JP2008293798A - 有機el素子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】透明基板にアライメントマークを形成する専用工程を設けず、透明電極の厚さに対応した適切な波長の光を照射してシャドーマスクと透明基板とのアライメントを行う。
【解決手段】透明基板11上に透明電極12をパターニングする工程において、透明基板11にシャドーマスク14と透明基板11との位置決めに使用するアライメントマーク13を透明電極12と同一の材料で形成する。透明基板11上に薄膜層を蒸着法により形成するため、透明基板11とシャドーマスク14とをアライメントする際、アライメントマーク13に光を照射する照射光源16として白色光源を使用するとともに、透過波長の中心波長が異なる複数の光学フィルタ17を準備する。透明電極12の厚さに対応する透過波長の光学フィルタ17を選択して、その光学フィルタ17を介してアライメントマーク13に向けて白色光源からの光を照射してシャドーマスク14と透明基板11とのアライメント作業を行う。
【選択図】図3

Description

本発明は、有機EL素子の製造方法に係り、詳しくは、シャドーマスクと透明基板とのアライメント工程を含み、透明電極が形成された透明基板とシャドーマスクとのアライメンとを行った後に、透明電極上に有機EL層を蒸着によって積層形成する有機EL素子の製造方法に関する。
近年、自発光型の発光素子として有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、エレクトロルミネッセンスを適宜ELと記載する。)が注目されている。有機EL素子の基本的な製造方法は、透明電極からなる陽極がパターニングされたガラス基板上に、有機EL層、陰極を順次積層する。有機EL層は、正孔輸送層/発光層/電子輸送層に代表される積層構造を有しているが、陽極と正孔輸送層との間に正孔注入層を設けたり、陰極と電子輸送層との間に電子注入層を設けたりする構成もある。また、白色発光を行う発光層を形成する場合、一層で白色発光を行う層を形成する場合もあるが、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層を積層して形成する場合もある。
有機EL素子を構成する各層を基板上に成膜する場合、真空チャンバ内に配置された基板を所定の微細なパターンで開口するマスクで密着させて覆い、真空チャンバ内で蒸発させた有機原料をマスクの微細な開口部を通して基板上の部分に蒸着することにより、有機EL素子が製造される。そして、近年、有機EL素子の開発は、解像度の高いカラー画像を指向しており、そのため、マスクの開口部は非常に微細に製作されている。そのため、各蒸着段階において、先の工程で蒸着が行われた基板と、微細な開口部が多数形成されたマスクとの位置合わせを精度良く行う必要がある。
ガラス基板とマスクとの相対的な位置合わせ方法として、ガラス基板に透明電極をパターニングした後、ガラス基板にアライメントマークを形成し、そのアライメントマークと、マスク側に形成されたアライメントマークとにより位置合わせを行う方法がある。通常、ガラス基板側のアライメントマークは、アライメント工程で使用される白色光を照射した時に視認できるように、金属膜で形成される。また、従来、半導体装置の製造に使用される露光装置には、露光に先立って半導体ウェハとマスクとの相対的な位置合わせを行うアライメント測定装置が備えられている。そして、アライメントを行う試料(半導体ウェハ)の表面の反射率、形成されているアライメントマークの段差の高さや塗布されているレジストの厚さ等が種々異なっても、アライメントマークとそうでない所とで良好なコントラストをもった画像データが得られるようにしたアライメント測定装置が提案されている(特許文献1参照。)。特許文献1のアライメント測定装置は、アライメントマークを照射する照射光源として、発光スペクトルが連続かつフラットなものを使用するとともに、透過波長帯域が狭く、透過波長の中心波長が異なる複数の光学フィルタを有し、この複数の光学フィルタのうちの一枚を照明光の光路内に位置させる波長選択装置を備えている。そして、予め同一のプロセスにおけるアライメントマークで測定を行った時に最大のコントラストが得られる光学フィルタを記憶しておき、実際のアライメント測定時にこの記憶しておいた光学フィルタが照明光の光路内に位置するよう波長選択装置の駆動を制御する。
