JP2008196023A - Film-forming method, film-forming apparatus and method for manufacturing organic electroluminescence device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マグネトロンスパッタリング法を用いた成膜技術に関する。 The present invention relates to a film forming technique using a magnetron sputtering method.
マグネトロンスパッタリング法には、比較的低温での成膜が可能である、消費電力当りのスパッタリング効率が高いなどの利点がある。そのため、マグネトロンスパッタリング法は、様々な物品の製造に利用されている。例えば、特許文献1に記載されているように、マグネトロンスパッタリング法により有機電界発光素子の電極を形成することがある。 The magnetron sputtering method has advantages such as film formation at a relatively low temperature and high sputtering efficiency per power consumption. Therefore, the magnetron sputtering method is used for manufacturing various articles. For example, as described in Patent Document 1, an electrode of an organic electroluminescent element may be formed by a magnetron sputtering method.
しかしながら、例えば、マグネトロンスパッタリング法により成膜を行った場合、ターゲット粒子だけでなく、反跳イオン及びγ電子も基板の被堆積面に衝突する。反跳イオン及びγ電子は高エネルギー粒子であるため、これら荷電粒子の衝突に起因して被堆積面がダメージを受ける可能性がある。
本発明の目的は、マグネトロンスパッタリング法により成膜を行った場合に荷電粒子の衝突に起因して被堆積面が受けるダメージを小さくすることにある。 An object of the present invention is to reduce damage to a deposition surface due to collision of charged particles when a film is formed by a magnetron sputtering method.
本発明の第1側面によると、スパッタリングターゲットと基板との間に、前記スパッタリングターゲットが含んでいる元素からなる主面を備えると共に前記主面で開口した貫通孔が設けられた第1トラップを、前記主面が前記スパッタリングターゲットを向くように設置し、この状態でマグネトロンスパッタリング法により前記スパッタリングターゲットが含んでいる材料を前記基板上に堆積させることを特徴とする成膜方法が提供される。 According to the first aspect of the present invention, a first trap having a main surface made of an element contained in the sputtering target and provided with a through hole opened in the main surface between the sputtering target and the substrate, A film forming method is provided, wherein the main surface is set to face the sputtering target, and in this state, a material contained in the sputtering target is deposited on the substrate by a magnetron sputtering method.
本発明の第2側面によると、基材と、その上に順次形成された第1電極と有機発光層と第2電極とを含んだ有機電界発光素子とを具備した有機電界発光装置の製造方法であって、前記第1及び第2電極の少なくとも一方を第1側面に係る成膜方法により形成することを含んだことを特徴とする製造方法が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an organic electroluminescent device comprising a base material, and an organic electroluminescent element including a first electrode, an organic light emitting layer, and a second electrode sequentially formed thereon. And the manufacturing method characterized by including forming at least one of the said 1st and 2nd electrode with the film-forming method which concerns on a 1st side surface is provided.
本発明の第3側面によると、スパッタリングターゲットを支持するバッキングプレートと、前記バッキングプレートを挟んで前記スパッタリングターゲットと向き合って設置されるカソードマグネットと、前記スパッタリングターゲットと向き合うように基板を支持する基板ホルダと、前記スパッタリングターゲットが含んでいる元素からなる主面を備えると共に前記主面で開口した貫通孔が設けられた第1トラップを、前記第1トラップが前記スパッタリングターゲットと前記基板との間に位置し且つ前記主面が前記スパッタリングターゲットを向くように支持するトラップホルダとを具備したことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置が提供される。 According to the third aspect of the present invention, a backing plate that supports the sputtering target, a cathode magnet that is installed facing the sputtering target across the backing plate, and a substrate holder that supports the substrate so as to face the sputtering target And a first trap having a main surface made of an element contained in the sputtering target and provided with a through hole opened in the main surface, wherein the first trap is positioned between the sputtering target and the substrate. In addition, a magnetron sputtering apparatus is provided that includes a trap holder that supports the main surface so as to face the sputtering target.
本発明によると、マグネトロンスパッタリング法により成膜を行った場合に荷電粒子の衝突に起因して被堆積面が受けるダメージを小さくすることができる。 According to the present invention, when a film is formed by the magnetron sputtering method, damage to the deposition surface due to collision of charged particles can be reduced.
以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same referential mark is attached | subjected to the component which exhibits the same or similar function, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の一態様に係るマグネトロンスパッタリング装置を概略的に示す図である。図2は、図1のマグネトロンスパッタリング装置で使用可能な基板ホルダの一例を概略的に示す断面図である。図3は、図2の基板ホルダで冷却素子として使用可能なペルチェ素子の一例を概略的に示す断面図である。図4は、図1のマグネトロンスパッタリング装置で使用可能なマグネットプレートの一例を概略的に示す平面図である。図5は、図1のマグネトロンスパッタリング装置で使用可能な磁場トラップの一例を概略的に示す平面図である。図6は、図1のマグネトロンスパッタリング装置で使用可能な電場トラップの一例を概略的に示す平面図である。なお、図1において、参照符号Pはプラズマ雲を示している。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a magnetron sputtering apparatus according to an aspect of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a substrate holder that can be used in the magnetron sputtering apparatus of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a Peltier element that can be used as a cooling element in the substrate holder of FIG. FIG. 4 is a plan view schematically showing an example of a magnet plate that can be used in the magnetron sputtering apparatus of FIG. FIG. 5 is a plan view schematically showing an example of a magnetic field trap that can be used in the magnetron sputtering apparatus of FIG. FIG. 6 is a plan view schematically showing an example of an electric field trap usable in the magnetron sputtering apparatus of FIG. In FIG. 1, reference symbol P indicates a plasma cloud.
図1に示すマグネトロンスパッタリング装置は、真空チャンバ11を含んでいる。真空チャンバ11には、図示しない排気系が接続されている。排気系は、真空ポンプを含んでおり、真空チャンバ11内を真空に排気する。 The magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1 includes a vacuum chamber 11. An exhaust system (not shown) is connected to the vacuum chamber 11. The exhaust system includes a vacuum pump and exhausts the inside of the vacuum chamber 11 to a vacuum.
真空チャンバ11には、図示しないガス供給源がさらに接続されている。ガス供給源は、真空チャンバ内に、プラズマイオン源としてアルゴンなどの希ガス又は不活性ガスを供給する。 A gas supply source (not shown) is further connected to the vacuum chamber 11. The gas supply source supplies a rare gas such as argon or an inert gas as a plasma ion source in the vacuum chamber.
