JP2008140669A - 真空蒸着装置および真空蒸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機エレクトロルミネッセンス材料の利用効率を向上させ、基板の中央部における膜厚ムラを低減する。
【解決手段】基板Ｗの両端に沿って２つの蒸着源１０を移動機構２０によってそれぞれ移動させながら、有機エレクトロルミネッセンス材料を蒸着する。基板Ｗの中央部の膜厚が薄くなるのを防ぎ、かつ、基板Ｗの端部における材料の利用効率を向上させるために、角度変更手段２３によって、基板Ｗの中央に向かって角度θだけ各蒸着源１０を傾けて移動させる。また、昇降手段２２によって蒸着源１０を昇降させてもよい。
【選択図】図１

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および真空蒸着方法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、電子輸送層等を有する。そして、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。この方法は、有機エレクトロルミネッセンス材料を坩堝に入れ、真空チャンバー内で材料の気化温度以上に坩堝の温度を加熱することで、坩堝から気化した材料が有機エレクトロルミネッセンス素子の基板に堆積して有機薄膜層を形成する。

真空蒸着法は材料の利用効率が非常に低い製造プロセスであり、坩堝に充填した材料のうちの９０［％］以上は基板の成膜面に付着せず、防着板等に付着してしまう。一般的に、有機エレクトロルミネッセンス材料は非常に高価な材料であり、グラム単価が数万円するものも珍しくはないため、真空蒸着法を有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法として用いる場合には大きな問題となる。上記のような理由から、材料の利用効率が０．１［％］向上するだけでも、大幅なコストダウンが可能となる。

材料の利用効率は、基板の成膜面と蒸着源の開口部間の直線距離を短くして、基板に到達する有機エレクトロルミネッセンス材料の付着量を多くすれば向上するが、この方法で材料の利用効率を向上させようとすると、成膜面内の膜厚分布にムラができてしまう。有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板の成膜面内における有機薄膜層の膜厚制御が重要であり、膜厚ムラ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。一般的には、材料の利用効率と膜厚分布の確保は相反する関係にあり、どちらか一方を向上させようとすると他方が低下してしまう。

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、蒸着源を移動させて成膜を行う方法が知られている。高精細マスクを用いて発光層等の真空蒸着を行う場合には、蒸着源からの輻射熱が高精細マスクに対して悪影響（例えばマスクの伸び、歪み等）を与える。そこで、熱源である蒸着源を移動させて、蒸着源がマスクの同一箇所で長時間固定されることのないようにし、マスクへの熱影響を抑えつつ膜厚分布を確保するものである。
特開２００４−４３９６５号公報

上記のように、移動する蒸着源を用いて有機エレクトロルミネッセンス材料の真空蒸着を行う方法はいくつか提案されているが、このような方法で膜厚ムラとマスクへの熱影響の問題を解決しても、材料の利用効率向上の観点からは改善が不十分である。

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、有機エレクトロルミネッセンス材料の利用効率を向上させ、かつ膜厚分布の確保も可能とする真空蒸着装置および真空蒸着方法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、マスクを介して基板の成膜面に有機エレクトロルミネッセンス材料を蒸着させるための少なくとも１つの蒸着源と、前記蒸着源を前記基板の前記成膜面に沿って移動させるための移動機構と、を備えた真空蒸着装置において、前記移動機構は、前記基板に対する前記蒸着源の相対的な角度を制御するための角度変更手段を有することを特徴とする。

基板に対する蒸着源の相対的な角度を制御することにより、基板の膜厚ムラを抑制するとともに、材料の利用効率を向上させる。これによって、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造コストを低減する。

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、真空蒸着装置の真空チャンバー１内の蒸着源１０は、坩堝１１と、坩堝１１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。移動機構２０は、走査手段２１、昇降手段２２および角度変更手段２３を有し、走査手段２１によって、図２に示すＹ方向に蒸着源１０を移動させる。有機エレクトロルミネッセンス材料である蒸着材料Ｍは、蒸着源１０の坩堝１１内に充填され、蓋１３に設けられた開口部１５を介して有機エレクトロルミネッセンス材料が蒸発し、マスク３０を介して基板Ｗに真空蒸着膜を形成する。

