JP2002343767A

JP2002343767A - パターン形成方法

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Publication number: JP2002343767A
Application number: JP2001143065A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Sato; 康彦佐藤; Kiyonobu Onishi; 廉伸大西
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2002-11-29

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置の製造等の場合、被加工膜に加工精
度良くパターンを形成する上では、マスク材のエッチン
グ耐性を高めることが重要になる。【解決手段】被加工膜１０３（例：絶縁膜）上に、半導
体元素（例：Ｓｉ）と酸素との結合、或いは金属元素
（例：Ａｌ）と酸素との結合を有する酸化化合物を材料
に用い、マスク材である中間膜１０４を形成する。その
後、中間膜１０４に、エネルギービーム１０５（例：フ
ラッシュランプ光）を照射し、密度の高い中間膜１０４
−１を形成する。その後、中間膜１０４−１上に形成さ
れた、レジストパターン１０７をマスクにして、中間膜
パターン１０８を形成する。その後、中間膜パターン１
０８をマスクに用い、被加工膜１０３をドライエッチン
グして、被加工膜パターン１０９を形成する。マスク材
のエッチング耐性が向上し、被加工膜には、寸法制御性
良くパターンが形成される。

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
に係わり、特に、半導体装置の製造において、半導体基
板上にパターンを形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を製造する過程では、半導体
基板上に被加工膜（例：絶縁膜、導電膜）を形成し、エ
ッチングによって、被加工膜に所定の寸法及び形状のパ
ターンを形成する工程が多数回行われる。

【０００３】被加工膜にパターンを形成する過程では、
一般に、フォトレジスト（以下、レジストとする）と呼
ばれる感光性材料を用い、所謂、露光工程、現像処理工
程等を行う、リソグラフィー技術が用いられる。

【０００４】リソグラフィー技術を用いた場合には、以
下のような手順で、被加工膜にパターンを形成する。即
ち、先ず、被加工膜上にレジスト膜を塗布形成し、露光
用マスク（＝レティクル）介して、レジスト膜の所定の
領域にパターン露光を施す。次に、露光後のレジスト膜
に現像処理工程を施し、露光部または未露光部を除去し
てレジストパターンを形成する。次に、このレジストパ
ターンをマスクにして、ドライエッチング技術を用い、
被加工膜にパターンを形成する。

【０００５】近年では、レジスト膜に露光を施す場合、
解像度の向上、スループット等の観点から、短波長の露
光光を使用することが求められ、例えば、ＫｒＦエキシ
マレーザー、またはＡｒＦエキシマレーザー等の紫外光
を発する光源が用いられている。また、ＬＳＩの微細化
が進展するに伴い、必要な解像度が露光光の波長以下に
なり、露光量余裕度、フォーカス余裕度等、露光プロセ
ス上の余裕度が不足してきている。

【０００６】これらのプロセス余裕度（＝プロセスマー
ジン）を補うには、レジスト膜の膜厚を更に薄くして解
像性を向上させることが有効だが、一方では、被加工膜
をエッチングする過程で、マスク材として必要なレジス
ト膜の膜厚を確保できなくなるという問題が生じる。

【０００７】この問題を解決するためには、例えば、レ
ジストパターンを、一旦、下層の膜に転写して、同寸法
及び同形状のパターンを形成し、その後、この下層の膜
のパターンをマスクにして、ドライエッチングを行い、
このマスクと同寸法及び同形状のパターンを被加工膜に
形成するパターンの転写方法が用られる。このようなパ
ターンの転写方法は、所謂、多層レジスト法等で利用さ
れている。

【０００８】尚、この場合、下層の膜には、有機シリコ
ン酸化膜等、塗布法で形成されるＳＯＧ（Spin-on-Glas
s）膜が使用される。ＳＯＧ膜には、スピンコーティン
グ法等、簡易な塗布法で成膜することができ、経済性に
優れているという特長がある。

【０００９】しかしながら、ＳＯＧ膜は、ＣＶＤ法、或
はスパッタリング法等といった物理化学的な成膜方法に
よって形成された膜に比べ、膜の構造が低密度である。
それゆえに、被加工膜をエッチングする過程でマスク材
に用いた場合、ＣＶＤ法、或はスパッタリング法等によ
って成膜された膜よりもエッチング耐性が低く、被加工
膜のパターンに加工変換差が生じるという問題があっ
た。

【００１０】尚、被加工膜のパターンの加工変換差と
は、マスクパターンの寸法値と加工後の被加工膜の寸法
値との差を示すもので、マスクパターンを被加工膜に転
写する過程でのエッチングの加工精度を表すものであ
る。

【００１１】以上を鑑み、多層レジスト法を含め、被加
工膜に加工精度良くパターンを形成する上では、マスク
材のエッチング耐性を高めることが重要になる。従っ
て、本発明は、パターンの転写プロセスにおいて、ＳＯ
Ｇ膜等がマスク材に用いられた場合に、マスク材のエッ
チング耐性を向上させ、被加工膜を寸法制御性良くエッ
チング加工することを目的とする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、被加
工膜にパターンを形成する過程で、ＳＯＧ膜等がマスク
材に用いられた場合に、マスク材のエッチング耐性を向
上させ、被加工膜を寸法制御性良くエッチング加工する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、被加工膜上
に、半導体元素と酸素との結合、または金属元素と酸素
との結合を有する化合物を含むマスク材を形成する工程
と、前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜にレジストパターンを形成する工程
と、前記レジストパターンをマスクにして、前記マス
ク材にパターンを形成する工程と、前記マスク材に形成
されたパターンをマスクにして、前記被加工膜をドライ
エッチングし、被加工膜パターンを形成する工程とを有
し、前記マスク材、または前記マスク材に形成されたパ
ターンに前記エネルギービームを照射することを特徴と
するパターン形成方法を提供するものである。

【００１４】本発明によれば、被加工膜にパターンを形
成する過程で、マスク材のエッチング耐性を向上させ、
被加工膜を寸法制御性良くエッチング加工することがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図１（ａ）乃至（ｆ）を参
照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００１６】先ず、シリコン基板１０１上に、金属配線
層１０２等を介して、被加工膜１０３として、例えば、
層間絶縁膜を形成する。

【００１７】尚、被加工膜１０３は特に限定されること
はない。例えば、絶縁材料の他に、アルミニウム（Ａ
ｌ）、アルミニウムシリサイド（ＡｌＳｉ）、銅（Ｃ
ｕ）、タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド
（ＷＳｉ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等
の導電性材料、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓ
ｉ）等の半導体材料を用いることができる。また、絶縁
性材料であれば、有機系材料の他、酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化窒化シリコン（Ｓ
ｉＯＮ）、有機樹脂等を挙げることができる。

【００１８】公知の如く、被加工膜にパターンを形成す
る過程では、被加工膜上に形成されるマスク材のパター
ンを用いて、エッチング工程が行われる。また、このマ
スク材のパターンは、より上層の膜に形成されたパター
ンを、公知の方法でマスク材に転写することによって形
成される。従って、被加工膜１０３にパターンを形成す
る場合には、後述するように、上層の膜から、マスク材
を介して、下層に位置する被加工膜１０３に、ドライエ
ッチング等を用いて順次パターンが転写されることにな
る。

【００１９】以上より、本実施の形態では、被加工膜１
０３にパターンを形成する過程で、上層膜と下層の被加
工膜との間に位置するマスク材を中間膜と定義する。即
ち、中間膜とは、被加工膜にパターンを形成する過程
で、直接マスク材として作用するものである。

【００２０】本実施の形態において、マスク材である中
間膜は、半導体元素と酸素との結合、または金属元素と
酸素との結合を有する化合物を含む。従って、この中間
膜にエネルギービームを照射すると、高エッチング耐性
を示し、特に、被加工膜１０３が有機系材料の場合に
は、マスク材として好適に用いることができるようにな
る。

【００２１】この場合、被加工膜として、有機系材料
は、多層レジスト法に用いる下層レジスト、または低誘
電の絶縁膜等に用いられる。また、具体的な材料として
は、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、ポリイミド、ポリア
リーレンエーテル、カーボン等の炭素原子を含む有機系
材料等が挙げられる。

【００２２】また、被加工膜に有機系材料を用いる場
合、炭素含有量は１０ｗｔ％以上であることが好まし
い。その理由は、エッチングを行う過程で、炭素含有量
が１０ｗｔ％以下では、中間膜との選択比（＝エッチン
グレートの差）が小さくなるからである。また、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以下で
は被加工膜がもった作用を発揮することが難しくなり、
１００００ｎｍ以上では、中間膜パターンを被加工膜に
転写する過程で、加工変換差が顕著に発生するためであ
る。

