JP3839772B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板と基材とを相互に押し付けることで、基材に予め形成されている絶縁膜などの薄膜を基板に転写して形成する薄膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の高密度化に伴い、多層配線技術は、必須なものとなっている。多層配線を実現するために、配線層間を分離する絶縁膜や、金属配線層の平坦化技術が開発されてきた。この平坦化技術のうち、転写を用いた方法としてＳＴＰ法が提案されている（非特許文献１参照）。この技術は、形成したい薄膜を予め基材に形成し、これを減圧環境の中で加熱加圧することで上記薄膜を半導体などの基板上に転写するものである。
【０００３】
上記ＳＴＰ法について図６，図７を用いて簡単に説明する。まず、図６（ａ）に示すように、密閉可能な真空容器６０１に配置された温度調整可能な上プレート６０２に、半導体基板６０４を装着する。一方、予め薄膜６０５が形成されている基材６０６を用意し、これを下プレート６０３の上方に配置されている基材装着機構６０７に装着する。基材６０６としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）もしくはＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）などからなるシートフィルムを用いる。
【０００４】
つぎに、真空排気ポンプ６０８により、真空容器６０１内を真空に減圧するとともに、プレート駆動装置６０９により、下プレート６０３を上プレート６０２に向けて上昇させる。この過程において、まず下プレート６０３のみを上昇させてこの上面を基材６０６に接触させ、下プレート６０３の上昇により基材６０６を伸張させる（図６（ｂ））。下プレート６０３の上面の面積は、基材６０６より小さく、下プレート６０３の上面の全域が、基材６０６により覆われた状態となっている。
【０００５】
この後、下プレート６０３と基材６０６（基材装着機構６０７）とが所定の位置関係に達した時点で、基材装着機構６０７と下プレート６０３の位置関係を一定に保ったまま更に上昇させ、基材６０６上の薄膜６０５を上プレート６０２によって保持された半導体基板６０４に当接させる。このとき、下プレート６０３及び上プレート６０２は、各々の温度調節機構により所定の温度にしておく。
【０００６】
ここで、下プレート６０３により上プレート６０２が受ける荷重が、荷重センサ６１０により検出される。荷重センサ６１０により、上プレート６０２すなわち半導体基板６０４への荷重を測定し、この測定値が所望の値となるようにプレート駆動装置６０９を制御する。この当接させ所定の圧力を加えた状態を所定時間保持した後、上プレート６０２における半導体基板６０４の固定状態を解放し、基材装着機構６０７と下プレート６０３とを下降させて荷重を解放し、半導体基板６０４より基材６０６を離間させ、半導体基板６０４に薄膜６０５が形成された状態を得る。
【０００７】
【非特許文献１】
K.Machida et al.,“Novel Global Planarization Technology for Interlayer Dielectrics using Spin on Glass Film Transfer and Hot Pressing"J.Vac.Sci.Technol.B16(3),May/June,1093(1998)
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、下プレート６０３は、図８の斜視図に示すように上面が平坦な形状となっている。このため、図６（ｂ）に示すように、下プレート６０３の上面に基材６０６を押し付けて密着させると、真空容器６０１に残留している気体が、下プレート６０３とこれを覆う基材６０６との間に逃げ道のない状態で閉じ込められる。この後、下プレート６０３を上昇させて基材６０６上の薄膜６０５を半導体基板６０４に当接させる過程の最中においても、真空排気ポンプ６０８は真空排気を続けていて真空容器６０１内部の圧力は徐々に低下していく。
【０００９】
この結果、下プレート６０３と基材６０６の間に形成された閉空間内部の圧力は、この外部となる真空容器６０１内部の圧力より高い状態となる。また、下プレート６０３が加熱されている場合、上記閉空間内部の気体も加熱され、このことによっても、上記閉空間内部の気体の圧力は上昇する。このように、周囲の真空容器６０１内部より高い圧力となった上記閉空間内部の気体は、図７（ａ）に示すように、基材６０６を上方に盛り上がらせてしまう。
【００１０】
この状態で、下プレート６０３が上昇を続けて基材６０６上の薄膜６０５を半導体基板６０４に当接させるため、薄膜６０５は中心部から半導体基板６０４に接する。最終的には、図７（ｂ）に示すように、薄膜６０５は半導体基板６０４に完全に押し付けられ、所定の荷重が加わった状態で停止する。
この後、前述したように、上プレート６０２より半導体基板６０４を解放し、更に、荷重を解放して半導体基板６０４より基材６０６を分離すると、図９に示すように、転写不良が発生する。
【００１１】
基材６０６の中央部が盛り上がった状態で、この上の薄膜６０５が半導体基板６０４に当接してから、薄膜６０５全域が半導体基板６０４に密着した場合、均一な接触状態が得られなくなり、例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、堅さや膜質の異なる領域６０５ａ，６０５ｂが、半導体基板６０４の上に形成される場合がある。
