JP4184771B2

JP4184771B2 - アライメント装置、成膜装置

Info

Publication number: JP4184771B2
Application number: JP2002343441A
Authority: JP
Inventors: 秀幸小田木
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: JP2004176124A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアライメント装置に関し、特に基板とマスクとの位置合わせを行うアライメント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板とマスクとの位置合わせを行うために、図８に示すようなアライメント装置１０５が用いられている。アライメント装置１０５はマスクホルダ１８０と、マスクホルダ１８０の上方に配置された基板ホルダ１７０とを有している。
【０００３】
基板ホルダ１７０は棒状の保持部材１７６を複数本有しており、各保持部材１７６は鉛直方向に向けられ、その下端にはフック１７９が形成されている。マスクホルダ１８０には板状のマスク１０８が水平に配置されており、各保持部材１７６の下端をマスク１０８上で同じ高さに配置し、各フック１７９に板状の基板１０７の縁部を乗せると、基板１０７がマスク１０８上で水平に保持される。
【０００４】
基板１０７を保持した状態で各保持部材１７６を一緒に下降させ、基板１０７をマスク１０８に乗せる。その状態で不図示のカメラにより位置ずれ量を測定した後、各保持部材１７６を一緒に上昇させて基板１０７をマスク１０８から離す。
【０００５】
測定された位置ずれ量に基づき、各保持部材１７６を水平方向に一緒に移動させて位置合わせを行った後、各保持部材１７６を一緒に下降させて基板１０７をマスク１０８に乗せる。その状態でカメラにより位置ずれ量を測定し、位置ずれ量が解消されていればアライメントを終了し、位置ずれ量が解消されていなければ、再び位置合わせを行う。
【０００６】
ところで、従来のアライメント装置１０５では、基板１０７の縁部をフック１７９で支えるため、基板１０７が大型の場合には基板１０７の中央部分がたわむことがある。基板１０７がたわんだ状態で位置合わせを行うと位置ずれが起こりやすく、また、基板１０７がたわんだ状態でマスク１０８に押し当てると、基板１０７がマスク１０８に押し当てられるときに、基板１０７のたわんだ部分がマスク１０８と擦れ、基板１０７のデバイスが損傷する場合がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２４１９２４号公報（第３−４頁、第２図）
【特許文献２】
特開平９−２０９１２７号公報（第４頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の要求に応じるために創作されたものであり、その目的は、大型の基板を位置合わせ可能なアライメント装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、板状のマスクを保持可能なマスクホルダと、前記マスクホルダの上方に配置され、板状の基板を前記マスクに対して略平行に保持可能な基板ホルダとを有し、前記マスクホルダと前記基板ホルダとは相対的な移動が可能に構成され、前記マスクホルダと前記基板ホルダに、前記マスクと前記基板をそれぞれ保持させた状態で、前記相対的な移動を行い、前記基板と前記マスクとの位置合わせを行えるように構成されたアライメント装置であって、前記基板ホルダは静電吸着装置を有し、前記静電吸着装置は、前記マスクホルダに保持された前記マスク上方に前記基板を位置させた場合に、前記基板の上側表面に当接可能な吸着面を有し、前記静電吸着装置上にはコイル状のバネが複数個鉛直に配置され、前記静電吸着装置の前記バネの中心位置の下方には前記バネよりも小径の貫通孔がそれぞれ形成され、前記バネと前記貫通孔には、上端にフランジが形成された棒状の仮保持部材が挿通され、縮められた前記バネ上に前記フランジが乗せられ、前記仮保持部材の下端にはフックが設けられ、前記バネは前記フランジに対して上向きの力を及ぼし、前記フックを上方に持ち上げて前記吸着面に接触させ、前記フランジが押圧されると前記バネが縮んで前記フックと前記吸着面とが離間するように構成されたアライメント装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のアライメント装置であって、内筒と、前記内筒に挿通され、前記内筒内で上下移動可能なロッドとを有し、前記静電吸着装置は前記ロッドの下端に取り付けられ、前記内筒の下端には、前記内筒を降下させると前記フランジに当接されて前記バネを縮める押圧部７８が設けられたアラインメント装置である。
