KR102445850B1

KR102445850B1 - 얼라인먼트 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 장치, 성막 방법 및 전자 디바이스의 제조 방법

Info

Publication number: KR102445850B1
Application number: KR1020200149308A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 나카스; 타이이치로 아오키; 켄타로 스즈키; 슌스케 오카베; 스케 오카베
Original assignee: 캐논 톡키 가부시키가이샤
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2022-09-20
Also published as: JP2021080563A; CN112795868B; JP7018111B2; KR20210058697A; CN112795868A

Abstract

[과제] 마크 촬영 수단의 광축이 마스크에 평행한 면에 대해 기울어져 있다 하더라도, 고정밀도인 얼라인먼트를 가능하게 한다.
[해결 수단] 기판을 보유지지하는 기판 스테이지와 마스크를 보유지지하는 마스크 스테이지를 상대적으로 이동시켜 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트 장치로서, 상기 기판에 형성된 기판측 마크와 상기 마스크에 형성된 마스크측 마크를 촬영하는 마크 촬영 수단과, 상기 마크 촬영 수단으로 얻어지는 화상 정보와, 상기 마크 촬영 수단의 광축 기울기 정보와, 상기 기판의 면과 상기 마스크의 면 간의 간극 정보에 기초하여, 상기 기판 스테이지와 상기 마스크 스테이지를 상대 이동시키는 이동량을 결정하는 제어 수단을 구비한다.

Description

얼라인먼트 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 장치, 성막 방법 및 전자 디바이스의 제조 방법{ALIGNMENT APPARATUS, ALIGNMENT METHOD, FILM FORMING APPARATUS, FILM FORMING METHOD, AND MANUFACTURING METHOD OF ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은 기판과 마스크의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 장치, 성막 방법, 및 전자 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 얼라인먼트 방법으로서는, 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 것이 알려져 있다. 이 특허문헌 1에서는, 기판과 마스크의 면방향 상대 위치의 위치 어긋남의 측정은, 기판에 형성된 얼라인먼트 마크(기판측 마크)와, 마스크에 형성된 얼라인먼트 마크(마스크측 마크)를, 마스크에 평행한 면과 직교하는 방향으로부터, 카메라(마크 촬영 수단)로 촬영함으로써 행해지고 있다.

특허문헌 1: 일본특허공개 제2010-67705호 공보

그러나, 얼라인먼트 마크를 촬영하는 카메라의 광학계의 광축이 마스크나 기판에 평행한 면에 대해 기울어져 있는 경우, 카메라의 표시상에서는, 기판측 마크와 마스크측 마크의 위치가 맞추어져 있는 것처럼 보인다 하더라도, 마스크면에 정투영한 기판측 마크와 마스크측 마크의 위치는 어긋나 있다. 이하, 이 위치 어긋남을 광축 각도 기인 어긋남이라고 부른다. 성막하는 화소 패턴의 고정밀도화를 도모함에 있어서, 광축 각도 기인 어긋남은 무시할 수 없는 것이다.

이 점에서, 특허문헌 1은 얼라인먼트용 카메라의 화상에서 확인할 수 있는 오차의 보정을 하는 것이며, 얼라인먼트용 카메라의 화상에서는 확인할 수 없는 광축 각도 기인 어긋남은 고려하지 않고 있다.

또한, 보정의 방법으로서, 평가용 기판의 측정 결과를 사용하여, 미리 오차 테이블을 준비하는 것을 생각하고 있기 때문에, 매회 상이한 두께의 기판이 들어 올 경우, 기판의 두께 오차의 영향을 고려할 수 없다.

본 발명은, 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 마크 촬영 수단의 광축이 마스크에 평행한 면에 대해 기울어져 있다 하더라도, 고정밀도인 얼라인먼트가 가능한 얼라인먼트 장치, 얼라인먼트 방법, 성막 장치, 성막 방법 및 전자 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,

기판을 보유지지하는 기판 스테이지와 마스크를 보유지지하는 마스크 스테이지를 상대적으로 이동시켜 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트 장치로서,

상기 기판에 형성된 기판측 마크와 상기 마스크에 형성된 마스크측 마크를 촬영하는 마크 촬영 수단과,

상기 마크 촬영 수단으로 얻어지는 화상 정보와, 상기 마크 촬영 수단의 광축 기울기 정보와, 상기 기판의 면과 상기 마스크의 면 간의 간극 정보에 기초하여, 상기 기판 스테이지와 상기 마스크 스테이지를 상대 이동시키는 이동량을 결정하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 얼라인먼트 방법은,

기판과 마스크를 상대 이동 가능하게 배치하고,

상기 기판에 형성된 기판측 마크와 상기 마스크에 형성된 마스크측 마크를 마크 촬영 수단에 의해 촬영하고,

상기 마크 촬영 수단에 의해 촬영된 마크의 화상 정보와,

상기 마크 촬영 수단의 광축 기울기 정보와,

상기 기판의 면과 상기 마스크의 면 간의 간극 정보를 사용하여,

상기 기판과 상기 마스크를 상대 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 성막 장치는,

진공 용기 내에서, 기판에 마스크를 겹쳐서 또는 근접시켜 보유지지하고, 상기 마스크에 덮여 있지 않은 상기 기판 표면에 성막 재료를 퇴적시켜 성막하는 성막 장치이며,

상기 기판을 보유지지하는 기판 스테이지와 상기 마스크를 보유지지하는 마스크 스테이지를 상대적으로 이동시켜 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트 장치로서,

상기 마크 촬영 수단으로 얻어지는 화상 정보와, 상기 마크 촬영 수단의 광축 기울기 정보와, 상기 기판의 면과 상기 마스크의 면 간의 간극 정보에 기초하여, 상기 기판 스테이지와 상기 마스크 스테이지를 상대 이동시키는 이동량을 결정하는 제어 수단을 구비하는 얼라인먼트 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 성막 방법은,

진공 용기 내에서, 기판에 마스크를 겹쳐서 또는 근접시켜 보유지지하고, 상기 마스크에 덮여 있지 않은 상기 기판 표면에 성막 재료를 퇴적시키는 성막 방법으로서,

상기 기판과 상기 마스크를 상대 이동 가능하게 배치하고,

상기 마크 촬영 수단에 의해 촬영된 마크의 화상 정보와,

상기 마크 촬영 수단의 광축 기울기 정보와,

상기 기판과 상기 마스크를 상대 이동시키는 얼라인먼트 방법에 의해 행해지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 전자 디바이스의 제조 방법은,

상기 성막 방법에 의해 전자 디바이스의 기판에 성막하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 마크 촬영 수단의 광축이 마스크 및 기판과 평행한 면에 대해 기울어져 있다 하더라도, 광축 각도 기인 어긋남(마스크면에 정투영한 기판측 마크와 마스크측 마크의 어긋남)을 보정할 수 있어, 고정밀도의 얼라인먼트가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 관한 얼라인먼트 장치를 구비한 성막 장치의 개략도이다.
도 2는 미동 스테이지 기구의 평면도이다.
도 3은 미동 스테이지 기구의 부분 단면도이다.
도 4는 얼라인먼트 장치의 개략도이다.
도 5는 광축 기울기 검출 수단의 개략 설명도이다.
도 6은 마크 간극 검출 수단의 개략 설명도이다.
도 7은 얼라인먼트 공정의 기본적인 시퀀스를 나타내는 도면이다.
도 8은 시퀀스 설명용의 성막 장치의 개략 구성도이다.
도 9는 시퀀스의 공정 설명도이다.
도 10은 시퀀스의 공정 설명도이다.
도 11은 제2 얼라인먼트 공정의 상세 플로우차트이다.
도 12는 플로우차트의 공정 설명도이다.
도 13은 기판측 마크와 마스크측 마크의 위치 어긋남의 설명도이다.
도 14는 전자 디바이스의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 다만, 이하의 실시형태는 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위는 이들 구성에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 설명에 있어서의, 장치의 구성, 처리 절차, 재질, 형상 등은, 특별히 한정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이들로만 한정하는 취지인 것은 아니다.

본 발명에 따른 얼라인먼트 장치는, 기판의 표면에 각종 재료를 퇴적시켜 성막을 행하는 장치에 적용할 수 있고, 본 실시형태에 있어서는, 진공 증착에 의해 원하는 패턴의 박막(재료층)을 형성하는 장치에 바람직하게 적용할 수 있다.

