JP2612933B2 - Method of forming resist pattern - Google Patents

Method of forming resist pattern

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JP2612933B2 JP9937789A JP9937789A JP2612933B2 JP 2612933 B2 JP2612933 B2 JP 2612933B2 JP 9937789 A JP9937789 A JP 9937789A JP 9937789 A JP9937789 A JP 9937789A JP 2612933 B2 JP2612933 B2 JP 2612933B2
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【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 この発明は、レジストパターンの形成方法に関する。
ことに、GaAsMESFET及びAlGaAs/GaAsHEMT用低抵抗ゲー
ト電極の製造に用いられる。
The present invention relates to a method for forming a resist pattern.
In particular, it is used for manufacturing low resistance gate electrodes for GaAs MESFETs and AlGaAs / GaAs HEMTs.

(ロ)従来の技術 従来GaAsMESFETや、AlGaAs/GaAsHEMTは、衛星放送や
衛星通信に代表されるようにマイクロ波帯域での低雑音
アンプとして用いられており、低雑音増幅特性を向上さ
せるためには、ゲート長を短縮して寄生容量を下げるこ
とが必要不可欠となっているが、単にゲート長を短縮す
ると、ゲート抵抗が増大し、素子特性は向上しないばか
りか、かえって悪化するため、ゲート電極のチャネルに
接する部分のみ短縮し、ゲート電極上部に低抵抗部分を
設けた低抵抗ゲート電極が用いられている。このような
ゲート電極は断面がマッシュルーム状であることからマ
ッシュルームゲートと呼ばれる。
(B) Conventional technology Conventional GaAs MESFETs and AlGaAs / GaAs HEMTs have been used as low-noise amplifiers in the microwave band as represented by satellite broadcasting and satellite communications. To improve low-noise amplification characteristics, However, it is indispensable to shorten the gate length to reduce the parasitic capacitance. However, simply reducing the gate length increases the gate resistance, which does not improve the device characteristics, but rather deteriorates. A low-resistance gate electrode in which only a portion in contact with a channel is shortened and a low-resistance portion is provided above a gate electrode is used. Such a gate electrode is called a mushroom gate because of its mushroom cross section.

このマッシュルームゲートは、半導体基板上に電子線
に対する感度が低感度、高感度、低感度の各レジストを
順次積層して三層とし、一つの現像液(溶剤)で現像
(エッチング)することにより、基板に近いレジスト
(下層)は目的とする線幅でパターンが形成され、2番
目のレジスト(中層)は大きな線幅のパターンを形成
し、さらに1番上のレジスト(上層)は中層レジストよ
り小さな線幅のパターンを形成して、中層レジストと上
層レジストでリフトオフに有利なアンダーカット形状を
形成して作製されている。また、三層レジストとして
は、ポリメチルメタクリレート(PMMA)とメチルメタク
リレート−メタクリル酸共重合体を用いる場合や(IED
M,Dig,Tech.Papers p613〜616(1983))、メタクリル
酸−メタクリル酸フェニル共重合体の共重合組成を変化
させて電子線に対する感度を変え、メチルイソブチルケ
トンとエチルシクロヘキサノールの混合溶媒で現像(エ
ッチング)する方法が提案されている。
This mushroom gate is formed by sequentially laminating low-, high-, and low-sensitivity resists on a semiconductor substrate to form three layers and developing (etching) with one developer (solvent). The resist near the substrate (lower layer) forms a pattern with the desired line width, the second resist (middle layer) forms a pattern with a large line width, and the top resist (upper layer) is smaller than the middle layer resist. It is manufactured by forming a line width pattern and forming an undercut shape advantageous for lift-off with the middle resist and the upper resist. As the three-layer resist, a polymethyl methacrylate (PMMA) and a methyl methacrylate-methacrylic acid copolymer may be used, or (IED
M, Dig, Tech.Papers p613-616 (1983)), changing the copolymer composition of methacrylic acid-phenyl methacrylate copolymer to change the sensitivity to electron beams, and using a mixed solvent of methyl isobutyl ketone and ethylcyclohexanol. A method of developing (etching) has been proposed.

