JP2009079244A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜材料の供給管内の圧力変動を抑制し、膜厚の制御を精度良く行う。
【解決手段】成膜材料Ｍを加熱して昇華又は蒸発させる成膜源２１と、成膜材料を成膜する基板Ｗが設けられている成膜室１１と、を有する成膜装置において、成膜室内に、成膜材料を放出する放出口２２を設ける。成膜源２１と放出口２２とを連結する供給管２３に、成膜材料の流通を遮断、開放又は可変調整する流量調整機構２４を設け、成膜源２１の成膜材料Ｍの表面から流量調整機構２４までの材料流通空間Ｖの容積を調整する容積可変機構３１を供給管２３に接続する。流量調整機構２４の開閉動作によって一時的に材料流通空間Ｖの圧力が増減したときに、容積可変機構３１の内容積を調整することで、圧力変動を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置に搭載される有機ＥＬ素子等を形成する際に用いられる成膜装置及び成膜方法に関するものである。

有機ＥＬ素子を作製する際に用いられる成膜装置は、一般的に、成膜材料を加熱・蒸発させる成膜源と、成膜材料を成膜するための基板が設置されている成膜室とを備えている。このような装置の一例として、成膜材料を放出する放出口と、成膜源と放出口とを連結する供給管と、供給管に設けられた成膜材料の流通を遮断、開放又は可変調整する流量調整機構とを備えた成膜装置がある。この装置では、流量調整機構による成膜材料の流通量の調整によって、基板上に形成される蒸着膜の膜厚制御をおこなっている。

流量調整機構によって材料の流通量を制御する構成では、膜厚を制御するために流量調整機構を絞る際、供給管内の成膜材料の濃度や圧力が一時的に上昇してしまうという問題がある。成膜源の加熱温度を低下させても短い時間で成膜材料の温度は十分に低下しないので、供給管内の材料濃度や圧力が制御できずに膜厚の制御を精度良くおこなえなくなるおそれがある。また、圧力上昇によって成膜材料が分解等で変質すると、良質な成膜が困難になる。

従来は、例えば特許文献１に開示されたように、成膜材料を放出口へと導く供給管の他に、供給管内の圧力調整のために成膜材料の一部を外に逃がす調整用誘導管を設けている。また、特許文献２では、供給管内の圧力調整のために、一時的に成膜材料の一部を流入させるためのバッファ空間を設けている。これらの構成では、供給管内の圧力上昇に対して、成膜材料の一部を外に逃がしたり、一時的にバッファ空間に流入させることによって、供給管内の圧力上昇を抑制し、膜厚制御の精度を向上させて良質な成膜を可能とする効果を有している。

特開２００５−２８１８０８号公報 特開２００６−２７４３７０号公報

しかしながら上記従来の技術では、材料の流通量を増加させるために流量調整機構を開放する際、供給管内の成膜材料の濃度や圧力が一時的に低下してしまうと、膜厚の制御を精度良くおこなえなくなる問題がある。

特許文献１では、成膜材料の気体分子を供給管の外へ逃がして供給管内の気体分子数を減らす構成であり、気体分子数を増やすことができないため、供給管内で一時的に発生する圧力減少を抑制することは困難である。

また、特許文献２は、気体分子の一部をバッファ空間に逃がし、一時的に供給管内の容積をバッファ空間分だけ増加させる構成である。バッファ空間に流入した気体分子は、後に外に逃がすことでバッファ空間を元の状態に戻すので、繰り返し圧力上昇を抑制することが可能になる。しかしながら、一度バッファ空間内に流入した気体分子を供給管内に戻すことは困難なため、供給管内で一時的に発生する圧力減少を抑制することは困難である。

したがって、供給管内の圧力変動が発生する場合には、特許文献１、２に記載の構成では、膜厚制御を精度よくおこなうことが困難になるおそれがある。その結果、膜厚にばらつきが生じ、有機ＥＬ素子の表示品位が低下する。また、成膜材料を供給管の外に逃がすため、成膜材料の損失や回収コストの発生によって、有機ＥＬ素子の生産コストが増加する問題がある。

本発明は、成膜材料の流通量の調整によって成膜速度を安定制御するとともに、膜厚制御を精度よくおこない、高品質な有機ＥＬ素子を形成することの可能な成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とするものである。

本発明の成膜装置は、成膜材料を加熱して昇華又は蒸発させる成膜源と、被成膜基板が設けられている成膜室と、前記成膜室内に配置され、前記被成膜基板に向かって成膜材料を放出する放出口と、前記成膜源と前記放出口とを連結する供給管と、前記供給管における成膜材料の流通を遮断、開放又は可変調整する流量調整機構と、前記供給管に接続された、前記成膜源から前記流量調整機構までの成膜材料の流通空間の容積を調整するための容積可変機構と、を有することを特徴とする。

