JP4773834B2

JP4773834B2 - マスク成膜方法およびマスク成膜装置

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Publication number: JP4773834B2
Application number: JP2006026483A
Authority: JP
Inventors: 英之畠山; 修一藪
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2006-02-03
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-02-03
Also published as: US20070184195A1; KR20070079924A; JP2007207632A; CN101013274A; KR100811730B1

Description

本発明は、基板にマスクを密着させ、マスクの開口を通して、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等によって基板に所望の膜を成膜するマスク成膜方法およびマスク成膜装置に関するものである。

近年、有機ＥＬディスプレイが実用化されてきている。有機ＥＬディスプレイのＲＧＢの画素を形成する手法としてはマスク蒸着による塗り分けが一般的に用いられる。マスク蒸着は、基板の成膜面側にマスクを密着させ、蒸着源より蒸発される蒸着物質をマスクを通して所定の位置に蒸着させるパターン成膜方法である。

そのため、所望の位置に蒸着を施すためには基板とマスクを正確に位置決め（アライメント）し、かつ基板とマスクを密着させることが必要となる。

基板とマスクをアライメントする方法として、特許文献１および特許文献２に開示されたように、基板とマスクの適正位置を判別し、かつ基板またはマスクの位置を適正に補正する補正手段をもつ装置が提案されている。
特開２００４−２７２９１号公報特開平１１−１５８６０５号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された方法を用いた場合、基板とマスクの密着時に位置ずれが許容値以上に生じることがある。また、基板およびマスクが大判化した場合、その撓みが大きくなり、基板とマスクが完全に密着できないという問題点がある。また、基板およびマスクの撓みを抑制し、基板とマスクを密着させるために、例えば、基板の背面側に設けられた押さえ板の外周部の弾性部材により基板を押さえて、基板の平面を出す方法が提案されている。しかし、基板の平面を保証するには、基板の初期変形等をそれぞれキャンセルする必要がある。

また、マスクは撓んだ状態にあり、基板背面から磁石によりマスクを引き上げる際に、位置ずれが許容値以上に生じることがある。このようなマスクの撓みを抑制する方法としては、例えば、特許文献２では、マスクを一時的に磁気吸着するマスク吸着体を有する装置が提案されているが、この方法では、基板の撓みを一定に制御することができない。その結果、平面を保たれたマスクと基板の密着を適正に制御することができず、位置ずれが許容値以上に生じることがある。また、基板とマスクに浮きが生じ、蒸着物質の回り込みが発生することがある。

このように、基板の成膜面にマスクを密着させ、マスクを通してパターン成膜する方法においては、近年の基板の大判化、およびパターニングの高精細化の要求に対して満足する方法や装置が提案されていない。

また、パターニング精度の向上のためには、成膜中の基板およびマスクの温度制御が必要となるが、真空中の熱輻射では温度制御に限界があり、接触した状態での温度制御が必要となり、その際にも基板とマスクの密着を実現する必要がある。

すなわち、基板やマスクの撓み、基板とマスクの高精度アライメント、基板とマスクの密着性の確保等の課題があり、それに付随して基板とマスクの温度制御の課題も生じている。

本発明は、基板やマスクの撓みによる位置ずれと、基板とマスクの密着性の不良を低減し、パターニング精度を向上させるとともに基板の大型化に対応できるマスク成膜方法およびマスク成膜装置を提供することを目的とするものである。

本発明のマスク成膜方法は、マスクの開口を通して基板に膜を成膜するマスク成膜方法において、基板とマスクの少なくとも一方を２つのアライメントマークを結ぶ線が稜線部となるように、凸形状に撓ませる工程と、前記稜線部で前記基板と前記マスクとのアライメントを行う工程と、前記基板と前記マスクを接近させ、前記稜線部で互いに接触させる工程と、前記基板と前記マスクをさらに接近させて前記稜線部から徐々に密着させて全面を互いに密着させる工程と、をこの順に有することを特徴とする。

