JP2009024215A

JP2009024215A - 蒸着装置及び蒸着方法並びに有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2009024215A
Application number: JP2007187943A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kurauchi; 伸幸倉内
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】高品質の薄膜を形成することができる蒸着装置及び蒸着方法並びに有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】蒸着装置２は、基板１２の蒸着面１２ａに、開口パターンを有したマスク１４を配置し、基板１２の蒸着面１２ａに所定のパターンの成膜を行う蒸着装置であって、チャンバ１８と、チャンバ１８内に設けられ、マスク１４の基板１２と接触する第１の面を、基板１２の蒸着面１２ａと対向する位置に、変位させるマスク保持部３６と、マスク保持部３６の作動を制御する機能を有する制御部３８と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸着装置及び蒸着方法並びに有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法に関するものである。

真空に排気した容器中で成膜しようとする材料を加熱・蒸発させ、基板上に凝結・固化させることにより、目的とする薄膜を形成する方法として、真空蒸着法が知られている。かかる真空蒸着法で使用される真空蒸着装置（蒸着装置）は、真空容器（チャンバ）の内部において、加熱部（蒸着源）に取付けた膜材料を加熱して蒸発させ、蒸着分子を基板の表面に蒸着させる。その際、基板の蒸着面にマスクを配置してマスク蒸着を行うことで蒸着薄膜を任意形状にパターニングすることができる。

次世代ディスプレイとして開発が進められている有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）装置、特に低分子有機ＥＬ装置の製造には、上述の真空蒸着技術が使用されている。又、有機ＥＬ装置をフルカラー化するにはＲＧＢの発光素子を各発光画素上に形成する必要があるので、高精細マスクを用いたマスク蒸着が広く用いられている。

この場合、基板に微小（１μｍ程度）なパーティクルが付着すると、そのパーティクルが原因で、（１）その画素の陽極と陰極とがショートし、その画素が暗点となる、（２）基板上に形成される蒸着パターンが不鮮明になる、（３）隣接する画素にも蒸着される、（４）蒸着膜の膜厚が不均一になる等の問題が生じる。基板にパーティクルが付着しないようにする方法として、マスク開口部が有機膜と接触しない方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−５１８９号公報

しかしながら、真空蒸着法で成膜する場合、基板の成膜面が下側を向いているためマスクストック室から成膜室にマスクを搬送する場合や、成膜室で基板が搬送される間など、マスクの基板接触面は上側を向いている状態である。そのためマスクの搬送或いは基板の搬送中などに発生するパーティクルが、マスクの基板接触面に付着する場合があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］基板の蒸着面に、開口パターンを有したマスクを配置し、前記基板の前記蒸着面に所定のパターンの成膜を行う蒸着装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に設けられ、前記マスクの前記基板と接触する第１の面を、前記基板の前記蒸着面と対向する位置に、変位させるマスク保持部と、前記マスク保持部の作動を制御する機能を有する制御部と、を含むことを特徴とする蒸着装置。

これによれば、マスクの基板接触面が成膜時以外は下側を向いているため、マスクの基板接触面にパーティクルが付着することを防止できる。これにより、高品質の薄膜を形成することができる蒸着装置を提供する。

［適用例２］上記蒸着装置であって、前記制御部は、前記基板の前記蒸着面側に前記マスクを配置する直前に、前記マスクの前記第１の面を、前記基板の前記蒸着面と対向する位置に変位させることを特徴とする蒸着装置。

これによれば、基板にマスクを配置する直前に、マスクを変位させるので、よりマスクの基板接触面にパーティクルが付着することを防止できる。

［適用例３］上記蒸着装置であって、前記制御部は、前記マスクを、前記マスクの前記第１の面と、前記基板の前記蒸着面と、が並行になるまで変位させることを特徴とする蒸着装置。

これによれば、基板とマスクとの密着力を強化できる。

［適用例４］上記蒸着装置であって、前記マスク保持部は、前記マスクを、前記マスクの短手方向の略中央を通り前記マスクの長手方向に延びる直線を回転軸として、回転駆動させることを特徴とする蒸着装置。

これによれば、必要最小限のスペースでマスクを変位できる。

［適用例５］基板の蒸着面側に、開口パターンを有したマスクを配置し、前記基板の前記蒸着面に所定のパターンの成膜を行う蒸着方法であって、前記基板の前記蒸着面側に前記マスクを配置する前に、前記マスクの前記基板と接触する第１の面を前記基板の蒸着面と対向する位置に変位させることを特徴とする蒸着方法。

