JP6018522B2 - 基板処理装置、膜形成装置およびマスクのセット方法 - Google Patents

Description

この発明は、基板処理装置、膜形成装置およびマスクのセット方法に関し、特に、所定の開口パターンを有するマスクを備える基板処理装置、膜形成装置およびマスクのセット方法に関する。

従来、所定の開口パターンを有するマスクを備える基板処理装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、有機ＥＬデバイス用の溶液材料に電圧を印加した状態（溶液材料が帯電した状態）で噴霧するノズルと、ノズルから噴霧された溶液材料が堆積されて有機発光層などの有機ＥＬデバイス用の薄膜が形成される基板と、基板の上方に配置され所定の開口パターンを有するマスクとを備えるエレクトロスプレー装置（基板処理装置）が開示されている。このエレクトロスプレー装置では、溶液材料に印加される電圧と基板側との間の電位差（電界）により、溶液材料が、ノズルから下方（基板側）に噴霧されるとともに、マスクの開口部を介して基板上に堆積されることにより、所定の形状の薄膜が形成される。

また、従来では、基板の下方にマスクが配置されるとともに、マスクの下方にノズルが配置されるエレクトロスプレー装置が知られている。このエレクトロスプレー装置では、溶液材料が、ノズルから上方（基板側）に噴霧されることにより、マスクを介して基板に所定の形状の薄膜が形成される。

特開２０１１−１７５９２１号公報

しかしながら、溶液材料がノズルから上方（基板側）に噴霧されるエレクトロスプレー装置では、基板の下方にマスクが配置されているため、マスクが自重によって下方に撓むという不都合がある。なお、基板も自重によって下方に撓む一方、一般的には、基板よりもマスクの方が撓む量が大きいため、基板とマスクとの間に隙間ができる。このため、溶液材料が基板とマスクとの間の隙間に回り込むので、マスクの開口パターンの転写性が悪くなるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、基板とマスクとの間に隙間ができることに起因してマスクの開口パターンの転写性が悪くなるのを抑制することが可能な基板処理装置、膜形成装置およびマスクのセット方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による基板処理装置は、基板の近傍に配置され、所定の開口パターンを有するマスクと、基板のマスクとは反対側の表面を吸着する吸着部を有する吸着ステージとを備え、マスクは、マスクの端部近傍が支持された状態で、マスクの下方への第１撓み変形量が基板の下方への第２撓み変形量以下の大きさになるように構成されており、吸着ステージの吸着部は、基板を第２撓み変形量を有するように撓ませた状態で吸着して維持するように構成されている。

この第１の局面による基板処理装置では、上記のように、マスクの端部近傍が支持された状態で、マスクの下方への第１撓み変形量が基板の下方への第２撓み変形量以下の大きさになるようにマスクを構成することにより、マスクが基板に密着するように、マスクを基板に対して相対的に移動させることによって、マスクが第１撓み変形量を有する状態から第２撓み変形量を有する状態にすることができるので、マスクと基板との間に隙間がない状態でマスクと基板とを密着させることができる。その結果、基板とマスクとの間に隙間ができることに起因してマスクの開口パターンの転写性が悪くなるのを抑制することができる。

また、基板のマスクとは反対側の表面を吸着する吸着部を有する吸着ステージをさらに備え、吸着ステージの吸着部は、基板を第２撓み変形量を有するように撓ませた状態で吸着して維持するように構成されている。これにより、基板が撓んでいない場合でも、吸着ステージの吸着部により基板を第２撓み変形量を有するように撓ませた状態にすることができるので、容易に、マスクの下方への第１撓み変形量が基板の下方への第２撓み変形量以下の大きさになるようにすることができる。

この場合、好ましくは、吸着ステージの吸着部の表面は、基板の第２撓み変形量に対応する撓み形状を有している。このように構成すれば、基板を吸着部の表面に吸着させるだけで、容易に、基板を第２撓み変形量を有するように撓ませた状態にすることができる。

上記第１の局面による基板処理装置において、好ましくは、マスクは、マスクの端部近傍が支持された状態で基板に密着するように基板に対して相対的に移動される際に、基板への密着状態が進行するのに伴って、第１撓み変形量を有する状態から第２撓み変形量を有する状態に変化するように構成されている。このように構成すれば、マスクを基板に対して相対的に移動することにより、容易に、第１撓み変形量を有する状態のマスクを、第２撓み変形量を有する状態に変化させることができる。

