JPH02297952A - 塗膜の形成方法および塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔従来の技術〕 近年、半導体集積回路などにおいて、微細であるととも
に、複斂積層されたハ己線層をＪｋ抜板上形成すること
が多く行なわれるようになってきた。

配線層が単層である場合には配線層の保護膜として、ま
た、複数層の配線が形成されである場合には各配線間の
層間絶縁膜や保護膜として塗布膜、すなわち塗布によっ
て形成された膜が使用されることが多い、塗布膜を形成
する方法としては、たとえば特開昭５７−４３４２や特
開昭６０−１１７７３０等に記゛　載されている様に、
溶液を基板上に滴下した後、基板を回転させることによ
って薄い溶液の層を形成し、乾燥もしくは熱処理するこ
とによって塗布膜を形成する方法が一般的である。なお
これらの公知例では塗布層の均一性向上や回転時に基板
から離散した飛沫が再度基板に付着し、異物発生の原因
となるのを防止することが主な目的となっている。これ
を実現するために例えば特開昭６Ｏ−１１７７３（＋に
は基板をその上に置く回転部の周囲に吸気部を設け、基
板から１１１１敗した飛沫を吸い込む構造が示されてい
る。ただしこれらの公知例において用いられている装置
と塗布方法においては塗布は大気圧雰囲気中で行なわれ
ており、基鈑の周辺を減圧とするものでない。

しかし、上記従来の塗布方法では基板表面に存在する凹
凸、特に凹部である孔や溝が微細になりかつ深くなると
、上記塗布された溶液がそれらの孔や溝の内部にまで十
分到達せず、塗布むらや内部に空刺を生じるなどの問題
が発生する様になった。この問題に対して発明者の一部
は、先に基板を減圧下に保ちながら溶液を塗布し、基板
を回転させることによって塗布膜を形成する方法を提案
したく特願昭６３−１１４６３１）　、この方法は、減
圧下において処理を行うことによって膜の内部に気泡が
含まれることを防ぎ均一な塗布膜を形成しようとするも
のである。またこの場合減圧雰囲気は溶液の溶媒の蒸気
が望ましいことが述べられている。

この方法によって上記の公知例の方法を用いた場合の気
泡発生の問題等はかなり改善されることが見出されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしこれらの従来法は以下に述べる問題を有し、十分
に有効な方法ではないことがわかった。

すなわち、上記従来の塗布方法において、溶液の塗布お
よび基板の回転時に雰囲気を減圧に保っても、溶液の表
面張力などの影響のために、基板の凹部内に溶液は十分
到達せず、塗布むらが発生しやすい。上記従来方法では
、この状態のままで基板を回転させるため、溶液が四部
に到達しないま発生を完全に取り除くことはできなかっ
た。また、この方法では基板の固定がいわゆる真空吸着
Ｉムによって行なわれていたために、紙板周囲の′Ｓ囲
気を溶液の蒸気圧にまで減圧すると、基板を保持台に固
定する力が減少し、回転時に基板が脱落する等の問題も
発生した。さらに塗布機の内部の雰囲気を塗布溶液の溶
媒の飽和蒸気圧に保つに際し、排気後に装置内部を飽和
蒸気圧にまで高めるには長時間を要し、基板周辺を該溶
媒の飽和蒸気圧に安定に保つことは困難であった。その
ために溶液の溶媒がすみやかに揮発してしまい、基板上
の溶液の濃度が実質的に変化してしまって、１模Ｊすの
大きい膜を形成するのが困難で絶縁膜として必要な所定
の膜厚が得られないなどの障害も発生した。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記従来の問題を解決するために行なわれたも
ので基板を取り巻く雰囲気を減圧した状態で塗布液を滴
下などの手段によって印加して所定領域に広げた後に雰
囲気圧力を高め、それによって基板上の溶液が基板の凹
部にまで十分に到達することを可能にしたものである。

