(57)【要約】マイクロエレクトロニックデバイスのような硬化性塗膜基板を効率的で高速に接触平坦化するための改良した装置（２０）および方法を提供し非常に高度な平坦化を達成する。装置（２０）は好ましくは光学的に平面である柔軟シート（８８）および支援の光学的平面体（８２）を持つ平坦化ユニット（２８）、および硬化アセンブリ（３０）を含む。操作においては、平坦化塗膜（７６）を持つ基板（７８）を真空チャンバー（２６）内のシート（８８）および平面体（８２）の下に置く。シート（８８）を隔てて圧力差を設けることによりシートをたわませ塗膜（７６）の中央領域Ｃと接触させ、それからすぐ塗膜（７６）はサポート（１１４）および真空チャック（１２０）を用いてシート（８８）および平面体（８２）と全平坦化接触させ、この時点で塗膜（７６）はアセンブリ（３０）を用いて硬化される。硬化後、シート（８８）を隔てて圧力差をつくり出し、シートを塗膜の周辺部Ｐから、そしてシート（８８）および塗膜（７６）を全面的に逐次分離する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に塗布した硬化性塗膜を平坦化する方法で、前記塗膜が中央領域および周りの周辺領域の表面部を呈する表面を持ち、前記方法が：
薄い、柔軟性のあるシート素材を前記表面に近接しながら隙間を空けた関係で位置させ；
前記シートをたわませそのシートが前記表面部の中央領域では接触させるが前記周辺領域では離れさせ；
基板とシートの間にシートが実質的に全ての前記表面部と直接の平坦化接触するまで相対的な動きをもたらし；
前記平坦化接触を保ちながら前記表面塗膜を硬化させ；そして
前記硬化ステップの後、前記シートおよび基板を分離させる、
ステップを含む平坦化する方法。
【請求項２】
前記シートが平坦化シートである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シートがテフロンで形成された、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記のたわませるステップが前記シートを隔てて圧力差をつくり出すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シートの外縁をつかむ、ならびに前記塗膜から離れた側の前記シート面に対してより大きな圧力が存在するような圧力差をつくり出すというステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記シートの反対側の面に真空状態をつくり出すステップを含み、その真空レベルが前記シートの前記塗膜に隣接する側の面に対してより大きい、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記の動きをもたらすステップが前記基板を前記シートに向けて移動することにより前記平坦化接触を達成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
弾力性のあるプラテンを前記基板の前記塗膜から離れた面に隣接して供給し、前記プラテンを基板に接触するように移動することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記基板および塗膜を前記シートに押し付けることにより前記平坦化接触をたっせいするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板ならびに塗膜を前記シートに約１から９０ｐｓｉのレベルで押し付けるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記硬化ステップが前記塗膜をＵＶ照射にさらすステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記シートが実質的にＵＶ光を通し、前記硬化ステップが前記シートを通してＵＶ照射を当てるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記分離ステップが、先ず前記基板を前記シートから少なくともシートの一部分が前記塗膜から離れるまで遠ざける、およびその後でシートを前記塗膜から完全に分離するのに有効な圧力差をシートを隔ててつくり出すというステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記シートの前記塗膜から離れた側の面に隣接して光学的平面体を備えるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
基板に塗布した硬化性塗膜を平坦化する装置で、前記塗膜が中央領域および周りの周辺領域の表面部を呈する表面を持ち、前記装置が：
薄い、柔軟性のあるシート素材を支え、保持する操作ができるサポート；
前記塗膜のある前記基板を前記シートに近接して支え保持する操作ができるサポートアセンブリ；
前記シートを隔てて十分な大きさの圧力差をつくり出し、そのシートが前記表面部の中央領域では接触するが前記周辺領域では離れている様にシートをたわませる操作ができる差圧アセンブリ；
前記基板を前記シートと前記表面部の実質的に全面に亘り直接の平坦化接触するまで動くよう移動可能な前記サポートアセンブリ；および
前記平坦化接触の間に前記塗膜を硬化する機器、
を含む平坦化する装置。
【請求項１６】
