JP2008010504A - アライメント装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板とマスクとを精度よく重ね合わせるためのアライメント装置及び方法を提供する。
【解決手段】ガラス基板１の基板マーク１ａ、１ａと基板角度マーク１ｂ、１ｂのそれぞれを結ぶ仮想線Ｌ３、Ｌ４同士は互いに平行となっており、各仮想線Ｌ３、Ｌ４に対するそれぞれの仮想垂線Ｌ７、Ｌ８上に位置し、かつガラス基板１の中心点Ｐ１に対し点対称に仮想点１ｃ、１ｃをそれぞれ設定する。ガラス基板１とメタルマスク２とを重ねて配置した状態で、カメラ４Ａ、４Ｂにより、基板マーク１ａ、１ａと基板角度マーク１ｂ、１ｂとマスクマーク２ａ、２ａとを測定用画像として取得し、この測定用画像から仮想点１ｃ、１ｃの座標値と、マスクマーク２ａ、２ａの座標値を算出し、これら座標値からそれぞれを結ぶ線分Ｌ１２、Ｌ１１の各中心点座標値Ｐ１１、Ｐ２１を算出し、座標差分値を求め、この座標差分値を補正値として用いてガラス基板１とメタルマスク２との位置合わせを行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板とマスクとを精度よく重ね合わせるためのアライメント装置及び方法に関するものである。

従来から、マスクを使用して基板にパターンを形成する方法がある。例えば、有機ＥＬディスプレイの製造工程においては、メタルマスクをガラス基板に重ねて有機ＥＬ層を蒸着により成膜するという手法が用いられている。具体的には、このメタルマスクには、画素（ＲＧＢ対応のサブピクセル）の大きさに準じた小さな孔が複数開いており、このメタルマスクをガラス基板に重ねた状態で、この孔から画素部分にめがけてＲＧＢの有機色素を蒸着し、有機ＥＬ層をガラス基板に成膜している。そして、ＲＧＢの３色について、Ｒ色素・Ｇ色素・Ｂ色素を、画素ピッチ分だけ順次メタルマスクをずらしながら３回蒸着することにより、ガラス基板表面に対する有機ＥＬ層の成膜が行われる。

そして、高精細の有機ＥＬディスプレイを製造するためには、精度良く蒸着を行う必要があり、そのためには、ガラス基板とメタルマスクとの位置合わせ（アライメント）を精度良く行うことが重要となる。

このガラス基板とメタルマスクとの位置合わせを精度良く行うアライメント装置としては、例えば、特許文献１に示されている。なお、以下において括弧内の符号は特許文献１に記載されたものである。

このアライメント装置（１００）においては、次のようにしてガラス基板（１）と成膜用マスク（２）とのアライメントを行っている。すなわち、ガラス基板（１）には、その対角線上の両端付近に、一対の基板用マーク（１ａ）が対向して記されており、更にそれぞれの基板用マーク（１ａ）の近傍には平行基準マーク（１ｂ）がそれぞれ記されている。この平行基準マーク（１ｂ）は、基板用マーク（１ａ）と平行基準マーク（１ｂ）とを結ぶ仮想線Ｌ１とＬ２とが平行となる位置に記されている。他方、成膜用マスク（２）にも、その対角線上の両端付近に一対のマスク用マーク（２ａ）が対向して記されており、水平方向に張力が加えられた状態でマスクフレーム（３）上に配置されている。そして成膜用マスク（２）上にガラス基板（１）が載置された状態で、２台のカメラ１０、１０により、それぞれ、基板用マーク（１ａ）、平行基準マーク（１ｂ）及びマスク用マーク（２ａ）を撮影し、この撮影された画像から、基板用マーク（１ａ）及びマスク用マーク（２ａ）の座標値を算出する。この算出された座標値から、基板用マーク（１ａ、１ａ）同士とマスク用マーク（２ａ、２ａ）同士のそれぞれの中心座標値を算出した後、それぞれの中心座標値の座標差分値を求め、この座標差分値を補正値として、ガラス基板（１）と成膜用マスク（２）との位置合わせを行っている。

ここで、近年のパターン高精細化のため、成膜用マスク（２）は非常に薄く形成され、単にマスクフレーム（３）に載置しただけでも成膜用マスク（２）は撓むことがある。そこで、このアライメント装置（１００）においては、成膜用マスク（２）に対し水平方向に張力を加え、引き伸ばした状態でマスクフレーム（３）に固定し成膜用マスク（２）の撓みを防止している。更に、成膜用マスク（２）に張力が加えられると、マスク用マーク（２ａ）の位置にずれが生じることから、上記のように中心座標値の座標差分値を求めることにより、ずれが生じた場合でも成膜用マスク（２）とガラス基板（１）との位置合わせを精度良く行えるようにしている。このように、このアライメント装置（１００）においては、成膜用マスク（２）の撓みを防止しつつ、マスク用マーク（２ａ）にずれが生じた場合でも精度良くアライメントが行えるようにしている。

しかしながら、このアライメント装置（１００）においては、マスク用マーク（２ａ）をカメラ１０が認識しづらくなり、マスク用マーク（２ａ）の座標を誤認識してしまうことがある。具体的に説明すると、このアライメント装置（１００）においては、マスク用マーク（２ａ）と基板用マーク（１ａ）とを一致させることにより、ガラス基板（１）と成膜用マスク（２）とのアライメントを行うように構成されているが、実際に一致させようとしているのは、それぞれのマークの中心点の座標値である。従って、このアライメント装置（１００）においては、カメラによりマスク用マーク（２ａ）と基板用マーク（１ａ）とを撮影した後、この撮影画像をもとにしてそれぞれの中心点の座標値を決定する必要がある。この中心点の座標値を決定する方法は、この特許文献１に具体的に開示されていないが、正規化相関法が多用される。この正規化相関法においては、１００回程度の画像上の目標点の計測を行い、正規分布に当てはめたときに３σ（σ：標準偏差）が予め定めた精度範囲に入るか否かで可否判断を行う。また、座標点の決定は、各計測毎に画像面上にて登録モデルを走査させながら、そのモデルと面積比率が一致する点をスコアリングして評価する手法（モデルベースサーチ）が汎用的である。

