JP2019044249A - アライメント装置、および、成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板保持部に保持された基板の自重による撓み量を低減するとともに、基板とマスクとの接触時の基板のずれを低減し、アライメント精度を向上させ得るアライメント装置の提供。【解決手段】マスクを載置するマスク保持部と、矩形の基板５を保持する基板保持部と、前記基板保持部を前記マスク保持部に対して相対的に移動させる駆動部と、を有し、前記基板保持部は、互いに対向する、複数の受け爪２６と複数のクランプ２７とを備え、受け爪２６とクランプ２７との間で基板５の互いに対向する２辺の縁部を挟持する構成を有しており、受け爪２６及びクランプ２７の基板５を挟持する面は、基板５の挟持された辺と対向する辺側が高くなるように傾斜し、受け爪２６の、基板５を挟持する面と基板５の挟持された辺と対向する辺側の側面とは曲面でつながっているアライメント装置。【選択図】図５

Description

本発明は、アライメント装置と、アライメント機構を備える成膜装置に関する。

有機ＥＬ素子などの電子デバイスの製造では、ガラス基板（以下、単に基板と表記する）の被成膜面を下向きにして水平に保持し、基板上に形成する膜のパターンに応じた開口を有するマスクを用いた成膜が行われている。基板の被成膜面を下向きにして成膜を行う場合、なるべく成膜を妨げないよう基板は端部で支持されるため、基板の中央部が自重で下方に凸形状に撓んだ状態となる。

基板の所定位置に膜を形成するために、基板とマスクとの相対位置合わせ（アライメント）が行われる。具体的には、基板とマスクとが接触しない位置関係に配置して、撮像装置を用いて基板のアライメントマークとマスクのアライメントマークとの位置合わせが行われた後、基板とマスクとを近づけ、マスクの上に基板が載置される。この状態で基板のアライメントマークとマスクのアライメントマークとのずれ量が所定の範囲内に収まると、アライメントは完了する。

特許文献１には、基板保持部にて基板の被成膜面を下向きにして保持し、マスクとのアライメントを行うアライメント装置が開示されている。

特開２０１２−９２３９４号公報

特許文献１のアライメント装置の基板保持部は、接触部の水平面に基板の端部を載置して基板を保持しているため、基板の中央部が自重で大きく撓む。このような基板の保持状態でアライメントを行うと、次のような課題が発生する。

基板とマスクとの相対位置合わせを行う際、基板とマスクとが接触しないように基板の中央部の撓み以上に、保持部における基板とマスクとの間の距離を離す必要がある。一般的にアライメントマークは基板の端部に設けられているため、基板のアライメントマークとマスクのアライメントマークとの両方に、同時に撮像装置の焦点を合わせることができなくなり、相対位置の検出精度が低下する。

また、基板の個体差によって基板の撓み形状が異なるうえ、１枚の基板でも、撓み形状は一定ではなく場所によって異なる。特許文献１では、基板をマスクの上に載置しているだけであるため、基板とマスクとを互いに近づけると、基板の中央部からマスクに接触する際に基板の撓み形状に応じて相対位置がずれてしまう。そのため、アライメントの再現性も低く、アライメント精度も低下する。

そこで、本発明は、基板保持部に保持された基板の自重による撓み量を低減するとともに、基板とマスクとの接触時の基板のずれを低減し、アライメント精度を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかるアライメント装置は、マスクを載置するマスク保持部と、矩形の基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部を前記マスク保持部に対して相対的に移動させる駆動部と、を有するアライメント装置であって、前記基板保持部は、互いに対向する、複数の受け爪と複数のクランプとを備え、前記受け爪と前記クランプとの間で前記基板の互いに対向する２辺の縁部を挟持する構成を有しており、前記受け爪および前記クランプの基板を挟持する面は、基板の挟持された辺と対向する辺側が高くなるように傾斜し、前記受け爪の、前記基板を挟持する面と前記基板の挟持された辺と対向する辺側の側面とが曲面でつながっていることを特徴とする。

また、本発明にかかる成膜装置は、成膜チャンバと、前記成膜チャンバの内部に設けられた、矩形の基板を保持する基板保持部およびマスクを保持するマスク保持部と、前記マスク保持部と前記基板保持部との相対位置を制御する制御部と、を有する成膜装置であって、前記基板保持部は、互いに対向する、複数の受け爪と複数のクランプとを備え、前記受け爪と前記クランプとの間で前記基板の互いに対向する２辺の縁部を挟持する構成を有しており、前記受け爪および前記クランプの前記基板を挟持する面は、前記基板の挟持された辺と対向する辺側が高くなるように傾斜し、前記受け爪の、前記基板を挟持する面と前記基板の挟持された辺と対向する辺側の側面とが曲面でつながっていることを特徴とする。

本発明によれば、基板保持部に保持された基板の自重による撓み量を低減し、基板とマスクとのアライメント精度を向上させることができる。

成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。 アライメント機構の一形態を示す斜視図、基板の挟持機構を備えた基板保持ユニットの斜視図である。 回転並進機構１１の一形態を示す斜視図である。 基板の挟持機構を備えた基板保持ユニットの斜視図である。 本発明にかかる基板保持部の側面図であり、（ａ）は、基板の挟持部の拡大図、（ｂ）は受け爪に基板が載置された状態、（ｃ）は受け爪とクランプで基板を挟持した状態を表す図である。 （ａ）は基板保持部に保持されている状態の基板５を上から見た図、（ｂ）はマスクを上面から見た図、（ｃ）はファインカメラによって、１組のマスクマークと基板マークを計測した際の視野をイメージする図である。 本発明にかかるアライメントシーケンスを示すフローチャートである。 本発明にかかるアライメントシーケンスにおける基板保持部の状態を示す図である。 本発明にかかる受け爪の別の実施形態を示す断面図である。 （ａ）は有機ＥＬ表示装置の全体図、（ｂ）は１画素の断面構造を示す図である。 電子デバイスの製造装置の構成の一部を模式的に示す上視図である。 成膜装置の改善例を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態を説明する。ただし、以下で説明する実施形態は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲をそれらの構成に限定されない。また、以下の説明における、装置のハードウェア構成およびソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状などは、特定的な記載がないかぎりは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

