JPS6055825B2 - レジスト構造内に縦横比の大きい開口の薄膜パタ−ンを形成する方法 - Google Patents

レジスト構造内に縦横比の大きい開口の薄膜パタ−ンを形成する方法

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JPS6055825B2 JP53065003A JP6500378A JPS6055825B2 JP S6055825 B2 JPS6055825 B2 JP S6055825B2 JP 53065003 A JP53065003 A JP 53065003A JP 6500378 A JP6500378 A JP 6500378A JP S6055825 B2 JPS6055825 B2 JP S6055825B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はレジスト層に所望の開口パターンを形成する方
法に関し、特に電子ビーム照射及び短波長の電磁波照射
（Ｘ線又は遠紫外線が好ましい）を順次に行つてレジス
ト層に縦横比の大きい開口パターンを形成する方法に関
する。
先行技術 米国特許第３８４９１３６号明細書には、化学線レジス
トのためのマスクとしてアルミニウムを使うことが記載
されている。
化学線レジストとは、光などの電磁波の照射によつて化
学変化が生じるフォトレジストを意味する。該特許によ
れば、基板は中間のアルミニウム層によつて互いに分解
された化学線レジスト（例えばＳｈｉｐｌｅｙ社のＡＺ
一１３５０Ｈ）の層て被覆される。アルミニウム層は下
側のレジスト層を室温に保つたままでその上に蒸着され
る。まず上側のレジスト層が通常のマスクを介して露光
され、現像される。その結果、上側のレジスト層に所望
パターンの開口が形成される。次に、この開口を介して
アルミニウムが食刻される。次に、アルミニウム・マス
クの上に残つているレジスト層及び食刻によつて露出さ
れた下側のレジスト層に対して過剰露光及び現像が行わ
れ、その結果下側のレジスト層にアンダーカットが生じ
て、全ての開口部分において、アルミニウム・マスクが
下側レジスト層の開口端から張出す様になる。然る後、
マスク構造全体がリフトオフ法によつて除去される。米
国特許第３８７３３６１号明細書には、リフトオ．フ・
マスクを利用した薄膜付着方法が開示されている。
それによれは、まず有機重合体から成る感光性の化学線
レジストが付着される。このレジストは、ベークライト
の様に感光性を呈さなくなる程度まで焼成される。次に
、焼成されたレジストｊの上に、鋼、アルミニウム、ク
ロム、ガラス、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３の様な無機物の
層（金属層が好ましい）が付着される。次に、化学線レ
ジスト層が付着され、マスクを介して露光され、そして
現像される。次に、上側のレジスト層に形成された開口
１を介して金属層が化学的に食刻される。かくして、下
側の焼成されたレジスト層のための一体化された金属マ
スクが形成される。下側のレジスト層は、金属マスクに
張出し（オーバハング）が生ノじる様にスパッタリング
によつて食刻され、その上に金属薄膜が蒸着される。
最後に、マスク構造全体がリフトオフ法によつて除去さ
れる。同様のリフトオフ法は、ＩＢＭＴｅｃｈｎｉｃａ
ｌＤｊｓｃｌＯｓｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎｌ第１−、第
７号（１９７詳１２月号）、第２１１０頁乃至第２１１
１頁所載のＢｅｒｇｒａｓｓｅの論文６６Ｔｗ０−Ｒｅ
ｓｉｓｔＬａｙｅｒｓＬｉｆｔ−０ｆｆＰｒ０ｃｅｓｓ
″にも記載されている。
ここでは、露光マスクとして働く中間の金属層にクロム
が使用されている。金属層の上側及び下側のレジストは
何れも化学線レジストで、電子ビーム・レジストではな
い。金属マスクを介する露光は、回転プリズムの様に、
可変の入射角を用いて行われる。米国特許第３４４７９
２４号明細書には、可視光線用のネガのフォトレジスト
及びその上のＸ線感光乳剤で両側を被覆した試料片を用
いる整合方法が開示されている。Ｘ線を片側にあてて、
反対側まで通過させると、試料片の両側で像が形成され
る。次に、両側にある可視光線用のフォトレジストの一
部分が露出され、それらに対して可視光線による露光が
行われる。次に、全てのＸ線レジストが除去され、更に
フォトレジストが現像されて、露光されていないレジス
ト部分が除去される。最後に、両側のフォトレジストを
