JP7082172B2 - アライメント装置、成膜装置、アライメント方法、成膜方法、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アライメント装置、成膜装置、アライメント方法、成膜方法、及び電子デバイスの製造方法に関するものである。

有機ＥＬ表示装置（有機ＥＬディスプレイ）の製造においては、有機ＥＬ表示装置を構成する有機発光素子（有機ＥＬ素子；ＯＬＥＤ）を形成する際に、成膜装置の蒸発源から蒸発した蒸着材料を、画素パターンが形成されたマスクを介して、基板に蒸着させることで、有機物層や金属層を形成する。

成膜装置においては、成膜精度を高めるために、成膜工程の前に、基板とマスクの相対的位置を測定し、相対的位置がずれている場合には、基板および／またはマスクを相対的に移動させて位置を調整（アライメント）する。

基板とマスクの相対的位置の測定は、真空容器の外側（大気側）の上面に設置されたアライメントカメラで、基板とマスクに形成されているアライメントマークを撮像することにより行われる。真空容器内部は暗いので、アライメント用の光源で基板とマスクのアライメントマークを照らしながら、撮像が行われる。

通常、アライメント用光源は、アライメントカメラと同様に、真空容器の外側上面に設置される。この場合に、アライメントカメラは、基板及びマスクからの反射光を受け取って、アライメントマークを含む画像を取得することになるが、基板のアライメントマークが設けられている部分とその周囲の部分においての、反射光量の差が小さいためコントラストが低く、高解像度の画像を取得するのは難しい問題がある。アライメントカメラで取得する画像の解像度が十分に高くなければ、アライメント精度が低下して成膜精度を低下させる。

アライメントマークを高解像度で撮像するために、アライメント用光源を、真空容器の内部に設置する方法が考慮される。これによれば、アライメントカメラは、基板とマスクに対して、反対側に設置されたアライメント用光源から照射されて、基板とマスクを通過した透過光を用いて、画像を取得するので、相対的に高解像度の画像取得が可能である。しかし、透過光の経路上にアライメントマークが位置しなければ、取得した画像にはアライメントマークが写らないので、アライメントマークを認識することができない問題がある。

本発明は、アライメント精度を向上させることができるアライメント装置、成膜装置、アライメント方法、成膜方法、電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１態様によるアライメント装置は、基板に形成されたアライメントマークと、所定の開口パターンが形成されているマスク箔の外周面を固定するためのマスクフレームを含むマスクに形成されたアライメントマークとを撮影する第１のカメラと、前記第１のカメラより高い解像度を有し前記アライメントマークを撮影する第２のカメラと、を含むカメラ部と、前記マスクを支持するマスク支持ユニットと、前記マスク支持ユニットに対して前記カメラ部と同じ側に位置して前記アライメントマークに光を照射する反射光取得用の第１の光源と、前記マスク支持ユニットに対し前記カメラ部と反対側に位置し、前記マスク箔の法線方向に対して傾斜して前記マスクフレームに形成されている貫通孔を通して前記アライメントマークに光を照射する透過光取得用の第２の光源と、前記第１の光源または前記第２の光源によって光が照射された前記アライメントマークを前記第１のカメラまたは前記第２のカメラで撮像した画像に基づいて、前記基板と前記マスクとの相対位置を調整する位置調整機構とを備え、前記第１のカメラで前記アライメントマークの画像を取得する場合は前記第１の光源によって前記アライメントマークに光を照射し、前記第２のカメラで前記アライメントマークの画像を取得する場合は前記第２の光源によって前記アライメントマークに光を照射することを特徴とする。

本発明によれば、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一部の模式図である。 本発明の一実施形態による成膜装置の模式図である。 本発明の一実施形態によるアライメント装置の模式図である。 本発明の一実施形態による貫通穴の形状を示すマスクの一部の断面模式図である。 貫通穴の形状を示すマスクの一部の断面模式図である。 本発明の一実施形態によるアライメント方法を示すフローチャートである。 電子デバイスを示す模式図である。 円形の基板とアライメントマークの配置を説明する図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態及び実施例を説明する。ただし、以下の実施形態及び実施例は本発明の構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲は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、基板の表面に各種材料を堆積させて成膜を行う装置に適用することができ、真空蒸着によって所望のパターンの薄膜（材料層）を形成する装置に望ましく適用することができる。基板の材料としては、ガラス、高分子材料のフィルム、金属、シリコンなどの任意の材料を選択することができる。基板は、例えば、ガラス基板上にポリイミドなどのフィルムが積層された基板またはシリコンウエハであってもよい。また、蒸着材料としても、有機材料、金属性材料（金属、金属酸化物など）などの任意の材料を選択してもいい。なお、以下の説明において説明する真空蒸着装置以外にも、スパッタ装置やＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を含む成膜装置にも、本発明を適用することができる。本発明の技術は、具体的には、有機電子デバイス（例えば、有機ＥＬ素子、薄膜太陽電池）、光学部材などの製造装置に適用可能である。その中でも、蒸着材料を蒸発させてマスクを介して基板に蒸着させることで有機ＥＬ素子を形成する有機ＥＬ素子の製造装置は、本発明の適用例の一つである。

