JP2014065959A - 蒸着装置、および、蒸着装置における基板設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着装置において、基板を水平に設置して蒸着する蒸着装置において、設置時のたわみをなくし、マスクとのアライメントの精度をよくし、基板上に安定した膜厚の薄膜を形成することのできるようにする。
【解決手段】蒸着源を加熱して蒸発材料を揮発蒸着し、基板上の蒸着パターンを規定するマスクを基板に当接させて、前記基板に薄膜を形成する蒸着装置において、基板を下方から支持する基板支持手段と、マスクを下方から支持するマスク支持手段と、基板を静電気力により吸着する静電チャックと、静電チャックを上下に駆動させる静電チャック駆動部とを有し、静電チャックは、基板の中央部を吸着する中央部静電チャックと、基板の側部を吸着する側部静電チャックとからなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、蒸着装置、および、蒸着装置における基板設置方法に係り、基板上に有機ＥＬ素子等の薄膜を形成する蒸着装置であって、特に、基板を水平にした状態で蒸着する水平蒸着の蒸着装置において、設置時の基板のたわみをなくし、基板に安定した膜厚の薄膜を形成するのに好適な蒸着装置、および、蒸着装置における基板設置方法に関する。

有機ＥＬデバイスなどを製造する有力な方法として真空蒸着法がある。真空蒸着法による蒸着装置においては、坩堝に入った蒸着材料を加熱し蒸発（昇華）させ、ノズルから噴出した蒸着材料を有機ＥＬ素子の薄膜を形成するように表示基板などに蒸着させる。

このような真空蒸着法による蒸着装置では、基板を水平に設置して、蒸着材料の蒸着をおこなう水平蒸着と、基板を鉛直縦向きにして、蒸着材料の蒸着をおこなう垂直蒸着が知られている。

水平蒸着においては、基板を保持するために、静電チャックで保持する技術が知られている。静電チャックは、部材を静電気力（クーロン力）で保持する機構である。

例えば、特許文献１には、基板を静電チャック部で保持して、蒸着をおこなう蒸着装置が開示されている（段落番号００２７、図１）。

特開２００１−１６３６９２号公報

近年、有機ＥＬパネルの大型化が図られてきており、水平蒸着による蒸着装置では、基板をたわみなく保持させることが必要になる。基板にたわみがあると、蒸着マスクとのアライメント精度が悪化しやすくなり、基板のたわみの大きい部分とそうでない部分とで蒸着源との距離(いわゆる「Ｔ／Ｓ距離」)の差が大きくなり、蒸着の膜厚分布に不均衡が生じるためである。

このような問題に対応するため、静電チャックより基板をチャックさせて所定の平面を得ることが考えられる。しかしながら、大基板で大きく変形したガラスの場合には、変形が数ミリから十数ミリ、または数十ミリに達し、静電チャックで全面を吸着するためには０．５ｍｍ〜１ｍｍまで吸着対象に近付ける必要があるため、吸着することは困難であるという問題点があった。水平蒸着で、基板の下側に蒸着源をおいて蒸着する蒸着装置において、基板を静電チャックで吸着する場合には、吸着面は下面である蒸着面の反対側（上面）である。平面に基板を置いて、上から吸着するという解決策が考えられるが、基板の周囲数ミリ〜十数ミリを除いた蒸着面（下面）は蒸着物以外のものが付着しないようにするため接触が禁じられており、周辺部で支えるのみでは、基板のたわみをなくすことは難しい。また、基板の周囲をクランプし、基板を中心から面方向に引っ張ることでたわみを緩和させることができるが、クランプおよび引張によるストレスにより、破損するおそれが生じる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、基板を水平に設置して蒸着する蒸着装置において、設置時のたわみをなくし、マスクとのアライメントの精度をよくし、基板上に安定した膜厚の薄膜を形成することのできる蒸着装置を提供することにある。

本発明の蒸着装置は、蒸着源を加熱して蒸発材料を揮発蒸着し、基板上の蒸着パターンを規定するマスクを基板に当接させて、前記基板に薄膜を形成する蒸着装置において、基板を下方から支持する基板支持手段と、マスクを下方から支持するマスク支持手段と、基板を静電気力により吸着する静電チャックと、静電チャックを上下に駆動させる静電チャック駆動部とを有するものであり、静電チャックは、基板の中央部を吸着する中央部静電チャックと、基板の側部を吸着する側部静電チャックとからなるものである。

