JP2011231384A - 成膜装置及びアライメント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型基板であっても、基板とマスクとを精度良くアライメントを行うことができる技術を提供する。
【解決手段】プラズマCVD装置1は、真空処理槽2内に反応ガスを導入し、サセプタ4上に配置された基板10上にマスク7を介してCVD法で成膜するもので、マスク支持機構58と、駆動部53と、CCDカメラ51と、アライメント制御部6とを備える。真空処理槽2の本体部22には、マスク支持機構58の作動部材55を真空処理槽2の外部から内部へ貫通し且つアライメントの際マスク支持機構58の作動部材55が三次元的に移動可能な形状に形成された動作用孔部23を有する。マスク7を基板10から離間させた状態で、基板10とマスク7との重なり部分の像をCCDカメラ51で取り込み、アライメント制御部6にて得られた結果に基づき駆動部53を動作させ、マスク7のアライメントを行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば有機ＥＬディスプレイを製造する技術分野に関し、特にマスクを用いて基板上に膜を形成する技術に関する。

現在、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置は、電極に印加された電圧により有機ＥＬ薄膜が励起し、励起したエネルギーを光に変換することにより表示される装置である。有機ＥＬ薄膜自身が熱を発生しないで光を放出するのでバックライトが不用であるため、さらなる省エネ化と薄型化が実現可能であり、注目されている。

有機ＥＬ表示装置の製造過程では、表面に配線が形成された基板が真空処理槽内に搬入され、この基板上にマスクが配置される。
そして、機械的な手法によってマスクと基板のアライメントが行われた後、プラズマＣＶＤ等により、基板上に有機層や保護層等の成膜が行われる。
しかし、近年、基板の大型化に伴い、基板の撓み量が大きくなっているため、基板とマスクとを機械的な手法によって精度良くアライメントを行うことが困難になっている。

特開２００８−３１５２８号公報 特開２００７−３０６７６３号公報 特開２０１０−８６８０９号公報 特開２００９−６４６０８号公報

本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、大型基板であっても、基板とマスクとを精度良くアライメントを行うことができる技術を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明は、真空処理槽内に反応ガスを導入し、サセプタ上に配置された成膜対象物上にマスクを介してＣＶＤ法によって成膜を行う成膜装置であって、前記マスクを移動可能な状態で支持するマスク支持機構と、前記マスク支持機構を移動するための駆動手段と、前記成膜対象物と前記マスクとの重なり部分の像を取り込むための撮像手段と、前記撮像手段において得られた像を解析する一方で、当該解析結果に基づいて前記駆動手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記マスクを前記成膜対象物から離間させた状態で、当該成膜対象物と当該マスクとの重なり部分の像を前記撮像手段によって取り込み、前記制御手段によって得られた結果に基づいて前記駆動手段を動作させ、当該マスクのアライメントを行うように構成されたアライメント機構とを備え、前記真空処理槽は、その本体部に、前記マスク支持機構の動作部分を当該真空処理槽の外部から当該真空処理槽の内部へ貫通し且つ当該マスクのアライメントの際当該マスク支持機構の動作部分が三次元的に移動可能な形状に形成された動作用孔部を有するものである。
本発明では、前記マスク支持機構は、当該動作部分の移動によって前記真空処理槽内側の動作用孔部を塞ぐように構成された蓋部を有する場合にも効果的である。
本発明では、前記サセプタに光透過部が設けられるとともに、前記真空処理槽の本体壁部に光透過可能な窓部が設けられ、前記真空処理槽の外部に配置された前記撮像手段の撮像光路上に、前記真空処理槽の窓部、前記サセプタの光透過部、及び前記成膜対象物と前記マスクとの重なり部分が配置されるように構成されている場合にも効果的である。
本発明では、前記真空処理槽の窓部及び（又は）前記サセプタの光透過部がサファイアガラスからなる場合にも効果的である。
本発明では、前記真空処理槽に複数の本体部が設けられ、当該本体部に前記動作用孔部をそれぞれ有するとともに、当該真空処理槽の本体壁部に複数の窓部を有し、複数の前記アライメント機構によって前記マスクのアライメントを行うように構成されている場合にも効果的である。
一方、本発明は、上述したいずれかの成膜装置において、前記マスクのアライメントを行う方法であって、前記成膜対象物にアライメントマークを設ける一方で、前記マスクには前記アライメントマークに対応するアライメント用孔部を設け、前記サセプタ上に当該成膜対象物を配置するとともに前記マスクを前記成膜対象物から離間させた状態で、当該成膜対象物のアライメントマークと当該マスクのアライメント用孔部との重なり部分の像を前記撮像手段によって取り込み、前記制御手段によって得られた解析結果に基づいて前記駆動手段を動作させ、当該マスクを移動させてアライメントを行うアライメント方法である。

