JP4111836B2 - 薄膜形成装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置および方法に関するものである。なお、この基板としては、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、光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。
【０００２】
【従来の技術】
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た。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、加圧方法によって基板に薄膜を形成する薄膜形成技術が提案されている。
【０００３】
この薄膜形成装置として、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１参照）。この特許文献１に記載の装置では、処理容器の内部に形成される薄膜形成室内において、加熱ヒータを内蔵する試料台が設けられており、薄膜形成対象となる半導体ウエハや液晶パネル用ガラス基板などの基板を保持可能となっている。また、薄膜形成室内には、試料台の下方に転写板が試料台と対向しながら配置されており、シートフィルム（本発明の「基材」に相当）に形成される薄膜を試料台上の基板に対向させながら、該シートフィルムを保持している。なお、この転写板にも、試料台と同様に、加熱ヒータが設けられており、転写板に保持されたシートフィルムを加熱可能となっている。そして、基板を保持する試料台と、シートフィルムを保持する転写板とを相互に近接移動させることによって、基板とシートフィルムとを相互に押し付けてシートフィルム上の薄膜を基板に転写する。
【０００４】
また、上記装置では、予めシートフィルム上に薄膜を形成しているが、次のようにして薄膜を形成する装置もある（特許文献２参照）。この特許文献２に記載の装置では、薄膜形成材料を含む塗布液を基板に塗布しておき、その基板上の塗布液に平面研磨された石英基板（本発明の「押付部材」に相当）を相対的に接近させて基板上の塗布液に石英基板を押し付けて平坦化する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１８９５６６号公報（第４頁−第５頁、図３）
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−１３５１９８号公報（第３頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１に記載の薄膜形成装置では、予めシートフィルムに薄膜を形成しておき、その後に基板とシートフィルムとを相互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。ここで、シートフィルムに形成された薄膜の状態について詳細に調べたところ、時間経過とともに薄膜中の溶媒成分が揮発して薄膜の流動性や粘度などが変化している。したがって、良好な転写処理を行うためには、シートフィルム上の薄膜が適正な状態となっていることが非常に重要である。しかしながら、従来装置では転写処理を開始するタイミングについて十分な考慮がなされていなかった。すなわち、シートフィルムに薄膜を形成してから転写処理を開始するまでの動作シーケンスを固定化していた。そのため、薄膜の状態が転写処理にとって適正でないにもかかわらず、転写処理を実行してしまう場合があった。
【０００８】
これは、特許文献１に記載の装置に特有の問題ではなく、特許文献２に記載の装置においても同様の問題が生じている。すなわち、この装置においては、予め基板に塗布液を塗布した後に石英基板を基板に接近させて基板上の塗布液に押し付けて平坦化している。したがって、良好な平坦化処理を実行するためには、基板上の塗布液が適正な状態となっていることが非常に重要である。しかしながら、該装置では平坦化処理を開始するタイミングについて十分な考慮がなされておらず、塗布液の状態が平坦化処理にとって適正でないにもかかわらず、平坦化処理を実行してしまう場合があった。
【０００９】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に良好な薄膜を形成することができる薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の一の態様は、基材に形成された薄膜を基板に転写して、基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置および薄膜形成方法であって、上記目的を達成するため、以下のように構成している。すなわち、この薄膜形成装置は、その内部が薄膜形成室となっている処理容器と、薄膜形成室内で、基板に対して基材を相対的に接近させて基材上の薄膜を基板に当接させるとともに該薄膜を基板に押し付ける押付け手段と、基材に形成された薄膜の状態を検出する検出手段と、検出手段による検出結果に基づいて押付け手段による基板への薄膜の押付タイミングを制御する制御手段とを備えている。また、この薄膜形成方法は、基材に薄膜を形成する第１工程と、基材に形成された薄膜が所定状態に達したことを検出する第２工程と、第２工程における検出タイミングに対応し、基板に基材を相対的に接近させて基材上の薄膜を基板に当接させるとともに該薄膜を基板に押し付ける第３工程とを備えている。
【００１１】
上記のように構成された発明では、基材に形成された薄膜の状態が検出され、その検出結果に応じて基板への薄膜の押付が実行される。これにより該薄膜の基板への転写が実行されて基板上に薄膜が形成される。このように、基材上の薄膜の状態を確認した上で転写処理を実行しているため、薄膜が転写処理にとって適したタイミングで転写処理が実行される。したがって、基材の周辺環境や薄膜の種類などを問わず、基板上に良好な薄膜が形成される。
【００１２】
ここで、薄膜の状態を、例えば基材に形成された薄膜の膜厚に関する膜厚情報に基づき検出するようにしてもよい。そして、膜厚情報により時間に対する膜厚の変化を求め、該膜厚変化に基づき押圧タイミングを決定したり、膜厚情報により基材に形成された薄膜の膜厚値を求め、該膜厚値に基づき押圧タイミングを決定するようにしてもよい。すなわち、転写処理に適した薄膜の状態を直接検出するためには、薄膜の流動性や粘度を求めるのが望ましい。しかしながら、それらを検出するためには薄膜を直接採取する必要があり、その検出にも時間がかかるため、薄膜形成装置の自動化に不向きである。これに対し、薄膜の膜厚に関する膜厚情報は薄膜の流動性や粘度を直接的に示す値ではないが、流動性などと密接に関連しており、流動性などを示す指標値として利用することができる。というのも、時間経過とともに薄膜中の溶媒成分が揮発するが、その揮発により流動性や粘性が変化するとともに、溶媒成分の揮発につれて薄膜の膜厚が減少するため、薄膜の流動性や粘性を薄膜の膜厚に関連する膜厚情報により間接的に指標することができるからである。
【００１６】
また、薄膜形成室内の雰囲気を調整する雰囲気調整手段をさらに設けるようにしてもよく、薄膜形成室内を薄膜形成に適した雰囲気に調整して薄膜の品質を高めることができる。例えば、薄膜中の溶媒と同一成分を含む気体を薄膜形成室に供給して少なくとも基板と押付部材との間を溶媒の飽和蒸気雰囲気に調整することで、薄膜が不均一に乾燥するのを防止することができ、薄膜の均一性を高めることができる。
【００１７】
また、薄膜形成室内の圧力を調整する圧力調整手段をさらに設けるようにしてもよく、薄膜形成室内を薄膜形成に適した圧力に調整して薄膜の品質および処理速度を高めることができる。
【００１８】
なお、薄膜や塗布液の状態を検出する検出手段については、処理容器に設けてもよいし、処理容器の外側に設けてもよい。特に、後者の場合には、検出手段が処理容器の外側に設けられているため、検出手段の配設位置と処理容器との位置関係に基づき押付タイミングを決定するのが望ましい。このように上記位置関係を考慮することで適正なタイミングで薄膜形成を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明にかかる薄膜形成装置の一実施形態を装備した薄膜形成システムを示す図である。この薄膜形成システムでは、本発明の「基材」に相当するシートフィルム上に薄膜形成材料を含む塗布液を塗布して薄膜を形成する塗布ユニット１００と、薄膜が形成されたシートフィルムに対して熱処理を施す熱処理ユニット２００と、シートフィルム（基材）に形成された薄膜を基板に転写して該基板上に薄膜を形成する転写ユニット（薄膜形成装置）３００と、上記ユニット１００〜３００の間でシートフィルムや基板を搬送する搬送ユニット４００とが、温度、湿度および圧力などの環境条件が所定値に維持されている環境チャンバー５００内に設けられている。これらのユニットのうち塗布ユニット１００、熱処理ユニット２００および搬送ユニット４００については、従来より多用されているものであるため、ここでは説明を省略し、転写ユニット３００の構成および動作を中心に説明する。
【００２０】
