JP2013227680A - 有機elデバイス製造装置及び成膜装置並びに有機elデバイス製造方法及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板マスク固定手段含めアライメント周りの機構を簡単化、あるいは簡素化することで保守性を向上できる、または、マスクの変形を回避し、高精度に蒸着できる成膜装置及び成膜方法を提供することである。あるいは、駆動部等を大気側に配置あるいは配線を敷設することで真空内の粉塵やガスの発生を低減し、生産性の高い成膜装置を提供することである。
【解決手段】本発明は、基板を基板ホルダーに載置し、前記基板とシャドウマスクとをアライメントし、前記基板とシャドウマスクとを、前記基板ホルダーとは独立して設けられた磁石によって吸着固定させて、真空チャンバ内で蒸着材料を基板に蒸着する際に、前記吸着固定を基板とシャドウマスクを立てた状態で行なう、あるいは、前記磁石は電磁石であり、前記電磁石を保持する基板マスク吸着体と、前記マスク吸着体を収納する収納ケースを有することを特徴とする。
【選択図】図9
【解決手段】本発明は、基板を基板ホルダーに載置し、前記基板とシャドウマスクとをアライメントし、前記基板とシャドウマスクとを、前記基板ホルダーとは独立して設けられた磁石によって吸着固定させて、真空チャンバ内で蒸着材料を基板に蒸着する際に、前記吸着固定を基板とシャドウマスクを立てた状態で行なう、あるいは、前記磁石は電磁石であり、前記電磁石を保持する基板マスク吸着体と、前記マスク吸着体を収納する収納ケースを有することを特徴とする。
【選択図】図9
Description
本発明は、有機ELデバイス製造装置を初めとして成膜装置及び成膜方法に係わり、特に成膜時の基板保持に好適な成膜装置及び成膜方法に関する。
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。真空蒸着においては基板とマスクとのアライメントが必要である。年々処理基板の大型化の波が押し寄せ、G6世代の基板サイズは1500mm×1800mmになる。基板サイズが大型化すると当然マスクも大型化し、その寸法は2000mm×2000mm程度にも及ぶ。特に鋼製のマスクを使用すると有機ELデバイスではその重量は300Kgにもなる。従来では、基板及びマスクを水平にしてアライメントし、永久磁石により基板とアスクを一体化しアライメント状態を保持して、その後蒸着処理を実施していた。アライメント状態を保持する従来技術としては、下記の特許文献1、2がある。
しかしながら、特許文献1、2に開示された基板とマスクを横にしてアライメントする方法は、基板及びマスクはその薄さと自重により大きく撓む。その撓みが一様であるならばそれを考慮してマスクを製作すればよいが、当然中心程大きくなり基板サイズが大きくなると製作は困難となる。また、一般的にその中心点における撓み量は、基板の撓みをd1、マスクの撓みをd2とすると、d1>d2となる。基板撓みが大きいと、基板蒸着面にマスクと接触し接触傷が生じるために、密着させることができない。そのために、被写界深度以上に離間してアライメントすると精度が悪く、不良品となる課題がある。特に、表示装置用基板では高精彩な画面を得ることができない。
この課題に対処するために基板とマスクをほぼ垂直にして蒸着する方法が提案されている。垂直にすることで基板やシャドウマスクの自重によりその撓みを大幅に減少することができる。しかし、基板を載置保持する基板ホルダーの周囲の機構は、基板の大型化に伴い複雑になりつつあり、アライメント状態を保持する基板マスク固定手段を含め周囲の保守性の向上が望まれている。
また、上記特許文献に開示された方法は、マスクを保持するために電磁石を用いたり、蒸着時にはマスクを移動させたりする必要であり、基板マスク固定手段を含むアライメント部が複雑なるという問題がある。
また、上記特許文献に開示された方法では、基板とマスクを一体化している永久磁石では、マスクと基板の着脱時にマスク対して不必要な力が働き、着脱の繰り返しによってマスクが変形し、高精度の蒸着ができないという問題があった。
また、上記特許文献に開示された方法では、基板とマスクを一体化している永久磁石では、マスクと基板の着脱時にマスク対して不必要な力が働き、着脱の繰り返しによってマスクが変形し、高精度の蒸着ができないという問題があった。
さらに上記特許文献に開示された方法では、発熱体である電磁石や粉塵の発生源である駆動部が真空内の設置されているために、前者の発熱はマスクの熱膨張を助長し蒸着サイズを変化させ、後者の真空内への漏洩は漏洩粉塵が基板やマスクに付着し蒸着不良を起こし、歩留まり率、即ち生産性を低下させる問題がある。
従って、本発明の第一の目的は、基板マスク固定手段を含めアライメント周りの機構を簡単化、あるいは簡素化することで保守性を向上できる有機ELデバイス製造装置または成膜装置あるいは有機ELデバイス製造方法または成膜方法を提供することである。
本発明の第二の目的は、マスクの変形を回避し、高精度に蒸着できる有機ELデバイス製造装置または成膜装置あるいは有機ELデバイス製造方法または成膜方法を提供することである。
また、本発明の第三の目的は、駆動部等を大気側に配置あるいは配線を敷設することで真空内の粉塵やガスの発生を低減し、生産性の高い有機ELデバイス製造装置または成膜装置あるいは有機ELデバイス製造方法または成膜方法を提供することである。
本発明の第二の目的は、マスクの変形を回避し、高精度に蒸着できる有機ELデバイス製造装置または成膜装置あるいは有機ELデバイス製造方法または成膜方法を提供することである。
また、本発明の第三の目的は、駆動部等を大気側に配置あるいは配線を敷設することで真空内の粉塵やガスの発生を低減し、生産性の高い有機ELデバイス製造装置または成膜装置あるいは有機ELデバイス製造方法または成膜方法を提供することである。
上記第1または第2の目的を達成するために、基板を基板ホルダーに載置し、前記基板とシャドウマスクとをアライメントし、前記基板と前記シャドウマスクとを、前記基板ホルダーとは独立して設けられた磁石によって吸着固定させて、真空チャンバ内で蒸着材料を前記基板に蒸着する際に、前記吸着固定を前記基板と前記シャドウマスクをほぼ垂直又は垂直の立てた状態で行なうことを第1の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、基板を基板ホルダーに載置し、前記基板と前記シャドウマスクとをアライメントし、前記基板と前記シャドウマスクとを電磁石または静電磁石である磁石によって密着固定させて、真空チャンバ内で蒸着材料を基板に蒸着する際に、前記磁石を保持する基板マスク吸着体と、前記マスク吸着体を収納する収納ケースを有することを第2の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第2の特徴に加え、前記磁石を有する前記基板マスク固定手段は、前記基板ホルダーとは分離して設けられたことを第3の特徴とする
