(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発源から発生する成膜材料の蒸気を、マスクを介して基板に蒸着させる成膜装置において、
前記基板の成膜面と反対側の非成膜面に接触して前記基板を冷却する背面冷却部材と、
前記背面冷却部材を冷却する冷却手段と、
前記背面冷却部材の前記基板に対する接触面に、前記蒸発源による熱源位置に対応するように冷却効率の分布をもたせるための冷却効率制御手段と、を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記冷却効率制御手段は、前記基板に対する前記背面冷却部材の接触面積に分布をもたせるために、前記背面冷却部材に形成された凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記冷却効率制御手段は、前記背面冷却部材の表面粗さに分布をもたせるために、前記背面冷却部材に設けられた表面処理面であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記冷却効率制御手段は、前記背面冷却部材の熱伝導率に分布をもたせるために、前記背面冷却部材に接合された異種材料であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記冷却効率制御手段は、前記冷却手段の冷却能力に分布をもたせるために、前記背面冷却部材に設けられた冷却管であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板温度分布を改善して高精度の成膜を可能とする成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄型表示パネルに用いる有機ＥＬ素子は、液晶素子と共に年々その需要が増大し、パネルの大型化・高性能化、高精度化や、歩留まり、スループット等生産性の向上を図るべく成膜装置及び成膜方法の検討が行われている。
【０００３】
一般的に有機ＥＬ素子は、蛍光性有機化合物を含む薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有する。そして、前記薄膜に電子及び正孔（ホール）を注入して再結合させることにより励起子（エキシトン）を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出（蛍光、燐光）を利用して発光させる。この有機ＥＬ素子の特徴は、１０Ｖ以下の低電圧で１００〜１０００００ｃｄ／ｍ２程度の高輝度の面発光が可能であり、また、蛍光物質の種類を選択することにより青色から赤色までの発光が可能なことである。
【０００４】
有機薄膜の形成方法については、低分子（モノマー）有機ＥＬ材料は主にマスク成膜法を用いた真空蒸着法で成膜され、さらに、電極形成についてはスパッタ法あるいは真空蒸着法で引き続き成膜されている。
【０００５】
しかし、従来の成膜装置で用いられるマスクユニットを用いて薄膜形成を行う場合、成膜速度を上げるために蒸発源への投入パワーを増加させると、基板は蒸着成膜時に蒸着熱とともに蒸発源からの放射熱およびマスクから接触熱を受熱して、基板温度が上昇する。
【０００６】
この基板温度を下げるために、従来は、基板と冷却部材の間に、例えば柔らかな熱伝導部材を入れて冷却効率を上げている。また、輻射熱を吸収させる手段として、例えばヘリウム冷凍機のクライオ面を用いて、基板冷却を促進させている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、マスク遮蔽部と成膜部との温度差による破損を防止するために基板温度分布を改善する方法が知られている。これは、基板のマスク遮蔽部の温度が低いことを改善するためにマスク表面の放射率を０．２以上にしてマスク温度を上昇させている。さらに、マスク両表面に表面粗さＲａが３〜１０μの凹凸を形成し、放射率を向上させてマスク温度を上昇させている。また、マスクとトレイ間は部分接触と断熱材で断熱させて、トレイへの熱の逃げを抑えてマスク温度を制御している（特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２８５５７６号公報
