(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、
前記可動支柱を吊り下げた状態で支える弾性体と、
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ことを特徴とする基板ホルダー。
【請求項２】
薄膜形成対象の表面が下方を向いた基板を保持する請求項１記載の基板ホルダーと、
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ことを特徴とする薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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