JP3657870B2

JP3657870B2 - Substrate holder and thin film forming apparatus

Info

Publication number: JP3657870B2
Application number: JP2000324365A
Authority: JP
Inventors: 克之町田; 昇男佐藤; 億久良木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2020-10-24
Also published as: JP2002134594A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の薄膜形成装置等に配設される、基板を下向きに固定する基板ホルダー及び薄膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品に関わる薄膜形成法は、主に、スパッタリング法、化学気相成長法、蒸着法、塗布法、メッキ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、これらの方法の内のどれかを選択すれば、およそ実現したい電子部品について対応可能であった。しかしながら、近年は、ＬＳＩの製造に用いるウエハや液晶パネルの大面積化にともない、大面積化に適合した薄膜形成法が必要となってきた。また、大面積化だけでなく、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。例えば、ＬＳＩの多層配線技術の分野では、多層配線を実現するために、絶縁膜の表面を完全に平坦化することが要求されている。
【０００３】
これまでに、この平坦化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 Multilevel Interconnection Technology Utilizing Polyimide",IEEE Trans.Part Hybrid Package.,PHP-9,176(1973)）、エッチバック法（P.Elikins,K.Reinhardt,and R.Layer,"A planarization process for double metal CMOS using Spin-on Glass as a sacrificial layer,"Proceeding of 3rd International IEEE VMIC Conf.,100(1986)）、リフトオフ法（K.Ehara,T.Morimoto,S.Muramoto,and S.Matsuo,"Planar Interconnection Technology for LSI Fabrication Utilizing Lift-off Process",J.Electrochem Soc.,Vol.131,No.2,419(1984). ）などが検討された。
【０００４】
上述した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。また、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。また、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を生じ、制御性や歩留りが不十分なため、実用化に至っていない。
【０００５】
一方、簡便な平坦化法として、バイアススパッタ法が提案されている（C.Y.Ting, V.J.Vivalda,and H.G.Schaefer,"Study of Planarized Sputter-Deposited-SiO₂",J.Vac.Sci.Technol.15,1105(1978).）。また、より微細な配線層に適用するため、バイアスＥＣＲ法による平坦化の技術が提案されている（K.Machida and H.Oikawa,"SiO₂ Planarization Technology With Biasing and Electron Cyclotoron Resonance Plasma Deposition for Submicron Interconnections",J.Vac.Sci.Technol.B4,818(1986) ）。
【０００６】
これらの方法は、スパッタ法やＥＣＲプラズマＣＶＤ法で成膜を行う中で、基板にＲＦバイアスを印加し、試料基板上でスパッタリングを起こすようにしている。この薄膜形成方法は、基板上でのスパッタリングの角度依存性を利用し、凸部をエッチングしながら成膜を行い、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いても良質であることや、平坦化プロセスが容易で簡単であることなどが挙げられる。しかしながら、これらの方法では、プラズマを用いるようにしているため、スループットが低いことや、素子へのダメージの問題などがある。
【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.Guthrie, C.L.Standley, P.M.Schiable,"Application of Chemical Mechanical Polishing to the Fabrication of VLSI Circutit Interconnections",J.Electrochem.Soc.,Vol.138,No.6,June,1778(1991).）。この研磨法は、良好な平坦性を得られることで注目された技術である。しかしながら、この研磨法は、対象とする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、低温で形成できる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。
【０００８】
以上説明したように、従来より様々な成膜技術および平坦化の技術があるが、上述したようにそれぞれ問題点がある。また、近年、半導体基板は、例えば、８インチから１２インチヘと大面積化の一途を辿っており、上記に挙げた従来技術を大面積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になってきている。その結果、大面積化に対応するために複雑な工程を追加するなど、コスト的に高くなってしまうという問題があった。
