(57)【要約】 【課題】塗布された反転材の段差を小さくし、反転マスクプロセスにより所望のパターンを形成する。【解決手段】本実施形態によれば、パターン形成方法は、被加工膜上の第１領域に第１パターンを形成する工程と、前記第１パターンを覆うように前記被加工膜上に感光性化合物を有する反転材膜を形成する工程と、前記反転材膜を露光及び現像し、前記被加工膜上の前記第１領域とは異なる第２領域において、前記反転材膜を第２パターンに加工する工程と、前記反転材膜を露光及び現像した後、前記第１パターンの上面が露出するように前記反転材膜をエッチバックし、前記第１領域において前記反転材膜を第３パターンに加工する工程と、前記第２パターン及び前記第３パターンをマスクとして前記被加工膜をエッチングする工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工膜上の第１領域にインプリント処理により第１パターンを形成する工程と、
前記第１パターンを覆うように前記被加工膜上に感光性化合物を有する反転材膜を形成する工程と、
前記反転材膜を露光及び現像し、前記被加工膜上の前記第１領域とは異なる第２領域において、前記反転材膜を第２パターンに加工する工程と、
前記反転材膜を露光及び現像した後、前記第１パターンの上面が露出するように前記反転材膜をエッチバックし、前記第１領域において前記反転材膜を第３パターンに加工する工程と、
前記第２パターン及び前記第３パターンをマスクとして前記被加工膜をエッチングする工程と、
を備え、
前記第１パターン、前記第２パターン、及び前記第３パターンはラインアンドスペースパターンであり、前記第１パターン及び前記第３パターンは、前記第２パターンよりピッチが狭く、
前記感光性化合物は、Ｓｉ原子、Ｇｅ原子、Ｓｎ原子、Ａｇ原子、Ａｕ原子の少なくともいずれか１つと、感光性ポリシラン、感光性ポリゲルマン、感光性ポリスタナン、感光性ポリシラザン、感光性ポリシロキサン、感光性ポリカルボシラン、光重合性Ｓｉ含有アクリルモノマ、Ｓｉ含有ノボラック樹脂、又はＳｉ含有ＰＨＳ樹脂とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
被加工膜上の第１領域に第１パターンを形成する工程と、
前記第１パターンを覆うように前記被加工膜上に感光性化合物を有する反転材膜を形成する工程と、
前記反転材膜を露光及び現像し、前記被加工膜上の前記第１領域とは異なる第２領域において、前記反転材膜を第２パターンに加工する工程と、
前記反転材膜を露光及び現像した後、前記第１パターンの上面が露出するように前記反転材膜をエッチバックし、前記第１領域において前記反転材膜を第３パターンに加工する工程と、
前記第２パターン及び前記第３パターンをマスクとして前記被加工膜をエッチングする工程と、
を備えるパターン形成方法。
【請求項３】
インプリント処理により前記第１パターンを形成することを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１パターン、前記第２パターン、及び前記第３パターンはラインアンドスペースパターンであり、前記第１パターン及び前記第３パターンは、前記第２パターンよりピッチが狭いことを特徴とする請求項２又は３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記感光性化合物は、Ｓｉ原子、Ｇｅ原子、Ｓｎ原子、Ａｇ原子、Ａｕ原子の少なくともいずれか１つを含んでいることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記感光性化合物は、感光性ポリシラン、感光性ポリゲルマン、感光性ポリスタナン、感光性ポリシラザン、感光性ポリシロキサン、感光性ポリカルボシラン、光重合性Ｓｉ含有アクリルモノマ、Ｓｉ含有ノボラック樹脂、又はＳｉ含有ＰＨＳ樹脂を含むことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか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】
本発明の実施形態は、パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化に伴い、リソグラフィ処理におけるレジスト膜の薄膜化が進んでいる。レジスト膜が薄くなると、レジストパターンをマスクとして被加工膜を直接加工することが困難になる。この問題を解決する方法として反転マスクプロセス等の多層レジストプロセスが提案されている。反転マスクプロセスはレジストパターン上に反転材を塗布し、レジストパターンの上面が露出するように反転材のエッチバックを行う。次に、露光・現像を行ってレジストパターンを除去し、反転パターンを形成する。この反転パターンをマスクとすることで、被加工膜を、レジストパターンを反転したパターンに加工することができる。
【０００３】
このような従来の反転マスクプロセスでは、塗布した反転材に、レジストパターンの被覆率（凹部と凸部の比率）に応じた段差が生じていた。このような塗布段差の生じた反転材をエッチバックすると、反転材を除去すべき領域に反転材が残ったり、反転材を残すべき領域の反転材が除去されたりし、被加工膜を所望のパターンに加工できないという問題があった。
【０００４】
