JP2008207171A

JP2008207171A - 少なくとも１つの窪み領域を備える支持体の表面にポリマ層を堆積する方法

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Publication number: JP2008207171A
Application number: JP2008012464A
Authority: JP
Inventors: Christiane Puget; クリスティアーヌ、ピュジェ; David Henry; タビド、アンリ
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: FR2911720B1; US20080175996A1; FR2911720A1; EP1950611B1; EP1950611A1; JP5015020B2; US8067060B2; ATE522844T1

Abstract

【課題】平坦な主部に対して少なくとも１つの窪み領域を備える支持体表面へのポリマ層の堆積方法の提供。
【解決手段】ポリマ層３は、少なくとも以下の連続するステップ、すなわち、少なくともポリマを、または、少なくとも前記ポリマの前駆物質を備える所定量の液体混合物の、支持体４の表面５の平坦な主部５ａ上への堆積ステップと、表面５の平坦な主部５ａ上に置かれたシリンダを動かすことにより、該液体混合物の少なくとも一部の、窪み領域５ｂ内への導入するステップと、追加的な量の液体混合物の、該表面５の平坦な主部５ａ上への堆積ステップと、支持体４の、該表面５の面に対して垂直な軸に沿った回転ステップと、によって実現される。
【選択図】図９

Description

本発明は、支持体の表面にポリマベース層を堆積する方法に関し、前記表面は、平坦な主部と、該平坦な主部に対して窪んだ少なくとも１つの領域とを備える。

マイクロ電子部品またはマイクロシステム等の電子デバイスの製作は、大抵の場合、基板上にパターンを転写するように意図されたリソグラフィステップを必要とする。このリソグラフィステップは、フォトレジストからなる層を基板上に堆積する際の一般的な方法である。該フォトレジスト層は、次にパターン化されたマスク、すなわち、パターンを備えるマスクを介して露光される。最終的に、該フォトレジストは、該マスクパターン（ポジ型フォトレジストの場合）または該マスクパターンの相補部（ネガ型フォトレジストの場合）のいずれかに相当するパターンを前記フォトレジスト内に得るために現像される。このように、リソグラフィステップを、パターン化されたフォトレジストを介して実行して、該パターンを基板に転写することができる。

リソグラフィステップ、および特に、フォトレジストコーティング段階とも呼ばれる該フォトレジスト層の堆積に相当する段階は、解像度および品質に関して非常に重要である。

基板上にフォトレジスト層を堆積するのに最も一般的に用いられている技法は、スピンコーティングである。この技法は、前記基板を回転させることによって、基板上に均一な薄膜を形成することにある。そのため、液体が基板表面に堆積される。そして、該液体は、該基板の回転によって生じる遠心力の作用により、層の形状に拡げられる。一旦、溶媒が気化すると、フォトレジストの薄膜が形成される。この技法は幅広く用いられているが、あらゆる種類の基板に適しているわけではない。スピンコーティング法は、実際には、平坦ではない面を呈する基板に対して欠陥を生み出す。

堆積法は、非平坦面を呈する基板上にフォトレジストを堆積するために提案されてきた。この技法は、例えば、ＮｇａＰ．Ｐｈａｍ等による「Ｄｉｒｅｃｔｓｐｒａｙｃｏａｔｉｎｇｏｆｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ−ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｆｏｒｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ３−Ｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」（ＥｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓＸＶＩＴｈｅ１６^ｔｈＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｏｌｉｄ−ＳｔａｔｅＴｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ，２００２年９月１５〜１８日、Ｐｒａｇｕｅ，ＣｚｅｃｈＲｅｐｕｂｌｉｃ）という論文によって報告されている。該方法は、層を形成するように意図され、かつ溶媒中に希釈された化合物を、超音波噴霧ノズルを用いて回転基板上に噴霧することにある。これは、特に、該基板を該噴霧ノズルに対して移動させることにより、該化合物を基板全体に堆積できるようにする。この技法は、スプレーコーティングの名称で公知である。

