JP2005332803A - 有機電子素子の製造方法および製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高品質の有機EL素子を効率的に製造する方法および装置を提供する。
【解決手段】 上部電極形成工程における基板の被処理面は下向きに保持され、パッシベーション層形成工程における前記基板の被処理面は上向きに保持される。
【選択図】 図1

Description

本発明は有機電子素子の製造方法および製造装置に関わる。より具体的には有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)の製造方法および製造装置に関わる。
有機EL素子のような有機電子素子の開発が盛んである。
特許文献1には大気が介在する事で、大気中の水分や酸素分などのコンタミ成分が形成過程の素子を汚染し、素子の特性を劣化させていた。これらの問題点を解決する方法として、薄膜形成工程を一貫して行うことを目的に1つの真空搬送槽を中心とし、その周りに真空蒸着槽を複数個配置してその間を真空状態を保ったまま基板の受け渡しをして逐次蒸着する方法が試みられている。
特許文献2には、無機保護膜の形成においてスパッタリング法よりもプラズマCVD法が好ましいことが記載されておりさらにプラズマCVD処理待ちの基板を一時保管する場所を設け、保管場所に一定数がたまったところで、それらを一括してプラズマCVD装置内に搬入して各基板に無機保護膜を一度に形成することが記載されている。
特開平8−111285号公報 特開2002−117973号公報 第7ページ 段落番号〔0058〕
上部電極形成工程とパッシベーション層形成工程は基板の保持の仕方をそれぞれ最適にすることが重要であることに本発明者はきづいた。
というのも上部電極形成にあたっては基板上に不要物が付着することを防ぎまたパッシベーション層形成にあたっては基板面内の膜厚を均一にすることが有機電子素子の性能に重要であると考えるからである。
よって本発明は上部電極形成にあたっては基板上に不要物が付着することを防ぎまたパッシベーション層形成にあたっては基板面内の膜厚を均一にすることができる有機電子素子の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
よって本発明は、
基板に配置されている下部電極に有機導電層を形成する有機導電層形成工程と、前記有機導電層形成工程の後に上部電極を形成する上部電極形成工程と、前記上部電極形成工程の後にパッシベーション層を形成するパッシベーション層形成工程とを有する有機電子素子の製造方法において、
前記上部電極形成工程における前記基板の被処理面は下向きに保持され、
前記パッシベーション層形成工程における前記基板の被処理面は上向きに保持されることを特徴とする有機電子素子の製造方法を提供する。
また、前記パッシベーション層形成工程において処理される前記基板の枚数は、前記上部電極形成工程において処理される前記基板の枚数より多いことを特徴とする有機電子素子の製造方法を提供する。
また前記上部電極形成工程は透明電極材料をスパッタすることで前記上部電極を形成する工程である有機電子素子の製造方法を提供する。
また前記パッシベーション層形成工程はCVD法により前記パッシベーション層を形成する工程であることを特徴とする有機電子素子の製造方法を提供する。
また前記パッシベーション層形成工程において前記基板は前記被処理面の裏面が載置台の面に載置されることを特徴とする有機電子素子の製造方法を提供する。
また前記基板は前記上部電極形成工程から前記パッシベーション層形成工程まで外気に曝されずに処理されることを特徴とする有機電子素子の製造方法を提供する。
また前記上部電極形成工程と前記パッシベーション層形成工程の間に、前記パッシベーション層形成工程を別の基板と共に待機する待機工程を更に有することを特徴とする有機電子素子の製造方法を提供する。
また前記有機電子素子は有機エレクトロルミネッセンス素子である。
また前記有機エレクトロルミネッセンス素子を画像表示部として形成する画像表示部形成工程を有することを特徴とするディスプレイの製造方法を提供する。
