マスク位置合わせ装置及び基板処理装置
【課題】基板に対して正確にマスクの位置合わせを行え、基板ホルダや周辺部への膜の付着を確実に防止することが可能なマスク位置合わせ装置を提供する。
【解決手段】支柱軸方向の各回転軸を中心に回転する複数の支柱１０３と、複数の支柱１０３を同一方向、同一角度、同期して回転させる手段と、マスク７０１と基板Ｗの位置ずれ量を検出する手段とを具備する。また、複数の支柱１０３の上面部にそれぞれの支柱の回転軸から所定距離だけずらしてマスク７０１を支持する支持ピン１０１を配置する。そして、マスク７０１と基板Ｗとの位置ずれ量に基づき複数の支柱１０３を同一方向、同一角度、同期して回転させることによりマスク７０１を基板Ｗに対して位置合わせを行う。
【解決手段】支柱軸方向の各回転軸を中心に回転する複数の支柱１０３と、複数の支柱１０３を同一方向、同一角度、同期して回転させる手段と、マスク７０１と基板Ｗの位置ずれ量を検出する手段とを具備する。また、複数の支柱１０３の上面部にそれぞれの支柱の回転軸から所定距離だけずらしてマスク７０１を支持する支持ピン１０１を配置する。そして、マスク７０１と基板Ｗとの位置ずれ量に基づき複数の支柱１０３を同一方向、同一角度、同期して回転させることによりマスク７０１を基板Ｗに対して位置合わせを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板ホルダ上でマスクと基板の位置合わせを行うマスク位置合わせ装置、及び基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の製造工程のうち、特にスパッタ、ＣＶＤ等の成膜工程では、成膜時に基板の外周部からはみ出した膜が基板裏面、基板ホルダ又は周辺部品に付着し、パーティクルや異常放電の原因となっていた。従来、これを防ぐ為に、基板の外周から数ｍｍの範囲を全周にわたり覆い隠すリング状のシールド（マスク）を基板上部に配置し、基板ホルダ又は周辺部への膜の付着を防いでいた。
【０００３】
更に、特許文献１に記載されているようにホルダ部にパージガス供給経路を設け、マスクと基板の隙間からパージガスを吹き出すことで膜の進入を防いだりしていた。
【特許文献１】特開平８−３０２４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、基板の一枚当りの収率を向上する為に、基板外周部ぎりぎりまでパターンを形成するようになり、成膜範囲も基板外周ぎりぎりの位置まで拡大している。この場合、基板とマスクとのオーバーラップする範囲が少なくなり、両者の相対位置が少しでもずれると、基板裏面、基板ホルダ又は周辺部に膜が付着するという問題が生じていた。この為、基板とマスクとをより正確に配置し、基板処理を行う必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、基板に対して正確にマスクの位置合わせを行うことができ、基板裏面、基板ホルダや周辺部への膜の付着を確実に防止することが可能なマスク位置合わせ装置、及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のマスク位置合わせ装置は、基板の外縁を覆うマスクが基板の所定の基準点に一致するように前記マスクの位置合わせを行うマスク位置合わせ装置であって、支柱軸方向の各回転軸を中心に回転する複数の支柱と、前記複数の支柱を同一方向、同一角度、同期して回転させる駆動手段と、前記マスクの前記基準点から前記基板の所定の基準点までの位置ずれ量を検出する検出手段と、前記複数の支柱の上面部にそれぞれの前記支柱の回転軸から所定距離だけずらして配置された、前記マスクを支持するための支持ピンと、を具備し、前記検出手段で検出された位置ずれ量に基づき前記駆動手段により前記複数の支柱を同一方向、同一角度、同期して回転させることにより、前記マスクの位置合わせを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、支持ピン上にマスクを載置して支持ピンを回転させることでマスクの位置を補正するため、マスクと基板を正確に位置合わせすることができる。そのため、基板外周部ぎりぎりまでパターンを形成し、成膜範囲を基板外周ぎりぎりの位置まで拡大した場合でも、基板裏面、基板ホルダや周辺部への膜の付着を確実に防止することが可能となる。しかも、膜の進入を防止するための特殊な装置は不要であるため、コンパクトなマスク位置合わせ装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係るマスク位置合わせ装置の第１の実施形態を示す斜視図である。なお、図１は装置を構成する各部を分解した状態の分解斜視図を示す。本発明に係るマスク位置合わせ装置は、後述するように水平に支持されたマスクが所定の基準点に一致するようにマスクを水平方向に移動させてマスクの位置ずれを補正し、基板に対してマスクを正確に設置するものである。マスクはリング状形状であり、基板の外縁を覆うためのものである。
【００１０】
マスク位置合わせ装置は、基板（半導体ウエハ等）Ｗを載置する基板ホルダ１０５と、基板ホルダ１０５に設けられ、基板Ｗを支持しながら上下動可能に構成されたリフトピン９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃとを備えている。また、マスク位置合わせ装置は、基板Ｗの外縁部を覆うように配置されたリング状のマスク７０１と、マスク７０１を上下動及び移動させるために上下動及び回転自在に構成された複数の支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃとを備えている。
【００１１】
更に、マスク位置合わせ装置は、マスク７０１の基準点から基板Ｗの基準点までのずれ量を検出するマスク位置ずれ検出手段を備えている。これら複数の支柱１０３は支柱軸方向の各回転軸を中心に回転する。マスク位置ずれ検出手段の構成等については図３を用いて詳しく後述する。
【００１２】
複数の支柱１０３の上面部（回転面）には、各支柱１０３の回転軸に対し偏心して支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが配置されている。また、基板ホルダ１０５を遮蔽するリング状カバー１０７が配置されている。図１では本発明に係るマスク位置合わせ装置のみを示しているが、このマスク位置合わせ装置はプラズマ等を用いて基板処理を行う基板処理装置内に配置されている。なお、基板処理装置としては、例えば、ＣＶＤ装置、発熱体ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置、又はスパッタリング装置等が挙げられる。
【００１３】
本実施形態では、基板ホルダ１０５の外側に支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが設けられている。マスク位置合わせ装置１００は基板処理装置を構成する不図示の真空容器内に設けられている。支柱１０３の数は３つであるが、これに限定されるものではなく、マスク７０１を水平に保持できれば支柱の数は幾つであってもよい。
【００１４】
３つの支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、いずれも支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの上面部（回転面）で、支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの回転軸から同一半径上に設けられている。即ち、３つの支持ピン１０１は各々の支柱１０３の回転面において回転軸（回転中心）から所定距離（同一距離）だけ離して配置されている。それぞれの支柱１０３の回転面は円板状であるが、これに限定されるものではなく、例えば、正方形、矩形等どのような形状であってもよい。
【００１５】
