JP2013204129A - 真空蒸着装置及び真空蒸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パネルの大型化によっても生産性が低下してしまうことのない、優れた真空蒸着装置及び真空蒸着方法を提供する。
【解決手段】被蒸着基板の表面に発光材料層を蒸着形成する真空蒸着装置は、真空チャンバ１０内に、表面に被蒸着基板を搭載して保持するクーリングプレート１３と、クーリングプレートにより保持された基板１００の表面に取り付けられるマスク３０と、クーリングプレートにより保持された基板の表面において、マスクを介して、移動しながら、気化したＥＬ材料を供給する蒸発源装置２０とを備え、マスクは、表面に複数のパターンを形成した磁性金属のマスクシート３１を張力掛けた状態でフレーム３３に固定され、かつ、クーリングプレートは、マスクシートの一部を基板の表面に引き付けるマグネット２００であって、蒸発源装置の移動に同期して移動するマグネットを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、真空中でガラス基板の表面に真空蒸着によって所定のパターンの蒸着膜を形成する真空蒸着装置及び真空蒸着方法に関し、特に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色で発色するＥＬ素子のパターンを形成する大型のＥＬディスプレイ用のパネルを製造するのに好適な真空蒸着装置及び真空蒸着方法に関する。

ＥＬパネルを形成する場合、ガラス基板の表面にマスクを正確に密着した状態で装着する必要があるが、従来、例えば、以下の特許文献１にも既に知られるように、ガラス基板の支持部材であるホルダ部材に複数の磁力部材（永久磁石：マグネット）を設け、当該磁力部材により、磁性金属材からなるマスクをガラス基板の表面に密着させる真空蒸着装置及び真空蒸着方法が開示されている。

特開２００４−２５９５９８号公報

しかしながら、上述した従来技術になる真空蒸着装置及び真空蒸着方法は、特に、大型のＥＬディスプレイ用のパネルを製造する場合には、必ずしも、有効なものではなかった。

即ち、一般に、マスクには、その周囲に設けられたフレームの方向にテンションが掛けられた状態で取り付けられており、その結果、当該マスクの表面には張力が働いている。パネルの大型化に伴ってこのマスクのサイズが大型化した場合、その中央部ではある程度の移動の自由度が確保され、そのためマグネットの磁力により、ガラス基板の表面への密着は可能である。しかしながら、発明者による種々の検討の結果、フレームの近傍のマスクの外周部では、上記の自由度が大幅に制限されてしまい、そのため、マグネットの磁力によるマスクのガラス基板の表面への密着の効果が薄れてしまうことが分かった。なお、このように、密着の効果が薄れてしまうと、マスクとガラス基板との間に隙間が発生してしまい、所謂、輪郭部のボヤケ部分が増大してしまうという現象が発生し、パネルの生産性が低下してしまうことともなる。

そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、特に、その表面には高い張力が働いているマスクの中央部だけではなく、その周囲のフレームの近傍においても、同様に、マスクをガラス基板の表面へ密着することを可能にし、もって、パネルの大型化によっても生産性が低下してしまうことのない、優れた真空蒸着装置及び真空蒸着方法を提供することをその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、まず、真空チャンバ内において被蒸着基板の表面に発光材料層を蒸着形成する真空蒸着装置であって、前記真空チャンバ内に、表面に被蒸着基板を搭載して保持するクーリングプレートと、前記クーリングプレートにより保持された前記被蒸着基板の表面に取り付けられるマスクと、前記クーリングプレートにより保持された前記被蒸着基板の表面において、前記マスクを介して、移動しながら、気化した発光材料を供給する蒸発源装置とを備えたものにおいて、前記マスクは、その表面に複数のパターンを形成した磁性金属のマスクシートを、その表面に張力をかけた状態でフレームに固定されており、かつ、前記クーリングプレートは、前記マスクシートの一部を前記被蒸着基板の表面に引き付けるマグネットであって、前記蒸発源装置の移動に同期して移動するマグネットを備えている真空蒸着装置が提供される。

