(57)【要約】【課題】一対の被位置合せ体の合焦点位置を、双方共に明確に検出することができる焦点調節方法及び焦点調節装置を提供する。【解決手段】ガラス基板４に第１位置合せ用マーク６を、かつ、メタルマスク５に第１位置合せ用マーク６と対をなす第２位置合せ用マーク７を設定し、撮像手段１によって撮像された各位置合せ用マーク６，７を含む画像を処理することで、ガラス基板４とメタルマスク５とを精度良く位置合せするに先立って、ガラス基板４とメタルマスク５夫々の焦点を合せる焦点調節方法において、ガラス基板４の位置合せ用マーク６に近接させて補助マーク１６を設置し、撮像手段１との距離を遠近調節しながら撮像手段１を作動させて、その映像信号の微分成分が極大値を取るときを焦点位置とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに所定の間隔を隔てて対向配置される一対の被位置合せ体の一方に第１位置合せ用印を設定し、かつ、他方に前記第１位置合せ用印と対をなす第２位置合せ用印を設定し、撮像手段によって撮像された前記両位置合せ用印を含む画像における前記両印の正規の位置からのずれ量が予め設定された範囲内となるように、前記両被位置合せ体の相対位置を調節する位置合せに先立って、前記一対の被位置合せ体夫々の焦点を合せる焦点調節方法であって、
前記両被位置合せ体の一方又は双方に、その位置合せ用印に近接させて補助印を設置し、前記撮像手段の前記被位置合せ体との間隔を遠近調節しながら前記撮像手段を作動させて、前記撮像手段による映像信号の微分成分が極大値を取るときを焦点位置とする焦点調節方法。
【請求項２】
前記補助印が一方の被位置合せ体にのみ設置されている場合において、前記補助印と、これが設定されていない被位置合せ体の位置合せ用印とが重なって撮像されないように、これら補助印と位置合せ用印とを位置ずれさせてある請求項１に記載の焦点調節方法。
【請求項３】
前記一対の被位置合せ体の一方がガラス基板で、かつ、他方がメタルマスクであるとともに、前記第１位置合せ用印が前記ガラス基板の表面に設けられた反射膜で、かつ、前記第２位置合せ用印が前記反射膜より大きい状態で前記メタルマスクに形成された貫通孔である請求項１又は２に記載の焦点調節方法。
【請求項４】
互いに所定の間隔を隔てて対向配置される一対の被位置合せ体のうちの一方の被位置合せ体に設定された第１位置合せ用印、並びにこれの近傍に設けられた補助印、及び他方の被位置合せ体に設定された第２位置合せ用印を撮像自在な撮像手段と、この撮像手段によって撮像された前記位置合せ用印を含む部分の撮像信号の微分成分を抽出する手段と、その撮像信号の微分成分が極大値を取る焦点位置を検出する手段とを設けて成る焦点調節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の被位置合せ体を精度良く位置合せさせるために必要な焦点調節方法及び焦点調節装置に係り、詳しくは、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの製造において必要となるガラス基板の位置合せ時に行われる焦点調節方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬディスプレイ製造装置において、ガラス基板への有機ＥＬ材料の製膜とパターニングを行う製膜装置では、図１に示すように、所望のパターンの開口８を設けたメタルマスク５をガラス基板４の下に配置し、その下方から材料を蒸発させて開口に合せたパターンをガラス基板４上に堆積させる。従って、蒸着工程に先立ってガラス基板４とメタルマスク５とを高精度に位置合せする必要がある。
【０００３】
その位置合せ方法としては、ガラス基板４とメタルマスク５の夫々にアライメントマーク６，７を設けておき、上方からＣＣＤカメラ２等で成る撮像装置１によって撮影し、アライメントマーク６，７のずれ量を認識しながら、これら各マーク６，７の中心が一致するように、すなわち、撮影によって得られたアライメントマーク６，７のずれ量が、予め設定された所定の範囲内となるように、ガラス基板４を移動させる、というものである。
【０００４】
アライメントマーク６，７としては、図５に示すように、ガラス基板４にはクロム等の反射膜で、そしてメタルマスク５には蒸着用とは別に設けた専用の開口で形成してあるのが一般的である。ガラス基板４のアライメントマーク６は、メタルマスク５のアライメントマーク７を隠蔽しないように、できるだけ小さくするのが望ましい。
【０００５】
ガラス基板４にメタルマスク５を位置合せする際は、ガラス基板４とメタルマスク５とを上下に所定の間隔を空けておく必要があるが、ガラス基板４が大型化してその撓み量がある程度大きくなると、前述の間隔も大きくせざるを得ず、そうなると場合によっては撮像装置１の被写界深度を超えてしまうことがある。そのような状況にも適応させるために、撮像装置１を昇降自在な昇降機構１３を設けてあり、ガラス基板４及びメタルマスク５の撮像の都度、アライメントマーク６，７に焦点を合せる操作が必要であった。
