JP2020063465A - 成膜装置、製造システム、有機ｅｌパネルの製造システム、及び成膜方法 - Google Patents

成膜装置、製造システム、有機ｅｌパネルの製造システム、及び成膜方法 Download PDF

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Abstract

【課題】蒸着装置において、蒸着材料の利用効率とスループットを高くするため、一つの真空チャンバに複数の蒸着ステージを設けると、基板を交換する際の作業スペースを確保するために真空チャンバの容積が大きくなり、装置のコストが増大していた。【解決手段】第１蒸着ステージ（２８）の成膜ポジションにセットされた未蒸着の基板に蒸着を完了するまでの間に、第２蒸着ステージ（３２）の第２マスク支持部（２５）を蒸着時よりも低い位置に下降させ、第２基板支持部（２４）に支持された蒸着済の基板を未蒸着の基板に基板搬送機構（３３）を用いて交換し、その後に第２マスク支持部（２５）を上昇させ、第２マスク（９）と未蒸着の基板の相対位置をアライメントし、アライメント済の未蒸着の基板を第２蒸着ステージ（３２）の成膜ポジションにセットする。【選択図】図２

Description

本発明は、成膜装置、及び成膜方法に関する。特に、同一のチャンバ内において、ひとつの蒸着ステージで基板に対して蒸着を行いながら、他のステージで基板の交換を行うことが可能な成膜装置及び成膜方法に関する。
近年、自発光型で、視野角、コントラスト、応答速度に優れた有機ＥＬ素子は、壁掛けテレビをはじめとする種々の表示装置に盛んに応用されている。
一般に、有機ＥＬ素子は、基板を真空チャンバ内に搬入し、所定パターンの有機膜を基板上に成膜する方法で製造される。より詳しくは、真空が維持された成膜チャンバ内に基板を搬入する工程、基板とマスクとを高精度に位置合わせ（アライメント）する工程、有機材料を成膜する工程、成膜済みの基板を成膜チャンバから搬出する工程、等を経て製造される。
有機材料を成膜する工程では有機材料を蒸発または昇華させて成膜するが、基板をセットする毎に有機材料を加熱する方式の場合には、加熱の度に成膜レートが安定するまで待機する必要が生じ、製造のスループットを制限してしまうことになる。
そこで、蒸着源を常に高温に維持して有機材料の成膜レートを一定にする方式が考えられるが、基板の搬送やアライメントを行う間にも有機材料の蒸発または昇華が継続するため、有機材料の無駄な損失が大きくなる。このため、製造のスループット向上と、有機材料の損失量低減を両立させる方法が試みられている。
例えば、特許文献１には、第１基板と第２基板を収容可能な真空チャンバを備え、第１基板の蒸着領域と第２基板の蒸着領域の間を蒸着源が移動可能に構成した装置が開示されている。この装置の蒸着源は、第１基板の蒸着領域と第２基板の蒸着領域の間を円弧軌道に沿って移動できる。一方の基板の搬送及びアライメントの実行と、他方の基板の蒸着を同時に行えるようにして、工程時間の短縮と材料の利用効率向上を図っている。
また、特許文献２には、真空チャンバ内に第１蒸着ステージと第２蒸着ステージを隣接して配置し、両ステージの間を蒸着源が往復移動して交互に成膜を行う装置が開示されている。この装置では、例えば一方の蒸着ステージで基板が成膜されているときに、隣接する他方の蒸着ステージに有機材料が入射しないようにするため、各蒸着ステージにはシャッターが設けられている。一方の蒸着ステージにおける基板の搬送及びアライメント工程の実行と同時に、他方の蒸着ステージにおいて基板の蒸着工程を行えるようにして、工程時間の短縮と材料の利用効率向上を図っている。
特開２０１１−６８９８０号公報 特開２０１６−１９６６８４号公報
特許文献１や特許文献２に記載された装置では、真空チャンバ内の底部に蒸着源を水平移動可能に配置し、有機材料を鉛直上方に向けて蒸発させる。各蒸着ステージには、下から順にマスク保持機構、基板保持機構が配置されるとともに、基板搬送機構や両者のアライメントを調整するアライメント調整機構が設けられている。
例えば、成膜後の基板を成膜チャンバから搬出する時には、基板保持機構を持ち上げて基板をマスクから離間させ、その後に基板を成膜チャンバの外に搬送する。また、成膜前の基板を蒸着ステージにセットする時には、成膜チャンバに搬入した基板を蒸着ステージの上方に移動して基板保持機構に保持させ、基板保持機構を下方に移動させて基板とマスクを近接させながらアライメント調整を行いセットする。
特許文献１や特許文献２に開示された成膜装置においては、工程時間の短縮と材料の利用効率向上が図られているものの、成膜装置が大型化する傾向があった。
成膜チャンバの中には、下から順に蒸着源、マスク、基板が配置されている。基板を交換する際には、所定の高さに固定されたマスクの上方で基板搬送機構が動作して基板の搬入や搬出が行われていた。この時に、基板搬送機構がマスクやマスク保持機構と干渉しないようにするためには、マスクの上方には基板搬送機構が動作可能な大きな作業空間を確保しておく必要があった。このため、成膜チャンバ（真空チャンバ）の高さや容積が大きくなってしまい、成膜装置の製造コストや輸送費が増大し、さらには成膜装置を設置する建屋の高さや床面荷重も大きくなってしまっていた。これにより、有機ＥＬ素子の製造設備のトータルコストが増大していた。
