JP3438854B2 - 薄膜形成装置および薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成装置および薄膜形成方法

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JP3438854B2
JP3438854B2 JP29638796A JP29638796A JP3438854B2 JP 3438854 B2 JP3438854 B2 JP 3438854B2 JP 29638796 A JP29638796 A JP 29638796A JP 29638796 A JP29638796 A JP 29638796A JP 3438854 B2 JP3438854 B2 JP 3438854B2
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克之 町田
億 久良木
和雄 今井
昭 中島
篤 藤内
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ等の基板へ
の薄膜形成に関し、特にシートフィルムに薄膜を形成
し、この薄膜を所望の基板上に平坦に転写、形成する薄
膜形成装置および薄膜形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子部品製造に用いられる薄膜形成方法
は、主にスパッタリング法、化学気相成長法、蒸着法、
塗布法、めっき法などに大別される。薄膜形成を行いた
い基板の面積が小さい場合は、これらの方法のうちのど
れかを選択すれば、およそ実現したい電子部品製造用の
基板について対応可能であった。
【0003】しかし、近年LSIの製造に用いるウエハ
の大口径化や液晶パネルなどの大面積化に伴い、大口径
化に適合した薄膜形成法が必要となってきた。また、大
口径化だけでなく薄膜形成における表面平坦化技術など
への要求も高まってきている。特に、LSIの多層配線
技術の分野を例にとると、この多層配線を実現するため
には、絶縁膜の表面を完全に平坦化する必要がある。
【0004】これまでに、この平坦化法の代表的な技術
として、 SOG(Spin−On−Glass)法やPIQ
法(K.Sato,S.Harada,A.Saiki,T.Kitamura,T.Okubo,and
K.Mukai,“A.Novel Planar MultilevelInterconnectio
n Tecynology Utilizing Polyimide",IEEE Trans.Part
HybridPackage.,PHP-9,176(1973)) エッチバック法(P.Elikins,K.Reinhardt,and R.La
yer,“A Planarization Process for double metal CMO
S using Spin-on Glass as a Sacrificiallayer",proce
eding of 3rd International IEEE VMIC Conf.,100(198
6)) リフトオフ法(K.Ehara,T.Morimoto,S.Muramoto,an
d S.Matsuo,"PlanarInterconnection Technology for L
SI Fabrication Utilizing Lift-offProcess",J.Electr
ochem.Soc.,vol.131,No.2,419(1984)) などが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SOG
法に関しては、膜の流動性を用いているために完全な平
坦化を実現するのは困難である。エッチバック法は最も
多く使われている技術であるが、レジストと絶縁膜を同
時にエッチングすることによるダスト発生の問題があ
り、ダスト管理の点で容易な技術ではない。リフトオフ
法は、使用するステンシル材がリフトオフ時に完全に溶
解しないために、リフトオフできないなどの問題が生
じ、制御性、歩留りが不十分なため、実用化に至ってい
ない。
【0006】簡単な平坦化法として、1978年、C.