【００２３】図１（ａ）乃至（ｆ）は、各パターンの長
さ方向に平行な方向の断面図を表す。

【００２４】先ず、シリコン基板１０１上に、所定の絶
縁膜（特に図示せず）を介して、金属配線層１０２を形
成する。次いで、金属配線層１０２上に、被加工膜１０
３として層間絶縁膜を形成する。

【００２５】次に、被加工膜１０３上に、マスク材であ
る中間膜１０４を形成する（図１（ａ）を参照する）。

【００２６】被加工膜１０３の膜厚が２０〜１００００
ｎｍの範囲にある場合、中間膜１０４の膜厚は、２０〜
５０００ｎｍの範囲にあることが好ましい。その理由
は、中間膜１０４の膜厚が２０ｎｍより薄い場合、被加
工膜１０３をエッチングする過程で、マスクとなる中間
膜１０４が消費されてしまい、被加工膜１０３を所定の
寸法及び形状に加工することが困難になるからである。
また、中間膜１０４の膜厚が５０００ｎｍより厚い場
合、上層のレジストパターンを中間膜１０４に転写する
過程で、中間膜１０４のパターンに寸法の加工変換差が
顕著に発生するためである。

【００２７】また、中間膜１０４は、塗布法を用いて形
成すると良い。その理由は、塗布法は、ＣＶＤ（Chemic
al−Vapour−Deposition）法と比べ、条件設定、工程
数、及び所要時間等、プロセスが簡易であり、従って、
プロセス上のコストを低く抑えることができるからであ
る。

【００２８】以下に、塗布法を用い、マスク材である中
間膜１０４を形成する場合について詳述する。

【００２９】まず、半導体元素と酸素との結合、或いは
金属元素と酸素との結合を有する酸化化合物を溶剤に溶
解させ、中間膜１０４の材料となる溶液を調整する。

【００３０】この場合、半導体元素としては、例えば、
ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコン（Ｓｉ）等を挙げるこ
とができる。また、金属元素としては、例えば、アルミ
ニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）、ジルコニウム（Ｚｉ）、タングステン（Ｗ）等を
挙げることができる。

【００３１】尚、半導体材料としてシリコン（Ｓｉ）を
使用する場合、半導体装置の製造工程では、中間膜１０
４の材料を調製する上で、前述の半導体元素において、
シリコン（Ｓｉ）を使用することが好ましい。その理由
は、半導体装置を製造する過程では、シリコン（Ｓｉ）
以外の半導体元素、または金属元素を使用した場合、所
謂、コンタミ汚染を引き起こす場合があるからである。

【００３２】以上のような酸化化合物の具体例として
は、例えば、下記式（１）、（２）に記載する化合物等
を挙げることができる。

【００３３】

【化１】

【００３４】

【化２】

【００３５】式（１）、（２）に示すように、半導体元
素、或いは金属元素の各々には、水素基、水酸基、或い
は炭素を含む官能基が置換基として結合していることが
好ましい。その理由は、後の工程（図１（ｂ）を参照す
る）に示すように、エネルギービーム１０５を照射する
ことによって、これらの置換基が脱離し、緻密化と酸化
が進行して、マスク材としてのエッチング耐性が向上す
るからである。また、置換基が水酸基の場合には、エネ
ルギービーム１０５を照射することによって、水酸基が
脱水縮合し、その結果、中間膜１０４は緻密化され、マ
スク材としてのエッチング耐性が向上するからである。

【００３６】また、式（１）、（２）に示す酸化化合物
の分子量は、特に限定されることはないが、溶液中にお
いては、１００〜１００、０００程度の範囲内にあるこ
とが好ましい。その理由は、分子量の値が１００未満で
あると、シリコン基板１０１上に塗布形成された後、ベ
ーキング処理工程で昇華しやすくなり、一方、分子量の
値が１００、０００を超えると、溶剤に十分に溶解され
ず、溶液材料を調製することが困難になるためである。

【００３７】また、中間膜１０４の材料となる溶液に
は、エネルギービーム１０５を吸収する化合物を添加し
て調製しても良い。その理由は、このような化合物を添
加することによって、後のエネルギービームを照射する
工程（図１（ｂ）を参照する）で、中間膜１０４が、エ
ネルギービーム１０５を吸収して高温に加熱され、緻密
化されるからである。

【００３８】また、エネルギービーム１０５を照射する
手段として、フラッシュランプを用いることが好まし
い。その理由は、照射強度が大きく、マスク材である中
間膜１０４の緻密化、または酸化を促進させることがで
きるからである。

【００３９】この場合、エネルギービーム１０５を吸収
する化合物は、フラッシュランプの出力波長領域（＝３
００〜７００ｎｍ）において、光を吸収する化合物であ
る必要がある。従って、例えば、クマリン、クルクミン
等の染料、ジアゾナフトキノン等の感光剤、または、ポ
リサリフォン、ポリイミド、ポリシラン等のポリマー材
等を挙げることができる。

【００４０】また、酸化化合物と、エネルギービームを
吸収する化合物は同一であってもよい。例えば、半導体
元素と酸素とが結合した化合物、或いは金属元素と酸素
とが結合した化合物が、エネルギービームを吸収する化
合物であっても良い。また、酸化化合物とエネルギービ
ームを吸収する化合物が共重合した化合物であっても良
い。また、酸化化合物の側鎖にエネルギービームを吸収
する置換基が結合した化合物であっても良い。このよう
な化合物としては、フラッシュランプを用いてエネルギ
ービームを照射する場合、例えば、前述の式（１）の１
−６、１−７、または、式（２）の２−１乃至２−５に
記載する化合物等を挙げることができる。

【００４１】また、中間膜１０４の材料となる溶液に
は、必要に応じて、貯蔵安定性を図るために熱重合防止
剤を添加して調製することもできる。その他にも、中間
膜１０４の材料となる溶液に、被加工膜への密着性を向
上させる密着性向上剤、導電性物質、光、熱で導電性が
生じる物質、または、塗布性を向上させる界面活性剤を
添加して調製してもよい。

【００４２】また、溶剤（＝溶媒）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、水等を挙げることが
できる。

【００４３】以上の方法で、中間膜１０４の材料となる
溶液を調整し、スピンコーティング法等によって、この
溶液を被加工膜１０３上に塗布形成し、その後、加熱処
理を行って溶剤を気化させ、中間膜１０４を被加工膜１
０３上に形成する。ここで、加熱処理の温度は特に限定
されることはないが、１００〜５００℃の範囲にあるこ
とが好ましい。その理由は、１００℃以下であれば，塗
布膜から溶剤を十分に気化させることできず、５００℃
以上であれば、被加工膜１０３等が熱の影響で変質する
可能性があるからである。

【００４４】加熱処理後、中間膜１０４の固形分を１０
０重量部とした場合、中間膜１０４に含まれる半導体元
素、或いは金属元素の含有率は、５〜９８重量部の範囲
にあることが好ましい。その理由は、含有率が５重量部
未満であると、中間膜１０４に有機成分が過度に含まれ
ることになり、後の工程（図１（ｂ）を参照する）で中
間膜１０４にエネルギービーム１０５を照射しても、置
換基を充分に揮発させることが困難になるからである。
また、含有率が９８重量部を越えると、酸化化合物が溶
剤に十分には溶解せず、塗布性が劣化し、被加工膜１０
３上に中間膜１０４を均一な膜厚で塗布形成することが
困難になるからである。

【００４５】次に、中間膜１０４にエネルギービーム１
０５を照射する（図１（ｂ）を参照する）。中間膜１０
４に含まれる置換基は分解しやすいために、被加工膜１
０３をエッチングする過程でマスクに用いた場合、エッ
チング耐性を劣化させる原因になる。しかしながら、エ
ネルギービーム１０５を照射することで置換基を脱離さ
せ、酸化を促進させることで、中間膜１０４を緻密な状
態に改質し、マスク材としてのエッチング耐性を高める
ことができる。

