JP4609756B2

JP4609756B2 - 成膜装置のマスク位置合わせ機構および成膜装置

Info

Publication number: JP4609756B2
Application number: JP2005047814A
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 Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-02-23
Also published as: KR20070089857A; CN101090997B; KR100884030B1; CN101090997A; TW200639597A; TWI306185B; WO2006090748A1; JP2006233258A

Description

本発明は、成膜装置のマスク位置合わせ機構および成膜装置に関するものである。

有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）素子を製造する真空蒸着装置（成膜装置）には、底部に有機材料を入れるるつぼが設けられており、るつぼの外面に有機材料を加熱・蒸発（昇華）させるヒーターが設けられている。また真空蒸着装置には、るつぼに対面して配置されたチャックと、ガラス基板の縁部に接触して、このガラス基板をチャックの底面に装着保持させる基板クランプとが設けられている。チャックは、ガラス基板を平面状に維持するための平板であり、基板クランプには、昇降機構が設けられている。さらに真空蒸着装置には、有機ＥＬ素子のパターンをガラス基板に形成するためのマスクがチャックとるつぼの間に設けられている。このマスクは、マスク搬送機構により真空蒸着装置の内部へ挿入され、位置決めされることなくマスククランプ上に載置されている。

ところで有機ＥＬ素子の製造方法において、基板枠とマスクとを位置合わせすることについて開示されたものとして特許文献１がある。この特許文献１に開示された方法は、基板を保持する基板枠にガイドピンが設けられるとともに、マスクにガイドピンが挿入されるガイド穴が設けられており、基板枠のガイドピンにマスクのガイド穴を挿入することで、基板枠とマスクとの位置合わせを行うものである。
特開２００１−３２６０７５号公報

真空蒸着装置は、有機材料をガラス基板に成膜するのに先だって、マスクとガラス基板の位置合わせを行う。この位置合わせは、マスクに設けられたアライメントマークと、ガラス基板に設けられたアライメントマークとをカメラで撮像し、撮像した画像からマスクまたはガラス基板の移動量を決定し、この移動量に基づいてマスクまたはガラス基板を移動させることにより、行っている。

ところで有機ＥＬ素子を製造する場合、ガラス基板には、数十μｍ幅の画素（ピクセル）毎に赤、緑および青の発光部を並べなくてはならず、各画素の位置精度は±５〜±３μｍ程度必要である。このためカメラは、高分解能を得るために視野が狭くなっているので、マスクをマスククランプ上に載置したときに真空蒸着装置に対してマスクの位置が大きくずれていると、カメラの視野にマスクのアライメントマークが入らない虞がある。

またマスクのアライメントマークがカメラの視野に入っていたとしても、マスクの位置ズレしている量が大きければ、１回の作業で位置決めを終えない場合がある。したがって複数回のアライメント作業が必要になるので作業時間が多くかかり、生産効率が悪くなる。

さらに真空蒸着装置では、成膜毎にマスクとガラス基板との位置合わせを行っているので、マスクが成膜処理を行うにつれて位置ズレしていき、安定した位置決め作業が困難になる。

本発明は、マスクの位置合わせを容易にする成膜装置のマスク位置合わせ機構を提供することを目的とする。
またマスク位置合わせ機構を備えた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のマスク位置合わせ機構は、成膜装置内にマスククランプを配設し、前記マスククランプにマスクを載せるときの成膜装置のマスク位置合わせ機構であって、前記マスククランプは、成膜装置の外側に設けられた回転機構により回転可能とされたマスククランプと、成膜装置に対して位置決めされた第２のマスククランプと、からなり、前記第２のマスククランプは、前記マスクの縁部に対応して前記マスクの側方から延設された延設部と、前記延設部の先端部に設けられた嵌合ピンとを有し、前記マスクは、その前記縁部に前記第２のマスククランプの前記嵌合ピンと嵌め合わされる嵌合穴を備えた、ことを特徴としている。

また前記マスクの前記嵌合穴は、前記マスクの対角する角部に設けられたことを特徴としている。
また前記マスククランプの前記嵌合ピンは、テーパー形状であることを特徴としている。