本発明は、アライメント装置、および前記アライメント装置を備え、前記基板上に薄膜を形成する成膜装置に関する。

本発明は、平行平板のガラス基板の表面に真空蒸着により所望のパターンの薄膜（材料層）を形成する装置に好ましく適用できる。蒸着材料としては、有機材料、無機材料（金属、金属酸化物など）などの任意の材料を選択できる。本発明の技術は、具体的には、電子デバイス（例えば、有機ＥＬ表示装置、薄膜太陽電池）の製造装置に適用可能である。なかでも、主に被成膜基板としてガラス基板が用いられ、基板の大型化が進められている有機ＥＬ表示装置の製造装置は、本発明の好ましい適用例の一つである。

（アライメント装置および成膜装置）
本発明の実施形態に係るアライメント装置およびそれを備える成膜装置を、図面に基づき説明する。同一もしくは対応する部材を複数有する場合、図面中にａ、ｂなどの添え字を付与しているが、特定の部材を指す場合を除いて、ａ、ｂなどの添え字を省略して説明する。

本発明にかかるアライメント装置を備えた成膜装置の概念図を図１に示す。

成膜装置は、基板５に成膜材料を形成するための成膜空間２を有する成膜チャンバ４、基板５を成膜チャンバ４内に搬入／搬出するためのゲートバルブ１５、基板５およびマスク６を保持して相対位置合わせを行うアライメント装置１を備えている。成膜チャンバ１の成膜空間２には、成膜材料を収納した成膜源（蒸着源）７を設置するための機構が設けられている。図１には、蒸着装置を示しているが、本発明にかかるアライメント装置は、スパッタリング法やＣＶＤ法など、蒸着法以外の成膜方法を用いる成膜装置にも適用することが可能である。

アライメント装置１は、成膜チャンバ４の上部隔壁（天板）３の上に搭載されており、成膜チャンバ２の外側に設けられ駆動部を備える位置決め機構と、基板保持部８と、マスク保持部９とを有している。位置決め機構は、ＸＹθｚ方向に駆動する回転並進機構１１と、Ｚ昇降ベース１３と、Ｚ昇降ベース１３の側面に固定されるＺガイド３３とを有している。さらに、Ｚガイド３３に沿って移動するガイドキャリッジ１８と、ガイドキャリッジ１８が取り付けられたＺ昇降スライダ１０を有している。このような構成により、Ｚ昇降スライダ１０はＺガイド３３に沿ってＺ方向に移動することができる。可動部を多く含む位置決め機構を成膜空間の外に配置することで、成膜空間内の発塵を抑制することができる。

Ｚ昇降スライダ１０には、基板保持シャフト１２が固定されている。基板保持シャフト１２は、成膜チャンバ４の上部隔壁３に設けられた貫通穴１６を通って、成膜チャンバ４の外部と内部にわたって設けられている。そして、成膜空間２において、基板保持シャフト１２の下部に基板保持部８が設けられ、被成膜物である基板５を保持することが可能となっている。

基板保持シャフト１２と上部隔壁３とが干渉することのないよう、貫通穴１６は基板保持シャフト１２の外径に対して十分に大きく設計される。また、基板保持シャフト１２は、貫通穴１６を通り、成膜チャンバ４の外側のＺ昇降スライダ１０に固定されるまでの間、Ｚ昇降スライダ１０と上部隔壁３とに固定されたベローズ４０によって覆われる。つまり、基板保持シャフト１２は、成膜チャンバ４と連通する閉じられた空間によって覆われるため、基板保持シャフト１２全体を成膜空間２と同じ状態（例えば、真空状態）に保つことができる。ベローズ４０には、Ｚ方向およびＸＹ方向にも柔軟性を持つものを用いるとよい。アライメント装置１の稼働によってベローズ４０が変位した際に発生する抵抗力を十分に小さくすることができ、位置調整時の負荷を低減することができる。マスク保持部９は、成膜チャンバ４の内部において、上部隔壁３の成膜空間側の面に設置されており、マスクを保持することが可能となっている。有機ＥＬパネルの製造に広く用いられるマスク６は、成膜パターンに応じた開口を有するマスク箔６ａが、剛性の高いマスク枠６ｂに架張された状態で固定された構成を有しているため、マスク保持部９はマスク６の撓みを低減した状態で保持することができる。

基板とマスクとの相対位置を合わせた後、基板をマスクに接触させる際、図１の成膜装置の場合、Ｚ昇降スライダ１０は、１つのガイドキャリッジ１８をＺガイド３３に沿って移動させ、基板保持部８をＺ方向に移動させる。マスクとの相対位置を決めてから基板をマスクに接触させるまでの間は、相対位置を保持するため、Ｚ方向に直線的に基板保持部８を移動させるのが好ましい。しかし、図１の成膜装置では、Ｚガイド３３に対してガイドキャリッジ１８が１つしかないため、移動の際にガタが生じて直進性が低下する可能性がある。そこで、図１２のように、１つのＺガイド３３に対して複数のガイドキャリッジ１８を設ける構成がより好ましい。Ｚ昇降スライダ１０に取り付けられた複数のガイドキャリッジ１８がＺガイド３３に沿って移動するため、直進性を改善することができる。

