JP2008019477A - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機エレクトロルミネッセンス素子の生産性を向上させることのできる真空蒸着装置を実現する。
【解決手段】有機エレクトロルミネッセンス材料１を蒸発させるための蒸着源１０に接続パイプ２１を接続し、２つの分岐パイプ２２ａ、２２ｂを基板３１ａ、３１ｂとマスク３２ａ、３２ｂからなる２つの被成膜物に向けてそれぞれ有機蒸着膜形成を行う。異なる平面上の複数の被成膜物に蒸着源１０からの蒸気を同時に放出し、成膜することで、成膜時間の短縮および装置の小型化を促進する。
【選択図】図２

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製するための真空蒸着装置に関するものである。

有機エレクトロルミネッセンス素子は、一般的に透明導電膜（例えばインジウム錫酸化物）からなる陽極と金属（例えばＡｌ）からなる陰極との間に、有機薄膜層として正孔輸送層、発光層、電子輸送層等を形成する。陽極側から注入された正孔と、陰極側から注入された電子が、それぞれ正孔輸送層、電子注入層を介して発光層で再結合することにより、発光を得る電子デバイスである。

この有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法の一つとして、真空蒸着法が知られている。有機エレクトロルミネッセンス材料をルツボに入れ、真空装置内で蒸着材料の気化温度以上にルツボ等の温度を加熱することで、ルツボから気化した蒸着材料が有機エレクトロルミネッセンス素子の基体となる基板に堆積して有機薄膜層を形成する。有機エレクトロルミネッセンス素子の生産性を向上させるには、蒸着材料の蒸着レートが重要となる。蒸着材料の堆積速度が速ければ成膜時間が短縮化され、生産性が向上する。堆積速度を向上させるには、蒸着源の開口部と基板の距離を近づけるか、もしくは蒸着材料の加熱温度を上げて蒸着レートを稼ぐ方法等が考えられる。

しかし、蒸着源の開口部と基板の距離を近づけると、蒸着源からの輻射熱によるマスク等への熱影響や、膜厚むらが問題となる。マスクへの熱影響は、特に発光層の塗り分け等に高精細マスクを用いる場合に問題となる。膜厚むらは、有機エレクトロルミネッセンス素子の特性に大きな影響を与えるため、基板の成膜面内は均一な膜厚で有機蒸着膜形成を行わなければならない。

また、蒸着材料の加熱温度を上げると、有機エレクトロルミネッセンス材料の分解が問題となる場合がある。有機エレクトロルミネッセンス材料の分解は、有機エレクトロルミネッセンス素子の特性に大きな影響を与えるため、歩留まり低下に直接効いてくる。上記のように、有機エレクトロルミネッセンス素子の生産性を向上させるためには、有機エレクトロルミネッセンス材料の分解や、熱影響といった課題を解決しなければならない。真空蒸着装置の数を増やして、処理枚数を稼ぐことにより生産性を向上させることも可能であるが、装置設置面積が多く必要となり、投資コストの観点からも望ましくない。

このような有機エレクトロルミネッセンス材料の真空蒸着方法において、例えば特許文献１に開示されたように、基板を２ラインの蒸着チャンバーに振り分けて成膜を行う方法が知られている。この方法により生産性は向上するものの、装置設置面積が大きくなる。そこで、装置設置面積を縮小し、かつ生産性を向上させることが求められる。
特開２００４−２４１３１９号公報

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、有機蒸着膜形成を行う処理枚数を増加させ、かつ、装置設置面積の増大を防ぎ、膜厚分布の確保をも可能とする真空蒸着装置を提供することを目的とするものである。

本発明の真空蒸着装置は、複数の被成膜物を互いに異なる平面上に保持する保持手段と、各被成膜物に蒸着させるための蒸気を発生させる蒸着源と、前記蒸気を、前記複数の被成膜物に向けてそれぞれ異なる方向に前記蒸着源から分岐・流動させる分岐流動手段と、を備えたことを特徴とする。

チャンバー内で異なる方向に向けられた複数の被成膜物に対して、分岐流動手段を介して同時に有機蒸着膜形成を行うことにより、処理枚数を増加させて、有機エレクトロルミネッセンス素子の生産性を向上させる。