(ハ)発明が解決しようとする課題 ところが、異なる基板上にメタクリル酸−メタクリル
酸フェニル共重合体の共重合組成比を変化させて構成し
たレジストを適宣三層に積層し、電子線照射量を変化さ
せ、一つの現像液(溶剤)で現像(エッチング)し、開
口寸法を測定したところ、第1表に示すように、基板の
種類によって最小開口寸法や、 上層レジストと下層レジストの開口寸法比が大きく異な
り三つのレジスト層の開口寸法を制御することができな
かった。上層レジストと下層レジストの開口寸法が基板
によって大きく異なるのは、基板によって反射電子のレ
ジスト表面への到達距離や割合が異なり、上層レジスト
の感光の様子が異なるためであると考えられる。また、
下層レジスト最小開口寸法が基板によって異なるのも、
基板表面の電子線反射の状態が異なるためと考えられ、
絶縁膜で覆われた基板上では、反射電子量が少なくなる
ため、上層及び中層レジストが溶解するのに必要な電子
線照射量を多くする必要がある。このように、下層レジ
ストにとって過剰の電子線照射条件では現像(エッチン
グ)時間や現像(エッチング)液温度の僅かの違いによ
って下層レジストを開口寸法が変化するため、再現性が
乏しいという問題が生じる。
(C) Problems to be Solved by the Invention However, resists formed by changing the copolymer composition ratio of methacrylic acid-phenyl methacrylate copolymer on different substrates are appropriately laminated in three layers, and the amount of electron beam irradiation is increased. Was changed and developed (etched) with one developing solution (solvent), and the opening size was measured. As shown in Table 1, the minimum opening size depending on the type of the substrate, The opening size ratios of the upper resist and the lower resist were greatly different, and the opening sizes of the three resist layers could not be controlled. It is considered that the reason why the opening dimensions of the upper resist and the lower resist greatly differ depending on the substrate is that the distance and the ratio of reflected electrons reaching the resist surface differ depending on the substrate, and the exposure state of the upper resist differs. Also,
The lower opening size of the lower resist differs depending on the substrate.
It is considered that the state of electron beam reflection on the substrate surface is different,
Since the amount of reflected electrons is reduced on the substrate covered with the insulating film, it is necessary to increase the amount of electron beam irradiation necessary for dissolving the upper and middle layer resists. As described above, under an electron beam irradiation condition that is excessive for the lower-layer resist, the opening size of the lower-layer resist changes due to a slight difference in the development (etching) time and the development (etching) solution temperature, which causes a problem of poor reproducibility.

さらに第2表に示すように、 電子線のビーム径によって上層レジストと下層レジスト
の開口比が大きく異なり、ビーム径が小さい場合、上層
レジストと下層レジストの開口寸法はほぼ同じになり、
低抵抗なマッシュルームゲートの作製ができないという
問題が有る。
Furthermore, as shown in Table 2, The aperture ratio between the upper resist and the lower resist differs greatly depending on the beam diameter of the electron beam.If the beam diameter is small, the aperture dimensions of the upper resist and the lower resist are almost the same,
There is a problem that a mushroom gate with low resistance cannot be manufactured.

この発明の目的は、上記問題点を解消することにあ
り、基板上に、三層からなる上・中・下のレジスト層の
各層の開口寸法が、使用する基板の材質や、電子ビーム
径に影響されずに制御でき、例えばマッシュルーム状の
低抵抗ゲート電極を作製することができるレジストパタ
ーンの形成方法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and the size of the opening of each of the three upper, middle, and lower resist layers on the substrate depends on the material of the substrate used and the electron beam diameter. An object of the present invention is to provide a method for forming a resist pattern that can be controlled without being affected by the influence and can form, for example, a mushroom-shaped low-resistance gate electrode.

