KR20200106811A - 진공 챔버 내로의 유틸리티 라인 도입 기구, 성막 장치, 성막 시스템 - Google Patents

Abstract

챔버의 변형이나, 지지 기구의 변형이나, 아암의 자세 변화가 있어도, 아암 연결부의 진공 시일 성능을 유지 가능한 유틸리티 라인의 도입 기구가 요구되고 있었다.
본 발명에 따른 유틸리티 라인의 도입 기구는, 내부를 감압 가능한 진공 챔버의 내부를 이동 가능한 증착원과, 진공 챔버의 내벽에 제1 아암부를 제1 축 주위로 회동 가능하게 접속하는 제1 회동부와, 제1 아암부에 제2 아암부를 제2 축 주위로 회동 가능하게 접속하는 제2 회동부와, 증착원에 제2 아암부를 제3 축 주위로 회동 가능하게 접속하는 제3 회동부를 구비하고, 증착원을 동작시키기 위한 유틸리티 라인이, 제1 회동부~제3 회동부의 내부를 연통(連通)하여 진공 챔버 밖과 연결되는 기밀 구조의 도입로를 경유해서 도입되어 증착원에 접속되고, 제1 회동부는 제1 축과 교차하는 축 주위로 요동 가능하게 제1 아암부를 진공 챔버의 내벽에 접속하고, 제3 회동부는 제3 축과 교차하는 축 주위로 요동 가능하게 제2 아암부를 증착원에 접속하는 것을 특징으로 하는 유틸리티 라인 도입 기구이다.

Description

진공 챔버 내로의 유틸리티 라인 도입 기구, 성막 장치, 성막 시스템{MECHANISM FOR INTRODUCING A UTILITY LINE INTO A VACUUM CHAMBER, FILM-FORMING APPARATUS AND FILM-FORMING SYSTEM}

본 발명은 진공 챔버 내에서 이동 가능하게 지지된 증착원 등에, 전기 배선이나 냉각 매체의 배관 등을 비롯한 유틸리티 라인을, 진공 챔버 밖으로부터 도입하는 기구에 관한 것이다. 나아가서는, 유틸리티 라인 도입 기구를 구비하는 성막(成膜) 장치 및 성막 시스템에 관한 것이다.

최근, 자발광형이며, 시야각, 콘트라스트, 응답 속도가 우수한 유기 EL 소자는, 벽걸이 텔레비전을 비롯한 여러 가지 표시 장치에 활발히 응용되고 있다.

일반적으로, 유기 EL 소자는, 기판을 진공 챔버 내에 반입하고, 소정 패턴의 유기막을 기판 상에 성막하는 방법으로 제조된다. 보다 상세하게는, 진공이 유지된 성막 챔버 내에 기판을 반입하는 공정, 기판과 마스크를 고정밀도로 위치 맞춤(얼라인먼트)하는 공정, 유기 재료를 성막하는 공정, 성막이 완료된 기판을 성막 챔버로부터 반출하는 공정 등을 거쳐 제조된다.

유기 재료를 성막하는 공정에서는, 진공 챔버 내에 설치된 증착원을 이용하여 유기 재료를 증착하는데, 증착원에는, 전력이나 신호를 전달하는 전기 배선, 냉각 매체를 공급하는 배관 등의 유틸리티 라인을 진공 챔버 밖으로부터 도입하여 접속해 둘 필요가 있다. 단, 이들 전기 배선이나 배관은 일반적으로 진공 내압이 작기 때문에, 진공 분위기 내를 경유시켜 증착원에 접속하는 것은 현실적이라고는 할 수 없다.

한편, 증착원은 진공 챔버 내를 이동 가능하게 지지해 둘 필요가 있다. 예컨대, 기판면에 균일하게 성막하기 위해서, 기판면을 주사하도록 증착원을 이동시키는 경우가 있다. 또한, 스루풋을 향상시키기 위해서 진공 챔버 내에 복수의 기판 스테이지를 설치하는 경우에는, 증착원이 기판 스테이지 사이를 순회할 수 있도록, 증착원을 이동 가능하게 지지해 두는 경우가 있다.

이동 가능한 증착원에 유틸리티 라인을 접속하기 위해서, 증착원에 가동 아암을 접속하고, 가동 아암의 케이스를 기밀 구조로 해서 그 내부를 대기압으로 유지하여 유틸리티 라인을 진공 챔버 내에 도입하는 방법이 알려져 있다. 즉, 대기압으로 유지된 가동 아암의 내부 공간을 경유해서 유틸리티 라인을 진공 챔버에 도입하여 증착원에 접속하는 것이다.

특허문헌 1에는, 제1 연결부에 의해 진공 챔버의 저면(底面)에 연결된 제1 아암과, 제2 연결부에 의해 제1 아암에 연결된 제2 아암과, 제3 연결부에 의해 제2 아암에 연결된 증착원을 구비한 장치가 기재되어 있다. 제1 연결부, 제2 연결부 및 제3 연결부 각각은, 연결하고 있는 상대의 제1 아암, 제2 아암 및 증착원을 수평면 내에서 회전 가능하게 지지하고 있다. 그리고, 제1 아암, 제2 아암, 제1 연결부, 제2 연결부, 제3 연결부를 기밀 구조로 해서 연통시켜 내부 공간을 대기압으로 유지하고, 이 내부 공간을 경유시켜 유틸리티 라인을 증착원에 접속하고 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 제1 연접 아암과 제2 연접 아암을 접속하는 회전 연결부를 구비하고, 이들을 기밀 구조로 해서 내부를 대기압으로 하는 장치가 기재되어 있다. 이 장치에서는, 회전 연결부를 상대적으로 구면(球面) 운동이 가능하게 함으로써, 제1 연접 아암과 제2 연접 아암 사이에 편각(偏角)을 수반하는 레이디얼 하중이 가해졌을 때에 연결부의 자성 유체 시일이 파손되어 진공 시일 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2009-299176호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2015-121265호 공보

최근에는, 취급하는 기판 사이즈의 대형화에 따라, 성막 장치의 진공 챔버가 대형화되는 경향이 있다. 진공 챔버가 대형화되면, 챔버 내를 감압했을 때의 챔버의 변형도 커진다.

