JP2015007263A - Organic device manufacturing device and organic device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スパッタリング装置に関し、例えば、有機デバイス製造装置と有機デバイスの製造方法に適用可能である。 The present invention relates to a sputtering apparatus, and is applicable to, for example, an organic device manufacturing apparatus and an organic device manufacturing method.
近年、有機デバイスが新たな産業分野として注目されている。たとえば表示デバイスや照明デバイスとして有機EL(エレクトロルミネッセンス)が、有機ELや電子ペーパー,RFIDなどの駆動素子として有機トランジスタが、太陽電池として有機薄膜太陽電池などが開発されている。特に有機ELは表示デバイスや照明デバイスの大形化とともに、製造基板サイズの大形化の要求があり、製造基板サイズは現状の第4.5世代製造ライン(ガラス基板寸法:730mm×920mm)から、基板寸法で2.9倍以上となる第5.5〜第6世代(ガラス基板寸法は1300mm×1500mm〜1500mm×1800mm)へ拡大し、さらには第8世代ライン(ガラス基板寸法:2200mm×2500mm)にも及ぶ見込みである。 In recent years, organic devices have attracted attention as a new industrial field. For example, organic EL (electroluminescence) has been developed as a display device or lighting device, an organic transistor as a driving element such as organic EL, electronic paper, or RFID, and an organic thin-film solar cell as a solar cell. In particular, organic EL is required to increase the size of the manufacturing substrate with the increase in size of display devices and lighting devices, and the manufacturing substrate size is from the current 4.5th generation manufacturing line (glass substrate dimensions: 730 mm × 920 mm). , The substrate size is expanded to 5.5th to 6th generation (glass substrate size is 1300mm × 1500mm-1500mm × 1800mm), which is more than 2.9 times, and further, the 8th generation line (glass substrate size: 2200mm × 2500mm) ).
表示デバイスや照明デバイスの大形化は、有機ELの上部電極の低抵抗化という新たな要求を生んでいる。特に大形のテレビや大面積の照明を製造する場合、共通電極となる上部電極は発光面中央部の電圧降下による輝度低下を抑制するため1Ω/□以下程度とシート抵抗を低く形成する必要がある。そのためボトムエミッション方式ではマグネシウム−銀合金(Mg−Ag)やMg−Agと銀(Ag)の積層膜、あるいはアルミニウム(Al)等の金属電極を、トップエミッション方式では、インジウム−スズ酸化物(ITO)やインジウム-亜鉛酸化物(IZO)などの導電性酸化物の透明電極を数百nm以上厚く成膜することが求められている。 Increasing the size of display devices and lighting devices has created new demands for lowering the resistance of the upper electrode of organic EL. In particular, when manufacturing large televisions and large-area lighting, the upper electrode, which is a common electrode, needs to have a sheet resistance as low as 1Ω / □ or less in order to suppress a decrease in luminance due to a voltage drop at the center of the light emitting surface. is there. Therefore, in the bottom emission method, a magnesium-silver alloy (Mg-Ag), a laminated film of Mg-Ag and silver (Ag), or a metal electrode such as aluminum (Al) is used. In the top emission method, an indium-tin oxide (ITO) is used. ) And indium-zinc oxide (IZO) and other conductive oxide transparent electrodes are required to be formed to a thickness of several hundred nm or more.
ボトムエミッション用の金属電極は従来、坩堝を用いた抵抗加熱蒸発源や誘導加熱蒸発源、電子ビーム(EB)蒸発源を用いた回転蒸着により成膜されていたが、製造基板サイズが小さかったため、蒸発源と基板間距離を十分に空け、かつ蒸発源の位置を基板中央から基板端側にオフセットして、蒸着膜厚分布の裾のなだらかな部分を成膜に利用することと、基板回転による平均化効果を利用することで膜厚均一性を確保してきた。また蒸発源と基板間距離を十分に空けることで、蒸発源からの熱輻射による基板温度上昇を抑制し、有機デバイスへの熱ダメージの防止や、メタルマスクの熱膨張抑制によるパターニング精度確保を行ってきた。しかしながら製造基板サイズが大形化すると、回転蒸着で膜厚均一性を確保するには蒸発源と基板間距離をさらに長くする必要があり、材料利用効率が悪くなり過ぎる。また大形基板を回転するのも困難になってくる。これら膜厚分布や材料利用効率、基板回転の問題は、リニア蒸発源または複数の蒸発源をリニア状に直列配置して、基板に近接させて蒸着部あるいは基板を走査することにより解決可能であるが、AgやAlは蒸着に1000℃以上の高温が必要であり、特にボトムエミッションの場合のように数百nmもの厚い上部電極を形成する場合には蒸着時間も長くなり、蒸発源からの熱輻射による有機層への熱ダメージや、メタルマスクの熱膨張によるパターニング精度低下はやはり大きくなる問題がある。 The metal electrode for bottom emission has been conventionally formed by rotary evaporation using a resistance heating evaporation source using a crucible, an induction heating evaporation source, or an electron beam (EB) evaporation source, but the manufacturing substrate size was small. A sufficient distance between the evaporation source and the substrate, and the position of the evaporation source is offset from the center of the substrate to the substrate edge side, and the gentle part of the evaporation film thickness distribution is used for film formation, and the substrate is rotated. Film thickness uniformity has been secured by utilizing the averaging effect. In addition, a sufficient distance between the evaporation source and the substrate suppresses the substrate temperature rise due to heat radiation from the evaporation source, prevents thermal damage to the organic device, and ensures patterning accuracy by suppressing the thermal expansion of the metal mask. I came. However, when the production substrate size is increased, it is necessary to further increase the distance between the evaporation source and the substrate in order to ensure film thickness uniformity by rotary evaporation, and the material utilization efficiency becomes too poor. It also becomes difficult to rotate a large substrate. These problems of film thickness distribution, material utilization efficiency, and substrate rotation can be solved by linearly arranging a linear evaporation source or a plurality of evaporation sources in a linear form and scanning the vapor deposition section or the substrate close to the substrate. However, Ag and Al require a high temperature of 1000 ° C. or higher for vapor deposition. Especially when a thick upper electrode of several hundred nm is formed as in the case of bottom emission, the vapor deposition time becomes longer and the heat from the evaporation source is increased. Thermal damage to the organic layer due to radiation and a decrease in patterning accuracy due to thermal expansion of the metal mask are still problematic.
また、抵抗加熱蒸着等に比べると比較的成膜速度の速い電子ビーム(EB)蒸着では、加速された電子ビーム衝撃により発生する軟X線により、バックプレーンの薄膜トランジスタ(TFT)素子にしきい値電圧シフトが起きる問題が指摘されている。このように、厚いMg−Ag、Ag、Al電極を大形基板に蒸着法で形成することは非常に難しい。 Also, in electron beam (EB) vapor deposition, which has a relatively high deposition rate compared to resistance heating vapor deposition, the threshold voltage is applied to the thin film transistor (TFT) element on the backplane by soft X-rays generated by accelerated electron beam impact. It has been pointed out that a shift occurs. Thus, it is very difficult to form thick Mg—Ag, Ag, and Al electrodes on a large substrate by vapor deposition.
そのためボトムエミッション用に厚いMg−Ag電極、Ag電極、Al電極などをスパッタリング法で成膜することが望まれている。一方、トップエミッション用に適用が期待されるITOやIZOは一般に蒸着で成膜するのは困難で、やはりスパッタリング法で成膜するのが望ましい。しかしながら、一般にスパッタリング法は有機層へのプラズマダメージが大きいことが知られている。そのため、有機層のダメージを抑制するスパッタリング装置として種々のものが提案されている。 Therefore, it is desired to form a thick Mg—Ag electrode, Ag electrode, Al electrode or the like for bottom emission by sputtering. On the other hand, ITO and IZO, which are expected to be applied for top emission, are generally difficult to form by vapor deposition, and it is also desirable to form films by sputtering. However, it is generally known that the sputtering method causes a large plasma damage to the organic layer. For this reason, various types of sputtering apparatuses that suppress damage to the organic layer have been proposed.
例えば特許文献1では、対向する一対のターゲットおよび磁界発生手段と、ターゲット間の空間と対向する位置に基板を配置する対向ターゲット式スパッタリング装置を用いている。また、特許文献2では、ターゲットと基板の間に接地電位ないし正電位であるグリット電極、またはターゲットより小さな開口を有するアパーチャーを設ける装置が提案されている。これらの手法を用いることにより、スパッタリング法で発生する、高エネルギーのイオンや粒子、2次電子線の影響を軽減することが提案されている。
For example,
特許文献3では、基板を第一と第二のターゲットからなる対向ターゲット式スパッタ部の側方を通過させ、少ないダメージで成膜した後、第3のターゲットからなる平行平板式スパッタ部と正対する位置を通過させ、大きな堆積速度で薄膜を積層することが提案されている。また、特許文献4では、ターゲットと基板間に移動自在なグリット電極を設け、グリッド電極がターゲットと基板との間にある状態で、一定時間薄膜を形成した後、ターゲットと基板との間にグリッド電極を介在させない状態で、さらに薄膜形成を行うことにより、低ダメージと高速成膜を両立させることが提案されている。
In
特許文献5では、保護電極層を真空蒸着法によって発光部上に形成した後、該保護電極層上に誘導結合型マグネトロンスパッタリング法によって主電極層を形成することが提案されている。
In
一方、液晶用などの大形基板のスパッタ装置では、基板面に対向して複数のターゲットを配し、一括成膜による高速成膜でかつ、膜厚均一性や放電の安定性、電極膜質の向上が可能な枚葉式のスパッタリング装置が一般に使われている(特許文献6、7)。
On the other hand, in sputtering equipment for large substrates such as for liquid crystals, multiple targets are arranged facing the substrate surface, high-speed film formation by batch film formation, film thickness uniformity, discharge stability, and electrode film quality. A single wafer type sputtering apparatus that can be improved is generally used (
特許文献1および特許文献2の方法は通常のスパッタリング法に比べ、成膜速度に劣る課題がある。
The methods of
特許文献3および特許文献4のスパッタリングのみで成膜する場合は、プラズマダメージを完全に防止することは難しく、また特許文献4のようなグリッド電極の使用はグリットへの膜付着、剥離に伴う異物発生が避けられず、有機ELのような異物に敏感なデバイスの製造には適していない。
In the case of forming a film only by sputtering of
特許文献5の誘導結合型マグネトロンスパッタリング法は、コイルを用いた高周波誘導電流を用いるため装置の大形化や、大形基板での膜厚均一性の確保には適しておらず、また高周波放電のため直流(DC)放電に比べると成膜速度が遅く、特許文献5の実施例でも成膜速度は0.1〜0.2nm/秒にとどまっている。そのため、数百nmの電極膜成膜には、数千秒もの時間が必要であり、量産には適さない。さらに一般に誘導結合型プラズマは高密度プラズマであり、プラズマ中の電子密度が約1017個/m3程度と高く、素子のチャージアップによるダメージも懸念される。
The inductively coupled magnetron sputtering method of
特許文献6および特許文献7のスパッタリング装置は有機EL素子などの有機デバイスの製造に適用できるような低ダメージ化の工夫はなされていない。
The sputtering devices of
本発明は、大面積の有機デバイスを形成した基板に、金属や導電性酸化物の電極を低ダメージで高速に成膜可能なスパッタリング装置を提供することを目的とする。また、スパッタリング装置と金属蒸着装置を用いた、素子のダメージフリー化が可能な有機デバイス製造装置と有機デバイス製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a sputtering apparatus capable of forming a metal or conductive oxide electrode on a substrate on which a large-area organic device is formed at a high speed with low damage. It is another object of the present invention to provide an organic device manufacturing apparatus and an organic device manufacturing method capable of making an element damage-free using a sputtering apparatus and a metal vapor deposition apparatus.
