JPH03101218A - レジストパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の高密度集積回路の製造
に用いられるレジストパターンの形成方法に係り、特に
、微細なゲート等を形成する際のリフトオフ用のレジス
トパターン形成方法に関する。

［従来の技術］ ＩＣ１ＬＳＩ、　超ＬＳＩ等の半導体集積回路は、Ｓｉ
ウェハー等の被加工基板上にレジストを塗布し、ステッ
パーあるいは電子線露光装置により所望の回路パターン
を露光した後、現像、エツチング、レジスト剥離という
、いわゆるリソグラフィー工程を繰り返すことにより製
造されている。

このようなリソグラフィー工程で形成されているパター
ンの線幅は半導体集積回路の高性能化、高集積化に伴っ
て微細化する傾向にあり、近年ではハーフミクロン（０
，５μｍ）からクォーターミクロン（０，２５μｍ）の
線幅が要求されている。

このクォーターミクロンレベルのパターン形成が要求さ
れている半導体素子の代表的なものにＦＥＴ（電界効果
トランジスタ）、ＨＥＭＴ　（高電子移動度トランジス
タ）、５ＡＷ（弾性表面波）デバイス等があり、これら
の素子は、必要とされるパターンが微細なために通常は
エツチング工程ではなく、リフトオフ工程にて製造され
ている。

従来のリフトオフ工程を図面を参照して説明すると概路
次のようである。

第２図はリフトオフ法にてゲートを作成する工程の断面
図を示したものであり、図中、１１は基板、１２はレジ
スト層、１３は光または電離放射線、１４は露光部分、
１５は蒸着したゲート用金属を示す。

第２図において、まず、シリコンあるいはガリウムヒ素
ウェハーなどの基板１１上に、ポリメチルメタクリレー
ト等のレジストをスピンコーティング等の周知の方法に
より均一に塗布し、加熱乾燥処理を施して、厚さ０．５
〜２．０μｍ程度のレジスト層１２を形成する（第２図
（ａ））。次ぎに、レジスト層１２に所望のパターンを
露光する（第２図（ｂ）、（ｃ））。当該露光が電子線
描画装置を使用して行われる場合には電離放射線１３は
電子ビームであり、光露光装置を用いて行われる場合は
電離放射線１３は所定の波長を存する光であることは明
らかである。なお、第２図（ｂ）はポジ型レジストを使
用した場合を示し、第２図（Ｃ）はネガ型レジストを使
用した場合を示している。その後、現像工程そしてリン
ス工程を経ることにより所望のレジストパターンを形成
することができる（第２図（ｄ））。この時、レジスト
パターンの断面は逆台形をしている必要がある。

その後、必要に応じて熱処理を施した後、ゲート用金属
を蒸着等によりレジスト層１２上に堆積させ（第２図（
ｅ　））　、続いて、レジストを溶解可能な有機溶剤等
でレジスト層１２およびレジスト層１２上の不必要な金
属膜を除去、即ちリフトオフすることにより所望のゲー
トパターン１５を形成することができ（第２図（ｆ））
、これでリフトオフ工程の１サイクルが終了する。

以上説明したリフトオフを容易に行い得る逆台形のレジ
ストパターンを形成する方法としては次のような方法が
ある。

一つには、ポリメチルメタクリレートあるいはポリイソ
プロペニルケトン等の電離放射線ポジ型レジストの場合
は、電離放射線、例えば電子ビームを絞って露光量を大
きくするか、または現像時間を長（して電子ビームの後
方散乱（バックスキャツタ−）効果を十分に利用して逆
台形の断面を有するレジストパターンを形成するという
方法があり、もう一つには、ノボラック系のポジ型フォ
トレジストを使用する場合で、露光前にレジストが塗布
された基板をクロロベンゼン等の有機溶剤に浸漬し、表
面に難溶化層を形成した後に、露光、現像の工程を行う
方法であり、この方法によれば、表層よりも下層の方が
溶解速度が高いために、結果として逆台形の断面を有す
るレジストパターンが形成されるものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、ポリメチルメタクリレートやポリイソプロペ
ニルケトンのような電離放射線に感応するポジ型レジス
トを用いる場合は、これらのレジストはそもそも低感度
のレジストであるから大きな露光量を必要とする上に更
に露光量を大きくする必要があったり、現像時間を長く
する必要があり、また露光装置や現像機による制限も加
わってスループットが非常に悪いという問題が生じてい
た。

また、ノボラック系のポジ型フォトレジストの表面にク
ロロベンゼンを用いて難溶化層を形成する方法は、操作
としては比較的簡単ではあるものの、クロロベンゼンと
いう有害な有機溶剤を使用しなければならないこと、難
溶化層のコントロールが容易ではないこと、溶剤に浸漬
するために欠陥が多発すること等の問題があり実用性に
乏しいものであった。

［課題を解決するための手段］ 上記の問題に鑑み本発明者らは、より高精度で且つ生産
性の優れたりフトオフ用のレジストパターン形成方法を
研究した結果本発明に至ったものである。

本発明は、化学増感型の電離放射線ネガ型レジスト、例
えば、シブレイ社製５ＡＬ８０１−ＥＲ７、において、
電離放射線露光後のベーク（ポストイクスポージャーベ
ーク）の際、レジスト表面を強制的に加熱し、その後現
像することにより、逆台形の断面を存するレジストパタ
ーンを得ることを特徴とする。

以下、本発明を図面を参照して説明する。

第１図は本発明のレジストパターン形成方法により逆台
形の断面形状を葺するレジストパターンを形成する工程
を示す断面図であり、図中、１は基板、２はレジスト膜
、３は電離放射線、４は露光部分、５は温風又は輻射熱
、６は熱架橋層を示す。

