JP3592689B2 - 電磁石を用いた有機電界発光素子製作用蒸着装置及びこれを用いた蒸着方法 - Google Patents

電磁石を用いた有機電界発光素子製作用蒸着装置及びこれを用いた蒸着方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界発光素子(Organic Electro−Luminescent Display;OELD)を製造するのに使用する蒸着装置を及びこれを用いた蒸着方法、より詳しくは、電磁石と永久磁石を利用することによって、ガラス基板上にパターン形成用をシャドーマスクを精密に整列・密着させた後、真空蒸着工程を遂行することができる装置及び方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
有機電界発光表示装置(○ELD)はZnS、Cas等の半導体材料である電界発光素子(以下“EL素子”という)に電界を加えた場合に起きる発光を用いたディスプレー装置であり、’74年日本シャープ(SHARP)社の高輝度の長寿名薄膜EL素子を発表して以来、多くの研究によってELディスプレーの実用化が急進展されており、コダック(Kodak)社のTang(C.W.Tang)が有機色素を利用して薄膜EL素子を製作し、高輝度の緑色発光が可能なことを報告した後、駆動電圧が低く工程が有利な有機ELに関する研究が活性化された。
【0003】
高駆動電圧や青色発光での低い効率性等多くの短所を持っている無機物電界発光素子(GaN,ZnS,SiC)を代替するために開発された有機電界発光素子は、有機薄膜として発光層とキャリア輸送層を製作した注入型素子であり、単分子有機EL素子としては、アンドレアゼン、Alq3(アルミノキノリノール錯体)及びシクロペンタジエン誘導体が主流をなし、このような単分子素子らは低駆動電圧と100nmに近い薄い薄膜素材としての長所を持っているが、高熱に対する安全性と、電圧供給時のライン熱発生による分子再配列等の短所を有している。
【0004】
一方、高分子有機EL素子としては、PPP(poly<p−phenylene>)、PPV(poly<−phenylene vinylene>)などが使われ、このような素子は熱安全性及び低駆動電圧の長所を有するが、短い寿命と効率面で短所を有している。
【0005】
有機EL素子(OELD)の積層構造は、大きく単層型と多層型とに分けられるが、まず、単層型は、電極/発光層/電極の構造からなり、電子注入電極である陰極は、小さな仕事関数を有する金属のCa,Mg,Alなどが使われる。このように仕事関数が低い金属を電子注入電極に使用する理由は、電極と電界発光有機物の間に形成される障壁を低くすることによって、電子注入において高電流密度を得ることができるためである。
【0006】
一方、陽極は、ホール注入のための電極であり、仕事関数が高く発光された光が素子の外に出られるように透明金属酸化物を使用し、ITO(indium tin oxide)が最も広く使われて、約30nm程度の厚さを有する。ITOの場合、光学的に透明であるという長所を有する反面、制御が容易ではないという短所を有する。陽極物質に高仕事関数を有する金属を使用することは、陽極での非発光再結合を通じた効率減少を防止することができるからである。
【0007】
次に、基板材料には大部分ガラスを使用し、発光層(EML)材料にはAlq3、アンスラセン(Anthracene)等の単分子有機ELとPPV(poly(p−phenylenevinylene))、PT(polythionphene)などとこれらの誘導体である高分子有機EL物質が使われ、低駆動電圧での電荷放出のためにEML層の薄い薄膜化(100nm)が必要である。
【0008】
一方、多層型は、単層型の積層構造にETL(Electron transporting Layer)という電子輸送層とHTL(Hole Transporting Layer)というホール輸送層とが追加されている。ETLはオキサジアゾール(oxadiazole)誘導体などを使用し、HTLはジアミン誘導体のTPDと光伝導性高分子であるpoly(9−vinylacrbazole)を用いることになる。
【0009】
このような輸送層の組合を通じて量子効率(photons out par charge injected)を高め、キャリアが直接注入されず、輸送層通過の2段階注入過程を通じて駆動電圧を低くすることができ、発光層に注入された電子とホールが発光層を経由して反対側電極に移動時、反対側輸送層に妨げられることによって再結合調節が可能である。これを通じて発光効率を向上させることが出来るという長所がある。
【0010】
また、発光効率を改善して所望の色相を得るために、普通発光層に数パーセントの有機物質をドーピングして、高い電気伝導度、低い仕事関数と腐食によく耐えるために電極は金属合金で構成され、普通2種類の異なる金属を同時蒸着させて形成する。
【0011】
従って、ガラス基板上に電極と有機発光層を一定パターンによって蒸着するべきであり、このための遮蔽手段として使われるものがシャドーマスクである。すなわち、基板上に所望のパターン状のシャドーマスクを接触させた後、蒸着を遂行すると、所望のパターンの電極または発光層を形成することができることである。本発明では、既に陽極パターンが形成された基板を使用し、その上にパターンを有する有機物層を蒸着するためにシャドーマスクを使用する。
【0012】
この時、あらかじめ設計されたパターンと一致させるためにシャドーマスクとガラス基板の整列がなされるべきであり、このためにCCDカメラで観察しながらガラス基板及びシャドーマスクに形成されたマークが一致するようにシャドーマスクを移動させた後、シャドーマスクをガラス基板上に密着する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
従来の製造設備では、整列された状態でシャドーマスクを有機基板面に密着させるために、シャドーマスクを上下昇降させる着脱装置を利用するが、この場合、シャドーマスク中央部全体面が回路パターン形成のためにガラス基板に密着されなければならないので、前述したシャドーマスク着脱装置はシャドーマスクの縁部のみを支持する状態でガラス基板底面に密着させる。従って、薄い金属板よりなるシャドーマスクの中央部が重力によって垂れる現象が発生する。特に、シャドーマスクの面積が広くなるほど(すなわち、製造されるOELDの大きさが大きくなるほど)、中央部の垂れる現象はさらに激しくなってガラス基板表面とシャドーマスクとが離隔されることによって正確な回路パターン形成が不可能であるという短所があった。
