JP2012140694A - 真空一貫成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに真空度の異なる複数の成膜室間での基板の連続搬送・連続成膜処理を可能にしながら有機ＥＬ素子などの半導体素子の生産性を大幅に向上させることを低コストで実現可能とする真空一貫成膜装置を提供する。
【解決手段】互いに真空度の異なる複数の成膜室１，２と、前記各成膜室の間を圧力差を維持しながら連通させる圧力調整室３とを備えた真空一貫成膜装置であって、前記圧力調整室には、前記圧力調整室が連通させている各成膜室の間を基板が挿通可能なスリットの部分を除いて遮蔽する遮蔽部材が備えられている。また、前記遮蔽部材を冷却する冷却部が備えられている。また、前記遮蔽部材の表面には活性炭またはゼオライトなどの吸着剤が付着されている。さらに、前記遮蔽部材は、その一部に基板が挿通可能なスリットが形成された遮蔽板である。
【選択図】図１

Description

本発明は有機ＥＬ素子などの半導体素子を製造するための真空成膜装置に関する。

従来より、有機ＥＬ素子製造装置などにおいては、互いに真空度の異なる複数の成膜室の間で基板を搬送するとき、各成膜室の間をゲートバルブで仕切り、各成膜室の間で基板を搬送する度にゲートバルブを開閉するようにしていた。

特開２００２−３４８６５９号公報 特開２００３−１５７９７３号公報

前述のように、従来の有機ＥＬ素子などを製造するための真空成膜装置においては、各成膜室の間をゲートバルブで仕切り、各成膜室の間で基板を搬送する度にゲートバルブを開閉するようにしていたので、互いに真空度の異なる複数の成膜室間を通過する度に、基板の搬送を停止する必要があった。そのため、従来の有機ＥＬ素子などを製造するための真空成膜装置においては、互いに真空度の異なる複数の成膜室の間での基板の連続搬送・連続成膜処理を低コストで実現することができず、有機ＥＬ素子などの半導体素子の生産性を高めることができないという問題があった。

本発明はこのような従来技術の課題に着目してなされたものであって、互いに真空度の異なる複数の成膜室間での基板の連続搬送・連続成膜処理を可能にしながら有機ＥＬ素子などの半導体素子の生産性を大幅に向上させることを低コストで実現可能とする真空一貫成膜装置を提供することを目的とする。

前述のような従来技術の課題を解決するための本発明による真空一貫成膜装置は、互いに真空度の異なる複数の成膜室と、前記各成膜室の間を圧力差を保持しながら連通させる圧力調整室とを備えた真空一貫成膜装置であって、前記圧力調整室には、前記圧力調整室が連通させている各成膜室の間を基板が挿通可能なスリットの部分を除いて遮蔽する遮蔽部材が備えられたものである。また、前記圧力調整室には、前記遮蔽部材の表面が前記圧力調整室内を流れる気体分子を凝縮または吸着して捕捉するように前記遮蔽部材を冷却する冷却部が備えられていてもよい。また、前記遮蔽部材は、その表面に活性炭またはゼオライトなどの吸着剤が付着されていてもよい。また、前記遮蔽部材は、前記圧力調整室内に配置された遮蔽板であって、その一部に基板が挿通可能なスリットが形成されており且つその平面が基板の搬送方向に対して略直交もしくは傾斜するように配置されている遮蔽板であることが望ましい。さらに、前記遮蔽板は、その少なくとも一方の面に活性炭またはゼオライトなどの吸着剤が付着されていてもよい。

本発明においては、互いに真空度の異なる各成膜室を繋ぐ圧力調整室の内部を、基板が通過可能なスリットを有する遮蔽部材で遮蔽するようにしたので、前記圧力調整室の内部の気体の流れを妨げてコンダクタンスを低減させることができる。また、本発明においては、前記冷却部により前記遮蔽部材を冷却するようにしたので、低真空側の成膜室から高真空側の成膜室に流入しようとする気体分子を前記遮蔽部材の冷却表面に凝縮または吸着させて捕捉することができる。さらに、本発明においては、前記遮蔽部材の表面に活性炭やゼオライトなどの吸着剤（多孔質材料）を付着させるようにしたので、低真空側の成膜室から高真空側の成膜室に流入しようとする気体分子を前記吸着剤に物理吸着させることができる。したがって、本発明によれば、前述のような吸着剤を付着させた遮蔽部材とこれを冷却する冷却部とを含む圧力調整室を前記各成膜室間に設けるだけで（従来のようにゲートバルブを備えることなく）、前記各成膜室間の圧力差を有効に保つことができるようになる。よって、本発明によれば、互いに真空度の異なる複数の成膜室間での基板の連続搬送・連続成膜処理を可能にしながら、有機ＥＬ素子などの半導体素子の生産性を大幅に向上させることを低コストで実現できるようになる。さらに、本発明において、前記遮蔽部材を１つ又は複数の遮蔽板により構成するようにしたときは、装置の低コスト化が容易になるだけでなく、遮蔽板を複数個使用することにより前記の冷却及び／又は吸着する機能を果たす部分の表面積を増大させて各成膜室間の圧力差をより確実に保持できるようになる。