本発明の成膜方法は、成膜材料を成膜源の加熱によって昇華又は蒸発させて、供給管及び流量調整機構を経由し、成膜室内に設けられた放出口から放出して被成膜基板に成膜する成膜方法であって、前記供給管に接続された容積可変機構の内容積を変化させることにより、前記成膜源から前記流量調整機構までの成膜材料の流通空間の圧力が一定になるように、前記流通空間の容積を制御することを特徴とする。

流量調整機構の開閉調整によって発生する供給管内の圧力変動を、容積可変機構の内容積を変化させることによって抑制することが可能になるため、高精度な膜厚制御を精度よくおこない、高品位な有機ＥＬ素子を作製することができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１〜３はそれぞれ、第１、第２、第３の実施形態による成膜装置Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を示す。これらは、被成膜基板である基板Ｗが設けられている成膜室１１と、成膜材料Ｍを加熱して昇華又は蒸発させる成膜源２１と、成膜室１１内に配置され、基板Ｗに成膜材料を放出する放出口２２とを有する。また、成膜源２１と放出口２２とを連結する供給管２３とを備え、供給管２３には成膜材料の流通を遮断、開放又は可変調整する流量調整機構２４が備えられる。さらに、成膜源２１及び供給管２３の内部の空間において、成膜源２１の成膜材料Ｍの表面から流量調整機構２４までの空間的に連結された成膜材料の流通空間である材料流通空間Ｖの容積を調整する容積可変機構３１が備えられている。

成膜源２１において昇華又は蒸発した成膜材料は、供給管２３及び流量調整機構２４を経由し、成膜室内の放出口２２から放出され、基板Ｗに成膜される。

容積可変機構３１と材料流通空間Ｖは空間的に連結されている。ここで材料流通空間Ｖの容積とは、容積可変機構３１の内容積を含めた容積とする。流量調整機構２４は、成膜材料の流量を遮断、開放又は可変調整する機能を備えたものであれば良く、例えばニードルバルブ、バタフライバルブ、ゲートバルブ、ボールバルブ、あるいはシャッターなどを好適に用いることができる。

容積可変機構３１は、その内容積を制御することによって、材料流通空間Ｖの容積を調整する。材料流通空間Ｖ内の温度が略一定な状態では、成膜材料の気体分子が存在する材料流通空間Ｖの圧力と容積はほぼ反比例の関係にあるので、容積可変機構３１を用いて材料流通空間Ｖの容積を調整することで、材料流通空間Ｖの圧力を増減させることができる。

放出口２２から放出される成膜材料の成膜速度は、材料流通空間Ｖの圧力に影響を受けるため、容積可変機構３１を用いて材料流通空間Ｖの圧力を制御することによって基板Ｗに対する成膜速度を調整することが可能になる。また、容積可変機構３１から成膜材料を外に逃がす構造ではないため、成膜材料の損失や材料回収コストの発生を抑えることが可能になる。

成膜室１１内を減圧状態にして成膜する場合、図１に示すように、供給管２３に対する接続部が成膜室１１の内部にあっても、あるいは図２に示すように外部にあってもよいが、容積可変機構３１は成膜室１１内に設けられていることが望ましい。成膜室１１内が減圧状態の場合、材料流通空間Ｖ及び容積可変機構３１内の圧力が成膜室１１内の圧力に近い状態なる。容積可変機構３１を成膜室１１内に設けることで、容積可変機構３１の内外の圧力差が小さくなる。そのため、圧力差による容積可変機構３１への負荷が小さくなり、より精密に容積可変機構３１の内容積を変化させることが容易になり、高い精度で材料流通空間内２６の圧力を制御することが可能になる。

また、図３に示すように、容積可変機構３１は、流量調整機構２４の近傍で供給管２３に接続されていていることが望ましい。流量調整機構２４の開閉調整によって材料流通空間Ｖ内の圧力変動が発生した場合、圧力変動量が最も大きい流量調整機構２４の近傍に容積可変機構３１を設けることによって、材料流通空間Ｖ内の圧力変動の抑制効果を高めることができる。したがって、所望の成膜速度になるように材料流通空間Ｖ内の圧力を精度よく制御することが可能になる。

容積可変機構３１は、材料流通空間Ｖの容積を調整する手段として、例えば図４に示すような蛇腹構造の、変形自在な容器３１ａを用いることができる。また、図５に示すように、可動部材３２によって容器３１ｂの内容積を調整する構成でもよい。あるいは、材料流通空間Ｖの容積を調整できるものであればこれらに限らず、他の構成でもよい。

