JP7024044B2 - 成膜装置、これを用いた成膜方法及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

成膜装置、これを用いた成膜方法及び電子デバイスの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、成膜装置、これを用いた成膜方法及び電子デバイスの製造方法に関するものである。
有機EL表示装置(有機ELディスプレイ)の製造においては、有機EL表示装置を構成する有機発光素子(有機EL素子;OLED)を形成する際に、成膜装置の蒸発源から蒸発した蒸着材料を、画素パターンが形成されたマスクを介して、基板に蒸着させることで、有機物層や金属層を形成する。
上向蒸着方式(デポアップ)の成膜装置において、蒸発源は成膜装置の真空容器の下部に設けられ、基板は真空容器の上部に配置され、基板の下面に蒸着される。このような上向蒸着方式の成膜装置において、基板は成膜面である下面に形成された有機物層/電極層に損傷を与えないように下面の周縁を基板ホルダの支持部によって支持する。この場合、基板のサイズが大きくなるにつれて、基板ホルダの支持部で支持されていな基板の中央部が基板の自重によって撓み、これが蒸着精度を落とす一つの要因となっている。上向蒸着方式以外の方式の成膜装置においても、また、基板の自重による撓みは生じる可能性がある。
基板の自重による撓みを低減するための方法として、静電チャックを使う技術が検討されている。つまり、基板の上部に静電チャックを設置し、基板ホルダの支持部によって支持された基板の上面を静電チャックに吸着させることで、基板の中央部が静電チャックの静電引力によって引っ張られるようになり、基板のたわみを低減することができる。
しかし、このように、基板を静電チャックを使って上方から吸着する方式において、基板の全体面を同時に吸着しようとすると、基板が静電チャックに平らに吸着されず、特に中央部にしわが生じる場合がある。
つまり、基板支持部によって支持された基板を静電チャックに向かって上昇(または静電チャックを基板に向かって下降)させ基板と静電チャックを相互近接または接触させた状態で、静電チャックの全面に吸着電圧を印加すると、支持部で支持された基板の周縁部が、撓んだ中央部より静電チャックに先に吸着され、これにより、基板中央部のたわみが十分逃されず、しわが残るようになる。
この静電チャックへの吸着時のしわの発生を抑制するための技術が検討されてはいるが、依然としてしわの発生を十分に抑えられないという課題があった。
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、静電チャックへの吸着時のしわの発生をより効果的に抑制することを目的とする。
本発明の一実施形態による成膜装置は、マスクを介して基板に成膜材料を成膜する成膜装置であって、チャンバ内に配置され、前記基板の周縁部を支持する基板支持部と、前記チャンバ内の前記基板支持部の上方に配置され、前記基板支持部によって支持された前記基板を吸着するための基板吸着手段と、前記基板吸着手段に向かって前記基板支持部の昇降を制御する制御部とを含み、前記基板支持部は、前記基板の第1の角を介して隣り合う2辺それぞれの前記第1の角の近傍を支持する第1の支持部と、前記基板の前記第1の角の対角である第2の角を介して隣り合う2辺それぞれの前記第2の角の近傍を支持する第2の支持部と、前記基板の前記第1の角及び前記第2の角とは別の第3の角を介して隣り合う2辺の前記第3の角の近傍を支持する第3の支持部とを少なくとも含み、前記基板吸着手段は、前記基板を吸着するための吸着電圧がそれぞれ印加される分割された複数の電極部を有する静電チャックであり、前記基板支持部の昇降と前記基板吸着手段の制御として、前記第1の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第1の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第1制御と、前記第1制御の後に、前記第3の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第3の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第2制御と、前記第2制御の後に、前記第2の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第2の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第3制御と、が実行されることを特徴とする。
本発明の一実施形態による成膜方法は、成膜装置のチャンバ内で、マスクを介して基板の成膜面に成膜材料を成膜する成膜方法であって、チャンバ内に搬入された前記基板の周縁部を基板支持部で支持するステップと、前記チャンバ内の前記基板支持部の上方に配置された基板吸着手段に前記基板の前記成膜面と反対側の面を吸着させるステップと、成膜源から放出される成膜材料を前記マスクを介して前記基板の前記成膜面に成膜するステップとを含み、前記基板吸着手段は、前記基板を吸着するための吸着電圧がそれぞれ印加される分割された複数の電極部を有する静電チャックであり、前記基板支持部は、前記基板の第1の角を介して隣り合う2辺それぞれの前記第1の角の近傍を支持する第1の支持部と、前記基板の前記第1の角の対角である第2の角を介して隣り合う2辺それぞれの前記第2の角の近傍を支持する第2の支持部と、前記基板の前記第1の角及び前記第2の角とは別の第3の角を介して隣り合う2辺の前記第3の角の近傍を支持する第3の支持部とを少なくとも含み、前記吸着させるステップは、前記第1の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第1の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第1ステップと、前記第1ステップの後に前記第3の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第3の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第2ステップと、前記第2ステップの後に前記第2の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第2の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第3ステップと、を含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態による電子デバイスの製造方法は、前記成膜方法を用いて電子デバイスを製造することを特徴とする。
