マスクアライメント装置
【課題】有機ＥＬディスプレイを製造するためにガラス基板とメタルマスクを位置合わせするためのマスクアライメント装置において、ガラス基板とマスクとの相対位置を高精度に検出できるようにする。
【解決手段】同軸落射照明装置２２と斜照明装置２３との２つの照明を設ける。斜照明装置２３は、シャッタ３２を用いて、点灯、消灯制御可能とする。斜照明が消灯するタイミングで、基板側アライメントマーク１６のパターンを撮像し、斜照明が点灯するタイミングで、マスク側アライメントマーク１７のパターンを撮像する。これにより、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、ガラス基板１１とメタルマスク１２との相対位置を高精度で検出できる。
【解決手段】同軸落射照明装置２２と斜照明装置２３との２つの照明を設ける。斜照明装置２３は、シャッタ３２を用いて、点灯、消灯制御可能とする。斜照明が消灯するタイミングで、基板側アライメントマーク１６のパターンを撮像し、斜照明が点灯するタイミングで、マスク側アライメントマーク１７のパターンを撮像する。これにより、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、ガラス基板１１とメタルマスク１２との相対位置を高精度で検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイを製造するためにガラス基板とメタルマスクを位置合わせするためのマスクアライメント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬディスプレイ製造装置では、特許文献１〜特許文献３に示されるように、ガラス基板とメタルマスクを精密に位置合わせして、真空蒸着により有機ＥＬ材料を所望のパターンで製膜する必要がある。このため、ガラス基板とメタルマスクにアライメントマークが形成され、このガラス基板とメタルマスクに設けられたアライメントマーク位置がＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラで撮像される。ガラス基板のアライメントマークはクロム等の金属薄膜で形成され、メタルマスクのアライメントマークとしては貫通穴で形成されるのが一般的である。
【０００３】
このアライメントマークを撮影する光学系は、ガラス基板のアライメントマークが表面が平滑な鏡面状の反射体であることから、ＣＣＤカメラの光軸と、照明光の照射方向を同軸に配置する同軸落射照明方式が用いられる。
【０００４】
メタルマスクの表面粗さは材質、製法などに依存してさまざまなバリエーションがある。特に表面粗さの大きいメタルマスクの場合は、同軸落射照明で撮影しようとすると、照明光がマスク表面の凹凸で散乱されるため、メタルマスク表面と貫通穴（マスク側アライメントマーク）の明暗コントラストが小さくなり、高精度な位置認識が困難となる。
【０００５】
それに対して、メタルマスクと貫通穴の明暗コントラストを改善するために、同軸落射照明に加えて、ＣＣＤカメラ光軸に対して斜め方向から照射するためのリング状照明を補助的に用いることもある。
【特許文献１】特開２００６−１２５９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６４４０４号公報
【特許文献３】特開２００４−３０３５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この方式では明暗コントラストは改善するが、メタルマスク表面の平均明度がガラス基板のアライメントマークの明度に近づき、また、メタルマスク表面の凹凸によって生じる明度のむらが重なることによって、ガラス基板のアライメントマークの認識が困難になるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上述の課題を鑑み、ガラス基板とメタルマスクとの相対位置を高精度に検出することができるようにしたマスクアライメント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明は、ガラス基板に形成された基板側アライメントマークとマスクに形成されたマスク側アライメントマークを撮像し、前記基板側アライメントマークと前記マスク側アライメントマークの撮像画像から前記ガラス基板と前記マスクの相対位置関係を算出し、前記算出された相対位置関係に基づいて前記ガラス基板と前記マスクを位置合わせするマスクアライメント装置において、前記基板側アライメントマークと前記マスク側アライメントマークとを撮像する撮像手段と、前記撮像手段の光軸と同軸方向に照明光を照射する同軸落射照明手段と、前記撮像手段の光軸に対して斜め方向から照明光を照射する斜照明手段と、前記斜照明手段の点灯、消灯を制御する斜照明制御手段と、前記撮像手段により撮像された画像を用いて、前記マスク側アライメントマークの位置と前記基板側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出する制御手段と、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う基板移動手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
かかる発明によれば、同軸落射照明と斜照明との２つの照明を用いて、ガラス基板とメタルマスクとの位置合わせが行われる。このような２つの照明を用いると、基板側アライメントマーク及びマスク側アライメントマークからの反射光を、それぞれ、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、基板側アライメントマークとマスク側アライメントマークとの相対位置を高精度に検出することができる。
【００１０】
上記発明において、制御手段は、前記制御手段は、前記斜照明が消灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマークの位置を検出する第１のマーク検出手段と、前記斜照明が点灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記マスク側アライメントマークの位置を検出する第２のマーク検出手段と、前記第１のマーク検出手段で検出された基板側アライメントマークの位置と、前記第２のマーク検出手段で検出されたマスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第１の位置合わせ処理手段と、を含むようにしたことを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、斜照明が消灯するタイミングで、基板側アライメントマークのパターンを撮像し、斜照明が点灯するタイミングで、マスク側アライメントマークのパターンを撮像することで、基板側アライメントマーク及びマスク側アライメントマークからの反射光を、それぞれ、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、ガラス基板とメタルマスクとの相対位置をより高精度に検出できる。
【００１２】
上記発明において、前記制御手段は、前記斜照明が点灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマーク及び前記マスク側アライメントマークの双方の位置を検出する第３のマーク検出手段と、前記第３のマーク検出手段で検出された基板側アライメントマーク及びマスク側アライメントマークの検出位置に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第２の位置合わせ処理手段とを含み、前記第１の位置合わせ処理手段による位置合わせを行った後に、前記第２の位置合わせ処理手段による位置合わせを行うようにしたことを特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、最初の位置検出では、斜照明の点灯、消灯を切り替えて、基板側アライメントマークとマスク側アライメントマークとを別々に検出する処理を行い、２回目以降の位置検出では、斜照明を点灯したまま、基板側アライメントマークとマスク側アライメントマーク処理とを同時に検出することで、処理の高速化が実現できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、斜照明が消灯するタイミングで、基板側アライメントマークのパターンを撮像し、斜照明が点灯するタイミングで、マスク側アライメントマークのパターンを撮像することで、基板側アライメントマーク及びマスク側アライメントマークからの反射光を、それぞれ、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、ガラス基板とメタルマスクとの相対位置を高精度に検出することができる。また、表面の粗さの大きい安価なメタルマスクでも、ガラス基板とメタルマスクの位置を正しく位置合わせすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明のマスクアライメント装置を組み込んだ有機ＥＬディスプレイ用蒸着装置の構成を示すものである。図１において、真空容器１０内には、ガラス基板１１とメタルマスク１２とが積層されて配置される。メタルマスク１２には、ディスプレイの画素パターンに対応する複数の開口１３が形成されている。メタルマスク１２は、図示していない保持機構により、真空容器１０内に固定されている。一方、ガラス基板１１は、基板移動機構４２により、メタルマスク１２に対して移動自在とされている。真空容器１０内には、ガラス基板１１に有機ＥＬ材料を製膜するための蒸着源１５が設けられる。
