JP2004079349A

JP2004079349A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2004079349A
Application number: JP2002238275A
Authority: JP
Inventors: Koji Sasaki; 佐々木　浩司; Sadao Tanaka; 田中　貞雄; Hironobu Narui; 成井　啓修; Katsunori Yanashima; 簗嶋　克典; Satohiko Memesawa; 目々澤　聡彦
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】画素塗り分け用のマスクを永久磁石を用いて基板に取り付ける構成において、マスク固定時の位置ずれを防ぐ。
【解決手段】基板ホルダ２には基板３が保持される。この基板３の表面に取り付けられるマスク５は、基板ホルダ２の裏面側に設けた永久磁石４に吸着されて基板３に固定される。この永久磁石４は、スライド機構７によって基板ホルダ２に対して接近および離間する方向に移動する。そして、マスク５をセットする際は永久磁石４をマスク５から離れた位置まで移動させておいて、永久磁石４の磁力の影響を受けずにアライメントを行えるようにする。また、マスク５を固定するときは、永久磁石４を徐々にマスク５に近づける方向に移動させて、ゆっくりとマスク５を固定できるようにする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にパターン形成用のマスクを載せ、薄膜を形成する薄膜形成装置に関する。詳しくは、マスクを基板の裏面側から永久磁石で吸着して保持することとし、かつ、この永久磁石を、マスクに対して接近および離間する方向に移動させることで、永久磁石の磁力が徐々にマスクに及ぶようにして、マスクの固定を行うものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空蒸着装置等の薄膜形成装置を利用して製造される素子や基板類として、有機ＥＬ（エレクトロルミネンス）パネルがある。この有機ＥＬパネルを構成する有機ＥＬ素子は発光層に有機物を利用した発光材料である。この有機ＥＬ素子は、コンピュータやテレビジョン受信機に使用されるフラットパネルディスプレイや、携帯電話のディスプレイや、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）と呼ばれる携帯端末のディスプレイ等の各種表示装置を構成する発光材料として、また、発光ダイオード等の発光素子として用いられる。
【０００３】
図８は有機ＥＬ素子の構造の一例を示す説明図である。有機ＥＬ素子１０１は、ガラス等の透明基板１０２の上に陽極であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）透明電極１０３、有機膜１０４、陰極である背面電極１０５を順に積層したものである。有機膜１０４は、ＩＴＯ透明電極１０３側から、正孔注入層１０４ａ、正孔輸送層１０４ｂ、発光層１０４ｃ、電子輸送層１０４ｄ、そして電子注入層１０４ｅを順に積層したものである。
【０００４】
ＩＴＯ透明電極１０３−背面電極１０５間に電圧が印加されると、ＩＴＯ透明電極１０３からプラス電荷（正孔）が注入され、背面電極１０５からマイナス電荷（電子）が注入され、それぞれ有機膜１０４を移動する。そして、発光層１０４ｃ内で電子−正孔がある確率で再結合し、この再結合の際に所定の波長を持った光が発生するものである。
【０００５】
なお、有機膜１０４の構成としては、正孔注入層１０４ａと正孔輸送層１０４ｂを１層で構成したもの、電子輸送層１０４ｄと電子注入層１０４ｅを１層で構成したもの、発光層１０４ｃと電子輸送層１０４ｄと電子注入層１０４ｅを１層で構成したもの等がある。
【０００６】
図９はこのような有機ＥＬ素子を用いて構成した有機ＥＬカラーディスプレイの概要を示す平面図、図１０は有機ＥＬカラーディスプレイの要部斜視図である。有機カラーディスプレイ１０６は、透明基板１０２の上にＩＴＯ透明電極１０３がストライプ状に形成される。また、有機膜１０４がＩＴＯ透明電極１０３と直交するようにストライプ状に形成され、有機膜１０４上に背面電極１０５が形成されて、ＩＴＯ透明電極１０３と有機膜１０４および背面電極１０５をマトリクス状に配置する。これにより、電圧が印加されたＩＴＯ透明電極１０３と背面電極１０５の交点の有機膜１０４が発光する。
【０００７】
そして、有機膜１０４として、赤（Ｒ）に発光する有機膜１０４Ｒと緑（Ｇ）に発光する有機膜１０４Ｇと青（Ｂ）に発光する有機膜１０４Ｂを順に並べることで、ＲＧＢによる画素が形成され、カラーの表示が可能となる。
【０００８】
さて、低分子の有機物を用いた有機膜の形成は真空蒸着法を用いていた。真空蒸着法とは、原材料を高真空中で加熱蒸発させ、蒸発源と対向する基板上に原材料を吸着させることで薄膜を形成する方法である。
【０００９】
