JP6326261B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置に関するものである。なお、薄膜が形成される基板としては、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などの各種基板（以下、単に「基板」という）が含まれる。

近年、ＬＳＩの製造に用いるウエハの大口径化や液晶パネルなどの大面積化に伴い、大面積に適合した薄膜形成方法が必要となってきている。また、ＬＳＩ製造技術における多層配線技術の分野においては、多層配線を実現するために絶縁膜の表面を高い精度で平坦化する必要があり、大面積化に加えて、薄膜形成における表面の平坦化技術への要求も高まってきている。そこで、これらの要求を満足すべく、加圧転写によって基板に薄膜を形成する薄膜形成方法が提案されている。

このような薄膜形成方法を実行する装置として、例えば次のように構成された装置が従来より知られている（特許文献１〜３参照）。これらの装置では、処理容器の内部に形成された薄膜形成室に、基板用プレート（第１プレート）が設けられており、薄膜形成対象となる半導体ウエハなどの基板を装着可能となっている。また、薄膜形成室内には、フィルム用プレート（第２プレート）が基板用プレートと対向しながら配置されており、シートフィルムを装着可能となっている。シートフィルムの表面には予め薄膜が形成されており、この薄膜を基板用プレート上の基板に対向させながらシートフィルムがフィルム保持機構により保持されている。そして、処理チャンバ内を減圧し基板が装着された基板用プレートと、シートフィルムが装着されたフィルム用プレートとを所定の移動方向に沿って近接するように移動させることによって、基板とシートフィルムとを互いに押し付けてシートフィルム上の薄膜を基板に転写している。

このような薄膜形成装置では、処理チャンバ内の処理空間の汚染を防止するために、保持手段を駆動するための機構は処理チャンバの外に設けられることが望ましい。その一方で、このように処理チャンバ外部に設けた駆動機構によりチャンバ内部に設けられた基板保持手段を駆動する場合、チャンバの機密性を維持しながら駆動機構と基板保持手段を機械的にリンクさせる機構が必要となる。

ここで、処理チャンバ内で基板を保持する基板保持機構において、処理チャンバの機密性を維持しながら、チャンバ内部での基板の保持およびその解除をチャンバ外から行うための技術が提供されている（特許文献４参照）。

特開２００１−１３５６２９号公報 特開２００１−１３５６２３号公報 特開２００４−１８６２９２号公報 特開２０１０−１９２５１５号公報

ところで、平坦で均一な膜厚の薄膜を基板に形成するため薄膜の加重状態を制御することとなる。そこで駆動モータ制御を精密に行うことが重要となっている。即ち、基板用プレートとフィルム用プレートとを移動させることで互いに押し付ける際に一定圧で加重するために荷重センサを基板用プレートもしくはフィルム用プレートの裏面に取り付けて荷重値を検知し、リアルタイムで駆動モータを制御する事で、均一な加重を実現している。

しかしながら、処理チャンバ内では真空雰囲気で使用できる特殊な荷重センサを使用する必要がある。また、プロセス処理中に加熱処理や真空度の変更により、膜からアンモニアガスが発生する場合があり、連続使用により荷重センサの検知部、及び電気回路部が腐食等により劣化する。更に、荷重センサをチャンバ内に設置する事で真空チャンバには専用の配線取り出しポートが必要となり、チャンバ構造の複雑化、コストアップにつながった。

そのため、処理チャンバの気密性を維持した上で、処理チャンバ外に荷重センサを配置するように構成されていた。この場合、荷重センサをプレートの昇降軸に配置することとなり、基板用プレートとフィルム用プレートとが当接し移動が停止することで荷重センサ側にかかる反力を基板とシートフィルム間に加重される荷重値として検出する。

しかしながら、荷重センサには昇降軸の処理チャンバとの境界では、作用する処理チャンバ内の圧力と、減圧による昇降軸に接続された機構的な反力も検出されることとなる。基板用プレートとフィルム用プレートへの加重は当接後に発生することになるので、その加重動作による荷重値のみを検知して制御することが必要であるが、荷重センサに検出される処理チャンバ内圧力の変化により検知される荷重値も変わる事となり正確に検知されてはいなかった。特に、処理チャンバ内の減圧状態を変えることに対して、このように荷重値の検知において改善の余地が残されていた。

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、安定して加圧動作を付与することができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面は、シートフィルムの薄膜形成面に形成された薄膜を基板に転写する転写処理を実行する薄膜形成装置において、前記シートフィルム上の前記薄膜に対向する装着面を有し、該装着面に前記基板が装着される第１プレートと、前記シートフィルムの両主面のうち前記薄膜形成面に対して反対の非薄膜形成面側に前記第１プレートに対向して配設された第２プレートと、前記第２プレートと前記第１プレートが配置され、内部が減圧された処理空間を有し、その一面に外部空間に向かって開放する開口を形成された処理容器と、処理容器内の圧力を調整して互いに異なる第１圧力値または第２圧力値に設定する圧力調節手段と、前記処理容器の処理空間と開口を通じて外部に渡って配置され、前記第１プレートまたは前記第２プレートを移動することで、プレート間の相対位置を規定する移動ユニットと、前記移動ユニットを前記移動方向に沿って移動させることで前記シートフィルムを前記第２プレートに装着するとともに前記第１プレートに装着された前記基板に対して前記シートフィルム上の前記薄膜を押し付けて前記転写処理を実行する加重手段と、前記加重手段が前記移動ユニットを移動させるのに伴って、前記転写処理中の荷重値を検出するとともに前記圧力調節手段によって設定される圧力値に応じて前記検出した荷重値を補正する荷重検知手段と、を具備し、前記加重手段は前記荷重検知手段により補正された荷重値に基づいて前記移動ユニットを移動させることを特徴とする。

本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面において、薄膜形成装置が、前記荷重値検出手段は、移動ユニットの処理容器外の一端部と当接する検出板部と、前記検出板部の歪を検出する歪センサと、を有することを特徴とする。