【特許文献２】特開２００５−０５４２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、成膜中の基板には蒸発源の位置、数に対応して高温部が生じており、さらにその供給熱量が増加するにつれてその温度分布も増大する。
【００１０】
例えば、図９に示すように、蒸着熱源が中央１箇所の場合は、基板１０１の中央部の温度が高くなり周辺部は低くなる。
【００１１】
また、デバイス高精度化を目的として、例えば、３種の材料を同時に蒸着する場合は、蒸着熱源が３箇所に増加し、図１０に示すように、基板２０１には３箇所の高温部を持った温度分布が生じ、これにより温度分布が増大していた。
【００１２】
基板温度分布の増大に対しては、特許文献１及び特許文献２に記載の対策では対応できず、そのため、マスクとの位置ずれ、熱変形によるゆがみ等により、着膜の位置精度や線幅精度が悪化していた。
【００１３】
本発明は、成膜時の基板温度分布を改善することにより高精度成膜を可能とする成膜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】
【００１４】
本発明の成膜装置は、蒸発源から発生する成膜材料の蒸気を、マスクを介して基板に蒸着させる成膜装置において、前記基板の成膜面と反対側の非成膜面に接触して前記基板を冷却する背面冷却部材と、前記背面冷却部材を冷却する冷却手段と、前記背面冷却部材の前記基板に対する接触面に、前記蒸発源による熱源位置に対応するように冷却効率の分布をもたせるための冷却効率制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
基板の面内温度分布をできるだけ小さく抑えるためには、特に、真空中の基板温度については背面冷却部材との接触による冷却が効果大である。そこで、基板の高温個所を、背面冷却部材によって基板背面から部分的に効率よく冷却するための冷却効率制御手段を設けることにより、基板温度分布を改善する。
【００１６】
基板の温度分布を改善し、基板の熱変形を抑制することで、着膜の位置精度や線幅精度を向上させる。これにより、高品質な有機ＥＬ素子等を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、第１の実施形態を示す。図示しない蒸発源から発生する成膜材料の蒸気を蒸着させる基板１は、その成膜面と、反対側の非成膜面と、をマグネット２により、それぞれ背面冷却部材３とマスク４に密着される。平板四角枠状のフレームと一体化したマスク４は、トレイ５に取り付けられ、その上に基板１と背面冷却部材３を載包し、マグネット２によりマスク成膜のためのユニットとして構成される。マグネット２は、磁力によりマスク４を基板１に引き寄せて密着させる。
【００１９】
トレイ５は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ステンレススティール（ＳＵＳ）、鉄（Ｆｅ）またはこれらの合金等の、比較的熱伝導性が良好で機械加工が容易な材料を用いることが望ましい。
【００２０】
トレイ５の中央に配置される基板１は、３００×４００ｍｍ角、厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス基板である。マスク４は、基板１に形成したいパターンに対応して、各種のパターン開口部が設けられた厚さ０．０１〜０．２ｍｍで１００ｍｍ角の金属板製のパターン形成用のマスクである。マスク４は、基板１に密着するように、トレイ５に装着されたマグネット２の磁力により引き上げられるので、例えばインバーやＮｉで作製される。
【００２１】
蒸発源による熱源位置（蒸着熱源）が基板１の中央部に対応する１箇所である成膜装置において、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、背面冷却部材３には、基板１に対する接触面の中央部に、２００×１００ｍｍ、高さ０．５ｍｍの凸部３ａを形成する。
【００２２】
凸部３ａは、蒸着熱源に対応するように背面冷却部材３の冷却効率に分布をもたせるための冷却効率制御手段であり、例えば、部材の組立や研削により形成される。背面冷却部材３には図示しない冷却管（冷却手段）が配置されている。