【0014】
このような短所を克服するために、ガラス基板上部に永久磁石を配置し、ガラス基板とシャドーマスクを整列した状態で永久磁石を下向させ整列された金属性シャドーマスクを引き付けることによって、基板に密着させる装置が開発された。しかし、このような装置でも基板とシャドーマスクの整列時(すなわち、永久磁石がマスクを引っ張る前)シャドーマスクが垂れる現象が依然として残っており、このために正確な整列がむずかしいという短所は克服できなかった。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者らは、このような短所を克服するために電磁石と永久磁石を備えたシャドーマスク安着テーブルを使用するシャドーマスク着脱装置を開示したことがある。この装置を利用すれば正確な整列という目的が達成できるが、安着テーブルが基板の下に固定されているので、蒸着を遂行することができなかった。従って、前述した着脱装置を備える整列チャンバーで基板がシャドーマスクを整列して基板とマスクを密着させた後、再び蒸着チャンバーに移動して蒸着を遂行した。従って、蒸着に所要されるチャンバーや時間が増加されるため、全体的な生産効率が落ちるだけでなく、製造コストも上昇する問題があった。
【0016】
本発明は、このような短所を克服するために着眼されたものであり、電磁石と永久磁石を同時に備えるシャドーマスク安着テーブルを利用することによって、整列時にもガラス基板とシャドーマスクが平行に配置されるようにし、シャドーマスク安着テーブルに3軸位置移動手段を適用することによって、正確な整列が可能で、整列後には永久磁石を含むシャドーマスクホルダーユニットを利用してガラス基板とマスクを密着させた後、シャドーマスク安着テーブルを作業位置の外へ移動させた後、同じチャンバー内で蒸着工程が遂行できるようにする。従って、正確な整列及び優れた蒸着効率が同時に達成できる。
【0017】
本発明の目的は、永久磁石と電磁石を用いたシャドーマスク着脱装置を備えた有機電界発光素子製作用蒸着装置を提供することである。
【0018】
本発明の他の目的は、ガラス基板とシャドーマスクの正確な整列及び整列・密着・蒸着時のシャドーマスク位置制御が容易に行える蒸着装置及び方法を提供することである。
【0019】
本発明の他の目的は、シャドーマスクの大きさと関係がなく、全体面積にわたってガラス基板との優れた密着を可能にし、整列時にもガラス基板とマスクを平行に維持することによって、優れた基板−マスク整列を可能にする蒸着装置を提供することである。
【0020】
本発明の他の目的は、シャドーマスクとガラス基板との整列・密着以後に、使われたシャドーマスク安着テーブルを作業位置の外へ移動させた後、同じチャンバー内で蒸着工程を遂行することができる装置及び方法を提供することである。
【0021】
本発明の他の目的は、上記のような装置を利用してマスクの位置制御を遂行することによって、有機電界発光素子の蒸着品質及び蒸着効率を向上させることが出来る蒸着方法を提供することである。
【0022】
前述したような目的を達成するために、本発明による有機電界発光素子蒸着装置は次のような構成よりなる。
【0023】
真空チャンバー;と、
真空チャンバー上部に配置されガラス基板を支持し、整列されたシャドーマスクをガラス基板上に密着させるための永久磁石を備えるシャドーマスクホルダーユニット;と、
シャドーマスクを搭載するためにシャドーマスクホルダーユニット下部に配置され、上部にあるガラス基板と搭載されたガラス基板とを整列するために外部に連結された制御部によって制御される3軸位置移動手段と、一つ以上の永久磁石及び電磁石を含むシャドーマスク安着テーブル;と、
上記ガラス基板とシャドーマスクの整列状態を確認するための光学整列確認手段;と、
真空チャンバー内で上記シャドーマスク安着テーブルを左右に移動させるための線形ガイド手段;と、
真空チャンバー外部に配置され上記3軸位置移動手段の位置、線形ガイド手段及び電磁石に印加される電流の極性と大きさを制御するための制御部とを含む。
【0024】
上記シャドーマスクホルダーユニットの永久磁石は、ホルダーユニット全体にわたって所定間隔で配置される一つ以上の永久磁石よりなり、シャドーマスク安着テーブルには全体にわたって配置される一つ以上の電磁石・永久磁石アセンブリーが備えられて、電磁石に印加される電流の大きさ及び/または極性を変化させることによって、安着テーブルの磁力を調節することができる。
【0025】
本発明の第1の実施の形態によれば、シャドーマスクホルダーユニットは、大きく永久磁石を含む磁石ブロックと磁石ブロック上部に固定されて磁石ブロックをチャンバー内で上下移動させる支持棒と、上記磁石ブロックに対して上下弾性移動できる基板ホルダーとからなる。
【0026】
基板ホルダーは、また磁石ブロックの四隅に形成された貫通溝内に挿入される4つの弾性スプリングと、弾性スプリング内部に挿入されて磁石ブロックに対して弾性的に上下移動する4つの上下移動棒と、2つの上下移動棒に結合されて、ガラス基板の縁部を歩くための係止突起を有する2つの基板支持バーとからなる。
【0027】
磁石ブロックは、底面側に所定間隔ごとに磁石安着溝が形成された上板と、上記上板に対応して所定間隔をおいて離隔された下板と、上記上板及び下板の間に水平方向に介在される多数の永久磁石と、上記上板と下板の間に設けられ、これらの縁部を支持する離隔フレームとからなる。
【0028】
一方、本発明の第2の実施の形態によれば、上記シャドーマスクホルダーユニットは、中空ブロックと、中空ブロック内部に配置され永久磁石を含む磁石ブロックと、中空ブロック上部に固定され中空ブロックをチャンバー内で上下移動させる第1の支持棒と、上記磁石ブロック上部に固定され磁石ブロック内部で上下に移動させるための第2の支持棒と、上記中空ブロックに対して上下に弾性移動できる基板ホルダーとからなり、上記基板ホルダーは、中空ブロックの四隅に形成された貫通溝内に挿入される4つの弾性スプリングと、弾性スプリング内部に挿入され磁石ブロックに対して弾性的に上下移動する4つの上下移動棒と、2つの上下移動棒に結合されてガラス基板との縁部を係止するための係止突起を有する2つの基板支持バーとからなる。
【0029】
