DE68928905T2 - Muster-Herstellungsverfahren - Google Patents

Muster-Herstellungsverfahren

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Muster-Herstellungsverfahren zur Herstellung von Mustern auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder Ähnlichem.
  • Die Entwicklung von einzelnen Hochgeschwindigkeitseinrichtungen unter Verwendung von Verbundhalbleitern wird gegenwärtig gefördert. Um die Eigenschaften solcher Einrichtungen zu verstärken und eine schnellere Arbeitsweise herstellen, ist es notwendig, die Weite der Öffnung zur Herstellung der Gateelektrode schmaler zu machen. Wenn die Öffnungsweite schmaler wird, nimmt jedoch der Gateelektrodenwiderstand zu, wovon bekannt ist, daß es eine Erhöhung der Geschwindigkeit behindert.
  • Um dieses Problem zu lösen, ist es herkömmlicherweise bekannt, eine T-förmige Gateelektrode zu verwenden. Die T-förmige Gateelektrode ist so ausgestaltet, daß sie beim Kontaktbereich schmal und in dem oberen Bereich der Elektrode weit ist.
  • In den beigefügten Zeichnungen stellen die Fig. 10(a) bis 10(f) ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer herkömmlichen T-förmigen Gateelektrode für einen GaAs FET (Feldeffekttransistor) dar, wobei die Elektronenstrahlbelichtungs- und Abhebetechnologie verwendet wird.
  • In Fig. 10 (a) zeigt das Bezugszeichen 1 ein GaAs Substrat, das aus einer epitaktischen Schicht aus GaAs oder aus GaAs und AlGaAs besteht, die als aktive Schicht auf halbisolierendem GaAs arbeiten. Eine Source- und eine Drainelektrode 2, die aus AuGe/Ni hergestellt sind, sind auf einem GaAs Substrat 1 gebildet, und ein SiO&sub2; Abstandsstück 3 ist auf dem GaAs Substrat 1 gebildet. Als nächstes wird über den Drainelektroden 2, dem SiO&sub2; Abstandsstück 3 und dem GaAs Substrat 1 eine PMMA (Polymethylmethylacrylat) Widerstandsschicht 4 mit einem mittleren Molekulargewicht von 600.000 vorgesehen. Die Schicht wird erwärmt. Dann wird darauffolgend auf dem PMMA Resistfilm 4 ein PMMA Resistfilm 5 mit einem mittleren Molekulargewicht von 200.000 aufgebracht und erwärmt. Als nächstes wird ein bestimmter Bereich mit Strahlung eines Elektronenstrahls 6 von 50 kV belichtet.
  • Dann werden unter Verwendung von MIBK (Methylisobutylketon) die PMMA Resistfilme 4,5 entwickelt und ein PMMA Resistmuster 7 wird gebildet (Fig. 10(b)).
  • In Fig. 10(c) wird unter Verwendung des PMMA Resistmusters 7 als Maske das SiO&sub2; Abstandsstück 3 in einem Naßverfahren geätzt, so daß ein SiO&sub2; Abstandsstückmuster 3a gebildet wird.
  • In Fig. 10 (d) wird unter Verwendung des SiO&sub2; Abstandsstückmusters 3a als Maske das GaAs Substrat 1 in einem Naßverfahren geätzt, wobei eine gemischte, wäßrige Lösung aus Tartarsäure und Wasserstoffperoxid als Ätzmittel verwendet wird, und es wird eine vertiefte Struktur ausgebildet.
  • Ein Al Film 9 wird dann auf die Oberfläche der PMMA Resistfilme 4, 5 und das GaAs Substrat 1 aufgedampft, und eine Al Gateelektrode, d. h., eine T-förmige Gateelektrode 10 wird gebildet (Fig. 10(e)). Nach Auflösung und Entfernung der PMMA Resistfilme 4, 5 mit einem organischen Lösungsmittel oder Ähnlichem wird der unnötige Al Film 9 abgehoben, und die Struktur in Fig. 10(f) wird erhalten.
  • Während Fig. 10 zeigt, wie die T-förmige Gateelektrode 10 unter Verwendung von PMMA Resistfilmen 4,5 erhalten wird, weisen diese PMMA Resistfilme 4, 5 eine schlechte Wärmebeständigkeit und Anhaftung an dem Substrat auf. Um diese Nachteile zu verringern oder zu vermeiden, ist es bekannt, Polydimethylglutarimid (PMGI) statt PMMA zu verwenden. Bei dem Verfahren, das PMGI Resist verwendet, wird eine wäßrige Alkalilösung oder eine gemischte wäßrige Lösung aus Alkali und Salz als die Entwicklungslösung verwendet. In diesem Fall wird als Alkali Tetramethylammoniumhydroxid weitverbreitet verwendet. Das Salz wirkt als ein Tensid, und üblicherweise wird ein Tetraalkylammoniumsalz verwendet.
  • Beim Stand der Technik ist jedoch, wenn der PMGI Resist durch eine wäßrige Alkalilösung oder eine gemischte wäßrige Lösung aus Alkali und Salz entwickelt wird, die Änderung der Lösungsrate bei Änderung der Belichtungsdosis langsam, oder die normalisier te, verbleibende Filmdicke in dem unbelichteten Bereich und der Gammawert sind klein. Demgemäß ist es schwierig, ein Muster mit einer steilen Seitenwand zu bilden. Selbst wenn eine einzige Schicht aus PMGI Resist verwendet wird, ist es schwierig, das Muster mit einer Größe von 0,4 um oder weniger zu bilden. Es ist daher unmöglich, es zur Bildung von T-förmigen Gateelektroden in einem feinen Muster zu verwenden. Wenn die Konzentration von Tetramethylammoniumhydroxid vor der Verwendung aufgelöst wird, wird die Änderung der verbleibenden Filmdicke bei Änderung der Belichtungsdosis größer, d. h., der Gammawert wird größer, aber die Empfindlichkeit wird verringert. Auch wird als Ergebnis der Auflösung von Tetramethylammoniumhydroxid die hydrophile Eigenschaft verstärkt und die Benetzbarkeit des hydrophobischen Resist wird schlecht. Demgemäß fließt, wenn ein PMGI Resist entwickelt wird, der als die untere Schicht eines zweischichtigen Resist verwendet wird, wenn die Öffnungsweite des Resistmusters der oberen Schicht eng ist, die Entwicklungslösung des PMGI Resist nicht stetig in die Öffnung, und der PMGI Resist kann nicht gleichmäßig entwickelt werden. Um dies zu vermeiden, sind Tenside hinzugefügt worden, um das Benetzungsvermögen der Entwicklungslösung zu verstärken, wobei aber in diesem Fall der Gammawert kleiner und die Auflösung verringert wird.
