JP3563809B2 - パターン形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，リフトオフ法を用いたパターン形成方法に関し、特に、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体素子の製造に用いられるフオトマスクのパターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子や半導体素子の製造に用いられるフオトマスクの製造の際に、金属、金属化合物および有機化合物がパターンニングされた薄膜の状態で使用されていた。
例えば、半導体素子では金属配線、抵抗体、コンデンサー誘電体、絶縁体に、フオトマスクでは遮光膜パターン等に用いられていた
金属や金属化合物の薄膜のパターニングは、通常、基板に該金属ないし金属化合物の薄膜を全面にスパッタ法もしくはＣＶＤ法により形成し、その薄膜上にフオトレジスト等を塗布形成し、電離放射線を選択的に照射し、現像等の処理を経て、レジストパターンを形成した後、これをマスクとして該金属ないし金属化合物をウエットエッチング法もしくはドライエッチング法で選択的にエッチングして、行っていた。
有機化合物のパターンニングは、選択的にドライエッチングする方法や選択的にデポジッションする方法によって行われていた。
図３を用いて、ウエットエッチング法もしくはドライエッチング法による薄膜パターンの形成を説明する。
先ず、透明基板３０と薄膜３１とからなる基板３２の薄膜３１上にフオトレジスト（マスキング材料）３３を塗布した（図３（ａ））後、フオトレジスト３３に電離放射線３４を選択的に照射し（図３（ｂ））、現像処理等を経て所望のレジストパターン３３Ａを得る。（図３（ｃ））
この後、レジストパターン３３Ａをマスクとして、薄膜３１の露出した部分をウエットエッチングないしドライエッチングによりエッチングして除去し（図３（ｄ））た後、レジストパターン３３Ａを除去して、所望の薄膜パターン３１Ａをえる。（図３（ｅ））
本方法は、通常のフオトマスクの作製等に一般的に使用されている。
しかしながら、金属、金属化合物および有機化合物の種類によっては、ウエットエッチング、もしくはドライエッチングができないものや、ウエットエッチングもしくはドライエッチングはできてもレジスト（感光性高分子マスキング材）とのウエットエッチング対薬品性、対ドライエッチング耐性等に問題があり、現実に利用できないものがあった。
【０００３】
これに対応するため、リフトオフ法を用いて薄膜をパターンニングする方法が提案されている。
このリフトオフ法は、簡単には、基材上にパターニングされたレジスト等からなるマスキング材料を含み、基材上全面に、所望のパターニングを行うための薄膜を成膜した後、マスキング材料を溶剤等で溶解、膨潤させ、マスキング材料を除去するとともにマスキング材料上に形成されていた部分の薄膜を除去し、これにより、所望の薄膜パターンを基材上に得るものである。
更に、図２を用いて従来のリフトオフ工程による薄膜パターンの形成を説明しておく。
先ず、基板（透明基板）２０の表面にフオトレジスト（マスキング材料）２３を塗布した（図２（ａ））後、フオトレジスト２３に電離放射線２４を選択的に照射し（図２（ｂ））、現像処理等を経て所望のレジストパターン２３Ａを得る。（図２（ｃ））
この後、レジストパターン２３Ａを含み基板２０の全面に、金属薄膜２５を成膜する。（図２（ｄ））
次いで、レジストパターン（マスキング材料）２３Ａ部を溶剤等により、溶解ないし膨潤させ除去させるとともに、レジストパターン（マスキング材料）２３Ａ部上に成膜されている金属薄膜２５ａを同時に除去し、他の基板の上に直接形成されている金属薄膜２５ｂはそのままにして、所望の金属薄膜からなるパターンを形成する。（図２（ｅ））
ここでは、レジストパターン２３Ａ部がリフトオフする際のマスキング材となっている。
【０００４】
しかし、この従来のリフトオフ工程を用いた薄膜のパターニングにおいても、リフトオフすべき膜の組成によっては、成膜時に基板の加熱が必要であったり、高真空状態が必要であったりする。
成膜時に基板の加熱や、高真空状態が必要である場合に、フオトレジストをリフトオフする際のマスキング材として用いると、耐熱性、脱ガス特性の点で、問題となることがあった。