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のアライメント装置と、前記アライメント装置の下方に配置された成膜源とを有する成膜装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１の符号１は本発明の成膜装置の一例を示している。この成膜装置１は、搬送室２と、複数の成膜室３とを有している。ここでは成膜装置１は３台の成膜室３を有しており、各成膜室３はそれぞれ同じ搬送室２に接続されている。
【００１１】
図２は成膜室３を示す斜視図である。図２を参照し、成膜室３は装置本体である真空槽１２を有しており、真空槽１２内には、成膜源である蒸着源１３が真空槽１２内の底壁側に配置され、蒸着源１３の上方には本発明のアライメント装置５が配置されている。
【００１２】
図３はアライメント装置５の内部構成を示す図面である。アライメント装置５は、軸部６０と、ＸＹテーブル４０と、動力源５０と、基板ホルダ７０と、マスクホルダ８０とを有している。ＸＹテーブル４０は真空槽１２の天井の真空槽１２外部側の面に取り付けられている。
【００１３】
動力源５０は第一の昇降モータ５１と、第二の昇降モータ５２と、回転モータ５３とを有しており、それらのモータ５１〜５３はＸＹテーブル４０上に取り付けられた取り付け台４２に取り付けられている。従って、それらのモータ５１〜５３は取り付け台４２を介してＸＹテーブル４０に取り付けられている。
【００１４】
軸部６０は３重構造であって、最外周の外筒６１と、該外筒６１内に挿通された内筒６２と、内筒６２に挿通され、外筒６１及び内筒６２の中心軸線上に位置する棒状のロッド６３とで構成されている。真空槽１２上には筒状のベロース４４が鉛直に向けて取り付けられており、軸部６０全体はこのベロース４４に鉛直に挿通されている。
【００１５】
各モータ５１〜５３は、下方から回転モータ５３、第二の昇降モータ５２、第一の昇降モータ５１との順で位置しており、回転モータ５３は軸部６０の鉛直方向の中心部分に位置し、第二の昇降モータ５２は内筒６２の真上に位置し、第一の昇降モータ５１はロッド６３の真上に位置し、外筒６１の外周は回転モータ５３に接続され、内筒６２の上端は第二の昇降モータ５２に接続され、ロッド６３の上端は第一の昇降モータ５１に接続されることで、外筒６１、内筒６２及びロッド６３は各モータ５１〜５３によって吊り下げられている。
【００１６】
回転モータ５３の下方位置には封止部４３が取り付けられており、封止部４３は外筒６１の外周に気密に取り付けられ、ベロース４４の上端は封止部４３に気密に接続され、その下端は真空槽１２の天井に気密に接続されている。
【００１７】
真空槽１２天上のベロース４４の下端で囲まれた位置には開口１３が形成されており、ベロース４４内と真空槽１２内は開口１３を介して接続されている。即ち、封止部４３と外筒６１との間、封止部４３とベロース４４の上端との間、真空槽１２天上とベロース４４の下端との間は気密に構成され、真空槽１２の内部とベロース４４の内部は外部空間から遮断されている。
【００１８】
回転モータ５３を起動すると外筒６１がその中心軸線を中心として内筒６２及びロッド６３と一緒に回転し、第一のモータ５１を起動するとロッド６３が上下に移動し、第二のモータ６２を起動すると内筒６２が上下に移動するようになっている。
【００１９】
外筒６１、内筒６２、及びロッド６３の下端はそれぞれ真空槽１２内に突き出されている。外筒６１と封止部４３との間、外筒６１と内筒６２との間、及び内筒６２とロッド６３との間にはそれぞれ磁性流体シールが設けられているので、外筒６１が回転するときや、内筒６２及びロッド６３が上下に移動するときも真空槽１２内が気密に維持されるようになっている。
【００２０】
真空槽１２天井の真空槽１２内側の面にはアーム８５が固定されており、マスクホルダ８０はアーム８５によって真空槽１２内に吊り下げられている。図３はの符号８はマスクホルダ８０に乗せられたマスクを示している。
【００２１】
基板ホルダ７０は板状の装置本体７２と、装置本体７２に内蔵された正、負の電極７３とを有しており、装置本体７２と正、負の電極７３とで静電吸着装置７１が構成されている。
【００２２】
