JP6662841B2 - 蒸着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板の位置を検出する位置検出部を備えた蒸着装置に関する。
蒸着装置は、基板の成膜面と蒸着源との間に蒸着マスクを配置し、蒸着マスクの開口に追従した形状のパターンを基板の成膜面に形成する。蒸着装置は、基板のアライメントマークである基板マークから基板の位置を算出する。蒸着装置は、算出された基板の位置と、蒸着マスクの位置とが合うように、基板の位置や蒸着マスクの位置を調整する(例えば、特許文献1を参照)。
特開2013−1947号公報
蒸着装置に搬入された基板と、蒸着に用いられる蒸着用マスクとの間では、高い位置の精度が求められる。例えば、有機EL装置や有機半導体装置に用いられる蒸着パターンを形成する蒸着装置にて、上述した基板とマスクとの相対位置で許容される寸法の誤差は10ミクロンにも満たない。一方、蒸着に際して真空空間を形成したり、複数の基板を搬送したりする蒸着装置では、真空を形成するためのポンプの振動や、基板を搬送するための電動機の振動などの各種の振動が、基板の処理時に発生する。基板やマスクを保持する機構に伝わるこれらの振動は、基板とマスクとの相対位置にずれを生じさせる要因となる。
本発明は、基板とマスクとの相対位置の精度を向上可能とした蒸着装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための蒸着装置は、蒸着源を収容した蒸着チャンバー内で非透過性の基板における表面を前記蒸着源に向けた状態で前記基板を保持すると共に、前記蒸着源と前記基板との間で蒸着マスクを保持する保持機構と、前記基板に対する前記蒸着マスクの側とは反対側から前記蒸着チャンバー内における前記基板と前記蒸着マスクとを撮影する撮影部と、前記保持機構および前記撮影部を搭載した上部構造体と、前記上部構造体を支持する下部構造体と、前記上部構造体とに挟まれて前記上部構造体と前記下部構造体とを接続する接続部とを備え、前記接続部が、前記下部構造体での振動の伝達を前記上部構造体に対して抑える防振機能を備える。
上記蒸着装置によれば、基板の保持と蒸着マスクの保持とを行う保持機構を支持する上部構造体が、防振機能を有した接続部を介して、下部構造体に接続される。結果として、下部構造体で生じた振動が基板と蒸着マスクとに伝達することを抑えることが可能である。それゆえに、基板と蒸着マスクとの相対位置、および、これらと撮影部との相対位置に、上記振動の伝達によるずれが生じることを抑えることが可能である。
上記蒸着装置において、前記下部構造体は、前記蒸着チャンバーが備える真空槽でもよい。この蒸着装置によれば、蒸着チャンバーで発生するポンプや電動機の振動が上部構造体に伝達することを抑えることが可能である。
上記蒸着装置において、前記保持機構は、前記基板と前記蒸着マスクとを前記基板の周方向に回転させる回転機構と、前記基板と前記蒸着マスクとを別々に昇降させる昇降機構と、を備えてもよい。この蒸着装置によれば、下部構造体での振動と、基板の回転や昇降とを隔絶することが可能であり、また、下部構造体での振動と、蒸着マスクの回転や昇降とを隔絶することが可能でもある。したがって、回転や昇降による基板の位置の精度が、下部構造体での振動によって低下すること、および、回転や昇降による蒸着マスクの位置の精度が、下部構造体での振動によって低下することを抑えることが可能である。
上記蒸着装置は、複数の前記接続部を備え、各接続部は、前記基板の周方向に分散されてもよい。この蒸着装置によれば、基板の周方向に接続部が分散しているため、基板の面方向に生じ得る振動の伝達を複数の接続部によって抑えることが可能である。
上記蒸着装置において、前記撮影部は、前記基板の平坦部で反射された光による第1像と、前記平坦部につながるベベル部で反射された光による第2像とを撮影し、前記第1像と前記第2像とのコントラストに基づく前記平坦部と前記ベベル部との境界を前記基板の外形の一部として抽出し、該抽出された外形の一部を用いて前記基板の位置を検出する画像処理部をさらに備えてもよい。
基板の輪郭を定めるベベル部は、通常、基板の厚さ方向に所定の曲率を有した曲面である。ベベル部を撮影した画像では、例えば、基板の輪郭に向けて明度が徐々に低下し、また、ぼけ量も徐々に高くなる。そのため、ベベル部を撮影した画像から基板の輪郭を検出する技術では、検出された輪郭の位置に大きな誤差を生じてしまう。一方、ベベル部と平坦部との境界は、基板において面方向が大きく変わる境界であり、例えば、平坦部と対向する方向からの撮影では、それを明確に検出できる部分でもある。そして、上記構成であれば、画像処理部が、平坦部で反射された光による第1像と、ベベル部で反射された光による第2像とのコントラストに基づくこれらの境界から、基板の位置を検出するため、振動の抑制と相まって、基板の位置を検出する精度をさらに向上することが可能ともなる。
上記蒸着装置において、基板マークを含む前記表面と、前記表面とは反対側の裏面とを含み、前記蒸着チャンバーの前段で前記基板を収容する前段モジュールと、前記前段モジュールから搬入される前記基板の表裏を反転させて前記蒸着チャンバーに前記基板を搬入する反転チャンバーと、をさらに備え、前記前段モジュールは、裏面撮影部と表面撮影部とを備え、前記裏面撮影部は、前記裏面と対向して、前記基板の平坦部で反射された光による第1像と、前記平坦部につながるベベル部で反射された光による第2像とを撮影し、前記表面撮影部は、前記表面と対向して、前記基板マークを撮影し、前記画像処理部は、前記裏面撮影部が撮影した前記第1像と前記第2像とのコントラストに基づく前記平坦部と前記ベベル部との境界を前記基板の外形の一部として抽出し、該抽出された外形の一部を用いて前記基板の位置である裏面位置を特定し、前記表面撮影部の撮影した前記基板マークの位置から前記基板の位置である表面位置を特定し、前記撮影部による撮影の結果から検出された前記基板の位置を、前記表面位置と前記裏面位置とのずれ量で補正する画像処理部をさらに備えてもよい。
