JP2008300056A

JP2008300056A - マスクアライメント装置

Info

Publication number: JP2008300056A
Application number: JP2007141752A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Yasuda; 克己安田; Shigeki Sasaki; 成樹佐々木
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2007-05-29
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】有機ＥＬディスプレイを製造するためにガラス基板とメタルマスクを位置合わせするためのマスクアライメント装置において、ガラス基板側とメタルマスクとの相対位置を高精度に検出できるようにする。
【解決手段】マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とに対して同軸反射照明装置２２と、透過照明装置３１とを設ける。反射照明を点灯し、透過照明を消灯して撮像された画像から、基板側アライメントマーク１６の位置及びマスク側アライメントマーク１７の位置を検出して位置合わせを行った後に、透過照明を点灯し、反射照明を消灯して撮像された画像から、基板側アライメントマーク１６の位置及びマスク側アライメントマーク１７の位置を検出して、位置合わせを行う。これにより、高精度の位置合わせが行える。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイを製造するためにガラス基板とメタルマスクを位置合わせするためのマスクアライメント装置に関する。

有機ＥＬディスプレイ製造装置では、特許文献１〜特許文献３に示されるように、ガラス基板とメタルマスクを精密に位置合わせして、真空蒸着により有機ＥＬ材料を所望のパターンで製膜する必要がある。このため、ガラス基板とメタルマスクにアライメントマークが形成され、このガラス基板とメタルマスクに設けられたアライメントマーク位置がＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラで撮像される。ガラス基板のアライメントマークはクロム等の金属薄膜で形成され、メタルマスクのアライメントマークとしては貫通穴で形成されるのが一般的である。

このアライメントマークを撮影する光学系は、ガラス基板のアライメントマークが表面が平滑な鏡面状の反射体であることから、ＣＣＤカメラの光軸と、照明光の照射方向を同軸に配置する同軸落射照明方式が用いられる。

メタルマスクの表面粗さは材質、製法などに依存してさまざまなバリエーションがある。特に表面粗さの大きいメタルマスクの場合は、同軸照明で撮影しようとすると、照明光がマスク表面の凹凸で散乱されるため、メタルマスク表面と貫通穴（マスク側アライメントマーク）の明暗コントラストが小さくなり、高精度な位置認識が困難となる。

それに対して、メタルマスクと貫通穴の明暗コントラストを改善するために、同軸落射照明に加えて、ＣＣＤカメラ光軸に対して斜め方向から照射するためのリング状照明を補助的に用いることもある。
特開２００６−１２５９７号公報特開２００４−２６４４０４号公報特開２００４−３０３５５９号公報

しかしながら、この方式では明暗コントラストは改善するが、メタルマスク表面の平均明度がガラス基板のアライメントマークの明度に近づき、また、メタルマスク表面の凹凸によって生じる明度のむらが重なることによって、ガラス基板のアライメントマークの認識が困難になるという問題が生じる。

本発明は、上述の課題を鑑み、ガラス基板とメタルマスクとの相対位置を高精度に検出することができるようにしたマスクアライメント装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明は、ガラス基板に形成された基板側アライメントマークとマスクに形成されたマスク側アライメントマークを撮像し、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の撮像画像から前記ガラス基板と前記マスクの相対位置関係を算出し、前記算出された相対位置関係に基づいて前記ガラス基板と前記マスクを位置合わせするマスクアライメント装置において、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を撮像する撮像手段と、前記ガラス基板と前記マスクに対して前記撮像手段の撮像方向から照明光を照射する反射照明手段と、前記ガラス基板と前記マスクに対して前記撮像手段の撮像方向とは反対側の方向から照明光を照射する透過照明手段と、前記反射照明手段の点灯及び消灯を制御する反射照明制御手段と、前記透過照明手段の点灯及び消灯を制御する透過照明制御手段と、前記撮像手段により撮像された画像を用いて、前記マスク側アライメントマークの位置と前記基板側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出する制御手段と、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う基板移動手段と、を備えることを特徴とする。