上記シャドーマスク安着テーブルは、一つ以上の電磁石・永久磁石アセンブリーを備えて3軸位置移動手段によって移動する電磁石ブロックと、シャドーマスクを安着するためのマスク安着板とからなる。それぞれの電磁石・永久磁石アセンブリーは電磁石コアと、電磁石コア下部に配置される永久磁石と、電磁石コア及び永久磁石を囲むロールと、ロール周囲に巻き取られているコイルとからなる。3軸位置移動手段はx、y、θ方向へ上記シャドーマスク安着テーブルを移動させるように動作する。
【0030】
また、線形ガイド手段は、安着テーブルが安着される線形レール、及び上記線形レールに沿って安着テーブルを移動させるための駆動手段(駆動モータ)で構成されている。
【0031】
前述した装置を用いた蒸着方法を次のように前述した二つの実施の形態によって次のような2種類方法で具現され得る。
【0032】
まず、本発明の第1の実施の形態による装置を利用する第1の方法は次のような段階で構成される。
【0033】
上記シャドーマスクを真空用ロボットによって安着テーブル上に搭載した後、安着テーブルは線形ガイド手段によって作業位置の外へ移動すると、シャドーマスクホルダーユニット上に真空用ロボットを用いてガラス基板を搭載して固定し、安着テーブルを作業位置に再移動した後、上記電磁石に電流を正方向(安着テーブルの永久磁石と同じ極性方向を有するように電磁石の磁性を惹き起こす方向)に流し、シャドーマスクを安着テーブルに密着させた後、ガラス基板の下に移動させる第1段階;と、
上記光学整列手段を利用して確認しながら、上記3軸位置移動手段を利用して安着テーブルの位置を制御することによって、ガラス基板とシャドーマスクとを整列する第2段階;と、
上記電磁石逆方向の電流を印加して安着テーブルの磁力をホルダーユニットの磁力より小さくすることによって、シャドーマスクが上下移動してガラス基板と密着されるようにする第3段階;と、
上記線形ガイド手段を利用して安着テーブルを蒸着作業空間の外へ移動させる第4段階;及び、
真空状態で蒸着を遂行する第5段階とからなる。
【0034】
上記第3段階で、ホルダーユニットの磁力によってシャドーマスクがガラス基板に密着された後、基板+マスクが取り付けられたホルダーユニットを蒸着位置であるチャンバー上部に移動させ、電磁石に印加されていた電流を遮断する第6段階をさらに含むことができる。この場合、既にシャドーマスクがホルダーユニット近くへ移動してホルダーユニットにある永久磁石の磁力範囲内にあるので、電磁石に流れる電流を遮断しても安着テーブル側に引き付けられない。
【0035】
第1段階でガラス基板を搭載・固定する方式は、磁石ブロックを上に移動させて基板ホルダーの上下移動棒がチャンバー上端のストッパーの弾性スプリングによって、下に移動した状態でガラス基板を基板支持バーの係止突起に係止するように挿入した後、磁石ブロックを下に下げると、ストッパーと上下移動棒の接触が解除されながら、弾性スプリングによって上下移動棒が上に移動し、結果的に挿入されたガラス基板が磁石ブロックに密着固定されるようになる。もちろん、ガラス基板を挿入する時より磁石ブロックがさらに下へ降りてきたため、下に配置されたシャドーマスクとさらに近くなる。
【0036】
一方、本発明の第2の実施の形態による装置を利用する第2の方法は次のように構成されている。
【0037】
上記磁石ブロックを中空ブロック上部に位置させた状態で、上記シャドーマスクホルダーユニット上にガラス基板を搭載して固定し、上記シャドーマスクを安着テーブル上に搭載する第1段階;と、
上記光学整列確認手段を利用して確認しながら、上記3軸位置移動手段を利用して安着テーブルの位置を制御することによって、ガラス基板のシャドーマスクとを整列する第2段階;と、
上記磁石ブロックを中空ブロック下部に移動させ、上記電磁石に逆方向の電流を印加して安着テーブルに及ぶ磁力をホルダーユニットの磁力より小さくすることによって、シャドーマスクが上下移動してガラス基板と密着されるようにする第3段階;と、
上記線形ガイド手段を利用して安着テーブルを蒸着作業空間の外へ移動させる第4段階;及び、
真空状態で上記チャンバー内で蒸着を遂行する第5段階とからなる。
【0038】
一方、第1の方法及び第2の方法の何れも、上記第5段階の蒸着過程が完了した後、シャドーマスクを基板と分離するために、▲1▼上記線形ガイド手段を利用して安着テーブルを蒸着作業空間に復帰させ、▲2▼シャドーマスクホルダーユニットを下に降下した後、上記安着テーブルの電磁石に正方向電流を印加することによって、安着テーブルの磁力を増加させ、シャドーマスクをシャドーマスク安着テーブル上に落下させるマスク分離段階をさらに含むことが出来る。
【0039】
また、第2の方法では上のようなマスク分離段階の外に、▲1▼上記線形ガイド手段を利用して安着テーブルを蒸着作業空間に復帰させ、▲2▼シャドーマスクホルダーユニットを下に降下した後、上記磁石ブロックを中空ブロック上部に移動させてシャドーマスクを基板から分離してシャドーマスク安着テーブル上に落下させるマスク分離段階をさらに含むことが出来、上記▲2▼の過程の途中に、上記電磁石に逆方向電流を印加することができる。これは以下で説明するように、ホルダーユニットと安着テーブルの磁力が強すぎて薄いマスクが曲がるか、または変形されることを防止するためである。
【0040】
【発明の実施の形態】
以下では、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0041】
図1は、従来技術(永久磁石のみを用いた)による有機電界発光素子の整列及び蒸着装置に対する構成図であり、チャンバー10と、チャンバー内部に配置されて永久磁石を備えるシャドーマスクホルダーユニット20と、ガラス基板ホルダー30と、シャドーマスクホール40、CCDカメラ50、及び3次元整列手段(図示せず)とからなる。
【0042】
ガラス基板とシャドーマスクの整列過程を注意深くみると、まずガラス基板ホルダー30にガラス基板60を搭載し、マスクホルダーにシャドーマスク70を搭載した後、CCDカメラ50で観察しながら3次元整列手段を稼動してガラス基板の整列マーク(M)とマスク上の整列マーク(M’)が一致するまでガラス基板ホルダー30及び/またはシャドーマスクホルダー40を移動させる。整列された後にはシャドーマスクホルダーユニット20を下に移動させた後、永久磁石の磁力を利用してマスクを引きつけてガラス基板と密着されるようにする。その後には真空状態で蒸着を遂行する。
【0043】
