JP2007047580A - 多層レジスト法によるパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケイ素含有無機膜をレジスト中間層膜として使用する場合において、この膜をより薄くすることができ、かつ反射防止膜とケイ素含有無機膜のエッチング加工においてフォトレジスト膜への負荷を従来の方法よりも下げることのできるパターン形成方法を提供する。
【解決手段】レジスト下層膜・第１のレジスト中間層膜・ケイ素樹脂を含有するケイ素樹脂膜である第２のレジスト中間層膜・レジスト上層膜を含む多層レジスト膜を形成し、該多層レジスト膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像してレジスト上層膜にレジストパターンを形成し、レジスト上層膜をマスクにして第１および第２のレジスト中間層膜をエッチングし、第１および第２のレジスト中間層膜をマスクにしてレジスト下層膜をエッチングし、さらに、レジスト下層膜をマスクにして基板をエッチングして基板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。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子などの製造工程における微細加工プロセス、特にＫｒＦエキシマレーザー光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー光（１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザー光（１５７ｎｍ）、電子線、Ｘ線などの高エネルギー線を露光光源として用いて薄膜のレジストにより、より微細なパターン形成を可能とする多層レジスト法に関するものである。

ＬＳＩの高集積化と高速度化に伴い、パターン寸法の微細化が急速に進んでいる。リソグラフィー技術は、この微細化に併せ、光源の短波長化とそれに対するレジスト組成物の適切な選択により、微細パターンの形成を達成してきた。その中心となったのは単層で使用するポジ型レジスト組成物である。この単層ポジ型レジスト組成物は、塩素系あるいはフッ素系のガスプラズマによるエッチングに対しエッチング耐性を持つ骨格をレジスト樹脂中に持たせ、かつ露光部が溶解するようなレジスト機構を持たせることによって、露光部を溶解させてパターンを形成し、残存したレジストパターンをエッチングマスクとしてレジスト組成物を塗布した被加工基板をエッチング加工するものである。

ところが、使用するレジスト膜の膜厚をそのままで微細化、即ちパターン幅をより小さくした場合、レジスト膜の解像性能が低下し、また現像液によりレジスト膜をパターン現像しようとすると、いわゆるアスペクト比が大きくなりすぎ、結果としてパターン崩壊が起こってしまう。このため微細化に伴いレジスト膜厚は薄膜化されてきた。一方、露光波長の短波長化によりレジスト組成物に使用する樹脂は、露光波長における光吸収の小さな樹脂が求められたため、ｉ線、ＫｒＦ、ＡｒＦへの変化に対し、ノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン、アクリル系樹脂と変化してきており、現実的には上記エッチング条件に対するエッチング速度は速いものになってきてしまっている。このことから、より薄くよりエッチング耐性の弱いレジスト膜で被加工基板をエッチングしなければならないことになり、レジスト膜のエッチング耐性の確保は急務になってきている。

一方、被加工基板を加工するエッチング条件に対しては、エッチング耐性が弱いが、微細パターンが形成できるレジスト上層膜と、被加工基板を加工するためのエッチング耐性を持ち、かつレジスト上層膜が耐性を持つ条件でパターン形成可能なレジスト下層膜を使用して、レジストパターンを一旦レジスト下層膜に転写し、更にパターン転写されたレジスト下層膜をエッチングマスクとして被加工基板をエッチング加工する方法、いわゆる多層レジスト法の一つである２層レジスト法が以前より開発されてきている。代表的な方法としては、レジスト上層膜にケイ素が含有されている樹脂を使用し、レジスト下層膜に芳香族系の樹脂を使う方法がある。この方法によれば、ケイ素を含有する樹脂からなるレジスト上層膜にレジストパターンを形成した後、酸素−反応性イオンエッチングを行うと、ケイ素樹脂は酸素プラズマにエッチング耐性の高い酸化ケイ素となり、同時に芳香族系の樹脂は酸化ケイ素のエッチングマスクがない所では容易にエッチング除去されて、ケイ素樹脂のレジストパターンが芳香族系の樹脂層に転写される。この芳香族系樹脂は、単層レジスト膜の場合と異なり、光の透過性は全く求められないため、フッ素系、あるいは塩素系ガスプラズマにエッチング耐性の高いものが広く使用できる。更にこの芳香族系樹脂をエッチングマスクとすることによって被加工基板をフッ素系、あるいは塩素系ガスプラズマによりエッチング加工ができることになる。

上記２層レジスト法に対し、単層レジスト法に使用する一般的なレジストを用いて行なうことができる多層レジスト法である３層レジスト法も知られている。３層レジスト法では、２層レジスト法のレジスト下層膜に使用された被加工基板に対し十分エッチング耐性を持つ芳香族系の樹脂層上に、ケイ素を含有するレジスト中間層膜を入れ、その上にレジスト上層膜を形成する。この３つの層のパターンを形成する際には、まずレジスト上層膜を光リソグラフィーによりパターン形成した後、レジスト上層膜とケイ素含有レジスト中間層膜との間でエッチング選択比を大きくとることができるフッ素系ガスプラズマにより、レジスト上層膜をエッチングマスクとしてケイ素含有レジスト中間層膜のパターンを形成する。次にここで得たパターンに対し、さらに酸素−反応性イオンエッチングを行うと、ケイ素含有レジスト中間層膜のパターンがエッチングマスクとなり、被加工基板上の芳香族系の樹脂層であるレジスト下層膜をエッチング加工することができる。この様にして３層レジスト法では、エッチング条件を組み合せることで、被加工基板上に、十分なエッチング耐性を持つエッチングマスクパターンを形成することができる。

上記３層レジスト法に使用するケイ素を含有するレジスト中間層膜は、大別すると、ＳＯＧ膜も含めて有機系ケイ素含有材料により形成する方法と、プラズマＣＶＤ法等による酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜あるいは酸化窒化ケイ素膜のような無機系ケイ素含有膜を用いる方法がある。

上記方法はそれぞれ一長一短があるが、高密度プラズマＣＶＤ法によりレジスト中間層膜を形成した場合、膜質が緻密なものが得られることから、レジスト中間層膜の下層である有機膜のドライエッチングにおいて、イオン衝撃耐性に優れ、膜ベリや後退がなく、設計ルールに忠実な有機膜パターンが得られることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、最近、半導体装置の応答速度等の性能を上げるため、セルの微細化に伴い、金属配線周辺に従来の絶縁膜よりもｋ値の低い低誘電率絶縁材料、所謂Ｌｏｗ-ｋ材料が使用されるようになってきている。これらの材料について化学増幅型レジストを用いて微細な加工をする場合、Ｌｏｗ-ｋ膜材料からレジスト感度を変化させてしまう成分、例えば塩基性物質や強酸性物質がレジスト層に移行してしまう、所謂ポイゾニングという問題が生じる。このポイゾニングの問題はＬｏｗ-ｋ材料層とレジスト層の間に有機樹脂のような中間層を入れることにより若干は改善されるが、より大きな改善を求めるためには、無機膜のような緻密な膜を入れることが好ましい。

