JP4800851B2 - 薄膜形成方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ），大規模集積回路（ＬＳＩ），及びマイクロ流体デバイスを初めとする各種デバイスの製造に用いられる薄膜形成方法及び装置に関するものである。

近年、スイッチやセンサーにおいて機械的な動作で機能を発揮するＭＥＭＳが重要視されている。既に自動車のセンサー部などにもＭＥＭＳが適用され、ＬＳＩとともに我々の生活になくてはならない部品となってきている。ＭＥＭＳは、機械的可動部，電極部，及び外部電源から電極に電圧を印加するための外部接続端子（パッド）部などを、基本的な構成要素として備えている。また、ＭＥＭＳ素子は、可動する部分を損傷から保護するために、キャビティなどに封止剤で封止されて用いられる。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板に形成したキャビティ部にＭＥＭＳ素子を収容（形成）し、このキャビティ部をガラス板の陽極接合により封止している。しかしながら、ＭＥＭＳ素子の形成工程を経たシリコン基板の露出面は、平坦性が低下して荒れた状態となっているため、ガラス板を良好に陽極接合することができず、封止が不完全な状態となる。

これに対し、シートフィルム上に形成された封止膜を転写することで、転写した封止膜により封止を行う樹脂封止方法がある（特許文献１，特許文献２参照）。この封止方法では、封止剤としてガラスではなく樹脂を使うため、封止面が多少荒れていても樹脂が覆い尽くすため、封止部分の安定した接着が可能となる。この方法は、シートフィルムの上に封止膜となる塗布膜を形成する第１の工程と、このシートフィルムと塗布膜を転写すべき基板の表面とを、真空加熱下において貼り合わせて基板に塗布膜を接着する第２の工程と、シートフィルムを塗布膜から剥離する第３の工程と、基板の上に転写された塗布膜を加熱して硬化する第４の工程を少なくとも含む薄膜形成方法である。

より詳細に説明すると、まず、図４（ａ）に示すように、シートフィルム４０１の上に、公知のスピン塗布法やノズルスキャン法を用い、例えば１０μｍ厚さになるように塗布膜４０２を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、基板４０３のキャビティ部４０４が形成されている面と塗布膜４０２とを対向させ、図４（ｃ）に示すように、両者を貼り（重ね）合わせる。例えば、シートフィルム４０１を上下反転させて塗布膜４０２を基板４０３のパタン（キャビティ部４０４）形成面に対向させ、これらを重ね合わせる。なお、図４（ｂ）とは反対に、基板４０３を反転させてパタン形成面を下にしてパタン形成面を塗布膜４０２に対向させ、これらを貼り合わせるようにしてもよい。この重ね合わせのとき、基板４０３もしくはシートフィルム４０１を４０〜１２０℃程度に加熱する。

次に、塗布膜４０２よりシートフィルム４０１を剥がすことで、図４（ｄ）に示すように、基板４０３の上に塗布膜４０２が形成され、塗布膜４０２によりキャビティ部４０４の内部が封止された状態とする。この後、塗布膜４０２を加熱処理して硬化膜として工程を終了する。
上述した樹脂封止方法は、ＭＥＭＳ素子製作に限らず、マイクロ流体デバイスなどの製作にも適用可能であり、年々期待が高まっている。

特開２００２−３０５１９２号公報 特開２００４−２５５４８７号公報

しかしながら、上述した貼り合わせによる封止の方法では、塗布膜４０２を加熱して硬化させるとき、図４（ｅ）に示すように、キャビティ部４０４の部分の塗布膜４０２に、膨出部４２１や破損部４２２が発生し、キャビティ部４０４が完全に封止されていない箇所が発生していた。

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、貼り合わせてから加熱処理する薄膜により、膨出部や破損部などが発生しない状態で、封止ができるようにすることを目的とする。

本発明に係る薄膜形成方法は、シートフィルムの上に樹脂膜が形成された状態とする第１工程と、キャビティ部が形成された基板のキャビティ部が形成されているキャビティ部形成面の上にシートフィルムの樹脂膜が被着された状態とする第２工程と、キャビティ部形成面に被着された樹脂膜よりシートフィルムが剥離された状態とする第３工程と、樹脂膜が加熱されるとともに、樹脂膜の表面に基板の側への圧力が加えられた状態とする第４工程とを少なくとも備え、第４工程の加熱により樹脂膜が硬化された状態とし、硬化した樹脂膜によりキャビティ部が封止された状態とするようにしたものである。従って、第４工程の加熱においては、キャビティ部の内部の圧力の増加に対し、キャビティ部の方向への圧力が樹脂膜に加えられた状態となる。

