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JPS6146974B2 - - Google Patents
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JPS6146974B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6146974B2
JPS6146974B2 JP52102624A JP10262477A JPS6146974B2 JP S6146974 B2 JPS6146974 B2 JP S6146974B2 JP 52102624 A JP52102624 A JP 52102624A JP 10262477 A JP10262477 A JP 10262477A JP S6146974 B2 JPS6146974 B2 JP S6146974B2
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JP
Japan
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laser
spot
insulating layer
wafer
contact hole
Prior art date
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Expired
Application number
JP52102624A
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Japanese (ja)
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JPS5437472A (en
Inventor
Hiroshi Yamaguchi
Masao Mitani
Yoshiharu Mori
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6146974B2 publication Critical patent/JPS6146974B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ICやLSI等の半導体素子の絶縁層お
よび導電層の形成方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming insulating layers and conductive layers of semiconductor devices such as ICs and LSIs.

ICやLSI等の半導体素子を製造する場合、絶縁
層と配線のための導電層を形成することが必要で
ある。この場合、絶縁層は、それよりも上の層と
下の層との電気的接続を可能とするための窓を有
する。第1図はこれを示し説明する。
When manufacturing semiconductor devices such as ICs and LSIs, it is necessary to form insulating layers and conductive layers for wiring. In this case, the insulating layer has a window to enable electrical connection between the layer above and the layer below. FIG. 1 shows and explains this.

図において、下部導電層Aは半導体領域または
下部配線領域であり、この上に絶縁層Bが形成し
てある。絶縁層Bに対してはフオトエツチング等
の方法によつてa−a′の区域が除かれ、窓(コン
タクトホール)があけられている。さらにこの上
に金属の配線層Cが蒸着により形成されている。
絶縁層Bの窓a−a′の区域においては、配線層C
は直接に下部導電層Aと接触している。この場
合、絶縁層Bの窓の側面に接する導電層Cの部分
は蒸着が図中dの矢印で示した方向からのみ行な
われる場合には、窓の側面はこれとほぼ平行であ
るため、蒸着金属層厚が他の部分に比べて薄くな
つている。したがつて、この部分b,b′において
配線層の断線いわゆる「段切れ」が生じやすい。
これを防ぐため矢印cおよびe方向からの蒸着を
併用することによりb,b′部分の蒸着膜厚を厚く
する方法があるが、この方法では工数が増えるだ
けでなく半導体のウエハー面が蒸着方向に対して
傾きをもつためウエハー面全体にわたり均一なる
蒸着を行なうことが困難となる。
In the figure, a lower conductive layer A is a semiconductor region or a lower wiring region, and an insulating layer B is formed thereon. A window (contact hole) is formed in the insulating layer B by removing a region a-a' by a method such as photoetching. Furthermore, a metal wiring layer C is formed on this by vapor deposition.
In the area of window a-a' of insulating layer B, wiring layer C
is in direct contact with the lower conductive layer A. In this case, if vapor deposition is performed only from the direction indicated by the arrow d in the figure, the portion of the conductive layer C that is in contact with the side surface of the window of the insulating layer B will be deposited because the side surface of the window is approximately parallel to this direction. The metal layer thickness is thinner than other parts. Therefore, disconnections in the wiring layer, so-called "step breaks", are likely to occur at these portions b and b'.
To prevent this, there is a method of increasing the thickness of the evaporated film in portions b and b' by simultaneously using evaporation from the directions of arrows c and e, but this method not only increases the number of steps but also causes the wafer surface of the semiconductor to move in the direction of evaporation. This makes it difficult to perform uniform vapor deposition over the entire wafer surface.

本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなく
し、絶縁膜の窓の側面における配線層の段切れが
生じにくく、かつ生産性の高い半導体素子の絶
縁、配線層の形成方法を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to provide a method for forming insulation and wiring layers of a semiconductor element, which is less likely to cause disconnection of the wiring layer on the side surface of the window of the insulating film, and which is highly productive. .

本発明は、半導体素子の絶縁層を形成するにあ
たり、絶縁層の材料として感光基をその中に含む
ポリイミド樹脂(感光性ポリイミド)を用いるこ
とを1つの特徴とする。
One feature of the present invention is that in forming an insulating layer of a semiconductor element, a polyimide resin (photosensitive polyimide) containing a photosensitive group therein is used as a material for the insulating layer.

感光ポリイミド樹脂は感光基をその中に含んで
おり、フオトレジストと同様に露光箇所が現像処
理により硬化するかまたは離脱除去するものであ
り、マスク等を用いて必要なパターンの露光を行
なえば現像処理によりそのパターンに形成された
ポリイミド樹脂の絶縁膜を得ることができる。
Photosensitive polyimide resin contains photosensitive groups, and like photoresists, the exposed areas are hardened or removed by development processing, and can be developed by exposing the required pattern using a mask etc. Through the treatment, an insulating film of polyimide resin formed in the pattern can be obtained.