また基板に配置されている下部電極に有機導電層を形成する有機導電層形成手段と、上部電極を形成する上部電極形成手段と、パッシベーション層を形成するパッシベーション層形成手段とを有する有機電子素子の製造装置において、
前記上部電極形成手段は前記基板の被処理面を下向きに保持する保持手段を有し、
前記パッシベーション層形成手段は前記基板の被処理面を上向きに保持する保持手段を有することを特徴とする有機電子素子の製造装置を提供する。
また前記パッシベーション層形成手段は前記上部電極形成手段よりも多くの基板枚数を一度に処理する載置手段を有することを特徴とする有機電子素子の製造装置を提供する。
また前記上部電極形成手段は透明電極材料をスパッタすることで前記上部電極を形成するスパッタ手段を有することを特徴とする有機電子素子の製造装置を提供する。
また前記パッシベーション層形成手段はCVDで前記パッシベーション層を形成するCVD手段を有することを特徴とする有機電子素子の製造装置を提供する。
また前記パッシベーション層形成手段は前記基板の前記被処理面の裏面を面において載置する載置台を有することを特徴とする有機電子素子の製造装置を提供する。
また前記上部電極形成手段と前記パッシベーション層形成手段との間は前記基板を外気に曝さずに搬送される外気遮蔽手段が設けられていることを特徴とする有機電子素子の製造装置を提供する。
また前記基板が前記パッシベーション層形成手段に搬送される前に別の基板と共に待機する待機室を更に有することを特徴とする有機電子素子の製造装置を提供する。
また前記有機電子素子は有機エレクトロルミネッセンス素子である。
また前記有機エレクトロルミネッセンス素子はディスプレイの画像表示部である。
本発明により上部電極形成にあたっては基板上に不要物が付着することを防ぎまたパッシベーション層形成にあたっては基板面内の膜厚を均一にすることができる有機電子素子の製造方法および製造装置を提供することができる。
本実施の形態に関わる有機電子素子の製造方法は、上部電極形成工程における基板の被処理面は下向きに保持され、パッシベーション層形成工程における基板の被処理面は上向きに保持される。
その結果得られる有機電子素子は、上部電極形成に不要物が付着せず、パッシベーション層は基板面内において膜厚が均一である。
本実施形態では有機EL素子を例にあげる。有機EL素子は基板上に下部電極が設けられ下部電極に対向するように上部電極が配置されそれら電極の間に有機導電層が配置されており、下部電極と有機導電層と上部電極を覆うように上部電極を覆うようにパッシベーション層(保護膜)が配置される。
なお本発明は例えば半導体部が有機導電層である有機FETにも適用できる。その場合下部電極とはゲート電極であり上部電極はソースドレイン電極の何れかである。あるいは下部電極がソースドレイン電極の何れかであり上部電極はゲート電極であるとすることが出来る。以降は有機EL素子を例にあげて説明する。
パッシベーション層形成工程において処理される基板の枚数は、上部電極形成工程において処理される基板の枚数より多いことが好ましい。これはパッシベーション層は上部電極よりも厚く形成すること等が原因でパッシベーション層の形成にかかる時間が上部電極を形成する時間よりも長いからである。
上部電極形成工程はスパッタリング法で行うことが好ましい。より具体的には透明電極材料をスパッタすることで前記上部電極を形成する工程であることが好ましい。
透明電極材料とは例えばITOやIZOと呼ばれる材料である。
この場合上部電極が有機EL素子の光取り出し側電極として利用できる。
パッシベーション層形成工程はCVD法によりパッシベーション層を形成する工程であることが好ましい。CVD法の場合一度に多くの基板にパッシベーション層を均一の膜厚で形成できるので好ましい方法である。パッシベーション層とは例えば無機保護膜である。より具体的にはSiやNを主成分とする膜である。無機保護膜を形成する場合CVD法を用いることが好ましい。
