JP2009123510A - 有機ｅｌデバイスの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の素子分離膜のテーパ形状を有する有機ＥＬデバイスの製造装置を提供する。
【解決手段】少なくとも、基板と、駆動回路及び配線と、平坦化層と、下部電極と、素子分離膜と、有機層と、上部電極を有し、前記素子分離膜はドライエッチングによって形成されてなる有機ＥＬデバイスの製造装置において、前記素子分離膜のテーパ形状を検出する手段と、前記検出された信号に基づいて前記素子分離膜をドライエッチングする手段を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示素子として有機エレクトロルミネッセンス素子のような有機発光素子を用いてなる有機エレクトロルミネッセンスデバイスの製造に適する装置及び方法に関する。

有機材料のエレクトロルミネセンス（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：以下ＥＬと記す）を利用した有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に、有機キャリア輸送層や有機発光層を積層させた有機層を設けてなる。低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素子として注目されている。

このような有機ＥＬ素子を表示素子として用いた表示装置のうち、アクティブマトリックス型の表示装置が、高画質、長寿命の観点から特に開発が進んでいる。アクティブマトリックス型の表示装置は、各画素に有機ＥＬ素子を駆動するための薄膜トランジスタ（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下ＴＦＴという）を設けてなる。

図３にアクティブマトリックス型の有機ＥＬ表示装置の概略図を示す。同図に示すように基板１０１上にマトリックス状に発光エリア１０９が配置され、画素毎にＥＬ素子を駆動するＴＦＴ１０２が内蔵されている。また、その周辺には各画素を駆動するための駆動回路（不図示）が内蔵されている。これらの回路は、ＴＦＴ１０２及び配線で構成され、外部取出し端子群（不図示）を通して外部回路と接続されて駆動されている。また、通常、前記発光エリア１０９及び駆動回路の上は機械的強度を維持するため、及び表示領域全般にわたる水分透過防止を目的として、不図示のガラス封止部材が接着剤により基板１０１に接着されている。

このように構成された有機ＥＬ表示装置においては、通常、基板１０１上に設けられたＴＦＴ１０２及び配線を覆ってその表面を絶縁化及び平坦化させることを目的に平坦化層１０３が設けられている。さらに当該平坦化層上に金属若しくは透明導電膜層からなる下部電極１０４が形成され、さらにその上部に有機層１０５、上部電極１０６が設けられている。なお、下部電極１０４を含む当該有機ＥＬ素子と配線とは、当該平坦化層１０３にパターニング形成されたコンタクトホール１０８を介して接続されている。

ここで、有機ＥＬ表示装置はその構成によって以下の２種の方式に分類される。一方は前記下部電極１０４に透明材料を用いて前記有機層１０５からの発光を画素下部方向より導出するボトムエミッション方式である。もう一方は前記発光を前記画素上部方向より導出し、且つ画素下部には電極と光反射機能を有する構成のトップエミッション方式である。

前記アクティブマトリックス型の有機ＥＬ表示装置には、前記の如く各画素に有機ＥＬ素子を駆動するための駆動用ＴＦＴ及びスイッチング用ＴＦＴが必要である。さらに駆動用ＴＦＴの特性ばらつきを補償するために複数のＴＦＴを用いた回路構成を下部電極の下方に構成する場合が一般的である。

従って、例えば前記下部電極に透明材料を用いて前記有機層からの発光を画素下部方向より導出するボトムエミッション方式の表示装置の場合、前記複数のＴＦＴ及びそれに付随する配線構成が画素下部方向からの発光導出を阻害する。結果として表示装置全体の輝度が低い状態になるという欠点がある。

そこで、前記アクティブマトリックス型の有機ＥＬ表示装置の場合は、トップエミッション方式の表示装置が、より高輝度の発光導出が期待されて好適に作製される。トップエミッション方式の表示装置は、有機層からの発光を画素上部方向より導出し、且つ画素下部には電極と光反射機能を有する構成とする。当該方式であれば有機層からの発光を当該ＴＦＴ群が物理的に阻害することはない。

トップエミッション方式のアクティブマトリックス型有機ＥＬ表示装置の場合、下部電極周辺にバンク（素子分離膜）と呼ばれる隔壁構成を有する。当該素子分離膜は有機や無機で形成されるが、有機材料であればポリイミド樹脂、アクリル樹脂などが、無機材料であればＳｉＮ、ＳｉＯＮなど珪素を含む材質の材料が好適に用いられる。

