JPH11219948A

JPH11219948A - コーティング膜の形成方法

Info

Publication number: JPH11219948A
Application number: JP1759498A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kato; 勉加藤; Yasuhisa Soma; 康久相馬
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】精密な加工精度を実現できる膜厚の均一なコー
ティング膜の形成方法を提供する。【解決手段】基材を１０００ｒｐｍ以下の低速度で回転
させながら吐出ニードルからコーティング材を供給し始
め、コーティング材を供給しながら回転数を２０００ｒ
ｐｍ以上に上げ、コーティング材の供給を停止した後
も、短時間高速回転する。この工程を２回以上繰り返す

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣやセンサなど
の電子素子のチップ構成部材として使われるコーティン
グ膜の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリイミドに代表されるコーティング膜
は電気絶縁性、耐熱性に優れているためにＩＣやセンサ
などの各種電子素子に施されて防湿被膜あるいは電気絶
縁コーティング膜として利用されている。従来、こうし
たコーティング膜は、チップのオーバーコーティングと
して、チップ工程の最終段階で液状コーティング材を用
いて成膜される場合がほとんどであり、膜厚分布につい
てそれほど注意する必要もなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら近年、電
子素子の高密度化にともない、電子素子チップ内部の高
い絶縁性が要求される場合が増え、高絶縁性のポリイミ
ド膜等のチップの内部構成部材としての利用が検討され
る場面も多くなってきた。たとえば配線間等の層間絶縁
膜は、チップ製作工程の中間段階で成膜され、数μｍか
ら数十μｍの膜厚のコーティング膜が使用される。更
に、フォトレジストを使ったフォトプロセス等によりミ
クロン単位の微細なパターンを形成しようとする場合、
精密な加工精度を達成するためには、膜厚の均一性の高
い平坦なコーティング膜を形成することが重要である。

【０００４】素子製作工程の中間段階で液状コーティン
グ材からコーティング膜を形成する場合、通常はスピン
コータを使用する。これは、半導体ウェハ等の基材を所
定の速度で回転させながら、その中心付近にコーティン
グ材を吐出ニードルと呼ばれる細いノズルから滴下し、
その後、数千回転／分（以下ｒｐｍと記す）以上で基材
を回転させ、余分なコーティング材を吹き飛ばし、目的
とするコーティング膜とする。膜厚とその分布は、主
に、この時の回転数と時間、吐出する液量、液の温度、
塗布する環境の温度湿度によって決定される。

【０００５】図３は、従来のスピンコーティング法によ
るプロセスダイヤグラムの一例であり、横軸は時間、縦
軸は回転数である。始め、回転数１００ｒｐｍでウェハ
を回転しながら、吐出ニードルからコーティング材を滴
下し、ウェハ表面をほぼコーティング材で覆う。滴下を
止めた後ウェハの回転数を約２５００ｒｐｍに上げて、
遠心力により余分なコーティング材を吹き飛ばし、目的
とする厚さのコーティング膜とする。

【０００６】図４は、粘度２．４×１０^-3ｍ²／ｓ（２
４００センチストークス）のポリイミド樹脂を、直径１
２５ｍｍのＳｉウェハ面に図３の条件でスピンコーティ
ングし、１５０℃で熱処理した後の膜厚分布図である。
ほぼ回転中心に膜厚の厚い部分が有り、半径の１／２近
辺には薄い部分があり、周辺でまた厚くなっている。厚
さ約９．５μｍのコーティング膜で±６．５％程度の変
動が見られる。

【０００７】粘性の低い一般的なレジストと異なって、
このようにポリイミドなどの粘度の高いコーティング材
は、滴下時の回転数を低くすると、基材回転中のコーテ
ィング材の広がりが悪く、基材中心付近の膜厚が厚くな
って、中心から少し離れた部分の膜厚が薄くなる傾向が
ある。また、一般的に吐出ニードル先端と基材間隔は２
０から３０ｍｍ程度であり、そのような高さから滴下し
ながら基材を回転させると、粘性の高いコーティング材
の場合、広がりつつあるコーティング材に滴下先端が引
っ張られて、滴下位置が中心をはずれ、コーティング材
が基材表面に均一に広がらない原因となることがある。
一方で、滴下時の回転数を高くすると、コーティング材
中に泡を生じ、熱処理してもボイドが残ることがある。
半導体等に使用する場合、コーティング膜中に泡がある
と、放電の原因となり好ましくない。

