JP2006167650A

JP2006167650A - レジスト塗布方法

Info

Publication number: JP2006167650A
Application number: JP2004365681A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Furumura; 展之古村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】簡単な構成の塗布装置を用いて、基体表面上の凹凸を十分に平坦化させることができるレジスト塗布方法を提供する。
【解決手段】凹凸形状を有する基体１１表面上にレジスト膜２２を形成する方法において、基体表面が凹凸形状を有しており、凹凸形状を有する基体１１表面上にインクジェットヘッドを用いてレジストを塗布する際に、レジスト材料の塗布量を凹部２５と凸部２６とで変化させて塗布することによりレジスト膜２２の表面を平坦にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、凹凸形状を有する基板等の基体表面上へレジストを塗布するレジスト塗布方法に関するものである。

薄膜磁気ヘッドや半導体集積回路（ＬＳＩ）等の多層膜素子では基体上にアルミナやシリカ等の絶縁性層間膜を積層するとともに、これらの層間膜内にフォトリソグラフィ工程によって回路素子を作り込むことが行われている。

半導体ＬＳＩ等の多層膜素子の高集積化、高性能化にともない、多層化と配線の微細化が進んでいる。しかし、多層化により、図３に示したように基体表面に形成した多層膜には凹凸が生じる。図３に多層膜素子に生ずる凹凸の例を拡大断面図で示す。図３（ａ）は基体３１に埋め込み用の孔部３２を設けて素子材料３３を基体３１上に形成した際に生ずる凹凸を、また、図３（ｂ）は基体３１に素子３４を形成後に次の工程のためのレジスト膜３５を形成した際に生ずる凹凸を示している。また、配線の微細化に対してはフォトリソグラフィ工程における露光時の解像度を上げることにより対応できるが、図３に示したような基体表面上に多層化に起因する凹凸が生じると、解像度を上げたことによって露光装置の焦点深度が浅くなり、凹凸に対して露光装置の焦点深度が対応できず、露光精度が悪くなる。

そこで、基体表面に形成する多層膜を平坦にする各種の方法が提案されている。例えば、平坦化方法として、凹凸形状を有する基体表面上に加熱流動性のよい膜を塗布し、加熱リフローさせることにより平坦化する方法や、基体上に形成した配線の上に成膜する絶縁膜に生じる凹凸に対し、絶縁膜上にレジスト膜を塗布してレジスト膜の凸部部分にのみフォトマスクを用いて露光・現像を行うことによりレジスト膜の平坦化を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、凸部部分にのみフォトマスクを用いて露光・現像を行うことによりレジスト膜の平坦化を行う方法について、図４を用いて説明する。

図４（ａ）において、表面に絶縁膜の形成された半導体の基体４１上に、ポリシリコン配線またはアルミニウム配線等の配線４３を形成することにより基体４１上に配線４３が形成される。例えば、スパッタ法を用いて成膜を行った後、フォトリソグラフィを用いたパターニングおよびリアクティブイオンエッチング法等を用いてパターン形成を行うことにより基体４１上に配線４３パターンが形成される。

次に、配線４３上に絶縁膜４４を形成する。図４（ｂ）に示すように基体４１上に配線４３を形成しているため、配線４３上に形成される絶縁膜４４は配線４３に起因する凹凸構造が基体表面に形成される。例えば、絶縁膜４４の作製方法としては、ＣＶＤ法によってＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜等の絶縁膜４４を成膜する。

以上の工程を経て図４（ｃ）に示すように、凹凸のある基体４１上にスピンコート法を用いてレジストを塗布する。このとき、基体４１表面に形成された凹凸に従ってレジスト膜４２表面に凹凸ができる。この状態で絶縁膜４４上の面の平坦化を行うにはレジスト膜４２の表面形状を踏襲してしまうため、レジスト膜４２表面の平坦化を行う必要がある。したがって、図４（ｄ）に示すように、露光・現像を行うことにより図面中破線で示した凹凸部を除去するように、レジスト膜４２表面の平坦化を行っている。具体的には、図４（ｄ）において、フォトマスク４６を用いて、凸部のみＵＶ光４５で露光を行う工程を導入することにより、凹部に比べて凸部の露光時間を長くし、露光量を変化させて露光を行った後、現像処理を行うことにより平坦化している。このとき、フォトマスク４６の正確な位置合わせおよび露光時間の厳密な管理が必要になる。