なお、減圧下で基板を台に保持するために、必要に応じ
て電気的もしくは機械的機構によって固定することによ
って基板の脱落事故を防ぐことができる。また上記塗布
液による層を形成する際に、基板温度を変化させるるこ
とによって、少なくとも基板表面近傍の雰囲気を飽和蒸
気圧に保ち、７！Ｉ液の乾燥や濃度変化を防ぎ、塗布の
安定性を向上できる。なお、溶液の印加を上記のように
減圧下で行なわずに常圧で行ない、印加した後に、上記
減圧された第１の雰囲気とし、その後で、圧力を高くし
て第２の雰囲気としてもよい。上記のように、基板上に
被着される前の塗布液の温度よりも基板の温度を低く保
つことによって溶液の乾燥や濃度変化を防ぎ、塗布の安
定性が向上する。低く保つべき温度差は、容器内の溶液
の溶媒の蒸気圧が飽和蒸気圧に対してどの程度低いかの
蒸気圧差に相当する温度差以上であれば良いが、実用上
は５℃以上、望ましくは１０℃程度低く保つことが望ま
しい。

〔作用〕

本発明の効果は以下の理由などに１って得られると考え
られる。まず従来のように単に減圧さ第１゜た雰囲気ド
で塗布液を基板上に南−１・などのｒ、段によって印加
すると、溶液の内部に含ま才していたガスや気泡などが
取り除かれる効果がある。しかし溶液は基板の凹部に十
分に到達するとは限らない。

溶液と下地材料との刈れ性が十分でなかったり、溶液の
表向張力などが働くなどのためである。しかるに溶液を
滴下し、必要に応じて基板をゆつ（り回転し、溶液が乾
燥しない条件下で溶液を広げるなどの方法をも用いて基
板の所定部分（基板全面の場合が多い）を溶液で覆った
後に、雰囲気の圧力を高めると、溶液はその圧力によっ
て圧迫され、基板四部内にまで達する。減圧された第１
の雰囲気条件である第１の圧力と、上昇後の第２の雰囲
気条件である第２の圧力との差は大きい方が容易である
が、少なくとも両者の圧力差が低い方の第１の圧力と同
程度以上であれｉ±実用上問題はないことが見出された
。実用上、両者の圧力差が０．１　気圧以上であれば問
題ない、溶液の粘度が非常に高い場合には第２の雰囲気
条件の圧力を高めれば良い。

また減圧下で基板の回転を行う場合は、十分調整された
条件下で、かつ回転数が低い等のときは基板を台に固定
する方法は真空吸着のみでもよいが、一般は機械的固定
や静電吸着等を用いた方がより安定な固定が行われるの
はいうまでもない。

溶液の層を形成する際の上記第１の雰囲気としては溶液
の飽和蒸気圧に保たれていることが、溶液の乾燥を防止
するなどの点から望ましいことはもちろんであるが、複
数枚の基板の処理を継続して行うなどの場合は、そのよ
うな条件を保つのは困難である。その理由は、一般に基
板を配置して排気を行った後、雰囲気を飽和蒸気圧に達
するようにするには長時間を要するからである。しかし
、排気の後、雰囲気を飽和蒸気圧とするために、容器内
に溶媒の蒸気を導入する場合においても、溶液の濃度が
変化するなどの問題が発生する可能性がある場合には、
溶液の蒸気圧が飽和蒸気圧と等しくなる温度以下にまで
基板の温度を低下させ、基板−ヒの溶液の濃度変化を抑
制すればよい。

上記方法によって、基板上の所定の領域にまで溶液を広
げた後、基板を回転させる等の処理を行夫ば、膜中に気
泡が生じたり、塗布むらが生じたりする問題が抑制され
、十分な膜厚を有する良質な塗布膜を形成することがで
きる。

〔実施例〕

実施例］ 半導体集積回路用素子の形成１枯１に本発明を適用した
例を示す。第１図（ａ）は８１基板Ｏ表血に集積回路用
素子を形成するために、複数の索子を相ｆ７．に８縁分
離するための分ｌ１ｌｔ用１ｊｑもしくは孔（まとめて
溝と記す）１９を形成した状態を示す。