＜電子デバイスの製造装置＞
図１は、電子デバイスの製造装置の一部の構成を模式的に示す平面図である。

図１の製造装置は、例えば、有機ＥＬ表示装置の表示パネルの製造に用いられる。ＶＲＨＭＤ用の表示パネルの場合、所定のサイズのシリコンウエハに有機ＥＬ素子の形成のための成膜を行った後、素子形成領域の間の領域（スクライブ領域）に沿って該シリコンウエハを切り出して、複数の小さなサイズのパネルを製作する。スマートフォン用の表示パネルの場合は、４．５世代の基板（約７００ｍｍ×約９００ｍｍ）や６世代のフルサイズ（約１５００ｍｍ×約１８５０ｍｍ）又はハーフカットサイズ（約１５００ｍｍ×約９２５ｍｍ）の基板に、有機ＥＬ素子の形成のための成膜を行った後、該基板を切り抜いて複数の小さなサイズのパネルを製作する。

電子デバイスの製造装置は、一般的に、複数のクラスタ装置１と、クラスタ装置の間を繋ぐ中継装置とを含む。

クラスタ装置１は、基板Ｗに対する処理（例えば、成膜）を行う複数の成膜装置１１と、使用前後のマスクＭを収納する複数のマスクストック装置１２と、その中央に配置される搬送室１３と、を具備する。搬送室１３は、図１に示すように、複数の成膜装置１１およびマスクストック装置１２のそれぞれと接続されている。

搬送室１３内には、基板またはマスクを搬送する搬送ロボット１４が配置されている。搬送ロボット１４は、上流側に配置された中継装置のパス室１５から成膜装置１１へと基板Ｗを搬送する。また、搬送ロボット１４は、成膜装置１１とマスクストック装置１２との間でマスクＭを搬送する。搬送ロボット１４は、例えば、多関節アームに、基板Ｗ又はマスクＭを保持するロボットハンドが取り付けられた構造を有するロボットである。

成膜装置１１（蒸着装置とも呼ぶ）では、蒸発源に収納された蒸着材料がヒータによって加熱されて蒸発し、マスクを介して基板上に蒸着される。搬送ロボット１４との基板Ｗ／マスクＭの受け渡し、基板ＷとマスクＭの相対位置の調整（アライメント）、マスクＭ上への基板Ｗの固定、成膜（蒸着）などの一連の成膜プロセスは、成膜装置１１によって行われる。

マスクストック装置１２には、成膜装置１１での成膜工程に使われる新しいマスクと、使用済みのマスクとが、二つのカセットに分けて収納される。搬送ロボット１４は、使用済みのマスクを成膜装置１１からマスクストック装置１２のカセットに搬送し、マスクストック装置１２の他のカセットに収納された新しいマスクを成膜装置１１に搬送する。

クラスタ装置１には、基板Ｗの流れ方向において上流側からの基板Ｗを当該クラスタ装置１に伝達するパス室１５と、当該クラスタ装置１で成膜処理が完了した基板Ｗを下流側の他のクラスタ装置に伝えるためのバッファー室１６が連結される。搬送室１３の搬送ロボット１４は、上流側のパス室１５から基板Ｗを受け取って、当該クラスタ装置１内の成膜装置１１の一つ（例えば、成膜装置１１ａ）に搬送する。また、搬送ロボット１４は、当該クラスタ装置１での成膜処理が完了した基板Ｗを複数の成膜装置１１の一つ（例えば、成膜装置１１ｂ）から受け取って、下流側に連結されたバッファー室１６に搬送する。

バッファー室１６とパス室１５との間には、基板の向きを変える旋回室１７が設置されてもいい。旋回室１７には、バッファー室１６から基板Ｗを受け取って基板Ｗを１８０°回転させ、パス室１５に搬送するための搬送ロボット１８が設けられる。これにより、上流側のクラスタ装置と下流側のクラスタ装置で基板Ｗの向きが同じくなり、基板処理が容易になる。

パス室１５、バッファー室１６、旋回室１７は、クラスタ装置間を連結する、いわゆる中継装置であり、クラスタ装置の上流側及び／又は下流側に設置される中継装置は、パス室、バッファー室、旋回室のうち少なくとも１つを含む。

成膜装置１１、マスクストック装置１２、搬送室１３、バッファー室１６、旋回室１７などは、有機発光素子の製造の過程で、高真空状態に維持される。パス室１５は、通常低真空状態に維持されるが、必要に応じて高真空状態に維持されてもいい。

本実施例では、図１を参照して、電子デバイスの製造装置の構成について説明したが、本発明はこれに限定されず、他の種類の装置やチャンバーを有してもよく、これらの装置やチャンバー間の配置が変わってもいい。例えば、本発明は、基板ＷとマスクＭを、成膜装置１１ではなく、別の装置またはチャンバーで合着させた後、これをキャリアに乗せて、一列に並んだ複数の成膜装置を通して搬送させながら成膜工程を行うインラインタイプの製造装置にも適用することができる。

以下、成膜装置１１の具体的な構成について説明する。

＜成膜装置＞
図２は、成膜装置１１の構成を示す模式図である。以下の説明においては、基板Ｗの成膜面に平行な面（ＸＹ平面）において交差する２つの方向をＸ方向（第１方向）とＹ方向（第２方向）とし、基板Ｗの成膜面に垂直な鉛直方向をＺ方向（第３方向）とするＸＹＺ直交座標系を用いる。また、Ｚ軸まわりの回転角（回転方向）をθで表す。

