JP2008038178A - プラズマ方式マスクｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜の均一性が高く、パーティクルによる影響を防止することができるプラズマ方式マスクＣＶＤ装置を提供する。
【解決手段】真空槽１と、真空槽内にそれぞれ平行に配置された下側カソード電極３及び上側アノード電極２と、上側アノード電極の下面に基板５を介して配置されるマスク４の周縁を支持するマスクフレーム５０とを有し、下側カソード電極と上側アノード電極との間の放電空間６に電圧を印加して放電空間内の原料ガスをプラズマ化させて基板上に成膜するプラズマ方式マスクＣＶＤ装置であって、放電空間近傍においてマスクフレームの下面はマスクの下面と面一であり、かつマスクフレームの内側に上側アノード電極及び基板を収容する空間を有し、この状態でマスク、基板、及び上側アノード電極を重合可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマ方式マスクＣＶＤ装置に関する。

有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子は、基板上に電極膜やＲＧＢの有機発光層を形成して製造されるが、大気中の湿分（水分）及び酸素によって劣化して素子の寿命を損ない易い。そこで、通常、電極と有機物層の露出部分を保護膜で封止することが行われている。このような保護膜としては、各種無機膜（窒化シリコン膜）をプラズマＣＶＤ法により成膜したものが一般に用いられている。プラズマＣＶＤ法は、対向するカソード電極とアノード電極間の放電空間に電圧を印加し、原料ガスをプラズマ化させて基板上に成膜する方法であり、熱ＣＶＤ法より低温での成膜が可能であるという利点がある。

プラズマＣＶＤ装置としては、基板を装置の下側電極上に配置したデポダウン（又はフェースアップ）方式が一般に知られている（特許文献１、２参照）。一方、本発明者らは、基板を装置の上側電極の下面に配置したデポアップ方式のＣＶＤ装置を提案している（特許文献３参照）。
又、保護膜は、有機ＥＬ層の所定部分に成膜される必要があるため、通常、マスクを用いてＣＶＤ成膜が行われる。

特開2005-339828号公報（図４、図６） 特開2006-164543号公報（図２） 特開2006-45583号公報（図２）

しかしながら、上記したデポダウン方式のプラズマＣＶＤ装置の場合、基板上に配置されるマスクが成膜時に熱膨張し、基板との間で密着不良を起こしたり、マスク精度を損なうことがある。又、デポダウン方式の場合、パーティクル（ごみ粒子）が落下して成膜面（デバイス面）に付着するという問題もある。
一方、デポアップ方式のプラズマＣＶＤ装置の場合、パーティクルの問題は生じず、成膜品質を向上させることができる。しかし、上記特許文献３記載の技術の場合、マスクフレーム（マスクの周縁を保持する枠体）が電極面（基板）より下側に突出しているため、上下電極間近傍のプラズマ放電空間の形状が均一でない（上下電極の対向領域からマスクフレームへ離れるにつれてプラズマ放電空間が湾曲する）場合があり、成膜の均一性の点でさらなる改善の可能性がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、成膜の均一性が高く、パーティクルによる影響を防止することができるプラズマ方式マスクＣＶＤ装置の提供を目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のプラズマ方式マスクＣＶＤ装置は、真空槽と、該真空槽内にそれぞれ平行に配置された下側カソード電極及び上側アノード電極と、前記上側アノード電極の下面に基板を介して配置されるマスクの周縁を支持するマスクフレームとを有し、前記下側カソード電極と前記上側アノード電極との間の放電空間に電圧を印加して該放電空間内の原料ガスをプラズマ化させて前記基板上に成膜するプラズマ方式マスクＣＶＤ装置であって、前記放電空間近傍において前記マスクフレームの下面は前記マスクの下面と面一であり、かつ該マスクフレームの内側に前記上側アノード電極及び前記基板を収容する空間を有し、この状態で前記マスク、前記基板、及び前記上側アノード電極を重合可能である。
このような構成とすると、マスクフレーム下面が上側アノード電極下面（マスク下面）と同一面となり、各電極間近傍の放電空間が均一な形状になる（上下電極の対向領域からマスクフレームへ離れた場合でもプラズマ放電空間は上下電極の面と平行に延びて一様となり、空間が湾曲等しない）ので、基板近傍のプラズマ状態が安定化し、基板の位置によらずに膜厚分布が均一になる。