本発明の場合、アライメント機構が、マスクを成膜対象物から離間させた状態で、成膜対象物とマスクとの重なり部分の像を撮像手段によって取り込み、制御手段によって得られた結果に基づいて駆動手段を動作させてマスクのアライメントを行うように構成され、さらに、真空処理槽の本体部に、マスク支持機構の動作部分を当該真空処理槽の外部から真空処理槽の内部へ貫通し且つマスクのアライメントの際マスク支持機構の動作部分が三次元的に移動可能な形状に形成された動作用孔部を有していることから、成膜対象物が大型化した場合であっても、その撓み量に応じて成膜対象物とマスクとのアライメントを円滑に行うことができ、これにより従来技術の機械的手法に比べてアライメントの精度を向上させることができる。
本発明において、マスク支持機構の動作部分の移動によって真空処理槽内側の動作用孔部を塞ぐように構成された蓋部を設ければ、ＣＶＤ法による成膜の際にマスク支持機構の動作部分が反応ガスに曝されることなく、また動作用孔部を介して反応ガスが流れ出すことがないので真空排気時のコンダクタンス量の調整を容易に行うことができる。
本発明において、サセプタに光透過部が設けられるとともに、真空処理槽の本体壁部に光透過可能な窓部が設けられ、真空処理槽の外部に配置された撮像手段の撮像光路上に、真空処理槽の窓部、サセプタの光透過部、及び成膜対象物とマスクとの重なり部分が配置されるように構成されている場合には、撮像手段が反応ガスに曝されることがなく、長期間にわたって高精度のマスクアライメントを行うことができる。
本発明において、真空処理槽の窓部及び（又は）サセプタの光透過部がサファイアガラスからなる場合には、反応ガス等による真空処理槽の窓部やサセプタの光透過部の透光性劣化を防止することができ、長期間にわたって高精度のアライメントを行うことができる。
本発明において、真空処理槽の本体部に複数の孔部を有するとともに、真空処理槽の本体壁部に複数の窓部を有し、複数のアライメント機構によってマスクのアライメントを行うように真空処理槽に複数の本体部が設けられ、これら本体部に前述の動作用孔部をそれぞれ有するとともに、真空処理槽の本体壁部に複数の窓部を有し、複数のアライメント機構によってマスクのアライメントを行うように構成されているので、より高精度のマスクアライメントを行うことができる。
一方、上述した本発明において、成膜対象物にアライメントマークを設ける一方で、マスクにはアライメントマークに対応するアライメント用孔部を設け、サセプタ上に成膜対象物を配置するとともにマスクを成膜対象物から離間させた状態で、成膜対象物とマスクとの重なり部分の像を撮像手段によって取り込み、制御手段によって得られた解析結果に基づいて駆動手段を動作させ、マスクを移動させてアライメントを行うことにより、成膜対象物が大型化した場合であっても、また成膜対象物の大きさにかかわらず、簡易な方法で高精度のマスクアライメントを行うことができる。

本発明によれば、従来技術の機械的手法に比べてアライメントの精度を向上させることができる。

本発明を実施するためのプラズマＣＶＤ装置の内部構成を示す部分断面図 同実施の形態に用いられるマスク装置を示す平面図 同実施の形態におけるアライメント機構の構成を示す部分断面図 同実施の形態におけるアライメント時の動作を示す部分断面図 同実施の形態における成膜時の動作を示す部分断面図