位置決め機構、基板保持部８、成膜源の一連の動作は、制御部５０によって制御される。制御部５０は、例えば、プロセッサ、メモリ、ストレージ、Ｉ／Ｏなどを有するコンピュータにより構成可能である。この場合、制御部２７０の機能は、メモリ又はストレージに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。コンピュータとしては、汎用のパーソナルコンピュータを用いてもよいし、組込型のコンピュータ又はＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を用いてもよい。あるいは、制御部２７０の機能の一部又は全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡのような回路で構成してもよい。なお、成膜装置ごとに制御部２７０が設けられていてもよいし、１つの制御部２７０が複数の成膜装置を制御してもよい。 次にアライメント装置１の位置決め機構の詳細について、図２を用いて説明する。

図２は、アライメント機構の一形態を示す斜視図である。Ｚ昇降スライダ１０を鉛直Ｚ方向に案内するガイドは、複数本のＺガイド３３ａ〜３３ｄを含んでおり、Ｚ昇降ベース１３の側面に固定されている。Ｚ昇降スライダ中央には駆動力を伝達するためのボールネジ２０が配設され、Ｚ昇降ベース１３に固定されたモータ１９から伝達される動力が、ボールネジ２０を介してＺ昇降スライダ１０に伝えられる。

モータ１９は不図示の回転エンコーダを内蔵しており、エンコーダの回転数により間接的にＺ昇降スライダ１０のＺ方向位置を計測することが可能となっている。モータ１９の駆動を外部コントローラで制御することにより、Ｚ昇降スライダ１０のＺ方向の精密な位置決めが可能となっている。なお、Ｚ昇降スライダ１０の昇降機構は、ボールネジ２０と回転エンコーダに限定されるものではなく、リニアモータとリニアエンコーダの組み合わせなど、公知の機構を採用することができる。

図３は、回転並進機構１１の一形態を示す斜視図である。アライメント装置１では、Ｚ昇降スライダ１０およびＺ昇降ベース１３が回転並進機構１１の上に配設されており、Ｚ昇降ベース１３とＺ昇降スライダ１０の全体を、回転並進機構１１によってＸＹθｚ方向に駆動させることが可能となっている。

回転並進機構１１は複数の駆動ユニット２１ａ〜２１ｄを有している。図３の構成では、駆動ユニット２１ａ〜２１ｄは、それぞれベースの四隅に配置されており、隣接する隅に配置された駆動ユニットをＺ軸周りに９０度回転させた向きに配置されている。

各駆動ユニット２１は、駆動力を発生させるモータ４１を備えている。さらに、モータ４１の力がボールネジ４２を介して伝達されることにより第１の方向にスライドする第１のガイド２２と、ＸＹ平面において第１の方向と直交する第２の方向にスライドする第２のガイド２３とを備えている。さらに、Ｚ軸周りに回転可能な回転ベアリング２４を備えている。例えば、駆動ユニット２１ｃの場合は、Ｘ方向にスライドする第１のガイド２２、Ｘ方向と直交するＹ方向にスライドする第２のガイド２３、回転ベアリング２４を有しており、Ｘモータ４１の力がボールネジ４２を介して第１のガイド２２に伝達される。

モータ４１は不図示の回転エンコーダを内蔵しており、第１のガイド２２の変位量を計測可能である。各駆動ユニット２１において、モータ４１の駆動を制御部５０で制御することにより、Ｚ昇降ベース１３のＸＹθｚ方向における位置を精密に制御することが可能となっている。

例えば、Ｚ昇降ベース１３を＋Ｘ方向へ移動させる場合は、駆動ユニット２１ｂと２１ｃのそれぞれにおいて＋Ｘ方向にスライドさせる力をモータ４１で発生させ、Ｚ昇降ベース１３にその力を伝えるとよい。また、＋Ｙ方向へ移動させる場合には、駆動ユニット２１ａと２１ｄのそれぞれにおいて＋Ｙ方向にスライドさせる力をモータ４１で発生させ、Ｚ昇降ベース１３にその力を伝えるとよい。

Ｚ昇降ベース１３を＋θｚ回転（時計周りにθｚ回転）させる場合は、対角に配置された駆動ユニット２１ｃと２１ｂとを用いて、Ｚ軸周りに＋θｚ回転させるために必要な力を発生させ、Ｚ昇降ベース１３にその力を伝えるとよい。あるいは、駆動ユニット２１ａと２１ｄとを用いて、Ｚ昇降ベース１３に回転に必要な力を伝えてもよい。

次に、本発明にかかる基板保持部８の詳細な構成について、図４および図５を用いて説明する。図４は矩形の基板５を互いに対向する２辺（ここでは長辺）にそって保持した状態の基板保持部８全体を、アライメント機構１側から見た斜視図である。図５（ａ）は、基板保持部８の、基板を保持する部分を拡大した図であり、図５（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ基板を載置しただけの状態で保持している状態と、基板を挟持した状態で保持している状態と、を示している。

