JP2010168653A - 基板反転装置、真空成膜装置及び基板反転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空中で迅速に基板を反転させる技術を提供する。
【解決手段】本発明の基板反転装置２０は、真空槽であるチャンバー２１内において、基板５０を昇降させる昇降機構６０と、基板５０を挟んで保持する把持部４１ａ、４２ａを有する基板保持機構４Ａ〜４Ｄと、基板保持機構４Ａ〜４Ｄの把持部４１ａ、４２ａを回転させて基板５０の上下関係を反転させる基板回転機構３０とを有する。本発明においては、基板５０を保持した状態で、水平方向に延びる直線を回転軸として基板回転機構３０を１８０°回転させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、真空槽内で基板の上下関係を反転させる技術に関し、特に、有機ＥＬ素子もしくは樹脂基板などの成膜面を上下反転させる技術に関する。

従来、有機ＥＬ素子製造技術として、基板上に下部電極、有機発光層、上部電極を形成し、この基板上に窒化シリコンもしくは酸窒化シリコンなどの保護膜を形成する技術が知られている。
このような窒化シリコン（ＳｉＮ）もしくは酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）は、真空槽内にＳｉＨ₄などのＳｉ供給ガスとＮ₂、ＮＨ₃やＯ₂などの反応ガスが供給され、真空槽内でプラズマを発生させる方法、いわゆるプラズマＣＶＤ法により成膜される。この時、成膜対象物以外の真空槽内にも窒化シリコンもしくは酸窒化シリコンの膜が形成される。

ところで、プラズマＣＶＤ法では、成膜面を上にして膜を形成する、所謂デポダウンによって成膜が行われる。
その一方、有機ＥＬ素子の有機層は、真空蒸着法によって行われるものが広く知られている。

真空蒸着法においては、成膜面を下にして膜を形成する、所謂デポアップによって成膜が行われるのが一般的である。
したがって、真空法によって有機ＥＬ素子を製造する場合には、プロセス中において基板を反転させる工程が必要になる。

近年、有機ＥＬ素子の量産化が進展しており、基板を反転させる工程の迅速化が求められている。

特開２０００−２３９８３３号公報

本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、真空中で迅速に基板を反転させる技術を提供することにある。

前記目的を達成するためになされた本発明は、真空槽と、前記真空槽内に設けられ、基板を昇降させる昇降機構と、前記真空槽内に設けられ、基板を挟んで保持する保持部を複数有する基板保持機構と、前記真空槽内に設けられ、前記基板保持機構の保持部を回転させて当該基板の上下関係を反転させる基板反転機構とを有する基板反転装置である。
本発明において、前記昇降機構は、基板の下側面を支持する複数の支持ピンを有することもできる。
本発明において、前記基板保持機構は、前記保持部が、基板の縁部を弾性力によって両側から把持する一対の把持部材を有することもできる。
本発明において、前記基板保持機構は、前記保持部が、水平方向に延びる直線を回転軸として回転するように構成されている場合にも効果がある。
また、本発明は、搬送ロボットを有する真空搬送室と、前記真空搬送室に接続され、前記基板反転装置と、前記真空搬送室に接続された成膜室とを有する真空成膜装置である。
また、本発明は、真空槽内において基板を反転させる基板反転方法であって、搬送ロボットによって基板を前記真空槽内に搬入する工程と、前記基板を支持し当該基板を昇降させて所定位置に配置する工程と、所定位置に配置された前記基板を挟んで保持する工程と、前記基板を保持した状態で、水平方向に延びる直線を回転軸として１８０°回転させる工程と、前記基板の保持を解除し支持昇降させて所定位置に配置する工程と、搬送ロボットによって前記基板を前記真空槽から排出させる工程とを有する基板反転方法である。

本発明の場合、真空槽内において、基板を昇降させる昇降機構と、基板を挟んで保持する保持部を複数有する基板保持機構と、基板保持機構の保持部を回転させて上下関係を反転させる基板反転機構とを備えたことから、搬送ロボットのような複雑で大型の機構を用いることなく、真空槽内において迅速且つ確実に基板の上下関係を反転させることができる。
その結果、本発明によれば、デポダウンとデポアップのプロセスが混在する場合であっても、簡素な構成で、迅速な成膜や処理が可能な真空装置・真空システムを提供することができる。

本発明によれば、真空中において迅速に基板の上下関係を反転させることができる。

有機ＥＬ素子に保護膜を形成するための保護膜形成装置の構成例を示す平面図 本実施の形態における基板反転装置の概略構成正面図 同基板反転装置の概略構成平面図 （ａ）（ｂ）：本実施の形態において基板の反転動作を示す説明図（その１） （ａ）（ｂ）：本実施の形態において基板の反転動作を示す説明図（その２） （ａ）（ｂ）：本実施の形態において基板の反転動作を示す説明図（その３） （ａ）（ｂ）：本実施の形態において基板の反転動作を示す説明図（その４） （ａ）（ｂ）：本実施の形態において基板の反転動作を示す説明図（その５） （ａ）（ｂ）：本実施の形態において基板の反転動作を示す説明図（その６）