一方、このアライメント装置（１００）においては、最終的に、マスク用マーク（２ａ）と基板用マーク（１ａ）とを一致させることが目的であることから、アライメントする前に、既に基板用マーク（１ａ）とマスク用マーク（２ａ）とが重なっている場合が生じ得る。その状態を示したものが図９である。この図９は、ガラス基板（１）と成膜用マスク（２）とを重ねた状態で、基板用マーク（１ａ）、平行基準マーク（１ｂ）及びマスク用マーク（２ａ）からカメラ（１０）により取得した測定用画像を示す図である。マスク用マーク（２ａ）は、カメラ（１０）から見てガラス基板（１）の裏面側に位置するため、基板用マーク（１ａ）と重なった部分がカメラ（１０）により認識しづらくなる。このような状態で上記モデルベースサーチにより座標点を判断し、正規化相関法を用いて、その中心点の座標値を決定すると、中心点の座標値が正確に取得できない場合が生じ、その結果アライメントに時間がかかったり、アライメントの精度も低下してしまうといった問題があった。

特開２００４−３０３５５９号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、基板とマスクとのアライメントの際に、マーク同士の重なりを防止し、アライメントに要する時間を短縮化するとともに、アライメントの精度の向上を図ることが出来るアライメント装置及び方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、基板とマスクとを重ねる際の位置合わせを行うアライメント装置であって、上記基板は、その一角の近傍に形成された基板マークと、この基板マークの近傍に形成された基板角度マークと、を有し、更に、上記基板マークと上記基板角度マークとが、上記基板の中心点に対し点対称であり、かつ、上記基板マークと上記基板角度マークとを結ぶ仮想線同士が平行となるよう上記一角の対角近傍にも形成されており、上記マスクは、その一対の対角のそれぞれの近傍に形成されたマスクマークを有し、上記アライメント装置は、上記仮想線に対する仮想垂線上に位置し、かつ、上記基板の中心点に対し点対称である仮想点を設定する仮想点設定手段と、上記基板と上記マスクとを重ねて配置した状態で、上記基板マークと上記基板角度マークと上記マスクマークとを測定用画像として取得する画像取得手段と、上記基板マーク及び上記基板角度マークから取得した測定用画像から上記基板マークの座標値と上記基板角度マークの座標値とをそれぞれ算出し、これら座標値から上記仮想点の座標値を算出するとともに、上記マスクマークから取得した測定用画像から上記マスクマークの座標値を算出し、更に、上記仮想点同士を結ぶ第１線分上の第１中心点座標値と、上記マスクマーク同士を結ぶ第２線分上の第２中心点座標値と、を算出する座標値算出手段と、上記第１中心点座標値と上記第２中心点座標値との座標差分値を算出する補正値算出手段と、上記座標差分値を補正値として用い、上記基板と上記マスクとの位置合わせを行う位置補正手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、基板とマスクとを重ねる際の位置合わせを行うアライメント方法であって、上記基板は、その一角の近傍に形成された基板マークと、この基板マークの近傍に形成された基板角度マークと、を有し、更に、上記基板マークと上記基板角度マークとが、上記基板の中心点に対し点対称であり、かつ、上記基板マークと上記基板角度マークとを結ぶ仮想線同士が平行となるよう上記一角の対角近傍にも形成されており、上記マスクは、その一対の対角のそれぞれの近傍に形成されたマスクマークを有し、上記アライメント方法は、上記仮想線に対する仮想垂線上に位置し、かつ、上記基板の中心点に対し点対称である仮想点を設定する仮想点設定工程と、上記基板と上記マスクとを重ねて配置した状態で、上記基板マークと上記基板角度マークと上記マスクマークとを測定用画像として取得する画像取得工程と、上記基板マーク及び上記基板角度マークから取得した測定用画像から上記基板マークの座標値と上記基板角度マークの座標値とをそれぞれ算出し、これら座標値から上記仮想点の座標値を算出するとともに、上記マスクマークから取得した測定用画像から上記マスクマークの座標値を算出し、更に、上記仮想点同士を結ぶ第１線分上の第１中心点座標値と、上記マスクマーク同士を結ぶ第２線分上の第２中心点座標値と、を算出する座標値算出工程と、上記第１中心点座標値と上記第２中心点座標値との座標差分値を算出する補正値算出工程と、上記座標差分値を補正値として用い、上記基板と上記マスクとの位置合わせを行う位置補正工程と、を有することを特徴とする。

上記基板としては、透明のガラス基板、アクリル基板等が適用可能である。また、上記マスクとしては、金属製のいわゆるメタルマスクやその他の素材を使用したマスクが適用可能であり、このマスクには、基板にパターンを形成するためのスリットが設けられており、基板へのパターン形成は、このマスクを基板に重ねることにより行われる。基板に形成されるパターンの位置は予め決まっているので、マスクと基板を重ねる際に、パターンが基板の所定の位置に形成されるよう、位置合わせ（アライメント）が必要となる。このアライメントをするために、基板には基板マーク及び基板角度マークが形成されており、他方、マスクにはマスクマークが形成されている。