上記蒸着装置によれば、画像処理部は、基板マークに基づく表面位置と、平坦部とベベル部との境界に基づく裏面位置とのずれ量を算出する。そして、画像処理部は、平坦部とベベル部との境界に基づく蒸着チャンバー内での裏面位置を、このずれ量で補正する。すなわち、画像処理部は、基板マークに基づく表面位置と、平坦部とベベル部との境界に基づく裏面位置とのずれ量を予め把握し、撮影部の撮影によって検出される蒸着チャンバーでの裏面位置を、基板マークに基づく位置に変換して取り扱うことが可能である。そのため、蒸着チャンバーにおける基板の位置の精度を、表面撮影部による基板の位置の精度に向けて高めることが可能である。
上記蒸着装置において、前記基板は、処理基板であり、光透過性の基板である校正基板の表面が複数の校正マークを備え、前記表面撮影部は、各校正マークに対応するカメラで前記校正基板の表面を撮影し、前記裏面撮影部は、各校正マークに対応するカメラで前記校正基板の裏面を撮影し、前記画像処理部は、前記表面撮影部の各カメラが前記校正マークを撮影した結果から、前記表面撮影部のカメラ間の相対位置を算出し、当該カメラ間の相対位置と、前記表面撮影部の各カメラが前記処理基板を撮影した結果とを用い、前記表面位置を算出し、かつ、前記裏面撮影部の各カメラが前記校正マークの透過画像を撮影した結果から、前記裏面撮影部のカメラ間の相対位置を算出し、当該カメラ間の相対位置と、前記裏面撮影部の各カメラが前記処理基板を撮影した結果とを用い、前記裏面位置を算出してもよい。
上記蒸着装置によれば、裏面撮影部のカメラと、表面撮影部のカメラとは、これらに共通する校正マークを撮影する。画像処理部は、共通する校正マークを表裏で撮影した結果から、裏面撮影部のカメラ間の相対位置と、表面撮影部のカメラ間の相対位置とを算出する。そして、画像処理部は、表面撮影部が処理基板を撮影した結果と、表面撮影部のカメラ間の相対位置とを用い、表面撮影による処理基板の位置を算出する。また、画像処理部は、裏面撮影部が処理基板を撮影した結果と、裏面撮影部のカメラ間の相対位置とを用い、裏面撮影による処理基板の位置を算出する。これによって、裏面撮影部による処理基板の位置の検出精度を、表面撮影部による処理基板の位置の検出精度にまで、すなわち、基板マークの撮影による検出精度と同じ程度にまで予め高められる。結果として、裏面の撮影結果のみが得られる蒸着チャンバー内であっても、表面撮影による位置の検出精度と同じ程度に、基板の位置の検出精度を向上させることが可能となる。
蒸着装置の構成を示す構成図。 EFEMの構成を示す構成図。 EFEMの各カメラの撮影範囲を示す平面図であり、(a)はマークカメラの撮影範囲を示し、(b)はロードカメラの撮影範囲を示す。 蒸着チャンバーの構成を示す構成図。 蒸着チャンバーの作用を示す作用図。 基板および蒸着マスクを蒸着カメラの撮影範囲とともに示す平面図。 ロードカメラおよび蒸着カメラが撮影した画像の一例を示す図。 蒸着装置が行う各種の処理を説明するためのブロック図。
以下、蒸着装置の一実施形態を説明する。
蒸着装置は、前段モジュールの一例であるEFEMと蒸着チャンバーとを備える。以下の例では、EFEMは、表面位置の特定処理、および、裏面位置の特定処理に用いられる。蒸着チャンバーは、別の裏面位置の特定処理に用いられる。
なお、表面位置の特定処理は、基板の表面に位置する基板マークを撮影し、その撮影の結果から、表面位置の一例である基板の中心(パターン中心)を算出する。裏面位置の特定処理は、基板の裏面における外周部を撮影し、その撮影の結果から、裏面位置の一例である第1基板中心を算出する。
また、別の裏面位置の特定処理は、基板の裏面における外周部を撮影し、その撮影の結果から、基板の中心である第2基板中心を算出する。蒸着装置は、EFEMを用いて特定されるパターン中心と第1基板中心とのずれ量を算出する。また、蒸着装置は、第2基板中心にずれ量を反映させ、蒸着マスクの中心であるマスク中心と、パターン中心とを合わせるように、基板を配置する。
図1が示すように、蒸着装置は、搬送チャンバー10を備え、搬送チャンバー10には、ゲートバルブを介して搬出入チャンバー20が接続されている。搬送チャンバー10は、基板Wを搬送する搬送ロボットを備える。搬出入チャンバー20は、搬送チャンバー10の外部から搬送チャンバー10に基板を搬入し、かつ、搬送チャンバー10から搬送チャンバー10の外部に基板を搬出する。搬出入チャンバー20には、ゲートバルブを介してEFEM30(Equipment Front End Module)が接続されている。
EFEM30は、搬出入チャンバー20に成膜前の基板を搬送し、かつ、搬出入チャンバー20から成膜後の基板を搬入する。EFEM30は、基板Wを支持する検出機構を備える。EFEM30は、ストッカーに収容された処理前の基板を1枚ずつ支持する。EFEM30が収容する基板は、非透過性の基板である処理基板と、光透過性の基板である校正基板とを含む。
処理基板は、例えば、光反射性の薄膜に覆われたガラス基板や、基板そのものが非透過性を有するシリコン基板である。校正基板は、例えば、石英基板やアルミナ基板である。処理基板、および、校正基板は、それぞれ表面と裏面とを含む。校正基板の有する熱膨張率は、高温下での熱膨張が抑えられる観点において、3ppm/℃以下であることが好ましい。基板の表面は、例えば3個の基板マークを有する。基板マークは、例えば、表面のなかで高い光反射性を有した薄膜のパターン、あるいは、表面のなかで高い光吸収性を有した薄膜のパターンである。基板マークは、表面と対向する平面視において、例えば、矩形状や十字状などを有する。処理基板の基板マークは、表面の特定位置と、蒸着マスクの開口とを合わせるために用いられる。校正基板の基板マークは、校正マークの一例であり、基板マークを撮影するためのカメラ間の相対位置を算出するために用いられる。
搬送チャンバー10には、2体の蒸着チャンバー50、反転チャンバー60、および、スパッタチャンバー70が接続されている。各チャンバーは、ゲートバルブを介して搬送チャンバー10に接続されている。蒸着チャンバー50は、真空蒸着法によって基板Wに所定の薄膜を形成する。反転チャンバー60は、反転チャンバー60に搬入された基板Wを反転させる。反転チャンバー60での反転は、鉛直方向における基板Wの表面WFと裏面WRとの位置を、基板Wが反転チャンバー60に搬入されたときと、反転チャンバー60から搬出されるときとの間において、反対にすることである。スパッタチャンバー70は、スパッタ法によって基板Wに所定の薄膜を形成する。