本発明は、減圧可能な成膜室と、第１蒸着ステージと、第２蒸着ステージと、前記成膜室の内部で前記第１蒸着ステージまたは前記第２蒸着ステージに移動可能な蒸着源と、制御部と、を備える成膜装置であって、前記第１蒸着ステージは、第１マスクを支持して上下動が可能な第１マスク支持部と、基板を支持可能な第１基板支持部とを備え、前記第２蒸着ステージは、第２マスクを支持して上下動が可能な第２マスク支持部と、基板を支持可能な第２基板支持部とを備え、前記制御部は、前記蒸着源に前記第１蒸着ステージの成膜ポジションにセットされた未蒸着の基板に蒸着させ、その蒸着が完了するまでの間に、前記第２蒸着ステージの前記第２マスク支持部を蒸着時よりも低い位置に下降させ、前記第２基板支持部に支持された蒸着済の基板を未蒸着の基板に基板搬送機構を用いて交換し、その後に前記第２マスク支持部を上昇させ、前記第２マスクと前記未蒸着の基板の相対位置をアライメントし、アライメント済の前記未蒸着の基板を前記第２蒸着ステージの成膜ポジションにセットする第１処理と、前記第１処理の後に、前記蒸着源を前記第１蒸着ステージから前記第２蒸着ステージに移動させる第２処理と、前記第２処理の後に、前記蒸着源に前記第２蒸着ステージの成膜ポジションにセットされた前記未蒸着の基板に蒸着させ、その蒸着が完了するまでの間に、前記第１蒸着ステージの前記第１マスク支持部を蒸着時よりも低い位置に移動させ、前記第１基板支持部に支持された蒸着済の基板を未蒸着の基板に基板搬送機構を用いて交換し、その後に前記第１マスク支持部を上昇させ、前記第１マスクと前記未蒸着の基板の相対位置をアライメントし、アライメント済の前記未蒸着の基板を前記第１蒸着ステージの成膜ポジションにセットする第３処理と、前記第３処理の後に、前記蒸着源を前記第２蒸着ステージから前記第１蒸着ステージに移動させる第４処理と、を実行する、ことを特徴とする成膜装置である。
また、本発明は、減圧可能な成膜室と、第１蒸着ステージと、第２蒸着ステージと、前記成膜室の内部で前記第１蒸着ステージまたは前記第２蒸着ステージに移動可能な蒸着源とを備え、前記第１蒸着ステージは、第１マスクを支持して上下動が可能な第１マスク支持部と、基板を支持可能な第１基板支持部とを有し、前記第２蒸着ステージは、第２マスクを支持して上下動が可能な第２マスク支持部と、基板を支持可能な第２基板支持部とを有する成膜装置を用いた成膜方法であって、前記蒸着源が前記第１蒸着ステージの成膜ポジションにセットされた未蒸着の基板に蒸着を完了するまでの間に、前記第２蒸着ステージの前記第２マスク支持部を蒸着時よりも低い位置に下降させ、前記第２基板支持部に支持された蒸着済の基板を未蒸着の基板に基板搬送機構を用いて交換し、その後に前記第２マスク支持部を上昇させ、前記第２マスクと前記未蒸着の基板の相対位置をアライメントし、アライメント済の前記未蒸着の基板を前記第２蒸着ステージの成膜ポジションにセットする第１工程と、前記蒸着源が前記第１蒸着ステージから前記第２蒸着ステージに移動する第２工程と、前記蒸着源が前記第２蒸着ステージの成膜ポジションにセットされた前記未蒸着の基板に蒸着を完了するまでの間に、前記第１蒸着ステージの前記第１マスク支持部を蒸着時よりも低い位置に下降させ、前記第１基板支持部に支持された蒸着済の基板を未蒸着の基板に基板搬送機構を用いて交換し、その後に前記第１マスク支持部を上昇させ、前記第１マスクと前記未蒸着の基板の相対位置をアライメントし、アライメント済の前記未蒸着の基板を前記第１蒸着ステージの成膜ポジションにセットする第３工程と、前記蒸着源が前記第２蒸着ステージから前記第１蒸着ステージに移動する第４工程と、を有する、ことを特徴とする成膜方法である。
本発明によれば、蒸着材料の利用効率と成膜のスループットが高く、しかも真空チャンバの容積がコンパクトなため装置価格が低廉な成膜装置、及び成膜方法を提供することが可能である。
実施形態の成膜システムの模式的な平面図。 実施形態の成膜装置の全体構成を示す模式的な断面図。 実施形態の成膜装置の全体構成を示す模式的な断面図。 マスク支持部とマスク駆動手段の一部を拡大した模式的な断面図。 実施形態の成膜装置の各部の動作を示すタイムチャート。 基板の搬出または搬入を行う際の蒸着ステージを示す模式的な断面図。 基板を搬入して基板支持部に固定した際の蒸着ステージを示す模式的な断面図。 基板を成膜位置にセットした際の蒸着ステージを示す模式的な断面図。 実施形態の成膜装置の制御ブロック図。 実施形態の有機ＥＬパネル製造システムの説明図。
本発明の実施形態である成膜装置及び成膜方法について、図面を参照して説明する。尚、以下の説明で参照する図面においては、同一の構成要素については、特に但し書きがない限り同一の番号を付して図示するものとする。
（成膜システム）
図１は、実施形態の成膜装置を含む成膜システムの模式的な平面図である。図１の成膜システムにおいては、成膜装置１００、成膜装置１０１、成膜装置１０２、搬送室３５、搬送経路１０３が、ゲートバルブ３４を介して互いに接続され、成膜システム内は所定の真空度に保たれている。成膜装置１００、成膜装置１０１、成膜装置１０２は、有機材料を基板に蒸着する成膜装置であり、各装置の基本構成は同一である。各成膜装置が同一種の有機材料を成膜するように成膜システムを構成してもよいし、成膜装置毎に異種の有機材料を成膜するように構成してもよい。各成膜装置は、２つの蒸着ステージを備えるが、成膜装置の構成と動作については、後に成膜装置１００を例に挙げて詳しく説明する。