また、本発明においては、上記感光性ポリイミ
ドを露光する場合の光源として、レンズ等で微細
なスポツト径に集光されたレーザ光を用い、この
レーザビームを露光されるウエハーの全面に走査
し、露光すべきパターンに応じてレーザ光のオ
ン、オフ制御を行なう方式を用いることを別の特
微とする。
Furthermore, in the present invention, as a light source when exposing the photosensitive polyimide, a laser beam focused to a fine spot diameter by a lens or the like is used, and this laser beam is scanned over the entire surface of the wafer to be exposed, Another feature is that a method is used to control the laser beam on and off depending on the pattern to be exposed.

さらに本発明は、上記レーザスポツトの走査照
射による露光に際し、スポツト断面の強度分布を
矩形でなく、ガウス型分布のように中心において
高く周辺へ移るに従がい連続的に低下するような
強度分布とする方法、または、レーザ照射パワー
のオン、オフ制御の際の立上り、立下りをゆるや
かにする方法によつて露光パターンの端部におけ
る露光量が連続的に低下し、これに従つて現像後
のポリイミド膜が上記により形成される窓の側面
においてゆるやかな傾斜をもつように形成される
ことを特徴とする。
Furthermore, in the present invention, during exposure by scanning irradiation of the laser spot, the intensity distribution in the cross section of the spot is not rectangular but has an intensity distribution that is high at the center and continuously decreases as it moves toward the periphery, like a Gaussian distribution. The exposure amount at the edge of the exposure pattern decreases continuously by a method of slowing down the rise and fall when controlling the laser irradiation power on and off. A feature is that the polyimide film is formed so as to have a gentle slope on the side surface of the window formed as described above.

上記の方法によつてパターンの端部がゆるやか
な傾斜となつたポリイミド絶縁膜を得ることによ
りこの上に金属材料を蒸着した配線材料が窓の側
面においても他の部分と同程度の厚みをもち、従
つてこの部分で段切れがおこらないという効果を
奏する。
By using the above method to obtain a polyimide insulating film with a gently sloped edge of the pattern, the wiring material on which a metal material is vapor-deposited has the same thickness on the side of the window as on other parts. Therefore, there is an effect that no breakage occurs in this part.

以下、本発明を具体的実施例に基づいて詳しく
説明する。第2図はレーザスポツトの走査によつ
て半導体ウエーハ上の感光性ポリイミドの露光を
行なう装置のブロツク構成図であり、図中、1は
レーザ発振器、2はそのレーザ発振器1から出力
されるレーザビーム、3は光変調素子、4はその
光変調素子3の駆動回路、5は光変調素子3を介
して出力されてきたレーザビーム6を反射させる
多面回転ミラー、8はその反射レーザビーム6を
透過および反射させるハーフミラーで、7はその
ハーフミラー8で反射された検出用レーザビー
ム、9はハーフミラー8を透過したレーザビーム
6を集光レンズ、10はそのレンズ9により得ら
れた集光スポツト、11は試料台12に載置され
たウエーハ、16は試料台12に取付けられたリ
ニアエンコーダである。また、13は検出用レー
ザビーム7を集光する集光レンズ、14はその集
光レンズ13の集光スポツト部に配設したダイオ
ードアレー、18はそのダイオードアレー14の
反対側に配設したレンズで、その出力レーザビー
ムはフオトデイテクター19に入力されている。
そしてこのフオトデイテクター19の出力と、前
記リニアエンコーダ16の出力は制御装置15に
入力され、その出力は光変調素子駆動回路4に入
力されて前述光変調素子3を駆動制御するもので
ある。なお、20はレーザ照射を行なうか否かの
情報(ウエーハ上に露光させたいパターン)を記
憶していて、制御装置15を介して光変調素子駆
動回路4にその旨の信号を送るためのものであ
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on specific examples. FIG. 2 is a block diagram of an apparatus for exposing photosensitive polyimide on a semiconductor wafer by scanning a laser spot. In the figure, 1 is a laser oscillator, and 2 is a laser beam output from the laser oscillator 1. , 3 is a light modulation element, 4 is a drive circuit for the light modulation element 3, 5 is a polygonal rotating mirror that reflects the laser beam 6 outputted via the light modulation element 3, and 8 is a mirror for transmitting the reflected laser beam 6. and a half mirror for reflection, 7 is a detection laser beam reflected by the half mirror 8, 9 is a condensing lens for the laser beam 6 transmitted through the half mirror 8, and 10 is a condensing spot obtained by the lens 9. , 11 is a wafer placed on the sample stage 12, and 16 is a linear encoder attached to the sample stage 12. Further, 13 is a condensing lens that condenses the detection laser beam 7, 14 is a diode array disposed at the condensing spot of the condensing lens 13, and 18 is a lens disposed on the opposite side of the diode array 14. The output laser beam is input to a photodetector 19.
The output of the photodetector 19 and the output of the linear encoder 16 are input to a control device 15, and the output thereof is input to a light modulation element drive circuit 4 to drive and control the light modulation element 3. A reference numeral 20 stores information on whether to perform laser irradiation (pattern to be exposed on the wafer) and sends a signal to that effect to the light modulation element drive circuit 4 via the control device 15. It is.

