JP2012111977A - 成膜装置及び成膜方法、並びに照明装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型基板に偏りなく均一に多品種の積層膜を成膜可能な成膜装置若しくは成膜方法を提供することを課題の一とする。また、複数の材料で形成される薄膜の組成を精密に制御することが可能な成膜装置若しくは成膜方法を提供することを課題の一とする。
【解決手段】半径方向に並べて配置された複数の蒸着源を有する蒸着源群を、回転軸に対して放射状に複数配置する。成膜は回転軸に対して基板が公転、または蒸着源群を配置したテーブルが自転、若しくはその両方をさせながら行う。その際、回転半径の小さい箇所と大きい箇所とでは線速度が異なるため、成膜速度を均一にするために、テーブルに半径方向に並べた蒸着源は、外側に向かうほど気化速度が速くなるよう制御すればよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置及び成膜方法に関する。

有機材料の薄膜が積層されて成る有機エレクトロルミネセンス素子の作製方法として、真空蒸着法を用いる方法が知られている。真空蒸着法は種々の薄膜形成に用いられる代表的な技術であるが、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製するに当たっては、真空蒸着装置の構成に様々な工夫が加えられている。

例えば、蒸着速度を一定に保つために、有機材料を充填した容器と、有機材料を被着させる基板とを対向して設け、さらに容器と基板との空間を囲むように加熱壁が設けられた真空蒸着装置が開示されている（特許文献１参照）。
この真空蒸着装置は、加熱壁を有機材料の蒸発温度程度に加熱しながら有機材料を充填した容器を加熱して基板に有機材料を蒸着することで、長時間に渡って有機材料を基板表面に均一に偏りなく被着させることが出来るとされている。

また、有機エレクトロルミネセンス素子の発光効率を高めるため、エレクトロルミネセンス材料により構成される発光ユニットを複数個積層する技術が知られている。このような構造のエレクトロルミネセンス素子は、有機材料を数層から数十層積層させて作製される。

一方、コストミニマムの思想に基づき、有機エレクトロルミネセンス素子を形成する基材（基板）サイズの大型化が望まれている。基板サイズの例としては、液晶パネルを生産するためのガラス基板サイズを例にとれば、第１世代と呼ばれる３００ｍｍ×４００ｍｍ、第３世代の５５０ｍｍ×６５０ｍｍ、第４世代の７３０ｍｍ×９２０ｍｍ、第５世代の１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、第６世代の１４５０ｍｍ×１８５０ｍｍ、第７世代の１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ、第８世代の２０００ｍｍ×２４００ｍｍなどのガラス基板が用いられる。

また、このような大型基板に対して多品種の膜を積層して形成する場合、処理する順に成膜装置を配置し、基板の搬送手段を備えた、所謂インライン型の装置が知られている。
しかしながら、第８世代などといった大型基板に対して、数層から数十層の膜をインライン型の装置で形成しようとすると、その積層する層の数だけ成膜室を設けなければならず、莫大な費用と床面積が必要となり、実現が困難である。

さらに、有機エレクトロルミネセンス素子の積層構造によっては、異なる層に同じ有機材料を蒸着する場合がある。その場合、従来のインライン型の装置構成を適用すると、同じ有機材料を成膜する成膜室を複数設けなければならない問題がある。

特開２００５−０８２８７２号公報

本発明はこのような技術背景のもとになされたものである。そこで本発明は大型基板に偏りなく均一に多品種の積層膜を成膜可能な成膜装置若しくは成膜方法を提供することを課題の一とする。
また本発明は、複数の材料で形成される薄膜の組成を精密に制御することが可能な成膜装置若しくは成膜方法を提供することを課題の一とする。

本発明の一態様の成膜装置は、回転軸と、当該回転軸を中心に放射状に配置された複数の蒸着源群と、複数の蒸着源群のそれぞれに対向可能に基板を保持する基板支持部とを有する。上記複数の蒸着源群のそれぞれは、回転軸に対して半径方向に並べて配置された複数の蒸着源を有する。また、基板支持部と複数の蒸着源群の一方又は双方を、回転軸を中心に相対的に回転させる駆動部を有する成膜装置である。

また、本発明の一態様の成膜装置は、上記複数の蒸着源群のそれぞれが有する複数の蒸着源は、基板に均一に成膜材料を被着させるよう制御される。

本発明の成膜装置は、半径方向に並べて配置された複数の蒸着源を有する蒸着源群が、回転軸に対して放射状に複数配置されている。成膜は回転軸に対して基板を公転させながら、または蒸着源群を配置したテーブルを自転させながら、若しくは当該基板を自転させつつテーブルを公転させながら行う。その際、回転半径の小さい箇所と大きい箇所とでは線速度が異なるため、成膜速度を均一にするために、テーブルに半径方向に並べた蒸着源は、気化速度が外側に向かうほど速くなるよう制御される。

このような成膜装置を用いることによって、大型基板であっても基板上に偏りなく均一に成膜することが出来る。

また、本発明の一態様の成膜装置は、上記において、複数の蒸着源群の一つが有する複数の蒸着源は、基板に第１の成膜材料を被着させ、複数の蒸着源群の他の一つが有する複数の蒸着源は、基板に第２の成膜材料を被着させる、成膜装置である。

複数の蒸着源群が異なる成膜材料を基板に被着させることができるため、単一の装置で基板上に多品種の積層膜を形成することができる。また、異なる成膜材料を有する複数の蒸着源群と基板とを、相対的に回転させながら成膜し、異なる成膜材料が順に交互に積層されることにより、組成が精密に制御された薄膜を形成することができる。

また、本発明の一態様は、第１の成膜材料を基板に被着させる第１の蒸着源群と、第２の成膜材料を基板に被着させる第２の蒸着源群とを離散的に配置するとともに、第１の蒸着源群、及び第２の蒸着源群と対向可能に基板を配置する。その後、基板と第１の蒸着源群の一方又は双方を、回転軸を中心に回転させながら基板に第１の成膜材料を被着させて第１の薄膜を形成する。さらに基板と第２の蒸着源群の一方又は双方を、回転軸を中心に回転させながら基板に第２の成膜材料を被着させて第２の薄膜を形成する、成膜方法である。