この発明の第２の局面による膜形成装置は、溶液材料に所定の電圧を印加した状態で噴霧して上方に位置する撓み変形した基板に薄膜を堆積するノズルと、ノズルと基板との間の基板の近傍に配置され、所定の開口パターンを有するマスクと、基板のマスクとは反対側の表面を吸着する吸着部を有する吸着ステージとを備え、マスクは、マスクの端部近傍が支持された状態で、マスクの下方への第１撓み変形量が基板の下方への第２撓み変形量以下の大きさになるように構成されており、吸着ステージの吸着部は、基板を第２撓み変形量を有するように撓ませた状態で吸着して維持するように構成されている。

この第２の局面による膜形成装置では、上記のように、マスクの端部近傍が支持された状態で、マスクの下方への第１撓み変形量が基板の下方への第２撓み変形量以下の大きさになるようにマスクを構成することにより、マスクが基板に密着するように、マスクを基板に対して相対的に移動させることによって、マスクが第１撓み変形量を有する状態から第２撓み変形量を有する状態にすることができるので、マスクと基板との間に隙間がない状態でマスクと基板とを密着させることができる。その結果、基板とマスクとの間に隙間ができることに起因してマスクの開口パターンの転写性が悪くなるのを抑制することが可能な膜形成装置を提供することができる。

この発明の第３の局面によるマスクのセット方法は、所定の開口パターンを有するマスクの下方への第１撓み変形量が、吸着ステージの吸着部により第２撓み変形量を有するように撓ませた状態で吸着して維持されている基板の下方への第２撓み変形量以下の大きさになるように、マスクの端部近傍を支持するステップと、マスクの端部近傍を支持した状態で基板に密着するように基板に対して相対的に移動させて、第１撓み変形量を有する状態から第２撓み変形量を有する状態にマスクを変化させるステップとを備える。

この第３の局面によるマスクのセット方法では、上記のように、所定の開口パターンを有するマスクの下方への第１撓み変形量が基板の下方への第２撓み変形量以下の大きさになるように、マスクの端部近傍を支持するステップを備えることにより、マスクの端部近傍を支持した状態で基板に密着するように、マスクを基板に対して相対的に移動させて、第１撓み変形量を有する状態から第２撓み変形量を有する状態にマスクを変化させることによって、マスクと基板との間に隙間がない状態でマスクと基板とを密着させることができる。その結果、基板とマスクとの間に隙間ができることに起因してマスクの開口パターンの転写性が悪くなるのを抑制することが可能なマスクのセット方法を提供することができる。

本発明によれば、上記のように、基板とマスクとの間に隙間ができることに起因してマスクの開口パターンの転写性が悪くなるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置の斜視図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置の側面図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置の吸着ステージの斜視図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置のマスクの斜視図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置の昇降部の斜視図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置のマスクが基板にセットされる前の状態を示す図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置のマスクを基板にセットしている途中の状態を示す図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置のマスクが基板にセットされた状態を示す図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図６を参照して、本実施形態によるエレクトロスプレー装置１００の構成について説明する。なお、エレクトロスプレー装置１００は、本発明の「基板処理装置」および「膜形成装置」の一例である。

図１および図２に示すように、エレクトロスプレー装置１００は、ノズル１と、吸着ステージ２と、ノズル１と吸着ステージ２との間に配置されるマスク３と、マスク３を矢印Ｚ１方向および矢印Ｚ２方向に昇降する昇降部４とを備えている。また、塗布時は、吸着ステージ２とマスク３との間には、ガラスなどからなる基板５が配置されている。そして、ノズル１からマスク３越しに吸着ステージ２に載置された基板５へ溶液材料を噴射することにより、基板５に薄膜を形成する。

ノズル１は、溶液材料（たとえば、導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ） ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ)）に所定の電圧を印加した状態で噴霧して上方（矢印Ｚ１方向）に位置する撓み変形した基板５に薄膜（図示せず）を堆積するように構成されている。具体的には、ノズル１は、溶液材料を充填するように構成されているとともに、ノズル１の内部には、電極（図示せず）が設けられている。そして、この電極により溶液材料に電圧が印加されるように構成されている。また、ノズル１は、図１に示すように、複数設けられており、複数のノズル１は、基板５の辺（Ｘ方向）に沿って１列に配置されている。また、ノズル１は、マスク３の下方（矢印Ｚ２方向）に配置されている。また、複数のノズル１は、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能に構成されている。