本発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
すなわち、有機デバイス製造装置は、有機層上に金属蒸着膜を成膜できる蒸着装置と、金属蒸着膜上に成膜できるスパッタリング装置と、を備え、スパッタリング装置は、バランス型マグネトロンを有する複数のカソードを備え、複数のカソードは、基板面と平行に等間隔をおいて配置される。
The outline of typical ones of the present invention will be briefly described as follows.
That is, an organic device manufacturing apparatus includes a vapor deposition apparatus capable of forming a metal vapor deposition film on an organic layer and a sputtering apparatus capable of forming a film on the metal vapor deposition film, and the sputtering apparatus includes a plurality of cathodes having a balanced magnetron. The plurality of cathodes are arranged at equal intervals in parallel with the substrate surface.
上記有機デバイス装置によれば、有機層などプラズマダメージを受け易い材料を用いるデバイスに、高速で低ダメージ、大面積成膜が可能である。 According to the above organic device apparatus, it is possible to perform film formation at a high speed with low damage and a large area on a device using a material that is easily damaged by plasma, such as an organic layer.
上記した以外の課題,構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、図面等を用いて、実施形態、実施例および変形例について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本実施形態、実施例および変形例を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments, examples, and modifications will be described with reference to the drawings and the like. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. Various modifications by those skilled in the art are within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Changes and modifications are possible. Moreover, in all drawings for explaining the present embodiment, examples, and modified examples, the same reference numerals are given to components having the same function, and repeated description thereof may be omitted.
まず、本発明に先立って検討した技術について説明する。我々は、有機デバイス、とくに有機ELの有機層上に膜厚数百nmの厚い金属または導電性酸化物の上部電極を成膜する方法について種々検討を行い、スパッタリング法による電極形成時の有機層のダメージ要因の解析を行ってきた。その結果、以下の複数のダメージ要因が関係していることを解明した。
(a)スパッタリングの際に発生するイオンや反跳粒子の打ち込みによりダメージが発生する。本ダメージを防止するには、有機層上にイオンや反跳粒子の打ち込み侵入長以上でかつ有機層を完全に被覆する連続膜の金属蒸着膜を設けることが必要である。
(b)プラズマで発生する荷電粒子の流入によるチャージアップによって有機層にダメージが発生する。本ダメージは上記、金属蒸着膜を設けただけでは防止できない。本ダメージを防止するには、スパッタリングによって発生する基板位置のプラズマ密度を下げ、基板への荷電粒子流入を抑制することが必要である。
(c)スパッタリング膜の応力によって有機層にダメージが発生する。本ダメージは上記、金属蒸着膜を設けただけでは防止できない。本ダメージを防止するには、(b)同様にスパッタリングによって発生する基板位置のプラズマ密度を下げ、基板への荷電粒子流入を抑制し、低温での膜形成とイオンアシスト効果を低減することにより膜応力を下げる必要がある。
First, a technique studied prior to the present invention will be described. We have studied various methods for forming a thick metal or conductive oxide upper electrode with a film thickness of several hundreds of nanometers on organic devices, especially organic EL organic layers, and organic layers during electrode formation by sputtering. We have analyzed the damage factors. As a result, it was clarified that the following damage factors are related.
(A) Damage occurs due to implantation of ions and recoil particles generated during sputtering. In order to prevent this damage, it is necessary to provide a continuous metal deposition film on the organic layer that is longer than the intrusion length of ions and recoil particles and completely covers the organic layer.
(B) Damage to the organic layer occurs due to charge-up caused by the inflow of charged particles generated by plasma. This damage cannot be prevented only by providing the metal vapor deposition film. In order to prevent this damage, it is necessary to reduce the plasma density at the position of the substrate generated by sputtering and suppress the inflow of charged particles to the substrate.
(C) The organic layer is damaged by the stress of the sputtering film. This damage cannot be prevented only by providing the metal vapor deposition film. In order to prevent this damage, as in (b), the plasma density at the substrate position generated by sputtering is lowered, the charged particle inflow to the substrate is suppressed, and the film formation at low temperature and the ion assist effect are reduced. It is necessary to reduce the stress.
まず始めにスパッタリング法による有機EL素子の電極形成時のダメージ要因解析を行った結果について詳細に説明する。 First, a detailed description will be given of a result of a damage factor analysis performed when forming an electrode of an organic EL element by a sputtering method.
(1)高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層への打ち込み
スパッタリング成膜によって発生するダメージの第一の要因として、プラズマ中で発生する高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層への打ち込みがある。そのため、有機層上にイオンや反跳粒子等の打ち込みを防止できる金属蒸着膜のバッファ層を形成することが有効である。ここでは打ち込み防止に必要なバッファ層の膜密度と膜厚を試算した結果の一例を示す。図1は、スパッタリングで発生するスパッタリング材料のAlや放電ガスのアルゴン(Ar)のイオンや反跳粒子のバッファ層(ここではAl膜)への打ち込みの侵入長をシミュレーションした結果を示す図である。バッファ層の膜厚は20nmである。また、有機層とバッファ層との間には電子注入層となる0.5nm厚さのフッ化リチウム(LiF)がある。スパッタリングで発生し、基板に流入する粒子の運動エネルギーは、大部分が放電ガスとの衝突によりエネルギーを散逸するため100eV以下(一般には15〜50eV程度)となることが知られているが、ここでは最悪ケースを想定し、スパッタリングの放電電圧(500V程度)で生じ得る最大エネルギーの500eVの運動エネルギーを持つAlやArのバッファ層(金属蒸着膜)中への侵入深さを考える。計算は念のためさらに高い1000eVのケースも行っている。図1(a)はバッファ層としてAlのバルク密度2.7g/cm3を想定して計算した場合で、500eVの場合、これらの粒子(AlやAr)の侵入長は高々5nm程度であることが分かる。図1(b)は蒸着膜の膜密度がバルク密度より低くなることを想定し、2.0g/cm3(膜密度74%)と比較した場合であるが、それでも500eVの運動エネルギーを持つ粒子の侵入長は高々7〜10nmである。本シミュレーションはバッファ層材料としてAlを用いた場合の例を示しているが、Agのバルク密度は10.49g/cm3、Mg−Ag(組成比10:1)のバルク密度は2.39g/cm3と2.0g/cm3以上であることから、他の金属材料でも侵入長は高々7〜10nm以下であり、理論的には7〜10nmの金属蒸着膜のバッファ層を設ければ高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層への打ち込みを防止できることが分かった。なお、本解析では有機ELで使用される代表的な電極材料のAlやAg、Mg−Agについて述べたが、前記以外の金属でも膜密度が2.0g/cm3以上の材料であれば効果は同じである。
(1) Implanting high-energy ions and recoil particles into the organic layer As the first cause of damage caused by sputtering film formation, high-energy ions and recoil particles generated in the plasma are implanted into the organic layer. There is. Therefore, it is effective to form a buffer layer of a metal vapor deposition film that can prevent implantation of ions, recoil particles, and the like on the organic layer. Here, an example of the result of trial calculation of the film density and film thickness of the buffer layer necessary for preventing implantation will be shown. FIG. 1 is a diagram showing the results of simulating the penetration depth of ions of sputtering material generated by sputtering, argon (Ar) ions of a discharge gas, and recoil particles into a buffer layer (here, an Al film). . The thickness of the buffer layer is 20 nm. In addition, between the organic layer and the buffer layer, there is 0.5 nm-thick lithium fluoride (LiF) that serves as an electron injection layer. It is known that the kinetic energy of particles generated by sputtering and flowing into the substrate is 100 eV or less (generally about 15 to 50 eV) because most of the energy is dissipated by collision with the discharge gas. Then, assuming the worst case, the penetration depth into the buffer layer (metal vapor deposition film) of Al or Ar having a kinetic energy of 500 eV which is the maximum energy that can be generated by the discharge voltage of sputtering (about 500 V) is considered. As a precaution, the higher 1000 eV case is also performed. Fig. 1 (a) shows the calculation assuming that the bulk density of Al is 2.7g / cm 3 as the buffer layer. In the case of 500eV, the penetration length of these particles (Al and Ar) is at most about 5nm. I understand. Fig. 1 (b) shows a case where the deposited film density is lower than the bulk density and is compared with 2.0 g / cm 3 (
但し、シミュレーションでは均一な膜厚、密度を持つ金属蒸着膜のバッファ層を想定しているのに対し、実際の蒸着膜は膜厚が5〜7nm程度と薄い領域では島状成長し、有機層を完全に被覆する連続膜とはならないため、実際にはそれ以上の膜厚が必要である。 However, the simulation assumes a metal vapor deposition film buffer layer with a uniform film thickness and density, whereas the actual vapor deposition film grows in an island shape in a thin region of about 5 to 7 nm, and the organic layer In reality, a film thickness larger than that is necessary.
