JP2006176809A - 基板とマスクのアライメント方法および有機薄膜蒸着方法ならびにアライメント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板にテンションをかけずにマスクと非接触に支持して、基板とマスクの位置検出用マークの位置を正確に検出して、高精度にアライメントすること。
【解決手段】パターンが形成されたメタルマスク１２をマスク台４に保持し、マスクの隅部に設けられた位置検出用のマーク１４を光源８と反射板組立体とで下側から光照射して上方のＣＣＤカメラ１０で撮影し、蒸着する表面を下向きにしてマスク１２の上方に搬送された透明基板１１の両側部をフック部材でマスクと隙間を開けて支持し、基板の隅部に設けられたマーク１３を光源９で上から光照射してカメラ１０で撮影し、演算装置２０で、マスクと基板のマークを撮影した画像の処理によって得られるマークの位置情報から、基板とマスクの相対位置を演算し、基板とマスクの相対位置が所定の許容範囲内になるように、基板を演算された相対位置に基づいて移動させて、基板とマスクのアライメントを得る。
【選択図】図９

Description

本発明は、蒸着方法によって基板に薄膜を形成する際の基板とマスクのアライメント方法、およびそのアライメントを利用した有機薄膜蒸着方法、ならびにアライメントの実施に使用するアライメント装置に関する。

近年、次世代フラットパネルディスプレイとして、ガラス基板上に有機ＥＬ薄膜を成膜した有機ＥＬディスプレイが実用化されつつある。この有機ＥＬ薄膜は、基板上に成膜する場合、高温環境に耐えられないため、従来用いられているようなドライエッチングによって素子パターンを形成することができない。

このため、基板の蒸着面である表面を下側にした基板を水平状態に保持し、この下側を向いた基板表面に所定パターンが形成された磁性材製のメタルマスクを密着させ、マスクの下方に設けた蒸着源から有機ＥＬ物質や電極材料等の蒸着物質を蒸発させて、蒸着物質をマスクを通して基板表面に付着し、基板表面に所定の素子パターンの有機ＥＬ薄膜を成膜するようにした有機薄膜蒸着方法（マスキング蒸着）が開発されている。

最近では、基板およびマスクが大型化され、基板およびマスクのたわみが問題になる場合がある。そこで、マスクと基板を密着させ、かつ、たわみを防止するため、表面を下に向けた基板の裏面に磁石保持体を配置し、基板表面に接触させたメタルマスクを磁石保持体の磁気吸引力により密着状態に取り付けるようにした技術が種々開発されている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、最近は、素子の細密化により、基板とマスクのアライメントを精密に行うことが求められている。有機薄膜蒸着方法におけるアライメント方法としては、従来、図１３や図１４に示すものが知られている。

図１３に示すアライメント方法では、透明基板１００の隅に反射性のある金属光沢のあるマーク１０３を、メタルマスク１０１の隅に貫通孔からなるマーク１０２をそれぞれ複数箇所設ける。基板１００の表面を下に向けて、基板１００とマスク１０１とを上下に重ね合わせ、マーク１０２、１０３に上方から光を当てて、ＣＣＤカメラ１０４でマーク１０２、１０３を一緒に撮影する。そして、マスク１０１および基板１００の複数箇所のマーク１０２と１０３の撮影画像を画像処理して、各マークの位置の座標を演算し、マーク１０２と１０３の相対的な位置からマスク１０１と基板１００のずれを検出する。ついで両者の位置ずれが許容値内になければ、許容値内になるように基板１００の位置を移動して、基板１００とマスク１０１のアライメントを得るものである。

一方、図１４に示すアライメント方法では、透明基板１００の隅の複数箇所にマーク１０３をメタルマスク１０１の隅の複数箇所の貫通孔のマーク１０２の中に位置するように設けておき、表面を下に向けた基板１００とマスク１０１とを基板１００のマーク１０３がマーク１０２中に位置させるとともに上下に隙間を開けて重ね合わせ、マーク１０２、１０３に下から光を当てて、ＣＣＤカメラ１０４でマーク１０２、１０３を一緒に撮影するものである。この方法でも、上記と同様に、各マーク１０２、１０３の画像を画像処理し、各マークの位置の座標を演算し、マスク１０１と基板１００の相対的な位置ずれを演算して、位置ずれがあったら基板１００を移動してアライメントを得る。
特開平１１−１５８６０５号公報

しかしながら、図１３のアライメント方法では、基板１００側のマーク１０３が金属光沢のあるマークであるため、メタルマスク１０１の表面と輝度の差が少なく、ＣＣＤカメラ１０４で撮影した基板側マーク１０３の画像の輪郭がはっきりしない場合がある。このため、アライメント精度の悪化を招いたり、アライメントエラーによって製造工程の停止を生じさせたりする問題があった。また基板１００の表面にマスク１０１を接触させているので、位置修正の際、基板１００を移動するためにマスク１０１から離すが、その基板１００を離す動作で基板１００の表面に傷を発生しまうこともあった。