前記素子分離膜は画素を取り囲むように形成されるが、当該素子分離膜を作成する方法として、ウエットエッチングやドライエッチングを含むフォトリソグラフィーで所望の形状が得られる。

この素子分離膜を作成する際に、エッチング深さが不足すると下部電極が露出せず、所望の開口寸法より狭い開口になる。また、下部電極上に素子分離膜の絶縁材料が残存すると前記下部電極としての通電特性が低下するなどの障害が生じる。従って、エッチング深さを適切なものにすることを目的に、当該エッチング操作中にエッチング深さをモニターする手法が提案されている（特許文献１、２）。

特開平５−１６６７６０号公報 特開平１１−８７４４８号公報

図４（ａ）に示すように素子分離膜１０７を形成する際、素子分離膜１０７のエッチング端部（画素単位では所謂開口部端に相当する）が所謂テーパ角１１１を有する形で下部電極１０４に連続的に接触するような構造となるように形成させることが好適である。ちなみに、図４（ａ）の符号１１０はエッチング深さを示している。

しかし、図４（ｂ）に示すように素子分離膜１０７のエッチング端部が、仮に前記テーパ角１１１を有せず下部電極１０４表面と段構造２０１を有するかのように不連続に形成される場合がある。その場合、後段で形成される有機発光層材料が前記エッチング端部で途切れる形になる。その結果、引き続き蒸着法、スパッタリング法等で形成される上部電極材料と前記下部電極材料が直接に接触することとなり、これは後に両電極間に電圧を引加する際に当該箇所で短絡が生じて画素面に電圧がかからずに発光しない、欠陥画素となる。

上記特許文献１、２においてはエッチング操作中に、エッチングが到達している最深部の位置はモニターできているものの、エッチング端部がどのような形状をもって下部電極に接触しているかの構造的な情報は検出できないので欠陥画素が発生する可能性がある。また当該素子分離膜のエッチング端部のテーパ角は成膜条件及びエッチング条件のバラツキにより突発的に変動するため歩留りを向上するためにもエッチング時にモニターし管理することが重要となる。

そこで本発明では、所定の素子分離膜のテーパ形状を有する有機ＥＬデバイスの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明は、
少なくとも、基板と、駆動回路及び配線と、平坦化層と、下部電極と、素子分離膜と、有機層と、上部電極を有し、
前記素子分離膜はドライエッチングによって形成されてなる有機ＥＬデバイスの製造装置において、
前記素子分離膜のテーパ形状を検出する手段と、前記検出された信号に基づいて前記素子分離膜をドライエッチングする手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、所定の素子分離膜のテーパ形状を有する有機ＥＬデバイスの製造装置及び製造方法を提供することができる。

本発明に係る有機ＥＬデバイスの製造装置及び製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態の有機ＥＬデバイスの製造装置（以下製造装置という）は、通例の製造装置と略同様に、基板前処理室と、有機層の成膜室と、下部電極の成膜室と、封止工程を行うグローブボックスとを有する（図示は省略）。

特に、基板前処理室には、素子分離膜を形成する際に、前記素子分離膜のテーパ形状を検出する手段（以下テーパ形状検出手段という）を有することを特徴とする。

テーパ形状検出手段は、図１に示すように、素子分離膜のテーパ形状検出部３０１が素子分離膜エッチング部３０２と隣接し、基板１０１を相互に搬送可能な構成とされている。

テーパ形状検出部３０１の検出手段は共焦点光学系３０３と基板駆動機構３０４を有する。共焦点光学系３０３は、図２に示すように、レーザー光源５０１、ピンホール５０２、対物レンズ５０３、ホトマル５０４、ビームスプリッタ５０５、ガルバノミラー５０６を有する。

レーザー光源５０１より出力するレーザーはピンホール５０２ａ、対物レンズ５０３を介して、基板１０１に到達し、焦点と重なる平面のみホトマル５０４前方のピンホール５０２ｃを通過してホトマル５０４に入射する。また、ピンホール５０２ａより対物レンズ５０３に入射するレーザーは対物レンズ５０３の中心より偏心した任意の位置に入射するように、ガルバノミラー５０６の位置が調整されている。また、同様にホトマル５０４前方のピンホール５０２ｂも任意の位置に調整されている。このような構成にすることにより、特定の傾斜面に焦点を合わせることが可能となり、特定のテーパ形状の検出が可能である。従って、所定のテーパ形状のみを検出するようにピンホール５０２ｂの位置を調整すれば、所定外のテーパ形状は検出されないため素子分離膜エッチング部３０２へのフィードバックが可能となる。