本発明によれば、静電チャックへの吸着時のしわの発生をより効果的に抑制することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
図1は、電子デバイスの製造装置の一部の模式図である。 図2は、本発明の一実施形態による成膜装置の模式図である。 図3は、本発明の一実施形態による基板支持ユニットを鉛直方向(Z方向)上方から見た平面図である。 図4は、図3において、基板の第1のコーナー部と、対角位置の第2のコーナー部とを連結する対角方向における垂直断面から見たときの、基板支持部の上昇および静電チャックへの吸着進行過程を示した図である。 図5aは、本発明の一実施形態による静電チャックの吸着部の構成を説明する図である。 図5bは、本発明の一実施形態による静電チャックの吸着部の構成を説明する図である。 図6は、静電チャックへの基板吸着シーケンスの詳細工程を示す工程図である。 図7は、電子デバイスを示す模式図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態及び実施例を説明する。ただし、以下の実施形態及び実施例は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲はそれらの構成に限定されない。また、以下の説明における、装置のハードウェア構成及びソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状などは、特に特定的な記載がないかぎりは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、基板の表面に各種材料を堆積させて成膜を行う装置に適用することができ、真空蒸着によって所望のパターンの薄膜(材料層)を形成する装置に望ましく適用することができる。基板の材料としては、ガラス、高分子材料のフィルム、金属などの任意の材料を選択することができ、基板は、例えば、ガラス基板上にポリイミドなどのフィルムが積層された基板であってもよい。また、蒸着材料としても、有機材料、金属性材料(金属、金属酸化物など)などの任意の材料を選択してもいい。なお、以下の説明において説明する真空蒸着装置以外にも、スパッタ装置やCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を含む成膜装置にも、本発明を適用することができる。本発明の技術は、具体的には、有機電子デバイス(例えば、有機発光素子、薄膜太陽電池)、光学部材などの製造装置に適用可能である。その中でも、蒸着材料を蒸発させてマスクを介して基板に蒸着させることで有機発光素子を形成する有機発光素子の製造装置は、本発明の好ましい適用例の一つである。
<電子デバイスの製造装置>
図1は、電子デバイスの製造装置の一部の構成を模式的に示す平面図である。
図1の製造装置は、例えば、スマートフォン用の有機EL表示装置の表示パネルの製造に用いられる。スマートフォン用の表示パネルの場合、例えば、4.5世代の基板(約700mm×約900mm)や6世代のフルサイズ(約1500mm×約1850mm)又はハーフカットサイズ(約1500mm×約925mm)の基板に、有機EL素子の形成のための成膜を行った後、該基板を切り抜いて複数の小さなサイズのパネルに製作する。
電子デバイスの製造装置は、一般的に、複数のクラスタ装置1と、クラスタ装置の間を繋ぐ中継装置とを含む。
クラスタ装置1は、基板Sに対する処理(例えば、成膜)を行う複数の成膜装置11と、使用前後のマスクMを収納する複数のマスクストック装置12と、その中央に配置される搬送室13と、を具備する。搬送室13は、図1に示すように、複数の成膜装置11およびマスクストック装置12のそれぞれと接続されている。
搬送室13内には、基板およびマスクを搬送する搬送ロボット14が配置されている。搬送ロボット14は、上流側に配置された中継装置のパス室15から成膜装置11へと基板Sを搬送する。また、搬送ロボット14は、成膜装置11とマスクストック装置12との間でマスクMを搬送する。搬送ロボット14は、例えば、多関節アームに、基板S又はマスクMを保持するロボットハンドが取り付けられた構造を有するロボットである。
成膜装置11(蒸着装置とも呼ぶ)では、蒸発源に収納された蒸着材料がヒータによって加熱されて蒸発し、マスクを介して基板上に蒸着される。搬送ロボット14との基板Sの受け渡し、基板SとマスクMの相対位置の調整(アライメント)、マスクM上への基板Sの固定、成膜(蒸着)などの一連の成膜プロセスは、成膜装置11によって行われる。
マスクストック装置12には、成膜装置11での成膜工程に使われる新しいマスクと、使用済みのマスクとが、二つのカセットに分けて収納される。搬送ロボット14は、使用済みのマスクを成膜装置11からマスクストック装置12のカセットに搬送し、マスクストック装置12の他のカセットに収納された新しいマスクを成膜装置11に搬送する。
クラスタ装置1には、基板Sの流れ方向において上流側からの基板Sを当該クラスタ装置1に伝達するパス室15と、当該クラスタ装置1で成膜処理が完了した基板Sを下流側の他のクラスタ装置に伝えるためのバッファー室16が連結される。搬送室13の搬送ロボット14は、上流側のパス室15から基板Sを受け取って、当該クラスタ装置1内の成膜装置11の一つ(例えば、成膜装置11a)に搬送する。また、搬送ロボット14は、当該クラスタ装置1での成膜処理が完了した基板Sを複数の成膜装置11の一つ(例えば、成膜装置11b)から受け取って、下流側に連結されたバッファー室16に搬送する。