また、インクジェット方式を使って塗布するレジスト膜を平坦化することもできる。例えば、基体に反りや凹凸があっても簡単な移動制御でレジスト膜の塗布後の膜厚を可及的に均一にできる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、Ｙ方向に並べて配置されたインクジェット方式の複数のインクジェットノズルからレジスト液を噴出して、基体保持部に保持された角型基体にレジスト液を塗布するときに、インクジェットヘッドを基体保持部に対してＸ方向に直線的に移動させて、レジスト液を間接的に定量噴出しながら、均一膜厚のレジスト膜を形成するインクジェットコータを用いている。

このほかにも、インクジェット方式によりレジスト膜を平坦化するための多くの方法が提案されている。例えば、表面に回路パターンの凹凸を有する基体を、まず、表面観察装置に搬送し、ここで基体上における位置とパターンの密度とを対応させたパターン情報を把握し、この後で、基体に対し主塗布液ノズルを用いて一筆書きの要領で塗布液を供給して全面に液膜を形成する方法がある（例えば、特許文献３参照）。この方法は、液膜の表面形状が概ね回路パターンの形状を反映するため、パターン情報から表面に生じる凹部に対し追加供給が必要な塗布液の量を算出できることを利用し、インクジェットノズルからなる補助塗布液ノズルで、算出した量の塗布液を液面の各部位へと供給することで凹部が埋まり、塗布膜の表面を平坦化するものである。この方法では、表面の平坦化を可能とするのみならず、液膜の薄膜化を図ることも可能としている。
特開２００２−１４４７７号公報（第４頁−第１１頁、第１図）特開平８−２５０３８９号公報（第４頁−第６頁、第１図）特開２００３−３８９９３号公報（第３頁−第６頁、第３図）

しかしながら、図４に工程を示した塗布したレジスト膜を平坦化する方法では、図３に示したような凹凸形状を有する基体表面上に、スピンコート法によってレジスト膜を形成するため、レジストの流動方向が異なり、特に凹部で、レジスト膜が部分的に薄くなり、完全に平坦化できないという課題があった。また、工程数が多く、使用するフォトマスクの費用が増えることによるコストアップだけではなく、フォトマスクの位置合わせおよび露光時間を厳密に管理する必要があり、生産性が悪くなるという課題もある。

また、上述したインクジェット方式のうち、複数のインクジェットノズルをＹ方向に並べて配置し、インクジェットヘッドを保持された基体に対してＸ方向に直線的に移動させて、レジスト液を間接的に定量噴出しながら、均一膜厚のレジスト膜を形成する方法では、多数の素子を有する多層膜素子等では膨大な凹凸部それぞれに対し膜厚を均一に制御することが難しく、必然的にレジスト膜の厚みを厚くさせるのみならず、多数の高価なインクジェットヘッドを必要とするためレジスト塗布装置の価格が上昇して工数の増加を招くという課題があった。

さらに、表面観察装置を用い、基体上における位置とパターンの密度とを対応させたパターン情報を収集した上で、基体に対し主塗布液ノズルを用いて一筆書きの要領で塗布液を供給して全面に液膜をインクジェット方式で形成する方法では、レジスト塗布装置が非常に高価になり、工数が増加して多層膜素子の製造原価を上昇させるという課題があった。