Y.Ting等によりバイアススパッタ法が提案された
(C.Y.Ting,V.J.Vivalda,and H.G.Schaefer,"Study ofP
lanarized Sputter-Deposited-SiO2",J.Vac.Sci.Techno
l.15,1105(1978))。また、バイアス印加を用いてさら
に微細配線に適用するための方法として、1986年、
K.Machida等によりバイアスECR法が提案さ
れた(K.Machidaand H.Oikawa,"SiO2 Planarization te
chnology with Biasing and ElectronCyclotron Resona
nce Plasma Deposition for Submicron Interconnectio
ns",J.Vac.Sci.Technol.B4,818(1986))。これらの方法
は、成膜をスパッタ法やECRプラズマCVD法で行
い、基板にrfバイアスを印加して試料基板でスパッタ
リングを起こし、その角度依存性を利用して凸部をエッ
チングしながら膜形成を行い平坦化を実現するものであ
る。これらの技術の特徴として、膜質は低温で形成され
ても良質であること、平坦化プロセスが容易で簡単であ
るなどが挙げられる。しかし、スループットが低いこと
や素子へのダメージの問題があった。
【0007】1990年代に入って、層間膜の表面平坦
化法として、研磨法が提案された(W.J.Patrick,W.L.Gu
thric,C.L.Standley,P.M.Schiable,"Application ofChe
mical Mechanical Polishing to the Fabrication of V
LSI CircuitInterconnections",J.Electrochem.Soc.,Vo
l.138,No.6,June,1778(1991))。この研磨法は、良好な
平坦性が得られることで注目された技術であるが、絶縁
膜の膜質が悪いと良好な研磨特性が得られないために、
低温で良質の絶縁膜が必要なことや研磨特性が不安定な
どの問題がある。また、近年、半導体基板は、例えば8
インチから12インチへと大口径化の一途を辿ってお
り、上記した従来技術を大口径半導体基板に適用する場
合、制御性の観点から平坦性や膜厚の均一性の確保が困
難である。その結果、大口径化に対応するために複雑な
工程を追加するなどコスト的に高くなるのが現状であ
る。したがって、大口径化に対しても容易にしかも低コ
ストで薄膜を形成し得、かつ容易に平坦化できる装置お
よび形成法の開発が望まれている。
【0008】本発明は上記した従来の問題点および要望
に応えるべくなされたもので、その目的とするところ
は、基板上に薄膜を形成するに際し、予め薄膜をシート
フィルムに形成し、これを転写によって所望の基板に形
成する装置および方法であって、シートフィルムへの薄
膜形成および転写の工程を一連に処理することにより、
薄膜の不純物による汚染および薄膜の経時変化を回避す
るとともに、低コストで大面積の基板にも薄膜を平坦に
転写、形成し得るようにした薄膜形成装置および薄膜形
成方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
第1の発明は、薄膜形成用液をシートフィルム上に塗
布する薄膜形成用液塗布装置と、前記シートフィルム上
に塗布された薄膜形成用液を乾燥する乾燥装置とを有す
シートフィルムに薄膜を形成する装置と、前記シー
トフィルム上に形成された前記薄膜を基板に転写する
装置と、転写処理後に前記シートフィルムを薄膜から
剥離する剥離装置と、シートフィルムを前記薄膜形成用
液塗布装置に供給するシートフィルム供給装置と、基板
を前記転写装置に導入する基板導入装置と、前記剥離装
置内から薄膜が転写された基板を回収する基板回収装置
と、前記剥離装置内からシートフィルムを回収するシー
トフィルム回収装置と、前記シートフィルム供給装置と
前記薄膜形成用液塗布装置とを接続し、シートフィルム
を前記シートフィルム供給装置から前記薄膜形成用液塗
布装置へ自動的に搬送する搬送手段と、前記薄膜形成用
液塗布装置と前記乾燥装置とを接続し、薄膜形成用液が
塗布されたシートフィルムを前記薄膜形成用液塗布装置
から前記乾燥装置へ自動的に搬送する搬送手段と、前記
シートフィルム上に薄膜を形成する装置内に組み込まれ
該装置と前記転写装置とを接続し、薄膜が形成されたシ
