JP2009198587A - レジストパターン形成方法、及びそれを利用した金属パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン縁部の凸凹を抑制し、所望の形状のレジストパターンが得られるレジストパターン形成方法を提供すること。また、当該レジストパターン形成方法を利用した金属パターン形成方法を提供すること。
【解決手段】基板１０上に形成したレジスト層４０に、パターン露光を行う。次に、高解像度用の現像液を用いて、レジスト層４０を現像し、レジスト層４０に開口部（抜きパターン４２）を形成する。次に、露光部及び非露光部のいずれも同じレートで溶解する溶液を用いて、レジスト層４０を処理し、レジスト層４０の開口部（抜きパターン４２）の開口径を広げる。これにより、レジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンを利用して金属パターンを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ＬＳＩ、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）ＩＣ等の半導体素子の製造に利用される、レジストパターン形成方法、及びそれを利用した金属パターン形成方法に関する。

近来、ＬＳＩ、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）ＩＣ等などの半導体素子の高速化のために、ゲート長の微細化が進められている。しかし、ゲート長が細くなると、その分抵抗が大きくなるという問題があった。

これを解決するために、ゲート長方向に沿ってとって示した断面がＴ字型をしたゲート電極が開示されている（例えば非特許文献１、特許文献２）。このような型のゲート電極には、Ｔ字型の他に、Γ（ガンマ）型、マシュルーム型などと呼ばれるものがある。

この型のゲート電極の作製方法として、例えば、特許文献１では次のような方法を開示している（非特許文献１の図５ａ、図５ｂ参照）。すなわち、下地に、下層レジスト層としてＺＥＰ５２０（日本ゼオン社製）を０．２μｍ厚でコーティングし、次に、中間層レジスト層としてＰＭＧＩ（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．社製）を０．４２μｍ厚でコーティングする。次に、再度、上層レジスト層としてＺＥＰ５２０（日本ゼオン社製）を０．２５μｍ厚でコーティングする。次に、電子線による露光で描画した後、ＺＥＰ５２０に対するガンマ値の低い現像液、すなわちメチルエチルケトンとメチルイソブチルケトンの２：３混合現像液を用いて、上層レジスト層を現像し、次に、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの水溶液（現像液）で中間レジスト層を現像し、次に、メチルイソブチルケトンとイソプロピルアルコールの１：１混合現像液で下層レジスト層を現像し、レジストパターンを得る。そして、このレジストパターンに金属材料を埋め込んで、各レジスト層をリフトオフ（除去）することで、ゲート電極パターンを形成している。
Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ Ｂ１３ ｐ２７２５ − ｐ２７７８ 特開平９−５５３８９号公報

しかしながら、上記レジストパターン形成プロセスでは、上層レジスト層に対するアライメントマーク用や電極形成用のレジストパターン周囲（開口縁部の周囲）が大幅に除去されてしまい、パターン縁部が凸凹となったり、所望の形状のレジストパターンが形成されてないという問題がある。特に、電子線露光での描画では、基板からの反射する電子線が広範囲に及び、上層レジスト層を感光させてしまう。そして、ガンマ値の低く、感度の高い現像液を用いるとその部分も現像されてしまい、所望のレジストパターンが得られない。このような所望のレジストパターンが得られない状態で、例えば電極パターン（金属パターン）を形成すると、リフトオフ後に余計な金属パターンが大きな面積で形成されてしまい、この余分な部分は近くの金属パターンを干渉したり、剥がれてゴミになりやすいという問題を含んでいる。

そこで、本発明の課題は、パターン縁部の凸凹を抑制し、所望の形状のレジストパターンが得られるレジストパターン形成方法を提供することである。また、本発明の課題は、当該レジストパターン形成方法を利用した金属パターン形成方法を提供することである。

上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項１に係る発明は、
基板上に、レジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層を露光する工程と、
高解像度用の現像液を用いて、前記レジスト層を現像し、前記レジスト層に開口部を形成する工程と、
露光部及び非露光部のいずれも同じレートで溶解する溶液を用いて、前記レジスト層を処理し、前記開口部の開口径を広げる工程と、
を有することを特徴とするレジストパターン形成方法である。

請求項２に係る発明は、
前記パターン露光を、電子線により行うことを特徴とする請求項１に記載のレジストパターン形成方法である。

請求項３に係る発明は、
前記パターン露光を、波長２５０ｎｍ以下の電磁波により行うことを特徴とする請求項１に記載のレジストパターン形成方法である。

請求項４に係る発明は、
高解像度用の現像液が、露光部と未露光部との溶解速度の差が１０倍以上の現像液であることを特徴とする請求項１に記載のレジストパターン形成方法である。