【００４６】エネルギービーム１０５としては、光、或
は電子ビームを用いる。光を用いる場合には、その波長
領域は１００〜７００ｎｍの範囲に在ることが好まし
い。従って、中間膜１０４には、この波長領域の範囲に
在るように調整し、光を照射すれば良い。また、照射量
については限定されることはないが、光を用いた場合に
は、１ｍＪ／ｃｍ²〜１００Ｊ／ｃｍ²の範囲にあること
が好ましく、電子ビームを用いた場合には、１μＣ／ｃ
ｍ²〜１００Ｃ／ｃｍ²の範囲にあることが好ましい。そ
の理由は、光を用いた場合、１ｍＪ／ｃｍ²以下では、
照射量が小さく十分に中間膜１０４を緻密化することが
難しく、１００Ｊ／ｃｍ²以上では、照射量が高すぎて
スループットが低下してしまうからである。また、電子
ビームを用いた場合には、１μＣ／ｃｍ²以下であれ
ば、照射量が小さく十分に中間膜１０４を緻密化するこ
とが難しく、１００Ｃ／ｃｍ²以上では、照射量が高す
ぎてスループットが低下してしまうからである。

【００４７】また、シリコン基板１０１を加熱した状態
で、中間膜１０４にエネルギービーム１０５を照射して
もよい。この場合、低エネルギー、且つ低照射量でエネ
ルギービームを中間膜に照射し、緻密化することができ
る。

【００４８】次に、中間膜１０４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１０６を形成する
（図１（ｃ）を参照する）。

【００４９】レジスト膜１０６の膜厚を薄くすれば、そ
れだけ、露光時の露光量余裕度、フォーカス余裕度、或
は解像度を向上させることができる。それゆえ、中間膜
１０４を寸法制御性よくエッチング加工できるかぎりに
おいて、できるだけ、レジスト膜１０６の膜厚は薄くす
る。従って、中間膜１０４の膜厚が２０〜５０００ｎｍ
であれば、レジスト膜１０６の膜厚は、１０〜１０００
０ｎｍの範囲にあることが好ましい。

【００５０】ここで、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。また、レジスト溶液を調
製する場合には、下記式（３）に示す材料等を用い、レ
ジスト膜を形成することができる。

【００５１】

【化３】

【００５２】ポジ型のレジストとしては、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、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）等が挙
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、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）、または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）等が挙げられるが、これらの材料に限定される
ことはない。

【００５３】これらの材料を含むレジスト溶液を中間膜
１０４上に、例えば、スピンコーティング法、ディップ
法などで塗布形成した後、加熱処理して溶剤を気化さ
せ、レジスト膜１０６を形成する。

【００５４】次に、レジスト膜１０６に、露光用マスク
（＝レティクル）を介して、パター露光を照射する。

【００５５】ここで、露光光源には、水銀灯のｇ線（波
長＝４３６ｎｍ）、ｉ線（波長＝３６５ｎｍ）、或は、
ＸｅＦ（波長＝３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（波長＝３０８
ｎｍ）、ＫｒＦ（波長＝２４８ｎｍ）、ＫｒＣｌ（波長
＝２２２ｎｍ）、ＡｒＦ（波長＝１９３ｎｍ）、Ｆ
_２（波長＝１５１ｎｍ）等のエキシマレーザー、Ｘ線、
電子ビーム、イオンビーム等を用いることができる。

【００５６】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う。その後、ＴＭＡＨ、コリン
等のアルカリ性現像液を供給して現像処理を行い、レジ
スト膜１０６にレジストパターン１０７を形成する（図
１（ｄ）を参照する）。

【００５７】次に、エッチングによって、レジストパタ
ーン１０７を中間膜１０４に転写して、中間膜パターン
１０８を形成する（図１（ｅ）を参照する）。

【００５８】この場合、エッチングの方式としては、中
間膜１０４を微細加工することが可能なものであれば、
特に限定されることはない。例えば、ウェットエッチン
グ方法、或は、ドライエッチング方法であれば、反応性
イオンエッチング法、マグネトロン型反応性イオンエッ
チング法、電子ビームイオンエッチング法、ＩＣＰエッ
チング法、またはＥＣＲイオンエッチング法等のドライ
エッチング方法が挙げられる。また、ドライエッチング
方法を用いる場合には、フッ素原子（Ｆ）を含むソース
ガスを用いることが好ましく、その場合、中間膜１０４
を寸法精度良く加工することができる。

【００５９】次に、ドライエッチング法を用いて、中間
膜パターン１０８を被加工膜１０３に転写して被加工膜
パターン１０９を形成する（図１（ｆ）を参照する）。

【００６０】この場合、ドライエッチングの方式として
は、被加工膜１０３を微細加工することが可能なもので
あれば、特に限定されることはない。被加工膜１０３
は、前述の如く、例えば、反応性イオンエッチング法、
マグネトロン型反応性イオンエッチング法、電子ビーム
イオンエッチング法、ＩＣＰエッチング法、またはＥＣ
Ｒイオンエッチング法等、微細加工が可能なものであれ
ば特に限定されることはない。ソースガスとしては、酸
素原子（Ｆ）、窒素原子（Ｎ）、塩素原子（Ｃｌ）、臭
素原子（Ｂｒ）からなる群のうち、少なくとも何れか一
つを含むガスを用いることが好ましい。これらの原子を
含むガスを用いて放電させて得られたエッチャントに対
して、無機元素と酸素の結合をもった化合物は、不活性
であるため中間膜として好適に作用する。

【００６１】特に、エネルギービームを照射して中間膜
を緻密化しているので、更に高いエッチング耐性が得ら
れ、被加工膜１０３を異方性良くエッチング加工するこ
とが可能になる。酸素原子を含むエッチングガスとして
は、Ｏ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、窒素原子を含むエッチングガス
としては、Ｎ₂, ＮＨ₃、塩素原子を含むエッチングガス
としては、Ｃｌ₂、ＨＣｌ、ＢＣｌ₃、また、臭素原子を
含むエッチングガスとしては、ＨＢｒ、Ｂｒ₂を挙げる
ことができる。これらのエッチングガスは、混合して使
用しても良い。さらに、エッチングガスには、硫黄原子
（Ｓ）を含んでいても良く、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、アルゴン
（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などのガスを含んでいても
良い。

【００６２】以上のように、本実施の形態では、一例と
して、エネルギービームを照射して、マスク材である中
間膜を緻密化した後、この中間膜上にレジスト膜を塗布
形成する場合について説明した。しかしながら、エネル
ギービームを照射する工程は、中間膜パターンを被加工
膜に転写する前に行うのであれば、特に限定されること
はない。従って、中間膜パターンを形成した後に、中間
膜にエネルギービームが作用するように調整して行って
も良い。また、レジスト膜を塗布形成した後、または、
レジストパターンを形成した後に、マスク材である中間
膜に作用するように調整し、エネルギービームを照射し
ても良い。

【００６３】

【実施例】以下に、図１乃至３を用いて、本実施の形態
に関係する各実施例について説明する。また、必要に応
じて、各比較例を参照し、各実施例の有効性に付いて述
べるものとする。 [実施例１]以下、図１（ａ）乃至（ｆ）を参照して、本
実施例のパターン形成方法について説明する。

【００６４】先ず、シリコン基板１０１上に、ライン幅
（＝配線の幅）が１８０ｎｍであり、積層構造（＝Ｔｉ
／Ａｌ／Ｔｉ＝１０／４８０／１０ｎｍ）の金属配線層
１０２を、スペース幅（＝配線の間隔）３６０ｎｍで形
成する。

【００６５】次に、金属配線層１０２上に、層間絶縁膜
（＝被加工膜１０３）を形成する。

【００６６】ここでは、層間絶縁膜（＝被加工膜１０
３）の材料として、ポリアリーレンエーテル１０ｇをシ
クロヘキサノン９０ｇに溶解させた溶液を調整し、この
溶液をシリコン基板１０１上にスピンコーティングす
る。その後、シリコン基板１０１をホットプレート上に
載置し、３５０℃で２分間程ベーキング処理を行って、
膜厚７００ｎｍの層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）を形
成する。

【００６７】次に、スピンコーティング法等、塗布法を
用いて、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）上に、マスク
材である中間膜１０４を形成する（図１（ａ）を参照す
る）。

【００６８】本実施例では、下記（Ｓ１）乃至（Ｓ３）
に記載する方法の何れかを用いて、マスク材である中間
膜１０４を形成することができる。

【００６９】即ち、（Ｓ１）では、先ず、前記式（１）
の１−７に記載する酸化化合物（共重合比：ｎ／ｍ＝１
／７）１０ｇをシクロヘキサン９０ｇに溶解して中間膜
１０４の材料となる溶液を調整した後、スピンコーティ
ング法を用いて、これを被加工膜１０３上に塗布形成す
る。その後、大気中において、１８０℃で６０秒間程ベ
ーキング処理（＝加熱処理）を行って溶剤を気化させ、
次いで、３００℃で１２０秒間ベーキング処理を行って
中間膜１０４を形成する。

