JPH07263319A - レジストパターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ネガ型電子線レジストを用いて微細なレジス
トパターンを形成する。 【構成】 レジストを基板上に形成する工程と、基板上
に形成されたレジストを電子線描画法を用いて露光及び
現像する工程と、からなるレジストパターンを基板上に
形成する方法において、レジストは化学増幅型ネガレジ
ストであり、電子線描画法を用いて露光及び現像する工
程は、電子線の加速電圧を40キロボルト以上とし、電子
ビーム径を10ｎｍ以下とし、レジストのコントラスト値
γの値を６以上にして行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子線（ＥＢ）描画を
用いて基板上に微細なレジストパターンを形成する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子線描画法は、短かい周期（隣合う２
つのラインの中心と中心との距離）のラインアンドスペ
ースパターン（例えば、レジストのパターンを形成する
場合にレジストの残る部分がラインであり、レジストが
取り除かれる部分がスペースであり、このラインとスペ
ースが交互に形成されているパターン）や微細なライン
のパターンを形成するのに適しているため、様々なデバ
イスの作製に重要な技術である。例えば、電子線描画法
は、分布帰還型半導体レーザに用いられるラインアンド
スペース（グレーティング）パターンを形成するために
用いられる。分布帰還型レーザに要求されるグレーティ
ングパターンの周期（隣合う２つのグレーティングの山
の中心と中心との距離）は0.4μｍ以下である。周期が
0.4μｍ程度のラインアンドスペース（グレーティン
グ）パターンの形成は、例えば、２光束干渉露光法でも
作製できる。しかし、電子線描画法は、光を用いる２光
束干渉露光法では不可能な、さらに短い周期のパターン
を基板の所望の位置に形成できるため、グレーティング
パターン等の微細なパターンの形成に用いられているの
である。

【０００３】電子線描画法を用いたこの種の素子の作製
において、従来、電子線描画用レジストとしてはPMMA
（ポリメチルメタアクリエート）等のポジ型レジスト、
即ち、電子線で露光された部分のレジストが現像時に溶
解し除去されるタイプのレジストが用いられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
PMMA等のポジ型電子線レジストを用いた電子線描画法
は、不必要な部分のレジストを除去するために大面積の
電子線露光や光リソグラフィーが必要となり、スループ
ットの大幅な低下や工程の複雑化を招いてしまう。これ
は、一般に、レジストパターンを基板上に形成する場
合、レジストを除去する部分の方がレジストを残す部分
よりも多いためであり、ポジ型レジストはレジストを除
去する部分の全体に電子線を照射（露光）する必要があ
るからである。これを避けるためにはネガ型電子線レジ
スト、即ち、電子線露光をおこなった部分のレジストが
現像時に溶解せず残存するタイプの電子線レジストを用
いてラインアンドスペースパターンを形成することが必
要である。

【０００５】しかしながら、従来のネガ型電子線レジス
トは高い解像度を得るのが難しく、微細なレジストパタ
ーンを形成することは至難であるという問題点があっ
た。したがって、本発明は、ネガ型電子線レジストを用
いて微細なレジストパターンを形成する方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、レジス
トを基板上に形成する工程と、基板上に形成されたレジ
ストを電子線描画法を用いて露光及び現像する工程と、
からなるレジストパターンを基板上に形成する方法にお
いて、レジストは化学増幅型ネガレジストであり、電子
線描画法を用いて露光及び現像する工程は、電子線の加
速電圧を40キロボルト以上とし、電子ビーム径を10ｎｍ
以下とし、前記レジストのコントラスト値γの値を６以
上にして行う（請求項１）。

【０００７】この場合（請求項１）に、好ましくは、レ
ジストパターンは周期が0.4μｍ以下のラインアンドス
ペースを有するレジストパターンとする（請求項２）。

【０００８】この場合（請求項１）に、好ましくは、レ
ジストパターンは線幅が0.5μｍ以下のラインを有する
レジストパターンとする（請求項３）。この場合（請求
項１、２、３）に、好ましくは、基板は化合物半導体基
板とする（請求項４）。

【０００９】

【作用】本発明の第１の特徴は、レジストとして、化学
増幅型ネガレジストを用いたことにある。なぜならば、
化学増幅型ネガレジストは高感度であり、アルカリ溶液
現像であるため膨潤が生じず高解像度が実現できるから
である。