(ニ)課題を解決するための手段 この発明によれば、基板上に、電子線に対して低感
度、高感度、低感度のメタクリル酸−メタクリル酸フェ
ニル共重合体レジスト層からなる上・中・下の三層を順
次積層し、これらのレジスト層に所定のパターンで電子
線を照射した後に、前記レジスト層に対し低溶解性の溶
剤を用いて前記パターンに対応する位置の上層及び中層
を予備エッチングし、この後に前記レジスト層に対し高
溶解性の溶剤を用いて前記上層及び中層の予備エッチン
グ部を再びエッチングすると共に前記下層をエッチング
することにより、中層の開口寸法が下層及び上層よりも
大きくかつ上層の開口寸法が下層よりも大なるエッチン
グ断面を有するレジストパターンを形成することを特徴
とするレジストパターンの形成方法が提供される。
(D) Means for Solving the Problems According to the present invention, an upper / middle methacrylic acid-phenyl methacrylate copolymer resist layer having low, high, and low sensitivity to an electron beam is provided on a substrate.・ Laminating the lower three layers in order, irradiating these resist layers with an electron beam in a predetermined pattern, and then using a solvent having low solubility for the resist layer, the upper layer and the middle layer corresponding to the pattern are formed. Pre-etching, after that, by etching again the pre-etched portion of the upper layer and the middle layer using a solvent having high solubility for the resist layer and etching the lower layer, the opening size of the middle layer is smaller than that of the lower layer and the upper layer. A method of forming a resist pattern, comprising forming a resist pattern having an etched cross section that is large and has an opening dimension of an upper layer larger than that of a lower layer. It is.

この発明においては、基板上に、電子線に対して低感
度、高感度、低感度のメタクリル酸−メタクリル酸フェ
ニル共重合体レジスト層からなる上・中・下の三層を順
次積層する。前記基板は、GaAs、AlGaAs、InP等の化合
物半導体並びに、これらの化合物半導体上に窒化シリコ
ン、酸化シリコン等の絶縁膜を形成したもの等を用いる
ことができる。前記電子線に対して低感度のメタクリル
酸−メタクリル酸フェニル共重合体レジストは、通常10
〜40モル%のメタクリル酸成分と90〜60モル%のメタク
リル酸フェニル成分を含有する共重合体を、例えばメチ
ルセロソルブアセテート、エチルセロソルブ等の溶媒
に、通常2〜3重量%の濃度になるように溶解し、この
溶液を、例えばスピンコーティング等によって前記基板
上に塗布し、乾燥し、プリベーキングを行い、通常0.1
〜0.2μmの膜厚とし下層として形成することができ
る。この低感度のレジストは、通常130〜150℃のガラス
転移温度を呈し、また容積比20/80のジメチルアセトア
ミド/ブチルセロソルブ混合溶剤に対して可溶とするた
めには、通常少なくとも250μc/cm2の電子線の照射を必
要とするレジストである。前記電子線に対して高感度の
メタクリル酸−メタクリル酸フェニル共重合体レジスト
は、通常4〜8モル%のメタクリル酸成分と96〜92モル
%のメタクリル酸フェニル成分を含有する共重合体を、
例えばイソアミルケトン等の溶媒に、通常5〜8重量%
の濃度になるように溶解し、この溶液を、例えばスピン
コーティング等によって前記下層の上に塗布し、乾燥
し、プリベーキングを行い、通常0.2〜0.3μmの膜厚と
し、中層として形成することができる。この高感度のレ
ジストは、前記混合溶剤に対して、通常50μc/cm2以下
の電子線の照射によって可溶としうるレジストである。
更に、この中層の上に再び電子線に対して低感度のメタ
クリル酸−メタクリル酸フェニル共重合体レジストを通
常0.05〜0.1μmの膜厚になるように上層として形成す
ることができる。
In this invention, three layers of upper, middle, and lower layers of a methacrylic acid-phenyl methacrylate resist layer having low sensitivity, high sensitivity, and low sensitivity to an electron beam are sequentially laminated on a substrate. As the substrate, a compound semiconductor such as GaAs, AlGaAs, InP, or the like, and an insulating film such as silicon nitride or silicon oxide formed on these compound semiconductors can be used. The methacrylic acid-phenyl methacrylate copolymer resist having low sensitivity to the electron beam is usually 10
A copolymer containing 〜40 mol% of a methacrylic acid component and 90〜60 mol% of a phenyl methacrylate component is dissolved in a solvent such as methyl cellosolve acetate or ethyl cellosolve so as to have a concentration of usually 2 to 3% by weight. This solution is applied on the substrate by, for example, spin coating or the like, dried, prebaked, and usually 0.1
It can be formed as a lower layer with a thickness of about 0.2 μm. This low-sensitivity resist usually exhibits a glass transition temperature of 130 to 150 ° C., and is usually at least 250 μc / cm 2 in order to be soluble in a dimethylacetamide / butyl cellosolve mixed solvent having a volume ratio of 20/80. This resist requires electron beam irradiation. The methacrylic acid-phenyl methacrylate copolymer resist having high sensitivity to the electron beam is usually a copolymer containing 4 to 8 mol% of a methacrylic acid component and 96 to 92 mol% of a phenyl methacrylate component,
For example, usually 5 to 8% by weight in a solvent such as isoamyl ketone.
The solution is applied to the lower layer by, for example, spin coating or the like, dried, pre-baked, usually to a thickness of 0.2 to 0.3 μm, and formed as an intermediate layer. it can. This highly sensitive resist is a resist which can be made soluble in the above-mentioned mixed solvent by irradiation of an electron beam of usually 50 μc / cm 2 or less.
Further, a methacrylic acid-phenyl methacrylate copolymer resist having low sensitivity to an electron beam can be formed as an upper layer on the middle layer so as to have a thickness of usually 0.05 to 0.1 μm.

