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JP6342570B1 - ギャップ計測方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】マスクプレートと基板との間のギャップを計測することができるギャップ計測方法を提供する。
【解決手段】基板Swの一方の面内で互いに直交する2方向をX軸方向及びY軸方向とし、投光素子6と受光素子7とを有する計測部11を計測対象物の下方に離隔配置する工程と、投光素子6からの光が基板Sw下面で反射する位置を起点位置とし、この起点位置から計測部11を計測対象物に対してX軸方向及びY軸方向の少なくとも一方向に相対的に走査し、投光素子6からの光がマスクプレートMpで反射する計測位置にて投光素子6から光を照射して受光素子7でその反射光を受光することで、計測部11に対するマスクプレートMpの変位量に応じた走査データを取得する工程と、走査データとマスクプレートMpの板厚とから基板SwとマスクプレートMpとの間のギャップGpを計測する工程を含む。
【選択図】図3

Description

本発明は、ギャップ計測方法に関し、より詳しくは、基板の一方の面に、板厚方向に貫通する透孔を備えて基板への処理範囲を規定するマスクプレートを近接配置(密着させるものを含む)させたとき、基板とマスクプレートとの間のギャップを計測するためのものに関する。
例えば、有機ELデバイスを製造する方法の一つとして真空蒸着法が知られている。この真空蒸着法では、真空雰囲気の形成が可能な真空チャンバ内に、ガラス基板等の基板と、板厚方向に貫通する透孔(開口径が例えば20〜50μmのもの)を備えて蒸着(処理)範囲を規定するマスクプレートとを重ね合わせて配置し、蒸着源より蒸着物質を昇華または気化させ、この昇華または気化した蒸着物質をマスクプレート越しに基板の一方の面(即ち、成膜面)に付着、堆積させることで、各種の薄膜が所定のパターンで成膜される(例えば、特許文献1参照)。この場合、製品歩留まりを考慮して、マスクプレートの下方に蒸着源を配置し、所謂デポアップ式で成膜することが通常である。このとき、所謂マスクボケを可及的に抑制しつつ所定のパターンで成膜するには、真空蒸着による成膜時、基板の一方の面にマスクプレートを近接配置、より好ましくは、基板とマスクプレートとをその全面に亘って密着させることが好ましい。
このことから、マスクプレートから基板に向かう方向を上として、基板とマスクプレートとを上下方向で位置合わせして重ね、基板上にタッチプレートを介して保持手段を配置することで当該基板を挟み込むようにしてタッチプレートにマスクプレートを保持させることが一般に知られている。保持手段としては、複数個の磁石を列設してなる磁石アレイが用いられている。ここで、近年、処理すべき基板が大型化しており、これに伴い、マスクプレート自体も大型すると共に(例えば、1500mm×1800mm)、マスクプレートの各透孔を通過して基板に成膜される膜が断面略矩形の輪郭を持つように高精度に成膜するために、マスクプレートとしては数十μm〜数百μmの板厚である箔状のものが用いられるようになっている。この場合、保持手段で基板を挟み込むようにしてタッチプレートにマスクプレートを保持させたとしても、例えばマスクプレートの自重による撓みやマスクプレート面内における磁石アレイの磁場強度の相違により、マスクプレートと基板との間にギャップが局所的に生じる場合がある。この場合、マスクプレートと基板との間のギャップによっては、マスクボケが発生して製品歩留まりを低下させてしまう。
そこで、従来では、保持手段で基板を挟み込むようにしてタッチプレートにマスクプレートを保持させた状態で真空チャンバ内に搬送して成膜し、成膜後の基板を実際に評価することで、ギャップが発生している位置を特定していた。然し、このような方法では、ギャップの特定に多大な時間とコストが必要となる。このため、成膜後の基板を評価することなしに、マスクプレートと基板との間のギャップを計測する方法の開発が望まれていた。
特開2013−93278号公報