【００２３】
このように、凸部３ａによって、背面冷却部材３の面内方向に接触面積の分布をもたせることにより、基板１の中央部の冷却効率を高めて、基板温度を均一にする。
【００２４】
比較のために、冷却効率に分布をもたせるための凸部の無い背面冷却部材を用いて成膜したところ、基板の中央部が高温になり、周辺部との温度差が１０〜１５℃あった。
【００２５】
一方、本実施形態による背面冷却部材３を取り付けた基板１では、上記温度差が２．５℃となり、温度分布が改善した。そして、基板温度分布に起因する、中央部と周辺部のパターンのずれは、±２μｍ以下に位置精度が改善した。
【００２６】
これは、蒸着源の位置に対応した背面冷却部材の中央部に凸加工を施し、図２に示すように、中央部の熱の流れを増加させて冷却を促進し、基板の中央部と周辺部との温度差を低減することができたためである。
【００２７】
なお、凸部形状は制約なく、図３に示すように、ピン形状の凸部である凸ピン部１３ａを背面冷却部材１３の中央部に複数配置した構成でもよい。
【００２８】
蒸発源を３箇所に分布させた成膜装置においては、３箇所の熱源位置に対応して３ヶ所の高温部が存在する。このため、図４に示すように、基板に対する接触面の中央部３箇所に５０×５０ｍｍ、高さ０．５ｍｍの凸部２３ａを研削形成した背面冷却部材２３を用いた。
【００２９】
背面冷却部材２３には図示しない冷却管が配置されている。図１の装置と同様に、基板温度が改善し、成膜位置精度を向上させることができた。
【００３０】
本実施形態によれば、基板の裏面に密着して配設された背面冷却部材の接触面に、凸形状を分布配置して接触面積に粗密差をつけることで、基板の冷却状況に差ができ基板温度分布を小さくすることができる。これによって基板変形が小さくなり、成膜時にパターン形成用のマスクとのずれが改善されるため、着膜の位置精度や線幅精度が向上する。
【００３１】
図５は、第２の実施形態を示す。これは、蒸着熱源が中央部１箇所である成膜装置において、背面冷却部材３３と基板の中央部との接触面積を増やすために、背面冷却部材３３の中央部に表面処理を施したものである。例えば、背面冷却部材３３の中央部に、２００×１００ｍｍのエリア部分３３ａの表面粗さＲａを２μｍ以下に仕上げた表面処理面を設ける。その他の部分はＲａが２μｍよりも大きくなるようにすることで、冷却効率の面内方向の分布をもたせている。背面冷却部材３３には冷却管（冷却手段）が配置されている。
【００３２】
このように構成された背面冷却部材を取り付けた成膜装置により蒸着成膜した結果、基板の温度分布が第１の実施形態と同様に改善し、基板温度分布に起因する中央部と周辺部のパターン位置ずれが低減された。
【００３３】
これは、背面冷却部材の中央部に、例えば研磨により表面粗さを小さく表面処理したエリアを設けることで、表面粗さに分布をもたせて冷却効率に差をつけ、従来中央部が高く、周辺部が低くなっていた基板温度分布を小さくできたことによる。
【００３４】
さらに、蒸着熱源が３箇所である成膜装置においても、本実施形態による背面冷却部材は、基板接触面の中央部３箇所に同様の研磨仕上げを行うことにより、第１の実施形態と同様に基板温度を改善し、成膜位置精度を向上させることができた。
【００３５】
本実施形態によれば、基板の裏面に密着する背面冷却部材の接触面において部分的に表面粗さを変えて基板の冷却状況に差をつくることで、基板温度分布を小さく改善することができる。その結果、基板変形が小さくなり、成膜時にパターン形成用のマスクとのずれが改善されるため、着膜の位置精度や線幅精度が向上する。
【００３６】
図６及び図７は、第３の実施形態を示す。蒸着熱源が中央部１箇所である成膜装置において、背面冷却部材４３の基板接触面の中央部には、２００×１００ｍｍの部分に熱伝導率が高い厚さ１ｍｍの銅板４３ａ貼り付け、周辺には熱伝導率が低い厚さ１ｍｍのセラミック板４３ｂを貼り付けた。このように、熱伝導率の異なる異種材料を接合することにより、背面冷却部材４３の冷却効率に分布を持たせている。なお、背面冷却部材４３には図示しない冷却管が配置されている。
【００３７】
このように構成された背面冷却部材を取り付けた成膜装置により蒸着成膜した結果、基板の温度は中央部と周辺部の温度分布が第１の実施形態と同様に改善し、基板温度分布に起因する中央部と周辺部のパターン位置ずれが改善した。