図４に示すように、基板保持部８は、基板保持シャフト１２ａ、１２ｂの下部に固定された保持部ベース２５ａと、基板保持シャフト１２ｃ、１２ｄの下部に固定された保持部ベース２５ｂとを備えている。保持ベース２５ａ、ｂは、それぞれ基板保持シャフト１２ａ、１２ｂ、基板保持シャフト１２ｃ、１２ｄによって位置が制御される。また、保持ベース２５ａ、ｂは、基板の長辺と同等の長さを有する板状部材で、基板の長辺に沿って複数の受け爪２６が設けられている。さらに、基板保持部８は、受け爪２６と対向して、駆動シャフト３４を介して位置が制御される複数のクランプ２７を有している。複数の受け爪２６に対する複数のクランプ２７の位置を制御して、基板５の互いに対向する２辺の縁部（端部）を挟み込んで挟持すれば、基板の位置を固定し、かつ、基板の撓みを低減した状態で保持することができる。なお、基板の長辺ではなく短辺を保持してもよいが、長辺を保持する方が基板の撓み量が少ないため好ましい。

なお、図１に示すように、マスク枠６ｂには、基板５をマスク６ａに載置させる際に受け爪２６との干渉を回避するための複数の溝が掘られている。溝と受け爪２６とのクリアランスを数ｍｍ程度設定しておけば、基板５の載置後に受け爪２６がさらに下降しても、マスク枠６ｂと受け爪２６が互いに衝突するのを避けることができる。

図５（ａ）に示すように、本発明にかかるアライメント装置では、受け爪２６の挟持面とクランプ２７の挟持面は、それぞれが挟持する辺と対向する辺側が地面に対して高くなるようにθだけ傾斜している。ここでθは、水平面（鉛直方向と直交する面）に対する角度とする。そして、受け爪２６は、挟持面と、挟持する辺と対向する辺側の側面と、が曲面でつながっている。なお、ここでいう挟持面とは、受け爪２６とクランプ２７とで基板を挟み込んで挟持した際に、基板が接触する面を言う。クランプ２７は、その挟持面が受け爪２６の曲面よりも駆動シャフト３４側になるように配置される。

保持部ベース２５の位置を制御するための基板保持シャフト１２ａ〜１２ｄは、一括して制御でてもよいし、基板保持シャフト１２ａと１２ｂと、基板保持シャフト１２ｃ、１２ｄとに分けて、別々に制御される構成となっていてもよい。クランプ２７は、それぞれが個別に設けられた駆動機構によって上下に駆動されてもよいが、ここでは保持部ベース２５ごとに複数のクランプ２７を１つのユニットとし、ユニットごとに駆動機構で駆動する場合について説明する。複数のクランプ２７を含むクランプユニット２８はクランプスライダ３２に固定されており、基板保持部８の保持部ベース２５と保持部上板３５の間に配設されたリニアブッシュ３９によって、クランプスライダ３２がＺ方向にガイドされる。クランプスライダ３２は、上部隔壁３を貫通する駆動シャフト３４を介してＺ昇降スライダ１０に固定される。クランプスライダ３２は駆動シャフト３４を介して電動シリンダ３６から発生する力によってＺ方向に駆動が可能となっている。

クランプ２７の下降が下端に達すると、クランプ２７は受け爪２６上に載置された基板５の表面に当接し、受け爪２６の挟持面とクランプ２７の挟持面との間で基板５を固定した、図５（ｃ）の状態となる。クランプ２７によって一定の荷重を付加して基板５を保持するため、クランプ２７の上部には保持力（荷重）を発生させるためのバネ２９が配設される。なおクランプ２７とバネ２９の間にはロッド３１が存在し、クランプ２７はＺ方向に案内される。バネ２９は荷重調整ネジ３０によってギャップＬを変えることで全長を調整することができる。従って、バネ２９の押し込み量によって、ロッド３１を介してクランプ２７に発生する押し込み力も自在に調整可能である。なお、この押し込み力が数Ｎ〜数１０Ｎ程度あれば、基板５の自重よりも大きい荷重で基板５を押さえることができ、アライメント中に基板がずれるのを抑制することができる。

５（ｃ）に示すように、基板５の端部は、受け爪２６とクランプ２７の、水平面に対してθ傾いた面によって挟持され、挟持される辺と対向する辺側が高くなる。すると、基板５には、上向きにモーメント力が発生し、基板中央部における撓みが低減される。また、基板５は、受け爪２６の先端の曲面に沿って湾曲して保持されるため、局部的に応力がかかることがなく割れが抑制される。受け爪２６の先端の曲面は、基板保持部８によって保持される基板の辺に対して垂直な方向における断面形状が、半径ｒの円弧状であることが好ましい。基板を破損せずに曲面沿って保持するためは、半径ｒが１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。

前述したクランプユニット２８および基板保持部８の構成によれば、基板５を一定の荷重で保持したままアライメント装置１によってＸＹθｚ方向、および、Ｚ方向に移動可能である。

次に、基板５とマスク箔６ａとの位置、すなわち、それぞれのアライメントマークの位置を同時に計測するための撮像装置について説明する。図１において上部隔壁３の外側の面には、マスク６上のアライメントマーク（マスクマーク）および基板５上のアライメントマーク（基板マーク）の位置を取得するための位置取得手段である、撮像装置１４が配設されている。上部隔壁３には、撮像装置１４により成膜チャンバ２の内部に配置されたアライメントマークの位置を計測できるよう、カメラ光軸上に貫通穴および窓ガラス１７が設けてある。さらに、撮像装置１４の内部または近傍に不図示の照明を設け、基板およびマスクのアライメントマーク近傍に光を照射することで、正確なマーク像の計測を可能としている。