  • Bei dem in Fig. 10 gezeigten Verfahren, ist es, da der PMMA Resistfilm 5 mit einem mittleren Molekulargewicht von 200.000 in der oberen Schicht und die PMMA Resistschicht 4 mit dem mittleren Molekulargewicht von 600.000 in der unteren Schicht gleichzeitig entwickelt werden, schwierig, die Öffnungsweite des oberen Resist und die des unteren Resist zur gleichen Zeit zu steuern und zu optimieren. Des weiteren ist es, da das Anhaften des PMMA Resistfilm 4 an dem GaAs Substrat 1 schlecht ist, notwendig, ein SiO&sub2; Abstandsstück 3 zu verwenden. Wenn die Anhaftung schlecht ist, werden das SiO&sub2; Abstandsstück 3 an dem Randabschnitt 7a (Fig. 10(b)) des PMMA Resistmusters 7 und der untere Teil des PMMA Resistfilms 4 angehoben. Als Ergebnis kann bei dem Naßätzverfahren das Ätzmittel so weit wie bis zu der Unterseite des Randabschnitts 7a des PMMA Resistmusters 7 gelangen, und deshalb kann das SiO&sub2; Abstandsstück 3a weiter als erwünscht werden. Da das SiO&sub2; Abstandsstück 3 isotrop bei dem Naßätzverfahren geätzt wird, ist die Steuerbarkeit der Öffnungsweite schlecht, und die Öffnungsweite neigt dazu, weiter als die Öffnungsweite der PMMA Resistmaske zu werden. Demgemäß wird die Öffnungsweite der Ausnehmungsstruktur 8 weiter. Außerdem wird die Strecke zwischen der Unterseite des unteren PMMA Resistfilms 4 und der Unterseite der Ausnehmungsstruktur 8 durch den Bereich der Dicke des SiO&sub2; Abstandsstück 3 erweitert, und die aufgedampfte T-förmige Gateelektrode 10 wird ohne weiteres an der durch den Teil A in Fig. 10(f) angegebenen Stelle gebrochen. Das heißt, die Weite der aufgedampten T-förmigen Gateelektrode 10 ist durch die Öffnungsweite des unteren PMMA Resistfilms 4 begrenzt und wird abgeschieden, aber das Al wird ebenfalls auf die Seitenwand bei der Öffnung des unteren PMMA Resistfilms 4 aufgedampft und die Öffnungsweite des unteren PMMA Resistfilms 4 wird schmaler, wenn die Verdampfungszeit verstreicht, und die aufgedampfte Abscheidung wird dreieckförmig. Schließlich wird die Öffnung durch die Verdampfungsabscheidung verstopft, die an beiden Seitenwänden der Öffnung des unteren PMMA Resistfilms 4 gesammelt wird, und wenn die Verdampfung weiter fortgesetzt wird, wird Al in dem gesamten Gatebereich abgeschieden. Das heißt, verglichen mit der Öffnungsweite des unteren PMMA Resistfilms 4 wird der Abstand von der Substratoberfläche zur Abscheidung der Verdampfungsabscheidung bis zu der Öffnung des unteren PMMA Resistfilms 4 länger, und in diesem Zustand wird, wenn die T-förmige Gateelektrode 10 abgeschieden wird, diese wie ein Pilz von dem Teil gebildet, der näher dem oberen Ende des Dreiecks ist, und es besteht die Gefahr, daß der regenschirmförmige Bereich und die Wurzel des Stammes des Pilzes abgebrochen oder abgelöst wird, wenn abgehoben wird. Es ist deshalb schwierig, die T-förmige Gateelektrode mit einer schmalen Gatelänge zu bilden. Wenn das SiO&sub2; Abstandsstück 3 beim Naßätzverfahren des GaAs Substrats nicht eingebracht ist, kann das Ätzmittel in die Grenzschicht des Resistfilms und des GaAs Substrats eindringen, was zusätzlich die Weite der Ausnehmungsstruktur erweitern kann.
  • US-A-4,024,293 offenbart einen hochempfindlichen Resistfilm zur Abhebe-Metallisierung, der aus wenigstens zwei Schichten aus einem Polymermaterial gebildet wird, wobei jede Schicht durch unterschiedliche Entwickler entwickelt wird, und jeder Entwickler einen der Resists auflösen kann, aber nicht den anderen. Typischerweise ist eine der Resistschichten PMMA und die andere ist ein Copolymer von PMMA und Methacrylsäure (MAA). Das PMMA wird typischerweise mit Methylisobutylketon oder Chlorbenzol entwickelt. Der MAA Resist wird typischerweise in Ethyl-Cellosolv-Azetat und Ethylalkohol entwickelt.
  • EP-A-0145355 offenbart einen positiven Photoresist, der ein vorgeformtes, nichtvernetztes Polyglutarimid umfaßt, das in einer nichtwäßrigen Spinnlösung gelöst ist. Der Photoresist wird unter Verwendung handelsüblich verfügbarer, wäßriger Alkalientwickler entwickelt.
  • In dem Artikel "A totally aqueous developable bilayer resist system" (M. P. Grandpre u. a. "Advances in Resist Technology and Processing II", PTOC. SPIE, Bd. 539, 1985, Seiten 103-114) ist ein Zweichschicht-Resistsystem geoffenbart, das eine Ebnungsschicht auf der Grundlage von Polydimethylglutarimid verwendet. Dieser Artikel offenbart, daß Polydimethylglutarimid mit einer wäßrigen Base entwickelt werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung, wird ein Verfahren geschaffen, daß umfaßt:
  • (a) Aufbringen eines Polymerfilms auf ein Substrat und Brennen desselben, wobei der Film gegenüber einem geladenen Teilchenstrahl oder elektromagnetischer Strahlung kurzer Wellenlänge eine Empfindlichkeit aufweist;
  • (b) Belichten eines ausgewählten Bereiches des Polymerfilms mit einem geladenen Teilchenstrahl oder elektromagnetischer Strahlung kurzer Wellenlänge; und
  • (c) Entwickeln des genannten Bereiches des Polymerfilms unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels;
  • dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schritt (a) ein Film aus Polydimethylglutarimid aufgebracht und auf dem Substrat gebrannt wird, wobei das Polymer eine Empfindlichkeit nahezu gleich der Empfindlichkeit von Polydimethylglutarimid aufweist, und im Schritt (a) der genannte Polymerfilm über dem Polydimethylglutarimidfilm aufgebracht wird; beim Schritt (b) beide Filme gleichzeitig in einem ausgewählten Bereich der genannten Strahlung ausgesetzt werden, wobei der genannte Bereich des Polydimethylglutarimidfilms entwickelt wird und eine Lösungsmischung aus einem organischen Lösungsmittel, Wasser und Alkali verwendet wird, und das organische Lösungsmittel Azeton, Ethanol oder Isopropylalkohol umfaßt, wobei sich der unbelichtete Bereich des genannten Polydimethylglutarimidfilms nicht in dem organischen Lösungsmittel auflöst, das verwendet wird, den genannten Polymerfilm zu entwickeln, und wobei sich der unbelichtete Bereich des genannten Polymerfilms nicht in der Alkalilösung auflöst, die verwendet wird, den genannten Polydimethylglutarimidfilm zu entwickeln.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der verbleibende Filmbereich des genannten Polymerfilms nach der Entwicklung in einer überhängenden Form, und die Öffnung durch den Polymerfilm hindurch an der Unterfläche breiter als an der oberen Oberfläche des genannten Polymerfilms ist, und die Öffnung durch den genannten Polydimethylglutarimidfilm hindurch schmaler als die Öffnung des oberen Teils des genannten Polymerfilms nach der Entwicklung ist; und wobei das Verfahren des weiteren die Schritte umfaßt:
  • (d) Ätzen des Substrats;
  • (e) Abscheiden eines Metallfilms auf der gesamten Oberfläche des gesamten Substrats; und
  • (f) Entfernen des genannten Polymerfilms und des Polydimethylglutarimidfilms.
