JP2023072462A - アライメント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板とマスクのアライメントにおけるマークの検出可能性を高めるための技術を提供する。【解決手段】被成膜対象の基板とマスクのアライメントを行うアライメント手段と、基板に設けられたアライメントマーク、および、マスクに設けられたアライメントマークの少なくともいずれかを撮影して得られた画像データから、撮影されたアライメントマークを検出する検出手段と、検出手段による前記アライメントマークの検出の良否判定を行う判定手段を備え、検出手段は、画像データに対して第1手法を用いたアライメントマークの検出を行い、第１手法によるアライメントマークの検出が判定手段により不良と判定された場合に、画像データに対して第１手法と異なる第２手法を用いたアライメントマークの検出を行うアライメント装置を用いる。【選択図】図６

Description

本発明は、アライメント装置に関する。

有機ＥＬ表示装置などのフラットパネル表示装置が用いられている。有機ＥＬ表示装置は、２つの向かい合う電極の間に、発光を起こす有機物層である発光層を有する機能層が形成された有機ＥＬ素子を含んでいる。有機ＥＬ素子の機能層及び電極層は、成膜装置内で、それぞれの層を構成する材料をマスクを介してガラスなどの基板に成膜することで形成される。

マスクには所定のパターンの開口が形成されており、基板への成膜時にはこの開口パターンに沿った形状の機能層や電極層が形成される。したがって、成膜の精度を向上させるためには、基板とマスクを精度良くアライメント（位置合わせ）させる必要がある。一般的にアライメントにおいて、基板およびマスクにマークを設けておき、カメラの視野内で基板マークとマスクマークが所定の位置関係になるように基板またはマスクの位置を調整する方法が用いられている。

特許文献１（特開２００６－０７３９１５号公報）は、マスクに形成されたパターンを基板上に転写する装置において、基板上に形成されたマークに基づいて位置情報を検出する方法を開示する。特許文献１では、マークの位置情報を検出するために、カメラによる撮像画像と所定のテンプレートとの間でパターンマッチングを行っている。

特開２００６－０７３９１５号公報

特許文献１では、正規化相互相関関数の算出値を用いて撮像画像とテンプレートの間の類似度を求めることによりパターンマッチングを行っており、算出値が所定の閾値未満である場合には、パターンが検出されなかったとして処理を強制終了している。しかしながら、基板やマスクの種類、材質、状態によっては、マークが検出されにくい場合がある。そのような場合に単純に算出値と閾値とを比較を行うと、マークが検出されないと判定されることが多くなり、成膜装置の製造効率が低下するおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板とマスクのアライメントにおけるマークの検出可能性を高めるための技術を提供することにある。

本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
被成膜対象の基板とマスクのアライメントを行うアライメント手段と、
前記基板に設けられたアライメントマーク、および、前記マスクに設けられたアライメントマークの少なくともいずれかを撮影して得られた画像データから、撮影されたアライメントマークを検出する検出手段と、
前記検出手段による前記アライメントマークの検出の良否判定を行う判定手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記画像データに対して第1手法を用いた前記アライメントマークの
検出を行い、前記第１手法による前記アライメントマークの検出が前記判定手段により不良と判定された場合に、前記画像データに対して前記第1手法と異なる第２手法を用いた
前記アライメントマークの検出を行う
ことを特徴とするアライメント装置である。

本発明によれば、基板とマスクのアライメントにおけるマークの検出可能性を高めるための技術を提供することができる。

成膜装置の構成を示す模式的な平面図 アライメント装置の構成を示す断面図 アライメント装置の構成を示す斜視図 基板キャリアの構成を説明する図 基板とマスクのマークを説明する図 基板とマスクのマークを検出する処理を示すフロー図 マークの状態に応じた検出処理を説明する図 電子デバイスの構成を説明する図。

以下に、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、以下の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、特に特定的な記載がない限りは、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、基板等の成膜対象物の表面に蒸着やスパッタリングにより成膜材料の薄膜を形成するときの、基板とマスクのアライメント（位置合わせ）のために好適である。本発明は、アライメント装置やその制御方法、アライメント方法として捉えられる。本発明はまた、成膜装置やその制御方法、成膜方法として捉えられる。本発明はまた、電子デバイスの製造装置やその制御方法、電子デバイスの製造方法としても捉えられる。本発明はまた、制御方法をコンピュータに実行させるプログラムや、当該プログラムを格納した記憶媒体としても捉えられる。記憶媒体は、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記憶媒体であってもよい。

本発明は、被成膜対象である基板の表面にマスクを介して所望のパターンの薄膜を形成する場合に好ましく適用できる。基板の材料としては、ガラス、樹脂、金属、シリコンなど任意のものを利用できる。成膜材料としては、有機材料、無機材料（金属、金属酸化物）など任意のものを利用できる。なお、以下の成膜工程の説明における「基板」とは、基板材料の表面に既に１つ以上の成膜が行われたものを含む。本発明の技術は、典型的には、電子デバイスや光学部材の製造装置に適用される。特に、有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬディスプレイ、それを用いた有機ＥＬ表示装置などの有機電子デバイスに好適である。本発明はまた、薄膜太陽電池、有機ＣＭＯＳイメージセンサにも利用できる。ただし本発明の適用対象はこれに限られず、基板とマスクをアライメントする装置に広く利用できる。

［実施例］
＜成膜装置＞
図１は、本実施例に係る、有機ＥＬディスプレイを製造するインライン式の成膜装置３００の模式的な構成図である。有機ＥＬディスプレイは、一般的に、回路素子を形成する
回路素子形成工程と、基板上に有機発光素子を形成する有機発光素子形成工程と、形成した有機発光層上に保護層を形成する封止工程と、を経て製造される。本実施例に係る成膜装置３００は有機発光素子形成工程を主に行う。