かかる発明によれば、マスク側アライメントマークと基板側アライメントマークとに対して、撮像手段の光軸に沿って反射光を照射する反射照明と、その下方から透過光を照射する透過照明とが設けられている。このように、反射照明と透過照明とが設けられているので、ガラス基板とメタルマスクとの相対位置を高精度に検出することができる。

上記発明において、前記制御手段は、前記反射照明手段を点灯し、前記透過照明手段を消灯して、前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマークの位置及び前記マスク側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第１の位置合わせ処理手段と、前記透過照明手段を点灯し、前記反射照明手段を消灯して、前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマークの位置及び前記マスク側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第２の位置合わせ処理手段とを含み、前記第１の位置合わせ処理手段による位置合わせを行った後に、前記第２の位置合わせ処理手段による位置合わせを行うようにしたことを特徴とする。

かかる発明によれば、マスク側アライメントマークと基板側アライメントマークとに対して、撮像手段の光軸に沿って反射光を照射する反射照明と、その下方から透過光を照射する透過照明とが設けられている。反射照明光の場合、マスク側アライメントマークのコントラストが不足するが、マスク側アライメントマークと基板側アライメントマークとが重なっていない場合でも、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は、共に検出できる。透過照明光の場合、マスク側アライメントマークも、基板側アライメントマークも、共に極めてコントラスト良く撮像できるが、マスク側アライメントマークと基板側アライメントマークとが重なっていない場合には、基板側アライメントマークは検出できない。本発明では、最初に、反射照明によりガラス基板とメタルマスクの位置調整を行っているので、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を共に検出して、マスク側アライメントマークと基板側アライメントマークとが重なる位置まで、ガラス基板の位置とメタルマスクの位置とを合わせることができる。そして、反射照明によりガラス基板とメタルマスクの位置調整を行った後に、透過照明によりガラス基板とメタルマスクの位置調整を行うことで、ガラス基板の位置とメタルマスクの位置とを正確に合わせることができる。

上記発明において、前記制御手段は、前記透過照明手段を点灯し、前記反射照明手段を消灯して、前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマークの位置が検出できたかどうかを判断する手段を含み、前記基板側アライメントマークの位置の検出に成功した場合には、前記第２の位置合わせ処理手段による位置合わせを行い、前記基板側アライメントマークに位置の検出に失敗した場合には、前記第１の位置合わせ処理手段による位置合わせを行った後に、前記第２の位置合わせ処理手段による位置合わせを行うようにしたことを特徴とする。

かかる発明によれば、透過照明により、基板側アライメントマークの位置が検出できたかどうかを判断することで、マスク側アライメントマークと基板側アライメントマークとが重なっているかどうかを判定している。そして、基板側アライメントマークの位置が検出できた場合には、マスク側アライメントマークと基板側アライメントマークとが重なっていないとして、直ちに透過照明によりガラス基板とメタルマスクの位置調整を行うことで、処理時間の短縮が図れる。

本発明は、ガラス基板に形成された基板側アライメントマークとマスクに形成されたマスク側アライメントマークを撮像し、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の撮像画像から前記ガラス基板と前記マスクの相対位置関係を算出し、前記算出された相対位置関係に基づいて前記ガラス基板と前記マスクを位置合わせするマスクアライメント装置において、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を撮像する撮像手段と、前記ガラス基板と前記マスクに対して前記撮像手段の撮像方向から照明光を照射する反射照明手段と、前記ガラス基板と前記マスクに対して撮像手段の撮像方向とは反対側の方向から照明光を照射する透過照明手段と、前記撮像手段により撮像された画像を用いて、前記マスク側アライメントマークの位置と前記基板側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出する制御手段と、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う基板移動手段とを備え、前記基板側アライメントマークの反射照明光による反射画像の明度と、前記マスク側アライメントマークの透過照明光による透過画像の明度とが異なるように、前記反射照明手段及び前記透過照明手段の光量が調整されることを特徴とする。

