JP2008287935A - 位置合わせ方法、薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスク交換後の作業時間を短縮させる。
【解決手段】マスクホルダ上のマスクを撮影し、撮影画像と、候補パターン群に登録されたパターン形状を比較し、登録されたパターン形状毎に一致確率を算出し、一致確率が基準値以上のパターン形状のうち、最大の一致確率のパターン形状を基準パターン形状とし、マスクと基板の位置合わせに用いる。基準値以上の一致確率のパターン形状が無かった場合、撮影画像からアラインメントマークのパターン形状を抽出し、候補パターン群に追加登録する。マスクを交換しても、候補パターン群に一致するパターンが無かった場合だけ、撮影画像からアラインメントマークのパターン形状を抽出すればよいから、マスク交換のための作業時間が短縮する。
【選択図】図３

Description

本発明は、マスクと基板の位置合わせ方法に係り、特に、アラインメントマークが貫通孔で形成されたマスクの位置合わせ方法に関する。

有機ＥＬ素子を作成する手法として、基板の画素上に蒸着物層を形成する為に、ディスプレイ基板とマスクを位置合わせして蒸着物層を形成する方法が一般的に用いられている。

マスクはメタルマスク、基板はガラス基板、シリコンウエハ、あるいはフィルムなどが用いられる。マスク、基板各々に予め用意されたアライメントマークの位置を画像処理により認識することで、それぞれの位置を計測、位置合わせが行われる。メタルマスクとディスプレイ基板をアライメント機構により精密に位置決めすることにより、基板上に選択的に蒸着物層を形成することが可能となる。
特に、ＲＧＢをメタルマスクにより塗り分け、フルカラーディスプレイを作成する場合には、より高いアライメント精度が必要とされる。

真空蒸着に用いられるマスクは、一般的にインバー、４２−Ａｌｌｏｙ、Ｎｉ−Ｃｏ等、金属材料により製作されるが、マスク上に作成されるアライメントマークの製作精度を、高くすることが困難な状況にあり、特に近年では、基板サイズが大型化することでより精度は低下する傾向にある。

製作精度が低いと、画像処理によるマーク認識がエラーとなることも多くなり、処理タクトが長くなる。他方、認識エラーを発生させないように認識時の敷居値を下げると、位置検出精度が低下する為、マスクアライメントの精度が低下することになる。

蒸着に使用するマスクは一定枚数の基板を蒸着処理した後、交換する必要があるが、マスク毎にマスクアライメントマークの製作精度が異なる為、マスクの交換後も交換前と同じパターン形状で位置合わせしようとしても、マスクアライメントマークを検出できず、位置合わせを行なうことができない。

そのため、マスクを交換する度に撮影し、撮影画像からマスクアライメントマークを抽出して登録するか、または、予め全てのマスクアライメントマークを抽出しておき、マスクと対応付けて登録しておき、登録されたパターン形状で位置合わせがされていた。

しかし、上記いずれの方法でも、全てのマスクの撮影画像からマスクアラインメントマークを抽出する必要がある。この工程はコンピュータを用いても長時間を必要とし、作業効率が悪いという問題がある。
特開２００３−２５７８４１号公報

