JP2010283106A

JP2010283106A - Method of forming fine pattern

Info

Publication number: JP2010283106A
Application number: JP2009134792A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Takeuchi; 達也竹内; Taizo Hagiwara; 泰三萩原; Kichiji Shinkai; 吉治新海
Original assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Current assignee: Shinko Seiki Co Ltd
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fine pattern having an excellent conductive characteristic. <P>SOLUTION: An applied layer 12 is formed by applying a liquid dispersion 8 dispersed with a micro-order of copper particles 2 each having an oxide film 4 into a solvent 6, onto a substrate 10. The solvent 6 is vaporized from the applied layer 12. An applied layer 14 is irradiated with hydrogen radicals, to remove the oxide films 4 of the copper particles 2 in the applied layer 14. The substrate 10 is temperature-elevated to flocculate the copper particles. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばシリコン基板や有機基板のような基板上に、微細配線パターンのような微細パターンを形成する方法に関し、特に、銅によって微細配線パターンを形成するものに関する。 The present invention relates to a method for forming a fine pattern such as a fine wiring pattern on a substrate such as a silicon substrate or an organic substrate, and more particularly to a method for forming a fine wiring pattern with copper.

微細配線形成方法の一つが特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、酸化銅被覆を有するナノ粒子を溶剤に分散させた溶液を基板上に塗布して、微細配線パターンを形成する。微細配線パターンを形成した基板を、水素を含有する気体において生起されたプラズマ雰囲気中で処理しながら、加熱して、表面に酸化被膜の存在しない銅の焼結体型配線層を形成する。 One method for forming fine wiring is disclosed in Patent Document 1. In the technique of Patent Document 1, a fine wiring pattern is formed by applying a solution in which nanoparticles having copper oxide coating are dispersed in a solvent on a substrate. The substrate on which the fine wiring pattern is formed is heated while being processed in a plasma atmosphere generated in a gas containing hydrogen to form a copper sintered body wiring layer having no oxide film on the surface.

特許第４２０５３９３号公報Japanese Patent No. 4205393

上記特許文献１の技術では、プラズマ処理により酸化銅を還元しているので、プラズマが微細配線パターンの内部にまで浸透するように、プラズマ処理しながら加熱している。そのため、プラズマ処理と加熱とを並行して行わなければならない。 In the technique disclosed in Patent Document 1, since copper oxide is reduced by plasma treatment, heating is performed while performing plasma treatment so that the plasma penetrates into the fine wiring pattern. Therefore, plasma processing and heating must be performed in parallel.

本発明は、ほぼ常温で銅の酸化膜を除去した上で、わずかに温度を上昇させて、銅を凝集させることができる微細パターンの形成方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for forming a fine pattern that can agglomerate copper by slightly raising the temperature after removing a copper oxide film at approximately room temperature.

本発明の一態様の微細パターンの形成方法では、酸化膜付きの銅のミクロン粒子を溶剤中に分散させた分散液を、基板上に塗布して、塗布層を形成する。酸化膜付きの銅のミクロン粒子は、銅のミクロン粒子の表面が自然に酸化して、表面に酸化膜が形成されたものを使用することができる。溶剤は揮発性のものを使用できる。基板上への塗布には種々の方法を使用することができ、例えばスクリーン印刷またはインクジェット印刷などを使用することができる。次に、前記塗布層中の前記溶剤が揮発させられる。揮発は、例えば基板を加熱することによって行うことができる。前記塗布層に水素ラジカルを照射して、前記塗布層中の銅の酸化膜が除去される。水素ラジカルの直径は、ミクロン粒子の銅の直径よりも小さいので、塗布層の内部にまで水素ラジカルが浸透し、内部にある酸化被膜も還元することができる。このように還元が行われた後、前記基板を昇温させて、前記銅を凝集させる。 In the method for forming a fine pattern of one embodiment of the present invention, a dispersion liquid in which micron particles of copper with an oxide film are dispersed in a solvent is applied onto a substrate to form a coating layer. As the copper micron particles with an oxide film, those in which the surface of the copper micron particle is naturally oxidized and an oxide film is formed on the surface can be used. A volatile solvent can be used. Various methods can be used for coating on the substrate, and for example, screen printing or ink jet printing can be used. Next, the solvent in the coating layer is volatilized. Volatilization can be performed, for example, by heating the substrate. The coating layer is irradiated with hydrogen radicals to remove the copper oxide film in the coating layer. Since the diameter of the hydrogen radical is smaller than the diameter of copper of micron particles, the hydrogen radical penetrates into the inside of the coating layer, and the oxide film inside can be reduced. After the reduction is performed in this way, the temperature of the substrate is raised to aggregate the copper.

