JP2010080230A

JP2010080230A - 有機ｅｌデバイス製造装置及び成膜装置並びに真空内配線・配管機構

Info

Publication number: JP2010080230A
Application number: JP2008246503A
Authority: JP
Inventors: Masa Wakabayashi; 雅若林; Nobuhiro Nirasawa; 信広韮沢; Kenji Yumiba; 賢治弓場
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: JP5231917B2

Abstract

【課題】
アウトガスや配管の疲労損傷の問題を払拭できる、あるいは、真空排気の必要のない真空内配線・配管機構を有する信頼性の高い有機ＥＬデバイス製造装置及び成膜装置を提供することである。
【解決手段】
本発明は、複数の真空チャンバと、前記複数の真空チャンバ内のうち少なくとも一つの真空チャンバ内に移動部を有し、蒸着材料を基板に蒸着する有機ＥＬデバイス製造装置あるいは成膜装置において、前記中空のリンク内に前記移動部への配線または流体を流す配管のうち少なくとも一方を敷設し、一端を大気に開放し、他端を前記移動部に接続した真空内配線・配管機構を有することを特徴とする
【選択図】図４

Description

本発明は、有機ＥＬデバイス製造装置及び成膜装置並びに真空内配線・配管機構に係わり、特に真空チャンバの真空維持、流体漏洩防止に好適な有機ＥＬデバイス製造装置及び成膜装置並びに真空内配線・配管機構に関する。

有機ＥＬデバイスを製造する有力な方法として真空蒸着法がある。真空蒸着工程などの真空を利用する機構において、その真空チャンバ中に繰り返し移動する機構を有し、且つその移動体に配線、配管を施す必要がある。その場合、大気中で使用するような一般的な動的結束具(ex．ケーブルベア)などを用いて真空中に暴露することは、(1)配線の被覆材質からのアウトガスの問題や、(2)配管疲労に損傷が発生する流体漏洩の恐れなど、の理由から、通常難しいとされている。特に有機ＥＬデバイス製造装置は、水漏洩に対してデリケートであり、再度所定の真空度を得るのに時間がかかる。この課題に対する従来技術としては下記のものがある。

特許文献１は、移動装置を磁気によって大気側から駆動することによってモータのリード線や信号線等を真空チャンバ内に引き回さないようにすることを開示している。
特許文献２は、配線や配管を柔軟性の高い樹脂性の配管で覆い、被覆配管内を真空排気することを開示している。

特開２００１-２９７９６７号公報特開２００４-２７４８８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法は、流体配管には適用できない。また、特許文献２に開示された発明は、次のような課題がある。まず、第一に、被覆配管に樹脂を使用しているためにアウトガスの問題を完全に払拭できない。第二に、配線に樹脂を使用しているために被覆配管内を真空排気する必要がある。第三に高速移動する移動体に適用した場合、被覆配管の疲労損傷の問題を払拭できない。

従って、本発明の第一の目的は、アウトガスや配管の疲労損傷の問題を払拭できる信頼性の高い真空内配線・配管機構を提供することである。
また、本発明の第二の目的は、真空排気の必要のない真空内配線・配管機構を提供することである。
さらに、本発明三の目的は、本発明の真空内配線・配管機構を使用することによって、信頼性の高い有機ＥＬデバイス製造装置及び成膜装置を提供することである。

上記目的を達成するために、複数の真空チャンバと、前記複数の真空チャンバ内のうち少なくとも一つの真空チャンバ内に移動部を有し、蒸着材料を基板に蒸着する有機ＥＬデバイス製造装置あるいは成膜装置において、中空のリンクで構成し、前記中空のリンク内に前記移動部への配線または流体を流す配管のうち少なくとも一方を敷設し、一端を大気に開放し、他端を前記移動部に接続した真空内配線・配管機構を有することを第１の特徴とする。

また、上記目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記リンクの可動部、移動体への接続部及び大気への接続部を真空シールすることを第２の特徴とする。
また、上記目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記リンクは錆び難くアウトガスが少ない金属製であることを第３の特徴とする。