パッシベーション層形成工程において基板は被処理面の裏面がパッシベーション層形成手段に設けられている載置台の面に載置されることが好ましい。被処理面とは基板の面のうち、有機ELの場合下部電極が配置されその上に有機導電層が配置されそしてその上に上部電極が配置されている面のことであり、その被処理面の裏面が載置台に載置されることが好ましい。そのように基板が載置されれば基板側部のみにおいて保持する場合と異なり裏面全体が支持されるので基板のたわみを防ぐことが出来その結果基板面内のパッシベーション層を均一に形成することができる。
基板は上部電極形成工程を経てパッシベーション層形成工程まで外気に曝されずに処理されることが好ましい。その結果外気中の水分や酸素から有機電子素子(例えば有機EL素子)を守ることが出来る。その場合上部電極を形成するための手段とパッシベーション層を形成する手段とをシャッター等を介して接続していても良い。また両手段においてそれぞれ独立して減圧ポンプを設けても良い。また両手段はそれぞれスパッタリング手段を有するチャンバーとCVD法が可能なチャンバーを有していても良い。
上部電極形成工程とパッシベーション層形成工程の間に、パッシベーション層形成工程を別の基板と共に待機する待機工程を更に有することも好ましい。その結果両工程にかかるタクトタイムの差が原因となる処理スピードの律速を防ぐことが出来る。
より具体的な場合とは、パッシベーション層形成工程にかかる時間は上部電極形成工程にかかる時間よりも長い場合であるが、そのような場合例えば上部電極形成手段からパッシベーション層形成手段へ基板を搬送する経路の途中に別室を設けておいてそこに上部電極形成手段において処理を終えた基板を待機させ、後続して同様に処理が終わった基板が所定枚数に達した後に複数の基板をパッシベーション層形成手段に搬送させそこで一度に処理することが出来る。また例えば上部電極形成手段からパッシベーション層形成手段へ基板を搬送する経路の途中に別室を設けておいてそこに上部電極形成手段において処理を終えた基板を待機させ、後続して同様に処理が終わった基板とともに待機させ、パッシベーション層形成手段が利用できるようになったら搬送させパッシベーション層形成手段において複数枚の基板を一度に処理することが出来る。
別室は基板を待機させることが出来ればどのような室でもよい。酸素や水分から基板を守ることができれば尚良い。別室は複数配置されているパッシベーション層形成手段のチャンバーでも良い。
このような方法で有機電子素子を製造できるが、有機電子素子として有機エレクトロルミネッセンス素子にこの製造方法が適用できる。その場合有機EL素子はディスプレイの画像表示部に利用できる。ディスプレイはそのような有機EL素子を画像表示部として形成する画像表示部形成工程を有するディスプレイの製造方法により得ることが出来る。
次に図面を挙げて更に詳細に説明する。
図1は、本実施形態にかかる、有機EL製造装置を示す模式的な構成図である。図1において、11は投入室、12は搬送路、13は蒸着装置、14は上部電極形成手段である透明導電膜形成手段、15は基板反転機、16はパッシベーション層形成手段、17は取出し室である。
11の投入室は、露点−80℃の不活性ガスで大気圧に置換される機能を有し、基板が投入されると真空ポンプによって約0.1Paまで真空排気される。次に基板は搬送路12を経て蒸着工程13に搬送される。以後1つの工程を終了すると基板は搬送路を経て次の工程に搬送され基板は最終のパッシベーション層が形成されるまで大気中とは隔離され各工程における高品質が確保される。
蒸着工程は約1x10−5Paまで排気されており、基板は正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の有機EL材料(有機導電層)の蒸着が行われる。通常正孔輸送層の膜厚は、30〜100nm、発光層の膜厚は、30〜100nm、電子輸送層および電子注入層の膜厚は10〜40nmである。各有機蒸着速度は0.5〜1.5nm/sで蒸着がなされ、各有機導電層は蒸着工程において並行処理されるので、蒸着工程タクトとしては数分以内に収まる。
さらに基板は搬送路を経て、透明電極形成工程14に搬入され、約0.1Paにて透明導電膜が形成される。透明導電膜の膜厚は通常100〜300nmであり、成膜速度は1〜2nm/sであるので透明導電膜形成工程タクトは数分以内に納まる。ここまでの工程は下から上に堆積膜形成粒子が向かう方式により処理される。つまり基板の被処理面は下側を向いている。