更に、本発明では、前記に記載した真空蒸着装置において、前記マグネットは、前記クーリングプレートの一辺に沿って延びた永久磁石と、当該永久磁石を移動するための移動機構とを備えており、又は、前記クーリングプレートの表面において、その何れか一辺に沿って形成された複数の電磁石と、当該複数の電磁石を、順次、励磁するための手段とを備えている。更には、前記マグネットは、前記クーリングプレートの表面において、その何れか一辺に沿って形成された複数の永久磁石と、当該複数の永久磁石の一つを順次移動するための移動手段を備えている。そして、前記マグネットの幅は、前記蒸発源装置から気化した発光材料が供給される範囲に対応して決定されていることが好ましい。

また、本発明によれば、やはり上記の目的を達成するため、真空チャンバ内において被蒸着基板の表面に発光材料層を蒸着形成する真空蒸着装置であって、前記真空チャンバ内に、表面に被蒸着基板を搭載して保持するクーリングプレートと、前記クーリングプレートにより保持された前記被蒸着基板の表面に取り付けられるマスクと、前記クーリングプレートにより保持された前記被蒸着基板の表面において、前記マスクを介して、移動しながら、気化した発光材料を供給する蒸発源装置とを備えたものにおける真空蒸着方法において、前記マスクは、その表面に複数のパターンを形成した磁性金属のマスクシートを、その表面に張力をかけた状態でフレームに固定されており、かつ、前記被蒸着基板を前記クーリングプレートに保持し、マグネットにより前記マスクシートの一部を前記被蒸着基板の表面に引き付けると共に、前記マグネットを、前記蒸発源装置の移動に同期しながら移動することにより、前記被蒸着基板の表面に発光材料層を蒸着形成する真空蒸着方法が提供されている。

上述した本発明によれば、高い張力が働いているマスクの中央部だけではなく、その周囲のフレームの近傍においても、マスクをガラス基板の表面へ密着することを可能にし、もって、パネルの大型化によっても生産性が低下してしまうことのない、優れた真空蒸着装置及び真空蒸着方法が提供されるという優れた効果が得られる。

本発明の一実施の形態になる真空蒸着装置の内部構成の概略を示す全体断面図である。 上記真空蒸着装置におけるマスクの詳細構造を示す図である。 密着状態が異なるマスクの微細なパターンにより得られる発光材料層のエッジ部分の断面形状を示す拡大断面図である。 本発明の真空蒸着装置におけるガラス基板表面へのマスクシートの取り付け原理を説明する図である。 上記真空蒸着装置におけるクーリングプレートとマグネットとの関係を説明する図である。 上記真空蒸着装置におけるマグネットの移動機構の一例を示す図である。 上記真空蒸着装置におけるマグネットの移動機構の他の一例を示す図である。 上記真空蒸着装置におけるマグネットの移動機構の更の他の一例を示す図である。 上記真空蒸着装置におけるクーリングプレートとマグネットとの関係を他の例を説明する図である。

以下、本発明の一実施の形態になる真空蒸着装置と、当該装置により実施される真空蒸着方法について、添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。

まず、添付の図１は、本発明になる真空蒸着装置、特に、有機ＥＬデバイス製造装置における、特に、ガラス板などの被蒸着基板の表面に電極で挟まれた発光材料層(ＥＬ層)を形成するための装置である、所謂、成膜装置の概略構成を示した断面図である。図において、符号１０は、真空チャンバを示しており、この真空チャンバ１０の内部は、１０^−３〜１０^−５Ｐａ台の真空度を保った成膜室１１として形成されている。そして、例えば、他の工程においてその表面に電極を形成した後、被蒸着基板であるガラス基板１００が、真空チャンバ１０の一部（本例では、図の左下部）に設けられている。ゲートバルブ１２を介して、当該成膜室１１内に導入され、図にも示すように、クーリングプレート１３上に搭載されると共に、保持機構１４によりその上に保持される。なお、このクーリングプレート１３のガラス基板が搭載される面とは反対側の面には、後にも詳細に説明するマグネットや図示しない冷却パイプが搭載されている。なお、このクーリングプレート１３内には、例えば、水などの冷媒が流され、反対側の面に搭載された基板１００を冷却することが出来るようになっている。

