JP5325399B2

JP5325399B2 - 塗膜形成方法

Info

Publication number: JP5325399B2
Application number: JP2007169841A
Authority: JP
Inventors: 彰彦中村
Original assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: JP2009010147A

Description

本発明は、高段差のパターン（ハイバンプも含む）を形成した基板の表面にフォトレジスト、ＳＯＧ等の塗膜を形成する方法に関する。

半導体素子を形成するシリコンウエーハなどの基板にフォトレジスト、ＳＯＧ等塗布液の塗膜を形成するには、スピンナーを用いた回転塗布法が典型的に用いられている。この回転塗布法は、ノズルから基板中心に塗布液を滴下し、基板を回転させた後、基板をベークし塗膜を形成するものである。

ところで、特開２００６−１５２８８号公報（特許文献１）には、高段差基板に高粘度厚膜有機樹脂を塗布する工程において、塗布中に減圧し段差部で気泡の混入を防止する方法が記載されている。

また、特開２００６−１０８３７４号公報（特許文献２）には、高粘度のレジストを回転塗布したときの気泡の巻き込みを防止するため、塗布膜に空気を吹き付けることが記載されている。

特開２０００−２８８４５８号公報（特許文献３）には、配線パターン間の段差に塗布液を馴染ませ、より均一な塗膜を得るために、塗布液の溶剤を基板へ滴下するプリウェット処理を行い、次いで塗布液を塗布し、この後ベークする先行技術も提案されている。

特開２００６−１５２８８号公報特開２００６−１０８３７４号公報特開２０００−２８８４５８号公報

配線パターン高さが３０ミクロン以上の高段差の場合に、ベークの際の収縮が大きいと段差を埋めることができなくなるので、フォトレジスト、ＳＯＧ等の高濃度の塗布液を用いている。高濃度の塗布液を基板表面に塗布した場合、配線パターン間の段差が大きいと段差内にエアを残したまま塗布液で基板の表面を覆ってしまうことがあり、この場合に、そのままベークすると、段差内にエアの部分を残したまま塗膜が形成されてしまう。この課題は、上記特許文献によっても解決されていない。

また、高濃度の塗布液の場合、予め脱気装置にて塗布液中に溶解しているガスを取り除くようにしているが、簡単には十分に取り除くことができない。そして、塗布液中に溶解しているガスがベークの際に気泡となって顕在化し、基板表面に残ってしまう。

上記課題を解決するため本発明は、配線パターンが形成された基板表面に溶剤を塗布する第１工程と、溶剤が塗布された基板表面に塗布液を塗布し配線パターン間の段差に塗布液を充填する第２工程と、塗布液が塗布された基板を減圧雰囲気に置いて、前記配線パターン間の段差内に封じ込められたエア、塗布液中に溶存しているガス又はこれらエア及びガスの両方を脱気する第３工程と、脱気が終了した基板を加熱して配線パターン間の段差を塗膜で埋設する第４工程とからなる。

基板表面に塗布される溶剤としては、塗布液を構成する溶剤と同一の溶剤が好ましい。

また、基板表面に溶剤を予め塗布しておくことで、この後に塗布する塗布液の濃度が濃くても配線パターン間の段差に侵入しやすくなる。塗布液の濃度を濃くすることで加熱時の収縮を抑えることができる。

更に、基板表面と溶剤とのなじみを良くするために、予め基板表面を親水化処理しておくことが好ましい。親水化処理の手段としては紫外線の照射或いは酸素ガスプラズマに基板表面を曝す方法などが考えられる。

また、配線パターン間の段差が大きいときには、塗布液の塗布を２段階以上で行うことが好ましい。この場合は、各段階でプリベークを行うとともにプリベークの前に減圧雰囲気として段差内に封じ込められたエア、塗布液中に溶存しているガス又はこれらのエア及びガスの両方を気泡にして脱気し、この後、最終的なベークを行う。

本発明に係る塗膜形成方法によれば、基板表面に溶剤を塗布して基板に形成された配線パターン間の段差に塗布液を充填するにあたり、予め基板表面に溶剤を塗布しておくことで、段差内に塗布液が侵入しやすくなり、高濃度の塗布液を用いて高段差の配線パターンに塗布しても、段差内にエアが残りにくい。