以上のように、前述した従来の薄膜形成方法では、膜質が異なる領域が発生するなど、転写不良が発生するという問題があった。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、基材とこれに当接されるプレートとの間に存在する気体の膨張による、プレート上での基材の盛り上がりを抑制し、転写不良などがない状態で、転写対象の基板全域に薄膜が転写できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄膜形成装置は、その内部の圧力が低下していく処理容器内で、シート状の基材の表面に形成された薄膜を基板に転写する装置であり、基材の表面側及び裏面側を開放した状態で、基材を保持する基材保持機構と、基材保持機構に保持された基材の表面上の薄膜に対向するように基板を固定する第１プレートと、基材保持機構に保持された基材の裏面側に第１プレートに対向して配置されるとともに、基材の裏面を支持するための平坦面を有し、かつ、基材の裏面に当接する平坦面の領域と処理容器の内部空間とを連通する連通孔を有する第２プレートと、基材保持機構に保持された基材に対して第２プレートを相対的に進退させる進退手段と、基材保持機構に保持されるとともにその裏面が第２プレートに支持された基材を、第１プレートに固定された基板に対して相対的に進退させるとともに、薄膜が基板に当接した状態で第１プレートと第２プレートとの間に荷重を加えるプレート駆動手段とを備えるものである。
この薄膜形成装置では、第２プレートの平坦面に基材が当接して基材が伸張され、平坦面が基材によって覆われる状態において、基材と平坦面との間に閉空間が形成されず、連通孔を介して外部と通じた状態となっている。
【００１４】
また、本発明の他の形態に係る薄膜形成装置は、処理容器内で、シート状の基材の表面に形成された薄膜を、少なくとも基材を加熱しつつ基板に転写する装置であり、基材の表面側及び裏面側を開放した状態で、基材を保持する基材保持機構と、基材保持機構に保持された基材の表面上の薄膜に対向するように基板を固定する第１プレートと、基材保持機構に保持された基材の裏面側に第１プレートに対向して配置されるとともに、基材の裏面を支持するための平坦面を有し、かつ、基材の裏面に当接する平坦面の領域と処理容器の内部空間とを連通する連通孔を有する第２プレートと、基材保持機構に保持された基材に対して第２プレートを相対的に進退させる進退手段と、基材保持機構に保持されるとともにその裏面が第２プレートに支持された基材を、第１プレートに固定された基板に対して相対的に進退させるとともに、薄膜が基板に当接した状態で第１プレートと第２プレートとの間に荷重を加えるプレート駆動手段とを備えるものである。
この薄膜形成装置では、第２プレートの平坦面に基材が当接して基材が伸張され、平坦面が基材によって覆われる状態において、基材と平坦面との間に閉空間が形成されず、連通孔を介して外部と通じた状態となっている。
【００１５】
上記薄膜形成装置において、第２プレートは、複数の連通孔を備えていてもよい。
また、上記薄膜形成装置において、第２プレートの平坦面は、基板装着面より広く形成され、連通孔の平坦面における開口部は、基板装着面に装着される基板によって荷重が加わる領域以外に配置されているものである。
上記薄膜形成装置において、第２プレートは、金属から構成されたものであってもよい。
【００１６】
また、上記薄膜形成装置において、第２プレートは、凹部が形成されてこの凹部周辺に枠状の平坦部を備えた台座と、この台座の凹部に嵌合して平坦部に連続する上面を備えた定盤とから構成され、連通孔は、台座の平坦部からこの平坦部及び凹部以外の領域に連通し、平坦面は、台座の平坦部と定盤の上面とから構成されたものとしてもよい。
また、上記薄膜形成装置において、台座は、金属から構成され、定盤は、石英から構成されたものであってもよい。
【００１７】
また、上記薄膜形成装置において、基材保持機構に保持されている基材を伸張させる基材伸張手段を備え、例えば、基材伸張手段によって伸張した基材が、この裏面を第２プレートに支持された状態とするようにしてもよい。基材伸張手段は、例えば、断面が円形の枠状に形成され、基材保持機構と第２プレートとの間の領域に、処理容器内を上下に移動可能に配置されているものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における薄膜形成装置の概略的な構成例を示す構成図であり、図１（ａ），（ｃ）は断面図、図１（ｂ）は斜視図，図１（ｄ）は平面図である。図１に示す薄膜形成装置は、まず、密閉可能な真空容器１００と、真空容器１００内の下部に上下方向に可動可能に配置された下プレート（第２プレート）１０１と、真空容器１００内の上部に固定され、処理対象の半導体基板１０２が固定される上プレート（第１プレート）１０３を備える。
【００１９】
上プレート１０３は、基板１０２が装着される平坦な面（基板装着面）Ｓ１を備え、また、下プレート１０１は、基板装着面Ｓ１に対向する平坦な対向面（平坦面）Ｓ２を備えている。下プレート１０１は、プレート駆動装置（進退手段）１０７により上下方向に移動する。また、上プレート１０３は、真空容器１００上部に配置された荷重センサ１０８に連通し、上プレート１０３に加わる荷重が測定可能な状態とされている。
【００２０】
なお、図示していないが、上プレート１０３は加熱機構を備え、上プレート１０３に装着される半導体基板１０２を加熱可能にしている。同様に、図示していないが、下プレート１０１は加熱機構を備え、例えば以降に示す基材１０５などの、下プレート１０１の対向面（平坦面）上のものを加熱可能としている。
【００２１】
また、真空容器１００内には、転写対象の薄膜１０４が形成された基材１０５を、この表面側及び裏面側を開放した状態で展着して保持する基材保持機構１０６を備えている。基材保持機構１０６は、図１（ｄ）に示すように、円形の枠状に形成され、平面視円形の下プレート１０１と同様に、真空容器１００内を上下に移動可能にされている。なお、基材保持機構１０６は、枠状に限るものではない。
【００２２】
このように構成された基材保持機構１０６に対し、上プレート１０３は、基材保持機構１０６に保持された基材１０５の表面に形成される薄膜１０４に対向するように配置される。また、下プレート１０１は、基材保持機構１０６に保持された基材１０５の裏面側に、上プレート１０３に対向して配置され、かつ、基材１０５の裏面を支持するための平坦面である対向面Ｓ２を有している。また、下プレート１０１は、プレート駆動装置１０７により、基材保持機構１０６に保持された基材１０５に対して相対的に進退する。
【００２３】