また本発明に係る成膜装置は、成膜材料の蒸発源と、前記蒸発源に対向して配設され、基板を装着保持するチャックと、前記チャックに装着保持された前記基板に被せられるマスクと、前記蒸発源と前記チャックとの間に配設された前記マスクを保持するマスククランプを有し、このマスククランプを成膜装置の外側に設けられた回転機構により回転可能とされ成膜対象の基板とアライメント調整可能なマスククランプと、成膜装置に対して位置決めされた第２のマスククランプとにより構成し、前記第２のマスククランプは、前記マスクの縁部に対応して前記マスクの側方から延設された延設部を備え、前記マスクおよび前記延設部には、前記マスクと前記延設部との位置決めをなす嵌合部を設けた、ことを特徴としている。

前記第２のマスククランプは成膜装置に対して位置決めされて配設されているので、このマスククランプの嵌合ピンとマスクの嵌合穴とが嵌め合わされるようにマスクをマスククランプに載せれば、マスクを成膜装置に対して位置決めすることができる。これによりマスクの位置が一定となるので、マスクと基板との位置合わせを容易に行うことができる。

またマスクの嵌合穴を、対角するようにマスクの角部に設けると、マスククランプに設けられる嵌合ピンも、これに合わせて対角に設けられる。このように嵌合穴および嵌合ピンを配置すると、マスクの位置ズレを無くすことができる。マスクをロボット等にて成膜装置に搬送した後、成膜装置内部に一定したポジションに置く位置を固定できる簡易アライメントも兼ねている。

またマスククランプの嵌合ピンをテーパー形状にすると、このテーパー形状の側面に沿ってマスクの嵌合穴を導くことができ、確実にマスククランプの嵌合ピンとマスクの嵌合穴とを嵌め合わせすることができる。
なおマスククランプに嵌合穴を設け、マスクに嵌合ピンを設けることもできる。

以下に、本発明に係る成膜装置のマスク位置合わせ機構および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はマスククランプの概略平面図である。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（成膜材料）の蒸発源１４（昇華源）を備えるとともに、その上部にチャック１６、基板クランプ１８、マスククランプ２０を備えた構成である。

具体的には、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１６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。そしてチャック１６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）によって水平回転可能となっている。

基板クランプ１８は、真空蒸着装置１０の上部から下方に向かって延び、先端部１８ａがチャック１６側（蒸着装置の中央側）に向けて折り曲げられた鉤型であり、チャック１６の側縁に沿って配設されている。この基板クランプ１８は、その先端部１８ａ（折曲げ部）でガラス基板２４の縁部を支えるために、各先端部１８ａ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１８は、真空蒸着装置１０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１８ａ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１８が上昇することによって、ガラス基板２４をチャック１６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２０は、真空蒸着装置１０の上部から下方に向かって延び、先端部２０ａがチャック１６側（蒸着装置の中央側）に向けて折り曲げられた鉤型であり、チャック１６や基板クランプ１８の側縁に沿って配設されている。このマスククランプ２０は、その先端部２０ａ（折曲げ部）でマスク２６の縁部を支えるために、各先端部２０ａ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２０は、真空蒸着装置１０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２０ａ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１８およびマスククランプ２０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１６とともに回転することが可能になっている。

マスク２６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２６ａと、マスクフィルム２６ａの周縁部を保持する枠型のマスクフレーム２６ｂとを備えている。そしてマスクフレーム２６ｂには、マスク２６の位置決めを行う為の嵌合穴２６ｃが設けられている。