１酵１９の寸゛法としては幅が１μＩｎ以下、深さが２
−５μｒ１１とした。この基板１０の表面にポジ型フォ
トレジストのマスクを形成するためにＡＺ１３５０Ｊ（
Ｓｈ、ｔｐＬｅｙ社商品名）レジスト溶液をＪ、（抜上
に滴下た後、）ん板をゆるやかに回転して溶液の層１１
を形成すると、１０Ｔｏｒｒ以下の減圧雰囲気中で上記
塗布を行なっても層１１中には同図（ｂ）に示したよう
に、空ａ司１２ａ、１２ｂが生じる場合が多く見られた
。大気中で上記塗布を行なった場合も。

同様であった。この後に基板を回転、乾燥して同図（ｃ
）に示したように２μｍ厚の塗布膜１３を形成すると塗
布膜１３中には空洞１２ｂが残り、空洞はなくても膜厚
が極度に薄い部分１４等が発生してしまった。これらの
空洞１２ｂや薄い部分１４が塗布膜１３中存在すると、
後の工程において、エツチングのマスクや絶縁膜等の機
能を十分に発揮できない。

これに対し、同図（ｄ）に示したように溶液を。

減圧雰囲気中で基板上に滴下し、１ＯＴｏｒｒ以下の減
圧雰囲気で液を滴下し、所定の領域に広がった後に容器
内に大気を導入し５第２の雰囲気条件としてほぼ大気圧
に達せしめた所１．）ｌ’ｌｌ１ｌ中には空洞等の発生
はほとんど見られなくなった。しかる後に基板１０を同
転したところ同図（ｅ）に示したように、従来法の様な
膜中の欠陥を生じることもなくレジストからなる良好な
平坦部における膜厚力嶽μｍの塗布膜１３が得られた。

またレジストの代わりに塗布ガラス膜を形成するために
その溶液を用いて同様に塗布したところ、上記のｊｌ１
１１！に完全に埋め込まれた塗布ガラス膜が形成できた
。

なお、基板が台の表面に下向きに保持されている場合に
は溶液を滴下するのでなく、溶液に少なくともＪｌ（板
表面の一部を浸すことによって塗布溶液のｗ）１１を形
成しても良い。なお第一の雰囲気として、１００Ｔｏｒ
ｒ以下の圧力であれば溝が１０μ［【１を超える様な極
めて深い場合を除き、実際上の問題は殆ど現れなかった
。

実施例２ 第２図を用いて説明する。第２図（ａ）はノル仮２０上
にＡ１合金配線等による１μｍ程度の高さの突起２５が
形成され、その上にｏ、；３　μ「ｎ程度の厚さのＳｉ
Ｏ２保護絶縁Ｉｆ！Ｉ２６が形成されている状態を示す
、突起２５の間隔が狭くなると、せりだした保護絶縁膜
２６の上部が相互に接ｈ１するように狭くなり、その反
面、突起２５の下部では保護絶縁１１３１２６の膜厚が
薄いために、段差下部このような基板上に塗布ガラス膜
Ｔ−２（東京応化製品）２９を形成したが、上記従来の
方法を用いた場合は同図（ｂ）に示すように、下部２２
には塗布ガラス膜が埋め込まれることはなく、空洞とな
った。このような空／＠２２には長期的には水分が溜る
などの現象が発生して信頼性低下のノホ囚となる。これ
にたいして本発明の方法を用いた場合は、減圧された雰
囲気中で溶液を滴下した状態では上記空洞２２内に液は
侵入していないものの、その後に塗布装置内に大気を導
入して装置内の圧力を上昇させると、同図（ｃ）に示し
たように空洞内の圧力と大気との圧力差によって上記段
差の下部に形成されていた上記段差２２には溶液が充填
された。この後に基板を回転することによって所定の厚
さの塗布膜が得られた。本発明によれば。

段差下部に形成された上記空洞２２が完全に孤立してい
ないかぎり、溶液か空洞２２の内部に侵入して空洞２２
は充填され、良好な塗布膜を得られることがａ認された
。

微細な溝や孔内にｍ液を侵入させるためには溶液を滴下
する際の第一の雰囲気は、圧力をできるだけ低くする°
ことが望ましい。すなわち、第１の雰囲気条件はできる
だけ低く、望ましくは１００１“ｏｒｒ以下、さらに望
ましくは１０Ｔｏｒｒ以下に減圧する。ただし塗布膜を
形成するための溶液の溶媒の蒸気圧が、塗布時の雰囲気
温度において十分に高かったり、形成する塗布膜がガス
や気体を含みやすい材料からなる場合には、１０Ｔｏｒ
ｒ以上であっても、それに相当する圧力に減圧すればよ
い。