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、蒸着源１０は、ルツボ１１と、ルツボ１１等を加熱するためのヒーター１２と、蓋１３と、リフレクター１４と、を備えている。有機エレクトロルミネッセンス材料１はルツボ１１内に充填され、蓋１３に接続された接続パイプ２１を経て、接続パイプ２１から分岐する分岐パイプ２２ａ、２２ｂから蒸気が放出される。

蒸着源１０から発生する蒸気は、接続パイプ２１および分岐パイプ２２ａ、２２ｂからなる分岐流動手段によって互いに異なる方向に分岐して放出され、基板３１ａ、３１ｂ上にマスク３２ａ、３２ｂを介して有機蒸着膜を形成する。

マスク３２ａ、３２ｂと基板３１ａ、３１ｂからなる被成膜物は、チャンバー５０内に正対して配置されていることが望ましい。蒸着源１０から被成膜物に対する熱影響が少ないようであれば、被成膜物一つに対して蒸着源１０を一つ用いて有機蒸着膜形成を行ってもよいし、図２に示すように複数の蒸着源１０を用いる構成でもよい。

あるいは、図３および図４に示すように、蒸着源１０の蓋１３に接続された接続パイプ２１の両端、または長手方向の複数箇所にそれぞれ分岐パイプ２２ａ、２２ｂを接続する構成でもよい。

各分岐パイプ２２ａ、２２ｂの開口部と基板３１ａ、３１ｂの間には、シャッター２３ａ、２３ｂが個別に設けられていることが望ましい。また、膜厚センサー２４ａ、２４ｂも個別に設けられていることが望ましい。シャッター２３ａ、２３ｂと膜厚センサー２４ａ、２４ｂが個別に配置されていれば、各分岐パイプ２２ａ、２２ｂの開口部から蒸発する有機エレクトロルミネッセンス材料の蒸発速度が異なっていても、シャッター２３ａ、２３ｂを個別に開閉することで、基板３１ａ、３１ｂ上での膜厚制御が可能となる。

チャンバー５０は図示しないアライメント機構を備えていて、マスク３２ａ、３２ｂに高精細マスクを用いて発光層の塗り分け成膜を行ってもよい。チャンバー５０内を排気するための図示しない真空排気系は、迅速に高真空領域まで排気できる能力を持った真空ポンプを用いることが望ましい。

この真空蒸着装置を有機エレクトロルミネッセンス素子の製造装置に用いる場合は、ゲートバルブ５１により他の真空装置と接合して、それら他の真空装置において有機エレクトロルミネッセンス素子を作製するための様々な工程を行えばよい。上記のような有機エレクトロルミネッセンス素子の製造装置には、チャンバー５０が複数備えてあることが望ましく、形成する有機蒸着膜によってそれら複数のチャンバー５０内に、蒸着源１０や分岐パイプ２２ａ、２２ｂ等を配置する方法を選択することが望ましい。

基板とマスクからなる被成膜物は、図示しない保持手段によりチャンバー内に複数配置されており、それら複数の被成膜物に向けた開口端を備えた分岐パイプが任意の方向および角度で配置されている。

基板とマスクからなる被成膜物はどのように配置されていてもよい。全ての分岐パイプは、均熱化および分岐パイプ内の内圧を揃えるうえで、接続パイプとの継ぎ手部分（接合部）からの長さが同一であることが望ましい。

分岐パイプおよび接続パイプは丸パイプでも角パイプでもよいし、ストレートパイプでもＬ型パイプでもよく、また、これに限定されるものではない。

分岐パイプおよび接続パイプに設けられるヒーターは、分岐パイプおよび接続パイプ全体を均一に加熱されるように設けられていることが望ましい。

基板が大型基板である場合は、分岐パイプおよび接続パイプを必要な数だけ用いて、基板の成膜面に対して膜厚むらの少ない均一な有機蒸着膜形成を行うことが望ましい。

また、蒸着源、分岐パイプおよび接続パイプからなる構造物を、有機エレクトロルミネッセンス材料の共蒸着工程に用いる場合は、図２に示すように上記の構造物をチャンバー内に複数個配置すればよい。なお、上記の構造物の配置方法は、図２に限定されるものではない。

また、各分岐パイプの開口部の開口面積および開口形状は個別に異なっていてもよく、開口形状は、円形、矩形、楕円形など、どのような形状でもよい。開口面積および形状がそれぞれ異なることにより、基板上での膜厚制御性がより向上する。また同じ理由で、各分岐パイプの内径、肉厚、形状等は個別に異なっていてもよい。