特開平5−226220号公報
基板に形成されるアライメントマークとして金属膜を使用する方法では、ガラス基板にアライメントマークを形成する専用工程が必要となるため、製造工数が増えてしまうという問題がある。また、特許文献1には、光学フィルタを介して光を照射することでアライメントマークのコントラストを向上させることが開示されているが、有機EL素子の製造に関しては何ら記載はない。
本発明は、透明基板にアライメントマークを形成する専用工程を設けず、透明電極の厚さに対応した適切な波長の光を照射してシャドーマスクと透明基板とのアライメントを行うことができるシャドーマスクと透明基板とのアライメント方法を含む有機EL素子の製造方法を提供することにある。
前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、透明電極を形成した透明基板上に有機EL層をシャドーマスクを用いた蒸着法により積層形成する有機EL素子の製造方法である。そして、前記透明電極を形成する工程において、前記透明基板上に前記透明電極を形成すると同時に、前記透明基板の所定位置に前記シャドーマスクと前記透明基板との位置決めに使用するアライメントマークを前記透明電極と同一の材料で形成する。また、前記透明基板と前記シャドーマスクとを所定の位置関係にアライメントする工程において、前記シャドーマスクの上側に前記透明基板を配置し、前記透明基板の前記アライメントマークに向けて光を照射する白色光源と透過波長の中心波長が異なる複数の光学フィルタとを準備する。そして、前記透明基板の前記アライメントマークの厚さに対応する前記光学フィルタを選択し、その光学フィルタを介して前記透明基板の前記アライメントマークに向けて前記白色光源からの光を照射して前記シャドーマスクと前記透明基板とのアライメント作業を行い、前記有機EL層を形成する工程において、前記シャドーマスクを介して蒸着法により前記透明電極上に有機EL層を積層形成する。ここで、「アライメントマークの厚さに対応する光学フィルタを選択する」とは、アライメントマークを透明電極と同一の材料で形成した場合には、アライメントマークを視認可能とする光の波長がアライメントマークの厚さによって異なるので、形成されたアライメントマークの厚さに対応して、そのアライメントマークが視認可能となる光の波長を透過する光学フィルタを選択することを意味する。
この発明では、透明基板に形成されるアライメントマークが、透明基板上に透明電極を形成する工程において透明電極と同一の材料で同時に形成されるため、アライメントマークを形成するための専用の工程が不要になり、工数を少なくすることができる。また、通常、透明な材料で形成したアライメントマークは、一般のアライメント用の白色光源を用いた場合には視認することが難しく、LED光源などの単色光を用いた場合にはアライメントマークの膜厚によっては視認し難くなることがある。ところが、本願発明では、透明電極の厚さに対応してアライメント作業時にアライメントマークに対して照射する照射光の波長が変わるように、複数の光学フィルタの中から適切な光学フィルタを選択し、その光学フィルタを介してアライメントマークに光を照射している。このため、透明な材料で形成されたアライメントマークであっても、例えば、そのアライメントマークの透過率が低い波長の光を照射するように設定することで、アライメントマークを視認することができる。したがって、透明基板とシャドーマスクとのアライメントに使用する光源に合わせてアライメントマークの厚さ、つまりは透明電極の厚さを配慮する必要がない。
本発明によれば、透明基板にアライメントマークを形成する専用工程を設けず、アライメントマーク及び透明電極の厚さに対応した適切な波長の光を照射してシャドーマスクと透明基板とのアライメントを行うことができる。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図4にしたがって説明する。
有機EL素子は、第1電極としての透明電極が形成された透明基板上に有機EL層を構成する複数の薄膜層及び第2電極が積層されて構成されている。有機EL素子の製造方法では、透明基板上に透明電極(第1電極)を形成する工程、透明電極上に有機EL層を形成する工程、有機EL層上に第2電極を形成する工程が順に行われる。