このため、上記、従来のリフトオフ法を用いた薄膜のパターニング方法におけるマスキング材料としてのレジストに替え、耐熱性、脱ガス特性に優れた金属や金属化合物からなる薄膜を使用するパターニング方法も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のリフトオフ法を用いた薄膜のパターニング方法においても、リフトオフのマスキング材料として耐熱性、脱ガス特性に優れた金属膜や金属化合物からなる薄膜の使用が提案されているが、リフトオフのマスキング材料としての金属膜や金属化合物の薄膜をパターニングすることが必要である。即ち、パターニングされたフオトマスクを用いて転写により、リフトオフのマスキング材料としての金属膜や金属化合物の薄膜をパターニングする工程等が必要となる。このため、工程全体としてはバターニング工程を二度行う必要があり、工程が長く複雑になり、品質的、パターン作製の上の作業性面でも問題となっていた。
本発明は、このような状況のもと、リフトオフ法を用いた薄膜のパターニング方法において、リフトオフする際のマスキング材として金属膜を使用し、且つ、一度のパターニングのみですむ、リフトオフ法によるパターニング方法を提供しようとするものである。特に、金、白金、酸化ハフニウム等を含む薄膜のように、ウエットエッチング法やドライエッチング法によるパターンニングが難しい材質からなる薄膜のパターニング法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン形成方法は、フオトマスク等のパターンをリフトオフ法により形成する方法であって、順に、
（Ａ）透明基板上の導電層上に、メッキ用マスクを配設した後、メッキを行い、選択的に導電層上にメッキ膜を形成する工程、
（Ｂ）選択的に形成された導電層上のメッキ膜を残し、メッキ用マスクを除去する工程、
（Ｃ）選択的に形成された導電層上のメッキ膜をマスクとして、導電層をエッチング等により、選択的に除去する工程、
（Ｄ）透明基板上および選択的に形成された導電層上のメッキ膜の上、全面に、リフトオフ層を形成するための薄膜を形成する工程、
（Ｅ）選択的に形成された導電層上のメッキ膜および導電層をエッチング等により除去するとともに、該メッキ膜上の薄膜を除去し、透明基板上に直接形成された薄膜によりパターンを形成するリフトオフ工程、
を含むことを特徴とするものである。
そして、上記の導電層がクロム等の金属ないし金属化合物であることを特徴とするものである。
また、本発明のパターン形成方法は、フオトマスク等のパターンをリフトオフ法により形成する方法であって、順に、
（ａ）透明基板表面に、パラジウム等の触媒溶液浸漬処理等を施した後、該透明基板表面上に、メッキ用マスクを配設した後、無電解メッキを行い、選択的に透明基板上にメッキ膜を形成する工程、
（ｂ）選択的に形成された透明基板上のメッキ膜を残し、メッキ用マスクを除去する工程、
（ｃ）透明基板上およびメッキ膜の上、全面に、リフトオフ層を形成するための薄膜を形成する工程、
（ｄ）選択的に形成された透明基板上のメッキ膜をエッチング等により除去するとともに、該メッキ膜上の薄膜を除去し、透明基板上に直接形成された薄膜によりパターンを形成するリフトオフ工程、
を含むことを特徴とするものである。
そして、上記のメッキ用マスクは、順に、透明基板上に直接ないし透明基板上の導電層上にレジストを塗布形成する工程、塗布形成されたレジストに電離放射線の照射を選択的に行う工程、現像処理等を行い、レジストパターンからなるメッキ用マスクを形成する工程、を経て配設されることを特徴とするものである。そしてまた、上記リフトオフ層を形成するための薄膜が、金、白金、酸化ハフニウム単体またはそれらを含む物質からなることを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】
本発明のパターン形成方法は、上記のような構成にすることにより、リフトオフ法を用いた薄膜のパターニング方法において、リフトオフする際のマスキング材とし金属膜を使用し、且つ、一度のパターニングのみですむ、リフトオフ法によるパターニング方法を可能としている。
詳しくは、リフトオフする際のマスキング材とし金属膜を用いていることにより、所望の薄膜パターンを形成するための薄膜形成時に、基板を加熱しても、高真空状態にしても、図２に示す、リフトオフする際のマスキング材をフオトレジストとした場合に見られた、マスキング材（レジスト）の耐熱性、脱ガス特性の問題を解決している。
本発明のパターン形成方法の場合、パターニングは一度ですむことより、金属ないし金属化合物を、基板上にパターニングして、リフトオフのマスキング材とする、図２に示す従来のリフト方法で、フオトレジストパターン２３Ａを、転写作製による金属ないし金属化合物パターンに単に替えた場合の工程に比べ、全工程を大幅に簡素化している。
結果的に、品質面的に優れたものが得られ、且つ、作業面でも図２に示す従来工程でフオトレジストパターン２３Ａを金属ないし金属化合物のパターンに替えた工程に比べ優れることとなる。
また、リフトオフ法で薄膜のパターニングを行うため、従来の図３に示す、ウエットエッチング法やドライエッチング法に対応できない、薄膜のパターニングを可能にしている。