本発明によれば、基板を水平に設置して蒸着する蒸着装置において、設置時のたわみをなくし、マスクとのアライメントの精度をよくし、基板上に安定した膜厚の薄膜を形成することのできる蒸着装置を提供する

本発明の一実施形態に係る蒸着装置のライン上の動きが分かるように上部から見た概観図である。 真空蒸着チャンバ１の構成を示す断面図である。 基板マスク保持部６における一連の動作について説明するための要部断面図である（その一）。 基板マスク保持部６における一連の動作について説明するための要部断面図である（その二）。

以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図３Ｂを用いて説明する。
先ず、図１を用いて本発明の一実施形態に係る蒸着装置の全体構造について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る蒸着装置のライン上の動きが分かるように上部から見た概観図である。

本実施形態では、蒸着装置として、有機ＥＬデバイス製造のための薄膜を真空蒸着する有機ＥＬデバイス製造装置であって、アライメントと蒸着を同一の真空蒸着チャンバ１で実現する蒸着装置を例に採り説明する。

有機ＥＬデバイス製造装置１００は、下面が蒸着面とする基板６を水平に搬送し、下から蒸着材料を基板に蒸着する真空蒸着チャンバ１を有する。有機ＥＬデバイス製造装置１００は、中心部に真空搬送ロボット５を持った多角形の真空搬送チャンバ２と、その周辺部に放射状に基板ストッカ室３や成膜室である真空蒸着チャンバ１を配置したクラスタ型の有機ＥＬデバイス製造装置の構成を有している。各真空蒸着チャンバ１には、基板６と、基板の下に設置されるマスク８と、その基板６とマスク８を保持する基板マスク保持部９と、マスク８の下に蒸着源７とを有する。また、真空蒸着チャンバ１および基板ストッカ室３と真空搬送チャンバ２との間には、互いの真空を隔離するゲート弁１０が設けられている。また、制御装置２００は、有機ＥＬデバイス製造装置１００の各構成要素を監視制御する部分である
次に、図２を用いて真空蒸着チャンバ１の構成について説明する。
図２は、真空蒸着チャンバ１の構成を示す断面図である。

真空蒸着チャンバ１は、密閉された四方の壁１１で囲まれて、真空ポンプ５０により内部は、真空に保たれる。真空蒸着チャンバ１の上部には、基板マスク保持部９があり、ここに基板６とマスク８が設置され、マスク８の下部に置かれた蒸着源７から蒸着材料７１をヒータ７２を加熱することにより、揮発させて、基板６に蒸着材料７１を蒸着する。基板６は、ガラス基板であり、ここに有機材料からなる薄膜が蒸着される。マスク８は、基板６の蒸着パターンを規定する金属の板であり、蒸着の前の設定では、基板６との位置合わせ（アライメント）がおこなわれる。

基板マスク保持部９は、上フレーム４２ａ、横フレーム４２ｂ、マスクステージ１８により、枠組みが作られ、壁１１に取り付けられたＬ字型の保持具１９により、支えられている。

基板６は、基板トレイ１２に載せて、真空搬送ロボット５により、真空蒸着チャンバ１の基板マスク保持部９に搬入される。また、基板トレイ１２は、基板マスク保持部９の中で、基板トレイステージ１４により保持されている。基板トレイステージ１４は、プレアライメント時には、プレアライメントプッシャ４０により、押出されて、左右に移動して、位置あわせをおこなわれる。

マスク８は、マスクフレーム１６にはめられて、マスクステージ１８の上に設置される。

基板６の上側には、静電チャックホルダ２２があり、静電チャックホルダ２２の内部には、中央部静電チャック２０ａと、左右に側部静電チャック２０ｂが保持されている。中央部静電チャック２０ａは、基板６を中央から静電気力で保持し、側部静電チャック２０ｂは、基板の側部を静電気力で保持する。静電チャックは、原理としてクーロン力型とジョンソン・ラベック力型があるがいずれのものでもよい。

また、中央部静電チャック２０ａは、静電チャック駆動部２１により、静電チャックホルダ２２とは、別個または一体となって上下に移動可能である。

そして、静電チャックホルダ２２の上側には、磁気プレート３０が置かれている。磁気プレート３０は、磁気を帯びた板であり、アライメント時に金属板であるマスク８を引き付ける機能を有する。磁気プレート３０は、磁気プレート駆動部３１により、上下に移動可能である。

