CN113106387B - 成膜装置及电子器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制由磁力施加部件产生的掩模的吸附力降低的成膜装置及电子器件的制造方法。一种成膜装置，经由掩模在基板上对蒸镀材料进行成膜，具备：静电吸盘，其具有保持基板的基板保持面；掩模支承单元，其设置于所述基板保持面侧，用于保持掩模；磁力施加部件，其相对于所述静电吸盘设置于所述基板保持面的相反侧，用于向掩模施加磁力；以及冷却部件，其相对于所述静电吸盘设置于所述基板保持面的相反侧，用于冷却基板，其中，在与所述基板保持面交叉的交叉方向上，所述磁力施加部件和所述冷却部件重叠地配置。

Description

成膜装置及电子器件的制造方法
技术领域
本发明涉及用于经由掩模以规定的图案在基板上对蒸镀材料进行成膜的成膜装置及使用该成膜装置制造电子器件的方法。
背景技术
在有机EL显示装置(有机EL显示器)的制造中，在形成构成有机EL显示装置的有机发光元件(有机EL元件；OLED)时，将从成膜装置的蒸发源蒸发的蒸镀材料经由形成有像素图案的掩模蒸镀到基板上，从而形成有机物层、金属层。
在成膜装置中，为了以高精度将掩模上的像素图案在基板上成膜，在向基板进行蒸镀之前以高精度调整掩模与基板的相对位置，使掩模紧贴于基板的成膜面。作为用于使掩模紧贴于基板的成膜面的一个方法，已知有使用如磁板等那样的磁力施加部件，从基板的上部向基板的下部的金属制掩模施加磁力的方法。
专利文献1提出了在使用静电吸盘保持了基板的状态下利用磁力施加部件使基板与掩模紧贴的结构的成膜装置中，用于使基板与掩模无间隙地紧贴的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019－116679号公报
发明内容
发明要解决的课题
在以往的成膜装置中，为了抑制蒸镀到基板上的材料的变质、劣化，在静电吸盘与磁力施加部件之间设置有冷却部件。但是，在这样的成膜装置中，磁力施加部件与掩模之间的距离变远，因此，由磁力施加部件产生的掩模的吸附力降低，可能成为使成膜精度降低的要因。
本发明的目的在于提供一种能够抑制由磁力施加部件产生的掩模的吸附力降低的成膜装置及电子器件的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的成膜装置经由掩模在基板上对蒸镀材料进行成膜，具备：静电吸盘，其具有保持基板的基板保持面；掩模支承单元，其设置于所述基板保持面侧，用于保持掩模；磁力施加部件，其相对于所述静电吸盘设置于所述基板保持面的相反侧，用于向掩模施加磁力；以及冷却部件，其相对于所述静电吸盘设置于所述基板保持面的相反侧，用于冷却基板，其中，在与所述基板保持面交叉的交叉方向上，所述磁力施加部件和所述冷却部件重叠地配置。
发明的效果
根据本发明，能够抑制由磁力施加部件产生的掩模的吸附力降低。
附图说明
图1是电子器件的制造装置的一部分的示意图。
图2是本发明的一实施方式的成膜装置的示意图。
图3是示意性地表示本发明的一实施方式的成膜装置的冷却部件和磁力施加部件的结构及配置构造的剖视图。
图4是示意性地表示本发明的一实施方式的成膜装置的冷却部件和磁力施加部件的结构及配置构造的俯视图。
图5是表示电子器件的示意图。
附图标记说明
22：基板支承单元，23：掩模支承单元，24：静电吸盘，29：位置调整机构，30：冷却部件，30a：冷却管，31：对准用相机，32：磁力施加部件，32a：磁体。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选实施方式及实施例。但是，以下的实施方式及实施例仅是例示性地表示本发明的优选的结构，本发明的范围并不限定于这些结构。另外，以下的说明中的装置的硬件结构和软件结构、处理流程、制造条件、尺寸、材质、形状等只要没有特别特定的记载，就并非旨在将本发明的范围仅限定于此。