  • Bei einem anderen bevorzugten Verfahren ist der verbleibende Filmbereich des genannten Polymerfilms nach der Entwicklung trapezförmig ist, und die Musterweite des genannten verbleibenden Filmbereichs des genannten Polydimethylglutarimidfilms ist nach der Entwicklung schmaler als die Musterweite des unteren Teils der Trapezform des genannten Polymerfilms nach der Entwicklung ist; und wobei das Verfahren die weiteren Schritte umfaßt:
  • (d) Ätzen des Substrats;
  • (e) Abscheiden eines Metallfilms auf der gesamten Oberfläche des gesamten Substrats; und
  • (f) Entfernen des genannten Polymerfilms und des Polydimethylglutarimidfilms.
  • Die Empfindlichkeit des PMGI Resist gegenüber einer wäßrigen Alkalilösung und der Gammawert hängen von der Alkalikonzentration ab, und die Empfindlichkeit ist höher und die Gammawerte sind niedriger, wenn die Konzentration höher ist. Auch hängt die Empfindlichkeit oder der Gammawert des PMGI Resist gegenüber einer Mischlösung aus Azeton, Ethanol oder Isopropylalkohol, und Wasser und Alkali von der Art des organischen Lösungsmittels und dem Mischverhältnis der Bestandteile ab. Jedoch sind, wenn eine wäßrige Alkalilösung mit einer gemischten Lösung aus Azeton, Ethanol oder Isopropylalkohol, Wasser und Alkali verglichen wird, durch die ein PMGI Resistfilm bei der gleichen Empfindlichkeit in der gleichen Entwicklungszeit wie bei der Entwicklung durch die wäßrige Entkalilösung entwickelt wird, die normalisierte, verbleibende Filmdicke des unbelichteten Teils und der Gammawert bei der gemischten Lösung größer. Demgemäß kann, indem der PMGI Resist verwendet wird, ein feineres Muster als früher gebildet werden.
  • Des weiteren wird, indem eine Zweischicht-Filmstruktur gebildet wird, die den PMGI Resist in der unteren Schicht und den Polymerfilm, der Empfindlichkeit gegenüber einem Elektronenstrahl besitzt, in der oberen Schicht auf dem Substrat verwendet, nach ihrer Belichtung die obere Schicht durch ein organisches Lösungsmittel entwickelt und die untere Schicht wird durch eine gemischte Lösung entwickelt, die ein Alkali enthält. Bei diesem Verfahren kann, da die Entwicklung des oberen Resist und des unteren Resist unabhängig gesteuert werden kann, ein Muster mit einer bestimmten Querschnittsform ohne weiteres gebildet werden.
  • Des weiteren wird vor dem Abheben, wenn es einen Ätzschritt für das Substrat bei einem Naßverfahren gibt, da die Anhaftung des PMGI Resist an dem Substrat ausgezeichnet ist, die Ätzweite in der Querrichtung daran gehindert, übermäßig zu werden.
  • Außerdem ist, indem eine Mischlösung wie Azeton, Ethanol und Isopropylalkohol, und Wasser und Alkali bei der Entwicklung des unteren PMGI Resist verwendet wird, die Benetzbarkeit bei dem oberen Resist besser als bei der wäßrigen Alkalilösung, und die Mischlösung gelangt ohne weiteres in die Öffnung des oberen Resistmusters, so daß die Entwicklung des unteren PMGI Resist stabilisiert wird.
  • Damit die Erfindung vollständiger verstanden wird, wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
  • Fig. 1(a) bis (f) Schnittansichten sind, die eine erste Ausführungsform der Erfindung zur Bildung einer T-förmigen Gateelektrode aus Aluminium darstellen;
  • Fig. 2 eine beispielhafte Konstruktionszeichnung ist, um ein Gateanschlußfleckmuster zu zeigen;
  • Fig. 3 ein Empfindlichkeitskurvendiagramm des PMGi Füms bei einem 25 kV Elektronenstrahl ist, wenn in MIBK entwickelt wird;
  • Fig. 4 ein Empfindlichkeitskurvendiagramm des PMMA Films für einen 25 kV Elektronenstrahl ist, wenn in einer Mischung aus Ethanol, Wasser und NMD-3 mit dem Volumenverhältnis 4 : 5 : 1 entwickelt wird;
  • Fig. 5(a) bis (f) Schnittansichten sind, die ein Verfahren darstellen, das nicht mit der Erfindung übereinstimmt, um eine Al Gateelektrode unter Verwendung eines hybriden Belichtungsverfahrens mit einem Elektronenstrahl und Strahlen im fernen Ultravioletten zu bilden;
  • Fig. 6 Empfindlichkeitskurvendiagramme bei einem 25 kV Elektronenstrahl für einen PMMA Film zeigt, der in MIBK während 180 Sekunden entwickelt worden ist, und für einen PMGI Film, der in SAL101 während 180 Sekunden entwickelt worden ist;
  • Fig. 7 ein Empfindlichkeitsdiagramm eines PMGI Resistfilms und eines PMMA Resistfilms für Strahlen im fernen Ultraviolett mit der Wellenlänge von 250 nm ist;
  • Fig. 8(a) Empfindlichkeitskurvendiagramme bei einem 25 kV Elektronenstrahl für einen PMGI Films zeigt, wenn während 180 Sekunden in einer Mischung aus Ethanol, Wasser und NMD-3 bei einem Volumenverhältnis von 4 : 5 : 1 in einer wäßrigen Alkalilösung von verdünntem NMD-3 in Wasser bei 6 : 4 und in SAL101 (100%) entwickelt worden ist;
  • Fig. 8(b) Empfindlichkeitskurvendiagramme bei einem 25 kV Elektronenstrahl für einen PMGI Film zeigt, wenn während 180 Sekunden in einer Mischung aus Isopropylalkohol, Wasser und NMD-3 bei einem Volumenverhältnis von 4 : 5 : 1 und in wäßriger Alkalilösung von verdünntem NMD-3 in Wasser bei 8 : 2 entwickelt worden ist;
  • Fig. 8(c) Empfindlichkeitskurvendiagramme bei einem 25 kV Elektronenstrahl für einen PMGI Film zeigt, wenn während 30 Sekunden in einer Mischung aus Azeton, Wasser und NMD-3 mit dem Volumenverhältnis von 4 : 5 : 1 und in NMD-3 (100%) entwickelt worden ist;
  • Fig. 9 die Beziehung zwischen der normalisierten, verbleibenden Filmdicke und der Raumfrequenz in der Mitte der Linie zeigt, wenn ein Linien-Zwischenraum-Muster bei einem Verhältnis 1 : 1 der Linienweite zu der Zwischenraumweite auf einem PMGI Resistfilm gebildet wird, wobei als Entwicklungslösungen eine gemischte Lösung aus Ethanol, Wasser und NMD-3 mit 4 : 5 : 1, eine wäßrige Alkalilösung von verdünntem NMD-3 in Wasser mit 6 : 4 und SAL101 (100%) verwendet wird; und
  • Fig. 10(a) bis (f) Schnittansichten sind, die ein Verfahren nach dem Stand der Technik zur Bildung einer T-förmigen Gateelektrode eines GaAs FET unter Verwendung herkömmlicher Elektronenstrahlbelichtung und Abhebtechnologie gebildet wird.
  • Fig. 1 (a) bis (f) zeigen Schnittansichten, die eine erste Ausführungsform der Erfindung zur Bildung einer T-förmigen Gateelektrode aus Aluminium (nachfolgend Al) darstellen.