この場合、整列段階で広いシャドーマスクが単に周辺部のみがホルダーに支持されるために中央部が垂れるようになり、これによって、十字マーク部分でガラス基板とマスクとが平行した状態ではなくなる。このような問題点を解決するためのシャドーマスクの両端を引っ張って引張させるテンション維持装置80が備えられるが、垂れる現象を完全に解決できず、これによって、マスクの中間部位が垂れた状態で永久磁石が降下してシャドーマスクをグラスに付着するようになれば、垂れていた中心部位が上がってくっ付き、整列状態が不良となり得るので、テンションを維持する過程でもシャドーマスクが伸びるか、垂れが発生できるだけでなく、テンション維持装置の重さによって真空ロボットへ移送するのに難しさがあった。
【0044】
図2は、本発明の第1の実施の形態による蒸着装置の全体構成を示す断面図であり、大きく真空チャンバー100と、真空チャンバー内部に位置するシャドーマスクホルダーユニット200と、シャドーマスク安着テーブル300及び線形ガイド手段400と、チャンバー内部または外部に位置して基板とマスクの整列状態を確認するための光学手段としての4つのCCDカメラとからなる。
【0045】
その外に、チャンバー下部には蒸着に使われる蒸着源(sourceまたはEffusion Cell)が配置され、シャドーマスク整列後、安着テーブルを蒸着作業空間の外へ移動させて蒸着源の加熱によって蒸着源に含まれた有機物が蒸発して基板に蒸着される。参考までに、この時、基板とシャドーマスクは整列付着状態で回転させることが望ましい。
【0046】
図でチャンバー左側壁には、ガラス基板交換のための開口部が形成されており、バルブ810によって開口部が開閉される。また、外部のロボットによって自動でガラス基板がシャドーマスクユニットホルダー200にローディング及びアンローディングできる。右側下端に配置された駆動モータ420は線形レール410と共に線形ガイド手段を構成し、シャドーマスク安着テーブル300を左右に移動させる役割をする。
【0047】
安着テーブルに含まれる3軸位置移動手段340は、その上に載置された電磁石ブロック310をx、y、θ方向に微細移動させることによって、シャドーマスクのガラス基板の整列を遂行する。各構成部分に対しては以下の図3及び図4を参考してより詳細に説明する。
【0048】
図3は、蒸着装置の主要部分のみを拡大して示した断面図であり、真空チャンバー100の一部と、シャドーマスクホルダーユニット200、シャドーマスク安着テーブル300及び線形ガイド手段400とチャンバー内部または外部に位置する4つのCCDカメラ500が示されている。簡単にするためにチャンバー下部の構成は省略した。
【0049】
シャドーマスクホルダーユニット200は、また永久磁石を含む磁石ブロック210と、磁石ブロックの上部に固定され磁石ブロックをチャンバー内で上下移動させる支持棒220と、上記磁石ブロックに対して上下に弾性移動できる基板ホルダー230とで構成される。
【0050】
基板ホルダー230は、磁石ブロックの四隅に形成された貫通ホールに挿入される4つの弾性スプリング231と、弾性スプリング内部に挟まれる4つの上下移動棒232と、2つの上下移動棒の下部に連結されて磁石ブロックの一辺に沿って長く延びて先端にガラス基板係止突起234を備える2つのガラス基板支持バー233とで構成されている。また、チャンバー上面には基板ホルダー230の上下移動棒232に対応される位置に4つの基板ホルダーストッパー110が突起形態で形成されている。これらの詳細な構成及び動作状態は図4a及び図5a乃至図5dを参照して詳細に説明する。
【0051】
シャドーマスク安着テーブル300は、3軸位置移動手段340によって位置移動でき、内部に多数の電磁石・永久磁石アセンブリーを備える電磁石ブロック310と、マスクを安着するシャドーマスク安着板32とでなり、シャドーマスク600をシャドーマスク安着板320上に移送するためのマスク移送ハンドル330をさらに備えることが出来る。
【0052】
シャドーマスク安着テーブル300をシャドーマスクホルダーユニット200下で左右に移動するための線形ガイド手段400は、電磁石ブロック310を左右に移動させるための線形レール410と線形レールに沿って電磁石ブロック(シャドーマスク安着テーブル)を移動させるための駆動手段としての駆動モータ(図2の420)で構成されている。
【0053】
図4aは、シャドーマスクホルダーユニット200の磁石ブロック210と基板ホルダー230の細部構成図である。
【0054】
磁石ブロック210は、多数の磁石安着溝211が形成されたニッケル等の金属材質からなる上板212と、上板212と平行に所定間隔をおいて離隔されている下板213と、上板と下板の間に垂直方向へ挿入される多数の永久磁石241と、上板と下板の周辺部に連結されて上板と下板を離隔状態で支持する離隔フレーム215とで構成されている。また、上板、下板及び支持フレームの四つの角部には基板ホルダー230の弾性スプリング231と上下移動棒232を挿入するために4つの貫通溝216が形成されている。
【0055】
シャドーマスクホルダーユニット200にある永久磁石214の配置において各永久磁石の極性方向は制限がなく、製作便宜上全ての永久磁石を同じ極性方向に配置することが望ましい(図では全ての永久磁石が下部がN極、上部がS極となるように配置されている)。
【0056】
基板ホルダー230は、磁石ブロックの貫通溝216に挿入される4つの弾性スプリング231と、弾性スプリング内部に挿入される4つの上下移動棒232と、2つの上下移動棒の下部に連結されて磁石ブロックの一辺に沿って長く延びている2つのガラス基板支持バー233とからなり、各ガラス基板支持バー233の端部にはガラス基板の一辺が係止できるようにガラス基板係止突起234が形成されている。図ではガラス基板支持バー233を上下移動棒232に連結するために連結ボルト235を利用しており、上下移動棒232のヘッド部分は弾性スプリングの直径より大きな直径を有して、上下移動棒が下に移動する場合、上下移動棒のヘッド部分と弾性スプリングの干渉によって上へと弾性力を受けるようになっている。また、上下移動棒のヘッドは、上下移動棒が上板を離脱できないように貫通溝の上部に位置した止め手段(図示せず)によって支持されている。
【0057】
図4aではガラス基板700が基板ホルダーによって支持なされて磁石ブロックの下板213に密着されている状態を示している。
【0058】