バッファー室16とパス室15との間には、基板の向きを変える旋回室17が設置される。旋回室17には、バッファー室16から基板Sを受け取って基板Sを180°回転させ、パス室15に搬送するための搬送ロボット18が設けられる。これにより、上流側のクラスタ装置と下流側のクラスタ装置で基板Sの向きが同じくなり、基板処理が容易になる。
パス室15、バッファー室16、旋回室17は、クラスタ装置間を連結する、いわゆる中継装置であり、クラスタ装置の上流側及び/又は下流側に設置される中継装置は、パス室、バッファー室、旋回室のうち少なくとも1つを含む。
成膜装置11、マスクストック装置12、搬送室13、バッファー室16、旋回室17などは、有機発光素子の製造の過程で、高真空状態に維持される。パス室15は、通常低真空状態に維持されるが、必要に応じて高真空状態に維持されてもいい。
本実施例では、図1を参照して、電子デバイスの製造装置の構成について説明したが、本発明はこれに限定されず、他の種類の装置やチャンバを有してもよく、これらの装置やチャンバ間の配置が変わってもいい。
以下、成膜装置11の具体的な構成について説明する。
<成膜装置>
図2は、成膜装置11の構成を示す模式図である。以下の説明においては、鉛直方向をZ方向とするXYZ直交座標系を用いる。成膜時に基板Sが水平面(XY平面)と平行となるよう固定された場合、基板Sの短手方向(短辺に平行な方向)をX方向、長手方向(長辺に平行な方向)をY方向とする。また、Z軸まわりの回転角をθで表す。
成膜装置11は、真空雰囲気又は窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気に維持される真空容器21と、真空容器21の内部に設けられる、基板支持ユニット22と、マスク支持ユニット23と、静電チャック24と、蒸発源25とを含む。
基板支持ユニット22は、搬送室13に設けられた搬送ロボット14が搬送して来る基板Sを受取って保持する手段であり、基板ホルダとも呼ばれる。基板支持ユニット22は、基板の下面の周縁部を支持する支持部を含む。基板支持ユニット22の支持部の詳細構成については後述する。
基板支持ユニット22の下方には、マスク支持ユニット23が設けられる。マスク支持ユニット23は、搬送室13に設けられた搬送ロボット14が搬送して来るマスクMを受取って保持する手段であり、マスクホルダとも呼ばれる。
マスクMは、基板S上に形成する薄膜パターンに対応する開口パターンを有し、マスク支持ユニット23の上に載置される。特に、スマートフォン用の有機EL素子を製造するのに使われるマスクは、微細な開口パターンが形成された金属製のマスクであり、FMM(Fine Metal Mask)とも呼ぶ。
基板支持ユニット22の上方には、基板を静電引力によって吸着し固定するための静電チャック24が設けられる。静電チャック24は、誘電体(例えば、セラミック材質)マトリックス内に金属電極などの電気回路が埋設された構造を有する。静電チャック24は、クーロン力タイプの静電チャックであってもよいし、ジョンソン・ラーベック力タイプの静電チャックであってもよいし、グラジエント力タイプの静電チャックであってもよい。静電チャック24は、グラジエント力タイプの静電チャックであることが好ましい。静電チャック24がグラジエント力タイプの静電チャックであることによって、基板Sが絶縁性基板である場合であっても、静電チャック24によって良好に吸着することができる。静電チャック24がクーロン力タイプの静電チャックである場合には、金属電極にプラス(+)及びマイナス(-)の電位が印加されると、誘電体マトリックスを通じて基板Sなどの被吸着体に金属電極と反対極性の分極電荷が誘導され、これら間の静電引力によって基板Sが静電チャック24に吸着固定される。
静電チャック24は、一つのプレートで形成されてもよく、複数のサブプレートを有するように形成されてもいい。また、一つのプレートで形成される場合にも、その内部に複数の電気回路を含み、一つのプレート内で位置によって静電引力が異なるように制御してもいい。つまり、静電チャックは、埋設された電気回路の構造によって、複数の吸着部モジュールに分けられることができる。静電チャック24の吸着部の構成及び吸着電圧印加の制御方式の詳細についても、基板支持ユニット22の支持部の動作制御と共に後述する。
静電チャック24の上部には、示してないが、成膜時にマスクMに磁力を印加し、マスクMを基板S側に引き寄せて基板Sに密着させるための磁力印加手段を設置することができる。磁力印加手段としてのマグネットは、永久磁石または電磁石からなることができ、複数のモジュールに区画されることができる。
また、図2には図示しなかったが、静電チャック24の吸着面とは反対側に基板Sの温度上昇を抑える冷却機構(例えば、冷却板)を設けることで、基板S上に堆積された有機材料の変質や劣化を抑制するようにしてもよい。冷却板は、上記マグネットと一体に形成されることもできる。
蒸発源25は、基板に成膜される蒸着材料が収納されるるつぼ(不図示)、るつぼを加熱するためのヒータ(不図示)、蒸発源からの蒸発レートが一定になるまで蒸着材料が基板に飛散することを阻むシャッタ(不図示)などを含む。蒸発源25は、点(point)蒸発源や線状(linear)蒸発源など、用途に従って多様な構成を有することができる。
図2に図示しなかったが、成膜装置11は、基板に蒸着された膜の厚さを測定するための膜厚モニタ(不図示)及び膜厚算出ユニット(不図示)を含む。
真空容器21の上部外側(大気側)には、基板Zアクチュエータ26、マスクZアクチュエータ27、静電チャックZアクチュエータ28、位置調整機構29などが設けられる。これらのアクチュエータと位置調整機構は、例えば、モータとボールねじ、或いはモータとリニアガイドなどで構成される。基板Zアクチュエータ26は、基板支持ユニット22を昇降(Z方向移動)させるための駆動手段である。基板Zアクチュエータ26の駆動による基板支持ユニット22の昇降制御の詳細については後述する。マスクZアクチュエータ27は、マスク支持ユニット23を昇降(Z方向移動)させるための駆動手段である。静電チャックZアクチュエータ28は、静電チャック24を昇降(Z方向移動)させるための駆動手段である。
