JP4609759B2

JP4609759B2 - 成膜装置

Info

Publication number: JP4609759B2
Application number: JP2005086687A
Authority: JP
Inventors: 達哉片岡; 兼次長尾; 謙一斉藤
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Choshu Industry Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Choshu Industry Co Ltd; Mitsui E&S Co Ltd
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: TW200637930A; KR100925362B1; WO2006100867A1; CN101090995A; KR20070090018A; JP2006265650A; TWI327175B; CN103820755A

Description

本発明は成膜装置に関するものである。

基板上に所定のパターンを形成するための成膜装置には、基板を平面状に保持するチャックと、所定の開口パターンが形成され、磁性材料からなるマスクと、このマスクを基板上に固定する磁石とを備えた構成のものがある。そして成膜時には、基板がチャックの表面に装着保持され、この基板の上にマスクが被せられる。このマスクは、チャックの裏面に設けられた磁石の磁力により、基板上に固定される。

そして薄膜形成装置について開示された特許文献１には、マスクを基板上に固定するときに永久磁石を基板から遠ざけておき、マスクを基板に被せた後に永久磁石を基板に近づけることで、マスクの位置ズレを防いで、パターニング不良の発生を防ぐことが記載されている。なお特許文献１には、マスク脱着時に永久磁石を移動させることについては開示されていない。
特開２００４−７９３４９号公報

マスクには、マスクフィルムおよびマスクフレームを備えた構成のものがある。マスクフィルムは、所定の開口パターンが形成されたフィルム状のものであり、マスクフレームは、マスクフィルムの周囲を保持する硬い枠型構造である。このようなマスクを成膜後に基板から離す場合、マスクフィルムが磁石の磁力によって基板側に引き付けられて伸びてしまう問題点があった。すなわち、磁石の磁力に逆らってマスクを基板から無理に離すことになり、脱着を複数回行うとマスクフィルムが伸びきってしまい、開口パターンも同様に伸びて変形してしまう。したがって開口パターンが変形してしまうと、基板上に正確な成膜パターンを得ることができない問題点があった。

また仮に、マスクを基板から離すときに、磁石を基板から遠ざけてマスクに作用する磁力の影響を弱めたとしても、磁石を無制限に移動させると、この移動に時間がかかるという問題点がある。特に、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）素子の製造には、生産量を向上させるために製造時間の短縮が要求されているので、磁石を無制限に移動させると、それだけ製造時間がかかるという問題点がある。
本発明は、マスク変形の防止および製造時間の短縮を図る成膜装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る成膜装置は、成膜材料の供給源と、前記成膜材料の膜が形成される基板とを備えた成膜装置であって、前記基板の表面に対して接近および離反する方向に移動可能にしてなるマスクと、前記基板の裏面に対して接近および離反する方向に移動可能にしてなる磁石と、前記磁石の移動を所定範囲内に制限する移動制限手段と、を備えたことを特徴としている。

また前記磁石は、前記マスクの平面サイズに対応して設けられ、前記マスクの中央部に作用する磁力を前記マスクの周縁部に作用する磁力に比べて弱くしてなることを特徴としている。
また前記磁石は、磁石配設板に複数設けられたことを特徴としている。この場合、前記磁石は点状に配設されることができる。
また前記基板が装着されて、前記基板を平面状に保持するチャックを備え、前記移動制限手段は、前記チャックに配設された、ことを特徴としている。この場合、前記チャックおよび前記マスクは、水平方向に回転可能にした構成にできる。

また本発明に係る成膜装置を適用した方法は、基板を挟み込む位置にマスクと磁石とを配置して、前記基板に被せられた前記マスクを前記磁石の磁力で固定し、前記マスクに設けられた開口パターンに応じた形状を前記基板の表面に形成する成膜方法であって、前記磁石を前記基板から離れる方向に移動させて、前記マスクに作用する前記磁石の磁力を弱めた後、前記マスクを前記基板から離すことを特徴としている。

