JP2005118660A - Liquid repellent region forming method, pattern forming method and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板の表面の一部を撥液化する撥液領域の形成方法に係り、特に液体パターン材料を用いて微細なパターンを形成するのに好適な撥液領域の形成方法およびパターン形成方法並びに電子デバイスに関する。 The present invention relates to a method for forming a liquid repellent region that makes a part of the surface of a substrate liquid repellent, and in particular, a method for forming a liquid repellent region and a pattern forming method suitable for forming a fine pattern using a liquid pattern material. And an electronic device.
電子デバイスである半導体装置は、微細なパターンを何度も形成することにより製造される。従来、半導体装置を構成する微細なパターンは、基板の表面にパターンを形成するための導電性や絶縁性の薄膜をＣＶＤなどによって成膜したのち、フォトリソグラフィー技術を用いて薄膜をエッチングして形成していた。このような成膜やエッチングは、真空中において行なわれるため、大型で高価な真空装置を必要とするとともに、非常に多くの工程とエネルギーおよび時間とを必要とする。このため、液体材料を用いてパターンを形成することが研究されている。液体パターン材料によりパターンを形成する場合、基板のパターン形成領域にのみ選択的に液体パターン材料を塗布し、これを焼成してパターンを形成できれば、工程を大幅に簡素化でき、パターンを形成する時間も短縮することができる。 A semiconductor device which is an electronic device is manufactured by forming a fine pattern many times. Conventionally, a fine pattern constituting a semiconductor device is formed by forming a conductive or insulating thin film on the surface of a substrate by CVD or the like and then etching the thin film using a photolithography technique. Was. Since such film formation and etching are performed in a vacuum, a large and expensive vacuum apparatus is required, and a very large number of steps, energy, and time are required. For this reason, forming a pattern using a liquid material has been studied. When forming a pattern with a liquid pattern material, the process can be greatly simplified if the liquid pattern material can be selectively applied only to the pattern formation region of the substrate and then baked to form the pattern. Can also be shortened.
しかし、液体は、容易に周囲に広がるため、液体パターン材料をパターン形成領域に留めておくバンクなどを形成する必要がある。ところが、バンクの表面に液体パターン材料が付着すると、パターンを形成するために液体パターン材料を加熱して硬化させたときに、バンク上に付着した液体パターン材料も硬化し、不要となったバンクを容易に除去できなくなり、バンクを除去するために多くの手間と時間が必要となる。そこで、本願出願人は、フッ素樹脂の重合膜からなる撥液膜を形成し、この撥液膜にマスクを介して紫外線を照射して分解し、撥液膜をパターニングしてバンクにすることを提案した（特許文献１）。
ところで、撥液膜をパターニングしてパターン形成用のバンクにする場合、撥液膜には、次の３つの特性を備えていることが要求される。１つ目は、基板との密着性がよく、容易に剥離しないこと。２つ目は、液体パターン材料を弾く性質があること。３つ目は、紫外線によって容易に分解されること。 By the way, when the liquid repellent film is patterned to form a bank for pattern formation, the liquid repellent film is required to have the following three characteristics. The first is good adhesion to the substrate and it does not peel off easily. Second, it has the property of repelling the liquid pattern material. Third, it can be easily decomposed by ultraviolet rays.
ところが、特許文献１に記載されているフッ素樹脂の重合膜からなる撥液膜は、紫外線によって容易に分解することができない。撥液性を有する膜は、一般にフッ素系の樹脂によって形成される。このフッ素系の樹脂は、紫外線を透過する性質を有している。このため、フッ素系樹脂からなる撥液膜を紫外線によってパターニングする場合、長時間にわたって紫外線を照射する必要がある。そして、パターニングの時間を短縮しようとした場合、波長の短いエネルギーの大きな紫外線を照射する必要がある。しかし、短波長の紫外線は、平行光を得ることが困難であるため、微細なパターンを高精度で形成するためには、フォトリソグラフィー技術を使用してレジストによるマスクを形成する必要があり、工程の簡素化、コストの削減などにおいて充分な効果を得ることができない。 However, the liquid repellent film composed of a fluororesin polymer film described in Patent Document 1 cannot be easily decomposed by ultraviolet rays. A film having liquid repellency is generally formed of a fluorine-based resin. This fluororesin has a property of transmitting ultraviolet rays. For this reason, when patterning a liquid repellent film made of a fluororesin with ultraviolet rays, it is necessary to irradiate the ultraviolet rays for a long time. In order to shorten the patterning time, it is necessary to irradiate ultraviolet rays having a short wavelength and large energy. However, since it is difficult to obtain parallel light with short wavelength ultraviolet rays, it is necessary to form a resist mask using a photolithography technique in order to form a fine pattern with high accuracy. It is not possible to obtain sufficient effects in simplification and cost reduction.
