JP5486238B2

JP5486238B2 - 微細構造体形成方法

Info

Publication number: JP5486238B2
Application number: JP2009188516A
Authority: JP
Inventors: 裕一原田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2009-08-17
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2029-08-17
Also published as: JP2011040656A

Description

本発明は、レジスト剥離による微細構造体形成方法であるリフトオフ法に関する。

レジスト材料を用いてナノメートル寸法の微細構造体を形成する技術として、エッチング法とリフトオフ法が知られている。エッチング法は、図２（ａ）に示すように、基板１０３上に均一に成長又は成膜された薄膜１０２にレジスト１０１を用いてパターン形成を行い、図２（ｂ）に示すように、ドライエッチング装置などでレジスト１０１に覆われていない部分をエッチングすることでパターンを形成する技術である。レジスト１０１と薄膜１０２とのエッチャントに対する選択比の違いを利用することでエッチングが成立する。

これに対して、リフトオフ法は、図３（ａ）に示すように、基板１０３上に予めレジスト１０１によりパターンの形成を行い、図３（ｂ）に示すように、そこに所望の材料を蒸着あるいは成膜して薄膜１０２を形成し、レジスト１０１を剥離することで所望のパターンを形成する方法である。リフトオフ法は、レジストパターン形成のみで所望の微細構造体が形成できるために、エッチング法に比べて材料のプロセス損傷が少ないという利点が挙げられる。

しかしながら、レジストパターンの微細化に伴い、レジストの剥離が難しい場合が往々にして発生する。これは、堆積した材料がレジスト側壁にも付着し、基板上の堆積膜とレジスト上の堆積物とが結合してレジストの剥離が難しくなるためである。また、レジスト表面が堆積膜で覆われてしまい、レジスト剥離の溶媒が容易にレジスト中に浸透しないことも原因として挙げられる。

このような問題点を解決する方法として多層レジスト法が考案されている。上部レジスト１０１Ｂに対して下部レジスト１０１Ａの感度が高い場合には、図４（ａ）に示すように、下部レジスト１０１Ａにアンダーカット１０５が形成される。これにより、図４（ｂ）に示すように、レジスト側壁に材料が蒸着せず、容易にリフトオフを行うことができる。

John E. Crowel, "Chemical methods of thin film deposition: Chemical vapor deposition, atomic layer deposition, and related technologies", J. Vac. Sci. Technol. 2003, A21, p.S88-S95 "Polymethylglutarimide(PMGI) Regists", MicroChem, ［平成２１年８月３日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.microchem.com/products/pmgi.htm〉

しかしながら、アンダーカットを持つ多層レジストが有効であるのは、蒸着物が直線的に蒸着される場合である。原子層堆積法（Atomic Layer Deposition）（非特許文献１参照）などのようにガス状の材料が試料の表面と反応することで吸着・堆積されるような成長方法においては、ガスがチャンバー内に一様に広がるためにレジスト１０１Ｂの上面のみならず、図５に示すように、レジスト１０１Ａ，１０１Ｂの側壁にも基板１０３表面と同様に一様に蒸着材料が吸着してしまい、レジスト剥離が著しく難しくなるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、レジストにも一様に蒸着材料が付着する成膜プロセスにおいても、容易にリフトオフを可能にすることにある。

本発明に係る微細構造体形成方法は、基板表面にＤｅｅｐ−ＵＶ光に感光性を有するレジストを形成する工程と、レジストにレジストパターンを形成する工程と、レジストパターン形成後に薄膜を蒸着する工程と、薄膜蒸着後にＤｅｅｐ−ＵＶ光を全面露光することによりレジスト内部に気泡状の構造を形成する工程と、レジストをリフトオフする工程と、を有することを特徴とする。

上記微細構造体形成方法において、レジストはＰＭＧＩであることを特徴とする。

上記微細構造体形成方法において、薄膜を蒸着する工程は、原子層堆積法を用いることを特徴とする。

本発明によれば、レジストにも一様に蒸着材料が付着する成膜プロセスにおいても、容易にリフトオフを可能にすることができる。

本実施の形態における微細構造体形成方法を説明する図である。従来のエッチング法を説明する図である。従来のリフトオフ法を説明する図である。従来の別のリフトオフ法を説明する図である。レジスト側壁にも蒸着材料が吸着した様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態における微細構造体形成方法を説明するため図であり、基板３の上に微細なパターンを形成する様子を示している。図１（ａ）〜（ｄ）は全て基板３の断面方向から図示したものである。なお、図１では、各部の大きさの比率を変えてわかりやすく図示しているので、実際の各部の大きさの比率とは異なる。

まず、図１（ａ）に示すように、基板３上にレジスト１をコーティングする。レジストとしては、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光（波長２５４ｎｍ）に対して感光性のあるＰＭＧＩ（poly-dimethyl-glutar-imide）を用いる（非特許文献２参照）。スピナーを用いて基板３へレジスト１の塗布を行い、摂氏１８０度にてプレベーキングを行う。レジスト１の膜厚は３８０ナノメートルとする。

