(57)【要約】【課題】リソグラフィ工程において、真空紫外領域の光を用いた場合にも、光学特性を調整でき、高い寸法制御性を得ることができる反射防止膜及びパターン転写方法を提案する。【解決手段】感光性材料からなる感光膜を感光させて、マスクパターンを転写するリソグラフィ工程において、感光膜の下方の層からの光の反射を抑えるため、感光膜に接して形成される反射防止膜において、反射防止膜は、ベース樹脂を含み、このベース樹脂の分子構造中に、置換基として、臭素原子、塩素原子あるいはヨウ素原子のうち、少なくとも１の原子を含む。また、ベース樹脂の分子構造中に、更に、フッ素原子を含ませることもできる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性材料からなる感光膜を感光させて、マスクパターンを転写するリソグラフィ工程において、前記感光膜の下方の層からの光の反射を抑えるため、前記感光膜に接して形成される反射防止膜であって、
ベース樹脂を含み、
前記ベース樹脂の分子構造中に、置換基として、臭素原子、塩素原子あるいはヨウ素原子のうち、少なくとも１の原子を含むことを特徴とする反射防止膜。
【請求項２】
前記置換基は、フッ素原子を含むことを特徴とする請求項１に記載の反射防止膜。
【請求項３】
前記フッ素原子は、前記置換基のα位に含まれることを特徴とする請求項２に記載の反射防止膜。
【請求項４】
前記ベース樹脂の分子構造中に、第二の置換基として、フッ素原子を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の反射防止膜。
【請求項５】
被加工基板に、
ベース樹脂の分子構造中に、置換基として、臭素原子、塩素原子、あるいは、ヨウ素原子のうち少なくとも１の原子を含む反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、
前記反射防止膜上に、感光性材料からなる感光膜を形成する感光膜形成工程と、
真空紫外領域に波長を有する光を、所望のパターンの形成されたマスクを介して、前記感光膜に照射し、前記感光膜に、前記マスクのパターンの転写を行うパターン転写工程と、
を備えるパターン転写方法。
【請求項６】
前記反射防止膜として、前記置換基が、フッ素原子を含むものを用いることを特徴とする請求項５に記載のパターン転写方法。
【請求項７】
前記フッ素原子が、前記置換基のα位に含まれることを特徴とする請求項６に記載のパターン転写方法。
【請求項８】
前記反射防止膜として、前記ベース樹脂の分子構造中に、第二の置換基として、フッ素原子を含むものを用いることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のパターン転写方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射防止膜及びパターン転写方法に関する。更に具体的には、リソグラフィ工程において用いられる反射防止膜と、この反射防止膜を用いたパターン転写方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路をはじめ、各種の電子部品等には、微細加工が必要とされ、その加工には、リソグラフィ技術が広く用いられている。例えば、半導体素子の製造におけるリソグラフィ工程では、微細加工を必要とする対象基板上に、感光性の材料からなるレジストを塗布した後、レジストに、マスクを介して露光光を照射することによりレジストを感光させ、これにより光学像をレジストに転写する。
【０００３】
ここで、転写可能な最小パターン寸法、即ち、解像度Ｒは、Ｒ＝ｋ（λ／ＮＡ）と表すことができる。なお、ｋは、定数、λは、リソグラフィにおいて用いた光の波長、ＮＡは、レンズの開口率である。従って、パターン寸法の限界は、光の波長に大きく依存する。
【０００４】
従って、より微細なパターンの加工を行うため、リソグラフィに用いる露光光の短波長化が進んでいる。例えば、ゲート寸法７０ｎｍ以下の世代における半導体素子の製造には、真空紫外領域の光、具体的には、波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ光が主流になると考えられている。
【０００５】
ところで、このような感光性材料のレジスト等を利用したリソグラフィ工程においては、パターンの寸法変動を抑えるために、レジスト等より下の下地層からの光の反射を防ぐ必要がある。このため、レジスト等の感光膜の下に、反射防止膜を形成することにより、下地からの反射を抑える手段が用いられる場合がある。一般に、このような反射防止膜としては、光吸収成分を含む有機ポリマーなどが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１４８７９１号公報  段落０００２〜段落０００４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この反射防止膜は、露光光の反射を抑えるための膜であるため、屈折率や、光の吸収率、吸収できる光の波長等、光学特性の調整が必要である。また、リソグラフィ工程の後、感光膜と共に除去される必要があることから、十分に高いエッチングレートを有することが好ましい。しかし、現存の反射防止膜材料では、真空紫外領域の光に対する光学特性の調整は必ずしも十分なものではない。また、レジストのエッチングレートに対して十分に高いエッチングレートを得ることもできない。このため、リソグラフィ工程において、用いる光の波長を短波長化し、Ｆ２エキシマレーザ等の光を用いても、十分な寸法制御性を確保できず、従って、正確な微細加工ができないことが考えられる。
【０００８】