また、静電チャックホルダ２２には、穴がうがたれており、その中に、押出しピン６０が置かれている。押出しピン６０は、基板６が中央部静電チャック２０ａ、側部静電チャック２０ｂにより、保持されているときに、取り外すときに用いられる。押出しピン６０は、押出しピン駆動部６１により、上下に移動可能である。

次に、図３Ａおよび図３Ｂを用いて基板マスク保持部６における一連の動作について説明する。
図３Ａ、図３Ｂは、基板マスク保持部６における一連の動作について説明するための要部断面図である。

なお、この図においては、分かりやすくするために、押出しピン駆動部６１、磁気プレート駆動部３１は、省略している。

図３Ａ（ａ）：先ず、基板６が基板トレイ１２と共に基板マスク保持部６に搬入され、基板トレイステージ１４に設置される。このとき、プレアライメントのために、基板トレイステージ１４が、プレアライメントプッシャ４０に押出されて、移動する。プレアライメントとは、後に説明するアライメントの前に、基板トレイステージ１４のおおよその位置あわせをおこなう工程である。このとき、中央部静電チャック２０ａの先端位置は、静電チャックホルダ２２の下辺あたりにある。また、磁気プレート３０と、基板マスク保持部６は、かなり離れた位置にあり、磁気プレート３０は、上フレーム４２ａに近い位置にある。

なお、本実施形態では、基板６が基板トレイ１２と共に搬入される形態としたが、基板トレイ１２は、必須ではなく、基板６がそのまま、搬入される機構であってもよい。

図３Ａ（ｂ）：中央部静電チャック２０ａが静電チャック駆動部２１により、下方に押し下げられ、基板６を吸着する。中央部静電チャック２０ａをどれくらい基板６に降ろすかは、予め設計値で決めて置くようにしてもよいし、より詳細にするならば、光センサなどの検出手段を設け、基板６の吸着の様子を検知し、適切な量を導くようにしてもよい。

図３Ａ（ｃ）：基板６を吸着したまま、中央部静電チャック２０ａが静電チャック駆動部２１により、上方に引き上げられ、静電チャックホルダ２２の下辺まで移動する。このとき、側部静電チャック２０ｂも基板６の側部を吸着して、基板６の平坦化に寄与する。

図３Ａ（ｄ）：基板トレイステージ１４が、基板トレイ１２と共に下方に移動し、基板トレイ１２は、マスクフレーム１６に重なる。ここで、図示していないが、基板トレイステージ１４を上下運動させる基板トレイステージ駆動部が別個設けられており、基板トレイステージ１４は、基板トレイステージ駆動部により、下方に移動させられる。

図３Ｂ（ｅ）：静電チャック２０ａが、静電チャック駆動部２１により、下方に移動し、静電チャックホルダ２２は、中央部静電チャック２０ａと、側部静電チャック２０ｂにより、基板６を保持したまま、下方に移動し、マスク８と重ね合わされる。

詳細は、図示しなかったが、この段階で、アライメントカメラとアライメント駆動部が別個設けられており、アライメントカメラが基板６と、マスク８のアラインメントマークを認識し、アライメント駆動部は、これを重ね合わせるように、基板６と、マスク８を左右または回転して互いの位置を相対移動させることにより、アラインメントをおこなう。アライメント時には、図３Ｂ（ｅ）の状態から図３Ａ（ｄ）の状態に移行して、基板６をわずかに持ち上げ、その後に、図３Ａ（ｄ）の状態から図３Ｂ（ｅ）の状態に移行し、基板６をマスク８上に降ろす。そして、必要なときは、図３Ｂ（ｅ）の状態から図３Ａ（ｄ）の状態の移行と、図３Ａ（ｄ）の状態から図３Ｂ（ｅ）の状態の移行を数度繰り返す。

図３Ｂ（ｆ）：磁気プレート３０は、磁気プレート駆動部３１により、下方に移動し、マスク８を磁気力により、上側に引き上げて、マスク８と密着させる。

そして、アラインメントが終わり、基板６とマスク８と密着が密着された後に、蒸着源７により蒸着がおこなわれる。

図３Ｂ（ｇ）：押出しピン６０が、押出しピン駆動部６１により、下方に押出され、中央部静電チャック２０ａと、側部静電チャック２０ｂから、基板６を取り外す。

図３Ｂ（ｈ）：静電チャック駆動部２１により中央部静電チャック２０ａを引き上げることによって、静電チャックホルダ２２は、上方に移動され、磁気プレート３０が、磁気プレート駆動部３１により、上方に移動される。そして、蒸着が終わった基板６が、基板トレイ１２と共に、真空蒸着チャンバ１から取り出される。