位置調整機構29は、静電チャック24と基板S、および/または基板SとマスクM間の、位置ずれを調整(アライメント)するための駆動手段である。つまり、位置調整機構29は、基板支持ユニット22及びマスク支持ユニット23に対して、静電チャック24を水平面に平行な面内でX方向、Y方向、θ方向のうちの少なくとも一つの方向に相対的に移動/回転させるための水平駆動機構である。なお、本実施形態では、基板支持ユニット22及びマスク支持ユニット23の水平面内での移動は固定し、静電チャック24をX、Y、θ方向に移動させるように位置調整機構を構成しているが、本発明はこれに限定されず、静電チャック24の水平方向への移動は固定し、基板支持ユニット22とマスク支持ユニット23をXYθ方向に移動させるように位置調整機構を構成してもよい。
真空容器21の外側上面には、上述した駆動機構の他に、真空容器21の上面に設けられた透明窓を介して、基板S及びマスクMに形成されたアライメントマークを撮影するためのアライメント用カメラ20a、20bが設置される。アライメント用カメラ20a、20bによって撮影された画像から基板S上のアライメントマークとマスクM上のアライメントマークを認識することで、それぞれのXY位置やXY面内での相対ずれを計測することができる。
基板SとマスクMとの間のアライメントは、大まかに位置合わせを行う第1位置調整工程である第1アライメント(「ラフアライメント(rough alignment)」とも称す)と、高精度に位置合わせを行う第2位置調整工程である第2アライメント(「ファインアライメント(fine alignment)」とも称す)の2段階のアライメントを実施することができる。この場合、低解像度だが広視野の第1アライメント用のカメラ20aと、狭視野だが高解像の第2アライメント用のカメラ20bの2種類のカメラを用いるとよい。基板Sとマスク120のそれぞれについて、対向する一対の辺の2箇所に付されたアライメントマークを2台の第1アライメント用カメラ20aで測定し、基板S及びマスク120の四隅に付されたアライメントマークを4台の第2アライメント用カメラ20bで測定する。アライメントマーク及びその測定用カメラの数は、特に限定されず、例えば、ファインアライメントの場合、基板S及びマスク120の対向する二隅に付されたマークを2台のカメラで測定するようにしても良い。
成膜装置11は、制御部(不図示)を具備する。制御部は、基板Sの搬送及びアライメント、蒸発源25の制御、成膜の制御などの機能を有する。制御部は、例えば、プロセッサ、メモリー、ストレージ、I/Oなどを持つコンピューターによって構成可能である。この場合、制御部の機能はメモリーまたはストレージに格納されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現される。コンピューターとしては、汎用のパーソナルコンピューターを使用してもよく、組込み型のコンピューターまたはPLC(programmable logic controller)を使用してもよい。または、制御部の機能の一部または全部をASICやFPGAのような回路で構成してもよい。また、成膜装置ごとに制御部が設置されていてもよく、一つの制御部が複数の成膜装置を制御するように構成してもよい。
<基板支持ユニット>
基板支持ユニット22は、基板の下面の周縁部を支持する支持部を含む。図3は、基板支持ユニット22を鉛直方向(Z方向)上方から見た平面図であり、理解の便宜のために、基板Sが基板支持ユニット22上に載置され支持される様子を示しており、その他、基板S上部に配置される静電チャック24や基板Zアクチュエータ26などの駆動機構などは図示を省略している。
示すように、基板支持ユニット22を構成する支持部は、それぞれ独立して昇降制御可能な複数の支持部221~224を含む。具体的に、基板Sの全体周縁を基板の各コーナー部を含む4つの領域に区分する場合、これら4つのコーナー部の領域にそれぞれ対応する位置に4つの支持部221~224がそれぞれ設置される。つまり、基板Sの第1のコーナー部(C1)に対応する位置に、当該コーナー部を形成する基板Sの第1の辺(長辺)と第2の辺(短辺)に沿ってそれぞれ延長されL字状に形成される第1の支持部221が設置され、上記第1のコーナー部(C1)の対角位置である基板の第2のコーナー部(C2)に対応する位置に、当該コーナー部を形成する基板Sの第3の辺(長辺)と第4の辺(短辺)に沿ってそれぞれ延長されL字状に形成される第2の支持部222が設置される。基板Sの残りの2つのコーナー部にも同様に、第3のコーナー部(C3)に対応する位置に、当該コーナー部を形成する基板Sの第3の辺(長辺)と第2の辺(短辺)に沿ってそれぞれ延長されL字状に形成される第3の支持部223が設置され、上記第3のコーナー部(C3)の対角位置である基板の第4のコーナー部(C4)に対応する位置に、当該コーナー部を形成する基板Sの第1の辺(長辺)と第4の辺(短辺)に沿ってそれぞれ延長されL字状に形成される第4の支持部224が設置される。
基板支持ユニット22をZ軸方向に昇降駆動するための駆動機構である前述した基板Zアクチュエータ26は、これらの各基板支持部221~224に対応して設置される。つまり、基板Sの各コーナー部(C1~C4)に対応する位置に4つの基板Zアクチュエータが設置され、それぞれ対応する基板支持部221~224に連結される。そして、これら各基板Zアクチュエータは、制御部により、対応する各基板支持部221~224をそれぞれ独立して昇降可能に制御される。
本発明の一実施形態では、基板Sを静電チャック24に吸着させるために基板支持ユニット22によって支持された基板Sを静電チャック24に向かって上昇させていく際に、基板支持ユニット22を構成する前述の複数の基板支持部221~224を独立に昇降駆動させる。具体的に、基板Sの一つのコーナー部に対応する位置に設置された支持部から、対角位置のコーナー部に対応する位置に設置された支持部への順に、基板支持部221~224を順次に上昇させて静電チャック24に近接させる。例えば、第1のコーナー部(C1)に対応する位置に設けられた第1の支持部221が先に上昇されるように第1の支持部221に接続された基板Zアクチュエータ26を駆動させ、次いで、第1のコーナー部(C1)に隣接した第3のコーナー部(C3)及び第4のコーナー部(C4)に対応する位置にそれぞれ設置された基板Zアクチュエータを駆動させ、第3の支持部223及び第4の支持部224を上昇させ、最後に、第1のコーナー部(C1)の対角位置である第2のコーナー部(C2)に対応する位置に設けられた第2の支持部222を該支持部に連結された基板Zアクチュエータを駆動制御し上昇させる。