기판의 재료로는, 반도체(예를 들면, 실리콘), 유리, 고분자 재료의 필름, 금속 등의 임의의 재료를 선택할 수 있고, 기판은, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼, 또는 유리 기판 상에 폴리이미드 등의 필름이 적층된 기판이어도 된다. 또한, 성막 재료로서도, 유기 재료, 금속성 재료(금속, 금속 산화물 등) 등의 임의의 재료를 선택할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 진공 증착 장치 이외에도, 스퍼터 장치나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 포함하는 성막 장치에도 적용할 수 있다. 본 실시형태의 기술은, 구체적으로는, 반도체 디바이스, 자기 디바이스, 전자 부품 등의 각종 전자 디바이스나, 광학 부품 등의 제조 장치에 적용 가능하다. 전자 디바이스의 구체예로서는, 발광 소자나 광전 변환 소자, 터치 패널 등을 들 수 있다. 본 실시형태는, 그 중에서도, OLED 등의 유기 발광 소자나, 유기 박막 태양 전지 등의 유기 광전 변환 소자의 제조 장치에 바람직하게 적용 가능하다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 전자 디바이스는, 발광 소자를 구비한 표시 장치(예를 들면, 유기 EL 표시 장치)나 조명 장치(예를 들면, 유기 EL 조명 장치), 광전 변환 소자를 구비한 센서(예를 들면, 유기 CMOS 이미지 센서)도 포함하는 것이다.

먼저, 도 1을 사용하여, 본 실시형태에 따른 얼라인먼트 장치를 구비한 성막 장치(11)의 개략 구성에 관해 설명한다. 이하의 설명에서는, 연직 방향(지면 상하 방향)을 Z방향으로 하고, 수평면(지면 상하 방향과 직각인 면)을 X-Y평면으로 하는 XYZ 직교 좌표계를 사용한다. 또한, X축 주위의 회전각을 θ_X, Y축 주위의 회전각을 θ_Y, Z축 주위의 회전각을 θ_Z로 나타낸다.

성막 장치(11)는, 진공 분위기 또는 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기에 유지되는 진공 용기(21)를 갖는다. 진공 용기(21) 내에는, 기판(W)을 흡착하여 보유지지하는 기판 흡착 유닛(24)과, 마스크(M)를 지지하는 마스크 지지 유닛(23)과, 기판 흡착 유닛(24)의 위치를 적어도 X방향, Y방향, θ_Z 방향으로 위치결정하기 위한 미동 스테이지 기구(22)가 설치되어 있다. 또한, 진공 용기(21) 내에는, 성막 재료를 수납하고, 성막시에 이 성막 재료를 승화하여 방출하는 성막원(25)이 설치되어 있다. 또한, 성막 장치(11)는, 자기력에 의해 마스크(M)를 기판(W)측에 밀착시키기 위한 자력 인가 유닛(26)을 더 포함할 수 있다. 자력 인가 유닛(26)은 승강 스테이지(261)에 의해 Z방향으로 이동 가능하고, Z방향 위치에 따라 자력을 조정 가능하다.

성막 장치(11)의 진공 용기(21)는, 기판(W)을 보유지지하는 미동 스테이지 기구(22)가 배치되는 제1 진공 용기부(211)와, 성막원(25)이 배치되는 제2 진공 용기부(212)를 포함한다. 그리고, 예를 들면, 제2 진공 용기부(212)에 접속된 진공펌프(도시하지 않음)에 의해 진공 용기(21) 전체의 내부 공간을 고진공 상태로 유지할 수 있다.

또한, 적어도 제1 진공 용기부(211)와 제2 진공 용기부(212) 사이에는 신축 가능 부재(213)가 설치된다. 신축 가능 부재(213)는, 제2 진공 용기부(212)에 연결되는 진공펌프로부터의 진동이나, 성막 장치(11)가 설치된 마루 또는 플로어로부터의 진동이 제2 진공 용기부(212)를 통해 제1 진공 용기부(211)에 전달되는 것을 저감한다.

진공 용기(21)는, 기판(W)을 지지하는 기판 스테이지인 미동 스테이지 기구(22)가 고정 연결되는 기준 플레이트(214)를 더 포함한다. 기준 플레이트(214)에는, 기준 플레이트(214)를 소정의 높이에 지지하기 위한 기준 플레이트 지지부(215)가 연결되어 있다. 본 실시형태의 일 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기준 플레이트(214)와 제1 진공 용기부(211) 사이에도 신축 가능 부재(213)를 더 설치하여도 된다. 이에 의해, 기준 플레이트(214)를 통해 미동 스테이지 기구(22)에 외부 진동이 전달되는 것을 더욱 저감할 수 있다.

기준 플레이트 지지부(215)와 성막 장치(11)의 설치가대(217) 사이에는, 마루 또는 플로어로부터 성막 장치(11)의 설치가대(217)를 통해 기준 플레이트 지지부(215)로 진동이 전달되는 것을 저감하기 위한 제진 유닛(216)이 설치된다.

미동 스테이지 기구(22)는, 자기 부상하여, 리니어 모터에 의해, 기판(W)을 흡착하는 기판 흡착 유닛(24)의 위치를 위치결정하기 위한 미동 스테이지 기구이다. 적어도 X방향, Y방향, θ_Z 방향의 3개의 방향, 바람직하게는, X방향, Y방향, Z방향, θ_X 방향, θ_Y 방향, θ_Z 방향의 6개의 방향으로 기판 흡착 유닛(24)의 위치를 위치결정할 수 있다.

미동 스테이지 기구(22)는, 고정대로서 기능하는 스테이지 기준 플레이트부(221)와, 가동대로서 기능하는 미동 스테이지 플레이트부(222)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 스테이지 기준 플레이트부(221)에 대해 자기 부상 및 이동시키기 위한 자기 부상 유닛(223)을 포함한다.

마스크(M)를 보유지지하는 마스크 스테이지인 마스크 지지 유닛(23)은, 도시하지 않은 반송 로봇에 의해 반송되어 오는 마스크(M)를 수취하여 보유지지하는 수단이다. 마스크 지지 유닛(23)은, 적어도 연직 방향(Z방향)으로 승강 가능하게 설치된다. 이에 의해, 기판(W)의 면과 마스크(M)의 면 사이의 연직 방향의 간극을 조절할 수 있다. 기판(W)의 위치를 미동 스테이지 기구(22)에 의해 고정밀도로 위치결정하는 경우에는, 마스크(M)를 지지하는 마스크 지지 유닛(23)은, 볼나사 구동의 구름 가이드(도시하지 않음) 등에 의해 기계적으로 연직 방향으로 승강 구동할 수 있으면 좋다.

마스크 지지 유닛(23)은, 수평 방향(즉, X-Y-θ_Z 방향)으로 이동 가능하게 설치하여도 된다. 이에 의해, 마스크(M)가 얼라인먼트용 카메라의 시야로부터 벗어난 경우에도, 신속하게 이를 시야 내로 이동시킬 수 있다.

마스크 지지 유닛(23)은, 도시하지 않은 반송 로봇에 의해 진공 용기(21) 내에 반입된 마스크(M)를 일시적으로 수취하기 위한 마스크 픽업(231)을 더 포함한다. 마스크 픽업(231)은, 마스크 지지 유닛(23)의 마스크 지지면에 대해 상대적으로 승강할 수 있도록 구성된다.

도시하지 않은 반송 로봇의 핸드로부터 마스크(M)를 수취한 마스크 픽업(231)은, 마스크 지지 유닛(23)의 마스크 지지면에 대해 상대적으로 하강하여 마스크(M)를 마스크 지지 유닛(23)에 재치한다. 반대로, 사용이 완료된 마스크(M)를 반출하는 경우에는, 마스크(M)를 마스크 지지 유닛(23)의 마스크 지지면으로부터 들어 올려, 도시하지 않은 반송 로봇의 핸드가 마스크(M)를 수취할 수 있도록 한다.

마스크(M)는, 기판(W) 상에 형성하고 싶은 박막 패턴에 대응하는 개구 패턴을 가지며, 마스크 지지 유닛(23)에 재치된다. 마스크(M)의 개구 패턴은, 승화한 성막 재료를 통과시키지 않는 차단 패턴에 의해 정의된다. 또한, 마스크 지지 유닛(23)은, 성막원(25)으로부터 방출되는 성막 재료가, 마스크(M)를 통해 기판(W)에 이르는 경로를 방해하지 않도록 한, 개구를 가진 구조를 하고 있다.

기판 흡착 유닛(24)은, 도시하지 않은 반송 로봇이 반송해 온, 피성막체로서의 기판(W)을 흡착하여 보유지지하는 수단이다. 기판 흡착 유닛(24)은, 미동 스테이지 기구(22)의 가동대인 미동 스테이지 플레이트부(222)에 설치된다.

