JP7449215B2 - アライメント装置、アライメント方法、成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

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Description

本発明は、アライメント装置、アライメント方法、成膜装置及び成膜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、ユーザーのめまいを低減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、成膜工程の前に、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）する工程が必要になる。
更に、この基板とマスクの位置合わせの精度を高めるために、基板とマスクは、可能な限り近接させた状態でアライメント動作を行うようにしている。
例えば、従来の技術として特許文献１と特許文献２には真空蒸着により有機ＥＬディスプレイを製造する装置において、基板とマスクを正確に位置決めするために、マスクと基板を近接させ、基板とマスクそれぞれに形成されたアライメントマークの相対位置を撮像し、位置合わせを行う方法が記載されている。
特開２０１２－９２３９７号公報 特開２００６－１２５９７号公報
しかし、基板とマスクを近接させた状態でアライメントを行う場合には、例えば、マスクの変形（撓み）や、基板の厚さのばらつきなどによって、アライメント動作中に基板とマスクが接触を起こす場合がある。このように、アライメント動作中に基板とマスクの接触が生じると、摩擦によりマスクや基板の表面が損傷したり、接触による負荷増加によってアライメント動作が不安定になることがある。
本発明は、基板とマスクの接触発生時に生じるアライメント動作の不安定性を解消することを目的とする。
本発明の一実施形態によるアライメント装置は、基板とマスクの位置ずれ量を検知する位置ずれ量検知手段と、前記基板または前記マスクを相対移動させるための駆動手段と、前記位置ずれ量検知手段によって検知された位置ずれ量に基づいて、前記駆動手段を制御し、前記基板と前記マスクの位置合わせを行う制御手段と、前記駆動手段の駆動電流値の変動に基づいて、前記基板と前記マスクの接触を検知する接触検知手段と、を含み、前記制御手段は、前記基板と前記マスクの位置合わせ動作中に前記接触検知手段によって検知される前記駆動手段の駆動電流値の変位量があらかじめ決められた基準値以下である場合、前記駆動手段の出力を低下させて前記位置合わせ動作を継続するように制御を行うことを特徴とする。
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、前記基板及び前記マスクを位置調整するための前述したアライメント装置と、前記真空容器内に設けられ、成膜材料を収納し、前記成膜材料を粒子化して放出するための成膜源と、を含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態によるアライメント方法は、基板とマスクの位置ずれ量を検知する位置ずれ量検知手段と、前記基板または前記マスクを相対移動させるための駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段を含む成膜装置を用いて、前記基板および前記マスクを位置調整するためのアライメント方法であって、前記位置ずれ量検知手段により、前記基板と前記マスクの位置ずれ量を検知する位置ずれ量検知工程と、検知された前記位置ずれ量に基づいて、前記制御手段により前記駆動手段を制御することで、前記基板と前記マスクの位置合わせを行う位置合わせ工程と、を含み、前記制御手段は、前記位置合わせ工程中に、前記駆動手段に印加される駆動電流値の変動に基づいて、前記基板と前記マスクの接触を検知し、前記駆動手段の駆動電流値の変位量があらかじめ決められた基準値以下である場合、前記駆動手段の出力を低下させて前記位置合わせ工程を継続するように制御することを特徴とする。
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、前述したアライメント方法により、前記基板及び前記マスクを位置調整する工程と、成膜源によって粒子化された成膜材料を、前記マスクを介して前記基板に成膜する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、基板とマスクの接触発生時に生じるアライメント動作の不安定性を解消することができる。
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４ａは、本発明の一実施形態による磁気浮上リニアモーターの構造を示す模式図である。 図４ｂは、本発明の一実施形態による磁気浮上リニアモーターの構造を示す模式図である。 図５は、本発明の一実施形態による自重補償手段の構造を示す模式図である。 図６は、本発明の制御に関するブロック図である。 図７は、本発明による、マスクと基板が接触を起こした時の微動ステージのリニアモーターの電流と制御出力を示した模式図である。
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表すものであり、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、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の以外にも、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、３００ｍｍ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と、を具備する。搬送室１３は、図１に示したように、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又はマスクの受け渡し、基板Ｗとマスクの相対的位置の調整（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、成膜装置１１ａは、正孔注入層ＨＩＬおよび／または正孔輸送層ＨＴＬ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ＥＴＬおよび／または電子注入層ＥＩＬを、成膜装置１１ｈは、カソード金属膜を成膜するように配置される。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良い。
