(57)【要約】【課題】熱の伝達効率が悪いテンションマスクを効率的に冷却し、高精細なパターン形成を可能にする。【解決手段】マスク箔を用いるテンションマスクであるマスク５を介して基板４に成膜材料を付着させることによりパターン形成を行う蒸着方法において、蒸着後のマスクを冷却することなく再使用可能であるか否かを判定する工程を設ける。再使用可能である限り複数枚の基板に対して同じマスクを繰り返し使用し、再使用不可と判定した場合は、冷却ユニット１４を有するマスクストック室２に搬送し、冷却した後に蒸着室１に戻して再使用する。【選択図】図２
2010265497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクを介して基板にパターン形成を行う蒸着方法において、
マスクを介して基板に成膜材料を蒸着する工程と、
蒸着後のマスクを基板から分離して、冷却することなく再使用可能か不可かを判定する工程と、
再使用不可と判定されたマスクを冷却手段によって冷却し、新たな基板の蒸着に用いる工程と、を有し、
再使用可能と判定されたマスクは冷却することなく、新たな基板の蒸着に用いることを特徴とする蒸着方法。
【請求項２】
マスクを介して基板にパターン形成を行う蒸着装置において、
基板とマスクの位置合わせを行う手段と、
マスクを介して成膜材料を基板に蒸着するための蒸着源と、
蒸着後のマスクを接触させて冷却する冷却手段と、
前記基板とマスクの位置合わせを行う手段及び前記蒸着源を収容する蒸着室と、
前記蒸着室に隣接し、蒸着後のマスクを収容するマスクストック室と、を有し、
前記冷却手段は前記マスクストック室に配置されていることを特徴とする蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスク箔とこれを支持するマスクフレームとを備えたテンションマスクを用いて蒸着する蒸着方法及び蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子の有機発光層、電極パターンを真空蒸着で形成する手法として、シャドウマスクを用いたマスク蒸着法が広く採用されている。蒸着源からの輻射熱によるマスクの温度上昇に関しては、特許文献１に開示されたように、マスクに冷却水を流す構成が知られている。近年、画素パターンの高精細化の要求にともない、精細な開口パターンを有する薄いマスク箔をフレームに貼り付けたテンションマスクが広く用いられている。
【０００３】
テンションマスクは、図５に示すように、マスクフレーム１０１及びマスク箔１０２を備え、両者は溶接部１０３によって溶接され、マスク箔１０２はマスク開口１０４を有する。マスクフレーム１０１の幅Ｌ１と比べてマスク全体の幅Ｌ２は小さく、マスクフレーム１０１の厚さｔ１は、構造体としての強度を保つため概ね５〜３０ｍｍ程度である。マスク箔１０２の厚さｔ２は、マスクの開口１０４のサイズによるが１００μｍ以下である。テンションマスクは、あらかじめテンションをかけることで、蒸着中の熱膨張によるマスク箔の撓みが防止できるため高精度のパターニング蒸着が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−００８８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、テンションマスクのパターニング精度は高いもののマスク箔が非常に薄いため、蒸着源からの輻射熱によりマスク箔の温度は上昇しやすい。マスク箔が昇温したテンションマスクで蒸着を行うと、接触したマスク箔から基板へ熱が移動することにより、基板が熱膨張を起こし、蒸着されるパターン形状の変化や、パターニング精度の悪化が生じるという課題がある。
【０００６】
特に、高精細パターンを形成した薄膜であるマスク箔をマスクフレームに貼り付けたテンションマスクでは、マスク箔の厚さが薄く断面積が小さいため、熱の伝達効率が悪い。従って、特許文献１に開示されたように、冷却水をマスクフレームに流してもマスク箔の中央部まで均一に冷却することは困難である。
【０００７】
