜まりにくくなり、そのため、マスク材３の破裂が生ずることなく、被加工膜２の加工が可能となる。
【００５５】
以下、本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に説明する。
【００５６】
実施例
図１（ａ）に示すように、シリコンウェハー１上に、被加工膜２として、ポリアリーレンエーテル１０ｇをシクロヘキサノン９０ｇに溶解して得た溶液をスピンコーテングした後、ホットプレートで３５０℃で２分間ベーキングを行って膜厚７００ｎｍの層間絶縁膜２を形成した。次に、被加工膜２上に、以下の（Ｓ１）〜（Ｓ８）に記載の方法でマスク材を形成した。
【００５７】
（Ｓ１）：式［１−８］に示すシリコン化合物（平均重量分子量Ｍｗ＝１２０００、共重合比ｍ／ｎ＝１／４）９ｇと、ジアゾナフトキノン１ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を、スピンコーテング法を用いて被加工膜２上に塗布した。そして、大気中で１８０℃で６０秒間ベーキングして、溶剤を気化させた後、３００℃で１２０秒間、ベーキングを行なって、マスク材３を形成した。
【００５８】
（Ｓ２）：（Ｓ１）で用いたシリコン化合物９ｇと、クマリン１ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を用いて、（Ｓ１）と同様にしてマスク材を形成した。
【００５９】
（Ｓ３）：（Ｓ１）で用いたシリコン化合物９ｇと、平均分子量２０００のポリメチルメタクリレート１ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を用いて、（Ｓ１）と同様にしてマスク材を形成した。
【００６０】
（Ｓ４）：（Ｓ１）で用いたシリコン化合物９ｇと、平均重量分子量３０００のポリビニルアルコール１ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を用いて、（Ｓ１）と同様にしてマスク材を形成した。
【００６１】
（Ｓ５）：（Ｓ３）の方法でマスク材を形成した後、マスク材上にシクロヘキサノンを滴下して、マスク材中のポリメタクリレートを選択的に溶解除去した。３００℃でベーキングした際にシリコン化合物は架橋反応が進行し、シクロヘキサノンに不溶化するが、ポリメチルメタクリレートは架橋せずシクロヘキサノンに溶解する。そのため、マスク材中のポリメチルメタクリレートのみを選択的に溶解除去することができる。
【００６２】
（Ｓ６）：（Ｓ１）で用いたシリコン化合物９ｇと、平均重量分子量２０００のポリビニルアルコール１ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を、スピンコーテング法を用いて被加工膜上に塗布した。そして、大気中、１８０℃で６０秒間ベーキングして溶剤を気化させた後、マスク材上に純水を滴下して、マスク材中のポリビニルアルコールを選択的に溶解除去し、続いて大気中、３００℃で１２０秒間加熱を行った。シリコン化合物は純水に不溶であるが、ポリビニルアルコールは溶解するため、マスク材中のポリビニルアルコールのみを選択的に溶解除去することが可能である。
【００６３】
（Ｓ７）：（Ｓ３）の方法で調製したマスク材溶液を、大気中、１８０℃で６０秒間ベーキングして溶剤を気化させた後、窒素雰囲気中で加速電圧１０ｋｅＶの電子線照射装置を用いて、照射量１０Ｃ／ｃｍ２で全面照射した。
【００６４】
（Ｓ８）：（Ｓ３）の方法で調製したマスク材溶液を、大気中、１８０℃で６０秒間ベーキングして溶剤を気化させた後、窒素雰囲気中でフラッシュランプ照射装置を用いて、照射量２０Ｊ／ｃｍ２で全面照射した。
【００６５】
次に、比較例として、以下の方法でマスク材を形成した。
（Ｒ１）：（Ｓ１）で用いたシリコン化合物１０ｇをシクロヘキサノン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を、（Ｓ１）と同様の方法で塗布し、ベーキングを行なうことにより、マスク材を形成した。
【００６６】
（Ｒ２）：式［１−３］に示す構造を有するシリコン化合物１０ｇシクロヘキサノン９０ｇに溶解して調製したマスク材溶液を、（Ｓ１）と同様の方法で塗布し、ベーキングを行なうことにより、マスク材を形成した。