マスクに高精細マスクを用いて発光層の塗り分け成膜を行う場合は、マスクへの熱影響を考慮して、蒸着源、分岐パイプおよび接続パイプからなる構造物を、稼動手段によって移動させながら成膜を行ってもよい。なお、移動させながら成膜を行う工程は、共蒸着工程であってもよい。

図１は実施例１による真空蒸着装置を示す。ルツボ１１に有機エレクトロルミネッセンス材料１を１．０［ｇ］充填し、ルツボ１１に蓋１３を取り付け、蒸着源１０にセットした。本実施例においては、蒸着源１０の蓋１３に、分岐パイプ２２ａ、２２ｂを有する接続パイプ２１が設けられている。各分岐パイプ２２ａ、２２ｂは、全長１００［ｍｍ］、外径２０［ｍｍ］、内径１０［ｍｍ］の丸パイプである。接続パイプ２１は、全長１００［ｍｍ］、辺の長さ２０［ｍｍ］×２０［ｍｍ］、厚さ５［ｍｍ］の角パイプであり、両端部近傍に分岐パイプ２２ａ、２２ｂと蓋１３とをそれぞれ接合するための接合部が設けられている。この接合部により、分岐パイプ２２ａ、２２ｂおよび接続パイプ２１と蓋１３とを接合することで、ルツボ１１から蒸発した有機エレクトロルミネッセンス材料の流路が設けられる。なお、接続パイプ２１は上記接合部以外に開口部は設けられていない。また、分岐パイプ２２ａ、２２ｂと接続パイプ２１の接合部および接続パイプ２１と蓋１３の接合部はフランジ形状として、蒸発した有機エレクトロルミネッセンス材料の漏れを防止した。

各分岐パイプ２２ａ、２２ｂの開口部の中心軸上に、基板３１ａ、３１ｂの成膜面の中心が配置されており、それぞれの開口端から、対向する基板３１ａ、３１ｂの成膜面までの直線距離は３００［ｍｍ］とした。本実施例においては分岐パイプ２２ａ、２２ｂの終端部が開口部となっているが、分岐パイプ２２ａ、２２ｂの内径よりも小さい径の開口部を設けた板材を、分岐パイプ２２ａ、２２ｂの終端部に設けて蓋として用いてもよい。

次に、５０［ｍｍ］×５０［ｍｍ］厚さ０．７［ｍｍ］の基板を、ゲートバルブ５１を介してチャンバー５０と接合された図示しない基板ストック装置に２０枚セットし、基板ストック装置内を図示しない真空排気系を介して１．０×１０^-5［Ｐａ］以下まで排気した。チャンバー５０内も、図示しない真空排気系を介して１．０×１０^-5［Ｐａ］以下まで排気した。排気した後、ヒーター１２でルツボ１１を２００［℃］まで加熱した。ヒーターパワーはルツボ１１の底面付近の温度を基に制御した。ルツボ１１の底面付近の温度を２００［℃］のまま３０［ｍｉｎ］保持して有機エレクトロルミネッセンス材料１の脱ガスを行った後、膜厚センサー２４ａ、２４ｂにおいて蒸着レートがそれぞれ１．０［ｎｍ／ｓｅｃ］となる温度までルツボ１１を加熱した。

膜厚センサー２４ａ、２４ｂにおいて、蒸着レートがそれぞれ１．０［ｎｍ／ｓｅｃ］となったところで、図示しない他のチャンバーからチャンバー５０へ、基板を２枚ずつ搬入して成膜を行った。基板３１ａ、３１ｂの中心部分で膜厚が１００［ｎｍ］となるように成膜し、成膜を終えた基板３１ａ、３１ｂは直ちに搬出して、次の基板を搬入するというプロセスで、連続して２０枚の基板に上記の条件で成膜を行った。

上記の方法で成膜を行ったところ、２０枚の基板を成膜し終えるまで約３０［ｍｉｎ］必要であった。また、２０枚全ての基板の面内で約±５．０［％］の膜厚分布が得られた。図５に、基板の対角線上で測定した膜厚分布の結果を示す。膜厚分布に関しては、再現性良く成膜できていることが判ったので、歩留まりの点では問題ないと言える。

