JP2013147700A

JP2013147700A - 蒸着装置

Info

Publication number: JP2013147700A
Application number: JP2012008775A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kajiyama; 康一梶山; Michinobu Mizumura; 通伸水村; Masami Iwamoto; 正実岩本; Shuji Kudo; 修二工藤
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2013-08-01

Abstract

【課題】静電吸着の不具合が発生しても基板ホルダーから基板が脱落するのを防止する。
【解決手段】真空室内で、基板ホルダー２の保持面２ｂに静電吸着して保持された基板７上に、蒸着マスク３の開口１８を介して蒸着材料を蒸着して薄膜パターンを形成する蒸着装置であって、前記基板ホルダー２は、前記保持面２ｂの周縁領域の複数位置に夫々、別に備えたヒータ電源１２によって通電可能にヒータ１３を設け、該ヒータ１３の設置部１４に置かれた半田を前記ヒータ１３の加熱により溶融させて、前記保持面２ｂに前記基板７を半田付けして保持するようにしたものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板ホルダーに静電吸着された基板上に薄膜パターンを蒸着形成する蒸着装置に関し、特に静電吸着の不具合が発生しても基板ホルダーから基板が脱落するのを防止しようとする蒸着装置に係るものである。

従来の蒸着装置は、基板と蒸着マスクとを対向させ、蒸着源から、蒸着マスクに設けられた開口パターンを通して基板の表面に蒸着材料を蒸着し、薄膜パターンの形成を行なうものであり、蒸着マスクの面積が基板の面積より小さく、基板を一方向に移動させながら蒸着を行なうようになっていた（例えば、特許文献１参照）。

特許２００３−２９７５６２号公報

しかし、このような従来の蒸着装置においては、蒸着が真空室内で行われるため、基板は、一方向に移動可能に設けられた基板ホルダーに静電吸着して保持されるのが一般的であり、基板を搬送しながら行う蒸着中に、搬送時の機械振動等により静電吸着が外れて基板が落下する不具合が発生するおそれがあった。特に、サイズの大きい大型基板の場合は、その自重により静電吸着がはずれ易くなり、上記不具合の発生がより大きな問題となっていた。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、静電吸着の不具合が発生しても基板ホルダーから基板が脱落するのを防止できる蒸着装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による蒸着装置は、真空室内で、基板ホルダーの保持面に静電吸着して保持された基板上に、蒸着マスクの開口を介して蒸着材料を蒸着して薄膜パターンを形成する蒸着装置であって、前記基板ホルダーは、前記保持面の周縁領域の複数位置に夫々、別に設けたヒータ電源によって通電可能にヒータを設け、該ヒータの設置部に置かれた半田を前記ヒータの加熱により溶融させて、前記保持面に前記基板を半田付けして保持するようにしたものである。

このような構成により、基板ホルダーの保持面に基板を静電吸着して保持すると共に、上記保持面の周縁領域の複数位置に夫々設けたヒータに別に備えたヒータ電源によって通電して加熱し、ヒータの設置部に置かれた半田を溶融させて保持面に基板を半田付けして保持し、該基板上に蒸着マスクの開口を介して蒸着材料を蒸着して薄膜パターンを形成する。

好ましくは、前記基板ホルダーの前記保持面側及び前記基板側のいずれか一方に超音波振動を付与する超音波振動付与手段をさらに備えるのが望ましい。

より好ましくは、前記基板ホルダーを一方向に搬送する搬送手段をさらに備えるのが望ましい。

本発明の蒸着装置によれば、基板ホルダーに基板を静電吸着するのと同時に半田付けして固定するようになっているので、静電吸着の不具合が発生しても基板ホルダーから基板が脱落するのを防止することができる。

本発明による蒸着装置の実施形態の要部を示す正面図である。図１の左側面図である。上記実施形態において使用される基板ホルダーの一構成例を示す図であり、（ａ）は底面図、（ｂ）は内部構造を示す正面図である。上記基板ホルダーの載荷位置における動作を示す説明図であり、（ａ）は基板の搬入待機状態を示し、（ｂ）は基板搬送時の状態を示している。上記実施形態において使用される基板の一構成例を示す平面図である。上記実施形態において使用される蒸着マスクの一構成例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による蒸着装置の実施形態の要部を示す正面図であり、図２は図１の左側面図である。この蒸着装置は、基板を一方向に搬送しながら基板よりも面積の小さい蒸着マスクを使用して薄膜パターンを蒸着形成するもので、真空室内に、搬送手段１と、基板ホルダー２と、蒸着マスク３と、蒸着源４と、撮像手段５と、アライメント手段６とを備えて構成されている。