成膜装置１１は、真空雰囲気又は窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気に維持される真空容器２１と、真空容器２１の内部に設けられる、基板支持ユニット２２と、マスク支持ユニット２３と、静電チャック２４と、蒸発源２５とを含む。

基板支持ユニット２２は、搬送室１３に設けられた搬送ロボット１４によって搬送された基板Ｗを受取って保持する手段であり、基板ホルダとも呼ばれる。

マスク支持ユニット２３は、搬送室１３に設けられた搬送ロボット１４によって搬送されたマスクＭを受取って保持する手段であり、マスクホルダとも呼ばれる。

マスク支持ユニット２３によって支持されるマスクＭは、マスク箔とマスクフレームとを含む。マスク箔には、基板Ｗ上に形成される薄膜パターンに対応する開口パターンが形成されている。開口パターンが形成されていない外周部には、所定の形状のアライメントマークが形成されている。そして、マスクフレームは、マスク箔の外周部が固定設置される部材である。マスク箔の素材は、シリコンやガラスなどの可視光や近赤外光に対して透光性を有するものであってもよい。一方、マスクフレームの材質には、特別な制限がなく、光が透過しない素材で形成されてもよい。

基板支持ユニット２２の上方には、基板Ｗを吸着し固定するための基板吸着手段としての静電チャック２４が設けられる。

静電チャック２４は、電極と吸着面との間に相対的に抵抗が高い誘電体が介在して、電極と被吸着体との間のクーロン力によって吸着が行われるクーロン力タイプの静電チャックであってもよく、電極と吸着面との間に相対的に抵抗が低い誘電体が介在して、誘電体の吸着面と被吸着体との間に発生するジョンソン・ラーベック力によって吸着が行われるジョンソン・ラーベック力タイプの静電チャックであってもよく、不均一電界によって被吸着体を吸着するグラジエント力タイプの静電チャックであってもよい。

被吸着体が導体または半導体（シリコンウエハ）である場合には、クーロン力タイプの静電チャックまたはジョンソン・ラーベック力タイプの静電チャックを用いてもよく、被吸着体がガラスのような絶縁体である場合には、グラジエント力タイプの静電チャックを用いてもよい。

静電チャック２４は、一つのプレートで形成されてもよく、吸着力を独立的に制御できる複数のサブプレートを有するように形成されてもいい。また、一つのプレートで形成される場合にも、その内部に複数の電極部を有し、一つのプレート内で電極部毎に吸着力を独立的に制御することができるようにしてもいい。

基板吸着手段として、静電引力による静電チャックの他に、粘着力による粘着式のチャックを使ってもいい。

成膜装置１１の一実施形態においては、静電チャック２４の吸着面とは反対側に基板Ｗの温度上昇を抑える冷却板３０を設けることで、基板Ｗ上に堆積された有機材料の変質や劣化を抑制する構成としてもよい。

蒸発源２５は、基板に成膜される蒸着材料が収納されるるつぼ（不図示）、るつぼを加熱するためのヒータ（不図示）、蒸発源からの蒸発レートが一定になるまで蒸着材料が基板に飛散することを阻むシャッタ（不図示）などを含む。蒸発源２５は、点（ｐｏｉｎｔ）蒸発源や線状（ｌｉｎｅａｒ）蒸発源、面状蒸発源など、用途に従って多様な構成を有することができる。

図２に図示しなかったが、成膜装置１１は、基板に蒸着された膜の厚さを測定するための膜厚モニタ（不図示）及び膜厚算出ユニット（不図示）を含む。

真空容器２１の上部外側（大気側）には、基板支持ユニットアクチュエータ２６、マスク支持ユニットアクチュエータ２７、静電チャックアクチュエータ２８、位置調整機構２９などが設けられる。これらのアクチュエータと位置調整機構は、例えば、モータとボールねじ、或いはモータとリニアガイドなどで構成される。基板支持ユニットアクチュエータ２６は、基板支持ユニット２２を昇降（Ｚ方向移動）させるための駆動手段である。マスク支持ユニットアクチュエータ２７は、マスク支持ユニット２３を昇降（Ｚ方向移動）させるための駆動手段である。静電チャックアクチュエータ２８は、静電チャック２４を昇降（Ｚ方向移動）させるための駆動手段である。

位置調整機構２９は、基板ＷとマスクＭとの相対位置を調整するための手段としてのアライメントステージ機構である。例えば、図２に示した実施形態においては、位置調整機構２９は、静電チャック２４又は静電チャックアクチュエータ２８全体を基板支持ユニット２２及びマスク支持ユニット２３に対して、ＸＹθ方向（Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向の少なくとも一つの方向）に移動及び／又は回転させる。なお、本実施形態では、基板Ｗを吸着した状態で、静電チャック２４をＸＹθ方向に位置調整することで、基板ＷとマスクＭの相対位置を調整するアライメントを行う。ただし、本発明は、このような構成に限定されず、例えば、位置調整機構２９は、静電チャック２４又は静電チャックアクチュエータ２８ではなく、基板支持ユニット２２又は基板支持ユニットアクチュエータ２６及びマスク支持ユニット２３又はマスク支持ユニットアクチュエータ２７を静電チャック２４に対してＸＹθ方向に相対的に移動させることができる構成を有しても良い。

