JP2013209697A - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ＥＬデバイスの蒸着膜を形成する際に、不要な斜面状の膜が生じないように、マスクと基板との間の隙間を無くしてマスクと基板とを密着させる。
【解決手段】成膜装置は、真空チャンバ内に搬入された有機ＥＬデバイス用基板にマスクを介して蒸着源から噴射される蒸着物質を成膜する。基板を垂直に保持する基板支持手段の基板に対向する表面を、基板側に凸の曲面で構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は真空チャンバ内で成膜する成膜装置および成膜方法に係り、特に有機ＥＬデバイスの成膜に好適な成膜装置および成膜方法に関する。

従来の有機ＥＬデバイスの製造方法が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の有機ＥＬデバイスの製造方法においては、材料の損失が少なく経済的に有機ＥＬデバイスを生産するために、真空チャンバ内にＮ枚（Ｎは２以上）の基板を収容し、第１枚目の基板の蒸着中に第Ｎ枚目の基板を搬入し、第２枚目の基板の蒸着中に第１枚目の基板を真空チャンバ外へ搬出している。以下、この手順を繰り返すことにより、成膜の能率を向上させている。そのため、真空チャンバを複数に分割している。

特開２０１０−８６９５６号公報

上記特許文献１に記載の従来の有機ＥＬの製造方法においては、真空チャンバを複数に分割し、分割したそれぞれのチャンバでの動作を異ならせているので、一方の基板が蒸着中に他方の基板の搬入または搬出が可能になり、成膜の能率が向上する。しかしながら、この公報に記載の方法では、基板とマスクのアライメントについて、基板を直立させた後、アライメントカメラによりマスクおよび基板に設けられたアライメントマークを撮像し、アライメント機構でマスクを動かしてアライメントすることが記載されているだけで、実際のアライメントにおいてマスクと基板間の密着度がどの程度であるかについては、十分には考慮されていない。

一般的にマスクは、成膜する部分に微小な孔の開いた厚さ数十μｍのマスクシートを有し、マスクシートの外周にマスクシートを保持するための強固な金属枠（マスクフレーム）が設けられている。金属枠とマスクシートとは溶接接合されており、総称してマスクと呼ばれている。

ところで、有機ＥＬ膜等の形成に当たっては、基板の前面に配置されるマスクの孔にいかに忠実に蒸着膜が形成されるかが重要となる。マスクと基板は機械的に密着させているが、実際には、基板を保持するための基板支持板とマスクフレームには部品加工時の歪があり、基板とマスクの全面を密着させることはできない。このような場合には、真空蒸着後の基板面を観察すると、マスクに形成した孔をなぞってほぼ均一厚さの膜が形成されている一方、孔の周囲には孔部に形成した膜厚さに比較して非常に薄い斜面状の膜が形成されている。この斜面状の膜の幅は最大で数十μｍ以上になることもある。

有機物分子は蒸発源から一定の噴射角を持って噴射されるので、マスクと基板の隙間が大きいほど広い範囲に成膜され、上記斜面状の膜が広い範囲に形成されることになる。近年、小型画面で高精細なディスプレイが求められ、画素配置の密度（ＰＰＩ：ピクセル パー インチ）が高まっており、３００ＰＰＩ程度まで高くなると予想されている。一方、成膜される膜の面積を広く取り、高い輝度を確保する傾向にあるため、例えばＲ発光膜とＧ発光膜の間隔は狭くなり、上記斜面状の膜を限りなく小さくすることが要求されている。

ディスプレイの場合、電流を制御して各色を発光させる際に、斜面状の膜近傍の膜厚が薄くなり輝度が不均一になるとともに、劣化も早く、有効な膜として使用できない。そのため、マスクと基板とを密着させることにより、斜面状の膜の形成を限りなく小さくすることが強く求められている。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は成膜装置および成膜方法において、蒸着膜を形成する際に不要な斜面状の膜が生じないように、マスクと基板との間の隙間を無くしてマスクと基板とを密着させることにある。本発明の他の目的は、有機ＥＬ用の成膜装置および成膜方法において、マスクと基板とを密着させることにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、真空チャンバ内に搬入された有機ＥＬデバイス用基板にマスクを介して蒸発源から噴射される蒸着物質を成膜する成膜装置において、前記基板を垂直に保持する基板支持手段の前記基板に対向する表面を前記基板側に凸の曲面で構成したことにある。