本発明の第１の局面によれば、移動ユニットの移動により、第１プレートと第２プレートの相対位置を規定されるようにプレートが移動され、シートフィルムの薄膜を基板に転写する転写処理が実行される。その際に、加重手段が移動ユニットを移動させるのに伴って、転写処理中の荷重値を検出し、圧力調節手段によって設定される圧力値から検出した荷重値を荷重検知手段が補正する。そのため、転写処理中の荷重値は転写処理に適した状態で制御される。

本発明の第２の局面によれば、荷重値検出手段は、移動ユニットの処理容器外の一端部と当接する検出板部と、検出板部の歪を検出する歪センサとで構成される。その結果、移動ユニットによる荷重値は歪センサによって測定される。

本発明の第３の局面によれば、荷重値検出手段は、転写処理前の検出値をゼロ点に補正し転写処理中の検出値を補正されたゼロ点からの変動分を荷重値として検出する。その結果、移動ユニットによる荷重値は設定値で制御される。

この発明にかかる薄膜形成装置の一実施形態を示す図である。 リング体およびリング体を挟持する構成を説明するための断面図である。 図１の薄膜形成装置のＡ−Ａ'横断面図である。 突き上げピンと下クランプとが係合した状態を示した図である。 突き上げピンの構造を示す図である。 加重手段２００の側面断面図である。 圧力測定部２５の全体斜視図である。 歪みを演算するためのブロック構成である。 図１の薄膜形成装置の動作を説明するための模式図である。 図１の薄膜形成装置の動作を説明するための模式図である。 図１の薄膜形成装置の動作を説明するための模式図である。 動作中の圧力測定部２５による検出値を示す表である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１はこの発明にかかる薄膜形成装置の一実施形態を示す図である。この薄膜形成装置は、その内部が薄膜を基板Ｗに転写する転写処理を行う処理空間を形成する薄膜形成室１１となっている処理容器１を有している。この薄膜形成室１１は転写処理時に真空ポンプ２によって真空排気可能になっている。この真空ポンプ２は装置全体を制御する制御ユニット１０に電気的に接続されており、制御ユニット１０からの動作指令に応じて作動して薄膜形成室１１内を排気減圧することができるようになっている。また、制御ユニット１０は真空ポンプ２による薄膜形成室１１からの排気量を調整し、薄膜形成室１１内の圧力（真空度）を制御可能となっている。これにより、薄膜の乾燥状態をコントロールしながら該薄膜を基板Ｗに転写することができる。薄膜形成室１１内の圧力としては、薄膜の種類等に応じて大気圧から数Ｐａまでの範囲内の所定の圧力に設定される。

薄膜形成室１１には、第１、第２プレート４，５が上下に対向して収容されている。第１プレート４は薄膜形成室１１内に固設された上ベース部材１２によって水平に固定支持されており、第２プレート５の上方に位置している。第１プレート４は基板Ｗが装着される試料台を構成し、第２プレート５と対向する下面４ａが基板Ｗの装着面を形成している。第１プレート４の下面４ａは円形に形成されている。ここで、薄膜形成対象となる基板Ｗとしては、例えば円板状に形成された半導体ウエハと、この半導体ウエハ上に電極配線をパターニングした構造を有するものがあり、基板Ｗのパターン形成面側に絶縁膜などの薄膜が転写される。

第１プレート４の下面４ａには、平坦性を確保するために研磨された石英板（図示せず）が設けられており、この石英板に基板Ｗが装着される。石英は基板Ｗを汚染する物質を含まないこと、および加工性がよく、必要とする平坦性が容易に得られることなどから基板Ｗを装着する材料として優れている。第１プレート４は、内部に加熱手段として加熱ヒータ４１を具備している。この加熱ヒータ４１はヒータコントローラ４２と電気的に接続されており、制御ユニット１０からの基板温度情報に基づきヒータコントローラ４２を作動させることによって、２５°Ｃ〜３００°Ｃの間で加熱制御される。

このように構成された第１プレート４に対して、複数本（この実施形態では２本）のリフタ４４が昇降自在で、しかも水平方向に移動自在に支持されている。各リフタ４４の下端部には爪部材４５が固着されている。爪部材４５はその上面が基板Ｗの周縁部と係合可能に仕上げられ、基板Ｗを爪部材４５上に載置させることができる。各リフタ４４にはリフタ駆動機構４６が接続されており、制御ユニット１０からの動作指令に応じてリフタ駆動機構４６が作動することで、薄膜形成室１１内に搬入された基板Ｗを爪部材４５上に載置可能な基板搬入位置と、爪部材４５上に載置された基板Ｗを第１プレート４の下面４ａに装着する基板装着位置（図１で示す位置）とに複数のリフタ４４を一体的に移動させることができる。

具体的には、リフタ駆動機構４６に対して制御ユニット１０から下降指令が与えられると、リフタ４４は下方に移動し、爪部材４５を第１プレート４の下面４ａの下方側に移動させた後、さらにリフタ４４を水平移動させて爪部材４５を第１プレート４の下面周縁部と離間して対向させる。これにより、爪部材４５が基板搬入位置に位置決めされ、爪部材４５への基板Ｗの載置が可能となる。また、制御ユニット１０からリフタ駆動機構４６に上昇指令が与えられると、リフタ駆動機構４６はリフタ４４を上方に移動させて爪部材４５上に載置された基板Ｗを第１プレート４の下面４ａに密着させる。これにより、爪部材４５が基板装着位置に位置決めされ、第１プレート４に基板Ｗが装着される。

第２プレート５は、移動方向Ｚ（鉛直方向）に沿って昇降自在に設けられた昇降ユニット２０に装備され、第１プレート４の下方に軸線を一致させて対向して配置されている。昇降ユニット２０は薄膜形成室１１内に下ベース部材１３（本発明の「基台」に相当）を有し、下ベース部材１３上に第２プレート５が固定支持されている。第２プレート５はシートフィルムＦが装着される転写板を構成し、第１プレート４と対向する上面５ａがシートフィルムＦの装着面を形成している。第２プレート５の上面５ａは円形に形成されている。シートフィルムＦは基板Ｗより大きい円形に形成され、その表面（薄膜形成面）には薄膜が形成されている。また、第２プレート５の上面５ａの平面サイズはシートフィルムＦの平面サイズよりも小さく形成されている。このシートフィルムＦは後述する上側挟持部および下側挟持部によって移動方向Ｚに挟み込まれることによって保持されており、第２プレート５はシートフィルムＦの裏面（シートフィルムの両主面のうち薄膜形成面に対して反対の非薄膜形成面）側に配置されている。