  • Eine Source- und eine Drainelektrode 12, die aus AuGe/Ni hergestellt sind, werden auf GaAs Substrat 11 gebildet, indem eine epitaktische Schicht aus GaAs oder GaAs und AlGaAs, die als eine aktive Schicht wirkt, auf einem halbisolierenden GaAs Substrat gebildet wird. Ein PMGI (Polydimethylglutarimid) Resistfilm 13 wird mit einer Filmdicke von 0,10 bis 0,20 um auf das GaAs Substrat 11 aufgebracht, auf dem die Source- und Drainelektrode 12 gebildet werden, und wird gebrannt. Als PMGI Resistfilm 13 wurde SAL- 101 PL1 von Shipley verwendet, wobei in Cyclopentanon verdünnt wurde. Durch dieses Verdünnen konnte ein dünner PMGI Resistfilm 13 gebildet werden. Die Vorbrennzeit war 30 Minuten bei 270ºC in einer Stickstoffatmosphäre, wobei ein Trocknungsofen bei konstanter Temperatur verwendet wurde.
  • Danach wurde nach Abkühlen des GaAs Substrats auf 23ºC ein PMMA (Polymethylmethacrylat) Resistfilm 14 mit einer Filmdicke von 0,9 um auf den PMGI Resistfilm 13 aufgebracht und gebrannt. Als PMMA Resist 14 wurde OEBR-1000 von Tokyo Oka Kogyo verwendet. Die Vorbrennzeit war 20 Minuten bei 170ºC in einer Stickstoffatmosphäre, wobei ein Trocknungsofen bei konstanter Temperatur verwendet wurde.
  • Um eine zweischichtige Resiststruktur herzustellen, muß die Brenntemperatur des oberen Resist niedriger als die des unteren Resist sein. Wenn die Brenntemperatur des oberen Resist höher ist, wird, wenn der obere Resist gebrannt wird, der untere Resist gehärtet, und kann dann nicht mehr entwickelt werden, oder seine Belichtungsempfindlichkeit wird verändert.
  • Nachdem der zweischichtige Resistfilm gebildet worden ist, wird das Gatemuster mit einer Weite von 0,1 um einem 50 kV Elektronenstrahl 15 ausgesetzt. Der Durchmesser des Elektronenstrahls ist ungefähr 0,1 um, und die Belichtungsdosis ist 600 bis 900 uC/cm². Bei der Musterweite von 0,5 um oder weniger, wie bei dem Gatemuster, ist, je höher die Beschleunigungsspannung desto kleiner der Streuwinkel in dem Resist, d. h., die Vorwärtsstreuung in dem Resist ist kleiner, so daß ein feineres Muster gebildet wird.
  • Wo es nicht notwendig ist, ein feines Muster zu bilden, wie in dem Fall eines Gateanschlußfleckmusters mit einer weiten Fläche (bspw. 50 um²), wird der Durchsatz erhöht, indem bei einer niedrigen Beschleunigungsspannung gezeichnet wird, um die Belichtungsempfindlichkeit zu erhöhen. Wenn die Beschleunigungsspannung niedriger ist, ist die Vorwärtsstreuung breiter und die Streuverteilung der rückwärtsgestreuten Elektronen ist klein, so daß ohne weiteres eine Überhangform gebildet werden kann. Jedoch bleiben, wenn die Beschleunigungsspannung äußerst niedrig ist, die Elektronen innerhalb des Resist, und in dem Resist wird ein unbelichteter Bereich zurückgelassen.
  • Unter Berücksichtigung dieser Punkte, wurde die Belichtung unter Verwendung eines Elektronenstrahls 16 mit einer Beschleunigungsspannung von 25 kV und einem Strahldurchmesser von ungefähr 1,0 um bei einer Flächenbelichtungsdosis von 50 bis 60 uC/cm² verwendet. Um den Rand des PMMA Resistmusters des Gateanschlußlleck musters mit dem Muster einer Überhangform (breitere Öffnung am Boden als an der Oberseite des Resist) versehen, so daß es zum Abheben geeigneter ist, wurde der Umfang des Gateanschlußfleckmusters umrandet und mit einer Linienbelichtungsdosis von 5 bis 15 nO/cm mit einem Elektronenstrahl 17 belichtet, der eine Beschleunigungsspannung von 25 kV und einen Strahldurchmesser von ungefähr 1,0 um aufwies. Der Elektronenstrahl 17 belichtete den Bereich von 0,5 bis 1,5 um außerhalb des Elektronenstrahls 16.
  • Ein Beispiel eines Gateanschlußfleckmusters, das mit diesem Belichtungsverfahren hergestellt worden ist, ist in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 30, 31 die Flächenbelichtungsmuster, in denen die Flächenbelichtungsdosis 60 bzw. 50 uC/cm² war. Das Bezugszeichen 32 ist ein Randbelichtungsmuster, in dem die Linienbelichtungsdosis 10 nO/cm ist. Der mit dem Stern (*) bezeichnete Zwischenraum ist 1,0 um.
  • Somit sind das GaAs Substrat 11 und die oberen Schichten der PMMA Resistmuster 14a, 14b mit einer Überhangform gebildet, und das feine Muster 13a des PMGI in dem Gatebereich ist mit hoher Genauigkeit gebildet, indem:
  • (a) der Weitenbereich des großen Musters bei niedriger Beschleunigungsspannung mit einer niedrigen Belichtungsdosis belichtet wird, während mit einer großen Belichtungsdosis umrandet wird, und
  • (b) der Weitenbereich des kleinen Musters bei einer hohen Beschleunigungsspannung mit einer großen Belichtungsdosis (Fig. 1 (a)) belichtet wird.
  • Als Folge wird der obere PMMA Resistfilm 14 unter Verwendung von MIBK (Methylisobutylketon) entwickelt, und PMMA Resistmuster 14a, 14b werden gebildet, wie es in Fig. 1 (b) gezeigt ist. Die Entwicklung erfolgte durch Eintauchen während 10 bis 15 Minuten. Die Lösungstemperatur war 23ºC. Zu dieser Zeit ist die Empfindlichkeit des PMMA Resist 14 gleich 20 bis 24 uC/cm². Die PMMA Resistmuster 14a, 14b werden mit einem Überhang gebildet. Zu dieser Zeit ist die Öffnungsweite L&sub1; des PMMA Resist 14a in dem Gatemusterbereich 0,45 bis 0,55 um. Wenn der PMMA Resistfilm 14 jedoch entwickelt wird, wird der PMGI Resistfilm 13 nicht in dem Entwickler MIBK des PMMA Resist 14 aufgelöst.
  • In Fig. 1 (c) wird der untere PMGI Resistfilm 13 in einer Mischlösung aus Ethanol, Wasser und NMD-3 bei 4 : 5 : 1 entwickelt, und es werden die PMGI Resistmuster 13a, 13b erhalten. Die Entwicklungszeit ist 30 bis 75 Sekunden, und die Öffnungsweite L&sub2; des Gatemusterteils 13a ist 0,15 bis 0,25 um.
  • Wenn der PMGI Resist entwickelt wird, wir der PMMA Resistfilm 14 in dieser Mischlösung nicht aufgelöst. Deshalb wird die Form der PMMA Resistmuster 14a, 14b nicht zur Entwicklungszeit des PMGI Resist 13 geändert.
  • Somit kann die Form der oberen PMMA Resistmuster 14a, 14b und der unteren PMGI Resistmuster 13a, 13b unabhängig gesteuert werden.
  • In Fig. 1(d) wird das GaAs Substrat in einem Naßverfahren in einer wäßrigen Lösung, die Tartarsäure und Wasserstoffperoxid enthält, geätzt, und es werden Vertiefungsstrukturen 18a, 18b gebildet.
