JPS6146974B2 - - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。