第２プレート５の上面５ａには、第１プレート４と同様に石英板（図示せず）が設けられている。また、第２プレート５には加熱手段として加熱ヒータ５１が内蔵されている。この加熱ヒータ５１はヒータコントローラ５２と電気的に接続されており、制御ユニット１０からの基板温度情報に基づきヒータコントローラ５２を作動させることによって、２５°Ｃ〜３００°Ｃの間で加熱制御される。

シートフィルムＦ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状のフィルムである。

昇降ユニット２０は、下ベース部材１３の下面中央部に一体に垂設された軸１３１を有している。軸１３１は移動方向Ｚに沿って昇降自在に軸支され、加重モータ１４を含む加重手段２００（本発明の「加重手段」に相当）によって昇降されるように構成されている。すなわち、軸１３１の下端には加重モータ１４が接続されており、制御ユニット１０からの動作指令に応じて加重モータ１４が駆動されることで、昇降ユニット２０を移動方向Ｚに沿って昇降させることができる。したがって、昇降ユニット２０の昇降により、下ベース部材１３上に支持された第２プレート５が移動方向Ｚに沿って昇降する。このように、この実施形態では、昇降ユニット２０が本発明の「移動ユニット」として機能する。そして、昇降ユニット２０に接続されて加重手段２００が薄膜形成室１１内を導通して装備される。これらの詳細な説明は後述する。

また、この実施形態ではシートフィルムＦのハンドリング性を向上させるために図２に示すように一対のリングＲup，Ｒdwを用いて一体化したリング体ＲＦを形成し、このリング体ＲＦの状態でシートフィルムＦの搬送を実行している。以下では、図１および図２を参照しつつ、シートフィルムＦのハンドリング構成について説明する。

図２はリング体およびリング体を挟持する構成を説明するための断面図である。このリング体ＲＦは、上リングＲupと下リングＲdwとでシートフィルムＦの周縁部を全周にわたって挟み込むことによってシートフィルムＦを保持したものである。上リングＲupと下リングＲdwとは同一形状を有する円環状部材であり、シートフィルムＦを挟んで上リングＲupおよび下リングＲdwを配置させることにより、シートフィルムＦを磁力吸着により保持可能となっている。

また、第１、第２プレート４，５の周囲には、一対のリングＲup，Ｒdwを上下から挟み込んでリング体ＲＦを保持する上クランプ５３および下クランプ５４が設けられている。上クランプ５３および下クランプ５４はそれぞれ、一対のリングＲup，Ｒdwとほぼ同じ内径を有する円環状部材であり、上クランプ５３の外径が一対のリングＲup，Ｒdwの外径よりも小さく形成される一方、下クランプ５４の外径が一対のリングＲup，Ｒdwの外径よりも大きく形成されている。

このような構成により、上クランプ５３および下クランプ５４によってリング体ＲＦが上下方向（移動方向Ｚ）に挟んで保持されると、結果的にシートフィルムＦは上リングＲupおよび上クランプ５３からなる上側挟持部ＵＨと、下リングＲdwおよび下クランプ５４からなる下側挟持部ＤＨとにより保持（挟持）された状態となる（図２（ｂ））。つまり、下側挟持部ＤＨに載置されたシートフィルムＦが上側挟持部ＵＨにより上方から押圧されることによって該シートフィルムＦが下側挟持部ＤＨと上側挟持部ＵＨとにより挟持される。以下、下側挟持部ＤＨと上側挟持部ＵＨとをあわせて「一対の挟持部」という。このように、この実施形態では、シートフィルムＦを移動方向Ｚに挟んで配置された一対の挟持部、つまり上側挟持部ＵＨおよび下側挟持部ＤＨが「フィルム保持機構」として機能する。

一対の挟持部ＵＨ，ＤＨに挟持されたシートフィルムＦは第１プレート４と第２プレート５との間に配置される。具体的には、薄膜が形成されたシートフィルムＦの表面（薄膜形成面）が第１プレート４に対向する一方、シートフィルムＦの裏面（非薄膜形成面）側が第２プレート５に対向するように、シートフィルムＦが一対の挟持部ＵＨ，ＤＨにより挟持される。

図３は図１の薄膜形成装置のＡ−Ａ'横断面図である。２つのクランプのうち下クランプ５４は、薄膜形成室１１に立設された複数本（この実施形態では３本）の円柱体よりなるクランプ受け５５上に水平姿勢で支持される。クランプ受け５５は第２プレート５の上面５ａの中心を通り移動方向Ｚに伸びる軸（以下、単に「中心軸」という）Ｊ回りに互いに等角度（１２０°）間隔で放射状に配置されている。下クランプ５４の上面周縁部（円環部）にはリング体ＲＦの下端部（下リングＲdw）を収容可能な内部に向けて窪んだ窪部５４ａが形成されている（図２（ａ））。そして、リング体ＲＦの下端部を窪部５４ａに収容させることによって、窪部５４ａの周囲を取り囲む周面部５４ｂによってリング体ＲＦの水平方向の移動を規制することができる。

また、下ベース部材１３上には、複数本（この実施形態では３本）の突き上げピン１５が中心軸Ｊ回りに互いに等角度（１２０°）間隔で放射状に、しかも円周方向に沿ってクランプ受け５５の間に位置するように立設されている。一方、下クランプ５４の下面には各突き上げピン１５に対応して突き上げピン１５の先端部を挿入させることが可能なピン挿入孔５４ｃ（図１）が形成されている。このため、昇降ユニット２０が上昇駆動されると、突き上げピン１５の先端部がピン挿入孔５４ｃに挿入されるとともに、突き上げピン１５の先端部と後端部との間に形成された段差面が下クランプ５４の下面と当接する。これにより、突き上げピン１５と下クランプ５４（一対の挟持部ＵＨ，ＤＨ）とが互いに係合する。