吸着ステージ２は、金属製であり、電気的に接地されている。また、本実施形態では、吸着ステージ２は、基板５のマスク３とは反対側（矢印Ｚ１方向側）の表面を吸着する吸着部２ａを有しており、吸着ステージ２の吸着部２ａは、ガラスなどからなる基板５を撓み変形量ｄ１を有するように撓ませた状態で吸着して維持するように構成されている。すなわち、吸着ステージ２の吸着部２ａの表面は、基板５の撓み変形量ｄ１に対応する撓み形状を有している。なお、撓み変形量ｄ１とは、基板５が撓んでいない水平な状態から、基板５の中央部が距離ｄ１だけ下方に撓んだ状態を意味する。また、吸着部２ａは、吸着ステージ２の矢印Ｚ２方向側の表面である。

また、図２および図３に示すように、吸着部２ａの表面は、カテナリー曲線状（ロープなどの両端を持って垂らした時にできる曲線状）に形成されている。また、図３に示すように、吸着ステージ２の吸着部２ａの表面は、下に凸のＤ形状（Ｙ方向に沿った軸Ａを中心に、Ｘ方向側の両方の端部が矢印Ｚ１方向に反った形状）を有する。

また、図１および図２に示すように、吸着ステージ２の下面（吸着部２ａ）に、基板５が載置（吸着）されている。そして、ノズル１と吸着ステージ２との間で電位差を持たせることで、ノズル１から噴出する溶液材料は吸着ステージ２に向かって飛行する。これにより、直接基板５を接地して塗布を行う必要がないので、非導電性の基板へも塗布が可能である。

また、マスク３は、耐薬品性、加工精度、寸法安定性、耐絶縁性、剛性等が優れた樹脂により構成されている。たとえば、マスク３は、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＨＤＰＥ（Ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＥＰＯＸＹ、ガラスエポキシ、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ）、ＰＯＭ（Ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）などからなる。

また、マスク３は、基板５の近傍に配置（基板５の下方に密着）されている。また、図４に示すように、マスク３には、平面視において、所定の開口パターン（略矩形形状（略正方形状））を有する開口部３１が複数形成されている。なお、複数の開口部３１は、格子状（マトリクス状）に配置されている。また、マスク３は、略矩形状に形成されており、略矩形状のマスク３の角部には、昇降部４に設けられるピン４ａ（図５参照）が貫通する貫通孔３２が設けられている。なお、貫通孔３２は、略矩形状のマスク３の対角線に沿って２つ設けられている。

また、図５に示すように、昇降部４は、マスク３のＸ方向側の両方の端部３ａ（図４参照）を下方から支持する板状の支持部４ｂを有する。また、支持部４ｂの矢印Ｙ１方向側（矢印Ｙ２方向側）の端部には、マスク３の貫通孔３２と係合するピン４ａが設けられている。そして、マスク３の貫通孔３２にピン４ａが係合した状態で、マスク３の両方の端部３ａが、支持部４ｂにより支持されるように構成されている。

ここで、本実施形態では、図６に示すように、マスク３は、マスク３の端部３ａ近傍が昇降部４に支持された状態で、マスク３の下方（矢印Ｚ２方向）への撓み変形量（ｄ２）が基板５の下方への撓み変形量（ｄ１）以下の大きさ（ｄ２≦ｄ１）になるように構成されている。なお、図６では、マスク３の下方への撓み変形量（ｄ２）が基板５の下方への撓み変形量よりも小さい（ｄ２＜ｄ１）状態が示されている。すなわち、マスク３は、マスク３の端部３ａ近傍が昇降部４に支持された状態で、Ｄ形状に撓んだ形状（Ｙ方向に沿った軸Ａを中心に、Ｘ方向の両端部３ａが矢印Ｚ１方向に反った形状）を有する。そして、マスク３は、マスク３の端部３ａ近傍が昇降部４に支持された状態で、基板５に密着するように基板５に対して相対的に移動される際に、基板５への密着状態が進行するのに伴って、撓み変形量ｄ２を有する状態から撓み変形量ｄ１を有する状態（図２参照）に変化するように構成されている。

次に、図６〜図８を参照して、エレクトロスプレー装置１００におけるマスク３のセット方法について説明する。

図６に示すように、撓み変形していない状態の基板５が、吸着ステージ２の吸着部２ａに吸着されることにより、基板５が撓み変形量ｄ１を有するように下方に撓ませた状態で吸着して維持される。また、マスク３の端部３ａ近傍が昇降部４により支持される。これにより、マスク３は、基板５の撓み変形量ｄ１以下の大きさの撓み変形量ｄ２を有するように下方に撓んだ状態となる。

