JP5006286B2 - 移送装置及びこれを備える有機物蒸着装置 - Google Patents
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Description
本発明は、高温及び高真空の環境下において安全性を高めることができる移送装置及びこれを備える有機物蒸着装置に関する。
近年、有機化合物、有機金属化合物、機能性高分子の薄膜形成技術は、その重要性がますます高まっている。薄膜形成技術は、半導体素子の絶縁層の材料のほか、導電性材料、光電子材料、有機発光材料などの多様な分野に採用されている。
これまでに開発された有機薄膜形成方法には、真空蒸着法、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、イオンビーム蒸着法、パルスレーザ蒸着法（ｐｕｌｓｅｄ−ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）、分子線蒸着法（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スピンコータ、めっき、ソルゲル法（ｓｏｌ−ｇｅｌ ｃｏａｔｉｎｇ）などの多様な技術が開発されている。
真空蒸着法は、真空チャンバの下に熱蒸発源を設け、その上に成膜用基板を設けて基板上に薄膜を形成する技術である。真空蒸着法を用いた有機薄膜形成装置は、真空チャンバに連結された真空排気系を備える。前記真空排気系を用いて真空チャンバを一定の真空状態に維持させた後、真空チャンバの下に配置された熱蒸発源で少なくとも１つの有機薄膜材料を蒸発させて薄膜を形成するように構成される。
熱蒸発源は、通常、工程の制御のために、配管及び配線を介して外部に連結される。また、熱蒸発源は、有機薄膜材料の交換及び供給のため、移送装置によって移動可能に設けられる。移送装置の動力源としては、真空用ステップモータが主に用いられる。
しかし、前述した配管及び配線は、約１０ｅ−５〜１０ｅ−８Ｐａ（パスカル）の範囲の高真空環境を有する有機薄膜形成装置内に設けられるため、老朽化が非常に早く、粉塵を発生させるという問題がある。また、真空チャンバ内で発生した配線の断線は、真空破棄の原因となり、長時間のメンテナンスが要求されるという問題がある。さらに、移送装置に用いられるステップモータは、高真空環境下においてモータの負荷率をモニタしにくく、高速駆動時に駆動力が低下するという問題がある。
日本特許公開第１９９５−２０１６９４
日本特許公開第２０００−０６８２１９
本発明の目的は、真空チャンバのリークの発生を防止することができる移送装置及びこれを備える有機物蒸着装置を提供することである。
本発明の他の目的は、真空チャンバ内の配線及び配管による故障の発生を最小化することができる移送装置及びこれを備える有機物蒸着装置を提供することである。
本発明のさらなる目的は、真空チャンバ内の配線及び配管の断線及び／または漏水の発生時、真空チャンバに及ぼす悪影響を最小化することができる移送装置及びこれを備える有機物蒸着装置を提供することである。
本発明の一態様によれば、真空チャンバと、真空チャンバ内に設けられ、基板が装着されるステージと、基板に有機物を蒸発させる蒸着源と、蒸着源に連結され、真空チャンバの外側に引き出される工程ユーティリティラインと、蒸着源をステージと平行に移動させ、工程ユーティリティラインが内設される移送装置とを備える有機物蒸着装置が提供される。
好ましくは、移送装置の内部は、大気圧に維持される。
工程ユーティリティラインは、蒸着源に電力及び信号を伝達する配線及び冷却水を供給する配管を備える。このとき、配線は、フレキシブル配線であり、配管は、フレキシブル配管である。
移送装置は、第１アーム及び第２アームと、真空チャンバの内側に結合して工程ユーティリティラインが引き込まれる引込口を形成し、第１アームの一側に回転可能に設けられる第１連結部と、第１アームの他側に第２アームの一側を回転可能に結合させる第２連結部と、第２アームの他側に蒸着源を回転可能に結合させる第３連結部とを備える。