前記サポートが前記シートの縁を連動して締め付け保持する様に機能する一対の環状の締め付けリングを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記搭載アセンブリが前記基板の面の前記塗膜とは離れた側の周辺と接触する寸法にしたリング状本体、および本体と連結してこれを前記シートに近づけたり遠ざけたり選択的に移動する操作ができるピストンとシリンダーアセンブリを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記搭載アセンブリがさらに前記塗膜を前記シートと前記の平坦化接触するように押し付ける操作が出来る移動可能な圧迫部材を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記圧迫部材が真空チャックを含み、前記チャックが機能できるように真空源と連結する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記差圧アセンブリが前記シートの前記塗膜とは離れた側の面と連通する第１のチャンバー、および前記シートの前記塗膜に隣接する側の面と連通する第２のチャンバーを規定する壁構造を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１チャンバーと連通し、その内部を真空状態にするための真空ポートを画する構造物を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項２２】
前記第２チャンバーと連通し、その内部を選択的に真空引きもしくは陽圧にするためのポートを画する構造物を含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記搭載アセンブリが前記塗膜の前記硬化の後、さらに前記基板を動かして前記シートとの接触から外す様に移動可能な、請求項１５に記載の装置。
【請求項２４】
前記シートの前記基板とは離れた側の面に隣接して位置する光学的平面体を含み、前記塗膜と前記シートとが平坦化接触している間は前記シートが前記光学的平面体と接触できる、請求項１５に記載の装置。
【請求項２５】
前記光学的平面体がこれを通してＵＶ照射を送るように機能する、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記塗膜とは離れた側の前記基板面に隣接する弾力性のあるプラテンを含み、前記プラテンが前記搭載アセンブリと共に移動可能な、請求項１５に記載の装置。
【請求項２７】
基板に塗布した硬化性塗膜を平坦化する装置で、前記塗膜が中央領域および周りの周辺領域の表面部を呈する表面を持ち、前記装置が：
薄い、柔軟性のあるシート素材を前記表面に対し近接しながら隙間を空けた関係で位置決めする手段；
前記シートを、このシートが前記表面部の中央領域では接触するが前記周辺領域では離れている様にたわませる手段；
基板とシートとの間に、シートが実質的に全ての前記表面部と直接の平坦化接触するまで相対的な動きをもたらす手段；および
前記平坦化接触を保ちながら前記表面塗膜を硬化する手段、
を含む平坦化する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２００３年７月１０日出願の仮特許出願書第Ｓ／Ｎ６０／４８６０２１号による優先権の利益を主張する。この仮特許出願書は本願に引用して本明細書とする。
本発明は米国標準技術局（National Institute of Standard and Technology: NIST）に裁定された ＡＴＰ＃７０ＮＡＮＢ１Ｈ３０１９の許で米国政府支援により行われた。政府は本発明の所定の権利を保有する。
【背景技術】
【０００２】
＜技術分野＞
本発明は広く高度な集積回路や他のデバイスの製造過程で開発された平面の接触式平坦化に係わる改良された方法と装置に関する。より詳しくは、本発明は塗膜された基板を光学的に平面な柔軟性シートに隣接して置き、後者を先ずたわませて塗膜の中央領域に接触させ、それからシートと基板との間で全面加圧平坦化接触がなされ、この加圧平坦化接触の間に塗膜は硬化されるという方法ならびに装置に関する。硬化後のシートと基板の分離は、シートと基板間に圧力差を設け、これにより端部から中央へ円滑に分離することを含むことが好ましい。
【０００３】
高度な集積回路（ＩＣ）の設計はより高性能で、より小さく、より少ないエネルギーで操作できる半導体デバイスを生産するためにますます複雑化するデバイス層状化技術に大きく依存している。このような品質を可能にするため、適切なシーケンスで半導体基板に多層の相互配線や絶縁体を構築してずっと細かな構造を持つより多くの回路をマイクロチップ内に集積しなくてはならない。ＩＣを構築するためには、超精細な構造を半導体表面にパターン化しなくてはならない。最近ではこれら超精細な構造をパターン化するために用いられる技術の主流はフォトリソグラフィ（写真平版）である。この技術は表面に物質を堆積および除去する技術を要してこのような超精細な構造を構築する。
【０００４】
フォトリソグラフィはフォトレジストとして知られる感光性材料を半導体基板表面に堆積することを必要とする。半導体表面に設けられる構築物の所定のイメージを持つフォトマスクもしくはレチクルとして知られる光透過性物体がフォトレジストを塗った基板上に重ねられる。適切な波長の光を光学物体を介して照射する。フォトレジストの性質および方法により光はフォトレジストの暴露部分を分解もしくは硬化する。それから半導体表面は現像され基板表面にパターン化イメージを現出しデバイスは次の処理を受ける準備ができる。
【０００５】
塗膜する面が完全に平らなら材料は均一な厚みで塗ることができる。しかしながら、もし表面が平らでない、つまりトポグラフ（凹凸）状の特徴を持つ場合は、材料は均一の厚みでは塗工されない可能性があり、そのためデバイスの最終歩留まりや特性に大きく影響することがある。トポグラフ状の表面上に堆積した塗膜は下面のトポグラフ状の形に沿う傾向があり、このようにして平らでない表面が形成される。