真空チャンバ11内には、バッキングプレート12と基板ホルダ13とマグネットプレート14と磁場トラップ15aと電場トラップ15bとが配置されている。
In the vacuum chamber 11, a
バッキングプレート12は、スパッタリングターゲット16を支持している。スパッタリングターゲット16は、典型的には円盤形状を有している。スパッタリングターゲット16は、例えば、バッキングプレート12に接着される。
The
基板ホルダ13は、基板17とマスク18とを着脱可能に支持している。基板17は、例えばガラス板などの板状体であり、スパッタリングターゲット16と向き合っている。マスク18は、基板17のスパッタリングターゲット16と向き合った面を覆っている。基板17が絶縁体からなる場合、マスク18としては金属マスクなどの導電性を有するものを使用し、これをアノードとして利用する。
The
図2に示す例では、基板ホルダ13は、ホルダ本体131とマスクフレーム132と冷却素子133とを含んでいる。ホルダ本体131とマスクフレーム132とは、基板17及びマスク18を挟持している。典型的には、ホルダ本体131及びマスクフレーム132は、金属からなる。例えば、ホルダ本体131及びマスクフレーム132の一方に強磁性体を使用し且つ他方に強磁性体又は常磁性体を使用した場合には、磁気引力を利用して基板17及びマスク18をホルダ13に支持させることができる。
In the example shown in FIG. 2, the
冷却素子133は、ホルダ本体131上に配置されている。冷却素子133は、ホルダ131を介して基板17を冷却する。冷却素子133にペルチェ素子を使用した場合、装置を大幅に改造することなしに、基板17を冷却することができる。
The
図3に示すペルチェ素子133は、互いに向き合うように配置された一対のセラミック基板1331を含んでいる。これらセラミック基板1331の各対向面上では、金属電極1334が配列している。一方のセラミック基板1331に支持された各金属電極の両端部は、それぞれ、他方のセラミック基板1331に支持され且つ隣り合っている2つの金属電極の近接した端部と向き合っている。向き合った一対の端部は、P型半導体部1332又はN型半導体部1333を挟持している。P型半導体部1332及びN型半導体部1333は、金属電極1334の配列方向に沿って交互に配列している。
A
このペルチェ素子133の端子1335a及び1335bをそれぞれ直流電源の陽極及び陰極に接続すると、一方のセラミック基板1331では吸熱が生じ、他方のセラミック基板1332では発熱を生じる。したがって、吸熱を生じるセラミック基板1331を図2のホルダ本体131に接触させれば、基板17を冷却することができる。
When the
マグネットプレート14は、図1に示すように、バッキングプレート12を間に挟んでスパッタリングターゲット16と向き合っている。マグネットプレート14は、図1及び図4に示すように、複数の貫通孔又は凹部が設けられた支持板141と、これら貫通孔又は凹部に嵌め込まれたピン形状のマグネット142とを含んでいる。これらマグネット142は、カソードマグネットを構成している。カソードマグネットは、ピン形状のマグネット142で構成する代わりに、リング形状のマグネットを入れ子状に組み合わせて構成してもよい。
As shown in FIG. 1, the
マグネットプレート14は、その法線の周りで、スパッタリングターゲット16に対して相対的に回転可能である。典型的には、この回転の回転軸は、図1に示すスパッタリングターゲット16の略中心を通る。カソードマグネット141の中心は、先の回転軸から離間している。
The
マグネットプレート14は、図1に示すように、バッキングプレート12から僅かな間隙を隔てて離間している。マグネットプレート14とバッキングプレート12との間には、冷却液を流すことができる。
As shown in FIG. 1, the
磁場トラップ15aは、スパッタリングターゲット16とマスク18との間に介在している。トラップ15aは、図1及び図5に示すように、枠体151と、これに支持された複数のマグネット152とを含んでいる。
The
枠体151は、典型的には金属からなる。例えば、枠体151は、略円形の貫通孔が設けられた金属板である。マグネット152は、各々の一方の磁極が枠体151に設けた貫通孔の中心を向くように、及び、先の中心を向いた磁極が同極性となるように放射状に配列している。
The
枠体151は、例えば、外径が500mm乃至800mmであり、内径が450mm乃至750mmであり、厚さが1mm乃至2mmのリング形状を有している。各マグネット152は、例えば、直径が5mm乃至10mmであり、高さが20mm乃至30mmの円柱形状を有している20本乃至30本のマグネットピンを、マグネット152の一端側で磁極が同極性となるように1つに束ねてなる。磁場トラップ15aが形成する磁場の強度は、例えば、100Gs乃至200Gsである。
The
枠体151の材料として、例えば、42Alloy、SUS316、SUS304、インバー、コバール、及びスーパーアンバーなどの低熱膨張率材料を使用してもよい。枠体151の材料として低熱膨張率材料を使用すると、これに付着したターゲット材料が枠体151の熱膨張及び熱収縮に伴って枠体151から脱落するのを抑制できる。
As a material of the
トラップ15aは、省略することができる。但し、マグネット152が形成する磁界は、荷電粒子の進行方向を曲げる。したがって、トラップ15aを設置すると、荷電粒子が基板17に与えるダメージを低減することができる。
The
磁場トラップ15aは、典型的には直流電源端子に接続する。例えば、磁場トラップ15aは接地する。こうすると、磁場トラップ15aの帯電に伴って、スパッタリングターゲット16と基板17との間の電場が変化するのを防止でき、それゆえ、成膜条件が変化するのを防止できる。
The
電場トラップ15bは、磁場トラップ15aとマスク18との間に介在している。トラップ15bの一方の主面は、スパッタリングターゲット16が含んでいる元素からなる。トラップ15bは、この主面がスパッタリングターゲット16を向くように設置されている。トラップ15bには、図6に示すように、先の主面で開口した貫通孔が設けられている。
The
電場トラップは、例えば、一辺が70mm乃至100mmであり、厚さが5mm乃至10mmの直角四辺形状を有している。トラップ15bは、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。
The electric field trap has, for example, a right-sided quadrilateral shape having a side of 70 mm to 100 mm and a thickness of 5 mm to 10 mm. The
電場トラップ15bは、典型的には直流電源端子に接続する。これにより、トラップ15bの近傍に電場を形成し、荷電粒子を電場トラップ15bに引き寄せる。
The
このマグネトロンスパッタリング装置は、図示しない駆動機構及びコントローラをさらに含んでいる。駆動機構は、成膜時に、マグネットプレート14を、スパッタリングターゲット16に対して相対的に回転させる。コントローラは、成膜時に、スパッタリングターゲット16とマスク18との間に印加する直流電圧の大きさ等を制御する。
This magnetron sputtering apparatus further includes a drive mechanism and a controller (not shown). The drive mechanism rotates the
なお、スパッタリングターゲット16には、バッキングプレート12を介して電圧を印加してもよい。また、マスク18に電圧を印加する代わりにホルダ13に電圧を印加してもよく、基板17が導電体層を含んでいる場合には、マスク18に電圧を印加する代わりに基板17の導電体層に電圧を印加してもよい。
A voltage may be applied to the
ここで、プラズマについて説明する。
気体を構成している原子又は分子は、原子核の周りに電子が拘束されている準中性状態にある。気体原子又は分子に放電などによりエネルギーを与えると、電子は原子核の引力を振り切って自由になり、正イオンと電子とを生じる。プラズマは、これら荷電粒子が存在している状態であって、固体、液体、気体に並ぶ物質の第4状態といわれている。
Here, plasma will be described.
The atom or molecule constituting the gas is in a quasi-neutral state where electrons are constrained around the nucleus. When energy is applied to a gas atom or molecule by discharge or the like, electrons are freed by shaking off the attractive force of the nucleus, and positive ions and electrons are generated. Plasma is a state in which these charged particles are present, and is said to be a fourth state of substances arranged in solid, liquid, and gas.
なお、プラズマ中の荷電粒子は、電場やローレンツ力(電荷qをもつ粒子が磁界B中を運動するときに受ける力:−qv×B)、圧力勾配、粘性力などの存在下で加速を受ける。また、プラズマは準中性条件を満たしているため、正イオンの価数が一価である場合には、電子及び正イオンは数密度が等しい。したがって、プラズマ密度を求めるには、電子及び正イオンの一方の密度を調べればよい。 The charged particles in the plasma are accelerated in the presence of an electric field or Lorentz force (a force received when a particle having a charge q moves in the magnetic field B: −qv × B), a pressure gradient, a viscous force, and the like. . In addition, since the plasma satisfies the quasi-neutral condition, when the valence of the positive ions is monovalent, the electrons and the positive ions have the same number density. Therefore, in order to obtain the plasma density, the density of one of electrons and positive ions may be examined.
物質の第四状態であるプラズマは、物理的及び化学的に特異な性質を持っている。第1には、プラズマは高温であるので、粒子の運動エネルギーが大きい。第2には、プラズマは、電荷を持つ粒子の集団であるので、導電性があり、金属のように振舞う。第3には、プラズマは、化学的に活性であって反応性が高い。例えば、メタンガスと水素ガスとを混合してチャンバ内で放電を生じさせ、チャンバの壁温を適度に設定すると、壁面にダイヤモンドが析出する。第4には、プラズマは、光るので光源として利用することができる。例えば、夜の街を彩るネオンサインやナトリウム・水銀などの放電を用いる照明は、よく目にするところである。このようなプラズマの性質は、プラズマ内の電子と気体分子との衝突に由来している。 Plasma, which is the fourth state of matter, has properties that are physically and chemically unique. First, since the plasma is hot, the kinetic energy of the particles is large. Second, because plasma is a group of charged particles, it is conductive and behaves like a metal. Third, plasma is chemically active and highly reactive. For example, when methane gas and hydrogen gas are mixed to cause discharge in the chamber and the chamber wall temperature is set appropriately, diamond is deposited on the wall surface. Fourthly, since plasma emits light, it can be used as a light source. For example, lighting that uses a neon sign or sodium / mercury discharge that colors the night city is often seen. Such plasma properties are derived from collisions between electrons in the plasma and gas molecules.
次に、スパッタリング法による成膜の原理等について説明する。
スパッタリングは、高速粒子をターゲットに衝突させることにより生じる現象である。この現象が放電管において発見されたという歴史的背景と簡便性などの観点とから、高速粒子としては、グロー放電で発生した正イオンを用いることが多い。直流二極スパッタリング法は、グロー放電を利用した最も簡便なスパッタリング法である。
Next, the principle of film formation by sputtering will be described.
Sputtering is a phenomenon that occurs when high-speed particles collide with a target. In view of the historical background that this phenomenon was discovered in a discharge tube and the viewpoint of simplicity, positive ions generated by glow discharge are often used as high-speed particles. The DC bipolar sputtering method is the simplest sputtering method using glow discharge.
直流グロー放電は、10乃至10×10-2Torr程度の低圧力気体中に2枚の電極を向き合うように配置し、それらの間に数100V以上の高電圧を印加したときに生ずる冷陰極放電であって、その電流密度は例えば1乃至10×102A/m2の範囲内にある。この直流グロー放電について、以下に説明する。 The direct current glow discharge is a cold cathode discharge that occurs when two electrodes are placed facing each other in a low-pressure gas of about 10 to 10 × 10 −2 Torr and a high voltage of several hundred volts or more is applied between them. The current density is, for example, in the range of 1 to 10 × 10 2 A / m 2 . This direct current glow discharge will be described below.
