JP2022173248A - 成膜装置、成膜方法、及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

成膜装置、成膜方法、及び電子デバイスの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】設備やプロセスが増大することなく、評価室において基板に成膜された膜厚をより正確に測定することができ、基板の素子領域に成膜される膜厚を正確に制御する。【解決手段】成膜装置は、第1の成膜室EVxと、第2の成膜室EVx+1と、評価室(パス室PSx)と、を有する。第1の成膜室EVxには第1の成膜手段が配置されており、第1の成膜手段は、電極層が配置された素子領域340に第1の膜を成膜するとともに、素子領域340とは別の領域であって素子領域340に配置されている電極層と同じ層構造を有する下地層を有する測定領域330にも第1の膜を成膜する。評価室(パス室PSx)には膜厚測定部310が配置されており、膜厚測定部310は、測定領域330に照明光を当て、その反射光で第1の膜の膜厚を測定する。【選択図】図7

Description

本発明は、成膜装置、成膜方法、及び電子デバイスの製造方法に関する。
近年、フラットパネル表示装置として有機EL表示装置(有機ELディスプレイ)が脚光を浴びている。有機EL表示装置は自発光ディスプレイであり、応答速度、視野角、薄型化などの特性が液晶ディスプレイより優れており、モニタ、テレビ、スマートフォンに代表される各種携帯端末などで既存の液晶パネルディスプレイに代わって普及している。また、自動車用ディスプレイなどにも、その応用分野を広げている。
有機EL表示装置を構成する有機EL素子(有機発光素子、OLED:Organic Light Emitting Diode)は、2つの向かい合う電極(カソード電極、アノード電極)の間に発光を起こす有機物層である発光層を有する機能層が形成された基本構造を持つ。有機EL素子の機能層及び電極層は、例えば、それぞれの層を構成する材料を真空成膜装置内で、マスクを介して基板に成膜することで製造することができる。
有機EL素子は、基板を各成膜室に順次搬送しつつ、基板の被処理面上に電極及び各種機能層を順次形成することで製造される。特許文献1には、複数のクラスタ型ユニットを連結した構造の製造装置において、それぞれのユニットに複数の成膜室と検査室を設け、ある成膜室で成膜された基板を検査室に搬送して膜厚を測定する構成が開示されている。そして、膜厚測定結果を用いて発光特性シミュレーションを行い、シミュレーション結果に基づいて、同じ成膜室又は他の成膜室にて色度補正層の成膜を行う構成が開示されている。
特開2005-322612号公報
しかしながら、上記した特許文献1の検査室における膜厚測定は、測定する膜が成膜される下地の構成に関してどのような構成が好ましいかに関しての記載はない。一方で、下地の構成によっては膜厚を精度良く測定できない場合がある。例えば、基板に直接、測定対象の膜を成膜する場合には、基板の光学的な特性が複雑である場合や、複数の基板間で光学的性質にばらつきがある場合などにおいては、正確に膜厚が評価できないおそれがあった。特に、基板が透明体の場合には、透過率が高いために、受光する光量と測定信号が小さくなって、ノイズに敏感となり、正確な膜厚の評価ができない場合がある。測定の正確性や精度は、測定する膜の材料や膜厚にも依存する。特に、吸収スペクトルが複雑な構造を有する有機材料や、薄い膜厚に対して、正確性の確保が困難になるため、適切な下地材料の選定が必要となる。仮に、下地処理を行う場合でも、下地の光学的性質が不安定であると再現性のある膜厚評価が困難となる。さらには、下地処理のための設備が増大し、処理プロセスが別途必要となる。