本発明は、上記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、所定領域を容易に撥液化できるようにすることを目的としている。
また、本発明は、液体パターン材料によるパターンを容易に形成できるようにすることを目的としている。
The present invention has been made to solve the above-described drawbacks of the prior art, and an object of the present invention is to make it possible to easily repel a predetermined region.
Another object of the present invention is to make it easy to form a pattern of a liquid pattern material.
上記の目的を達成するために、本発明に係る撥液領域の形成方法は、極性基を有しない有機物からなる下地膜を基板に形成する下地膜形成工程と、前記下地膜の表面の所定領域に極性基を形成する極性基形成工程と、前記下地膜の極性基を形成した前記所定領域に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a method for forming a liquid repellent region according to the present invention includes a base film forming step of forming a base film made of an organic substance having no polar group on a substrate, and a predetermined region on the surface of the base film. A polar group forming step for forming a polar group, and a liquid repellent film forming step for forming a liquid repellent film in the predetermined region where the polar group of the base film is formed.
このようになっている本発明は、基板と密着性のよい下地膜を形成したのち、下地膜表面の所定位置に極性基を形成し、この極性基を形成した部分に撥液膜を形成する。極性基は、比較的強い結合を形成するため、下地膜に液体撥液膜材料を塗布することにより、容易に極性基の形成された部分にのみ選択的に液体撥液膜材料を付着させることができる。したがって、極性基を形成した部分に付着させた液体撥液膜材料を硬化することにより、所定領域を容易に撥液化することができる。 In the present invention as described above, after forming a base film having good adhesion to the substrate, a polar group is formed at a predetermined position on the surface of the base film, and a liquid repellent film is formed on the portion where the polar group is formed. . Since polar groups form a relatively strong bond, liquid liquid repellent film material can be easily selectively attached only to the part where the polar group is formed by applying liquid liquid repellent film material to the base film. Can do. Therefore, by curing the liquid lyophobic film material attached to the portion where the polar group is formed, the predetermined region can be easily made lyophobic.
下地膜は、ポリイミドやシランカップリング剤によって形成してよい。そして、極性基形成工程において形成する極性基は、水酸基であってよい。有機物からなる下地膜は、水酸基の形成が容易である。下地膜に水酸基を形成する場合、酸化雰囲気において下地膜の表面に高エネルギー線を照射して行なうことができる。有機膜は、空気中などの酸化雰囲気において表面に紫外線や電子線などの高エネルギー線が照射されると、高エネルギー線によって損傷を受けて分子結合が切断され、空気中の酸素や水蒸気と反応して容易に水酸基が形成される。 The base film may be formed of polyimide or a silane coupling agent. And the polar group formed in a polar group formation process may be a hydroxyl group. A base film made of an organic substance can easily form a hydroxyl group. When a hydroxyl group is formed in the base film, it can be performed by irradiating the surface of the base film with high energy rays in an oxidizing atmosphere. When an organic film irradiates the surface with high energy rays such as ultraviolet rays or electron beams in an oxidizing atmosphere such as in the air, it is damaged by the high energy rays and the molecular bonds are broken, and reacts with oxygen and water vapor in the air. Thus, a hydroxyl group is easily formed.
そして、撥液膜は、フッ素系シランカップリング剤またはフッ素系界面活性剤によって形成することができる。これらは、水酸基などの極性基と水素結合により容易に結合し、極性基の存在していない部分には付着しない。したがって、極性基が形成された部分に液体撥液膜材料を選択的に付着させることができる。また、フッ素を含んでいるため、優れた撥液性を示す。 The liquid repellent film can be formed with a fluorine-based silane coupling agent or a fluorine-based surfactant. These are easily bonded to a polar group such as a hydroxyl group by a hydrogen bond and do not adhere to a portion where no polar group exists. Therefore, the liquid lyophobic film material can be selectively attached to the portion where the polar group is formed. Moreover, since it contains fluorine, it exhibits excellent liquid repellency.