成膜装置３００は、基板搬入室１１７、反転室１１１ａ、マスク搬入室９０、アライメント室１００、複数の成膜室１１０ａ、１１０ｂ、搬送室１１２、マスク分離室１１３、反転室１１１ｂ、基板分離室１１４、マスク搬送室１１６、キャリア搬送室１１５を有する。

成膜装置３００はまた、基板キャリア９を搬送する搬送手段（後述）を有する。基板キャリア９は、成膜装置３００の有する各チャンバ内を通る所定の搬送経路に沿って搬送される。すなわち基板キャリア９は、破線で示すように、基板搬入室１１７、反転室１１１ａ、マスク搬入室９０、アライメント室１００、複数の成膜室１１０ａ、１１０ｂ、搬送室１１２、マスク分離室１１３、反転室１１１ｂ、基板分離室１１４、キャリア搬送室１１５、の順に搬送され、再度、基板搬入室１１７に戻る。

一方、マスク６は、点線で示すように、マスク搬入室９０、アライメント室１００、複数の成膜室１１０ａ、１１０ｂ、搬送室１１２、マスク分離室１１３、マスク搬送室１１６、の順に搬送され、再度、マスク搬入室９０に戻る。このように、基板キャリア９とマスク６は、それぞれ所定の搬送経路に沿って循環して搬送される。

基板５は基板搬入室１１７に搬入され、基板キャリア９に取り付けられる。具体的には、基板５は、被成膜面が鉛直方向上を向いた状態で基板搬入室１１７に搬入される。基板搬入室１１７内では、基板キャリア９が、保持面が鉛直方向上を向いた状態で配置されている。基板搬入室１１７に搬入された基板５は、基板キャリア９の保持面の上に載置され、基板キャリア９によって保持される。

基板５を保持する基板キャリア９は反転室１１１ａに移動する。ここで、反転室１１１ａ、１１１ｂには基板キャリア９の基板保持面の向きを鉛直方向上向きから鉛直方向下向きに、または、鉛直方向下向きから鉛直方向上向きに反転させる反転機構１２０ａ、１２０ｂが備えられている。反転機構１２０ａ、１２０ｂとしては、基板キャリア９を把持等して姿勢（向き）を変化させることができる既知の機構を適宜採用してよい。反転機構１２０ａが作動することで、基板キャリア９が基板５ごと反転され、基板５の被成膜面が鉛直方向下を向いた状態になる。

一方、後述する基板５への成膜完了後に、基板キャリア９がマスク分離室１１３から反転室１１１ｂに搬入される際には、基板５の被成膜面が鉛直方向下を向いた状態で搬入されてくる。そこで反転機構１２０ｂは、基板キャリア９を基板５ごと反転して、基板５の被成膜面が鉛直方向上を向いた状態とする。

反転室１１１ａにおける反転を経て、基板キャリア９はマスク搬入室９０に搬入される。それに合わせて、マスク６もマスク搬入室９０に搬入される。そして、基板５を保持する基板キャリア９と、マスク６とは、アライメント室１００に搬入される。

アライメント室１００には、アライメント装置１が搭載されている。アライメント装置１は、基板キャリア９（およびそれが保持する基板５）と、マスク６とを位置合わせし、マスク６に基板キャリア９（基板５）を載置する。アライメント装置１はその後、基板キャリア９が載置されたマスク６を搬送ローラ１５に受け渡し、次工程に向けて搬送を開始する。図２、図３に示すように、搬送手段としての搬送ローラ１５は、搬送経路の両脇に搬送方向に沿って複数配置されており、それぞれ不図示のＡＣサーボモータの駆動力によ
り回転することで、基板キャリア９やマスク６を搬送する。なお、アライメント室１００と成膜室１１０ａの間や、成膜室１１０ａと成膜室１１０ｂの間に、基板キャリア９の速度を調整する速度調整室を設けてもよい。速度調整により、成膜室１１０において複数の基板キャリア９が所定の間隔を空けて搬送される。

成膜室１１０には、鉛直方向上に向けて蒸着材料を放出する蒸発源７（成膜手段）が配置されている。成膜室１１０に、基板キャリアに保持されつつ、被成膜面が鉛直方向下を向いた状態で搬入されてきた基板５が蒸発源７上を通過することで、マスク６によって遮られる個所以外の被成膜面が成膜される。成膜室１１０のチャンバ内部は、真空ポンプや室圧計を備えた室圧制御部（不図示）により内圧を調整される。蒸発源７は、蒸着材料を収容する坩堝などの材料収容部と、蒸着材料を加熱するシースヒータなどの加熱手段を備える。なお蒸発源７は、基板キャリア９（基板５）およびマスク６と略平行な平面内で材料収容部を移動させる機構や、蒸発源全体を移動させる機構を備えていてもよい。

成膜室１１０での成膜完了後、基板キャリア９とマスク６は、マスク分離室１１３に到達し、マスク分離室１１３にて互いに分離される。基板キャリア９から分離したマスク６は、マスク搬送室１１６へ搬送され、新たな基板５の成膜工程に回される。なお、マスク搬送室１１６にマスク保管装置を配置して、成膜装置内を循環する複数のマスク６の保管や、基板キャリア９に応じたマスクの選択的搬出を行ってもよい。

一方、基板５を保持した基板キャリア９は、マスク６との分離後に反転室１１１ｂで上下反転され、基板分離室１１４へ搬送される。基板分離室１１４において、成膜が完了した基板５が基板キャリア９から分離され、成膜装置３００から搬出される。基板キャリア９は、キャリア搬送室１１５を経て基板搬入室１１７に搬送され、新たな基板５の保持に用いられる。