本発明は、設備やプロセスが増大することなく、評価室において基板に成膜された膜厚をより正確に測定することができ、基板の素子領域に成膜される膜厚を正確に制御し得る成膜装置、成膜方法および電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の成膜装置は、基板に第1の膜を成膜する第1の成膜室と、前記第1の成膜室に設けられ、前記基板の素子領域に前記第1の膜を成膜する第1の成膜手段と、前記基板に第2の膜を成膜する第2の成膜室と、前記第1の成膜室と前記第2の成膜室との間に設けられた評価室と、前記評価室で測定された測定値に基づいて前記第1の成膜室における第1の成膜条件および前記第2の成膜室における第2の成膜条件の少なくとも一方を制御する成膜装置において、前記第1の成膜手段は、前記素子領域とは別の領域であって該素子領域に配置されている電極層と同じ層構造を有する下地層を有する測定領域にも前記第1の膜を成膜し、前記膜厚測定部は、前記測定領域に前記照明光を当て、その反射光で前記第1の膜の膜厚を測定することを特徴とする。
本発明によれば、設備やプロセスが増大することなく、評価室において基板に成膜された膜厚をより正確に測定することができ、基板の素子領域に成膜される膜厚を正確に制御することができる。
図1は電子デバイス製造装置の一部の構成を模式的に示す平面図である。 図2は成膜室に設けられる真空蒸着装置の構成を模式的に示す図である。 図3はパス室の構成を模式的に示す断面図である。 図4は基板上のアライメントマーク及び膜厚測定用パッチを示す図である。 図5は膜厚測定部の構成を模式的に示すブロック図である。 図6はアライメントマークと膜厚測定用パッチの各種配置例の図である。 図7は実施形態1の基板の膜厚測定エリアを含む模式的断面図である。 図8は実施形態2の基板の膜厚測定エリアを含む模式的断面図である。 図9は実施形態3の基板の膜厚測定エリアを含む模式的断面図である。 図10は実施形態4の基板の膜厚測定エリアを含む模式的断面図である。 図11は膜厚制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図12(a)は有機EL表示装置の全体図、図12(b)は1画素の断面構造を示す図、図12(c)は赤色層の拡大図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態及び実施例を説明する。ただし、以下の実施形態及び実施例は本発明の好ましい構成を例示的に示すものにすぎず、本発明の範囲はそれらの構成に限定されない。また、以下の説明における、装置のハードウェア構成及びソフトウェア構成、処理フロー、製造条件、寸法、材質、形状などは、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、複数の成膜室に基板を順次搬送しつつ、基板の表面に各種材料を堆積させて成膜を行う装置に適用することができ、真空蒸着によって所望のパターンの薄膜(材料層)を形成する装置に望ましく適用することができる。基板の材質としては、ガラス、高分子材料のフィルム、金属などの任意の材料を選択することができ、基板は、例えば、ガラス基板上にポリイミドなどのフィルムが積層された基板であってもよい。なお、基板上に複数の層を形成する場合においては、一つ前の工程までに既に形成されている層も含めて「基板」と称するものとする。また、蒸着材料としても、有機材料、金属性材料(金属、金属酸化物など)などの任意の材料を選択してもよい。なお、以下の説明において説明する真空蒸着装置以外にも、スパッタ装置やCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を
有する成膜装置にも、本発明を適用することができる。本発明の技術は、具体的には、有機電子デバイス(例えば、有機EL素子、薄膜太陽電池、有機光電変換素子)、光学部材などの製造装置に適用可能である。特に、蒸着材料を蒸発させ、画素又は副画素に対応す
る開口パターンが形成されたマスクを介して基板に蒸着させることで有機EL素子や有機光電変換素子を形成する有機電子デバイスの製造装置は、本発明の好ましい適用例の一つである。中でも、有機EL素子の製造装置は、本発明の特に好ましい適用例の一つである。
<電子デバイス製造装置>
図1は、電子デバイス製造装置の一部の構成を模式的に示す平面図である。