【０００９】
そこで、発明者らは、基板上に平坦な薄膜を低コストで形成することができる薄膜形成方法を提案した（特開平１１−２６４５５号公報）。この薄膜形成方法は、薄膜形成対象の基板表面を下方に向け、シートフィルム上に形成された薄膜を基板表面に圧接して、薄膜を基板表面に転写することにより、大型化した基板に対して、低コストで薄膜を形成し、かつ容易に平坦化できるようにしたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−２６４５５号公報で開示された薄膜形成方法では、基板表面を下方に向けながら基板を安定に保持する必要があり、かつ薄膜転写後は基板の保持を解除する必要があるが、基板保持の安定性と薄膜転写後の基板解放の容易性とを満たす装置は従来実現されていなかった。なお、このような問題は、基板を下向きに固定する他の装置においても同様に発生する。
本発明の目的は、基板保持の安定性と基板解放の容易性とを実現する基板ホルダー及び薄膜形成装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
また、本発明の基板ホルダー（１０２ｂ）は、載置台（２１０）と、この載置台に基板（１）を下向きに固定する複数の保持機構とを備え、各保持機構は、前記載置台の所定の位置に基板搭載面と垂直な方向に形成された穴と、この穴に一端が挿入され、他端が前記載置台の基板搭載面に露出すると共に、前記穴のガイド壁に沿って上下及び周方向に回動可能な可動支柱（２０２）と、前記可動支柱を吊り下げた状態で支える弾性体（２０５）と、前記載置台の内部の壁面に前記基板搭載面と垂直な方向に沿って形成された螺旋状の回転誘導溝（２０４）と、一端が前記可動支柱の一端に固定され、他端が前記回転誘導溝に滑動自在にはめ込まれた回転部材（２０３）と、前記基板搭載面と垂直な方向に沿って前記載置台により遊動自在に支えられ、一端が前記回転部材の一端に固定された回転伝達部材（２０６）と、前記基板搭載面の上に配置され、前記載置台を貫通した前記回転伝達部材の他端と連結された保持爪（２０１）とからなり、前記可動支柱の上下動に伴う前記回転部材の前記回転誘導溝に沿った変位が前記回転伝達部材を介して伝達されることにより、前記保持爪が前記基板搭載面と平行な面内で回転しつつ上下動し、前記保持爪で前記基板を支えている状態で、前記可動支柱の他端が押上げられたとき、この可動支柱の上昇に伴う前記保持爪の回転により前記基板を前記保持爪から解放するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明の薄膜形成装置は、薄膜形成対象の表面が下方を向いた基板を保持する前記基板ホルダーと、この基板ホルダーと対向して配置され、薄膜が形成された基材をその薄膜形成面が上方を向いた状態で搭載する転写板（１０３）とを備え、前記基板ホルダーと前記転写板とを接近させて、前記基板の表面に前記基材の薄膜形成面を圧接して前記基板に前記薄膜を転写し、この薄膜転写時に前記転写板によって前記可動支柱の他端を押上げ、前記基板を前記基板ホルダーから解放するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態で用いる薄膜形成装置の構成を示す断面図である。
本実施の形態の薄膜形成装置は、真空排気可能な薄膜形成室１０１の中に、ウエハ（半導体基板）１を下向きに固定する試料台１０２と、試料台１０２と対向配置された転写板１０３と、転写板１０３を上下移動させる転写板支え板１０４とを配置したものである。薄膜形成室１０１は図示しない真空排気手段により真空排気される。
【００１４】
試料台１０２は、加熱台１０２ａとウエハ１を保持する基板ホルダー１０２ｂとから構成されている。加熱台１０２ａの内部には加熱機構であるヒータ（不図示）が設けられており、このヒータはヒータ制御部１０５によって制御される。これにより、試料台１０２に固定したウエハ１を加熱することができる。なお、試料台１０２は、支え棒１０６により薄膜形成室１０１に固定されている。
【００１５】
転写板１０３は、均一に加重されるように、バネ１０７で転写板支え板１０４と結合している。転写板支え板１０４は、転写板１０３を上下移動させるためのものである。
転写板１０３には、予め薄膜が形成されたシートフィルム２が、その薄膜形成面を上にして固定される。転写板１０３のシートフィルム２を固定する面には、平坦性を確保するために研磨された石英板が設けられている。
【００１６】
また、転写板１０３の内部には加熱機構であるヒータ（不図示）が設けられており、このヒータはヒータ制御部１０８によって制御される。これにより、転写板１０３に固定したシートフィルム２を加熱することができる。なお、試料台１０２及び転写板１０３の加熱機構は、転写時の薄膜の流動性及びウエハ１への密着性を向上させるために設けられている。本実施の形態では、試料台１０２及び転写板１０３共に、室温から３００℃まで加熱可能とした。
【００１７】
駆動部１０９は、転写板支え板１０４を上下移動させる。駆動部１０９によって転写板支え板１０４を基板ホルダー１０２ｂの方向、すなわち上方へ移動させることにより、転写板１０３上のシートフィルム２の薄膜形成面と基板ホルダー１０２ｂによって保持されたウエハ１の薄膜形成面とを当接させることができ、薄膜をウエハ１へ転写する際に均一な加重をかけることが可能となる。本実施の形態では、５０ｋｇまでの加重を印加可能とした。
【００１８】
本実施の形態では、ウエハ１の薄膜形成面が下向きとなるように基板ホルダー１０２ｂでウエハ１を保持することにより、結果としてシートフィルム２の薄膜形成面が上向きとなるようにしている。ここで、シートフィルム２の薄膜形成面を上向きにする理由について説明する。
【００１９】
図２に示すように、シートフィルム２上に形成された薄膜３の表面が下向きになると、転写前の余熱の段階で薄膜３がシートフィルム２上で流動するために薄膜３の膜厚分布によどみが生じる。この結果、特に、薄膜３の厚い部分から多くのガスが発生し、シートフィルム２が撓むことになる。そして、この撓みの存在により、転写不良が生じる。
【００２０】
これに対して、本実施の形態では、シートフィルム２上の薄膜３の表面が上向きとなるようにしたことにより、薄膜３には常に下方に向かって均一に重力が加わるので、転写前の薄膜３の膜厚を図３のように均一に保つことができる。その結果、薄膜３からのガス放出が均一に行われるので、シートフィルム２が撓むことなく維持され、転写不良が発生しない。こうして、本実施の形態では、ウエハ１上に平坦な薄膜３を転写することができるが、そのためには、ウエハ１の薄膜形成面が下向きとなるように基板ホルダー１０２ｂでウエハ１を保持する必要がある。以下、本実施の形態の基板ホルダー１０２ｂについて説明する。