一方、図１４のアライメント方法の場合は、基板１００とマスク１０１との間に隙間を設けているので、基板１００が自重でたわむ問題がある。このため、たわみを考慮して基板１００とマスク１０１とが接触しないように離すと、隅にあるマスク側のマーク１０２と基板側のマーク１０３とが高さ方向に離れてしまう。このため、ＣＣＤカメラ１０４で両方のマークを一度に撮影する場合、焦点が両方のマークに合わなくなって、各マークの正確な位置を撮影できなくなる。特に基板１００が大きい場合、たわみが大きく基板側のマーク１０３とマスク側のマーク１０２が離れるので、両方に焦点を合わせることが困難となる。

この基板１００のたわみを防止するために、基板１００にテンションをかけて保持する方法が提案されている。しかし、テンションをかけることによって基板１００が割れる場合があり、特に大サイズの基板では、割れないように保持することは難しかった。また、基板１００にテンションをかけて保持するための保持機構（不図示）が必要となり、基板１００の厚さに応じた複数の保持機構を用意しなければならない難点もあった。

さらに、透明基板１００のマーク１０３をメタルマスク１０１の貫通孔のマーク１０２の中に位置させて下から照明して撮影する場合、マスク側のマーク１０２の中に基板側のマーク１０３を入れる必要があるので、最初に精度良く位置合わせしておかなければならない面倒もあった。

このようなことから、基板にテンションをかけずにマスクと非接触に支持して、しかも基板とマスクの位置検出用マークの位置を正確に検出して、基板とマスクとの高精度なアライメントを行うことができる技術の開発が望まれていた。

したがって、本発明の課題は、基板にテンションをかけずにマスクと非接触に支持して、しかも基板とマスクの位置検出用マークの位置を正確に検出して、基板とマスクとを高精度にアライメントすることができるアライメント方法、そのアライメントを利用した有機薄膜蒸着方法、およびそのアライメントに使用するアライメント装置を提供することである。

上記課題は本発明によって達成される。要約すれば、本発明に係るアライメント方法は、パターンが形成されたメタルマスクをマスク台に保持させる工程と、前記マスクの所定位置に設けられた位置検出用のマークを上方に設置した撮影手段で撮影する工程と、蒸着する表面を下向きにして前記マスクの上方に搬送された透明基板と前記マスクとの間に隙間を開けるようにして、前記基板を縁部において支持する工程と、前記基板の所定位置に設けられた位置検出用のマークを前記撮影手段で撮影する工程と、前記撮影した画像の処理によって得られる前記マスク側のマークの位置情報と前記基板側のマークの位置情報とから、前記基板と前記マスクの相対位置を演算する工程と、前記基板とマスクの相対位置が所定の許容範囲内になるように、前記基板と前記マスクとを前記演算された相対位置に基づいて相対移動させる工程と、前記相対移動後の基板とマスクとを密着させる工程とを備えることを特徴とする。

また本発明の有機蒸着方法は、前記基板とマスクとの密着工程に続けて、前記マスクの下方で有機材料を蒸発させて、前記マスクを通して前記基板の表面に付着させることによって、前記基板の表面に前記有機材料の薄膜を前記マスクのパターン状に形成する工程を備える。

本発明によれば、前記マスク側のマークを撮影する前に、前記基板を支持する工程を先に行い、その後、前記マスク側のマークの撮影と前記基板側のマークの撮影を別々に行うようにすることができる。また前記マスク側のマークはマスクに形成した貫通孔からなり、前記マスク側のマークの撮影は、前記マスク側のマークの近傍に下方から光を照射して行うようにすることができる。前記基板側のマークの撮影は、前記マークの近傍に上方から光を照射して行うようにすることができる。前記マスク側のマークの１つと前記基板側のマークの１つとが前記撮影手段の撮影視野内に位置するようにして、前記マスク側のマークと前記基板側のマークとを前記マスクと前記基板の複数の隅部に設けるようにすることができる。前記基板の支持は、前記基板に生じるたわみが前記基板の中心に対して対称となる位置の縁部を支持部材に乗せることによって行い、かつ、前記基板側のマークと前記マスク側のマークは、前記基板の中心に対し対称となる基板位置とマスク位置に設けるようにすることができる。

さらに、本発明のアライメント装置は、パターンが形成されたメタルマスクの左右両側の縁部の前後位置を保持する昇降自在なマスク台と、蒸着する表面を下向きにして前記マスクの上方に搬送された透明基板と前記マスクとの間に隙間を開けるようにして、前記基板の左右両側の縁部をそれぞれの側のマスク台同士の間で支持する、開閉可能かつ前後左右および周方向に移動可能なフック手段と、前記フック手段の開閉ならびに前後左右および周方向の移動を行う駆動手段と、前記マスクと前記基板の複数の隅部に設けられた前記マスクの貫通孔からなる位置検出用のマークと前記基板の蒸着メタルからなる位置検出用のマークの同一隅部に位置するそれぞれ１つのマークを撮影視野に収め、その撮影視野内のマスクのマークと基板のマークとに別々に焦点を合わせて撮影する、前記基板の上方に設置された撮影手段と、前記撮影手段の光軸と平行な光軸を有する前記基板上方の光源と、該光源からのスポット光を複数回反射して前記マスクのマークに下側から照射する該マスク下方の反射板組立体とからなるマスク用照明手段と、前記撮影手段の光軸に対し傾斜した前記基板のマークに向けた光軸を有する前記基板上方の光源からなる基板用照明手段と、前記マスクのマークと前記基板のマークの撮影画像を画像処理して得られるそれぞれのマークの位置情報から前記基板と前記マスクの相対位置を演算し、前記基板と前記マスクの相対位置の演算値が既定の許容範囲内にあるか否かを判断し、許容範囲内にないときは、前記基板と前記マスクの相対位置が許容範囲内になるのに必要な量で基板を移動させる命令を前記駆動手段に出力することを特徴とする。

