JP5328134B2

JP5328134B2 - 蒸着装置及び有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法

Info

Publication number: JP5328134B2
Application number: JP2007282594A
Authority: JP
Inventors: 友和須志原; 信貴浮ケ谷; 岳彦曽田; 恭英小沼; 清倉持; 直広中根
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: JP2009108375A

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子の有機材料層等を成膜するための蒸着装置及び有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法に関するものである。

近年、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の薄型ディスプレイの需要が高まっている。特に携帯端末（例えば、携帯電話・デジタルカメラ等）向けのディスプレイとしては液晶ディスプレイが主流となっており、高精細化も進んでいる。しかしながら液晶ディスプレイの構造は、バックライトと呼ばれる光源から放出された白色光がカラーフィルターを透過して光を取り出す構造となっている。消費電力の大半はバックライトにより消費され、またカラーフィルターにより光の取出し効率が極端に減少する。また液晶ディスプレイにおいては、視野角により色味が変わる課題も抱えている。携帯端末においては、これからも低消費電力化と広視野角を実現することが求められていくだろう。

液晶ディスプレイの課題である消費電力と視野角依存性を解決する次世代ディスプレイとして、有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた有機ＥＬディスプレイが期待されている。有機ＥＬディスプレイは、自発光性であるために液晶ディスプレイに用いられているバックライトが不要となるため消費電力を抑えることができる。また、液晶ディスプレイに比べて応答速度が速く、視野角も優れているという利点がある。白色有機ＥＬをバックライトとして用いたディスプレイも開発されているが、その場合はカラーフィルターが必要となり光の取出し効率が著しく悪化する。

それに比べて、フルカラー塗り分け方式の有機ＥＬディスプレイはカラーフィルターが不要となり、光の取出し効率が非常に優れているという利点を持っている。具体的には発光層を塗り分けるために、一般的にはドライプロセスであればマスク蒸着、ウェットプロセスであればインクジェット法にて成膜が行われている。有機エレクトロルミネッセンス素子は水分に弱いとされており、現状ではドライプロセスによる成膜の方が発光効率の良い有機エレクトロルミネッセンス素子ができると言われている。

近年では基板の大型化が進み、大面積成膜の要求が高まっている。さらに、タクトアップも要求されているために、高速かつ膜厚制御の良い成膜が可能な蒸着源が求められている。有機エレクトロルミネッセンス素子は非常に膜厚の薄いデバイス構造であるために、微妙な膜厚を制御する必要があり、複数の放出口を成膜室に配設して均一な膜厚を形成する構成が知られている（特許文献１参照）。

この構成は、図５に示すように、蒸着源１１０のヒーター１１３によって坩堝１１４内の成膜材料を加熱・蒸発させ、坩堝１１４の開口に接続された供給流路１１４ａから分岐する複数の放出口１１１から成膜室内に成膜材料の蒸気を放出する。この蒸着源１１０を２組用いて、成膜材料を均等に混合して成膜するものである。各放出口１１１に接続する分岐流路１１４ｂにはそれぞれバルブ１１２が配設され、各放出口１１１から放出する蒸気の量を個別に調整する。

特開２００６−５７１７３号公報

しかしながら特許文献１に開示された構成は、混合成膜において成分割合の調整を容易に行うことを重視しており、複数の放出口に供給する成膜材料を各放出口ごとに個別に調整する。ところが、単位時間あたりに微小量の成膜材料を蒸着させることから、放出口ごとに個別に制御する構造では１ヶ所を調整すると他の箇所への影響が出てしまい、分布を保ちながらの制御が非常に複雑となる。特に、自発光性である発光方式においては、膜厚分布が与える色調を考慮すると、より簡単に精度良く成膜レートと膜厚分布を管理する必要がある。

本発明は、蒸気の流量を調整する流量調整手段から各放出口までのコンダクタンスを等しくすることで成膜レートの制御性を向上させ、基板が大判化しても安定した膜厚精度を保つことを可能とする蒸着装置及び有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の蒸着装置は、一方向に配列され、成膜材料の蒸気流を噴出するための複数の放出口と、成膜材料を収容し、加熱して蒸発させる材料収容部と、前記材料収容部の開口に接続され、前記材料収容部から供給される成膜材料の蒸気流の流量を調整するための流量調整手段を備えた供給流路と、前記供給流路から前記複数の放出口にそれぞれ分岐し、かつ互いに離間された複数の分岐流路と、を備える蒸着源と、前記複数の放出口が配列された前記一方向と交差する方向に、前記成膜材料が成膜される基板を搬送する搬送ローラーと、前記放出口の近傍に設けられた膜厚モニターと、を真空チャンバー内に有し、前記流量調整手段から各放出口までのコンダクタンスが互いに等しくなるように、前記流量調整手段から前記分岐流路を経て前記複数の放出口に至るまでの配管の長さと配管径は設定されており、前記膜厚モニターにて蒸着レートをモニターしながら成膜を行うことを特徴とする。