図1の電子デバイス製造装置は、例えば、スマートフォン用の有機EL表示装置の表示パネルの製造に用いられる。スマートフォン用の表示パネルの場合、例えば、4.5世代の基板(約700mm×約900mm)や6世代のフルサイズ(約1500mm×約1850mm)又はハーフカットサイズ(約1500mm×約925mm)の基板に、有機EL素子の形成のための成膜を行った後、該基板を切り抜いて複数の小さなサイズのパネルを作製する。
電子デバイス製造装置は、複数のクラスタ型ユニット(以下単に「ユニット」とも称す)CU1~CU3が連結室を介して連結された構造を有する。クラスタ型ユニットとは、基板搬送手段としての基板搬送ロボットの周囲に複数の成膜室が配置された構成の成膜ユニットをいう。なお、ユニットの数は3つに限られず、2つ以上であればよい。以後、全てのユニットに共通する説明及びユニットを特定しない説明では、「CUx」のように数字の代わりに「x」で表記した参照符号を用い、個別のユニットについての説明では、「CU1」のように数字を表記した参照符号を用いる(ユニット以外の構成に付した参照符号についても同様である)。図1は、電子デバイス製造装置全体の中の成膜装置の部分の一部を示している。成膜装置の上流には、例えば、基板のストッカ、加熱装置、洗浄等の前処理装置などが設けられてもよく、成膜装置の下流には、例えば、封止装置、加工装置、処理済み基板のストッカなどが設けられてもよく、それら全体を合わせて電子デバイス製造装置が構成されている。
クラスタ型ユニットCUxは、中央の搬送室TRxと、搬送室TRxの周囲に配置された複数の成膜室EVx1~EVx4及びマスク室MSx1~MSx2を有する。隣接する2つのユニットCUxとCUx+1の間は連結室CNxで接続されている。クラスタ型ユニットCUx内の各室TRx、EVx1~EVx4、MSx1~MSx2、及び、連結室CNxは空間的につながっており、その内部は真空又は窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気に維持されている。本実施形態においては、ユニットCUx及び連結室CNxを構成する各室は不図示の真空ポンプ(真空排気手段)に接続されており、それぞれ独立に真空排気が可能となっている。それぞれの室は「真空チャンバ」又は単に「チャンバ」とも呼ばれる。なお、本明細書において「真空」とは、大気圧より低い圧力の気体で満たされた状態をいう。
搬送室TRxには、基板S及びマスクMを搬送する搬送手段としての搬送ロボットRRxが設けられている。搬送ロボットRRxは、例えば、多関節アームに、基板S及びマスクMを保持するロボットハンドが取り付けられた構造を有する多関節ロボットである。クラスタ型ユニットCUx内において、基板Sは基板Sの被処理面(被成膜面)が重力方向下方を向いた水平状態を保ったまま、搬送ロボットRRxや後述する搬送ロボットRCx等の搬送手段によって搬送される。搬送ロボットRRxや搬送ロボットRCxの有するロボットハンドは、基板Sの被処理面の周縁領域を保持するように保持部を有する。搬送ロボットRRxは、上流側のパス室PSx-1、成膜室EVx1~EVx4、下流側のバッファ室BCxの間の基板Sの搬送を行う。また、搬送ロボットRRxは、マスク室MSx1と成膜室EVx1、EVx2の間のマスクMの搬送、及び、マスク室MSx2と成膜室EVx3、EVx4の間のマスクMの搬送を行う。
マスク室MSx1~MSx2は、成膜に用いられるマスクMと使用済みのマスクMがそれぞれ収容されるマスクストッカが設けられた室である。マスク室MSx1には、成膜室EVx1、EVx3で用いられるマスクMがストックされ、マスク室MSx2には、成膜室EVx2、EVx4で用いられるマスクMがストックされている。マスクMとしては、多数の開口が形成されたメタルマスクが好ましく利用される。
成膜室EVx1~EVx4は、基板Sの表面に材料層を成膜するための室である。ここで、成膜室EVx1とEVx3は同じ機能をもつ室(同じ成膜処理を実施可能な室)であり、同様に成膜室EVx2とEVx4も同じ機能をもつ室である。この構成により、成膜室EVx1→EVx2という第1ルートでの成膜処理と、成膜室EVx3→EVx4という第2ルートでの成膜処理を並列に実施することができる。