前記マスクがテンションマスクであって、成膜時の熱膨張とマスク自体の重さによる撓み（以下、自重撓みと称す）が基板の成膜時の自重撓みよりも小さいことが好ましい。
このような構成とすると、マスクのテンションを所定の強さ以上に調節することで、成膜時のマスクの自重撓みを抑制できる。これに加えて、成膜時のマスクの自重撓みを基板の成膜時の自重撓みよりも小さいマスクとすることで、マスクと基板を重合した際の撓みにおいてマスクの撓みが支配的に働くことにより、基板の自重撓みを利用して基板とマスクの密着状態を良好に維持できることとなる。従って、重合したマスクが変形するのを抑制すると共にマスクと基板の密着性も向上でき基板上の成膜レートの均一性や、マスク精度が向上する。

本発明によれば、マスクを用いたプラズマＣＶＤの際、基板への成膜の均一性が高く、パーティクルによる影響を防止することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明の実施形態に係るプラズマ方式マスクＣＶＤ装置としては、本発明に特有な構成を除いては特開2006-45583号公報記載の装置と同様とすることができるので、この公報と同一の部分は同一の符号を付して説明を適宜引用（又は省略）する。

図１は、本発明の実施形態に係るプラズマ方式マスクＣＶＤ装置の全体構成図である。この図において、プラズマ方式マスクＣＶＤ装置は、真空槽１と、該真空槽内にそれぞれ平行に配置された下側カソード電極３及び上側アノード電極２と、上側アノード電極２の下面に基板５を介して配置されるマスク４の周縁と結合する矩形枠状のマスクフレーム５０とを有する。マスクフレーム５０はマスク４の形状を保持し、補強する機能を有する。

真空槽１外上部には回転機構24（回転駆動源と回転軸等から成る）、アライメント機構７、カメラ部１３、補正駆動機構26が設けられている。これらの機構の作用については特開2006-45583号公報に記載されているものと同様である。
そして、マスクフレーム５０に結合し上方に向かって２本のアーム状の連設部２３が延び、連設部２３はその上方で横方向の棒状部で接続されている。連設部２３の横方向棒状部の中心から上方へ向かって１本の中心軸が延び、中心軸が回転機構24中心に接続され、マスクフレーム５０が真空槽１内に吊り下げられる。
同様に、上側アノード電極２の上面から上方に向かって２本のアーム状の連設部２９が延び、連設部２９はその上方で横方向の棒状部で接続されている。連設部２９の横方向棒状部の中心から上方へ向かって１本の中心軸が延び、中心軸が回転機構24中心に接続され、上側アノード電極２が真空槽１内に吊り下げられる。

そして、アライメント機構７及び補正駆動機構26を適宜用い、まず、マスクフレーム５０に取付けられたマスク４上にガラス基板５を位置調整してこれらを重合した後、上側アノード電極２を基板５側に押圧（又は近接）させた状態で上側アノード電極２とマスクフレーム５０とを図示しないクランプによって固定する。これにより、マスク、基板、及び上側アノード電極が重合され、成膜が可能となる。
なお、基板とマスクのアライメントは、成膜室とは別室として設けられたアライメント室にて行うことも可能である。この場合は、基板とマスクが重合した状態で、前記成膜室のマスクフレームの固定位置に重合物を配設することで、前記と同様に成膜が可能となる。
一方、下側カソード電極３の下面から下方に向かって支持管１９が延び、下側カソード電極３を真空槽１に保持する。支持管１９内には、図示しない成膜材料ガス（放電ガス）導入管が配置され、下側カソード電極３と上側アノード電極２との間の放電空間に成膜材料ガス（必要に応じてさらに放電ガス）を導入可能になっている。又、真空槽１の下側には、真空ポンプ等から成る真空排気系と接続される排気口２２が配置されている。
なお、上側アノード電極２の上部には後述するオイル循環路（加熱機構）が配置され、オイル循環部１８から導入された加熱オイルにより上側アノード電極２（及び基板５）の温度を制御する。