本発明は、薄膜状のマスク箔を有するテンションマスクを用いたマスク蒸着において、マスクを効率良く均一に冷却し、高精細なパターン形成を安定的に行うことのできる蒸着方法及び蒸着装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の蒸着方法は、マスクを介して基板にパターン形成を行う蒸着方法において、マスクを介して基板に成膜材料を蒸着する工程と、蒸着後のマスクを基板から分離して、冷却することなく再使用可能か不可かを判定する工程と、再使用不可と判定されたマスクを冷却手段によって冷却し、新たな基板の蒸着に用いる工程と、を有し、再使用可能と判定されたマスクは冷却することなく、新たな基板の蒸着に用いることを特徴とする。
【０００９】
本発明の蒸着装置は、マスクを介して基板にパターン形成を行う蒸着装置において、基板とマスクの位置合わせを行う手段と、マスクを介して成膜材料を基板に蒸着するための蒸着源と、蒸着後のマスクを接触させて冷却する冷却手段と、前記基板とマスクの位置合わせを行う手段及び前記蒸着源を収容する蒸着室と、前記蒸着室に隣接し、蒸着後のマスクを収容するマスクストック室と、を有し、前記冷却手段は前記マスクストック室に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
真空蒸着においては、高温になった蒸着源からの輻射熱によるマスクの昇温は避けられない。そこで、マスクが高温にならないように、マスクの使用回数などを決めて適宜冷却することによりマスクが高温になることを防ぐ。これにより、基板の熱膨張に起因するパターン形状の変形や、パターニング精度の悪化を防止する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態による蒸着方法を説明するフローチャートである。
【図２】蒸着装置を示す模式図である。
【図３】図２のマスクストック室内のストッカー１段分の動作を説明する工程図である。
【図４】実施例及び比較例１、２の実験結果を示すグラフである。
【図５】テンションマスクを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１（ａ）は、一実施形態に係る蒸着方法を示すフローチャートである。工程フローに沿って説明すると、基板の出し入れステップＳ０１を経て蒸着室に導入された基板とマスクは、位置合わせステップＳ０２において精密アライメント作業が行われる。両者が所定の位置関係になったところで基板とマスクを重ね合わせて、表面が互いに接触した状態にする。次に、蒸着ステップＳ０３において成膜材料がマスクのパターン開口部を通って基板に堆積（蒸着）する。マスクを介して所望の厚さのパターン形成を行った後に、蒸着後のマスクを冷却するかどうか判定するステップＳ０４を経て、必要があればマスクを冷却するステップＳ０５に移行する。必要がなければ次の基板の出し入れステップＳ０１に戻って、同じマスクを用いて新たな基板に蒸着するプロセスを継続する。本発明の特徴は、マスクを冷却することなく再使用可能か不可かを判定するステップＳ０４と、再使用不可と判定されたマスクを冷却手段によって冷却するステップＳ０５を有していることである。
【００１３】
マスクを冷却するかどうか判断する方法は複数の実施アプローチがある。例えば、蒸着回数をカウントする方法、積算の蒸着膜厚をモニタする方法、マスクの温度をモニタする方法などが挙げられる。
【００１４】
テンションマスクにおけるマスク箔とマスクフレームの材質は、用途に応じて適宜選択されるが、張力をかけてマスク箔をマスクフレームに固定するテンションマスクの場合は、溶接できる材料同士であることが好ましい。また、開口精度と配列精度を保つ観点から熱膨張の小さい材料であることが好ましい。従って、熱膨張係数が小さいインバーなどが用いられる。
【００１５】
精密な位置合わせを行う上では、アライメント作業は蒸着を行う蒸着室において行うことが望ましい。アライメント作業は、蒸着の直前に行うことが望ましい。
【００１６】