基板マーク、基板角度マーク及びマスクマークは、いずれもアライメントに必要なマークであることから、その形状はどのような形状でも適用可能であるが、それぞれのマークを識別し易くするために、各マークの形状は異なっている方が良い。例えば、基板マークが十字形状で、基板角度マークが正方形で、マスクマークが円形状という風に形成すればそれぞれを識別し易いので好適である。

また、基板及びマスクの形状としては、例えば、正方形状、長方形状等、基板とマスクとのアライメントが可能であり、かつ基板の所定の位置にパターンが形成可能であれば、その形状はどのような形状でも良い。

また、上記マークは、基板とマスクとを重ねた状態で、ＣＣＤカメラ等の画像取得手段で測定用画像として取得されるため、基板マーク及び基板角度マークと、マスクマークとは、基板とマスクを重ねた際に対応する位置に形成されている必要がある。例えば、基板もマスクも共に正方形状である場合、基板マーク及び基板角度マークとが基板の左上の角近傍に形成されていれば、マスクマークも、マスクと基板とを重ねた際に左上の角近傍に形成されている必要がある。更に、これらマークは、対角近傍にも点対称に設けられている。すなわち、上記のような場合には、左上の角の対角である右下の角の近傍にもこれらマークは基板あるいはマスクの中心点に対し点対称に形成されている。

なお、上記画像取得手段は、基板とマスクとを重ねたときに、基板マーク、基板角度マーク及びマスクマークの全てが一の測定用画像として取得出来れば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等種々の画像取得手段が適用可能である。また、その設置位置も、基板とマスクとを重ねた際に、上記全てのマークが測定用画像として取得出来れば、基板側に設置しても、マスク側に設置してもいずれでもよい。

ここで、従来においては、この測定用画像に基づいて、基板マークとマスクマークとを合わせるようにしてアライメントが行われていたが、本発明においては、仮想点とマスクマークとを合わせるようにしてアライメントが行われる。この仮想点は、基板マークと基板角度マークとを結ぶ仮想線に対する仮想垂線上に位置し、かつ、上記基板の中心点に対し点対称に設定されるものであり、この仮想線を境界にして分断される２の領域のどちらの領域にも設定可能である。また、この仮想線、仮想垂線及び仮想点は、計算により求められる仮想的なものであり、基板やマスクに直接形成されるものではない。

そして、この仮想点は、従来における基板マークが形成される位置に形成されることとなる。従来においては、基板マークとマスクマークとを合わせるようにしていたため、すなわち、基板に形成されたマークとマスクに形成されたマーク同士を合わせるようにしていたため、基板とマスクとを重ねた際に最初からマーク同士が重なることがあった。一方、本発明においては、仮想点という計算上算出された点と、マスクマークとを合わせるようにしているため、基板とマスクとを重ねた際に最初からマーク同士が重なることはない。

ここで、基板マーク、基板角度マーク及びマスクマークから取得した測定用画像からそれぞれの座標値、すなわち、各マークの中心点における座標値は、例えば、上述した正規化相関法により求められる。その他にも、エッジ認識法により求めてもよい。このエッジ認識法は、画像上の情報として目的とする形状の明暗によりその形状のエッジの全ての情報あるいはエッジの一部の情報を学習して、その情報から各点の中心点を決定する方法である。

仮想点の座標値は、この算出された基板マーク及び基板角度マークの座標値から算出される。例えば、基板マークを通る仮想垂線上に予め仮想点を設定する場合には、予め仮想線から仮想点の距離を設定しておけば、基板マーク及び基板角度マークの座標値から仮想点の座標値を算出することができる。

本発明においては、基板とマスクとのアライメントは、仮想点同士を結ぶ第１線分上の第１中心点座標値と、マスクマーク同士を結ぶ第２線分上の第２中心点座標値と、を算出し、それぞれの中心点座標値の座標差分値を算出し、この座標差分値を補正値として用いることにより行う。最初から基板とマスクとが所定の位置に重ねられれば、これら中心点座標値は一致し、座標差分値はゼロとなるが、位置ずれがあれば座標差分値はゼロとはならない。この座標差分値を算出しゼロとすることによりアライメントを行う。この際に、位置ずれは、基板と水平面な面をＸＹ平面としたならば、ＸＹ方向における位置ずれと、基板の中心点を中心軸とする軸心回りの方向における位置ずれがあるので、これら双方の位置ずれを補正するように行われる。

また、上記位置補正手段は、上記第１線分と上記第２線分とが一致するように上記基板と上記マスクとの位置合わせを行うようにしてもよい。

また、水平方向に張力を加えて上記マスクを配置可能なマスクフレームを有するようにしてもよい。

また、上記座標値算出手段は、上記測定用画像を上記画像取得手段が座標系に対し傾斜角を有して取得した場合において、その傾斜角を補正してから上記各座標値を算出するようにしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、従来のように、基板マーク同士の中心点座標値とマスクマーク同士の中心点座標値とを一致させるのではなく、仮想点同士の中心点座標値とマスクマーク同士の中心点座標値とを一致させるように構成した。このため、基板をマスクに取り付けた時に、従来のように、最初から基板マークとマスクマークとが重なっているという状態が発生するのを防止できる。その結果、本発明においては、基板とマスクマークとを合わせる際における、カメラによるマスクマークの座標値の誤認識を無くすことができ、アライメント時間の短縮化、およびアライメントの精度の向上が図れる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明のアライメント装置の概略構成を示すブロック図、図２はガラス基板の平面図、図３はメタルマスクの平面図である。