有機EL層を構成する複数の薄膜層は、シャドーマスクを用いた蒸着法により順に積層形成される。このような薄膜層を透明基板上に所定パターンに高精度で形成するためには、薄膜形成用のために微細な開口部が形成されたシャドーマスクと透明基板とを位置合わせする必要がある。
この実施形態では透明基板としてガラス基板が使用され、透明電極は公知の有機EL素子で透明電極として用いられるITO(インジウム錫酸化物)により形成されている。図1に示すように、透明基板11は矩形状に形成され、透明電極12が形成された領域の外側の所定位置にアライメントマーク13が形成されている。アライメントマーク13は、透明電極12が形成された面に、透明電極12の材料で形成されている。アライメントマーク13は、透明基板11の対角線上に2個形成され、それぞれ十字形に形成されている。なお、図1は、透明基板11を透明電極12及びアライメントマーク13が形成された面と反対側から見た模式図である。
アライメントマーク13は、有機EL素子の製造方法における一工程である透明電極を形成する工程において、透明基板11上に透明電極12を形成すると同時に、透明基板11の所定位置に透明電極12と同一の材料で形成される。詳述すれば、透明電極12は、ガラス基板製の透明基板11上にITO膜を公知の薄膜形成方法によって成膜し、次に、このITO膜上にフォトリソグラフィ法でレジストパータンを形成する。その後、エッチングを行い、透明電極12のパターニングを行うことで形成される。この透明電極12のパターニングを行う際に、レジストパータンにアライメントマーク13に対応する形状のパターンを形成しておくことにより、透明電極12が形成されるのと同時にアライメントマーク13が透明基板11の所定位置に形成される。即ち、透明基板11上に透明電極12を形成すると同時に、透明基板11の所定位置にシャドーマスクと透明基板11との位置決めに使用するアライメントマーク13を透明電極12と同一の材料で形成する。
図2(a)に示すように、複数の開口14aが形成されたシャドーマスク14上には、2個のアライメントマーク15が、透明基板11上に形成されたアライメントマーク13と同様に対角線上に形成されている。この実施形態では2個のアライメントマーク15は、透明基板11のアライメントマーク13を内側に収容可能な大きさの円形に形成されている。図2(b)に示すように、シャドーマスク14の上に透明基板11が、両アライメントマーク13,15が重なる状態で配置されると、シャドーマスク14と透明基板11とは所定の位置に精度良く位置決めされた状態となるように、2個のアライメントマーク15の位置が設定されている。
次に前記のように形成された透明基板11とシャドーマスク14とのアライメント方法を説明する。透明基板11に対する蒸着膜の蒸着はデポアップで行われる。そのため、透明基板11とシャドーマスク14とのアライメント作業は、図3に示すように、透明基板11がシャドーマスク14の上方に位置し、かつ透明電極12及びアライメントマーク13が形成された面が下側になる状態で行われる。透明基板11は図示しない支持装置に支持される。一方、シャドーマスク14は、シャドーマスク14を図3の紙面と垂直方向及び左右方向に移動させることが可能な図示しないXY駆動ステージに支持される。また、XY駆動ステージは、透明基板11の表面に垂直な軸線回りに回転可能なθ駆動ステージ上に載置されており、シャドーマスク14は回動も可能に支持されている。
透明基板11の上方には照射光源16が配設されている。照射光源16として白色光源が使用されるとともに、照射光源16の出射側に光学フィルタ17が取り外し可能に取り付けられている。白色光源としては、発光スペクトルが連続かつ平坦なもの、例えば、白色発光ダイオード、ハロゲンランプ等が使用される。
光学フィルタ17として、透過波長の中心波長が異なる複数の光学フィルタ17を準備し、透明基板11のアライメントマーク13の厚さに対応する透過波長の光学フィルタ17を選択し、その光学フィルタ17が照射光源16に取り付けられる。照射光源16と透明基板11との間にはハーフミラー18が設けられている。ハーフミラー18は、照射光源16から透明基板11に向けて出射された照射光は透過し、透明基板11を透過してシャドーマスク14で反射して再び透明基板11に入射した後、透明基板11を透過してハーフミラー18に入射した光は透過せずに、側方に反射するように設けられている。ハーフミラー18の側方には、ハーフミラー18で反射した反射光を取り込むCCDカメラ19が設けられている。そして、CCDカメラ19で取り込まれた画像データに基づいて、図示しない制御装置によりXY駆動ステージ及びθ駆動ステージが制御されて、シャドーマスク14と透明基板11とのアライメント作業が行われる。制御装置は、両アライメントマーク13,15の位置関係が図2(b)に示すアライメント状態、即ち両アライメントマーク13,15の中心が一致する状態となるようにシャドーマスク14の位置調整を行う。