さらに、上記目的を達成するために、第１の特徴に加え、前記移動体は、前記蒸着材料を蒸発する蒸発源を移動させる移動体であることを第４の特徴とする。
また、上記目的を達成するために、前記移動体は前記基板を載置した位置から蒸着位置に移動する移動体であり、前記配管は前記基板を冷却する前記移動体上の冷却部に流体を供給・回収する配管であることを第５の特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。

また、上記目的を達成するために、中空のリンク内に配線または流体を流す配管のうち少なくとも一方を敷設するものであって、前記リンクの可動部及び前記リンクの両端のうち少なくとも一端を真空シールするシール部を有する真空内配線・配管機構を第６の特徴とする。

本発明によれば、アウトガスや配管の疲労損傷の問題を払拭できる信頼性の高い真空内駆動装置を提供することである。
また、本発明によれば、真空排気の必要のない真空内駆動装置を提供することである。
さらに、本発明によれば、信頼性の高い有機ＥＬデバイス製造装置または成膜装置を提供することである

発明の第１の実施形態を図１から図７を用いて説明する。有機ELデバイス製造装置は、単に発光材料層(EL層)を形成し電極で挟むだけの構造ではなく、陽極の上に正孔注入層や輸送層、陰極の上に電子注入層や輸送層をなど様々な材料が薄膜としてなる多層構造を形成したり、基板を洗浄したりする。図１はその製造装置の一例を示したものである。

本実施形態における有機ELデバイス製造装置１００は、大別して処理対象の基板６を搬入するロードクラスタ３、前記基板６を処理する４つのクラスタ(A〜D)、各クラスタ２間又はクラスタとロードクラスタ３あるいは次工程(封止工程)との間の設置された６つの受渡室４から構成されている。

ロードクラスタ３は、前後に真空を維持するためにゲート弁１０を有するロード室３１と前記ロード室３１から基板６(以下、単に基板という)を受取り、旋回して受渡室４aに基板６を搬入する搬送ロボット５Rからなる。各ロード室３１及び各受渡室４は前後にゲート弁１０を有し、当該ゲート弁１０の開閉を制御し真空を維持しながらロードクラスタ３あるいは次のクラスタ等へ基板を受渡する。

各クラスタ(A〜D)は、一台の搬送ロボット５を有する搬送チャンバ２と、搬送ロボット５から基板を受取り、所定の処理をする図面上で上下に配置された２つの処理チャンバ１(第１の添え字a〜dはクラスタを示し、第２の添え字u、dは上側下側を示す)を有する。搬送チャンバ２と処理チャンバ１の間にはゲート弁１０が設けてある。

図２は、搬送チャンバ２と処理チャンバ１の構成の概要を示す。処理チャンバ１の構成は処理内容によって異なるが、真空で発光材料を蒸着しEL層を形成する真空蒸着チャンバ１buを例にとって説明する。図３は、そのとき搬送チャンバ２ｂと真空蒸着チャンバ１buの構成の模式図と動作説明図である。図２における搬送ロボット５は、全体を上下に移動可能(図３の矢印５９参照)で、左右に旋回可能な３リンク構造のアーム５７を有し、その先端には基板搬送用の櫛歯状ハンド５８を上下二段に２本有する。１本ハンドの場合は、基板を次の工程に渡すための回転動作、前の工程から基板を受取るための回転動作、及びこれに付随するゲート弁の開閉動作が搬入出処理の間に必要だが、上下二段にすることによって、片方のハンドに搬入する基板を持たせ、基板を保持していない方のハンドで真空蒸着チャンバから基板の搬出動作をさせた後、連続して搬入動作を行なうことができる。
２本ハンドにするか１本ハンドにするかは要求される生産能力によって決める。以後の説明では、説明を簡単にするために１本ハンドで説明する。