これによれば、マスクの基板接触面が成膜時以外は下側を向いているため、マスクの基板接触面にパーティクルが付着することを防止できる。これにより、高品質の薄膜を形成することができる蒸着方法を提供する。

［適用例６］上記蒸着方法を用いた有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法であって、前記蒸着源から飛散する蒸着材料によって少なくとも発光層を形成することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法。

これによれば、マスクの基板接触面が成膜時以外は下側を向いているため、マスクの基板接触面にパーティクルが付着することを防止できる。これにより、高品質の薄膜を形成することができる有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法を提供する。

実施形態について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態では、蒸着装置としての真空蒸着装置について説明する。尚、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。尚、この実施形態により発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る真空蒸着装置２の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態に係る真空蒸着装置２は、真空チャンバ（チャンバ）１８と、真空チャンバ１８内を真空排気する真空ポンプ２０と、真空ポンプ２０の排気口２２と、膜材料１６を加熱する加熱抵抗を有する加熱部（蒸着源）２４と、加熱部２４に電力を供給する電源２６と、基板１２と蒸着マスク（マスク）１４の密着力を強化するためのマグネット２８と、マグネット２８を下方に保持してマグネット２８を上下方向に移動させるマグネット昇降機構３０と、基板１２とマグネット２８間に配される補強板３２と、基板１２を保持し、基板１２を上下・左右・回転方向に移動させる基板保持部３４と、真空チャンバ１８の内周面に取付けられ、蒸着マスク１４を保持し、蒸着マスク１４を変位させるマスク保持部３６と、マスク保持部３６の作動を制御する機能を有する制御部３８と、を含んでいる。
真空蒸着装置２は、基板１２の蒸着面１２ａに、開口パターンを有した蒸着マスク１４を配置し、基板１２の蒸着面１２ａに加熱部２４の膜材料１６により所定のパターンの成膜を行う。

基板１２は、例えば、ガラス材料からなり、基板保持部３４に保持されている。
蒸着マスク１４は、磁性金属材料で形成されており、真空チャンバ１８の内周面に取付けられたマスク保持部３６に保持されている。

真空チャンバ１８内の下部には、膜材料１６を載置して加熱により蒸発させる加熱部２４が設けられている。この加熱部２４には電力供給ライン２６ａを通じて電力を供給する電源２６が、真空チャンバ１８の外部に設けられている。ここで、膜材料１６としては、例えば、金属材料や有機材料を使用することができる。真空チャンバ１８内における加熱部２４の上方には、膜形成対象の基板１２が設置されており、加熱部２４と基板１２との間に蒸着マスク１４が設置されている。

基板１２の背面側（蒸着面１２ａと反対側）には、補強板３２が載置又は貼着されている。基板１２の撓みを防止するためには、補強板３２を基板１２の背面側に貼着するのが望ましい。補強板３２としては、蒸着マスク１４に作用するマグネット２８の吸着力（磁場）を阻害せず、且つ、剛性／放熱性が高い材料が望ましく、例えば、透明なガラス・プラスチック、Ａｌ₂Ｏ₃焼結体／ＷＣ／ＳｉＣ／ＳｉＮ／窒化アルミ／ジルコニア等の常磁性セラミック材料、Ａｌ／Ｃｕ等の常磁性金属材料を使用することができる。更に、補強板３２の上方には、マグネット昇降機構３０に保持されたマグネット２８が配置されている。マグネット２８としては、例えば、ＯＸ３００、アルミニウム−ニッケル−コバルト合金（ＡｌＮｉＣｏ）、及びサマリウム−コバルト合金（ＳｍＣｏ）等を使用することができる。

蒸着マスク１４の両サイドには、蒸着マスク１４を変位させるマスク保持部３６が設けられている。マスク保持部３６は、蒸着マスク１４の基板１２と接触する第１の面（基板接触面１４ａ）を、基板１２の蒸着面１２ａと対向する位置に変位させる。マスク保持部３６は、蒸着マスク１４を回転駆動させることにより蒸着マスク１４の状態を変位させる。マスク保持部３６は、蒸着マスク１４を、蒸着マスク１４の短手方向の略中央を通り蒸着マスク１４の長手方向に延びる直線を回転軸４２とする回転機構により、回転駆動させる。蒸着マスク１４は成膜時以外、基板接触面１４ａを下に向けている。成膜時に、蒸着マスク１４が１８０度回転し、基板接触面１４ａが上を向く。

