(57)【要約】【課題】チャンバの変形や、支持機構の変形や、アームの姿勢変化があっても、アーム連結部の真空シール性能を維持可能なユーティリティラインの導入機構が求められていた。【解決手段】内部を減圧可能な真空チャンバの内部を移動可能な蒸着源と、真空チャンバの内壁に第１アーム部を第１軸周りに回動可能に接続する第１回動部と、第１アーム部に第２アーム部を第２軸周りに回動可能に接続する第２回動部と、蒸着源に第２アーム部を第３軸周りに回動可能に接続する第３回動部とを備え、蒸着源を動作させるためのユーティリティラインが、第１回動部〜第３回動部の内部を連通して真空チャンバの外と繋がる気密構造の導入路を経由して導入されて蒸着源に接続され、第１回動部は第１軸と交差する軸周りに揺動可能に第１アーム部を真空チャンバの内壁に接続し、第３回動部は第３軸と交差する軸周りに揺動可能に第２アーム部を蒸着源に接続するユーティリティライン導入機構。【選択図】図１
2020143328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を減圧可能な真空チャンバと、
前記真空チャンバの内部を移動可能な蒸着源と、
前記真空チャンバの内壁に第１アーム部を第１軸周りに回動可能に接続し、磁性流体シールを有する第１回動部と、
前記第１アーム部に第２アーム部を第２軸周りに回動可能に接続し、磁性流体シールを有する第２回動部と、
前記蒸着源に前記第２アーム部を第３軸周りに回動可能に接続し、磁性流体シールを有する第３回動部と、を備え、
前記蒸着源を動作させるためのユーティリティラインが、前記第１回動部、前記第１アーム部、前記第２回動部、前記第２アーム部、前記第３回動部の内部を連通して前記真空チャンバの外の大気圧空間と繋がる気密構造の導入路を経由して、前記真空チャンバの外から導入されて前記蒸着源に接続され、
前記第１回動部は、前記第１軸と交差する軸周りに揺動可能に前記第１アーム部を前記真空チャンバの内壁に接続し、
前記第３回動部は、前記第３軸と交差する軸周りに揺動可能に前記第２アーム部を前記蒸着源に接続する、
ことを特徴とする真空チャンバ内へのユーティリティライン導入機構。
【請求項２】
前記第１回動部は、前記第１軸と交差する軸を揺動軸とするジンバル機構か、または球面運動が可能な回転連結部を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の真空チャンバ内へのユーティリティライン導入機構。
【請求項３】
前記第３回動部は、前記第３軸と交差する軸を揺動軸とするジンバル機構か、または球面運動が可能な回転連結部を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の真空チャンバ内へのユーティリティライン導入機構。
【請求項４】
前記第２アーム部は、前記第２軸の軸方向に沿って見たとき、前記第２回動部を挟んで前記第１アーム部よりも前記第１回動部の側に配置されている、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の真空チャンバ内へのユーティリティライン導入機構。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の真空チャンバ内へのユーティリティライン導入機構を有する、
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
前記蒸着源は、有機ＥＬ素子の有機膜を成膜する蒸着源である、
ことを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【請求項７】
請求項６に記載の成膜装置を複数備える、
ことを特徴とする成膜システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内で移動可能に支持された蒸着源等に、電気配線や冷却媒体の配管等をはじめとするユーティリティラインを、真空チャンバ外から導入する機構に関する。さらには、ユーティリティライン導入機構を備える成膜装置、及び成膜システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自発光型で、視野角、コントラスト、応答速度に優れた有機ＥＬ素子は、壁掛けテレビをはじめとする種々の表示装置に盛んに応用されている。
