(57)【要約】【課題】  真空処理装置の処理室内において、マスクに対する基板のアライメントのために両者の位置関係を確実に検出できる簡単な構成で低コストのアライメント装置を提供する。【解決手段】  真空チャンバ１内で相互に対向配置される基板Ｗとこの基板に対する処理範囲を制限するマスクＷとのいずれか一方を保持する固定の保持手段５と、その他方を保持する、固定の保持手段に対して相対移動可能な可動の保持手段２とを備える。固定の保持手段内に、一端側が可動の保持手段で保持された基板またはマスクのいずれか他方に向けて開口し、その他端側が処理室を画成する壁面に向けて開口する光路５２Ｒ，５２Ｌが形成され、光路の他端側から光を入射する光源６１と、この他端側から光路を通して他方を撮像する撮像手段６２と、撮像手段からの出力に応じて可動の保持手段を相対移動させてアライメントを行う制御手段Ｃとを更に備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内で相互に対向配置される基板とこの基板に対する処理範囲を制限するマスクとのアライメントを行うアライメント装置であって、
前記基板またはマスクのいずれか一方を保持する、処理室に固定の保持手段と、前記基板またはマスクのいずれか他方を保持する、固定の保持手段に対して相対移動可能な可動の保持手段とを備え、
前記固定の保持手段内に、一端側が可動の保持手段で保持された基板またはマスクのいずれか他方に向けて開口し、その他端側が処理室を画成する壁面に向けて開口する光路が形成され、
前記光路の他端側から光を入射する光源と、この他端側から光路を通して処理基板またはマスクのいずれか他方を撮像する撮像手段と、撮像手段からの出力に応じて可動の保持手段を相対移動させてアライメントを行う制御手段とを更に備えることを特徴とするアライメント装置。
【請求項２】
請求項１記載のアライメント装置において、前記光路が固定の保持手段内に埋設した光ファイバーで構成されることを特徴とするアライメント装置。
【請求項３】
請求項１記載のアライメント装置であって、前記光路が固定の保持手段内に複数回屈曲させて穿設した貫通孔で構成され、この屈曲した個所にプリズムまたは反射レンズを組み付けてなることを特徴とするアライメント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理室内で相互に対向配置される基板とこの基板に対する処理範囲を制限するマスクとのアライメントを行うアライメント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や有機ＥＬ素子等の製造工程においては、例えば処理対象物たる基板表面に所定の薄膜を成膜する工程があり、この成膜工程には、基板に対して所定のパターンで成膜する等、特定の領域に成膜範囲を制限（限定）して成膜する場合がある。真空蒸着法にて基板に対して所定のパターンで成膜する場合を例に説明すると、処理室内に蒸発源と基板とを配置し、真空下で蒸発源から所定の材料を蒸発させる。このとき、基板の蒸発源側に、成膜範囲を限定するマスクを配置し、マスク越しに成膜することで、特定の領域にのみ成膜される。ここで、基板の特定の領域に精度よく成膜するには、処理室内で相互に対向配置される基板とマスクとを精度よくアライメントする必要がある。
【０００３】
従来、精度よくアライメントを行い得るものは例えば特許文献１で知られている。このものでは、蒸発源を備えた処理室内に、固定のマスクステージと、このマスクステージに保持されたマスクに対向して基板を保持する基板ステージとを設け、基板ステージがＸ、Ｙ及びＺ方向に移動自在であると共にθ方向にも回転できるようになっている。また、このものでは、基板とマスクのアライメント用マークを撮影するＣＣＤカメラ等の撮像手段が処理室外に複数設けられている。この場合、撮像手段は、基板のマスクと背向する側に設けられ、処理室に設けた透明窓を通して基板越しにマスクを撮像するようになっている。
【０００４】
基板とマスクとをアライメントするとき、撮像手段により基板とマスクの夫々のアライメントマークのずれを測定し、画像処理してずれ量を検出し、これに基づいてマスクに対する基板の位置や姿勢を変更することでアライメントが行われる。然し、上記従来例のものでは、基板越しにマスクを撮像する構成であるため、基板がシリコンウエハ等の不透明なものであると、高価な赤外線カメラ等を用いない限り、マスクのアライメントマークを撮像できないという問題がある。