本発明は、マスク交換のために要する時間を短縮させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、マスクアラインメントマークのパターン形状をマスク基準パターン形状として記憶しておき、マスクを撮影し、得られた撮影画像の中から前記マスク基準パターン形状と一致するパターン形状を検出し、検出されたパターン形状の位置を、撮影された前記マスクの前記マスクアラインメントマークの位置とし、前記マスクアラインメントマークの位置と、基板が有する基板アラインメントマークの位置とから、前記マスクと前記基板とを位置合わせする位置合わせ方法であって、候補パターン群に複数の異なるマスクアラインメントマークのパターン形状を登録しておき、前記撮影画像と、前記候補パターン群に登録された前記パターン形状とを比較し、前記撮影画像中に、登録された前記パターン形状が含まれる確率である一致確率を、前記登録された前記パターン形状毎に算出し、前記一致確率が最大のパターン形状を前記マスク基準パターン形状として選択して記憶する位置合わせ方法である。
また、本発明は、予め基準値を記憶しておき、前記候補パターン群に登録された前記パターン形状の前記一致確率がいずれも前記基準値未満である場合には、前記撮影画像から前記撮影画像に含まれるマスクアラインメントマークのパターン形状を抽出し、前記抽出されたパターン形状を前記マスク基準パターン形状として記憶すると共に、前記抽出されたパターン形状を前記候補パターン群に登録する位置合わせ方法である。
また、本発明は、真空槽内に配置された基板と前記マスクとを上記いずれかの位置合わせ方法によって前記真空槽内で位置合わせした後、前記真空槽内に配置された成膜源から薄膜材料の微粒子を放出させ、前記マスク底面に露出する、前記基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法である。
また、本発明は、前記マスクによって、複数の前記基板の表面に前記薄膜を形成した後、前記マスクを他のマスクに交換し、前記真空槽内に配置された基板と前記他のマスクとを上記いずれかの位置合わせ方法によって前記真空槽内で位置合わせした後、前記真空槽内に配置された前記成膜源から前記薄膜材料の微粒子を放出させ、前記他のマスク底面に露出する、前記基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法である。

一致確率が高いパターン形状を用いて位置合わせを行なうことができるから、位置合わせミスが減少する。
マスクを交換しても、候補パターン群に一致するパターンが無かった場合だけ、撮影画像からアラインメントマークのパターン形状を抽出すればよいから、撮影画像からマスクアラインメントマークを抽出する回数が減少し、マスク交換のための作業時間が短縮する。

図１の符号１０は、本発明方法が実施される成膜装置を示しており、真空槽１１を有している。
真空槽１１内部の天井側には基板ホルダ１３が配置されている。基板ホルダ１３の更に上方には撮影装置(カメラ)１４が配置され、基板ホルダ１３の鉛直下方には成膜源１５が配置されている。成膜源１５と基板ホルダ１３の間には、マスクホルダ１６が配置されており、マスクホルダ１６には、金属の薄板から成るマスク１８が保持されている。

このマスク１８には、所定パターンの貫通孔が形成されており、マスク１８の端部位置には、貫通孔から成るアラインメントマークが配置されている。
また、撮影装置１４はコンピュータ２０に接続されている。コンピュータ２０には記憶装置２１が設けられており、記憶装置２１内には、予め画像解析プログラムが記憶されている。撮影装置１４によって撮影された画像はコンピュータ２０に入力されると、画像解析プログラムによって、下記のように、撮影画像の画像解析が行われる。

この成膜装置１０を用いて基板に薄膜を形成する工程を、図３のフローチャートを用いて説明する。
貫通孔を形成する加工方法の精度は低いことから、マスク１８に形成されるマスクアラインメントマークは、設計した形状とは異なった形状で形成されてしまう場合がある。

また、同じ設計形状のマスクアラインメントマークが複数のマスク１８に形成されるため、マスク１８毎に、マスクアラインメントマークの形状が異なってしまう。
画像解析によって、撮影画像からマスクアラインメントマークを検出しようとする場合、先ず、出現頻度が高いと考えられるマスクアラインメントマークのパターン形状を予想し、二個以上のパターン形状を、予想パターン形状として予め候補パターン群に登録しておく(図３のＳ₁)。

次に、真空排気系２２によって真空槽１１内を真空排気し、真空雰囲気を維持した状態で成膜面が下方に向けられた基板を真空槽１１内に搬入し(Ｓ₂)、成膜面を下方に向けて基板ホルダ１３上に配置する。図２の符号１９は、基板ホルダ１３上の基板を示している。
この状態では、撮影装置１４の下方位置に基板１９とマスク１８が配置されており、先ず、マスク１８の一部である所定の撮影領域を撮影し(Ｓ₃）、撮影画像をコンピュータ２０に入力する。

コンピュータ２０には、画像解析プログラムが起動されており、撮影画像と、候補パターン群に登録されたパターン形状とが画像解析プログラムの画像解析処理によって比較され、撮影画像中に登録されたパターン形状が含まれている確率が算出される。
その確率を一致確率とすると、撮影画像との比較は候補パターン群に登録されたパターン形状毎に行なわれ、登録されたパターン形状毎に一致確率が求められる(Ｓ₄)。