基板支持部をこのように独立に駆動制御することによって、基板Sを静電チャック24に吸着させる際に、対角線上の1つのコーナー部から対向する他のコーナー部に向けて順次に吸着を進行させていくことができる。
つまり、静電チャック24は、吸着電圧を印加しターンオンした状態で、前述したように、基板支持ユニット22を構成する複数の基板支持部221~224を独立して順次に上昇させると、最初に上昇した第1の支持部221で支持された基板Sの第1のコーナー部(C1)に対応する周縁部が静電チャック24の下面に接触し、吸着が行われる(図4(a))。次いで、第3および第4の支持部223、224が上昇することにより、第1のコーナー部(C1)から基板Sの中央部に向かって図3の矢印方向に吸着が進行され、第3および第4の支持部223、224でそれぞれ支持された第3及び第4のコーナー部(C3、C4)に対応する周縁部まで吸着が行われ(図4(b))、最後に、対角位置の第2の支持部222が上昇し第2のコーナー部(C2)に対応する位置の基板周縁部が静電チャック24に接触して吸着されることにより、吸着が完了する(図4(c))。図4(a)~図4(c)は、図3において基板の第1のコーナー部(C1)と第2のコーナー部(C2)とを結ぶ対角方向における垂直断面から見たときの、以上説明した基板支持部の上昇及び静電チャック24への吸着進行過程を示す図である。
このように、本発明の一実施形態では、基板Sの外周を支持する基板支持ユニット22を基板Sの各コーナー部に対応する複数の領域に分割して設置し、これらの各コーナー部に対応する位置に設けられた複数の基板支持部221~224を独立して順次に駆動制御することを特徴とする。これにより、静電チャック24への吸着が基板の第1のコーナー部から基板の中央部を通って基板の対向する第2のコーナー部へと順次に行われ、基板の中央部のたわみが最後に吸着される第2のコーナー部側に逃されながら基板全体が静電チャック24に平らに吸着されることができる。したがって、静電チャックへの吸着時のしわ発生をより効果的に抑制することができる。
以上、説明した実施形態では、静電チャック24に吸着電圧を印加した状態で、基板支持部の上昇を開始すると説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、静電チャック24をオフにした状態で、以上説明した基板支持部の上昇動作を開始し、静電チャック24との接触が始まった時点(例えば、第1の支持部221によって支持された基板の第1のコーナー部が静電チャックに接触した時点)で、静電チャック24に吸着電圧を印加することで、吸着を行うこともできる。または、基板支持部の上昇が開始され、静電チャック24と接触していない状態で静電チャック24に吸着電圧を印加してターンオンさせることもできる。このような場合にも、上述した本発明の効果を奏することができる。
なお、本実施形態では、基板の各コーナー部(4つのコーナー部)に対応した位置に夫々基板支持部を設けた構成としているが、少なくとも3つ以上の基板支持部の少なくとも1つを、基板の1つのコーナー部に対応した位置に設け、他の基板支持部をコーナー部または任意の位置に設けて各基板支持部を独立して昇降制御する構成であれば、1つのコーナー部から吸着を順次良好に進行させることができる。
<静電チャック24の吸着部の構成、および静電チャック24への吸着電圧の印加と基板支持部の駆動制御との連動>
以上では、基板Sを吸着するための吸着電圧を静電チャック24の全面に同時に印加することを説明したが、本発明はこれに限定されない。
つまり、静電チャック24への基板吸着電圧の印加を、前述した基板支持部の駆動制御と連動させることで、吸着時のしわ発生をより一層効果的に抑制することができる。以下、これを詳細に説明する。
図5a~図5bを参照して本発明の一実施形態による静電チャックの吸着部の構成について説明する。
図5aは、本実施形態の静電チャックシステム30の概念的なブロック図であり、図5bは、静電チャック24の模式的な平面図である。
本実施形態の静電チャックシステム30は、図5aに示したように、静電チャック24と、電圧印加部31と、電圧制御部32とを含む。
電圧印加部31は、静電チャック24の電極部に静電引力を発生させるための電圧を印加する。
電圧制御部32は、静電チャックシステム30の吸着工程または成膜装置11の成膜工程の進行に応じて、電圧印加部31により電極部に加えられる電圧の大きさ、電圧の印加開始時点、電圧の維持時間、電圧の印加順番などを制御する。電圧制御部32は、例えば、静電チャック24の電極部に含まれる複数のサブ電極部241~244への電圧印加をサブ電極部別に独立的に制御することができる。本実施形態では、電圧制御部32が成膜装置11の制御部とは別途に具現されるが、本発明はこれに限定されず、成膜装置11の制御部に統合されてもいい。
静電チャック24は、吸着面に被吸着体(例えば、基板S)を吸着するための静電吸着力を発生させる電極部を含み、電極部は複数のサブ電極部241~244を含むことができる。例えば、本実施形態の静電チャック24は、図5bに示したように、静電チャック24の長手方向(Y方向)および/または、静電チャック24の短手方向(X方向)に沿って、分割された複数のサブ電極部241~244を含む。
各々のサブ電極部は、静電吸着力を発生させるためにプラス(第1極性)及びマイナス(第2極性)の電位が印加される電極対33を含む。例えば、それぞれの電極対33は、プラス電位が印加される第1電極331と、マイナス電位が印加される第2電極332とを含む。