前記撥液膜形成工程は、撥液膜成分を溶解した液体撥液膜材料を前記所定領域に塗布する溶液塗布工程と、塗布した前記液体撥液膜材料中の溶媒を除去して乾燥撥液膜を得る乾燥工程と、前記乾燥撥液膜を乾燥工程における乾燥温度より高い温度に加熱するアニール工程と、を有するようにできる。乾燥温度は、液体撥液膜材料に含まれる溶媒によるが、溶媒の沸点より低い温度で乾燥させることが望ましい。溶媒の沸点以上で乾燥させると、気泡が形成されたりして撥液膜がまだらになる。そして、乾燥して得た乾燥撥液膜をアニールすると、下地膜と撥液膜との結合が水素結合状態からより強い結合状態となり、非常に強い結合が得られて液体パターン材料の溶媒に対する耐性が得られる。 The liquid repellent film forming step includes a solution applying step of applying a liquid liquid repellent film material in which a liquid repellent film component is dissolved to the predetermined region, and removing a solvent in the applied liquid liquid repellent film material to dry a liquid repellent film. A drying step for obtaining a film and an annealing step for heating the dried liquid-repellent film to a temperature higher than the drying temperature in the drying step can be provided. The drying temperature depends on the solvent contained in the liquid lyophobic film material, but is desirably dried at a temperature lower than the boiling point of the solvent. If it is dried above the boiling point of the solvent, bubbles are formed and the liquid repellent film becomes mottled. Then, when the dried liquid repellent film obtained by drying is annealed, the bond between the base film and the liquid repellent film is changed from a hydrogen bond state to a stronger bond state, so that a very strong bond is obtained and the liquid pattern material is resistant to the solvent. Is obtained.
さらに、本発明に係るパターン形成方法は、上記の撥液領域の形成方法により、基板の所定位置に撥液領域を形成する撥液領域形成工程と、前記撥液領域以外のパターン形成領域に液体パターン材料を塗布して固化するパターン形成工程と、を有することを特徴としている。これにより、基板の所定位置に容易に撥液性を有するバンク（マスク）を形成することができ、パターン形成領域にパターンを形成するための時間の短縮が図れ、コストを低減することができる。なお、パターン形成工程は、前記パターン形成領域の前記下地膜を除去したのち、前記液体パターン材料を塗布して行なうことができる。例えば、下地膜の下方の部分と電気的導通を必要とする配線パターンを形成する場合などは、導通の障害となる下地膜を除去したのちに形成する。下地膜の除去は、紫外線や電子線などの高エネルギー線の照射、下地膜を３００℃以上の高温に加熱することなどにより行なうことができる。 Furthermore, the pattern forming method according to the present invention includes a liquid repellent region forming step of forming a liquid repellent region at a predetermined position on the substrate by the above-described liquid repellent region forming method, and a liquid in a pattern forming region other than the liquid repellent region. And a pattern forming step of applying and solidifying the pattern material. Accordingly, a bank (mask) having liquid repellency can be easily formed at a predetermined position of the substrate, and the time for forming a pattern in the pattern formation region can be shortened, and the cost can be reduced. The pattern forming step can be performed by applying the liquid pattern material after removing the base film in the pattern forming region. For example, when forming a wiring pattern that requires electrical continuity with a portion below the base film, it is formed after removing the base film that hinders conduction. The under film can be removed by irradiation with high energy rays such as ultraviolet rays and electron beams, and heating the under film to a high temperature of 300 ° C. or higher.
そして、本発明に係る電子デバイスは、上記のパターン形成方法により形成したパターンを有することを特徴としている。これにより、電子デバイスを形成する際に上記の効果が得られる。 And the electronic device which concerns on this invention has the pattern formed by said pattern formation method, It is characterized by the above-mentioned. Thereby, the above-mentioned effect can be obtained when forming an electronic device.
