JP2020111822A - 成膜装置、成膜方法、および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

成膜装置、成膜方法、および電子デバイスの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】アライメント時の基板とマスク間の近接または離間動作及び水平面内における相対位置調整動作を効率的かつ高精度に行う。【解決手段】本発明の成膜装置は、基板にマスクを介して成膜材料を成膜するための成膜装置であって、真空容器と、前記真空容器内に設けられ、基板を吸着して保持するための基板支持手段と、前記真空容器内に設けられ、マスクを支持するためのマスク支持ユニットと、前記真空容器内に設けられ、前記基板支持手段の位置を調整するための磁気浮上ステージ機構と、前記基板支持手段の支持面に対して垂直方向に、前記マスク支持ユニットが近接または離間するように前記マスク支持ユニットを移動させるためのマスク支持ユニット移動機構とを含むことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、成膜装置、成膜方法、および電子デバイスの製造方法に関するものである。
有機ＥＬ表示装置（有機ＥＬディスプレイ）は、スマートフォン、テレビ、自動車用ディスプレイだけでなく、ＶＲ−ＨＭＤ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）などにその応用分野が広がっており、特に、ＶＲ−ＨＭＤに用いられるディスプレイは、ユーザーの目まいを防止するために画素パターンを高精度で形成することが求められる。
有機ＥＬ表示装置の製造においては、有機ＥＬ表示装置を構成する有機発光素子（有機ＥＬ素子；ＯＬＥＤ）を形成する際に、成膜装置の成膜源から放出された成膜材料を、画素パターンが形成されたマスクを介して、基板に成膜することで、有機物層や金属層を形成する。
このような成膜装置においては、成膜精度を高めるために、基板とマスクの相対位置を測定し、相対位置がずれている場合には、基板および／またはマスクを相対的に移動させて位置を調整（アライメント）する。
特開２０１２−０３３４６８号公報
このような基板とマスクのアライメント時には、基板とマスク間の相対距離を近接または離間させる動作と、水平面内における相対的位置ずれを調整する動作が繰り返し行われる。このため基板を支持する手段および／またはマスクを支持する手段を相互移動させるための駆動機構が成膜装置に設置される。
本発明は、アライメント時の基板とマスク間の近接または離間動作および水平面内における相対位置調整動作を効率的かつ高精度に行うことを目的とする。
本発明の一実施形態による成膜装置は、基板にマスクを介して成膜材料を成膜するための成膜装置であって、真空容器と、前記真空容器内に設けられ、基板を支持するための基板支持手段と、前記真空容器内に設けられ、マスクを支持するためのマスク支持ユニットと、前記真空容器内に設けられ、前記基板支持手段の位置を調整するための磁気浮上ステージ機構と、前記基板支持手段の支持面に対して垂直方向に、前記マスク支持ユニットが近接または離間するように前記マスク支持ユニットを移動させるためのマスク支持ユニット移動機構とを含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態による成膜方法は、基板上にマスクを介して成膜材料を成膜するための成膜方法であって、成膜装置内に搬入されたマスクをマスク支持ユニットで支持するステップと、成膜装置内に搬入された基板を基板支持手段により支持するステップと、前記マスク支持ユニットを前記基板支持手段に対して近接または離間するように移動させながら、前記基板支持手段の支持面に平行な面内において、前記基板と前記マスク間の相対的位置ずれを調整するアライメントステップと、成膜源から飛散した成膜材料を前記マス
クを介して前記基板に成膜するステップと含み、前記アライメントステップにおいて、前記マスク支持ユニットを前記基板支持手段に対して近接または離間するように移動させることは、駆動用モータと、前記駆動用モータの回転駆動力を直線駆動力に変換して前記マスク支持ユニットに伝える駆動力伝達機構とを含むマスク支持ユニット移動機構によって行い、前記基板支持手段の支持面に平行な面内における前記基板と前記マスク間の相対的位置ずれを調整することは、磁気浮上ステージ機構により前記基板支持手段の位置を調整することによって行うことを特徴とする。
本発明の一実施形態による電子デバイスの製造方法は、前記成膜方法を使用して電子デバイスを製造することを特徴とする。
本発明によれば、アライメント時の基板とマスク間の近接または離間動作及び水平面内における相対位置調整動作を効率的かつ高精度に行うことができる。
図１は、電子デバイスの製造装置の一部の模式図である。 図２は、本発明の一実施形態による成膜装置の模式図である。 図３Ａは、本発明の一実施形態による磁気浮上ステージ機構の模式図である。 図３Ｂは、本発明の一実施形態による磁気浮上ステージ機構の模式図である。 図３Ｃは、本発明の一実施形態による磁気浮上ステージ機構の模式図である。 図３Ｄは、本発明の一実施形態による磁気浮上ステージ機構の模式図である。 図４は、本発明の一実施形態によるマスク支持ユニット及びマスク支持ユニット昇降機構の構成を説明するための図である。 図５は、マスクピックアップの設置に関する変形例の構成を示す図である。 図６は、本発明の一実施形態による成膜方法により製造される電子デバイスを示す模式図である。 図７は、本発明の一実施形態によるアライメント及び成膜工程を説明するフロー図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施形態及び実施例を説明する。ただし、以下の実施形態及び実施例は、本発明の好ましい構成を例示的に示すものであり、本発明の範囲は、これらの構成に限定されない。また、以下の説明における、装置のハードウェア構成及びソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状などは、特に限定的な記載がない限り、本発明の範囲をこれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、基板の表面に各種材料を堆積させて成膜を行う装置に適用することができ、真空蒸着によって所望のパターンの薄膜（材料層）を形成する装置に好適に適用することができる。
基板の材料としては、半導体（例えば、シリコン）、ガラス、樹脂、高分子材料のフィルム、金属などの任意の材料を選ぶことができ、基板は、例えば、シリコンウエハ、又はガラス基板上にポリイミドなどのフィルムが積層された基板であってもよい。また、成膜材料としても、有機材料、金属性材料（金属、金属酸化物など）などの任意の材料を選ぶことができる。
なお、本発明は、加熱蒸発による真空蒸着装置以外にも、スパッタ装置やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を含む成膜装置にも、適用することができる。本発明の技術は、具体的には、半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品などの各種電子デバイスや、光学部品などの製造装置に適用可能である。電子デバイスの具体例としては、発光素子や光電変換素子、タッチパネルなどが挙げられる。
本発明は、中でも、ＯＬＥＤなどの有機発光素子や、有機薄膜太陽電池などの有機光電変換素子の製造装置に好ましく適用可能である。なお、本発明における電子デバイスは、発光素子を備えた表示装置（例えば有機ＥＬ表示装置）や照明装置（例えば有機ＥＬ照明装置）、光電変換素子を備えたセンサ（例えば有機ＣＭＯＳイメージセンサ）も含むものである。
＜電子デバイスの製造装置＞
図１は、電子デバイスの製造装置の一部の構成を模式的に示す平面図である。
図１の製造装置は、例えば、ＶＲ−ＨＭＤ用の有機ＥＬ表示装置の表示パネルの製造に用いられる。ＶＲ−ＨＭＤ用の表示パネルの場合、例えば、所定のサイズのシリコンウエハに有機ＥＬ素子の形成のための成膜を行った後、素子形成領域の間の領域（スクライブ領域）に沿って該シリコンウエハを切り出して、複数の小さなサイズのパネルに製作する。
本実施形態に係る電子デバイスの製造装置は、一般的に、複数のクラスタ装置１と、クラスタ装置１の間を繋ぐ中継装置とを含む。
クラスタ装置１は、基板Ｗに対する処理（例えば、成膜）を行う成膜装置１１と、使用前後のマスクを収納するマスクストック装置１２と、その中央に配置される搬送室１３（搬送装置）と、を備える。搬送室１３は、図１に示したように、複数の成膜装置１１およびマスクストック装置１２のそれぞれと接続される。