かかる発明によれば、基板側アライメントマークの反射照明光による反射画像の明度と、マスク側アライメントマークの透過照明光による透過画像の明度が異なるように、反射光び透過光の光量を調整することで、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位置関係によらず、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コントラスト良く撮像することができ、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相対位置を高精度に検出することができる。

本発明によれば、マスク側アライメントマークと基板側アライメントマークとに対して、撮像手段の光軸に沿って反射光を照射する反射照明と、その下方から透過光を照射する透過照明とが設けられている。このように、反射照明と透過照明とが設けられているので、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相対位置を高精度に検出することができる。また、表面の粗さの大きい安価なメタルマスクでも、ガラス基板とメタルマスクの位置を正しく位置合わせすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明のマスクアライメント装置を組み込んだ有機ＥＬディスプレイ用蒸着装置の構成を示すものである。図１において、真空容器１０内には、ガラス基板１１とメタルマスク１２とが積層されて配置される。メタルマスク１２には、ディスプレイの画素パターンに対応する複数の開口１３が形成されている。メタルマスク１２は、図示していない保持機構により、真空容器１０内に固定されている。一方、ガラス基板１１は、基板移動機構４２により、メタルマスク１２に対して移動自在とされている。真空容器１０内には、ガラス基板１１に有機ＥＬ材料を製膜するための蒸着源１５が設けられる。

ガラス基板１１の所定の位置には、基板側アライメントマーク１６が形成されている。基板側アライメントマーク１６は、例えばクロム等の金属薄膜からなるほぼ鏡面の反射素材である。メタルマスク１２の所定の位置には、マスク側アライメントマーク１７が形成されている。マスク側アライメントマーク１７は、貫通穴である。基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７は互いに対応した位置に形成されている。

真空容器１０の上面には、窓１８が形成されている。窓１８は、真空容器１０内のメタルマスク１２及びガラス基板１１のマスク側アライメントマーク１７及び基板側アライメントマーク１６に当たる位置のほぼ垂直上方に形成されている。

真空容器１０の外部の上側には、この窓１８に対応する位置に、光学装置２０が配設される。光学装置２０は、撮像装置２１と同軸反射照明装置２２とを含んでいる。同軸反射照明装置２２は、撮像装置２１の光軸と同軸方向に照射光を照射するものである。撮像装置２１は、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７からの反射光や透過光を撮像するものである。

また、真空容器１０の側面には、窓１９が形成されている。この窓１９に対応する位置に、光学装置３０が配設される。光学装置３０は、透過照明装置３１を含んでいる。また、真空容器１０内のマスク側アライメントマーク１７及び基板側アライメントマーク１６に当たる位置のほぼ垂直下方には、ミラー３５が配置されている。

図２は、本発明の第１実施形態における光学装置２０の構成を説明するものである。図２において、撮像装置２１は、ＣＣＤカメラ２４とレンズ２５とから構成される。この撮像装置２１は、ガラス基板１１及びメタルマスク１２をほぼ垂直上方から撮影する。レンズ２５には同軸反射照明装置２２が取り付けられている。

同軸反射照明装置２２は、ハロゲン光源２６とライトガイド２７からなり、ハロゲン光源２６からライトガイド２７を介して出射された照明光は、レンズ２５内のハーフミラー２８で折り曲げられ、レンズ光軸と同軸にガラス基板１１とメタルマスク１２に照射される。また、同軸反射照明装置２２にはシャッタ２９が設けられており、シャッタ２９を開閉することにより同軸照明の点灯、消灯を高速に切り替えることができる。なお、シャッタ２９の開閉は、画像処理制御装置４０（図１に示す）からの制御信号によって切り替えられる。

