JP4187142B2

JP4187142B2 - マスク位置合せ機構付き成膜装置及び成膜方法

Info

Publication number: JP4187142B2
Application number: JP2002115146A
Authority: JP
Inventors: 秀幸小田木
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-04-17
Also published as: JP2003306761A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク成膜のためのマスク位置合せ機構を有する成膜装置に関する。成膜方法は、真空蒸着、スパッタリングなど一般に蒸着法と称されるものを含む。
【０００２】
【従来の技術】
複数の蒸着源と、各蒸着源にマスクを介して対向する成膜位置に基板搬送を行う基板搬送機構と、回転軸回りに基板を回転する基板回転機構とを備える成膜装置として、従来、特開平１１−２２９１３５号公報に示すものにより、各蒸着源による多点成膜を行うことが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の成膜装置を用いてマスク成膜により、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子用の画素蒸着などを行う場合、複雑な幾何学的パターンを正確に形成することが要求される。したがって、マスク成膜の際の基板とマスクとの相対位置の制御を行う必要があり、このための基板とマスクとの位置合せ機構は可能な限り高精度のものであることが望ましい。
【０００４】
このような高い精度のマスク位置合せ機構として、ＣＣＤカメラを用いた光学機械式位置合せ機構、即ち、ＣＣＤアライメント機構が代表的である。ＣＣＤアライメント機構は、ＣＣＤカメラ画像中に表示される基板及びマスクのそれぞれのアライメントマークの照準を複数点で同時に合致させることにより、基板とマスクとの相対位置を高い精度で位置制御することができる。
【０００５】
ＣＣＤアライメント機構は光学式であるため、ＣＣＤカメラの設置位置が装置構成上の障害物で規制される場合には、反射部材などを適宜設置して、これらに反射させて基板及びマスクのアライメントマークをカメラ画像に表示できるという利点がある。しかし、上記したような可能な限りの高精度を得るためには、ＣＣＤカメラが、反射部材などを経由せずに、基板及びマスクのアライメントマークを直接読み取れることが要望される。
【０００６】
本発明は、上記要望に鑑み、マスクの位置合せに際し、ＣＣＤカメラによる基板及びマスクの直接読み取りを可能として、高精度での位置合せを行うことができるマスク位置合せ機構付き成膜装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の成膜装置は、複数の蒸着源のそれぞれにマスクを介して対向する各成膜位置のうちの一つの成膜位置に基板搬送を行う試料搬送装置と、前記基板に対する前記マスクの位置合せ機構とを備える成膜装置において、このときのマスク位置合せ機構を、前記成膜位置の略直上に設置したＣＣＤカメラを用いたＣＣＤアライメント機構と、前記基板の昇降機構と、水平方向への移動機構と、回転軸回りに前記基板を回転して前記各成膜位置間において前記基板を移動させるための基板回転機構と、前記回転軸に軸通された歯車に噛合い回転駆動されるピニオンを備えた前記基板に対して前記マスクを回転するための前記マスクの回転機構として構成する。
【０００８】
これによれば、試料搬送装置により蒸着源に対向した成膜位置に搬送された基板に対してマスク成膜を行う際に、成膜位置にある基板とマスクとの略直上に設置したＣＣＤカメラで、基板とマスクとのアライメントマークを直接読み取ることができる。そして、両者のアライメントマークが合致しないときにはこれが合致するまで、基板回転機構により基板を回転させて、これによりＣＣＤアライメント機構本来の高精度の位置合せを行う。
【０００９】
また、マスクに形成された開口部の基板に対する相対位置を可動とすることにより、基板上の異なった位置に種々の条件でパターン成膜が可能となる。
【００１０】
さらに、それぞれ開口部の形状が異なる複数のマスク板を用意して、この各マスク板を選択可能とすることにより、薄膜に形成する幾何学的パターンの選択範囲を広げることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のマスク位置合せ機構付き２点蒸着装置を含む真空処理装置の略断面図である。図１を参照して、本装置は、真空成膜装置１とグローブボックス１ａに連通するロードロック室２とが仕切りバルブ３を介して連通して構成されている。この装置構成において、グローブボックス１ａは基板などの清浄に効果的であり、有機エレクトロルミネッセンス素子のように水分などの不純物混入防止が特に必要な成膜工程に有用である。
【００１２】
成膜装置１の上面には駆動機構部４とこれを介して対向する基板昇降機構５ａ、５ｂが設置されている。駆動機構部４は、成膜装置１の略中心部の歯車６に軸通する回転軸７を回転させる回転モータ８と、回転軸７に嵌装して構成されるスイングアーム９の旋回軸９ａを回転させるサーボモータ１０とを搭載している。また、基板昇降機構５ａ、５ｂは伸縮可能なロッド６ａ、６ｂをそれぞれ備えている。
【００１３】
そして、スイングアーム９の先端部には、基板１１を保持する基板受け１２の支持ロッド１３が縣吊されている。なお、支持ロッド１３は、スイングアーム９の先端部に昇降可能な状態で挿通されており、図１に示すように、支持ロッド１３が、成膜装置１の基板昇降機構５ａ、５ｂの直下に位置したとき、昇降ロッド６ａ、６ｂに押圧されて、基板１１及び基板受け１２が上下方向に昇降できる。
【００１４】
このとき、下降する基板１１は最下端において、基板支持フレーム１４の凹部で支持されるマスク１５ａ、１５ｂ上に載置される。また、マスク１５ａ、１５ｂは、歯車６にそれぞれ噛合する図外のピニオンを有し、歯車６により回転駆動されるマスクホルダ円板１６ａ、１６ｂ上に保持されている。即ち、基板１１はマスク１５ａまたは１５ｂに近接または密着するので、マスクホルダ円板１６ａ、１６ｂはそれぞれ基板ホルダとしても機能することになる。
【００１５】
上記した基板昇降機構５ａ、５ｂにより、基板１１は基板受け１２ごと昇降可能となっているが、これに加えてスイングロッド９は、公知の機構により水平方向にその伸縮を微調整できるように構成されており、これにより基板１１の位置を水平方向に調整することも可能となっている。
【００１６】
また、基板昇降機構５ａ、５ｂのそれぞれには、これらを介して対向する位置に一対のＣＣＤカメラ１７ａ、１７ｂ及び１８ａ、１８ｂが取り付けられ、基板昇降機構５ａ、５ｂの直下位置で基板１１が下降する際に、基板１１とマスク１５ａまたは１５ｂとの位置合せをＣＣＤアライメント機構により行えるように構成されている。
