JP7051969B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の成膜材料をマスクを介して基板に蒸着するための成膜装置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などの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。すなわち、さらなる高解像度化が求められている。

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、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）する工程が行われる。

このため、従来の成膜装置は、基板支持ユニットおよび／またはマスク台に連結され、基板支持ユニットおよび／またはマスク台を駆動するアライメントステージ機構を含む。

従来、アライメントステージ機構を含む成膜装置として、特許文献１に挙げられているようなものが知られている。特許文献１では、アライメントステージ機構を載置する支持板と成膜室の天板を分離する構造をとっている。このことにより、成膜室の変形や、成膜室に伝わる振動を低減し、基板とマスクの位置ずれを抑制できる。

特開２０１２－３３４６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている成膜装置では、基板もしくはマスクのアライメントステージ機構を駆動した際に、その駆動時の振動がどちらか一方の支持体に伝わり、アライメント精度が悪化する。また、高精度なアライメントを行う際にアライメントステージ機構の制御可能な周波数帯域を上げる必要があるが、駆動時の振動が外乱となり、制御性能が低下して、結果としてアライメント精度低下する。

本発明は、上記従来技術が有する課題に鑑みてなされたものであって、アライメント精度が低下することを抑制できる成膜装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様による成膜装置は、容器と、前記容器の外部に設置されるベース支持体と、前記容器内に設置され、基板を保持する基板ホルダと、前記容器内に設置され、マスクを支持するマスクホルダと、前記容器の内部に設置され、前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動機構と、前記容器の外部に設置され、前記マスクホルダを駆動するマスクホルダ駆動機構と、前記ベース支持体と接続され前記基板ホルダ駆動機構を支持する基板ホルダ駆動機構支持体と、前記ベース支持体と接続され前記マスクホルダを支持するマスクホルダ支持体と、前記ベース支持体と前記マスクホルダ駆動機構との間に設置された振動伝達抑制部材と、前記容器の外部であって前記マスクホルダ支持体に設置され、前記基板ホルダに保持された基板と前記マスクホルダに支持されたマスクの相対位置ずれ量を測定するためのアライメント用カメラユニットと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、アライメント精度が低下することを抑制できる。

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２は、成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態による振動伝達抑制機構を示す模式図である。 図４は、本発明の第２実施形態による振動伝達抑制機構を示す模式図である。 図５は、本発明の第３実施形態による振動伝達抑制機構を示す模式図である。

本発明を実施するための形態を図面に基づいて、以下に説明する。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、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る。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、所定のサイズ（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または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／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に成膜する。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を成膜する。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する。成膜装置１１ｇは、電子輸送層ＥＴＬおよび／または電子注入層ＥＩＬを成膜する。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に示した実施形態では、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、上流側のクラスタ装置１及び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む。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。

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。

本実施形態では、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としてもよい。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、成膜装置１１の構成を模式的に示す断面図である。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θ_X、Ｙ軸まわりの回転角をθ_Y、Ｚ軸まわりの回転角をθ_Z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の一例を示す断面図である。

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を保持する基板ホルダ２４と、真空容器２１内に設けられ、基板ホルダ２４を少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθ_Z方向に駆動するための基板ホルダ駆動機構２２と、真空容器２１内に設けられ、マスクＭを支持するマスクホルダ２３と、マスクホルダ２３を少なくともＸ方向、Ｙ方向、θ_Z方向に駆動するためのマスクホルダ駆動機構２８と、真空容器２１内に設けられ、成膜材料を収納し、成膜時に成膜材料を粒子化して放出する成膜源２５とを含む。

成膜装置１１は、磁気力によってマスクＭを基板Ｗ側に引き寄せるための磁力印加手段２６をさらに含むことができる。磁力印加手段２６は、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）を兼ねてもいい。

成膜装置１１の真空容器２１は、基板ホルダ駆動機構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。図２では、第２真空容器部２１２に真空ポンプが接続されていることを示しているが、本発明はこれに限定されず、第１真空容器部２１１に真空ポンプが接続されてもいい。