真空容器２１の外側上面には、上述した駆動機構及び位置調整機構の他に、真空容器２１の上面に設けられた透明窓２１ａ（図３参照）を介して、基板Ｗ及びマスクＭに形成されたアライメントマークを撮影するためのアライメント用カメラ３１を設置される。アライメント用カメラ３１は、基板Ｗ及びマスクＭに形成されたアライメントマークに対応する位置に設けられる。例えば、円形の基板Ｗにおいて矩形をなす４つのコーナーのうち、少なくとも対角上の二つのコーナーまたは４つのコーナーすべてにアライメント用カメラ３１を設置してもよい。

成膜装置１１に設置されるアライメント用カメラ３１は、基板ＷとマスクＭとの相対的な位置を高精度で調整するのに使われるファインアライメント用カメラであり、その視野角は狭いが高解像度を持つ（レンズ倍率の高い光学系を有する）カメラである。成膜装置１１は、ファインアライメント用カメラ３１の他に相対的に視野角が広くて低解像度である（レンズ倍率の低い光学系を有する）ラフアライメント用カメラを有してもよい。アライメント用カメラ３１がファインアライメント用カメラとラフアライメント用カメラの両方を含む構成において、例えば、ラフアライメント用カメラは、２つのカメラが、矩形の対角上の２つのコーナー部に設置され、ファインアライメント用カメラは残りの２つのコーナー部に設置される。

図７は、円形の基板とアライメントマークの配置を説明する図である。円形の基板Wにおいて矩形をなす４つのコーナーの位置にアライメントマークが設けられている。４つのコーナーのうち対角の２つのコーナーにラフアライメントマークが設けられている。また、４つのコーナーのうちラフアライメントマークが設けられていない対角の２つのコーナーにファインアライメントマークが設けられている。

ラフアライメントマークの上方にラフアライメント用カメラが設けられている。ラフアライメント用カメラは、反射光を用いてアライメントマークの撮像を行う。ファインアライメントカメラの上方にファインアライメント用カメラが設けられている。ファインアライメント用カメラは、透過光を用いてアライメントマークの撮像を行う。

本発明の実施形態によれば、図２には図示していないが、成膜装置１１は、アライメント用カメラ３１によってアライメントマークを撮影する間、アライメントマーク光を照射する光源部１０２ａ、１０２ｂ（図３参照）をさらに含む。これは、成膜工程が進行される過程で、密閉される真空容器２１の内部が暗いので、光源でアライメントマークを照明することにより、より鮮明な画像を取得するためである。

本発明の一実施形態によれば、光源部は、真空容器２１の外部上側に設置され、アライメントマークの上方から光を照射する反射光取得用の光源１０２ａと、アライメントマークの下方から光を照射するよう真空容器２１の内部に設置された透過光取得用の光源１０２ｂとを含む。この場合に、アライメント用カメラ３１は、反射光取得用の光源１０２ａによって光が照射されたアライメントマークからの反射光を受け取るか、または透過光取得用の光源１０２ｂによって光が照射されたアライメントマークの透過光を受け取って、アラインメントマークが含まれている画像を取得する。反射光取得用の光源１０２ａまたは透過光取得用の光源１０２ｂで選択的に光を照射しながら、アライメント用カメラ３１でアライメントマークを撮像する具体的な手順については、後述する。

成膜装置１１は、制御部３３を具備する。制御部は、基板Ｗ／マスクＭの搬送及びアライメント、蒸発源２５の制御、成膜動作の制御などの機能を有する。特に、本実施形態による制御部３３は、アライメント工程の際に、アライメントマークを含む画像を取得する際に、アライメントマークに光を照射する光源を選択する。

制御部３３は、例えば、プロセッサ、メモリー、ストレージ、Ｉ／Ｏなどを持つコンピューターによって構成可能である。この場合、制御部３３の機能はメモリーまたはストレージに格納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。コンピューターとしては、汎用のパーソナルコンピューターを使用してもよく、組込み型のコンピューターまたはＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を使用してもよい。または、制御部３３の機能の一部または全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡのような回路で構成してもよい。また、成膜装置ごとに制御部が設置されていてもよく、一つの制御部３３が複数の成膜装置を制御するように構成してもよい。

＜アライメント装置＞
図３は、本発明の一実施形態によるアライメント装置の構成を示す模式図である。

図３を参照すると、本実施形態のアライメント装置１００は、第１カメラと第２カメラを含むカメラ部１０１と、反射光取得用の光源１０２ａと透過光取得用の光源１０２ｂを含む光源部１０２ａ、１０２ｂと、位置調整機構１０３とを含む。また、アライメント装置１００は、反射光取得用の光源１０２ａと透過光取得用の光源１０２ｂのうち、アライメントマークに光を照射する光源を選ぶための光源選択部１０４をさらに含む。

アライメント装置１００は、成膜装置１１に搬入される基板Ｗに、成膜材料を蒸着する成膜動作を実施する前に、基板ＷとマスクＭの相対的な位置調整を行うための装置である。基板ＷとマスクＭの相対位置の調整は、第１のカメラ（ラフアライメント用カメラ）で撮影されたアライメントマークの画像に基づいて、基板ＷとマスクＭの相対位置を大まかに調整するラフアライメント（第１のアライメント）工程と、第２のカメラ（ファインアライメント用カメラ）で撮影されたアライメントマークの画像に基づいて、基板ＷとマスクＭの相対位置を高精度に調整するファインアライメント（第２のアライメント）工程を含む。