また、第1乃至第3のいずれかの特徴に加え、前記基板を載置した前記基板ホルダーを水平の第2状態からほぼ垂直または垂直の第1状態に旋回移動させることを第4の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第1乃至第4のいずれかの特徴に加え、前記基板マスク吸着体を移動させて、前記基板ホルダーに接近あるいは接触させることを第5の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、第1の特徴に加え、前記磁石は永久磁石または静電磁石あるいは電磁石であることを第6の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第2の特徴に加え、前記磁石を有する前記基板マスク固定手段は、前記基板ホルダーとは分離して設けられたことを第3の特徴とする
また、第1乃至第3のいずれかの特徴に加え、前記基板を載置した前記基板ホルダーを水平の第2状態からほぼ垂直または垂直の第1状態に旋回移動させることを第4の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第1乃至第4のいずれかの特徴に加え、前記基板マスク吸着体を移動させて、前記基板ホルダーに接近あるいは接触させることを第5の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、第1の特徴に加え、前記磁石は永久磁石または静電磁石あるいは電磁石であることを第6の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第5の特徴に加え、前記基板マスク吸着体の移動は、前記基板ホルダーの前記第1状態時の上部側または側部側に設けた旋回支点を支点に、前記基板マスク吸着体を前記基板ホルダーの位置まで旋回させることを第7の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、第5の特徴に加え、前記基板マスク吸着体の移動前の待機位置は、前記基板ホルダーの旋回に支障のない位置であることを第8の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、第5の特徴に加え、前記基板マスク吸着体の移動前の待機位置は、前記基板ホルダーの旋回に支障のない位置であることを第8の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第1または第4の特徴に加え、前記第1状態を維持して前記基板ホルダーを前記シャドウマスクに接近あるいは密着させる、あるいは前記シャドウマスクの反りを補正し、前記基板と前記シャドウマスクを密着させることを有することを第9の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、基板を基板ホルダーに載置し、前記基板とシャドウマスクとのアライメントし、前記基板とシャドウマスクとを磁石によって密着固定させて、真空チャンバ内で蒸着材料を基板に蒸着する際に、前記基板ホルダーはその下部にほぼ垂直または垂直状態であるときの前記基板を支持する突起部を有することを第10の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第1、第4または第10の特徴に加え、前記基板ホルダーを前記シャドウマスクとは反対側に微小角傾斜させることを第11の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、第10の特徴に加え、前記突起物の高さは前記基板の厚さより低いことを第12の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第1、第4または第10の特徴に加え、前記基板ホルダーを前記シャドウマスクとは反対側に微小角傾斜させることを第11の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、第10の特徴に加え、前記突起物の高さは前記基板の厚さより低いことを第12の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、基板を基板ホルダーに載置し、前記基板とシャドウマスクとのアライメントし、前記基板とシャドウマスクとを吸着固定させて、真空チャンバ内で蒸着材料を基板に蒸着する際に、ほぼ垂直または垂直状態であるときの前記基板を保持する基板保持部材を前記真空チャンバ内の構造物に設けたことを第13の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、第1または第4の特徴に加え、ほぼ垂直または垂直状態であるときの前記基板を保持する基板保持部材を前記真空チャンバ内の構造物に設けたことを第14の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第13または第14の特徴に加え、前記基板保持部材は、弾性部材であることを第15の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、第1または第4の特徴に加え、ほぼ垂直または垂直状態であるときの前記基板を保持する基板保持部材を前記真空チャンバ内の構造物に設けたことを第14の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第13または第14の特徴に加え、前記基板保持部材は、弾性部材であることを第15の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、基板を基板ホルダーに載置し、前記基板とシャドウマスクとをアライメントし、前記基板とシャドウマスクとを電磁石または静電磁石である磁石によって密着固定させて、真空チャンバ内で蒸着材料を基板に蒸着する際に、前記磁石を複数有し、前記複数の磁石を選択して前記密着固定することを第16の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第16の特徴に加え、前記選択は、格子状に配置された前記複数の磁石を列単位で選択する、あるいは、前記複数の電磁石の吸着力を制御することを第17の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、第17の特徴に加え、前記吸着力を制御し、前記シャドウマスクの重力に対する撓みを補正することを第18の特徴とする。