上記成膜方法によれば、大型基板であっても単一の装置で多品種の積層膜を基板上に偏りなく均一に形成することができる。

また、本発明の一態様は、第１の成膜材料を基板に被着させる第１の蒸着源群と、第２の成膜材料を基板に被着させる第２の蒸着源群とを離散的に配置するとともに、第１の蒸着源群、及び第２の蒸着源群と対向可能に基板を配置する。さらに、基板と第１の蒸着源群の一方又は双方を、回転軸を中心に回転させながら基板に第１の成膜材料を被着させる第１の段階と、基板と第２の蒸着源群の一方又は双方を、回転軸を中心に回転させながら基板に第２の成膜材料を被着させる第２の段階とを有し、第１の段階と第２の段階とを繰り返して基板に薄膜を形成する、成膜方法である。

また、本発明の一態様は、上記成膜方法において、第１の蒸着源群からホスト材料を供給し、第２の蒸着源群からゲスト材料を供給する。

上記成膜方法によれば、基板に成膜される薄膜は複数の材料が混合した薄膜、又は複数の材料の層が格子状に配列した薄膜、若しくは複数の材料の実質的な単分子層あるいは厚さ方向に一乃至十の分子が重なった層（厚さ０．１ｎｍ〜１０ｎｍ、代表的には０．５ｎｍ〜５ｎｍ）が膜厚方向に積層した薄膜、すなわち実質的な超格子構造の薄膜を形成することが可能となる。特に、ホスト材料とゲスト材料とを交互に成膜することにより、これらが膜厚方向に繰り返し積層された薄膜とすることができ、このような薄膜をエレクトロルミネセンス素子の発光層に適用することにより、高発光効率な素子を実現できる。

また、本発明の一態様は、上記成膜方法を用いた、エレクトロルミネセンス素子の作製方法である。

また、本発明の一態様は、上記成膜方法を用いた、照明装置の作製方法である。

本発明の成膜方法を用いたエレクトロルミネセンス素子は、高発光効率な素子とすることができ、この素子を照明装置に適用することにより、高電力効率な照明装置を実現できる。

本発明の一形態によれば、大型基板に偏りなく均一に多品種の積層膜を成膜可能な成膜装置及び成膜方法を提供できる。また本発明の一形態によれば、複数の材料で形成される薄膜の組成を精密に制御することが可能な成膜装置及び成膜方法を提供できる。

本発明の一態様の成膜装置を説明する図。 本発明の一態様の成膜装置を説明する図。 本発明の一態様の蒸着源群の構成を説明する図。 本発明の一態様の蒸着源の構成を説明する図。 本発明の一態様の成膜装置を説明する図。 本発明の一態様の成膜装置で成膜される薄膜を説明する図。 本発明の一態様の成膜装置で成膜される薄膜を説明する図。 本発明の一態様の成膜装置で成膜される薄膜を説明する図。 本発明の一態様の成膜装置を説明する図。 本発明の一態様の成膜室を説明する図。 本発明の一態様の照明装置を説明する図。 本発明の一態様の成膜装置を説明する図。 本発明の一態様のレーザ処理室を説明する図。 本発明の一態様の照明装置を説明する図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である成膜装置の構成例及び成膜方法について、図１乃至図８を用いて説明する。

≪装置構成例≫
まず、本実施の形態で説明する成膜装置の主要な構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、成膜装置１００の上面模式図であり、図中のＡ−Ｂ切断線に概略対応する断面図を図２に示す。

成膜装置１００は略円筒状の形状であり、その中心から放射状に配置された複数の蒸着源群（蒸着源群１０３（ａ）乃至１０３（ｈ））と、成膜装置１００内の内壁及び中心部に沿って配置された防着板１０５と、を有する。また、基板１０１を成膜装置１００に搬入するロード室１０７と、成膜装置１００から基板１０１を搬出するアンロード室１０９が接続される。なお成膜装置１００の内部は真空排気によって内部を減圧状態とすることができる。

複数の蒸着源群（蒸着源群１０３（ａ）乃至１０３（ｈ））には、それぞれ異なる蒸着源を配置することが出来る。本実施の形態では蒸着源群を８個配置する構成としたが、この数は限定されず、作製する素子の層構造に応じて適宜設ければよい。また、同じ成膜材料を成膜する蒸着源群を複数配置しても良い。

本実施の形態では、蒸着源群１０３（ａ）はホール注入層を成膜する成膜材料を装填した蒸着源を有する。以下、同様に蒸着源群１０３（ｂ）はホール輸送層、蒸着源群１０３（ｃ）は発光層のホスト材料、蒸着源群１０３（ｄ）は発光層のゲスト材料、蒸着源群１０３（ｅ）は電子輸送層、蒸着源群１０３（ｆ）は電子注入層、蒸着源群１０３（ｇ）は中間層、蒸着源群１０３（ｈ）は金属層をそれぞれ成膜する成膜材料を装填した蒸着源を有する構成となっている。なお、後述するようにそれぞれの蒸着源群には異なる成膜材料を装填した複数の蒸着源を有する構成となっている。

図２（Ａ）に示すように、成膜装置１００は、基板１０１を保持する基板ステージ１２１と、基板ステージを保持するステージホルダ１１９と、マスク１２３を有する。また蒸着源群１０３は、基板ステージ１２１で保持された基板１０１と対向するように配置されている。

ステージホルダ１１９とマスク１２３とは回転軸１１７に接続されており、駆動部１１５によって回転軸１１７を中心として個別に、又は同時に回転可能である。また、ステージホルダ１１９とマスク１２３とは、回転軸１１７に沿って上下に可動である。後に説明する基板１０１の搬入出時には基板１０１をマスク１２３から遠ざけることにより、破損等の事故を防ぐことが出来る。また、マスク１２３は回転方向に加えて半径方向にも可動となっており、これによりマスク１２３と基板１０１との位置調整を行う。なお、マスク１２３を複数具備し、成膜する膜によってマスクを使い分けても良い。その際、使用しないマスクは、基板１０１と重畳しないような相対的な位置関係（例えば９０度）を保持しておけばよい。