図2は金属蒸着膜の抵抗率を測定した結果を示す図である。図2に示す金属蒸着膜の抵抗率では、Al、Ag、Mg−Ag(10:1)膜はいずれも10nm未満では抵抗率が急上昇し連続膜になっていないことが分かる。従って金属蒸着膜は連続膜でかつ薄いところでも7〜10nm以上の膜厚がある平均膜厚20nm以上とすれば、その後のスパッタリング成膜による高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層への打ち込みを防止できるバッファ層として機能すると考えられる。 FIG. 2 is a diagram showing the results of measuring the resistivity of the metal deposited film. With respect to the resistivity of the metal vapor deposition film shown in FIG. 2, it can be seen that the Al, Ag, and Mg—Ag (10: 1) films all have a resistivity that rapidly increases below 10 nm and are not continuous films. Therefore, if the metal vapor deposition film is a continuous film and has an average film thickness of 20 nm or more with a film thickness of 7 to 10 nm or more even in a thin place, high energy ions and recoil particles are implanted into the organic layer by subsequent sputtering film formation. It is considered to function as a buffer layer that can prevent the above.
次に、実際に有機層上に実際に金属蒸着膜のバッファ層を形成し、その上にスパッタリング膜を形成しダメージを評価した結果を示す。 Next, a result of actually forming a buffer layer of a metal vapor deposition film on an organic layer and forming a sputtering film thereon and evaluating damage is shown.
図3はスパッタリングダメージの評価素子の構造を示す図である。評価素子11は図3に示すようにガラス等の基板10上に膜厚70nmの蒸着で形成したAlの下部電極1と、金属蒸着膜のバッファ層2とスパッタリング膜3の積層膜で形成したAlの上部電極4、および電子注入層5の間に、有機層6形成したキャパシタダイオード構造を用いた。電子注入層5は膜厚0.5nmのフッ化リチウム(LiF)層で形成される。有機層6は膜厚150nmのAlq3(トリス(8−キノリノラト)アルミニウム)で形成される。Alq3は有機ELの電子輸送層や発光層として使用される代表的な材料である。本評価素子11はスパッタリング膜3の成膜の際にスパッタダメージを受けると、上部電極4側の電子注入層5との界面の有機層6が変質し、上部電極4からの電流注入特性が劣化し、電圧を印加した際の電流電圧特性(ダイオード特性)の閾値電圧の増加やダイオード電流の減少、さらに強いダメージを受けた場合は有機層6が絶縁破壊しリーク電流が発生したりする。そこで本評価素子11の電流電圧特性を、蒸着のみで上部電極4を形成した素子と比較計測することでダメージを評価することができる。
FIG. 3 is a diagram showing the structure of an element for evaluating sputtering damage. As shown in FIG. 3, the
図4に上記評価素子の電流電圧特性の閾値電圧およびダイオード電流のバッファ層2の蒸着に対する膜厚依存を示す。閾値電圧はダイオード電流の立ち上がりとして、ダイオード電流密度が10−5A/cm2となる電圧、ダイオード電流密度は印加電圧10Vの時に流れる電流密度で定義した。またリファレンスとして上部電極4を蒸着のみで形成した場合もプロットしている。その結果、閾値電圧はAl蒸着膜のバッファ層2がない場合(0nm)で最も高く、ダイオード電流は最も低くなるのに対し、バッファ層2の膜厚が厚くなると閾値電圧は低減し、ダイオード電流は増加することが分かった。これは前記したように、プラズマ中で発生する高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層6への打ち込みが防止されている効果である。しかしながら、平均膜厚20nm以上ではその変化が飽和し、それ以上膜厚を厚くしてもそれ以上改善せず、蒸着のみで上部電極4を形成した素子の閾値電圧や、ダイオード電流の性能には達しないことが分かった。従って、高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層6への打ち込みはバッファ層2の平均膜厚が20nm以上あれば防止できるが、有機層6のスパッタダメージ要因には、高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層6への打ち込み以外の要因もあることが明らかになった。
FIG. 4 shows the film thickness dependence of the threshold voltage of the current-voltage characteristics of the evaluation element and the diode current on the deposition of the
また本条件では、スパッタリング膜3の膜厚を300nm以上とさらに厚くした場合、上部電極4の剥離によるダメージも観測された。これは、スパッタリング膜3の内部応力が蒸着膜より高く、膜厚が厚くなるにつれ圧縮力の影響が顕著になるためである。
Under these conditions, damage due to peeling of the
(2)チャージアップ
このように、金属蒸着膜のバッファ層2を形成するだけでは防止できないダメージ要因について考察と解析を行った。スパッタリングによる素子のダメージ要因としては、半導体素子などで報告されているチャージアップ(帯電)ダメージが考えられる。すなわち、放電で発生した電子等の荷電粒子が素子の上部電極4に流入し、電気的なチャージアップによって素子が劣化するモデルである。有機EL等の有機デバイスでは、有機層6の絶縁性が一般に高く、キャパシタ型の素子となるため、上部電極4のチャージアップにより高電圧が誘起され、電子等の電荷が有機層6中に注入されたり、有機層6が絶縁破壊したりすることが起こり得る。すなわち電子注入によるトラップ形成で電子注入特性が低下し、上記の閾値電圧の上昇やダイオード電流密度の低下を引き起こしたり、さらには高電圧による部分的な有機層6の絶縁破壊の進行でリーク電流の発生などが起きると考えられる。
(2) Charge-up Thus, the damage factor which cannot be prevented only by forming the
また運動エネルギーを持つ電子の流入は基板温度上昇を引き起こし、また負帯電によるイオンシース形成によりイオンの入射も促すため、成膜後に基板が室温に戻った時の熱応力の発生や、イオンアシスト効果による膜の緻密化などに起因する膜応力の増加などを引き起こしやすい。 Also, the inflow of electrons with kinetic energy causes an increase in the substrate temperature, and the ion sheath formation by negative charging also promotes the incidence of ions, so the generation of thermal stress when the substrate returns to room temperature after film formation and the ion assist effect It is likely to cause an increase in film stress due to the densification of the film due to the above.
そこで上記の実験に用いたスパッタリング装置のプラズマ密度をラングミュアプローブ法で計測した。実験に用いたスパッタリング装置は、直径100mmの円形状のカソードとターゲットを用いたアンバランス型のマグネトロンを持つマグネトロンスパッタ装置である。アンバランス型とは極性が対となる磁石の磁力に大きな差がある方式で、例えば中心磁石より周囲のリング磁石の磁力が強いマグネトロン方式である。成膜速度5nm/秒の高速成膜条件(放電パワー25W/cm2、放電ガス圧0.4Pa、ターゲット−基板間距離132.5mm)の場合、基板位置での電子密度、イオン密度はそれぞれ4.2×1016個/m3、5.6×1016個/m3であった。したがって、スパッタリングダメージを防止するには、基板位置での電子密度、イオン密度をこれらの値より引き下げることが必要と考えられる。 Therefore, the plasma density of the sputtering apparatus used in the above experiment was measured by the Langmuir probe method. The sputtering apparatus used in the experiment is a magnetron sputtering apparatus having an unbalanced magnetron using a circular cathode having a diameter of 100 mm and a target. The unbalanced type is a method in which there is a large difference in the magnetic force of magnets having a pair of polarities, for example, a magnetron method in which the magnetic force of the surrounding ring magnet is stronger than the central magnet. In the case of high-speed film formation conditions (discharge power 25 W / cm 2 , discharge gas pressure 0.4 Pa, target-substrate distance 132.5 mm) at a film formation rate of 5 nm / second, the electron density and ion density at the substrate position are 4 respectively. It was 2 × 10 16 pieces / m 3 and 5.6 × 10 16 pieces / m 3 . Therefore, to prevent sputtering damage, it is considered necessary to lower the electron density and ion density at the substrate position below these values.
上記の結果を元に、有機デバイスのチャージアップに起因するダメージを防止する方法について次に検討した。まずダメージを防止するのに必要なプラズマ密度(電子、イオン密度)を求めた。基板位置でのプラズマ密度を下げるには、ターゲット−基板間距離を離すのが簡便な方法である。図5に平均膜厚20nmのAl蒸着膜のバッファ層2を形成した素子にAlのスパッタリング膜3を300nm形成した評価素子の電流電圧特性の閾値電圧およびダイオード電流のターゲット−基板距離依存を示す。図6に基板位置のプラズマ密度のターゲット−基板距離依存を示す。成膜条件は前記と同様に放電パワー25W/cm2、放電ガス圧0.4Paである。閾値電圧およびダイオード電流は、ターゲット−基板間距離が250mm以上で蒸着膜のみで形成したものと同等になった。その際のプラズマ密度はそれぞれ電子密度1×1016個/m3、イオン密度0.6×1016個/m3であった。ただし成膜速度はターゲット−基板距離とともに低下し、250mmでは1/5の1nm/秒に低下した。これは、放電ガスによるスパッタ粒子の散乱と、ターゲットサイズ(直径100mm)に比してターゲット−基板距離が長過ぎることに起因する。この場合膜厚300nm以上の上部電極を形成するのに5分以上かかってしまい量産には適さない。また円形のターゲットでは実用化できるのは磁石間の間隔の制限から直径200mm程度までであり、円形ターゲットを複数並べて配置しても膜厚分布が大きくなるので大形基板への成膜には適していない。
Based on the above results, a method for preventing damage caused by charge-up of the organic device was next examined. First, the plasma density (electron and ion density) necessary to prevent damage was determined. In order to lower the plasma density at the substrate position, it is a simple method to increase the distance between the target and the substrate. FIG. 5 shows the threshold voltage of the current-voltage characteristic of the evaluation element in which the
また、アンバランス型マグネトロンのスパッタリング装置において、円形上のカソードがアンバランス型マグネトロンになるのは、中心磁石の数に対し外側のリング磁石の数の方が多く外側の磁力が強くなるためである。 Further, in the unbalanced magnetron sputtering apparatus, the circular cathode becomes an unbalanced magnetron because the number of outer ring magnets is larger than the number of central magnets, and the outer magnetic force becomes stronger. .