また、凹凸を有する面にインクジェット方式でレジスト膜を平坦に塗布するのに、凹部と凸部それぞれに如何なる厚みでレジスト膜を塗布したら、レジスト液の使用量を抑えて短い時間で、最も効率的に平坦なレジスト膜が形成できるかといった具体的な知見や、レジスト膜形成材料の粘度や、処理温度等の物理的特性と平坦化したレジスト膜形成の最適条件との関係等の情報もほとんど未知であった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、比較的簡単な構成の塗布装置を用いて、基体表面上の凹凸を十分に平坦化させることができるのみならず、製造する多層膜素子の製造原価の上昇を避けることが可能なレジスト塗布方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明のレジスト塗布方法は、凹凸を有する基体表面上にインクジェット方式によりレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布方法であって、基体表面上の凹凸形状に対応して、レジスト材料の塗布量を凹部と凸部とで変化させて、平坦な表面を有するレジスト膜を形成する方法である。また、本発明のレジスト塗布方法は、凹部へのレジスト材料の塗布量が、凸部へのレジスト材料の塗布量よりも多くする方法のみならず、インクジェットヘッドから吐出するレジスト材料の吐出時間を変化させることにより塗布量を制御する方法や、インクジェットヘッドから吐出するレジスト材料の吐出回数を変化させることにより、塗布量を制御する方法も用いることができる。さらに本発明のレジスト塗布方法は、凹凸を有する基体表面上にインクジェット方式によりレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成した後、所定の温度でレジスト膜を所定時間加熱する方法を用いてもよい。

これらの方法により、適宜、凹凸に応じたレジスト量を塗布することになり、平坦な表面を有するレジスト膜を容易に、かつ、薄く形成することが可能であり、レジスト粘度に関係なく平坦な表面を有するレジスト膜を塗布することが可能である。また、凹凸に応じたレジストを塗布する方法として、インクジェットヘッドを用いてインクジェットヘッドのノズルからの吐出回数を変化させる、または、吐出時間を変化させるといった容易に制御する方法でレジスト膜を塗布しているので、凹凸形状を有する基体表面上に十分に平坦化された表面を有するようにレジスト膜を効率よく、かつ、簡便に塗布することができる。しかも、比較的簡易な構成のレジスト塗布装置を利用して平坦化したレジスト膜の塗布が可能である。

以上のように、本発明によればインクジェットヘッドを用いる比較的簡単な構成の装置に適用して、凹凸形状を有する基体表面上にレジスト膜を塗布することにより、凹凸形状を有する基体表面を十分に平坦化できる。特に、平坦性が特性や製造部歩留りに影響を与える多層膜素子に対して、より平坦な膜表面のレジスト膜を効率よく、かつ、簡便に塗布することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
本実施の形態では、本発明にかかる平坦化方法について半導体集積回路の作製方法を例に挙げ、図１、図２を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態のレジスト塗布方法を適用するレジスト塗布装置の構成の一例を模式的に示す斜視図であり、図２は本発明の実施の形態のレジスト塗布方法の工程を模式的に示す図である。

図１において、レジスト塗布装置１０は、基体を保持する基体保持台１６、基体移動機構（図示せず）、インクジェットヘッド１２、基体１１やインクジェットヘッド１２の動作を制御する制御部（図示せず）により構成されている。基体１１およびインクジェットヘッド１２を移動させる駆動手段としては、種々のものを用いることが可能であり、例えば、ステッピングモータ等を用いることができる。また、インクジェットヘッド１２には種々のものを用いることが可能であり、例えば、ＰＺＴと呼ばれる圧電体素子が振動板を振動させ、その振動によりレジストを吐出させる方法を用いることができる。

次に、本発明の実施の形態のレジスト塗布方法について説明する。図１に示した基体保持台１６に基体１１を保持し、次に、基体１１を所定の位置に移動させた後、基体１１を移動機構により方向１３に沿って移動させながらインクジェットヘッド１２を移動機構（図示せず）により方向１４に沿って移動させ、インクジェットヘッド１２よりレジスト液１５を吐出させ塗布する。レジスト液１５を吐出するタイミングや吐出量は、所望のレジスト塗布領域に所望のレジスト厚みを塗布できるように上記制御部で精密に制御することが可能である。このように、本発明の実施の形態におけるレジスト塗布方法は比較的簡易な構成のレジスト塗布装置を利用することができる。

