JP4346885B2

JP4346885B2 - アライメント方法

Info

Publication number: JP4346885B2
Application number: JP2002305392A
Authority: JP
Inventors: 秀幸小田木
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2022-10-21
Also published as: JP2004137584A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアライメント装置に関し、特に、基板とマスクの位置合わせに用いるアライメント装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基板とマスクとの位置合わせを行うために、図１１に示すようなアライメント装置１０１が用いられている。
アライメント装置１０１はマスクホルダ１２０と、基板移動装置１５０とを有している。
【０００３】
マスクホルダ１２０には板状のマスク１１５が水平に取り付けられており、基板１１０を基板移動装置１５０によりマスク１１５上に水平に保持させ、基板移動装置１５０を鉛直に下降させて基板１１０をマスク１１５上に載せる。
【０００４】
基板１１０とマスク１１５には不図示のアライメントマークが設けられており、基板１１０をマスク１１５に密着させた状態で、各アライメントマークの座標を測定し、測定された座標から、アライメントマークが位置すべき座標までの位置ずれを求める。
【０００５】
次いで、基板移動装置１５０により基板１１０をマスク１１５から鉛直方向に持ち上げ、上述した工程で求められた位置ずれ量に基づき、マスクホルダ１２０と基板移動装置１５０を相対的に移動させて位置合わせを行った後、基板移動装置１５０により基板１１０を鉛直方向に下降させ、マスク１１５に載せると、基板１１０のアライメントマークとマスク１１５のアライメントマークが互いに対応する位置に配置された状態になる。
【０００６】
従って、その状態で蒸着法等により成膜を行えば、マスク１１５のパターンに基づき、基板１１０表面の所定位置に薄膜のパターンを形成することができる。しかしながら、従来のアライメント装置１０１でガラス基板のような基板１１０と、金属からなるマスク１１５との位置合わせを行う場合、基板１１０をマスク１１５から基板移動装置１５０に移し替えるときや、基板１１０を基板移動装置１５０からマスク１１５上に移し替えるときに基板１１０がマスク１１５上で滑り、基板１１０の位置がずれることがある。
【０００７】
基板１１０の位置がずれると位置合わせが不正確になり、また、位置ずれ量が著しく大きい場合には位置合わせをやり直す必要があるので、位置合わせに要する時間が長くなってしまう。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２４１９２４号公報（第３−４頁、第２図）
【特許文献２】
特開平９−２０９１２７号公報（第４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の要求に応じるために創作されたものであり、その目的は、基板の位置ずれを防止するアライメント装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、アライメント方法であって、基板を基板保持部から、マスクホルダのマスク側ゴム部材上に移し変え、前記基板を前記マスクホルダに配置されたマスク上に配置した後、前記マスクを前記基板に密着させ、前記マスクと前記基板との位置ずれ量を求める仮密着工程と、前記基板を前記マスク側ゴム部材上から前記基板保持部に移し替え、前記仮密着工程で得られた位置ずれ量に基づいて、前記基板と前記マスクとを相対的に位置合わせをする位置合わせ工程と、前記位置合わせ工程の後、前記基板を前記基板保持部から前記マスク側ゴム部材上に載置し、前記マスクを前記基板に密着させる密着工程とを有するアライメント方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のアライメント方法であって、前記仮密着工程と前記密着工程は、前記基板の前記マスク側ゴム部材に載置される面とは反対側の面に磁石を有する基板密着部材を接触させ、前記基板密着部材により発生する磁力により、前記マスクを前記基板に密着させるアライメント方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１の符号１は本発明の成膜装置の一例を示している。この成膜装置１は、搬送室２と、複数の成膜室３とを有している。ここでは成膜装置１は３台の成膜室３を有しており、各成膜室３はそれぞれ同じ搬送室２に接続されている。