本発明は、以上の点に鑑み、保持手段で基板を挟み込むようにしてタッチプレートにマスクプレートを保持させた後、マスクプレートと基板との間のギャップを計測することができるギャップ計測方法を提供することをその課題とする。
上記課題を解決するために、基板の一方の面に、板厚方向に貫通する透孔を備えて基板への処理範囲を規定するマスクプレートを近接配置させたとき、基板とマスクプレートとの間のギャップを計測するための本発明のギャップ計測方法は、マスクプレートから基板に向かう方向を上として、基板とマスクプレートとを上下方向で位置合わせして重ね、基板上にタッチプレートを介して保持手段を配置することで当該基板を挟み込むようにしてタッチプレートにマスクプレートを保持させた計測対象物を準備する工程と、基板の一方の面内で互いに直交する2方向をX軸方向及びY軸方向とし、投光素子と受光素子とを有する計測部を計測対象物の下方に離隔配置する工程と、投光素子からの光が基板下面で反射する位置を起点位置とし、この起点位置から計測部を計測対象物に対してX軸方向及びY軸方向の少なくとも一方向に相対的に走査し、投光素子からの光がマスクプレートで反射する計測位置にて投光素子から光を照射して受光素子でその反射光を受光することで、計測部に対するマスクプレートの変位量に応じた走査データを取得する工程と、走査データとマスクプレートの板厚とから、基板とマスクプレートとの間のギャップを計測する工程を含むことを特徴とする。
本発明によれば、起点位置において投光素子からの光を基板下面の所定位置に対して照射し、この下面からの反射光を受光素子で受光し、これを基準とする。次に、例えば、投光素子から照射される光のスポット径を走査ピッチとして、この走査ピッチで起点位置から計測部を相対的に間欠走査し、投光素子から光を照射していくと、マスクプレート下面で反射するもの、マスクプレートの透孔の内面で反射するものや基板下面で再度反射するものが順次繰り返して受光素子で受光され、計測部に対するマスクプレートの変位量に応じた矩形波状の走査データが取得できる。そして、例えば、マスクプレートに撓みが生じているような場合には、マスクプレート下面で反射する各計測位置でのピーク値とマスクプレートの板厚とから、基板とマスクプレートとの間のギャップを計測することができる。このように本発明では、成膜後の基板を評価することなしに、基板面内において基板とマスクプレートとの間のギャップを効率よく計測することができる。本発明のギャップ計測方法は、大気中だけでなく、真空雰囲気でも実施することができ、例えば、大気圧下の基板を真空チャンバ内に搬送するために、この真空チャンバにゲートバルブを介して連設されるロードロックチャンバにて行い、真空雰囲気中で計測後のものを搬送してそのまま成膜を行うことができる。なお、本発明において、「近接配置」といった場合、基板とマスクプレートとをその全面に亘って密着させている場合を含む概念である。
ところで、マスクプレートに設けられる透孔の中には、例えば成膜レートの向上等の目的でマスクプレートの各透孔が下方向に向けて末拡がり内面を持つようにしたものがある。このような透孔をマスクプレートにエッチング等により形成すると、各透孔の末拡がり内面が歪んでいる場合があり、これに起因して、基板とマスクプレートとの間に、測定誤差に起因する見かけ上のギャップが生じることがある。そこで、本発明では、前記計測位置に、透孔の下面内縁部で反射する光(つまり、透孔のエッジでの反射光)を受光するものを含むことが可能な方式である。これにより、当該計測位置でのピーク値とマスクプレートと板厚とが一致すれば、基板とマスクプレートとの間のギャップは生じていないと判断でき、矩形波のピーク値とマスクプレートの板厚との間に差があれば、この差が基板とマスクプレートとの間のギャップとして計測することができる。この場合、より正確な計測を行うには、投光素子から基板に対して垂直に光を照射することが好ましいため、投光素子からの光が基板下面で反射する位置を起点位置とし、この起点位置から計測部を計測対象物に対してX軸方向及びY軸方向の少なくとも一方向に相対的に走査し、投光素子からの光が基板下面で反射する複数の位置にて受光素子でその反射光を受光し、XY平面に対する基板の傾きを計測する工程と、投光素子からの光が基板に対して直角に入射するように、計測した基板の傾きに応じて計測部を傾動させる工程とを更に含む構成を採用してもよい。なお、本発明においては、前記計測部は、広帯域レーザーを使用して分光干渉法により前記変位量を計測することが好ましい。