【００２１】
図４（ａ）は基板ホルダー１０２ｂの下面図、図４（ｂ）は基板ホルダー１０２ｂの断面図、図４（ｂ）は基板ホルダー１０２ｂに設けられた基板保持機構の構造を示す斜視図である。なお、図４（ａ）、図４（ｂ）は基板保持機構によってウエハ１を保持している状態を示す。また、図４（ｃ）は基板ホルダー１０２ｂの内部を透視しており、記載を容易にするため、上下を逆にしている。
【００２２】
載置台２１０に設けられた基板保持機構は、保持爪２０１と、可動支柱２０２と、回転部材２０３と、回転誘導溝２０４と、バネ２０５と、回転伝達部材２０６と、載置台２１０の表面に形成された保持爪収納溝２０７とから構成される。
【００２３】
載置台２１０には、円柱状の空間２０８が形成されている。回転部材２０３及びバネ２０５は、空間２０８内に収められている。また、空間２０８において載置台２１０の壁面には、回転誘導溝２０４が螺旋状に形成されている。
【００２４】
可動支柱２０２及び回転伝達部材２０６は載置台２１０によって遊動自在に支えられ、可動支柱２０２及び回転伝達部材２０６の一端は空間２０８内に突出し、また可動支柱２０２の他端は載置台２１０の表面に露出している。空間２０８内に突出した可動支柱２０２の一端はバネ２０５の一端と連結され、バネ２０５の他端は載置台２１０と連結されている。
【００２５】
回転部材２０３の一端は、空間２０８内に突出した可動支柱２０２及び回転伝達部材２０６の一端に固定され、回転部材２０３の他端は、回転誘導溝２０４に滑動自在にはめ込まれている。そして、回転伝達部材２０６の他端は保持爪２０１に固定されている。
【００２６】
次に、以上のような基板保持機構によりウエハ１を保持する動作を説明する。ウエハ１を保持していない場合の保持爪２０１は、図４（ａ）、図４（ｂ）で示したウエハ１を保持している状態と同じ位置にある（以下、このときの保持爪２０１の位置を初期位置と呼ぶ）。
ウエハ１を保持する場合、載置台２１０の表面に露出している可動支柱２０２の突出部２０９を押し上げ、図４（ｂ）のＵ方向（すなわち、上方向）に移動させる。
【００２７】
可動支柱２０２のＵ方向への移動により、回転部材２０３の一端がＵ方向に押されるので、回転部材２０３の他端は、回転誘導溝２０４に沿って螺旋状の軌跡を描きつつ移動する。このような回転部材２０３の変位により、回転部材２０３の一端と連結された回転伝達部材２０６は、図４（ｃ）のＢ方向に回転しつつＵ方向に移動する。その結果、回転伝達部材２０６と連結された保持爪２０１も、Ｂ方向に回転しつつＵ方向に移動し、最終的には保持爪収納溝２０７内に収納される。なお、可動支柱２０２のＵ方向への移動により、バネ２０５は、縮められ、伸びる方向の駆動力を蓄える。
【００２８】
この状態で、ウエハ１を載置台２１０にセットして、突出部２０９を押し上げていた力を解除する。突出部２０９の押し上げが解除されると、可動支柱２０２は、可動支柱２０２のＵ方向への移動に伴って縮んだバネ２０５により図４（ｂ）のＤ方向（すなわち、下方向）へ押し戻される。可動支柱２０２のＤ方向への移動により、回転部材２０３の一端がＤ方向に押されるので、回転部材２０３の他端は、可動支柱２０２がＵ方向に移動したときと逆向きの螺旋状の軌跡を描きつつ移動する。この回転部材２０３の変位により、回転伝達部材２０６は、Ａ方向に回転しつつＤ方向に移動し、これに伴って保持爪２０１も、Ａ方向に回転しつつＤ方向に移動し、初期位置に達する。
【００２９】
初期位置に達すると、バネ２０５に蓄えられた伸びる方向の駆動力がなくなるので、これに伴って可動支柱２０２のＤ方向への動きが停止し、可動支柱２０２と連結された回転部材２０３のＤ方向への動きも停止する。
回転部材２０３のＤ方向への動きが停止したことで、回転部材２０３の他端のＡ方向への動きは回転誘導溝２０４によって規制される。これにより、回転部材２０３と連結された回転伝達部材２０６のＡ方向への動きが停止し、回転伝達部材２０６と連結された保持爪２０１のＡ方向への動きも停止する。こうして、保持爪２０１の動きが停止し、ウエハ１は、図４（ｂ）のように載置台２１０と保持爪２０１によって挟まれ固定される。以上がウエハ１を保持するときの動作である。
【００３０】
なお、初期位置から基板を解放する位置までの任意の位置においてウエハ１にかかるＵ方向の力は０である。その理由は、保持爪２０１によってウエハ１に圧力を加えると、ウエハ１が割れてしまうからである。したがって、バネ２０５は、初期位置の状態において、伸び縮みの何れの方向の駆動力も蓄えていない状態となるように設計される。
【００３１】
次に、ウエハ１が解放されるときの動作を説明する。前述のように、ウエハ１上に薄膜３を転写するには、転写板１０３を上昇させて、転写板１０３上のシートフィルム２の薄膜形成面と基板ホルダー１０２ｂによって保持されたウエハ１の薄膜形成面とを当接させる。このとき、転写板１０３は、可動支柱２０２の突出部２０９と接触し、可動支柱２０２を押してＵ方向に移動させる。
【００３２】
可動支柱２０２のＵ方向への移動により、回転部材２０３の一端がＵ方向に押されるので、回転部材２０３の他端は、回転誘導溝２０４に沿って、可動支柱２０２がＤ方向に移動したときと逆向きの螺旋状の軌跡を描きつつ移動する。この回転部材２０３の変位により、回転伝達部材２０６は、Ｂ方向に回転しつつＵ方向に移動し、これに伴って保持爪２０１も、Ｂ方向に回転しつつＵ方向に移動する。
【００３３】
このＢ方向への動きにより、保持爪２０１は、ウエハ１から外れ、最終的には前述のように保持爪収納溝２０７内に収納される（図５）。
この状態で転写板１０３を下降させると、ウエハ１は、転写板１０３上に載った状態で基板ホルダー１０２ｂから離れる。
【００３４】
転写板１０３が下降すると、可動支柱２０２の突出部２０９の押し上げが解除されるので、前述と同じ動作により、保持爪２０１は初期位置に戻る。
以上により、本実施の形態では、ウエハ保持の安定性と薄膜転写後のウエハ解放の容易性とを実現することができる。
【００３５】
次に、図１の薄膜形成装置を用いてウエハ１に薄膜３を形成する工程を説明する。本実施の形態では、シートフィルム２として熱可塑性樹脂フィルムを用い、薄膜３としては絶縁膜形成用塗布液を用い、この塗布液をシートフィルム２上に塗布することにより１μｍ以上の厚さの薄膜（絶縁膜）３を形成した。