本発明に係る撥液領域の形成方法およびパターン形成方法並びに電子デバイスの好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るパターン形成方法を説明する工程ブロック図である。図１において、本発明の実施形態に係るパターン形成方法は、撥液領域形成工程１０とパターン形成工程２０とを有する。撥液領域形成工程１０は、下地膜形成工程１２と極性基形成工程１４と撥液膜形成工程１６とからなっている。
A preferred embodiment of a liquid repellent region forming method, a pattern forming method, and an electronic device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a process block diagram illustrating a pattern forming method according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the pattern forming method according to the embodiment of the present invention includes a liquid repellent region forming step 10 and a pattern forming step 20. The liquid repellent region forming step 10 includes a base film forming step 12, a polar
下地膜形成工程１２は、洗浄した基板に液体下地膜材料を塗布する塗布工程１２ａと、基板に塗布した液体下地膜材料を乾燥し、基板の表面に下地膜を形成する乾燥工程１２ｂとからなっている。下地膜は、表面の一部に撥液膜を結合させるため、化学的結合を生じやすい水酸基（−ＯＨ）やアミノ基（−ＮＨ2）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）などの、極性基を有しない有機物から形成することが望ましい。また、実施形態の場合、後述するように、下地膜の表面に水酸基を形成し、その水酸基に撥液膜を結合させるため、ポリイミドやシランカップリング剤などの表面が親油性のものが望ましい。そこで、実施形態の塗布工程１２ａは、キシレンとＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とからなる溶媒に溶解したポリイミド、またはシランカップリング剤の希釈液などを基板に塗布する。塗布は、スピンコートやディップコート、スリットコートなど、任意の方法で行なうことができる。
The base film forming process 12 includes an
乾燥工程１２ｂは、液体下地膜材料に含まれている溶媒を除去する工程であって、自然乾燥であってもよい。しかし、加熱して乾燥すれば、乾燥時間を大幅に短縮することができる。乾燥温度は、液体下地膜材料の溶媒の種類によって異なる。しかし、乾燥温度は、溶媒の沸点より低い温度がよい。溶媒の沸点以上の温度で乾燥した場合、下地膜に気泡が生じ、パターン形成工程２０において形成したパターンの表面に凹凸が生じ、高精度なパターンの形成が困難となるとともに、パターンが配線などの場合、凸部に電界の集中が生じて絶縁破壊の原因などになる。
The drying
下地膜形成工程１２において形成した下地膜は、次の極性基形成工程１４において、表面の所定領域に極性基が形成される。極性基を形成する領域は、パターン形成工程２０においてパターンを形成する領域以外の部分である。そして、極性基は、実施形態の場合、水酸基である。この水酸基は、下地膜を空気中または水分（水蒸気）などが存在する酸化雰囲気中に配置し、マスクを介して高エネルギー線である紫外線を照射することにより行なう。すなわち、下地膜の上方に、パターン形成領域を覆うマスクを配置し、そのマスクを介して下地膜に紫外線を照射する。これにより、下地膜は、表面のマスクに覆われていない部分が紫外線によって損傷され、結合が切断されて空気中の酸素や水蒸気と反応し、紫外線を照射された部分に極性基である水酸基が形成される。なお、極性基形成工程１４は、紫外線に代えて電子線などの高エネルギー線を下地膜に照射してもよい。
In the base film formed in the base film forming step 12, polar groups are formed in a predetermined region on the surface in the next polar group forming step. The region where the polar group is formed is a portion other than the region where the pattern is formed in the pattern forming step 20. In the embodiment, the polar group is a hydroxyl group. The hydroxyl group is formed by placing the base film in the air or in an oxidizing atmosphere where moisture (water vapor) or the like is present and irradiating ultraviolet rays which are high energy rays through a mask. That is, a mask covering the pattern formation region is disposed above the base film, and the base film is irradiated with ultraviolet rays through the mask. As a result, the portion of the base film that is not covered with the mask on the surface is damaged by the ultraviolet rays, the bonds are cut and react with oxygen or water vapor in the air, and the hydroxyl groups that are polar groups are exposed to the portions irradiated with the ultraviolet rays. It is formed. In the polar
その後、撥液膜形成工程１６を行なう。この撥液膜形成工程１６においては、まず、下地膜の水酸基を形成した部分に液体撥液膜材料を塗布する溶液塗布工程１６ａを行なう。液体撥液膜材料は、フッ素系シランカップリング剤やフッ素系表面活性剤を用いることができる。液体撥液膜材料の塗布は、前記と同様にスピンコート、ディップコート、スリットコートなどによって、下地膜の全面に塗布してよい。液体撥液膜材料は、下地膜が親油性であるため、下地膜の全面に塗布すると、水酸基の形成されている部分に選択的に付着し、水酸基の形成されていない部分には付着しない。なお、液体撥液膜材料の塗布は、インクジェットプリンタのプリンタヘッドのような液体吐出装置を用い、下地膜の水酸基が形成されている部分にだけ、液体撥液膜材料を選択的に供給して塗布してもよい。また、フッ素系シランカップリング剤またはフッ素系界面活性剤は、形成する下地膜の厚さを考慮して適宜の濃度に希釈して塗布するとよい。塗布と乾燥とを複数回繰り返してしてもよい。