加えて、本実施の形態の薄膜形成装置においては、下プレート１０１の対向面Ｓ２よりこの対向面Ｓ２以外に連通する連通孔１１０を、下プレート１０１に設けた。下プレート１０１は、例えばアルミニウムやこの合金などの金属から構成すれば、連通孔１０１の形成加工が容易である。また、例えば、図１（ｂ）に示すように、下プレート１０１は、４つの連通孔１１０を備える。また、例えば、連通孔１１０の対向面Ｓ２における開口部は、上プレート１０３の上方から見た場合、上プレート１０３より外側に配置されている。連通孔１１０の、一方の開口部は、対向面以外の側部や底部などに配置されていればよい。
【００２４】
以下、本実施の形態における薄膜形成装置の動作について説明する。まず、上プレート１０３の基板装着面Ｓ１に、図示していない基板装着機構によって、主面を下側に向けて半導体基板１０２を装着する。一方、塗布法などにより予め薄膜１０４が形成されている基材１０５を、薄膜１０４の形成面を上側（上プレート側）に向け、基材保持機構１０６に装着（展着）する。基材１０５は、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）もしくはＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）などの、可撓性を有し、また可塑性を有する有機材料からなるシートフィルムである。
【００２５】
つぎに、真空排気ポンプ（真空排気手段）１０９の真空排気により真空容器１００内の圧力を低下させるとともに、プレート駆動装置１０７により、下プレート１０１のみを上昇させる。この動作により、下プレート１０１が基材１０５に接触し、図２（ａ）に示すように、基材１０５を伸張させる。下プレート１０１が上昇することで、下プレート１０１により基材１０５の一部（中央部分）が押し上げられるが、基材１０５周囲は基材保持機構１０６により固定されている。
【００２６】
このため、基材保持機構１０６と下プレート１０１の位置関係によって、基材１０５には、水平方向に引き伸ばす張力と、下プレート１０１による上向きの力が印加され、この結果、基材１０５は伸張する。従って、図１の薄膜形成装置では、プレート駆動装置１０７，基材保持機構１０６，及び下プレート１０１により、基材伸張手段が構成されている。
【００２７】
このとき、本実施の形態では、連通孔１１０を設けているので、基材１０５と下プレート１０１の対向面（平坦面）とによる閉空間が形成されることがない。従って、これ以降、真空容器１００内の圧力がより低下しても、下プレート１０１の対向面Ｓ２上で、基材１０５が盛り上がることがない。
このように基材１０５の盛り上がりが抑制された状態で、下プレート１０１と基材保持機構１０６との位置関係を保持したまま、これらを上プレート１０３の方向に移動させ、図２（ｂ）に示すように、薄膜１０４の上面を半導体基板１０２の主表面に当接させる。
【００２８】
この後、プレート駆動装置１０７の駆動により、下プレート１０１を上プレート１０３側に所定の荷重で押し付けることで、半導体基板１０２の主表面上に薄膜１０４を接着させる。このとき、上プレート１０３及び下プレート１０１は所定の温度とする。また、荷重センサ１０８により上プレート１０３に加わる荷重を測定し、下プレート１０１の上昇による上プレート１０３に加わる荷重が、所定の範囲内となるようにプレート駆動装置１０７を制御する。
【００２９】
下プレート１０１を上プレート１０３側に押し付けることで、所定の時間、半導体基板１０２の表面に薄膜１０４を押し付けて接着させた後、まず、従来と同様にし、上プレート１０３における半導体基板１０２の固定状態を解放する。次いで、プレート駆動装置１０７を制御して下プレート１０１を上プレート１０３側より降下させ、上プレート１０３から離間させる。最後に、真空容器１００の内圧を大気圧に戻し、基材１０５と半導体基板１０２とに分離すれば、薄膜１０４が半導体基板１０２に転写された状態を得ることができる。
【００３０】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、下プレート１０１に連通孔１１０を設けたので、下プレート１０１と基材１０５との間に閉空間が形成されることが無く、基材１０５の盛り上がりが抑制されるので、転写不良のない均一な薄膜の形成が実現できる。また、図１，２に示す薄膜形成装置では、連通孔１１０は、薄膜１０４を半導体基板１０２に当接させた状態における半導体基板１０２の配置領域より外側に形成されている。従って、連通孔１１０の開口部が、上プレート１０３に下プレート１０１を押し付ける際に、半導体基板１０２と薄膜１０４との間に加わる荷重に、部分的な不均一などが発生することがない。
【００３１】
また、下プレート１０１の対向面Ｓ２上に形成された連通孔１１０の開口部は、対向面Ｓ２の終端部より内側に配置している。すなわち、開口部が下プレート１０１の終端部に掛からないように形成され、下プレート１０１の終端部は欠けなどがない平面視円形となっている。このような下プレート１０１の対向面Ｓ２を、図２（ａ）に示すように、基材１０５に押し付けると、下プレート１０１の終端部の全周が、均一に基材１０５に当接し、この結果、基材１０５を均一に伸張することができる。
【００３２】
ところで、下プレート１０１は、図３に示すように、凹部が形成されてこの凹部周辺に枠状の平坦部を備えた台座１０１ａと、台座１０１ａの凹部に嵌合して平坦部に連続する上面を備えた定盤１０１ｂとから構成してもよい。連通孔１１０ａは、台座１０１ａの平坦部からこの平坦部及び凹部以外の領域に連通している。例えば、連通孔１１０ａの形成などの加工が容易なアルミニウムから台座１０１ａを構成し、高い平坦性を形成できる石英などから定盤１０１ｂを構成すればよい。
【００３３】
定盤１０１ｂは、図３（ｂ）に示すように、半導体基板１０２の領域に対応する部分を含む面積とする。また、下プレート１０１の対向面は、台座１０１ａの平坦部と定盤１０１ｂの上面とから構成される。従って、図３の下プレート１０１では、台座１０１ａの平坦部と定盤１０１ｂの上面とにより、連続した１つの平面（対向面）が形成されている。
【００３４】
このように、下プレート１０１を２つの部分から構成することで、各部分に要求される特性を満たす材料を、各々用いることができるようになる。
