JP4058149B2

JP4058149B2 - 真空成膜装置のマスク位置合わせ方法

Info

Publication number: JP4058149B2
Application number: JP34364597A
Authority: JP
Inventors: 猛山崎
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2017-12-01
Also published as: JPH11158605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、真空成膜装置において、パターン形成用のマスクを基板に対して位置合わせするマスク位置合わせ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空中で基板上に形成される薄膜は、多くの場合、最終的には所定の線状あるいはドット状のパターンになるようにしている。基板上の薄膜を微細なパターンに形成する手段としてはドライエッチングがよく用いられている。このドライエッチングは、真空中においてプラズマ放電や高温加熱を伴うものである。
【０００３】
ところで、カラーの表示パネルを実現する有望な技術として、有機エレクトロルミネセンス薄膜（例えばアルミキノリノール）を用いた技術が知られている。この有機エレクトロルミネセンス薄膜は、プラズマ放電や高温加熱などの環境に耐えられない（１５０℃が限度）ので、上述のようなドライエッチングを用いてパターンを形成することができない。そこで、薄膜形成の段階で最初から所定のパターンとなるように成膜することが求められている。
【０００４】
図９（Ａ）は基板にマスクを取り付けて有機エレクトロルミネセンス薄膜を所定パターンに成膜するようにした従来技術の正面断面図である。基板１０の表面にマスク１２を密着させて取り付ける。マスク１２には多数の微小な開口部１４が形成されている。この開口部１４を通して蒸着物１６（有機エレクトロルミネセンス物質）が基板１０の表面に堆積する。
【０００５】
有機エレクトロルミネセンス薄膜をカラー表示パネルとして使用する場合、そのピクセル（発光粒）の大きさは数μｍ程度である。そして、赤・緑・青の３色のピクセルは数十μｍの間隔で規則正しく配列される。マスク１２には、このようなピクセルに対応する位置に開口部が形成されている。
【０００６】
ところで、ピクセルの大きさ（すなわち開口部１４の大きさ）は上述のように微小であるから、マスク１２の厚さが比較的厚いもの（０．５〜１．０ｍｍ）であると、図８（Ａ）に示すように、開口部１４内の蒸着膜１６の周縁部１８は、マスク１２の陰になって、中央部よりも膜厚が薄くなる現象が生じる。
【０００７】
このような膜厚の不均一性を解消するために、図９（Ｂ）に示すように、薄いマスク２０が使われた。この場合は、マスク２０による陰の問題はなくなり、開口部２２での蒸着物２４の厚さは均一になった。マスク２０の厚さが薄ければ薄いほど、マスク２０による陰の問題は生じなくなるので、マスク２０はできるだけ薄い方がよい。。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図９（Ｂ）において、マスク２０を薄くしていくと、マスク２０の弛みの問題が生じてくる。表示パネルの基板１０のサイズは、例えば、Ａ４サイズや、３００ｍｍ角サイズである。それ以上のサイズになることもある。マスク２０のサイズも基板１０とほぼ同じである。このような大きなサイズのマスク２０を非常に薄い板で作ると、このマスク２０を基板１０の表面に取り付けたときに、図９（Ｃ）に示すように、マスク２０の中央付近でマスク２０が下方に弛んで、マスク２０と基板１０の表面の間に隙間２６ができる。３００ｍｍ角程度の基板サイズでは基板の中央において５ｍｍ程度も隙間ができることがある。そして、この隙間２６に蒸着膜２４が入り込んで、蒸着パターンの周縁部に「にじみ」が生じる。このような「にじみ」がエレクトロルミネセンス画像の解像度を低下させることとなる。