図4に、ソーダガラス及びITO膜の透過率と波長の関係を示す。図4に示すように、
透明基板11の材料であるソーダガラスの透過率は、波長が380nm〜730nmの範囲でほぼ90%程度であるが、透明電極12及びアライメントマーク13の材料であるITO膜の透過率は、厚さ及び波長による変化が大きい。透過率が85%以下であれば、照射光源16から透明基板11のアライメントマーク13に向けて照射されるとともに、透明基板11を透過してシャドーマスク14で反射して再び透明基板11に入射した反射光でアライメントマーク13を認識することができるが、85%より大きいと認識が難しい。
したがって、アライメントマーク13の厚さ即ち透明電極12の厚さに対応して、透過率が85%以下になる波長の光を透明基板11に照射する必要がある。例えば、ITOの膜厚が100nmの場合は、光学フィルタ17として透過波長の中心波長が550nm〜600nmのものを使用し、ITOの膜厚が120nmの場合は、光学フィルタ17として透過波長の中心波長が400nm以下のものを使用するのが好ましい。また、ITOの膜厚が140nmの場合は、光学フィルタ17として透過波長の中心波長が440nm以下のものを使用するのが好ましい。
照射光源16として白色光源が使用されているため、照射光源16の照射光は発光スペクトルが広い波長領域で連続かつフラットになる。そして、光学フィルタ17として、透過波長の中心波長が異なる複数の光学フィルタ17の中から、透明電極12の厚さに対応した適切な透過波長の中心波長を有する光学フィルタ17を照射光源16に取り付けることで、適切な波長の照射光が透明基板11に照射され、アライメントマーク13が認識される。
有機EL層の積層工程では、有機EL層を構成する各層(例えば、正孔輸送層、発光層、電子輸送層)の蒸着を行うための複数の蒸着室が連結された搬送室に透明基板11が搬入される。透明基板11は、搬送室内に設けられた搬送ロボットにより、各蒸着室に透明電極12が下側になる状態で順次搬送される。そして、各蒸着室内で前記のようにして透明基板11とシャドーマスク14とのアライメントが行われた後、坩堝から蒸発させた有機原料をシャドーマスク14が密着保持された透明基板11上にシャドーマスク14の開口14aを通して直接に蒸着させることにより形成される。
したがって、この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(1)透明電極12を形成する工程において、透明基板11上に透明電極12を形成すると同時に、透明基板11の所定位置にシャドーマスク14と透明基板11との位置決めに使用するアライメントマーク13を透明電極12と同一の材料で形成する。したがって、アライメントマーク13を形成するための専用の工程が不要になり、工数を少なくすることができる。
(2)透明基板11とシャドーマスク14とを所定の位置関係にアライメントする工程において、シャドーマスク14の上側に透明基板11を配置し、透明基板11のアライメントマーク13に向けて光を照射する白色光源と透過波長の中心波長が異なる複数の光学フィルタ17とを準備する。そして、透明基板11のアライメントマーク13の厚さに対応する透過波長の光学フィルタ17を選択し、その光学フィルタ17を介して透明基板11のアライメントマーク13に向けて白色光源からの光を照射してシャドーマスク14と透明基板11とのアライメント作業を行う。そして、有機EL層を形成する工程において、シャドーマスク14を介して蒸着法により透明電極12上に有機EL層を積層形成する。