【０００８】以上の問題に鑑み本発明の目的は、膜厚の
均一な、精密な加工精度を実現でき、そしてボイドの無
いコーティング膜の形成方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題解決のため本
発明は、基材を回転しながら流動性のコーティング材を
供給して基材上に被膜を形成するコーティング膜の形成
方法において、１０００ｒｐｍ以下の低速回転で吐出ニ
ードルからコーティング材を供給し始め、コーティング
材を供給しながら回転数を２０００ｒｐｍ以上に上げる
工程を２回以上繰り返すものとする。

【００１０】２０００ｒｐｍ以上の高速回転は、遠心力
で液状のコーティング材を均一に広げ、膜厚分布を均一
にするために必要である。ただし、始めから１０００ｒ
ｐｍを越える高速回転にしてコーティング材を滴下する
と、滴下したコーティング材と基材が接触した瞬間、コ
ーティング材が吹き飛ばされて泡が発生し、コーテイィ
ング膜中に残る。１０００ｒｐｍ以下の低速回転中に滴
下を始めた後高速回転すれば、泡の発生が少ない。更
に、低速回転での滴下を繰り返すことによって、先に発
生した泡を消すことができる。また、一回の滴下では回
転中心付近に厚い部分ができるが、滴下を繰り返すこと
により、その厚い部分がならされ、膜厚分布が平均化さ
れる。上限としては、例えば１００００ｒｐｍを越える
ような余りに高速の回転にすると、十分な膜厚とならな
い。

【００１１】コーティング材の供給を停止した後に、短
時間の高速回転する工程を有するものとすれば、この間
の回転速度、時間等で膜厚の調整ができる。コーティン
グ材を滴下する吐出ニードルの先端と基材との間隔は、
１〜１０ｍｍの範囲にあることがよい。その距離が１０
ｍｍを越えると、粘度の大きいコーティング材では、吐
出ニードルから出たコーティング材の滴下位置が、回転
する基材の中心から大きくずれることがある。また、１
ｍｍ未満に設定すると、吐出ニードル外周にコーティン
グ材が付着し、滴下量が不安定になる。その間１〜１０
ｍｍの範囲に設定すれば、吐出ニードルから出たコーテ
ィング材の滴下位置が、回転する基材の中心から大きく
ずれることがなく、コーティング膜の分布が均一にな
る。

【００１２】コーティング材が、例えば液状ポリイミド
のように有機溶剤を含み、動粘度が１×１０^-4〜５×１
０^-3ｍ²／ｓの範囲にあることが重要である。そのよう
な粘度の大きいものでも、滴下を繰り返すことにより、
その厚い部分がならされ、膜厚分布が平均化される。５
×１０^-2ｍ²／ｓ以上の高動粘度のコーテイング材はス
ピンコーティングに適さない。また、１×１０^-4以下の
低動粘度のものでは、あえてこの方法をとるまでも無
い。

【００１３】

【発明の実施の形態】［実施例］図１は、本発明に係る
スピンコーティング法によるプロセスダイヤグラムの一
例であり、横軸は時間、縦軸は回転数である。基板とな
る直径１２５ｍｍのシリコンウエハをスピンコーターに
設置し、回転数１００ｒｐｍで回転する。ウェハを回転
しながら、吐出ニードルからコーティング材として用い
るポリイミド（信越化学工業株式会社製ポリイミドＫＩ
Ｓ１００１、動粘度２．４×１０^-3ｍ²／ｓ）を滴下し
始める。滴下を始めて約２秒後にウェハの回転数を３０
００ｒｐｍ程度に上げて、遠心力によりコーティング材
をウェハ面にひろげる。コーティング材の滴下量は、約
１．５ｇである。約１５秒後に滴下を止め、約３５秒間
回転を続け余分なコーティング材を吹き飛ばす。その
後、再び、回転数を１００ｒｐｍに落とし、ウェハを回
転しながら、吐出ニードルからコーティング材を滴下
し、約２秒後にウェハの回転数を約２３００ｒｐｍに上
げる。約１．５ｇ滴下後、滴下を止めて回転はそのまま
にして約２０秒間遠心力によりコーティング材をウェハ
面にひろげると共に、余分なコーティング材を飛散させ
る。回転数と時間により、目的とする厚さのコーティン
グ膜とする。