連結室CNxは、ユニットCUxとユニットCUx+1とを接続し、ユニットCUxで成膜された基板Sを後段のユニットCUx+1に受け渡す機能を有している。本実施形態の連結室CNxは、上流側から順に、バッファ室BCx、旋回室TCx、及びパス室PSxから構成される。後述するように、このような連結室CNxの構成は、成膜装置の生産性を高めたり、ユーザビリティを高めたりする観点から好ましい構成である。ただし、連結室CNxの構成はこれに限られず、バッファ室BCx又はパス室PSxのみで連結室CNxが構成されていてもよい。
バッファ室BCxは、ユニットCUx内の搬送ロボットRRxと、連結室CNx内の搬送ロボットRCxとの間で、基板Sの受け渡しを行うための室である。バッファ室BCxは、ユニットCUxと後段のユニットCUx+1の間に処理速度の差がある場合、又は、下流側のトラブルの影響で基板Sを通常どおり流すことができない場合などに、複数の基板Sを一時的に収容することで、基板Sの搬入速度や搬入タイミングを調整する機能をもつ。このような機能をもつバッファ室BCxを連結室CNx内に設けることで、高い生産性を実現するとともに、さまざまな層構成の積層成膜に対応可能な高い柔軟性を実現することができる。例えば、バッファ室BCx内には、複数枚の基板Sを基板Sの被処理面が重力方向下方を向く水平状態を保ったまま収納可能な多段構造の基板収納棚(カセットとも呼ばれる)と、基板Sを搬入又は搬出する段を搬送位置に合わせるために基板収納棚を昇降させる昇降機構とが設けられる。
旋回室TCxは、基板Sの向きを180度回転させるための室である。旋回室TCx内には、バッファ室BCxからパス室PSxへと基板Sを受け渡す搬送ロボットRCxが設けられている。基板Sの上流側の端部を「後端」、下流側の端部を「前端」と呼ぶ場合に、搬送ロボットRCxは、バッファ室BCxで受け取った基板Sを支持した状態で180度旋回しパス室PSxに引き渡すことで、バッファ室BCx内とパス室PSx内とで基板Sの前端と後端が入れ替わるようにする。これにより、成膜室に基板Sを搬入する際の向きが、上流側のユニットCUxと下流側のユニットCUx+1とで同じ向きになるため、基板Sに対する成膜のスキャン方向やマスクMの向きを各ユニットCUxにおいて一致させることができる。このような構成とすることで、各ユニットCUxにおいてマスク室MSx1~MSx2にマスクMを設置する向きを揃えることができ、マスクMの管理が簡易化されユーザビリティを高めることができる。
パス室PSxは、連結室CNx内の搬送ロボットRCxと、下流側のユニットCUx+1内の搬送ロボットRRx+1との間で、基板Sの受け渡しを行うための室である。本実施形態では、パス室PSx内で、基板Sのアライメントと、基板Sに成膜された膜の膜厚の測定が行われる。このように、アライメント機構と膜厚測定部を同じチャンバに配置し、アライメントを実施した後に膜厚の測定を行うことで、基板内における膜厚測定箇所の
位置精度を高めることが可能である。これにより、各基板において基板内における膜厚測定箇所を一定に保つことができるようになり、精度の高い膜厚評価が可能となる。
成膜室EVx1~EVx4、マスク室MSx1~MSx2、搬送室TRx、バッファ室BCx、旋回室TCx、パス室PSxの間には、開閉可能な扉(例えば、ドアバルブ又はゲートバルブ)が設けられていてもよいし、常に開放された構造であってもよい。
<真空蒸着装置>
図2は、成膜室EVx1~EVx4に設けられる真空蒸着装置200の構成を模式的に示している。
真空蒸着装置200は、マスクMを保持するマスクホルダ201、基板Sを保持する基板ホルダ202、蒸発源ユニット203、移動機構204、成膜レートモニタ205、成膜制御部206を有する。マスクホルダ201、基板ホルダ202、蒸発源ユニット203、移動機構204、及び成膜レートモニタ205は、真空チャンバ207内に設けられる。真空蒸着装置200は、マスクホルダ201および基板ホルダ202の少なくとも一方を移動させ、マスクホルダ201に保持されたマスクMと基板ホルダ202に保持された基板Sの位置合わせ(アライメント)を行う不図示の位置調整機構(アライメント機構)をさらに有する。
