JP2004149846A

JP2004149846A - 蒸着装置および有機電界発光素子の製造装置

Info

Publication number: JP2004149846A
Application number: JP2002315765A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kano; 浩志加納; Takao Mori; 敬郎森; Isao Kamiyama; 功紙山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】蒸発源のメンテナンスと蒸着処理との両立を図り、装置可動率の向上を可能にすること。
【解決手段】本発明は、成膜対象となる基板（ガラス基板１）を収容する主真空室３と、主真空室３に隣接し、開閉動作する仕切り弁５ａ、５ｂを介して配置される複数の副真空室３ａ、３ｂと、複数の副真空室３ａ、３ｂの各々に設けられ、仕切り弁５ａ、５ｂが開いた状態で成膜のための蒸発源（ライン型蒸発源２ａ、ライン型蒸発源２ｂ）を副真空室３ａ、３ｂと主真空室３との間で進退させる蒸発源移載機構６ａ、６ｂとを備える蒸着装置である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜対象となる基板を所定方向へ移動させながら成膜を行う蒸着装置および有機電界発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子：以下、単に「有機ＥＬ素子」と言う。）の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、平面型の表示装置として、有機ＥＬ素子を発光素子としたもの（以下、単に「有機ＥＬディスプレイ」と言う。）が注目を集めている。この有機ＥＬディスプレイは、バックライトが不要な自発光型のフラットディスプレイであり、自発光型に特有の広視野角を実現できるという利点を有する。
【０００３】
また、有機ＥＬディスプレイは、必要な画素のみを点灯させればよいため消費電力の点でバックライト型（例えば、液晶ディスプレイ）に比べて有利であるとともに、今後実用化が期待されている高精細度の高速のビデオ信号に対して十分な応答性能を具備すると考えられている。
【０００４】
ここで、有機ＥＬ素子における有機層は、通常、正孔（ホール）注入層、正孔輸送層、発光層、電荷注入層等といった３〜５層が積層されてなる。ただし、各層を形成する有機材料は耐水性が低く、ウエットプロセスを利用できない。そこで、有機層を形成する際には真空薄膜成膜技術を利用した真空蒸着によって各層を順に成膜して積層構造とするのが一般的である。
【０００５】
また、例えばフルカラーの画像表示を行う有機ＥＬ素子を構成する場合は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色成分に対応した３種類の有機材料から成る有機層を、それぞれ異なる画素位置に成膜する必要がある。
【０００６】
このような有機膜の成膜を行う技術として、本願発明者らは特許文献１において成膜対象となる基板と複数の蒸発源とを相対移動させることで複数の有機層を連続成膜する装置および方法を提案している。
【０００７】
【特許文献１】
特願２００２−１３３５３６号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような成膜を行う蒸着装置においては、蒸発源の交換等を行う際のメンテナンスのたびに真空室を大気開放する必要があるため、真空室の大気開放や真空引きに多大な時間を要しており、製品製造のスループット低下を招く原因となっている。
【０００９】
また、頻繁な大気開放によって真空度を高い状態に保つことが困難となる。さらに、予備加熱等の作業にも時間が必要となり、実際に成膜できる状態になるまで多くの時間を要し、装置の稼働率を高めるのが非常に困難である。
【００１０】
ここで、蒸発源の交換頻度を少なくする観点から大きな蒸発源を用いることも考えられるが、蒸発源が大きくなると長時間安定して蒸発させることが困難となり、基板に蒸着される膜の厚さ分布に悪影響を及ぼすことになる。
【００１１】
このような問題は、有機ＥＬ素子および有機ＥＬディスプレイの製造において特に顕著となる。すなわち、有機ＥＬディスプレイでは基板とライン型蒸発源とを相対移動させながら成膜を行うため真空室の大型化を伴い、メンテナンスによる大気開放、真空引き、予備加熱など通常の蒸着装置に比べて長時間を要することになる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、成膜対象となる基板を収容する主真空室と、主真空室に隣接し、開閉動作する仕切り弁を介して配置される複数の副真空室と、複数の副真空室の各々に設けられ、仕切り弁が開いた状態で成膜のための蒸発源を副真空室と主真空室との間で進退させる蒸発源移載機構とを備える蒸着装置である。