これは有機材料蒸着工程において材料が下から上に拡散することを利用するからであり、材料利用効率が高いためである。
そして透明電極膜形成工程においては、膜形成に於いて異物が落下して被処理面に付着することを防ぐために基板の被処理面は下側を向いている。異物とはチャンバー内等に付着しているスパッタ材料等である。
なお上部電極形成工程である透明電極形成工程において処理される基板枚数は必ずしも1枚である必要はない。
そして基板は搬送路12を経て約10Paまで排気されている反転機15に搬送され上下が反転され複数枚に並べられる。この複数枚の基板を1単位としてパッシベーション層形成手段16に搬送しパッシベーション層が約100Paにて形成される(パッシベーション層形成工程)。パッシベーション層は通常100〜1000nmであり、成膜速度が0.5〜2nm/sであるので、他の工程よりも約10倍のタクトを費やすことになる。そこで反転機で反転された基板は、複数枚を剛性のあるベースホルダー(不図示)に乗せ、一括してパッシベーション層形成工程で処理することで、装置全体のタクトを整合していて、生産性を向上している。また複数枚基板をその裏面がパッシベーション層形成手段が有するチャンバー内に設けられている不図示の載置台の面に載置されているため、基板はたわみなく安定的に成膜できる。
つまりパッシベーション層形成手段において処理される基板の枚数は、上部電極形成手段において処理される基板の枚数(一枚とは限らない)より多い。
このことはパッシベーション層形成工程までは、少ない枚数で基板を処理できることを意味する。その結果装置全体の構成が簡便かつ真空排気時間の低減および装置コストの低減にも繋げることができる。
また基板の大きさによって成膜エリアに分布が生じる場合は複数のパッシベーション層形成工程で処理枚数を設定して処理を行うことも可能である。
パッシベーション工程を終えた基板は、搬送路12を経て取出し室へ送られ有機EL素子として大気中に取り出される。
(実施例)
以下に本発明の堆積膜形成装置の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
(実施例1)
図1の有機EL製造装置を用いて有機EL素子を作製した実施例を以下に示す。2インチ角基板にはTFT駆動回路がパターニングされて配置されている。この基板を投入室11に投入し搬送路12を経て蒸着装置13に搬送した。
ここでTFT基板の上に次の公知の材料を用いて有機EL素子を作製した。すなわち第一の電極としてCrを配設したTFT基板にUV/オゾン洗浄処理を施した上に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層からなる有機発光層をそれぞれ以下の材料によって真空蒸着法で形成した。
正孔輸送層には、下記化学式1
Figure 2005332803
で表されるαNPDを50nmの膜厚で成膜した。
発光層には下記化学式2
Figure 2005332803
で表されるアルミキレート錯体(Alq3)と化学式3
Figure 2005332803
で表されるクマリン6を100:6の重量比率で共蒸着し50nmの膜厚で形成した。
電子輸送層には化学式4
Figure 2005332803
で表されるフェナントロリン化合物を10nmの膜厚で形成した。
さらに電子注入層として上記のフェナントロリン化合物と炭酸セシウムCs2CO3を100:1の重量比で共蒸着し40nmの膜厚で形成した。
これらの蒸着工程はそれぞれ約1nm/sで処理を行い、80秒タクトで基板を次工程に送ることができた。
次に上部電極形成手段である透明導電膜形成手段14に2枚の基板を搬送し、これらの上にスパッター法によるITO薄膜である第二の電極を220nmの膜厚に同時に成膜した。各TFTに対応する画素を有する2枚の基板がこうしてタクト80秒で得られた。その後これら2枚の基板を1組として次工程に送り出した。
次に基板を反転機15に送り基板を反転して基板ホルダーに配置した。基板ホルダーに配置された状態で後続して基板ホルダーに配置される別の複数組の基板を待ちながらパッシベーション層形成工程まで待機させた。