基板Sは、水平状態に保持されているマスクMの上面に、被処理面を下にして載置される。マスクMの下方には、蒸発源ユニット203が設けられている。蒸発源ユニット203は、概略、成膜材料を収容する容器(坩堝)、容器内の成膜材料を加熱するヒータなどを備える。また、必要に応じて、蒸発源ユニット203に、加熱効率を高めるためのリフレクタや伝熱部材、シャッタなどを設けてもよい。移動機構204は、蒸発源ユニット203を基板Sの被処理面と平行に移動(スキャン)させる手段である。本実施形態では1軸の移動機構204を用いるが、2軸以上の移動機構を用いてもよい。なお、本実施形態では基板SをマスクMの上面に載置するものとしたが、基板SとマスクMとが十分に密着する構成であれば、基板SをマスクMの上面に載置しなくてもよい。また、本実施形態においては不図示の磁石を基板Sの被処理面とは反対側の面に接近させて、マスクMのマスク箔を磁力によって吸引し、基板SへのマスクMの密着性を高めている。また、図2において、蒸発源ユニット203は1つとして示されているが、複数の蒸発源ユニット又は容器を並べて配置し、それらを一体として移動する構成とすることもできる。このような構成によれば、蒸発源ユニット又は容器ごとに異なる材料を収容して蒸発させるようにすることができ、混合膜や積層膜を形成することができる。
成膜レートモニタ205は基板Sに成膜される薄膜の成膜速度をモニタするためのセンサである。成膜レートモニタ205は、基板Sの被処理面の近傍に配置され、且つ、蒸発源ユニット203と共に移動する水晶振動子を有しており、成膜材料が水晶振動子の表面に堆積すること(質量が付与されこと)による共振周波数(固有振動数)の変化量に基づいて、単位時間あたりの成膜材料の付着量である成膜レート(蒸着レート)[Å/s]を推定する。
成膜制御部206は、成膜レートモニタ205で得られた成膜レート[Å/s]や、後述の第1の膜厚測定部で評価された膜厚値に応じて成膜時間[s]を調整することによって、基板Sに成膜される薄膜の膜厚が目標値になるよう制御する。成膜時間の調整は、移動機構204による蒸発源ユニット203のスキャン速度を変更することにより行われる。なお、本実施形態では、成膜時間の調整(スキャン速度の調整)により膜厚を制御したが、従来の真空蒸着装置で一般的に行われているように、蒸発源ユニット203のヒータ温度の調整や、蒸発源ユニット203のシャッタ開度などにより材料の蒸発量(噴出量)
を制御してもよい。また、成膜制御部206は、成膜時間の調整と蒸発量の調整を組み合わせて行うようにしてもよい。すなわち、成膜制御部206は、蒸発源ユニット203のスキャン速度、ヒータ温度、および、シャッタ開度の少なくとも1つを調整するように制御してもよい。
<パス室のアライメント機構>
図3は、パス室PSxの構成を模式的に示す断面図である。図3は、図1のA-A断面に対応する。
パス室PSxには、基板Sのアライメントを行うアライメント機構が設けられている。搬送室TRxや旋回室TCxを経て搬送されてきた基板Sは、搬送に用いたロボットの位置精度などに起因した位置ばらつきを有している。本実施形態では、パス室PSxに設けられたアライメント機構により、この位置ずれを抑制することができる。アライメント機構は、概略、真空チャンバ300の内部に設置される基板トレー301と、基板トレー301をX軸方向、Y軸方向、及びθ方向に駆動するためのXYθ駆動装置302と、真空チャンバ300の底面に設けられた窓303を通して基板S(のアライメントマーク304)を撮影するカメラ305と、アライメント制御部306を有する。
旋回室TCx内の搬送ロボットRCxによって基板Sが基板トレー301上に載置されると、カメラ305によって基板Sのアライメントマーク304が撮影される。アライメント制御部306は、カメラ305から取り込まれた画像からアライメントマーク304の位置及び傾きを検知することで、基準位置に対する基板Sの位置ずれ量(ΔX、ΔY)及び回転ずれ量(Δθ)を計算する。そして、アライメント制御部306は、XYθ駆動装置302を制御し、基板Sの位置ずれ及び回転ずれを補正することで、基板Sのアライメントを行う。なお、パス室PSx内には基準位置を示す基準マークが設けられていてもよい。そして、カメラ305によって基板Sのアライメントマーク304を撮影する際に、基準マークも撮影することで、基準位置に対する基板Sの位置ずれ量および回転ずれ量を取得するようにしてもよい。