また、高濃度の塗布液であっても、僅かな時間内で、即ち塗布液を乾燥させない時間内で、塗布液中の溶存ガスを除去することができる。

更に、溶剤を塗布する前に基板表面を親水化しておけば、溶剤自体の基板に対するなじみがよくなり、溶剤が薄く且つ均一に広がるため、段差内への塗布液の充填がスムーズに行われる。

以下に本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る塗膜形成方法の工程を示すブロック図であり、本発明にあっては、配線パターンが形成された基板（半導体ウェーハ）の表面に溶剤を塗布する。溶剤としては、続く工程で塗布液を塗布したとき、析出物を発生させない溶剤であることが好ましく、例えば塗布液を構成する溶剤と同一の溶剤を用いることができる。このような溶剤としては特に限定はされないが、例えば、種々のアルコール系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、ケトン系溶剤などを挙げることができ、具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、酢酸ブチル、γ−ブチロラクトン、２−ヘプタノン、シクロヘキサノン、３−メトキシブチルアセテート、３−メトキシ−１−ブタノール、メチル−３−メトキシプロピオネート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチル−３−エトキシプロピオネート、３−メトキシ−３−メチルブタノールなどを挙げることができる。

次いで基板表面に塗布液（固形分濃度３０〜６０重量％のフォトレジスト）を塗布し、５００〜１３００ｒｐｍ、好ましくは１０００ｒｐｍ程度で回転せしめて該塗布液表面を平坦にした後、２０００Ｐａ以下、好ましくは５００〜１５００Ｐａの減圧下で１〜３分間保持し、段差内に封じ込められたエア及び塗布液に溶存しているガスを脱気する。

段差が高段差の場合や段差のアスペクト比が大きい場合には、該塗布液を複数回に分けて塗布することが好ましい。この場合、各塗布工程ごとに減圧処理とプリベークを行う。プリベークを２回に分けて塗布する場合には、１回目の塗布のプリベークの温度を２回目の塗布のプリベークの温度よりも低くする。１回目の温度と時間は、５０〜１００℃、好ましくは６０〜８０℃で１〜５分、例えば７０℃／３分、２回目の温度と時間は、１００〜１５０℃、好ましくは１００〜１３０℃で１〜６０分、例えば１２０℃／３０分とする。

この後、最終的なベークを行って、段差内に塗膜を形成する。最終的なベークの条件としては、１００〜２００℃で１〜１５分、例えば１５０℃／３分とする。
高段差とは、配線パターンの段差が３０〜４００ミクロン、好適には３０〜１００ミクロンである。また、そのような高段差を有する基板に用いる塗布液としては、フォトレジスト、ＳＯＧ等であり、その固形分濃度が３０〜６０重量％、好適には、４０〜５５重量％のフォトレジストである。

図２は別実施例に係る塗膜形成方法の工程を示すブロック図であり、この実施例にあっては、溶剤塗布の前工程として、基板表面をＵＶ照射またはＯ_２プラズマに曝すことで親水化するようにしている。

以下に具体的な実施例と比較例を挙げて説明する。
実施例１
４００ミクロンの配線パターンの段差が設けられたシリコンウエーハ（基板）にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）溶剤を塗布し、６０秒間静止させ、次いで上記溶剤が乾燥する前に、シリコンウエーハ表面にＰＧＭＥＡを溶剤とする固形分濃度５５重量％のフォトレジスト塗布液（製品名：ＰＭＥＲＰ−ＣＡ１０００ＰＭ（東京応化工業社製））を回転数１０００ｒｐｍにて回転塗布した後、１３００Ｐａの減圧雰囲気下に上記塗布された基板を６０秒間処理した。次いで７０℃で３分間及び１２０℃で３分間のプリベーク処理した（１回目の塗布・減圧雰囲気下処理・プリベークの一連の処理）。次いで、同固形分濃度の同フォトレジスト塗布液を用い、１回目の塗布・減圧雰囲気下処理・プリベークの一連の処理と同じ条件で２回目の一連の処理を行った。この後最終的なベークとして１５０℃で１５分間の加熱を行った。
その結果、４００ミクロンの段差の埋め込み性は良好で、段差内の発泡・表面荒れもなく基板全体にわたり均一な塗膜が形成されていた。