【００３６】
図６は本実施の形態における薄膜形成工程を示す工程断面図である。まず、図６（ａ）に示すように、ウエハ１上にアルミニウム膜をスパッタ法で膜厚５００ｎｍに形成した後、フォトリソグラフィ工程によりパターニングを行い、続いてドライエッチングにより加工して、配線層４を形成する。
【００３７】
次に、ウエハ１を薄膜形成室１０１内の基板ホルダー１０２ｂに装着して、シートフィルム２を転写板１０３上に固定し、ウエハ１の配線層４とシートフィルム２上の薄膜３とが向かい合うように配置する（図６（ｂ））。このとき、雰囲気は、真空度として１０Ｔｏｒｒ以下に設定した状態とした。このように、減圧下とすることで、シートフィルム２上に塗布形成した薄膜３からのガス抜きが効率よく行える。
【００３８】
続いて、転写板１０３を上昇させて、ウエハ１の配線層形成面とシートフィルム２の薄膜形成面とを当接させ、転写板１０３によりシートフィルム２裏面より５ｋｇを加重し、シートフィルム２上の薄膜（塗布膜）３をウエハ１の配線層形成面に押しつける。このとき、前述の動作により、ウエハ１は保持爪２０１から解放されている。また、加熱機構による加熱温度は１３０℃とし、この加熱を１０分間行った。この結果、薄膜３は、ウエハ表面に転写される。
【００３９】
次に、ウエハ１表面に薄膜３を介してシートフィルム２が貼り付けられた状態で、ウエハ１を薄膜形成室１０１から取り出し、図６（ｃ）に示すように、シートフィルム２を薄膜３より剥離し、その後、焼成を行うために熱処理を施した。本実施の形態では、熱処理を、温度４００℃、時間３０分、窒素雰囲気中で行った。この結果、図６（ｄ）に示すように、ウエハ１上に、配線層４を覆うように膜厚１．０μｍの薄膜（絶縁膜）３が平坦に形成された状態が得られる。
なお、本実施の形態は半導体基板用の装置に適用した例であるが、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ホルダーに適用できることは言うまでもないことである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、載置台と、この載置台に基板を下向きに固定する複数の保持機構とを備え、各保持機構を、穴、可動支柱、弾性体、回転誘導溝、回転部材、回転伝達部材及び保持爪から構成することにより、載置台の基板搭載面と保持爪との間で基板を挟持し（保持爪で基板を支えている状態）、基板の挟持中に可動支柱が上昇したとき、基板搭載面と平行な面内で保持爪を回転させて基板を解放するので、基板保持の安定性と基板解放の容易性とを実現することができる。
【００４１】
また、基板ホルダーと対向して転写板を設け、基板への薄膜転写時に転写板によって基板ホルダーの可動支柱の他端を押上げることにより、基板を基板ホルダーから解放するようにしたので、基板への薄膜の転写時には基板を安定に保持し、薄膜を転写した後は基板を容易に解放できる薄膜形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で用いる薄膜形成装置の構成を示す断面図である。
【図２】シートフィルム上に形成された薄膜の膜厚分布によどみが生じた状態を示す断面図である。
【図３】シートフィルム上に形成された薄膜の膜厚分布が均一な状態を示す断面図である。
【図４】基板ホルダーの下面図、断面図及び基板ホルダーに設けられた基板保持機構の構造を示す斜視図である。
【図５】ウエハを解放したときの基板ホルダーの下面図である。
【図６】薄膜形成工程を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ、２…シートフィルム、３…薄膜、４…配線層、２０１…保持爪、２０２…可動支柱、２０３…回転部材、２０４…回転誘導溝、２０５…バネ、２０６…回転伝達部材、２０７…保持爪収納溝、２０９…突出部、２１０…載置台。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate holder and a thin film forming apparatus which are disposed in an electronic component thin film forming apparatus or the like and fix a substrate downward.
[0002]
[Prior art]
Thin film forming methods relating to electronic components are mainly classified into sputtering, chemical vapor deposition, vapor deposition, coating, plating, and the like. When the area of the substrate on which thin film formation is desired is small, if any of these methods is selected, it is possible to cope with an electronic component to be realized. However, in recent years, with the increase in the area of wafers and liquid crystal panels used in the manufacture of LSIs, a thin film formation method suitable for the increase in area has become necessary. In addition to an increase in area, there is an increasing demand for surface flattening technology in thin film formation. For example, in the field of LSI multilayer wiring technology, it is required to completely planarize the surface of an insulating film in order to realize multilayer wiring.
