JP2012079480A

JP2012079480A - 有機ｅｌデバイス製造装置及び有機ｅｌデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2012079480A
Application number: JP2010221858A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yanagisawa; 孝一柳澤; Hideaki Kojima; 英昭小島; Kentaro Koikawa; 健太郎鯉川
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-19

Abstract

【課題】
本発明は、基板等の破損を低減し、稼働率の高い有機ＥＬデバイス製造装置及び製造方法を提供することである。
【解決手段】
本発明は、基板を載置する蒸着ステージとマスクを相対的に移動させ、前記基板と前記マスクを密着させ、真空中雰囲気において前記基板に蒸着材料を蒸着する有機ＥＬデバイス製造装置または製造方法において、前記密着は、前記駆動源の負荷を状態量として監視し、前記状態量の変化に基づいて前記移動を制御することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、有機ＥＬデバイス製造装置及び有機ＥＬデバイス製造方法に係り、特に、基板等の破損を防ぎ、稼働率の高い有機ＥＬデバイス製造装置及び製造方法に関する。

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。真空蒸着を行なう場合、精度のよいパターンをえるために蒸着対象であるガラス基板(以下、単に基板という)と蒸着パターンを形成するためのマスクとを接近または密着させる必要がある。そのような従来技術でとしては特許文献１がある。特許文献１では、アライメントをするために、基板をマスクに接近させている。

特開２０１０−８６９５６号公報

しかしながら、基板とマスクを接近または密着させる場合に、両者間の平行度が出ていなかったり、両者の間に異物があったりする場合には、その接触部に負荷がかかり、基板の破損や関連装置の損傷等が発生する虞がある。例えば、真空中で基板が破損した場合には、装置の立ち下げ、基板の回収、再立上げに長時間を要する。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたもので、上述した基板等の破損を低減し、稼働率の高い有機ＥＬデバイス製造装置または有機ＥＬデバイス製造方法を提供することにある。

本発明は上記の目的を達成するために、少なくとも以下の特徴を有する。

本発明は、基板を載置する蒸着ステージとマスクを相対的に移動させ、前記基板と前記マスクを密着させ、真空中雰囲気において前記基板に蒸着材料を蒸着する有機ＥＬデバイス製造装置または製造方法において、前記密着は、前記駆動源の負荷を状態量として監視し、前記状態量の変化に基づいて前記移動を制御することを第1の特徴とする。

また、本発明は、前記監視は、前記基板の正常な状態における前記状態量の運転パターンの正常領域又は正常領域幅を求め、実運転時の前記状態量の運転パターンが前記領域内又は前記正常領域幅内であるかを監視することを第２の特徴とする。
さらに、本発明は、前記監視は、前記正常領域内又は前記正常領域幅内であって、前記真空蒸着チャンバの構成要素の計時変化を検出する前記状態量の運転パターンの学習領域又は前記学習領域幅を求め、前記学習領域又は前記学習領域幅の変化に基づいて前記正常領域又は前記正常領域幅を更新することを第３の特徴とする。

また、本発明は、前記実運転時の前記状態量の運転パターンが前記正常領域又は前記正常領域幅の外になったときに、前記移動を停止または後退させることを第４の特徴とする。
さらに、本発明は、前記実運転時の前記状態量の運転パターンが前記正常領域又は前記正常領域幅の外になったときに、前記正常領域の外になった原因を判断することを第５の特徴とする。

また、本発明は、前記基板とマスクとのアライメントを実施する前に、前記基板と前記マスクを近接させ、前記近接時に、前記状態量の変化に基づいて、前記基板と前記マスクとの接触の有無を判断し、前記移動を後退させることを第６の特徴とする。

さらに、本発明は、前記駆動源はモータであり、前記状態量はモータ電流であることを第７の特徴とする。
また、本発明は、前記駆動源は前記蒸着ステージを昇降させる昇降機構の駆動源であること第８の特徴とする。