本実施形態におけるアライメント装置は、有機ＥＬディスプレイの製造の際の有機ＥＬ層の真空蒸着工程における、ガラス基板とメタルマスクとのアライメントを想定した構成となっている。

図１において、アライメント装置１００は、２台のカメラ４Ａ、４Ｂ、カメラＩ／Ｆ５、搬送駆動部６、制御部７、画像処理部８及び保持部９を有しており、ガラス基板１とメタルマスク２とのアライメント、すなわち位置合わせを行う。

ガラス基板１は、図２に示すように透明な正方形の基板であり、図中破線で示す対角線Ｌ１の一端、すなわち図２中左上部の角の近傍には、基板マーク１ａが記されており、更に基板マーク１ａの近傍には、基板角度マーク１ｂが記されている。一方、対角線Ｌ１の他端、すなわち図２中右下部の角の近傍にも基板マーク１ａと基板角度マーク１ｂが記されている。図２中、Ｌ３、Ｌ４は、基板マーク１ａの中心点と基板角度マーク１ｂの中心点とを結ぶ仮想線であり、仮想線Ｌ３、Ｌ４が平行になるよう基板マーク１ａと基板角度マーク１ｂは対向してガラス基板１に記されている。更に、基板マーク１ａと基板角度マーク１ｂは、ガラス基板１の中心点Ｐ１、すなわち対角線Ｌ１、Ｌ２の交点に対し、点対称に対向してガラス基板１に記されている。なお、対角線Ｌ１、Ｌ２及び仮想線Ｌ３、Ｌ４は、ガラス基板１に直接記されていてる実線ではなく、計算により求められる仮想的な線である。

メタルマスク２は、例えば、ステンレス、チタン、ニッケル等の材料で形成されたマスクであり、図３に示すように、複数のスリットにより形成されたマスクパターン２ｂを有する。また、メタルマスク２は、上記ガラス基板１より一回り大きな正方形のマスクであり、図中破線で示す対角線Ｌ５の両端、すなわち一対の対角のそれぞれの近傍には、マスクマーク２ａが対向して設けられている。このマスクマーク２ａは、円形状の孔により形成されており、対角線Ｌ５、Ｌ６の交点であるメタルマスク２の中心点Ｐ２に対し、点対称に対向してメタルマスク２に設けられている。なお、後述するように、このマスクマーク２ａは、ガラス基板１をメタルマスク２に重ねた状態をカメラ４Ａ、４Ｂで撮影した場合において、基板マーク１ａと基板角度マーク１ｂと一緒に撮影される位置に設けられる。

また、メタルマスク２は、正方形状の筒形構造に形成されたマスクフレーム３により、水平方向に張力を加えられた状態で配置されている。このように張力を加えて配置したことから、メタルマスク２に撓みが生ずるのを防止できる。

そして、図１に示すように、張力を加えた状態でメタルマスク２をマスクフレーム３に配置し、このメタルマスク２の上にガラス基板１が重ねて配置される。なお、重ねた際にガラス基板１がメタルマスク２の所定の位置に配置されればよいが、所定の位置に配置されていない場合には、ガラス基板１あるいはメタルマスク２を動かして、位置補正する必要があるので、動かし易いように、ガラス基板１とメタルマスク２とは、微小間隙を介して重ねて配置されるのが好適である。

カメラ４Ａ、４Ｂは、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等からなり、図１に示すようにメタルマスク２とガラス基板１とを重ねて配置した状態において、基板マーク１ａ、基板角度マーク１ｂ及びマスクマーク２ａの全てが位置する側、すなわち図２に示す対角線Ｌ１の両端付近の上方に対向して２台配置される。この２台のカメラ４Ａ、４Ｂは、カメラＩ／Ｆ５を介して制御部７と接続される。このカメラ４Ａ，４Ｂは、基板マーク１ａ、基板角度マーク１ｂ及びマスクマーク２ａを測定用画像として取得する画像取得手段として機能する。

搬送駆動部６は、ガラス基板１をメタルマスク２上方において保持する保持部９を、２次元のＸＹ軸方向への移動及び水平方向の回転動作をさせるための動力源であり、サーボモータ等から構成されている。なお、保持部９は、ここではガラス基板１を保持するとしているが、保持部９の作用によりガラス基板１とメタルマスク２とのアライメントが可能な構成であれば、保持部９はガラス基板１を保持するものである必要はない。例えば、マスクフレーム３を保持し、マスクフレーム３を動かすことによりメタルマスク２を動かし、アライメントをするような機構のものであってもよい。なお、制御部７の制御のもと、搬送駆動部６が保持部９を所定の位置に移動させることにより、ガラス基板１とメタルマスク２との位置合わせを行う位置補正手段となる。

制御部７は、搬送駆動部６と、画像処理部８と、カメラＩ／Ｆ５を介してカメラ４Ａ、４Ｂと、それぞれ接続されており、アライメント装置１００全体の動作制御をしている。

画像処理部８は、座標値算出手段８１、補正値算出手段８２及び記憶部８３を備えている。座標値算出手段８１は、カメラ４Ａ、４Ｂが撮影した画像から基板マーク１ａ、基板角度マーク１ｂ、後述する仮想点１ｃの座標値と、マスクマーク２ａの座標値とを算出するとともに、後述する仮想点１ｃ同士を結ぶ線分の中心点座標値と、マスクマーク２ａ同士を結ぶ線分の中心点座標値とを算出するよう構成されている。補正値算出手段８２は、上記算出された中心点座標値のそれぞれから位置補正すべき補正値を算出するよう構成されている。記憶部８３は、カメラ４Ａ、４Ｂが撮影した上記画像を一時的に保存するように構成されており、後述するように、基板マーク１ａと基板角度マーク１ｂとの距離値と、仮想線Ｌ３、Ｌ４のそれぞれと仮想点１ｃとの距離値と、仮想線Ｌ３、Ｌ４のそれぞれに対する仮想点１ｃの方向とが予め記憶されている。この記憶部８３に予め記憶された上記距離値と上記方向とにより、仮想点１ｃが設定され、仮想点設定手段として機能することとなる。