一般に、有機ＥＬ素子は、基板を真空チャンバ内に搬入し、所定パターンの有機膜を基板上に成膜する方法で製造される。より詳しくは、真空が維持された成膜チャンバ内に基板を搬入する工程、基板とマスクとを高精度に位置合わせ（アライメント）する工程、有機材料を成膜する工程、成膜済みの基板を成膜チャンバから搬出する工程、等を経て製造される。
【０００３】
有機材料を成膜する工程では、真空チャンバ内に設置された蒸着源を用いて有機材料を蒸着するが、蒸着源には、電力や信号を伝達する電気配線、冷却媒体を供給する配管などのユーティリティラインを真空チャンバ外から導入して接続しておく必要がある。ただし、これらの電気配線や配管は一般に真空耐圧が小さいので、真空雰囲気内を経由させて蒸着源に接続するのは現実的とは言えない。
【０００４】
一方、蒸着源は真空チャンバ内を移動可能に支持しておく必要がある。例えば、基板面に均一に成膜するために、基板面を走査するように蒸着源を移動させる場合がある。また、スループットを向上させるために真空チャンバ内に複数の基板ステージを設ける場合には、蒸着源が基板ステージ間を巡回できるように、蒸着源を移動可能に支持しておく場合がある。
【０００５】
移動可能な蒸着源にユーティリティラインを接続するために、蒸着源に可動アームを接続し、可動アームの筐体を気密構造にしてその内部を大気圧に維持してユーティリティラインを真空チャンバ内に導入する方法が知られている。すなわち、大気圧に維持された可動アームの内部空間を経由してユーティリティラインを真空チャンバに導入して蒸着源に接続するのである。
【０００６】
特許文献１には、第１連結部により真空チャンバの底面に連結された第１アームと、第２連結部により第１アームに連結された第２アームと、第３連結部により第２アームに連結された蒸着源を備えた装置が記載されている。第１連結部、第２連結部および第３連結部の各々は、連結している相手の第１アーム、第２アーム、および蒸着源を水平面内で回転可能に支持している。そして、第１アーム、第２アーム、第１連結部、第２連結部、第３連結部を気密構造にして連通させて内部空間を大気圧に維持し、この内部空間を経由させてユーティリティラインを蒸着源に接続している。
【０００７】
また、特許文献２には、第１の連接腕と第２の連接腕を接続する回転連結部を備え、これらを気密構造にして内部を大気圧にする装置が記載されている。この装置では、回転連結部を相対的に球面運動が可能にすることにより、第１の連接腕と第２の連接腕の間に偏角を伴うラジアル荷重が加わった際に連結部の磁性流体シールが破損して真空シール性能が低下するのを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２９９１７６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１２１２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年では、取り扱う基板サイズの大型化に伴い、成膜装置の真空チャンバが大型化する傾向がある。真空チャンバが大型化すると、チャンバ内を減圧した際のチャンバの変形も大きくなる。
また、基板サイズの大型化に伴い、蒸着材料の貯留量を増加させた蒸着源の重量が増加するとともに、真空チャンバ内における蒸着源の移動距離が大きくなる傾向がある。そのため、蒸着源を移動させる時に、移動機構に変形が生じることがある。
また、蒸着源の移動距離が大きくなると、ユーティリティラインを真空チャンバ内に導入するための可動アームも大型化するため、可動アームの重量が増加する。そうすると、蒸着源の移動に伴って可動アームの姿勢が変化した時に重量バランスが変化して可動アームの局所に大きな力がかかったり、自重により可動アームが変形したりすることがある。
【００１０】
特許文献１に記載された装置において減圧時に真空チャンバの底面が変形すると、底面に配置された第１連結部の近傍に応力がかかり、第１連結部の気密シールが維持できなくなったり、第１アームを水平面内で円滑に回転できなくなったりする。
また、特許文献１の装置において移動機構に変形が生じると、第２アームに蒸着源を連結している第３連結部の気密シールが維持できなくなったり、第３連結部を円滑に回転できなくなったりする。
また、蒸着源の移動に伴って可動アームの姿勢が変化した時に、重量バランスが変化して第１連結部や第３連結部に大きな力がかかり、気密シールが維持できなくなることがある。
【００１１】
特許文献２に記載された装置においては、第１の連接腕と第２の連接腕を連結する連結部における真空シール性能が低下するのを防止することはできる。しかし、真空チャンバ底面の連結部や蒸着源との連結部における真空シール性能の低下に関しては、特許文献２では検討されていない。