図１１はこのような真空蒸着法を行う真空蒸着装置の基本構成を示す説明図である。チャンバー１０７は図示しない排気ポンプと接続され、排気を行うことで内部を高真空とできる。ここで、真空蒸着法におけるチャンバー１０７内の真空度は１０^−３〜１０^−４Ｐａ（パスカル）程度である。
【００１０】
蒸発源１０８は原材料、ここでは有機原料を蒸発させるための加熱源で、抵抗加熱、電子ビーム加熱、赤外線加熱、高周波誘導加熱等があるが、有機膜では抵抗加熱が一般に用いられている。抵抗加熱としては、ボートと呼ばれる開口容器１０９に粉末状の有機原料１１０を入れ、開口容器１０９に通電することによる該開口容器１０９の抵抗発熱により、有機原料１１０を間接加熱して有機原料１１０を気化または昇華させるものである。
【００１１】
有機膜を形成する基板１１１（図８等に示すＩＴＯ透明電極１０３が形成された透明基板１０２に相当）は、基板ホルダ１１２に取り付けられ、蒸発源１０８と対向配置される。基板ホルダ１１２は、基板１１１を有機膜形成面が鉛直下向きとなるように保持する。
【００１２】
さて、チャンバー１０７内を高真空として蒸発源１０８で有機材料１１０を気化または昇華させると、有機原料はビーム状に基板１１１に到達する。このとき、基板ホルダ１１２を回転させることで、膜分布が均一となるようにしている。
【００１３】
そして、図１０等に示すカラーディスプレイを作成する場合は、パターン形成用、ここでは画素塗り分け用のマスクを用いて有機膜の形成を行う。図１２は従来のマスク固定装置の説明図である。マスク１１４は、ストライプ状のパターン１１５を有する。このマスク１１４を基板１１１に取り付けるため、図１２（ａ）に示す構成では、マスク１１４を基板ホルダ１１２に保持するクランプ１１６が設けられる。
【００１４】
また、図１２（ｂ）に示す構成では、マスク１１４を基板１１１に密着させるため磁石を用いる。すなわち、マスク１１４を磁性体で構成し、基板１１１を保持する図示しない機構に永久磁石や電磁石から構成される磁化部材１１７を設ける。そして、基板１１１をこの磁化部材１１７に載せ、この基板１１１にマスク１１４を載せることで、マスク１１４は磁化部材１１７の磁力で基板１１１に密着する。
【００１５】
そして、Ｒ，Ｇ，Ｂの有機膜を形成するため、まず、マスク１１４を所定の位置に取り付けて図１２に示す有機膜１０４Ｒを形成し、次にマスク１１４の取り付け位置を１／３ピッチずらして有機膜１０４Ｇを形成し、次にマスク１１４の取り付け位置を１／３ピッチずらして有機膜１０４Ｂを形成する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クランプを用いたマスクの保持であると、基板ホルダの回転動作でマスクの位置がずれ、パターンニング不良が発生するという問題がある。また、マスクのずれを考慮して、図１０等に示すような有機膜の幅を広くする必要があるので、高精細化が難しいという問題がある。
【００１７】
また、磁石を用いてマスクを固定する方式のうち、電磁石を用いる構成では、電磁石を駆動するための電源やコントローラや電磁石を冷却する機構等が必要となり、薄膜形成装置が大型化するとともに、コストが高くなるという問題があった。さらに、基板ホルダを回転させる機構が備えられている場合、装置構成がさらに複雑化するという問題があった。
【００１８】
永久磁石を用いる構成では、所定の位置にマスクを取り付けるため、マスクと基板のアライメントを行っている間も永久磁石がマスクを引き付けているので、永久磁石の磁力より強い力でマスクを基板からある一定距離離した状態で保持しながらアライメントしなければならず、複雑な機構および装置が大型化するという問題およびコストが高くなるという問題があった。
【００１９】
さらに、アライメント終了後に基板とマスクを密着保持させる際に、基板から一定距離離してのマスクの保持を解除した瞬間に、マスクが永久磁石の磁力で急激に引き寄せられることで、マスクの位置ずれが発生し、パターンニング不良が発生するという問題、結果として高精細化が難しいという問題があった。
【００２０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成でマスクの位置ずれが防止できる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る薄膜形成装置は、基板上にパターン形成用のマスクを載せ、薄膜を形成する薄膜形成装置において、基板を保持する保持手段と、この保持手段の基板保持面の裏面側に設けられ、保持手段に保持された基板上のマスクを吸着する永久磁石と、この永久磁石を、マスクに対して接近および離間する方向に移動させる移動手段とを備えたものである。
【００２２】
本発明に係る薄膜形成装置では、マスクを基板上にセットするときは、移動手段は永久磁石をマスクから離れた位置に保持する。マスクが所定の位置にセットされると、移動手段は永久磁石をマスクに近づける方向に徐々に移動させる。そして、永久磁石の磁力でマスクを吸着して、このマスクを基板上に固定する。