本発明よれば、上述した基板等の破損を低減し、稼働率の高い有機ＥＬデバイス製造装置または有機ＥＬデバイス製造方法を提供できる。

本発明の実施形態である真空蒸着チャンバの構成を示す図である。本発明の実施形態である搬送ロボットと受渡部の概略構成を示す図である。図２で示す受渡部を回転させるための本発明の実施形態であるステージ回転機構を示す図である。本発明の特徴を実現する第１の密着手段である昇降機構の実施形態を示す模式図である。蒸着ステージを矢印Ｃ方向に平行移動し、基板をマスクに近接または密着する状態を示す図である。本発明の特徴である運転パターンの学習フローと、実運転時の監視処理フローを示したものである。学習電流パターン及び判定電流パターンを規定する方法を説明する図である。電流検出パターンが判定電流パターン幅に入らないケースを説明する図である。本発明の特徴を実現する第２の密着手段である回転部移動機構の実施形態を示す図である。

本発明の実施形態を図を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態である真空蒸着チャンバ１の構成を示す図である。真空蒸着チャンバ１は、大別して発光材料を蒸発(昇華)させ基板５０に蒸着させる蒸着部７と、基板５０とシャドウマスク８１との位置合せを行い、基板５０の必要な部分に蒸着させるアライメント部８と、後述する搬送ロボットと基板の受け渡しを行い、蒸着部７へ基板５０を直立させる受渡部９とを有する。アライメント部８と受渡部９は右側Ｒラインと左側Ｌラインの２系統設ける。本実施形態では一方のライン(例えばＲライン)で蒸着している間に、他方のＬラインでは基板を搬出入し、基板５０とシャドウマスク８１とのアライメントを行い、蒸着する準備を完了させる。そのために、蒸着部７は、蒸着源７１を基板５０に蒸着させるための上下移動機構７６と共に、ライン間を移動させる左右移動機構７４とを有している。この処理を交互に行なうことによって、基板に蒸着させずに無駄に蒸発(昇華)している材料を減少させることができる。なお、蒸着源７１は、引出し図に示すように、列状に設けた穴(図示せず)から蒸発した発光材料を７３に示すように噴出させる。

図２は、真空蒸着チャンバ１に隣接する搬送チャンバ２内の搬送ロボット１０が、図１に示した受渡部９と基板５０を受け渡しをする状態を示し、搬送ロボット１０と受渡部９の概略構成を示す図である。搬送ロボット１０は、全体を上下に移動可能(矢印１４)で、左右に旋回可能なリンク構造のアーム１１を有し、その先端には基板搬送用の櫛歯状ハンド１２を有する。

一方、受渡部９は、基板５０を載置する蒸着ステージ２０を有する。蒸着ステージ２０は、回転軸２１に固定された支持部２２と、支持部２２に配置された昇降機構３０とを介して後述するステージ回転機構９０(図３参照)に接続される。
昇降機構３０は蒸着ステージ２０に３個以上、特に蒸着ステージ２０の四隅に近い所に配置するのが望ましい。３個以上であれば、それぞれを制御することによって、後述する基板５０とマスク８１とをアライメントするときや、基板５０をマスク８１に密着させるときに基板５０とマスク８１を平行に保つことができ、より均一な成膜をすることができる。また、四隅に近い所に配置することによって上記制御がより行ない易くなる。

また、受けピン４０は支持部２２に固定されている。受けピン４０は基板５０の撓みが過大にならず、搬送ロボット１０の櫛歯状ハンド１２と干渉しない位置に複数個配置されている。蒸着ステージ２０には受けピン４０の配置に合わせ、受けピン４０の直径より僅かに大きい貫通穴２３が設けられている。回転軸２１および支持部２２は中空構造とし昇降機構３０などへの大気ＢＯＸを兼ねる。そのために、回転軸２１の中空部は後述するように真空蒸着チャンバ１の壁に設けられた真空シール部を介して大気に開放されている。