この発明においては、これらのレジスト層に所定のパ
ターンで電子線を照射した後、前記レジスト層に対し低
溶解性の溶剤を用いて前記パターンに対応する位置の上
層及び中層を予備エッチングし、この後に前記レジスト
層に対し高溶解性の溶剤を用いて前記上層及び中層の予
備エッチング部を再びエッチングすると共に前記下層を
エッチングすることにより中層の開口寸法が下層及び上
層よりも大きくかつ上層の開口寸法が下層よりも大なる
エッチング断面を有するレジストパターンを形成する。
この電子線は、エッチング(溶解)を意図する領域の前
記レジスト層を所定の溶剤に対して可溶に変換するため
のものであって、前記レジスト層を所定のパターンで照
射してこのレジスト層を構成するメタクリル酸−メタク
リル酸フェニル共重合の分子量を低下させて後述の溶剤
に可溶に変換することができる。所定のパターンに電子
線が照射された前記レジスト層は、まず低溶解性の溶剤
を用いて予備エッチングし、その後に高溶解性の溶剤を
用いてエッチングして中層の開口寸法が下層及び上層よ
りも大きくかつ上層の開口寸法が下層よりも大なるエッ
チング断面を有するレジストパターンを形成することが
できる。この低溶解性溶剤は、例えばアミド系やスルホ
キシド系等の極性溶剤をセロソルブ系、アルコール系等
の溶剤で、通常1:7〜1:10に希釈して用いることができ
る。前記極性溶剤は、例えばジメチルホルムアミド、ジ
メチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、ヘキサメ
チルホスファミド等のアミド系溶剤、ジメチルスルホキ
シド等を用いることができる。前記セロソルブ系溶剤
は、例えばエチルセロソルブ、ジエチルセロソルブ、セ
ロソルブアセテート、ブチルセロソルブ、ジブチルセロ
ソルブ、ブチルセロソルブアセテート、フェニルセロソ
ルブ、ヘキシルセロソルブ等が挙げられる。前記アルコ
ール系溶剤は、メタノール、エタノール、n−プロパノ
ール、イソプロパノール等が挙げられる。前記予備エッ
チングは、前記低溶解性溶剤が前記電子線の照射パター
ンに従って上層をエッチングした後、中層を溶解する
が、中層が溶解した後でも、下層をほとんどエッチング
せず、下層の開口寸法に影響を与えない。さらに下層が
露出した状態になるので、下層のエッチングが再現性良
く行えるようになる。前記高溶解性溶剤は、例えば、ケ
トン系、脂肪酸エステル系、芳香族系溶剤等の単独又は
混合溶剤を用いることができ、更にアルコール系又は炭
化水素系等の溶剤を、通常20〜40容量%混合して用いて
もよい。前記ケトン系溶剤は、例えばアセトン、メチル
エチルケトン、メチルイソブチルケトン等を挙げること
ができる。前記脂肪酸エステル系溶剤は、例えば酢酸エ
チル、酢酸アミル等を挙げることができる。前記芳香族
系溶剤は、例えばモノクロルベンゼン、トルエン、キシ
レンを挙げることができる。前記アルコール系溶剤は、
例えばメタノール、イソプロパノール等を挙げることが
できる。前記炭化水素系溶剤は、例えばヘキサン、エチ
ルシクロヘキサン等を挙げることができる。また、この
高溶解性の溶剤は、前記上層及び中層の予備エッチング
部を再びエッチングすると共に前記下層をエッチングす
るためのものであり、前記中層をその電子線照射量の有
無にかかわらず溶解することができ、上・中・下いずれ
の層に対しても電子線照射の差による溶解性への反映を
純感にするが下層<上層≪中層の順に溶解性が大きくな
るように作用することができる。
In the present invention, after irradiating these resist layers with an electron beam in a predetermined pattern, the upper layer and the middle layer corresponding to the pattern are pre-etched using a solvent having a low solubility for the resist layer. The pre-etched portions of the upper layer and the middle layer are again etched again using a solvent having high solubility for the resist layer, and the lower layer is etched so that the opening size of the middle layer is larger than that of the lower layer and the upper layer and the opening size of the upper layer. Forms a resist pattern having an etching cross section larger than that of the lower layer.
The electron beam is used to convert the resist layer in a region intended to be etched (dissolved) so as to be soluble in a predetermined solvent, and irradiates the resist layer in a predetermined pattern. Can be converted to be soluble in a solvent described below by lowering the molecular weight of the methacrylic acid-phenyl methacrylate copolymer. The resist layer irradiated with an electron beam in a predetermined pattern is first pre-etched using a low-solubility solvent, and then etched using a high-solubility solvent so that the opening size of the middle layer is lower than that of the lower and upper layers. And a resist pattern having an etching cross section in which the opening size of the upper layer is larger than that of the lower layer can be formed. This low-solubility solvent can be used, for example, by diluting a polar solvent such as an amide-based or sulfoxide-based solvent with a cellosolve-based or alcohol-based solvent, usually in a ratio of 1: 7 to 1:10. As the polar solvent, for example, amide solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and hexamethylphosphamide, dimethylsulfoxide, and the like can be used. Examples of the cellosolve-based solvent include ethyl cellosolve, diethyl cellosolve, cellosolve acetate, butyl cellosolve, dibutyl cellosolve, butyl cellosolve acetate, phenyl cellosolve, and hexyl cellosolve. Examples of the alcohol solvent include methanol, ethanol, n-propanol, and isopropanol. The pre-etching dissolves the middle layer after the low solubility solvent etches the upper layer according to the irradiation pattern of the electron beam, but even after the middle layer is dissolved, the lower layer is hardly etched, and the opening size of the lower layer is affected. Do not give. Further, since the lower layer is exposed, the lower layer can be etched with good reproducibility. As the high solubility solvent, for example, a single or mixed solvent such as a ketone type, a fatty acid ester type, an aromatic type solvent can be used, and a solvent such as an alcohol type or a hydrocarbon type is usually used in an amount of 20 to 40% by volume. You may mix and use. Examples of the ketone-based solvent include acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone. Examples of the fatty acid ester-based solvent include ethyl acetate and amyl acetate. Examples of the aromatic solvent include monochlorobenzene, toluene, and xylene. The alcohol-based solvent,
For example, methanol, isopropanol and the like can be mentioned. Examples of the hydrocarbon solvent include hexane and ethylcyclohexane. The highly soluble solvent is used for etching the pre-etched portions of the upper layer and the middle layer again and for etching the lower layer, and dissolves the middle layer regardless of the amount of electron beam irradiation. The effect of the difference in electron beam irradiation on the solubility in the upper, middle, and lower layers is pure, but the lower layer <upper layer≪middle layer acts to increase the solubility in this order. it can.

