JP2001272786A

JP2001272786A - パターン形成方法

Info

Publication number: JP2001272786A
Application number: JP2000085110A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Sato; 康彦佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】マスク材の破裂を起こすことなく、有機膜か
らなる被加工膜を加工することが可能なパターン形成方
法を提供することを目的とする。【解決手段】（ａ）有機化合物からなる被加工膜上
に、ポリシロキサンと金属酸化物を含むマスク材溶液を
塗布し、加熱することにより、炭素含有量が３０ｗｔ％
以下のマスク材を形成する工程と、（ｂ）マスク材上に
レジスト膜を形成する工程と、（ｃ）レジスト膜に対し
てパターン露光を行なってレジストパターンを形成する
工程と、（ｄ）レジストパターンをマスク材に転写して
マスク材パターンを形成する工程と、（ｅ）マスク材パ
ターンを被加工膜に転写して被加工膜パターンを形成す
る工程とを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パターン形成方法
に係り、特に、半導体装置の製造プロセスにおける、ウ
ェハー表面の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おいては、
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、これらを所望のパターン形状にパターニングする工
程を多く含んでいる。このような被加工膜のパターニン
グは、通常、次のようにして行われる。

【０００３】まず、一般にレジストと呼ばれる感光性物
質を被加工膜上に塗布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、更に、このレジストパター
ンをエッチングマスクとして、被加工膜をドライエッチ
ングする。

【０００４】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。

【０００５】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ってしまうという問題が生
じる。

【０００６】とりわけ、被加工膜が有機系材料からなる
場合、レジストと被加工膜が同種の材料からなるため、
レジストと被加工膜とのエッチング選択比がとれにく
く、この問題は特に深刻である。

【０００７】この問題を解決するために、被加工膜上に
マスク材、レジストを順次形成し、レジストにパターン
露光を行なってレジストパターンを形成した後、マスク
材、被加工膜に順次パターンを転写する加工プロセスの
検討がなされている。この加工プロセスにおいては、マ
スク材として、ジャーナル・オブ・ケミカルソサイテイ
（Ｊ・Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）第１２９巻
２１５２ページに報告されているように、塗布形成膜で
あるＳＯＧ（ＳｐｉｎｏｎＧｌａｓｓ）が量産性の
観点から用いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このプロセス
の問題点の一つに、被加工膜をエッチングする際に、Ｓ
ＯＧが破裂して、剥離してしまうことが挙げられる。即
ち、エッチングガスの成分がマスク材中を透過して被加
工膜とマスク材との間の界面に溜まり、それがマスク材
の発泡・破裂を生じさせるものと考えられる。

【０００９】本発明は、以上のような事情に鑑みなされ
たもので、マスク材の破裂を起こすことなく、量産性よ
く、有機膜からなる被加工膜を加工することが可能なパ
ターン形成方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、（ａ）有機化合物からなる被加工膜上
に、ポリシロキサンと金属酸化物を含むマスク材溶液を
塗布し、加熱することにより、炭素含有量が３０ｗｔ％
以下のマスク材を形成する工程と、（ｂ）前記マスク材
上にレジスト膜を形成する工程と、（ｃ）前記レジスト
膜に対してパターン露光を行なってレジストパターンを
形成する工程と、（ｄ）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と、
（ｅ）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と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。

【００１１】かかるパターン形成方法において、ポリシ
ロキサンと金属酸化物が共重合していることが望まし
い。また、マスク材のパターン露光時の露光波長におけ
るｎ，ｋ値が１．０≦ｎ≦２．５、０．０２≦ｋ≦１．
０の範囲であることが望ましい。

【００１２】工程（ｄ）におけるマスク材パターンの形
成は、フッ素原子を含むソースガスを用いたドライエッ
チング法により行われることが望ましい。また、工程
（ｅ）における被加工膜パターンの形成は、酸素原子を
含むソースガスを用いたドライエッチング法により行わ
れることが望ましい。この場合、ソースガスは、窒素原
子或いは硫黄原子をさらに含有することが望ましい。