  • In Fig. 1(e) wird auf dem GaAs Substrat 11, das die in Fig. 1(d) gezeigte Struktur aufweist, ein Al Film mit einer Dicke von 0,5 bis 0,6 um aufgedampft, und es werden Al Gateelektroden 20a, 20b erhalten. Die Öffnungsweite des PMMA Resistmusters 14 ist weiter als die Öffnungsweite des PMGI Resistmusters 13a, und die Al Gateelektrode 20a wird T-förmig. Der Gateanschlußflächenteil 20b ist der gleiche.
  • Des weiteren werden unter Verwendung von Azeton und einem Resisttrennmittel J-100 von Nagase der PMMA Resistfilm 14 und der PMGI Resistfilm 13 aufgelöst, und der unerwünschte Bereich des Al Films 19 wird durch Abheben entfernt, und das Abhebeverfahren wird abgeschlossen (Fig. 1(f)).
  • Wenn der PMMA Resist 14 entwickelt wird, wird der PMGI Resist 13 nicht in dem Entwickler des PMMA Resist aufgelöst, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
  • Fig. 3 ist eine Empfindlichkeitskurve bei einem 25 kV Elektronenstrahl, die in dem MIBK des PMGI Resist erzeugt wurde. Die Resistempfindlichkeit wurde bestimmt, indem die verbleibende Filmdicke nach der Entwicklung gemessen wurde, wobei ein rechteckiges Muster von 50 um · 100 um bei Änderung der Belichtungsdosis belichtet wurde.
  • Die anfängliche Filmdicke des PMGI Resist war 0,85 um, die Entwicklungszeit war 180 Sekunden und die Lösungstemperatur war 23ºC. Von diesem Ergebnis ist bekannt, daß der PMGI Resist überhaupt nicht in dem MIBK bei einer Belichtungsdosis von 500 uC/cm² oder weniger gelöst wird.
  • Wenn ein Muster mit einer Weite von 0,1 um bei einer Beschleunigungsspannung von 50 kV mit einer Dosis von 600 bis 900 uC/cm² belichtet wird, ist die Energieabsorptionsdichte in dem mittleren Teil des Musters, wenn sie in Belichtungsdosis des Empfindlichkeitsmeßmusters bei der Beschleunigungsspannung von 25 kV umgewandelt wird, ungefähr 45 bis 70 uC/cm². Das heißt, da die Absorptionsenergie des unteren PMGI Resistfilms 13 ausreichend klein ist, versteht es sich, daß der PMGI Resistfilm 13 überhaupt nicht in dem MIBK gelöst wird. Das gleiche gilt für den PMGI Resistfilm 13 in dem Teil des Gateanschlußfleckmusters.
  • Eine ähnliche Bestätigung, daß der PMMA Resist 14 nicht in einer Entwicklungslösung zur Entwicklung des PMGI Resist 13 entwickelt wird, ist in Fig. 3 gezeigt.
  • Fig. 4 zeigt die Empfindlichkeitskurve für einen Elektronenstrahl bei der Beschleunigungsspannung 25 kV, wenn der PMMA Resistfilm 14 in einer gemischten Lösung aus Ethanol, Wasser und NMD-3 bei einem Volumenverhältnis von 4 : 5 : 1 entwickelt wird. Die anfängliche Filmdicke des PMMA Resistfilms ist 0,85 um, die Entwicklungszeit ist 180 Sekunden und die Lösungstemperatur ist 23ºC. Die durchgezogene Linie bezeichnet die normalisierte, verbleibende Filmdicke nach der Entwicklung. Da der PMMA Resistfilm in der Dicke durch Ablation der Beseitigung der Resistoberfläche verringert wird, die zum Zeitpunkt der Belichtung mit dem Elektronenstrahl einem Elektronenstrahl ausgesetzt war, ist die normalisierte, verbleibende Filmdicke nach der Belichtung gezeigt, wie es durch die unterbrochene Linie angegeben ist.
  • Es versteht sich aus Fig. 4, daß der PMMA Resistfilm in der oben beschriebenen, gemischten Lösung bei einer Belichtung von 150 uC/cm² oder weniger nicht gelöst wird. Der PMMA Resistfilm 14 wird in dem Bereich der Absorptionsenergie von 20 bis 24 uC/cm², in Belichtungsdosis des Empfindlichkeitsmeßmusters umgewandelt, durch die Entwicklung in MIBK entfernt.
  • Demgemäß wird die Form der PMMA Resistmuster 14a, 14b nicht geändert, wenn der PMGI Resist 13 entwickelt wird.
  • Deshalb kann die Form der oberen PMMA Resistmuster 14a, 14b und der unteren PMGI Resistmuster 13a, 13b unabhängig gesteuert werden.
  • Bei dieser Ausführungsform ist es, da der PMGI Resist eine große Anhaftung an dem GaAs Substrat 11 besitzt, nicht notwendig, ein SiO&sub2; Abstandsstück auf dem GaAs Substrat einzurichten. Demgemäß wird, wenn das Substrat geätzt wird, die Ätzweite in seitlicher Richtung nicht verbreitert, und das Abheben wird nur durch die Höhe des Resist ausgeführt, wobei die Pilzform der Al Gateelektrode stabil und mit einem äußerst zuverlässigen Muster gebildet wird.
  • Währenddessen mag es bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform möglich sein, daß Gateelektrodenanschlußfleckmuster unter Verwendung von tiefem Ultraviolettlicht statt des Elektronenstrahls 16 und der Umrandung mit dem Elektronenstrahl 17 zu belichten. In diesem Fall wird der Bereich der Elektronenstrahlbelichtung verringert, und der Durchsatz wird vergrößert.
  • Nach der Belichtung des Gatemusters mit dem Elektronenstrahl 15, kann ein Muster, das größer als die Musterweite des Gatemusters 13a des PMGI Resistfilms 13 ist, über dem Gatemuster 13a mit einer Belichtungsdosis belichtet werden, die nur den PMMA Resistfilm 14 entwickeln kann. In diesem Fall wird die Weite des oberen Teils der Al Gateelektrode 20a nach dem Abheben groß, und der Gatewiderstand kann verringert werden, so daß dies vorteilhaft ist, die Charakteristik der Einrichtung, insbesondere die geringe Rauschleistung zu verstärken.
  • Insbesondere besteht, wenn unter Verwendung eines Elektronenstrahls bei einer Beschleunigungsspannung von 30 kV oder weniger belichtet wird, der Vorteil, die Öffnungsweite des PMMA Resistmusters 14 ohne weiteres zu weiten, während die Überhangform des Abschnitts des PMMA Resistmusters 14a beibehalten wird.
  • Bei der zweischichtigen Struktur des PMMA Resistfilms 14 kann der PMMA Resistfilm mit einem größeren mittleren Molekulargewicht als die obere Schicht verwendet werden, und einer mit einem kleineren mittleren Molekulargewicht als die untere Schicht. In diesem Fall kann in einem größeren Flächenmuster einer Elektrodenfläche oder von Ähnlichem ohne Randbelichtung die Querschnittsform des PMMA Resistmusters 14b mit einem Überhang gebildet werden.
  • Alternativ kann bei einer zweischichtigen Struktur des PMMA Resistfilms 14 der PMMA Resistfilm mit einem kleineren mittleren Molekulargewicht als die obere Schicht oder eine mit einem größeren mittleren Molekulargewicht als die untere Schicht verwendet werden. Dieses Mal können die Öffnungsweiten der Schichten nach der Entwicklung in bezug auf
  • oberer PMMA Resist > unterer PMMA Resist > PMGI Resist
  • gesteuert werden, so daß der mittlere Abstand zwischen der Al Gateelektrode und dem GaAs Substrat nach dem Abheben vergrößert werden kann, und die elektrostatische Kapazität zwischen der Al Gateelektrode und der Sourceelektrode wird schmaler, was von Vorteil ist, die Charakteristik der Einrichtung, insbesondere die niedrige Rauschleistung zu verstärken.