【００１０】本発明の第２の特徴は、電子線描画法にお
ける加速電圧を少なくとも40キロボルト以上にすること
にある。一般に、電子線露光（照射）において電子線の
加速電圧を高くするほど、電子が基板の深いところまで
到達するため、電子線を照射した領域のレジストは、基
板内に到達した電子の格子散乱の影響を受けることが小
さくなる。本発明者らは、研究の結果、加速電圧を高く
すると、例えば、ラインアンドスペースを有するレジス
トパターン等のように、２本の隣合うラインに電子線露
光（照射）を行う際に、一方のラインに電子線露光（照
射）を行うことにより起こる基板内に到達した電子の格
子散乱が他方のラインに影響することを防ぐことができ
ることを見出した。また、１本のラインを形成する場合
においても、加速電圧を高くすることによって、格子散
乱の影響を小さくすることができるため、ほぼ電子線露
光（照射）を行った部分のみを露光することができるた
め、微細なラインを有するレジストパターンを形成する
ことができることを見出した。つまり、加速電圧を高く
することによって、微細なレジストパターンを形成する
ことができる。実際に、本発明者らが、モンテカルロ法
によりGaAs基板中にガウシアン型電子線を入射した時、
基板中において1000エレクトロンボルトまで検出される
電子飛程を計算したところ、加速電圧を30キロボルトに
したとき深さが3.7μｍ、50キロボルトにしたとき深さ
が7.4μｍまで電子が達することがわかり、電子線描画
法における加速電圧を高くすることが、微細なレジスト
パターンを形成するために有効であることを確認した。
これらのことより、本発明者らは、電子線描画法におけ
る加速電圧を少なくとも40キロボルト以上にすることが
微細なレジストパターンを形成するのに適当であること
を見出した。

【００１１】本発明の第３の特徴は、電子線描画法にお
ける電子線のビーム径（直径）を少なくとも10ｎｍ以下
にしたことにある。本発明者らは、電子線のビーム径
（直径）を変化させた場合に、同じビーム電流密度（電
子線照射エネルギー）で描画したレジストラインの幅が
どのようになるかを前記と同様の計算シミュレーション
を用いて確かめた。表１は、計算シミュレーションによ
る電子線のビーム径と線幅の結果である。ただし、計算
で想定したレジストは、PMMA等のポジ型レジストであ
る。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１から明らかなように、電子線のビーム
径が小さいほどライン（レジストのライン）の線幅も細
くなっており、微細なラインアンドスペースまたはライ
ンの描画を可能にする。このことから、本発明者らは、
ネガ型レジストにおいてもビーム径を小さくすることに
よって、ラインの線幅を細くすることができることを見
出した。そこで、ネガレジストにおけるビーム径とライ
ンの線幅についても計算した結果、ビーム径を少なくと
も10ｎｍ以下にすることが微細なレジストパターンの形
成に適当であることを見出した。

【００１４】本発明の第４の特徴は、レジストの感度曲
線から求まるコントラスト値γを少なくとも６以上にし
たことにある。レジストの感度曲線から求まるコントラ
スト値γが高いほど解像度が向上し微細なラインやライ
ンアンドスペース描画が可能である。実際に、本発明者
らが、GaAs基板上で化学増幅ネガ型レジストを形成し、
電子線描画法における加速電圧50キロボルトにして実験
した。図１はそのときのレジスト感度曲線を示す図であ
り、縦軸はレジストの規格化された膜厚を示し、横軸は
電子線のビーム電流密度（露光量）を示す。図１には、
化学増幅型ネガレジストを露光した後に行うポストエク
スポジャーベーク（Post-Exposure-Bake）を105℃、101
℃、97℃でおこなった時の結果を示した。図１におい
て、測定点を近似した直線はレジスト感度曲線の立ち上
がり部分を外挿したものであり、コントラスト値γは次
式 γ＝｜ｌｏｇ₁₀（Ｑ₀／Ｑ_i）｜^-1 （Ｑ₀／Ｑ_iはレジス
ト感度曲線の立ち上がり部分を外挿した直線の傾きを示
す） で表される。この結果からそれぞれの温度におけるコン
トラスト値γをそれぞれ求めると表２のようになる。

【００１５】

【表２】

【００１６】表２から明らかなように、各温度における
γは7.7以上となり、非常に高い。また、ポストエクス
ポジャーベーク温度を下げるとγはさらに上昇してい
く。これらの結果より、本発明者らは、ポストエクスポ
ジャーベークを制御してγを少なくとも６以上にするこ
とが微細なラインアンドスペースまたはラインの描画に
適当であることを見出した。

【００１７】以下、実施例により本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれに限るものではない。

【００１８】

【実施例】

（実施例１）ｎ型GaAs基板上に、化学増幅型ネガレジス
トをスピンコート法を用いて膜厚180ｎｍ程度コート
し、ベーキングを加える。尚、実施例１では化学増幅型
ネガレジストとしては、ノボラック樹脂、メラミン誘導
体（架橋剤）、ハロゲン系酸発生剤の３成分系から成る
ものを用いた。その後、基板を電子線描画装置にセット
し、加速電圧50キロボルト、電子ビーム径を６ｎｍとし
て、周期が0.25μｍのラインアンドスペースを100μＣ
／cm²程度のビーム電流密度で描画した。描画の後、γ
値が７程度となるように１００℃で約２分ポストエクス
ポジャーベークを行い、その後、現像をおこなった。
尚、比較のため同じ基板内に、ビーム径が12nmおよび19
nmとして、他の条件は全く同じであり周期が0.25μｍの
ラインアンドスペースを描画した。図２はビーム径を６
ｎｍにして電子線描画を行ったときのラインアンドスペ
ースを有するレジストパターンを上面から撮影した電子
顕微鏡写真である。図２のレジストパターンは、周期0.
25μｍ でレジストライン（ライン）の線幅がほぼ0.105
μｍのラインアンドスペースが良好に形成できている。
また、一般に、ラインアンドスペースを有するレジスト
パターンを形成する場合、ラインの幅とスペースの幅を
大体１対１にすることが多いが、実施例１によるライン
アンドスペースは、その場合についても好適であること
が分かる。