搬送室１３内には、基板Ｗおよびマスクを搬送する搬送ロボット１４が配置される。搬送ロボット１４は、例えば、多関節アームに、基板Ｗ又はマスクを保持するロボットハンドが取り付けられた構造を有するロボットである。
成膜装置１１では、成膜源から放出された成膜材料がマスクを介して基板Ｗ上に成膜される。搬送ロボット１４との基板Ｗの受け渡し、基板Ｗとマスクの相対位置の調整（アライメント）、マスク上への基板Ｗの固定、成膜などの一連の成膜プロセスは、成膜装置１１によって行われる。
有機ＥＬ表示装置を製造するための製造装置において、成膜装置１１は、成膜される材料の種類によって、有機膜の成膜装置と金属性膜の成膜装置に分けることができ、有機膜の成膜装置は、有機物の成膜材料を蒸着又はスパッタリングによって基板Ｗに成膜し、金属性膜の成膜装置は、金属性の成膜材料を蒸着またはスパッタリングにより基板Ｗに成膜する。
有機ＥＬ表示装置を製造するための製造装置において、どの成膜装置をどの位置に配置するかは、製造される有機ＥＬ素子の積層構造によって異なり、有機ＥＬ素子の積層構造に応じてこれを成膜するための複数の成膜装置が配置される。
有機ＥＬ素子の場合、通常、アノードが形成されている基板Ｗ上に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、カソードがこの順に積層される構造を有し、これらの層を順次成膜できるように基板Ｗの流れ方向に沿って適切な成膜装置が配置される。
例えば、図１において、基板Ｗに対して、成膜装置１１ａは、正孔注入層および／または正孔輸送層を成膜し、成膜装置１１ｂ、１１ｆは、青色の発光層を、成膜装置１１ｃは、赤色の発光層を、成膜装置１１ｄ、１１ｅは、緑色の発光層を、成膜装置１１ｇは、電子輸送層および／または電子注入層を、成膜装置１１ｈは、カソード金属膜を成膜するように、成膜装置１１ａ〜１１ｈが配置される。図１に示した実施例では、素材の特性上、青色の発光層と緑色の発光層の成膜速度が赤色の発光層の成膜速度より遅いので、処理速度のバランスを取るために青色の発光層と緑色の発光層とをそれぞれ２つの成膜装置で成膜するようにしているが、本発明はこれに限定されず、他の配置構造を有してもよい。
マスクストック装置１２には、成膜装置１１での成膜工程に使われる新しいマスクと、使用済みのマスクとが、複数のカセットに分けて収納される。搬送ロボット１４は、使用済みのマスクを成膜装置１１からマスクストック装置１２のカセットに搬送し、マスクストック装置１２の他のカセットに収納されている新しいマスクを成膜装置１１に搬送する。
複数のクラスタ装置１の間を連結する中継装置は、クラスタ装置１の間で基板Ｗを搬送するパス室１５を含む。
搬送室１３の搬送ロボット１４は、上流側のパス室１５から基板Ｗを受け取って、当該クラスタ装置１内の成膜装置１１の一つ（例えば、成膜装置１１ａ）に搬送する。また、搬送ロボット１４は、当該クラスタ装置１での成膜処理が完了した基板Ｗを複数の成膜装置１１の一つ（例えば、成膜装置１１ｂ）から受け取って、下流側に連結されたパス室１５に搬送する。
中継装置は、パス室１５の他に、上下流のクラスタ装置１での基板Ｗの処理速度の差を吸収するためのバッファ室（不図示）、及び基板Ｗの方向を変えるための旋回室（不図示）をさらに含むことができる。例えば、バッファ室は、複数の基板Ｗを一時的に格納する基板積載部を含み、旋回室は、基板Ｗを１８０度回転させるための基板回転機構（例えば、回転ステージまたは搬送ロボット）を含む。これにより、上流側のクラスタ装置１と下流側のクラスタ装置１で基板Ｗの向きが同一となり、基板処理が容易になる。
本発明の一実施形態によるパス室１５は、複数の基板Ｗを一時的に載置するための基板積載部（不図示）や基板回転機構を含んでもよい。つまり、パス室１５が、バッファ室や旋回室の機能を兼ねてもよい。
クラスタ装置１を構成する成膜装置１１、マスクストック装置１２、搬送室１３は、有機発光素子の製造過程で、高真空状態に維持される。中継装置のパス室１５は、通常、低真空状態に維持されるが、必要に応じて高真空状態に維持されてもよい。
有機ＥＬ素子を構成する複数の層の成膜が完了した基板Ｗは、有機ＥＬ素子を封止するための封止装置（不図示）や基板Ｗを所定のパネルサイズに切断するための切断装置（不図示）などに搬送される。
本実施例では、図１を参照して電子デバイスの製造装置の構成について説明したが、本発明はこれに限定されず、他の種類の装置やチャンバを有してもよく、これらの装置やチャンバ間の配置が変わってもよい。
例えば、本発明の一実施形態による電子デバイス製造装置は、図１に示したクラスタタイプではなく、インラインタイプであってもよい。つまり、電子デバイス製造装置は、基板Ｗとマスクをキャリアに搭載して、一列に並んだ複数の成膜装置内を搬送させながら成膜を行う構成を有してもよい。また、電子デバイス製造装置は、クラスタタイプとインラインタイプを組み合わせたタイプの構造を有してもよい。例えば、有機層の成膜まではク
ラスタタイプの製造装置で行い、電極層（カソード層）の成膜工程から封止工程及び切断工程などは、インラインタイプの製造装置で行ってよい。
以下、成膜装置１１の具体的な構成について説明する。
＜成膜装置＞
図２は、本発明の一実施形態による成膜装置１１の構成を示す模式図である。以下の説明においては、鉛直方向をＺ方向とし、水平面をＸＹ平面とするＸＹＺ直交座標系を用いる。また、Ｘ軸まわりの回転角をθＸ、Ｙ軸まわりの回転角をθＹ、Ｚ軸まわりの回転角をθＺで表す。
図２は、成膜材料を加熱することによって蒸発または昇華させ、マスクＭを介して基板Ｗに成膜する成膜装置１１の一例を示している。
成膜装置１１は、真空雰囲気又は窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気に維持される真空容器２１と、真空容器２１内に設けられ、基板Ｗの位置を少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθＺ方向に調整するための磁気浮上ステージ機構２２と、真空容器２１内に設けられ、マスクＭを支持するマスク支持ユニット２３と、真空容器２１内に設けられ、基板Ｗを吸着して保持する基板吸着手段２４と、真空容器２１内に設けられ、成膜材料を収納し、成膜時にこれを粒子化して放出する成膜源２５とを含む。
本発明の一実施形態による成膜装置１１は、磁気力によってマスクＭを基板Ｗ側に密着させるための磁力印加手段２６をさらに含むことができる。
本発明の一実施形態による成膜装置１１の真空容器２１は、磁気浮上ステージ機構２２が配置される第１真空容器部２１１と、成膜源２５が配置される第２真空容器部２１２とを含む。第１真空容器部２１１内には、磁気浮上ステージ機構２２の他に、マスク支持ユニット２３と基板吸着手段２４も配置することができる。真空容器２１は、例えば、第２真空容器部２１２に接続された真空ポンプ（不図示）によって高真空状態に維持される。
また、少なくとも第１真空容器部２１１と第２真空容器部２１２との間には、伸縮可能部材２１３が設置される。伸縮可能部材２１３は、第２真空容器部２１２に連結される真空ポンプからの振動や、成膜装置１１が設けられた床又はフロアからの振動が、第２真空容器部２１２を通して第１真空容器部２１１に伝わることを低減する。このように、第１真空容器部２１１と第２真空容器部２１２との間に、第２真空容器部２１２から第１真空容器部２１１に伝わる振動を抑制する抑制手段としての伸縮可能部材２１３が設けられている。伸縮可能部材２１３は、例えば、ベローズであり得るが、本発明はこれに限定されず、第１真空容器部２１１と第２真空容器部２１２との間で振動の伝達を低減することができる限り、他の部材を使用してもよい。
シリコンウエハのような基板Ｗに高精度で微細パターンを成膜するためには、粒子化された成膜材料が成膜源２５からマスクＭを介して基板Ｗに入射する角度を大きくすること（すなわち、基板Ｗの成膜面にほぼ垂直に入射すること）が好ましく、そのために、成膜源２５から基板Ｗまでの距離を大きくすることが一般的である。このような構成において、基板Ｗの位置を調整するためのアライメントステージ機構は、比較的高い位置に設置されるため、真空ポンプや床からの振動のような外乱の影響を大きく受けることになる。これはアライメントステージ機構による基板Ｗの位置調整の精度を低下させとともに、基板ＷのマスクＭに対するアライメント精度を低下させ、その結果、成膜精度を低下させる主な要因となる。
このような問題を解決するため、本発明の一実施形態による成膜装置１１は、真空容器２１を複数の容器部（第１真空容器部２１１と第２真空容器部２１２）に分け、その間に伸縮可能部材２１３を設けることによって、磁気浮上ステージ機構２２が設置される第１
真空容器部２１１に外部振動が伝わることを低減することができる。