本発明の実施例１による真空一貫成膜装置の全体の概略構成を示す図である。 本実施例１における圧力調整室を示す平面図である。 本実施例１における圧力調整室を示す正面図である。 （ａ）は本実施例１において使用される遮蔽板を示す正面図、（ｂ）はその斜視図である。 本実施例１の作用効果を検証するための実験に使用したインライン蒸着装置試作機における遮蔽板土台を示す図である。 本実施例１の作用効果を検証するための実験に使用したインライン蒸着装置試作機における遮蔽板と遮蔽板取付プレートを示す図である。 本実施例１の作用効果を検証するための実験に使用したインライン蒸着装置試作機の構成を示す模式図である。 図７の試作機における遮蔽板枚数と真空度の関係に関する実験結果を示すグラフである。 図７の試作機における遮蔽板開口構造と真空度の関係に関する実験結果を示すグラフである。 本実施例１による遮蔽板を使用したときのコンダクタンス調整実験に使用した実験チャンバを示す図である。 図１０の実験チャンバによるコンダクタンス調整実験の結果を示すグラフである。 本実施例１による遮蔽板を冷却したときの効果確認実験に使用した実験チャンバを示す図である。 図１２の実験チャンバによる冷却による効果確認実験の結果を示すグラフである。 本実施例１による遮蔽板に活性炭を付着させたときの効果確認実験に使用した実験チャンバを示す図である。 図１４の実験チャンバによる活性炭による効果確認実験の結果を示すグラフである。

本発明を実施するための最良の形態は、互いに真空度の異なる複数の成膜室の間に、その内部を遮蔽板でスリットの部分を除いて遮断しまたは仕切り、前記遮蔽板を冷却すると共に前記遮蔽板に活性炭またはゼオライトなどの吸着剤を付着して成る圧力調整室を配置するようにしたものであるが、より具体的には次の実施例１について述べるような形態である。

以下、図面を参照して本発明の実施例１に係る真空一貫成膜装置を説明する。図１は本実施例１の全体の概略構成を示す図である。図１において、１は高真空側の成膜室（例えば蒸着室）、２は低真空側の成膜室（例えばスパッタ成膜室）、３はこれらの互いに真空度の異なる各成膜室１，２の間を連通・連結する密閉構造の圧力調整室（後述の基板トレイ１１が搬送される遮蔽通路）、５は真空ポンプ、６はコントロールバルブ、７は流量計（マスフローコントローラー。ＭＦＣ）である。

次に、図２は本実施例１における圧力調整室を示す平面図、図３は本実施例１における圧力調整室を示す正面図である。図２，３において、１１は複数の基板を載置・保持した状態で前記の各成膜室１，２及び圧力調整室３内を連続的に搬送される基板トレイ（及びマスク）、１２は前記基板トレイ１１を図示右方向または左方向に搬送するための搬送コロである。

本実施例１では、圧力調整室３の内部に、計７枚の例えばステンレス製またはプラスチック製の遮蔽板１３が、圧力調整室３の内部を（後述のスリット１３ａの部分を除いて）複数の区分に遮断もしくは仕切るように、その平面が基板搬送方向と略直交するように配置されている。前記計７枚の各遮蔽板１３は、図示のように互いに等間隔ではないが互いに離れた位置に互いに平行に配置されている。また、前記各遮蔽板１３は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、その平面が前記基板トレイ１１がほぼ擦れ擦れの状態で通過可能な最小のサイズとなっているスリット（例えば１０ｍｍ×２８０ｍｍの開口部）１３ａが形成されている。また、前記各遮蔽板１３の両面（前記スリット１３ａの内周壁面は除く）には、活性炭やゼオライトなどの吸着剤（多孔質材料）が付着されている。また、図２，３に示すように、前記圧力調整室３の出入口には、それぞれ、前記遮蔽板１３に形成されたスリット１３ａと同じ形状のスリットが形成された仕切板１４が配置されている。