【００２３】
このように、永久磁石を基板上のマスクから離れた位置で保持しておき、徐々に永久磁石をマスクに近づけて行くことで、永久磁石の磁力が徐々にマスクに及ぶようになり、マスクの位置ずれが防止される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の薄膜形成装置の実施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態の薄膜形成装置の要部構成を示す斜視図である。本実施の形態の薄膜形成装置１は、保持手段としての基板ホルダ２の表面側に保持される基板３に、永久磁石４によりマスク５を固定するマスク固定装置６を有する。このマスク固定装置６は、基板ホルダ２の裏面側に設けられる永久磁石４を、この基板ホルダ２に対して接近および離間する方向にスライド移動させる移動手段としてスライド機構７を有する。
【００２５】
そして、マスク５を基板３にセットするときは、スライド機構７により永久磁石４を基板ホルダ２から離して永久磁石４の磁力がマスク５に及ばないようにして、マスク５の正確な位置決めを行えるようにしたものである。また、マスク５を固定するときは、スライド機構７により永久磁石４を徐々に基板ホルダ２の近づけて行くことで、マスク５の位置ずれを防止するものである。
【００２６】
ここで、基板３とは、図８等で説明した透明ガラス基板１０２にＩＴＯ透明電極を形成したもの、あるいは図示しないＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板等である。
【００２７】
基板ホルダ２は、表面側に基板３を位置を決めるための複数の位置決めピン２ａを有する。この位置決めピン２ａは、四角形の基板３の一の辺に当接する２本のピンと、この一の辺と直交する他の辺に当接する１本のピンで構成される。
【００２８】
マスク５は、本実施の形態では、有機ＥＬパネルの製造工程で、画素の塗り分けを行う際に使用され、薄板にスリット５ａを並べて設けたものである。ここで、マスク５は、全体を磁性材料の薄板で構成するか、非磁性材料の薄板の一部、例えば縁部に磁性材料の部材を取り付けた構成である。
【００２９】
永久磁石４は、例えばマスク５の全体が磁性材料で構成されている場合、このマスク５と同等のサイズを持ち、マスク５の全体に磁力を及ぼせるようになっている。そして、この永久磁石４は支持台８に取り付けられて、スライド機構７によってスライド移動する。
【００３０】
スライド機構７は基板ホルダ２の裏面側に設けられ、例えば図示しないモータにより駆動される送りねじ７ａと、永久磁石４が取り付けられた支持台８に設けたナット部８ａに組合わせによりにより、送りねじ７ａの回転により永久磁石４の位置を可変としたものである。
【００３１】
これにより、支持台８に取り付けられた永久磁石４は、基板ホルダ２に保持される基板３に取り付けられるマスク５に対して、接近および離間する方向に移動する。また、スライド機構７は、図示しないモータの回転速度を制御することで、永久磁石４の移動速度を制御できるようになっている。
【００３２】
なお、スライド機構７の構成としてはこれに限るものではないが、磁性体であるマスク５との距離によらず、任意の速度制御が可能となるように、永久磁石４の磁力に打ち勝って該永久磁石４の位置が保持できるような機構が必要である。
【００３３】
図２は本実施の形態の薄膜形成装置１の全体構成図で、以下に薄膜形成装置１のその他の部位の構成について説明する。なお、本実施の形態の薄膜形成装置１は、低真空としたチャンバー１１内に気相の有機原料をキャリアガスを用いて輸送して基板３に有機膜を形成する有機気相堆積法（ｏｒｇａｎｉｃ　ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と呼ばれる方式を採用したものである。
【００３４】
薄膜形成装置１は、チャンバー１１と、有機原料を気化または昇華させる気化昇華室１２と、気化昇華室１２とチャンバー１１をつなぐ原料ガス輸送管１３を備える。図１に示すようなマスク固定装置６を備えた基板ホルダ２は、チャンバー１１内に設けられる。この基板ホルダ３は、冷却手段として、例えば冷却管１４から供給される冷却水を循環させる機構を有し、保持している基板３を裏面側（有機膜形成面と反対の面）から冷却する。
【００３５】
図３は図２に示す薄膜形成装置１に組み込まれたマスク固定装置６の斜視図、図４はマスク固定装置６の側面図である。図１に示す薄膜形成装置１は、基板ホルダ２の裏面側に冷却管１４を通す軸２ｂが設けられている。また、この軸２ｂは、後述するように、基板ホルダ２を回転動作させる機構を設けた場合の回転中心となる。このため、永久磁石４はこの軸２ｂが通る穴部４ａが設けられる。
【００３６】
そして、永久磁石４は、図３および図４に実線で示すように、基板ホルダ２の裏面に密着した位置から、図４に二点鎖線で示すように、基板ホルダ２から所定の距離だけ離れた位置まで、基板ホルダ２の裏面との平行関係を保持したまま、スライド機構７によって基板ホルダ２に対して接近および離間する方向にスライド移動する。