ートフィルムを前記シートフィルム上に薄膜を形成する
装置から前記転写装置へ自動的に搬送する搬送手段と、
前記基板導入装置と前記転写装置とを接続し、基板を前
記基板導入装置から前記転写装置へ自動的に搬送する搬
送手段と、前記転写装置と前記剥離装置とを接続し、密
着したシートフィルムと基板とを前記転写装置から前記
剥離装置へ自動的に搬送する搬送手段と、前記剥離装置
と前記基板回収装置とを接続し、前記薄膜が転写された
基板を前記剥離装置から前記基板回収装置へ自動的に搬
送する搬送手段と、前記剥離装置と前記シートフィルム
回収装置とを接続し、前記薄膜から剥離されたシートフ
ィルムを前記剥離装置から前記シートフィルム回収装置
へ自動的に搬送する搬送手段とを備え、前記シートフィ
ルムに薄膜を形成する装置と前記転写装置を一体的に
結合したことを特徴とする。また、第2の発明は、前記
転写装置を、試料台と、この試料台に対向して設けられ
シートフィルムに形成されている薄膜を基板に転写する
転写基板とで構成したことを特徴とする。また、第3の
発明は、前記剥離装置基板を固定した状態でシートフ
ィルムを基板から機械的に剥離する手段を備えている
とを特徴とする。さらに、第4の発明は、上記第1、第
2または第3の発明に係る薄膜形成装置を用いて基板上
に薄膜を転写することを特徴とする。
【0010】本発明においては、シートフィルムに薄膜
を形成する装置と、前記薄膜を基板に転写する装置と、
前記シートフィルムを薄膜から剥離する装置とを備え、
これら装置を搬送手段によって一連に接続し、シートフ
ィルムを自動的に搬送する。また、シートフィルムに薄
膜を形成する装置と薄膜を基板に転写する装置を一体的
に結合している。したがって、薄膜を基板に転写するま
での間に不純物が薄膜に混入せず、また、シートフィル
ム上に薄膜を成膜した後、基板上に転写するまでの時間
を短縮することが可能で、薄膜の径時変化による膜質劣
化を防止することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る薄
膜形成装置を示す概略構成図である。同図において、薄
膜形成装置1は、シートフィルムの供給装置2と、シー
トフィルム上に薄膜を形成する装置3と、シートフィル
ム上の薄膜をウエハに転写する装置4と、ウエハを転写
装置4に導入するウエハ導入装置5と、薄膜をシートフ
ィルムから剥離する装置6と、剥離装置6内の薄膜が転
写されたウエハを回収する装置7および剥離装置6内の
シートフィルムを回収する装置8とを備え、クリーンル
ーム内に設置されている。また、これらの装置2〜8
は,ベルト等の適宜な搬送手段9(9a〜9f)によっ
て一連に接続され、シートフィルムとウエハを自動的に
搬送し得るようにしている。シートフィルムの供給装置
2は、シートフィルムを枚葉処理可能な装置である。薄
膜を形成する装置3と、シートフィルム上の薄膜をウエ
ハに転写する装置4は、一体的に結合され、搬送手段9
bが薄膜を形成する装置3内に組み込まれている。これ
は、搬送手段9bによってシートフィルムを薄膜転写装
置4に搬送する際、シートフィルム上の薄膜に不純物が
付着、混入するのを防止するためである。ただし、クリ
ーンルーム内の清浄度が高い場合は、その必要がない。
薄膜を形成する装置3と薄膜転写装置4を一体的に結合
した理由は、これら両装置間の距離を可及的小ならし
め、シートフィルムの搬送時間を短縮するためである。
ウエハの導入および回収装置5,7は、ウエハを搭載す
るためのカセットを用い、枚葉処理可能な装置である。
【0012】図2にシートフィルム上に薄膜を形成する
装置を示す。この薄膜を形成する装置3は、搬送手段9
bによって接続された薄膜形成用液塗布装置11と乾燥
装置12を備えている。薄膜形成用液塗布装置11とし
ては、周知のスピンナーが用いられる。このスピンナー
11は、定速回転される試料台14と、シートフィルム
13を吸引し試料台14に密着させる吸引機構15と、
薬液供給機構16内に貯蔵された薄膜形成用液を試料台
14上のシートフィルム13に噴射するノズル17等で
構成されている。乾燥装置12は、ホットプレート18
と、シートフィルム13を吸引しホットプレート18に
密着させる吸引機構19等で構成されている。この乾燥
装置12は、シートフィルム13が乾燥時の熱により変
形したまま乾燥しないようにシートフィルム13の裏面
を吸引しながらシートフィルム13上に形成された薄膜