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（床振動）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、ベローズであるが、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できる限り、他の部材を使用してもよい。

成膜装置１１は、真空容器２１の少なくとも一部（例えば、図２に示した第１真空容器部２１１）を支持する真空容器支持体２１７をさらに含む。

真空容器支持体２１７は、真空容器２１だけでなく、成膜装置の他の支持体（例えば、基板ホルダ駆動機構支持体２１５又は、マスクホルダ支持体２１６など）を直接または他の構成要素を介して、支持するベース支持体として機能する。真空容器２１は、真空容器支持体２１７によって直接支持されず、基板ホルダ駆動機構支持体２１５やマスクホルダ支持体２１６によって支持されてもいい。

基板ホルダ２４は、搬送室１３の搬送ロボット１４が搬送してきた、被成膜体としての基板Ｗを保持する手段であり、後述する基板ホルダ駆動機構２２の可動台の微動ステージプレート部２２２に設置される。

基板ホルダ２４は、基板クランピング手段または基板吸着手段である。基板ホルダ２４としての基板吸着手段は、例えば、誘電体／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または粘着式吸着手段である。

基板ホルダ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。

基板ホルダ駆動機構２２は、磁気浮上リニアモータにより基板ホルダ２４を駆動して、基板Ｗの位置を調整するためのアライメントステージ機構であって、少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθ_Z方向、好ましくは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ_X方向、θ_Y方向、θ_Z方向の６つの方向における基板ホルダ２４の位置を調整する。

基板ホルダ駆動機構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。

基板ホルダ駆動機構２２は、図２に示したように、真空容器支持体２１７から延びる基板ホルダ駆動機構支持体２１５に設けられる。基板ホルダ駆動機構支持体２１５と第１真空容器部２１１との間に伸縮可能部材２１３を設置してもよい。これにより、基板ホルダ駆動機構支持体２１５を介して基板ホルダ駆動機構２２に外部振動が伝わることをさらに低減できる。

このように、基板ホルダ駆動機構２２として、基板Ｗと物理的に接触しない磁気浮上式の駆動機構を使用することにより、床振動や真空ポンプ（Ｐ）からの振動、ドアバルブの振動、搬送ロボット１４からの振動が、基板Ｗに伝わることを抑制できる。ただし、本発明はこれに限定されず、磁気浮上式の駆動機構のほかに、エアベアリング機構のような他の非接触浮上式駆動機構を用いてもいい。

マスクホルダ２３は、搬送ロポット１４によって真空容器内に搬入されたマスクＭを支持する手段である。真空容器内に搬入されたマスクＭは、少なくともアライメント時及び成膜時にマスクホルダ２３に載置される。マスクホルダ２３は、マスクホルダ支持体２１６を介して、後述するマスクホルダ駆動機構２８に連結されるように設けられる。図２に示したように、マスクホルダ２３とマスクホルダ支持体２１６は、マスクホルダ駆動機構２８から延びる一つの支持体を構成してもいい。

マスクホルダ２３には、基板ホルダ２４に支持された基板Ｗの位置を検知するための位置検知機構２３１が設置されることができる。位置検知機構２３１は、基板Ｗ、基板ホルダ２４、または微動ステージプレート部２２２の位置を検知できる限り、その種類は特に制限されない。

例えば、位置検知機構２３１は、レーザ干渉計と反射鏡を含むレーザ干渉測長機であってもよく、静電容量センサ、非接触の変位計や、光学式のスケールであってもいい。

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する。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。マスクの材料としては、インバー材やシリコン、銅、ニッケル、ステンレス等の金属材料を用いられる。

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（Ｆｉｎｅ Ｍｅｔａｌ Ｍａｓｋ）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（Ｏｐｅｎ Ｍａｓｋ）とを含む。