さらに、上記第1または第2の目的を達成するために、第16の特徴に加え、前記選択は、格子状に配置された前記複数の磁石を列単位で選択する、あるいは、前記複数の電磁石の吸着力を制御することを第17の特徴とする。
また、上記第1または第2の目的を達成するために、第17の特徴に加え、前記吸着力を制御し、前記シャドウマスクの重力に対する撓みを補正することを第18の特徴とする。
さらに、上記第3の目的を達成するために、第2の特徴に加え、一端を前記ケース固定され、他端を大気に開放された中空体内にあるいは中空のリンク内に前記電磁石への配線を敷設したことを第19の特徴とする。
最後に、上記第3の目的を達成するために、第2または第3あるいは第19の特徴に加え、前記収納ケースは、前記真空チャンバとは隔離された真空状態であることを第20の特徴とする。
最後に、上記第3の目的を達成するために、第2または第3あるいは第19の特徴に加え、前記収納ケースは、前記真空チャンバとは隔離された真空状態であることを第20の特徴とする。
本発明によれば、基板マスク固定手段を含めアライメント周りの機構を簡単化、あるいは簡素化することでの保守性を向上できる有機ELデバイス製造装置または成膜装置あるいは有機ELデバイス製造方法または成膜方法を提供することができる。
また、本発明によれば、マスクの変形を回避し、高精度に蒸着できる有機ELデバイス製造装置または成膜装置あるいは有機ELデバイス製造方法または成膜方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、駆動部等を大気側に配置あるいは配線を敷設することで真空内の粉塵やガスの発生を低減し、生産性の高い有機ELデバイス製造装置または成膜装置あるいは有機ELデバイス製造方法または成膜方法を提供することができる。
また、本発明によれば、マスクの変形を回避し、高精度に蒸着できる有機ELデバイス製造装置または成膜装置あるいは有機ELデバイス製造方法または成膜方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、駆動部等を大気側に配置あるいは配線を敷設することで真空内の粉塵やガスの発生を低減し、生産性の高い有機ELデバイス製造装置または成膜装置あるいは有機ELデバイス製造方法または成膜方法を提供することができる。
発明の実施形態を図1から図10を用いて説明する。有機ELデバイス製造装置は、単に発光材料層(EL層)を形成し電極で挟むだけの構造ではなく、陽極の上に正孔注入層や輸送層、陰極の上に電子注入層や輸送層などに様々な材料が薄膜としてなる多層構造を形成したり、基板を洗浄したりする。図1はその製造装置の一例を示したものである。
本実施形態における有機ELデバイス製造装置100は、大別して処理対象の基板6を搬入するロードクラスタ3、前記基板6を処理する4つのクラスタ(A〜D)、各クラスタ間又はクラスタとロードクラスタ3あるいは次工程(封止工程)との間の設置された5つの受渡室4から構成されている。本実施形態では、基板の蒸着面を上面にして搬送し、蒸着するときに基板を立てて蒸着する。
ロードクラスタ3は、前後に真空を維持するためにゲート弁10を有するロードロック室31と前記ロードロック室31から基板6(以下、単に基板という)を受取り、旋回して受渡室4aに基板6を搬入する搬送ロボット5Rからなる。各ロードロック室31及び各受渡室4は前後にゲート弁10を有し、当該ゲート弁10の開閉を制御し真空を維持しながらロードクラスタ3あるいは次のクラスタ等へ基板を受渡する。
各クラスタ(A〜D)は、一台の搬送ロボット5を有する搬送チャンバ2と、搬送ロボット5から基板を受取り、所定の処理をする図面上で上下に配置された2つの処理チャンバ1(第1の添え字a〜dはクラスタを示し、第2の添え字u、dは上側下側を示す)を有する。搬送チャンバ2と処理チャンバ1の間にはゲート弁10が設けてある。
図2は、搬送チャンバ2と処理チャンバ1の構成の概要を示す。処理チャンバ1の構成は処理内容によって異なるが、真空で蒸着材料である発光材料を蒸着しEL層を形成する真空蒸着チャンバ1buを例にとって説明する。図3は、そのとき搬送チャンバ2bと真空蒸着チャンバ1buの構成の模式図と動作説明図である。図2における搬送ロボット5は、全体を上下に移動可能(図3の矢印59参照)で、左右に旋回可能なリンク構造のアーム57を有し、その先端には基板搬送用の櫛歯状ハンド58を上下二段に2本有する。1本ハンドの場合は、基板を次の工程に渡すための回転動作、前の工程から基板を受取るための回転動作、及びこれに付随するゲート弁の開閉動作が搬入出処理の間に必要だが、上下二段にすることによって、片方のハンドに搬入する基板を持たせ、基板を保持していない方のハンドで真空蒸着チャンバから基板の搬出動作をさせた後、連続して搬入動作を行なうことができる。
2本ハンドにするか1本ハンドにするかは要求される生産能力によって決める。以後の説明では、説明を簡単にするために1本ハンドで説明する。
2本ハンドにするか1本ハンドにするかは要求される生産能力によって決める。以後の説明では、説明を簡単にするために1本ハンドで説明する。
一方、真空蒸着チャンバ1buは、大別して発光材料を蒸発(昇華)させ基板6に蒸着させる蒸着部7と、基板6とシャドウマスクの位置合せを行い、基板6の必要な部分に蒸着させるアライメント部8と、及び搬送ロボット5と基板の受渡しを行い、蒸着部7へ基板6を移動させる処理受渡部9からなる。アライメント部8と処理受渡部9は右側Rラインと左側Lラインの2系統設ける。
そこで、本実施形態での処理の基本的な考え方は、一方のライン(例えばRライン)蒸着して間に、他方のLラインでは基板の搬出入し、基板6とシャドウマスク81とのアライメントをし、蒸着する準備を完了させることである。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)している時間を減少させることができる。