기판 흡착 유닛(24)은, 예를 들면, 유전체나 절연체(예를 들면, 세라믹 재질)의 매트릭스 내에 금속 전극 등의 전기 회로가 매설된 구조를 갖는 정전척이다.

성막 장치(11)는, 진공 용기(21)의 상부 외측(대기측)에 설치되어, 기판(W) 및 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크인 기판측 마크(도시하지 않음) 및 마스크측 마크(도시하지 않음)를 촬영하기 위한 마크 촬영 수단인 얼라인먼트용 카메라 유닛(27)을 더 포함한다.

얼라인먼트용 카메라 유닛(27)은, 기판(W) 및 마스크(M)에 형성된 기판측 마크 및 마스크측 마크에 대응하는 위치에 설치된다. 예를 들면, 4개의 얼라인먼트용 카메라 유닛(27)은, 원형 기판의 외주의 90°등배 위치에 설치된다. 다만, 본 실시형태는 이에 한정되지 않고, 기판(W) 및 마스크(M)의 얼라인먼트 마크의 위치에 따라, 다른 수, 다른 배치여도 된다.

얼라인먼트용 카메라 유닛(27)은, 진공 용기(21)의 상부 대기측으로부터 기준 플레이트(214)를 통해 진공 용기(21)의 내측으로 들어오도록 설치된다. 이를 위해, 얼라인먼트용 카메라 유닛(27)은, 대기측에 배치되는 얼라인먼트용 카메라와, 얼라인먼트용 카메라를 둘러싸서 밀봉하는 통형상부(도시하지 않음)를 포함한다. 미동 스테이지 기구(22)의 개재에 의해 기판(W)과 마스크(M)가 기준 플레이트(214)로부터 상대적으로 멀리 떨어져서 지지되더라도, 기판(W)과 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크에 초점을 맞출 수 있다. 통형상부의 하단의 위치는, 얼라인먼트용 카메라의 피사계 심도와, 기판(W) 및 마스크(M)가 기준 플레이트(214)로부터 떨어진 거리에 따라 적절히 정할 수 있다.

도시하지 않지만, 성막 공정 동안 밀폐되는 진공 용기(21)의 내부는 어두우므로, 진공 용기(21)의 내측으로 들어와 있는 얼라인먼트용 카메라에 의해 얼라인먼트 마크를 촬영하기 위해, 하방(-Z방향)으로부터 얼라인먼트 마크를 비추는 조명 광원을 설치하여도 된다.

또한, 자력 인가 유닛(26), 미동 스테이지 플레이트부(222)는, 얼라인먼트용 카메라의 시야를 방해하지 않도록 한 구조로 되어 있다. 예를 들면, 시야를 방해하지 않도록 구멍이 뚫려 있어도 되고, 카메라가 받아들이는 광의 파장을 투과하는 부재로, 시야에 대응하는 부분이 구성되어 있어도 된다.

다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하여, 미동 스테이지 기구(22)에 대해 설명한다.

도 2는 미동 스테이지 기구(22)의 모식적 평면도, 도 3은 미동 스테이지 기구(22)의 부분 단면도로, 도 3의 (A)는 도 2의 A-A선 주요 단면도, 도 3의 (B)는 도 2의 B-B선 주요 단면도, 도 3의 (C)는 도 2의 C-C선 주요 단면도이다.

자기 부상 유닛(223)은, 가동대인 미동 스테이지 플레이트부(222)를 고정대인 스테이지 기준 플레이트부(221)에 대하여 이동시키는 구동력을 발생시키기 위한 자기 부상 리니어 모터(31)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 측정하기 위한 위치 측정 수단과, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 스테이지 기준 플레이트부(221)에 대해 부상시키는 부상력을 제공함으로써 미동 스테이지 플레이트부(222)에 걸리는 중력을 보상하는 자중 보상 수단(33)과, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 원점 위치를 정하는 원점 위치 결정 수단(34)을 포함한다.

자기 부상 리니어 모터(31)는, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 구동원으로서, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 X 방향으로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 2개의 X방향 자기 부상 리니어 모터(311)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 Y 방향으로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 2개의 Y방향 자기 부상 리니어 모터(312)와, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 Z 방향으로 이동시키기 위한 구동력을 발생시키는 3개의 Z방향 자기 부상 리니어 모터(313)를 포함한다.

이들 복수의 자기 부상 리니어 모터(31)를 사용하여, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 6개의 자유도(degree of freedom)로(X방향, Y방향, Z방향, θ_X 방향, θ_Y 방향, θ_Z 방향으로) 이동시킬 수 있다.

자기 부상 리니어 모터(31)는, 스테이지 기준 플레이트부(221)에 설치되는 고정자와, 미동 스테이지 플레이트부(222)에 설치되는 가동자를 포함한다. 자기 부상 리니어 모터(31)의 고정자는 자기장 발생 수단, 예를 들면, 전류가 흐르는 코일을 포함하고, 가동자는 자성체, 예를 들면, 영구자석을 포함한다.

또한, 스테이지 기준 플레이트부(221)는 위치 센서(32)를 구비하고 있다. 위치 센서(32)는, 예를 들면, 레이저 간섭계가 사용되고, 측정 빔을 미동 스테이지 플레이트부(222)에 설치된 반사부(324)에 조사하여 그 반사 빔을 검출함으로써, 반사부(324)의 위치(미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치)를 측정한다. 위치 센서(32)는, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 X방향에 있어서의 위치를 측정하는 X방향 위치 측정부와, Y방향에 있어서의 위치를 측정하는 Y방향 위치 측정부와, Z방향에 있어서의 위치를 측정하기 위한 Z방향 위치 측정부를 포함한다. 이러한 위치 센서(32)의 구성에 의해, 6개의 자유도에 있어서, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치를 정밀하게 측정할 수 있다.

자중 보상 수단(33)은, 도 3의 (C)에 나타내는 바와 같이, 스테이지 기준 플레이트부(221)측에 설치된 제1 자석부(331)와 미동 스테이지 플레이트부(222)측에 설치된 제2 자석부(332) 간의 반발력 또는 흡인력을 이용하여, 미동 스테이지 플레이트부(222)에 걸리는 중력에 상응하는 크기의 부상력을 제공한다.

원점 위치 결정 수단(34)은, 도 3의 (B)에 나타내는 바와 같이, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 원점 위치를 정하는 수단으로서, 삼각뿔 형상의 오목부(341)와 반구 형상의 볼록부(342)를 포함하는 키네마틱 커플링(kinematic coupling)으로 구성할 수 있다. 상기 삼각뿔 형상의 오목부(341)와 반구 형상의 볼록부(342)에 더하여, V자 홈과 반구 형상의 볼록부, 평면과 반구 형상의 볼록부라는 3개의 조합의 접촉에 의해, 미동 스테이지 플레이트부(222)의 위치가 결정될 수 있다.

또한, 기판 흡착 유닛(24)을 이동시키는 스테이지 기구로서는, 6축 구동의 자기 부상 기구를 예시하여 왔지만, 볼나사 구동의 구름 스테이지나, 리니어 모터 구동의 구름 스테이지 등의 다른 스테이지 기구라도 상관없다.

다음으로, 성막 장치에 조립된 본 실시형태의 얼라인먼트 장치에 관해, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4a는 얼라인먼트 장치의 개략 구성도, 도 4b는 도 4a의 마스크측 마크 및 기판측 마크의 근방을 확대 표시한 도면이다. 또한, 도 4b의 Z방향의 위치 관계는 모식적으로 나타낸 것이며, 실제 치수와는 다르다.

도 4a에 나타내는 바와 같이, 얼라인먼트 장치는, 기판(W)을 보유지지하는 미동 스테이지 플레이트부(222)와 마스크(M)를 보유지지하는 마스크 스테이지인 마스크 지지 유닛(23)을 서로 상대적으로 이동시켜 기판(W)과 마스크(M)의 얼라인먼트를 행한다. 마스크(M)는 마스크 지지 유닛(23)에 재치되고, 기판(W)은 기판 흡착 유닛(24)에 흡착된다.

장치 구성으로서는, 기판(W)에 형성된 기판측 마크(ma)와 마스크(M)에 형성된 마스크측 마크(mb)의 광학적인 촬영 화상을 전기 신호로 변환하여 검출하는 마크 촬영 수단으로서의 얼라인먼트용 카메라(271)와, 얼라인먼트의 프로세스를 실행하는 제어부(100)를 포함한다. .