第２のマスククランプ２２は、チャック１６と蒸発源１４との間において、チャック１６に対面するよう配設されており、その構成はマスク２６の縁部に対応して前記マスク２６の側方から延設された延設部２２ａと、この延設部２２ａの先端部に設けられた嵌合ピン２２ｂとを有するものである。具体的には、第２のマスククランプ２２は、真空蒸着装置１０に対して位置決めして配設されており、マスク２６の縁部（マスクフレーム２６ｂ）を支える延設部２２ａを備えている。この延設部２２ａは、チャック１６の側縁に沿ってマスククランプ２０を挟み込む位置に配設され、且つ鉤型に形成されたマスククランプ２０の先端部２０ａに沿ってマスク２６の外側からマスク２６の縁部まで延ばされている。この延設部２２ａの先端部には、マスク２６の嵌合穴２６ｃと嵌め合わされる嵌合ピン２２ｂが設けられている。また一方のマスククランプ２０を両側から挟み込むように配設された各延設部２２ａの基端部はそれぞれ接続されている。なお図１に示す形態では、延設部２２ａは、マスク２６の各角部を支えるようにマスク２６の外側から延設されている。

図３はマスクとマスククランプとの嵌合部の説明図である。マスク２６に設けられた嵌合穴２６ｃと、マスククランプ２２に設けられた嵌合ピン２２ｂとは、これらが嵌め合わされる構造（嵌合部）であればよい。

具体例としては、図３（Ａ）に示すように、マスククランプ２２の嵌合ピン２２ｂをテーパー状にした場合は、マスク２６の嵌合穴２６ｃを嵌合ピン２２ｂの挿入可能なものにすればよい。マスククランプ２２の嵌合ピン２２ｂをテーパー形状にすることにより、テーパー形状の側面に沿ってマスク２６の嵌合穴２６ｃを容易に導き入れることができ、確実にマスククランプ２２の嵌合ピン２２ｂとマスク２６の嵌合穴２６ｃとを嵌め合わせすることができる。また図３（Ｂ）に示すように、マスククランプ２２の嵌合ピン２２ｂを柱状にした場合は、マスク２６の嵌合穴２６ｃを嵌合ピン２２ｂの挿入可能なものにすればよい。次に図３（Ｃ）に示すように、マスククランプ２２の嵌合ピン２２ｂを半球状にした場合は、マスク２６の嵌合穴２６ｃを嵌合ピン２２ｂの挿入可能なものにすればよい。さらに図３（Ｄ）に示すように、マスククランプ２２の嵌合ピン２２ｂを台形にした場合は、マスク２６の嵌合穴２６ｃを嵌合ピン２２ｂの挿入可能なものにすればよい。

また図３（Ａ）〜（Ｄ）の嵌合部の形態とは逆に、図３（Ｅ）に示すようにマスククランプ２２に嵌合穴２７を設け、マスク２６に嵌合ピン２８を設けることもできる。一例としては、マスク２６の嵌合ピン２８をテーパー形状にし、マスククランプ２２の嵌合穴２７を嵌合ピン２８の挿入可能なものにすればよい。同様に、嵌合ピン２８を長方形、半球状、台形にすることも可能である。なお嵌合部は、その数を２つ以上設ければよく、また任意の位置に設けることができる。すなわちマスククランプ２２の嵌合ピン２２ｂ（嵌合穴２７）およびマスク２６の嵌合穴２６ｃ（嵌合ピン２８）は、その数を２つ以上設ければよく、また任意の位置に設けることができる。より好ましくは、図１に示すように、２つの嵌後部を対角するように設ければよい。このようなマスク２６およびマスククランプ２２によって位置合わせ機構が構成される。そして位置合わせ機構により、真空蒸着装置１０に対するマスク２６の位置合わせを行うことができ、機械的にマスク２６の位置ズレを防止することが可能になる。

次に、真空蒸着装置１０に対するマスク２６の位置合わせ方法およびガラス基板２４の装着方法について説明する。まずマスククランプ２０はチャック１６から離れて設けられ、その先端部２０ａがマスククランプ２２の延設部２２ａと同一面か、延設部２２ａよりも下方に下げられている。そしてマスク２６は、マスク搬送機構（不図示）によって真空蒸着装置１０内に入れられ、前記マスク搬送機構の下降動作とともに下方へ移動されて、マスククランプ２２上に載せられる。このとき、マスク２６に設けられた嵌合穴２６ｃとマスククランプ２２に設けられた嵌合ピン２２ｂとが嵌め合わされて、マスク２６は真空蒸着装置１０に対して位置合わせされる。