【００１２】
そこで、減圧時に真空チャンバが変形したり、蒸着源移動時に蒸着源の移動機構が変形したり、あるいは可動アームの姿勢が変化した時に可動アームの局所に大きな力がかかっても、可動アームを連結する連結部の真空シール性能を維持可能なユーティリティラインの導入機構が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、内部を減圧可能な真空チャンバと、前記真空チャンバの内部を移動可能な蒸着源と、前記真空チャンバの内壁に第１アーム部を第１軸周りに回動可能に接続し、磁性流体シールを有する第１回動部と、前記第１アーム部に第２アーム部を第２軸周りに回動可能に接続し、磁性流体シールを有する第２回動部と、前記蒸着源に前記第２アーム部を第３軸周りに回動可能に接続し、磁性流体シールを有する第３回動部と、を備え、前記蒸着源を動作させるためのユーティリティラインが、前記第１回動部、前記第１アーム部、前記第２回動部、前記第２アーム部、前記第３回動部の内部を連通して前記真空チャンバの外の大気圧空間と繋がる気密構造の導入路を経由して、前記真空チャンバの外から導入されて前記蒸着源に接続され、前記第１回動部は、前記第１軸と交差する軸周りに揺動可能に前記第１アーム部を前記真空チャンバの内壁に接続し、前記第３回動部は、前記第３軸と交差する軸周りに揺動可能に前記第２アーム部を前記蒸着源に接続する、ことを特徴とする真空チャンバ内へのユーティリティライン導入機構である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、減圧時に真空チャンバが変形したり、蒸着源移動時に蒸着源の移動機構が変形したり、あるいは可動アームの姿勢が変化した時に可動アームの局所に大きな力がかかっても、可動アームを連結する連結部の真空シール性能を維持可能なユーティリティラインの導入機構を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１の成膜装置の模式的な断面図。
【図２】（ａ）実施形態１におけるアームの外観を示す正面図。（ｂ）実施形態１における第１ジンバル機構の正面図。（ｃ）実施形態１における第１ジンバル機構の側面図。
【図３】（ａ）実施形態１におけるアームの外観を示す正面図。（ｂ）図３（ａ）の（Ｔ）−（Ｔ）線に沿って切った第１回動部の断面図。
【図４】（ａ）実施形態１におけるアームの外観を示す平面図。（ｂ）真空チャンバ内が大気圧で蒸着源が可動範囲の端部付近に位置する時の正面図。（ｃ）真空チャンバ内が減圧されて蒸着源が可動範囲の中央付近に位置する時の正面図。
【図５】実施形態４の成膜システムの模式的な構成図。
【図６】実施形態３の成膜装置の模式的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態であるユーティリティライン導入機構、それを備えた成膜装置、成膜システムについて、図面を参照して説明する。尚、以下の説明で参照する図面においては、機能が同一の構成要素については、特に但し書きがない限り同一の番号を付して図示するものとする。
【００１７】
［実施形態１］
（成膜装置の基本構成）
図１は、実施形態１である成膜装置１００の全体構成を示す模式的な断面図である。図１において図示されたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、３軸直交の座標系であり、Ｘ軸およびＹ軸により水平面が規定され、Ｚ軸により重力方向と逆方向が規定されている。ただし、本発明を実施する上では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が３軸直交の座標系である必要はなく、またＸ軸およびＹ軸が水平面を規定し、Ｚ軸が重力方向と逆方向を規定する必要はない。Ｘ軸を第１の軸、Ｙ軸を第２の軸、Ｚ軸を第３の軸とした時、第１の軸と第２の軸と第３の軸が互いに交差する関係にあればよい。尚、以下の説明で、例えばＸ軸正方向と記す場合には、図示されたＸ軸の矢印に沿った方向を指すものとし、Ｘ軸負方向と記す場合には、図示されたＸ軸の矢印とは反対の方向を指すものとする。Ｙ軸、Ｚ軸についても、同様である。
【００１８】
成膜装置１００は、気密容器である真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１の内部は不図示の真空ポンプにより、例えば１０−３Ｐａ以下の圧力領域まで減圧可能である。真空チャンバ１の中には、基板２を支持する為の基板支持体３と、マスク４を支持するマスク支持体５と、有機材料を蒸発させる蒸着源６とが配置されている。