真空容器２１は、磁気浮上ステージ機構２２が固定連結される基準プレート２１４と、基準プレート２１４を所定の高さに支持するための基準プレート支持部２１５とをさらに含む。本発明の一実施例においては、図２に示したように、基準プレート２１４と第１真空容器部２１１との間にも伸縮可能部材２１３をさらに設置してもよい。これにより、基準プレート２１４を介して磁気浮上ステージ機構２２に外部振動が伝わることをさらに低減することができる。
基準プレート支持部２１５と成膜装置の設置架台２１７との間には、床又はフロアから成膜装置１１の設置架台２１７を通して基準プレート支持部２１５に振動が伝わることを低減するための除振ユニット２１６が設置される。
磁気浮上ステージ機構２２は、磁気浮上リニアモータによって基板Ｗまたは基板吸着手段２４の位置を調整するためのステージ機構であって、少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθＺ方向、好ましくは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θＸ方向、θＹ方向、θＺ方向の６つの方向における基板Ｗまたは基板吸着手段２４の位置を調整する。
Ｘ方向およびＹ方向は、基板吸着手段２４の吸着面に平行な方向である。Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向の両方と交差する方向である。θＸ方向は、Ｘ軸周りの回転方向である。θＹ方向は、Ｙ軸周りの回転方向である。θＺ方向は、Ｚ軸周りの回転方向である。
磁気浮上ステージ機構２２は、固定台（固定プレート部）として機能するステージ基準プレート部２２１（第１プレート部）と、可動台（可動プレート部）として機能する微動ステージプレート部２２２（第２プレート部）と、微動ステージプレート部２２２をステージ基準プレート部２２１に対して磁気浮上及び移動させるための磁気浮上ユニット２２３とを含む。磁気浮上ステージ機構２２の具体的な構成については、図３Ａ〜図３Ｄを参照して、後述する。
マスク支持ユニット２３は、搬送室１３に設けられた搬送ロボット１４が搬送して来るマスクＭを受け取って保持する手段であり、マスクホルダとも呼ばれる。
マスク支持ユニット２３は、昇降機構により少なくとも鉛直方向（Ｚ方向）に昇降可能に設置される。これにより、基板ＷとマスクＭとの間の鉛直方向における間隔を容易に調節することができる。また、本発明の一実施例によれば、マスク支持ユニット２３を、水平方向（つまり、ＸＹθＺ方向）にも移動可能に設置してもよい。マスク支持ユニット２３及びマスク支持ユニット２３を昇降させるための昇降機構の具体的な構成については、図４を参照して後述する。
マスクＭは、基板Ｗ上に形成される薄膜パターンに対応する開口パターンを有し、マスク支持ユニット２３によって支持される。例えば、ＶＲ−ＨＭＤ用の有機ＥＬ表示パネルを製造するのに使われるマスクＭは、有機ＥＬ素子の発光層のＲＧＢ画素パターンに対応する微細な開口パターンが形成された金属製マスクであるファインメタルマスク（Ｆｉｎｅ Ｍｅｔａｌ Ｍａｓｋ）と、有機ＥＬ素子の共通層（正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層など）を形成するのに使われるオープンマスク（ｏｐｅｎ ｍａｓｋ）とを含む。
マスクＭの開口パターンは、成膜材料の粒子を通過させない遮断パターンによって定義される。
基板吸着手段２４は、搬送室１３に設置された搬送ロボット１４が搬送してきた、被成膜体としての基板Ｗを吸着して保持する手段である。基板吸着手段２４は、磁気浮上ステージ機構２２の可動台である微動ステージプレート部２２２に設置される。
基板吸着手段２４は、例えば、誘電体または絶縁体（例えば、セラミック材質）マトリックス内に金属電極などの電気回路が埋設された構造を有する静電チャックである。
基板吸着手段２４としての静電チャックは、電極と吸着面との間に相対的に抵抗が高い誘電体が介在して、電極と被吸着体との間のクーロン力によって吸着が行われるクーロン力タイプの静電チャックであってもよいし、電極と吸着面との間に相対的に抵抗が低い誘電体が介在して、誘電体の吸着面と被吸着体との間に発生するジョンソン・ラーベック力によって吸着が行われるジョンソン・ラーベック力タイプの静電チャックであってもよいし、不均一電界によって被吸着体を吸着するグラジエント力タイプの静電チャックであってもよい。
被吸着体が導体または半導体（シリコンウエハ）である場合には、クーロン力タイプの静電チャックまたはジョンソン・ラーベック力タイプの静電チャックを用いることが好ましく、被吸着体がガラスのような絶縁体である場合には、グラジエント力タイプの静電チャックを用いることが好ましい。
静電チャックは、一つのプレートで形成されてもよく、複数のサブプレートを有するように形成されてもよい。また、静電チャックが一つのプレートで形成される場合にも、その内部に複数の電気回路を有し、一つのプレート内における位置によって静電引力が異なるように制御してもよい。
基板吸着手段２４は、吸着によって基板Ｗを吸着面（支持面）において支持してもよいし、クランプ機構による挟持や受け爪への載置などの吸着以外の方法で、基板Ｗを支持面において支持してもよい。基板吸着手段２４は、基板支持手段の一例である。
図２には図示しなかったが、成膜装置１１は、搬送ロボット１４によって真空容器２１内に搬入された基板Ｗを基板吸着手段２４が吸着して保持する前に、一時的に基板Ｗを保持する基板支持ユニットをさらに含んでもよい。例えば、基板支持ユニットは、別途の基板支持面を有するようにマスク支持ユニット２３に設置され、マスク支持ユニット２３の昇降によって基板支持ユニットが昇降するようにしてもよい。
図２には図示しなかったが、基板吸着手段２４の吸着面とは反対側に基板Ｗの温度上昇を抑制するための冷却手段（例えば、冷却板）を設けて、基板Ｗ上に堆積された有機材料の変質や劣化を抑制する構成にしてもよい。
成膜源２５は、基板Ｗに成膜される成膜材料が収納されるるつぼ（不図示）、るつぼを加熱するためのヒータ（不図示）、成膜源２５からの蒸発レートが一定になるまで成膜材料が基板Ｗに飛散することを阻むシャッタ（不図示）などを含む。成膜源２５は、点（ｐｏｉｎｔ）成膜源や線状（ｌｉｎｅａｒ）成膜源など、用途に従って多様な構成を有することができる。
成膜源２５は、互いに異なる成膜材料を収納する複数のるつぼを含んでもよい。このような構成においては、真空容器２１を大気開放せずに成膜材料を変更できるように、異なる成膜材料を収納する複数のるつぼを成膜位置に移動可能に設置してもよい。
磁力印加手段２６は、成膜工程時に磁力によってマスクＭを基板Ｗ側に引き寄せて密着させるための手段であって、真空容器２１の上部外側（大気側）に配置された昇降機構２６１によって鉛直方向に昇降可能に設置される。例えば、磁力印加手段２６は、電磁石および／または永久磁石で構成される。なお、基板吸着手段２４が、基板ＷだけでなくマスクＭも吸着する構成としてもよい。例えば、基板吸着手段２４としてグラジエント力タイプの静電チャックを用いる場合、静電チャックに印加する電圧を制御することで、基板ＷとマスクＭの吸着または非吸着を制御できる。
図２に図示しなかったが、成膜装置１１は、基板Ｗに蒸着された膜の厚さを測定するための膜厚モニタ（不図示）及び膜厚算出ユニット（不図示）を含んでもよい。
本発明の一実施形態による成膜装置１１は、真空容器２１の上部外側（大気側）に設置され、基板Ｗ及びマスクＭに形成されたアライメントマークを撮影するためのアライメント用カメラユニット２７をさらに含む。
本実施例において、アライメント用カメラユニット２７は、基板ＷとマスクＭの相対的位置を大まかに調整するのに用いられるラフアライメント用カメラと、基板ＷとマスクＭの相対的位置を高精度に調整するのに用いられるファインアライメント用カメラとを含むことができる。
ラフアライメント用カメラは、相対的視野角が広く、低解像度であり、ファインアライメント用カメラは、視野角は狭いが、高解像度を有するカメラである。ラフアライメント用カメラとファインアライメント用カメラは、基板Ｗ及びマスクＭに形成されたアライメントマークに対応する位置に設置される。例えば、４つのファインアライメント用カメラは、矩形の４つのコーナー部にそれぞれ対応する位置に設置され、ラフアライメント用カメラは、該矩形の対向する二つの辺の中央に対応する位置に設置される。ただし、本発明はこれに限定されず、基板Ｗ及びマスクＭのアライメントマークの位置に応じて他の配置を有してもよい。
図２に示したように、本発明の一実施形態による成膜装置１１のアライメント用カメラユニット２７は、真空容器２１の上部大気側から基準プレート２１４を通して真空容器２１の内側に入り込むように設置される。このため、アライメント用カメラユニット２７は、大気側に配置されるアライメント用カメラを囲んで密封する真空対応筒（不図示）を含む。