図２はこの発明にかかる薄膜形成装置の一実施形態たる転写ユニットを示す図である。この転写ユニット３００は、その内部が後述するようにして転写処理を行う薄膜形成室１１となっている処理容器１を有している。また、この処理容器１の側面底部には、排気口１２が設けられており、この排気口１２に薄膜形成室１１の圧力を調整する圧力調整部２が接続されている。
【００２１】
この圧力調整部２では、バタフライバルブ２１を介して真空ポンプ２２が薄膜形成室１１と連通されており、バタフライバルブ２１を開いた状態で、装置全体を制御する制御部３からの動作信号に応じて真空ポンプ２２が作動すると、薄膜形成室１１内が排気減圧される。また、圧力調整部２には、バタフライバルブ２１の開度をコントロールするバルブコントローラ２３が設けられており、制御部３からの開度信号に応じてバルブコントローラ２３がバタフライバルブ２１の開閉、さらには開度を調整することで薄膜形成室１１からの単位時間当たりの排気量を調整し、薄膜形成室１１内の圧力（真空度）を制御可能となっている。なお、この実施形態では、薄膜形成室１１内の圧力を精度良く制御するために、薄膜形成室１１内の圧力を測定する圧力計３１を設け、この圧力計３１の測定結果を制御部３に出力し、この測定結果に基づくフィードバック制御を実行している。
【００２２】
また、この処理容器１の上面周縁部には、導入口１３が設けられており、この導入口１３を介してシートフィルムに形成された薄膜中の溶媒成分を含む雰囲気ガス（例えば溶媒成分＋窒素ガス）が薄膜形成室１１内に供給されている。すなわち、この導入口１３はマスフローコントローラ１４を介して雰囲気ガス供給源（図示省略）と接続されており、制御部３から与えられるガス供給信号に基づきマスフローコントローラ１４が導入口１３を介して薄膜形成室１１に供給される雰囲気ガスの流入量をコントロールしている。なお、この実施形態では、後で説明する転写処理を良好に行うために雰囲気ガスを供給しているが、薄膜形成室１１に供給するガス種はこれに限定されるものではなく、転写処理に適したガスを供給すればよい。
【００２３】
こうして圧力調整の対象となっている薄膜形成室１１には、第１、第２のプレート４，５が上下に対向して収容されている。これらのプレートのうち、第１のプレート４は、第２のプレート５と対向する下面に薄膜形成対象である基板Ｗを保持可能となっている。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としてＡｌ配線をパターニング形成した構造を有するものがあり、以下においては、この基板Ｗのパターニング形成面側に後述する薄膜（例えば絶縁膜）を転写する場合について説明する。
【００２４】
この第１のプレート４の下面には、平坦性を確保するために研磨された石英板４１が設けられており、この石英板４１に基板Ｗが装着される。このように基板Ｗと直接接触する板材４１として石英を用いた理由は、石英が基板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である。
【００２５】
また、第１のプレート４には、加熱手段として加熱ヒータ６が内蔵されている。この加熱ヒータ６は制御部３から与えられる基板温度信号に基づきヒータコントローラ６１によって制御され、例えば２５°Ｃ〜３００°Ｃの間で加熱制御される。そして、第１のプレート４は処理容器１内に吊設され、加重モータ７１によって昇降されるように構成されている。
【００２６】
また、もう一方のプレート、つまり第２のプレート５は、第１のプレート４の下方に軸線を一致させて配設され、その上面でシートフィルム８を保持可能となっている。すなわち、この第２のプレート５は、プレート本体５１と、そのプレート本体５１の上面側でシートフィルム８を保持可能な石英製のステージ５２と、シートフィルム８を加熱する加熱ヒータ５３とで構成されている。このシートフィルム８は基板Ｗより大きい円形に形成され、表面には塗布ユニット１００により薄膜が形成されている。そして、制御部３から与えられるシート温度信号に基づきヒータコントローラ５４によって加熱ヒータ５３を制御することで、石英製ステージ５２上のシートフィルム８を例えば２５°Ｃ〜３００°Ｃの間で加熱制御する。
【００２７】
また、プレート本体５１の周縁部には、フィルム保持・緊張部９が配置されており、石英製ステージ５２に載置されたシートフィルム８を薄膜の転写時に保持するとともに、後で詳述するタイミングでシートフィルム８を緊張させる。
【００２８】
そして、このフィルム保持・緊張部９の近傍に膜厚検出器８０が配置されている。この膜厚検出器８０としては、従来より周知の構成のもの、例えば４分割センサを用いたもの、非点収差法を用いたもの、あるいは光干渉法を用いたもの等を使用することができ、シートフィルム８上の形成された薄膜の膜厚に関連する膜厚情報を非接触で検出することができる。この膜厚検出器８０から出力される膜厚情報は制御部３に送られ、これを受けた制御部３は膜厚情報に基づき薄膜の膜厚変化率を求めることが可能となっている。なお、「薄膜の膜厚変化率」については後で詳述する。
【００２９】
さらに、第２のプレート５は、支え板７２上において複数の圧縮コイルばね７３によって弾性支持されて配設されることにより、基板Ｗとシートフィルム８を押し付けたとき加重圧力が均一になるようにしている。また、支え板７２は、支柱７４によって上下動自在に保持され、加重モータ７５によって昇降されるように構成されている。このように、この実施形態では、加重モータ７１，７５によって２つのプレート４，５を互いに逆方向に昇降移動させることで次に説明する薄膜形成手順（転写処理）を行っており、加重モータ７１，７５が本発明の「押付け手段」として機能している。
【００３０】
次に、上記した転写ユニット（薄膜形成装置）３００を使用した薄膜形成手順について図３を参照しつつ説明する。図３は、図２に示す転写ユニットの動作を示すフローチャートである。本実施形態においては、予め塗布ユニット１００によりシートフィルム８上に薄膜を形成しておき、搬送ユニット４００により該シートフィルム８を必要に応じて熱処理ユニット２００に搬送する。そして、熱処理ユニット２００によりシートフィルム８に熱処理を施すことで薄膜をある程度乾燥させた後、該シートフィルム８を搬送ユニット４００が転写ユニット３００に搬送する。一方、熱処理を施す必要がない場合には、搬送ユニット４００は塗布ユニット１００から転写ユニット３００にシートフィルム８を搬送する。なお、所望の薄膜を形成するためには塗布ユニット１００でシートフィルム８に形成される薄膜の組成を正確に調製する必要があり、塗布ユニット１００での塗布液の組成管理を厳密に行うことが望ましい。
【００３１】
こうして搬送ユニット４００により転写ユニット３００に搬送されてきたシートフィルム８は、薄膜を上に向けた状態で第２のプレート５のステージ５２の上方に配置され、その外周縁部がフィルム保持・緊張部９によって保持される。なお、この段階では、フィルム保持・緊張部９によるシートフィルム８の緊張は行われていない。また、第１のプレート４の下面に基板Ｗがパターニング形成面（電極配線を形成した面）を下に向けて装着される。また、制御部３からバルブコントローラ２３に与えられる信号に応じてバタフライバルブ２１の開度が制御されて薄膜形成室１１の圧力調整が開始されるとともに、制御部３からマスフローコントローラ１４に与えられる信号に応じて導入口１３から供給される雰囲気ガスの流量が一定量に維持されて薄膜形成室１１の雰囲気が調整される。これにより転写処理の準備が完了する（ステップＳ１）。
【００３２】
そして、制御部３が予めメモリ（図示省略）に記憶されている転写プログラムにしたがって装置各部を制御することで適切なタイミングで転写処理を実行する。まず、所定時間Δｔが経過する（ステップＳ２）たびに膜厚検出器８０からの膜厚情報を取得した（ステップＳ３）後、その膜厚情報に基づき薄膜の膜厚変化率を算出する（ステップＳ４）。すなわち、シートフィルム８に薄膜を形成すると、時間経過とともに薄膜中の溶媒成分が揮発して、流動性や粘性が変化するとともに、図４に示すように溶媒成分の揮発につれて薄膜の膜厚が減少する。そこで、この実施形態では、所定時間Δｔが経過した際の膜厚の変化量Δｄを膜厚情報に基づき求めている。より具体的には、次式、
（膜厚変化率）＝（Δｄ／Δｔ）×１００
に基づき薄膜の膜厚変化率を算出している。そして、上記したように膜厚変化が流動性や粘性などの薄膜の状態変化と密接に関連していることから、薄膜の状態を示す指標値として膜厚変化率を採用し、この膜厚変化率に基づき薄膜の状態を間接的に検出している。
【００３３】
そして、次のステップＳ５では、ステップＳ４で求めた膜厚変化率が最適値となっているか否かを判断する。この最適値とは転写処理に適した薄膜状態に対応する値を意味しており、予め実験やコンピュータ・シミュレーションなどにより求め、制御部３のメモリに記憶させておくことができる。また、一の転写ユニット３００により互いに異なる複数種類の薄膜を選択的に形成する場合には、予め各薄膜形成材料に対応した最適値を求め、メモリに記憶しておけばよく、各薄膜ごとに対応する最適値をメモリから読み出してステップＳ５を実行するようにすればよい。こうすることで転写ユニット３００の汎用性を高めることができる。
【００３４】