【００１２】
図２は成膜室３を示す斜視図である。図２を参照し、成膜室３は装置本体である真空槽１２を有しており、真空槽１２内には、成膜源である蒸着源１３が真空槽１２の一壁面の近傍に配置され、該壁面と対向する壁面の近傍位置には本発明のアライメント装置５が蒸着源１３と対向する位置に配置されている。
ここでは、蒸着源１３は真空槽１２の底壁側に配置され、アライメント装置５は蒸着源１３の上方の真空槽１２の天井側に配置されている。
【００１３】
図３はアライメント装置５の内部構成を示す図面であり、アライメント装置５は、主軸部４０と、副軸部５０とを有している。主軸部４０は、第一、第二のモータ４６、４７と、筒４１と、棒４２と、マスクホルダ２０と、基板密着部材４５とを有している。
真空槽１２の天井の真空槽１２外部側の面には台座４４が取り付けられており、第一のモータ４６は台座４４の上部の真空槽１２天井の上方位置に配置されている。
【００１４】
真空槽１２の天井の第一のモータ４６の直下位置には開口３８が形成されており、筒４１は開口３８に鉛直に挿通され、下端が真空槽１２内に突き出された状態で、上端が第一のモータ４６に接続されている。筒４１の上下方向の中央部分は、真空槽１２の外部に位置しており、その部分には封止部４８が取り付けられている。
【００１５】
封止部４８には筒状のベロース４９の上端が取り付けられており、ベロース４９の下端は真空槽１２の天井に取り付けられている。筒４１はこのベロース４９に挿通された状態になっている。
【００１６】
ベロース４９の上端と封止部４８との間、ベロース４９の下端と真空槽１２の天井との間、及び封止部４８と筒４１との間は気密に構成されており、真空槽１２の内部と、ベロース４９の内部とは外部空間から遮断されている。台座４４には容器４３が開口を下にして取り付けられ、その容器４３内には第一のモータ４６が収容されている。
【００１７】
第二のモータ４７は容器４３の上部に固定されており、棒４２は筒４１に挿通された状態でその上端が第二のモータ４７に接続され、その下端が筒４１の下端から真空槽１２内に突き出されている。
【００１８】
封止部４８と筒４１の間及び筒４１の上端内部と棒４２との間にはそれぞれ磁性流体シールが設けられており、真空槽１２内を真空雰囲気にし、第一、第二のモータ４６、４７を動作させ、筒４１をその中心軸線を中心として回転させ、棒４２を上下に移動させても、真空槽１２内が気密に維持されるようになっている。
【００１９】
棒４２の下端には支持板３６が水平に取り付けられており、棒４２を上下させると支持板３６が上下に移動するようになっている。マスクホルダ２０は板状のハンド２１を有しており、ハンド２１はアーム３１を介して支持板３６よりも下方位置で筒４１の下端に水平に取り付けられ、上述したように筒４１を回転させると、ハンド２１が支持板３６の下方位置で水平面内で回転するようになっている。
【００２０】
支持板３６には伸縮可能な棒状の押さえ部３７が複数本取り付けられており、それらの下端は支持板３６から鉛直方向下方に向けて突き出されているので、マスク１５をマスクホルダ２０に配置し、後述する基板１０をマスク１５と支持板３６との間に配置した状態で、支持板３６を下方に移動させると、押さえ部３７の下端が基板１０に当接され、更に支持板３６を下降させると押さえ部３７が基板１０をマスクホルダ２０に押さえ付けた状態で縮むようになっている。
【００２１】
基材密着部材４５は板状であり、支持板３６の裏面であって、真空槽１２の底壁側に向けられた面に水平に取り付けられているので、押さえ部３７が縮むと基材密着部材４５が基板１０に当接されるようになっている。
【００２２】
基板密着部材４５の基板１０に密着される面は平坦であり、基板密着部材４５は磁力によってマスク１５を吸着可能な磁石で構成されているので、基板密着部材４５を基板１０に当接させると、磁力によりマスク１５が基板密着部材４５に引き付けられ、図９に示すように基板の裏面であって、後述する薄膜が形成される成膜面にマスク１５の表面が当接されるようになっている。
【００２３】
副軸部５０はそれぞれ４個の第三のモータ５６と、軸５２と、基板保持部５３とを有しており、前記各第三のモータ５６は取り付け板５１上に固定されている。真空槽１２外には不図示の移動手段が配置されており、取り付け板５１はこの移動手段によって水平に保持されており、全ての第三のモータ５６が上下方向及び水平方向に移動可能に構成されている。