図３は、図１に示すＬラインと、回転軸２１、即ち受渡部９を回転させるためのステージ回転機構９０の一実施形態を示す図である。ステージ回転機構９０は、受渡部９に載置された基板５０と、支持部２２、支持部に固定されている受けピン４０、蒸着ステージ２０及び昇降機構３０を有する受渡部９とを一体にして、アライメント実施前にほぼ直立又は直立にし、蒸着し、蒸着終了後は水平状態に戻す機能を有する。

図３において、蒸着ステージ回転機構９０は、蒸着ステージ２０を有する受渡部９を回転させる真空内配線リンク機構９１と、前記受渡部９を矢印Ａの方向に前記リンク機構を介して回転駆動する回転駆動部９６とを有する。

真空内配線リンク機構９１は受渡部９の回転軸２１の両側に設けられた第１リンク９１ｎ_１と第２リンク９１ｎ_２及びそれらを真空側から隔離し、その内部を大気雰囲気にするシール部９１ｓ_１、９１ｓ_２からなる。第１リンク９１ｎ_１は、一端を回転支持台９６ｋに支持され、他端を受渡部９の回転軸２１に中空部を持つように接続されている。第１リンク９１ｎ_１の真空チェンバ１との貫通部に第１リンク９１ｎ_１を回転可能に支持し、その内部を真空側から隔離し、大気雰囲気にする第１シール部９１ｓ_１を有する。一方、第２リンクｎ_２は、一端を第１リンクｎ_１と同様に中空部を持ち受渡部９の回転軸２１に、他端を図１に示す２つのラインの間に設けられた仕切り部１ａ(図１では図示せず)に設けられた支持部１ｂに第２シール部９１ｓ_２を介して接続されている。第２シール部９１ｓ_２は第１シール部９１ｓ_１と同様に、第２リンク９１ｎ_２を回転可能に支持し、その内部を真空側から隔離し、大気雰囲気としている。

一方、回転駆動部９６は、大気側に設けられた回転用モータ９６mと、回転用モータ９６mの回転を前記第１リンク９２に伝達する歯車９６ｈ_１、９６ｈ_２と、第１リンク９２ｎ_１の一端を支持する回転支持台９６ｋとを有する。なお、回転用モータ９６mは大気側に設けられた制御装置６０で制御される。

図４は本発明の特徴を実現する第１の密着手段である昇降機構３０の一実施形態を示す模式図である。昇降機構３０は、大気ＢＯＸ３５と、大気ＢＯＸ３５に固定されたナットハウジング３６と、支持部２２に固定されナットハウジング３６内のナット(図示せず)を回転させるモータ３３と、ナットの回転により矢印Ｂのように上下するボールネジ３２と、ボールネジ３２に同心円状に固定され他端を蒸着ステージ２０に固定された支持棒３７、支持棒３７をガイドする貫通孔を有するガイド３１と、大気ＢＯＸ３５内を真空と隔離するベローズ３４とを有する。モータの駆動線３８は、中空部を有する支持部２２、図３に示す回転軸２１と第１リンク９１ｎ_１を介して大気側に設置された制御装置６０内のドライバー６１に接続され、モータ３３は制御部６２によりドライバー６１を介して電流制御される。また、中空部を介してモータ３３を空冷することによってモータ３３の発熱を抑え、マスクの膨張を抑制し、より均一な成膜形成に寄与している。

上記の構成によって、受渡部９を立直又は略立直した後、図５にように、四隅に設けた昇降機構３０のモータ３３を駆動し、蒸着ステージ２０を図５(ａ)に示す状態から矢印Ｃ方向に平行移動し、図５(ｂ)に示すように、基板５０をマスク８１に近接または密着する。近接するのは、基板５０とマスク８１をアライメントするときであり、密着するのは、より均一な成膜を得るために、基板５０をマスク８１に密着して蒸着するときである。そのような場合、課題で示したように、基板とマスクの平行度が悪かったり、基板とマスクとの間に異物があると、その接触部から基板が破損したりする。

