JP2010010181A - 薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シートフィルムに担持させた薄膜を基板に転写することで基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、基板や薄膜を損傷させることなく、また大量処理に適した技術を提供する。
【解決手段】薄膜Ｒを担持させたＰＶＤＦ樹脂シートフィルムＦをウエハＷに密着させてなるワークＷＫを複数枚、ＤＭＡまたはＤＭＦ溶剤Ｌ３を貯留する溶剤槽３に浸漬することでシートフィルムＦのみを溶解させる。その後、アセトンによるリンス処理、純水による洗浄処理および乾燥処理を行うことで、表面に薄膜Ｒが形成されたウエハＷを得る。
【選択図】図３

Description

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種基板表面に樹脂材料からなる薄膜を形成する薄膜形成方法に関するものである。

この種の薄膜形成技術としては、欠陥のない均一な薄膜を得るために、樹脂製のシートフィルム上に薄膜材料を含む塗布液を塗布し、これを基板表面に密着させた後にシートフィルムを剥離することによって、基板表面に薄膜を転写するものが提案されている。

例えば、特許文献１に記載の薄膜形成方法では、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂製のシートフィルム上に、薄膜材料であるアクリル樹脂をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）溶媒に溶解させた塗布液を塗布し、溶媒を蒸発させることによってシートフィルム表面に薄膜を形成する。そして、こうしてシートフィルムに担持された薄膜をシリコン基板表面に密着させた後、シートフィルムを剥離することによって基板上の薄膜を得ている。

特開２００７−０９５８８３号公報

上記従来技術のように、薄膜転写後のシートフィルムを基板から機械的に剥離する方法では、剥離帯電に起因する薄膜や基板の損傷が生じうる。また、薄膜を損傷させないように基板からシートフィルムを剥離するに際しては、基板１枚ごとに時間をかけてシートフィルムを剥離する必要があることから、大量の基板の処理に適さないという問題がある。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、シートフィルムに担持させた薄膜を基板に転写することで基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、基板や薄膜を損傷させることなく、また大量処理に適した技術を提供することを目的とする。

この発明は、基板表面に樹脂材料による薄膜を形成する薄膜形成方法であって、上記目的を達成するため、所定の溶剤に対し可溶性を有するシートフィルムの表面に薄膜状に担持させた前記樹脂材料の層を前記基板表面に密着させる転写工程と、前記薄膜を担持する前記シートフィルムと前記基板とを密着させた密着体を一体的に前記溶剤中に浸漬して、前記シートフィルムを前記溶剤により溶解させる溶解工程と、前記溶解工程後に前記基板表面に残留付着した前記樹脂材料による薄膜と前記基板とを一体的に前記溶剤から取り出す取り出し工程とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、シートフィルムを機械的に剥離するのではなく、溶剤に溶解させることによって基板および薄膜から除去するようにしている。そのため、機械的な剥離に起因する基板や薄膜の損傷を防止することができる。また、基板とシートフィルムとを一体的に溶剤に浸漬しているので、一度に多数枚の基板に対して処理を行うバッチ処理が可能であり、一枚ずつ剥離する従来の方法と異なり大量処理にも適している。

すなわち、この発明における前記溶解工程では、前記溶剤を貯留する溶剤槽内に複数の前記密着体を浸漬するようにしてもよい。こうすることで、シートフィルムを密着させた複数の基板に対して、シートフィルムを溶解させるための処理を一度に行うことができるので、処理のスループットを向上させることができる。

ここで、前記溶解工程よりも後に、前記薄膜を形成された前記基板をリンス液によりリンス処理するリンス工程を備えてもよい。薄膜形成後の基板をリンス処理することにより、基板や薄膜上に残留する溶剤やシートフィルムの成分を除去することができる。このとき、前記リンス液は親水性溶媒であることが望ましい。これにより、リンス処理後の基板を純水で洗浄することが可能となる。