なお、本発明は、本実施例のようなデポアップの構成（成膜時に基板５の被成膜面が鉛直方向下側を向くような構成）に限られない。デポダウンの構成（成膜時に基板５の被成膜面が鉛直方向上方を向くような構成）や、サイドデポの構成（成膜時に基板５が垂直に立てられる構成）でもよい。

また、本発明は、基板キャリア９をマスク６に載置する構成や、マスク６を基板キャリア９に載置する構成だけでなく、基板キャリア９とマスク６を位置調整して積層する構成であれば適用可能である。例えば基板キャリアを設けず、基板を直接搬送してマスクに載置する構成でもよい。

また、本発明は、上述のようなインライン型の成膜装置だけではなく、搬送室を中心として複数の成膜室やマスクストッカなどのチャンバがクラスタ状に配置され、ロボットアームによって基板がチャンバ間を搬送されながら成膜される、クラスタ型の成膜装置にも適用できる。

（基板キャリア）
基板キャリア９の構成を説明する。図４（ａ）は基板キャリア９の模式的平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ矢視断面図であり、基板保持面が上方（紙面手前方向）を向いた状態を示す。基板キャリア９は、平面視で略矩形の平板状の構造体である。

基板キャリア９の搬送時には、基板キャリア９の四辺のうち、搬送方向に沿った、対向する二辺が、搬送ローラ１５によって支持される。搬送ローラ１５は、基板キャリア９の搬送経路の両側に複数配置された搬送回転体により構成される。搬送ローラ１５が回転することにより、基板キャリア９が搬送方向においてガイドされながら移動する。

基板キャリア９は、矩形の平板状部材であるキャリア面板３０と、複数のチャック部材３２と、複数の支持体３３と、を有する。基板キャリア９は、キャリア面板３０の保持面３１に基板５を保持する。図中には便宜的に、基板５が保持されたときに基板５の外縁に対応する破線が示されている。破線の内側の領域を基板保持部、外側の領域を外周部とも呼ぶ。基板保持部と外周部は便宜的に規定されるものであり、両者の間に構造の差異がなくてもよい。

チャック部材３２は、基板５をチャックするチャック面を有する突起である。チャック面は、粘着性の部材（ＰＳＣ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｔｉｃｋｙ Ｃｈｕｃｋｉｎｇ）によって構成され、物理的な粘着力や吸着力によって基板５を保持する。複数のチャック部材３２のそれぞれが基板５をチャックすることで、基板５がキャリア面板３０の保持面３１に沿って保持される。複数のチャック部材３２はそれぞれ、チャック面がキャリア面板３０の保持面３１から所定の距離だけ飛び出た状態に配置されている。

チャック部材３２は、マスク６の形状に応じて配置されることが好ましく、マスク６の基板５の被成膜領域を区画するための境界部（桟の部分）に対応して配置されていることがより好ましい。これにより、チャック部材３２が基板５と接触することによる基板５の成膜エリアの温度分布への影響を抑制できる。また、チャック部材３２は、ディスプレイのアクティブエリアの外に配置されることが好ましい。これは、チャック部材３２による吸着による応力が基板５を歪ませる懸念、あるいは成膜時の温度分布に影響を及ぼす懸念があるためである。

基板５を保持するキャリア面板３０の保持面３１が下方を向くよう基板キャリア９が反転され、マスク６上に載置される際に、支持体３３がマスク６に対して基板キャリア９を支持する。なお、支持体３３がキャリア面板３０の保持面３１から突出した凸部として構成されているものの、反転後には基板５の全体がマスク６に密着するような構成でもよいし。少なくとも支持体３３の近傍においては、基板キャリア９に保持された基板５と、マスク６とが離間するように、支持体３３が基板キャリア９を支持する構成でもよい。

なお、基板キャリア９が基板５を保持するための構成はチャック部材３２に限定されない。例えば、反転時において構造的に基板５を下方から支持する支持部を備えた基板キャリア９を用いてもよい。あるいは、キャリア面板３０の内部に設けられた電極への電圧印加により生成される静電気力によって基板５を保持する、静電チャックを用いてもよい。また、基板５とマスク６を共に挟持するクランプ機構を用いてもよい。

（アライメント装置）
図２は、成膜装置３００のアライメントのための構成を示す模式的な断面図であり、図１のＢＢ矢視に対応する。

アライメント装置１は、内部を真空雰囲気や不活性ガス雰囲気に維持されるチャンバ４を備える。チャンバ４は、上部隔壁４ａ、側壁４ｂ、底壁４ｃを有している。上部隔壁４ａの上には、基板キャリア９を駆動してマスク６との位置を相対的に合わせる位置合わせ機構６０（アライメント手段）が配置されている。可動部を多く含む位置合わせ機構６０をチャンバ外に配置することで、チャンバ内での発塵を抑制できる。アライメント装置１はさらに、基板キャリア９を保持するキャリア支持部８と、マスク６を保持するマスク受け台１６と、搬送ローラ１５と、を有している。なお、アライメント室１００自体がチャンバ４であってもよいし、アライメント室１００の内部に更にチャンバ４を配置してもよい。

位置合わせ機構６０は、基板キャリア９（基板５）とマスク６の相対的な位置関係を変化させたり、位置関係を保ったまま基板キャリア９（基板５）とマスク６を安定的に保持したりする。位置合わせ機構６０は、面内移動手段１１と、Ｚ昇降ベース１３と、Ｚ昇降スライダ１０を含む。面内移動手段１１は、チャンバ４の上部隔壁４ａに接続され、Ｚ昇降ベース１３をＸＹθ方向に駆動する。Ｚ昇降ベース１３は、面内移動手段１１に接続され、基板キャリア９がＺ方向に移動するときのベースとなる。Ｚ昇降スライダ１０は、Ｚガイド１８（１８ａ～１８ｄ）に沿ってＺ方向に移動可能な部材である。Ｚ昇降スライダは、キャリア保持シャフト１２を介してキャリア支持部８に接続されている。