搬送室３５は搬送ロボットを備えており、各成膜装置や搬送経路１０３に基板を搬入したり、各成膜装置や搬送経路１０３から基板を搬出したりすることができる。搬送ロボットは、可動アーム１０４と基板保持ハンド３３を備え、各成膜装置の各蒸着ステージに基板を搬入したり搬出したりすることができる。可動アーム１０４と基板保持ハンド３３は、真空装置内で安定して基板をハンドリングできるものであれば、どのような形式の機構でもよい。尚、図１では、成膜装置１００の第２蒸着ステージ３２と搬送室３５とを接続するゲートバルブ３４が開かれ、搬送ロボットが基板８をハンドリングしている状態が模式的に図示されている。
搬送経路１０３は、大気中に基板を出し入れ可能なロードロック室や、別の成膜システムに基板を搬送するための搬送路である。図１では、搬送室３５の上下左右の４方向に成膜装置や搬送経路を配置したが、本発明を実施するうえで成膜システムの形態はこの例に限る必要はなく、例えば搬送室を中心に周囲の６方向あるいは８方向に成膜室や搬送経路を配置してもよい。また、基板搬送機構である搬送ロボットは単アームに限らず、マルチアームのロボットでもよい。
（成膜装置の構成）
次に、実施形態の成膜装置の構成について、成膜装置１００を例に挙げて説明する。図２及び図３は、成膜装置１００の全体構成を示す模式的な断面図であり、各図は成膜装置１００の異なる動作状態を示している。
成膜装置１００は、成膜室の外囲器としての真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１の内部は不図示の真空ポンプにより、例えば１０−３Ｐａ以下の圧力領域まで減圧可能である。
真空チャンバ１内には蒸着源装置２が配置されており、蒸着源装置２の内部には成膜材料である有機材料が貯留され、有機材料は制御されたヒータによって加熱されて所定のレートで蒸発あるいは昇華する。蒸着源装置２の上面には、気化した有機材料を基板に向けて放出するための開口部と、必要に応じて開口部を遮蔽するためのシャッターが設けられている。
蒸着源装置２は、Ｘ軸スライド機構３とＹ軸スライド機構４によってＸ方向及びＹ方向に移動可能である。図２及び図３において、左側には第１蒸着ステージ２８が、右側には第２蒸着ステージ３２が設置されているが、蒸着源装置２はＸ軸スライド機構３によりどちらの蒸着ステージ側にも移動できる。図２は、蒸着源装置２が第１蒸着ステージ２８側に位置した状態を示し、図３は、蒸着源装置２が第２蒸着ステージ３２側に位置した状態を示している。
また、蒸着源装置２は、Ｙ軸スライド機構４により、図の紙面に対して垂直な方向に沿って直線往復走査をすることができ、各蒸着ステージにおいてＹ方向に沿って基板上に均一性の高い膜を成膜することができる。
真空チャンバ１内の第１蒸着ステージ２８側には、下から順に第１マスク７、第１基板６、マグネット板を兼用する第１押さえ板５が配置されている。第１マスク７は、一対の第１マスク支持部２０により両側から支持される。第１基板６は、第１マスク７とアライメントする時には、一対の第１基板支持部２６により両側から支持され、基板クランプ２１は第１基板６を第１基板支持部２６に固定することが可能である。
真空チャンバ１上の第１蒸着ステージ２８側には、第１マスク駆動手段１１、第１基板駆動手段１２、第１アライメント機構２２、第１アライメントカメラ２３が設けられている。第１マスク駆動手段１１は、真空チャンバ１内の第１マスク支持部２０の上下方向の位置を調整可能である。第１基板駆動手段１２は、真空チャンバ１内の第１基板支持部２６の上下方向の位置を調整可能である。第１アライメントカメラ２３は、第１基板６と第１マスク７のアライメントマークを撮像可能である。第１アライメント機構２２は、第１基板支持部２６をＸ軸方向移動、Ｙ軸方向移動、およびθ回転させることが可能である。
上述した第１蒸着ステージ２８側と同様の構成が、第２蒸着ステージ３２側にも設けられている。すなわち、真空チャンバ１内の第２蒸着ステージ３２側には、下から順に第２マスク９、第２基板８、マグネット板を兼用する第２押さえ板２７が配置されている。第２マスク９は、一対の第２マスク支持部２５により両側から支持される。第２基板８は、第２マスク９とアライメントする時には、一対の第２基板支持部２４により両側から支持され、基板クランプ２９は第２基板８を第２基板支持部２４に固定することが可能である。
真空チャンバ１上の第２蒸着ステージ３２側には、第２マスク駆動手段１３、第２基板駆動手段１４、第２アライメント機構３１、第２アライメントカメラ３０が設けられている。第２マスク駆動手段１３は、真空チャンバ１内の第２マスク支持部２５の上下方向の位置を調整可能である。第２基板駆動手段１４は、真空チャンバ１内の第２基板支持部２４の上下方向の位置を調整可能である。第２アライメントカメラ３０は、第２基板８と第２マスク９のアライメントマークを撮像可能である。第２アライメント機構３１は、第２基板支持部２４をＸ軸方向移動、Ｙ軸方向移動、およびθ回転させることが可能である。