アライメントマーク13は透明電極12のパターニング工程で同時に形成されるため、アライメントマーク13の厚さは透明電極12の厚さと同じになり、透明電極12の厚さによってアライメントマーク13を認識するのに適切な照射光の波長が異なる。しかし、複数の光学フィルタ17の中から適切な光学フィルタ17が選択されて、その光学フィルタを介してアライメントマークに光を照射している。このため、透明な材料で形成されたアライメントマークであっても、例えば、そのアライメントマークの透過率が低い波長の光を照射するように設定することで、アライメントマークを視認することができる。したがって、透明基板11とシャドーマスク14とのアライメントに使用する照射光源16に合わせてアライメントマークの厚さ、つまりは透明電極12の厚さを配慮する必要がない。また、透明電極12の厚さに対応した適切な波長の光を出射するLED(発光ダイオード)がなく、適切な波長に近い波長の光を出射するLEDを照明装置として使用する構成に比較して、アライメントマーク13の認識性が向上する。
(3)シャドーマスク14と透明基板11とのアライメント作業は、アライメントマーク13を反射法で認識するため、透過法で認識する方法に比較してアライメント装置のコストを低減することができる。
(4)光学フィルタ17は照射光源16に対して取り外し可能に取り付けられ、透明電極12の厚さに対応した適切な波長の光を透過する光学フィルタ17が照射光源16に取り付けられる。したがって、透過波長の異なる複数の光学フィルタが所定間隔をおいて一体的に装備されたフィルタ部材を移動手段で移動させて、適切な光学フィルタを照射光源16の照射光の光路内に配置するような構成に比較して、構成が簡単でコンパクトになる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 透明基板11に形成されるアライメントマーク13及びシャドーマスク14に形成されるアライメントマーク15の形状や位置を変更してもよい。例えば、図5(a)に示すように、透明基板11にはアライメントマーク13に代えて、大きさの異なる2個のアライメントマーク13a,13bを形成し、図5(b)に示すように、シャドーマスク14にはアライメントマーク13a,13bより小さなアライメントマーク15を形成する。この実施形態の場合、図5(c)に示すように、シャドーマスク14の上に透明基板11が重なる状態で配置されると、アライメントマーク13a,13b及びアライメントマーク15は、重なる位置に配置されるのではなく、所定の位置関係に配置される。詳述すると、図5(d)に示すように、2個のアライメントマーク13a,13b及びアライメントマーク15は、その中心位置が三角形を形成するように配置される。その状態で、アライメントマーク13b及びアライメントマーク15の中心を通る直線と、アライメントマーク13a及びアライメントマーク15の中心を通る直線とが成す角度θを測定する。また、アライメントマーク13bとアライメントマーク15とのX軸方向のズレX及びY軸方向のズレYを測定する。そして、角度θとズレ量を見てアライメント精度を判断する。角度θが予め設定された値で、ズレX及びズレYがゼロのとき、シャドーマスク14と透明基板11とは所定の位置に精度良く位置決めされた状態となる。
○ 透明電極12の材料はITOに限らず、例えば、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、ZnO(酸化亜鉛)、SnO(酸化錫)等を用いることができる。材料によりその膜厚と波長毎の透過率は変わるため、予め膜厚と適切な波長の透過率との関係を試験で確認して、適切な光学フィルタを選択する。
○ アライメントマーク13の形状は十字形に限らない。例えば、正三角形、矩形等の多角形、円形、星形等の中心を認識し易い形にしてもよい。また、シャドーマスク14のアライメントマーク15と同じ形状にして、両アライメントマーク13,15の重なり状態から判断する場合は、中心を認識し易い形状でなくても、両アライメントマーク13,15の重なり状態から透明基板11及びシャドーマスク14の位置関係を認識することができる。
○ アライメントマーク13,15の位置は、透明基板11やシャドーマスク14の対角線上の2箇所に限らない。例えば、同一辺上の2箇所に設けたり、任意の異なる2辺上に1個ずつ設けたりしてもよい。
○ アライメントマーク13,15の数は2個に限らず、1個でも3個以上でもよい。但し、1個の場合は、アライメントマーク13,15として、外形が直角となる部分を有する形状が好ましい。
○ 照射光源16を構成する白色光源として白色発光有機EL素を使用してもよい。