또한, 도 4a에서는, 마스크 지지 유닛(23) 및 마스크 본체(M1)를 지지하는 마스크 프레임(M2)에, 기판측 마크(ma) 및 마스크측 마크(mb)에 하방으로부터의 조명광을 통과시키기 위한 구멍(55)이 설치되고, 나아가, 기판 흡착 유닛(24)에, 얼라인먼트용 카메라(271)의 시야를 방해하지 않도록 구멍(56)이 설치된 경우를 예시하고 있다.

제어부(100)는, 위치 어긋남 정보 연산부(101)와, 위치 어긋남 정보의 보정값을 연산하여 위치 어긋남 정보에 피드백하는 보정값 연산부(102)와, 위치 어긋남 정보가 감소하는 방향으로 미동 스테이지 플레이트부(222)와 마스크 지지 유닛(23)을 상대 이동시키는 이동 제어부(103)를 구비하고 있다.

위치 어긋남 정보 연산부(101)는, 얼라인먼트용 카메라(271)에 의해 취득한 기판측 마크(ma)와 마스크측 마크(mb)의 화상을 처리하여, 기판(W)과 마스크(M)의 위치 어긋남 정보를 연산한다. 위치 어긋남 정보 연산부(101)는, 기판측 마크(ma)와 마스크측 마크(mb)의 화상으로부터, 수평면에 있어서의 기판측 마크(ma)의 좌표 및 마스크측 마크(mb)의 좌표를 취득하여도 된다. 위치 어긋남 정보 연산부(101)는, 수평면에 있어서의 기판측 마크(ma)의 좌표와 마스크측 마크(mb)의 좌표의 차분을 기판(W)과 마스크(M)의 위치 어긋남 정보로서 연산하여도 된다. 수평면에 있어서의 기판측 마크(ma)의 좌표 및 마스크측 마크(mb)의 좌표는, 화상 정보의 일례이다.

보정값 연산부(102)는, 얼라인먼트용 카메라(271)의 광축 기울기 정보와 기판측 마크(ma)와 마스크측 마크(mb)의 연직 방향에 있어서의 간극 정보를 사용해 위치 어긋남 정보의 보정값을 연산하여, 위치 어긋남 정보에 피드백한다.

이동 제어부(103)는, 위치 어긋남 정보 연산부(101)에서 연산된 위치 어긋남 정보를, 보정값 연산부(102)에서 연산된 보정값으로 보정하고, 보정된 위치 어긋남 정보가 미리 정해진 범위 내에 들어가도록, 위치 어긋남 정보가 감소하는 방향으로 미동 스테이지 플레이트부(222)와 마스크 지지 유닛(23)을 상대 이동시킨다. 이동 제어부(103)는, 수평면에 있어서의 기판측 마크(ma)의 좌표 또는 마스크측 마크(mb)의 좌표를, 보정값 연산부(102)에서 연산된 보정값으로 보정하고, 위치 어긋남 정보가 미리 정해진 범위 내에 들어가도록, 위치 어긋남 정보가 감소하는 방향으로 미동 스테이지 플레이트부(222)와 마스크 지지 유닛(23)을 상대 이동시켜도 된다.

또한, 제어부(100)는, 얼라인먼트의 제어 기능뿐만 아니라, 기판(W) 및 마스크(M)의 반송, 성막의 제어 등의 기능을 갖는다.

제어부(100)는, 예를 들면, 프로세서, 메모리, 스토리지, I/O 등을 갖는 컴퓨터에 의해 구성될 수 있다. 이 경우, 제어부(100)의 기능은 메모리 또는 스토리지에 저장된 프로그램을 프로세서가 실행함으로써 실현된다. 컴퓨터로서는, 범용 퍼스널 컴퓨터를 사용해도 되고, 임베디드형 컴퓨터 또는 PLC(Programmable Logic Controller)를 사용하여도 된다. 또는, 제어부의 기능의 일부 또는 전부를 ASIC나 FPGA와 같은 회로로 구성하여도 된다. 또한, 성막 장치별로 제어부가 설치되어 있어도 되고, 하나의 제어부가 복수의 성막 장치를 제어하도록 구성하여도 된다.

다음으로, 도 4b를 사용하여, 광축 각도 기인 어긋남(마스크면에 정투영한 기판측 마크와 마스크측 마크의 어긋남)을 설명한다.

얼라인먼트용 카메라(271)의 광축(N)이, 마스크(M)에 평행한 면에 직교하는 축선(V)에 대해 기울기를 가지고 있는 경우, 카메라 화상에서는, 마스크측 마크(mb)와 기판측 마크(ma)가 맞추어져 있더라도, 마스크면에 정투영한 기판측 마크(ma')와 마스크측 마크(mb)는 δ만큼 어긋나 있다. 이 어긋남(δ)을 광축 각도 기인 어긋남이라고 부르면, 광축 기울기를 φ, 마스크측 마크(mb)와 기판측 마크(ma)의 연직 방향에 있어서의 간극을 d로 했을 때, 광축 각도 기인 어긋남량(δ)은 「d×tanφ」이 된다. 예를 들면, d=50㎛, φ=10mrad일 때, 광축 각도 기인 어긋남량(δ)은 500nm이 된다. 최근의 화소 패턴의 고정밀도화 속에서, 이 값은 무시할 수 없는 값이다.

본 실시형태에 의하면, 제어부(100)에서, 얼라인먼트용 카메라(271)의 광축 기울기 정보에 상당하는 도 4b의 광축 기울기(φ)와 연직 방향에 있어서의 간극 정보에 상당하는 도 4b의 마크 간극(d)으로부터 「d×tanφ」를 연산하여, 위치 어긋남 정보의 보정값으로서 광축 각도 기인 어긋남량(δ)을 얻는다. 그리고, 「d×tanφ」의 양만큼 미동 스테이지 플레이트부(222) 및/또는 마스크 지지 유닛(23)을 이동시켜, 기판측 마크(ma)와 마스크측 마크(mb)를 상대 이동시킨다. 이와 같이 함으로써, 마스크면에 정투영한 기판측 마크(ma')와 마스크측 마크(mb)의 위치를 일치시킬 수 있다.

성막원(25)으로부터 방출되는 성막 재료는 마스크면에 대하여 대략 직각이도록 입사하기 때문에, 광축 각도 기인 어긋남이 있는 그대로의 경우에는, 광축 각도 기인 어긋남량만큼 기판으로의 성막 위치는 어긋나게 된다. 본 실시형태의 얼라인먼트 장치에 의하면, 광축 각도 기인 어긋남량을 보정할 수 있어, 성막 위치가 고정밀도화되기 때문에, 화소 패턴이 고정밀도로 된다.

광축 각도 기인 어긋남을 보정하는 것은, 특히 유기 EL 표시 장치와 같이, 복수의 색을 복수의 성막 장치에서 성막하는 경우에 바람직하다. 성막 장치마다 광축 기울기(φ)가 일반적으로 다르기 때문이다. 또한, 성막 대상인 기판(W)의 두께는 일반적으로 수십 ㎛의 오차를 가지기 때문에, 기판(W)의 이면(도 4b의 (-Z)측의 면)에 기판측 마크가 형성되어 있는 경우, 기판(W)이 바뀔 때마다, 마크 간극(d)이 바뀌게 된다. 기판(W)이 바뀔 때마다, 마크 간극(d)에 대응하는 간극 정보를 갱신하여, 「d×tanφ」을 연산함으로써, 기판 두께 오차의 영향도 보정할 수 있다.

또한, 도 4b의 기판(W)이 실리콘 웨이퍼인 경우, 얼라인먼트용 카메라(271)는 근적외선을 촬상 가능한 근적외선 카메라로 하는 것이 바람직하다. 근적외선 카메라로 함으로써, 실리콘 웨이퍼를 투과하여, 기판(W)의 이면(도 4b의 (-Z)측의 면)에 형성된 기판측 마크(ma)를 얼라인먼트용 카메라(271)로 촬상할 수 있다.

다음으로, 광축 각도의 기울기를 검출하는 방법에 대해, 도 5를 사용하여 상세하게 설명한다.

도 5는 광축 기울기를 검출하는 방법의 개략 설명도이다. 도 5의 (A), (B)는 광축 기울기 검출을 위해, 마스크 지지 유닛(23)을, 마스크(M)와 평행한 면과 직각인 방향으로 거리(α)만큼 이동시킨 이동 전후의 마스크측 마크(mb)와 얼라인먼트용 카메라(271)의 관계를 나타내고 있다. 또한, 도 5의 (C)는 도 5의 (A)에서의 얼라인먼트용 카메라(271)의 시야(F)에 있어서의 마스크측 마크(mb)의 위치를, 도 5의 (D)는, 도 5의 (B)에서의 얼라인먼트용 카메라(271)의 시야(F)에 있어서의 마스크측 마크(mb)의 위치를 나타내고 있다.