ところで、上記の如く、計測対象物に対し、例えば透孔の径より小さいスポット径のレーザー光を照射し、そのスポット径を走査ピッチとして、この走査ピッチで計測部をマスクプレートに対してその透孔を横切るように相対的に走査させて、計測部に対するマスクプレートの変位量を計測していく場合、視野角が非常に小さくなるため、マスクプレートのどの位置を実際に測定しているかを確認できず、マスクボケを招くマスクプレートと基板との間に生じたギャップを特定できない虞がある。そこで、本発明においては、前記計測部の投光素子から計測対象物に対して光を照射した領域を拡大して表示する工程を更に含むことが好ましい。
(a)は、本発明の実施形態のギャップ計測方法を実施する計測装置を示す模式断面図であり、(b)は、図1(a)のIb−Ib線に沿う模式断面図。 計測対象物を示す模式断面図。 (a)及び(b)は、本発明の実施形態のギャップ計測方法を説明する図。 図1に示す計測装置の変形例を模式的に示す図。
以下、図面を参照して、基板を矩形のガラス基板とし(以下、単に基板Swとする)、基板Swの一方の面に、板厚方向に貫通する透孔Mfを備えて基板Swへの処理範囲を規定するマスクプレートMpを密着させたとき、基板SwとマスクプレートMpとの間のギャップGpを計測するための本発明のギャップ計測方法の実施形態を説明する。以下においては、マスクプレートMpから基板Swに向かう方向をZ軸方向の上として、Z軸方向に直交する基板の一方の面内で互いに直交する2方向をX軸方向及びY軸方向とする。
図1を参照して、LCは、基板Swに対して真空蒸着法による成膜が実施できる真空チャンバ(図示省略)にゲートバルブ(図示省略)を介して連設された予備チャンバである。予備チャンバLCには真空ポンプ10が接続され、その内部を大気圧から所定圧力まで真空引きできるようになっている。予備チャンバLCには、本実施形態のギャップ計測方法を実施する計測装置1が設けられている。計測装置1は計測部11と計測部11をX軸方向及びY軸方向の少なくとも一方向に移動可能な移動部12とで構成されている。移動部12は、予備チャンバLCの底面にX軸方向に沿って敷設された2本のレール2,2に摺動自在に係合するスライダ(図示せず)を有する門型のフレーム3を備え、図示省略のモータにより所定のピッチでX軸方向にフレーム3が進退できるようになっている。また、フレーム3には、Y軸方向にのびる送りねじ4が設けられ、送りねじ4には支持台5の図示省略する取付部が螺合し、支持台5が図示省略のモータにより所定のピッチでY軸方向に進退できるようになっている。そして、支持台5に計測部11が設けられている。
計測部11は、投光素子6と受光素子7とを有する変位センサで構成される。この場合、投光素子6としては、半導体レーザーやファイバーヘッド等を用いることができ、受光素子7としては、CMOSやCCDを用いることができ、また、その計測方法としては、反射光をもとに三角測量の原理で計測するものや、投影したレーザーとその反射光の位相差で計測するものが利用できる。また、μmオーダーのギャップGpを効率よく計測するために、広帯域レーザーを使用して分光干渉法により変位量を計測できるものが好ましい。なお、計測部11自体は公知のものであるため、これ以上の詳細な説明は省略する。また、特に図示して説明しないが、計測装置1は、計測部11や移動部12の作動や計測処理を統括制御するコントローラを備え、コントローラが、例えば、後述の走査データを取得したり、基板SwとマスクプレートMpとの間のギャップGpを計測したりするようになっている。