図４（ａ）は、メタルマスク２にガラス基板１を重ねて配置した状態、すなわちカメラ４Ａ、４Ｂにより、アライメント前の基板マーク１ａ、基板角度マーク１ｂ及びマスクマーク２ａから取得された測定用画像を示す平面図であり、（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ１部分の拡大図である。なお、仮想点１ｃは計算により求められる仮想的な点であるため、カメラ４Ａ、４Ｂにより撮影されるわけではないが、基板マーク１ａ、基板角度マーク１ｂ及びマスクマーク２ａのそれぞれとの位置関係を明示するため、この図４においては、仮想点１ｃを示している。

図４（ａ）においては、ガラス基板１とメタルマスク２との間には位置ずれが生じており、仮想点１ｃとマスクマーク２ａとが一致していない。ここで、この仮想点１ｃは、本実施形態においては、図４（ｂ）のように設定されている。すなわち、仮想線Ｌ３に対し垂直であり、かつ基板マーク１ａを通る仮想垂線Ｌ７上に設定されており、この仮想点１ｃは、基板マーク１ａから１０００μｍ離れた距離であり、かつ、図中仮想線Ｌ３により上下に分割された領域のうち上側に設定されている。また、ここでは、基板マーク１ａと基板角度マーク１ｂとの距離は、１０００μｍに予め設定されている。従って、カメラ４Ａ、４Ｂにより、基板マーク１ａと基板角度マーク１ｂの位置座標が取得出来れば、これら位置座標から仮想点１ｃの位置座標も算出できる。

また、アライメント装置１００においては、基板マーク１ａとマスクマーク２ａとを合わせるのではなく、仮想点１ｃとマスクマーク２ａとを合わせるように構成している。よって、基板マーク１ａとマスクマーク２ａとは、ガラス基板１とメタルマスク２とを重ねた当初において、互いが重なる位置に形成されておらず、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基板マーク１ａとマスクマーク２ａとは重ならない位置関係となっている。

なお、上記した距離は、いずれも１０００μｍに限定されるものではなく、ガラス基板１の大きさ、メタルマスク２の大きさ、メタルマスク２のスリット２ｂのパターン等により適宜使用者において設定可能な構成にしておいてもよく、また、仮想点１ｃの位置も上記に限定されず、例えば、下側に設定されていてもよい。

また、基板マーク１ａ、基板角度マーク１ｂ及びマスクマーク２ａのそれぞれの中心点における位置座標は、上記説明した正規化相関法やエッジ認識法により算出が可能である。

このように構成されたアライメント装置１００の動作を図５〜図８を参照して説明する。

図５は図４における測定用画像の傾きを補正するための説明図、図６はマスクマーク２ａと仮想点１ｃの座標値を求めるための説明図、図７はマスクマーク２ａの座標値と仮想点１ｃの座標値からアライメントを行う方法を示す説明図、図８はアライメント動作を示す動作フロー図である。

図１に示すように、図示しない搬送手段により、ガラス基板１が搬送されて、マスクフレーム３にセットされたメタルマスク２の上方に配置されると、図８に示すアライメント動作がスタートする。

この動作がスタートすると、まず、制御部７の動作制御のもと、カメラ４Ａ及びカメラ４Ｂのそれぞれにより、基板マーク１ａ、基板角度マーク１ｂ及びマスクマーク２ａの撮影が開始される（Ｓ１００、Ｓ２００）。この画像は図４（ａ）に示すように、測定用画像（図中、Ａ１、Ａ２部分）として撮影され、カメラＩ／Ｆ５によって画像処理部８での処理が可能な形態に変換され、制御部７を介して画像処理部８に入力される。

画像処理部８において、各カメラ４Ａ、４Ｂのそれぞれのカメラ視野の全てのマーク、すなわち、基板マーク１ａ、基板角度マーク１ｂ及びマスクマーク２ａの全てが検出されたかを調べ（Ｓ１０１、Ｓ２０１）、全てのマークが検出されるまでカメラ４Ａ、４Ｂによる撮影を続けるが（Ｓ１０１のＮ、Ｓ２０１のＮ）、全てのマーク１ａ、１ｂ、２ａが検出された場合には（Ｓ１０１のＹ、Ｓ２０１のＹ）、それぞれのマーク１ａ、１ｂ、２ａから座標値算出手段８１が各座標値を算出する（Ｓ１０２、Ｓ２０２）。

この各座標値は、それぞれのマーク、すなわち、基板マーク１ａ、基板角度マーク１ｂ及びマスクマーク２ａのそれぞれの中心点における座標値である。この中心点は、上述した正規化相関法やエッジ認識法などにより求められる。なお、仮想点１ｃはガラス基板１上に設定された仮想的な点であるため、カメラ４Ａ、４Ｂにより撮像されるわけではないが、各マーク１ａ、１ｂ、２ａとの位置関係が分るように、図４（ａ）、（ｂ）においては仮想点１ｃが示されている。