도 5의 (C), (D)에 나타내는 바와 같이, 마스크 지지 유닛(23)의 거리(α)만큼의 이동에 의해, 시야(F) 내에서, 마스크측 마크(mb)는 이동량(β)만큼 이동하고 있다.

마스크 지지 유닛(23)이, 마스크측 마크(mb)가 형성된 마스크(M)와 직교 방향으로 거리(α) 만큼 이동하여 있다고 하면, 그 때의 카메라 시야(F) 내에서의 마스크측 마크(mb)의 이동량(β)을 알면, 마스크(M)와 평행한 면에 세운 수선과, 얼라인먼트용 카메라(271)의 광축의 어긋남량인 광축 기울기(φ)를 연산할 수 있다. 연산식은, 「φ=arcsin(β÷α)」이다. 각도가 미소한 경우에는, φ≒β÷α로 연산하여도 된다. 이러한 수단에 의해, 광축 기울기(φ)를 검출할 수 있다.

이 검출한 광축 기울기 정보(φ)와 별도 취득한 마크 간극(d)을 사용하여, 얼라인먼트 시의 광축 각도 기인 어긋남을 연산식 「d×tanφ」에 의해 보정함으로써, 성막 위치가 고정밀도화되어, 화소 패턴이 고정밀도로 된다.

또한, 여기서는 마스크(M)측을 이동시키는 방법을 설명하였지만, 미동 스테이지 플레이트부(222)를 마스크측 마크(mb)가 형성된 마스크(M)와 직교 방향으로 거리(α)만큼 이동시켜, 카메라 시야 내에서의 기판측 마크(ma)의 이동량(β)을 취득하는 방법이어도 된다.

또한, 광축 기울기(φ)의 검출은, 위치 관계가 이미 알려진 캘리브레이션 플레이트를 준비하여, 얼라인먼트용 카메라로 취득한 화상을 처리함으로써, 광축 기울기(φ)를 검출하는 방법이어도 된다. 나아가, 마스크(M)와 평행한 면 내에서의 거리가 이미 알려진 2개의 마크를 갖는 워크를 준비하여, 2개의 마크를 시야(F) 내에 넣은 상태에서, 얼라인먼트용 카메라를 기울였을 때의, 2개의 마크의 거리의 변화로부터 광축 기울기를 연산하여 취득하는 방법이어도 된다.

도 6은 마크 간극 검출 공정의 개략 설명도이다.

얼라인먼트용 카메라(271)를, 기판측 마크(ma) 및 마스크측 마크(mb)가 시야(F)에 들어와 있는 상태에서, 도시하지 않은 Z방향 이동 수단에 의해, Z 방향으로 주사시켰을 때의 Z방향의 위치와, 얼라인먼트용 카메라(271)의 콘트라스트 값의 관계를 나타내고 있다. 여기서, Z방향이란, 도 1에 있어서의 연직 방향이며, 마스크(M)에 평행한 면과 직교 방향이다. 얼라인먼트용 카메라(271)에 입사하는 광선을 점선으로 나타내고 있고, 얼라인먼트용 카메라(271)로부터 가장 떨어진 점선 위치가 가장 초점이 맞는 위치를 나타내고 있다. 콘트라스트 값은, 초점이 맞는 상태와 상관이 있어, 콘트라스트 값이 높을수록, 초점이 맞추어져 있는 상태를 나타내고 있다. 얼라인먼트용 카메라(271)를, 기판측 마크(ma) 및 웨이퍼측 마크(mb)가 시야(F)에 들어와 있는 상태에서, Z 방향으로 주사하면, 기판측 마크(ma)에 초점이 맞는 위치(Za), 마스크측 마크(mb)에 초점이 맞는 위치(Zb)에 있어서, 콘트라스트 값이 극대값을 취한다. 얼라인먼트용 카메라(271)의 Z방향의 위치 정보는, 도시하지 않은 Z방향 이동 수단이 가지는 위치결정용의 위치 센서나, 별도의 변위 센서를 설치함으로써, 용이하게 얻을 수 있고, 이 위치 정보로부터 마크 간극(연직 방향에 있어서의 간극 정보)을 검출한다. 즉, 위치(Za)와 위치(Zb)의 Z방향 위치의 차이가, 마크 간극(d)이 된다. 검출한 마크 간극(d)과 별도로 취득한 광축 기울기(φ)를 사용하여, 얼라인먼트 시의 광축 각도 기인 어긋남을 연산식 「d×tanφ」에 의해 보정함으로써, 성막 위치가 고정밀도화되어, 화소 패턴이 고정밀도로 된다.

또한, 마크 간극(d)을 얻는 방법은, 미동 스테이지 플레이트부(222)와 마스크 지지 유닛(23)의 Z방향 위치 정보와, 기판(W)의 두께 정보로부터 연산하여 얻는 방법이라도 상관없다. 여기서, 기판(W)의 두께 정보는, 변위계에 의한 협지(pinch) 측정으로 취득해도 되고, 특히 실리콘 웨이퍼의 경우에는, 근적외 레이저를, 실리콘을 투과하도록 조사시켜 얻어지는 실리콘 웨이퍼 표리의 레이저 간섭 정보로부터 취득하여도 된다.

<얼라인먼트 방법>

다음으로, 얼라인먼트 방법에 대해 설명한다.

도 7은 전체 시퀀스를 나타내는 플로우차트, 도 8은 얼라인먼트 방법의 설명에 사용하는 구성 부분의 배치 구성을 나타내는 도면으로, 이 배치도는, 도 1의 전체 구성도에서 이미 설명한 부분의 구성은 생략 또는 간략화하며, 얼라인먼트 방법의 설명에 필요한 구성을 도시하고 있다.

먼저, 도 8의 배치 구성에 대해 설명한다.

얼라인먼트는, 기판(W)과 마스크(M)를 대략적으로 위치맞춤을 행하는 제1 얼라인먼트 공정과, 기판(W)과 마스크(M)를 고정밀도로 위치맞춤을 행하는 제2 얼라인먼트 공정을 가지며, 기판측 마크(ma) 및 마스크측 마크(mb)는, 제1 얼라인먼트용으로 2개, 제2 얼라인먼트용으로 2개 설치되고, 얼라인먼트용 카메라(271)도, 제1 얼라인먼트용 카메라(271A)가 2대, 제2 얼라인먼트용 카메라(271B)가 2대 설치되고, 각각 Z축 방향으로 구동된다.

본 실시형태가 적용되는 것은, 제2 얼라인먼트용 카메라(271B)이다. 제1 얼라인먼트용 카메라(271A)는 해상도가 낮고, 시야가 크다. 한편, 제2 얼라인먼트용 카메라(271B)는 시야는 작지만 해상도가 높고, 위치 어긋남량의 허용도가 작은 고정밀한 위치맞춤에 사용된다.

미동 스테이지 기구(22)는, 전술한 바와 같이 6축 구동의 자기 부상 기구에서, 6축분의 위치 센서가 설치되고, 미동 스테이지 플레이트부(222)에, 기판 흡착 유닛(24)을 통해 기판(W)이 보유지지된다.

마스크(M)는, 개구 패턴이 형성된 마스크 본체(M1)의 주연부가, 마스크 프레임(M2)에 보유지지되어 있다.

마스크(M)를 지지하는 마스크 지지 유닛(23)에는, 마스크측 마크(mb) 및 기판측 마크(ma)를 하방으로부터 비추는 조명 광원(57)이 설치되어 있다.

마스크 지지 유닛(23)은, 조동 스테이지 기구(28)에 의해 Z방향뿐만 아니라, X-Y-θ_Z 방향으로 이동된다. 조동 스테이지 기구(28)는 X-Y-θ_Z 방향으로 이동시키는 제1 조동 유닛(281)과, Z축 방향으로 승강시키는 제2 조동 유닛(282)을 구비하고 있다. 제1 조동 유닛(281) 및 제2 조동 유닛(282)은, 볼나사 구동의 구름 스테이지나, 리니어 모터 구동의 구름 스테이지 등의 부상하지 않는 기계적인 이송 기구가 사용된다.

이 조동 스테이지 기구(28)의 고정부에는, 마스크(M)를 가수취하는 마스크 가수취 핀(283)이 복수 설치되어 있다. 이 마스크 가수취 핀(283)은, 도 1에 나타낸 마스크 픽업(231)으로서 기능한다.