また、前記転写工程と前記溶解工程との間に、前記溶剤に対する前記樹脂材料の溶解度を低下させる難溶化工程を備えてもよい。例えば前記した従来技術のように、薄膜材料をこれを含む塗布液としてシートフィルムに塗布することで薄膜を形成する場合には、シートフィルム上の薄膜は必ずしも強固なものでなく溶剤に侵されるおそれがある。このような場合には、薄膜を基板に転写した後、シートフィルムを溶解させる前に薄膜の溶解度を低下させることにより、溶剤による薄膜の侵食を抑制することができる。薄膜材料を難溶化させる処理としては、例えば加熱・加圧によるものや、紫外線や電磁波の照射によるものを用いることができる。

本発明のシートフィルムに適した材料としては、特定の溶剤に対してのみ高い溶解度を示す樹脂が望ましい。例えば前記シートフィルムとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂を、また前記溶剤としてジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）またはＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を好適に用いることができる。フッ素系樹脂であるＰＶＤＦ樹脂は耐薬品性が高い樹脂であるが、上記したＤＭＡおよびＤＭＦのような特定の溶剤に対して比較的高い溶解度を示す。したがって、上記材料の組み合わせによって、シートフィルムを基板表面から除去して薄膜のみを基板表面に残存させることが可能である。また、薄膜材料をシートフィルムに塗布する際には、上記したＤＭＡおよびＤＭＦとは異なる溶剤に薄膜材料を溶解または分散させた塗布液を用いることで、シートフィルムを侵すことなくその表面に均一な薄膜を形成することが可能である。

また、この発明の第２の態様は、基板表面に樹脂材料による薄膜を形成する薄膜形成方法であって、上記目的を達成するため、ポリフッ化ビニリデン樹脂製のシートフィルムに薄膜状に担持させた前記樹脂材料の層を前記基板表面に密着させる転写工程と、前記転写工程後に、前記シートフィルムをジメチルアセトアミドまたはＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドにより溶解させて、前記基板表面に前記樹脂材料の薄膜を残存させる溶解工程とを備えることを特徴としている。

このようなシートフィルムと溶剤との組み合わせが好ましいことは上記した通りであり、このような構成によっても、機械的な剥離に起因する基板や薄膜の損傷を防止し、また大量処理に適した薄膜形成方法とすることができる。

この発明によれば、シートフィルムを化学的に溶解させることで基板から剥離させているので、機械的な剥離に起因する基板や薄膜の損傷を防止することができ、一度に多数枚の基板に対して処理を行うことができる。

図１はこの発明にかかる薄膜形成方法を示すフローチャートである。また、図２および図３はこの薄膜形成方法における各工程を模式的に示す図である。この実施形態の薄膜形成方法は、半導体ウエハＷの一方表面全体に絶縁性の樹脂薄膜Ｒを形成することを目的とするものであり、薄膜Ｒの支持体としてのシートフィルムＦ上に薄膜Ｒを形成する成膜工程（ステップＳ１０１〜Ｓ１０２）、シートフィルムＦ上に形成された薄膜ＲをウエハＷに転写する転写工程（ステップＳ１０３）、ウエハＷ上に転写された薄膜Ｒを難溶化する難溶化工程（ステップＳ１０４）、シートフィルムＦを溶剤により溶解させる溶解工程（ステップＳ１０５）、シートフィルムＦを除去されたウエハＷを取り出す取り出し工程（ステップＳ１０６）、ウエハＷをリンス処理するリンス工程（ステップＳ１０７〜Ｓ１０８）およびウエハＷを乾燥させる乾燥工程（ステップＳ１０９）などの各工程を備えている。