そして、第2図に示すレーザ発振器1より出る
レーザ光2は感光性ポリイミドの感光波長域内に
ある波長を有するものとする。レーザ発振器1よ
り出たそのレーザビーム2は駆動回路4により駆
動される光変調器3によつてオン、オフ変調され
た後、多面回転ミラー5によつて反射され、ハー
フミラー8を通過した後、集光レンズ9によつて
感光性ポリイミドを塗布したウエーハ11上に集
光スポツト10を結ぶ。多面回転ミラー5が矢印
aの方向に回転すると、集光スポツト10はウエ
ーハ11上を矢印bの方向に移動する。一方、ウ
エーハ11を載せた試料台12は図示しないモー
タによりウエーハ11上を移動する集光スポツト
と垂直な方向に移動する。試料台12にはリニア
エンコーダ16が設置されており、試料台12の
位置を電気信号に変換して制御装置15へ送る。
したがつて、集光スポツト10は、第3図に示し
たごとくウエーハ面を走査することとなる。
It is assumed that the laser beam 2 emitted from the laser oscillator 1 shown in FIG. 2 has a wavelength within the photosensitive wavelength range of photosensitive polyimide. The laser beam 2 emitted from the laser oscillator 1 is modulated on and off by an optical modulator 3 driven by a drive circuit 4, then reflected by a multifaceted rotating mirror 5, and after passing through a half mirror 8. A condensing spot 10 is connected by a condensing lens 9 onto a wafer 11 coated with photosensitive polyimide. When the multifaceted rotating mirror 5 rotates in the direction of arrow a, the condensing spot 10 moves on the wafer 11 in the direction of arrow b. On the other hand, the sample stage 12 on which the wafer 11 is placed is moved by a motor (not shown) in a direction perpendicular to the light focusing spot that moves over the wafer 11. A linear encoder 16 is installed on the sample stage 12 and converts the position of the sample stage 12 into an electrical signal and sends it to the control device 15.
Therefore, the condensing spot 10 scans the wafer surface as shown in FIG.

すなわち、第3図においてはウエーハ面を集光
スポツトと垂直な方向としているが矢印aは多面
回転ミラー5による集光スポツトの移動方向であ
り、矢印bは、テーブル移動による集光スポツト
の移動方向である。両者を同時に行わせることに
より、集光スポツトはウエーハ上を走査線イ,
ロ,ハと順に移動し、ウエーハ面を面状に走査す
る。この場合多面回転ミラー5の回転による6方
向の移動速度と、テーブル送りによる集光スポツ
トの移動方向と垂直な方向の移動速度の比を変え
れば、隣接する走査線の重なり方を変えることが
できる。
That is, in FIG. 3, the wafer surface is perpendicular to the condensing spot, but arrow a is the direction in which the condensing spot is moved by the multifaceted rotating mirror 5, and arrow b is the direction in which the condensing spot is moved by table movement. It is. By performing both at the same time, the condensing spot moves along the scanning line on the wafer.
The wafer surface is scanned planarly by moving in the order of b and c. In this case, by changing the ratio of the speed of movement in the six directions due to the rotation of the multifaceted rotating mirror 5 and the speed of movement in the direction perpendicular to the direction of movement of the condensing spot due to table feeding, the way in which adjacent scanning lines overlap can be changed. .