このようにアライメント用カメラを真空対応筒を介して真空容器２１の内側に入り込むように設置することによって、磁気浮上ステージ機構２２の介在により、基板ＷとマスクＭが基準プレート２１４から相対的に遠く離れて支持されても、基板ＷとマスクＭに形成されたアライメントマークに焦点を合わせることができる。真空対応筒の下端（端部）の位置は、アライメント用カメラの焦点深度と、基板ＷまたはマスクＭが基準プレート２１４から離れた距離に応じて、適切に決めることができる。
図２には図示しなかったが、成膜工程中に密閉される真空容器２１の内部は暗いので、真空容器２１の内側に入り込んでいるアライメント用カメラによりアライメントマークを撮影するために、アライメントマークを照らす照明光源を設置してもよい。
成膜装置１１は、制御部１００を備える。制御部１００は、基板ＷまたはマスクＭの搬送及びアライメントの制御、成膜の制御などの機能を有する。また、制御部１００は、静電チャックへの電圧印加を制御する機能を有してもよい。
制御部１００は、例えば、プロセッサ、メモリー、ストレージ、Ｉ／Ｏなどを持つコンピューターによって構成することができる。この場合、制御部１００の機能は、メモリーまたはストレージに格納されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。コンピューターとしては、汎用のパーソナルコンピューターを使用してもよく、組込み型のコンピューターまたはＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を使用してもよい。または、制御部１００の機能の一部または全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡのような回路で構成してもよい。また、成膜装置１１ごとに制御部１００が設置されていてもよく、一つの制御部１００が複数の成膜装置１１を制御するように構成してもよい。
＜磁気浮上ステージ機構＞
図３Ａ〜３Ｄは、本発明の一実施形態による磁気浮上ステージ機構２２の模式的平面図および模式的断面図である。
磁気浮上ステージ機構２２は、前述したように、固定台として機能するステージ基準プレート部２２１と、可動台として機能する微動ステージプレート部２２２と、微動ステージプレート部２２２をステージ基準プレート部２２１に対して磁気浮上及び移動させるための磁気浮上ユニット２２３とを含む。
ステージ基準プレート部２２１は、微動ステージプレート部２２２の移動の基準となる部材であって、その位置が固定されるように設置される。例えば、図２に示したように、ステージ基準プレート部２２１は、ＸＹ平面に平行に、真空容器２１の基準プレート２１４に固定されるように設置される。換言すれば、ステージ基準プレート部２２１は、真空容器２１に対して位置が固定され、基板吸着手段２４の吸着面（支持面）に平行に設置される。ただし、本発明はこれに限定されず、ステージ基準プレート部２２１は、その位置が固定できる限り、基準プレート２１４に直接固定されず、他の部材（例えば、別途の基準フレーム）に固定されてもよい。
ステージ基準プレート部２２１は、微動ステージプレート部２２２の移動の基準となる部材であるため、伸縮可能部材２１３及び除振ユニット２１６などにより、真空ポンプまたは床からの振動のような外乱から影響を受けないように設置されるのが好ましい。
微動ステージプレート部２２２は、ステージ基準プレート部２２１に対して移動可能に設置され、微動ステージプレート部２２２の一主面（例えば、下面）には、静電チャックのような基板吸着手段２４が設置される。したがって、微動ステージプレート部２２２の移動により、基板吸着手段２４及びこれに吸着された基板Ｗの位置を調整することができる。
本発明の一実施形態による磁気浮上ユニット２２３は、可動台である微動ステージプレート部２２２を固定台であるステージ基準プレート部２２１に対して移動させる駆動力を発生させるための磁気浮上リニアモータ３１と、微動ステージプレート部２２２の位置を測定するための位置測定手段と、微動ステージプレート部２２２をステージ基準プレート部２２１に対して浮上させる浮上力を提供することで微動ステージプレート部２２２にかかる重力を補償する自重補償手段３３と、微動ステージプレート部２２２の原点位置を決める原点位置決め手段３４とを含む。
磁気浮上リニアモータ３１は、微動ステージプレート部２２２を移動させるための駆動力を発生させる駆動源であって、例えば、図３Ａに示したように、微動ステージプレート部２２２をＸ方向に移動させるための駆動力を発生させる２つのＸ方向磁気浮上リニアモータ３１１（３１１ａ、３１１ｂ）と、微動ステージプレート部２２２をＹ方向に移動させるための駆動力を発生させる２つのＹ方向磁気浮上リニアモータ３１２（３１２ａ、３１２ｂ）と、微動ステージプレート部２２２をＺ方向に移動させるための駆動力を発生させる３つのＺ方向磁気浮上リニアモータ３１３とを含む。
各磁気浮上リニアモータ３１は、ステージ基準プレート部２２１に設置される固定子３１４と、微動ステージプレート部２２２に設置される可動子３１５を含む。なお、ステージ基準プレート部２２１および微動ステージプレート部２２２の一方に固定子３１４を設置し、他方に可動子３１５を設置すればよい。磁気浮上リニアモータ３１の固定子３１４は、磁気場発生手段、例えば、電流が流れるコイルを含み、可動子３１５は、磁性体、例えば、永久磁石を含む。つまり、磁気浮上リニアモータ３１は、固定子３１４のコイルに電流を流すことで発生した磁気場により可動子３１５の永久磁石に駆動力が加えられるよ
うにする構成を有する。磁気浮上リニアモータ３１は、固定子３１４のコイルに流れる電流の方向を調節することによって可動子３１５に加えられる力の方向を調節することができる。例えば、Ｚ方向磁気浮上リニアモータ３１３の固定子３１４のコイルに流れる電流の方向を制御することにより、可動子３１５を上方（＋Ｚ）方向に移動させたり、可動子３１５を下方（−Ｚ）方向に移動させたりすることができる。
本発明の一実施形態においては、これら複数の磁気浮上リニアモータ３１を用いて、微動ステージプレート部２２２を６つの自由度に（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θＸ方向、θＹ方向、θＺ方向に）移動させることができる。
本発明の一実施形態による磁気浮上ユニット２２３は、微動ステージプレート部２２２の位置を測定するため位置測定手段と、微動ステージプレート部２２２をステージ基準プレート部２２１に対して浮上させる浮上力を提供することで、微動ステージプレート部２２２にかかる重力を補償する自重補償手段３３とをさらに含むことができる。
微動ステージプレート部２２２の位置を測定するための位置測定手段は、レーザー干渉計３２と、これと対向するように微動ステージプレート部２２２に設置された反射部３２４とを含む。位置測定手段は、レーザー干渉計３２から微動ステージプレート部２２２に設置された反射部３２４に向かって測定ビームを照射し、その反射ビームを検出することで、微動ステージプレート部２２２の位置を測定する。位置測定手段は、微動ステージプレート部２２２のＸ方向における位置を測定するためのＸ方向位置測定部と、Ｙ方向における位置を測定するためのＹ方向位置測定部と、Ｚ方向における位置を測定するためのＺ方向位置測定部とを含む。
位置測定手段のレーザー干渉計３２は、微動ステージプレート部２２２のＸ軸方向の位置を検出するための二つのＸ方向レーザー干渉計３２１と、微動ステージプレート部２２２のＹ軸方向の位置を検出するための一つのＹ方向レーザー干渉計３２２と、微動ステージプレート部２２２のＺ軸方向の位置を検出するための３つのＺ方向レーザー干渉計３２３とを含む。
微動ステージプレート部２２２には、レーザー干渉計３２からの測定ビームを反射させる反射部３２４が、レーザー干渉計３２に対向するように設置される。例えば、反射部３２４は、Ｘ方向レーザー干渉計３２１に対向するように設置されたＸ方向反射部３２４１と、Ｙ方向レーザー干渉計３２２に対向するように設置されたＹ方向反射部３２４２と、Ｚ方向レーザー干渉計３２３に対向するように設置されたＺ方向反射部３２４３とを含む。
Ｘ方向位置測定部は、Ｘ方向レーザー干渉計３２１とＸ方向反射部３２４１とを含み、Ｙ方向位置測定部は、Ｙ方向レーザー干渉計３２２とＹ方向反射部３２４２とを含み、Ｚ方向位置測定部は、Ｚ方向レーザー干渉計３２３とＺ方向反射部３２４３とを含む。このように、レーザー干渉計３２と反射部３２４は、微動ステージプレート部２２２の各方向に設置することができる。これにより、６つの自由度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｒｅｅｄｏｍ）において、微動ステージプレート部２２２の位置を精密に測定することができる。