また、図２，３において、１５は前記各遮蔽板１３を冷却するための冷却ステージ（冷却壁）である。前記冷却ステージ１５は、外部から供給される液体窒素などの冷媒を冷媒導入部１５ａから自らの内部に導入し、それを内部の循環パイプ（図示せず）で循環させて熱交換し、熱交換後の冷媒を冷媒排出部１５ｂから排出するようにしている。前記冷却ステージ１５は、その冷却された面が前記各遮蔽板１３の端面と接するように配置されることにより、前記各遮蔽板１３を例えば約−６０℃〜−２００℃まで冷却させる。また、前記冷却ステージ１５の前記各遮蔽板１３側の面には、活性炭やゼオライトなどの吸着剤（多孔質材料）が付着されている。

以上のように、本実施例１では、低真空側成膜室１と高真空側成膜室２とを繋ぐ圧力調整室３の内部を、前記各遮蔽板１３により前記基板トレイ１１が通過可能なスリット１３ａの部分を除いて複数の区画に遮蔽または仕切るようにしたので（そして前記圧力調整室３の出入口も前記仕切板１４により基板トレイ１１が通過可能なスリットの部分を除いて遮蔽するようにしたので）、前記圧力調整室３内はその気体の流れが妨げられコンダクタンスが低減されるようになった。また、本実施例１では、前記冷却ステージ１５により前記遮蔽板１３を冷却するようにしたので、低真空側成膜室１から高真空側成膜室２に流入しようとする気体分子が前記遮蔽板１３の冷却表面に凝縮または吸着され捕捉されるようになった。さらに、本実施例１では、前記遮蔽板１３の両面に活性炭（又はゼオライト）を付着させたので、低真空側成膜室１から高真空側成膜室２に流入しようとする気体分子が前記遮蔽板１３の表面の吸着剤に物理吸着されるようになった。

したがって、本実施例１によれば、前記各成膜室１，２間を、前記遮蔽板１３及び仕切板１４により低真空側成膜室１と高真空側成膜室２との間及び圧力調整室３の内部を前記スリットの部分を除いて遮断するようにし、且つ、前記各成膜室１，２間を流れる気体分子を前記遮蔽板１３の冷却表面に凝縮または吸着させると共に前記活性炭等で物理吸着させて捕捉するようにしたので、従来のようにゲートバルブを設置しなくても、低真空側成膜室１と高真空側成膜室２と間の圧力差（例えば数十〜１００倍以上の圧力差）を保つことができるようになった。よって、本実施例１によれば、前述のような簡単な構造から成る圧力調整室３を前記各成膜室１，２間に設けるだけで（従来のようにゲートバルブを備えることなく）、互いに真空度の異なる各成膜室１，２の間で前記基板トレイ１１を連続搬送することが可能となり、基板を低コストで連続成膜処理することができるようになった。

本発明者は、前記遮蔽板１３の作用効果を検証するためのインライン蒸着装置試作機によるコンダクタンス調整実験を行なったので、その結果を次に記す。
１．実験目的
互いに真空度が異なる２つのチャンバー間の基板搬送を可能にしコンダクタンスを低減する（一方を低真空、他方を高真空に保つ）ように構成した構造をチャンバー内に設置し、これにより２つのチャンバー間の真空度に差が見られるかを検証する。

２．実験方法
図５に示すように、２０×２８０ｍｍの開口部（スリット）２４ａが開けられた仕切板２４を有しており、内部は空洞で前記仕切板２４と反対側の面に２０×２８０ｍｍの開口部（スリット）２５ａが開けられた平面略四角形状の枠体を遮蔽板土台２５とする。この遮蔽板土台２５の内部寸法は、縦×横×奥行き＝４４×２９０×３００ｍｍである。
この遮蔽板土台２５の枠内には、図６に示すような２０×２８０ｍｍの開口部（スリット）２３ａが開けられた遮蔽板２３を最大９枚設置できる構造の遮蔽板取付プレート２６と、この遮蔽板取付プレート２６に取り付けられた１枚又は複数枚の遮蔽板２３とが設置される。前記遮蔽板取付プレート２６に取付けられたときの各遮蔽板２３間の間隔は３０ｍｍとした。前記遮蔽板取付プレート２６には、実験に使用する分の枚数の遮蔽板２３を取り付け、その後、前記遮蔽板土台２５に取り付ける。

次にインライン蒸着装置試作機の模式図を図７に示す。図７の試作機においては、ロードロックチャンバー（ＬＬ。複数のプロセスチャンバーの間を繋ぐように設置されるもので、前記圧力調整室に相当する）とエバポレーションチャンバー（ＥＶ。プロセスチャンバーの一種）との間のゲートバルブ（ＧＶ）は開け放しにされ、排気は前記ＥＶ側からクライオポンプ（ＣＰ）により行われる。前記遮蔽板２３をセットした遮蔽板土台２５は、図７に示すように、前記ＬＬ内に突き出すように設置される（なお、前記遮蔽板土台２５は、前記の図５では平面略正方形状に示されているが、この図７では図示のように平面長方形状に示されている）。測定方法としては、前記ＥＶの真空度が３×１０^−４Ｐａになった時点での前記ＬＬの真空度を計測した。