또한, 기판 사이즈의 대형화에 따라, 증착 재료의 저류량을 증가시킨 증착원의 중량이 증가하고, 진공 챔버 내에 있어서의 증착원의 이동 거리가 커지는 경향이 있다. 그 때문에, 증착원을 이동시킬 때에, 이동 기구에 변형이 발생하는 경우가 있다.

또한, 증착원의 이동 거리가 커지면, 유틸리티 라인을 진공 챔버 내에 도입하기 위한 가동 아암도 대형화되기 때문에, 가동 아암의 중량이 증가한다. 그러면, 증착원의 이동에 따라 가동 아암의 자세가 변화했을 때에 중량 밸런스가 변화하여 가동 아암의 국소에 큰 힘이 가해지거나, 자중(自重)에 의해 가동 아암이 변형하거나 하는 경우가 있다.

특허문헌 1에 기재된 장치에 있어서 감압 시에 진공 챔버의 저면이 변형하면, 저면에 배치된 제1 연결부의 근방에 응력이 가해져, 제1 연결부의 기밀 시일을 유지할 수 없게 되거나, 제1 아암을 수평면 내에서 원활히 회전시킬 수 없게 되거나 한다.

또한, 특허문헌 1의 장치에 있어서 이동 기구에 변형이 발생하면, 제2 아암에 증착원을 연결하고 있는 제3 연결부의 기밀 시일을 유지할 수 없게 되거나, 제3 연결부를 원활히 회전시킬 수 없게 되거나 한다.

또한, 증착원의 이동에 따라 가동 아암의 자세가 변화했을 때에, 중량 밸런스가 변화하여 제1 연결부나 제3 연결부에 큰 힘이 가해져, 기밀 시일을 유지할 수 없게 되는 경우가 있다.

특허문헌 2에 기재된 장치에 있어서는, 제1 연접 아암과 제2 연접 아암을 연결하는 연결부에 있어서의 진공 시일 성능이 저하되는 것을 방지할 수는 있다. 그러나, 진공 챔버 저면의 연결부나 증착원과의 연결부에 있어서의 진공 시일 성능의 저하에 대해서는, 특허문헌 2에서는 검토되어 있지 않다.

그래서, 감압 시에 진공 챔버가 변형하거나, 증착원 이동 시에 증착원의 이동 기구가 변형하거나, 혹은 가동 아암의 자세가 변화했을 때에 가동 아암의 국소에 큰 힘이 가해져도, 가동 아암을 연결하는 연결부의 진공 시일 성능을 유지 가능한 유틸리티 라인의 도입 기구가 요구되고 있었다.

본 발명은 내부를 감압 가능한 진공 챔버와, 상기 진공 챔버의 내부를 이동 가능한 증착원과, 상기 진공 챔버의 내벽에 제1 아암부를 제1 축 주위로 회동 가능하게 접속하고, 자성 유체 시일을 갖는 제1 회동부와, 상기 제1 아암부에 제2 아암부를 제2 축 주위로 회동 가능하게 접속하고, 자성 유체 시일을 갖는 제2 회동부와, 상기 증착원에 상기 제2 아암부를 제3 축 주위로 회동 가능하게 접속하고, 자성 유체 시일을 갖는 제3 회동부를 구비하고, 상기 증착원을 동작시키기 위한 유틸리티 라인이, 상기 제1 회동부, 상기 제1 아암부, 상기 제2 회동부, 상기 제2 아암부, 상기 제3 회동부의 내부를 연통(連通)하여 상기 진공 챔버 밖의 대기압 공간과 연결되는 기밀 구조의 도입로를 경유해서, 상기 진공 챔버 밖으로부터 도입되어 상기 증착원에 접속되고, 상기 제1 회동부는, 상기 제1 축과 교차하는 축 주위로 요동 가능하게 상기 제1 아암부를 상기 진공 챔버의 내벽에 접속하고, 상기 제3 회동부는, 상기 제3 축과 교차하는 축 주위로 요동 가능하게 상기 제2 아암부를 상기 증착원에 접속하는 것을 특징으로 하는 진공 챔버 내로의 유틸리티 라인 도입 기구이다.

본 발명에 의하면, 감압 시에 진공 챔버가 변형하거나, 증착원 이동 시에 증착원의 이동 기구가 변형하거나, 혹은 가동 아암의 자세가 변화했을 때에 가동 아암의 국소에 큰 힘이 가해져도, 가동 아암을 연결하는 연결부의 진공 시일 성능을 유지 가능한 유틸리티 라인의 도입 기구를 제공하는 것이 가능하다.

도 1은 실시형태 1의 성막 장치의 모식적인 단면도이다.
도 2의 (a)는 실시형태 1에 있어서의 아암의 외관을 도시한 정면도이고, 도 2의 (b)는 실시형태 1에 있어서의 제1 짐벌 기구의 정면도이며, 도 2의 (c)는 실시형태 1에 있어서의 제1 짐벌 기구의 측면도이다.
도 3의 (a)는 실시형태 1에 있어서의 아암의 외관을 도시한 정면도이고, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 (T)-(T)선을 따라 절단한 제1 회동부의 단면도이다.
도 4의 (a)는 실시형태 1에 있어서의 아암의 외관을 도시한 평면도이고, 도 4의 (b)는 진공 챔버 내가 대기압이고 증착원이 가동 범위의 단부 부근에 위치할 때의 정면도이며, 도 4의 (c)는 진공 챔버 내가 감압되어 증착원이 가동 범위의 중앙 부근에 위치할 때의 정면도이다.
도 5는 실시형태 4의 성막 시스템의 모식적인 구성도이다.
도 6은 실시형태 3의 성막 장치의 모식적인 단면도이다.