請求項５に係る発明は、
基板上に、第１レジスト層、第２レジスト層、及び第３レジスト層を順次積層する工程と、
前記第３レジスト層に露光する工程と、
高解像度用の第１現像液を用いて、前記第３レジスト層を現像し、前記第３レジスト層に第１開口部を形成する工程と、
露光部及び非露光部のいずれも同じレートで溶解する溶液を用いて、前記第３レジスト層を処理し、前記第１開口部の開口径を広げる工程と、
第２現像液を用いて、前記第２レジスト層を現像し、開口径を広げた前記第１開口部よりも幅が大きいと共に前記第１開口部と連通する第２開口部を形成する工程と、
第３現像液を用いて、前記第３レジスト層を現像し、開口径を広げた前記第１開口部よりも幅が小さいと共に前記第２開口部と連通する第３開口部を形成する工程と、
を有することを特徴とするレジストパターン形成方法である。

請求項６に係る発明は、
前記パターン露光を、電子線により行うことを特徴とする請求項５に記載のレジストパターン形成方法である。

請求項７に係る発明は、
前記パターン露光を、波長２５０ｎｍ以下の電磁波により行うことを特徴とする請求項５に記載のレジストパターン形成方法である。

請求項８に係る発明は、
前記第１現像液と前記第３現像液とは、同一の現像液であることを特徴とする請求項５に記載のレジストパターン形成方法。

請求項９に係る発明は、
高解像度用の第１現像液が、露光部と未露光部との溶解速度の差が１０倍以上の現像液であることを特徴とする請求項５に記載のレジストパターン形成方法である。

請求項１０に係る発明は、
請求項５〜９のいずれか１項に記載のレジストパターン形成方法によりレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンの開口部に、金属材料を埋め込む工程と、
前記各レジスト層を除去する工程と、
を有することを特徴とする金属パターン形成方法である。

本発明によれば、パターン縁部の凸凹を抑制し、所望の形状のレジストパターンが得られるレジストパターン形成方法を提供することができる。また、当該レジストパターン形成方法を利用した金属パターン形成方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、実質的に同一の機能を有する部材には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明は省略する場合がある。

図１は、実施形態に係る電極パターン形成方法を形成する工程を示す工程図である。

本実施形態に係る電極パターン形成方法では、図１（Ａ）に示すように、まず、基板１０上に、下層レジスト層２０（第１レジスト層）と、中間レジスト層３０（第２レジスト層）と、上層レジスト層４０（第３レジスト層）と、を順次積層する。

ここで、下層レジスト層２０の構成材料としては、高解像で、電子線に感度のあるレジスト材料が挙げられえる。具体的には、例えば、ＺＥＰ５２０（日本ゼオン社製）、ＺＥＰ７０００（日本ゼオン社製）、ＰＭＭＡ（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．社製）が挙げられる。
中間レジスト層３０の構成材料としては、下層レジスト層２０及び上層レジスト層４０の現像時に影響を受けず（溶解せず）、且つ中間レジスト層３０の現像時に下層レジスト層２０及び上層レジスト層４０に影響を与えず（溶解させず）に現像可能なレジスト材料が挙げられる。具体的には、例えば、ＰＭＧＩ（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．社製）、ＬＯＲ（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．社製）が挙げられる。
上層レジスト層４０の構成材料は、電子線に感度のあるレジスト材料が挙げられる。具体的には、例えば、ＺＥＰ５２０（日本ゼオン社製）、ＺＥＰ７０００（日本ゼオン社製）、ＰＭＭＡ（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．社製）が挙げられる。

なお、本実施形態においては、各レジスト層は例えば次にように形成した。基板１０としての３インチシリコンウエハ上に、ＺＥＰ５２０（日本ゼオン社製）を０．１８μｍ厚で塗布し、ホットプレートで１７０℃で２分ベークして下層レジスト層２０を形成する。次に、下層レジスト層２０上に、ＰＭＧＩ（化薬ケミカル社製）を０．５μｍ厚で塗布し、ホットプレートで１７０℃で２分ベークして中間レジスト層３０を形成する。次に、中間レジスト層３０上に、ＺＥＰ５２０（日本ゼオン社製）を０．３μｍ厚で塗布し、ホットプレートで１７０℃で２分ベークして上層レジスト層４０を形成する。ここで、本実施形態では、工程簡易化、同種の現像液使用の目的から、下層レジスト層２０と上層レジスト層４０とを同種のものを選択している。