蒸着装置は、制御装置100を備え、制御装置100は、画像処理部110を含み、蒸着装置が備える各チャンバーの駆動を制御する。制御装置100は、例えば、搬送ロボットの駆動を制御して、搬送チャンバー10に接続された1体のチャンバーから他のチャンバーに、搬送チャンバー10を介して搬送ロボットに基板Wを搬送させる。制御装置100は、例えば、各蒸着チャンバーにおける成膜処理、および、スパッタチャンバー70における成膜処理に関わる機構の駆動を制御することによって、各蒸着チャンバー50、および、スパッタチャンバー70に所定の薄膜を形成させる。
画像処理部110は、中央演算処理装置、および、メモリを備えて、校正処理、表面位置の特定処理、裏面位置の特定処理を全てソフトウェアで処理するものに限らない。例えば、画像処理部110は、各種処理のうちの少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェア(特定用途向け集積回路:ASIC)を備えてもよい。つまり画像処理部110は、ASICなどの1個以上の専用のハードウェア回路、コンピュータプログラム(ソフトウェア)に従って動作する1個以上のプロセッサ(マイクロコンピュータ)、あるいは、それらの組み合わせ、を含む回路として構成される。画像処理部110は、基板が備える基板マークの位置を、相対座標系の座標である相対座標として記憶している。
図2、および、図3を参照して、EFEM30の構成を説明する。以下では、EFEM30の構成のなかで、検出機構31の構成を主に説明する。
図2が示すように、検出機構31は、ステージ32、複数のマークカメラ33、および、複数のロードカメラ34を備える。以下では、3台のマークカメラ33、および、3台のロードカメラ34を備える例を説明する。
ステージ32は、処理対象である基板Wを支持する。基板Wは、表面WFと裏面WRとを含み、基板Wの表面WFには、3個の基板マークWmが位置している。EFEM30では、3個の基板マークWmが位置する表面WFを上方に向けて、基板Wがステージ32に配置される。各基板マークWmは、基板Wの表面WFにおける特定の位置と、蒸着マスクが有する開口の位置とを合わせるために用いられる。
各マークカメラ33は、例えばCCDカメラであって、表面撮影部の一例である。各マークカメラ33は、ステージに支持された基板Wよりも上方に固定されている。1台のマークカメラ33の光軸3Aの位置は、他のマークカメラ33の光軸3Aの位置に対して固定されている。各マークカメラ33は、表面WFの平坦部のなかで、基板マークWmを含む範囲を撮影する。各マークカメラ33の撮影した表面WFの画像は、表面位置の特定処理に用いられる。
各ロードカメラ34は、例えばCCDカメラであって、裏面撮影部の一例である。各ロードカメラ34は、ステージ32よりも下方に固定されている。1台のロードカメラ34の光軸4Aの位置は、他のロードカメラ34の光軸4Aの位置に対して固定されている。各ロードカメラ34は、基板Wの裏面WRに対向し、基板Wの外周部で反射された光による像を撮影する。各ロードカメラ34は、基板Wの外周部のなかで、他のロードカメラ34が撮影する部分とは異なる部分を撮影する。各ロードカメラ34の撮影した裏面WRの画像は、裏面位置の特定処理に用いられる。また、各ロードカメラ34の撮影した裏面WRの画像は、表面位置の特定処理によるパターン中心と、裏面位置の特定処理による第1基板中心とのずれ量の算出に用いられる。
図3(a)は、基板Wの表面WFと対向する平面視での基板Wの平面構造を示し、図3(b)は、基板Wの裏面WRと対向する平面視での基板Wの平面構造を示す。図3では、説明の便宜上、基板Wの形状を円板状として、各マークカメラ33が撮影する領域と、各ロードカメラ34が撮影する領域とを、基板Wに重ねて示す。
図3が示すように、ステージ32は、基板Wを配置する目標の領域として、仮想的な配置領域WA(図3(a)(b)の二点鎖線)を定める。基板Wは、仮想的な配置領域WAと、基板Wの輪郭E(図3(a)(b)の実線)とがほぼ一致するように、ステージ32に配置される。基板Wの表面WFは、3個の基板マークWmを備える。各基板マークWmは、基板Wの外周部よりも基板中心寄りに位置している。
各マークカメラ33は、画像を撮影する領域を撮影範囲3Z(図3(a)の二点鎖線)として定める。各撮影範囲3Zは、配置領域WAの周方向にほぼ等配されている。各撮影範囲3Zの中心には、マークカメラ33の光軸3Aが位置する。各撮影範囲3Zの位置およびサイズは、基板Wの搬送精度に基づき、別々の基板マークWmを含むように設定される。
各ロードカメラ34は、画像を撮影する領域を撮影範囲4Z(図3(b)の二点鎖線)として定める。各撮影範囲4Zは、配置領域WAの周方向にほぼ等配されている。各撮影範囲4Zの中心には、ロードカメラ34の光軸4Aが位置する。各撮影範囲4Zの位置およびサイズは、基板Wの搬送精度に基づき、平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界を含むように設定される。
[蒸着チャンバーの構成]
図4、および、図5を参照して、蒸着チャンバー50の構成を説明する。なお、図4、および、図5では、説明の便宜上、構成要素間の機械的な結合を破線で示す。
図4が示すように、蒸着チャンバー50は、昇華させた蒸着材料を放出する蒸着源51と、撮影部の一例である複数の蒸着カメラ52と、基板Wを支持する基板ホルダー53と、蒸着マスクMを支持するマスクベース54と、駆動源55と、伝達機構56とを備える。基板ホルダー53、および、マスクベース54は、保持機構の一例である。蒸着チャンバー50において、蒸着源51、基板ホルダー53、および、マスクベース54を収容する真空槽50Bは、下部構造体の一例である。真空槽50Bの内部は、真空ポンプなどの排気系57に接続されて所定の圧力まで減圧される。なお、以下では、3台の蒸着カメラ52を備える例を説明する。
蒸着源51は、蒸着材料を加熱することによって、蒸着材料による薄膜を基板Wの表面WFに形成する。蒸着源51には、例えば、抵抗加熱式の蒸着源、誘導加熱式の蒸着源、および、電子ビームを備える蒸着源などを用いることができる。蒸着材料は、蒸着源51によって加熱されることによって蒸発する材料であり、基板Wの表面WFに形成される薄膜の材料である。蒸着材料は、例えば有機物であるが、無機物であってもよい。