上側アノード電極２は接地されてグランド電極をなし、下側カソード電極３には高周波電圧を供給するための電源６０がインピーダンスマッチング回路を介して容量接続され、ＲＦ電極をなす。そして、基板５を上側アノード電極２の下面に配置して各電極２、３間に高周波電圧を印加し、各電極２、３間の放電空間に導入される成膜材料ガスをプラズマ化させ、ＣＶＤ成膜を行う。
成膜材料は、マスクフレーム５０下面に露出するマスク４の開口部を介して基板５上に堆積し、マスクパターンに沿った成膜が進行する。

次に、拡大図２を参照して、各電極２、３周辺の構成について説明する。上側アノード電極２は、それぞれ矩形の下部部材２ａと上部部材２ｂからなり、下部部材２ａが下面に露出して実質的な電極として作用する。上部部材２ｂの内部には等間隔でオイル循環路（加熱機構）１２が配置され、上側アノード電極２全体が適宜加熱される。
ここで、下部部材２ａの周縁は上部部材２ｂの周縁より内側に位置し、下部部材２ａの側端と上部部材２ｂの周縁下面との間に段部が形成されている。一方、マスクフレーム５０は断面が矩形をなし、マスクフレーム５０の内径は下部部材２ａの外径より若干大きく、マスクフレーム５０の厚みは下部部材２ａの厚みより若干薄くなっている。そして、マスク４はマスクフレーム５０の下面とほぼ面一（同一面上）になるように、ＹＡＧ等のレーザービームを用いたポイント溶接により結合されて取付けられている。
なお、マスクフレーム５０は正確には、連設部２３より内側に位置しマスクを保持するマスクフレーム本体５１と、連設部２３より外側に位置するマスクフレーム辺部５２とからなり、マスクフレームとして実質的に機能する部分はマスクフレーム本体５１であるが、便宜上、これらを総称してマスクフレーム５０とする。

一方、下側カソード電極３の上面には多数の孔11ａが格子状に配列したガス吹き付け機構11を備え、各孔11ａは下側カソード電極３の内部空間に連通し、この内部空間は支持管１９内の成膜材料ガス（放電ガス）導入管１５に接続されている。このようにして、基板５上に均一に成膜材料ガスを供給することができる。
なお、下側カソード電極３の下側内部には上側アノード電極２の場合と同様のオイル循環路（加熱機構）１２が配置され、オイル循環部１６，１７により加熱オイルを流入及び流出させて下側カソード電極３の温度を制御する。

図３は、マスクフレーム５０、上側アノード電極２、基板５の位置関係を示す。この図において、マスクフレーム５０の内側には下部部材２ａ及び基板５を収容する空間を有し、この状態でマスク、基板、及び上側アノード電極を重合して成膜することが可能となる。なお、この際、マスクフレーム５０の上部は図２で説明した段部に収容される。
このようにすると、マスクフレーム５０下面が電極２下面（正確にはマスク４下面）と平行になり、各電極２、３間近傍の放電空間６が均一な形状になる（上下電極からマスクフレーム側へ向かって上下電極の面と平行なプラズマ放電空間が一様に形成され、プラズマ放電空間が上下に湾曲することがない）ので、基板近傍のプラズマ状態が安定化し、基板の位置によらずに膜厚分布が均一になる。

図２に戻り、本発明においても、特開2006-45583号公報に記載されているものと同様なプラズマ漏出阻止機構８を備えていることが好ましい。プラズマ漏出阻止機構８は、各電極２、３の対向面にそれぞれ平行な２つの絶縁領域形成体９からなる。
上側アノード電極２側の絶縁領域形成体９は連設部２３より外側のマスクフレーム辺部５２下面に取付けられ、マスクフレーム本体５１を囲む枠体をなす。同様に、下側カソード電極３側の絶縁領域形成体９は下側カソード電極３を囲む枠体をなす。