上記搬送手段１は、基板７を図１に示す矢印Ａ方向に一定速度で搬送するもので、後述の基板ホルダー２を支持して矢印Ａ方向に移動させる例えばリニアモータアクチュエータであり、レール８と可動部９とを備えて構成されている。そして、真空室内に往路及び復路を備えて閉ループに形成され、蒸着が終了した基板ホルダー２をスタート位置まで戻すことができるようになっている。

上記搬送手段１に一端部２ａが回動可能に支持されて基板ホルダー２が設けられている。この基板ホルダー２は、平坦な保持面２ｂに基板７の裏面を吸着して保持するものであり、図３に示すように、保持面２ｂの中央領域に高電圧源１０により直流電圧が印加可能に形成されて静電チャック１１が設けられ、直流電圧の印加により基板７を保持面２ｂに静電吸着することができるようになっている。また、保持面２ｂの周縁領域の複数位置には、夫々、別に備えたヒータ電源１２によって通電可能にヒータ１３が設けられ、さらに、例えば圧電素子を備えて構成された超音波振動付与手段１５により保持面２ｂに超音波振動が付与できるようになっている。これにより、ヒータ１３の設置部１４に置かれた例えばセラソルザ（商標登録）のような半田をヒータ１３の加熱により溶融させ、同時に保持面２ｂを超音波振動させて保持面２ｂに基板７を半田付けして保持できるようになっている。なお、超音波振動付与手段１５は、基板７側を超音波振動させるように設けてもよいが、以下の説明においては、基板ホルダー２の保持面２ｂ側を超音波振動させる場合について述べる。また、上記ヒータ設置部１４は、浅い凹部に形成されて例えば半田ボールを収容することができるようになっている。

また、基板ホルダー２は、図示省略の載荷位置（loading position）において、図４（ａ）に示すように、保持面２ｂが上を向くように一端部２ａを中心に矢印Ｂ方向に回動し、搬入ロボットによって真空室内に搬入された基板７を保持面２ｂに受けて静電吸着すると共に半田付けした後、同図（ｂ）に示すように矢印Ｃ方向に反転して保持面２ｂが下を向くように回動し、基板７を後述の蒸着マスク３に対して対向させるようになっている。また、図示省略の除荷位置（unloading position）においては、保持面２ｂが上を向くように矢印Ｂ方向に回動した後、基板７の静電吸着を解除すると共に半田付けを外して、蒸着が終了した基板７を搬出ロボットにより真空室外に搬出できるようになっている。なお、図４（ａ）において符号１６は、基板７の縁部領域に設けられた後述の追従マーク１７と矢印Ａで示す基板搬送方向（以下「Ｘ方向」という）とが平行となるように基板７を予め位置合わせするための二次元カメラであり、Ｘ軸に平行に２台が並べて配置されている。

ここで使用する基板７は、有機ＥＬ表示用のＴＦＴ基板であり、図５に示すように、透明なガラス基板の表面にて中央領域７ａに、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）色対応のアノード電極２５の列が一定の配列ピッチで形成されたもので、同じ色（例えば赤色）に対応したアノード電極２５の列上に蒸着形成しようとする対応色（例えば赤色）の有機ＥＬ層（薄膜パターン）に対応したストライプ状の複数のパターン形成領域１６がアノード電極２５の列の３倍の配列ピッチで予め設定されている。また、このパターン形成領域１６の長軸に平行な両端縁部領域７ｂには、夫々、上記パターン形成領域１６の長軸に平行に線状の追従マーク１７が互いに一定距離はなれて平行にパターン形成されている。そして、基板７は、上記基板ホルダー２に上記追従マーク１７が矢印Ａで示す基板搬送方向に平行となるように保持される。