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１１ｅ）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、上下流側のクラスタ装置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を一時的に収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と下流側のクラスタ装置で基板Ｗの向きが同じくなり、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を一時的に収納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良い。
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などは、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いい。
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いい。
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いい。つまり、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、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良い。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を支持するマスク台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、基板Ｗ及びマスクＭを仮受けする受け爪２８と、受け爪２８からマスク台２３へマスクを受け渡す際にマスクを受け取るマスク受けピン２８１と、マスク台２３と受け爪２８を装備し、基板Ｗ及びマスクＭの位置をＸ方向、Ｙ方向、θＺ方向に調整するための粗動ステージ２３２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
を含み、例えば、第２真空容器部２１２に接続された真空ポンプＰによって真空容器２１全体の内部空間が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。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。
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フレーム２１５を含む。本発明の一実施例においては、図２に示したように、基準フレーム２１５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、基準フレーム２１５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。
基準フレーム２１５と成膜装置１１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を通して基準フレーム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ーによって基板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。
磁気浮上ステージ機構２２は、固定台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。
マスク台２３は、アライメント時及び成膜時にマスクＭを設置する台であり、マスクホルダとも呼ばれる。
マスク台２３は水平方向（ＸＹθ方向）に移動可能な粗動ステージ２３２上に設置されている。これにより、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アライメントカメラの視野内に入るよう移動することができる。また、マスク台２３及び粗動ステージ２３２は、粗動Ｚステージ機構２３３の上に設置されている。これにより基板ＷとマスクＭの間の鉛直方向における間隔を容易に調整することができる。本発明の一実施例のように、基板Ｗの位置を磁気浮上ステージ機構２２によって調整する場合は、マスクＭを支持するマスク台２３は、モーター（不図示）及びボールねじ（不図示）によって機械的に昇降駆動することが好ましい。
マスク台２３は、搬送ロボット１４によって真空容器２１内に搬入された基板Ｗ及びマスクＭを一時的に受け取るための受け爪２８をさらに含む。
受け爪２８はマスク台２３上に設置されており、搬送ロボット１４から基板ＷまたはマスクＭを一時的に受け取ることができる。受け爪２８は、前記粗動ステージ２３２により、基板ＷまたはマスクＭを、後述する第２アライメント（精度の高いアライメント）用のカメラの視野中心に移動させる、第１アライメント（大まかなアライメント）動作の際、
基板ＷまたはマスクＭを支持することができる。受け爪２８は、駆動軸を持ち、基板ＷまたはマスクＭの受取位置と基板ＷまたはマスクＭと干渉しない退避位置の２位置を取ることができる。受け爪２８は前記駆動軸と前記粗動Ｚステージ機構２３３により、一時的に受け取った基板Ｗを、成膜プロセスの際に基板Ｗが設置される基板吸着手段２４に、同じく一時的に受け取ったマスクＭを、成膜プロセスの際にマスクＭが設置されるマスク台２３に設置することができる。
マスク受けピン２８１は、マスク台２３のマスク支持面に対して相対的に昇降できるように構成される。例えば、図２に示したように、粗動Ｚステージ機構２３３によって、マスク受けピン２８１がマスク台２３のマスク支持面に対して相対的に昇降可能に構成することができる。ただし、本発明はこれに限定されず、マスク受けピン２８１とマスク台２３のマスク支持面とが相対的に昇降可能な限り、他の構成を有してもいい。例えば、マスク受けピン２８１が独立した昇降機構を持ち、昇降可能に構成しても良い。
第１アライメント（大まかなアライメント）動作の完了後、粗動Ｚステージ機構２３３の下降動作により、図２におけるマスク受けピン２８１はマスク台２３のマスク支持面に対し、相対的に上昇し、マスクＭはマスク受けピン２８１に受け渡される。受け爪２８は退避位置に移動し、粗動Ｚステージ機構２３３の上昇動作により、マスクＭはマスク受けピン２８１からマスク台２３に受け渡される。逆に使用済みのマスクＭを搬出する場合には、マスク台２３に設置されたマスクＭを、粗動Ｚステージ機構２３３が下降することで、マスク台２３のマスク設置面より相対的に上昇したマスク受けピン２８１が受け取る。その状態で、受け爪２８をマスク受取位置へ動作させ、粗動Ｚステージ機構２３３が上昇することで、受け爪２８でマスクＭを持ち上げ、搬送ロボット１４のハンドがマスクＭを受け取ることが出来るようにする。