前記塗布層の形成される基板には、予めレジストによって溝を有するパターンが形成され、この溝に前記塗布層を形成することもできる。このように、パターンの溝内に塗布層を形成することによって、より微細なパターンを形成することができる。 A pattern having a groove is formed in advance on the substrate on which the coating layer is formed, and the coating layer may be formed in the groove. Thus, a finer pattern can be formed by forming the coating layer in the groove of the pattern.

以上のように、本発明によれば、ミクロン粒子の銅表面に形成されている酸化銅を、ほぼ常温状態で水素ラジカルによって除去した後に、わずかに温度を上昇させて銅を凝集させているので、良好な導電特性を持つ微細パターンを、簡単な構成の装置によって得ることができる。 As described above, according to the present invention, the copper oxide formed on the copper surface of the micron particles is removed by hydrogen radicals at substantially room temperature, and then the temperature is slightly increased to aggregate the copper. Thus, a fine pattern having good conductive characteristics can be obtained by an apparatus having a simple configuration.

本発明の第１の実施形態の微細パターン形成方法の工程図である。It is process drawing of the fine pattern formation method of the 1st Embodiment of this invention. 図１の微細パターン形成方法に使用する装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the apparatus used for the fine pattern formation method of FIG. 本発明の第２の実施形態の微細パターン形成方法の工程図である。It is process drawing of the fine pattern formation method of the 2nd Embodiment of this invention.

本発明の第１の実施形態の微細パターン形成方法では、図１（ａ）に示すようにミクロン粒子、例えば数μｍの銅粒子２が準備されている。この銅粒子２の表面には、酸化銅膜４が形成されているものである。なお、各図では、酸化銅膜４を、かなり誇張して描いてある。これを適当な揮発性の溶剤６に分散させて、同図（ｂ）に示すように溶液８を製造する。 In the fine pattern forming method of the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1A, micron particles, for example, copper particles 2 of several μm are prepared. A copper oxide film 4 is formed on the surface of the copper particles 2. In each figure, the copper oxide film 4 is drawn considerably exaggerated. This is dispersed in a suitable volatile solvent 6 to produce a solution 8 as shown in FIG.

この溶液８を、同図（ｃ）に示すように、基板１０に例えばスクリーン印刷またはインクジェット印刷することによって、溶液８を所定のパターンに基板１０上に塗布し、基板１０上に塗布層１２、１２・・・を形成する。 As shown in FIG. 5C, the solution 8 is applied to the substrate 10 by, for example, screen printing or ink jet printing, so that the solution 8 is applied in a predetermined pattern on the substrate 10, and the coating layer 12, 12 ... are formed.

基板１０をベーキングすることによって、同図（ｄ）に示すように、塗布層１２、１２・・・中の溶剤６を揮発させ、揮発済み塗布層１４、１４・・・を形成する。 By baking the substrate 10, the solvent 6 in the coating layers 12, 12... Is volatilized to form the volatilized coating layers 14, 14.

このように揮発済み塗布層１４、１４・・・を有する基板１０を、後述する酸化膜除去装置中に置いて、基板１０及び揮発済み塗布層１４、１４・・・を水素ラジカルに晒して、同図（ｅ）に示すように、揮発済み塗布層１４中の各銅粒子２の酸化膜４を除去し、銅粒子層１６とする。 In this way, the substrate 10 having the volatilized coating layers 14, 14... Is placed in an oxide film removing apparatus described later, and the substrate 10 and the volatilized coating layers 14, 14. As shown in FIG. 2E, the oxide film 4 of each copper particle 2 in the volatilized coating layer 14 is removed to form a copper particle layer 16.

その後に、銅粒子層１６を有する基板１０を加熱し、銅粒子２の活性を高め、銅粒子２の表面の活性を高め銅粒子２同士を凝縮させ、銅配線１８、１８・・・を形成する。 Then, the board | substrate 10 which has the copper particle layer 16 is heated, the activity of the copper particle 2 is raised, the activity of the surface of the copper particle 2 is raised and the copper particles 2 are condensed, and copper wiring 18, 18, ... is formed. To do.