○ 光学フィルタ17として個々の光学フィルタ17が照射光源16に対して取り外し可能に取り付けられる構成に代えて、透過波長の異なる複数の異なる光学フィルタが所定間隔をおいて一体的に装備されたフィルタ部材を移動手段で移動させて、適切な光学フィルタを照射光源16の照射光の光路内に配置する構成としてもよい。
○ シャドーマスク14と透明基板11とのアライメント作業は、アライメントマーク13を透過法で認識する方法としてもよい。
○ 照射光源16と透明基板11との間にハーフミラー18を配置せずに、照射光源16から照射されてシャドーマスク14で反射された反射光が、照射光源16からずれた位置に向かうように反射する角度で照射光を照射する構成としてもよい。
○ シャドーマスク14と透明基板11とのアライメント調整を行う際のアライメントマーク13,13a,13b,15の確認は、反射法に限らず透過法で行ってもよい。例えば、図6に示すように、照射光源16をその照射光が透明基板11及びシャドーマスク14の側方を通過する位置に配置するとともに、その照射光の進行方向を90度変更させてシャドーマスク14の下方においてシャドーマスク14と平行になるように反射する第1のプリズム20aを設ける。また、第1のプリズム20aの反射光の進行方向を90度変更させてシャドーマスク14及び透明基板11を透過するように反射する第2のプリズム20bを設ける。そして、第2のプリズム20bの反射光を受光する位置にCCDカメラ19を配置する。なお、図6においては、透明電極やアライメントマークの図示を省略している。
○ シャドーマスク14をアライメント調整のために移動させる構成として、XYZ駆動ステージやXYZθ駆動ステージを使用しても良い。
○ 透明基板11は石英ガラス、光学ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、シリコン基板、シリコンウエハー基板、樹脂基板、プラスチック基板、フィルム基板及び各種透明基板を用いてもよい。
以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)請求項1に記載の発明において、前記光学フィルタは照射光源に取り外し可能に取り付けられている。
(2)請求項1に記載の発明において、前記透明基板と前記シャドーマスクとのアライメント作業は、前記アライメントマークを反射法で認識する。
ガラス基板の模式平面図。 (a)はメタルマスクの模式平面図、(b)はメタルマスクと透明基板とが重ねられた状態の模式平面図。 透明基板とシャドーマスクとのアライメント作業を説明する模式図。 ITO膜の膜厚と透過率の関係を示すグラフ。 別の実施形態を示し、(a)は透明基板の模式平面図、(b)はメタルマスクの模式平面図、(c)はメタルマスクと透明基板とが重ねられた状態の模式平面図、(d)はアライメントマークの位置関係を示す模式図。 透過法を説明する模式図。
符号の説明
11…透明基板、12…透明電極、13,13a,13b,15…アライメントマーク、14…シャドーマスク、16…照射光源、17…光学フィルタ。

Claims (1)

  1. 透明電極を形成した透明基板上に有機EL層をシャドーマスクを用いた蒸着法により積層形成する有機EL素子の製造方法であって、
    前記透明電極を形成する工程において、前記透明基板上に前記透明電極を形成すると同時に、前記透明基板の所定位置に前記シャドーマスクと前記透明基板との位置決めに使用するアライメントマークを前記透明電極と同一の材料で形成し、
    前記透明基板と前記シャドーマスクとを所定の位置関係にアライメントする工程において、前記シャドーマスクの上側に前記透明基板を配置し、前記透明基板の前記アライメントマークに向けて光を照射する白色光源と透過波長の中心波長が異なる複数の光学フィルタとを準備し、前記透明基板の前記アライメントマークの厚さに対応する前記光学フィルタを選択し、その光学フィルタを介して前記透明基板の前記アライメントマークに向けて前記白色光源からの光を照射して前記シャドーマスクと前記透明基板とのアライメント作業を行い、
    前記有機EL層を形成する工程において、前記シャドーマスクを介して蒸着法により前記透明電極上に有機EL層を積層形成することを特徴とする有機EL素子の製造方法。
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