図３は、本発明の第１実施形態における光学装置３０の構成を説明するものである。図３に示すように、光学装置３０は、透過照明装置３１を構成するハロゲン光源３２と、投光レンズ３３からなる。また、透過照明装置３１にはシャッタ３４が設けられており、シャッタ３４を開閉することにより透過照明の点灯、消灯を高速に切り替えることができる。なお、シャッタ３４の開閉は、画像処理制御装置４０からの制御信号によって切り替えられる。ハロゲン光源３２からの照射光は、ミラー３５で反射されて光路が曲げられ、メタルマスク１２とガラス基板１１に照射され、この透過光がＣＣＤカメラ２４で撮像される。

また、図１に示すように、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際には、光学装置２０の同軸反射照明装置２２から同軸落射照明が照射され、また、光学装置３０の透過照明装置３１から透過照明光が出射される。この照明光の反射光及び透過光は、ＣＣＤカメラ２４で撮像される。

このＣＣＤカメラ２４からの画像に対して、画像処理制御装置４０で正規化相関パターンマッチングなどの画像認識処理が行われ、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７との相対位置が検出され、基板移動機構４２の移動量が算出される。この移動量に基づいて、アクチュエータ制御装置４１により、基板側アライメントマーク１６のパターンと、マスク側アライメントマーク１７のパターンとが一致するように、基板移動機構４２を介してガラス基板１１が移動される。

ガラス基板１１がメタルマスク１２に対して正しい位置に調整されたら、蒸着源１５により、ＥＬ素子の蒸着が行われる。メタルマスク１２には、ディスプレイの画像パターンに対応する開口１３が設けられているため、開口１３と同じパターンの有機ＥＬ膜パターンがガラス基板１１に転写される。

このように、本発明の第１の実施形態では、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とに対して、撮像装置２１の光軸に沿って反射光を照射する同軸反射照明装置２２と、その下方から透過光を照射する透過照明装置３１とが設けられている。このように、同軸反射照明装置２２と透過照明装置３１とが設けられているので、ガラス基板１１とメタルマスク１２との相対位置を高精度に検出することができる。この理由について、以下に説明する。

図４は、同軸反射照明装置２２により基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを撮像したときの画像を模式的に示したものであり、図４（Ａ）はガラス基板１１とメタルマスク１２との位置がずれているときの画像を示し、図４（Ｂ）はガラス基板１１とメタルマスク１２との位置が合致しているときの画像を示している。

同軸反射照明装置２２からの照明光は、窓１８を介して、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７に向けて照射される。そして、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７からの反射光は、ＣＣＤカメラ２４で撮像される。

基板側アライメントマーク１６は、クロム等からなりほぼ鏡面状の反射体である。このため、基板側アライメントマーク１６は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、画像内で白色のパターンＰ１として認識される。これに対して、マスク側アライメントマーク１７は貫通穴である。このため、照明光は反射せず、マスク側アライメントマーク１７の周囲のメタルマスク１２の表面で反射した光が検出される。このため、マスク側アライメントマーク１７は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、画像内で周囲と比べて黒いパターンＰ２となる。

このように、同軸反射照明光の場合、基板側アライメントマーク１６は画像内で白色のパターンＰ１となり、マスク側アライメントマーク１７は画像内で周囲と比べて黒いパターンＰ２となる。このとき、基板側アライメントマーク１６はほぼ鏡面であるため、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１のコントラストは十分に大きい。しかしながら、メタルマスク１２の表面は鏡面でないため、メタルマスク１２からの反射光は散乱されてレンズ３３に到達し、その光量は小さい。このため、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２のコントラストは不足する。このように、同軸反射照明では、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１はコントラストが大きいが、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２のコントラストは不足する。

これに対して、図５は、透過照明装置３１により基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを撮像したときの画像を模式的に示したものであり、図５（Ａ）はガラス基板１１とメタルマスク１２との位置がずれているときの画像を示し、図５（Ｂ）はガラス基板１１とメタルマスク１２との位置が合致しているときの画像を示している。