記憶装置２１には、一致確率の基準値が予め設定されており、一致確率は基準値とが比較され、一致確率の値が基準値以上のパターン形状が候補パターン群中に存在した場合には、その一致確率を与えるパターン形状が、撮影画像に含まれるアラインメントマークと一致すると判断することができる。

一致確率の値が大きいパターン形状程、マスクホルダ１６上のマスクが有するマスクアラインメントマークの形状に近似しているのであるから、基準値以上の一致確率のパターン形状が複数あった場合、最大の一致確率のパターン形状が最もマスクアラインメントマークの形状に近似していることになる。

従って、一致確率が基準値以上のパターン形状があった場合、最大の一致確率のパターン形状を特定し(Ｓ₅、Ｓ₆)、最大の一致確率のパターン形状をマスク基準パターン形状として選択して記憶すると共に(Ｓ₇)、最大の一致確率のパターン形状の撮影画像中の位置も求めておき、この位置と、撮影画像の基準点からの位置とから、マスクホルダ１６に保持されたマスクが有するマスクアラインメントマークの基準点からの位置も求めることができる。

候補パターン群の中に、基準値以上の一致確率を与えるパターン形状がなかった場合には、候補パターン群には、撮影画像に含まれるマスクアラインメントマークと一致するパターン形状は登録されていないと判断できる。

この場合、候補パターンに登録されているパターン形状では位置合わせを行なうことができないから、画像解析プログラムの画像解析により、撮影画像中からマスクアラインメントマークのパターン形状を抽出し(Ｓ₅、Ｓ₈)、候補パターン群に登録する(Ｓ₉)と共に、マスク基準パターン形状として選択して記憶する(Ｓ₇)。

マスク基準パターン形状が撮影画像から抽出された場合は、撮影画像中にマスク基準パターン形状が含まれる一致確率の値は、１００％に近い値であり、少なくとも基準値以上であって、他の候補パターンの一致確率よりも高い値であるから、算出する必要はない。

また、マスク基準パターン形状が撮影画像から抽出されている場合は、抽出されたパターン形状の撮影画像中の位置は求められており、その位置と撮影画像の基準点からの位置とから、マスクホルダ１６に保持されたマスクが有するマスクアラインメントマークの基準点からの位置を求めることができる。
要するに、いずれの場合も、マスクの撮影画像が画像解析処理された状態では、マスクホルダ１６に保持されたマスクのマスクアラインメントマークの基準点からの位置が求められている。

次に、基板１９上の所定の撮影領域を撮影する。記憶装置２１には、予め基板に形成される基板アラインメントマークのパターン形状が、基板基準パターン形状として記憶されており、画像解析プログラムの画像解析により、基板の撮影画像と基板基準パターン形状とが比較され、撮影画像中に基板基準パターン形状と一致するパターン形状が検出されると、撮影画像に検出された位置と、基板の撮影画像の基準点からの位置とから、基板ホルダ１３に保持された基板１９が有する基板アラインメントマークの基準点からの位置が求められる(Ｓ₁₀)。

このように、マスクアラインメントマークの位置と基板アラインメントマークの位置が求められるとマスクと基板１９の相対的な位置関係が分かるから、マスクと基板１９とを水平面内で相対的に回転させたり、又は水平面内で相対的に移動させることで、マスク１８と基板１９との位置合わせを行なうことができる(Ｓ₁₁)。例えば、マスクアラインメントマーク真上に基板アラインメントマークを位置させることができる。

位置合わせがされた状態では、マスク１８の貫通孔のパターンが、基板１９表面の薄膜が形成されるべき領域と重ね合わされており、基板１９とマスクの一方又は両方を鉛直方向に沿った方向に移動させて基板１９とマスク１８とを近づけ、基板１９の成膜面にマスク１８を密着させた後、成膜源１５の内部に配置された有機ＥＬ薄膜材料等の薄膜材料の微粒子(ここでは有機ＥＬ薄膜材料の蒸気)を放出させると、マスクの貫通孔パターンの底面に露出する基板１９の表面(成膜面)に薄膜材料の微粒子が到達し、そこに付着して薄膜が成長する。