本実施形態のアライメント装置１００は、ラフアライメント（第１のアライメント）工程とファインアライメント（第２のアライメント）工程それぞれで画像を取得するときに、アライメントマークが形成された位置及びその工程で必要とされる画像の特性を考慮して、異なる光源を使用する。つまり、反射光取得用の光源１０２ａと透過光取得用の光源１０２ｂのうち、ラフアライメント工程時に用いる光源と、ファインアライメント工程時に用いる光源が、異なっている。

基板ＷとマスクＭのアライメント工程のために取得する画像は、基板ＷとマスクＭのアライメントマークの両方が画像内に照らされなければならず、アライメントの精度を高めるために、アライメントマークのコントラストが大きいほど良い。ところで、光源からの光（可視光または近赤外光）を透過する基板ＷとマスクＭにアライメントマークが形成されても、アライメントマークからの反射光量とアライメントマークが設けられていない基板Ｗの部分からの反射光量との差が小さいため、高いコントラストの画像を取得することが難しい問題がある。

より高いコントラストの画像を取得する一つの方法として、アライメントマークの透過光を利用する方法がある。基板ＷやマスクＭが光源からの光（可視光または近赤外光）に対し透過性を有する場合に、透過光は、アライメントマークのない領域は明るく、アライメントマークのある領域は暗くなり、明暗がはっきりして高いコントラストの画像が得られ、より高解像度の画像を取得することができる。ただし、透過光を利用して画像を取得するためには、透過光取得用の光源１０２ｂからカメラ部１０１に至る光の経路（光路）が確保されなければならず、また、光路上に基板ＷとマスクＭのアライメントマークが位置しなければならない。

しかし、マスクＭのアライメントマークは、マスクフレームに固定される、マスク箔の外周部に形成されている。従って、本実施形態では、透過光取得用の光源１０２ｂからの光が通過することができる貫通孔Ｈをマスクフレームに形成する。貫通孔Ｈの位置は、マスク箔Ｍａの外周部において、マスクＭのアライメントマークが設けられる位置に対応する位置である。

図４Ａおよび図４Ｂは、マスクフレームＭｂに形成される貫通孔Ｈの位置及び形状を模式的に示す断面図である。

図４Ａを参照すると、マスク箔Ｍａの外周部がマスクフレームＭｂの上面に固定されている。そして、貫通孔Ｈは、マスク箔Ｍａの法線方向に対し、傾斜して形成されている。これによれば、透過光取得用の光源１０２ｂによって貫通孔Ｈに沿って傾斜して照射された光は、アライメントマークが形成されているマスク箔Ｍａの外周部を照らすことができる。そして、成膜工程中に蒸発源２５から基板ＷやマスクＭの方向に飛散する蒸着材料が、貫通孔Ｈの内部に蒸着されることを抑制することができる。また、基板ＷやマスクＭに向かう蒸着材料の飛散経路の外側に透過光取得用の光源１０２ｂを置くことができるので、蒸着材料が不必要に透過光取得用の光源１０２ｂに蒸着されることを低減することができる。

図４Ｂを参照すると、マスク箔Ｍａの外周部がマスクフレームＭｂの上面に固定されている。そして貫通孔Ｈは、マスク箔Ｍａの法線方向に平行に形成されている。これによれば、透過光取得用の光源１０２ｂによって貫通孔Ｈに沿って垂直方向に照射された光は、アライメントマークが形成されているマスク箔Ｍａの外周部を照らすことができる。そして、図４Ａに図示された実施形態に比べて、アライメントマークの影ができにくいので、より高いコントラストの画像を取得することができる。

ところで、より高いコントラストを有する画像を取得するために透過光取得用の光源１０２ｂからの透過光を利用する構成においては、基板Ｗのアライメントマークを認識できない可能性がある。つまり、図４Ａまたは図４Ｂに示すように、マスクフレームＭｂに形成された貫通孔Ｈが透過光の光路となるが、仮に貫通孔Ｈの領域内に基板Ｗのアライメントマークが位置していない場合には、カメラ部１０１で取得した画像には、基板Ｗのアライメントマークが写らないので、アライメントマークを正確に認識できないことがある。

したがって、本発明の実施形態によれば、第１のカメラによってラフアライメントのための画像を取得する際には、反射光取得用の光源１０２ａでアライメントマークを照らし、アライメントマークからの反射光を利用して、アライメントマークの画像を取得する。

これによれば、たとえ基板Ｗのアライメントマークが貫通孔Ｈの領域内に位置していない場合にも、マスクＭのアライメントマークはもちろん、基板Ｗのアライメントマークも含まれた画像を取得することができる。

一方、第２のカメラによってファインアライメントのための画像を取得する際には、透過光取得用の光源１０２ｂで貫通孔Ｈを通してアライメントマークを照らし、アライメントマークからの透過光を利用して、アライメントマークの画像を取得する。これによれば、相対的にコントラストの高い画像を取得することができるので、アライメントの精度を向上させることができる。

アライメント装置１００のカメラ部１０１は、基板Ｗおよび／またはマスクＭのアライメントマークを撮影して、これを含む画像を取得するためのものであり、ラフアライメント用カメラである第１カメラと、ファインアライメント用カメラである第２カメラを含む。カメラ部１０１は、真空容器２１の壁に設けられている透明窓２１ａを介してアライメントマークを含む画像を撮影する。例えば、カメラ部１０１は、真空容器２１の外壁に設けられた所定のマウント部材により、透明窓２１ａに向けるように設けられる。