従って、各電極２、３の対向面にそれぞれ平行に、かつ放電空間６の外側に絶縁領域形成体９が対向近接し、放電空間６の外周位置に空間部６を囲って絶縁領域が形成される。
従って、各電極２・３に電圧を印加しても、この絶縁領域では成膜材料ガスがプラズマ化せず、空間６からのプラズマの漏出を阻止できる。また、放電空間６内のプラズマ化した成膜材料ガスは、空間６と連通する絶縁領域形成体９の対向空間10を介してアライメント機構７側に排出されるが、この際に成膜材料ガスのプラズマが消失する。従って、真空槽１のアライメント機構７等をプラズマガスが汚染することがない。
なお、絶縁領域形成体９として使用できる材料としては、特開2006-45583号公報に記載されているものが例示できる。

<テンションマスク>
マスク４としてはテンションマスクを用いることが好ましく、成膜時のマスクの自重撓みが基板の成膜時の自重撓みよりも小さいものであることがより好ましい。マスクの張力としては、基板の自重撓みによってマスクが変形するのを抑制できるレベルであればよく、好ましくは、基板５面と下側カソード電極３上面との距離の差が周縁部と中心部（最も基板撓みの大きい部分）とで５％以下、より好ましくは３〜２％とする。上記距離差が５％を超える場合、成膜した材料の膜厚が基板の位置によって変化する。ここで、膜厚の差異は膜質にも影響するため、得られた素子の局所的な封止性能が低下したり、最低膜厚部を基準として膜厚の制御を行う場合には、成膜時間を延長する必要がありスループットの低下が顕著になるなどの問題が生じる。
上記距離差が５％以下であれば、基板上の成膜レート並びに膜質の均一性、ひいては膜質の均一性やマスク精度が向上する。特に、本発明においてはマスクフレーム５０の下側にマスク４を通常は結合させて取り付けるため、マスクの下側からマスクフレームで支持する場合に比べてマスクが撓みやすく、この点でもテンションマスクが有効である。マスクに与える張力は、マスクの材質に対する線熱膨張係数、使用時の温度及びマスクの大きさ（厚さ、重さ、面積）を考慮して成膜時の撓みをコンピューターによるシミュレーション等により決定可能である。
本発明においては、成膜時のマスク及び基板の自重撓みを、上記したコンピューターシミュレーションにより決定した値とすることができる。コンピューターによるシミュレーション方法としては、例えば、公知のCAE(Computer Aided Engineering：コンピュータによる数値解析、シミュレーション)解析プログラム等により材料のキャラクターを入力して計算することができる。

なお、通常、プラズマＣＶＤの前工程でマスクに基板を載置した後、マスクと基板とを反転させてプラズマＣＶＤの処理に供するが、デポアップ方式を採用する本発明によれば、このような反転が不要となる。

本発明の実施形態に係るプラズマ方式マスクＣＶＤ装置の全体構成図である。 図１の部分拡大図である。 マスクフレーム５０、上側アノード電極２、基板５の位置関係を示す図である。

符号の説明

１ 真空槽
２ 上側アノード電極
３ 下側カソード電極
４ マスク
５ 基板
５０ マスクフレーム

Claims (2)

1. 真空槽と、該真空槽内にそれぞれ平行に配置された下側カソード電極及び上側アノード電極と、前記上側アノード電極の下面に基板を介して配置されるマスクの周縁を支持するマスクフレームとを有し、前記下側カソード電極と前記上側アノード電極との間の放電空間に電圧を印加して該放電空間内の原料ガスをプラズマ化させて前記基板上に成膜するプラズマ方式マスクＣＶＤ装置であって、
   前記放電空間近傍において前記マスクフレームの下面は前記マスクの下面と面一であり、かつ該マスクフレームの内側に前記上側アノード電極及び前記基板を収容する空間を有し、この状態で前記マスク、前記基板、及び前記上側アノード電極を重合可能であるプラズマ方式マスクＣＶＤ装置。
2. 前記マスクがテンションマスクであって、成膜時の自重撓みが成膜時の基板の自重撓みよりも小さいことを特徴とする請求項１記載のプラズマ方式マスクＣＶＤ装置。