次に、図２を参照して本実施形態に係るマスク位置合わせ装置を用いてマスクの位置補正を行う手順を説明する。なお、図中７０２はマスク７０１を載置するためのマスクベースである。マスクベース７０２は図１では不図示である。まず、図２（Ａ）に示すように不図示の基板搬送手段により真空容器内に基板Ｗが搬送され、搬送された基板Ｗは上昇位置にあるリフトピン９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃの上に載置される（基板搬入）。この時、マスク７０１は支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが上昇して、基板Ｗが搬送される高さより高い位置で待機している。
【００１６】
リフトピン９０１上に載置された基板Ｗは、マスク７０１との位置ずれが生じている可能性があるため、以下に説明するように基板Ｗの位置に合わせてマスク７０１の位置補正を行う。始めに、図２（Ｂ）に示すようにリフトピン９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃを同期して下降させることにより、基板Ｗは基板ホルダ１０５の上に載置される。その後、支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同期して下降させることにより、マスク７０１をマスクベース７０２の上に仮セットする（マスク仮セット）。この状態では、マスク７０１と基板Ｗは直接接触しないように微小な隙間が保たれている。これは直接接触によるパーティクルや異常放電の発生を抑える為である。
【００１７】
マスク７０１の仮セットが終了すると、マスク７０１と基板Ｗの位置ずれ量をもとにマスク７０１の位置出し準備を行う（図２（Ｃ））。ここで、基板ホルダ１０５に載置された基板Ｗとマスク７０１との位置ずれ量を検出する方法について説明する。基板Ｗの位置ずれ量を検出する方法としては様々な方法を利用できる。
【００１８】
本実施形態では、例えば、図３に示すように基板Ｗに対し水平方向から基板側面へ光ビーム８０２を照射する複数の光学式変位センサ８０１を用いて検出する。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）はセンサ原理図である。ここでは、光学式変位センサ８０１ａと８０１ｂの２つのセンサを用いている。
【００１９】
光学式変位センサ８０１ａ、８０１ｂは基板Ｗの側面に対し、各々スポット状の光ビーム８０２ａ、８０２ｂを照射する発光部と、基板Ｗの側面から反射して戻ってくるそれぞれの反射光を受光する受光部とを備えている。
【００２０】
具体的には、各光学式変位センサは、三角測量を応用した方式で、図３（ｃ）に示すように発光素子と光位置検出素子（ＰＳＤ）の組み合わせで構成されている。発光素子には、半導体レーザ８１１が用いられる。駆動回路８１２で駆動された半導体レーザ８１１の光は投光レンズ８１３を通して集光され、測定対象物８１４に照射される。そして、測定対象物８１４から拡散反射又は正反射（不図示）された光線の一部は受光レンズ８１５を通して光位置検出素子８１６上にスポットを結ぶ。
【００２１】
その測定対象物８１４が移動するごとにスポットも移動するので、そのスポットの位置を検出することで基準位置８１７から測定対象物８１４までの変位量を知ることができる。このように検出された基板位置情報は、信号増幅回路８１８で増幅されて制御装置（不図示）に送信される。
【００２２】
本実施形態では、この方法を用いて図３（ｂ）に示すように光学式変位センサ８０１ａ、８０１ｂから光ビーム８０２ａ、８０２ｂを照射し、基板Ｗの側面から戻ってきた反射光を検出し、基板Ｗの側面までの距離８０３ａ、８０３ｂを測定する。基板外周の２点の位置情報が得られれば、これらの位置座標と基板半径（一定の値）から演算により容易に基板中心点Ｘ’を算出することができる。
【００２３】
なお、基板Ｗの外径が一定であれば２箇所の測定で良いが、基板の外径が基板Ｗ毎に異なる場合は３箇所以上の測定が必要となる。また、図３（ｂ）に示すように基板Ｗをリフトピン９０１で上下方向に移動させながら基板側面に光軸を照射すると、光ビームを基板側面に的確に照射でき、精度よく測定することが出来る。
【００２４】
同様の方法で、マスク７０１を支柱１０３で上下方向に移動させながら光学式変位センサ８０１ａ、８０１ｂから光ビームをマスク７０１の側面に照射し、その反射光を検出してマスク７０１の側面までの距離を測定する。その場合も、これらの位置座標とマスク半径（一定の値）から演算により容易にマスク中心点Ｘを算出することができる。
【００２５】
次に、図４に示すように検出された基板Ｗの中心点Ｘ’と同じく検出されたマスク７０１の中心点Ｘとを比較してマスク７０１の移動量Ｌ（絶対値Ｘ−Ｘ’）と移動方向（ベクトルＸＸ’）を求める。なお、マスク７０１と基板Ｗの中心だけでなく、マスク７０１と基板Ｗの外周端部を基準点としてもよい。
【００２６】
次に、図５に示すようにマスク位置合わせ装置の支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、即ち、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの回転軸に対する回転すべき角度２θを算出する。
【００２７】
マスク位置ずれ検出手段により移動方向と移動量Ｌが判れば、移動量Ｌと回転角度２θの関係は次式ように表せる。Ｒは図５に示すように支柱１０３の回転軸（回転中心）と支持ピン１０１の中心との距離である。θは図５中に矢印で示す移動方向に対して直角で、且つ、支柱１０３の回転中心を通る仮想線ｌと、支柱１０３の中心と移動前及び移動後の支持ピン１０１の中心とを通る直線ｍとのなす角度である。マスク７０１の移動方向に対して直角で、且つ、支柱１０３の回転軸を通る仮想線ｌに対して、移動前後の支持ピン位置は軸対称であり、θは等しい。
【００２８】
ｓｉｎθ＝Ｌ／２Ｒ
θ＝ｓｉｎ−１（Ｌ／２Ｒ）
２θ＝２ｓｉｎ−１（Ｌ／２Ｒ）
これらの計算は図示しないＣＰＵ等を用いた演算回路により行う。また、上述のような基板Ｗの中心点Ｘ’やマスク７０１の中心点Ｘを求める計算もＣＰＵ等を用いた演算回路により行う。
【００２９】
次いで、図２（Ｃ）に示すように支柱１０３がマスク７０１に接しない状態で、支柱位置の修正を行う。具体的には、図５に示すようにマスクの移動方向に対して直角の仮想線ｌを想定する。そして、支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、即ち、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを、それぞれ支柱中心に対して、その仮想線ｌを基準に角度θをなす移動前の支持ピン位置へ回転させる。
【００３０】
この回転動作は、マスク７０１の位置合わせの前に、各支持ピン１０１を移動させて、マスク７０１の位置出し準備を行うものである。即ち、図５に示すように各支持ピン１０１を、支持ピン１０１（移動前）の位置へマスク７０１を支持せずに移動させることである。
【００３１】
こうして、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃをそれぞれの回転軸に対して仮想線ｌを基準にθの角度に固定した状態とする。次に、図２（Ｄ）に示すように支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃによりマスク７０１を支持しながら３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同期して上昇させる（マスク上昇）。
【００３２】
この状態で、図２（Ｅ）に示すように３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同一方向、同一角度、同期して２θ回転させる。即ち、３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同一方向、同一角度、同期して回転させることにより、支持ピン１０１に支持されたマスク７０１は位置ずれを補正する方向に移動量Ｌだけ移動する（マスク位置補正）。その場合、図５に示すようにそれぞれの支持ピン１０１が移動前の位置から移動後の位置まで移動量Ｌだけ移動した状態となる。この位置合わせにより、図４に示すマスク７０１の中心点Ｘが、基板Ｗの中心点Ｘ’に一致するように位置が補正された状態となる。