この真空蒸着装置は図示しないアライメント機構を備えていて、マスク３０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。真空チャンバー１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。

移動機構２０は、走査手段２１上に、基板Ｗの成膜面に対する蒸着源１０の相対的な角度θを制御するための角度変更手段２３と、蒸着源１０を昇降させるための昇降手段２２とを備えている。角度変更手段２３は、走査手段２１上の蒸着源１０を任意の位置で傾けられるようにするのが望ましい。昇降手段２２は、走査手段２１上に角度変更手段２３と組み合わせて搭載するとよい。

基板Ｗが大型基板である場合は、移動機構２０と蒸着源１０からなる構造物を複数設けて、基板Ｗの成膜面に対して膜厚ムラの少ない均一な有機エレクトロルミネッセンス材料の真空蒸着膜を形成することが望ましい。

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、図示しない他の真空チャンバーとゲートバルブにより接合して、それら他の真空チャンバー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。

有機エレクトロルミネッセンス素子の製造装置は、上記の真空チャンバーを複数備えていることが望ましく、形成する真空蒸着膜によって、複数の真空チャンバー内にそれぞれの蒸着源を配置する。

図１ないし図３は、実施例１を説明するものである。図１の装置において、まず、坩堝１１に有機エレクトロルミネッセンス材料を１．０ｇ充填し、坩堝１１に蓋１３を取り付け、蒸着源１０にセットした。次に、真空チャンバー１に２００［ｍｍ］×２００［ｍｍ］、厚さ０．７［ｍｍ］の基板Ｗをセットし、図示しない真空排気系を介して真空チャンバー１内を１．０×１０^-5Ｐａまで排気した。排気した後、ヒーター１２で坩堝１１を２００℃まで加熱し、坩堝１１の底面付近の温度でヒーターパワーを制御した。２００℃のまま３０［ｍｉｎ］間保持して有機エレクトロルミネッセンス材料の脱ガスを行った後、膜厚センサー１６において蒸着レートがそれぞれ１．０［ｎｍ／ｓｅｃ］となる温度まで坩堝１１を加熱した。

本実施例においては、蒸着源１０と移動機構２０からなる構造物は基板Ｗの成膜面の端部近傍に対向して２つ配置され、２つの移動機構２０はそれぞれ走査手段２１、昇降手段２２および角度変更手段２３を有する。

本実施例においては、２つの蒸着源１０の開口部１５をそれぞれ基板Ｗの中央部に向けて、垂直方向から、図２に示す蒸着源１０の走査方向（Ｙ方向）に直交するＸ方向へ角度θ＝２０°だけ角度変更手段２３によって傾けた。

このように、蒸着源１０を角度変更手段２３により傾けた状態で、蒸着源１０を走査手段２１で移動させながら有機蒸着膜の蒸着を行った。

図２は、蒸着源１０の移動距離Ｄｙと、開口部１５の位置関係を説明するもので、蒸着源１０は、開口部１５を基板Ｗの角部に配置した状態から、基板Ｗの反対側の角部まで移動させる。移動距離Ｄｙは２００［ｍｍ］である。また、２つの蒸着源１０の、それぞれの開口部１５の間の直線距離Ｄｘは２００［ｍｍ］とし、基板Ｗの成膜面からそれぞれの開口部１５までの垂直方向の直線距離（離間距離）Ｈは１５０［ｍｍ］とした（図１参照）。

上記の条件で、膜厚センサー１６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、蒸着源１０を移動させて成膜を行った。膜厚が基板Ｗの中心部分で１００［ｎｍ］となるように成膜したところ、図２のラインＸ上で図３の実線のグラフで示すような膜厚分布が得られた。

比較例１として、図７の真空蒸着装置を用いて、蒸着源１０に傾きを持たせず、開口部１５を基板Ｗの成膜面に対して平行にして図８に示すように移動させながら成膜した他は実施例１と同じ成膜条件で実験を行った。その実験結果を図３の破線のグラフで示す。

