JP2008010182A - アライメント装置及びアライメント方法並びに有機ｅｌ素子形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アライメント調整時間を大幅に短縮可能な極めて実用性に秀れたアライメント装置及びアライメント方法並びに有機ＥＬ素子形成装置の提供。
【解決手段】基板１とマスク２とを相対的に移動せしめる移動手段と、この基板１に設けた基板側アライメントマーク３とマスク２に設けたマスク側アライメントマーク４とを画像化して認識する光学手段５とを有するアライメント装置であって、前記光学手段５は、固定倍率式で且つ少なくとも物体側がテレセントリックな対物レンズ６を有し、この対物レンズ６の開口数（ＮＡ）が０．０１０〜０．０１５で且つ作動距離（ＷＤ）が２９０ｍｍ以上となるように絞り７の形状を設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、アライメント装置及びアライメント方法並びに有機ＥＬ素子形成装置に関するものである。

例えば特許文献１に開示されるように、有機ＥＬ薄膜を基板上に所定のパターンで成膜するに際し、所定のパターンが形成されたマスクを基板上に密着させた状態で成膜する技術がある。

この際、基板とマスクとを密着させる前に、基板側のアライメントマークとマスク側のアライメントマークとをＣＣＤカメラ等で認識して相対距離（位置ズレ量）を検出し、この検出量に基づいて基板（若しくはマスク）をマスク表面（若しくは基板表面）と平行な平面内で相対的に移動させる位置合わせ工程を、一回若しくは複数回行うことで基板とマスクとのアライメント調整を行い、その後、基板（若しくはマスク）を垂直方向に移動させて、マスクをマグネット機構等により基板表面に吸着せしめることで、基板上にマスクを密着させている。

特開平１１−１５８６０５号公報

ところで、上記ＣＣＤカメラの対物レンズは、アライメント装置を備えたチャンバー（真空槽）の外部から、チャンバーに設けた窓部を介して内部の基板及びマスクのアライメントマークを認識するために十分なＷＤ（Working Distance：２９０ｍｍ以上）を確保する必要があるが、汎用的なレンズでは２９０ｍｍ以上のＷＤは確保できない。そのため、従来は、あえてレンズ性能を劣化させる補助レンズと組み合わせて用いることにより、見かけ上ＷＤ２９０ｍｍ以上を実現しているのが現状である。

しかしながら、この場合、上記補助レンズにより画質が劣化すると共に、光軸が広がることでコントラストが低下してしまい（特にマスク側に設ける円状のアライメントマークのコントラストの低下が顕著となる。）、アライメント精度低下の原因となっており、また、より明確にアライメントマークを認識するために解像度を大きく、即ち、解像度と相反する被写界深度を小さくせざるを得ず、０．２ｍｍ程度の被写界深度しか確保できない。

更に、従来は、倍率を可変可能なズームレンズを用いる場合があり、この場合は図１に図示したように対物レンズ21にはズーム調整機構25やピント調整機構26が組み込まれており、レンズ枚数が増加し、対物レンズ内部での光の屈折回数が多くなるため、この点においても画質の劣化が生じると共に、径大化・高コスト化を招いている。尚、図１中、符号22はＣＣＤ、23は筒体、24は照明、27は絞りである。

従って、上述のような対物レンズの性能（被写界深度）を考慮すると、基板側アライメントマークとマスク側アライメントマークとの間隔を０．２ｍｍ程度にしなければ、両アライメントマークを明確に認識できない。

ところが、特に基板が大型になると、この基板（若しくはマスク）に撓みが生じ、０．２ｍｍ程度の間隔では基板とマスクとが接触してしまう（一般的に、アライメントマークが設けられるのは、基板及びマスクの外周部であり、このアライメントマークが設けられる外周部同士が離れていても、中央部が撓んで接触してしまう。）。

基板とマスクとが接触した状態で、両者を相対的に平行移動させると損傷等のおそれがあるため、基板若しくはマスクを平行移動させる際には、上記アライメントマークを認識する際の間隔より広い間隔を取る必要がある。

具体的には、基板とマスクとを接触せずに移動させるためには、基板側アライメントマークとマスク側アライメントマークとの間隔を少なくとも１．５ｍｍ以上に設定する必要がある。