透過照明装置３１からの透過照明光は、窓１９を介して真空容器１０内に導かれ、ミラー３５で反射されて、ガラス基板１１及びメタルマスク１２の基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７に向けて照射される。そして、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７を通過した透過光は、ＣＣＤカメラ２４で撮像される。

メタルマスク１２のマスク側アライメントマーク１７は貫通穴である。このため、マスク側アライメントマーク１７は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、画像内で白色のパターンＰ１２となる。これに対して、ガラス基板１１の基板側アライメントマーク１６の部分は、照明光を遮断する。このため、ガラス基板１１の基板側アライメントマーク１６は、図５（Ｂ）に示すように、画像内で黒色のパターンＰ１１となる。

透過照明光の場合、メタルマスク１２及び基板側アライメントマーク１６が共に光を通さないため、マスク側アライメントマーク１７は白いパターンＰ１２となり、基板側アライメントマーク１６は黒いパターンＰ１１となる。そして、図５（Ｂ）に示したように、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なっていれば、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ１２も、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１１も、共に十分なコントラストになる。

ところが、基板側アライメントマーク１６が認識できるのは、図５（Ｂ）に示したように、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なっている場合だけである。マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なっていない場合には、図５（Ａ）に示すように、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１１は検出できない。

以上のように、同軸反射照明光を用いると、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２のコントラストが不足するが、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なっていない場合でも、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１及びマスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２は、共に検出できる。

これに対して、透過照明光を用いると、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なっていれば、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ１２も、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１１も、共に極めてコントラスト良く撮像できるが、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なっていない場合には、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１１は検出できない。

そこで、本発明の第１の実施形態では、最初に、同軸反射照明光を使って、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１及びマスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２を検出して、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なる位置まで位置合わせを行い、次に、透過照明光を使って、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ１２及び基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１１を検出して、高い精度で、位置合わせを行うようにしている。また、これにより、表面の粗さの大きい安価なメタルマスク１２でも、ガラス基板１１とメタルマスク１２の位置を正しく位置合わせすることができる。

図６は、本発明の第１の実施形態のフローチャートを示すものである。なお、位置合わせを行う際には、同軸反射照明装置２２及び透過照明装置３１のハロゲン光源２６及び３２は常に点灯させておくものとし、シャッタ２９、３４を開閉させることで、同軸反射照明及び透過照明の点灯、消灯を制御するものとする。

図６において、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際には、まず、画像処理制御装置４０は、シャッタ３４を閉じて、シャッタ２９を開け、同軸反射照明を点灯させ、透過照明を消灯させる（ステップＳ１）。同軸反射照明の場合には、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２のコントラストが不足するが、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なっていない場合でも、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１及びマスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２は、共に検出できる。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ２）、ＣＣＤカメラ２４の画像から、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７の位置を検出する（ステップＳ３）。

画像処理制御装置４０は、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７のマスク側アライメントマーク１７の位置が検出されたら、基板側アライメントマーク１６の位置とマスク側アライメントマーク１７の位置とから、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量を算出する（ステップＳ４）。そして、画像処理制御装置４０は、位置ずれ量から補正移動量を演算し、アクチュエータ制御装置４１に補正移動量を送信する（ステップＳ５）。アクチュエータ制御装置４１は、受信した移動量に基づいて、基板移動機構４２を移動させる（ステップＳ６）。

ステップＳ１〜ステップＳ６の処理により、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量はある程度補正される。このため、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なった位置になる。

ステップＳ１〜ステップＳ６の処理が終了したら、画像処理制御装置４０は、シャッタ３４を開け、シャッタ２９を閉じて、透過照明を点灯させ、同軸反射照明を消灯させる（ステップＳ７）。前述したように、透過照明光では、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ１２及び基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１１を共に高いコントラストで検出できる。

そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ８）、ＣＣＤカメラ２４の画像から、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７の位置を検出する（ステップＳ９）。