カメラ部１０１は、基板ＷまたはマスクＭのアライメントマークに対し、移動可能なように取り付けられてもよい。例えば、カメラ部１０１は、図３に示すように、真空容器２１の上側外壁に設置された、カメラ移動手段１０５を有するマウント部材によって、垂直（Ｚ）方向に移動可能に取り付けられてもよい。カメラ移動手段１０５は、サーボモータなどで構成され、カメラ部１０１を垂直（Ｚ）方向に移動させるための手段である。カメラ部１０１は、垂直（Ｚ）方向だけでなく、水平（ＸＹθ）方向にも移動可能に設置されてもよい。

カメラ部１０１が移動可能に設置されると、アライメントのために、互いに近接したマスクＭおよび／または基板Ｗの位置が、基板Ｗによって成膜装置１１内で差がある場合でも、基板Ｗごとにカメラ部１０１の位置を調整することで、アライメントマークをより鮮明に撮影することができる。したがって、アライメント精度を高めることができる。

光源部１０２ａ、１０２ｂは、カメラ部１０１でアライメントマークを撮影して画像を取得する際、アライメントマークを照らす機能を遂行する。光源部１０２ａ、１０２ｂは、図示されていない制御手段の制御に応じて設定された所定の出力で、アライメントマークに光を照射する、出力調整可能な照明手段であってもよいが、これに限定されない。例えば、光源部１０２ａ、１０２ｂは、波長３５０ｎｍ～３０００ｎｍの可視光および近赤外光を含む光を放射するハロゲンランプ、または波長３５０ｎｍ～３０００ｎｍの範囲から選択された所定範囲の波長の光を放射するＬＥＤ光源であってもよい（例えば１０００ｎｍ～１２００ｎｍ）。

本発明の一実施形態によれば、光源部１０２ａ、１０２ｂは、反射光取得用の光源１０２ａと透過光取得用の光源１０２ｂとを備える。反射光取得用の光源１０２ａによって光が照射されたアライメントマークからの反射光がカメラ部１０１、特に、第１のカメラに入射して、アライメントマークの画像が取得される。一方、透過光取得用の光源１０２ｂによって光が照射されたアライメントマークの透過光が、カメラ部１０１、特に、第２のカメラに入射して、アライメントマークの画像が取得される。

本実施形態の一側面によれば、反射光取得用の光源１０２ａは、マスクＭを保持するマスク支持ユニット２３に対し、カメラ部１０１と同じ方向（図３の場合には、上側方向）に設置される。例えば、反射光取得用の光源１０２ａは、真空容器２１の上側外部に設置される。透過光取得用の光源１０２ｂは、マスク支持ユニット２３に対し、カメラ部１０１とは反対側の方向（図３の場合には、下側方向）に設置される。例えば、透過光取得用の光源１０２ｂは、真空容器２１の内部であって、マスク支持ユニット２３の下側に設置される。

光源選択部１０４は、アライメント工程のための画像の取得時に、アライメントマークに光を照射する光源を選択する。

前述したように、本発明の実施形態では、ラフアライメント（第１のアライメント）工程時には、反射光取得用の光源１０２ａでアライメントマークを照らしながら、第１のカメラで撮像して画像を取得する。ファインアライメント（第２のアライメント）工程時には、透過光取得用の光源１０２ｂでアライメントマークを照らしながら、第２のカメラで撮像して画像を取得する。光源選択部１０４は、ラフアライメント工程時は、反射光取得用の光源１０２ａを選択し、ファインアライメント工程時は、光源を透過光取得用の光源１０２ｂに切り替える。

図３を参照すると、位置調整機構１０３は、基板ＷとマスクＭの相対位置を調整するためのアライメントステージ機構であり、図２の成膜装置１１の位置調整機構２９に対応する。より具体的には、位置調整機構１０３は、カメラ部１０１で取得した画像を用いて、基板ＷとマスクＭのＸ方向、Ｙ方向及びＺ軸を中心とした回転方向（θ方向）における相対位置ずれ量を算出した後、これに基づいて、基板ＷとマスクＭを相対的に移動させて、基板ＷとマスクＭの相対位置を調整する。本実施形態による位置調整機構１０３は、ラフアライメント工程時には、反射光取得用の光源１０２ａでアライメントマークに光を照射しながら、第１のカメラで取得した画像を用いるが、ファインアライメント工程時には、透過光取得用の光源１０２ｂでアライメントマークに光を照射しながら、第２のカメラで取得した画像を用いる。

＜アライメント方法＞
図５は、本発明の一実施形態によるアライメント方法を示すフローチャートである。以下、図５を参照して、基板ＷとマスクＭの相対位置を調整（アライメント）する方法について説明する。

まず、基板Ｗがアライメント装置内に搬入され、基板支持ユニット２２によって支持される。このとき、マスクＭは、以前の基板Ｗに対する成膜工程に使用されたものがマスク支持ユニット２３によって支持されているか、または基板Ｗの搬入に先立ち、成膜装置１１内に搬入されて、マスク支持ユニット２３によって支持されている。

