(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有するシート状の基材に薄膜を形成する工程と、
真空容器内に配置された第１のプレートに基板を固定する工程と、
基材装着機構に前記基材を展着して固定する工程と、
前記真空容器内を真空排気手段により所定の圧力に真空排気する工程と、
真空容器内を前記所定の圧力とした状態で、前記真空容器内に前記第１のプレートに対向して配置された第２のプレートの主表面を前記基材に密着させる工程と、
前記基材が密着した前記第２のプレートを、前記第１のプレートに近接させ、前記基材の上に形成された前記薄膜の表面を前記基板の表面に当接する工程と、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に加重することで、前記基板に当接した前記薄膜を前記基板に圧着する工程と
を備え、
前記基材の上に形成された前記薄膜の表面が前記基板の表面に当接するまでは、前記第１のプレートの温度を前記第２のプレートの温度以下の状態とし、
前記基材の上に形成された前記薄膜の表面を前記基板の表面に当接させた後、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの少なくとも一方の温度を上昇させる
ことを特徴とする薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成室内で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方法に関する。
【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（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)）。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を１８０℃となるように設定し、これに半導体基板６０３を装着する。また、上プレート６０２に対向配置された温度調節可能な下プレート６０７を１２０℃に設定しておく。一方、予め薄膜６０４が形成されている基材６０５を用意し、これを上述のように温度設定した下プレート６０７上方に配置されている基材装着機構６０６に装着する。基材６０５としては、ＰＴＦＥ（ポリ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６０７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６０７のみを上昇させて基材６０５に接触させ、下プレート６０７の上昇により基材６０５を伸張させる（図６（ｂ））。この後、下プレート６０７と基材６０５（基材装着機構６０６）とが所定の位置関係に達した時点で、基材装着機構６０６と下プレート６０７の位置関係を一定に保ったままさらに上昇させ、基材６０５上の薄膜６０４を上プレート６０２によって保持された半導体基板６０３に当接させる。
【０００５】
ここで、下プレート６０７により上プレート６０２が受ける加重が、加重センサ６１０により検出される。加重センサ６１０により、上プレート６０２すなわち半導体基板６０３への加重を測定し、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、基材装着機構６０６と下プレート６０７とを下降させて加重を解放し、半導体基板６０３より基材６０５を離間させ、半導体基板６０３に薄膜６０４が形成された状態を得る。
【０００６】
前述したように、上プレート６０２は１８０℃程度としているため、半導体基板６０３は１８０℃程度に加熱された状態となっており、上述したように薄膜６０４が半導体基板６０３に圧着されたときに、薄膜６０４の半導体基板６０３に対する密着力が、所望の強度に得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、貼り合わせるために下プレート６０７を上プレート６０２に接近させると、下プレート６０７上の基材６０５は、より高い温度に加熱されて伸張することになる。したがって、図７（ａ）のように、基材６０５にシワが発生する。このようにシワが発生した状態で、基材６０５上の薄膜６０４が半導体基板６０３に近づいていくため、基材６０５とともにシワが発生している薄膜６０４のシワにより盛り上がった部分から、半導体基板６０３に接触していく。
【０００８】
最終的に、図７（ｂ）に示すように、上述したシワが発生した状態で、下プレート６０７と上プレート６０２とに挟まれ加圧され、半導体基板６０３に薄膜６０４を介して基材６０５が完全に押し付けられる。この結果、半導体基板６０３より基材６０５を離間させると、図８（ａ），（ｂ）に示すように、半導体基板６０３上に形成された薄膜６０４に、上述したシワによる転写不良８０１が発生する。また、貼り合わせる条件によっては、図８（ｃ）に示すように、薄膜６０４中に、固さや膜厚また乾燥状態が異なるなど、膜質の異なる部分６０４ａが発生する。
【０００９】
更に、図９（ａ）に示すような微細な凹凸パターン１０００が形成された半導体基板６０３に、図９（ｂ）に示すように薄膜６０４を形成した場合、薄膜６０４により凹凸パターン１０００を完全に埋め込むことができず、図９（ｂ）に示すように、ボイド１００１が発生する。
以上のように、前述した従来の薄膜形成方法では、部分的に転写がされない領域が発生し、また、凹凸パターンの埋め込みにおいてボイドが発生するなど、転写不良が発生するという問題があった。
【００１０】