第2図に戻つて、多面回転ミラー5により反射
されたレーザビームの一部分は、ハーフミラー8
によつて反射せられて検出用レーザビーム7とな
り、集光レンズ13によりダイオードアレー14
上に集光スポツト17を結ぶ。多面回転ミラー5
が矢印aの方向に回転するにしたがい、集光スポ
ツト17は矢印c方向に移動する。ダイオードア
レー14は透明材質の平板に多数の溝をきざんだ
ものであり、これを通過した光はレンズ18で曲
げられてフオトデイテクター19に入る。多面回
転ミラー5の回転にともない集光スポツト14が
矢印cの方向に移動する際、フオトデイテクター
19はダイオードアレー14の溝による入射光量
の変化を検出し、これを電気信号に変換して制御
装置15へと送る。
Returning to FIG. 2, a portion of the laser beam reflected by the multifaceted rotating mirror 5 is reflected by the half mirror 8.
It is reflected by the laser beam 7 for detection, and is reflected by the condensing lens 13 into the diode array 14.
A light condensing spot 17 is connected to the top. Multi-sided rotating mirror 5
As the lens rotates in the direction of arrow a, the condensing spot 17 moves in the direction of arrow c. The diode array 14 is a flat plate made of a transparent material with many grooves cut into it, and the light that passes through this is bent by a lens 18 and enters a photodetector 19. When the condensing spot 14 moves in the direction of arrow c with the rotation of the multi-faceted rotating mirror 5, the photodetector 19 detects the change in the amount of incident light due to the grooves of the diode array 14, converts this into an electric signal, and controls it. It is sent to device 15.

制御装置15はフオトデイテクター19からの
電気信号およびリニアエンコーダ16からの信号
にもとずき、集光スポツト10がウエーハ11の
表面をあらかじめ定められた速度をもつて走査す
るように、多面回転ミラー5の回転速度および試
料台の移動速度を制御する(従つて、制御装置1
5から多面回転ミラー5の駆動装置および試料台
の駆動装置へ信号が入力されるが繁雑となるので
図にはこれを示していない)。また、記憶装置2
0にはあらかじめウエーハ11上に露光させたい
パターンを入力しておく。即ち、ウエーハ11上
の座標と、その箇所においてレーザ照射を行うか
否かの指示が記憶装置20に入力されている。制
御装置15はフオトデイテクター19と、リニア
エンコーダ16からの信号にもとづいてウエーハ
11上の集光スポツト10の位置を知り、この位
置の座標においてレーザ照射を行うか否かを記憶
装置20に入力されている情報を参照して判定
し、光変調素子駆動回路4にレーザ照射を行うか
否かの信号を送る。
Based on the electrical signal from the photodetector 19 and the signal from the linear encoder 16, the control device 15 rotates the surface of the wafer 11 in a polygonal manner so that the condensing spot 10 scans the surface of the wafer 11 at a predetermined speed. The rotation speed of the mirror 5 and the moving speed of the sample stage are controlled (therefore, the control device 1
5 to the drive device for the multifaceted rotating mirror 5 and the drive device for the sample stage, but this is not shown in the figure because it would be complicated). In addition, storage device 2
0, a pattern desired to be exposed on the wafer 11 is input in advance. That is, the coordinates on the wafer 11 and an instruction as to whether or not to perform laser irradiation at that location are input into the storage device 20. The control device 15 learns the position of the condensing spot 10 on the wafer 11 based on the signals from the photodetector 19 and the linear encoder 16, and inputs into the storage device 20 whether or not to perform laser irradiation at the coordinates of this position. A signal is sent to the light modulation element drive circuit 4 to determine whether or not to perform laser irradiation.

光変調素子駆動回路4はこの信号にもとづき、
光変調素子3を駆動する電力を変化させる。光変
調素子3は、音響光学効果または電気光学効果を
用いた光変調素子であり、駆動電力にもとづきレ
ーザビーム2をオン、オフ変調するものである。
Based on this signal, the light modulation element drive circuit 4
The power for driving the light modulation element 3 is changed. The light modulation element 3 is a light modulation element using an acousto-optic effect or an electro-optic effect, and modulates the laser beam 2 on and off based on driving power.

以上のような構成および機能をもつから、ウエ
ーハ11上に塗布された感光性ポリイシドは、記
憶装置20にあらかじめ入力されたパターンに従
つてレーザスポツト10により露光される。
With the configuration and functions described above, the photosensitive polyide coated on the wafer 11 is exposed by the laser spot 10 according to a pattern inputted into the storage device 20 in advance.

レーザ発振器1は感光性ポリイミドの感光波長
域内に発振波長を有するものであり、その、出力
の態様は高い繰返しのパルス出力または連続出力
であるとする。パルス出力の場合、本発明におい
ては以下のようにして達成される。
The laser oscillator 1 has an oscillation wavelength within the photosensitive wavelength range of photosensitive polyimide, and its output mode is high repetition pulse output or continuous output. In the case of pulse output, this is achieved in the present invention as follows.