【００７０】また、（Ｓ２）では、（Ｓ１）の処理条件
において、添加する酸化化合物として、式（１）の１−
１に記載された酸化化合物８ｇ、及び式（１）の１−６
に記載された酸化化合物（共重合比：ｎ／ｍ＝１／１）
２ｇを用いる。

【００７１】また、（Ｓ３）では、（Ｓ１）の処理条件
において、添加する酸化化合物として、式（２）の２−
２に記載された酸化化合物１０ｇを用いる。

【００７２】次に、マスク材である中間膜１０４に、エ
ネルギービーム１０５を照射する（図１（ｂ）を参照す
る）。ここでは、エネルギービーム１０５として、フラ
ッシュランプ光を用い、中間膜１０４に照射量１０Ｊ／
ｃｍ²で照射する。

【００７３】尚、エネルギービーム１０５として、フラ
ッシュランプ光を照射した後、マスク材である中間膜１
０４は、膜質が緻密化されるように改質され、中間膜１
０４−１となる（図１（ｃ）を参照する）。

【００７４】ここで、前述の（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の方
法で形成された各中間膜において、フラッシュランプの
出力ピーク波長領域（＝４００ｎｍ）で、吸光度がどの
程度であるかを測定した。また、エネルギービーム１０
５として、フラッシュランプ光を照射する前後におい
て、各中間膜の成分、及びそれらの密度の変化について
調べた。その結果を下記表１に示す。

【００７５】

【表１】

【００７６】表１に示すように、（Ｓ１）乃至（Ｓ３）
の方法によって形成された各中間膜（（Ｓ１）乃至（Ｓ
３）の膜）は、何れもフラッシュランプ光を吸収する度
合い、即ち、吸光度が高いことが分かる。

【００７７】また、フラッシュランプ光を照射する前後
において、これらの各中間膜の元素分析を行い、酸素
（Ｏ）とシリコン（Ｓｉ）（または、酸素（Ｏ）とチタ
ン（Ｔｉ））、及び炭素（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）（ま
たは炭素（Ｃ）とチタン（Ｔｉ））の含有量の比率を求
めた結果、炭素成分の比率の低下から有機成分の減少傾
向が、また、酸素成分の比率の増加から酸化が進んでい
ることが分かる。

【００７８】また、各中間膜の密度を測定した結果か
ら、フラッシュランプ光の照射により、何れの中間膜も
膜質が緻密化されていることが分かる。これは、中間膜
が、フラッシュランプの光を吸収して高温に加熱される
ためと考えられる。

【００７９】尚、フラッシュランプ光を照射した後に
は、金属配線層１０２の変形及び変質は見られなかっ
た。

【００８０】次に、式（３）の３−１に記載される平均
重量分子量１２、０００の溶解抑止剤９ｇと式（３）の
３−２に記載される酸発生剤１ｇを乳酸エチル９０ｇに
溶解させてレジスト溶液を調製し、マスク材でである中
間膜１０４−１上に、このレジスト溶液をスピンコーテ
ィング法で塗布した後、ホットプレートを用いて１４０
℃で９０秒間のベーキング処理を行い、膜厚が２００ｎ
ｍのレジスト膜１０６を形成する（図１（ｃ）を参照す
る）。

【００８１】次に、光源にＡｒＦエキシマレーザーを用
いて、露光用マスク（＝レティクル）介してレジスト膜
１０６にパターン露光を行い、その後、１４０℃で９０
秒間のベーキング処理を行う。その後、０．２１規定の
テトラヒドロキシアンモニウムを用いて、露光後のレジ
スト膜１０６に現像処理を施し、レジストパターン１０
７からなる、１１０ｎｍのラインアンドスペースパター
ンを形成する。後述するように、レジストパターン１０
７は、ドライエッチング法を用いて、マスク材である中
間膜パターン１０４−１に転写される。即ち、中間膜１
０４−１には、レジストパターン１０７の寸法及び形状
に従って、パターンが形成されることになる。ここで
は、中間膜１０４−１に形成されるパターン（＝マスク
パターン）の底部寸法をＸとする（図１（ｄ）を参照す
る）。

【００８２】次に、ドライエッチング法を用いて、レジ
ストパターン１０７を中間膜１０４−１に転写して、中
間膜パターン１０８（＝マスクパターン）を形成する。
ここで、中間膜パターン１０８は、前述の如く、底部寸
法がＸとなるように形成される（図１（ｅ）を参照す
る）。

【００８３】ここでは、エッチング装置にマグネトロン
型反応性イオンエッチング装置を用い、中間膜パターン
１０８を形成する。また、エッチングは、ＣＦ₄／Ｏ₂／
Ａｒ（各成分の流量比：２０／１００／２００ｓｃｃ
ｍ）の混合ガスを用い、反応容器内の真空度を７５ｍＴ
ｏｒｒ、励起密度を１．３Ｗ／ｃｍ²、また、シリコン
基板の温度を４０℃の条件に設定して行う。

【００８４】（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の何れの方法で形成
された中間膜（（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の膜）を用いた場
合にも、図１（ｅ）に示すように、中間膜パターン１０
８を異方性良く加工することができた。

【００８５】次に、ドライエッチング法を用いて、中間
膜パターン１０８を層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）に
転写して、被加工膜パターン１０９を形成する（図１
（ｆ）を参照する）。

【００８６】ここでは、エッチング装置にマグネトロン
型反応性イオンエッチング装置を使用する。エッチング
は、Ｎ₂／Ｏ₂（各成分の流量比：２０／１００ｓｃｃ
ｍ）の混合ガスを用い、反応容器内の真空度を７５ｍＴ
ｏｒｒ、励起密度を１．３Ｗ／ｃｍ²、また、シリコン
基板の温度を４０℃の条件に設定して行う。

【００８７】このとき、被加工膜パターン１０９の底部
寸法Ｙ（図１（ｆ）に図示）と、中間膜パターン１０８
の底部寸法Ｘ（図１（ｄ）に図示）との差で定義される
加工変換差（＝Ｙ−Ｘ）を、各中間膜（＝（Ｓ１）乃至
（Ｓ３）の膜）毎に測定した。

【００８８】その結果を、エネルギービーム１０５とし
て、フラッシュランプ光を照射しない場合と比較すべ
く、下記表２に示す。

【００８９】

【表２】

【００９０】これより、（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の方法に
よって形成された、何れの中間膜（（Ｓ１）乃至（Ｓ
３）の膜）を用いた場合でも、エッチング加工する過程
では、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）における加工変
換差は許容量（＝±５ｎｍ）の範囲内に在り、寸法制御
性良く被加工膜パターン１０９が形成されていることが
分かる。

【００９１】前記表２には、各中間膜（＝（Ｓ１）乃至
（Ｓ３）膜）のエッチングレートについての測定結果も
示されている。その結果、エネルギービーム１０５とし
て、フラッシュランプ光を照射すると、各中間膜（＝
（Ｓ１）乃至（Ｓ３）膜）のエッチングレートは、照射
しない場合に比べて低下していることが分かる。従っ
て、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）のエッチングレー
ト（＝３２０ｎｍ／分）と比較すると、更に小さくな
り、前述の層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）にパターン
を形成する過程で、マスク材としての充分なエッチング
耐性を有していることが分かる。その結果、層間絶縁膜
（＝被加工膜１０３）を寸法制御性良く加工し、パター
ンを形成することができたと考えられる。

【００９２】ここで、以下の如く、本実施例を他の方法
と比較し、その有効性を検討する。

【００９３】尚、以下に述べる比較例では、[実施例１]
で示した（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の各方法によって形成さ
れた中間膜（＝（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の膜）を用い、
[実施例１]の効果について検討する。（比較例１） [実施例１]では、エネルギービーム１０５として、マス
ク材である中間膜１０４にフラッシュランプ光を照射す
る。これに替わり、本比較例では、ランプアニール装置
を用いて、８００℃で１時間程加熱して、（Ｓ１）乃至
（Ｓ３）の方法で形成された各中間膜（＝（Ｓ１）乃至
（Ｓ３）の膜、以下省略する）をアニール処理する。下
記表３には、アニール処理後に測定した、各中間膜の元
素組成比、及びその密度を示す。