本发明能够应用于使各种材料堆积于基板的表面而进行成膜的装置，能够优选地应用于通过真空蒸镀形成所期望的图案的薄膜(材料层)的装置。作为基板的材料，能够选择玻璃、高分子材料的膜、金属、硅等任意的材料，基板例如也可以是在玻璃基板上层叠有聚酰亚胺等的膜的基板或硅晶圆。另外，作为蒸镀材料，也可以选择有机材料、金属性材料(金属、金属氧化物等)等任意的材料。此外，本发明除了真空蒸镀装置之外，也能够应用于包括溅射装置、CVD(Chemical Vapor Deposition)装置在内的成膜装置。具体而言，本发明的技术能够应用于有机电子器件(例如，有机EL元件、薄膜太阳能电池)、光学部件等的制造装置。在这其中，通过使蒸镀材料蒸发并经由掩模蒸镀到基板上而形成有机EL元件的有机EL元件的制造装置是本发明的优选应用例之一。
＜电子器件的制造装置＞
图1是示意性地表示电子器件的制造装置的一部分结构的俯视图。
图1的制造装置例如用于有机EL显示装置的显示面板的制造。在VR HMD用的显示面板的情况下，在对规定尺寸的硅晶圆进行了用于形成有机EL元件的成膜之后，沿着元件形成区域之间的区域(划线区域)切取该硅晶圆，制作成多个小尺寸的面板。在智能手机用的显示面板的情况下，在对第4.5代的基板(约700mm×约900mm)、第6代的全尺寸(约1500mm×约1850mm)或半切尺寸(约1500mm×约925mm)的基板进行了用于形成有机EL元件的成膜之后，切取该基板而制作多个小尺寸的面板。
电子器件的制造装置一般而言包括多个集群装置1和将集群装置之间相连的中继装置。
集群装置1具备对基板W进行处理(例如，成膜)的多个成膜装置11、收纳使用前后的掩模M的多个掩模储备装置12、以及配置于其中央的输送室13。如图1所示，输送室13与多个成膜装置11及掩模储备装置12分别连接。
在输送室13内配置有输送基板或掩模的输送机器人14。输送机器人14从配置于上游侧的中继装置的通路室15向成膜装置11输送基板W。另外，输送机器人14在成膜装置11与掩模储备装置12之间输送掩模M。输送机器人14例如是具有在多关节臂安装有保持基板W或掩模M的机械手的构造的机器人。
在成膜装置11(也称为蒸镀装置)中，收纳于蒸发源的蒸镀材料由加热器加热而蒸发，经由掩模M蒸镀到基板W上。与输送机器人14的基板W/掩模M的交接、基板W与掩模M的相对位置的调整(对准)、基板W向掩模M上的固定、成膜(蒸镀)等一系列的成膜工艺由成膜装置11进行。
在掩模储备装置12中，成膜装置11的成膜工程要使用的新的掩模和已使用的掩模分开收纳在两个盒体中。输送机器人14将已使用的掩模从成膜装置11输送到掩模储备装置12的盒体，将新的掩模从掩模储备装置12的其他盒体输送到成膜装置11。
在集群装置1连结设置有通路室15和缓冲室16，该通路室15将在基板W的流动方向上从上游侧输送来的基板W输送到该集群装置1，该缓冲室16用于将在该集群装置1中已完成成膜处理的基板W输送到下游侧的集群装置。输送室13的输送机器人14从上游侧的通路室15接收基板W，将其输送到该集群装置1内的成膜装置11之一(例如，成膜装置11a)。另外，输送机器人14从多个成膜装置11之一(例如，成膜装置11b)接收成膜处理已完成的基板W，其输送到与下游侧连结设置的缓冲室16。
也可以在缓冲室16与其下游侧的通路室15之间设置改变基板的朝向的回旋室17。在回旋室17设置有用于从缓冲室16接收基板W并使基板W旋转180°、将其输送到通路室15的输送机器人18。由此，在上游侧的集群装置和下游侧的集群装置之间基板W的朝向变得相同，基板处理变得容易。
通路室15、缓冲室16、回旋室17是将集群装置之间连结的所谓的中继装置，设置于集群装置的上游侧及/或下游侧的中继装置包括通路室、缓冲室、回旋室中的至少1个。