【００３３】
次いで、図２（Ｆ）に示すようにマスク７０１を支持しながら、それぞれの支柱１０３を下降させることで、マスクベース７０２上にマスク７０１が載置され（マスクセット）、基板Ｗに対するマスク７０１の位置補正動作が完了する。この補正方法では、最大移動範囲は支柱１０３の半径によって決まり、２θ＝１８０°の時に最大となる。従って、基板処理装置の仕様に合わせて修正したいずれ量に応じて最適な半径の値を選択すればよい。
【００３４】
次に、図２（Ｇ）に示すように基板処理装置の真空容器内で図示しないプラズマ生成手段によりプラズマを生成し、基板Ｗに対して基板処理を行う（基板処理）。また、別の真空処理室等に搬出する時には図２（Ｈ）に示すように各支柱１０３を上昇させた後、各リフトピン９０１を上昇させ、図示しない基板搬出手段により基板Ｗを搬出する（基板上昇、搬出）。尚、マスク７０１は次ぎの基板に備えて各支柱１０３を−２θ回転させて補正前の位置に戻しておく。
【００３５】
図６は支柱１０３の駆動機構の一例を示す。図６では図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。まず、支柱１０３を回転させるために支柱１０３の一端は位置決めモータ５０９に接続されている。支柱１０３は上下動可能なように上下シリンダ５０７に接続されている。
【００３６】
磁性流体シール（若しくはマグネットカップリングシール）５０５は、チャンバ壁５０１を通してチャンバ内へ真空を破らずに駆動力を導入するため、支柱１０３と位置決めモータ５０９との間に設けられている。即ち、この磁性流体シール（若しくはマグネットカップリングシール）５０５により容器内部の真空と大気を隔離している。図６では１つの支柱１０３の駆動機構を示しているが、複数の支柱の駆動機構は同様である。図中５０３はベローズを示す。
【００３７】
図７は図２（Ｅ）を用いて説明した３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同一方向、同一角度、同期して回転させるための回転駆動機構（回転駆動手段）の一例を示す斜視図である。図７では図１と同一部分には同一符号を付している。図７に示すように３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの一端部が同一のタイミングベルト６０１に巻回されている。更に、タイミングベルト６０１を回転させるための位置決めモータ６０３が設けられている。位置決めモータ６０３を駆動してタイミングベルト６０１を回転させることで３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同一方向、同一角度、同期して回転させることができる。
【００３８】
図８は本発明に適用可能な支持ピン１０１の形状を示す。図８（Ａ）は支持ピン１０１の先端を円錐形状にした例を示す。図８（Ｂ）は支持ピン１０１を半球形状にした例を示す。更に、図８（Ｃ）に示すように支持ピン１０１の面積が最小となる円柱構造としてもよい。即ち、図８（Ｃ）は支持ピン１０１の先端が支柱１０３の平面内に収まる構造としたものである。
【００３９】
また、図８（Ｄ）は支持ピン１０１は円柱構造であり、支持ピンの軸方向の回転軸に対して回転自在な構造にした例を示す。特に、図８（Ｄ）の構造ではマスク７０１との摩擦を小さくでき、パーティクルの発生を防止するのに有効である。
【００４０】
本実施形態では、支持ピン１０１上にマスク７０１を載置して支持ピン７０１を回転させることでマスク７０１の位置を補正するため、基板Ｗに対してマスク７０１の位置を正確に補正することができる。そのため、基板外周部ぎりぎりまでパターンを形成し、成膜範囲を基板外周ぎりぎりの位置まで拡大した場合でも、基板裏面、基板ホルダや周辺部への膜の付着を確実に防止することが可能となる。
【００４１】
従って、基板裏面、基板ホルダや周辺部品へ膜が付着することによるパーティクルや異常放電の発生を抑制することができる。更に、特許文献１に記載されているような膜の進入を防止するための特殊な装置が不要であるため、コンパクトな位置合わせ装置を実現することができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、図９を参照して本発明の第２の実施形態に係るマスク位置合わせ装置の構成を説明する。図９では図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。基本的な構成は図１に示すマスク位置合わせ装置と同一である。本実施形態では、図９（ａ）に示すようにマスク７０１の基準位置を出す為、マスク７０１を支持しながら上下動自在に構成された複数のマスク位置決めピン７０３ａ、７０３ｂ、７０３ｃが設けられている。また、これら複数のマスク位置決めピン７０３を上下に駆動する上下機構（不図示）が追加的に設けられている。
【００４３】
マスク７０１の裏面には、図９（ｂ）に示すように各マスク位置決めピン７０３を支持するためのテーパ状の凹部７０４が形成されている。そして、各マスク位置決めピン７０３がマスク７０１を支持する時に図９（ｃ）に示すようにマスク位置決めピン７０３の先端部が凹部７０４に嵌合することで、マスク７０１の位置ずれが生じないように正確にマスクを位置させる構造となっている。なお、図９（ｂ）ではマスク位置決めピン７０３と凹部７０４がテーパ形状となっているが、位置決めが可能な構造であればこの形状に限定されるものではない。
【００４４】
なお、本実施形態においても、支柱１０３の駆動機構としては図６に示す機構、３つの支柱１０３を同一方向、同一角度、同期して回転させる回転駆動機構としては図７に示す機構を用いることができる。更に、支持ピン１０１の形状としては図８に示す幾つかの形状を用いることができる。
【００４５】
次に、図１０を参照して本実施形態に係るマスク位置合わせ装置を用いてマスクの位置補正を行う手順を説明する。まず、図１０（Ａ）に示すように不図示の基板搬送手段により基板Ｗが真空容器内に搬送され、搬送された基板Ｗは上昇位置にあるリフトピン９０１ａ、９０１ｂ、９０３ｃの上に載置される（基板搬入）。この時、マスク７０１は、支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが上昇して、基板搬送高さより高い位置で待機している。
【００４６】
リフトピン９０１上に載置された基板Ｗは位置ずれが生じている可能性があるため、以下に説明するように基板Ｗの位置に合わせてマスク７０１の位置補正を行う。始めに、図１０（Ｂ）に示すようにリフトピン９０１ａ、９０１ｂ、９０３ｃを同期して下降させることにより、基板Ｗは基板ホルダ１０５の上に載置される。この際、図３で説明した方法を用いて基板Ｗの中心点Ｘ’を検出する。
【００４７】
その後、マスク７０１を支持した支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同期して下降させることにより、上昇位置にあるマスク位置決めピン７０３の上にマスク７０１をセットする。この時、上述のようにマスク位置決めピン７０３の先端部がマスク７０１の凹部７０４に嵌合した状態となる。また、その際、図３で説明した方法を用いてマスク７０１の中心点Ｘ（基準位置）を検出する（マスク基準位置出し）。マスクの基準位置出しが終了すると、第１の実施形態と同様にマスク７０１と基板Ｗの位置ずれ量、即ち、マスク７０１の移動すべき移動量Ｌや移動方向を算出し、それをもとにマスク７０１の位置出し準備を行う。
【００４８】
本実施形態では、第１の実施形態とは異なり、基板Ｗが搬入される毎に毎回マスク７０１の位置検出をする必要がない。これは、マスク位置決めピン７０３の先端部がマスク７０１の凹部７０４に嵌合しており、マスク７０１の位置ずれが生じない構造となっているので、最初に基準位置を測定しておくことでその値をマスク７０１の基準位置とすればよいからである。
【００４９】
また、図５を用いて説明したようにマスク位置合わせ装置の支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、即ち、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの支柱の回転軸（支柱中心）に対する回転すべき角度２θを算出する。