【００１６】
ガラス基板１１の所定の位置には、基板側アライメントマーク１６が形成されている。基板側アライメントマーク１６は、例えばクロム等の金属薄膜からなるほぼ鏡面の反射素材である。メタルマスク１２の所定の位置には、マスク側アライメントマーク１７が形成されている。マスク側アライメントマーク１７は、貫通穴である。基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７は互いに対応した位置に形成されている。
【００１７】
真空容器１０の上面には、窓１８が形成されている。窓１８は、真空容器１０内にガラス基板１１とメタルマスク１２とを配置したときに、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７に照射光を照射できる位置に形成されている。
【００１８】
真空容器１０の外部の上側には、この窓１８に対応する位置に、光学装置２０が配設される。光学装置２０は、撮像装置２１と、同軸落射照明装置２２と、斜照明装置２３とを含んでいる。
【００１９】
同軸落射照明装置２２は、撮像装置２１の光軸と同軸方向に照射光を照射するものである。斜照明装置２３は、撮像装置２１の光軸に対して斜め方向から照射光を照射するものである。撮像装置２１は、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７からの反射光を撮像するものである。
【００２０】
図２は、本発明の第１実施形態における光学装置２０の構成を説明するものである。図２において、撮像装置２１は、ＣＣＤカメラ２４とレンズ２５とから構成される。この撮像装置２１は、ガラス基板１１及びメタルマスク１２をほぼ垂直上方から撮影する。レンズ２５には同軸落射照明装置２２と斜照明装置２３が取り付けられている。
【００２１】
同軸落射照明装置２２は、ハロゲン光源２６とライトガイド２７からなり、ハロゲン光源２６からライトガイド２７を介して出射された照明光は、レンズ２５内のハーフミラー２８で折り曲げられ、レンズ光軸と同軸にガラス基板１１とメタルマスク１２に照射される。
【００２２】
一方、斜照明装置２３は、ハロゲン光源２９、ライトガイド３０、リング照明ヘッド３１からなり、レンズ光軸に対して斜め方向から照明光を照射する。また、斜照明装置２３にはシャッタ３２が設けられており、シャッタ３２を開閉することにより斜照明の点灯、消灯を高速に切り替えることができる。なお、シャッタ３２の開閉は、画像処理制御装置４０（図１に示す）からの制御信号によって切り替えられる。
【００２３】
また、図１に示すように、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際には、光学装置２０の同軸落射照明装置２２及び斜照明装置２３から同軸落射照明及び斜照明が出射される。照明として同軸落射照明と斜照明との２つの照明が用いられる理由やその開閉タイミングについては、後に説明する。この照明光は、窓１８を介して、ガラス基板１１及びメタルマスク１２の基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７に向けて照射される。そして、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７からの反射光は、撮像装置２１を構成するＣＣＤカメラ２４で撮像される。
【００２４】
図３は、ＣＣＤカメラ２４の撮像画面を示すものであり、図３（Ａ）はガラス基板１１とメタルマスク１２との位置がずれているときの画像を示し、図３（Ｂ）はガラス基板１１とメタルマスク１２との位置が合致しているときの画像を示している。基板側アライメントマーク１６は、クロム等からなりほぼ鏡面状の反射体である。このため、ＣＣＤカメラ２４で基板側アライメントマーク１６を撮像すると、基板側アライメントマーク１６は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、画像内で白色のパターンＰ１として認識される。これに対して、マスク側アライメントマーク１７は貫通穴である。このため、マスク側アライメントマーク１７では照明光は反射せず、マスク側アライメントマーク１７の周囲のメタルマスク１２の表面で反射した光が検出される。このため、マスク側アライメントマーク１７は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、画像内で周囲と比べて黒いバターンＰ２となる。
【００２５】
このＣＣＤカメラ２４からの画像に対して、画像処理制御装置４０で正規化相関パターンマッチングなどの画像認識処理が行われ、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７との相対位置が検出され、基板移動機構４２の移動量が算出される。この移動量に基づいて、アクチュエータ制御装置４１により、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１と、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２とが一致するように、基板移動機構４２を介してガラス基板１１が移動される。
【００２６】
ガラス基板１１がメタルマスク１２に対して正しい位置に調整されたら、蒸着源１５により、ＥＬ素子の蒸着が行われる。メタルマスク１２には、ディスプレイの画像パターンに対応する開口１３が設けられているため、開口１３と同じパターンの有機ＥＬ膜パターンがガラス基板１１に転写される。
【００２７】
上述のように、本発明の第１の実施形態においては、光学装置２０に、同軸落射照明装置２２と斜照明装置２３とが設けられ、同軸落射照明と斜照明との２つの照明を用いて、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせが行われる。このような２つの照明を用いると、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７からの反射光を、それぞれ、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、ガラス基板１１とメタルマスク１２との相対位置を高精度に検出することができる。また、これにより、表面の粗さの大きい安価なメタルマスク１２でも、ガラス基板１１とメタルマスク１２の位置を正しく位置合わせすることができる。このことについて、以下に説明する。
【００２８】
図４（Ａ）は同軸落射照明により基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを検出したときの画像を模式的に示し、図４（Ｂ）は、同軸落射照明に加えて、さらに斜照明を点灯させたときの画像を模式的に示したものである。
【００２９】
前述したように、ガラス基板１１の基板側アライメントマーク１６はほぼ鏡面状の反射体であるため、同軸落射照明装置２２からの同軸落射照明は、基板側アライメントマーク１６で正反射してレンズ２５に戻る。したがって、同軸落射照明を照射して基板側アライメントマーク１６を撮像すると、図４（Ａ）に示すように、基板側アライメントマーク１６は、画像内で白色のパターンＰ１として認識される。一方、斜照明装置２３からの斜照明は、反射角が生じるため、基板側アライメントマーク１６で反射しても、レンズ２５に入射しない。このため、斜照明の有無は、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１の明るさに殆ど影響を与えない。よって、同軸落射照明に加えて、さらに、斜照明を点灯させても、図４（Ｂ）に示すように、パターンＰ１の明るさは殆ど変わらない。しかしながら、斜照明を点灯させると、全体の明るさＬ１が増加する。したがって、図４（Ｂ）に示すように、斜照明を点灯させると、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１のコントラストは、全体の明るさＬ１が増加した分だけ低下する。
【００３０】
これに対して、マスク側アライメントマーク１７の場合、マスク側アライメントマーク１７は貫通穴であるため、マスク側アライメントマーク１７では照明は反射せず、マスク側アライメントマーク１７の周囲のメタルマスク１２の表面で反射した光がレンズ２５に到達する。このため、図４（Ａ）に示すように、マスク側アライメントマーク１７は画像内で周囲と比べて黒いバターンＰ２となる。メタルマスク１２の場合、メタルマスク１２の表面が鏡面状でないため、同軸落射照明装置２２からの同軸落射照明は散乱され、レンズ２５に到達する光量は少ない。したがって、同軸落射照明だけでは、図４（Ａ）に示すように、マスク表面の画像は比較的暗く、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２のコントラストは小さい。ここで、同軸落射照明に加えて、さらに、斜照明を点灯させると、図４（Ｂ）に示すように、マスク表面の反射光量が増加して全体の明るさＬ１が大きくなり、その分だけ、コントラストが増大する。