有機物蒸着装置は、真空チャンバの外部に設けられ、移送装置に駆動力を供給するモータをさらに備えることができる。有機物蒸着装置は、真空チャンバの内部に設けられ、モータの駆動力を回転運動から直線運動に変換するボールスクリューをさらに備えることができる。
有機物蒸着装置は、第３連結部と蒸着源との間に設けられる接続ボックスをさらに備えることができる。有機物蒸着装置は、接続ボックスと蒸着源との間に設けられるパイプラインをさらに備えることができる。
蒸着源は、有機物材料が備えられた点蒸着源または線形蒸着源であり得る。
本発明の他の態様によれば、真空チャンバ内に設けられたステージ側に有機物を蒸発させる蒸着源と、蒸着源に連結され、真空チャンバの外側に引き出されるフレキシブル工程ユーティリティラインとを備えた有機物蒸着装置に用いられる移送装置であって、第１アーム及び第２アームと、真空チャンバの内側に結合して工程ユーティリティラインが引き込まれる引込口を形成し、第１アームの一側に回転可能に設けられる第１連結部と、第１アームの他側に第２アームの一側を回転可能に結合させる第２連結部と、第２アームの他側に蒸着源を回転可能に結合させる第３連結部とを備える移送装置が提供される。ここで、工程ユーティリティラインは、第１連結部、第１アーム、第２連結部、第２アーム、及び第３連結部に内設され、工程ユーティリティラインが内設される空間は、大気圧に維持される。
好ましくは、移送装置は、真空チャンバの外部に設けられ、駆動力を供給するモータをさらに備えることができる。
移送装置は、真空チャンバの内部に設けられ、モータの回転駆動力を直線駆動力に変換するボールスクリューをさらに備えることができる。
本発明によれば、移送装置に、蒸着源に連結される配線及び配管を内設することにより、真空チャンバ内の配線及び配管による故障の発生を最小化することができる。また、真空チャンバのリークの発生を防止することができる。さらに、真空チャンバ内の配線及び配管の断線及び／または漏水の発生時、真空チャンバに及ぼす悪影響を最小化することができる。加えて、工程ユーティリティラインが内設された移送装置を用いることにより、有機物蒸着装置の安定性及びメンテナンス性を向上させることができる。
図１は、本発明の実施形態に係る移送装置及びこれを備える有機物蒸着装置を説明するための構成図である。
同図に示すように、有機物蒸着装置は、真空チャンバ１０と、ステージ１２と、蒸着源２０と、マスク２２と、センサ２６と、移送装置３０と、工程ユーティリティライン４０とを備える。また、有機物蒸着装置は、真空チャンバ１０を真空状態に形成する真空排気系（図示せず）と、真空チャンバ１０に電力を供給する電源装置（図示せず）と、工程の制御のための制御装置（図示せず）とを備える。
真空チャンバ１０は、所定の内部空間を備え、排気管１４ａを介して真空排気系に連通するように設けられる。真空排気系は、真空チャンバ１０の内部空間に気体がほとんど残らないように排気する真空ポンプで構成され得る。真空チャンバ１０の内部空間は、真空排気系により一定の真空状態に維持され得る。真空チャンバ１０の一側、例えば、真空チャンバ１０の上部側には、ステージ１２が設けられ、ステージ１２の一面には、基板１４が装着される。基板１４は、有機電界発光素子を製造するためのガラス基板を含む。
蒸着源２０は、有機化合物などの材料が搭載される容器と、材料を蒸発させるために容器に熱を供給する熱源と、蒸発された材料を基板１４に噴射させる噴射口２１とを備える。蒸着源２０の噴射口２１から排出された材料は、マスク２２を介して基板１４の所望する領域上に蒸着される。マスク２２は、所定のパターンを備えたシャドウマスクであって、マスク固定具２４により真空チャンバ１０の内部に固定され得る。基板１４とマスク２２との整列のため、真空チャンバ１０は、アライナ（ａｌｉｇｎｅｒ）を備えることができる。