  • Fig. 5(a) bis (f) zeigen eine Ausführungsform eines Verfahrens, das mit der Erfindung nicht übereinstimmt, zum Bilden einer Al Gateelektrode, indem das hybride Belichtungsverfahren mit Elektronenstrahl und tiefem ultravioletten Licht verwendet wird.
  • In Fig. 5(a) sind eine Source- und eine Drainelektrode 22 auf einem GaAs Substrat 21 gebildet, auf dem eine epitaktische Schicht gebildet ist, die aus GaAs oder GaAs und AlGaAs zusammengesetzt ist und als eine aktive Schicht auf einem halbisolierenden GaAs arbeitet, und ein PMGI Resistfilm 23 wird darauf mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 um aufgebracht und erwärmt. Danach wird ein PMMA Resistfilm 24 auf die Oberfläche des PMGI Resistfilms 23 mit einer Dicke von 0,3 bis 0,5 um aufgebracht, und es wird ein zweischichtiger Resistfilm gebildet. Mit einem Elektronenstrahl 25 bei der Beschleunigungsspannung von 25 kV wird ein Gatemuster mit einer Weite von 0,2 um belichtet. Der Strahldurchmesser ist ungefähr 0,2 um, und die Belichtungsdosis ist 70 bis 120 uC/cm². Die Gatefläche eines großen Bereiches wird mit tiefem Ultraviolettlicht 26 belichtet. Beispielsweise wird die Belichtung mit tiefem Ultraviolettlicht während 5 bis 10 Minuten durch ein Kontaktbelichtungsverfahren ausgeführt, wobei eine 500 W Xe-Hg Lampe und ein 250 nm kalter Spiegel verwendet werden. Da das Durchlaßvermögen des PMMA Resistfilms 24 für das tiefe Ultraviolettlicht 26 bei der Wellenlänge von 250 nm groß ist, werden mehr als 80% der oberen PMMA Resistschicht 24 und der unteren PMGI Resistschicht 23 gleichzeitig belichtet.
  • In Fig. 5(b) ist der obere PMMA Resistfilm 24 in MIBK entwickelt worden, und es werden PMMA Resistmuster 24a, 24b erhalten. Die Entwicklungszeit ist 240 bis 300 Sekunden, und die Öffnungsweite L&sub3; des PMMA Resistmusters 24a bei dem Gatemusterteil ist 0,2 bis 0,5 um.
  • Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wird bei der Belichtungsdosis, die bei der Bildung von Ordnungsmustern verwendet wird, der untere PMGI Resistfilm 23 überhaupt nicht in MIBK gelöst. Das gleiche gilt für den Fall dieser Belichtung mit tiefem Ultraviolettlicht.
  • In Fig. 5(c) ist der untere PMGI Resistfilm 23 in einer organischen, alkalischen Entwicklungslösung SAL101 entwickelt, die von Shipley hergestellt wird. Die SAL101 ist eine gemischte wäßrige Lösung aus organischem Alkali und Tensiden. Bei dieser Ausführungsform, die sich auf einen Fall der Bildung einer Gateelektrode einer üblichen Form durch Abheben bezieht, ist die Öffnungsweite L&sub4; des PMGI Resistmusters 23a größer als die Öffnungsweite L&sub3; des PMMA Resistmusters 24a, und das PMGI Resistmuster verlangt keine große Auflösung. Demgemäß ist es nicht notwendig, eine Alkalilösung in Vermischung mit einem organischen Lösungsmittel bei der Entwicklung des PMGI Resistfilms 23 zu verwenden, wie es bei der ersten Ausführungsform verlangt wird. Diese Unterscheidung erklärt, warum die Ausführungsform der Fig. 5 nicht gemäß der Erfindung ist.
  • Indem die Art der Entwicklungslösung geändert wird, können unterschiedliche Muster gebildet werden.
  • Obgleich die SAL101 eine wäßrige Lösung ist, ist da sie mit Tensiden vermischt wird, ihre Benetzbarkeit des PMMA Resistfilms 24 relativ günstig, so daß sie stetig in die inneren Teile des PMMA Resistmusters 24a eindringen kann.
  • Fig. 6 zeigt die Elektronenstrahlempfindlichkeit bei der Beschleunigungsspannung von 25 kV, wobei der PMMA Resistfilm mit einer anfänglichen Filmdicke von 0,85 um in MIBK während 180 Sekunden entwickelt wird, und die Elektronenstrahlempfindlichkeit von SAL101 des PMGI Resistfilms, die vergleichsweise gezeigt ist. Wie es aus Fig. 6 offensichtlich ist, besitzen der PMMA Resistfilm und der PMGI Resistfilm eine ähnliche Empfindlichkeit für einen Elektronenstrahl.
  • Fig. 7 zeigt die Empfindlichkeit des PMGI Resistfilms und des PMMA Resistfilms gegenüber tiefem Ultraviolettlicht 33 der Wellenlänge 250 nm. Zur Belichtung wurden eine 500 W Xe-Hg Lampe und ein 250 nm kalter Spiegel verwendet. Die Abszisse bezeichnet die Belichtungszeit (Minuten). Die anfängliche Filmdicke war 0,85 um bei dem PMMA Resistfilm und dem PMGI Resistfilm. Der PMMA Resistfilm wurde in MIBK und der PMGI Resistfilm in SAL101 entwickelt. Die Entwicklungszeit war 180 Sekunden und die Lösungstemperatur war 23ºC in beiden Fällen. Es ist aus Fig. 7 bekannt, daß der PMMA Resistfilm und der PMGI Resistfilm auch eine ähnliche Empfindlichkeit gegenüber tiefem Ultraviolettlicht besitzen.
  • Wie es aus Fig. 6 und 7 klar ist, können, da der PMMA Resistfilm 24 und der PMGI Resistfilm 23 eine ähnliche Empfindlichkeit gegenüber dem Elektronenstrahl und eine ähnliche Empfindlichkeit gegenüber tiefem Ultraviolettlicht haben, der mit dem Elektronenstrahl belichtete Bereich und der mit fernem Ultraviolettstrahl belichtete Bereich zu einer Überhangform geformt werden, die aus dem PMMA Film und dem PMGI Film zusammengesetzt ist, indem die Entwicklungszeit des unteren PMGI Resistfilms 23 optimiert wird.
  • Des weiteren können, da der PMMA Resistfilm 24 nicht in der wäßrigen Alkalilösung bei irgendeiner Belichtung aufgelöst wird, die Öffnungsweite der oberen PMMA Resistmuster 24a, 24b und der unteren PMGI Resistmuster 23a, 23b vollständig unabhängig voneinander gesteuert werden. Die Öffnungsweite L&sub4; des PMGI Resistmusters 23a ist 0,4 bis 0,7 um, wenn während 100 bis 150 Sekunden entwickelt wird.
  • Bei dem in Fig. 10(c) gezeigten Stand der Technik ist, da das SiO&sub2; Abstandsstück isotrop geätzt wird, die Dimensionssteuerbarkeit schlecht, wobei aber, indem der PMGI Resistfilm 23 verwendet wird, da sich die Auflösungsrate des belichteten Bereichs und des unbelichteten Bereichs steil ändert, nur der belichtete Bereich entwickelt wird, und die dimensionale Steuerbart wird verbessert.