【００３１】
以下の表は、以上の関係を表で示したものである。
【００３２】
【表１】
【００３３】
この表から分かるように、基板側アライメントマーク１６の画像のパターンＰ１については、斜照明を消灯しているときにはコントラストが大きく、斜照明を点灯すると、コントラストが小さくなる。このことから、基板側アライメントマーク１６の画像のパターンＰ１を検出する場合には、斜照明を消灯した方が位置検出精度が上がる。
【００３４】
これに対して、マスク側アライメントマーク１７の画像のパターンＰ２は、斜照明を消灯しているときにはコントラストが小さく、斜照明を点灯すると、コントラストが大きくなる。このことから、マスク側アライメントマーク１７の画像のパターンＰ２を検出する場合には、斜照明を点灯した方が位置検出精度が上がる。
【００３５】
図５は、本発明の第１の実施形態におけるガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際のフローチャートである。この実施形態では、斜照明装置２３からの斜照明が消灯するタイミングで、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１を撮像し、斜照明が点灯するタイミングで、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２を撮像することで、精度の高い位置検出を行えるようにしている。なお、位置合わせを行う際には、同軸落射照明装置２２及び斜照明装置２３のハロゲン光源２６及び２９は常に点灯させておくものとし、シャッタ３２を開閉させることで、斜照明の点灯、消灯を制御するものとする。
【００３６】
図５において、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際には、まず、画像処理制御装置４０は、シャッタ３２を閉じて、斜照明を消灯させる（ステップＳ１）。図４（Ａ）に示したように、斜照明を消灯しているときには、基板側アライメントマーク１６の画像のパターンＰ１を大きいコントラストで検出することができる。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ２）、ＣＣＤカメラ２４の画像のパターンＰ１から、基板側アライメントマーク１６の位置を検出する（ステップＳ３）。
【００３７】
ステップＳ３で、基板側アライメントマーク１６の位置が検出されたら、次に、画像処理制御装置４０は、シャッタ３２を開き、斜照明を点灯させる（ステップＳ４）。図４（Ｂ）に示したように、斜照明を点灯しているときには、マスク側アライメントマーク１７の画像のパターンＰ２を大きいコントラストで検出することができる。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ５）、ＣＣＤカメラ２４の画像のパターンＰ２から、マスク側アライメントマーク１７の位置を検出する（ステップＳ６）。
【００３８】
画像処理制御装置４０は、マスク側アライメントマーク１７の位置が検出されたら、ステップＳ３で検出された基板側アライメントマーク１６の位置と、ステップＳ６で検出されたマスク側アライメントマーク１７の位置とから、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量を算出し（ステップＳ７）、位置ずれ量が許容範囲内かどうかを判定する（ステップＳ８）。
【００３９】
位置ずれ量が許容範囲内でない場合には、画像処理制御装置４０は、位置ずれ量から補正移動量を演算し、アクチュエータ制御装置４１に補正移動量を送信する（ステップＳ９）。アクチュエータ制御装置４１は、受信した移動量に基づいて、基板移動機構４２を移動させ（ステップＳ１０）、ステップＳ１にリターンする。
【００４０】
ステップＳ１〜ステップＳ１０を繰り返すことで、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量は許容範囲内に近づいていく。そして、ステップＳ８で、位置ずれ量が許容範囲内と判定されたら、それで処理は終了となる。
【００４１】
以上のように、本発明の実施形態では、斜照明が消灯した状態で、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１を撮像し、斜照明が点灯した状態で、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２を撮像することで、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７からの反射光を、それぞれ、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、ガラス基板１１とメタルマスク１２との相対位置を高精度に検出できる。
【００４２】
なお、同軸落射照明だけでは、光が散乱されて貫通穴のマスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２のコントラストが低下するという問題は、メタルマスク１２の表面粗さに依存する。メタルマスク１２の材質として一般的な鉄系合金の場合、平均表面粗さＲａが０．２μｍ以上のときに、斜照明を用いることによるコントラストの向上の効果が顕著であることが実験的に確認されている。また、この問題はメタルマスク１２とレンズの間隔（動作距離）が長いほど顕著になるため、本発明の実施形態では、有機ＥＬ蒸着装置のように両者が真空容器の内と外に配置されて１００ｍｍ以上の動作距離が必要な場合に特に有効である。
【００４３】
また、本発明の適用対象である位置合わせ装置では、アライメントマークの位置検出用画像を撮像する前にオートフォーカスによる焦点調節を行う場合もある（例えば特開２００４−２６４４０４号等に記載されている）。このような装置では、画像の微分信号やコントラスト値に基づいて焦点調節を行っている。本発明の実施形態では、画像のコントラストが大きくなることから、アライメントマークの位置検出精度の向上が図るばかりでなく、オートフォーカスの精度、信頼性の向上を図ることもできる。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
上述の第１の実施形態では、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７の位置をそれぞれ別のタイミングで撮像した画像から検出している。そのため、撮像回数の増加や、斜照明の点灯、消灯の切り替え時間により、位置合わせ動作全体の動作時間が長くなる。また、撮像装置２１などが振動して撮像画像が揺らいでいると、別々のタイミングで撮像した画像から算出される基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７の相対位置に誤差が生じ、結果として位置合わせ精度が低下する可能性がある。
【００４５】
この第２の実施形態は、上述の問題を解決したものである。なお、装置の構成は、第１の実施形態と同一であるので、以下では異なる部分のみ説明する。
【００４６】
図１において、ガラス基板１１とメタルマスク１２のアライメントでは、通常、ガラス基板１１が光学装置２０に近い側に配置されるため、基板側アライメントマーク１６がマスク側アライメントマーク１７を隠蔽してしまわないように、基板側アライメントマーク１６の径をマスク側アライメントマーク１７の径より小さく設定し、且つ、基板側アライメントマーク１６がマスク側アライメントマーク１７の上に重なる位置を位置合わせの目標値に設定することが多い。基板側アライメントマーク１６がマスク側アライメントマーク１７の上に重なっている状態で同軸照明と斜照明を両方とも点灯して撮影した画像は、図６に示すように、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７の双方が共に周囲に比べてコントラストが高い。したがって、このような画像であれば、一つの画像から基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７を精度良く位置検出できる。
【００４７】
最初の位置検出では、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とのそれぞれの位置関係がわからないため、斜照明の点灯、消灯を切り替えて、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを別々に検出する処理を必要があるが、２回目以降では、少なくとも一度補正移動を行った後なので、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とは重なる位置にあると予想できる。