【００１３】以上のように構成される本発明によると、
ポリシロキサンと金属酸化物を含むマスク材溶液から形
成された炭素含有量が３０ｗｔ％以下のマスク材を用い
ているため、有機化合物からなる被加工膜を、選択性お
よび量産性よく、かつマスク材の破裂を生ずることな
く、加工することが可能である。

【００１４】

【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。図１は、本発明の一実施
形態に係るパターン形成プロセスを工程順に示す断面図
である。

【００１５】まず、図１（ａ）に示すように、ウェハー
１上に有機化合物からなる被加工膜２を形成する。被加
工膜２を構成する有機化合物は、特に限定されることは
ないが、例えば、ノボラック樹脂、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
ンなどを挙げることができる。

【００１６】被加工膜２の用途は限定されることなく、
配線、電極、絶縁膜、或いは多層レジストプロセスの下
層レジストなどが挙げられる。用途によって膜厚は異な
るが、概ね２０〜１００００ｎｍの範囲にあることが好
ましい。その理由は、２０ｎｍ未満では被加工膜２が有
する作用を発揮することが難しくなり、１００００ｎｍ
を越えると、マスク材パターンを被加工膜２に転写する
際に、寸法変換差が顕著に発生し易いためである。

【００１７】次いで、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、２０〜５，０００ｎｍの範
囲にあることが好ましい。その理由は、膜厚が２０ｎｍ
未満では、被加工膜２のエッチングの途中でマスク材が
削れてなくなってしまい、被加工膜２を所望の寸法で加
工することが困難になり、５，０００ｎｍ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
差が顕著に発生するためである。

【００１８】また、マスク材３の露光波長におけるｎ、
ｋ値は、１．０≦ｎ≦２．５、０．０２≦ｋ≦１．０、
より好ましくは１．２≦ｎ≦２．２、０．１≦ｋ≦０．
７の範囲にあることが望ましく、ｎ値が１．０未満、或
いは２．５を越える場合、屈折率のレジストとのずれが
大きくなり、反射が増大するためである。また、ｋ値が
０．０２未満では吸収が低すぎて反射防止能が低下し、
逆に１．０を越えると屈折率のレジストとのずれが大き
くなり、吸収が高くなりすぎて反射防止能が低下するた
めである。

【００１９】マスク材３の形成方法としては、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、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
スク材形成方法について、詳述する。

【００２０】まず、ポリシロキサンと金属酸化物を溶解
してマスク材溶液を調製する。ポリシロキサンと金属酸
化物は異なる分子でも良いが、特に、本発明では、金属
酸化物が共重合したポリシロキサンを好適に用いること
ができる。その理由は、金属酸化物が結合したポリシロ
キサンは、被加工膜２のエッチング時に起こるマスク材
３の発泡防止効果がより高いためである。

【００２１】ポリシロキサンは、シリコンと酸素の結合
を含めば、特に限定されることはないが、例えば下記式
［１−１］〜［１−１０］により表わされる構造を有す
る化合物を挙げることができる。

【００２２】

【化１】

【００２３】

【化２】

【００２４】金属酸化物としては、金属と酸素の結合を
含めば特に限定されることはなく、例えば、酸化チタ
ン、酸化アルミニウム、酸化タングステンなどが挙げら
れ、より具体的には下記式［２−１］〜［２−６］によ
り表わされる構造を有する化合物を挙げることができ
る。

【００２５】

【化３】

【００２６】また、金属酸化物が共重合したポリシロキ
サンは、分子中に、金属と酸素の結合、及びシリコンと
酸素の結合を含めば特に限定されることはないが、例え
ば下記式［３−１］〜［３−９］により表わされる構造
を有する化合物を挙げることができる。