基板キャリア９（基板５）を基板５に平行な平面内でＸＹθ移動させるときには、Ｚ昇降ベース１３、Ｚ昇降スライダ１０およびキャリア保持シャフト１２が一体として駆動し、キャリア支持部８に駆動力を伝達する。そのための面内移動手段１１として例えば、互いに異なる方向に駆動力を発生させる複数の駆動ユニットを用いることができる。各駆動ユニットが移動量に応じた駆動力を発生させることにより、Ｚ昇降ベース１３のＸＹθ方向における位置を制御可能である。

また、基板キャリア９（基板５）をＺ移動させるときには、Ｚ昇降スライダ１０がＺ昇降ベース１３に対してＺ方向に駆動する。このとき、駆動力は、キャリア保持シャフト１２（１２ａ～１２ｄ）を介してキャリア支持部８に伝達される。このようにＺ昇降スライダ等が距離変化手段として機能することにより、基板キャリア９とマスク６の相対距離が変化する。

なお、本実施例のように位置合わせ機構６０が基板５を移動させる構成には限定されず、位置合わせ機構６０がマスク６を移動させてもよいし、基板５とマスク６の両方を移動させてもよい。すなわち、位置合わせ機構６０は基板５およびマスク６の少なくとも一方を移動させることにより、基板５とマスク６の相対的な位置を調整する機構である。

図３は、アライメント装置１の一形態を示す斜視図である。マスク受け台１６は、マスク台ベース１９上に載置された昇降台ガイド３４に沿って上下に昇降する。また、マスク６の搬送方向に沿った辺の下部には搬送ローラ１５が載置されており、マスク６はマスク受け台１６が下降することによって搬送ローラ１５に受け渡される。例えば有機ＥＬディスプレイの製造に用いられるマスクは、成膜パターンに応じた開口を有するマスク箔６ｂが高剛性のマスクフレーム６ａに架張された状態で固定された構成を有している。この構成により、マスク受け部はマスク箔６ｂの撓みを低減した状態で保持することができる。

キャリア保持シャフト１２は、チャンバ４の上部隔壁４ａに設けられた貫通孔を通って、チャンバ４の外部と内部にわたって設けられている。キャリア保持シャフト１２の下部にはキャリア支持部８が設けられ、基板キャリア９を介して基板５を保持可能となっている。キャリア保持シャフト１２のうち貫通孔からＺ昇降スライダ１０への固定部分までの区間（貫通孔より上方の部分）は、Ｚ昇降スライダ１０と上部隔壁４ａとに固定されたベローズ４０によって覆われる。これにより、キャリア保持シャフト１２全体を成膜空間２と同じ真空状態に維持できる。

Ｚ昇降ベース１３の側面には、Ｚ昇降スライダ１０を鉛直Ｚ方向に案内するための４本のＺガイド１８ａ～１８ｄが固定されている。Ｚ昇降スライダ中央に配置されたボールネジ２７は、Ｚ昇降ベース１３に固定されたモータ２６から伝達される駆動力をＺ昇降スライダ１０に伝達する。モータ２６が内蔵する不図示の回転エンコーダの回転数により、Ｚ昇降スライダ１０のＺ方向位置が計測可能である。なお、Ｚ昇降スライダ１０の昇降機構は、ボールネジ２７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、任意の機構を採用することができる。

アライメント装置１による各種の動作（面内移動手段１１によるアライメント、Ｚ昇降スライダ１０の昇降、キャリア支持部８による基板保持、蒸発源７による蒸着など）は、制御部７０によって制御される。制御部７０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７０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７０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。

成膜装置３００のチャンバごとに制御部７０が設けられていてもよいし、１つの制御部７０が複数のチャンバあるいは成膜装置全体を制御してもよい。記録部７１は、制御部７０が情報を記録し、読み出すためのメモリである。記録部７１として制御部７０の内蔵メモリを用いてもよい。

アライメント時に基板５とマスク６との位置を検出するために、撮像装置１４（１４ａ～１４ｄ）が用いられる。チャンバ４の上部隔壁４ａの外側には、マスク６上のアライメントマークおよび基板５上のアライメントマークの位置を取得するための撮像装置１４が配置されている。上部隔壁４ａには、撮像装置１４がチャンバ内部を撮像できるように、撮像装置１４のカメラ光軸上に撮像用貫通孔が設けられている。撮像用貫通孔には、チャンバ内部の気圧を維持するために窓ガラス１７（１７ａ～１７ｄ）がはめ込まれる。

（マスクの構成）
図５（ｂ）に示すように、マスク６は枠状のマスクフレーム６ａに数μｍ～数十μｍ程度の厚さのマスク箔６ｂが溶接固定された構造を有する。マスクフレーム６ａは、マスク箔６ｂが撓まないように、マスク箔６ｂをその面方向に引っ張った状態で支持する。マスク箔６ｂは、基板の被成膜領域を区画するための境界部を含む。マスク箔６ｂの有する境界部は基板５にマスク６を装着したときに基板５に密着し、成膜材料を遮蔽する。なお、マスク６はマスク箔６ｂが境界部のみを有するオープンマスクであってもよいし、境界部以外の部分、すなわち基板の被成膜領域に対応する部分に、画素または副画素に対応する微細な開口が形成されたファインマスクであってもよい。基板５としてガラス基板またはガラス基板上にポリイミド等の樹脂製のフィルムが形成された基板を用いる場合、マスクフレーム６ａおよびマスク箔６ｂの主要な材料としては、鉄合金を用いることができ、ニッケルを含む鉄合金を用いることが好ましい。