Thereafter, a liquid repellent film forming step 16 is performed. In this liquid repellent film forming step 16, first, a
下地膜の水酸基に液体撥液膜材料を塗布した基板は、乾燥工程１６ｂにおいて、液体撥液膜材料の溶媒の沸点より低い温度に加熱し、液体撥液膜材料の乾燥を行なう。乾燥を溶媒の沸点以上の温度において行なった場合、気泡が生じて形成される撥液膜がまだらになるおそれがある。この乾燥工程１６ｂにおける乾燥は、室温において自然乾燥してもよいが、加熱して乾燥することにより、乾燥時間を短縮することができる。なお、液体撥液膜材料を塗布したときに、下地膜の水酸基が形成されていない部分に液体撥液膜材料が付着している場合、基板を適宜の溶剤によって洗浄し、水酸基が形成されていない部分に付着した液体撥液膜材料を洗い落とす。水酸基に付着した液体撥液膜材料は、水酸基と水素結合しており、溶剤によって洗い落とされることはない。
In the drying
乾燥工程１６ｂにおいて形成した乾燥撥液膜は、アニール工程１６ｃにおいてアニール（焼成）され、撥液膜にされる。このアニール工程１６ｃは、空気中などの酸素または水蒸気が存在する酸化雰囲気において乾燥温度以上の温度によって行なわれ、例えば２００℃程度の温度でアニールする。このアニールを行なうと、例えば液体撥液膜材料としてフッ素系シランカップリング剤を使用した場合、水酸基との水素結合部における水素が酸素と反応して除去され、フッ素系シランカップリング剤に含まれているケイ素（Ｓｉ）が下地側の酸素と直接結合する。このため、下地膜と撥液膜とが強固に結合されるため、液体パターン材料の溶媒によって撥液性が損なわれるおそれがない。
The dried liquid repellent film formed in the drying
なお、アニール工程１６ｃは、通常のヒータによる加熱の他、電磁波や光、電子線などの高エネルギー線を用いて行なってもよい。また、液体撥液膜材料としてフッ素系界面活性剤を使用した場合、フッ素系界面活性剤は、アニールしても水素結合の状態が維持される。このため、液体撥液膜材料がフッ素系界面活性剤である場合、アニール工程１６ｃを省略してよい。
In addition, you may perform the
これにより、撥液領域形成工程１０が終了し、所定領域である基板のパターン形成領域以外の部分が撥液膜によって撥液化される。撥液領域形成工程１０を終了した基板は、次のパターン形成工程２０が行なわれる。パターン形成工程２０においては、まず、下地膜除去工程２２が行なわれ、撥液膜が形成されていない露出している下地膜、すなわちパターン形成領域の下地膜を除去する。これにより、パターン形成領域の周囲に、表面に撥液膜を有する下地膜からなるマスクが形成される。この下地膜の除去は、下地膜の上方にパターン形成領域を露出させたマスクを配置し、紫外線を照射して下地膜を分解することにより行なうことができる。もちろん、電子線などの他の高エネルギー線を照射して除去してもよい。また、例えば、ＤＮＡチップなどのバイオチップを形成する場合など、パターン形成領域に下地膜が存在していても問題とならないときには、下地膜除去工程２２を省略してよい。
Thereby, the liquid repellent region forming step 10 is completed, and the portion other than the pattern forming region of the substrate which is the predetermined region is made liquid repellent by the liquid repellent film. The substrate after the liquid repellent region forming step 10 is subjected to the next pattern forming step 20. In the pattern forming step 20, first, a base
なお、下地膜除去工程２２は、撥液膜形成工程１６における乾燥工程１６ｂの終了直後に行なってもよい。乾燥工程１６ｂの直後に下地膜除去工程を行なうと、高温によるアニールが行なわれていないため、紫外線の照射などにより比較的容易に下地膜を除去することができる。また、下地膜の除去は、適宜の溶剤（除去液）を用いて行なってもよい。
The base
次に、液体パターン材料の塗布工程２４を行なう。形成するパターンが配線パターンである場合、液体パターン材料としては、Ａｕ、Ａｇ、ＣｕまたはＡｌ等の金属、またはこれらの有機化合物（有機金属化合物）を有機溶媒に溶解したもの等を使用することができる。有機溶媒としては、アクリル樹脂や酢酸ブチルの他、アルコール類、エーテル類、有機エステル類、ケトンの一種類または混合物等を使用することが可能である。
Next, a liquid pattern
また、パターンとして、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる液晶パネルの透明電極などを形成する場合、液体パターン材料は、酸化インジウムに酸化錫を１〜５重量％ドープしたＩＴＯを、有機溶媒に溶かして使用する。有機溶媒には、例えばｎ−酢酸ブチル等の酢酸エステル類を採用し、濃度０．０２ｍｏｌ／Ｌ程度に希釈して使用する。そして、絶縁物のパターンを形成する場合、液体パターン材料は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）や窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）などの無機絶縁材料の微粉末を溶媒に溶解したものや、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）などのアルコキシド系化合物などの有機系絶縁材料を溶解したものなどを使用することができる。 Moreover, when forming a transparent electrode of a liquid crystal panel made of ITO (Indium Tin Oxide) as a pattern, the liquid pattern material is prepared by dissolving ITO in which 1 to 5 wt% of tin oxide is doped in indium oxide in an organic solvent. use. As the organic solvent, for example, acetate esters such as n-butyl acetate are employed and diluted to a concentration of about 0.02 mol / L. When an insulating pattern is formed, the liquid pattern material is, for example, a fine powder of an inorganic insulating material such as silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) dissolved in a solvent, tetraethoxy A material obtained by dissolving an organic insulating material such as an alkoxide compound such as silane (TEOS) can be used.