【００５０】
次いで、図２（Ｃ）の説明と同様に支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃがマスク７０１に接しない状態で、移動方向に対して垂直の仮想線ｌを想定する。そして、図１０（Ｃ）に示すように支柱１０３、即ち、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを、それぞれ支柱中心に対して、その仮想線ｌを基準に角度θをなす移動前の支持ピン位置へ回転させる。
【００５１】
こうして、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃをそれぞれの支柱中心に対してθの角度に固定する。この状態で、図１０（Ｄ）に示すように支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃでマスク７０１を支持しながら３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同期して上昇させる（マスク上昇）。この時、マスク７０１と各マスク位置決めピン７０３が離れ、マスク７０１が水平方向に移動してもマスク位置決めピン７０３と干渉しない位置になるまで各支柱１０３を上昇させる。
【００５２】
この状態で、図１０（Ｅ）に示すように３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同一方向、同一角度、同期して２θ回転させる。これにより、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに支持されたマスク７０１は位置ずれを補正する方向に移動量Ｌだけ移動する。これは、図２（Ｅ）と同様である。
【００５３】
次いで、図１０（Ｆ）に示すように各マスク位置決めピン７０３を降下させ、次いでマスク７０１を支持しながらそれぞれの支柱１０３を下降させる。そうすることで、マスクベース７０２上にマスク７０１が載置され（マスクセット）、基板Ｗに対するマスク７０１の位置補正動作が完了する。
【００５４】
その後、図１０（Ｇ）に示すように真空容器内でプラズマを発生させて基板Ｗに対して基板処理を行う。また、基板Ｗを別の真空処理室へ搬出する時には、図１０（Ｈ）に示すように各支柱１０３を上昇させた後、各リフトピン９０１を上昇させて基板Ｗを搬送位置まで上昇させた後、図示しない基板搬出手段により基板Ｗを搬出する。
【００５５】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に基板Ｗに対してマスク７０１の位置を正確に補正することができ、成膜範囲を基板外周ぎりぎりの位置まで拡大した場合でも、基板裏面、基板ホルダや周辺部への膜の付着を確実に防止することが可能となる。従って、パーティクルや異常放電の発生を抑制することが可能となり、更に、コンパクトな位置合わせ装置を実現できる。
【００５６】
また、本実施形態では、上述のようにマスク位置決めピン７０３の先端部をマスク７０１の裏面に形成された凹部７０４に嵌合させてマスク７０１を支持する構造であるため、基板毎にマスクの基準位置を検出する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマスク位置合わせ装置を示す図である。
【図２】図１のマスク位置合わせ装置の位置補正手順を説明する図である。
【図３】基板及びマスクの位置ずれ検出方法を説明する図である。
【図４】マスクの位置補正を説明する図である。
【図５】基板とマスクとの位置ずれを説明する図である。
【図６】支持ピン駆動機構の一例を示す図である。
【図７】３つの支柱を同期して回転させるための同期回転機構の一例を示す概略斜視図である。
【図８】支持ピンの例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の構成を示す図である。
【図１０】図９のマスク位置合わせ装置の位置補正手順を説明する図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００ マスク位置合わせ装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ 支持ピン
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ 支柱
１０５ 基板ホルダ
１０７ リング状カバー
５０１ チャンバ壁
５０３ ベローズ
５０５ 磁性流体シール
５０７ 上下シリンダ
５０９ 位置決めモータ
６０１ タイミングベルト
６０３ 位置決めモータ
７０１ マスク
７０２ マスクベース
７０３ａ、７０３ｂ、７０３ｃ マスク位置決めピン
７０４ 凹部
８０１ａ、８０１ｂ 光学式変位センサ
８０２ａ、８０２ｂ 光ビーム
８０３ａ、８０３ｂ センサから基板までの距離
８１１ 半導体レーザ
８１２ 駆動回路
８１３ 投光レンズ
８１４ 測定対象物
８１５ 受光レンズ
８１６ 光位置検出素子
８１７ 測定対象物の基準位置
８１８ 信号増幅回路
９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃ リフトピン
Ｗ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板ホルダ上でマスクと基板の位置合わせを行うマスク位置合わせ装置、及び基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体等の製造工程のうち、特にスパッタ、ＣＶＤ等の成膜工程では、成膜時に基板の外周部からはみ出した膜が基板裏面、基板ホルダ又は周辺部品に付着し、パーティクルや異常放電の原因となっていた。従来、これを防ぐ為に、基板の外周から数ｍｍの範囲を全周にわたり覆い隠すリング状のシールド（マスク）を基板上部に配置し、基板ホルダ又は周辺部への膜の付着を防いでいた。
【０００３】
更に、特許文献１に記載されているようにホルダ部にパージガス供給経路を設け、マスクと基板の隙間からパージガスを吹き出すことで膜の進入を防いだりしていた。
【特許文献１】特開平８−３０２４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、基板の一枚当りの収率を向上する為に、基板外周部ぎりぎりまでパターンを形成するようになり、成膜範囲も基板外周ぎりぎりの位置まで拡大している。この場合、基板とマスクとのオーバーラップする範囲が少なくなり、両者の相対位置が少しでもずれると、基板裏面、基板ホルダ又は周辺部に膜が付着するという問題が生じていた。この為、基板とマスクとをより正確に配置し、基板処理を行う必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、基板に対して正確にマスクの位置合わせを行うことができ、基板裏面、基板ホルダや周辺部への膜の付着を確実に防止することが可能なマスク位置合わせ装置、及び基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のマスク位置合わせ装置は、基板の外縁を覆うマスクが基板の所定の基準点に一致するように前記マスクの位置合わせを行うマスク位置合わせ装置であって、支柱軸方向の各回転軸を中心に回転する複数の支柱と、前記複数の支柱を同一方向、同一角度、同期して回転させる駆動手段と、前記マスクの前記基準点から前記基板の所定の基準点までの位置ずれ量を検出する検出手段と、前記複数の支柱の上面部にそれぞれの前記支柱の回転軸から所定距離だけずらして配置された、前記マスクを支持するための支持ピンと、を具備し、前記検出手段で検出された位置ずれ量に基づき前記駆動手段により前記複数の支柱を同一方向、同一角度、同期して回転させることにより、前記マスクの位置合わせを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、支持ピン上にマスクを載置して支持ピンを回転させることでマスクの位置を補正するため、マスクと基板を正確に位置合わせすることができる。そのため、基板外周部ぎりぎりまでパターンを形成し、成膜範囲を基板外周ぎりぎりの位置まで拡大した場合でも、基板裏面、基板ホルダや周辺部への膜の付着を確実に防止することが可能となる。しかも、膜の進入を防止するための特殊な装置は不要であるため、コンパクトなマスク位置合わせ装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係るマスク位置合わせ装置の第１の実施形態を示す斜視図である。なお、図１は装置を構成する各部を分解した状態の分解斜視図を示す。本発明に係るマスク位置合わせ装置は、後述するように水平に支持されたマスクが所定の基準点に一致するようにマスクを水平方向に移動させてマスクの位置ずれを補正し、基板に対してマスクを正確に設置するものである。マスクはリング状形状であり、基板の外縁を覆うためのものである。