上記薄膜形成方法において、第４工程では、キャビティ部形成面に樹脂膜が被着された基板を、大気圧よりも高い圧力とされた容器内に配置することで、樹脂膜の表面に基板の側への圧力が加えられた状態とすればよい。この場合、第４工程では、容器内の圧力が、加熱の絶対温度を第２工程における絶対温度で除した値に大気圧を乗じた処理圧力とされた状態とすればよい。

また、上記薄膜形成方法において、第４工程では、基板のキャビティ部形成面に被着された樹脂膜の上に、平板を載置することで、樹脂膜の表面に基板の側への圧力が加えられた状態としてもよい。この場合、平板と基板との間に荷重を加えるようにしてもよい。ここで、平板は多孔質体より構成されているとよい。特に、平板は、多孔質体よりなる複数の多孔質層が積層されて構成され、樹脂膜に接触する側の多孔質層ほど平均気孔径が小さくされているようにするとよい。

また、本発明に係る薄膜形成装置は、上述した一方の薄膜形成方法を行う薄膜形成装置であって、樹脂膜の加熱を行う処理室と、この処理室の内部圧力を上昇させる圧力制御手段とを少なくとも備えるようにしたものである。
また、本発明に係る他の薄膜形成装置は、他方の薄膜形成方法を行う薄膜形成装置であって、樹脂膜の加熱を行う処理室と、この処理室の内部で平板と基板との間に荷重を加える荷重手段とを備えるようにしたものである。

以上説明したように、本発明では、樹脂膜を加熱して硬化するときに、樹脂膜の表面に基板の側への圧力が加えられた状態とするようにした。この結果、加熱が行われるときに、キャビティ部の内部の圧力の増加に対し、キャビティ部の方向への圧力が樹脂膜に加えられた状態となるので、膨出部や破損部などが発生しない状態で、貼り合わされた樹脂膜により封止ができるようになるという優れた効果が得られる。

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。まず、封止のための樹脂膜に発生する膨出部や破損部について説明する。従来のように、キャビティ部を樹脂膜で封止した後に加熱すると、キャビティ部とこの外部との気体の移動がないために、膨張した内部の気体により外部に対してキャビティ内の圧力が上昇し、この状態が維持される。例えば、室温（２３℃）及び大気圧の状態から３５０℃まで加熱すると、「圧力Ｐ（Ｐａ）／絶対温度Ｔ＝１０１３２５／（２７３＋２３）＝Ｐ’／（２７３＋３５０）」となり、Ｐ’は１０１３２５×（６２３／２９６）≒２１３２６１．７（Ｐａ）となり、キャビティ部内の圧力は、約２．１倍に上昇することになる。この状態で、キャビティ部の外部は、大気圧（１０１３２５Ｐａ程度）であるため、樹脂膜はキャビティ部の内部から約２倍の圧力で外部側へ押されることになる。この結果、樹脂膜に膨出部及び破損部が形成されることになる。

従って、上述した加熱硬化時の問題を防ぐには、封止のための樹脂膜を介したキャビティ部の内部と外部とが、加熱硬化の過程で同じ圧力になるようにすれば良い。例えば、加熱硬化の処理を行う過程で、温度上昇と同様の割合で雰囲気（キャビティ部外部）の圧力を上昇させればよい。これを実現するためには、例えば、密閉可能な容器を用い、この容器内（容器全体）を加熱することで、容器内に配置した樹脂膜を加熱硬化すればよい。

このようにすることで、封止のための樹脂膜を介したキャビティ部の内側と外側とが、同様に加熱されるため、内側と外側とに圧力の差が発生せず、樹脂膜には内側から外側への圧力が加わることがない。この結果、膨出部や破損部などが形成されることが抑制できるようになる。この場合、樹脂膜が被着された基板が配置される密閉容器を直接加熱してもよく、また、密閉容器をオーブンに入れて間接的に密閉容器内部を加熱するようにしてもよい。また、加熱処理後の基板の搬出は、密閉容器の温度（内部温度）が室温程度に下がった後に行うことよりよい。例えば、内部温度が３００℃と高温の状態で基板を搬出すると、キャビティ部の内部圧力が外部圧力より高い状態が発生する。これに対し、加熱処理の後、密閉容器の内部温度が室温程度にまで低下してから搬出を行うことで、キャビティ部の内部の温度も低下して内部圧力も低下するため、外部と内部との圧力差がない状態となる。