本発明によれば、前記演算手段は、前記撮影手段から入力される前記基板と前記マスクの複数のマークの位置情報から、前記基板の基準点もしくは基準線と前記マスクの基準点もしくは基準線とを算出し、この算出結果に基づいて前記基板と前記マスクの相対位置を算出する。前記基板の移動後に上昇させた前記マスクに前記基板を介して相対して、前記マスクを磁力により吸引して前記基板に密着させる磁石板を備えた磁石保持部材を前記フック手段の内側に昇降自在に設けるようにすることができる。

また前記磁石保持部材は、前記基板のたわみ量の最大部分に対応する位置に、弾性体により入没可能な突起からなる押さえ部材を有する。前記基板を前記マスクに近づけ、前記基板のたわみ量が最大の部分が前記マスクに接するときに、たわみ量が最大の部分で前記押さえ部材が前記基板を前記マスクに押さえ、前記磁石保持部材、前記基板、および前記マスクが密着したときに前記押さえ部材は前記磁石保持部材内に格納される。このように突起状の押さえ部材で、基板とマスクが初めに接する点で固定することにより、密着時に基板とマスクのずれを抑制することができる。

さらに、本発明のアライメント装置は、前記撮影手段を上下に移動させて焦点を合わせるカメラ移動手段を有する。これにより、基板のマークとマスクのマークが上下方向に離れていても焦点を合わせることができる。

本発明によれば、（１）基板の位置が確定するまでは、基板をマスクに対し非接触に支持しており、基板の移動によってアライメントする際、マスクと基板とが接触しているときのように、基板の移動のために基板をマスクから離す動作を要しないので、基板を離す動作による基板表面の傷の発生がない。（２）フック手段によってテンションを掛けずに基板を支持するので、基板の割れを防ぐことができ、またテンションをかけて支持する支持機構が不要である。基板の厚さが変わっても支持することができる。（３）マスクのマークに下から光を当てて上方から撮影するので、マークの輪郭が明確な画像を得ることができる。（４）基板のマークは上から光を当ててマスクのマークとは別に撮影するので、基板のマークのみに焦点を合わすことができる。その際、フック手段によって、基板に生じるたわみが基板の中心に対して対称になるように支持し、基板の中心に対し対称にマークを設けるので、基板のマークは高さ方向の位置がほぼ同じになるため、焦点をあわせるのに困難はない。これにより、輪郭が明確な基板のマークの画像を得ることができる。（５）マスクのマーク中に基板のマークを入れる必要がないので、マスクの上方に搬入したときの基板の位置精度はラフでよく、高精度が求められない。（６）基板とマスクが最初に接するたわみが大きい部分を突起状の押さえ部材で固定するので、マスクと基板を合わせるときの微小なずれを防ぐことができる。（７）カメラ移動機構を備えているので、たわみが大きい場合でも、マスクのマークと基板のマークに焦点を合わせることができる。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の方法を実施するのに使用するアライメント装置を示す概略構成図である。本アライメント装置は、透明基板に有機ＥＬ膜を蒸着によって成膜する際に、基板とマスクとを位置合わせ（アライメント）するのに用いる。このアライメント装置は、真空蒸着装置外で使用することもできるが、本実施例では、真空蒸着装置に組み込んで使用するタイプを示す。

図１に示すように、本アライメント装置１は、図示しない真空蒸着装置の真空室の上壁部開口にシール部を介して配置された不動な水平ステージ２を有する。真空室の内側となるステージ２の下方に、メタルマスクおよび透明基板を所定のパスラインに沿って搬送する搬送装置３と、搬送されたマスクを保持する昇降自在なマスク台４と、搬送された基板を保持する開閉自在なフック部材５と、マスク用の光源８からの光を照射する反射板組立体６と、アライメント後に基板にマスクを密着させる昇降自在な磁石保持部材７を備える。真空室の外側となるステージ２の上方に、反射板組立体６と協同してマスクのマークを下側から照射する前記のマスク用の光源８と、基板のマークを上から照射する基板用の光源９と、マスクのマークおよび基板のマークを上から撮影するＣＣＤカメラ１０とを備える。さらに真空室の外側に演算装置２０を備えてなっている。

本実施例で使用する透明基板およびメタルマスクの撮影時の重ね合わせ状況を図２に示す。図２（ａ）は上視図（平面図）を、図２（ｂ）は断面図を示す。四隅を支持された基板１１が、メタルマスク１２上に正対させた姿勢でかつ隙間を開けて位置されている。基板１１は、蒸着する表面を下に向けられている。

下側に位置するメタルマスク１２は、磁性材で作製されており、基板１１よりやや大きい所定の寸法を有する。マスク１２の左右両側の下面にはマスク台４によって支持される支持枠１２ａが設けられている。支持枠１２ａには、フック部材５の後述するフック５ａを収容する図示しない切り欠き部が設けられている。マスク１２には、基板１１の中心に対し対称の位置となる縁部に、貫通孔からなる位置検出用のマーク１４が複数個設けられる。本実施例では、位置検出用のマーク１４を、基板１１の一方の対角線ｗ１にほぼ載るマスク１２の直線上の両側の左右の隅に、基板１１内に位置させて設けている。