さらに、材料流通空間Ｖの圧力を検知して容積可変機構３１の内容積を制御する手段を備えてもよい。成膜材料の流通量を流量調整機構２４の開閉調整によって制御する際に一時的に材料流通空間Ｖ内の圧力が変動した場合に、圧力変化を検知して容積可変機構３１の内容積を制御する。これによって、成膜速度の変動を抑えることが可能になり、また、一時的に材料流通空間Ｖの圧力が変化して成膜材料が分解等で変質するのを抑えることが可能になる。

図７のフローチャートを用いて、容積可変機構３１を制御する手段の動作を説明する。材料流通空間Ｖの圧力（Ｐ）が変動したときに、ステップ１０１で圧力変動を検知し、変動量に応じて容積可変機構３１の内容積の増減調整をおこなう。つまり、材料流通空間Ｖの圧力が増加（ΔＰ＞０）した場合は、ステップ１０２で容積可変機構３１の内容積を増加させ、材料流通空間Ｖの圧力が減少（ΔＰ＜０）した場合は、ステップ１０３で容積可変機構３１の内容積を減少させる。ステップ１０４で容積可変機構３１の内容積の増減調整後の材料流通空間Ｖ内の圧力（Ｐａ）を検出し、容積調整前の圧力（Ｐ）と略同じになるまで内容積の増減調整を繰り返し、略Ｐａ＝Ｐになった時点で、ステップ１０５で容積可変機構３１の制御を終了する。

また、材料流通空間Ｖの圧力変動を検出する手段は、圧力（Ｐ）に応じて容積可変機構３１を制御できる手段があれば省略できる。例えば、容積可変機構３１の一部を材料流通空間Ｖに対して一定の力で押圧する構造を設けてもよい。また、図５に示すように、可動部材３２を材料流通空間Ｖに対して一定の力で押圧する手段を用いることができる。これにより、常に容積可変機構３１内の圧力が略一定になるので、材料流通空間Ｖの圧力を検出する手段を用いることなく、一時的に発生する材料流通空間Ｖの圧力変動を抑制することが可能になる。

容積可変機構３１の内容積は、容積可変機構３１の内容積を除く材料流通空間Ｖの容積以上であることが望ましい。材料流通空間Ｖ内の温度が略一定な状態では、成膜材料の気体分子が存在する材料流通空間Ｖの圧力と容積はほぼ反比例の関係にあるので、容積の可変量が大きいほど圧力の調整できる範囲を大きくすることができる。したがって、容積可変機構３１の内容積を大きく設計することによって、材料流通空間Ｖの圧力変動に対して変動量を抑制できる範囲が大きくなり、膜厚をより精度良く制御することが可能になる。また、容積可変機構３１を複数設けることによって、材料流通空間Ｖの容積を大きくしてもかまわない。

上記実施形態によれば、容積可変機構を設けることによって、材料流通空間の容積を変えることが可能になり、材料流通空間内の温度が略一定な状態では、成膜速度に影響を及ぼす材料流通空間の圧力を任意に調整することができる。また、容積可変機構の容積を小さくすることも可能であるため、一時的に材料流通空間の圧力を増加させることによって成膜速度の低下も防ぐことができる。

材料流通空間内部の圧力に応じて容積可変機構の内容積を制御し、かつ、成膜材料の流通量を流量調整機構によって制御する際に材料流通空間の圧力を一定に保つことによって、成膜速度を安定させることができる。

容積可変機構は成膜室内に設けられていることが望ましい。成膜室内を減圧状態にして成膜する場合、材料流通空間及び容積可変機構内部の圧力も成膜室内に近い圧力になるため、容積可変機構の内外の圧力差が小さくなる。そのため、圧力差による容積可変機構への負荷が小さくなり、より精密に容積可変機構の容積を制御することが容易になり、高い精度で材料流通空間の圧力を制御することが可能になる。

容積可変機構は、流量調整機構近傍の供給管に配置されていていることが望ましい。流量調整機構の開閉調整による材料流通空間の圧力変動において、圧力変動が最も大きい流量調整機構近傍に容積可変機構を設けることによって、圧力変動の抑制効果を高めることができる。

また、本発明の成膜装置を用いて有機ＥＬ素子の発光層等を成膜することができる。容積可変機構によって供給管内の圧力変動を抑制することが可能であるため、膜厚制御の精度を向上させ、高品位な有機ＥＬ素子を作製することができる。

図５に示す成膜装置によってガラス基板上に有機ＥＬ素子を製造した。成膜源の中に公知の発光材料を配置し、成膜室内には基板を成膜面を下向きに設置した。供給管には、流量調整機構として、成膜中に開閉量を調整できるニードルバルブを配置した。成膜源を加熱して発光材料（成膜材料）を蒸発させる間、容積可変機構に備えられた可動部材を材料流通空間に対して０．５Ｐａの圧力で押圧するように設定した。