ところで、有機材料である樹脂よりなる樹脂膜を加熱すると、樹脂よりガスが発生する場合がある。このため、密閉された容器内で加熱すると、樹脂より発生したガスが容器内部の壁に吸着し、容器の内部を汚染することになる。このように汚染された容器では、例えば、同様に加熱処理がなされると、容器内部の壁より吸着したガスが脱ガスし、ダスト発生の原因となる。これを防ぐためには、容器の内部にガスを導入するとともに容器内部のガスを排出する中で、温度上昇とともに容器内部の圧力を上昇させればよい。

例えば、加熱をオーブンで行う場合、オーブンの庫内を密閉可能な状態とし、この庫内のガスを排出し、また庫内に窒素ガスを導入する状態で、庫内の圧力を加熱とともに上昇させればよい。庫内のガスの排出系の排出弁の開度もしくは排出流量と、窒素ガスの導入流量とを制御することで、庫内の圧力が制御可能である。前述したように、硬化するための必要温度から最終内圧が算出できるので、最終的にこの値になるように窒素や高圧空気の圧力を、減圧弁等圧力調整器で調整すればよい。

また、加熱をホットプレートなどで行う場合、ホットプレートが設けられる加熱容器の内容積（体積）が５０００ｍｌなら容積が２．１倍になるように５５００ｍｌ／６０分＝約９１ｍｌ／分の速度で、窒素や高圧空気等のガスが加熱容器内に導入された状態とすればよい。この状態で、排出側にも流量計をつけておき、排出側流量計を例えば９１ｍｌ／分、導入側流量計を１８２ｍｌ／分としておけば、差分として毎分９１ｍｌのガスが加熱容器の中に入ることになる。導入側の圧力制御弁で導入圧を例えば大気圧に対して１１１９３６．７Ｐａ高い圧力、すなわち約２１３２６１．７Ｐａとしておけば、これ以上圧力は上がらず、加熱容器の中はこの圧力と平衡状態になる。

また、オーブンの電源及び排出側流量計の電源を、オーブンのヒーター電源及び導入側流量計の電源に連結させておくと、さらに効果的である。このように構成することで、まず、オーブンの電源ＯＮで、設定値が入力（設定）された排出側流量計が動作可能になる。加熱対象の基板を庫内に搬入した後ヒーター電源をＯＮすると、設定値が設定された導入側流量計もＯＮになり、窒素などのガスが導入される。設定値の差分だけ、オーブンの庫内にガスが溜まり、圧力が上昇する。導入側の圧力制御弁の設定値まで圧力が上昇すると、導入側の流量は排出側の流量と同じになり、圧力は導入側の圧力制御弁の設定値に固定される。所定の温度となり所定時間加熱された後、ヒーター電源はＯＦＦされる。このとき、導入側流量計もＯＦＦされるため、ガス導入は停止される。しかしながら、排出側流量計はＯＮのままであるため、オーブン中のガスは排出側流量計の設定値で放出され、オーブン中の圧力は徐々に低下する。最終的に、温度が下がったときには内圧も低下している。この制御は、ホットプレート式の加熱容器のような、全体は加熱されない容器の場合でも密閉されていれば適用することができる。

また、基板（もしくは基板ホルダー）と加熱容器の内部に温度センサーを組み込み、これらの温度をモニターし、モニターした温度の値を圧力制御弁や流量計にフィードバックして自動的に所定の圧力になるような制御機構を加熱装置に組み合わせることは最も効果的なものである。この場合には、熱処理を室温から開始させる必要はなく、初期の熱処理容器の温度は室温より高くしていてもかまわない。さらには、樹脂（樹脂膜）からの溶剤（有機溶媒）などのガスの放出により、キャビティ部の圧力がより上昇する場合がある。この場合には、実験を行って、最終到達圧力及び加圧速度を調整することが望ましい。

以下、本発明に係る実施の形態のより詳細な実施例について図を参照して説明する。図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本実施例における薄膜形成方法の１例を示す工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、ポリイミド樹脂（東レ株式会社製セミコファイン）よりなる樹脂膜１０２がフッ素樹脂よりなるシートフィルム１０１の上に形成された状態とする。例えば、スピン塗布によりポリイミド樹脂をシートフィルム１０１の上に塗布することで、樹脂膜１０２が形成可能である。