次にガラス基板２４は、基板搬送機構（不図示）によって真空蒸着装置１０内に入れられ、チャック１６とマスク２６との間に挿入される。そしてガラス基板２４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１８上に載せられる。

この後、マスククランプ２０を上昇させることによりマスク２６を上方に移動させ、マスク２６上にガラス基板２４を載せる。そしてマスククランプ２０は、ガラス基板２４がチャック１６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２４は、マスク２６上に載置されるとマスク２６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１６に当接される。

この後、基板クランプ１８をガラス基板２４に接触するまで上昇させる。これによりガラス基板２４は、基板クランプ１８により水平状態を維持しつつチャック１６に装着保持される。そしてマスククランプ２０を下降させて、マスク２６を下方に移動させる。

この後、ガラス基板２４に設けられたアライメントマークと、マスク２６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２４とマスク２６との位置合わせが行われる。図４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４（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４（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４（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２４には、少なくとも２箇所にアライメントマーク３０が設けられている。ガラス基板２４に設けられたアライメントマーク３０は、例えばガラス基板２４の対角する角部に設けられ、ガラス基板２４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２４に設けられるアライメントマーク３０の形状は、例えば丸や点もしくは十字形等であればよい。

またマスク２６に設けられたアライメントマーク３２は、ガラス基板２４に設けられたアライメントマーク３０に対応した位置に設けられればよく、その形状は点や丸もしくは十字形等であればよい。なおガラス基板２４のアライメントマーク３０を丸とした場合は、マスク２６のアライメントマーク３２を点にすればよく、ガラス基板２４のアライメントマーク３０を点とした場合は、マスク２６のアライメントマーク３２を大きさの異なる丸もしくは異なる形状にすればよい。

さらに真空蒸着装置１０には、ガラス基板２４に設けられたアライメントマーク３０と、マスク２６に設けられたアライメントマーク３２とを撮像するカメラ３４を設けておけばよい（図４（Ａ）参照）。

そしてカメラ３４で撮像された画像を確認しつつ、アライメントマーク３０（３２）の円の中に、アライメントマーク３２（３０）の点が入るようにマスク２６のＸ（縦），Ｙ（横）、θ（回転）方向を調整すれば、ガラス基板２４とマスク２６との位置合わせが終了する（図４（Ｂ），（Ｃ）参照）。なおガラス基板２４とマスク２６との位置合わせ時は、マスク２６が真空蒸着装置１０に対して位置合わせされているので、マスク２６のアライメントマーク３２が確実にカメラ３４の視野内に入る。

このようなガラス基板２４の装着工程を経た後、ガラス基板２４やマスク２６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・昇華させて、ガラス基板２４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。

このような成膜装置のマスク２６位置合わせ機構によれば、マスククランプ２２は真空蒸着装置１０に対して位置決めされて配設されているので、このマスククランプ２２の嵌合ピン２２ｂとマスク２６の嵌合穴２６ｃとが嵌め合わされるようにマスク２６をマスククランプ２２に載せれば、マスク２６を真空蒸着装置１０に対して位置決めすることができる。この位置決めによってマスク２６の位置を一定にすることができ、真空蒸着装置１０に対するマスク２６の位置ズレを無くすことができる。したがってカメラ３４の狭い視野内に確実にアライメントマーク３２を入れることができ、またマスク２６とガラス基板２４とを１回のアライメント作業で位置決めできるので、作業時間を短縮でき、生産効率を向上させることができる。

また成膜毎にマスク２６をマスククランプ２２に載置して、マスク２６を真空蒸着装置１０に対して位置決めさせれば、マスク２６が成膜処理を行うにつれて位置ズレしていく事がなくなる。したがって成膜を繰り返し行っても、マスク２６とガラス基板２４との位置決めを容易に行うことができる。