  • Als nächstes wird in Fig. 5(d) das GaAs Substrat 21 in einem Naßverfahren in einer wäßrigen Lösung aus Tartarsäure und Wasserstoffperoxid geätzt, und Vertiefungsstrukturen 27a, 27b werden erhalten. Da der PMGI Resistfilm 23 eine große Anhaftung an dem GaAs Substrat 21 aufweist, tritt ein übermäßiges Seitenätzen nicht auf.
  • In Fig. 5(e) ist ein Al Film 28 auf die Oberfläche des GaAs Substrats 21 aufgedampft, das eine Struktur aufweist, wie sie in Fig. 5(d) gezeigt ist, und Al Gateelektroden 29a, 29b werden gebildet.
  • Schließlich werden durch Azeton und J-100 der PMMA Resistfilm 24 und der PMGI Resistfilm 23 aufgelöst, und der unerwünschte Bereich des Al Films 28 wird durch Abheben entfemt, so daß die in Fig. 5(f) gezeigte Struktur erhalten wird.
  • Des weiteren ist unten eine unterschiedliche Ausführungsform gezeigt, um ausführlicher die Bildung eines Musters hoher Qualität bei großer Zuverlässigkeit zu erläutern. Bei der folgenden Ausführungsform wird als wäßrige Alkalilösung NMD-3 von Tokyo Oka Kogyo (2,38 Gew.-% wäßrige Lösung aus Tetramethylammoniumhydroxid) oder eine organische Alkalientwicklungslösung SAL101 von Shipley verwendet. Die SAL101 wird mit einer wäßrigen Lösung aus einem organischen Alkali und Tensiden gemischt. In Fig. 8 und in Fig. 9 ist die Anfangsfilmdicke des PMGI Resistfilms 0,85 um, und die Be schleunigungsspannung des bei der Belichtung verwendeten Elektronenstrahls ist 25 kV. Die Temperatur der Entwicklungslösung ist 23,5ºC. Die Mischungsrate ist das Volumenverhältnis, wenn nicht anders angegeben. Das organische Lösungsmittel ist Azeton, Ethanol oder Isopropylalkohol. Die Empfindlichkeitskurve wurde erhalten, indem ein rechteckiges Muster von 50 um · 100 um veränderlichen Belichtungsdosen ausgesetzt und die verbleibende Filmdicke nach der Entwicklung gemessen wurde.
  • Fig. 8 zeigt die Empfindlichkeitskurve des PMGI Resistfilms für einen Elektronenstrahl gegenüber einer Mischlösung aus einem organischen Lösungsmittel, Wasser und Alkali.
  • Die durchgezogene Linie in Fig. 8 (a) bezeichnet die Elektronenstrahl-Empfindlichkeitskurve des PMGI Resistfilms gegenüber einer Mischlösung aus Ethanol, Wasser und NMD-3 mit 4 : 5 : 1. Die gestrichelte Linie und die Strich-Punkt-Linie sind Bezugsdaten bei der Entwicklung in wäßrigen Alkalilösungen, die jeweils die Elektronenstrahl-Empfindlichkeitskurve des PMGI Resistfilms gegenüber einer wäßrigen Alkalilösung aus NMD-3, in Wasser mit 6 : 4 verdünnt, und SAL101 (100%) zeigen. Die Entwicklungszeit ist 180 Sekunden.
  • Es ist deshalb bekannt, daß, wenn eine wäßrige Alkalilösung und eine mit Ethanol vermischte Alkalilösung, die dem PMGI Resistfilm eine ähnliche Empfindlichkeit in der gleichen Entwicklungszeit geben, verglichen werden, der Gammawert höher ist, wenn in einer mit Ethanol vermischten Alkalilösung entwickelt wird, d. h., es wird ein Resistmuster hoher Auflösung gebildet.
  • Fig. 8 (b) stellte eine Elektronenstrahl-Empfindlichkeitskurve des PMGI Resistfilms gegenüber einer Mischlösung aus Isopropylalkohol, Wasser und NMD-3 mit 4 : 5 : 1 dar. Die durch die unterbrochene Linie angegebenen Bezugsdaten zeigen die Elektronenstrahl- Empfindlichkeitskurve des PMGI Resistfilms gegenüber einer wäßrigen Alkalilösung von NMD-3, in Wasser mit 8 : 2 verdünnt. Die Entwicklungszeit ist 180 Sekunden.
  • Es ist aus diesem Ergebnis bekannt, daß der Gammawert höher und die Verringerung der Filmdicke durch Entwicklung kleiner bei der Mischlösung aus Isopropylalkohol, Was ser und NMD-3 mit 4 : 5 : 1 als in der wäßrigen Alkalilösung von NMD-3 ist, die in Wasser zu 8 : 2 verdünnt ist.
  • Fig. 8 (c) zeigt die Elektronenstrahl-Empfindlichkeitskurve des PMGI Resistfilms gegenüber einer Mischlösung aus Azeton, Wasser und NMD-3 mit 4 : 5 : 1. Die gestrichelte Linie gibt als Bezug die Elektronenstrahlempfindlichkeit des PMGI Resistfilms gegenüber NMD-3 (100%) an. Die Entwicklungszeit ist 30 Sekunden.
  • Offensichtlich ist die Auflösung größer, ist die Empfindlichkeit größer und ist die Verringerung der Filmdicke kleiner als bei der Mischlösung aus Azeton, Wasser und NMD-3 mit 4 : 5 : 1 als bei der Entwicklungslösung von NMD-3 (100%).
  • Die folgenden Schlußfolgerungen sind aus den obigen Ergebnissen und dem Auffinden anderer Experimente gezogen worden.
  • (1) Obgleich sich die Empfindlichkeitscharakteristik mit der Art des organischen Lösungsmittels und dem Mischungsverhältnis der Komponenten ändert, werden höhere Gammawerte in mit einem organischen Lösungsmittel vermischten Alkalilösungen als in wäßrigen Alkalilösungen erhalten, die die gleiche Empfindlichkeit in der gleichen Entwicklungszeit in einem Empfindlichkeitsbereich von 10 bis 500 uC/cm² geben.
  • Das heißt, die Änderung der verbleibenden Filmdicke zu der Änderung der Belichtungsdosis ist größer, und die Auflösung des Resistfilms kann höher eingestellt werden.
  • (2) Wenn das Mischungsverhältnis des NMD-3 konstant ist, wird, wenn das Mischungsverhältnis des organischen Lösungsmittels angehoben wird, die Empfindlichkeit größer, aber der Gammawert fällt.
  • (3) Bei einem konstanten Volumenverhältnis das Gesamtvolumen von Wasser und NMD-3 zu dem organischen Lösungsmittel wird, wenn das Mischungsverhältnis des NMD-3 verringert wird, die Empfindlichkeit verringert und der Gammawert nimmt zu.
  • (4) Wenn das gleiche organische Lösungsmittel verwendet wird, aber die Menge verändert wird, haben alkalische Lösungen aus dem organischen Lösungsmittel, Wasser und NMD-3 bei der gleichen Empfindlichkeit für PMGI Resist in der gleichen Entwicklungszeit, höhere Gammawerte, wenn das Volumenverhältnis des organischen Lösungsmittels größer wird.
  • (5) Unter den organischen Lösungsmitteln hat Ethanol die größte Wirkung bei der Verbesserung der Auflösung.