そのため、アライメント調整を行う際には、例えば、基板側アライメントマークとマスク側アライメントマークの双方を明確に認識できるようにマスクＢに対して基板Ａを平行方向に移動せしめた後（図２（ａ））、基板Ａを垂直方向に移動（下降）せしめて基板Ａ及びマスクＢの両アライメントマークの認識・位置ズレ量の検出を行い（図２（ｂ））、位置ズレ量が許容範囲内である場合には、そのまま基板とマスクとを密着せしめ（図２（ｃ））、一方、未だ位置ズレ量が許容範囲外である場合には、基板Ａを垂直移動（上昇）せしめて基板ＡとマスクＢとの間隔を広げた後（図２（ｄ））、基板ＡをマスクＢに対して平行移動せしめ（図２（ｅ））、再度基板Ａを垂直移動（下降）せしめることで両アライメントマークの位置ズレ量を検出して（図２（ｂ））、所望の平行移動が行えたか否かを確認する必要があり、上記垂直移動の分、アライメント調整に必要な時間が長くならざるを得ない。

特に、通常、一回の基板若しくはマスクの平行移動ではアライメントマークの位置合わせは完了せず、位置合わせを複数回繰り返す必要があるため、上記垂直移動に起因するアライメント調整時間の延長は顕著となる。

また、基板とマスクとが接触することで、基板及びマスクをチャック等により押さえていても位置ズレが生じ、更なる位置合わせ回数の増加・アライメント精度の低下の問題も生じる。

本発明は、上述のような現状に鑑み、種々の繰り返しの実験の結果、上記位置合わせ工程において基板とマスクとを垂直方向に移動させる必要なく、平行方向への移動のみでアライメント調整を行い得る性能を有し、しかも小型で且つコスト安な対物レンズ構成を見い出し完成したもので、アライメント調整時間を大幅に短縮可能な極めて実用性に秀れたアライメント装置及びアライメント方法並びに有機ＥＬ素子形成装置を提供するものである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

基板１とマスク２とを相対的に移動せしめる移動手段と、この基板１に設けた基板側アライメントマーク３とマスク２に設けたマスク側アライメントマーク４とを画像化して認識する光学手段５とを有するアライメント装置であって、前記光学手段５は、固定倍率式で且つ少なくとも物体側がテレセントリックな対物レンズ６を有し、この対物レンズ６の開口数（ＮＡ）が０．０１０〜０．０１５で且つ作動距離（ＷＤ）が２９０ｍｍ以上となるように絞り７の形状を設定したことを特徴とするアライメント装置に係るものである。

また、基板１に設けた基板側アライメントマーク３とマスク２に設けたマスク側アライメントマーク４との双方を光学手段５により認識し得るようにこの基板１とマスク２とを移動手段により相対的に移動せしめ、前記光学手段５で認識した画像データを用いて前記基板側アライメントマーク３と前記マスク側アライメントマーク４との位置合わせに必要な移動量を算出し、この算出移動量に基づいて前記移動手段を制御して前記基板１若しくは前記マスク２を移動させる位置合わせ工程を、一回若しくは複数回行うことで前記基板１と前記マスク２とのアライメント調整を行った後、前記基板１と前記マスク２とを密着せしめるアライメント方法であって、請求項１記載のアライメント装置を用いて、前記位置合わせ工程において前記基板１及び前記マスク２の両アライメントマーク３・４を同時に認識するための前記移動手段による垂直方向への移動を行うことなく、前記基板側アライメントマーク３及び前記マスク側アライメントマーク４の認識並びに前記位置合わせに必要な移動量の算出を行うことを特徴とするアライメント方法に係るものである。

また、請求項１記載のアライメント装置を備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子形成装置に係るものである。

本発明は、上述のように構成したから、アライメント調整時間を大幅に短縮可能な極めて実用性に秀れたアライメント装置及びアライメント方法並びに有機ＥＬ素子形成装置となる。