成膜終了までの時間に関して本発明の効果を検証するために、図６に示す従来構成の真空蒸着装置で成膜した場合との比較を行う実験を行った。すなわち、チャンバー１５０内の基板１３１およびマスク１３２からなる被成膜物に向かって、ルツボ１１１およびヒーター１１２からなる蒸着源１１０から有機エレクトロルミネッセンス素子の蒸気を発生させ、蓋１１３に設けた開口部を介して蒸着させた。

従来構成の真空蒸着装置においても、２０枚全ての基板の面内で約±５．０［％］の膜厚分布は得られたが、成膜終了まで約６０［ｍｉｎ］必要であった。このように、本実施例の方法が生産性向上の観点から非常に優位であり、短時間で従来技術を用いた場合と同品質のものが作製可能であることが判った。

基板に大判のものを用いる場合には、基板の成膜面内でむらのない膜厚分布を得るために、図３および図４に示すように１つの基板に対面して複数の分岐パイプを設ければよい。この際、膜厚センサーは各分岐パイプの開口部毎に設けられていることが望ましい。また各分岐パイプの開口部にシャッターが設けられていることが望ましい。高精細マスクを用いる場合は、アライメントステージを用いて塗り分け成膜を行ってもよい。この際、高精細マスクへの熱影響が問題となるようであれば、リフレクターを多く用いればよいし、必要であればリフレクターに冷却パイプや空冷パイプを設けてもよい。

図２は実施例２を示す。成膜条件は、蒸着源１０を２つ用いて成膜した以外は、実施例１と同様である。２つのルツボ１１には、有機エレクトロルミネッセンス材料１ａ、１ｂを１．０［ｇ］ずつ充填し、ルツボ１１に蓋１３を取り付け、蒸着源１０にセットした。本実施例では、それぞれの蒸着源１０に分岐パイプ２２ａ、２２ｂおよび接続パイプ２１が設けられている。

各分岐パイプ２２ａ、２２ｂは、全長１００［ｍｍ］、外径２０［ｍｍ］、内径１０［ｍｍ］の丸パイプである。各接続パイプ２１は、全長１００［ｍｍ］、辺の長さ２０［ｍｍ］×２０［ｍｍ］、厚さ５［ｍｍ］の角パイプであり、両端部に分岐パイプ２２ａ、２２ｂと蓋１３とを接合するための接合部が設けられている。接合部により、分岐パイプ２２ａ、２２ｂと接続パイプ２１と蓋１３とを接合することで、ルツボ１１から蒸発した有機エレクトロルミネッセンス材料の流路が設けられる。各接続パイプ２１は上記接合部以外に開口部は設けられていない。また、分岐パイプ２２ａ、２２ｂと接続パイプ２１の接合部および接続パイプ２１と蓋１３の接合部はフランジ形状として、蒸発した有機エレクトロルミネッセンス材料の漏れを防止した。

本実施例においては、有機エレクトロルミネッセンス材料１ａ、１ｂから発生する蒸気の流路となる分岐パイプ２２ａ、２２ｂの直線長さを約３５［ｍｍ］として、その中点の軸上に開口部の面と平行になるように基板３１ａ、３１ｂの中心を配置した。各分岐パイプ２２ａ、２２ｂの開口端から、それぞれ対向する基板３１ａ、３１ｂの成膜面までの直線距離は２５０［ｍｍ］とした。

本実施例においては分岐パイプ２２ａ、２２ｂの終端部が開口部となっているが、分岐パイプ２２ａ、２２ｂの内径よりも小さい径の開口部を設けた板材を、分岐パイプ２２ａ、２２ｂの終端部に設けて蓋としてもよい。

次に、５０［ｍｍ］×５０［ｍｍ］厚さ０．７［ｍｍ］の基板を、ゲートバルブ５１を介してチャンバー５０と接合された図示しない基板ストック装置に２０枚セットし、基板ストック装置内を図示しない真空排気系を介して１．０×１０^-5［Ｐａ］以下まで排気した。チャンバー５０内も、図示しない真空排気系を介して１．０×１０^-5［Ｐａ］以下まで排気した。排気した後、ヒーター１２でルツボ１１を２００［℃］まで加熱した。ヒーターパワーはルツボ１１の底面付近の温度を基に制御した。