次に、乾燥工程２６とアニール工程２８とを行なって液体パターン材料を硬化する。この乾燥工程２６とアニール工程２８とは、使用する液体パターン材料により、必要に応じて行なわれる。例えば、ポリアニリンやポリピロールなどの導電性有機物を有機溶媒に溶解したものにより、導電性のパターンを形成する場合、乾燥工程２６だけを行なってアニール工程を省略してよい。一方、液体パターン材料がＴＥＯＳなどのアルコキシド系物化合物を有機溶媒に溶解したものである場合、液体パターン材料を３００℃以上の温度でアニールする。これにより、アルコキシド系化合物が分解して二酸化ケイ素からなる絶縁物のパターンが形成される。このアルコキシド系化合物をアニールする場合、乾燥工程２６を行なったのちにアニール工程２８を行なってもよいし、乾燥工程２６を省略して３００℃の温度で直接アニール工程２８を行なってもよい。また、バイオチップの形成の場合などは、乾燥工程２６およびアニール工程２８を省略することができる。
Next, a
その後、必要に応じて下地膜マスク除去工程３０が行なわれ、パターン形成工程が終了する。下地膜と撥液膜とからなる下地膜マスクの除去は、紫外線や電子線などの高エネルギー線の照射によって行なうことができる。なお、アニール工程２８が、窒素雰囲気などの不活性な雰囲気または非酸化雰囲気において、基板を３００℃の温度以上に加熱して行なわれる場合、下地膜マスクが熱分解するため、下地膜マスク除去工程３０を省略することができる。
Thereafter, a base film
図２ないし図１４は、上記のパターン形成方法の具体的適用例を示したもので、ＭＯＳトランジスタのソースとドレインとに接続される配線パターンの形成方法の一例を説明する工程図を示したものである。ただし、図２に示したＭＯＳトランジスタ４０は、既に形成されているものとし説明する。このＭＯＳトランジスタ４０は、半導体基板４２の上部にゲート酸化膜４４を介してゲート電極４６が形成されている。そして、ＭＯＳトランジスタ４０は、ゲート電極４６の両側に、半導体基板４２に不純物を拡散させて形成したソース４８とドレイン５０とを有する。なお、図２に示した符号５２は、素子形成領域を区画しているフィールド酸化膜である。
2 to 14 show specific application examples of the pattern forming method described above, and show process diagrams for explaining an example of a method of forming a wiring pattern connected to the source and drain of a MOS transistor. It is. However, the
ＭＯＳトランジスタ４０のソース４８とドレイン５０とに接続した配線を形成する場合、まず、図３に示したように、ＭＯＳトランジスタ４０およびフィールド酸化膜５２を覆って半導体基板４２の全面に下地膜５４を形成する。この実施形態の場合、下地膜５４は、ポリイミドからなっている。すなわち、ポリイミドをキシレンとＮＭＰとの混合溶媒に溶解して液体下地膜材料を形成し、この液体下地膜材料をスリットコートなどによって半導体基板４２の全面に塗布する。その後、８０℃程度の適宜の温度で液体下地膜材料を乾燥し、親油性のポリイミドからなる下地膜５４にする。
When forming a wiring connected to the
次に、図４に示したように、下地膜５４の上にハードマスク５６を配置する。このハードマスク５６は、後述する層間絶縁膜に形成されるビアホールに相当する部分に透孔５８が設けてある。その後、空気中などの酸化雰囲気中において、ハードマスク５６の上方から紫外線６０を照射する。紫外線６０は、ハードマスク５６の透孔５８を通過して下地膜５４に照射される。これにより、下地膜５４は、紫外線６０の照射された部分が損傷を受け、周囲の酸素または水蒸気（水分）と反応して極性基である水酸基６２が形成される。
Next, as shown in FIG. 4, a
次に、下地膜５４の全面に、スリットコートなどにより液体撥液膜材料を塗布する。液体撥液膜材料は、実施形態の場合、適宜の濃度に調整したフッ素系シランカップリング剤からなっている。下地膜５４は親油性であるため、図５に示したように、液体撥液膜材料６４が下地膜５４の水酸基６２が形成されている部分に、水素結合によって選択的に付着（結合）し、水酸基６２が形成されていない部分には付着しない。なお、液体撥液膜材料６４が、下地膜５４の水酸基６２の形成されていない部分に付着した場合、適宜の溶剤によって半導体基板４２を洗浄し、水酸基６２の形成されていない部分に付着した液体撥液膜材料６４を除去する。
Next, a liquid repellent film material is applied to the entire surface of the
その後、半導体基板４２を空気または水蒸気の存在する酸化雰囲気中に配置し、液体撥液膜材料６４の乾燥とアニールとを行ない、撥液膜６６にする。フッ素系シランカップリング剤からなる液体撥液膜材料６４の乾燥は、例えば８０℃程度の温度において行なう。また、アニールは、２００℃程度の温度において行なう。これにより、フッ素系シランカップリング剤と水酸基６２との水素結合部における水素が除去され、フッ素系シランカップリング剤に含まれているケイ素原子が下地膜側の酸素原子と直接結合する。
Thereafter, the