しかし、この技法は、実施するのが困難な状況である。また、堆積した層の厚さは、該化合物が溶媒中に希釈され、かつ低粘度を呈する場合に限定される。その結果、スプレーコーティング法の場合、堆積した層は、２５０μｍより大きな深さを有する窪んだ領域に対して、１０μｍより大きな厚さを有することができない。また、図１に示されているように、この技法は、窪んだ領域１ｂと、表面の平坦な主部１ａと直角を成す該窪んだ領域の側壁１ｃとを備える基板１の該表面への堆積に適していない。段差路とも呼ばれる該直角のレベルにおいて、堆積層２の厚さは、実際には、平坦な主部１ａ上に堆積された層厚および窪んだ領域１ｂの残りの部分に堆積された層厚と比較して、大幅に低減されている。スプレーコーティング法は、前記段差路のレベルにおける堆積生成物の欠如をも生じる可能性があり、その結果、堆積層の不連続をもたらす。最終的に、この技法は、生成物の大きな損失をもたらす。該化合物による該基板の完全な重なりは、実際には、実際に必要な堆積化合物の量を得るために噴霧されるべき、大量の溶液を必要とする。このことは、コストの増加をもたらす。

本発明の目的は、従来技術の欠点を改善する堆積法を提供することである。

より具体的には、本発明の目的は、特に、窪んだ領域の側壁が、支持体表面の該平坦な主部と直角を成す場合に、平坦な主部と少なくとも１つの該窪んだ領域とを備える該支持体の表面に連続的ポリマ層を堆積することができる堆積法を提供することである。

本発明によれば、この目的は、該方法が、少なくとも以下の連続ステップ、すなわち、
・少なくともポリマを、または、少なくとも前記ポリマの前駆物質を含む所定量の液体混合物を、該支持体の表面の平坦な主部へ堆積するステップと、
・該表面の平坦な主部上に置かれたシリンダを移動させることにより、前記液体混合物の少なくとも一部を、前記窪み領域内へ導入するステップと、
・追加的な量の液体混合物を、前記表面の平坦な主部上へ堆積するステップと、
・前記支持体を、前記表面の面に対して垂直な軸に沿って回転させるステップと、
を備えることによって達成される。

他の利点および特徴は、非限定的実施例として与えられ、および添付図面に示された本発明の具体的な実施形態の以下の説明からより明白になる。

図２〜図９に示すように、ポリマベース層とも呼ばれるポリマ層３は、特定の実施形態に従って支持体４に堆積している。

ポリマ層３は、熱可塑性ポリマまたは熱硬化性ポリマあるいはエラストマーであり得る。熱可塑性ポリマの中では、次のもの、すなわち、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、アクリル接着剤、エチレンアセテート、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）およびＰＥＴという略称で知られているポリ（エチレンテレフタレート）を挙げることができる。熱硬化性ポリマの中では、次のもの、すなわち、エポキシ樹脂、シリコーン（Silicone）およびポリエステルを挙げることができる。ポリマ層３はさらに、リソグラフィステップで使用されるように意図されたポジ型またはネガ型フォトレジストであり得る。

ポリマ層３は、その機械的および／または電気的特性等のような該ポリマの或る特性を改質するために、フィラーのような要素を備えることもできる。例えば、この層は、ＣＴＥとも表される該ポリマの熱膨張率を低くし、かつ、該ポリマの熱膨張率を（例えば、シリコンからなる）支持体４を形成する材料の熱膨張率にできる限り近づけるように、シリカの粒子を含有することができる。これによって、存在する材料の異なる膨張に関連する界面応力を低減できる。別の実施例によれば、ポリマ層３は、荷電粒子、例えば、銅またはニッケル粒子を該ポリマ内に導入することによって実施することができる。そのようなポリマ層は、例えば、異方性導電膜の分野で用いられる製造技術によって実現される。

支持体４は、より具体的には、例えば、マイクロ電子デバイスまたはマイクロシステムを形成するためにマイクロエレクトロニクスの分野で用いられるように設計された基板である。この基板は、例えば、シリコン等の半導電性材料からなる。図２〜図９において、該基板は、それぞれ非平坦および平坦な反対向きの第１および第２の表面５および６を備える。第１の表面５は、平坦な主部５ａと、前記平坦な主部５ａに対して窪んでいる領域５ｂとを備える。キャビティとも呼ばれる窪み領域５ｂは、どのような形状も可能である。図２〜図９において、窪み領域５ｂは、矩形断面からなり、平坦な主部５ａと直角を成す側壁５ｃを備える。該直角は、段差路（ステップパッセージ）とも呼ばれている。