図4bは、シャドーマスク安着テーブル300の内部構成図であり、前述した磁石ブロック210と類似な構成(上板、下板、離隔フレーム)をしている電磁石ブロック310と、シャドーマスク安着板320とが示されている。電磁石ブロック310中には垂直方向に配置される多数の電磁石・永久磁石アセンブリー340が備えられている。
【0059】
それぞれの電磁石・永久磁石アセンブリー340は、上部に位置する電磁石コア341と、電磁石コア下部に位置する永久磁石342、電磁石コア及び永久磁石を囲むロール343及びロール周囲に巻き取られるコイル344とで構成されている。電磁石コアは電流によって磁力を生成できる磁性体であり、フェライト系列の磁性体またはニッケルなどが利用され得る。コイルに流れる電流の大きさと極性を変化すれば、永久磁石の磁力を強化または弱化させることができるので、電磁石ブロックの全体磁力を自在に変化させることができる。
【0060】
例えば、図4bのように永久磁石342をN極が上を向くように配置し、電磁石に正方向電流を印加して電磁石コアの上側をやはりN極で形成すれば、永久磁石の磁力と電磁石の磁力が出されて全体的に安着テーブルの磁力が増加するようになる。逆に、逆方向電流を印加して電磁石コアの上側にS極が形成されるようにすれば永久磁石の磁力を減少させて全体的な磁力が減るようになることである。
【0061】
シャドーマスクホルダーユニット200の永久磁石214配置と同様に電磁石・永久磁石アセンブリーの配置時永久磁石342極性方向には制限がなく、同様に全ての永久磁石342を同様な極性方向に配置することが望ましい。ただ、この場合、電磁石に巻き取られるコイルの巻き線方向を皆同一にしておくことによって、一定極性の電流を印加した時、全ての電磁石・永久磁石アセンブリーが同一な磁力を生成するようにしなければならない。
【0062】
また、電磁石コア341の周囲と底を覆いかぶせる磁性体遮蔽を設けることによってシャドーマスク方向の磁力を極大化することが望ましい。
【0063】
図では前述した形態の電磁石・永久磁石アセンブリーを利用したが、必ずこのような形態に限定されるものではない。一つ以上の永久磁石と永久磁石の磁力を強化または弱化させるための一つ以上の電磁石からなっている限り、いかなる形態でもよい。例えば、一つの大きな板型永久磁石とその上に配置される一つ以上の電磁石で構成され得る。
【0064】
図5a乃至図5dは、本発明による蒸着装置を利用して一つのチャンバー内部でマスク−基板整列及び蒸着を同時に遂行する過程を示す図である。
【0065】
図5aは、本発明による蒸着装置のシャドーマスク安着テーブル300上にシャドーマスク600をローディングする過程である。薄いシャドーマスクを保護するためにマスクをシャドーマスク安着板320上に載置した後、真空用ロボットを利用してシャドーマスク安着テーブル300上部面にローディングする。
【0066】
図5bは、ガラス基板ローディング過程を示すものであり、支持棒220が上下移動することによって、磁石ブロック210を上に移動させれば、基板ホルダー230の上下移動棒232の上部がチャンバー100上面に配置された基板ホルダーストッパー110と干渉されて下に移動する。従って、ガラス基板支持バー233が下に移動して磁石ブロック210とある程度離隔される。この状態でガラス基板700をガラス基板支持バー233のガラス基板係止突起234に押し入れることによって、基板がローディングされる。ガラス基板ローディング後には、磁石ブロック210が再び下に移動し、図4cと同じように、弾性スプリング231の弾性復原力によって、ガラス基板支持バー233が上昇することでガラス基板が磁石ブロック210の下面に密着される。
【0067】
図5cと同じように、この場合、シャドーマスクを搭載したシャドーマスク安着テーブル300は、既に基板の下部に位置している。また電磁石ブロックの電磁石コア341には、永久磁石342の磁力を強化する方向である正方向に電流が印加されることによって、下に移動してシャドーマスクと近くなった磁石ブロック210の永久磁石によってシャドーマスク600が上に引き付けられないようにしなければならい(図4bのような形態)。
【0068】
図5cはシャドーマスクとガラス基板を整列する過程を示すものである。電磁石に正方向電流を印加してシャドーマスクをシャドーマスク安着テーブル300上に密着させた状態で、CCDカメラ500で確認しながらシャドーマスクの整列マークとガラス基板の整列マークとが一致するまでシャドーマスク安着テーブル300の3軸位置移動手段を駆動してシャドーマスク安着テーブル300をx、y、θ方向に微細調整する。
【0069】
整列が終われば、制御部(図示せず)は電磁石に逆方向の電流を流し、シャドーマスク安着テーブルの磁力を減少させる。従って、相対的に磁力が大きな磁石ブロック210によってシャドーマスクが上方へ引き上げられてガラス基板と密着するようになる。
【0070】
基板とシャドーマスクが密着された後には、基板と磁石ブロックを蒸着位置に上昇して印加された逆方向電流を遮断することが望ましい。電流を遮断してもシャドーマスクは既に磁石ブロック210の磁力フィールド支配下にあるので、安着テーブルに引き下がることがなく、むしろ継続して電流を印加する時発生する熱によって基板−マスクの蒸着特性を変化することを防止するのにも有用であるからである。
【0071】
本実施の形態で磁石ブロック210下に基板が密着された状態で基板表面の最大磁束は300ガウス程度であり、安着テーブルにある電磁石ブロックの磁束は電流印加前は約300ガウス、正方向電流印加時には約400ガウス、逆方向電流印加時には約200ガウス程度であった。従って、シャドーマスクが基板に密着された後には電流を遮断しても基板−マスクの密着状態はそのまま維持されるものである。
【0072】
図5dは蒸着段階を示したものであり、ガラス基板700とシャドーマスク600が整列・密着された状態で、線形ガイド手段400の駆動モータ(図示せず)が駆動されることによって、安着テーブルが線形レールに沿って右側に移動することで作業領域(蒸着領域)の外へ離れる。
【0073】
この状態でチャンバー下部にある蒸着源を加熱すれば、加熱によって蒸着源に含まれた有機物が蒸発して基板に蒸着される。上記のすべて段階は真空で行われ、蒸着段階の間、基板とシャドーマスクは整列付着状態で回転することによって均一の蒸着を達成できるようにする。
【0074】