マスクホルダ駆動機構２８は、マスクホルダ２３の位置を調整するための駆動機構であり、マスクホルダ２３を水平方向（ＸＹθ_Z方向）に移動可能な粗動ステージ機構２８ａと、粗動ステージ機構２８ａを鉛直方向、即ち、Ｚ方向に昇降できる粗動Ｚ昇降機構２８ｂを含む。粗動ステージ機構２８ａ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を後述する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、粗動Ｚ昇降機構２８ｂは、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できる。

粗動ステージ機構２８ａと粗動Ｚ昇降機構２８ｂは、例えば、サーボモータ及びボールねじ（不図示）などによって機械的に駆動される。

マスクホルダ駆動機構２８は、振動伝達抑制部材２９を介して、真空容器支持体２１７の上に設けられる。

振動伝達抑制部材２９は、マスクホルダ駆動機構２８と真空容器支持体２１７との間の振動の伝達を抑制する。より具体的に、振動伝達抑制部材２９は、床振動や真空容器２１から伝わる真空ポンプ（Ｐ）の振動、真空容器２１のドアバルブの振動、基板やマスクを搬送する搬送ロボット１４から伝わる振動が、マスクホルダ駆動機構２８を介して、マスクホルダ２３に伝わることを抑制できる。

また、基板ホルダ駆動機構２２が駆動した際の反力が基板ホルダ駆動機構支持体２１５、真空容器支持体２１７を介して、マスクホルダ２３やマスクホルダ２３上に設けられた位置検知機構２３１に伝達することを抑制できる。これにより、基板ホルダ駆動機構２２の制御における周波数特性上に制御の外乱と成り得る基板ホルダ駆動機構支持体２１５などの共振振動の励起を抑制できるため、より高周波まで安定して制御することが可能となり、結果としてアライメント精度を向上させることができる。

振動伝達抑制部材２９は、真空容器支持体２１７と基板ホルダ駆動機構２２の間に設置してもいい。例えば、振動伝達抑制部材２９は、基板ホルダ駆動機構支持体２１５と真空容器支持体２１７との間に設置してもよく、または、複数の支持部材で構成された基板ホルダ駆動機構支持体２１５の支持部材の間に設置されてもいい（図４参照）。

振動伝達抑制部材２９は、アクティブ除振装置や除振ゴムのようなパッシブ除振装置であってもいい。振動伝達抑制部材２９をアクティブ除振装置にする場合、振動の類型や大きさ、方向などに関係せずに、効果的に振動の伝達を抑制できる。

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には粒子化した成膜材料が放出される一つ以上の放出孔が設けられ、その放出孔の指向する先にマスクＭ及び基板Ｗが成膜面を放出孔に向けて配置されている。

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。

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、成膜工程時に磁気力によってマスク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が設置される。

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。

本実施形態において、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ラフ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ファインアライメント用カメラとを含むことができる。ラフ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、被写界深度が深いが、ファインアライメント用カメラは、相対的に視野角は狭いが、高解像度を有し、被写界深度が浅い。

ラフアライメント用カメラとファイン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、基板Ｗが円形のウエハの場合、ラフアライメント用カメラは、二つのカメラが矩形の対角上の二つのコーナー部に設けられ、ファインアライメント用カメラは、残りの二つのコーナー部に設けられる。ただし、本発明のアライメント用カメラの配置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いい。

図２に示したように、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に設けられたビューポート２１４を通してアライメントマークを撮影する。

図２では、アライメント用カメラユニット２７が基板ホルダ駆動機構支持体２１７側に設置されているが、本発明はこれに限定されず、マスクホルダ支持体２１５側に設置されてもいい。

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、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／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、アライメントの制御時に、特に、位置検知機構２３１で検知した位置に基づいてフィードバック制御を行う。

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。

＜振動伝達抑制機構＞
以下、図３～図５を参照して、本発明の実施形態による成膜装置１１における振動伝達抑制機構について詳細に説明する。ただし、図３～図５では、振動伝達抑制機構をより明確に示すために、成膜装置１１の一部の構成が簡略化されて図示されている。