従ってこの発明は、上述の問題を解決し、真空紫外領域の光に対しても、光学特性の調整が可能であり、かつ、高いエッチングレートを有する改良した反射防止膜及びこれを用いたパターン転写方法を提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従って、この発明の反射防止膜は、感光性材料からなる感光膜を感光させて、マスクパターンを転写するリソグラフィ工程において、前記感光膜の下方の層からの光の反射を抑えるため、前記感光膜に接して形成される反射防止膜であって、
ベース樹脂を含み、
前記ベース樹脂の分子構造中に、置換基として、臭素原子、塩素原子あるいはヨウ素原子のうち、少なくとも１の原子を含むものである。
【００１０】
また、この発明のパターン転写方法は、被加工基板に、
ベース樹脂の分子構造中に、置換基として、臭素原子、塩素原子、あるいは、ヨウ素原子のうち少なくとも１の原子を含む反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、
前記反射防止膜上に、感光性材料からなる感光膜を形成する感光膜形成工程と、
真空紫外領域に波長を有する光を、所望のパターンの形成されたマスクを介して、前記感光膜に照射し、前記感光膜に、前記マスクのパターンの転写を行うパターン転写工程と、
を備えるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００１２】
実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態における反射防止膜２の化学的構造を示す図である。
図１に示すように、反射防止膜２は、ベース樹脂２ａとして、飽和炭化水素を用いる。また、反射防止膜２は、ベース樹脂２ａの分子構造中に、置換基として、塩素（Ｃｌ）原子と、フッ素（Ｆ）原子とを含む。更に、塩素（Ｃｌ）のα位は、フッ素（Ｆ）により置換されている。
【００１３】
ここで、塩素（Ｃｌ）は、真空紫外領域により遷移する強いリュードベリ（Ｒｙｄｂｅｒｇ）遷移を有する。即ち、真空紫外領域の波長を吸収する。また、塩素（Ｃｌ）原子のα位に置換されたフッ素（Ｆ）の強い電子吸引的性質により、リュードベリ遷移の吸収位置は、短波長側にシフトされ調整されている。また、塩素（Ｃｌ）原子は、屈折率を大きくするが、フッ素（Ｆ）原子は、屈折率を小さくすることができる。従って、ベース樹脂２ａの分子構造中に、置換基として、塩素（Ｃｌ）原子だけでなく、フッ素（Ｆ）原子をも含ませることにより、反射防止膜２の屈折率は、ある程度小さく調整されている。更に、塩素（Ｃｌ）原子、フッ素（Ｆ）原子を含むことにより、塩素（Ｃｌ）原子やフッ素（Ｆ）原子を含まない樹脂よりも、反射防止膜２のエッチングレートが向上される。
【００１４】
図２は、この実施の形態におけるパターン転写方法を説明するためのフロー図である。また、図３〜図７は、実施の形態におけるパターン転写の各工程における状態を説明するための断面模式図である。
図２〜図７を用いて、図１に示すような反射防止膜２を用いて、半導体素子の絶縁膜にパターンを形成する方法について説明する。
【００１５】
まず、図３に示すように、基板４上に形成された絶縁膜６の上に、反射防止膜２を形成する。反射防止膜２の材料としては、上述のように、飽和炭化水素をベース樹脂２ａとし、その分子構造中に、塩素（Ｃｌ）原子と、フッ素（Ｆ）原子とを含むものを用いる。ここでは、この材料を回転塗布により絶縁膜６上に塗布した後（ステップＳ２）、ベーク処理を施し（ステップＳ４）、これにより反射防止膜２を成膜する。
【００１６】
次に、図４に示すように、反射防止膜２上に、感光性の材料からなるレジスト８を塗布する（ステップＳ６）。その後、波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ光を露光光源として、露光を行い、レジスト８にパターンを転写する（ステップＳ８）。その後、現像処理（ステップＳ１０）を行い、図５に示すように、反射防止膜２上に、レジストパターン１０を形成する。
【００１７】
次に、レジストパターン１０をマスクとして、反射防止膜２及び絶縁膜６のエッチングを行う（ステップＳ１２）。これにより、図６に示すように、絶縁膜６に所望のパターンが形成される。その後、レジストパターン１０と、反射防止膜２とを除去する（ステップＳ１４）。このようにして、図７に示すように、基板４上に所望のパターンの形成された絶縁膜６が残される。
【００１８】
ここでは、上述した構造による反射防止膜２を用いており、反射防止膜２による光の吸収位置は、ベース樹脂２ａの分子構造中に、置換基として含ませた塩素（Ｃｌ）原子と、そのα位を置換したフッ素（Ｆ）原子とにより、調整されている。即ち、光の吸収位置は、波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ光に合わせられている。従って、露光光源としてＦ２エキシマレーザを用いても、反射防止膜２中の塩素（Ｃｌ）原子が十分にこれを吸収するため、下層膜である絶縁膜６からの反射を抑えることができる。
また、反射防止膜２には、ベース樹脂２ａの分子構造には、更に、置換基として、フッ素（Ｆ）原子が含まれ、反射防止膜２の屈折率は調整されている。
【００１９】
更に、塩素（Ｃｌ）原子やフッ素（Ｆ）原子等のハロゲンを含むことにより、反射防止膜２は、レジストパターン１０と同様の高いエッチングレートを備える。したがって、反射防止膜２と、レジストパターン１０とを除去する際、容易に除去することができる。
【００２０】
図８は、原子種の違いによるリュードベリ遷移の吸収波長の変化を説明するための図である。また、図９は、フッ素（Ｆ）原子の導入によるリュードベリ遷移の吸収波長の短波長化について説明するための図である。