[0003]
To date, as representative techniques for this flattening, the SOG (Spin-On-Glass) method and the PIQ method (K. Sato, S. Harada, A. Saiki, T. Kitamura, T. Okubo, and K) .Mukai, "A Novel Planar Multilevel Interconnection Technology Utilizing Polyimide", IEEE Trans.Part Hybrid Package., PHP-9,176 (1973)), Etch back method (P.Elikins, K.Reinhardt, and R.Layer, "A planarization process for double metal CMOS using Spin-on Glass as a sacrificial layer, "Proceeding of 3rd International IEEE VMIC Conf., 100 (1986)), lift-off method (K.Ehara, T.Morimoto, S.Muramoto, and S.Matsuo , "Planar Interconnection Technology for LSI Fabrication Utilizing Lift-off Process", J. Electrochem Soc., Vol. 131, No. 2,419 (1984)).
[0004]
With respect to the SOG method described above, it is difficult to achieve complete planarization because the fluidity of the film is used. The etch-back method is the most frequently used technique. However, there is a problem of dust generation due to simultaneous etching of the resist and the insulating film, which is not an easy technique in terms of dust management. Also, the lift-off method has not been put into practical use because the stencil material to be used does not completely dissolve at the time of lift-off, causing problems such as a lift-off failure and insufficient controllability and yield.
[0005]
On the other hand, a bias sputtering method has been proposed as a simple planarization method (CYTing, VJVivalda, and HGSchaefer, “Study of Planarized Sputter-Deposited-SiO ₂ ”, J. Vac. Sci. Technol. 15, 1105 (1978 ).). In addition, a planarization technique using a bias ECR method has been proposed for application to a finer wiring layer (K. Machida and H. Oikawa, “SiO ₂ Planarization Technology With Biasing and Electron Cyclotoron Resonance Plasma Deposition for Submicron Interconnections). ", J. Vac. Sci. Technol. B4, 818 (1986)).
[0006]
In these methods, during film formation by sputtering or ECR plasma CVD, RF bias is applied to the substrate to cause sputtering on the sample substrate. This thin film forming method uses the angle dependency of sputtering on the substrate, and forms a film while etching the convex portion to realize flattening. The characteristics of these techniques include that the film quality is good even if it is formed at a low temperature, and that the planarization process is easy and simple. However, in these methods, since plasma is used, there are problems such as low throughput and damage to elements.
[0007]
In the 1990s, a polishing method was proposed as a method for planarizing the surface of an interlayer film (WJPatrick, WL Guthrie, CLStandley, PMSchiable, “Application of Chemical Mechanical Polishing to the Fabrication of VLSI Circutit Interconnections”, J. Electrochem. Soc. , Vol. 138, No. 6, June, 1778 (1991).). This polishing method is a technique that has attracted attention because it can obtain good flatness. However, since this polishing method cannot obtain good polishing characteristics if the quality of the target insulating film is poor, there are problems such as the need for a good quality insulating film that can be formed at a low temperature and unstable polishing characteristics. is there.
[0008]
As described above, there are various conventional film forming techniques and planarization techniques, but there are problems as described above. In recent years, the area of semiconductor substrates has been increasing from 8 inches to 12 inches, for example. When applying the above-described conventional technology to large area semiconductor substrates, flatness and Ensuring film thickness uniformity is becoming difficult. As a result, there is a problem that the cost becomes high, such as adding a complicated process in order to cope with the increase in area.
[0009]
Therefore, the inventors have proposed a thin film forming method capable of forming a flat thin film on a substrate at a low cost (Japanese Patent Laid-Open No. 11-26455). In this thin film forming method, the substrate surface on which the thin film is formed is directed downward, the thin film formed on the sheet film is pressed against the substrate surface, and the thin film is transferred to the substrate surface. A thin film can be formed at a low cost and can be easily flattened.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the thin film forming method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-26455, it is necessary to stably hold the substrate while directing the substrate surface downward, and it is necessary to release the holding of the substrate after transferring the thin film. An apparatus that satisfies the stability of holding and the ease of releasing a substrate after thin film transfer has not been realized. Such a problem also occurs in other apparatuses that fix the substrate downward.
An object of the present invention is to provide a substrate holder and a thin film forming apparatus that realizes stability of substrate holding and ease of substrate release.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The substrate holder (102b) of the present invention includes a mounting table (210) and a plurality of holding mechanisms for fixing the substrate (1) downward on the mounting table, and each holding mechanism is a predetermined of the mounting table. A hole formed in a direction perpendicular to the substrate mounting surface at the position, one end is inserted into this hole, the other end is exposed to the substrate mounting surface of the mounting table, and the upper and lower sides along the guide wall of the hole. A movable support column (202) that is rotatable in the circumferential direction, an elastic body (205) that supports the movable support column in a suspended state, and a wall surface inside the mounting table along a direction perpendicular to the substrate mounting surface. A formed spiral rotation guide groove (204), a rotation member (203) having one end fixed to one end of the movable support column and the other end slidably fitted in the rotation guide groove, and the substrate mounting surface It can be freely supported by the mounting table along the direction perpendicular to A rotation transmitting member (206) having one end fixed to one end of the rotating member, and a holding claw disposed on the board mounting surface and connected to the other end of the rotation transmitting member penetrating the mounting table. (201), and the displacement along the rotation guide groove of the rotating member accompanying the vertical movement of the movable column is transmitted via the rotation transmitting member, so that the holding claw and the substrate mounting surface are When the other end of the movable column is pushed up while rotating in a parallel plane and the substrate is supported by the holding nail, the rotation of the holding nail as the movable column is raised Thus, the substrate is released from the holding claws.