20を乾燥させる。なお、21a,21bは搬送系の接
続口である。
【0013】図3に薄膜の転写装置を示す。この転写装
置4は、転写形成が可能な構造体でできた薄膜形成室2
2と、薄膜を転写形成するための機構部品等を備えてい
る。この機構部品としては、ウエハ23が設置される試
料台24と、この試料台24の上方に平行に対向して設
けられ薄膜20が形成されたシートフィルム13を保持
する転写基板25と、試料台24を加熱する加熱ヒータ
ー26と、試料台24上のウエハ23を転写基板25に
シートフィルム13を介して押し付ける加重モータ27
等で構成されている。加熱ヒーター26による試料台2
4の加熱温度は、25°C〜300°C程度とされる。
加重モータ27は、転写時に20Kg程度まで加重を印
加可能であり、このときの加重が加重センサ28によっ
て検出される。なお、21c,21dは搬送系の接続
口、31は加重駆動部である。
【0014】図4に剥離装置を示す。この剥離装置6
は、ウエハ23がシートフィルム13を上にして設置さ
れる試料台33と、ウエハ23を吸引し試料台33に密
着させる吸引機構34と、シートフィルム13を保持す
る上下動自在なシートフィルム保持台35と、シートフ
ィルム13を吸引しシートフィルム保持台35に密着さ
せる吸引機構36等を備えている。なお、21e,21
fは搬送系の接続口である。
【0015】次に、このような構造からなる薄膜形成装
置1による薄膜の形成動作について説明する。先ず、シ
ートフィルム供給装置2によってシートフィルム13を
薄膜を形成する装置3に供給する。このシートフィルム
13は、スピンナー11の試料台14上に設置され、吸
引機構15によって吸引されることにより試料台14に
密着される。この状態において、試料台14を駆動モー
タによって定速回転させるとともに、ノズル機構17に
よって薄膜形成用液をシートフィルム13上に噴射し、
所要の膜厚からなる薄膜(絶縁膜)20を形成する。薄
膜20が形成されると、シートフィルム13は、搬送手
段9bによって乾燥装置12のホットプレート18上に
搬送され、加熱されることにより薄膜20が乾燥され
る。
【0016】薄膜20の乾燥後、シートフィルム13
は、転写装置4に搬送され、転写基板25によって薄膜
20を下にして保持される。一方、転写基板25の下方
に設けられた試料台24上にはウエハ23が設置され加
熱ヒーター26によって加熱されるとともに、前記シー
トフィルム13に所定圧で押し付けられ、これによりシ
ートフィルム13上の薄膜20がウエハ23に転写され
る。この状態において、シートフィルム13はウエハ2
3に密着しており、剥離装置6に搬送されて剥離される
ことによりシートフィルム回収装置8に回収される。一
方、薄膜20が転写されたウエハ23は、ウエハ回収装
置7に回収される。
【0017】このように本発明に係る薄膜形成装置1に
おいては、薄膜を形成する装置3と転写装置4を搬送手
段9bによって一連に接続するとともに、一体的に結合
してダスト等の不純物の侵入を回避する構造を採用して
いるので、シートフィルム13に形成された薄膜20が
転写されるまでの間に不純物が薄膜20に付着したり、
混入したりするのを防止することができる。また、薄膜
を形成する装置3と転写装置4を一体的に結合している
ので、これら両装置間の距離を短縮することが可能で、
薄膜20が形成されたシートフィルム13をウエハ23
に転写するまでの時間を短くすることができる。これに
より、薄膜20の径時変化による膜質劣化を回避でき
る。さらに、転写を行なう点において、各工程を時間管
理できるので、再現性よく転写することができる。加え
て、本装置は従来の半導体基板作製用の装置と異なりプ
ラズマ等を用いたり高真空に保持する必要がないため装
置の価格が低コストであり、さらにシートフィルムを大
きくすることが容易であり、ウエハ23の大口径化に対
応できる利点を有する。なお、電子部品製造において、
上記した構成からなる転写装置4の構成はなく、膜質、
不純物管理および各工程の管理の点から制御することに
より再現性よく転写が可能となる薄膜形成装置の発明は
これまでにはない。
【0018】
【実施例】図5は薄膜が形成されたシートフィルムの断
面図、図6(a)は電極配線が形成された基板の断面
図、(b)は薄膜が転写された半導体基板の断面図であ
る。本実施例では、シートフィルム13として熱可塑性
樹脂フィルムを用い、薄膜20としては、化1で表され