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明を実施するためのプラズマＣＶＤ装置の内部構成を示す部分断面図、図２は、本実施の形態に用いられるマスク装置を示す平面図、図３は、本実施の形態におけるアライメント機構の構成を示す部分断面図である。

図１に示すように、本実施の形態のプラズマＣＶＤ装置（成膜装置）１は、図示しない真空排気系に接続され接地された真空処理槽２を有し、この真空処理槽２の上部に、シャワーヘッド３が設けられている。
シャワーヘッド３の真空処理槽２に対して外側部分（図１中上側部分）には、図示しないＲＦ電源に接続されたカソード電極３０を有している。

さらに、シャワーヘッド３の真空処理槽２の室内側部分（図１中下側部分）には、複数の孔部３１を有するシャワープレート３２が設けられている。
そして、これらカソード電極３０とシャワープレート３２との間には空間３３が設けられ、この空間３３内に原料ガスが導入されるように構成されている（詳細図示せず）。
真空処理槽２内には、基板（成膜対象物）１０を載置するための例えば平板状のサセプタ４が設けられている。このサセプタ４内には図示しないヒーターが設けられている。

本実施の形態の場合、サセプタ４と真空処理槽２の内壁との間には均一のクリアランスが設けられており、これにより反応ガスがサセプタ４の上方から下方の真空排気口（図示せず）に向って均一に流れるように構成されている。
サセプタ４の例えば下部には駆動部４０が設けられており、この駆動部４０を、真空処理槽２外部に設けられた昇降機構（図示せず）によって上下動させることにより、サセプタ４が上下方向に移動するように構成されている。

本実施の形態の場合、サセプタ４には、複数個（例えば、４〜６個）の光透過部４１が例えば鉛直方向（Ｙ軸方向）に延びサセプタ４を貫通するように設けられている。
これら光透過部４１は、光を透過可能な材料で、かつ、熱及びプラズマに対する耐性（劣化しにくい）を有する材料、例えばサファイアガラスからなるものを好適に用いることができる。

また、真空処理槽２の底壁部（壁部）２０には、上記サセプタ４の各光透過部４１の直下の部位に、複数個の窓部２１が設けられている。
これらの窓部２１は、サセプタ４の光透過部４１と同様に、光を透過可能な材料で、かつ、熱及びプラズマに対する耐性を有する材料、例えばサファイアガラスからなるものを好適に用いることができる。

本実施の形態においては、後述するように、複数のアライメント（位置合わせ）手段５が設けられている。なお、本実施の形態では、各アライメント手段５の構成は同一のものとし、図１及び図３を参照してアライメント手段５の構成を説明する。

本実施の形態のアライメント手段５は、例えば真空処理槽２外部の下方に設けられた基台５０をそれぞれ有している。
この基台５０は、その上面が平面状に形成され、この基台５０の上面に、ＣＣＤカメラ（撮像手段）５１が設けられている。
このＣＣＤカメラ５１は、鉛直上方に延びる本体部５１ａを有し、この本体部５１ａの先端部に撮像部５１ｂが設けられている。

本実施の形態では、ＣＣＤカメラ５１の撮像部５１ｂが、上述した真空処理槽２底部の窓部２１に近接するように配置構成され、この窓部２１及びサセプタ４の光透過部４１を介して光透過部４１上の像を取り込むようにその光路が設定されている。
そして、ＣＣＤカメラ５１は、アライメント制御部（制御手段）６に電気的に接続されている。このアライメント制御部６は、コンピュータ等を有し、ＣＣＤカメラ５１によって取り込んだ画像を処理して解析する機能を有している。

図２に示すように、本実施の形態に用いるマスク７は、例えば、二酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる矩形リング形状の枠体７０を有し、この枠体７０の内縁部を掛け渡すように、例えば金属又は耐熱性樹脂からなるテープ状のシャドーマスク７２が所定の間隔をおいて複数設けられている。

本例では、この枠体７０の内側の各隅部にアライメント部７０ａが突出形成されており、各アライメント部７０ａの所定の位置には、例えば真円形状のアライメント用孔部７１がアライメント部７０ａを貫通するように設けられている。
そして、これらアライメント用孔部７１は、アライメントの対象となる基板１０に設けたアライメントマーク１１と対応する位置に設けられている。