続いて、Ｄｅｅｐ−ＵＶ露光機を用いて露光し所望の形状をレジスト上に描く。より具体的には、ＳｕＳＳＭｉｃｒｏｔｅｃｈ社製ＭＪＢ４マスクアライナーにウシオ社製Ｄｅｅｐ−ＵＶ用５００Ｖキセノンランプ（ＤｅｅｐＵＶ５００Ｘｅ）を搭載し、フィルターを用いない全光を用いて（エネルギー量：７５ｍＪ／ｃｍ²）、コンタクトモードにおいて２０分間の連続露光を行う。

続いて、レジスト１を現像してレジストパターンを形成する。ＰＧＭＩ専用現像液ＸＰ１０１Ａ（現像液の主成分はテトラエチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＥＡＨ））にて３分間現像し、その後純水にて１分間リンスを行う。この操作により、図１（ｂ）に示すように、レジスト１には約１００ナノメートルのアンダーカット１１を有するレジストパターンが形成される。

続いて、原子層堆積法などによりレジストパターンを形成した試料に蒸着材料の成膜を行う。蒸着材料の膜厚は、レジスト１の厚さの１０分の１以下にする。また、蒸着材料が金属の場合には、２０ナノメートル程度までとする。図１（ｃ）にレジスト１に蒸着材料２を成膜した様子を示す。

続いて、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光による全面露光を行う。成膜後、そのままの状態でＤｅｅｐ−ＵＶ露光機にてＤｅｅｐ−ＵＶ露光を用いた全面露光を２０分間行う。この全面露光により、レジスト１の主鎖が切断され、レジスト１内部に気泡状の構造が見られる。これに伴い、レジスト１表面には陥没等の構造変移が見られる。

続いて、剥離液によりレジスト１を剥離する。Ｍｉｃｒｏｐｏｓｉｔ社製１１６５リムーバーを温浴で摂氏６０度に加熱し、その中に３時間浸す。これにより、レジスト１が剥離される。あるいは、Ｎメチルピロリドン（N-methylpyrrolidione, NMP）により取り除くことが出来る。図１（ｄ）にレジスト１を剥離して微細構造体２１を基板３上に形成した様子を示す。

原子層堆積法は、半導体デバイスのゲート絶縁膜作成方法として優れた手法であるために近年利用が増えている。しかしながら、リフトオフが難しいために成膜後にエッチングを行うエッチング手法が主である。上記で説明したように、本実施の形態によれば、Ｄｅｅｐ−ＵＶ光に感光性を有するＰＭＧＩをレジスト１として用い、成膜後にＤｅｅｐ−ＵＶ光をレジスト１に全面露光を行うことでレジスト１自体が変質するので、剥離液が容易にレジスト１中に浸透し、レジスト１の側壁に蒸着材料が吸着する場合でもリフトオフが容易となる。

また、通常の大気中作業では問題とならないＤｅｅｐ−ＵＶ光に感光性を有するＰＭＧＩをレジストとして採用したので、取り扱いも容易である。

さらに、レジスト自体の変質を利用したリフトオフ法であるために、蒸着材料に機械的・化学的なストレスを与えることなくリフトオフを進めることが可能である。また、リフトオフ法は、エッチングの難しい材料に対しても使用できるので、従来は使われにくかった有機材料や生物材料などにも応用可能である。

１…レジスト
２…蒸着材料
３…基板
１１…アンダーカット
２１…微細構造体
１０１…レジスト
１０１Ａ…下部レジスト
１０１Ｂ…上部レジスト
１０２…薄膜
１０３…基板
１０５…アンダーカット

Claims

基板表面にＤｅｅｐ−ＵＶ光に感光性を有するレジストを形成する工程と、
前記レジストにレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターン形成後に薄膜を蒸着する工程と、
薄膜蒸着後にＤｅｅｐ−ＵＶ光を全面露光することにより前記レジスト内部に気泡状の構造を形成する工程と、
前記レジストをリフトオフする工程と、
を有することを特徴とする微細構造体形成方法。
基板表面にＤｅｅｐ−ＵＶ光に感光性を有するレジストを形成する工程と、
前記レジストにレジストパターンを形成する工程と、
レジストパターン形成後に薄膜を蒸着する工程と、
薄膜蒸着後にＤｅｅｐ−ＵＶ光を全面露光することにより前記レジスト表面に陥没構造を形成する工程と、
前記レジストをリフトオフする工程と、
を有することを特徴とする微細構造体形成方法。
前記レジストはＰＭＧＩであることを特徴とする請求項１又は２記載の微細構造体形成方法。
前記薄膜を蒸着する工程は、原子層堆積法を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の微細構造体形成方法。