酸化膜除去装置２０は、図２に示したように、真空室２２を有している。真空室２２は、例えばチャンバー２４を有し、チャンバー２４は、下部室２４ａと上部室２４ｂとからなる。下部室２４ａは、上縁に開口を有する箱形のものである。その開口を被うことが可能に上部室２４ｂが、例えば蝶番によって下部室２４ａに結合されている。なお、下部室２４ａを上部室２４ｂが被っている状態では、両者の内部は気密状態となるように構成されている。下部室２４ａの底部には、排気手段、例えば真空ポンプ２６が取り付けられている。下部室２４ａを上部室２４ｂが被っている状態において、真空ポンプ２６を作動させることによって、真空室２２の内部を真空状態とすることができる。 The oxide film removing apparatus 20 includes a vacuum chamber 22 as shown in FIG. The vacuum chamber 22 has, for example, a chamber 24, and the chamber 24 includes a lower chamber 24a and an upper chamber 24b. The lower chamber 24a has a box shape having an opening at the upper edge. The upper chamber 24b is connected to the lower chamber 24a by, for example, a hinge so as to be able to cover the opening. In the state where the lower chamber 24a is covered with the upper chamber 24b, the inside of the two chambers is configured to be airtight. Exhaust means, for example, a vacuum pump 26 is attached to the bottom of the lower chamber 24a. The vacuum chamber 22 can be evacuated by operating the vacuum pump 26 in a state where the lower chamber 24a is covered by the upper chamber 24b.

下部室２４ｂ側には、支持台２８が設けられている。この支持台２８の表面側に、上述した揮発済み塗布層１４、１４を有する基板１０が支持されている。この支持台２８は、その内部に加熱手段、例えばヒーター３０が埋設されている。 A support base 28 is provided on the lower chamber 24b side. The substrate 10 having the above-described volatilized coating layers 14 and 14 is supported on the surface side of the support base 28. The support base 28 has heating means such as a heater 30 embedded therein.

チャンバー２４の上部室２４ｂには、水素ラジカル発生装置３２が設けられている。この水素ラジカル発生装置３２は、プラズマ発生手段によって、水素ガスをプラズマ化して、水素ラジカルを発生させるものである。この水素ラジカル発生装置３２は、マイクロ波発生器３４を上部室２４ｂの外部に有している。さらに、マイクロ波発生器３４において発振されたマイクロ波を伝送する導波管３６が、上部室２４ｂの上壁上に取り付けられている。この導波管３６は、マイクロ波導入窓３８を有している。このマイクロ波導入窓３８は、支持台２８と対面するように、かつ支持台２８の全面を覆う形状に形成されている。従って、マイクロ波は、図１に矢印で示すように、支持台２８の全面を覆う広い領域にわたって、上部室２４ｂ内に侵入する。 A hydrogen radical generator 32 is provided in the upper chamber 24 b of the chamber 24. The hydrogen radical generator 32 generates hydrogen radicals by converting hydrogen gas into plasma by plasma generating means. The hydrogen radical generator 32 has a microwave generator 34 outside the upper chamber 24b. Further, a waveguide 36 for transmitting the microwave oscillated in the microwave generator 34 is attached on the upper wall of the upper chamber 24b. The waveguide 36 has a microwave introduction window 38. The microwave introduction window 38 is formed in a shape so as to face the support base 28 and cover the entire surface of the support base 28. Therefore, the microwave enters the upper chamber 24b over a wide area covering the entire surface of the support base 28 as indicated by an arrow in FIG.

この導入窓３８の近傍において、水素ガス供給手段、例えば水素ガス供給管４０が、上部室２４ｂ内に設けられている。この水素ガス供給管４０は、真空室２４の外部に設けられた水素ガス源４２から水素ガスを上部室２４ｂ内に供給するためのものである。供給された水素ガスが、マイクロ波導入窓３８を介して導入されたマイクロ波によってプラズマ化されて、水素ラジカルを発生する。この水素ラジカルは、上部室２４ｂの内部にイオンのような不要な荷電粒子を捕集するために設けられた金網４４を通って、基板１０の全域に向かう。 In the vicinity of the introduction window 38, hydrogen gas supply means, for example, a hydrogen gas supply pipe 40 is provided in the upper chamber 24b. The hydrogen gas supply pipe 40 is for supplying hydrogen gas into the upper chamber 24 b from a hydrogen gas source 42 provided outside the vacuum chamber 24. The supplied hydrogen gas is turned into plasma by the microwave introduced through the microwave introduction window 38 to generate hydrogen radicals. The hydrogen radicals travel to the entire area of the substrate 10 through the metal mesh 44 provided to collect unnecessary charged particles such as ions inside the upper chamber 24b.