또한, 조동 스테이지 기구(28)에는, 기판(W)을 가수취하는 가수취 부재(29)가 설치되어 있다. 이 가수취 부재(29)는, Z축 방향으로 연장되는 지주(支柱)(292)와, 지주(292)의 선단으로부터 직각으로 연장되는 수취 핑거(291)를 가지고 있고, 조동 스테이지 기구(28)에 의해 X-Y-Z-θ_Z 방향으로 구동된다.

다음으로, 도 7에 나타내는 얼라인먼트의 시퀀스 전반에 대해, 도 9 및 도 10을 적절히 참조하여 설명한다.

먼저, 도 9의 (A)에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않은 기판 스토커로부터, 로봇 핸드(50)에 의해, 성막 장치의 진공 용기 내로 기판(W)이 반입된다(S1). 반입된 기판(W)은, 조동 스테이지 기구(28)에 지지된 4개의 가수취 부재(29)의 수취 핑거(291)를 회전시켜, 제2 조동 유닛(282)을 Z축 방향으로 상승시킴으로써, 로봇 핸드(50)로부터 성막 장치 측으로 전달된다. 전달 후, 로봇 핸드(50)를 퇴피시킨다(S2).

다음으로, 제1 얼라인먼트용의 기판측 마크(ma)를 제1 얼라인먼트용 카메라(271A)에 의해 촬영하고, 도 9의 (B)에 나타내는 바와 같이, 제1 조동 유닛(281)에 의해, 기판(W)을 XYθz 방향으로 이동시켜 제1 얼라인먼트를 행한다(S3). 이 제1 얼라인먼트는, 기판(W)과 기판 흡착 유닛(24)의 위치맞춤을 행함으로써, 기판(W)과 마스크(M)를 대략적으로 위치맞춤하는 공정이다. 예를 들면, 기판측 마크(ma)를 제1 얼라인먼트용 카메라(271A)의 시야(F)의 중심에 오도록 위치맞춤한다. 기판(W)을 지지하는 수취 핑거(291)와 마스크(M)도, 기판(W)과 함께, 제1 조동 유닛(281)에 의해 XYθz 방향으로 이동한다.

기판 흡착 유닛(24)에 대한 기판(W)의 위치맞춤이 종료하면, 도 9의 (C)에 나타내는 바와 같이, 기판 흡착 유닛(24)에 기판(W)을 정전 척킹하고, 수취 핑거(291)를 퇴피시킨다(S4).

이어서, 제2 조동 유닛(282)에 의해, 마스크(M)를 기판(W)에 근접시켜(S5), 미동 스테이지 기구(22)에 의한 기판(W)의 제2 얼라인먼트를 행한다(S6).

제2 얼라인먼트를 종료하면, 마스크(M)를 자력 인가 유닛(26)에 의해 흡인한다. 도 10의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이, 자력 인가 유닛(26)을 하강시켜, 기판(W)을 사이에 두고 마스크(M)를 자기 흡착하고(S7), 증착을 개시한다(S8). 도 10의 (B)에서는, 마스크(M)의 중앙 영역의 주변부가 기판(W)에 접촉하지 않도록 한 도면으로 되어 있지만, 마스크(M)가 기판(W)의 성막 범위와 겹치도록 기판(W)과 마스크(M)가 보유지지된다. 증착이 종료하면, 로봇 핸드에 의해 기판(W)을 반출한다 (S9).

또한, 상기 시퀀스에서는, 자력 인가 유닛(26)에 의해, 마스크(M)를 기판(W)에 접촉한 상태로 겹쳐서 보유지지하고 있지만, 자력 인가 유닛(26)을 사용하지 않고, 비접촉 상태로, 근접하여 보유지지하도록 하여도 된다. 즉, 본 실시형태에는, 기판(W)과 마스크(M)는, 겹쳐서 또는 근접시켜 보유지지되는 경우가 포함된다.

다음으로, 도 11 및 도 12를 참조하여, 전술한 제2 얼라인먼트 공정에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 조동 스테이지 기구(28)에 의해 마스크(M)를 상승시켜, 도 12의 (A)에 나타내는 시작 시의 상태로부터, 도 12의 (B)에 나타내는 바와 같이 기판(W)에 대해 소정 위치까지 근접시킨다(S61). 다음으로, 미동 스테이지 기구(22)에 의해, 기판(W)을 마스크(M)에 접촉하지 않는 위치, 이 예에서는, 0.5mm의 간극이 되도록, 미동시킨다(S62).

다음으로, 미동 스테이지 기구(22)에 의해, 미동 스테이지 플레이트부(222)와 마스크 프레임(M2)을 평행하게 한다(S63). 미동 스테이지 기구(22)에 설치된 위치 센서, 조동 스테이지 기구(28)의 위치 센서에 의해, 각각의 위치를 확인할 수 있으므로, 평행하게 되도록 제어 가능하다.

다음으로, 이 때의 제2 얼라인먼트용의 기판측 마크(ma)와 마스크측 마크(mb) 간의 마크 간극(d)을 측정한다(S64). 즉, 제2 얼라인먼트용 카메라(271B)를 Z축 방향으로 왕복시켜, 그 콘트라스트의 데이터로부터, 콘트라스트 곡선의 극대값이 되는 제2 얼라인먼트용 카메라(271B)의 구동 스테이지의 위치 정보로부터 마크 간극(d)을 연산한다.

다음으로, 평행 정합을 확인한다(S65). 평행 정합에서는, S64에서 측정한 마크 간극(d)과, 미동 스테이지 기구(22)에 설치된 위치 센서와 조동 스테이지 기구(28)의 위치 센서로부터 얻어지는 거리를 비교한다. 정합되어 있지 않은 경우에는, 기판(W)과 기판 흡착 유닛 사이에 먼지가 개재하여 있는 것 등이 생각되기 때문에, 스텝(S80)으로 진행하여, 조동 유닛(282)에 의해 마스크(M)를 하강시키고, 수취 핑거(291)를 준비하며, 기판(W)을 기판 흡착 유닛(24)으로서 예시한 정전척으로부터 분리시켜 수취 핑거(291)로 수취하고, 정전 척킹부터 다시 행한다. 정합되어 있는 경우에는, 다음 스텝(S66)으로 진행한다. 스텝(S66)에서는, 미동 스테이지 기구(22)에 의해, 기판(W)을, 마스크(M)와의 평행도를 유지하면서, 마스크(M)와의 간극이 소정값이 될 때까지, -Z방향(하방)으로 이동한다.

이어서, 마크 간극을 확인한다(S67). 이 마크 간극의 확인은, 재차, 제2 얼라인먼트용 카메라(271B)를 왕복 이동시켜 측정하고, 마크 간극이 소정값 이하, 예를 들면 10㎛ 이하로 되었는지 여부를 확인한다.

마크 간극이 소정값 이하에 도달하지 않은 경우에는, 스텝(S80)으로 진행하고, 제2 조동 유닛(282)을 구동하여 마스크(M)를 하강시켜 정전 척킹부터 다시 행한다(S80).

마크 간극이 소정값 이하로 되어 있는 경우에는, 스텝(S68)으로 진행하고, 기판(W)의 제2 얼라인먼트를 행한다.

제어부(100)는, 제2 얼라인먼트용 카메라(271B)로 취득한 제2 얼라인먼트용의 기판측 마크(ma)와 마스크측 마크(mb)의 화상을 처리하고, 기판(W)과 마스크(M)의 위치 어긋남 정보를 연산하여, 메모리 등에 일시적으로 보존해 둔다.

나아가, 미리 계측하여, 보존되어 있는 제2 얼라인먼트용 카메라(271B)의 광축 기울기 정보와, 스텝(S67)에서 측정한 제2 얼라인먼트용의 기판측 마크(ma)와 마스크측 마크(mb)의 연직 방향에 있어서의 간극 정보를 사용하여, 위치 어긋남 정보의 보정값을 연산한다. 이 보정값을 위치 어긋남 정보에 피드백하여 위치 어긋남 정보를 보정한다.

그리고, 이동 제어부(103)는, 보정된 위치 어긋남 정보와, 미동 스테이지 기구(22)의 위치 센서에 의해 얻어지고 있는 기판의 XYθz 방향의 위치 정보에 기초하여, 위치 어긋남 정보가 미리 설정된 범위가 되도록, 미동 스테이지 기구(22)를 구동하여, 위치 어긋남 정보가 감소하는 방향으로 이동시킨다.

이어서, 얼라인먼트 위치를 확인한다(S69). 제2 얼라인먼트가 목표값내라면, 제2 얼라인먼트를 종료한다. 목표내가 아니면, 스텝(S80)으로 진행하고, 기판(W)을 정전척으로부터 분리하여, 정전척에 의한 기판 흡착부터 다시 한다.