本実施形態では、図4に示すように、基板サイズが大きくても、基板とシャドウマスクを間の隙間が1桁μm前後になるように、まず、(1) 基板を処理受渡部9に搬入し、その後、(2)前記基板をほぼ垂直に立て、次に、(3)基板6をシャドウマスク81から一定の距離、例えば0.5mm離れた位置まで接近させ、(4)シャドウマスクの反りによる基板との隙間を補正し、(5)その状態でアライメントを行なう。アライメント終了後、(6)基板6とシャドウマスク81を密着させ、(7)磁石により基板6とシャドウマスク81を吸着固定し、(8)蒸着材料を基板に蒸着する。蒸着終了後は、(9)磁石による基板6とシャドウマスク81の固定を解除し、(10)基板6をシャドウマスク81から一定の距離を離し、(11)(4)の補正を解除し、(12)基板6その他を水平にし、(13)基板6を処理受渡部9から搬出する。
上記ステップにおいて、ステップ(7)を(6)の密着の後に実施したが、その前に実施してもよい。
そこで、上記本実施形態のステップのうち(2)〜(7)及び(9)〜(12)ステップを実現する構成及び動作を順に説明する。図5は、上記ステップのうち、(2)(12)を実現する基板旋回手段92(添え字を除いた符号が92のもの)、(3)(6)(10)を実現する基板密着手段93(添え字を除いた符号が93のもの)及び(4)(11)を実現する基板端部密着手段94を有する処理受渡部9(図3参照)を示し、しかも、配線の被覆材からのアウトガスの問題を解消する真空内配線リンク機構の適用を示した図である。また、処理受渡部9の上側に設けた(7)(9)を実現する基板マスク固定手段20は後述する図9、図10に示す。
そこで、図5を用いて、まず(2)(12)を実現する基板旋回手段92を説明する。基板旋回手段92は、処理受渡部9に搬入された基板を載置、保持する基板ホルダー91、基板6及び後述する基板端部密着手段94を一体になってアライメント実施前にほぼ垂直に立て、アライメント終了後は水平状態に戻す機能を有する。
図5において、基板旋回手段92は、大別して、旋回対象である基板、基板端部密着手段94及び基板ホルダーなどの旋回部を旋回させる真空内配線リンク機構92Lと、前記旋回物を矢印Aの方向に前記機構を介して旋回駆動する旋回駆動部92Bとかなる。
真空内配線リンク機構92Lは第1リンク92L1と第2リンク92L2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92Sからなる。前記第1リンク92L1は、一端を回転支持台92kに支持され、他端を後述する基板端部密着手段94に中空部を持つように接続されている。前記第2リンク92L2は、前記基板端部密着手段94に対し前記第1リンク92L1との反対側に設けられ、一端を第1リンク92L1同様、中空部を持つように前記基板端部密着手段94に、他端を図1に示す仕切り部11に設けられた支持部11Aに接続されている。前記シール部92Sは、一端を前記基板端部密着手段の接続部に、他端をそれぞれ真空蒸着チャンバ1buの側壁と支持部11Aとに接続された第1シール部92S1と、第2シール部92S2からなる。それぞれのシール部92S1、92S2は、それぞれの両端を繋ぐベローズ92Sv1、92Sv2を有しており、また、それぞれのシール部92S1、92S2の基板端部密着手段94側の接続部は、第1リンク92L1と第2リンク92L2を回転可能に支持している。
上記実施形態では、配線94fをリンク内に敷設するためにリンク内を中空にしたが、シール部92Sはそれぞれのリンクを包含するように構成しているので、リンクと真空シール部の間に配線を敷設してもよい。この場合、リンクは必ずしも中空にする必要はない。
一方、旋回駆動部92Bは、大気側に設けられた旋回用モータ92mと、旋回用モータ92mの旋回を前記第1リンク92L1に伝達する歯車92h1、92h2と、第1リンクL1の一端を支持する回転支持台92kとを有する。なお、旋回用モータ92mは大気側に設けられた制御装置60で制御される。
なお、図5が真空蒸着チャンバ1buのRラインであるので、図1に示す仕切り部11を面対象中心としてLラインにも同一構造が配置される。従って、Rラインの第1リンク92L1、基板端部密着手段94、第2リンク92L2及びLラインの第1リンク92L1、基板端部密着手段94、第2リンク92L2の中空部は、仕切り部11に設けられた支持部11Aを介して大気で繋がっている構造となる。第2リンク92L2は必ずしも中空である必要はないが、後述するように第2リンク92L2は、仕切り部11の中空部で図5に示すB方向に移動する必要があるので、移動部で粉塵が出る可能性があり、支持部11Aと中空部の一部を形成し、大気に繋がる構造とした。
上述において、基板6を垂直に立てると基板6と基板ホルダー91との間に微小の隙間が生じる可能性もあるので、図6Aに示すように、例えば1度程度、多少傾斜させて安定して載置するとともに、基板の自重により確実に基板の撓みを解消できる。また、基板ホルダー91に下部には、基板厚さ程度の高さを有する基板支持用の突起体91tが複数設けている。基板ホルダー91上に静電吸着や機械的クランプなどの保持手段を用いなくても、前記の傾斜により基板6は、基板ホルダー91との摩擦により滑ることなく前記突起体91tにより保持されることが分かった。また、突起体91tの高さは基板厚さ程度あるので、シャドウマスクに不要な形状を設ける必要がなく、安定した信頼性の高い蒸着が可能となる。
図6Bは、図6Aに示す方法をさらに信頼性を高める方法を示したものである。即ち、基板6を垂直またはほぼ垂直に立てた時に、部材として板ばね86a等で構成される基板保持部材86で積極的に基板上部を保持する方法である。基板保持部材は真空蒸着チャンバ1buの内壁からの壁突起体12に固定されており、紙面に対し垂直方向に複数個設けることが望ましい。基板保持部材86としては基板を保護する意味で弾性部材が望ましく、板ばね86aの他、コイル状ばねあるいは弾性力のある柱状部材が考えられる。
また、基板保持部材の固定場所としては、基板を垂直またはほぼ垂直に立てた時に、基板保持部材が基板を押えることができればよく、真空蒸着チャンバ1bu内の他の構造部であってもよい。さらに、図5の説明で後述するように、基板とシャドウマスクが接触しない距離、例えば0.5mm前後を保ちながらアライメントし、その後、基板をシャドウマスクに密着させる場合は、アライメント時には基板と接触しないが、密着時には接触する厚さを持つ基板保持部材をシャドウマスク上部の基板対応する位置に設けることも可能である。