＜第１実施形態＞
図３は、第１実施形態に係る振動伝達抑制機構を備える成膜装置３１１を示す模式図である。

図３を参照すると、成膜装置３１１は、内部が、例えば、真空雰囲気に維持される真空容器３２１を含む。真空容器３２１の少なくとも一部は、その外部に設けられた真空容器支持体３１７によって支持される。

真空容器３２１内には、基板Ｗを保持する基板ホルダ（不図示）と、マスクＭを支持するマスクホルダ３２３が設置される。基板ホルダは、基板Ｗを吸着して保持する静電チャックであるが、これに限定されない。マスクホルダ３２３は、マスクホルダ駆動機構３２８から延びるマスクホルダ支持体３１６によって、真空容器３２１内に支持される。

基板ホルダ駆動機構３２２は、基板ホルダを駆動するための機構であって、真空容器支持体３１７から延びる基板ホルダ駆動機構支持体３１５によって真空容器３２１内に支持される。本実施形態によると、基板ホルダ駆動機構３２２は、磁気浮上リニアモータによって基板ホルダを非接触に移動させ、基板Ｗの位置を調整するための磁気浮上式の駆動機構であって、少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθ_Z方向、好ましくは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ_X方向、θ_Y方向、θ_Z方向の６つの方向における基板Ｗの位置を調整できる。

マスクホルダ駆動機構３２８は、マスクホルダ３２３を移動させ、マスクＭの位置を調整するための機械式の駆動機構である。マスクホルダ駆動機構３２８は、少なくともＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及びθ_Z方向、好ましくは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ_X方向、θ_Y方向、θ_Z方向の６つの方向におけるマスクＭの位置を調整できる。マスクホルダ駆動機構３２８は、真空容器３２１の外部に設けられ、サーボモータ、転がりのリニアガイド及びボールネジなどで構成される。

このようなマスクホルダ駆動機構３２８は、振動伝達抑制部材３２９を介して、真空容器支持体３１７上に設置される。つまり、振動伝達抑制部材３２９が、マスクホルダ駆動機構３２８と真空容器支持体３１７の間に設置される。基板ホルダ駆動機構支持体３１５と真空容器支持体３１７の間にも振動伝達抑制部材が設置されても良い。基板ホルダ駆動機構支持体３１５と真空容器支持体３１７の間にのみ振動伝達抑制部材が設けられてもいい。

本実施形態に係る成膜装置３１１は、マスクホルダ３２３に設けられ、基板ホルダによって保持されている基板Ｗの位置を検知するための位置検知機構３３１をさらに含むことができる。例えば、位置検知機構３３１は、レーザ干渉測長機、静電容量センサ、非接触の変位計、又は光学式のスケールを選択できる。

本実施形態による成膜装置３１１は、基板ホルダ駆動機構支持体３１５を介して真空容器３２１の上部外側に設置され、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像するためのアライメント用カメラユニット３２７をさらに含むことができる。

本実施形態によると、基板ホルダ駆動機構３２２は、基板Ｗ又は基板ホルダと接触せずに基板Ｗの位置を調整する磁気浮上式の駆動機構で構成される。また、マスクＭの位置を調整する機械式の駆動機構であるマスクホルダ駆動機構３２８は、振動伝達抑制部材３２９を介して、真空容器支持体３１７上に設置される。

この様な構成によると、床振動や真空容器３２１から伝わる真空ポンプＰの振動、ドアバルブの振動、基板ＷやマスクＭを搬送する搬送ロボット１４から伝わる振動が、マスクホルダ駆動機構３２８に伝わることを抑制できる。