본 발명의 실시형태인 유틸리티 라인 도입 기구, 그것을 구비한 성막 장치, 성막 시스템에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 이하의 설명에서 참조하는 도면에 있어서는, 기능이 동일한 구성 요소에 대해서는, 특별히 단서가 없는 한 동일한 번호를 붙여 도시하는 것으로 한다.

[실시형태 1]

(성막 장치의 기본 구성)

도 1은 실시형태 1인 성막 장치(100)의 전체 구성을 도시한 모식적인 단면도이다. 도 1에 있어서 도시된 X축, Y축, Z축은, 3축 직교의 좌표계이고, X축 및 Y축에 의해 수평면이 규정되고, Z축에 의해 중력 방향과 반대 방향이 규정되어 있다. 단, 본 발명을 실시하는 데 있어서는, X축, Y축, Z축이 3축 직교의 좌표계일 필요는 없고, 또한 X축 및 Y축이 수평면을 규정하고, Z축이 중력 방향과 반대 방향을 규정할 필요는 없다. X축을 제1 축, Y축을 제2 축, Z축을 제3 축이라고 했을 때, 제1 축과 제2 축과 제3 축이 서로 교차하는 관계에 있으면 된다. 한편, 이하의 설명에서, 예컨대 X축 정방향이라고 적는 경우에는, 도시된 X축의 화살표를 따른 방향을 가리키는 것으로 하고, X축 부방향이라고 적는 경우에는, 도시된 X축의 화살표와는 반대의 방향을 가리키는 것으로 한다. Y축, Z축에 대해서도 동일하다.

성막 장치(100)는, 기밀 용기인 진공 챔버(1)를 구비하고, 진공 챔버(1)의 내부는 도시하지 않은 진공 펌프에 의해, 예컨대 10^-3 ㎩ 이하의 압력 영역까지 감압 가능하다. 진공 챔버(1) 중에는, 기판(2)을 지지하기 위한 기판 지지체(3)와, 마스크(4)를 지지하는 마스크 지지체(5)와, 유기 재료를 증발시키는 증착원(6)이 배치되어 있다.

마스크(4)는, 기판 상에 성막하는 박막의 형상을 규정하기 위한 개구를 갖는 박판 형상의 부재이며, 대형 기판용에는, 인바(invar) 등과 같이 강성이 높고 열팽창률이 작은 재료로 형성된 메탈 마스크가 이용되는 경우가 많다. 마스크(4)는, 마스크 지지체(5)에 의해 양측(또는, 4변)으로부터 지지되어 있다.

기판(2)으로서는, 제조하고자 하는 대상 제품에 따라, 유리 기판 혹은 플라스틱 기판 등이 적절히 선택되어 이용된다. 기판(2)은, 기판 지지체(3)에 의해 양측(또는, 4변)으로부터 지지되어 있다.

기판 지지체(3)의 축은, 벨로우즈 등의 진공 시일 부재(19)를 통해 기밀성이 확보된 상태로, 진공 챔버(1) 밖에 설치된 얼라인먼트 기구(8)에 접속되어 있다. 기판(2)과 마스크(4)를 얼라인먼트할 때에는, 얼라인먼트 기구(8)가 기판 지지체(3)를 이동시켜, 기판(2)을 X축 방향 이동, Y축 방향 이동, 및 θ 회전시켜, 마스크(4)와의 상대 위치 맞춤을 행한다.

또한, 진공 챔버(1) 밖으로부터, 기판(2)과 마스크(4)의 얼라인먼트 마크를 촬상하기 위해서, 얼라인먼트 카메라(15)와 뷰포트(14)가 설치되어 있다. 이 뷰포트(14)는, 진공 챔버(1) 내를 외부로부터 촬영하기 위한 창(窓)이고, 압력차에 견디는 것이 가능한 투명 재료로 구성되어 있다.

증착원(6)의 내부에는 성막 재료인 유기 재료가 저류되고, 유기 재료는 온도 조절된 히터에 의해 가열되어 증발 혹은 승화한다. 증착원(6)에는, 기화된 유기 재료를 기판을 향해 방출하기 위한 개구부와, 필요에 따라 개구부를 차폐하기 위해서 개폐 구동이 가능한 셔터가 설치되어 있다.

증착원(6)은, 진공 챔버(1)의 저면에 설치된 아암(17)에 접속되어 있다. 아암(17)은, 증착원(6)이 진공 챔버(1) 내를 수평 방향으로 이동하는 것에 종동(從動)하여 자세를 변화시키는 것이 가능하다. 이동 시에 증착원(6)이 X축 방향을 따라 안내되도록, 증착원(6)은 리니어 가이드 등의 가이드 부재(7)에 의해 지지되어 있다.

아암(17)의 케이스는 기밀 시일되어 있고, 케이스 내부가 대기압으로 유지되어 있다. 증착원(6)을 동작시키기 위한 배선이나 냉각 매체의 배관인 유틸리티 라인(13)을, 진공 챔버(1) 밖의 대기압 공간으로부터 아암(17)의 내부를 통해 도입하여, 증착원(6)에 접속하기 위함이다. 진공 챔버 밖의 대기압 공간과 연결되는 기밀 구조의 도입로[즉 아암(17)의 케이스 내부]를 경유한 유틸리티 라인(13)은, 내부가 대기압으로 유지된 기밀 구조의 박스(16)를 더 경유해서 증착원(6)에 접속되어 있다.