ポリマ層３は、平坦な主部５ａ上に堆積される化合物を含有する所定量の液体混合物７を予め堆積することによって、支持体２の第１の表面５上に形成される。前記化合物は、より具体的には、堆積されるポリマ、または、少なくとも前記ポリマの前駆物質、すなわち、モノマーである。加えて、該ポリマまたは前記ポリマの前駆物質は、好ましくは、溶媒中に希釈され、ジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）等の光硬化剤（photocurable agent）をこの混合物に添加することもできる。例えば、ポリマまたは該ポリマの前駆物質は、ＰＧＭＥＡとも呼ばれるプロピレングリコールメチルエーテルアセテート（propylene glycol methyl ether acetate）等の溶媒中に希釈することができる。液体混合物７の動的粘度は、好ましくは、約１０^−２Ｐａ．ｓ（１０^−２ＰＩまたは１０センチポアズ（ｃＰｏ）とも表される）〜１Ｐａ．ｓに含まれる。

より具体的には、図３に示すように、液体混合物７は、支持体４の表面５上に堆積される。該混合物は、平坦な主部５ａと、窪み領域５ｂの底部とを被覆する。該混合物は、例えば、従来のスピンコーティングステップによって堆積することができる。

次に、シリンダまたはローラ８が、支持体４の平坦な主部５ａ上に置かれる。次に、該シリンダは、前記平坦な主部５ａに接触した状態で、支持体４の平坦な主部５ａの平面に平行な軸に沿って移動する。シリンダ８のこの動きによって、平坦な主部５ａ上に存在する液体混合物７を、窪み領域５ｂへ移動させ、および窪み領域５ｂ内へ導入することができる。図４において、シリンダ８の動きは、矢印Ｆ１によって示されている。

一旦、シリンダ８が図５に示されるように移動されると、窪み領域５ｂは、少なくとも液体混合物７によって部分的に充填される。一方、図５に示すように、平坦な主部５ａ上でのシリンダ８の通過路は、前記平坦な主部５ａが液体混合物７によって被覆されることを防ぐことができる。他の場合においては、平坦な主部５ａは、液体混合物７からなる膜によって被覆されてもよいが、前記膜の厚さは、シリンダ８の通過路により、小さいままである。

次いで、シリンダ８が通過した後、ポリマ層において、支持体４の平坦な主部５ａを十分に被覆するために、スピンコーティングステップが行われる。図６に示すように、追加的な量の液体混合物７が、支持体４の平坦な主部５ａ上に堆積される。そして、支持体４が回転される。支持体４の回転は、図６において、矢印Ｆ２によって示されている。支持体４の回転速度は、該ポリマ層に必要な厚さによって決定される。

従って、スピンコーティングによって、液体混合物７からなる膜９を、窪み領域５ｂを備える第１の表面５上に形成することができ、この領域は既に、少なくとも部分的に液体混合物７で充填されている。その結果、窪み領域５ｂを少なくとも部分的に充填する液体混合物７と、スピンコートされた膜９とによって形成されたアセンブリは、第１の表面５ａ全体上に堆積され、かつ段差路のレベルにおいて十分な厚さを有する連続層を形成する。

次に、連続層は、乾燥されてポリマ層３を形成する。したがって、液体混合物７が溶媒を含む場合には、該溶媒は除去され、ポリマ層３が得られる。該溶媒の除去は、熱処理（アニーリング）または、周囲空気中で乾燥させる等の任意の公知の手段によって行うことができる。また、液体混合物７がポリマ前駆物質を含む場合には、この溶媒除去ステップの後に、追加的な重合ステップを実行することができる。

図８に示すように、特定の実施形態によれば、それによって液体混合物７からポリマが得られるステップは、支持体４の第１の表面５を下方へ向けることによって有利に行うことができる。このことは、特に、該段差路のレベルにおいて、ポリマ層３の連続性を改善する。

図９は、一旦、液体混合物７が乾燥された時、すなわち、該溶媒が除去されおよび／または該前駆物質が重合または架橋された（cross-linked）時の、支持体４の第１の表面５上に堆積されたポリマ層３を示す。

例えば、液体混合物７は、ＪＳＲＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって市販されている、商品名ＰＦＲＩＸ３３５という溶液である。一旦、液体混合物７からなる連続層が堆積されると、アニーリングを１１５℃で９０秒間、行うことができ、その後、フォトレジスト層を形成するために、前記層が露出され、新たなアニーリングが９０℃で９０秒間行われる。