図６（ａ）〜（ｃ）を参照し、撮像装置１４を用いて基板マーク３７とマスクマーク３８の位置を計測する方法を説明する。

図６（ａ）は基板保持部８に保持されている状態の基板５を上から見た図である。基板５上には撮像装置１４で計測可能な基板マーク３７ａ〜ｄが基板の４隅に形成されている。この基板マーク３７ａ〜ｄを４つの撮像装置１４によって同時計測し、各基板マークの中心位置である４点の位置関係から基板５の並進量、回転量を算出することにより、基板の位置情報を取得することができる。

図６（ｂ）はマスク６を上面から見た図である。マスク箔６ａの四隅には撮像装置で計測可能なマスクマーク３８ａ〜ｄが形成されている。このマスクマーク３８ａ〜ｄを４つの撮像装置１４ａ〜ｄによって同時計測し、各マスクマークの中心位置である４点の位置関係からマスク６の並進量、回転量などを算出することにより、マスクの位置情報を取得することができる。

図６（ｃ）は撮像装置１４によって、１組のマスクマーク３８および基板マーク３７を計測した際の視野４３をイメージする図である。撮像装置１４の視野４３内において、基板マーク３７とマスクマーク３８を同時に計測することが可能なので、マーク中心同士の相対的な位置を測定することが可能である。マーク中心座標は撮像装置１４の計測によって得られた画像を不図示の画像処理装置を用いることで求めることができる。なお、マスクマーク３８および基板マーク３７の形状として□や○を示したが、これに限らず×や十字など中心位置を算出しやすい、対象性を有する形状を用いることができる。

精度の高いアライメントが求められる場合、撮像装置１４として数μｍのオーダーの高解像度を有する高倍率ＣＣＤカメラ（ファインカメラとも呼ぶ）が用いられる。このような高倍率ＣＣＤカメラは、視野が数ｍｍと狭いため、基板５を受け爪２６に載置した状態のずれが大きいと、基板マーク３７が視野から外れてしまい、計測不可能となる。そこで、撮像装置１４として、高倍率ＣＣＤカメラと併せて広い視野をもつ低倍率ＣＣＤカメラ（ラフカメラとも呼ぶ）を併設するのが好ましい。マスクマーク３８と基板マーク３７が同時に高倍率ＣＣＤカメラの視野に収まるよう、ラフカメラを用いて大まかなアライメントを行った後、高倍率ＣＣＤカメラを用いて高い精度で位置計測を行うことができる。

撮像装置１４によって取得したマスク６の位置情報および基板５の位置情報から、マスク６と基板５との相対位置情報を取得することができる。この相対位置情報を、アライメント装置の制御部５０にフィードバックし、昇降スライダ１０、回転並進機構１１、基板保持部８それぞれの駆動量を制御する。撮像装置１４として高倍率ＣＣＤカメラを用いることにより、マスク６と基板５の相対位置を数μｍの精度で調整することができる。

マスク６と基板５のアライメントが完了した後は、成膜空間２に配置された蒸着源７から成膜材料の蒸気を放出させ、成膜工程を開始すればよい。

（アライメント方法）
本発明にかかるアライメント装置を用いたアライメント方法について、図７および図８を参照して説明する。図７は、撮像装置１４として高倍率ＣＣＤカメラと低倍率ＣＣＤカメラを設置した場合の、本発明にかかるアライメントシーケンスを示すフローチャートである。まず、基板５が、ゲートバルブ１５から不図示のロボットハンドに搭載して搬入され、受け爪２６上に載置され、図８（ａ）の状態となる（Ｓ１０１）。

基板５が受け爪２６の上に載置されると、電動シリンダ３６から発生する力が駆動シャフト３４を介してクランプスライダ３２に伝えられ、クランプスライダ３２がＺ方向に駆動する。すると、クランプスライダ３２に取り付けられたクランプユニット２８が下降して基板５に接触し、受け爪２６との間に基板５を挟み込む（クランプする）。図８（ｂ）に示すように、基板５の端部では、受け爪２６とクランプ２７の挟持面の傾斜にならうため、上向きにモーメント力が発生する。基板端部で発生するモーメント力により、基板の中央部でも自重と反対側の方向にモーメント力を受け、撓みｈ１がｈ２まで低減された状態となる（Ｓ１０２）。

続いて、ラフカメラで基板マーク３７を計測し、受け爪２６に載置された基板５の位置情報を取得する。初期載置時の位置がファインカメラの視野に入らない程ずれている場合は、ロボットハンドを用いて、ファインカメラの視野に収まる位置に載置されるまで基板５を移動させる。

ラフカメラによって基板５の基板マーク３７とマスク６のマスクマーク３８とを同時に検出し、基板５とマスク６の相対位置情報を取得する（Ｓ１０３）。ここでいう相対位置情報とは、具体的には、基板マーク３７とマスクマーク３８の中心位置間の距離と位置ずれの方向である。本発明では、基板５をクランプし、基板の撓みが改善された状態を実現しているため、基板マスクが設けられた基板の縁部において、基板マークと一緒にマスクマークを計測することが可能となる。

得られた基板５とマスク６の相対位置情報に基づき、基板５とマスク６の相対位置を調整（アライメント）する。前述の通り、相対位置情報に基づいてアライメント装置１が備える位置決め機構を駆動し、基板５をＸＹθｚ方向およびＺ方向に移動させて位置を調整する（Ｓ１０４）。Ｓ１０３〜Ｓ１０４の工程は、後に行われる、ファインカメラを用いて得られた相対位置情報に基づくファインアライメントに対して、ラフアライメントと呼ばれる。