【００２７】

【化４】

【００２８】

【化５】

【００２９】ポリシロキサン、金属酸化物、及び金属酸
化物が結合したポリシロキサンには、有機成分、つまり
水素原子または炭素数１〜２０の置換もしくは非置換の
脂肪族炭化水素または芳香族炭化水素が含まれていても
良い。

【００３０】ポリシロキサン、金属酸化物、及び金属酸
化物が結合したポリシロキサンの分子量は、特に限定さ
れることはないが、２００〜２００，０００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てしまい、一方、１００，００
０を超えると、溶剤に溶解しにくく溶液材料を作成しに
くくなるためである。

【００３１】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。

【００３２】使用される溶剤は、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
エステール系溶剤、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。

【００３３】以上の方法でマスク材溶液を調製し、被加
工膜２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。加熱温度は、特に限定されることはないが、
１００〜５００℃の範囲が好ましく、１００℃未満では
溶媒が乾燥しにくく、５００℃を越えると被加工膜２が
変質する可能性があるためである。

【００３４】ベーキング後、得られたマスク材の炭素含
有量は、ベーキングの後のマスク材３の重量を１００ｗ
ｔ％とすると、３０ｗｔ％以下でなければならない。そ
の理由は、３０ｗｔ％を越えると、被加工膜２のエッチ
ング時にマスク材が発泡しやすくなるためである。即
ち、炭素含有量が増加することによって気体の透過性が
上がった結果、マスク材３と被加工膜２の界面にソース
ガスに蓄積し易くなるためと考えられる。

【００３５】ベークした後、得られたマスク材３の金属
原子の配合量は、ベーキング後のマスク材３の重量を１
００ｗｔ％とすると、好ましくは０．１〜８０ｗｔ％、
より好ましくは１〜５０ｗｔ％の範囲である。０．１ｗ
ｔ％未満では、マスク材に充分な吸収をもたせることが
困難となり、反射防止能が低下し、逆に８０ｗｔ％を越
えると、吸収が高くなりすぎて、反射防止能が低下する
場合があるためである。

【００３６】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、加熱処理を行い、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、１０〜１０，
０００ｎｍの範囲が好ましい。

【００３７】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、ポジ型レジストとし
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、日本合成ゴム社
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）などが挙げられる。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
メラニ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）などが挙げられるが、こ
れらに限定されることはない。

【００３８】これらのレジスト溶液をマスク材上に、例
えばスピンコーティング法、ディップ法などで塗布した
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。

【００３９】その後、レジスト膜４に対してパターン露
光を行って、レジストパターン５を形成する（図１
（ｃ））。露光光源については、水銀灯のｇ線（４３６
ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、或はＸｅＦ（波長＝３５
１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（波長＝３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（波
長＝２４８ｎｍ）、ＫｒＣｌ（波長＝２２２ｎｍ）、Ａ
ｒＦ（波長＝１９３ｎｍ）、Ｆ２（波長＝１５１ｎｍ）
等のエキシマレーザーを挙げることができる。

【００４０】本発明に用いるマスク材は、露光光源とし
て紫外光を用いた場合、反射防止膜として好適に作用す
るが、露光光源として、Ｘ線、電子ビーム、イオンビー
ムなどを用いてることも可能である。露光終了後、必要
に応じてポストエスク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
って、レジストパターンを形成する。

【００４１】次に、ドライエッチング法を用いて、レジ
ストパターンのパターン形状をマスク材に転写して、マ
スク材パターン６を形成する（図２（ｄ））。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。ソースガスとしては、フッ素原子を含
むガスを用いることが好ましい。

【００４２】次いで、ドライエッチング法を用いて、マ
スク材パターン６のパターン形状を被加工膜２に転写
し、被加工膜パターン７を形成する（図２（ｅ））。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。