【００３８】
これは、接触面中央部に熱伝導率が良い部材を、そして周辺には熱伝導率が悪い部材を貼り付けた背面冷却部材を使用することで、従来中央部が高く、周辺部が低くなっていた基板温度分布を小さくできたことによる。
【００３９】
また、図７に示すように、中央部の銅板５３ａと周辺部のセラミック板５３ｂを背面冷却部材５３の内部に配置しても、同様の効果がある。
【００４０】
さらに、蒸着熱源が３箇所である成膜装置においても、本実施形態による背面冷却部材は、基板接触面の中央部３箇所に同様の構造をとることで、第１の実施形態と同様に基板温度が改善し、成膜位置精度を向上させることができた。
【００４１】
本実施形態によれば、基板の裏面に密着する背面冷却部材に、部分的に熱伝導率の異なる異種材料を接合することで基板の冷却効率に差をつけ、基板温度分布を改善することができる。その結果、基板変形が小さくなり、成膜時にパターン形成用のマスクとのずれが改善されるため、着膜の位置精度や線幅精度が向上する。
【００４２】
図８は、第４の実施形態を示す。これは、蒸着熱源が中央部１箇所である成膜装置において、背面冷却部材６３の中央部と周辺部に２系統の冷却管６３ａ、６３ｂを加工した。そして、中央部には２０℃、周辺部には２５℃の冷媒を使用して、冷却能力の異なる２系統の配管を有する冷却手段によって背面冷却部材６３を冷却した。
【００４３】
このように冷却効率に分布をもつ背面冷却部材を取り付けた成膜装置により蒸着成膜した結果、基板の温度分布が第１の実施形態と同様に改善し、パターン位置精度が向上した。これは、背面冷却部材に２系統の冷却管を加工して、接触面中央部の冷媒温度を周辺部の冷媒温度に比べて低く制御した背面冷却部材を使用することで、従来中央部が高く、周辺部が低くなっていた基板温度分布を小さくできたことによる。
【００４４】
さらに、蒸着熱源が３箇所である成膜装置においても、本実施形態による背面冷却部材は、基板接触面の中央部３箇所に同様の冷却管を加工することで、第１の実施形態と同様に基板温度が改善し、成膜位置精度を向上させることができた。
【００４５】
本実施形態によれば、基板の裏面に密着する背面冷却部材の冷却管の配置や冷却条件を変えて基板の冷却状況に差をつけることで、基板温度分布を小さく改善することができる。その結果、基板変形が小さくなり、成膜時にパターン形成用のマスクとのずれが改善されるため、着膜の位置精度や線幅精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１の実施形態による成膜装置を示すもので、（ａ）はその主要部を示す模式断面図、（ｂ）、（ｃ）は背面冷却部材のみを示す断面図と底面図である。
【図２】図１の背面冷却部材における熱の流れを示す図である。
【図３】一変形例を示す図である。
【図４】別の変形例を示す図である。
【図５】第２の実施形態による背面冷却部材を示すもので、（ａ）はその断面図、（ｂ）は底面図である。
【図６】第３の実施形態による背面冷却部材を示すもので、（ａ）はその断面図、（ｂ）は底面図である。
【図７】一変形例を示す図である。
【図８】第４の実施形態による背面冷却部材を示すもので、（ａ）はその断面図、（ｂ）は底面図である。
【図９】蒸着熱源が中央１箇所である場合の基板の温度分布を示す図である。
【図１０】蒸着熱源が３箇所である場合の基板の温度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    基板
２    マグネット
３、１３、２３、３３、４３、５３、６３    背面冷却部材
４    マスク
５    トレイ
３ａ、２３ａ    凸部
１３ａ    凸ピン部
４３ａ、５３ａ  銅板
６３ａ、６３ｂ    冷却管
【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】
0005072700.tif 000007
【図７】
0005072700.tif 000008
【図８】
0005072700.tif 000009
【図９】
0005072700.tif 000010
【図１０】
0005072700.tif 000011