【０００５】
このような場合、マスクと蒸発源との間に撮像手段を配置してマスク越しに基板を撮像してアライメントすることが考えられるが、撮像手段が蒸発源に近くなるため、成膜時に熱の影響等を受けないようにする必要があり、しかも、成膜時に撮像手段に蒸発材料が付着しないようにする必要がある。このため、当該撮像手段を撮像位置から退避させる機構や撮像手段への蒸発材料の付着を防止する遮熱兼用の部品も必要となり、装置構成が複雑化するだけでなく、部品点数が増えてコスト高を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６ー２０６９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、マスクに対する基板のアライメントのため、両者の位置関係を確実に検出できる簡単な構成で低コストのアライメント装置を提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、処理室内で相互に対向配置される基板とこの基板に対する処理範囲を制限するマスクとのアライメントを行うアライメント装置であって、前記基板またはマスクのいずれか一方を保持する、処理室に固定の保持手段と、前記基板またはマスクのいずれか他方を保持する、固定の保持手段に対して相対移動可能な可動の保持手段とを備え、前記固定の保持手段内に、一端側が可動の保持手段で保持された基板またはマスクのいずれか他方に向けて開口し、その他端側が処理室を画成する壁面に向けて開口する光路が形成され、前記光路の他端側から光を入射する光源と、この他端側から光路を通して処理基板またはマスクのいずれか他方を撮像する撮像手段と、当該撮像手段からの出力に応じて可動の保持手段を相対移動させてアライメントを行う制御手段とを更に備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、例えば、固定の保持手段の所定の位置にマスクを位置決め保持させた後、可動の保持手段に基板を保持させる。次に、処理室内または処理室外に設けた光源から光を、光路を介して基板（または基板に形成したアライメントマーク）に照射すると共に、撮像手段にて基板（またはアライメントマーク）を撮像し、画像処理してずれ量を検出する。そして、検出したずれ量に基づいて制御部により可動のステージを、Ｘ方向及びＹ方向の少なくとも一方に移動させ、または、θ方向に回転させることで基板の姿勢を変更してアライメントが行われる。
【００１０】
ここで、本発明では、基板の撮像に必要な光路を固定の保持手段内に形成したため、マスク側から基板を撮像し得ることで、基板の透明、不透明を問わず、かつ、撮像手段の種類を問わず、マスクに対する基板の位置を確実に撮像できる。そして、本発明のアライメント装置を成膜装置に適用した場合、光路の両端が蒸発源を指向しないように開口することになるため、蒸発した材料で光路が直ぐに塞がれて基板を撮像できなくなるといった不具合は生じない。このため、成膜時、遮熱や撮像手段への蒸発材料の付着を防止する機構や部品を不要となり、装置構成を簡素化できるだけでなく、部品点数の増加を防止でき、低廉なＣＣＤカメラ等を用いることができることと相俟って更なる低コストを図ることができる。
【００１１】
なお、本発明においては、前記光路が固定の保持手段内に埋設した光ファイバーで構成することができ、他方で、前記光路が固定の保持手段内に複数回屈曲させて穿設した貫通孔で構成され、この屈曲した個所にプリズムまたは反射レンズを組み付けてなるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態のアライメント装置を備えた真空蒸着装置を模式的に示す図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、処理対象物たる基板をシリコンウエハ（以下、「ウエハ」という）Ｗとし、真空処理装置を、真空蒸着法にてウエハＷ表面に銅やアルミニウムなどの金属膜を成膜する真空蒸着装置とし、この真空蒸着装置に本発明の実施形態のアライメント装置を適用した場合を例として説明する。