成膜装置１１の制御部１００は、このような位置測定手段によって測定された微動ステージプレート部２２２（または、これに設置された基板吸着手段２４）の位置情報に基づいて磁気浮上リニアモータ３１を制御することによって、微動ステージプレート部２２２（または、これに設けられた基板吸着手段２４）を基板ＷとマスクＭ間の相対的位置ずれ量によって決められる位置決め目標位置に移動させる。これにより、微動ステージプレート部２２２（または、これに設けられた基板吸着手段２４）の位置をナノメートル単位で高精度に制御することができる。
自重補償手段３３は、微動ステージプレート部２２２の重量を補償するための手段である。つまり、図３Ｄに示すように、ステージ基準プレート部２２１側に設けられた第１の磁石部３３１と、微動ステージプレート部２２２側に設けられた第２の磁石部３３２との間の反発力または吸引力を利用して、微動ステージプレート部２２２にかかる重力に相応する大きさの浮上力を提供することで、微動ステージプレート部２２２にかかる重力を相殺させる。
第１の磁石部３３１と第２の磁石部３３２は、電磁石または永久磁石で構成することができる。図３Ｄに示された第１の磁石部３３１と第２の磁石部３３２において、右下がりの線でハッチングされた部分と、右上がり線でハッチングされた部分は、それぞれ別の磁極（Ｓ極またはＮ極）を示している。
このように、本発明の一実施形態による成膜装置においては、自重補償手段３３を採用することによって、磁気浮上リニアモータ３１の負荷を低減させ、磁気浮上リニアモータ３１から発生する熱を低減することができる。これにより基板Ｗに成膜された有機材料が熱変性することを抑制することができる。
つまり、自重補償手段３３を使わず、Ｚ方向磁気浮上リニアモータ３１３のみで微動ステージプレート部２２２の重量を支持しようとすると、Ｚ方向磁気浮上リニアモータ３１３に過度な負荷がかかり、熱が過剰に発生し、これが基板Ｗ上に成膜された有機材料の変性をもたらす恐れがある。本実施例では、微動ステージプレート部２２２にかかる重力は自重補償手段３３によって相殺されるので、Ｚ方向磁気浮上リニアモータ３１３は、自重補償手段３３によって浮上した微動ステージプレート部２２２にＺ方向の微動のための駆動力のみを提供すればよい。よって、Ｚ方向磁気浮上リニアモータ３１３の負荷が低減される。
本発明の一実施形態による磁気浮上ユニット２２３は、微動ステージプレート部２２２の原点位置を決める原点位置決め手段３４をさらに含むことができる。例えば、図３Ｃに示したように、ステージ基準プレート部２２１側に設けられた三角錐状の凹部３４１と、微動ステージプレート部２２２側に設けられた半球状の凸部３４２によりキネマティックカップリング（ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を構成し、半球状の凸部３４２が三角錐状の凹部３４１に挿入されると、半球状の凸部３４２が３つの支点で三角錐状の凹部３４１の内面に接触し、微動ステージプレート部２２２の位置が決められる。
このようなキネマティックカップリングタイプの原点位置決め手段３４について、図３Ａに示したように、微動ステージプレート部２２２の中心の周りに、Ｘ方向とＹ方向を含む平面上で、３つを等間隔（例えば、１２０°間隔）に設置することで、微動ステージプレート部２２２の中心の位置を一定に決めることができる。
＜マスク支持ユニットおよびマスク支持ユニット昇降機構＞
以上のように、本発明においては、マスクＭと基板Ｗのアライメント動作時、基板吸着手段２４およびこれに吸着された基板ＷをマスクＭに対して相対移動させるための手段として、モータとボールねじまたはリニアガイドなどを使用する機械的なアライメントステージの代わりに、磁気浮上ステージ機構２２を採用している。したがって、従来の機械的な制御方式に比べ、マスクＭに対する基板Ｗの位置調整の精度を向上させることができる。
また、機械的ステージ機構とは異なり、磁気浮上ステージ機構２２は、パーティクルによる汚染や潤滑剤の蒸発による汚染の恐れが少ないため、真空容器２１内に設置することが可能となる。よって、基板Ｗの保持手段、つまり、基板吸着手段２４とステージ機構と
の距離が小さくなり、ステージ機構駆動時の揺動や外乱によって基板吸着手段２４に与える影響が増幅することを抑制することができる。
一方、このような基板吸着手段２４（及び、これに吸着された基板Ｗ）の移動手段としての磁気浮上ステージ機構２２と共に、基板Ｗに向かってマスクＭを近接または離間させるための手段であるマスク支持ユニット２３の昇降機構としては、本発明は、モータとボールねじまたはガイド等により構成される機械的な昇降駆動機構を採用する。つまり、基板移動手段としての磁気浮上ステージ機構２２と、マスク移動機構としての機械的ステージ昇降機構を併用する。
後述のように、基板ＷとマスクＭとのアライメント時には、基板ＷとマスクＭ間の相対距離を近接または離間（離隔）させる動作が繰り返し行われる。
このような基板ＷとマスクＭ間の鉛直方向（Ｚ方向）の相対距離（基板とマスクとの間の間隔）を調整するため、本発明では、マスクＭを移動対象としている。つまり、マスクＭを支持するマスク支持ユニット２３を、昇降機構を使って昇降させることによって、基板ＷとマスクＭ間のＺ方向の相対距離を調整する。また、このときのマスク支持ユニット昇降機構としては、機械的なステージ昇降機構を用いる。
このＺ方向への移動と関連し、基板吸着手段２４を磁気浮上させる磁気浮上リニアモータ３１のうち、Ｚ方向磁気浮上リニアモータ３１３を使って基板ＷをマスクＭに向かって昇降させることも考えられるが、磁気浮上リニアモータ３１を使った昇降可能範囲には限界がある。つまり、前述したように、基板吸着手段２４が設置された微動ステージプレート部２２２の重量を磁気浮上リニアモータ３１のみで支持し、さらに、マスクＭと基板Ｗの近接（接触を含む）及び離間状態への移動のために、比較的長い距離を移動させようとする場合には、磁気浮上リニアモータ３１に過度な負荷がかかり、この時発生する熱により基板Ｗ上に成膜された有機材料が熱変性するなどの問題が生じ得る。ここで、本発明では、微動ステージプレート部２２２の重量は別の自重補償手段３３を設けて相殺し、磁気浮上リニアモータ３１は、磁気浮上された状態の微動ステージプレート部２２２の微動を可能にする駆動力のみを提供するようにしている。
図４を参照して、マスクＭを支持するマスク支持ユニット２３、およびマスク支持ユニット２３を昇降させるためのマスク支持ユニット昇降機構の詳細について説明する。理解の便宜上、図４では、図２で説明した、成膜源２５が配置される第２真空容器部２１２の全体、磁気浮上ステージ機構２２の上部に配置される磁力印加手段２６及びその昇降機構、アライメント用カメラユニット２７などは、図示を省略している。
真空容器２１の上部外側（大気側）、つまり、基準プレート２１４上には、マスク支持ユニット２３をＺ方向に昇降（移動）させるためのマスク支持ユニット昇降機構２３１（マスク支持ユニット移動機構）が設置される。
マスク支持ユニット昇降機構２３１は、マスク支持ユニット昇降駆動用モータ２３１１と、マスク支持ユニット昇降駆動用モータ２３１１の回転駆動力を直線駆動力に変換してマスク支持ユニット２３に伝えるための駆動力伝達機構としてのリニアガイド２３１２とを含む。本実施形態では、マスク支持ユニット昇降駆動力伝達機構としてリニアガイド２３１２を使用しているが、本発明はこれに限定されず、ボールねじなどを使用することもできる。
マスク支持ユニット昇降機構２３１は、基板吸着手段２４の吸着面（支持面）に対して垂直方向に、マスク支持ユニット２３（及び、それに支持されたマスクＭ）が近接または離間するようにマスク支持ユニット２３を昇降（移動）する。すなわち、マスク支持ユニット昇降機構２３１によってマスク支持ユニット２３（及び、それに支持されたマスクＭ
）が鉛直方向（Ｚ方向）に昇降することで、アライメント動作時、基板ＷとマスクＭ間の相対距離を容易に調節することができる。