上記各工程についてより詳しく説明する。まず、成膜工程では、ウエハＷの外形よりも少し大きく成形されたシートフィルムＦと、薄膜Ｒを形成する樹脂材料を含む塗布液とを用意する（ステップＳ１０１）。この塗布液は、所定の溶剤に薄膜Ｒの材料を溶解または分散させたものである。例えば薄膜Ｒをポリイミド絶縁膜とするとき、樹脂材料としては感光性ポリアミド酸を、またその溶剤としてはケトン類であるシクロヘキサノン（cyclohexanone）を用いることができる。

一方、シートフィルムＦとしては、上記した薄膜材料を溶かす溶剤（この例ではシクロヘキサノン）には侵されないが、別の特定の溶剤には可溶性を示すような材料を用いる。というのは、後に詳述するように、この実施形態ではシートフィルムＦを溶解させることによってウエハＷから除去するからである。上記した薄膜材料および溶剤を用いる実施形態では、シートフィルムＦとしてはＰＶＤＦ（polyvinylidene fluoride；ポリフッ化ビニリデン）樹脂を用いる。

そして、上記した塗布液をシートフィルムＦ表面にスピンコート法によって塗布する（ステップＳ１０２）。すなわち、図４（ａ）に示すように、シートフィルムＦを略水平に設置して略鉛直軸周りに所定方向に回転させ、その回転軸の略上方に配置したノズル１から塗布液Ｌ１を吐出させ、シートフィルムＦ表面全体に薄く均一に塗布する。その後、溶剤を蒸発させてシートフィルムＦ上に薄膜Ｒを形成する。この際、加熱したり周囲雰囲気を減圧する等によって溶剤の蒸発を促進させるようにしてもよい。

次に、シートフィルムＦ上の薄膜ＲをウエハＷに転写させる（ステップＳ１０３）。すなわち、図２（ｂ）に示すように、ウエハＷの表面に、シートフィルムＦの薄膜形成面を密着させ、これらを加熱しながら加圧することにより、シートフィルムＦ上の薄膜ＲをウエハＷに転写させる。この状態では、薄膜Ｒには支持体としてのシートフィルムＦが付いたままである。つまりこの工程では、ウエハＷ表面に薄膜ＲおよびシートフィルムＦがこの順番で積層された状態であり、これらが一体的に以後の処理に供されるワークＷＫとなる。このワークＷＫが本発明の「密着体」に相当している。

続いて、こうしてウエハＷに転写した薄膜Ｒを難溶化する（ステップＳ１０４）。すなわち、図２（ｃ）に示すように、紫外線源２からの紫外線ＵＶをシートフィルムＦ側から薄膜Ｒに照射することによって薄膜Ｒを形成する感光性ポリアミド酸の環化反応を促進させ、感光性ポリアミド酸をより化学的に安定で溶剤に対する耐性の高い、つまり溶剤に対する溶解度が低いポリイミドに変化させる。

次に、こうして得られたワークＷＫからシートフィルムＦのみを化学的に除去する（ステップＳ１０５）。すなわち、図３（ａ）に示すように、溶剤槽３に貯留された溶剤Ｌ３にワークＷＫを浸漬させ、シートフィルムＦを溶剤Ｌ３により溶解させる。溶剤Ｌ３としては、薄膜Ｒを構成するポリイミド樹脂を侵さずシートフィルムＦのみを溶解させるものとして例えばＤＭＡ（dimethylacetamide；ジメチルアセトアミド）またはＤＭＦ（N,N-dimethylformamide；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）を用いることができる。これにより、シートフィルムＦのみを化学的に溶解させてワークＷＫから除去することができる。その結果として得られるのは、ウエハＷの表面にはポリイミド薄膜Ｒのみが残存したもの（Ｗ＋Ｒ）である。

なお、この実施形態ではウエハＷ、薄膜ＲおよびシートフィルムＦを一体化したワークＷＫを溶剤槽３に貯留された溶剤Ｌ３に浸漬することによってシートフィルムＦを溶解させる。このため、図３（ａ）に示すように、複数のワークＷＫを一度に溶剤Ｌ３に浸漬して処理することが可能である。すなわちこの実施形態では、多数のワークＷＫを短時間で処理することができるという利点がある。

