JP2004303559A - アライメント装置及び方法、並びにこれを用いて製造される有機el素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガラス基板1の仮想対角線上の両端付近に、基板用マーク1aを対向して形成し、基板用マーク1aと結ぶ仮想線同士が平行となる位置に平行基準マーク1bを形成する基板マーク形成手段4と、マスク2の仮想対角線上の両端付近に、マスク用マーク2aを対向して形成するマスクマーク形成手段5と、マークが対向して配置された位置において、測定用画像を取得する画像取得手段と、測定用画像から、マスク2の中心点座標値を算出する座標値算出手段21と、マスク2の中心点座標値とガラス基板1の中心点座標値との座標差分値を算出する補正値算出手段22と、座標差分値を補正値として用い、ガラス基板1または/およびマスク2の位置補正を行なう。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明基板と成膜用マスクとの位置合わせを行なうアライメント装置及び方法、並びにこれを用いて製造される有機EL素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、有機ELディスプレイの製造工程において、その発光素子となる有機EL層をガラス基板等に成膜する方法として、一般的に蒸着による成膜が行なわれている。この蒸着工程においては、成膜用マスクとしてパターンが形成された金属製のいわゆるメタルマスクが用いられる。そして、メタルマスク上に前記ガラス基板等が重ねられ、前記メタルマスクの下方から有機EL材料等を蒸発させることにより、メタルマスクを介して基板表面への成膜が行なわれている。
【0003】
この有機EL素子の基板には、アノード、正孔輸送層、有機EL発光層、電子輸送層、カソードが順に積層されている。例えばこのうち、正孔輸送層、有機EL発光層、電子輸送層は蒸着により成膜される。夫々の層として形成されるパターンの上下位置関係は精密に形成されなければならず、蒸着工程においてメタルマスクと基板との位置合わせを正確に行なう必要がある。
【0004】
このようにメタルマスクと基板との位置合わせを精密に行なう目的のアライメント装置については、例えば特許文献1(特開2002−148580号)に示されている。
このアライメント装置においては、マスクプレート上への載置の際に位置ずれしたメタルマスクの位置補正を先に行ない、その後メタルマスク上にガラス基板を載置するというものである。具体的には、次のようにして位置合わせが行なわれる。
【0005】
先ず、メタルマスクのエッジ部分の画像を複数のカメラで取得し、その画像を元にメタルマスクの基準辺角度と基準点位置が求められる。
このメタルマスクの基準辺角度および基準点位置と、搬送装置により把持されているガラス基板の基準辺角度および基準点位置との差分を求め、この差分をもとにメタルマスクの位置補正が行なわれる。
【0006】
【特許文献1】
特開2002―148580号公報(第4頁右欄第18行乃至第6頁左欄27行、第1図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、有機EL素子においては、例えば電極から有機EL層までが、非常に薄く形成されるため、メタルマスクの撓みを防ぐことが不可欠とされている。すなわち、前記撓みにより、メタルマスクと基板との間に隙間が形成され、所望のパターン幅を得ることができない弊害を防止するためである。
しかしながら、近年のパターン高精細化のために、メタルマスクは非常に薄く形成されているため、メタルマスクを単にマスクプレート上に載置しただけでも、緩やかな撓みが生じる。このため、特許文献1に示されるように、ガラス基板を単にメタルマスク上に載置するだけでは、メタルマスクの撓みによってガラス基板とメタルマスクとの間に隙間が形成される虞がある
【0008】
このような課題に対して、例えば、メタルマスクに対し、水平方向に張力を加え、メタルマスクを引き伸ばした状態で、マスクフレームに固定する方法が取られている。
しかしながら、このような固定方法による場合、図1に示すように、メタルマスク50に張力Aが加えられ、メタルマスク50が横方向または/および縦方向(図示しない)に引き伸ばされるため、矢印に示すように対角線上隅部に記されたアライメントマーク50aの位置がずれるという技術的課題があった。