次いで、静電チャック２４を基板支持ユニット２２に支持されている基板Ｗに向かって接近させた後（例えば、静電チャック２４を基板Ｗに向かって下降させた後）、静電チャック２４に所定の電圧を印加して、静電引力により基板Ｗを静電チャック２４に吸着させる。そして、静電チャックアクチュエータ２８及び／又はマスク支持ユニットアクチュエータ２７を駆動し、静電チャック２４とマスク支持ユニット２３を相対的に接近させ、基板ＷとマスクＭの相対位置が所定の計測位置になるようにする（Ｓ１）。

そして、反射光を利用して、第１のカメラでアライメントマークが含まれた画像を取得する（Ｓ２）。反射光取得用の光源１０２ａでアライメントマークに光を照射した状態で、第１のカメラでアライメントマークを撮像して、画像を取得する。本段階では、反射光を利用して画像を取得するので、基板ＷとマスクＭの相対位置が大きくずれていても、基板ＷとマスクＭのアライメントマークが画像に写るようになる。なお、基板Ｗのアライメントマークのみを用いて基板Ｗと静電チャックとを位置合わせしてラフアライメントを行ってもよい。

そして、Ｓ２で取得した画像に基づいて、基板ＷとマスクＭの位置を１次的に調整するラフアライメントを行う（Ｓ３）。ラフアライメント時には、基板ＷとマスクＭのアライメントマークがすべて、ファインアライメント用カメラの視野角の範囲内に収まるように、基板ＷとマスクＭのそれぞれの位置を大まかに調整する。そして、本実施形態によれば、ラフアライメント工程により、基板ＷのアライメントマークがマスクＭのマスクフレームＭｂに形成されている貫通孔Ｈの領域内に入れることができる。

続いて、ラフアライメントが完了すると、透過光を利用して、第２のカメラでアライメントマークが写った画像を取得する（Ｓ４）。透過光取得用の光源１０２ｂでアライメントマークに光を照射した状態では、第１のカメラより解像度の高い第２のカメラでアライメントマークを撮像して、画像を取得することができる。本段階では、ラフアライメント工程が完了した状態で、透過光を利用して画像を取得するので、マスクＭのアライメントマークはもちろん、基板Ｗのアライメントマークも取得された画像内に写るようになり、より高いコントラストを有する画像を取得することが可能である。

そして、Ｓ４で取得した画像に基づいて、基板ＷとマスクＭの位置を２次的に調整するファインアライメントを行う（Ｓ５）。より具体的には、制御部３３は、Ｓ４で取得した画像に基づいて、ＸＹθ方向における基板ＷとマスクＭの相対位置のずれ量を算出する。そして、算出された位置ずれ量が所定の閾値以上である場合には、算出された位置ずれ量に基づいて、ＸＹθ方向における基板ＷとマスクＭの相対位置を調整する。この過程は、基板ＷとマスクＭの相対位置のずれ量が所定の閾値内に収まるまで繰り返される。本実施形態によれば、ファインアライメント工程においてより高いコントラストを有する画像を利用するので、アライメント精度を向上させることができる。

＜成膜プロセス＞
以下、本実施形態によるアライメント方法を採用した成膜方法について説明する。

真空容器２１内のマスク支持ユニット２３にマスクＭが支持された状態で、搬送室１３の搬送ロボット１４によって成膜装置１１の真空容器２１内に基板Ｗが搬入される。

真空容器２１内に進入した搬送ロボット１４のハンドが基板Ｗを基板支持ユニット２２の支持部上に載置する。

次いで、静電チャック２４が基板Ｗに向かって下降し、基板Ｗに十分に近接或いは接触した後に、静電チャック２４に所定の電圧を印加し、基板Ｗを吸着させる。そして、静電チャック２４に基板Ｗが吸着された状態で、基板ＷのマスクＭに対する相対的な位置ずれを計測するために、基板ＷとマスクＭを接近させる。

基板ＷとマスクＭが相対位置計測位置まで接近すると、前述のアライメント方法に従って、アライメント工程を実施する。つまり、基板ＷとマスクＭが相対位置計測位置まで接近した状態で、反射光を用いて取得した画像に基づいてラフアライメント工程を行った後、透過光を用いて取得した画像に基づいてファインアライメント工程を行う。

本実施形態のアライメント方法によって、基板ＷとマスクＭとの間の相対位置のずれ量が所定の閾値より小さくなると、蒸発源２５のシャッタを開け、蒸着材料をマスクＭを介して基板Ｗに蒸着させる。

所望の厚さに蒸着した後、マスクＭを分離し、静電チャック２４に基板のみが吸着した状態で、静電チャックアクチュエータ２８により、基板を上昇させる。

次いで、搬送ロボット１４のハンドが成膜装置１１の真空容器２１内に進入し、静電チャック２４の電極部或いはサブ電極部にゼロ（０）または逆極性の電圧が印加され、基板Ｗを静電チャック２４から分離する。分離された基板を搬送ロボット１４によって真空容器２１から搬出する。

なお、上述の説明では、成膜装置１１は、基板Ｗの成膜面が鉛直方向下方を向いた状態で成膜が行われる、いわゆる上向蒸着方式（デポアップ）の構成としたが、これに限定はされず、基板Ｗが真空容器２１の側面側に垂直に立てられた状態で配置され、基板Ｗの成膜面が重力方向と平行な状態で成膜が行われる構成であってもよい。

＜電子デバイスの製造方法＞
次に、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表示装置の構成及び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６（ａ）は有機ＥＬ表示装置６０の全体図、図６（ｂ）は１画素の断面構造を表している。