また基板を挟み込む位置にマスクと磁石とを配置し、前記マスクに設けられた開口パターンに応じた形状を前記基板の表面に形成する成膜方法であって、前記基板と前記マスクとを位置合わせし、前記マスクを前記基板に被せる工程と、前記基板から離れた位置に配置された前記磁石を前記基板に近づけて、前記磁石の磁力で前記マスクを固定する工程と、前記基板の表面に膜を形成する工程と、前記磁石を前記基板から遠ざかる方向へ移動させる工程と、前記マスクを前記基板から遠ざかる方向へ移動させる工程と、を備えたことを特徴としている。

また本発明に係る成膜装置を適用した有機ＥＬ素子の製造方法は、基板を挟み込む位置にマスクと磁石とを配置して、前記基板に被せられた前記マスクを前記磁石の磁力で固定し、前記マスクに設けられた開口パターンに応じた有機ＥＬ素子の画素パターンを前記基板の表面に形成する有機ＥＬ素子の製造方法であって、止めネジにより前記磁石の移動量を規制しつつ、前記磁石を前記基板から遠ざかる方向へ移動させる工程と、前記マスクを前記基板から遠ざかる方向へ移動させる工程と、を備えたことを特徴としている。

これによりマスクを基板から離反する方向に移動させるのに先だって、磁石を基板から離反する方向に移動させておけば、磁石の磁力がマスクに影響を及ぼすことがなくなり、マスクが移動するときに磁力によって引き伸ばされることを防止できる。したがってマスクの変形を防止できるので、マスクの脱着を複数回行ってもマスクに設けられた開口パターンが変形することはなく、基板に正確な成膜パターンを形成することができる。

また移動制限手段により、磁石（磁石配設板）の移動量を所定の範囲に制限することができる。すなわち磁石の移動量を最小限に抑えることで、磁石が移動する時間を制限することができる。したがって製造時間を短縮することができる。
また磁石はマスクの平面サイズに対応して設けられているので、マスクの全面に磁石の磁力を作用させることができる。そしてマスクの中央部に作用する磁石の磁力をマスクの周縁部に作用する磁力に比べて弱くしているので、アライメント時など基板とマスクに一定の隙間が必要な場合、磁力をフィルム剛性の強い周辺部、フィルム剛性の弱い中央部に均等に作用させることにより、一定の隙間を基板とマスク間に作ることができる。またフィルムの厚み、チャックの厚み、基板の厚みが異なる場合であっても、周辺部、中央部に対して磁力を調整することにより対応させることが可能となる。さらに磁石を磁石配設板に複数配設することで、マスクの中央部に作用する磁石の磁力をマスクの周縁部に作用する磁力に比べて弱くすることができる。

またチャックを回転可能にすると、このチャックに装着保持されているガラス基板も水平面内で回転する。そして、これらと共に磁石配設板や磁石、マスク等も回転する。したがって成膜時にチャック等を回転させることにより、基板面内で厚さの均一な膜を得ることができる。
またマスクを基板に被せるときも、磁石を基板から遠ざかる方向に移動させておけば、磁石の磁力がマスクに影響を及ぼすことがなくなり、マスクと基板との位置がずれることはない。

また有機ＥＬ素子の製造方法においては、磁石の移動量が規制されているので製造時間を短縮することができ、またマスクを基板から遠ざける方向へ移動させるのに先だって、磁石を基板から遠ざける方向に移動させているので、マスクに作用する磁石の磁力を弱めることができ、マスクの変形を防止できる。

以下に、本発明に係る成膜装置の最良の実施形態について説明する。なお本実施形態では、成膜装置として真空蒸着装置を用い、この真空蒸着装置で有機ＥＬ素子を製造する形態について説明する。図１は装置上部機構の説明図である。図２は真空蒸着装置の説明図である。真空蒸着装置１０は、その底部に有機材料１２の蒸発源１４（供給源）を備えるとともに、その上部に装置上部機構１６を備えた概略構成である。装置上部機構１６は、チャック１８、磁石２２を備えた磁石配設板２０、移動制限手段２４、基板クランプ２６およびマスククランプ２８を備えた構成である。