成膜装置11、掩模储备装置12、输送室13、通路室15、缓冲室16、回旋室17等在有机发光元件的制造过程中维持为高真空状态。
在本实施例中，参照图1，说明了电子器件的制造装置的结构，但本发明并不限定于此，可以具有其他种类的装置、腔室，这些装置、腔室之间的配置也可以改变。例如，本发明也能够应用于如下的直列式的制造装置：使基板W和掩模M不在成膜装置11中而是在另外的装置或腔室中接合(日文：合着)之后，将其载置于载体，使其通过排成一列的多个成膜装置进行输送的同时进行成膜工序。
以下，说明成膜装置11的具体的结构。
＜成膜装置＞
图2是表示成膜装置11的结构的示意图。在以下的说明中，使用将在与基板W的成膜面平行的面(XY平面)上交叉的2个方向设为X方向(第1方向)和Y方向(第2方向)、将与基板W的成膜面垂直的铅垂方向设为Z方向(第3方向)的XYZ直角坐标系。另外，用θ表示绕Z轴的旋转角(旋转方向)。
成膜装置11包括：真空容器21，其维持为真空环境或氮气等非活性气体环境；基板支承单元22，其设置于真空容器21的内部；掩模支承单元23；静电吸盘24；以及蒸发源25。
基板支承单元22是接收并保持由设置于输送室13的输送机器人14输送来的基板W的部件，也称为基板保持件。
掩模支承单元23是接收并保持由输送机器人14输送的掩模M的部件，也称为掩模保持件。掩模支承单元23设置于静电吸盘24的基板吸附面(基板保持面)侧。
掩模M具有与要形成在基板W上的薄膜图案对应的开口，由掩模支承单元23支承。特别是用于制造智能手机用的有机EL元件的掩模是形成有微细的开口的图案的金属制掩模，也称为FMM(Fine Metal Mask)。
在基板支承单元22的上方设置有作为用于吸附并固定基板W的基板吸附部件的静电吸盘24。
静电吸盘24可以是在电极与吸附面夹设电阻相对较高的电介质、利用电极与被吸附体之间的库仑力进行吸附的库仑力类型的静电吸盘，也可以是在电极与吸附面之间夹设电阻相对较低的电介质、利用在电介质的吸附面与被吸附体之间产生的约翰逊·拉别克力进行吸附的约翰逊·拉别克力类型的静电吸盘，还可以是利用不均匀电场吸附被吸附体的梯度力类型的静电吸盘。
在被吸附体为导体或半导体(硅晶圆)的情况下，优选使用库仑力类型的静电吸盘或约翰逊·拉别克力类型的静电吸盘。在被吸附体为玻璃这样的绝缘体的情况下，优选使用梯度力类型的静电吸盘。
静电吸盘24可以由一个板形成，也可以形成为具有能够独立地控制吸附力的多个子板。另外，在由一个板形成的情况下，也可以在其内部具有多个电极部，以能够在一个板内按每个电极部独立地控制吸附力。
作为基板吸附部件，除了利用静电引力的静电吸盘之外，也可以使用利用粘附力的粘附式的吸盘。
成膜装置11具备设置在静电吸盘24的与基板吸附面相反一侧的冷却部件30和磁力施加部件32(参照图3)。冷却部件30具有供制冷剂流动的冷却管，能够在成膜动作中抑制基板W和静电吸盘24的温度上升，抑制堆积在基板W上的有机材料的变质、劣化。磁力施加部件32具有轭板(第1板构件)和设置于轭板的多个磁体，能够利用磁力吸引掩模M，提高成膜时的基板W与掩模M的紧贴性。
在本发明的实施方式中，冷却部件30的冷却管和磁力施加部件32的磁体在与静电吸盘24的基板吸附面垂直的方向上，位于实质上相同的区域。由此，即使在成膜装置11具备冷却部件30的情况下，磁力施加部件32与掩模M之间的距离也不会变远，因此，能够抑制由磁力施加部件32作用于掩模M的磁力降低。
蒸发源25包括收纳要在基板上成膜的蒸镀材料的坩埚(未图示)、用于加热坩埚的加热器(未图示)、在从蒸发源的蒸发率变得恒定之前阻止蒸镀材料向基板飞散的挡板(未图示)等。蒸发源25能够根据用途而具有多种多样的结构，如点(point)蒸发源、线状(linear)蒸发源、面状蒸发源等。
成膜装置11包括用于测定在基板上蒸镀的膜的厚度的膜厚监视器(未图示)和膜厚计算单元(未图示)。