【０００６】
一つの層を別の層の上に作ることでＩＣの多層構造体が作り上げられる。構造体の最初の層は全体に平坦な半導体表面に形成される。結果的に半導体デバイス表面にトポグラフ状の表面が導入される。２層目はトポグラフ状の第１構造体層の表面上に形成される。より多くの層が基板上に形成されるにしたがい、表面のトポグラフ状の激しさは増大する。平坦でない表面はもはや次の構造体層を構築するのに適さない。したがってトポグラフ状の表面は次の層を構築する前に平坦化もしくは平らにされなくてはならない。トポグラフ状の表面を平坦化するためには、プラズマエッチバック、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）、ならびに接触平坦化などの技法を用いることができる。
【０００７】
プラズマエッチバック技法は厚いフィルムの除去を伴い、下にあるトポグラフ状の表面をある程度平らにする。フィルムの厚みが増すにつれ表面の平坦化は改善される。しかしながら、より厚いフィルムをエッチングするにはより長いプラズマエッチ時間を要する。堆積したフィルムは特定のエッチパラメータの下で下層のトポグラフ状の層の材料と同等のプラズマエッチ速度を持つことが求められる。次いで、厚いフィルムはプラズマエッチ装置で下のトポグラフ状の層までエッチングされ表面の平坦性が改善される。この平坦化技術は以前から使われ、当業者には周知のことである。
【０００８】
ＣＭＰ技法はスラリー溶液を用い、基板材料とスラリー溶液間で起こる化学反応の支援を得て機械的に表面をパッドに接触させて研磨する。研磨粒子ならびに特定の化学物を含むスラリー溶液をパッドの表面に供給する。トポグラフ状の基板表面をパッドに押しつける。それから基板はパッドに接触し回転運動により研磨され表面のトポグラフ状を除去される。ＣＭＰは現在ＩＣ加工に用いられている。平坦化を必要とする特定材料の具体的必要条件および操作条件は当業者には周知のことである。
【０００９】
接触平坦化は、理論上は、プラズマエッチバックならびにＣＭＰ技法とは別の方法を提供してトポグラフ状の表面を平坦化する。トポグラフ状の表面に先ず流動性のある平坦化素材を堆積する。次いで表面は光学的に平らな面に押しつけられ、これによりある条件下で素材がトポグラフ状の構造体の周囲に流れることになる。素材はそれから光照射または熱により硬化され、光学的に平面な表面を平坦化された素材の表面に複製する。平坦化された素材表面は光学的平面物の表面から解放される。分離を促進するために光学的平面物の表面を公知の技術で処理して表面エネルギー下げることもできる。これは薄いフィルムやフッ素重合体もしくはフッ素化化合物の様な低表面エネルギー素材を光学的平面物の表面上に堆積することで達成できる。別に、同程度の表面平坦性を持つ低表面エネルギー素材の、例えば円盤やフィルムを平坦化素材と光学的平面物の表面の間に置く方法がある。低表面エネルギー材料の例としては、テフロンTM素材、フッ素樹脂、もしくは類似物がある。平坦化した素材の表面は次いで下側のトポグラフ状の層までプラズマエッチングされる。光学的平面の平坦性が下側のトポグラフ状の層に移される。トポグラフ状の表面はこれで平坦化される。平坦化素材の一つの要件として、下側にあるトポグラフ状の層の材料に対し、プラズマエッチ比１を有することが必要である。プラズマエッチパラメーターが１：１のエッチ速度比に達する必要があることは当業者には周知のことである。
【００１０】
Ｐｒｙｂｙｌａ、他による米国特許第６０４８７９９号は、熱もしくは紫外線（ＵＶ）照射で固化できる素材と接触する光学的平面を使用してトポグラフ状の表面を平坦化することを記載している。Ｐｒｙｂｙｌａの特許は技術を実行に還元するための詳細は提供していない。ことに、塗膜したウェーハーを光学的平面から分離することおよび全自動接触平坦化を行うために必要な工程パラメーターの最適範囲に関しては論じていない。
【００１１】
Ｂｌａｌｏｃｋ、他（米国特許第６０６２１３３号）は硬化性平坦化素材を用いてウェーハーの変形しやすい層の表面を広範囲に平坦化するための方法と装置を記載している。基板の表面に変形しやすい素材を堆積する。次いでこの基板を変形可能な素材塗布表面を光学的平面物体の表面に向けて装置内に置き、所定の押しつけ力で所定時間押しつける。それから変形可能な素材は光学的平面物体表面に接触したまま硬化される。光学的平面物体の表面の平坦性が塗膜した基板表面に複製される。Ｐｒｙｂｙｌａ、他による特許と同様に、この方法と装置は塗膜したウェーハーを光学的平面から分離することおよび全自動接触平坦化を行うために必要な工程パラメーターの最適範囲に関しては取り上げていない。
【００１２】
米国特許第６３３１４８８Ｂ１において、Ｄｏａｎ、他は半導体基板のための平坦化方法を記載している。この方法は光学的平面を用いて変形可能な素材を塗布した非平坦な絶縁素材塗布済み基板の表面に押しつけている。変形可能な素材は光学的平面に接触したまま硬化される。光学的平面の平坦性が平坦化された変形可能な素材の表面に複製される。平坦化された表面は次いでＣＭＰ工程を経て平坦化した表面の平坦性を下の絶縁層に移転される。この特許も塗膜したウェーハーを光学的平面から分離する方法および接触平坦化を全自動で行うための工程パラメーターの最適範囲を含むことに成功していない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上に概説した諸問題を克服し、各種の塗膜基板を速やかかつ効率的に平坦化でき、同時に極めて高い平坦化率を達成する、改良された接触平坦化装置およびこれに伴う方法を提供する。大まかに言って、本発明による装置は薄い柔軟性のあるシート素材（光学的に平面な素材でテフロン、フッ素樹脂類、もしくはシリコン類から加工されていることが好ましい）と接触し保持する操作ができるサポートと共に、塗膜した基板をシートに近接して支持および保持する操作ができるアセンブリを含む。差圧アセンブリも備え、シートをたわませてシートが塗膜表面の中央領域では接触しながら、その周辺部からは離れているようにシートを隔てて十分な大きさの差圧を発生できる。サポートアセンブリはさらに移動することが可能で、基板を動かせて実質的に塗膜面の表面全面に亘りシートと直接平坦化接触させることができる。最後に、装置はそのような全平坦化接触過程の間に塗膜を硬化させる機器も含んでいる。