マスク４は、基板上に成膜する薄膜の形状を規定するための開口を有する薄板形状の部材で、大型基板用には、インバー等のように剛性が高く熱膨張率が小さな材料で形成されたメタルマスクが用いられることが多い。マスク４は、マスク支持体５により両側（又は、４辺）から支持されている。
基板２としては、製造しようとする対象製品により、ガラス基板あるいはプラスチック基板等が適宜に選択して用いられる。基板２は、基板支持体３により両側（又は、４辺）から支持されている。
【００１９】
基板支持体３の軸は、ベローズ等の真空シール部材１９を介して気密性が確保された状態で、真空チャンバ１外に設けられたアライメント機構８に接続されている。基板２とマスク４をアライメントする時には、アライメント機構８が基板支持体３を移動させ、基板２をＸ軸方向移動、Ｙ軸方向移動、およびθ回転させて、マスク４との相対位置合わせを行う。
また、真空チャンバ１の外から、基板２とマスク４のアライメントマークを撮像する為に、アライメントカメラ１５とビューポート１４が設けられている。このビューポート１４は、真空チャンバ１内を外部から撮影するための窓であり、圧力差に耐えることが可能な透明材料で構成されている。
【００２０】
蒸着源６の内部には成膜材料である有機材料が貯留され、有機材料は温度調節されたヒータによって加熱されて蒸発あるいは昇華する。蒸着源６には、気化した有機材料を基板に向けて放出するための開口部と、必要に応じて開口部を遮蔽するため開閉駆動が可能なシャッターが設けられている。
【００２１】
蒸着源６は、真空チャンバ１の底面に設置されたアーム１７に接続されている。アーム１７は、蒸着源６が真空チャンバ１内を水平方向に移動するのに従動して姿勢を変化させることが可能である。移動時に蒸着源６がＸ軸方向に沿って案内されるように、蒸着源６はリニアガイド等のガイド部材７により支持されている。
【００２２】
アーム１７の筐体は気密シールされており、筐体内部が大気圧に保たれている。蒸着源６を動作させるための配線や冷却媒体の配管であるユーティリティライン１３を、真空チャンバ１外の大気圧空間からアーム１７の内部を通じて導入し、蒸着源６に接続するためである。真空チャンバの外の大気圧空間と繋がる気密構造の導入路（すなわちアーム１７の筐体内部）を経由したユーティリティライン１３は、内部が大気圧に保たれた気密構造のボックス１６をさらに経由して蒸着源６に接続されている。
ユーティリティライン導入機構としてのアーム１７は、第１アーム部９、第２アーム部１０、第１回動部、第２回動部、第３回動部を備えている。
【００２３】
第１アーム部９の一端は、第１ジンバル機構１２ａを含む第１回動部により、真空チャンバ１の底面に接続されている。第１アーム部９は、Ｚ軸と平行な第１軸ＲＣ１の周りを回動可能である。
【００２４】
第１アーム部９の他の一端は第２アーム部１０の一端と接続しており、この接続部を中心にして、第２アーム部１０は第１アーム部９に対してＺ軸と平行な第２軸ＲＣ２の周りに相対的に回動可能である。この接続部は、第１アーム部９と第２アーム部１０を第２軸周りに回動可能に接続する関節部であると言え、この部分を、第２回動部と呼ぶ。
尚、図１に示した実施形態では、第２軸ＲＣ２の軸方向に沿って見たとき、第１アーム部に対して第１回動部の側（すなわちＺ軸負方向の側）に第２アーム部１０を配置したが、第１回動部とは反対側（すなわちＺ軸正方向の側）に第２アーム部１０を配置することも可能である。ただし、前者の配置の方が後者よりも第１ジンバル機構１２ａにかかるモーメントを小さくでき、かつ真空チャンバ１の全高を抑制することができるので、前者の方が好ましい。
【００２５】
第２アーム部１０の他の一端は、第２ジンバル機構１２ｂを含む第３回動部により、ボックス１６と接続している。ボックス１６及びそれに固定された蒸着源６に対して、第２アーム部１０はＺ軸と平行な第３軸ＲＣ３の周りに相対的に回動可能である。
以上のように、真空チャンバ１の底面にて第１アーム部９を接続する第１回動部、第１アーム部９と第２アーム部を接続する第２回動部、第２アーム部１０とボックス１６（蒸着源６）とを接続する第３回動部の各々は、Ｚ軸と平行な軸の周りに回動可能に構成される。第１回動部〜第３回動部の各々には、Ｚ軸と平行な軸周りに回動可能に支持するための軸受けと、磁性流体シール１１が設けられている。磁性流体シール１１は、各回動部における筐体内部の圧力（大気圧）と、真空チャンバ１内空間の圧力（真空）との間の気密性を維持している。