次に、図７に示すように、マスク３の端部３ａ近傍を支持した状態で、基板５に密着するように基板５に対して相対的にマスク３が移動される。具体的には、基板５（吸着ステージ２）は、静止しているとともに、マスク３が昇降部４により、上方（矢印Ｚ１方向）に持ち上げられる。すなわち、マスク３が基板５に近づけられる。これにより、基板５の中央部近傍と、マスク３の中央部近傍とが当接した状態になる。

そして、図８に示すように、昇降部４によりマスク３をさらに上方に持ち上げることにより、マスク３の形状が基板５の形状に倣いながら、マスク３が撓み変形量ｄ２を有する状態から撓み変形量ｄ１を有する状態に変化する。その結果、基板５の下面（矢印Ｚ２方向側の面）の全面と、マスク３の上面（矢印Ｚ１方向側の面）の全面とが密着した状態となる。これにより、マスク３のセットが完了される。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態では、上記のように、マスク３の端部３ａ近傍が支持された状態で、マスク３の下方への撓み変形量ｄ２が基板５の下方への撓み変形量ｄ１以下の大きさになるようにマスク３を構成する。これにより、マスク３が基板５に密着するように、マスク３を基板５に対して相対的に移動させることにより、マスク３が撓み変形量ｄ２を有する状態から撓み変形量ｄ１を有する状態にすることができるので、マスク３と基板５との間に隙間がない状態でマスク３と基板５とを密着させることができる。その結果、基板５とマスク３との間に隙間ができることに起因してマスク３の開口パターンの転写性が悪くなるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、基板５のマスク３とは反対側の表面を吸着する吸着部２ａを有する吸着ステージ２を設けて、吸着ステージ２の吸着部２ａを、基板５を撓み変形量ｄ１を有するように撓ませた状態で吸着して維持するように構成する。これにより、基板５が撓んでいない場合でも、吸着ステージ２の吸着部２ａにより基板５を撓み変形量ｄ１を有するように撓ませた状態にすることができるので、容易に、マスク３の下方への撓み変形量ｄ２が基板５の下方への撓み変形量ｄ１以下の大きさになるようにすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、吸着ステージ２の吸着部２ａの表面を、基板５の撓み変形量ｄ１に対応する撓み形状を有するように構成する。これにより、基板５を吸着部２ａの表面に吸着させるだけで、容易に、基板５を撓み変形量ｄ１を有するように撓ませた状態にすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、マスク３の端部３ａ近傍が支持された状態で基板５に密着するように基板５に対して相対的に移動される際に、基板５への密着状態が進行するのに伴って、撓み変形量ｄ２を有する状態から撓み変形量ｄ１を有する状態に変化するようにマスク３を構成する。これにより、マスク３を基板５に対して相対的に移動することにより、容易に、撓み変形量ｄ２を有する状態のマスク３を、撓み変形量ｄ１を有する状態に変化させることができる。

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明の基板処理装置（膜形成装置）を、エレクトロスプレー装置の形態で示したが、本発明はこれに限られない。マスクが用いられる装置であれば、エレクトロスプレー装置以外の基板処理装置（膜形成装置）に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、マスクの下方への撓み変形量（ｄ２）が基板の下方への撓み変形量よりも小さい（ｄ２＜ｄ１、図６参照）例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、マスクの下方への撓み変形量（ｄ２）が基板の下方への撓み変形量と等しく（ｄ２＝ｄ１）てもよい。

また、上記実施形態では、基板のマスクとは反対側の表面を吸着ステージの吸着部（吸着ステージの表面）に吸着させることにより、基板を撓み変形量ｄ１を有するように撓ませる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、基板を吸着ステージの吸着部（表面）に吸着させること以外の方法により、基板を撓み変形量ｄ１を有するように撓ませてもよい。たとえば、基板の表面を吸着パッドなどにより吸着した後（または、基板の端部を把持した後）、基板を湾曲させることにより、基板を撓み変形量ｄ１を有するように撓ませてもよい。