【００１７】
一方、成膜装置１の下方には一対の蒸着源１９ａ、１９ｂが配置され、これらは、それぞれ直上に蒸着源シャッタ２０ａ、２０ａが設けられている。
【００１８】
断面図として示した図１を斜視図として展開すると図２のようになる。図面構成上省略したものがあるが、用いた符号は図１のものと同一である。図２から分るように、本発明の装置においては、ＣＣＤカメラ１７ａ、１７ｂ及び１８ａ、１８ｂが、基板１１とマスク１５ａまたは１５ｂとの位置関係を直接読み取れる位置に設置されている。
【００１９】
成膜工程を行うに際しては、図１において、最初に、グローブボックス室１ａ内で、乾燥窒素ガスなどの封入または流通により清浄作業を行った基板１１をロードロック室２に搬送する。そして、その後に気密にしたロードロック室２内を所定圧力に到達するまで、図外の真空排気機構により真空排気を行う。一方、成膜装置１においても所定圧力に到達させ、基板昇降機構５ｂにより、マスク１５ｂに近接又は接触する最下端位置に基板受け１２を位置させる。この状態で、仕切りバルブ３を開放し、試料搬送装置２１のマニピュレータ２２により基板１１を、基板受け１２に移送して基板１１の受け渡しを行い、仕切りバルブ３を閉じる。
【００２０】
このときの基板１１とマスク１５ｂとの相対関係を図３に示す。基板やマスク部材には、通常、その上下左右位置を明確にするためのアライメントマークが記入されている。この場合も、所望の幾何学的パターンを正確に形成するために、図３中、２４で示されるアライメントマークを適正位置に位置させる必要がある。本発明の場合は、図１のＣＣＤカメラ１８ａ、１８ｂを用いて精度良く位置合せを行う。即ち、ＣＣＤアライメント機構により、上記のように受け渡した基板１１に位置補正が必要と判断された場合には、基板受け１２により基板１１をマスク１５ｂから一旦離間させ、基板１１の位置を補正し、再びＣＣＤアライメント機構により位置合せを行い、最適位置と判断された時点で基板１１をマスク１５ｂに再び載置する。また、必要な場合は、マスクホルダ円板１６ｂを回転移動させてマスク位置を補正しても良い。
【００２１】
このようにして、基板１１とマスク１５ｂとの適正な相対位置を実現した後、メインシャッター２３や蒸着源シャッタ２０ｂを開放し、マスク１５ｂを介して基板１１に対するマスク成膜を開始する。
【００２２】
そして、所定の成膜を終了した後、基板昇降機構５ｂを作動させて基板１１をマスク１５ｂから離間し、サーボモータ１０の作動によりスイングアーム９を半回転させ、基板昇降機構５ａの作動により、今度はマスク１５ａ上に基板１１を載置する。このときの、基板１１とマスク１５ａとの位置合せも、前述した場合と同様にしてＣＣＤカメラ１７ａ、１７ｂを用いて正確に行う必要がある。このような作動を繰り返して２点蒸着による成膜を行うことができる。
【００２３】
なお、上記においては、図３においてマスクホルダ円板１６ｂを、マスク１５ｂの適正位置への位置合せに用いたが、図４に示す工程により１枚の基板１１上にさまざまな条件の薄膜を複数形成することもできる。
【００２４】
即ち、図４（ａ）に示すように、試料搬送装置２１のマニピュレータ２２上に基板１１を載置した状態で、穴パターンＰを有するマスク１５ｂの直上に基板１１を搬送する。次に、図４（ｂ）に示すように、基板受け１２を上昇させてこれにより基板１１を保持した後、マニピュレータ２２のみ撤退させて、図４（ｃ）に示す状態にする。このときにＣＣＤアライメント機構により位置合せを行い、基板１１とマスク１５ｂとの相対位置が適正であれば、図４（ｄ）に示すように、基板受け１２を下降させて、基板１１をマスク１５ｂ上に載置する。この状態で、蒸着などにより基板１１に対してマスク成膜を行う。
【００２５】
所定のマスク成膜が終了した後に、図４（ｅ）に示すように、基板受け１２を上昇させて基板１１とマスク１５ｂとを離間させる。この状態で、図４（ｆ）に示すように、次の成膜位置に到達するまで、マスクホルダ円板１６ｂを歯車６の回転作動により回転させる。このとき、移動量の制御は歯車６の歯数により制御するため、２回目の成膜（蒸着など）からは位置合せが不要となる。そして、図４（ｇ）では、図４（ｄ）と同様に基板受け１２を下降させて基板１１をマスク１５ｂ上に載置して、基板１１に対して次のマスク成膜を行う。
【００２６】
この成膜工程を経ることにより、基板１１上には種々の条件の薄膜を多数形成することができる。このような工程は、特に、有機エレクトロルミネッセンス素子の画素蒸着の蒸着条件の検討に有用である。なお、ここでは、歯車６によりマスクの位置制御を行ったが、もちろんパルスモータ等の使用によるものも可能である。
【００２７】
また、上記した薄膜の条件の範囲をさらに広げるために、１枚のみならず複数の異なるマスクを選択して用いることも有用である。このような複数マスクの移動機構を用いた成膜装置１の概要斜視図を、本発明の第２の態様として、図５に示す。このものは、レール２５ａ、２５ｂ間に配置したマスク１５ｃ、１５ｄ、１５ｅをハンドル２６の作動によりスライド可能とした移動機構を備えている。各マスクの選択時には、前述したものと同様に、ＣＣＤカメラ１７ａ、１７ｂを用いて正確に位置合せを行う。
【００２８】
この場合、マスク１５ｃ、１５ｄ、１５ｅに回転機構を加えることも可能であり、このようにすることにより、マスクによるパターンの選択と、さまざまな条件で形成される薄膜とを組み合わせて、より広い選択範囲の中から所望の薄膜を高精度で形成することが可能となる。
【００２９】
なお、本発明においては、成膜方法として蒸着源１９ａ、１９ｂによる真空蒸着法を用いたが、本発明はそれに限定されるものでなく、蒸着源の替りにスパッタリングターゲットを用いたスパッタ法でも良く、あるいは、それ以外にもＣＶＤ法などを採用することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の成膜装置は、ＣＣＤアライメント機構用のＣＣＤカメラを基板及びマスクの直上に取り付けて、基板及びマスクを直接読み取るため、ＣＣＤアライメント機構本来の高精度で基板とマスクとの位置合せを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜装置を含む真空処理装置の略断面図
【図２】本発明の成膜装置の斜視図
【図３】基板とマスクとの相対位置を示す図
【図４】（ａ）〜（ｇ）マスク成膜工程図
【図５】マスク移動機構を有する本発明の第２の態様
【符号の説明】
１成膜装置
７回転軸
８回転モータ
９スイングアーム
１１基板
１２基板受け
１５ａ１５ｂ１５ｃ１５ｄ１５ｅマスク
１７ａ１７ｂ１８ａ１８ｂＣＣＤカメラ
１９ａ、１９ｂ蒸着源
２４アライメントマーク
Ｐマスクの穴パターン