3台の蒸着カメラ52は、真空槽50Bに搭載される支持フレーム58に固定されている。支持フレーム58は、蒸着カメラ52や駆動源55などを支持する上部構造体の一例である。支持フレーム58は、上下方向に貫通し、真空槽50Bの内部を撮影させるための撮影孔5Hを備える。各撮影孔5Hは、蒸着カメラ52に1個ずつの孔である。1台の蒸着カメラ52の光軸5Aの位置は、他の蒸着カメラ52の光軸5Aの位置に対して固定されている。各蒸着カメラ52は、基板Wの裏面WRに対向し、基板Wの外周部で反射された光による像を撮影する。各蒸着カメラ52は、基板Wの外周部のなかで別々の部位を撮影する。各蒸着カメラ52の撮影した画像は、別の裏面位置の特定処理に用いられる。
基板ホルダー53は、3台の蒸着カメラ52と蒸着源51との間に位置する。基板ホルダー53は、基板Wの配置される領域である仮想的な配置領域WAを定める。基板ホルダー53は、反転チャンバー60から蒸着チャンバー50に搬入される基板Wを支持する。基板ホルダー53は、蒸着チャンバーから反転チャンバー60に基板Wを搬出可能とする。基板ホルダー53は、基板Wの表面WFを蒸着源51側(図4の下側)に向けて表面WFの外周部を支持し、基板Wの裏面WRと3台の蒸着カメラ52とを対向させる。
この際、表面WFに位置する基板マークWmは、例えば、基板ホルダー53などの障害物が存在するため、表面WFと対向する側からは撮影され難い。また、表面WFに位置する基板マークWmは、例えば、基板Wが十分な透明性を有しない、あるいは、不透明であるため、裏面WRと対向する側からも撮影され難い。すなわち、基板ホルダー53が基板Wを支持する状態では、基板マークWmの位置を検出することが困難となっている。
マスクベース54は、3台の蒸着カメラ52と蒸着源51との間に位置する。マスクベース54は、蒸着マスクMの配置される領域である仮想的な配置領域MAを定める。マスクベース54は、蒸着マスクMの外周部を支持し、基板Wの表面WFと蒸着マスクMとを対向させる。蒸着マスクMは、基板Wの表面WFに所定のパターンを形成するための開口を有する。マスクベース54は、基板Wに対する蒸着源51側に蒸着マスクMを配置する。蒸着マスクMは、基板Wでの周方向の全体で、基板Wからはみ出す大きさを有する。蒸着マスクMは、基板Wからはみ出した部分に、3個のマスクマークを有する。なお、蒸着マスクMが有するマスクマークは、蒸着カメラ52による撮影によって、蒸着マスクMの中心位置を検出することに用いられる。マスクベース54は、支持フレーム58に固定されたホルダーフック50Cに載置されている。
駆動源55は、伝達機構56に伝達する動力を出力する。伝達機構56は、駆動源55の動力を受けて、基板ホルダー53を水平方向に移動させる。また、伝達機構56は、駆動源55の動力を受けて、マスクベース54と基板ホルダー53とを基板Wの周方向に回転させる。伝達機構56は、基板ホルダー53の独立した回転と、マスクベース54の独立した回転と、基板ホルダー53とマスクベース54と固定プレートHPとを一体とした回転とを切り換える。また、伝達機構56は、駆動源55の動力を受けて、マスクベース54と基板ホルダー53とを昇降させる。伝達機構56は、基板ホルダー53の独立した昇降と、マスクベース54の独立した昇降と、基板ホルダー53とマスクベース54とを一体とした昇降とを切り換える。
例えば、図4が示すように、基板ホルダー53の独立した水平方向での移動や、基板ホルダー53の独立した回転は、第2基板中心とマスク中心との整合に用いられる。マスクベース54の独立した回転は、蒸着マスクMを所定の位置に配置するために用いられる。また、例えば、基板ホルダー53の独立した昇降は、基板Wの搬入および搬出や、蒸着用の所定位置への基板Wの配置に用いられる。マスクベース54の独立した昇降は、蒸着マスクMの搬入および搬出や、蒸着用の所定位置への蒸着マスクMの配置に用いられる。
例えば、図5が示すように、基板ホルダー53とマスクベース54と固定プレートHPとを一体とした回転は、基板Wの表面に蒸着材料51Mを蒸着させるときに用いられる。また、例えば、基板ホルダー53とマスクベース54とを一体とした昇降は、基板Wと蒸着マスクMと固定プレートHPとを一体として回転させる際の移動に用いられる。なお、固定プレートHPは、基板Wの温度を所望の温度に調整するための温調機能や、蒸着マスクMを基板Wに対して磁気的に位置決めする位置決め機能を備える。
上述したように、支持フレーム58は、基板Wの位置と蒸着マスクMの位置とを整合させるための蒸着カメラ52、基板ホルダー53、マスクベース54、駆動源55、ホルダーフック50C、および、伝達機構56を搭載する。すなわち、支持フレーム58は、基板Wと蒸着マスクMとの相対位置の位置決めに用いられる各構成を搭載する。位置決めに用いられる各構成を搭載した支持フレーム58は、各構成との機械的な結合体として固有振動数を有し、加振振動数が固有振動数となる状態では、基板Wと蒸着マスクMとの相対位置にずれを生じさせてしまう。そこで、上記支持フレーム58は、接続部59を介して、真空槽50Bに機械的に接続されている。すなわち、蒸着装置は、蒸着カメラ52や駆動源55や伝達機構56など、これら基板Wと蒸着マスクMとの相対位置を位置決めする各構成と、真空槽50Bとの間に、支持フレーム58と接続部59とを介在させている。
接続部59は、真空槽50Bでの振動の伝達を支持フレーム58に対して抑える防振機能を備える。接続部59は、例えば、防振ゴムであり、特に、支持フレーム58を含む上記結合体の固有振動数の振動の伝達を抑える。蒸着装置は、例えば、4つの接続部59を備え、各接続部59は、基板Wの周方向に等間隔を空けて配置されている。
図6は、蒸着チャンバー50における基板Wの裏面WRと対向する平面視での基板Wの平面構造を示す。図6では、説明の便宜上、基板Wの形状を円板状として、各蒸着カメラ52が撮影する領域を基板Wに重ねて示す。
図6が示すように、基板Wは、配置領域WAに配置され、蒸着マスクMは、配置領域MAに配置される。マスクマークMmの位置は、基板Wの輪郭Eよりも外側に位置するように設定されている。マスクマークMmは、基板Wの裏面WRと対向する平面視において矩形状を有するが、矩形状とは異なる形状、例えば十字状などを有してもよい。
