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公開番号2025083187
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2023196947
出願日2023-11-20
発明の名称パターン形成方法
出願人信越化学工業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G03F 7/11 20060101AFI20250523BHJP(写真;映画;光波以外の波を使用する類似技術;電子写真;ホログラフイ)
要約【課題】エッジラフネスのない微細なパターンを形成可能なパターン形成方法の提供。
【解決手段】被加工基板上に、有機下層膜、ケイ素含有ハードマスク、ケイ素含有反射防止膜、及びフォトレジスト膜を、この順で積層する工程と、フォトレジスト膜にレジストパターンを形成する工程と、ハードマスク中間膜パターンを形成する工程と、有機下層膜パターンを形成する工程と、被加工基板にパターンを形成する工程とを含み、ケイ素含有反射防止膜を、下記一般式(Sx-1)で表される繰り返し単位、下記一般式(Sx-2)で表される繰り返し単位、及び下記一般式(Sx-3)で表される部分構造のいずれか1つ以上を含むポリシロキサンと、架橋剤とを含むケイ素含有反射防止膜形成用組成物を用いて形成するパターン形成方法。
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【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
パターン形成方法であって、
（１）被加工基板上に、（Ａ）有機下層膜、（Ｂ）ケイ素含有ハードマスク、（Ｃ）ケイ素含有反射防止膜、及び（Ｄ）フォトレジスト膜を、この順で積層する工程と、
（２）前記（Ｄ）フォトレジスト膜のパターン回路領域を露光して露光パターンを形成し、次いで前記露光パターンを現像液で現像して、前記（Ｄ）フォトレジスト膜にレジストパターンを形成する工程と、
（３）得られた前記レジストパターンをエッチングマスクにして前記（Ｃ）ケイ素含有反射防止膜及び前記（Ｂ）ケイ素含有ハードマスクをエッチングして、ハードマスク中間膜パターンを形成する工程と、
（４）得られた前記ハードマスク中間膜パターンをエッチングマスクにして前記（Ａ）有機下層膜をエッチングして、有機下層膜パターンを形成する工程と、
（５）得られた前記有機下層膜パターンをエッチングマスクにして前記被加工基板をエッチングして、前記被加工基板にパターンを形成する工程と、
を含み、
前記（Ｃ）ケイ素含有反射防止膜を、下記一般式（Ｓｘ－１）で表される繰り返し単位、下記一般式（Ｓｘ－２）で表される繰り返し単位、及び下記一般式（Ｓｘ－３）で表される部分構造のいずれか１つ以上を含むポリシロキサンと、架橋剤とを含むケイ素含有反射防止膜形成用組成物を用いて形成することを特徴とするパターン形成方法。
TIFF
2025083187000041.tif
42
94
（式中、Ｒ
ａ
、Ｒ
ｂ
及びＲ
ｃ
は、それぞれ同じでも異なってもよい炭素数１～３０の１価の有機基である。）
続きを表示（約 760 文字）【請求項２】
前記（Ｂ）ケイ素含有ハードマスクとして、ケイ素酸化膜、ケイ素窒化膜、及びケイ素酸化窒化膜からなる群より選択される層を形成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３】
前記一般式（Ｓｘ－１）～（Ｓｘ－３）中、Ｒ
ａ
～Ｒ
ｃ
の少なくとも１つが、炭素－酸素単結合又は炭素－酸素二重結合を１以上有する有機基である前記ポリシロキサンを用いて、前記（Ｃ）ケイ素含有反射防止膜を形成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４】
前記架橋剤としてイソシアヌル酸構造を含む化合物を用いて、前記（Ｃ）ケイ素含有反射防止膜を形成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５】
前記（Ａ）有機下層膜をＣＶＤ法で形成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６】
前記（Ａ）有機下層膜として、グラフェン膜、アモルファスカーボン膜およびダイヤモンドライクカーボン膜のいずれかを含むものを形成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（Ｂ）ケイ素含有ハードマスクの膜厚ＦＴｂと前記（Ｃ）ケイ素含有反射防止膜の膜厚ＦＴｃとが、ＦＴｂ＞ＦＴｃの関係を満たすように、前記（Ｂ）ケイ素含有ハードマスク及び前記（Ｃ）ケイ素含有反射防止膜を形成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（Ｃ）ケイ素含有反射防止膜の膜厚が１５ｎｍ以下となるように、前記（Ｃ）ケイ素含有反射防止膜を形成することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のパターン形成方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケイ素含有反射防止膜を用いたパターン形成方法に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
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フォトレジスト組成物である。この単層ポジ型フォトレジスト組成物は、塩素系あるいはフッ素系のガスプラズマによるドライ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スイッチング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被加工基板をドライエッチング加工するものである。
【０００３】