こうして溶剤Ｌ３に浸漬しシートフィルムＦが除去されたウエハＷについては溶剤槽３から取り出し（ステップＳ１０６）、続いてリンス処理（ステップＳ１０７）および純水洗浄処理（ステップＳ１０８）を順次行う。すなわち、図３（ｂ）に示すように、溶剤槽３から取り出されたウエハＷをリンス液Ｌ４を貯留したリンス槽４に浸漬してウエハＷに残留付着する溶剤Ｌ３をリンス除去し、さらにこれを取り出して純水またはＤＩＷ（deionized water；脱イオン水）Ｌ５を満たした洗浄槽５に浸漬することによって、リンス液Ｌ４をウエハＷから除去する。これらのリンス処理および純水洗浄処理においても、複数のウエハＷを同時に処理することが可能である。

ここでのリンス液Ｌ４としては、溶剤Ｌ３であるＤＭＡまたはＤＭＦの溶解度が高い非プロトン性極性溶媒であり、しかも後続の純水洗浄処理で用いる水に対する親和性も有するアセトンを好適に用いることができる。

続いてウエハＷを乾燥させることにより（ステップＳ１０９）、処理は完了する。すなわち、図３（ｄ）に示すように、洗浄槽４から取り出されたウエハＷの周囲に窒素ガスや乾燥空気等を乾燥ガスとして流すことにより、ウエハＷを乾燥させる。

図４はこの薄膜形成方法により得られる結果物を示す図である。上記のような処理を行うことにより、図４に示すように、半導体ウエハＷの一方表面全体にポリイミドによる絶縁性薄膜Ｒが形成されたものが得られる。

なお、薄膜を担持する支持体を薄膜転写後に溶解させて除去する技術としては、例えば特開２００２−２８０６８９号公報に記載されたものがある。この技術は、極薄銅箔を積層したプリント配線基板を作製するために、キャリアとしてアルミニウム箔上に電解メッキにより銅を堆積させ、それを基板に貼り付けた後にアルミニウムのみを塩酸で溶解させるというものである。これは銅とアルミニウムのイオン化傾向の違いを利用したものであって本実施形態のような樹脂材料を扱う技術に適用することはできず、またこの従来技術が属するプリント基板の技術と、本実施形態が属するシートフィルムを用いたウエハ上への薄膜形成技術とは、そもそも技術分野が異なるものである。

また、シートフィルムを用いてウエハ上に薄膜を形成する技術においては、従来は機械的に剥離することを前提として例えばＥＴＦＥ樹脂のように耐薬品性や機械的強度の高い樹脂がシートフィルムとして使われていた。本実施形態のようにシートフィルムを化学的に溶解することによって除去するという技術思想はこれまで全く知られていない。

以上のように、この実施形態では、シートフィルムＦ上に担持させた薄膜ＲをウエハＷに転写した後、これらを一体的に溶剤Ｌ３に浸漬してシートフィルムＦを溶解させることで、薄膜ＲのみをウエハＷ上に残存させつつシートフィルムＦを除去するようにしている。このため、機械的にシートフィルムを剥離する従来の技術に比べて剥離の際に生じるウエハＷや薄膜Ｒの損傷を抑えることが可能である。また、複数のワークＷＫを一度に溶剤槽３に浸漬することにより、多数のワークＷＫを同時に処理（バッチ処理）することができるので、大量のウエハＷを処理するのに適している。

また、この実施形態では、シートフィルムＦとしてＰＶＤＦ樹脂を用いるとともに、これを溶解させる溶剤Ｌ３としてＤＭＡまたはＤＭＦを用いることにより、薄膜Ｒを損傷することなくシートフィルムＦのみをウエハＷから除去することが可能となっている。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態では、本発明の「基板」としての半導体ウエハＷ上にポリイミド製の薄膜Ｒを形成しているが、基板および薄膜材料としてはこれに限定されるものではなく、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種基板表面に種々の樹脂材料からなる薄膜を形成する場合に本発明を適用することが可能である。