図３から、本実施例では基板の成膜面内で約±５．０［％］の膜厚分布が得られ、また、時間的損失を無視した場合における材料の利用効率は、約７．２［％］であった。しかし、基板の端部に向かうに従って膜厚が薄くなっていく傾向がある。これは、基板の端部より外周部に蒸発して、成膜に寄与しない有機エレクトロルミネッセンス材料が減少することを示している。

一方、従来技術による比較例１で得られる膜厚分布は膜厚ムラが大きく、材料の利用効率を大きく低下させている。時間的損失を無視した場合における従来技術による材料の利用効率は約６．０［％］であった。

上記の結果から、本実施例では、材料の利用効率が従来技術の約１．２倍、膜厚分布は約±５．０［％］となり、有機エレクトロルミネッセンス材料の蒸着方法として有効であると判る。

本実施例では、蒸着源を予め角度変更手段により傾けた状態で、蒸着源を移動させながら蒸着を行ったが、蒸着源を移動させている間に、角度変更手段や昇降手段を用いて蒸着源の開口方向や基板に対する離間距離を任意に制御してもよい。また、蒸着源を傾ける方向は基板の中央部以外でもよい。

本実施例では走査手段を直線的に配置して蒸着を行ったが、基板の端部近傍を周回するように走査手段を設け、蒸着源が走査手段により周回している間に、常に蒸着源を基板の中央部に向けて傾きを保ちながら蒸着を行ってもよい。

また、蒸着源を移動させる間に、蒸着を遮断するシャッターを任意のタイミングで開閉してもよい。

図４ないし図６は実施例２を説明するものである。本実施例は、図１の装置において、移動機構２０内の昇降手段２２を用いて、基板Ｗの成膜面と蒸着源１０の開口部１５との間の直線距離（離間距離）を変更しながら有機エレクトロルミネッセンス材料を蒸着した。蒸着源１０と移動機構２０からなる２つの構造物は、基板Ｗの成膜面の端部近傍に対向して配置されている。

移動機構２０は、基板Ｗの端部近傍に基板Ｗの成膜面に対向して設けられており、蒸着源１０は走査手段２１上の昇降手段２２により、基板Ｗの成膜面との距離を変更可能である。図４および図５に示すように、蒸着源１０が走査手段２１によって基板Ｗの端部から端部へと移動する間に、昇降手段２２により蒸着源１０の開口部１５と基板Ｗの成膜面間の直線距離（離間距離）を短→長→短と変化させる。

本実施例では、蒸着源１０の開口部１５と基板Ｗの成膜面間の直線距離を、基板Ｗの最端部に蒸着源１０がある時はＨ₁ ＝１８０［ｍｍ］とした。そこから基板Ｗの中央部に向けて蒸着源１０を移動させる間に、昇降手段２２を用いて線形的に下降させる。基板Ｗの中央部において、すなわち、Ｄｙ／２の位置において、基板Ｗの成膜面と蒸着源１０の開口部１５の直線距離Ｈ₂ ＝１９０［ｍｍ］となるようにした。２つの蒸着源１０の、それぞれの開口部１５の間の直線距離Ｄｘは、約２００［ｍｍ］とした。

上記の条件で、膜厚センサー１６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、蒸着源１０を走査手段２１で移動させて成膜を行った。膜厚が基板Ｗの中心部分で１００［ｎｍ］となるように成膜したところ、図５のラインＹ上で図６の実線のグラフで示すような膜厚分布が得られた。比較のために、図７に示す従来技術による比較例２で成膜した時の膜厚分布を図６の点線のグラフで示す。従来技術の成膜条件は、基板Ｗの成膜面と蒸着源１０の開口部１５との直線距離を変化させないで蒸着を行った他は実施例２と同条件で、基板Ｗの成膜面と蒸着源１０の開口部１５の直線距離は１９０［ｍｍ］とした。