実施例２
４００ミクロンの配線パターンの段差が設けられたシリコンウエーハ（基板）の表面に１７２ｎｍの波長の光を出力するＵＶランプを用いて６０秒間のＵＶ照射を行った。次いでシリコンウエーハ表面にＰＧＭＥＡ溶剤を塗布し、更に上記溶剤が乾燥する前に、シリコンウエーハ表面にＰＧＭＥＡを溶剤とする固形分濃度５５重量％のフォトレジスト塗布液（製品名：ＰＭＥＲＰ−ＣＡ１０００ＰＭ（東京応化工業社製））を回転数５００ｒｐｍにて回転塗布した後、１３００Ｐａの減圧雰囲気下に上記塗布された基板を６０秒間処理した。次いで７０℃で３分間及び１２０℃で３分間のプリベーク処理した（１回目の塗布・減圧雰囲気下処理・プリベークの一連の処理）。次いで、同固形分濃度の同フォトレジスト塗布液を用い、１回目の塗布・減圧雰囲気下処理・プリベークの一連の処理と同じ条件で２回目の一連の処理を行った。この後最終的なベークとして１５０℃で１５分間の加熱を行った。
その結果、４００ミクロンの段差の埋め込み性は良好で、段差内の発泡・表面荒れもなく基板全体にわたり均一な塗膜が形成されていた。

比較例１
実施例１において、溶剤塗布を行わなかった以外は同様にして、塗膜を形成した。その結果、４００ミクロンの段差の埋め込み性は十分ではなく、段差内の発泡・表面荒れも共に発生していた。

比較例２
フォトレジスト塗布液の固形分濃度を３７％に変え、フォトレジスト塗布前の溶剤塗布および減圧雰囲気下処理を行わず、その他は実施例１と同様にして塗膜を形成した。
その結果、４００ミクロンの段差の埋め込み性は十分ではなく、段差内の発泡・表面荒れも共に発生していた。

本発明に係る塗膜形成方法の工程を示すブロック図別実施例に係る塗膜形成方法の工程を示すブロック図

Claims

配線パターンが形成された基板表面に溶剤を塗布する工程と、
前記溶剤が塗布された前記基板表面に固形分濃度３０〜６０重量％のフォトレジストからなる塗布液を塗布し前記配線パターン間の段差に前記塗布液を充填する工程と、
前記塗布液が塗布された前記基板を減圧雰囲気に置いて、前記配線パターン間の段差内に封じ込められたエア、前記塗布液中に溶存しているガス又はこれらエア及びガスの両方を脱気する工程と、
脱気が終了した前記基板を加熱して前記配線パターン間の段差を塗膜で埋設する工程と
からなり、
前記塗布液を充填する工程は、前記塗布液を複数回に分けて塗布することで前記塗布液を充填することを含み、
前記塗布液を一回塗布する毎に減圧処理及びプリベークを行うものであり、
一回目の前記プリベークの温度を、二回目の前記プリベークの温度よりも低くする
ことを特徴とする塗膜形成方法。
配線パターンが形成された基板表面を親水化する工程と、
前記配線パターンが形成された前記基板表面に溶剤を塗布する工程と、
前記溶剤が塗布された前記基板表面に固形分濃度３０〜６０重量％のフォトレジストからなる塗布液を塗布し前記配線パターン間の段差に前記塗布液を充填する工程と、
前記塗布液が塗布された前記基板を減圧雰囲気に置いて、前記配線パターン間の段差内に封じ込められたエア、前記塗布液中に溶存しているガス又はこれらエア及びガスの両方を脱気する工程と、
脱気が終了した前記基板を加熱して前記配線パターン間の段差を塗膜で埋設する工程と
からなり、
前記塗布液を充填する工程は、前記塗布液を複数回に分けて塗布することで前記塗布液を充填することを含み、
前記塗布液を一回塗布する毎に減圧処理及びプリベークを行うものであり、
一回目の前記プリベークの温度を、二回目の前記プリベークの温度よりも低くする
ことを特徴とする塗膜形成方法。
請求項２に記載の塗膜形成方法において、前記基板表面を親水化する手段は基板表面に
紫外線を照射するか、酸素ガスプラズマに曝すことを特徴とする塗膜形成方法。
請求項１乃至３の何れかに記載の塗膜形成方法において、前記減圧雰囲気は５００〜１
５００Ｐａの減圧下で１〜３分間保持する雰囲気であることを特徴とする塗膜形成方法。