図7はアンバランス型マグネトロンのスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。円形上のカソード21とターゲット20を用いているためターゲット20に垂直な軸を中心とした円柱座標による計算を行っており、図7ではターゲット20の右半分の磁力線分布を示している。これを見るとターゲット20の周囲から基板10の方向に向かって磁力線が高密度で伸びていることが分かる。プラズマ中の電子やイオンはこの磁力線に沿ってサイクロトロン運動するため、このようなアンバランス型マグネトロンのカソード21を用いたスパッタリング装置では基板位置でのプラズマ密度が高くなりやすい。
FIG. 7 is a diagram showing a result of calculating a magnetic field line distribution between a target and a substrate of an unbalanced magnetron sputtering apparatus. Since the
そこで、以下の実施の形態では、ターゲット−基板距離がより近く成膜速度が速い条件でも基板位置でのプラズマ密度を低減でき、スパッタダメージを与えず、また大面積の基板でも均一な膜厚を成膜することが可能なスパッタリング装置を説明する。 Therefore, in the following embodiments, the plasma density at the substrate position can be reduced even under conditions where the target-substrate distance is closer and the deposition rate is faster, and sputtering damage is not caused, and a uniform film thickness can be obtained even on a large-area substrate. A sputtering apparatus capable of forming a film will be described.
まず、基板位置でのプラズマ密度を低減する方法について検討する。図8は実施の形態に係るロータリマグネトロンカソードの構造概略図である。図9は実施の形態に係るプレーナマグネトロンカソードの構造概略図である。基板位置でのプラズマ密度低減には、極性が対となる磁石アレイの磁力を揃えたバランス型マグネトロンを持つカソードを用いることが好ましい。具体的には図8に示すようにカソード20が細長の円筒状で、カソード内に細長のバランス型の磁石アレイ24が固定され、カソード20とターゲット(図示せず)が回転するロータリマグネトロンカソードを用いたスパッタリング装置が好ましい。図8において、上に「N」、下に「S」との記載は、磁石の上側が「N極」、下側が「S極」を表している。また、上に「S」、下に「N」との記載は、磁石の上側が「S極」、下側が「N極」を表している。以下、図9〜図11、図13〜図16も同様である。図9に示すようにカソード20が細長の略矩形状(長方形状や四隅が丸められた長方形状)で内部に、やはり細長のバランス型の磁石アレイ24が固定されたプレーナマグネトロンカソードを用いたスパッタリング装置が好ましい。これらのカソード20は、対となる磁石アレイ24の種類、数、形状などで磁力を揃えることができるため、バランス型の磁石配置を容易に実現することができる。なおバランス型マグネトロンの対となる磁石アレイ24の磁力比はできるだけ1に近い方が好ましいが1.5以下であればよい。
First, a method for reducing the plasma density at the substrate position will be examined. FIG. 8 is a schematic structural view of a rotary magnetron cathode according to the embodiment. FIG. 9 is a schematic structural diagram of a planar magnetron cathode according to an embodiment. In order to reduce the plasma density at the substrate position, it is preferable to use a cathode having a balanced magnetron in which the magnetic forces of the magnet array having a pair of polarities are aligned. Specifically, as shown in FIG. 8, the
図10および図11は実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。図8および図9のバランス型マグネトロンのカソード20を図10、図11に示すように基板10と平行に等間隔をおいて対向配置することで、大形の基板10でも基板位置のプラズマ密度が低いスパッタリング装置を実現することができる。複数のカソード20は、保持される基板10の中央に垂直な軸に対して対称に配置される。ここで、「平行」とは、できるだけ平行にするものであって、誤差があることを許容するものである(以下、実施例等においても同じである。)。「等間隔とは、」できるだけ等間隔にするものであって、誤差があることを許容するものである(以下、実施例等においても同じである。)。「対称に配置される」とは、できるだけ対称に配置されるものであって、誤差があることを許容するものである(以下、実施例等においても同じである。)。図12に図10の配置における磁力線分布を示す。ターゲット21上で閉じた磁力線が形成され、基板10方向に伸びる磁力線密度は低くなり、基板10付近のプラズマ密度を低減することが可能である。また、図8および図9のカソード20では、カソード20内の磁石アレイ24を対向する基板10に垂直な軸に対して対称な構造にすることで、基板10に垂直な軸に対し概ね対称な磁場を形成し、均一な膜厚分布が得やすい。ここで、「対称な構造」とは、できるだけ対称な構造にするものであって、誤差があることを許容するものである(以下、実施例等においても同じである。)。
10 and 11 are schematic structural views showing the relationship between the cathode and the substrate in the sputtering apparatus according to the embodiment. The
図13および図14は実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。さらに効果的に基板位置でのプラズマ密度を低減する方法として、図13、図14に示すように細長のカソード20の磁極の極性が交互に来るように磁石アレイ24を配列し、スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、基板10に垂直な軸に対して概ね対称に、かつカソード20が連なる方向に結合するようにする。これによって、ターゲット21上の磁場トラップから漏れた電子やイオンを、カソード20間の磁場でもトラップすることができる。
13 and 14 are schematic structural views showing the relationship between the cathode and the substrate in the sputtering apparatus according to the embodiment. As a more effective method for reducing the plasma density at the substrate position, as shown in FIGS. 13 and 14, the
図15および図16は実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。またさらに、図15、図16に示すように細長のカソード20の間に補助磁石アレイ25を配置し、スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、基板10に垂直な軸に対して概ね対称に、かつカソード20内の磁石アレイ24と補助磁石アレイ25が連なる方向に結合するようにする。これによって、ターゲット20上の磁場トラップから漏れた電子やイオンを、カソード20の磁石アレイ24と補助磁石アレイ間の磁場でもトラップすることができる。
15 and 16 are schematic structural views showing the relationship between the cathode and the substrate in the sputtering apparatus according to the embodiment. Further, as shown in FIGS. 15 and 16, an
これらの磁場を結合させて、基板10の位置でのプラズマ密度を低減したスパッタリング装置に用いたさらに具体的な実施例を次に記載する。
A more specific embodiment used in a sputtering apparatus in which these magnetic fields are combined to reduce the plasma density at the position of the
図17は、実施例1に係るスパッタリング装置の断面図およびターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。本実施例のスパッタリング装置内には、複数のカソード20とターゲット21、カソード内部の磁石アレイ24、及び対向する基板10および金属部材26が配置される。本実施例では、カソード20が水平方向を向いて等間隔に配列され、基板10に下側から成膜するスパッタアップ方式の例を示している。カソード20は直径75mmで長さ1800mmの細長の円筒状で、カソード20内で、極性が異なり磁力を揃えた2個の磁石アレイ24が固定され、カソード20とターゲット21が回転するロータリマグネトロンカソードの例を示している。本図は直交座標系で示しており、紙面に垂直な方向は、基板10の奥行きより長い範囲で断面形状が維持されている。本実施例ではカソード20の中心間の間隔は220mm、したがってターゲットの最近接間隔は145mmとした。複数のカソード20は基板10の全面に均一な膜厚で一括成膜できるよう、両端のカソード20の中心から基板10側に伸びる垂線の間隔より基板10の幅が狭くなるように、かつ基板10と平行に等間隔に配置される。カソード20の本数は、第5.5〜第6世代の基板10の長辺または短辺より両端のカソード20の中心から基板10側に伸びる垂線の間隔が広くなるよう8本用いた。さらに、カソード20内の2個の磁石アレイ24は、対向する基板10に垂直な軸に対して対称な構造を持ち、円筒状のターゲット21上に基板10に垂直な軸に対して対称な磁場トラップを形成するようにすることで、膜厚均一性を高めている。ターゲット21と基板10の距離は長い方が膜厚均一性を確保しやすいが、長過ぎると放電ガスの散乱により成膜速度が低下しやすい。
FIG. 17 is a diagram illustrating a cross-sectional view of the sputtering apparatus according to Example 1 and a result of calculating a line of magnetic force between the target and the substrate. In the sputtering apparatus of this embodiment, a plurality of
図18は実施例1に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の距離(TS距離)に対する膜厚分布の変化を示す図である。図18に放電ガス圧力0.4Paの条件にて隣接するターゲット21の間隔を基準として、ターゲット21と基板10間の距離(TS距離)に対する膜厚分布の変化を示す。ターゲット21の間隔の145mmより、TS距離が近いと、ターゲット21の中心軸の位置(基板10の中心軸の位置で、図18においては基板位置が0の位置)を谷とする膜厚分布が生じるが、TS距離が同じか長いと±5%の膜厚均一性を確保できている。従って本実施例ではTS距離としては、150〜200mmが適当である。放電ガス圧力を0.4Paより高めた場合は、放電ガスによるスパッタ粒子の散乱が増加し、より平均化されるためさらに膜厚均一性が向上する。