蒸着源２０で蒸発される材料の蒸発速度は、真空チャンバ１０の内部で蒸着源２０に隣接して設けられたセンサ２６によって測定される。センサ２６は、厚モニタセンサで実現可能であり、この場合、センサ２６は、材料の厚さや基板１４に蒸着される膜の厚さを測定し、センサ２６に電気的に接続されたコントローラ（図示せず）は、材料の蒸発速度を算出し、容器に結合された熱源または冷却装置を制御して材料の蒸発速度を制御することができる。
また、蒸着源２０は、移送装置３０と結合し、移送装置３０によりステージ１２に装着された基板１４と平行を保ちながら移動する。センサ２６は、蒸着源２０の移動に伴って移動できるように、蒸着源２０に結合可能である。
移送装置３０は、所定の内部空間を有する３つの連結部３１，３３，３５と、２つのアーム３２，３４と、２つのボールスクリュー３６ａ，３６ｂと、モータ３７とを備える。各連結部３１，３３，３５は、外部が真空環境に露出する真空連結部であり、２つのボールスクリュー３６ａ，３６ｂ及びモータ３７は、移送装置３０の駆動部を形成する。
各アーム３２，３４は、その一端と他端との間を連結する内部空間を備える。３つの連結部３１，３３，３５は、高温及び高真空の環境下において内側に電力及び信号を伝達できる回転フィードスルー（ｒｏｔａｒｙ ｆｅｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ）で実現可能である。回転フィードスルーは、外部から密封されるように、磁性流体または弾性部材が内設されたハウジングと、このハウジングに内設された回転軸とを備え、回転軸の回転によって、内部の配線及び配管もともに流動できるように構成された装置である。例えば、回転フィードスルーは、磁気シールを含む。
本実施形態の移送装置３０は、蒸着工程のための蒸着源２０を供給及び交換するだけでなく、真空環境下において工程ユーティリティライン４０が露出しないように、真空チャンバ１０内に独立した大気環境を提供しながら蒸着源２０を移動できるように設けられる。
さらに具体的に説明すると、第１連結部３１は、第１アーム３２の一端に連結され、第２連結部３３は、第１アーム３２の他端と第２アーム３４の一端との間に連結される。また、第３連結部３５は、第２アーム３４の他端に連結される。３つの連結部３１，３３，３５は、第１アーム３２及び／または第２アーム３４と一列に結合された状態で、その内部を貫通する工程ユーティリティライン４０が蒸着源２０の移動に伴って移動できるように回転可能に設けられる。
ボールスクリュー３６ａ，３６ｂは、真空チャンバ１０の外部に設けられたモータ３７の回転運動を直線運動に変換する。待機状態のモータ３７は、ブラケット３６ｃの末端においてギヤを介してボールスクリュー３６ａ，３６ｂに連結される。接続ボックス３８は、真空チャンバ１０内の別の構造物を介して左右のボールスクリュー３６ａ，３６ｂのナット部と単体として組み立てられ、直線運動を行う。また、接続ボックス３８の下の第３連結部３５は、第２アーム３４に連結され、回転運動を行う。このように、モータ３７及びボールスクリュー３６ａ，３６ｂの駆動力により、蒸着源２０は、直線運動を行う。本実施形態において、ボールスクリュー３６ａ，３６ｂは、モータ３７の回転運動を直線運動に変換する装置の一例であり、同じ機能を果たす装置に代替可能である。
工程ユーティリティライン４０は、蒸着源２０に電源及び制御信号を伝達するために設けられる配線と、蒸着源２０に結合されたセンサ２６に連結される配線と、蒸着源２０に冷却水を流動させるために設けられる配管とを備える。配線及び配管は、フレキシブル配線及びフレキシブル配管で実現可能である。
工程ユーティリティライン４０の一端は、接続ボックス３８を介して蒸着源２０及びセンサ２６に連結される。接続ボックス３８は、ボックスの内部に引き出された蒸着源２０の配線及び配管と、センサ２６の配線とが、工程ユーティリティライン４０の一側に連結される部分である。このように、本実施形態の移送装置３０は、蒸着源２０と内設された工程ユーティリティライン４０との接続を容易にするため、接続ボックス３８を備えることができる。