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、マスク台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（ＦｉｎｅＭｅｔａｌＭａｓｋ）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（ＯｐｅｎＭａｓｋ）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、誘電体又は絶縁体（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いい。また、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、一つのプレート内で位置によって静電引力が異なるように制御してもいい。
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、マスク台２３に別途の基板支持面を有するように設置され、マスク台２３の昇降によって昇降するように設置されてもいい。
また、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、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。
図２に図示しなかったが、成膜装置１１は、基板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）を含んでもいい。
真空容器２１の上部外側（大気側）には、つまり、基準フレーム２１３上には、磁力印加手段２６を昇降させるための磁力印加手段昇降機構２６１などが設置される。
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第１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第２アライメント用カメラとを含むことができる。第１アライメント用カメラは、相対的に視野角が広く、低解像度であり、第２アライメント用カメラは、相対的に視野角は狭いが、高解像度を有するカメラである。
第１アライメント用カメラと第２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、第２アライメント用カメラは、４つのカメラが矩形の４つのコーナー部をなすように設置され、第１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良い。
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の上部大気側から真空容器２１に設けられた真空対応筒２１４を通してアライメントマークを撮影する。このようにアライメント用カメラは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が基準フレーム２１５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。真空対応筒の下端の位置は、アライメント用カメラの焦点深度と、基板Ｗ又はマスクＭが基準フレーム２１５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、下方から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（不図示）を具備する。制御部は、基板Ｗとマスク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いい。
制御部は、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、成膜装置ごとに制御部が設置されていてもよく、一つの制御部が複数の成膜装置を制御するように構成してもよい。
＜第１アライメント機構＞
以下、図２を参照して本発明の一実施形態による第１アライメント機構について説明する。
第１アライメント動作はアライメント用カメラ２７の内、第２アライメント用カメラの視野内に、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移動する動作を指し、第１アライメント動作を行う機構を第１アライメント機構と呼ぶ。
本発明における第１アライメント機構は、第１アライメント動作時に基板Ｗ及びマスクＭを支持することができ、駆動機構を持つことで基板ＷまたはマスクＭの受取位置と基板ＷまたはマスクＭとの干渉を避ける退避位置の２位置を取ることのできる受け爪２８と、受け爪２８が取り付けられており、成膜プロセス時にマスクＭを支持するマスク台２３と、受け爪２８とマスク台２３を平面方向（ＸＹθ方向）に移動させ、第２アライメント用カメラの視野内に基板Ｗ及びマスクＭに形成されたアライメントマークを移動（調整）することの出来る粗動ステージ２３２と、粗動ステージ２３２を支持し、鉛直方向に移動させる粗動Ｚステージ機構２３３と、受け爪２８からマスク台２３へのマスクＭの受け渡し
の際、一時的にマスクＭを設置するマスク受けピン２８１を含む。
＜磁気浮上ステージ機構＞
以下、図３ａ～３ｄ、図４ａ、図４ｂ、図５を参照して、本発明の一実施形態による磁気浮上ステージ機構２２について説明する。
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の基準フレーム２１５に固定されるように設置される。
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、基準フレーム２１５に直接固定されず、他の部材（例えば、別途の基準プレート）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ー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ー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ー３１１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ー３１２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ー３１３とを含む。