好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

光学手段５の対物レンズ６は、ズームレンズではなく固定倍率式であるため、絞りやピントの調整機構が不要で、レンズ枚数を少なくでき、それだけ画質が良好となり、また、簡易な構造となり小型で且つ安価となる。具体的には、例えば、図３に図示したように、筒体10に設けられるレンズ８，照明11及びビームスプリッター12、そしてこのビームスプリッター12と物体側レンズ８との間に設けられる絞り７から成る簡易な構成を実現できる。

また、少なくとも物体側がテレセントリックであり、対物レンズ６と基板１及びマスク２との距離が変化しても、寸法変動や位置変動がなく測定誤差が生じにくい。

また、上述のように固定倍率式とすることでレンズ本来の特性を発揮できるのは勿論、開口数（Numerical Aperture）を０．０１０〜０．０１５とすることで、基板側アライメントマーク３とマスク側アライメントマーク４とを良好に認識し得る解像度を維持しつつ、作動距離を２９０ｍｍ以上とすることができ、従来のように対物レンズ性能を劣化させる補助レンズを用いる必要なく、チャンバーの外部から両アライメントマークを認識可能なものとなる。

更に、開口数を０．０１０〜０．０１５と低くしたため、それだけ被写界深度を大きくでき、従って、従来より基板側アライメントマーク３とマスク側アライメントマーク４との間隔を広く取った状態で（１．５ｍｍ以上）、両アライメントマーク３・４を認識することができる。

即ち、例えば、基板１に設けた基板側アライメントマーク３とマスク２に設けたマスク側アライメントマーク４との双方を光学手段５により認識し得るようにこの基板１とマスク２とを移動手段により相対的に移動せしめ、前記光学手段５で認識した画像データを用いて前記基板側アライメントマーク３と前記マスク側アライメントマーク４との位置合わせに必要な移動量を算出し、この算出移動量に基づいて前記移動手段を制御して前記基板１若しくは前記マスク２を移動させる位置合わせ工程を、一回若しくは複数回行うことで前記基板１と前記マスク２とのアライメント調整を行った後、前記基板１と前記マスク２とを密着せしめる際、上記位置合わせ工程において基板１とマスク２とを垂直移動（上昇及び下降）させることなく、また、基板１とマスク２とを接触させることなく、平行方向への移動のみで両アライメントマーク３・４の認識及び位置合わせ（に必要な移動量の算出）を行うことが可能となる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、基板１とマスク２とを相対的に移動せしめる移動手段と、この基板１に設けた基板側アライメントマーク３とマスク２に設けたマスク側アライメントマーク４とを画像化して認識する光学手段５とを有するアライメント装置であって、前記光学手段５は、固定倍率式で且つ少なくとも物体側がテレセントリックな対物レンズ６を有し、この対物レンズ６の開口数（ＮＡ）が０．０１０〜０．０１５で且つ作動距離（ＷＤ）が２９０ｍｍ以上となるように絞り７の位置及び形状を設定したものである。

具体的には、本実施例は、上記移動手段及び光学手段５に加え、この光学手段５により得られた画像データを用いて前記基板側アライメントマーク３と前記マスク側アライメントマーク４との位置合わせに必要な移動量を算出する移動量算出手段と、この移動量算出手段により算出した算出移動量に基づいて前記移動手段を制御する制御手段と、前記基板１と前記マスク２とを密着させる密着手段（マグネット）とを有している。

基板１としては、一般的なガラス基板が使用される。また、マスク２としては、一般的なメタルマスクが使用される。本実施例においては基板１に十字状の基板側アライメントマーク３を、マスク２に環状のマスク側アライメントマーク４を設け、この環状のマスク側アライメントマーク４内に十字状の基板側アライメントマーク３が丁度収まることで、基板１とマスク２とが適正重合状態となるように設定している。

移動手段としては、マスクホルダ17に保持されるマスク２に対して、基板１をＸ，Ｙ及びθ方向に移動可能せしめる駆動機構が採用され、チャック等の保持機構16により保持された基板１をマスク２に対して相対的に移動せしめてマスク２と基板１との位置合わせを行うように構成している。尚、駆動機構は制御手段を備えたコンピュータに接続される。尚、マスク２をアライメントテーブル等により移動せしめる構成としても良い。