第1電極331及び第2電極332は、図5bに図示したように、それぞれ櫛形状を有する。例えば、第1電極331及び第2電極332は、それぞれ複数の櫛歯部と、複数の櫛歯部に連結される基部とを含む。各電極331,332の基部は櫛歯部に電位を供給し、複数の櫛歯部は、被吸着体との間で静電吸着力を生じさせる。一つのサブ電極部において、第1電極331の各櫛歯部は、第2電極332の各櫛歯部と対向するように、交互に配置される。このように、各電極331,332の各櫛歯部が対向しかつ互いに入り組んだ構成とすることで、異なる電位が印加される電極間の間隔を狭くすることができ、大きな不平等電界を形成し、グラジエント力によって基板Sを吸着することができる。
本実施例においては、静電チャック24のサブ電極部241~244の各電極331、332が櫛形状を有すると説明したが、本発明はそれに限定されず、被吸着体との間で静電引力を発生させることができる限り、多様な形状を持つことができる。
本実施形態の静電チャック24は、複数のサブ電極部に対応する複数の吸着部を有する。例えば、本実施例の静電チャック24は、図5bに図示したように、4つのサブ電極部241~244に対応する4つの吸着部を有するが、これに限定されず、基板Sの吸着をより精緻に制御するため、他の個数の吸着部を有してもいい。
複数の吸着部は、物理的に一つのプレートが複数の電極部を持つことで具現されてもよく、物理的に分割された複数のプレートそれぞれが一つまたはそれ以上の電極部を持つことで具現されてもいい。図5bに示した実施例において、複数の吸着部それぞれが複数のサブ電極部それぞれに対応するように具現されてもよく、一つの吸着部が複数のサブ電極部を含むように具現されてもいい。
例えば、電圧制御部32によるサブ電極部241~244への電圧の印加を制御することで、後述するように、基板Sの吸着進行方向と交差する方向に配置された複数のサブ電極部241、244が一つの吸着部を成すようにすることができる。すなわち、2つのサブ電極部241、244それぞれは、独立的に電圧制御が可能であるが、これら2つの電極部241、244に同時に電圧が印加されるように制御することで、これら2つの電極部241、244が一つの吸着部として機能するようにすることができる。複数の吸着部それぞれに独立的に基板の吸着が行われることができる限り、その具体的な物理的構造及び電気回路的構造は変わり得る。
図6は、以上の構成を有する静電チャック24において、各吸着部に対する吸着電圧の印加と前述した基板支持部の駆動を連動させることによって、基板Sを一側のコーナー部から対角方向の他側のコーナーに向かって順次に吸着させていく詳細工程を図示する。
成膜装置11の真空容器21内に基板Sが搬入され、基板支持ユニット22の支持部に載置された状態で、前述したように、基板Sの1つのコーナー部(例えば、第1のコーナー部(C1))に対応する位置に設けられた第1の支持部221が先に上昇する。第1の支持部221の上昇によって第1のコーナー部(C1)に対応する基板周縁部が静電チャック24の下面に十分に近接または接触すると、電圧制御部32は、基板の第1のコーナー部(C1)に対応する位置に配置されたサブ電極部243に基板吸着電圧(ΔV1)が印加されるように制御する(図6(a))。これにより、基板Sの第1のコーナー部(C1)から吸着が開始する。
続いて、第3および第4の支持部223、224の上昇により、第3及び第4のコーナー部(C3、C4)に対応する基板周縁部が静電チャック24の下面に十分に近接または接触すると、電圧制御部32は、第3および第4のコーナー部(C3、C4)に対応する位置に配置されたサブ電極部241、244に基板吸着電圧(ΔV1)が印加されるように制御する(図6(b))。これにより、基板Sの第1のコーナー部(C1)から始まった吸着が、対角線上の他のコーナー部に向かう方向に基板Sの中央部を含む基板Sの概略半分に該当する領域まで吸着が行われる。
最後に、対角方向の基板支持部である第2の支持部222が上昇し、対角方向のコーナー部である第2のコーナー部(C2)に対応する基板周縁部が静電チャック24の下面に十分に近接または接触すると、電圧制御部32は、第2のコーナー部(C2)に対応する位置に配置されたサブ電極部242に基板吸着電圧(ΔV1)が印加されるように制御する(図6(c))。これにより、基板Sの全領域が吸着される。
図6の各右側図面は、以上の各電圧印加段階での基板Sの吸着状態を概念的に示した上面図(静電チャック24側から見た上面図)である。各段階での基板吸着領域を斜線で示している。図6の各左側図面は、上記の各電圧印加段階における基板の第1のコーナー部(C1)と第2のコーナー部(C2)とを連結する対角方向における垂直断面で見たときの、基板支持部の上昇及び吸着進行過程を示している。
このように、本発明の一実施形態では、基板Sの各コーナー部に対応する位置に設けられた複数の基板支持部221~224を独立して順次駆動制御するとともに、静電チャック24に印加される吸着電圧も、このような基板支持部の駆動制御タイミングに合わせて、一側のコーナー部から中央部を経て対角方向の他側のコーナー部に向かって複数の吸着領域に順次に印加されるように制御する。
これにより、静電チャック24への基板吸着時のしわの発生をより一層効果的に抑制することができる。
以上のように、本発明は、基板支持部を基板Sの各コーナー部に対応して複数分割して設置し、それらの駆動を独立に制御して、基板の吸着が一側のコーナー部から対角方向の他側のコーナー部に向かう方向に行われるようにすることで、吸着時に基板のたわみを良好に逃し、しわの発生を抑制する。本発明は、上記実施例の構成に限定されず、その技術思想の範囲内で適宜変形してもよい。例えば、上記実施例では、基板支持部の駆動(および/またはそれと連動した静電チャックへの吸着電圧印加)を、「第1のコーナー部(C1)に対応する第1の支持部221の上昇」→「第3および第4のコーナー部(C3、C4)に対応する第3及び第4の支持部223、224の同時上昇」→「第2のコーナー部(C2)に対応する第2の支持部222の上昇」の順に制御する例について説明したが、基板の吸着進行方向が全体的に一側のコーナー部から対角方向の他側のコーナー部に向かう方向になるかぎり、第3および第4の支持部223、224も独立に制御して、「第1の支持部221の上昇」→「第3の支持部223の上昇」→「第4の支持部224の上昇」→「第2の支持部222の上昇」の順に制御したり、または「第1の支持部221の上昇」→「第3の支持部223の上昇」→「第4の支持部224及び第2の支持部222の同時上昇」の順などで制御することもできる。