上側に位置する基板１１は、縦横が４００ｍｍ×５００ｍｍ、厚みが０．５ｍｍのガラス基板である。基板１１は、予め透明電極膜が成膜された蒸着面を下向きに設置される。さらに基板１１には、位置検出用のマーク１３が、一方の対角線ｗ１上の両側の左右の隅にマスク１２のマーク１４に近接させて設けられている。基板１１のマーク１３は、金属を蒸着してメタル光沢を有するようにしている。

これらマスク１２および基板１１の左右各側のマーク１３、１４は、下記するアライメント部において、予め位置調整した左右各側のＣＣＤカメラ１０の撮影視野内に位置する。基板１１のマーク１３とマスク１２のマーク１４は、マスク１２と基板１１を密着させたときに、重なるように設定される場合があるが、本発明は重なる場合に限定されない。

アライメント部は、マスク台４、フック部材５および磁石保持部材７で囲まれる領域に、パスラインの一部を含んで区画される。パスラインは所定の高さ位置に図の紙面に垂直に設定されている。搬送装置３はロボットハンドからなり、アライメント部に対し前後方向に進退自在に設けられている。搬送装置３は、真空蒸着装置に付属の各フィダー部から搬送されたマスク１２および基板１１を受け取って、パスラインに沿って順次搬送してアライメント部に搬入する。マスク台４は、ステージ２に昇降自在に取付けたシャフト１８ａの下端に固定のフレーム１９にアーム４ａに取付けて、ステージ２の下方の左右それぞれの側の前後の位置に設置されている。シャフト１８ａの上端に設けた昇降モータＭ１によってシャフト１８ａを駆動することによって、マスク台４が昇降される。左右各側の前後のマスク台４は、アライメント部に搬入されたマスク１２の左右の支持枠１２ａの前後位置の下面に当接して、マスク１２を支持する。

フック部材５は、左右各側の前後のマスク台４の間に各１対設けられている。各フック部材５の下端は内側を向いたフック５ａを有する。フック５ａはマスク台４の上方に位置している。各フック部材５は、ステージ２の下側に配置された支持フレーム１６ａにヒンジ機構１５を介して取付けられる。支持フレーム１６ａの上端は、ステージ２上に設けた姿勢制御機構１６に接続されている。ヒンジ機構１５は、これに取付けた軸１６ｂによってステージ２の上方に設置した開閉モータ１７の出力軸に接続されている。かくして、フック部材５は、姿勢制御機構１６によって前後左右方向（ＸＹ方向）および周方向（θ方向）に移動可能で、かつモータ１７およびヒンジ機構１５によって、垂直な閉じた位置から外側に略水平に開いた解除位置までヒンジ機構１５を支点として開閉可能である。左右各側の前後のフック部材５は、その閉じた位置で、アライメント部に搬入された基板１１を該基板１１の左右両側の前後２箇所の位置で保持する。これによって、基板１１は、該基板に生じるたわみが基板の中心に対して対称となる位置で保持される。

磁石保持部材７は、シャフト１８ａに貫装させた中心シャフト１８ｂの下端に取付け板１８ｃを介して取付けられる。磁石保持部材７は、フック部材５のフック５ａと上方に間隔を開けて設置される。中心シャフト１８ｂを上端に取付けた昇降モータＭ２によって駆動することにより、磁石保持部材７が上下に移動するようになっている。この磁石保持部材７は、取付け板１８ｃに支持板７ａを介して固定された磁石板７ｂと、支持板７ａおよび磁石板７ｂを周囲４箇所で貫いて支持板７ａに上下動自在に吊下げられたピン７ｄと、該ピン７ｄの下端に取付けた押さえ板７ｃとからなっている。

押さえ板７ｃには、図１２に示すように、押さえ部材７ｅが設置されている。図１２を参照して押さえ部材の詳細を説明すると、押さえ部材７ｅは突起からなり、押さえ板７ｃの下側の、基板１１の最大のたわみ部に対応する位置の、奥側と手前側の２箇所に設けられている。押さえ板７ｃには、上記奥側と手前側の位置の下面に凹部７ｅ１が形成され、この凹部７ｅ１内に取付けたばねに例示される弾性体７ｅ２で押さえ部材７ｅを支持することにより、押さえ部材７ｅは凹部７ｅ１に入没可能に設けられている。押さえ部材７ｅは、常態では、図１２（ａ）に示すように、弾性体７ｅ２の伸長により凹部７ｅ１から突出し、押さえ板７ｃが基板１１と密着した状態では、図１２（ｃ）に示すように、弾性体７ｅ２の伸縮により凹部７ｅ１に格納される。磁石保持部材７の作用については後述する。

ＣＣＤカメラ１０は、ステージ２上の左右両側にそれぞれ設けられている。左側のＣＣＤカメラ１０は、予め位置調整することによって、アライメント部に位置されたマスク１２および基板１１の左側後方のマーク１３、１４が撮影視野内に収まる後方位置に位置され、右側のＣＣＤカメラ１０は、同様に、マスク１２および基板１１の右側前方のマーク１３、１４が撮影視野内に収まる前方位置に位置されている。本発明では、基板１１のマーク１３とマスク１２のマーク１４を上下方向に離れた位置で別々に撮影するため、ＣＣＤカメラ１０は、焦点を合わせるため上下に移動可能に設置される。