【０００９】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、薄いマスクを使った場合でもマスクの弛みが生じないようなマスク位置合わせ方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明のマスク位置合わせ方法は、多数の貫通孔が形成されている薄板状のマスクを基板に対して位置合わせしてから、このマスクを基板表面に取り付けるようにしたものである。磁性材料でできたマスクを、電磁石を内蔵したマスク吸着体で一時的に磁気吸着した状態で、マスクと基板との位置合わせを実行し、その後、非磁性材料製の基板の背面側に配置された背面磁石の磁気吸引力でマスクを基板表面に吸着固定するようにしている。マスクと基板を位置合わせするには、マスクのアライメントマークと基板のアライメントマークを撮像装置（例えばＣＣＤカメラ）で観察して、両者の位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量がゼロになるようにマスク吸着体を基板に対して移動させている。マスク吸着体は、基板表面に平行な平面内で移動でき（これによりアライメントを実行する）、また、基板表面に垂直な方向に移動できる（これによりマスク吸着体と基板との距離を変更できる）。
【００１１】
位置合わせ後のマスクは磁気吸引力で基板表面に密着固定されるので、薄いマスクであっても基板表面に密着することになり、マスクと基板表面の間に隙間が生じない。したがって、蒸着膜の「にじみ」がなくなる。このマスク着脱装置を、有機エレクトロルミネセンスの成膜に利用すれば、画像の解像度が向上する。
【００１２】
また、マスクが磁気吸引力で基板表面に密着固定されるので、マスクセット基板をマスク着脱ゾーンから成膜ゾーンに移送するときにもマスクのずれが生じない。
【００１３】
背面磁石は電磁石でも永久磁石でもよいが、好ましくは永久磁石とする。この永久磁石は磁石保持体で保持する。磁石保持体を熱伝導の良好な材料で形成すると、成膜中に、基板の熱を磁石保持体を介して逃がすことができ、基板の温度上昇を抑制できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明のマスク位置合わせ方法を実施するマスク着脱装置の一例を示す斜視図であり、図２はその正面断面図である。基板３０の上方（背面側）には磁石保持体３２があり、この磁石保持体３２には細長い直方体の形状をした４個の永久磁石３４が固定されている。４個の永久磁石３４は、隣り合う永久磁石が互いに逆極性になるように配置されている（図２を参照）。この永久磁石３４は本願発明における背面磁石に該当する。基板３０の下方（表面側）には、薄板状のマスク３６があり、このマスク３６には多数の微小な開口部３８が形成されていて、これらの多数の開口部３８は規則正しく配列されている。開口部３８の寸法は数μｍであり、隣り合う開口部３８の間隔は数十μｍである。図１と図２では、図面を分かりやすくするために、開口部３８を拡大して図示してある。
【００１５】
基板３０は非磁性材料（例えばガラス）で形成されている。マスク３６は磁性材料（例えば鉄）で形成されている。この実施形態では、マスク３６の厚さは０．０５ｍｍと薄くなっている。磁石保持体３２は熱伝導の良好な金属材料、例えば銅やアルミニウム、で形成されている。
【００１６】