第4図は横軸にレーザスポツトの中心からの距
離、縦軸にレーザパワー密度をとつて、レーザス
ポツトにおけるレーザのパワー密度分布を示した
ものである。そして、第4図1は、多モード発振
の場合の一例であつて、全パワーが大きいと同時
に矩形に近いパワー密度分布形状をなしている。
したがつて、分布の端部におけるパワー密度の低
下が急激であるという特徴を有する。第4図2は
単一モード発振の場合であり、第4図1の場合に
比べて全パワーが低く、スポツトの中心を頂点と
するガウス分布をなす。したがつてパワー密度は
スポツトの中心より遠ざかるにしたがつてゆるや
かに減少している。単一モード発振はレーザ発振
器内の光軸上に細い径のピンホールを挿入するこ
とにより得られる。
FIG. 4 shows the laser power density distribution at the laser spot, with the horizontal axis representing the distance from the center of the laser spot and the vertical axis representing the laser power density. FIG. 4 1 is an example of multimode oscillation, in which the total power is large and the power density distribution shape is nearly rectangular.
Therefore, it is characterized in that the power density decreases rapidly at the ends of the distribution. FIG. 42 shows the case of single mode oscillation, where the total power is lower than in the case of FIG. 41 and forms a Gaussian distribution with the apex at the center of the spot. Therefore, the power density gradually decreases as it moves away from the center of the spot. Single mode oscillation can be obtained by inserting a narrow diameter pinhole on the optical axis within the laser oscillator.

また、第4図3は第4図2の類似のビーム断面
を有しているが、よりスポツト径が大きくなるに
従つてスポツトの中心から遠ざかるにつれ、パワ
ー密度がよりゆるやかに低下しているのが特徴で
ある。この分布はレーザ発振器中の挿入するピン
ホールの径を変更したり、レーザビームを集光す
るレンズの焦点距離を変えるなどの方法により得
ることが出来る。
Furthermore, although FIG. 4 3 has a beam cross section similar to that in FIG. 4 2, the power density decreases more gradually as the spot diameter increases and the distance from the center of the spot increases. is a feature. This distribution can be obtained by changing the diameter of a pinhole inserted into the laser oscillator or by changing the focal length of a lens that focuses the laser beam.

第5図は、感光性ポリイミドの露光量と、現像
後の残存率との関係を示している。ここで感光性
ポリイミドはネガ型であるとしている。すなわ
ち、露光された部分は現像後残存し、露光されな
い部分は現像後除去されるものとする。
FIG. 5 shows the relationship between the exposure amount of photosensitive polyimide and the residual rate after development. Here, the photosensitive polyimide is assumed to be negative type. That is, the exposed portions remain after development, and the unexposed portions are removed after development.

また、第6図1は、パルス発振レーザの場合に
ウエーハ面において照射されるレーザスポツトの
位置を示したものであり、図はウエーハを上方か
ら見たものである。すなわち、レーザビームが矢
印の方向に走査され、かつ一定のくり返し数でレ
ーザパルスが照射されるのでレーザスポツトは
イ,ロ,ハ,ニの箇所に照射される。パルスの繰
返し周波数と走査速度との関係によりスポツトと
スポツトの間隔が決まるが、これは図のように隣
接する照射スポツトが適度の重なりを保つように
設定されているものとする。
Further, FIG. 61 shows the position of a laser spot irradiated on a wafer surface in the case of a pulsed laser, and the figure shows the wafer viewed from above. That is, the laser beam is scanned in the direction of the arrow and the laser pulses are irradiated at a fixed number of repetitions, so that the laser spots are irradiated at locations A, B, C, and D. The spacing between spots is determined by the relationship between the pulse repetition frequency and the scanning speed, and this is assumed to be set so that adjacent irradiation spots maintain appropriate overlap as shown in the figure.

第6図2は、第6図1におけるレーザ走査の中
心線a,a′上の照射パワー密度分布を示したもの
である。この場合、一つのレーザスポツトのパワ
ー密度分布は第4図2又は3の形状としている。
FIG. 62 shows the irradiation power density distribution on the center lines a and a' of laser scanning in FIG. 61. In this case, the power density distribution of one laser spot has the shape shown in FIG. 4 2 or 3.