次に、各蒸着ステージが備えるマスク駆動手段および基板駆動手段の具体的構成について、より詳しく説明する。マスク駆動手段と基板駆動手段は、それぞれ真空チャンバ１内のマスク支持部と基板支持部を上下に移動させることが可能な機構で、基本的な動作原理は同じである。そこで、第１マスク駆動手段１１を例に挙げて説明する。
図４は、第１マスク支持部２０と第１マスク駆動手段１１の一部を拡大した模式的な断面図で、同図に示すように第１マスク支持部２０の軸は、金属ベローズ１９を介して気密性が確保された状態で上下動が可能に大気側に連通している。そして、第１マスク支持部２０は、プーリー１６とタイミングベルト１５を介して伝達される駆動モータ１７の回転を、ボールねじ１８を用いて直線運動に変換することにより、上下に移動が可能である。第１蒸着ステージ２８では、マスクを支持可能な一対の第１マスク支持部２０を２軸同期制御することにより、第１マスク７の姿勢を維持しながら昇降動作を行うことが可能である。
同様に、第１基板支持部２６の軸も金属ベローズを介して気密性が確保された状態で大気側に連通しており、プーリーとタイミングベルトを介して伝達される駆動モータの回転をボールねじで直線運動に変換することにより、上下動が可能である。第１蒸着ステージ２８では、基板を支持可能な一対の第１基板支持部２６を２軸同期制御することにより、第１基板６の姿勢を維持しながら昇降動作を行うことが可能である。
そして、第２蒸着ステージ３２側の第２マスク駆動手段１３、第２基板駆動手段１４も、同様の機構を有している。
（成膜装置の動作）
次に、実施形態の成膜装置の動作について、成膜装置１００を例に挙げて説明する。実施形態の成膜装置では、一方の蒸着ステージで蒸着を行う間に、他方の蒸着ステージではマスクを下方に移動させ、基板をハンドリングするための空間を創出してから基板の交換を行う。
図５は、成膜装置１００の動作の１サイクルについて、第１蒸着ステージ、第２蒸着ステージ、蒸着源装置の各動作状態の推移を示すタイムチャートである。
まず期間Ｔ１においては、制御部が各部を制御して第１処理を実行して、以下の第１工程が実施される。すなわち、成膜装置１００の第１蒸着ステージ２８側では、第１基板６に対して蒸着を行う。蒸着源装置２は期間Ｔ１の前に第１蒸着ステージ２８側に予め移動してあり、シャッターを開いて蒸着を開始すると、Ｙ軸スライド機構４によりＹ方向に往復走査しながら基板６の蒸着領域全体に均一性の高い蒸着を行う。所定の膜厚だけ蒸着するとシャッターを閉じて蒸着を終了する。
一方、期間Ｔ１において、第２蒸着ステージ３２では、すでに蒸着済みの基板を搬出し、次に蒸着する基板を搬入して第２マスク９との相対位置をアライメントし、アライメント済の基板とマスクを成膜位置にセットする。尚、図２は、期間Ｔ１における成膜装置１００の各部の配置を示している。
次に期間Ｔ２においては、制御部が各部を制御して第２処理を実行して、以下の第２工程が実施される。すなわち、シャッターを閉じた状態の蒸着源装置２を、Ｘ軸スライド機構３により第１蒸着ステージ２８側から第２蒸着ステージ３２側に移動させる。
次に期間Ｔ３においては、制御部が各部を制御して第３処理を実行して、以下の第３工程が実施される。すなわち、期間Ｔ１に第２蒸着ステージ３２に搬入して成膜位置にセットしておいた第２基板８に対して蒸着を行う。蒸着源装置２は、シャッターを開いて蒸着を開始すると、Ｙ軸スライド機構４によりＹ方向に往復走査しながら第２基板８の蒸着領域全体に均一性の高い蒸着を行う。所定の膜厚だけ蒸着するとシャッターを閉じて蒸着を終了する。
一方、期間Ｔ３において、第１蒸着ステージ２８では、すでに期間Ｔ１に蒸着を完了した基板を搬出し、次に蒸着する基板を搬入して第１マスク７との相対位置をアライメントし、アライメント済の基板とマスクを成膜位置にセットする。尚、図３は、期間Ｔ３における成膜装置１００の各部の配置を示している。
次に期間Ｔ４においては、制御部が各部を制御して第４処理を実行して、以下の第４工程が実施される。すなわち、シャッターを閉じた状態の蒸着源装置２を、Ｘ軸スライド機構３により第２蒸着ステージ３２側から第１蒸着ステージ２８側に移動させる。
成膜装置１００は、以上説明した期間Ｔ１から期間Ｔ４の動作を繰り返し連続的に行うことにより、蒸着材料の利用効率を高め、多数の基板に対して高いスループットで蒸着を行うことができる。
次に、各蒸着ステージにおいて、蒸着済みの基板を蒸着ステージから搬出し、次に蒸着する未蒸着の基板を搬入して成膜位置にセットするまでの手順を詳しく説明する。
ここでは、図３および図６〜図８を参照して、期間Ｔ３における第１蒸着ステージ２８側の動作について説明するが、期間Ｔ１における第２蒸着ステージ３２側の動作も、手順は同様である。尚、各図において、一点鎖線１０は成膜時におけるマスク支持部の高さを示し、一点鎖線３６は蒸着源装置２の最高部位の高さを示している。
期間Ｔ３の開始時点では、第１蒸着ステージ２８には、期間Ｔ１で蒸着を完了した基板が成膜位置にセットされたままになっている。すなわち、図８に示すように、第１マスク支持部２０は成膜時における高さである一点鎖線１０のレベルにあり、蒸着済みの基板と第１マスク７を支持している。蒸着済みの基板の上面にはマグネット板を兼用する第１押さえ板５が密着しており、第１マスク７を基板の下面に吸着させている。蒸着済みの基板は、この段階では第１マスク支持部２０に支持されており、第１基板支持部２６からは離間し、基板クランプ２１は開放状態となっている。