制御に際しては、例えば、凹凸を有する面にインクジェット方式でレジスト膜２２を平坦に塗布するのに、凸部にレジスト膜２２を形成するときよりも凹部にレジスト膜２２を形成するときのレジスト液１５の吐出回数を多くするか、または、吐出時間を長くすることで対応させる。このようにレジスト液１５の吐出が制御されるインクジェットヘッドを用いたレジスト塗布装置１０により、基体１１上の局所的な領域に所望のレジスト材料を所望の条件で細密に塗布することが可能となる。

なお、図１に示したレジスト塗布装置１０を用いる上述のレジスト塗布方法では、基体１１とインクジェットヘッド１２の両者を移動させることにより基体１１上にレジストを塗布する方法を用いたが、本発明のレジスト塗布方法では必ずしも両者を移動させる必要はなく、基体１１またはインクジェットヘッド１２のいずれかを移動させることにより基体１１上にレジスト膜２２を塗布形成することも可能である。また、図１に示したレジスト塗布装置１０では、インクジェットヘッド１個のみを有しているような構成にしているが、本発明のレジスト塗布方法では１個である必要はなく、複数個のインクジェットヘッドで構成してもよい。

次に、半導体集積回路の作製方法を一例に挙げ、多層膜が形成された半導体集積回路の断面図で模式的に示した図２を用いて、本発明の実施の形態における平坦化したレジスト膜の作製工程を説明する。なお、ここでは、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示したスピンコート法を利用してレジスト膜を形成する従来の平坦化したレジスト塗布方法の工程と対比させている。

まず、図２（ａ）に示すように、表面に絶縁膜の形成された半導体の基体１１上に、ポリシリコンまたはアルミニウム等の材料で成膜し、パターニング・パターン形成することにより基体１１上にポリシリコンまたはアルミニウム等の配線２３を形成する。具体的な例を示すと、例えば、スパッタ法を用いて成膜を行った後、フォトリソグラフィを用いたパターニングおよびリアクティブイオンエッチング法等を用いてパターン形成を行うことにより基体１１上に配線２３のパターンが形成される。次に、配線２３上に絶縁膜２４を形成する。図２（ｂ）に示すように基体１１上に配線２３を形成しているため、配線２３上に形成される絶縁膜２４は配線２３に起因する凹凸構造が基体表面に形成される。例えば、絶縁膜２４の作製方法としては、ＣＶＤ法によってＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜等の絶縁膜２４を成膜する。以上の工程を経て、図１に例を示した上述のレジスト塗布装置を用い、インクジェットヘッドを用いるレジスト塗布方法により、図２（ｃ）に示すようにレジストを塗布してレジスト膜２２を形成することで、基体表面の凹凸を平坦化することができる。

次に、平坦化したレジスト膜の塗布形成方法の具体例を説明する。図２（ａ）で基体１１に形成した上記配線（膜）２３の影響により、図２（ｂ）に示したように絶縁膜２４には段差が生ずる。例えば、配線（膜）２３の厚みが０．４μｍの場合、絶縁膜２４には配線（膜）２３に起因する０．４μｍの段差ができる。そこで、絶縁膜２４の凹部２５に１．０μｍ、絶縁膜の凸部２６に０．６μｍ程度塗布するようにインクジェットヘッドからのレジスト液の塗布条件を制御し、さらに、レジスト塗布後、所定の温度で加熱することにより基体１１表面の凹凸を平坦化することができる。レジスト膜と処理条件の具体例を示すと、例えば、レジスト膜にシプレイ社製ＳＰＲ６８１２を用いたとき、９０℃で所定時間（例えば、６０秒）加熱処理後にレジスト膜表面の平坦度の指標となる表面粗さを表面粗さ計で測定したところ、最大表面粗さＲｍａｘは０．０３μｍであった。また、加熱時の流れ性のよいレジストを用いることにより、さらに基体表面を平坦化することができる。