【００１３】
また、本発明は、有機膜の成膜対象となる基板を所定方向へ移動させる移動機構を内部に備える主真空室と、主真空室に隣接し、開閉動作する仕切り弁を介して配置される複数の副真空室と、複数の副真空室の各々に設けられ、仕切り弁が開いた状態で成膜のためのライン型蒸発源を副真空室と主真空室との間で進退させる蒸発源移載機構とを備える蒸着装置を有する有機電界発光素子の製造装置である。また、この蒸着装置を複数連続して配置し、各蒸着装置によって複数の色成分に対応する有機膜を各々蒸着する有機電界発光素子の製造装置でもある。
【００１４】
このような本発明では、成膜対象となる基板を収納する主真空室に隣接して、開閉動作する仕切り弁を介して複数の副真空室が配置されているため、仕切り弁が開いている状態では蒸発源移載機構によってその副真空室から主真空室に蒸発源を移動して蒸着を行う。一方、仕切り弁が閉じている副真空室については主真空室の真空を保ったままその副真空室の大気開放を行ってメンテナンスを行うことができる。したがって、主真空室での処理とは別個に副真空室での大気開放、真空引き、予備加熱等の処理を行うことができ、蒸発源回りのメンテナンスに伴う時間のロスを低減できるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。本実施形態に係る蒸着装置は、主として有機ＥＬ素子の製造装置であり、成膜対象の基板を所定方向へ移動させながらその移動軸と略直角な方向に伸びるライン型蒸発源と基板との相対移動によって均一な有機膜を基板の主面（ライン型蒸発源との対向面）に形成するものである。
【００１６】
図１は本実施形態に係る蒸着装置の主要部を説明する模式図である。成膜対象はガラス基板１であり、インライン方式の有機ＥＬ蒸着システムにより有機ＥＬ等の材料を真空蒸着する。ライン型蒸発源２はガラス基板１の下方に配置され、ガラス基板１を図中矢印に示す移動方向へ移動させながらガラス基板１の主面に向けて有機材料を蒸発させ被膜形成を行う。
【００１７】
図２は、本実施形態に係る蒸着装置を説明する模式断面図である。この蒸着装置は、主真空室３と複数の副真空室３ａ、３ｂとを備えており、主真空室３に隣接して各々の副真空室３ａ、３ｂが仕切り弁５ａ、５ｂを介して配置されている。
【００１８】
主真空室３および副真空室３ａ、３ｂは、例えばアルミニウムによって構成される真空チャンバであり、ライン型蒸発源２ａ、２ｂや後述する各構成要素を入れる部屋である。
【００１９】
このうち主真空室３内には移動機構である搬送ローラ４が設けられている。搬送ローラ４は、例えばモータ等の電動機で回転駆動されるコンベアであり、ガラス基板１をライン型蒸発源２ａ、２ｂと略直角方向に搬送する目的で、主真空室３内に取り付けられている。
【００２０】
仕切り弁５ａ、５ｂは、例えばＯリングで真空シールされる真空ゲートバルブであり、主真空室３と副真空室３ａ、３ｂとを各々仕切る目的で取り付けられている。これら副真空室３ａ、３ｂにはライン型蒸発源２ａ、２ｂを進退させる蒸発源移載機構６ａ、６ｂが各々設けられている。蒸発源移載機構６ａ、６ｂは、例えばリニアガイドとボールネジおよび電動機で構成された可動式の１軸テーブルであり、ライン型蒸発源２ａ、２ｂをライン方向に移動する目的で副真空室３ａ、３ｂにそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
また、副真空室３ａ、３ｂには各々扉７ａ、７ｂが取り付けられており、ライン型蒸発源２ａ、２ｂの材料補充等のメンテナンスを行う際に副真空室３ａ、３ｂを開口できるようになっている。扉７ａ、７ｂは副真空室３ａ、３ｂ内のライン型蒸発源２ａ、２ｂを出し入れできるような大きさで上面に設けられている。
【００２２】
次に、この蒸着装置における動作を図２および図３の模式平面図に基づき説明する。図２、図３に示す状態は、副真空室３ａ側のライン型蒸発源２ａを用いてインライン成膜を行っている状態である。つまり、この状態では、成膜に用いるライン型蒸発源２ａを進退できる副真空室３ａに対応した仕切り弁５ａが開いており、副真空室３ａから蒸発源移載機構６ａが主真空室３へ移動してライン型蒸発源２ａを主真空室３に移動させている。
【００２３】
一方、副真空室３ｂ側のライン型蒸発源２ｂが設置されている部屋は仕切り弁５ｂにより仕切られているので、成膜が行われている主真空室３を真空状態に保ったまま副真空室３ｂ内を大気開放することができ、扉７ｂを開けてライン型蒸発源２ｂへの材料供給などのメンテナンスを同時並行で行うことができる。
【００２４】