유틸리티 라인 도입 기구로서의 아암(17)은 제1 아암부(9), 제2 아암부(10), 제1 회동부, 제2 회동부, 제3 회동부를 구비하고 있다.

제1 아암부(9)의 일단은, 제1 짐벌 기구(12a)를 포함하는 제1 회동부에 의해, 진공 챔버(1)의 저면에 접속되어 있다. 제1 아암부(9)는, Z축과 평행한 제1 축(RC1) 주위를 회동 가능하다.

제1 아암부(9)의 다른 일단은 제2 아암부(10)의 일단과 접속되어 있고, 이 접속부를 중심으로 하여, 제2 아암부(10)는 제1 아암부(9)에 대해 Z축과 평행한 제2 축(RC2) 주위로 상대적으로 회동 가능하다. 이 접속부는, 제1 아암부(9)와 제2 아암부(10)를 제2 축 주위로 회동 가능하게 접속하는 관절부라고 할 수 있고, 이 부분을 제2 회동부라고 부른다.

한편, 도 1에 도시된 실시형태에서는, 제2 축(RC2)의 축 방향을 따라 보았을 때, 제1 아암부에 대해 제1 회동부측(즉 Z축 부방향측)에 제2 아암부(10)를 배치하였으나, 제1 회동부와는 반대측(즉 Z축 정방향측)에 제2 아암부(10)를 배치하는 것도 가능하다. 단, 전자의 배치 쪽이 후자보다 제1 짐벌 기구(12a)에 가해지는 모멘트를 작게 할 수 있고, 또한 진공 챔버(1)의 전체 높이를 억제할 수 있기 때문에, 전자 쪽이 바람직하다.

제2 아암부(10)의 다른 일단은, 제2 짐벌 기구(12b)를 포함하는 제3 회동부에 의해, 박스(16)와 접속되어 있다. 박스(16) 및 그것에 고정된 증착원(6)에 대해, 제2 아암부(10)는 Z축과 평행한 제3 축(RC3) 주위로 상대적으로 회동 가능하다.

이상과 같이, 진공 챔버(1)의 저면에서 제1 아암부(9)를 접속하는 제1 회동부, 제1 아암부(9)와 제2 아암부를 접속하는 제2 회동부, 제2 아암부(10)와 박스(16)[증착원(6)]를 접속하는 제3 회동부 각각은, Z축과 평행한 축 주위로 회동 가능하게 구성된다. 제1 회동부~제3 회동부의 각각에는, Z축과 평행한 축 주위로 회동 가능하게 지지하기 위한 베어링과, 자성 유체 시일(11)이 설치되어 있다. 자성 유체 시일(11)은, 각 회동부에 있어서의 케이스 내부의 압력(대기압)과, 진공 챔버(1) 내 공간의 압력(진공) 사이의 기밀성을 유지하고 있다.

박스(16) 내에는, 증착원(6)을 가이드 부재(7)를 따라 이동시키기 위한 구동원인 모터(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 모터의 회전축은 자성 유체 시일을 통해 박스(16) 밖의 롤러와 연결되어 있고, 모터를 구동함으로써, 가이드 부재(7)에 대향하도록 배치된 롤러가 회전한다. 롤러의 회전에 의해, 증착원(6) 및 박스(16)는 가이드 부재(7)를 따라 이동한다. 증착원(6) 및 박스(16)의 이동에 종동하여 아암(17)의 각 회동부가 회전하고, 각 아암부는 선회 운동을 행한다.

증착원(6)을 이동시키기 위한 모터를, 박스(16)의 내부가 아니라, 진공 챔버(1)의 외부에 설치하고, 외부로부터 구동력을 전달해도 좋다. 단, 모터를 박스(16) 내에 설치하면, 유틸리티 라인(13)을 통해 모터용 전원선 등을 도입하여 모터에 접속하면 된다. 한편, 증착원(6)을 이동시키기 위한 구동 기구는, 접촉식 롤러 구동 방식에 한하지 않고, 랙 & 피니언이나, 자기에 의한 리니어 모터 방식 등을 사용하는 것도 가능하다.

(성막 장치의 기본 동작)

도 1에 도시된 성막 장치(100)는, 마스크 지지체(5)에 설치된 마스크(4)의 얼라인먼트 마크(도시하지 않음)와, 기판(2)의 얼라인먼트 마크(도시하지 않음)의 상대 위치를, 얼라인먼트 카메라(15)로 촬상한다. 성막 장치(100)의 제어부는, 촬상한 화상에 기초하여 얼라인먼트 기구(8)에 얼라인먼트 보정량을 지시하여 얼라인먼트 처리를 행하고, 마스크(4) 상에 기판(2)을 설치한다. 증착원(6)을 가이드 부재(7)를 따라 일정 속도로 이동시키고, 유기 재료를 마스크 너머로 기판(2) 위에 균일하게 성막한다. 이 성막 처리를 행하는 동안, 증착원(6)에는, 필요한 전력이나 제어 신호, 냉각 매체 등이 유틸리티 라인(13)으로부터 공급된다.

(회동부에 대한 상세 설명)

아암(17)은, 증착원(6)의 가동 범위의 중앙 부근, 즉 진공 챔버(1)의 저면의 중앙 부근에 제1 회동부에 의해 회동 가능하게 접속되어 있다. 진공 챔버(1) 내를 감압하면, 대기압과의 압력차에 의해 진공 챔버(1)의 벽면에 힘이 가해지고, 진공 챔버(1)의 벽면은 감압된 측을 향해 돌출한 형상으로 변형한다. 이 때문에, 아암(17)이 고정된 제1 회동부 근방의 위치에 있어서는, 진공 챔버(1)의 저면은 감압 전에 비해 Z축 정방향으로 움직이고 있다.