이 마크 얼라인먼트에 있어서의 위치 어긋남의 수정은, 예를 들면, 도 13과 같이 조건 설정하여 행해진다. 도 13의 (A)는, 기판측 마크(ma)와 마스크측 마크(mb)의 관계를 나타내는 사시도, 도 13의 (B)는 도 13의 (A)의 평면도이다.

여기서는, 전제로서, 얼라인먼트 시에 동시에 참조하는 마크의 수는, 기판측 마크(ma)가 2개, 마스크측 마크(mb)가 2개로 한다. 또한, 기판측 마크(ma)와 마스크측 마크(mb)의 위치는, 기판(W), 마스크(M), 모두, 각각의 외주부(반경 150mm 위치)로 한다.

또한, 마크 얼라인먼트란, 보다 상세하게는, 기판측 마크(ma, ma)를 잇는 선분(A), 마스크측 마크(mb, mb)를 잇는 선분(B)를 생각했을 때, 선분(A)와 선분(B)에 관해, 하기 (1), (2)를 만족하도록 기판과 마스크의 상대 위치를 제어하는 것이다.

(1) 선분(A)의 중점(Oa)과 선분(B)의 중점(Ob) 간의 거리(ε)를 제로에 근접시킨다.

(2) 양쪽 선분(A, B)가 이루는 각(γ)을 제로에 근접시킨다.

또한, 마크 얼라인먼트에 있어서의 위치 어긋남량은, 하기 (1'), (2')로 정의된다.

(1') 2개의 기판측 마크(ma)를 잇는 선분(A)의 중점(Oa)과 2개의 마스크측 마크(mb)를 잇는 선분(B)의 중점(Ob) 간의 거리(ε).

(2') 「선분(A)와 선분(B)가 이루는 각(γ)」× 「마크의 대표 위치(반경 150mm 위치)」.

전술한 마크 얼라인먼트에서는, 배율 성분의 오차는 생각하지 않는다. 배율 성분은 기판(W)과 마스크(M)의 열변위차 등이 영향을 주기 때문에, 온도조절 등의 다른 수단으로 억제한다.

<성막 프로세스>

상기 얼라인먼트 공정이 종료하면, 도 1에 나타낸 성막원(25)의 셔터(도시하지 않음)를 열고, 성막 재료를 마스크(M)를 통해 기판(W)에 성막한다. 원하는 두께의 성막 재료를 기판(W)에 증착한 후, 자력 인가 유닛(26)을 상승시켜 마스크(M)를 분리하고, 마스크 지지 유닛(23)을 하강시킨다.

이어서, 도시하지 않은 반송 로봇의 로봇 핸드가 성막 장치(11)의 진공 용기(21) 내에 진입하고, 기판 흡착 유닛(24)의 전극부에 제로(0) 또는 역극성의 기판 분리 전압이 인가되어, 기판(W)을 기판 흡착 유닛(24)으로부터 분리한다. 분리된 기판(W)은, 반송 로봇에 의해 진공 용기(21)로부터 반출된다.

또한, 전술한 설명에서는, 성막 장치(11)는, 기판(W)의 성막면이 연직 방향하방을 향한 상태에서 성막이 이루어지는, 이른바 상향 증착 방식(Depo-up)의 구성으로 하였으나, 본 실시형태는 이에 한정되지 않고, 기판(W)이 진공 용기(21)의 측면측에 수직으로 세워진 상태로 배치되고, 기판(W)의 성막면이 중력방향과 평행한 상태에서 성막이 이루어지는 구성이어도 된다.

다음으로, 본 실시형태의 성막 장치를 이용한 전자 디바이스의 제조 방법의 일례를 설명한다. 이하, 전자 디바이스의 예로서 유기 EL 표시 장치의 구성 및 제조 방법을 예시한다.

우선, 제조하는 유기 EL 표시 장치에 대해 설명한다. 도 14의 (A)는 유기 EL 표시 장치(60)의 전체도, 도 14의 (B)는 1 화소의 단면 구조를 나타내고 있다.

도 14의 (A)에 나타내는 바와 같이, 유기 EL 표시 장치(60)의 표시 영역(61)에는, 발광 소자를 복수 구비하는 화소(62)가 매트릭스 형태로 복수 개 배치되어 있다. 상세 내용은 나중에 설명하지만, 발광 소자의 각각은, 한 쌍의 전극에 끼워진 유기층을 구비한 구조를 가지고 있다. 또한, 여기서 말하는 화소란 표시 영역(61)에 있어서 원하는 색의 표시를 가능하게 하는 최소 단위를 가리키고 있다. 본 실시형태에 관한 유기 EL 표시 장치의 경우, 서로 다른 발광을 나타내는 제1 발광 소자(62R), 제2 발광 소자(62G), 제3 발광 소자(62B)의 조합에 의해 화소(62)가 구성되어 있다. 화소(62)는 적색 발광 소자와 녹색 발광 소자와 청색 발광 소자의 조합으로 구성되는 경우가 많지만, 황색 발광 소자와 시안 발광 소자와 백색 발광 소자의 조합이어도 되고, 적어도 1 색 이상이면 특별히 제한되는 것은 아니다.

도 14의 (B)는 도 14의 (A)의 A－B선에 있어서의 부분 단면 모식도이다. 화소(62)는 기판(63) 상에 양극(64), 정공 수송층(65), 발광층(66R, 66G, 66B), 전자 수송층(67), 음극(68)을 구비한 유기 EL 소자를 가지고 있다. 이들 중 정공 수송층(65), 발광층(66R, 66G, 66B), 전자 수송층(67)이 유기층에 상당한다. 또한, 본 실시형태에서는, 발광층(66R)은 적색을 발하는 유기 EL 층, 발광층(66G)은 녹색을 발하는 유기 EL 층, 발광층(66B)은 청색을 발하는 유기 EL 층이다. 발광층(66R, 66G, 66B)은 각각 적색, 녹색, 청색을 발하는 발광 소자(유기 EL 소자라고 부르는 경우도 있음)에 대응하는 패턴으로 형성되어 있다. 또한, 양극(64)은 발광 소자별로 분리되어 형성되어 있다. 정공 수송층(65)과 전자 수송층(67)과 음극(68)은, 복수의 발광 소자(62R, 62G, 62B)와 공통으로 형성되어 있어도 좋고, 발광 소자별로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 양극(64)과 음극(68)이 이물에 의해 단락되는 것을 방지하기 위하여, 양극(64) 사이에 절연층(69)이 설치되어 있다. 또한, 유기 EL 층은 수분이나 산소에 의해 열화되기 때문에, 수분이나 산소로부터 유기 EL 소자를 보호하기 위한 보호층(70)이 설치되어 있다.

도 14의 (B)에서는 정공 수송층(65)이나 전자 수송층(67)이 하나의 층으로 도시되었으나, 유기 EL 표시 소자의 구조에 따라서, 정공 블록층이나 전자 블록층을 포함하는 복수의 층으로 형성될 수도 있다. 또한, 양극(64)과 정공 수송층(65) 사이에는 양극(64)으로부터 정공 수송층(65)으로의 정공의 주입이 원활하게 이루어지도록 할 수 있는 에너지밴드 구조를 가지는 정공 주입층을 형성할 수도 있다. 마찬가지로, 음극(68)과 전자 수송층(67) 사이에도 전자 주입층을 형성할 수 있다.

다음으로, 유기 EL 표시 장치의 제조 방법의 예에 대하여 구체적으로 설명한다.

우선, 유기 EL 표시 장치를 구동하기 위한 회로(미도시) 및 양극(64)이 형성된 기판(63)을 준비한다.

양극(64)이 형성된 기판(63) 위에 아크릴 수지를 스핀 코트로 형성하고, 아크릴 수지를 리소그래피 법에 의해 양극(64)이 형성된 부분에 개구가 형성되도록 패터닝하여 절연층(69)을 형성한다. 이 개구부가 발광소자가 실제로 발광하는 발광 영역에 상당한다.

절연층(69)이 패터닝된 기판(63)을 제1 유기 재료 성막 장치에 반입하여 및 정전척으로 기판(63)을 보유지지하고, 정공 수송층(65)을 표시 영역의 양극(64) 위에 공통층으로서 성막한다. 정공 수송층(65)은 진공 증착에 의해 성막된다. 실제로는 정공 수송층(65)은 표시 영역(61)보다 큰 사이즈로 형성되기 때문에, 고정밀의 마스크는 필요치 않다.

