JP7001381B2 - アライメント方法、成膜方法、それを用いた電子デバイスの製造方法、アライメント装置、及び、それを備えた電子デバイスの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板とマスクとのアライメント方法と、マスクを用いて基板の上にパターン状の膜を形成する成膜方法、パターン状の膜を有する電子デバイスの製造方法、アライメント装置、及び、それを備えた電子デバイスの製造装置に関する。

有機ＥＬ素子などの電子デバイスの製造では、基板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を行った後、基板とマスクとを近づけ、基板をマスクの上に載置する。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。

基板中央部が自重で下方に撓んだ状態で基板とマスクとが接触しない位置関係に設置すると、基板の端部において、基板とマスク間の距離が最も長くなる。基板とマスク間の距離が長いと、撮像装置の焦点は基板およびマスクのいずれか一方にしか合わせられなくなる。一般に、アライメントマークは基板およびマスクそれぞれの端部に設けられているため、基板の撓みが大きいと、基板とマスクのアライメントマークを同時に計測できなくなり、基板とマスクとの位置合わせが困難になるという課題が生じる。特に、近年は基板の大型化、薄型化が進んでいるため基板の撓みが大きくなり、ますますアライメントが困難になっている。

特許文献１には、被成膜面である一主面の縁で支持された基板に、他主面の全域を覆う状態で基板押さえ部を載置するアライメント装置が開示されている。このように基板を保持することにより、基板押さえ部のマス（重力または慣性）を利用したアライメントが可能となり、基板が暴れてしまう現象を回避でき、基板の位置ずれを防止することができると記載されている。

特開２００８－７８５７号公報

特許文献１によれば、基板押さえ部によって基板の端部が押さえられることにより、梃子の原理によって基板のたわみ量が低減され、基板とマスクのアライメントマークを同時に計測することが可能となる。

しかし、基板の撓みは、低減できても無くすことはできない。そのため、アライメントの後に基板とマスクとを互いに近付けていくと、まず撓んだ中央部がマスクに接触し、次いで中央部の周辺に向かって接触領域が拡大して略全面が接触することになる。接触領域には、基板とマスクとの間に摩擦力が生じるため、基板中央部に生じる摩擦力による拘束と基板端部の基板押さえ部による拘束とによって、基板の自由な動きが妨げられる。そのような状態でさらに基板とマスクとを近づけていくと、マスクの形状に合わせて基板の形状が変化し、基板には大きな歪が生じる。

基板の歪みがある程度大きくなると、歪みは拘束力が比較的弱い箇所で解消され、基板とマスクとの相対位置がずれる。基板とマスクとの相対位置ずれの大きさや方向が一定であれば、相対位置ずれを考慮してアライメントを行うことができる。しかし、基板の個性や基板を保持する位置の微妙な変化に起因して、基板が変わる度に撓みの形状や歪みが解消される位置が異なる。許文献１では個々の基板の撓み形状のついては考慮されていないため、基板毎に基板とマスクとの相対位置ずれの方向や大きさが異なり、相対位置ずれを考慮したアライメントを行うのは困難である。

そこで、本発明は、自重によって撓んだ状態の基板をマスクに載置する際に生じる、基板とマスクとの相対位置ずれの再現性を向上させ、精度の高いアライメントを実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる基板とマスクとのアライメント方法は、基板の第１の部分が載置される第１の基板載置部と、前記第１の基板載置部に対向して前記基板の前記第１の部分を押圧する第１の押圧部と、を有し、前記第１の部分をクランプする第１のクランプ部と、前記基板の前記第１の部分とは異なる第２の部分が載置される第２の基板載置部と、前記第２の基板載置部に対向して前記基板の前記第２の部分を押圧する第２の押圧部と、を有し、前記第２の部分をクランプする第２のクランプ部と、を備えたアライメント装置におけるアライメント方法であって、前記第１のクランプ部が前記第１の部分をクランプし、かつ、前記第２のクランプ部が前記第２の部分をクランプする状態で、前記基板とマスクとの面内における相対位置を調整するアライメント工程と、前記アライメント工程の後に、前記基板の一部が前記マスクに接触し、かつ、前記面と交差する前記基板の厚み方向における前記第１の基板載置部と前記第２の基板載置部との高さの差が、前記アライメント工程のときの前記高さの差よりも大きい状態において、前記第１の押圧部と前記第２の押圧部とを前記基板から離間する離間工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、基板をマスクに載置する際の相対位置ずれの再現性を高め、アライメント精度を向上させることができる。

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。 （ａ）は、基板の挟持機構を備えた基板保持ユニットの斜視図、（ｂ）（ｃ）は基板保持部８の、基板を保持している部分を拡大した図である。 （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。 基板をマスクに載置するまでのアライメント装置と基板とマスクの状態の変化を示す図である。 （ａ）は有機ＥＬパネルの全体図、（ｂ）は１画素の断面構造を示す図である。