한편, 증착원(6)을 X축 방향을 따라 가이드하는 가이드 부재(7)는, 증착원(6)의 가동 범위의 양단 부근에서 지지되어 있는데, 양단으로부터 떨어진 위치로 중량물인 증착원(6)을 이동시키면 가이드 부재(7)에는 휘어짐이 발생한다. 자중에 의한 휘어짐은, 증착원(6)이 가동 범위의 중앙 부근에 위치하는 경우에 최대가 되고, 가이드 부재(7)의 중앙부가 중력의 방향으로 돌출하도록 변형한다. 이 때문에, 가동 범위의 양단 부근에 위치하는 경우에 비해, 가동 범위의 중앙 부근에 위치할 때에는, 제3 회동부로 지지된 증착원(6)은 Z축 부방향으로 움직이고 있다.

또한, 증착원(6)의 이동에 종동하여 아암(17)의 자세가 변화하면, 아암(17)의 자중 밸런스가 변화하고, 제1 회동부 및/또는 제3 회동부에 모멘트 부하가 가해질 수 있다.

이러한 Z축 방향의 위치 변동이나 아암(17)의 자세 변화에 의해, 제1 회동부나 제3 회동부에 과대한 모멘트 부하가 가해져 자성 유체 시일(11)에서 압력의 누설이나 파손이 발생하지 않도록 하기 위해서, 본 실시형태에서는, 제1 짐벌 기구(12a) 및 제2 짐벌 기구(12b)를 설치하고 있다.

제1 짐벌 기구(12a)는, 제1 회동부에 있어서 X축 주위 및 Y축 주위로 요동 가능하게 되도록, 진공 챔버(1)의 저면 상에서 제1 아암부(9)를 지지하고 있다. 바꿔 말하면, 제1 회동부는, 제1 축(RC1)과 교차하는 요동축 주위로 요동 가능하게 제1 아암부(9)를 진공 챔버(1)의 내벽에 접속하고 있다. 진공 챔버(1)의 저면이 변형하거나, 아암(17)의 자중 밸런스가 변화하여 제1 회동부에 모멘트 부하가 가해져도, 제1 짐벌 기구(12a)에 의해 제1 아암부(9)가 요동 가능하기 때문에, 제1 회동부의 자성 유체 시일(11)에 있어서 누설이 발생하는 일은 없고, 제1 아암부(9)를 원활히 제1 축(RC1) 주위로 회동시킬 수 있다.

도 2의 (a)는 아암(17)의 외관을 도시한 정면도, 도 2의 (b)는 제1 짐벌 기구(12a)의 정면도, 도 2의 (c)는 제1 짐벌 기구(12a)의 측면도이다.

제1 짐벌 기구(12a)는, 중간 링(24)을 X축과 평행한 축 주위로 요동 가능하게 지지하기 위한 요동 X축(28)과, 중간 링(24)을 Y축과 평행한 축 주위로 요동 가능하게 지지하기 위한 요동 Y축(23)을 구비한다.

요동 X축(28)은, 제1 아암부(9)측에 위치하는 X축 베이스(26) 아래에 X축 베어링 케이스(27)를 통해 지지되어 있다. 요동 Y축(23)은, 진공 챔버(1)의 저면측에 위치하는 Y축 베이스(21) 위에 Y축 베어링 케이스(22)를 통해 지지되어 있다. 중간 링(24)의 X축과 평행한 축 주위의 요동 각도는, X축 스토퍼(29)와 중간 링(24)의 간극량으로 규제되고, Y축과 평행한 축 주위의 요동 각도는, Y축 스토퍼(25)와 중간 링(24)의 간극량으로 규제되어 있다. 요동 X축(28)과 요동 Y축(23)은, 진공 챔버(1)의 저면으로부터 동일한 높이에 위치하도록 배치되어 있다.

도 3의 (a)는 아암(17)의 외관을 도시한 정면도, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 (T)-(T)선을 따라 절단한 제1 회동부의 단면도이다. 아암(17)의 내부를 대기압으로 하여 유틸리티 라인(13)을 통과시키기 위해서, 제1 회동부는 기밀 구조를 구비하고 있다. 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 중간 링(24)의 내측에 있어서, 용접 벨로우즈(30)의 일단을 Y축 베이스(21)에, 다른 일단을 X축 베이스(26)에 접속한다. 이상의 구성에 의해, 유사적인 구면 운동이 가능하고, 또한 진공 시일성을 유지할 수 있다. 한편, 진공 챔버(1) 내를 감압하면, 유틸리티 라인을 도입하는 데 필요한 개구 면적분의 대기압(33)이, 스러스트 방향(Z축 정방향)으로 제1 회동부에 가해진다. 본 실시형태에서는, 이 스러스트 방향의 힘을, 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)에 도시된 요동 Y축(23)과 요동 X축(28)으로 받는 구조로 되어 있기 때문에, 요동 Y축(23)과 요동 X축(28)에는, 이 힘을 지지하는 데 충분한 강도를 갖는 축재를 이용한다.

다음으로, 제2 짐벌 기구(12b)는, 제2 아암부(10)를, 박스(16) 및 그것에 고정된 증착원(6)에 대해 X축과 평행한 축 주위 및 Y축과 평행한 축 주위로 요동 가능하게 진공 챔버 내에서 지지하고 있다. 가이드 부재(7)의 휘어짐에 의해 증착원(6)이 Z축 방향으로 움직이거나, 아암(17)의 자중 밸런스가 변화하여 제3 회동부에 모멘트 부하가 가해져도, 제2 짐벌 기구(12b)에 의해 제2 아암부(10)가 요동 가능하기 때문에, 제3 회동부의 자성 유체 시일(11)에 있어서 누설이 발생하는 일은 없고, 제2 아암부(10)를 원활히 제3 축 주위로 회동시킬 수 있다.