【００１０】
マスク位置合わせ装置は、基板（半導体ウエハ等）Ｗを載置する基板ホルダ１０５と、基板ホルダ１０５に設けられ、基板Ｗを支持しながら上下動可能に構成されたリフトピン９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃとを備えている。また、マスク位置合わせ装置は、基板Ｗの外縁部を覆うように配置されたリング状のマスク７０１と、マスク７０１を上下動及び移動させるために上下動及び回転自在に構成された複数の支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃとを備えている。
【００１１】
更に、マスク位置合わせ装置は、マスク７０１の基準点から基板Ｗの基準点までのずれ量を検出するマスク位置ずれ検出手段を備えている。これら複数の支柱１０３は支柱軸方向の各回転軸を中心に回転する。マスク位置ずれ検出手段の構成等については図３を用いて詳しく後述する。
【００１２】
複数の支柱１０３の上面部（回転面）には、各支柱１０３の回転軸に対し偏心して支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが配置されている。また、基板ホルダ１０５を遮蔽するリング状カバー１０７が配置されている。図１では本発明に係るマスク位置合わせ装置のみを示しているが、このマスク位置合わせ装置はプラズマ等を用いて基板処理を行う基板処理装置内に配置されている。なお、基板処理装置としては、例えば、ＣＶＤ装置、発熱体ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置、又はスパッタリング装置等が挙げられる。
【００１３】
本実施形態では、基板ホルダ１０５の外側に支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが設けられている。マスク位置合わせ装置１００は基板処理装置を構成する不図示の真空容器内に設けられている。支柱１０３の数は３つであるが、これに限定されるものではなく、マスク７０１を水平に保持できれば支柱の数は幾つであってもよい。
【００１４】
３つの支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、いずれも支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの上面部（回転面）で、支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの回転軸から同一半径上に設けられている。即ち、３つの支持ピン１０１は各々の支柱１０３の回転面において回転軸（回転中心）から所定距離（同一距離）だけ離して配置されている。それぞれの支柱１０３の回転面は円板状であるが、これに限定されるものではなく、例えば、正方形、矩形等どのような形状であってもよい。
【００１５】
次に、図２を参照して本実施形態に係るマスク位置合わせ装置を用いてマスクの位置補正を行う手順を説明する。なお、図中７０２はマスク７０１を載置するためのマスクベースである。マスクベース７０２は図１では不図示である。まず、図２（Ａ）に示すように不図示の基板搬送手段により真空容器内に基板Ｗが搬送され、搬送された基板Ｗは上昇位置にあるリフトピン９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃの上に載置される（基板搬入）。この時、マスク７０１は支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが上昇して、基板Ｗが搬送される高さより高い位置で待機している。
【００１６】
リフトピン９０１上に載置された基板Ｗは、マスク７０１との位置ずれが生じている可能性があるため、以下に説明するように基板Ｗの位置に合わせてマスク７０１の位置補正を行う。始めに、図２（Ｂ）に示すようにリフトピン９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃを同期して下降させることにより、基板Ｗは基板ホルダ１０５の上に載置される。その後、支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同期して下降させることにより、マスク７０１をマスクベース７０２の上に仮セットする（マスク仮セット）。この状態では、マスク７０１と基板Ｗは直接接触しないように微小な隙間が保たれている。これは直接接触によるパーティクルや異常放電の発生を抑える為である。
【００１７】
マスク７０１の仮セットが終了すると、マスク７０１と基板Ｗの位置ずれ量をもとにマスク７０１の位置出し準備を行う（図２（Ｃ））。ここで、基板ホルダ１０５に載置された基板Ｗとマスク７０１との位置ずれ量を検出する方法について説明する。基板Ｗの位置ずれ量を検出する方法としては様々な方法を利用できる。
【００１８】
本実施形態では、例えば、図３に示すように基板Ｗに対し水平方向から基板側面へ光ビーム８０２を照射する複数の光学式変位センサ８０１を用いて検出する。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）はセンサ原理図である。ここでは、光学式変位センサ８０１ａと８０１ｂの２つのセンサを用いている。
【００１９】
光学式変位センサ８０１ａ、８０１ｂは基板Ｗの側面に対し、各々スポット状の光ビーム８０２ａ、８０２ｂを照射する発光部と、基板Ｗの側面から反射して戻ってくるそれぞれの反射光を受光する受光部とを備えている。
【００２０】
具体的には、各光学式変位センサは、三角測量を応用した方式で、図３（ｃ）に示すように発光素子と光位置検出素子（ＰＳＤ）の組み合わせで構成されている。発光素子には、半導体レーザ８１１が用いられる。駆動回路８１２で駆動された半導体レーザ８１１の光は投光レンズ８１３を通して集光され、測定対象物８１４に照射される。そして、測定対象物８１４から拡散反射又は正反射（不図示）された光線の一部は受光レンズ８１５を通して光位置検出素子８１６上にスポットを結ぶ。
【００２１】
その測定対象物８１４が移動するごとにスポットも移動するので、そのスポットの位置を検出することで基準位置８１７から測定対象物８１４までの変位量を知ることができる。このように検出された基板位置情報は、信号増幅回路８１８で増幅されて制御装置（不図示）に送信される。
【００２２】
本実施形態では、この方法を用いて図３（ｂ）に示すように光学式変位センサ８０１ａ、８０１ｂから光ビーム８０２ａ、８０２ｂを照射し、基板Ｗの側面から戻ってきた反射光を検出し、基板Ｗの側面までの距離８０３ａ、８０３ｂを測定する。基板外周の２点の位置情報が得られれば、これらの位置座標と基板半径（一定の値）から演算により容易に基板中心点Ｘ’を算出することができる。
【００２３】
なお、基板Ｗの外径が一定であれば２箇所の測定で良いが、基板の外径が基板Ｗ毎に異なる場合は３箇所以上の測定が必要となる。また、図３（ｂ）に示すように基板Ｗをリフトピン９０１で上下方向に移動させながら基板側面に光軸を照射すると、光ビームを基板側面に的確に照射でき、精度よく測定することが出来る。
【００２４】