<成膜プロセス>
以下、本実施形態による成膜装置を用いた成膜方法について説明する。
真空容器21内のマスク支持ユニット23にマスクMが支持された状態で、基板Sが真空容器21内に搬入される。以上説明した基板支持ユニット22を構成する複数の基板支持部221~224の順次駆動(及びそれと連動した静電チャック24への順次吸着電圧印加)動作を通じて、静電チャック24に基板Sを吸着させる。次いで、基板SとマスクMのアライメントを行った後、基板SとマスクMの相対位置ずれ量が所定の閾値より小さくなると、磁力印加手段を下降させ、基板SとマスクMを密着させた後、成膜材料を基板Sに成膜する。所望の厚さに成膜した後、磁力印加手段を上昇させて、マスクMを分離し、基板Sを搬出する。
<電子デバイスの製造方法>
次に、本実施形態の成膜装置を用いた電子デバイスの製造方法の一例を説明する。以下、電子デバイスの例として有機EL表示装置の構成及び製造方法を例示する。
まず、製造する有機EL表示装置について説明する。図7(a)は有機EL表示装置60の全体図、図7(b)は1画素の断面構造を表している。
図7(a)に示すように、有機EL表示装置60の表示領域61には、発光素子を複数備える画素62がマトリクス状に複数配置されている。詳細は後で説明するが、発光素子のそれぞれは、一対の電極に挟まれた有機層を備えた構造を有している。なお、ここでいう画素とは、表示領域61において所望の色の表示を可能とする最小単位を指している。本実施例にかかる有機EL表示装置の場合、互いに異なる発光を示す第1発光素子62R、第2発光素子62G、第3発光素子62Bの組合せにより画素62が構成されている。画素62は、赤色発光素子と緑色発光素子と青色発光素子の組合せで構成されることが多いが、黄色発光素子とシアン発光素子と白色発光素子の組み合わせでもよく、少なくとも1色以上であれば特に制限されるものではない。
図7(b)は、図7(a)のA-B線における部分断面模式図である。画素62は、基板63上に、陽極64と、正孔輸送層65と、発光層66R、66G、66Bのいずれかと、電子輸送層67と、陰極68と、を備える有機EL素子を有している。これらのうち、正孔輸送層65、発光層66R、66G、66B、電子輸送層67が有機層に当たる。また、本実施形態では、発光層66Rは赤色を発する有機EL層、発光層66Gは緑色を発する有機EL層、発光層66Bは青色を発する有機EL層である。発光層66R、66G、66Bは、それぞれ赤色、緑色、青色を発する発光素子(有機EL素子と記述する場合もある)に対応するパターンに形成されている。また、陽極64は、発光素子ごとに分離して形成されている。正孔輸送層65と電子輸送層67と陰極68は、複数の発光素子62R、62G、62Bと共通で形成されていてもよいし、発光素子毎に形成されていてもよい。なお、陽極64と陰極68とが異物によってショートするのを防ぐために、陽極64間に絶縁層69が設けられている。さらに、有機EL層は水分や酸素によって劣化するため、水分や酸素から有機EL素子を保護するための保護層70が設けられている。
図7(b)では正孔輸送層65や電子輸送層67が一つの層で示されているが、有機EL表示素子の構造によって、正孔ブロック層や電子ブロック層を含む複数の層で形成されてもよい。また、陽極64と正孔輸送層65との間には陽極64から正孔輸送層65への正孔の注入が円滑に行われるようにすることのできるエネルギーバンド構造を有する正孔注入層を形成することもできる。同様に、陰極68と電子輸送層67の間にも電子注入層が形成されることができる。
次に、有機EL表示装置の製造方法の例について具体的に説明する。
まず、有機EL表示装置を駆動するための回路(不図示)および陽極64が形成された基板63を準備する。
陽極64が形成された基板63の上にアクリル樹脂をスピンコートで形成し、アクリル樹脂をリソグラフィ法により、陽極64が形成された部分に開口が形成されるようにパターニングし絶縁層69を形成する。この開口部が、発光素子が実際に発光する発光領域に相当する。
絶縁層69がパターニングされた基板63を第1の有機材料成膜装置に搬入し、基板保持ユニット及び静電チャックにて基板を保持し、正孔輸送層65を、表示領域の陽極64の上に共通する層として成膜する。正孔輸送層65は真空蒸着により成膜される。実際には正孔輸送層65は表示領域61よりも大きなサイズに形成されるため、高精細なマスクは不要である。
次に、正孔輸送層65までが形成された基板63を第2の有機材料成膜装置に搬入し、基板保持ユニット及び静電チャックにて保持する。基板とマスクとのアライメントを行い、基板をマスク上に載置して、基板63の赤色を発する素子を配置する部分に、赤色を発する発光層66Rを成膜する。
発光層66Rの成膜と同様に、第3の有機材料成膜装置により緑色を発する発光層66Gを成膜し、さらに第4の有機材料成膜装置により青色を発する発光層66Bを成膜する。発光層66R、66G、66Bの成膜が完了した後、第5の成膜装置により表示領域61の全体に電子輸送層67を成膜する。電子輸送層67は、3色の発光層66R、66G、66Bに共通の層として形成される。
電子輸送層67まで形成された基板を金属性蒸着材料成膜装置で移動させて陰極68を成膜する。
その後プラズマCVD装置に移動して保護層70を成膜して、有機EL表示装置60が完成する。
絶縁層69がパターニングされた基板63を成膜装置に搬入してから保護層70の成膜が完了するまでは、水分や酸素を含む雰囲気にさらしてしまうと、有機EL材料からなる発光層が水分や酸素によって劣化してしまうおそれがある。従って、本例において、成膜装置間の基板の搬入搬出は、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気の下で行われる。
上記実施例は本発明の一例を現わしたことで、本発明は上記実施例の構成に限定されないし、その技術思想の範囲内で適切に変形しても良い。
11:成膜装置、22:基板支持ユニット、221、222、223、224:支持部、23:マスク支持ユニット、24:静電チャック、241、242、243、244:サブ電極部