防着板１０５は中空構造を有している。防着板１０５の中空部分には加熱された流体が流れている。この流体は一例としてシリコーンオイルなどが用いられる。防着板１０５の中空部分に加熱された流体を流し、防着板１０５を蒸発源から放出される材料が付着しない温度まで加熱することで、該材料の利用効率を高めることが出来る。材料の利用効率とは、蒸発源から蒸発若しくは昇華した材料の全量に対する、基板に付着して成膜される材料の割合である。

基板１０１へ成膜を行う際は、駆動部１１５によって基板１０１とマスク１２３とを回転軸１１７を中心として回転させながら成膜を行うことが出来る。

また、図２（Ｂ）に示すように蒸着源群１０３を回転させながら成膜を行える構成としても良い。その場合、蒸着源群１０３をテーブル１２９に配置し、テーブル１２９が回転軸１２７を中心に駆動部１２５によって回転する機構を加えればよい。ここで成膜の際には基板１０１と蒸着源群１０３とが相対的に回転すればよく、基板１０１を止めた状態でテーブル１２９のみを回転されても良いし、両者を逆向きに回転させてもよい。両者を逆向きに回転させると、相対的な回転数を大きくすることが出来る。

なお、本実施の形態では一枚の基板１０１を成膜する構成としているが、同時に複数枚の基板に成膜する構成としても良い。偶数枚配置する場合は、回転軸１１７に対して対称になるように配置すればよく、奇数枚の場合でも、等間隔になるように配置すればよい。複数枚を同時に成膜できる構成とすることにより、材料使用効率の向上や成膜コストの低減を図ることが出来る。

≪蒸着源群の構成例≫
次に、蒸着源群の構成例について図３を用いて説明する。

図３（Ａ）は、一つの蒸着源群１０３の構成を示す図である。蒸着源群１０３は、ｎ個の蒸着源１１１（１）〜１１１（ｎ）から構成され、蒸着源１１１（１）〜１１１（ｎ）は成膜装置１００の回転軸に対して半径方向に概略一列に並ぶよう配置される。

また、図３（Ｂ）に示すように、蒸着源１１１（１）〜１１１（ｎ）と、これとは異なる材料を有する蒸着源１１３（１）〜１１３（ｎ）とを並べて配置しても良い。なお図３（Ｂ）には２列並べる構成を例示したが、３列以上としてもよい。また、これらを並列に並べるのではなく、回転半径方向に沿うように配置しても良い。

なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、複数の蒸着源を等間隔に配置したが、これに限定されず、間隔を空けずに並べて配置してもよいし、異なる間隔を空けて配置してもよい。また、複数の蒸着源は円周方向にずらして配置することもできる。

本発明の成膜装置では、基板と蒸着源とを相対的に回転させながら成膜を行うことを特徴としている。基板と蒸着源とが相対的に回転した場合、その相対線速度は回転中心からの距離と、回転周波数（角速度）に比例する。ここで、蒸着源群１０３からの成膜速度の分布が半径方向に一定とした場合、被成膜基板面内における半径方向の成膜速度はその回転中心からの距離に反比例する。したがって、被成膜基板面内で成膜速度を均一にするためには、回転中心側に配置される蒸着源の気化速度を遅く、外周側に配置される蒸着源の気化速度を速くし、各蒸着源からの成膜速度を調整すればよい。

図３（Ｃ）に、複数の蒸着源（蒸着源１１１（１）〜１１１（ｎ））を有する蒸着源群１０３を模式的に示す。回転中心側から外周側に向かって蒸着源１１１（１）〜蒸着源１１１（ｎ）が配置されている。最も基板中心側に近い蒸着源１１１（１）からの気化速度が最も遅くなるよう制御され、外周側に近づくにしたがって段階的に気化速度が速まるよう制御されている。

また、図３（Ｄ）に示すように、各々の蒸着源を蒸着源群の内側に向けて傾けて設置しても良い。各々の蒸着源を内側に向けて傾けて配置することにより、飛散した材料の空間的な広がりを抑制することができ、材料の使用効率を高めることが出来る。また、図３（Ｅ）に示すように、外周に近い蒸着源ほど基板に近い位置になるよう、各々の蒸着源の高さを異ならせて設置しても良い。高さによって成膜速度を調整することにより、各々の蒸着源からの気化速度を等しい速度とすることも出来る。

次に、蒸着源の一例について、図４を用いて説明する。蒸着源１１１は、坩堝１４１と、坩堝１４１を加熱するヒータ１４３とを有している。ヒータ１４３としては、ニクロム線などの電気抵抗が高い導体で電路を形成し電流を通して発熱させるものである。なお、この蒸着源１１１は他の蒸着源（例えば蒸着源１１３）も同様の構成とすることが出来る。

蒸着源１１１には、成膜に使用する材料の蒸発を間歇的に行うために、成膜する成膜材料１４５を坩堝１４１内に供給する材料供給部１４７が付加されていても良い。材料供給部１４７は、成膜する成膜材料１４５の装填部１４９と押出部１５１などにより構成される。

この場合、成膜材料１４５は、一度の成膜処理に必要な量だけあればよく、所定の形状に固められていることが好ましい。

この成膜材料１４５を坩堝１４１内に供給する方法は任意である。例えば、装填部１４９を坩堝１４１に細管で連結し、細管を成膜材料１４５が通るように機械的に押し出す構成、又は気圧によって押し出す構成とすればよい。気圧によって成膜材料１４５を押し出すには、アルゴン等の不活性ガスを用い、ピエゾバルブなど０．５秒以内で開閉可能なバルブを使用してパルス的に圧縮した気体を送り込めばよい。

このような材料供給部１４７があれば、処理ごとに成膜材料１４５の供給が可能となり、成膜室に基板を出し入れする間は成膜材料１４５の蒸着を止めることができるため、成膜材料１４５の無駄を無くすことができる。