このステップＳ５で膜厚変化率が最適値に達していない間、ステップＳ２に戻って上記ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。一方、膜厚変化率が最適値に達する、つまりシートフィルム８上の薄膜が転写処理に適した状態となったことを確認すると、直ちに転写処理を開始する（ステップＳ６）。すなわち、ヒータコントローラ６１からの制御信号によって加熱ヒータ６に通電して第１のプレート４を約２００°Ｃ程度に加熱し、基板Ｗを所望の温度に加熱する。また、シートフィルム８側についても、加熱ヒータ５３に通電して第２のプレート５を約１００°Ｃ程度に加熱するとともに、制御部３より加重モータ７５に信号が送られ、プレート５の昇降移動を開始する。これによって第２のプレート５がシートフィルム８の位置まで上昇してステージ５２をシートフィルム８に接触させる。これによって、シートフィルム８は加熱されて伸張し波状の弛みが発生する。そこで、この実施形態では、フィルム保持・緊張部９によってシートフィルム８を緊張させて熱膨張による波状の弛みを取り除いている。
【００３５】
また、シートフィルム８の緊張とともに、加重モータ７１の駆動によって第１のプレート４を下降させて基板Ｗをシートフィルム８に押し付けて基板Ｗへの薄膜の転写を開始するとともに、必要に応じてバタフライバルブ２１の開度を制御して薄膜形成室１１の圧力を調整する。この転写中においては、例えばバタフライバルブ２１を全開させた状態のまま、基板Ｗとシートフィルム８とは所定の加重で一定時間加圧される。その間も基板Ｗとシートフィルム８は所定の温度となるように加熱されている。
【００３６】
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、加重の状態が零となるように制御部３から加重モータ７１，７５に信号を送り、第１、第２のプレート４，５を元の初期位置に復帰させる。また、両プレート４，５が初期位置に戻った後、バタフライバルブ２１を閉じるとともに、真空ポンプ２２を停止させる。また、転写処理が完了した後に薄膜形成室１１の雰囲気を上記溶媒の飽和蒸気雰囲気に調整すると、基板Ｗに転写された薄膜中の溶媒成分の揮発を抑えて該薄膜の膜厚変化を抑えることができ、好適である。なお、薄膜形成室１１の全体を飽和蒸気雰囲気にしてもよいが、少なくともシートフィルム８と基板Ｗとではさまれた空間を飽和蒸気雰囲気にすればよい。また、その空間を狭く設定する、シートフィルム８と基板Ｗとのギャップを例えば０．１〜３ｍｍ程度に設定するのが望ましい。
【００３７】
次に、薄膜形成室１１の圧力が大気圧に戻るのを待って、制御部３からマスフローコントローラ１４にガス供給の停止信号を発する。これにより、薄膜形成室１１への雰囲気ガスの供給は停止される。また、薄膜を挟んでシートフィルム８と一体となった状態の基板Ｗを薄膜形成室１１から取り出し、シートフィルム８を剥離することによって薄膜が形成された基板Ｗを得る。
【００３８】
以上のように、この実施形態によれば、シートフィルム（基材）８に形成された薄膜の状態を間接的に示す膜厚情報を検出し、その検出結果に応じて基板Ｗへの薄膜の押付タイミングを決定しているので、最適なタイミングで転写処理を実行することができ、シートフィルム８の周辺環境や薄膜の種類などを問わず、基板Ｗ上に良好な薄膜を形成することができる。また、薄膜の状態を膜厚情報に基づき検出しているので、シートフィルム８上の薄膜に直接触れることなく薄膜の状態を検出することができるため、薄膜形成の自動化にとって有利である。
【００３９】
また、圧力調整部２により薄膜形成室１１内を薄膜形成に適した圧力に調整することができるので、薄膜の品質および処理速度を高めることができる。その理由について説明する。
【００４０】
従来より知られているように膜厚の経時変化（例えば図４の曲線）は周辺圧力に応じて大きく変化する。すなわち、圧力低下に伴って初期段階での膜厚変化率は大きく、その初期段階で薄膜中の溶媒揮発が急速に進行する。したがって、膜厚変化率が大きくなっている段階で上記ステップＳ２〜Ｓ５を実行すると、膜厚変化率から転写処理の最適タイミングを決定することが困難となり、基板Ｗに転写される薄膜の品質低下が発生するおそれがある。これを解消するためには、薄膜形成室１１内の圧力低下を抑制して初期段階より膜厚変化率を小さくすることも考えられる。しかしながら、これでは転写処理を開始するまでに長時間がかかってしまい、スループットの低下を招いてしまう。
【００４１】
これに対し、この実施形態では圧力調整部２により薄膜形成室１１の圧力を調整することができるため、例えば図５に示すように薄膜形成室１１の圧力を変化させながら転写タイミングを決定することができる。ここでは、初期段階（時刻ｔ1〜ｔ2）でバタフライバルブ２１を全開して薄膜形成室１１の圧力を急激に低下させた後、バタフライバルブ２１の開度を小さくして薄膜形成室１１の圧力低下を抑えることで膜厚変化率を抑制しつつ、上記ステップＳ２〜Ｓ５を実行して膜厚変化率から転写処理の最適タイミングを決定する。そして、最適タイミングｔ3が求まると、再びバタフライバルブ２１を全開して薄膜形成室１１の圧力を急激に低下させながら転写処理を実行する。このように圧力調整を行うことで初期段階に要する時間（＝ｔ2−ｔ1）を短縮することができるとともに、膜厚変化率から転写処理の最適タイミングを正確に決定することができて薄膜の品質を高めることができる。
【００４２】
また、この実施形態によれば、マスフローコントローラ１４により薄膜形成室１１内の雰囲気を調整するように構成しているので、薄膜形成室１１内を薄膜形成に適した雰囲気に調整して薄膜の品質を高めることができる。特に、薄膜中の溶媒と同一成分を含む雰囲気ガスを薄膜形成室１１に供給して薄膜形成室１１を溶媒の飽和蒸気雰囲気に調整することで、薄膜が不均一に乾燥するのを防止することができ、薄膜の均一性を高めることができる。このようにマスフローコントローラ１４および雰囲気ガス供給源により本発明の「雰囲気調整手段」が構成されている。
【００４３】
さらに、環境チャンバー５００内に各ユニット１００〜４００を収容し、この環境チャンバー５００内で塗布ユニット１００により薄膜が形成されたシートフィルム８を転写ユニット３００に搬送するように構成しているので、転写ユニット３００に搬送されるまでのシートフィルム８上の薄膜の乾燥度合いを正確にコントロールすることができる。また、熱処理ユニット２００を設けているので、乾燥し難い薄膜形成材料により薄膜が形成されている場合には、塗布ユニット１００から熱処理ユニット２００を経由させることで薄膜に対して適当な乾燥処理を施すことができ、優れた汎用性が得られる。
【００４４】
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、膜厚変化率が最適値となった、つまり薄膜が転写処理に適した状態（以下「最適状態」という）となった時点で直ちに転写処理を開始しているが、薄膜が最適状態となる前を膜厚変化率から検出し、それから一定時間後から転写処理を開始するようにしてもよい。具体的には、図６に示すように、ステップＳ７では、ステップＳ４で求めた膜厚変化率がプレ最適値となっているか否かを判断する。このプレ最適値とは薄膜が最適状態となる前の状態に対応する値を意味しており、これを検出してから最適状態となるまでの移行時間を予想することができる。そこで、プレ最適値および移行時間を予め求め、制御部３のメモリに記憶させておく。そして、ステップＳ７で膜厚変化率がプレ最適値に達していない間、ステップＳ２に戻って上記ステップＳ２〜Ｓ４、Ｓ７を繰り返す。一方、膜厚変化率がプレ最適値に達すると、移行時間だけ経過する（ステップＳ８）のを待って転写処理を開始する（ステップＳ６）。このように、本実施形態においても、シートフィルム（基材）８に形成された薄膜の状態を間接的に示す膜厚情報を検出し、その検出結果に応じて基板Ｗへの薄膜の押付タイミングを決定しているので、最適なタイミングで転写処理を実行することができ、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４５】