これら複数の磁気浮上リニアモーター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。
例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への並進移動は、Ｘ方向磁気浮上リニアモーター３１１、Ｙ方向磁気浮上リニアモーター３１２、およびＺ方向磁気浮上リニアモーター３１３のそれぞれを同じ方向に駆動することによって具現できる。
θＺ方向への回転移動は、２つのＸ方向磁気浮上リニアモーター３１１と２つのＹ方向磁気浮上リニアモーター３１２の駆動方向を調整することによって具現できる。例えば、Ｘ方向磁気浮上リニアモーター３１１ａは＋Ｘ方向に、Ｘ方向磁気浮上リニアモーター３１１ｂは－Ｘ方向に、Ｙ方向磁気浮上リニアモーター３１２ａは＋Ｙ方向に、Ｙ方向磁気浮上リニアモーター３１２ｂｂは－Ｙ方向に駆動することにより、微動ステージプレート部２２２をＺ軸を中心に反時計まわりに回転移動させることができる。
同様に、θＸ方向、θＹ方向への移動は、３つのＺ方向磁気浮上リニアモーター３１３のそれぞれの駆動方向を調整することによって具現できる。
図３ａに示した磁気浮上リニアモーター３１の数や配置は、例示的なものであり、本発明はこれに限定されず、微動ステージプレート部２２２を所望の方向に移動させることができる限り、他の数や配置を有しても良い。
本発明においては、機械的モーターとボールねじ、リニアガイドを使う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を採用することによって、基板Ｗの位置調整の精度をさらに向上させることができる。
また、機械的ステージ機構とは違って、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く、磁気浮上ステージ機構２２を真空容器２１内に設置することが可能となる。これにより、基板Ｗの保持手段（基板吸着手段２４）とステージ機構との間の距離が小さくなるので、ステージ機構の駆動時の揺動や外乱が基板吸着手段２４に及ぼす影響が増幅することを抑制することができる。
図４ａは、Ｚ方向磁気浮上リニアモーター３１３の構造を示す模式図であり、図４ｂは、Ｘ方向またはＹ方向磁気浮上リニアモーター３１１、３１２の構造を示す模式図である。
磁気浮上リニアモーター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とを含む。
図４ａおよび図４ｂに示すように、磁気浮上リニアモーター３１の固定子３１４は、磁界発生手段、例えば、電流が流れるコイル３１４１を含み、可動子３１５は、磁性体、例えば、永久磁石３１５１を含む。
磁気浮上リニアモーター３１は、固定子３１４のコイル３１４１に電流を流すことで発生した磁界によって、可動子３１５の永久磁石３１５１に駆動力を加える。磁気浮上リニアモーター３１は、固定子３１４に流れる電流の方向を調整することによって、可動子３１５である永久磁石３１５１に加えられる力の方向を調整することができる。
例えば、図４ａの（ｂ）に示したように、固定子３１４のコイル３１４１に流れる電流の方向を反時計回りにすると、図４ａの（ａ）において、コイル３１４１の左側（－Ｘ側）にＮ極が誘導され、右側（＋Ｘ側）にはＳ極が誘導されるので、可動子３１５は、下方
（－Ｚ）方向に力を受ける。逆に、コイル３１４１に流れる電流の方向を時計回りにすると、可動子３１５を上方（＋Ｚ）方向に移動させることができる。
同様に、図４ｂに示したＸ方向磁気浮上リニアモーター３１１、又はＹ方向磁気浮上リニアモーター３１２も、固定子３１４のコイル３１４１に流れる電流の方向を制御することによって、可動子３１５をそれぞれＸ方向、Ｙ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の位置測定手段は、微動ステージプレート部２２２の位置を測定するための手段であって、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。反射部３２４は、例えば、平面鏡であり得る。
レーザー干渉計３２は、測定ビームを微動ステージプレート部２２２に設置された反射部３２４に照射し、その反射ビームを検出することで、反射部３２４の位置（微動ステージプレート部２２２の位置）を測定する。より具体的には、レーザー干渉計３２は、測定ビームの反射光と参照ビームの反射光との干渉光に基づいて、微動ステージプレート部２２２の位置を測定することができる。
本発明の一実施形態による磁気浮上ユニット２２３の位置測定手段は、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。
図３ａに示したように、本発明の一実施形態による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、これらのレーザー干渉計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。
図３ａに示した実施例では、Ｘ方向反射部３２４１とＺ方向反射部３２４３は、一つの部材の側面と上面に設置された平面鏡であるが、本発明はこれに限定されず、それぞれの反射部３２４が、これに対向するレーザー干渉計３２からの測定ビームを反射してレーザー干渉計３２に戻すことができる限り、他の構造及び配置を有しても良い。
このような位置測定手段の構成により、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。つまり、Ｘ方向レーザー干渉計３２１、Ｙ方向レーザー干渉計３２２、及びＺ方向レーザー干渉計３２３によって、微動ステージプレート部２２２のＸ方向位置、Ｙ方向位置、及びＺ方向位置を測定することができる。また、Ｘ方向レーザー干渉計３２１を複数設置
することによって、Ｚ軸を中心とした回転（θＺ）方向の位置も測定することができる。また、Ｚ方向レーザー干渉計３２３を複数設置することによって、Ｘ軸および／またはＹ軸を中心とした回転方向（θＸまたはθＹ）の位置（つまり、微動ステージプレート部２２２の傾斜角度）も測定することができる。
ただし、本発明は、図３ａ及び図３ｂに示したレーザー干渉計３２と反射部３２４の数や配置に限定されず、微動ステージプレート部２２２の６つの自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θＸ、θＹ、θＺ）における位置を測定することができる限り、他の数や配置を有しても良い。例えば、Ｘ方向レーザー干渉計を一つだけ設置する代わりに、Ｙ方向レーザー干渉計を２つ設置してもよい。