基板とマスクが最も接近した少なくとも一方の稜線部において基板とマスクのアライメントを行った後、基板とマスクの少なくとも一方の稜線部を初めに密着させる。アライメント位置で基板とマスクが初期密着した少なくとも一方の稜線部を起点に、基板とマスクの密着領域を徐々に拡大していくことにより、アライメント精度を維持した基板とマスクの全面密着が可能となる。

基板およびマスクの少なくとも一方の稜線部上の２点、およびそれに対向する２点に、上記アライメントのためのアライメントマークがあることが望ましい。

基板およびマスクを支持した際の撓みの量が安定していれば、基板およびマスクの姿勢は特に限定する必要がなく、また基板とマスクの姿勢が異なっていてもよい。

基板とマスクのアライメントを行う場合、基板のマスクと反対側の面に平面部材が配置され、基板が撓んだ状態で、その稜線部に対して対称な、最もマスクから遠い領域で基板と平面部材を押圧する手段を設けてもよい。

平面部材と基板押圧手段を設けることで、基板の撓みの状態を安定させ、再現性のあるアライメントを実現することができる。

また、基板あるいはマスクのどちらか一方を、撓みのない平面状態で保持するための手段を設けてもよい。基板あるいはマスクのどちらか一方をあらかじめ撓みのない状態で保持することで、他方の撓みを安定させ、再現性のよいアライメントを行い、最終的に基板とマスクを撓みのない状態で密着させることが容易となる。

基板がマスクの上面に位置する場合は、マスクがあらかじめ水平な平面状態で保持されていることが望ましい。

基板とマスクが全面密着状態となった後、磁力により基板とマスクに固定する磁気吸着手段を設けてもよい。また、磁気吸着手段に温度制御手段を設けることで、基板およびマスクの基板の温度制御が真空内においても可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は一実施の形態によるマスク成膜装置において基板１０とマスク２０を密着させる機構を示すもので、これは、成膜を行う真空チャンバー内、あるいはアライメントを行う真空チャンバー内、あるいはクリーン度の保たれた大気中に設置される。

基板１０は、目的に応じてシリコン基板やガラス基板あるいはプラスチック基板を用いることができる。ディスプレイに使用する場合には無アルカリガラス上にあらかじめ駆動回路や画素電極を形成した基板が用いられる。

マスク２０は、開口を有する薄板形状であり、より精細なパターンが要求される成膜工程においては、マスクの板厚は薄いほうが好ましく、一般的には１００μｍ以下のものが用いられる場合が多い。また、マスク２０の素材としては磁性材料、たとえばＮｉやＮｉ−Ｃｏ合金等が用いられることが多く、エッチングや電鋳法を用いて開口を形成する。上記のように作成した薄板のマスクにテンションをかけ、図示しないマスクフレームに固定して使用する場合もある。

また、マスクの開口形状、位置の精度を向上させることを目的として、図示しないインバー等の剛性の高い桟の部分を製作して、その桟に囲まれた領域に薄膜のマスクを形成した形態も好適に用いられる。

図１において、基板１０は図示しない剛体に固定された基板支持部材（基板支持手段）１１よって支持されている。その際、基板１０は自重で撓んだ状態に支持されている。撓みの状態は基板支持部材１１の位置、形状、大きさ等によって異なる。

また、基板１０を支持する際、その撓み量のもっとも大きい位置に基板背面から弾力的に進退自在な基板押圧部材（基板押圧手段）１２を押し当てて、基板１０の撓みによる凸形状を安定させてもよい。

図２に示すように、基板１０のＹ方向の２辺を支持し、基板１０の中心線Ａにおいて基板１０が最も大きく撓んだ状態で保持するためには、基板押圧部材１２は、中心線（稜線）Ａ上のＸ方向の両端位置１０ａにおいて、基板１０の背面側より押圧されたり、中心線（稜線）Ａを含む１０ｃのような線上の領域において、基板１０の背面側より押圧される。これによって、基板１０の撓みはより安定する。また、基板１０の中心線（稜線）Ａの両端部には、図３に示すようにパターニングされたアライメントマーク１０ｂが配設される。

さらに、基板１０の背面側に平面部材１３を配設し、基板１０と平面部材１３の当接部に平面部材１３の背面から平面部材押圧部材１４を押し当てて、基板１０の撓みを安定させるとよい。