また、プレ最適値および移行時間を設定した場合、膜厚検出器８０の配設位置はシートフィルム８の近傍に限定されることなく、転写ユニット３００内の任意の位置や転写ユニット３００の外側に配設することができる。特に転写ユニット３００の外側では、塗布ユニット１００から転写ユニット３００までのシートフィルム８の搬送経路上に配設することができる。例えば塗布ユニット１００や熱処理ユニット２００に設けてもよく、この場合、膜厚検出器８０を設けたユニットから転写ユニット３００に搬送し、転写ユニット３００で転写処理を開始することができるまでの時間を移行時間とし、その移行時間を考慮してプレ最適値を設定すればよい。また、搬送ユニット４００に膜厚検出器８０を設け、シートフィルム８の移動最中や待機位置で膜厚情報を求めるようにしてもよい。また、上記実施形態では単一の膜厚検出器８０を用いて膜厚情報を取得しているが、複数の膜厚検出器を設けるようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、塗布ユニット１００によりシートフィルム８に形成された薄膜が大気暴露されるのを環境チャンバー５００を設けることにより防止し、転写ユニット３００に搬送されるまでのシートフィルム８上の薄膜の乾燥度合いを正確にコントロールしているが、例えば搬送ユニット４００に薄膜の大気暴露を防止する大気暴露防止機構を設けるようにしてもよい。この大気暴露防止機構としては、例えばシートフィルム８を保持するシート保持手段に対してボックス状のシート収容部を取り付けて該シート収容部にシートフィルム８を収容した状態で搬送するように構成したものを用いることができる。このようにシートフィルム８を大気から隔離することでシートフィルム８に形成された薄膜が大気暴露されるのを防止することができる。なお、大気暴露防止機構の構成については、上記ボックス状シート収容部に限定されるものではなく、シートフィルム８を収容してシートフィルム８を大気から隔離することができるものであれば、如何な構成のものを採用してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、膜厚変化率に基づき押付タイミング（転写処理の開始タイミング）を決定しているが、膜厚情報に基づき薄膜の膜厚値を求め、この膜厚値が図４の１点鎖線で示すように最適値ｄ0となるタイミングｔ0を押付タイミング（転写処理の開始タイミング）としたり、また膜厚値が最適値ｄ0よりも大きなプレ最適値に達した時点から移行時間だけ経過した時点を押付タイミング（転写処理の開始タイミング）とするようにしてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では薄膜の流動性や粘性などの薄膜状態を膜厚情報に基づき指標しているが、他の物理量に基づき薄膜の状態を間接的に検出したり、あるいは薄膜の流動性や粘性を直接検出してもよく、こうして検出された結果に基づき転写処理の開始タイミングを決定するようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、基材としてシートフィルム８を用いているが、他の基材、例えば不撓性の板状部材（例えば金属平板や石英板など）を用いてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、シートフィルム８上に形成された薄膜を基板Ｗに転写して、この基板Ｗ上に薄膜を形成しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、特許文献２に記載の装置にも適用することができる。この薄膜形成装置では、薄膜形成材料を含む塗布液を基板に塗布しておき、その基板上の塗布液に平面研磨された石英基板などの押付部材を相対的に接近させて基板上の塗布液に押付部材を押し付けて平坦化することで薄膜を形成するものである。この薄膜形成装置においても、平坦化処理の開始タイミングを制御することが薄膜の品質を高める上で非常に重要となる。そこで、本発明を適用することで平坦化処理の開始タイミングを適正化して薄膜の品質向上を図ることができる。すなわち、上記実施形態ではシートフィルム上の薄膜の膜厚情報を取得しているが、この実施形態では基板に塗布された塗布液の膜厚情報を取得し、該膜厚情報に基づき平坦化処理の開始タイミングを決定することで上記実施形態と同様の作用効果が得られる。ここでは、特許文献２に記載の装置への本発明の適用例について図７を参照しつつ説明する。
【００５１】
図７は、この発明にかかる薄膜形成装置の別の実施形態の動作を示すフローチャートである。この実施形態では、塗布ユニットにより薄膜形成材料を含む塗布液が塗布された基板を転写ユニット（薄膜形成装置）に搬送し、薄膜を石英基板（押付部材）に向けた状態で基板を配置して平坦化処理の準備を行う（ステップＳ１１）。
【００５２】
そして、所定時間が経過する（ステップＳ１２）たびに膜厚検出器からの膜厚情報を取得した（ステップＳ１３）後、その膜厚情報に基づき塗布液の膜厚変化率を算出する（ステップＳ１４）。なお、塗布液の膜厚変化が流動性や粘性などの塗布液の状態変化と密接に関連していることは上記実施形態と同様であり、この実施形態では塗布液の状態を示す指標値として膜厚変化率を採用し、この膜厚変化率に基づき塗布液の状態を間接的に検出している。
【００５３】
そして、次のステップＳ１５では、ステップＳ１４で求めた膜厚変化率が最適値となっているか否かを判断する。この最適値とは平坦化処理に適した塗布液状態に対応する値を意味しており、予め実験やコンピュータ・シミュレーションなどにより求め、制御部３のメモリに記憶させておくことができる。また、一の転写ユニットにより互いに異なる複数種類の塗布液を選択的に形成する場合には、予め各薄膜形成材料に対応した最適値を求め、メモリに記憶しておけばよく、各塗布液ごとに対応する最適値をメモリから読み出してステップＳ１５を実行するようにすればよい。こうすることで転写ユニットの汎用性を高めることができる。
【００５４】
このステップＳ１５で膜厚変化率が最適値に達していない間、ステップＳ１２に戻って上記ステップＳ１２〜Ｓ１５を繰り返す。一方、膜厚変化率が最適値に達する、つまり基板上の塗布液が平坦化処理に適した状態となったことを確認すると、直ちに平坦化処理を開始する（ステップＳ１６）。
【００５５】
以上のように、この実施形態によれば、基板上に塗布された塗布液の状態を間接的に示す膜厚情報を検出し、その検出結果に応じて塗布液への石英基板（押付部材）の押付タイミングを決定しているので、最適なタイミングで平坦化処理を実行することができ、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５６】
なお、この実施形態では、基板Ｗに塗布された塗布液の流動性や粘性などを膜厚情報に基づき指標しているが、他の物理量に基づき塗布液の状態を間接的に検出したり、あるいは塗布液の流動性や粘性を直接検出してもよく、こうして検出された結果に基づき平坦化処理の開始タイミングを決定するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、押付部材として石英基板を用いているが、押付部材はこれに限定されるものではなく、基板Ｗ上の塗布液と当接して塗布液を平坦化することができるものであれば、石英基板に代えて用いることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、この発明の一の態様によれば、基材に形成された薄膜の状態を検出し、その検出結果に応じて基板への薄膜の押付タイミングを制御するように構成しているので、最適なタイミングで転写処理を実行することができ、基材の周辺環境や薄膜の種類などを問わず、基板上に良好な薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる薄膜形成装置の一実施形態を装備した薄膜形成システムを示す図である。
【図２】この発明にかかる薄膜形成装置の一実施形態たる転写ユニットを示す図である。
【図３】図２に示す転写ユニットの動作を示すフローチャートである。
【図４】シートフィルム上に形成された膜厚の経時変化を示すグラフである。
【図５】図２に示す転写ユニットでの圧力調整動作を示すグラフである。
【図６】この発明にかかる薄膜形成装置の他の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図７】この発明にかかる薄膜形成装置の別の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…処理容器
２…圧力調整部
３…制御部
８…シートフィルム（基材）
１１…薄膜形成室
１４…マスフローコントローラ（雰囲気調整手段）
７１，７５…加重モータ（押付け手段）
８０…膜厚検出器（検出手段）
３００…転写ユニット
Ｗ…基板
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置および方法に関するものである。なお、この基板としては、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、光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。
【０００２】
【従来の技術】
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た。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、加圧方法によって基板に薄膜を形成する薄膜形成技術が提案されている。
【０００３】
この薄膜形成装置として、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１参照）。この特許文献１に記載の装置では、処理容器の内部に形成される薄膜形成室内において、加熱ヒータを内蔵する試料台が設けられており、薄膜形成対象となる半導体ウエハや液晶パネル用ガラス基板などの基板を保持可能となっている。また、薄膜形成室内には、試料台の下方に転写板が試料台と対向しながら配置されており、シートフィルム（本発明の「基材」に相当）に形成される薄膜を試料台上の基板に対向させながら、該シートフィルムを保持している。なお、この転写板にも、試料台と同様に、加熱ヒータが設けられており、転写板に保持されたシートフィルムを加熱可能となっている。そして、基板を保持する試料台と、シートフィルムを保持する転写板とを相互に近接移動させることによって、基板とシートフィルムとを相互に押し付けてシートフィルム上の薄膜を基板に転写する。