このマスク保持部３６には、その回転駆動を制御する制御部３８が、真空チャンバ１８の外部に設けられている。制御部３８は、基板１２の蒸着面１２ａ側に蒸着マスク１４を配置する前に、蒸着マスク１４の基板接触面１４ａを、基板１２の蒸着面１２ａと対向する位置に、回転駆動させるよう構成されている。又、制御部３８は、蒸着マスク１４を、蒸着マスク１４の基板接触面１４ａと、基板１２の蒸着面１２ａと、が並行になるまで、回転駆動させるように構成されている。

上記構成の真空蒸着装置２による蒸着方法を説明する。
図２は、本実施形態に係る真空チャンバ１８内の基板１２と蒸着マスク１４の動きを説明する図である。まず、マスクストック室（図示せず）に基板接触面１４ａが下向きに置いてある蒸着マスク１４を、そのままの状態で搬送ロボット（図示せず）により真空チャンバ１８に搬送する（図２（Ａ）に示す）。

続いて真空チャンバ１８に補強板３２を載置又は貼着した基板１２を蒸着面１２ａが下向きの状態で搬送する（図２（Ｂ）に示す）。

次に、真空ポンプ２０の駆動によって排気口２２から真空チャンバ１８内を真空排気し、真空チャンバ１８の内部を高真空状態とする。

次に、真空チャンバ１８に搬送済みの蒸着マスク１４を、１８０度回転し、基板接触面１４ａを上向きにする（図２（Ｂ）〜図２（Ｃ）に示す）。つまり、基板１２の蒸着面１２ａ側に蒸着マスク１４を配置する前に、蒸着マスク１４の基板接触面１４ａを基板１２の蒸着面１２ａと対向する位置に回転駆動させる。

次に、基板１２を基板保持部３４により下降させて、基板１２と蒸着マスク１４と密着させる（図２（Ｄ）に示す）。又、必要であれば基板１２と蒸着マスク１４のアライメント動作を行う。その後、マグネット昇降機構３０によりマグネット２８を下降させて、補強板３２と密着させる。

この後、電源２６からの電力により加熱部２４を発熱させる。これにより、膜材料１６が加熱され、膜材料１６固有の蒸発温度に達した時点で蒸発分子１６ａとなって上方へ飛び出す。飛び出した蒸発分子１６ａは蒸着マスク１４のスリットを通過して基板１２の表面に付着し、次第に堆積する。この場合、上述したように、蒸着マスク１４が全面に亘って基板１２に十分に密着しているため、蒸着マスク１４のスリットを通過した蒸発分子１６ａが拡散することはなく、スリット幅と同一幅の蒸着膜が形成される。

次に、基板１２と蒸着マスク１４の吸着状態を解除する方法を説明する。図１において、基板１２の蒸着が終了した場合には、電源２６の加熱部２４に対する電力の供給を停止して、加熱部２４の発熱を停止させる。そして、マグネット昇降機構３０によりマグネット２８を上昇させて、基板１２と蒸着マスク１４の吸着状態が解除される。この後、基板保持部３４により基板１２及び補強板３２を上昇させて、蒸着マスク１４との密着状態を解除する。

次に、蒸着マスク１４を、１８０度回転し、基板接触面１４ａを下向きにする。
続いて真空チャンバ１８から蒸着が終了した基板１２を蒸着面１２ａが下向きの状態で搬出する。以降、真空チャンバ１８に新たな基板１２を蒸着面１２ａが下向きの状態で搬送し、作業が繰り返される。つまり、基板１２の蒸着面１２ａ側に蒸着マスク１４を配置する成膜時以外は、蒸着マスク１４の基板接触面１４ａは下向きの状態で待機しているので、蒸着マスク１４の基板接触面１４ａにパーティクルが付着することを防止する。

以上説明したように、本実施形態によれば、蒸着マスクの基板接触面が成膜時以外は下側を向いているため、蒸着マスクの基板接触面にパーティクルが付着することを防止できる。これにより、高品質の薄膜を形成することができる。尚、本実施形態の真空蒸着装置２では、抵抗加熱法を使用しているが、これに限られるものではなく、電子衝撃法や高周波誘導加熱法等を使用してもよい。