一方、蒸着過程が終了されると、他の基板上の蒸着を遂行するために基板からマスクを分離しなければならない。すなわち、マスクを分離して新しい(未蒸着)基板を再装着して整列及び蒸着を遂行しなければならない。
【0075】
このようなマスク分離過程は示されないが、次のような方式で行われる。
【0076】
まず、▲1▼蒸着過程間作業領域の外にあった安着テーブルを蒸着空間に復帰させ、▲2▼シャドーマスクホルダーユニットを下に降下した後、上記安着テーブルの電磁石に正方向電流を印加することによって、安着テーブルの磁力を増強させ、シャドーマスクをシャドーマスク安着テーブル上に落下させる。
【0077】
図6は、本発明の第2の実施の形態による蒸着装置の全体構成図である。
【0078】
シャドーマスクホルダーユニットを除外した他の構成要素は、皆第1の実施の形態による装置と同様なので重複説明は省略する。
【0079】
第2の実施の形態によるシャドーマスクホルダーユニット200は、中の空いた直方体状の中空ブロック250と、中空ブロック内部に配置されて永久磁石を含む磁石ブロック260と、中空ブロック上部に固定され中空ブロックをチャンバー内で上下移動させるための第1の支持棒270と、上記第1の支持棒に挿入され一端が磁石ブロック上部に固定されて磁石ブロックを中空ブロック内部で上下に移動させるための第2の支持棒280と、上記中空ブロックに対して上下に弾性移動できる基板ホルダー230とで構成され、基板ホルダー230は中空ブロック250の四隅に形成された貫通溝内に挿入される4つの弾性スプリング231と、弾性スプリング内部に挿入され磁石ブロックに対して弾性的に上下移動する4つの上下移動棒232と、2つの上下移動棒に結合されて、ガラス基板の縁部を係止するための係止突起を有する2つのガラス基板支持バー233とからなる。
【0080】
第2の実施の形態によるシャドーマスクホルダーユニットは磁石ブロック260の外に、中空ブロック250をさらに備えており、ホルダーユニット全体の上下移動を遂行する第1の支持棒270の外に、中空ブロック内で磁石ブロックのみを上下に移動させるための第2の支持棒280を備えるという点が第1の実施の形態と相異する。
【0081】
図7は第2の実施の形態による装備を利用して蒸着を遂行する過程を示す。図5a乃至図5dとは違って、シャドーマスクホルダーユニットが中空ブロック及び磁石ブロックを含んでおり、各段階で二ブロックの相対的な位置が変化するのでこれを中心に説明する。
【0082】
まず、図7aは使用するシャドーマスクをローディングする段階を示すものであり、ロボットとマスクキャリアハンドル330を利用してシャドーマスクを安着テーブル上に装着する。この過程で磁石ブロック260は中空ブロック250の上部に位置することによって、永久磁石の磁力がマスクに及ばないようにする。
【0083】
その次に、図5bと類似の過程として、基板をホルダーユニット上に装着した後、下に移動して図7bのような整列段階に進入する。
【0084】
整列段階では図5a乃至図5dの第1の実施の形態と同様に、シャドーマスク安着テーブルの電磁石に正方向電流を印加してシャドーマスクがテーブル上に密着されるようにする。整列過程が進む間、シャドーマスクホルダーユニットの磁石ブロック260は中空ブロック250の上部にそのまま維持させることによって、磁力がマスクに及ばないようにする。この状態で、CCDカメラで観察しながら3軸位置移動手段(図示せず)を駆動して整列を遂行する。
【0085】
整列が終われば、シャドーマスクを基板に密着させるために、図7cのようなシャドーマスクホールディング過程が遂行される。すなわち、電磁石に逆方向電流を印加すると同時に、磁石ブロック260を中空ブロック250下へ移動させる。電磁石の磁力に比べて永久磁石(磁石ブロック)による磁力がさらに強くなるので、シャドーマスク600は上に引き上げられてガラス基板700と密着され、密着された後は、マスクホルダーユニットを上部の蒸着位置へ移動させる。蒸着位置では安着テーブルとマスクとの間の距離が遠ざかるので安着テーブルの磁力はほとんど影響がない。従って、印加していた逆方向電流を除去してもかまわない。
【0086】
図7dは蒸着過程を示すものであり、基板+マスクを装着したシャドーマスクホルダーユニットが蒸着位置に上昇した後、線形ガイド手段を利用してシャドーマスク安着テーブル300を(蒸着)作業空間の外へ移動させ、均一の蒸着のためにシャドーマスクホルダーユニットを回転させながら蒸着を遂行する。
【0087】
図8は蒸着過程が完了した後、マスクを基板から分離するための過程を示すものである。
【0088】
図示された過程は前述した基板−マスク分離方法中第2の実施の形態に関するものである。
【0089】
まず、蒸着が完了すれば、シャドーマスク安着テーブル300を再び作業空間(すなわち、シャドーマスクホルダーユニット下部)に復帰させ、シャドーマスクホルダーユニットを整列段階と同じ高さまで降下する(図8a)。その次に、中空ブロック250内部の磁石ブロック260を上部に移動させれば(永久)、磁石ブロックによる磁力が弱くなってシャドーマスクがガラス基板から分離されて下に落下するようになる(図8b)。落下されたシャドーマスクは、安着テーブル上に再び搭載され、新しい基板が装着されて図7b〜図7dのような過程が繰返し行われる。この時、シャドーマスク安着テーブルの磁石(電磁石+永久磁石)とシャドーマスクホルダーユニットの磁石(磁石ブロック)が互い対等な強い磁力でマスクを引っ張っているので、マスクが薄い場合には分離中に曲がるか、または変形できる。従って、これを防止するために、電磁石に逆方向電流を印加して磁力を弱化させることができる。
【0090】
また、シャドーマスク変形の恐れがない場合には、磁石ブロックの移動無しに単に電磁石に正方向電流を印加して磁力を増加させることによってマスクを分離することができる。
【0091】
分離された後には、シャドーマスクホルダーユニットが基板交替のために、またチャンバー上部に移動するようになり、上部に移動した後にはシャドーマスク安着テーブルは、電磁石の影響無きマスクを維持することができるため、印加されていた逆方向または正方向電流を皆除去してもよい(図8c)。
【0092】
【発明の効果】
以上のように本発明では、電磁石と永久磁石を備えるシャドーマスク安着テーブルを利用することによって、シャドーマスクとガラス基板を優秀に整列できるだけでなく、シャドーマスクが基板に整列・密着された後に安着テーブルを作業領域の外へ移動させる線形ガイド手段を利用することによって、一つのチャンバー内でマスク−基板整列と蒸着過程を同時に遂行することができる。