一方、真空蒸着チャンバ１buは、大別して発光材料を蒸発させ基板６に蒸着させる蒸着部７と、基板６の必要な部分に蒸着させるアライメント部８と、及び搬送ロボット５と基板の受渡しを行い、蒸着部７へ基板６を移動させる処理受渡部９からなる。アライメント部８と処理受渡部９は右側Rラインと左側Lラインの２系統設ける。

処理受渡部９は、搬送ロボット５の櫛歯状ハンド５８と干渉することなく基板６を受渡し可能とする櫛歯状ハンド９１と、前記櫛歯状ハンド９１上にあり基板６を固定して載置し、その基板６を旋回させて直立にし、アライメント部８に移動する基板旋回手段９３を有する。前記固定する手段としては、真空中であることを考慮して静電吸着や機械的クランプ等の手段を用いる。

図４はこの基板旋回手段９３を詳細に示し、基板旋回手段９３に本発明の真空内配線・配管機構を適用した第１の実施例を示した図である。基板旋回手段９３は、基板６を載置する載置台９３Dと、蒸着時に基板６を冷却する冷却ジャケット９３Jと、基板６、載置台９３D及び冷却ジャケット９３Jを一体となって回転させアライメント部８のシャドウマスク８１に接触可能とする基板旋回駆動部９３Bから構成されている。冷却ジャケット９３Jには冷却水管４３，４４が敷設されている。また、基板旋回駆動部９３Bは、大気側に設けられた旋回用モータ９３Mと、旋回用モータ９３Mにより歯車９３H1、９３H2を介して矢印Aの方向に旋回する中空の第１リンク４１と、第１リンク４１に第１リンクの中空部と連続した中空部を持つように固定され、前記冷却ジャケット９３Jの側面部に沿うよう設けられた第２リンク４２を有する。なお、第１リンクは真空蒸着チャンバ１buの側壁に設けられた真空シール部９３Sに回転可能に支持されている。なお、旋回用モータ９３Jは大気側にもうけられた制御装置６０で制御される。

本実施例における真空内配線・配管機構４０は、上記第１リンク４１及び第２リンク４２から構成され、その中空部には、冷却ジャケット９３Jに冷却水を流すために、供給用４３と回収用４４の冷却水配管が配設されている。各リンクは錆に強く十分な強度を持つ金属、例えばステンレス、アルミニウムで構成され、第１リンク４１の中空部の駆動前モータ９３M側は大気に開放されている。前記２本の冷却水配管は、一般的に大気中で使用されている柔軟性を有する材料で構成するか、金属性で構成し、リンク内で可撓部を有しないように第１リンク４１及び第２リンク４２で形成される形であるL字状に配管し、可撓部は大気側に設ける。後者を用いればより疲労損傷に少ない配管を構成できる。また、万が一冷却水が冷却水配管４３、４４から漏洩しても大気側に排水されように、前記真空蒸着チャンバ１buの側壁での接続部を冷却ジャケット９３Jでの接続部より低くしている。

本実施例の真空内配線・配管機構４０の実施例によれば、一端を大気に開放し、多端を移動部に接続したリンク機構の中空部に配管を設け、前記リンク機構の回転部は真空シールされ、真空側から完全に遮断しているので、万が一、冷却水配管から漏水しても真空側に漏水することがなく、またリンク機構の中空部を真空にする必要もない。さらに、リンク機構をステンレスあるいはアルミニウムで構成しているのでアウトガスの発生もない。また、真空内配線・配管機構が基板旋回駆動部の一部を構成しているので全体としてシンプルな構成にできる。

アライメント部８は、図５に示すマスク８１M、フレーム８１Fからなるシャドウマスク８１と基板上のアライメントマーク８４によって基板６とシャドウマスク８１との位置合せをするアライメント駆動部８３とを有する。

図６は、蒸着部７の構成を示し、真空内配線・配管機構の第２の実施例を示す図である。第６図(b)は、第６図(a)において矢印Bの方向から見た図である。蒸着部７は、蒸発部７１をレール７６上に沿って上下方向に移動させる上下駆動手段７２、蒸発部７１をレール７５上に沿って左右のアライメント部間移動する左右駆動ベース７４(図３参照)、真空内配線・配管機構５０を有する。