次に、所定の真空処理装置の処理室内にキャビティ部１０４が形成されたシリコン基板１０３を搬入し、まず、処理室内部の温度を１２０℃程度とする。シリコン基板１０３は、例えば、直径１５４．２ｍｍの円形ウエハである。次いで、上記処理室内にシートフィルム１０１を搬入し、図１（ｂ）に示すように、キャビティ部１０４が形成された面と、樹脂膜１０２の形成面とを対向させた状態に配置する。キャビティ部１０４の内部には、図示していないＭＥＭＳ素子などが形成されている。この状態で、内部圧力が２０Ｐａ程度となるまで処理室の内部を排気し、処理室内部の温度を８０℃とする。

次に、図１（ｃ）に示すように、シートフィルム１０１の樹脂膜１０２形成面が、シリコン基板１０３のキャビティ部１０４形成面に貼り合わされた状態とする。次いで、貼り合わされたシートフィルム１０１及びシリコン基板１０３を、処理室より搬出する。次に、図１（ｄ）に示すように、シリコン基板１０３に被着された樹脂膜１０２より、シートフィルム１０１を剥離（離型）する。ここで、前述したように、処理室の内部圧力を２０Ｐａと低圧な状態としておくことで、樹脂膜１０２とシリコン基板１０３との接着面に、気泡などが混入することが抑制されるようになる。

なお、このような減圧環境で貼り合わせがなされても、前述したように、樹脂膜１０２よりガスが発生するため、この発生したガスが、封止されたキャビティ部１０４の内部に存在する状態となり、封止されたキャビティ部１０４の内部の圧力は上昇する。例えば、キャビティ部１０４の内部に露出している樹脂膜１０２の表面より、樹脂膜１０２に含まれる有機溶媒が気化（蒸発）し、キャビティ部１０４の内部には、有機溶媒のガスが発生する。この有機溶媒の蒸発は、発生したガスの分圧が、有機溶媒の蒸気圧に等しくなるまで行われる。このようなガスの発生により、減圧環境で貼り合わされていても、キャビティ部１０４の内部は、大気圧程度にまで上昇する。また、以下に説明する熱硬化処理において、より多くのガスが発生する場合もある。なお、以下では、貼り合わされて熱硬化処理をする前の段階では、キャビティ部１０４の内部圧力が大気圧程度の場合について示している。

次に、図１（ｅ）に示すように、樹脂膜１０２が被着（転写）されたシリコン基板１０３を、オーブン（加熱処理装置）１１０の処理室１１１内部に搬入し、処理室１１１の内部温度を、室温（約２０℃）から５．５℃／ｍｉｎの速度で昇温する。処理室１１１の内容積は１リットルである。このとき、処理室１１１の内部温度と処理室１１１の内部圧力（処理圧力）とが、「内部圧力＝大気圧×（２７３＋内部温度）／（２７３＋開始温度）」で示される関係が保持されるように、処理室１１１の内部圧力を上昇させる。

例えば、流量計１１３による流量測定値により導入弁１１２の開度を制御した状態で窒素ガスを導入し、また、背圧弁１１４の開度を制御することで、処理室１１１の内部の窒素ガスの量を制御し、温度測定部（不図示）により測定される昇温とともに処理室１１１の内部圧力が高くなる状態とすればよい。この場合、内部の窒素ガス量の排出側制御は、背圧弁ではなく、前述したように、導入部と同様に流入計を用いてもよい。導入側、排出側の流量計としては、圧力の影響を受けずに流量制御できるマスフローメーターやマスフローコントローラが適している。また、流量計とオーブンの間に、加熱部や冷却部を設け、導入また排出する窒素ガスの温度を制御してもよい。

図１（ｅ）の場合、流量計１１３，導入弁１１２，背圧弁１１４，及び上記制御を行う図示しない制御手段により圧力制御が行える。例えば、流量１８sccmで窒素ガスを処理室１１１の内部に導入した状態で、上述の制御を行えばよい。なお、sccmは流量の単位あり、０℃・１気圧の流体が１分間に１ｃｍ³流れることを示す。これらのことにより、昇温及び昇圧開始より６０分の後、処理室１１１の内部は、温度が３５０℃となり、圧力が２１３２６１．７Ｐａとなる。

この状態で、昇温及び昇圧を停止して１時間放置し、樹脂膜１０２が硬化された状態とする。この後、オーブン１１０の加熱動作を停止し、処理室１１１の内部温度を低下させ、内部温度が２００℃にまで低下したときに、処理室１１１の内部圧力を大気圧にまで減圧させる。次いで、処理室１１１の内部温度が室温程度まで低下した状態で、処理室１１１よりシリコン基板１０３を搬出する。以上のことにより、シリコン基板１０３の上に硬化した樹脂膜１０２が形成され、硬化した樹脂膜１０２によりキャビティ部１０４が封止された状態が得られる。