また、３層レジスト法の応用として、ケイ素含有材料によるＬｏｗ-ｋ膜を例えばビアファースト法のように２回パターン加工する場合には、大きな段差を一旦有機樹脂で平坦化した後に加工することが好ましく、レジストにより平坦化材料とＬｏｗ-ｋ材料のそれぞれを選択加工しようとした場合には、レジストと平坦化材料との間に、これらとは別のエッチング選択性を有する膜、例えば無機膜を入れてやることで、レジスト（レジスト上層膜）、無機膜（レジスト中間層膜）、平坦化層（レジスト下層膜）、Ｌｏｗ-ｋ膜という順に、ステップワイズに加工していくことが考えられる。そこでこのケースで無機膜にケイ素酸化物のような材料を使用すると、レジストで無機膜を加工し、更にパターン化された無機膜を使用して無機膜の下の有機平坦化膜を加工するという、上記で説明した３層レジスト法と同様な加工プロセスとなる。

ところで、近年の加工パターンの微細化は、レジストに露光を行う際、基板からの露光光の反射を極力抑えこまなければならなくなってきている。露光光の反射率が高い場合、入射光と反射光による干渉、所謂定在波が問題になるが、化学増幅型レジストを使用する光リソグラフィーでは、反射光をある程度抑えこむ一方、露光により生じた酸をある程度拡散することによって、定在波の効果を消してきた。しかし、より微細なパターンが要求された場合、酸を拡散させることはレジストの解像性能を落としてしまうことになるため、拡散により定在波を消す方法は選択し難くなり、反射率を極力下げる方法をとる必要が生じた。

このため、パターンルールが大きい場合には、下層の有機膜に発色団を導入することで露光光に対する吸光能を与えれば良かったのであるが、反射率をより下げようとした場合には、基板に段差等があった場合には、反射防止する層の膜厚に変化が生じることになり、必要な反射防止効果が場所により得られないという問題が生じる。そこで、近年のケイ素含有層として無機膜を使用する３層レジスト法においては、ケイ素含有層を第１のレジスト中間層膜とし、その上に、第２のレジスト中間層膜として反射防止層を形成し、その上にレジスト層を形成する方法がとられている（例えば、特許文献２参照）。

一方、ケイ素含有無機膜として、ケイ素窒化物やケイ素酸化窒化物を使用した場合、それ自体が反射防止機能を持ち、膜厚を適当に選択することで反射防止を同時に行うことができる。しかし、これらの膜の上で化学増幅型レジストを使用すると、界面付近のレジスト膜中の酸が強い失活を受け、裾引きと呼ばれる好ましくない形状となってしまうことが知られている。この裾引きは例えば代表的な反射防止膜材料であるポリアクリル酸エステル系の樹脂をレジストとの間に入れてやることで防止できることが知られている。

しかし、より微細なパターンを、特に６５ｎｍ以下のパターンルールに対応するレジストパターンを形成する場合、レジスト膜厚は２５０ｎｍ以下となる。このような必ずしもエッチング耐性が十分でないレジストを用いてパターンを形成する場合、上記の通り、３層レジスト法は期待される方法であるが、時に相反するレジストへの負荷の問題と、下層有機膜への正確な転写という要求を両立しなければならないという問題は上記のようなパターンルールでは完全に解決されていない。すなわち、加工されるパターンの忠実性という意味では、上記のケイ素含有無機膜をレジスト中間層膜として使用することは有利である。一方、ケイ素含有無機膜は、一般的なＳＯＧ膜に比較して、エッチング加工時の負荷は大きく、反射防止膜でもレジストへの負荷は大きく、膜でも加工時には過剰な負荷がレジストにかかる問題があった。
また、低誘電率絶縁材料に緻密な多段の加工を加える方法の開発も急がれている。

特開平７−１８３１９４号公報 特開２００４−１５３１２５号公報

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、ケイ素含有無機膜をレジスト中間層膜として使用する場合において、この膜をより薄くすることができ、かつ反射防止膜等の第２のレジスト中間層膜とケイ素含有無機膜である第１のレジスト中間層膜のエッチング加工においてレジスト上層膜であるフォトレジスト膜への負荷を従来の方法よりも下げることのできるパターン形成方法を提供することを目的とする。
ケイ素含有無機膜として例えばケイ素窒化物やケイ素酸化窒化物を使用した場合に、裾引きの問題を回避しようとしてケイ素含有無機膜とフォトレジスト膜の間に反射防止膜材料のようなものを入れる場合には、上記と同様な構成となり、全く同様な問題が生じる。そこで、このようなケイ素窒化物やケイ素酸化窒化物等の裾引きの問題を起こすものをレジスト中間層膜として使用する３層レジスト法において、同様にフォトレジスト膜への負荷を従来の方法よりも下げ、裾引きの問題を解決できるパターン形成方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、有機材料を用いて有機材料膜を基板上に形成してレジスト下層膜とし、該レジスト下層膜の上にケイ素原子を含有する無機膜を形成して第１のレジスト中間層膜とし、該第１のレジスト中間層膜の上にケイ素樹脂を含有するケイ素樹脂膜を形成して第２のレジスト中間層膜とし、該第２のレジスト中間層膜の上にフォトレジスト膜を形成してレジスト上層膜とし、レジスト下層膜・第１のレジスト中間層膜・第２のレジスト中間層膜・レジスト上層膜を含む多層レジスト膜を形成し、該多層レジスト膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像してレジスト上層膜にレジストパターンを形成し、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第１および第２のレジスト中間層膜をエッチングし、少なくともパターンが形成された第１および第２のレジスト中間層膜をマスクにしてレジスト下層膜をエッチングし、さらに、少なくともパターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして基板をエッチングして基板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（請求項１）。

このようなパターン形成方法であれば、光リソグラフィーにより形成するレジストパターンに多大な負荷をかけることなくケイ素樹脂膜で構成される第２のレジスト中間層膜をエッチング加工できるのみならず、同一条件でケイ素含有無機膜で構成される第１のレジスト中間層膜を加工することができ、トータルとしてのフォトレジスト膜であるレジスト上層膜への負荷の低減が達成できる。さらに特に微細加工のためにレジスト上層膜の膜厚を薄くしたい場合、第１のレジスト中間層膜を構成する無機膜の膜厚を下げない膜構成での加工も可能である。また、レジスト下層膜を加工する際には、第２のレジスト中間層膜の有する反応性エッチングへの耐性が加わることにより、第１のレジスト中間層膜であるケイ素含有無機膜の薄膜化あるいはエッチングマスクとしての信頼性向上を図ることもできる。

この場合、レジスト上層膜を構成するフォトレジスト膜を化学増幅型レジストとすることが好ましい（請求項２）。

このようにフォトレジスト膜を化学増幅型レジストとすることで、極めて高精度なパターンを得ることができる。

この場合、第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜は、ケイ素樹脂の側鎖間及び／又はケイ素樹脂の側鎖とケイ素樹脂のシラノール基間で架橋しているものとすることが好ましい（請求項３）。

このようにケイ素樹脂膜を、ケイ素樹脂の側鎖間及び／又はケイ素樹脂の側鎖とケイ素樹脂のシラノール基間で架橋しているものとすれば、ケイ素樹脂膜上にフォトレジスト膜を形成する際に、ケイ素樹脂とフォトレジストが界面付近で交じり合ってしまう、所謂インターミキシングを防止することができる。

この場合、レジスト下層膜を構成する有機材料を、多環式骨格を有するものとすることが好ましい（請求項４）。

このようにレジスト下層膜を構成する有機材料を、多環式骨格を有するものとすれば、レジスト下層膜の耐熱性を向上することができる。

この場合、レジスト下層膜を構成する有機材料膜の形成において、有機材料の樹脂間を架橋する工程を行わないものとすることができる（請求項５）。

レジスト下層膜の上に第１のレジスト中間層膜としてプラズマＣＶＤ法等によりケイ素含有無機膜を形成する際に、レジスト下層膜は第１のレジスト中間層膜とインターミキシングを起こさないので、レジスト下層膜の有機材料の樹脂間を架橋する工程を行わなくてもよい。また、有機材料の樹脂間を架橋しないことで、基板にパターンを形成した後、不用となったレジスト下層膜に有機溶剤等による溶剤剥離が容易に適用できる点で有利である。