坩堝１４１の温度は蒸発若しくは昇華させる材料の無駄を無くすために、場所によって温度を異ならせておくことが好ましい。成膜材料１４５が供給される坩堝１４１の底部の温度（Ｔ２）は、成膜材料１４５を急速に加熱して蒸気を発生させるために、成膜材料１４５が気化する温度以上に加熱する。坩堝１４１の先端（放射口）は、温度Ｔ２よりも低くてよいが、成膜材料１４５の蒸気が再付着してそこに堆積しない温度（Ｔ４）に加熱する。また、坩堝１４１の底部と先端部の間は、温度Ｔ２と温度Ｔ４の中間の温度（Ｔ３）とする。坩堝１４１と装填部１４９の間を繋ぐ細管部は成膜材料１４５が気化しない温度（Ｔ１）で予熱しておくことは好ましい。

成膜材料１４５の蒸発量は、坩堝１４１の底部の温度（Ｔ２）によって制御することが出来る。Ｔ２を高くすることにより、蒸発量を増やすことが出来るため、当該蒸着源１１１からの被成膜基板への成膜速度を高めることが出来る。また、成膜材料１４５の大きさは、一度の成膜処理で消費する量に応じて、各々の蒸発源で適宜調整すればよい。

このような蒸着源１１１により、成膜材料１４５の蒸気の発生を制御することが出来るため、成膜材料１４５の無駄を省きつつ、連続して多数の基板に薄膜を形成することができる。

≪ロード室、及びアンロード室の構成例≫
続いて、図５を用いてロード室１０７、及びアンロード室１０９の一例について説明する。図５（Ａ）は、図１中のＣ−Ｄ切断線における断面概略図である。なお、図５（Ａ）において成膜装置１００については一部省略して示している。

成膜装置１００とアンロード室１０９との間の隔壁には、開閉可能な機構を備えており、これにより基板の搬出時には成膜装置１００とアンロード室１０９とを連通させることができる。アンロード室１０９は基板ステージ１２１を搬送する搬送ロボット１３１を有する。また、開閉可能な機構を有する隔壁を介して、ステージホルダ１３３と、ステージホルダ１３３をアンロード室から搬送する搬送手段１３９とを有する。なお、当該隔壁は必要なければ省略しても良い。

基板を成膜装置１００から搬入出する際、ステージホルダ１１９はマスク１２３から遠ざかるように回転軸１１７に沿って上側に移動する。その後、搬送ロボット１３１によって基板ステージ１２１を成膜装置１００から搬出し、アンロード室１０９内のステージホルダ１３３に設置する。ここで、基板１０１を直接搬送するのではなく、基板ステージ１２１を搬送する構成とすることにより、基板１０１の表面（成膜面）に直接触れることなく搬送を行うことが出来る。

ステージホルダ１３３は、両端に２個ずつガイド１３７を有し、ガイド１３７はそれぞれガイドレール１３５に沿って動くことが出来る。このガイド１３７及びガイドレール１３５を用いて、基板１０１の向きを水平方向から、搬送時の向きへと回転することが出来る。

ガイド１３７及びガイドレール１３５を用いてステージホルダ１３３を回転させる方法について、図５（Ｂ１）乃至図５（Ｂ３）を用いて説明する。ガイドレール１３５は、上下に並行した２本の水平部と、これらを連続的に繋ぐ垂直部からなる、図５（Ｂ１）乃至（Ｂ３）に示すような形状をとる。ここで、ステージホルダ１３３の片側の２つのガイドをそれぞれガイド１３７ａ、ガイド１３７ｂと区別して表記する。

ガイド１３７ａ及びガイド１３７ｂがそれぞれガイドレール１３５に沿って移動することにより、ステージホルダ１３３は図５（Ｂ１）に示す水平方向の向きの状態から、途中段階である図５（Ｂ２）の状態を介して、最終的に図５（Ｂ３）のように垂直からやや傾いた状態に至る。

このような機構を用いることにより、基板１０１の表面（成膜面）に直接触れることなく、基板１０１の向きを適宜変えることが出来る。また、このような搬送機構は例えば第８世代のような大型基板にも適用可能である。

その後、図５（Ｂ３）に示すように基板を垂直からやや傾いた状態で、搬送手段１３９によって基板１０１をアンロード室１０９から搬出する。特に大型基板を用いた場合には、このように基板を立てて搬送することは、装置の床面積を低減させることができ好適である。

なお、本実施の形態では基板を垂直からやや傾いた状態で搬送する構成としたが、完全に垂直としてもよいし、水平としてもよい。基板を水平まで回転させる場合は、ガイドレール１３５のうち、下側の水平部をさらに延長すればよい。

以上、アンロード室１０９の構成について説明してきたが、ロード室１０７についても同様の構成を用いることができる。基板１０１をロード室１０７から成膜装置１００に搬入するには、上記と逆の手順で行えばよい。

≪本装置で成膜される薄膜について≫
次に、本発明の一態様である成膜装置を用いて成膜可能な薄膜の特徴について図６及び図７を用いて説明する。

成膜装置１００で基板１０１に所定の薄膜を形成する際、複数の蒸着源群から材料を放出（蒸発、又は昇華）させた状態で成膜することもできる。例えば２つの異なる蒸着源群から異なる材料を放出させながら、基板１０１と蒸着源群の双方を相対的に回転させると、基板１０１のある一点では２種類の成膜材料が交互に蒸着されることとなる。

図６（Ａ）に示すように、複数の蒸発源を異なる位置に配置し、同時に成膜することにより、基板１０１に成膜される薄膜１６１は複数の材料が混合した薄膜、又は複数の材料の層が格子状に配列した薄膜、若しくは複数の材料の実質的な単分子層あるいは厚さ方向に一乃至十の分子が重なった層（厚さ０．１ｎｍ〜１０ｎｍ、代表的には０．５ｎｍ〜５ｎｍ）が膜厚方向に積層した薄膜、すなわち実質的な超格子構造の薄膜を形成することが可能となる。