設置する遮蔽板（プレート）２３の枚数と順番は下の表１，２のとおりとする。なお反復回数は５回とし、その平均値を用いた。

表１，２の(1)(2)(3)の結果より考察を行い、コンダクタンスを大きくするか小さくするかを決めていく。実験手順としては表２（遮蔽板枚数実験順序）のようにした。すなわち、表２のように、５枚設置の場合の結果が９枚設置の場合の結果と同様であれば下の矢印の方向に進み、５枚設置の場合の結果が９枚設置の場合の結果と比較してコンダクタンスが大きいようであれば上の矢印方向に進むものとした。

また、遮蔽板２３を９枚設置した状態で、遮蔽板２３の開口部２３ａをカプトンテープで塞いで開口部２３ａの面積を変えたとき、ＬＬ−ＥＶ間のコンダクタンスに変化があるかを調べた。以下の３つの場合について調べた（なお以下のカプトンテープによる開口部２３ａの遮蔽は、遮蔽板土台２５の２つの開口部２４ａ，２５ａと９枚の遮蔽板２３の各開口部２３ａとの計１１個の開口部２３ａ，２４ａ，２５ａの全てに対して処理した）。
(1)２０×２８０ｍｍの開口をカプトンテープを貼って１０×２８０ｍｍの開口にした場合
(2)２０×２８０ｍｍの開口をカプトンテープを貼って１×２８０ｍｍの開口にした場合
(3)開口面を全てカプトンテープで塞いだ場合

３．実験結果
遮蔽板２３の枚数は０→９→５→３→４の順番で行った。それらの結果を表３と図８のグラフにまとめた。

表３と図８に示す結果から、次のようなことが分かった。
・遮蔽板の枚数が０枚と９枚での結果に極めて大きな差は出なかった。
・２０×２８０ｍｍ，ｔ＝２ｍｍの開口の遮蔽板では９枚まではコンダクタンスに極めて大きな影響は与えないことが分かった。
・グラフ（図８）からは０枚以外の枚数において遮蔽板の枚数と真空度に比例関係があることが考察された。

次に、カプトンテープで遮蔽板の開口面を塞いだ場合の結果を表４と図９のグラフにまとめた。

表４と図９に示す結果から、次のようなことが分かった。
・開口面積が半分になっている１０×２８０ｍｍの場合でも２０×２８０ｍｍの場合と比較してＬＬ−ＥＶ間の真空度に大きな違いはなかった。
・開口が１×２８０ｍｍの場合でＬＬ−ＥＶ間の真空度は約１乗の差になっていた。
・開口を全面塞いだ場合でＬＬ−ＥＶ間の真空度は約２乗の差になっていた。
以上のことから、１０×２８０ｍｍの開口があると遮蔽板を９枚重ねてもコンダクタンスに極めて大きな影響はないことが分かった。また、１×２８０ｍｍの開口がある場合と全面遮蔽の場合とで真空度に約１乗の差があることから、１ｍｍの隙間であってもコンダクタンスの増加に影響していることが分かった。

次に、本発明者は、前記遮蔽板１３に関する冷却した場合の効果、活性炭を付着させた場合の効果を検証するための効果確認実験を行なったので、その結果を以下に記す。
１．コンダクタンス調整実験
内容
まず、図１０に示す実験チャンバを使用して、ＥＶ−ＬＬ間に遮蔽板追加可能な構造体を配置し、コンダクタンスの変化による圧力変動を観察した。ＥＶ側真空計を基準とし、ＬＬ側真空計の値を取得した。
条件
ＥＶ側圧力が３ｘ１０ｅ−４Ｐａ到達時のＬＬ側圧力を測定、遮蔽板開口は２０ｘ２８０ｍｍを基準とする。
結果
図１１のグラフに示すように、遮蔽板を増やすと圧力調整を行えるが、効果に乏しかった（０枚１．７倍、３枚１．９倍、５枚 ２倍、９枚２．１倍）。また、開口寸法を半減させても圧力変動に大きな影響はなかった（２０ｘ２８０ｍｍ → １０ｘ２８０ｍｍ）。また、開口を１ｍｍにすると、圧力を１桁調整することができた（実現可能なレベル １５．７倍）。また、開口部を完全に塞ぐと圧力を２桁調整することができた（実現不可能 ９０倍）。