また、本発明のアライメント対象となるマスク６は、製品の成膜時に用いられるものではない、特定マスクであってもよい。このような特定マスクは、通常のマスク６と同様に搬送ローラ１５による搬送やアライメント装置１によるアライメントを可能とするために、通常のマスク６と同様のサイズとなっており、通常のマスク６と同じ位置にマスクマークが配置されている。特定マスクの一例として、成膜装置３００の蒸着に関する性能や蒸着状態を確認するための、アルミなどで構成されたボックス状のマスクを用いることがある。かかる特定マスクは、ボックスの一部に開閉可能なシャッタを有しており、成膜室１１０を通過している最中の任意のタイミングでシャッタを開閉することで膜厚などの成膜状態を確認することができる。具体的には、基板５の基板マークと特定マスクのマスクマークを基準として両者をアライメントし、特定マスクのシャッタを開いた状態で成膜室１１０内の特定の成膜源の上を通過させることで、その成膜源の状態や性能を確認することができる。

発明者の検討によれば、上記のような特定マスクは、材料や使用方法の特性上、加工精
度に問題があったり傷ができやすかったりするため、マークの傷や変色が発生することが多い。マークに傷や変色があると、撮像画像からマークを検出することが難しくなり、マーク検出エラーが発生してしまう。そこで発明者は、マークが傷でボケたり、マークが変色したりして検出が難しくなった場合でも検出エラーを起こさないような、撮像画像からのマーク検出方法を検討するに至った。ただし本発明の適用対象は特定マスクに限られず、通常のマスク６のマスクマークや、基板５の基板マークの検出にも適用できる。よって以下の説明では、通常のマスク６のマスクマーク３８（マスクアライメントマーク）と、基板５の基板マーク３７（基板アライメントマーク）を用いたアライメントについて説明する。

（アライメント）
図５（ａ）～図５（ｃ）を参照して、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５（ａ）は、キャリア支持部８に保持されている状態のキャリア面板３０上の基板５を上から見た図である。説明のため、キャリア面板３０は破線で、透過されたように図示する。基板５の四隅には、基板マーク３７ａ～３７ｄが形成されている。撮像装置１４ａ～１４ｄは基板マーク３７ａ～３７ｄを同時計測する。制御部７０は、各基板マーク３７ａ～３７ｄの中心位置４点の位置関係から、基板５のＸ方向移動量、Ｙ方向移動量、回転量を算出することにより、基板５の位置情報を取得できる。基板マーク３７は例えば、基板５に設けられた金属材料を含む部材であってもよい。

図５（ｂ）は、マスクフレーム６ａを上面から見た図であり、四隅にマスクマーク３８ａ～３８ｄが形成されている。撮像装置１４ａ～１４ｄがマスクマーク３８ａ～３８ｄを同時計測する。制御部７０は、各マスクマーク３８ａ～３８ｄの中心位置４点の位置関係からマスク６のＸ方向移動量、Ｙ方向移動量、回転量などを算出することにより、マスク６の位置情報を取得できる。マスクマーク３８は例えば、マスク６が有する金属材料を含む部材に設けられた開口であってもよい。

図５（ｃ）は、マスクマーク３８および基板マーク３７の４つの組の中の１組を、撮像装置１４によって計測した際の、撮像画像の視野４４を模式的に示した図である。この例では、撮像装置１４の視野４４内において、基板マーク３７とマスクマーク３８が同時に計測されているので、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。なお、マスクマーク３８および基板マーク３７の形状は図示例に限られないが、中心位置を算出しやすく対称性を有する形状が好ましい。

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カメラが用いられる。このような高倍率ＣＣＤカメラは、視野の径が数ｍｍと狭いため、基板キャリア９をキャリア受け爪に載置した際の位置ズレが大きいと、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カメラを併設するのが好ましい。その場合、二段階アライメントを行ってもよい。すなわち、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、低倍率ＣＣＤカメラを用いて大まかなアライメント（ラフアライメント）を行った後、高倍率ＣＣＤカメラを用いてマスクマーク３８と基板マーク３７の位置計測を行い、高精度なアライメント（ファインアライメント）を行う。

制御部７０は、ピクセルごとの画素値としてデジタル化された撮像画像を対象として画像処理によるマーク検出を行う。後述するが、本実施例の制御部７０は正規化相互相関法および形状ベースマッチング法の二種類の画像処理方法を実行可能であり、検出結果に応じて処理を継続する。制御部７０は、撮像装置１４によって取得したマスクフレーム６ａ
の位置情報および基板５の位置情報から、マスクフレーム６ａ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７０にフィードバックし、昇降スライダ１０、面内移動手段１１、キャリア支持部８など、それぞれの駆動部の駆動量を制御する。

アライメント装置１は、基板キャリア９上の基板５とマスク６とをアライメントし、基板キャリア９（基板５）をマスク６上に載置する。その際まず、チャンバ４内に基板キャリア９が搬入され、キャリア支持部８の両側のキャリア受け爪上に載置される。

続いてアライメント装置１は、基板キャリア９を下降させ、アライメント高さまで移動させる。そして撮像装置１４が撮像を行い、基板マーク３７とマスクマーク３８の位置情報を取得する。制御部７０は、基板マーク３７とマスクマーク３８が所定の位置関係の範囲内に接近するまで、基板キャリア９の面内移動と撮像を実行する。制御部７０は、アライメントマークの撮像画像に基づき、基板５とマスク６の位置ずれ量が所定の閾値以下となった場合に、面内アライメント完了と判断する。そして、基板キャリア９とマスク６が基板面と垂直な方向に相対的に移動され、基板キャリア９がマスク６に載置されることで、基板５とマスク６が密着する。