ところが、使用するフォト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、フォトレジスト膜の解像性能が低下し、また現像液によりフォト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という問題が発生した。このため、パターンの微細化に伴いフォトレジスト膜は薄膜化されてきた。
【０００４】
一方、被加工基板の加工には、通常、パターンが形成されたフォトレジスト膜をエッチングマスクとして、ドライエッチングにより基板を加工する方法が用いられるが、現実的にはフォトレジスト膜と被加工基板の間に完全なエッチング選択性を取ることのできるドライエッチング方法が存在しない。そのため、基板の加工中にフォトレジスト膜もダメージを受けて崩壊し、レジストパターンを正確に被加工基板に転写できなくなるという問題があった。そこで、パターンの微細化に伴い、レジスト組成物により高いドライエッチング耐性が求められてきた。しかしながら、その一方で、解像性を高めるために、フォトレジスト組成物に使用する樹脂には、露光波長における光吸収の小さな樹脂が求められてきた。そのため、露光光がｉ線、ＫｒＦ、ＡｒＦと短波長化するにつれて、樹脂もノボラック樹脂、ポリヒドロキシスチレン、脂肪族多環状骨格を持った樹脂と変化してきたが、現実的には基板加工時のドライエッチング条件におけるエッチング速度は速いものになってきてしまっており、解像性の高い最近のフォトレジスト組成物は、むしろエッチング耐性が弱くなる傾向にある。
【０００５】
このことから、より薄く且つよりエッチング耐性の弱いフォトレジスト膜で被加工基板をドライエッチング加工しなければならないことになり、この加工工程における材料及びプロセスの確保は急務になってきている。
【０００６】
このような問題点を解決する方法の一つとして、多層レジスト法がある。この方法は、フォトレジスト膜（即ち、レジスト上層膜）とエッチング選択性が異なるレジスト中間膜をレジスト上層膜と被加工基板との間に介在させ、レジスト上層膜にパターン（レジストパターン）を得た後、レジストパターンをドライエッチングマスクとしてレジスト中間膜をドライエッチングすることによりレジスト中間膜にパターン（レジスト中間膜パターン）を転写し、更にレジスト中間膜パターンをドライエッチングマスクとして、被加工基板をドライエッチングすることにより、被加工基板にパターンを転写する方法である。
【０００７】
多層レジスト法の一つに、単層レジスト法で使用されている一般的なレジスト組成物を用いて行うことができる３層レジスト法がある。この３層レジスト法では、例えば、被加工基板上にノボラック樹脂等による有機膜をレジスト下層膜として成膜し、その上にケイ素含有レジスト中間膜をレジスト中間膜として成膜し、その上に通常の有機系フォトレジスト膜をレジスト上層膜として形成する。フッ素系ガスプラズマによるドライエッチングを行う際には、有機系のレジスト上層膜は、ケイ素含有レジスト中間膜に対して良好なエッチング選択比が取れるため、レジスト上層膜パターンをフッ素系ガスプラズマによるドライエッチングによりケイ素含有レジスト中間膜に転写することができる。この方法によれば、直接被加工基板を加工するための十分な膜厚を持ったパターンを形成することが難しいレジスト組成物や、基板の加工に十分なドライエッチング耐性を持たないレジスト組成物を用いても、ケイ素含有レジスト中間膜（レジスト中間膜）にレジスト上層膜パターンを転写することができ、続いて酸素系又は水素系ガスプラズマによるドライエッチングによる有機膜へのパターン転写を行えば、基板の加工に十分なドライエッチング耐性を持つノボラック樹脂等による有機膜（レジスト下層膜）のパターンを得ることができる。上述のようなレジスト下層膜としては、例えば特許文献１に記載のものなど、すでに多くのものが公知となっている。
【０００８】
上記のような３層レジスト法で使用されるケイ素含有レジスト中間膜としては、ＣＶＤによるケイ素含有無機膜、例えばＳｉＯ
２
膜（例えば、特許文献２等）やＳｉＯＮ膜（例えば、特許文献３等）などのケイ素含有ハードマスク、回転塗布により膜を得られるものとしては、ＳＯＧ（スピンオンガラス）膜（例えば、特許文献４、及び非特許文献１等）や架橋性シルセスキオキサン膜（例えば、特許文献５等）等が使用されており、ポリシラン膜（例えば、特許文献６等）も使用できるであろう。先端の３層レジスト法では、反射防止機能を調整しやすいためＳＯＧ膜が多く用いられている。
【０００９】
このような３層レジスト法で従来使用されてきたＳＯＧ膜にはいくつかの問題がある。例えば、光リソグラフィーによりレジストパターンを形成しようとした場合、露光光が基板で反射し、入射光と干渉して、所謂定在波の問題を引き起こすことはよく知られており、最先端のＡｒＦ液浸・高ＮＡ露光条件でレジスト膜のエッジラフネスのない微細パターンを得るためには、中間膜として反射防止機能を有するものが必須となる。更に、上記のような最先端の半導体プロセスにおいては、一段とフォトレジストの薄膜化が進んでいるため、中間膜にも薄膜化が求められており、次世代の露光プロセスでは、中間膜に３０ｎｍ以下の膜厚で反射防止効果を付与することが求められている。また、レジスト下層膜を加工する際に一般的に使用される酸素ガスプラズマに対するドライエッチング速度は、ＳＯＧ膜と下層膜とのエッチング選択比を高めるために、より小さいことが好ましく、薄膜化の流れから、ＳＯＧ膜にはドライエッチング耐性の改善が求められている。
【００１０】
３層レジスト法において、反射防止機能とドライエッチング耐性とを高次元で備えたＳＯＧ膜の開発は難しい。反射防止機能を向上させるためには高屈折率な有機基を持つポリシロキサンを使う必要があるが、有機基の導入率を増やすと膜中のケイ素成分が減るため酸素ガスに対するドライエッチング耐性が劣化する。一方で、反射防止とドライエッチング耐性の機能を異なる２膜に付与した４層レジスト法が存在する。特許文献７では、有機下層膜、ケイ素含有ハードマスク、有機反射防止膜、及びフォトレジストからなる４層レジスト法が報告されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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