そしてこの特徴において、前記基板支持手段と前記基板との間に、シリコンゴム製の緩衝シートを配置してもよく、前記基板支持手段の上端部および下端部にシリコンゴム製の緩衝材を配置してもよい。また、基板支持手段の前記基板側表面に多数の突起を間隔を置いて配列してもよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、真空チャンバ内に有機ＥＬデバイス用基板を水平状態で搬入し、その後前記基板を垂直状態に保持し、この垂直状態に保持された基板の蒸発源に対向する面とは反対側の面である背面側に配置した曲面で構成した基板支持板を前記基板側に押圧し、前記基板の前面側に配置したマスクのマスクシートをこの基板形状に倣わせるようにしたことにある。

そしてこの特徴において、前記基板支持板の前記基板側表面をこの基板側に凸の曲面とし、前記マスクシートを前記基板のマスクシートに対向する面の形状に倣わせるようにするのがよい。

本発明によれば、基板背面に配置した基板支持板の表面を滑らかな曲面としたので、成膜方法および成膜装置において、蒸着膜を形成する際に不要な斜面状の膜を生ぜず、マスクと基板との間の隙間を無くして、マスクと基板とが密着する。また、有機ＥＬ用の成膜装置および成膜方法において、基板およびマスクが基板支持板に倣って変形するので、マスクと基板とが密着できる。

本発明に係る成膜装置に用いる基板支持板の一実施例の詳細を示す正面図（ａ）およびその部分拡大図（ｂ）である。 図１に示した基板支持板の作用を説明する図で、縦断面図である。 図１に示した基板支持板を内蔵させた本発明に係る成膜装置の一実施例の縦断面図である。 図３に示した成膜装置の主要部の斜視図である。 本発明に係る成膜装置に使用するマスクの一例を示す図である。

以下、本発明に係る成膜装置の実施例を、図面を用いて説明する。図１は、成膜装置に用いる基板支持板の一実施例の正面図（同図（ａ））およびその部分拡大図（同図（ｂ））である。図２は、図１に示した基板支持板の作用を説明する図で、その縦断面図である。図３は、図１に示した基板支持板を内蔵した成膜装置の一実施例の縦断面図であり、図４は成膜装置の主要部の斜視図、図５は、成膜装置に使用するマスクの一例を示す図である。

初めに、図３、４を用いて、本発明に係る成膜装置１００の概要を説明する。以下の説明では、有機ＥＬデバイスでの成膜について説明するが、本発明は有機ＥＬデバイスに限るものではなく、通常のＥＬデバイス等にも適用できることは言うまでもない。また、本実施例で説明する基板６は第５〜第６世代であり、１５００ｍｍ×１８００ｍｍの大きさにもなるものである。

成膜装置１００は、図示しない真空ポンプで真空引きされた真空チャンバ１と、この真空チャンバ１へ基板６を搬入、搬送する際に真空チャンバ１を開閉するゲート弁１０とを有している。成膜装置１００で成膜中は、真空チャンバ１内はゲート弁１０により仕切られ、１０^−５Ｐａオーダの圧力に保たれる。

基板６は、図示しない搬送手段を用いて機外からこの真空チャンバ１へ、水平状態で導かれる。そして、基板を載置可能で回動可能に設けられた基板保持手段９０に載置される。基板保持手段９０は真空チャンバ内１に固定された回転機構９２に接続されており、回転機構９２により水平位置から垂直位置まで、９０度回動可能になっている。基板保持手段９０は、基板６を保持し、基板載置面を形成する基板支持板９１を有している。基板支持板９１は、成膜時に基板６の温度が過度に上昇するのを防止するために、その内部に冷却手段、例えば冷却流路が形成されており、ＣＰ（冷却板）とも呼ばれる。基板６が回動して垂直方向に位置したときに、基板支持板９１の上端部および下端部になる位置の近傍には、アライメントカメラ８６が取り付けられている。

