JP7271389B2 - 成膜装置、成膜方法、および電子デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
このような成膜装置においては、成膜精度を高めるために、基板とマスクの相対位置を測定し、相対位置がずれている場合には、基板および/またはマスクを相対的に移動させて位置を調整(アライメント)する。
を放出する成膜源と、磁力によって前記基板吸着手段を浮上させ、かつ、磁力によって前記基板吸着手段を前記吸着面に沿った第1方向に移動させる磁気浮上手段と、を含み、前記磁気浮上手段は、前記第1方向に交差し、かつ、前記吸着面に沿った第2方向に、および、前記吸着面に対する垂直方向に、前記基板吸着手段を磁力によって移動させることを特徴とする。
本発明の一実施形態による成膜装置は、基板にマスクを介して成膜するための成膜装置であって、真空容器と、前記真空容器内に設けられ、基板の成膜面が鉛直方向の下方を向くように前記基板を吸着する吸着面を有する基板吸着手段と、前記真空容器内に設けられ、マスクを支持するためのマスク支持ユニットと、前記真空容器内に設けられ、成膜材料を放出する成膜源と、磁力によって前記基板吸着手段を浮上させ、かつ、磁力によって前記基板吸着手段を前記吸着面に沿った第1方向に移動させる磁気浮上手段と、を含み、前記磁気浮上手段は、前記第1方向、または、前記第1方向に交差し、かつ、前記吸着面に沿った第2方向に、または、前記吸着面に対する垂直方向のいずれかを軸として、前記基板吸着手段を磁力によって回転させることを特徴とする。
本発明の一実施形態による成膜装置は、基板にマスクを介して成膜するための成膜装置であって、真空容器と、前記真空容器内に設けられ、基板の成膜面が鉛直方向の下方を向くように前記基板を吸着する吸着面を有する基板吸着手段と、前記真空容器内に設けられ、マスクを支持するためのマスク支持ユニットと、前記真空容器内に設けられ、成膜材料を放出する成膜源と、磁力によって前記基板吸着手段を浮上させ、かつ、磁力によって前記基板吸着手段を前記吸着面に沿った第1方向に移動させる磁気浮上手段と、を含み、前記吸着面に対して垂直方向に、前記マスク支持ユニットが近接または離間するように前記マスク支持ユニットを移動させるためのマスク支持ユニット移動機構を備え、前記マスク支持ユニット移動機構は、駆動用モータと、前記駆動用モータの回転駆動力を直線駆動力に変換し前記マスク支持ユニットに伝えるための駆動力伝達機構とを含むことを特徴とする。
基板の材料としては、半導体(例えば、シリコン)、ガラス、樹脂、高分子材料のフィルム、金属などの任意の材料を選ぶことができ、基板は、例えば、シリコンウエハ、又は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、成膜材料としても、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ぶことができる。
本発明は、中でも、OLEDなどの有機発光素子や、有機薄膜太陽電池などの有機光電変換素子の製造装置に好ましく適用可能である。なお、本発明における電子デバイスは、発光素子を備えた表示装置(例えば有機EL表示装置)や照明装置(例えば有機EL照明装置)、光電変換素子を備えたセンサ(例えば有機CMOSイメージセンサ)も含むものである。
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、VR-HMD用の有機EL表示装置の表示パネルの製造に用いられる。VR-HMD用の表示パネルの場合、例えば、所定のサイズのシリコンウエハに有機EL素子の形成のための成膜を行った後、素子形成領域の間の領域(スクライブ領域)に沿って該シリコンウエハを切り出して、複数の小さなサイズのパネルに製作する。
クラスタ装置1は、基板Wに対する処理(例えば、成膜)を行う成膜装置11と、使用前後のマスクを収納する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(搬送装置)と、を備える。搬送室13は、図1に示したように、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W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W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パス室15に搬送する。