以下、密着時において基板の破損を防ぐ構成及び動作を説明する。本実施形態では、モータ３３の駆動電流の運転パターンを学習し、学習した運転パターンと実運転時の電流パターンを比較して監視する監視手段を有する。

図６は運転パターンの学習フローと、実運転時の監視処理フローを示したものである。
まず、所定のモータ回転速度パターンＮｐ、例えば、図７(ａ)に示すガラス基板が割れない時のモータ回転速度パターンＮｐを用い、予め所定枚数の基板５０に対し、図５に示す密着動作を行なう。そのときに、四隅に設けた昇降機構の各モータ３３の状態量である電流パターンを取り込む(Step１)。このとき用いる基板としては、ガラス基板が割れたらその後処理が大変なので、割れの有無が分かる模擬基板を用いてもよい。

次に、Step１で求めた電流パターンのうちガラス基板が破損した又は破損したと見做された電流パターンを除き、図７(ｂ)示すように平均値を示す平均電流パターンＰａと、平均電流パターンＰａから２σの範囲で規定される学習電流パターンＰｇの領域と学習電流パターン幅Ｐｗを求める(Step２)。平均値及び学習電流パターン幅Ｐｗの決定には、ここでは図７（ａ）に示すようにモータの回転速度Ｎｍが一定の領域の値で求めている。また、学習電流パターンＰｇの範囲の規定は２σに限らなく、他の値でもよい。
次に、平均電流パターンＰａまたは学習電流パターン幅Ｐｗから図７(ｃ)に示す判定電流パターンｐｈの正常領域の判定電流パターン幅Ｈｗを求める(Step３)。ここでは、Ｈｗ＝２Ｐｗとする。

この後、運転時の動作に入る。運転時動作では、まず、基板を蒸着チャンバ１に搬入、立直等の動作を経て、図５に示す密着動作にはいる。密着動作は図７(ａ)に示すモータ回転速度パターンＮｐで行なわれ、そのときの図８(ａ)に示す電流検出パターンＰｄを得、記憶する(Step４)。

次に、電流検出パターンＰｄの判定電流パターンＰｈに対応する各点において、判定電流パターン幅Ｈｗに入っているかを判定する(Step５)。入っていなければ、割れている又は割れる可能性が高いと判断し、後述する図８に示すように即座にモータ３３を停止するか、或いは１００μｍ程度後退させ停止する。また、運転員にその旨を伝え、蒸着処理を終了する(Step６)。入っていれば、経年処理に行く。
経年処理では、まず、検出した電流検出パターンＰｄの各点が対応する点において学習電流パターン幅Ｐｗに入っているかを判定する(Step７)。学習電流パターン幅Ｐｗ内に入っており、しかも、所定の回数連続して入っているかを判断し(Step８)、共に入っていれば、当該所定の回数の電流検出パターンＰｄに基づき、新たに平均電流パターンＰａと、学習電流パターン幅Ｐｗと、判定電流パターン幅Ｈｗとを更新し、Step１２へ行く(Step９)。連続して入っていなければ、判定基準を維持し、Step１２へ行く。

Step７において、学習電流パターン幅Ｐｗに入っていなければ、連続して入っていないかを判断し、連続していれば、割れる方向に変化している旨を運転に警告しStep１２へ行き(Step１０)、連続していなければ、単にStep１２へ行く。
Step１２では蒸着処理を行い、その後、所定の枚数の処理をしたかを判断し(Step１３)、していれば終了し、していなければ次の基板の準備をして(Step１４)、Step４へ行く。

上記の動作フローにおいて、判定電流パターン幅Ｈｗに入らない原因として、例えば次のケースが考えられる。
第１に、基板５０がマスク８１と平行度を保ちながら密着しすぎる場合である。この場合は、四隅に設けられた昇降機構３０の全てのモータ３３の検出電流パターンＰｄが、図８(ａ)に示すように、その端部において判定電流パターン幅Ｈｗの上限を超える。この原因としては、蒸着ステージ２０とマスク８１との相対的間隔が何らかの原因で短くなったことがあげられる。