【００１４】
方法態様において、本発明は先ず薄い柔軟性のあるシート素材を基板上の平坦化可能な塗膜に近接して隙間を空けた関係で位置させ、それからシートをたわませてシートが塗膜表面の中央領域では接しているがその周辺部では離れている様にする。次に、基板とシートとの間に、後者が塗膜の表面域の全面と直接平坦化接触するまで相対的な動きをもたらす。この状態で通常はＵＶ照射や熱を用いて塗膜を硬化する。硬化した塗膜と柔軟性シートを分離するとき、後者を隔てて圧力差を発生させ、始めにシートを硬化した塗膜の周辺部から分離し、次いでその全体分離を行うことが好ましい。
【００１５】
一つの実施形態においては平坦化表面を持つ頑丈な平坦化体を備え、これが柔軟性を持つシートと組み合わされている。支援の頑丈な平坦化体を必要としないで柔軟性のある平坦化シートを巧みに操作するために適切なレベルの空気圧および真空が交互に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜図１〜１４による実施形態＞
今度は図面に転じて、図１は本発明に基づく好ましい平坦化装置２０を図解している。装置２０は大まかにサポートフレーム２２、およびその上の平坦化アセンブリ２４を含む。平坦化アセンブリ２４は下部の真空チャンバー２６と共に上部の平坦化ユニット２８およびＵＶ光硬化アセンブリ３０を含む。装置２０全体は、例えばマイクロ電子、オプトエレクトロニクス、フォトニクス、オプティカル、フラットパネルディスプレー、マイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）、バイオチップスおよびセンサー用のデバイスなどの個々の基板に塗られた平坦化塗膜に効率よく接触するように設計されている。
【００１７】
より詳細には、サポートフレーム２２は４本の直立した丈夫な支持脚３４を固定したベース３２を含む。ベースプレート３６は脚３４の上端に固定され、一対の対向する円筒型ガイド３８および横に離れたさらなる一対の前面にある円筒型ガイド４０を持つ。またベースプレート３６にはカップラー４４を介して通常のロボットアームアセンブリ４２が固定されている。アセンブリ４２は回転するように搭載された腕状アセンブリ４６を持ちその先端は一対の対向するアーチ状支持部材４８になっている。ベースプレート３６はまたピストンとシリンダーが重なったアセンブリ５０、１３４を支えている。最後に、２連のピストンとシリンダーアセンブリ５２がベースプレート３６の下側にそれぞれのピストン棒５４が前面ガイド４０を通して上方に伸びているがその目的は後述する。
【００１８】
真空チャンバー２６は環状で直立した外室壁５６を含み、その下面５８がプレート３６の上に置かれた形でそこに周辺のクランプ３７で固定され、円形のＯ−リング６０（図５参照）は壁５６とベースプレート３６間の真空シールを効かせる様に作用する。壁５６はその上端部に隣接してチャンバー２６の内部に連なる横長の通路６２を備える。壁５６の上端部は部分的に階段状となり、シール用Ｏ−リング６４を備えている。チャンバー２６にはまた通路を選択的に覆うように設計された扉６６があり、チャンバー内に真空状態を創り出すことを可能にしたり基板の挿入排出を可能とする。特に、扉６６は空気作動装置６８、カップラー７０および側壁５６の形状に合致する弓形の円弧部７２を含む。円弧部７２の内面にはシールを目的とした周辺ガスケット７４（図５参照）を備えている。図１、２および５から最もよく判るように、扉６６は選択的に縦方向の移動動作のためにピストンロッド５４で支えられているため、アセンブリ５２を作動すると扉６６は図１の位置から図２の位置に移動し、これにより通路６２を封鎖する。扉６６はアセンブリ５２の作動により縦方向に移動し、それからアセンブリ６８の作動により水平方向に移動する。代わりに、アセンブリ５２が扉６６を下げるように作動すると、通路６２は開く（図１参照）。
【００１９】
平坦化ユニット２８は基板７８（図１０参照）の片方の表面上の塗膜７６を接触平坦化するために作動する構成部分を含む。ユニット２８は真空チャンバー２６と連動して機能してこの平坦化を達成する。大まかに言って、平坦化ユニット２８は下面が光学的平坦面８４を呈するＵＶ透過性光学的平面ブロックもしくは本体８２、さらにはシートサポート８８に支えられた光学的平坦性素材の薄い柔軟性のあるシート８６で出来た光学的平坦アセンブリ８０、および塗膜７６を行った基板７８をシート８６に近接して支え保持するアセンブリ８８の下側のサポートアセンブリ９０を含む。
【００２０】