【００９４】

【表３】

【００９５】ここで、前記表１を参照すると、[実施例
１]の如くフラッシュランプ光を照射した場合、各中間
膜の元素組成比は、本比較例の中間膜の元素組成比（表
３に示す）と略同じ値を示すことが分かる。これより、
[実施例１]の如くフラッシュランプ光を照射した場合に
は、加熱によってアニール処理を行う場合と同程度に、
中間膜では酸化と緻密化が進行することが分かる。従っ
て、本比較例からも、[実施例１]に示すフラッシュラン
プ光の照射が、加熱によるアニール処理と同等の効果を
与えることが分かる。

【００９６】また、上記表３に、［実施例１］と同様に
して、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）の加工変換差、
及び各中間膜のエッチングレートを測定した結果を示
す。これより、［実施例１］で用いた各中間膜と同程度
のエッチング耐性があり、加工変換差も許容値の範囲
（±５ｎｍ）内にあることが分かる。

【００９７】本比較例を用いた場合、層間絶縁膜（＝被
加工膜１０３）の直下に位置する金属配線層１０２は、
８００℃の高温下に曝されるため、変質及び変形し易く
なる。従って、本比較例のように、高温で加熱処理を行
う場合、中間膜を効果的に緻密化することはできるが、
シリコン基板上の材料が熱の影響を受け、変形または変
質する場合があるので問題となる。

【００９８】前述の如く、[実施例１]に示したパターン
形成方法では、マスク材である中間膜１０４のみが、選
択的にフラッシュランプ光を吸収して温度が上昇する。
これより、シリコン基板、及びシリコン基板上に成膜さ
れた他の材料が、変形または変質するような問題を防ぐ
ことができる。（比較例２）本比較例では、エネルギービームとして、
フラッシュランプ光が照射されていない中間膜１０４の
特性について検討する。

【００９９】また、前記表１、表２を参照して、[実施
例１]で示された（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の方法で形成さ
れた各中間膜（＝（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の膜、以下省略
する）について検討する。

【０１００】前記表１に示すように、エネルギービーム
照射前の中間膜の密度は、エネルギービーム照射後の密
度と比べて低く、中間膜１０４の膜質が充分に緻密化さ
れていないことが分かる。

【０１０１】前記表２には、エネルギービームが未照射
の場合の各中間膜のエッチングレート、及び層間絶縁膜
（＝被加工膜１０３）の加工変換差を測定した結果が示
されている。これより、エネルギービームが未照射の場
合、エネルギービームを照射した場合の中間膜と比べて
エッチングレートが大きくなり、エッチング耐性が劣る
ことが分かる。また、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）
の加工変換差も許容値の範囲（＝±５ｎｍ）を大きく超
えていることが分かる。

【０１０２】このようにエッチング耐性が低いのは、前
述の如く、エネルギービームを照射しない場合の中間膜
の密度が、フラッシュランプ光を照射した場合の密度と
比べて低く、中間膜の膜質が緻密化されていないためで
あると考えられる。（比較例３）本比較例では、中間膜にはＬＰＣＶＤ（＝
減圧ＣＶＤ）法で成膜された膜、即ち、中間膜（Ｒ）を
用いる。この中間膜（Ｒ）には、一例として、ＬＰＣＶ
Ｄ法で成膜されたＳｉＯ₂膜を用いる。

【０１０３】下記表４には、エネルギービームとして、
フラッシュランプ光を照射した場合の中間膜（Ｒ）の吸
光度、また、フラッシュランプ光の照射前後での元素組
成比、及び密度について測定した結果を示す。

【０１０４】

【表４】

【０１０５】表４に示すように、中間膜（Ｒ）（例：Ｓ
ｉＯ₂膜）の吸収スペクトルを測定した結果、フラッシ
ュランプの出力波長領域（＝３００乃至６００ｎｍ）で
は光の吸収は見られなかった。

【０１０６】また、表４に示すように、フラッシュラン
プ光を照射する前後で測定した結果、中間膜（Ｒ）の元
素組成比、及び密度の変化は殆ど見られなかった。これ
は、本比較例の中間膜（Ｒ）（例：ＳｉＯ₂）が、フラ
シュランプの出力波長領域において光を吸収せず、加熱
されないためであると考えられる。

【０１０７】下記表５には、フラッシュランプ光の照射
の有無で分けて、中間膜のエッチングレート、及び層間
絶縁膜（＝被加工膜１０３）の加工変換差を測定した結
果を示す。但し、表４に示すように、中間膜（Ｒ）は、
エネルギービームを照射する前後において、密度の変化
が見られないので、下記表５では、エネルギービームが
未照射の場合の結果として記載する。

【０１０８】

【表５】

【０１０９】表５に示すように、本比較例の中間膜
（Ｒ）と[実施例１]の（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の方法で形
成された中間膜（＝（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の膜）とを比
較すると、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）をエッチン
グする過程では、各中間膜のエッチングレートが略同程
度の値を示し、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）の加工
変換差も許容値の範囲（＝±５ｎｍ）内にあることが分
かる。

【０１１０】これより、[実施例１]の各方法（＝（Ｓ
１）乃至（Ｓ３）の方法）で形成された中間膜は、ＬＰ
ＣＶＤ法で成膜された中間膜（Ｒ）（例：ＳｉＯ₂）と
同程度のエッチング耐性を有し、層間絶縁膜（＝被加工
膜１０３）の加工変換差を抑制することができる。

【０１１１】従って、本比較例から、[実施例１]によっ
て形成された中間膜は、ＳＯＧ膜等の塗布法で形成され
た場合でも、ＬＰＣＶＤ法で成膜された膜と同等のエッ
チング耐性を得られることが分かる。

【０１１２】以上より、[実施例１]のパターン形成方法
を用いれば、マスク材である中間膜に、ＳＯＧ膜等の塗
布法で形成された膜を用いた場合でも、シリコン基板を
含む他の部材に悪影響を与えずに、この膜のエッチング
耐性を高めることができる。従って、被加工膜に形成す
るパターンの加工精度を高めることができる。 [実施例２]本実施例のパターン形成方法では、エネルギ
ービームとして電子ビームを用い、マスク材である中間
膜に照射する。

【０１１３】以下、図１（ａ）乃至（ｆ）を参照して、
本実施例のパターン形成方法について説明する。

【０１１４】先ず、[実施例１]と同様にして、シリコン
基板１０１上に、金属配線層１０２、次いで、層間絶縁
膜（＝被加工膜１０３）を順次形成する。その後、下記
（Ｓ４）に示す方法を用いて、マスク材である中間膜１
０４を層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）上に形成する
（図１（ａ）を参照する）。

【０１１５】即ち、（Ｓ４）に示す方法の場合、先ず、
式（１）の１−１に記載される酸化化合物８ｇをシクロ
ヘキサン９０ｇに溶解して、中間膜１０４の材料となる
溶液を調整し、スピンコーティング法を用いて、その溶
液を層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）上に塗布する。そ
の後、大気中において、１８０℃で６０秒間程ベーキン
グ処理して溶媒を気化させ、更に、３００℃で１２０秒
間ベーキング処理を行って中間膜１０４（＝（Ｓ４）の
膜）を形成する。

【０１１６】次に、エネルギービーム１０５を中間膜１
０４に照射する。本実施例では、エネルギービーム１０
５として電子ビームを用い、これを加速電圧２５ｋｅＶ
及び照射量１０Ｃ／ｃｍ²の条件で中間膜１０４に照射
する（図１（ｂ）を参照する）。

【０１１７】ここで、電子ビームを照射した前後におい
て、マスク材である中間膜１０４の元素組成比、及びそ
の密度について測定した。その結果を下記表６に示す。

【０１１８】

【表６】

【０１１９】表６に示すように、本実施例の如く、（Ｓ
４）の方法で形成された中間膜１０４に電子ビームを照
射した場合、その密度は、[実施例１]の場合と略同じ値
を示すことが分かる（前記表１を参照する）。これよ
り、マスク材である中間膜１０４は、電子ビームを照射
することによって、[実施例１]の場合と同程度に緻密化
されていることが分かる。

【０１２０】尚、[実施例１]の場合と同様に、層間絶縁
膜（＝被加工膜１０３）、金属配線層１０２には変質及
び変形は見られなかった。

【０１２１】次に、[実施例１]と同様にして、マスク材
である中間膜１０４上に、レジスト膜１０５を塗布形成
する（図１（ｃ）を参照する）。

【０１２２】次に、[実施例１]と同様に、光源にＡｒＦ
エキシマレーザーを用いて、露光用マスク（＝レティク
ル）を介してパターン露光を行い、その後、現像処理工
程を行って、レジストパターン１０６を形成する（図１
（ｄ）を参照する）。