（マーク検出処理）
図６のフローチャートを参照して、アライメント装置１におけるマーク検出における処理を説明する。本フローでは、視野４４の内部において、基板５の基板マーク３７と、特定マスクであるマスク６のマスクマーク３８を検出する処理について述べる。かかる特定マスクは傷やボケが発生しやすいため、本フローの処理に好適である。ただし本発明はこれに限定されず、通常のマスク６を対象としてもよい。本発明は、基板マーク３７とマスクマーク３８のいずれか一方の処理に用いてもよい。

本フローは、アライメント室１００内でアライメント装置１の撮像装置１４がマスク６を撮影して、基板マーク３７およびマスクマーク３８を含む画像データを取得したときに開始する。

ステップＳ１０１において、制御部７０は、画像データを正規相互相関法（NCC：Normalized Cross-Correlation）などのテンプレートマッチング（第１手法）により解析して
、画像中でのマスクマークの位置（座標）を特定する。なお、テンプレートマッチングの方法は通常の正規化相互相関法に限られない。例えば、明るさの変化への適応度が高いゼロ平均正規化相互相関法（ZNCC：Zero-mean Normalized Cross-Correlation）であってもよい。その他、撮像された画像データの一部とテンプレート画像の類似度の高さを評価できる方法であればよく、例えばSSD(Sum of Squared Difference)、SAD(Sum of Absolute Difference)などを利用することもできる。正規化相互相関法は、高精度にテンプレート
と画像の一致度を認識できる反面、ノイズや変形への耐性が低く、マークに傷やボケ、欠損があると類似度が低下する場合がある。

ここで図７（ａ）は、マスクマーク３８の検出に用いるテンプレート３８１を示す。制御部７０はテンプレート３８１を、図７（ｂ）に示すような画像データ内の全ての位置にわたって移動させ、各位置でテンプレートとの相関係数を求めることにより類似度を算出する。このとき画像データをグレースケール（例えば画素値０～２５５までの階調で示されたグレースケール）で読み込み処理してもよい。図示例では算出された類似度が最も大きいのはマスクマーク３８の中心座標が（ｘ１，ｙ１）の画像位置となるため、その中心座標を結果として出力する。なお、結果出力は中心座標には限定されない。マークの１以上の特徴点の座標や、マークの１以上の隅部の座標など、後続のアライメント処理で利用可能な形式で出力すればよい。

そして制御部７０は、最大の類似度を示した画像位置が特定されても、すぐには結果を出力しない。その代わりに制御部７０は、ステップＳ１０２に示すように、類似度の検出値を第１の閾値と比較する（第１の判定）。ここで第１の閾値および第２の閾値は、いずれも正規化相互相関における類似度と比較される値であり、第２の閾値の方が第１の閾値よりも小さい値である。なお類似度の値はアルゴリズムに応じて異なるが、一例として類似度の最大値を１．０としたとき、第１の閾値を０．９、第２の閾値を０．８としてもよい。制御部７０は、類似度が第１の閾値を超えた場合は、マーク検出が成功したと判定してステップＳ１０７に進み、中心座標を出力することにより結果出力を行う。この結果出力のときに、類似度が第１の閾値を超えたことを示す情報を出力してもよい。これにより、マーク検出の精度が比較的高いことを通知できる。一方、類似度が第１の閾値以下の場合は、ステップＳ１０３に進む。

ここで、類似度が第１の閾値以下の場合とは、例えば、図７（ｃ）のように、マスクマーク３８が加工時、搬送時または保管中に受けた傷によりボケている状態である。正規化相互相関法は、ボケやノイズの影響があるとマークを検出しにくいため、図７（ｃ）の場合に類似度が第１の閾値以下になってしまう。しかし、この場合を直ちに検出エラーとしてしまうと、マーク検出の信頼度は向上するものの、マーク検出可能性が低下し、特定マスクを用いた検査（またはマスク６を用いた成膜処理）の可用性が低下する。そこで本フローでは、同じ撮像画像について、閾値を変更して再度の判定を行い、マークの検出可能性を高めている。ただし、第２の閾値を、成膜処理や検査の信頼性に影響を与えない程度の値とすることが好ましい。

具体的には制御部７０は、ステップＳ１０３において、類似度を第１の閾値より小さい第２の閾値と比較する（第２の判定）。類似度が第２の閾値を超えた場合は、テンプレートマッチングが成功したと判定してステップＳ１０７に進み、結果として中心座標を出力する。この結果出力のときに、類似度が第１の閾値以下かつ第２の閾値より大きいことを示す情報を出力してもよい。これにより、マークを検出できたものの、精度が比較的低いことを通知できる。一方、類似度が第２の閾値以下の場合は第１手法での検出をこれ以上行わず、ステップＳ１０４に進む。ここで、類似度が第２の閾値以下の場合とは、例えば、図７（ｄ）のように、マスクマーク３８が図７（ｃ）の場合以上にボケており、類似度がより低くなっている状態である。

ステップＳ１０４において、制御部７０は、画像データを形状ベースマッチング（第２手法）により解析して、画像中でのマスクマークの位置（座標）を特定する。形状ベースマッチングは、モデルのエッジ情報を用いたパターンマッチング手法であり、モデル画像からフィルタなどを用いて抽出された、エッジ点、エッジ強さ、エッジ勾配等のエッジ情報を元に、画像データ中から同様なエッジを持つ候補となる位置を特定し、モデル画像との類似度を計算する。形状ベースマッチングではエッジのような幾何学的に特徴ある情報を抽出することにより、正規化相互相関法と比べて、マークの傷やボケ、欠損などに由来する画像のノイズや変形に対する耐性が強くなっている。また、明るさ、コントラスト、濃淡変化に対しても耐性がある。また、形状ベースマッチングでは輪郭などの幾何学的情報を用いるため、マークの色を問わない。よって、表面が変色したり、色が反転していたりする場合でも検出可能性が高まる。