気体中には、宇宙線などにより発生した正イオンや電子が存在している。これらの荷電粒子は、電場によって加速されて電極に衝突する。電極間電圧が高ければ、正イオンが陰極に衝突することにより、陰極は二次電子を放出する。この二次電子は、電場によって加速され、陽極に向かう。加速された二次電子のエネルギーが十分大きく且つ気体分子の密度が十分に高ければ、気体分子は二次電子との衝突によりイオン化し、このイオン化に伴って生じた電子は別の気体分子をイオン化させる。すなわち、電子なだれを生じる。なお、正イオンと電子とは放電空間や電極において再結合するので、電子及びイオンの密度は、定常状態に達する。このように、グロー放電は、二次電子の冷陰極放出を基本としており、熱電子放出を基本とするアーク放電とは区別される。 There are positive ions and electrons generated by cosmic rays in the gas. These charged particles are accelerated by the electric field and collide with the electrode. If the voltage between the electrodes is high, positive ions collide with the cathode, and the cathode emits secondary electrons. The secondary electrons are accelerated by the electric field and travel toward the anode. If the energy of the accelerated secondary electrons is sufficiently large and the density of the gas molecules is sufficiently high, the gas molecules ionize by collision with the secondary electrons, and the electrons generated by this ionization ionize another gas molecule. Let That is, an avalanche is generated. Note that positive ions and electrons recombine in the discharge space and the electrodes, so that the density of electrons and ions reaches a steady state. Thus, glow discharge is based on cold cathode emission of secondary electrons and is distinguished from arc discharge based on thermionic emission.
グロー放電をマクロ的に見ると、生成した正イオンは、陰極の周辺に正の空間電荷層を形成している。電圧降下の大部分は、この層において生ずる。この正の空間電荷層と陽極との間には、負の空間電荷層が介在している。正イオンの各々は、陰極に向かって加速され、陰極に定常的に衝突している。この衝突により、陰極は、二次電子を放出するのに加え、二次イオンや中性粒子などの陰極材料,すなわち、ターゲット材料,を放出する。これが直流二極スパッタリングである。陰極から飛び出した中性粒子は、基板上に堆積して薄膜を形成する。なお、二次イオンの量は、中性粒子の10×10-2倍程度である。したがって、薄膜形成のみを考慮する場合、通常、二次イオンの寄与は無視される。 When the glow discharge is viewed macroscopically, the generated positive ions form a positive space charge layer around the cathode. Most of the voltage drop occurs in this layer. A negative space charge layer is interposed between the positive space charge layer and the anode. Each positive ion is accelerated toward the cathode and steadily collides with the cathode. Due to the collision, the cathode emits secondary materials and cathode materials such as secondary ions and neutral particles, that is, target materials. This is direct current bipolar sputtering. The neutral particles jumping out from the cathode are deposited on the substrate to form a thin film. The amount of secondary ions is about 10 × 10 −2 times that of neutral particles. Therefore, when only thin film formation is considered, the contribution of secondary ions is usually ignored.
直流二極スパッタリング法による成膜法の確立は、薄膜の応用範囲を広げ、新材料開発に拍車をかけた。マグネトロンスパッタリング法は、さらなる改善を図ったスパッタリング法である。 The establishment of a film deposition method using direct current bipolar sputtering expanded the range of thin film applications and spurred the development of new materials. The magnetron sputtering method is a sputtering method for further improvement.
マグネトロンスパッタリング装置では、直流二極スパッタリング装置や高周波二極スパッタリング装置などと同様に電極を配置している。但し、マグネトロンスパッタリング装置では、陰極の裏面側に複数のマグネットを配置して、陰極の表面近傍に、少なくとも一部が陰極の主面と平行な閉じた磁力線を形成している。これらマグネットが形成する磁場は、陰極上でトロイダル型のトンネルをつくる。放電プラズマは、このトンネル近傍に拘束される。磁束密度は、200乃至500Gs程度とすることが多い。また、マグネットの材料としては、Ba−フェライト、アルニコ合金、Co−希土類合金、Nd系合金などが用いられる。 In a magnetron sputtering apparatus, electrodes are arranged in the same manner as in a DC bipolar sputtering apparatus, a high-frequency bipolar sputtering apparatus, or the like. However, in the magnetron sputtering apparatus, a plurality of magnets are arranged on the back side of the cathode, and a closed magnetic field line, at least part of which is parallel to the main surface of the cathode, is formed near the surface of the cathode. The magnetic field formed by these magnets creates a toroidal tunnel on the cathode. The discharge plasma is constrained in the vicinity of this tunnel. The magnetic flux density is often about 200 to 500 Gs. Moreover, Ba-ferrite, an alnico alloy, a Co-rare earth alloy, an Nd-based alloy, or the like is used as the magnet material.
マグネトロンスパッタリング法によると、例えば、スパッタガスとしてアルゴンを使用し、圧力を約5mTorrとし、加速電圧を約600Vとした場合に、20mA/cm2程度の高電流密度の放電が得られる。このとき、陰極上には、数mmの薄い暗部を隔てて明るく輝くドーナツ状の高密度プラズマ(≒10×1018m-3)が生成される。このドーナツの最大半径R(≒4cm)は磁力線の形状でほぼ決まるが、ドーナツの厚さaは、半径Rの位置の磁場(≒200Gs)と加速電圧Vdとによって、電子のラーモア半径(ρe≒0.5cm)程度になる。なお、イオンは、重くてラーモア半径が大きいので、磁場は作用しないと考えてよい。 According to the magnetron sputtering method, for example, when argon is used as the sputtering gas, the pressure is about 5 mTorr, and the acceleration voltage is about 600 V, a discharge with a high current density of about 20 mA / cm 2 can be obtained. At this time, a donut-shaped high-density plasma (≈10 × 10 18 m −3 ) that shines brightly across a thin dark portion of several mm is generated on the cathode. The maximum radius R (≈4 cm) of the donut is almost determined by the shape of the magnetic field lines, but the thickness a of the donut depends on the Larmor radius (ρ e ) of the electron depending on the magnetic field (≈200 Gs) at the position of the radius R and the acceleration voltage Vd. ≈0.5 cm). Since ions are heavy and have a large Larmor radius, it may be considered that a magnetic field does not act.
このように低い圧力でも高密度のプラズマが生成されるのは、次のような二次電子のE×Bドリフトによる周回運動の効果(マグネトロン効果)に起因している。プラズマ内の正イオンは、陰極暗部の電圧降下で加速されて陰極面をたたき、そこから二次電子を放出させる。この二次電子は、暗部の電場で加速されて、eVd(例えば600eV)程度の高いエネルギーを得る。この高エネルギー電子は、無磁場では電極間の距離だけ走って陽極に吸収されて消滅するので、その寿命は短く電離効率が悪い。しかし、マグネトロン放電では、陰極面に平行に磁場があるので、二次電子は、陰極近傍でE×Bドリフトをしながらサイクロイドを描いて、ドーナツに沿う方位角方向に周回する。その結果、二次電子が陽極に吸われて消滅するまでの寿命が長くなり、数多くの電離を起こしてドーナツ状の高密度プラズマができる。 The reason why high-density plasma is generated even at such a low pressure is due to the effect of the orbital motion (magnetron effect) caused by the E × B drift of secondary electrons as follows. The positive ions in the plasma are accelerated by the voltage drop in the cathode dark portion, strike the cathode surface, and emit secondary electrons therefrom. The secondary electrons are accelerated by the electric field in the dark part to obtain energy as high as eV d (for example, 600 eV). In the absence of a magnetic field, the high-energy electrons run for the distance between the electrodes and are absorbed by the anode and disappear. Therefore, the lifetime is short and the ionization efficiency is poor. However, in a magnetron discharge, since there is a magnetic field parallel to the cathode surface, secondary electrons draw a cycloid while drifting in the vicinity of the cathode, and circulate in the azimuth direction along the donut. As a result, the lifetime until the secondary electrons are absorbed by the anode and disappears becomes longer, and a large amount of ionization occurs, so that a donut-shaped high-density plasma can be formed.
陽極は、電子を捕集して電流を流す働きをするだけなので、陰極と対向させて平板状陽極とする方式の他に、リング状の陽極を陰極と同じ平面上に設置する方式もよく用いられている。このマグネトロンプラズマは、電流密度が高く、600eVもの高エネルギーでイオンが電子をたたくので、陰極材料を高速でスパッタする。低圧力なのでスパッタされた粒子の平均自由行程が長く、陰極に対向して設置された基板上にスパッタ粒子を堆積させて、薄膜を形成することができる。 Since the anode only functions to collect electrons and flow current, a method of installing a ring-shaped anode on the same plane as the cathode is often used in addition to a method of making it a flat anode facing the cathode. It has been. Since this magnetron plasma has a high current density and ions hit electrons with a high energy of 600 eV, the cathode material is sputtered at a high speed. Because of the low pressure, the mean free path of the sputtered particles is long, and the thin film can be formed by depositing the sputtered particles on the substrate placed opposite to the cathode.
以上のような理由で、マグネトロン方式の放電は、スパッタリングによる種々の薄膜の形成に広く用いられている。例えば、マグネトロン方式の放電は、アルミニウム、タングステン、チタンなどの金属膜、酸化膜、窒化膜の形成に広く利用されている。 For these reasons, magnetron discharge is widely used for forming various thin films by sputtering. For example, magnetron discharge is widely used for forming metal films such as aluminum, tungsten, and titanium, oxide films, and nitride films.