より詳細には、本体８２は円形状で上部に半径方向に拡大した部分９２およびこれに連なり終端が光学的平坦面８４となる部分９４を持つ。本体８２はこれを補完する環状上枠９６内に支えられ、これにもネジ付のポート（端子口）９８および密封リング９９が付いている。対向して外側に突き出た一対の耳部１０２を持つ固定環１００は本体８２の上に位置しネジ１０４により上枠９６に接続され、本体８２を所定位置に固定している。シートサポート８８は対向する一対の上下の締め付けリング１０６、１０８を含み、シート８６を受けて支持する。詳細には（図５参照）、上部リング１０６は環状の従属リブ１１０を含み、一方２番目というか下部リング１０８には対となる溝１１２がありリブ１１０を受け入れる。シートサポート８８およびシート８６は壁５６の段の付いた上縁内に置かれ下部リング１０８は密封Ｏ−リング６４に接触している。
【００２１】
図５を例にとると、チャンバー２６はシートサポート８８の片面と通じている一方で壁５６は、シートサポート８８の下面に隣接しこれと通じているチャンバー２６の輪郭を示していることが判る。しかしながら、もう一つのチャンバー１１３が上枠９６の内面とＯ−リング９９の下の本体８２の間に形成されている。ポート９８は表示の通りこのチャンバー１１３と通じている。
【００２２】
チャンバー２６内のサポートアセンブリ９０は弓形の、通常はＣ形をした環状体１１４を含み、これは基板７６を支えられる寸法になっている。環状体１１４はそれぞれ環状体１１４の下側に連結したロッド１１８を持つ２つの空気圧ピストンとシリンダーアセンブリ１１６の媒介により選択的に動かすことが出来る。図５に図解されているように、それぞれのアセンブリ１１６はベースプレート３６の上面に固定されている。
【００２３】
さらに、アセンブリ９０は上部が円形の真空面１２２および面１２２と通じる中央の空洞の真空化用ネジ１２４を含む円形の真空チャック（つかみ具）１２０を含む。チャック１２０はネジ１２４の下端を受けるくりぬいたブロック１２６で支えられる。ブロック１２６は継ぎ手１３０に達するＬ形の真空路１２８を含む。柔軟性のある油圧ホース１３２は継ぎ手１３０に固定され真空源（非表示）に接続するために図示の通りベースプレート３６を貫通している。ブロック１２６およびチャック１２０はチャンバー２６内でピストンとシリンダーアセンブリ１３４により縦方向に可動で、操作出来るようにブロック１２６の下端にカップラー１２７により固定されている。ブロック１２６およびチャック１２０の往復動はベースプレート３６に固定された、離れて直立した一対のロッド１３６で案内される。図４で最もよく示されるように、ブロック１２６はスライドブッシング１４０を装備した横方向の張り出し部分１３８によりブロック１２６が滑らかに上下の往復運動をすることを確実にしている。
【００２４】
本発明の実施における好ましいものとして、チャック１２０の表面１２２に重なるように合わせた円形で弾力性のあるプラテン１４２を利用するものがある。プラテン１４２は上部の弾力性のあるパッド１４８と共に周囲に従属的な縁１４６が付いた最下部の板１４４を含む。図５で最もよく判るように、プラテン１４２はチャック１２０の表面１２２にぴったり合うような寸法になっている。
【００２５】
ネジを切ったポート１５０がベースプレート３６を貫通して設けられている。目的は後で述べるが、真空ポンプ（非表示）が機能するようにポート１５０およびホース１３２に接続されている。さらに、別の空気用ホース（非表示）が上枠９６に設けられたポート９８に接続され真空引きと陽圧空気の送り込みを交互にできる。
【００２６】
装置２０の開放を可能にするため、上部平坦化ユニット２８、ＵＶ光搭載アセンブリ３０、およびこれら支える構造物は選択的に縦方向に動かすことができ、これによりシートサポート８８の交換が可能となる。この目的のため、固定具１００の耳１０２に留め具１５４に連結された一対の細長い縦方向に伸びたロッド１５２が備えられ、ロッド１５２は下方向にそれぞれのガイド３８を通ってピストンとシリンダーアセンブリ５０の下まで延びる。横桁１５６はロッド１５２の間に延びその下端で相互に連結する。アセンブリ５０の一部をなすピストンロッド１５８は横桁１５６に固定されている。アセンブリ５０は固定具１００を選択的に上げたり下げたり作動することができる。装置２０の開および閉位置はそれぞれ図１および２に示されている。
【００２７】
光硬化アセンブリ３０は固定具１００の上に位置し、ネジ１６２で固定具１００に固定されたスペーサーリング１６０を含む。最後に、ＵＶ光源箱１６４がスペーサー１６０に接続される。光源箱１６４は後述するようにＵＶ光を光学的平面体８２およびシート８６を通して下方に向けて選択的に機能するＵＶ光源を持つ。
【００２８】
装置２０全体はまた平坦化操作を監視、制御するための通常の制御回路を備えている。このような制御回路には真空センサー、圧力センサーおよびベースプレート３６のネジ付ポート１６６（図５参照）に固定されたガス供給（非表示）、種々の他の位置および状態センサー、およびプログラマブルなマイクロプロセッサー制御装置が含まれる。
【００２９】
＜操作＞
これから装置２０の平坦化操作について説明する。先ず、装置は図１の位置、すなわちアセンブリ５０が装置２０を開く様に作動していて上枠９６およびこれに支持される構造物はチャンバー２６の上に間隔を開けているものとする。また、サポート１１４およびチャック１２０は下がった位置にある。装置２０がこのような配置において、柔軟性シート８６を保持したシートサポートアセンブリ８８はチャンバー壁５６の上端に位置しリング１０８はシール６４に接触している。それからアセンブリ５０を作動し上枠９６を下げて、シール９７を保持するその下端が上部リングサポート１０６と直接接触させる。次に、塗膜７６を施した新しい基板７８を塗膜７６が上を向くようにＣ形環状体１１４の上に置く。それからプラテン１４２を持ったサポート部分４８が通路６２を通ってチャンバー２６に入る様にアームアセンブリ４２を作動させてアーム４６を回転させる。このようにしてプラテンは真空チャック１２０の表面１２２上に置かれる。