光学手段５としては、ＣＣＤ９（撮像素子）と対物レンズ６とから成るＣＣＤカメラを採用している。このＣＣＤカメラは前記移動量算出手段及び前記制御手段を備えたコンピュータに接続され、ＣＣＤカメラで認識した画像は、コンピュータ内で画像データとして処理される。即ち、従来同様に、ＣＣＤカメラで認識した映像をコンピュータを用いて処理して自動的にアライメントを行う構成を採用できる。

具体的には、基板側アライメントマーク３とマスク側アライメントマーク４との位置（座標）から相対距離（位置ズレ量）を検出して、両アライメントマーク３・４（の中心位置）を一致させるために必要な基板１の移動量を算出するように前記移動量算出手段を構成し、この算出移動量を用いて駆動機構を駆動し、基板１をマスク２の表面と平行な平面内で移動させ得るように前記制御手段を構成している。

本実施例の対物レンズ６について更に具体的に説明する。

対物レンズ６は、筒本体10とこの筒本体10内に固着される４枚のレンズ８と、筒本体10の側部から光を入射させる照明11と、この照明11からの光の向きを９０°回転させて基板１及びマスク２に対して垂直に照射するためのビームスプリッター12と、このビームスプリッター12と物体側レンズ８との間に設けられる絞り７とで構成されている。尚、本実施例の対物レンズ６は４枚のレンズを使用する構成であるが、図１に図示したような従来の対物レンズ23は、上述のようにズーム調整機構25やピント調整機構26を設ける関係上、１３枚のレンズが必要となり、それだけコスト高となり、また、性能も劣化する。

本実施例の光学手段５は、例えば図５に図示したような、アライメント装置が設けられたチャンバー13の上部に設けた固定部15にステージを介して取付固定され、チャンバー上部に設けた透明な窓部14から内部の基板１及びマスク２の両アライメントマーク３・４を認識し得るように構成している。

具体的には、同軸落射方式（照明光を対物レンズ内部を通して垂直に落とす方式）によりチャンバー13の窓部14を通して両アライメントマーク３・４の全反射光を撮像する構成としている。尚、リング照明などで斜めからアライメントマークに光を照射することで、一層マスク側アライメントマーク４の輪郭を明確にできる。

また、本実施例の対物レンズ６は、固定焦点となり、従来のようにピント調整機構は有していないため、ピントの調整は、ＣＣＤカメラを取りつけたステージを垂直方向に移動（上下動）させることで行う。また、倍率も固定であり、従来のようにズーム調整機構は有していないため、視野はＣＣＤインチサイズ（１／３インチ）と等しく４．８×３．６ｍｍとなる。尚、視野はアライメントマークのサイズに応じて適宜設定すると良い。

また、本実施例の対物レンズ６の絞り７はリング状であり、開口数０．０１０〜０．０１５で且つ作動距離２９０ｍｍ以上となるようにその絞り径及びビームスプリッター12と物体側レンズ８との間で位置を設定している。尚、絞り径を小さくすると、被写界深度が大きくなり解像度が低くなる。逆に、絞り径を大きくすると、被写界深度が小さくなり解像度が高くなる。即ち、本実施例は、倍率固定式の対物レンズを用いることで、アライメントを行う際には重要でないピントや倍率を調整する機構を省き、シンプルで可及的に良好なレンズ性能を発揮し得る構成とすることで、より明確にアライメントマークを認識できるようにし、その分、絞り径を小さくして被写界深度を大きく設定している。

このように絞り７の絞り径及び位置を設定することで、レンズ性能を低下させずにチャンバー等にマウント可能となり、且つ、従来よりも大きな被写界深度（具体的には、３〜４ｍｍ程度まで大きくできる）を達成可能となる（即ち、より大型の基板１に対応可能となる。）。従って、アライメントマークを明確に認識可能となり、少ない動作での位置決めでも従来より高精度な位置決めが可能となり、よって、有機ＥＬ素子形成装置に本実施例を設けた場合、スループットを改善できることになる。