【0093】
従って、有機電界発光表示素子の製作に必要なチャンバーの数を減少させることができるだけでなく製作時間及び製作コストを画期的に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術による有機電界発光素子の整列及び蒸着装置に関するものである。
【図2】本発明の第1の実施の形態による蒸着装置の全体構成を表す断面図である。
【図3】蒸着装置の主要部分だけを拡大して示した断面図である。
【図4a】シャドーマスクホルダーユニットの磁石ブロックと基板ホルダーの細部構成図である。
【図4b】シャドーマスク安着テーブルの細部構成図である。
【図5a】本発明による蒸着装置を利用して一つのチャンバー内部でマスク−基板整列及び蒸着を同時に行う過程を示す図である。
【図5b】本発明による蒸着装置を利用して一つのチャンバー内部でマスク−基板整列及び蒸着を同時に行う過程を示す図である。
【図5c】本発明による蒸着装置を利用して一つのチャンバー内部でマスク−基板整列及び蒸着を同時に行う過程を示す図である。
【図5d】本発明による蒸着装置を利用して一つのチャンバー内部でマスク−基板整列及び蒸着を同時に行う過程を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態による蒸着装置の全体構成図である。
【図7a】第2の実施の形態による装備を利用して蒸着を遂行する過程を示すものである。
【図7b】第2の実施の形態による装備を利用して蒸着を遂行する過程を示すものである。
【図7c】第2の実施の形態による装備を利用して蒸着を遂行する過程を示すものである。
【図7d】第2の実施の形態による装備を利用して蒸着を遂行する過程を示すものである。
【図8a】蒸着過程が完了した後にマスクを基板と分離するための過程を示すものである。
【図8b】蒸着過程が完了した後にマスクを基板と分離するための過程を示すものである。
【図8c】蒸着過程が完了した後にマスクを基板と分離するための過程を示すものである。
【符号の説明】
10 チャンバー
110 ストッパー
200 シャドーマスクホルダーユニット
210、260 (永久)磁石ブロック
220 支持棒
230 基板ホルダー
250 中球ブロック
270 第1の支持棒
289 第2の支持棒
300 シャドーマスク安着テーブル
310 電磁石ブロック
320 シャドーマスク安着板
400 線形ガイド手段
410 線形レール
500 CCDカメラ
600 シャドーマスク
700 ガラス基板

Claims (17)

  1. 真空チャンバー;と、
    真空チャンバー上部に配置され上下に移動してガラス基板を支持し、整列されたシャドーマスクをガラス基板上に密着させるための永久磁石を備えるシャドーマスクホルダーユニット;と、
    シャドーマスクを搭載するためにシャドーマスクホルダーユニット下部に配置され、上部にあるガラス基板と搭載されたガラス基板とを整列するために外部に連結された制御部によって制御される3軸位置移動手段と、1つ以上の永久磁石及び電磁石を含むシャドーマスク安着テーブル;と、
    上記ガラス基板とシャドーマスクの整列状態を確認するための光学整列確認手段;と、
    真空チャンバー内で上記シャドーマスク安着テーブルを左右に移動させるための線形ガイド手段;と、
    真空チャンバー外部に配置され上記3軸位置移動手段、線形ガイド手段、及び電磁石に印加される電流の極性と大きさを制御するための制御部とを含むことを特徴とする有機電界発光素子製作用蒸着装置。
  2. 上記シャドーマスクホルダーユニットは、永久磁石を含む磁石ブロックと磁石ブロック上部に固定されて磁石ブロックをチャンバー内で上下移動させる支持棒と、上記磁石ブロックに対して上下に弾性移動できる基板ホルダーとからなり、
    上記基板ホルダーは磁石ブロックの四隅に形成された貫通溝内に挿入される4つの弾性スプリングと、弾性スプリング内部に挿入されて磁石ブロックに対して弾性的に上下移動する4つの上下移動棒と、2つの上下移動棒に結合されてガラス基板の縁部を係止するための係止突起を有する2つの基板支持バーとからなることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子製作用蒸着装置。
  3. 上記磁石ブロックは、底面側に所定間隔ごとに磁石安着溝が形成された上板と、上記上板に対応して所定間隔をおいて離隔された下板と、上記上板及び下板の間に水平方向に介在される多数の永久磁石と、上記上板と下板の間に設けられてこれらの縁部を支持する離隔フレームとからなることを特徴とする請求項2に記載の有機電界発光素子製作用蒸着装置。
  4. 上記シャドーマスク安着テーブルは、一つ以上の電磁石・永久磁石アセンブリーを備えて3軸位置移動手段によって移動する電磁石ブロックと、シャドーマスクを安着するためのマスク安着板とからなり、
    上記それぞれの電磁石・永久磁石アセンブリーは電磁石コアと、電磁石コア下部に配置される永久磁石と、電磁石コア及び永久磁石を囲むロールと、ロール周囲に巻き取られているコイルとからなることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子製作用蒸着装置。
  5. 上記線形ガイド手段は、シャドーマスク安着テーブルが安着される線形レール、及び上記線形レールに沿ってシャドーマスク安着テーブルを左右に移動させるための駆動手段で構成されることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子製作用蒸着装置。
  6. 上記シャドーマスクホルダーユニットは、中空ブロックと、上記中空ブロック内部に配置されて永久磁石を含む磁石ブロックと、中空ブロック上部に固定され中空ブロックをチャンバー内で上下移動させる第1の支持棒と、上記第1の支持棒に挿入され一端が磁石ブロック上部に固定されて磁石ブロックを中空ブロック内部で上下に移動させるための第2の支持棒と、上記中空ブロックに対して上下に弾性移動できる基板ホルダーとからなり、
    上記基板ホルダーは、中空ブロックの四隅に形成された貫通溝内に挿入される4つの弾性スプリングと、弾性スプリング内部に挿入され磁石ブロックに対して弾性的に上下移動する4つの上下移動棒と、2つの上下移動棒に結合されてガラス基板の縁部を係止するためのガラス基板係止突起を有する2つのガラス基板支持バーとからなることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子製作用蒸着装置。