上記のように、低溶解性の溶剤及び高溶解性の溶剤の
処理を行った後、通常リンスを行うが、リンス液として
はアルコール類、ヘキサン、エチルシクロヘキサン等の
脂肪族炭化水素類等を挙げることができる。これらの低
溶解性の溶剤、高溶解性の溶剤及びリンスからなる現像
工程を経ることによって、上層は2回のエッチングを経
験することになるので、上層の開口寸法は、従来のエツ
チング法より広がり、上層の開口寸法の制御も、低溶解
性の溶剤によるエッチング時間と高溶解性の溶剤による
エッチング時間で行うことができる。また、中層まで低
溶解性の溶剤で溶解させるため、上層の開口寸法を広げ
る場合、下層の開口寸法に影響を与えず、レジストの下
地となる基板によって最小開口寸法が異なるようなエッ
チングが見られなくなり、中層の開口寸法が下層及び上
層よりも大きくかつ上層の開口寸法が下層よりも大なる
エッチング断面を有するレジストパターンを形成するこ
とができる。
As described above, after the treatment with the solvent having low solubility and the solvent having high solubility, rinsing is usually performed. Examples of the rinsing liquid include alcohols, hexane, and aliphatic hydrocarbons such as ethylcyclohexane. be able to. By passing through the development step consisting of these low-solvent, high-solubility solvents and rinsing, the upper layer experiences two etchings, so that the opening size of the upper layer is wider than that of the conventional etching method. The opening size of the upper layer can also be controlled by the etching time using a low-soluble solvent and the etching time using a highly-soluble solvent. In addition, when the opening size of the upper layer is increased to dissolve the solvent in the middle layer with a low-solubility solvent, etching that does not affect the opening size of the lower layer and that the minimum opening size differs depending on the substrate on which the resist is based has been observed. As a result, a resist pattern having an etched cross section in which the opening size of the middle layer is larger than that of the lower layer and the upper layer and the opening size of the upper layer is larger than that of the lower layer can be formed.