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。以下の説明における、装置のハードウェア構成及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、基板とマスクとのアライメント技術に関し、平行平板の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）を形成する際に好ましく適用できる。基板の材料としては、ガラス、樹脂、金属などの任意の材料を選択でき、また、蒸着材料としても、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パネル、薄膜太陽電池）の製造に適用可能である。なかでも、有機ＥＬパネルの製造には、基板の大型化あるいは表示パネルの高精細化により基板とマスクのアライメント精度のさらなる向上が要求されているため、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方法およびそれを用いた成膜方法を、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。

図１に、電子デバイスの製造装置の一例を示す。図１に示すように、複数の成膜装置１１１、１１２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３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。

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。以下、成膜装置の共通構成について説明する。

本発明にかかるアライメント方法が適用される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、成膜材料を備える成膜源（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、本発明は、スパッタリング法やＣＶＤ法など、蒸着法以外の成膜方法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、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１８に沿って移動するＺ昇降スライダ１０を含んでおり、成膜チャンバ２の外側に設けられている。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を介して、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とに端部が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おり、マスク６は撓みの小さい状態で保持される。

位置決め機構、基板保持機構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５０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、図１に示した電子デバイス製造装置の場合、成膜装置ごとに制御部５０が設けられていてもよいし、１つの制御部５０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３を用いて説明する。

図３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１８ａ～１８ｄ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。従って、モータ１９の駆動をエンコーダによる計測値に基づいて制御すれば、Ｚ昇降スライダ１０のＺ方向の精密な位置決めを行うことができる。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４は、回転並進機構１１の一形態を示す斜視図である。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、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４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。従って、各駆動ユニット２１において、計測した第１のガイド２２の変位量に基づいてモータ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できる。

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５を用いて説明する。図５（ａ）は矩形の基板５を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（ｂ）、（ｃ）は、基板保持部８が基板と接する部分を拡大した図である。それぞれ、基板を挟持せずに保持した状態と、基板をクランプ２７で挟持して固定した状態と、を示している。

図５（ａ）～（ｃ）に示すように、基板保持部８は基板保持シャフト１２ａ～１２ｄの下部に固定されている。基板保持部８は、基板保持シャフト１２によって位置が制御される保持部ベース２５に設けられた複数の受け爪２６と、受け爪２６と対向して配置された複数のクランプ２７を有している。基板５は、一対の長辺にて、被成膜面である第１の主面側が受け爪２６に接する向きに、基板保持部８に載置される。

本発明が適用されるアライメント装置は、保持部ベース２５ａの位置を制御するための基板保持シャフト１２ａ、１２ｂと、
保持部ベース２５ｂの位置を制御するための基板保持シャフト１２ｃ、１２ｄとは、別々に位置が制御可能となっている。図５では、矩形の基板５を保持する保持部ベース２５を、基板５の対向する長辺を保持する２つの部材としているが、これに限定されるものではない。保持部ベース２５ａ、２５ｂをさらに複数に分割し、それぞれを個別に駆動制御可能な構成としてもよい。

クランプ２７は、基板５の第１の主面とは反対側の第２の主面に接して、基板５に対して受け爪２６側に押圧を加える部材である。基板５の縁を受け爪２６とクランプ２７とによって挟み込むことによって、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。

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の力が伝えられＺ方向に駆動させることができる。

クランプ２７の下降し、クランプ２７が受け爪２６上に搭載された基板５の第２の主面側に当接すると、受け爪２６とクランプ２７とで基板５を両側から固定した、図５（ｂ）の状態となる。クランプ２７によって一定の荷重を基板５に付加するため、クランプ２７の上部には保持力（荷重）を発生するためのバネ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。したがって、バネ２９の押し込み量によって、クランプ２７に発生する押圧力も自在に調整可能である。なお、この押圧力が数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。

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。

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。

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２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）の位置を計測するための撮像装置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内のアライメントマークの位置を計測できるよう、撮像装置の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、基板マークおよび／またはマスク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、基準位置に対する基板５の並進量、回転量を算出して、基板の位置情報を取得することができる。基準位置はあらかじめ設定された任意の位置である。

図６（ｂ）はマスク６を上面から見た図である。マスク６のマスク箔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、基準位置に対するマスク６の並進量、回転量などを算出して、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を同時に計測し、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方法について、図７と図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。図８は、基板とマスクとを位置合わせした後、基板をマスクに載置するまでのアライメント装置と基板とマスクの状態の変化を示す図である。マスク保持部には、あらかじめマスクが設定してあるものとする。