【００２１】
この実施の形態では、ベース樹脂２ａの分子構造中の１箇所を塩素（Ｃｌ）原子により置換したものを用いた。しかし、分子構造中に含ませる原子は、塩素（Ｃｌ）原子ではなく、臭素（Ｂｒ）原子、あるいは、ヨウ素（Ｉ）原子を含ませる場合もある。これらの原子は、図８に示すように、ヨウ素（Ｉ）、塩素（ＣＬ）、臭素（Ｂ）の順に、光の吸収位置が短波長側に存在している。従って、これを利用して、露光光の波長に合わせて、置換する原子を選ぶことにより、反射防止膜２の光吸収の位置を調整することができる。
【００２２】
更に、この実施の形態では、塩素（Ｃｌ）原子のα位を、フッ素（Ｆ）原子により置換することにより、ベース樹脂２ａに、フッ素（Ｆ）原子を導入している。しかし、反射防止膜２としては、α位のみを置換したものに限らず、β位をも置換したものや、あるいは、フッ素（Ｆ）原子による置換を行わないものである場合もある。図９に示すように、フッ素（Ｆ）原子による置換を行うことにより、リュードベリ遷移の吸収波長位置は、更に、短波長側にシフトさせることができる。従って、これを利用して、露光光の波長に合わせて、適切にフッ素（Ｆ）原子による置換を行い、あるいは、行わないことにより、反射防止膜２の光吸収の位置を、更に調整することができる。
【００２３】
即ち、この実施の形態によれば、ベース樹脂２ａの、分子構造中に、置換基として含ませる原子として、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）のいずれかの選択と、また、これらの結合のフッ素（Ｆ）原子による置換による調整と、により、反射防止膜２の光吸収の位置を適切に調整することができる。また、ベース樹脂２ａの分子構造中に、置換基として、フッ素（Ｆ）原子を含ませることにより、屈折率の調節を行うこともできる。従って、反射防止膜２を用いる場合には、光吸収と、屈折率との両者を調節するようにして、原子を選択し、フッ素を含ませればよい。また、これらのハロゲン原子により、反射防止膜２のエッチングレートは高くなるため、レジストパターン除去の際、容易にこれらの膜を除去することができる。
【００２４】
なお、この実施の形態においては、半導体素子の製造において、反射防止膜２を用いる場合であって、絶縁膜６にパターンを形成する場合について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではなく、半導体素子における他の膜にパターンを形成する際のリソグラフィや、また、半導体素子に限らず、他の微細加工の必要なものにリソグラフィを用いる場合等において、有効に利用することができる。
【００２５】
また、この実施の形態においては、反射防止膜２のベース樹脂２ａとして、飽和炭化水素を用いた。しかし、この発明において、ベース樹脂はこれに限るものではなく、エポキシ類や、アクリレート類等、他の有機ポリマーを用いるものであってもよく、また、ポリスチレン類等の芳香族類の有機ポリマーを用いてもよい。
【００２６】
なお、この発明において、感光膜には、例えば、この実施の形態におけるレジスト８が該当する。また、例えば、この実施の形態において、ステップＳ２、Ｓ４を実行することにより、この発明の反射防止膜形成工程が実行され、例えば、ステップＳ６を実行することにより、この発明の感光膜形成工程が実行され、例えば、ステップＳ８、Ｓ１０を実行することにより、この発明のパターン転写工程が実行される。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、反射防止膜のベース樹脂の分子構造中に、置換基として、臭素、塩素あるいは、ヨウ素原子のうち、少なくとも１の原子を含む。従って、リソグラフィ工程において、真空紫外領域の光を用いる場合にも、反射防止膜の光学特性の調整が可能であり、より正確なパターンの転写を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における反射防止膜の化学的構造を説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態におけるパターン転写方法を説明するためのフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態におけるパターン転写の各工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図４】この発明の実施の形態におけるパターン転写の各工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図５】この発明の実施の形態におけるパターン転写の各工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図６】この発明の実施の形態におけるパターン転写の各工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図７】この発明の実施の形態におけるパターン転写の各工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図８】原子種の違いによるリュードベリ遷移の吸収波長の変化を説明するための図である。
【図９】フッ素（Ｆ）原子の導入によるリュードベリ遷移の吸収波長の短波長化について説明するための図である。
【符号の説明】
２  反射防止膜
２ａ  ベース樹脂
４  基板
６  絶縁膜
８  レジスト
１０  レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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