（有機ＥＬ表示装置の製造方法）
上記構成の真空蒸着装置２による有機ＥＬ表示装置の製造方法を図３を参照して説明する。
図３は、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の製造工程を説明する図であり、３色のフルカラー有機ＥＬ表示装置の製造工程を示したものである。図３に示す有機ＥＬ表示装置の製造工程は、（１）画素電極形成工程と、（２）隔壁形成工程と、（３）正孔注入／輸送層形成工程と、（４）発光層形成工程と、（５）陰極形成工程等から構成される。以下の有機ＥＬ表示装置の製造工程では、少なくとも発光層形成工程（４）で真空蒸着装置２を使用して膜形成を行う。

［画素電極形成工程］
透明基板５０は、必要に応じてＴＦＴやＴＦＤのスイッチング素子が形成されている。この透明基板５０は、支持体であると同時に光を取り出す面として機能する。従って、透明基板５０は、光の透過特性や熱的安定性を考慮して選択される。透明基板５０の材料としては、例えばガラス基板、透明プラスチック等が挙げられる。まず、図３（Ａ）に示すように、透明基板５０上に、画素電極５２，５４，５６を形成する。画素電極の形成方法としては、フォトリソグラフィー、真空蒸着、スパッタリング法、パイロゾル法等を使用することができるが、フォトリソグラフィーによることが好ましい。画素電極としては透明画素電極が好ましく、透明画素電極を構成する材料としては、酸化スズ膜、ＩＴＯ膜、酸化インジウムと酸化亜鉛との複合酸化物膜等が挙げられる。

［隔壁形成工程］
次に、図３（Ａ）に示すように、各画素領域を隔てる隔壁（バンク）５８を感光性ポリイミド等で形成し、上記の各透明画素電極間を埋めた。これによりコントラストの向上、発光材料の混色の防止、画素と画素との間から光漏れ等を防止することができる。隔壁（バンク）５８は、上記材料にカーボンブラック等を混入してブラックレジストとしてもよい。又、隔壁（バンク）５８は、次工程以降の真空蒸着法により正孔注入／輸送層６０や赤色発光層６２等の機能層を形成する際に、蒸着マスク１４と当該機能層を形成する基板１２の蒸着面１２ａとが直接接触しないようにする役割を果たす。蒸着マスク１４が当該機能層を形成する画素電極５２等の表面と直接接触しないようにすることにより、更に蒸着マスク１４による基板１２の蒸着面１２ａへの汚染を抑制することができる。又、蒸着マスク１４と基板１２とが蒸着により密着性が高くなり、互いを剥離できなくなるのを防止する役割も果たす。この隔壁（バンク）５８の形成方法としては、例えばフォトリソグラフィー等が挙げられる。この後、上記基板をウェット・ドライ洗浄する。

［正孔注入／輸送層形成工程］
次に、図３（Ａ）に示すように、画素電極５２，５４，５６の開口部に正孔注入／輸送層６０を真空蒸着法により形成した。正孔注入／輸送層形成工程では、真空蒸着装置２を使用することにしてもよい。正孔注入／輸送層６０の材料としては、低分子有機材料を用いることができ、例えば、アリールアミン類、フタロシアニン類、ルイス酸ドープ有機層等を使用することができる。

［発光層形成工程］
更に、図１の真空蒸着装置２を使用して真空蒸着法により、図３（Ｂ）に示すように、正孔注入／輸送層６０上に、赤色発光層６２、緑色発光層６４、青色発光層６６を形成した。赤色発光層６２、緑色発光層６４、青色発光層６６としては、低分子有機ＥＬ材料を使用することができる。発光層形成工程では、図１の真空蒸着装置２を使用しているので、蒸着マスク１４を透明基板５０に十分に密着させて高精度に発光層を形成でき、又、マグネット２８を引き離す場合にも透明基板５０を損傷させることなく、そのハンドリングを容易に行うことができる。

［陰極形成工程］
最後に、図３（Ｃ）に示すように、陰極（対向電極）６８を形成した。陰極６８としては、金属薄膜電極が好ましく、陰極６８を構成する金属としては、例えば、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｌ、Ｌｉ等が挙げられる。このような陰極６８は、蒸着法及びスパッタ法等により形成することができる。更に、陰極６８の上に保護膜を形成してもよい。