そのため、ダミーパターンの配置や、デザインルールの制限を行うことで、反転材の塗布段差を小さくすることが検討されていた。しかし、ダミーパターンの配置が設計上困難であったり、厳格なデザインルール制限により設計自由度が低下したりするなどの問題があり、反転材の塗布段差は、反転マスクプロセス適用の妨げとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０３４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、塗布された反転材の段差を小さくし、反転マスクプロセスを用いて所望のパターンを形成するパターン形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態によれば、パターン形成方法は、被加工膜上の第１領域に第１パターンを形成する工程と、前記第１パターンを覆うように前記被加工膜上に感光性化合物を有する反転材膜を形成する工程と、前記反転材膜を露光及び現像し、前記被加工膜上の前記第１領域とは異なる第２領域において、前記反転材膜を第２パターンに加工する工程と、前記反転材膜を露光及び現像した後、前記第１パターンの上面が露出するように前記反転材膜をエッチバックし、前記第１領域において前記反転材膜を第３パターンに加工する工程と、前記第２パターン及び前記第３パターンをマスクとして前記被加工膜をエッチングする工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【図２】図１に続く工程断面図である。
【図３】図２に続く工程断面図である。
【図４】図３に続く工程断面図である。
【図５】図４に続く工程断面図である。
【図６】図５に続く工程断面図である。
【図７】本実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【図８】図７に続く工程断面図である。
【図９】図８に続く工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１乃至図６は、本実施形態に係るパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【００１１】
図１に示すように、被加工膜１０をシリコン基板（図示せず）上に形成する。被加工膜１０は、例えば、膜厚２００ｎｍのシリコン酸化膜である。そして、被加工膜１０上に下層膜（レジスト）１１を形成する。下層膜１１は、例えば、膜厚１５０ｎｍの塗布炭素膜（SOC: Spin on Carbon）である。
【００１２】
続いて、領域Ｒ１において、下層膜１１上に、インプリント処理によりパターン２０を形成する。インプリント処理では、例えば、下層膜１１上に、インクジェット法により１０ｐｌ程度のアクリル系光硬化性樹脂の液滴を複数滴下する。次に、テンプレートの凹凸パターン面を光硬化性樹脂に接触させ、凹凸パターン内に光硬化性樹脂を充填させる。次に、光を照射して光硬化性樹脂を硬化させ、その後、テンプレートを離型することでパターン２０が得られる。なお、インプリント処理により形成されるパターン２０の残渣層厚は、滴下した光硬化性樹脂の総量によって決定される。
【００１３】
例えば、パターン２０は、３０ｎｍピッチのラインアンドスペースパターンであり、高さは７５ｎｍ、パターン被覆率は５０％程度である。ここでパターン被覆率とは凹凸パターンにおける凸部の割合であり、５０％のパターン被覆率は、凸部と凹部の割合が半々であることを意味する。また、パターン２０の形成されていない領域Ｒ２は、凸部が無いので、パターン被覆率は０％である。領域Ｒ２にインプリント処理による残渣層が形成されていてもよい。
【００１４】
なお、領域Ｒ１は、微細パターンが形成される領域であり、例えば半導体メモリデバイスにおけるメモリセル領域である。この場合、パターン２０の形成されていない領域Ｒ２は例えば周辺回路領域である。
【００１５】
次に、図２に示すように、下層膜１１及びパターン２０上に反転材１２を塗布する。例えば、反転材１２は、感光性ポリシランを主成分とするネガ型材料であり、これを１００ｎｍの厚さに回転塗布する。反転材１２の塗布後、１６０℃程度でベークし、強度を高め、後のエッチング加工に対する耐性を高める。
【００１６】
このとき、反転材１２には、領域Ｒ１と領域Ｒ２とで塗布段差ｄが生じるが、パターン被覆率５０％の領域Ｒ１と、パターン被覆率０％の領域Ｒ２との間での塗布段差であるため、塗布段差ｄは小さい。
【００１７】
反転材１２は、加工耐性の観点から、Ｓｉ原子、Ｇｅ原子、Ｓｎ原子、Ａｇ原子、Ａｕ原子の少なくともいずれか１つを含んでいることが好ましい。具体的には、感光性ポリシラン、感光性ポリゲルマン、感光性ポリスタナン、感光性ポリシラザン、感光性ポリシロキサン、感光性ポリカルボシラン、光重合性Ｓｉ含有アクリルモノマ、Ｓｉ含有ノボラック樹脂、Ｓｉ含有ＰＨＳ樹脂や、これら化合物の２種類以上の共重合体及び混合物を用いることができる。
【００１８】
また、反転材１２にＵＶ光照射により架橋反応が進む材料を使用してもよく、その場合、反転材１２のベークを省略でき、下層膜１１の耐熱性は不要になる。
【００１９】
次に、図３に示すように、フォトマスク１３を用いて反転材１２を露光する。フォトマスク１３は、領域Ｒ２にパターンを形成するためのものである。露光されたポリシランが光架橋して現像液に不溶化する。領域Ｒ１は全面的に露光される。
【００２０】