以上、本実施形態による基板旋回手段92では、基板蒸着面を上面にして搬送しているので、基板6を立てればそのまま前述したアライメントができる。
また、基板ホルダーに基板支持用の突起体91tを用いる簡単な機構で基板を保持でき、シャドウマスクのテンションを乱すことなく、信頼性の高い蒸着をすることができる。
さらに、基板保持部材を真空蒸着チャンバ1bu内の内壁を含めた構造部に設けることで、基板を垂直またはほぼ垂直に立てた時に、さらに安定して基板を保持することができ、信頼性の高い蒸着をすることができる。
第2に、ステップ(5)のアライメントを達成する構成と動作を図7を用いて説明する。図7に本実施形態によるアライメント部8を示す。本実施形態では、図7に示すように、基板6とシャドウマスク81を概ね垂直に立てて行なう。アライメント部8は、シャドウマスク81、シャドウマスク81を固定するアライメントベース82、アライメントベース82を保持し、アライメントベース82即ちシャドウマスク81のXZ平面での姿勢を規定するアライメント駆動部83、アライメントベース82を下から支持し、アライメント駆動部83の動きに協調してシャドウマスク81の姿勢を規定するアライメント従動部84、基板6と前記シャドウマスク81に設けられたアライメントマークを検出する4箇所に設けられたアライメント光学系85、アライメントマークの映像を処理し、アライメント量を求めアライメント駆動部83を制御する制御装置60(図5参照)からなる。
このような、構成を用いて次のようにアライメントを行なう。アライメントベース82は、その四隅近くであって、上部に2ヶ所81a、81b、その2ヶ所のそれぞれの下に設けられた81c、81dの計4ヶ所の回転支持部により回転可能に支持されている。
前記4箇所に設けられたアライメント光学系85により基板中心における基板6とシャドウマスク81の位置ズレ(ΔX、ΔY、θ)を検出する。この結果に基づいて、アライメントベース82上部に設けた回転支持部81aを図7に示すX方向、Z方向に、同じく上部に設けた回転支持部81bをZ方向に移動させて、前記位置ズレを解消し、アライメントする。このとき、アライメントベース82の上記移動にともない、回転支持部81bはX方向に、アライメントベース82下部に設けた回転支持部81c、81dはX及びZ方向に従動的に移動する。回転支持部81aの駆動は、真空蒸着チャンバ1buの上部壁1T上に設けられた駆動モータを有するアライメント駆動部83R、回転支持部81bの駆動及び受動はアライメント駆動部83L、及び回転支持部81c、81dの従動は真空蒸着チャンバ1buの下部壁1Y下に設けられたアライメント従動部84R、84Lで行なう。
アライメントのための機構部は、シール部を介して大気側に設けられており、真空蒸着に悪影響及ぼす粉塵等を真空内に持ち込まないようしており、また、このことによって保守性も向上できる。さらに、アライメント光学系85についても、カメラ及び光源等を真空側に突き出た内部が大気中である収納筒に収納し、同様な効果を奏している。
第3に、(3)(7)(10)の基板6とシャドウマスク81を密着させる基板密着手段93の構成及び動作について図5を用いて説明する。基板密着手段93は、基板旋回手段92を全体的に矢印B方行に移動させることによって、基板6を、まず、シャドウマスク81まで一定距離のところまで近づき、その後密着させ、蒸着後は元の位置まで戻る手段である。そのために、基板密着手段93は、基板旋回手段92を載置する旋回駆動部載置台93tと、旋回駆動部載置台93tの走行用のレール93rと、旋回駆動部載置台93tをボールネジ93nを介して駆動する接近用モータ93mを有する。仕切り部11の中空部にも、旋回駆動部載置台93tの動きに従動して、基板旋回手段92の第2リンク92L2をB方向に移動させるレール(図示せず)がある。レールと言ってもその稼動長さは高々2mm位である。このような機構を制御装置60によって制御することで、基板6をシャドウマスク81に密着させることができる。
上記実施形態によれば、蒸着時において基板の撓みを解消できる。また、基板とシャドウマスクが接触しない距離、例えば0.5mm前後を保ちながらアライメントでき、その後、基板をシャドウマスクに密着させることで、蒸着におけるボケを低減でき、高精度の蒸着が可能となる。
第4に、図5を用いて(4)(11)のシャドウマスクの反りによる基板との隙間をさらに密着させることを実現する基板端部密着手段94を説明する。基板密着手段93によって基板6をシャドウマスク81に密着させても、図8に示すようにシャドウマスク81の有する反りにより、基板端部において蒸着領域とシャドウマスク81に数十μmの隙間ができる。そこで、本実施形態では基板ホルダー91とシャドウマスク間の距離をレーザー距離計94Kで測定し、基板ホルダー91の上記端部蒸着領域の外側周囲を押圧機構部94Pで押圧し、基板とシャドウマスク間の隙間を補正し、基板をシャドウマスクに沿って密着させる。なお、94Sはケース94H内を大気雰囲気に保持するシール部である。
これを実現する基板端部密着手段94の実施形態を図5に示す。基板端部密着手段94は、ケース94Hの内部に、シャドウマスクの反りを補正し基板に沿わせるために、上部2箇所、下部に2箇所、計4箇所の補正手段94A〜94Dを設けている。計4箇所の補正手段94A〜94Dのうち上部2箇所で上部の反りを、下部2箇所で下部の反りを、右部2箇所で右部の反りを、そして、左部2箇所で左部の反りを、それぞれ補正する。
また、図5に示した実施形態においては、ケース94H内部は、基板旋回手段92のところで説明したように第1リンク92L1を介して大気側に開放されている。その結果、押圧に伴いモータ等の粉塵は大気に排出され真空蒸着に悪影響を与えることはない。また、モータへの駆動線及びセンサ部からの信号線94fをケース94Hと第1リンク92L1を介して制御装置に接続している真空内配線機構を実現しているので、配線の被覆材からのアウトガスにより真空度低下の問題の発生もない。さらに、前記ケース94Hや前記リンクを錆に強く十分な強度を持つ金属、例えばステンレス、アルミニウムで構成しているのでアウトガスの発生もない。
従って、基板端部密着手段94の上記実施形態によれば、高真空を保持でき、信頼性の高い蒸着処理をすることができる。