この場合、第１のレジスト中間層膜を構成する無機膜を、組成中に窒素原子を含有するものとすることが好ましい（請求項６）。また、この窒素原子を含有する無機膜を窒化ケイ素あるいは酸化窒化ケイ素から成るものとすることが好ましい（請求項７）。

このような第１のレジスト中間層膜を構成するケイ素含有無機膜で、反射防止機能を有していれば、第２のレジスト中間層膜として反射防止機能の低いもの、あるいは殆ど光吸収機能を持たないものも選択することができる。

この場合、第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜のケイ素樹脂を側鎖の１０モル％以上が環状骨格を有するものとすることが好ましい（請求項８）。また、第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜のケイ素樹脂を側鎖の５０モル％以下が芳香族骨格を有するものとすることが好ましい（請求項９）。また、第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜のケイ素樹脂を側鎖の５モル％以上が脂肪族多環状骨格を有するものとすることが好ましい（請求項１０）。

このような第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜のケイ素樹脂であれば、第１のレジスト中間層膜から塩基性物質がフォトレジスト膜へ移行することを防止して、レジストパターンの裾引きを防止することができる。

この場合、基板としてベース層と一次加工された被加工層から成る基板を用いることができる（請求項１１）。

本発明は、たとえば被加工層に一次加工（接続孔の形成）後に、被加工層に配線溝を形成する二次加工を行うビアファースト法等に応用することができる。

この場合、上記基板の被加工層をケイ素含有低誘電率絶縁膜とすることができる（請求項１２）。また、このケイ素含有低誘電率絶縁膜をｋ値が２．８以下のものとすることができる（請求項１３）。

このように、金属配線周辺に従来の絶縁膜よりもｋ値の低い低誘電率絶縁材料を用いることで、半導体装置の応答速度等の性能を上げることができる。

この場合、基板の被加工層を窒素及び／又は酸素含有無機膜とすることができる（請求項１４）。また、基板の被加工層を金属膜とすることができる（請求項１５）。

このように、基板の被加工層を窒素及び／又は酸素含有無機膜、または金属膜とすることができる。

以上説明したように、本発明のパターン形成方法を用いることにより、光リソグラフィーにより形成するレジストパターンに多大な負荷をかけることなく、第２のレジスト中間層膜であるケイ素樹脂膜をエッチング加工できるのみならず、同一条件で第１のレジスト中間層膜であるケイ素含有無機膜を加工することができ、トータルとしてのフォトレジスト膜であるレジスト上層膜への負荷の低減が達成できる。さらに特に微細加工のためにフォトレジスト膜の膜厚を薄くしたい場合、ケイ素含有無機膜の膜厚を下げない膜構成での加工も可能である。また、レジスト下層膜を加工する際には、第２のレジスト中間層膜であるケイ素樹脂膜の有する反応性エッチングへの耐性が加わることにより、第１のレジスト中間層膜であるケイ素含有無機膜の薄膜化あるいはエッチングマスクとしての信頼性向上を図ることもできる。

また、第１のレジスト中間層膜であるケイ素含有無機膜としてケイ素窒化膜あるいはケイ素酸化窒化膜等の裾引きの問題を起こすものを使用した場合においては、フォトレジスト膜との間に第２のレジスト中間層膜であるケイ素樹脂膜を入れてやることにより、レジストパターンに多大な負荷をかけることなく該ケイ素樹脂膜をエッチングすることができると同時にレジストパターンの裾引きを防止することができる。

特に６５ｎｍ以下のパターンルールによるリソグラフィーにおいては、２５０ｎｍ以下の膜厚のフォトレジスト膜を用いて１５０ｎｍ以下の膜厚のケイ素含有無機膜をハードマスクとする３層レジスト法を実施した際に、フォトレジスト膜への低負荷を実現するとともに、レジスト下層膜のエッチングにおいてもハードマスク層の信頼性を上げることができる。

また、近年実用化されようとしているＡＬＤ（原子層積層）法によれば、欠陥のより少ない薄膜を得ることができる。そこでこの方法によれば、欠陥のない５０ｎｍ程度の膜厚のケイ素含有無機膜を作ることが容易となる。そこで、レジストの解像性能を追及するため、フォトレジスト膜厚を２５０ｎｍ以下にし、さらにケイ素含有無機膜を５０ｎｍ以下にしてレジスト下層膜をエッチングしようとした場合にも、本発明の方法によれば、第２のレジスト中間層膜であるケイ素樹脂膜はフォトレジスト膜に与える負担が小さい上に、レジスト下層膜をエッチング加工する際には、ケイ素含有無機膜のエッチングマスクとしての機能を補助することができるため、薄膜化したケイ素含有無機膜の信頼性を維持することができる。

本発明者らは、従来の検討から、ケイ素樹脂を主要構成成分とし、反射防止機能を有するケイ素含有反射防止膜は、フッ素系ガスプラズマによるドライエッチングを用いてやれば、通常のケイ素を含まない全有機反射防止膜に比較して容易に加工できることを知見しており、ケイ素を含有するエッチング時にフォトレジスト膜にかける負荷の小さな反射防止膜についてはすでに出願している（例えば特開２００５−０１８０５４号公報参照）。今回、この反射防止膜を上記ケイ素含有無機膜をレジスト中間層膜として使用する３層レジスト法に適用すると、反射防止膜層のエッチングが容易になるばかりでなく、同一条件でケイ素含有無機膜をエッチングすることができる。更に、このケイ素含有反射防止膜は、レジスト下層膜をエッチングする際の反応性エッチングに対し、エッチング耐性をある程度有することから、ケイ素含有無機膜の膜厚を薄くした場合においても、エッチングマスクに対する信頼性を高めることができ、トータルとしてのエッチング容易性の高い向上を示すことを見出し、本発明をするに至った。

以下、本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（第１の実施形態）
（多層レジスト膜の形成）

先ず、図１（ａ）に示すように、本発明のレジスト下層膜１１は、フォトレジストと同様にスピンコート法などで基板１０上に形成することが可能である。スピンコート法などでレジスト下層膜１１を形成した後、有機溶剤を蒸発させるためベークをすることが望ましい。ベーク温度は８０〜３００℃の範囲内で、１０〜３００秒の範囲内が好ましく用いられる。

このレジスト下層膜１１を構成する有機材料としては、特開２００５−１２８５０９号公報記載の４，４‘−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノールノボラック樹脂（分子量１１０００）の他、ノボラック樹脂をはじめとする多数の樹脂が、２層レジスト法や３層レジスト法のレジスト下層膜材料として公知であり、それらを何れも使用することができる。

ただし、ノボラック樹脂は耐熱性が低いため、一部のクレゾールあるいは全部のクレゾールに替えて、上記４，４‘−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノールノボラック樹脂のような多環式骨格を入れることで耐熱性が改善ができる。このようにレジスト下層膜を構成する有機材料を、多環式骨格を有するものとすることで耐熱性が改善ができる。