本実施形態によれば、蒸着マスクの基板接触面が成膜時以外は下側を向いているため、蒸着マスクの基板接触面にパーティクルが付着することを防止できる。これにより、高品質の薄膜を形成することができる蒸着装置を提供する。

（電子機器への適用例）
次に、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の製造方法を用いて製造された有機ＥＬ表示装置を適用可能な電子機器について図４を参照して説明する。図４（Ａ）は、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を可搬型のパーソナルコンピュータ（いわゆるノート型パソコン）１００の表示部に適用した例を示す斜視図である。同図に示すように、パーソナルコンピュータ１００は、キーボード１０２を備えた本体部１０４と、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の製造方法を用いて製造された有機ＥＬ表示装置を適用した表示部１０６とを備えている。図４（Ｂ）は、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を携帯電話機２００の表示部に適用した例を示す斜視図である。同図に示すように、携帯電話機２００は、複数の操作ボタン２０２のほか、受話口２０４、送話口２０６と共に、本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の製造方法を用いて製造された有機ＥＬ表示装置を適用した表示部２０８を備えている。

本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の製造方法を用いて製造された有機ＥＬ表示装置は、上述した携帯電話機やノートパソコン以外にも、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）と呼ばれる携帯型情報機器、パーソナルコンピュータ。ワークステーション、デジタルスチルカメラ、車載用モニタ、デジタルビデオカメラ、テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、テレビ電話機、及びＰＯＳ端末機などの電子機器に広く適用することができる。

本実施形態に係る真空蒸着装置の概略構成を示す模式的な断面図。本実施形態に係る真空チャンバ内の基板と蒸着マスクの動きを説明する図。本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置の製造工程を説明する図。本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を電子機器の表示部に適用した例を示す斜視図。

符号の説明

２…真空蒸着装置（蒸着装置）１２…基板１２ａ…蒸着面１４…蒸着マスク（マスク）１４ａ…基板接触面１６…膜材料１６ａ…蒸発分子１８…真空チャンバ（チャンバ）２０…真空ポンプ２２…排気口２４…加熱部（蒸着源）２６…電源２６ａ…電力供給ライン２８…マグネット３０…マグネット昇降機構３２…補強板３４…基板保持部３６…マスク保持部３８…制御部４２…回転軸５０…透明基板５２，５４，５６…画素電極５８…隔壁（バンク）６０…正孔注入／輸送層６２…赤色発光層６４…緑色発光層６６…青色発光層６８…陰極（対向電極）１００…パーソナルコンピュータ１０２…キーボード１０４…本体部１０６…表示部２００…携帯電話機２０２…操作ボタン２０４…受話口２０６…送話口２０８…表示部。

Claims

基板の蒸着面に、開口パターンを有したマスクを配置し、前記基板の前記蒸着面に所定のパターンの成膜を行う蒸着装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、前記マスクの前記基板と接触する第１の面を、前記基板の前記蒸着面と対向する位置に、変位させるマスク保持部と、
前記マスク保持部の作動を制御する機能を有する制御部と、
を含むことを特徴とする蒸着装置。
請求項１に記載の蒸着装置において、
前記制御部は、前記基板の前記蒸着面側に前記マスクを配置する直前に、前記マスクの前記第１の面を、前記基板の前記蒸着面と対向する位置に変位させることを特徴とする蒸着装置。
請求項１又は２に記載の蒸着装置において、
前記制御部は、前記マスクを、前記マスクの前記第１の面と、前記基板の前記蒸着面と、が並行になるまで変位させることを特徴とする蒸着装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸着装置において、
前記マスク保持部は、前記マスクを、前記マスクの短手方向の略中央を通り前記マスクの長手方向に延びる直線を回転軸として、回転駆動させることを特徴とする蒸着装置。
基板の蒸着面側に、開口パターンを有したマスクを配置し、前記基板の前記蒸着面に所定のパターンの成膜を行う蒸着方法であって、
前記基板の前記蒸着面側に前記マスクを配置する前に、前記マスクの前記基板と接触する第１の面を前記基板の蒸着面と対向する位置に変位させることを特徴とする蒸着方法。
請求項５に記載の蒸着方法を用いた有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法であって、
前記蒸着源から飛散する蒸着材料によって少なくとも発光層を形成することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置の製造方法。