また、磁気浮上式の駆動機構である基板ホルダ駆動機構３２２が駆動した際の反力が、基板ホルダ駆動機構支持体３１５を介して、真空容器支持体３１７に伝わっても、振動伝達抑制部材３２９により、マスクホルダ３２３やマスクホルダ３２３上に設けられた位置検知機構３３１に伝達することを抑制できる。これにより、基板ホルダ駆動機構３２２の制御における周波数特性上、制御の外乱と成り得る基板ホルダ駆動機構支持体３１５やマスクホルダ支持体３１６などの共振振動の励起を抑制できるため、より高周波まで安定して制御することが可能となり、結果としてアライメント精度を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る振動伝達抑制機構を備える成膜装置４１１を示す模式図である。

図４に示した成膜装置４１１は、基板ホルダ駆動機構４２２が真空容器４２１の外部に設置される機械式の駆動機構であり、マスクホルダ駆動機構４２８が真空容器４２１内に設置される磁気浮上式の駆動機構である。また、振動伝達抑制部材４２９が真空容器支持体４１７と基板ホルダ駆動機構４２２の間に設置される。以下、図３に示した成膜装置３１１の振動伝達抑制機構との違いを中心に、本実施形態による成膜装置４１１の振動伝達抑制機構について説明する。

図４を参照すると、成膜装置４１１は、内部が、例えば、真空雰囲気に維持される真空容器４２１を含む。真空容器４２１の少なくとも一部は、その外部に設けられた真空容器支持体４１７によって支持される。

真空容器４２１内には、基板Ｗを保持する基板ホルダ４２４と、マスクＭを保持するマスクホルダ（不図示）が設置される。基板ホルダ４２４は、基板Ｗを吸着して保持する静電チャックであるか、又はクランプ機構である。マスクホルダは、マスクＭを吸着して保持する静電チャックである。

マスクホルダ駆動機構４２８は、マスクホルダ（不図示）を移動させて、マスクＭの位置を調整するための駆動機構であって、真空容器支持体４１７から延びるマスクホルダ駆動機構支持体４２３によって真空容器４２１内に支持される。これによると、マスクホルダ駆動機構支持体４２３は、マスクホルダ駆動機構４２８を支持することで、マスクＭを支持し、マスクホルダ支持体としても機能する。

本実施形態によると、マスクホルダ駆動機構４２８は、磁気浮上リニアモータによってマスクホルダを非接触に移動させ、マスクＭの位置を調整するための磁気浮上式の駆動機構であって、少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθ_Z方向、好ましくは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ_X方向、θ_Y方向、θ_Z方向の６つの方向におけるマスクＭの位置を調整できる。

基板ホルダ駆動機構４２２は、基板ホルダ４２４を移動させ、基板Ｗの位置を調整するための機械式の駆動機構であって、少なくともＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及びθ_Z方向、好ましくは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ_X方向、θ_Y方向、θ_Z方向の６つの方向における基板Ｗの位置を調整できるように構成される。基板ホルダ駆動機構４２２は、真空容器４２１の外部に設けられ、サーボモータ、転がりのリニアガイド及びボールネジなどで構成される。

基板ホルダ駆動機構４２２は、真空容器支持体４１７から延びて設置された基板ホルダ駆動機構支持体４１５によって支持される。本実施形態において、基板ホルダ駆動機構支持体４１５は、真空容器４２１の上部外側に配置されて基板ホルダ駆動機構４２２が設けられる第１支持部材４１５ａと、真空容器支持体４１７から延びて、第１支持部材４１５ａを支持する第２支持部材４１５ｂとを含む。振動伝達を抑制するため、真空容器４２１と第１支持部材４１５ａとは、図示していない伸縮可能部材を介して連結してもよい。

そして、本実施形態による成膜装置４１１において、真空容器支持体４１７と基板ホルダ駆動機構４２２との間に、特に、第１支持部材４１５ａと第２支持部材４１５ｂとの間には、基板ホルダ駆動機構４２２側への振動伝達を抑制するための振動伝達抑制部材４２９が設置されている。振動伝達抑制部材４２９を、真空容器支持体４１７と基板ホルダ駆動機構４２２の間で基板ホルダ駆動機構４２２に近接して設置するほど、基板ホルダ駆動機構４２２に伝達する振動をより効果的に抑えることができる。ただし、本発明はこれに限定されず、他の位置に振動伝達抑制部材４２９を設置してもいい。例えば、第２支持部材４１５ｂと真空容器支持体４１７の間に振動伝達抑制部材を設置してもよく、第１支持部材４１５ａと第２支持部材４１５ｂの間及び第２支持部材４１５ｂと真空容器支持体４１７の間の全てに振動伝達抑制部材を設けても良い。