  7. 請求項1〜5のいずれかの蒸着装置を用いた方法であって、上記シャドーマスクをホルダーユニット上にガラス基板を搭載して固定し、上記シャドーマスクをシャドーマスク安着テーブルに密着させた後、ガラス基板の下に移動させる第1段階;と、
    上記光学整列手段を利用して確認しながら、上記3軸位置移動手段を利用してシャドーマスク安着テーブルの位置を制御することによってガラス基板とシャドーマスクとを整列する第2段階;と、
    上記電磁石に逆方向の電流を印加してシャドーマスク安着テーブルの磁力をホルダーユニットの磁力より小さくすることによって、シャドーマスクが上向移動してガラス基板と密着されるようにする第3段階;と、
    上記線形ガイド手段を利用してシャドーマスク安着テーブルを蒸着作業空間の外へ移動させる第4段階;及び、
    真空状態で上記チャンバー内で蒸着を遂行する第5段階;とで構成されることを特徴とする有機電界発光素子製作用蒸着方法。
  8. 上記第3段階で、ホルダーユニットの磁力によってシャドーマスクがガラス基板に密着された後、ガラス基板と磁石ブロックを蒸着位置に上昇させて電磁石に印加されていた逆方向電流を遮断する第6段階をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子製作用蒸着方法。
  9. 上記第1段階で、ガラス基板を搭載・固定する段階は、
    上記磁石ブロックを上に移動させて基板ホルダーの上下移動棒がチャンバー上端に備えられたストッパーと干渉され、下に移動した状態でガラス基板をガラス基板支持バーのガラス基板係止突起に係止するように挿入する段階と;
    磁石ブロックを下に下げると、基板ホルダーストッパーと上下移動棒との接触が解除されながら弾性スプリングによって上下移動棒が上へ移動し、結果的に挿入されたガラス基板が磁石ブロックに密着・固定される段階とで構成されることを特徴とする請求項7または8に記載の有機電界発光素子製作用蒸着方法。
  10. 上記第1段階で、ガラス基板を搭載・固定する段階の途中には、シャドーマスクがシャドーマスク安着テーブル上に密着・固定するように上記電磁石に正方向電流を印加することによって、電磁石ブロックの磁力を増加させることを特徴とする請求項9に記載の有機電界発光素子製作用蒸着方法。
  11. 請求項6項による蒸着装置を用いた方法であって、
    上記磁石ブロックを中空ブロック上部に位置させた状態で、上記シャドーマスクホルダーユニット上にガラス基板を搭載して固定し、上記シャドーマスクをシャドーマスク安着テーブル上に搭載する第1段階;と、
    上記光学整列確認手段を利用して確認しながら、上記3軸位置移動手段を利用してシャドーマスク安着テーブルの位置を制御することによって、ガラス基板のシャドーマスクとを整列する第2段階;と、
    上記磁石ブロックを中空ブロック下部に移動させ、上記電磁石に逆方向電流を印加してシャドーマスク安着テーブルに及ぶ磁力をシャドーマスクホルダーユニットの磁力より小さくすることによって、シャドーマスクが上下移動してガラス基板と密着されるようにする第3段階;と、
    上記線形ガイド手段を利用してシャドーマスク安着テーブルを蒸着作業空間の外へ移動させる第4段階;及び、
    真空状態で上記チャンバー内で蒸着を遂行する第5段階;とで構成されることを特徴とする有機電界発光素子製作用蒸着方法。
  12. 上記第3段階で、シャドーマスクホルダーユニットの磁力によってシャドーマスクがガラス基板に密着された後、シャドーマスクホルダーユニットを蒸着位置に上昇させ、電磁石に印加されていた逆方向電流を遮断する第5段階をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の有機電界発光素子製作用蒸着方法。
  13. 上記第1段階でガラス基板を搭載・固定する段階は、
    上記中空ブロックを上に移動させて基板ホルダーの上下移動棒がチャンバー上端に備えられた基板ホルダーストッパーと干渉され、下に移動した状態でガラス基板をガラス基板支持バーのガラス基板係止突起に係止するように挿入する段階と、
    中空ブロックを下に下げると、基板ホルダーストッパーと上下移動棒との接触が解除されながら、弾性スプリングによって上下移動棒が上に移動し、結果的に挿入されたガラス基板が磁石ブロックに密着・固定される段階とで構成されることを特徴とする請求項11または12に記載の有機電界発光素子製作用蒸着方法。
  14. 上記第1段階で、ガラス基板を搭載・固定する段階の途中には、シャドーマスクがシャドーマスク安着テーブル上に密着・固定されるように上記電磁石に正方向電流を印加することによって、電磁石ブロックを磁力を増加させることを特徴とする請求項13に記載の有機電界発光素子製作用蒸着方法。
  15. 上記第5段階の蒸着過程が完了した後、シャドーマスクを基板から分離するために、
    ▲1▼上記線形ガイド手段を利用してシャドーマスク安着テーブルを蒸着作業空間に復帰させ、
    ▲2▼シャドーマスクホルダーユニットを下に降下した後、上記磁石ブロックを中空ブロック上部に移動させてシャドーマスクをガラス基板から分離してシャドーマスク安着テーブル上に落下させる第7段階をさらに含むことを特徴とする請求項11または12に記載の有機電界発光素子製作用蒸着方法。
  16. 上記▲2▼の過程の途中に、上記電磁石に逆方向電流を印加することを特徴とする請求項15に記載の有機電界発光素子製作用蒸着方法。
  17. 上記第5段階の蒸着過程が完了した後、シャドーマスクを基板から分離するために、
    ▲1▼上記線形ガイド手段を利用してシャドーマスク安着テーブルを蒸着作業空間に復帰させ、
    ▲2▼シャドーマスクホルダーユニットを下に降下した後、上記磁石ブロックを中空ブロック上部に移動させてシャドーマスク安着テーブルの電磁石に正方向電流を印加することによって、安着テーブルの磁力を増加させ、シャドーマスクをシャドーマスク安着テーブル上に落下させる第8段階をさらに含むことを特徴とする請求項11または12に記載の有機電界発光素子製作用蒸着方法。
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