次に、図５に示したように、下地膜５４の上方に撥液膜６６を覆い、パターン形成領域に対応した部分が開口しているハードマスク６８を配置する。そして、撥液膜６６が形成されていない露出している下地膜５４に紫外線７０を照射し、パターン形成領域の下地膜５４を除去する。これにより、ＭＯＳトランジスタ４０のソース４８とドレイン５０とに対応した位置に、下地膜５４と撥液膜６６とからなる柱状の下地膜マスク７２が形成される（図６参照）。したがって、半導体基板４２の予め定めた領域が撥液化されたことになる。なお、下地膜５４の除去は、液体撥液膜材料６４をアニールする前の乾燥した段階で行なってもよい。また、下地膜５４を除去するために照射する紫外線７０は、水酸基６２を形成するための紫外線よりも高エネルギーのものを使用するとよい。
Next, as shown in FIG. 5, a
その後、図６に示したように、半導体基板４２の上部に絶縁膜用の液体パターン材料７４をスリットコートなどにより塗布する。この液体パターン材料７４は、実施形態の場合、ＴＥＯＳなどのアルコキシド系化合物の溶液からなっている。そして、実施形態の場合、下地膜マスク７２は、表面に撥液膜６６を有しているため、下地膜マスク７２の上面に液体パターン材料７４が付着することを防ぐことができる。
Thereafter, as shown in FIG. 6, a
次に、半導体基板４２に塗布した液体パターン材料７４を３００℃程度の温度においてアニールし、図７に示したように、二酸化ケイ素からなる絶縁膜７６にする。さらに、図８に示したように、半導体基板４２の全面に紫外線７８を照射し、下地膜マスク７２を紫外線７８によって分解、除去する。これにより、絶縁膜７６は、ビアホール８０を有する所定のパターンに形成された層間絶縁膜となる。
Next, the
次に、絶縁膜７６を覆って液体下地膜材料を塗布して乾燥させ、図９に示したように、絶縁膜７６を覆った下地膜８２を形成する。この下地膜８２は、図３に示した下地膜５４と同様にして形成することができる。その後、図１０に示したように、下地膜８２の上方にハードマスク８４を配置する。このハードマスク８４は、絶縁膜７６に形成したビアホール８０の上方の位置を含み、配線パターンを形成する領域に対応した部分を覆い、配線パターン形成領域に対応した部分以外が開口している。そして、酸化雰囲気中でハードマスク８４を介して下地膜８２に紫外線８６を照射し、下地膜８２の表面の配線パターン形成領域に対応した部分以外の部分に水酸基８８を形成する。
Next, a liquid base film material is applied so as to cover the insulating
その後、下地膜８２の表面に液体撥液膜材料を塗布し、下地膜８２の水酸基８８が形成された部分に液体撥液膜材料を付着させる。そして、前記と同様にして液体撥液膜材料を酸化雰囲気中で乾燥、アニールし、図１１に示したように、水酸基８８が形成されている部分に撥液膜９０を形成する。さらに、同図に示すように、下地膜８２の上方に撥液膜９０を覆うハードマスク９２を配置する。そして、ハードマスク９２を介して紫外線９４を照射し、表面が露出している配線パターン形成領域に対応した部分の下地膜８２を除去し、下地膜８２にパターン溝９６を形成する（図１２参照）。このとき、絶縁膜７６に形成されているビアホール８０内の下地膜８２も同時に除去する。これにより、配線パターン形成領域９８の周囲に下地膜８２と撥液膜９０とからなるバンクを有する下地膜マスク１００が形成され、配線パターン形成領域９８の周囲が撥液領域となる。
Thereafter, a liquid lyophobic film material is applied to the surface of the
次に、図１２に示したように、下地膜マスク１００のバンクによって形成されているパターン溝９６に液体パターン材料（液体配線材料）１０２を充填する。液体パターン材料は、例えば有機金属化合物を有機溶媒に溶解したもの、銅やアルミニウムなど金属を溶媒に溶解させたものや、それらの微粉末を分散させたものなどを使用することができる。これらの液体パターン材料１０２はアニールされ、図１３に示したように、ＭＯＳトランジスタ４０のソース４８、ドレイン５０に電気的に接続された配線パターン１０４にされる。その後、図１４に示したように、下地膜マスク１００に紫外線１０６を照射し、下地膜マスク１００を分解除去する。なお、下地膜マスク１００を絶縁膜として残存させておいても不都合を生じないときには、下地膜マスク１００を除去する必要がない。
Next, as shown in FIG. 12, the liquid pattern material (liquid wiring material) 102 is filled into the
このように、実施の形態においては、下地膜の所定部分に極性基を形成し、その極性基に撥液膜を形成して撥液化することにより、基板の所定領域を容易に撥液化することができ、また液体パターン材料を用いてパターンを容易に形成することができる。 As described above, in the embodiment, by forming a polar group in a predetermined portion of the base film and forming a liquid repellent film on the polar group to make the liquid repellent, the predetermined region of the substrate can be easily made liquid repellent. In addition, the pattern can be easily formed using the liquid pattern material.