各蒸着カメラ52が撮影する領域は、撮影範囲5Zであり、配置領域WAの周方向にほぼ等配されている。各撮影範囲5Zの中心には、各蒸着カメラ52の光軸5Aが位置する。平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界が撮影範囲5Zに含まれ、かつ、各撮影範囲5Zに別々のマスクマークMmが含まれるように、基板Wの搬送精度に基づき、3箇所の撮影範囲5Zの位置およびサイズは設定される。
図7は、上記ロードカメラ34や蒸着カメラ52が撮影した画像の一例である。
図7が示すように、画像は、基板Wの像IMWと、基板Wの背景像IMBとを含む。基板Wの像IMWのなかで、相対的に明度の高い部分が、平坦部Wp1の像IM1、すなわち、第1像である。これに対して、基板Wの像のなかで、相対的に明度の低い部分が、ベベル部Wp2の像IM2、すなわち、第2像である。基板Wの背景像における明度は、第1像の明度よりも低く、かつ、第2像の明度よりも高い。
ここで、基板Wの輪郭Eとは、基板Wにおいて最も外側に位置する点を結んだ外形線であり、ベベル部Wp2の外形線でもある。このベベル部Wp2は、通常、所定の曲率を有した曲面で構成される。ベベル部Wp2の曲面は、基板Wの輪郭Eに向けて、基板Wの像IMWの明度を徐々に低くし、ベベル部Wp2の像IM2である第2像と、基板Wの背景像IMBとの境界を、不明りょうとする。そして、像IM2と背景像IMBとの境界から基板Wの輪郭Eを検出する際には、その位置の精度に大きな誤差を生じさせてしまう。特に、基板Wの位置に数μmの精度が求められる検出では、上述した境界での不明りょうさが非常に大きな誤差となる。
これに対して、ベベル部Wp2と平坦部Wp1との境界は、基板Wにおいて面方向が変わる境界であり、例えば、平坦部Wp1と対向する方向からの撮影では、それが明確に検出される境界でもある。それゆえに、像IM1と像IM2との境界が、基板Wの外形の一部として特定される構成であれば、その外形を用いた基板Wの位置の検出において、検出の精度を向上することが可能となる。
制御装置100が備える画像処理部110は、ロードカメラ34や蒸着カメラ52の撮影した画像を用いたコントラストに基づくエッジ検出を行い、像IM1と像IM2との境界を抽出する。そして、画像処理部110は、抽出された像IM1と像IM2との境界、すなわち、平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界を、基板Wの外形の一部として特定する。なお、ロードカメラ34の光軸4Aの位置や、ロードカメラ34の撮影範囲4Zの位置は、ロードカメラ34に固有の座標系(例えば、XYθ座標系)で定められる。また、蒸着カメラ52の光軸5Aの位置や、蒸着カメラ52の撮影範囲5Zの位置は、蒸着カメラ52に固有の座標系(例えば、XYθ座標系)で定められる。画像処理部110は、像IM1と像IM2との境界をこの座標系で算出し、それによって、基板Wの外形の一部を特定する。
[作用]
図8を参照して、制御装置100が行う校正処理、表面位置の特定処理、裏面位置の特定処理、および、位置合わせ処理を説明する。
[校正処理:EEFM30]
画像処理部110は、校正処理において、各マークカメラ33が校正基板の表面を撮影した画像(表面画像)に対して画像解析を行う。すなわち、画像処理部110は、基板マークWmを検出するためのエッジ検出などを表面画像に施し、マークカメラ33のカメラ座標系において、光軸3Aに対する基板マークWmの相対位置を算出する。なお、画像処理部110は、カメラ座標系における光軸3Aの位置を、例えば、表面画像の中心とする。
画像処理部110は、校正処理において、各ロードカメラ34が校正基板の裏面を撮影した透過画像(裏面画像)に対して画像解析を行う。すなわち、画像処理部110は、基板マークWmを検出するためのエッジ検出などを裏面画像に施し、ロードカメラ34のカメラ座標系において、光軸4Aに対する基板マークWmの相対位置を算出する。なお、画像処理部110は、カメラ座標系における光軸4Aの位置を、例えば、裏面画像の中心とする。
次いで、画像処理部110は、マークカメラ33のカメラ座標系での基板マークWmの位置、および、その基板マークWmの相対座標を用い、基板マークWmの相対位置が定められる相対座標系において、マークカメラ33の光軸位置を算出する。また、画像処理部110は、ロードカメラ34のカメラ座標系での基板マークWmの位置、および、その基板マークWmの相対座標を用い、基板マークWmの相対位置が定められる相対座標系において、ロードカメラ34の光軸位置を算出する。すなわち、画像処理部110は、3台のマークカメラ33の光軸3A間における相対位置、および、3台のロードカメラ34の光軸4A間における相対位置を算出する。画像処理部110は、カメラ間の相対位置の一例として、各マークカメラ33の光軸位置、および、各ロードカメラ34の光軸位置を記憶する。画像処理部110は、校正処理を行う都度、各マークカメラ33の光軸位置、および、各ロードカメラ34の光軸位置を更新する。
このように、マークカメラ33間の相対位置と、ロードカメラ34間の相対位置とが、共通する校正基板の基板マークWmの撮影によって算出される。一方、これらマークカメラ33間の相対位置と、ロードカメラ34間の相対位置とは、以下の形態でも得られる。すなわち、各マークカメラ33が、第1の校正基板の基板マークWmを撮影し、各ロードカメラ34が、第2の校正基板の基板マークWmを撮影し、これらの撮影結果から、各別の相対位置を算出することも可能ではある。ただし、各別の校正基板を撮影する形態では、校正基板間での基板マークWmの位置の誤差や、校正基板間での搬送誤差などが、表裏の撮影結果に各別に含まれてしまう。この点、共通する基板マークWmを表裏で一度に撮影する形態であれば、マークカメラ33間の相対位置と、ロードカメラ34間の相対位置とに、上述した誤差が含まれることが抑えられる。
[校正処理:蒸着チャンバー50]
