(57)【要約】【課題】パターンマスクと基板の位置合わせを高精度で行うことのできる、高剛性かつ低摩擦でしかもコンパクトなステージを提供する。【解決手段】マスクＭはチャンバー１に固定された固定ステージ２に保持され、基板Ｗは、第一の駆動装置６によってＸ、Ｙ方向に駆動される第一の移動ステージ３上のＺ方向案内装置１２に支持された第二の移動ステージ４に保持される。鋼球１３を介して第二の移動ステージ４を支持するステージ支持部５は、第二の駆動装置７の駆動によってＺ方向に移動し、基板ＷをマスクＭから離間させた状態で、画像検出装置１８による位置合わせを行ったのち、基板ＷをマスクＭに密着させて蒸着を行う。【選択図】図１
2006206980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着源を有するチャンバーと、前記チャンバー内に固定されたマスクステージと、前記マスクステージに保持されたパターンマスクに対向して基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージをＺ方向に往復移動自在に支持するＺガイドを備えた移動ステージと、前記移動ステージをＸ、Ｙ方向に駆動する第一の駆動装置と、複数の鋼球を介して前記基板ステージをＸ、Ｙ方向およびθ方向に移動自在に支持するステージ支持部と、前記ステージ支持部を介して前記基板ステージを前記Ｚガイドに沿ってＺ方向に移動させる第二の駆動装置とを有することを特徴とするマスク蒸着装置。
【請求項２】
前記複数の鋼球が、ステージ支持部の上面に形成された窪みに保持され、基板ステージの下面に接触することを特徴とする請求項１記載のマスク蒸着装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のマスク蒸着装置によって基板に薄膜を蒸着する成膜方法であって、
第二の駆動装置の駆動によって基板ステージを上昇させ、基板をパターンマスクから離間させた状態で、第一の駆動装置の駆動によって基板ステージを水平移動させ、基板とパターンマスクの位置合わせを行う工程と、
第二の駆動装置によって基板ステージを下降させ、基板をパターンマスクに接触させて蒸着を行う工程と、を有することを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機ＥＬディスプレイ等の製造に用いるマスク蒸着装置および成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機薄膜を用いた有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）デバイスは、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子が発光層内で再結合し、励起状態を経て発光する現象を利用するものであり、有機薄膜層は発光層の発光材料の性質によって種々の素子構成が検討されているが、基本的には強い蛍光を発する有機発光層を陽極と陰極で挟むことでデバイスが構成される。
【０００３】
発光層の発光材料を選択することにより、発光の波長を制御することができ、光の三原色（赤、青、緑）の発光素子を基板上に並列配置することでマルチカラー有機ＥＬディスプレイを製造することができる。例えば、非特許文献１には、対角５．２インチで３２０×２４０ピクセルのフルカラー有機ＥＬディスプレイが報告されている。このディスプレイの発光部のトリオピッチは０．３３ｍｍ（３３０ミクロン）、サブピクセルピッチは０．１１ｍｍ（１１０ミクロン）である。
【０００４】
将来、フルカラーの携帯情報機器やデジタルカメラなど表示デバイスの高精細化が要求されると、有機蒸着膜からなる発光層を、数十〜数ミクロンといった高精細なサブピクセルピッチに微細分離する必要がある。そのためには高精細のパターンマスクを開発するだけでなく、十分な精度を有するパターンマスクの微動機構を用いたマスク蒸着装置を開発しなければならない。有機薄膜を形成するための基板とパターンマスクを高精度で位置合わせする方法は、特許文献１に示されるように、基板搬送機構、基板回転機構およびＣＣＤカメラを用いたＣＣＤアライメント機構を持つ成膜装置が知られている。
【特許文献１】特開２００３−３０６７６１号公報
【非特許文献１】ExtendedAbstracts of 9th International Workshop on In organic and Organic Electroluminescence, September 14−17，pp137 （1998）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された基板搬送機構と基板回転機構を備えた成膜装置では、基板を乗せたステージをパターンマスクに対して位置合わせ自在に支持するために、Ｘ、Ｙ方向およびθ方向の３自由度を持つ軸受が必要であるが、例えば、すべり軸受を用いれば、容易にＸ−Ｙ−θの自由度を持つ軸受が実現できるが、すべり軸受は静摩擦係数が大きいため、高精度にステージを制御することは困難である。さらに、摩擦により発生したパーティクルが成膜された有機薄膜に混入し、歩留まり低下の原因にもなる。
【０００６】