さて、図1に示すマグネトロンスパッタリング装置は、磁場トラップ15a及び電場トラップ15bを含んでいる。以下に説明するように、トラップ15a及び15bは、荷電粒子の衝突に起因して被堆積面が受けるダメージを小さくする。
The magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1 includes a
上記の通り、磁場トラップ15aは、複数のマグネット152を含んでいる。これらマグネット152は、中心を向いた磁極が同極性となるように放射状に配列している。トラップ15aが形成する磁場は、反跳イオン及びγ電子などの荷電粒子の進行方向を曲げる。トラップ15aは、省略することができる。但し、マグネット152が形成する磁界は、荷電粒子の進行方向を曲げる。したがって、トラップ15aを設置すると、荷電粒子が基板17に与えるダメージを低減することができる。
As described above, the
電場トラップ15bは、磁場トラップ15aとマスク18との間に介在している。電場トラップ15bのスパッタリングターゲット16と向き合った主面は、例えば、基板17と比較してより低い電位に設定する。この場合、典型的には、電場トラップ15bのスパッタリングターゲット16と向き合った主面は、磁場トラップ15aと比較してより低い電位に設定する。これにより、スパッタリングターゲット16と電場トラップ15bとの間に電場を形成する。この電場は、反跳イオンなどの荷電粒子を電場トラップ15bに引き寄せる。したがって、トラップ15bを設置すると、荷電粒子が基板17に与えるダメージを低減することができる。
The
また、上記の通り、電場トラップ15bのスパッタリングターゲット16との対向面は、スパッタリングターゲット16が含んでいる元素からなる。例えば、スパッタリングターゲット16が元素A乃至Cからなる場合、電場トラップ15bのスパッタリングターゲット16との対向面は、元素A乃至Cからなるか、元素A及びBからなるか、元素B及びCからなるか、元素C及びAからなるか、元素Aからなるか、元素Bからなるか、又は元素Cからなる。
Further, as described above, the surface of the
荷電粒子が電場トラップ15bに衝突すると、電場トラップ15bは、これを構成している元素を放出する。それゆえ、スパッタリングターゲット16が含んでいない元素を電場トラップ15bのスパッタリングターゲット16との対向面が含んでいる場合、この元素は、基板17上に形成する膜中に不純物として含まれる可能性がある。
When the charged particles collide with the
電場トラップ15bのスパッタリングターゲット16との対向面をスパッタリングターゲット16が含んでいる元素で構成した場合、荷電粒子の衝突により電場トラップ15bが放出する元素は、基板17上に形成する膜が含んでいる元素又はその一部と同一である。それゆえ、電場トラップ15bのスパッタリングターゲット16との対向面をスパッタリングターゲット16が含んでいる元素で構成すると、基板17上に形成する膜中に不所望な元素が含まれるのを防止できる。
When the surface of the
このように、電場トラップ15bは、スパッタリングターゲット16が含んでいる元素又はその一部と同一の元素を放出する。電場トラップ15bが放出した元素は、マグネトロンスパッタリング装置の構成部品上に薄膜を形成することがある。それゆえ、この薄膜が導電性である場合、先の構成部品と電場トラップ15bとが短絡するおそれがある。そのような短絡を生じると、電場トラップ15bの電位を所望値に設定することが難しくなる可能性がある。
Thus, the
図7は、図1のマグネトロンスパッタリング装置で使用可能なトラップホルダの一例を概略的に示す断面図である。
このトラップホルダ19は、スペーサ191と碍子192とシールド193とを含んでいる。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of a trap holder that can be used in the magnetron sputtering apparatus of FIG.
The
スペーサ191は、筒形状を有している。スペーサ191は、例えば金属材料からなる。スペーサ191は、例えば、バッキングプレート12又は磁場トラップ15aの周縁部上に載置される。
The
碍子192は、スペーサ191の上側端面に取り付けられている。図7には、碍子192を1つのみ描いているが、通常は、複数の碍子192をスペーサ191の上側端面に配置する。
The
シールド193は、箱形状を有している。各碍子192には、シールド193が被せられている。電場トラップ15bは、シールド193及び碍子192を介してスペーサ191に支持されている。
The
図7に示す構造を採用した場合、シールド193は、電場トラップ15bが放出した元素が碍子192の側面上部に堆積するのを防止する。そのため、碍子192の側面上部に薄膜が形成されることはない。それゆえ、電場トラップ15bとスペーサ191とが碍子192上に形成された薄膜を介して短絡することはない。したがって、この構造を採用すると、電場トラップ15bの電位を所望値に設定することが容易である。
When the structure shown in FIG. 7 is adopted, the
トラップホルダ19には、他の構造を採用してもよい。
図8は、図1のマグネトロンスパッタリング装置で使用可能なトラップホルダの他の例を概略的に示す断面図である。
このトラップホルダ19は、例えばクランプであり、電場トラップ15bを上下から挟んで支持している。トラップホルダ19の表面のうち、電場トラップ15bとの接触面と下面とそれらを接続している端面とは絶縁体からなる。
Another structure may be adopted for the
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing another example of a trap holder that can be used in the magnetron sputtering apparatus of FIG.
The
このトラップホルダ19を使用した場合、電場トラップ15bが放出した元素は、トラップホルダ19の下面には堆積しない。それゆえ、トラップホルダ19を取り付けた構成部品と電場トラップ15bとが、トラップホルダ19上に形成された薄膜を介して短絡することはない。したがって、この構造を採用した場合も、電場トラップ15bの電位を所望値に設定することが容易である。
When this
このマグネトロンスパッタリング装置からは、磁場トラップ15aを省略してもよい。但し、磁場トラップ15aを使用すると、荷電粒子の衝突に起因して被堆積面が受けるダメージを小さくするために、磁場と電場との双方を利用することができる。それゆえ、磁場トラップ15aを省略した場合と比較して、荷電粒子の衝突に起因して被堆積面が受けるダメージをより小さくすることができる。
The
磁場トラップ15aを使用する場合、電場トラップ15bは、スパッタリングターゲット16と磁場トラップ15aとの間に設置することができる。但し、電場トラップ15bをスパッタリングターゲット16と磁場トラップ15aとの間に設置すると、電場トラップ15bを磁場トラップ15aと基板17との間に設置した場合と比較して、より多くの荷電粒子が電場トラップ15bに衝突することとなる。すなわち、前者の場合、後者の場合と比較して、電場トラップ15bはより多くの粒子を放出する。したがって、磁場トラップ15aを使用する場合、電場トラップ15bは磁場トラップ15aと基板17との間に設置することが有利である。
When the
電場トラップ15bに設ける貫通孔の径は、例えば、磁場トラップ15aの枠体151に設ける貫通孔の径と等しくするか、又は、それよりも小さくする。こうすると、電場トラップ15bに設ける貫通孔の径を磁場トラップ15aの枠体151に設ける貫通孔の径よりも大きくした場合と比較して、荷電粒子の衝突に起因して被堆積面が受けるダメージをより小さくすることができる。
The diameter of the through hole provided in the
電場トラップ15bとスパッタリングターゲット16との間に磁場トラップ15aを設置する場合、磁場トラップ15aに以下の構成を採用してもよい。
図9は、図5に示す磁場トラップに採用可能な構造の一例を概略的に示す斜視図である。
When the
FIG. 9 is a perspective view schematically showing an example of a structure that can be adopted in the magnetic field trap shown in FIG.
図9に示すマグネット152は、非磁性ホルダ1521とマグネットピン1522とを含んでいる。
The
非磁性ホルダ1521には、1つ以上の凹部又は貫通孔が設けられている。非磁性ホルダ1521は、例えば、アルミニウムなどの非磁性体からなる。
The
マグネットピン1522は、非磁性ホルダ1521に設けられた挿入されている。非磁性ホルダ1521に複数のマグネットピン1522を支持させる場合、典型的には、これらマグネットピン1522は、非磁性ホルダ1521の一端側に位置した磁極が同極性となるように挿入する。
The
図1及び図5に示す磁場トラップ15aにおいて、強磁性体のみからなるマグネット152の代わりに図9に示すマグネット152を使用した場合、電場トラップ15bが放出した元素がマグネット152上に堆積したとしても、マグネット152が形成する磁場は、この堆積物の影響を殆ど受けない。すなわち、成膜条件が変化するのを抑制することができる。
In the
上述したマグネトロンスパッタリング装置は、様々な層の形成に利用可能である。このマグネトロンスパッタリング装置は、透明導電膜の形成,特には有機物層上への透明導電膜の形成,に適している。ここでは、まず、透明導電膜について説明する。 The magnetron sputtering apparatus described above can be used for forming various layers. This magnetron sputtering apparatus is suitable for forming a transparent conductive film, particularly for forming a transparent conductive film on an organic material layer. Here, first, the transparent conductive film will be described.
透明導電膜の用途は、多岐にわたる。例えば、透明導電膜は、発光ダイオード、半導体レーザ、フラットパネルディスプレイなどの様々な物品で使用されている。 Applications of transparent conductive films are diverse. For example, transparent conductive films are used in various articles such as light emitting diodes, semiconductor lasers, and flat panel displays.