２．遮蔽板冷却効果確認実験
内容
図１２に示す実験チャンバを使用し、ＥＶ−ＬＬ間遮蔽板冷却による圧力変動を観察した。ＥＶ側真空計を基準とし、ＬＬ側真空計の値を取得した。
条件
冷却ステージによる伝熱により遮蔽板は−６０℃である。開口＝１０ｘ２８０ｍｍ。遮蔽板枚数＝９枚。
結果
図１３のグラフに示すように、遮蔽板を冷却することにより、大きな圧力差が生じた。真空度が高い（圧力が低い）ほど圧力差は大きくなった（ ＥＶ ３．０Ｅ−４Ｐａ時 ４．０倍 〜 ＥＶ ２．２Ｅ−５Ｐａ時 １６．４倍）。

３．冷却活性炭遮蔽板効果確認実験
内容
図１４に示す実験チャンバを使用し、ＥＶ−ＬＬ間冷却遮蔽板に活性炭を貼り付けた。ＥＶ側真空計を基準とし、ＬＬ側真空計の値を取得した。
条件
冷却ステージによる伝熱により遮蔽板は−６０℃である。開口＝１０ｘ２８０ｍｍ。活性炭付き遮蔽板の枚数＝９枚。
結果
図１５のグラフに示すように、活性炭付き遮蔽板を冷却することにより、大きな圧力差が生じた。真空度が高い（圧力が低い）ほど圧力差は大きくなった（ ＥＶ ４．０Ｅ−４Ｐａ時 ４２．５倍 〜 ＥＶ １．０Ｅ−５Ｐａ時 ６１．０倍）。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は前記実施例１として述べたものに限定されるものではなく、様々な修正及び変更が可能である。例えば、前記実施例１においては、圧力調整室３の内部に配置される計７枚の遮蔽板１３の両面に活性炭などの吸着剤を付着させるようにしているが、本発明では前記遮蔽板の一方の面だけに吸着剤を付着させるようにしてもよい。また、前記実施例１では、圧力調整室３の出入口の仕切板１４には吸着剤を付着させないようにしたが、本発明では前記仕切板１４の内側面に吸着剤を付着させるようにしてもよい。また、前記実施例１では、前記圧力調整室が連通させている各成膜室の間を基板が挿通可能なスリットの部分を除いて遮蔽する遮蔽部材（前記圧力調整室の内部を基板が挿通可能なスリットの部分を除いて遮蔽する遮蔽部材）として薄い遮蔽板を使用したが、本発明では、実施例１のような遮蔽板ではなく例えば略直方体形状のブロックなどにスリットを形成したものを１つ又は複数個使用するようにしてもよい。

１ 低真空側成膜室
２ 高真空側成膜室
３ 圧力調整室
１１ 基板トレイ
１３，２３ 遮蔽板
１３ａ スリット
１４ 仕切板
１５ 冷却ステージ
１５ａ 冷媒導入部
１５ｂ 冷媒排出部
２３ａ，２４ａ，２５ａ 開口部（スリット）
２４ 仕切板
２５ 遮蔽板土台
２６ 遮蔽板取付プレート

Claims (5)

1. 互いに真空度の異なる複数の成膜室と、前記各成膜室の間を圧力差を保持しながら連通させる圧力調整室とを備えた真空一貫成膜装置であって、
   前記圧力調整室には、前記圧力調整室が連通させている各成膜室の間を基板が挿通可能なスリットの部分を除いて遮蔽する遮蔽部材が備えられている、ことを特徴とする真空一貫成膜装置。
2. 請求項１において、前記圧力調整室には、前記遮蔽部材の表面が前記圧力調整室内を流れる気体分子を凝縮または吸着して捕捉するように前記遮蔽部材を冷却する冷却部が備えられている、ことを特徴とする真空一貫成膜装置。
3. 請求項１または２において、前記遮蔽部材は、その表面に活性炭またはゼオライトなどの吸着剤が付着されている、ことを特徴とする真空一貫成膜装置。
4. 請求項１から３までのいずれかにおいて、前記遮蔽部材は、前記圧力調整室内に配置された遮蔽板であって、その一部に基板が挿通可能なスリットが形成されており且つその平面が基板の搬送方向に対して略直交もしくは傾斜するように配置されている遮蔽板である、ことを特徴とする真空一貫成膜装置。
5. 請求項４において、前記遮蔽板は、その少なくとも一方の面に活性炭またはゼオライトなどの吸着剤が付着されている、ことを特徴とする真空一貫成膜装置。
   

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