したがって、昇降ユニット２０がさらに上昇駆動されると、下クランプ５４がクランプ受け５５から離れ、突き上げピン１５と下クランプ５４とが係合した状態で一体的に上昇する。これにより、第２プレート５と一対の挟持部、つまり上側挟持部ＵＨおよび下側挟持部ＤＨとが一定の位置関係を保ったまま上昇する。すなわち、突き上げピン１５は移動方向Ｚにおける第２プレート５に対する相対位置が規定されて昇降ユニット２０に設けられているため、突き上げピン１５と下クランプ５４とが係合することで、下クランプ５４（一対の挟持部ＵＨ，ＤＨ）に対する第２プレート５の相対位置が固定された状態で、第２プレート５と一対の挟持部ＵＨ，ＤＨとが一体的に移動方向Ｚに沿って移動する。このように、この実施形態では、突き上げピン１５が「係合部材」として機能する。

図４は突き上げピンと下クランプとが係合した状態を示した図である。突き上げピン１５と下クランプ５４とが係合した時点では、第２プレート５が一対の挟持部ＵＨ，ＤＨに挟持されたシートフィルムＦに接触して該シートフィルムＦが上方に突き上げられる。これにより、シートフィルムＦが緊張し、該シートフィルムＦに張力を発生させることができる。ここで、第２プレート５の上面５ａが円形に形成されるとともに、一対の挟持部ＵＨ，ＤＨによりシートフィルムＦの周縁部が全周にわたって保持（挟持）されているため、シートフィルムＦに対して周方向に均一な張力を付与することができる。

また、この実施形態では、突き上げピン１５が下クランプ５４と係合する係合部位の第２プレート５に対する移動方向Ｚにおける相対距離（以下、単に「相対距離」という）Ｄを調整することによってシートフィルムＦに発生させる張力の大きさをコントロールすることが可能となっている。具体的には、突き上げピン１５の先端部と後端部との間に形成された段差面（突き上げピン１５が下クランプ５４と係合する係合部位）から第２プレート５の上面５ａまでの距離（相対距離Ｄ）を調整することにより、シートフィルムＦに発生させる張力の大きさを変更することが可能となっている。つまり、相対距離Ｄに応じて、第２プレート５がシートフィルムＦと接触を開始してから突き上げピン１５と下クランプ５４とが係合するまでの間にシートフィルムＦが第２プレート５によって移動方向Ｚに沿って突き上げられる量（以下、単に「突き上げ量」という）Ｑが変化する。したがって、相対距離Ｄが調整されることで、突き上げ量Ｑを変更し、シートフィルムＦに発生する張力の大きさを調整することができる。

図５は突き上げピンの構造を示す図である。下ベース部材１３には移動方向Ｚに沿って該下ベース部材１３を貫通する貫通孔１３ａが形成されており、貫通孔１３ａに突き上げピン１５が挿通されている。これにより、その先端側に係合部位（段差面）が設けられた突き上げピン１５が下クランプ５４（一対の挟持部ＵＨ，ＤＨ）に向けて突設される。突き上げピン１５の後端部１５１にはねじ溝が刻まれる一方、貫通孔１３ａの内壁には突き上げピン１５のねじ溝と螺合するねじ溝が刻まれている。また、下ベース部材１３の上面側に２つのナットからなるダブルナット１５５が突き上げピン１５の後端部１５１のねじ部に螺嵌されており、ダブルナット１５５により突き上げピン１５が下ベース部材１３に緩みなく締め付け固定される。

突き上げピン１５の先端部１５２は下クランプ５４のピン挿入孔５４ｃに挿入可能とされている。そして、突き上げピン１５の先端部１５２がピン挿入孔５４ｃに挿入されることで、突き上げピン１５の後端部１５１と先端部１５２とを結合する段差面１５３（係合部位）が下クランプ５４の下面５４ｄに当接する。段差面１５３と下クランプ５４の下面５４ｄとは平行に形成され、面接触状態で当接する。

このような構成によれば、ダブルナット１５５を緩めて突き上げピン１５の頭部１５４を回転させていくことで、下ベース部材１３の上面から段差面１５３までの移動方向Ｚにおける長さＬが調整される。すなわち、突き上げピン１５と下クランプ５４とが互いに係合している状態では、下ベース部材１３と下クランプ５４（一対の挟持部ＵＨ，ＤＨ）との間の間隙が調整される。そして、下ベース部材１３の上面から段差面１５３までの移動方向Ｚにおける長さＬを所定の長さに調整した後、ダブルナット１５５を締めることによって突き上げピン１５を下ベース部材１３に固定する。このように、下ベース部材１３の上面から段差面１５３までの移動方向Ｚにおける長さＬが調整されることで、相対距離Ｄが調整される。これにより、突き上げ量Ｑを変更し、シートフィルムＦに発生する張力の大きさを自在に、しかも簡素な構成により調整することができる。したがって、使用するシートフィルムＦの種類や膜厚に応じて最適な張力をシートフィルムＦに与えることができる。

図１に戻って説明を続ける。下クランプ５４の下面周縁部には下クランプ５４の水平方向における位置を固定するために、複数本の位置決めピン５４１が下方に延びるように取り付けられている。これら位置決めピン５４１は下ベース部材１３に移動方向Ｚに沿って形成された貫通孔１３ｂを貫通している。位置決めピン５４１と貫通孔１３ｂの内壁との間にはボールスプライン機構等が介在しており、位置決めピン５４１はボールスプライン機構等を介して移動方向Ｚに沿ってのみ可動（昇降）自在に支持される。つまり、下クランプ５４は移動方向Ｚに直交する方向（水平方向）に移動するのを規制されながら下ベース部材１３に対して移動方向Ｚに沿って昇降自在に支持される。このような構成によれば、昇降ユニット２０（第２プレート５）を移動方向Ｚに沿って移動させたとしても、水平方向において第２プレート５と下クランプ５４（一対の挟持部ＵＨ，ＤＨ）との間の相対位置関係を確実に固定することができる。このため、第２プレート５と一対の挟持部ＵＨ，ＤＨとが互いに水平方向にずれるのを防止することができる。