本発明の一実施形態による成膜装置１１の制御部は、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ー３１を制御する。例えば、成膜装置１１の制御部は、微動ステージプレート部２２２または基板吸着手段２４を、レーザー干渉計３２で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、アライメント用カメラユニット２７で測定された基板ＷとマスクＭ間の相対的位置ずれ量と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。
本実施例では、微動ステージプレート部２２２の位置を測定するための手段であって、レーザー干渉計を用いる構成を説明したが、本発明はこれに限定されず、微動ステージプレート部２２２の位置が測定できる限り、他の位置測定手段を用いてもいい。
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って、例えば、本発明の一実施形態による自重補償手段３３は、図３ｄ及び図５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。
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。
例えば、図３ｄ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を、逆極性の磁極が対向するように配置することによって、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が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を上方に吸引し、微動ステージプレート部２２２にかかる重力を相殺することができる。
または、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との間の反発力によって、微動ステージプレート部２２２の重力を相殺することもできる。
例えば、図５に示したように、第１の磁石部３３１と第２の磁石部３３２を同じ極性の磁極が対向するように配置するとともに、微動ステージプレート部２２２と第２の磁石部３３２との間にＺ方向に延びるスペーサー３３３を介在させ、第２の磁石部３３２の下端が第１の磁石部３３１の下端よりも高くなるように設置してもよい。つまり、スペーサー３３３のＺ方向の長さを、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３
３２の下端が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の下端よりも高くなるように（つまり、微動ステージプレート部２２２から、より遠くなるように）する。
このような構成によって、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は、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により上方に反発力を受け、微動ステージプレート部２２２にかかる重力を相殺することができる。
自重補償手段３３は、微動ステージプレート部２２２をより安定的に支持することができるように、図３ａに示したように、ＸＹ平面内で少なくとも３つの位置に設置することが好ましい。例えば、微動ステージプレート部２２２の重心の周りに対称になるように設置することが好ましい。
このように、本発明の一実施形態による成膜装置１１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ー３１の負荷を低減させ、磁気浮上リニアモーター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ー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ー３１３に過度な負荷がかかり、相当な熱が発生し、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ー３１３は、自重補償手段３３によって浮上され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良く、よって、負荷が低減される。
本発明の一実施例においては、自重補償手段３３を磁石で具現したが、本発明はこれに限定されず、微動ステージプレート部２２２の重力を相殺して浮上させることができる限り、他の構成を有しても良い。
本発明の一実施形態による磁気浮上ユニット２２３の原点位置決め手段３４は、微動ステージプレート部２２２の原点位置を決める手段であって、三角錐状の凹部３４１と半球状の凸部３４２とを含むキネマティックカップリング（ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）で構成することができる。
例えば、図３ｃに示したように、ステージ基準プレート部２２１側に三角錐状の凹部３４１を設置し、微動ステージプレート部２２２側に半球状の凸部３４２を設置する。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を、図３ａに示したように、微動ステージプレート部２２２の中心の周りに対称になるように３つを等間隔（例えば、１２０°間隔）で設置することで、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。つまり、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に接近させて３つの原点位置決め手段の凸部３４２が凹部３４１内に着座したときの、微動ステージプレート部２２２の位置を、レーザー干渉計３２により測定し、これを原点位置とする。
本発明の一実施形態による成膜装置１１によると、３つのキネマティックカップリング
を原点位置決め手段３４として採用することで、微動ステージプレート部２２２の原点位置を一定に決めることができ、微動ステージプレート２２２の位置制御をより精密に行うことができる。
このように、本発明の一実施形態による成膜装置１１によれば、機械的な駆動機構を使わずに、磁気浮上駆動機構（磁気浮上リニアモーター）を使うことによって、ステージ及びその駆動機構を成膜装置１１の真空容器２１内に配置することができ、外乱による振動の影響を効果的に低減することができる。また、機械的駆動による揺動を低減することができ、その結果、基板の位置調整の精度を向上させることができる。さらに、レーザー干渉計３２を含む位置測定手段、自重補償手段３３、及びキネマティックカップリングからなる原点位置決め手段３４を採用することによって、基板の位置調整の精度をさらに向上させることができる。