上記基板ホルダー２と対向するように蒸着マスク３が設けられている。この蒸着マスク３は、基板７上に蒸着形成しようとする例えばＲ有機ＥＬ層のパターン形成領域１６外の部分を遮蔽するためのもので、図６に示すように、基板７の面積よりも小さい面積を有する金属板の中央領域３ａに、上記Ｒ有機ＥＬ層に対応して貫通する複数の開口１８をＲ有機ＥＬ層の配列ピッチと同じ配列ピッチ（アノード電極２５の列の３倍の配列ピッチ）で並べて形成したものである。より詳細には、蒸着マスク３は、Ｘ方向の長さが基板７の同方向の長さよりも短く、基板搬送方向と交差する方向（以下「Ｙ方向」という）の長さが基板７の同方向の長さと同じかそれよりも長い短冊形状をなしている。そして、Ｙ方向の両端縁部領域３ｂに、一定形状（例えば四角形）の開口部を設けて１対のアライメントマーク１９が形成されている。なお、蒸着マスク３は、熱膨張係数が１０×１０^−６／℃以下の金属材料を使用するのが望ましく、好ましくは、熱膨張係数が２×１０^−６／℃以下のインバー又は１×１０^−６／℃以下のスーパーインバーが望ましい。

上記蒸着マスク３の下方には、該蒸着マスク３に対向して蒸着源４が設けられている。この蒸着源４は、基板７に形成しようとする薄膜パターンの蒸着材料を蒸発させるものであり、蒸着マスク３の長軸方向（Ｙ方向）に長細い、上側を開口した箱状のルツボ２０と、ルツボ２０に収納された蒸着材料を加熱して蒸発させるヒータ２１と、ルツボ２０の開口を開閉するシャッタ２２とを備えて構成されている。なお、本実施形態においては、シャッタ２２を蒸着マスク３の下面に近接対向して配置した場合について示しているが、ルツボ２０の開口に近接対向させて設けてもよい。

そして、蒸着マスク３と蒸着源４との間には、図２に示すように、蒸着マスク３のアライメントマーク１９の形成位置よりも内側にて複数の開口１８を形成した中央領域３ａの周縁部と、ルツボ２０の開口周縁部とをつなぐ筒状の防着板２３が設けられ、蒸着材料が上記中央領域３ａ外の周辺領域に飛散し、蒸着マスク３のアライメントマーク１９を介して基板７に付着するのを防止している。

上記蒸着マスク３の両端縁部領域３ｂの下方には、夫々撮像手段５が設けられている。この撮像手段５は、蒸着マスク３に設けられたアライメントマーク１９と、該アライメントマーク１９を通して観察される基板７のＸ軸に平行な両端縁部領域７ｂの表面に設けられた追従マーク１７とを同一視野内に捕らえて同時に撮影するものであり、Ｙ方向に複数の受光エレメントを一直線に並べて備えたラインカメラである。なお、撮像手段５の撮影領域を照明可能に図示省略の照明手段が設けられている。

上記蒸着マスク３をマスクの面に平行なＸＹ平面内をＹ方向に移動可能にアライメント手段６が設けられている。このアライメント手段６は、撮像手段５で撮影して検出されたアライメントマーク１９及び追従マーク１７の位置関係に基づいて、基板７の搬送中常時、蒸着マスク３をＸＹ平面内にてＹ方向に移動させて基板７と蒸着マスク３との位置ずれを補正するもので、蒸着マスク３の中央領域３ａに対応して貫通する開口部を形成し、蒸着マスク３を基板７面に対して１００μｍ程度のギャップを介して近接対向させて保持する蒸着マスク３のマスクホルダーの役目も果たしている。

次に、このように構成された蒸着装置の動作について説明する。なお、ここでは、一例としてＲ有機ＥＬ層を形成する場合について説明する。
先ず、初期状態においては、基板ホルダー２は、図４（ａ）に示すように、載荷位置で保持面２ｂを上向きにして基板７が搬入されるまで待機している。このとき、保持面２ｂの周縁領域のヒータ設置部１４には、例えばセラソルザ（商標登録）のような半田ボールが図示省略の半田ボール供給手段によって外部から供給されている。

