JP2012092397A - アライメント方法、アライメント装置、有機ｅｌ表示装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板とマスクとのアライメント動作回数を少なくすることによって、基板とマスクへのダメージを低減したアライメント方法及びアライメント装置を提供する。
【解決手段】基板１１を基板保持手段１３に保持した後、該基板１１の重力方向の振動の振幅を検出し、該振幅が所定の値以下になった時点で、基板１１とマスク１２とにそれぞれ設けたアライメントマークの相対位置を撮像装置１５によって撮像し、位置合わせを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板にマスクを介して蒸着材料を蒸着させる際に、基板とマスクとのアライメントを行うアライメント方法とアライメント装置に関し、特に、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置の製造方法及び製造装置に関するものである。

有機ＥＬを利用した有機ＥＬ素子は低電圧駆動による高輝度発光が可能な発光素子として注目されている。このような発光素子を用いた表示装置の製造において、フルカラー化するためにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各発光性有機材料を微細なパターンとして電極上へ選択的に形成する方法として、特許文献１に記載されたような、マスク蒸着方法が知られている。マスク蒸着方法においては、基板とマスクのアライメント動作を行い、所定の位置に有機ＥＬ材料を蒸着する必要がある。

一般的に、基板とマスクとのアライメント動作は、基板とマスクそれぞれに設けられたアライメントマークをカメラで撮像し、画像処理によって位置を認識してマークの位置を機械的に合わせる。通常、アライメント動作は基板を蒸着装置内に搬入した後に行われ、アライメントマーク同士の相対位置の誤差確認は、基板搬入直後の基板とマスクが離れた状態、及び基板をマスクに接触させた際に行われる。基板とマスクを接触させた後に行うアライメントマーク同士の誤差確認において、目標とする誤差範囲に入っていなかった場合、基板をマスクから一旦引き離し、再度アライメント動作を行う。

特開２００９−６４７５８号公報

しかしながら、上述したように基板とマスクのアライメント動作を行うのは、基板搬入直後である場合が多く、基板が重力方向に振動している状態で、カメラを用いて基板及びマスク上のアライメントマークの位置を認識している。基板が重力方向に振動していると、アライメントマークの大きさが変化して見えるため、画像処理した際のアライメントマークの認識率、位置精度に影響を与える。そして、アライメントマーク認識率の低下により、目標とする誤差範囲におさまらず、基板とマスクの接触を繰り返す可能性があり、基板とマスクにダメージを与え、且つタクトタイムが一定にならず、生産性向上も困難となる。

本発明の課題は、上記した基板とマスクとのアライメント動作回数を少なくすることによって、基板とマスクへのダメージを低減したアライメント方法及びアライメント装置を提供することにある。さらには、該アライメント方法及びアライメント装置を用いて、生産性を向上した有機ＥＬ表示装置の製造方法及び製造装置を提供することにある。

本発明の第１は、基板とマスクとのアライメント方法であって、
マスクをマスク保持手段に固定する工程と、
基板を基板保持手段に保持する工程と、
基板とマスクとを所定の距離を離して対向配置させた状態で、基板の重力方向の振動が、所定の振幅以下に収束するまで待機する待機工程と、
前記振動が収束した後、前記基板とマスクにそれぞれ設けられたアライメントマークの相対位置を、前記基板の重力方向から撮像して、前記アライメントマークが所定の相対位置になるように前記基板又はマスクを移動させる工程と、
を有することを特徴とする。

本発明の第２は、基板とマスクとのアライメントを行うアライメント装置であって、
前記基板の重力方向の振動の振幅を検出する振動検出手段と、
基板とマスクにそれぞれ設けられたアライメントマークの相対位置を、前記基板の重力方向から撮像して、前記アライメントマークが所定の相対位置になるように、前記基板又はマスクを移動させるアライメント手段と、
を有することを特徴とする。

本発明の第３は、基板の被成膜面にマスクを介して有機材料を蒸着させる蒸着工程を有する有機ＥＬ表示装置の製造方法であって、前記蒸着工程における前記基板とマスクとのアライメントを、前記本発明のアライメント方法によって行うことを特徴とする。