すなわち、このようにメタルマスク上のアライメントマークの位置がずれると、メタルマスクおよび基板に夫々記された一対のアライメントマーク同士の位置が合わず、メタルマスクと基板との位置合わせが正確にできない等の不具合が生じていた。
【0009】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、成膜用マスクに張力が加えられて、アライメントマークの位置がずれても、透明な基板との位置合わせを正確に行なうことのできるアライメント装置および方法を提供することを目的とする。また、それらを用いて製造される有機EL素子を提供することを目的とする。
【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、本発明に係るアライメント装置は、透明の基板と成膜用マスクとを重ねたときの位置合わせを行なうアライメント装置において、前記基板面に形成される一つの仮想対角線上の両端付近に、第1のマークを対向して形成し、該第1のマークと結ぶ仮想線同士が平行となる位置に第2のマークを形成する基板マーク形成手段と、前記成膜用マスク面に形成される一つの仮想対角線上の両端付近に、第3のマークを対向して形成するマスクマーク形成手段と、前記第1乃至第3のマークが対向して配置された夫々の位置において、前記第1のマークと前記第2のマークと前記第3のマークとを測定用画像として取得する画像取得手段と、前記測定用画像から前記第1のマークと前記第3のマークとの距離を算出し、前記基板面に形成される2次元座標において、前記成膜用マスクの中心点座標値を算出する座標値算出手段と、前記成膜用マスクの中心点座標値と前記基板の中心点座標値との座標差分値を算出する補正値算出手段と、前記座標差分値を補正値として用い、前記基板または/および前記成膜用マスクの位置補正を行なう位置補正手段とを少なくとも備えることに特徴を有する。
【0011】
一方、本発明に係るアライメント方法においては、透明の基板と成膜用マスクとを重ねたときの位置合わせを行なうアライメント方法において、前記基板面に形成される一つの仮想対角線上の両端付近に、第1のマークを対向して形成し、該第1のマークと結ぶ仮想線同士が平行となる位置に第2のマークを形成する工程と、前記成膜用マスク面に形成される一つの仮想対角線上の両端付近に、第3のマークを対向して形成する工程と、前記第1乃至第3のマークが対向して配置された夫々の位置において、前記第1のマークと前記第2のマークと前記第3のマークとを測定用画像として取得する工程と、前記測定用画像から前記第1のマークと前記第3のマークとの距離を算出し、前記基板面に形成される2次元座標において、前記成膜用マスクの中心点座標値を算出する工程と、前記成膜用マスクの中心点座標値と前記基板の中心点座標値との座標差分値を算出する工程と、前記座標差分値を補正値として用い、前記基板または/および前記成膜用マスクの位置補正を行なう工程とを少なくとも含むことに特徴を有する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るアライメント装置及び方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図2は本発明の実施の形態に係るアライメント装置の全体構成の概略を示すブロック図である。
【0013】
図2中、ガラス基板1は透明な基板である。このガラス基板1には、図3の平面図に示すように、ガラス基板1の上面に破線で示す対角線上の両端付近に、第1のマークとして菱形状の一対のアライメントマーク(以下、基板用マークと呼ぶ)1aが対向して記されている。
さらに夫々の基板用マーク1aの近傍には、第2のマークとして円形状の平行基準マーク1bが夫々記されている。この平行基準マーク1bは、基板用マーク1aと平行基準マーク1bとを夫々結ぶ仮想線L1とL2とが平行となる位置に記されている。
なお、これら基板用マーク1aおよび平行基準マーク1bは、図2に示すアライメント装置100が備える基板マーク形成手段4によって、位置合わせ作業前にガラス基板上にマーキングされる。さらに、このマーキング作業によって記された2つの基板用マーク1aの2次元軸方向距離、および基板用マーク1aと平行基準マーク1bの2次元軸方向距離は、後述の画像処理部20の記憶部23に記憶される。