画像処理部110は、校正処理において、校正基板の裏面画像に対する画像解析を行う。すなわち、画像処理部110は、エッジ検出などを各裏面画像に施し、蒸着カメラ52のカメラ座標系において、光軸5Aに対する基板マークWmの相対位置を算出する。なお、画像処理部110は、カメラ座標系における光軸5Aの位置を、例えば、裏面画像の中心とする。次いで、画像処理部110は、蒸着カメラ52のカメラ座標系での基板マークWmの位置、および、その基板マークWmの相対座標を用い、基板マークWmの相対位置が定められる相対座標系において、蒸着カメラ52の光軸位置を算出する。すなわち、画像処理部110は、3つの蒸着カメラ52の光軸5A間における相対位置を算出する。画像処理部110は、カメラ間の相対位置の一例として、各蒸着カメラ52の光軸位置を記憶する。画像処理部110は、校正処理を行う都度、各蒸着カメラ52の光軸位置を更新する。
[表面位置の特定処理]
画像処理部110は、表面位置の特定処理において、各マークカメラ33が処理基板の表面を撮影した画像(表面画像)を用い、パターン中心の位置を算出する。すなわち、画像処理部110は、エッジ検出などを各表面画像に施し、マークカメラ33のカメラ座標系において、基板マークWmの位置を算出する。次いで、画像処理部110は、各マークカメラ33の光軸位置と、カメラ座標系での基板マークWmの位置とから、基板マークWm間の相対位置を算出する。そして、画像処理部110は、パターン中心を中心とする仮想円が、各基板マークWmの相対位置を通るように、基板マークWmの相対位置が定められる相対座標系において、パターン中心の位置を算出する。
[裏面位置の特定処理:EFEM30]
制御装置100は、EFEM30での裏面位置の特定処理において、ステージに載置された処理基板の裏面WRに光を照射する。そして、制御装置100は、平坦部Wp1で反射した光による像IM1と、ベベル部Wp2で反射した光による像IM2とを含む画像をロードカメラ34に撮影させる。次いで、制御装置100は、ロードカメラ34が撮影した画像をEFEM30から取得する。
画像処理部110は、ロードカメラ34が撮影した画像を用い、画像のコントラストに基づいて、EFEM30における、平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界を抽出する。そして、画像処理部110は、第1基板中心を中心とする仮想円が各境界を通るように、第1基板中心の位置を算出する。
なお、EFEM30における各マークカメラ33による基板マークWmの撮影と、各ロードカメラ34による平坦部Wp1およびベベル部Wp2の撮影とは、同時に行ってもよいし、各別のタイミングで行ってもよい。2箇所での撮影を各別のタイミングで行うときには、各マークカメラ33による撮影を各ロードカメラ34による撮影よりも先に行ってもよいし、各ロードカメラ34による撮影を各マークカメラ33による撮影よりも先に行ってもよい。2箇所での撮影を各別のタイミングで行うときには、2箇所での撮影の間に基板Wを回転させてもよい。また、各マークカメラ33による基板マークWmの撮影は、同時に行ってもよいし、各別のタイミングで行ってもよいし、各ロードカメラ34による平坦部Wp1およびベベル部Wp2の撮影も、同時に行ってもよいし、各別のタイミングで行ってもよい。
[裏面位置の特定処理:蒸着チャンバー50]
制御装置100は、蒸着チャンバー50での裏面位置の特定処理において、基板ホルダー53に載置された処理基板の裏面WRに光を照射する。そして、制御装置100は、平坦部Wp1で反射した光による像IM1と、ベベル部Wp2で反射した光による像IM2とを含む画像を蒸着カメラ52に撮影させる。次いで、制御装置100は、蒸着カメラ52が撮影した画像を蒸着チャンバー50から取得する。
画像処理部110は、蒸着カメラ52が撮影した画像を用い、画像のコントラストに基づいて、蒸着チャンバー50における、平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界を抽出する。そして、画像処理部110は、第2基板中心を中心とする仮想円が各境界を通るように、第2基板中心の位置を算出する。
なお、上述した表面位置の特定処理や裏面位置の特定処置では、1台のカメラで撮影を行うごとに、処理基板を回転させることも可能である。特に、基板マークWmの位置は、処理基板ごとに異なり、また、共通する特定の位置に各処理基板を固定する方式では、基板マークWmを撮影できない処理基板が存在することがある。この場合には、1個の基板マークWmを撮影するごとに、カメラに対して処理基板を回転させることが可能である。処理基板を回転させて複数の基板マークWmを撮影する方式では、基板マークWm間における相対位置を処理基板の回転角度によって把握できる。なお、処理基板の回転角度は、回転角度を検出する検出部によって検出することが可能であり、検出部には、例えばエンコーダーを用いることができる。
[位置合わせ処理]
図8が示すように、制御装置100は、例えば、1枚目の処理基板について、EFEM30での撮影によるパターン中心と第1基板中心とを用い、パターン中心と第1基板中心とのずれ量(Δx,Δy,Δθ)を算出する。
次いで、制御装置100は、1枚目の基板Wが蒸着チャンバー50に搬入されたとき、蒸着カメラ52が撮影した画像を用い、マスク中心を中心とする仮想円が各マスクマークを通るように、マスク中心の位置を算出する。そして、制御装置100は、第2基板中心にずれ量を反映させて、第2基板中心をマスク中心に合わせるための補正量を算出する。制御装置100は、補正量に相当する駆動量で伝達機構56を駆動させるべく、駆動源55を駆動するための駆動信号SIGを出力する。
このように、上述した蒸着装置によれば、マークカメラ33のカメラ座標系、ロードカメラ34のカメラ座標系、および、蒸着カメラ52のカメラ座標系という3つの各別のカメラ座標系を、単一の校正基板によって校正することが可能である。これにより、各カメラ座標系において相互に座標の変換を行うことが可能である。言い換えれば、各カメラ座標系において相互に座標の変換を行う際に、座標の変換に伴う位置のずれを抑えることが可能である。