【００３７】
図２に戻り、チャンバー１１には圧力計１５と排気管１６が設けられる。この排気管１６に排気手段を構成する図示しない真空ポンプが接続され、圧力計１５の出力をフィードバックして、チャンバー１１内の圧力が所定の低真空を保つように制御される。
【００３８】
ここで、図示しないがチャンバー１１にヒータと温度計を設け、チャンバー１１内の温度が、基板３に吸着する前の有機原料が固化しないような温度を保つように制御されるようにしてもよい。なお、チャンバー１１に対して基板３を出し入れ自在とするため、例えばチャンバー１１を開閉構造をもつ分割構造とし、閉じたときは気密性が保たれる構成とする。
【００３９】
気化昇華室１２は、気化昇華手段を構成し、例えば抵抗加熱法により有機原料を気化または昇華させるもので、チャンバー等の外気と隔離できる容器内にボート形状の原料容器１７を備えたものである。また、この原料容器１７に通電する図示しない通電機構を備える。
【００４０】
原料容器１７は、高融点でかつ有機原料と反応しない例えばＴａ（タンタル）等の材質で作られる。この原料容器１７に通電すると、該原料容器１７が抵抗となって発熱する。これにより原料容器１７に固相（粉末状）の有機原料１８を入れて通電すると、原料容器１７が発熱することにより有機原料１８が間接的に加熱され、気化または昇華する。これにより、Ｈ_２ＯやＯ_２等の有機原料を変質させる物質から一切隔離された気化昇華室１２内は有機原料のガスで満たされる。
【００４１】
気化昇華室１２には圧力計１９が設けられる。気化昇華室１２において有機原料１８が減少すると、気化昇華室１２内の圧力が低下する。このため、気化昇華室１２に圧力計１９を設けて気化昇華室１２内の圧力を測定し、圧力の低下を検出すると原料補充の指示を出す等の制御によって、有機原料１８が枯渇する前に補充が行えるようにする。
【００４２】
ここで、本実施の形態では、独立した気化昇華室１２が２組設けられる。これら気化昇華室１２のそれぞれには供給管２０が接続される。各供給管２０にはそれぞれ流量コントローラ２１が設けられる。また、各供給管２０はタンク２２に接続される。タンク２２には、キャリアガスとして用いるため、各種有機原料に対して不活性なＮ_２やＡｒ（アルゴン）等のガスが入れられる。そして、流量コントローラ２１により、気化昇華室１２に送るキャリアガスの流量が独立して制御される。以上説明した気化昇華室１２およびこの気化昇華室１２にキャリアガスを供給する機構によって、キャリアガス導入手段が構成される。
【００４３】
各気化昇華室１２には原料ガス輸送手段を構成する原料ガス輸送管１３が接続される。この原料ガス輸送管１３はチャンバー１１とも接続され、原料ガス輸送管１３のチャンバー１１内の端部には、基板３と対向する位置に放出手段を構成するインジェクター２３が設けられる。
【００４４】
各供給管２０の流量コントローラ２１より下流側、気化昇華室１２および原料ガス輸送管１３にはヒータ２４が設けられる。また、気化昇華室１２および原料ガス輸送管１３には温度センサ２５ａ，２５ｂが設けられる。これにより、キャリアガスや原料ガスの温度が、有機原料が固化しない温度を保つようにヒータ２４が制御される。
【００４５】
なお、図示しないが、気化昇華室１２には、有機原料１８の加熱温度を制御するために、原料容器１７の温度を測定する熱電対が設けられる。また、原料容器１７へ通電する際の電流値を計測する電流計が設けられる。これにより、原料容器１７の温度や原料容器１７への通電電流値が監視され、有機原料１８が気化または昇華する温度が保たれるように制御される。また、気化昇華室１２の圧力および温度を測定することで、有機原料１８の気化または昇華量を一定に保つように制御される。
【００４６】
図５は基板３およびマスク５の取り付け過程を示す説明図で、次に、基板ホルダ２に基板３およびマスク５を取り付ける動作について説明する。さて、２つの磁極間に働く磁力は、両磁極間の距離の２乗に反比例し、両磁極の強さの積に比例するというクーロンの法則が知られている。すなわち、Ｆ（Ｎ）を磁極間に働く力、ｍ１，ｍ２（ｗｂ）を磁極の強さ、ここではｍ（ｗｂ）を永久磁石４の磁力、ｒ（ｍ）を磁極間の距離、ここでは、永久磁石４とマスク５との距離とすると、以下の（１）式の関係が成り立つ。
Ｆ＝１／４πμ×（ｍ１・ｍ２）／Ｒ^２＝６．３３×１０^４×ｍ／ｒ^２・・（１）
【００４７】
（１）式より、永久磁石４とマスク５の距離が離れて行くと、永久磁石４のマスク５に及ぼす磁力は急速に小さくなることが判る。よって、永久磁石４とマスク５の距離、すなわち、永久磁石４と基板ホルダ２の距離をある速度で任意に可変とすることで、磁力の影響を受けることなくマスク５のアライメントを行えるようにするとともに、マスク５に急激に磁力の影響を与えることなく徐々に固定できるようにしたものである。
【００４８】