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、被成膜面である第１の主面が接するように受け爪２６上に載置される（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の第２の主面側に接触し、受け爪２６との間に基板５を挟み込んで（クランプして）、保持する（Ｓ１０２）。

次に、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内に基板マーク３７が収まる位置に調整でき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調整可能となるまで基板５を載置しなおす。

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。ラフアライメントは、ファインカメラの視野内に基板マークおよびマスクマークを収めるためのアライメントである。

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中央部が数ｍｍ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とが接触しない程度に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とを接触させる。このとき、基板５の一端部からマスク６に接触が開始するよう、基板保持部８を制御する（図８（ａ））。例えば、図１において、基板５の対向する長辺を保持する保持部ベース２５のうち、一方の長辺を保持する保持部ベース２５ａの降下を先に開始させる。他方の保持部ベース２５ｂは、保持部ベース２５ａに遅れて下降を開始させる。

先に降下を始めた保持部ベース２５ａのクランプ面（クランプ２７が基板５に接触する面）が、マスク枠６ｂの上面と同じ高さ近くに達すると、保持部ベース２５ａ近傍の基板５の一端部がマスク６と接触し始める。

基板５とマスク６とが接触し始める（図８（ｂ））と、クランプユニット２８ａ、２８ｂの各クランプ２７を上昇させて第２の主面側の保持を解除（アンクランプ状態）する（Ｓ１０９、図８（ｃ））。クランプ２７の押圧が解除された基板５は、基板５とマスク６の接触部においてマスク６との間に生じる大きな摩擦力によって、動きが拘束されるため、基板５の一端部がマスク６と接触し始めた時の相対位置は維持される。そして、基板５とマスク６との接触面積が増えるに従って増大する基板５の歪みは、主に保持ベース２５ｂの側で生じ、保持ベース２５ｂの側で解消される。

また、基板５がアンクランプの状態であるため、保持部ベース２５ａ、２５ｂの下降に伴って生じる基板５の歪は、受け爪２６の上で基板５の位置がずれることによって随時解放される。これは、基板５とマスク６の接触部よりも、基板５と受け爪２６との接触面積が小さいため、基板５と受け爪２６との間に生じる摩擦力が小さく、基板を拘束する力が弱いためである。

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の方向が一定方向（保持ベース２５ｂ側へのずれ）になり、ずれ量（量および方向）に再現性が出てくる。そして、基板５をマスク６の上に載置する際に生じる相対位置ずれを考慮してアライメントを行うことができるため、アライメント動作回数を減らすことができる。

クランプユニット２８ａ、２８ｂのクランプ面が、いずれもマスク枠６ｂの上面よりも低くなる位置まで保持部ベース２５ａ、２５ｂを降下させると、基板５を、基板保持部８からマスク６の上へと載置することができる（Ｓ１１０、図８（ｄ））。

基板５の一端部からマスク６への接触を開始させる方法は、前述した方法に限定されるものではない。例えば、基板５の各長辺を、複数の保持部ベース２５で保持する構成とし、それぞれの長辺において、同じ短辺に近い側から保持部ベース２５を順に降下させてもよい。あるいは、あらかじめ基板を一方に傾けた状態で保持するように保持部ベース２５の高さを変えた基板保持部８を用いれば、基板保持部８全体を一様に降下させることで、基板５を一端部からマスク６に接触させることが可能となる。なお、基板５とマスク６との接触を開始させる「基板の一端部」とは、基板の一角部であってもよい。基板の一角部から接触を開始させる場合は、ある程度基板とマスクとの接触面積が大きくして基板とマスクとの位置ずれが生じない程度の摩擦力が確保できてから、アンクランプ状態とする必要がある。

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。Ｓ１１４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載置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。Ｓ１１２におけるずれ量の閾値は、成膜に求められる精度に応じて決めるとよい。

（デバイスの製造）
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パネル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９（ａ）は有機ＥＬパネル６０の全体図、図９（ｂ）は１画素の断面構造を表している。

図９（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（有機膜）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の組合せが画素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９（ｂ）は、図９（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。このような有機ＥＬ層の成膜には、本発明にかかる成膜方法が好適である。

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パネル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パネルは、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パネルの不良の発生を抑制することができる。

以上説明したように、本発明にかかるアライメント方法によれば、基板５を基板保持部８でクランプした状態でアライメントした後基板５の一端部からマスク６への接触を開始させる。そして、接触が開始してすぐに基板保持部８によるクランプを解除して、基板５をマスク６の上に載置する。このような方法によれば、基板５をマスク６の上に載置する際に、接触開始位置を再現性よく制御することができる。加えて、接触が開始してから載置が完了するまで基板とマスクとの接触箇所以外の拘束を解いているため、基板とマスクとが接触開始したときの位置関係を維持しながら基板の歪みを解放することが可能となる。その結果、基板をマスクに載置する際の相対位置ずれの再現性を高め、基板５とマスク６の相対位置合わせの精度が向上するという効果が得られる。