また、定盤１０１ｂを、台座１０１ａより取り外し可能な状態とすることで、下プレート１０１の対向面が汚れたときや定盤１０１ｂ部分が破損したときなど、定盤１０１ｂを取り外して洗浄し、また交換すればよいなど、保守性が向上する。
【００３５】
ところで、上述では、下プレート１０１に４つの連通孔を設けるようにしたがこれに限るものではない。
例えば、図４（ａ）に示すように、下プレート１０１に１６個の連通孔１１０を設けるようにしてもよい。また、図４（ｂ）に示すように、下プレート１０１に、円弧状のスリットによる連通孔１１０ｂを設けるようにしてもよい。
【００３６】
また、図４（ｃ）に示すように、下プレート１０１の対向面の中央部に開口部を有する連通孔１１０ｃを、下プレート１０１に設けるようにしてもよい。基材の可撓性が低い場合や、下プレート１０１と上プレート１０３との間にあまり荷重をかけずに転写を行う場合など、荷重に部分的な不均一があまり問題にならない場合は、下プレート１０１の対向面の中央部に開口部があってもよい。
【００３７】
なお、上述した実施の形態では、基材１０５を下プレート１０１の突き上げにより伸張するようにしたが、これに限るものではなく、別の基材伸張手段を新たに設けるようにしてもよい。
例えば、図５に示すように、基材伸張機構（基材伸張手段）５１０を備えるようにしてもよい。基材伸張機構５１０は、図５の左右方向に、基材保持機構１０６と下プレート１０１との間の領域に配置される。基材伸張機構５１０は、例えば基材保持機構１０６と同様に円形の枠状に形成し、平面視円形の下プレート１０１と同様に、真空容器１０１内を上下に移動可能にすればよい。なお、基材伸張機構５１０は、枠状に限るものではない。
【００３８】
この基材伸張機構５１０も、基材保持機構１０６と同様に、図示していない駆動装置により上下方向に移動する。例えば、図示しない駆動装置により、基材伸張機構５１０を下方（下プレート側）に移動させ、基材伸張機構５１０が、基材保持機構１０６より下プレート１０１側に配置されているようにすれば、図５（ｂ）に示すように、基材伸張機構５１０により基材１０５が伸張した状態となる。この、基材伸張機構５１０による基材１０５の伸張は、基材１０５が下プレート１０１に当接した状態で行ってもよい。基材伸張機構５１０による基材１０５の伸張により、例えば、基材１０５を基材保持機構１０６に取り付けた段階で発生している基材１０５のシワを除去することが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、第２プレートの対向面に基材が当接して覆う状態となっても、基材と対向面との間に閉空間が形成されず、連通孔を介して処理容器内の空間と連通した状態となるようにした。この結果、本発明によれば、基材とこれに当接されるプレートとの間に存在する気体の膨張による、プレート上での基材の盛り上がりを抑制し、転写不良などがない状態で、転写対象の基板全域に薄膜が転写できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態における薄膜形成装置の概略的な構成例を示す構成図であり、（ａ），（ｃ）は断面図、（ｂ）は斜視図，（ｄ）は平面図である。
【図２】 図１に示す薄膜形成装置の動作例を説明するための工程図である。
【図３】 本発明の他の形態における薄膜形成装置の概略的な構成例を示す部分的な構成図である。
【図４】 本発明の他の形態における薄膜形成装置の概略的な構成例を示す部分的な構成図である。
【図５】 本発明の他の形態における薄膜形成装置の概略的な構成例を示す部分的な構成図である。
【図６】 従来よりある薄膜形成装置の構成を示す概略的な構成図である。
【図７】 従来よりある薄膜形成装置の構成を示す概略的な構成図である。
【図８】 従来よりある薄膜形成装置の下プレートを示す斜視図である。
【図９】 従来の薄膜形成方法による薄膜形成の状態を示す断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０１…下プレート（第２プレート）、１０２…半導体基板、１０３…上プレート（第１プレート）、１０４…薄膜、１０５…基材、１０６…基材保持機構、…、１０７…プレート駆動装置、１０８…荷重センサ、１０９…真空排気ポンプ（真空排気手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板と基材とを相互に押し付けることで、基材に予め形成されている絶縁膜などの薄膜を基板に転写して形成する薄膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の高密度化に伴い、多層配線技術は、必須なものとなっている。多層配線を実現するために、配線層間を分離する絶縁膜や、金属配線層の平坦化技術が開発されてきた。この平坦化技術のうち、転写を用いた方法としてＳＴＰ法が提案されている（非特許文献１参照）。この技術は、形成したい薄膜を予め基材に形成し、これを減圧環境の中で加熱加圧することで上記薄膜を半導体などの基板上に転写するものである。
【０００３】
上記ＳＴＰ法について図６，図７を用いて簡単に説明する。まず、図６（ａ）に示すように、密閉可能な真空容器６０１に配置された温度調整可能な上プレート６０２に、半導体基板６０４を装着する。一方、予め薄膜６０５が形成されている基材６０６を用意し、これを下プレート６０３の上方に配置されている基材装着機構６０７に装着する。基材６０６としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）もしくはＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）などからなるシートフィルムを用いる。
【０００４】
つぎに、真空排気ポンプ６０８により、真空容器６０１内を真空に減圧するとともに、プレート駆動装置６０９により、下プレート６０３を上プレート６０２に向けて上昇させる。この過程において、まず下プレート６０３のみを上昇させてこの上面を基材６０６に接触させ、下プレート６０３の上昇により基材６０６を伸張させる（図６（ｂ））。下プレート６０３の上面の面積は、基材６０６より小さく、下プレート６０３の上面の全域が、基材６０６により覆われた状態となっている。
【０００５】