【００４８】
そこで、この第２の実施形態では、最初の位置検出では、斜照明の点灯、消灯を切り替えて、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを別々に検出する処理を行い、２回目以降の位置検出では、斜照明を点灯したまま、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを同時に検出するようにしている。これにより、高速、高精度化が実現できる。
【００４９】
図７は、本発明の第２の実施形態のフローチャートを示すものである。図７において、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際には、まず、画像処理制御装置４０は、シャッタ３２を閉じて、斜照明を消灯させる（ステップＳ１０１）。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ１０２）、ＣＣＤカメラ２４の画像から、基板側アライメントマーク１６の位置を検出する（ステップＳ１０３）。
【００５０】
ステップＳ１０３で、基板側アライメントマーク１６の位置が検出されたら、次に、画像処理制御装置４０は、シャッタ３２を開き、斜照明を点灯させる（ステップＳ１０４）。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ１０５）、ＣＣＤカメラ２４の画像から、マスク側アライメントマーク１７の位置を検出する（ステップＳ１０６）。
【００５１】
画像処理制御装置４０は、マスク側アライメントマーク１７の位置が検出されたら、ステップＳ１０３で検出された基板側アライメントマーク１６の位置と、ステップＳ１０６で検出されたマスク側アライメントマーク１７の位置とから、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量を算出し（ステップＳ１０７）、位置ずれ量が許容範囲内かどうかを判定する（ステップＳ１０８）。
【００５２】
位置ずれ量が許容範囲内でない場合には、画像処理制御装置４０は、位置ずれ量から補正移動量を演算し、アクチュエータ制御装置４１に補正移動量を送信する（ステップＳ１０９）。アクチュエータ制御装置４１は、受信した移動量に基づいて、基板移動機構４２を移動させる（ステップＳ１１０）。
【００５３】
ステップＳ１０１〜Ｓ１１０の処理により、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とは重なる位置になる。このため、斜照明を点灯したまま、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを、高いコントラストで同時に検出できる。
【００５４】
ステップＳ１０１〜Ｓ１１０の処理を終了したら、画像処理制御装置４０は、斜照明を点灯させたまま、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ１１１）、ＣＣＤカメラ２４の画像から、基板側アライメントマーク１６の位置と、マスク側アライメントマーク１７の位置との双方を検出する（ステップＳ１１２）。そして、基板側アライメントマーク１６の位置と、マスク側アライメントマーク１７の位置とが検出されたら、基板側アライメントマーク１６の位置と、マスク側アライメントマーク１７の位置とから、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量が演算する処理を行い（ステップＳ１１３）、ステップＳ１０８にリターンする。
【００５５】
ステップＳ１０８〜ステップＳ１１３を繰り返すことで、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量は許容範囲内に近づいていく。そして、ステップＳ１０８で、位置ずれ量が許容範囲内であると判定されたら、それで処理は終了となる。
【００５６】
＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな変形や応用が可能である。
【００５７】
例えば、上述の実施形態では、同軸落射照明装置２２と斜照明装置２３にハロゲン光源２６、２９を用いたが、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等他の光源を用いても良い。また、その場合、斜照明装置２３の点灯、消灯の切り替えは、シャッタ３２の代わりに、ＬＥＤ駆動電流のオン・オフで行うのが望ましい。これにより、斜照明を消灯すると基板側アライメントマーク１６の位置検出精度がよくなり、点灯するとマスク側アライメントマーク１７の位置検出精度がよくなることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置を組み込んだ有機ＥＬディスプレイ用蒸着装置の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置における光源の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置におけるアライメントマークの撮像画面の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において、斜照明を消灯、点灯したときのアライメントマークの撮像画面の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置の動作説明に用いるフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態のマスクアライメント装置におけるアライメントマークの撮像画面の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のマスクアライメント装置の動作説明に用いるフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１０：真空容器
１１：ガラス基板
１２：メタルマスク
１３：開口
１５：蒸着源
１６：基板側アライメントマーク
１７：マスク側アライメントマーク
１８：窓
２０：光学装置
２１：撮像装置
２２：同軸落射照明装置
２３：斜照明装置
２４：ＣＣＤカメラ
２５：レンズ
２６：ハロゲン光源
２７：ライトガイド
２８：ハーフミラー
２９：ハロゲン光源
３０：ライトガイド
３１：リング照明ヘッド
３２：シャッタ
４０：画像処理制御装置
４１：アクチュエータ制御装置
４２：基板移動機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイを製造するためにガラス基板とメタルマスクを位置合わせするためのマスクアライメント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬディスプレイ製造装置では、特許文献１〜特許文献３に示されるように、ガラス基板とメタルマスクを精密に位置合わせして、真空蒸着により有機ＥＬ材料を所望のパターンで製膜する必要がある。このため、ガラス基板とメタルマスクにアライメントマークが形成され、このガラス基板とメタルマスクに設けられたアライメントマーク位置がＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラで撮像される。ガラス基板のアライメントマークはクロム等の金属薄膜で形成され、メタルマスクのアライメントマークとしては貫通穴で形成されるのが一般的である。
【０００３】
このアライメントマークを撮影する光学系は、ガラス基板のアライメントマークが表面が平滑な鏡面状の反射体であることから、ＣＣＤカメラの光軸と、照明光の照射方向を同軸に配置する同軸落射照明方式が用いられる。
【０００４】
メタルマスクの表面粗さは材質、製法などに依存してさまざまなバリエーションがある。特に表面粗さの大きいメタルマスクの場合は、同軸落射照明で撮影しようとすると、照明光がマスク表面の凹凸で散乱されるため、メタルマスク表面と貫通穴（マスク側アライメントマーク）の明暗コントラストが小さくなり、高精度な位置認識が困難となる。
【０００５】
それに対して、メタルマスクと貫通穴の明暗コントラストを改善するために、同軸落射照明に加えて、ＣＣＤカメラ光軸に対して斜め方向から照射するためのリング状照明を補助的に用いることもある。
【特許文献１】特開２００６−１２５９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６４４０４号公報