介して試料片が食刻される。米国特許第３８７４９１６
号明細書によれば、ガラスの基板がクロムの薄膜層で被
覆され、その上に電子ビーム・レジストが付着される。
次に、アルミニウムの様な導電性金属の薄膜が付着され
る。この導電性金属の上には、感光性の化学線フォトレ
ジスト層の薄膜が設けられる。このフォトレジストはマ
スタ・マスク（格子）のパターンに露光され、現像され
る。フォトレジストの現像によつて露出された導電層は
フォトレジストの開口を介して食刻される。この後、計
算機の制御の下に電子ビーム・レジストを電子ビームで
走査することにより、電子ビーム・レジストが露光され
る。米国特許第３６７９４９７号明細書には、電子ビー
ム・レジストを１光電陰極ョからの電子ビームで露光す
ることが記載されている。この光電陰極は、紫外線に対
して実質的に透明な石英の様な材料から成り、その上に
は紫外線に応答して電子ビームを放出する金属のパター
ンが形成されている。露光されたレジストには現像によ
つて開口が形成される。この方法によれば、他の電子ビ
ーム・レジスト及び光電陰極を用いることによつて同じ
様なプロセスを繰返すことが出来るが、各々のレジスト
層は、次のレジスト層を付着する前に露光及び現像され
ねばならない。上述の何れの先行技術も電子ビーム露光
及び化学線露光の一方しか使用していない。
電子ビーム露光方式には、計算機の制御の下に所望の微
細パターンをマスクなしで描けるという利点はあるが、
電子の散乱効果のため、レジスト層に縦横比（高さ乃至
は深さと線幅との比）の大きい開口パターンを形成する
ことができない。電子ビーム露光方式ては、１：１の縦
横比を達成することさえ困難である。これに対して、Ｘ
線、紫外線、遠紫外線などを用いた化学線露光方式にお
いては、電子ビーム露光方式の場合よりも縦横比を大き
くできるが、計算機の制御による直接的なパターン書込
みはできない。本発明の要約 本発明の目的は、縦横比が大きく、アンダーカットがな
く、且つ急峻で真直ぐな側壁を持つ開口のパターンをレ
ジストに形成することにある。
この目的は、電子ビーム露光による直接的なパターン書
込みの利点と、化学線露光による大きな縦横比（Ｘ線の
場合、１０：１より大きい）の利点とを組合わせること
によつて達成される。本発明においては、光子からＸ線
までの電磁波の照射に感応する第１のレジスト層（化学
線レジスト層）が基板上に付着される。電磁波の波長は
２Ａ乃至５０００人が好ましい。化学線レジストの上に
は、金属薄膜を介して又は直接に電子ビーム・レジスト
が付着される。最初に、上側の電子ビーム・レジストに
所定のパターンを書込むために電子ビーム露光が行われ
、次いで現像される。次にこのパターンを用いて、露出
された金属薄膜中に対応するパターンが形成される。電
子ビーム・レジストが化学線レジストの上に直接付着さ
れている場合には、電子ビーム・レジストのパターン形
成に続いて、残つている電子ビーム・レジスト及び露出
された化学線レジストの上に金属薄膜が付着され、次い
でリフトオフによつて所定の金属薄膜パターンが形成さ
れる。金属薄膜は、下側の化学線レジストを化学線照射
によつて露光する際のマスクとして働く。本明細書で化
学線照射とは、波長が２Ａ乃至５０００Ａの電磁波の照
射を意味するが、特に好ましいのはＸ線又は遠紫外線て
ある。最後に、化学線照射によつて露光された化学レジ
ストが現像される。実施例の説明 まず第１Ａ図乃至第１Ｄ図を参照しながら、本発明の第
１実施例について説明する。
第１Ａ図乃至第１Ｄ図に示されている基板１０は、例え
ばウェハ又はマスク板であつてもよい。
この基板１０は、波長が２Ａ乃至５０００Ａの電磁波の
照射即ち化学線照射に感応するＰＭＭＡ等のレジスト１
１によつて被覆される。レジスト１１の厚さは、最終パ
ターンの縦横比が所望の大きさになる様に選ばれる。次
にアルミニウム、金又はクロムの様な金属の薄膜１２が
レジスト１１の上に付着される。
薄膜１２は第１Ｃ図に示す様なパターンが形成されたと
きにレジスト１１のための露光マスクとして働く。その
厚さの選び方は、レジスト１１の露光方式に関係する。
例えばＸ線露光では、薄膜１２は、金の場合は波長（８
Ａ乃至１０Ａ）の逆比例関数として数千Ａ又はそれより
厚くすべきである。またクロム又はアルミニウムを紫外
線露光に使つた場合には、その厚さは数百乃至数千Ａに
すべきである。薄膜１２の上には、電子ビームに感応す
る好ましくはポジのレジスト１３が例えば数千Ａの厚さ
に付着される。
このレジスト１３として、ＰＭＭＡ（ポリメチル・メタ
クリレート）又はメノチル・メタクリレートとメタクリ