同様の方法で、マスク７０１を支柱１０３で上下方向に移動させながら光学式変位センサ８０１ａ、８０１ｂから光ビームをマスク７０１の側面に照射し、その反射光を検出してマスク７０１の側面までの距離を測定する。その場合も、これらの位置座標とマスク半径（一定の値）から演算により容易にマスク中心点Ｘを算出することができる。
【００２５】
次に、図４に示すように検出された基板Ｗの中心点Ｘ’と同じく検出されたマスク７０１の中心点Ｘとを比較してマスク７０１の移動量Ｌ（絶対値Ｘ−Ｘ’）と移動方向（ベクトルＸＸ’）を求める。なお、マスク７０１と基板Ｗの中心だけでなく、マスク７０１と基板Ｗの外周端部を基準点としてもよい。
【００２６】
次に、図５に示すようにマスク位置合わせ装置の支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、即ち、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの回転軸に対する回転すべき角度２θを算出する。
【００２７】
マスク位置ずれ検出手段により移動方向と移動量Ｌが判れば、移動量Ｌと回転角度２θの関係は次式ように表せる。Ｒは図５に示すように支柱１０３の回転軸（回転中心）と支持ピン１０１の中心との距離である。θは図５中に矢印で示す移動方向に対して直角で、且つ、支柱１０３の回転中心を通る仮想線ｌと、支柱１０３の中心と移動前及び移動後の支持ピン１０１の中心とを通る直線ｍとのなす角度である。マスク７０１の移動方向に対して直角で、且つ、支柱１０３の回転軸を通る仮想線ｌに対して、移動前後の支持ピン位置は軸対称であり、θは等しい。
【００２８】
ｓｉｎθ＝Ｌ／２Ｒ
θ＝ｓｉｎ−１（Ｌ／２Ｒ）
２θ＝２ｓｉｎ−１（Ｌ／２Ｒ）
これらの計算は図示しないＣＰＵ等を用いた演算回路により行う。また、上述のような基板Ｗの中心点Ｘ’やマスク７０１の中心点Ｘを求める計算もＣＰＵ等を用いた演算回路により行う。
【００２９】
次いで、図２（Ｃ）に示すように支柱１０３がマスク７０１に接しない状態で、支柱位置の修正を行う。具体的には、図５に示すようにマスクの移動方向に対して直角の仮想線ｌを想定する。そして、支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、即ち、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを、それぞれ支柱中心に対して、その仮想線ｌを基準に角度θをなす移動前の支持ピン位置へ回転させる。
【００３０】
この回転動作は、マスク７０１の位置合わせの前に、各支持ピン１０１を移動させて、マスク７０１の位置出し準備を行うものである。即ち、図５に示すように各支持ピン１０１を、支持ピン１０１（移動前）の位置へマスク７０１を支持せずに移動させることである。
【００３１】
こうして、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃをそれぞれの回転軸に対して仮想線ｌを基準にθの角度に固定した状態とする。次に、図２（Ｄ）に示すように支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃによりマスク７０１を支持しながら３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同期して上昇させる（マスク上昇）。
【００３２】
この状態で、図２（Ｅ）に示すように３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同一方向、同一角度、同期して２θ回転させる。即ち、３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同一方向、同一角度、同期して回転させることにより、支持ピン１０１に支持されたマスク７０１は位置ずれを補正する方向に移動量Ｌだけ移動する（マスク位置補正）。その場合、図５に示すようにそれぞれの支持ピン１０１が移動前の位置から移動後の位置まで移動量Ｌだけ移動した状態となる。この位置合わせにより、図４に示すマスク７０１の中心点Ｘが、基板Ｗの中心点Ｘ’に一致するように位置が補正された状態となる。
【００３３】
次いで、図２（Ｆ）に示すようにマスク７０１を支持しながら、それぞれの支柱１０３を下降させることで、マスクベース７０２上にマスク７０１が載置され（マスクセット）、基板Ｗに対するマスク７０１の位置補正動作が完了する。この補正方法では、最大移動範囲は支柱１０３の半径によって決まり、２θ＝１８０°の時に最大となる。従って、基板処理装置の仕様に合わせて修正したいずれ量に応じて最適な半径の値を選択すればよい。
【００３４】
次に、図２（Ｇ）に示すように基板処理装置の真空容器内で図示しないプラズマ生成手段によりプラズマを生成し、基板Ｗに対して基板処理を行う（基板処理）。また、別の真空処理室等に搬出する時には図２（Ｈ）に示すように各支柱１０３を上昇させた後、各リフトピン９０１を上昇させ、図示しない基板搬出手段により基板Ｗを搬出する（基板上昇、搬出）。尚、マスク７０１は次ぎの基板に備えて各支柱１０３を−２θ回転させて補正前の位置に戻しておく。
【００３５】
図６は支柱１０３の駆動機構の一例を示す。図６では図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。まず、支柱１０３を回転させるために支柱１０３の一端は位置決めモータ５０９に接続されている。支柱１０３は上下動可能なように上下シリンダ５０７に接続されている。
【００３６】
磁性流体シール（若しくはマグネットカップリングシール）５０５は、チャンバ壁５０１を通してチャンバ内へ真空を破らずに駆動力を導入するため、支柱１０３と位置決めモータ５０９との間に設けられている。即ち、この磁性流体シール（若しくはマグネットカップリングシール）５０５により容器内部の真空と大気を隔離している。図６では１つの支柱１０３の駆動機構を示しているが、複数の支柱の駆動機構は同様である。図中５０３はベローズを示す。
【００３７】
図７は図２（Ｅ）を用いて説明した３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同一方向、同一角度、同期して回転させるための回転駆動機構（回転駆動手段）の一例を示す斜視図である。図７では図１と同一部分には同一符号を付している。図７に示すように３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの一端部が同一のタイミングベルト６０１に巻回されている。更に、タイミングベルト６０１を回転させるための位置決めモータ６０３が設けられている。位置決めモータ６０３を駆動してタイミングベルト６０１を回転させることで３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同一方向、同一角度、同期して回転させることができる。
【００３８】
図８は本発明に適用可能な支持ピン１０１の形状を示す。図８（Ａ）は支持ピン１０１の先端を円錐形状にした例を示す。図８（Ｂ）は支持ピン１０１を半球形状にした例を示す。更に、図８（Ｃ）に示すように支持ピン１０１の面積が最小となる円柱構造としてもよい。即ち、図８（Ｃ）は支持ピン１０１の先端が支柱１０３の平面内に収まる構造としたものである。
【００３９】
また、図８（Ｄ）は支持ピン１０１は円柱構造であり、支持ピンの軸方向の回転軸に対して回転自在な構造にした例を示す。特に、図８（Ｄ）の構造ではマスク７０１との摩擦を小さくでき、パーティクルの発生を防止するのに有効である。
【００４０】
本実施形態では、支持ピン１０１上にマスク７０１を載置して支持ピン７０１を回転させることでマスク７０１の位置を補正するため、基板Ｗに対してマスク７０１の位置を正確に補正することができる。そのため、基板外周部ぎりぎりまでパターンを形成し、成膜範囲を基板外周ぎりぎりの位置まで拡大した場合でも、基板裏面、基板ホルダや周辺部への膜の付着を確実に防止することが可能となる。
【００４１】