FIG. 18 is a diagram illustrating a change in the film thickness distribution with respect to the distance (TS distance) between the target and the substrate of the sputtering apparatus according to Example 1. FIG. 18 shows a change in the film thickness distribution with respect to the distance between the
金属や導電性酸化物を成膜する場合、スパッタリングは最も成膜速度が速い直流(DC)放電を行うのが好ましい。本実施例ではAlの場合で5nm/秒の高速成膜で実施した。放電で発生したプラズマ中の電子はこの磁場の磁力線に沿ってサイクロトロン運動することでトラップされ、放電ガスの電離を促進して高密度のイオンを生成し、カソード20上のターゲット21のスパッタリングを促進する。ロータリマグネトロンカソードでは、ターゲット21が回転しているため、ターゲット21のスパッタリング面は連続的に変わり均一に削っていくため、アーキングの発生が抑制される。
In the case of forming a metal or conductive oxide film, it is preferable to perform direct current (DC) discharge, which has the fastest film formation speed, in sputtering. In this embodiment, Al was used for high-speed film formation at 5 nm / second. Electrons in the plasma generated by the discharge are trapped by a cyclotron movement along the magnetic field lines of this magnetic field, and the ionization of the discharge gas is promoted to generate high-density ions and the sputtering of the
また本実施例では、これらの磁石アレイ24は隣接するロータリマグネトロンカソードの磁石アレイ24とも磁場を結合し、基板10の前の磁場をカソード20が連なる方向に連続的に結合している。これにより、ターゲット21上の磁場トラップから漏れた電子をカソード20間の磁場でもトラップし、基板10への電子流入をさらに抑制する。
In this embodiment, these
なお、本実施例でのアノードはチャンバ(図示せず)が主にその役割を担うが、カソード20が絶縁性の高い大形のガラス基板やフィルム基板などと対向した場合、アノードが実効的に見えなくなり放電が停止するアノード消失が生じる可能性がある。ただし、有機デバイスでは、有機材料上でのホトリソグラフィーやエッチングが困難なため、一般に電極のパターニングにメタルマスクやメタルフレーム等の金属部材26を配置して成膜する。そこで、アノード消失が生じ放電が不安定にならないように、図17に示すようにメタルマスクやメタルフレーム等の金属部材26をチャンバのアノード電位に直接あるいは抵抗を介して接続し、アノードの一部として機能させ、放電を安定化させることもできる。
A chamber (not shown) mainly plays the role of the anode in this embodiment. However, when the
<変形例1>
図19は変形例1に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。図19は、カソード20内の磁石アレイ24の数を3つにした場合(図13に対応したもの)を示している。基板10内の膜厚分布を均一にするため、カソード20内の3個の磁石アレイ24は、対向する基板10に垂直な軸に対して対称な構造を持ち、円筒状のターゲット21上に基板10に垂直な軸に対して概ね対称な2つの磁場トラップを形成する。磁石アレイ24数を増やすことにより、ターゲット21上でスパッタリングに寄与する部分の面積を増やすことができ、成膜レートの向上や膜厚均一性をさらに向上させることが可能である。またこれらの磁石アレイ24は隣接するロータリマグネトロンカソードでの極性を反転させることで、隣接するロータリマグネトロンカソードの磁石アレイ24とも磁場を結合し、基板10の前の磁場をカソード20が連なる方向に連続的に結合することができる。これにより、ターゲット21上の磁場トラップから漏れた電子をカソード20間の磁場でもトラップし、基板10への電子流入を抑制する効果がある。
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FIG. 19 is a diagram showing the result of calculating the magnetic force line distribution between the target and the substrate of the sputtering apparatus according to the first modification. FIG. 19 shows a case where the number of the
なお、カソード20内の磁極アレイ24は4個以上にすることも可能である。図17、図19から分かるように、磁極アレイ24の数が偶数の場合は、すべてのロータリマグネトロンカソード内の磁極アレイ24の極性を同じ配置にし、奇数の場合は極性配置を反転させれば、隣接するロータリマグネトロンカソードの磁石アレイ24とも磁場を結合し、基板10の前の磁場をカソード20が連なる方向に連続的に結合することができる。
The number of the
<変形例2、3>
図20は変形例2に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。図21は変形例3に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。図20(変形例2)および図21(変形例3)に係るスパッタリング装置は、それぞれ図17(実施例1)および図19(変形例1)に係るスパッタリング装置の複数のカソード20の列の外側に、隣接するカソード20の外側磁石と極性を反転させた紙面奥行き方向に細長の補助磁石アレイ25を配して磁場結合させたものである。これにより、全体の磁場を補正し、磁場の広がりをさらに抑制するとともに、ターゲット21上の磁場トラップから漏れた電子をカソード20間およびカソード20−補助磁石アレイ25間の磁場でもトラップし、基板10への電子流入をさらに抑制することができる。なお、補助磁石アレイ25は通常、チャンバ(図示せず)に接続されるため、アノードとして機能させることが可能である。
<
FIG. 20 is a diagram illustrating a result of calculating the magnetic force line distribution between the target and the substrate of the sputtering apparatus according to the second modification. FIG. 21 is a diagram illustrating a calculation result of a magnetic force line distribution between a target and a substrate of a sputtering apparatus according to
<変形例4、5>
図22は変形例4に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。図23は変形例5に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。図22(変形例4)および図23(変形例5)に係るスパッタリング装置は、それぞれ図20(変形例2)および図21(変形例3)に係るスパッタリング装置のカソード列の間に、隣接して配置されているカソード20の両端の磁石アレイ24と極性を反転させた補助磁石アレイ25を配することで、カソード20の磁石アレイ24と補助磁石アレイ25を交互に磁場結合させた例である。ターゲット21上の磁場トラップから漏れた電子をカソード20−補助磁石アレイ25間の磁場でもトラップし、基板10への電子流入をさらに抑制することが可能となる。これらの補助磁石アレイ24は通常、チャンバ(図示せず)に接続されるため、アノードとして機能させることが可能である。
<
FIG. 22 is a diagram showing the result of calculating the magnetic force line distribution between the target and the substrate of the sputtering apparatus according to
なお上記の実施例1、変形例1、変形例2、変形例3、変形例4および変形例5ではいずれも、ロータリマグネトロンカソードが水平方向を向いて等間隔に配列され、基板10に下側から成膜するスパッタアップ方式の例を示したが、ロータリマグネトロンカソードは、どのような方向でも保持することが可能性であり、例えば垂直方向に保持し、基板10を略垂直に立てて成膜するサイドスパッタ方式を採用することもできる。
In all of the first embodiment, the first modified example, the second modified example, the third modified example, the fourth modified example, and the fifth modified example, the rotary magnetron cathodes are arranged at equal intervals in the horizontal direction. Although an example of the sputter-up method in which film formation is performed is shown, the rotary magnetron cathode can be held in any direction. For example, film formation is performed by holding the
なお、実施例1、変形例1、変形例2、変形例3、変形例4および変形例5はロータリマグネトロンカソードを例に示したが、略矩形形状のプレーナマグネトロンカソードでも同様の磁石アレイの配置により、同様の効果を得ることができる。 In the first embodiment, the first modified example, the second modified example, the third modified example, the fourth modified example, and the fifth modified example, the rotary magnetron cathode is illustrated as an example. Thus, the same effect can be obtained.
実施例1、変形例1、変形2、変形例3、変形例4および変形例5に係るスパッタリング装置をクラスタ型成膜装置に適用した実施例について述べる。
Examples in which the sputtering apparatus according to Example 1,