複数枚の基板を処理するごとにマスクを冷却する冷却手段は、蒸着を行う蒸着室内に配置してもよいが、蒸着作業の邪魔にならないように蒸着室に隣接する別の部屋を設けて、そこに基板から分離されたマスクを収容し、冷却手段を配置してもよい。マスクの寿命が短く頻繁にマスクの交換を要する場合には、あらかじめ複数のマスクを収容して真空引き状態に保管しておくマスクストック室を設けて、そこに冷却手段を配置してもよい。
【００１７】
冷却手段としては、水やフレオンなどの冷媒を流した冷却ユニットにマスクを接触させる形態が効率的である。この場合、テンションマスクを冷却ユニットに接触させる圧力や、テンションマスクと冷却ユニットの平行度を精密に管理しないと、非常に薄いマスク箔とマスクフレームからなるテンションマスクの場合には破壊が生じる恐れがある。従って、基板を擬似的に冷却ユニットとして代用するダミー基板を接触させることで冷却するのが望ましい。ダミー基板であれば、テンションマスクに接触させる時の取扱は通常の基板と同じであるため、特に精密な加圧力の制御や平行度の管理が必要ない。機構上は、テンションマスクとそれぞれのダミー基板を独立に操作できるようにする必要があるが、数ｍｍの直線運動が可能なリニアエンコーダやプッシュロッド等を用いれば比較的容易に設計することができる。さらに蒸着する成膜材料が金属の場合、マスク箔が基板と接触する面に対して、予めダミー基板に同じ金属を蒸着しておくと、ガラス等の絶縁体と比べて熱伝導がよいため効率良く冷却することが可能になる。
【００１８】
マスク箔の冷却には、可能な限りマスク箔全面で均一な温度になるように冷却することが望ましい。ここで述べる「均一」とは設定温度±５℃、より望ましくは設定温度±２．５℃のレベルを指す。測定方法としては、φ０．３ｍｍ程度の極細の熱電対をマスク箔表面に可能な限り小さなスポットで接着する方法が挙げられ、これによりレスポンスがよい測定ができる。テンションマスクにおいては、フレームとマスク箔の厚さが著しく異なることから熱容量が大きく異なる。このため一旦テンションマスクの温度が上昇すると冷却時にフレームとマスク箔の溶接部に過大な応力がかかることから可能な限り室温付近で使用することが望ましい。
【００１９】
図１（ｂ）は、（ａ）に示す工程に改良を加えた、マスクストック室を用いる場合を示すフローチャートである。破線で囲んだ部分がマスクストック室における工程フローＳ１０であり、マスクを冷却するかどうか判断するステップＳ０４に加えて、マスク寿命を判断するステップＳ０６を有している。
【００２０】
基板の出し入れステップＳ０１を経て蒸着室に導入された基板とマスクは、位置合わせステップＳ０２において精密アライメント作業が行われる。両者が所定の位置関係になったところで基板とマスクは重ね合わせ、表面が互いに接触した状態になる。次に、蒸着ステップＳ０３を経ることで所望の成膜材料がマスクのパターン開口部を通って基板に堆積する。所望の厚さまで蒸着した後に、マスクを冷却するかどうか判断するステップＳ０４と、マスクの寿命判断を行うステップＳ０６とを経由して、マスクが寿命に達していなければ、マスクの冷却ステップＳ０５に移行する。寿命に達していれば次のマスク交換ステップＳ０９に移行する。マスク交換ステップＳ０９においては、冷却済みマスクがあればマスクの冷却ステップＳ０５からマスクを取り出して蒸着室へ導入する。冷却済みマスクが存在しない場合は、新マスク選択ステップＳ０７を経て、マスク交換ステップＳ０９を実施する。また、寿命に達したマスクに関しては、使用済みマスク保管ステップＳ０８に移行する。また、基板の方は、基板の出し入れステップＳ０１に戻ってプロセスが継続される。
【００２１】
例えば、基板数１０枚ごとに冷却のためにマスクを交換し、処理基板数が２０枚に達したマスクは寿命に達すると設定する。このとき基板出し入れステップＳ０１、位置合わせステップＳ０２、蒸着ステップＳ０３を１０回繰り返した後、冷却判断ステップＳ０４、寿命判断ステップＳ０６に進み、マスク冷却ステップＳ０５を実行する。
【００２２】
１枚目のマスクを使用している際は、冷却済みのマスクが存在しないことから、新マスク選択ステップＳ０７、マスク交換ステップＳ０９を経て新マスクが蒸着室にセットされる。この状態で改めて、１０回基板に対する蒸着が繰り返される。１０回目に到達したところで、冷却判断ステップＳ０４、寿命判断ステップＳ０６を進みマスク冷却ステップＳ０５を実行する。