本発明の蒸着装置は、一方向に配列され、成膜材料の蒸気流を噴出するための複数の放出口と、成膜材料を収容し、加熱して蒸発させる材料収容部と、前記材料収容部の開口に接続され、前記材料収容部から供給される成膜材料の蒸気流の流量を調整するための流量調整手段を備えた供給流路と、前記供給流路から複数の放出口にそれぞれ分岐し、互いに長さの異なる複数の分岐流路と、を備える蒸着源と、前記複数の放出口が配列された前記一方向と交差する方向に、前記成膜材料が成膜される基板を搬送する搬送ローラーと、前記放出口の近傍に設けられた膜厚モニターと、を真空チャンバー内に有し、前記流量調整手段から各放出口までのコンダクタンスが互いに等しくなるように、前記流量調整手段から前記分岐流路を経て前記複数の放出口に至るまでの配管径は前記分岐流路が長いほど大きく設定されており、前記膜厚モニターにて蒸着レートをモニターしながら成膜を行うことを特徴とする。

流量調整手段から複数の放出口までの分岐流路を含む流路のコンダクタンスが各放出口ごとに等しくなるように構成することで、膜厚を均一に制御することができる。

また、流量調整手段による流量制御を行っても膜厚分布に与える影響はほとんどないため、高精度な成膜レートの制御が容易となり、有機エレクトロルミネッセンス素子の生産効率を飛躍的に向上させることができる。

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。

図１に示すように、蒸着装置の成膜室である真空チャンバー１内に、基板ホルダ２によって基板Ｗを保持し、蒸着源１０から発生する成膜材料の蒸気を基板Ｗに付着させ、有機エレクトロルミネッセンス素子の有機材料層を成膜する。蒸着源１０は、真空チャンバー１内に成膜材料の蒸気流を放出（噴出）するための複数の放出口１１と、流量調整手段であるバルブ１２と、ヒーター１３を備えた材料収容部である坩堝１４と、を有する。坩堝１４と複数の放出口１１の間には、坩堝１４の開口に接続された供給流路１４ａと、供給流路１４ａから分岐して各放出口１１に接続する複数の分岐流路１４ｂを設ける。

そして、分岐流路１４ｂの分岐点１４ｃよりも坩堝側にバルブ１２を設け、バルブ１２から各放出口１１までのコンダクタンスが均等になるように、各放出口１１からバルブ１２までの流路（配管）の長さと配管径を均等に設定する。すなわち、図１及び図２に示すように、すべての分岐点において二又に分岐する配管の長さ及び配管径が同じになるように構成する。各放出口１１に至るまでのコンダクタンスが一定であるから、基板サイズが大型化しても膜厚の制御性を損なうことなく、膜厚分布及び膜厚精度の良い成膜が可能となる。

その結果、良質な有機エレクトロルミネッセンス素子の効率的な製造が可能となる。

各放出口１１からバルブ１２までの配管の長さと配管径を等しくする代わりに、図３（ａ）に示すように、各放出口ごとの蒸気流の経路における配管の長さの差に応じて各分岐流路２４ｂの配管径を変化させることでコンダクタンスを均等にする構成でもよい。また、図３の（ｂ）に示すように、分岐流路３４ｂの配管の長さとともに、分岐流路３４ｂに至るまでの蒸気流の経路において配管径が変化するように設定してもよい。

放出口１１からバルブ１２までのコンダクタンスがそれぞれ等しくなるように構成された蒸着源１０は、図１（ｂ）に示すように真空チャンバー１内に蒸着源１０の全体を配置してもよいが、放出口１１のみが真空チャンバー内に配置される構成でもよい。

蒸着源１０の坩堝１４には成膜材料として有機材料が収容され、坩堝１４は、ヒーター１３により真空中にて加熱される。成膜時の真空チャンバー内圧力は、１．０×１０^−３Ｐａ以下である。ヒーター１３により加熱された坩堝１４は、所望の温度勾配によって加熱される。好ましくは、所望の温度にて一定時間脱ガス処理を行った方がよい。

成膜材料の蒸発温度は材料によって異なるが、昇華性材料であれば材料が突然蒸発する可能性があるので特に注意が必要であり、溶融性材料であれば溶融状態から徐々に温度を上げていくことで材料を安定的に蒸着させることができる。成膜材料の目詰まりを予防するため、放出口から坩堝までの区間が略均一に加熱されるようにヒーター（不図示）が配置されている。