図24は実施例2に係るクラスタ型電極膜成膜装置の構造概略を示す上面図である。クラスタ型電極膜成膜装置30は、蒸着装置とスパッタリング装置を含む。クラスタ型の電極膜成膜装置30は、搬送ロボット36を有するロボット室31を中心に周囲に基板中継室32−1、金属蒸着室33(33−1,33−2)とスパッタリング室34(34−1,34−2)、基板中継室32−2とそれらの間を隔てるゲートバルブ35(35−1,35−2,35−3,35−4,35−5,35−6)からなる。基板中継室32−1は前の工程の装置(有機層を蒸着するクラスタ型の蒸着装置(蒸着クラスタ))と接続される中継室である。基板中継室32−2は後の工程(封止工程等)の装置と接続される中継室である。本実施例では、6角形のロボット室31を中心に基板中継室32を2室(32−1、32−2)、金属蒸着室33を2室(33−1、33−2)、スパッタリング室34を2室(34−1,34−2)設けた例を示しているが、ロボット室を例えば8角形のようにさらに多角化して金属蒸着室33を3室、スパッタリング室34を3室のように増やしてもよい。金属蒸発室33には金属蒸発源43、スパッタリング室34にはロータリマグネトロンカソード44が配置されている。金属蒸着室33とスパッタリング室34はクラスタの形状によるが、通常各々2室以上の成膜室を設け、各々1室がメンテナンス中でも他の成膜室で成膜を行うことで、連続生産ができるようにするのが好ましい。
FIG. 24 is a top view schematically showing the structure of the cluster electrode film forming apparatus according to the second embodiment. The cluster type electrode
図25は金属蒸着室33の模式図である。本実施例では、基板10を略垂直に立てて成膜するサイドデポジッション方式の例を示す。金属蒸着室33は、処理真空チャンバ40、ロボットチャンバ(図示せず)との間に真空を維持するためにゲートバルブ35、基板受け渡し部41、基板10を略垂直に立てるための駆動部42、パターニング用の金属部材26、水平方向に配置された金属蒸発源43などで構成される。金属蒸発源43は、チタンやモリブデンなどの高融点金属で作られたリニア蒸発源や、図25のようにセラミック坩堝などを用いた複数のポイント蒸発源(本実施例では5個)を、立てられた基板の水平方向の辺より長く直列に配置し、基板10の高さ方向に走査することで基板10の全面に成膜するスキャン方式である。金属蒸発源43は共蒸着や積層蒸着ができるように上下に多段に組み合わせられたものを用いる場合もある。
FIG. 25 is a schematic view of the metal
図26はスパッタリング室34の模式図である。本実施例では、基板10を略垂直に立てて成膜するサイドスパッタ方式の例を示す。スパッタリング室34は、処理真空チャンバ40、ロボットチャンバ(図示せず)との間に真空を維持するためにゲートバルブ35、基板受け渡し部41、基板10を略垂直に立てるための駆動部42、パターニング用の金属部材26、水平方向に対し等間隔に、垂直にチャンバ壁面に固定された複数(本実施例では8本)のロータリマグネトロンカソード44などで構成される。ロータリマグネトロンカソード44は、前記の実施例1、変形例1、変形例2、変形例3、変形例4および変形例5のようにカソード20内の磁極を配置したり、カソード20間や両端の補助磁石アレイ25を介したりして、カソード20が連なる方向に磁場結合され、その磁場によりプラズマ中の電子をトラップし、基板10への電子流入を抑制できるようになっている。
FIG. 26 is a schematic view of the sputtering
なお本実施例ではいずれも、略垂直に立てた基板10に側面から蒸着やスパッタリングを行う方式の例を示したが、基板10の成膜面を下面に保って搬送し、上向きに蒸着やスパッタリングを行うようにしてもよい。
In each of the present embodiments, an example of a method in which deposition or sputtering is performed from the side surface on the
次に上記の金属蒸着室33とスパッタリング室34を有するクラスタ型電極成膜装置30を用いた有機ELパネルの製造方法を以下説明する。
Next, a method for manufacturing an organic EL panel using the cluster
まず、図示していない、有機ELの有機層を蒸着するクラスタ型の蒸着装置(蒸着クラスタ)によって、基板10上に有機層6を形成する。図24に示す蒸着クラスタとの基板中継室32−1のゲートバルブ35−1が開けられ、ロボット室31に基板10が搬入され、その後35−1が閉じられる。次に、金属蒸着室33−1との間のゲートバルブ35−6が開けられ、ロボット室31の搬送ロボット36により上面搬送にて基板10が基板受け渡し部41に搬入される。搬送ロボット36は、櫛歯状ハンドを上下二段に2本有し、例えば上は搬入用、下は搬出用とし、一つの動作で搬入出処理を同時に行うことができる。基板10の搬入後、ゲートバルブ35−6が閉じられる。
First, the
次に、金属蒸着室33−1に搬入された基板10を図25に示す駆動部42により、略垂直に立てた後、パターニング用の金属部材26とのアライメントを行う。パターニング用の金属部材26は、有機ELのパネル単位の格子状の金属枠であり、厚さ0.1〜数mm程度の金属構造物であり、有機ELの上部電極4をパターニングするのに用いられる。続いて基板10面と平行に金属蒸発源43を走査し、基板10の全面に薄い上部電極4のバッファ層2を成膜する。成膜する金属材料はMg−Ag合金やAg、Alなどである。Mg―Ag合金の場合は、Mg用のリニア蒸発源とAg用の複数のポイント蒸発源を用いて共蒸着する。MgとAgの比率は概ね10:1程度が好ましい。Alを用いる場合は、複数のセラミック坩堝などを用いた複数のポイント蒸発源を用いる。仕事関数の比較的高いAlの場合は特に、また仕事関数の低いMg―Agを用いる場合でも、さらに電子注入層5としてLiFやLiq(リチウム8−キノリノラート)などをリニア蒸発源を用いて先行蒸着し、その上にバッファ層を積層蒸着すると特性が向上する。その場合は金属蒸着室33−1内で、電子注入層5用の蒸発源とバッファ層2用の蒸発源を上下に並べて、連続成膜を行う。または本実施例では説明しないが金属蒸着室33−1をLiFやLiqの成膜に用い、他の金属蒸着室33−2等でMg−Ag合金やAg、Alを成膜してもよい。成膜は基板10面の前を少なくとも1回、または上下の往復で2回走査することにより行う。例えば、バッファ層となるMg−Ag合金やAg、Alは上下の往復で2回成膜し、0.5nm程度と薄く形成する電子注入層のLiFやLiqなどはスキャンの往路のみ成膜し、復路ではシャッターを閉じて成膜しない。
Next, the
Mg−Ag合金やAg、Alの蒸着膜厚はこの後行うスパッタリング成膜の際のイオン打ち込みを防止でき、かつ上記の金属蒸発源44で約1分で成膜可能な平均膜厚20nmとした。これにより有機層6上にイオンや反跳粒子の打ち込み侵入長以上でかつ有機層6を完全に被覆する連続膜の金属蒸着膜のバッファ層2を設けることができる。
The deposited film thickness of the Mg—Ag alloy, Ag, and Al can be set to an average film thickness of 20 nm that can prevent ion implantation during the subsequent sputtering film formation and can be formed in about 1 minute by the
蒸着が完了すると、基板10を駆動部42によりパターニング用の金属部材26と分離し、基板受け渡し部41に倒され水平に保持される。次に、ロボット室31との間のゲートバルブ35−6が開けられ、ロボット室31の搬送ロボットにより上面搬送にて基板10がロボット室31に搬出される。
When the deposition is completed, the
基板10を搬出後、金属蒸着室33−1との間のゲートバルブ35−6は閉じられ、代わってスパッタリング室34−1との間のゲートバルブ35−2が開けられ、ロボット室31の搬送ロボットにより上面搬送にて基板10がスパッタリング室34−1の基板受け渡し部41に搬入される。基板10の搬入後、ゲートバルブ35−2が閉じられる。
After unloading the
次に、搬入された基板10を駆動部42により、略垂直に立てたのち、パターニング用の金属部材26とのアライメントを行う。パターニング用の金属部材26は、処理真空チャンバ40と直接あるいは抵抗を介してと接続され、スパッタリングの際のアノードとしても機能する。パターニング用の金属部材26をアノードの一部とすることにより、アノード消失の可能性を回避することが可能である。
Next, after the
アライメントをしている間に放電ガスとしてArがスパッタリング室に導入される。放電ガス圧は放電が安定する0.4〜1Pa程度の範囲に設定される。続いて、ロータリマグネトロンカソード44に負のDC電圧が印加され、スパッタリング放電を開始する。Mg−Ag合金やAg、Al等の金属やITOやIZOなどの導電性酸化物のスパッタリング膜3を成膜する。本実施例のロータリマグネトロンカソード44では、複数のカソード20を基板10面と平行に等間隔をおいて配置し、基板10の全面に一括成膜することが可能である。成膜速度は5nm/秒で1分間で300nmの厚いスパッタリング膜3を成膜することが可能である。スパッタリング装置34内で形成される複数の磁場が、基板中央に垂直な軸に対して対称に、かつカソード20が連なる方向に結合され、その磁場によりプラズマ中の電子をトラップし、基板10への電子流入を抑制する。これにより、有機EL素子のチャージアップダメージを防止することが可能である。また、電子流入の抑制によりイオンシースも出来にくいため、イオンの流入も抑制することができ、イオンアシスト効果を低減し、膜応力の低いスパッタリング膜3を成膜することが可能である。
During the alignment, Ar is introduced into the sputtering chamber as a discharge gas. The discharge gas pressure is set to a range of about 0.4 to 1 Pa where the discharge is stabilized. Subsequently, a negative DC voltage is applied to the
なお、上記の実施例では金属蒸着室33−2やスパッタリング34−2を使用しないケースを記載したが、並行して使用してタクトを2倍にすることも可能であるし、金属蒸着室33−1やスパッタリング34−1と交互に成膜、メンテナンスすることで連続生産をするために用いてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the metal vapor deposition chamber 33-2 and the sputtering 34-2 are not used is described. However, it is possible to double the tact by using the metal vapor deposition chamber 33-2 and the sputtering 34-2. -1 and sputtering 34-1 may be used for continuous production by film formation and maintenance alternately.
このように、金属蒸着室33とスパッタリング室34をクラスタ化することで、膜厚300nm程度の厚い上部電極4をタクトタイム約1分の短時間で成膜することが可能となる。
Thus, by clustering the metal
なお、本実施例のスパッタリング装置ではロータリマグネトロンカソードを例に示したが、略矩形形状のプレーナマグネトロンカソードを用いたものであってもよい。 In the sputtering apparatus of the present embodiment, the rotary magnetron cathode is shown as an example, but a planar magnetron cathode having a substantially rectangular shape may be used.