【００２３】
２枚目のマスクを使用した後は、冷却済みの１枚目のマスクが存在していることから、冷却ステップＳ０５、マスク交換ステップＳ０９を経て１枚目のマスクが蒸着室にセットされる。
【００２４】
この状態で改めて、１０回基板に対する蒸着が繰り返される。１０回目に到達したところで、冷却判断ステップＳ０４、寿命判断ステップＳ０６を経て使用済みマスク保管ステップＳ０８に移行する。また、冷却済みの２枚目のマスクが存在していることから、冷却ステップＳ０５、マスク交換ステップＳ０９を経て２枚目のマスクが蒸着室にセットされる。以下、同じ要領で繰り返していくことで冷却ステップを盛り込みながら蒸着することができる。
【００２５】
図２は、マスクストック室を使ってマスク箔を冷却する蒸着装置を示すもので、蒸着室１とマスクストック室２が仕切り弁３を介して接続されている。蒸着室内には成膜材料１２を放出する蒸着源１３が下方に設けられ、その上方にはシャッター１１、防着板９、１０が設けられている。シャッター１１の直上にはマスク５及び基板４が設置され、基板４は支持体６によって上方から保持されている。また、蒸着室１にはマスク５と基板４の位置合わせを行うためのセンサー７、８が設けられている。
【００２６】
マスクストック室２には破線で示すようにマスクストック棚があり、例えば５つのテンションマスクであるマスク１５を各棚に収納する構造となっている。マスク１枚を収納するマスクストック棚１段ごとに支持体１８、アクチュエ−タ１６、１７、冷却ユニット１４があり、冷却ユニット１４をマスク１５に接触させることによりマスク１５のマスク箔の冷却を行う。
【００２７】
図３は、図２に示すマスクストック室における冷却プロセスを説明するもので、（ａ）は、マスク１５が冷却ユニット１４と接触して冷却された状態を示す。図２においては、マスク１５は紙面に平行に左右方向に動かすことでマスクストック棚への収納が行われる。一方、図３においては、図２と９０度異なる断面を示し、紙面垂直方向にマスク１５を動かすことによりマスクストック棚への収納が行われる。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、マスクストック棚の支柱に、マスク１５及び冷却ユニット１４、アクチュエ−タ１６，１７を支える棚板である支持体１８が配置されている。この冷却状態から以下の動作でマスク１５を取り出す。まず、図３（ｂ）に示すように、アクチュエ−タ１６，１７から伸張した部分が冷却ユニット１４を支えることでマスク１５と冷却ユニット１４が分離される。次に、図３（ｃ）に示すように、ロボットアーム２０が紙面垂直方向から延伸してきてマスク１５をピックアップする。そして、マスク１５の搬送が終了すると、図３（ｄ）に示すように、新たなマスクを冷却できる状態になる。
【００２９】
アクチュエ−タ１６、１７及びマスクストック棚の支柱の上下動、ロボットアーム２０の延伸動を使うことで、複数あるマスクストック場所へのマスク１５の収納と、冷却のための冷却ユニット１４との接触を実施することができる。
【００３０】
マスクストック室を用いる冷却ステップを中心に説明を行ったが、蒸着室内に冷却機構を設け、そこでマスク箔の冷却を行ってもよい。量産装置の場合には、頻繁に蒸着室内に入ってくる基板との干渉を避ける場所にテンションマスクを退避し、マスク箔全面を冷却する冷却手段と接触させる構造をとることもできる。
【実施例】
【００３１】
大きさ３６０ｍｍｘ４６０ｍｍ、厚さ２ｍｍのガラス基板上に、厚さ２００ｎｍのアルミニウムをマスク蒸着した。用いたテンションマスクは、１０ｍｍｘ５１０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのマスクフレームに、厚さ５０μｍのマスク箔を溶接した構造のもので、材質はいずれもインバーである。マスク箔にはライン状の開口（線幅５０μｍ、長さ５００μｍ）が多面取り形成されている。
【００３２】
蒸着のプロセスは図１（ｂ）に示すフローに沿う形で実施し、マスクの交換及び寿命の判断は、蒸着回数で決定した（マスク交換は蒸着１０回、マスク寿命は蒸着５０回とした）。
【００３３】