在真空容器21的上部外侧(大气侧)设置有基板支承单元致动器26、掩模支承单元致动器27、静电吸盘致动器28、位置调整机构29等。基板支承单元致动器26是用于使基板支承单元22升降(Z方向移动)的驱动部件。掩模支承单元致动器27是用于使掩模支承单元23升降(Z方向移动)的驱动部件。静电吸盘致动器28是用于使静电吸盘24升降(Z方向移动)的驱动部件。
位置调整机构29是作为用于调整基板W与掩模M的相对位置的部件的对准台机构。这些致动器和位置调整机构例如由马达和滚珠丝杠、或者马达和线性导向件等构成。位置调整机构29使整个静电吸盘24或静电吸盘致动器28相对于基板支承单元22及掩模支承单元23在XYθ方向(X方向、Y方向、旋转方向中的至少一个方向)上移动及/或旋转。此外，在本实施方式中，在吸附了基板W的状态下，将静电吸盘24在XYθ方向上进行位置调整，从而调整基板W与掩模M的相对位置。但是，位置调整机构29也可以采用不使静电吸盘24或静电吸盘致动器28相对移动而是使基板支承单元22或基板支承单元致动器26以及掩模支承单元23或掩模支承单元致动器27相对于静电吸盘24在XYθ方向上相对移动的结构。
在真空容器21的外侧上表面设置有对准用相机31，该对准用相机31用于经由设置于真空容器21的上表面的透明窗，对形成于基板W和掩模M的对准标记进行拍摄。对准用相机31设置在与形成于基板W和掩模M的对准标记对应的位置。例如，也可以将对准用相机31设置于在圆形的基板W中形成矩形的4个角中的至少对角上的2个角或所有4个角。
成膜装置11还包括在通过对准用相机31拍摄对准标记时照射对准标记的照明用光源。由于真空容器21的内部较暗，因此，利用光源对对准标记进行照明，从而能够获得更鲜明的图像。因此，光源优选为同轴照明，但并不限定于此。光源可以设置于真空容器21的外部上侧，从上方照射对准标记，或者也可以设置于真空容器21的内部，从下方照射对准标记。
成膜装置11具备控制部33。控制部33具有基板W/掩模M的输送及对准、蒸发源25的控制、成膜动作的控制等功能。
控制部33例如能够由具有处理器、内存、存储器、I/O等的计算机构成。在该情况下，控制部33的功能通过处理器执行存储于内存或存储器的程序来实现。作为计算机，可以使用通用的个人计算机，也可以使用嵌入式计算机或PLC(programmable logiccontroller)。或者，也可以由ASIC、FPGA这样的电路构成控制部的一部分或全部功能。另外，可以按每个成膜装置设置控制部，也可以构成为一个控制部控制多个成膜装置。
＜冷却部件及磁力施加部件＞
图3和图4是示意性地表示本发明的一实施方式的成膜装置11中冷却部件30和磁力施加部件32的结构及配置构造的剖视图和俯视图。
冷却部件30具有供制冷剂流动的冷却管30a和用于增加与作为被冷却体的静电吸盘24或基板W的接触面积的冷却板30b(第2板构件)，配置在静电吸盘24的基板吸附面24a(基板保持面)的相反侧。
制冷剂从冷却管30a的入口(IN)流入，从出口(OUT)流出。在图4中，冷却管30a的入口(IN)和出口(OUT)的位置是例示性的。制冷剂通过冷却管30a进行流动，从而能够使其下部的静电吸盘24和吸附于静电吸盘24的基板W冷却。
在本发明的一实施方式的成膜装置11的冷却部件30中，冷却管30a的形状为线状。在此，线状是指，从入口(IN)到出口(OUT)为止冷却管30a不在中途分开而以一个流路相连。由于冷却管30a为线状，从而通过冷却管30a内流动的制冷剂的流动不会停滞，能够实现有效的冷却。
具体而言，冷却部件30的冷却管30a能够以各种形状设置，以有效地冷却静电吸盘24和基板W。例如，如图4的(a)所示，冷却管30a可以构成为旋涡状，或者，如图4的(b)所示，也可以构成为锯齿状(日文：ジグザグ状)。根据该结构，在冷却部件30中的与静电吸盘24相向的平面的整个区域上都存在制冷剂的流动，因此，能够将静电吸盘24和基板(W)整体冷却。