上述したように、インクジェット方式を用いた本発明におけるレジスト塗布方法では、凹凸に対応してレジスト塗布量を変えているので、種々の厚みでレジスト膜を塗布することが可能となる。また、前述した課題には詳しく言及しなかったが、従来のスピンコート法等によるレジスト塗布方法では、粘度の高いレジストを塗布する場合、凹凸のある基板表面全面に同一量のレジストを塗布した後、凹部にのみレジストを塗布したとしてもレジストの粘性が高いためレジスト膜表面に凹凸ができてしまい平坦にならないことがある。逆に、粘度の低いレジストを用いると、従来のレジスト塗布方法では、凹凸のある基板表面全面に同一量のレジストを塗布した場合、レジストが流れやすいため、凸部エッジ部が十分にカバーできないだけでなく、レジストが流れてしまい露出してしまうことがあるため、多くのレジストを塗布する必要があり、レジスト膜厚を薄膜化できないという問題がある。しかしながら、インクジェット方式を用いる本発明におけるレジスト塗布方法により、適宜、凹凸に応じたレジスト量を塗布することになり、平坦な表面を有するレジスト膜を容易に、かつ、薄く形成することが可能であり、レジスト粘度に関係なく平坦な表面を有するレジスト膜を塗布することが可能である。凹凸に応じたレジストを塗布する方法として、ノズルからの吐出回数を変化させる、または、吐出時間を変化させることにより容易に制御することが可能である。したがって、本発明におけるレジスト塗布方法は、インクジェットヘッドを用いてレジスト膜を塗布しているので、凹凸形状を有する基体表面上に十分に平坦化された表面を有するようにレジスト膜を効率よく、かつ、簡便に塗布することができる。しかも、比較的簡易な構成のレジスト塗布装置を利用して平坦化したレジスト膜の塗布が可能である。

以上、本発明の実施の形態におけるレジスト塗布方法ついて例を挙げて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明に備わる技術的思想に基づいて各種の形態に適用することができる。例えば、上述の本発明の実施の形態ではレジスト膜にフォトレジストを用いた場合について説明したが、感光性のない材料を用いる塗布方法にも適用できるので、適用できる材料の選択の幅が広い。また、多層膜が形成される半導体集積回路の作製方法を具体的な例に挙げて説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ほかに薄膜磁気ヘッド、薄膜トランジスタを用いるＬＣＤ、マイクロアレイレンズ等を製造する際の平坦化工程にも適用可能である。

本発明にかかるインクジェット方式を用いるレジスト塗布方法を用いることにより、基体上に平坦化したレジスト膜を容易に形成できるので、半導体集積回路等の多層膜素子を品質よく、かつ、製造原価を上昇させることなく製造できる方法として有用であり、薄膜磁気ヘッド、薄膜トランジスタを用いたＬＣＤ、マイクロアレイレンズ等の製造にも適用が可能である。

本発明の実施の形態のレジスト塗布方法を適用するレジスト塗布装置の構成の一例を模式的に示す斜視図本発明の実施の形態のレジスト塗布方法の工程を模式的に示す図多層膜素子に生ずる凹凸の例を示す拡大断面図従来のレジスト塗布方法の工程を模式的に示す図

符号の説明

１０レジスト塗布装置
１１，３１，４１基体
１２インクジェットヘッド
１３，１４方向
１５レジスト液
１６基体保持台
２２，３５，４２レジスト膜
２３，４３配線（膜）
２４，４４絶縁膜
２５凹部
２６凸部
３２孔部
３３素子材料
３４素子
４５ＵＶ光

Claims

凹凸を有する基体表面上にインクジェット方式によりレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布方法であって、
前記基体表面上の凹凸形状に対応して、前記レジスト材料の塗布量を凹部と凸部とで変化させて、平坦な表面を有する前記レジスト膜を形成することを特徴とするレジスト塗布方法。
前記凹部への前記レジスト材料の前記塗布量が、前記凸部への前記レジスト材料の前記塗布量よりも多いことを特徴とする請求項１に記載のレジスト塗布方法。
インクジェットヘッドから吐出する前記レジスト材料の吐出時間を変化させることにより前記塗布量を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレジスト塗布方法。
インクジェットヘッドから吐出する前記レジスト材料の吐出回数を変化させることにより、前記塗布量を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレジスト塗布方法。
凹凸を有する基体表面上にインクジェット方式によりレジスト材料を塗布してレジスト膜を形成した後、所定の温度で前記レジスト膜を所定時間加熱することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレジスト塗布方法。