本発明の一実施形態によるパス室15は、複数の基板Wを一時的に載置するための基板積載部(不図示)や基板回転機構を含んでもよい。つまり、パス室15が、バッファ室や旋回室の機能を兼ねてもよい。
ラスタタイプの製造装置で行い、電極層(カソード層)の成膜工程から封止工程及び切断工程などは、インラインタイプの製造装置で行ってよい。
<成膜装置>
図2は、本発明の一実施形態による成膜装置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方向とし、水平面をXY平面とするXYZ直交座標系を用いる。また、X軸まわりの回転角をθX、Y軸まわりの回転角をθY、Z軸まわりの回転角をθZで表す。
図2は、成膜材料を加熱することによって蒸発または昇華させ、マスクMを介して基板Wに成膜する成膜装置11の一例を示している。
本発明の一実施形態による成膜装置11は、磁気力によってマスクMを基板W側に密着させるための磁力印加手段26をさらに含むことができる。
真空容器部211に外部振動が伝わることを低減することができる。
X方向およびY方向は、基板吸着手段24の吸着面に平行な方向である。Z方向はX方向およびY方向の両方と交差する方向である。θX方向は、X軸周りの回転方向である。θY方向は、Y軸周りの回転方向である。θZ方向は、Z軸周りの回転方向である。
マスク支持ユニット23は、昇降機構により少なくとも鉛直方向(Z方向)に昇降可能に設置される。これにより、基板WとマスクMとの間の鉛直方向における間隔を容易に調節することができる。また、本発明の一実施例によれば、マスク支持ユニット23を、水平方向(つまり、XYθZ方向)にも移動可能に設置してもよい。マスク支持ユニット23及びマスク支持ユニット23を昇降させるための昇降機構の具体的な構成については、図4を参照して後述する。
マスクMの開口パターンは、成膜材料の粒子を通過させない遮断パターンによって定義される。
基板吸着手段24は、例えば、誘電体または絶縁体(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である。
静電チャックは、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よい。また、静電チャックが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有し、一つのプレート内における位置によって静電引力が異なるように制御してもよい。
基板吸着手段24は、吸着によって基板Wを吸着面(支持面)において支持してもよいし、クランプ機構による挟持や受け爪への載置などの吸着以外の方法で、基板Wを支持面において支持してもよい。基板吸着手段24は、基板支持手段の一例である。
成膜源25は、互いに異なる成膜材料を収納する複数のるつぼを含んでもよい。このような構成においては、真空容器21を大気開放せずに成膜材料を変更できるように、異なる成膜材料を収納する複数のるつぼを成膜位置に移動可能に設置してもよい。
本発明の一実施形態による成膜装置11は、真空容器21の上部外側(大気側)に設置され、基板W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ユニット27をさらに含む。
制御部100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することができる。この場合、制御部100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100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11ごとに制御部100が設置されていてもよく、一つの制御部100が複数の成膜装置11を制御するように構成してもよい。
図3A~3Dは、本発明の一実施形態による磁気浮上ステージ機構22の模式的平面図および模式的断面図である。
磁気浮上ステージ機構22は、前述したように、固定台として機能するステージ基準プレート部221と、可動台として機能する微動ステージプレート部222と、微動ステージプレート部222をステージ基準プレート部221に対して磁気浮上及び移動させるための磁気浮上ユニット223とを含む。
うにする構成を有する。磁気浮上リニアモータ31は、固定子314のコイルに流れる電流の方向を調節することによって可動子315に加えられる力の方向を調節することができる。例えば、Z方向磁気浮上リニアモータ313の固定子314のコイルに流れる電流の方向を制御することにより、可動子315を上方(+Z)方向に移動させたり、可動子315を下方(-Z)方向に移動させたりすることができる。