即ち、図４に図示したように、例えばマスク２に対して基板１を平行方向に移動させて大まかに両アライメントマーク３・４を位置決めした後（図４（ａ））、上昇させずそのままの高さで両アライメントマーク３・４の位置ズレ量を検出して上記算出移動量を算出し、この算出移動量に基づいて基板１を平行移動せしめて再度位置ズレ量を検出し（図４（ｂ））、位置ズレ量が許容範囲内であればそのまま密着せしめ（図４（ｃ））、未だ位置ズレ量が許容範囲外であれば、再度基板１をそのままの高さで平行移動せしめて位置ズレ量を検出することができる。よって、両アライメントマーク３・４の認識を行う場合と、位置合わせのための平行移動（位置合わせのための移動量の算出）を行う場合とで、基板１とマスク２との間隔を変える必要がなく極めて効率的なアライメント調整が可能となる。

本実施例は上述のように構成したから、光学手段５の対物レンズ６は、ズームレンズではなく固定倍率式であるため、絞りやピントの調整機構が不要で、レンズ枚数を少なくでき、それだけ画質が良好となり、また、簡易な構造となり小型で且つ安価となる。

また、少なくとも物体側がテレセントリックであり、対物レンズ６と基板１及びマスク２との距離が変化しても、寸法変動や位置変動がなく測定誤差が生じにくい。

また、上述のように固定倍率式とすることでレンズ本来の特性を発揮できるのは勿論、開口数（Numerical Aperture）を０．０１０〜０．０１５とすることで、基板側アライメントマーク３とマスク側アライメントマーク４とを良好に認識し得る解像度を維持しつつ、作動距離を２９０ｍｍ以上とすることができ、従来のように対物レンズ性能を劣化させる補助レンズを用いる必要なく、チャンバーの外部から両アライメントマークを認識可能なものとなる。

更に、開口数を０．０１０〜０．０１５と低くしたため、それだけ被写界深度を大きくでき、従って、従来より基板側アライメントマーク３とマスク側アライメントマーク４との間隔を広く取った状態で（１．５ｍｍ以上）、両アライメントマーク３・４を認識することができる。

従って、本実施例は、アライメント調整時間を大幅に短縮可能な極めて実用性に秀れたアライメント装置及びアライメント方法並びに有機ＥＬ素子形成装置となる。

本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

従来の対物レンズの概略説明図である。 従来のアライメント工程の概略説明図である。 本実施例の対物レンズの概略説明図である。 本実施例のアライメント工程の概略説明図である。 本実施例の概略説明図である。

符号の説明

１ 基板
２ マスク
３ 基板側アライメントマーク
４ マスク側アライメントマーク
５ 光学手段
６ 対物レンズ
７ 絞り

Claims (3)

1. 基板とマスクとを相対的に移動せしめる移動手段と、この基板に設けた基板側アライメントマークとマスクに設けたマスク側アライメントマークとを画像化して認識する光学手段とを有するアライメント装置であって、前記光学手段は、固定倍率式で且つ少なくとも物体側がテレセントリックな対物レンズを有し、この対物レンズの開口数（ＮＡ）が０．０１０〜０．０１５で且つ作動距離（ＷＤ）が２９０ｍｍ以上となるように絞りの形状を設定したことを特徴とするアライメント装置。
2. 基板に設けた基板側アライメントマークとマスクに設けたマスク側アライメントマークとの双方を光学手段により認識し得るようにこの基板とマスクとを移動手段により相対的に移動せしめ、前記光学手段で認識した画像データを用いて前記基板側アライメントマークと前記マスク側アライメントマークとの位置合わせに必要な移動量を算出し、この算出移動量に基づいて前記移動手段を制御して前記基板若しくは前記マスクを移動させる位置合わせ工程を、一回若しくは複数回行うことで前記基板と前記マスクとのアライメント調整を行った後、前記基板と前記マスクとを密着せしめるアライメント方法であって、請求項１記載のアライメント装置を用いて、前記位置合わせ工程において前記基板及び前記マスクの両アライメントマークを同時に認識するための前記移動手段による垂直方向への移動を行うことなく、前記基板側アライメントマーク及び前記マスク側アライメントマークの認識並びに前記位置合わせに必要な移動量の算出を行うことを特徴とするアライメント方法。
3. 請求項１記載のアライメント装置を備えたことを特徴とする有機ＥＬ素子形成装置。
   

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