るSOG材料のポリシラザンの1種または2種以上を含
むシリカ系絶縁膜形成用塗布液を用い、シートフィルム
13上に塗布することにより絶縁膜20を形成した。
【0019】
【化1】
【0020】ここで、上記(1)式において、R1 ,R
2 ,R3 は、それぞれ独立した水素原子または炭素原子
数1〜8のアルキル基、アリール基およびアルコキシル
基である。本実施例では、図2に示す薄膜を形成する装
置3を用いて、塗布条件2000回転20秒、乾燥条件
120°C、3分でシートフィルム13上に薄膜として
絶縁膜20を1μm以上形成した。次に、図6(a)に
示す電極配線40が形成されたウエハ等の半導体基板2
3上に図3に示す転写装置4を用いて絶縁膜20を転写
する。絶縁膜20をシートフィルム13に形成して乾燥
した後、連続して転写装置4にシートフィルム13を搬
送する。これにより、乾燥から転写までの間の時間を短
縮することができ、シートフィルム13上の絶縁膜20
の経時変化を抑えることができた。また、不純物の混入
も防止することができた。
【0021】図6(a)に示す構造は、本実施例では電
極配線40としてAL配線を用いた。Al配線は、Al
をスパッタ法で5000オングストローム形成した後、
フォトリソグラフィ工程によりパターニングを行い、次
に、ドライエッチングにより加工を行なった。半導体基
板23をウエハ導入装置5から転写装置4の試料台24
上に搬送し、絶縁膜20の転写、形成を行なった。本実
施例においては加重5Kg、加熱温度150°C、加熱
時間10分で転写を行なった。
【0022】図6(b)は、絶縁膜20を半導体基板2
3に転写した後シートフィルム13が接着された状態で
図4に示す剥離装置6へ搬送し、シートフィルム13を
剥離した後の半導体基板23の断面形状である。剥離後
に焼成を行うために熱処理工程を実施した。本実施例で
は熱処理として、温度400°C、時間30分、水蒸気
雰囲気中で行なった。最終的に得られた絶縁膜20の膜
厚は、1.0μmであった。図に示すように本装置を用
いることにより表面が平坦な構造が得られた。
【0023】なお、本実施例は半導体基板に適用した例
を示したが、電子部品材料関係であれば実装関係の基板
や液晶関係の基板にも適用できることはいうまでもな
い。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る薄膜形
成装置によれば、シートフィルムに薄膜を形成する装置
と、前記薄膜を基板に転写する装置と、前記シートフィ
ルムを薄膜から剥離する装置と、これら装置を接続しシ
ートフィルムを自動的に搬送する搬送手段を備え、前記
シートフィルムに薄膜を形成する装置と薄膜を基板に転
写する装置を一体的に結合したので、転写処理前での薄
膜への不純物の付着、混入や薄膜の経時変化を回避で
き、安定、かつ容易な薄膜形成を行なうことが可能であ
り、しかも低コストで大面積の基板に対して対応できる
装置を提供することができる。
【0025】また、本発明に係る薄膜形成方法は、シー
トフィルムに薄膜を形成する装置と、前記薄膜を基板に
転写する装置と、前記シートフィルムを薄膜から剥離す
る装置とを備え、これら装置を接続しシートフィルムを
自動的に搬送する搬送手段を備え、前記シートフィルム
に薄膜を形成する装置と薄膜を基板に転写する装置を一
体的に結合した薄膜形成装置を用いて、基板上に薄膜を
転写するので、上記した発明と同様に、転写処理前での
薄膜への不純物の付着、混入や薄膜の経時変化を回避で
き、安定、かつ容易に薄膜を形成することができる。し
かも、低コストで大面積の基板に対して適用することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る薄膜形成装置の概略構成を示す
図である。
【図2】 薄膜を形成する装置の概略構成図である。
【図3】 転写装置の概略構成図である。
【図4】 剥離装置の概略構成図である。
【図5】 絶縁膜が形成されたシートフィルムの断面図
である。
【図6】 (a)は電極配線が施された半導体基板の断
面図、(b)は絶縁膜が転写された半導体基板の断面図
である。
【符号の説明】
1…薄膜形成装置、2…シートフィルム供給装置、3…
薄膜を形成する装置、4…転写装置、5…ウエハ導入装
置、6…剥離装置、7…ウエハ回収装置、8…シートフ
ィルム回収装置、9…搬送手段、11…薄膜形成用液塗
布装置、12…乾燥装置、13…シートフィルム、16