制御部７０は、第２手法についても、ステップＳ１０５において類似度を閾値と比較する。この閾値（第３の閾値）は、第１および第２の閾値とは異なり、形状ベースマッチングでの類似度に関する値であり、具体的な設定値はアルゴリズムに応じたものである。類似度が第３の閾値を超えた場合は、形状ベースマッチングが成功したと判定してステップＳ１０７に進み、結果として中心座標を出力する。この結果出力のときに、形状ベースマ
ッチングにより座標が取得されたことを示す情報を出力してもよい。これにより、マークを検出できたものの、精度が比較的低いことを後続処理に伝えることができる。

一方、制御部７０は、類似度が第３の閾値以下の場合は第２手法での検出をこれ以上行わずにステップＳ１０６に進み、後続処理にマーク検出エラーが発生したという情報を通知する。制御部７０は、検出エラーが発生したことをディスプレイへの情報提示や音声通知により、ユーザに対してマスク６の状態確認を促す。

なお、本フローでは視野４４内にマスクマーク３８があることを前提としている。しかし、視野４４内にマスクマーク３８が存在しないことが原因でＳ１０５の結果が「ＮＯ」になる可能性もある。そこで制御部７０は、Ｓ１０６の通知を受けた後続処理において、ユーザへの通知に代えて、アライメントのやり直しを行ってもよい。

なお、上記説明では省略したが、本フローにおいては基板マーク３７は検出されているものとする。そして、ステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０７のいずれかの結果が「ＹＥＳ」だった場合、後続処理にマスクマーク３８と基板マーク３７の座標が出力される。よって制御部７０は、マスクマーク３８と基板マーク３７の位置関係が所定の範囲内かどうかを判定し、アライメントの良否判定を行うことができる。

本フローのステップＳ１０１、Ｓ１０４では、制御部７０がアライメントマークの検出を試行している。このとき制御部７０は、マークの検出手段として機能する。またステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０５では、制御部７０がアライメントマークの検出結果の良否判定を行い、検出結果が良である場合は結果を出力し、不良である場合は、閾値を変えるか、手法を変えている。このとき制御部７０は、マーク検出の良否判定を行う判定手段として機能する。

以上のように本実施例によれば、複数の検出手法を用いて撮像画像からマークの検出を行う。これにより、検出手法ごとの特徴を組み合わせてマークの検出可能性を向上させることができる。例えば、撮像画像からマークを検出するときに、第１の手法で検出できなくても、ノイズに強いエッジ抽出を行う第２の手法を用いることで、マークの検出可能性が高まる。

本フローにおいては第１手法として正規化相互相関法を用いた後に、第２手法として形状ベースマッチングを用いた。これは、一般に、正規化相互相関法の方が検出位置の再現性が高く、アライメント精度の向上を図ることが可能なためである。そこで本フローでは複数の閾値を用いて正規化相互相関法を実行している。その反面、正規化相互相関法には画像の重なり、割れ、欠け、ノイズに弱いという一面もあるため、傷が付きやすいマスク（例えば、アルミ製の特定マスク）では検出エラーになる可能性が高まる。そこで本フローでは、第２手法としての形状ベースマッチング法を行うことで、より検出可能性を向上させている。ただし、第１手法と第２手法の前後関係はこれには限定されない。

上記フローでは、第１手法において２つの閾値を用いることで、同一の撮像画像からのマーク検出可能性を高めている。しかし、少なくとも第１手法と第２手法を組み合わせれば、本発明の効果を発揮できる。また、第１手法において３つ以上の閾値を用いて、判定の段階数を増やしてもよい。さらに、第２手法においても複数の閾値を用いて段階的に判定を行ってもよい。

＜電子デバイスの製造方法＞
次に、本実施例に係る成膜装置を用いた電子デバイスの製造方法の一例を説明する。以下、電子デバイスの例として有機ＥＬ表示装置の構成を示し、有機ＥＬ表示装置の製造方
法を例示する。

まず、製造する有機ＥＬ表示装置について説明する。図８（ａ）は有機ＥＬ表示装置７００の全体図、図８（ｂ）は１画素の断面構造を表している。

図８（ａ）に示すように、有機ＥＬ表示装置７００の表示領域７０１には、発光素子を複数備える画素７０２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７０１において所望の色の表示を可能とする最小単位を指している。本実施例に係る有機ＥＬ表示装置の場合、互いに異なる発光を示す第１発光素子７０２Ｒ、第２発光素子７０２Ｇ、第３発光素子７０２Ｂの組み合わせにより画素７０２が構成されている。画素７０２は、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子の組み合わせで構成されることが多いが、黄色発光素子とシアン発光素子と白色発光素子の組み合わせでもよく、少なくとも１色以上であれば特に制限されるものではない。

図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ－Ｂ線における部分断面模式図である。画素７０２は、複数の発光素子からなり、各発光素子は、基板７０３上に、第１電極（陽極）７０４と、正孔輸送層７０５と、発光層７０６Ｒ、７０６Ｇ、７０６Ｂのいずれかと、電子輸送層７０７と、第２電極（陰極）７０８と、を有している。これらのうち、正孔輸送層７０５、発光層７０６Ｒ、７０６Ｇ、７０６Ｂ、電子輸送層７０７が有機層に当たる。また、本実施例では、発光層７０６Ｒは赤色を発する有機ＥＬ層、発光層７０６Ｇは緑色を発する有機ＥＬ層、発光層７０６Ｂは青色を発する有機ＥＬ層である。発光層７０６Ｒ、７０６Ｇ、７０６Ｂ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７０４は、発光素子毎に分離して形成されている。正孔輸送層７０５と電子輸送層７０７と第２電極７０８は、複数の発光素子７０２Ｒ、７０２Ｇ、７０２Ｂで共通に形成されていてもよいし、発光素子毎に形成されていてもよい。なお、第１電極７０４と第２電極７０８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７０４間に絶縁層７０９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７１０が設けられている。