まず、基板３およびマスク５を取り付ける前、スライド機構７は、図５（ａ）に示すように、永久磁石４を基板ホルダ２から離れた位置に移動させる。この永久磁石４の位置は、永久磁石４の磁力が基板ホルダ２にセットされた基板３上のマスク５のアライメントに影響しない距離である。
【００４９】
このように、永久磁石４を基板ホルダ２から離した状態で、まず、基板ホルダ２に基板３をセットする。基板３は、位置決めピン２ａに辺を突き当ててセットすることで、基板ホルダ２に対する位置決めが行われる。
【００５０】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板ホルダ２にセットされた基板３上でマスク５を保持してアライメントを行う。例えば、マスク５の位置をＣＣＤカメラ２６で監視しながら、マスク５を基板３の面に対して水平な面で回転およびＸ，Ｙ方向等にスライド移動させて、基板３に対するマスク５の位置決めを行う。
【００５１】
そして、図５（ｃ）に示すように、位置決めを行ったマスク５を基板３上にセットする。このとき、永久磁石４はマスク５のアライメントに影響を及ぼさない位置に退避させたままであるので、図５（ｂ）に示すアライメント時に、永久磁石４の磁力に抗して位置決めを行う必要がなく、正確な位置決めが行える。また、図５（ｃ）に示すようにマスク５を基板３上にセットするときも、永久磁石４の磁力でマスク５が基板３方向に引っ張られることがないので、アライメントで位置決めした姿勢を保持したまま、基板３にセットできる。
【００５２】
次に、図５（ｄ）に示すように、スライド機構７により永久磁石４を基板ホルダ２に近づける方向に移動させる。このときの移動速度ｖは、一定でもよい。また、基板ホルダ２と永久磁石との距離をｒとしたとき、ｖ∝ｒ^２の関係で変化させるようにしてもよい。すなわち、基板ホルダ２と永久磁石４との距離が近づく程、移動速度を遅くするような制御を行うとよい。
【００５３】
このように、基板ホルダ２との距離が近づく程、永久磁石４の移動速度を遅くするように速度制御を行うことで、基板３に対してマスク５をゆっくりと密着させながら、固定することができる。これにより、基板３とマスク５の固定時に起きるマスク５の位置ずれを防止できる。また、永久磁石４とマスク５との距離が離れているときは、磁力の影響が弱いので、移動速度を早くすることで、マスク５の固定に要する時間の増大を防ぐことができる。そして、図５（ｅ）に示すように、永久磁石４を基板ホルダ２の裏面に密着させる位置まで移動させると、スライド機構７による永久磁石４の移動を停止する。これにより、永久磁石４に吸着されてマスク５は基板３の表面側に保持される。
【００５４】
次に、薄膜形成装置１における有機膜形成動作を図２を用いて説明する。有機気相堆積法における有機膜形成工程は、有機原料を気化または昇華させる気化昇華工程、キャリアガスを導入するキャリアガス導入工程、キャリアガスを用いて原料ガスを基板３上に輸送する原料ガス輸送工程、基板３上への有機膜堆積工程および排気工程で構成される。
【００５５】
気化昇華工程は気化昇華室１２で行われる。この気化昇華工程では、有機原料１８が入れられた原料容器１７に通電し、原料容器１７の抵抗発熱で有機原料１８を間接的に加熱して気化または昇華させて、原料ガスを生成する。
【００５６】
これにより、Ｈ_２ＯやＯ_２等の有機原料を変質させる物質から一切隔離された気化昇華室４内は原料ガスで満たされる。そして、気化昇華工程では、原料容器１７の温度や原料容器１７への通電電流値が監視され、有機原料１８の気化または昇華量を一定に保つように制御される。さらに、気化昇華室１２内の圧力が圧力計１５で監視され、圧力の低下を検出すると、原料補充の指示を出すように制御される。
【００５７】
キャリアガス導入工程は気化昇華室１２で行われる。このキャリアガス導入工程では、原料ガスの希釈および輸送のためのキャリアガスの導入が行われる。すなわち、各種有機原料に対して不活性なガスが、タンク２２からキャリアガスとして気化昇華室１２に送り込まれる。タンク２２と各気化昇華室１２を接続する供給管２０にはそれぞれ流量コントローラ２１が設けられており、流量が制御されたキャリアガスが気化昇華室１２に送り込まれる。そして、気化昇華室１２に送り込まれたキャリアガスと原料ガスが混合し、キャリアガスを用いて原料ガスが原料ガス輸送管１３へ送られる。
【００５８】
ここで、キャリアガス導入工程では、気化昇華室１２内の原料ガスの温度低下による有機原料の固化を避けるため、ヒータ２４により供給管２０を加熱することで、キャリアガスの温度を制御する。また、流量コントローラ２１により、キャリアガスの供給量が一定となるように制御する。このように、気化昇華室１２に供給するキャリアガスの量を一定に保ち、気化昇華室１２で有機原料１８を気化または昇華させる量を一定に保つことで、原料ガス輸送管１３に送り込む原料ガスの量を一定に保つことができる。これにより、気化昇華工程で上述したように気化昇華室１２の圧力を監視することで、有機原料１８の減少を圧力の低下として検出することができ、有機原料１８が枯渇する前に補充ができる。
【００５９】