基板駆動機構３０４は、素子分離膜のテーパ形状検出部３０１と素子分離膜エッチング部３０２との相互間で基板１０１を搬送可能にする。且つ素子分離膜のテーパ形状検出において共焦点光学系３０３に対して基板１０１を相対的に走査し、基板上の１線分或いは複数線分のテーパ形状を検出可能とする。

検出された情報に基づいて、素子分離膜エッチング部３０２におけるエッチング作用の高い添加ガスの添加量を増減させて、素子分離膜を所定のテーパ形状とする。ちなみに、素子分離膜エッチング部３０２は平行平板型エッチャーである。

上記構成の製造装置は、素子分離膜をドライエッチングする際に、前記素子分離膜のテーパ形状を検出して、所定のテーパ形状となっているか否かを判断する。所定のテーパ形状となっている場合は、再度、同条件で素子分離膜のドライエッチングを続けて、素子分離膜を形成する。一方、所定のテーパ形状となっていない場合は、ドライエッチングの条件を変更して素子分離膜のドライエッチングを行って、素子分離膜を形成することが可能となる。従って、所定の素子分離膜のテーパ形状を有する有機ＥＬデバイスを製造することができ、故に歩留りの向上に寄与できる。

上記構成の製造装置を用いて、有機ＥＬデバイスの製造方法は以下のように実施される。

ちなみに、本実施形態で製造される有機ＥＬデバイスは、図３に示すように、基板１０１と、駆動回路（ＴＦＴ）１０２及び配線と、平坦化層１０３と、下部電極１０４と、素子分離膜１０７と、有機層１０５と、上部電極１０６を有する。そして、前記素子分離膜１０７はドライエッチングによって形成されてなる。

製造装置の基板前処理室において、ガラス製の基板１０１の上にＴＦＴ１０２を形成する。ＴＦＴ１０２はその材質・２次元形状・作製方法などに特に制限はない。近年は多結晶シリコン（ポリシリコン）をアモルファスシリコンと同程度の温度工程で作成できるようになり、より小型化され製造コストも安く抑えられることから実用に用いられることが多い。

前記ＴＦＴ１０２に由来する凹凸形状（ＴＦＴ端面等）を被覆し、最表面を平坦化するために、平坦化層１０３を形成する。平坦化層１０３の材料としては、塗布成膜硬化後の体積抵抗率が１×１０ｅ１５Ω・ｃｍ以上であるような絶縁性の材料を用いる。好ましくは、コンタクトホール１０８等を形成するために、好適にパターニングすることができるように、（メタ）アクリル樹脂、ノボラック樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等に光感受性酸放出機能を付加した材料が用いられる。

この絶縁性材料を予めＴＦＴ１０２及び配線等が形成されている基板１０１の上にスピンコート法等で一定の膜厚に塗布する。引き続き一定の温度で予備加熱を行って当該塗布膜中の溶媒を適宜蒸発させ、紫外線を照射して前記ＴＦＴ１０２との電気的接続用のコンタクトホール１０８等を形成するためにパターニングを施す。

基板１０１の上の所定の画素部分に下部電極１０６を形成し、コンタクトホール１０８を介して前記下部電極１０６とＴＦＴ１０２を接続する。

この下部電極１０６の周縁部を絶縁体で保護するために、素子分離膜１０７を形成する。ここで、図４（ａ）に示すように素子分離膜１０７の端部形状はテーパ角１１１を有することが求められる。図４（ｂ）に示すように素子分離膜１０７のテーパ形状が不連続な端部形状である場合、後段の有機成膜において不連続部の射影の影響により成膜面も不連続となる。すなわち、有機層１０５の不連続部２０１においてさらに後段の上部電極１０６を形成後、下部電極１０４との短絡が発生し欠陥画素となるためである。

素子分離膜１０７の材質としては、ＳｉＮやＳｉＯＮなどの珪素化合物を用いることが可能であり、成膜方法としてＣＶＤ法、スパッタリング法などで形成する。本発明の実施形態の素子分離膜１０７は、下部電極１０４の周縁部を保護するために、１００ｎｍから１０μｍの膜厚とされ、生産性を考慮して３００ｎｍから１０００ｎｍが好ましい。