透明導電膜は、オプトエレクトロニクスデバイスの電極として使用する場合、各々のデバイスの使用条件に応じた要求を満たさなければならない。例えば、透明導電膜の材料には、電気的特性と可視光領域の光学的特性との双方に優れていることが要求される。そのような材料としては、例えば、In2O3にSnをドーパントとして添加してなるインジウム錫酸化物(ITO)などの酸化インジウム系材料、SnO2にドーパントを添加してなる酸化スズ系材料、ZnOにAlをドーパントとして添加してなるアルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、ZnOにGaをドーパントとして添加してなるガリウム亜鉛酸化物(GZO)、及びZnOにInをドーパントとして添加してなるインジウム亜鉛酸化物などの酸化亜鉛系材料を挙げることができる。 When the transparent conductive film is used as an electrode of an optoelectronic device, it must satisfy the requirements according to the use conditions of each device. For example, the material for the transparent conductive film is required to be excellent in both electrical characteristics and optical characteristics in the visible light region. As such a material, for example, an indium oxide material such as indium tin oxide (ITO) obtained by adding Sn as a dopant to In 2 O 3 , a tin oxide material obtained by adding a dopant to SnO 2 , Aluminum zinc oxide (AZO) formed by adding Al as a dopant to ZnO, gallium zinc oxide (GZO) formed by adding Ga as a dopant to ZnO, and indium zinc oxide formed by adding In to ZnO as a dopant Examples thereof include zinc oxide-based materials.
透明導電膜の材料としては、CdO系材料及び酸化ガリウム系材料を用いることも可能である。但し、CdO系材料に関しては、Cdが毒性を有するという問題がある。また、酸化ガリウム系材料からなる透明導電膜は、ワイドバンドギャップを持つなど数々の特徴を有しているが、ガリウムは豊富に産出される材料とは言い難い。このように、透明導電膜に使用可能な材料の中には、環境及び資源の観点から使用が制約されるものがある。 As a material for the transparent conductive film, a CdO-based material and a gallium oxide-based material can be used. However, CdO-based materials have a problem that Cd has toxicity. A transparent conductive film made of a gallium oxide-based material has a number of features such as having a wide band gap, but gallium is difficult to produce. Thus, some materials that can be used for the transparent conductive film are restricted in use from the viewpoint of environment and resources.
上記の通り、ITOの母結晶はIn2O3である。酸化物換算で5乃至10質量%の錫を含有したITOは、絶縁体のように透明でありながら、導電性が高く(103S/cm)、吸収も少ない。 As described above, the mother crystal of ITO is In 2 O 3 . ITO containing 5 to 10% by mass of tin in terms of oxide is transparent like an insulator, but has high conductivity (10 3 S / cm) and low absorption.
透明性に優れたITOでは、In2O3結晶の構造的な完全性が高く、バンドギャップ内の電子捕獲準位が非常に少ない。すなわち、透明性に優れたITOでは、結晶内で原子が正しく且つ過不足なく位置している。 ITO with excellent transparency has high structural integrity of In 2 O 3 crystal and has very few electron capture levels in the band gap. That is, in the ITO having excellent transparency, atoms are positioned correctly and without excess or deficiency in the crystal.
In2O3試薬は、黄白色である。酸素を僅かに含んだ雰囲気(分圧で10×10-1Pa以下)中でIn2O3を蒸着又はスパッタ成膜すると、透明導電膜が得られる。しかし、この化合物は酸素を手放し易く、例えば真空中での加熱や数%の水素を含んだ還元雰囲気中での加熱によって容易に還元され、これに伴い、青黒、黒、茶褐色へとこの順に変色する。In2O3系材料の導電性は、母結晶のIn原子をSn原子で置換するか、又は、酸素欠損が生じる条件の下で成膜することで発現する。 In 2 O 3 reagent is yellowish white. When In 2 O 3 is deposited or formed by sputtering in an atmosphere containing slightly oxygen (partial pressure is 10 × 10 −1 Pa or less), a transparent conductive film is obtained. However, this compound easily releases oxygen, and is easily reduced, for example, by heating in a vacuum or in a reducing atmosphere containing several percent of hydrogen, and the color changes to blue-black, black, and brown in this order. To do. The conductivity of the In 2 O 3 -based material is manifested by substituting In atoms in the mother crystal with Sn atoms or by forming a film under conditions that cause oxygen vacancies.
ITOの透明性は、ITOのバンドギャップが可視光波長域内の最短波長である400nm付近にあることに由来している。但し、これだけでは不十分で、高い透明性を達成するには、バンドギャップ内に常温で電子が常駐するような準位が少ないか又は無視できることが必要である。このようなバンドギャップ内準位は、酸素欠損や、インジウム原子、錫原子又は原子集団(クラスター)による格子欠陥に由来するものである。したがって、優れた透明性を達成するためには、母結晶自体が良質の結晶格子を形成し易いものでなくてはならない。In2O3は、酸化性が極度に弱い雰囲気で成膜しない限り、この要件を満足する。実際、In2O3は、基板温度を300℃程度にしておけば、酸素がやや不足した雰囲気条件であっても、厚さが数10nmの段階から半値幅の狭いX線回折パターンを示す。このIn2O3の結晶化し易い特徴は、Snの添加量が数10%程度以下の範囲内であれば失われない。これは、SnO2膜やZnO膜とは大きく異なる特徴である。 The transparency of ITO is derived from the fact that the band gap of ITO is in the vicinity of 400 nm, which is the shortest wavelength in the visible light wavelength region. However, this is not sufficient, and in order to achieve high transparency, it is necessary that the level in which electrons reside in the band gap at room temperature is small or negligible. Such a level in the band gap is derived from an oxygen deficiency or a lattice defect caused by an indium atom, a tin atom, or an atomic group (cluster). Therefore, in order to achieve excellent transparency, the mother crystal itself must be easy to form a good crystal lattice. In 2 O 3 satisfies this requirement unless it is formed in an atmosphere having extremely weak oxidizing properties. In fact, In 2 O 3 shows an X-ray diffraction pattern with a narrow half-value width from the stage of several tens of nanometers even if the substrate temperature is set to about 300 ° C., even under atmospheric conditions where oxygen is slightly insufficient. This feature of easily crystallizing In 2 O 3 is not lost if the amount of Sn added is in the range of about several tens of percent or less. This is a feature that is greatly different from the SnO 2 film and the ZnO film.
透明導電膜の形成には、真空蒸着法、プラズマ又はイオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが主に利用されている。透明導電膜の形成に、ゾル−ゲル法及びスプレー法などの湿式法を利用することもある。 For the formation of the transparent conductive film, vacuum deposition, plasma or ion beam assisted deposition, ion plating, sputtering, and the like are mainly used. A wet method such as a sol-gel method or a spray method may be used for forming the transparent conductive film.
スパッタリング法は、半導体装置、フラットパネルディスプレイ、その他の電子部品などが含む薄膜の形成に広く利用されている。スパッタリング法によると、安定した成膜速度及び膜組成を達成でき、大面積基板への均一な成膜が可能である。そして、透明導電膜の形成にスパッタリング法を利用すると、膜厚、導電性及び透明性の均一性に優れた透明導電膜を得ることができる。そのため、スパッタリング法は、量産化に適した方式として広く利用されている。 The sputtering method is widely used for forming a thin film included in a semiconductor device, a flat panel display, and other electronic components. According to the sputtering method, a stable film formation rate and film composition can be achieved, and uniform film formation on a large-area substrate is possible. And if a sputtering method is utilized for formation of a transparent conductive film, the transparent conductive film excellent in the film thickness, the electroconductivity, and the uniformity of transparency can be obtained. Therefore, the sputtering method is widely used as a method suitable for mass production.
次に、スパッタリング法による有機物層上への透明導電膜の形成について、有機電界発光装置の製造を例に説明する。 Next, the formation of the transparent conductive film on the organic material layer by the sputtering method will be described by taking the production of an organic electroluminescent device as an example.
有機電界発光装置の主要部である有機電界発光素子は、一対の電極と、それらの間に介在した有機発光層とを含んでいる。これら電極間に電流を流すことにより有機発光層が放出する光を有機電界発光素子の外部へと取り出すために、少なくとも一方の電極は光透過性である必要がある。光透過性の電極又はその一部としては、例えば、透明導電膜を使用する。 An organic electroluminescent element, which is a main part of an organic electroluminescent device, includes a pair of electrodes and an organic light emitting layer interposed therebetween. In order to extract the light emitted from the organic light emitting layer to the outside of the organic electroluminescent element by passing a current between these electrodes, at least one of the electrodes needs to be light transmissive. For example, a transparent conductive film is used as the light transmissive electrode or a part thereof.