【特許文献３】特開２００４−３０３５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この方式では明暗コントラストは改善するが、メタルマスク表面の平均明度がガラス基板のアライメントマークの明度に近づき、また、メタルマスク表面の凹凸によって生じる明度のむらが重なることによって、ガラス基板のアライメントマークの認識が困難になるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上述の課題を鑑み、ガラス基板とメタルマスクとの相対位置を高精度に検出することができるようにしたマスクアライメント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明は、ガラス基板に形成された基板側アライメントマークとマスクに形成されたマスク側アライメントマークを撮像し、前記基板側アライメントマークと前記マスク側アライメントマークの撮像画像から前記ガラス基板と前記マスクの相対位置関係を算出し、前記算出された相対位置関係に基づいて前記ガラス基板と前記マスクを位置合わせするマスクアライメント装置において、前記基板側アライメントマークと前記マスク側アライメントマークとを撮像する撮像手段と、前記撮像手段の光軸と同軸方向に照明光を照射する同軸落射照明手段と、前記撮像手段の光軸に対して斜め方向から照明光を照射する斜照明手段と、前記斜照明手段の点灯、消灯を制御する斜照明制御手段と、前記撮像手段により撮像された画像を用いて、前記マスク側アライメントマークの位置と前記基板側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出する制御手段と、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う基板移動手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
かかる発明によれば、同軸落射照明と斜照明との２つの照明を用いて、ガラス基板とメタルマスクとの位置合わせが行われる。このような２つの照明を用いると、基板側アライメントマーク及びマスク側アライメントマークからの反射光を、それぞれ、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、基板側アライメントマークとマスク側アライメントマークとの相対位置を高精度に検出することができる。
【００１０】
上記発明において、制御手段は、前記制御手段は、前記斜照明が消灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマークの位置を検出する第１のマーク検出手段と、前記斜照明が点灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記マスク側アライメントマークの位置を検出する第２のマーク検出手段と、前記第１のマーク検出手段で検出された基板側アライメントマークの位置と、前記第２のマーク検出手段で検出されたマスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第１の位置合わせ処理手段と、を含むようにしたことを特徴とする。
【００１１】
かかる発明によれば、斜照明が消灯するタイミングで、基板側アライメントマークのパターンを撮像し、斜照明が点灯するタイミングで、マスク側アライメントマークのパターンを撮像することで、基板側アライメントマーク及びマスク側アライメントマークからの反射光を、それぞれ、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、ガラス基板とメタルマスクとの相対位置をより高精度に検出できる。
【００１２】
上記発明において、前記制御手段は、前記斜照明が点灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマーク及び前記マスク側アライメントマークの双方の位置を検出する第３のマーク検出手段と、前記第３のマーク検出手段で検出された基板側アライメントマーク及びマスク側アライメントマークの検出位置に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第２の位置合わせ処理手段とを含み、前記第１の位置合わせ処理手段による位置合わせを行った後に、前記第２の位置合わせ処理手段による位置合わせを行うようにしたことを特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、最初の位置検出では、斜照明の点灯、消灯を切り替えて、基板側アライメントマークとマスク側アライメントマークとを別々に検出する処理を行い、２回目以降の位置検出では、斜照明を点灯したまま、基板側アライメントマークとマスク側アライメントマーク処理とを同時に検出することで、処理の高速化が実現できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、斜照明が消灯するタイミングで、基板側アライメントマークのパターンを撮像し、斜照明が点灯するタイミングで、マスク側アライメントマークのパターンを撮像することで、基板側アライメントマーク及びマスク側アライメントマークからの反射光を、それぞれ、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、ガラス基板とメタルマスクとの相対位置を高精度に検出することができる。また、表面の粗さの大きい安価なメタルマスクでも、ガラス基板とメタルマスクの位置を正しく位置合わせすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明のマスクアライメント装置を組み込んだ有機ＥＬディスプレイ用蒸着装置の構成を示すものである。図１において、真空容器１０内には、ガラス基板１１とメタルマスク１２とが積層されて配置される。メタルマスク１２には、ディスプレイの画素パターンに対応する複数の開口１３が形成されている。メタルマスク１２は、図示していない保持機構により、真空容器１０内に固定されている。一方、ガラス基板１１は、基板移動機構４２により、メタルマスク１２に対して移動自在とされている。真空容器１０内には、ガラス基板１１に有機ＥＬ材料を製膜するための蒸着源１５が設けられる。
【００１６】
ガラス基板１１の所定の位置には、基板側アライメントマーク１６が形成されている。基板側アライメントマーク１６は、例えばクロム等の金属薄膜からなるほぼ鏡面の反射素材である。メタルマスク１２の所定の位置には、マスク側アライメントマーク１７が形成されている。マスク側アライメントマーク１７は、貫通穴である。基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７は互いに対応した位置に形成されている。
【００１７】
真空容器１０の上面には、窓１８が形成されている。窓１８は、真空容器１０内にガラス基板１１とメタルマスク１２とを配置したときに、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７に照射光を照射できる位置に形成されている。
【００１８】
真空容器１０の外部の上側には、この窓１８に対応する位置に、光学装置２０が配設される。光学装置２０は、撮像装置２１と、同軸落射照明装置２２と、斜照明装置２３とを含んでいる。
【００１９】
同軸落射照明装置２２は、撮像装置２１の光軸と同軸方向に照射光を照射するものである。斜照明装置２３は、撮像装置２１の光軸に対して斜め方向から照射光を照射するものである。撮像装置２１は、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７からの反射光を撮像するものである。
【００２０】
図２は、本発明の第１実施形態における光学装置２０の構成を説明するものである。図２において、撮像装置２１は、ＣＣＤカメラ２４とレンズ２５とから構成される。この撮像装置２１は、ガラス基板１１及びメタルマスク１２をほぼ垂直上方から撮影する。レンズ２５には同軸落射照明装置２２と斜照明装置２３が取り付けられている。
【００２１】
同軸落射照明装置２２は、ハロゲン光源２６とライトガイド２７からなり、ハロゲン光源２６からライトガイド２７を介して出射された照明光は、レンズ２５内のハーフミラー２８で折り曲げられ、レンズ光軸と同軸にガラス基板１１とメタルマスク１２に照射される。
【００２２】
一方、斜照明装置２３は、ハロゲン光源２９、ライトガイド３０、リング照明ヘッド３１からなり、レンズ光軸に対して斜め方向から照明光を照射する。また、斜照明装置２３にはシャッタ３２が設けられており、シャッタ３２を開閉することにより斜照明の点灯、消灯を高速に切り替えることができる。なお、シャッタ３２の開閉は、画像処理制御装置４０（図１に示す）からの制御信号によって切り替えられる。
【００２３】
また、図１に示すように、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際には、光学装置２０の同軸落射照明装置２２及び斜照明装置２３から同軸落射照明及び斜照明が出射される。照明として同軸落射照明と斜照明との２つの照明が用いられる理由やその開閉タイミングについては、後に説明する。この照明光は、窓１８を介して、ガラス基板１１及びメタルマスク１２の基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７に向けて照射される。そして、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７からの反射光は、撮像装置２１を構成するＣＣＤカメラ２４で撮像される。
【００２４】