基板５が大型であると、クランプした状態でも自重によりｈ２だけ撓んだ状態になる。位置決めの際には、マスク６と基板５が接触して互いに擦れ、基板５の表面、あるいは、すでに形成された膜パターンが破損しないように、マスク６に対して基板５を撓み量以上の十分な高さ（ラフアライメント高さ）に保持しておく。

基板５とマスク６の相対位置が、所定の範囲内に収まるまで基板５の位置が調整できると、ファインカメラ１４の焦点が基板マーク３７に合う高さ（ファインアライメント高さ）になるまで、基板５をマスク６に近づける（Ｓ１０５）。なお、ファインアライメント高さにおいても基板５をマスク６に対して相対的に移動させる必要があるため、基板５とマスク６とが接触しないファインアライメント高さを設定しておく必要がある。

Ｓ１０３〜Ｓ１０４であらかじめラフアライメントしておくことにより、ファインカメラによって基板マーク３７とマスクマーク３８とが同じ視野内に収まったファインカメラ画像を取得することができる。取得したファインカメラ画像から、基板マーク３７とマスクマーク３８の中心位置を検出し、数μｍの精度で相対位置情報を取得することができる（Ｓ１０６）。

取得した相対位置情報に含まれる、基板マーク３７とマスクマーク３８の中心位置間の距離、すなわち、相対位置のずれ量を、あらかじめ設定した閾値と比較する（Ｓ１０７）。相対位置のずれ量が閾値を超える場合は、基板５をラフアライメント高さまで上昇させ、Ｓ１０３〜Ｓ１０６を再度行う。閾値は、求められる基板５とマスク６のアライメント精度を達成しうる、数μｍのオーダーで設定される。

Ｓ１０７で、基板マーク３７とマスクマーク３８の中心位置間の距離が閾値以下となったことが確認されると、基板５をマスク６へと近づけ（Ｓ１０８）、基板５とマスク６とを接触させ、図８（ｃ）の状態とする。

基板５とマスク６とが接触し始めると、クランプユニット２８ａ、２８ｂの各クランプ２７を上昇させ、基板５の挟持を解除した状態（アンクランプ状態）とする（Ｓ１０９）。そして、受け爪２６全体がマスク枠６ｂの上面よりも低くなる位置まで保持部ベース２５を降下させると、基板５を基板保持部８からマスク６の上へと載置した、図８（ｄ）の状態とすることができる（Ｓ１１０））。

図８（ｃ）に示すように、本発明では、受け爪２６とクランプ２７との挟持面の傾斜によって、基板５の中央部の撓みが小さくなるため、基板５とマスク６の接触時の面積を広くすることができる。そして、基板５とマスク６の接触開始時に、基板５とマスク６との間に生じる摩擦力を大きくすることができる。従って、基板５とマスク６の接触部において、アンクランプされた基板５とマスク６との間に生じる大きな摩擦力によって基板５が拘束され、基板５がマスク６と接触し始めた時の相対位置が維持される。

保持部ベース２５ａ、２５ｂをさらに下降させると、基板５とマスク６との接触面の形状が一致していないことに起因して、基板５に歪が生じる。この基板５の歪は、基板５がアンクランプの状態であるため、受け爪２６の上で基板５がずれることによって随時解放される。これは、受け爪２６の先端部が曲面を有していることによる効果でもある。基板５とマスク６の中央部で面接触しているのに対し、基板５と受け爪２６とは線接触に近い状態であるため、基板５と受け爪２６間に生じる摩擦力が極小さくなり、わずかな力を受けても、基板５は受け爪２６の上をずれることができる。

従って、図８（ｃ）の状態から図８（ｄ）の状態になるまでの間、基板５とマスク６との相対位置は、基板５とマスク６の接触開始時の位置を維持することができる。

このようなアライメントシーケンスの結果、基板５をマスク６の上に載置する際に生じる、Ｓ１０７で決めた相対位置関係からのずれ量の再現性を高めることができ、アライメント動作回数を減らすことができる。

基板５のマスク６上へ載置が完了すると、ファインカメラで基板マーク３７およびマスクマーク３８を撮像し、基板５とマスク６との相対位置情報を取得する（Ｓ１１１）。相対位置情報の取得方法は、Ｓ１０６と同様である。

Ｓ１１２では相対位置のずれ量が閾値以下か否か確認され（Ｓ１１２）、ずれ量が閾値以下であるとアライメントシーケンスは完了する。Ｓ１１２で相対位置のずれ量が閾値を超えている場合は、再度アライメントシーケンスをやり直す。具体的には、クランプユニット２８ａ、２８ｂの受け受け爪２６をマスク枠６ｂの高さまで上昇させ、基板５がマスクの上から基板保持部の上に移載された時点でクランプ２７を下降させて基板をクランプ状態とする。そして、ラフアライメント高さまで基板５を上昇させ、Ｓ１０３〜Ｓ１１２の工程を行って、基板５とマスク６との位置合わせを再度実施する。

受け爪２６の形状は、前述した効果が得られるものであれば、図６に示すものに限定されない。本発明にかかる受け爪２６の別の形態の断面を図９に示す。図９に示す受け爪２６は、複数の曲面の凸部で基板を挟持する形状を有し、前記受け爪の先端が曲面を有している。図９の基板を挟持する曲面の凸部および先端の曲面は、球状であってもよいし、円筒状であってもよい。図９のように、受け爪の先端が曲面となっていることにより、図６の受け爪と同様の効果を得ることができる。