そして、導電層がクロム等の金属ないし金属化合物であることにより、従来のフオトマスクブランクスをそのまま適用できるものとしている。
そしてまた、上記メッキ用マスクを形成する工程が、順に、透明基板上の導電層上にレジストを塗布形成する工程と、導電層上のレジストに露光、現像処理等を行い、レジストパターンからなるメッキ用マスクを形成する工程とからなることより、従来のフオトマスク作製のレジスト製版工程をそのまま適用できるものとしている。
そしてまた、上記リフトオフ層を形成するための薄膜を、金、白金、酸化ハフニウムまたはそれらを含む物質とすることにより、特に、ウエットエッチング法やドライエッチング法によるパターンニングが難しい材質からなる薄膜のパターニング法を、比較的簡単な工程で達成できるようにしている。
【０００８】
【実施例】
本発明の実施例を図にそって説明する。
図１は本実施例のパターン形成方法を示した工程図である。
図１中、１０は透明基板、１１は遮光膜、１２はフオトマスクブランクス、１３はレジスト、１３Ａはレジストパターン、１４は電離放射線、１５はメッキ層、１６は薄膜、１６ａはリフトオフ層、１６ｂ薄膜パターン部である。
【０００９】
以下、図１をもとに、本実施例のパターン形成方法を各工程に沿って説明する。先ず、石英ガラス板からなる透明基板１０上に厚さ０．１μｍの金属クロム薄膜からなる導電膜（遮光膜）１１を設けたフオトマスクブランクス１２の導電膜（ 遮光膜）１１上にレジスト１３を塗布し（図１（ａ））した。レジスト１３としては、電子ビームポジ型レジストＡＺ−５２００（ヘキスト社製）を用い、回転塗布方法により、加熱乾燥処理を施し、およそ厚さ１．０μｍとした。加熱処理はホットプレートを用い１５０°Ｃで２０分間とした。次いで、レジスト１３に電離放射線１４を選択的に照射し（図１（ｂ））、これを現像、乾燥してレジストパターン１３Ａを形成した。（図１（ｃ））
電離放射線１４の照射は通常の電子ビーム装置を用い、１０ＫｅＶ加速電圧、１０μＣ／ｃｍ2 露光量で行い、テトラメチルアンモニウムハンドロオキサイドを主成分とする水溶性アルカリ現像液で、常温、１分間現像し、純粋流水でリンスし、スピン乾燥を行った後、レジストパターン１３Ａと導電膜（遮光膜）１１との密着性を上げるため加熱処理をオーブン１２０°Ｃで３０分間行った。次に、レジストパターン１３Ａをメッキ用マスクとして、硫酸銅電解メッキ処理を行い、導電膜（遮光膜）１１の露出した領域にメッキ層１５をメッキ用マスクより少し薄いおよそ０．８μｍの厚で成膜した。（図１（ｄ））
ここで用いた硫酸銅メッキは、メッキ液に硫酸銅水和物２２０ｇ／ｌ、硫酸６０ｇ／ｌ、塩素イオン５０ｍｇ／ｌ、市販の銅メッキ用光沢剤を適量まぜたものを用い、メッキ液温度２３〜２８°Ｃ、陰極電流密度１〜４Ａｄ／ｍｍ2 、陽極電流密度を１〜２４Ａｄ／ｍｍ2 のメッキ条件で行った。メッキ層１５は電解メッキのため露出した導電膜（遮光膜１１）上にしか形成されない。また、リフトオフ用マスキング材料として使用するため、レジストの開口部のサイズより大きくしないことが必要で、メッキ層１５の厚さはレジストパターン１３Ａの厚さより薄くなるように、メッキ時間で調整した。この後、レジストパターン１３Ａ部を溶剤剥離除去した。（図１（ｅ））
レジストパターン１３Ａ部の剥離はエタノールアミンを主成分とする剥離液で６０°Ｃ、３分間、超音波下で行い、純粋でリンスした。次いで、露出している導電膜（遮光層）１１を、メッキ層１５をマスクとしてウエットエッチングした。（図１（ｆ））
ウエットエッチングは硝酸第２セリウムアンモニウムを主成分とする水溶液で、常温、１分間スプレーエッチングを行い、純粋でリンスした。次いで、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）からなる薄膜１６をメッキ層１５を含む透明基板１０の一方の面、全面にスパッタにより約３００ｎｍ成膜した。（図１（ｇ））
この後、金属銅からなるメッキ層１５と金属クロムからなる導電膜（遮光膜）１１とを硝酸第２セリウムアンモニウムを主成分とする水溶液でエッチング除去するとともに、メッキ層１５上に形成されていたリフトオフ層１６ａを除去し、所望の酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）からなる薄膜パターン１６ｂを得た。（図１（ｈ））

【００１０】
以上、本発明の実施例を説明したが、実施例中の、使用する材料や装置、または条件等はこれに限定されるものではない。特に、メッキ条件は、メッキ装置、メッキ面の面積、メッキ膜の種類等に強く影響されるため、この条件に限定されるものではない。
尚、リフトオフする際のマスキング材となる酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２ ）は、位相シフトフオトマスクのエッチングストッパー層等に用いられもので、ドライエッチング、ウエットエッチング処理が難しいとされている。