基板１９上に所定膜厚の薄膜が形成された後、薄膜材料の微粒子の放出を停止させ、基板１９とマスクを分離させ、真空槽１１の真空雰囲気を維持しながら基板１９を真空槽１１の外部に搬出する(Ｓ₁₂)。

多数の基板１９に対してこのような成膜処理を行なった場合は、マスク１８の表面にも薄膜が成長してしまう。特に、貫通孔の内側にも薄膜が成長すると、貫通孔の大きさや形状が変化してしまうため、所定枚数の基板１９を成膜処理する毎にマスク１８を交換する必要が生じる。

ここでは成膜処理が行なわれた基板１９の枚数は少なく、マスク１８を交換する必要はないものとすると、マスクホルダ１６にマスク１８を保持させておき、その状態で、真空槽１１の真空雰囲気を維持しながら、未処理の基板を成膜面を下方に向けて真空槽１１内に搬入し、基板ホルダ１３に保持させる(Ｓ₁₃、Ｓ₁₄)。

次に、マスク１８の所定の撮影領域を撮影し、記憶されているマスク基準パターン形状と撮影画像とを比較し、撮影画像中に含まれるパターン形状であってマスク基準パターン形状と一致するパターン形状を検出する。
このとき使用したマスク基準パターン形状が撮影画像に含まれる一致確率は、他の候補パターン群のパターン形状が含まれる一致確率よりも高く、基準値以上の大きさである。

従って、マスク１８が交換されるまでは、撮影画像と候補パターン群中の他のパターン形状との比較は行なわずに、撮影画像中に検出されたパターン形状の撮影画像中の位置と検出画像の基準点からの位置とから、マスクホルダ１６に保持されているマスク１８が有するマスクアラインメントマークの基準点からの位置を求める(Ｓ₁₅)。

このとき、他のマスクに交換するまでは、当該マスクに交換した時に採用したマスク基準パターン形状を使用して位置合わせを行なうので、基板の位置合わせを行なう度に候補パターン群の中の他のパターン形状と撮影画像とを比較する必要がなく、位置合わせに要する処理時間を短縮することができる。

次に、搬入された未処理の基板の撮影領域を撮影し、記憶されている基板基準パターン形状と照合し、撮影画像中に含まれるパターン形状であって基板基準パターン形状と一致するパターン形状を検出し、その撮影画像中の位置と撮影画像の基準点からの位置とから、基板ホルダ１３に保持されている基板１９が有する基板アラインメントマークの位置を求める(Ｓ₁₀)。
次いで、マスク１８と基板１９の相対的な位置関係からマスク１８と基板１９との位置合わせを行なった後(Ｓ₁₁)、成膜処理を行なう(Ｓ₁₂)。

このように、成膜処理が繰り返し行なわれ、成膜処理が行なわれた基板１９の枚数が予め設定された交換枚数に達した場合、マスク１８を交換する必要が生じる。
この場合、マスクホルダ１６に保持されているマスク１８を真空槽１１の外部に搬出し、新しいマスクをマスクホルダ１６に保持させる(Ｓ₁₆)。このマスク交換の際に真空槽１１内に大気が導入された場合は、真空槽１１内を真空排気し、真空雰囲気にした状態で未処理の基板を搬入する(Ｓ₂)。

次いで、新しいマスクの所定の撮影領域を撮影し、撮影画像と、候補パターン群に登録されたパターン形状とが画像解析プログラムの画像解析処理によって比較され、撮影画像中に登録されたパターン形状が含まれている一致確率が、登録されたパターン形状毎に算出される(Ｓ₄)。

候補パターン群には、予め設定しておいた予想パターン形状だけが含まれる場合と、予想パターン形状に加え、実際に使用されたマスクの撮影画像から抽出された追加パターン形状も含まれている場合とがある。いずれの場合についても、登録されたパターン形状は、全部パターン形状毎に一致確率を算出する。
一致確率が基準値以上のパターン形状があった場合、それらの中の最大の一致確率のパターン形状を特定し(Ｓ₅、Ｓ₆)、最大の一致確率が算出されたパターン形状をマスク基準パターン形状として選択して記憶する(Ｓ₇)。