【００２４】
取り付け板５１と真空槽１２の天井との間であって、第三のモータ５６の真下位置には筒状のベロース５９が配置され、ベロース５９の上端は取り付け板５１に、ベロース５９の下端は真空槽１２の天井にそれぞれ気密に固定されている。
【００２５】
真空槽１２の天井と取り付け板５１の、第三のモータ５６の真下位置であって、ベロース５９内部と連通する位置には孔がそれぞれ形成されており、軸５２はそれらの孔及びベロース５９に鉛直に挿通され、下端が真空槽１２内部に突き出された状態で、上端が第三のモータ５６に取り付けられている。
【００２６】
取り付け板５１上の孔には封止部５８が配置されており、封止部５８と取り付け板５１との間と、封止部５８と軸５２との間と、ベロース５９の上端と取り付け板５１の間と、ベロース５９の下端と取り付け板５１の間はそれぞれ気密に構成され、真空槽１２の内部とベロース５９の内部は外部空間から遮断されている。
【００２７】
このベロース５９は伸縮可能であり、真空槽１２内に真空雰囲気を形成した状態で、移動手段によって取り付け板５１を上下又は水平に移動させると、真空槽１２内の真空雰囲気が維持された状態で、各第三のモータ５６と各軸５２とが一緒に上下又は水平方向に移動するようになっている。
【００２８】
また、封止部５８と軸５２との間には磁性流体シールが設けられており、真空槽１２内の真空雰囲気を維持をしながら、第三のモータ５６を起動させ、軸５２をその中心軸線を中心として回転させると、真空槽１２内が気密に維持された状態で、軸５２の下端が回転するようになっている。
【００２９】
基板保持部５３は細長の板で構成され、軸５２の下端に水平に取り付けられている。各軸５２を水平方向に一緒に移動させると各基板保持部５３は一緒に水平方向に移動し、また各軸５２を上下方向に一緒に移動させると各基板保持部５３の高さはマスクホルダ２０と支持板３６との間で一緒に上下方向に移動するようになっている。また、第三のモータ５６により軸５２を回転させると、基板保持部５３は水平面内で回転するようになっている。
【００３０】
次に、本発明のアライメント装置５のマスクホルダ２０について説明する。図４を参照し、マスクホルダ２０はハンド２１と、ハンド２１に取り付けられた枠部材２２とを有しており、この枠部材２２にはマスク１５が水平に取り付けられている。
【００３１】
枠部材２２の表面であってマスク１５が配置される側の面には、フッ素ゴム（例えば、デュポンダウエラストマージャパン（株）社製の商品名「カルレッツ」）等のゴム材料の小片であるマスク側ゴム部材２４が、各角部分にそれぞれ１個以上（ここでは２個ずつ）設けられている。
【００３２】
マスク１５をマスクホルダ２０に配置した状態では、マスク側ゴム部材２４の先端はマスク１５の表面よりも上方に突き出されており、本発明に用いられる基板１０は、その平面形状がマスク側ゴム部材２４で囲まれた領域よりも大きいので、基板１０はマスク側ゴム部材２４に載置され、マスク１５上に保持されるようになっている。
【００３３】
その状態では基板１０はマスク１５に直接接触せず、マスク側ゴム部材２４の上端が突き出された分だけ離間しているので、基板１０が動くことなくマスク１５上に保持されるようになっている。
【００３４】
次に、副軸部５０を用いて基板１０をマスク１５上に配置する工程について説明する。
各軸５２はマスク１５の枠部材２２よりも外側に位置し、各基板保持部５３を同じ高さに配置させ、各基板保持部５３の先端をマスク１５に向ける。基板保持部５３の先端には保持部側ゴム部材５４が設けられており、上述した基板１０を保持部側ゴム部材５４上に載せると、基板１０がマスク１５上で保持部側ゴム部材２４に保持されるようになっている。
【００３５】
その状態で、各基板保持部５３を一緒に下降させ、基板１０を下方に移動させると、マスク側ゴム部材２４の先端が基板１０の裏面に当接し、基板１０が保持部側ゴム部材５４からマスク側ゴム部材２４に移し替えられるようになっている。
【００３６】
枠部材２２のマスク１５よりも外周位置には凹部２９が形成されており、基板１０がマスク側ゴム部材２４に移し替えられた時には、基板保持部５３の先端が凹部２９内に位置しており、その状態で軸５２を回転させると、基板保持部５３の先端が基板１０の下方位置から退避されるようになっている。
【００３７】
次に、この成膜装置１を用いて成膜対象物である基板を成膜する工程を説明する。予め、真空排気により搬送室２内と真空槽１２内に所定圧力の真空雰囲気を形成しておき、図１に示すような基板搬送装置４を搬送室２に気密に接続し、成膜対象物である基板１０を基板搬送装置４から搬送室２内に搬入する。