その搬入後、成膜室１１内では、図に矢印で示すように、ガラス基板１００は、クーリングプレート１３上に保持された状態で、以下に図示する移動機構によって、所定の位置（本例では、ガラス基板１００はクーリングプレート１３と共に立ち上がって直立状態となる位置）まで移動される。なお、図の符号１６は、上記真空チャンバ１０の一部（上下）に配置され、基板１００の配列状態を確認するためのアラインメントカメラを示している。

そして、図からも明らかなように、上述した状態では、蒸発源装置２０が、上記基板１００に対向して位置しており、そして、ここでは図示しない移動装置により上下方向に移動しながら、有機ＥＬデバイスの発光材料層(ＥＬ層)を形成するための気化した（ガス状の）ＥＬ材料を当該ガラス基板１００の表面に供給し、もって、被蒸着基板の表面に必要なＥＬ層を形成することとなる。なお、図の符号１７は、ＥＬ材料の蒸着時に基板１００の表面に配置されるフレームとマスクシートを含むマスク（以下、単に「マスク３０」と言う）とを示している。

続いて、添付の図２（Ａ）及び（Ｂ）には、上記のマスク３０の詳細構造を示している。なお、このマスクを構成するマスクシート３１は、例えば、通常、インバーと呼ばれる磁性金属材によりシート状に形成された部材であり、これらの図からも明らかなように、その表面には、例えば、打ち抜きにより、ドット状の微細なパターン３２が多数形成されている。なお、パターンの転写精度を高めるためには、当該マスクシート３１の厚さを出来る限り薄くすることが好ましく、そのため、当該マスクシート３１は極めて薄い金属板から構成されるため、その外周部には、その形を維持する（保形性を持たせる）ため、金属製の補強枠であるフレーム３３が取り付けられている。そして、一般に、このマスクシート３１は、その周囲に設けられたフレームに対してテンションが掛けられた状態で取り付けられており、その結果、当該マスクシートの表面には張力が働いている。

しかしながら、上述したように、製造されるパネルの大型化に伴ってこのマスクシートのサイズが大型化した場合（例えば、１３００ｍｍ×１５００ｍｍ程度）、クーリングプレート１３の全体にマグネットを配置して磁力によりガラス基板１００の表面へマスクシート３１を密着させようとした場合、当該マスクシートの中央部（図では、Ｃで示す）ではある程度の移動の自由度が確保されることから、マグネットの磁力によるマスクシート３１のガラス基板１００表面への密着状態は良好であったが、しかしながら、フレーム３３の近傍である周辺部（図では、Ｐで示す）では、マスクシート３１の自由度が大幅に制限されてしまい、そのため、マグネットの磁力によるマスクシート３１のガラス基板１００の表面への密着状態は低下してしまう。

その結果、真空蒸着により微細なパターン３２により得られた発光材料層(ＥＬ層)は、特に、マスクシートの中央部Ｃでは、添付の図３（Ａ）に示すように、パターンのエッジに部分が急峻に立ち上がり（輪郭部の膜厚不均一幅ｄ＝数μｍ程度）、良好なＥＬ層１１０が得られた。他方、マスクシートの周辺部Ｐでは、マスクシート３１のガラス基板１００の表面への密着状態の低下により、添付の図３（Ｂ）に示すように、形成されたＥＬ層１１０のパターンのエッジに部分が急峻に立ち上がらず、即ち、立ち上がりが緩かな輪郭部の膜厚不均一部の幅が広がってしまう（輪郭部の膜厚不均一幅ｄ’＝数十μｍ程度）。なお、このように膜厚不均一部の幅が広がった場合、当該部分での発光強度が増加する事で劣化が著しく、そのため、高画質の映像が得られないなどの問題を生じることとなる。

そこで、本発明では、添付の図４にも示すように、クーリングプレート１３の全体にではなく、その一部に、より具体的には、図４、及び、図５（Ａ）と（Ｂ）に示すように、マグネット２００をマスクシートの長さの約１／５〜１／６程度の幅（Ｗ）＝約３００ｍｍで、横方向に延ばし、その裏面に取り付ける。そして、当該マグネット２００を、図に矢印でも示すように、上下に移動したところ、上記マスクシート３１の自由度が移動することによって、当該マスクシートの中央部だけではなく、マグネット２００の移動に伴って、当該マグネットとその周辺部において、局所的に、ガラス基板１００の表面へ、良好な密着状態で取り付けることが可能となることを確認した。なお、このマグネットは、永久磁石が望ましい。