図８（ｂ）では正孔輸送層７０５や電子輸送層７０７は一つの層で示されているが、有機ＥＬ表示素子の構造によっては、正孔ブロック層や電子ブロック層を備える複数の層で形成されてもよい。また、第１電極７０４と正孔輸送層７０５との間には第１電極７０４から正孔輸送層７０５への正孔の注入が円滑に行われるようにすることのできるエネルギーバンド構造を有する正孔注入層を形成することもできる。同様に、第２電極７０８と電子輸送層７０７の間にも電子注入層が形成することもできる。

次に、有機ＥＬ表示装置の製造方法の例について具体的に説明する。

まず、有機ＥＬ表示装置を駆動するための回路（不図示）及び第１電極７０４が形成された基板（マザーガラス）７０３を準備する。

第１電極７０４が形成された基板７０３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７０４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７０９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７０９がパターニングされた基板７０３を粘着部材が配置された基板キャリアに
載置する。粘着部材によって、基板７０３は保持される。第１の有機材料成膜装置に搬入し、反転後、正孔輸送層７０５を、表示領域の第１電極７０４の上に共通する層として成膜する。正孔輸送層７０５は真空蒸着により成膜される。実際には正孔輸送層７０５は表示領域７０１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７０５までが形成された基板７０３を第２の有機材料成膜装置に搬入する。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７０３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７０６Ｒを成膜する。

発光層７０６Ｒの成膜と同様に、第３の有機材料成膜装置により緑色を発する発光層７０６Ｇを成膜し、さらに第４の有機材料成膜装置により青色を発する発光層７０６Ｂを成膜する。発光層７０６Ｒ、７０６Ｇ、７０６Ｂの成膜が完了した後、第５の成膜装置により表示領域７０１の全体に電子輸送層７０７を成膜する。電子輸送層７０７は、３色の発光層７０６Ｒ、７０６Ｇ、７０６Ｂに共通の層として形成される。

電子輸送層７０７まで形成された基板を金属性蒸着材料成膜装置で移動させて第２電極７０８を成膜する。

その後プラズマＣＶＤ装置に移動して保護層７１０を成膜して、基板７０３への成膜工程を完了する。反転後、粘着部材を基板７０３から剥離することで、基板キャリアから基板７０３を分離する。その後、裁断を経て有機ＥＬ表示装置７００が完成する。

絶縁層７０９がパターニングされた基板７０３を成膜装置に搬入してから保護層７１０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、本実施例において、成膜装置間の基板の搬入搬出は、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気の下で行われる。

１：アライメント装置、５：基板、６：マスク、３７：基板マーク、３８：マスクマーク、６０：位置合わせ機構、７０：制御部

Claims (11)

1. 被成膜対象の基板とマスクのアライメントを行うアライメント手段と、
   前記基板に設けられたアライメントマーク、および、前記マスクに設けられたアライメントマークの少なくともいずれかを撮影して得られた画像データから、撮影されたアライメントマークを検出する検出手段と、
   前記検出手段による前記アライメントマークの検出の良否判定を行う判定手段と、
   を備え、
   前記検出手段は、前記画像データに対して第1手法を用いた前記アライメントマークの
   検出を行い、前記第１手法による前記アライメントマークの検出が前記判定手段により不良と判定された場合に、前記画像データに対して前記第１手法と異なる第２手法を用いた前記アライメントマークの検出を行う
   ことを特徴とするアライメント装置。
2. 前記第1手法はテンプレートマッチングであり、前記第２手法は形状ベースマッチング
   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. 前記第１手法は正規化相互相関法である
   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. 前記検出手段は、前記正規化相互相関法を用いた前記アライメントマークの検出を行う際に、前記アライメントマークとテンプレートの類似度を出力し、
   前記判定手段は、前記類似度が所定の閾値以下である場合に、前記第１手法による前記アライメントマークの検出が不良だと判定する
   ことを特徴とする請求項３に記載のアライメント装置。
5. 前記検出手段は、前記正規化相互相関法を用いた前記アライメントマークの検出を行う際に、前記アライメントマークとテンプレートの類似度を出力するものであり、
   前記判定手段による前記判定は、前記類似度が第１の閾値以下である場合に前記アライメントマークの検出が不良だと判定する第１の判定と、前記類似度が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下である場合に前記アライメントマークの検出が不良だと判定する第２の判定と、を含む
   ことを特徴とする請求項３に記載のアライメント装置。
6. 前記判定手段は、前記第１の判定において前記アライメントマークの検出が不良だと判定された場合に、前記第２の判定を行う
   ことを特徴とする請求項５に記載のアライメント装置。
7. 前記判定手段は、前記第１手法により前記アライメントマークが検出されたときに、前記第１の判定と前記第２の判定のいずれにおいて前記アライメントマークが検出されたかを示す情報を出力する
   ことを特徴とする請求項６に記載のアライメント装置。
8. 前記検出手段は、前記形状ベースマッチングを用いた前記アライメントマークの検出において、前記アライメントマークの色が反転した場合であっても前記アライメントマークを検出することが可能である
   ことを特徴とする請求項２に記載のアライメント装置。
9. 前記基板のアライメントマークは、前記基板に設けられた金属材料を含む部材であり、
   前記マスクのアライメントマークは、金属材料を含む部材に設けられた開口である
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のアライメント装置。
10. 前記アライメント手段は、前記判定手段により良と判定された前記基板の前記アライメントマークおよび前記マスクの前記アライメントマークに関する情報に基づいて、前記基板と前記マスクの相対位置を調整する
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のアライメント装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のアライメント装置と、
    前記アライメント装置によりアライメントされた前記基板に前記マスクを介して成膜を行う成膜手段と、
    を備えることを特徴とする成膜装置。

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