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、有機ＥＬ素子に保護膜を形成するための保護膜形成装置の構成例を示す平面図である。
図１に示すように、本実施の形態の保護膜形成装置１０は、成膜室１１、搬入室１２、搬送室１３、反転室１４、搬出室１５を有する。成膜対象物を搬出する時の搬出室１５以外、運転中の保護膜形成装置１０の各室内部は真空に維持される。
成膜室１１は、その内部で保護膜の成膜が行われるもので、搬送室１３の周囲に複数設置される。図１に示す本実施の形態では、五つの成膜室１１₁〜１１₅が設けられている。
搬入室１２は、保護膜を形成すべき有機ＥＬ素子を搬入するための室である。通常、有機ＥＬ素子は第一電極、有機発光層、第二電極が蒸着によりデポアップで成膜されるため、搬入室１２へは、成膜面が下向きの状態で成膜対象物である基板５０が搬入される。
搬送室１３は、その内部に、各室間で基板５０を移送する搬送ロボット（図示せず）を有する。搬送室１３の周囲には、成膜室１１、搬入室１２、反転室１４、搬出室１５がバルブを介して配設されている。
反転室１４は、成膜面が下向きの状態で移送された基板５０を、上下反転し、成膜面を上向きにする基板反転装置２０を有する。これは、後述するように、成膜室１１内で基板５０は、デポダウンにより保護膜が形成されるためである。
搬出室１５から成膜室１１で保護膜を成膜された基板５０が搬出される。搬出室１５内部が大気と真空に圧力調整されることにより、搬送室１３は真空を維持したまま、真空雰囲気から大気中に基板５０が搬出される。
搬入室１２に搬入された基板５０は、搬送室１３の搬送ロボットにより反転室１４に移送され、反転室１４で上下反転されて、搬送室１３の搬送ロボットにより、複数の成膜室１１₁〜１１₅のいずれかに移送される。成膜室１１₁〜１１₅で成膜された基板５０は、搬送室１３の搬送ロボットにより搬出室１５に移送され、搬出室１５から搬出される。

図２は、本実施の形態における基板反転装置の概略構成正面図、図３は、同基板反転装置の概略構成平面図である。
図２及び図３に示すように、本実施の形態の基板反転装置２０は、チャンバ２１内に、以下に説明するような基板回転機構３０が配設されて構成されている。
基板回転機構３０は、剛性の大きな金属からなる例えば立体格子状の反転フレーム３１を有し、この反転フレーム３１に、後述する複数（本実施の形態では四つ）の基板保持機構４Ａ〜４Ｄが設けられて構成されている。
反転フレーム３１は、チャンバ２１の内側の領域に配置される。そして、チャンバ２１の両端部において、水平方向に延びる直線上に位置する支軸３２、３３を中心として鉛直面方向に回転するように、反転フレーム３１が支持されている。
ここで、一方の支軸３２は、チャンバ２１の側部に固定された例えばパルスモータからなる駆動モータ３４の回転軸に連結され、これにより反転フレーム３１が所定の方向に所定角度回転するように構成されている。

図３に示すように、本実施の形態においては、反転フレーム３１の回転中心軸線を挟んで両側の位置で、例えば反転フレーム３１の長手方向の両端部に、それぞれ二つずつ基板保持機構４Ａ、４Ｂ並びに４Ｃ、４Ｄが配設されている。
ここで、四つの基板保持機構４Ａ〜４Ｄは、同一の構成を有している。なお、図２では、四つの基板保持機構４Ａ〜４Ｄのうち二つの基板保持機構４Ａ、４Ｃのみが示されている。以下、適宜一つの基板保持機構４Ａを例にとってその構成を説明する。