メンテナンス終了後は、副真空室３ｂの扉７ｂを閉めて副真空室３ｂ内を真空引きし、ライン型蒸発源２ｂの予備加熱を行い成膜の準備を行う。ライン型蒸発源２ａの材料が終了した時点で蒸発源移載機構６ａによってライン型蒸発源２ａを副真空室３ａ内へ戻す。
【００２５】
その後、仕切り弁５ｂを開け、蒸発源移載機構６ｂによりライン型蒸発源２ｂを主真空室３へ移動し、ライン型蒸発源２ｂによりインライン成膜を行う。この際、仕切り弁５ａを閉じれば、成膜を行っている主真空室３を真空状態に保ちインライン成膜を行っている間に、副真空室３ａ内を大気開放にすることができ、ライン型蒸発源２ａのメンテナンスを成膜と同時並行で行うことができる。
【００２６】
有機ＥＬ素子および有機ＥＬディスプレイの製造装置として用いる蒸着装置では、ライン型蒸発源２ａ、２ｂを用いるため主真空室３の大型化が避けられない。本実施形態のように成膜とメンテナンスとを同時に行うことができることで、大型の主真空室３を有する蒸着装置であっても主真空室３の真空度を下げることなくメンテナンスを行うことができ、装置の稼働率を向上できるようになる。
【００２７】
図４、図５は、本実施形態に係る蒸着装置の動作を順に説明する模式断面図である。すなわち、図４（ａ）に示す状態では、副真空室３ａの仕切り弁５ａが開いた状態で副真空室３ａ側から蒸発源移載機構６ａが仕切り弁５ａを跨いで主真空室３へ移動しており、ライン型蒸発源２ａが主真空室３内に配置されている。これによってライン型蒸発源２ａからガラス基板１に対して蒸着が行われている。
【００２８】
一方、副真空室３ｂの仕切り弁５ｂは閉じた状態となっており、主真空室３側とは別個に大気開放できる。副真空室３ｂ内を大気開放した状態で扉７ｂを開けて、副真空室３ｂ内のライン型蒸発源２ｂを交換、材料装填、洗浄等のメンテナンスを行うことができる。このメンテナンスを行っている間、主真空室３は高真空が保たれていることから並行して蒸着処理を行うことができる。
【００２９】
次に、図４（ｂ）に示す状態では、副真空室３ｂ内のライン型蒸発源２ｂに対するメンテナンスが完了し、扉７ｂを閉じて内部の真空引きを行っている。また、真空引きとともにライン型蒸発源２ｂの予備加熱を行うこともできる。
【００３０】
一方、主真空室３では蒸着処理が終了し、ガラス基板１等の冷却工程となる。ここで、主真空室３に移動していたライン型蒸発源２ａに対するメンテナンスが必要となると、ライン型蒸発源２ａを載置する蒸発源移載機構６ａを移動してライン型蒸発源２ａを副真空室３ａ側へ戻すようにする。図４（ｃ）はライン型蒸発源２ａが副真空室３ａに戻った状態を示している。
【００３１】
次に、図５（ａ）に示す状態では、副真空室３ａの仕切り弁５ａを閉じ、その後、副真空室３ｂの仕切り弁５ｂを開けて蒸発源移載機構６ｂを仕切り弁５ｂごしに主真空室３側へ移動してライン型蒸発源２ｂを主真空室３側へ送り込んでいる。この際、副真空室３ｂは既に真空引きされていることから仕切り弁５ｂを開けても主真空室３の真空度を保つことができる。
【００３２】
一方、仕切り弁５ａによって主真空室３と仕切られた副真空室３ａには窒素ガス等を流入して大気開放に備えておく。
【００３３】
次いで、図５（ｂ）に示す状態では、主真空室３に移動したライン型蒸発源２ｂを用いて蒸着を行っている。この蒸着では、ライン型蒸発源２ｂが副真空室３ｂにあるときから予備加熱されていたため、主真空室３へ移動した後に即座に蒸着処理を開始できる。
【００３４】
一方、副真空室３ａでは扉７ａを開けて副真空室３ａ内にあるライン型蒸発源２ａの交換、材料装填、洗浄等のメンテナンスを行う。副真空室３ａは仕切り弁５ａによって主真空室３と仕切られていることから、主真空室３側で蒸着処理を行っている間でも大気開放して内部のメンテナンスを並行して行うことができる。
【００３５】
このような処理を繰り返すことにより、一方の副真空室でのメンテナンスを行っている間、他方の副真空室から移動してきたライン型蒸発源を用いて主真空室３で蒸着処理を行うことができ、メンテナンスによる無駄な時間消費をなくして連続した蒸着処理を実現できるようになる。
【００３６】
図６は、本実施形態の他の例を説明する模式平面図である。先に説明した蒸着装置では、主真空室３内で移動するガラス基板１の移動軸と略直交する位置で主真空室３を間に挟んだ左右両側に副真空室３ａ、３ｂが各々配置されていたが、図６に示す例では主真空室３内で移動するガラス基板１の移動軸と略直交する位置で主真空室３を間に挟んだ左右のいずれか一方側に２つの副真空室３ａ、３ｂが並んで配置されている。
【００３７】
このような副真空室３ａ、３ｂの配置により、主真空室３の左右他方側には副真空室がない構成となり、ポンプ等の各種機器を副真空室３ａ、３ｂがない側に配置できるようになる。
【００３８】