上述した校正処理を制御装置100が行うことによって、マークカメラ33の光軸位置と、ロードカメラ34の光軸位置とが、共通する基板マークWmの撮影によって算出される。これによって、ロードカメラ34による処理基板の位置の検出精度を、マークカメラ33による処理基板の位置の検出精度にまで、すなわち、基板マークWmを直接撮影した結果による検出精度と同じ程度にまで予め高められる。そして、マークカメラ33の光軸位置と、ロードカメラ34の光軸位置とのずれ量(Δx,Δy,Δθ)が、表面撮影と裏面撮影との間の差異として、蒸着カメラ52の撮影による第2基板中心に反映される。これによって、蒸着チャンバー50における処理基板の位置が、蒸着チャンバー50において基板マークWmを直接撮影したときと同じ程度の位置精度で算出される。結果として、第2基板中心とマスク中心との整合を、パターン中心とマスク中心との整合として取り扱うことが可能となる。
ここで、蒸着装置は、第2基板中心とマスク中心とを整合させた状態で、マスクベース54と基板ホルダー53とを基板Wの周方向に回転させて、蒸着源51から蒸着材料を昇華させる。この際、真空槽50Bに真空を形成するための排気系57の振動や、基板Wを搬送するための電動機の振動、さらには、真空槽50Bの設置される環境から真空槽50Bに伝達した振動などの各種の振動が、真空槽50Bに発生する。他方、基板Wと蒸着マスクMとの相対位置を位置決めする各構成を搭載した支持フレーム58と、この真空槽50Bとの間には、防振機能を備えた複数の接続部59が介在する。そのため、支持フレーム58を含む結合体の固有振動数の振動が真空槽50Bから支持フレーム58に伝達することが、これら複数の接続部59の介在によって抑えられる。それゆえに、パターン中心とマスク中心とが間接的に整合させられた上述の状態が保たれ、また、その状態を形成するための蒸着カメラ52と基板Wや蒸着マスクMとの相対位置も保たれ、この状態において、基板Wに対する蒸着が続けられる。
以上説明したように、上記実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
(1)真空槽50Bで生じた振動が基板Wと蒸着マスクMとに伝達することを抑えることが可能である。それゆえに、基板Wと蒸着マスクMとの相対位置、および、これらと蒸着カメラ52との相対位置に、上記振動の伝達によるずれが生じることを抑えることが可能である。
(2)特に、真空槽50Bでは、真空を形成するためのポンプによる振動、真空槽50Bに対して基板Wを搬送するための電動機による振動、真空槽50Bが設置された環境から真空槽50Bに伝達した振動など、各種の振動が発生する。したがって、真空槽50Bと支持フレーム58との間に接続部59が介在する構成であれば、基板Wと蒸着マスクMとの相対位置、および、これらと蒸着カメラ52との相対位置でずれが生じることを、より効果的に抑えることが可能ともなる。
(3)各接続部59が基板Wの周方向に分散しているため、基板Wの面方向(水平方向)に生じ得る振動の伝達を、基板Wの表面に対する法線方向(上下方向)よりも、効果的に抑えることが可能である。上記面方向での振動は、上記法線方向での振動よりも、基板Wと蒸着マスクMとの相対位置のずれに直接的に関与する。したがって、上記面方向に生じ得る振動の伝達を効果的に抑える上記構成であれば、基板Wと蒸着マスクMとの相対位置のずれを、より効果的を抑えることが可能ともなる。
(4)平坦部Wp1で反射された光による像IM1と、ベベル部Wp2で反射された光による像IM2とのコントラストに基づくこれらの境界から、基板Wの位置を検出するため、基板Wの位置を検出する精度を向上することが可能となる。
(5)特に、平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界を用いて基板Wの位置を検出するため、基板マークWmを有していない基板Wも、検出の対象とすることが可能である。また、基板Wが十分な透明性を有しない、あるいは、不透明であり、かつ、基板マークWmを有していない面からの撮影によって基板Wの位置の検出が求められる場合であっても、高い精度の下で基板Wの位置を検出することが可能ともなる。
(6)基板Wの表面WFからの撮影によってパターン位置を検出することが可能であり、基板Wの裏面WRからの撮影によって基板中心を検出することが可能である。そのため、スパッタ成膜などのようにパターン位置に基づいて行われる処理と、蒸着成膜のように基板中心に基づいて行われる処理との間において、処理位置の整合を図ることが可能ともなる。
(7)裏面撮影による処理基板の位置の検出精度を、表面撮影による処理基板の位置の検出精度、すなわち、基板マークWmの撮影による検出精度と同じ程度にまで高められる。結果として、裏面撮影の結果のみが得られる蒸着処理の環境であっても、表面撮影の結果による位置の精度と同じ程度に、基板Wの位置の検出精度を高められ、その精度での基板Wの状態を保つことが可能ともなる。
なお、上述した実施形態は、以下のように適宜変更して実施することができる。
・画像処理部110は、抽出された平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界の位置のみから基板Wの位置を検出する。これを変更して、画像処理部110は、抽出された平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界の位置と、基板Wの位置を検出するための他の情報とを用い、基板Wの位置を検出することも可能である。基板Wの位置を検出するための他の情報は、基板Wが備えるノッチなどの特徴点の位置や、基板Wの回転角度などである。
・画像処理部110が基板Wの位置の特定に用いる境界は、基板Wの外周部のなかの1箇所であってもよいし、1箇所以上であってもよい。
例えば、平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界の形状は、微視的には、ベベル部Wp2の加工ごと、すなわち、基板Wごとに異なり、各基板Wにおいて固有の形状である場合がある。外周部のなかの1箇所の境界から基板Wの位置を検出する構成では、まず、平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界の形状を、基板Wの全体にわたり、全周形状として予め収集する。そして、抽出された平坦部Wp1とベベル部Wp2との境界の形状が、全周形状のなかのどの部位であるかを検出することによって、基板Wの位置を検出する。