この発明においては、例えば前記レジストパターンの
エッチングされた凹部に導電性の物質を、例えば電子線
蒸着法等によって堆積してマッシュルーム状の低抵抗ME
SFETゲート電極を作製することができる。
In the present invention, for example, a conductive substance is deposited on the etched concave portion of the resist pattern by, for example, an electron beam evaporation method or the like to form a mushroom-shaped low-resistance ME.
An SFET gate electrode can be manufactured.

(ホ)作用 低溶解性の溶剤が電子線が照射された上層及び中層を
貫通して下層の上面を意図する下層の開口寸法に対応し
て露出させ、この後に高溶解性の溶剤が上層及び中層の
低溶解性溶剤で溶解できない領域を溶解して前記上層及
び中層の開口寸法を広げかつ下層を基板の反射等による
電子線照射量の変動に影響されずにエッチングする。
(E) Action A low-solubility solvent penetrates the upper layer and the middle layer irradiated with the electron beam to expose the upper surface of the lower layer corresponding to the intended opening size of the lower layer. The region of the middle layer, which cannot be dissolved by the low-solubility solvent, is dissolved to widen the opening size of the upper layer and the middle layer, and the lower layer is etched without being affected by the fluctuation of the amount of irradiation of the electron beam due to reflection of the substrate.