【００３０】
次に扉６６はそれぞれピストンおよびシリンダーのアセンブリ５２のロッド５４を伸ばす操作および空気作動アセンブリ６８の操作によりガスケット７４が通路６２周りの壁構造を囲みそして密封するようになるまで閉じられ、このようにして密閉チャンバー２６が構築される。それからプラテン１４２をチャック１２０上の所定の位置に保持するためにホース１３２で真空引きされる（通常は約６８５から７５０ｔｏｒｒ）。この時点でチャンバー２６はポート１５０、および上枠９６のポート９８を通してシート８６を隔てて圧力差をつくり出すのに十分で、シートを基板塗膜７６のＣ領域に向けてたわませ一方でシートがその周辺のＰ領域では離れた状態を保つのに十分な真空引きが行われる。通常、好ましい装置２０の場合、ポート１５０を通して約６８５から７５０ｔｏｒｒまで真空引きされ、一方ポート９８を通してはより少ない約６３５から７１０ｔｏｒｒまで真空引きされる。
【００３１】
次のステップでは、アセンブリ１３４を作動させてプラテン１４２を保持したチャック１２０を図６および１１の位置、すなわち塗膜７６がシート８６と全面接触し、後者が本体８２の表面８４と全面接触する平坦化位置まで移動する。適切な平坦化接触をもたらすために、チャック１２０は約１から９０ｌｂ／ｉｎ２の圧力を基板７８に対して加えるべきである。次に、ポート１５０から抜かれた真空およびチャンバー２６を解除して後者を大気圧に戻し、シート８６をたわんだ状態から解放する。
【００３２】
チャック１２０が完全な平坦化位置に移行するまでの間に、シート８６ならびに表面８４および／またはプラテン１４２の間に同伴されたすべての気泡は除去される。さらに、完全な平坦化位置に向けたシート８６の最初のたわみ、これに続くチャック１２０の動きを伴う逐次的な動きは、著しく平坦化操作を促進すると同時に優れた最終製品を与えることが見いだされている。
【００３３】
それから光源アセンブリ３０が作動して上述した平坦化接触の間に塗膜７６を硬化させる。この目的のため選定されるＵＶ光の波長、および点灯状態の持続時間は硬化する塗膜の性質により決定され、これらのパラメーターについては当分野技術の技の内である。
【００３４】
いったん塗膜７６が正常に硬化され平坦化されると、装置２０は基板７８および塗膜７６をシート８６から分離し硬化した基板の回収および新しい塗工済み基板の挿入ができる様に操作される。特に、図７に描かれている次のステップにおいて、ピストンとシリンダーアセンブリ１１６はサポート１１４を基板１７８と接触するように作動して、プラテン１４２が外された間これを確保する。次にピストンとシリンダーアセンブリ１３４を作動しチャック１２０およびプラテン１４２を基板７８から後退させ、ホース１３２を通して引かれていた真空も解除される。それから扉６６が開かれロボットアームアセンブリ４２を用いてプラテン１４２が取り出される。それから扉６６は通路６２に対してチャンバーを閉じる位置に戻され、装置は図７の位置をとる。次に、アセンブリ１３４が再度作動してチャック１２０を上昇させその真空面１２２を基板７８と直接接触させる。この配置は図８に示されている。次にピストンとシリンダーアセンブリ１１６を作動してサポート１１４を基板７８から離れた下側位置に移動する。この時点でホース１３２を通して真空に引かれる。陽圧の空気を上枠９６のポート９８を通して導入して、シート８６を隔てて適切な圧力差を作りだす。通常、ホース１３２を通して約６８５から７５０ｔｏｒｒの真空が引かれ、一方約０．５から５０ｐｓｉの陽圧空気がポート９８を通して導入される。図１２で最もよく判るように、この組合せによりシート８６は本体８２の表面８４からはきれいに引き離されるが、同時にシートは基板７８の塗膜７６に貼りついたままの状態を作り出す。
【００３５】
次のステップは図１３に描写され、ここでは周辺領域Ｐでは塗膜７８からシート８６が分離し中央領域Ｃではこのような接触を保つ様な圧力差がシート８６を隔ててつくり出されていることが判る。このことはチャック１２０をいくらか下方にずらし、一方でホース１３２を通した真空とともに対応するポート９８を通して送られる陽圧を維持することで達成できる。
【００３６】
最終的な分離ステップはチャック１２０をさらに本体８２からずらすことにより生じる。ポート９８を通して真空に引くことで確実にシート８６が本体８２の表面８４と全面平坦化接触に戻り、これにより装置２０は再び平坦化工程を始める準備が整う。
【００３７】
＜図１５〜１８による実施形態＞
装置２０の好ましい形態として、下面に平坦化面８４を持つ頑丈な平坦化体８２の使用を含む。しかしながら、本発明はそれほど制限されてはいない。すなわち、頑丈な平坦化体無しで、陽圧の空気圧と真空だけを用いて同じ進歩した操作性の特徴を達成することが出来る。図１５〜１８においてその装置および方法が略図的な形で示されている。柔軟性のある平坦化シート８８ａには隣接する固定サポート１１４ａおよびチャック１２０ａが備わっている。図示の通り、チャック１２０ａは平坦化の対象となる塗膜７６ａを持つ基板７８ａを保持する。
【００３８】
図１５に描写した平坦化操作の第１ステップは、圧力差をつくり出して中央領域Ｃを塗膜７６ａおよび基板７８ａの方にたわませる。シート８８ａの中央領域Ｃは最初の実施形態で説明したとおり、塗膜の対応する領域に接触する。この時点で矢印１６８で示す陽圧の空気がシート８８ａの上面に導入され、一方（随意的に）チャック１２０ａを通して真空に引いてもよい。次に、チャック１２０ａは全面平坦化位置に移動され、付加的な陽圧の空気がシート８８ａの上面に導入される。これによりシート８８ａおよび塗膜７６ａ間に期待した全面平坦化接触が確かなものとなる。勿論このような接触の間に塗膜７６ａは、通常はＵＶ照射または熱を用いて硬化される。