原料ガス輸送工程は、原料ガス輸送管１３で行われる。原料ガス輸送工程では、キャリアガスを用いて原料ガスが原料ガス輸送管１３を輸送される。そして、原料ガス供給管１３を輸送された原料ガスは、インジェクター２３からチャンバー１１内に放出される。
【００６０】
この原料ガス輸送工程では、上述したキャリアガス導入工程において供給するキャリアガスの流量を増加させると、輸送する原料ガスの量を増加させることができる。これにより、基板３へ供給する原料ガスの量を増加させて、基板３上での成膜速度を向上させることが可能となる。このように、有機気相堆積法では、成膜レートの制御を、有機原料１８の気化あるいは昇華温度のみによる制御ではなく、キャリアガスの流量制御により行えるので、成膜レートの精密な制御が可能となる。
【００６１】
また、原料ガス輸送工程では、原料ガス輸送管１３内の原料ガスの温度低下による有機原料の固化を避けるため、ヒータ２４により原料ガス輸送管１３を加熱することで原料ガスの温度を制御する。
【００６２】
有機膜堆積工程は、チャンバー１１で行われる。有機膜堆積工程では、上述した原料ガス輸送工程で原料ガス輸送管１３を輸送されてインジェクター２３から放出された原料ガスが基板３に吸着して有機膜を形成する。
【００６３】
さて、原料ガスは有機原料が気相の状態を保つため、例えば２５０℃程度の温度となっている。このため、この原料ガスが供給される基板３の温度が上昇する。そこで、有機膜堆積工程では、基板ホルダ２に冷却管１４で冷却水を供給して、基板３が例えば室温程度の温度を保つように温度制御を行う。
【００６４】
このように、基板３の温度を室温付近に保って有機膜の形成が可能であるので、基板３に吸着した有機原料は、高温のガスの状態から急速冷却されることで、非晶質または微結晶な良質な有機膜が形成される。これにより、基板３上に堆積した有機膜の一部あるいは全部が結晶化してしまうことに伴う電気特性の劣化や光学特性の劣化を防ぐことができる。また、基板３の温度を室温程度に保てることから、基板３として熱に弱いプラスチック基板を用いることも可能となる。よって、本実施の形態の薄膜形成装置１では、フレキシブルディスプレイを構成する有機ＥＬ発光素子を製作できることになる。
【００６５】
なお、有機原料の種類によっては、基板３の温度を１００℃程度とした方が良質な有機膜が形成されるものもあるので、基板ホルダ２に図示しないヒータ等の加熱手段を組み込む構成とすることも考えられる。また、基板ホルダ２に図２に示すような冷却管１４を用いた冷却手段と図示しないヒータを用いた加熱手段の両方を組み込み、使用する有機原料にあわせてどちらかを選択的に使用するようにしてもよい。
【００６６】
排気工程はチャンバー１１で行われる。排気工程では、上述した各工程に先立ち、基板３が収納されたチャンバー１１を原料ガスの流れを制御し得る１０^２〜１０^３Ｐａ程度の低真空に保つ。また、有機膜堆積工程で発生した残留ガスを排気する。
【００６７】
さて、インジェクター２３に対して基板３の位置を固定して成膜を行うよりも、基板３を例えば回転動作させながら成膜を行う方が膜分布が均一となる。このため、図２等の薄膜形成装置１において、基板ホルダ２を駆動する機構を備えると良い。
【００６８】
図６は基板３の動作例を示すチャンバー２の破断斜視図である。なお、基板ホルダ２やチャンバー１１の形状は、さまざまな形状が考えられるので、図６（ａ）では断面形状が円形のチャンバー１１を、また、図６（ｂ）では断面形状が四角形のチャンバー１１を示している。図６（ａ）に示す構成では、基板ホルダ２は軸２ｂを中心に図示しない駆動手段に駆動されて回転する機構を有し、回転中心Ｏに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。ここで、基板３の中心は対角線の交点とする。これにより、図示しない駆動手段により基板ホルダ６が回転すると、基板３は基板ホルダ６の回転中心Ｏを軸に自転することになる。
【００６９】
そして、インジェクター２３から放出された原料ガスは基板３上へと拡散供給されるので、基板３が回転動作（自転）することで、基板３に形成される有機膜の膜分布が均一となる。
【００７０】
図６（ｂ）に示す構成では、チャンバー１１内にリニアモータ等を利用した駆動機構２７に駆動されてスライド移動する基板ホルダ２を設ける。以上の構成において、有機膜堆積工程では、基板ホルダ２をスライド移動させながら、インジェクター２３から原料ガスを放出する。これにより、基板３の全面に原料ガスを供給して有機原料を堆積させることができるので、基板３の面内および画素内の膜分布が均一化される。なお、図示しないが、図６（ａ）の回転機構と図６（ｂ）のスライド機構を組み合わせて、基板３がスライド移動しながら回転するような構成としてもよい。
【００７１】
以上説明したように、インジェクター２３に対する基板３の回転動作やスライド動作を行うことで、基板３の面内および画素内の膜分布の均一性が向上する。また、基板３を動作させる場合においても、図２等に示すように基板３を冷却する機構を設けることで、より良質な有機膜が作成できる。