(ヘ)実施例 メタクリル酸−メタクリル酸フェニル共重合体の共重
合比の異なる下記3種の共重合体からなるレジスト溶
液、 下層用レジスト(低感度);メタクリル酸成分25.4モ
ル%、メタクリル酸フェニル成分74.6モル%(5重量%
メチルセロソルブアセテート溶液) 中層用レジスト(高感度);メタクリル酸成分含有量
5.7モル%、メタクリル酸フェニル成分94.3モル%(8
重量%イソアミルケトン溶液) 上層用レジスト(低感度)メタクリル酸成分含有量2
0.0モル%、メタクリル酸フェニル成分80.0モル%(5
重量%エチルセロソルブ溶液)及び基板のSi、GaAsウェ
ーハ及び、1000Åの窒化シリコン膜をプラズマCVD法に
より表面に析出させたGaAsウェーハを用意し、それぞれ
の基板に、下層用レジストを2000rpmの回転速度でスピ
ンコーティングを行い、230℃、30分間のプリベーキン
グを行った。ベーク後の下層用レジスト膜厚は0.2μm
であった。次に、中層用レジストを1000rpmの回転速度
でスピンコーティングを行い、230℃で30分間のプリベ
ーキングを行った。ベーク後の中層用レジストの膜厚は
0.5μmであった。
(F) Example A resist solution comprising the following three copolymers having different copolymerization ratios of methacrylic acid-phenyl methacrylate copolymer, lower layer resist (low sensitivity); 25.4 mol% of methacrylic acid component, phenyl methacrylate Ingredient 74.6 mol% (5% by weight
Methyl cellosolve acetate solution) Resist for middle layer (high sensitivity); methacrylic acid component content
5.7 mol%, phenyl methacrylate component 94.3 mol% (8
Wt% isoamyl ketone solution) Upper layer resist (low sensitivity) Methacrylic acid component content 2
0.0 mol%, phenyl methacrylate component 80.0 mol% (5
Wt% ethyl cellosolve solution), a substrate Si, a GaAs wafer, and a GaAs wafer with a 1000Å silicon nitride film deposited on the surface by plasma CVD. Prepare a lower layer resist on each substrate at a rotation speed of 2000 rpm. Spin coating was performed, and prebaking was performed at 230 ° C. for 30 minutes. 0.2μm lower layer resist thickness after baking
Met. Next, the intermediate layer resist was spin-coated at a rotation speed of 1000 rpm, and prebaked at 230 ° C. for 30 minutes. The thickness of the middle layer resist after baking is
It was 0.5 μm.

次に、上層用レジストを5000rpmの回転速度でスピン
コーティングを行い、230℃で30分間のプリベーキング
を行った。ベーク後の上層用レジスト膜厚は0.1μmで
あった。得られた上・中・下・の3層のレジスト層全体
の膜厚は0.8μmであり、また、各レジスト間のミキシ
ングは全く観察されなかった。尚、前記下層、中層及び
上層のレジスト層は、それぞれ各層の形成時に電子線照
射量に対する低溶解性(ジメチルアセトアミド/ブチル
セロソルブ=20/80)及び高溶解性(メチルイソブチル
ケトン/エチルシクロヘキサン=80/20)溶剤による溶
解後の残膜率を測定したところ、 第1図及び第2図に示される特性を有していた。
Next, the upper layer resist was spin-coated at a rotation speed of 5000 rpm, and prebaked at 230 ° C. for 30 minutes. The thickness of the upper layer resist after baking was 0.1 μm. The total thickness of the resulting three upper, middle, and lower resist layers was 0.8 μm, and no mixing was observed between the resists. The lower, middle and upper resist layers have low solubility (dimethylacetamide / butyl cellosolve = 20/80) and high solubility (methyl isobutyl ketone / ethylcyclohexane = 80/80) with respect to the amount of electron beam irradiation when forming each layer. 20) The residual film ratio after dissolution by the solvent was measured, and it was found that the film had the characteristics shown in FIGS. 1 and 2.

次に、これらの基板上の3層のレジスト層に、電子線
描画装置を用いて、加速電圧25KV、照射電流値1×10-9
A、ビーム径500Åの条件下で、線照射量1.5nc/cm2から
2.5nc/cm2の条件で電子線照射量を変化させ、線パター
ンを描画した。
Next, an acceleration voltage of 25 KV and an irradiation current value of 1 × 10 −9 were applied to the three resist layers on these substrates using an electron beam lithography apparatus.
A, under the condition of a beam diameter of 500 mm, from a radiation dose of 1.5 nc / cm 2
The amount of electron beam irradiation was changed under the condition of 2.5 nc / cm 2 to draw a line pattern.