また、もう一方のクランプ、つまり上クランプ５３は昇降自在に支持された複数本のロッド５６の下端に固着されている。この実施形態では、３本のロッド５６が中心軸Ｊ回りに互いに等角度（１２０°）間隔で放射状に、上クランプ５３から上方に伸びるように設けられている。複数本のロッド５６の各々には、上クランプ５３を移動方向Ｚに沿って昇降駆動させるためのエアシリンダ５７が連結されている。そして、制御ユニット１０からの動作指令に応じてエアシリンダ５７を作動させることで、上クランプ５３を移動方向Ｚに沿って昇降させることができる。具体的には、上クランプ５３を上昇させて第２プレート５に対するリング体ＲＦの搬入出を可能とする一方、上クランプ５３を下降させて下クランプ５４とでリング体ＲＦを挟持して固定することができる。

このエアシリンダ５７は処理容器１の外部に配設されており、エアシリンダ５７から発生するパーティクル等の汚染物質が薄膜形成室１１内に混入するのを防止することができる。なお、上クランプ５３を昇降駆動させる駆動機構としては、エアシリンダに限らず、エアシリンダ以外の他の昇降駆動用アクチュエータを用いるようにしてもよい。

また、エアシリンダ５７と、該エアシリンダ５７に圧縮空気を供給するための圧縮空気供給源との間には調圧弁５８が介装されている。そして、制御ユニット１０からの動作指令に応じて調圧弁５８の開度を調整することにより、ロッド５６の推力を一定に保つことが可能となっている。この実施形態では、軸１３１が移動方向Ｚにおいて受ける加重圧力を検出する加重センサ１６が設けられており、後述するようにして加重センサ１６によって検出された加重圧力に基づいて制御ユニット１０が調圧弁５８の開度を調整し、ロッド５６の推力を一定に保つようにフィードバック制御する。これにより、下クランプ５４に載置されたリング体ＲＦを上クランプ５３により一定の押圧力で押圧することができる。すなわち、下側挟持部ＤＨ上に配置されたシートフィルムＦを上側挟持部ＵＨにより上方から一定の押圧力で押圧することが可能となっている。

図６は加重手段２００の側面横断面図である。処理容器１の下面を構成する下板１１０には、薄膜形成室１１と連通する開口１１２に薄膜形成室１１と外部空間に渡って昇降ユニット２０が設けられている。この昇降ユニット２０の軸１３１の他方端は、処理容器１の下板１１０の略中央に穿設された開口１１２を通して処理容器１内の薄膜形成室１１にまで入り込んでおり、その上端には下ベース部材１３が取り付けられている。また、軸１３１の下端部は拡径されて円形のフランジ２１となっており、フランジ２１の上面と下板１１０の下面との間には上下方向（Ｚ方向）に伸縮自在の伸縮部材としてのベローズ２２が設けられ、開口１１２が塞がれている。ベローズ２２は、気密性を有する筒状の内部空間が空洞となる伸縮部材である。フランジ２１に下面には、その中央に円柱状の軸端部２１１が突設される。

加重手段２００は、加重モータ１４がボールねじ機構２３を備え、そのボールねじ機構２３にリフタ２４が昇降自在に装備される。リフタ２４の一端はボールねじ機構２３に連結され、他端は延設され軸１３１の下端の軸端部２１１に連結される。軸１３１に連結されるリフタ２４は、フランジ２１との間に荷重センサ１６を有する圧力測定部２５を有し、圧力測定部２５で測定された測定圧力に基づいて加重モータ１４による第２プレート５の変位を制御している。

圧力測定部２５は、軸１３１の下方に組み込まれて移動方向Ｚにおいて加重される圧力を測定することができる。圧力測定部２５の荷重センサ１６には例えば歪センサが用いられ、歪センサに軸端部２１１によって加えられた圧力に応じて発生する電圧に応じた信号（圧力信号）を制御ユニット１０に送出する。制御ユニット１０は圧力測定部２５により測定された圧力（以下「測定圧力」という）と所定の設定圧力とを比較する。

ここで、設定圧力とは予め設定され転写処理に適した圧力をいう。そして、両者に差異がある場合には、圧力測定部２５での測定圧力が設定圧力に等しくなるように加重モータ１４を制御する。具体的には、圧力測定部２５で測定された測定圧力が設定圧力よりも小さい場合には、制御ユニット１０は加重モータ１４でリフタ２４を上昇させるように電圧発生部に電圧制御指令を与える。一方、圧力測定部２５で測定された測定圧力が設定圧力よりも大きい場合には、制御ユニット１０は加重モータ１４でリフタ２４を下降させるように電圧発生部に電圧制御指令を与える。

図７は、圧力測定部２５の全体斜視図である。荷重センサ１６は、図７に示すように四隅に固定部１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄを有する基板１６２と、各固定部１６１ａ乃至１６１ｄの近傍に配設された歪センサ１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃ、１６３ｄとを有している。各歪センサ１６３ａ乃至１６３ｄは基板１６２上に印刷等の手段によって形成された抵抗体で構成され、対角方向に帯状に形成されている。そして、固定部１６１ａ乃至１６１ｄが四角形の中空ブロックである基台１６４上に固定され、基板１６２上の或る一点Ｐに押圧力が加えられると各歪センサ１６３ａ乃至１６３ｄは点Ｐの位置及び押圧力に応じた歪を発生し、歪の変化は電気的な抵抗値の変化として現れ、これを図示しない演算回路によって、基板１６２に加えられた総荷重量を求める。

歪センサ１６３ａと１６３ｃとが一方の対角関係にあり、歪センサ１６３ｂと１６３ｄとが他方の対角関係にある。歪センサ１６３ａ乃至１６３ｄは、その形状は長方形状をなしてその長手の幅方向の両側に沿って電極が設けられる。そして、固定部１６１ａ乃至１６１ｄが基台１６４上に固定され、基板１６２の一点Ｐに押圧力が加えられると各歪センサ１６３ａ乃至１６３ｄは点Ｐの位置及び押圧力に応じて歪を発生し、歪の変化は電気的な値の変化として現れ、これを演算手段１７０によって演算して点Ｐの位置（加圧中心位置）を特定し、また、点Ｐにおける総荷重を求めるようにしている。

図８は各歪センサ歪センサ１６３ａ乃至１６３ｄから出力される歪みを演算するためのブロック構成を示し、演算手段１７０には回路手段１７１が備えられている。回路手段１７１によって総荷重を求める。点Ｐに加えられる荷重の総和（総荷重）は回路手段１７１によって歪みの総和で求められる。