また、シートフィルムの材料としては、上記したＰＶＤＦ樹脂以外にも、薄膜材料を溶解する溶剤に侵されず、かつこれ以外の特定の溶剤に対する可溶性を有する各種の樹脂材料を使用することが可能である。

また、上記実施形態では、ウエハＷに感光性ポリアミド酸による薄膜Ｒを転写した後、溶剤Ｌ３に浸漬する前に紫外線により感光性ポリアミド酸をポリイミドに変化させることで溶剤Ｌ３（ＤＭＡまたはＤＭＦ）に対する薄膜Ｒの可溶性を低下させているが（難溶化工程；ステップＳ１０４）、この工程は必須のものではなく、特にもともと溶剤Ｌ３に対する溶解度の低い薄膜材料を用いる場合には行わなくてよい。また、薄膜材料として感光性樹脂を用いる場合であっても、例えば溶剤に浸漬してシートフィルムを除去した後で必要に応じてこれを露光するようにしてもよい。

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種基板表面に樹脂薄膜を形成する技術に適用することが可能である。

この発明にかかる薄膜形成方法を示すフローチャートである。 この薄膜形成方法における各工程を模式的に示す第１の図である。 この薄膜形成方法における各工程を模式的に示す第２の図である。 この薄膜形成方法により得られる結果物を示す図である。

符号の説明

１…ノズル
２…紫外線源
３…溶剤槽
４…リンス槽
５…洗浄槽
Ｆ…シートフィルム
Ｌ３…溶剤
Ｒ…薄膜
Ｗ…半導体ウエハ（基板）
ＷＫ…ワーク（密着体）

Claims (7)

1. 基板表面に樹脂材料による薄膜を形成する薄膜形成方法において、
   所定の溶剤に対し可溶性を有するシートフィルムの表面に薄膜状に担持させた前記樹脂材料の層を前記基板表面に密着させる転写工程と、
   前記薄膜を担持する前記シートフィルムと前記基板とを密着させた密着体を一体的に前記溶剤中に浸漬して、前記シートフィルムを前記溶剤により溶解させる溶解工程と、
   前記溶解工程後に前記基板表面に残留付着した前記樹脂材料による薄膜と前記基板とを一体的に前記溶剤から取り出す取り出し工程と
   を備えることを特徴とする薄膜形成方法。
2. 前記溶解工程では、前記溶剤を貯留する溶剤槽内に複数の前記密着体を浸漬する請求項１に記載の薄膜形成方法。
3. 前記溶解工程の後に、前記薄膜を形成された前記基板をリンス液によりリンス処理するリンス工程を備える請求項１または２に記載の薄膜形成方法。
4. 前記リンス液は親水性溶媒である請求項３に記載の薄膜形成方法。
5. 前記転写工程と前記溶解工程との間に、前記溶剤に対する前記樹脂材料の溶解度を低下させる難溶化工程を備える請求項１ないし４のいずれかに記載の薄膜形成方法。
6. 前記シートフィルムがポリフッ化ビニリデン樹脂であり、前記溶剤がジメチルアセトアミドまたはＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドである請求項１ないし５のいずれかに記載の薄膜形成方法。
7. 基板表面に樹脂材料による薄膜を形成する薄膜形成方法において、
   ポリフッ化ビニリデン樹脂製のシートフィルムに薄膜状に担持させた前記樹脂材料の層を前記基板表面に密着させる転写工程と、
   前記転写工程後に、前記シートフィルムをジメチルアセトアミドまたはＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドにより溶解させて、前記基板表面に前記樹脂材料の薄膜を残存させる溶解工程と
   を備えることを特徴とする薄膜形成方法。

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