[0012]
Further, the thin film forming apparatus of the present invention includes the substrate holder that holds a substrate whose surface to be thin film formed faces downward, and a substrate on which the thin film is formed, which is disposed to face the substrate holder. A transfer plate (103) mounted with the surface facing upward, the substrate holder and the transfer plate are brought close to each other, and the thin film forming surface of the base material is pressed against the surface of the substrate. The thin film is transferred, and the other end of the movable column is pushed up by the transfer plate during the thin film transfer to release the substrate from the substrate holder.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film forming apparatus used in an embodiment of the present invention.
The thin film forming apparatus according to the present embodiment includes a sample table 102 that fixes a wafer (semiconductor substrate) 1 downward in a thin film forming chamber 101 that can be evacuated, and a transfer plate 103 that is disposed to face the sample table 102. A transfer plate support plate 104 for moving the transfer plate 103 up and down is arranged. The thin film forming chamber 101 is evacuated by a vacuum evacuation unit (not shown).
[0014]
The sample table 102 includes a heating table 102 a and a substrate holder 102 b that holds the wafer 1. A heater (not shown) that is a heating mechanism is provided inside the heating table 102 a, and this heater is controlled by a heater control unit 105. Thereby, the wafer 1 fixed to the sample stage 102 can be heated. The sample stage 102 is fixed to the thin film forming chamber 101 by a support bar 106.
[0015]
The transfer plate 103 is coupled to the transfer plate support plate 104 by a spring 107 so as to be uniformly loaded. The transfer plate support plate 104 is for moving the transfer plate 103 up and down.
A sheet film 2 on which a thin film is formed in advance is fixed to the transfer plate 103 with its thin film forming surface facing up. A surface of the transfer plate 103 on which the sheet film 2 is fixed is provided with a polished quartz plate to ensure flatness.
[0016]
Further, a heater (not shown) as a heating mechanism is provided inside the transfer plate 103, and this heater is controlled by the heater control unit 108. Thereby, the sheet film 2 fixed to the transfer plate 103 can be heated. The heating mechanism for the sample stage 102 and the transfer plate 103 is provided to improve the fluidity of the thin film during transfer and the adhesion to the wafer 1. In this embodiment, both the sample stage 102 and the transfer plate 103 can be heated from room temperature to 300 ° C.
[0017]
The drive unit 109 moves the transfer plate support plate 104 up and down. By moving the transfer plate support plate 104 in the direction of the substrate holder 102b by the driving unit 109, that is, upward, the thin film formation surface of the sheet film 2 on the transfer plate 103 and the thin film formation surface of the wafer 1 held by the substrate holder 102b. And a uniform load can be applied when the thin film is transferred to the wafer 1. In the present embodiment, a load up to 50 kg can be applied.
[0018]
In the present embodiment, the wafer 1 is held by the substrate holder 102b so that the thin film formation surface of the wafer 1 faces downward, and as a result, the thin film formation surface of the sheet film 2 faces upward. Here, the reason why the thin film forming surface of the sheet film 2 is directed upward will be described.
[0019]
As shown in FIG. 2, when the surface of the thin film 3 formed on the sheet film 2 faces downward, the thin film 3 flows on the sheet film 2 at the stage of preheating before the transfer, so that the film thickness distribution of the thin film 3 is reduced. Stagnation occurs. As a result, in particular, a large amount of gas is generated from the thick portion of the thin film 3, and the sheet film 2 is bent. The presence of this bending causes a transfer failure.
[0020]
On the other hand, in the present embodiment, since the surface of the thin film 3 on the sheet film 2 is directed upward, gravity is constantly applied to the thin film 3 downward, so the thin film before transfer. 3 can be kept uniform as shown in FIG. As a result, the gas release from the thin film 3 is performed uniformly, so that the sheet film 2 is maintained without being bent and no transfer failure occurs. Thus, in the present embodiment, the flat thin film 3 can be transferred onto the wafer 1, but for this purpose, it is necessary to hold the wafer 1 with the substrate holder 102b so that the thin film forming surface of the wafer 1 faces downward. There is. Hereinafter, the substrate holder 102b of the present embodiment will be described.
[0021]
4A is a bottom view of the substrate holder 102b, FIG. 4B is a sectional view of the substrate holder 102b, and FIG. 4B is a perspective view showing the structure of the substrate holding mechanism provided in the substrate holder 102b. . 4A and 4B show a state in which the wafer 1 is held by the substrate holding mechanism. FIG. 4C is a perspective view of the inside of the substrate holder 102b, and is turned upside down for easy description.
[0022]
The substrate holding mechanism provided on the mounting table 210 is formed on the surface of the mounting table 210, the holding claw 201, the movable support column 202, the rotation member 203, the rotation guide groove 204, the spring 205, the rotation transmission member 206. The holding claw storage groove 207 is formed.
[0023]
A columnar space 208 is formed in the mounting table 210. The rotating member 203 and the spring 205 are housed in the space 208. Further, in the space 208, the rotation guide groove 204 is formed in a spiral shape on the wall surface of the mounting table 210.