本発明の一実施形態による磁気浮上ユニット223は、微動ステージプレート部222の位置を測定するため位置測定手段と、微動ステージプレート部222をステージ基準プレート部221に対して浮上させる浮上力を提供することで、微動ステージプレート部222にかかる重力を補償する自重補償手段33とをさらに含むことができる。
第1の磁石部331と第2の磁石部332は、電磁石または永久磁石で構成することができる。図3Dに示された第1の磁石部331と第2の磁石部332において、右下がりの線でハッチングされた部分と、右上がり線でハッチングされた部分は、それぞれ別の磁極(S極またはN極)を示している。
以上のように、本発明においては、マスクMと基板Wのアライメント動作時、基板吸着手段24およびこれに吸着された基板WをマスクMに対して相対移動させるための手段として、モータとボールねじまたはリニアガイドなどを使用する機械的なアライメントステージの代わりに、磁気浮上ステージ機構22を採用している。したがって、従来の機械的な制御方式に比べ、マスクMに対する基板Wの位置調整の精度を向上させることができる。
の距離が小さくなり、ステージ機構駆動時の揺動や外乱によって基板吸着手段24に与える影響が増幅することを抑制することができる。
このような基板WとマスクM間の鉛直方向(Z方向)の相対距離(基板とマスクとの間の間隔)を調整するため、本発明では、マスクMを移動対象としている。つまり、マスクMを支持するマスク支持ユニット23を、昇降機構を使って昇降させることによって、基板WとマスクM間のZ方向の相対距離を調整する。また、このときのマスク支持ユニット昇降機構としては、機械的なステージ昇降機構を用いる。
マスク支持ユニット昇降機構231は、マスク支持ユニット昇降駆動用モータ2311と、マスク支持ユニット昇降駆動用モータ2311の回転駆動力を直線駆動力に変換してマスク支持ユニット23に伝えるための駆動力伝達機構としてのリニアガイド2312とを含む。本実施形態では、マスク支持ユニット昇降駆動力伝達機構としてリニアガイド2312を使用しているが、本発明はこれに限定されず、ボールねじなどを使用することもできる。
)が鉛直方向(Z方向)に昇降することで、アライメント動作時、基板WとマスクM間の相対距離を容易に調節することができる。
マスク支持ユニット23は、基板吸着手段24の吸着面(支持面)側に配置され、マスク支持ユニット昇降機構231及びアライメントステージ232は、基板吸着手段24の吸着面(支持面)の反対面側であって、真空容器21の上部外側(外部大気側)に設けられている。基板吸着手段24は、マスク支持ユニット23とアライメントステージ232との間に配置されている。
マスクピックアップ233は、マスク支持ユニット23のマスク支持面に対して相対昇降可能に構成される。例えば、図示したように、真空容器21の上部外側(大気側)に配置されたマスクピックアップ昇降機構2331が駆動することによってマスクピックアップ233がマスク支持ユニット23のマスク支持面に対して相対昇降するように構成することができる。マスクピックアップ昇降機構2331は、マスク支持ユニット昇降機構231と同様に、アライメントステージ232上に搭載され、アライメントステージ232の水平方向(XYθZ方向)への移動時にマスク支持ユニット昇降機構231と共に水平方向(XYθZ方向)に移動することができる。
、搬送ロボット14のハンドによって成膜装置11の外部にマスクMを搬出する。
アライメントステージ232を第1真空容器部211の下部の大気側に配置してもよい。この場合、マスク支持ユニット昇降機構231を、アライメントステージ232上に搭載してもよいし、アライメントステージ232よりも鉛直方向の下方に位置するようにアライメントステージ232に搭載してもよい。このように、マスク支持ユニット23よりも鉛直方向の下方にマスク支持ユニット昇降機構231及びアライメントステージ232が配置されるようにしてもよい。
マスク支持ユニット昇降機構231及びアライメントステージ232を、基板吸着手段24の吸着面(支持面)側であって、真空容器21の下部の大気側(外部大気側)に設けてもよい。マスク支持ユニット23を、基板吸着手段24の吸着面(支持面)側であって、基板吸着手段24と、マスク支持ユニット昇降機構231又はアライメントステージ232との間に配置してもよい。