最後に、(7)(9)、即ち蒸着時に基板とシャドウマスクとを固定し、安定して蒸着できるようにし、蒸着終了後にその固定を解除する基板マスク固定手段20の本実施形態における第1の実施例を図9を用いて説明する。図9は、図5に基板マスク固定手段20を付加した図である。図面の複雑さを考慮し、説明に直接関係ない符号を省略している。
本実施形態における基板マスク固定手段20は、基板6とシャドウマスク81を吸着固定する永久磁石21Jを保持する基板マスク吸着体21と、前記基板マスク吸着体21を基板受渡部9の上部から矢印Cのように旋回し、前記基板マスク吸着体21を基板ホルダー91の位置まで移動させる吸着体移動手段である吸着体旋回手段22とからなる。
本実施形態における基板マスク固定手段20は、基板6とシャドウマスク81を吸着固定する永久磁石21Jを保持する基板マスク吸着体21と、前記基板マスク吸着体21を基板受渡部9の上部から矢印Cのように旋回し、前記基板マスク吸着体21を基板ホルダー91の位置まで移動させる吸着体移動手段である吸着体旋回手段22とからなる。
前記基板マスク吸着体21は、図6に示すように、旋回して基板ホルダー91に近づくと非磁性材料の基板6を挟んで磁性材料で構成されたシャドウマスク81を吸着し始め、近づくにつれて吸着力を強くし、接触すると吸着固定する。このとき、吸着力が強すぎてシャドウマスク81が変形する場合は、接触させずに、適切な吸着力が得られる位置まで旋回させて吸着固定してもよい。その結果、基板6とシャドウマスク81は一体化し、その一体化した状態で蒸着することで安定して確実に蒸着できる。
図9において、吸着体旋回手段22は、大別して、旋回対象である基板マスク吸着体21を旋回させるリンク機構22Lと、前記旋回物を矢印Cの方向に前記機構を介して旋回駆動する吸着体旋回駆動部22Bとかなる。
リンク機構22Lは、第1リンク22L1及び第2リンク22L2と、並びにそれらを真空側から隔離するシール部22Sからなる。リンク機構22Lの基本的な構成は、基板密着手段93の真空内配線リンク機構92Lと同じであるが、次の点が異なる。
第1に、本実施形態では、図4に示す基板密着手段93で基板6をシャドウマスクに密着させる動作フロー(6)の後に行なうので、基板マスク固定手段20を前後に移動させる必要はない。従って、リンクを前後に移動させるためにベローズは不要となり、それに伴いシール部も、真空蒸着チャンバ1buの側壁に第1シール部22s1を、支持部11Aに第2シール部22s2をリンク機構22が回転可能に設ければよい。逆に言えば、前記動作フロー(6)の前に行なうのであれば、真空内配線リンク機構92Lと同一構造とし、基板旋回手段92と同様に吸着体旋回手段22全体を前後に移動させることが必要である。
第2に、真空内配線リンク機構92Lのリンクは配線をするために中空であったが、リンク機構22Lでは配線がないので必ずしも中空である必要はない。
第1に、本実施形態では、図4に示す基板密着手段93で基板6をシャドウマスクに密着させる動作フロー(6)の後に行なうので、基板マスク固定手段20を前後に移動させる必要はない。従って、リンクを前後に移動させるためにベローズは不要となり、それに伴いシール部も、真空蒸着チャンバ1buの側壁に第1シール部22s1を、支持部11Aに第2シール部22s2をリンク機構22が回転可能に設ければよい。逆に言えば、前記動作フロー(6)の前に行なうのであれば、真空内配線リンク機構92Lと同一構造とし、基板旋回手段92と同様に吸着体旋回手段22全体を前後に移動させることが必要である。
第2に、真空内配線リンク機構92Lのリンクは配線をするために中空であったが、リンク機構22Lでは配線がないので必ずしも中空である必要はない。
また、第2リンク22L2の支持部11A内の回転支持体(図示せず)において、仮に粉塵が発生しても、真空内配線リンク機構92Lの第2リンクの支持体と同一空間を有しているので、前記真空内配線リンク機構92Lを介して前記粉塵を大気側に排気することが可能である。
一方、吸着体旋回駆動部22Bは、前述した旋回駆動部92Bとパワー的な規模は異なるものの、基本的には旋回駆動部92Bと同一の構造を有している。従って、基板旋回手段92のおける符号番号を92から22に置換えることができるので、ここでは説明を省略する。なお、基板マスク吸着体21の待機位置は、基板旋回手段92の旋回が支障とならないよう、基板旋回手段92の旋回領域の上部も設けるとよい。
基板マスク固定手段20の本実施形態によれば、基板マスク吸着体21を処理受渡部9と分離したあるいは別体の独立した構造とすることができるので、基板マスク吸着体21あるいは処理受渡部9の構成機構に故障等でそれらを交換する必要が生じても、基板マスク吸着体21については処理受渡部に関係なく、基板マスク吸着体21のみを交換すればよく、処理受渡部9については、基板マスク吸着体21に関係なく、処理受渡部9のみを交換すればよい。さらに、特に処理受渡部9について言えば、その構造が簡素化し保守し易くなる。従って、保守性の高い基板マスク吸着体あるいは処理受渡部を提供できる。
基板マスク固定手段20の本実施形態によれば、基板ホルダー91上に機械的クランプなどの保持手段を用いなくてもよいので、前記機械的クランプに対応したシャドウマスク部分に、前記機械的クランプを収納するような機構的な変形部を設ける必要がないので、磁場等の乱れるよるマスク部の変形もなく精度のよい蒸着をすることができる。
図10は基板マスク固定手段20の第2の実施例を示したもので、図5における基板旋回手段92等を省略して示した図である。図9に示す第1の実施例と構成または機能が同一なものは基本的には同一の符号を付している。第1の実施例と異なる点は、
第1に、基板マスク固定手段20を、第1に図9に示す磁石を電磁石23dとし、図10に示すようにその電磁石23dを多数配格子状に配置した基板マスク吸着体23で構成したことである。
第1に、基板マスク固定手段20を、第1に図9に示す磁石を電磁石23dとし、図10に示すようにその電磁石23dを多数配格子状に配置した基板マスク吸着体23で構成したことである。
第2にその基板マスク吸着体23をステンスレスあるいはアルミニウムの収納ケース23Hで囲み、その収納ケースに固定した点である。
第3に、磁石を電磁石とすると通電時は発熱するので、蒸着への影響を避けるために前記収納ケース23H内部を大気雰囲気としたことである。