蒸着済みの基板を、搬送ロボットの基板保持ハンド３３を用いて第１蒸着ステージ２８から搬出するために、以下の動作を行う。
まず第１押さえ板５を上昇させて蒸着済みの基板の上面から離間し、第１マスク７をマグネットによる吸引から開放する。次に、第１基板駆動手段１２を駆動して第１基板支持部２６を上昇させ、蒸着済みの基板を支持させた状態で一点鎖線１０よりも若干（例えば１０ｍｍ）高い位置に移動させる。また、第１マスク駆動手段１１を駆動して第１マスク支持部２０を下降させ、第１マスク７を支持させた状態で一点鎖線３６よりも低い位置に移動させる。蒸着源装置２は期間Ｔ２において第２蒸着ステージ３２側に移動しているため、第１マスク支持部２０を一点鎖線３６よりも低い位置まで下降させても、蒸着源装置２と干渉することはない。場合によっては、蒸着源装置２にポジションセンサを設けておき、第１マスク支持部２０を下降させる前に蒸着源装置２が第２蒸着ステージ３２側に移動しているのを確認する構成としてもよい。
本実施形態では、マスク支持部を蒸着源装置の最高部位の高さよりも低い高さにまで下降させることにより、基板支持部とマスクの間に搬送ロボットの動作スペースを創出することができる。基板支持部と搬送ロボットとの間で基板の受け渡し作業を行うには、基板支持部とマスクの間には、搬送ロボットを動作させるだけの広い作業空間が必要である。従来の成膜装置では、基板を搬送する時に、マスクを蒸着時と同じ高さに固定していたため、搬送ロボットの動作スペースを確保するためには、一点鎖線１０と真空チャンバの天井の間に広い空間を確保しておく必要があった。そして、基板支持部を真空チャンバの天井方向に大きく（例えば１５０ｍｍ）移動させて搬送ロボットの動作スペースを確保していたが、真空チャンバの高さが大きくなるため装置が大型化し、製造設備のトータルコストが増大していた。
本実施形態では、基板を搬出する時には、マスク支持部を下降させることにより、基板支持部を一点鎖線１０よりも若干高い位置に移動すれば、基板支持部とマスクの間に搬送ロボットの動作スペースを創出することができる。このため、本実施形態では一点鎖線１０と真空チャンバの天井の間に広い空間を確保する必要がないため、図２や図３に示すように真空チャンバの室内高さＨＣを低減し、成膜装置の大きさや重量を低減することができる。すなわち、製造設備のトータルコストを抑制することができる。
蒸着済みの基板を搬出する際には、図３や図６に示すように、搬送ロボットの基板保持ハンド３３を用いて蒸着済みの基板６をすくい上げるようにして保持し、ゲートバルブ３４を通過させて搬送室３５に搬出する。
蒸着済みの基板の搬出が完了すると、次に蒸着する対象である未蒸着の基板を、搬送ロボットを用いて第１蒸着ステージ２８に搬入する。各部の高さは、蒸着済みの基板を搬出する時と同様である。したがって、図６に図示された基板６は、搬出時については蒸着済みの基板であり、搬入時については未蒸着の基板であると言える。未蒸着の基板を第１基板支持部２６上に載置すると、搬送ロボットの基板保持ハンド３３は搬送室３５に退避し、ゲートバルブ３４は閉鎖される。
その後、図７に示すように、第１基板支持部２６に載置された未蒸着の第１基板６は、基板クランプ２１により固定される。
次に、第１マスク駆動手段１１を駆動して第１マスク支持部２０を上昇させ、蒸着時の高さである一点鎖線１０の位置で静止させる。第１基板支持部２６は一点鎖線１０よりも高い位置にあるが、第１アライメントカメラ２３にて第１基板６と第１マスク７のアライメントマークを同時に撮像できる位置まで第１基板を第１マスク７に近接させるように第１基板駆動手段１２を駆動して、第１基板支持部２６を下降させる。そして、第１基板６と第１マスク７の位置合わせのために、第１アライメントカメラ２３にて第１基板６と第１マスク７のアライメントマークを撮像し、撮像データに基づき制御部がアライメント補正量を演算する。
次にここで一旦、第１基板は第１基板駆動手段１２を駆動して第１基板支持部２６を上昇させる。そして、Ｘ軸方向移動、Ｙ軸方向移動及びθ回転可能な第１アライメント機構２２を演算結果に基づいて制御部が駆動し、第１基板６をアライメント目標位置に移動させる。
第１基板６をアライメント目標位置に移動させた後に、再び第１基板６を第１基板駆動手段１２を駆動して第１基板支持部２６を下降させて、蒸着時の高さである一点鎖線１０の位置で静止させる。そして上方にあるマグネット板を兼用する第１押さえ板５を下降させると、マグネットの磁力で磁性体である第１マスク７が吸い寄せられ、第１基板６の下面と密着する状態になる。第１基板６と第１マスク７が密着状態になった後、基板クランプ２１をアンクランプ状態にする。
次に、第１基板支持部２６を少しだけ下降させることによって、第１基板６は第１マスク７と密着した状態のまま第１マスク支持部２０に積載された状態になる。すなわち、図８に示す成膜位置にセットされた状態となる。
ここまでの動作を、図５に示す期間Ｔ３の間、すなわち第２蒸着ステージ３２側で基板への成膜が終了するまでの間に完了させる。
（制御系）