有機材料１２の蒸発源１４は、有機材料１２が入れられるるつぼ１４ａを備えており、るつぼ１４ａの外面に有機材料１２を加熱・蒸発（昇華）させるヒーター１４ｂが設けられている。また真空蒸着装置１０の上部に設けられたチャック１８は、るつぼ１４ａに対面して配設されており、水平方向に沿って配置された平板である。これによりチャック１８は、ガラス基板３２を平面状に保持することが可能になっている。そしてチャック１８は、装置本体３０の外側上部に設けられた回転機構（不図示）によって水平回転可能となっている。

磁石配設板２０は平板であり、チャック１８の上面、すなわちガラス基板３２の裏面に接近および離反する方向に移動可能に配設されている。磁石配設板２０からは、装置本体３０の上部外側へ向けて支持部２０ａが延設されており、この支持部２０ａの上端には水平方向に延設された水平支持部２０ｂが接続されている。水平支持部２０ｂの下側には、伸縮手段３４の一端が接続されており、その他端が装置本体３０の上部に接続されている。なお伸縮手段３４は、上下に伸縮可能なものであればよく、例えばエアシリンダやアクチュエータ等であればよい。これにより伸縮手段３４の上下方向の伸縮動作により、磁石配設板２０が上下移動可能になっている。

この磁石配設板２０の下面には、磁石２２が配設されている。図３は磁石を配設した磁石配設板の概略底面図である。この磁石２２は、マスク３６の平面サイズに対応して磁石配設板２０に設けられている。そして磁石２２の大きさや磁力の大きさ、磁石２２の配置位置、ガラス基板３２の厚み、チャック１８の厚みや材質等を考慮・設定することにより、マスク３６の中央部に作用する磁力をマスク３６の周縁部に作用する磁力に比べて弱くしている。具体的な一例としては、複数の磁石２２が磁石配設板２０に点状に配設されており、磁石配設板２０の周縁部に磁力の強い磁石２２を配設するとともに、中央部に磁力の弱い磁石２２を配設した構成である。なお磁石２２は、磁石配設板２０の上下移動により、チャック１８の上面に接触することが可能である。

またチャック１８の上面には、磁石配設板２０の移動を所定範囲内に制限する移動制限手段２４が設けられている。この移動制限手段２４は、例えば止めネジであればよい。図４は移動制限手段の説明図である。移動制限手段２４は、チャック１８の上面から上方へ向かって伸びる延設部２４ａと、この延設部２４ａの上端に設けられ水平方向に折り曲げられた制限部２４ｂとから構成されている。また磁石配設板２０には、移動制限手段２４の延設部２４ａが挿通可能であるとともに、制限部２４ｂの平面サイズよりも小さな孔部２０ｃが設けられている。これにより磁石配設板２０は、孔部２０ｃよりも大きな制限部２４ｂによって、この制限部２４ｂよりも上方への移動することができなくなる。なお制限部２４ｂの高さ、すなわち磁石配設板２０の移動制限量は、マスク３６に作用する磁石２２の磁力や、磁石配設板２０の移動時間等を考慮して、適宜設定すればよい。

基板クランプ２６は、装置本体３０の上部から下方に向かって延び、先端部２６ａがチャック１８側（装置本体３０の中央側）に向けて折り曲げられた鉤型であり、チャック１８の側縁に沿って複数個が配設されている。この基板クランプ２６は、その先端部２６ａ（折曲げ部）でガラス基板３２の縁部を支えるために、各先端部２６ａが同じ高さ（同一面内）になるように設定されている。また基板クランプ２６は、装置本体３０の外側上部に設けられた昇降機構（不図示）によって、各先端部２６ａが同一面内にある状態を維持しつつ昇降可能になっている。そして基板クランプ２６が上昇することによって、ガラス基板３２の裏面をチャック１８に接触させて、平面状に装着保持させることが可能になっている。