【００１９】さらに、ビーム径を6nm、12nmおよび19nm
にして周期が0.25μｍのラインアンドスペースを有する
レジストパターンを形成した時のレジストライン（ライ
ン）の線幅を測定した結果が表３である。

【００２０】

【表３】

【００２１】表３から明らかなように、電子ビーム径が
小さい方がレジストライン（ライン）の線幅が細くなっ
ており、微細なラインアンドスペースの形成が可能にな
る。 （実施例２）ｎ型GaAs基板上に、実施例１と同様の化学
増幅型ネガレジストをスピンコート法を用いて膜厚100
ｎｍ程度コートし、ベーキングを加える。その後、基板
を電子線描画装置にセットし、加速電圧50キロボルト、
電子ビーム径を６ｎｍとして、周期が0.2μｍのライン
アンドスペースを90μＣ／cm²程度のビーム電流密度で
描画した。描画の後、γ値が10程度となるように１００
℃で約２分ポストエクスポジャーベークを行い、その
後、現像をおこなった。図３は、描画現像したラインア
ンドスペースを有するレジストパターンを上面から撮影
した電子顕微鏡写真を示す。図３のレジストパターン
は、周期が0.2μｍでレジストライン（ライン）の線幅
がほぼ0.1μｍのラインアンドスペースが良好に形成で
きている。 （実施例３）ｎ型GaAs基板上に、実施例１と同様な化学
増幅型ネガレジストを基板上にスピンコート法を用いて
膜厚50ｎｍ程度コートし、ベーキングを加える。その
後、基板を電子線描画装置にセットし、加速電圧50キロ
ボルト、電子ビーム径を６ｎｍ以下として、周期が0.12
5μｍのラインアンドスペースを180μＣ／cm²程度のビ
ーム電流密度で描画した。描画の後、γ値が16となるよ
うに９０℃で約２分ポストエクスポジャーベークを行
い、その後、現像をおこなった。図４は、描画現像した
ラインアンドスペースを有するレジストパターンを上面
から撮影した電子顕微鏡写真である。図４のレジストパ
ターンは、周期が0.125μｍでレジストライン（ライ
ン）の線幅がほぼ0.062μｍのラインアンドスペースパ
ターンが良好に形成できている。

【００２２】尚、本実施例では、基板として化合物半導
体であるGaAs基板を一例に挙げたが、他の半導体基板若
しくは誘電体基板においても本発明による方法を適用す
ることが可能であることは言うまでも無い。また、レジ
ストパターンの例として、ラインアンドスペースを例に
挙げて説明したが、単独のラインパターンについても本
発明による方法をそのまま適用できる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明の方法によれば、
化合物半導体基板上に電子線描画法により微細なネガレ
ジストパターンを単純でしかも許容値の広いプロセスで
良好に形成することができる（請求項１）。また、本発
明の方法は、特に、周期が0.4μｍ以下のラインアンド
スペースや0.5μｍ以下のラインを有するネガレジスト
パターンを形成するのに適している（請求項２、３）。

【００２４】また、本発明の方法は、GaAs等の化合物半
導体基板を用いた場合に、基板からの後方散乱電子を抑
制することができるため、さらに効果的に微細なネガレ
ジストパターンを形成することができる（請求項４）。

【図面の簡単な説明】

【図１】GaAs基板上で化学増幅ネガ型レジストを用い加
速電圧50キロボルトで実験して求めたレジスト感度曲線
を示す図である。

【図２】本発明の実施例１による基板上に形成されたレ
ジストのラインアンドスペースパターンを示す電子顕微
鏡写真である。

【図３】本発明の実施例２による基板上に形成されたレ
ジストのラインアンドスペースパターンを示す電子顕微
鏡写真である。

【図４】本発明の実施例３による基板上に形成されたレ
ジストのラインアンドスペースパターンを示す電子顕微
鏡写真である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レジストを基板上に形成する工程と、前記
   基板上に形成されたレジストを電子線描画法を用いて露
   光及び現像する工程と、からなるレジストパターンを基
   板上に形成する方法において、 前記レジストは化学増幅型ネガレジストであり、 前記電子線描画法を用いて露光及び現像する工程は、電
   子線の加速電圧を40キロボルト以上とし、電子ビーム径
   を10ｎｍ以下とし、前記レジストのコントラスト値γの
   値を６以上にして行うことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】前記レジストパターンは周期が0.4μｍ以
   下のラインアンドスペースを有するレジストパターンで
   あることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】前記レジストパターンは線幅が0.5μｍ以
   下のラインを有するレジストパターンであることを特徴
   とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】前記基板は化合物半導体基板であることを
   特徴とする請求項１または２または３に記載の方法。