JP2004311810A - 金属膜の図形状パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属膜の膜厚が１μｍ〜３０μｍと厚膜であっても図形状パターンを確実に形成することができる図形状パターン形成方法を提供する。
【解決手段】リフトオフ法を用いて基板上に図形状パターンを形成するパターン形成法において、前記基板上にネガ型フォトレジスト膜を形成し、図形状パターンの形成を行った後、基板全面に金属膜を形成し、次に前記金属膜の図形状パターン上にポジ型フォトレジスト膜を形成し、図形状パターン以外の金属膜をエッチングにより除去して、次に基板を溶剤に浸漬してレジストを剥離する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気デバイスや電子デバイス、光デバイスを作製する上で必要となる金属膜の堆積方法、導体パターン形成方法に関し、特に基板上に導体パターンを容易に且つ確実に形成させる導体パターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板上に図形状の金属膜を形成する方法として、以下のフォトレジストを用いた方法が広く利用されている。図４に示すように（ａ）基板１全面に蒸着法又はスパッタ法により金属膜３を積層した後、（ｂ）ポジ型フォトレジスト層２ｐを金属膜上に積層し、（ｃ）所定のフォトマスク４を介して紫外線５を照射して露光、現像して、（ｄ）基板上の図形状パターン形成領域に所定パターンのポジ型フォトレジスト層２ｐを形成し、（ｅ）エッチングにより図形状パターン形成領域以外の領域の金属膜３を除去し、最後に、（ｆ）図形状パターン形成領域のレジストを除去する方法である。図５に示すように（ａ）基板１全面にネガ型フォトレジスト層２ｎを積層した後、（ｂ）所定のフォトマスク４を介して紫外線５を照射して露光、現像して、（ｃ）基板上の図形状パターン形成領域のネガ型フォトレジスト層２ｎのエッジ部分を逆テーパ状に除去し、（ｄ）ネガ型フォトレジスト層２ｎの壁面に金属膜３が堆積されない部分を形成して基板１全面に金属膜３を成膜し、（ｅ）最後にこのネガ型フォトレジスト層２ｎに堆積した金属膜３を、このネガ型フォトレジスト層２ｎとともに除去する方法である。
【０００３】
後者の方法は、リフトオフ法と呼ばれる方法である（例えば、特許文献１）。この方法は、基板上の金属膜の材料に依存せずに、有機溶剤系の剥離液に漬けるだけで図形状パターンを形成することができる利点があるため、多くの磁気デバイスや電子デバイス、光デバイスの作製に用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１０４２５６号公報（第２頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この図形状パターンの形成方法では、金属膜の膜厚が１μｍ〜３０μｍと厚膜になるにしたがい、ネガ型フォトレジスト層２ｎの逆テーパ状のエッジ部分或いは壁面にも金属膜が堆積してしまうため、有機溶剤系の剥離液によるレジスト剥離に長時間を要したり、或いは図形状パターンが形成出来ないという問題があった。
【０００６】
したがって本発明の目的は、基板上の、金属膜の膜厚が１μｍ〜３０μｍと厚膜であっても図形状パターンを確実に形成して多くの磁気デバイスや電子デバイス、光デバイスの歩留まりを向上させることができる図形状パターン形成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題はリフトオフ法を用いて図形状パターンの保護層を形成して、金属膜をエッチングすることで達成することができる。
【０００８】
即ち、図１に示すように（ａ）〜（ｃ）リフトオフ法を用いてネガ型フォトレジスト層２ｎをエッジ部分は順テーパ或いは逆テーパ状でもよく、図形状パターンを形成し、（ｄ）基板１全面に金属膜３を成膜し、（ｅ）金属膜３上にポジ型フォトレジスト層２ｐ形成し、（ｆ）所定のフォトマスク４を介して紫外線５を照射して露光、（ｇ）現像して、（ｈ）エッチングにより図形状パターン形成領域以外の領域の金属膜３を除去し、最後に、（ｉ）図形状パターン形成領域のレジストを除去することで達成することができる。
【０００９】
本発明の金属膜の図形状パターン形成方法は、リフトオフ法を用いて基板上に図形状パターンを形成するパターン形成法において、前記基板上にネガ型フォトレジスト膜を形成し、図形状パターンの形成を行った後、基板全面に金属膜を形成し、次に前記金属膜の図形状パターン上にポジ型フォトレジスト膜を形成し、図形状パターン以外の金属膜をエッチングにより除去して、次に基板を溶剤に浸漬してレジストを剥離することを特徴とする。
【００１０】
本発明の図形状パターンは金属膜の膜厚（Ｍｔ）と前記ネガ型フォトレジスト膜の膜厚（Ｒｔ）との比（Ｒｔ／Ｍｔ）が１．２５以上且つ１．７５以下であることを特徴とする。