如上所述，磁力施加部件32包括轭板(第1板构件)32b和设置于第1板构件32b并产生磁力的多个磁体32a。磁力施加部件32也与冷却部件30同样地配置在静电吸盘24的基板吸附面24a的相反侧。通过由磁体32a产生的磁力，能够将掩模M向静电吸盘24的一方吸引，使其紧贴于基板W。
根据本实施方式的一方面，冷却部件30的冷却管30a相对于磁力施加部件32的第1板构件32b设置于与静电吸盘24相向的面。而且，冷却管30a在与静电吸盘24的基板吸附面24a垂直的方向上，位于与磁体32a实质上相同的区域。即，在与基板吸附面24a交叉的交叉方向上磁力施加部件32和冷却部件30重叠地配置。特别是在本实施方式的一方面中，在上述交叉方向上磁体32a和冷却管30a重叠地配置。磁体32a在远离基板吸附面24a的方向上设置在与冷却管30a相同的位置，因此，磁体32a与基板吸附面24a(或掩模M)相距的距离不因冷却管30a的存在而受到影响。根据该结构，能够拉近磁体32a与掩模M之间的距离，由磁体32a作用于掩模M的磁力(引力)的大小不会减弱。
如图4所示，磁体32a的至少一部分在与基板吸附面24a平行的面内，配置在邻接的冷却管30a之间的区域。由此，在与基板吸附面24a平行的面内，如图3所示，冷却管30a和磁体32a交替地配置。
根据本实施方式的一方面，磁体32a与冷却管30a一起设置在第1板构件32b的与静电吸盘24相向的面上，但本发明并不限定于此。例如，也可以是磁体32a设置于第1板构件32b，冷却管30a安装于第2板构件30b的与静电吸盘32相向的面的相反侧的面。
在本发明的成膜装置中，磁力施加部件和冷却部件在与静电吸盘24的基板吸附面垂直的方向上，位于相同的区域，因此，能够在通过冷却部件对基板进行冷却的同时，抑制由磁力施加部件作用于掩模的磁力降低。
＜电子器件的制造方法＞
下面，说明使用了本实施方式的成膜装置的电子器件的制造方法的一例。以下，作为电子器件的例子而例示有机EL显示装置的结构及制造方法。
首先，说明要制造的有机EL显示装置。图5(a)是有机EL显示装置60的整体图，图5(b)表示1像素的截面构造。
如图5(a)所示，在有机EL显示装置60的显示区域61以矩阵状配置有多个具备多个发光元件的像素62。发光元件分别具有具备被一对电极夹着的有机层的构造。此外，在此所说的像素是指，在显示区域61中能够进行所期望的颜色的显示的最小单位。在本实施例的有机EL显示装置的情况下，通过显示出互不相同的发光的第1发光元件62R、第2发光元件62G、第3发光元件62B的组合构成像素62。像素62可以由红色发光元件、绿色发光元件以及蓝色发光元件的组合构成，另外，也可以由黄色发光元件、青色发光元件以及白色发光元件的组合构成，只要为至少1种颜色以上，就没有特别限制。
图5(b)是图5(a)的A-B线的局部剖视示意图。像素62具有在基板63上具备阳极64、空穴传输层65、发光层66R、66G、66B中的任一个、电子传输层67以及阴极68的有机EL元件。其中，空穴传输层65、发光层66R、66G、66B以及电子传输层67相当于有机层。另外，在本实施方式中，发光层66R是发出红色的有机EL层，发光层66G是发出绿色的有机EL层，发光层66B是发出蓝色的有机EL层。发光层66R、66G、66B分别形成为与发出红色、绿色、蓝色的发光元件(有时也描述为有机EL元件)对应的图案。另外，阳极64按每个发光元件分离地形成。空穴传输层65、电子传输层67以及阴极68可以相对于多个发光元件62R、62G、62B通用地形成，也可以按每个发光元件形成。此外，为了防止阳极64和阴极68因异物而短路，在阳极64之间设置有绝缘层69。并且，由于有机EL层会因水分、氧而劣化，因此，设置有用于保护有机EL元件不受水分、氧的影响的保护层70。