即ち、本発明では、上記の認識に基づき、特に、有機ＥＬデバイス製造装置のように、蒸発源装置２０をガラス基板１００の表面に対して移動しながら蒸着を行う場合、当該蒸発源装置２０の移動に合わせてマグネット２００を移動することにより、順次、クーリングプレート１３上の蒸着が行われている部分（即ち、マグネット２００とその周辺部）において、マスクシート３１をガラス基板１００の表面へ良好な状態で密着することにより、最終的に、ガラス基板１００の表面全体に亘って、良好な、即ち、パターンのエッジに部分が急峻に立ち上がった（シャープな）発光材料層(ＥＬ層)の形成（上記図３（Ａ）を参照）を可能とするものである。

なお、上記マグネット２００の幅（Ｗ）については、一例として、略３００ｍｍとして説明したが、上記の説明からも明らかなように（上記の図４を参照）、上記蒸発源装置２０からの気化した（ガス状の）ＥＬ材料がその開口部から拡散してガラス基板１００表面へ届く範囲よりやや大きく設定することが好ましいであろう。

更に、上記マグネット２００の移動については、例えば、添付の図６にも示すように、上記クーリングプレート１３の内部に、予め、当該マグネット（永久磁石）２００を保持する保持部材２１０と共に、その両端に設けた電動モータ２１１、２１１の回転により上下に移動するボールネジ２１２、２１２などの移動機構を設けておき、上記蒸発源装置２０の上下の移動に同期して、当該マグネット２００を移動すればよい。

または、添付の図７にも示すように、上記クーリングプレート１３の内部に、複数の電磁マグネットブロック（例えば、上記マグネット２００の大きさに対応するように）に分割すると共に、各ブロックに電磁コイル２２０、２２０を設けておき、そして、例えば、ロータリスイッチ２２１の接点を切り替えることにより、上記蒸発源装置２０の上下の移動に同期するように、順次、磁力を発生するブロックを移動させることによっても、上記と同様に、上記蒸発源装置２０の移動位置に合わせて磁力を発生させることにより、マスクシート３１をガラス基板１００の表面へ良好な状態で密着することを可能とし、もって、ガラス基板１００の表面全体に亘って、パターンのエッジに部分が急峻に立ち上がった良好な発光材料層(ＥＬ層)の形成を可能とするができる。

更には、添付の図８にも示すように、上記クーリングプレート１３の内部に、複数に分割された永久磁石２３０、２３０（各永久磁石は上記マグネット２００の大きさに対応する）を設けると共に、各永久磁石２３０の底面にはピエゾ素子２３１を設けておおく。かかる構成において、上記蒸発源装置２０の上下の移動に同期するように、順次、ピエゾ素子２３１に高電圧を印加することによれば、ピエゾ素子２３１の伸張により、図にも示すように、複数に分割された永久磁石２３０、２３０が、順次、図の上方に移動する。即ち、クーリングプレート１３を構成する複数の永久磁石２３０が、順次、上記マスクシート３１を吸引することにより、当該マスクシートをガラス基板１００の表面に密着する。このことによっても、上記と同様に、マスクシート３１をガラス基板１００の表面へ良好な状態で密着することを可能とし、もって、ガラス基板１００の表面全体に亘って、パターンのエッジに部分が急峻に立ち上がった良好な発光材料層(ＥＬ層)の形成を可能とするができる。

なお、上述した例では、マグネット２００を、クーリングプレート１３の一部に、即ち、横方向に延びて、その裏面に取り付けた構成について説明したが、本発明は、これにのみ限定されるものではなく、例えば、添付の図９にも示すように、上記マグネット２００を、縦方向に延びて、その裏面に取り付けてもよい。更に、上記では、成膜室１１内では、ガラス基板１００は、クーリングプレート１３上に保持された状態で、立ち上がって直立状態となる場合について説明したが、本発明はこれにのみ限定されるものではなく、例えば、ガラス基板１００はクーリングプレート１３と共に水平に配置された状態で蒸着作業が行われる場合にも、適用することも可能であろう。