マスククランプ２８は、装置本体３０の上部から下方に向かって延び、先端部２８ａがチャック１８側（装置本体３０の中央側）に向けて折り曲げられた鉤型であり、チャック１８や基板クランプ２６の側縁に沿って複数個が配設されている。このマスククランプ２８は、その先端部２８ａ（折曲げ部）でマスク３６の縁部を支えるために、各先端部２８ａが同じ高さ（同一面内）になるように設定されている。またマスククランプ２８は、装置本体３０の外側上部に設けられた昇降機構（不図示）によって、各先端部２８ａが同一面内にある状態を維持しつつ昇降可能になっている。これによりマスク３６をガラス基板３２の表面に対して接近および離反する方向に移動することが可能になる。なおマスク３６は、有機ＥＬ素子の各画素に対応する開口パターンが複数設けられたマスクフィルム３６ａと、マスクフィルム３６ａの周縁部を保持する枠型のマスクフレーム３６ｂとを備えている。
そして基板クランプ２６およびマスククランプ２８は、真空蒸着装置１０の外側上部に設けられた回転機構（不図示）によって、チャック１８および磁石配設板２０等とともに回転することが可能になっている。

次に、有機ＥＬ素子の製造方法（成膜方法）について説明する。まずガラス基板３２は、基板搬送機構によって装置本体３０の内部に入れられ、チャック１８とマスク３６との間に挿入される。そしてガラス基板３２は、前記基板搬送機構の下降動作とともに下方へ移動されて、基板クランプ２６上に載せられる。この後、マスククランプ２８を上昇させることによりマスク３６を上方に移動させ、マスク３６上にガラス基板３２を載せる。

そしてマスククランプ２８は、ガラス基板３２がチャック１８の底面（チャック面）に接触するまで上昇され続ける。なおガラス基板３２は、マスク３６上に載せられるとマスク３６に沿って水平になり、この水平状態を維持しつつチャック１８に当接される。

この後、基板クランプ２６をガラス基板３２に接触するまで上昇させる。これによりガラス基板３２は、基板クランプ２６により水平状態を維持しつつチャック１８に装着保持される。そしてマスククランプ２８を下降させて、マスク３６を下方に移動させる。

この後、ガラス基板３２に設けられたアライメントマークと、マスク３６に設けられたアライメントマークとを用いて、ガラス基板３２とマスク３６との位置合わせが行われる。図５はガラス基板とマスクとの位置合わせの説明図である。そして図５（Ａ）はカメラ、ガラス基板およびマスクの配置を説明する図である。また図５（Ｂ）はカメラで撮像された画像であって、位置ズレが生じている場合を示す図である。さらに図５（Ｃ）はカメラで撮像された画像であって、位置が合っている場合を示す図である。

具体的には、ガラス基板３２には、少なくとも２箇所にアライメントマーク４０が設けられている。ガラス基板３２に設けられたアライメントマーク４０は、例えばガラス基板３２の対角する角部に設けられ、ガラス基板３２に有機ＥＬ素子の電極膜を形成するのと同時に、この電極と同じ材料で形成されればよい。そしてガラス基板３２に設けられるアライメントマーク４０の形状は、例えば丸や点、十字形等であればよい。

またマスク３６に設けられたアライメントマーク４２は、ガラス基板３２に設けられたアライメントマーク４０に対応した位置に設けられればよく、その形状は点や丸、十字形等であればよい。なおガラス基板３２のアライメントマーク４０を丸とした場合は、マスク３６のアライメントマーク４２を点にすればよく、ガラス基板３２のアライメントマーク４０を点とした場合は、マスク３６のアライメントマーク４２を丸にすればよい。