【０１２３】次に、[実施例１]と同様にして、レジスト
パターン１０６を中間膜１０４に転写して、中間膜パタ
ーン１０８（＝マスクパターン）を形成する（図１
（ｅ）を参照する）。

【０１２４】次に、[実施例１]と同様にして、中間膜パ
ターン１０８をマスクにしてエッチングを行い、層間絶
縁膜（＝被加工膜１０３）に中間膜パターン１０８を転
写し、被加工膜パターン１０９を形成する（図１（ｆ）
を参照する）。

【０１２５】ここで、電子ビームの照射の有無で分け、
（Ｓ４）の方法で形成された中間膜１０４のエッチング
レート、及び層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）の加工変
換差を調べた。その結果を下記表７に示す。

【０１２６】

【表７】

【０１２７】前記表１を参照すると、本実施例の如く、
（Ｓ４）の方法で形成された中間膜に電子ビームを照射
する場合、照射後の中間膜は、[実施例１]の場合（＝
（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の方法で形成された各中間膜に、
エネルギービームとしてフラッシュランプ光を照射す
る）と同程度のエッチングレートを示す。また、層間絶
縁膜（＝被加工膜１０３）の加工変換差の値も許容値
（＝±５ｎｍ）範囲内にあることが分かる。従って、本
実施例に示す、（Ｓ４）の方法で形成された中間膜（＝
（Ｓ４）の膜）は、[実施例１]に示す方法で形成された
各中間膜（（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の膜）と同程度のエッ
チング耐性があることが分かる。

【０１２８】以上より、本実施例のように、マスク材で
ある中間膜に、エネルギービームとして電子ビームを照
射する場合でも、[実施例１]と同様の効果を得ることが
できる。

【０１２９】ここで、以下の如く、本実施例を他の方法
と比較し、その有効性を検討する。

【０１３０】尚、以下に述べる比較例には、[実施例２]
に示す（Ｓ４）の方法によって形成された中間膜（＝
（Ｓ４）の膜）を用い、[実施例２]の効果について検討
する。（比較例４）本比較例では、[実施例２]において、マス
ク材である中間膜１０４に電子ビームを照射せず、被加
工膜パターン１０９を形成する。

【０１３１】[実施例２]に示す手順、即ち、前述の（Ｓ
４）に示す方法で、中間膜１０４を層間絶縁膜（＝被加
工膜１０３）上に形成する。

【０１３２】ここで、電子ビームの照射の有無で分け、
層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）の加工変換差、及び中
間膜１０４のエッチングレートについて調べた。その結
果を下記表８に示す。また、電子ビームの照射前後にお
いて、中間膜１０４の密度について調べ、その結果を表
９に示す。

【０１３３】

【表８】

【０１３４】

【表９】

【０１３５】表８に示すように、電子ビームが未照射の
場合には、[実施例２]の（Ｓ４）の方法で形成された中
間膜１０４（＝（Ｓ４）の膜）のエッチングレート（＝
６．６（ｎｍ/分））より大きくなり、エッチング耐性
が劣ることが分かる。また、層間絶縁膜（＝被加工膜１
０３）の加工変換差も許容値の範囲（＝±５ｎｍ）を大
きく超えていることが分かる。

【０１３６】電子ビームが未照射の場合に、マスク材で
ある中間膜１０４のエッチング耐性が低いのは、上記表
９に示すように、その密度が電子ビームを照射した場合
と比べて低く、膜質が緻密化されていないためであると
考えられる。

【０１３７】以上より、[実施例２]に示すように、エネ
ルギービームとして電子ビームを照射すると、マスク材
である中間膜のエッチング耐性を高める上で効果がある
ことが分かる。 [実施例３]本実施例のパターン形成方法では、マスク材
である中間膜に、エネルギービームとして紫外光を照射
する。

【０１３８】また、この場合、[実施例１]に示すのと同
様の手順で中間膜を形成し、被加工膜にパターンを形成
する。以下に、本実施例のパターン形成方法を、図１
（ａ）乃至（ｆ）を参照して説明する。

【０１３９】先ず、[実施例１]と同様にして、シリコン
基板１０１上に金属配線層１０２を形成し、次いで、層
間絶縁膜（＝被加工膜１０３）を順次形成する。

【０１４０】次に、以下に示す（Ｓ５）、または（Ｓ
６）に記載する方法の何れかを用い、層間絶縁膜（＝被
加工膜１０３）上に、マスク材である中間膜１０４を形
成する（図１（ａ）を参照する）。

【０１４１】即ち、（Ｓ５）の方法の場合には、前記式
（１）の１−１に記載する酸化化合物８ｇをシクロヘキ
サン９０ｇに溶解させて中間膜１０４の材料となる溶液
を調整し、スピンコーティング法等を用いて、この溶液
を被加工膜１０３上に塗布する。その後、この溶液を、
大気中において、１８０℃で６０秒間程ベーキング処理
して溶媒を気化させ、次いで、３００℃で１２０秒間程
ベーキング処理して、マスク材である中間膜１０４を形
成する。

【０１４２】また、（Ｓ６）の方法の場合には、前記式
（１）１−２に記載する酸化化合物８ｇをシクロヘキサ
ン９０ｇに溶解して中間膜１０４の材料となる溶液を調
整し、その後、（Ｓ５）と同様の手順で中間膜１０４を
形成する。

【０１４３】次に、エネルギービーム１０５として、紫
外光（例：ＡｒＦエキシマレーザー）を用い、これを照
射量１０Ｊ／ｃｍ²で、（（Ｓ５）または（Ｓ６）の方
法で形成された）中間膜１０４に照射する（図１（ｂ）
を参照する）。

【０１４４】尚、（Ｓ５）及び（Ｓ６）の方法で形成さ
れた膜は、紫外光を吸収するか、または、紫外光に励起
反応する。従って、本実施例のように、エネルギービー
ム１０５として、ＡｒＦエキシマレーザー等の紫外光を
用いる場合に有効である。

【０１４５】ここで、エネルギービーム１０５（＝紫外
光）の照射前後において、中間膜１０４の元素組成比、
及びその密度を測定した。その結果を下記表１０に示
す。

【０１４６】

【表１０】

【０１４７】表１０に示すように、本実施例の如く、
（Ｓ５）または（Ｓ６）の方法で形成された中間膜（＝
（Ｓ５）または（Ｓ６）の膜）に紫外光を照射する場
合、[実施例１]の場合（＝（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の方法
の何れかで形成された中間膜に、フラッシュランプを用
いてエネルギービームを照射する）と同様に、エネルギ
ービーム１０５の照射によって中間膜１０４が緻密化さ
れていることが分かる。

【０１４８】また、表１０には、ＡｒＦエキシマレーザ
ーの波長１９３ｎｍでの吸光度を測定した結果を示す。

【０１４９】これより、（Ｓ５）の方法で形成した中間
膜（＝（Ｓ５）の膜）は、エネルギービーム（＝紫外
光）を吸収するが、（Ｓ６）の方法で形成した中間膜
（＝（Ｓ６）の膜）は、エネルギービーム（＝紫外光）
を吸収しないことが分かる。このように、本実施例で
は、必ずしもエネルギービーム（＝紫外光）を吸収する
材料を用いて中間膜を形成する必要はなく、（Ｓ６）の
膜に示すように、エネルギービーム（＝紫外光）に励起
反応して、緻密化及び酸化が進行する材料を用いて、マ
スク材となる中間膜を形成してもよい。

【０１５０】尚、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）、金
属配線層１０２については、[実施例１]と同様に、変質
及び変形は見られなかった。

【０１５１】次に、[実施例１]と同様にして、中間膜１
０４上にレジスト膜１０６を塗布形成する（図１（ｃ）
を参照する）。

【０１５２】次に、光源にＡｒＦエキシマレーザーを用
い、露光用マスク（＝レティクル）を介してパターン露
光を行い、レジストパターン１０７を形成する（図１
（ｄ）を参照する）。

【０１５３】次に、[実施例１]と同様にして、レジスト
パターン１０７を、マスク材である中間膜１０４に転写
して、中間膜パターン１０８（＝マスクパターン）を形
成する（図１（ｅ）を参照する）。