表示デバイスでは、マスクとのアライメント等が必要であり、実施例2のクラスタ型成膜装置30が適するが、照明は細かなパターニングが不要であり、インライン型の成膜装置も適する。そこで、ここでは、実施例1、変形例1、変形例2、変形例3、変形例4および変形例5に係るスパッタリング装置をインライン型成膜装置に適用した実施例について述べる。
In the display device, alignment with a mask or the like is necessary, and the cluster type
図27は実施例3に係るインライン型電極膜成膜装置の構造概略を示す側面図である。インライン型電極膜成膜装置50は、蒸着装置とスパッタリング装置を含む。インライン型電極成膜装置50は、インライン金属蒸着室51が基板中継室兼ガス置換室52を介してインラインスパッタリング室53と連結され、それらの間を隔てるゲートバルブ54(54−1,54−2,54−3,54−4)からなる。ゲートバルブ54−1は、図示していない前の工程の装置(有機層の蒸着装置)またはそこから基板を受け取る基板中継室が接続される。ゲートバルブ54−4は、図示していない次の工程の装置またはそこに基板を受け渡す基板中継室が接続される。
FIG. 27 is a side view schematically showing the structure of the inline-type electrode film forming apparatus according to the third embodiment. The inline-type electrode
本実施例では、基板10を水平に保持し、金属蒸発源43の上を一定速度で通過するデオジッションアップ方式の例を示す。インライン金属蒸着室51では金属蒸発源43は、チタンやモリブデンなどの高融点金属で作られたリニア蒸発源や、セラミック坩堝などを用いた複数のポイント蒸発源を、基板10が搬送される方向と直角方向に配置する。基板10はレールや滑車55の上を水平に搬送され、金属蒸発源43の上を一定速度で走査されることで基板10の全面に成膜するスキャン方式である。金属蒸発源43は共蒸着や積層蒸着ができるように基板10の進行方向に多段に組み合わせられたものを用いる場合もある。
In the present embodiment, an example of a deposition-up method is shown in which the
インラインスパッタ室53では、カソードは基板10の進行方向と直角に、水平方向に等間隔に固定された複数のロータリマグネトロンカソード44などで構成される。ロータリマグネトロンカソード44は、前記の実施例1、変形例1、変形例2、変形例3、変形例4および変形例5のようにカソード内の磁極を配置したり、カソード間や両端の補助磁石アレイを介したりして、カソードが連なる方向に磁場結合され、その磁場によりプラズマ中の電子をトラップし、基板への電子流入を抑制できるようになっている。
In the in-
なお本実施例ではいずれも、水平に保持され一定速度で搬送される基板10に下から蒸着やスパッタリングを行う方式の例を示したが、基板10を立てて成膜面を側方に保って搬送し、側面より蒸着やスパッタリングを行うことも容易である。
In each of the present embodiments, an example of a method of performing vapor deposition or sputtering from below on the
次に上記のインライン金属蒸着室51とインラインスパッタリング室53を有するインライン型電極成膜装置50を用いた有機ELパネルの製造方法を記す。
Next, a method for manufacturing an organic EL panel using the inline-type electrode
まず、図示していない、有機ELの有機層を蒸着する蒸着装置(有機層の蒸着装置)によって、基板10上に有機層6を形成する。インライン金属蒸着室51のゲートバルブ54−1が開けられ、基板10が搬入される。次に、インライン金属蒸着室51内で滑車55等に沿って一定速度で基板10が金属蒸発源43上を走査され、基板10の全面に薄い上部電極4のバッファ層2を成膜される。成膜する金属材料はMg−Ag合金やAg、Alなどである。Mg―Ag合金の場合は、Mg用のリニア蒸発源とAg用の複数のポイント蒸発源を用いて共蒸着する。MgとAgの比率は概ね10:1程度が好ましい。Alを用いる場合は、複数のセラミック坩堝などを用いた複数のポイント蒸発源を用いる。電子注入層5としてLiFやLiqなどをリニア蒸発源を用いて先行蒸着し、その上にMg―Ag合金やAg、Alのバッファ層2を積層蒸着する。成膜は基板10面の前を通過するだけで行う。
First, the
Mg−Ag合金やAg、Alの蒸着膜厚はこの後行うスパッタリング成膜の際のイオン打ち込みを防止でき、かつ上記の金属蒸発源43上の走査で成膜可能な平均膜厚20nmとした。これにより有機層6上にイオンや反跳粒子の打ち込み侵入長以上でかつ有機層6を完全に被覆する連続膜の金属蒸着膜2を設けることができる。
The deposited film thickness of the Mg—Ag alloy, Ag, and Al was set to an average film thickness of 20 nm that can prevent ion implantation during the subsequent sputtering film formation and that can be formed by scanning on the
蒸着が完了すると、インライン金属蒸着室51と基板中継室兼ガス置換室52のゲートバルブ54−2が開き、基板10が基板中継室兼ガス置換室52に搬入され一旦静止する。搬入後、インライン金属蒸着室51側のゲートバルブ54−2が閉じられ、代わってインラインスパッタリング室53側のゲートバルブ54−3が開けられる。次に放電ガスとしてArがインラインスパッタリング室53および基板中継室兼ガス置換室52に導入される。放電ガス圧は放電が安定する0.4〜1Pa程度の範囲に設定される。続いて、ロータリマグネトロンカソード44に負のDC電圧が印加され、スパッタリング放電を開始する。Mg−Ag合金やAg、Al等の金属やITOやIZOなどの導電性酸化物のスパッタリング膜3を成膜する。本実施例のロータリマグネトロンカソード44では、3本のカソードを基板面と平行に等間隔をおいて配置し、通過する基板の一部に高速で成膜することが可能である。成膜速度はダイナミックレートで6nm/秒、静止レート換算で9nm/秒である。基板搬送速度を2cm/秒、1m以上の大形基板に対し、基板10の全面の成膜時間約1分で約300nmの膜厚を成膜することが可能である。スパッタリング装置53内で形成される複数の磁場が、基板10の中央に垂直な軸に対して対称に、かつカソード44が連なる方向に結合され、その磁場によりプラズマ中の電子をトラップし、基板10への電子流入を抑制する。これにより、有機EL素子のチャージアップダメージを防止することが可能である。また、電子流入の抑制によりイオンシースも出来にくいため、イオンの流入も抑制することができ、イオンアシスト効果を低減し、膜応力の低い金属膜を成膜することが可能である。最後に、ゲートバルブ54−4が開き、基板10が次の工程の装置またはそれとの基板中継室に送られる。
When the deposition is completed, the gate valve 54-2 of the in-line
このように、インライン金属蒸着室51とインラインスパッタリング室53を連結することで、膜厚300nm程度の厚い上部電極をタクトタイム約1分の短時間で成膜することが可能となる。
Thus, by connecting the in-line metal
なお、本実施例のスパッタリング装置ではロータリマグネトロンカソードを例に示したが、略矩形形状のプレーナマグネトロンカソードを用いたものであってもよい。 In the sputtering apparatus of the present embodiment, the rotary magnetron cathode is shown as an example, but a planar magnetron cathode having a substantially rectangular shape may be used.
図28は実施例4に係る有機EL製造装置の構造概略図である。本実施例の有機EL製造装置は実施例2のクラスタ型の電極膜成膜装置を用いている。本実施例の有機EL製造装置は、概略、各種有機層を成膜する有機クラスタ60とクラスタ型電極膜成膜装置30を連結した構成である。有機クラスタ60は、有機クラスタ基板中継室62(62−1,62−2,62−3,62−4)で連結された有機クラスタロボット室63(63−1,63−2,63−3,63−4)を中心に、両脇に蒸着室が配置される構成となっている。より具体的には、有機クラスタ基板中継室63−1の両脇にホール注入層蒸着室64とホール輸送層蒸着室65が、有機クラスタ基板中継室63−2の両脇に赤発光層蒸着室66と緑発光層蒸着室67が、有機クラスタ基板中継室63−3の両脇に青発光蒸着室68とホールブロッキング層蒸着室69が、有機クラスタ基板中継室63−4の両脇に電子輸送層蒸着室70と電子注入層蒸着室71が配置された構成としている。カセット73とロード室61、ロード室61と有機クラスタ基板中継室62、有機クラスタ基板中継室62と有機クラスタロボット室63、有機クラスタロボット室63と各蒸着室は、ゲートバルブ75で仕切られ、搬送ロボット76によって基板の受け渡しを行う。各有機蒸着室には基板受け渡し部77が2箇所あり、左右上下に走査可能な有機リニア蒸発源74によって、一枚を蒸着中にもう一枚はマスクのアライメントを行えるようにすることで、タクトを倍増できる構成となっている。有機クラスタ60で、TFT基板上に注入層まで形成された基板は、基板中継室32−1に送られ、クラスタ型電極膜成膜装置30の金属蒸着室33−1または33−2にてMg−Ag合金やAl等のバッファ層2を、スパッタリング室34−1または34−2でAl等のスパッタリング膜3を厚く成膜する。その後、基板中継室32−2からアンロード室72に送られ、封止工程へと搬送されていく。
FIG. 28 is a schematic structural diagram of an organic EL manufacturing apparatus according to Example 4. The organic EL manufacturing apparatus of the present embodiment uses the cluster type electrode film forming apparatus of the second embodiment. The organic EL manufacturing apparatus of the present embodiment is generally configured by connecting an
図29は有機EL素子の緑色発光層部分の断面構造の模式図である。有機EL素子91は、TFT回路が形成されている基板90上にIZO等の透明電極80、ホール注入層81、ホール輸送層82、緑発光層83、ホールブロッキング層84、電子輸送層85、電子注入層95、金属蒸着膜のバッファ層92、スパッタリング膜93が積層された構造である。それぞれの膜厚は、透明電極80が110nm、ホール注入層81は40nm、ホール輸送層82は15nm、緑発光層83は10nm、ホールブロッキング層84は10nm、電子輸送層85は50nm、電子注入層95は0.5nm、金属蒸着膜のバッファ層92は20nm、スパッタリング膜93は300nmとした。有機EL素子91は、例えば実施例4の有機EL製造装置で作成することができる。
FIG. 29 is a schematic diagram of a cross-sectional structure of a green light emitting layer portion of an organic EL element. The
図30は図29の有機EL素子の電圧―電流―輝度特性を示したものである。図30における左側の曲線が電流密度を、右側の曲線が輝度を表している。有機EL素子91は、電極剥がれも見られず、応力の問題は全くなかった。電流−電圧特性はリーク電流の発生もなく良好であり、輝度も5Vで1000cd/m2が得られており、スパッタリングによるチャージアップダメージの影響も全くなかった。このように本実施例のクラスタ型の電極膜成膜装置を用いた有機EL製造装置を用いれば、良好な特性を持つボトムエミッション型の有機EL素子をスパッタリング装置よる高速成膜を用いて作成することができた。
FIG. 30 shows voltage-current-luminance characteristics of the organic EL element of FIG. The left curve in FIG. 30 represents current density, and the right curve represents luminance. In the
なお、本実施例は上部電極にAlのスパッタリング膜93を用いたボトムエミッション型の素子の作成例を示したが、スパッタリング膜93にITOなどの導電性酸化物を用いればトップエミッション型の素子も作成可能である。
In addition, although the present Example showed the example of preparation of the bottom emission type element which used the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態、実施例および変形例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態、実施例および変形例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, examples, and modifications. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications. It goes without saying that various changes can be made.