【0014】
また、図2において、例えば、ステンレス、チタン、ニッケル等の材料で形成された成膜用のメタルマスク(以下成膜用マスク2と呼ぶ)が、この成膜用マスク2と同様の材料で形成されたマスクフレーム3上に、水平方向に張力を加えられた状態で配置されている。この成膜用マスク2は、張力を加えられることにより、その表面は、撓みがない状態となっている。
【0015】
このマスクフレーム3は、矩形の筒形構造に形成され、枠の部分で成膜用マスク2と接触し、図示しない固定手段により成膜用マスク2に張力を加え、その状態で成膜用マスク2を固定している。
そして、図4の成膜用マスクの平面図に示すように、成膜用マスク2の上面に破線で示す対角線上の両端付近には、第3のマークとして一対のアライメントマーク(以下、マスク用マークと呼ぶ)2aが対向して記されている。また成膜用マスク2の上下面には、スリットによる複数のマスクパターン2bが形成されている。
なお、このマスク用マーク2aもまた、図2のアライメント装置100が備えるマスクマーク形成手段5によって、位置合わせ作業前に成膜用マスク2上に記される。
【0016】
図2に示すように、成膜用マスク2上にガラス基板1が載置されるが、成膜用マスク2とガラス基板1との位置合わせが正確に行なわれた後、ガラス基板1への成膜作業が行なわれる。すなわち、マスクフレーム3の下方より、図示しない蒸発手段によって、有機EL材料等が上方に蒸発され、成膜用マスク2を介して、マスクパターン2bの部分がガラス基板1に蒸着されるよう構成されている。
【0017】
一方、図2に示すアライメント装置100は、前記した基板マーク形成手段4およびマスクマーク形成手段5の他に次のものを備えている。
先ず、ガラス基板1および成膜用マスク2に記されたアライメントマークの画像を採取する画像取得手段である2台のカメラ10及びカメラインタフェイス11と、ガラス基板1を把持して搬送し、位置補正手段となる把持部13及び搬送駆動部12を備える。ここで、カメラ10は、CCDカメラ、CMOSカメラ等を使用することができる。なお、ガラス基板1上に記された基板用マーク1aと平行基準マーク1bとの2次元軸方向距離の信頼性が高いため、カメラ10の位置合わせ作業等は必要とされない。
また、搬送駆動部12は、把持部13によって把持したガラス基板1(または成膜用マスク2を配置したマスクフレーム3)に対し、2次元のXY軸方向への移動及び水平方向の回転動作を行なう機構を備えている。このとき、ガラス基板1と、成膜用マスク2を配置したマスクフレーム3に対し、同時に2次元のXY軸方向への移動及び水平方向の回転動作を行なうように構成してもよい。
【0018】
さらにアライメント装置100は、前記画像取得手段が取得した画像を処理する画像処理部20と、アライメント装置100の動作制御を行なう制御部14とを備えている。
そして、画像処理部20は、カメラ10が撮影した画像を一時保存する記憶部23と、取得した画像から成膜用マスク2の中心点の座標値等を算出する座標値算出手段21と、成膜用マスク2の前記中心点の座標値とガラス基板1の中心点座標値等とから位置補正すべき補正値を算出する補正値算出手段22とを備えている。
【0019】
このように構成されたアライメント装置100の動作を図5の動作フローに基づき説明する。
先ず、基板マーク形成手段4およびマスクマーク形成手段5により、ガラス基板1および成膜用マスク2へのアライメントマークのマーキングが行なわれる(ステップS1)。この後、成膜用マスク2がマスクフレーム3に配置され、この成膜用マスク2の上に図示しない搬送手段によりガラス基板1が載置される。
【0020】
次いで、2台のカメラ10により夫々、基板用マーク1aと平行基準マーク1bとマスク用マーク2aとが一つの画像に撮影される。この画像は図6の平面図に示すように、第1、第2の測定用画像C1、C2として撮影され、取得される(ステップS2)。
カメラ10によって撮影された画像C1、C2は、カメラインタフェイス11によって画像処理部20での処理が可能な形態に変換され、画像処理部20に入力される。
【0021】
画像処理部20においては、先ず記憶部23に画像C1、C2が一時保存され、この一時保存された画像に対して、画像処理部20内部での処理が行なわれる。