次に、図４に示すように、現像を行い、未露光部の反転材１２を除去して、領域Ｒ２に第１反転材パターン２１を形成する。領域Ｒ１は全面的に露光されたため、パターン２０は反転材１２に覆われている。第１反転材パターン２１は例えばラインアンドスペースパターンである。
【００２１】
次に、図５に示すように、反転材１２をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりエッチバックし、パターン２０の上面を露出させる。これにより、領域Ｒ１に、反転材１２で構成された第２反転材パターン２２が形成される。第２反転材パターン２２は、パターン２０の凹凸を反転したパターンであり、第１反転材パターン２１よりも狭ピッチの（微細な）パターンである。
【００２２】
次に、図６に示すように、第１反転材パターン２１及び第２反転材パターン２２をマスクとして、パターン２０の上面が露出している部分及び下層膜１１を酸素ＲＩＥにより加工する。
【００２３】
その後、パターニングされた下層膜１１をマスクとして、ＲＩＥにより被加工膜１０を加工する。そして、酸素プラズマにより、不要な光硬化性樹脂を灰化する。これにより、領域Ｒ１に、３０ｎｍピッチ、高さ２００ｎｍのラインアンドスペースパターンのシリコン酸化膜パターンを形成できる。また、領域Ｒ２には、図３、図４におけるリソグラフィ処理において形成した第１反転材パターン２１に対応したパターンを形成できる。
【００２４】
本実施形態によれば、反転材料１２を用いてインプリント処理により形成した微細パターンの反転パターンを形成し、また、この反転材料１２を用いてリソグラフィ処理により微細パターン以外のパターンを形成する。このように、インプリント処理により形成したパターンの反転パターンと、リソグラフィ処理により形成したパターンとをマスクとすることで、被加工膜を所望のパターンに加工することができる。
【００２５】
（比較例）図７乃至図９は、比較例による反転マスクプロセスを用いたパターン形成方法を説明する工程断面図である。
【００２６】
図７に示すように、被加工膜７１上のレジストパターン７２上に反転材７３を塗布する。領域Ｒ１１のレジストパターン７２のパターン被覆率は０％、領域Ｒ１２のレジストパターン７２のパターン被覆率は５０％、領域Ｒ１３のレジストパターン７２のパターン被覆率は１００％とする。すなわち、領域Ｒ１１にはレジストパターン７２の凸部がなく、領域Ｒ１３にはレジストパターン７２の凹部がない。また、領域Ｒ１１のレジストパターン７２の膜厚を１５ｎｍ、レジストパターン７２の凸部の高さを６０ｎｍとする。
【００２７】
このようなレジストパターン７２上に反転材７３を１５０ｎｍの膜厚で塗布すると、図７に示すように、領域Ｒ１１、Ｒ１３には１５０ｎｍの膜厚で反転材７３が塗布される。また、領域Ｒ１２では、レジストパターン７２の凹部に反転材７３が入り込むため、反転材７３は、凸部の上面からみて１２０ｎｍの厚さとなる。そのため、図７に示すように、領域Ｒ１１と領域Ｒ１２との間で３０ｎｍの塗布段差、領域Ｒ１２と領域Ｒ１３との間で３０ｎｍの塗布段差、領域Ｒ１１と領域Ｒ１３との間で６０ｎｍの塗布段差が生じる。
【００２８】
このような塗布段差の生じた反転材７３をエッチバックし、領域Ｒ１２におけるレジストパターン７２の上面を露出させると、図８に示すように、領域Ｒ１３に膜厚３０ｎｍ程度の反転材７３が残存する。レジストパターン７２の凸部上に反転材７３が残存していると、被加工膜７１を所望のパターンに加工することができない。
【００２９】
また、領域Ｒ１３に反転材７３が残らないように反転材７３をエッチバックすると、図９に示すように、領域Ｒ１１の反転材７３も除去される。レジストパターン７２の凹部に反転材７３が残存していないと、被加工膜７１を所望のパターンに加工することができない。
【００３０】
このように、比較例によるパターン形成方法では、パターン被覆率が０％〜１００％まで分布しているレジストパターン７２に対して反転マスクプロセスを適用すると、反転材７３にパターン被覆率に応じた段差が生じ、反転材７３を除去すべき領域Ｒ１３に反転材７３が残ったり、反転材７３を残すべき領域Ｒ１１の反転材７３が除去されたりし、所望のパターンを形成することができない。
【００３１】
これに対し、本実施形態では、微細パターンは、インプリント処理によるパターンの反転パターンをマスクとして加工し、周辺回路パターン等の微細でないパターンは、感光性を有する反転材を用いたリソグラフィ処理により形成したパターンをマスクとして加工する。そのため、反転材の塗布段差を小さくし、所望のパターンを形成することができる。
【００３２】
例えば、本実施形態によるパターン形成方法により、被加工膜を、図７のレジストパターン７２に対応したパターンに加工する場合、微細パターンとなる領域Ｒ１２はインプリント処理によるパターンの反転パターンをマスクとして加工し、領域Ｒ１１及びＲ１３は感光性の反転材を用いたリソグラフィ処理により形成したパターンをマスクとして加工する。そのため、図７の反転材７３のような大きな塗布段差が発生することを防止することができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  被加工膜
１１  下層膜
１２  反転材
１３  フォトマスク
２１  第１反転材パターン
２２  第２反転材パターン
【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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