この後、下プレート６０３と基材６０６（基材装着機構６０７）とが所定の位置関係に達した時点で、基材装着機構６０７と下プレート６０３の位置関係を一定に保ったまま更に上昇させ、基材６０６上の薄膜６０５を上プレート６０２によって保持された半導体基板６０４に当接させる。このとき、下プレート６０３及び上プレート６０２は、各々の温度調節機構により所定の温度にしておく。
【０００６】
ここで、下プレート６０３により上プレート６０２が受ける荷重が、荷重センサ６１０により検出される。荷重センサ６１０により、上プレート６０２すなわち半導体基板６０４への荷重を測定し、この測定値が所望の値となるようにプレート駆動装置６０９を制御する。この当接させ所定の圧力を加えた状態を所定時間保持した後、上プレート６０２における半導体基板６０４の固定状態を解放し、基材装着機構６０７と下プレート６０３とを下降させて荷重を解放し、半導体基板６０４より基材６０６を離間させ、半導体基板６０４に薄膜６０５が形成された状態を得る。
【０００７】
【非特許文献１】
K.Machida et al.,“Novel Global Planarization Technology for Interlayer Dielectrics using Spin on Glass Film Transfer and Hot Pressing"J.Vac.Sci.Technol.B16(3),May/June,1093(1998)
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、下プレート６０３は、図８の斜視図に示すように上面が平坦な形状となっている。このため、図６（ｂ）に示すように、下プレート６０３の上面に基材６０６を押し付けて密着させると、真空容器６０１に残留している気体が、下プレート６０３とこれを覆う基材６０６との間に逃げ道のない状態で閉じ込められる。この後、下プレート６０３を上昇させて基材６０６上の薄膜６０５を半導体基板６０４に当接させる過程の最中においても、真空排気ポンプ６０８は真空排気を続けていて真空容器６０１内部の圧力は徐々に低下していく。
【０００９】
この結果、下プレート６０３と基材６０６の間に形成された閉空間内部の圧力は、この外部となる真空容器６０１内部の圧力より高い状態となる。また、下プレート６０３が加熱されている場合、上記閉空間内部の気体も加熱され、このことによっても、上記閉空間内部の気体の圧力は上昇する。このように、周囲の真空容器６０１内部より高い圧力となった上記閉空間内部の気体は、図７（ａ）に示すように、基材６０６を上方に盛り上がらせてしまう。
【００１０】
この状態で、下プレート６０３が上昇を続けて基材６０６上の薄膜６０５を半導体基板６０４に当接させるため、薄膜６０５は中心部から半導体基板６０４に接する。最終的には、図７（ｂ）に示すように、薄膜６０５は半導体基板６０４に完全に押し付けられ、所定の荷重が加わった状態で停止する。
この後、前述したように、上プレート６０２より半導体基板６０４を解放し、更に、荷重を解放して半導体基板６０４より基材６０６を分離すると、図９に示すように、転写不良が発生する。
【００１１】
基材６０６の中央部が盛り上がった状態で、この上の薄膜６０５が半導体基板６０４に当接してから、薄膜６０５全域が半導体基板６０４に密着した場合、均一な接触状態が得られなくなり、例えば、図９（ａ），（ｂ）に示すように、堅さや膜質の異なる領域６０５ａ，６０５ｂが、半導体基板６０４の上に形成される場合がある。
以上のように、前述した従来の薄膜形成方法では、膜質が異なる領域が発生するなど、転写不良が発生するという問題があった。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、基材とこれに当接されるプレートとの間に存在する気体の膨張による、プレート上での基材の盛り上がりを抑制し、転写不良などがない状態で、転写対象の基板全域に薄膜が転写できるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄膜形成装置は、その内部の圧力が低下していく処理容器内で、シート状の基材の表面に形成された薄膜を基板に転写する装置であり、基材の表面側及び裏面側を開放した状態で、基材を保持する基材保持機構と、基材保持機構に保持された基材の表面上の薄膜に対向するように基板を固定する第１プレートと、基材保持機構に保持された基材の裏面側に第１プレートに対向して配置されるとともに、基材の裏面を支持するための平坦面を有し、かつ、基材の裏面に当接する平坦面の領域と処理容器の内部空間とを連通する連通孔を有する第２プレートと、基材保持機構に保持された基材に対して第２プレートを相対的に進退させる進退手段と、基材保持機構に保持されるとともにその裏面が第２プレートに支持された基材を、第１プレートに固定された基板に対して相対的に進退させるとともに、薄膜が基板に当接した状態で第１プレートと第２プレートとの間に荷重を加えるプレート駆動手段とを備えるものである。
この薄膜形成装置では、第２プレートの平坦面に基材が当接して基材が伸張され、平坦面が基材によって覆われる状態において、基材と平坦面との間に閉空間が形成されず、連通孔を介して外部と通じた状態となっている。
【００１４】
また、本発明の他の形態に係る薄膜形成装置は、処理容器内で、シート状の基材の表面に形成された薄膜を、少なくとも基材を加熱しつつ基板に転写する装置であり、基材の表面側及び裏面側を開放した状態で、基材を保持する基材保持機構と、基材保持機構に保持された基材の表面上の薄膜に対向するように基板を固定する第１プレートと、基材保持機構に保持された基材の裏面側に第１プレートに対向して配置されるとともに、基材の裏面を支持するための平坦面を有し、かつ、基材の裏面に当接する平坦面の領域と処理容器の内部空間とを連通する連通孔を有する第２プレートと、基材保持機構に保持された基材に対して第２プレートを相対的に進退させる進退手段と、基材保持機構に保持されるとともにその裏面が第２プレートに支持された基材を、第１プレートに固定された基板に対して相対的に進退させるとともに、薄膜が基板に当接した状態で第１プレートと第２プレートとの間に荷重を加えるプレート駆動手段とを備えるものである。