マスク用の光源８は、アライメント部に位置されたマスク１２のマーク１４を、反射板組立体６と協同して下から光照射する。光源８は、ＣＣＤカメラ１０の光軸と平行な光軸を有するように、ＣＣＤカメラ１０の近くに鉛直姿勢に設けられる。反射板組立体６は、左側後と右側前のマスク台４の近くの２箇所に設置され、マスク１２の対角線ｗ１の下方の平行な直線上に配置された、４５°に傾斜して互いに対向する第１、第２のミラー６ａ、６ｂとを備える。第１ミラー６ａは光源８の光軸上に置かれ、光源８からの光を水平に４５°反射して第２ミラー６ｂに向けて送る。第２ミラー６ｂはマーク１４の下方に置かれ、第１ミラー６ａからの光を垂直に４５°反射してマーク１４に送る。

基板用の光源９は、アライメント部に位置された基板１１のマーク１３を上から光照射するように、ＣＣＤカメラ１０の近くに光軸をマーク１３に向けた傾斜姿勢で設置される。

演算装置２０は、各ＣＣＤカメラ１０で撮影したマスク１２のマーク１４と基板１１のマーク１３の画像情報を記憶し、画像処理してマーク１３、１４の位置情報を演算する。さらに演算装置２０は、位置情報に基づいて基板１１とマスク１２の相対位置を演算し、基板１１とマスク１２の相対位置の演算値と予め設定した所定の許容値とを比較する。相対位置の演算値が所定の許容値から外れていると判定したときは、姿勢制御装置１６を駆動制御して、基板１１とマスク１２の相対位置が許容値内になるようにフック部材５をＸＹ方向に移動させる（詳細は後述する）。

つぎに、本アライメント装置１によるマスクと基板のアライメント動作について説明する。先ず、図３に示すように、開閉モータ１７を作動させて左右両側の前後のフック部材５を外側にやや開いた姿勢に位置させる。ついで搬送装置３（ロボットハンド）によって、メタルマスク１２をパスラインに沿って後方からアライメント部に搬入し、左右両側のフック部材５の内側の上方に位置させる。

ついで図４に示すように、搬送装置３を下降してマスク１２を下げ、マスク１２の左右両側の保持枠１２ａの下面をフック部材５のフック５ａに掛けて、マスク１２をフック部材５で一旦受け取る。

続いて図５に示すように、搬送装置３をアライメント部から退出させた後、モータＭ１を作動させて左右両側の前後のマスク台４を上昇し、マスク１２の両側の保持枠１２ａの下面をその前後の隅の位置でマスク台４に掛けて、マスク１２をマスク台４に保持する。これによりフック５ａ上のマスク１２が、マスク台４上に受け渡される。マスク台４は、保持したマスク１２の保持枠１２ａを除くマスク本体部分をパスラインの高さに位置させたところで停止する。

ついで図６に示すように、左右の光源８からスポット光をそれぞれの側の反射板組立体６に発射する。組立体６は、第１ミラー６ａ、第２ミラー６ｂによって光を反射して、マスク台４上のマスク１２のマーク１４の近傍に下から光を照射する。そしてその下からの光照射下に左右の各マーク１４を左右それぞれの側のＣＣＤカメラ１０によって上方から撮影する。撮影したマーク１４の画像情報は、演算装置２０に送って記憶させる。

つぎに図７に示すように、昇降モータＭ１を作動させてマスク台４を下降し、マスク１２を下げる。続いて搬送装置３によって透明基板１１をパスラインに沿って後方からアライメント部に搬入し、左右両側のフック部材５の内側の上方に位置させる。基板１１は蒸着する表面が下側に向けられている。

ついで搬送装置３を下降して基板１１を下げ、図８に示すように、基板１１の両側の下面をフック部材５のフック５ａに掛けて、フック部材５に支持させる。基板１１のフック５ａに掛けた部分はほぼパスラインの高さに位置される。フック部材５に支持させた基板１１は自重で中央部がたわむ。基板１１が、厚みが薄くかつ大サイズのガラス基板の場合たわみが大きくなる。しかし、基板１１の左右両側の前後の４箇所の位置でフック５ａにより持しているので、そのたわみは基板１１の中心に対して対称になる。

ついで図９に示すように、昇降モータＭ１を作動させてマスク台４によりマスク１２を上昇させ、マスク１２を基板１１に隙間を開けた位置で正対させる。そして左右の光源９からスポット光を基板１１の対角線上の左右の隅に位置するマーク１３の近傍に照射し、その光照射下に左右の各マーク１３を左右それぞれの側のＣＣＤカメラ１０によって上方から撮影する。撮影したマーク１３の画像情報は、演算装置２０に送ってメモリに記憶させる。

さらに、図６の段階でのマスク１２のマーク１４の撮影の代わりに、またはその撮影と合わせて、上記図９のマスク１２を基板１１に隙間を開けた位置で正対させた段階で、マスク１２のマーク１４を撮影してもよい。具体的には、図６の状態でマスク１２のマーク１４を撮影し、マスク１２の搬入の確認と、マスク１２が所定の範囲内に設置されたことの確認を行う。そして、図９のマスク１２を基板１１に隙間を開けた位置で正対させた状態で、マスク１２のマーク１４を撮影して、位置情報を取得する。これにより、マスク１２の位置情報取得後の移動を最小限に抑えることができ、マスク１２の位置情報の精度が向上する。