基板６を回動して垂直状態になる位置に対向して、詳細を後述するマスク８１が真空チャンバ１に固定した保持手段を介して、垂直に保持される。つまり、マスク８１はその背面側（基板６に対向する側の反対側）周縁部で、マスクホルダ８９により固定保持される。マスクホルダ８９の上部は、この真空チャンバ１の外側にモータが取り付けられたアライメント駆動部８３に接続されている。

マスク８１から少し距離を置いて、左右方向（図ではＹ方向）に延びる蒸発源７１が配置されている。蒸発源７１は、上下方向に移動可能になっている。蒸発源７１の上下方向の移動およびマスク８１のアライメントの調節は、コントローラ２００の指示により実行される。

ここで、アライメントの詳細を、図４を用いて説明する。なおこの図４では基板６を左右に２枚取り付け可能な場合を示しているが、基板６の取り付けが１枚しかできない場合でも、以下の説明は同様に適用できる。右側の基板６をアライメントする場合である。真空チャンバ１内に搬送された基板６は、最初水平状態になっている。基板支持板９１に保持されているので、回転機構９２を用いてずり落ちることなく、基板６は垂直に立てられる。

マスク８１の角部にはアライメントマークとしての窓（開口部）８５が形成されており、基板６に設けたアライメントマークと、窓８５をアライメントカメラ８６で撮像してアライメントを行う。この撮像に基づいてアライメント駆動部８３がマスク８１の位置を調整し、マスク８１と基板６との位置決めが実行される。位置決めが終了したら、蒸発源７１を移動させて、蒸着を実行する。

ＰＰＩの高い基板６を作成するための蒸着用のマスク８１では、長方形の孔が開けられている。この多数の孔は、エッチング等により形成されている。多数の孔が形成されたマスクシート８１ａは、張力を加えてマスクフレーム８１ｂに溶接固定されている。なお、マスクフレーム８１ｂは、基板６のサイズが第５〜第６世代では１５００ｍｍ×１８００ｍｍにも達しているので、その基板６に応じた大きさとなっている。そのため、製作過程の加工誤差等により、数百μｍの変形を生じている。蒸着時には、マスクフレーム８１ｂを装置のマスク固定板に押し付け保持するが、上記製作過程で生じた変形を完全に強制することは困難であった。

ところで、従来からガラス基板と薄板のマスクの密着については十分検討されているが、成膜後の基板を調べると斜面状の膜が形成されている場合が多い。この原因の一つは、ガラス基板６と薄板のマスク８１の間に非常に微細な隙間が形成されることにあると本願発明者らは考えて、隙間を可能な限りゼロとすることとした。

図１および図２に、基板支持板９１部を詳細に示す。図１（ａ）は、基板支持板９１の正面図および縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部詳細平面図およびその縦断面図である。また、図２（ａ）は基板６とマスク８１のアライメント前の状態を、図２（ｂ）は基板６とマスク８１のアライメント後の状態を、それぞれ縦断面で示した図である。

基板６の背面側に配置される基板支持板９１は、上記アライメントの際に、基板６を背面側からマスクシート８１に押し付けるように作用する。そこで、マスクシート８１ａをわずかに変形させ、基板６に倣うようにする。基板６はガラス製なので、僅かの変形を有して垂直に保持される。

基板支持板９１の基板側表面は、全体として基板６側に凸の曲面とすることが可能である。ここで、基板支持板９１の表面には従来から幅Ｗ、高さｈの無数の突起９１ｂが間隔ｃで形成されている。この突起９１ｂは、基板６を他の真空チャンバ１へ移動させるときに、基板６が基板支持板９１に密着し基板６を剥離させるときに抵抗が増大するのを防止すること、および基板６を剥離させるときに帯電を防止することのために形成される。

この突起９１ｂ部の形状を全体として曲面とすることで、基板支持板９１のガラス基板６へ密着させることができる。本実施例では、曲率を有する孔長手方向でマスク８１と基板６とを密着させる。突起９１ｂ部の曲率は、マスク８１を基板支持板９１に倣わせたとき、マスクシート８１ａに加わる張力になるように選定するのがよい。例えば、マスク８１が基板支持板９１に倣ったときに生じる突起高さの変化が、５００μｍ程度になるように選べばよい。すなわち、曲率半径としては５６０ｍ程度になる。