제2 짐벌 기구(12b)의 구성은, Z축 방향에 대해서는 제1 짐벌 기구(12a)를 반대 방향으로 배치한 것과 동일한 구성이고, 제1 짐벌 기구(12a)와 마찬가지로 유틸리티 라인(13)을 통과시키기 위한 기밀 구조를 구비하고 있다.

도 4의 (a)는 아암(17)의 외관을 도시한 평면도, 도 4의 (b)는 진공 챔버(1) 내가 대기압이고 증착원(6)이 가동 범위의 단부 부근에 위치할 때의 정면도, 도 4의 (c)는 진공 챔버(1) 내가 감압되어 증착원(6)이 가동 범위의 중앙 부근에 위치할 때의 정면도이다. 여기서는, 도시와 설명의 편의를 위해서, 제1 짐벌 기구(12a)의 요동 X축(28)과, 제2 짐벌 기구(12b)의 요동 X축(28)이, 축선(32) 상에 늘어서는 상태를 예로 설명한다.

진공 챔버 내가 대기압인 상태를 도시한 도 4의 (b)에서는, 아암(17)의 Z축 방향의 소정 치수로서 높이(18)가 확보되어 있으나, 진공 챔버(1) 내가 감압되어 증착원(6)이 가동 범위의 중앙 부근에 위치할 때에는, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 아암(17)은 진공 챔버의 저면으로부터 Z축 정방향을, 증착원으로부터 Z축 부방향의 힘을 받는다. 힘을 받은 아암(17)의 Z축 방향의 높이가 거리(31)만큼 변동해도, 제1 아암부(9)와 제2 아암부(10)를 제1 짐벌 기구(12a)와 제2 짐벌 기구(12b)의 요동 Y축(23) 주위로 기울임으로써, 높이 변동에 대응할 수 있다. 즉, 아암(17)의 Z축 방향의 높이가 변동하거나 아암(17)의 자중 밸런스가 변화하여, 제1 회동부 및/또는 제3 회동부에 모멘트 부하가 가해져도, 제1 짐벌 기구(12a)와 제2 짐벌 기구(12b)가 요동하여 변동이나 모멘트 부하를 흡수하면서 지지하기 때문에, 제1 회동부~제3 회동부의 자성 유체 시일(11)에 과대한 부하가 가해져 누설이나 파손이 발생하는 일은 없다.

본 실시형태에서는, 증착원을 동작시키기 위한 유틸리티 라인이, 제1 회동부, 제1 아암부, 제2 회동부, 제2 아암부, 제3 회동부의 내부를 연통하여 진공 챔버 밖의 대기압 공간과 연결되는 기밀 구조의 도입로를 경유해서, 진공 챔버 밖으로부터 도입되어 증착원에 접속된다. 제1 회동부~제3 회동부가 원활히 회동하기 때문에, 증착원(6)을 소정의 속도로 이동시킬 수 있고, 균일한 성막이 가능하며, 아암을 장수명화하는 것이 가능하다.

[실시형태 2]

실시형태 1에서는, 제1 회동부와 제3 회동부에, X축과 평행한 축 주위로 요동 가능하게 지지하기 위한 요동 X축과, Y축과 평행한 축 주위로 요동 가능하게 지지하기 위한 요동 Y축(23)을 구비한 짐벌 기구를 설치하였다.

이에 비해, 실시형태 2는, 짐벌 기구 대신에, 상대적으로 구면 운동이 가능한 회전 연결부를 구비한 자성 유체 베어링을 제1 회동부와 제3 회동부에 배치한다. 즉, 일본 특허 공개 제2015-121265호 공보에 기재된 장치에 있어서, 제2 회동부에 배치되어 있는 구면 운동이 가능한 자성 유체 베어링을, 제1 회동부와 제3 회동부에 배치한다. 구면 운동이 가능한 자성 유체 베어링은, 제1 회동부와 제3 회동부에만 배치해도 좋고, 또한 제2 회동부에 배치해도 좋다. 이하, 실시형태 1과 공통되는 사항에 대해서는, 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는, 진공 챔버 내가 감압되어 증착원이 가동 범위의 중앙 부근에 위치할 때에, 아암이 Z축 정방향과 Z축 부방향의 힘을 받으면, 제1 회동부와 제3 회동부에 배치된 자성 유체 베어링이 구면 운동함으로써, 높이 변동에 대응한다. 구면 운동한다는 것은, X축과 평행한 축 주위 및 Y축과 평행한 축 주위로 요동한다고 바꿔 말해도 좋다.

아암의 Z축 방향의 높이가 변동하거나, 아암의 자중 밸런스가 변화하여, 제1 회동부 및/또는 제3 회동부에 모멘트 부하가 가해져도, 자성 유체 베어링이 구면 운동하여 변동을 흡수하기 때문에, 제1 회동부~제3 회동부의 시일부에 과대한 부하가 가해져 누설이나 파손이 발생하는 일은 없다. 제1 회동부~제3 회동부가 원활히 회동하기 때문에, 증착원을 소정의 속도로 이동시킬 수 있고, 균일한 성막이 가능하며, 아암을 장수명화하는 것이 가능하다.

[실시형태 3]

실시형태 1 및 실시형태 2에 따른 성막 장치는, 기판의 주면(主面)이 수평이 되도록 기판을 지지하고, 증착원을 수평면 내 방향에서 이동시키는 성막 장치였다. 이에 비해, 실시형태 3에 따른 성막 장치는, 증착 시에는, 기판의 주면이 연직 방향을 따르는 방향이 되도록 기판을 지지하면서, 기판의 주면을 따라 증착원을 연직 방향으로 이동시키는 성막 장치이다. 실시형태 1과 공통되는 부분에 대해서는, 설명을 생략한다.