【００７２】
そして、基板３を回転やスライド移動させる際、図１に示すようにマスク５を永久磁石４で保持することで、マスク５の位置ずれに起因するパターンニング不良の発生が抑えられる。
【００７３】
図７は第２の実施の形態の薄膜形成装置の要部構成を示す説明図で、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は側面図である。第２の実施の形態の薄膜形成装置では、マスク固定装置３０として、マスク５を基板ホルダ２の表面側から固定する把持手段としてのマスククランプ機構３１を付加する。
【００７４】
マスククランプ機構３１は、マスク５の図示しないスリット形成部が開口した枠部３２と、この枠部３２をスライド移動させるクランプスライド機構３３を供える。ここで、枠部３２は全体が磁性材料で構成されるものか、あるいは一部に磁性材料の部材が設けられた構成とする。
【００７５】
以下、第２の実施の形態の薄膜形成装置において、基板ホルダ２に基板３およびマスク５を取り付ける動作について説明する。基板３およびマスク５を取り付ける前、永久磁石４側のスライド機構７は、図５（ａ）に示すように、永久磁石４を基板ホルダ２から離れた位置に移動させる。
【００７６】
このように、永久磁石４を基板ホルダ２から離した状態で、まず、基板ホルダ２に基板３をセットする。基板３は、図１に示す位置決めピン２ａに辺を突き当ててセットすることで、基板ホルダ２に対する位置決めが行われる。
【００７７】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板ホルダ２にセットされた基板３上でマスク５を保持してアライメントを行う。例えば、マスク５の位置をＣＣＤカメラ２６で監視しながら、マスク５を基板３の面に対して水平な面で回転およびＸ，Ｙ方向等にスライド移動させて、基板３に対するマスク５の位置決めを行う。
【００７８】
そして、図５（ｃ）に示すように、位置決めを行ったマスク５を基板３上にセットするとともに、図７に示すように枠部３２でマスク５を押さえる。このとき、永久磁石４はマスク５のアライメントに影響を及ぼさない位置に退避させたままであるので、マスク５のアライメント時に、永久磁石４の磁力に抗して位置決めを行う必要がなく、正確な位置決めが行える。また、マスク５を基板３上にセットするときも、永久磁石４の磁力でマスク５が基板３方向に引っ張られることがないので、アライメントで位置決めした姿勢を保持したまま、基板３にセットできる。
【００７９】
次に、図５（ｄ）に示すように、スライド機構７により永久磁石４を基板ホルダ２に近づける方向に移動させる。このときの移動速度ｖは、一定でもよい。また、基板ホルダ２と永久磁石との距離をｒとしたとき、ｖ∝ｒ^２の関係で変化させるようにしてもよい。すなわち、基板ホルダ２と永久磁石４との距離が近づく程、移動速度を遅くするような制御を行うとよい。
【００８０】
このように、基板ホルダ２との距離が近づく程、永久磁石４の移動速度を遅くするように速度制御を行うことで、基板３に対して枠部３２およびマスク５をゆっくりと密着させながら、固定することができる。これにより、基板３とマスク５の固定時に起きるマスク５の位置ずれを防止できる。また、永久磁石４と基板ホルダ２との距離が離れているときは、磁力の影響が弱いので、移動速度を早くすることで、マスク５の固定に要する時間の増大を防ぐことができる。そして、図５（ｅ）に示すように、永久磁石４を基板ホルダ２の裏面に密着させる位置まで移動させると、スライド機構７による永久磁石４の移動を停止する。これにより、枠部３２は永久磁石４に吸着されてマスク５は基板３の表面側に保持される。
【００８１】
このように、マスククランプ機構３１を設けることで、マスク５として非磁性材料から構成されるものを用いる場合でも、枠部３２を永久磁石４で吸着してマスク５を固定することができる。
【００８２】
なお、上述した第１および第２の実施の形態の薄膜形成装置は、有機気相堆積法を用いた構成で説明したが、マスク固定装置が組み込まれる薄膜形成装置としては、図１１に示すような真空蒸着装置でも適用可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、基板上にパターン形成用のマスクを載せ、薄膜を形成する薄膜形成装置において、基板を保持する保持手段と、この保持手段の基板保持面の裏面側に設けられ、保持手段に保持された基板上のマスクを吸着する永久磁石と、この永久磁石を、マスクに対して接近および離間する方向に移動させる移動手段とを備えたものである。
【００８４】
これにより、永久磁石を基板上のマスクから離れた位置で保持しておき、徐々に永久磁石をマスクに近づけて行くことで、永久磁石の磁力を徐々にマスクに及ぼして吸着できるようになり、マスクの位置ずれが防止される。そして、マスクの位置ずれが防止できることで、パターンニング不良の発生を抑えることができる。
【００８５】