また、上記実施形態では、マスクの両端を支持部により支持しているのみの構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、マスクの両端を外側に引っ張ることにより、一時的にマスクの撓み変形量を基板の撓み変形量よりも小さくしてもよい。そして、基板の中央部近傍とマスクの中央部近傍とを当接させた後、徐々にマスクの両端を引っ張る張力を小さくしながらマスクの形状を基板の形状に倣わせて、基板の下面の全面とマスクの上面の全面とを密着させる。なお、完全に張力をゼロにすると、マスクが撓んで基板と密着しないようになるので、密着状態を維持するだけの張力は必要である。このように、徐々にマスクの両端を引っ張る張力を小さくすることにより、マスクの開口部が変形するのを抑制することができる。また、マスクが自重によって比較的大きく撓む場合でも、マスクの両端を外側に引っ張ることにより、マスクの撓み変形量を基板の撓み変形量よりも小さくすることができるので、比較的大きく撓む部材によりマスクを形成した場合でも、基板とマスクとの間に隙間ができるのを抑制することができる。すなわち、マスクの撓み変形量の許容範囲を広げることができる。

また、上記実施形態では、基板およびマスクを、下に凸のＤ形状に撓ませる（Ｙ方向に沿った軸Ａ（図２参照）を中心に、基板およびマスクのＸ方向の両端部が矢印Ｚ１方向に反った形状にする）例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、基板およびマスクを半球状に撓ませてもよい。

また、上記実施形態では、マスクを基板に近づけることにより、マスクを基板に密着させる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、基板をマスクに近づけることにより（または、基板とマスクとの両方を互いに近づけることにより）、マスクと基板とを相対的に移動させて密着させてもよい。

また、上記実施形態では、マスクが樹脂から形成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、マスクが金属から形成されていてもよい。なお、この場合にも、金属からなるマスクは、マスクの端部近傍が支持された状態のマスクの下方への撓み変形量は、吸着部に吸着された基板の下方への撓み変形量以下の大きさになる必要がある。

また、上記実施形態では、吸着ステージにガラスなどからなる基板が配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、吸着ステージにフィルム状の基板を配置してもよい。

１ ノズル
２ 吸着ステージ
２ａ 吸着部
３ マスク
３ａ 端部
５ 基板
１００ エレクトロスプレー装置（基板処理装置、膜形成装置）

Claims (5)

1. 基板の近傍に配置され、所定の開口パターンを有するマスクと、
   前記基板の前記マスクとは反対側の表面を吸着する吸着部を有する吸着ステージとを備え、
   前記マスクは、前記マスクの端部近傍が支持された状態で、前記マスクの下方への第１撓み変形量が前記基板の下方への第２撓み変形量以下の大きさになるように構成されており、
   前記吸着ステージの前記吸着部は、前記基板を前記第２撓み変形量を有するように撓ませた状態で吸着して維持するように構成されている、基板処理装置。
2. 前記吸着ステージの前記吸着部の表面は、前記基板の前記第２撓み変形量に対応する撓み形状を有している、請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記マスクは、前記マスクの端部近傍が支持された状態で前記基板に密着するように前記基板に対して相対的に移動される際に、前記基板への密着状態が進行するのに伴って、前記第１撓み変形量を有する状態から前記第２撓み変形量を有する状態に変化するように構成されている、請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 溶液材料に所定の電圧を印加した状態で噴霧して上方に位置する撓み変形した基板に薄膜を堆積するノズルと、
   前記ノズルと前記基板との間の前記基板の近傍に配置され、所定の開口パターンを有するマスクと、
   前記基板の前記マスクとは反対側の表面を吸着する吸着部を有する吸着ステージとを備え、
   前記マスクは、前記マスクの端部近傍が支持された状態で、前記マスクの下方への第１撓み変形量が前記基板の下方への第２撓み変形量以下の大きさになるように構成されており、
   前記吸着ステージの前記吸着部は、前記基板を前記第２撓み変形量を有するように撓ませた状態で吸着して維持するように構成されている、膜形成装置。
5. 所定の開口パターンを有するマスクの下方への第１撓み変形量が、吸着ステージの吸着部により第２撓み変形量を有するように撓ませた状態で吸着して維持されている基板の下方への前記第２撓み変形量以下の大きさになるように、前記マスクの端部近傍を支持するステップと、
   前記マスクの端部近傍を支持した状態で前記基板に密着するように前記基板に対して相対的に移動させて、前記第１撓み変形量を有する状態から前記第２撓み変形量を有する状態に前記マスクを変化させるステップとを備える、マスクのセット方法。

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