また、低温で第１のレジスト中間層膜であるケイ素含有無機膜を形成する場合であれば、レジスト下層膜を構成する有機材料としてヒドロキシスチレン系樹脂も選択することができるが、これのエッチング耐性を高めるためにも多環式骨格の導入効果があり、例えばインデン、フルオレン等を共重合することができる。

また、第１のレジスト中間層膜であるケイ素含有無機膜の成膜等で特に耐熱性が要求されるようなケースでは、ポリイミド系樹脂を使用することもできる（たとえば特開２００４−１５３１２５号公報参照）。

なお、２層レジスト法あるいは塗布型のＳＯＧ膜を使用する３層レジスト法に対して、本発明においてレジスト下層膜上に第１のレジスト中間層膜であるケイ素含有無機膜をプラズマＣＶＤ法等で形成する場合は、レジスト下層膜と第１のレジスト中間層膜とのインターミキシングの問題を心配する必要がない。そこで、レジスト下層膜を構成する有機材料膜の形成において、有機材料の樹脂間を架橋する工程を行わなくてもよい。また、特にこの有機材料の樹脂間を架橋しなければ、基板にパターンを形成した後、不用となったレジスト下層膜に有機溶剤等による溶液剥離が容易に適用できる点で有利である。

有機材料の樹脂の溶解に使用する溶剤としては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの他ジエチレングリコールジメチルエーテルや１−エトキシ−２−プロパノール、乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル及びこれらの混合溶剤等も用いることができ、樹脂１００部（質量部、以下同じ）に対して２００〜１０，０００部、特に３００〜５，０００部程度の量を用いて溶解され、塗布される。

レジスト下層膜の膜厚幅が大きくとれることは一般的多層レジスト法の利点であるが、本方法でも、基板の材料、加工条件等にもよるが３０〜２００００ｎｍ、特に５０〜１５０００nmの範囲で良好な結果が得られる。

次に、上記レジスト下層膜１１上に第１のレジスト中間層膜１２として無機酸化ケイ素膜を成膜する。その成膜方法としてはたとえば、成膜温度を比較的低くできるプラズマＣＶＤ法が挙げられる（特開平７−１８３１９４号公報参照）。

また、酸化ケイ素膜の成膜方法は、上記のような処理温度を低くするものに限られず、特開２００４−１５３１２４号公報に開示されているように、レジスト下層膜を形成する有機材料としてポリイミド等耐熱性の高い樹脂を用いた場合には、処理温度を４００℃以上まで上げてしまう方法を用いることもできる。

しかし、レジスト下層膜１１を最終的に除去する際、溶液で溶解除去する方法を採ろうとした場合には、レジスト下層膜１１の形成に使用する有機材料によっては、高温処理によりレジスト下層膜１１の溶剤溶解性が落ちる可能性もあり、ここでの処理温度はより低温であることが好ましい。常用されるプラズマＣＶＤ装置によっても、原料ガスをアミノシラン類のようなものとすることで、基板１０の処理温度を低くする方法もある。また、ＡＬＤ法は、低温で均一性の高い膜を得ることができる方法であり、これによれば膜厚が低くても第１のレジスト中間層膜１２の欠陥の問題を低減することが可能になる。

次に、上記第１のレジスト中間層膜１２上にケイ素樹脂を含有するケイ素樹脂膜を形成して第２のレジスト中間層膜１３とする。この第２のレジスト中間層膜１３は、フォトレジストと同様にスピンコート法などで形成することが可能である。スピンコート法などで第２のレジスト中間層膜１３を形成した後、有機溶剤を蒸発させ、レジスト上層膜１４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することが望ましい。ベーク温度は８０〜３００℃の範囲内で、１０〜３００秒の範囲内が好ましく用いられる。

第２のレジスト中間層膜１３の形成に用いられるケイ素樹脂はすでに多数公知になっており、基本的には何れの公知のものも使用できるが、次の２つ機能を持つものであることが望ましい。一つは露光光を吸収する反射防止機能であり、屈折率の光吸収能と膜厚の調整により、最適化することが望ましい。このように第２のレジスト中間層膜１３に反射防止機能を持たせることで、定在波による解像度低下等の問題を解消することができる。もう一つは、第２のレジスト中間層膜１３上にフォトレジスト材料を塗布した際、フォトレジスト材料と界面付近で交じり合ってしまう、所謂インターミキシングを起こさないよう、フォトレジスト溶剤に不溶化されていることが望ましい。通常この不溶化はケイ素樹脂間の架橋により行う。

一般にケイ素樹脂は、上記のような成膜工程中でケイ素樹脂の側鎖間及び／又はケイ素樹脂の側鎖とケイ素樹脂のシラノール基間で架橋反応が起こるタイプの他に、ＳＯＧタイプである、成膜工程でシラノール基間でのみ架橋反応が起きるタイプもあり、本発明ではいずれのタイプも使用できる。ただし、前述した、基板にパターンを形成した後にレジスト下層膜を溶剤除去するケース等、基板の処理温度をあまり上げたくない場合には、ＳＯＧタイプは不向きである。

このような側鎖と側鎖間あるいはシラノール基間で架橋が形成されるタイプの反射防止膜は、特開２００５−１８０５４号公報に詳細に開示されている。

次に、フォトレジスト膜を第２のレジスト中間層膜１３上にスピンコート法などで形成してレジスト上層膜１４とし、プリベークを行うが、８０〜１８０℃で、１０〜３００秒の範囲で行うのが好ましい。また、レジスト上層膜１４の厚さは特に制限されないが、３０〜５００ｎｍ、特に５０〜４００ｎｍが好ましい。

ここで使用されるフォトレジスト材料は、主要構成成分としてケイ素樹脂を含まないものが望ましいが、一般的な有機系レジスト材料が使用可能であり、基本的にはネガ型でもポジ型でも良く、また、化学増幅型でも、そうでないものでも良い。しかし、レジスト上層膜を構成するフォトレジスト膜を化学増幅型レジストとすることにより、極めて高精度なパターンを得ることができる。

化学増幅型レジストとしては、ＫｒＦエキシマレーザーによる露光に用いられる芳香族骨格を樹脂中に持つものや、ＡｒＦエキシマレーザーによる露光に用いられる脂肪族多環状化合物骨格を樹脂中に持つものが、何れのものについても多数開示されており、本発明のパターン形成方法においては、いずれのフォトレジスト材料も使用し得る。しかし、６５ｎｍ以下のパターンルールでは、ＡｒＦ露光が好適である。

以上のようにして、レジスト下層膜１１・第１のレジスト中間層膜１２・第２のレジスト中間層膜１３・レジスト上層膜１４を含む多層レジスト膜を形成する（図１（ｂ））。

なお、上記では第１のレジスト中間層膜１２を構成するケイ素含有無機膜を、無機酸化ケイ素膜としたが、組成中に窒素原子を含有するもの、特には、窒化ケイ素あるいは酸化窒化ケイ素から成るものとすることができる。
窒化ケイ素膜、酸化窒化ケイ素膜の形成についてはすでに多くの方法が公知であり、いずれの方法を用いることもできるが、プラズマＣＶＤ法、ＡＬＤ法は、緻密で均質な膜を得る方法として好ましい。

窒化ケイ素膜や酸化窒化ケイ素膜は、反射防止機能を有する。従って、この場合、第１のレジスト中間層膜１２が反射防止機能を有するため、第２のレジスト中間層膜１３として、反射防止機能の低いもの、あるいは殆ど光吸収機能を持たないものも選択することができる。