【００４３】ソースガスとしては、酸素原子を含むガス
を用いることが好ましく、本発明に用いるマスク材は、
酸素原子を含むガスを用い、放電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、被加工膜２を異方性良く加工することが可能
になる。

【００４４】酸素原子を含むソースガスとして、Ｏ_２、
ＣＯ、ＣＯ_２などが挙げられる。さらに、ソースガスに
は窒素原子、或いは硫黄原子を含むことが好ましく、そ
の理由は、被加工膜を異方性良く加工できるからであ
る。この他に、Ａｒ、Ｈｅなどのガスを含んでも良い。

【００４５】以上のようにして、被加工膜をエッチング
することにより、マスク材パターン６を発泡・破裂させ
ることなく、被加工膜２をエッチングすることが出来
た。本発明のパターン形成方法で用いたマスク材は、気
体の透過性が低く、被加工膜２をドライエッチングする
際に用いたソースガスが、被加工膜２とマスク材パター
ン６の界面に溜りにくくなったため、マスク材パターン
６の破裂を防止することができたものと考えられる。

【００４６】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明につい
てより具体的に説明する。実施例１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ィングした後、ホットプレ
ートで３５０℃で２分間ベーキングを行って、膜厚７０
０ｎｍの層間絶縁膜２を形成した。

【００４７】次に、被加工膜２上に以下の（Ｓ１）〜
（Ｓ６）に記載の方法でマスク材３を形成した（図１
（ａ））。

【００４８】（Ｓ１）：式［１−１］により表わされる
構造を有するポリシロキサン（平均重量分子量Ｍｗ＝１
２，０００）９ｇと、式［２−１］により表わされる構
造を有する金属酸化物（Ｍｗ＝８，０００）の１ｇをシ
クロヘキサン９０ｇに溶解して、マスク材溶液を調製し
た後、スピンコーティング法を用いて被加工膜２上に塗
布した後、大気中で３００℃で６０秒間ベーキングを行
なって、マスク材３を形成した。

【００４９】（Ｓ２）：式［１−９］により表わされる
構造を有するポリシロキサン（Ｍｗ＝８０００、ｍ／ｎ
＝１／１）９ｇと、式［２−１］により表わされる構造
を有する金属酸化物（Ｍｗ＝１０，０００）１ｇをシク
ロヘキサン９０ｇに溶解してマスク材溶液を調製して、
（Ｓ１）と同様にしてマスク材３を形成した。

【００５０】（Ｓ３）：式［１−４］により表わされる
構造を有するポリシロキサン（Ｍｗ＝８０００）９ｇ
と、式［２−１］により表わされる構造を有する金属酸
化物（Ｍｗ＝９，０００の）１ｇをシクロヘキサン９０
ｇに溶解してマスク材溶液を調製して、（Ｓ１）と同様
にしてマスク材３を形成した。

【００５１】（Ｓ４）：式［１−１］により表わされる
構造を有するポリシロキサン（Ｍｗ＝１０，０００）９
ｇと、式［２−４］により表わされる構造を有する金属
酸化物（Ｍｗ＝７，０００）１ｇをシクロヘキサン９０
ｇに溶解してマスク材溶液を調製して、（Ｓ１）と同様
にしてマスク材３を形成した。

【００５２】（Ｓ５）：式［３−３］により表わされる
構造を有する金属酸化物が共重合したポリシロキサン
（Ｍｗ＝１０，０００、ｍ／ｎ＝１／１）１０ｇをシク
ロヘキサン９０ｇに溶解してマスク材溶液を調製して、
（Ｓ１）と同様にしてマスク材３を形成した。

【００５３】（Ｓ６）：式［３−８］により表わされる
構造を有する金属酸化物が共重合したポリシロキサン
（Ｍｗ＝１０，０００、ｍ／ｎ＝１／１）１０ｇをシク
ロヘキサン９０ｇに溶解してマスク材溶液を調製して、
（Ｓ１）と同様にしてマスク材３を形成した。