また、ここで、加重モータ１４と同時にエアシリンダ５７を制御するようにしてもよい。圧力測定部２５で測定された測定圧力が設定圧力よりも小さい場合には、制御ユニット１０はエアシリンダ５７のロッド５６を下降させるように電圧発生部に電圧制御指令を与える。一方、圧力測定部２５で測定された測定圧力が設定圧力よりも大きい場合には、制御ユニット１０はエアシリンダ５７のロッド５６を上昇させるように電圧発生部に電圧制御指令を与える。このように、圧力測定部２５と演算手段１７０が本発明の「荷重検知手段」に相当する。

昇降ユニット２０は、フランジ２１の上面と下板１１０の下面との間にベローズ２２が設けられている。このため、加重モータ１４が回転すると、ベローズ２２の伸縮範囲内でボールねじ機構２３、リフタ２４、フランジ２１および圧力測定部２５が一体的に上下動する。このとき第一ベローズ２２が伸縮することによって処理容器１の気密性が維持されている。

次に、上記した薄膜形成装置の動作について図９ないし図１２を参照しつつ説明する。図９ないし図１１は図１の薄膜形成装置の動作を説明するための模式図、図１２は動作中の圧力測定部２５による検出値を示す表で、グラフＸは薄膜形成室１１内の圧力を１０ｋＰａにしグラフＹは薄膜形成室１１内の圧力を１０Ｐａにした場合である。本実施形態においては、薄膜形成室１１内への基板ＷおよびシートフィルムＦの搬入に先立って、各突き上げピン１５において、下ベース部材１３の上面から段差面１５３までの移動方向Ｚにおける長さＬが使用されるシートフィルムＦの種類や膜厚等に応じて予め調整されているものとする。

最初に第１プレート４側に基板Ｗが搬入される。すなわち、制御ユニット１０はリフタ駆動機構４６に下降指令を与え、図９（ａ）に示すように、爪部材４５を基板搬入位置に位置決めする。それに続いて、薄膜を形成すべき基板Ｗが薄膜形成室１１内に搬入され、爪部材４５の上に載置される。その後、制御ユニット１０はリフタ駆動機構４６に対して上昇指令を与え、爪部材４５を基板装着位置に移動させて基板Ｗの上面（非パターン形成面）を第１プレート４の下面４ａに密着させた状態で基板Ｗを位置決めする（図９（ｂ））。これにより、第１プレート４に基板Ｗが装着される（基板装着工程）。

一方、第２プレート５側では、シートフィルムＦがリング体ＲＦにより挟持された状態で薄膜形成室１１内に搬入される。ここで、リング体ＲＦを構成する一対のリングＲup，Ｒdwに挟まれたシートフィルムＦの表面（薄膜形成面）には予め薄膜が形成されており、薄膜形成面を上方に向けてシートフィルムＦが搬入される。このとき、上クランプ５３はリング体ＲＦの搬入を妨げることのないように上方に退避している。また、第２プレート５の上面５ａは下クランプ５４（リング体ＲＦが載置される載置面）の下方に位置している。このため、シートフィルムＦが搬入される際に、シートフィルムＦと第２プレート５とが接触するのを回避することができる。その結果、シートフィルムＦに張力が発生していない状態で薄膜が部分的に乾燥して薄膜の均一な乾燥が阻害されてしまうのを防止することができる。

そして、リング体ＲＦが下クランプ５４上に載置された後、上クランプ５３が下降して下クランプ５４に載置されたリング体ＲＦが上クランプ５３によって押圧される（図９（ｃ））。これによって、シートフィルムＦの周縁部が全周にわたって所定の押圧力で均一に押圧され、シートフィルムＦにしわや折り曲げが発生するのを防止しながら、シートフィルムＦが一対の挟持部、つまり上側挟持部ＵＨおよび下側挟持部ＤＨにより挟持された状態となる（フィルム保持工程）。

こうして、基板ＷおよびシートフィルムＦの搬入が完了すると、制御ユニット１０は装置各部を制御し、以下に示すように薄膜を基板Ｗに転写する転写工程を実行する。先ず、真空ポンプ２による薄膜形成室１１の排気減圧を開始する。また、ヒータコントローラ４２によって加熱ヒータ４１に通電して第１プレート４を加熱して基板Ｗを所望の温度に加熱するとともに、ヒータコントローラ５２によって加熱ヒータ５１に通電して第２プレート５を加熱してシートフィルムＦを所望の温度に加熱する。

薄膜形成室１１が減圧されると圧力測定部２５で検出される荷重値はＸ１とＹ１を示す。薄膜形成室１１内の設定圧力が異なると、昇降ユニット２０のフランジ２１が引っ張られることで荷重センサ１６の点Ｐが異なる力で引っ張られることとなり、荷重センサ１６の検出値としては異なる低い値を示すこととなる。

そして、薄膜形成室１１が所望の圧力まで減圧されると、制御ユニット１０より加重モータ１４に信号が送られ、昇降ユニット２０（第２プレート５）の上昇駆動を開始する。加重モータ１４の作動により第２プレート５が上昇すると、一対の挟持部ＵＨ，ＤＨに挟持されたシートフィルムＦの裏面（非薄膜形成面）と第２プレート５の上面５ａとが接触して第２プレート５にシートフィルムＦが装着される。このとき、第２プレート５の上面５ａの平面サイズはシートフィルムＦの平面サイズよりも小さく形成されているため、第２プレート５の上面５ａの全面がシートフィルムＦにより覆われる。そして、第２プレート５の上面５ａがシートフィルムＦに接触した状態で第２プレート５がさらに上昇すると、シートフィルムＦが緊張し、該シートフィルムＦに張力が発生する。つまり、一対の挟持部ＵＨ，ＤＨに挟持されたシートフィルムＦに第２プレート５が突き当てられてシートフィルムＦに張力が発生する。その結果、シートフィルムＦが加熱ヒータ５１によって加熱され、熱膨張により伸張して弛んでいても、その弛みが取り除かれる。

