JP4043010B2 - 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 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示パネル用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用基板およびプリント基板等の基板の表面に複数の薄膜を形成するための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】
半導体ウエハの表面に層間絶縁膜を形成するための方法の1つに、転写方式がある。この転写方式では、半導体ウエハとは別のシート上に層間絶縁膜の材料が塗布されて塗布膜が形成される。この塗布膜が形成されたシートと半導体ウエハとが貼り合わされた後、半導体ウエハからシートのみが剥離されることによって、シートから半導体ウエハに塗布膜が転写される。
【0003】
この転写方式の薄膜形成方法を適用することによって、スピンコータを用いてSOG(Spin On Glass)層を形成する場合に生じるボイドの問題を回避することができ、さらに、CMP(化学的機械的研磨)法等の平坦化処理を要することなく、平坦な層間絶縁膜を形成することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、構成が複雑化した近年の半導体集積回路では、その基板表面に多数の薄膜が形成される。典型的な例は、半導体基板上に多層配線が形成される場合である。このような場合には、1回に1種類の薄膜がシートから半導体ウエハに転写されるに過ぎない上述の先行技術では、多数回にわたって転写処理を行わなければならないから、生産工程が複雑になる。それに応じて、半導体装置の製造コストも高くなるという問題がある。
【0005】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、少ない転写回数で複数の薄膜を基板に転写することができ、これによって工程が簡素化され、それに応じて薄膜形成処理のコストを低減することができる薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、基板(20)上に複数の薄膜を形成するための薄膜形成装置であって、上記基板上において同一層内に形成されるべき異種類の膜を含む複数の薄膜(40,71)を担持する転写部材(30)と、この転写部材と基板とを密着させて上記転写部材に担持されている複数の薄膜を当該基板に一括転写する転写機構(61〜68)とを含むことを特徴とする薄膜形成装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
請求項2記載の発明は、上記転写部材が、上記基板上において同一層内に形成されるべき絶縁膜および金属配線膜を含む複数の薄膜を担持するものであることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成装置である。
請求項3記載の発明は、上記転写部材が、上記基板上において異なる層に形成されるべき薄膜を含む複数の薄膜を担持するものであることを特徴とする請求項1または2記載の薄膜形成装置である。この場合、複数層に積層された薄膜が、一気に転写部材から基板へと転写されることになる。
請求項4記載の発明は、上記転写部材が、多層配線薄膜構造を形成する複数の薄膜を担持するものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の薄膜形成装置である。
【0007】
請求項記載の発明は、基板(20)上に複数の薄膜を形成するための薄膜形成方法であって、転写部材(30)の表面に、上記基板上において同一層内に形成されるべき異種類の膜を含む複数の薄膜(40,71)を形成する工程と、上記複数の薄膜を形成した転写部材を基板に密着させて、当該基板に上記複数の薄膜を一括転写する工程とを含むことを特徴とする薄膜形成方法である。
請求項6記載の発明は、上記複数の薄膜が、上記基板上において同一層内に形成されるべき絶縁膜および金属配線膜を含むことを特徴とする請求項5記載の薄膜形成方法である。
請求項7記載の発明は、上記複数の薄膜が、上記基板上において異なる層に形成されるべき薄膜を含むことを特徴とする請求項5または6記載の薄膜形成方法である。この場合、複数層に積層された薄膜が、一気に転写部材から基板へと転写されることになる。
請求項8記載の発明は、上記複数の薄膜が、多層配線薄膜構造を形成するものであることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の薄膜形成方法である。
上記基板は、半導体ウエハであってもよいし、液晶表示パネル用ガラス基板であってもよいし、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板であってもよいし、プリント基板であってもよい。また、チップサイズパッケージ(CSP)型半導体装置において再配線のために用いられるインターポーザであってもよい。
【0009】