本発明の第４は、真空蒸着室内で蒸着源から発した有機材料を、基板の被成膜面にマスクを介して蒸着させる蒸着工程を行う有機ＥＬ表示装置の製造装置であって、前記本発明のアライメント装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、マスクと基板のアライメントにおいて、基板の振動の影響を低減して、安定したアライメントが可能となり、アライメントの精度向上と、アライメント動作のリトライ低減によるタクト向上が可能となる。よって、有機ＥＬ表示装置を生産性良く製造する事が可能となる。

本発明の本発明の有機ＥＬ表示装置の製造装置の一実施形態の構成を示す模式図である。 本発明に係る、基板の重力方向の振動を示す概念図である。 本発明に係る、マスクと基板の平面模式図である。

本発明のアライメント方法及びアライメント装置は、有機ＥＬ表示装置において、真空蒸着室内で有機材料を基板にマスクを介して蒸着させる際の基板とマスクとのアライメント（位置合わせ）に関する。本発明のアライメント方法においては、基板とマスクのアライメントに際し、基板の重力方向の振動を観測し、該振動が収束するまで待機することに特徴を有する。これにより、基板の振動の収束直後に、基板とマスクのそれぞれに設けられたアライメントマークの水平方向の位置合わせをすることになり、振動の影響を受けず、且つ、効率良く位置合わせを行うことができる。よって、基板とマスクとを非接触の状態で精度良くアライメントすることができ、接触後に再度基板とマスクを離してアライメントしなおす回数が低減される。即ち、基板とマスクの接触及び非接触の繰り返しを必要最小限に抑えることにより、基板とマスクの接触によるダメージを低減すると共に、短時間にアライメントを実施することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。尚、以下の実施形態において、特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知又は公知技術を適用する。また以下に説明する実施形態は、発明の一つの実施形態であって、これらに限定されるものではない。

図１は、本発明のアライメント装置を備えた有機ＥＬ表示装置の製造装置の一実施形態の構成を示す模式図である。図１において、真空チャンバ１０内には、基板１１と該基板１の下方にマスク１２が配置される。基板１１は有機ＥＬ素子においては通常ガラス基板である。図１の真空チャンバ１０内において、マスク１２は不図示のマスク保持手段に固定されており、基板１１は不図示の基板搬送機構によって真空チャンバ１０内に移送され、基板保持手段１３に保持されている。また真空チャンバ１０内には基板１１に成膜するための蒸着源１６が設けられる。

図３（ａ）に、マスク１２の平面模式図を、図３（ｂ）に基板１１の平面模式図をそれぞれ示す。図３（ａ）に示すように、マスク１２には、複数の開口３０が画素パターンに応じて形成されており、所定の位置にアライメントマーク３１が形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、基板１１には表示部３２が配置され、端部の所定の位置にアライメントマーク３３が形成されている。基板のアライメントマーク３３はＣｒ等の反射材料で形成される。マスク１２のアライメントマーク３１は一般的には貫通孔である。また、基板１１のアライメントマーク３３とマスク１２のアライメントマーク３１は互いに対応する位置に形成される。即ち、マスク１２側から見て、マスク１２のアライメントマーク３１の中央に、マスク１２の下方に位置する基板１１のアライメントマーク３３が観察される状態が、基板１１とマスク１２との所望の相対位置である。

図１の真空チャンバ１０の上方には、基板１１のアライメントマーク３３及びマスク１２のアライメントマークである貫通孔３１に対応する位置に窓１４が形成されている。そして、係る窓１４を介して垂直上方に撮像装置１５が配置されている。撮像装置１５はＣＣＤカメラ、レンズ等で構成され、基板１１及びマスク１２のアライメントマークの反射又は透過像を撮像するものである。照明装置１７は、例えば、ハロゲン光源及びレンズ等からなり、ハーフミラー１９等を介して基板１１及びマスク１２へＣＣＤカメラの光軸と同軸方向に照射光を照射するものである。基板１１及びマスク１２の上方から照射光を照射しても良いし、下方から照射しても良い。下方から照射した場合、撮像装置１５には基板１１及びマスク１２のアライメントマークの透過像が撮像される。受光素子１８は、基板１１からの反射光を受光するものである。本例では光源として撮像装置１５で撮像するための照明光を用いているが、別に照明装置を設けても良い。照明装置１７、撮像装置１５、及び受光素子１８は２台に限らず、１台或いは３台以上でも良い。