【０００４】
また、上記装置では、予めシートフィルム上に薄膜を形成しているが、次のようにして薄膜を形成する装置もある（特許文献２参照）。この特許文献２に記載の装置では、薄膜形成材料を含む塗布液を基板に塗布しておき、その基板上の塗布液に平面研磨された石英基板（本発明の「押付部材」に相当）を相対的に接近させて基板上の塗布液に石英基板を押し付けて平坦化する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１８９５６６号公報（第４頁−第５頁、図３）
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−１３５１９８号公報（第３頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１に記載の薄膜形成装置では、予めシートフィルムに薄膜を形成しておき、その後に基板とシートフィルムとを相互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。ここで、シートフィルムに形成された薄膜の状態について詳細に調べたところ、時間経過とともに薄膜中の溶媒成分が揮発して薄膜の流動性や粘度などが変化している。したがって、良好な転写処理を行うためには、シートフィルム上の薄膜が適正な状態となっていることが非常に重要である。しかしながら、従来装置では転写処理を開始するタイミングについて十分な考慮がなされていなかった。すなわち、シートフィルムに薄膜を形成してから転写処理を開始するまでの動作シーケンスを固定化していた。そのため、薄膜の状態が転写処理にとって適正でないにもかかわらず、転写処理を実行してしまう場合があった。
【０００８】
これは、特許文献１に記載の装置に特有の問題ではなく、特許文献２に記載の装置においても同様の問題が生じている。すなわち、この装置においては、予め基板に塗布液を塗布した後に石英基板を基板に接近させて基板上の塗布液に押し付けて平坦化している。したがって、良好な平坦化処理を実行するためには、基板上の塗布液が適正な状態となっていることが非常に重要である。しかしながら、該装置では平坦化処理を開始するタイミングについて十分な考慮がなされておらず、塗布液の状態が平坦化処理にとって適正でないにもかかわらず、平坦化処理を実行してしまう場合があった。
【０００９】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に良好な薄膜を形成することができる薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の一の態様は、基材に形成された薄膜を基板に転写して、基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置および薄膜形成方法であって、上記目的を達成するため、以下のように構成している。すなわち、この薄膜形成装置は、その内部が薄膜形成室となっている処理容器と、薄膜形成室内で、基板に対して基材を相対的に接近させて基材上の薄膜を基板に当接させるとともに該薄膜を基板に押し付ける押付け手段と、基材に形成された薄膜の状態を検出する検出手段と、検出手段による検出結果に基づいて押付け手段による基板への薄膜の押付タイミングを制御する制御手段とを備えている。また、この薄膜形成方法は、基材に薄膜を形成する第１工程と、基材に形成された薄膜が所定状態に達したことを検出する第２工程と、第２工程における検出タイミングに対応し、基板に基材を相対的に接近させて基材上の薄膜を基板に当接させるとともに該薄膜を基板に押し付ける第３工程とを備えている。
【００１１】
上記のように構成された発明では、基材に形成された薄膜の状態が検出され、その検出結果に応じて基板への薄膜の押付が実行される。これにより該薄膜の基板への転写が実行されて基板上に薄膜が形成される。このように、基材上の薄膜の状態を確認した上で転写処理を実行しているため、薄膜が転写処理にとって適したタイミングで転写処理が実行される。したがって、基材の周辺環境や薄膜の種類などを問わず、基板上に良好な薄膜が形成される。
【００１２】
ここで、薄膜の状態を、例えば基材に形成された薄膜の膜厚に関する膜厚情報に基づき検出するようにしてもよい。そして、膜厚情報により時間に対する膜厚の変化を求め、該膜厚変化に基づき押圧タイミングを決定したり、膜厚情報により基材に形成された薄膜の膜厚値を求め、該膜厚値に基づき押圧タイミングを決定するようにしてもよい。すなわち、転写処理に適した薄膜の状態を直接検出するためには、薄膜の流動性や粘度を求めるのが望ましい。しかしながら、それらを検出するためには薄膜を直接採取する必要があり、その検出にも時間がかかるため、薄膜形成装置の自動化に不向きである。これに対し、薄膜の膜厚に関する膜厚情報は薄膜の流動性や粘度を直接的に示す値ではないが、流動性などと密接に関連しており、流動性などを示す指標値として利用することができる。というのも、時間経過とともに薄膜中の溶媒成分が揮発するが、その揮発により流動性や粘性が変化するとともに、溶媒成分の揮発につれて薄膜の膜厚が減少するため、薄膜の流動性や粘性を薄膜の膜厚に関連する膜厚情報により間接的に指標することができるからである。
【００１６】
また、薄膜形成室内の雰囲気を調整する雰囲気調整手段をさらに設けるようにしてもよく、薄膜形成室内を薄膜形成に適した雰囲気に調整して薄膜の品質を高めることができる。例えば、薄膜中の溶媒と同一成分を含む気体を薄膜形成室に供給して少なくとも基板と押付部材との間を溶媒の飽和蒸気雰囲気に調整することで、薄膜が不均一に乾燥するのを防止することができ、薄膜の均一性を高めることができる。
【００１７】
また、薄膜形成室内の圧力を調整する圧力調整手段をさらに設けるようにしてもよく、薄膜形成室内を薄膜形成に適した圧力に調整して薄膜の品質および処理速度を高めることができる。
【００１８】
なお、薄膜や塗布液の状態を検出する検出手段については、処理容器に設けてもよいし、処理容器の外側に設けてもよい。特に、後者の場合には、検出手段が処理容器の外側に設けられているため、検出手段の配設位置と処理容器との位置関係に基づき押付タイミングを決定するのが望ましい。このように上記位置関係を考慮することで適正なタイミングで薄膜形成を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明にかかる薄膜形成装置の一実施形態を装備した薄膜形成システムを示す図である。この薄膜形成システムでは、本発明の「基材」に相当するシートフィルム上に薄膜形成材料を含む塗布液を塗布して薄膜を形成する塗布ユニット１００と、薄膜が形成されたシートフィルムに対して熱処理を施す熱処理ユニット２００と、シートフィルム（基材）に形成された薄膜を基板に転写して該基板上に薄膜を形成する転写ユニット（薄膜形成装置）３００と、上記ユニット１００〜３００の間でシートフィルムや基板を搬送する搬送ユニット４００とが、温度、湿度および圧力などの環境条件が所定値に維持されている環境チャンバー５００内に設けられている。これらのユニットのうち塗布ユニット１００、熱処理ユニット２００および搬送ユニット４００については、従来より多用されているものであるため、ここでは説明を省略し、転写ユニット３００の構成および動作を中心に説明する。
【００２０】
図２はこの発明にかかる薄膜形成装置の一実施形態たる転写ユニットを示す図である。この転写ユニット３００は、その内部が後述するようにして転写処理を行う薄膜形成室１１となっている処理容器１を有している。また、この処理容器１の側面底部には、排気口１２が設けられており、この排気口１２に薄膜形成室１１の圧力を調整する圧力調整部２が接続されている。
【００２１】
この圧力調整部２では、バタフライバルブ２１を介して真空ポンプ２２が薄膜形成室１１と連通されており、バタフライバルブ２１を開いた状態で、装置全体を制御する制御部３からの動作信号に応じて真空ポンプ２２が作動すると、薄膜形成室１１内が排気減圧される。また、圧力調整部２には、バタフライバルブ２１の開度をコントロールするバルブコントローラ２３が設けられており、制御部３からの開度信号に応じてバルブコントローラ２３がバタフライバルブ２１の開閉、さらには開度を調整することで薄膜形成室１１からの単位時間当たりの排気量を調整し、薄膜形成室１１内の圧力（真空度）を制御可能となっている。なお、この実施形態では、薄膜形成室１１内の圧力を精度良く制御するために、薄膜形成室１１内の圧力を測定する圧力計３１を設け、この圧力計３１の測定結果を制御部３に出力し、この測定結果に基づくフィードバック制御を実行している。
【００２２】
また、この処理容器１の上面周縁部には、導入口１３が設けられており、この導入口１３を介してシートフィルムに形成された薄膜中の溶媒成分を含む雰囲気ガス（例えば溶媒成分＋窒素ガス）が薄膜形成室１１内に供給されている。すなわち、この導入口１３はマスフローコントローラ１４を介して雰囲気ガス供給源（図示省略）と接続されており、制御部３から与えられるガス供給信号に基づきマスフローコントローラ１４が導入口１３を介して薄膜形成室１１に供給される雰囲気ガスの流入量をコントロールしている。なお、この実施形態では、後で説明する転写処理を良好に行うために雰囲気ガスを供給しているが、薄膜形成室１１に供給するガス種はこれに限定されるものではなく、転写処理に適したガスを供給すればよい。