接続ボックス３８の内部は、真空環境または大気環境に維持され得る。また、第１連結部〜第３連結部３１，３３，３５、そして、第１アーム３２及び第２アーム３４の内部は、大気環境に維持される。したがって、移送装置３０に内設された工程ユーティリティライン４０は、少なくともその一部が高温及び高真空の環境下に露出せずに保護される。
一方、本実施形態では、便宜上、モータ３７が、真空チャンバ１０の下部側においてボールスクリュー３６ａ，３６ｂと結合すると説明したが、モータ３７は、ボールスクリュー３６ａ，３６ｂと結合しやすくなるように、真空チャンバ１０の他側に設けることができる。
図２は、図１の移送装置の要部の動作原理を説明するための動作状態図である。
同図に示すように、移送装置３０の第１アーム３２及び第２アーム３４は、真空チャンバ１０の内側に固定された第１連結部３１の回転運動によって回転する。また、第２アーム３４は、第１アーム３２に対して、第２連結部３３の回転運動によって回転する。さらに、第２アーム３４に結合された接続ボックス３８及び蒸着源２０は、第３連結部３５の回転運動によって回転する。このとき、第１連結部〜第３連結部３１，３３，３５の回転角度を調節すると、移送装置３０に結合された蒸着源２０が直線方向に移動できるようになる。すなわち、本実施形態の移送装置３０は、モータ３７に連結されたボールスクリュー３６ａ，３６ｂの駆動力により蒸着源２０を直線方向に移動させる。
第１連結部〜第３連結部３１，３３，３５の回転角度は、移送装置３０または蒸着源２０の移動方向をガイドするガイド部材（図示せず）によって調節可能である。
前述の構成により、第１地点に位置していた移送装置３０ａは、直線方向へ所定距離を移動して、第２地点に位置する移送装置３０のように位置することができる。ここで、第１地点に位置していた移送装置３０ａは、第１連結部３１、第１アーム３２ａ、第２連結部３３ａ、第２アーム３４ａ、及び第３連結部３５ａを備えるものとして示されている。
図３は、本発明の他の実施形態に係る移送装置及びこれを備える有機物蒸着装置を説明するための構成図である。
同図に示すように、本実施形態の有機物蒸着装置は、真空チャンバ１０と、ステージ１２と、蒸着源２０と、マスク２２と、センサ２６と、移送装置３０ａと、工程ユーティリティライン４０とを備える。
本実施形態の移送装置３０ａは、３つの連結部３１，３３，３５と、２つのアーム３２，３４と、２つのボールスクリュー３６ａ，３６ｂと、モータ３７と、接続ボックス３８ａと、４つのパイプライン３９とを備える。工程ユーティリティライン４０は、３つの連結部３１，３３，３５、２つのアーム３２，３４、接続ボックス３８ａ、及びパイプライン３９に内設される。
本実施形態において、接続ボックス３８ａは、蒸着源２０に直接連結されるのではなく、パイプライン３９を介して蒸着源２０に連結される。各パイプライン３９は、真空チャンバに露出しており、接続ボックス３８ａと蒸着源２０との間に固定設置される。各パイプライン３９には、電源及び制御信号のための配線、冷却水の流動のための配管、またはセンサ２６に連結される配線が内設される。
以下では、本実施形態の有機物蒸着装置の作動過程を簡単に説明する。
まず、蒸着源２０の加熱容器に有機電界発光素子を形成するための材料を入れ、真空チャンバ１０の内部気体を排気する。また、真空チャンバ１０が蒸着可能な真空度に達すると、蒸着源２０を加熱する。このとき、センサ２６を用いて材料の厚さを測定することにより、材料の蒸着速度を所望する速度に維持させる。蒸着速度が一定に維持されると、マスク２２と基板１４とをゲートバルブを介して装入し、アライナを用いて基板１４とマスク２２とを整列する。整列が完了すると、基板１４と蒸着源２０との間にあるシャッタ（図示せず）を開放して蒸着工程を行う。基板１４上に蒸着された膜の厚さが所望する厚さに達すると、シャッタを閉じた後、基板１４を次の蒸着チャンバまたは工程チャンバに移送させる。
本実施形態で用いられる蒸着源２０は、蒸着材料が１つの点で蒸発する点蒸着源または１つの線で蒸発する線形蒸着源を用いることができる。このとき、蒸着工程の再現性を維持するため、蒸着工程の間に、蒸着源２０は、移送装置３０ａにより基板１４に対向して一定速度で移動する。