平面部材１３を、マスク置台（マスク支持手段）２１と水平に配置することにより、基板１０とマスク２０の位置関係を規制することができる。図２に示すように、基板１０の互いに向い合う２辺を支持した場合、基板１０の中心線Ａにおいて、マスク２０に対して基板１０が最も大きく撓んだ状態での保持ができる。

図１の（ａ）に示す構成では、マスク２０は、基板１０の撓み量がもっとも大きい場所（基板の稜線部）で、マスク２０の基板１０と対向する面と反対側に設置された弾力的に進退自在なマスク押圧部材（マスク押圧手段）２２により、基板１０に対して凸形状に撓んだ状態で支持されている。

図４に示すように磁石２３または電磁石を配設し、マスク２０とマスク置台２１が当接する部分において、両者の位置が規制されるように構成してもよい。すなわち、マスク２０の互いに向い合う２辺を磁石２３により規制し、マスク２０の中心線Ａの部分をマスク押圧部材２２によって押圧した場合、マスク２０は中心線Ａの部分で、基板１０に対して最も撓んだ凸形状の状態での支持ができる。

また、基板１０およびマスク２０のどちらか一方が平面に支持されていてもよい。例えば図１の（ｂ）に示すように、マスク置台２１上にマスク２０が平面状に保持されていてもよい。

図１の（ａ）、（ｂ）に示すように基板１０とマスク２０が支持された状態でアライメントを行うために、基板１０とマスク２０が最も近接した少なくとも一方の稜線部において、基板１０およびマスク２０の重心と対称な位置に、それぞれ、アライメントマーク１０ｂ、２０ｂが形成されているとよい。

基板１０とマスク２０のアライメントマーク１０ｂ、２０ｂを、図示しない位置検出手段（ＣＣＤ等）で検出し、図示しない位置合わせ手段（アライメント機構）により、互いの面方向の位置を非接触の状態で合わせる。そのアライメント位置を保持したまま、基板１０とマスク２０は、図示しない移動手段により接近し、互いに最も近接した少なくとも一方の稜線部において接触する。さらに基板１０とマスク２０を接近させると、基板１０とマスク２０が互いに密着した状態となる。

マスク押圧部材２２は、基板１０とマスク２０が互いに初期密着した時点、あるいは基板１０とマスク２０の密着が徐々に進む段階で、押圧力を弱め、最終的にマスク２０がマスク置台２１の平面に倣う状態を形成することが望ましい。これによって、マスク２０と基板１０は撓みのない平面状態で密着することができる。

基板押圧部材１２は、基板１０とマスク２０が完全に密着した状態で、その押圧力は解除してもよい。

基板１０とマスク２０が平面状態で密着した後、基板背面から平面部材１３を基板１０に当接させてもよい。

また、基板背面から平面部材１３を基板１０に当接させた後、磁気吸着手段である磁石１５を平面部材１３の背面に当接し、基板１０をマスク２０と平面部材１３にはさみこんで固定してもよい。

磁石１５は永久磁石であっても、電磁石であってもよい。電磁石の場合、平面部材１３に完全に当接した状態で磁力が生じるように制御してもよい。

あるいは、平面部材１３を省略し、磁石１５のみを用いてもよい。平面部材１３が基板１０に当接する場合、あるいは磁石１５が平面部材１３に当接する際には、基板押圧部材１２は、基板背面から基板１０を押圧した状態を維持してもよい。

平面部材１３あるいは磁石１５に図示しない温度調節機構を設けてもよい。

図１の（ａ）の装置を用いてマスク成膜を行った。

基板１０は４００×５００ｍｍ、厚さ０.６ｍｍの無アルカリガラスを用いた。基板１０には、フォトリソ工程によりパターニングされたＣｒ電極と、それと同時に、図３に示すように形成されたアライメントマーク１０ｂを配した。Ｃｒ電極は５０×１５０μｍの大きさで、パターニングした。