続いて、基板７が搬入ロボットによって搬入されて基板ホルダー２の保持面２ｂ上に位置づけられる。この状態で基板７の上記両端縁部領域７ｂに設けられた追従マーク１７のうち、一方の追従マーク１７がＸ軸に平行に並べられた２台の２次元カメラ１６により撮像され、両カメラで検出された追従マーク１７が１直線につながるように基板７の角度が調整される。それが終了すると、基板ホルダー２の保持面２ｂに高圧の直流電圧が印加されて基板７が保持面２ｂに静電吸着される。同時に、ヒータ電源１２がオン駆動されてヒータ設置部１４に置かれた半田ボールが溶融されると共に、超音波電源２４により超音波振動付与手段１５が起動されて保持面２ｂに超音波振動が付与され、基板７が基板ホルダー２の保持面２ｂに半田付けされる。なお、上記静電吸着と半田付けの動作は、同時でなく、いずれか一方が先に行われてもよい。

次いで、基板ホルダー２は、図４（ｂ）に示すように、搬送手段１に支持された一端部２ａ側を中心に１８０度矢印Ｃ方向に回動して基板７の表面を下向きにする。同時に、搬送手段１が起動して基板７の搬送が開始される。

基板７が搬送手段１の往路を搬送されて撮像手段５の上側に達すると、撮像手段５により、蒸着マスク３に設けられたアライメントマーク１９の開口部を通して基板７のＸ方向に平行な両端縁部領域７ｂの表面に設けられた追従マーク１７と蒸着マスク３のアライメントマーク１９とが同時に撮影される。

撮像手段５で撮影された画像は、図示省略の制御手段において画像処理され、Ｙ方向の輝度変化に基づいて追従マーク１７の中心位置とアライメントマーク１９の開口中心位置とが検出され、両マークの位置ずれ量が演算される。次いで、アライメント手段６が駆動されて上記位置ずれ量が許容値内となるように蒸着マスク３がＹ方向に移動される。このようにして、蒸着実行中、常時、基板７と蒸着マスク３とのアライメントが行われ、左右に振れながら移動する基板７の動きに蒸着マスク３を追従させて蒸着を行うことができる。なお、Ｘ方向に対して左右いずれか一方の撮像手段５によるアライメントが許容値内で実行できない場合には、追従マーク１７の形成不良、又は基板７が許容以上に熱膨張していることが疑われ、このときには、制御手段により上記基板７の番号と不良内容が記録され、蒸着終了後に、この記録内容を見て不良基板７を取除くことができるようになっている。

続いて、基板７が搬送されて蒸着マスク３の上方に達すると、蒸着源４のシャッタ２２が一定時間開かれ、ルツボ２０から蒸発したＲ有機ＥＬ層用の蒸着材料が蒸着マスク３の開口１８を介して基板７上に付着する。こうして、基板７を搬送しながら基板７全面に渡って蒸着が行われ、Ｒ対応アノード電極２５の列上のパターン形成領域１６にストライプ状のＲ有機ＥＬ層が形成される。

蒸着が終了した基板７は、搬送手段１によってさらに後方まで搬送され、除荷位置において停止する。そして、この除荷位置において、基板ホルダー２が図４（ａ）に示すように搬送手段１側の一端部２ａを中心に矢印Ｂ方向に１８０度回動して基板７を上向きにし、この状態で保持面２ｂに対する静電チャックが解除されるのと同時に、ヒータ電源１２がオン駆動されてヒータ設置部１４の半田を溶融させる。なお、この場合、超音波振動付与手段１５は駆動されなくてもよい。その後、搬出ロボットによって基板７は、真空室外に搬出される。

基板７が搬出されて空となった基板ホルダー２は、図４（ｂ）に示すように搬送手段１側の一端部２ａを中心に矢印Ｃ方向に回動して保持面２ｂを下向きにした状態で搬送手段１の復路を通ってスタート位置まで戻され、再び、初期状態に戻る。

なお、搬送手段１に複数の基板ホルダー２を備えて随時搬送できるように構成すれば、複数の基板７を連続的に搬送しながら蒸着をすることができ、蒸着工程のタクトを短縮することができる。