Claims (9)

  1. マスクを介して基板に成膜材料を成膜する成膜装置であって、
    チャンバ内に配置され、前記基板の周縁部を支持する基板支持部と、
    前記チャンバ内の前記基板支持部の上方に配置され、前記基板支持部によって支持された前記基板を吸着するための基板吸着手段と、
    前記基板吸着手段に向かって前記基板支持部の昇降を制御する制御部とを含み、
    前記基板支持部は、
    前記基板の第1の角を介して隣り合う2辺それぞれの前記第1の角の近傍を支持する第1の支持部と、
    前記基板の前記第1の角の対角である第2の角を介して隣り合う2辺それぞれの前記第2の角の近傍を支持する第2の支持部と、
    前記基板の前記第1の角及び前記第2の角とは別の第3の角を介して隣り合う2辺の前記第3の角の近傍を支持する第3の支持部とを少なくとも含み、
    前記基板吸着手段は、前記基板を吸着するための吸着電圧がそれぞれ印加される分割された複数の電極部を有する静電チャックであり、
    前記基板支持部の昇降と前記基板吸着手段の制御として、
    前記第1の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第1の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第1制御と、
    前記第1制御の後に、前記第3の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第3の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第2制御と、
    前記第2制御の後に、前記第2の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第2の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第3制御と、が実行されることを特徴とする成膜装置。
  2. 記基板支持部は、前記基板の前記第3の角の対角である第4の角を介して隣り合う2辺それぞれの前記第4の角の近傍を支持する第4の支持部を含み、
    前記第2制御では、前記第4の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第4の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加されることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
  3. 前記第2制御では、前記第3および第4の支持部を共に上昇させることを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。
  4. 前記第2制御では、前記第3および第4の支持部を順次に上昇させることを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。
  5. 成膜装置のチャンバ内で、マスクを介して基板の成膜面に成膜材料を成膜する成膜方法であって、
    チャンバ内に搬入された前記基板の周縁部を基板支持部で支持するステップと、
    前記チャンバ内の前記基板支持部の上方に配置された基板吸着手段に前記基板の前記成膜面と反対側の面を吸着させるステップと、
    成膜源から放出される成膜材料を前記マスクを介して前記基板の前記成膜面に成膜するステップとを含み、
    前記基板吸着手段は、前記基板を吸着するための吸着電圧がそれぞれ印加される分割された複数の電極部を有する静電チャックであり、
    前記基板支持部は、
    前記基板の第1の角を介して隣り合う2辺それぞれの前記第1の角の近傍を支持する第1の支持部と、
    前記基板の前記第1の角の対角である第2の角を介して隣り合う2辺それぞれの前記第2の角の近傍を支持する第2の支持部と、
    前記基板の前記第1の角及び前記第2の角とは別の第3の角を介して隣り合う2辺の前記第3の角の近傍を支持する第3の支持部とを少なくとも含み、
    前記吸着させるステップは、
    前記第1の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第1の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第1ステップと、
    前記第1ステップの後に前記第3の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第3の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第2ステップと、
    前記第2ステップの後に前記第2の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第2の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加される第3ステップと、を含むことを特徴とする成膜方法。
  6. 前記基板支持部は、前記基板の前記第3の角の対角である第4の角を介して隣り合う2辺それぞれの前記第4の角の近傍を支持する第4の支持部を含み、
    前記第2ステップでは、
    前記第4の支持部を上昇させて前記基板吸着手段に近接させたことに応じて前記複数の電極部のうち前記第4の角の近傍に対応する位置に配置された電極部に前記基板を吸着するための吸着電圧が印加されることを特徴とする請求項5に記載の成膜方法。
  7. 前記第2ステップでは、前記第3および第4の支持部を共に上昇させることを特徴とする請求項に記載の成膜方法。
  8. 前記第2ステップでは、前記第3および第4の支持部を順次に上昇させることを特徴とする請求項に記載の成膜方法。
  9. 請求項~請求項のいずれか一項に記載の成膜方法を用いて、電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
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