＜第１アライメント方法＞
以下、本発明の第１アライメント機構を用いて、基板Ｗ及びマスクＭを 第２アライメ
ント用カメラの視野内に入るよう調整を行う第１アライメント方法を基板ＷとマスクＭそれぞれの場合について説明する。
基板Ｗの第１アライメント方法を説明する。
まず、基板Ｗが搬送ロボット１４によって、真空容器２１内に搬入され、受け爪２８に受け渡される。受け爪２８が取り付けられた粗動Ｚステージ機構２３３は、受け爪２８によって支持された基板Ｗを予め設定された第１アライメント用カメラの計測距離になるまで接近させる。
基板Ｗが第１アライメント用カメラの計測距離になると、第１アライメント用カメラにより、基板Ｗのアライメントマークを撮像して、第１アライメントカメラ視野内の、ＸＹθ方向における基板Ｗのアライメントマーク位置を測定し、これに基づき、基板Ｗのアライメントマークを第１アライメント用カメラ視野中央に移動させる。
次に粗動Ｚステージ機構２３３により受け爪２８に支持された基板Ｗを基板吸着手段２４に十分に近接または接触させた状態で基板吸着手段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。基板Ｗの基板吸着手段２４への吸着を以て基板Ｗの第１アライメントの完了とする。この際、受け爪２８には基板吸着手段２４への基板Ｗの、接触または衝突による衝撃緩和を目的としたコンプライアンス機構を追加しても良い。
次に、マスクＭの第１アライメント方法を説明する。
先ず、マスクＭが搬送ロボット１４によって、真空容器２１内に搬入され、受け爪２８に受け渡される。基板Ｗの第１アライメント動作と同様に、受け爪２８が取り付けられた粗動Ｚステージ機構２３３は、受け爪２８によって支持されたマスクＭを、予め設定された第１アライメント用カメラの計測距離になるまで接近させる。
マスクＭが第１アライメント用カメラの計測距離になると、第１アライメント用カメラにより、マスクＭのアライメントマークを撮像して、第１アライメントカメラ視野内の、ＸＹθ方向におけるマスクＭのアライメントマーク位置を測定し、これに基づき、マスクＭのアライメントマークを 第１アライメント用カメラ視野中央に移動させる。
次に、粗動Ｚステージ機構２３３により、受け爪２８に支持されたマスクＭをマスク受けピン２８１に受け渡す。受け爪２８はマスクＭが受け爪２８から離れたことを確認した後に駆動機構により退避位置へ移動する。また、粗動ステージ機構２３２は受け爪２８からマスクＭが離れたことを確認した後に、ＸＹθ方向の位置を各々のストローク中心（原点）に移動させる。この動作を行うことで、マスクＭのＸＹθ方向の位置は、マスクＭのロボットハンドによる搬送位置に関わらず、常に粗動ステージ２３２のストローク中心に位置合わせられることになる。
次いで、粗動Ｚステージ機構２３３は上昇動作し、マスク受けピン２８１からマスクＭを受け取ることで、マスクＭの第１アライメント完了とする。
＜第２アライメント方法＞
成膜装置１１の制御部は、粗動Ｚステージ機構２３３を駆動して、基板吸着手段２４とマスク台２３を相対的に接近させる。この際、制御部は、基板吸着手段２４に吸着された基板Ｗとマスク台２３によって支持されたマスクＭとの間の距離が、予め設定された第２アライメント計測距離になるまで、基板吸着手段２４とマスク台２３を相対的に接近（例えば、マスク台２３を上昇または基板Ｗを下降）させる。
基板ＷとマスクＭとの間の距離が第２アライメント計測距離になると、 第２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、ＸＹθ方向における基板ＷとマスクＭの相対位置を測定し、これに基づき、これらの相対的位置ずれ量を算出する。
第２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、基板Ｗを再度上昇させ、基板ＷとマスクＭを離間させた後、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ー３１によってＸＹθ方向に微動ステージプレート部２２２を移動目標位置まで駆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。
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間の微細な位置ずれまで精密に調整するための以上の 第２アライメ
ント動作は、前述のように、通常、基板ＷとマスクＭをできるだけ近接させた状態で行っている。例えば、基板ＷとマスクＭとの間のギャップが約３～１０μｍに近接した状態でアライメント動作が行われる。このとき、例えばマスクＭが上側に変形している場合や基板Ｗの厚みにばらつきがある場合などには、マスクＭと基板Ｗを近接させた時に接触してしまうことがある。このような状況が発生した時に、行っていたアライメント動作を通常通りの制御ルーチンのままで継続すると、摩擦によってマスクやウエハ表面が損傷したり、アライメント動作が不安定になったりする不都合が生じる。
図６は磁気浮上ステージ機構２２の制御に関するブロック図を示している。前述した通り、磁気浮上ステージ機構２２は、固定台であるステージ基準プレート部２２１に対し微動ステージプレート部２２２が磁気浮上ユニット２２３により磁気浮上された状態で移動
可能に構成されており、磁気浮上ユニット２２３の一構成要素としての、微動ステージプレート部２２２を駆動する駆動手段は、Ｘ方向磁気浮上リニアモーター（３１１：Ｘ－ＬＭ）、Ｙ方向磁気浮上リニアモーター（３１２：Ｙ－ＬＭ）、Ｚ方向磁気浮上リニアモーター（３１３；Ｚ－ＬＭ）を含む。これら各磁気浮上リニアモーター３１１～３１３は、それぞれのサーボドライバー（Ｘ－Ｄｒ、Ｙ－Ｄｒ、Ｚ－Ｄｒ）を介して制御部に連結され、制御部からの指令によるサーボドライバー（Ｘ－Ｄｒ、Ｙ－Ｄｒ、Ｚ－Ｄｒ）の制御によって、基板ＷとマスクＭ間の位置ずれ量で決められる目標移動位置に微動ステージプレート部２２２が移動するように該モーターの出力が制御される。また、制御部には、この目標移動位置への移動制御の際に、微動ステージプレート部２２２の位置確認のために、微動ステージプレート部２２２のＸＹＺ方向の位置を測定する、レーザー干渉計と、これに対向設置された反射板でそれぞれ構成された、前述したＸ方向位置測定部（Ｘ－Ａ）、Ｙ方向位置測定部（Ｙ－Ａ）、Ｚ方向位置測定部（Ｚ－Ａ）からの出力が入力される。