また、上記実施形態においては、１回の蒸着工程で有機ＥＬ層が形成されるように説明したが、実際には、有機ＥＬ層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層等の複数の成膜工程を経て形成される。したがって、有機ＥＬ層は、複数の蒸着装置による複数回の蒸着により形成されることになる。

この場合、一つの真空室内に複数種の蒸着源４及び対応する蒸着マスク３を基板７の搬送方向に並べて備えれば、１回の蒸着工程でＲ，Ｇ，Ｂ対応の有機ＥＬ層を形成することができる。

さらに、上記実施形態においては、アライメントマーク１９及び追従マーク１７が夫々１対設けられている場合について説明したが、本発明はこれに限られず、アライメントマーク１９及び追従マーク１７は、Ｘ方向に平行な一方側の縁部領域に互いに対応して１つ設けられていてもよい。この場合、１台の撮像手段５によりアライメントマーク１９と追従マーク１７とを撮影し、両マークが一定の位置関係を有するようにアライメント手段６により蒸着マスク３をＹ方向に移動させればよい。これにより、Ｙ方向に振れながら搬送される基板７に対して蒸着マスク３を位置合わせすることができる。

さらにまた、上記実施形態においては、基板７と蒸着マスク３との位置合わせを蒸着マスク３側を移動させて行う場合について説明したが、本発明はこれに限られず、基板ホルダー２側を移動させてもよい。この場合、アライメント手段６は、基板ホルダー２側に備えられ、蒸着マスク３は別に設けた蒸着マスク３のマスクホルダーに固定的に保持される。

また、上記実施形態においては、基板ホルダー２のヒータ設置部１４に置かれた半田ボールを溶融して基板７を基板ホルダー２の保持面２ｂに超音波半田付けする場合について説明したが、本発明はこれに限られず、基板７の裏面にて上記ヒータ設置部１４に対応した部分に、予め超音波半田付けして半田を適量盛っておいてもよい。この場合は、基板ホルダー２には超音波振動付与手段１５がなくてもよい。

さらに、上記実施形態においては、蒸着源４が一つの場合について説明したが、本発明はこれに限られず、一つの真空室内に複数種の蒸着源４及び対応する蒸着マスク３を基板７の搬送方向に並べて備えてもよい。これより、同一基板７上に１回の蒸着工程で複数種の薄膜パターンを形成することができる。

そして、上記実施形態においては、基板ホルダー２を一方向に移動しながら蒸着する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、基板ホルダー２を固定状態で蒸着するものであっても、二次元平面内を前後左右にステップ移動して蒸着するものであってもよい。この場合、基板ホルダー２を固定状態で蒸着するときには、蒸着マスク３は、基板７と略同じ面積に形成され、基板７上のストライプ状又は矩形状のパターン形成領域１６に対応してストライプ状又は矩形状の開口１８が形成されたものが使用される。また、基板ホルダー２をステップ移動させて蒸着するときは、蒸着マスク３は、基板７よりも小さい面積に形成され、基板７上のストライプ状又は矩形状のパターン形成領域１６に対応してストライプ状又は矩形状の開口１８が形成されたものが使用される。

１…搬送手段
２…基板ホルダー
２ａ…保持面
３…蒸着マスク
４…蒸着源
５…撮像手段
６…アライメント手段
７…基板
１０…高電圧源
１１…静電チャック
１２…ヒータ電源
１３…ヒータ
１４…ヒータ設置部
１５…超音波振動付与手段
１７…追従マーク
１８…開口
１９…アライメントマーク

Claims

真空室内で、基板ホルダーの保持面に静電吸着して保持された基板上に、蒸着マスクの開口を介して蒸着材料を蒸着して薄膜パターンを形成する蒸着装置であって、
前記基板ホルダーは、前記保持面の周縁領域の複数位置に夫々、別に備えたヒータ電源によって通電可能にヒータを設け、該ヒータの設置部に置かれた半田を前記ヒータの加熱により溶融させて、前記保持面に前記基板を半田付けして保持するようにしたことを特徴とする蒸着装置。
前記基板ホルダーの前記保持面側、及び前記基板側のいずれか一方に超音波振動を付与する超音波振動付与手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
前記基板ホルダーを一方向に搬送する搬送手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の蒸着装置。