また、マスクの保持は永久磁石で行い、かつ、この永久磁石の位置を可変とする機構を備えれば良いので、装置構成の簡略化が図れ、装置の低コスト化やコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の薄膜形成装置の要部構成を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態の薄膜形成装置の全体構成図である。
【図３】図２に示す薄膜形成装置に組み込まれたマスク固定装置の斜視図である。
【図４】マスク固定装置の側面図である。
【図５】基板およびマスクの取り付け過程を示す説明図である。
【図６】基板の動作例を示すチャンバーの破断斜視図である。
【図７】第２の実施の形態の薄膜形成装置の要部構成を示す斜視図である。
【図８】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す説明図である。
【図９】有機ＥＬカラーディスプレイの概要を示す平面図である。
【図１０】有機ＥＬカラーディスプレイの要部斜視図である。
【図１１】真空蒸着装置の基本構成を示す説明図である。
【図１２】従来のマスク固定装置の説明図である。
【符号の説明】
１・・・薄膜形成装置、２・・・基板ホルダ、２ａ・・・位置決めピン、２ｂ・・・軸、３・・・基板、４・・・永久磁石、４ａ・・・穴部、５・・・マスク、５ａ・・・スリット、６・・・マスク固定装置、７・・・スライド機構、７ａ・・・送りねじ、８・・・支持台、８ａ・・・ナット部、１１・・・チャンバー、１２・・・気化昇華室、１３・・・原料ガス輸送管、１４・・・冷却管、１５・・・圧力計、１６・・・排気管、１７・・・原料容器、１８・・・有機原料、１９・・・圧力計、２０・・・供給管、２１・・・流量コントローラ、２２・・・タンク、２３・・・インジェクター、２４・・・ヒータ、２５ａ，２５ｂ・・・温度センサ、２６・・・ＣＣＤカメラ、２７・・・駆動機構、３０・・・マスク固定装置、３１・・・マスククランプ機構、３２・・・枠部、３３・・・クランプスライド機構

Claims

基板上にパターン形成用のマスクを載せ、薄膜を形成する薄膜形成装置において、
前記基板を保持する保持手段と、
前記保持手段の基板保持面の裏面側に設けられ、前記保持手段に保持された前記基板上の前記マスクを吸着する永久磁石と、
前記永久磁石を、前記マスクに対して接近および離間する方向に移動させる移動手段と
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
前記移動手段は、前記基板上に載せられた前記マスクに対して、徐々に前記永久磁石を接近させて前記マスクを固定する
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記移動手段は、前記永久磁石の移動速度を前記マスクとの距離に応じて変更する
ことを特徴とする請求項２記載の薄膜形成装置。
前記保持手段の前記基板保持面側に、前記永久磁石に吸着されて前記マスクを保持する把持手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記保持手段を収納するチャンバーと、
有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する気化昇華手段と、
前記原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入手段と、
前記キャリアガスを用いて前記原料ガスを輸送する原料ガス輸送手段と、
前記原料ガス輸送手段で輸送された前記原料ガスを前記チャンバー内に放出する放出手段と、
前記チャンバーの排気を行う排気手段と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記保持手段は、前記マスクが取り付けられた前記基板を回転させる
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記保持手段は、前記マスクが取り付けられた前記基板をスライド移動させる
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記保持手段は、前記マスクが取り付けられた前記基板をスライド移動させながら回転させる
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記保持手段に、前記マスクが取り付けられた前記基板の裏面を冷却する冷却手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記保持手段に、前記マスクが取り付けられた前記基板の裏面を加熱する加熱手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記保持手段に、前記マスクが取り付けられた前記基板の裏面を冷却あるいは加熱する冷却加熱手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。