従って、基板裏面、基板ホルダや周辺部品へ膜が付着することによるパーティクルや異常放電の発生を抑制することができる。更に、特許文献１に記載されているような膜の進入を防止するための特殊な装置が不要であるため、コンパクトな位置合わせ装置を実現することができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、図９を参照して本発明の第２の実施形態に係るマスク位置合わせ装置の構成を説明する。図９では図１と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。基本的な構成は図１に示すマスク位置合わせ装置と同一である。本実施形態では、図９（ａ）に示すようにマスク７０１の基準位置を出す為、マスク７０１を支持しながら上下動自在に構成された複数のマスク位置決めピン７０３ａ、７０３ｂ、７０３ｃが設けられている。また、これら複数のマスク位置決めピン７０３を上下に駆動する上下機構（不図示）が追加的に設けられている。
【００４３】
マスク７０１の裏面には、図９（ｂ）に示すように各マスク位置決めピン７０３を支持するためのテーパ状の凹部７０４が形成されている。そして、各マスク位置決めピン７０３がマスク７０１を支持する時に図９（ｃ）に示すようにマスク位置決めピン７０３の先端部が凹部７０４に嵌合することで、マスク７０１の位置ずれが生じないように正確にマスクを位置させる構造となっている。なお、図９（ｂ）ではマスク位置決めピン７０３と凹部７０４がテーパ形状となっているが、位置決めが可能な構造であればこの形状に限定されるものではない。
【００４４】
なお、本実施形態においても、支柱１０３の駆動機構としては図６に示す機構、３つの支柱１０３を同一方向、同一角度、同期して回転させる回転駆動機構としては図７に示す機構を用いることができる。更に、支持ピン１０１の形状としては図８に示す幾つかの形状を用いることができる。
【００４５】
次に、図１０を参照して本実施形態に係るマスク位置合わせ装置を用いてマスクの位置補正を行う手順を説明する。まず、図１０（Ａ）に示すように不図示の基板搬送手段により基板Ｗが真空容器内に搬送され、搬送された基板Ｗは上昇位置にあるリフトピン９０１ａ、９０１ｂ、９０３ｃの上に載置される（基板搬入）。この時、マスク７０１は、支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃが上昇して、基板搬送高さより高い位置で待機している。
【００４６】
リフトピン９０１上に載置された基板Ｗは位置ずれが生じている可能性があるため、以下に説明するように基板Ｗの位置に合わせてマスク７０１の位置補正を行う。始めに、図１０（Ｂ）に示すようにリフトピン９０１ａ、９０１ｂ、９０３ｃを同期して下降させることにより、基板Ｗは基板ホルダ１０５の上に載置される。この際、図３で説明した方法を用いて基板Ｗの中心点Ｘ’を検出する。
【００４７】
その後、マスク７０１を支持した支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同期して下降させることにより、上昇位置にあるマスク位置決めピン７０３の上にマスク７０１をセットする。この時、上述のようにマスク位置決めピン７０３の先端部がマスク７０１の凹部７０４に嵌合した状態となる。また、その際、図３で説明した方法を用いてマスク７０１の中心点Ｘ（基準位置）を検出する（マスク基準位置出し）。マスクの基準位置出しが終了すると、第１の実施形態と同様にマスク７０１と基板Ｗの位置ずれ量、即ち、マスク７０１の移動すべき移動量Ｌや移動方向を算出し、それをもとにマスク７０１の位置出し準備を行う。
【００４８】
本実施形態では、第１の実施形態とは異なり、基板Ｗが搬入される毎に毎回マスク７０１の位置検出をする必要がない。これは、マスク位置決めピン７０３の先端部がマスク７０１の凹部７０４に嵌合しており、マスク７０１の位置ずれが生じない構造となっているので、最初に基準位置を測定しておくことでその値をマスク７０１の基準位置とすればよいからである。
【００４９】
また、図５を用いて説明したようにマスク位置合わせ装置の支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、即ち、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの支柱の回転軸（支柱中心）に対する回転すべき角度２θを算出する。
【００５０】
次いで、図２（Ｃ）の説明と同様に支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃがマスク７０１に接しない状態で、移動方向に対して垂直の仮想線ｌを想定する。そして、図１０（Ｃ）に示すように支柱１０３、即ち、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを、それぞれ支柱中心に対して、その仮想線ｌを基準に角度θをなす移動前の支持ピン位置へ回転させる。
【００５１】
こうして、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃをそれぞれの支柱中心に対してθの角度に固定する。この状態で、図１０（Ｄ）に示すように支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃでマスク７０１を支持しながら３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同期して上昇させる（マスク上昇）。この時、マスク７０１と各マスク位置決めピン７０３が離れ、マスク７０１が水平方向に移動してもマスク位置決めピン７０３と干渉しない位置になるまで各支柱１０３を上昇させる。
【００５２】
この状態で、図１０（Ｅ）に示すように３つの支柱１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを同一方向、同一角度、同期して２θ回転させる。これにより、支持ピン１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに支持されたマスク７０１は位置ずれを補正する方向に移動量Ｌだけ移動する。これは、図２（Ｅ）と同様である。
【００５３】
次いで、図１０（Ｆ）に示すように各マスク位置決めピン７０３を降下させ、次いでマスク７０１を支持しながらそれぞれの支柱１０３を下降させる。そうすることで、マスクベース７０２上にマスク７０１が載置され（マスクセット）、基板Ｗに対するマスク７０１の位置補正動作が完了する。
【００５４】
その後、図１０（Ｇ）に示すように真空容器内でプラズマを発生させて基板Ｗに対して基板処理を行う。また、基板Ｗを別の真空処理室へ搬出する時には、図１０（Ｈ）に示すように各支柱１０３を上昇させた後、各リフトピン９０１を上昇させて基板Ｗを搬送位置まで上昇させた後、図示しない基板搬出手段により基板Ｗを搬出する。
【００５５】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に基板Ｗに対してマスク７０１の位置を正確に補正することができ、成膜範囲を基板外周ぎりぎりの位置まで拡大した場合でも、基板裏面、基板ホルダや周辺部への膜の付着を確実に防止することが可能となる。従って、パーティクルや異常放電の発生を抑制することが可能となり、更に、コンパクトな位置合わせ装置を実現できる。
【００５６】
また、本実施形態では、上述のようにマスク位置決めピン７０３の先端部をマスク７０１の裏面に形成された凹部７０４に嵌合させてマスク７０１を支持する構造であるため、基板毎にマスクの基準位置を検出する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るマスク位置合わせ装置を示す図である。
【図２】図１のマスク位置合わせ装置の位置補正手順を説明する図である。
【図３】基板及びマスクの位置ずれ検出方法を説明する図である。
【図４】マスクの位置補正を説明する図である。
【図５】基板とマスクとの位置ずれを説明する図である。
【図６】支持ピン駆動機構の一例を示す図である。
【図７】３つの支柱を同期して回転させるための同期回転機構の一例を示す概略斜視図である。
【図８】支持ピンの例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の構成を示す図である。