この場合の第２のレジスト中間層膜１３はむしろ、第１のレジスト中間層膜１２である窒素を含むケイ素含有無機膜から発生する塩基性成分がフォトレジスト膜に移行し、レジストの感度や解像性を低下させることを防ぐ働きをし、さらにエッチングマスクの補助機能も担う。

上述のように、第１のレジスト中間層膜である窒素を含むケイ素含有無機膜から塩基性物質がレジスト膜へ移行することを防止する機能が重要であり、移行をより効率的に防止するためには、第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜のケイ素樹脂を側鎖が環状骨格を有するものとするのが有効である。好ましくはケイ素樹脂の側鎖の１０モル％以上が環状骨格を有していることが好ましい。より好ましくは側鎖の５０モル％以上が、さらに好ましくは７０モル％以上が、脂環式あるいは芳香族骨格を有していることが好ましい。ただし、エッチング加工時にエッチング速度を落とさないことを考慮する場合には、第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜のケイ素樹脂を側鎖の５０モル％以下が芳香族骨格を有するものとするのが好ましい。

また、上記側鎖が脂肪族多環状骨格を有することは塩基性物質の移行を防止するために好ましい。加水分解性シラン類に比較的容易に導入できるものとしては、ノルボルナン骨格が挙げられるが、これは、ケイ素にノルボルナン骨格が直接結合を作っても良いし、あるいはメチレン、エチレンのようなアルキル基を介して結合された側鎖でも良い。また脂肪族多環状骨格の効果を期待する場合は、第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜のケイ素樹脂を側鎖の５モル％以上が脂肪族多環状骨格を有するものとすることが好ましいが、より好ましくは、５０モル％以上の導入が効果的である。

なお、ケイ素樹脂膜に使用するケイ素樹脂は、異なる樹脂を混合して用いることもでき、混合して用いた場合には、上記特定側鎖の比率は、混合後の全体に対する比率を意味する。
また、第２の実施形態における塩基性物質移行防止機能は、膜厚が１０〜３００ｎｍ、好ましくは２０〜２００ｎｍであるが、この範囲内であれば、塩基性物質の移行防止機能が不完全であったり、エッチング加工時にレジストに不要な負担がかかる恐れが少ない。

（多層レジスト膜の加工方法）
次に上記で得た多層レジスト膜の各層の加工方法について説明する。
レジスト上層膜１４を構成するフォトレジスト膜は、定法に従い、フォトレジスト膜に応じた光源、例えばＫｒＦエキシマレーザー光や、ＡｒＦエキシマレーザー光、あるいはＦ_２レーザー光を用いて、パターン回路領域の露光１５を行った後、個々のフォトレジスト膜に合わせて、必要な処理の後、現像操作を行うことでレジストパターンを得ることができる（図１（ｃ））。

次にこのレジストパターンをエッチングマスクとして、有機系材料に対し、酸化ケイ素のエッチング速度が優位に高いドライエッチング条件として、たとえばフッ素系ドライエッチングにより第１のレジスト中間層膜１２および第２のレジスト中間層膜１３のエッチングを同時に行い、レジストパターンを転写する（図１（ｄ））。

フッ素系ドライエッチングで用いられるガスとしては、例えばＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_３Ｆ_１０、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_１０、Ｃ_４Ｆ_８などが挙げられる。

次に第１および第２のレジスト中間層膜に転写されたレジストパターンをエッチングマスクとして、酸化ケイ素に対し、有機材料のエッチング速度が優位に高いドライエッチング条件として、たとえば酸素プラズマによる反応性ドライエッチングにより、レジスト下層膜１１をエッチング加工すると、レジストパターンとして得られた露光パターンが高精度でレジスト下層膜１１に転写される（図１（ｅ））。

この際使用されるドライエッチング条件例としては、上記酸素を含有するガスプラズマによる方法の他、水素‐窒素を含有するガスプラズマによる方法等が使用できる。このエッチング工程によりレジスト下層膜１１にパターンが転写されるが、同時に最上層のレジスト上層膜１４は通常失われ、最表層は第２のレジスト中間層膜１３あるいはより強いエッチングを行なった場合には、第１のレジスト中間層膜１２となる。

さらにレジスト下層膜１１に転写されたレジストパターンをエッチングマスクとして、基板１０のドライエッチングを行う。ここでは、例えば、上記フッ素系ドライエッチング条件を再び使用すると、基板である、酸化ケイ素あるいは金属ケイ素等にパターンが高精度に転写される。このエッチングは、基本的には単層レジスト法に使用するドライエッチング条件を何れも使用することができ、例えば塩素系ドライエッチングを行っても良い。

なお、このドライエッチング条件として例えばフッ素系ガスプラズマを使用した場合には、基板１０のエッチングと同時に、レジスト下層膜１１上に残っている第１のレジスト中間層膜１２および第２のレジスト中間層膜１３はエッチング除去される（図１（ｆ））。

以上の工程の後に、基板のパターン形成が終了するが、最終的に基板１０上に残っているレジスト下層膜１１は、例えば酸素ガスプラズマ、あるいは水素‐窒素によるエッチングで除去できる。また、第１のレジスト中間層膜１２としてケイ素含有無機膜を使用した場合には、上述したように特にレジスト下層膜１１に架橋性を与えなくても良いため、溶剤を使用することでレジスト下層膜１１をウェットストリップすることも可能である（図１（ｇ））。

（第２の実施形態）
（多層レジスト膜の形成）
第２の実施形態では、上記基板としてベース層と一次加工された被加工層から成る基板を用いる場合について説明する。具体的には、多孔性ケイ素系材料を用いたＬｏｗ-ｋ膜を有する半導体装置製造における、デュアルダマシンプロセスによる加工のように、Ｌｏｗ-ｋ膜（被加工層）に第一次加工（接続孔の形成）後、第二次加工として更にＬｏｗ-ｋ膜に配線用の開口を化学増幅型レジストを用いて配線溝を形成するような場合について説明する（例えば特開平１０−９８０３９号公報参照）。

この方法では、多孔性材料を使用した場合、多孔性絶縁膜（被加工層）中に第一次加工でのレジスト現像で使用した塩基性物質が多量に残り、第二次加工のレジストパターン形成を強く妨害することが問題になる。この第二次加工のレジストパターン形成の際、有機平坦化膜（レジスト下層膜）をかぶせた多孔性絶縁膜（被加工層）とフォトレジスト膜の間に緻密な無機膜（レジスト中間層膜）を入れてやるとこの問題は解決できることは周知であるが、この中間体は一次加工した多孔性絶縁膜（被加工層）を持つ基板を用いる場合、有機膜、無機膜、フォトレジスト膜という構成となり、上記（第１の実施形態）で説明した構成の応用になる。そこで、本発明に従ってこの微細加工を行うには、この構成の無機膜をケイ素含有無機膜とし、更にケイ素含有無機膜とフォトレジスト膜との間にケイ素樹脂膜を形成すればよい。

このような第２の実施形態について、以下で図２を参照してより具体的に説明する。
まず、基板１０のベース層１０ｂ上に被加工層１０ａとして、ｋ値が２．５以下である多孔性ケイ素膜を形成する。現像液による汚染の問題は、ｋ値が２．８以下の材料で問題になるが、特に２．５以下の材料では深刻になる。

次に一次加工として、定法に従い、被加工層１０ａ上に反射防止膜を形成した後、フォトレジスト膜を形成して第１次のリソグラフィーを行ない、接続孔を形成する（図２（ａ））。
次に、一次加工された被加工層１０ａ上に、スピンコート法などで有機平坦化層を形成してレジスト下層膜１１とする。レジスト下層膜材料としては第１の実施形態で用いたものと同様のものを用いることができる（図２（ｂ））。