第4に、前記収納ケース23H内部を大気側にするために、第1の実施例におけるリンク機構22Lを基板旋回手段92と同様に真空内配線リンク機構23Lとし、その内部に電磁石23dを駆動するための配線23fを敷設した点である。前記真空内配線リンク機構23Lは、第1の実施例におけるリンク機構22Lと異なる点は、各リンク内部を配線するために各リンクを中空とした点であり、その他の構成は基本的には同一である。
第3に、磁石を電磁石とすると通電時は発熱するので、蒸着への影響を避けるために前記収納ケース23H内部を大気雰囲気としたことである。
第4に、前記収納ケース23H内部を大気側にするために、第1の実施例におけるリンク機構22Lを基板旋回手段92と同様に真空内配線リンク機構23Lとし、その内部に電磁石23dを駆動するための配線23fを敷設した点である。前記真空内配線リンク機構23Lは、第1の実施例におけるリンク機構22Lと異なる点は、各リンク内部を配線するために各リンクを中空とした点であり、その他の構成は基本的には同一である。
上記に実施例において、電磁石23dを格子状に設けたが必ずしもその必要がない。しかしながら、一般的に、一つに基板から複数の表示部を取るために、基板上には蒸着しない部分が格子状に存在する。その場合、基板マスク吸着体で基板を保持又は固定する場合、表示部間の蒸着しない部分を保持したほうが製品上を好ましい。また、基板によっては格子パターンも異なる。そこで、格子状に配置することで非蒸着部分を固定し、場合によっては、選択すべき電磁石をON/OFF的に選択することができる。
本第2の実施例においても、例えば、基板6とシャドウマスク81を吸着固定または離脱すときに、第1の実施例では、基板マスク吸着体21と基板6との距離を調整することで、基板6やシャドウマスク81に不要な力、即ち適正な吸着力で、シャドウマスク81に不要な変形を付与することなくできたが、本実施例では、電磁石をON/OFFすることで、あるいは、電流量により吸着力を調整することで行なうことができる。その結果、シャドウマスク変形がなくなり、高精度の蒸着をすることができる。
また、本第2の実施例においては、上記の他、第1の実施例で得られる効果を得ることができる他、次の効果を得ることができる。
その第1は、基板マスク吸着体23を収納ケース23Hに収め、その収納ケース23Hを大気雰囲気としたことで、電磁石による発熱をシャドウマスク81に与えることなく、また、電磁石駆動のための配線被覆材からのアウトガスによる真空度低下という問題もない、生産性の高い装置を提供できる。
その第1は、基板マスク吸着体23を収納ケース23Hに収め、その収納ケース23Hを大気雰囲気としたことで、電磁石による発熱をシャドウマスク81に与えることなく、また、電磁石駆動のための配線被覆材からのアウトガスによる真空度低下という問題もない、生産性の高い装置を提供できる。
その第2は、電磁石を格子状に配置し、ON/OFFすべき電磁石を選択することによって様々基板パターンに対応できる。
その第3は、第3のように様々基板パターンに対応できるので、基板マスク吸着体を交換する頻度が低減できるので、装置としての稼働率を向上することができる。
また、上記第2の実施例においては、電磁石を発熱のシャドウマスクへ電熱を抑制するために、真空内配線リンク機構を用いたが、他の方法として、例えば収納ケース内23を前記真空チャンバとは隔離された真空状態にする方法もよい。
上記の第2の実施例の効果は、基板とシャドウマスクを水平にして蒸着する水平蒸着の従来の方法に第2の実施例を適用しても得られるものである。
さらに、上記の水平蒸着においては、シャドウマスク81を磁石等で全体を保持しなければシャドウマスクに撓みが発生し蒸着時に滲み、いわゆる膜ボケが発生する。そこで、電磁石中心の強度を強く周囲に向かって弱くしていくことでその撓みを補正してアライメントし、アライメント終了後、徐々に強度分布を一様に戻しながら基板あるいはシャドウマスクを近づけ、その後蒸着して膜ボケを防止すこともできる。
さらに、上記の水平蒸着においては、シャドウマスク81を磁石等で全体を保持しなければシャドウマスクに撓みが発生し蒸着時に滲み、いわゆる膜ボケが発生する。そこで、電磁石中心の強度を強く周囲に向かって弱くしていくことでその撓みを補正してアライメントし、アライメント終了後、徐々に強度分布を一様に戻しながら基板あるいはシャドウマスクを近づけ、その後蒸着して膜ボケを防止すこともできる。
上記第2の実施例では磁石として電磁石を用いたが静電磁石でも、電流量による吸着力の調整による効果を除いて電磁石と同様に多くの効果を得ることができる。
上記の第1及び第2の実施例を有する基板マスク固定手段の実施形態では、吸着体移動手段として、基板マスク吸着体21.23を上部から旋回させた吸着体旋回手段を示したが、基板マスク吸着体21,23を垂直にし側部から旋回させる吸着体旋回手段でもよいし、処理受渡部9の旋回の障害にならないようにシャドウマスク81の反対側の処理受渡部9に待機位置を設け、その位置からほぼ垂直状態あるいは垂直にある基板に向かって平行移動して基板に装着させる吸着体平行移動手段でもよい。
また、上記説明では有機ELデバイスを例に説明したが、有機ELデバイスと同じ背景にある蒸着処理をする成膜装置および成膜方法にも適用できる。
1:処理チャンバ 1bu:真空蒸着チャンバ
2:搬送チャンバ 3:ロードクラスタ
6:基板 7:蒸着部
8:アライメント部 9:処理受渡部
11:仕切り部 20:基板マスク固定手段
21:永久磁石を保持する基板マスク吸着体
21J:永久磁石 22:吸着体旋回手段
22B:吸着体旋回駆動部 23:電磁石を保持する基板マスク吸着体
23d:電磁石 23H:23の収納ケース
60:制御装置 71:蒸発源
81:シャドウマスク 81a〜d:回転支持部
82:アライメントベース 83:アライメント駆動部
83Z:Z軸駆動部 83X:X軸駆動部
84:アライメント従動部 85:アライメント光学系
86:基板保持部材 86a:板ばね
91:基板ホルダー 92:基板旋回手段
93:基板密着手段 94:基板端部密着手段
100:有機ELデバイスの製造装置 A〜D:クラスタ。
2:搬送チャンバ 3:ロードクラスタ
6:基板 7:蒸着部
8:アライメント部 9:処理受渡部
11:仕切り部 20:基板マスク固定手段
21:永久磁石を保持する基板マスク吸着体
21J:永久磁石 22:吸着体旋回手段
22B:吸着体旋回駆動部 23:電磁石を保持する基板マスク吸着体