本実施形態に係る成膜装置４１１は、基板ホルダ４２４に設けられ、マスクホルダによって保持されているマスクＭの位置を測定するための位置検知機構４３１をさらに含むことができる。例えば、位置検知機構４３１は、レーザ干渉測長機、静電容量センサ、非接触の変位計、又は光学式のスケールを選択できる。

図４には示していないが、本実施形態による成膜装置４１１において、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像するためのアライメント用カメラユニットを真空容器４２１の上部外側に設置できる。一例として、アライメント用カメラユニットは、マスクホルダ駆動機構支持体４２３側に設置しても良い。アライメント用カメラユニットは、基板ホルダ駆動機構支持体４１５（例えば、第１支持部材４１５ａ）に設置してもいい。

本実施形態によると、基板Ｗの位置を調整する機械式の駆動機構である基板ホルダ駆動機構４２２と真空容器支持体４１７との間には、振動伝達抑制部材４２９が設置される。また、マスクホルダ駆動機構４２８は、マスクＭまたはマスクホルダと接触せずにマスクＭの位置を調整する磁気浮上式の駆動機構で構成される。

これによると、床振動や真空容器４２１から伝わる真空ポンプの振動、ドアバルブの振動、基板ＷやマスクＭを搬送する搬送ロボット１４から伝わる振動が、基板ホルダ駆動機構４２２に伝わることを抑制できる。

また、磁気浮上式の駆動機構であるマスクホルダ駆動機構４２８が駆動した際の反力が、マスクホルダ駆動機構支持体４２３を介して、真空容器支持体４１７に伝わっても、振動伝達抑制部材４２９により、振動が基板ホルダ４２４や基板ホルダ４２４に設けられた位置検知機構４３１に伝達されることを抑制できる。これにより、マスクホルダ駆動機構４２８の制御における周波数特性上、制御の外乱と成り得る基板ホルダ駆動機構支持体４１５やマスクホルダ駆動機構支持体４２３などの共振振動の励起を抑制できるため、より高周波まで安定して制御することが可能となり、結果としてアライメント精度を向上させることができる。

＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態に係る振動伝達抑制機構を備える成膜装置５１１を示す模式図である。

図５を参照すると、成膜装置５１１は、内部が、例えば、真空雰囲気に維持される真空容器５２１と、成膜装置５１１の外部に設置され、成膜装置５１１の主要構成要素を支持するベース支持体５１７とを含む。

真空容器５２１は、ベース支持体５１７から延びる基板ホルダ駆動機構支持体５１５に支持されている。ただし、本発明はこれに限定されず、例えば、真空容器５２１は、基板ホルダ駆動機構支持体５１５の代わりにマスクホルダ支持体５１６に支持されてもいい。

一般的に、真空容器５２１の特徴として、内部が大気圧雰囲気の状態と、真空雰囲気の状態とで、気圧差により、大きく形状が変化することがある。ゆえに、真空容器５２１と基板ホルダ駆動機構支持体５１５との接続においては、不図示のキネマティックカップリングや、不図示の真空ベローズ等を用いて、真空容器５２１の変形が基板ホルダ駆動機構支持体５１５に伝達しないようにすることが望ましい。

また、図５に示したように、真空容器５２１の変形がマスクホルダ支持体５１６に伝達しないように、真空容器５２１とマスクホルダ支持体５１６の間にも伸縮可能部材５１３を設置できる。