【００６７】
以上の方法で形成した各マスク材の露光波長における密度、及び屈折率を測定した。測定結果を下記表１に示す。なお、比較のため、１８０℃で６０秒間ベーキングして得た塗膜についても、密度及び屈折率を測定した。
【００６８】
下記表１から、（Ｓ１）、（Ｓ２）、（Ｓ７）及び（Ｓ８）のマスク材については、３００℃で加熱した後、或はエネルギービームを照射した後に、屈折率及び密度の顕著な低下が見られ、マスク材が多孔質化していることが分かる。これは、ジアゾナフトキノン、及びクマリンの一部が熱或はエネルギービームによってガス化して揮発したためと考えられる。
【００６９】
（Ｓ３）と（Ｓ５）、或は（Ｓ４）と（Ｓ６）を比べると、（Ｓ５）、（Ｓ６）で溶剤処理を行うことにより、密度及び屈折率が低下しており、多孔質化が進行していることが分かる。
【００７０】
次に、図１（ｂ）に示すように、マスク材３上に、下記式［２−１］に示す構造を有する平均重量分子量１２，０００の溶剤抑止剤９ｇと、下記式［２−２］に示す構造を有する酸発生剤１ｇを乳酸エチル９０ｇに溶解して調製したレジストを、スピンコーテング法で塗布した後、ホットプレートを用いて１４０℃で９０秒間ベーキングを行って、膜厚２００ｎｍのレジスト膜４を形成した。
【００７１】
【化４】
更に、ＡｒＦエキシマレーザーを用いてレジスト膜４に対してパターン露光を行った後、１４０℃で９０秒間ベーキングを行った。続いて、０．２１規定のテトラヒドロキシアンモニウムを用いて現像処理を行なうことにより、図１（ｃ）に示すように、１２０ｎｍラインアンドスペースのレジストパターン５を形成した。
【００７３】
次に、エッチング装置として、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、ＣＦ４／Ｏ２／Ａｒ＝２０／１００／２００ｓｃｃｍ、真空度７５ｍＴ、励起密度１．３Ｗ／ｃｍ２、基板温度４０℃の条件で、マスク材３をエッチングして、レジストパターン５をマスク材３に転写して、マスク材パターン６を形成した。その結果、何れのマスク材３を用いた場合も、図２（ｄ）に示すように、マスク材を異方性良く加工することができた。
【００７４】
次に、図２（ｅ）に示すように、被加工膜２をエッチングして、マスク材パターン６を被加工膜２に転写して、被加工膜パターン７を形成した。エッチング装置として、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、Ｎ２／Ｏ２＝２０／１００ｓｃｃｍ、真空度７５ｍＴ、励起密度１．３Ｗ／ｃｍ２、基板温度４０℃の条件でエッチングを行なった。
【００７５】
その結果、（Ｒ１）および（Ｒ２）のマスク材の場合は、図２（ｅ′）に示したように、被加工膜のエッチング中にマスク材の破裂が見られたが、（Ｓ１）〜（Ｓ８）のマスク材については破裂は見られなかった。
【００７６】
エッチング後に残ったマスク材の密度、及び屈折率を調べた結果を下記表１に示す。下記表１から、（Ｓ１）〜（Ｓ８）のマスク材について、屈折率、及び密度が低下しており、被加工膜のエッチング工程でも多孔質かが進んでいるものと考えられる。これは、マスク材中に添加した添加剤、或はシリコン化合物の側鎖に置換した揮発性ユニットが、エッチング中に揮発してガス化したためと考えられる。
【００７７】
エッチング後のＳＯＧと被加工膜の積層膜について、Ａｒイオンでスパッタリングしながら窒素原子の膜厚方向での分布をＸＰＳ分光法を用いて調べた。被加工膜表面の窒素含有量を下記表１に示す。
【００７８】
下記表１から、（Ｓ１）〜（Ｓ８）のマスク材を用いた場合には、窒素含有量が（Ｒ１）、（Ｒ２）と比べて低いことが分かる。従って、マスク材の破裂の原因は、被加工膜をエッチングする際に、マスク材を透過したエッチングガスがマスク材と被加工膜の界面に溜ってマスク材が破裂したためと考えることができる。
【００７９】
さらに、（Ｓ１）〜（Ｓ８）のマスク材では破裂が起こらなかったのは、マスク材が多孔質化してエッチングガスがマスク材と被加工膜との界面に溜りにくくなったためと考えられる。
【００８０】