上記Ｓ１０２、Ｓ２０２においては、求められた基板マーク１ａと基板角度マーク１ｂとの座標値から、仮想点１ｃの座標値も算出する。仮想点１ｃの座標値の算出方法を図４（ｂ）を参照して説明する。すなわち、上述したように、記憶部８３には、基板マーク１ａと基板角度マーク１ｂとの距離、仮想点１ｃと仮想線Ｌ３との距離、及び仮想線Ｌ３に対して仮想点１ｃが上側に位置するか下側に位置するか、の情報が予め記憶されているので、これら情報と上記求められた基板マーク１ａ及び基板角度マーク１ｂの各座標値から仮想点１ｃの座標値は求められる。

上述のようにして、基板マーク１ａ、基板角度マーク１ｂ、仮想点１ｃ及びマスクマーク２ａの各座標値が算出されると、次に、画像処理部８において、カメラ位置補正が必要あるか否かを調べる（Ｓ１０３、Ｓ２０３）。各マーク１ａ、１ｂ、２ａは、通常カメラ４Ａ、４Ｂの取り付け向きに影響を受け、カメラ視野を基準に考えると各マーク１ａ、１ｂ、２ａが図５のように傾いている場合があり、傾いている場合には、その傾斜角θを求めて、傾きを補正する（Ｓ１０４、Ｓ２０４）。

この傾斜角θの求め方を図５を参照して説明する。図５において、実線で示された各マーク１ａ、１ｂ、２ａが、カメラ４Ａ、４Ｂにより撮像された測定用画像であり、実線で示された仮想点１ｃがこれらから算出された仮想点１ｃの位置である。この図５においては、仮想線Ｌ３がカメラ座標系に対し傾斜角θの傾きを有しており、各マーク１ａ、１ｂ、２ａ及び仮想点１ｃが、カメラ座標系に対し傾斜角θ分傾いている。

このように各マーク１ａ、１ｂ、２ａが、カメラ座標系に対し傾いて撮像された場合には、この傾きを補正する。ここで、傾斜角θは次のようにして算出される。基板マーク１ａの座標値が（Ｘ１、Ｙ１）、基板角度マーク１ｂの座標値が（Ｘ２、Ｙ２）であり、基板マーク１ａの座標値（Ｘ１、Ｙ１）を補正の基準座標とすると、傾斜角θは、以下の式１により求められる。
＜式１＞
θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｙ１−Ｙ２）／（Ｘ１−Ｘ２）

カメラ座標系において、傾斜角θ成分を補正、すなわち、各マーク１ｂ、２ａ及び仮想点１ｃの座標値を基板マーク１ａを中心軸として図５の矢印の方向にθだけ回転させると、各マーク１ａ、１ｂ、２ａ及び仮想点１ｃは、図５の破線で示された座標、位置関係となる。そして、上記補正後カメラ座標系の各マーク１ａ、１ｂ、２ａ及び仮想点１ｃの座標値を算出する（Ｓ１０５、Ｓ２０５）。なお、上記θを求めた結果、θ＝０であれば、各マーク１ａ、１ｂ、２ａはカメラ座標系に対し傾いていないので、上記補正は行わず、上記Ｓ１０５、Ｓ２０５の処理も行わず、次の処理Ｓ３００に移行する（Ｓ１０３のＮ、Ｓ２０３のＮ）。

次に、カメラ座標系から基板座標系に変換する（Ｓ３００）。上記により求めた各マーク１ａ、１ｂ、２ａ及び仮想点１ｃの座標値は、カメラ４Ａ、４Ｂのそれぞれが独自に有する座標系による座標値であるので、後述するマスクマーク２ａ同士を結ぶ線分Ｌ１２の中心点Ｐ２１と、仮想点１ｃ同士を結ぶ線分Ｌ１１の中心点Ｐ１１の各座標値を求めるためには、カメラ座標系を基板座標系に変換する必要がある。この座標系の変換の仕方について図６を参照して説明する。

ガラス基板１における基板マーク１ａ、１ａ同士の相対的な位置関係は変化しないので、ガラス基板１をＸＹ座標系として、双方間のＸ方向及びＹ方向の距離を予め記憶部８３に記憶させておき、基板座標系における基板マーク１ａ、１ａのそれぞれの座標値も予め記憶させておく。例えば、ガラス基板１における基板マーク１ａ、１ａ同士の距離を、Ｘ方向にＸｓ、Ｙ方向にＹｓとし、一の基板マーク１ａを通る直線と、他の基板マーク１ａを通る直線とが直交する点を基板座標系の原点Ｏｓ〔０、０〕とすると、各基板マーク１ａ、１ａの基板座標系における座標は、それぞれ〔０、Ｙｓ〕、〔Ｘｓ、０〕となる。一方、カメラ座標系により算出された各マーク１ａ、１ｂ、２ａ及び仮想点１ｃの各座標値を、基板マーク１ａ、１ａの座標値がそれぞれ〔０、Ｙｓ〕、〔Ｘｓ、０〕となるように変換すれば、カメラ座標系により求めた各座標値は、基板座標系における各座標値に変換される。

これらの処理をイメージ化したものが図６に示してあり、基板座標系における座標値〔０、Ｙｓ〕、〔Ｘｓ、０〕の位置に、カメラ座標系で取得した測定用画像Ｃ１、Ｃ２上の基板マーク１ａ、１ａをそれぞれ配置すれば、各マーク１ａ、１ｂ、２ａ及び仮想点１ｃの座標値は、カメラ座標系から基板座標系に変換される。