この薄膜形成装置では、第２プレートの平坦面に基材が当接して基材が伸張され、平坦面が基材によって覆われる状態において、基材と平坦面との間に閉空間が形成されず、連通孔を介して外部と通じた状態となっている。
【００１５】
上記薄膜形成装置において、第２プレートは、複数の連通孔を備えていてもよい。
また、上記薄膜形成装置において、第２プレートの平坦面は、基板装着面より広く形成され、連通孔の平坦面における開口部は、基板装着面に装着される基板によって荷重が加わる領域以外に配置されているものである。
上記薄膜形成装置において、第２プレートは、金属から構成されたものであってもよい。
【００１６】
また、上記薄膜形成装置において、第２プレートは、凹部が形成されてこの凹部周辺に枠状の平坦部を備えた台座と、この台座の凹部に嵌合して平坦部に連続する上面を備えた定盤とから構成され、連通孔は、台座の平坦部からこの平坦部及び凹部以外の領域に連通し、平坦面は、台座の平坦部と定盤の上面とから構成されたものとしてもよい。
また、上記薄膜形成装置において、台座は、金属から構成され、定盤は、石英から構成されたものであってもよい。
【００１７】
また、上記薄膜形成装置において、基材保持機構に保持されている基材を伸張させる基材伸張手段を備え、例えば、基材伸張手段によって伸張した基材が、この裏面を第２プレートに支持された状態とするようにしてもよい。基材伸張手段は、例えば、断面が円形の枠状に形成され、基材保持機構と第２プレートとの間の領域に、処理容器内を上下に移動可能に配置されているものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における薄膜形成装置の概略的な構成例を示す構成図であり、図１（ａ），（ｃ）は断面図、図１（ｂ）は斜視図，図１（ｄ）は平面図である。図１に示す薄膜形成装置は、まず、密閉可能な真空容器１００と、真空容器１００内の下部に上下方向に可動可能に配置された下プレート（第２プレート）１０１と、真空容器１００内の上部に固定され、処理対象の半導体基板１０２が固定される上プレート（第１プレート）１０３を備える。
【００１９】
上プレート１０３は、基板１０２が装着される平坦な面（基板装着面）Ｓ１を備え、また、下プレート１０１は、基板装着面Ｓ１に対向する平坦な対向面（平坦面）Ｓ２を備えている。下プレート１０１は、プレート駆動装置（進退手段）１０７により上下方向に移動する。また、上プレート１０３は、真空容器１００上部に配置された荷重センサ１０８に連通し、上プレート１０３に加わる荷重が測定可能な状態とされている。
【００２０】
なお、図示していないが、上プレート１０３は加熱機構を備え、上プレート１０３に装着される半導体基板１０２を加熱可能にしている。同様に、図示していないが、下プレート１０１は加熱機構を備え、例えば以降に示す基材１０５などの、下プレート１０１の対向面（平坦面）上のものを加熱可能としている。
【００２１】
また、真空容器１００内には、転写対象の薄膜１０４が形成された基材１０５を、この表面側及び裏面側を開放した状態で展着して保持する基材保持機構１０６を備えている。基材保持機構１０６は、図１（ｄ）に示すように、円形の枠状に形成され、平面視円形の下プレート１０１と同様に、真空容器１００内を上下に移動可能にされている。なお、基材保持機構１０６は、枠状に限るものではない。
【００２２】
このように構成された基材保持機構１０６に対し、上プレート１０３は、基材保持機構１０６に保持された基材１０５の表面に形成される薄膜１０４に対向するように配置される。また、下プレート１０１は、基材保持機構１０６に保持された基材１０５の裏面側に、上プレート１０３に対向して配置され、かつ、基材１０５の裏面を支持するための平坦面である対向面Ｓ２を有している。また、下プレート１０１は、プレート駆動装置１０７により、基材保持機構１０６に保持された基材１０５に対して相対的に進退する。
【００２３】
加えて、本実施の形態の薄膜形成装置においては、下プレート１０１の対向面Ｓ２よりこの対向面Ｓ２以外に連通する連通孔１１０を、下プレート１０１に設けた。下プレート１０１は、例えばアルミニウムやこの合金などの金属から構成すれば、連通孔１０１の形成加工が容易である。また、例えば、図１（ｂ）に示すように、下プレート１０１は、４つの連通孔１１０を備える。また、例えば、連通孔１１０の対向面Ｓ２における開口部は、上プレート１０３の上方から見た場合、上プレート１０３より外側に配置されている。連通孔１１０の、一方の開口部は、対向面以外の側部や底部などに配置されていればよい。
【００２４】
以下、本実施の形態における薄膜形成装置の動作について説明する。まず、上プレート１０３の基板装着面Ｓ１に、図示していない基板装着機構によって、主面を下側に向けて半導体基板１０２を装着する。一方、塗布法などにより予め薄膜１０４が形成されている基材１０５を、薄膜１０４の形成面を上側（上プレート側）に向け、基材保持機構１０６に装着（展着）する。基材１０５は、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）もしくはＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）などの、可撓性を有し、また可塑性を有する有機材料からなるシートフィルムである。
【００２５】
つぎに、真空排気ポンプ（真空排気手段）１０９の真空排気により真空容器１００内の圧力を低下させるとともに、プレート駆動装置１０７により、下プレート１０１のみを上昇させる。この動作により、下プレート１０１が基材１０５に接触し、図２（ａ）に示すように、基材１０５を伸張させる。下プレート１０１が上昇することで、下プレート１０１により基材１０５の一部（中央部分）が押し上げられるが、基材１０５周囲は基材保持機構１０６により固定されている。
【００２６】
このため、基材保持機構１０６と下プレート１０１の位置関係によって、基材１０５には、水平方向に引き伸ばす張力と、下プレート１０１による上向きの力が印加され、この結果、基材１０５は伸張する。従って、図１の薄膜形成装置では、プレート駆動装置１０７，基材保持機構１０６，及び下プレート１０１により、基材伸張手段が構成されている。
【００２７】