上面発光(トップエミッション)型の有機電界発光装置では、有機電界発光素子が含む一対の電極のうち、有機発光層を間に挟んで基材と向き合った電極,すなわち、上部電極,は、光透過性を有している。この上部電極としては、電子注入の観点から金属層を形成することが多いが、この金属層は、化学的安定性が低く、また、十分な光透過性を達成するために極薄に形成される。そのため、電極の低抵抗化及び金属層の保護の目的で、先の金属層をITOなどからなる透明導電膜で被覆することがある。また、上面発光型の有機電界発光装置では、ITOなどからなる透明導電膜を上部電極として使用すると共に、上部電極と有機発光層との間にバッファ層を介在させることがある。このバッファ層は、電子注入障壁を低減すると共に、透明導電膜を形成することに伴って有機発光層がダメージを受けるのを防止する役割を果たす。 In a top emission type organic electroluminescence device, of the pair of electrodes included in the organic electroluminescence element, the electrode facing the substrate with the organic light emitting layer interposed therebetween, that is, the upper electrode is light transmissive. It has sex. As this upper electrode, a metal layer is often formed from the viewpoint of electron injection, but this metal layer has low chemical stability and is formed to be extremely thin in order to achieve sufficient light transmission. The Therefore, the previous metal layer may be covered with a transparent conductive film made of ITO or the like for the purpose of reducing the resistance of the electrode and protecting the metal layer. In the top emission type organic electroluminescence device, a transparent conductive film made of ITO or the like is used as the upper electrode, and a buffer layer may be interposed between the upper electrode and the organic light emitting layer. The buffer layer serves to reduce the electron injection barrier and prevent the organic light emitting layer from being damaged by forming the transparent conductive film.
上記の通り、透明導電膜は、スパッタリング法により形成することができる。しかしながら、スパッタリング法により基板上に透明導電膜を形成する場合、基板に入射する粒子のエネルギーは600eV程度と非常に高い。一般的に、基板に入射する粒子のエネルギーが50eV程度以上になると、粒子が基板内に入り込んだり、基板を構成する原子が叩き出されたり、基板に欠陥が発生するといった問題が生じる。 As described above, the transparent conductive film can be formed by a sputtering method. However, when a transparent conductive film is formed on a substrate by a sputtering method, the energy of particles incident on the substrate is as high as about 600 eV. In general, when the energy of particles incident on the substrate is about 50 eV or more, there are problems that particles enter the substrate, atoms constituting the substrate are knocked out, and defects are generated in the substrate.
そのため、スパッタリング法により有機物層上に透明導電膜を形成すると、反跳イオンやγ電子などの高エネルギー荷電粒子が有機物層に衝突し、これにより、有機物層中の分子が破壊される。その結果、有機電界発光素子の性能が不十分となる。例えば、発光効率の低下、駆動電圧の上昇、寿命特性の劣化などを生じる。 Therefore, when a transparent conductive film is formed on the organic layer by sputtering, high-energy charged particles such as recoil ions and γ electrons collide with the organic layer, thereby destroying the molecules in the organic layer. As a result, the performance of the organic electroluminescent element becomes insufficient. For example, the light emission efficiency decreases, the drive voltage increases, and the life characteristics deteriorate.
図1に示すマグネトロンスパッタリング装置では、図4に示す支持板141の貫通孔又は凹部に嵌め込むマグネット142の数及び又は向きを変更することにより、カソードマグネットが形成する磁場を調整することができる。したがって、例えば、カソードマグネット142がスパッタリングターゲット16の近傍に形成するトロイダル型磁場の磁束密度を高め、より多くの荷電粒子,特には二次電子,をトロイダル型磁場中に閉じ込めることができ、それゆえ、荷電粒子の基板17への衝突を抑制することができる。
In the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, the magnetic field formed by the cathode magnet can be adjusted by changing the number and / or direction of the
また、このマグネトロンスパッタリング装置は、上記の通り、電場トラップ15bを含んでいる。したがって、電場を利用して、電場トラップ15bに荷電粒子を捕捉させることができる。したがって、この構成を採用すると、荷電粒子の基板17への衝突をさらに抑制することができる。
The magnetron sputtering apparatus includes the
さらに、図1に示すマグネトロンスパッタリング装置は、上記の通り、磁場トラップ15aを含んでいる。トラップ15aのマグネット152が形成する磁場は、荷電粒子の進行方向を曲げる。それゆえ、このマグネトロンスパッタリング装置によると、トラップ15aを省略した場合と比較して、荷電粒子の基板17への衝突を抑制することができる。
Furthermore, the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1 includes the
次に、図1に示すマグネトロンスパッタリング装置を製造に利用可能な有機電界発光装置について説明する。 Next, an organic electroluminescent device that can be used for manufacturing the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1 will be described.
図10は、図1に示すマグネトロンスパッタリング装置を製造に利用可能な有機電界発光装置の一例を概略的に示す断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of an organic electroluminescence device that can be used for manufacturing the magnetron sputtering device shown in FIG.
図10に示す有機電界発光装置は、上面発光型のディスプレイである。このディスプレイは、基材21と有機電界発光素子22と隔壁絶縁層23とバリア層24と樹脂層25と封止基材26とを含んでいる。また、有機電界発光素子22は、第1電極221と第2電極222と有機発光層223a乃至223cと正孔輸送層224と電子注入層225とを含んでいる。
The organic electroluminescent device shown in FIG. 10 is a top emission type display. This display includes a
基材21としては、例えば、ガラス基板やプラスチック製のフィルム又はシートを用いることができる。基材21としてプラスチックフィルム又はシートを用いた場合には、巻き取り式で有機電界発光装置を製造することができ、安価に装置を提供できる。プラスチックフィルム又はシートの材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート等を用いることができる。プラスチックフィルム又はシートには、後述する有機電界発光素子22を形成する面の裏面に、セラミック蒸着層や、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体鹸化物等からなるガスバリア性フィルムを積層してもよい。また、このディスプレイにアクティブマトリクス駆動方式を採用する場合、基材21としては、薄膜トランジスタ(TFT)などを備えたアレイ基板を使用する。
As the
基材21上では、第1電極221が配列している。このディスプレイにパッシブマトリクス駆動方式を採用する場合には、第1電極221は、ストライプ状のパターンを形成するように配置する。また、このディスプレイにアクティブマトリクス駆動方式を採用する場合には、第1電極221は、マトリクス状のパターンを形成するように配置する。
On the
第1電極221は、例えば、反射電極である。また、第1電極221は、例えば、陽極である。第1電極221は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。単層構造の第1電極としては、例えば、マグネシウム、アルミニウム及びクロム等からなる金属層を使用することができる。多層構造の第1電極221としては、例えば、ITOなどからなる透明導電膜と先の金属層との積層体を使用することができる。この場合、金属層は、透明導電膜と基材21との間に位置させる。
The
基材21上には、隔壁絶縁層23がさらに形成されている。隔壁絶縁層23には、第1電極221に対応して開口が設けられている。隔壁絶縁層23は、第1電極221の縁部を被覆している。
A
隔壁絶縁層23は、例えば、感光性材料からなる膜を形成し、この膜をパターン露光及び現像等に供することにより得られる。この感光性材料は、ポジ型及びネガ型の何れであってもよい。この感光性材料としては、例えば、ノボラック樹脂又はポリイミド樹脂を用いることができる。
The
第1電極221上には、正孔輸送層224が形成されている。正孔輸送層224の材料としては、例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)とポリスチレンスルホン酸との混合物(PEDOT/PSS)を用いることができる。正孔輸送層224は、例えば、この材料を水に溶解させてなる塗工液を、基材21上にスピンコート法等により塗布し、塗膜を乾燥させることにより得られる。
A
正孔輸送層224上には、有機発光層が形成されている。このディスプレイがフルカラー画像を表示可能である場合、発光色が互いに異なる有機発光層,例えば、赤色有機発光層223a、緑色有機発光層223b及び青色有機発光層223c,を配置する。有機発光層の材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)やポリフルオレン(PF)を用いることができる。有機発光層223a乃至223cの各々は、例えば、先の材料をトルエン等の芳香族系有機溶媒に溶解させてインキを調製し、このインキを印刷することにより得られる。なお、この印刷法については、後で説明する。
An organic light emitting layer is formed on the
有機発光層223a乃至223cの各々の上には、電子注入層225が形成されている。電子注入層225の材料としては、例えば、CaやBa等の低仕事関数材料である希土類元素を用いることができる。電子注入層225は、例えば、真空蒸着法により形成することができる。
An
電子注入層225及び隔壁絶縁層23は、第2電極222で被覆されている。このディスプレイにパッシブマトリクス駆動方式を採用する場合には、第2電極222は、ストライプ状のパターンを形成するように配置する。また、このディスプレイにアクティブマトリクス駆動方式を採用する場合には、第2電極222は連続膜とする。
The
第2電極222は、光透過性を有しており、透明導電膜を含んでいる。この透明電極は、例えば、図1に示すマグネトロンスパッタリング装置を用いて形成することができる。このマグネトロンスパッタリング装置を使用すると、上記の通り、有機物層へのダメージを抑制することができる。また、このマグネトロンスパッタリング装置を使用した場合、成膜中にマスク18の温度が上昇するのを抑制することができる。したがって、マスク18の熱膨張や熱変形を抑えることができ、透明導電膜を高い位置精度で形成することができる。
The
第2電極222は、バリア層24で被覆されている。バリア層24は、光透過性を有している。バリア層24としては、例えば、窒化珪素層、酸化珪素層、窒化酸化珪素層を用いることができる。バリア層24は、例えば、化学気相堆積(CVD)法により形成することができる。なお、CVD法は、形成すべき膜が含有している元素を含んだ化合物を気化させてなるガス、又は、このガスと水素及び/又は窒素などのキャリアガスとの混合ガスを、高温に加熱した基板表面に供給し、基板表面で分解、還元、酸化、置換などの化学反応を起こさせ、基材上に薄膜を形成する方法である。
The
バリア層24等を形成した基材21は、樹脂層25を介して封止基材26と貼り合わされている。樹脂層25及び封止基材26は、光透過性を有している。
The
樹脂層25の材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン樹脂などからなる光硬化型接着性樹脂、熱硬化型接着性樹脂、2液硬化型接着性樹脂、エチレンエチルアクリレート(EEA)ポリマー等のアクリル系樹脂、エチレンビニルアセテート(EVA)等のビニル系樹脂、ポリアミド、合成ゴム等の熱可塑性樹脂、ポリエチレンやポリプロピレンの酸変性物などの熱可塑性接着性樹脂を使用することができる。
Examples of the material of the
封止基材26の材料としては、例えば、無アルカリガラス及びアルカリガラス等のガラスやプラスチック材料を用いることができる。封止基材26は、ガラス又はプラスチック材料からなる層と、その上に形成されたCaO層とを含んだ多層構造を有していてもよい。基材21と封止基材26とを、CaO層と有機電界発光素子22とが向き合うように貼り合わせると、CaO層を乾燥剤として利用することができる。CaO層は、透明であるので、画像表示を妨げることがない。したがって、CaO層は、表示領域の全体に亘って形成することができる。
As a material of the sealing
基材21と封止基材26との貼り合わせには、例えば、ロールを用いた熱圧着を利用することができる。また、樹脂層25の材料として光硬化型接着性樹脂を使用する場合には、紫外光等を照射することにより貼り合わせることができる。
For bonding the
このディスプレイでは、バリア層222と封止基板26との間の空間は樹脂層25で満たされている。そのため、キャップ構造の封止基板を用いて中空封止(又は缶封止)を行った場合とは異なり、バリア層222と封止基板26との間の光路長の変化は生じ難い。したがって、高い光取り出し効率を達成することができる。
In this display, the space between the
図11は、図1に示すマグネトロンスパッタリング装置を製造に利用可能な有機電界発光装置の他の例を概略的に示す断面図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing another example of an organic electroluminescent device that can be used for manufacturing the magnetron sputtering device shown in FIG.