以上の図１（ａ）〜図１（ｅ）を用いて説明した薄膜形成方法によれば、樹脂膜１０２を加熱硬化する過程で、キャビティ部１０４の内部の圧力と、樹脂膜１０２を介したキャビティ部１０４の外部の圧力が、ほぼ一定の状態とされる。このため、加熱硬化の過程において、内部と外部の圧力差により、樹脂膜１０２に膨出部や破損部などが発生しない状態が得られる。なお、図１（ｅ）では、オーブン内に１枚のシリコン基板が導入されるものとしているが、これに限定されるものではなく、オーブン内に棚などを設けることにより、複数枚のシリコン基板を処理できるようにしてもよい。

次に、他の実施例について説明する。以下では、微細な流路を備えるマイクロ流体デバイスを形成する場合を例に説明する。まず、ポリイミド樹脂（東レ株式会社製セミコファイン）よりなる樹脂膜がフッ素樹脂よりなるシートフィルムの上に形成された状態とする。これは、図１（ａ）に示す状態と同様であり、例えば、スピン塗布によりポリイミド樹脂をシートフィルムの上に塗布することで、樹脂膜が形成可能である。

次に、所定の貼り合わせ装置の処理室内に、流路などのキャビティ部が形成された樹脂よりなる機能層を備えるガラス基板を搬入し、温度を１２０℃とする。次いで、上記処理室内に上記シートフィルムを搬入し、キャビティ部が形成された機能層と、上記樹脂膜が形成されている面とを対向させた状態に配置する。この状態で、大気圧程度の処理室内部の温度を８０℃とする。次に、シートフィルムの樹脂膜形成面が、ガラス基板上の機能層（キャビティ部形成面）に貼り合わされた状態とする。次いで、貼り合わされたシートフィルム及びガラス基板を、処理室より搬出する。次に、ガラス基板の機能層に被着された樹脂膜より、シートフィルムを剥離し、機能層のキャビティ部が、樹脂膜により封止された状態とする。

次に、機能層に樹脂膜が被着されたガラス基板を、オーブンの庫内に搬入し、庫内の内部温度を、室温（約２０℃）から５．５℃／ｍｉｎの速度で昇温する。庫内の内容積は１リットルである。このとき、庫内の内部温度と庫内の内部圧力とが、「内部圧力＝大気圧×（２７３＋内部温度）／（２７３＋開始温度）」で示される関係が保持されるように、庫内の内部圧力を上昇させる。例えば、流量計による流量測定値により庫内への導入路の導入弁の開度を制御した状態で、導入弁より窒素ガスを導入し、また、庫内からの排出路の背圧弁の開度を制御することで、庫内に導入する窒素ガスの量を上昇させ、庫内の圧力を上昇させればよい。

この状態で、昇温及び昇圧を停止して１時間放置し、樹脂膜が硬化された状態とする。この後、オーブン１１０の加熱動作を停止し、庫内の温度を低下させ、庫内温度が２００℃にまで低下したときに、庫内の圧力を大気圧にまで減圧させる。次いで、庫内の温度が室温程度まで低下した状態で、庫内よりガラス基板を搬出する。以上のことにより、機能層の流路などを形成しているキャビティ部が、硬化した樹脂膜により良好に封止された状態となる。

なお、樹脂膜よりガスが発生しないなど、貼り合わせたときのキャビティ部の内部のガス量（ガスの質量）が変化しない場合、大気圧の代わりに、貼り合わせ時の雰囲気の圧力を用いて、前述した加熱効果時の圧力の制御を行うようにすればよい。例えば、加熱処理容器の内部温度と内部圧力とが、「内部圧力＝（貼り合わせ時の雰囲気の圧力）×（２７３＋内部温度）／（２７３＋開始温度）」で示される関係が保持されるように、加熱処理容器の内部圧力を上昇させればよい。この場合、貼り合わせ時の圧力を大気圧以下の低圧としておくことで、完成したキャビティ部の内部圧力は、大気圧以下の状態とされる。同様に、上述の場合、貼り合わせ時の圧力を大気圧以上の高圧としておくことで、完成したキャビティ部の内部圧力は、大気圧以上の状態とされる。