マスク２０は、４３０×５３０ｍｍ、厚さ５０μｍの薄膜マスクを電鋳法により作成して用いた。材質はＮｉとした。マスク２０のアライメントマーク２０ｂは、基板１０のＣｒ電極によるアライメントマーク１０ｂと、位置および大きさを同じに作成した。マスク２０のアライメントマーク２０ｂは、図４に示すマスクパターン（開口）２０ａを形成する工程と同時に形成した。

図１の装置を真空内に設置して実験を行った。

まず、基板１０を基板支持部材１１にセットした。基板支持部材１１は基板１０の長辺を支持する機構とした。その際、基板１０は短辺の中央部を結ぶＡ−Ａ線上で最も撓んだ状態となり稜線部を形成する。さらに、基板支持部材１１により支持された基板１０の背面を基板押圧部材１２で押圧した。その際、基板１０は短辺の中央部を結ぶＡ−Ａ線上で最も撓んだ状態を維持した。

次に、基板背面に配した平面部材１３を基板１０に当接した。その際の当接部分は、基板１０内の最も高い点、すなわち基板１０の長辺部分となった。さらに、平面部材１３の背面に配した平面部材押圧部材１４により、平面部材１３を基板１０に押圧した。

一方、マスク２０を水平に設置されたマスク置台２１にセットした。その際、マスク２０の長辺部に設置された電磁マグネットによりマスク２０とマスク置台２１を固定した。さらに、マスク２０の短辺の中央部を結ぶＡ−Ａ線上に配置したマスク押圧部材２２によりマスク２０を上方に押圧し、マスク２０の短辺の中央部を結ぶＡ−Ａ線上で基板１０に凸に最も撓んだ状態となる稜線部を形成した。

このように基板１０とマスク２０をセットした状態で、互いのアライメントマーク１０ｂ、２０ｂをモニターの焦点深度内に接近させ、ＣＣＤカメラを用いてモニターしながら、アライメント機構により、基板１０およびマスク２０の面方向の位置合わせを行った。

さらに、基板支持部材１１を垂直方向に徐々に移動させ、基板１０とマスク２０を接触させた。基板１０とマスク２０が接触した時点で、平面部材１３を基板１０に押圧している平面部材押圧部材１４の押圧力を解除した。さらに基板支持部材１１を垂直方向に移動させ、マスク２０と基板１０を徐々に密着させると同時に、マスク押圧部材２２の押圧力を徐々に解除した。そこで、水平に保持されたマスク置台２１上にマスク２０と基板１０が水平に保持され、かつ密着している状態を作った。

この状態で、基板１０とマスク２０の位置ずれ量を測定したところ、基板１０の全面に渡って実用範囲内（１０μｍ以内）の位置ずれ量となった。また、本実験を１００回繰り返したが、いずれも基板全面に渡って実用範囲内の位置ずれ量となった。

実施例１と同様の手順で、水平に保持されたマスク置台２１上にマスク２０と基板１０が水平に保持され、かつ密着している状態を作った。

さらに、基板背面に配置された平面部材１３を基板背面より当接させ、さらに平面部材１３の背面に配置された電磁石を平面部材１３に当接後、電磁石により磁力を加えた。その際、電磁石の磁力を加えるまでは、基板押圧部材１２の押圧力は維持した状態とした。さらに、マスク置台２１を垂直方向に徐々に移動させ、マスク２０、基板１０、平面部材１３、電磁石が一体となり撓みのない状態を作った。

この状態で、基板１０とマスク２０の位置ずれ量を測定したところ、基板全面に渡って実用範囲内の位置ずれ量となった。また、本実験を１００回繰り返したが、いずれも基板全面に渡って実用範囲内の位置ずれ量となった。

実施例２と同様の手順でマスク２０、基板１０、平面部材１３、電磁石が一体となり撓みのない状態を作った。平面部材１３の内部には冷却水路が設けられ、２３℃に温調された冷却水が絶え間なく供給される機構とした。

その状態で、マスク２０の下面３００ｍｍに配置された図示しない蒸着源を加熱し、蒸着材料（Ａｌｑ３：同人化学社製）をマスク２０を通して基板１０に蒸着した。その際蒸着源の開口部の温度は３１５℃であった。