【０００６】
このように、位置合せ工程における焦点調節方法としては、従来では、ＣＣＤカメラからの映像信号の微分成分に基づく方法がある。これは、映像の微分信号の積分値を映像の鮮鋭度の指数（以下、鮮鋭度値と略称する）とし、焦点位置を動かしながら、鮮鋭度値が極大となる位置を検出して合焦点位置とするものであり、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−２１１２８１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術による焦点調節方法において、昇降機構１３を用いて、撮像装置１の上下移動による焦点距離を横軸としてときの鮮鋭度値をプロットしたグラフを図６に示してある。このグラフから分かるように、メタルマスク５の合焦点位置における鮮鋭度値が比較的大きく、検出容易であるに対して、ガラス基板４の合焦点位置では、撮像対象のアライメントマーク６が小さいためか、鮮鋭度値の極大値が小さくなってしまい、検出できなかったり、誤検出が生じたりすることがしばしばあった。
【０００９】
本発明の目的は、上述のようにガラス基板とメタルマスクといった一対の被位置合せ体の合焦点位置を、双方共に明確に検出することができる焦点調節方法及び焦点調節装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の方法は、互いに所定の間隔を隔てて対向配置される一対の被位置合せ体の一方又は双方に第１位置合せ用印を設定し、かつ、他方に第１位置合せ用印と対をなす第２位置合せ用印を設定し、撮像手段によって撮像された両位置合せ用印を含む画像における両印の正規の位置からのずれ量が予め設定された範囲内となるように、両被位置合せ体の相対位置を調節する位置合せに先立って、一対の被位置合せ体夫々の焦点を合せる焦点調節方法において、
両被位置合せ体の一方に、その位置合せ用印に近接させて補助印を設置し、撮像手段の被位置合せ体との間隔を遠近調節しながら撮像手段を作動させて、撮像手段による映像信号の微分成分が極大値を取るときを焦点位置とすることを特徴とする。
【００１１】
請求項１の方法によれば、一対の位置合せ用印の少なくとも一方の近傍に補助印を設けたので、補助マークの映像が追加されることによって、映像信号の微分成分が増大される。従って、大きさが小さい等により、第１位置合せ用印のみ、又は第２位置合せ用印のみでは、撮像による鮮鋭度値が小さく検出できないとか誤検出が生じていたような場合でも、映像信号の微分成分が増大されて十分な鮮鋭度値が得られるようになる。
【００１２】
その結果、被位置合せ体の位置合せ用印が小さい場合でも、焦点位置の誤検出が低減されて確実で容易に焦点調節が行えるようになり、信頼性に優れる焦点調節方法を提供することができた。
【００１３】
請求項２の方法は、請求項１の方法において、前記補助印が一方の被位置合せ体にのみ設置されている場合において、補助印と、これが設定されていない被位置合せ体の位置合せ用印とが重なって撮像されないように、これら補助印と位置合せ用印とを位置ずれさせてあることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の方法によれば、必ず補助印とこれが設定されていない被位置合せ体の位置合せ用印とが重ならない状態で、撮像手段による撮影画像が得られるので、「映像信号の微分成分が増大されて十分な鮮鋭度値が得られる」という機能をより確実に発揮することが可能になる。
【００１５】
請求項３の方法は、請求項１又は２の方法において、一対の被位置合せ体の一方がガラス基板で、かつ、他方がメタルマスクであるとともに、第１位置合せ用印がガラス基板の表面に設けられた反射膜で、かつ、第２位置合せ用印が反射膜より大きい状態でメタルマスクに形成された貫通孔であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３の方法によれば、パネルディスプレイの製造において必要となるガラス基板の位置合せ時に行われる焦点調節方法に好適なものとなり、ガラス基板の位置合せ用印には、クロム等による反射膜等の汎用品が使用でき、かつ、メタルマスクの位置合せ用印には、孔を明けるといういずれも廉価な手段で済むようになる。
【００１７】
請求項４の構成は、焦点調節装置において、互いに所定の間隔を隔てて対向配置される一対の被位置合せ体のうちの一方の被位置合せ体に設定された第１位置合せ用印、並びにこれの近傍に設けられた補助印、及び他方の被位置合せ体に設定された第２位置合せ用印を撮像自在な撮像手段と、この撮像手段によって撮像された位置合せ用印を含む部分の撮像信号の微分成分を抽出する手段と、その撮像信号の微分成分が極大値を取る焦点位置を検出する手段とを設けて成ることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４の構成は、請求項１の方法を装置化したものであり、請求項１の方法による作用効果と同等の作用効果を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