【００１１】
金属膜は基板との密着用の下地膜層と金属層の少なくとも２層以上を有する膜であり、前記下地膜層は２０ｎｍから１００ｎｍの範囲内であり、前記金属層は１μｍから３０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１２】
金属膜の図形状パターン線幅（Ｍｗ）がフォトマスクパターン線幅（Ｐｗ）との比（Ｍｗ／Ｐｗ）がフォトマスクパターン線幅１００μｍ以下の時に１．０２から１．３であり、フォトマスクパターン線幅１００μｍ以上の時に１．０から１．０５の範囲内であることを特徴する。
【００１３】
なお、本発明では基板上に下地膜層、金属層を一層ずつ形成しているが、下地膜層と磁性膜層を交互に複数層重ねても良い。基板は熱膨張係数や耐熱温度などを考慮の上その材料を選定して良く、作製にはスパッタ法、イオンビーム法などを用いることが出来る。また、本発明による金属膜の図形状パターンは、通信用の機器もしくは部品における導体として利用することができる。
【００１４】
また、上述の本発明に係る金属膜の図形状パターン形成方法において、前記ネガ型フォロレジスト膜と前記ポジ型フォトレジスト膜の関係を逆にすることにより、
先に基板上にポジ型フォトレジスト膜を形成し、図形状パターンの形成を行った後、基板全面に金属膜を形成し、次に前記金属膜の図形状パターン上にネガ型フォトレジスト膜を形成し、図形状パターン以外の金属膜をエッチングにより除去して、次に基板を溶剤に浸漬してレジストを剥離することも可能である。ただし、パターニングした金属膜の端面の傾きが基板の面に対してより垂直に近くなうようにするためには、先にネガフォトレジスト膜を形成する方法を用いる方が好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、これら実施例により本発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施例）
片面が研磨され、表面に１μｍ酸化処理を施したＳｉウエハを基板に用い、図１に示すように、基板１全面にネガ型フォトレジスト層２ｎを２５、３０、３５μｍの厚さで形成し、所定のフォトマスク４を介して紫外線５を照射して露光、さらに現像により図形状パターン形成領域のネガ型フォトレジスト層２ｎを除去した。次にスパッタ装置を用いて、下地膜層にＣｒを５０ｎｍ成膜後、金属層としてＣｕを２０μｍ成膜した金属膜３を形成し、金属膜３上にポジ型フォトレジスト層２ｐを１０μｍ形成し、（ｆ）所定のフォトマスク４を介して紫外線５を照射して露光、現像して、塩化第二鉄溶液でＣｒ膜のエッチングを行い図形状パターン形成領域以外の領域の金属膜３を除去し、最後に、ポジ型およびネガ型フォトレジスト層を除去することで、ネガ型フォトレジスト膜（Ｒｔ）／金属膜の膜厚（Ｍｔ）の比が１．２５、１．５０、１．７５となる発明品１〜３を作製した。
【００１７】
（比較例）
実施例と同様に、片面が研磨され、表面に１μｍ酸化処理を施したＳｉウエハを基板に用い、従来のリフトオフ法である図２に示すように基板１全面にネガ型フォトレジスト層２ｎを３５μｍの厚さで形成した後、所定のフォトマスク４を介して紫外線５を照射して露光、さらに現像により図形状パターン形成領域のネガ型フォトレジスト層２ｎを除去し、スパッタ装置を用いて下地膜層にＣｒを５０ｎｍ成膜後、金属層にＣｕを２０μｍ成膜した金属膜３を形成し、ネガ型フォトレジスト層２ｎに堆積した金属膜３を、このネガ型フォトレジスト層２ｎとともに除去し、Ｒｔ／Ｍｔが１．７５となる比較品１を作製した。
【００１８】
また、実施例と同様に、片面が研磨され、表面に１μｍ酸化処理を施したＳｉウエハを基板に用い、基板１全面にネガ型フォトレジスト層２ｎを４０μｍの厚さで形成し、所定のフォトマスク４を介して紫外線５を照射して露光、さらに現像により図形状パターン形成領域のネガ型フォトレジスト層２ｎを除去した。次にスパッタ装置を用いて、下地膜層にＣｒを５０ｎｍ成膜後、金属層にＣｕを２０μｍ成膜した金属膜３を形成し、金属膜３上にポジ型フォトレジスト層２ｐを１０μｍ形成し、所定のフォトマスク４を介して紫外線５を照射して露光、現像して、塩化第二鉄溶液でＣｒ膜のエッチングを行い図形状パターン形成領域以外の領域の金属膜３を除去し、最後に、ポジ型およびネガ型フォトレジスト層を除去することで、ネガ型フォトレジスト膜（Ｒｔ）／金属膜の膜厚（Ｍｔ）比が２．００となる比較品２を作製した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１からも明らかなように、比較品１の従来のリフトオフ法では金属膜の厚さが２０μｍでは、図形状パターンの形成ができないことがわかる。
【００２１】
本発明の図形状パターンの形成方法で、ネガ型フォトレジスト膜（Ｒｔ）／金属膜の膜厚（Ｍｔ）比が１．２５、１．５０、１．７５となるように作製した発明品１〜３と、ネガ型フォトレジスト膜（Ｒｔ）／金属膜の膜厚（Ｍｔ）比が２．００の比較品２の、Ｃｕ膜厚の均一性および図形状パターン精度について比較を行った。