次に、レジスト下層膜１１上に、例えば特開平７−１８１６８８号公報の方法に従い、プラズマＣＶＤ法により第１のレジスト中間層膜１２としてケイ素酸化窒化物膜あるいはケイ素窒化物膜のような、反射防止機能を有するケイ素含有無機膜を形成する。

次に、上記第１のレジスト中間層膜１２上にケイ素樹脂を含有するケイ素樹脂膜を形成して第２のレジスト中間層膜１３とする。第１の実施形態と同様に、第２のレジスト中間層膜１３は、フォトレジスト膜と同様にスピンコート法などで形成することが可能である。

次に、第１の実施形態と同様に、フォトレジスト膜を第２のレジスト中間層膜１３上にスピンコート法などで形成してレジスト上層膜１４とする。
以上のようにして、レジスト下層膜１１・第１のレジスト中間層膜１２・第２のレジスト中間層膜１３・レジスト上層膜１４を含む多層レジスト膜を形成する（図２（ｃ））。

（多層レジスト膜の加工方法）
次に多層レジスト膜の各層の加工方法について説明する。
レジスト上層膜１４であるフォトレジスト膜は、定法に従い、フォトレジスト膜に応じた光源、例えばＫｒＦエキシマレーザー光や、ＡｒＦエキシマレーザー光、あるいはＦ_２レーザー光を用いて、パターン回路領域の露光１５を行った後、個々のフォトレジスト膜に合わせて、必要な処理の後、現像操作を行うことでレジストパターンを得ることができる（図２（ｄ））。

次にこのレジストパターンをエッチングマスクとして、有機系材料に対し、酸化ケイ素のエッチング速度が優位に高いドライエッチング条件として、たとえばフッ素系ドライエッチングにより第１のレジスト中間層膜１２および第２のレジスト中間層膜１３のエッチングを同時に行い、レジストパターンを転写する（図２（ｅ））。

フッ素系ドライエッチングで用いられるガスとしては、例えばＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_４、Ｃ_３Ｆ_１０、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_１０、Ｃ_４Ｆ_８などが挙げられる。

次に第１および第２のレジスト中間層膜に転写されたレジストパターンをエッチングマスクとして、酸化ケイ素に対し、下層有機材料のエッチング速度が優位に高いドライエッチング条件として、たとえば特開２００２−２５２２２２号公報に開示されたＨ_２／Ｎ_２ドライエッチングにより、レジスト下層膜１１をエッチング加工すると、レジストパターンとして得られた露光パターンが高精度でレジスト下層膜１１に転写される（図２（ｆ））。

この際使用されるドライエッチング条件例としては、上記水素‐窒素を含有するガスプラズマによる方法のほか、酸素を含有するガスプラズマによる方法等が使用できる。このエッチング工程によりレジスト下層膜１１にパターンが転写されるが、同時に最上層のレジスト上層膜１４は通常失われる。

さらにレジスト下層膜１１に転写されたレジストパターンをエッチングマスクとして、被加工層１０ａのドライエッチングを行う。ここでは、例えば、上記フッ素系ドライエッチング条件を再び使用すると、配線溝が形成されるとともに、レジスト下層膜１１上に残っている第１のレジスト中間層膜１２および第２のレジスト中間層膜１３はエッチング除去される（図２（ｇ））。

以上の工程の後に、基板のパターン形成が終了するが、最終的に基板上に残っているレジスト下層膜１１は、例えば酸素ガスプラズマ、あるいは水素‐窒素によるドライエッチングで除去できる（図２（ｈ））。
以上の工程により、デュアルダマシン構造のためのリソグラフィーが完成する。

なお、図２に示すように、基板１０は、ベース層１０ｂと一次加工された被加工層１０ａで構成されて良い。基板１０のベース層１０ｂとしては、特に限定されるものではなく、Ｓｉ、α−Ｓｉ、ｐ−Ｓｉ、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ｗ、ＴｉＮ、Ａｌ等で被加工層１０ａと異なる材質のものが用いられる。被加工層１０ａとしては、Ｓｉ、ＳｉＯ₂、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ｐ−Ｓｉ、α−Ｓｉ、Ｗ、Ｗ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ等種々のケイ素含有低誘電率絶縁膜（ｋ値が２．８以下のものであってもよい）、窒素及び／又は酸素含有無機膜、金属膜等が用いられ、通常５０〜１０，０００ｎｍ、特に１００〜５，０００ｎｍ厚さに形成し得る。

以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
基板１０上に４，４‘−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノールノボラック樹脂（分子量１１０００）（特開２００５−１２８５０９号公報参照）のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液（樹脂２８質量部、溶剤１００質量部）を回転塗布し、２００℃、１分間、加熱成膜して、膜厚３００ｎｍのレジスト下層膜１１を形成した（図１（ａ））。

次に、ＥＣＲプラズマ装置を用い、ソースガスとしてＳｉＨ_４（２０ｓｃｃｍ）、Ｎ_２Ｏ（４０ｓｃｃｍ）、ガス圧力０．１Ｐａ、マイクロ波出力１５００Ｗ、プラズマ密度３ｘ１０^１１／ｃｍ^３、ＲＦバイアスパワー０Ｗ、被処理基板温度１５０℃とすることで、第１のレジスト中間層膜１２として均一性の高い膜厚２００ｎｍのケイ素酸化膜を上記レジスト下層膜１１上に成膜した。

次に上記第１のレジスト中間層膜１２上に第２のレジスト中間層膜１３を成膜した。第２のレジスト中間層膜１３を構成するケイ素樹脂膜材料の組成は次の通りである。
樹脂

１０質量部
熱酸発生剤：ビス（ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウムノナフルオロブタン
スルホネート ０．１質量部
溶剤 ：プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
２５０質量部
上記材料を第１のレジスト中間層膜を成膜した基板上に回転塗布し、ホットプレート上、２００℃で１２０秒間加熱し、膜厚９０ｎｍのケイ素樹脂間に架橋を持つ第２のレジスト中間層膜１３を形成した。

更に上記第２のレジスト中間層膜１３上に、レジスト上層膜１４としてフォトレジスト層を形成した。フォトレジスト組成物の組成は次の通りである。
樹脂

（式中、Ｍｅはメチル基、Ｅｔはエチル基を示す。）
１０質量部
光酸発生剤 ：トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート
０．２質量部
塩基性添加物：トリエタノールアミン ０．０２質量部
溶剤 ：プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
６００質量部
上記フォトレジスト組成物を、第２のレジスト中間層膜を成膜した基板上に回転塗布し、１２０℃で６０秒間加熱し、レジスト上層膜１４として膜厚２５０ｎｍのフォトレジスト膜を成膜した。
以上の工程により多層レジスト膜を形成した（図１（ｂ））。

このようにして得たフォトレジスト層を、ＡｒＦ露光装置（ニコン社製；Ｓ３０５Ｂ、ＮＡ０．６８、σ０．８５、２／３輪帯照明、クロムマスク）で露光し、１１０℃で９０秒間加熱後、２．３８％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液で現像し、１１０ｎｍのラインアンドスペースパターンを得た。得られたポジ型のパターンには、フッティング等は観察されなかった（図１（ｃ））。