この発明によれば、転写部材の表面に予め複数の薄膜が形成され、この複数の薄膜が一括して基板表面に転写される。これにより、転写処理回数を少なくすることができるので、生産性を向上することができるとともに、薄膜形成処理に要するコストを著しく低減することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る薄膜形成方法を説明するための図解的な断面図である。半導体ウエハ(以下単に「ウエハ」と言う。)20と、ふっ素樹脂等からなる転写シート30とが対向して配置される。転写シート30は、ウエハ20よりも若干大きな円形状に形成されていて、そのウエハ20に対向すべき表面である担持面30aには、多層配線薄膜構造40が担持されている。ウエハ20は、その活性面20aを多層配線薄膜構造40に対向させた状態で配置される。
【0011】
多層配線薄膜構造40は、複数の薄膜層41,42,43を積層して構成されている。これらの薄膜層41〜43は、いずれもウエハ20の活性面20a上に積層して形成されるべき薄膜層であるが、ウエハ20の活性面20aの近くに積層されるべき薄膜層が上方の薄膜層をなすように転写シート30の担持面30a上に積層されている。
転写シート30の担持面30a上において最上方に積層された薄膜層41は、絶縁膜41aおよび金属配線膜41bを同一層内に含んでいる。すなわち、金属配線膜41bが絶縁膜41aに埋設されている。転写シート30の担持面30a上において最下方に積層されている薄膜層43は、同一層内に絶縁膜43aおよび金属配線膜43bを有している。薄膜層41,43の間に介挿されている薄膜層42は、絶縁膜42aと、上下の金属配線膜41b,43bを相互接続するための金属配線膜42bとを同一層内に有している。
【0012】
図1(a)の状態から、ウエハ20と転写シート30とを互いに近接させてウエハ20と転写シート30とを密着させると、図1(b)の状態になる。この状態から、転写シート30のみを剥離すれば、図1(c)に示すように、多層配線薄膜構造40がウエハ20の活性面20a上に転写されることになる。こうして、絶縁膜および金属配線膜からなる複数層の薄膜層41〜43が、一括して、ウエハ20に転写される。これによって、各層の1種類の膜を順次ウエハ20の表面に転写してウエハ20上で多層配線薄膜構造40を形成する場合に比較して、生産性を著しく向上することができる。また、プロセスが著しく簡素化されるので、それに応じて半導体装置の製造コストを低減することができる。
【0013】
図2は、転写シート30からウエハ20に薄膜層41〜43を転写させるための転写処理装置の構成を示す図解図である。この転写処理装置は、活性面20aを下方に向けた状態でウエハ20を吸着して保持する固定ステージ61と、多層配線薄膜構造40を上方に向けた状態で転写シート30を吸着して保持する可動ステージ62とを備えている。固定ステージ61および可動ステージ62は、静電チャック方式でウエハ20および転写シート30をそれぞれ吸着保持するものであってもよいし、バキュームチャック方式でウエハ20および転写シート30をそれぞれ吸着保持するものであってもよい。
【0014】
固定ステージ61および可動ステージ62は、ウエハ20および転写シート30をそれぞれ吸着保持する保持面61a,62aを上下に対向させた状態で設けられている。可動ステージ62には、鉛直方向に沿って設けられたボールねじ63に螺合するボールナット64が結合されている。このボールナット64は、リニアガイド65,66によって鉛直方向に案内されるブラケット67に固定されている。ボールねじ63にはモータ68からの回転力が伝達されるようになっている。したがって、モータ68を正転/逆転させることにより、ボールねじ63が回転し、ボールナット64に結合された可動ステージ62が鉛直方向に沿って昇降する。これにより、可動ステージ62を、固定ステージ61に対して近接/離反させることができる。
【0015】
そこで、ウエハ20を固定ステージ61に吸着保持させ、多層配線薄膜構造40が担持面30aに形成された転写シート30を可動ステージ62に吸着保持させた状態で、可動ステージ62を上昇させて、固定ステージ61に接近させる。これにより、ウエハ20と転写シート30とを密着させて、図1(b)の状態とすることができる。
その後、モータ68を逆転させて可動ステージ62を固定ステージ61から離反させることによって、多層配線薄膜構造40を、転写シート30からウエハ20側に転写させることができる。
【0016】
図3は、この発明の他の実施形態に係る薄膜形成方法を説明するための図解的な断面図である。この実施形態では、図3(a)に示すように、転写シート30の担持面30aには、1層の薄膜層71が形成されている。この薄膜層71は、絶縁膜71aとこの絶縁膜71aに埋め込まれた金属配線膜71bとを有する平坦な薄膜である。このような薄膜層71が形成された転写シート30とウエハ20とを密着させて、図3(b)の状態に導いた後、転写シート30のみを剥離すると、図3(c)に示すように、ウエハ20に薄膜層71が転写される。このようにして、1回の転写処理によって、ウエハ20の表面に、絶縁膜71aと、この絶縁膜71aに埋設された金属配線膜71bを形成することができる。
【0017】
図4は、この発明のさらに他の実施形態を説明するための図であり、チップサイズパッケージ(CSP)型半導体装置の図解的な断面図である。半導体チップ81は、その活性面に配列された半田ボール等の外部接続端子82を介してインターポーザ83に接合されている。インターポーザ83は、その一方表面83aに、複数層の薄膜からなる多層配線構造84を有しており、その他方表面83bに半田ボール等の外部接続端子85を有している。
【0018】