マスク支持ユニット２３は、Ｚ方向への昇降に加えて、水平方向（つまり、ＸＹθＺ方向）にも移動可能に設置される。このため、マスク支持ユニット昇降機構２３１は、アライメントステージ２３２上に搭載される。アライメントステージ２３２は、真空容器２１の外部上面に固定されたアライメントステージ駆動用モータ２３２１からリニアガイドを介して水平方向（ＸＹθＺ方向）への駆動力を受ける。つまり、真空容器２１の外側上面にガイドレール（不図示）が固定設置され、ガイドレール上にリニアブロックが移動可能に設置され、リニアブロック上にアライメントステージ２３２が搭載される。よって、真空容器２１の外側上面に固定されたアライメントステージ駆動用モータ２３２１からの駆動力でリニアブロックを水平方向（ＸＹθＺ方向）に移動させることで、アライメントステージ２３２及びアライメントステージ２３２上に搭載されたマスク支持ユニット昇降機構２３１を、全体として水平方向（ＸＹθＺ方向）に移動することができる。マスク支持ユニット昇降機構２３１が水平方向（ＸＹθＺ方向）に移動することで、マスク支持ユニット２３（及び、それに支持されたマスクＭ）が水平方向（ＸＹθＺ方向）に移動する。このように、アライメントステージ２３２は、マスク支持ユニット２３を基板吸着手段２４の吸着面（支持面）に平行な面内で移動させるための移動ステージ機構である。
このようなマスク支持ユニット２３の水平方向（つまり、ＸＹθＺ方向）への移動によって、後述するラフアライメント時などにマスクＭがアライメント用カメラの視野から外れた場合にも、迅速にこれを視野内に移動させることができる。
マスク支持ユニット２３は、基板吸着手段２４の吸着面（支持面）側に配置され、マスク支持ユニット昇降機構２３１及びアライメントステージ２３２は、基板吸着手段２４の吸着面（支持面）の反対面側であって、真空容器２１の上部外側（外部大気側）に設けられている。基板吸着手段２４は、マスク支持ユニット２３とアライメントステージ２３２との間に配置されている。
マスク支持ユニット２３は、搬送ロボット１４によって真空容器２１内に搬入されたマスクＭをマスク支持ユニット２３のマスク支持面上に載置する前に一時的に受け取るためのマスクピックアップ２３３をさらに含む。
マスクピックアップ２３３は、マスク支持ユニット２３のマスク支持面に対して相対昇降可能に構成される。例えば、図示したように、真空容器２１の上部外側（大気側）に配置されたマスクピックアップ昇降機構２３３１が駆動することによってマスクピックアップ２３３がマスク支持ユニット２３のマスク支持面に対して相対昇降するように構成することができる。マスクピックアップ昇降機構２３３１は、マスク支持ユニット昇降機構２３１と同様に、アライメントステージ２３２上に搭載され、アライメントステージ２３２の水平方向（ＸＹθＺ方向）への移動時にマスク支持ユニット昇降機構２３１と共に水平方向（ＸＹθＺ方向）に移動することができる。
マスクピックアップ２３３がマスク支持ユニット２３のマスク支持面よりも相対的に上昇した状態で、マスクＭを載置した搬送ロボット１４のハンドが成膜装置１１内に進入する。続いて、搬送ロボット１４のハンドがマスクピックアップ２３３側に下降しマスクピックアップ２３３上にマスクＭを着座させた後、搬送ロボット１４のハンドは、成膜装置１１の外に退避する。続いて、マスクＭを受け取ったマスクピックアップ２３３がマスク支持ユニット２３のマスク支持面に向かって相対的に下降しマスクＭをマスク支持ユニット２３のマスク支持面に降ろす。このようにして、マスク支持ユニット２３上へのマスクＭの載置が完了すると、後述する基板ＷとマスクＭのアライメントを行った後、成膜を行う。使用済みのマスクＭを搬出する場合には、逆の工程を行うことにより、マスクピックアップ２３３によりマスクＭをマスク支持ユニット２３のマスク支持面から持ち上げた後
、搬送ロボット１４のハンドによって成膜装置１１の外部にマスクＭを搬出する。
以上のように、本発明においては、基板移動手段としての磁気浮上ステージ機構２２と、マスク移動機構としての機械的ステージ昇降機構を併用することによって、アライメント時の基板ＷとマスクＭ間の近接または離間動作および水平面内における相対位置調整動作を効率的かつ高精度に行うことができる。
以上の説明では、マスクピックアップ２３３がマスクピックアップ昇降機構２３３１によりマスク支持ユニット２３のマスク支持面に対して相対昇降する構成を説明したが、本発明はこれに限定されない。つまり、マスクピックアップ２３３と、マスク支持ユニット２３のマスク支持面とが相対昇降可能な限り、別の構成にしてもよい。図５は、このようなマスクピックアップ２３３の設置に関する変形例の構成を示す。
つまり、図５に示すように、マスクピックアップ２３３を基準プレート２１４に固定設置し（または、磁気浮上ステージ機構２２のステージ基準プレート部２２１に固定設置し）、マスク支持ユニット昇降機構２３１によりマスク支持ユニット２３を昇降（移動）させることによって、マスクピックアップ２３３がマスク支持ユニット２３のマスク支持面に対して相対昇降するように構成してもよい。または、本実施形態と変形例の構成を組み合わせて、マスクピックアップ２３３とマスク支持ユニット２３の両方が昇降可能に構成することもできる。
また、前述した実施形態では、マスク支持ユニット２３を昇降させるためのマスク支持ユニット昇降機構２３１を第１真空容器部２１１の上部外側（大気側）に配置する構成を説明したが、これに限定されず、例えば、マスク支持ユニット昇降機構２３１を第１真空容器部２１１の下部の大気側（伸縮可能部材２１３により連結される第１真空容器部２１１と第２真空容器部２１２との間の外側大気領域）に配置してもよい。つまり、マスク支持ユニット２３よりも鉛直方向の下方にマスク支持ユニット昇降機構２３１が配置されるようにしてもよい。
アライメントステージ２３２を第１真空容器部２１１の下部の大気側に配置してもよい。この場合、マスク支持ユニット昇降機構２３１を、アライメントステージ２３２上に搭載してもよいし、アライメントステージ２３２よりも鉛直方向の下方に位置するようにアライメントステージ２３２に搭載してもよい。このように、マスク支持ユニット２３よりも鉛直方向の下方にマスク支持ユニット昇降機構２３１及びアライメントステージ２３２が配置されるようにしてもよい。
マスク支持ユニット昇降機構２３１及びアライメントステージ２３２を、基板吸着手段２４の吸着面（支持面）側であって、真空容器２１の下部の大気側（外部大気側）に設けてもよい。マスク支持ユニット２３を、基板吸着手段２４の吸着面（支持面）側であって、基板吸着手段２４と、マスク支持ユニット昇降機構２３１又はアライメントステージ２３２との間に配置してもよい。
＜アライメント方法＞
以下、図７のフローチャートを参照しつつ、本発明の磁気浮上ステージ機構２２を用いて、基板吸着手段２４の吸着面（支持面）に平行な面内において基板ＷとマスクＭとの相対位置調整を行うアライメント方法を説明する。
まず、マスクＭと基板Ｗが成膜装置１１内に搬入され、マスクＭがマスク支持ユニット２３によって支持され、基板Ｗが基板支持ユニットによって支持される。マスク支持ユニット２３によるマスクＭの受け取り時には、前述したように、マスクピックアップ２３３と、マスク支持ユニット２３のマスク支持面との間の相対的な昇降が行われながら、マスクＭがマスク支持ユニット２３に受け取られて支持される（ステップＳ１０１）。
基板支持ユニットによって支持された基板Ｗを磁気浮上ステージ機構２２の微動ステージプレート部２２２に設置された基板吸着手段２４に向かって移動させる。このとき、磁気浮上ステージ機構２２の微動ステージプレート部２２２をＺ方向磁気浮上リニアモータ３１３によってステージ基準プレート部２２１に向かって引っ張ることで、原点位置決め手段３４により微動ステージプレート部２２２の原点位置をレーザー干渉計３２で測定する。
基板Ｗが基板吸着手段２４に十分に近づくと、基板吸着手段２４に基板吸着電圧を印加し、静電引力により基板Ｗを基板吸着手段２４に吸着させる。基板Ｗを基板吸着手段２４に吸着させる際に、基板吸着手段２４の吸着面全体に基板Ｗの全面を同時に吸着させてもよく、基板吸着手段２４の複数の領域のうちの一領域から他の領域に向かって順次に基板Ｗを吸着させてもよい（ステップＳ１０２）。
次いで、成膜装置１１の制御部１０１は、マスク支持ユニット昇降機構２３１を駆動して、基板吸着手段２４とマスク支持ユニット２３を相対的に接近させる。この際、制御部１０１は、基板吸着手段２４に吸着された基板Ｗとマスク支持ユニット２３によって支持されたマスクＭとの間の距離ｄが、予め設定されたラフアライメント計測距離になるまで、基板吸着手段２４とマスク支持ユニット２３を相対的に接近（例えば、マスク支持ユニット２３を上昇）させる。
基板ＷとマスクＭとの間の距離がラフアライメント計測距離になると、ラフアライメント用カメラにより、基板Ｗ及びマスクＭのアライメントマークを撮像して、ＸＹθＺ方向における基板ＷとマスクＭの相対位置を測定する。制御部１０１は、ＸＹθＺ方向における基板ＷとマスクＭの相対位置に基づき、ＸＹθＺ方向における基板ＷとマスクＭの相対的位置ずれ量を算出する（ステップＳ１０３）。
制御部１０１は、レーザー干渉計３２によって測定された微動ステージプレート部２２２（または基板吸着手段２４）の位置と、算出された相対的位置ずれ量とに基づいて、微動ステージプレート部２２２（または基板吸着手段２４）の移動目標位置の座標を算出する。