【０１５４】次に、[実施例１]と同様にして、中間膜パ
ターン１０８をマスクに用い、層間絶縁膜（＝被加工膜
１０３）をドライエッチングする。ここで、中間膜パタ
ーン１０８は、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）に転写
され、被加工膜パターン１０９が形成される（図１
（ｆ）を参照する）。

【０１５５】ここで、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）
をエッチングする過程で、紫外光の照射の有無で分け、
中間膜のエッチングレート、加工変換差を調べた。その
結果を下記表１１に示す。

【０１５６】

【表１１】

【０１５７】表１１に示すように、本実施例では、 [実
施例１]の場合（＝（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の方法の何れ
かで形成された中間膜にフラッシュランプ光を照射す
る）、と同程度に、中間膜のエッチング耐性があり、加
工変換差も許容値の±５ｎｍ以内に収まっていることが
分かる。

【０１５８】以上より、本実施例のように、マスク材で
ある中間膜に、エネルギービームとして紫外光を照射し
ても、[実施例１と]同様の効果を得ることができる。

【０１５９】ここで、以下の如く、本実施例を他の方法
と比較し、その有効性を検討する。

【０１６０】尚、以下に述べる比較例では、[実施例３]
で示した（Ｓ５）、及び（Ｓ６）の各方法によって形成
された中間膜（＝（Ｓ５）、（Ｓ６）の膜）を用い、
[実施例３]の効果について検討する。（比較例５）本比較例では、[実施例３]において、マス
ク材である中間膜１０４に紫外光を照射せず、被加工膜
パターン１０９を形成する。

【０１６１】ここで、紫外光の照射の有無で分け、中間
膜パターン１０８をマスクにして、被加工膜パターン１
０９を形成する過程の層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）
の加工変換差、及び中間膜１０８のエッチングレートに
ついて調べた。その結果を下記表１２に示す。また、中
間膜１０８の密度についても調べ、その結果を表１３に
示す。

【０１６２】尚、紫外光には、[実施例３]と同様に、Ａ
ｒＦエキシマレーザーを用いる。

【０１６３】

【表１２】

【０１６４】

【表１３】

【０１６５】表１２に示すように、紫外光（例：ＡｒＦ
エキシマレーザー）を照射しない場合には、[実施例３]
に示す、（Ｓ５）または（Ｓ６）の方法で形成された中
間膜１０４（＝（Ｓ５）または（Ｓ６）の膜）のエッチ
ングレートより大きくなり、エッチング耐性が劣ること
が分かる。また、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）の加
工変換差も許容値の範囲（＝±５ｎｍ）を大きく超えて
いることが分かる。

【０１６６】また、紫外光（例：ＡｒＦエキシマレーザ
ー）を照射しない場合に、中間膜１０４のエッチング耐
性が低いのは、表１３に示すように、その密度が紫外光
（例：ＡｒＦエキシマレーザー）を照射した場合と比べ
て低く、膜質が緻密化されていないためであると考えら
れる。

【０１６７】以上より、[実施例３]に示すように、エネ
ルギービームとして、紫外光（例：ＡｒＦエキシマレー
ザー）を照射すると、マスク材である中間膜のエッチン
グ耐性を高める上で効果があることが分かる。 [実施例４]以下、本実施例のパターン形成方法につい
て、図１（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。

【０１６８】本実施例では、マスク材である中間膜１０
４に、加熱処理を行いながら、尚且つエネルギービーム
１０５を照射する。また、エネルギービーム１０５とし
ては、フラッシュランプ光を使用する。

【０１６９】先ず、[実施例１]と同様にして、シリコン
基板１０１上に、金属配線層１０２、次いで、層間絶縁
膜（＝被加工膜１０３）を順次形成する。その後、層間
絶縁膜（＝被加工膜１０３）上に、マスク材である中間
膜１０４を形成する（図１（ａ）を参照する）。

【０１７０】本実施例では、中間膜１０４は、[実施例
１]で示した（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の方法の何れかを用
いて形成することができる。

【０１７１】次に、中間膜１０４に、エネルギービーム
１０５として、フラッシュランプ光を照射量５Ｊ／ｃｍ
²で照射する（図１（ｂ）を参照する）。ここでは、ホ
ットプレートを用いて、シリコン基板１０１を３００℃
で加熱処理した状態で、中間膜１０４に、エネルギービ
ーム１０５としてフラッシュランプ光を照射する。

【０１７２】尚、この場合、エネルギ−ビーム１０５を
照射するときには、シリコン基板１０１、及びシリコン
基板１０１上の他の部材に、熱による悪影響を与えない
ようにして、シリコン基板１０１の温度が５００℃を越
えないように調整すると良い。

【０１７３】ここで、エネルギービーム１０５（例：フ
ラッシュランプ光）の照射後において、中間膜１０４の
元素組成比、及び密度を測定する。中間膜１０４には、
[実施例１]と同様に、（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の方法で形
成された各中間膜を用いるものとする。その結果を下記
表１４に示す。

【０１７４】

【表１４】

【０１７５】表１４に示すように、[実施例１]で示され
た測定結果（表１を参照する）よりも、中間膜１０４が
更に緻密化されていることが分かる。これは加熱処理を
行いながら、フラッシュランプからエネルギービーム１
０５を照射することによって、中間膜１０４の温度が、
より高温に上昇したためであると考えられる。

【０１７６】尚、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）、金
属配線層１０２には、[実施例１]と同様に、変質及び変
形は見られなかった。

【０１７７】次に、[実施例１]の場合と同様に、中間膜
１０４上にレジスト膜１０６を塗布形成する（図１
（ｃ）を参照する）。

【０１７８】次に、レジスト膜１０６に、露光用マスク
（＝レティクル）を介してパターン露光を行い、その
後、現像処理工程を行って、レジストパターン１０７を
形成する（図１（ｄ）を参照する）。

【０１７９】次に、[実施例１]の場合と同様にして、レ
ジストパターン１０７を中間膜１０４に転写し、中間膜
パターン１０８（＝マスクパターン）を形成する（図１
（ｅ）を参照する）。

【０１８０】次に、[実施例１]の場合と同様に、中間膜
パターン１０８をマスクにして、ドライエッチングによ
って、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）にパターンを形
成する。ここで、中間膜パターン１０８が層間絶縁膜
（＝被加工膜１０３）に転写され、被加工膜パターン１
０９が形成される（図１（ｆ）を参照する）。

【０１８１】表１４に示すように、本実施例によって形
成された中間膜１０８は、[実施例１]の（Ｓ１）乃至
（Ｓ３）の方法で形成された中間膜を上回るエッチング
耐性を有し、層間絶縁膜（＝被加工膜１０３）の加工変
換差も更に小さくなっていることが分かる。

【０１８２】尚、[実施例１]において述べたと同様に、
表１４に記す層間絶縁膜（＝被加工膜２０３）の加工変
換差は、被加工膜パターン１０９の底部寸法と、中間膜
パターン１０８の底部寸法との差で定義される。

【０１８３】以上より、本実施例のように、加熱処理を
行いながらエネルギービームを照射することによって、
更に、マスク材である中間膜を緻密化することができ、
被加工膜の加工変換差を抑制することができる。 [実施例５]以下に、本実施例のパターン形成方法につい
て、図２（ａ）乃至（ｆ）を参照して説明する。

【０１８４】本実施例では、レジストパターンを形成し
た後に、マスク材である中間膜にエネルギービームを照
射する。また、エネルギービームを照射する手段とし
て、フラッシュランプを使用する。

【０１８５】[実施例１]と同様にして、シリコン基板上
２０１に、金属配線層２０２を形成し、次いで、層間絶
縁膜（＝被加工膜２０３）、マスク材である中間膜２０
４を順次形成する（図２（ａ）を参照する）。ここで、
中間膜２０４は、[実施例１]と同様に（Ｓ１）乃至（Ｓ
３）の方法の何れかで形成することができる。

【０１８６】次に、[実施例１]と同様にして、中間膜２
０４上にレジスト膜２０５を塗布形成する（図２（ｂ）
を参照する）。

【０１８７】次に、露光用マスク（＝レティクル）を介
してパターン露光を行い、その後、現像処理工程を行っ
て、レジストパターン２０６を形成する（図２（ｃ）を
参照する）。

【０１８８】次に、[実施例１]と同様にして、マスク材
である中間膜２０４にエネルギービーム２０７を照射す
る（図２（ｄ）を参照する）。エネルギービーム２０７
としては、フラッシュランプ光を用いる。