【００２６】
ボックス１６内には、蒸着源６をガイド部材７に沿って移動させるための駆動源であるモータ（不図示）が配置されている。モータの回転軸は磁性流体シールを介してボックス１６外のローラと連結しており、モータを駆動することにより、ガイド部材７に対向するように配置されたローラが回転する。ローラの回転により、蒸着源６およびボックス１６はガイド部材７に沿って移動する。蒸着源６およびボックス１６の移動に従動してアーム１７の各回動部が回転し、各アーム部は旋回運動を行う。
蒸着源６を移動させるためのモータを、ボックス１６の内部ではなく、真空チャンバ１の外部に設け、外部から駆動力を伝達しても良い。ただし、モータをボックス１６内に設ければ、ユーティリティライン１３を介してモータ用電源線等を導入してモータに接続すればよい。尚、蒸着源６を移動させるための駆動機構は、接触式ローラ駆動方式に限らず、ラック＆ピ二オンや、磁気によるリニアモータ方式などを使用することも可能である。
【００２７】
（成膜装置の基本動作）
図１に示す成膜装置１００は、マスク支持体５に設置されたマスク４のアライメントマーク（不図示）と、基板２のアライメントマーク（不図示）の相対位置を、アライメントカメラ１５で撮像する。成膜装置１００の制御部は、撮像した画像に基づいてアライメント機構８にアライメント補正量を指示してアライメント処理を行い、マスク４上に基板２を設置する。蒸着源６をガイド部材７に沿って一定速度で移動させて、有機材料をマスク越しに基板２の上に均一に成膜する。この成膜処理を行う間、蒸着源６には、必要な電力や制御信号、冷却媒体などがユーティリティライン１３から供給される。
【００２８】
（回動部についての詳細説明）
アーム１７は、蒸着源６の可動範囲の中央付近、すなわち真空チャンバ１の底面の中央付近に第１回動部により回動可能に接続されている。真空チャンバ１内を減圧すると、大気圧との圧力差により真空チャンバ１の壁面に力がかかり、真空チャンバ１の壁面は減圧された側に向けて突出した形状に変形する。このため、アーム１７が固定された第１回動部近傍の位置においては、真空チャンバ１の底面は減圧前に比べてＺ軸正方向に動いている。
一方、蒸着源６をＸ軸方向に沿ってガイドするガイド部材７は、蒸着源６の可動範囲の両端付近で支持されているが、両端から離れた位置に重量物である蒸着源６を移動させるとガイド部材７には撓みが生ずる。自重による撓みは、蒸着源６が可動範囲の中央付近に位置する場合に最大になり、ガイド部材７の中央部が重力の向きに突出するように変形する。このため、可動範囲の両端付近に位置する場合に比べて、可動範囲の中央付近に位置する時には、第３回動部で支持された蒸着源６はＺ軸負方向に動いている。
また、蒸着源６の移動に従動してアーム１７の姿勢が変化すると、アーム１７の自重バランスが変化し、第１回動部および／または第３回動部にモーメント負荷がかかり得る。
【００２９】
このようなＺ軸方向の位置変動やアーム１７の姿勢変化により、第１回動部や第３回動部に過大なモーメント負荷がかかって磁性流体シール１１で圧力のリークや破損が生じないようにするため、本実施形態では、第１ジンバル機構１２ａおよび第２ジンバル機構１２ｂを設けている。
【００３０】
第１ジンバル機構１２ａは、第１回動部においてＸ軸周り及びＹ軸周りに揺動可能になるよう、真空チャンバ１の底面上で第１アーム部９を支持している。言い換えれば、第１回動部は、第１軸ＲＣ１と交差する揺動軸周りに揺動可能に第１アーム部９を真空チャンバ１の内壁に接続している。真空チャンバ１の底面が変形したり、アーム１７の自重バランスが変化して第１回動部にモーメント負荷がかかっても、第１ジンバル機構１２ａにより第１アーム部９が揺動可能なため、第１回動部の磁性流体シール１１においてリークが発生することはなく、第１アーム部９を円滑に第１軸ＲＣ１の周りに回動させることができる。
【００３１】
図２（ａ）はアーム１７の外観を示す正面図、図２（ｂ）は第１ジンバル機構１２ａの正面図、図２（ｃ）は第１ジンバル機構１２ａの側面図である。
第１ジンバル機構１２ａは、中間リング２４をＸ軸と平行な軸の周りに揺動可能に支持するための揺動Ｘ軸２８と、中間リング２４をＹ軸と平行な軸の周りに揺動可能に支持するための揺動Ｙ軸２３を備える。