記憶部23に一時記憶された画像C1、C2に対して、座標値算出手段21は、事前に記憶部23に記憶していたガラス基板1上のアライメントマーク同士の2次元軸方向距離に基づき、成膜用マスク2の中心点の座標値等を算出する(ステップS3)。
次いで、補正値算出手段22は、成膜用マスク2の中心点の座標値とガラス基板1の中心点の座標値等とから、位置補正すべき補正値を算出する(ステップS4)。
【0022】
そして、補正値算出手段22によって算出された補正値は、制御部14によって搬送駆動部12の動作制御のパラメータとして使用される。すなわち、搬送駆動部12は、把持部13を介し、前記補正値に対応した搬送動作をガラス基板1(及び成膜用マスク2を配置したマスクフレーム3、または、いずれか)に対して行なう。これにより、ガラス基板1(及び成膜用マスク2を配置したマスクフレーム3、または、いずれか)は、適正な位置へ補正移動され、成膜用マスク2とガラス基板1との位置合わせ作業が完了する(ステップS5)。
【0023】
続いてさらに、画像処理部20における処理、すなわち前記ステップS3乃至ステップS4の処理について詳細に説明する。
図7は、カメラ10が撮影し、取得した測定用画像C1のイメージを示すものである。なお、同様に取得された測定用画像C2に対しても同様の処理が行なわれるため、画像C1に対する処理を例にとって説明する。
前記ステップS3の工程において、画像C1に対し、座標値算出手段21は、先ず、事前に記憶部23に記憶していたガラス基板1上のアライメントマーク同士の2次元軸方向距離に基づき、マスク用マーク2aと基板用マーク1aとの距離を2次元軸、すなわちXY軸方向の値で取得する。このとき、X軸方向は、基板用マーク1aと平行基準マーク1bとを通過するラインL1の方向とされ、Y軸方向は、それに直交する方向とされる。
なおここで、画像C1で得られたマスク用マーク2aと基板用マーク1aとの距離はX1、Y1となり、画像C2で得られた距離はX2、Y2となる。
【0024】
なお、図8に示すガラス基板1の平面図において、基板用マーク1aと平行基準マーク1bとを通過するラインL2をX軸とし、それに直交して他方の基板用マーク1aを通過するラインL3をY軸とすると、それらが交差する点1dの座標は(0,0)となる。
また、夫々の基板用マーク1a同士のXY軸方向距離をX,Yとすると、夫々のマークの座標は(0,Y)および(X,0)となる。
そして、このガラス基板1には撓み等変形が生じないため、その中間点であるガラス基板1の中心点1cの座標は正確に(X/2,Y/2)で表すことができる。
【0025】
以上求められたマスク用マーク2aと基板用マーク1aとの距離の値及びガラス基板1の中心点1cの座標値から、座標値算出手段21は、成膜用マスク2の中心点2cを中心点として算出する。
すなわち、図9の平面図に示すように、前記画像C1におけるマスク用マーク2aの座標値は(X1,Y−Y1)となり、前記画像C2におけるマスク用マーク2aの座標値は(X−X2,Y2)となる。
したがって座標値算出手段21は、これらの座標値から成膜用マスク2の中心点2cの座標値を、((X−X1−X2)/2,(Y−Y1−Y2)/2)として算出する。
【0026】
さらに、座標値算出手段21は、それまでに算出したデータから、ガラス基板1における中心点1cと基板用マーク1aとを結ぶ線のX軸に対する傾斜角θ1と、成膜用マスク2における中心点2cとマスク用マーク2aとを結ぶ線のX軸に対する傾斜角θ2とを算出する。
なお、θ1は、演算式θ1=tan−1(Y/X)によって求められ、θ2は、演算式θ2=tan−1((Y−Y1−Y2)/(X−X1−X2))によって求められる。
【0027】
そして前記ステップS4の工程において、補正値算出手段22は、ガラス基板1の中心点1cの座標値(X/2,Y/2)と、成膜用マスク2の中心点2cの座標値((X−X1−X2)/2,(Y−Y1−Y2)/2)との距離差分をXY軸方向の値X3、Y3として算出する。すなわち、ガラス基板1(及び成膜用マスク2を配置したマスクフレーム3、または、いずれか)を位置補正する補正値のパラメータの一つとしてX3、Y3の値を出力する。