ル酸の共重合体Ｐ（ＭＭＡ／Ｍ．ＡＡ）（以下共重合体
レジストと呼ぶ。
これは米国特許第４０８７５印号明細書に記載されてい
る。）を用いることができる。第１Ｂ図にはレジスト１
３内の開口１４が示さｊれている。
開口１４は、普通の電子ビームによる露光によつて作ら
れる。電子ビームは、レジスト１３の特定の領域だけを
露光する様に走査される。開口１４は、露光されたレジ
スト１３を現像することによつて形成される。電子ビー
ム・パタフーンは投影法によつて描くこともできる。液
体を用いた化学食刻、反応性のイオン食核又はイオン切
削の様な方法により、金属薄膜１２の露出された部分を
除去すると第１Ｃ図の構造が得られる。薄膜１２は普通
は厚さが数千人にすぎないから、薄膜１２を食刻剤、食
刻ガス又はイオンから保護するのに必要な上側レジスト
１３の厚さは比較的薄い。従つて、縦横比の大きいパタ
ーンを必要としない。薄膜１２の様な薄層に対しては、
金属の薄層を除去するのに要する食刻作用が僅かである
から、レジスト１３が薄くても食刻によつてレジスト１
３の間違つた場所が分断され惧れはない。第１Ｄ図は、
レジスト１１に対して化学線照射及び現像を行つた後の
構造を示している。
その場合、レジスト１１は開口１４の下方部分だけが露
光され、その後で現像される。これにより、開口１４の
下方の基板１０が露出される。図示のように、縦横比の
大きい開口１４を有するレジスト構造は、その下の基板
１０を食刻する際のマスクとして使用できる。
別の応用例としてマスク内にめつきが施されてもよい。
前にも述べたように、レジスト１１の厚さは最終パター
ンの縦横比が所望の大きさになるように選ばれるが、例
えは所望の縦横比を５：１とし、電子ビーム露光で薄膜
１２に形成される開口の大きさ１００００Ａ（１μ）と
し、薄膜１２の厚さを２０００Ａとすると、レジスト１
１の厚さは４８０００Ａになる。
基板１０を処理する際には、レジスト１３がもし残つて
いれは、除去するのが望ましい。５これを残しておくと
、縦横比が予定の値より大きくなつてしまうし、レジス
ト１１に縦横比の大きいパターンを形成するまでの様々
な工程においてレジスト１３が汚染されているおそれが
あるからである。
なお、レジスト１１及び１３が共に！ＰＭＭＡの様な同
じ材料の場合は、レジスト１３はレジスト１１の食刻中
に除去されてしまう。レジスト１１としては、レジスト
１３の露光に使用される電子ビームに対して余り感応し
ないものを選ぶべきであるが、場合によつては電子ビー
ｊムに惑応するものでもよい。照射された電子ビームは
数ミクロン程度まで材料中を透過することがある。しか
しながら、たとえこの様な透過してきた電子ビームによ
つて下側のレジスト１１が露光されてもその表面が金属
薄膜１２で被覆されてい４るので、上側のレジスト１３
の現像が下側のレジスト１１に影響を及ぼすことはない
。電子ビームのエネルギは、電子が金属薄膜１２によつ
て実質的に遮られる様なレベルに調整することができる
。電子ビームの強度は、レジスト１３，１１及び金属薄
膜１２の溶融或いは蒸発が実質的に避けられる位に低い
。レジストを過熱せずに露光するのに必要な強度は、当
業者が容易に判ることであり、使用する電子ビーム・レ
ジストによつて異なる。電子ビーム●レジストの１例は
前に述べたＰＭＭＡである。上述の方法を工程順に要約
すると次の様になる。
）工程１、サンプルの調整（第１Ａ図） 基板（ウェーハ又はマスク板）をＸ線又は光子露光に適
したレジスト層で最初に覆う。
この層の厚さは最終的なパターンに要求される縦横比に
よつて決定される。アルミニウム、金又はクロムの・様
な金属薄膜をレジスト層の上に付着する。この薄膜は後
でＸ線又は光子露光に対するマスクとして働く。従つて
、その材料及び厚さの選び方は、使用される特定の露光
方法に関係する。最後に、電子ビーム・レジストの層を
金属薄膜の上に付着する。これでサンプルの調整が完了
する。工程２、電子ビームによる露光（第１Ｂ図）電子
ビームを使つて、上側レジスト層に所望のパターンを描
き、次いで現像する。
工程３、マスクの食刻（第１Ｃ図） 金属薄膜を上側レジスト層内のパターンを介して食刻す
る。
化学食刻、反応性イオン食刻及びイオン切削の様な幾つ
かの食刻方法を使用できる。金属薄膜は一般的に薄い（
数千Ａ）から、この食刻に耐えなければならない上側レ
ジスト層の厚さは厚くしなくてもよい。従つて、縦横比
の大きいパターンを必要としない。工程４、Ｘ線又は光
子による露光（第１Ｄ図）マスクを介してＸ線又は光子
を照射することにより下側レジスト層を露光する。