第２に、基板５０がマスク８１と平行度を維持できなくなった場合である。この場合は、四隅に設けられた昇降機構３０のうち少なくとも一つのモータ３３の検出電流パターンＰｄが、図８(ａ)に示すように、その端部において判定電流パターン幅Ｈｗの上限を超える。この原因としては、蒸着ステージ２０又はマスク８１の少なくとも一方が何らかの原因で傾斜を持ったことがあげられる。傾斜の持つ原因としては、例えば、図３に示すステージ回転機構９０の不調が上げられる。

第３に、ガラス基板５０、マスク８１或いは蒸着ステージの表面に異物が付着した場合である。この場合は、四隅に設けられた昇降機構３０のうち少なくとも一つのモータ３３の検出電流パターンＰｄが、図８(ｃ)に示すように、その平坦部において判定電流パターン幅Ｈｗの上限を超える。検出電流パターンＰｄが判定電流パターンＰｈを超えたときから端部までの時間Ｔによって、異物の大きさを推定できる。基板５０に異物がついている場合は、一過性である場合が多いので、図６の処理フローにおいて、そのときは複数枚処理をして、処理を停止するかを判断する必要がある。

以上説明した実施形態によれば、確実にガラス基板の破損を防ぐことができ、稼働率の高い真空蒸着装置または真空蒸着方法を提供することができる。

また、以上説明した実施形態によれば、装置の不具合を事前に検出でき、信頼性の高い真空蒸着装置または真空蒸着方法を提供することができる。

さらに、以上説明した実施形態によれば、ガラス基板の破損を齎す不具合が生じても、検出電流パターンＰｄにその原因を推測することも可能である。その場合、修理も敏速に行うことができ、再立ち上げの時間を短縮でき、稼働率の高い真空蒸着装置または真空蒸着方法を提供することができる。

以上の説明では、密着の場合の例を説明した。基板とマスクのアライメントする為に近接する場合について以下に説明する。アライメントの場合は、基板５０とマスク８１が接触すると、基板５０がマスク８１を擦った状態になり基板５０に傷がつく。従って、近接動作で、モータ３３の電流検出パターンＰｄを監視し、その端部に接触によるモータ電流の上昇の有無を監視することによって、基板５０とマスク８１の接触を監視することができる。

図９は、図４に示すように受渡部９に設けられた昇降機構３０によって近接、或いは密着するのではなく、図３に示したステージ回転機構９０の第１、第２リンク９１ｎ_１、９１ｎ_２及び受渡部９の回転軸２１をマスク８１側に移動させて、基板５０をマスクに近接又は密着させる第２の密着手段のである回転部移動機構９３を示す。回転部移動機構９３は、ステージ回転機構９０の回転駆動部９６が搭載されている移動台９３ｔをマスク側に移動させる駆動モータ９３ｍ有している。なお、９３ｎはボールねじ、９３ｒは移動台９３ｔ
のレールである。

第２の密着手段においても、第１の密着手段に適用した手法を適用することによって、第１の密着手段で得られた効果と同様な効果を奏することができる。

以上の説明では、基板を立てて蒸着する場合を例にとって説明したが、基板を水平にして蒸着する場合においても、基板をマスクに密着或いは近接する場合にも同様にモータの駆動電流を監視することによって同様な効果を奏することができる。

１：真空蒸着チャンバ２：搬送チャンバ
７：蒸着部８：アライメント部
９：受渡部１０：搬送ロボット
１１：アーム１２：櫛歯状ハンド
２０：蒸着ステージ２１：回転軸
２２：支持部２３：貫通穴
３０：昇降機構３１：ガイド３１
３２：ボールネジ３３：モータ
３４：ベローズ３５：大気ＢＯＸ
３６：ナットハウジング３７：支持棒
３８：距離センサ４０：受けピン
４１：固定部５０：基板
６０：制御装置６１：ドライバー
７１：蒸着源８１：マスク
９０：蒸着ステージ回転機構９１：真空内配線リンク機構
９３：回転部移動機構９６：回転駆動部
Ｈｗ：判定電流パターン幅Ｎｐ：モータ回転速度パターン
Ｐａ：平均電流パターンＰｄ：電流検出パターン
Ｐｈ：判定電流パターンＰｇ：学習電流パターン
Ｎｐ：モータ回転速度パターンＰｗ：学習電流パターン幅。