【００２３】
こうして圧力調整の対象となっている薄膜形成室１１には、第１、第２のプレート４，５が上下に対向して収容されている。これらのプレートのうち、第１のプレート４は、第２のプレート５と対向する下面に薄膜形成対象である基板Ｗを保持可能となっている。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としてＡｌ配線をパターニング形成した構造を有するものがあり、以下においては、この基板Ｗのパターニング形成面側に後述する薄膜（例えば絶縁膜）を転写する場合について説明する。
【００２４】
この第１のプレート４の下面には、平坦性を確保するために研磨された石英板４１が設けられており、この石英板４１に基板Ｗが装着される。このように基板Ｗと直接接触する板材４１として石英を用いた理由は、石英が基板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である。
【００２５】
また、第１のプレート４には、加熱手段として加熱ヒータ６が内蔵されている。この加熱ヒータ６は制御部３から与えられる基板温度信号に基づきヒータコントローラ６１によって制御され、例えば２５°Ｃ〜３００°Ｃの間で加熱制御される。そして、第１のプレート４は処理容器１内に吊設され、加重モータ７１によって昇降されるように構成されている。
【００２６】
また、もう一方のプレート、つまり第２のプレート５は、第１のプレート４の下方に軸線を一致させて配設され、その上面でシートフィルム８を保持可能となっている。すなわち、この第２のプレート５は、プレート本体５１と、そのプレート本体５１の上面側でシートフィルム８を保持可能な石英製のステージ５２と、シートフィルム８を加熱する加熱ヒータ５３とで構成されている。このシートフィルム８は基板Ｗより大きい円形に形成され、表面には塗布ユニット１００により薄膜が形成されている。そして、制御部３から与えられるシート温度信号に基づきヒータコントローラ５４によって加熱ヒータ５３を制御することで、石英製ステージ５２上のシートフィルム８を例えば２５°Ｃ〜３００°Ｃの間で加熱制御する。
【００２７】
また、プレート本体５１の周縁部には、フィルム保持・緊張部９が配置されており、石英製ステージ５２に載置されたシートフィルム８を薄膜の転写時に保持するとともに、後で詳述するタイミングでシートフィルム８を緊張させる。
【００２８】
そして、このフィルム保持・緊張部９の近傍に膜厚検出器８０が配置されている。この膜厚検出器８０としては、従来より周知の構成のもの、例えば４分割センサを用いたもの、非点収差法を用いたもの、あるいは光干渉法を用いたもの等を使用することができ、シートフィルム８上の形成された薄膜の膜厚に関連する膜厚情報を非接触で検出することができる。この膜厚検出器８０から出力される膜厚情報は制御部３に送られ、これを受けた制御部３は膜厚情報に基づき薄膜の膜厚変化率を求めることが可能となっている。なお、「薄膜の膜厚変化率」については後で詳述する。
【００２９】
さらに、第２のプレート５は、支え板７２上において複数の圧縮コイルばね７３によって弾性支持されて配設されることにより、基板Ｗとシートフィルム８を押し付けたとき加重圧力が均一になるようにしている。また、支え板７２は、支柱７４によって上下動自在に保持され、加重モータ７５によって昇降されるように構成されている。このように、この実施形態では、加重モータ７１，７５によって２つのプレート４，５を互いに逆方向に昇降移動させることで次に説明する薄膜形成手順（転写処理）を行っており、加重モータ７１，７５が本発明の「押付け手段」として機能している。
【００３０】
次に、上記した転写ユニット（薄膜形成装置）３００を使用した薄膜形成手順について図３を参照しつつ説明する。図３は、図２に示す転写ユニットの動作を示すフローチャートである。本実施形態においては、予め塗布ユニット１００によりシートフィルム８上に薄膜を形成しておき、搬送ユニット４００により該シートフィルム８を必要に応じて熱処理ユニット２００に搬送する。そして、熱処理ユニット２００によりシートフィルム８に熱処理を施すことで薄膜をある程度乾燥させた後、該シートフィルム８を搬送ユニット４００が転写ユニット３００に搬送する。一方、熱処理を施す必要がない場合には、搬送ユニット４００は塗布ユニット１００から転写ユニット３００にシートフィルム８を搬送する。なお、所望の薄膜を形成するためには塗布ユニット１００でシートフィルム８に形成される薄膜の組成を正確に調製する必要があり、塗布ユニット１００での塗布液の組成管理を厳密に行うことが望ましい。
【００３１】
こうして搬送ユニット４００により転写ユニット３００に搬送されてきたシートフィルム８は、薄膜を上に向けた状態で第２のプレート５のステージ５２の上方に配置され、その外周縁部がフィルム保持・緊張部９によって保持される。なお、この段階では、フィルム保持・緊張部９によるシートフィルム８の緊張は行われていない。また、第１のプレート４の下面に基板Ｗがパターニング形成面（電極配線を形成した面）を下に向けて装着される。また、制御部３からバルブコントローラ２３に与えられる信号に応じてバタフライバルブ２１の開度が制御されて薄膜形成室１１の圧力調整が開始されるとともに、制御部３からマスフローコントローラ１４に与えられる信号に応じて導入口１３から供給される雰囲気ガスの流量が一定量に維持されて薄膜形成室１１の雰囲気が調整される。これにより転写処理の準備が完了する（ステップＳ１）。
【００３２】
そして、制御部３が予めメモリ（図示省略）に記憶されている転写プログラムにしたがって装置各部を制御することで適切なタイミングで転写処理を実行する。まず、所定時間Δｔが経過する（ステップＳ２）たびに膜厚検出器８０からの膜厚情報を取得した（ステップＳ３）後、その膜厚情報に基づき薄膜の膜厚変化率を算出する（ステップＳ４）。すなわち、シートフィルム８に薄膜を形成すると、時間経過とともに薄膜中の溶媒成分が揮発して、流動性や粘性が変化するとともに、図４に示すように溶媒成分の揮発につれて薄膜の膜厚が減少する。そこで、この実施形態では、所定時間Δｔが経過した際の膜厚の変化量Δｄを膜厚情報に基づき求めている。より具体的には、次式、
（膜厚変化率）＝（Δｄ／Δｔ）×１００
に基づき薄膜の膜厚変化率を算出している。そして、上記したように膜厚変化が流動性や粘性などの薄膜の状態変化と密接に関連していることから、薄膜の状態を示す指標値として膜厚変化率を採用し、この膜厚変化率に基づき薄膜の状態を間接的に検出している。
【００３３】
そして、次のステップＳ５では、ステップＳ４で求めた膜厚変化率が最適値となっているか否かを判断する。この最適値とは転写処理に適した薄膜状態に対応する値を意味しており、予め実験やコンピュータ・シミュレーションなどにより求め、制御部３のメモリに記憶させておくことができる。また、一の転写ユニット３００により互いに異なる複数種類の薄膜を選択的に形成する場合には、予め各薄膜形成材料に対応した最適値を求め、メモリに記憶しておけばよく、各薄膜ごとに対応する最適値をメモリから読み出してステップＳ５を実行するようにすればよい。こうすることで転写ユニット３００の汎用性を高めることができる。
【００３４】
このステップＳ５で膜厚変化率が最適値に達していない間、ステップＳ２に戻って上記ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。一方、膜厚変化率が最適値に達する、つまりシートフィルム８上の薄膜が転写処理に適した状態となったことを確認すると、直ちに転写処理を開始する（ステップＳ６）。すなわち、ヒータコントローラ６１からの制御信号によって加熱ヒータ６に通電して第１のプレート４を約２００°Ｃ程度に加熱し、基板Ｗを所望の温度に加熱する。また、シートフィルム８側についても、加熱ヒータ５３に通電して第２のプレート５を約１００°Ｃ程度に加熱するとともに、制御部３より加重モータ７５に信号が送られ、プレート５の昇降移動を開始する。これによって第２のプレート５がシートフィルム８の位置まで上昇してステージ５２をシートフィルム８に接触させる。これによって、シートフィルム８は加熱されて伸張し波状の弛みが発生する。そこで、この実施形態では、フィルム保持・緊張部９によってシートフィルム８を緊張させて熱膨張による波状の弛みを取り除いている。
【００３５】
また、シートフィルム８の緊張とともに、加重モータ７１の駆動によって第１のプレート４を下降させて基板Ｗをシートフィルム８に押し付けて基板Ｗへの薄膜の転写を開始するとともに、必要に応じてバタフライバルブ２１の開度を制御して薄膜形成室１１の圧力を調整する。この転写中においては、例えばバタフライバルブ２１を全開させた状態のまま、基板Ｗとシートフィルム８とは所定の加重で一定時間加圧される。その間も基板Ｗとシートフィルム８は所定の温度となるように加熱されている。
【００３６】