図６（Ｂ）に示すように、第１の電極１６３と第２の電極１６５との間に薄膜１６１が挟まれるように形成することで、このような超格子構造を貫通するように電流を流すことが出来る。

このように、基板と蒸着源群とを相対的に高速回転させつつ異なる材料を同時に成膜した場合、従来の共蒸着法で成膜した薄膜とは異なる薄膜となる。

図７（Ａ）に、従来の共蒸着法によりゲスト材料とホスト材料を共蒸着した場合の概念図を示す。本実施の形態では、ゲスト材料１６７に両端に異なる２つの機能（ＥＴ：エネルギーの授受機能、Ｅｍ：発光機能）を持たせて分子設計された分子を、ホスト材料１６９も同様に両端に異なる２つの機能（Ｒ：キャリアの授受機能、Ｔ：エネルギー輸送機能）を持たせて分子設計された分子を用いる。
図７（Ａ）に示すように、共蒸着法ではゲスト材料１６７とホスト材料１６９とがうまく分散せず、分子同士の配向が不揃いとなったり、局所的に歪が生じたりする。

一方、成膜装置１００を用いて基板と蒸着源群とを相対的に高速回転させ、基板の一表面が基板の上を通過する際に、実質的に単分子層が堆積するようにすると、図７（Ｂ）に示すようにゲスト材料１６７とホスト材料１６９が膜厚方向に並んだ積層を形成することができる。また、その際に自己整合的にゲスト材料１６７及びホスト材料１６９の配向を揃えるように堆積させることが出来る。

このように両端に機能を持たせたゲスト材料１６７とホスト材料１６９とが規則性を持って配向し積層された積層膜は、非常に効率の高い発光層として機能する。図７（Ｂ）に示すように、ホスト材料１６９は、一端（Ｒ）でキャリアを受け取った際に生じるエネルギーを他端（Ｔ）から、ゲスト材料１６７の一端（ＥＴ）に輸送する。エネルギーを受け取ったゲスト材料１６７は、当該エネルギーにより他端（Ｅｍ）から発光が生じる。このように、ホスト材料１６９がキャリア受け取った際に生じるエネルギーをロスすることなく効率的に発光エネルギーに変換することが出来、発光効率の極めて高い発光層とすることができる。

≪本装置で作製する発光素子の一例≫
次に、成膜装置１００を用いた発光素子の一例とその作製方法について説明する。図８は本実施の形態で例示する発光素子２００の主要部を示す図である。発光素子２００は、一対の電極間にエレクトロルミネセンス材料により構成される発光ユニットが複数積層された構造を有している。

基板１０１の材質は、ガラス、セラミック、石英、プラスチックなど、光透過性を有し、作製工程で発生する熱に耐えうる基板を用いることができる。プラスチック材料では、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等を選択可能である。

基板１０１上にスパッタリング法等で絶縁層２０５、及び第１電極層２０７をあらかじめ形成する。絶縁層２０５は酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜で形成する。絶縁層２０５はエレクトロルミネセンス素子に水分が浸入するのを防ぐために設ける。特に基板１０１としてプラスチックなどの水蒸気透過率の高い材質を用いた場合に有効である。

絶縁層２０５、及び第１電極層２０７が形成された基板１０１を、ロード室１０７を介して成膜装置１００に搬入する。上述のように、成膜装置１００には複数の基板を搬入してもよい。その後、真空排気によって成膜装置１００内を減圧状態とする。また、基板１０１の所望の位置に重なるように、マスク１２３の位置調整を行う。

基板１０１と、蒸着源群とを相対的に回転させながら、蒸着源群１０３（ａ）に装填された成膜材料を蒸着し、第１ホール注入層２０９を所望の膜厚になるまで成膜する。その後、蒸着源群１０３（ａ）からの蒸気を止め、蒸着源群１０３（ｂ）を用いて第１ホール輸送層２１１を形成する。

第１発光層２１３は、蒸着源群１０３（ｃ）及び蒸着源群１０３（ｄ）を用いて、図７で示したような積層膜を成膜することにより得ることが出来る。その後同様にして第１電子輸送層２１５、第１電子注入層２１７を成膜する。

この段階で、エレクトロルミネセンス素子により構成される第１発光ユニット２０１が形成される。第１発光ユニット２０１は、第１ホール注入層２０９、第１ホール輸送層２１１、第１発光層２１３、第１電子輸送層２１５、第１電子注入層２１７が積層されている。
なお、第１発光ユニット２０１の構成は少なくとも第１発光層２１３を有していれば、この構成に限定されない。用いる蒸着源群を適宜変更することにより、第１発光ユニット２０１の構成を変更することが出来る。

続いて、蒸着源群１０３（ｇ）を用いて、第１中間層２１９、及び第２中間層２２１を形成する。蒸着源群１０３（ｇ）には第１中間層２１９、及び第２中間層２２１のそれぞれを成膜するための２種類の成膜材料が装填されている。

第１中間層２１９は、ホール輸送性の高い有機化合物と電子受容体（アクセプター）とを含む層として形成される。また、第２中間層２２１は、電子輸送性の高い有機化合物と電子供与体（ドナー）とを含む層として形成される。
第１中間層２１９は第１発光ユニット２０１に電子を注入し、第２中間層２２１は後に形成する第２発光ユニット２０３にホールを注入する。
なお、中間層の構成はこれに限られるものではなく、ホール輸送性の高い有機化合物と電子受容体（アクセプター）とを含む層、または電子輸送性の高い有機化合物と電子供与体（ドナー）とを含む層の単層構造としてもよい。

第２中間層２２１を形成後、第１発光ユニット２０１の作製と同様の工程を経て、第２発光ユニット２０３が形成される。第２発光ユニット２０３は、第２ホール注入層２２３、第２ホール輸送層２２５、第２発光層２２７、第２電子輸送層２２９、第２電子注入層２３１が積層されている。第２発光ユニット２０３を構成する各々の層は、第１発光ユニット２０１の形成時に用いた材料とは異なる成膜材料を装填が装填された蒸着源を用いて成膜を行うことにより、第１発光ユニットとは異なる層構造の第２発光ユニットとすることが出来る。