なお、第1基板中心を算出するときと、第2基板中心を算出するときとでは、外周部のなかで略同一のベベル部Wp2を含む部分を撮影することが好ましい。これにより、基板Wの位置を検出する精度をより高めることができる。なお、制御装置100は、基板Wが備えるノッチなどの特徴点の位置と、基板Wの回転角度とに基づき、ロードカメラ34の撮影範囲4Zと、蒸着カメラ52の撮影範囲5Zとに、外周部における略同一のベベル部Wp2を含む部分を位置させることができる。
・画像処理部110が検出する基板Wの位置は、基板Wの中心、基板Wの輪郭E、および、基板Wの中心や輪郭Eから算出される中心以外の特徴点、これらの少なくとも1種とすることが可能である。
・蒸着装置が備えるロードカメラ34の数量は、1台または2台であってもよいし、4台以上であってもよい。ロードカメラ34の数量が、1台または2台である場合には、上述したように、ロードカメラ34の撮影結果と他の情報とを用いて、基板Wの位置を検出する。
・蒸着装置が備える蒸着カメラ52の数量は、1台または2台であってもよいし、4台以上であってもよい。蒸着カメラ52の数量が、1台または2台である場合には、上述したように、蒸着カメラ52の撮影結果と他の情報とを用いて、基板Wの位置を検出する。
・蒸着装置が備える接続部59の数量は、1体または2体以上であってもよい。接続部59が1体である場合、接続部59は、基板の周方向の全体にわたり支持フレーム58と接触する環状を有することが可能である。
・支持フレーム58を支持する下部構造体は、蒸着チャンバー50以外の他のチャンバーとすることも可能であり、真空槽50Bが設置された環境に設置される他の構造体とすることも可能である。
・処理基板の裏面が基板マークを備え、当該裏面に位置する基板マークを蒸着カメラ52が撮影することによって、蒸着装置が第2基板中心を算出することも可能である。
M…蒸着マスク、W…基板、WF…表面、Wm…基板マーク、WR…裏面、Wp1…平坦部、Wp2…ベベル部、30…EFEM、33…マークカメラ、34…ロードカメラ、50…蒸着チャンバー、50B…真空槽、51…蒸着源、52…蒸着カメラ、53…基板ホルダー、54…マスクベース、55…駆動源、56…伝達機構、59…接続部、60…反転チャンバー、70…スパッタチャンバー、100…制御装置、110…画像処理部。

Claims (5)

  1. 蒸着源を収容した蒸着チャンバー内で非透過性の基板における表面を前記蒸着源に向けた状態で前記基板を保持すると共に、前記蒸着源と前記基板との間で蒸着マスクを保持する保持機構と、
    前記基板に対する前記蒸着マスクの側とは反対側から前記蒸着チャンバー内における前記基板と前記蒸着マスクとを撮影する撮影部と、
    前記保持機構および前記撮影部を搭載した上部構造体と、
    前記上部構造体を支持する下部構造体と、前記上部構造体とに挟まれて前記上部構造体と前記下部構造体とを接続する接続部とを備え、
    前記接続部が、前記下部構造体での振動の伝達を前記上部構造体に対して抑える防振機能を備え、
    前記撮影部は、前記基板の平坦部で反射された光による第1像と、前記平坦部につながるベベル部で反射された光による第2像とを撮影し、
    前記第1像と前記第2像とのコントラストに基づく前記平坦部と前記ベベル部との境界を前記基板の外形の一部として抽出し、該抽出された外形の一部を用いて前記基板の位置を検出する画像処理部をさらに備え、
    前記基板は、基板マークを含む前記表面と、前記表面とは反対側の裏面とを含み、
    前記蒸着チャンバーの前段で前記基板を収容する前段モジュールと、
    前記前段モジュールから搬入される前記基板の表裏を反転させて前記蒸着チャンバーに前記基板を搬入する反転チャンバーと、をさらに備え、
    前記前段モジュールは、裏面撮影部と表面撮影部とを備え、
    前記裏面撮影部は、前記裏面と対向して、前記基板の平坦部で反射された光による第1像と、前記平坦部につながるベベル部で反射された光による第2像とを撮影し、
    前記表面撮影部は、前記表面と対向して、前記基板マークを撮影し、
    前記画像処理部は、前記裏面撮影部が撮影した前記第1像と前記第2像とのコントラストに基づく前記平坦部と前記ベベル部との境界を前記基板の外形の一部として抽出し、該抽出された外形の一部を用いて前記基板の位置である裏面位置を特定し、かつ、前記表面撮影部の撮影した前記基板マークの位置から前記基板の位置である表面位置を特定し、前記撮影部による撮影の結果から検出された前記基板の位置を、前記表面位置と前記裏面位置とのずれ量で補正する
    蒸着装置。
  2. 前記下部構造体は、前記蒸着チャンバーが備える真空槽である
    請求項1に記載の蒸着装置。
  3. 前記保持機構は、前記基板と前記蒸着マスクとを前記基板の周方向に回転させる回転機構と、前記基板と前記蒸着マスクとを別々に昇降させる昇降機構と、を備える
    請求項1または2に記載の蒸着装置。
  4. 複数の前記接続部を備え、
    各接続部は、前記基板の周方向に分散されている
    請求項1から3のいずれか一項に記載の蒸着装置。
  5. 前記基板は、処理基板であり、
    光透過性の基板である校正基板の表面が複数の校正マークを備え、
    前記表面撮影部は、各校正マークに対応するカメラで前記校正基板の表面を撮影し、
    前記裏面撮影部は、各校正マークに対応するカメラで前記校正基板の裏面を撮影し、
    前記画像処理部は、
    前記表面撮影部の各カメラが前記校正マークを撮影した結果から、前記表面撮影部のカメラ間の相対位置を算出し、当該カメラ間の相対位置と、前記表面撮影部の各カメラが前記処理基板を撮影した結果とを用い、前記表面位置を算出し、かつ、
    前記裏面撮影部の各カメラが前記校正マークの透過画像を撮影した結果から、前記裏面撮影部のカメラ間の相対位置を算出し、当該カメラ間の相対位置と、前記裏面撮影部の各カメラが前記処理基板を撮影した結果とを用い、前記裏面位置を算出する
    請求項に記載の蒸着装置。
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