このとき基板１１がたわみ、基板１１とマスク１２が上下方向に離れているので、ＣＣＤカメラ１０は、マスク１２を撮影するときと基板１１を撮影するときとに応じて、焦点を合わせるために上下に移動させる場合がある。

演算装置２０は、メタルマスク１２の左右のマーク１４と透明基板１１の左右のマーク１３を撮影した画像情報をメモリから呼び出し、画像処理によって左右各側におけるマーク１３、１４の位置を求める。さらに演算装置２０はマーク１３の位置情報から基板１１の中心および基準線を求め、マーク１４の位置情報からマスク１２の中心および基準線を求める。演算装置２０はこれらの位置情報、中心および基準線から基板１１とマスク１２の相対位置を演算する。そして演算装置２０は、基板１１とマスク１２の相対位置が予め設定した許容範囲内に入るか否かを判断する。基板１１とマスク１２の相対位置が許容範囲外あるときは、許容範囲内に入らせるのに必要な基板１１のＸＹθ方向の移動量を演算し、各姿勢制御装置１６に制御命令を出力する。姿勢制御装置１６は、フック部材５に支持された基板１１をＸＹθ方向に移動して、マスク１２に対する基板１１の位置を許容範囲内とする。

上記のようにして基板１１とマスク１１がアライメントされたら、図１０に示すように、昇降モータＭ２を作動して、中心シャフト１８ｂ下端の磁石保持部材７を下降させると同時に、昇降モータＭ１を作動して、マスク台４上のマスク１２を上昇させ、基板１１とマスク１２とを密着させてアライメント作業を完了する。

基板１１とマスク１２の密着過程を図１２により詳細に説明する。図１２（ａ）の状態から、磁石保持部材７を下降し、マスク１２を上昇すると、初めに、図１２（ｂ）に示すように、マスク１２が基板１１のたわみ部に下から接触し、続いて磁石保持部材７の押さえ板７ｃから突出した押さえ部材７ｅが基板１１のたわみ部分に上から接触して押さえ、基板１１のたわみ部分をマスク１２に固定する。ついで図１２（ｃ）に示すように、磁石保持部材７の下降とマスク１２の上昇がさらに進むと、押さえ部材７ｅが押さえ板７ｃの凹部７ｅ１内に格納されながら、押さえ板７ｃの全体が基板１１に当接する。続いて図１２（ｄ）に示すように、一体に設けられた磁石板７ｂおよび支持板７ａが押さえ板７ｃに対して下降し、磁石板７ｂが上昇するマスク１２に押さえ板７ｃおよび基板１１を介して相対する。これにより磁石板７ｂがマスク１２を吸引し、間に挟まれた基板１１にマスク１２が密着される。かくして、基板１１とマスク１２のアライメント作業が完了する。

図１２では、煩雑を避けるために、基板１１を支持した左右各側のフック５ａは示していないが、押さえ板７ｃの全体が基板１１に当接する過程で、フック５ａはマスク１２の左右各側の支持枠１２ａに形成された切り欠き部に収容される。

この後に再度、アライメントの確認のためマーク１３、１４の撮影をする場合がある。この確認の撮影のとき、マーク１３がマーク１４の中に重なるように設定しておくと、下からの照明で一度で撮影可能であるため好ましい。

その後は、アライメント装置が真空蒸着装置と別に設けてあれば、アライメントされた基板１１とマスク１２とを真空蒸着装置に運んで基板１１への蒸着を行うが、本実施例では、アライメント装置１を真空蒸着装置の真空室に組み込んでいる。アライメント装置１の下方には、有機ＥＬ物質の蒸着源が設置され、上記のアライメント作業は、蒸着に適する所定の真空度に調整された真空室内で行われている。したがってアライメント後、図１１に示すように、開閉モータ１７を作動させてフック部材５を開いて、フック部材５による基板１１の支持を解除し、その状態で蒸着源から蒸発した蒸着物質（有機ＥＬ物質）を基板１１の表面にマスク１２を通して蒸着して、基板１１の表面にマスク１２に形成されているパターンで半導体素子等の有機ＥＬ膜を成膜する。