そして、図１（Ｂ）に示すように、基板１０上に積層したレジスト層に対し、上層レジスト層４０側から、電子線によるパターン露光を行い描画する。具体的には、例えば、基板上に積層したレジスト層を、電子線描画装置Ｆ５１１２（アドバンテスト、加速電圧５０ｋＶ）にセットし、２００μＣ／ｃｍ^２で描画する。この露光・描画パターンは、任意に形成され得るが、ゲート電極形成用の場合、例えば、単純なラインパターンを形成する。

なお、本実施形態では、図２に示すように、０．１μｍ幅のラインパターン４４Ａと当該ラインパターン４４Ａの端部と連結する４×７μｍ四方のパッドパターン４４Ｂを、露光パターン４４として、露光・描画する。

次に、図１（Ｃ）に示すように、第１現像液を用いて上層レジスト層４０を現像する。これにより、上層レジスト層４０の露光・描画した領域に抜きパターン４２（第１開口部）が形成される。

ここで、上層レジスト層４０を現像するための第１現像液には、例えば、露光部を溶解させる高解像度用の現像液が適用される。この高解像度用の現像液とは、露光部と未露光部との溶解速度の差が大きく取れるもので、通常その比が１０倍以上の現像液である。無論、この第１現像液は下層の中間レジスト層を溶解しないものから選択される。
具体的には、例えば、ＺＥＰであればＦＳＭＲリンス液（冨士薬品工業、キシレン）、酢酸、ｎ−ヘキシル、ＰＭＭＡであればＦＳＭＲリンス液（冨士薬品工業、キシレン）、ＭＩＢＫとＩＰＡの混合液などがあげられる。

なお、本実施形態では、第１現像液としてＦＳＭＲリンス液（冨士薬品工業、キシレン）を用いて２分現像した。これにより、０．１μｍ幅のラインパターンを露光・描画した領域では０．１２μｍ幅の抜きラインパターン（第１開口部）が形成する。一方、４×７μｍのパッドパターンを露光・描画した領域では、ほぼ同じ寸法で抜きパッドパターン（第１開口部）が形成する。

次に、図１（Ｄ）に示すように、露光部及び非露光部のいずれも同じレートで溶解する溶液を用いて、上層レジスト層４０を処理する。当該処理は、例えば当該溶液に、各レジスト層が積層された基板を浸漬することが行う。これにより、上層レジスト層４０は等方的に溶解され、膜べりすると共に、形成された抜きパターン４２の開口径が広がる（図１（Ｄ）拡大図参照）。

ここで、用いる溶液は、露光部及び非露光部のいずれも同じレートで溶解、即ち露光部及び非露光部問わずレジスト層を同じように溶解する溶液である。無論、この溶液は下層の中間レジスト層を溶解しないものから選択される。具体的には、例えば、ＦＳＭＲ（冨士薬品工業、モノクロロベンゼン）が挙げられる。

なお、本実施形態では、例えば、各レジスト層が積層された基板１０を、ＦＳＭＲ溶液（冨士薬品工業、モノクロロベンゼン）に１５秒浸漬する。これにより、０．１２μｍ幅の抜きラインパターンは例えば０．４６μｍまで広がる。一方、寸法が４×７μｍ四方の抜きパッドパターンでは例えば４．２×７．２μｍ四方に広がる。

ここで、抜きパターン４２を広げるために用いる溶液によって、上層レジスト層４０は、全体的に膜べりするが、露光・描画時の電子線の基板による反射電子により弱く露光されたところも同様に膜べりし、露光部と非露光部との差はこの時点で見えなくなった。

また、本実施形態では、上記一連の現像、浸漬工程（上層レジスト層４０への抜きパターン４２形成、及び抜きパターン４２拡大）は、例えば大日本スクリーン製ＳＤ−Ｗ６０Ａで行う。

次に、図１（Ｅ）に示すように、第２現像液を用いて、中間レジスト層３０を現像する。この現像は、抜きパターン４２が形成された上層レジスト層４０をマスクとして行われる。これにより、中間レジスト層３０には、上層レジスト層４０に形成された抜きパターン４２と連通した抜きパターン３２（第２開口部）が中間レジスト層３０を貫通して形成される。この抜きパターン３２は、開口径を広げた抜きパターン４２よりも幅が大きく形成される。

ここで、中間レジスト層３０を形成するための第２現像液は、中間レジスト層３０を溶解すると共に、上層レジスト層４０及び下層レジスト層２０を溶解しないものが選択される。具体的には、例えば、ＮＭＤ−Ｗ（東京応化社製）、ＮＭＤ−３（東京応化社製）、ＭＦ３１９（シップレイ社製）、ＺＴＭ−１００（日本ゼオン社製）が挙げられる。