本実施の形態の基板保持機構４Ａは、剛性の大きい金属からなる、ほぼ同一形状の二つの構成部材、第１及び第２構成部材４１、４２を組み合わせて本体部４０が構成される。
第１及び第２構成部材４１、４２は、ほぼ「く」字形状の平板状に形成されている。ここでは、第１及び第２構成部材４１、４２の一方の側の部分を把持部（保持部）４１ａ、４２ａとし、他方の側の部分を腕部４１ｂ、４２ｂとする。
そして、第１及び第２構成部材４１、４２を裏返しにした状態で、それぞれの中央の屈曲部分を重ね合わせ、支軸４３を中心として同一平面内において、例えば鋏のように、時計回り方向又は反時計回り方向に回転して開閉するように構成されている。
この場合、第１及び第２構成部材４１、４２は、平板を若干曲げることにより、それぞれの把持部４１ａ、４２ａが、先端部において対向するように形成されている。そして、第１及び第２構成部材４１、４２の把持部４１ａ、４２ａの対向する先端部分には、例えばフッ素ゴムからなる滑り防止部材４４、４５が装着されている。
このような構成を有する基板保持機構４Ａの本体部４０は、上述した把持部４１ａ、４２ａを内側に向けた状態で、反転フレーム３１の端部に取り付けられる。また、他の基板保持機構４Ｂ〜４Ｄの本体部４０についても、上述した把持部４１ａ、４２ａを内側に向けた状態で、反転フレーム３１の両端部にそれぞれ取り付けられる。

さらに、第１及び第２構成部材４１、４２の把持部４１ａ、４２ａは、上述した支軸４３の近傍の部分に引っ張りコイルばね４６、４７の一端部が取り付けられている。これら引っ張りコイルばね４６、４７の他端部は、反転フレーム３１の上の、第１及び第２構成部材４１、４２の腕部４１ｂ、４２ｂの先端部側に設けられた突部３７、３８にそれぞれ取り付けられている。
また、第１及び第２構成部材４１、４２の腕部４１ｂ、４２ｂの先端部は、例えば圧縮空気を用いた付勢手段５１、５２の動作によってそれぞれ把持部４１ａ、４２ａ側に付勢されるように構成されている。

このような構成により、各付勢手段５１、５２を動作させて第１及び第２構成部材４１、４２の腕部４１ｂ、４２ｂを把持部４１ａ、４２ａ側に付勢すると、各引っ張りコイルばね４６、４７の弾性力に抗して第１及び第２構成部材４１、４２の把持部４１ａ、４２ａが水平方向から互いに離れる（開く）方向に移動し、他方、付勢手段５１、５２の動作を停止すると、各引っ張りコイルばね４６、４７の弾性力によって第１及び第２構成部材４１、４２の把持部４１ａ、４２ａが互いに近づく（閉じる）方向に移動して水平方向に向けられる。

なお、第１及び第２の構成部材４１、４２の把持部４１ａ、４２ａを閉じた場合には、それぞれの把持部４１ａ、４２ａに設けた滑り防止部材４４、４５同士が基板５０の厚さより小さくなるように設定しておくとよい。
反転フレーム３１の下方には、基板昇降機構６０が設けられている。
この基板昇降機構６０は、図示しない昇降モータに連結され鉛直方向に延びる昇降軸６１を有し、この昇降軸６１の上端部には、平板状の基台６２が取り付けられている。

図３に示すように、この基台６２は、上述した各基板保持機構４Ａ〜４Ｄの内側の領域に配置され、その上面には、複数（ここでは８個）の昇降ピン６３が立設されている。
本実施の形態では、各昇降ピン６３の上端部の支持部６４が、各基板保持機構４Ａ〜４Ｄの第１及び第２構成部材４１、４２の把持部４１ａ、４２ａの位置より若干高い位置まで上昇するように構成されている。

図４（ａ）（ｂ）〜図９（ａ）（ｂ）は、本実施の形態において基板５０の反転動作を示す説明図である。
このような構成を有する本実施の形態において、基板５０の反転を行う場合には、図４（ａ）に示すように、各基板保持機構４Ａ〜４Ｄの下側の付勢手段５１を動作させ、第１構成部材４１の把持部４１ａを第２構成部材４２の把持部４２ａに対して上方に移動させて離間させる。
そして、その状態で、搬送室１３内の搬送ロボットを用い、その載置部７０に基板５０を載置して基板５０を反転室１４内に搬入する。
次いで、図４（ｂ）に示すように、基板昇降機構６０を上昇させ、その支持部６４によって基板５０を支持して搬送ロボットの載置部７０から若干浮かせ、搬送ロボットの載置部７０を搬送室１３内に戻す。

そして、図５（ａ）に示すように、基板昇降機構６０を下降させる。これにより、基板５０は、各基板保持機構４Ａ〜４Ｄの第２構成部材４２の把持部４２ａによって支持される。
さらに、各基板保持機構４Ａ〜４Ｄの下側の付勢手段５１の動作を停止する。その結果、各引っ張りコイルばね４６の弾性力によって第１構成部材４１の把持部４１ａが下方に移動する。
これにより、図５（ｂ）に示すように、基板５０の縁部が、第１及び第２の構成部材４１、４２の把持部４１ａ、４２ａによって挟まれ基板５０が保持される。
そして、この状態で駆動モータ３４を動作させ、基板回転機構３０の反転フレーム３１を支軸３２、３３を中心として鉛直面方向に１８０°回転させる。