[0024]
The movable column 202 and the rotation transmission member 206 are supported freely by the mounting table 210, one end of the movable column 202 and the rotation transmission member 206 protrudes into the space 208, and the other end of the movable column 202 is on the surface of the mounting table 210. Exposed. One end of the movable support column 202 protruding into the space 208 is connected to one end of the spring 205, and the other end of the spring 205 is connected to the mounting table 210.
[0025]
One end of the rotating member 203 is fixed to one end of the movable support column 202 and the rotation transmitting member 206 protruding into the space 208, and the other end of the rotating member 203 is slidably fitted in the rotation guide groove 204. The other end of the rotation transmitting member 206 is fixed to the holding claw 201.
[0026]
Next, the operation of holding the wafer 1 by the above substrate holding mechanism will be described. When the wafer 1 is not held, the holding claw 201 is in the same position as the state of holding the wafer 1 shown in FIGS. 4A and 4B (hereinafter, the holding claw 201 at this time). Is called the initial position).
When holding the wafer 1, the protrusion 209 of the movable column 202 exposed on the surface of the mounting table 210 is pushed up and moved in the U direction (that is, upward) in FIG.
[0027]
Since one end of the rotating member 203 is pushed in the U direction by the movement of the movable column 202 in the U direction, the other end of the rotating member 203 moves along the rotation guide groove 204 while drawing a spiral locus. Due to the displacement of the rotating member 203, the rotation transmitting member 206 connected to one end of the rotating member 203 moves in the U direction while rotating in the B direction in FIG. As a result, the holding claw 201 connected to the rotation transmitting member 206 also moves in the U direction while rotating in the B direction, and is finally stored in the holding claw storage groove 207. The spring 205 is contracted by the movement of the movable support column 202 in the U direction, and stores the driving force in the extending direction.
[0028]
In this state, the wafer 1 is set on the mounting table 210 and the force that pushed up the protruding portion 209 is released. When the push-up of the projecting portion 209 is released, the movable column 202 is pushed back in the direction D (ie, downward) in FIG. 4B by the spring 205 contracted as the movable column 202 moves in the U direction. . Since one end of the rotating member 203 is pushed in the D direction by the movement of the movable support column 202 in the D direction, the other end of the rotating member 203 is a spiral trajectory opposite to that when the movable support column 202 is moved in the U direction. Move while drawing. Due to the displacement of the rotating member 203, the rotation transmitting member 206 moves in the D direction while rotating in the A direction, and the holding claw 201 moves in the D direction while rotating in the A direction. Reach.
[0029]
When the initial position is reached, the driving force stored in the spring 205 in the extending direction disappears. Accordingly, the movement of the movable column 202 in the D direction stops, and the rotation member 203 connected to the movable column 202 moves in the direction D. Movement in the direction also stops.
Since the movement of the rotating member 203 in the D direction is stopped, the movement of the other end of the rotating member 203 in the A direction is restricted by the rotation guide groove 204. Thereby, the movement in the A direction of the rotation transmission member 206 connected to the rotation member 203 stops, and the movement of the holding claw 201 connected to the rotation transmission member 206 in the A direction also stops. Thus, the movement of the holding claw 201 is stopped, and the wafer 1 is sandwiched and fixed between the mounting table 210 and the holding claw 201 as shown in FIG. The above is the operation when holding the wafer 1.
[0030]
Note that the U-direction force applied to the wafer 1 is zero at an arbitrary position from the initial position to the position where the substrate is released . The reason is that if pressure is applied to the wafer 1 by the holding claws 201, the wafer 1 is broken. Therefore, the spring 205 is designed so as not to store the driving force in any direction of expansion and contraction in the initial position.
[0031]
Next, the operation when the wafer 1 is released will be described. As described above, in order to transfer the thin film 3 onto the wafer 1, the transfer plate 103 is raised, and the thin film formation of the wafer 1 held by the thin film forming surface of the sheet film 2 on the transfer plate 103 and the substrate holder 102b is formed. Make contact with the surface. At this time, the transfer plate 103 comes into contact with the protruding portion 209 of the movable column 202 and pushes the movable column 202 to move in the U direction.
[0032]
Since one end of the rotating member 203 is pushed in the U direction by the movement of the movable column 202 in the U direction, the other end of the rotating member 203 is moved along the rotation guide groove 204 when the movable column 202 moves in the D direction. Move while drawing a spiral trajectory in the opposite direction. Due to the displacement of the rotating member 203, the rotation transmitting member 206 moves in the U direction while rotating in the B direction, and the holding claw 201 also moves in the U direction while rotating in the B direction.
[0033]
Due to the movement in the B direction, the holding claw 201 is detached from the wafer 1 and is finally stored in the holding claw storage groove 207 as described above (FIG. 5).
When the transfer plate 103 is lowered in this state, the wafer 1 is separated from the substrate holder 102 b while being placed on the transfer plate 103.
[0034]
When the transfer plate 103 is lowered, the push-up of the protruding portion 209 of the movable support column 202 is released, so that the holding claw 201 returns to the initial position by the same operation as described above.
As described above, in this embodiment, it is possible to realize the stability of wafer holding and the ease of releasing the wafer after thin film transfer.
[0035]
Next, a process of forming the thin film 3 on the wafer 1 using the thin film forming apparatus of FIG. 1 will be described. In the present embodiment, a thermoplastic resin film is used as the sheet film 2, an insulating film forming coating solution is used as the thin film 3, and a thin film having a thickness of 1 μm or more is applied by applying this coating solution onto the sheet film 2. (Insulating film) 3 was formed.