次に、本発明に係る他の実施の形態について説明する。上述では、温度上昇に伴うキャビティ内部の圧力上昇に対して、封止のための樹脂膜に、気体により圧力を加えるようにしたものである。これに対し、固体によって樹脂膜に圧力を加えるようにしてもよい。例えば、基板（直径１５４．２ｍｍの円形ウエハ）の上に形成（転写）された樹脂膜の上に質量２００ｇの平板を載置し、重力が加わる平板により樹脂膜に圧力が印加された状態とする。この状態で、これらを加熱すれば、樹脂膜に膨出部や破損部が形成されることなく、樹脂膜の加熱硬化を行うことが可能となる。なお、加熱時に樹脂膜より発生するガスを効率よく放出させるために、上記平板は多孔質物質から構成されていた方がよい。

上述したように、樹脂膜の上に多孔質の平板を載置することで、加熱により基板に形成されたキャビティ部の内部の圧力が上昇しても、平板により樹脂膜自体の変形が制限されているので、樹脂膜が膨張しない。平板により樹脂膜の膨張が阻止されているため、加熱容器内の圧力≦キャビティ内部の圧力となっていてもよく、温度や加熱容器内の圧力は、上記条件下で、樹脂膜の材料に適するように設定すればよい。なお、樹脂膜に接する箇所の平板の孔径（平均気孔径）は、樹脂膜の膜厚に比較して十分に小さければよい。ここで、平板の重力だけでは樹脂膜に対する圧力が足りず、キャビティ部の内部の圧力上昇に対応することが困難である場合は、平板に対して加重やばね力により荷重を加えるようにしてもよい。

以下、本発明に係る他の実施の形態のより詳細な実施例について図を参照して説明する。図２（ａ）〜図２（ｆ）は、本発明の実施の形態における薄膜形成方法の１例を示す工程図である。まず、図２（ａ）に示すように、ポリイミド樹脂（東レ株式会社製セミコファイン）よりなる樹脂膜１０２がフッ素樹脂よりなるシートフィルム１０１の上に形成された状態とする。例えば、スピン塗布によりポリイミド樹脂をシートフィルム１０１の上に塗布することで、樹脂膜１０２が形成可能である。

次に、所定の貼り合わせ装置の処理室内に、流路などのキャビティ部２０５が形成された樹脂よりなる機能層２０４を備えるガラス基板２０３（直径１５４．２ｍｍの円形基板）を搬入し、温度を１２０℃とする。次いで、上記処理室内にシートフィルム１０１を搬入し、図２（ｂ）に示すように、機能層２０４と、樹脂膜１０２が形成されている面とを対向させた状態に配置する。この状態で、大気圧程度の処理室内部の温度を８０℃とする。次に、図２（ｃ）に示すように、シートフィルム１０１の樹脂膜１０２形成面が、ガラス基板２０３上の機能層２０４（キャビティ部２０５形成面）に貼り合わされた状態とする。次いで、貼り合わされたシートフィルム１０１及びガラス基板２０３を、処理室より搬出する。

次に、ガラス基板２０３の機能層２０４に被着された樹脂膜１０２より、シートフィルム１０１を剥離し、図２（ｄ）に示すように、機能層２０４のキャビティ部２０５が、樹脂膜１０２により封止された状態とする。次に、図２（ｅ）に示すように、平均気孔径が０．５μｍの多孔質状態のセラミックよりなる質量２００ｇの平板２０１が、貼り合わされた（転写された）樹脂膜１０２の上に載置された状態とする。平板２０１は、所定の平均粒径とされたアルミナ粒子の粉体を、焼結することで形成された多孔質状態の焼結体である。上記平均粒径，焼結成型時に用いるバインダー材料，及び焼結条件などにより、形成される焼結体の平均気孔径が制御可能である。なお、形成された焼結体の平均細孔径は、例えば、水銀圧入法により測定された結果より得ることが可能である。よく知られているように、水銀圧入法によれば、７ｎｍ〜４００μｍの広範囲の細孔径分布をみることが可能であり、平均細孔径，気孔率，細孔容積，及び細孔比表面積など、細孔径分布の情報が得られる。