移動目標位置の座標に基づいて、微動ステージプレート部２２２の位置をレーザー干渉計３２で測定しながら、磁気浮上リニアモータ３１によってＸＹθＺ方向に微動ステージプレート部２２２（または基板吸着手段２４）を移動目標位置まで移動することによって、基板ＷとマスクＭの相対位置を調整する。ラフアライメントでは、微動ステージプレート部２２２を磁気浮上リニアモータ３１によって移動させると説明したが、基板ＷとマスクＭの相対的位置ずれ量の大きさに応じて前述のようにマスク支持ユニット２３をＸＹθＺ方向に移動させ、ラフアライメントを行ってもよい（ステップＳ１０４）。
ラフアライメントが完了すると、マスク支持ユニット昇降機構２３１によってマスク支持ユニット２３をさらに上昇させ、マスクＭが基板Ｗに対してファインアライメント計測位置まで移動するようにする。
マスクＭが基板Ｗに対してファインアライメント計測位置に移動すると、ファインアライメント用カメラで基板Ｗ及びマスクＭのアライメントマークを撮像し、制御部１０１は、ＸＹθＺ方向における基板ＷとマスクＭの相対的位置ずれ量を算出する（ステップＳ１０５）。
ファインアライメント計測位置における基板ＷとマスクＭとの間の相対的位置ずれ量が所定の閾値より大きければ、マスク支持ユニット２３の駆動を通じてマスクＭを再度下降させ、基板ＷとマスクＭを離間させた後、制御部１０１は、レーザー干渉計３２によって
測定された微動ステージプレート部２２２の位置と、基板ＷとマスクＭの相対的位置ずれ量に基づいて、微動ステージプレート部２２２の移動目標位置を算出する。
算出された移動目標位置に基づいて、微動ステージプレート部２２２の位置をレーザー干渉計３２で測定しながら、磁気浮上リニアモータ３１によってＸＹθＺ方向に微動ステージプレート部２２２を移動目標位置まで移動することによって、基板ＷとマスクＭの相対位置を調整する（ステップＳ１０６）。
このような過程を、基板ＷとマスクＭの相対的位置ずれ量が所定の閾値より小さくなるまで繰り返す。
基板ＷとマスクＭの相対的位置ずれ量が所定の閾値より小さくなると、基板吸着手段２４に吸着された基板Ｗの成膜面がマスクＭの上面と接触するように、マスク支持ユニット２３を上昇させる。基板吸着手段２４に吸着された基板Ｗの成膜面がマスクＭの上面と接触する状態における基板ＷとマスクＭの位置を蒸着位置とも称する。
基板ＷとマスクＭが接触すると、磁力印加手段２６を下降させ、基板Ｗ越しにマスクＭを引き寄せることで、基板ＷとマスクＭを密着させる（ステップＳ１０７）。
この過程で、基板ＷとマスクＭのＸＹθＺ方向における相対的位置ずれが生じたかを確認するために、ファインアライメント用カメラを用いて、基板ＷとマスクＭの相対位置の計測を行い、計測された相対位置のずれ量が所定の閾値の以上である場合、基板ＷとマスクＭを所定の距離まで再び離間（例えば、マスク支持ユニット２３を下降）させた後、基板ＷとマスクＭとの間の相対位置を調整し、同じ過程を繰り返す（ステップＳ１０８）。
基板ＷとマスクＭが接触した状態で、基板ＷマスクＭとの間の相対的位置ずれ量が所定の閾値より小さくなると、成膜工程を開始する（ステップＳ１０９）。
＜成膜方法＞
以下、本実施形態によるアライメント方法を採用した成膜方法について説明する。
真空容器２１内のマスク支持ユニット２３にマスクＭが支持された状態で、搬送室１３の搬送ロボット１４によって成膜装置１１の真空容器２１内に基板Ｗが搬入される。
真空容器２１内に進入した搬送ロボット１４のハンドが基板Ｗを基板支持ユニットの支持部上に載置する。
基板支持ユニットが基板吸着手段２４に十分に近接或いは接触した後に、基板吸着手段２４に基板吸着電圧を印加し、基板吸着手段２４に基板Ｗを吸着させる。
基板吸着手段２４に基板Ｗが吸着された状態で、前述の本実施形態によるアライメント方法に従って、アライメント工程を行う。
本実施形態のアライメント方法によって、基板ＷとマスクＭとの間の相対位置のずれ量が所定の閾値より小さくなると、制御部１０１は、成膜源２５のシャッタを開け、成膜源２５から飛散した成膜材料をマスクＭを介して基板Ｗに成膜する。
基板Ｗ上の膜が所望の厚さになるように蒸着した後、磁力印加手段２６を上昇させて基板ＷとマスクＭとを分離（離間）し、マスク支持ユニット２３を下降させる。
次いで、搬送ロボット１４のハンドが成膜装置１１の真空容器２１内に進入し、基板吸着手段２４の電極部にゼロ（０）または逆極性の基板分離電圧を印加し、基板Ｗを基板吸着手段２４から分離（離間）する。分離された基板Ｗを搬送ロボット１４によって真空容器２１から搬出する。
なお、上述の説明では、成膜装置１１は、基板Ｗの成膜面が鉛直方向下方を向いた状態で成膜が行われる、いわゆる上向き蒸着方式（デポアップ）の構成としたが、本発明はこれに限定はされず、基板Ｗが真空容器２１の側面側に垂直に立てられた状態で配置され、基板Ｗの成膜面が重力方向と平行な状態で成膜が行われる構成であってもよい。
＜電子デバイスの製造方法＞
次に、本実施形態の成膜装置を用いた電子デバイスの製造方法の一例を説明する。以下、電子デバイスの例として有機ＥＬ表示装置の構成及び製造方法を例示する。
まず、製造する有機ＥＬ表示装置について説明する。図６（ａ）は有機ＥＬ表示装置６０の全体図、図６（ｂ）は１画素の断面構造を示している。
図６（ａ）に示すように、有機ＥＬ表示装置６０の表示領域６１には、発光素子を複数備える画素６２がマトリクス状に複数配置されている。詳細は後で説明するが、発光素子のそれぞれは、一対の電極に挟まれた有機層を備えた構造を有している。なお、ここでいう画素とは、表示領域６１において所望の色の表示を可能とする最小単位を指している。本実施形態にかかる有機ＥＬ表示装置６０の場合、互いに異なる発光を示す第１発光素子６２Ｒ、第２発光素子６２Ｇ、第３発光素子６２Ｂの組合せにより画素６２が構成されている。画素６２は、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子の組合せで構成されることが多いが、黄色発光素子とシアン発光素子と白色発光素子の組み合わせでもよく、少なくとも１色以上であれば特に制限されるものではない。
図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ｂ線における部分断面模式図である。画素６２は、基板６３上に、陽極６４と、正孔輸送層６５と、発光層６６Ｒ、６６Ｇ、６６Ｂのいずれかと、電子輸送層６７と、陰極６８と、を備える有機ＥＬ素子を有している。これらのうち、正孔輸送層６５、発光層６６Ｒ、６６Ｇ、６６Ｂ、電子輸送層６７が有機層に相当する。また、本実施形態では、発光層６６Ｒは赤色を発する有機ＥＬ層、発光層６６Ｇは緑色を発する有機ＥＬ層、発光層６６Ｂは青色を発する有機ＥＬ層である。発光層６６Ｒ、６６Ｇ、６６Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色を発する発光素子（有機ＥＬ素子と記述する場合もある）に対応するパターンに形成されている。また、陽極６４は、発光素子毎に分離して形成されている。正孔輸送層６５と電子輸送層６７と陰極６８は、複数の発光素子６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂと共通で形成されていてもよいし、発光素子毎に形成されていてもよい。なお、陽極６４と陰極６８とが異物によってショートするのを防ぐために、陽極６４間に絶縁層６９が設けられている。さらに、有機ＥＬ層は水分や酸素によって劣化するため、水分や酸素から有機ＥＬ素子を保護するための保護層７０が設けられている。
図６（ｂ）では正孔輸送層６５や電子輸送層６７が一つの層で示されているが、有機ＥＬ表示素子の構造によって、正孔ブロック層や電子ブロック層を含む複数の層で形成されてもよい。また、陽極６４と正孔輸送層６５との間には陽極６４から正孔輸送層６５への正孔の注入が円滑に行われるようにすることのできるエネルギーバンド構造を有する正孔注入層を形成することもできる。同様に、陰極６８と電子輸送層６７の間にも電子注入層を形成することができる。
次に、有機ＥＬ表示装置の製造方法の例について具体的に説明する。
まず、有機ＥＬ表示装置を駆動するための回路（不図示）および陽極６４が形成された基板６３を準備する。
陽極６４が形成された基板６３の上にアクリル樹脂をスピンコートで形成し、アクリル樹脂をリソグラフィ法により、陽極６４が形成された部分に開口部が形成されるようにパターニングして絶縁層６９を形成する。この開口部が、発光素子が実際に発光する発光領域に相当する。
絶縁層６９がパターニングされた基板６３を第１の有機材料成膜装置に搬入し、静電チャックにて基板６３を保持し、正孔輸送層６５を、表示領域の陽極６４の上に共通する層として成膜する。正孔輸送層６５は真空蒸着により成膜される。実際には正孔輸送層６５は表示領域６１よりも大きなサイズに形成されるため、高精細なマスクは不要である。