（デバイスの製造）
本発明にかかるアライメント装置１を用いた基板５とマスク６とのアライメントが完了すると、成膜工程を含むデバイスの製造工程が実施される。ここでは、本実施形態の成膜装置を用いた電子デバイスの製造方法の一例として有機ＥＬ装置の製造方法を説明する。

まず、製造する有機ＥＬパネルについて説明する。図１０（ａ）は有機ＥＬ表示装置６０の全体図、図１０（ｂ）は１画素の断面構造を表している。

図１０（ａ）に示すように、有機ＥＬパネル６０の表示領域６１には、発光素子を複数備える画素６２がマトリクス状に複数配置されている。詳細は後で説明するが、発光素子のそれぞれは、一対の電極に挟まれた有機層を備えた構造を有している。なお、ここでいう画素とは、表示領域６１において所望の色を表示することができる最小単位を指す。

本実施例にかかる有機ＥＬパネルの場合、互いに異なる発光を示す第１発光素子６２Ｒ、第２発光素子６２Ｇ、第３発光素子６２Ｂの組み合わせが画素６２に含まれる。一般に、画素６２には、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子が含まれることが多いが、黄色発光素子とシアン発光素子と白色発光素子が含まれてもよく、特に制限されるものではない。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ｂ線における部分断面模式図である。画素６２は、基板６３上に、第１電極（陽極）６４と、正孔輸送層６５と、発光層６６Ｒ，６６Ｇ，６６Ｂのいずれかと、電子輸送層６７と、第２電極（陰極）６８と、を備える有機ＥＬ素子を有している。これらのうち、正孔輸送層６５、発光層６６Ｒ，６６Ｇ，６６Ｂ、電子輸送層６７が有機層に当たる。また、本実施形態では、発光層６６Ｒは赤色を発する有機ＥＬ層、発光層６６Ｇは緑色を発する有機ＥＬ層、発光層６６Ｂは青色を発する有機ＥＬ層である。発光層６６Ｒ，６６Ｇ，６６Ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色を発する発光素子（有機ＥＬ素子と記述する場合もある）に対応するパターンに形成されている。また、第１電極６４は、発光素子ごとに分離して形成されている。正孔輸送層６５と電子輸送層６７と第２電極６８は、複数の発光素子６２と共通で形成されていてもよいし、発光素子ごとに形成されていてもよい。ここでは、第１電極６４を陽極、第２電極を陰極としたが、第１電極６４を陰極、第２電極を陽極としてもよい。その場合、正孔輸送層６５と電子輸送層６７の積層順を逆にするとよい。

第１電極６４と第２電極６８とが異物によってショートするのを防ぐために、第１電極６４間に絶縁層６９が設けられている。さらに、有機ＥＬ層は水分や酸素によって劣化するため、水分や酸素から有機ＥＬ素子を保護するための保護層７０が設けられている。

有機ＥＬ層を発光素子単位に形成するためには、マスクを介して成膜する方法が用いられる。近年、表示装置の高精細化が進んでおり、有機ＥＬ層の形成には開口の幅が数十μｍのマスクが用いられる。このようなマスクを用いた成膜には本発明にかかるアライメント装置１を備える成膜装置（真空蒸着装置）が好適に用いられる。

次に、有機ＥＬパネルの製造方法の例について具体的に説明する。

まず、有機ＥＬパネルを駆動するための回路（不図示）および第１電極６４が形成された基板６３を準備する。

第１電極６４が形成された基板６３の上にアクリル樹脂をスピンコートで形成し、アクリル樹脂をリソグラフィ法により、第１電極６４が形成された部分に開口が形成されるようにパターニングし絶縁層６９を形成する。この開口部が、発光素子が実際に発光する発光領域に相当する。

絶縁層６９がパターニングされた基板６３を第１の成膜装置に搬入し、基板保持ユニットにて基板を保持し、正孔輸送層６５を、表示領域の第１電極６４の上に共通する層として成膜する。正孔輸送層６５は真空蒸着により成膜される。実際には正孔輸送層６５は表示領域６１よりも大きなサイズに形成されるため、高精細なマスクは不要である。

次に、正孔輸送層６５までが形成された基板６３を第２の成膜装置に搬入し、基板保持ユニットにて保持する。基板とマスクとのアライメントを行い、基板をマスクの上に載置し、基板６３の赤色を発する素子を配置する部分に、赤色を発する発光層６６Ｒを成膜する。本例によれば、マスクと基板との相対位置を精度よく合わせて重ね合わせることができ、高精度な成膜を行うことができる。

発光層６６Ｒの成膜と同様に、第３の成膜装置により緑色を発する発光層６６Ｇを成膜し、さらに第４の成膜装置により青色を発する発光層６６Ｂを成膜する。発光層６６Ｒ、６６Ｇ、６６Ｂの成膜が完了した後、第５の成膜装置により表示領域６１の全体に電子輸送層６７を成膜する。電子輸送層６７は、３色の発光層６６Ｒ、６６Ｇ、６６Ｂに共通の層として形成される。

電子輸送層６７までが形成された基板をスパッタリング装置に移動し、第２電極６８を成膜し、その後プラズマＣＶＤ装置に移動して保護層７０を成膜して、有機ＥＬ表示装置６０が完成する。

絶縁層６９がパターニングされた基板６３を成膜装置に搬入してから保護層７０の成膜が完了するまでは、水分や酸素を含む雰囲気にさらしてしまうと、有機ＥＬ材料からなる発光層が水分や酸素によって劣化してしまうおそれがある。従って、本例において、成膜装置間の基板の搬入搬出は、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気の下で行われる。