上下駆動手段７２は、大気側に設けられた駆動モータ７２M、同モータ７２Mにより回転駆動され、シール部７２Sに真空シールされた回転部７２C、回転部７２Cに固定され、回転部７２Cに同期して回転するボールネジ７２P、蒸発部７１に固定され、ボールネジ７２Pの回転により蒸発部７１を上下させるナット７２K及び前記上下時に蒸発部７１のレール７６上走行を案内する案内ガイド７２Gから構成される。

蒸発部７１は真空雰囲気にあり、複数個の蒸発源７１a〜e(個数は必要により決定)を有し、各蒸発源７１a〜eは内部に発光材料である蒸着材料７１Z、前記蒸着材料を加熱するヒータ７１Ｈ、蒸発温度を検知する温度センサ７１Ｓを有し、前述した制御装置５０は、温度センサ７１Ｓの出力を見て安定した蒸発速度が得るようにヒータ７１Hを制御する。図３の引出し図に示すように、蒸発部７１には複数の蒸発源７１a〜eの穴７３がライン状に並んでおり、蒸着材料７１Zはその穴からら蒸発する構造となっている。必要によっては、蒸着膜の特性を向上させるために添加剤も同時に加熱して蒸着する。この場合、蒸発源と一対若しくは複数の蒸発源と上下に平行に並べて蒸着する。

真空内配線・配管機構５０は、一端が真空蒸着チャンバ１buの壁に回転可能で大気雰囲気に開放にされた状態で固定された中空の第１リンク５１、一端が前記第１リンク５１の他端に回転可能に接続され、他端が蒸着部７１に回転可能に固定された中空の第２リンク５２で構成されたリンク構造を有する。各回転部は後述する図７に示すような機構により真空シールされている。各リンクは錆に強く十分な強度を持つ金属、例えばステンスアルミニウムで構成され、中空のリンク内には、前述したヒータ７１Hへの電圧線及び温度センサ７１Ｓの信号線などの配線５４が敷設されている。蒸着源７１と第２リンクの接続部には、前記配線５４を中継するフィードスルー５５が設けられている。真空内配線・配管機構５０は、蒸発部７１に上下移動に伴い両リンクの接続部５３が上下し、前記信号線、電圧線の配線を安定して目的位置に接続した状態を維持することが可能である。

図７は、真空シールの一例を示し、リンク５１とリンク５２との接続部５３の真空シールの構成を示した図である。接続部５３には、リンク５１がリンク５２に対してクロスローラベアリング５３Pにより回転し、パッキン(Oリング)５３P及びガスケット(Oリング)５３Gで真空シールされた中空の回転部５３Kある。この機構により、真空側と完全に遮断され、中空部に配線５４を通すことが可能である。

本実施例の真空内配線・配管機構５０によれば、接続部が移動してもリンク機構でその移動を吸収し、回転部がシールされたステンレス製のリンクで真空領域から完全に遮断しているので、例え、配線からアウトガスが発生しても真空側にアウトガスが漏洩することがなく、またリンク機構内を真空にする必要ない。さらに、リンク機構をステンレスあるいはステンレスで構成しているのでアウトガスの発生もない。

図８は、このような構成によって処理チャンバ１の処理フローを示した図である。本実施形態での処理の基本的な考え方は、基板の蒸着面を上面にして搬送し、上面搬送された基板６を垂直にたてて、アライメント部８に搬送し、蒸着する。搬送時基板６の下面が蒸着面であるならば反転する必要があるが、上面が蒸着面であるので垂直にたてるだけでよい。

また、蒸着する工程と、処理チャンバ１への基板搬入出工程等のその他工程とは所要時間が略同じであり、本実施形態ではそれぞれ約１分である。そこで、本実施形態での処理の他の基本的な考え方は、一方のラインで蒸着して間に、他方のラインでは基板を搬入出し、位置合せをし、蒸着する準備を完了させることである。この処理を交互に行なうことによって、蒸発源中の材料が無駄に蒸発している時間を減少させることができる。