露光の後、普通の方法でレジストを現像すると、縦横比
の大きい最終的パターンが形成される。次に、第２Ａ図
乃至第２Ｅ図を参照しながら、本発明の第２実施例につ
いて説明する。第２Ａ図は、基板２０がＸ線又は光学範
囲の化学線照射に感応するＰＭＭＡの様なポジのレジス
ト２１及び共重合体レジストの様な電子ビーム・ジスト
２３で被覆された状態を示している。
第１実施例とは異なり、両レジスト間に金属薄膜が設け
られていないので、上側のレジスト２３（共重合体レジ
スト）に使用される現像剤は、下側のレジスト２１（Ｐ
ＭＭＡ）を侵食するものであつてはならない。レジスト
２３を電子ビームで露光して現像すると、第２Ｂ図の様
になる。
第２Ｂ図には明確に示されていないが、電子ビーム露光
の分野でよく知られている様に、図示のレジスト構造に
はリフトオフ用のアンダーカットがあることが好ましい
。第２Ｃ図では、第２Ｂ図のレジスト構造の土にアルミ
ニウム、クロム又は金の様な金属の薄膜２４が付着され
、その結果、金属キャップを持つきのこ形構造が形成さ
れる。次に溶媒を使用して残つている電子ビーム・レジ
スト２３及びその上の金属キャップを除去すると、第２
Ｄ図に示す様に、開口２５を有する金属薄膜２４が残る
。かくして、第１Ｃ図のときと同じく、金属薄板２４は
所定パターンの一体金属マスクを構成する。次に、開口
２５を介する化学線照射により縦横比の大きい露光を行
つて現像すると、第２Ｅ図に示す様に、縦横比の大きい
開口パターンが得られる。なお第１実施例はサブトラク
テイブ法によるものであつたが、この第２実施例はアデ
ィティブ法によつている。以上のように、本発明に従つ
てまず電子ビーム露光を使用し、次いでＸ線又は光子に
よる化学線露光を使用すると、一方の欠点が他方の利点
で補償される形になり、結果として縦横比の大きい任意
の微細パターンをレジストに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図，第１Ｂ図，第１Ｃ図及び第１Ｄ図は本発明の
第１実施例を工程順に示した概略断面図、第２Ａ図，第
２Ｂ図，第２Ｃ図，第２Ｄ図及び第２Ｅ図は本発明の第
２実施例を工程順に示した概略断面図である。 １０・・・基板、１１・・・化学線レジスト、１２・・
・金属薄膜、１３・・・電子ビーム・レジスト、１４・
・・開口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ レジスト構造内に縦横比の大きい開口の薄膜パター
    ンを形成する下記の（イ）乃至（ヘ）から成る方法。 （イ）化学線照射に感応する第１のレジスト層で基板を
    被覆する。 該第１のレジスト層の厚さは最終パターンにおける縦横
    比が所望の大きさになる様に選ばれる。（ロ）上記第１
    のレジスト層の上に金属薄膜層を付着する。 （ハ）上記金属薄膜層の上に電子ビームに感応する第２
    のレジスト層を付着する。 （ニ）上記電子ビームを用いて上記第２のレジスト層に
    予定のパターンを形成する。 （ホ）上記予定のパターンを用いてこれに対応するパタ
    ーンを上記金属薄膜層に形成する。 （ヘ）上記金属薄膜層のパターンをマスクとして上記第
    １のレジスト層に上記化学線照射を行うことにより上記
    の第１のレジスト層に上記予定のパターンに対応するパ
    ターンを形成する。 ２ レジスト構造内に縦横比の大きい開口の薄膜パター
    ンを形成する下記の（イ）乃至（ホ）から成る方法。 （イ）化学線照射に感応する第１のレジスト層で基板を
    被覆する。 該第１のレジスト層の厚さは最終パターンにおける縦横
    比が所望の大きさになる様に選ばれる。（ロ）上記第１
    のレジスト層の上に電子ビームに感応する第２のレジス
    ト層を付着する。 （ハ）上記電子ビームを用いて上記第２のレジスト層に
    予定のパターンを形成する。 （ニ）上記予定のパターンを用いて上記第１のレジスト
    層の上に対応するパターンを有する金属薄膜層を形成す
    る（ホ）上記金属薄膜層のパターンをマスクとして上記
    第１のレジスト層に上記化学線照射を行うことにより上
    記第１のレジスト層に上記予定のパターンに対応するパ
    ターンを形成する。
JP53065003A 1977-06-30 1978-06-01 レジスト構造内に縦横比の大きい開口の薄膜パタ−ンを形成する方法 Expired JPS6055825B2 (ja)

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