このようにして得られた有機ＥＬ表示装置は、発光素子ごとに発光層が精度よく形成される。従って、上記製造方法を用いれば、発光層の位置ずれに起因する有機ＥＬ表示装置の不良の発生を抑制することができる。

（電子デバイス製造装置）
図１１に、電子デバイス製造装置の一例示す。図１１に示すように、複数の成膜装置１１１〜１１４と、搬送室１１０と、を有する。搬送室１１０内には、基板５を保持し搬送する搬送ロボット１１９が設けられている。搬送ロボット１１９は、例えば、多関節アームに、基板を保持するロボットハンドが取り付けられた構造をもつロボットであり、各成膜室への基板５の搬入／搬出を行う。製造装置は、成膜装置を４つ以上有していても良いし、他の処理を行う処理室がさらに連結されていても良い。各成膜装置として、本発明にかかる成膜装置を好適に用いることができる。

搬送ロボット１１９との基板５の受け渡し、基板５とマスクの相対位置の調整（アライメント）、マスク上への基板５の固定、成膜などの一連の成膜プロセスは、不図示の制御部によって自動で行うことができる。各成膜装置は、成膜源の違いやマスクの違いなど細かい点で相違する部分はあるものの、基本的な構成（特に基板の搬送やアライメントに関わる構成）はほぼ共通している。

電子デバイスとして前述した有機ＥＬパネルを製造する場合、正孔輸送層までが形成された基板を搬送室１１０に搬入する。そして、成膜装置１１１〜１１５のそれぞれで、赤色を発する発光層、緑色を発する発光層、青色を発する発光層、電子輸送層を順次成膜するとよい。

以上説明したように、本発明にかかるアライメント装置１および成膜装置を用いれば、基板保持部に保持された基板の自重による撓み量を低減するとともに、基板とマスクとの接触時の基板のずれを低減し、アライメント精度を向上させることができる。その結果、電子デバイスなどの製造する際に、アライメントに要する時間を低減し、タクトタイムを短縮して、生産性を高めることができる。

５ 基板
６ マスク
８ 基板保持部
９ マスク保持部
１０ Ｚ昇降スライダ
１１ 回転並進機構
１２ 基板保持シャフト
１３ Ｚ昇降ベース
２５ 保持ベース
２６ 受け爪
２７ クランプ
２８ クランプユニット
３２ クランプスライダ
３４ 駆動シャフト
３６ 電動シリンダ

Claims (12)

1. マスクを載置するマスク保持部と、
   矩形の基板を保持する基板保持部と、
   前記基板保持部を前記マスク保持部に対して相対的に移動させる駆動部と、
   を有するアライメント装置であって、
   前記基板保持部は、互いに対向する、複数の受け爪と複数のクランプとを備え、前記受け爪と前記クランプとの間で前記基板の互いに対向する２辺の縁部を挟持する構成を有しており、
   前記受け爪および前記クランプの基板を挟持する面は、基板の挟持された辺と対向する辺側が高くなるように傾斜し、前記受け爪の、前記基板を挟持する面と前記基板の挟持された辺と対向する辺側の側面とが曲面でつながっていることを特徴とするアライメント装置。
2. 前記曲面の前記基板の中心線と直交する方向の断面形状は、半径が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の円弧であることを特徴とする請求項１に記載のアライメント装置。
3. 前記受け爪は複数の曲面の凸部で前記基板を挟持することを特徴とする請求項１または２に記載のアライメント装置。
4. 前記基板保持部に保持された基板の位置と前記マスク保持部に保持されたマスクの位置とを取得する位置取得手段をさらに有しており、
   前記駆動部は、前記位置取得手段で取得した前記基板の位置と前記マスクの位置とに応じて、前記基板保持部を前記マスク保持部に対して相対的に移動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアライメント装置。
5. 前記受け爪および前記クランプは、前記矩形の基板の長辺に沿って配設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアライメント方装置。
6. 成膜チャンバと、
   前記成膜チャンバの内部に設けられた、矩形の基板を保持する基板保持部およびマスクを保持するマスク保持部と、
   前記マスク保持部と前記基板保持部との相対位置を制御する制御部と、
   を有する成膜装置であって、
   前記基板保持部は、互いに対向する、複数の受け爪と複数のクランプとを備え、前記受け爪と前記クランプとの間で前記基板の互いに対向する２辺の縁部を挟持する構成を有しており、
   前記受け爪および前記クランプの基板を挟持する面は、前記基板の挟持された辺と対向する辺側が高くなるように傾斜し、前記受け爪の、前記基板を挟持する面と前記基板の挟持された辺と対向する辺側の側面とが曲面でつながっていることを特徴とする成膜装置。
7. 前記曲面の前記基板の中心線と直交する方向の断面形状は、半径が１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の円弧であることを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
8. 前記受け爪は、複数の曲面の凸部で前記基板を挟持することを特徴とする請求項６または７に記載の成膜装置。
9. 前記基板保持部に保持された基板の位置と前記マスク保持部に保持されたマスクの位置とを取得する位置取得手段をさらに有しており、
   前記駆動部は、前記位置取得手段で取得した前記基板の位置と前記マスクの位置とに応じて、前記基板保持部を前記マスク保持部に対して相対的に移動させることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の成膜装置。
10. 複数の前記受け爪および前記クランプは、前記矩形の基板の長辺に沿って配設されていることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の成膜装置。
11. 前記基板に成膜するための成膜源が設置されることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の成膜装置。
12. 前記成膜源が蒸着源であることを特徴とする請求項１１に記載の成膜装置。

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