なお、第２発光ユニット２０３の構成は第１発光ユニット２０１と同様、少なくとも第２発光層２２７を有していれば、この構成に限定されない。用いる蒸着源群を適宜変更することにより、第２発光ユニット２０３の構成を変更することが出来る。

ここで、第１発光ユニット２０１から得られる発光の発光色と、第２発光ユニット２０３から得られる発光の発光色とが補色の関係にある場合、外部へ取り出される光は白色発光となる。又は、第１発光ユニット２０１及び第２発光ユニット２０３のそれぞれが複数の発光層を有する構成として、複数層の発光層のそれぞれにおいて互いに補色となる発光色を重ね合わせることによって各発光ユニットが白色発光を得られる構成としても良い。補色の関係としては、青色と黄色、或いは青緑色と赤色などがある。

最後に第２発光ユニット２０３に積層して第２電極層２３３を、蒸着源群１０３（ｈ）を用いて形成する。第２電極層２３３は、第１発光ユニット２０１、第２発光ユニット２０３、第１中間層２１９、及び第２中間層２２１の成膜で用いたマスクとは異なるマスクを用いて成膜することも出来る。

以上の工程を経ることにより、基板１０１上に発光素子２００が得られる。発光素子２００は、第１発光ユニット２０１と第２発光ユニット２０３とが積層されたタンデム型の構成であり、このようなタンデム型の構成とすることにより発光輝度の電流効率を高めることができ、また白色発光をすることが容易となるため好ましい。

本実施の形態では２つの発光ユニットを積層した構成としたが、本発明の成膜装置１００は、３以上の発光ユニットを積層した構成についても、同様の工程を繰り返すことにより容易に、成膜装置を増やすことなく作製することができる。

以上のように、本発明の成膜装置用いることにより、一つの成膜装置で多層の積層膜を装置外に搬出することなく効率よく成膜することが出来る。また本成膜装置を用いて作製された発光素子は、発光効率の非常に高い発光素子とすることが出来る。

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが出来る。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で示した成膜装置１００を適用した、照明装置の作製装置の構成の一例と、照明装置の作製方法の一例について図９乃至図１１を用いて説明する。

≪装置構成例≫
図９に示す成膜装置１００は、実施の形態１で示したロード室１０７、及びアンロード室１０９が接続されている。ロード室１０７は、これに隣接して成膜室２５５及び基板を搬入するためのロード室２５１が順に接続されている。また、アンロード室１０９には、これと隣接して処理室２５７及び基板を搬出するためのアンロード室２５３が順に接続されている。なお、図９にはアンロード室１０９と処理室２５７との間に角度をつけた搬送路を設けた構成としているが無い構成としてもよく、装置を設置するレイアウトに応じて適宜設ければよい。

ロード室２５１、及びアンロード室２５３では、装置外から、又は装置外へ基板を搬入出する。また、ロード室２５１、及びアンロード室２５３は排気手段を設けて減圧可能な構成とすることが好ましい。成膜室２５５や、処理室２５７の構成によって、基板の向きを変えられるような構成を適宜有していても良い。

処理室２５７では、成膜装置１００で形成された発光素子に対して、乾燥剤や封止材料を用いて封止処理を行うことができる。処理室２５７には、適用する工程に応じて適宜装置を配置すればよい。

成膜室２５５では、作製する照明装置の下部電極を形成する。下部電極はスパッタリング法、蒸着法などの方法を適用することが出来る。

図１０にスパッタリング法を用いた場合の、成膜室２５５の構成を例示する。図１０（Ａ）は成膜室２５５の断面概略図である。大型基板を用いて成膜する場合は、このように基板１０１を傾けた状態で成膜処理可能な構成とすることにより、装置の床面積を低減することができ好適である。

成膜室２５５は、ターゲット２６１、防着板２６３、マスク２７３、及びヒータ２６５を有する。基板１０１を保持した基板ステージ１２１が固定されたステージホルダ１３３は、搬送手段１３９に保持されている。ヒータ２６５はステージホルダ１３３の裏面から基板１０１を必要に応じて加熱することが出来る。

図１０（Ｂ）は、成膜室２５５の上面概略図である。成膜室２５５は両端にゲートバルブ２６７を有し、装置内は排気手段２６９により減圧状態とすることができる。また必要に応じてガス導入手段２７１から成膜ガスを導入することも出来る。基板１０１は搬送手段１３９によって横方向に搬送することが出来る構成となっている。

また、図１０（Ｃ）に示すように、基板１０１を横方向に移動させながら成膜を行う構成としてもよい。大型基板を用いた場合、このような構成とすることにより高価なターゲットのサイズを小さくすることが出来るため好適である。

≪照明装置の一例≫
図９に示す装置を用いて作製可能な照明装置の一例について図１１を用いて説明する。照明装置３００は、基板１０１上に下部電極３０１、発光ユニット３０３、及び上部電極３０５の積層構造を有し、乾燥材３０９と共に封止部材３１１及びシール材３０７を用いて封止されている。上部電極３０５は端部が下部電極３０１と同一材料で形成された電極と接している。当該電極と下部電極の一部が封止された領域より外側に引き出されている。

基板１０１の表面は凹凸形状を有していることが好ましい。発光ユニットや下部電極を形成する材料に高屈折材料を用いた場合、基板１０１との界面で全反射が起こり、発光の基板側への透過が阻害される場合がある。基板１０１の表面を凹凸形状とすることで全反射が抑制され、効率よく基板側へ発光を取り出すことが出来る。

発光ユニット３０３は、実施の形態１で示した手順で形成された、白色発光の発光ユニットを用いることができる。

照明装置３００の作製方法としては、まず基板１０１をロード室２５１から搬入し、その後成膜室２５５でマスクを用いて下部電極３０１を形成する。その後、ロード室１０７を介して成膜装置１００に基板を搬入し、実施の形態１で示した手順により異なるマスクを用いて発光ユニット３０３、及び上部電極３０５を形成する。その後、アンロード室１０９を介して処理室２５７に基板を移載し、乾燥材３０９と共にシール材３０７及び封止部材３１１を用いて封止処理を施す。その後、アンロード室２５３を介して基板１０１を装置外に搬出することにより、基板１０１上に形成された照明装置３００を得る。