基板前処理室のテーパ形状検出手段において、素子分離膜１０７のパターニングを行う。素子分離膜１０７のパターニング方法としては、ドライエッチングが用いられる。

具体的に云うと、素子分離膜１０７の成膜が完了した基板１０１はレジストを塗布、露光、現像後、素子分離膜エッチング部３０２に導入し、エッチングする。このとき、エッチングによる素子分離膜のパターニングにおいてレジスト端部の後退速度と素子分離膜のエッチング速度の関係によりテーパ形状が決定される。

エッチングを途中の段階で中止し、基板１０１を素子分離膜のテーパ形状検出部３０１に導入し、所定のテーパ形状であるかの判定を行なう。所定のテーパ形状であれば、再度素子分離膜エッチング部３０２に導入して、基板を同条件でエッチングして素子分離膜のエッチングを完了させ、次工程のレジスト剥離工程に導入する。

一方、所定のテーパ形状でなければホトマル５０４前方のピンホール５０２ｂの位置調整をした後、基板を再度走査させ、テーパ形状が水平方向に傾きがあるか垂直方向に傾きがあるかの確認をする。このとき、所定のテーパ形状となってない場合は、再度素子分離膜エッチング部３０２に基板を導入して、適格なエッチング条件でエッチングを完了させ、次工程のレジスト剥離工程に導入する。

前述の所定のテーパ形状とは後段の有機成膜において不連続な成膜面にしないため素子分離膜１０７のテーパ角が１０°から６０°の範囲が好ましい。その条件を満たすためには素子分離膜１０７のエッチング速度とレジスト端部の後退速度の比が０．１７乃至１．７の範囲が好ましい。

しかしながら、素子分離膜１０７の成膜条件のバラツキによる素子分離膜１０７のエッチング速度の変動、又はエッチング中の温度上昇によるレジストの軟化や変質によってテーパ角が急峻であった場合、次のように条件が変更される。レジストに対してエッチング作用の高い添加ガス、例えば酸素を増加してレジスト端部の後退速度の上昇を図る。逆に、平坦であれば酸素を減少させレジスト端部の後退速度を低下させることにより所定のテーパ形状が得られる。

つまり、本発明で云う、ドライエッチングの条件とは、エッチング作用の高い添加ガスの添加量である。

有機層の成膜室において、素子分離膜１０７及び下部電極１０４の上に有機層１０５を形成する。このとき、素子分離膜１０７は所定のテーパ形状とされているので、有機層１０５は連続して形成される。ちなみに、有機層１０５は、有機発光層のみの単層でも良く、有機発光層の他に適宜、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層を選択して形成した複数層でも良い。

下部電極の成膜室において、有機層１０５の上に上部電極１０６を形成する。有機ＥＬデバイスがトップエミッション方式の場合は、上部電極１０６としてＩＴＯなどの透明電極が用いられる。

最後に、封止工程を行うグローブボックスにおいて、外部回路が形成された領域を除く基板の全域をガラスキャップ又は封止層によって覆う。

上記製造方法は、素子分離膜１０７のテーパ形状、つまりエッチング端部の形状を検出しつつ、ドライエッチングを行うので、所定のテーパ形状とすることができ、故に歩留りの向上に寄与できる。

以下、実施例をもって本発明を更に詳細に説明するが、以下の記載内容例を持って本発明におけるいずれの実施態様を制限するものではない。

本実施例での実施態様を以下に説明する。

先ずガラス製の基板１０１に低温ポリシリコン法で形成したトップゲート型ＴＦＴ１０２及び配線を予め形成しておく。当該基板１０１に平坦化層１０３としてアクリル樹脂、下部電極１０４としてアルミニウム及びＩＴＯを形成した。これらＴＦＴ１０２、平坦化層１０３、下部電極１０４はスパッタリング法、ＣＶＤ法、スピンコート法等によって成膜され、またパターニングは公知のフォトリソグラフィーによって形成され本発明で実施態様を制限するものではない。