次にこのレジストパターンをエッチングマスクとして、東京エレクトロン社製ドライエッチング装置ＴＥ−８５００Ｐを用いて、上記第１および第２のレジスト中間層膜にレジストパターンを転写した（図１（ｄ））。エッチング条件は、チャンバー圧力４０Ｐａ、ＲＦパワー１３００Ｗ、ギャップ９ｍｍ、ＣＨＦ_３ガス流量３０ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＦ_４ガス流量３０ｍｌ／ｍｉｎ、Ａｒガス流量１００ｍｌ／ｍｉｎとした。このドライエッチングにより、上記第１および第２のレジスト中間層膜をエッチング加工すると、フォトレジスト膜のサイドエッチングによるパターン変化の影響を殆ど受けずにパターンを転写することができた。

次に上記で得たパターン転写された第１および第２のレジスト中間層膜をエッチングマスクとして、酸素プラズマによる反応性ドライエッチングを行い、レジスト下層膜１１にパターンを転写した（図１（ｅ））。エッチング条件は、チャンバー圧力 ６０Ｐａ、 ＲＦパワー ６００Ｗ、 Ａｒガス流量 ４０ｓｃｃｍ、 Ｏ₂ガス流量 ６０ｓｃｃｍ 、ギャップ ９ｍｍとした。

さらに上記で得たパターン転写されたレジスト下層膜１１をエッチングマスクとして、東京エレクトロン社製ドライエッチング装置ＴＥ−８５００Ｐを用いて、基板１０のドライエッチングを行い、基板にレジストパターンを転写した（図１（ｆ））。エッチング条件は、上記第１および第２のレジスト中間層膜のエッチング時と同じとした。このドライエッチングによりレジストパターンとして得られた露光パターンが高精度で基板に転写された。一方、レジスト下層膜１１上に残っていた第１および第２のレジスト中間層膜は除去された。

次に、基板上に残っているレジスト下層膜１１を酸素プラズマによる反応性ドライエッチングにより除去した（図１（ｇ））。エッチング条件は、チャンバー圧力 ６０Ｐａ、 ＲＦパワー ６００Ｗ、 Ａｒガス流量 ４０ｓｃｃｍ、 Ｏ₂ガス流量 ６０ｓｃｃｍ 、ギャップ ９ｍｍとした。
以上の工程により、基板へのパターン形成が終了した。これにより、非常に高精度で基板にパターンを転写することができた。

（比較例１）
上記実施例１と同条件で基板上にレジスト下層膜、第１のレジスト中間層膜を形成した。次に、第１のレジスト中間層膜上に、非ケイ素系反射防止膜である商品名ＡＲＣ３９（日産化学製）を用いて膜厚８０ｎｍの第２のレジスト中間層膜を形成した。第２のレジスト中間層膜上のレジスト上層膜（フォトレジスト膜）の形成については上記実施例１と同条件で行い、多層レジスト膜を形成した。さらに、上記実施例１と同条件でフォトレジスト層の露光、現像を行いレジストパターンを得た。次に、第２のレジスト中間層膜を酸素プラズマによる反応性ドライエッチングにより除去した。エッチング条件は、チャンバー圧力 ６０Ｐａ、 ＲＦパワー ６００Ｗ、 Ａｒガス流量 ４０ｓｃｃｍ、 Ｏ₂ガス流量 ６０ｓｃｃｍ 、ギャップ ９ｍｍとした。このように得られたレジストパターンをエッチングマスクとして、第１のレジスト中間層膜に上記実施例１と同条件でフッ素含有ガスプラズマによるドライエッチングを行った。
この時、酸素プラズマによるダメージから、フォトレジスト膜のサイドエッチングの効果が現れ、第１のレジスト中間層膜に転写されたパターンには、細りが観測された。

（実施例２）
上記実施例１と同条件で、基板１０上に膜厚３００ｎｍのレジスト下層膜１１を形成した（図１（ａ））。
次に、第１のレジスト中間層膜１２としてレジスト下層膜１１上に膜厚２００ｎｍの窒化ケイ素膜を形成した。基板温度８０℃の条件下、１３．５６ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ法を用い、シラン（ＳｉＨ₄）、窒素、アルゴン（ガスの流量はＳＨ₄：Ｎ₂：Ａｒ＝２：３００：５００［ｓｃｃｍ］）により、ＲＦパワー３００Ｗ、成膜圧力１３Ｐａ、ギャップ３０ｍｍの条件で形成した。

次に上記第１のレジスト中間層膜１２上に第２のレジスト中間層膜１３を成膜した。第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜材料の組成は次の通りである。
樹脂

１０質量部
熱酸発生剤：ビス（ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウムノナフルオロブタン
スルホネート ０．４質量部
溶剤 ：プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
２５０質量部
上記ケイ素樹脂膜材料を、第１のレジスト中間層膜を成膜した基板上に回転塗布し、２００℃で１２０秒間加熱し、第２のレジスト中間層膜１３として膜厚５０ｎｍでケイ素樹脂間に架橋を持つケイ素樹脂膜を成膜した。

更に上記第２のレジスト中間層膜１３上にレジスト上層膜１４としてフォトレジスト膜を形成した。フォトレジスト組成物の組成は次の通りである。
樹脂

（式中、Ｍｅはメチル基、Ｅｔはエチル基を示す。）
１０質量部
光酸発生剤 ：トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート
０．２質量部
塩基性添加物：トリエタノールアミン ０．０２質量部
溶剤 ：プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
６００質量部
上記フォトレジスト組成物を、第２のレジスト中間層膜を成膜した基板上に回転塗布し、１２０℃で６０秒間加熱し、フレジスト上層膜１４として膜厚２５０ｎｍのフォトレジスト膜を成膜した。
以上の工程により多層レジスト膜を形成した（図１（ｂ））。
上記実施例１と同様の条件で基板へのパターン転写を行った（図１（ｃ）―（ｇ））。
これにより、第１および第２のレジスト中間層膜を同時にエッチングして、レジストパターンに多大な負荷をかけることなく基板に高精度のパターンを転写することができ、さらにレジストパターンの裾引きを防止することができた。

（実施例３）
基板１０のベース層１０ｂの上に被加工層１０ａとなる多孔性ケイ素膜を形成した。この被加工層の上に定法に従って反射防止膜を形成した後、反射防止膜の上にフォトレジスト膜を形成し、第１次のリソグラフィーを行って、被加工層に接続孔を形成した（図２（ａ））。

このように一次加工された被加工層１０ａの上に、４，４‘−（９Ｈ−フルオレン−９−イリデン）ビスフェノールノボラック樹脂（分子量１１０００）のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液（樹脂２８質量部、溶剤１００質量部）を回転塗布し、２００℃、１分間、加熱成膜して、レジスト下層膜１１として、非加工部分に対し膜厚２００ｎｍの有機平坦化膜を形成した（図２（ｂ））。

次に、ＥＣＲプラズマ処理装置を用い、レジスト下層膜１１上に第１のレジスト中間層膜１２として緻密な膜質を有する膜厚１５０ｎｍのＳｉＯＮ膜を形成した。この時、原料ガスとしてＳｉＨ₄（５０ ｓｃｃｍ）、Ｎ₂ Ｏ（５０ ｓｃｃｍ）を用い、ガス圧力 ０．１ Ｐａ、 マイクロ波出力 １０００ Ｗ（２．４５ＧＨｚ）、プラズマ密度 ３×１０¹¹／ｃｍ³ 、ＲＦバイアスパワー ０ Ｗ、 被処理基板温度 １５０ ℃ の条件下で形成した。