一方、基台５０上には、アライメント機構５２が設けられている。
このアライメント機構５２は、例えば鉛直方向に延びる軸状の駆動部（駆動手段）５３を有し、この駆動部５３を、三次元的、すなわち、水平（Ｘ軸、Ｙ軸）方向へ所定量移動可能な機能と、鉛直（Ｚ軸）方向へ所定量移動可能な機能と、水平方向に関して所定角度（θ）回転可能な機能とを有している。

アライメント機構５２の駆動部５３の上端部には、マスク支持機構５８が設けられている。このマスク支持機構５８は、アライメント機構５２の駆動部５３の上端部に固定された水平方向に延びる例えば平板状の連結部材５４を有し、さらに、この連結部材５４上には、アライメント機構５２の駆動部５３の回転軸に対してずらせた位置に、鉛直方向に延びる例えば棒状の作動部材（動作部分）５５が固定されている。

本実施の形態の場合は、真空処理槽２内の下側の例えば隅部に設けた本体部２２に、作動部材５５より若干大きい内径を有する動作用孔部２３が本体部２２を鉛直方向に貫通するように形成され、この本体部２２より長さが長い作動部材５５を動作用孔部２３内に挿入することにより、作動部材５５の先端部（上端部）が真空処理槽２内部の成膜室２ａ内に位置するように構成されている。
さらに、作動部材５５の先端部には、蓋部である例えば平板状の支持蓋部材５６が水平方向に向けて固定され、この支持蓋部材５６の真空処理槽２内方側の端部によってマスク７の縁部を支持するように構成されている。

本発明の場合、蓋部である支持蓋部材５６の形状及び大きさは特に限定されることはないが、ＣＶＤ法による成膜の際に作動部材５５が反応ガスに曝されること及び動作用孔部２３を介して反応ガスが流れ出すことを防止する観点からは、支持蓋部材５６の下面が本体部２２の上面２２ａと密着して動作用孔部２３のを塞ぐ形状及び大きさに設定することが好ましい。

なお、真空処理槽２の本体部２２の動作用孔部２３は、真空処理槽２の外部側において、作動部材５５の周囲にベローズ５７が設けられ、これにより真空状態を保持しつつアライメント機構５２を動作させることができるようになっている。
アライメント機構５２は、アライメント制御部６に電気的に接続され、アライメント制御部６からの出力情報に基づいて動作するように構成されている。

図４は、本実施の形態におけるアライメント時の動作を示す部分断面図、図５は、本実施の形態における成膜時の動作を示す部分断面図である。
図４に示すように、本実施の形態においてマスク７のアライメントを行う場合には、図示しない搬送ロボットによって基板１０をサセプタ４上に載置し、アライメントマーク１１がサセプタ４の光透過部４１上に配置されるようにする。これにより、サセプタ４の光透過部４１の表面は、基板１０によって覆われる。

一方、各アライメント機構５２の支持蓋部材５６によってマスク７を支持し、マスク７を基板１０から離間させた状態で、基板１０のアライメントマーク１１とマスク７のアライメント用孔部７１との重なり部分の像をＣＣＤカメラ５１によって取り込み、この像をアライメント制御部６によって解析する。

この場合、例えば基板１０のアライメントマーク１１とマスク７のアライメント用孔部７１の中心点の距離をそれぞれ測定し、得られた各データに基づいてアライメント機構５２を動作させ、マスク７を三次元的に移動させて基板１０とマスク７とのアライメントを行う。
このアライメント作業が終了した後、図５に示すように、サセプタ４を上昇させてマスク７を基板１０上に載置して所定の成膜位置まで移動させる。

その一方、アライメント機構５２を動作させて支持蓋部材５６を下降させ、真空処理槽２の本体部２２の上面２２ａに密着させる。これにより、真空処理槽２内側の動作用孔部２３が支持蓋部材５６によって塞がれる。
そして、この状態で、プラズマＣＶＤによる所定の成膜工程を行う。