その処理フローを図３を参照しながら図７を用いて詳細に説明する。図３において基板６が存在するところは実線で示す。

まず、Rラインにおいて、基板６Rを搬入し、基板６Rを垂直に立ててアライメント部８Rに移動し、基板６とシャドウマスク８１との位置合せを行なう(StepR1からStepR3)。このとき、垂直に立てて直ぐに位置合せを行なうために、蒸着面を上にして基板６を搬送する。位置合せは、図３の引出し図に示すように、CCDカメラ８６で撮像し、基板6に設けられたアライメントマーク８４がマスク８１M設けられた窓８５の中心にくるように、シャドウマスク８１Rを前記アライメント駆動部８３で制御することによって行なう。本蒸着が赤(Ｒ)を発光させる材料であるならば、図４に示すようにマスク８１MのＲに対応する部分に窓があいており、その部分が蒸着されることになる。その窓の大きさは色によって異なるが平均して幅５０μｍ、高さ１５０μｍ程度である。マスク８１Mの厚さは４０μｍであり、今後さらに薄くなる傾向がある。

位置合せが終了したら、蒸発部７１をRライン側に移動させ(StepR4)、その後ライン状の蒸発部７１を上又は下に移動させて蒸着する(StepR5)。Rライン蒸着中に、LラインではRラインの同様にStepL1からStepL3の処理を行なう。すなわち、他の基板６Lを搬入し、当該基板６Lを垂直に立ててアライメント部８Lに移動し、シャドウマスク８１Lとの位置合せを行なう。Rラインの基板６Rの蒸着を完了すると、蒸発部７１はLラインに移動し(StepL4)、Lラインにある基板６Lを蒸着する(StepL5)。このとき蒸発部７１がRラインの蒸着領域から完全に出る前に、基板６Rがアライメント部８Rから離れると、不必要に蒸着される可能性があるので、完全に出た後に、基板６Rの処理チャンバ１からの搬出動作を開始し、その後新たな基板６Rの準備に入る。前記不必要な蒸着を避けるためにラインの間に仕切り板１１を設ける。なお、図３は、StepR4及びStepL1の状態を示している。即ち、Rラインでは蒸着を開始し、Lラインでは真空蒸着チャンバ１buに基板を搬入した状態である。

その後、上記フローを連続して行なうことにより、本実施形態によれば、蒸発部７の移動時間を除いて無駄に蒸着材料を使用することなく蒸着することができる。前述したように必要な蒸着時間とその他処理時間は約１分であり、蒸発部７１の移動時間を５秒とすれば、従来は１分の無駄な蒸着時間が本実施形態では５秒に短縮できる。
また、上記本実施形態によれば、図５に示すように真空蒸着チャンバ１buの処理基板１枚の処理サイクルは実質的に蒸着時間＋蒸発部７１の移動時間となり、生産性を向上させることができる。前述の条件で処理時間を評価すれば、従来の２分に対し、本発明では１分５秒となり、チャンバひとつあたりの生産性を約２倍に向上できる。

上記実施形態では、一つの処理装置の中に一つの蒸着部７に対してアライメント部８L、処理受渡部９からなる２系統の処理ラインを設けた。例えば、蒸着時間３０秒で、その他の処理時間が１分ならば、一つの処理装置の中に一つの蒸着部７に対して処理ラインを３系統設けても同様に大きな効果を得ることができる。

以上の説明した実施形態によれば、本実施例で示した真空内配線・配管機構を使用することによって、信頼性の高い有機ＥＬデバイス製造装置を提供することができる。

上記の実施形態の説明では、２箇所における真空内配線・配管機構を説明した。その他にも適用できる箇所があり、本発明を適用可能である。例えば、図３において隣接するアライメント部に蒸着源を移動させるには、壁と第１リンクとの間に第１リンクと第２リンクからなる同様な構成のリンク機構を設ければよい。あるいは、蒸着速度を検出するために水晶モニター(図示せず)がある。水晶モニターは蒸発源７１の移動に伴い移動する必要があり、かつ恒温に保つ必要がある。その場合、同様なリンク構成で水などの流体を供給・回収することができる。