画像処理制御装置４０は、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７の位置が検出されたら、基板側アライメントマーク１６の位置とマスク側アライメントマーク１７の位置とから、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量を算出する（ステップＳ１０）。そして、画像処理制御装置４０は、位置ずれ量が許容範囲内にあるかどうかを判断し（ステップＳ１１）、許容範囲内になければ、ステップＳ５にリターンする。

ステップＳ５〜ステップＳ１１を繰り返すことで、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量は許容範囲内に近づいていく。そして、ステップＳ１１で、位置ずれ量が許容範囲内であると判定されたら、それで処理は終了となる。

なお、同軸反射照明だけでは、光が散乱されて貫通穴のマスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２のコントラストが低下するという問題は、メタルマスク１２の表面粗さに依存する。メタルマスク１２の材質として一般的な鉄系合金の場合、平均表面粗さＲａが０．２μｍ以上のときに、斜照明を用いることによるコントラストの向上の効果が顕著であることが実験的に確認されている。また、この問題はメタルマスク１２とレンズの間隔（動作距離）が長いほど顕著になるため、本発明の実施形態では、有機ＥＬ蒸着装置のように両者が真空容器の内と外に配置されて１００ｍｍ以上の動作距離が必要な場合に特に有効である。

また、本発明の適用対象である位置合わせ装置では、アライメントマークの位置検出用の画像を撮像する前にオートフォーカスによる焦点調節を行う場合もある（例えば特開２００４−２６４４０４号等に記載されている）。このような装置では、画像の微分信号やコントラスト値に基づいて焦点調節を行っている。本発明の実施形態では、画像のコントラストが大きくなることから、アライメントマークの位置検出精度の向上が図れるばかりでなく、オートフォーカスの精度、信頼性の向上を図ることもできる。

＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態のフローチャートである。前述の第１の実施形態では、透過照明光による位置合わせの前に、常に反射照明による位置合わせを行っているが、本発明を適用するディスプレイ製造装置では、機械的な位置決め機構を備えており、事前にガラス基板１１とメタルマスク１２の予備的な位置合わせが可能なものもある。その場合、図７のフローチヤートで示すように、まず透過照明光で位置合わせを試み、基板側アライメントマーク１６の位置検出に成功したかどうかを判断し、基板側アライメントマーク１６の位置検出に失敗した場合（つまり、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７が重なっていない場合）のみ、反射照明による位置合わせを実行するようにしても良い。これにより、平均的な位置合わせ時間を短縮することができる。

図７において、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際には、まず、画像処理制御装置４０は、シャッタ３４を開け、シャッタ２９を閉じて、透過照明を点灯し、同軸反射照明を消灯させる（ステップＳ１０１）。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ１０２）、ＣＣＤカメラ２４の画像から、基板側アライメントマーク１６から位置検出を行い（ステップＳ１０３）、位置検出に成功しかかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。

前述したように、透過照明光では、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なっていない場合には、基板側アライメントマーク１６は検出できない。

ステップＳ１０４で、位置検出に成功した場合には、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像から、マスク側アライメントマーク１７の位置を検出する（ステップＳ１０５）。そして、画像処理制御装置４０は、基板側アライメントマーク１６の位置とマスク側アライメントマーク１７の位置とから、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量を算出し（ステップＳ１０６）、位置ずれ量が許容範囲内にあるかどうかを判断し（ステップＳ１０７）、許容範囲内になければ、位置ずれ量から補正移動量を演算し、アクチュエータ制御装置４１に補正移動量を送信する（ステップＳ１０８）。アクチュエータ制御装置４１は、受信した移動量に基づいて、基板移動機構４２を移動させ（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０２にリターンする。

ステップＳ１０２〜ステップＳ１０９を繰り返すことで、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量は許容範囲内に近づいていく。そして、ステップＳ１０７で、位置ずれ量が許容範囲内であると判定されたら、それで処理は終了となる。