真空容器５２１内には、基板Ｗを保持する基板ホルダ（不図示）と、マスクＭを支持するマスクホルダ５２３が設置される。基板ホルダは、基板Ｗを吸着して保持する静電チャックであるが、これに限定されない。マスクホルダ５２３は、マスクホルダ駆動機構５２８から延びるマスクホルダ支持体５１６によって、真空容器５２１内に支持される。

基板ホルダ駆動機構５２２は、基板ホルダを駆動するための機構であって、ベース支持体５１７から延びる基板ホルダ駆動機構支持体５１５によって真空容器５２１内に支持される。本実施形態によると、基板ホルダ駆動機構５２２は、磁気浮上リニアモータによって基板ホルダを非接触に移動させ、基板Ｗの位置を調整するための磁気浮上式の駆動機構であって、少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθ_Z方向、好ましくは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ_X方向、θ_Y方向、θ_Z方向の６つの方向における基板Ｗの位置を調整できる。

マスクホルダ駆動機構５２８は、マスクホルダ５２３を移動させ、マスクＭの位置を調整するための機械式の駆動機構である。マスクホルダ駆動機構５２８は、少なくともＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及びθ_Z方向、好ましくは、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ_X方向、θ_Y方向、θ_Z方向の６つの方向におけるマスクＭの位置を調整できる。マスクホルダ駆動機構５２８は、真空容器５２１の外部に設けられ、サーボモータ、転がりのリニアガイド及びボールネジなどで構成される。

このようなマスクホルダ駆動機構５２８は、振動伝達抑制部材５２９を介して、ベース支持体５１７上に設置される。つまり、振動伝達抑制部材５２９が、マスクホルダ駆動機構５２８とベース支持体５１７の間に設置される。

本実施形態に係る成膜装置５１１は、マスクホルダ５２３に設けられ、基板ホルダによって保持されている基板Ｗの位置を測定するための位置検知機構５３１をさらに含むことができる。例えば、位置検知機構５３１は、レーザ干渉測長機、静電容量センサ、非接触の変位計、又は光学式のスケールを選択できる。

本実施形態による成膜装置５１１は、マスクホルダ支持体５１６を介して真空容器５２１の上部外側に設置され、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像するためのアライメント用カメラユニット５２７をさらに含むことができる。即ち、アライメント用カメラユニット５２７は、振動伝達抑制部材５２９上に設置されたマスクホルダ支持体５１６に設けられる。振動伝達抑制部材５２９が基板ホルダ駆動機構５２２とベース支持体５１７の間に設けられている実施形態においては、アライメント用カメラユニット５２７は、基板ホルダ駆動機構支持体５１５に設置されてもいい。

本実施形態によると、第１実施形態や第２実施形態で詳しく説明したように、マスクホルダ駆動機構５２８または基板ホルダ駆動機構５２２とベース支持体５１７との間に、振動伝達抑制部材５２９を設けることで、床振動や真空ポンプ、ドアバルブ、基板ＷやマスクＭを搬送する搬送ロボット１４から伝わる振動が、マスクホルダ駆動機構５２８および／または基板ホルダ駆動機構５２２に伝わることを抑制できる。

また、磁気浮上式の駆動機構である基板ホルダ駆動機構５２２が駆動した際の反力が、基板ホルダ駆動機構支持体５１５を介して、ベース支持体５１７に伝わっても、振動伝達抑制部材５２９により、マスクホルダ５２３やマスクホルダ５２３上に設けられた位置検知機構５３１に伝達することを抑制できる。これにより、基板ホルダ駆動機構５２２の制御における周波数特性上、制御の外乱と成り得る基板ホルダ駆動機構支持体５１５やマスクホルダ支持体５１６などの共振振動の励起を抑制できるため、より高周波まで安定して制御することが可能となり、結果としてアライメント精度を向上させることができる。