なお、本実施形態では、例えば、第２現像液としてのＮＭＤ−Ｗ（東京応化）で７０秒現像する。これにより、上層レジスト層４０におけるラインパターン領域では、中間レジスト層３０には例えば１．５μｍ幅の抜きラインパターンが形成される。一方、上層レジスト層４０における抜きパッドパターン領域では、中間レジスト層３０には例えば５×８μｍ四方に抜きパッドパターンが形成される。

次に、図１（Ｆ）に示すように、第３現像液を用いて、下層レジスト層２０を現像する。この現像は、上記電子線露光による露光部を現像する。これにより、下層レジスト層２０には、中間レジスト層３０に形成された抜きパターン３２と連通した抜きパターン２２（第３開口部）が下層レジスト層２０を貫通して形成される。この抜きパターン２２は、開口径を広げた抜きパターン４２よりも幅が小さく形成される。

ここで、下層レジスト層２０を形成するための第３現像液は、下層レジスト層２０の露光部を溶解すると共に、中間レジスト層３０を溶解しないものが選択される。具体的には、例えば、ＺＥＰであればＦＳＭＲリンス液（冨士薬品工業、キシレン）、酢酸、ｎ−ヘキシル、ＰＭＭＡであればＦＳＭＲリンス液（冨士薬品工業、キシレン）、ＭＩＢＫ とＩＰＡの混合液が挙げられる。

なお、本実施形態では、例えば、第３現像液としてＦＳＭＲリンス液（冨士薬品工業、キシレン）を用いて２分現像した。これにより、上層レジスト層４０におけるラインパターン領域では、下層レジスト層２０には例えば０．１２μｍ幅の抜きラインパターンが形成される。一方、上層レジスト層４０における抜きパッドパターン領域では、下層レジスト層２０には例えば４×７μｍ四方に抜きパッドパターンが形成される。ここで、下層レジスト層２０を形成するための第３現像液は、上層レジスト層４０を形成するための第１現像液と同一な現像液を採用している。

上記工程を経て、例えば、上層レジスト層４０開口幅０．４６μｍ、中間レジスト層開口幅１．５μｍ、下層レジスト層開口幅が０．１２μｍのＴ字型ゲート電極形成用レジストパターンが形成される。一方、上層レジスト層開口寸法４×７μｍ、中間レジスト層開口寸法５×８μｍ、上層レジスト層開口寸法が４．２×７．２μｍのパッド用レジストパターンが形成される。

続いて、図１（Ｇ）に示すように、各レジスト層の各抜きパターンで形成された開口部に、電極材料５０を堆積して埋め込み。具体的には、例えば、金を蒸着により当該開口部に埋め込む。その後、図１（Ｈ）に示すように、各レジスト層をリフトオフ（除去）する。これにより、パッド５２Ａを有するＴ字型ゲート電極５２が基板１０上に形成される（図３参照）。このゲート電極は、Ｔ字型に限られず、上記各レジスト層の抜きパターンの形状等を調整することで、この他に、Γ（ガンマ）型、マシュルーム型等の形状の電極パターン（金属パターン）も形成できる。

以上説明した本実施形態では、上層レジスト層４０（第３レジスト層）の現像を、高解像度用の第３現像液で現像することにより、基板１０から反射する電子線の反射電子により弱く露光されたところには全く影響を与えずに現像が行える。特に、パッドパターン（その他アライメントマークとするためのパターンも含む）のように多量に電子線を当てた部分でも電子線の反射電子による大幅な抜きパターン縁部の広がりや凹凸が抑えられる。

加えて、上記所定の溶媒（露光部及び非露光部のいずれも同じレートで溶解する溶液）を用いて、上層レジスト層４０を等方的に溶解させて、当該上層レジスト層４０を膜べりさせると共に、その抜きパターン４２（第１開口部）を広げることから、当該抜きパターン４２を広げた後でも反射電子による大幅な抜きパターン４２の広がりや凹凸は見られない。

このため、本実施形態では、パターン縁部（抜きパターン）の凸凹を抑制し、所望の形状のレジストパターンが得られる。

そして、このようなレジストパターンを利用して電極パターン（金属パターン）を形成することで、目的とする寸法よりも大きな面積で形成されたり凹凸に形成される部分なく、所望の形成の電極パターン（金属パターン）が形成される（図３参照）。これにより、近くの電極パターン同士の干渉や、ゴミとなる電極パターン縁部の剥がれが抑制される。これに対し、図４に示すように、従来の手法（例えば上記非特許文献１で記載された手法）により、パッド１５２Ａを有するＴ字型ゲート電極１５２が基板上に形成すると、パッド１５２Ａはその形状がわからないぐらい、縁部が広がり凹凸に形成される。