また、エアーベアリングを用いれば、Ｘ−Ｙ−θの自由度が容易に実現できるが、蒸着を行う真空雰囲気内では用いることができない。
【０００７】
ころがり軸受は、真空装置内での使用に適しているが、Ｘ−Ｙ−θの自由度を持たせるために、Ｘ方向の直動軸受、Ｙ方向の直動軸受に、θ方向の回転軸受を重ね合わせたステージ構成では、装置が大規模になってしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、小型であってしかも高剛性かつ低摩擦なステージ構成によって、パターンマスクと基板の位置合わせを高精度で行うことのできるマスク蒸着装置および成膜方法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】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明のマスク蒸着装置は、蒸着源を有するチャンバーと、前記チャンバー内に固定されたマスクステージと、前記マスクステージに保持されたパターンマスクに対向して基板を保持する基板ステージと、前記基板ステージをＺ方向に往復移動自在に支持するＺガイドを備えた移動ステージと、前記移動ステージをＸ、Ｙ方向に駆動する第一の駆動装置と、複数の鋼球を介して前記基板ステージをＸ、Ｙ方向およびθ方向に移動自在に支持するステージ支持部と、前記ステージ支持部を介して前記基板ステージを前記Ｚガイドに沿ってＺ方向に移動させる第二の駆動装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
鋼球のころがりによる高剛性な軸受機構を介して、ステージ支持部が基板ステージを低摩擦で安定支持する構成によって、Ｘ、Ｙ、θ方向の高精度微動を可能にし、コンパクトで位置決め精度の高いステージ機構を実現できる。これによって、基板とパターンマスクとの正確な位置合わせが可能になり、サブピクセルピッチで数十ミクロンといった高精細の発光部を有する有機ＥＬディスプレイ等を効率よく安定製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は一実施例によるマスク蒸着装置の内部構成を示し、図２は装置の主要部のみを示す平面図である。チャンバー１は、図示しない排気系により、１０のマイナス５乗パスカル以下の高真空に保たれている。チャンバー１内には、マスクステージである固定ステージ２が固定・支持され、固定ステージ２は、マスクフレームＦおよびパターンマスクであるマスクＭを支持し、マスクＭとマスクフレームＦはスポット溶接により接合されている。
【００１３】
第一の移動ステージ３は、基板Ｗを保持する方形枠状の基板ステージである第二の移動ステージ４をＺ方向に往復移動自在に支持し、ステージ支持部５は、第二の移動ステージ４をＸ、Ｙ、θ方向に移動自在に支持する。第一の移動ステージ３は、図２に示すように配置された３個の第一の駆動装置６の駆動によってＸ、Ｙ方向に駆動され、第二の移動ステージ４は、ステージ支持部５を介して第二の駆動装置７によってＺ方向に駆動される。
【００１４】
第一の移動ステージ３は、Ｙ方向案内装置８、Ｘ方向案内装置９、θ方向回転軸受１０によって、Ｘ、Ｙ方向およびθ方向の３自由度を与えられ、軸受支持部１１によってチャンバー１に連結することでＺ方向には拘束されている。
【００１５】
第二の移動ステージ４は、ＺガイドであるＺ方向案内装置１２によって第一の移動ステージ３と連結されている。ステージ支持部５は、ＳＵＳ３０４などの非磁性材料で作られており、複数の鋼球１３を介して第二の移動ステージ４を垂直方向であるＺ方向に支持し、第二の駆動装置７によってＺ方向に往復移動される。
【００１６】
図３に示すように、ステージ支持部５は、その上面に窪み１４を有し、鋼球１３は窪み１４に転動自在に収容されている。このように、鋼球１３はステージ支持部５の上面に設けられた窪み１４に入れられており、窪み１４は鋼球１３を脱落させない役割を持つ。ステージ支持部５の内部に埋め込まれた永久磁石１５は、鋼球１３を窪み１４の中央位置に付勢する。
【００１７】
第一の駆動装置６は、モーターによる回転をボールねじで並進方向に変換する機構を有する。第一の駆動装置６はＸ方向に２個、Ｙ方向に１個配設され、３つの押し出し距離を独立に制御することで第一の移動ステージ３のＸ、Ｙ、θ方向位置を決定する。水平方向連結部６ａは、第一の駆動装置６の駆動量を第一の移動ステージ３に伝達する。水平方向連結部６ａには自由に回転するローラー６ｂが連結され、ローラー受け６ｃに接触することで少ない抵抗で第一の駆動装置６の駆動量を第一の移動ステージ３に伝達する。ローラー６ｄは、ばね６ｅを通して水平方向連結部６ａに連結され、ばね６ｅは、ローラー６ｂ、６ｄ、ローラー受け６ｃに与圧をかけ、転がり抵抗を低減させる役割を持つ。Ｙ方向案内装置８、Ｘ方向案内装置９、θ方向回転軸受１０は、第一の移動ステージ３を四隅で支持し、Ｘ、Ｙ、θ方向の３自由度とＺ方向の拘束を与えている。
【００１８】
第二の駆動装置７は、第一の駆動装置６と同様にモーターによる回転をボールねじで並進方向に変換したものを用いている。垂直方向連結部７ａは、第二の駆動装置７の駆動量をステージ支持部５に伝達する役割をもち、チャンバー１外とチャンバー１内を隔離するためのシール１ａが設けられている。第二の移動ステージ４に支持された基板Ｗは、マスクＭを介して蒸着セル１６に対向し、蒸着セル１６とマスクＭとの間にはシャッター１７が配設される。