【００５４】上述の（Ｓ１）〜（Ｓ３）の方法におい
て、金属酸化物を添加しなかった場合の比較例として、
以下の（Ｒ１）〜（Ｒ３）の方法でマスク材を形成し
た。

【００５５】（Ｒ１）：（Ｓ１）で用いたポリシロキサ
ン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
キングを行なってマスク材を形成した。

【００５６】（Ｒ２）：（Ｓ２）で用いたポリシロキサ
ン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
キングを行なってマスク材を形成した。

【００５７】（Ｒ３）：（Ｓ３）で用いたポリシロキサ
ン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
キングを行なってマスク材を形成した。

【００５８】さらに、実施例の（Ｓ１）の方法におい
て、マスク材中の炭素含有量が３０ｗｔ％以上の比較例
として、以下の（Ｒ４）〜（Ｒ７）の方法でマスク材を
形成した。

【００５９】（Ｒ４）：式［１−１０］により表わされ
る構造を有するポリシロキサン（Ｍｗ＝１２０００、ｍ
／ｎ＝５／１）９ｇ、（Ｓ１）で用いた金属酸化物１ｇ
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
行なってマスク材を形成した。

【００６０】（Ｒ５）：式［１−５］により表わされる
構造を有するポリシロキサン（Ｍｗ＝１２０００）９
ｇ、（Ｓ１）で用いた金属酸化物１ｇ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、ベーキングを行なってマスク材
を形成した。

【００６１】（Ｒ６）：（Ｓ１）で用いたポリシロキサ
ン８ｇ、染料としてポリアニリンブラック２ｇ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、
（Ｓ１）と同様の方法で塗布し、ベーキングを行なって
マスク材を形成した。

【００６２】（Ｒ７）：（Ｓ１）で用いた金属酸化物１
０ｇ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
グを行なってマスク材を形成した。

【００６３】以上の方法で形成した各マスク材の露光波
長における複素屈折率を測定した。また、元素分析法に
より、マスク材中の炭素含有量を調べた。それらの測定
結果を下記表１に示す。なお、マスク材中の炭素含有量
は、ベーク後のマスク材の固形分を１００ｗｔ％とした
数値である。

【００６４】次に、マスク材３上に、式［４−１］によ
り表わされる構造を有する、平均重量分子量１２，００
０の溶解抑止剤９ｇと、式［４−２］により表わされる
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ィング法で塗布した
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（図１（ｂ））。

【００６５】

【化６】

【００６６】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
って、１２０ｎｍラインアンドスペースパターン５を形
成した（図１（ｃ））。

【００６７】レジストの膜厚を１５０〜２５０ｎｍの範
囲内で変化させて、レジストパターン５の寸法を調べ
た。（Ｒ１）のマスク材を用いた場合のレジストパター
ン５の寸法のレジスト膜厚依存性を図３に示す。

【００６８】図３から、レジストパターン５の寸法は、
レジスト膜厚に対して正弦波状に変化しており、露光光
がマスク材３で反射してレジスト膜中で定在波が発生し
ているものと考えられる。

【００６９】図３のように定義した定在波による寸法変
動量を、他のマスク材でも測定した結果を下記表１に示
す。下記表１から、（Ｓ１）〜（Ｓ６）及び（Ｒ４）〜
（Ｒ６）は、許容値の１２ｎｍ以下に寸法変動量が抑え
られている。（Ｒ１）〜（Ｒ３）及び（Ｒ７）では寸法
変動量が許容値の１２ｎｍ以上になっていることがわか
る。また、（Ｒ１）〜（Ｒ３）では消衰係数ｋが低く、
露光光を充分に吸収できないため反射率が上昇し、（Ｒ
７）では消衰係数ｋが高過ぎてレジストとの屈折率のず
れが増し、反射率が上昇した。その結果、レジスト膜中
に定在波が発生し、寸法変動量が大きくなったものと考
えられる。