以上述べたように本実施の形態においては、アライメント機構５２が、マスク７を基板１０から離間させた状態で、基板１０とマスク７との重なり部分の像をＣＣＤカメラ５１によって取り込み、アライメント制御部６によって得られた結果に基づいて駆動手段を動作させてマスク７のアライメントを行うように構成され、さらに、真空処理槽２の本体部２２に、マスク支持機構５８の作動部材５５を真空処理槽２の外部から真空処理槽２の内部へ貫通し且つマスク７のアライメントの際作動部材５５が三次元的に移動可能な形状に形成された動作用孔部２３を有していることから、基板１０が大型化した場合であっても、その撓み量に応じて基板１０とマスク７とのアライメントを円滑に行うことができ、これにより従来技術の機械的手法に比べてアライメントの精度を向上させることができる。

また、成膜の際にはサセプタ４の光透過部４１上に基板１０が配置され、光透過部４１が露出しないので、成膜の際に光透過部４１上には成膜されず汚染されることがない。
また、本実施の形態では、真空処理槽２の本体部２２に、マスク支持機構５８の作動部材５５を真空処理槽２の外部から真空処理槽２の内部へ貫通し且つマスク７のアライメントの際作動部材５５が三次元的に移動可能な形状に形成された動作用孔部２３が設けられるとともに、マスク支持機構５８の作動部材５５の移動によって真空処理槽２内側の動作用孔部２３を塞ぐように構成された支持蓋部材５６が設けれているので、ＣＶＤ法による成膜の際にマスク支持機構５８の作動部材５５が反応ガスに曝されることなく、また動作用孔部２３を介して反応ガスが流れ出すことがない。

さらに、マスク支持機構５８の作動部材５５が、サセプタ４の周囲に配置されていないので、サセプタ４の周囲のガス流路を妨げることがなく、成膜される膜の分布に影響を与えることがなく、またプラズマの発生に影響を与えることもない。
さらにまた、サセプタ４と真空処理槽２の内壁との間には均一のクリアランスが設けられており、これにより反応ガスがサセプタ４の上方から下方の真空排気口に向って均一に流れることから、成膜の際にコンダクタンスを均一にすることができる。

さらに、本実施の形態では、サセプタ４に光透過部４１が設けられるとともに、真空処理槽２の本体壁部に光透過可能な窓部２１が設けられ、真空処理槽２の外部に配置されたＣＣＤカメラ５１の撮像光路上に、真空処理槽２の窓部２１、サセプタ４の光透過部４１、及び基板１０とマスク７との重なり部分が配置されるように構成されていることから、ＣＣＤカメラ５１が反応ガスに曝されることがなく、長期間にわたって高精度のマスクアライメントを行うことができる。

さらにまた、本実施の形態では、真空処理槽２の窓部２１及びサセプタ４の光透過部４１がサファイアガラスからなるため、反応ガス等による真空処理槽２の窓部２１やサセプタ４の光透過部４１の透光性劣化を防止することができ、長期間にわたって高精度のアライメントを行うことができる。
加えて、本実施の形態では、真空処理槽２の本体部２２に複数のアライメント用孔部７１を有するとともに、真空処理槽２の底壁部２０に複数の窓部２１を有し、複数のアライメント機構５２によってマスク７のアライメントを行うように構成すれば、より高精度のマスクアライメントを行うことができる。

一方、本実施の形態では、基板１０にアライメントマーク１１を設ける一方で、マスク７にはアライメントマーク１１に対応するアライメント用孔部７１を設け、サセプタ４上に基板１０を配置するとともにマスク７を基板１０から離間させた状態で、基板１０のアライメントマーク１１とマスク７のアライメント用孔部７１との重なり部分の像をＣＣＤカメラ５１によって取り込み、アライメント制御部６によって得られた結果に基づいてアライメント制御部６を動作させ、マスク７を移動させてアライメントを行うことから、基板１０が大型化した場合であっても、また基板１０の大きさにかかわらず、簡易な方法で高精度のマスクアライメントを行うことができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上記実施の形態では、撮像手段としてＣＣＤカメラを用いたが、本発明はこれに限られず、ＣＭＯＳセンサからなるものを用いることもできる。
また、マスクとしては、上述したシャドーマスク７２を有するもののほか、種々のマスクを用いることができる。