【００１１】
上記実施例においては、透明基板１０上に導電膜（遮光層）１１を設けたフオトマスクブランクスを用いているが、透明基板１０上に直接レジストパターンを形成した後、露出されている基板面のみに無電解メッキを行い、図１に示す、メッキ層１５を形成しても良い。
この場合は、あらかじめ、透明基板１０上にレジストを塗布する前にパラジウム等の触媒溶液で浸漬を行っておく。
【００１２】
【発明の効果】
本発明のパターン形成方法は、上記のように、リフトオフ法を用いた薄膜のパターニング方法において、リフトオフする際のマスキング材として金属膜を用い、且つ、一度のパターニングのみですむ、リフトオフ法によるパターニング方法を可能としている。
このため、図２に示す従来のリフトオフ法で、リフトオフのマスキング材として金属ないし金属化合物を用いて転写によりパターニングした場合に比べ、工程を簡略化させているため、品質的にも優れたパターニングを可能としている。
勿論、リフトオフ法で薄膜のパターニングを行うため、従来の図３に示す、ウエットエッチング法やドライエッチング法に対応できない、薄膜のパターニングを可能にしている。
結果として、従来のウエットエッチング法やドライエッチング法では作製が難しいとされていた、金、白金、酸化ハフニウム単体またはそれらを含む物質からなる薄膜のパターニング作製を、比較的簡単な工程で行えるものとしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のパターン形成方法の工程図
【図２】従来のリフトオフ方法工程図
【図３】従来のウエットエッチング法、ドライエッチング法を説明するための工程図
【符号の説明】
１０ 透明基板
１１ 導電膜（遮光膜）
１２ フオトマスクブランクス
１３ レジスト
１３Ａ レジストパターン
１４ 電離放射線
１５ メッキ層
１６ 薄膜
１６ａ リフトオフ層
１６ｂ 薄膜パターン部
２０ 基板（透明基板）
２３ フオトレジスト（マスキング材料）
２３Ａ レジストパターン
２４ 電離放射線
２５、２５ａ、２５ｂ 金属薄膜
３０ 透明基板
３１ 薄膜
３１Ａ 薄膜パターン
３２ 基板
３３ フオトレジスト（マスキング材料）
３３Ａ レジストパターン
３４ 電離放射線

Claims (5)

1. フオトマスク等のパターンをリフトオフ法により形成する方法であって、順に、（Ａ）透明基板上の導電層上に、メッキ用マスクを配設した後、メッキを行い、選択的に導電層上にメッキ膜を形成する工程、（Ｂ）選択的に形成された導電層上のメッキ膜を残し、メッキ用マスクを除去する工程、（Ｃ）選択的に形成された導電層上のメッキ膜をマスクとして、導電層をエッチング等により、選択的に除去する工程、（Ｄ）透明基板上および選択的に形成された導電層上のメッキ膜の上、全面に、リフトオフ層を形成するための薄膜を形成する工程、（Ｅ）選択的に形成された導電層上のメッキ膜および導電層をエッチング等により除去するとともに、該メッキ膜上の薄膜を除去し、透明基板上に直接形成された薄膜によりパターンを形成するリフトオフ工程、を含むことを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１記載の導電層がクロム等の金属ないし金属化合物であることを特徴とするパターン形成方法。
3. フオトマスク等のパターンをリフトオフ法により形成する方法であって、順に、（ａ）透明基板表面に、パラジウム等の触媒溶液浸漬処理を施した後、該透明基板表面上に、メッキ用マスクを配設した後、無電解メッキを行い、選択的に透明基板上にメッキ膜を形成する工程、（ｂ）選択的に形成された透明基板上のメッキ膜を残し、メッキ用マスクを除去する工程、（ｃ）透明基板上およびメッキ膜の上、全面に、リフトオフ層を形成するための薄膜を形成する工程、（ｄ）選択的に形成された透明基板上のメッキ膜をエッチング等により除去するとともに、該メッキ膜上の薄膜を除去し、透明基板上に直接形成された薄膜によりパターンを形成するリフトオフ工程、を含むことを特徴とするパターン形成方法。
4. 請求項１ないし３記載のメッキ用マスクは、順に、透明基板上に直接ないし、透明基板上の導電層上にレジストを塗布形成する工程、塗布形成されたレジストに電離放射線の照射を選択的に行う工程、現像処理等を行い、レジストパターンからなるメッキ用マスクを形成する工程、を経て配設されることを特徴とするパターン形成方法。
5. 請求項１ないし４記載のリフトオフ層を形成するための薄膜が、金、白金、酸化ハフニウム単体またはそれらを含む物質からなることを特徴とするパターン形成方法。

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