図６（ａ）に示すように、有機ＥＬ表示装置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。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において所望の色の表示を可能とする最小単位を指している。本実施例にかかる有機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６２Ｒ、第２発光素子６２Ｇ、第３発光素子６２Ｂの組合せにより画素６２が構成されている。画素６２は、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子の組合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６（ｂ）は、図６（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、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、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、陽極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と陰極６８は、複数の発光素子６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂに対して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、陽極６４と陰極６８とが異物によってショートするのを防ぐために、陽極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。

図６（ｂ）では正孔輸送層６５や電子輸送層６７が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、正孔ブロック層や電子ブロック層を含む複数の層で形成されてもよい。また、陽極６４と正孔輸送層６５との間には陽極６４から正孔輸送層６５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、陰極６８と電子輸送層６７の間にも電子注入層が形成されことができる。

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）および陽極６４が形成された基板６３を準備する。

陽極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、陽極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の有機材料成膜装置に搬入し、静電チャックにて基板を保持し、正孔輸送層６５を、表示領域の陽極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の有機材料成膜装置に搬入し、静電チャックにて保持する。基板とマスクとのアライメントを行い、静電チャック２４に基板を介してマスクを吸着させた後、赤色を発する発光層６６Ｒを成膜する。

発光層６６Ｒ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６６Ｇ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陰極６８を成膜する。

本発明によると、ラフアライメント工程では、反射光取得用の光源によってアライメントマークを照らしながらラフアライメント用カメラでアライメントマークの画像を取得して、基板ＷとマスクＭの相対位置を調整する。また、ファインアライメント工程では、透過光取得用の光源によってアライメントマークを照らしながら、ファインアライメント用カメラでアライメントマークの画像を取得して、基板ＷとマスクＭの相対位置を調整する。これによりアライメント工程の精度を向上させることができる。

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、水分や酸素を多く含む雰囲気にさらしてしまうと、電極が酸化したり有機ＥＬ材料からなる発光層が水分や酸素によって劣化したり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。

前記実施例は本発明の一例を現わしたことで、本発明は前記実施例の構成に限定されないし、その技術思想の範囲内で適切に変形しても良い。

２２：基板支持ユニット、２３：マスク支持ユニット、２４：静電チャック、２９：位置調整機構、３１：アライメント用カメラ、３３：制御部、１０１：カメラ部、１０２ａ：反射光取得用の光源、１０２ｂ：透過光取得用の光源、１０３：位置調整機構、１０４：光源選択部

Claims (5)

1. 基板に形成されたアライメントマークと、所定の開口パターンが形成されているマスク箔の外周面を固定するためのマスクフレームを含むマスクに形成されたアライメントマークとを撮影する第１のカメラと、前記第１のカメラより高い解像度を有し前記アライメントマークを撮影する第２のカメラと、を含むカメラ部と、
   前記マスクを支持するマスク支持ユニットと、
   前記マスク支持ユニットに対して前記カメラ部と同じ側に位置して前記アライメントマークに光を照射する反射光取得用の第１の光源と、
   前記マスク支持ユニットに対し前記カメラ部と反対側に位置し、前記マスク箔の法線方向に対して傾斜して前記マスクフレームに形成されている貫通孔を通して前記アライメントマークに光を照射する透過光取得用の第２の光源と、
   前記第１の光源または前記第２の光源によって光が照射された前記アライメントマークを前記第１のカメラまたは前記第２のカメラで撮像した画像に基づいて、前記基板と前記マスクとの相対位置を調整する位置調整機構とを備え、
   前記第１のカメラで前記アライメントマークの画像を取得する場合は前記第１の光源によって前記アライメントマークに光を照射し、前記第２のカメラで前記アライメントマークの画像を取得する場合は前記第２の光源によって前記アライメントマークに光を照射することを特徴とするアライメント装置。
2. マスクを介して基板に蒸着材料を成膜するための成膜装置であって、請求項１に記載のアライメント装置を含むことを特徴とする成膜装置。
3. 基板と、所定の開口パターンが形成されているマスク箔の外周面を固定するためのマスクフレームを含みマスク支持ユニットに支持されたマスクと、の相対位置を調整するためのアライメント方法であって、
   第１のカメラと第２のカメラとを含むカメラ部のうち前記第１のカメラで、前記マスク支持ユニットに対して前記カメラ部と同じ側に位置する反射光取得用の第１の光源によって光が照射された基板またはマスクに形成されたアライメントマークを撮像して、第１の画像を取得する第１の画像取得ステップと、
   前記第１の画像に基づいて、前記基板と前記マスクの相対位置を調整する第１の相対位置調整ステップと、
   前記マスク支持ユニットに対し前記カメラ部と反対側に位置し、前記マスク箔の法線方向に対して傾斜して前記マスクフレームに形成されている貫通孔を通して前記アライメントマークに光を照射する透過光取得用の第２の光源によって光が照射された前記アライメントマークを前記第１のカメラより高い解像度を有する前記第２のカメラで撮像して、第２の画像を取得する第２の画像取得ステップと、
   前記第２の画像に基づいて、前記基板と前記マスクの相対位置を調整する第２の相対位置調整ステップとを含むことを特徴とするアライメント方法。
4. マスクを介して基板に蒸着材料を成膜するための成膜方法であって、
   請求項３に記載されたアライメント方法を含むことを特徴とする成膜方法。
5. 請求項４に記載の成膜方法を用いて電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法。

Images