また、図１１（Ｂ）に示すように、処理室２５７で基板１０１の裏面にマイクロレンズを具備した光学シート３１３を貼り付けても良い。光学シート３１３を用いることにより発光をより効率的に取り出すことが出来る。

また、図１１（Ｃ）に示すように、処理室２５７にてコンバータ３１５を基板上に導電材３１７を用いて実装してもよい。コンバータ３１５は、家庭用電源から出力される実効値１００Ｖの交流電圧を所望の電圧値の直流電圧に変換する。なお、コンバータ３１５は封止部材３１１の内部に配置しても良い。

以上のような工程により作製された照明装置は、発光効率の極めて高い照明装置とすることが出来る。

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが出来る。

（実施の形態３）
本実施の形態では、成膜装置１００を適用した実施の形態２とは異なる装置構成と、これを用いて作製された照明装置の一例について図１２乃至図１４を用いて説明する。

≪装置構成例≫
図１２に示す成膜装置１００は、ロード室１０７に隣接してレーザ処理室２８１、成膜室２５５、及びロード室２５１が順に接続されている。また、アンロード室１０９に隣接して、レーザ処理室２８３、成膜室２８５、レーザ処理室２８７、処理室２５７、及びアンロード室２５３が順に接続されている。

ロード室２５１、アンロード室２５３、成膜室２５５、及び処理室２５７は実施の形態２で示したものと同様の構成とすることが出来る。また、成膜室２８５は上部電極を形成する成膜室であり、スパッタリング法を用いて形成する場合は成膜室２５５と同様の構成を用いればよく、蒸着法等別の方法を用いて形成する場合は適宜構成を変更すればよい。

レーザ処理室２８１、２８３、及び２８７は、レーザを用いたパターニング方法により成膜された膜に対し微細なパターンを形成する処理室である。レーザを用いたパターニング方法を適用することにより、高額なマスクを用いずにパターニングが可能となるため、異なる仕様や形状の照明装置を、コストをかけずに作り分けることが可能となる。また、マスクを用いた場合よりも、より微細なパターンや島状のパターンの加工を行うことが出来るため、パターン設計の幅が広がる。

図１３にレーザ処理室２８１の構成の一例を示す。レーザ処理室２８１の断面模式図を図１３（Ａ）に、上面模式図を図１３（Ｂ）に示す。

レーザ処理室２８１は、基板１０１に対向して配置されたレーザ照射装置２９１を有する。レーザ照射装置２９１によって適切な波長とエネルギーが選択されたレーザ光を基板１０１に照射することにより、基板１０１上の所望の膜を蒸発（アブレーション）させ、パターンを形成する。本実施の形態で例示するレーザ照射装置２９１は、基板１０１に沿って縦方向にレーザ光を走査させることが可能で、同時に図１３（Ｂ）に示すように基板１０１を横方向に移動させることにより基板１０１全面にパターンを形成することができる。

また、レーザ処理室２８１の内部は、必要に応じてゲートバルブ２９３と排気手段２９５によって室内を減圧状態とすることが出来る。また、ガス導入手段２９７を用いて、反応ガス、または不活性ガス雰囲気で処理を行うことが出来る。

レーザ照射装置２９１は、例えばレーザ光を出力するレーザ発振器、レーザ光を減衰させるための光学系、レーザ光の強度を変調するための音響光学変調器、レーザ光の断面を縮小するためのレンズ及び光路を変更するためのミラー等で構成される光学系、基板上にレーザ光の焦点を合わせるためのフォーカス機構などから構成される。レーザとしては、連続発振型のレーザービームやパルス発振型のレーザービームを用いることができる。レーザービームの照射条件、例えば、周波数、パワー密度、エネルギー密度、ビームプロファイル等は、用いる膜の厚さや材料によって適宜制御する。また、用いるレーザ光の波長も適宜設定すればよいが、例えば紫外領域である１〜３８０ｎｍの波長の固体レーザを用いることができる。

なお、レーザ処理室２８３、レーザ処理室２８７についても、レーザ処理室２８１と同様の構成を用いることができる。

≪照明装置の一例≫
次に、図１２に示した装置を用いて作製可能な照明装置とその作製方法について図１４を用いて説明する。図１４（Ａ）は本実施の形態で例示する照明装置３５０の断面模式図である。照明装置３５０は発光素子の形状以外は上記で例示した照明装置３００と同様の構成であるため、重複する説明は省略する。

照明装置３５０は、下部電極３５１、発光ユニット３５３、及び上部電極３５５からなる発光素子が直列に複数接続された構成を有している。すなわち、一つの発光素子の上部電極が、隣接する発光素子の下部電極に接続されている。図１４（Ａ）には４個の発光素子を直列に接続した構成を示しているが、接続数は特に限定されない。

通常、発光素子に印加する直流電圧は、家庭用の交流電源から出力される電圧を、コンバータ（ＡＣ−ＤＣコンバータ）を用いて生成するが、コンバータの特性上、出力電圧が低電圧になるほど変換効率が悪化し、電力のロスが生じる。したがって、照明装置３５０のように複数の発光素子を直列に接続することにより、その両端に高い電圧を印加することが可能となり、結果的にコンバータによる電力のロスを抑制することができる。

また、パターニング方法としてレーザ装置を用いることにより、パターン間スペースやコンタクト部の形状を縮小できる。そのためこのようなパターンを形成しても、非発光領域の面積を縮小することが可能となり、発光効率の高い照明装置を実現できる。