【００１４】こうして得たシリコンウエハをホットプレ
ート上で１５０℃−９０秒間加熱し、溶剤を蒸発させ、
膜厚約１０μｍのコーティング膜を得た。図２は、上記
の熱処理をした後のポリイミド膜の膜厚分布図である。
測定は、光学式膜厚計によった。従来法による図４のよ
うな回転中心付近の膜厚の厚い部分は見られず、また、
二分の一半径付近の薄い部分も浅くなって、全体に均一
化されている。凡そ９．５μｍのコーティング膜で±
２．６％程度の変動となり、バラツキは従来法の半分以
下に低減されたことがわかる。これは、一度目の滴下字
に生じた回転中心付近の膜厚の厚い部分が、二度目の滴
下時に溶解してならされたと考えられる。なお、触針式
膜厚計でもほぼ同じ結果が得られた。

【００１５】一度目の滴下では、多少泡を生じることが
あるが、二度目の低速回転での滴下で泡は消え、高速回
転しても泡を生じることは無かった。これを、一旦、室
温まで下げたのち、これを、再びスピンコーターの上に
設置し、ヘキスト社製ポジ型レジストＡＺ６１３０を所
定の回転数と時間（３０００ｒｐｍ、２０秒）で塗布
し、これを９５℃に設定したホットプレートの上で９０
秒間加熱した。そして、露光機（マスクアライナー）に
よりｉ線で３００ｍＪ／ｃｍ²照射した。その後、東京
応化株式会社製アルカリ現像液ＮＭＤ−３を使って現像
を行った。この時、フォトレジストで覆われない部分の
コーティング材も除去される。現像後、溶剤であるアセ
トンに浸し、レジストを除去し、更に３５０℃で１時間
加熱して硬化させた。

【００１６】硬化後のコーティング膜の厚さは、ほぼ硬
化前の厚さに比例するので、得られた膜は厚さ５±０．
１２μｍであり、ラインアンドスペース１５μｍ±０．
５μｍの微細なパターンをウエハ全面にわたって均一に
形成することができた。本実施例では、コーティング材
の滴下を二回おこなったが、三回以上おこなってもよ
く、滴下の回数、コーティング材の供給を止めた後の高
速回転の回転数、および時間により、膜厚を調整でき
る。

【００１７】本発明の方法によれば、従来のような基材
表面の全面に行き渡るほど滴下しないですむため、使用
量の削減にもつながる。基板は、上記実施例のシリコン
ウェハの他、プロセスを終了したウェハや他の半導体ウ
ェハ、或いは金属基板等でもよいことは勿論である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、粘
性の高いコーティング材を１０００ｒｐｍ以下の低速回
転で吐出ニードルからコーティング材を供給し始め、コ
ーティング材を供給しながら回転数を２０００ｒｐｍ以
上に上げる工程を２回以上繰り返すことによって、膜厚
の均一なコーティング膜を形成でき、また泡の発生が抑
制されて、チップの内部構成部材として利用できるよう
になる。これにより、精密な加工精度を実現でき、電子
素子の構成の自由度が増し、可能性が広がる。

【００１９】コーティング材を滴下する吐出ニードルの
先端と基材との間隔を、１〜１０ｍｍの範囲とすること
も膜厚の一層均一なコーティング膜の形成に有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の塗布プロセスダイヤグラム

【図２】図１の条件で形成したコーティング膜の膜厚分
布図

【図３】従来の塗布プロセスダイヤグラム

【図４】図３の条件で形成したコーティング膜の膜厚分
布図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材を回転しながら流動性のコーティング
材を供給して基材上に被膜を形成するコーティング膜の
形成方法において、１０００ｒｐｍ以下の低速回転で吐
出ニードルからコーティング材を供給し始め、コーティ
ング材を供給しながら回転数を２０００ｒｐｍ以上に上
げる工程を２回以上繰り返すことを特徴とするコーティ
ング膜の形成方法。
【請求項２】コーティング材の供給を停止した後に、短
時間高速回転することを特徴とする請求項１記載のコー
ティング膜の形成方法。
【請求項３】コーティング材を滴下する吐出ニードルの
先端と基材との間隔が、１〜１０ｍｍの範囲にあること
を特徴とする請求項１または２に記載のコーティング膜
の形成方法。
【請求項４】コーティング材が、有機溶剤を含み、動粘
度が１×１０^-4〜５×１０^-3ｍ²／ｓの範囲にあること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のコー
ティング膜の形成方法。
【請求項５】コーティング材が液状ポリイミドであるこ
とを特徴とする請求項４記載のコーティング膜の形成方
法。