さらに、上記実施の形態では、マスク７に突出形成したアライメント部７０ａにアライメント用孔部７１を設けるようにしたが、本発明はこれに限られず、マスク７の枠体７０自体にアライメント用孔部７１を直接設けることもできる。
さらにまた、貫通孔からなるアライメント孔のみならず、マスク７に切り欠き状のアライメント部を設けることもできる。
さらにまた、本発明はプラズマＣＶＤ装置のみならず、種々のＣＶＤ装置に適用することができるものである。

１…プラズマＣＶＤ装置（成膜装置）
２…真空処理槽
３…シャワーヘッド
４…サセプタ
５…アライメント手段
６…アライメント制御部（制御手段）
７…マスク
１０…基板（成膜対象物）
２０…底壁部（壁部）
２１…窓部
２２…本体部
２３…動作用孔部
４１…光透過部
５０…基台
５１…ＣＣＤカメラ（撮像手段）
５２…アライメント機構
５３…駆動部（駆動手段）
５５…作動部材（動作部分）
５６…支持蓋部材（蓋部）
５８…マスク支持機構
７０…枠体
７０ａ…アライメント部
７１…アライメント用孔部

Claims (6)

1. 真空処理槽内に反応ガスを導入し、サセプタ上に配置された成膜対象物上にマスクを介してＣＶＤ法によって成膜を行う成膜装置であって、
   前記マスクを移動可能な状態で支持するマスク支持機構と、
   前記マスク支持機構を移動するための駆動手段と、
   前記成膜対象物と前記マスクとの重なり部分の像を取り込むための撮像手段と、
   前記撮像手段において得られた像を解析する一方で、当該解析結果に基づいて前記駆動手段の動作を制御する制御手段と、
   前記マスクを前記成膜対象物から離間させた状態で、当該成膜対象物と当該マスクとの重なり部分の像を前記撮像手段によって取り込み、前記制御手段によって得られた結果に基づいて前記駆動手段を動作させ、当該マスクのアライメントを行うように構成されたアライメント機構とを備え、
   前記真空処理槽は、その本体部に、前記マスク支持機構の動作部分を当該真空処理槽の外部から当該真空処理槽の内部へ貫通し且つ当該マスクのアライメントの際当該マスク支持機構の動作部分が三次元的に移動可能な形状に形成された動作用孔部を有する成膜装置。
2. 前記マスク支持機構は、当該動作部分の移動によって前記真空処理槽内側の動作用孔部を塞ぐように構成された蓋部を有する請求項１記載の成膜装置。
3. 前記サセプタに光透過部が設けられるとともに、前記真空処理槽の本体壁部に光透過可能な窓部が設けられ、前記真空処理槽の外部に配置された前記撮像手段の撮像光路上に、前記真空処理槽の窓部、前記サセプタの光透過部、及び前記成膜対象物と前記マスクとの重なり部分が配置されるように構成されている請求項１又は２のいずれか１項記載の成膜装置。
4. 前記真空処理槽の窓部及び（又は）前記サセプタの光透過部がサファイアガラスからなる請求項１乃至３のいずれか１項記載の成膜装置。
5. 前記真空処理槽に複数の本体部が設けられ、当該本体部に前記動作用孔部をそれぞれ有するとともに、当該真空処理槽の本体壁部に複数の窓部を有し、複数の前記アライメント機構によって前記マスクのアライメントを行うように構成されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の成膜装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の成膜装置において、前記マスクのアライメントを行う方法であって、
   前記成膜対象物にアライメントマークを設ける一方で、前記マスクには前記アライメントマークに対応するアライメント用孔部を設け、前記サセプタ上に当該成膜対象物を配置するとともに前記マスクを前記成膜対象物から離間させた状態で、当該成膜対象物のアライメントマークと当該マスクのアライメント用孔部との重なり部分の像を前記撮像手段によって取り込み、前記制御手段によって得られた解析結果に基づいて前記駆動手段を動作させ、当該マスクを移動させてアライメントを行うアライメント方法。

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