また、本実施形態では、一連の現像、浸漬工程（上層レジスト層４０への抜きパターン４２形成、及び抜きパターン４２拡大）は、有機溶媒で行うため一つの装置の同じカップで連続して処理が行えるため処理能力は殆ど下がらない。

また、本実施形態では、下層レジスト層を現像する第３現像液と上層レジスト層を現像する第１現像液とを、同一な現像液を採用することから、現像液の管理も容易である。

なお、本実施形態では、レジスト層へのパターン露光・描画を電子線により行った形態を説明したが、これに限られず、例えば、波長２５０ｎｍ以下の電磁波により行うこともできる。具体的には、上記レジスト層の構成では、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ（照射電磁波波長２４８ｎｍ）を光源とするステップなどの露光装置を適用することができる。

また、本実施形態では、Ｔ型ゲート電極用のレジストパターン、パッド用のレジストパターンを形成した形態を説明したが、これに限られず、例えば、アライメントマーク用のレジストパターンや、金属配線用のレジストパターンなど種々の形態であってもよい。

また、本実施形態では、レジスト層が３層構成の形態を説明したがこれに限られず、単層構成、２層構成、その他層構成であってもよい。

ここで、上記実施形態においては、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。

実施形態に係る電極パターン（金属パターン）を形成する工程を示す工程図である。 抜きパターンが形成された上層レジスト層を示す上面図である。 実施形態により形成される、パッド部を有するゲート電極を示す上面図である。 従来の手法により形成される、パッド部を有するゲート電極を示す上面図である。

符号の説明

１０ 基板
２０ 下層レジスト層
２２ 抜きパターン
３０ 中間レジスト層
３２ 抜きパターン
４０ 上層レジスト層
４２ 抜きパターン
４４ 露光パターン
４４Ａ ラインパターン
４４Ｂ パッドパターン
５０ 電極材料
５２ Ｔ字型ゲート電極
５２Ａ パッド

Claims (10)

1. 基板上に、レジスト層を形成する工程と、
   前記レジスト層を露光する工程と、
   高解像度用の現像液を用いて、前記レジスト層を現像し、前記レジスト層に開口部を形成する工程と、
   露光部及び非露光部のいずれも同じレートで溶解する溶液を用いて、前記レジスト層を処理し、前記開口部の開口径を広げる工程と、
   を有することを特徴とするレジストパターン形成方法。
2. 前記パターン露光を、電子線により行うことを特徴とする請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
3. 前記パターン露光を、波長２５０ｎｍ以下の電磁波により行うことを特徴とする請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
4. 高解像度用の現像液が、露光部と未露光部との溶解速度の差が１０倍以上の現像液であることを特徴とする請求項１に記載のレジストパターン形成方法。
5. 基板上に、第１レジスト層、第２レジスト層、及び第３レジスト層を順次積層する工程と、
   前記第３レジスト層に露光する工程と、
   高解像度用の第１現像液を用いて、前記第３レジスト層を現像し、前記第３レジスト層に第１開口部を形成する工程と、
   露光部及び非露光部のいずれも同じレートで溶解する溶液を用いて、前記第３レジスト層を処理し、前記第１開口部の開口径を広げる工程と、
   第２現像液を用いて、前記第２レジスト層を現像し、開口径を広げた前記第１開口部よりも幅が大きいと共に前記第１開口部と連通する第２開口部を形成する工程と、
   第３現像液を用いて、前記第３レジスト層を現像し、開口径を広げた前記第１開口部よりも幅が小さいと共に前記第２開口部と連通する第３開口部を形成する工程と、
   を有することを特徴とするレジストパターン形成方法。
6. 前記パターン露光を、電子線により行うことを特徴とする請求項５に記載のレジストパターン形成方法。
7. 前記パターン露光を、波長２５０ｎｍ以下の電磁波により行うことを特徴とする請求項５に記載のレジストパターン形成方法。
8. 前記第１現像液と前記第３現像液とは、同一の現像液であることを特徴とする請求項５に記載のレジストパターン形成方法。
9. 高解像度用の第１現像液が、露光部と未露光部との溶解速度の差が１０倍以上の現像液であることを特徴とする請求項５に記載のレジストパターン形成方法。
10. 請求項５〜９のいずれか１項に記載のレジストパターン形成方法によりレジストパターンを形成する工程と、
    前記レジストパターンの開口部に、金属材料を埋め込む工程と、
    前記各レジスト層を除去する工程と、
    を有することを特徴とする金属パターン形成方法。

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