また、本実施形態の蒸着装置は、図７に示すようにガラス基板１の搬送経路上に複数配置してシステム下を図るようにしてもよい。例えば、有機ＥＬディスプレイの製造工程に合わせて、各色に対応した有機膜を形成するために複数の蒸着装置を配置すれば、各色（例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））に対応した有機膜を連続して形成することが可能となる。
【００３９】
また、図７に示す例では、一つの蒸着装置について複数（図では６つ）のライン型蒸発源２ａ、２ｂを備えている。これによって、一つの蒸着装置によって合計６層の有機膜を積層できることになる。このような複数のライン型蒸発源を用いる場合でも、副真空室３ａ、３ｂに各々複数のライン型蒸発源２ａ、２ｂを移動可能に用意し、先に説明したよう交互に用いることで蒸着処理とメンテナンスとを同時に行うことが可能となる。
【００４０】
なお、上記説明した実施形態では、蒸着装置を主として有機ＥＬ素子および有機ＥＬディスプレイの製造装置へ適用する場合を例としたが、他の用途に適用する蒸着装置であっても可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、蒸発源の材料補充などのメンテナンスを蒸着処理中に行うことができるようになり、装置の稼働率を上げることが可能となる。また、予備加熱などの作業も蒸着処理中に行うことができ、同じく装置の稼働率を上げることが可能となる。しかも、蒸発源にトラブルが発生した場合、蒸発源を入れ替えることでダウンタイムを短くすることが可能となる。さらに、材料補充の度に主真空室を大気開放することがないので、蒸着を行う主真空室の真空度を良い状態に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る蒸着装置の主要部を説明する模式図である。
【図２】本実施形態に係る蒸着装置を説明する模式断面図である。
【図３】蒸着装置の動作を説明する模式平面図である。
【図４】蒸着装置の動作を順に説明する模式断面図（その１）である。
【図５】蒸着装置の動作を順に説明する模式断面図（その２）である。
【図６】本実施形態の他の例を説明する模式平面図である。
【図７】複数の蒸着装置によるシステム下を説明する模式図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板、２ａ…ライン型蒸発源、２ｂ…ライン型蒸発源、３…主真空室、３ａ…副真空室、３ｂ…副真空室、４…搬送ローラ、５ａ…仕切り弁、５ｂ…仕切り弁、６ａ…蒸発源移載機構、６ｂ…蒸発源移載機構、７ａ…扉、７ｂ…扉

Claims

成膜対象となる基板を収容する主真空室と、
前記主真空室に隣接し、開閉動作する仕切り弁を介して配置される複数の副真空室と、
前記複数の副真空室の各々に設けられ、前記仕切り弁が開いた状態で成膜のための蒸発源を前記副真空室と前記主真空室との間で進退させる蒸発源移載機構と
を備えることを特徴とする蒸着装置。
前記主真空室は、成膜対象となる基板を所定方向へ移動させる移動機構を内部に備えている
ことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
前記蒸発源は、前記主真空室内で移動する基板の移動軸に対して略直角な方向に伸びるライン型から成る
ことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
前記複数の副真空室の各々には、前記蒸発源を出し入れ可能な扉が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
前記複数の副真空室は、前記主真空室内で移動する基板の移動軸と略直交し、前記主真空室を間に挟んだ左右両側に各々配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
前記複数の副真空室は、前記主真空室内で移動する基板の移動軸と略直交し、前記主真空室を間に挟んだ左右のいずれか一方側に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
有機膜の成膜対象となる基板を所定方向へ移動させる移動機構を内部に備える主真空室と、
前記主真空室に隣接し、開閉動作する仕切り弁を介して配置される複数の副真空室と、
前記複数の副真空室の各々に設けられ、前記仕切り弁が開いた状態で成膜のためのライン型蒸発源を前記副真空室と前記主真空室との間で進退させる蒸発源移載機構とを備える蒸着装置を有する
ことを特徴とする有機電界発光素子の製造装置。
前記蒸着装置が複数連続して配置され、この連続して配置された各蒸着装置によって複数の色成分に対応する有機膜を各々蒸着する
ことを特徴とする請求項７記載の有機電界発光素子の製造装置。