다음으로, 정공 수송층(65)까지 형성된 기판(63)을 제2 유기 재료 성막 장치에 반입하고, 정전척으로 보유 지지한다. 기판(63)과 마스크의 얼라인먼트를 행하고, 기판(63)의 적색을 발하는 소자를 배치하는 부분에 적색을 발하는 발광층(66R)을 성막한다.

발광층(66R)의 성막과 마찬가지로, 제3 유기 재료 성막 장치에 의해 녹색을 발하는 발광층(66G)을 성막하고, 나아가 제4 유기 재료 성막 장치에 의해 청색을 발하는 발광층(66B)을 성막한다. 발광층(66R, 66G, 66B)의 성막이 완료된 후, 제5 유기 재료 성막 장치에 의해 표시 영역(61)의 전체에 전자 수송층(67)을 성막한다. 전자 수송층(67)은 3 색의 발광층(66R, 66G, 66B)에 공통의 층으로서 형성된다.

전자 수송층(67)까지 형성된 기판(63)을 금속 재료 성막 장치로 이동시켜 음극(68)을 성막한다. 이때, 금속 재료 성막 장치는 가열증발 방식의 성막 장치이어도 되고, 스퍼터링 방식의 성막 장치이어도 된다.

그 후, 기판(63)을 플라스마 CVD 장치로 이동시켜 보호층(70)을 성막하여, 유기 EL 표시 장치(60)를 완성한다.

절연층(69)이 패터닝된 기판(63)을 성막 장치로 반입하고 나서부터 보호층(70)의 성막이 완료될 때까지는, 수분이나 산소를 포함하는 분위기에 노출되면 유기 EL 재료로 이루어진 발광층이 수분이나 산소에 의해 열화될 우려가 있다. 따라서, 본 예에 있어서, 성막 장치 간의 기판(63)의 반입, 반출은 진공 분위기 또는 불활성 가스 분위기 하에서 행하여진다.

11: 성막 장치
21: 진공 용기
22: 미동 스테이지 기구(이동 수단)
23: 마스크 지지 유닛(마스크 스테이지)
24: 기판 흡착 유닛
25: 성막원
27: 얼라인먼트용 카메라 유닛
28: 조동 스테이지 기구(마스크 스테이지)
29: 기판 지지 유닛
100: 제어부
101: 위치 어긋남 정보 연산부
102: 보정값 연산부
103: 이동 제어부
M: 마스크
W: 기판
ma: 기판측 마크
mb: 마스크측 마크
N: 광축
φ: 광축 기울기
α: 거리, β: 이동량
d: 마크 간극
Za, Zb: 피크 위치
δ: 광축 각도 기인 어긋남량

Claims

기판을 보유지지하는 기판 스테이지와 마스크를 보유지지하는 마스크 스테이지를 상대적으로 이동시켜 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트 장치로서,
상기 기판에 형성된 기판측 마크와 상기 마스크에 형성된 마스크측 마크를 촬영하는 마크 촬영 수단과,
상기 마크 촬영 수단에 의해 얻어지는 화상 정보로부터 구해진 위치 어긋남 정보를, 상기 마크 촬영 수단의 광축 기울기 정보와, 상기 기판의 면과 상기 마스크의 면 간의 간극 정보를 사용하여 보정한 위치 어긋남 정보에 기초하여, 상기 기판 스테이지와 상기 마스크 스테이지를 상대 이동시키는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 화상 정보로부터 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 어긋남 정보를 구하는 위치 어긋남 정보 연산 수단과,
상기 광축 기울기 정보와 상기 간극 정보를 사용하여 상기 위치 어긋남 정보를 보정하는 정보 보정 수단
을 더 구비하고,
상기 제어 수단은, 상기 정보 보정 수단에 의해 보정된 위치 어긋남 정보를 기준으로 하여, 보정된 위치 어긋남 정보가 감소하는 방향으로 상기 기판 스테이지와 상기 마스크 스테이지를 상대 이동시키는 이동량을 결정하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 간극 정보는, 상기 기판이 달라질 때마다 측정되는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 광축 기울기 정보는, 얼라인먼트를 행하기 전에 미리 구해지는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 광축 기울기 정보를 검출하는 광축 기울기 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
제6항에 있어서,
상기 광축 기울기 검출 수단은, 상기 기판 스테이지 또는 상기 마스크 스테이지를 상기 마스크와 평행한 면에 직각인 방향으로 이동시켰을 때의 거리와,
상기 기판 스테이지 또는 상기 마스크 스테이지의 이동 시에, 상기 마크 촬영 수단으로 얻어지는 상기 기판측 마크 또는 상기 마스크측 마크의, 상기 마스크와 평행한 면 내에서의 이동량을 검출하고, 검출한 상기 거리와 상기 이동량으로부터 상기 광축 기울기 정보를 구하는, 얼라인먼트 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 간극 정보를 검출하는 마크 간극 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 장치.
제8항에 있어서,
상기 마크 간극 검출 수단은, 상기 마크 촬영 수단을 상기 마스크에 평행한 면과 직교하는 방향으로 이동시키면서, 상기 마크 촬영 수단으로부터 콘트라스트 정보를 얻고, 해당 콘트라스트 정보의 2개의 극대값을 얻었을 때의 상기 마크 촬영 수단의 광축 방향에 있어서의 위치 정보로부터 상기 간극 정보를 검출하는 수단인, 얼라인먼트 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 얼라인먼트는 제1 얼라인먼트 공정과 제2 얼라인먼트 공정을 가지며, 상기 마크 촬영 수단은 제2 얼라인먼트 공정용의 마크 촬영 수단인, 얼라인먼트 장치.
기판과 마스크를 상대 이동 가능하게 배치하고,
상기 기판에 형성된 기판측 마크와 상기 마스크에 형성된 마스크측 마크를 마크 촬영 수단에 의해 촬영하고,
상기 마크 촬영 수단에 의해 촬영된 마크의 화상 정보로부터 상기 기판과 상기 마스크 간의 위치 어긋남 정보를 구하고,
상기 마크 촬영 수단의 광축 기울기 정보와, 상기 기판의 면과 상기 마스크의 면 간의 간극 정보를 사용하여, 상기 위치 어긋남 정보를 보정하고,
상기 기판과 상기 마스크를 보정된 위치 어긋남 정보에 기초하여 상대 이동시켜 얼라인먼트를 행하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
삭제
제11항에 있어서,
상기 기판과 상기 마스크를 상기 보정된 위치 어긋남 정보가 감소하는 방향으로 상대 이동시켜 얼라인먼트를 행하는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
제11항 또는 제13항에 있어서,
상기 간극 정보는, 상기 기판이 달라질 때마다 측정되는 것을 특징으로 하는 얼라인먼트 방법.
제11항 또는 제13항에 있어서,
상기 광축 기울기 정보는, 얼라인먼트 공정 전에 미리 구해져 있는, 얼라인먼트 방법.
제11항 또는 제13항에 있어서,
상기 광축 기울기 정보는, 상기 마스크 또는 상기 기판을 상기 마스크와 평행한 면과 직교하는 방향으로 이동시켰을 때의 거리와, 상기 기판 또는 상기 마스크의 이동 시에 상기 마크 촬영 수단으로 얻어지는 상기 기판측 마크 또는 상기 마스크측 마크의 상기 기판 또는 상기 마스크의 면 내에서의 이동량으로부터 구하는, 얼라인먼트 방법.
제11항 또는 제13항에 있어서,
상기 간극 정보는, 상기 마크 촬영 수단을 상기 마스크 또는 상기 기판에 평행한 면과 직교하는 방향으로 이동시키면서, 상기 마크 촬영 수단으로부터 콘트라스트 정보를 얻고, 해당 콘트라스트 정보의 2개의 극대값을 얻었을 때의 상기 마크 촬영 수단의 광축 방향의 위치 정보로부터 검출되는, 얼라인먼트 방법.
진공 용기 내에서, 기판에 마스크를 겹쳐서 또는 근접시켜 보유지지하고, 상기 마스크에 덮여 있지 않은 상기 기판 표면에 성막 재료를 퇴적시켜 성막하는 성막 장치로서,
제1항 또는 제3항에 기재된 얼라인먼트 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
진공 용기 내에서, 기판에 마스크를 겹쳐서 또는 근접시켜 보유지지하고, 상기 마스크에 덮여 있지 않은 상기 기판 표면에 성막 재료를 퇴적시키는 성막 방법으로서,
제11항 또는 제13항에 기재된 얼라인먼트 방법에 의해 상기 기판과 상기 마스크의 얼라인먼트를 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제19항에 기재된 성막 방법에 의해 전자 디바이스의 기판에 성막하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.