揺動Ｘ軸２８は、第１アーム部９の側に位置するＸ軸ベース２６の下にＸ軸ベアリングケース２７を介して支持されている。揺動Ｙ軸２３は、真空チャンバ１の底面側に位置するＹ軸ベース２１の上にＹ軸ベアリングケース２２を介して支持されている。中間リング２４のＸ軸と平行な軸の周りの揺動角度は、Ｘ軸ストッパ２９と中間リング２４の隙間量で規制され、Ｙ軸と平行な軸の周りの揺動角度は、Ｙ軸ストッパ２５と中間リング２４の隙間量で規制されている。揺動Ｘ軸２８と揺動Ｙ軸２３は、真空チャンバ１の底面から同じ高さに位置するよう配置されている。
【００３２】
図３（ａ）はアーム１７の外観を示す正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の（Ｔ）−（Ｔ）線に沿って切った第１回動部の断面図である。アーム１７の内部を大気圧にしてユーティリティライン１３を通すため、第１回動部は気密構造を備えている。図３（ｂ）に示すように、中間リング２４の内側において、溶接ベローズ３０の一端をＹ軸ベース２１に、もう一端をＸ軸ベース２６に接続する。以上の構成により、疑似的な球面運動が可能であり、且つ真空シール性を保つ事が出来る。尚、真空チャンバ１内を減圧すると、ユーティリティラインを導入するのに必要な開口面積分の大気圧３３が、スラスト方向（Ｚ軸正方向）に第１回動部にかかる。本実施形態では、このスラスト方向の力を、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示した揺動Ｙ軸２３と揺動Ｘ軸２８で受ける構造になっている為、揺動Ｙ軸２３と揺動Ｘ軸２８には、この力を支えるのに十分な強度を有する軸材を用いる。
【００３３】
次に、第２ジンバル機構１２ｂは、第２アーム部１０を、ボックス１６及びそれに固定された蒸着源６に対してＸ軸と平行な軸の周り及びＹ軸と平行な軸の周りに揺動可能に真空チャンバ内で支持している。ガイド部材７の撓みにより蒸着源６がＺ軸方向に動いたり、アーム１７の自重バランスが変化して第３回動部にモーメント負荷がかかっても、第２ジンバル機構１２ｂにより第２アーム部９が揺動可能なため、第３回動部の磁性流体シール１１においてリークが発生することはなく、第３アーム部９を円滑に第３軸周りに回動させることができる。
第２ジンバル機構１２ｂの構成は、Ｚ軸方向に関しては第１ジンバル機構１２ａを逆向きに配置したのと同様な構成であり、第１ジンバル機構１２ａと同様にユーティリティライン１３を通すための気密構造を備えている。
【００３４】
図４（ａ）はアーム１７の外観を示す平面図、図４（ｂ）は真空チャンバ１内が大気圧で蒸着源６が可動範囲の端部付近に位置する時の正面図、図４（ｃ）は真空チャンバ１内が減圧されて蒸着源６が可動範囲の中央付近に位置する時の正面図である。ここでは、図示と説明の便宜のため、第１ジンバル機構１２ａの揺動Ｘ軸２８と、第２ジンバル機構１２ｂの揺動Ｘ軸２８とが、軸線３２上に並ぶ状態を例に説明する。
【００３５】
真空チャンバ内が大気圧である状態を示す図４（ｂ）では、アーム１７のＺ軸方向の所定寸法として高さ１８が確保されているが、真空チャンバ１内が減圧されて蒸着源６が可動範囲の中央付近に位置する時には、図４（ｃ）に示すように、アーム１７は真空チャンバの底面からＺ軸正方向を、蒸着源からＺ軸負方向の力を受ける。力を受けたアーム１７のＺ軸方向の高さが距離３１だけ変動しても、第１アーム部９と第２アーム部１０を第１ジンバル機構１２ａと第２ジンバル機構１２ｂの揺動Ｙ軸２３周りに傾ける事により、高さ変動に対応することができる。すなわち、アーム１７のＺ軸方向の高さが変動したりアーム１７の自重バランスが変化し、第１回動部および／または第３回動部にモーメント負荷がかかっても、第１ジンバル機構１２ａと第２ジンバル機構１２ｂが揺動して変動やモーメント負荷を吸収しながら支持するため、第１回動部〜第３回動部の磁性流体シール１１に過大な負荷がかかってリークや破損が生じることはない。
本実施形態では、蒸着源を動作させるためのユーティリティラインが、第１回動部、第１アーム部、第２回動部、第２アーム部、第３回動部の内部を連通して真空チャンバの外の大気圧空間と繋がる気密構造の導入路を経由して、真空チャンバの外から導入されて蒸着源に接続される。第１回動部〜第３回動部が円滑に回動するため、蒸着源６を所定の速度で移動させることができ、均一な成膜が可能であるとともに、アームを長寿命化することが可能である。
【００３６】
［実施形態２］
実施形態１では、第１回動部と第３回動部に、Ｘ軸と平行な軸の周りに揺動可能に支持するための揺動Ｘ軸と、Ｙ軸と平行な軸の周りに揺動可能に支持するための揺動Ｙ軸２３を備えたジンバル機構を設けた。