次に、図２（ｆ）に示すように、機能層２０４に被着された樹脂膜１０２の上に、平板２０１が載置されたガラス基板２０３を、オーブン（加熱処理装置）２１０の処理室２１１の内部に搬入し、処理室２１１の内部温度を、３５０℃まで昇温させ、この状態で１時間放置し、樹脂膜１０２が硬化された状態とする。この後、オーブン２１０の加熱動作を停止し、処理室２１１の内部温度を低下させ、処理室２１１の内部温度が室温程度まで低下した状態で、処理室２１１よりガラス基板２０３を搬出する。以上のことにより、機能層２０４の上に硬化した樹脂膜１０２が形成され、硬化した樹脂膜１０２によりキャビティ部２０５が封止された状態が得られる。ここで、平板２０１の表面にフッ素化合物の層を形成して低エネルギー表面としておくことで、平板２０１と樹脂膜１０２との接着を抑制することができる。

なお、上述した加熱硬化処理において、処理室２１１の内部に、窒素ガスを導入して庫内の圧力を大気以上の状態としてもよい。例えば、流量計２１３による流量測定値により導入弁２１２の開度を制御した状態で窒素ガスを導入することで、処理室２１１の内部に導入する窒素ガスの量を上昇させ、処理室２１１の内部圧力を所定値にまで上昇させればよい。また、樹脂膜１０２からのガスの放出が多い場合は、上記加熱硬化処理において、処理室２１１の内部の圧力を大気圧以下とし、多孔質の平板２０１を介したガスの放出が滑らか（効率的）に行えるようにしてもよい。例えば、真空ポンプ２１５を動作させた状態で排気弁２１４の開度を調整することで、処理室２１１の内部圧力を所定値にまで下降させればよい。

次に、平板に対して荷重を加える場合の実施例について説明する。図３（ａ）に示すオーブン（加熱処理装置）３１０の処理室３１１内に、転写された樹脂膜１０２により形成されているキャビティ部が封止されたシリコン基板１０３を搬入し、シリコン基板１０３を処理室３１１内に固定された基板載置台３２０の上に載置する。また、シリコン基板１０３の樹脂膜１０２の上に、平板２０１を載置（積層）する。なお、シリコン基板１０３及び樹脂層１０２は、図１（ａ）〜図１（ｅ）を用いて説明した実施例の場合と同様であり、平板２０１は、図２（ａ）〜図２（ｆ）を用いて説明した実施例の場合と同様である。

加えて、複数の押し付けピン３１６ｂが固定された板部材３１６ａよりなる押し付け部３１６を、押し付けピン３１６ｂ固定面が接するように、平板２０１の上に載置する。この状態で、荷重部３１８により、押し付け部３１６の板部材３１６ａに加重し、平板２０１の自重と上記加重とによる荷重（例えば９８０６６５Ｐａ）が、樹脂膜１０２に加えられた状態とする。この荷重においては、荷重計３１９を用いて加えられている圧力（荷重 ）の状態を計測し、計測された値が所望の値となるように、荷重部３１８の動作を制御すればよい。この状態を１時間保持し、樹脂膜１０２を硬化させ、樹脂膜１０２が硬化された状態とする。荷重部３１８は、おもりを備え、このおもりにより荷重のかけ方を変化させる。なお、加重に限らず、ばね部材を用いたばね力や、回転するねじ軸によるナット部の移動（変位）によるものなど、他の荷重手段により荷重を加えるようにしてもよい。

この後、オーブン３１０の加熱動作を停止し、処理室３１１の内部温度を低下させ、処理室３１１の内部温度が室温程度まで低下した状態で、処理室３１１の内部圧力を大気圧状態とし、処理室３１１よりシリコン基板１０３を搬出する。以上のことにより、シリコン基板１０３の上に硬化した樹脂膜１０２が形成され、硬化した樹脂膜１０２によりキャビティ部１０４が封止された状態が得られる。上述した薄膜形成方法によれば、樹脂膜１０２を加熱硬化する過程で、キャビティ部１０４の内部の圧力と、樹脂膜１０２を介したキャビティ部１０４の外部の圧力が、ほぼ一定の状態とされる。このため、加熱硬化の過程において、内部と外部の圧力差により、樹脂膜１０２に膨出部や破損部などが発生しない状態が得られる。

ところで、押し付け部３１６により平板２０１を押し付ける状態では、複数の押し付けピン３１６ｂの部分が開いた２０１に押し付けられる。従って、この状態では、開いた２０１の上面に、複数の露出部が存在することになり、樹脂膜１０２からのガスの放出がより効率的に行えるようになる。ここで、平板２０１は、平均気孔径の異なる複数の層から構成されていてもよい。例えば、図３（ｂ）に示すように、平板２０１の樹脂膜１０２に接触する側は、平均気孔径が０．５μｍの多孔質層３０１から構成され、平板２０１の上面の側は平均気孔径が１０μｍの多孔質層３０３から構成され、多孔質層３０１と多孔質層３０３との間は、平均気孔径が１μｍの多孔質層３０２から構成され、多孔質層３０３の膜厚＞多孔質層３０２の膜厚＞多孔質層３０１の膜厚とされていればよい。このように構成することで、樹脂膜１０２との接触面は、高い平坦性が得られた状態となり、加えて、樹脂膜１０２から発生するガスが効率的に放出されるようになる。