以上のようなサーボ制御の構成において、各磁気浮上リニアモーター（Ｘ－ＬＭ、Ｙ－ＬＭ、Ｚ－ＬＭ）は、負荷変動のない正常な状況では、その駆動電流が一定の大きさの定電流で制御されながら、目標移動位置まで微動ステージプレート部２２２を移動させるように出力が制御される。
しかし、前述のように、基板ＷがマスクＭに近接した状態でＸＹ平面上で相対移動する時にはマスクＭの変形や基板Ｗの厚さばらつきなどによってマスクＭと基板Ｗが接触する場合があり、このような接触が発生したときにはマスクＭと基板Ｗの間で生じる摩擦により負荷が上がる。ＸＹ平面上での相対移動のための負荷が上がると、その駆動手段であるＸ軸リニアモーター（Ｘ－ＬＭ）とＹ軸リニアモーター（Ｙ－ＬＭ）に印加される駆動電流値も大きくなる。このように、駆動電流値が大きくなった状況で、行っていた通常の制御ルーチンに従ってアライメント動作を続けて行うと、マスクＭと基板Ｗの接触状態変動によりＸ軸リニアモーター（Ｘ－ＬＭ）とＹ軸リニアモーター（Ｙ－ＬＭ）が発振し、駆動対象である微動ステージプレート部２２２が急加速するなど、アライメント動作が不安定になる可能性がある。
そこで、本発明では、このようなアライメント動作中のマスクＭと基板Ｗの接触を検知し、接触が検知された時には、駆動手段であるリニアモーターが発振しないようにリニアモーターのゲイン（ｇａｉｎ）を自動的に下げるように制御する。
つまり、アライメント動作中にＸ軸リニアモーター（Ｘ－ＬＭ）とＹ軸リニアモーター（Ｙ－ＬＭ）の駆動電流値が大きくなり、この電流値が所定値を超えた場合には、マスクＭと基板Ｗが接触したと推定する。そして、この接触状態が検知された時は、制御部は、Ｘ軸リニアモーター（Ｘ－ＬＭ）に連結されたサーボドライバー（Ｘ－Ｄｒ）とＹ軸リニアモーター（Ｙ－ＬＭ）に連結されたサーボドライバー（Ｙ－Ｄｒ）に電流値を下げるよう制御指令を出す。その結果、Ｘ軸リニアモーター（Ｘ－ＬＭ）とＹ軸リニアモーター（Ｙ－ＬＭ）は出力が低下する。モーターの出力がこのように低く制御され、駆動電流値が下がった状態で、以降のアライメント動作を行う。これにより、マスクＭと基板Ｗの接触が発生した後にも安定したアライメントを行うことができる。
この時の状態を図７に示す。横軸が時間を示し、縦軸はリニアモーターの駆動電流値（実線）、またはリニアモーターの出力（破線）を示す。示したように、リニアモーターに印加される駆動電流値は、負荷変動がない正常状況では一定の大きさの定電流で制御される一方、負荷変動が発生した時点、つまり、マスクＭと基板Ｗの接触が発生した時点で急に大きく増加する。本発明では、この駆動電流値が所定値を超えた時点で、リニアモーターの出力を下げて以後の制御が進行されるようにする。このように、モーターの出力が下げられた状態で制御が行われることによって、モーターに印加される駆動電流値もそれに
伴い下がり、よって、モーターの発振が防止され安定的なアライメントを行うことができる。
このように接触状態を検知して駆動電流値を下げた状態は、接触状態に至った基板とマスクのアライメントが完了するまで続く。当該基板に対する成膜が完了して基板が真空容器から搬出された後、次に成膜される基板が真空容器に搬入されてその基板とマスクとのアライメントを行う際は、制御部はリニアモーターに印加される駆動電流値を接触状態に至る前の設定値に戻してもよいし、駆動電流値を下げた状態を維持してもよい。
リニアモーター（Ｘ－ＬＭ、Ｙ－ＬＭ）の駆動電流値の変動は、該リニアモーター（Ｘ－ＬＭ、Ｙ－ＬＭ）に連結されたそれぞれのサーボドライバー（Ｘ－Ｄｒ、Ｙ－Ｄｒ）で検知することができるが、これに限定されず、別途の負荷電流検出手段を各リニアモーター（Ｘ－ＬＭ、Ｙ－ＬＭ）に連結し設置してもいい。
マスクＭと基板Ｗの接触時の負荷変動は、以上のサーボドライバー（Ｘ－Ｄｒ、Ｙ－Ｄｒ）等によるリニアモーター（Ｘ－ＬＭ、Ｙ－ＬＭ）の駆動電流値の変動の観測から十分検出可能である。つまり、仮にマスクＭがシリコンで出来ており、撓み（平らな状態からの変形量）が２００μｍ程度だとすると、これを矯正するのに５Ｎが必要となる（すなわち、該マスクとの接触による負荷上昇量が５Ｎである）。この時、使用中のリニアモーターの推力常数が１５Ｎ／Ａであったとすると、５Ｎの負荷変動は０．３３Ａの電流値変化として検出されるので、よって、通常使われるサーボドライバーの電流分解能が０．５ｍＡ程度であることを考慮すると、この電流値変化は十分余裕を持って見ることができる。
以上のように、本発明は、リニアモーターの駆動電流値が所定値を超えた場合に、リニアモーターの出力を下げた状態でアライメント動作を行うことを特徴とする。これにより、アライメント動作中にマスクＭと基板Ｗの接触が発生した場合にも安定的にアライメントを続けて行うことができる。
一方、マスクＭと基板Ｗの接触による負荷上昇が過大な場合、例えば、マスクＭの変形が大きい場合などには、検知されるモーターの駆動電流値の変位量が大きすぎて、よって、この時はモーターのゲインを調節してもモーターの発振を防止できる範囲内に駆動電流値を下げることが困難な場合もあり得る。そこで、本発明の一実施形態では、マスクと基板間の接触状態を検知した時の駆動電流値の変位量に対し、所定の基準値をあらかじめ設定しておき、駆動電流値の変位量がこの基準値以下である場合には、前述のリニアモーターのゲイン調整を通じてアライメント動作を行い、駆動電流値の変位量が基準値を超える場合には、接触状態が検知された時点で、まず、アライメント動作を停止し、基板ＷまたはマスクＭを相互離隔する方向へ相対移動させて、駆動電流値の変位量が基準値以下に減少するようにし、基準値以下に減少した位置でアライメント動作を再開するようにしてもいい。
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の上面と接触する蒸着位置になるように、基板Ｗを下降させる。
基板ＷとマスクＭが蒸着位置に来ると、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。
この過程で、基板ＷとマスクＭのＸＹθ方向における位置ずれが生じたかを確認するために、第２アライメント用カメラを用いて、基板ＷとマスクＭの相対的位置の計測を行い、計測された相対的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、基板Ｗを上昇）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。
基板ＷとマスクＭが蒸着位置に位置する状態で、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、アライメント工程を完了し、成膜工程を開始する。
＜成膜プロセス＞