ここで、テンションマスクはマスクストック室に２枚セットし、ガラス基板は不図示のガラス基板供給ユニットから１００枚供給できるようにした。そして、蒸着ごとの基板温度を１枚おきにサーモラベル（Ｗａｈｌテンププレート）を用いて評価した。サーモラベルは不可逆タイプのもので、ガラス基板のテンションマスクと接触する側中央に１点配置した。なお該当箇所はテンションマスクに開口はないため、基板の温度上昇は蒸着源からの輻射熱による直接加熱ではなく、マスク箔の温度が上昇したことによるマスク箔からの輻射熱及び接触による熱伝達である。
【００３４】
マスクストック室に設置する冷却ユニットはダミー基板とした。誘導加熱型の蒸着源にアルミナ製のるつぼをセットし８０ｇのアルミニウム材を投入し、蒸着室を１０−４Ｐａ以下の真空度まで真空ポンプを用いて真空引きを行った。次に蒸着源に５０ｋＨｚ交流電源を印加し、出力を３時間かけて１４００Ｗまで徐々に上げアルミニウムを溶融状態にした。蒸着速度が検出可能なレベルに達したら交流電源をレート制御モードに移行して２ｎｍ／ｓｅｃで安定したところで基板への蒸着を開始した。蒸着の開始と終了はシャッターで行い、基板交換やマスク交換の際はシャッターを閉じた状態で行った。
【００３５】
図４に実験結果を示す。サーモラベルは４点表示タイプ（３７−４３−４８−５４℃）であり、３７℃が反応しない場合は３０℃とした。実験の結果、本実施例のプロセスに従って１０枚の基板への蒸着ごとにマスク交換を実施すると、基板の温度は３０〜３７℃までの範囲に抑制されることがわかった。これはパターン精度を保つ上で許容できる温度上昇である。
【００３６】
（比較例１）
上記実施例と同じ装置を用いて、マスク交換をせずに蒸着を続けた場合の基板温度についてサーモラベルを用いて評価した実験結果を図４に示す。マスク交換をせずに蒸着を続けた場合には、基板温度は投入基板ごとに温度上昇を続け、５０枚経過後には５４℃に達していた。マスクフレームからチャンバー側へ熱の移動があるために５４℃以上の温度は記録されなかった。しかしながら初期の温度に対し２４℃の温度上昇をしており、パターン精度上無視できない温度上昇であることがわかった。
【００３７】
（比較例２）
上記実施例と同じ装置を用いて、マスク交換は１０枚ごとに実施するがマスクストック室に冷却ユニットがない場合の基板温度についてサーモラベルを用いて評価した実験結果を図４に示す。マスク交換を実施することで、マスク交換をせずに蒸着を続けた比較例１と比べて温度上昇は抑制されていた。しかしながら、冷却ユニットがない場合は、マスクストック室内においてテンションマスクは真空断熱状態であることから、マスク箔の温度はほとんど変化しない。そのため、徐々に基板の温度は上昇し５０枚目には４８℃に達していた。５０枚でマスクが寿命に達しているために、５１枚目からは次のマスクに交換している。この場合、比較例１よりは温度上昇が抑制できるものの、初期の温度に対し１８℃の温度上昇をしており、パターン精度上無視できない温度上昇であることがわかった。
【００３８】
テンションマスクのストック数を増やし、交換までのサイクルを延ばすことで温度上昇を抑制することは実現可能であるが、マスクストック数の増加は装置の大型化ひいては装置コストの上昇につながるため現実的ではない。
【００３９】
以上説明したように、テンションマスクを用いて蒸着を行う場合、マスク箔が著しく高温にならないよう使用回数などを決めて適宜冷却するステップを導入することにより、高温となったマスク箔から基板への熱移動を抑制することができる。これによって、基板の熱膨張に起因するパターン形状の変形や、パターニング精度の悪化を防止することできる。
【符号の説明】
【００４０】
１    蒸着室
２    マスクストック室
４    基板
５、１５    マスク
６、１８    支持体
７、８    センサー
１４    冷却ユニット
【図１】
2010265497.tif 000003
【図２】
2010265497.tif 000004
【図３】
2010265497.tif 000005
【図４】
2010265497.tif 000006
【図５】
2010265497.tif 000007