なお本実施形態では、嵌合部として嵌合ピン２２ｂ（２８）および嵌合穴２６ｃ（２７）を用いた形態について説明したが、嵌合部はこの形態に限定されることはない。図５は嵌合部の変形例を示す説明図である。図５（Ａ）は斜視図であり、図５（Ｂ）は平面図である。なお図５では、１つの嵌合部を示している。嵌合部は、平面視略Ｌ字型のガイド４０であり、マスククランプ２２の延設部２２ａの上に設けられている。このガイド４０は、マスククランプ２２の上にマスク２６が載せられたときの、マスク２６角部の位置に対応して設けられている。すなわちマスククランプ２２上にマスク２６が載せられたときに、ガイド４０（Ｌ字）の内側とマスク２６の角部とが沿うようになっている。そしてガイド４０の内側は階段状に形成されており、この階段部４２の上面にマスク２６が載せられる。なお、このようなガイド４０は、図１に示す嵌合部と同様に、対角するようにマスククランプ２２に配設されればよい。図５（Ａ）では、ガイド４０の切り込みが直角であるが、図５（Ｃ）のようにテーパーを付けてもよい。

このようなガイド４０（嵌合部）では、マスク２６がマスククランプ２２の上に載せられるときに、マスク２６の角部がガイド４０の内側の角部に沿うようにすれば、装置に対して位置決めされてマスク２６をマスククランプ２２上に載せることができる。

また本実施形態では、成膜装置として真空蒸着装置１０を用い、この真空蒸着装置１０で有機ＥＬ素子を製造する形態について説明したが、この形態に限定されることはない。したがって成膜装置は、例えばスパッタ装置等であってもよい。また基板はガラス基板２４に限定されるとはない。さらに成膜装置のマスク位置合わせ機構は、マスクと基板との位置合わせが必要なときに適用することができる。

なお上述した実施形態では、ガラス基板２４とマスク２６との位置合わせを行うカメラ３４が２つ設けられた形態であるが、これに限定されることはない。すなわちカメラ３４は、図６（Ａ）に示すように３個設けることもでき、図６（Ｂ）に示すように４個設けることもできる。

マスククランプの概略平面図である。真空蒸着装置の説明図である。マスクとマスククランプとの嵌合部の説明図である。ガラス基板とマスクとの位置合わせの説明図である。嵌合部の変形例を示す説明図である。カメラの配設位置を説明する図である。

符号の説明

１０………真空蒸着装置、１６………チャック、１８………基板クランプ、２０………マスククランプ、２２………マスククランプ、２２ａ………延設部、２２ｂ………嵌合ピン、２４………ガラス基板、２６………マスク、２６ｃ………嵌合穴。

Claims

成膜装置内にマスククランプを配設し、前記マスククランプにマスクを載せるときの成膜装置のマスク位置合わせ機構であって、
前記マスククランプは、成膜装置の外側に設けられた回転機構により回転可能とされたマスククランプと、成膜装置に対して位置決めされた第２のマスククランプと、からなり、
前記第２のマスククランプは、前記マスクの縁部に対応して前記マスクの側方から延設された延設部と、前記延設部の先端部に設けられた嵌合ピンとを有し、
前記マスクは、その前記縁部に前記第２のマスククランプの前記嵌合ピンと嵌め合わされる嵌合穴を備えた、
ことを特徴とする成膜装置のマスク位置合わせ機構。
前記マスクの前記嵌合穴は、前記マスクの対角する角部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置のマスク位置合わせ機構。
前記マスククランプの前記嵌合ピンは、テーパー形状であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置のマスク位置合わせ機構。
成膜材料の蒸発源と、
前記蒸発源に対向して配設され、基板を装着保持するチャックと、
前記チャックに装着保持された前記基板に被せられるマスクと、
前記蒸発源と前記チャックとの間に配設され、前記マスクを保持するマスククランプを有し、このマスククランプを成膜装置の外側に設けられた回転機構により回転可能とされたマスククランプと、成膜装置に対して位置決めされた第２のマスククランプと、により構成し、
前記第２のマスククランプは、前記マスクの縁部に対応して前記マスクの側方から延設された延設部を備え、前記マスクおよび前記延設部には、前記マスクと前記延設部との位置決めをなす嵌合部を設けた、
ことを特徴とする成膜装置。