計測部11から離隔した予備チャンバLCの上部空間には支持枠8が設けられ、支持枠8で計測対象物Moが後述のマスクプレートMpを下側にした姿勢で支持される。図2を参照して、計測対象物Moは、マスクプレートMpと基板SwとタッチプレートTpと保持手段たる磁石アレイMaとで構成される。マスクプレートMpは、常温付近で熱膨張率が小さい金属材料から選択され、例えばインバーで作製される。マスクプレートMpには、板厚方向に貫通する複数の透孔Mfが所定のパターンで開設されている。この場合、マスクプレートMpとしては、透孔Mfを通過して基板Swに成膜される膜が断面略矩形の輪郭を持ち、かつ、このような膜を高精度に成膜するために、数十μm〜数百μmの板厚である箔状のものが用いられ、マスクプレートMpより板厚の厚い支持枠8で保持されるようになっている。また、透孔Mfの内面は、成膜レートを向上させる目的で、下方に向けて末広がりなすり鉢状に開設されている(図3参照)。この場合、マスクプレートMpの上面での透孔Mfの輪郭は、円形や長円等、成膜しようとするパターンに応じて適宜設定される。なお、このような透孔Mfを開設すると、各透孔Mfの末拡がり内面が歪んでいる場合があり、これに起因して、基板SwとマスクプレートMpとの間に、測定誤差に起因する見かけ上のギャップが生じることがある。
タッチプレートTpは、透磁率が小さい金属材料でから選択され、例えば、オーステナイト系ステンレスが用いられる。この場合、基板Swが密着するタッチプレートTpの下面は、所定の平坦度を有するように加工され、タッチプレートTpに基板Swがその全面に亘って密着したとき、基板Swを平坦に保持する役割を果たすようにしている。磁石アレイMaは、板状のヨークYoと、ヨークYoの下面に、同一形状かつ同種のY軸方向に長手の棒状磁石BmをX軸方向に間隔を存してかつ下側の磁極を交互に変えて列設して構成されている。以下に、本実施形態のギャップ計測方法を具体的に説明する。
先ず、予備チャンバLC内で計測対象物Moを準備する。予備チャンバLCに設けた支持枠8上にマスクプレートMpを設置する。次に、マスクプレートMp上に位置合わせして基板Swを重ね合わせる。この場合、マスクプレートMpと基板Swとの所定位置にはアライメントマーク(図示せず)が設けられ、アライメントマークをCCDカメラ等で撮像しながら、マスクプレートMpに対する基板Swの位置が調整される。そして、基板Sw上に、その上方から下降させてタッチプレートTpを載置した後、その上方から下降させてタッチプレートTp上に磁石アレイMaを設置する。これにより、基板Swを挟み込むようにしてタッチプレートTpにマスクプレートMpが密着保持され、計測対象物Moが準備される。
次に、計測対象物Moが準備されると、投光素子6からの光が基板下面Sw1で反射する位置を起点位置とし(図3(a)中、計測部11が最左端にある位置)、この起点位置にて、投光素子6から光を基板下面Sw1の所定位置(光がマスクプレートMpの透孔Mfを通過する位置)に対して照射し、この基板下面Sw1からの反射光を受光素子7で受光し、これを基準とする。そして、移動部12により計測部11を起点位置からX軸方向及びY軸方向の少なくとも一方向に相対的に走査する。ここで、例えば、投光素子6から照射される光のスポット径を走査ピッチとし、この走査ピッチで起点位置から、図3(a)中右側に向かって計測部11を相対的に間欠走査し、投光素子6から光を照射していくと、マスクプレートMpの透孔Mfの内面で反射する光、透孔Mfの下面内縁部Mp2で反射する光(つまり、図3(a)中、透孔Mfの左側のエッジでの反射光)、マスクプレート下面Mp1で反射する光、透孔Mfの他の下面内縁部Mp2で反射する光(つまり、図3(a)中、透孔Mfの右側のエッジでの反射光)が、透孔Mfの他の下面内縁部Mp2で反射する光(つまり、透孔Mfのエッジでの反射光)が順次受光素子7で受光され、これを一周期としてこの操作が繰り返される(図3(a)参照)。これにより、計測部11に対するマスクプレートMpの変位量に応じた矩形波状の走査データ(図3(b)参照)を取得できる。マスクプレートMpに撓みが生じているような場合には、例えば、マスクプレート下面Mp1で反射する各計測位置でのピーク値とマスクプレートMpの板厚とから、基板SwとマスクプレートMpとの間のギャップGpを計測することができる。計測後、基板SwとマスクプレートMpとの間のギャップGpが全て所定の範囲である場合には、計測対象物Moを予備チャンバLCから真空チャンバ(図示省略)に搬送して所定の蒸着処理が行われる。