도 6은 본 실시형태에 따른 성막 장치(100)를 도시한 모식적인 단면도이다. 실시형태 1과 동일한 기능을 갖는 부재에는, 실시형태 1과 동일한 참조 번호를 붙이고 있으나, 부재가 설치되어 있는 위치나 방향에 대해서는, 반드시 실시형태 1과 동일하지 않은 점에 유의해 주기 바란다.

진공 챔버(1)의 내부에 있어서, 증착 시에는, 주면이 연직 방향을 따르는 방향이 되도록 기판(2) 및 마스크(4)가 지지된다. 증착원(6)은, 기판(2)의 주면의 길이 방향(도면 중의 Z축 방향)을 따라 이동 가능하게 가이드 부재(7)에 의해 지지되어 있다.

본 실시형태의 아암(17)을 구성하는 제1 아암부(9), 제2 아암부(10), 자성 유체 시일(11), 제1 짐벌 기구(12a), 제2 짐벌 기구(12b)는, 실시형태 1과 동일한 부재이다. 단, 아암(17)은, 진공 챔버(1)의 저면이 아니라 측벽에 접속되어 있다.

진공 챔버(1)의 내부를 감압시킴에 따라 측벽이 변형하거나, 증착원(6)을 이동시킬 때에 가이드 부재(7)가 변형하거나, 아암의 자세가 변화함에 따라 아암의 자중 밸런스가 변화하거나 해도, 제1 짐벌 기구(12a) 및 제2 짐벌 기구(12b)가 요동 가능하게 아암을 지지하기 때문에, 자성 유체 시일(11)에 있어서 누설이 발생하는 일은 없다.

즉, 본 실시형태의 성막 장치도, 진공 시일 성능을 유지 가능하고 신뢰성이 높은 유틸리티 도입 기구를 구비하고 있다고 할 수 있다.

한편, 제1 회동부 및 제3 회동부에 있어서, 회동축과 교차하는 요동축 주위로 요동 가능하게 아암부를 접속하는 기구는, 실시형태 1과 동일한 짐벌 기구에 한할 필요는 없다. 제1 회동부, 제3 회동부 중 어느 하나 또는 양자 모두에, 짐벌 기구 대신에 실시형태 2와 동일한 구면 운동이 가능한 회전 연결부를 설치해도 좋다.

[실시형태 4]

다음으로, 본 발명을 실시한 성막 시스템에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명을 실시한 성막 시스템의 모식적인 구성도이며, 유기 EL 패널을 제조하는 성막 시스템(300)을 예시하고 있다.

성막 시스템(300)은, 성막 장치(100)를 복수 구비하고, 또한 반송실(1101), 반송실(1102), 반송실(1103), 기판 공급실(1105), 마스크 스톡실(1106), 전달실(1107), 유리 공급실(1108), 접합실(1109), 취출실(1110) 등을 구비하고 있다.

성막 장치(100)는, 유기 EL 패널의 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전극층 등의 상이한 기능층의 성막에 이용될 수 있기 때문에, 성막 장치마다 성막 재료나 마스크 등이 상이한 경우가 있다. 각 성막 장치(100)는, 실시형태 1 혹은 실시형태 2에서 설명한 아암과 유틸리티 라인 도입 기구를 구비하고, 연결부의 진공 시일 성능을 유지하면서 진공 챔버 내에서 증착원을 원활히 이동시킬 수 있다. 각 성막 장치(100)는, 기판을 마스크에 세팅한 후, 기판에 마스크 너머로 성막 패턴을 형성하는 성막 방법을 실시할 수 있다. 각 성막 장치(100)는, 하나의 성막 챔버가 하나의 얼라인먼트 장치를 구비하는 장치여도 좋고, 하나의 성막 챔버가 2개 이상의 얼라인먼트 장치를 구비하는 장치여도 좋다. 2개의 얼라인먼트 장치를 구비하는 경우에는, 한쪽의 얼라인먼트 장치측에서 기판에 증착하고 있는 동안에, 다른쪽의 얼라인먼트 장치측에서는 증착이 완료된 기판의 반출과 미증착의 기판의 반입을 행하고, 반입한 기판에 얼라인먼트 동작을 행할 수 있다. 이와 같이, 스루풋을 향상시키기 위해서 진공 챔버 내에 복수의 얼라인먼트 장치를 설치하는 경우에는, 증착원이 얼라인먼트 장치 사이를 순회할 수 있도록 아암의 가동 범위를 설정한다.

기판 공급실(1105)에는, 외부로부터 기판이 공급된다. 반송실(1101), 반송실(1102), 반송실(1103)에는, 반송 기구인 로봇(1120)이 배치되어 있다. 로봇(1120)에 의해 각 실 사이의 기판의 반송이 행해진다. 본 실시형태의 성막 시스템(300)이 복수 대 구비하는 성막 장치(100) 중, 적어도 1대는 유기 재료의 증착원을 구비하고 있다. 성막 시스템(300)에 포함되는 복수의 성막 장치(100)는, 서로가 동일 재료를 성막하는 장치여도 좋고, 상이한 재료를 성막하는 장치여도 좋다. 예컨대, 각 성막 장치에 있어서, 서로 상이한 발광색의 유기 재료를 증착해도 좋다. 성막 시스템(300)에서는, 기판 공급실(1105)로부터 공급된 기판에 유기 재료를 증착하거나, 혹은 금속 재료 등의 무기 재료의 막을 형성하여, 유기 EL 패널을 제조한다.