図１及び図２に示すように、蒸着源１０は真空チャンバー１内に配置され、材料収容部である坩堝１４に成膜材料（有機材料）を充填した状態で不図示の真空排気機構により排気される。この蒸着源１０においては、図１に示すように、バルブ１２から各放出口１１までのコンダクタンスが均等になるように、放出口１１までの蒸気流の経路において、配管径が一定である分岐流路１４ａを含む配管の長さが揃えられている。

蒸着源１０は所望の温度で加熱することができるヒーター１３を備え、成膜材料を蒸発させる。成膜材料は、溶融性であっても昇華性であってもよい。基板Ｗは不図示の搬送機構により真空チャンバー１へと真空雰囲気にて搬送される。本実施例においては、図２に示すように、搬送ローラー３により、真空チャンバー１内で基板Ｗを搬送しながら成膜する構成となっている。また、真空チャンバー１内には不図示の蒸着源シャッターが備えられており、真空チャンバー１の内壁への成膜材料の付着を防ぐ構造となっている。

蒸着源１０から噴出する成膜材料は不図示の膜厚モニターによりリアルタイムに測定される。本実施例では、それぞれの放出口１１の近傍に膜厚モニターを配置し、蒸着レート（成膜レート）の分布をモニターしながら成膜を行う。前記膜厚モニターは基板Ｗへの成膜エリア外となるように配置する必要がある。

実際の基板を用いて成膜を行ったところ、良好な膜厚分布の結果を得ることができた。
このように、バルブから放出口までのコンダクタンスを等しくすることで、膜厚分布を均一にすることが可能になる。また、分岐する前の流路にバルブを設けることで、蒸着レートの制御が容易となり、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造における生産性を向上できる。

本実施例は、図３（ａ）に示す構成の蒸着源２０を用いる。蒸着源２０は真空チャンバー内に配置され、坩堝２４に成膜材料を充填した状態で不図示の真空排気機構により排気される。この蒸着源２０においては、供給流路２４ａに配置されたバルブ２２から分岐流路２４ｂの先端部の放出口２１までのコンダクタンスが均等になるように、放出口２１の口径と分岐流路２４ｂの配管径を放出口２１の位置により変えている。

蒸着源２０は所望の温度で加熱することができるヒーター２３を備え、成膜材料を蒸発させることができる。成膜材料は、溶融性であっても昇華性であってもよい。基板は不図示の搬送機構により真空チャンバーへと真空雰囲気にて搬送される。本実施例においては、搬送ローラーにより、真空チャンバー内で基板を搬送しながら成膜する構成となっている。また、真空チャンバー内には不図示の蒸着源シャッターが備えられており、真空チャンバーへの成膜材料の付着を防ぐ構造となっている。

蒸着源２０から噴出する成膜材料は不図示の膜厚モニターによりリアルタイムに測定される。本実施例では、それぞれの放出口２１近傍に膜厚モニターを配置し、蒸着レートの分布をモニターしながら成膜を行った。前記膜厚モニターは基板への成膜エリア外となるように配置する必要がある。

本実施例は、図３（ｂ）に示す構成の蒸着源３０を用いる。蒸着源３０は真空チャンバー内に配置され、坩堝３４に成膜材料を充填した状態で不図示の真空排気機構により排気される。この蒸着源３０においては、供給流路３４ａに配置されたバルブ３２から放出口３１までのコンダクタンスが均等に構成されるように、分岐流路３４ｂの長さと分岐流路３４ｂに至る一部の配管径が放出口３１の位置により変えられている。

蒸着源３０は所望の温度で加熱することができるヒーター３３を備え、成膜材料を蒸発させることができる。成膜材料は、溶融性であっても昇華性であってもよい。基板は不図示の搬送機構により真空チャンバーへと真空雰囲気にて搬送される。本実施例においては、搬送ローラーにより、真空チャンバー内で基板を搬送しながら成膜する構成となっている。また、真空チャンバー内には不図示の蒸着源シャッターが備えられており、真空チャンバーへの成膜材料付着を防ぐ構造となっている。

蒸着源３０から噴出する成膜材料は不図示の膜厚モニターによりリアルタイムに測定される。本実施例では、それぞれの放出口３１近傍に膜厚モニターを配置し、蒸着レートの分布をモニターしながら成膜を行った。前記膜厚モニターは基板への成膜エリア外となるように配置する必要がある。