さらに真空蒸着装置１０には、ガラス基板３２に設けられたアライメントマーク４０と、マスク３６に設けられたアライメントマーク４２とを撮像するカメラ４４を設けておけばよい（図５（Ａ）参照）。そしてカメラ４４で撮像された画像を確認しつつ、アライメントマーク４０（４２）の丸の中に、アライメントマーク４２（４０）の点が入るようにマスク３６のＸ（縦），Ｙ（横）、θ（回転）方向を調整すれば、ガラス基板３２とマスク３６との位置合わせが終了する（図５（Ｂ），（Ｃ）参照）。

この後、マスク３６および磁石配設板２０を移動させる。図６はマスクがガラス基板に被せられたときの説明図である。マスク３６とガラス基板３２との位置合わせが終了すると、マスク３６がガラス基板３２に接触するまでマスククランプ２８を上方に移動させる。これにより、マスク３６がガラス基板３２に被せられる。次に、伸縮手段３４を縮めることにより磁石配設板２０を下方に移動させて、磁石２２をチャック１８の上面に接触させる。これにより磁石２２の磁力がマスク３６に作用して、マスク３６を固定保持する。
このようなマスク３６の装着工程を経た後、ガラス基板３２やマスク３６等を回転させるとともに、ヒーター１４ｂによって有機材料１２を加熱・蒸発させて、ガラス基板３２上に所定のパターンを形成する。これにより有機ＥＬ素子が製造される。

次に、蒸着終了後の工程について説明する。蒸着終了が終了すると、図６に示す形態と同様に、マスク３６はガラス基板３２を介してチャック１８の下面に接触しており、磁石配設板２０（磁石２２）はチャック１８の上面に接触している。そしてマスク３６の脱着工程では、まず磁石配設板２０を上方に移動させる。この後、マスククランプ２８を下降させて、マスク３６を下方に移動させる。そして基板クランプ２６を下降させて、ガラス基板３２を下方に移動させる。この後、前記基板搬送機構が装置本体３０の内部に入れられ、ガラス基板３２を回収する。

このような真空蒸着装置１０および有機ＥＬ素子の製造方法（成膜方法）では、装置本体３０の外側上部に伸縮手段３４を設けることにより、磁石配設板２０（磁石２２）をチャック１８の上面に対して接近および離反する方向に移動可能にしたので、蒸着時に磁石２２を下降させて磁力によってマスク３６を固定保持し、蒸着時以外では磁石２２を上昇させて磁力の影響をマスク３６に与えないようにできる。すなわちマスクフィルム３６ａに負荷をかけずにマスク３６を脱着することができ、脱着を複数回行ってもマスクフィルム３６ａが伸びることがない。したがってマスク３６の開口パターンが変形することがないので、ガラス基板３２上に正確な有機ＥＬ素子のパターンを形成することができる。

またチャック１８の上面に磁石配設板２０の移動制限手段２４を設けたので、磁石配設板２０の移動量を所定範囲に制限することができる。すなわち移動量の下限は、磁石２２とチャック１８とが接触する位置であり、移動量の上限は、磁石２２の磁力がマスク３６に影響を与えない位置である。したがって磁石配設板２０の移動量を最小限に抑えることができるので製造時間を短縮することができ、有機ＥＬ素子の生産量を向上させることができる。

また移動制限手段２４の制限部２４ｂの高さを任意に設定できるので、磁石配設板２０の移動量を調整することができ、マスク３６に作用させる磁力を自在に調整することができる。
またガラス基板３２は、チャック面に設置される前に、ガラス基板３２の下方にあるマスク３６に一度載せられ、そのままマスク３６ごとチャック面にクランプされるので、基板クランプ２６時の撓みを無くすことができる。すなわち厚さの薄いガラス基板３２を用いても、ガラス基板３２は水平状態を維持してチャック１８に装着保持されるので、ガラス基板３２の中央部が自重や重力によって下方に撓むことを防止できる。