マスク３６の下方にはマスク吸着体４０がある。マスク吸着体４０は４個の電磁石４２を内蔵している。このうちの２個の電磁石は励磁すると上面にＮ極が発生し、残りの２個の電磁石は励磁すると上面にＳ極が発生するようになっている。マスク吸着体４０は、基板３０に対して、上下方向すなわちＺ方向（基板表面に垂直な方向）に移動可能でり、かつ、水平面内での２次元方向すなわちＸＹ方向（基板表面に平行な平面内での２次元方向）に移動可能である。さらに、マスク吸着体４０は、基板３０に対して、基板表面に垂直な軸線回りにθ回転できる。すなわち、図２に示すように、マスク吸着体４０はＸＹ駆動ステージ８４とＺ駆動ステージ８６とθ回転ステージ８８の上に搭載されている。
【００１７】
次に、図３を参照して、カラー表示用の有機エレクトロルミネセンス薄膜を成膜する場合におけるマスク着脱装置の動作を説明する。図３（Ａ）において、マスク着脱ゾーンにはマスク吸着体４０が配置されている。まず、基板３０をマスク着脱ゾーンに搬入して、所定位置に停止させる。そして、基板３０の背面側に磁石保持体３２を密着させて取り付ける。これで、基板３０と磁石保持体３２は一体となり、成膜が完了するまで、基板３０と磁石保持体３２を一体として取り扱うことができる。なお、基板３０と磁石保持体３２をあらかじめ互いに固定しておいてから、これをマスク着脱ゾーンに移送してもよい。磁石保持体３２は例えば爪状の部品やネジなどを用いて基板３０に機械的に取り付ける。
【００１８】
次に、赤色の発光粒を成膜するためのマスク３６（１枚目のマスク）をマスク吸着体４０と基板３０の間に搬入する。マスク３６は基板３０から離れた状態にあるので、基板３０の背面側の永久磁石３４にマスク３６が吸引されることはない。そして、このときは、マスク吸着体４０の電磁石４２はまだ非励磁状態にある。
【００１９】
次に、マスク吸着体４０の電磁石４２を励磁すると、図３（Ｂ）に示すように、磁性体のマスク３６はマスク吸着体４０の表面に磁気吸着される。
【００２０】
次に、図４（Ａ）に示すように、マスク吸着体４０を上昇させて、マスク３６を基板３０に近づける。近づけたときのマスク３６と基板３０との間隔は１〜１．５ｍｍ程度が適当である。このとき、マスク３６は永久磁石３４から磁気吸引力を受けるが、マスク吸着体４０による磁気吸引力の方が強いので、マスク３６はマスク吸着体４０に吸着されたままである。マスク吸着体４０の磁気吸引力の大きさは実験的に決定することができ、磁気吸引力を調整するには電磁石４２に流す電流を調整すればよい。
【００２１】
この状態で、マスク３６と基板３０の位置合わせをする。すなわち、２台のＣＣＤカメラ４４、４６で、基板３０の表面上の２個のアライメントマーク４８、５０と、マスク３６上の２個のアライメントマーク５２、５４を観察して、両者が一致するように、マスク吸着体４０をＸＹ方向に移動させ、かつ、θ回転させる。これを詳しく説明すると、基板３０のアライメントマーク４８、５０とマスク３６のアライメントマーク５２、５４をＣＣＤカメラ４４、４６で画像として取り込み、両者の位置ずれ量を検出して、この位置ずれ量がゼロになるように、マスク吸着体４０をＸＹθ方向に微調整する。これらの位置合わせ作業はコンピュータにより自動的に行われる。
【００２２】
基板３０は透明なので、基板３０の背面側に配置されたＣＣＤカメラ４４、４６を用いて、基板の表面側のアライメントマーク４８、５０とマスク３６上のアライメントマーク５２、５４を見通すことができる。これらのアライメントマークの形状は特に限定されないが、例えば十字型のマークとすることができる。
【００２３】
このアライメント作業により、マスク３６と基板３０は数μｍの精度で位置決めされる。
【００２４】
マスク３６の位置合わせが完了したら、マスク吸着体４０の電磁石４２を非励磁にする。すると、図４（Ｂ）に示すように、マスク３６は基板３０の背面側の永久磁石３４に磁気吸引されて、基板３０の表面上に吸着される。これにより、基板３０とマスク３６と磁石保持体３２が一体化される（この一体化されたものをマスクセット基板５６と呼ぶことにする）。磁性体製の薄いマスク３６は磁気吸引力によって基板３０の表面に吸着されるので、マスク３６は弛むことがなく、マスク３６と基板表面との間には隙間ができない。
【００２５】