次に、これらの電子線描画したウェーハを、ジメチル
アセトアミド20%とブチルセロソルブ80%の混合液(低
溶解性溶剤)を用いて、23℃、180秒の現像処理を行
い、上層と中層を貫通させ下層の上面を下層の開口寸法
に対応しては小さく露出させる。その後、メチルイソブ
チルケトン80%とエチルシクロヘキサン20%の混合溶液
(高溶解性溶剤)を用いて、23℃、120秒の現像処理を
行い、さらに、エチルシクロヘキサンを用いて23℃、30
秒のリンス処理を行い、ウェーハ上にパターンを形成し
た。形成パターンの断面形状を走査型電子顕微鏡により
観察したさころ、各レジスト層の開口寸法は第3表に示
すように、基板の種類及び電子線照射量が異なっても最
小開口寸法はほぼ同様の開口状態が得られることを確認
した。
Next, these electron beam-drawn wafers are developed at 23 ° C. for 180 seconds using a mixture of dimethylacetamide (20%) and butyl cellosolve (80%) (low solubility solvent) to penetrate the upper and middle layers. The upper surface of the lower layer is exposed to a small size corresponding to the opening size of the lower layer. Thereafter, development processing is performed at 23 ° C. for 120 seconds using a mixed solution (highly soluble solvent) of 80% methyl isobutyl ketone and 20% ethyl cyclohexane, and further, 23 ° C. and 30 ° C. are performed using ethyl cyclohexane.
A second rinsing process was performed to form a pattern on the wafer. When the cross-sectional shape of the formed pattern was observed with a scanning electron microscope, the opening size of each resist layer was almost the same regardless of the type of substrate and the amount of electron beam irradiation as shown in Table 3. It was confirmed that an open state was obtained.

(ト)発明の効果 この発明によれば、基板上に三層からなる上・中・下
・のレジスト層の各層の開口寸法が使用する基板の材質
や電子ビーム径等に影響されずに制御でき、例えばマッ
シュルーム状の低抵抗ゲート電極を作製することができ
るレジストパターンの形成方法を提供することができ
る。
(G) Effects of the Invention According to the present invention, the opening dimensions of each of the three layers of upper, middle, and lower resist layers on the substrate are controlled without being affected by the material of the substrate to be used or the electron beam diameter. For example, it is possible to provide a method for forming a resist pattern capable of forming a mushroom-shaped low-resistance gate electrode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図及び第2図は、この発明の実施例で用いた上・中
・下層用レジストの電子線照射量に対する各溶剤による
溶解後の残膜率を示すグラフ図である。
FIG. 1 and FIG. 2 are graphs showing the residual film ratio after dissolving each resist with the amount of electron beam irradiation of the resists for the upper, middle and lower layers used in the embodiment of the present invention.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に、電子線に対して低感度、高感
度、低感度のメタクリル酸−メタクリル酸フェニル共重
合体レジスト層からなる上・中・下の三層を順次積層
し、これらのレジスト層に所定のパターンで電子線を照
射した後に、前記レジスト層に対し低溶解性の溶剤を用
いて前記パターンに対応する位置の上層及び中層を予備
エッチングし、この後に前記レジスト層に対し高溶解性
の溶剤を用いて前記上層及び中層の予備エッチング部を
再びエッチングすると共に前記下層をエッチングするこ
とにより、中層の開口寸法が下層及び上層よりも大きく
かつ上層の開口寸法が下層よりも大なるエッチング断面
を有するレジストパターンを形成することを特徴とする
レジストパターンの形成方法。
An upper, middle, and lower three layers comprising a methacrylic acid-phenyl methacrylate copolymer resist layer having low sensitivity, high sensitivity, and low sensitivity to an electron beam are sequentially laminated on a substrate. After irradiating the resist layer with an electron beam in a predetermined pattern, the upper layer and the middle layer at a position corresponding to the pattern are pre-etched using a solvent having a low solubility for the resist layer. By re-etching the pre-etched portions of the upper layer and the middle layer using a highly soluble solvent and etching the lower layer, the opening size of the middle layer is larger than the lower layer and the upper layer, and the opening size of the upper layer is larger than the lower layer. A method of forming a resist pattern, comprising forming a resist pattern having an etched cross section.
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