【００１４】
図１及び図２に示すように、真空蒸着装置ＥＭは、処理室を画成する筒状の真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１には、図外の排気管１１を介して図示省略の真空ポンプが接続され、その内部を所定の圧力に減圧保持できる。また、真空チャンバ１の上部は、その下部に比較して小径に形成され（これにより、真空チャンバ１の側壁には、水平な段差部１２が形成される）、その上部空間１３ａには、下面に静電チャック用の電極（図示せず）を埋設したステージ（可動の保持手段）２が設けられている。そして、図外のチャック用電源から電極間に所定電圧を印加し、両電極間に生じる静電気力によりウエハＷを吸着できる。ステージ２の上面には、（本実施形態では１本の）駆動軸３１が連結され、駆動軸３１の他端が、真空チャンバ１上面に設けたベローズ３２を通って外部まで延出し、公知の構造のＸＹθステージ３３に連結されている。このＸＹθステージ３３により、駆動軸３１で吊設されたステージ２が、真空下の上部空間１３ａ内でＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方に移動でき、また、θ方向に回転できる。なお、駆動軸３１にエアーシリンダ等の駆動源を別途設け、Ｚ方向にも移動自在（図１中、上下方向）としてもよい。
【００１５】
真空チャンバ１内の下部空間１３ｂには蒸発源４がステージ２下面に対向させて配置されている。蒸発源４は、基板Ｗに成膜しようとする薄膜に応じて選択される蒸発材料４１が収納される坩堝４２と、蒸発材料４１を蒸発させるヒータや電子銃等の加熱手段４３とを備える。また、上部空間１３ａと下部空間１３ｂとの境界に位置させて基板Ｗへの成膜範囲を制限するマスクＭを保持するマスク支持体（固定の保持手段）５が設けられている。
【００１６】
マスク支持体５は、平面視矩形で所定の厚さを有する板状部材で構成され、下部空間１３ｂの側壁に固定されている。マスク支持体５の中央部には、基板Ｗが臨む、基板Ｗの輪郭に略一致した円形開口５１が形成され、蒸発源４から蒸発した材料の基板Ｗ側への通過を許容する。また、マスク支持体５内には、一端側がステージ２で吸着された基板Ｗの周縁部に向けて開口し、その他端側が、真空チャンバ１の平坦な段差部１２に向けて開口する２本の貫通孔５２Ｒ、５２Ｌが周方向に１８０度間隔で穿設され、本実施形態の光路を形成する。各貫通孔５２Ｒ、５２Ｌは、基板Ｗ及び段差部１２の下方でマスク支持体５の上面からＺ方向に垂直（Ｚ方向）に夫々のびる垂直部５２ａと、両垂直部５２ａを橋渡すように水平（Ｘ方向）にのびる水平孔５２ｂとで構成される。両垂直部５２ａと水平部５２ｂとが交差する屈曲箇所にはプリズム５３が設けられている。
【００１７】
また、マスク支持体５上面で円形開口５１の外周には、円形開口に同心となるようにウエハＷの輪郭より僅かに大きい突条５４が環状に凸設され、突条５４で包囲された空間に基板Ｗの輪郭より大きいマスクＭを設置すれば、マスクＭがマスク支持体５上に位置決め保持されるようになっている。マスクとしては、例えばアルミナ製のものが用いられ、基板Ｗへの成膜範囲に応じて種々の形態とされる。また、マスクＭの周縁部には、当該マスクＭをマスク支持体５上に位置決め保持させたとき、垂直部５２ａの孔軸上に位置させて透孔Ｍ１が形成され、この透孔Ｍ１は、マスクＭに対して基板Ｗをアライメントする場合のマスク用のアライメントマークとしての役割を果たす。
【００１８】
真空チャンバ１の段差部１２の所定位置には透明窓１２ａが設けられ、透明窓１２ａの上方には、例えば可視光や所定波長のレーザ光を照射する光源６１と光路５２Ｒ、５２Ｌを通して基板Ｗを撮像する公知のＣＣＤカメラ等の撮像手段６２とを備え、例えば光源６１からの光を光路５２Ｒ、５２Ｌへと導く図外の光学部品が内蔵されたアライメント光学手段６が設けられている。撮像手段６２には画像処理手段７が付設され、画像処理手段７にて処理した画像データが制御部Ｃに入力されるようになっている。制御部Ｃは、マイクロコンピュータ、記憶素子やシーケンサ等を備えた公知のものであり、光源６１、ＸＹθステージ３３や加熱手段４３等の作動をも統括制御できるようになっている。この場合、光路やプリズムを備えたマスク支持体５と、アライメント光学手段６と、ＸＹθステージ２と、制御部Ｃとが本実施形態のアライメント装置を構成する。以下、本実施形態のアライメント装置を用いたマスクＭに対する基板Ｗのアライメントを説明する。