この図６には、仮想点１ｃの座標値及びマスクマーク２ａの座標値として、それぞれ（Ｘｃ３、Ｙｃ３）、（Ｘｃ４、Ｙｃ４）、（Ｘｃ１、Ｙｃ１）、（Ｘｃ２、Ｙｃ２）が記載されているが、これらはいずれもカメラ座標系における座標値であり、これらを基板座標系の座標値に変換すると、図７に示すようになる。すなわち、（Ｘｃ３、Ｙｃ３）が（Ｘｓ８、−Ｙｓ８）に、（Ｘｃ４、Ｙｃ４）が（Ｘｓ９、−Ｙｓ９）に、（Ｘｃ１、Ｙｃ１）が（Ｘｓ５、−Ｙｓ５）に、（Ｘｃ２、Ｙｃ２）が（Ｘｓ６、−Ｙｓ６）にそれぞれ変換されている。

次に、この基板座標系に変換された仮想点１ｃ、１ｃ及びマスクマーク２ａ、２ａの座標値から、仮想点１ｃ、１ｃ同士を結ぶ第１線分Ｌ１１の中心点Ｐ１１と、マスクマーク２ａ、２ａ同士を結ぶ第２線分Ｌ１２の中心点Ｐ２１の各中心点座標値を算出する（Ｓ３０１）。

ここで、第１線分Ｌ１１の中心点Ｐ１１の座標値（Ｘｓ１０、−Ｙｓ１０）と第２線分の中心点Ｐ２１の座標値（Ｘｓ７、−Ｙｓ７）は次式２、３により求められる。

＜式２＞
（Ｘｓ１０、−Ｙｓ１０）＝{（Ｘｓ９−Ｘｓ８）／２、（−Ｙｓ９−（−Ｙｓ８））／２}

＜式３＞
（Ｘｓ７、−Ｙｓ７）＝{（Ｘｓ６−Ｘｓ５）／２、（−Ｙｓ６−（−Ｙｓ５））／２}

次に、上記式２及び式３により算出された中心点Ｐ１１及びＰ２１の座標値が一致するか否かを調べ（Ｓ３０２）、一致していなければ（Ｓ３０２のＮ）、座標差分値を算出し（Ｓ３０３）、他方、一致していれば（Ｓ３０２のＹ）、座標差分値＝０となるので座標差分値は算出しない。この座標差分値は、Ｘ座標方向における位置ずれとＹ座標方向における位置ずれとして算出される。

更に、座標差分値を算出する場合及び座標差分値を算出しない場合のいずれの場合においても、第１線分Ｌ１１の傾斜角α１と第２線分Ｌ１２の傾斜角α２とが一致しているか否かを調べる（Ｓ３０４）。図７に示すように、中心点Ｐ１１及びＰ２１の座標値が一致していたとしても（第１線分Ｌ１１と破線で示す第２線分Ｌ１２との交点）、第１線分Ｌ１１と第２線分Ｌ１２とは一致していない場合がある。すなわち、一致する中心点を中心軸とする軸心回りの方向における位置ずれがある。この位置ずれがある場合には、図７に示すように仮想点１ｃとマスクマーク２ａの位置は一致しておらず、第１線分Ｌ１１及び第２線分Ｌ１２も一致していないので、この位置ずれ（以下「回転方向の位置ずれ」と言う。）も求める必要がある。

そこで、本実施形態においては、Ｘ軸に対する第１線分Ｌ１１の傾斜角α１と、Ｘ軸に対する第２線分Ｌ１２の傾斜角α２とを求めるとともに、各傾斜角のα１、α２の差を求めることにより、上記回転方向の位置ずれを算出するようにしている。この傾斜角α１、α２は次式４、５により求められる。

＜式４＞
α１＝ａｒｃｔａｎ{（−Ｙｓ９−（−Ｙｓ８））／（Ｘｓ９−Ｘｓ８）}

＜式５＞
α２＝ａｒｃｔａｎ{（−Ｙｓ６−（−Ｙｓ５））／（Ｘｓ６−Ｘｓ５）}

上記式４、５により、傾斜角α１、α２を算出した結果、傾斜角α１、α２が一致しない場合は（Ｓ３０４のＮ）、傾斜角α１、α２の差である角度差分値を求める（Ｓ３０５）。一方、傾斜角α１、α２が一致した場合は（Ｓ３０４のＹ）、α１＝α２となり、角度差分値を算出する必要はない。

次に、最終的に差分値が有るか否かを調べる（Ｓ３０６）。すなわち、座標差分値あるいは角度差分値のいずれか一方でもあれば（Ｓ３０６のＹ）、アライメントをする必要があるので、ガラス基板１とメタルマスク２とのアライメントを行なう（Ｓ３０７）。他方、いずれの差分値も存在しない場合は（Ｓ３０６のＮ）、アライメントをする必要がないので処理を終了する。

例えば、このアライメントの手順をイメージ化すると、図７に示すｓ１、ｓ２のようになる。すなわち、中心点Ｐ１１、Ｐ２１の座標値に位置ずれが有る場合には、中心点Ｐ２１と中心点Ｐ１１とが一致するよう第２線分Ｌ１２を第１線分Ｌ１１の方向へ平行移動させる（ｓ１）。次に、傾斜角α１、α２の差を求め、求められた角度差分だけ上記一致させた中心点を中心軸とする軸心周りに第２線分Ｌ１２を回転させる（ｓ２）。すると、仮想点１ｃ、１ｃと、マスクマーク２ａ、２ａとが一致しアライメントの処理が終了する。

なお、マスクフレーム３の張力によりメタルマスク２が引き伸ばされた場合等においては、上記アライメントの処理を行っても、仮想点１ｃ、１ｃとマスクマーク２ａ、２ａとが一致しない場合がある。しかしながら、このような場合においても、上記アライメントの処理により、第１線分Ｌ１１と第２線分Ｌ１２とを一致させれば、メタルマスク２のスリット２ｂにより形成されたパターンはガラス基板１の所定の位置に配置されることとなるので、第１線分Ｌ１１と第２線分Ｌ１２とを一致させれば高精細なアライメントが実現できることとなる。