図６から判るように、本実施例では、膜厚ムラは基板の成膜面内で約±４．０［％］以内であった。また、時間的損失を無視した場合における材料の利用効率は、約５．５［％］であった。一方、従来技術による比較例２で得られる膜厚分布は約±５．０［％］であった。また、時間的損失を無視した場合における材料の利用効率は、約４．８［％］であった。

従来技術に比べて本実施例の方が材料の利用効率が高い理由は、基板の端部における有機エレクトロルミネッセンス材料の付着量が多くなり、基板の成膜面全体における材料の利用効率が向上したためだと考えられる。

従来技術においても膜厚ムラは少ないものの、本実施例に比べて基板の端部より外周部に蒸発する有機エレクトロルミネッセンス材料が多くなり、材料の利用効率を低下させている。上記の結果から、本実施例では材料の利用効率が従来技術の約１．１５倍、膜厚分布は約±４．０［％］となり、有機エレクトロルミネッセンス材料の蒸着方法として有効であると判る。

なお、本実施例では、昇降手段により、基板の成膜面から蒸着源の開口部までの直線距離を変化させつつ成膜を行ったが、昇降手段と角度変更手段を同時に用いて、蒸着源を任意の方向に向けて昇降させながら蒸着してもよい。また、蒸着源を走査手段で移動させる間に、蒸着を遮断するシャッターを任意のタイミングで開閉してもよい。

実施例１による真空蒸着装置を示す模式断面図である。 実施例１による蒸着源の移動を説明する図である。 実施例１において得られた膜厚分布を従来技術と比較するグラフである。 実施例２を説明するもので、図１の装置を別の断面で示す模式断面図である。 実施例２による蒸着源の移動を説明する図である。 実施例２において得られた膜厚分布を従来技術と比較するグラフである。 従来技術による真空蒸着装置を示す模式断面図である。 図７の蒸着源の移動を説明する図である。

符号の説明

１ 真空チャンバー
１０ 蒸着源
１１ 坩堝
１２ ヒーター
１３ 蓋
１４ リフレクター
１５ 開口部
１６ 膜厚センサー
２０ 移動機構
２１ 走査手段
２２ 昇降手段
２３ 角度変更手段
３０ マスク

Claims (5)

1. マスクを介して基板の成膜面に有機エレクトロルミネッセンス材料を蒸着させるための少なくとも１つの蒸着源と、前記蒸着源を前記基板の前記成膜面に沿って移動させるための移動機構と、を備えた真空蒸着装置において、前記移動機構は、前記基板に対する前記蒸着源の相対的な角度を制御するための角度変更手段を有することを特徴とする真空蒸着装置。
2. マスクを介して基板の成膜面に有機エレクトロルミネッセンス材料を蒸着させるための少なくとも１つの蒸着源と、前記蒸着源を前記基板の前記成膜面に沿って移動させるための移動機構と、を備えた真空蒸着装置において、前記移動機構は、前記基板に対する前記蒸着源の離間距離を制御するための昇降手段を有することを特徴とする真空蒸着装置。
3. マスクを介して基板の成膜面に有機エレクトロルミネッセンス材料を蒸着させる真空蒸着方法において、
   前記基板に対する蒸着源の相対的な角度を制御することにより、前記蒸着源の開口部が前記基板の中心部に向くように傾けて蒸着する工程と、
   前記蒸着源を前記基板の前記成膜面に沿って移動させる工程と、を有することを特徴とする真空蒸着方法。
4. マスクを介して基板の成膜面に有機エレクトロルミネッセンス材料を蒸着させる真空蒸着方法において、
   前記基板に対する蒸着源の離間距離を制御することにより、前記基板の端部近傍において前記蒸着源を前記基板に近づけて蒸着する工程と、
   前記蒸着源を前記基板の前記成膜面に沿って移動させる工程と、を有することを特徴とする真空蒸着方法。
5. 請求項３または４記載の真空蒸着方法によって有機エレクトロルミネッセンス材料の蒸着を行い、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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