一方、ステップＳ１０４で、位置検出に失敗した場合には、画像処理制御装置４０は、シャッタ３４を閉じて、シャッタ２９を開け、同軸反射照明を点灯させ、透過照明を消灯させる（ステップＳ１１０）。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ１１１）、ＣＣＤカメラ２４の画像から、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７の位置を検出する（ステップＳ１１２）。

画像処理制御装置４０は、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７のマスク側アライメントマーク１７の位置が検出されたら、基板側アライメントマーク１６の位置とマスク側アライメントマーク１７の位置とから、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量を算出する（ステップＳ１１３）。そして、画像処理制御装置４０は、位置ずれ量から補正移動量を演算し、アクチュエータ制御装置４１に補正移動量を送信する（ステップＳ１１４）。アクチュエータ制御装置４１は、受信した移動量に基づいて、基板移動機構４２を移動させ（ステップＳ１１５）、ステップＳ１０１にリターンする。

ステップＳ１１０〜ステップＳ１１５の処理を１回行うことにより、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量はある程度補正される。このため、マスク側アライメントマーク１７と基板側アライメントマーク１６とが重なった位置になる。したがって、次に、ステップＳ１０１で、透過照明を点灯させ、同軸反射照明を消灯させ、ステップＳ１０２で、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し、ステップＳ１０３で、ＣＣＤカメラ２４の画像から、基板側アライメントマーク１６から位置検出を行うと、ステップＳ１０４で、位置検出に成功したと判断されることになる。

位置検出に成功したら、前述したように、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０９の処理が行われ、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０９を繰り返すことで、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量は許容範囲内に近づいていく。そして、ステップＳ１０７で、位置ずれ量が許容範囲内であると判定されたら、それで処理は終了となる。

＜第３の実施形態＞
前述の第１及び第２の実施形態では、シャッタ２９及び３４により、同軸反射照明光と透過照明光とが切り替えられるようにしている。これに対して、この第３の実施形態では、シャッタ２９及び３４を除き、同軸反射照明と透過照明とを同時に点灯して、位置調整を行うようにしている。

この際、図８（Ａ）に示すように、同軸反射照明装置２２の光強度を、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ２１の明度値が最大値に近くなるように設定し、透過照明装置３１の光強度を、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２２の明度値を、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ２１の明度とメタルマスク１２の表面の明度との中間になるように設定する。これにより、透過照明だけを点灯した場合と比較すると小さいが、目標とする位置合わせ精度によっては十分なコントラストでアライメントマークを撮像することができる。

なお、各照明装置の光強度の設定は、ハロゲン光源２６，３２の印加電圧で調整可能である。
また、光強度の設定については、操作者が操作部などを操作することにより予め明度値を入力しておくようにしてもよいし、画像処理制御手段４０が、撮影画像から明度値が最適値になるように、ハロゲン光源２６，３２に印加する電圧を自動的に制御するようにしてもよい。

また、図８（Ｂ）に示すように、透過照明装置３１の光強度を、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ３２の明度値が最大値に近くなるように設定し、同軸反射照明装置２２の光強度を、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ３１がメタルマスク１２の表面の明度とマスク側アライメントマーク１７のパターンＰ３２の明度との中間になるように設定してもほぼ同様の効果が得られる。

＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな変形や応用が可能である。

例えば、上述の実施形態では、同軸反射照明装置２２と透過照明装置３１にハロゲン光源２６、３２を用いたが、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等他の光源を用いても良くい。また、その場合、照明装置３６の点灯、消灯の切り替えは、シャッタ２９、３４の代わりに、ＬＥＤ駆動電流のオン・オフで行うのが望ましい。

本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置を組み込んだ有機ＥＬディスプレイ用蒸着装置の構成図である。本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置の上面に配設された光学装置の説明図である。本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置の側面に配設された光学装置の説明図である。反射照明によるアライメントマークの撮像画面の説明図である。透過照明によるアライメントマークの撮像画面の説明図である。本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置の動作説明に用いるフローチャートである。本発明の第２の実施形態のマスクアライメント装置の動作説明に用いるフローチャートである。本発明の第３の実施形態のマスクアライメント装置におけるアライメントマークの撮像画面の説明図である。