このような蒸着試験を１００回連続して行った。蒸着後、基板１０を真空内から取り出し、基板面（Ｃｒ電極上）にパターニングされた膜と基板１０のＣｒ電極の位置ずれ量を測定したところ、基板全面に渡って実用範囲内である１０μｍ以内の位置ずれ量となった。また、本実験を１００回繰り返したが、いずれも基板全面に渡って実用範囲内の位置ずれ量となった。

図１の（ｂ）に示す装置を用いてマスク成膜を行った。まず、基板１０を基板支持部材１１にセットした。基板支持部材１１は基板１０の長辺を支持し、基板１０は短辺の中央部を結ぶ線上で最も撓んだ状態となる稜線部を形成した。さらに、基板支持部材１１により支持された基板１０の背面を基板押圧部材１２で押圧した。その際、基板１０は短辺の中央部を結ぶＡ−Ａ線上で最も撓んだ状態を維持した。さらに、基板背面に配した平面部材１３を基板１０に当接した。その際の当接部分は、基板１０内の最も高い点、すなわち基板１０の長辺部分となった。

さらに、平面部材１３の背面に配した平面部材押圧部材１４により、平面部材１３を基板１０に押圧した。その際、基板１０は短辺の中央部を結ぶＡ−Ａ線上で最も撓んだ状態を維持した。

一方、マスク２０を水平に設置されたマスク置台２１にセットした。その際、マスク２０は電磁マグネットによりマスク置台２１の平面に倣うように固定した。

このように、基板１０とマスク２０をセットした状態で、互いのアライメントマーク１０ｂ、２０ｂをモニターの焦点深度内に接近させ、ＣＣＤカメラを用いてモニターしながら、アライメント機構により基板１０およびマスク２０の面方向の位置合わせを行った。

さらに、基板支持部材１１を垂直方向に徐々に移動させ、基板１０とマスク２０を接触させた。

さらに、基板支持部材１１を垂直方向に徐々に移動させ、マスク２０と基板１０を徐々に密着させ、水平に保持されたマスク置台２１上にマスク２０と基板１０が水平に保持され、かつ密着している状態を作った。

この状態で、基板１０とマスク２０の位置ずれ量を測定したところ、基板全面に渡って上記の実用範囲内の位置ずれ量となった。また、本実験を１００回繰り返したが、いずれも基板全面に渡って実用範囲内の位置ずれ量となった。

（比較例）
図５に示す装置を用いてマスク成膜を行った。

まず、図５の（ａ）に示すように基板１１０を基板支持部材１１１にセットした。基板支持部材１１１は基板１１０の長辺を支持する機構とした。その際、基板１１０は、自重によって短辺の中央部を結ぶ線上で最も撓んだ状態となった。さらに、基板１１０の背面に配した押圧部材１１４を基板１１０の両端部に押圧した。

一方、マスク１２０をマスク支持部材１２１にセットした。マスク支持部材１２１はマスク１２０の４辺を支持する構成とした。

このように基板１１０とマスク１２０をセットした状態で、互いのアライメントマークをモニターの焦点深度内に接近させ、ＣＣＤカメラを用いてモニターしながら、アライメント機構により基板１１０およびマスク１２０の面方向の位置合わせを行った。さらに、基板支持部材１１１を垂直方向に徐々に移動させ、マスク１２０と基板１１０を徐々に密着させた。

このときの状態を図５の（ｂ）に示した。基板１１０とマスク１２０は基板中央部から周辺部にかけて浮き（密着不良）が観察された。さらに、この状態で、基板１１０とマスク１２０の位置ずれ量を測定したところ、基板全面に渡って実用範囲を超える位置ずれが観察され、その程度は基板周辺部において特に悪化した。また、本実験を１００回繰り返したが、位置ずれが実用範囲内のもの、実用範囲を超えるものがいずれも観察され、不安定であった。