【００７０】次に、ドライエッチング法を用いて、レジ
ストパターン５をマスク材に転写してマスク材パターン
６を形成した（図２（ｄ））。エッチャーとしてはマグ
ネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、エッチ
ングガスとして流量２０／１００／２００ｓｃｃのＣＦ
_４／Ｏ_２／Ａｒを用いて、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。その結果、何れのマスク材を用いた場合
も、図２（ｄ）に示すように、異方性良く加工を行なう
ことができた。

【００７１】次に、ドライエッチング法を用いて、マス
ク材パターン６を被加工膜に転写して被加工膜パターン
７を形成した（図２（ｅ））。エッチャーとしてはマグ
ネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、流量Ｓ
Ｏ_２／Ｏ_２＝２０／１０ｓｃｃｍ、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。

【００７２】マスク材がＳＯＧのみからなる場合、或い
は炭素含有量が約３０ｗｔ％を越える場合には、図２
（ｅ’）に示すように、被加工膜のエッチング中にマス
ク材８の発泡が見られた。発泡の数を調べた結果を下記
表１に示す。

【００７３】下記表１から明らかなように、（Ｓ１）〜
（Ｓ６）の方法で形成したマスク材、つまり、マスク材
の炭素含有量が概ね３０ｗｔ％以下で、かつポリシロキ
サンと金属酸化物の混合系からなるマスク材を用いた場
合には発泡が見られなかった。

【００７４】発泡の原因は、被加工膜をエッチングする
際に、マスク材を透過したソースガスがマスク材と被加
工膜の界面に溜ってマスク材を破裂させたと考えること
ができる。マスク材の炭素含有量が３０ｗｔ％以下で、
かつ金属酸化物が共重合したポリシロキサンはガス透過
性が低く、被加工膜のエッチングに用いたソースガスが
マスク材を透過しにくいため、マスク材と被加工膜の界
面にソースガスが溜りにくく発泡が起こりにくくなった
と考えられる。或いは、ガス透過性が極めて高く、マス
ク材をソースガスが透過しても逃げやすく、ソースガス
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
とも考えられる。

【００７５】さらに、被加工膜のテーパー角を測定した
結果を下記表１に示す。下記表１から明らかなように、
（Ｓ１）〜（Ｓ６）、（Ｒ１）〜（Ｒ３）及び（Ｒ５）
の方法で形成したマスク材を用いた場合、許容値の８７
°以上と異方性良く加工されているのに対して、（Ｒ
４）〜（Ｒ６）では許容値以下で被加工膜を所望の形状
で加工することができなかった。

【００７６】マスク材及び被加工膜のエッチングレート
を調べ、被加工膜のマスク材に対するエッチング選択比
（＝被加工膜のエッチレート／マスク材のエッチレー
ト）を算出した結果を下記表１に示す。

【００７７】下記表１から、許容値以上の異方性が達成
できたマスク材は高いエッチング耐性を有しているが、
異方性が得られなかったマスク材のエッチング耐性は低
いことが分かる。マスク材中の有機成分の含有量が高い
ほどエッチング耐性が低下する傾向があるが、これは、
有機成分が酸素系プラズマで灰化し、揮発性物質に変化
するためと考えられる。

【００７８】以上のことから、ポリシロキサンと金属酸
化物の混合系からなるマスク材のみが反射防止能、酸素
系プラズマに対する耐性で許容値以上の特性を示すこと
が分かる。

【００７９】

【表１】

【００８０】実施例２実施例１で被加工膜のエッチングに窒素を含むソースガ
スを用いた場合について説明する。まず、実施例１と同
様にして、マスク材パターン６の形成までの加工を行な
った。