上記の実施形態は全て基板６の蒸着面を上にして搬送する場合について説明した。その他の基板の搬送方法としては、蒸着面を下にして搬送する方法、基板をケース等に入れて立てて搬送する方法がある。

しかしながら、上記の真空内配線・配管機構の基本的な考え方は、搬送方法には関係ないので、搬送方法の如何に関わらず本発明を適用できる。

また、上記説明では有機ELデバイスを例に説明したが、有機ELデバイスと同じ背景にある蒸着処理をする成膜装置および成膜方法にも適用できる。

本発明の実施形態である有機ELデバイス製造装置を示す図である。本発明の実施形態である搬送チャンバ２と処理チャンバ１の構成の概要を示す図である。本発明の実施形態である搬送チャンバと処理チャンバの構成の模式図と動作説明図である。本発明の真空内配線・配管機構の第１の実施例を示す図である。シャドウマスクを示す図である本発明の真空内配線・配管機構の第２の実施例を示す図である。真空シールの一例を示し、接続部５３における真空シールを示した図である。本発明の実施形態である処理チャンバ１の処理フローを示した図である。

符号の説明

１：処理チャンバ 1bu：真空蒸着チャンバ
２：搬送チャンバ３：ロードクラスタ
４：受渡室５：搬送ロボット
６：基板７：蒸着部
８：アライメント部９：処理受渡部
１０：ゲート弁１１：仕切り板
３１：ロード室４０，５０：真空内配線・配管機構
６０：制御装置４１、４２、５１，５２：リンク
４３，４４：冷却水配管５４：配線
７１：蒸発源１００：有機ELデバイスの製造装置
Ａ〜Ｄ：クラスタ。

Claims

複数の真空チャンバと、前記複数の真空チャンバ内のうち少なくとも一つの真空チャンバ内に移動部を有し、蒸着材料を基板に蒸着する有機ＥＬデバイス製造装置において、
中空のリンクで構成し、前記中空のリンク内に前記移動部への配線または流体を流す配管のうち少なくとも一方を敷設し、一端を大気に開放し、他端を前記移動部に接続した真空内配線・配管機構を有することを特徴とする有機ＥＬデバイス製造装置。
前記リンクの可動部、移動体への接続部及び大気への接続部を真空シールすることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記リンクは錆び難くアウトガスが少ない金属製であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記金属はステンレスまたはアルミニウムであること特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記移動体は、前記蒸着材料を蒸発する蒸発源を移動させる移動体であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記移動体は前記基板を載置した位置から蒸着位置に移動する移動体であり、前記配管は前記基板を冷却する前記移動体上の冷却部に流体を供給・回収する配管であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記移動体は前記基板への蒸着速度を検出するセンサを移動する移動体であり、前記配管は前記センサを恒温に保つ流体を供給・回収する配管であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
複数の真空チャンバと、前記複数の真空チャンバ内のうち少なくとも一つの真空チャンバ内に移動部を有し、蒸着材料を基板に蒸着する成膜装置において、
中空のリンクで構成し、前記中空のリンク内に前記移動部への配線または流体を流す配管のうち少なくとも一方を敷設し、一端を大気に開放し、他端を前記移動部に接続した真空内配線・配管機構を有することを特徴とする成膜装置。
前記リンクの可動部、移動体への接続部及び大気への接続部を真空シールすることを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
前記リンクは錆び難くアウトガスが少ない金属製であることを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
中空のリンク内に配線または流体を流す配管のうち少なくとも一方を敷設するものであって、前記リンクの可動部及び前記リンクの両端のうち少なくとも一端を真空シールするシール部を有することを特徴とする真空内配線・配管機構。
前記リンクは錆び難くアウトガスが少ない金属製であることを特徴とする請求項１１に記載の真空内配線・配管機構。