【００３８】
次いで、搬送室２を成膜室３に接続し、図７（ａ）に示すように、搬送室２内に設置された搬送ロボット９により基板１０を真空槽１２内に搬入し、保持部側ゴム部材５４上に基板１０を載せる。
上述した工程で基板１０を保持部側ゴム部材５４からマスク側ゴム部材２４に移し替えた後、基板保持部５３の先端を基板１０の下方位置から退避させる（図７（ｂ））。
【００３９】
次に、図７（ｃ）に示すように支持板３６を下降させ、基板密着部材４５を基板１０に当接し、基板１０の成膜面にマスク１５の表面を密着させる。
真空槽１２の上方にはＣＣＤカメラ６０が設けられており、真空槽１２天井に設けられた窓部６１を介してマスク１５と基板１０とを観察し、マスク１５が基板１０に密着した状態の位置ずれ量を求める（仮密着工程）。
【００４０】
例えば、マスク１５と基板１０の互いに対応する位置にそれぞれアライメントマークを設けておき、実際に各アライメントマークが位置する座標を測定し、各アライメントマークの位置すべき座標からその位置ずれ量を求める。
【００４１】
位置ずれ量を求めた後、基板密着部材４５を上方に移動させて基板１０から離すと、マスク１５と基板密着部材４５との間の距離が大きくなり、マスク１５の表面は基板１０の成膜面から離れる（図７（ｄ））。
【００４２】
次に、軸５２を回転させ、基板保持部５３の先端を凹部２９内に配置し、基板保持部５３を上方に移動させて、基板１０をマスク側ゴム部材２４から保持部側ゴム部材５４に移し替える。次いで、仮密着工程で求められた位置ずれ量に基づき、その位置ずれ量がなくなるように、マスク１５を水平面内で回転させると共に基板１０を水平面内で移動させる（位置合わせ）。
【００４３】
位置合わせ後、マスク１５と基板１０の水平面内での移動を行わずに、基板１０を位置ずれ量がなくなった状態を維持するように下降させ、基板１０を保持部側ゴム部材５４からマスク側ゴム部材２４へ移し替える。
次いで、図８（ｆ）に示すように支持板３６を下降させて基板密着部材４５を基板１０表面に当接し、マスク１５表面を基板１０成膜面に密着させる。
【００４４】
ＣＣＤカメラ６０により、マスク１５と基板１０の位置ずれ量がなくなったことを確認し、アライメント工程を終了する。
上述したように、マスク側ゴム部材２４はフッ素ゴムのようなゴム材料で構成されており、ガラス板のような基板１０とゴム部材２４、５４との摩擦係数は大きいので、基板１０をマスク側ゴム部材２４に移し替えるときや、保持部側ゴム部材５４に移し替えるときに、基板１０が滑りにくい。
【００４５】
従って、本発明のアライメント装置５では、仮密着後や位置合わせ後に基板１０の位置ずれが起こり難く、位置合わせが正確に行われ、また、仮密着後や位置合わせ後に位置ずれが起こらなければ位置合わせをやり直す必要もないので、結果としてアライメント工程の時間が短くてすむ。
【００４６】
アライメント終了後、蒸着源１３に予め配置された蒸着材料を加熱すると、真空槽１２内に蒸着材料の蒸気が放出される。
マスク１５には所定パターンの開口が形成されており、マスク１５の表面及び裏面は少なくとも外周を除く部分がマスクホルダ２０から露出しているので、放出された上記はマスク１５の露出された部分の開口を通って基板１０の成膜面に到達する。
【００４７】
このとき、マスク１５の表面が基板１０の成膜面に密着しているので、マスク１５の開口を通過した蒸気が基板１０に到達するまでに拡散せず、基板１０の表面にはマスク１５の開口と同じ形状の薄膜が形成される。
薄膜が所定膜厚まで成長したところで成膜を終了し、マスク１５を基板１０から離した後、基板保持部５３により基板１０を持ち上げ、搬送ロボット９により成膜後の基板１０を搬送室２へ搬送する。
【００４８】
次いで、その基板１０を他の成膜室３に送り、各成膜室３内で成膜を行うと共に、新たな基板を基板搬送装置４から搬送室２に搬送し、前の基板１０の成膜が終了した成膜室３へ送る。
【００４９】
各成膜室３での成膜が終了し、薄膜が積層された状態の基板１０を搬送室２から基板搬送装置４へ搬出しながら、新たな基板を搬送室２へ順次送れば複数枚の基板を連続して成膜処理することができる。
【００５０】
以上はマスク１５の縁部分が枠部材２２に固定され、その縁部分よりも内側の部分が露出する場合について説明したが本発明はこれに限定されるものではない。
図１０の符号８０は本発明に用いられるマスクホルダの他の例を示している。このマスクホルダ８０では、枠部材８２の内周がマスク１５の平面形状よりも大きく、マスク１５はハンド８１に直接固定され、マスク１５の基板密着部材４５側の面全部が枠部材２２の内側に露出している。