図３は、ＣＣＤカメラ２４の撮像画面を示すものであり、図３（Ａ）はガラス基板１１とメタルマスク１２との位置がずれているときの画像を示し、図３（Ｂ）はガラス基板１１とメタルマスク１２との位置が合致しているときの画像を示している。基板側アライメントマーク１６は、クロム等からなりほぼ鏡面状の反射体である。このため、ＣＣＤカメラ２４で基板側アライメントマーク１６を撮像すると、基板側アライメントマーク１６は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、画像内で白色のパターンＰ１として認識される。これに対して、マスク側アライメントマーク１７は貫通穴である。このため、マスク側アライメントマーク１７では照明光は反射せず、マスク側アライメントマーク１７の周囲のメタルマスク１２の表面で反射した光が検出される。このため、マスク側アライメントマーク１７は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、画像内で周囲と比べて黒いバターンＰ２となる。
【００２５】
このＣＣＤカメラ２４からの画像に対して、画像処理制御装置４０で正規化相関パターンマッチングなどの画像認識処理が行われ、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７との相対位置が検出され、基板移動機構４２の移動量が算出される。この移動量に基づいて、アクチュエータ制御装置４１により、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１と、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２とが一致するように、基板移動機構４２を介してガラス基板１１が移動される。
【００２６】
ガラス基板１１がメタルマスク１２に対して正しい位置に調整されたら、蒸着源１５により、ＥＬ素子の蒸着が行われる。メタルマスク１２には、ディスプレイの画像パターンに対応する開口１３が設けられているため、開口１３と同じパターンの有機ＥＬ膜パターンがガラス基板１１に転写される。
【００２７】
上述のように、本発明の第１の実施形態においては、光学装置２０に、同軸落射照明装置２２と斜照明装置２３とが設けられ、同軸落射照明と斜照明との２つの照明を用いて、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせが行われる。このような２つの照明を用いると、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７からの反射光を、それぞれ、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、ガラス基板１１とメタルマスク１２との相対位置を高精度に検出することができる。また、これにより、表面の粗さの大きい安価なメタルマスク１２でも、ガラス基板１１とメタルマスク１２の位置を正しく位置合わせすることができる。このことについて、以下に説明する。
【００２８】
図４（Ａ）は同軸落射照明により基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを検出したときの画像を模式的に示し、図４（Ｂ）は、同軸落射照明に加えて、さらに斜照明を点灯させたときの画像を模式的に示したものである。
【００２９】
前述したように、ガラス基板１１の基板側アライメントマーク１６はほぼ鏡面状の反射体であるため、同軸落射照明装置２２からの同軸落射照明は、基板側アライメントマーク１６で正反射してレンズ２５に戻る。したがって、同軸落射照明を照射して基板側アライメントマーク１６を撮像すると、図４（Ａ）に示すように、基板側アライメントマーク１６は、画像内で白色のパターンＰ１として認識される。一方、斜照明装置２３からの斜照明は、反射角が生じるため、基板側アライメントマーク１６で反射しても、レンズ２５に入射しない。このため、斜照明の有無は、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１の明るさに殆ど影響を与えない。よって、同軸落射照明に加えて、さらに、斜照明を点灯させても、図４（Ｂ）に示すように、パターンＰ１の明るさは殆ど変わらない。しかしながら、斜照明を点灯させると、全体の明るさＬ１が増加する。したがって、図４（Ｂ）に示すように、斜照明を点灯させると、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１のコントラストは、全体の明るさＬ１が増加した分だけ低下する。
【００３０】
これに対して、マスク側アライメントマーク１７の場合、マスク側アライメントマーク１７は貫通穴であるため、マスク側アライメントマーク１７では照明は反射せず、マスク側アライメントマーク１７の周囲のメタルマスク１２の表面で反射した光がレンズ２５に到達する。このため、図４（Ａ）に示すように、マスク側アライメントマーク１７は画像内で周囲と比べて黒いバターンＰ２となる。メタルマスク１２の場合、メタルマスク１２の表面が鏡面状でないため、同軸落射照明装置２２からの同軸落射照明は散乱され、レンズ２５に到達する光量は少ない。したがって、同軸落射照明だけでは、図４（Ａ）に示すように、マスク表面の画像は比較的暗く、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２のコントラストは小さい。ここで、同軸落射照明に加えて、さらに、斜照明を点灯させると、図４（Ｂ）に示すように、マスク表面の反射光量が増加して全体の明るさＬ１が大きくなり、その分だけ、コントラストが増大する。
【００３１】
以下の表は、以上の関係を表で示したものである。
【００３２】
【表１】
【００３３】
この表から分かるように、基板側アライメントマーク１６の画像のパターンＰ１については、斜照明を消灯しているときにはコントラストが大きく、斜照明を点灯すると、コントラストが小さくなる。このことから、基板側アライメントマーク１６の画像のパターンＰ１を検出する場合には、斜照明を消灯した方が位置検出精度が上がる。
【００３４】
これに対して、マスク側アライメントマーク１７の画像のパターンＰ２は、斜照明を消灯しているときにはコントラストが小さく、斜照明を点灯すると、コントラストが大きくなる。このことから、マスク側アライメントマーク１７の画像のパターンＰ２を検出する場合には、斜照明を点灯した方が位置検出精度が上がる。
【００３５】
図５は、本発明の第１の実施形態におけるガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際のフローチャートである。この実施形態では、斜照明装置２３からの斜照明が消灯するタイミングで、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１を撮像し、斜照明が点灯するタイミングで、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２を撮像することで、精度の高い位置検出を行えるようにしている。なお、位置合わせを行う際には、同軸落射照明装置２２及び斜照明装置２３のハロゲン光源２６及び２９は常に点灯させておくものとし、シャッタ３２を開閉させることで、斜照明の点灯、消灯を制御するものとする。
【００３６】
図５において、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際には、まず、画像処理制御装置４０は、シャッタ３２を閉じて、斜照明を消灯させる（ステップＳ１）。図４（Ａ）に示したように、斜照明を消灯しているときには、基板側アライメントマーク１６の画像のパターンＰ１を大きいコントラストで検出することができる。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ２）、ＣＣＤカメラ２４の画像のパターンＰ１から、基板側アライメントマーク１６の位置を検出する（ステップＳ３）。
【００３７】
ステップＳ３で、基板側アライメントマーク１６の位置が検出されたら、次に、画像処理制御装置４０は、シャッタ３２を開き、斜照明を点灯させる（ステップＳ４）。図４（Ｂ）に示したように、斜照明を点灯しているときには、マスク側アライメントマーク１７の画像のパターンＰ２を大きいコントラストで検出することができる。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ５）、ＣＣＤカメラ２４の画像のパターンＰ２から、マスク側アライメントマーク１７の位置を検出する（ステップＳ６）。
【００３８】
画像処理制御装置４０は、マスク側アライメントマーク１７の位置が検出されたら、ステップＳ３で検出された基板側アライメントマーク１６の位置と、ステップＳ６で検出されたマスク側アライメントマーク１７の位置とから、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量を算出し（ステップＳ７）、位置ずれ量が許容範囲内かどうかを判定する（ステップＳ８）。
【００３９】