位置合せ装置Ｉは、図１に示すように、基板移動機構９によって上下方向並びに横方向に移動調節自在に支持されたガラス基板４と、メタルマスク５と、蒸着源１１とを真空容器１０内に配備し、複数の撮像装置（撮像手段の一例）１を、昇降機構１３を介して上下方向の位置調節自在に真空容器１０上に装備するとともに、画像処理装置（請求項４における微分成分を抽出する手段ｔと、焦点位置を検出する手段ｋとの双方の一例）１４やアクチュエータ制御装置１５等を設けて構成されている。
【００２０】
２台設けられた撮像装置１は、ＣＣＤカメラ２、レンズ３等を有して構成されており、昇降機構１３によって垂直方向に上下移動及び係止維持自在に支持されている。１２は、ＣＣＤカメラ２で真空容器１０内部の様子を撮影、即ち、位置合せ工程（後述）で必要となるアライメントマークの撮影及び焦点調節のための撮影するための窓である。尚、図１においては、メタルマスク５の支持構造は省略してある。なお、撮像装置１は２台に限らず何台でもよい。
【００２１】
ガラス基板４は、基板移動機構９の移動出力部９ａに取付けられており、その下面の左右端部の夫々には、メタルマスク５との位置合せ用として円形の基板アライメントマーク（第１位置合せ用印の一例）６が添付されている。メタルマスク５は、複数の蒸着用開口８と、前述の基板アライメントマーク６と対を為すマスクアライメントマーク（第２位置合せ用印の一例）７とが形成されている。蒸着用開口８及びマスクアライメントマーク７は、共に貫通孔として形成されており、マスクアライメントマーク７は、基板アライメントマーク６の数倍（３〜６倍）程度の径を持つ円孔としてある。
【００２２】
また、ガラス基板４には、基板アライメントマーク６を中心としてそれを取囲む状態の補助アライメントマーク（補助印の一例であり、以下、補助マークと略称する）１６が設けられている。すなわち、基板アライメントマーク６と同じクロム製で小幅のものを、平面視形状がやや横長の矩形を呈する状態に、すなわち、角パイプの断面形状のように形成してある。
【００２３】
各撮像装置１が電気的に接続される画像処理装置１４と、基板移動機構９が電気的に接続されるアクチュエータ制御装置１５とを電気的に接続して位置合せ制御装置Ｂを構成している。この位置合せ制御装置Ｂは、焦点位置検出機能と、位置合せ機能とを発揮できるものに構成されている。
【００２４】
次に、位置合せ装置Ｉの作用について説明する。この位置合せ装置Ｉによるガラス基板４とメタルマスク５との位置合せ方法は、焦点調節工程と位置合せ工程とを含んで行われる。まず、左右の基板アライメントマーク６が夫々の対応するマスクアライメントマーク７の中心に位置するように、メタルマスク５をガラス基板４に対して目視によって位置合せする準備工程を行う。
【００２５】
それから、ＣＣＤカメラ２を作動させた状態で昇降機構１３によって撮像装置１を最下降位置から上昇移動させ（又は、最上昇位置から下降移動させ）、各アライメントマーク６，７及び補助マーク１６を含む映像信号を画像処理装置１４（図１参照）で処理し、微分成分に基づく鮮鋭度値を演算する。つまり、昇降機構１３を駆動して撮像装置１の焦点調節を変えながら鮮鋭度値を演算し、極大値となる位置を検出して焦点調節を行う。これは、焦点位置に対する鮮鋭度値の関係を検出する（図３参照）とともに、鮮鋭度値が極大となる点から、ガラス基板４及びメタルマスク５の合焦点位置を演算して求める焦点調節工程である。
【００２６】
基板補助マーク１６を追加した場合の、焦点位置に対する鮮鋭度値の関係を図３に示す。基板アライメントマーク６の映像に補助マーク１６の映像が加わることにより、ガラス基板４の合焦点位置での鮮鋭度値の極大値がより大きくなるため、誤り無く焦点位置を検出することができる。
【００２７】
焦点位置が定まると、位置合せ制御装置Ｂにより、撮像装置１による撮影を行い、得られた画像から各アライメントマーク６，７が、予め定められている位置（又は、所定領域の位置範囲内）にあるか否かを求め、目標となる位置に合致するように、ガラス基板４を前後、左右に移動させる位置合せ工程が行われる。つまり、撮像装置１の画像（映像）出力が画像処理装置１４に送られて解析され、その解析結果により、アクチュエータ制御装置１５から発せられた指令に基いて基板移動機構９が駆動される自動位置合せ制御が行われる。
【００２８】
ここで、基板アライメントマーク６と補助マーク１６との関係等について説明する。補助マーク１６のパターンは、撮像装置１の視野においてマスクアライメントマーク７に重ならないようなものとする。つまり、図２に示すようにマスクアライメントマーク７が小径の円形の場合、基板アライメントマーク６の中心から、補助マーク１６のパターンまでの最短距離Ａを、式（１）のように設定すれば良い（図４参照）。