これにより、図６（ａ）に示すように、各基板保持機構４Ａ〜４Ｄの第１及び第２構成部材４１、４２の把持部４１ａ、４２ａの上下関係が反転し、基板５０の上下関係も反転する（図６（ａ）に示す例では、基板５０の成膜面５０ａが上側になる。）。
次に、各基板保持機構４Ａ〜４Ｄの下側の付勢手段５２を動作させ、図６（ｂ）に示すように、第２構成部材４２の把持部４２ａを第１構成部材４１の把持部４１ａから上方に移動させて離間させる。
そして、基板昇降機構６０を下降させ、その状態で、基板５０のアライメントを行う。

アライメント終了後、図８（ａ）に示すように、基板昇降機構６０を上昇させて基板５０を第１及び第２の構成部材４１、４２の把持部４１ａ、４２ａの間に位置させる。また、各基板保持機構４Ａ〜４Ｄの上側の付勢手段５２の動作を停止する。その結果、各引っ張りコイルばね４７の弾性力によって第１構成部材４１の把持部４１ａが初期の水平状態に戻る。
そして、その状態で、図８（ｂ）に示すように、搬送室１３の搬送ロボットの載置部７０を反転室１４内に搬入し、基板５０の下部に載置部７０を位置させる。

その後、図９（ａ）に示すように、基板昇降機構６０を下降させ、基板５０を搬送ロボットの載置部７０上に載置する。
その状態で、図９（ｂ）に示すように、搬送ロボットの載置部７０を反転室１４から移動させて基板５０を排出する。
なお、その後は、各基板保持機構４Ａ〜４Ｄの下側の付勢手段５２の動作を停止して初期状態に戻し、上述したように駆動モータ３４を動作させ、基板回転機構３０の反転フレーム３１を支軸３２、３３を中心として１８０°回転させ、図２に示す状態に戻す。そして、上述した各動作を繰り返すようにする。

以上述べたように本実施の形態によれば、反転室１４内において、基板５０を昇降させる基板昇降機構６０と、基板５０を挟んで保持する第１及び第２構成部材４１、４２を有する基板保持機構４Ａ〜４Ｄと、基板保持機構４Ａ〜４Ｄを回転させて上下関係を反転させる基板回転機構３０とを備えたことから、搬送ロボットのような複雑で大型の機構を用いることなく、反転室１４内において迅速且つ確実に基板５０の上下関係を反転させることができる。
その結果、本実施の形態によれば、デポダウンとデポアップのプロセスが混在する場合であっても、簡素な構成で、迅速な成膜や処理が可能な真空装置・真空システムを提供することができる。

４Ａ〜４Ｄ…基板保持機構
１０…保護膜形成装置
１１…成膜室
１３…搬送室
１４…反転室
２０…基板反転装置
３４…駆動モータ
４０…本体部
４１…第１構成部材
４１ａ…把持部（保持部）
４２…第２構成部材
４２ａ…把持部（保持部）
４４…滑り防止部材
４５…滑り防止部材
５０…成膜対象物（基板）
５１…付勢手段
５２…付勢手段
６０…基板昇降機構
６３…昇降ピン
６４…支持部

Claims (6)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内に設けられ、基板を昇降させる昇降機構と、
   前記真空槽内に設けられ、基板を挟んで保持する保持部を複数有する基板保持機構と、
   前記真空槽内に設けられ、前記基板保持機構の保持部を回転させて当該基板の上下関係を反転させる基板反転機構とを有する基板反転装置。
2. 前記昇降機構は、基板の下側面を支持する複数の支持ピンを有する請求項１記載の基板反転装置。
3. 前記基板保持機構は、前記保持部が、基板の縁部を弾性力によって両側から把持する一対の把持部材を有する請求項１又は２のいずれか１項記載の基板反転装置。
4. 前記基板保持機構は、前記保持部が、水平方向に延びる直線を回転軸として回転するように構成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載の基板反転装置。
5. 搬送ロボットを有する真空搬送室と、
   前記真空搬送室に接続され、請求項１乃至４のいずれか１項記載の基板反転装置と、
   前記真空搬送室に接続された成膜室とを有する真空成膜装置。
6. 真空槽内において基板を反転させる基板反転方法であって、
   搬送ロボットによって基板を前記真空槽内に搬入する工程と、
   前記基板を支持し当該基板を昇降させて所定位置に配置する工程と、
   所定位置に配置された前記基板を挟んで保持する工程と、
   前記基板を保持した状態で、水平方向に延びる直線を回転軸として１８０°回転させる工程と、
   前記基板の保持を解除し支持昇降させて所定位置に配置する工程と、
   搬送ロボットによって前記基板を前記真空槽から排出させる工程とを有する基板反転方法。
   

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