装置本体７２は絶縁物で構成されており、装置本体７２の下側の面を吸着面８９とし、後述する基板を吸着面８９に接触させた状態で、正、負の電極７３に正、負の電圧をそれぞれ印加すると、基板が吸着面８９に静電吸着されるようになっている。
【００２３】
ロッド６３の下部は真空槽１２内に突き出され、その下端がマスクホルダ８０上のマスク８よりも上方に配置されている。装置本体７２は、吸着面８９がマスク８に対して平行にされた状態で、ロッド６３の下端に取り付けられている。装置本体７２は、ロッド６３を上下させるとマスクホルダ８０上のマスク８よりも上方位置で上下に移動し、Ｘ−Ｙテーブル４０と回転モータ５３によって、マスク８と平行な平面内でＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθ方向に移動するようになっている。
【００２４】
装置本体７２上にはコイル状のバネ７７が複数個鉛直に配置されている。装置本体７２の各バネ７７の中心位置の下方には、バネ７７の径よりも小径の貫通孔がそれぞれ形成されており、それらの貫通孔とバネ７７には棒状の仮保持部材７６が１本ずつ挿通されている。
【００２５】
各仮保持部材７６の上端には、バネ７７の径よりも大径のフランジが設けられており、フランジがバネ７７の上端に乗せられることで、仮保持部材７６全体がバネ７７に支持されている。
【００２６】
仮保持部材７６の下端はマスク８よりも上方位置であって、装置本体７２の吸着面８９よりも下方位置まで突き出され、その下端には後述する板状の基板を載置可能なフック７９が形成されており、フック７９と仮保持部材７６とでメカニカルチャック７５が構成されている。
【００２７】
内筒６２の下端は装置本体７２よりも上方に位置し、その下端には、取り付け板９１を介して仮保持部材７６と同じ数の押圧部７８が取り付けられている。各押圧部７８は仮保持部材７６の鉛直上方位置にそれぞれ位置しており、装置本体７２を静止させた状態で、内筒６２を上方から降下させると、押圧部７８の下端部が仮保持部材７６上端のフランジに当接されるようになっている。
【００２８】
更に押圧部７８を降下させると、それに伴ってバネ７７が縮んで仮保持部材７６が下降し、フック７９と装置本体７２との間の隙間が大きくなり、後述する搬送ロボットにより基板をフック７９と装置本体７２との間に挿入される。図３の符号７はフック７９と装置本体７２との間に挿入された基板を示しており、その状態では基板７は吸着面８９と非接触な状態で、フック７９よりも上方に位置する。尚図３では搬送ロボットは省略した。
【００２９】
その状態で押圧部７８を上昇させると、復元力によりバネ７７が伸び、仮保持部材７６が上昇する。仮保持部材７６の上昇によってフック７９が上昇すると、フック７９が基板７の縁部に当接し、更にフック７９が上昇すると基板７が搬送ロボットからフック７９に乗せられる。フック７９に乗せられた基板７が、搬送ロボットのアームよりも高く持ち上げられると、搬送ロボットのアームを吸着面８９とマスク８の間から退避させることができる。
【００３０】
バネ７７はフランジが押圧されていなくても縮められた状態になっており、常にフランジに対して上向きの力を及ぼしているので、フック７９に基板が乗せられておらずフランジが押圧されていないときには、フック７９は上方に持ち上げられ、吸着面８９に接触するようになっている。従って、基板７がフック７９に乗せられた状態でバネ７７が伸びると、基板７が吸着面８９に接触する。
【００３１】
真空槽１２には真空排気系５９が接続されており、予め真空排気系５９により真空槽１２内に所定圧力の真空雰囲気を形成しておき、基板７の表面が吸着面８９に接触した状態で電極７３に正負の電圧を印加すると、基板７が吸着面８９に密着した状態で静電吸着される。
【００３２】
上述したように、吸着面８９は装置本体７２の下側の面で構成されているので、基板７が静電吸着された状態では、基板７は装置本体７２よりも下側で保持されるが、基板７は縁部分だけではなくその中央部分も静電吸着されるようになっているので、静電吸着された状態の基板７にたわみが生じることがない。
【００３３】
吸着面８９はマスク８に対して平行になっているので、吸着面８９に静電吸着された基板７は、マスク８に対して平行になっている。従って、装置本体７２をマスク８に対して垂直方向に下降させると、基板７がマスク８に対して平行な状態を維持したまま下降し、マスク８の表面に押し当てられる。
【００３４】