１…真空蒸着チャンバ、２…真空搬送室、３…基板ストッカ室、５…真空搬送ロボット、６…基板、７…蒸着源、８…マスク、９…基板マスク保持部、１０…ゲート弁、１００…有機ＥＬデバイス製造装置、
１１…壁、１２…基板トレイ、１４…基板トレイステージ、１６…マスクフレーム、１８…マスクステージ、１９…保持具、２０ａ…中央部静電チャック、２０ｂ…側部静電チャック、２１…静電チャック駆動部、２２…静電チャックホルダ、３０…磁気プレート、３１…磁気プレート駆動部、４０…プレアライメントプッシャ、４２ａ…上フレーム、４２ｂ…横フレーム、５０…真空ポンプ、６０…押出しピン、６１…押出しピン駆動部、７１…蒸着材料、７２…ヒータ。

Claims (5)

1. 蒸着源を加熱して蒸発材料を揮発蒸着し、基板上の蒸着パターンを規定するマスクを基板に当接させて、前記基板に薄膜を形成する蒸着装置において、
   前記基板を下方から支持する基板支持手段と、
   前記マスクを下方から支持するマスク支持手段と、
   前記基板を静電気力により吸着する静電チャックと、
   前記静電チャックを上下に駆動させる静電チャック駆動部とを有することを特徴とする蒸着装置。
2. 前記静電チャックは、前記基板の中央部を吸着する中央部静電チャックと、前記基板の側部を吸着する側部静電チャックとからなることを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
3. さらに、前記静電チャックを収容する静電チャックホルダと、
   前記静電チャックホルダに収容され静電チャックに吸着された基板を取り外す押出しピンと、
   前記押出しピンを上下に駆動する押出しピン駆動部とを有することを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
4. 蒸着源を加熱して蒸発材料を揮発蒸着し、基板上の蒸着パターンを規定するマスクを基板に当接させて、前記基板に薄膜を形成する蒸着装置における基板設置方法において、
   前記蒸着装置は、
   前記基板を下方から支持する基板支持手段と、
   前記マスクを下方から支持するマスク支持手段と、
   前記基板を静電気力により吸着する静電チャックと、
   前記静電チャックを収容する静電チャックホルダと、
   前記静電チャックを上下に駆動させる静電チャック駆動部と、
   前記静電チャックホルダに収容され静電チャックに吸着された基板を取り外す押出しピンと、
   前記押出しピンを上下に駆動する押出しピン駆動部と
   前記マスクを吸引する磁気プレートと、
   前記磁気プレートを上下に駆動させる磁気プレート駆動部と、
   前記基板と前記マスクの位置合わせをおこなうアライメント手段と、
   蒸着材料を加熱して揮発させる蒸着源とを有し、
   前記基板支持手段により、前記基板を支持する工程と、
   前記マスク支持手段により、前記マスクを支持する工程と、
   前記静電チャック駆動部により、前記静電チャックホルダを下方に移動させて、前記静電チャックホルダに前記基板を吸着させる工程と、
   前記静電チャック駆動部により、前記基板を吸着した静電チャックホルダを、上方に移動させる工程と、
   前記基板支持手段を下方に移動させる工程と、
   前記静電チャック駆動部により、前記基板を吸着した静電チャックホルダを、下方に移動させる工程と、
   前記アライメント手段により、前記基板と前記マスクの位置合わせをおこなう工程と、
   前記磁気プレート駆動部により、前記磁気プレートを下方に移動させ、前記磁気プレーさより、前記マスクを吸引し、前記基板と前記マスクを当接させる工程と、
   前記蒸着源により、基板に薄膜を蒸着する工程と、
   前記蒸着工程の後に、前記押出しピン駆動部により、押出しピンを下方に移動させ、前記静電チャックに吸着された基板を取り外す工程とを有することを特徴とする蒸着装置における基板設置方法。
5. 前記静電チャックは、前記基板の中央部を吸着する中央部静電チャックと、前記基板の側部を吸着する側部静電チャックとからなることを特徴とする請求項４記載の蒸着装置における基板設置方法。

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