さらに、前記傾斜角θ1とθ2との角度差を角度差分θ3として算出し、ガラス基板1(及び成膜用マスク2を配置したマスクフレーム3、または、いずれか)を位置補正する補正値のパラメータの一つとして出力する。
そして、位置補正手段である搬送駆動部12は、前記X3、Y3、θ3の値が夫々一定の誤差範囲内となるように把持部13を用いて位置補正を行なう。前記誤差範囲は、マスクパターン2bのパターン幅等により設定される。なお、特に限定しないが、前記搬送駆動部12は、好ましくは、前記X3,Y3,θ3のいずれかの値が0となるように位置補正を行ない、さらに好ましくは前記X3,Y3,θ3のすべての値が0となるように位置補正を行なう。
【0028】
なお、前記したようにガラス基板1の中心点1cと成膜用マスク2の中心点2cの位置を一致させ、なおかつ前記傾斜角を一致させることによって、位置合わせが行なわれる。これは、成膜用マスク2をマスクフレーム3に張力を加えて配置したときに、この張力による位置ずれの影響は、成膜用マスク2の周縁部に現れ、成膜用マスク2の中心点2c及びマスクパターン2bの部分には現れないことを利用したものである。
【0029】
以上のように、本実施の形態によれば、例えば有機EL素子等を製造するときの蒸着工程前に、撓み等を除くために張力を加えられ、マスクフレーム3に配置された成膜用マスク2の中心点2cと、ガラス基板1の中心点1cとの位置を一致させ、さらに成膜用マスク2とガラス基板1との傾斜角を一致させることにより、正確に成膜用マスク2とガラス基板1との位置合わせ作業を行なうことができる。
すなわち、本実施の形態に示したようなアライメント装置及び方法を用いることにより、例えば有機EL素子の製造において歩留まりを向上することができる。
なお、前記本実施の形態に示した基板用マーク1a、平行基準マーク1b、マスク用マーク2aの夫々の形状は一例であって、これに限ったものではない。例えば、基板用マーク1aを円形、平行基準マーク1bを菱形、マスク用マーク2aを星型としてもよく、また、夫々の形状を角形、楕円形等の別の形状にしてもよい。
また、前記基板用マーク1aは、ガラス基板1の対角線上に配置されるが、基板用マーク1aと平行基準マーク1bとの前後左右の位置関係は、前記実施の形態に示したものに限定されない。すなわち、平行基準マーク1bは、基板用マーク1aと結ぶ前記ラインL1とL2とが平行になる位置に配置すればよい。
【0030】
また、前記本実施の形態にあっては、成膜用マスク2の上面にマスク用マーク2aを設けたが、マスクマーク形成手段5によってマスクに孔を形成し、該孔をマスク用マーク2aとしてもよい。この場合、マスク用マーク2aの視認性を向上するために、前記孔直下のマスクフレーム3の部分に前記孔よりも大きな凹部を設け、この凹部底面を黒または灰色に着色することが好ましい。あるいは、前記凹部底面を粗面に形成し、光の反射を防止するようにしてもよい。
また、基板マーク形成手段4によってガラス基板1上に基板用マーク1aおよび平行基準マーク1bを記したが、前記マスクマーク形成手段5と同様に孔を形成するようにしてもよい。
なお、前記本実施の形態において、基板をガラス基板としたが、本発明のアライメント装置および方法に用いる基板はこれに限らず、例えばプラスチック基板等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、成膜用マスクに記されたアライメントマークの位置が、加えられた張力によってずれた状態を示す図である。
【図2】図2は、本発明にかかるアライメント装置の概略構成を示すブロック図である。
【図3】図3は、ガラス基板に記されたアライメントマークを示す平面図である。
【図4】図4は、成膜用マスクに記されたアライメントマークを示す平面図である。
【図5】図5は、アライメント装置および方法の動作フローである。
【図6】図6は、画像取得手段によって取得される測定用画像を示す平面図である。
【図7】図7は、基板用マークとマスク用マークの2次元軸方向の距離を示す図である。
【図8】図8は、ガラス基板の中心点座標を示す図である。
【図9】図9は、ガラス基板が位置補正する補正値を示す図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板
1a 基板用マーク
1b 平行基準マーク
1c ガラス基板中心点
2 成膜用マスク
2a マスク用マーク
2b マスクパターン