  • Fig. 9 zeigt die Abhängigkeit der normalisierten, verbleibenden Filmdicke in der Mitte der Linie auf der Raumfrequenz (die inverse Zahl der Summe aus der Linienweite und der Zwischenraumweite), indem ein Linien-Zwischenraum-Muster mit dem Verhältnis 1 : 1 der Weite der Linie (der unbelichtete Bereich, der den Resistfilm zurückläßt) zu der Weite des Zwischenraums (der Bereich, um selektiv den Resistfilm durch Belichtung und Entwicklung zu entfernen) gebildet wird, wobei Entwicklungslösungen eine gemischte Lösung aus Ethanol, Wasser und NMD-3 mit 4 : 5 : 1 in Fig. 8 (a) verwendet wird, und eine wäßrige Alkalilösung aus NMD-3, in Wasser zu 6 : 4 verdünnt, und SAL101 (100%) verwendet wird.
  • Die Ordinate bezeichnet die verbleibende Filmmenge und die Abszisse stellt die Raumfrequenz in Einheiten von uml dar. Die Belichtungsdose ist 150 uC/cm² und der Strahldurchmesser ist 0,1 um in allen Fällen. Die Entwicklungszeit ist 150 bis 210 Sekunden, und die Elektronenstrahlempfindlichkeit bei einer Beschleunigungsspannung von 24 kV kann auf 100 uC/cm² in jeder Entwicklungslösung eingestellt werden.
  • Die ausgezogene Linie ist das Ergebnis der Entwicklung in einer Mischlösung aus Ethanol, Wasser und NMD-3 mit 4 : 5 : 1, und die gestrichelte Linie und die Punkt-Strich-Linie stellen jeweils das Ergebnis der Entwicklung in einer wäßrigen Alkalilösung von NMD-3, in Wasser mit 6 : 4 verdünnt, und SAL101 (100%) dar.
  • In einer Alkalilösung mit Ethanol wird die normalisierte, verbleibende Filmdicke in dem Linienbereich bis zu der Raumfrequenz von 1,25 um&supmin;¹ (Linie-und-Zwischenraum von 0,4 um) beibehalten, während in einer wäßrigen Alkalilösung die normalisierte, verbleibende Filmdicke plötzlich bei der Raumfrequenz von 1,0 um&supmin;¹ oder mehr fällt (Linie und-Zwischenraum von 0,5 um oder weniger). Somit kann, indem der PMGI Resistfilm in einer Alkalilösung, die ein organisches Lösungsmittel enthält, entwickelt wird, eine höhere Auflösung als bei der herkömmlichen Entwicklung durch eine wäßrige Alkalilösung erhalten werden.
  • Somit ist es bei der herkömmlichen Alkalilösung schwierig, ein Linie-Zwischenraum- Muster von 0,5 um oder weniger aufzulösen, während mit der Ethanol enthaltenden Alkalilösung ein Linie-Zwischenraum-Muster von 0,4 um ausreichend aufgelöst werden kann.
  • Somit kann gemäß der Erfindung ein feineres Muster als bisher durch Verwendung des PMGI Resistfilms gebildet werden. Gleichzeitig kann ein Abhebeverfahren mit ausgezeichneter Steuerbarkeit und größerer Zuverlässigkeit als beim Stand der Technik hergestellt werden. Bei dem Naßätzverfahren kann, wobei das zweischichtige Resistmuster der Erfindung als die Maske auf dem GaAs Substrat verwendet wird, da die Anhaftung der unteren Resistschicht an dem Substrat besser ist, die Ausnehmungsweite stabil gesteuert werden, wenn das Substrat geätzt wird, so daß eine Einrichtung hoher Leistung erhalten werden kann. Des weiteren kann bei dem Verfahren, den PMGI Resistfilm in der unteren Schicht und den PMMA Resistfilm in der oberen Schicht zu verwenden, da der PMMA Resistfilm und der PMGI Resistfilm gegenseitig eine geeignete Elektronenstrahlempfindlichkeit und eine Empfindlichkeit gegenüber tiefem Ultraviolettlicht besitzen, eine gemischte Belichtung mit Elektronenstrahl und tiefem Ultraviolettlicht angewendet werden, so daß eine stabile Hybridbelichtung mit einem großen Durchsatz ausgeführt werden kann.

Claims (4)

1. Ein Verfahren, das umfaßt:
(a) Aufbringen eines Polymerfilms auf ein Substrat und Brennen desselben, wobei der Film gegenüber einem geladenen Teilchenstrahl oder elektromagnetischer Strahlung kurzer Wellenlänge eine Empfindlichkeit aufweist;
(b) Belichten eines ausgewählten Bereiches des Polymerfilms mit einem geladenen Teilchenstrahl oder elektromagnetischer Strahlung kurzer Wellenlänge; und
(c) Entwickeln des genannten Bereiches des Polymerfilms unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels;
dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schritt (a) ein Film aus Polydimethylglutarimid aufgebracht und auf dem Substrat gebrannt wird, wobei das Polymer eine Empfindlichkeit nahezu gleich der Empfindlichkeit von Polydimethylglutarimid aufweist, und im Schritt (a) der genannte Polymerfilm über dem Polydimethylglutarimidfilm aufgebracht wird; beim Schritt (b) beide Filme gleichzeitig in einem ausgewählten Bereich der genannten Strahlung ausgesetzt werden, wobei der genannte Bereich des Polydimethylglutarimidfilms entwickelt wird und eine Lösungsmischung aus einem organischen Lösungsmittel, Wasser und Alkali verwendet wird, und das organische Lösungsmittel Azeton, Ethanol oder Isopropylalkohol umfaßt, wobei sich der unbelichtete Bereich des genannten Polydimethylglutarimidfilms nicht in dem organischen Lösungsmittel auflöst, das verwendet wird, den genannten Polymerfilm zu entwickeln, und wobei sich der unbelichtete Bereich des genannten Polymerfilms nicht in der Alkalilösung auflöst, die verwendet wird, den genannten Polydimethylglutarimidfilm zu entwickeln.
2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Brenntemperatur des genannten Polymerfilms niedriger als die Brenntemperatur des genannten Polydimethylglutarimidfilms ist.
3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt (b) so ausgeführt wird, daß der verbleibende Filmbereich des genannten Polymerfilms nach der Entwicklung eine Überhangform aufweist, die Öffnung durch den Polymerfilm hindurch an der Unterseite breiter als an der Oberseite des genannten Polymerfilms ist, und die Öffnung durch den genannten Polydimethylglutarimidfilm hindurch schmaler als die Öffnung des oberen Teils des genannten Polymerfilms nach der Entwicklung ist; und wobei das Verfahren des weiteren die Schritte umfaßt:
(a) Ätzen des Substrats;
(b) Abscheiden eines Metallfilms auf der gesamten Oberfläche des gesamten Substrats; und Entfernen des genannten Polymerfilms und des Polydimethylglutarimidfilms.
4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, der Schritt (b) so ausgeführt wird, daß der verbleibende Filmbereich des genannten Polymerfilms nach der Entwicklung trapezförmig ist, und daß die Musterweite des genannten verbleibenden Filmbereichs des genannten Polydimethylglutarimidfilms nach der Entwicklung schmaler als die Musterweite des unteren Teils der Trapezform des genannten Polymerfilms nach der Entwicklung ist; und wobei das Verfahren die weiteren Schritte umfaßt:
(d) Ätzen des Substrats;
(e) Abscheiden eines Metallfilms auf der gesamten Oberfläche des gesamten Substrats; und
(f) Entfernen des genannten Polymerfilms und des Polydimethylglutarimidfilms.
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