半導体チップ81の下面に形成された外部接続端子82は、たとえば、半導体チップ81の周縁に沿って1列に配列されている。これに対して、インターポーザ83の表面83bに形成された外部接続端子85は2次元配列されている。多層配線構造84は、半導体チップ81の外部接続端子82をインターポーザ83の外部接続端子85へと再配線するための立体配線を内部に有している。
この発明の薄膜形成方法は、インターポーザ83の一方表面83aに多層配線構造84を形成するために適用することができる。すなわち、多層配線構造84の全部または一部を予め転写シート上に形成し、この転写シートからインターポーザ83の表面83aに当該多層配線構造の全部または一部を転写すればよい。
【0019】
以上、この発明の3つの実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、上記の実施形態では、転写シートからウエハに転写される複数の薄膜として、絶縁膜および金属配線膜の組合わせを例にとったが、種類の異なる2種以上の絶縁膜(たとえば、窒化シリコン膜およびSOG膜)を転写シート上に積層形成し、この2種以上の絶縁膜を一括してウエハ20に転写するようにしてもよい。
【0020】
また、上記の実施形態では、基板として半導体ウエハを例にとったが、この発明は、液晶表示パネル用ガラス基板やプラズマディスプレイパネル用ガラス基板、プリント基板に代表される各種の被処理基板に対して複数の薄膜を形成する場合において好適に適用することができる。
また、上記実施形態の金属配線膜を構成する金属には、銅やアルミニウム、チタン、タングステン、またはそれらの混合物がある。
【0021】
また、絶縁膜を構成するものとしては、有機絶縁膜、低誘電体層間絶縁膜、SOD、SOGがある。
さらに、図2の転写処理装置では、固定ステージ61にウエハ20が保持され、可動ステージ62に転写シート30が保持されているが、固定ステージ61に転写シート30を保持するとともに、可動ステージ62にウエハ20を保持するようにしてもよい。
【0022】
さらに、図2の転写処理装置では、可動ステージ62の上方に固定ステージ61を配置した構成となっているが、固定ステージを下方に配置し、その上方に可動ステージを配置してもよい。
また、ウエハ20および転写シート30をそれぞれ保持する2つのステージの両方が可動ステージとされ、これらを近接/離反させることによって、転写シート30上の複数の薄膜をウエハ20に転写するようにしてもよい。
【0023】
さらには、ウエハ20および転写シート30をそれぞれ保持する2つのステージは上下に対向配置される必要はなく、たとえば、水平方向に対向配置されてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係る薄膜形成方法を説明するための図解的な断面図である。
【図2】転写シートからウエハに薄膜層を転写させるための転写処理装置の構成を示す図解図である。
【図3】この発明の他の実施形態に係る薄膜形成方法を説明するための図解的な断面図である。
【図4】この発明のさらに他の実施形態を説明するための図であり、チップサイズパッケージ(CSP)型半導体装置の図解的な断面図である。
【符号の説明】
20 ウエハ
20a 活性面
30 転写シート
30a 担持面
40 多層配線薄膜構造
41 薄膜層
41a 絶縁膜
41b 金属配線膜
42 薄膜層
42a 絶縁膜
42b 金属配線膜
43 薄膜層
43a 絶縁膜
43b 金属配線膜
71 薄膜層
71a 絶縁膜
71b 金属配線膜
81 半導体チップ
82 外部接続端子
83 インターポーザ
84 多層配線構造
85 外部接続端子

Claims (8)

  1. 基板上に複数の薄膜を形成するための薄膜形成装置であって、
    上記基板上において同一層内に形成されるべき異種類の膜を含む複数の薄膜を担持する転写部材と、
    この転写部材と基板とを密着させて上記転写部材に担持されている複数の薄膜を当該基板に一括転写する転写機構とを含むことを特徴とする薄膜形成装置。
  2. 上記転写部材が、上記基板上において同一層内に形成されるべき絶縁膜および金属配線膜を含む複数の薄膜を担持するものであることを特徴とする請求項1記載の薄膜形成装置。
  3. 上記転写部材が、上記基板上において異なる層に形成されるべき薄膜を含む複数の薄膜を担持するものであることを特徴とする請求項1または2記載の薄膜形成装置。
  4. 上記転写部材が、多層配線薄膜構造を形成する複数の薄膜を担持するものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の薄膜形成装置。
  5. 基板上に複数の薄膜を形成するための薄膜形成方法であって、
    転写部材の表面に、上記基板上において同一層内に形成されるべき異種類の膜を含む複数の薄膜を形成する工程と、
    上記複数の薄膜を形成した転写部材を基板に密着させて、当該基板に上記複数の薄膜を一括転写する工程とを含むことを特徴とする薄膜形成方法。
  6. 上記複数の薄膜が、上記基板上において同一層内に形成されるべき絶縁膜および金属配線膜を含むことを特徴とする請求項5記載の薄膜形成方法。
  7. 上記複数の薄膜が、上記基板上において異なる層に形成されるべき薄膜を含むことを特徴とする請求項5または6記載の薄膜形成方法。
  8. 上記複数の薄膜が、多層配線薄膜構造を形成するものであることを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の薄膜形成方法。
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