真空槽１２外部にはＣＣＤカメラ５５が設けられており、窓部５６を介して真空槽１２内を観察可能になっている。基板７とマスク８には不図示のアライメントマークが設けられており、真空槽１２内の真空雰囲気を維持し、基板７をマスク８に押し当てた状態で、基板７とマスク８のアライメントマークを観察し、マスク８と平行な平面内でも基板７とマスク８の位置ずれ量を求める。
位置ずれ量を求めた後、基板７を装置本体７２に静電吸着した状態でマスク８に対して垂直方向に上昇させ、マスク８から離す。
【００３５】
次いで、基板７を装置本体７２と共に、マスク８と平行な平面内でＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθ方向に位置ずれ量が無くなるように移動させて位置合わせを行う。位置合わせ終了後、基板７をマスク８に対して垂直に下降させると、位置ずれ量が無くなった状態で基板７がマスク８に押し当てられる。
【００３６】
本発明のアライメント装置５によれば、基板７は静電吸着装置７１に静電吸着された状態で位置合わせが行われる。上述したように基板７は静電吸着された状態ではたわみが生じないので、位置合わせのときに基板７の位置ずれが置き難い。
【００３７】
また、基板７はマスク８に対して平行な状態を維持したまま、マスク８に押し当てられるので、基板７とマスク８とが擦れにくく、予め基板に配線膜のようなデバイスが形成されてる場合でも、そのデバイスが損傷し難い。
【００３８】
次に、上述した成膜装置１を用いて薄膜を形成する工程について説明する。
予め、搬送室２内と真空槽１２内に所定圧力の真空雰囲気を形成しておき、図１に示すような基板搬送装置４を搬送室２に気密に接続し、成膜対象物である基板７を基板搬送装置４から搬送室２内に搬入する。
【００３９】
次いで、搬送室２を成膜室３に接続し、図６（ａ）に示すように、搬送室２内に設置された搬送ロボット９のアームに基板７を乗せ、真空槽１２内に搬入し、仮保持部材７６のフック７９と吸着面８９との間に挿入した後、基板７を仮保持部材７６のフック７９に乗せて、基板ホルダ７０に仮保持させる。
【００４０】
真空槽１２内の真空雰囲気を維持した状態で、図６（ｂ）に示すように基板７を吸着面８９に接触させて、静電吸着装置７１に静電吸着させた後、図６（ｃ）に示すように搬送ロボット９のアームを搬送室２に退避させる。
【００４１】
基板７を静電吸着装置７１に静電吸着させた状態で、マスク８の表面に押し当て（図６（ｄ））、図６（ｅ）に示すようにＣＣＤカメラ５５により位置ずれ量を求めた後、図７（ｆ）に示すように基板７を静電吸着装置７１に静電吸着させた状態でマスク８から離す。次いで、真空雰囲気中で、基板７をマスク８と平行な平面内でＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びθ方向に移動させて位置合わせを行う（図７（ｇ））。
【００４２】
位置合わせ後、図７（ｈ）に示すように基板７を静電吸着装置７１に静電吸着させた状態でマスク８に押し当て、図７（ｉ）に示すようにＣＣＤカメラ５５により基板７とマスク８との位置ずれ量を再度求め、位置ずれ量が無くなったことが確認されたらアライメントを終了し、位置ずれ量が無くなっていなかったら、位置ずれ量が無くなるまで図７（ｆ）〜（ｉ）の工程を繰り返す。
【００４３】
上述したように、本発明のアライメント装置を用いれば、基板７を位置合わせするときに位置ずれが置き難く、正確に位置合わせが行われるので、位置合わせをやり直す必要がなく、結果としてアライメント工程に要する時間が短縮される。
【００４４】
蒸着源１３には蒸着材料が予め配置されており、アライメント終了後、蒸着材料を加熱すると、真空槽１２内に蒸着材料の蒸気が放出される。マスク８には所定パターンの開口が形成されており、放出された蒸気はマスク８の開口を通って基板７の表面に到達し、薄膜が成長する。
【００４５】
薄膜が所定膜厚まで成長したところで成膜を終了し、基板７をマスク８から離す。搬送ロボット９のアームを基板７の下方であって、マスク８よりも上方位置に配置した状態で、基板７への吸着力を解除し、フック７９を下降させると、基板７がフック７９から搬送ロボット９のアームに乗せられる。
【００４６】
その基板７を搬送ロボット９により搬送室２に一旦戻した後、新たな成膜室３に順次送り、成膜を行えば、基板７表面に複数の薄膜が積層される。各成膜室３での成膜が終了した後、基板７を搬送室２から基板搬送装置４に取り出せば、薄膜が積層された状態の基板７を得ることができる。
【００４７】