Ａ＞ｒ＋Δ……（１）
ｒ：マスクアライメントマーク７の半径
Δ：アライメント開始前の状態で想定される各アライメントマーク６，７の中心位置の最大位置ずれ量
尚、マスクアライメントマーク７が正方形の場合には、式（１）において、半径の変わりに対角線長の１／２を取る等、他のマーク形状であっても容易に適用することができる。
【００２９】
以上、本発明による焦点調節方法及び焦点調節装置は、有機ＥＬディスプレイ製造における位置合せ装置の一環としての実施形態を説明したが、液晶ディスプレイ製造におけるガラス基板の張り合せ装置（方法）等、他のフラットパネルディスプレイ製造装置に適用可能である。
【００３０】
〔別実施形態〕
＜１＞    上述の本実施形態では、ガラス基板４に補助マーク１６を設けてあるが、基板アライメントマーク６よりもマスクアライメントマーク７の方が小さい場合等では、メタルマスク５に開口（貫通孔）による補助マークを設けても良い。
【００３１】
＜２＞    撮像装置１の視野に対して基板アライメントマーク６とマスクアライメントマーク７の両方共に小さく、鮮鋭度値が小さい場合は、両方に補助マークを設けるようにしても良い。
【００３２】
＜３＞    補助マーク１６は、上述の本実施形態のように、単一のパターンでも良いが、複数のパターンから構成しても良い。この場合、補助マーク１６のパターンは、各アライメントマーク６，７との誤認識を防ぐため、各アライメントマーク６，７とは形状、大きさ等が異なるものが望ましい。
【００３３】
＜４＞    補助マーク１６の材質は、基板アライメントマーク６と同じ材質（クロム反射膜）であれば、基板アライメントマーク６と同時に製作可能であり望ましいが、基板アライメントマーク６とメタルマスク５との反射率の差が小さい場合には、補助マーク１６の材質をメタルマスク５と反射率の差が大きいものにすることにより、補助マーク１６のコントラストが高くなり、より鮮鋭度値を大きくすることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、互いに所定の間隔を隔てて対向配置される一対の被位置合せ体の一方に第１位置合せ用印を設定し、かつ、他方に第１位置合せ用印と対をなす第２位置合せ用印を設定し、撮像手段によって撮像された両位置合せ用印を含む画像における両印の正規の位置からのずれ量が予め設定された範囲内となるように、両被位置合せ体の相対位置を調節する位置合せに先立って、一対の被位置合せ体夫々の焦点を合せる焦点調節方法において、両被位置合せ体の一方に、その位置合せ用印に近接させて補助印を設置し、撮像手段の被位置合せ体との間隔を遠近調節しながら撮像手段を作動させて、撮像手段による映像信号の微分成分が極大値を取るときを焦点位置とすることを特徴とする。
【００３５】
又、互いに所定の間隔を隔てて対向配置される一対の被位置合せ体のうちの一方の被位置合せ体に設定された第１位置合せ用印、並びにこれの近傍に設けられた補助印、及び他方の被位置合せ体に設定された第２位置合せ用印を撮像自在な撮像手段と、この撮像手段によって撮像された前記位置合せ用印を含む部分の撮像信号の微分成分を抽出する手段と、その撮像信号の微分成分が極大値を取る焦点位置を検出する手段とを設けて焦点調節装置を構成することも特徴である。
【００３６】
これら焦点調節方法又装置によれば、被位置合せ体のアライメントマークが小さい場合でも、補助マークの映像が追加されることによって、映像信号の微分成分が増大されるようになるので、焦点位置の誤検出が低減され、確実で容易に焦点調節が行えるようになり、信頼性も向上させることができる。それにより、ガラス基板とメタルマスクといった一対の被位置合せ体の位置合せを、より精度良く行えるようになるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】位置合せ装置の概略構造を示す構成図
【図２】各アライメントマークを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は撮像画像
【図３】焦点位置に対する鮮鋭度値の関係グラフを示す図
【図４】各アライメントマークと補助マークとの関係を示す底面図
【図５】従来の各アライメントマークを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は撮像画像
【図６】従来の焦点位置に対する鮮鋭度値の関係グラフを示す図
【符号の説明】
１  撮像手段
４  一方の被位置合せ体
５  他方の被位置合せ体
６  第１位置合せ用印
７  第２位置合せ用印
１６  補助印
ｋ  焦点位置を検出する手段
ｔ  微分成分を抽出する手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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