このとき、本実施の形態では、連通孔１１０を設けているので、基材１０５と下プレート１０１の対向面（平坦面）とによる閉空間が形成されることがない。従って、これ以降、真空容器１００内の圧力がより低下しても、下プレート１０１の対向面Ｓ２上で、基材１０５が盛り上がることがない。
このように基材１０５の盛り上がりが抑制された状態で、下プレート１０１と基材保持機構１０６との位置関係を保持したまま、これらを上プレート１０３の方向に移動させ、図２（ｂ）に示すように、薄膜１０４の上面を半導体基板１０２の主表面に当接させる。
【００２８】
この後、プレート駆動装置１０７の駆動により、下プレート１０１を上プレート１０３側に所定の荷重で押し付けることで、半導体基板１０２の主表面上に薄膜１０４を接着させる。このとき、上プレート１０３及び下プレート１０１は所定の温度とする。また、荷重センサ１０８により上プレート１０３に加わる荷重を測定し、下プレート１０１の上昇による上プレート１０３に加わる荷重が、所定の範囲内となるようにプレート駆動装置１０７を制御する。
【００２９】
下プレート１０１を上プレート１０３側に押し付けることで、所定の時間、半導体基板１０２の表面に薄膜１０４を押し付けて接着させた後、まず、従来と同様にし、上プレート１０３における半導体基板１０２の固定状態を解放する。次いで、プレート駆動装置１０７を制御して下プレート１０１を上プレート１０３側より降下させ、上プレート１０３から離間させる。最後に、真空容器１００の内圧を大気圧に戻し、基材１０５と半導体基板１０２とに分離すれば、薄膜１０４が半導体基板１０２に転写された状態を得ることができる。
【００３０】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、下プレート１０１に連通孔１１０を設けたので、下プレート１０１と基材１０５との間に閉空間が形成されることが無く、基材１０５の盛り上がりが抑制されるので、転写不良のない均一な薄膜の形成が実現できる。また、図１，２に示す薄膜形成装置では、連通孔１１０は、薄膜１０４を半導体基板１０２に当接させた状態における半導体基板１０２の配置領域より外側に形成されている。従って、連通孔１１０の開口部が、上プレート１０３に下プレート１０１を押し付ける際に、半導体基板１０２と薄膜１０４との間に加わる荷重に、部分的な不均一などが発生することがない。
【００３１】
また、下プレート１０１の対向面Ｓ２上に形成された連通孔１１０の開口部は、対向面Ｓ２の終端部より内側に配置している。すなわち、開口部が下プレート１０１の終端部に掛からないように形成され、下プレート１０１の終端部は欠けなどがない平面視円形となっている。このような下プレート１０１の対向面Ｓ２を、図２（ａ）に示すように、基材１０５に押し付けると、下プレート１０１の終端部の全周が、均一に基材１０５に当接し、この結果、基材１０５を均一に伸張することができる。
【００３２】
ところで、下プレート１０１は、図３に示すように、凹部が形成されてこの凹部周辺に枠状の平坦部を備えた台座１０１ａと、台座１０１ａの凹部に嵌合して平坦部に連続する上面を備えた定盤１０１ｂとから構成してもよい。連通孔１１０ａは、台座１０１ａの平坦部からこの平坦部及び凹部以外の領域に連通している。例えば、連通孔１１０ａの形成などの加工が容易なアルミニウムから台座１０１ａを構成し、高い平坦性を形成できる石英などから定盤１０１ｂを構成すればよい。
【００３３】
定盤１０１ｂは、図３（ｂ）に示すように、半導体基板１０２の領域に対応する部分を含む面積とする。また、下プレート１０１の対向面は、台座１０１ａの平坦部と定盤１０１ｂの上面とから構成される。従って、図３の下プレート１０１では、台座１０１ａの平坦部と定盤１０１ｂの上面とにより、連続した１つの平面（対向面）が形成されている。
【００３４】
このように、下プレート１０１を２つの部分から構成することで、各部分に要求される特性を満たす材料を、各々用いることができるようになる。
また、定盤１０１ｂを、台座１０１ａより取り外し可能な状態とすることで、下プレート１０１の対向面が汚れたときや定盤１０１ｂ部分が破損したときなど、定盤１０１ｂを取り外して洗浄し、また交換すればよいなど、保守性が向上する。
【００３５】
ところで、上述では、下プレート１０１に４つの連通孔を設けるようにしたがこれに限るものではない。
例えば、図４（ａ）に示すように、下プレート１０１に１６個の連通孔１１０を設けるようにしてもよい。また、図４（ｂ）に示すように、下プレート１０１に、円弧状のスリットによる連通孔１１０ｂを設けるようにしてもよい。
【００３６】
また、図４（ｃ）に示すように、下プレート１０１の対向面の中央部に開口部を有する連通孔１１０ｃを、下プレート１０１に設けるようにしてもよい。基材の可撓性が低い場合や、下プレート１０１と上プレート１０３との間にあまり荷重をかけずに転写を行う場合など、荷重に部分的な不均一があまり問題にならない場合は、下プレート１０１の対向面の中央部に開口部があってもよい。
【００３７】
なお、上述した実施の形態では、基材１０５を下プレート１０１の突き上げにより伸張するようにしたが、これに限るものではなく、別の基材伸張手段を新たに設けるようにしてもよい。
例えば、図５に示すように、基材伸張機構（基材伸張手段）５１０を備えるようにしてもよい。基材伸張機構５１０は、図５の左右方向に、基材保持機構１０６と下プレート１０１との間の領域に配置される。基材伸張機構５１０は、例えば基材保持機構１０６と同様に円形の枠状に形成し、平面視円形の下プレート１０１と同様に、真空容器１０１内を上下に移動可能にすればよい。なお、基材伸張機構５１０は、枠状に限るものではない。
【００３８】