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、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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄膜形成方法は、可撓性を有するシート状の基材に薄膜を形成する工程と、真空容器内に配置された第１のプレートに基板を固定する工程と、基材装着機構に基材を展着して固定する工程と、真空容器内を真空排気手段により所定の圧力に真空排気する工程と、真空容器内を所定の圧力とした状態で、真空容器内に第１のプレートに対向して配置された第２のプレートの主表面を基材に密着させる工程と、基材が密着した第２のプレートを、第１のプレートに近接させ、基材の上に形成された薄膜の表面を基板の表面に当接する工程と、第１のプレートと第２のプレートとの間に加重することで、基板に当接した薄膜を基板に圧着する工程とを備え、まず、基材の上に形成された薄膜の表面が基板の表面に当接するまでは、第１のプレートの温度を第２のプレートの温度以下の状態とする。
この薄膜形成方法によれば、基材が薄膜表面に当接するまでは、基材の温度が第２のプレートの温度以上とはならない。
【００１２】
加えて、第２のプレートの温度基材の上に形成された第２のプレートの温度薄膜の表面を第２のプレートの温度基板の表面に当接させた後、第２のプレートの温度第１のプレートと第２のプレートの温度第２のプレートとの少なくとも一方の温度を上昇させる。
【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を参照して説明する。
図１，２は、本発明の薄膜形成方法を実施可能とするための薄膜形成装置の概略的な構成とともに、薄膜形成方法を説明するための工程図である。図１に示す薄膜形成装置は、まず、密閉可能な真空容器１０１と、真空容器１０１内の上部に固定された上プレート（第１のプレート）１０２を備えている。真空容器１０１は、真空排気ポンプ（真空排気手段）１０８により、内部を真空排気して所望の真空度（圧力）とすることができる。
【００１４】
また、この薄膜形成装置は、転写対象の薄膜１０４が形成された基材１０５を展着する基材装着機構１０６と、上プレート１０２に対向して真空容器１０１内の下部に配置された下プレート（第２のプレート）１０７とを備えている。薄膜１０４は、例えば、ポリイミド，ポリアミド酸，ポリベンゾオキサゾールなどの有機材料から構成されたものである。上プレート１０２は、図示していない温度制御可能な加熱手段を含んだ温度制御機構を備え、上プレート１０２に固定する半導体基板１０３を所望の温度に加熱可能としている。同様に、下プレート１０７も、図示していない温度制御機構を備えている。
【００１５】
基材装着機構１０６は、図１（ａ’）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１０７と同様に、真空容器１０１内を上下に移動可能にされている。なお、基材装着機構１０６は、枠状に限るものではない。下プレート１０７および基材装着機構１０６は、プレート駆動装置１０９により上下方向に移動する。また、上プレート１０２は、真空容器１０１上部に配置された加重（荷重）センサ１１０に連通し、上プレート１０２に対する加重が測定可能な状態とされている。なお、基材装着機構１０６とプレート駆動装置１０９との接続関係は、図示していない。
【００１６】
以下、本実施の形態における薄膜形成方法について説明する。まず、上プレート１０２を上述した温度制御機構により約８０℃程度とする。また、下プレート１０７は、１２０℃程度とする。ここで、上プレート１０２の温度は、下プレート１０７の温度より低い状態としておく。つぎに、図１（ａ）に示すように、上プレート１０２の下面に、図示していない基板装着機構によって、半導体基板１０３を主面を下側に向けて装着する。
【００１７】
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１０２側）に向け、基材装着機構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）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。
【００１８】
つぎに、真空排気ポンプ１０８の真空排気により真空容器１０１内の圧力を低下させるとともに、プレート駆動装置１０９により、下プレート１０７のみを上昇させる。この動作により、下プレート１０７が基材１０５に接触し、図１（ｂ）に示すように、基材１０５を伸張させる。下プレート１０７が上昇することで、下プレート１０７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周囲は基材装着機構１０６により固定されている。このため、基材装着機構１０６と下プレート１０７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１０７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。
【００１９】
ここで、本実施の形態では、基材１０５およびこの上に形成された薄膜１０４は約１２０℃に加熱され、半導体基板１０３は約８０℃に加熱された状態となっている。この状態で、前述したように下プレート１０７の突き上げにより基材１０５が伸張した状態となった後、下プレート１０７と基材装着機構１０６との上下関係を保持したまま、プレート駆動装置１０９により、これらをより上昇させる。
【００２０】