【００１９】
真空チャンバ１を真空引きして所定圧力まで減圧した状態で、図外の真空搬送ロボットによりマスクＭを搬送し、突条５４で包囲された空間にマスクＭをセットする。このとき、両垂直部５２ａと両透孔Ｍ１とが夫々同じ方位に位置するようにする。次に、図外の真空搬送ロボットによりウエハＷを搬送し、ステージ２にウエハＷを、その成膜面を下側にして吸着させる。この場合、ウエハＷの成膜面外周縁部には、透孔Ｍ１より小径のアライメントマークＷｍが周方向に１８０度間隔で設けられている。
【００２０】
ウエハＷがステージ２に吸着されると、光源６１より光を照射し、マスクＭに形成した透孔Ｍ１越しに撮像手段６２によりアライメントマークＷｍを撮像し、画像処理手段７により画像処理してマスクＭに対するウエハＷのずれ量を検出する。そして、この検出したデータが制御部Ｃに入力される。制御部Ｃにずれ量が入力されると、これに基づいてＸＹθステージ３３の移動量が算出され、Ｘ方向及びＹ方向の少なくとも一方に移動させ、または、θ方向に回転させることでウエハＷの姿勢を変更してアライメントされる。アライメントが終了すると、加熱手段４３を作動させて坩堝４２内の蒸発材料４１が蒸発され、ウエハＷに所定のパターンで成膜される。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態によれば、ウエハＷの撮像に必要な光路５２Ｒ、５２Ｌを固定の保持手段たるマスク支持体５内に内蔵したことで、撮像手段の種類を問わず、マスクに対する不透明なウエハＷの位置を確実に撮像できる。また、光路５２Ｒ、５２Ｌの両端が、蒸発源４と背向して開口しているため、蒸発源４から蒸発した材料が光路５２Ｒ、５２Ｌの開口やその内部に付着、堆積し難くなり、光路が直ぐに塞がれて、ウエハＷを撮像できなくなるといった不具合は生じ難い。このため、成膜時、遮熱や撮像手段への蒸発材料の付着を防止する機構や部品を必要とせず、装置構成を簡素化できるだけでなく、部品点数の増加を防止でき、ＣＣＤカメラ等の低廉な撮像手段を用いることができることと相俟って更なる低コストを図ることができる。
【００２２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態では、マスク支持体５に貫通孔を形成して光路とし、屈曲した箇所にプリズム５３を形成したものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、プリズム５３に変えて反射鏡を設置できる。他方で、一端側がステージ２で吸着された基板Ｗの周縁部を指向し、その他端側が真空チャンバ１の段差部１２を指向するようにマスク支持体５内に光ファイバーを埋設して光路を形成してもよい。また、上記実施形態では、貫通孔の他端側が真空チャンバ１の段差部１２に向けて開口するようにしているが、蒸発源４から蒸発した材料が光路５２Ｒ、５２Ｌの開口やその内部に付着、堆積し難くできるのであれば、その位置は上記のものに限定されるものではなく、マスク支持体５が装着される真空チャンバ１の側壁に向けて開口するようにしてもよい。
【００２３】
また、上記実施形態では、真空蒸発装置に本発明のアライメント装置を適用した場合を例に説明したが、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置やエッチング装置等、マスクを用いて基板に対し処理範囲を制限しつつ所定の処理を行う装置に本発明は適用できる。また、ランプヒータを内蔵する等、真空処理前から真空チャンバ内の一定以上の明度がある場合には、光源は省略することもできる。
【符号の説明】
【００２４】
１…真空チャンバ（処理室）２…ステージ（可動の保持手段）、３…ＸＹθステージ（可動の保持手段）、５…マスク支持体（固定の保持手段）、５２Ｒ、５２Ｌ…貫通孔（光路）、６…アライメント光学手段、６１…光源、６２…ＣＣＤカメラ（撮像手段）、Ｃ…制御部、Ｍ…マスク、Ｍ１…透孔（マスク用のアライメントマーク）、Ｗ…ウエハ（基板）、Ｗｍ…アライメントマーク。
【図１】
2013001947.tif 000003
【図２】
2013001947.tif 000004