마스크 스톡실(1106)에는, 각 성막 장치(100)에서 이용되고, 막이 퇴적된 마스크가, 로봇(1120)에 의해 반송된다. 마스크 스톡실(1106)에 반송된 마스크를 회수함으로써, 마스크를 세정할 수 있다. 또한, 마스크 스톡실(1106)에 세정이 완료된 마스크를 수납해 두고, 로봇(1120)에 의해 성막 장치(100)에 세팅할 수도 있다.

유리 공급실(1108)에는, 외부로부터 밀봉용의 유리재가 공급된다. 접합실(1109)에 있어서, 성막된 기판에 밀봉용의 유리재를 접합시킴으로써, 유기 EL 패널이 제조된다. 제조된 유기 EL 패널은, 취출실(1110)로부터 취출된다.

본 성막 시스템에 포함되는 성막 장치는, 실시형태 1~실시형태 3에서 설명한 바와 같이, 감압 시의 챔버 벽면의 변형이나, 증착원 이동 시의 이동 기구의 변형이나, 아암의 자중 밸런스의 변화가 있어도, 아암의 회동부의 진공 시일 성능을 유지 가능한 유틸리티 도입 기구를 구비한다.

진공 시일의 신뢰성이 향상되고 성막 동작이 매우 안정된 본 성막 시스템에서는, 대면적 기판에 고정밀도로 또한 고속으로 성막할 수 있기 때문에, 고화질의 유기 EL 패널을 높은 수율로, 게다가 높은 스루풋으로 제조하는 것이 가능하다.

[다른 실시형태]

본 발명은 이상으로 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능하다.

예컨대, 상기 실시형태에서는, 제1 회동부와 제3 회동부에는, X축 주위 및 Y축 주위로 요동 가능한 동일 종류의 기구를 배치하였으나, 제1 회동부에는 짐벌 기구, 제3 회동부에는 구면 운동이 가능한 회전 연결부와 같이, 상이한 종류의 기구를 배치해도 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는, 증착원을 이동시키기 위한 이동 기구를, 유틸리티 라인의 도입 기구인 아암과는 별도로 설치하고 있으나, 아암 자체에 구동 기구를 설치하여 로봇 아암과 같이 동작 가능하게 하면, 이동 기구와 유틸리티 라인 도입 기구 양자 모두의 기능을 아암에 갖게 하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명은 유기 EL 소자의 유기막을 성막하는 성막 장치에 있어서 적합하게 실시될 수 있으나, 그 이외의 성막 장치에 이용해도 상관없다.

1: 진공 챔버 2: 기판
3: 기판 지지체 4: 마스크
5: 마스크 지지체 6: 증착원
7: 가이드 부재 8: 얼라인먼트 기구
9: 제1 아암부 10: 제2 아암부
11: 자성 유체 시일 12a: 제1 짐벌 기구
12b: 제2 짐벌 기구 13: 유틸리티 라인
16: 박스 17: 아암
18: 아암의 Z축 방향의 소정의 높이 19: 진공 시일 부재
23: 요동 Y축 28: 요동 X축
31: 아암 높이가 변동하는 거리 100: 성막 장치
300: 성막 시스템 RC1: 제1 축
RC2: 제2 축 RC3: 제3 축

Claims (7)

1. 내부를 감압 가능한 진공 챔버와,
   상기 진공 챔버의 내부를 이동 가능한 증착원과,
   상기 진공 챔버의 내벽에 제1 아암부를 제1 축 주위로 회동 가능하게 접속하고, 자성 유체 시일을 갖는 제1 회동부와,
   상기 제1 아암부에 제2 아암부를 제2 축 주위로 회동 가능하게 접속하고, 자성 유체 시일을 갖는 제2 회동부와,
   상기 증착원에 상기 제2 아암부를 제3 축 주위로 회동 가능하게 접속하고, 자성 유체 시일을 갖는 제3 회동부
   를 구비하고,
   상기 증착원을 동작시키기 위한 유틸리티 라인이, 상기 제1 회동부, 상기 제1 아암부, 상기 제2 회동부, 상기 제2 아암부, 상기 제3 회동부의 내부를 연통(連通)하여 상기 진공 챔버 밖의 대기압 공간과 연결되는 기밀 구조의 도입로를 경유해서, 상기 진공 챔버 밖으로부터 도입되어 상기 증착원에 접속되고,
   상기 제1 회동부는, 상기 제1 축과 교차하는 축 주위로 요동 가능하게 상기 제1 아암부를 상기 진공 챔버의 내벽에 접속하고,
   상기 제3 회동부는, 상기 제3 축과 교차하는 축 주위로 요동 가능하게 상기 제2 아암부를 상기 증착원에 접속하는 것을 특징으로 하는 진공 챔버 내로의 유틸리티 라인 도입 기구.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 회동부는, 상기 제1 축과 교차하는 축을 요동축으로 하는 짐벌 기구나, 또는 구면(球面) 운동이 가능한 회전 연결부를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 챔버 내로의 유틸리티 라인 도입 기구.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3 회동부는, 상기 제3 축과 교차하는 축을 요동축으로 하는 짐벌 기구나, 또는 구면 운동이 가능한 회전 연결부를 갖는 것을 특징으로 하는 진공 챔버 내로의 유틸리티 라인 도입 기구.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 아암부는, 상기 제2 축의 축 방향을 따라 보았을 때, 상기 제2 회동부를 사이에 두고 상기 제1 아암부보다 상기 제1 회동부측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 챔버 내로의 유틸리티 라인 도입 기구.
5. 제1항 또는 제2항에 기재된 진공 챔버 내로의 유틸리티 라인 도입 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 증착원은, 유기 EL 소자의 유기막을 성막하는 증착원인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
7. 제6항에 기재된 성막 장치를 복수 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 시스템.

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