従来は、基板６とマスク８１を垂直に保ち、基板６とマスク８１を均一に密着させようとしていた。そのため、基板６とマスク８１の双方を平坦度ゼロに限りなく近づけることが試みられている。しかしながら、基板とマスク８１の双方の平坦度をゼロにすることは現実的には無理である。本実施例によれば、曲面を形成した基板支持板９１に局所的に凹部が存在しても、基板６は自己の剛性で凹部の無い形状を形成する。また、マスク８１は基板６の剛性よりはるかに小さい剛性しか有していないので、基板６にマスク８１を倣わせることができる。また、基板６にマスク８１を倣わせるので、高い精度の部品や装置を用いずに、基板６とマスク８１を全面的に密着させることができる。

基板支持板９１を曲面形状とし、この曲面に基板６およびマスク８１を倣わせるようにしたので、マスク８１の孔長辺方向（図５の上下方向）は、マスク８１と基板６の密着度が向上する。しかし、マスク８１の上端および下端では、マスクフレーム８１ｂの幅方向（図５の左右方向）の加工誤差や組み立て誤差等に起因する変形の影響が残っているおそれがある。

そこで、基板支持板９１の全面または上端部および下端部に、シリコンゴムまたは、４フッ化エチレン樹脂製の緩衝シート９８を配置している。基板６の上端部および下端部を緩衝シート９８で押圧することにより、マスク８１の幅方向（図５の左右方向）についても、基板６をマスクフレーム８１ｂに倣わせることが可能になる。

なお、マスク８１の中央部にも緩衝シート９８を設けると緩衝シート９８の反発力がマスク８１の張力を高めるおそれがあるが、基板６の上端部および下端部では、緩衝シート９８の反発力を高剛性のマスクフレーム８１ｂが受けることになり張力が高まることは無い。また、マスク８１を基板６の形状に倣わせているので、緩衝シート９８を用いてマスク８１の幅方向（図５の左右方向）を押圧しても、密着性を高める効果は損なわれない。

なお、上記図２に示した実施例では、基板支持板９１の表面突起部の断面形状を、ガラス基板６側に凸の形状としているが、その曲率半径はマスクシート８１ａを倣わせる押し込み量とマスクの大きさの相関から決めることができる。また、密着を優先させる場合には、曲面の形状は、球面であってもよく、楕円球面でも卵型であってもよい。ただし、凹面が無いことが望ましい。また、緩衝シート９８の厚さは、５ｍｍ程度が望ましい。さらに基板支持板９１の曲面は、上下方向だけでなく左右方向にもガラス基板側に凸の曲面であるのがよいが、上下方向だけの曲面でも本発明の効果は得られる。

１…真空チャンバ、６…基板、１０…ゲート弁、７１…蒸発源、８１…マスク、８１ａ…マスクシート、８１ｂ…マスクフレーム、８３…アライメント駆動部、８４…アライメントマーク、８５…窓、８６…アライメントカメラ、８９…マスクホルダ、９１…基板支持板、９１ｂ…突起、９２…回転機構、９８…緩衝シート、１００…成膜装置、２００…コントローラ。

Claims (6)

1. 真空チャンバ内に搬入された有機ＥＬデバイス用基板にマスクを介して蒸発源から噴射される蒸着物質を成膜する成膜装置において、
   前記基板を垂直に保持する基板支持手段の前記基板に対向する表面を前記基板側に凸の曲面で構成したことを特徴とする成膜装置。
2. 前記基板支持手段と前記基板との間に、シリコンゴム製の緩衝シートを配置したことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記基板支持手段と前記基板との間であって、前記基板支持手段の上端部および下端部にシリコンゴム製の緩衝材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
4. 前記基板支持手段の前記基板側表面に多数の突起を間隔を置いて配列したことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
5. 真空チャンバ内に有機ＥＬデバイス用基板を水平状態で搬入し、その後前記基板を垂直状態に保持し、この垂直状態に保持された基板の蒸発源に対向する面とは反対側の面である背面側に配置され、曲面で構成された基板支持板を前記基板側に押圧し、前記基板の前面側に配置したマスクのマスクシートをこの基板形状に倣わせるようにしたことを特徴とする成膜方法。
6. 前記基板支持板の前記基板側表面をこの基板側に凸の曲面とし、前記マスクシートを前記基板のマスクシートに対向する面の形状に倣わせるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。

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