JPH03257817A - 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］ 本発明は、ＬＳｌｌ　　超ＬＳＩ等の高密度集積回路の
製造方法に用いられるレジストパターン形成方法に係り
、特に、ゲート等の微細なパターン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］ ＩＣ、ＬＳＩ　、超ＬＳＩ等の半導体集積回路は、Ｓ１
ウエ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霧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）、ＩＩＥＭＴ（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３図はリフトオフ法にてゲートを作成する工程を断面
図で示したものであり、図中、１１は基板、１２はレジ
スト層、１３は霧光ビーム、１４は露光部分、１５は蒸
着したゲート用金属を示す。

第３図において、まず、シリコンあるいはガリウムヒ素
ウェハー等の基板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３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３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霧光ビーム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露
光ビーム１３は所定の波長を有する光であることは明ら
かである。なお、第３図（ｂ）はポジ型レジストを使用
した場合を示し、第３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３図（ｄ））。このとき、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
１５を蒸着等によりレジスト層１２上に堆積させ（第３
図（ｅ）Ｌ　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３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工程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霧光量を大
きくするか、または現像時間を長く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
方法であり、もう一つは、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、後者の方法によれば、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霧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
加わるので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］ さて、ノボラック系ポジ型レジストにおいては、露光に
より、０−ナフトキノンジアジドが分解してインデンケ
テンとなり、インデンケテンが水と反応してインデンカ
ルボン酸となる。この結果、露光部はアルカリ水溶液に
可溶となり、現像が行われる。これは周知の感光・現像
機構であるが、これはまた、レジスト表面にインデンカ
ルボン酸が生成されない場合にはアルカリ水溶液に対す
る難溶化層が形成され、その結果、断面形状が逆台形の
レジストパターンを形成できることを意味している。そ
して、インデンカルボン酸が生成されないようにするた
めには、水分を除去すればよいことが分かる。

本発明は、上記の考察によりなされたものであり、光あ
るいは電子ビーム等の霧光ビームによる照射の際に、イ
ンデンカルボン酸が生成される通常のタイプの７ボラツ
ク系ポジ型フオトレジスト、例えば、ＡＺ−１３５０、
ムＺ−２４００、ＡＺ−５２００等を使用し、当該フォ
トレジストを塗布した後、露光に先立って高真空中に保
持し、その後、光あるいは電子ビームにてパターン露光
し、その後、現像することにより、逆台形の断面を有す
るレジストパターンを得ることを特徴とするものである
。

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
形の断面形状を有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は露光ビーム、４は露光部分、５は真空雰囲気、６
は難溶化層を示す。

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上にノボラック系ポジ
型フォト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、ＳＯ〜２００℃、２０〜６０
分間程度が適している。

次にレジスト膜２を形成した基板をｌｏ−６〜ｌＯ−・
Ｔｏｒｒ程度の真空中に、３０−１２０分間保持する（
第１図（ｂ））。この真空保持によってレジスト膜２の
表面から水分が除去され、レジスト膜２の表面には難溶
化層６が形成される。

その様子を第２図に示す。第２図は未露光部のレジスト
膜の溶解特性を示す図であり、２０で示すグラフは本発
明に係る方法、即ちレジストの塗布後高真空中に保持し
た後に現像した場合の溶解特性であり、２１で示すグラ
フは従来法により現像した場合の溶解特性である。未露
光部のレジスト膜厚は最初は５ｏｏｏ人であり、現像時
間の増加と共に膜厚が減少していくが、本発明の方法に
よれば従来法に比較してレジスト膜表面付近で特にレジ
スト膜厚の減少の度合が少ない。これは従来法に比較し
てレジスト膜の表層付近が非常に溶化し難い状態になっ
ていることを意味し、このことから、本発明のようにレ
ジスト膜を形成した後に一旦高真空中に保持することに
よって、レジスト膜表層付近に難溶化層が形成されるこ
とが分かる。