図11に示す有機電界発光装置は、両面発光型のディスプレイである。このディスプレイは、第1電極221が光透過性を有していること以外は、図10に示すディスプレイとほぼ同様の構造を有している。このディスプレイは、上面と下面との双方で画像を表示可能である。
The organic electroluminescent device shown in FIG. 11 is a double-sided light emitting display. This display has substantially the same structure as that of the display shown in FIG. 10 except that the
このディスプレイの製造では、第1電極221及び/又は第2電極222が含んでいる透明導電膜の形成に、図1に示すマグネトロンスパッタリング装置を使用することができる。
In the manufacture of this display, the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1 can be used to form the transparent conductive film included in the
以上、上面発光型ディスプレイが含む透明導電膜の形成に、図1に示すマグネトロンスパッタリング装置を使用することについて説明したが、このマグネトロンスパッタリング装置は、他のオプトエレクトロニクスデバイスが含む透明導電膜の形成にも使用可能である。例えば、このマグネトロンスパッタリング装置は、下面発光(ボトムエミッション)型ディスプレイが含む透明導電膜の形成に使用してもよい。 As described above, the use of the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1 is described for the formation of the transparent conductive film included in the top emission display. This magnetron sputtering apparatus is used for forming the transparent conductive film included in other optoelectronic devices. Can also be used. For example, this magnetron sputtering apparatus may be used for forming a transparent conductive film included in a bottom emission display.
図10及び図11に示すディスプレイでは、第1電極221と第2電極222との間に、正孔輸送層と有機発光層と電子注入層とを介在させたが、正孔輸送層及び電子注入層の一方又は双方を省略してもよい。有機電界発光素子22は、正孔注入層、電子輸送層、電荷発生層などの発光補助層をさらに含んでいてもよい。
In the display shown in FIGS. 10 and 11, the hole transport layer, the organic light emitting layer, and the electron injection layer are interposed between the
図10及び図11に示すディスプレイでは、基材21及び封止基材26として、可撓性を有しているプラスチック基材を使用してもよい。こうすると、フレキシブル有機電界発光ディスプレイが得られる。
In the display shown in FIGS. 10 and 11, a flexible plastic substrate may be used as the
図10及び図11に示すディスプレイには、パッシブマトリクス駆動方式及びアクティブマトリクス駆動方式の何れを採用してもよい。なお、パッシブマトリクス駆動方式は、有機発光層を挟んでストライプ状の電極を直交させるように対向させ、その交点で発光させる駆動方式である。他方、アクティブマトリクス駆動方式は、画素毎にトランジスタを設けたアレイ基板を使用して、映像信号を書き込むべき画素と表示動作を行うべき画素とを互いから電気的に切り離す駆動方式である。 Either the passive matrix driving method or the active matrix driving method may be employed for the display shown in FIGS. The passive matrix driving method is a driving method in which striped electrodes are opposed to each other so as to be orthogonal to each other with an organic light emitting layer interposed therebetween, and light is emitted at the intersection. On the other hand, the active matrix driving method is a driving method in which an array substrate provided with a transistor for each pixel is used to electrically separate a pixel for writing a video signal and a pixel for performing a display operation from each other.
パッシブマトリクス駆動方式では、走査するストライプ状の電極数が大きくなるほど各画素における点灯時間は短くなるため、ON状態では瞬間発光輝度を大きくする必要がある。瞬間発光輝度を大きくした場合には、素子寿命が低下するので、走査するストライプ状の電極数が数100本を超える高精細ディスプレイには適さない。パッシブマトリクス駆動方式の表示エリアは、陽極と陰極とによる単純マトリクスで構成されており、陰極と陽極とが交差した部分で発光可能である。パッシブマトリクス駆動方式は、Rowライン,すなわち、陰極,が選択された時のみ点灯するデューティ駆動であり、また、駆動用ドライバICは外付け実装する必要がある。 In the passive matrix driving method, as the number of stripe-shaped electrodes to be scanned increases, the lighting time in each pixel becomes shorter. Therefore, in the ON state, it is necessary to increase the instantaneous light emission luminance. When the instantaneous light emission luminance is increased, the device life is shortened, so that it is not suitable for a high-definition display in which the number of striped electrodes to be scanned exceeds several hundreds. The display area of the passive matrix driving system is composed of a simple matrix composed of an anode and a cathode, and can emit light at a portion where the cathode and the anode intersect. The passive matrix driving method is duty driving that lights only when the Row line, that is, the cathode, is selected, and the driver IC for driving needs to be externally mounted.
アクティブマトリクス駆動方式の有機電界発光装置では、各画素はスイッチング素子とメモリ素子とを含んでいる。アクティブマトリクス駆動方式によると、各画素は、その書込期間において映像信号を記憶し、書込期間に続く表示期間では先の映像信号の大きさに対応した輝度で発光し続ける。ディスプレイを大型化した場合であっても、瞬間発光輝度は小さくてよく、寿命の観点で有利である。また、パッシブマトリクス駆動方式に比べ、低電圧駆動が可能であるので、消費電力も小さくすることができる。したがって、ディスプレイの大面積化や高精細化の観点では、アクティブマトリクス駆動方式がより優れているといえる。 In the active matrix driving type organic electroluminescence device, each pixel includes a switching element and a memory element. According to the active matrix driving method, each pixel stores a video signal in the writing period, and continues to emit light at a luminance corresponding to the magnitude of the previous video signal in the display period following the writing period. Even when the display is enlarged, the instantaneous light emission luminance may be small, which is advantageous from the viewpoint of life. In addition, since low voltage driving is possible as compared with the passive matrix driving method, power consumption can be reduced. Therefore, it can be said that the active matrix driving method is more excellent from the viewpoint of increasing the display area and the definition.
有機電界発光素子は電流で駆動するため、有機電界発光ディスプレイにアクティブマトリクス駆動方式を採用した場合には、比較的大きな電流を流すことができるTFTが必要である。このため、多くの場合、TFTとして、移動度が高い低温ポリシリコンTFTを使用している。低温ポリシリコンTFTは、安価なガラス基板上に形成することができ、また、このガラス基板上には、低温ポリシリコンTFTを含んだ周辺ドライバ回路を形成することができる。したがって、コンパクトなディスプレイを実現可能である。アクティブマトリクス型有機電界発光ディスプレイの応用分野は、TFTを用いたアクティブマトリクス型液晶ディスプレイの応用分野と重なっている。したがって、市場規模は巨大であり、将来的に、液晶ディスプレイの置き換えや有機電界発光素子に特有の新しい市場の開拓などが大いに期待されている。 Since the organic electroluminescent element is driven by current, when the active matrix driving method is adopted for the organic electroluminescent display, a TFT capable of flowing a relatively large current is required. For this reason, in many cases, a low-temperature polysilicon TFT having high mobility is used as the TFT. The low-temperature polysilicon TFT can be formed on an inexpensive glass substrate, and a peripheral driver circuit including the low-temperature polysilicon TFT can be formed on the glass substrate. Therefore, a compact display can be realized. The application field of the active matrix type organic electroluminescence display overlaps with the application field of the active matrix type liquid crystal display using TFT. Accordingly, the market scale is enormous, and in the future, replacement of liquid crystal displays and development of new markets peculiar to organic electroluminescent elements are highly expected.