この基材伸張機構５１０も、基材保持機構１０６と同様に、図示していない駆動装置により上下方向に移動する。例えば、図示しない駆動装置により、基材伸張機構５１０を下方（下プレート側）に移動させ、基材伸張機構５１０が、基材保持機構１０６より下プレート１０１側に配置されているようにすれば、図５（ｂ）に示すように、基材伸張機構５１０により基材１０５が伸張した状態となる。この、基材伸張機構５１０による基材１０５の伸張は、基材１０５が下プレート１０１に当接した状態で行ってもよい。基材伸張機構５１０による基材１０５の伸張により、例えば、基材１０５を基材保持機構１０６に取り付けた段階で発生している基材１０５のシワを除去することが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、第２プレートの対向面に基材が当接して覆う状態となっても、基材と対向面との間に閉空間が形成されず、連通孔を介して処理容器内の空間と連通した状態となるようにした。この結果、本発明によれば、基材とこれに当接されるプレートとの間に存在する気体の膨張による、プレート上での基材の盛り上がりを抑制し、転写不良などがない状態で、転写対象の基板全域に薄膜が転写できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態における薄膜形成装置の概略的な構成例を示す構成図であり、（ａ），（ｃ）は断面図、（ｂ）は斜視図，（ｄ）は平面図である。
【図２】 図１に示す薄膜形成装置の動作例を説明するための工程図である。
【図３】 本発明の他の形態における薄膜形成装置の概略的な構成例を示す部分的な構成図である。
【図４】 本発明の他の形態における薄膜形成装置の概略的な構成例を示す部分的な構成図である。
【図５】 本発明の他の形態における薄膜形成装置の概略的な構成例を示す部分的な構成図である。
【図６】 従来よりある薄膜形成装置の構成を示す概略的な構成図である。
【図７】 従来よりある薄膜形成装置の構成を示す概略的な構成図である。
【図８】 従来よりある薄膜形成装置の下プレートを示す斜視図である。
【図９】 従来の薄膜形成方法による薄膜形成の状態を示す断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０１…下プレート（第２プレート）、１０２…半導体基板、１０３…上プレート（第１プレート）、１０４…薄膜、１０５…基材、１０６…基材保持機構、…、１０７…プレート駆動装置、１０８…荷重センサ、１０９…真空排気ポンプ（真空排気手段）。
Claims (8)
- その内部の圧力が低下していく処理容器内で、シート状の基材の表面に形成された薄膜を基板に転写する薄膜形成装置において、
前記基材の表面側及び裏面側を開放した状態で、前記基材を保持する基材保持機構と、
前記基材保持機構に保持された前記基材の表面上の前記薄膜に対向するように前記基板を固定する第１プレートと、
前記基材保持機構に保持された前記基材の裏面側に前記第１プレートに対向して配置されるとともに、前記基材の裏面を支持するための平坦面を有し、かつ、前記基材の裏面に当接する前記平坦面の領域と前記処理容器の内部空間とを連通する連通孔を有する第２プレートと、
前記基材保持機構に保持された前記基材に対して前記第２プレートを相対的に進退させる進退手段と、
前記基材保持機構に保持されるとともにその裏面が前記第２プレートに支持された前記基材を、前記第１プレートに固定された前記基板に対して相対的に進退させるとともに、前記薄膜が前記基板に当接した状態で前記第１プレートと前記第２プレートとの間に荷重を加えるプレート駆動手段と
を備えることを特徴とする薄膜形成装置。 - 処理容器内で、シート状の基材の表面に形成された薄膜を、少なくとも基材を加熱しつつ基板に転写する薄膜形成装置において、
前記基材の表面側及び裏面側を開放した状態で、前記基材を保持する基材保持機構と、
前記基材保持機構に保持された前記基材の表面上の前記薄膜に対向するように前記基板を固定する第１プレートと、
前記基材保持機構に保持された前記基材の裏面側に前記第１プレートに対向して配置されるとともに、前記基材の裏面を支持するための平坦面を有し、かつ、前記基材の裏面に当接する前記平坦面の領域と前記処理容器の内部空間とを連通する連通孔を有する第２プレートと、
前記基材保持機構に保持された前記基材に対して前記第２プレートを相対的に進退させる進退手段と、
前記基材保持機構に保持されるとともにその裏面が前記第２プレートに支持された前記基材を、前記第１プレートに固定された前記基板に対して相対的に進退させるとともに、前記薄膜が前記基板に当接した状態で前記第１プレートと前記第２プレートとの間に荷重を加えるプレート駆動手段と
を備えることを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項１または２記載の薄膜形成装置において、
前記第２プレートは、複数の前記連通孔を備えたものである
ことを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項１または２記載の薄膜形成装置において、
前記基材の裏面に当接する第２プレートの前記平坦面の領域に形成された前記連通孔の開口部が、前記プレート駆動手段によって前記第２プレートが前記基板に荷重を加える領域以外に形成されている
ことを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置において、
前記第２プレートは、金属から構成されたものである
ことを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置において、
前記第２プレートは、
凹部が形成されてこの凹部周辺に枠状の平坦部を備えた台座と、
この台座の凹部に嵌合して前記平坦部に連続する上面を備えた定盤と
から構成され、
前記連通孔は、前記台座の平坦部からこの平坦部及び前記凹部以外の領域に連通し、
前記平坦面は、前記台座の平坦部と前記定盤の上面とから構成され
たものであることを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項６記載の薄膜形成装置において、
前記台座は、金属から構成され、
前記定盤は、石英から構成され
たものであることを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜形成装置において、
前記基材保持機構に保持されている前記基材を伸張させる基材伸張手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
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