なお上述した実施形態では、磁石２２は、図３に示すように、磁石配設板２０の中央部における磁石２２の大きさおよび配置パターンと、周縁部における磁石２２の大きさおよび配置パターンとを変えて、マスク３６の中央部に作用する磁力を周縁部に比べて弱くなるようにした構成であるが、この形態に限定されることはない。すなわち、例えば、磁石２２の大きさを全て同じにし、磁石２２の配置パターンを変えることにより、マスク３６の中央部に作用する磁力を周縁部に比べて弱くすることもできる。また磁石２２の配置パターンを同じにし、磁石２２の大きさを変えることにより、マスク３６の中央部に作用する磁力を周縁部に比べて弱くすることもできる。

また上述した実施形態では、マスク３６とガラス基板３２との位置合わせに用いられるアライメントマーク４０，４２は、図５に示すように、点や丸として説明したが、この形態に限定されることはない。すなわちアライメントマーク４０，４２は、丸や十文字とした構成であってもよい。
また上述した実施形態では、マスク３６とガラス基板３２との位置合わせに用いられるカメラ４４は、図５に示すように、２つ用いた形態であるが、この形態に限定されることはない。すなわちカメラ４４は、３つ以上設けてもよい。この場合、アライメントマーク４０，４２は、ガラス基板３２やマスク３６の角部に設けておけばよい。

また上述した実施形態では、成膜装置として真空蒸着装置１０を用いた形態を説明したが、この形態に限定されることはなく、スパッタ装置や気相成長装置等の他の成膜装置であってもよい。また基板は、ガラス基板３２に限定されることはなく、ガラス以外の材料からなる基板であってもよい。

装置上部機構の説明図である。真空蒸着装置の説明図である。磁石を配設した磁石配設板の概略底面図である。移動制限手段の説明図である。ガラス基板とマスクとの位置合わせの説明図である。マスクがガラス基板に被せられたときの説明図である。

符号の説明

１０………真空蒸着装置、１８………チャック、２０………磁石配設板、２２………磁石、２４………移動制限手段、３２………ガラス基板、３４………伸縮手段、３６………マスク。

Claims

成膜材料の供給源と、前記成膜材料の膜が形成される基板とを備えた成膜装置であって、
前記基板の表面に対して接近および離反する方向に移動可能にしてなるマスクと、
前記基板の裏面に対して接近および離反する方向に移動可能にしてなる磁石と、
前記磁石の移動を所定範囲内に制限する移動制限手段と、
を備え、
前記磁石は、前記マスクの平面サイズに対応して設けられ、前記マスクの中央部に作用する磁力を前記マスクの周縁部に作用する磁力に比べて弱くしてなる、
ことを特徴とする成膜装置。
成膜材料の供給源と、前記成膜材料の膜が形成される基板とを備えた成膜装置であって、
前記基板の表面に対して接近および離反する方向に移動可能にしてなるマスクと、
前記基板の裏面に対して接近および離反する方向に移動可能にしてなる磁石と、
前記磁石の移動を所定範囲内に制限する移動制限手段と、
を備え、
前記基板が装着されて、前記基板を平面状に保持するチャックを備え、
前記移動制限手段は、前記チャックに配設された、
ことを特徴とする成膜装置。
成膜材料の供給源と、前記成膜材料の膜が形成される基板とを備えた成膜装置であって、
前記基板の表面に対して接近および離反する方向に移動可能にしてなるマスクと、
前記基板の裏面に対して接近および離反する方向に移動可能にしてなる磁石と、
前記磁石の移動を所定範囲内に制限する移動制限手段と、
を備え、
前記磁石は、前記マスクの平面サイズに対応して設けられ、前記マスクの中央部に作用する磁力を前記マスクの周縁部に作用する磁力に比べて弱くしてなり、
前記基板が装着されて、前記基板を平面状に保持するチャックを備え、
前記移動制限手段は、前記チャックに配設された、
ことを特徴とする成膜装置。
前記磁石は、磁石配設板に複数設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の成膜装置。
前記移動制限手段は、止めネジであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の成膜装置。