第１図において、まず、シリコンウェハーあるいはガリ
ウムヒ素ウェハー等からなる基板１上に化学増感型の電
離放射線ネガ型レジストをスピンコーティング等の周知
の方法により均一に塗布し、加熱乾燥処理を施して、厚
さ０．３〜２．０μｍ程度のレジスト膜２を形成する（
第１図（ａ））。ここで、加熱乾燥処理はレジストの種
類によっても異なるが、通常６０〜１５０℃、２０〜６
０分間程度が適している。

次ぎに、レジスト膜２に電離放射線３により所望のパタ
ーンを描画する（第１図（ｂ））。このとき電子線描画
装置が用いられるならば電離放射線３は電子ビームであ
り、光露光装置が用いられるならば電離放射線３は紫外
線等の所定の波長を有する光であることは上述したと同
様である。

続いて、クリーンオーブン等でレジスト表面側に温風５
を均一に当てた状態で露光後ベークを行う（第１図（Ｃ
））。当該露光後のベークは、レジストの種類あるいは
現像液の種類により異なるが、通常ｉｏｏ〜１２０℃、
１−１０分間程度が好ましい。当該露光後ベークにより
、レジスト層２の表面側から次第に熱架橋層６が形成さ
れていく。従って、当該露光後ベークの後に現像を行う
ことによって、レジスト層２の上層と下層の溶解性の差
により、第１図（ｄ）に示すような逆台形の断面を有す
るレジストパターンを容易に形成することができる。

以上のように、本発明は、レジスト層２の表面に架橋密
度の高い難溶化層を形成するため、ホットプレート等の
ように基板１側から加熱するものでは逆台形のパターン
は得られない。ただし、垂直なレジスト断面を得ようと
する場合には、ホットプレート上で時間を長めに設定す
ることで形成することができる。また、レジスト層２の
架橋密度は温度と時間に比例するため、温度または時間
のいずれでも制御することが可能であり、高精度のパタ
ーン形成に効果的である。

更に、化学増感型レジストは、上述したポリメチルメタ
クリレート、ポリイソプロペニルケトン、ノボラック系
レジストに比較して２桁以上も高感度であり、従って実
用的な電子線感度は２μＣ／ａｍ２程度でよく、これま
で量産の弊害となっていたスループットを飛躍的に向上
できるものである。

［作用および発明の効果コ 化学増感型レジストは、電離放射線露光によりレジスト
内にハロゲン酸が生じ、これが熱によりメラミン系樹脂
と架橋し、不溶化するものであり、本発明では、この熱
架橋をレジストの表層で促進させ、リフトオフ工程に適
したシャープな逆台形の断面ををするレジストパターン
を形成するというものである。

［実施例コ 以下、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］ ＨＥＭＴ用に膜付けした直径２インチのガリウムヒ素ウ
ェハー上にシブレイ社製の５ＡＬ８０１−ＥＲ７のレジ
スト溶液をスピンコーティング法により塗布し、９０℃
で３０分間プリベークし、厚さ０．８μｍの均一なレジ
スト膜を得た。

次に、加速電圧２０ｋＶの電子線により、２μＣ／ｃ１
１１２の照射量で露光し、０．２５μｍのギャップを有
するパターン描画を行った。

露光後、この基板を温風がレジスト膜表面に当たるよう
に改良したクリーンオーブン中で、１１０℃で５分間、
露光後ベークを行った。

次に、この基板をテトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイドを主成分とするアルカリ水溶液に２分間浸漬し
て現像し、純水で１分間リンスしてレジストパターンを
得た。

このウェハーを破壊して断面を走査型電子顕微鏡で観察
した結果、０．２５μｍの線幅を存するシャープな逆台
形型のレジスト断面が得られたことが確認された。

［実施例２コ 帯電防止用に１５ＯＡのクロム膜を形成した直径３イン
チの水晶基板上にシブレイ社製５ＡＬＥ３０１−ＥＲ７
のレジスト溶液をスピンコーティング法により塗布し、
９０℃で３０分間プリベークし、厚さ０．２５μｍの均
一なレジスト膜を得た。

次に、ビーム径０．１μｍ１　加速電圧１０ＫＶの電子
線により、４μＣ／ａｍ２の照射量でＳＡＷデバイスパ
ターンを描画した。

露光後、この基板を上記の実施例１と同様にクリーンオ
ープン中で１０５℃で７分間露光後べ−りを行った。

続いて、この基板をアルカリ水溶液で現像し、純水でリ
ンスして０．２μｍのラインとスペースからなるＳＡＷ
デバイスのレジストパターンを得た。

次に、この基板にアルミニウムを３０ＯＡの膜厚に蒸着
した後、アミン系のレジスト剥離液にてリフトオフした
。その結果、０．２μｍのラインとスペースから成るＳ
ＡＷデバイスのアルミパターンが得られ、リフトオフに
適した断面形状が逆台形状のレジストパターンが形成さ
れていることが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレジストパターン形成方法により逆台
形の断面形状を有するレジストパターンを形成する工程
を示す断面図、第２図はリフトオフ法にてゲートを作成
する工程の断面図である。 １・・・基板、２・・・レジスト膜、３・・・電離放射
線、４・・・露光部分、５・・・温風又・・・輻射熱、
６・・・熱架橋層。 出　　願　　人　大日本印刷株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に化学増感型の電離放射線レジストを形成
   した後所定のパターンの露光を行い、露光後のベークの
   際にレジスト表面を強制的にベークし、その後現像する
   ことを特徴とするレジストパターン形成方法。