ルツボ１１の底面付近の温度を２００［℃］のまま３０［ｍｉｎ］保持して有機エレクトロルミネッセンス材料１ａ、１ｂの脱ガスを行った。その後、膜厚センサー２４ａ、２４ｂにおいて有機エレクトロルミネッセンス材料１ａの蒸着レートが１．０［ｎｍ／ｓｅｃ］、有機エレクトロルミネッセンス材料１ｂの蒸着レートが０．１［ｎｍ／ｓｅｃ］となる温度までルツボ１１を加熱した。蒸着レートが各々安定したところで、図示しない他のチャンバーからチャンバー５０へ、基板を２枚ずつ搬入して成膜を行った。基板３１ａ、３１ｂの中心部分で膜厚１００［ｎｍ］となるように成膜し、成膜を終えた基板３１ａ、３１ｂは直ちに搬出して、次の基板を搬入するというプロセスで、連続して２０枚の基板に上記の条件で成膜を行った。

上記の方法で成膜を行ったところ、２０枚の基板を成膜し終えるまで約２８．５［ｍｉｎ］必要であった。また、２０枚全ての基板の面内で約±５．０［％］の膜厚分布が得られた。このような共蒸着プロセスに用いても、再現性良く成膜できていることが判った。これらのことから、本発明の方法が生産性向上の観点から優れており、共蒸着時においても、短時間で、高品質のものが作製可能できることが判った。

本実施例においては２つの蒸着源を用いたが、蒸着源の数はこれに限定されるものではない。また、基板に大判のものを用いる場合には、膜厚分布が得られるように複数の蒸着源や接続パイプを設ければよい。

実施例１による真空蒸着装置を示す模式図である。 実施例２による真空蒸着装置を示す模式図である。 実施例１の一変形例を示す模式図である。 実施例１の別の変形例を示す模式図である。 実施例１における成膜面の膜厚分布を示すグラフである。 一従来例による真空蒸着装置を示す模式図である。

符号の説明

１０ 蒸着源
１１ ルツボ
１２ ヒーター
１３ 蓋
１４ リフレクター
２１ 接続パイプ
２２ａ、２２ｂ 分岐パイプ
５０ チャンバー
５１ ゲートバルブ

Claims (13)

1. 複数の被成膜物を互いに異なる平面上に保持する保持手段と、各被成膜物に蒸着させるための蒸気を発生させる蒸着源と、前記蒸気を、前記複数の被成膜物に向けてそれぞれ異なる方向に前記蒸着源から分岐・流動させる分岐流動手段と、を備えたことを特徴とする真空蒸着装置。
2. 少なくとも２つの被成膜物が正対して保持されることを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置。
3. 前記分岐流動手段は、前記蒸着源に接続された接続パイプと、前記接続パイプから分岐する複数の分岐パイプを備えており、前記複数の分岐パイプの開口部はそれぞれ異なる方向の被成膜物に向けられて設置されることを特徴とする請求項１または２記載の真空蒸着装置。
4. 前記複数の分岐パイプは、全てが前記接続パイプとの接合部から同一長さであることを特徴とする請求項３記載の真空蒸着装置。
5. 前記蒸着源および前記保持手段を複数組用いて、共蒸着法により有機蒸着膜形成を行うことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の真空蒸着装置。
6. 各分岐パイプの前記開口部近傍に、蒸気を遮断するためのシャッターが設けられていることを特徴とする請求項３ないし５いずれか１項記載の真空蒸着装置。
7. 各分岐パイプの前記開口部近傍に膜厚センサーが設置されていることを特徴とする請求項３ないし６いずれか１項記載の真空蒸着装置。
8. 各分岐パイプの前記開口部の面積が個別に異なることを特徴とする請求項３ないし７いずれか１項記載の真空蒸着装置。
9. 各分岐パイプの前記開口部の形状が個別に異なることを特徴とする請求項３ないし８いずれか１項記載の真空蒸着装置。
10. 各分岐パイプの内径が個別に異なることを特徴とする請求項３ないし９いずれか１項記載の真空蒸着装置。
11. 各分岐パイプの肉厚が個別に異なることを特徴とする請求項３ないし１０いずれか１項記載の真空蒸着装置。
12. 前記蒸着源を、前記分岐流動手段と共に移動させながら各被成膜物に対して有機蒸着膜形成を行うことを特徴とする請求項３ないし１１いずれか１項記載の真空蒸着装置。
13. 請求項１ないし１２いずれか１項記載の真空蒸着装置を用いて、有機エレクトロルミネッセンス材料の有機蒸着膜形成を行い、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製することを特徴とする真空蒸着方法。

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