これに対して、実施形態２は、ジンバル機構の代わりに、相対的に球面運動が可能な回転連結部を備えた磁性流体軸受けを第１回動部と第３回動部に配置する。すなわち、特開２０１５−１２１２６５号公報に記載の装置において、第２回動部に配置されている球面運動が可能な磁性流体軸受けを、第１回動部と第３回動部に配置する。球面運動が可能な磁性流体軸受けは、第１回動部と第３回動部のみに配置してもよいし、さらに第２回動部に配置してもよい。以下、実施形態１と共通する事項については、説明を省略する。
【００３７】
本実施形態では、真空チャンバ内が減圧されて蒸着源が可動範囲の中央付近に位置する時に、アームがＺ軸正方向とＺ軸負方向の力を受けると、第１回動部と第３回動部に配置された磁性流体軸受けが球面運動する事で、高さ変動に対応する。球面運動するとは、Ｘ軸と平行な軸の周り及びＹ軸と平行な軸の周りに揺動すると言い換えてもよい。
【００３８】
アームのＺ軸方向の高さが変動したり、アームの自重バランスが変化し、第１回動部および／または第３回動部にモーメント負荷がかかっても、磁性流体軸受けが球面運動して変動を吸収するため、第１回動部〜第３回動部のシール部に過大な負荷がかかってリークや破損が生じることはない。第１回動部〜第３回動部が円滑に回動するため、蒸着源を所定の速度で移動させることができ、均一な成膜が可能であるとともに、アームを長寿命化することが可能である。
【００３９】
［実施形態３］
実施形態１および実施形態２にかかる成膜装置は、基板の主面が水平になるように基板を支持して、蒸着源を水平面内方向で移動させる成膜装置であった。これに対して、実施形態３にかかる成膜装置は、蒸着時には、基板の主面が鉛直方向に沿う向きになるように基板を支持しながら、基板の主面に沿って蒸着源を鉛直方向に移動させる成膜装置である。実施形態１と共通する部分については、説明を省略する。
図６は、本実施形態にかかる成膜装置１００を示す模式的な断面図である。実施形態１と同様の機能を有する部材には、実施形態１と同一の参照番号を付しているが、部材が設置されている位置や向きについては、必ずしも実施形態１と同一ではない点に留意されたい。
【００４０】
真空チャンバ１の内部において、蒸着時には、主面が鉛直方向に沿う向きになるように基板２およびマスク４が支持される。蒸着源６は、基板２の主面の長手方向（図中のＺ軸方向）に沿って移動可能にガイド部材７により支持されている。
本実施形態のアーム１７を構成する第１アーム部９、第２アーム部１０、磁性流体シール１１、第１ジンバル機構１２ａ、第２ジンバル機構１２ｂは、実施形態１と同様の部材である。ただし、アーム１７は、真空チャンバ１の底面ではなく側壁に接続されている。
【００４１】
真空チャンバ１の内部を減圧させることにともない側壁が変形したり、蒸着源６を移動させる際にガイド部材７が変形したり、アームの姿勢が変化することにともないアームの自重バランスが変化したりしても、第１ジンバル機構１２ａおよび第２ジンバル機構１２ｂが揺動可能にアームを支持するため、磁性流体シール１１においてリークが発生することはない。
すなわち、本実施形態の成膜装置も、真空シール性能を維持可能で信頼性の高いユーティリティ導入機構を備えているといえる。
尚、第１回動部及び第３回動部において、回動軸と交差する揺動軸周りに揺動可能にアーム部を接続する機構は、実施形態１と同様のジンバル機構に限る必要はない。第１回動部、第３回動部のいずれか又は両方に、ジンバル機構の代わりに実施形態２と同様の球面運動が可能な回転連結部を設けてもよい。
【００４２】
［実施形態４］
次に、本発明を実施した成膜システムについて説明する。図５は、本発明を実施した成膜システムの模式的な構成図で、有機ＥＬパネルを製造する成膜システム３００を例示している。
成膜システム３００は、成膜装置１００を複数備え、さらに搬送室１１０１、搬送室１１０２、搬送室１１０３、基板供給室１１０５、マスクストック室１１０６、受渡室１１０７、ガラス供給室１１０８、貼合室１１０９、取出室１１１０等を備えている。
【００４３】