加えて、上記では、マスクを構成するマスクシート３１には、ドット状の微細なパターン３２が多数形成されているものとして説明したが、しかしながら、このパターン３２は、必ずしもドット形状に限定されず、その他、例えば、スリット状であっても、上記と同様に、良好な発光材料層(ＥＬ層)の形成を可能とするができることは、当業者であれば、明らかであろう。

１０…真空チャンバ、１１…成膜室、２０…蒸発源装置、１００…ガラス基板、１１０…発光材料層(ＥＬ層)、１３…クーリングプレート、３０…マスク、３１…マスクシート、３２…パターン、３３…フレーム、２００…マグネット、２１１…電動モータ、２１２…ボールネジ、２２０…電磁コイル、２２１…ロータリスイッチ、２３０…永久磁石、２３１…ピエゾ素子。

Claims (6)

1. 真空チャンバ内において被蒸着基板の表面に所定の材料を蒸着形成する真空蒸着装置であって、
   前記真空チャンバ内に、表面に被蒸着基板を搭載して保持するクーリングプレートと、
   前記クーリングプレートにより保持された前記被蒸着基板の表面に保持されるマスクと、
   前記クーリングプレートにより保持された前記被蒸着基板の表面において、前記マスクを介して、前記クーリングプレートに対して相対的に移動しながら、気化した材料を供給する蒸発源装置とを備えたものにおいて、
   前記マスクは、複数の貫通したパターンを形成した磁性金属のマスクシートを、張力をかけた状態でフレームに固定されており、かつ、
   前記クーリングプレートは、前記マスクシートの一部を前記被蒸着基板の表面に引き付けるマグネットであって、前記蒸発源装置に同期して前記クーリングプレートに対して相対的に移動するマグネットを備えていることを特徴とする真空蒸着装置。
2. 前記請求項１に記載した真空蒸着装置において、前記マグネットは、前記クーリングプレートの一辺に沿って延びた永久磁石と、当該永久磁石を移動するための移動機構とを備えていることを特徴とする真空蒸着装置。
3. 前記請求項１に記載した真空蒸着装置において、前記マグネットは、前記クーリングプレートの内部において、その何れか一辺に沿う長手方向を持ち、クーリングプレート全面に配置された複数の電磁石と、当該複数の電磁石を、個別に、励磁するための手段とを備えていることを特徴とする真空蒸着装置。
4. 前記請求項１に記載した真空蒸着装置において、前記マグネットは、前記クーリングプレートの内部において、その何れか一辺に沿う長手方向を持ち、クーリングプレート全面に配置された複数の永久磁石と、当該複数の永久磁石を個別に順次移動するための移動手段を備えていることを特徴とする真空蒸着装置。
5. 前記請求項１に記載した真空蒸着装置において、前記マグネットの幅は、前記蒸発源装置から気化した発光材料が供給されるより広く決定されていることを特徴とする真空蒸着装置。
6. 真空チャンバ内において被蒸着基板の表面に所定の材料層を蒸着形成する真空蒸着装置であって、
   前記真空チャンバ内に、表面に被蒸着基板を搭載して保持するクーリングプレートと、
   前記クーリングプレートにより保持された前記被蒸着基板の表面に保持されるマスクと、
   前記クーリングプレートにより保持された前記被蒸着基板の表面において、前記マスクを介して、前記クーリングプレートに対して相対的に移動しながら気化した発光材料を供給する蒸発源装置とを備えたものにおける真空蒸着方法において、
   前記マスクは、複数の貫通したパターンを形成した磁性金属のマスクシートを、張力をかけた状態でフレームに固定されており、かつ、
   前記被蒸着基板を前記クーリングプレートに保持し、
   マグネットにより前記マスクシートの一部を前記被蒸着基板の表面に引き付けると共に、
   前記マグネットを、前記蒸発源装置に同期しながら前記クーリングプレートに対して相対的に移動することにより、前記被蒸着基板の表面に発光材料層を蒸着形成することを特徴とする真空蒸着方法。

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