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、加重の状態が零となるように制御部３から加重モータ７１，７５に信号を送り、第１、第２のプレート４，５を元の初期位置に復帰させる。また、両プレート４，５が初期位置に戻った後、バタフライバルブ２１を閉じるとともに、真空ポンプ２２を停止させる。また、転写処理が完了した後に薄膜形成室１１の雰囲気を上記溶媒の飽和蒸気雰囲気に調整すると、基板Ｗに転写された薄膜中の溶媒成分の揮発を抑えて該薄膜の膜厚変化を抑えることができ、好適である。なお、薄膜形成室１１の全体を飽和蒸気雰囲気にしてもよいが、少なくともシートフィルム８と基板Ｗとではさまれた空間を飽和蒸気雰囲気にすればよい。また、その空間を狭く設定する、シートフィルム８と基板Ｗとのギャップを例えば０．１〜３ｍｍ程度に設定するのが望ましい。
【００３７】
次に、薄膜形成室１１の圧力が大気圧に戻るのを待って、制御部３からマスフローコントローラ１４にガス供給の停止信号を発する。これにより、薄膜形成室１１への雰囲気ガスの供給は停止される。また、薄膜を挟んでシートフィルム８と一体となった状態の基板Ｗを薄膜形成室１１から取り出し、シートフィルム８を剥離することによって薄膜が形成された基板Ｗを得る。
【００３８】
以上のように、この実施形態によれば、シートフィルム（基材）８に形成された薄膜の状態を間接的に示す膜厚情報を検出し、その検出結果に応じて基板Ｗへの薄膜の押付タイミングを決定しているので、最適なタイミングで転写処理を実行することができ、シートフィルム８の周辺環境や薄膜の種類などを問わず、基板Ｗ上に良好な薄膜を形成することができる。また、薄膜の状態を膜厚情報に基づき検出しているので、シートフィルム８上の薄膜に直接触れることなく薄膜の状態を検出することができるため、薄膜形成の自動化にとって有利である。
【００３９】
また、圧力調整部２により薄膜形成室１１内を薄膜形成に適した圧力に調整することができるので、薄膜の品質および処理速度を高めることができる。その理由について説明する。
【００４０】
従来より知られているように膜厚の経時変化（例えば図４の曲線）は周辺圧力に応じて大きく変化する。すなわち、圧力低下に伴って初期段階での膜厚変化率は大きく、その初期段階で薄膜中の溶媒揮発が急速に進行する。したがって、膜厚変化率が大きくなっている段階で上記ステップＳ２〜Ｓ５を実行すると、膜厚変化率から転写処理の最適タイミングを決定することが困難となり、基板Ｗに転写される薄膜の品質低下が発生するおそれがある。これを解消するためには、薄膜形成室１１内の圧力低下を抑制して初期段階より膜厚変化率を小さくすることも考えられる。しかしながら、これでは転写処理を開始するまでに長時間がかかってしまい、スループットの低下を招いてしまう。
【００４１】
これに対し、この実施形態では圧力調整部２により薄膜形成室１１の圧力を調整することができるため、例えば図５に示すように薄膜形成室１１の圧力を変化させながら転写タイミングを決定することができる。ここでは、初期段階（時刻ｔ1〜ｔ2）でバタフライバルブ２１を全開して薄膜形成室１１の圧力を急激に低下させた後、バタフライバルブ２１の開度を小さくして薄膜形成室１１の圧力低下を抑えることで膜厚変化率を抑制しつつ、上記ステップＳ２〜Ｓ５を実行して膜厚変化率から転写処理の最適タイミングを決定する。そして、最適タイミングｔ3が求まると、再びバタフライバルブ２１を全開して薄膜形成室１１の圧力を急激に低下させながら転写処理を実行する。このように圧力調整を行うことで初期段階に要する時間（＝ｔ2−ｔ1）を短縮することができるとともに、膜厚変化率から転写処理の最適タイミングを正確に決定することができて薄膜の品質を高めることができる。
【００４２】
また、この実施形態によれば、マスフローコントローラ１４により薄膜形成室１１内の雰囲気を調整するように構成しているので、薄膜形成室１１内を薄膜形成に適した雰囲気に調整して薄膜の品質を高めることができる。特に、薄膜中の溶媒と同一成分を含む雰囲気ガスを薄膜形成室１１に供給して薄膜形成室１１を溶媒の飽和蒸気雰囲気に調整することで、薄膜が不均一に乾燥するのを防止することができ、薄膜の均一性を高めることができる。このようにマスフローコントローラ１４および雰囲気ガス供給源により本発明の「雰囲気調整手段」が構成されている。
【００４３】
さらに、環境チャンバー５００内に各ユニット１００〜４００を収容し、この環境チャンバー５００内で塗布ユニット１００により薄膜が形成されたシートフィルム８を転写ユニット３００に搬送するように構成しているので、転写ユニット３００に搬送されるまでのシートフィルム８上の薄膜の乾燥度合いを正確にコントロールすることができる。また、熱処理ユニット２００を設けているので、乾燥し難い薄膜形成材料により薄膜が形成されている場合には、塗布ユニット１００から熱処理ユニット２００を経由させることで薄膜に対して適当な乾燥処理を施すことができ、優れた汎用性が得られる。
【００４４】
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、膜厚変化率が最適値となった、つまり薄膜が転写処理に適した状態（以下「最適状態」という）となった時点で直ちに転写処理を開始しているが、薄膜が最適状態となる前を膜厚変化率から検出し、それから一定時間後から転写処理を開始するようにしてもよい。具体的には、図６に示すように、ステップＳ７では、ステップＳ４で求めた膜厚変化率がプレ最適値となっているか否かを判断する。このプレ最適値とは薄膜が最適状態となる前の状態に対応する値を意味しており、これを検出してから最適状態となるまでの移行時間を予想することができる。そこで、プレ最適値および移行時間を予め求め、制御部３のメモリに記憶させておく。そして、ステップＳ７で膜厚変化率がプレ最適値に達していない間、ステップＳ２に戻って上記ステップＳ２〜Ｓ４、Ｓ７を繰り返す。一方、膜厚変化率がプレ最適値に達すると、移行時間だけ経過する（ステップＳ８）のを待って転写処理を開始する（ステップＳ６）。このように、本実施形態においても、シートフィルム（基材）８に形成された薄膜の状態を間接的に示す膜厚情報を検出し、その検出結果に応じて基板Ｗへの薄膜の押付タイミングを決定しているので、最適なタイミングで転写処理を実行することができ、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４５】
また、プレ最適値および移行時間を設定した場合、膜厚検出器８０の配設位置はシートフィルム８の近傍に限定されることなく、転写ユニット３００内の任意の位置や転写ユニット３００の外側に配設することができる。特に転写ユニット３００の外側では、塗布ユニット１００から転写ユニット３００までのシートフィルム８の搬送経路上に配設することができる。例えば塗布ユニット１００や熱処理ユニット２００に設けてもよく、この場合、膜厚検出器８０を設けたユニットから転写ユニット３００に搬送し、転写ユニット３００で転写処理を開始することができるまでの時間を移行時間とし、その移行時間を考慮してプレ最適値を設定すればよい。また、搬送ユニット４００に膜厚検出器８０を設け、シートフィルム８の移動最中や待機位置で膜厚情報を求めるようにしてもよい。また、上記実施形態では単一の膜厚検出器８０を用いて膜厚情報を取得しているが、複数の膜厚検出器を設けるようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、塗布ユニット１００によりシートフィルム８に形成された薄膜が大気暴露されるのを環境チャンバー５００を設けることにより防止し、転写ユニット３００に搬送されるまでのシートフィルム８上の薄膜の乾燥度合いを正確にコントロールしているが、例えば搬送ユニット４００に薄膜の大気暴露を防止する大気暴露防止機構を設けるようにしてもよい。この大気暴露防止機構としては、例えばシートフィルム８を保持するシート保持手段に対してボックス状のシート収容部を取り付けて該シート収容部にシートフィルム８を収容した状態で搬送するように構成したものを用いることができる。このようにシートフィルム８を大気から隔離することでシートフィルム８に形成された薄膜が大気暴露されるのを防止することができる。なお、大気暴露防止機構の構成については、上記ボックス状シート収容部に限定されるものではなく、シートフィルム８を収容してシートフィルム８を大気から隔離することができるものであれば、如何な構成のものを採用してもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、膜厚変化率に基づき押付タイミング（転写処理の開始タイミング）を決定しているが、膜厚情報に基づき薄膜の膜厚値を求め、この膜厚値が図４の１点鎖線で示すように最適値ｄ0となるタイミングｔ0を押付タイミング（転写処理の開始タイミング）としたり、また膜厚値が最適値ｄ0よりも大きなプレ最適値に達した時点から移行時間だけ経過した時点を押付タイミング（転写処理の開始タイミング）とするようにしてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では薄膜の流動性や粘性などの薄膜状態を膜厚情報に基づき指標しているが、他の物理量に基づき薄膜の状態を間接的に検出したり、あるいは薄膜の流動性や粘性を直接検出してもよく、こうして検出された結果に基づき転写処理の開始タイミングを決定するようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、基材としてシートフィルム８を用いているが、他の基材、例えば不撓性の板状部材（例えば金属平板や石英板など）を用いてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、シートフィルム８上に形成された薄膜を基板Ｗに転写して、この基板Ｗ上に薄膜を形成しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、特許文献２に記載の装置にも適用することができる。