以下、図7のフローチャートを参照しつつ、本発明の磁気浮上ステージ機構22を用いて、基板吸着手段24の吸着面(支持面)に平行な面内において基板WとマスクMとの相対位置調整を行うアライメント方法を説明する。
まず、マスクMと基板Wが成膜装置11内に搬入され、マスクMがマスク支持ユニット23によって支持され、基板Wが基板支持ユニットによって支持される。マスク支持ユニット23によるマスクMの受け取り時には、前述したように、マスクピックアップ233と、マスク支持ユニット23のマスク支持面との間の相対的な昇降が行われながら、マスクMがマスク支持ユニット23に受け取られて支持される(ステップS101)。
マスクMが基板Wに対してファインアライメント計測位置に移動すると、ファインアライメント用カメラで基板W及びマスクMのアライメントマークを撮像し、制御部101は、XYθZ方向における基板WとマスクMの相対的位置ずれ量を算出する(ステップS105)。
測定された微動ステージプレート部222の位置と、基板WとマスクMの相対的位置ずれ量に基づいて、微動ステージプレート部222の移動目標位置を算出する。
このような過程を、基板WとマスクMの相対的位置ずれ量が所定の閾値より小さくなるまで繰り返す。
基板WとマスクMの相対的位置ずれ量が所定の閾値より小さくなると、基板吸着手段24に吸着された基板Wの成膜面がマスクMの上面と接触するように、マスク支持ユニット23を上昇させる。基板吸着手段24に吸着された基板Wの成膜面がマスクMの上面と接触する状態における基板WとマスクMの位置を蒸着位置とも称する。
この過程で、基板WとマスクMのXYθZ方向における相対的位置ずれが生じたかを確認するために、ファインアライメント用カメラを用いて、基板WとマスクMの相対位置の計測を行い、計測された相対位置のずれ量が所定の閾値の以上である場合、基板WとマスクMを所定の距離まで再び離間(例えば、マスク支持ユニット23を下降)させた後、基板WとマスクMとの間の相対位置を調整し、同じ過程を繰り返す(ステップS108)。
基板WとマスクMが接触した状態で、基板WマスクMとの間の相対的位置ずれ量が所定の閾値より小さくなると、成膜工程を開始する(ステップS109)。
以下、本実施形態によるアライメント方法を採用し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、搬送室13の搬送ロボット14によって成膜装置11の真空容器21内に基板Wが搬入される。
真空容器21内に進入した搬送ロボット14のハンドが基板Wを基板支持ユニットの支持部上に載置する。
基板支持ユニットが基板吸着手段24に十分に近接或いは接触した後に、基板吸着手段24に基板吸着電圧を印加し、基板吸着手段24に基板Wを吸着させる。
基板吸着手段24に基板Wが吸着された状態で、前述の本実施形態によるアライメント方法に従って、アライメント工程を行う。
基板W上の膜が所望の厚さになるように蒸着した後、磁力印加手段26を上昇させて基板WとマスクMとを分離(離間)し、マスク支持ユニット23を下降させる。
なお、上述の説明では、成膜装置11は、基板Wの成膜面が鉛直方向下方を向いた状態で成膜が行われる、いわゆる上向き蒸着方式(デポアップ)の構成としたが、本発明はこれに限定はされず、基板Wが真空容器21の側面側に垂直に立てられた状態で配置され、基板Wの成膜面が重力方向と平行な状態で成膜が行われる構成であってもよい。
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6(a)は有機EL表示装置60の全体図、図6(b)は1画素の断面構造を示している。
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部が形成されるようにパターニングして絶縁層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。
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、
静電チャックにて保持する。基板63とマスクMとのアライメントを行い、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。
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。
前記実施形態は本発明の一例であり、本発明は前記実施形態の構成に限定されず、その技術思想の範囲内で適切に変形してもよい。
21:真空容器