本発明は以上のように構成され、これによればつぎの効果を有する。
（１）基板１１の位置が確定するまでは、基板１１をマスク１２に対し非接触に支持しており、基板１１の移動によってアライメントする際、マスクと基板とが接触しているときのように、基板の移動のために基板をマスクから離す動作を要しないので、基板を離す動作による基板表面の傷の発生がない。
（２）基板１１の左右両側の縁部をそれぞれの側のフック部材５のフック５ａに乗せて、基板１１にテンションをかけずに支持するので、基板の割れを防ぐことができ、またテンションをかけて支持する支持機構が不要である、基板の厚さが変わっても支持することができる。
（３）マスク１２のマーク１４に下から光を当てて上方から撮影するので、マーク１４の輪郭が明確な画像を得ることができる。
（４）基板１１のマーク１３は上から光を当ててマスク１２のマーク１４とは別に撮影するので、基板１１のマーク１３のみに焦点を合わすことができる。その際、フック５ａによる基板１１の支持は、基板１１の左右両側の前後の４箇所の位置としているので、基板１１に生じるたわみは基板の中心に対して対称になり、基板１１の中心に対し対称に設けた対角線上の両側のマーク１３は、高さ方向の位置がほぼ同じになるため、焦点をあわせるのに困難はない。これにより、マーク１３の輪郭が明確な画像を得ることができる。
（５）マスク１２のマーク１４中に基板１１のマーク１３を入れる必要がないので、マスク１２の上方に搬入したときの基板１１の位置精度はラフでよく、高精度が求められない。
（６）基板とマスクが最初に接するたわみが大きい部分を、磁石保持部材７の突起状の押え部分で固定するので、マスクと基板を合わせるときの微小なずれを防ぐことができる。
（７）カメラ移動機構を備えているので、たわみが大きい場合でも、マスクのマークと基板のマークに焦点を合わせることができる。

以上の実施例では、透明基板の表面に有機ＥＬ膜を蒸着法によって成膜する際の基板とマスクとのアライメントについて説明したが、本発明はこれに限られず、透明基板の表面に有機ＥＬ膜以外の膜を蒸着法によって成膜する場合にも等しく適用でき、同様な効果を奏する。

本発明の方法を実施するのに使用するアライメント装置を示す概略正面図である。 図１の装置でアライメントする透明基板とメタルマスクとを示す図で、平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。 図１の装置による基板とマスクのアライメント方法を示す説明図である。 図３の続きを示す図である。 図４の続きを示す図である。 図５の続きを示す図である。 図６の続きを示す図である。 図７の続きを示す図である。 図８の続きを示す図である。 図９の続きを示す図である。 図１０の続きを示す図である。 図１の装置に設置された磁石保持部材の詳細を示す図である。 従来のアライメント方法における位置検出用マークの撮影を示す図である。 従来の他のアライメント方法における位置検出用マークの撮影を示す図である。

符号の説明

１ アライメント装置 ２ ステージ
３ 搬送装置 ４ マスク台
５ フック部材 ５ａ フック
６ 反射板組立体 ７ 磁石保持部材
７ｂ 磁石板 ７ｃ 押さえ板
７ｅ 押さえ部材 ７ｅ１ 凹部
７ｅ２ 弾性体 ８ マスク用光源
９ 基板用光源 １０ ＣＣＤカメラ
１１ 透明基板（ガラス基板） １２ メタルマスク
１３ 基板の位置検出用マーク １４ マスクの位置検出用マーク
１５ ヒンジ機構 １６ 姿勢制御装置
１７ 開閉モータ ２０ 演算装置
Ｍ１ 昇降モータ Ｍ２ 昇降モータ

Claims (17)