この薄膜形成装置では、薄膜形成材料を含む塗布液を基板に塗布しておき、その基板上の塗布液に平面研磨された石英基板などの押付部材を相対的に接近させて基板上の塗布液に押付部材を押し付けて平坦化することで薄膜を形成するものである。この薄膜形成装置においても、平坦化処理の開始タイミングを制御することが薄膜の品質を高める上で非常に重要となる。そこで、本発明を適用することで平坦化処理の開始タイミングを適正化して薄膜の品質向上を図ることができる。すなわち、上記実施形態ではシートフィルム上の薄膜の膜厚情報を取得しているが、この実施形態では基板に塗布された塗布液の膜厚情報を取得し、該膜厚情報に基づき平坦化処理の開始タイミングを決定することで上記実施形態と同様の作用効果が得られる。ここでは、特許文献２に記載の装置への本発明の適用例について図７を参照しつつ説明する。
【００５１】
図７は、この発明にかかる薄膜形成装置の別の実施形態の動作を示すフローチャートである。この実施形態では、塗布ユニットにより薄膜形成材料を含む塗布液が塗布された基板を転写ユニット（薄膜形成装置）に搬送し、薄膜を石英基板（押付部材）に向けた状態で基板を配置して平坦化処理の準備を行う（ステップＳ１１）。
【００５２】
そして、所定時間が経過する（ステップＳ１２）たびに膜厚検出器からの膜厚情報を取得した（ステップＳ１３）後、その膜厚情報に基づき塗布液の膜厚変化率を算出する（ステップＳ１４）。なお、塗布液の膜厚変化が流動性や粘性などの塗布液の状態変化と密接に関連していることは上記実施形態と同様であり、この実施形態では塗布液の状態を示す指標値として膜厚変化率を採用し、この膜厚変化率に基づき塗布液の状態を間接的に検出している。
【００５３】
そして、次のステップＳ１５では、ステップＳ１４で求めた膜厚変化率が最適値となっているか否かを判断する。この最適値とは平坦化処理に適した塗布液状態に対応する値を意味しており、予め実験やコンピュータ・シミュレーションなどにより求め、制御部３のメモリに記憶させておくことができる。また、一の転写ユニットにより互いに異なる複数種類の塗布液を選択的に形成する場合には、予め各薄膜形成材料に対応した最適値を求め、メモリに記憶しておけばよく、各塗布液ごとに対応する最適値をメモリから読み出してステップＳ１５を実行するようにすればよい。こうすることで転写ユニットの汎用性を高めることができる。
【００５４】
このステップＳ１５で膜厚変化率が最適値に達していない間、ステップＳ１２に戻って上記ステップＳ１２〜Ｓ１５を繰り返す。一方、膜厚変化率が最適値に達する、つまり基板上の塗布液が平坦化処理に適した状態となったことを確認すると、直ちに平坦化処理を開始する（ステップＳ１６）。
【００５５】
以上のように、この実施形態によれば、基板上に塗布された塗布液の状態を間接的に示す膜厚情報を検出し、その検出結果に応じて塗布液への石英基板（押付部材）の押付タイミングを決定しているので、最適なタイミングで平坦化処理を実行することができ、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５６】
なお、この実施形態では、基板Ｗに塗布された塗布液の流動性や粘性などを膜厚情報に基づき指標しているが、他の物理量に基づき塗布液の状態を間接的に検出したり、あるいは塗布液の流動性や粘性を直接検出してもよく、こうして検出された結果に基づき平坦化処理の開始タイミングを決定するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、押付部材として石英基板を用いているが、押付部材はこれに限定されるものではなく、基板Ｗ上の塗布液と当接して塗布液を平坦化することができるものであれば、石英基板に代えて用いることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、この発明の一の態様によれば、基材に形成された薄膜の状態を検出し、その検出結果に応じて基板への薄膜の押付タイミングを制御するように構成しているので、最適なタイミングで転写処理を実行することができ、基材の周辺環境や薄膜の種類などを問わず、基板上に良好な薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる薄膜形成装置の一実施形態を装備した薄膜形成システムを示す図である。
【図２】この発明にかかる薄膜形成装置の一実施形態たる転写ユニットを示す図である。
【図３】図２に示す転写ユニットの動作を示すフローチャートである。
【図４】シートフィルム上に形成された膜厚の経時変化を示すグラフである。
【図５】図２に示す転写ユニットでの圧力調整動作を示すグラフである。
【図６】この発明にかかる薄膜形成装置の他の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図７】この発明にかかる薄膜形成装置の別の実施形態の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…処理容器
２…圧力調整部
３…制御部
８…シートフィルム（基材）
１１…薄膜形成室
１４…マスフローコントローラ（雰囲気調整手段）
７１，７５…加重モータ（押付け手段）
８０…膜厚検出器（検出手段）
３００…転写ユニット
Ｗ…基板
Claims (10)
- 基材に形成された薄膜を基板に転写して、前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、
その内部が薄膜形成室となっている処理容器と、
前記薄膜形成室内で、前記基板に対して前記基材を相対的に接近させて前記基材上の薄膜を前記基板に当接させるとともに該薄膜を前記基板に押し付ける押付け手段と、
前記基材に形成された薄膜の状態を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて前記押付け手段による前記基板への前記薄膜の押付タイミングを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項１記載の薄膜形成装置において、
前記検出手段は前記基材に形成された薄膜の膜厚に関する膜厚情報を取得するとともに、前記制御手段は前記膜厚情報により時間に対する膜厚の変化を求め、該膜厚変化に基づき前記押圧タイミングを決定することを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項１記載の薄膜形成装置において、
前記検出手段は前記基材に形成された薄膜の膜厚に関する膜厚情報を取得するとともに、前記制御手段は前記膜厚情報により前記基材に形成された薄膜の膜厚値を求め、該膜厚値に基づき前記押圧タイミングを決定することを特徴とする薄膜形成装置。 - 前記薄膜形成室内の雰囲気を調整する雰囲気調整手段をさらに備える請求項１ないし３のいずれか一項に記載の薄膜形成装置。
- 前記雰囲気調整手段は前記薄膜中の溶媒と同一成分を含む気体を前記薄膜形成室に供給して少なくとも前記基板と前記基材または前記押付部材との間を前記溶媒の飽和蒸気雰囲気に調整する請求項４記載の薄膜形成装置。
- 前記薄膜形成室内の圧力を調整する圧力調整手段をさらに備える請求項１ないし５のいずれか一項に記載の薄膜形成装置。
- 前記圧力調整手段は、前記薄膜形成室の圧力を急激に低下させた後に圧力変化が緩やかになるように前記薄膜形成室内の圧力を調整し、しかも、
前記制御手段は圧力変化が緩やかな状態で前記検出手段による検出結果に基づいて前記押付タイミングを決定する請求項６記載の薄膜形成装置。 - 前記検出手段は前記処理容器に設けられている請求項１ないし７のいずれか一項に記載の薄膜形成装置。
- 前記検出手段は前記処理容器の外側に設けられており、
前記制御手段は、前記検出手段の配設位置と前記処理容器との位置関係に基づき押付タイミングを決定する請求項１ないし７のいずれか一項に記載の薄膜形成装置。 - 基材上の薄膜を基板に転写して、前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法において、
基材に薄膜を形成する第１工程と、
前記基材に形成された前記薄膜が所定状態に達したことを検出する第２工程と、
前記第２工程における検出タイミングに対応し、基板に前記基材を相対的に接近させて前記基材上の薄膜を前記基板に当接させるとともに該薄膜を前記基板に押し付ける第３工程と
を備えたことを特徴とする薄膜形成方法。
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