Claims

複数の蒸着源のそれぞれにマスクを介して対向する各成膜位置のうちの一つの成膜位置に基板搬送を行う試料搬送装置と、前記基板に対する前記マスクの位置合せ機構とを備える成膜装置において、前記マスク位置合せ機構は、前記成膜位置の略直上に設置したＣＣＤカメラを用いたＣＣＤアライメント機構と、前記基板の昇降機構と、水平方向への移動機構と、回転軸回りに前記基板を回転して前記各成膜位置間において前記基板を移動させるための基板回転機構と、前記回転軸に軸通された歯車に噛合い回転駆動されるピニオンを備えた前記基板に対して前記マスクを回転するための前記マスクの回転機構と、から成ることを特徴とするマスク位置合せ機構付き成膜装置。
前記成膜位置において複数のマスクを選択するためのマスクのスライド移動機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のマスク位置合せ機構付き成膜装置。
マスクを介して蒸着源に対向する成膜位置に基板の搬送を行い、ＣＣＤカメラを用いて前記基板と前記マスクのアライメントマークの照準を複数点で合致させることにより、前記基板と前記マスクとの相対位置を補正し、前記相対位置の補正を、前記基板の昇降、水平方向への移動、回転軸周りに前記基板を前記成膜位置まで回転させる回転移動又は前記マスクを回転させることによって行い、前記マスクを回転させることにより成膜パターンを変更することを特徴とする成膜方法。
前記蒸着源を複数用意し、前記各蒸着源の略直上の成膜位置に前記基板を移動することにより多点成膜を行うことを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。