[0036]
FIG. 6 is a process sectional view showing a thin film forming process in the present embodiment. First, as shown in FIG. 6A, after an aluminum film is formed on the wafer 1 to a film thickness of 500 nm by a sputtering method, patterning is performed by a photolithography process, followed by processing by dry etching, so that the wiring layer 4 Form.
[0037]
Next, the wafer 1 is mounted on the substrate holder 102b in the thin film forming chamber 101, the sheet film 2 is fixed on the transfer plate 103, and the wiring layer 4 of the wafer 1 and the thin film 3 on the sheet film 2 face each other. (FIG. 6B). At this time, the atmosphere was set to a vacuum degree of 10 Torr or less. As described above, by reducing the pressure, degassing can be efficiently performed from the thin film 3 applied and formed on the sheet film 2.
[0038]
Subsequently, the transfer plate 103 is raised to bring the wiring layer forming surface of the wafer 1 into contact with the thin film forming surface of the sheet film 2, and 5 kg is applied by the transfer plate 103 from the back surface of the sheet film 2. The thin film (coating film) 3 is pressed against the wiring layer forming surface of the wafer 1. At this time, the wafer 1 is released from the holding claws 201 by the above-described operation. Moreover, the heating temperature by a heating mechanism was 130 degreeC, and this heating was performed for 10 minutes. As a result, the thin film 3 is transferred to the wafer surface.
[0039]
Next, the wafer 1 is taken out from the thin film forming chamber 101 with the sheet film 2 attached to the surface of the wafer 1 via the thin film 3, and the sheet film 2 is removed from the thin film 3 as shown in FIG. It peeled and heat-processed in order to perform baking after that. In this embodiment, the heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for 30 minutes. As a result, as shown in FIG. 6D, a state is obtained in which a thin film (insulating film) 3 having a thickness of 1.0 μm is formed flat on the wafer 1 so as to cover the wiring layer 4.
This embodiment is an example applied to an apparatus for a semiconductor substrate, but it goes without saying that it can be applied to a substrate related to mounting or a substrate holder related to liquid crystal as long as it is related to electronic component materials.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, a mounting table and a plurality of holding mechanisms for fixing the substrate downward to the mounting table are provided, and each holding mechanism includes a hole, a movable column, an elastic body, a rotation guide groove, a rotating member, and a rotation transmission. When the substrate is held between the substrate mounting surface of the mounting table and the holding claw (in the state where the substrate is supported by the holding claw), and the movable support column rises while holding the substrate. Since the holding claw is rotated in a plane parallel to the substrate mounting surface to release the substrate, it is possible to realize the stability of holding the substrate and the ease of releasing the substrate.
[0041]
In addition, a transfer plate is provided facing the substrate holder, and the substrate is released from the substrate holder by pushing up the other end of the movable support of the substrate holder by the transfer plate during thin film transfer to the substrate. Thus, it is possible to realize a thin film forming apparatus that can stably hold the substrate during transfer of the thin film and can easily release the substrate after the thin film is transferred.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film forming apparatus used in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which stagnation is caused by a film thickness distribution of a thin film formed on a sheet film.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state where the film thickness distribution of a thin film formed on a sheet film is uniform.
FIG. 4 is a bottom view, a cross-sectional view, and a perspective view showing a structure of a substrate holding mechanism provided in the substrate holder.
FIG. 5 is a bottom view of the substrate holder when the wafer is released.
FIG. 6 is a process cross-sectional view showing a thin film forming process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer, 2 ... Sheet film, 3 ... Thin film, 4 ... Wiring layer, 201 ... Holding claw, 202 ... Movable support | pillar, 203 ... Rotating member, 204 ... Rotation induction groove, 205 ... Spring, 206 ... Rotation transmission member, 207 ... holding claw storage groove, 209 ... projection, 210 ... mounting table.

Claims

A mounting table and a plurality of holding mechanisms for fixing the substrate downward on the mounting table;
Each holding mechanism
A hole formed in a direction perpendicular to the substrate mounting surface at a predetermined position of the mounting table;
One end is inserted into this hole, the other end is exposed to the substrate mounting surface of the mounting table, and a movable support column that can rotate vertically and circumferentially along the guide wall of the hole,
An elastic body that supports the movable support in a suspended state;
A spiral rotation guide groove formed on the inner wall surface of the mounting table along a direction perpendicular to the substrate mounting surface;
A rotating member having one end fixed to one end of the movable column and the other end slidably fitted in the rotation guide groove;
A rotation transmitting member that is supported freely by the mounting table along a direction perpendicular to the substrate mounting surface, and whose one end is fixed to one end of the rotating member;
The holding claw disposed on the substrate mounting surface and connected to the other end of the rotation transmitting member penetrating the mounting table,
The holding claw rotates in a plane parallel to the substrate mounting surface by transmitting the displacement along the rotation guide groove of the rotating member along with the vertical movement of the movable column through the rotation transmitting member. When the other end of the movable column is pushed up while the substrate is supported by the holding claw, the substrate is held by the rotation of the holding claw as the movable column is raised. A substrate holder characterized by being released from.

The substrate holder according to claim 1, wherein the substrate on which the surface of the thin film formation target is held downward,
A transfer plate that is placed opposite to the substrate holder and mounts the base material on which the thin film is formed with the thin film forming surface facing upward;
The substrate holder and the transfer plate are brought close to each other, the thin film forming surface of the base material is pressed against the surface of the substrate, and the thin film is transferred to the substrate. A thin film forming apparatus, wherein the other end is pushed up to release the substrate from the substrate holder.