他方、基準値以上の一致確率のパターン形状がなかった場合には、撮影画像中からマスクアラインメントマークのパターン形状を抽出し(Ｓ₈)、候補パターン群に追加登録する(Ｓ₉)と共に、そのパターン形状をマスク基準パターン形状として選択して記憶する(Ｓ₇)。

いずれの場合も、マスクの撮影画像が画像解析処理された状態では、マスクホルダ１６に保持されたマスクのマスクアラインメントマークの基準点からの位置が求められているので、その位置と、未処理の基板が有する基板アラインメントマークの基準点からの位置とから、上記と同様に位置合わせと成膜処理を行なう(Ｓ₁₁、Ｓ₁₂)。

以上説明したように、本発明によれば、候補パターン群に登録されたパターン形状が撮影画像中に基準値以上の一致確率で検出された場合、そのマスクのアラインメントマークのパターン形状を抽出する必要がない。
従って、多数の基板に成膜処理を行なう間に、効率よくマスクを交換を行なうことができる。

上記実施例では、成膜源１５には、成膜源１５の内部に配置された有機蒸着材料を加熱して、その蒸気を微粒子として放出させる蒸着源が用いられていたが、有機蒸着材料に限定されるものではなく、加熱によって金属を蒸発させ、金属蒸気を微粒子として放出する蒸着源であってもよい。

また、蒸気を放出する蒸着源ではなく、成膜源１５として薄膜材料から成るスパッタリングターゲットを配置し、真空槽１１内にアルゴンガス等のスパッタリングガスを導入し、スパッタリングターゲット表面近傍にプラズマを生成し、スパッタリングターゲットをスパッタし、スパッタリングターゲットからスパッタリング粒子を薄膜材料の微粒子として放出させてもよい。

本発明の成膜装置の一例 その成膜装置に基板が配置された状態を説明するための図 本発明の工程を説明するためのフローチャート

符号の説明

１０……成膜装置
１１……真空槽
１８……マスク
１９……基板

Claims (4)

1. マスクアラインメントマークのパターン形状をマスク基準パターン形状として記憶しておき、
   マスクを撮影し、得られた撮影画像の中から前記マスク基準パターン形状と一致するパターン形状を検出し、検出されたパターン形状の位置を、撮影された前記マスクの前記マスクアラインメントマークの位置とし、
   前記マスクアラインメントマークの位置と、基板が有する基板アラインメントマークの位置とから、前記マスクと前記基板とを位置合わせする位置合わせ方法であって、
   候補パターン群に複数の異なるマスクアラインメントマークのパターン形状を登録しておき、
   前記撮影画像と、前記候補パターン群に登録された前記パターン形状とを比較し、前記撮影画像中に、登録された前記パターン形状が含まれる確率である一致確率を、前記登録された前記パターン形状毎に算出し、
   前記一致確率が最大のパターン形状を前記マスク基準パターン形状として選択して記憶する位置合わせ方法。
2. 予め基準値を記憶しておき、
   前記候補パターン群に登録された前記パターン形状の前記一致確率がいずれも前記基準値未満である場合には、前記撮影画像から前記撮影画像に含まれるマスクアラインメントマークのパターン形状を抽出し、
   前記抽出されたパターン形状を前記マスク基準パターン形状として記憶すると共に、前記抽出されたパターン形状を前記候補パターン群に登録する請求項１記載の位置合わせ方法。
3. 真空槽内に配置された基板と前記マスクとを請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の位置合わせ方法によって前記真空槽内で位置合わせした後、前記真空槽内に配置された成膜源から薄膜材料の微粒子を放出させ、
   前記マスク底面に露出する、前記基板表面に薄膜を形成する薄膜形成方法。
4. 前記マスクによって、複数の前記基板の表面に前記薄膜を形成した後、前記マスクを他のマスクに交換し、
   前記真空槽内に配置された基板と前記他のマスクとを請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の位置合わせ方法によって前記真空槽内で位置合わせした後、前記真空槽内に配置された前記成膜源から前記薄膜材料の微粒子を放出させ、
   前記他のマスク底面に露出する、前記基板表面に薄膜を形成する請求項３記載の薄膜形成方法。

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