このように本実施形態では、成膜後の基板Swを評価することなしに、基板Sw面内において基板SwとマスクプレートMpとの間のギャップGpを効率よく計測することができる。この場合、計測部11を計測対象物Moの下方に離隔配置する構成を採用したため、ギャップGpの計測時にマスクプレートMpに計測部11が接触して傷を付けるといった不具合は生じない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変形が可能である。上記実施形態では、保持手段として磁石アレイMaを用いるものを例に説明したが、基板Swを挟み込むようにしてタッチプレートTpにマスクプレートMpを保持できるものであれば、その形態は問わない。また、上記実施形態では、計測装置1の移動部12として、フレーム3や送りねじ4を備えるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、計測部11が計測対象物MoからZ軸方向に一定の間隔を保持したまま、X軸方向及びY軸方向に移動できるものであれば、その形態は問わない。他方、計測部11を固定とし、計測対象物MoをX軸方向及びY軸方向に移動できるように構成することもできる。
また、上記実施形態では、計測部11のZ軸方向の位置は変更できないが、計測部11をZ軸方向に昇降自在に構成し、計測対象物Moを所定位置に設置する場合には、下方に離れた位置に退避させ、ギャップ計測時には、計測対象物Moに近接できるように構成してもよい。更に、発光素子6や受光素子7に角度調整機構を付設し、マスクプレートMpに対する光の入射角やマスクプレートMpでの反射角を調整できるように構成することができる。計測部11の昇降機構や、角度調整機構としては、公知のものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。
ところで、図2及び図3(a)に示すような下方に向けて末広がりな内面を持つ透孔MfをマスクプレートMpにエッチング等により形成すると、各透孔Mfの末拡がり内面が歪んでいる場合があり、これに起因して、基板SwとマスクプレートMpとの間に、測定誤差に起因する見かけ上のギャップが生じることがある。このような場合には、計測位置として、透孔Mfの下面内縁部Mp2で反射する光を含むことで、当該計測位置でのピーク値とマスクプレートMpの板厚とが一致すれば、基板SwとマスクプレートMpとの間のギャップGpは生じていないと判断でき、矩形波のピーク値とマスクプレートMpの板厚との間に差があれば、この差を基板SwとマスクプレートMpとの間のギャップGpとして計測することができる。
また、計測位置として、透孔Mfの下面内縁部Mp2で反射する光を含む場合、精度よく計測するには、投光素子6から基板Swに対して垂直に光を照射する必要がある。そこで、投光素子6からの光が基板下面Sw1で反射する位置を起点位置とし、この起点位置から計測部11を計測対象物Moに対してX軸方向及びY軸方向の少なくとも一方向に相対的に走査し、投光素子6からの光が基板下面Sw1で反射する複数の位置(少なくとも3点)にて受光素子7でその反射光を受光し、XY平面に対する基板Swの傾きを計測する。そして、計測した基板Swの傾きに応じて、公知のチルト機構等を用いて計測部11を傾動させれば、投光素子6からの光を基板Swに対して直角に入射させることができ、有利である。なお、計測部11を移動させるものとして、5軸以上の多関節式ロボットを用いることもできる。
なお、計測部11として分解能の高いものを用いる場合、計測部11とマスクプレートMpとの距離を短くする必要がある。このため、マスクプレートMpの撓み量が多い場合等には、計測部11を移動させると、計測部11がマスクプレートMpに接触する虞がある。そこで、計測部11とは別に、計測部11とマスクプレートMpとの距離を長くできる分解能の低い他の計測部を更に設け、この他の計測部により基板Swの傾きや撓みを上記と同様にして測定し、計測部11を移動させてもマスクプレートMpに接触しないことを確認して走査するようにしてもよい。
ところで、上記の如く、計測対象物Moに対し、投光素子6により例えば透孔Mfの径より小さいスポット径のレーザー光を照射し、そのスポット径を走査ピッチとして、この走査ピッチで計測部11をマスクプレートMpに対してその透孔Mfを横切るように相対的に走査させて(図3(a)参照)、計測部に対するマスクプレートの変位量を計測していく場合、視野角が非常に小さくなるため、マスクプレートMpのどの部分を実際に測定しているかを確認できない虞がある(例えば、測定を開始しようとする起点位置に投光素子6からの光が正確に照射されているかを判断できない)。