ところで、マスクホルダ駆動機構５２８や基板ホルダ駆動機構５２２とベース支持体５１７との間に振動伝達抑制部材５２９を設ける場合、振動伝達抑制部材５２９の機構的な特性のため、振動伝達抑制部材５２９上に載置された基板ＷもしくはマスクＭの静止位置が変動することがある。そのため、基板ＷもしくはマスクＭがアライメント用カメラユニット５２７、特に、被写界深度の浅いファインアライメント用カメラの被写界深度を外れて画質が悪化し、結果としてアライメント精度の低下につながるおそれがある。

本実施形態によれば、振動伝達抑制部材５２９の設置によるアライメント精度の低下を抑制できるよう、アライメント用カメラユニット５２７は、マスクホルダ支持体５１６または基板ホルダ駆動機構支持体５１５のうち、ベース支持体５１７との間に振動伝達抑制部材５２９が介在している支持体側に設置される。このような構成によって、アライメント用カメラユニット５２７は、被写界深度の浅い高解像度のレンズを使用する場合においても、振動伝達抑制部材５２９の静止安定性に影響を受けず、高画質の画像を撮影し、基板ＷとマスクＭの相対位置を測定することができ、アライメント精度の低下を抑制できる。

１１、３１１、４１１、５１１：成膜装置、２１、３２１、４２１、５２１：真空容器、２２、３２２、４２２、５２２：基板ホルダ駆動機構、２３、３２３、５２３：マスクホルダ、２１６，３１６，５１６：マスクホルダ支持体、２４、４２４：基板ホルダ、２５，３２５，４２５、５２５：成膜源、２６：磁力印加手段、２７、３２７、５２７：アライメント用カメラユニット、２８、３２８、４２８、５２８：マスクホルダ駆動機構、２９、３２９、４２９、５２９：振動伝達抑制部材、２１５、３１５、４１５、５１５：基板ホルダ駆動機構支持体、２１７、３１７、４１７：真空容器支持体、５１７：ベース支持体

Claims (4)

1. 容器と、
   前記容器の外部に設置されるベース支持体と、
   前記容器内に設置され、基板を保持する基板ホルダと、
   前記容器内に設置され、マスクを支持するマスクホルダと、
   前記容器の内部に設置され、前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動機構と、
   前記容器の外部に設置され、前記マスクホルダを駆動するマスクホルダ駆動機構と、
   前記ベース支持体と接続され前記基板ホルダ駆動機構を支持する基板ホルダ駆動機構支持体と、
   前記ベース支持体と接続され前記マスクホルダを支持するマスクホルダ支持体と、
   前記ベース支持体と前記マスクホルダ駆動機構との間に設置された振動伝達抑制部材と、
   前記容器の外部であって前記マスクホルダ支持体に設置され、前記基板ホルダに保持された基板と前記マスクホルダに支持されたマスクの相対位置ずれ量を測定するためのアライメント用カメラユニットと、
   を備えることを特徴とする成膜装置。
2. 容器と、
   前記容器の外部に設置されるベース支持体と、
   前記容器内に設置され、基板を保持する基板ホルダと、
   前記容器内に設置され、マスクを支持するマスクホルダと、
   磁気浮上式の駆動機構であり、前記基板ホルダを駆動する基板ホルダ駆動機構と、
   機械式の駆動機構であり、前記マスクホルダを駆動するマスクホルダ駆動機構と、
   前記ベース支持体と接続され前記基板ホルダ駆動機構を支持する基板ホルダ駆動機構支持体と、
   前記ベース支持体と接続され前記マスクホルダを支持するマスクホルダ支持体と、
   前記ベース支持体と前記マスクホルダ駆動機構との間に設置された振動伝達抑制部材と、
   前記容器の外部であって前記マスクホルダ支持体に設置され、前記基板ホルダに保持された基板と前記マスクホルダに支持されたマスクの相対位置ずれ量を測定するためのアライメント用カメラユニットと、
   を備えることを特徴とする成膜装置。
3. 前記容器は、前記基板ホルダ駆動機構支持体に支持されることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記マスクホルダに設置され、前記基板ホルダに保持された基板の位置を検知するための位置検知機構を更に含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の成膜装置。

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