次に、マスク吸着体４０を下げてから、マスクセット基板５６をマスク着脱ゾーンから成膜ゾーンに移送する。マスクは基板表面にしっかりと磁気吸着されているので、マスクセット基板５６を移送するときにも、マスク３６がずれることがない。成膜ゾーンでは、有機エレクトロルミネセンスの赤色の発光粒を基板上にパターン成膜する。蒸着膜の厚さは１００〜１０００μｍである。この発明では、マスク３６が磁気吸着されているので、マスク３６と基板表面の間には隙間がなく、蒸着膜の「にじみ」は生じない。
【００２６】
赤色の発光粒の成膜が完了したら、マスクセット基板５６をマスク着脱ゾーンに戻してから、次のようにして、赤色用のマスク３６を基板３０から取り外す。図５（Ａ）において、マスク着脱ゾーンに戻ったマスクセット基板５６に対してマスク吸着体４０を上昇させて、マスク吸着体４０の上面をマスク３６の表面（下面）に近づける。そして、マスク吸着体４０の電磁石４２を励磁する。これにより、マスク３６がマスク吸着体４０に磁気吸着される。
【００２７】
次に、図５（Ｂ）に示すように、マスク吸着体４０を十分に下げてから、電磁石４２を非励磁にし、マスク吸着体４０からマスク３６を取り外す。
【００２８】
次に、図６（Ａ）に示すように、緑色用のマスク５８（２番目のマスク）をマスク吸着体４０に載せて、電磁石４２で磁気吸着する。その後、１番目のマスクと同様にして、２番目のマスク５８についても図４に示すような位置合わせ作業を行い、２番目のマスク５８を備えたマスクセット基板を作る。この場合、基板上には、すでに赤色用の薄膜パターンが形成されており、この赤色とは別の位置に、マスク５８の開口部（緑色用）が位置することになる。緑色の発光粒の成膜が完了したら、同様にして、３番目のマスクを用いて、青色の発光粒を成膜する。このようにして、同一の基板に対して３種類のマスクを用いて赤・緑・青の３色の発光粒を順に成膜することで、有機エレクトロルミネセンス薄膜によるカラー表示パネルが出来上がる。
【００２９】
次に、マスクの位置合わせ方法の別の例、すなわち、蒸着膜跡を利用したマスク位置合わせ方法を説明する。３枚のマスクには、全く同じ位置に、アライメント用の１対の開口をそれぞれ形成しておく。基板にはアライメントマークを形成しなくてもよい。まず、１番目のマスクを基板にセットする。このとき、１番目のマスクと基板との位置合わせはそれほど厳密にする必要はない。１番目のマスクを利用して、赤色の発光粒を成膜する。このとき、図７（Ａ）に示すように、１番目のマスクのアライメント用の１対の開口を通して、１対の蒸着膜跡８４が基板３０上に形成される。次に、２番目のマスク８６を基板３０に対して位置合わせするときには、１対のＣＣＤカメラ４４を用いて、２番目のマスク８６のアライメント用の１対の開口８８と上述の１対の蒸着膜跡８４を観察する。図７（Ｂ）はＣＣＤカメラで蒸着膜跡８４と開口８８を見たところであり、図面では両者の位置がずれている。このずれをなくすように、２番目のマスクを搭載しているマスク吸着体を移動させる。これにより、基板に対して１番目のマスクと２番目のマスクの位置が同じになる。２番目のマスクを用いて緑色用の発光粒を成膜すると、図７（Ａ）の蒸着膜跡８４に重なって、２番目のマスクによる蒸着膜跡が同じ位置に形成される。次に、３番目のマスクを位置合わせする場合にも同様にして、この蒸着膜跡を利用する。
【００３０】