【００５１】
マスク側ゴム部材８４は枠部材８２上に配置されており、このマスク側ゴム部材８４に基板１０の四隅を載せると、マスク１５の基板密着部材４５側の面全部が基板１０で覆われるようになっている。
【００５２】
また、マスク側ゴム部材２４が配置される場所は枠部材２２上に限定されず、マスク１５をマスクホルダ２０に配置したときに、その先端がマスク１５表面よりも高く突き出されるように構成されているのであればよく、例えばハンド２１上に直接配置したり、マスク１５上に配置することもできる。
【００５３】
マスク側ゴム部材２４や保持部側ゴム部材５４の形状は特に限定されず、シート状や球状など種々の形状のものを用いることができる。また、それらゴム部材２４、５４を構成するゴム材料もフッ素ゴムに限定されず、シリコーンゴムやニトリルゴム等種々のゴム材料を用いることができるが、耐熱性などを考慮するとフッ素ゴムを用いることが望ましい。
【００５４】
本発明に用いる基板の構成材料はガラスに限定されず、金属、樹脂等種々の材料からなる基板を用いることができる。
マスク１５は永久磁石や電磁石等の磁石で吸着される材料の板をパターニングして形成されている。マスク１５を構成する材料は特に限定されず、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）やＦｅ成分の多いステンレス合金等の種々の金属材料や、また、磁石で吸着される材料と、磁石で吸着されない材料との混合物も用いることができる。
【００５５】
以上は基板密着部材４５を基板１０に当接させる場合について説明したが、結果としてマスク１５が基板１０に密着するのであれば、基板密着部材４５を基板１０に当接する必要はない。
【００５６】
基板密着部材４５の構成材料も磁石（永久磁石）に限定されず、基板密着部材４５をコイルで構成し、該コイルに通電して磁界を発生させることで、マスク１５表面を基板１０の成膜面に密着させることもできる。
【００５７】
また、基板１０が柔軟性を有する場合には、基板密着部材４５を基板１０に押し付けることで、基板１０の成膜面をマスク１５表面に密着させることもできる。また、成膜源の種類も蒸着源に限定されず、本発明の成膜装置の成膜源としては、スパッタ源などを用いることもできる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、位置ずれ量を測定した後及び位置合わせを行った後に基板の位置ずれが起こらないので、位置合わせをやり直す必要がなく、正確、かつ短時間で基板の位置合わせを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる成膜装置の一例を説明する斜視図
【図２】成膜室の一例を説明する斜視図
【図３】本発明のアライメント装置の内部構成を説明する図
【図４】マスクホルダの一例を説明する斜視図
【図５】基板をマスク上に配置する工程を説明する斜視図
【図６】基板をマスク上に配置した状態を説明する斜視図
【図７】（ａ）〜（ｄ）：本発明のアライメント装置によるアライメント工程の前半を説明する斜視図
【図８】（ｅ）、（ｆ）：本発明のアライメント装置によるアライメント工程の後半を説明する斜視図
【図９】マスクを基板に密着した状態を説明する図
【図１０】本発明に用いるマスクホルダの他の例を説明する斜視図
【図１１】従来技術のアライメント装置を説明する図
【符号の説明】
１……成膜装置５……アライメント装置１０……基板１５……マスク２０、８０……マスクホルダ２４、８４……マスク側ゴム部材４５……基板密着部材５３……基板保持部材

Claims

基板を基板保持部から、マスクホルダのマスク側ゴム部材上に移し変え、前記基板を前記マスクホルダに配置されたマスク上に配置した後、前記マスクを前記基板に密着させ、前記マスクと前記基板との位置ずれ量を求める仮密着工程と、
前記基板を前記マスク側ゴム部材上から前記基板保持部に移し替え、前記仮密着工程で得られた位置ずれ量に基づいて、前記基板と前記マスクとを相対的に位置合わせをする位置合わせ工程と、
前記位置合わせ工程の後、前記基板を前記基板保持部から前記マスク側ゴム部材上に載置し、前記マスクを前記基板に密着させる密着工程とを有するアライメント方法。
前記仮密着工程と前記密着工程は、前記基板の前記マスク側ゴム部材に載置される面とは反対側の面に磁石を有する基板密着部材を接触させ、前記基板密着部材により発生する磁力により、前記マスクを前記基板に密着させる請求項１記載のアライメント方法。