基礎技術解説濡れ・気泡・付着・表面処理

アルミ基板上での高分子パターンの付着性

物質の表面エネルギー成分は、シランカップリング処理やプラズマ処理などの表面処理を組み合わせる事で幅広く制御できる。ここでは、Al膜上の微細高分子パターンの付着性に注目し、複合処理による表面エネルギー制御を行う。

Al膜上でのレジストパターン剥離(0.6μm線幅)
Al膜上でのレジストパターン剥離(0.6μm線幅)

上図の写真は 、線幅0.6ミクロンの高分子ラインパターンを示している。高分子膜の主成分は、クレゾールノボラック樹脂である。基板は、スパッタリングで作製したAl膜である。上図(a)は、パターン付着性が良好である。しかし、上図(b)は、パターン剥離が生じている。パターン剥離は、強アルカリ水溶液中でのパターン現像中に生じる。下表は、Al膜の表面処理による高分子パターンの付着性を示している。Al膜形成後の1回目の表面処理(1st)と、引き続いて2回目(2nd)の処理を行っている。ヒストグラムとして、剥離したパターン数を表している。ヒストグラム(黒)は現像液としてTMAH(テトラメチ ルアンモニウムハイドロオキサイド)2.38%水溶液を用いた場合であり、ヒトグラム(白)は添加剤を含んだ場合を示している。表面処理のないAl膜表面では、約100チップのパターン剥離が生じている。しかし、O2プラズマ処理をしたAl膜表面では、300チップ以上の剥離が生じており、表面処理の影響が顕著である。また、アルカリエッチングの場合は、表面処理のない場合とほぼ同等である。シランカップリング処理として、ヘキサメチルジンラザン(HMDS)処理を行った場合は、O2プラズマ処理ほどではないが、パターン剥離が増加している。以上は、成膜後のAl膜表面に1回のみの表面処理を行った場合である。さらに追加処理を行い複合させた場合を検討する。まず、O2プラズマ処理を行った表面に、引き続いて HMDS処理を行った場合を考える。結果としてO2プラズマ処理のみを行った場合に比べて、パターン剥離が200チップ以下となっており改善されたことが分かる。一方、O2プラズマ処理後にアルカリエッチングを実施した場合、剥離チップ数は、100個以下となり、成膜直後のアルミ膜と同等の付着性に戻っていることが分かる 。

Al膜への表面処理とレジストパターン付着性
Al膜への表面処理とレジストパターン付着性

以上のように、アルミ膜の表面処理により、高分子パターンの付着性は大きく影響を受けることが分かる。また、複合の表面処理をする事により、付着性を回復させる事も可能である。以上のAl膜表面での高分子パターンの付着現像を表面エネルギー理論で考察する。下図には、表面エネルギーの分散 ・極性成分マップを示している。スパッタリング直後のAl膜表面にO2プラズマ処理を施すことにより、極性成分が大幅に増加することが分かる。

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  • [図] Al基板上への複合的な表面処理

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