…薬液供給機構、17…ノズル機構、20…薄膜、23
…ウエハ(半導体基板)、25…転写基板、27…加重
モータ40…電極配線。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/68 H01L 21/68 A (72)発明者 今井 和雄 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 中島 昭 東京都千代田区大手町二丁目6番2号 触媒化成工業株式会社内 (72)発明者 藤内 篤 東京都千代田区大手町二丁目6番2号 触媒化成工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−182138(JP,A) 特開 平4−14222(JP,A) 特開 平6−333808(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/31 B32B 31/20 B44C 1/17 G03F 7/16 501 H01L 21/312 H01L 21/68

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜形成用液をシートフィルム上に塗布
    する薄膜形成用液塗布装置と、前記シートフィルム上に
    塗布された薄膜形成用液を乾燥する乾燥装置とを有する
    シートフィルムに薄膜を形成する装置と、前記シートフィルム上に形成された 前記薄膜を基板に転
    写する転写装置と、転写処理後に 前記シートフィルムを前記薄膜から剥離す
    剥離装置と、シートフィルムを前記薄膜形成用液塗布装置に供給する
    シートフィルム供給装置と、 基板を前記転写装置に導入する基板導入装置と、 前記剥離装置内から薄膜が転写された基板を回収する基
    板回収装置と、 前記剥離装置内からシートフィルムを回収するシートフ
    ィルム回収装置と、 前記シートフィルム供給装置と前記薄膜形成用液塗布装
    置とを接続し、シートフィルムを前記シートフィルム供
    給装置から前記薄膜形成用液塗布装置へ自動的に搬送す
    る搬送手段と、 前記薄膜形成用液塗布装置と前記乾燥装置とを接続し、
    薄膜形成用液が塗布されたシートフィルムを前記薄膜形
    成用液塗布装置から前記乾燥装置へ自動的に搬送する搬
    送手段と、 前記シートフィルム上に薄膜を形成する装置内に組み込
    まれ該装置と前記転写装置とを接続し、薄膜が形成され
    たシートフィルムを前記シートフィルム上に薄膜を形成
    する装置から前記転写装置へ自動的に搬送する搬送手段
    と、 前記基板導入装置と前記転写装置とを接続し、基板を前
    記基板導入装置から前記転写装置へ自動的に搬送する搬
    送手段と、 前記転写装置と前記剥離装置とを接続し、密着したシー
    トフィルムと基板とを前記転写装置から前記剥離装置へ
    自動的に搬送する搬送手段と、 前記剥離装置と前記基板回収装置とを接続し、前記薄膜
    が転写された基板を前記剥離装置から前記基板回収装置
    へ自動的に搬送する搬送手段と、 前記剥離装置と前記シートフィルム回収装置とを接続
    し、前記薄膜から剥離されたシートフィルムを前記剥離
    装置から前記シートフィルム回収装置へ自動的に搬送す
    る搬送手段とを備え 、 前記シートフィルムに薄膜を形成する装置と前記転写
    装置を一体的に結合したことを特徴とする薄膜形成装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の薄膜形成装置において、前記転写装置を 、試料台と、この試料台に対向して設け
    られシートフィルムに形成されている薄膜を基板に転写
    する転写基板とで構成したことを特徴とする薄膜形成装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の薄膜形成装置において、前記剥離装置は、基板を固定した状態でシートフィルム
    を基板から機械的に剥離する手段を備えている ことを特
    徴とする薄膜形成装置。
  4. 【請求項4】 請求項1,2または3記載の薄膜形成装
    置を用いて基板上に薄膜を転写することを特徴とする薄
    膜形成方法。
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