基板には、無アルカリガラスの０．５ｍｍ厚でサイズが４００ｍｍ×５００ｍｍのガラス基板を用いた。この基板上に定法によって薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と電極配線がマトリクス状に形成されている。一つの画素の大きさは３０μｍ×１２０μｍとし、有機ＥＬ素子の表示領域が３５０ｍｍ×４５０ｍｍとなるように基板中央に配置した。

有機ＥＬ素子の作製工程を説明する。まず、発光領域が画素の中心部に２５μｍ×１００μｍになるように、ＴＦＴを備えたガラス基板上にアノード電極を形成した。次に、上記成膜装置及び公知の蒸着マスク（マスク）、発光材料を用いて、ガラス基板を搬送しながら真空蒸着することで、発光材料の成膜速度を精度よく制御することが可能になった。このように、ガラス基板上の画素内及び基板面内において発光層の膜厚を精度よく制御することで、高品位な有機ＥＬ素子が得られた。

図３に示す成膜装置によってガラス基板上に有機ＥＬ素子を製造した。成膜源の中に公知の発光材料を配置し、成膜室内には基板を成膜面を下向きに設置した。供給管には、流量調整機構として、成膜中に開閉量を調整できるニードルバルブを配置した。容積可変機構は、供給管に設置されたニードルバルブの位置から５ｍｍ成膜源側寄りに連結されている。基板は、実施例１と同様のものを用いた。

有機ＥＬ素子の作製工程を説明する。まず、発光領域が画素の中心部に２５μｍ×１００μｍになるように、ＴＦＴを備えたガラス基板上にアノード電極を形成した。次に、上記成膜装置及び公知の蒸着マスク、発光材料を用いて、ガラス基板を搬送しながら真空蒸着することで、発光材料の成膜速度を精度よく制御することが可能になった。これにより、ガラス基板上の画素内及び基板面内において発光層の膜厚を精度よく制御することが可能になり、高品位な有機ＥＬ素子が得られた。

（比較例）
図６に示すように、容積可変機構を省略した以外は実施例１の成膜装置と同じ構成の成膜装置によってガラス基板上に有機ＥＬ素子を製造した。成膜源の中に公知の発光材料を配置し、成膜室内には基板を成膜面を下向きに設置した。供給管には、流量調整機構として、成膜中に開閉量を調整できるニードルバルブを配置した。基板は、実施例１と同様のものを用いた。

有機ＥＬ素子の作製工程を説明する。まず、発光領域が画素の中心部に２５μｍ×１００μｍになるように、ＴＦＴを備えたガラス基板上にアノード電極を形成した。次に、上記成膜装置及び公知の蒸着マスク、発光材料を用いてガラス基板を搬送しながら真空蒸着した。蒸着後、蒸着した発光層の膜厚を計測すると、ガラス基板面内に膜厚ムラがあり、得られた有機ＥＬ素子に表示ムラが生じた。

第１の実施形態による成膜装置を示す模式図である。 第２の実施形態による成膜装置を示す模式図である。 第３の実施形態による成膜装置を示す模式図である。 容積可変機構の一例を示す模式図である。 容積可変機構の別の例を示す模式図である。 比較例による成膜装置を示す模式図である。 容積可変機構を制御する手段の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 成膜室
２１ 成膜源
２２ 放出口
２３ 供給管
２４ 流量調整機構
３１ 容積可変機構
３１ａ、３１ｂ 容器
３２ 可動部材

Claims (7)

1. 成膜材料を加熱して昇華又は蒸発させる成膜源と、
   被成膜基板が設けられている成膜室と、
   前記成膜室内に配置され、前記被成膜基板に向かって成膜材料を放出する放出口と、
   前記成膜源と前記放出口とを連結する供給管と、
   前記供給管における成膜材料の流通を遮断、開放又は可変調整する流量調整機構と、
   前記供給管に接続された、前記成膜源から前記流量調整機構までの成膜材料の流通空間の容積を調整するための容積可変機構と、を有することを特徴とする成膜装置。
2. 前記容積可変機構の内容積を、前記流通空間の圧力に応じて制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記容積可変機構の内容積は、前記流通空間の容積以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
4. 前記容積可変機構が前記成膜室内に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成膜装置。
5. 前記容積可変機構が前記流量調整機構の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の成膜装置。
6. 前記容積可変機構は、変形自在な容器又は可動部材によって内容積を変化させる容器を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の成膜装置。
7. 成膜材料を成膜源の加熱によって昇華又は蒸発させて、供給管及び流量調整機構を経由し、成膜室内に設けられた放出口から放出して被成膜基板に成膜する成膜方法であって、
   前記供給管に接続された容積可変機構の内容積を変化させることにより、前記成膜源から前記流量調整機構までの成膜材料の流通空間の圧力が一定になるように、前記流通空間の容積を制御することを特徴とする成膜方法。

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