在图5的(b)中，用一个层表示空穴传输层65、电子传输层67，但也可以根据有机EL显示元件的构造，由包括空穴阻挡层、电子阻挡层的多个层形成。另外，也能够在阳极64与空穴传输层65之间形成具有能带构造的空穴注入层，以能够使空穴从阳极64顺利地向空穴传输层65注入。同样地，能够在阴极68与电子传输层67之间也形成电子注入层。
下面，具体说明有机EL显示装置的制造方法的例子。
首先，准备形成有用于驱动有机EL显示装置的电路(未图示)和阳极64的基板63。
在形成有阳极64的基板63上通过旋涂形成丙烯酸树脂，利用光刻法以在形成有阳极64的部分形成开口的方式将丙烯酸树脂形成图案而形成绝缘层69。该开口部相当于发光元件实际发光的发光区域。
将绝缘层69形成图案的基板63送入第1有机材料成膜装置，通过静电吸盘保持基板，将空穴传输层65作为通用的层在显示区域的阳极64上成膜。空穴传输层65通过真空蒸镀进行成膜。实际上空穴传输层65形成为比显示区域61大的尺寸，因此，不需要高精细的掩模。
接下来，将形成至空穴传输层65的基板63送入第2有机材料成膜装置，通过静电吸盘进行保持。进行基板与掩模的对准，使静电吸盘24经由基板吸附掩模之后，形成发出红色的发光层66R。
与发光层66R的成膜同样地，通过第3有机材料成膜装置形成发出绿色的发光层66G，然后通过第4有机材料成膜装置形成发出蓝色的发光层66B。在发光层66R、66G、66B的成膜完成之后，通过第5成膜装置在整个显示区域61形成电子传输层67。电子传输层67作为通用的层而形成于3色的发光层66R、66G、66B。
使形成至电子传输层67的基板移动到金属性蒸镀材料成膜装置而形成阴极68。
从将绝缘层69形成图案的基板63送入成膜装置起直到保护层70的成膜完成为止，若暴露在含有水分、氧的环境中，则由有机EL材料构成的发光层有可能因水分、氧而劣化。因此，在本例中，成膜装置之间的基板的送入送出在真空环境或非活性气体环境下进行。
上述实施例表示本发明的一例，本发明不限定于上述实施例的结构，也可以在其技术思想的范围内适当变形。

Claims (6)

1.一种成膜装置，所述成膜装置经由掩模在基板上对蒸镀材料进行成膜，具备：
静电吸盘，其具有保持基板的基板保持面；
掩模支承单元，其设置于所述基板保持面侧，用于保持掩模；
磁力施加部件，其相对于所述静电吸盘设置于所述基板保持面的相反侧，用于向掩模施加磁力；以及
冷却部件，其相对于所述静电吸盘设置于所述基板保持面的相反侧，用于冷却基板，
其特征在于，
在与所述基板保持面交叉的交叉方向上，所述磁力施加部件和所述冷却部件重叠地配置，
所述磁力施加部件具有第1板构件和设置在所述第1板构件的与所述静电吸盘相向的面上的磁体，
所述冷却部件具有配置在所述第1板构件与所述静电吸盘之间的第2板构件和设置在所述第2板构件的与所述第1板构件相向的面上的冷却管，
在与所述基板保持面平行的面内，所述磁体的至少一部分配置在所述冷却管的相邻的两个部分之间。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，
在与所述基板保持面平行的方向的面内，所述磁体和所述冷却管交替地配置。
3.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，
所述冷却管配置成旋涡状。
4.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，
所述冷却管配置成锯齿状。
5.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于，
所述冷却管为线状。
6.一种电子器件的制造方法，其特征在于，使用权利要求1至5中任一项所述的成膜装置来制造电子器件。
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