【００３９】
図１７は硬化済み塗膜７６ａからシート８８ａを引き離す最初のステップを図解している。このことは、シート８８ａの上側に陽圧の空気を用い、および／またはシート８８ａの下側を真空に引くことによりシート８８ａを隔てて圧力差をつくり出すことが必要である。いずれの場合でもシート８８ａの中央領域は塗膜７６ａと中央領域Ｃで接触したままで、一方塗膜の周辺領域Ｐではシートから離れている。最終ステップ（図１８）では、塗膜７６ａから離れた側のシート８８ａの面は負圧で引かれこれにより塗膜７６ａからシート８８ａが完全に分離し、これにより装置は次の平坦化操作の位置になる。
【００４０】
＜実施例Ｉ＞
本実施例においては、装置２０を用いて光硬化素材を持つトレンチウェーハーを平坦化した。特に、基板として約１μｍのトレンチを持つシリコンウェーハーを用いた。特徴となるウェーハーの密度は約４〜９６％の範囲におよんだ。光硬化性素材はエポキシ（Ｄ．Ｅ．Ｒ．３５４ＬＶ，Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）２０ｇ、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）８０ｇ、および  Ｓａｒｃａｔ  ＫＩ−８５（Ｓａｒｔｏｍｅｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ）１．２ｇを黄色照明の実験室で完全に混合して整えた。それから材料を０．２μｍのフィルターを用いてろ過し清浄な茶色瓶に保存した。０．５μｍ未満の厚みの光硬化性平坦化素材をシリコントレンチウェーハー上にスピンコートした。
【００４１】
処理中、閉じられた装置のチャンバーを２０ｔｏｒｒ未満で約３０秒間排気し残留溶媒を除去した。平坦化の間、基板を約６８ｐｓｉの力で３００秒間、テフロン製の光学的平面に押しつけた。この間、ＵＶ光を用いて塗膜を硬化した。ＵＶ暴露の後、チャンバーを大気圧まで加圧し、基板を光学的平面から離し、そして基板をチャンバーから取り出した。
【００４２】
比較のため、別の類似のトレンチウェーハーに同じ材料を同一条件で塗膜した。この参照製品を同様に硬化したが、ただし押し付けステップは用いなかった。比較製品はＴｅｎｃｏｒ  Ａｌｐｈａｓｔｅｐ  Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ（粗面計）を用いて特性を測定した。本発明に基づく製品の構造物を横断的に測定したところ、表面トポグラフは約２５０Åであった。参照ウェーハーの表面トポグラフは約７０００Åを示した。加圧平坦化ウェーハーの異なる機能密度域内の平坦化フィルムの厚みを走査型電子顕微鏡を用いて測定した。測定した結果、機能密度上のフィルム厚みは最大で約４０％の機能密度差を示した。トレンチの上ではなく構造物上のフィルム厚みは２つの機能密度領域で約０．４５μｍあり、厚み差は約０．０１２μｍ（１２０Å）であった。
【００４３】
＜実施例II＞
この実施例においては熱硬化材料をシリコンウェーハーに用いた。ウェーハーは先ずこれを約１μｍの２酸化ケイ素フィルムで塗膜した。直径で０．２から１μｍのビアホールを含み種々の機能密度領域を持つパターンを２酸化ケイ素フィルムにパターン化した。ビアホールの深さは約１μｍであった。熱硬化性素材は実施例Ｉで示したのと同様にして整えたが、ただしＳａｒｃａｔ製品の代わりにＮａｃｕｒｅTMＳｕｐｅｒ  ＸＣ−Ａ２３０触媒（Ｋｉｎｇ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）１．０ｇを用いた。素材をシリコンビアホールウェーハー上に約０．２μｍになるまでスピンコートした。
【００４４】
塗膜したウェーハーを装置２０に移し、これを密封後約２０ｔｏｒｒ未満で約１８０秒間真空引きし、残存溶媒を除去した。塗膜した基板を６８ｐｓｉの力で６０秒間光学的平面に押し付けた。この間に光学的平面の表面を通してＵＶ／赤外熱線パルス光を照射し平坦化素材を硬化した（少なくとも約１３０℃の硬化温度で１２０秒間）。硬化した後、チャンバーを大気圧まで換気し、基板台を下げ、チャンバー扉を開き、特性を測定するために基板を取り出した。
【００４５】
平坦化されたビアホールウェーハーの表面はＴｅｎｃｏｒ  Ａｌｐｈａｓｔｅｐ  ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒを用いて特性を測った。測定の結果、平坦化構造物上の隣接する異なる機能密度域を横断した表面トポグラフは１００Å未満、および約３００Å未満であった。異なる機能密度域の構造物上の平坦化フィルムの厚みは走査型電子顕微鏡を用いて測定した。２つの機能密度域で測定した。約０．３μｍのビアホールが約０．５μｍのピッチである部分の構造物の上のフィルム厚みを測定した。また約０．３μｍのビアホールが約１．７５μｍのピッチである部分の構造物の上のフィルム厚みも測定した。フィルム厚みはそれぞれ約０．１９μｍおよび０．２１μｍであった。
【００４６】
＜実施例III＞
この実施例においては、ノボラックエポキシ樹脂（Ｄ．Ｅ．Ｒ．ＴＭ３５４ＬＶ，Ｔｈｅ  Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ）５ｇ、ｔ−ブチルグリシジルエーテル（Ａｌｄｒｉｃｈ）５ｇ、およびトリアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート（光酸発生剤）５０％溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ）０．６ｇをから成る光硬化性平坦化素材を配合し完全に混合した。光酸発生剤溶液に用いた溶媒は活性溶媒であった。材料は０．２μｍのフィルターでろ過した。