第6図3は、このようにして照射されるレーザ
エネルギーの累計を縦軸として示したものであ
る。すなわち、繰返して照射される各々のスポツ
トによる照射エネルギーの密度の合計を示してい
る。第6図4は、第6図3,9の照射エネルギー
密度すなわち露光量と第5図のグラフとからきま
る感光性ポリイミドの残存量を示す。照射スポツ
トの周辺において強度がゆるやかに減少している
ため、第6図4において感光性ポリイミドの残存
部の厚みは周辺においてゆるやかに減少すること
となる。第6図5はこれに対して上方より金属蒸
着を行つて配線層を形成したものである。このよ
うに、感光性ポリイミドの周辺において厚みがゆ
るやかに変化してその側面が傾斜をもつているた
め側面においても上方よりの蒸着に対しても十分
な厚さの配線層が形成される。このため第6図5
においてはいわゆる段切れは生じにくい。
FIG. 6 3 shows the cumulative total of the laser energy irradiated in this manner on the vertical axis. That is, it shows the total density of irradiation energy from each spot that is repeatedly irradiated. FIG. 64 shows the remaining amount of photosensitive polyimide determined from the irradiation energy density, ie, the exposure amount, shown in FIGS. 3 and 9 and the graph shown in FIG. 5. Since the intensity is gradually decreasing around the irradiation spot, the thickness of the remaining portion of the photosensitive polyimide in FIG. 6 is gradually decreasing around the irradiation spot. In FIG. 6, a wiring layer is formed by metal vapor deposition from above. In this manner, the thickness changes gently around the photosensitive polyimide and the side surfaces thereof are sloped, so that a wiring layer having a sufficient thickness can be formed on the side surfaces as well as for vapor deposition from above. For this reason, Fig. 6
In this case, so-called step breaks are less likely to occur.

以上のようにしてパワー密度分布がゆるやかな
形状のレーザスポツトの繰返し照射によるパター
ン形成により段切れの生じにくいパターンの形成
が可能となる。この場合、目的は段切れが生じな
いことであり、そのために必要なポリイミド膜の
側面の傾斜を決定し、第5図のポリイミドの感光
特性その他より必要なレーザパワー密度分布を決
定し、レーザ発振内へのピンホールの挿入対物レ
ンズ焦点距離の変更などによりこのパワー密度分
布のレーザスポツトを実現するものとする。
As described above, by repeatedly irradiating a laser spot with a gentle power density distribution to form a pattern, it is possible to form a pattern that is less likely to break. In this case, the objective is to avoid step breakage, and for this purpose, the necessary slope of the side surface of the polyimide film is determined, and the necessary laser power density distribution is determined based on the photosensitive characteristics of polyimide shown in Figure 5, etc., and the laser oscillation is performed. A laser spot with this power density distribution is realized by inserting a pinhole inside the laser beam, changing the focal length of the objective lens, etc.

次にレーザの発振出力が連続出力である場合に
は、本発明の目的とするところは以下のようにし
て実現される。
Next, when the oscillation output of the laser is a continuous output, the object of the present invention can be achieved as follows.

第7図1はパターンを形成するためにレーザを
オン、オフするための信号を示す図である。すな
わち、第2図における制御装置15から光変調素
子駆動回路4へ送られる信号である。横方向は時
間軸であり、縦方向は電圧の大きさを示す。電圧
の高いところではレーザが照射され、電圧の低い
ところではレーザが照射されないように光変調素
子による光変調が行なわれるものとする。
FIG. 71 is a diagram showing signals for turning on and off a laser to form a pattern. That is, it is a signal sent from the control device 15 to the light modulation element drive circuit 4 in FIG. The horizontal direction is the time axis, and the vertical direction shows the magnitude of voltage. It is assumed that the light modulation element performs light modulation so that the laser is irradiated in areas where the voltage is high, and the laser is not irradiated in areas where the voltage is low.

そして、この場合においても、レーザスポツト
のパワー密度分布は第4図2,3のような形状の
ものを用いるものとする。
Also in this case, the power density distribution of the laser spot is assumed to have a shape as shown in FIGS. 2 and 3.

第7図2は第7図1の波形により、オン、オフ
されたレーザのスポツトの照射範囲を示してい
る。第7図3〜5においては第6図と同様に横軸
はレーザスポツトの移動方向における距離を示し
ている。すなわち、第7図3は第7図2のa,
a′線上における照射エネルギー密度を示す。そし
て、第7図4はこれにより露光された感光性ポリ
イミドの現像後の残存膜厚を示す断面図であり、
第7図5は、これに金属膜配線層を蒸着した結果
の断面図である。これらの図に示すように、連続
出力の場合においても、レーザスポツトの周辺に
おいてパワー密度がゆるやかに低下しているため
ポリイミド残存膜厚は周辺においてゆるやかに減
少し、その側面の傾斜が緩やかとなるため、配線
層の膜厚が側面においても小さくならずしたがつ
て段切れが生じにくい。
FIG. 72 shows the irradiation range of the laser spot that is turned on and off using the waveform of FIG. 71. In FIGS. 3 to 5, the horizontal axis indicates the distance in the moving direction of the laser spot, as in FIG. 6. That is, FIG. 7 3 is a of FIG. 7 2,
The irradiation energy density on the a′ line is shown. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the remaining film thickness of the exposed photosensitive polyimide after development.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the result of depositing a metal film wiring layer thereon. As shown in these figures, even in the case of continuous output, the power density gradually decreases around the laser spot, so the remaining polyimide film thickness gradually decreases around the periphery, and the slope of the side surface becomes gentle. Therefore, the thickness of the wiring layer is not reduced even on the side surfaces, and step breaks are less likely to occur.