以上は、基板７をマスク８に対して平行な平面内で移動させて位置合わせを行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、マスクホルダ８０が移動手段に接続され、基板７を静止させた状態で該移動手段によりマスク８を基板７に対して平行な平面内で移動させる場合や、基板７をマスク８に対して平行な平面内で移動させると共に、マスク８を基板７に対して平行な平面内で移動させる場合も含まれる。
【００４８】
基板７をマスク８に押し当てる方法も特に限定されず、基板７を静電吸着装置７１に静電吸着した状態で静止させておき、マスク８を基板７に対して垂直に上昇させる場合や、または基板７を下降させると共にマスクホルダ８０を上昇させる場合も含まれる。
【００４９】
静電吸着装置７１の正負の電極７３に電圧を印加するタイミングは特に限定されず、基板７が吸着面８９に密着した後に電圧を印加しても良いし、基板７が吸着面８９に密着する前に電圧を印加しておいてもよい。
【００５０】
吸着面８９を構成する装置本体７２の表面は平坦である必要はなく、基板７の上側表面が接触可能であって、基板の中央部分と縁部分の両方を同時に静電吸着可能なものであれば、例えば装置本体７２の凹凸が形成された面の、凸部先端が位置する平面で吸着面を構成してもよい。
成膜源の種類も蒸着源に限定されず、本発明の成膜装置の成膜源としては、スパッタ源などを用いることもできる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、静電吸着装置に基板を静電吸着させた状態で位置合わせを行うので、基板のたわみが起こらず、位置ずれが置き難い。従って、従来に比べ正確に位置合わせが行われるので、位置合わせをやり直す必要がなく、アライメントに要する時間が短縮される。また、基板を静電吸着装置に静電吸着させた状態でマスクに押し当てるので、基板とマスクが擦れ難く、基板が損傷を受けにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる成膜装置の一例を説明する斜視図
【図２】成膜室の一例を説明する斜視図
【図３】本発明のアライメント装置の内部構成を説明する図
【図４】基板を静電吸着装置に静電吸着させた状態を説明する図
【図５】基板をマスクに押し当てた状態を説明する図
【図６】（ａ）〜（ｄ）：アライメント工程の前半を説明する図
【図７】（ｅ）〜（ｉ）：アライメント工程の後半を説明する図
【図８】従来技術のアライメント装置を説明する図
【符号の説明】
１……成膜装置５……アライメント装置７……基板８……マスク１２……真空槽１３……成膜源（蒸着源）７０……基板ホルダ７１……静電吸着装置７２……装置本体７３……電極７５……メカニカルチャック７６……仮保持部材７９……フック８０……マスクホルダ８９……吸着面

Claims

板状のマスクを保持可能なマスクホルダと、
前記マスクホルダの上方に配置され、板状の基板を前記マスクに対して略平行に保持可能な基板ホルダとを有し、
前記マスクホルダと前記基板ホルダとは相対的な移動が可能に構成され、
前記マスクホルダと前記基板ホルダに、前記マスクと前記基板をそれぞれ保持させた状態で、前記相対的な移動を行い、前記基板と前記マスクとの位置合わせを行えるように構成されたアライメント装置であって、
前記基板ホルダは静電吸着装置を有し、
前記静電吸着装置は、前記マスクホルダに保持された前記マスク上方に前記基板を位置させた場合に、前記基板の上側表面に当接可能な吸着面を有し、
前記静電吸着装置上にはコイル状のバネが複数個鉛直に配置され、
前記静電吸着装置の前記バネの中心位置の下方には前記バネよりも小径の貫通孔がそれぞれ形成され、
前記バネと前記貫通孔には、上端にフランジが形成された棒状の仮保持部材が挿通され、縮められた前記バネ上に前記フランジが乗せられ、
前記仮保持部材の下端にはフックが設けられ、
前記バネは前記フランジに対して上向きの力を及ぼし、前記フックを上方に持ち上げて前記吸着面に接触させ、
前記フランジが押圧されると前記バネが縮んで前記フックと前記吸着面とが離間するように構成されたアライメント装置。
内筒と、前記内筒に挿通され、前記内筒内で上下移動可能なロッドとを有し、
前記静電吸着装置は前記ロッドの下端に取り付けられ、
前記内筒の下端には、前記内筒を降下させると前記フランジに当接されて前記バネを縮める押圧部７８が設けられた請求項１記載のアラインメント装置。
請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のアライメント装置と、前記アライメント装置の下方に配置された成膜源とを有する成膜装置。