本実施形態において、工程ユーティリティライン４０は、ロボットアームと類似した形態でその内部が大気環境に維持される移送装置３０ａに内設される。したがって、工程ユーティリティライン４０は、蒸着工程の間に、真空チャンバ１０の高温及び高真空の環境下において効果的に保護され得る。加えて、工程ユーティリティライン４０は、移送装置３０ａに内設されているため、配線の断線や漏水の発生時にも、真空チャンバ１０内にほとんど影響を及ぼさなくなる。しかも、移送装置３０ａに駆動力を供給するモータ３７が、真空チャンバ１０の外側の大気環境に設けられるため、モータ３７のメンテナンスが容易になる。
一方、本実施形態の有機物蒸着装置は、移送装置を用いるＯＶＰＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式で実現可能である。ＯＶＰＤ方式は、蒸発された材料が、窒素のような不活性ガスによって基板１４に伝達され、伝達された材料が相対的に冷却された基板１４上で凝縮することにより、有機物材料が基板１４上に蒸着される方式である。蒸着速度の再現性を維持するため、不活性ガスは、ＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）によって正確に注入される。本方法は、不活性ガスを用いることを除き、上述した点蒸着源または線形蒸着源を用いる本実施形態の有機物蒸着装置と実質的に同一である。この場合、有機物蒸着装置は、図３に示すように、不活性ガスの注入のため、真空チャンバ１０に連結される流入管１４ｂを備えることができる。
１０ 真空チャンバ
１２ ステージ
２０ 蒸着源
２２ マスク
２６ センサ
３０，３０ａ 移送装置
３７ モータ
４０ 工程ユーティリティライン
１２ ステージ
２０ 蒸着源
２２ マスク
２６ センサ
３０，３０ａ 移送装置
３７ モータ
４０ 工程ユーティリティライン
Claims (5)
- 真空チャンバと、
該真空チャンバ内に設けられ、基板が装着されるステージと、
前記基板に有機物を蒸発させる蒸着源と、
該蒸着源に連結され、前記真空チャンバの外側に引き出される工程ユーティリティラインと、
前記蒸着源を前記基板と平行に移動させ、前記工程ユーティリティラインが内設される移送装置と
を備え、
前記移送装置の内部は、大気圧に維持され、
前記工程ユーティリティラインは、前記蒸着源に電力及び信号を伝達する配線及び冷却水を供給する配管を備え、
前記移送装置は、
第１アーム及び第２アームと、
前記真空チャンバの内側に結合して前記工程ユーティリティラインが引き込まれる引込口を形成し、前記第１アームの一側に回転可能に設けられる第１連結部と、
前記第１アームの他側に前記第２アームの一側を回転可能に結合させる第２連結部と、
前記第２アームの他側に前記蒸着源を回転可能に結合させる第３連結部と
を備え、
前記第３連結部と前記蒸着源との間に設けられる接続ボックスと、前記接続ボックスと前記蒸着源との間に設けられるパイプラインと、をさらに備えることを特徴とする有機物蒸着装置。 - 前記配線は、フレキシブル配線であり、前記配管は、フレキシブル配管であることを特徴とする請求項１に記載の有機物蒸着装置。
- 前記真空チャンバの外部に設けられ、前記移送装置に駆動力を供給するモータをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の有機物蒸着装置。
- 前記真空チャンバの内部に設けられ、前記モータの駆動力を回転運動から直線運動に変換するボールスクリューをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の有機物蒸着装置。
- 前記蒸着源は、有機物材料が備えられた点蒸着源または線形蒸着源であることを特徴とする請求項１に記載の有機物蒸着装置。
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