22:磁気浮上ステージ機構
23:マスク支持ユニット
231:マスク支持ユニット昇降機構
232:アライメントステージ
233:マスクピックアップ
2331:マスクピックアップ昇降機構
24:基板吸着手段
Claims (10)
- 基板にマスクを介して成膜するための成膜装置であって、
真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、基板の成膜面が鉛直方向の下方を向くように前記基板を吸着する吸着面を有する基板吸着手段と、
前記真空容器内に設けられ、マスクを支持するためのマスク支持ユニットと、
前記真空容器内に設けられ、成膜材料を放出する成膜源と、
磁力によって前記基板吸着手段を浮上させ、かつ、磁力によって前記基板吸着手段を前記吸着面に沿った第1方向に移動させる磁気浮上手段と、を含み、
前記磁気浮上手段は、前記第1方向に交差し、かつ、前記吸着面に沿った第2方向に、および、前記吸着面に対する垂直方向に、前記基板吸着手段を磁力によって移動させる
ことを特徴とする成膜装置。 - 基板にマスクを介して成膜するための成膜装置であって、
真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、基板の成膜面が鉛直方向の下方を向くように前記基板を吸着する吸着面を有する基板吸着手段と、
前記真空容器内に設けられ、マスクを支持するためのマスク支持ユニットと、
前記真空容器内に設けられ、成膜材料を放出する成膜源と、
磁力によって前記基板吸着手段を浮上させ、かつ、磁力によって前記基板吸着手段を前記吸着面に沿った第1方向に移動させる磁気浮上手段と、を含み、
前記磁気浮上手段は、前記第1方向、または、前記第1方向に交差し、かつ、前記吸着面に沿った第2方向に、または、前記吸着面に対する垂直方向のいずれかを軸として、前記基板吸着手段を磁力によって回転させる
ことを特徴とする成膜装置。 - 前記磁気浮上手段は、
前記基板吸着手段を前記第1方向に移動させる駆動力を発生させるためのリニアモータと、
前記基板吸着手段を浮上させる浮上力を提供する磁力発生部と、を有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成膜装置。 - 前記基板吸着手段の位置を検知する位置検知手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成膜装置。 - 前記基板吸着手段は、静電気力によって基板を吸着する静電チャック部を有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の成膜装置。 - 基板にマスクを介して成膜するための成膜装置であって、
真空容器と、
前記真空容器内に設けられ、基板の成膜面が鉛直方向の下方を向くように前記基板を吸着する吸着面を有する基板吸着手段と、
前記真空容器内に設けられ、マスクを支持するためのマスク支持ユニットと、
前記真空容器内に設けられ、成膜材料を放出する成膜源と、
磁力によって前記基板吸着手段を浮上させ、かつ、磁力によって前記基板吸着手段を前記吸着面に沿った第1方向に移動させる磁気浮上手段と、を含み、
前記吸着面に対して垂直方向に、前記マスク支持ユニットが近接または離間するように前記マスク支持ユニットを移動させるためのマスク支持ユニット移動機構を備え、
前記マスク支持ユニット移動機構は、駆動用モータと、前記駆動用モータの回転駆動力を直線駆動力に変換し前記マスク支持ユニットに伝えるための駆動力伝達機構とを含む
ことを特徴とする成膜装置。 - 前記マスク支持ユニット移動機構は、前記マスク支持ユニットを前記基板吸着手段の吸着面に平行な面内で移動させるためのステージ機構上に搭載される
ことを特徴とする請求項6に記載の成膜装置。 - 前記マスク支持ユニット移動機構及び前記ステージ機構は、前記基板吸着手段を挟んで前記マスク支持ユニットの反対側の、前記真空容器の外部大気側に設けられる
ことを特徴とする請求項7に記載の成膜装置。 - 請求項1~8のいずれか1項に記載の成膜装置を用いて、マスクを介して基板に成膜を行う工程を有する
ことを特徴とする成膜方法。 - 請求項1~8のいずれか1項に記載の成膜装置を用いて、マスクを介して基板に成膜を行う工程を有する
ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
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