次に、図９の制御ブロック図を参照して、実施形態の成膜装置１００の制御系の構成について説明する。尚、成膜装置１００の制御系は、図１に示す成膜システム全体を制御する制御系の一部を構成するものであってもよい。尚、図示の便宜上、図９には制御部と接続された要素のうち、一部だけを示している。
制御部５０は、成膜装置１００の動作を制御するためのコンピュータで、内部には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート等を備えている。ＲＯＭには、成膜装置１００の基本動作に関わる動作プログラムが記憶されている。
本実施形態の成膜方法に関わる各種処理を実行するためのプログラムは、基本動作プログラムと同様にＲＯＭに記憶させておいてもよいが、ネットワークを介して外部からＲＡＭにロードしてもよい。あるいは、プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体を介して、ＲＡＭにロードしてもよい。
Ｉ／Ｏポートは、外部機器やネットワークと接続され、例えば蒸着に必要なデータの入出力を、外部のコンピュータ５１との間で行うことができる。また、Ｉ／Ｏポートは、不図示のモニターや入力装置と接続され、成膜装置の動作状態情報を操作者に表示したり、操作者からの命令入力を受け付けたりすることができる。
制御部５０は、第１マスク駆動手段１１、第１基板駆動手段１２、第１アライメント機構２２、基板クランプ２１と接続され、第１蒸着ステージ２８の各部の動作を制御する。また、制御部５０は、第２マスク駆動手段１３、第２基板駆動手段１４、第２アライメント機構３１、基板クランプ２９と接続され、第２蒸着ステージ３２の各部の動作を制御する。
また、制御部５０は、Ｘ軸スライド機構３、Ｙ軸スライド機構４と接続され、蒸着源装置２の位置を制御する。また、制御部５０は、蒸着源装置２と接続され、蒸着源装置２のヒータやシャッターの動作を制御する。
さらに、制御部５０は、第１アライメントカメラ２３、第２アライメントカメラ３０、蒸着源装置のポジションセンサ、マスク支持部のポジションセンサ、等のセンサと接続され、各部の制御に必要な情報を入手する。
また、制御部５０は、搬送ロボットの制御部やゲートバルブ３４の制御部と接続され、基板の搬出や搬入を行う際には、これらと協業して動作タイミングの同期調整を行う。場合によっては、制御部５０は、搬送ロボットやゲートバルブ３４の動作を直接制御してもよい。
制御部５０は、これら各部の動作を制御して、各蒸着ステージにおける基板の搬入、蒸着、基板の搬出を含めた成膜工程全般にかかる処理を実行する。
以上説明したように、本実施形態の成膜装置および成膜方法では、一方の蒸着ステージで蒸着が完了すると、蒸着源装置を他方の蒸着ステージに移動させ、蒸着を開始する。そして、他方の蒸着ステージにおける蒸着が完了するまでの間に、一方の蒸着ステージではマスク支持部を下方に移動させて蒸着済の基板の搬出と未蒸着の基板の搬入を行い、マスクとのアライメントを完了させ成膜ポジションにセットする。そして、他方の蒸着ステージで蒸着が完了すると、蒸着源装置を一方の蒸着ステージに移動させ、蒸着を開始する。そして、一方の蒸着ステージにおける蒸着が完了するまでの間に、他方の蒸着ステージではマスク支持部を下方に移動させて蒸着済の基板の搬出と未蒸着の基板の搬入を行い、その後マスクをアライメント位置に上昇させ、マスクと基板のアライメントを完了させ成膜ポジションにセットする。以上を繰り返し行うことにより、同一の真空チャンバ内の２つの蒸着ステージに交互に搬入される新しい基板に対し、連続的に蒸着を行うことが可能となる。つまり、同一の真空チャンバ内で、成膜と基板交換を同時に並行して行うことで、有機ＥＬ素子を製造する際に蒸着材料の利用効率を高め、成膜のスループットを高速化することが可能となる。
さらに、本実施形態では、基板を搬出または搬入する時にはマスク支持部を蒸着ポジションやアライメント位置よりも下方に下降させるので、基板支持部を成膜位置よりも若干高い位置に移動すれば、基板支持部とマスクの間に搬送ロボットの動作スペースを創出することができる。本実施形態では、成膜位置と真空チャンバの天井の間に広い空間を確保する必要がないため、真空チャンバの室内高を縮小し、成膜装置の大きさや重量を低減することができる。このため、有機ＥＬ素子の製造設備のトータルコストを抑制することができる。
［他の実施形態］
尚、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
例えば、基板を交換する際には、マスク支持部を蒸着源装置の最高部位の高さよりも低い高さにまで下降させるのが好ましいが、蒸着源装置の最高部位よりも高い位置までの下降で搬送ロボットの動作空間が確保できる場合には、その位置まででもよい。要は、基板を交換する際にマスク支持部を下降させることにより、基板支持部とマスクの間に搬送ロボットの動作スペースを創出し、真空チャンバの高さを抑制できればよい。
また、一つの成膜装置が複数の蒸着ステージを備える系であれば本発明は実施可能であり、例えば一つの成膜装置が３以上の蒸着ステージを備えていてもよい。