あるいは、塗布膜が気体やガスを通しやすい場合、笠に
はその限りではない。溶液を滴下する際における第一の
′＃囲気条件としては塗布装置内が上記溶液の溶媒の蒸
気で満たされている必要は必すしもなく、類似の性質を
有し、かつ高い蒸気圧を有する他の材料の蒸気を上記塗
布装置内に導入しても良い。たとえば塗布溶液の溶媒と
しては、溶液の経時変化を少なくし、あるいは塗布工程
において取扱をやさしくするために（開栓しておいても
濃度が変化しにくい等の効果がある）、性質の似た溶媒
の中からできるだけ分子社が大きかったり、蒸気圧が低
かったりする溶媒が用いられることがある。このような
場合には塗布装Ｍｅ内部を溶液の溶媒の蒸気で満たすこ
とは容易でないので、上記の類似の溶媒の群の中から、
より蒸気圧の高い材料を選んで塗布装置内の蒸気圧を所
定の値にすれば良い。例えばへ′−級アルコールが塗布
すべき溶液の溶媒として用いられている場合にはより低
級なアルコールを、高級エステルが用いられている場合
には、より低級なエステルをそれぞれ用いれば、塗布装
置内の蒸気圧を容易に高くすることができる。また、７
Ｐｌ液の溶媒として水が用いられている場合には、多く
の種類のアルコールを適宜選択して蒸気圧を高めるため
の材料として用いることができる。この様に溶媒と混じ
りやすい材料であれば、塗布すべき、溶液の溶媒自体で
なく、他の材料の蒸気もしくは気体を第一の雰囲気条件
を実現するために用いることができる。これらの異相（
の材料を用いた場合にはその材料と溶液とが反応して組
成や濃度の変化等を引き起こす可能性があるが、液を滴
下してから基板の回転等による塗布層の乾燥に至るまで
の時間は数分間以内、一般には５分以内であるからその
間の反応が顕著でないような材料を用いれば問題はない
。相互の反応等による組成や濃度などの変化がどの程度
許容されるかは製造工程等によって異なり、−概には定
まらないが、変化の程度がその１１ｙＰｆＬの方存保証
期間内の変化と同程度以下であれば問題でない。また溶
液の溶媒の蒸発を防ぐためには基板の温度を雰囲気の蒸
気圧が飽和蒸気圧に相当する温度近傍にまで下げろこと
も有効である。基板の温度としては通常−７０℃以上５
０度以下の範囲が用いられる。

実用上は基板温度としてはＯ℃以以上３電と第二の雰囲
気条件との差圧は溶液の粘度の影響を強く受けるために
一概には定まらないが、実用上は０．１気圧以上の圧力
差があれば良いが、孔や溝内への溶液侵入の速度を速く
するためには圧力差は大きい方が良い。第二の雰囲気の
圧力を大気圧とすれば、はとんどの溶液について良好な
侵入および塗布特性が得られる。

Ｃ発明の効果〕 上記説明から明らかなように、本発明によれば、微細な
溝や孔の内部に、空洞の発生を効果的に防止しながら，
溶液を充填させることができ、それにより、上記空洞が
極めて少ない、信頼性の高い塗布１漠を形成できる。

従来は、上記空洞や塗布むらなどのため、十分大きな膜
厚を有する塗布膜を形成するのは困難であった。しかし
、本発明により，十分なＩＴＩＡ厚と４．１頼性を有す
る有機塗布膜を形成することが可能となり、良好な層間
絶縁膜や保護膜が実現されたばかりでなく、アイソレー
ション溝や溝形キャパシタの形成にも極めて有用である
。