本発明による堆積法は、実施するのが簡単である。該方法によって、粘性で、場合により感光性の生成物の堆積を、少なくとも窪み領域に対して平坦ではない表面を有する基板に対して行うことができる。より具体的には、該非平坦面は、その側壁が該表面の平坦部に対して直角を成すキャビティを備えていても、全体的に該ポリマ層によって被覆される。例えば、図１０は、キャビティ５ｂおよび平坦な主部５ａを有する非平坦面を備える支持体４の、走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）によって得られた写真を示す。この表面５は、ＢＣＢからなる層によって被覆され、図２〜図９に示されているような方法を実施する。キャビティ５ｂは、深さ７０μｍおよび幅８０μｍであり、その側壁５ｃは、平坦な主部５ａと直角を成す。図９においては、該ＢＣＢ層が、該直角のレベルにおいても、該非平坦面の全体にわたって、不連続性を何ら示していないことが分かる。従って、平坦な主部５ａ上では、該ＢＣＢ層は、５．９４μｍの厚さを呈し、該直角のレベルにおいては、その全体的な厚さは、４．０９μｍである。また、キャビティ５ｂ内では、該ＢＣＢ層は、それぞれ、シリンダ８の適用により、およびスピンコーティングにより形成された２つのサブ層によって形成され、一方、該平坦な主部上においては、該ＢＣＢ層は、ほぼ、スピンコーティングによって堆積された該サブ層によってのみ形成される。

最後に、図１１に示す代替的実施形態においては、平坦な自由面３ａを提供するポリマ層３を得るために、該窪み領域に全体的に液体混合物を充填することができる。

窪み領域を備え、かつ従来技術の方法に従って堆積された層によって被覆された支持体の断面を示す。本発明による堆積法のステップを概略的に示す断面図である。本発明による堆積法のステップを概略的に示す断面図である。本発明による堆積法のステップを概略的に示す断面図である。本発明による堆積法のステップを概略的に示す断面図である。本発明による堆積法のステップを概略的に示す断面図である。本発明による堆積法のステップを概略的に示す断面図である。本発明による堆積法のステップを概略的に示す断面図である。本発明による堆積法のステップを概略的に示す断面図である。走査電子顕微鏡法によって得られた、窪み領域を備える支持体上に本発明による方法によって堆積されたポリマ層の写真を示す。本発明による堆積法の代替的実施形態を概略的に示す断面図である。

Claims

ポリマ層（３）を支持体（４）の表面（５）上に堆積する方法であって、前記表面（５）が、平坦な主部（５ａ）と、平坦な主部（５ａ）に対して窪んだ少なくとも１つの窪み領域（５ｂ）とを備え、
・少なくとも前記ポリマ、または、少なくとも前記ポリマの前駆物質を備える所定量の液体混合物（７）を、前記支持体（４）の表面（５）の平坦な主部（５ａ）上へ堆積するステップと、
・前記表面（５）の平坦な主部（５ａ）上に置かれたシリンダ（８）を移動させることにより、前記液体混合物（７）の少なくとも一部を、前記窪み領域（５ｂ）内へ導入するステップと、
・追加的な量の液体混合物（７）を、前記表面（５）の平坦な主部（５ａ）上へ堆積するステップと、
・前記支持体（４）を、前記表面（５）の平面に対して垂直な軸に沿って回転させるステップと、
を少なくとも連続ステップとして備えることを特徴とする方法。
前記液体混合物（７）は、前記ポリマまたはポリマ前駆物質を希釈した溶媒を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記溶媒は、前記支持体（４）を回転させた後に除去されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
前記溶媒の除去は、アニーリングステップを行うことによって実行されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
前記支持体（４）の表面（５）は、前記溶媒の除去中に下方に向けられることを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
前記ポリマ層（３）が感光性ポリマ層であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記液体混合物（７）が、１０^−２ＰＩ〜１ＰＩの範囲の動的粘度を示すことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
前記窪み領域（５ｂ）は、前記導入ステップの間、前記液体混合物（７）で全体的に充填されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記窪み領域（５ｂ）は、前記平坦な主部（５ａ）に対して直角を成す側壁（５ｃ）を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。