次に、有機発光層223a乃至223cの形成に利用可能な印刷法について説明する。
Next, a printing method that can be used for forming the organic
有機発光層223a乃至223cを印刷法により形成する場合、その印刷法としては、インクジェット印刷法、オフセット印刷法、レリーフ印刷法等を利用することができる。
When the organic
図12及び図13は、レリーフ印刷法の一例を概略的に示す断面図である。
レリーフ印刷法では、図12に示すように、アニロックスロール43を回転させて、その表面に、インキ溜め42に収容されているインキ41を付着させる。アニックスロール43の表面に付着した過剰量のインキ41をドクターブレード44で掻き落とした後、アニックスロール43の表面から版胴45に巻き付けられた樹脂凸版46上にインキ41を供給する。その後、図13に示すように、このインキ41を、樹脂凸版46から被転写基板48上に転写する。
12 and 13 are cross-sectional views schematically showing an example of the relief printing method.
In the relief printing method, as shown in FIG. 12, the
このレリーフ印刷法では、アニロックスロール43により、厚みのある高弾性の樹脂凸版46に水性インキ又はUVインキ41を付着させ、このインキ41を樹脂凸版46から被印刷体48へと直接に転写する。そのため、このレリーフ印刷法によると、平滑性の低い面や、フィルム及び布等のフレキシブル基材への印刷も可能である。また、非常に薄く均一なベタ印刷を得意とし、様々な樹脂や薬品を塗り重ねることにより、更に精度を高めることも可能である。近年、レリーフ印刷の技術革新により、高精緻で精巧な多色表現が可能となっている。また、水性インキがレリーフ印刷に適応していることから、環境性が高いとされ、特に食品、医薬品のパッケージ分野において広く利用されている。さらにインキの塗布量が少ないことから、残留溶剤も少ない。
In this relief printing method, a water-based ink or
以下に、本発明の例を記載する。
(実施例)
本例では、以下の方法により、図10に示す有機電界発光ディスプレイを製造した。但し、本例では、有機発光層223a乃至223cの全てを、発光色が緑色の有機発光層とした。
Examples of the present invention will be described below.
(Example)
In this example, the organic electroluminescent display shown in FIG. 10 was manufactured by the following method. However, in this example, all of the organic
まず、スパッタリング法により、ガラス基板21上にクロム層及びITO層を順次形成した。次いで、フォトリソグラフィ技術を用いて、クロム層とITO層との積層体をストライプ状にパターニングした。これにより、クロム層とITO層との積層体からなる陽極221を得た。
First, a chromium layer and an ITO layer were sequentially formed on the
次に、フォトリソグラフィ技術を利用して、先のストライプパターンの開口に対応した位置にポリイミドからなる隔壁絶縁層23を形成した。
Next, a
次いで、PEDOTとPSSとを水に溶解させて塗工液を調製した。この塗工液を基板21の隔壁絶縁層23側の主面にスピンコート法により塗布して、正孔輸送層224を得た。
Next, PEDOT and PSS were dissolved in water to prepare a coating solution. This coating solution was applied to the main surface of the
その後、緑色有機発光材料であるポリフルオレン(PF)をトルエンに溶解させてインキを調製した。このインキを正孔輸送層224上にレリーフ印刷法により印刷して、有機発光層223a乃至223cを得た。
Thereafter, polyfluorene (PF), which is a green organic light emitting material, was dissolved in toluene to prepare an ink. This ink was printed on the
次に、マスクを用いた蒸着法により、有機発光層223a乃至223c上に、バリウムとアルミニウムとからなる電子注入層225をストライプ状に形成した。電子注入層225は、そのストライプパターンが陽極221のストライプパターンと直交するように形成した。
Next, an
次いで、図1に示すDCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、以下の条件のもとで、電子注入層225及び隔壁絶縁層23上にITOからなる厚さが150nmの陰極222を形成した。
Next, a
すなわち、磁場トラップ15aとしては、枠体151がオーステナイト系ステンレス(SUS304)からなるものを使用した。枠体151の外径は700mmであり、内径は600mmであった。電場トラップ15bとしては、円形の貫通孔を設けた金属板上にITO層を形成してなるものを使用した。電場トラップ15bに設けた貫通孔の径は600mmであった。電場トラップ15bは、そのITO層が磁場トラップ15aを挟んでスパッタリングターゲット16と向き合うように設置した。スパッタリングターゲット16としては、直径が600mmの円盤形状を有しているものを使用した。
That is, as the
真空チャンバ11内の圧力を1.0Paに保ちつつ、真空チャンバ11内にアルゴンガスと酸素ガスとをそれぞれ150sccm及び0.2sccmの流量で供給した。放電パワーは1.5kWとし、スパッタリングターゲット16と基板17との距離は200mmとした。また、ペルチェ素子133でマスク18を冷却することにより、マスク18の温度を50℃以下に維持した。
While keeping the pressure in the vacuum chamber 11 at 1.0 Pa, argon gas and oxygen gas were supplied into the vacuum chamber 11 at flow rates of 150 sccm and 0.2 sccm, respectively. The discharge power was 1.5 kW, and the distance between the sputtering
次に、CVD法により、隔壁絶縁層23と有機発光層223a乃至223cと陰極222との上に酸化珪素からなるバリア層24を形成した。さらに、一方の主面にCaO層が形成されたガラス基板26を、CaO層が隔壁絶縁層23などと向き合うように樹脂層25を介して貼り合せた。以上のようにして、図10に示す有機電界発光ディスプレイを完成した。
Next, a
次に、このディスプレイの特性を調べた。その結果、最高輝度は5000cd/m2であり、最大電流効率は2.6cd/Aであった。 Next, the characteristics of this display were examined. As a result, the maximum luminance was 5000 cd / m 2 and the maximum current efficiency was 2.6 cd / A.
(比較例)
本例では、例1で説明したのとほぼ同様の方法により、図13に示す有機電界発光ディスプレイを製造した。但し、本例では、例1と同様、有機発光層223a乃至223cの全てを、発光色が緑色の有機発光層とした。また、本例では、トラップ15a及び15bとペルチェ素子133とを省略した。
(Comparative example)
In this example, the organic electroluminescent display shown in FIG. 13 was manufactured by the same method as described in Example 1. However, in this example, as in Example 1, all of the organic
次に、このディスプレイの特性を調べた。その結果、最高輝度は200cd/m2であり、最大電流効率は0.05cd/Aであった。 Next, the characteristics of this display were examined. As a result, the maximum luminance was 200 cd / m 2 and the maximum current efficiency was 0.05 cd / A.
11…真空チャンバ、12…バッキングプレート、13…基板ホルダ、14…マグネットプレート、15a…磁場トラップ、15b…電場トラップ、16…スパッタリングターゲット、17…基板、18…マスク、19…トラップホルダ、21…基材、22…有機電界発光素子、23…隔壁絶縁層、24…バリア層、25…樹脂層、26…封止基材、41…インキ、42…インキ溜め、43…アニロックスロール、44…ドクターブレード、45…版胴、46…樹脂凸版、48…被転写基板、131…ホルダ本体、132…マスクフレーム、133…冷却素子、141…支持板、142…マグネット、151…枠体、152…マグネット、191…スペーサ、192…碍子、193…シールド、221…第1電極、222…第2電極、223a…有機発光層、223b…有機発光層、223c…有機発光層、224…正孔輸送層、225…電子注入層、1331…セラミック基板、1332…P型半導体部、1333…N型半導体部、1334…金属電極、1335a…端子、1335b…端子、1521…非磁性ホルダ、1522…マグネットピン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Vacuum chamber, 12 ... Backing plate, 13 ... Substrate holder, 14 ... Magnet plate, 15a ... Magnetic field trap, 15b ... Electric field trap, 16 ... Sputtering target, 17 ... Substrate, 18 ... Mask, 19 ... Trap holder, 21 ...
Claims (8)
前記バッキングプレートを挟んで前記スパッタリングターゲットと向き合って設置されるカソードマグネットと、
前記スパッタリングターゲットと向き合うように基板を支持する基板ホルダと、
前記スパッタリングターゲットが含んでいる元素からなる主面を備えると共に前記主面で開口した貫通孔が設けられた第1トラップを、前記第1トラップが前記スパッタリングターゲットと前記基板との間に位置し且つ前記主面が前記スパッタリングターゲットを向くように支持するトラップホルダとを具備したことを特徴とするマグネトロンスパッタリング装置。 A backing plate for supporting the sputtering target;
A cathode magnet installed facing the sputtering target across the backing plate;
A substrate holder that supports the substrate so as to face the sputtering target;
A first trap having a main surface made of an element contained in the sputtering target and provided with a through-hole opened in the main surface; wherein the first trap is located between the sputtering target and the substrate; A magnetron sputtering apparatus comprising a trap holder that supports the main surface so as to face the sputtering target.
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Cited By (1)
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US10184171B2 (en) | 2014-06-30 | 2019-01-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Sputtering apparatus and method thereof |
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