1. パターンが形成されたメタルマスクをマスク台に保持させる工程と、
   前記マスクの所定位置に設けられた位置検出用のマークを上方に設置した撮影手段で撮影する工程と、
   蒸着する表面を下向きにして前記マスクの上方に搬送された透明基板と前記マスクとの間に隙間を開けるようにして、前記基板を縁部において支持する工程と、
   前記基板の所定位置に設けられた位置検出用のマークを前記撮影手段で撮影する工程と、
   前記撮影した画像の処理によって得られる前記マスク側のマークの位置情報と前記基板側のマークの位置情報とから、前記基板と前記マスクの相対位置を演算する工程と、
   前記基板とマスクの相対位置が所定の許容範囲内になるように、前記基板と前記マスクとを前記演算された相対位置に基づいて相対移動させる工程と、
   前記相対移動後の基板とマスクとを密着させる工程とを備えることを特徴とする基板とマスクのアライメント方法。
2. 前記マスク側のマークを撮影する前に、前記基板を支持する工程を先に行い、その後、前記マスク側のマークの撮影と前記基板側のマークの撮影を別々に行うことを特徴とする請求項１記載のアライメント方法。
3. 前記マスク側のマークはマスクに形成した貫通孔からなり、前記マスク側のマークの撮影は、前記マスク側のマークの近傍に下方から光を照射して行うことを特徴とする請求項１または２記載のアライメント方法。
4. 前記基板側のマークの撮影は、前記マークの近傍に上方から光を照射して行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のアライメント方法。
5. 前記マスク側のマークの１つと前記基板側のマークの１つとが前記撮影手段の撮影視野内に位置するようにして、前記マスク側のマークと前記基板側のマークとを前記マスクと前記基板の複数の隅部に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のアライメント方法。
6. 前記基板の支持は、前記基板に生じるたわみが前記基板の中心に対して対称となる位置の縁部を支持部材に乗せることによって行い、かつ、前記基板側のマークと前記マスク側のマークは、前記基板の中心に対し対称となる基板位置とマスク位置に設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のアライメント方法。
7. 蒸着する表面を下に向けた基板とパターンが形成されたメタルマスクとを密着させて、前記マスクを通して前記基板の表面に有機材料を蒸着する有機薄膜蒸着方法において、
   パターンが形成されたメタルマスクをマスク台に保持させる工程と、
   前記マスクの所定位置に設けられた位置検出用のマークを上方に設置した撮影手段で撮影する工程と、
   蒸着する表面を下向きにして前記マスクの上方に搬送された透明基板と前記マスクとの間に隙間を開けるようにして、前記基板を縁部において支持する工程と、
   前記基板の所定位置に設けられた位置検出用のマークを前記撮影手段で撮影する工程と、
   前記撮影した画像の処理によって得られる前記マスク側のマークの位置情報と前記基板側のマークの位置情報とから、前記基板と前記マスクの相対位置を演算する工程と、
   前記基板とマスクの相対位置が所定の許容範囲内になるように、前記基板と前記マスクとを前記演算された相対位置に基づいて相対移動させる工程と、
   前記相対移動後の基板とマスクとを密着させる工程と、
   前記マスクの下方で有機材料を蒸発させて、前記マスクを通して前記基板の表面に付着させることによって、前記基板の表面に前記有機材料の薄膜を前記マスクのパターン状に形成する工程とを備えることを特徴とする有機薄膜蒸着方法。
8. 前記マスク側のマークを撮影する前に、前記基板を支持する工程を先に行い、その後、前記マスク側のマークの撮影と前記基板側のマークの撮影を別々に行うことを特徴とする請求項７記載の有機薄膜蒸着方法。
9. 前記マスク側のマークはマスクに形成した貫通孔からなり、前記マスク側のマークの撮影は、前記マスク側のマークの近傍に下方から光を照射して行うことを特徴とする請求項７または８記載の有機薄膜蒸着方法。
10. 前記基板側のマークの撮影は、前記マークの近傍に上方から光を照射して行うことを特徴とする請求項７〜９のいずれかの項に記載の有機薄膜蒸着方法。
11. 前記マスク側のマークの１つと前記基板側のマークの１つとが前記撮影手段の撮影視野内に位置するようにして、前記マスク側のマークと前記基板側のマークとを前記マスクと前記基板の複数の隅部に設けたことを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの項に記載の有機薄膜蒸着方法。
12. 前記基板の支持は、前記基板に生じるたわみが前記基板の中心に対して対称となる位置の縁部を支持部材に乗せることによって行い、かつ、前記基板側のマークと前記マスク側のマークは、前記基板の中心に対し対称となる基板位置とマスク位置に設けることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかの項に記載の有機薄膜蒸着方法。
13. パターンが形成されたメタルマスクの左右両側の縁部の前後位置を保持する昇降自在なマスク台と、
    蒸着する表面を下向きにして前記マスクの上方に搬送された透明基板と前記マスクとの間に隙間を開けるようにして、前記基板の左右両側の縁部をそれぞれの側のマスク台同士の間で支持する、開閉可能かつ前後左右方向および周方向に移動可能なフック手段と、
    前記フック手段の開閉ならびに前後左右方向および周方向の移動を行う駆動手段と、
    前記マスクと前記基板の複数の隅部に設けられた前記マスクの貫通孔からなる位置検出用のマークと前記基板の蒸着メタルからなる位置検出用のマークの同一隅部に位置するそれぞれ１つのマークを撮影視野に収め、その撮影視野内のマスクのマークと基板のマークとに別々に焦点を合わせて撮影する、前記基板の上方に設置された撮影手段と、
    前記撮影手段の光軸と平行な光軸を有する前記基板上方の光源と、該光源からのスポット光を複数回反射して前記マスクのマークに下側から照射する該マスク下方の反射板組立体とからなるマスク用照明手段と、
    前記撮影手段の光軸に対し傾斜した前記基板のマークに向けた光軸を有する前記基板上方の光源からなる基板用照明手段と、
    前記マスクのマークと前記基板のマークの撮影画像を画像処理して得られるそれぞれのマークの位置情報から前記基板と前記マスクの相対位置を演算し、前記基板と前記マスクの相対位置の演算値が既定の許容範囲内にあるか否かを判断し、許容範囲内にないときは、前記基板と前記マスクの相対位置が許容範囲内になるのに必要な量で基板を移動させる命令を前記駆動手段に出力することを特徴とする基板とマスクのアライメント装置。
14. 前記演算手段は、前記撮影手段から入力される前記基板と前記マスクの複数のマークの位置情報から、前記基板の基準点もしくは基準線と前記マスクの基準点もしくは基準線とを算出し、この算出結果に基づいて前記基板と前記マスクの相対位置を算出することを特徴とする請求項１３記載のアライメント装置。
15. 前記基板の移動後に上昇させた前記マスクに前記基板を介して相対して、前記マスクを磁力により吸引して前記基板に密着させる磁石板を備えた磁石保持部材を前記フック手段の内側に昇降自在に設けたことを特徴とする請求項１３または１４記載のアライメント装置。
16. 前記磁石保持部材は、前記基板のたわみ量の最大部分に対応する位置に弾性体により入没可能な突起からなる押さえ部材を有し、
    前記基板を前記マスクに近づけ、前記基板のたわみ量が最大の部分が前記マスクに接するときに、たわみ量が最大の部分で前記押さえ部材が前記基板を前記マスクに押さえ、
    前記磁石保持部材、前記基板、および前記マスクが密着したときに前記押さえ部材が前記磁石保持部材内に格納されることを特徴とする請求項１５記載のアライメント装置。
17. さらに、前記撮影手段を上下に移動させて焦点を合わせるカメラ移動手段を有する請求項１３〜１６のいずれかの項に記載のアライメント装置。
    
    

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