図４は、実施例４による有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法を示す。本実施例は、静止成膜においても本発明の効果を確認するために、実施例１と同様に二又に分岐する分岐流路４４ｂによる放出口４１の配置を、基板Ｗの全面に対応するように変えたものである。

蒸着源４０は真空チャンバー内に配置され、坩堝４４に成膜材料を充填した状態で不図示の真空排気機構により排気される。この蒸着源４０においては、供給流路４４ａに配置されたバルブ４２から放出口４１までのコンダクタンスが均等になるように、放出口４１まで蒸気流の経路における配管の長さが揃えられている。

蒸着源４０は所望の温度で加熱することができるヒーター４３を備え、成膜材料を蒸発させることができる。成膜材料は、溶融性であっても昇華性であってもよい。基板Ｗは不図示の搬送機構により真空チャンバーへと真空雰囲気にて搬送される。本実施例においては、真空チャンバー内で基板Ｗを静止させて成膜する構成となっている。また、真空チャンバー内には不図示の蒸着源シャッターが備えられており、真空チャンバーへの成膜材料の付着を防ぐ構造となっている。

蒸着源４０から噴出する成膜材料は不図示の膜厚モニターによりリアルタイムに測定される。本実施例では、それぞれの放出口４１近傍に膜厚モニターを配置し、蒸着レートの分布をモニターしながら成膜を行った。前記膜厚モニターは基板Ｗへの成膜エリア外となるように配置する必要がある。

本発明は上記実施例に限らるものではない。図４の蒸着源を使った搬送成膜を行ってもよいし、図２の装置において蒸着源を複数個配置して静止成膜を行ってもよい。

本発明の蒸着装置及び蒸着源は、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造以外にも、様々な薄膜を成膜する装置に適用可能である。

実施例１による蒸着装置を示すもので、（ａ）は蒸着源を説明する模式図、（ｂ）は蒸着装置全体を示す模式図である。実施例１の蒸着装置を示す斜視図である。実施例２及び実施例３による蒸着源の構成を示す模式図である。実施例４による蒸着装置を示す斜視図である。一従来例による蒸着源の構成を示す模式図である。

符号の説明

１１、２１、３１、４１放出口
１２、２２、３２、４２バルブ
１３ヒーター
１４、２４、３４、４４坩堝
１４ａ、２４ａ、３４ａ、４４ａ供給流路
１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ、４４ｂ分岐流路

Claims

一方向に配列され、成膜材料の蒸気流を噴出するための複数の放出口と、
成膜材料を収容し、加熱して蒸発させる材料収容部と、
前記材料収容部の開口に接続され、前記材料収容部から供給される成膜材料の蒸気流の流量を調整するための流量調整手段を備えた供給流路と、
前記供給流路から前記複数の放出口にそれぞれ分岐し、かつ互いに離間された複数の分岐流路と、
を備える蒸着源と、
前記複数の放出口が配列された前記一方向と交差する方向に、前記成膜材料が成膜される基板を搬送する搬送ローラーと、
前記放出口の近傍に設けられた膜厚モニターと、
を真空チャンバー内に有し、
前記流量調整手段から各放出口までのコンダクタンスが互いに等しくなるように、前記流量調整手段から前記分岐流路を経て前記複数の放出口に至るまでの配管の長さと配管径は設定されており、前記膜厚モニターにて蒸着レートをモニターしながら成膜を行うことを特徴とする蒸着装置。
一方向に配列され、成膜材料の蒸気流を噴出するための複数の放出口と、
成膜材料を収容し、加熱して蒸発させる材料収容部と、
前記材料収容部の開口に接続され、前記材料収容部から供給される成膜材料の蒸気流の流量を調整するための流量調整手段を備えた供給流路と、
前記供給流路から複数の放出口にそれぞれ分岐し、互いに長さの異なる複数の分岐流路と、
を備える蒸着源と、
前記複数の放出口が配列された前記一方向と交差する方向に、前記成膜材料が成膜される基板を搬送する搬送ローラーと、
前記放出口の近傍に設けられた膜厚モニターと、
を真空チャンバー内に有し、
前記流量調整手段から各放出口までのコンダクタンスが互いに等しくなるように、前記流量調整手段から前記分岐流路を経て前記複数の放出口に至るまでの配管径は前記分岐流路が長いほど大きく設定されており、前記膜厚モニターにて蒸着レートをモニターしながら成膜を行うことを特徴とする蒸着装置。
請求項1または2に記載の蒸着装置を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、
真空雰囲気にて基板を前記真空チャンバーへ搬送する工程と、
前記真空チャンバー内で前記基板を搬送しながら有機材料層を成膜する工程と、
を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。