23d:電磁石 23H:23の収納ケース
60:制御装置 71:蒸発源
81:シャドウマスク 81a〜d:回転支持部
82:アライメントベース 83:アライメント駆動部
83Z:Z軸駆動部 83X:X軸駆動部
84:アライメント従動部 85:アライメント光学系
86:基板保持部材 86a:板ばね
91:基板ホルダー 92:基板旋回手段
93:基板密着手段 94:基板端部密着手段
100:有機ELデバイスの製造装置 A〜D:クラスタ。
Claims (25)
- 基板を載置するホルダーと、前記基板とシャドウマスクとをアライメントするアライメント手段と、前記基板と前記シャドウマスクとを吸着固定する基板マスク固定手段と、真空チャンバ内で蒸着材料を前記基板に蒸着する蒸着手段とを有する成膜装置において、
前記基板マスク固定手段は、前記基板と前記シャドウマスクを吸着固定する電磁石または静電磁石である磁石と、前記磁石を保持する基板マスク吸着体と、前記マスク吸着体を収納する収納ケースを有することを特徴とする成膜装置。 - 前記基板マスク固定手段は、前記基板ホルダーとは分離して設けられたことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
- 前記基板を載置した前記基板ホルダーを水平の第2状態からほぼ垂直または垂直の第1状態に旋回移動する基板旋回手段を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜装置。
- 前記基板マスク吸着体を移動させて、前記基板ホルダーに接近あるいは接触させる吸着体移動手段を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の成膜装置。
- 一端を前記収納ケースに固定され、他端を大気に開放された中空体内に前記磁石への配線を敷設した真空内配線機構を有することを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
- 前記中空体は中空のリンク内であることを特徴とする請求項5に記載の成膜装置。
- 前記収納ケースの内部は、前記真空チャンバとは隔離された真空状態であることを特徴とする請求項1、2、5、6のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記吸着体移動手段は、前記基板ホルダーの前記第1状態時の上部側に旋回支点を有し、前記基板マスク吸着体を前記基板ホルダーの位置まで旋回させて前記吸着固定する吸着体旋回手段であることを特徴とする請求項4に記載の成膜装置。
- 前記吸着体移動手段は、前記基板ホルダーの前記第1状態時の測部側に回転支点を有し、前記基板マスク吸着体を前記基板ホルダーの位置まで旋回させて前記吸着固定する吸着体旋回手段であることを特徴とする請求項4に記載の成膜装置。
- 前記基板マスク吸着体の移動前の待機位置は、前記基板旋回手段による基板ホルダーの旋回に支障のない位置であることを特徴とする請求項4に記載の成膜装置。
- 基板を載置する基板ホルダーと、前記基板とシャドウマスクとをアライメントするアライメント手段と、前記基板と前記シャドウマスクとを吸着固定する基板マスク固定手段と、真空チャンバ内で蒸発源内の蒸着材料を前記基板に蒸着する蒸着手段とを有する成膜装置において、
前記基板ホルダーはその下部にほぼ垂直または垂直状態であるときの前記基板を支持する突起部を有することを特徴とする成膜装置。 - 前記基板ホルダーを前記シャドウマスクとは反対側に微小角傾斜させる傾斜手段を有することを特徴とする請求項11に記載の成膜装置。
- 前記突起部の高さは前記基板の厚さより低いことを特徴とする請求項11に記載の成膜装置。
- 基板を載置する基板ホルダーと、前記基板とシャドウマスクとをアライメントするアライメント手段と、前記基板と前記シャドウマスクとを吸着固定する基板マスク固定手段と、真空チャンバ内で蒸発源内の蒸着材料を前記基板に蒸着する蒸着手段とを有する成膜装置において、
ほぼ垂直または垂直状態であるときの前記基板を保持する基板保持部材を前記真空チャンバ内の構造物に設けたことを特徴とする成膜装置。 - 前記基板保持部材は、弾性部材であることを特徴とする請求項14に記載の成膜装置。
- 前記成膜装置は、前記蒸着材料として有機EL材料を用い、請求項1乃至15のいずれかに記載の成膜装置を有することを特徴とする有機ELデバイス製造装置。
- 基板を基板ホルダーに載置し、前記基板とシャドウマスクとをアライメントし、前記アライメント後に前記基板と前記シャドウマスクとを磁石によって吸着固定させて、真空チャンバ内で蒸着材料を基板に蒸着する成膜方法において、
前記吸着固定する工程を、前記基板と前記シャドウマスクを立てた状態で行なうことを特徴とする成膜方法。 - 前記吸着固定する工程は、前記吸着固定する磁石を保持する基板マスク吸着体を前記基板ホルダーに移動させて、前記基板ホルダーに接近あるいは接触させる吸着体移動工程を有することを特徴とする請求項17に記載の成膜方法。
- 前記アライメントをする前に、前記基板ホルダーを水平の第2状態からほぼ垂直または垂直の第1状態に旋回移動することを特徴とする請求項17に記載の成膜方法。
- 前記吸着体移動工程は、前記基板ホルダーの上部または側部から前記基板マスク吸着体を前記第1状態の基板ホルダーまで旋回させて、前記基板ホルダーに接近あるいは接触前記吸着固定することを特徴とする請求項18に記載の成膜方法。
- 基板を基板ホルダーに載置し、前記基板とシャドウマスクとをアライメントし、前記アライメント後に前記基板と前記シャドウマスクとを電磁石または静電磁石である磁石によって吸着固定させて、真空チャンバ内で蒸着材料を前記基板に蒸着する成膜方法において、
前記磁石を複数有し、前記複数の磁石を選択して前記吸着固定することを特徴とする成膜方法。 - 前記選択は、格子状に配置された前記複数の磁石を列単位で選択することを特徴とする請求項21に記載の成膜方法。
- 前記複数の電磁石の吸着力を制御することを特徴とする請求項21に記載の成膜方法。
- 前記吸着力を制御し、前記シャドウマスクの重力に対する撓みを補正することを特徴とする請求項23に記載の成膜方法。
- 前記蒸着材料として有機EL材料を用い、請求項17乃至24のいずれかに記載る成膜方法を有することを特徴とする有機ELデバイス製造方法。
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