ところで、上述した実施形態においては、有機ＥＬディスプレイの製造の際の有機ＥＬ層の真空蒸着工程における、ガラス基板とメタルマスクとのアライメントを想定して説明したが、勿論、真空蒸着の対象としては、この有機ＥＬ材料に限定されるものではなく、例えば半導体装置の製造に際して、真空容器内でマスクを用いて基板上に導体パターンを形成するための種々の装置に適用可能である。

本実施形態のアライメント装置の概略構成を示すブロック図。 本実施形態のガラス基板の平面図。 本実施形態のメタルマスクの平面図。 （ａ）はカメラによって取得される測定用画像を示す平面図、（ｂ）は測定用画像の拡大図。 図４における測定用画像の傾きを補正するための説明図。 マスクマークと仮想点の座標値を求めるための説明図。 マスクマークの座標値と仮想点の座標値とからアライメントを行う方法を示す説明図。 アライメントの動作を示すフローチャート図。 従来のアライメント方法を使用した際に、マスクマークと基板マークとが重なった状態を測定用画像としてカメラが取得したときを示す平面図。

符号の説明

１ ガラス基板
１ａ 基板マーク
１ｂ 基板角度マーク
１ｃ 仮想点
２ メタルマスク
２ａ マスクマーク
２ｂ スリット
３ マスクフレーム
４Ａ、４Ｂ カメラ
５ カメラＩ／Ｆ
６ 搬送駆動部
７ 制御部
８ 画像処理部
８１ 座標値算出手段
８２ 補正値算出手段
８３ 記憶部
９ 保持部
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６ 対角線
Ｌ３、Ｌ４ 仮想線
Ｌ７、Ｌ８ 仮想垂線
Ｌ１１ 第１線分
Ｌ１２ 第２線分
Ｐ１ ガラス基板の中心点
Ｐ２ メタルマスクの中心点
Ｐ１１、Ｐ２１ 中心点
α１、α２ 傾斜角
Ｃ１、Ｃ２ 測定用画像

Claims (3)

1. 基板とマスクとを重ねる際の位置合わせを行うアライメント装置であって、
   上記基板は、
   その一角の近傍に形成された基板マークと、
   この基板マークの近傍に形成された基板角度マークと、を有し、
   更に、上記基板マークと上記基板角度マークとが、上記基板の中心点に対し点対称であり、かつ、上記基板マークと上記基板角度マークとを結ぶ仮想線同士が平行となるよう上記一角の対角近傍にも形成されており、
   上記マスクは、
   その一対の対角のそれぞれの近傍に形成されたマスクマークを有し、
   上記アライメント装置は、
   上記仮想線に対する仮想垂線上に位置し、かつ、上記基板の中心点に対し点対称である仮想点を設定する仮想点設定手段と、
   上記基板と上記マスクとを重ねて配置した状態で、上記基板マークと上記基板角度マークと上記マスクマークとを測定用画像として取得する画像取得手段と、
   上記基板マーク及び上記基板角度マークから取得した測定用画像から上記基板マークの座標値と上記基板角度マークの座標値とをそれぞれ算出し、これら座標値から上記仮想点の座標値を算出するとともに、上記マスクマークから取得した測定用画像から上記マスクマークの座標値を算出し、更に、上記仮想点同士を結ぶ第１線分上の第１中心点座標値と、上記マスクマーク同士を結ぶ第２線分上の第２中心点座標値と、を算出する座標値算出手段と、
   上記第１中心点座標値と上記第２中心点座標値との座標差分値を算出する補正値算出手段と、
   上記座標差分値を補正値として用い、上記基板と上記マスクとの位置合わせを行う位置補正手段と、を有すること
   を特徴とするアライメント装置。
2. 上記位置補正手段は、上記第１線分と上記第２線分とが一致するように上記基板と上記マスクとの位置合わせを行う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. 基板とマスクとを重ねる際の位置合わせを行うアライメント方法であって、
   上記基板は、
   その一角の近傍に形成された基板マークと、
   この基板マークの近傍に形成された基板角度マークと、を有し、
   更に、上記基板マークと上記基板角度マークとが、上記基板の中心点に対し点対称であり、かつ、上記基板マークと上記基板角度マークとを結ぶ仮想線同士が平行となるよう上記一角の対角近傍にも形成されており、
   上記マスクは、
   その一対の対角のそれぞれの近傍に形成されたマスクマークを有し、
   上記アライメント方法は、
   上記仮想線に対する仮想垂線上に位置し、かつ、上記基板の中心点に対し点対称である仮想点を設定する仮想点設定工程と、
   上記基板と上記マスクとを重ねて配置した状態で、上記基板マークと上記基板角度マークと上記マスクマークとを測定用画像として取得する画像取得工程と、
   上記基板マーク及び上記基板角度マークから取得した測定用画像から上記基板マークの座標値と上記基板角度マークの座標値とをそれぞれ算出し、これら座標値から上記仮想点の座標値を算出するとともに、上記マスクマークから取得した測定用画像から上記マスクマークの座標値を算出し、更に、上記仮想点同士を結ぶ第１線分上の第１中心点座標値と、上記マスクマーク同士を結ぶ第２線分上の第２中心点座標値と、を算出する座標値算出工程と、
   上記第１中心点座標値と上記第２中心点座標値との座標差分値を算出する補正値算出工程と、
   上記座標差分値を補正値として用い、上記基板と上記マスクとの位置合わせを行う位置補正工程と、を有すること
   を特徴とするアライメント方法。

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