【００２２】
マスクパターン線幅のよるＣｕ膜厚の変化を図２に示す。発明品１〜３ではＣｕ膜厚はマスクパターン線幅が５０μｍ以上になるとＣｕ膜厚が２０μｍで一定の膜厚となることがわかる。また、マスクパターン線幅が５０μｍ以下の場合にＣｕ膜厚が若干の減少が見られるものの、マスクパターン線幅２５μｍではＣｕ膜厚は３％〜５％の低下に留まっている。一方、比較品２はマスクパターン線幅が１７５μｍ以下で膜厚が減少し、マスクパターン線幅が２５μｍでＣｕ膜厚は１５％低下している。これは、ネガ型フォトレジスト膜が厚いためパターン線幅が細くなるほど、スパッタ速度が低下することによる、即ちネガ型フォトレジスト膜（Ｒｔ）／金属膜の膜厚（Ｍｔ）比が１．２５〜１．７５であることが好ましい。
【００２３】
マスクパターン線幅によると図形状パターン精度、金属膜パターン線幅（Ｍｗ）／マスクパターン線幅（Ｐｗ）の変化を図３に示す。発明品１はマスクパターン線幅が５０μｍ以上ではＭｗ／Ｐｗ比が１．０５以下と金属膜のパターン精度が高いことがわかる。また、マスクパターン線幅が２５μｍにおいてもＭｗ／Ｐｗ比が１．１３であった。一方、比較品２はマスクパターン線幅の減少とともにＭｗ／Ｐｗ比が高くなる傾向を示し、マスクパターン線幅が２５μｍではＭｗ／Ｐｗ比が１．５８と金属膜のパターン精度が低いことがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
上述のように、本発明の金属膜の図形状パターン形成方法によれば、金属膜の膜厚が１μｍ〜３０μｍにおいて図形状パターンの形成が容易になるとともに、金属膜の膜厚均一性およびパターン精度に優れた図形状パターンを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｉ）は本発明による図形状パターンの形成方法を示す概略断面図である。
【図２】フォトレジスト層の図形状パターンのパターン線幅によるＣｕ膜厚の増減を示した図である。
【図３】マスクパターン幅によるＣｕ膜パターン幅／マスクパターン幅の増減を示した図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は従来の図形状パターンの形成方法を示す概略断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は従来のリフトオフ法による図形状パターンの形成方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 基板、 ２ｎ ネガ型フォトレジスト層、
２ｐ ポジ型フォトレジスト層、
３ 金属膜層、 ４ フォトマスク、 ５ 紫外線

Claims (5)

1. リフトオフ法を用いて基板上に図形状パターンを形成するパターン形成法において、前記基板上にネガ型フォトレジスト膜を形成し、図形状パターンの形成を行った後、基板全面に金属膜を形成し、次に前記金属膜の図形状パターン上にポジ型フォトレジスト膜を形成し、図形状パターン以外の金属膜をエッチングにより除去して、次に基板を溶剤に浸漬してレジストを剥離することを特徴とした金属膜の図形状パターン形成方法。
2. 前記金属膜の膜厚（Ｍｔ）と前記ネガ型フォトレジスト膜の膜厚（Ｒｔ）との比（Ｒｔ／Ｍｔ）が１．２５以上且つ１．７５以下であることを特徴とした請求項１に記載の金属膜の図形状パターン形成方法。
3. 前記金属膜は基板との密着用の下地膜層と金属層の少なくとも２層以上を有する膜であり、前記下地膜層は２０ｎｍから１００ｎｍの範囲内であり、前記金属層は１μｍから３０μｍの範囲内であることを特徴とした請求項１又は２に記載の金属膜の図形状パターン形成方法。
4. 前記金属膜の図形状パターン線幅（Ｍｗ）がフォトマスクパターン線幅（Ｐｗ）との比（Ｍｗ／Ｐｗ）がフォトマスクパターン線幅５０μｍ以下の時に１．００から１．１５であり、フォトマスクパターン線幅５０μｍ以上の時に１．００から１．０５の範囲内であることを特徴とした請求項１乃至３のいずれかに記載の金属膜の図形状パターン形成方法。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の金属膜の図形状パターン形成方法において、前記ネガ型フォロレジスト膜と前記ポジ型フォトレジスト膜の関係を逆にすることにより、
   先に基板上にポジ型フォトレジスト膜を形成し、図形状パターンの形成を行った後、基板全面に金属膜を形成し、次に前記金属膜の図形状パターン上にネガ型フォトレジスト膜を形成し、図形状パターン以外の金属膜をエッチングにより除去して、次に基板を溶剤に浸漬してレジストを剥離することを特徴とする金属膜の図形状パターン形成方法。

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