上記実施例では塗膜を作るための溶液として。

ホットレジストおよび塗布ガラスをそれぞれ用いたが、
本発明では、これら２種類の材料に限定されるものでは
なく、半導体デバイスの製造などにおいて塗１模を形成
するために用いられる有機Ｉｌｖ液を広く使用すること
ができ、良好な結果が得られる。特に、蒸気圧の高い材
料を用いた場合に、その効果は極めてＷ４著である．さ
らに本発明は単にシリコン等の集積回路基板のみでなく
、アルミナやアルミナと石英との混合物の焼結体などの
多孔質材料からなる基板等に対しても同様に有効である
。

さらに、従来は，アスペクト比の大きな溝や孔内に、空
隙なしに絶縁膜を形成するのは雉かしく、アスペクト比
が１以上になると、実際上、絶縁膜を形成して溝や孔を
良好に充填すのは困難であったゆ しかし１本発明によれば、従来よりはるかにアスペクト
比が大きい場合でも、良好な充填を行なうことができ、
アスペクト比がほぼ２〜１０の溝や孔内を，良好な絶縁
物で充填することが可能になった。従って基板に形成さ
れた溝や孔，絶縁膜などに形成されたコンタクトホール
やピアホールあるいは隣り合う配線の間隙などで，アス
ペクト比が２〜１０という非常に大きな値を有する場合
、本発明によって，良好な絶縁物充填を行うことができ
、高集積密度を有する半導体装置の信頼性向上に極めて
有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を説明するための図、第２
図は他の実施例を説明する図である。 １０．２０・・・基板、１１・・・塗布溶液の層、１２
゜２２・・・凹部もしくは段差下部、１３．２３・・・
塗布′Ｘ′Ｊ＋　　（２） １１：　　丁斗しｉスＦ３幕Ｌ５警 １３１漣倶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面に凹凸を有する基板の上記表面上に、塗布膜を
   形成すべき材料の溶液を、減圧された第１の雰囲気中に
   おいて印加して、上記表面の所定領域を上記溶液で覆う
   工程と、上記第１の雰囲気を上記第１の雰囲気よりも圧
   力の高い第２の雰囲気に変える工程と、上記基板を回転
   する工程を少なくとも含むことを特徴とする、塗布膜の
   形成方法。 ２、上記第１の雰囲気の圧力は、上記溶液中に含まれる
   溶媒の蒸気圧以上である請求項第１項記載の塗膜の形成
   方法。 ３、上記第１の雰囲気と上記第２の雰囲気の圧力の差は
   ０．１気圧以上である請求項第１項もしくは第２項記載
   の塗膜の形成方法。 ４、上記第１の雰囲気の圧力は上記溶液中に含まれる溶
   媒の飽和蒸気圧に保たれている請求項第１項乃至第３項
   記載の塗膜の形成方法。 ５、上記溶液の印加は常圧で行なわれ、しかる後に上記
   減圧された第１の雰囲気に変えられる請求項第１項乃至
   第４項記載の塗膜の形成方法。 ６、上記所定の領域は、上記基板表面の全面である請求
   項第１項乃至第５項記載の塗膜の形成方法。 ７、上記溶液の印加と上記基板の回転は、互いに異なる
   温度において行なわれる請求項第１項乃至第６項記載の
   塗膜の形成方法。 ８、上記第１の雰囲気の圧力は１００Ｔｏｒｒ以下であ
   る請求項第１項乃至第７項記載の塗膜の形成方法。 ９、上記第１の雰囲気と上記第２の雰囲気の圧力差は０
   ．１気圧以上である請求項第１項乃至第３項記載の塗膜
   形成方法。 １０、表面上に塗膜を形成すべき基板を載置する支持台
   と、上記基板の雰囲気の圧力を制御する手段と、上記基
   板上に塗膜を形成するための液体を印加する手段と、上
   記支持台を回転する手段を少なくともそなえた塗布装置
   。 １１、上記基板の温度を制御する手段をさらにそなえた
   請求項第１０項記載の塗布装置。 １２、上記液体以外の蒸気を上記基板の周辺に導入する
   手段をさらにそなえた請求項第１０項もしくは第１項記
   載の塗布装置。 １３、アスペクト比が２〜１０であり、内部が絶縁物に
   よつて充填された溝、孔もしくは隣り合う二つの配線間
   の間隙を有する半導体装置。