Claims

基板を載置する蒸着ステージと、前記蒸着ステージとマスクを相対的に移動させる駆動源を具備し前記基板と前記マスクを密着させる密着手段と、真空中雰囲気において前記基板に蒸着材料を蒸着する蒸着手段とを有する真空蒸着チャンバを有する有機ＥＬデバイス製造装置において、
前記密着手段は、前記駆動源の負荷を状態量として監視し、前記状態量の変化に基づいて前記移動を制御する監視手段を有することを特徴とする有機ＥＬデバイス製造装置。
前記監視手段は、前記基板の正常な状態における前記状態量の運転パターンの正常領域又は前記正常領域の正常領域幅を求め、実運転時の前記状態量の運転パターンが前記領域内又は前記正常領域幅内であるかを監視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。
前記監視手段は、前記正常領域内又は前記正常領域幅内であって、前記真空蒸着チャンバの構成要素の径時変化を検出する前記状態量の運転パターンの学習領域又は前記学習領域幅を求め、前記学習領域又は前記学習領域幅の変化に基づいて前記正常領域又は正常領域幅を更新することを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記駆動源はモータであり、前記状態量はモータ電流であることを特徴とする請求項１乃至３のずれかに記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記駆動源は前記蒸着ステージを昇降させる昇降機構の駆動源であることを特徴とする請求項１または４に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記昇降機構は前記蒸着ステージの四隅に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
前記真空蒸着チャンバは前記基板を水平姿勢から略直立または直立姿勢へ回転させる回転駆動部を有し、前記駆動源は前記蒸着ステージと前記回転駆動部とを前記移動させる回転部移動機構駆動源であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の有機ＥＬデバイス製造装置。
基板を載置する蒸着ステージとマスクを相対的に移動させ、前記基板と前記マスクを密着させ、真空中雰囲気において前記基板に蒸着材料を蒸着する有機ＥＬデバイス製造方法において、
前記密着は、前記駆動源の負荷を状態量として監視し、前記状態量の変化に基づいて前記移動を制御することを特徴とする有機ＥＬデバイス製造方法。
前記監視は、前記基板の正常な状態における前記状態量の運転パターンの正常領域又は正常領域幅を求め、実運転時の前記状態量の運転パターンが前記領域内又は前記正常領域幅内であるかを監視することを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬデバイス製造方法。
前記監視は、前記正常領域内又は前記正常領域幅内であって、前記真空蒸着チャンバの構成要素の計時変化を検出する前記状態量の運転パターンの学習領域又は前記学習領域幅を求め、前記学習領域又は前記学習領域幅の変化に基づいて前記正常領域又は前記正常領域幅を更新することを特徴とする請求項９に記載の有機ＥＬデバイス製造方法。
前記実運転時の前記状態量の運転パターンが前記正常領域又は前記正常領域幅の外になったときに、前記移動を停止または後退させることを特徴とする請求項９に記載の有機ＥＬデバイス製造方法。
前記実運転時の前記状態量の運転パターンが前記正常領域又は前記正常領域幅の外になったときに、前記正常領域の外になった原因を判断することを特徴とする請求項９に記載の有機ＥＬデバイス製造方法。
前記基板とマスクとのアライメントを実施する前に、前記基板と前記マスクを近接させ、前記近接時に、前記状態量の変化に基づいて、前記基板と前記マスクとの接触の有無を判断し、接触した場合には前記移動を後退させることを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬデバイス製造方法。