基板ホルダーに基板が10枚配置された時点でこれら10枚を1単位としてパッシベーション層形成工程を行うパッシベーション層形成手段16に一括して搬送した。そこでPE−CVD法によるパッシベーション層を700nmの膜厚で形成した。パッシベーション層は基板温度を60℃以下に保ち、SiHガス4sccm、Nガス200sccm、高周波電力40W、圧力70Paの条件の下で成膜し80秒タクトで製品を取出し室17に搬送し、これ以後単位基板あたり80秒タクトで製品を製造装置外へ排出する事ができた。
このようにして作製した製品は、膜厚分布が±3%に収まり、60℃90%の恒温高湿耐久試験で一定時間後に発光してダークスポットの数を計測したところ、恒温高湿耐久時間500時間までダークスポットは検出されなかった。
パッシベーション層の膜厚は一枚の基板面において任意に選んだ10点における膜厚値を測定し、最大膜厚と最小膜厚の平均値をその基板のパッシベーション層の膜厚とした。そして各基板の平均膜厚をそれぞれ比較することで膜厚分布を求めた。
(実施例2)
パッシベーション層形成工程において一度の処理により処理される基板の枚数を一枚とした。それ以外は実施例1と同じである。10枚の基板がパッシベーション層形成工程を完了するまで800秒タクト(80秒タクトx10=800秒タクト)かかった。膜厚分布およびダークスポットの検出結果は実施例1と同じであるものの、タクトタイムは10倍かかった。
(比較例1)
実施例1と同様の方法で基板に有機導電層および透明電極層を成膜した基板は、反転されることなく10枚ずつ成膜面を下向きにして実施例1と同様のパッシベーション層が成膜された。基板は単位基板あたり約80秒タクトで排出されることとなった。しかしこのようにして作製した製品は、基板面が水平に保持されなかったことにより、膜厚分布が±5%の範囲を超えてしまったが、60℃90%の恒温高湿耐久試験で一定時間後に発光してダークスポットの数を計測したところ、恒温高湿耐久時間500時間までダークスポットは検出されなかった。
(比較例2)
実施例1と同様の方法で有機導電層までを成膜した基板は反転して、成膜面を上向きにして実施例1と同様の透明電極膜を2枚1組で、パッシベーション層を10枚1組で成膜された。基板は単位基板あたり約800秒タクトで排出されることとなった。しかしこのようにして作製した製品は、膜厚分布が±3%に収まり、60℃90%の恒温高湿耐久試験で一定時間後に発光してダークスポットの数を計測したところ、恒温高湿耐久時間100時間でダークスポットが検出された。透明電極層成膜工程における異物落下の影響だとみられる。
実施例1と比較例1から3までの結果は表1に整理した。
Figure 2005332803
(実施例3)
図2の有機EL製造装置を用いて有機EL素子を作製した実施例を以下に示す。
TFT駆動回路のパターニングされた5インチ角の基板を投入室21に投入し搬送路22を経て蒸着装置23に搬送した。ここで実施例1と同様にして有機導電層を蒸着した。
次に、透明導電膜形成工程24に基板を搬送し、ここで実施例1と同様にして透明導電膜を形成した。次に基板を反転機25に送り基板を反転して基板ホルダーに配置した。ここまでの工程を繰り返し始めの基板5枚を1単位としてパッシベーション層形成工程26.1に搬送してパッシベーション層を形成した。続く基板5枚を1単位としてパッシベーション形成工程26.2に搬送してそれぞれ実施例1と同様にしてパッシベーション層を形成した。パッシベーション層形成後基板は取出し室に送られ、これ以後、単位基板あたり80秒タクトで製品を排出する事ができた。
このようにして作製した製品は、膜厚分布が±3%に収まり、60℃90%の恒温高湿耐久試験で一定時間後に発光してダークスポットの数を計測したところ、恒温高湿耐久時間500時間までダークスポットは検出されなかった。
本実施形態に係る有機EL製造装置の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る別の有機EL製造装置を示す模式図である。
符号の説明
11,21 投入室
12,22 搬送路
13,23 蒸着手段