上記実施形態においては、ＭＯＳトランジスタ４０のソース４８とドレイン５０とに接続した配線パターン１０４を形成する場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ４０の形成や、フィールド酸化膜５２を形成するためのシリコン窒化膜のパターニングなどにも適用することができる。また、液晶表示パネルの画素やカラーフィルタ、有機エレクトロルミネッセンスパネルの形成などにも適用することができる。
In the above embodiment, the case where the
１０………撥液領域形成工程、１２………下地膜形成工程、１４………極性基形成工程、１６………撥液膜形成工程、２０………パターン形成工程、４０………ＭＯＳトランジスタ、４２………半導体基板、４６………ゲート電極、４８………ソース、５０………ドレイン、５４、８２………下地膜、５６、６８、８４、９２………ハードマスク、６０、７０、７８、８６、９４、１０６………高エネルギー線（紫外線）、６２、８８………極性基（水酸基）、６４………液体撥液膜材料、６６、９０………撥液膜、７２、１００………下地膜マスク、７４、１０２………液体パターン材料、７６、１０４………パターン（絶縁膜、配線パターン）、９８………配線パターン形成領域。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ......... Liquid repellent area | region formation process, 12 ......... Undercoat film formation process, 14 ......... Polar group formation process, 16 ......... Liquid repellent film formation process, 20 ......... Pattern formation process, 40 .........
Claims (8)
前記下地膜の表面の所定領域に極性基を形成する極性基形成工程と、
前記下地膜の極性基を形成した前記所定領域に撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
を有することを特徴とする撥液領域の形成方法。 A base film forming step of forming a base film made of an organic material having no polar group on the substrate;
A polar group forming step of forming a polar group in a predetermined region of the surface of the base film;
A liquid repellent film forming step of forming a liquid repellent film in the predetermined region in which the polar group of the base film is formed;
A method for forming a liquid-repellent region, comprising:
前記極性基形成工程において形成する極性基は、水酸基であることを特徴とする撥液領域の形成方法。 In the formation method of the liquid repellent area | region of Claim 1,
The method for forming a liquid repellent region, wherein the polar group formed in the polar group forming step is a hydroxyl group.
前記極性基の形成は、酸化雰囲気において前記下地膜の表面に高エネルギー線を照射して行なうことを特徴とする撥液領域の形成方法。 In the formation method of the liquid repellent area | region of Claim 2,
The formation of the polar group is performed by irradiating the surface of the base film with high energy rays in an oxidizing atmosphere.
前記撥液膜は、フッ素系シランカップリング剤またはフッ素系界面活性剤からなることを特徴とする撥液領域の形成方法。 In the formation method of the liquid repellent area | region in any one of Claim 1 thru | or 3,
The liquid-repellent film is made of a fluorine-based silane coupling agent or a fluorine-based surfactant.
前記撥液膜形成工程は、
撥液膜成分を溶解した液体撥液膜材料を前記所定領域に塗布する溶液塗布工程と、
塗布した前記液体撥液膜材料中の溶媒を除去して乾燥撥液膜を得る乾燥工程と、
前記乾燥撥液膜を乾燥工程における乾燥温度より高い温度に加熱するアニール工程と、
を有することを特徴とする撥液領域の形成方法。 In the formation method of the liquid repellent area | region in any one of Claim 1 thru | or 4,
The liquid repellent film forming step includes
A solution application step of applying a liquid repellent film material in which a liquid repellent film component is dissolved to the predetermined region;
A drying step of obtaining a dry liquid repellent film by removing the solvent in the applied liquid liquid repellent film material;
An annealing step for heating the dried liquid repellent film to a temperature higher than the drying temperature in the drying step;
A method for forming a liquid-repellent region, comprising:
前記撥液領域以外のパターン形成領域に液体パターン材料を塗布して固化するパターン形成工程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。 A liquid repellent region forming step of forming a liquid repellent region at a predetermined position on a substrate by the method of forming a liquid repellent region according to claim 1;
A pattern forming step of applying and solidifying a liquid pattern material to a pattern forming region other than the liquid repellent region;
The pattern formation method characterized by having.
前記パターン形成工程は、前記パターン形成領域の前記下地膜を除去したのち、前記液体パターン材料を塗布することを特徴とするパターン形成方法。 In the pattern formation method of Claim 7,
In the pattern forming step, the liquid pattern material is applied after removing the base film in the pattern forming region.
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