【０１８９】ここで、エネルギービーム２０７の照射後
において、中間膜２０４の元素組成比、及び密度を測定
した。その結果を下記表１５に示す。

【０１９０】

【表１５】

【０１９１】表１５に示すように、エネルギービーム２
０７を照射することによって、中間膜２０４の密度が、
[実施例１]の場合と同程度迄に増加している（前出の表
１を参照する）。従って、マスク材である中間膜２０４
は、[実施例１]と同程度までに緻密化されていることが
分かる。

【０１９２】尚、このとき、レジストパターン２０６に
は、変質及び変形は見られなかった。

【０１９３】これは、レジスト膜２０５が、フラッシュ
ランプの出力波長領域において、光を吸収しないためで
あると考えられる。

【０１９４】また、このとき、[実施例１]の場合と同様
に、層間絶縁膜（＝被加工膜２０３）、及び金属配線層
２０２には、変質及び変形は見られなかった。

【０１９５】次に、[実施例１]と同様にして、ドライエ
ッチング法を用い、レジストパターン２０６を中間膜２
０４に転写し、中間膜パターン２０８（＝マスクパター
ン）を形成する（図２（ｅ）を参照する）。

【０１９６】次に、[実施例１]と同様に、ドライエッチ
ング法を用い、中間膜パターン２０８を層間絶縁膜（＝
被加工膜２０３）に転写し、被加工膜パターン２０９を
形成する（図２（ｆ）を参照する）。

【０１９７】表１５に示すように、被加工膜２０３をエ
ッチングする過程で、中間膜２０４のエッチングレート
は、本実例による方法では、[実施例１]の場合と同程度
に、中間膜２０４を緻密化してエッチング耐性を高めて
おり、層間絶縁膜（＝被加工膜２０３）の加工変換差も
許容値の±５ｎｍ以内に収まることが分かる。

【０１９８】尚、[実施例１]において述べたと同様に、
表１５に記す層間絶縁膜（＝被加工膜２０３）の加工変
換差は、被加工膜パターン２０９の底部寸法と、中間膜
パターン２０８の底部寸法との差で定義される。

【０１９９】以上より、本実施例のように、レジストパ
ターン形成後に、マスク材である中間膜にエネルギービ
ームを照射しても [実施例１]の場合と同様の効果を得
ることができる。 [実施例６]以下に、本実施例のパターン形成方法につい
て、図３（ａ）乃至（ｆ）を参照して説明する。

【０２００】本実施例では、パターンが形成された中間
膜にエネルギービームを照射し、その後、中間膜のパタ
ーンをマスクにして被加工膜にパターンを形成する。

【０２０１】先ず、[実施例１]と同様にして、シリコン
基板上３０１に金属配線層３０２を形成し、次いで、金
属配線層３０２を覆うようにして、シリコン基板３０１
上に、層間絶縁膜（＝被加工膜３０３）、マスク材であ
る中間膜３０４を順次形成する（図３（ａ）を参照す
る）。

【０２０２】次に、[実施例１]と同様にして、中間膜３
０４上にレジスト膜３０５を塗布形成する（図３（ｂ）
を参照する）。

【０２０３】次に、露光用マスク（＝レティクル）を介
してパターン露光を行い、その後、現像処理を行って、
レジスト膜３０５にレジストパターン３０６を形成する
（図３（ｃ）を参照する）。

【０２０４】次に、[実施例１]と同様にして、レジスト
パターン３０６を、マスク材である中間膜３０４に転写
して、中間膜パターン３０７（＝マスクパターン）を形
成する（図３（ｄ）を参照する）。

【０２０５】次に、[実施例１]と同様にして、中間膜パ
ターン３０７（＝マスクパターン）にエネルギービーム
３０８を照射する（図３（ｅ）を参照する）。エネルギ
ービーム３０８として、フラッシュランプ光を用いる。

【０２０６】ここで、中間膜３０４（及び中間膜３０
７）の元素組成比、及び密度をエネルギービーム３０８
の照射後において測定する。その結果を表１６に示す。

【０２０７】[実施例１]と同様に、エネルギービーム３
０８の照射によって、中間膜（ここでは、中間膜パター
ン３０７）が緻密化され、中間膜パターン３０７−１と
なる。

【０２０８】尚、レジストパターン３０６には、変質及
び変形は見られなかった。これは、レジストが、フラッ
シュランプの出力波長領域において、光を吸収しないた
めであると考えられる。

【０２０９】また、金属配線層３０２、層間絶縁膜（＝
被加工膜３０３）には、[実施例１]と同様に、変質及び
変形は見られなかった。

【０２１０】次に、[実施例１]と同様にして、ドライエ
ッチング法を用い、中間膜パターン３０７を層間絶縁膜
（＝被加工膜３０３）に転写して被加工膜パターン３０
９を形成する（図３（ｆ）を参照する）。

【０２１１】ここで、層間絶縁膜（＝被加工膜３０３）
をエッチングする過程で、中間膜のエッチングレート、
及び層間絶縁膜（＝被加工膜３０３）の加工変換差等を
測定した。その結果を下記表１６に示す。

【０２１２】

【表１６】

【０２１３】表１６に示すように、[実施例１]で用いた
中間膜（（Ｓ１）乃至（Ｓ３）の膜）と同程度のエッチ
ング耐性があり（前出表１、表２を参照する）、層間絶
縁膜（＝被加工膜３０３）の加工変換差も許容値の範囲
（＝±５ｎｍ）内にあることが分かる。

【０２１４】尚、[実施例１]において述べたと同様に、
表１６に示す層間絶縁膜（＝被加工膜３０３）の加工変
換差は、被加工膜パターン３０９の底部寸法と、中間膜
パターン３０７の底部寸法との差で定義される。

【０２１５】以上、本実施例の如く、マスク材である中
間膜にパターン形成した後に、このパターンにエネルギ
ービームを照射しても、[実施例１]と同様の効果を得る
ことができる。

【０２１６】

【発明の効果】本発明によれば、被加工膜にパターンを
形成する過程で、マスク材のエッチング耐性を向上さ
せ、被加工膜を寸法制御性良くエッチング加工すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に関係するパターン形成方法を
表す工程の断面図である。

【図２】本発明の実施例に関係するパターン形成方法を
表す工程の断面図である。

【図３】本発明の実施例に関係するパターン形成方法を
表す工程の断面図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１・・・シリコン基板１０２、２０２、３０２・・・金属配線層１０３、２０３、３０３・・・被加工膜１０４、２０４、３０４・・・中間膜１０４−１・・・中間膜（エネルギービーム照射後）１０５、２０７、３０８・・・エネルギービーム１０６、２０５、３０５・・・レジスト膜１０７、２０６、３０６・・・レジストパターン１０８、２０８、３０７・・・中間膜パターン１０９、２０９、３０９・・・被加工膜パターン３０７−１・・・中間膜パターン（エネルギービーム照
射後）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F004 AA04 CA02 CA03 CA04 DA01 DA11 DA22 DA23 DA25 DA26 DA29 DB03 DB13 DB23 EA04 EA06 EB08 5F046 NA01 NA12 NA17 NA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工膜上に、半導体元素と酸素との結
合、または金属元素と酸素との結合を有する化合物を含
むマスク材を形成する工程と、前記マスク材上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして、前記マスク材に
パターンを形成する工程と、前記マスク材に形成されたパターンをマスクにして、前
記被加工膜をドライエッチングし、被加工膜パターンを
形成する工程とを有し、前記マスク材、または前記マスク材に形成されたパター
ンに前記エネルギービームを照射することを特徴とする
パターン形成方法。
【請求項２】前記半導体元素には、水素基、ヒドロキシ
基、または炭素原子を含む官能基が結合していることを
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】前記金属元素には、水素基、ヒドロキシ
基、または炭素原子を含む官能基が結合していることを
特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】前記マスク材、または前記マスク材に形成
されたパターンに前記エネルギービームを吸収させ、前
記マスク材、または前記マスク材に形成されたパターン
の温度を上昇させ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】前記エネルギービームは、光、電子ビー
ム、イオンビーム、またはＸ線の何れかであることを特
徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項６】前記エネルギービームは、フラッシュラン
プを光源として、前記マスク材、または前記マスク材に
形成されたパターンに照射す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７】前記マスク材、または前記マスク材に形成
されたパターンを加熱しながら、前記エネルギービーム
を照射す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８】前記被加工膜は、炭素原子を含む材料から
な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９】前記ドライエッチングは、酸素系ガス、ま
たは窒素系ガスをソースガスとしてなされることを特徴
とする請求項１に記載のパターン形成方法。