2c 成膜マスク中心点
3 マスクフレーム
10 カメラ
11 カメラインタフェイス
12 搬送駆動部
13 把持部
14 制御部
20 画像処理部
21 座標値算出手段
22 補正値算出手段
Claims (8)
- 透明の基板と成膜用マスクとを重ねたときの位置合わせを行なうアライメント装置において、
前記基板面に形成される一つの仮想対角線上の両端付近に、第1のマークを対向して形成し、該第1のマークと結ぶ仮想線同士が平行となる位置に第2のマークを形成する基板マーク形成手段と、
前記成膜用マスク面に形成される一つの仮想対角線上の両端付近に、第3のマークを対向して形成するマスクマーク形成手段と、
前記第1乃至第3のマークが対向して配置された夫々の位置において、前記第1のマークと前記第2のマークと前記第3のマークとを測定用画像として取得する画像取得手段と、
前記測定用画像から前記第1のマークと前記第3のマークとの距離を算出し、前記基板面に形成される2次元座標において、前記成膜用マスクの中心点座標値を算出する座標値算出手段と、
前記成膜用マスクの中心点座標値と前記基板の中心点座標値との座標差分値を算出する補正値算出手段と、
前記座標差分値を補正値として用い、前記基板または/および前記成膜用マスクの位置補正を行なう位置補正手段と
を少なくとも備えることを特徴とするアライメント装置。 - 前記基板マーク形成手段は、前記基板面に前記第1および第2のマークを記す基板マーキング手段であることを特徴とする請求項1に記載されたアライメント装置。
- 前記マスクマーク形成手段は、前記成膜用マスク面に前記第3のマークを記すマスクマーキング手段であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたアライメント装置。
- 前記補正値算出手段はさらに、
前記基板上の第1のマークと第2のマークとを結ぶ仮想線に対する前記成膜用マスクの中心点と前記第3のマークとを結ぶ線の傾斜角度と、前記基板の中心点と前記第1のマークとを結ぶ線の傾斜角度との角度差分値を算出し、
前記位置補正手段は、前記角度差分値を補正値としてさらに用い、前記基板または/および前記成膜用マスクの位置補正を行なうことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載されたアライメント装置。 - 透明の基板と成膜用マスクとを重ねたときの位置合わせを行なうアライメント方法において、
前記基板面に形成される一つの仮想対角線上の両端付近に、第1のマークを対向して形成し、該第1のマークと結ぶ仮想線同士が平行となる位置に第2のマークを形成する工程と、
前記成膜用マスク面に形成される一つの仮想対角線上の両端付近に、第3のマークを対向して形成する工程と、
前記第1乃至第3のマークが対向して配置された夫々の位置において、前記第1のマークと前記第2のマークと前記第3のマークとを測定用画像として取得する工程と、
前記測定用画像から前記第1のマークと前記第3のマークとの距離を算出し、前記基板面に形成される2次元座標において、前記成膜用マスクの中心点座標値を算出する工程と、
前記成膜用マスクの中心点座標値と前記基板の中心点座標値との座標差分値を算出する工程と、
前記座標差分値を補正値として用い、前記基板または/および前記成膜用マスクの位置補正を行なう工程と
を少なくとも含むことを特徴とするアライメント方法。 - 前記成膜用マスクの中心点座標値を算出する工程の後、
前記基板上の第1のマークと第2のマークとを結ぶ仮想線に対する前記成膜用マスクの中心点と前記第3のマークとを結ぶ線の傾斜角度と、前記基板の中心点と前記第1のマークとを結ぶ線の傾斜角度との角度差分値を算出する工程をさらに含み、
前記基板または/および前記成膜用マスクの位置補正を行なう工程において、前記角度差分値を補正値としてさらに用いることを特徴とする請求項5に記載されたアライメント方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載されたアライメント装置を用いて製造された有機EL素子。
- 請求項5または請求項6に記載されたアライメント方法を用いて製造された有機EL素子。
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