この場合において目的を達成するために適当な
パワー密度分布のスポツト形状を形成する必要が
あることは、前記したパルス出力の場合と同様で
ある。
In this case, it is necessary to form a spot shape with an appropriate power density distribution in order to achieve the purpose, as in the case of pulse output described above.

次に、第8図において、連続出力のレーザを用
いる場合の別なる実施方法を示す。第8図1は、
パターンを形成するためにレーザをオン、オフす
る信号の原形であり、第7図1と同じものであ
る。第8図の方法が第7図の方法と異なる点とし
て制御装置内部に構成された回路によつて、第8
図1の信号を2の信号のごとく変形する。これに
より信号の立ちあがり、立ち下がりはゆるやかな
ものとなつている。
Next, in FIG. 8, another implementation method using a continuous output laser is shown. Figure 8 1 is
This is the original form of the signal that turns the laser on and off to form a pattern, and is the same as in FIG. 71. The method shown in FIG. 8 differs from the method shown in FIG. 7 in that the method shown in FIG.
The signal in FIG. 1 is transformed into the signal in FIG. This allows the signal to rise and fall slowly.

第8図3は第7図2と同じくレーザスポツトに
より照射される範囲を示している。この場合には
レーザのスポツトの強度分布は必ずしも周辺にお
いてゆるやかな傾斜をもつものでなくてもよい。
Similarly to FIG. 7, FIG. 3 shows the range irradiated by the laser spot. In this case, the intensity distribution of the laser spot does not necessarily have to have a gentle slope at the periphery.

光変調素子駆動回路への入力信号が第8図2の
形状であるため、照射されるレーザのパワー密度
は第8図4のようになる。これにより第8図5,
6の結果が得られる点は第7図の場合と同様であ
る。
Since the input signal to the light modulation element driving circuit has the shape shown in FIG. 8, the power density of the irradiated laser becomes as shown in FIG. 8, 4. As a result, Fig. 8 5,
6 is obtained as in the case of FIG. 7.