図１０は、本発明を実施した、有機ＥＬパネルを製造する製造システム３００の説明図である。製造システム３００は、複数の成膜装置１００、搬送室１１０１、搬送室１１０２、搬送室１１０３、基板供給室１１０５、マスクストック室１１０６、受渡室１１０７、ガラス供給室１１０８、貼合室１１０９、取出室１１１０等を備えている。各成膜装置１００は、成膜材料の違いやマスクの違いなど細かい点で相違する部分はあるものの、基本的な構成（特に基板の搬送やアライメントに関わる構成）はほぼ共通している。そして、上述したように、各成膜装置１００は、一方の蒸着ステージにおける蒸着が完了するまでの間に、他方の蒸着ステージではマスク支持部を蒸着ポジションやアライメント位置よりも下方に移動させて蒸着済の基板の搬出と未蒸着の基板の搬入を行い、その後マスクを上昇させ、基板とマスクとのアライメントを完了させ成膜ポジションにセットする。
搬送室１１０１、搬送室１１０２、搬送室１１０３には、搬送機構であるロボット１１２０が配置されている。ロボット１１２０によって各室間の基板の搬送が行われる。製造システム３００に含まれる複数の成膜装置１００は、お互いが同一材料を成膜する装置であってもよいし、異なる材料を成膜する装置であってもよい。例えば、各成膜装置が互いに異なる発光色の有機材料を蒸着する製造システムでもよい。製造システム３００では、ロボット１１２０によって搬送された基板に有機材料を蒸着したり、あるいは金属材料等の無機材料の薄膜を例えば蒸着により形成する。
基板供給室１１０５には、外部から基板が供給される。マスクストック室１１０６には、各成膜装置１００にて用いられ、膜が堆積したマスクが、ロボット１１２０によって搬送される。マスクストック室１１０６に搬送されたマスクを回収することで、マスクを洗浄することができる。また、マスクストック室１１０６に洗浄済みのマスクを収納しておき、ロボット１１２０によって成膜装置１００にセットすることもできる。
ガラス供給室１１０８には、外部から封止用のガラス材が供給される。貼合室１１０９において、成膜された基板に封止用のガラス材を貼り合わせることで、有機ＥＬパネルが製造される。製造された有機ＥＬパネルは、取出室１１１０から取り出される。
以上のように、本発明は有機ＥＬ素子を構成する有機膜を成膜する際に好適に実施され得るが、それ以外の成膜に用いてもかまわない。
１・・・真空チャンバ／２・・・蒸着源装置／３・・・Ｘ軸スライド機構／４・・・Ｙ軸スライド機構／５・・・第１押さえ板／６・・・第１基板／７・・・第１マスク／８・・・第２基板／９・・・第２マスク／１０・・・成膜時におけるマスク支持部の高さを示す一点鎖線／１１・・・第１マスク駆動手段／１２・・・第１基板駆動手段／１３・・・第２マスク駆動手段／１４・・・第２基板駆動手段／１５・・・タイミングベルト／１６・・・プーリー／１７・・・駆動モータ／１８・・・ボールねじ／１９・・・金属ベローズ／２０・・・第１マスク支持部／２１・・・基板クランプ／２２・・・第１アライメント機構／２３・・・第１アライメントカメラ／２４・・・第２基板支持部／２５・・・第２マスク支持部／２６・・・第１基板支持部／２７・・・第２押さえ板／２８・・・第１蒸着ステージ／２９・・・基板クランプ／３０・・・第２アライメントカメラ／３１・・・第２アライメント機構／３２・・・第２蒸着ステージ／３３・・・基板保持ハンド／３４・・・ゲートバルブ／３５・・・搬送室／３６・・・蒸着源装置２の最も高い部分の高さを示す一点鎖線／５０・・・制御部／５１・・・外部のコンピュータ／１００、１０１、１０２・・・成膜装置／１０３・・・搬送経路／１０４・・・可動アーム／３００・・・有機ＥＬパネルを製造する製造システム／１１０１、１１０２、１１０３・・・搬送室／１１０５・・・基板供給室／１１０６・・・マスクストック室／１１０７・・・受渡室／１１０８・・・ガラス供給室／１１０９・・・貼合室／１１１０・・・取出室／１１２０・・・ロボット

Claims (11)

  1. 減圧可能な成膜室と、第１蒸着ステージと、第２蒸着ステージと、前記成膜室の内部で前記第１蒸着ステージまたは前記第２蒸着ステージに移動可能な蒸着源と、制御部と、を備える成膜装置であって、
    前記第１蒸着ステージは、第１マスクを支持して上下動が可能な第１マスク支持部と、基板を支持可能な第１基板支持部とを備え、
    前記第２蒸着ステージは、第２マスクを支持して上下動が可能な第２マスク支持部と、基板を支持可能な第２基板支持部とを備え、
    前記制御部は、
    前記蒸着源に前記第１蒸着ステージの成膜ポジションにセットされた未蒸着の基板に蒸着させ、その蒸着が完了するまでの間に、前記第２蒸着ステージの前記第２マスク支持部を蒸着時よりも低い位置に下降させ、前記第２基板支持部に支持された蒸着済の基板を未蒸着の基板に基板搬送機構を用いて交換し、その後に前記第２マスク支持部を上昇させ、前記第２マスクと前記未蒸着の基板の相対位置をアライメントし、アライメント済の前記未蒸着の基板を前記第２蒸着ステージの成膜ポジションにセットする第１処理と、
    前記第１処理の後に、前記蒸着源を前記第１蒸着ステージから前記第２蒸着ステージに移動させる第２処理と、
    前記第２処理の後に、前記蒸着源に前記第２蒸着ステージの成膜ポジションにセットされた前記未蒸着の基板に蒸着させ、その蒸着が完了するまでの間に、前記第１蒸着ステージの前記第１マスク支持部を蒸着時よりも低い位置に移動させ、前記第１基板支持部に支持された蒸着済の基板を未蒸着の基板に基板搬送機構を用いて交換し、その後に前記第１マスク支持部を上昇させ、前記第１マスクと前記未蒸着の基板の相対位置をアライメントし、アライメント済の前記未蒸着の基板を前記第１蒸着ステージの成膜ポジションにセットする第３処理と、