以上のことにより、基材１０５上に形成した薄膜１０４を半導体基板１０３に当接させ、プレート駆動装置１０９の駆動により下プレート１０７を上プレート１０２側に所定の加重で押し付けることで、半導体基板１０３上に薄膜１０４を接着させる（図２）。このとき、本実施の形態によれば、薄膜１０４および基材１０５の温度は、半導体基板１０３に押し付けられる前の温度（１２０℃）より高くなることはない。したがって、従来のように、基材１０５がさらに伸張してシワを生じるなどの不具合が発生しない。
【００２１】
このようにして薄膜１０４と半導体基板１０３とが密着した状態で、加重センサ１１０により上プレート１０２に対する加重を測定し、下プレート１０７の上昇による上プレート１０２に対する加重が、所定の範囲内となるようにプレート駆動装置１０９を制御する。加えて、図示しない温度制御機構により、上プレート１０２の温度を、例えば１８０℃に上昇させる。このようにして、下プレート１０７を上プレート１０２側に押し付けることで、所定の時間、半導体基板１０３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１０２に対する半導体基板１０３の固定状態を解放する。
【００２２】
次いで、プレート駆動装置１０９を制御し、基材装着機構１０６および下プレート１０７を上プレート１０２側より降下させ、上プレート１０２から離間させる。最後に、真空容器１０１の内圧を大気圧に戻し、基材１０５を半導体基板１０３から剥離すれば、薄膜１０４が半導体基板１０３に転写された状態を得ることができる。このとき、前述したように、基材１０５にシワなどが発生することがないので、本実施の形態によれば、図３（ａ）の断面図および図３（ｂ）の平面図に示すように、転写不良のない均一な薄膜１０４が、半導体基板１０３上に形成された状態が得られる。
【００２３】
なお、上述では、真空容器１０１内を減圧してから下プレート１０７を上昇させて基材１０５に接触させるようにしたが、これに限るものではない。例えば、図５に示すように、下プレート１０７を基材１０５に接触させた状態から真空容器１０１内を減圧するようにしてもよい。この場合においても、下プレート１０７を上昇させ、基材１０５上に形成されている薄膜１０４が、半導体基板１０３表面に接触（当接）するまでは、上プレート１０２の温度を下プレート１０７の温度以下としておけばよい。
【００２４】
また、上述では、薄膜１０４が半導体基板１０３に当接した後、上プレート１０２の温度を１８０℃にするとした。これによって、薄膜１０４の粘度が減少し、図４に示すように、半導体基板１０３上に形成されている凹凸パターン１０３ａの微細な凹部の内部にまで薄膜１０４が流入し、ボイドなどの隙間の発生が抑制されるようになる。また、薄膜１０４と半導体基板１０３の密着性が向上する。
【００２５】
前述したように、薄膜１０４が半導体基板１０３に当接するまでは、上プレート１０２の温度をしたプレート１０７の温度以下としておく必要がある。しかしながら、上述したように、薄膜１０４が半導体基板１０３に当接した後は、上プレート１０２と下プレート１０７とのいずれかもしくは両方の温度を適宜設定し、薄膜１０４の温度を上昇させるようにしてもよい。例えば、上プレート１０２の温度を８０℃から１８０℃に上昇させるだけではなく、下プレート１０７の温度を１２０℃から１８０℃に上昇させるようにしてもよい。
【００２６】
なお、基材装着機構は、円形に限るものではなく、例えば矩形の枠であってもよい。また、下プレートも平面視円形に限るものではなく、例えば基板が矩形であれば、下プレートを平面視矩形の状態としてもよい。
また、上述では、有機材料からなる薄膜を形成する場合について説明したが、これに限るものではなく、本願発明は、例えば、金属薄膜を形成する場合についても同様に適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、基材と薄膜が接触するまでは、第１のプレートより第２のプレートの温度の方が高い状態であるので、基材上の薄膜が基板の表面に当接するまでは、基材の温度が第２のプレートの温度以上とはならない。この結果、本発明によれば、基材にシワやボイドが発生することが抑制され、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すぐ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方法を説明するための工程図である。
【図２】  本発明の実施の形態における薄膜形成方法を説明するための工程図である。
【図３】  本発明の実施の形態における薄膜形成方法により薄膜を形成した状態を示す断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図４】  薄膜１０４が形成された状態を示す概略的な断面図である。
【図５】  本発明の他の形態における薄膜形成方法の一部を説明するための工程図である。
【図６】  従来よりある薄膜形成方法を説明するための工程図である。
【図７】  従来よりある薄膜形成方法を説明するための工程図である。
【図８】  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）および平面図（ｂ），（ｃ）である。
【図９】  ボイド発生の状態を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
１０１…真空容器、１０２…上プレート（第１のプレート）、１０３…半導体基板、１０４…薄膜、１０５…基材、１０６…基材装着機構、１０７…下プレート（第２のプレート）、１０８…真空排気ポンプ（真空排気手段）、１０９…プレート駆動装置、１１０…加重センサ。
【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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