次に、正孔輸送層６５までが形成された基板６３を第２の有機材料成膜装置に搬入し、
静電チャックにて保持する。基板６３とマスクＭとのアライメントを行い、基板６３の赤色を発する素子を配置する部分に、赤色を発する発光層６６Ｒを成膜する。
発光層６６Ｒの成膜と同様に、第３の有機材料成膜装置により緑色を発する発光層６６Ｇを成膜し、さらに第４の有機材料成膜装置により青色を発する発光層６６Ｂを成膜する。発光層６６Ｒ、６６Ｇ、６６Ｂの成膜が完了した後、第５の成膜装置により表示領域６１の全体に電子輸送層６７を成膜する。電子輸送層６７は、３色の発光層６６Ｒ、６６Ｇ、６６Ｂに共通の層として形成される。
電子輸送層６７まで形成された基板６３を金属性蒸着材料成膜装置で移動させて陰極６８を成膜する。金属性蒸着材料成膜装置は、蒸発加熱方式の成膜装置であってもよく、スパッタリング方式の成膜装置であってもよい。
その後、プラズマＣＶＤ装置に移動して保護層７０を成膜して、有機ＥＬ表示装置６０が完成する。
絶縁層６９がパターニングされた基板６３を成膜装置に搬入してから保護層７０の成膜が完了するまでは、水分や酸素を含む雰囲気にさらしてしまうと、有機ＥＬ材料からなる発光層が水分や酸素によって劣化してしまうおそれがある。従って、本実施形態において、成膜装置間の基板の搬入搬出は、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気の下で行われる。
前記実施形態は本発明の一例であり、本発明は前記実施形態の構成に限定されず、その技術思想の範囲内で適切に変形してもよい。
１１：成膜装置
２１：真空容器
２２：磁気浮上ステージ機構
２３：マスク支持ユニット
２３１：マスク支持ユニット昇降機構
２３２：アライメントステージ
２３３：マスクピックアップ
２３３１：マスクピックアップ昇降機構
２４：基板吸着手段

Claims (17)

  1. 基板にマスクを介して成膜材料を成膜するための成膜装置であって、
    真空容器と、
    前記真空容器内に設けられ、基板を支持するための基板支持手段と、
    前記真空容器内に設けられ、マスクを支持するためのマスク支持ユニットと、
    前記真空容器内に設けられ、前記基板支持手段の位置を調整するための磁気浮上ステージ機構と、
    前記基板支持手段の支持面に対して垂直方向に、前記マスク支持ユニットが近接または離間するように前記マスク支持ユニットを移動させるためのマスク支持ユニット移動機構と、
    を含むことを特徴とする成膜装置。
  2. 前記マスク支持ユニット移動機構は、駆動用モータと、前記駆動用モータの回転駆動力を直線駆動力に変換して前記マスク支持ユニットに伝えるための駆動力伝達機構とを含むことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記駆動力伝達機構は、リニアガイドであることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
  4. 前記駆動力伝達機構は、ボールねじであることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
  5. 前記マスク支持ユニット移動機構は、前記マスク支持ユニットを前記基板支持手段の支持面に平行な面内で移動させるための移動ステージ機構上に搭載されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の成膜装置。
  6. 前記マスク支持ユニットは、前記基板支持手段の支持面側に配置され、
    前記マスク支持ユニット移動機構及び前記移動ステージ機構は、前記基板支持手段の支持面の反対面側であって、前記真空容器の外部大気側に設けられることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
  7. 前記マスク支持ユニット移動機構及び前記移動ステージ機構は、前記基板支持手段の支持面側であって、前記真空容器の外部大気側に設けられ、
    前記マスク支持ユニットは、前記基板支持手段の支持面側であって、前記基板支持手段と前記マスク支持ユニット移動機構との間に配置されることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
  8. 前記磁気浮上ステージ機構は、前記真空容器に対して位置が固定され、前記基板支持手段の支持面に平行に設置される固定プレート部と、前記固定プレート部に対して相対移動可能な可動プレート部と、前記可動プレート部を前記固定プレート部に対して磁気浮上及び移動させるための磁気浮上ユニットを含み、
    前記基板支持手段は、前記可動プレート部に設置されることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
  9. 前記真空容器内に搬入されるマスクを前記マスク支持ユニットのマスク支持面上に載置する前に一時的に受け取るためのマスクピックアップをさらに含み、
    前記マスクピックアップは、前記マスク支持ユニットのマスク支持面に対して相対昇降可能に構成されることを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
  10. 前記マスクピックアップは、ピックアップ昇降機構が駆動することによって、前記マスク支持ユニットのマスク支持面に対して相対昇降可能になることを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
  11. 前記ピックアップ昇降機構は、前記移動ステージ機構上に搭載されることを特徴とする請求項１０に記載の成膜装置。
  12. 前記マスクピックアップは、前記固定プレート部に固定設置され、
    前記マスク支持ユニットが前記マスク支持ユニット移動機構により移動することによって、前記マスクピックアップが前記マスク支持ユニットのマスク支持面に対して相対昇降可能になることを特徴とする請求項９に記載の成膜装置。
  13. 前記基板は、シリコンウエハ、ガラス、樹脂、高分子材料のフィルム、もしくは、金属、または、これらの材料にフィルムが積層されたものであることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の成膜装置。
  14. 前記基板支持手段は、前記基板を吸着して支持することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の成膜装置。
  15. 前記真空容器は、第１真空容器部及び第２真空容器部を含み、
    前記第１真空容器部と前記第２真空容器部との間には、前記第２真空容器部から前記第１真空容器部に伝わる振動を抑制する抑制手段が設けられ、
    前記基板支持手段、前記マスク支持ユニット及び前記磁気浮上ステージ機構が、前記第１真空容器部内に配置され、
    前記成膜材料を収納する成膜源が、前記第２真空容器部内に配置されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の成膜装置。
  16. 基板上にマスクを介して成膜材料を成膜するための成膜方法であって、
    成膜装置内に搬入されたマスクをマスク支持ユニットで支持するステップと、
    成膜装置内に搬入された基板を基板支持手段により支持するステップと、
    前記マスク支持ユニットを前記基板支持手段に対して近接または離間するように移動させながら、前記基板支持手段の支持面に平行な面内において前記基板と前記マスク間の相対的位置ずれを調整するアライメントステップと、
    成膜源から飛散した成膜材料を前記マスクを介して前記基板に成膜するステップと含み、
    前記アライメントステップにおいて、前記マスク支持ユニットを前記基板支持手段に対して近接または離間するように移動させることは、駆動用モータと、前記駆動用モータの回転駆動力を直線駆動力に変換して前記マスク支持ユニットに伝える駆動力伝達機構とを含むマスク支持ユニット移動機構によって行い、前記基板支持手段の支持面に平行な面内における前記基板と前記マスク間の相対的位置ずれを調整することは、磁気浮上ステージ機構により前記基板支持手段の位置を調整することによって行うことを特徴とする成膜方法。
  17. 請求項１６に記載の成膜方法を用いて電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
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