【００８１】次に、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（図２
（ｅ））。エッチャーとしてはマグネトロン型反応性イ
オンエッチング装置を用い、エッチングガスとして流量
５／１００ｓｃｃｍのＮ_２／Ｏ_２を用い、真空度７５ｍ
Ｔ、励起密度１．３Ｗ／、基板温度４０℃の条件でエッ
チングを行なった。

【００８２】被加工膜２をエッチングした時に生じるマ
スク材の発泡の数を実施例１と同様にして調べた結果を
下記表２に示す。下記表２から明らかなように、（Ｓ
１）〜（Ｓ６）のマスク材では、発泡が数個発生してい
るが、金属酸化物を共重合させたポリシロキサンでは発
泡が全く見られなかった。

【００８３】本発明では、金属酸化物とポリシロキサン
は、必ずしも共重合している必要はないが、発泡を好適
に抑えるために、金属酸化物が共重合したポリシロキサ
ンを用いることが望ましい。マスク材として金属酸化物
が共重合したポリシロキサンを用いることにより発泡が
より抑えられるのは、マスク材の気体の透過性が低下し
て、エッチングガスがマスク材と被加工膜との界面で溜
りにくくなったためと考えられる。或いは、ガス透過性
が極めて高く、マスク材をソースガスが透過しても逃げ
やすく、ソース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も考えられる。

【００８４】更に、被加工膜のテーパー角、被加工膜の
マスク材に対するエッチング選択比を調べた結果を下記
表２に示す。下記表２から明らかなように、被加工膜の
エッチング条件を変えても、本発明のマスク材のエッチ
ング選択比は充分高く、テーパー角が許容値以上であっ
て異方性良く被加工膜をエッチングすることができた。

【００８５】

【表２】

【００８６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よると、ポリシロキサンと金属酸化物を含むマスク材溶
液から形成された炭素含有量が３０ｗｔ％以下のマスク
材を用いているため、有機化合物からなる被加工膜を、
選択性および量産性よく、かつマスク材の破裂を生ずる
ことなく、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。

【図３】レジストパターンの寸法のレジスト膜厚依存性
を示す特性図。

【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…発泡したマスク材パターン

フロントページの続きＦターム(参考） 2H025 AA02 AA13 AA14 AB16 AC08 AD03 DA19 DA40 FA41 2H095 BB08 BB16 BB27 BB31 BC01 BC08 2H096 AA25 BA09 CA05 CA20 EA05 HA24 5F004 BA13 BA14 BA20 BB14 DA00 DA01 DA23 DA24 DA25 DA26 DB23 EA02 5F046 NA01 NA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）有機化合物からなる被加工膜上に、
ポリシロキサンと金属酸化物を含むマスク材溶液を塗布
し、加熱することにより、炭素含有量が３０ｗｔ％以下
のマスク材を形成する工程と、（ｂ）前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程と、（ｃ）前記レジスト膜に対してパターン露光を行なって
レジストパターンを形成する工程と、（ｄ）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と、（ｅ）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とを具備することを特
徴とするパターン形成方法。
【請求項２】前記ポリシロキサンと前記金属酸化物が共
重合していることを特徴とする請求項１に記載のパター
ン形成方法。
【請求項３】前記マスク材の前記パターン露光時の露光
波長におけるｎ，ｋ値が１．０≦ｎ≦２．５、０．０２
≦ｋ≦１．０の範囲であることを特徴とする請求項１に
記載のパターン形成方法。
【請求項４】前記工程（ｄ）における前記マスク材パタ
ーンの形成は、フッ素原子を含むソースガスを用いたド
ライエッチング法により行われることを特徴とする請求
項１に記載のパターン形成方法。
【請求項５】前記工程（ｅ）における前記被加工膜パタ
ーンの形成は、酸素原子を含むソースガスを用いたドラ
イエッチング法により行われることを特徴とする請求項
１に記載のパターン形成方法。
【請求項６】前記ソースガスが、窒素原子或いは硫黄原
子をさらに含有することを特徴とする請求項４に記載の
パターン形成方法。