【図１０】図９のマスク位置合わせ装置の位置補正手順を説明する図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００ マスク位置合わせ装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ 支持ピン
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ 支柱
１０５ 基板ホルダ
１０７ リング状カバー
５０１ チャンバ壁
５０３ ベローズ
５０５ 磁性流体シール
５０７ 上下シリンダ
５０９ 位置決めモータ
６０１ タイミングベルト
６０３ 位置決めモータ
７０１ マスク
７０２ マスクベース
７０３ａ、７０３ｂ、７０３ｃ マスク位置決めピン
７０４ 凹部
８０１ａ、８０１ｂ 光学式変位センサ
８０２ａ、８０２ｂ 光ビーム
８０３ａ、８０３ｂ センサから基板までの距離
８１１ 半導体レーザ
８１２ 駆動回路
８１３ 投光レンズ
８１４ 測定対象物
８１５ 受光レンズ
８１６ 光位置検出素子
８１７ 測定対象物の基準位置
８１８ 信号増幅回路
９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃ リフトピン
Ｗ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の外縁を覆うマスクが基板の所定の基準点に一致するように前記マスクの位置合わせを行うマスク位置合わせ装置であって、
支柱軸方向の各回転軸を中心に回転する複数の支柱と、
前記複数の支柱を同一方向、同一角度、同期して回転させる駆動手段と、
前記マスクの前記基準点から前記基板の所定の基準点までの位置ずれ量を検出する検出手段と、
前記複数の支柱の上面部にそれぞれの前記支柱の回転軸から所定距離だけずらして配置された、前記マスクを支持するための支持ピンと、を具備し、
前記検出手段で検出された位置ずれ量に基づき前記駆動手段により前記複数の支柱を同一方向、同一角度、同期して回転させることにより、前記マスクの位置合わせを行うことを特徴とするマスク位置合わせ装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記基板の中心点と前記マスクの中心点を検出し、且つ、前記基板の中心点と前記マスクの中心点に基づいて前記マスクの移動すべき移動方向と移動量Ｌを検出し、
前記支柱の中心と前記支持ピンの中心との距離をＲ、前記移動方向に対して直角で前記支柱の回転中心を通る仮想線ｌに対して移動前後の支持ピン位置が軸対称であり、前記仮想線ｌと前記支柱の中心と移動前及び移動後の支持ピンの中心とを通る直線ｍとのなす角度をともにθとする場合、
前記複数の支柱を、それぞれ前記移動前の位置から角度２θ＝２ｓｉｎ−１（Ｌ／２Ｒ）回転させることにより、前記マスクの位置合わせを行うことを特徴とする請求項１に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項３】
前記マスクの位置合わせの前に、前記複数の支柱を、前記仮想線ｌに対して角度θをなす移動前の支持ピンの位置へ、前記マスクを支持しない状態で回転させることを特徴とする請求項１又は２に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項４】
前記マスクを位置決めするための複数のマスク位置決めピンが上下動可能に設けられ、前記マスクの裏面には前記位置決めピンの先端部と嵌合する凹部が形成され、前記検出手段は、前記複数のマスク位置決めピンの先端部が前記マスクの凹部に嵌合した状態で前記マスクの中心点を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項５】
前記支持ピンは、先端が半球形状又は円錐形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項６】
前記支持ピンと前記支柱とがそれぞれ支持ピンの軸方向の回転軸に対して回転自在であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項７】
前記支持ピンの面積が前記支柱の平面内に収まることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマスク位置合わせ装置を有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項１】
基板の外縁を覆うマスクが基板の所定の基準点に一致するように前記マスクの位置合わせを行うマスク位置合わせ装置であって、
支柱軸方向の各回転軸を中心に回転する複数の支柱と、
前記複数の支柱を同一方向、同一角度、同期して回転させる駆動手段と、
前記マスクの前記基準点から前記基板の所定の基準点までの位置ずれ量を検出する検出手段と、
前記複数の支柱の上面部にそれぞれの前記支柱の回転軸から所定距離だけずらして配置された、前記マスクを支持するための支持ピンと、を具備し、
前記検出手段で検出された位置ずれ量に基づき前記駆動手段により前記複数の支柱を同一方向、同一角度、同期して回転させることにより、前記マスクの位置合わせを行うことを特徴とするマスク位置合わせ装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記基板の中心点と前記マスクの中心点を検出し、且つ、前記基板の中心点と前記マスクの中心点に基づいて前記マスクの移動すべき移動方向と移動量Ｌを検出し、
前記支柱の中心と前記支持ピンの中心との距離をＲ、前記移動方向に対して直角で前記支柱の回転中心を通る仮想線ｌに対して移動前後の支持ピン位置が軸対称であり、前記仮想線ｌと前記支柱の中心と移動前及び移動後の支持ピンの中心とを通る直線ｍとのなす角度をともにθとする場合、
前記複数の支柱を、それぞれ前記移動前の位置から角度２θ＝２ｓｉｎ−１（Ｌ／２Ｒ）回転させることにより、前記マスクの位置合わせを行うことを特徴とする請求項１に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項３】
前記マスクの位置合わせの前に、前記複数の支柱を、前記仮想線ｌに対して角度θをなす移動前の支持ピンの位置へ、前記マスクを支持しない状態で回転させることを特徴とする請求項１又は２に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項４】
前記マスクを位置決めするための複数のマスク位置決めピンが上下動可能に設けられ、前記マスクの裏面には前記位置決めピンの先端部と嵌合する凹部が形成され、前記検出手段は、前記複数のマスク位置決めピンの先端部が前記マスクの凹部に嵌合した状態で前記マスクの中心点を検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項５】
前記支持ピンは、先端が半球形状又は円錐形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項６】
前記支持ピンと前記支柱とがそれぞれ支持ピンの軸方向の回転軸に対して回転自在であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項７】
前記支持ピンの面積が前記支柱の平面内に収まることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマスク位置合わせ装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマスク位置合わせ装置を有することを特徴とする基板処理装置。
【図３】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１２６７４８（Ｐ２０１０−１２６７４８Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３００８６５（Ｐ２００８−３００８６５）
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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