さらに、基板背面に配置された電磁石１１５を基板１１０に当接後、電磁石１１５により磁力を加えた。その際基板１１０と電磁石１１５の間には隙間が観察された。この状態で、基板１１０とマスク１２０の浮き（密着不良）は低減したが、基板１１０とマスク１２０の位置ずれ量を測定したところ、基板全面に渡って実用範囲を超える位置ずれが観察され、その程度は基板周辺部において特に悪化した。また、本実験を１００回繰り返したが、位置ずれが実用範囲内のもの、実用範囲を超えるものがいずれも観察され、不安定であった。

さらに、電磁石１１５内部に冷却水路を設け、２３℃に温調された冷却水が絶え間なく供給される構成とした。その状態で、マスク下面３００ｍｍに配置された図示しない蒸着源を加熱し、蒸着材料（Ａｌｑ３：同人化学社製）をマスク１２０を通して基板１１０に蒸着した。その際、蒸着源の開口部の温度は３１５℃であった。このような蒸着試験を１００回連続して行った。

蒸着後、基板１１０を真空内から取り出し、基板面（Ｃｒ電極上）にパターニングされた膜とＣｒ電極の位置ずれ量を測定したところ、位置ずれが実用範囲内のもの、実用範囲を超えるものがいずれも観察され、不安定であった。

また位置ずれ量は蒸着を繰り返すことにより拡大し、基板１１０とマスク１２０の温度上昇を示唆する結果となった。

本発明は特に有機発光素子のマスク蒸着において使用されるが、それ以外の有機化合物等の蒸着装置にも広く適用できる。

実施例１ないし実施例４に用いるマスク成膜装置を示す模式図である。図１の基板押圧部材の位置およびアライメントマークを示す平面図である。基板のアライメントマークの形状を示す図である。マスクの開口（マスクパターン）およびアライメントマークを示す図である。比較例を説明する図である。

符号の説明

１０基板
１１基板支持部材
１２基板押圧部材
１３平面部材
１４平面部材押圧部材
１５、２３磁石
２０マスク
２１マスク置台
２２マスク押圧部材

Claims

マスクの開口を通して基板に膜を成膜するマスク成膜方法において、
基板とマスクの少なくとも一方を２つのアライメントマークを結ぶ線が稜線部となるように、凸形状に撓ませる工程と、
前記稜線部で前記基板と前記マスクとのアライメントを行う工程と、
前記基板と前記マスクを接近させ、前記稜線部で互いに接触させる工程と、
前記基板と前記マスクをさらに接近させて前記稜線部から徐々に密着させて全面を互いに密着させる工程と、をこの順に有することを特徴とするマスク成膜方法。
基板とマスクを互いに密着させた状態で磁気吸着手段によって固定することを特徴とする請求項１に記載のマスク成膜方法。
基板にマスクを密着させ、前記マスクの開口を通して膜を成膜する成膜装置において、
前記基板を２つのアライメントマークを結ぶ線が稜線部となるように凸形状に撓ませた状態で支持する基板支持手段と、前記マスクを支持するマスク支持手段と、を有し、前記稜線部において前記基板と前記マスクをアライメントし、前記基板を凸形状に撓ませた状態で前記基板支持手段と前記マスク支持手段を接近させ、前記基板の稜線部にて前記マスクを接触させた後、前記基板と前記マスクを前記稜線部から徐々に互いに密着させることを特徴とするマスク成膜装置。
基板にマスクを密着させ、前記マスクの開口を通して膜を成膜する成膜装置において、
前記マスクを支持するマスク支持手段と、前記マスク支持手段に支持された前記マスクを２つのアライメントマークを結ぶ線が稜線部となるように凸形状に撓ませるための進退自在なマスク押圧手段と、前記基板を支持する基板支持手段と、を有し、前記マスクを前記マスク押圧手段によって凸形状に撓ませた状態で前記稜線部において前記基板と前記マスクをアライメントし、前記基板支持手段と前記マスク支持手段を接近させ、前記基板と前記マスクの稜線部を互いに接触させた後、前記マスク押圧手段の押圧を徐々に解除して前記基板と前記マスクを前記稜線部から徐々に密着させることを特徴とするマスク成膜装置。
前記基板と前記マスクを互いに密着させた状態で固定するための磁気吸着手段を備えたことを特徴する請求項３または４に記載のマスク成膜装置。