【００１９】
画像検出装置１８は、顕微鏡とＣＣＤカメラから構成され、マスクＭと基板Ｗの位置合わせのための画像を読み取るためのものである。チャンバー１にはマーク観察窓１９が設けられ、ステージ支持部５にもマーク観察窓２０が形成され、ステージ支持部５の下面には、永久磁石２１が保持されている。
【００２０】
図４は位置合わせ用のマークを説明するもので、マスクＭは、マスク位置基準マークＭ1 、Ｍ2 を有し、基板Ｗは基板位置基準マークＷ1 、Ｗ2 を有する。基板位置基準マークＷ1 、Ｗ2 は基板Ｗに円形の穴をあけることにより形成され、マスク位置基準マークＭ1 、Ｍ2 はフォトリソグラフィー技術によりマスクＭに形成されている。画像検出装置１８はマスク位置基準マークＭ1 、Ｍ2 と基板位置基準マークＷ1 、Ｗ2 を読み取り、画像処理により各マークの中心座標を算出する。
【００２１】
マスク位置基準マークＭ1 、Ｍ2 および基板位置基準マークＷ1 、Ｗ2 は、図４に示されるように２箇所に設置されている。マスクＭと基板Ｗの位置合わせをするためには、２箇所のマスク位置検出点を結ぶ中点と２箇所の基板位置検出点を結ぶ中点が一致し、かつ、２箇所のマスク位置検出点を結ぶ直線と２箇所の基板位置検出点を結ぶ直線が一致するように第一の駆動装置６を制御する。次に、本実施例のマスク蒸着装置を用いて、薄膜を形成する成膜方法を説明する。
【００２２】
最初に蒸着セル１６に蒸着材料を充填し、チャンバー１内に設置する。マスクＭが支持されたマスクフレームＦを固定ステージ２に設置する。そして、基板Ｗを第二の移動ステージ４に設置する。基板Ｗの材質はコーニング１７３７等のガラスで、ガラス上にアモルファスシリコンによって形成されたＴＦＴ回路、電極、素子分離膜が予め形成されている。
【００２３】
そして、排気系によりチャンバー１を高真空に排気する。シャッター１７を閉じ蒸着セル１６を加熱し、所定の温度になるまで待ち、一定温度に制御する。第二の駆動装置７は基板ＷとマスクＭの間隔を拡大するように第二の移動ステージ４を上昇させる。そして、画像検出装置１８でマスクＭと基板Ｗ上のマークを読み取り、位置関係を求め、マスクＭと基板Ｗの位置ずれが所定の数値以下になるように、３個の第一の駆動装置６を独立に制御する。マスクＭと基板Ｗの位置ずれが所定の値以下になったら、第二の駆動装置７を微動させ基板ＷとマスクＭの間隔を狭める。さらに画像検出装置１８でマスクＭと基板Ｗ上のマークを読み取り、位置関係を求め、マスクＭと基板Ｗの位置ずれが所定の数値以下になるように、第一の駆動装置６を独立に制御する。
【００２４】
マスクＭと基板Ｗの位置ずれが所定の値以下になったら、第二の駆動装置７を駆動してマスクＭと基板Ｗを密着させる。このときの状態は図５に示すように、鋼球１３が第二の移動ステージ４と離れ、自由に転がれる状態になり、永久磁石１５の吸引力により窪み１４の中央に戻る。さらに、マスクＭは永久磁石２１によって吸引され、基板Ｗの全面がマスクＭに対して良好に密着する。その状態でシャッター１７を開放し、蒸着を始める。例えば、発光材料を基板Ｗに蒸着することにより、基板Ｗ上に発光部の配列を形成する。膜厚が所定の値になったらシャッター１７を閉じ、蒸着行程は終了する。
【００２５】
第一の移動ステージを、直交する２方向のＸ方向、Ｙ方向案内装置、θ方向回転軸受を介して支持することにより、移動摩擦を抑える。基板を保持する第二の移動ステージと、第二の駆動装置によってＺ方向に移動するステージ支持部との間に鋼球を配置することで、Ｘ、Ｙ方向および回転角方向の自由度を低摩擦で実現する。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のマスク蒸着装置は、有機ＥＬディスプレイの製造に限らず、高精度な位置合わせを必要とする各種デバイスの製造に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施例を示す模式断面図である。
【図２】図１の装置の主要部を示す平面図である。
【図３】ステージ支持部の軸受部を説明する図である。
【図４】位置合わせ用のマークを説明する図である。
【図５】図１の装置を、位置合わせ後に基板をマスクに密着させた状態で示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    チャンバー
２    固定ステージ
３    第一の移動ステージ
４    第二の移動ステージ
５    ステージ支持部
６    第一の駆動装置
７    第二の駆動装置
８    Ｙ方向案内装置
９    Ｘ方向案内装置
１０    θ方向回転軸受
１１    軸受支持部
１２    Ｚ方向案内装置
１３    鋼球
１４    窪み
１５、２１    永久磁石
１６    蒸着セル
１７    シャッター
１８    画像検出装置
１９、２０    マーク観察窓
【図１】
2006206980.tif 000003
【図２】
2006206980.tif 000004
【図３】
2006206980.tif 000005
【図４】
2006206980.tif 000006
【図５】
2006206980.tif 000007