14,24 透明導電膜形成手段
15,25 反転機
16,26 パッシベーション層形成手段
17,27 取出し室

Claims (18)

  1. 基板に配置されている下部電極に有機導電層を形成する有機導電層形成工程と、前記有機導電層形成工程の後に上部電極を形成する上部電極形成工程と、前記上部電極形成工程の後にパッシベーション層を形成するパッシベーション層形成工程とを有する有機電子素子の製造方法において、
    前記上部電極形成工程における前記基板の被処理面は下向きに保持され、
    前記パッシベーション層形成工程における前記基板の被処理面は上向きに保持されることを特徴とする有機電子素子の製造方法。
  2. 前記パッシベーション層形成工程において処理される前記基板の枚数は、前記上部電極形成工程において処理される前記基板の枚数より多いことを特徴とする請求項1に記載の有機電子素子の製造方法。
  3. 前記上部電極形成工程は透明電極材料をスパッタすることで前記上部電極を形成する工程であることを特徴とする請求項1に記載の有機電子素子の製造方法。
  4. 前記パッシベーション層形成工程はCVD法により前記パッシベーション層を形成する工程であることを特徴とする請求項1に記載の有機電子素子の製造方法。
  5. 前記パッシベーション層形成工程において前記基板は前記被処理面の裏面が載置台の面に載置されることを特徴とする請求項1に記載の有機電子素子の製造方法。
  6. 前記基板は前記上部電極形成工程から前記パッシベーション層形成工程まで外気に曝されずに処理されることを特徴とする請求項1に記載の有機電子素子の製造方法。
  7. 前記上部電極形成工程と前記パッシベーション層形成工程の間に、前記パッシベーション層形成工程を別の基板と共に待機する待機工程を更に有することを特徴とする請求項1に記載の有機電子素子の製造方法。
  8. 請求項1に記載の前記有機電子素子は有機エレクトロルミネッセンス素子である。
  9. 請求項8に記載の前記有機エレクトロルミネッセンス素子を画像表示部として形成する画像表示部形成工程を有することを特徴とするディスプレイの製造方法。
  10. 基板に配置されている下部電極に有機導電層を形成する有機導電層形成手段と、上部電極を形成する上部電極形成手段と、パッシベーション層を形成するパッシベーション層形成手段とを有する有機電子素子の製造装置において、
    前記上部電極形成手段は前記基板の被処理面を下向きに保持する保持手段を有し、
    前記パッシベーション層形成手段は前記基板の被処理面を上向きに保持する保持手段を有することを特徴とする有機電子素子の製造装置。
  11. 前記パッシベーション層形成手段は前記上部電極形成手段よりも多くの基板枚数を一度に処理する載置手段を有することを特徴とする請求項10に記載の有機電子素子の製造装置。
  12. 前記上部電極形成手段は透明電極材料をスパッタすることで前記上部電極を形成するスパッタ手段を有することを特徴とする請求項10に記載の有機電子素子の製造装置。
  13. 前記パッシベーション層形成手段はCVDで前記パッシベーション層を形成するCVD手段を有することを特徴とする請求項10に記載の有機電子素子の製造装置。
  14. 前記パッシベーション層形成手段は前記基板の前記被処理面の裏面を面において載置する載置台を有することを特徴とする請求項10に記載の有機電子素子の製造装置。
  15. 前記上部電極形成手段と前記パッシベーション層形成手段との間は前記基板を外気に曝さずに搬送される外気遮蔽手段が設けられていることを特徴とする請求項10に記載の有機電子素子の製造装置。
  16. 前記基板が前記パッシベーション層形成手段に搬送される前に別の基板と共に待機する待機室を更に有することを特徴とする請求項10に記載の有機電子素子の製造装置。
  17. 請求項10に記載の前記有機電子素子は有機エレクトロルミネッセンス素子である。
  18. 請求項17に記載の前記有機エレクトロルミネッセンス素子はディスプレイの画像表示部である。
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