また、本発明のアライメント方法を採用して成膜を行えば、所定の位置に精度よく膜パターンを形成することができるため、成膜工程の収率が高まり、高精細な成膜も可能となる。従って、本発明を有機ＥＬパネルの製造において、各有機膜を形成する工程に採用すれば、高い解像度の有機ＥＬパネルを高い収率で生産することが可能となる。

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 (13)

1. 基板の第１の部分が載置される第１の基板載置部と、前記第１の基板載置部に対向して前記基板の前記第１の部分を押圧する第１の押圧部と、を有し、前記第１の部分をクランプする第１のクランプ部と、
   前記基板の前記第１の部分とは異なる第２の部分が載置される第２の基板載置部と、前記第２の基板載置部に対向して前記基板の前記第２の部分を押圧する第２の押圧部と、を有し、前記第２の部分をクランプする第２のクランプ部と、を備えたアライメント装置におけるアライメント方法であって、
   前記第１のクランプ部が前記第１の部分をクランプし、かつ、前記第２のクランプ部が前記第２の部分をクランプする状態で、前記基板とマスクとの面内における相対位置を調整するアライメント工程と、
   前記アライメント工程の後に、前記基板の一部が前記マスクに接触し、かつ、前記面と交差する前記基板の厚み方向における前記第１の基板載置部と前記第２の基板載置部との高さの差が、前記アライメント工程のときの前記高さの差よりも大きい状態において、前記第１の押圧部と前記第２の押圧部とを前記基板から離間する離間工程と、
   を有することを特徴とするアライメント方法。
2. 前記基板の前記マスクと対向する面の中心が前記マスクから離間し、かつ、前記基板の一端部が前記マスクに接触している状態で、前記離間工程が行われ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. 前記基板の形状が矩形であって、前記基板の前記一端部が、前記基板の対向する長辺のうち一方の辺の近傍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方法。
4. 前記基板の形状が矩形であって、前記基板の前記一端部が、前記基板の対向する短辺のうち一方の辺の近傍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方法。
5. 前記基板の形状が矩形であって、前記基板の前記一端部が、前記基板が有する４つの角のうち一つの角の近傍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方法。
6. 成膜方法であって、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のアライメント方法により、前記基板を前記マスクの上に載置する工程と、
   前記基板に前記マスクを介して成膜を行う成膜工程と、
   を有することを特徴とする成膜方法。
7. 電子デバイスの製造方法であって、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のアライメント方法により、前記基板を前記マスクの上に載置する工程と、
   前記基板に前記マスクを介して成膜を行う成膜工程と、
   を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
8. 前記成膜工程において、蒸着法を用いて有機膜が成膜されることを特徴とする請求項７に記載の電子デバイスの製造方法。
9. 前記電子デバイスが、有機ＥＬ装置であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の電子デバイスの製造方法。
10. 基板の第１の部分が載置される第１の基板載置部と、前記第１の基板載置部に対向して前記基板の前記第１の部分を押圧する第１の押圧部と、を有し、前記第１の部分をクランプする第１のクランプ部と、
    前記基板の前記第１の部分とは異なる第２の部分が載置される第２の基板載置部と、前記第２の基板載置部に対向して前記基板の前記第２の部分を押圧する第２の押圧部と、を有し、前記第２の部分をクランプする第２のクランプ部と、を備えたアライメント装置であって、
    前記第１のクランプ部が前記第１の部分をクランプし、かつ、前記第２のクランプ部が前記第２の部分をクランプする状態で、前記基板とマスクとの面内における相対位置を調整する調整手段と、
    前記相対位置の調整の後に、前記基板の一部が前記マスクに接触し、かつ、前記面と交差する前期基板の厚み方向における前記第１の基板載置部と前記第２の基板載置部との高さの差が、前記相対位置の調整を行うときの前記高さの差よりも大きい状態において、前記第１の押圧部と前記第２の押圧部とを前記基板から離間する離間手段と、
    を備えることを特徴とするアライメント装置。
11. 前記離間手段は、前記基板の前記マスクと対向する面の中心が前記マスクから離間し、かつ、前記基板の一端部が前記マスクに接触している状態で、前記第１の押圧部と前記第２の押圧部とを前記基板から離間することを特徴とする請求項１０に記載のアライメント装置。
12. 前記第１のクランプ部と前記第２のクランプ部とを互いに独立に駆動する駆動部を備えることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載のアライメント装置。
13. 請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項に記載のアライメント装置と、
    前記基板に前記マスクを介して有機膜を蒸着する蒸着装置と、
    を備えることを特徴とする電子デバイスの製造装置。

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