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内のマスク台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によって基板Ｗが成膜装置１１の真空容器２１内に搬入される。
真空容器２１内に搬入された基板Ｗは、搬送ロボット１４のハンドから受け爪２８又は別途の基板支持ユニットに渡され、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進行する。
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、成膜源２５のシャッタを開け、成膜材料をマスクＭを介して基板Ｗに成膜する。
所望の厚さに蒸着した後、磁力印加手段２６を上昇させてマスクＭを分離し、マスク台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が印加し、基板Ｗを基板吸着手段２４から分離する。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。
１１：成膜装置、２２：磁気浮上ステージ機構、２３：マスク台、２４：基板吸着手段

Claims (12)

  1. 基板とマスクの位置ずれ量を検知する位置ずれ量検知手段と、
    前記基板または前記マスクを相対移動させるための駆動手段と、
    前記位置ずれ量検知手段によって検知された位置ずれ量に基づいて、前記駆動手段を制御し、前記基板と前記マスクの位置合わせを行う制御手段と、
    前記駆動手段の駆動電流値の変動に基づいて、前記基板と前記マスクの接触を検知する接触検知手段と、を含み、
    前記制御手段は、前記基板と前記マスクの位置合わせ動作中に前記接触検知手段によって検知される前記駆動手段の駆動電流値の変位量があらかじめ決められた基準値以下である場合、前記駆動手段の出力を低下させて前記位置合わせ動作を継続するように制御を行うことを特徴とするアライメント装置。
  2. 前記制御手段は、前記基板と前記マスクの位置合わせ動作中に前記接触検知手段によって検知される前記駆動手段の駆動電流値の変位量があらかじめ決められた基準値より大きい場合、前記位置合わせ動作を停止させ、前記基板と前記マスクを離隔させる方向へ相対移動させるように制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のアライメント装置。
  3. 前記基板を吸着する基板吸着手段をさらに含み、
    前記駆動手段は、基板を吸着した前記基板吸着手段を前記マスクに対し相対移動させるリニアモーターであることを特徴とする請求項１に記載のアライメント装置。
  4. 固定プレート部と、前記固定プレート部に対し磁気浮上した状態で相対移動可能な可動プレート部を有する磁気浮上ステージ機構をさらに含み、
    前記基板吸着手段は、前記可動プレート部に設置され、
    前記駆動手段は、前記可動プレート部を磁気浮上した状態で移動させるリニアモーターであることを特徴とする請求項３に記載のアライメント装置。
  5. 前記制御手段は、前記接触検知手段により接触が検知されることによって前記リニアモーターの出力を低下させる場合、前記リニアモーターが発振しない範囲内に前記駆動手段の駆動電流値が下がるように、前記リニアモーターの出力を低下させるように制御するこ
    とを特徴とする請求項３に記載のアライメント装置。
  6. 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、前記基板及び前記マスクを位置調整するための請求項１～５の何れか一項に記載のアライメント装置と、
    前記真空容器内に設けられ、成膜材料を収納し、前記成膜材料を粒子化して放出するための成膜源と、を含むことを特徴とする成膜装置。
  7. 基板とマスクの位置ずれ量を検知する位置ずれ量検知手段と、前記基板または前記マスクを相対移動させるための駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段を含む成膜装置を用いて、前記基板および前記マスクを位置調整するためのアライメント方法であって、
    前記位置ずれ量検知手段により、前記基板と前記マスクの位置ずれ量を検知する位置ずれ量検知工程と、
    検知された前記位置ずれ量に基づいて、前記制御手段により前記駆動手段を制御することで、前記基板と前記マスクの位置合わせを行う位置合わせ工程と、を含み、
    前記制御手段は、前記位置合わせ工程中に、前記駆動手段に印加される駆動電流値の変動に基づいて、前記基板と前記マスクの接触を検知し、前記駆動手段の駆動電流値の変位量があらかじめ決められた基準値以下である場合、前記駆動手段の出力を低下させて前記位置合わせ工程を継続するように制御することを特徴とするアライメント方法。
  8. 前記制御手段は、前記基板と前記マスクの位置合わせ工程中に、前記駆動手段の駆動電流値の変位量があらかじめ決められた基準値より大きい場合、前記位置合わせ工程を停止させ、前記基板と前記マスクを離隔させる方向へ相対移動させるように制御を行うことを特徴とする請求項７に記載のアライメント方法。
  9. 前記成膜装置は、前記基板を吸着する基板吸着手段をさらに含み、前記駆動手段は、基板を吸着した前記基板吸着手段を前記マスクに対し相対移動させるリニアモーターであることを特徴とする請求項７に記載のアライメント方法。
  10. 前記成膜装置は、固定プレート部と、前記固定プレート部に対し磁気浮上した状態で相対移動可能な可動プレート部を有する磁気浮上ステージ機構とをさらに含み、前記基板吸着手段は、前記可動プレート部に設置され、前記駆動手段は、前記可動プレート部を磁気浮上した状態で移動させるリニアモーターであることを特徴とする請求項９に記載のアライメント方法。
  11. 前記制御手段は、前記基板と前記マスクの接触が検知されることによって前記リニアモーターの出力を低下させる場合、前記リニアモーターが発振しない範囲内に前記駆動手段の駆動電流値が下がるように、前記リニアモーターの出力を低下させるように制御することを特徴とする請求項９に記載のアライメント方法。
  12. 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、
    請求項７～１１の何れか一項に記載のアライメント方法により、前記基板及び前記マスクを位置調整する工程と、
    成膜源によって粒子化された成膜材料を、前記マスクを介して前記基板に成膜する工程と、
    を含むことを特徴とする成膜方法。
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