    前記第３処理の後に、前記蒸着源を前記第２蒸着ステージから前記第１蒸着ステージに移動させる第４処理と、
    を実行する、ことを特徴とする成膜装置。
  2. 前記制御部は、
    前記第１処理において、前記第２マスク支持部を前記蒸着源の最高部位の高さより低い高さに下降させ、
    前記第３処理において、前記第１マスク支持部を前記蒸着源の最高部位の高さより低い高さに下降させる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記制御部は、
    前記第１処理において、前記基板搬送機構に前記第２基板支持部に支持された蒸着済の基板を前記成膜室から搬出させた後、前記基板搬送機構に未蒸着の基板を前記成膜室に搬入させて前記第２基板支持部に支持させ、
    前記第３処理において、前記基板搬送機構に前記第１基板支持部に支持された蒸着済の基板を前記成膜室から搬出させた後、前記基板搬送機構に未蒸着の基板を前記成膜室に搬入させて前記第１基板支持部に支持させる、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
  4. 前記制御部は、
    前記第１処理から前記第４処理を繰り返し実行する、
    ことを特徴とする請求項１乃至３の中のいずれか１項に記載の成膜装置。
  5. 請求項１乃至４の中のいずれか１項に記載の成膜装置を複数台備える、
    ことを特徴とする製造システム。
  6. 請求項１乃至４の中のいずれか１項に記載の成膜装置を複数台備え、少なくとも一台の前記成膜装置の前記蒸着源は有機材料の蒸着源である、
    ことを特徴とする有機ＥＬパネルの製造システム。
  7. 減圧可能な成膜室と、第１蒸着ステージと、第２蒸着ステージと、前記成膜室の内部で前記第１蒸着ステージまたは前記第２蒸着ステージに移動可能な蒸着源とを備え、
    前記第１蒸着ステージは、第１マスクを支持して上下動が可能な第１マスク支持部と、基板を支持可能な第１基板支持部とを有し、前記第２蒸着ステージは、第２マスクを支持して上下動が可能な第２マスク支持部と、基板を支持可能な第２基板支持部とを有する成膜装置を用いた成膜方法であって、
    前記蒸着源が前記第１蒸着ステージの成膜ポジションにセットされた未蒸着の基板に蒸着を完了するまでの間に、前記第２蒸着ステージの前記第２マスク支持部を蒸着時よりも低い位置に下降させ、前記第２基板支持部に支持された蒸着済の基板を未蒸着の基板に基板搬送機構を用いて交換し、その後に前記第２マスク支持部を上昇させ、前記第２マスクと前記未蒸着の基板の相対位置をアライメントし、アライメント済の前記未蒸着の基板を前記第２蒸着ステージの成膜ポジションにセットする第１工程と、
    前記蒸着源が前記第１蒸着ステージから前記第２蒸着ステージに移動する第２工程と、
    前記蒸着源が前記第２蒸着ステージの成膜ポジションにセットされた前記未蒸着の基板に蒸着を完了するまでの間に、前記第１蒸着ステージの前記第１マスク支持部を蒸着時よりも低い位置に下降させ、前記第１基板支持部に支持された蒸着済の基板を未蒸着の基板に基板搬送機構を用いて交換し、その後に前記第１マスク支持部を上昇させ、前記第１マスクと前記未蒸着の基板の相対位置をアライメントし、アライメント済の前記未蒸着の基板を前記第１蒸着ステージの成膜ポジションにセットする第３工程と、
    前記蒸着源が前記第２蒸着ステージから前記第１蒸着ステージに移動する第４工程と、を有する、
    ことを特徴とする成膜方法。
  8. 前記第１工程においては、前記第２マスク支持部を前記蒸着源の最高部位の高さより低い高さに下降させ、
    前記第３工程においては、前記第１マスク支持部を前記蒸着源の最高部位の高さより低い高さに下降させる、
    ことを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
  9. 前記第１工程においては、前記基板搬送機構が前記第２基板支持部に支持された蒸着済の基板を前記成膜室から搬出した後、前記基板搬送機構が未蒸着の基板を前記成膜室に搬入して前記第２基板支持部に支持させ、
    前記第３工程においては、前記基板搬送機構が前記第１基板支持部に支持された蒸着済の基板を前記成膜室から搬出した後、前記基板搬送機構が未蒸着の基板を前記成膜室に搬入して前記第１基板支持部に支持させる、
    ことを特徴とする請求項７または８に記載の成膜方法。
  10. 前記第１工程から前記第４工程を繰り返し行う、
    ことを特徴とする請求項７乃至９の中のいずれか１項に記載の成膜方法。
  11. 請求項７乃至１０の中のいずれか１項に記載の成膜方法により、
    有機ＥＬ素子の有機膜を成膜する、
    ことを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
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