本発明の有機ＥＬ表示装置の製造方法における基板１１とマスク１２とのアライメント方法について、図１の装置を例に説明する。先ず、マスク１２が真空チャンバ１０内のマスク保持手段（不図示）に固定され、次いで、基板１１が基板搬送機構（不図示）によってマスク上方の基板保持手段１３に保持される。この時点で、基板１１の被成膜面とマスク１２とは、所定の距離を介して対向配置している。そして、照射装置１７から照明光が出射され、基板１１及びマスク１２に反射して撮像装置１５に受光される。撮像装置１５で得られた受光情報は振動検出手段２０に送られ、基板１１の重力方向の振動の振幅を算出し、該振動が収束するのを判別する。より具体的には、撮像装置１５で得られた画像より、振動検出手段２０が基板１１の振動によって生じる基板１１の被成膜面方向の位置検出誤差に基づいて、基板１１の振動の振幅を算出する。そして、係る振幅が予め設定した振幅以下となるのを判別する。

図２は検出された基板１１の振動を示す概念図である。縦軸が基板１１の変位、横軸が時間であり、基板１１が保持されてから振動が次第に収束していく様子が見られる。基板１１の静定位置は基板１１の振幅中心付近になるので、アライメントマーク位置の誤差精度から基板１１の振動がアライメントに影響を及ぼさない範囲の振幅（ｚ）を予め求めておく。振動検出手段２０において、検出された基板１１の振動の最大振幅が係る振幅（ｚ）以下になった時点（Ｔ）において、基板１１の振動が収束した（基板１１が静定した）と判断する。

尚、本発明では、基板１１の素材や保持手段等によって基板１１の振動が収束し、静定するまでの時間を先に学習し、基板１１が基板保持手段１３に保持されてからの時間で制御を行っても良い。また、予め使用する基板１１の撓みや反りを考慮して静定位置に対してオフセットを用いてもよい。さらに使用する基板１１をアライメント完了後の基板１１の位置情報から基板の振動振幅と静定後の位置を学習しフィードバックをかけてもよい。また、基板１１の振動検出において検出に用いる光路は撮像装置１５と同軸でなくてもよく、光量変動を検知する照明はＣＣＤで撮像するための照明装置１７からの光を用いてもよいし、別に照明機構を設けても良い。例えば短波長のレーザー又は高ＮＡレンズ等を用いて焦点深度を浅くする方が基板振動の変位を高精度に検出する上では望ましい。また、本発明においては、基板保持部材１３の基板１１と接する箇所に弾性部材を用いることで、積極的に基板１１の振動を抑制し、基板１１の静定までの時間を短縮することができる。

本発明において、基板１１の振動を検出する手段としては既存の技術を用いることができる。例えば、基板１１から反射した光を分割された受光素子で光量のバランスから算出してもよい。また、予想される基板静定位置にフォーカスを合わせた状態のＣＣＤカメラで撮像された撮像情報において、その画像のコントラスト比から算出しても良く、これらに限定されない。

基板１１の振動収束後、基板１１とマスク１２のそれぞれに設けたアライメントマークの水平方向の位置合わせを行う。先ず、撮像装置１５によって得られた撮像情報に対して、不図示の画像処理制御装置によってパターンマッチングなどの画像認識処理が行われ、基板１１のアライメントマークとマスク１２のアライメントマークとの相対位置が検出される。そして、基板１１とマスク１２の水平方向のズレ量が算出され、算出されたズレ量に基づいてアライメントマークが所定の相対位置になるように基板１１又はマスク１２を水平方向に移動させる。基板１１又はマスク１２の移動後に再度撮像を行い、アライメントマークが所定の相対位置になければ再度撮像及び位置合わせを行い、所定の位置になれば、アライメントマークの水平方向の位置合わせ終了となる。その後、基板１１とマスク１２とを密着させて、再度アライメントマークの撮像を行い、アライメントマークが所定の位置になければ再び基板１１とマスク１２とを離し、アライメントをやり直す。基板１１とマスク１２とが密着状態でアライメントマークが所定の位置にあることが確認されれば、アライメント完了である。アライメントが完了したら、蒸着源１６によりマスクのパターンに応じた蒸着が行われる。