加工形状については、各マスク材について、異方性良く加工することができた。被加工膜エッチング時のマスク材のエッチングレートの測定結果を下記表１に示す。下記表１から、この時の被加工膜のエッチレートは３２０ｎｍ／分であり、被加工膜／マスク材のエッチング選択比は１０以上を確保することができ、マスク材は充分なエッチング耐性をもっており、その結果、被加工膜を異方性良く加工することができたとものと考えられる。
【００８１】
【表１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、多孔質のマスク材を用いているため、被加工膜を、マスク材の破裂を生ずることなく、選択性および量産性よく加工することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を工程順に示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を工程順に示す断面図。
【符号の説明】
１…ウエハー
２…被加工膜、
３…マスク材、
４…レジスト膜、
５…レジストパターン、
６…マスク材パターン、
７…被加工膜パターン、
８…破裂したマスク材パターン
Claims (6)
- 無機元素と酸素との結合を有する無機化合物と、揮発性ユニットを含む化合物を溶剤に溶解してなる溶液を、被加工膜上に塗布して、マスク材を形成する工程、
前記揮発性ユニットを揮発せしめて多孔質化する工程、
前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト膜をパターニングしてレジストパターンを形成する工程、
前記マスク材をドライエッチングして、前記レジストパターンを前記マスク材に転写して、マスク材パターンを形成する工程、および
前記被加工膜をドライエッチングして、前記マスク材パターンを前記被加工膜に転写して、被加工膜パターンを形成する工程
を具備することを特徴とするパターン形成方法。 - 無機元素と酸素との結合を有する無機化合物と、溶解性ユニットを含む化合物を溶剤に溶解してなる溶液を、被加工膜上に塗布して、マスク材を形成する工程、
前記マスク材を前記溶解性ユニットを溶解する溶剤により処理して、多孔質化する工程、
前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト膜をパターニングしてレジストパターンを形成する工程、
前記マスク材をドライエッチングして、前記レジストパターンを前記マスク材に転写して、マスク材パターンを形成する工程、および
前記被加工膜をドライエッチングして、前記マスク材パターンを前記被加工膜に転写して、被加工膜パターンを形成する工程
を具備することを特徴とするパターン形成方法。 - 前記無機元素がシリコンであることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成方法。
- 前記揮発性ユニットの揮発が加熱により行われることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
- 前記揮発性ユニットの揮発がエネルギービームの照射により行われることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
- 無機元素と酸素との結合を有する無機化合物と、揮発性ユニットを含む化合物を溶剤に溶解してなる溶液を、被加工膜上に塗布して、マスク材を形成する工程、
前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程、
前記レジスト膜をパターニングしてレジストパターンを形成する工程、
前記マスク材をドライエッチングして、前記レジストパターンを前記マスク材に転写して、マスク材パターンを形成する工程、および
前記被加工膜をドライエッチングして、前記マスク材パターンを前記被加工膜に転写して、被加工膜パターンを形成する工程
を具備し、前記被加工膜をドライエッチングする際に用いたエッチャントにより前記揮発性ユニットを揮発させて、前記マスク材を多孔質化することを特徴とするパターン形成方法。
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