上述実施例からも明らかなように本発明によれ
ば、絶縁膜の窓側面における配線管の断切れが生
じにくく、かつ生産性の高い半導体素子の絶縁
層、配線層を形成することができる。また、レー
ザスポツトを走査して描画露光を行なうために
CAD(Computer aided design)と直結するこ
とができ、マスクの製作が不要であつて、パター
ンの変更の容易なシステムが実現できる。さらに
また、レーザのパワーが高く、かつ単波長である
ため、水銀灯などの広い波長領域の光を用いてマ
スクによる露光を行なう場合に比して光エネルギ
ーの損失が少なく、同一面積に対する露光時間が
短かくできるという利点も有する。
As is clear from the above-mentioned embodiments, according to the present invention, it is possible to form an insulating layer and a wiring layer of a semiconductor element with high productivity, in which wiring pipes are less likely to break on the window side surface of an insulating film. In addition, in order to scan the laser spot and perform drawing exposure,
It can be directly connected to CAD (Computer Aided Design), eliminates the need for mask production, and provides a system that allows easy pattern changes. Furthermore, since the laser has high power and a single wavelength, there is less loss of optical energy than when exposing with a mask using light with a wide wavelength range such as from a mercury lamp, and the exposure time for the same area is It also has the advantage of being short.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来技術による半導体の製造方法を説
明するための半導体断面図、第2図は本発明の一
実施例を示すものであつて、レーザスポツトの走
査によつて半導体ウエーハ上の感光性ポリイミド
の露光を行なう装置の概略構成図、第3図は第2
図の装置でレーザスポツトの走査を行なう際のウ
エハ面上の走査線を示す図、第4図1,2,3は
各種のレーザスポツトの断面のパワー密度分布を
示す図、第5図は感光性ポリイミドの露光量と現
像後の残存率との関係を示す図、第6図1〜5お
よび第7図1〜5は各々レーザ出力がパルス出
力、連続出力である場合に第4図2,3の形状の
パワー密度分布をもつレーザスポツトを用いて感
光性ポリイミドの露光を行ない、絶縁膜側面にお
ける配線層の厚みを大きくして断線を生じにくく
する方法を説明した図、第8図1〜6はレーザ出
力が連続出力である場合に電気信号の変換により
立上り時間、立下り時間を大きくしてレーザ出力
のオン、オフ変調を行ない、これによりポリイミ
ドの露光を行なつて絶縁膜面における配線層の厚
みを大きく断線を生じにくくする方法を説明した
図である。 1……レーザ発振器、2,6,7……レーザビ
ーム、8……光変調素子、4……光変調素子駆動
回路、5……多面回転ミラー、8……ハーフミラ
ー、9,13……集光レンズ、10,17……集
光スポツト、11……ウエーハ、12……試料
台、14……ダイオードアレー、15……制御装
置、16……リニアエンコーダ、18……レン
ズ、19……フオトデイテクター、20……記憶
装置。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor for explaining a method of manufacturing a semiconductor according to the prior art, and FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. A schematic configuration diagram of an apparatus for exposing polyimide.
Figure 4 shows the scanning lines on the wafer surface when the laser spot is scanned by the device shown in the figure. Figure 4 shows the power density distribution in the cross section of various laser spots. Figure 5 shows the photosensitive laser spot. Figures 6 1-5 and 7 1-5 are diagrams showing the relationship between the exposure amount of polyimide and the residual rate after development, respectively, when the laser output is pulsed output and continuous output, Figure 4 2, A diagram explaining a method of exposing photosensitive polyimide using a laser spot with a power density distribution in the shape of 3 to increase the thickness of the wiring layer on the side surface of the insulating film to make disconnections less likely to occur. 6, when the laser output is a continuous output, the rise time and fall time are increased by electrical signal conversion to perform on/off modulation of the laser output, thereby exposing the polyimide and wiring on the insulating film surface. FIG. 2 is a diagram illustrating a method of increasing the thickness of a layer to make wire breakage less likely to occur. 1... Laser oscillator, 2, 6, 7... Laser beam, 8... Light modulation element, 4... Light modulation element drive circuit, 5... Multi-faceted rotating mirror, 8... Half mirror, 9, 13... Condensing lens, 10, 17... Focusing spot, 11... Wafer, 12... Sample stage, 14... Diode array, 15... Control device, 16... Linear encoder, 18... Lens, 19... Photo detector, 20... storage device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ウエーハに蒸着した第1の導電層の上に絶縁
層を形成し、その一部分を除去した後その上に第
2の導電層を形成する半導体装置の製造方法にお
いて、前記絶縁層をポリイミド樹脂によつて形成
し、その表面を、レンズ等で集光したレーザスポ
ツトをオン、オフ制御しつつ所定のパターンに従
つて走査して除去してコンタクトホールを形成
し、かつ、上記レーザスポツト断面の強度分布
を、ガウス型分布のように中心において高く周辺
へ移るに従い連続的に低下するような強度分布と
して、前記コンタクトホールの側面を傾斜面とす
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 2 ウエーハに蒸着した第1の導電層の上に絶縁
層を形成し、その一部分を除去した後その上に第
2の導電層を形成する半導体装置の製造方法にお
いて、前記絶縁層をポリイミド樹脂によつて形成
し、その表面を、レンズ等で集光したレーザスポ
ツトをオン、オフ制御しつつ所定のパターンに従
つて走査して除去してコンタクトホールを形成
し、かつ、上記レーザ照射スポツトのオン、オフ
制御の際の立上り、立下りをゆるやかにし、露光
パターンの端部における露光量を連続的に低下さ
せて、前記コンタクトホールの側面を傾斜面とす
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
[Scope of Claims] 1. A method for manufacturing a semiconductor device in which an insulating layer is formed on a first conductive layer deposited on a wafer, a portion of the insulating layer is removed, and a second conductive layer is formed thereon. An insulating layer is formed of polyimide resin, and a contact hole is formed by scanning and removing the insulating layer according to a predetermined pattern while controlling on and off a laser spot focused by a lens or the like, and A semiconductor device characterized in that the intensity distribution in the cross section of the laser spot is such that the intensity distribution is high at the center and continuously decreases toward the periphery like a Gaussian distribution, and the side surface of the contact hole is formed as an inclined surface. manufacturing method. 2. In a method for manufacturing a semiconductor device in which an insulating layer is formed on a first conductive layer deposited on a wafer, a portion of the insulating layer is removed, and a second conductive layer is formed thereon, the insulating layer is made of polyimide resin. The surface of the contact hole is scanned and removed according to a predetermined pattern while controlling the on and off of a laser spot focused by a lens, etc., to form a contact hole, and A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the rise and fall during off control are made gradual, the exposure amount at the end of the exposure pattern is continuously reduced, and the side surface of the contact hole is made into an inclined surface. .
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