次に上記第１のレジスト中間層膜１２上に第２のレジスト中間層膜１３を成膜した。第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜材料の組成は次の通りである。
樹脂

１０質量部
熱酸発生剤：ビス（ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ヨードニウムノナフルオロブタン
スルホネート ０．４質量部
溶剤 ：プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
２５０質量部
上記材料を第１のレジスト中間層膜を成膜した基板上に回転塗布し、ホットプレート上、２００℃で１２０秒間加熱し、膜厚５０ｎｍのケイ素樹脂間に架橋を持つ第２のレジスト中間層膜１３を形成した。

更に上記第２のレジスト中間層膜１３上にレジスト上層膜１４としてフォトレジスト膜を形成した。フォトレジスト組成物の組成は次の通りである。
樹脂

（式中、Ｍｅはメチル基、Ｅｔはエチル基を示す。）
１０質量部
光酸発生剤 ：トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルホネート
０．２質量部
塩基性添加物：トリエタノールアミン ０．０２質量部
溶剤 ：プロピレングリコールメチルエーテルアセテート
６００質量部
上記フォトレジスト組成物を、第２のレジスト中間層膜を成膜した基板上に回転塗布し、１２０℃で６０秒間加熱し、レジスト上層膜１４として膜厚２５０ｎｍのフォトレジスト膜を成膜した。
以上の工程により多層レジスト膜を形成した（図２（ｃ））。

上記多層レジスト膜に対し、配線溝パターンを露光機（ニコン社製NSR-305B）で露光し、１１０℃で２分間加熱した後、２．３８％のＴＭＡＨで現像すると、フッティング等のない好適なレジストパターンが得られた（図２（ｄ））。

次にここで得たレジストパターンをエッチングマスクとして、第１及び第２のレジスト中間層膜に対して同時にドライエッチングを行った。この時のドライエッチング条件は、チャンバー圧力４０Ｐａ、ＲＦパワー１３００Ｗ、ギャップ９ｍｍ、ＣＨＦ_３ガス流量３０ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＦ_４ガス流量３０ｍｌ／ｍｉｎ、Ａｒガス流量１００ｍｌ／ｍｉｎとした。このドライエッチングにより、レジストパターンが良好な状態で第１のレジスト中間層膜であるＳｉＯＮ膜に転写された（図２（ｅ））。

更に、特開２００２−２５２２２２号公報に開示された方法により、レジストパターンが転写された第１のレジスト中間層膜をエッチングマスクとして、レジスト下層膜１１に対してドライエッチングを行った。この時のドライエッチング条件は、エッチング圧力２．７Ｐａ、上部電極への供給電力１８００Ｗ、下部電極への供給電力１５０Ｗ、ギャップ３０ｍｍ、Ｎ_２ガス２００ｓｃｃｍ、Ｈ_２ガス２００ｓｃｃｍとした。このドライエッチングにより、レジスト下層膜１１（有機平坦化膜）にパターンが転写されるとともに、レジスト上層膜１４（フォトレジスト膜）が除去された（図２（ｆ）。

さらに上記でレジストパターンが転写されたレジスト下層膜１１をエッチングマスクとして、東京エレクトロン社製ドライエッチング装置ＴＥ−８５００Ｐを用いて、被加工層１０ａのドライエッチングを行い、被加工層にレジストパターンを転写した。エッチング条件は、チャンバー圧力４０Ｐａ、ＲＦパワー１３００Ｗ、ギャップ９ｍｍ、ＣＨＦ_３ガス流量３０ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＦ_４ガス流量３０ｍｌ／ｍｉｎ、Ａｒガス流量１００ｍｌ／ｍｉｎとした。このドライエッチングにより被加工層に高精度で配線溝が形成されるとともに、レジスト下層膜上に残っている第１および第２のレジスト中間層膜は除去された（図２（ｇ）。

このような被加工層の第２次加工により配線溝の加工が終了した基板を、再び上記Ｈ_２／Ｎ_２ドライエッチング条件で処理して、レジスト下層膜１１が除去し、デュアルダマシン構造のためのリソグラフィーを完成させた（図２（ｈ）。
以上の工程により、被加工層へのパターン形成が終了した。

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。

本発明のパターン形成方法の一例を示す説明図である。 本発明のパターン形成方法の別の例を示す説明図である。

符号の説明

１０…基板、 １０ａ…被加工層、 １０ｂ…ベース層、
１１…レジスト下層膜、 １２…第１のレジスト中間層膜、
１３…第２のレジスト中間層膜、 １４…レジスト上層膜、
１５…露光。

Claims (15)

1. リソグラフィーにより基板にパターンを形成する方法であって、少なくとも、有機材料を用いて有機材料膜を基板上に形成してレジスト下層膜とし、該レジスト下層膜の上にケイ素原子を含有する無機膜を形成して第１のレジスト中間層膜とし、該第１のレジスト中間層膜の上にケイ素樹脂を含有するケイ素樹脂膜を形成して第２のレジスト中間層膜とし、該第２のレジスト中間層膜の上にフォトレジスト膜を形成してレジスト上層膜とし、レジスト下層膜・第１のレジスト中間層膜・第２のレジスト中間層膜・レジスト上層膜を含む多層レジスト膜を形成し、該多層レジスト膜のパターン回路領域を露光した後、現像液で現像してレジスト上層膜にレジストパターンを形成し、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第１および第２のレジスト中間層膜をエッチングし、少なくともパターンが形成された第１および第２のレジスト中間層膜をマスクにしてレジスト下層膜をエッチングし、さらに、少なくともパターンが形成されたレジスト下層膜をマスクにして基板をエッチングして基板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。
2. 上記レジスト上層膜を構成するフォトレジスト膜を化学増幅型レジストと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。
3. 上記第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜は、ケイ素樹脂の側鎖間及び／又はケイ素樹脂の側鎖とケイ素樹脂のシラノール基間で架橋しているものとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン形成方法。
4. 上記レジスト下層膜を構成する有機材料を、多環式骨格を有するものとすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
5. 上記レジスト下層膜を構成する有機材料膜の形成において、有機材料の樹脂間を架橋する工程を行わないことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
6. 上記第１のレジスト中間層膜を構成する無機膜を、組成中に窒素原子を含有するものとすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
7. 上記窒素原子を含有する無機膜を窒化ケイ素あるいは酸化窒化ケイ素から成るものとすることを特徴とする請求項６に記載のパターン形成方法。
8. 上記第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜のケイ素樹脂を側鎖の１０モル％以上が環状骨格を有するものとすることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
9. 上記第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜のケイ素樹脂を側鎖の５０モル％以下が芳香族骨格を有するものとすることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
10. 上記第２のレジスト中間層膜を構成するケイ素樹脂膜のケイ素樹脂を側鎖の５モル％以上が脂肪族多環状骨格を有するものとすることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
11. 上記基板としてベース層と一次加工された被加工層から成る基板を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
12. 上記基板の被加工層をケイ素含有低誘電率絶縁膜とす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。
13. 上記ケイ素含有低誘電率絶縁膜をｋ値が２．８以下のものとすることを特徴とする請求項１２に記載のパターン形成方法。
14. 上記基板の被加工層を窒素及び／又は酸素含有無機膜とすることを特徴とする請求項１２に記載のパターン形成方法。
15. 上記基板の被加工層を金属膜とすることを特徴とする請求項１２に記載のパターン形成方法。

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