そこで、上記実施形態の変形例にかかる計測装置1では、計測部11の投光素子6や受光素子7が設置される支持台5に、例えば、CCDカメラやマイクロスコープを備えた撮像手段20が更に設けられている。そして、撮像手段20により、投光素子6から計測対象物Moに光を照射したとき、光の照射位置を含む所定領域を撮像し、これを画像処理してディスプレイ等の表示手段(図示せず)に拡大して表示できるようにしている。この場合、計測対象物Moに対して投光素子6により光を照射した後、マスクプレートMpに対して計測部11を相対走査するのに先立って、撮像手段20により光の照射位置を含む所定領域を撮像する工程が更に設けられ、例えば、測定を開始しようとする起点位置の確認が行われる。これにより、マスクプレートMpのどの部分を実際に測定しているかを確実に把握でき、マスクボケを招くマスクプレートMpと基板Swとの間に生じたギャップGpを確実に特定できる。
Gp…ギャップ、Sw…基板、Mf…透孔、Mp…マスクプレート、Tp…タッチプレート、Ma…磁石アレイ,保持手段、Mo…計測対象物、11…計測部、6…投光素子、7…受光素子、Bm…磁石。

Claims (5)

  1. 基板の一方の面に、板厚方向に貫通する透孔を備えて基板への処理範囲を規定するマスクプレートを近接配置させたとき、基板とマスクプレートとの間のギャップを計測するためのギャップ計測方法であって、
    マスクプレートから基板に向かう方向を上として、基板とマスクプレートとを上下方向で位置合わせして重ね、基板上にタッチプレートを介して保持手段を配置することで当該基板を挟み込むようにしてタッチプレートにマスクプレートを保持させた計測対象物を準備する工程と、
    基板の一方の面内で互いに直交する2方向をX軸方向及びY軸方向とし、投光素子と受光素子とを有する計測部を計測対象物の下方に離隔配置する工程と、
    投光素子からの光が基板下面で反射する位置を起点位置とし、この起点位置から計測部を計測対象物に対してX軸方向及びY軸方向の少なくとも一方向に相対的に走査し、投光素子からの光がマスクプレートで反射する計測位置にて投光素子から光を照射して受光素子でその反射光を受光することで、計測部に対するマスクプレートの変位量に応じた走査データを取得する工程と、
    走査データとマスクプレートの板厚とから、基板とマスクプレートとの間のギャップを計測する工程を含むことを特徴とするギャップ計測方法。
  2. 請求項1記載のギャップ計測方法であって、マスクプレートの各透孔が下方向に向けて末拡がり内面を持つものにおいて、
    前記計測位置に、透孔の下面内縁部で反射する光を受光するものを含むことを特徴とするギャップ計測方法。
  3. 請求項2記載のギャップ計測方法であって、投光素子から基板に対して垂直に光を照射するものにおいて、
    投光素子からの光が基板下面で反射する位置を起点位置とし、この起点位置から計測部を計測対象物に対してX軸方向及びY軸方向の少なくとも一方向に相対的に走査し、投光素子からの光が基板下面で反射する複数の位置にて受光素子でその反射光を受光し、XY平面に対する基板の傾きを計測する工程と、投光素子からの光が基板に対して直角に入射するように、計測した基板の傾きに応じて計測部を傾動させる工程とを更に含むことを特徴とするギャップ計測方法。
  4. 前記計測部は、広帯域レーザーを使用して分光干渉法により前記変位量を計測することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のギャップ計測方法。
  5. 前記計測部の投光素子から計測対象物に対して光を照射した領域を拡大して表示する工程を更に含むことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のギャップ計測方法。
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