【００４７】
接着促進剤ＡＰＸ−Ｋ１（Ｂｒｅｗｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｃ．）で製造元が推奨する方法を用いて処理した６インチシリコンビアホールウェーハーの表面上に、１．７μｍ厚みの平坦化素材の層を塗膜した。標準的なエッジビードの除去処理を行い、約５ｍｍのエッジビードを除去した。
【００４８】
前の実施例で説明した様に基板を装置２０内に置き、６８ｐｓｉの圧力を用いて３０秒間光学的平面に押し付けた。この接触の間、光学的平面を通して水銀−キセノン灯による連続ＵＶ光を１０秒間照射して平坦化素材を硬化した。それから圧力を解除して装置からウェーハーを取り出した。Ｄｅｋｔａｋ８（Ｖｅｅｃｏ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ  Ｇｒｏｕｐ）を用いて平坦化された表面の粗さと平坦化度の特性を測定した。元の基板構造で１μｍ高い部分で大略２００Åのステップ高さが見つかった。平坦化の度合いは約９８％を達成し、平坦化した素材にボイドは見つからなかった。
【００４９】
＜実施例IV＞
この実施例においては、光学的平面体８２の代わりに空気圧力を用いて硬化性素材を平坦化した。実施例Ｉの光硬化性素材およびウェーハーを用いた。塗膜した基板を装置２０内に置きチャンバーを２０ｔｏｒｒ未満で３０秒間排気して残存溶媒を除去した。基板をそれから光学的に平面なシートに押し付けた。このような接触後、フィルムの反対側に約２０ｐｓｉの空気圧力を３００秒間加えた。このように表面が光学的に平らなフィルムと接触を保っている間、フィルムを通してＵＶ光を１０秒間照射し平坦化素材を硬化した。平坦化の後、チャンバー内の圧力を大気圧まで解除し、基板をフィルムから分離して特性を測るために取り出した。
【００５０】
同様にして参照ウェーハーを整えたが、ただし空気圧力による押し付けステップにはさらさなかった。本発明に基づいてつくったウェーハー表面、および参照表面をＴｅｎｃｏｒ  Ａｌｐｈａｓｔｅｐ  Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒを用いて特性を測った。本発明に基づいてつくられた基板では隣接する機能密度域および構造物を横切り、約３５０Åの表面トポグラフが測定された。異なる機能密度域の平坦化フィルムの厚みは走査型電子顕微鏡を用いて測定した。機能密度域上のフィルム厚みは、機能密度により最大約４０％の差異を示すことが測定された。トレンチの上ではなく、機能密度域に入った構造物の上のフィルム厚みは約０．４５μｍで厚み差は約０．０１４μｍ（１４０Å）であった。参照ウェーハーはトポグラフ構造を横断して約７０００Åの表面トポグラフを示した。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による好ましい平坦化装置の透視図で、プラテンを装置の１次真空化チャンバーに挿入する前の状態の、好ましい平坦化方法で用いる弾力性のあるプラテンを支えている装置のロボットアームと共に図解している；
【図２】図１に類似の図であるが、装置を使用中で弾力性のあるプラテンを１次真空化チャンバーに挿入し、これを閉じた状態を図解している；
【図３】好ましい平坦化装置の操作部品を図解した分解透視図である；
【図４】塗膜された基板が挿入され平坦化工程開始前の平坦化装置の部分立断面図である；
【図５】平坦化装置の構造をさらに図解した、図４の線分５−５に沿った立断面図である；
【図６】図４に類似した部分立断面図であるが、塗膜された基板および光学的平坦化体およびシートの間が平坦化接触している状態の装置を描写している；
【図７】図６に類似した図であるが、塗膜された基板が平坦化された後の装置を描写している。
【図８】図７に類似した図であるが、平坦化された基板塗膜および光学的平坦化体およびシートの間が分離過程にある装置を示している；
【図９】図８に類似した図であるが、平坦化された基板塗膜および光学的平坦化体およびシートの間が完全に分離したときの装置を示している；
【図１０】平坦化工程の最初のステップを描写した略図で、ここでは好ましい光学的平面シートがたわめられている；
【図１１】平坦化工程の次のステップを示す別の略図で、ここでは塗膜された基板および光学的平坦体とシートの間で全体平坦化接触が確立している。
【図１２】塗膜された基板および光学的平坦化体およびシートの間の分離過程の最初の段階を示す略図である；
【図１３】図１２に類似した図であるが、分離過程の次のステップを示している；
【図１４】図１３に類似した略図で、分離過程の最後のステップを示している；
【図１５】図１０に類似した略図であるが、光学的平面シートを最初にたわませる時に光学的平面体が除かれている方法と装置を図解している；
【図１６】図１５に類似した図であるが、基板塗膜および光学的平面シートの間が全面平坦化接触しているときの方法と装置を描写している；
【図１７】図１６に類似した略図であるが、平坦化基板塗膜および光学的平面シートの間の分離手順の最初のステップを示している；
【図１８】図１７に類似した略図で、分離手順の最終ステップを図解している。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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