図８はマスク着脱ゾーンと成膜ゾーンとを備える有機エレクトロルミネセンス薄膜用の真空成膜装置の概略の正面断面図である。マスク着脱ゾーン６０はマスク着脱室６２の内部にあり、ここにはマスク吸着体４０が配置されている。成膜ゾーン６４は成膜室６６の内部にあり、ここには蒸着源６９と、その上方に基板ホルダー７０が配置されている。マスク着脱室６２と成膜室６６はそれぞれ別個の排気系７６、７８で排気される。基板３０とマスク３６は別個の収納棚８０、８２から取り出されて、マスク着脱ゾーンに移送される。マスク着脱ゾーン６０でマスク３６が位置合わせされてセットされたマスクセット基板５６は、ゲートバルブ７２を通過してから、成膜ゾーン６４に移送される。このマスクセット基板５６は、成膜ゾーン６０において基板ホルダー７０の下面に密着して取り付けられる。すなわち、磁石保持体３２の上面が基板ホルダー７０の下面に密着して取り付けられる。基板ホルダー７０の内部には冷却水７４が循環していて冷却されているので、成膜中は、基板３０は磁石保持体３２を介して基板ホルダー７０により冷却される。これにより、成膜中の基板３０の温度上昇を防ぐことができる。磁石保持体３２は熱伝導の良好な銅またはアルミニウムで形成されているために、基板３０の熱は磁石保持体３２を介して基板ホルダー７０に効率良く逃げていく。マスクセット基板５６は例えば爪状の部品を上下動させることでこれをすくい上げて基板ホルダー７０の下面に取り付けることができる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明のマスク位置合わせ方法は、位置合わせ後のマスクが磁気吸引力で基板表面に密着固定されるので、薄いマスクであっても基板表面に密着して、マスクと基板表面の間には隙間が生じない。したがって、蒸着膜の「にじみ」がなくなる。このマスク位置合わせ方法を、有機エレクトロルミネセンスの成膜に利用すれば、画像の解像度が向上する。また、マスクが磁気吸引力で基板表面に密着固定されるので、マスクセット基板をマスク着脱ゾーンから成膜ゾーンに移送するときにもマスクのずれが生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のマスク位置合わせ方法を実施するマスク着脱装置の一例の斜視図である。
【図２】図１のマスク着脱装置の正面断面図である。
【図３】マスク着脱装置の動作を示す正面断面図である。
【図４】マスク着脱装置の別の動作を示す正面断面図である。
【図５】マスク着脱装置のさらに別の動作を示す正面断面図である。
【図６】マスク着脱装置のさらに別の動作を示す正面断面図である。
【図７】マスク位置合わせ方法の別の例を示す説明図である。
【図８】真空成膜装置の概略の正面断面図である。
【図９】マスクを利用した従来のパターン成膜法の正面断面図である。
【符号の説明】
３０基板
３２磁石保持体
３４永久磁石
３６マスク
３８開口部
４０マスク吸着体
４２電磁石
４４、４６ＣＣＤカメラ
４８、５０基板のアライメントマーク
５２、５４マスクのアライメントマーク
５６マスクセット基板
６０マスク着脱ゾーン
６４成膜ゾーン

Claims

多数の貫通孔が形成されている薄板状のマスクを、成膜すべき基板に対して位置合わせしてから、このマスクを基板の表面に取り付ける、真空成膜装置のマスク位置合わせ方法において、次の（ア）〜（オ）の段階を備えるマスク位置合わせ方法。
（ア）マスク吸着体に内蔵された電磁石を励磁して、磁性材料で形成されたマスクをマスク吸着体の表面上に一時的に磁気吸着する段階。
（イ）マスクを磁気吸着したマスク吸着体を非磁性材料で形成された基板の表面に近づける段階。
（ウ）マスク上のアライメントマークと基板上のアライメントマークとを撮像装置で観察する段階。
（エ）マスク上のアライメントマークの位置と基板上のアライメントマークの位置とが一致するように、基板に対してマスク吸着体を基板表面に平行な平面内で相対的に移動する段階。
（オ）前記電磁石を非励磁にして、非磁性材料製の基板の背面側に配置された背面磁石の磁気吸引力で、マスク吸着体上のマスクを基板表面上に吸着して保持する段階。
請求項１に記載のマスク位置合わせ方法において、同一の基板上に複数のマスクを用いて複数種類の成膜を順次実施する場合に、前記基板上のアライメントマークが、その前の段階の成膜で使用したマスクのアライメント用の開口部分を通して成膜された蒸着膜跡であることを特徴とするマスク位置合わせ方法。