上記のように基板１１の振動の収束を待ってアライメントマークの水平方向の位置合わせを行うことによって、基板振動の影響を低減して、高精度及び高速に基板１１とマスク１２とのアライメントを行うことが可能となる。

（実施例）
図１に例示した構成の有機ＥＬ表示装置の製造装置において、基板１１とマスク１２とのアライメントを行った。基板１１としては４６０ｍｍ×３６５ｍｍ×０．５ｍｍのガラス基板を用い、マスク１２との距離を４．５ｍｍ、基板１１から撮像素子１５までの距離を２００ｍｍとした。基板１１のアライメントマークは直径０．３ｍｍのクロム膜であり、マスク１２のアライメントマークは直径０．５ｍｍの貫通孔である。

基板１１の重力方向の振動がアライメント時に許容される振幅の値を２００μｍとし、基板１１とマスク１２のアライメントを１０回行った。その結果、アライメント精度は平均±４．３μｍ、基板搬入完了からアライメント完了までの所要時間は平均１５秒であった。２分タクト想定において、平均タクトは１分５５秒でタクトを満足する結果であった。

（比較例）
基板１１の重力方向の振動を検出しなかった以外は実施例と同様にして、基板１１とマスク１２のアライメントを１０回行った。その結果、アライメント精度は平均４．８μｍ、基板搬入完了からアライメント完了までの所要時間は平均２５秒であった。２分タクト想定において、平均タクトは２分１５秒でタクトを満足できなかった。実施例に比べて本例においてアライメント完了までの所要時間が長かった理由は、振動が充分に収束する前に基板１１とマスク１２とのアライメントを行ったため、アライメントのやり直し回数が増えたためである。

１１：基板、１２：マスク、１３：基板保持手段、２０：振動検出手段

Claims (5)

1. 基板とマスクとのアライメント方法であって、
   マスクをマスク保持手段に固定する工程と、
   基板を基板保持手段に保持する工程と、
   基板とマスクとを所定の距離を離して対向配置させた状態で、基板の重力方向の振動が、所定の振幅以下に収束するまで待機する待機工程と、
   前記振動が収束した後、前記基板とマスクにそれぞれ設けられたアライメントマークの相対位置を、前記基板の重力方向から撮像して、前記アライメントマークが所定の相対位置になるように前記基板又はマスクを移動させる工程と、
   を有することを特徴とするアライメント方法。
2. 前記待機工程において、前記基板の重力方向の振動の振幅を検出し、前記振動が所定の振幅以下になった時点で前記振動が収束したと判別することを特徴とする請求項１に記載のアライメント方法。
3. 基板とマスクとのアライメントを行うアライメント装置であって、
   前記基板の重力方向の振動の振幅を検出する振動検出手段と、
   基板とマスクにそれぞれ設けられたアライメントマークの相対位置を、前記基板の重力方向から撮像して、前記アライメントマークが所定の相対位置になるように、前記基板又はマスクを移動させるアライメント手段と、
   を有することを特徴とするアライメント装置。
4. 基板の被成膜面にマスクを介して有機材料を蒸着させる蒸着工程を有する有機ＥＬ表示装置の製造方法であって、前記蒸着工程における前記基板とマスクとのアライメントを、請求項１又は２に記載のアライメント方法によって行うことを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造方法。
5. 真空蒸着室内で蒸着源から発した有機材料を、基板の被成膜面にマスクを介して蒸着させる蒸着工程を行う有機ＥＬ表示装置の製造装置であって、請求項３に記載のアライメント装置を有することを特徴とする有機ＥＬ表示装置の製造装置。

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