符号の説明

１０：真空容器
１１：ガラス基板
１２：メタルマスク
１３：開口
１５：蒸着源
１６：基板側アライメントマーク
１７：マスク側アライメントマーク
１８，１９：窓
２０：光学装置
２１：撮像装置
２２：同軸反射照明装置
２４：ＣＣＤカメラ
２５：レンズ
２６：ハロゲン光源
２７：ライトガイド
２８：ハーフミラー
２９：シャッタ
３０：光学装置
３１：透過照明装置
３２：ハロゲン光源
３３：投光レンズ
３４：シャッタ
３５：ミラー
３６：照明装置
４０：画像処理制御装置
４１：アクチュエータ制御装置
４２：基板移動機構

Claims

ガラス基板に形成された基板側アライメントマークとマスクに形成されたマスク側アライメントマークを撮像し、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の撮像画像から前記ガラス基板と前記マスクの相対位置関係を算出し、前記算出された相対位置関係に基づいて前記ガラス基板と前記マスクを位置合わせするマスクアライメント装置において、
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を撮像する撮像手段と、
前記ガラス基板と前記マスクに対して前記撮像手段の撮像方向から照明光を照射する反射照明手段と、
前記ガラス基板と前記マスクに対して前記撮像手段の撮像方向とは反対側の方向から照明光を照射する透過照明手段と、
前記反射照明手段の点灯及び消灯を制御する反射照明制御手段と、
前記透過照明手段の点灯及び消灯を制御する透過照明制御手段と、
前記撮像手段により撮像された画像を用いて、前記マスク側アライメントマークの位置と前記基板側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出する制御手段と、
前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う基板移動手段と、
を備えることを特徴とするマスクアライメント装置。
前記制御手段は、
前記反射照明手段を点灯し、前記透過照明手段を消灯して、前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマークの位置及び前記マスク側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第１の位置合わせ処理手段と、
前記透過照明手段を点灯し、前記反射照明手段を消灯して、前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマークの位置及び前記マスク側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第２の位置合わせ処理手段とを含み、
前記第１の位置合わせ処理手段による位置合わせを行った後に、前記第２の位置合わせ処理手段による位置合わせを行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載のマスクアライメント装置。
前記制御手段は、
前記透過照明手段を点灯し、前記反射照明手段を消灯して、前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマークの位置が検出できたかどうかを判断する手段を含み、
前記基板側アライメントマークの位置の検出に成功した場合には、前記第２の位置合わせ処理手段による位置合わせを行い、
前記基板側アライメントマークに位置の検出に失敗した場合には、前記第１の位置合わせ処理手段による位置合わせを行った後に、前記第２の位置合わせ処理手段による位置合わせを行うようにしたことを特徴とする請求項２に記載のマスクアライメント装置。
ガラス基板に形成された基板側アライメントマークとマスクに形成されたマスク側アライメントマークを撮像し、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の撮像画像から前記ガラス基板と前記マスクの相対位置関係を算出し、前記算出された相対位置関係に基づいて前記ガラス基板と前記マスクを位置合わせするマスクアライメント装置において、
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を撮像する撮像手段と、
前記ガラス基板と前記マスクに対して前記撮像手段の撮像方向から照明光を照射する反射照明手段と、
前記ガラス基板と前記マスクに対して撮像手段の撮像方向とは反対側の方向から照明光を照射する透過照明手段と、
前記撮像手段により撮像された画像を用いて、前記マスク側アライメントマークの位置と前記基板側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出する制御手段と、
前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う基板移動手段とを備え、
前記基板側アライメントマークの反射照明光による反射画像の明度と、前記マスク側アライメントマークの透過照明光による透過画像の明度とが異なるように、前記反射照明手段及び前記透過照明手段の光量が調整されることを特徴とするマスクアライメント装置。