次ぎに、レジスト膜２に露光ビーム３により所望のパタ
ーンを描画する（第１図（Ｃ））。このとき電子線描画
装置が用いられるならば露光ビーム３は電子ビームであ
り、光露光装置が用いられるならば露光ビーム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。

このパターン露光の際、レジスト膜２中では、インデン
ケテンが生成され、水の介在によってインデンカルボン
酸が生成される反応が進行していくが、レジスト膜２の
表面層では、先の真空保持の工程によって水分が減少し
ているためにインデンカルボン酸が生成しにくい状態に
なっている。

即ち、レジスト膜２の表面には難溶化層６が形成される
のである。また、レジストＭ２の下層では、通常にイン
デンカルボン酸が生成するために一般のフォトレジスト
用アルカリ現像を行うことによって、レジスト膜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形成するこ
とができる。

なお、レジスト膜２の表面に形成される難溶化層６と、
下層の容易に溶解される部分との境界は明確に分離され
るものではなく、徐々に変化しているものである。

以上のように、本発明は、露光前にレジスト膜を塗布し
た基板を真空中に保持するだけで容易に逆台形のレジス
トパターンを形成することができる。また、レジスト膜
２の上層の水分除去は一定レベルで平衡に達するため、
時間などによってばらつくことがなく、高精度のパター
ン形成に効果的である。

更に、電子ビームにてパターン露光する際には、基板は
露光装置内のカセットチャンバーに保持されているため
、別途に真空装置を用いる必要もないので効率的であり
、しかも露光を連続的に行うことが可能である。

［作用および発明の効果コ ノボラック系ポジ型フォトレジストは、光あるいは電子
ビーム等の露光ビームによりレジスト内にインデンケテ
ンが生じ、これが水と反応してインデンカルボン酸とな
り、アルカリ可溶となるものである。本発明では、レジ
スト膜の表層においては、水分を除去することによりア
ルカリ難溶化層を形成してインデンカルボン酸の生成を
減少させ、リフトオフ工程に適したシャープな逆台形の
断面を有するレジストパターンを形成することができる
。

［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コ 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、ヘキスト社製のレジスト溶液ムＺ−２４０
０をスピンコーティング法により塗布し、３０℃で３０
分間プリベークし、厚さ０．８μｍの均一なレジスト膜
を形成した。

このウェハーを電子線露光装置のカセットチャンバー内
に３０分間保持した。真空度は２ＸＩＯ−”Ｔｏｒｒで
ある。その結果得られた難溶化層の厚さは約２０ＯＡで
あった。

続いて、加速電圧２０　ＫＶの電子線により、１２０μ
Ｃ／　ｃｍ　’の照射量で露光し、０．２５μｍのギャ
ップを有するパターンを描画した。

露光後、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線幅を有するシャープ
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１５０　Ａのクロム膜を形成した直径３イ
ンチの水晶基板上に、ヘキスト社製のレジス）溶液ＡＺ
−５２００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０．３０μｍの均一な
レジスト膜を得た。

この基板を上記実施例１と同様に電子線露光装置内にて
３０分間真空保持した。真空度は２Ｘ１０−’　Ｔｏｒ
ｒである。その結果得られた難溶化層の厚さは約２００
Ａであった。

次ぎに、ビーム径０．１　μｍ１　加速電圧１０　ＫＶ
の電子線により、６０μＣ／　ａｍ　’の照射量でＳＡ
Ｗデバイスパターンを描画した。

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。

次ぎに、この基板にアルミニウムを３００Ａ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なる
ＳＡＷデバイスのアルミパターンが得られ、リフトオフ
工程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図は本発明に係る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図は未露光部のレジスト膜の溶
解特性を示す図、第３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・・・真空雰囲気、 ６・・・難溶化層。 出 願 人 大日本印刷株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にノボラック系レジストを塗布し、高真空
   中に保持した後、パターン露光を行い、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。