この酸化膜除去装置２０が発生した水素ラジカルに、揮発済み塗布層１４、１４・・・を有する基板１０が晒されることによって、揮発済み塗布層１４、１４・・・の酸化膜４が除去され、銅粒子層１６とされる。そして、ヒーター３０を加熱することによって、銅粒子２同士が凝縮され、銅配線１８、１８・・・が形成される。 The substrate 10 having the volatilized coating layers 14, 14... Is exposed to the hydrogen radicals generated by the oxide film removing apparatus 20, thereby removing the oxide film 4 of the volatilized coating layers 14, 14. The copper particle layer 16 is used. And by heating the heater 30, the copper particles 2 are condensed, and copper wiring 18,18 ... is formed.

本発明の第２の実施形態では、図３（ａ）に示すような基板１０に、同図（ｂ）に示すレジスト層５０を形成してある。レジスト層５０は、それらの間に微細配線パターンに対応する溝５２が形成されるように、配置されている。 In the second embodiment of the present invention, a resist layer 50 shown in FIG. 3B is formed on a substrate 10 as shown in FIG. The resist layer 50 is arranged so that a groove 52 corresponding to the fine wiring pattern is formed between them.

これら溝５２内に、同図（ｃ）に示すように酸化膜４付きの銅粒子２を溶剤６中に分散させた溶液８が塗布されて、塗布層５４が形成されている。基板１０をベーキングして、塗布層５４の溶剤を揮発させて、同図（ｄ）に示すように揮発済み塗布層５６とする。 In these grooves 52, as shown in FIG. 5C, a solution 8 in which copper particles 2 with an oxide film 4 are dispersed in a solvent 6 is applied to form a coating layer 54. The substrate 10 is baked, and the solvent of the coating layer 54 is volatilized to form a volatilized coating layer 56 as shown in FIG.

この揮発済み塗布層５６を有する基板１０を、図２に示す酸化膜除去装置に配置して、揮発済み塗布層５６内の酸化膜４付き銅粒子２の酸化膜４を除去し、同図（ｅ）に示すように銅粒子層５８を形成する。 The substrate 10 having the volatilized coating layer 56 is placed in the oxide film removing apparatus shown in FIG. 2, and the oxide film 4 of the copper particles 2 with the oxide film 4 in the volatilized coating layer 56 is removed. A copper particle layer 58 is formed as shown in e).

銅粒子層５８を有する基板１０を酸化膜除去装置内においてヒーター３０によって加熱することによって銅粒子２同士を凝縮させて、同図（ｆ）に示すように銅配線６０を形成する。そして、同図（ｇ）に示すようにレジスト層５０を除去する。なお、場合によっては、レジスト層５０の除去を行わない場合もある。 The substrate 10 having the copper particle layer 58 is heated by the heater 30 in the oxide film removing apparatus to condense the copper particles 2 to form a copper wiring 60 as shown in FIG. Then, the resist layer 50 is removed as shown in FIG. In some cases, the resist layer 50 may not be removed.

２銅粒子
４酸化膜
６溶剤
８溶液
１０基板
１２塗布層
１４揮発済み塗布層
１６銅粒子層
１８銅配線 2 Copper particles 4 Oxide film 6 Solvent 8 Solution 10 Substrate 12 Coating layer 14 Volatilized coating layer 16 Copper particle layer 18 Copper wiring

Claims

酸化膜付きのミクロン銅粒子を溶剤中に分散させた分散液を、基板上に塗布して、塗布層を形成する過程と、
前記塗布層中の前記溶剤を揮発させる過程と、
前記塗布層に水素ラジカルを照射して、前記塗布層中の銅粒子の酸化膜を除去する過程と、
前記基板を昇温させて、前記銅粒子を凝集させる過程とを、
具備する微細パターンの形成方法。 A process in which a dispersion liquid in which micron copper particles with an oxide film are dispersed in a solvent is coated on a substrate to form a coating layer;
A process of volatilizing the solvent in the coating layer;
Irradiating the coating layer with hydrogen radicals to remove an oxide film of copper particles in the coating layer;
A process of raising the temperature of the substrate and aggregating the copper particles,
A method for forming a fine pattern.

請求項１記載の微細パターンの形成方法において、前記塗布層の形成される基板には、予めレジストによって溝を有するパターンが形成され、この溝に前記塗布層が形成される微細パターンの形成方法。 2. The fine pattern forming method according to claim 1, wherein a pattern having a groove is formed in advance on a substrate on which the coating layer is formed, and the coating layer is formed in the groove.