また、昇降ユニット２０の上昇によって突き上げピン１５がクランプ受け５５上に載置された下クランプ５４と係合する（図１０（ａ））。これによって、移動方向Ｚにおける下クランプ５４（一対の挟持部ＵＨ，ＤＨ）に対する第２プレート５の相対位置が固定される。その結果、シートフィルムＦに発生する張力の大きさが決定されるとともに固定される。また、第２プレート５の上昇により、下クランプ５４（一対の挟持部ＵＨ，ＤＨ）がクランプ受け５５から突き上げピン１５に受け渡される。

そして、第２プレート５の上昇とともに一対の挟持部ＵＨ，ＤＨがシートフィルムＦを挟持しながら移動方向Ｚに沿って変位する。このとき、上クランプ５３に連結されたロッド５６がエアシリンダ５７内に後退してストロークが短くなると、エアシリンダ５７内の圧力が上昇してロッド５６の推力が増大する。その結果、シートフィルムＦに対する押圧力が増大し、荷重センサ１６によって検出される荷重値が上昇する。

そこで、制御ユニット１０は荷重センサ１６によって検出される加重圧力が一定となるように調圧弁５８の開度を調整し、ロッド５６の推力を一定に保つようにフィードバック制御する。つまり、シートフィルムＦに対する押圧力が一定になるように、第２プレート５がシートフィルムＦに接触する前にシートフィルムＦに与えられた押圧力に等しくなるように、制御ユニット１０からの動作指令に応じて調圧弁５８が制御される。そして、制御ユニット１０は昇降ユニット２０を上昇させるとともに、シートフィルムＦへの押圧力が一定となるように調圧弁５８を制御しながらロッド５６をエアシリンダ５７内に後退させてストロークを短くしていく。これにより、第２プレート５の上昇を阻害することなく、かつ一対の挟持部ＵＨ，ＤＨによりシートフィルムＦが良好かつ確実に保持される。

また、下クランプ５４（一対の挟持部）と突き上げピン１５とが互いに係合した状態で一対の挟持部ＵＨ，ＤＨと第２プレート５とが一体的に移動方向Ｚに沿って移動することで、決定された張力をシートフィルムＦに付与した状態を維持したままシートフィルムＦが上昇する。つまり、第２プレート５と一対の挟持部ＵＨ，ＤＨとが一定の位置関係を保ったまま上昇するので、シートフィルムＦに与えられた張力の大きさが変化するのを防止することができる。このため、シートフィルムＦに張力を安定して与えながらシートフィルムＦを基板Ｗに近接させていくことができる。

また、下クランプ５４と突き上げピン１５とは、突き上げピン１５の先端部１５２が下クランプ５４のピン挿入孔５４ｃに挿入されることで係合している。このため、下クランプ５４と突き上げピン１５とが係合した状態で移動方向Ｚに沿って移動する際に、互いの位置関係がずれるのを防止することができる。

第２プレート５が上昇すると荷重値はＸ２からＸ３に、Ｙ２からＹ３に高くなる。フランジ２１が引っ張られるのに反して荷重センサ１６の点Ｐにおいて軸端部２１１との当接により加えられた圧力に応じて荷重値は上昇することとなる。

そして、第２プレート５がさらに上昇すると、シートフィルムＦ上の薄膜が基板Ｗに密着し、基板Ｗへの薄膜の転写が開始される（図１０（ｂ））。荷重値は薄膜が基板Ｗに密着した時のＸ３からＸ４まで荷重値は変動せず、第２プレート５の押し付けが始まる時にＸ４からＸ５に上昇する。同様に荷重値Ｙ４もＹ５に上昇する。

また、薄膜形成室１１を排気減圧したまま、基板ＷとシートフィルムＦとが所定の加重で一定時間互いに押し付けられる。その間も基板ＷとシートフィルムＦは所定の温度となるように加熱されている。薄膜が基板Ｗに押し付けられている間もシートフィルムＦは一対の挟持部ＵＨ，ＤＨにより挟持されながら、一定の張力、つまり下クランプ５４と突き上げピン１５とが係合することによって決定された張力が付与された状態となっている。このため、シートフィルムＦにしわや折り曲げが発生するのを防止して、平坦で均一な膜厚の薄膜を基板Ｗに形成することができる。

転写中の荷重値はＸ５からＸ６に変動せず、同様に荷重値Ｙ５もＹ６まで変動しない。ここで、荷重値Ｘ５とＹ５に差分ｄが発生している。これは、薄膜形成室１１内の圧力が１０ｋＰａと１０Ｐａで異なることに起因した差分である。グラフＸとグラフＹでは薄膜形成室１１内の設定圧以外は同じとして、動作した結果を示すものである。即ち、加重モータ１４によりリフタ２４の駆動を同じにして差分ｄが発生すると、圧力測定部２５にて測定された測定圧力に基づいて加重モータ１４による第２プレート５の変位を制御するとグラフＸによる荷重値Ｘ５が転写処理に適した圧力の場合、グラフＹの場合にＹ５がＸ５の荷重値となるまで加重モータ１４が制御されることとなる。

その結果、グラフＹの荷重値Ｙ５は差分ｄの荷重値が加わった荷重値で転写が行われることとなり、転写処理に適した圧力をオーバーすることとなる。そこで、本発明では、制御ユニット１０において、圧力測定部２５で測定された測定圧力に対して、予め実験で得た差分ｄを記憶し、転写動作開始である荷重値Ｙ４の段階で、Ｙ４に対して差分ｄが加算されるゼロ点調整が行われる。これによって、設定圧が１０ｋＰａの時のＸ５が転写処理に適した圧力の場合、設定圧が１０Ｐａが選択されると、自動的に制御ユニット１０によって処理工程がグラフＹの転写開始点であるＹ４になると、Ｙ４に差分ｄが加算される補正が行われ、この補正検出値を測定圧力として設定圧力であるＸ５となるよう加重モータ１４による転写動作が制御ユニット１０によって行われる。

そして、一連の加重操作が終了して転写処理が完了すると、ヒータコントローラ４２，５２により加熱ヒータ４１，５１の作動を停止させて第１，第２プレート４，５の加熱を停止すると同時に、爪部材４５を側方に退避させて爪部材４５による基板保持を解除する（図１１（ｃ））。