照明装置３５０の作製方法としては、まず基板１０１をロード室２５１から搬入し、その後成膜室２５５で導電膜を成膜する。続いてレーザ処理室２８１にて該導電膜をパターニングして下部電極３５１を形成する。次にロード室１０７を経由して成膜装置１００に基板１０１を搬入し、後に発光ユニット３５３となる膜を成膜する。その後アンロード室１０９を経由した後レーザ処理室２８３にてパターニングを行い発光ユニット３５３を得る。続いて成膜室２８５で導電膜を成膜し、レーザ処理室２８７にて該導電膜をパターニングすることにより上部電極３５５が形成される。その後、処理室２５７に基板を移載し、乾燥材３５９と共にシール材３５７及び封止部材３６１を用いて封止処理を施す。最後にアンロード室２５３を介して基板１０１を装置外に搬出することにより、基板１０１上に形成された照明装置３５０を得る。

なお、実施の形態２で示した照明装置３００と同様、処理室２５７では、図１４（Ｂ）のように基板１０１の裏面にマイクロレンズを具備した光学シート３６３を貼り付けても良いし、図１４（Ｃ）のようにコンバータ３６５を導電材３６７を用いて実装してもよい。

以上のような工程により作製された照明装置は、消費電力効率及び発光効率の極めて高い照明装置とすることが出来る。

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが出来る。

１００ 成膜装置
１０１ 基板
１０３ 蒸着源群
１０５ 防着板
１０７ ロード室
１０９ アンロード室
１１１ 蒸着源
１１３ 蒸着源
１１５ 駆動部
１１７ 回転軸
１１９ ステージホルダ
１２１ 基板ステージ
１２３ マスク
１２５ 駆動部
１２７ 回転軸
１２９ テーブル
１３１ 搬送ロボット
１３３ ステージホルダ
１３５ ガイドレール
１３７ ガイド
１３９ 搬送手段
１４１ 坩堝
１４３ ヒータ
１４５ 成膜材料
１４７ 材料供給部
１４９ 装填部
１５１ 押出部
１６１ 薄膜
１６３ 第１の電極
１６５ 第２の電極
１６７ ゲスト材料
１６９ ホスト材料
２００ 発光素子
２０１ 第１発光ユニット
２０３ 第２発光ユニット
２０５ 絶縁層
２０７ 第１電極層
２０９ 第１ホール注入層
２１１ 第１ホール輸送層
２１３ 第１発光層
２１５ 第１電子輸送層
２１７ 第１電子注入層
２１９ 第１中間層
２２１ 第２中間層
２２３ 第２ホール注入層
２２５ 第２ホール輸送層
２２７ 第２発光層
２２９ 第２電子輸送層
２３１ 第２電子注入層
２３３ 第２電極層
２５１ ロード室
２５３ アンロード室
２５５ 成膜室
２５７ 処理室
２６１ ターゲット
２６３ 防着板
２６５ ヒータ
２６７ ゲートバルブ
２６９ 排気手段
２７１ ガス導入手段
２７３ マスク
２８１ レーザ処理室
２８３ レーザ処理室
２８５ 成膜室
２８７ レーザ処理室
２９１ レーザ照射装置
２９３ ゲートバルブ
２９５ 排気手段
２９７ ガス導入手段
３００ 照明装置
３０１ 下部電極
３０３ 発光ユニット
３０５ 上部電極
３０７ シール材
３０９ 乾燥材
３１１ 封止部材
３１３ 光学シート
３１５ コンバータ
３１７ 導電材
３５０ 照明装置
３５１ 下部電極
３５３ 発光ユニット
３５５ 上部電極
３５７ シール材
３５９ 乾燥材
３６１ 封止部材
３６３ 光学シート
３６５ コンバータ
３６７ 導電材

Claims (8)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を中心に放射状に配置された複数の蒸着源群と、
   前記複数の蒸着源群のそれぞれに対向可能に基板を保持する基板支持部と、を有し、
   前記複数の蒸着源群のそれぞれは、前記回転軸に対して半径方向に並べて配置された複数の蒸着源を有し、
   前記基板支持部と前記複数の蒸着源群の一方又は双方を、前記回転軸を中心に相対的に回転させる駆動部を有する、成膜装置。
2. 請求項１において、
   前記複数の蒸着源群のそれぞれが有する複数の蒸着源は、前記基板に均一に成膜材料を被着させるよう制御される、成膜装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記複数の蒸着源群の一つが有する複数の蒸着源は、前記基板に第１の成膜材料を被着させ、
   前記複数の蒸着源群の他の一つが有する複数の蒸着源は、前記基板に第２の成膜材料を被着させる、成膜装置。
4. 第１の成膜材料を基板に被着させる第１の蒸着源群と、第２の成膜材料を前記基板に被着させる第２の蒸着源群とを離散的に配置し、
   前記第１の蒸着源群、及び前記第２の蒸着源群と対向可能に前記基板を配置し、
   前記基板と、前記第１の蒸着源群の一方又は双方を、回転軸を中心に回転させながら、前記基板に前記第１の成膜材料を被着させて第１の薄膜を形成し、
   前記基板と、前記第２の蒸着源群の一方又は双方を、前記回転軸を中心に回転させながら、前記基板に前記第２の成膜材料を被着させて第２の薄膜を形成する、成膜方法。
5. 第１の成膜材料を基板に被着させる第１の蒸着源群と、第２の成膜材料を前記基板に被着させる第２の蒸着源群とを離散的に配置し、
   前記第１の蒸着源群、及び前記第２の蒸着源群と対向可能に前記基板を配置し、
   前記基板と、前記第１の蒸着源群の一方又は双方を、回転軸を中心に回転させながら、前記基板に前記第１の成膜材料を被着させる第１の段階と、
   前記基板と、前記第２の蒸着源群の一方又は双方を、前記回転軸を中心に回転させながら、前記基板に前記第２の成膜材料を被着させる第２の段階とを有し、
   前記第１の段階と前記第２の段階とを繰り返して、前記基板に薄膜を形成する、成膜方法。
6. 請求項４又は請求項５において、
   前記第１の蒸着源群からホスト材料を供給し、
   前記第２の蒸着源群からゲスト材料を供給する、成膜方法。
7. 請求項４乃至請求項６のいずれか一に記載の成膜方法を用いた、エレクトロルミネセンス素子の作製方法。
8. 請求項４乃至請求項６のいずれか一に記載の成膜方法を用いた、照明装置の作製方法。

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