位置ずれ量が許容範囲内でない場合には、画像処理制御装置４０は、位置ずれ量から補正移動量を演算し、アクチュエータ制御装置４１に補正移動量を送信する（ステップＳ９）。アクチュエータ制御装置４１は、受信した移動量に基づいて、基板移動機構４２を移動させ（ステップＳ１０）、ステップＳ１にリターンする。
【００４０】
ステップＳ１〜ステップＳ１０を繰り返すことで、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量は許容範囲内に近づいていく。そして、ステップＳ８で、位置ずれ量が許容範囲内と判定されたら、それで処理は終了となる。
【００４１】
以上のように、本発明の実施形態では、斜照明が消灯した状態で、基板側アライメントマーク１６のパターンＰ１を撮像し、斜照明が点灯した状態で、マスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２を撮像することで、基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７からの反射光を、それぞれ、より大きいコントラストの画像で撮像することができ、ガラス基板１１とメタルマスク１２との相対位置を高精度に検出できる。
【００４２】
なお、同軸落射照明だけでは、光が散乱されて貫通穴のマスク側アライメントマーク１７のパターンＰ２のコントラストが低下するという問題は、メタルマスク１２の表面粗さに依存する。メタルマスク１２の材質として一般的な鉄系合金の場合、平均表面粗さＲａが０．２μｍ以上のときに、斜照明を用いることによるコントラストの向上の効果が顕著であることが実験的に確認されている。また、この問題はメタルマスク１２とレンズの間隔（動作距離）が長いほど顕著になるため、本発明の実施形態では、有機ＥＬ蒸着装置のように両者が真空容器の内と外に配置されて１００ｍｍ以上の動作距離が必要な場合に特に有効である。
【００４３】
また、本発明の適用対象である位置合わせ装置では、アライメントマークの位置検出用画像を撮像する前にオートフォーカスによる焦点調節を行う場合もある（例えば特開２００４−２６４４０４号等に記載されている）。このような装置では、画像の微分信号やコントラスト値に基づいて焦点調節を行っている。本発明の実施形態では、画像のコントラストが大きくなることから、アライメントマークの位置検出精度の向上が図るばかりでなく、オートフォーカスの精度、信頼性の向上を図ることもできる。
【００４４】
＜第２の実施形態＞
上述の第１の実施形態では、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７の位置をそれぞれ別のタイミングで撮像した画像から検出している。そのため、撮像回数の増加や、斜照明の点灯、消灯の切り替え時間により、位置合わせ動作全体の動作時間が長くなる。また、撮像装置２１などが振動して撮像画像が揺らいでいると、別々のタイミングで撮像した画像から算出される基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７の相対位置に誤差が生じ、結果として位置合わせ精度が低下する可能性がある。
【００４５】
この第２の実施形態は、上述の問題を解決したものである。なお、装置の構成は、第１の実施形態と同一であるので、以下では異なる部分のみ説明する。
【００４６】
図１において、ガラス基板１１とメタルマスク１２のアライメントでは、通常、ガラス基板１１が光学装置２０に近い側に配置されるため、基板側アライメントマーク１６がマスク側アライメントマーク１７を隠蔽してしまわないように、基板側アライメントマーク１６の径をマスク側アライメントマーク１７の径より小さく設定し、且つ、基板側アライメントマーク１６がマスク側アライメントマーク１７の上に重なる位置を位置合わせの目標値に設定することが多い。基板側アライメントマーク１６がマスク側アライメントマーク１７の上に重なっている状態で同軸照明と斜照明を両方とも点灯して撮影した画像は、図６に示すように、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７の双方が共に周囲に比べてコントラストが高い。したがって、このような画像であれば、一つの画像から基板側アライメントマーク１６及びマスク側アライメントマーク１７を精度良く位置検出できる。
【００４７】
最初の位置検出では、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とのそれぞれの位置関係がわからないため、斜照明の点灯、消灯を切り替えて、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを別々に検出する処理を必要があるが、２回目以降では、少なくとも一度補正移動を行った後なので、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とは重なる位置にあると予想できる。
【００４８】
そこで、この第２の実施形態では、最初の位置検出では、斜照明の点灯、消灯を切り替えて、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを別々に検出する処理を行い、２回目以降の位置検出では、斜照明を点灯したまま、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを同時に検出するようにしている。これにより、高速、高精度化が実現できる。
【００４９】
図７は、本発明の第２の実施形態のフローチャートを示すものである。図７において、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置合わせを行う際には、まず、画像処理制御装置４０は、シャッタ３２を閉じて、斜照明を消灯させる（ステップＳ１０１）。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ１０２）、ＣＣＤカメラ２４の画像から、基板側アライメントマーク１６の位置を検出する（ステップＳ１０３）。
【００５０】
ステップＳ１０３で、基板側アライメントマーク１６の位置が検出されたら、次に、画像処理制御装置４０は、シャッタ３２を開き、斜照明を点灯させる（ステップＳ１０４）。そして、画像処理制御装置４０は、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ１０５）、ＣＣＤカメラ２４の画像から、マスク側アライメントマーク１７の位置を検出する（ステップＳ１０６）。
【００５１】
画像処理制御装置４０は、マスク側アライメントマーク１７の位置が検出されたら、ステップＳ１０３で検出された基板側アライメントマーク１６の位置と、ステップＳ１０６で検出されたマスク側アライメントマーク１７の位置とから、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量を算出し（ステップＳ１０７）、位置ずれ量が許容範囲内かどうかを判定する（ステップＳ１０８）。
【００５２】
位置ずれ量が許容範囲内でない場合には、画像処理制御装置４０は、位置ずれ量から補正移動量を演算し、アクチュエータ制御装置４１に補正移動量を送信する（ステップＳ１０９）。アクチュエータ制御装置４１は、受信した移動量に基づいて、基板移動機構４２を移動させる（ステップＳ１１０）。
【００５３】
ステップＳ１０１〜Ｓ１１０の処理により、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とは重なる位置になる。このため、斜照明を点灯したまま、基板側アライメントマーク１６とマスク側アライメントマーク１７とを、高いコントラストで同時に検出できる。
【００５４】
ステップＳ１０１〜Ｓ１１０の処理を終了したら、画像処理制御装置４０は、斜照明を点灯させたまま、ＣＣＤカメラ２４の画像を画像処理制御装置４０に入力し（ステップＳ１１１）、ＣＣＤカメラ２４の画像から、基板側アライメントマーク１６の位置と、マスク側アライメントマーク１７の位置との双方を検出する（ステップＳ１１２）。そして、基板側アライメントマーク１６の位置と、マスク側アライメントマーク１７の位置とが検出されたら、基板側アライメントマーク１６の位置と、マスク側アライメントマーク１７の位置とから、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量が演算する処理を行い（ステップＳ１１３）、ステップＳ１０８にリターンする。
【００５５】
ステップＳ１０８〜ステップＳ１１３を繰り返すことで、ガラス基板１１とメタルマスク１２との位置ずれ量は許容範囲内に近づいていく。そして、ステップＳ１０８で、位置ずれ量が許容範囲内であると判定されたら、それで処理は終了となる。
【００５６】
＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな変形や応用が可能である。
【００５７】