成膜装置１００は、有機ＥＬパネルの発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電極層等の異なる機能層の成膜に用いられ得るため、成膜装置ごとに成膜材料やマスクなどが相違する場合がある。各成膜装置１００は、実施形態１あるいは実施形態２で説明したアームとユーティリティライン導入機構を備え、連結部の真空シール性能を維持しながら真空チャンバ内で蒸着源を円滑に移動させることができる。各成膜装置１００は、基板をマスクにセットした後、基板にマスク越しに成膜パターンを形成する成膜方法を実施できる。各成膜装置１００は、１つの成膜チャンバが１つのアライメント装置を備える装置であってもよいし、１つの成膜チャンバが２つ以上のアライメント装置を備える装置であってもよい。２つのアライメント装置を備える場合には、一方のアライメント装置側で基板に蒸着している間に、他方のアライメント装置側では蒸着済の基板の搬出と未蒸着の基板の搬入を行い、搬入した基板にアライメント動作を行うことができる。このように、スループットを向上させるために真空チャンバ内に複数のアライメント装置を設ける場合には、蒸着源がアライメント装置間を巡回できるようにアームの可動範囲を設定する。
【００４４】
基板供給室１１０５には、外部から基板が供給される。搬送室１１０１、搬送室１１０２、搬送室１１０３には、搬送機構であるロボット１１２０が配置されている。ロボット１１２０によって各室間の基板の搬送が行われる。本実施形態の成膜システム３００が複数台備える成膜装置１００のうち、少なくとも一台は有機材料の蒸着源を備えている。成膜システム３００に含まれる複数の成膜装置１００は、お互いが同一材料を成膜する装置であってもよいし、異なる材料を成膜する装置であってもよい。例えば、各成膜装置において、互いに異なる発光色の有機材料を蒸着してもよい。成膜システム３００では、基板供給室１１０５から供給された基板に有機材料を蒸着したり、あるいは金属材料等の無機材料の膜を形成し、有機ＥＬパネルを製造する。
【００４５】
マスクストック室１１０６には、各成膜装置１００にて用いられ、膜が堆積したマスクが、ロボット１１２０によって搬送される。マスクストック室１１０６に搬送されたマスクを回収することで、マスクを洗浄することができる。また、マスクストック室１１０６に洗浄済みのマスクを収納しておき、ロボット１１２０によって成膜装置１００にセットすることもできる。
ガラス供給室１１０８には、外部から封止用のガラス材が供給される。貼合室１１０９において、成膜された基板に封止用のガラス材を貼り合わせることで、有機ＥＬパネルが製造される。製造された有機ＥＬパネルは、取出室１１１０から取り出される。
【００４６】
本成膜システムに含まれる成膜装置は、実施形態１〜実施形態３で説明したように、減圧時のチャンバ壁面の変形や、蒸着源移動時の移動機構の変形や、アームの自重バランスの変化があっても、アームの回動部の真空シール性能を維持可能なユーティリティ導入機構を備える。
真空シールの信頼性が向上し成膜動作が極めて安定する本成膜システムでは、大面積基板に高精度かつ高速に成膜できるため、高画質の有機ＥＬパネルを高い歩留まりで、しかも高いスループットで製造することが可能である。
【００４７】
［他の実施形態］
本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、第１回動部と第３回動部には、Ｘ軸周り及びＹ軸周りに揺動可能な同一種類の機構を配置したが、第１回動部にはジンバル機構、第３回動部には球面運動が可能な回転連結部のように、異なる種類の機構を配置してもよい。
また、上記実施形態では、蒸着源を移動させるための移動機構を、ユーティリティラインの導入機構であるアームとは別に設けているが、アーム自体に駆動機構を設けてロボットアームのように動作可能にすれば、移動機構とユーティリティライン導入機構の両方の機能をアームに持たせることも可能である。
また、本発明は有機ＥＬ素子の有機膜を成膜する成膜装置において好適に実施され得るが、それ以外の成膜装置に用いても差し支えない。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・真空チャンバ／２・・・基板／３・・・基板支持体／４・・・マスク／５・・・マスク支持体／６・・・蒸着源／７・・・ガイド部材／８・・・アライメント機構／９・・・第１アーム部／１０・・・第２アーム部／１１・・・磁性流体シール／１２ａ・・・第１ジンバル機構／１２ｂ・・・第２ジンバル機構／１３・・・ユーティリティライン／１６・・・ボックス／１７・・・アーム／１８・・・アームのＺ軸方向の所定の高さ／１９・・・真空シール部材／２３・・・揺動Ｙ軸／２８・・・揺動Ｘ軸／３１・・・アーム高さが変動する距離／１００・・・成膜装置／３００・・・成膜システム／ＲＣ１・・・第１軸／ＲＣ２・・・第２軸／ＲＣ３・・・第３軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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