その他、実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
(1)スパッタリング装置は、バランス型マグネトロンを有する複数のカソードを具備し、複数のカソードは、基板が保持される面(基板面)と平行に等間隔をおいて配置され、複数のカソードは、保持される基板の中央に垂直な軸に対して対称に配置され、複数のカソードの上にはターゲットが取り付けるようにされ、スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、カソードが連なる方向に結合され、スパッタリング装置は直流放電される。
(2)上記(1)のスパッタリング装置は、さらに、カソード間に配置された補助磁石アレイを有し、補助磁石アレイは、保持される基板の中央に垂直な軸に対して対称に配置され、スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、カソードと補助磁石アレイが連なる方向に結合される。
(3)上記(1)および(2)のいずれか1つのスパッタリング装置において、カソード内の磁石アレイのセットは、前記基板面に垂直な軸に対して対称な構造をとる。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つのスパッタリング装置において、カソードは細長の円筒状で、その内部にバランス型の磁石アレイのセットが固定され、カソードとカソードに取り付けられるターゲットが回転するロータリマグネトロンカソードである。
(5)上記(1)から(3)のいずれか1つのスパッタリング装置において、カソードは細長の長方形状で、その内部にバランス型の磁石アレイのセットが固定されたプレーナマグネトロンカソードである。
(6)上記(2)のスパッタリング装置において、カソード外の補助磁石アレイはアノードとしても機能する。
(7)上記(1)から(6)のいずれか1つのスパッタリング装置において、保持される基板の位置でのプラズマの電子およびイオン密度が1×1016個/m3以下である。
(8)上記(1)から(7)のいずれか1つのスパッタリング装置において、複数のカソード上のターゲットと保持される基板の距離は、ターゲット間隔に比べ同じか長い。
(9)上記(1)から(8)のいずれか1つのスパッタリング装置において、配置される基板の前面に、メタルマスクやメタルフレーム等の金属部材を配置して成膜するようにされ、金属部材はアノードの一部として機能する。
(10)上記(1)から(9)のいずれか1つのスパッタリング装置において、配置される基板に下側から成膜するようにされる。
(11)上記(1)から(9)のいずれか1つのスパッタリング装置において、配置される基板を垂直に立てて横側から成膜する。
(12)上記(1)から(11)のいずれか1つのスパッタリング装置と有機層上に金属蒸着膜を形成する蒸着装置を具備する有機デバイス製造装置。
(13)上記(12)の有機デバイス製造装置において、蒸着装置は、配置される基板に下側から成膜するようにされる。
(14)上記(12)の有機デバイス製造装置において、蒸着装置は、配置される基板を垂直に立てて横側から成膜するようにされる。
(15)上記(12)から(14)のいずれか1つの有機デバイス製造装置において、蒸着装置は、リニア蒸発源または、複数の坩堝を直列配置した蒸発源を有し、蒸着源あるいは基板を走査して成膜する。
(16)上記(12)から(14)のいずれか1つの有機デバイス製造装置において、蒸着装置と前記スパッタリング装置をロボット室を介してクラスタ化する。
(17)上記(12)から(14)のいずれか1つの有機デバイス製造装置において、蒸着装置と前記スパッタリング装置をインライン化する。
(18)上記(12)から(14)のいずれか1つの有機デバイス製造装置を用いた有機デバイスの製造方法であって、蒸着装置によって金属蒸着膜の連続膜を薄く成膜してから、スパッタリング装置によって金属または導電性酸化物を厚くスパッタリング成膜し、有機層上に電極膜を成膜する。
(19)上記(18)の有機デバイスの製造方法において、有機層上の金属蒸着膜の連続膜はAl、Ag、Mg−Ag合金、あるいは当該金属と同等以上の密度を有する金属であり、膜厚は20nm以上であり、かつその上に成膜するスパッタリング膜より薄い。
(20)有機デバイスの製造方法は(a)有機層が形成された基板を準備する工程と、(b)蒸着装置によって、有機層の上に、Al、Ag、Mg−Ag合金、あるいは当該金属と同等以上の密度を有する金属のいずれか1つを成膜する工程と、(c)前記(b)工程の後に、バランス型マグネトロンのスパッタリング装置によって、金属または導電性酸化物を成膜する工程と、を有し、前記(b)工程で膜厚20nm以上の蒸着膜を形成し、前記(c)工程で膜厚300nmのスパッタリング膜を形成する。
In addition, a part of the contents described in the embodiment will be described below.
(1) The sputtering apparatus includes a plurality of cathodes having a balanced magnetron, and the plurality of cathodes are arranged at equal intervals in parallel to a surface (substrate surface) on which a substrate is held. Arranged symmetrically with respect to an axis perpendicular to the center of the substrate to be held, a target is mounted on the plurality of cathodes, and a plurality of magnetic fields formed in the sputtering apparatus are coupled in the direction in which the cathodes are connected. Then, the sputtering apparatus is subjected to direct current discharge.
(2) The sputtering apparatus according to (1) further includes an auxiliary magnet array disposed between the cathodes, and the auxiliary magnet array is disposed symmetrically with respect to an axis perpendicular to the center of the substrate to be held. A plurality of magnetic fields formed in the sputtering apparatus are coupled in a direction in which the cathode and the auxiliary magnet array are connected.
(3) In the sputtering apparatus according to any one of the above (1) and (2), the magnet array set in the cathode has a symmetrical structure with respect to an axis perpendicular to the substrate surface.
(4) In the sputtering apparatus according to any one of (1) to (3) above, the cathode has an elongated cylindrical shape, and a set of balanced magnet arrays is fixed therein, and the target attached to the cathode and the cathode is A rotating rotary magnetron cathode.
(5) In the sputtering apparatus according to any one of the above (1) to (3), the cathode is a planar magnetron cathode having a long and narrow rectangular shape and a set of balanced magnet arrays fixed therein.
(6) In the sputtering apparatus of (2), the auxiliary magnet array outside the cathode also functions as an anode.
(7) In the sputtering apparatus according to any one of (1) to (6), the electron and ion density of plasma at the position of the substrate to be held is 1 × 10 16 ions / m 3 or less.
(8) In the sputtering apparatus according to any one of (1) to (7) above, the distance between the target on the plurality of cathodes and the substrate to be held is the same or longer than the target interval.
(9) In the sputtering apparatus according to any one of (1) to (8), a metal member such as a metal mask or a metal frame is disposed on the front surface of the substrate to be disposed, and the metal member is formed. Functions as part of the anode.
(10) In any one of the sputtering apparatuses (1) to (9), a film is formed on the substrate to be disposed from below.
(11) In the sputtering apparatus according to any one of (1) to (9) above, the substrate to be arranged is vertically formed to form a film from the lateral side.
(12) An organic device manufacturing apparatus comprising: the sputtering apparatus according to any one of (1) to (11) above; and a vapor deposition apparatus that forms a metal vapor deposition film on the organic layer.
(13) In the organic device manufacturing apparatus according to (12), the vapor deposition apparatus forms a film from below on the substrate to be disposed.
(14) In the organic device manufacturing apparatus of the above (12), the vapor deposition apparatus is configured to form a film from the lateral side with the substrate to be disposed standing vertically.
(15) In the organic device manufacturing apparatus according to any one of (12) to (14), the vapor deposition apparatus has a linear evaporation source or an evaporation source in which a plurality of crucibles are arranged in series, and scans the evaporation source or the substrate. To form a film.
(16) In the organic device manufacturing apparatus according to any one of (12) to (14), the vapor deposition apparatus and the sputtering apparatus are clustered through a robot chamber.
(17) In the organic device manufacturing apparatus according to any one of (12) to (14), the vapor deposition apparatus and the sputtering apparatus are inlined.
(18) An organic device manufacturing method using the organic device manufacturing apparatus according to any one of (12) to (14) above, wherein a thin film of a metal vapor deposition film is formed by a vapor deposition apparatus, and then sputtering is performed. A metal or conductive oxide is thickly formed by sputtering with an apparatus, and an electrode film is formed on the organic layer.
(19) In the method for producing an organic device according to (18), the continuous film of the metal vapor deposition film on the organic layer is Al, Ag, Mg-Ag alloy, or a metal having a density equal to or higher than the metal, The thickness is 20 nm or more, and is thinner than the sputtering film formed thereon.
(20) An organic device manufacturing method includes: (a) a step of preparing a substrate on which an organic layer is formed; and (b) an Al, Ag, Mg—Ag alloy, or the metal on the organic layer by a vapor deposition apparatus. And (c) a step of depositing a metal or a conductive oxide by a balanced magnetron sputtering apparatus after the step (b). In the step (b), a deposited film having a thickness of 20 nm or more is formed, and in the step (c), a sputtering film having a thickness of 300 nm is formed.
1・・・下部電極、2、92・・・金属蒸着膜のバッファ層、3、93・・・スパッタリング膜、4・・・上部電極、5、95・・・電子注入層、6・・・有機層、10、90・・・基板、11・・・評価素子、20・・・カソード、21・・・ターゲット、22・・・中心磁石、23・・・リング磁石、24・・・磁石アレイ、25・・・補助磁石アレイ、26・・・金属部材、30・・・クラスタ型電極膜成膜装置、ロボット室・・・31、基板中継室・・・32、金属蒸着室・・・33、スパッタリング室・・・34、ゲートバルブ・・・35、搬送ロボット・・・36、処理真空チャンバ・・・40、基板受け渡し部・・・41、駆動部・・・42、金属蒸発源・・・43、ロータリマグネトロンカソード・・・44、インライン型電極成膜装置・・・50、インライン金属蒸着室・・・51、基板中継室兼ガス置換室・・・52、インライン型スパッタリング室・・・53、ゲートバルブ・・・54、有機クラスタ・・・60、ロード室・・・61、有機クラスタ基板中継室・・・62、有機クラスタロボット室・・・63、ホール注入層蒸着室・・・64、ホール輸送層蒸着室・・・65、赤発光層蒸着室・・・66、緑発光層蒸着室・・・67、青発光蒸着室・・・68、ホールブロッキング層蒸着室・・・69、電子輸送層蒸着室・・・70、電子注入層蒸着室71、アンロード室・・・72、カセット・・・73、有機リニア蒸発源・・・74、ゲートバルブ・・・75、搬送ロボット・・・76、基板受け渡し部・・・77、透明電極・・・80、ホール注入層・・・81、ホール輸送層・・・82、緑発光層・・・83、ホールブロッキング層・・・84、電子輸送層・・・85、有機EL・・・91
DESCRIPTION OF
Claims (20)
金属蒸着膜上に成膜できるスパッタリング装置と、
を備え、
前記スパッタリング装置は、バランス型マグネトロンを有する複数のカソードを備え、
前記複数のカソードは、基板面と平行に等間隔をおいて配置される有機デバイス製造装置。 A deposition apparatus capable of forming a metal deposition film on the organic layer;
A sputtering apparatus capable of forming a film on a metal vapor deposition film;
With
The sputtering apparatus includes a plurality of cathodes having a balanced magnetron,
The organic device manufacturing apparatus, wherein the plurality of cathodes are arranged in parallel with the substrate surface at equal intervals.
前記スパッタリング装置によって前記金属蒸着膜の連続膜上に金属または導電性酸化物を厚くスパッタリング膜を成膜するようにされる請求項1乃至18のいずれか1項の有機デバイス製造装置を用いた有機デバイスの製造方法。 A thin film of a metal vapor deposition film is formed thinly on the organic layer by the vapor deposition device,
The organic device using the organic device manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 18, wherein a sputtering film is formed by thickening a metal or a conductive oxide on the continuous film of the metal vapor deposition film by the sputtering apparatus. Device manufacturing method.
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