続いて、加重の状態が零となるように制御ユニット１０から加重モータ１４に信号を送り、昇降ユニット２０および一対の挟持部ＵＨ，ＤＨ（上クランプ５３、リング体ＲＦ、下クランプ５４）を一体的に下降させる（図１１（ａ））。すなわち、制御ユニット１０はシートフィルムＦに対する押圧力が一定となるように調圧弁５８を制御しながらロッド５６をエアシリンダ５７内から進出させてストロークを長くしていく。その後、昇降ユニット２０が下降し、上クランプ５３により上方から押圧された状態で下クランプ５４およびリング体ＲＦがクランプ受け５５上に受け渡される（図１１（ｂ））。さらに、昇降ユニット２０が下降し、昇降ユニット２０（第２プレート５）が転写前の初期位置に復帰すると、突き上げピン１５が下クランプ５４から離れる。また、上クランプ５３によるリング体ＲＦへの押圧が解除される（図１１（ｃ））。これにより、下クランプ５４およびリング体ＲＦがクランプ受け５５上に支持された状態となる。

グラフＸの荷重値Ｘ６は転写処理が終わり押圧が解除されると一旦、Ｘ７に低下する。その後に薄膜形成室１１内の減圧が解除され大気圧となるに伴ってＸ７からＸ８に上昇することとなる。同様に、グラフＹの荷重値Ｙ６もＹ７を経由してＹ８に上昇する。ここで、薄膜形成室１１が大気圧になることで、Ｘ８とＹ８は同じ測定値となる。なお、制御ユニット１０によるゼロ点調整によるＸ４とＹ４時点での測定値の補正が行われる場合、グラフＸとグラフＹはＸ５とＹ５の時点でグラフＹがグラフＸと重なることとなる。即ち、圧力測定部２５による検出値が同じ値となるように制御される。

こうして、第２プレート５が転写前の初期位置に戻った後、真空ポンプ２を停止させる。なお、上記のようにして薄膜の密着が完了すると、基板Ｗは薄膜を挟んでシートフィルムＦと一体となっており、この一体化状態のままリング体ＲＦを薄膜形成室１１から取り出し、シートフィルムＦを剥離する剥離装置（図示せず）に搬送する。

以上のように、この実施形態によれば、薄膜形成室１１の設定圧が異なっても、圧力測定部２５による測定値には薄膜形成室１１内の減圧状態の影響が相殺されるように、転写処理時の荷重センサ１６の検出値が同じ値となるよう補正される。こうして、加重モータ１４によりかかる圧力が同じとなるので、加重モータ１４によるリフタ２４の動作が安定する。したがって、シートフィルムＦに付与する張力を一定値（決定された張力）に保ったまま該シートフィルムＦ上の薄膜を基板Ｗに転写することができ、基板Ｗ上に薄膜を良好に形成することができる。

＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、第２プレート５を第１プレート４の下方に配置し、第２プレート５の上面５ａを第１プレート４に対向させているが、第２プレート５を第１プレート４の上方に配置し、第２プレート５の下面を第１プレート４に対向させてもよい。

また、上記実施形態では、第１プレート４を固定配置した状態で第２プレート５を移動させることで転写処理を実行しているが、第１および第２プレート４，５をともに移動させることで転写処理を実行するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、半導体基板に薄膜を転写する場合に限らず、電子部品材料関係であればマルチチップモジュール等の実装関係の基板や液晶関係の基板に薄膜を転写する場合にも適用できる。また、薄膜についても絶縁膜に限らず、金属系の薄膜を基板に転写してもよい。

この発明は、半導体ウエハ、フォトマスク用ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、ＦＥＤ（Field Emission Display）用基板、光ディスク用基板、磁気ディスク用基板、光磁気ディスク用基板などを含む基板に薄膜を形成する薄膜形成装置および薄膜形成方法に適用することができる。

４ 第１プレート
４ａ （第１プレートの）下面（装着面）
５ 第２プレート
１０ 制御ユニット
１３ 下ベース部材（基台）
１４ 加重モータ（加重手段）
１５ 突き上げピン
１６ 荷重センサ
２０ 昇降ユニット（移動ユニット）
２５ 圧力測定部
２００ 加重手段
Ｄ （移動方向における係合部位の第２プレートに対する）相対距離
ＤＨ 下側挟持部（フィルム保持機構）
Ｆ シートフィルム
Ｌ （基台から係合部位までの移動方向における）長さ
ＵＨ 上側挟持部（フィルム保持機構）
Ｗ 基板
Ｚ 移動方向

Claims (2)

1. シートフィルムの薄膜形成面に形成された薄膜を基板に転写する転写処理を実行する薄膜形成装置において、
   前記シートフィルム上の前記薄膜に対向する装着面を有し、該装着面に前記基板が装着される第１プレートと、
   前記シートフィルムの両主面のうち前記薄膜形成面に対して反対の非薄膜形成面側に前記第１プレートに対向して配設された第２プレートと、
   前記第２プレートと前記第１プレートが配置され、内部が減圧された処理空間を有し、その一面に外部空間に向かって開放する開口を形成された処理容器と、
   処理容器内の圧力を調整して互いに異なる第１圧力値または第２圧力値に設定する圧力調節手段と、
   前記処理容器の処理空間と開口を通じて外部に渡って配置され、前記第１プレートまたは前記第２プレートを移動することで、プレート間の相対位置を規定する移動ユニットと、
   前記移動ユニットを前記移動方向に沿って移動させることで前記シートフィルムを前記第２プレートに装着するとともに前記第１プレートに装着された前記基板に対して前記シートフィルム上の前記薄膜を押し付けて前記転写処理を実行する加重手段と、
   前記加重手段が前記移動ユニットを移動させるのに伴って、前記転写処理中の荷重値を検出するとともに前記圧力調節手段によって設定される圧力値に応じて前記検出した荷重値を補正する荷重検知手段と、を具備し、
   前記加重手段は前記荷重検知手段により補正された荷重値に基づいて前記移動ユニットを移動させることを特徴とする薄膜形成装置。
2. 前記荷重値検出手段は、前記移動ユニットの処理容器外の一端部と当接する検出板部と、
   前記検出板部の歪を検出する歪センサと、を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。

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