次に素子分離膜１０７をＣＶＤ法によってＳｉＮを５００ｎｍの厚さに成膜した。その後レジストを塗布、現像を行なった。次に素子分離膜エッチング部３０２に基板１０１を導入し、２００ｎｍの深さでドライエッチングした。一般的に、ＳｉＮのエッチングガスにはＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３のフッ素化合物ガスを主として酸素などを混合してエッチングするが、本実施例においてエッチングガスにＳＦ６及びＯ２を使用した。ＳＦ６：Ｏ２流量比は１：１、圧力は１５Ｐａ程度、室温でエッチングを行った。その後、図５に示したフローのように素子分離膜テーパ形状検出部３０１に基板１０１を導入し、基板駆動機構３０４によって基板１０１を走査し、且つテーパ形状の判定を行う。その後素子分離膜エッチング部３０２によってエッチング条件を変更し、エッチング完了をした基板を５０枚作製した。

作製した基板の殆どは素子分離膜１０７のテーパ形状検出後のエッチング条件を変更することなく行われ、その断面形状を確認したが所定のテーパ形状であるテーパ角が１０°から６０°の範囲であった。

しかしながら作製した基板の中で２枚、所定のテーパ形状の検出が不可能であった。その後、ホトマル５０４前方のピンホール５０２ｂをテーパ形状が垂直方向に傾きがあるときに検出するよう位置調整を行なった結果、垂直方向に傾きがあることを判別した。その後、再度素子分離膜エッチング部３０２に基板を導入し、エッチング条件を変更してエッチングを行った。変更したエッチング条件はＳＦ６：Ｏ２流量比を１：１．５、圧力は１２Ｐａ程度、室温でエッチングを行った。その断面形状を確認したが基板面から２００ｎｍまでの断面形状はテーパ形状が垂直に近かったが、上層の３００ｎｍにおいては所望のテーパ形状であるテーパ角が１０°から６０°の範囲であった。

本発明の有機ＥＬデバイスの製造装置におけるテーパ形状検出手段の概要図である。 本発明の有機ＥＬデバイスの製造装置における共焦点光学系の概要図である。 アクティブマトリックス型の有機ＥＬデバイスの断面模式図である。 有機ＥＬデバイスの素子分離膜近傍の断面概要図である。 本発明の有機ＥＬデバイスの製造方法のフロー図である。

符号の説明

１０１ 基板
１０２ 駆動回路（ＴＦＴ）
１０３ 平坦化層
１０４ 下部電極
１０５ 有機層
１０６ 上部電極
１０７ 素子分離膜
１０８ コンタクトホール
１０９ 発光エリア
１１０ エッチング深さ
１１１ テーパ角
２０１ 有機層の不連続部
３０１ 素子分離膜のテーパ形状検出部
３０２ 素子分離膜エッチング部
３０３ 共焦点光学系
３０４ 基板駆動機構
５０１ レーザー光源
５０２ ピンホール
５０３ 対物レンズ
５０４ ホトマル
５０５ ビームスプリッタ
５０６ ガルバノミラー

Claims (4)

1. 少なくとも、基板と、駆動回路及び配線と、平坦化層と、下部電極と、素子分離膜と、有機層と、上部電極を有し、
   前記素子分離膜はドライエッチングによって形成されてなる有機ＥＬデバイスの製造装置において、
   前記素子分離膜のテーパ形状を検出する手段と、前記検出された信号に基づいて前記素子分離膜をドライエッチングする手段を有することを特徴とする有機ＥＬデバイスの製造装置。
2. 前記素子分離膜のテーパ形状を検出する手段は共焦点光学系であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬデバイスの製造装置。
3. 少なくとも、基板と、駆動回路及び配線と、平坦化層と、下部電極と、素子分離膜と、有機層と、上部電極を有し、
   前記素子分離膜はドライエッチングによって形成されてなる有機ＥＬデバイスの製造方法において、
   前記素子分離膜をドライエッチングする際に、前記素子分離膜のテーパ形状を検出して、所定のテーパ形状となっているか否かを判断し、
   所定のテーパ形状となっている場合は、再度、同条件で素子分離膜のドライエッチングを続けて、素子分離膜を形成し、又は所定のテーパ形状となっていない場合は、ドライエッチングの条件を変更して素子分離膜のドライエッチングを行って、素子分離膜を形成することを特徴とする有機ＥＬデバイスの製造方法。
4. 前記素子分離膜のテーパ形状は共焦点光学系によって検出することを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬデバイスの製造方法。

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