なお、上述では、樹脂膜１０２がポリイミドから構成されているものとしたが、これに限るものではない。例えば、樹脂膜は、アクリル樹脂及び無機系スピンオングラスなどの材料を塗布することで形成される膜であってもよく、当然ではあるが、これらに限定されることなく、他の有機材料から構成された樹脂膜であってもよい。また、加圧に用いる気体は、窒素ガスに限らず、空気を用いてもよく、また、アルゴンガスなどの希ガスを用いるようにしてもよい。

本発明に係る実施の形態のより詳細な実施例における薄膜形成方法の１例を示す工程図である。 本発明に係る他の実施の形態のより詳細な実施例における薄膜形成方法の１例を示す工程図である。 平板に対して荷重を行う場合の加熱処理装置の構成例及び平板の構成例を示す構成図（断面図）である。 従来よりあるシートフィルム上に形成された封止膜を転写して封止する方法を示す工程図である。

符号の説明

１０１…シートフィルム、１０２…樹脂膜、１０３…シリコン基板、１０４…キャビティ部、１１０…オーブン（加熱処理装置）、１１１…処理室、１１２…導入弁、１１３…流量計、１１４…背圧弁。

Claims (9)

1. シートフィルムの上に樹脂膜が形成された状態とする第１工程と、
   キャビティ部が形成された基板の前記キャビティ部が形成されているキャビティ部形成面の上に前記シートフィルムの前記樹脂膜が被着された状態とする第２工程と、
   前記キャビティ部形成面に被着された前記樹脂膜より前記シートフィルムが剥離された状態とする第３工程と、
   前記樹脂膜が加熱されるとともに、前記樹脂膜の表面に前記基板の側への圧力が加えられた状態とする第４工程と
   を少なくとも備え、
   前記第４工程の加熱により前記樹脂膜が硬化された状態とし、硬化した前記樹脂膜により前記キャビティ部が封止された状態とする
   ことを特徴とする薄膜形成方法。
2. 請求項１記載の薄膜形成方法において、
   前記第４工程では、
   前記キャビティ部形成面に前記樹脂膜が被着された前記基板を、大気圧よりも高い圧力とされた容器内に配置することで、前記樹脂膜の表面に前記基板の側への圧力が加えられた状態とする
   ことを特徴とする薄膜形成方法。
3. 請求項２記載の薄膜形成方法において、
   前記第４工程では、
   前記容器内の圧力が、前記加熱の絶対温度を前記第２工程における絶対温度で除した値に大気圧を乗じた処理圧力とされた状態とする
   ことを特徴とする薄膜形成方法。
4. 請求項１記載の薄膜形成方法において、
   前記第４工程では、
   前記基板の前記キャビティ部形成面に被着された前記樹脂膜の上に、平板を載置することで、前記樹脂膜の表面に前記基板の側への圧力が加えられた状態とする
   ことを特徴とする薄膜形成方法。
5. 請求項４記載の薄膜形成方法において、
   前記平板と前記基板との間に荷重を加える
   ことを特徴とする薄膜形成方法。
6. 請求項４又は５記載の薄膜形成方法において、
   前記平板は多孔質体より構成されたものである
   ことを特徴とする薄膜形成方法。
7. 請求項６記載の薄膜形成方法において、
   前記平板は、多孔質体よりなる複数の多孔質層が積層されて構成されたものであり、
   前記樹脂膜に接触する側の前記多孔質層ほど平均気孔径が小さくされている
   ことを特徴とする薄膜形成方法。
8. 請求項２又は３に記載の薄膜形成方法を行う薄膜形成装置であって、
   前記樹脂膜の加熱を行う処理室と、
   この処理室の内部圧力を上昇させる圧力制御手段と
   を少なくとも備えることを特徴とする薄膜形成装置。
9. 請求項５記載の薄膜形成方法を行う薄膜形成装置であって、
   前記樹脂膜の加熱を行う処理室と、
   この処理室の内部で前記平板と前記基板との間に荷重を加える荷重手段と
   を備えることを特徴とする薄膜形成装置。

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