例えば、上述の実施形態では、同軸落射照明装置２２と斜照明装置２３にハロゲン光源２６、２９を用いたが、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等他の光源を用いても良い。また、その場合、斜照明装置２３の点灯、消灯の切り替えは、シャッタ３２の代わりに、ＬＥＤ駆動電流のオン・オフで行うのが望ましい。これにより、斜照明を消灯すると基板側アライメントマーク１６の位置検出精度がよくなり、点灯するとマスク側アライメントマーク１７の位置検出精度がよくなることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置を組み込んだ有機ＥＬディスプレイ用蒸着装置の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置における光源の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置におけるアライメントマークの撮像画面の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において、斜照明を消灯、点灯したときのアライメントマークの撮像画面の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のマスクアライメント装置の動作説明に用いるフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態のマスクアライメント装置におけるアライメントマークの撮像画面の説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のマスクアライメント装置の動作説明に用いるフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１０：真空容器
１１：ガラス基板
１２：メタルマスク
１３：開口
１５：蒸着源
１６：基板側アライメントマーク
１７：マスク側アライメントマーク
１８：窓
２０：光学装置
２１：撮像装置
２２：同軸落射照明装置
２３：斜照明装置
２４：ＣＣＤカメラ
２５：レンズ
２６：ハロゲン光源
２７：ライトガイド
２８：ハーフミラー
２９：ハロゲン光源
３０：ライトガイド
３１：リング照明ヘッド
３２：シャッタ
４０：画像処理制御装置
４１：アクチュエータ制御装置
４２：基板移動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板に形成された基板側アライメントマークとマスクに形成されたマスク側アライメントマークを撮像し、前記基板側アライメントマークと前記マスク側アライメントマークの撮像画像から前記ガラス基板と前記マスクの相対位置関係を算出し、前記算出された相対位置関係に基づいて前記ガラス基板と前記マスクを位置合わせするマスクアライメント装置において、
前記基板側アライメントマークと前記マスク側アライメントマークとを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の光軸と同軸方向に照明光を照射する同軸落射照明手段と、
前記撮像手段の光軸に対して斜め方向から照明光を照射する斜照明手段と、
前記斜照明手段の点灯、消灯を制御する斜照明制御手段と、
前記撮像手段により撮像された画像を用いて、前記マスク側アライメントマークの位置と前記基板側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出する制御手段と、
前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う基板移動手段と
を備えることを特徴とするマスクアライメント装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記斜照明が消灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマークの位置を検出する第１のマーク検出手段と、
前記斜照明が点灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記マスク側アライメントマークの位置を検出する第２のマーク検出手段と、
前記第１のマーク検出手段で検出された基板側アライメントマークの位置と、前記第２のマーク検出手段で検出されたマスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第１の位置合わせ処理手段と、
を含むようにしたことを特徴とする請求項１に記載のマスクアライメント装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記斜照明が点灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマーク及び前記マスク側アライメントマークの双方の位置を検出する第３のマーク検出手段と、
前記第３のマーク検出手段で検出された基板側アライメントマーク及びマスク側アライメントマークの検出位置に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第２の位置合わせ処理手段とを含み、
前記第１の位置合わせ処理手段による位置合わせを行った後に、前記第２の位置合わせ処理手段による位置合わせを行うようにしたことを特徴とする請求項２に記載のマスクアライメント装置。
【請求項１】
ガラス基板に形成された基板側アライメントマークとマスクに形成されたマスク側アライメントマークを撮像し、前記基板側アライメントマークと前記マスク側アライメントマークの撮像画像から前記ガラス基板と前記マスクの相対位置関係を算出し、前記算出された相対位置関係に基づいて前記ガラス基板と前記マスクを位置合わせするマスクアライメント装置において、
前記基板側アライメントマークと前記マスク側アライメントマークとを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の光軸と同軸方向に照明光を照射する同軸落射照明手段と、
前記撮像手段の光軸に対して斜め方向から照明光を照射する斜照明手段と、
前記斜照明手段の点灯、消灯を制御する斜照明制御手段と、
前記撮像手段により撮像された画像を用いて、前記マスク側アライメントマークの位置と前記基板側アライメントマークの位置を検出し、前記基板側アライメントマークの検出位置と前記マスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出する制御手段と、
前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う基板移動手段と
を備えることを特徴とするマスクアライメント装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記斜照明が消灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマークの位置を検出する第１のマーク検出手段と、
前記斜照明が点灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記マスク側アライメントマークの位置を検出する第２のマーク検出手段と、
前記第１のマーク検出手段で検出された基板側アライメントマークの位置と、前記第２のマーク検出手段で検出されたマスク側アライメントマークの検出位置とに基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第１の位置合わせ処理手段と、
を含むようにしたことを特徴とする請求項１に記載のマスクアライメント装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記斜照明が点灯した状態で前記撮像手段により撮像された画像から前記基板側アライメントマーク及び前記マスク側アライメントマークの双方の位置を検出する第３のマーク検出手段と、
前記第３のマーク検出手段で検出された基板側アライメントマーク及びマスク側アライメントマークの検出位置に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとのずれ量を算出し、前記算出されたずれ量に基づいて、前記ガラス基板と前記マスクとの位置合わせを行う第２の位置合わせ処理手段とを含み、
前記第１の位置合わせ処理手段による位置合わせを行った後に、前記第２の位置合わせ処理手段による位置合わせを行うようにしたことを特徴とする請求項２に記載のマスクアライメント装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２９３８４１（Ｐ２００８−２９３８４１Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３９１９８（Ｐ２００７−１３９１９８）
【出願日】平成１９年５月２５日（２００７．５．２５）
【出願人】（０００００２０５９）神鋼電機株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２５日（２００７．５．２５）
【出願人】（０００００２０５９）神鋼電機株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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