成膜室EVx1~EVx4において基板Sに対して成膜を行う際には、基板SとマスクMを高精度に位置合わせする必要がある。したがって、成膜室EVx1~EVx4では基板Sに対しファインアライメントと呼ばれる超高精度な位置決めを行う必要がある。本実施形態のように、パス室PSx内で基板Sのラフアライメントを事前に実施しておくことで、後段のユニットCUx+1の成膜室に基板Sを搬入したときの初期ずれ量を小さく抑えられるため、成膜室内で実施するファインアライメントに要する時間を短縮することができる。また、膜厚計測の前に(ラフ)アライメントを実施しておくことで、基板内における膜厚測定場所の位置精度を高めることが可能である。これにより、各基板において基板内における膜厚測定箇所を一定に保つことができるようになり、精度の高い膜厚評価が可能となる。
図4は、基板S上のアライメントマーク304の例を示している。この例では基板Sの後端側の2つのコーナーにそれぞれアライメントマーク304が付されている。ただしアライメントマーク304の配置はこれに限られず、例えば、前端側のコーナーに配置してもよいし、対角の2コーナーあるいは4コーナー全てに配置してもよいし、コーナーでなくエッジに沿った位置に配置してもよい。またアライメントマーク304の数も任意である。あるいは、基板S上のアライメントマーク304の代わりに、基板Sのエッジや角を検知してもよい。
<膜厚測定部>
図3に示すように、パス室PSxには、基板Sに成膜された膜の膜厚を測定する膜厚測
定部310が設けられている。このパス室PSxが、本発明の評価室に相当する。なお、図3においては、膜厚測定部310は1つしか示されていないが、複数の膜厚測定部を配してもよい。複数の場所を一度に評価することで、基板面内における膜厚のばらつきの情報を得ることや、複数の成膜室で成膜された複数種の膜をまとめて評価することが可能となる。
膜厚測定部310は、パス室PSxの上流側である前段のユニットCUxに設けられた成膜室EVx1~EVx4(第1の成膜チャンバ)で成膜された基板Sの測定領域に成膜された膜の膜厚を測定する。そして、パス室PSxでで測定された測定値に基づいて、前段のユニットCUxの成膜室EVx1~EVx4(第1の成膜チャンバ)及びパス室PSxの下流側である後段に位置するユニットCUx+1の成膜室EVx1~EVx4(第2の成膜室)のうち、少なくともいずれか一方のユニットの成膜室の成膜条件が制御される。
膜厚測定部310は、この実施形態では、全ての連結室のパス室PSxに設けてもよいし、電子デバイス製造装置の全ての連結室に対して設ける必要はなく、一部の連結室のパス室にのみ設ける構成でも構わない。すなわち、膜厚の高精度な制御が必要となる箇所にのみ膜厚測定部を設けてもよい。パス室PSxの上流側に位置する第1の成膜室は、パス室PSxの直前のユニットCUxだけでなく、複数段階前のユニットCUx-1,CUx-2,・・・等、の成膜室も含まれる。また、パス室PSxの下流側に位置する第2の成膜室も、パス室PSxの直後のユニットCUx+1だけでなく、複数段階後のユニットCUx+2,CUx+3,・・・等、の成膜室も含まれる。
膜厚測定部310は、膜厚を光学的に測定するセンサであり、本実施形態では反射分光式の膜厚計を用いる。膜厚測定部310は、概略、膜厚評価ユニット311、センサヘッド312、センサヘッド312と膜厚評価ユニット311を接続する光ファイバ313から構成される。センサヘッド312は、真空チャンバ300内の基板トレー301の下方に配置されており、真空チャンバ300の底面に取り付けられた真空フランジ314を介して光ファイバ313に接続されている。センサヘッド312は光ファイバ313を経由して導かれた光の照射エリアを所定のエリアに設定する機能を有しており、光ファイバおよびピンホールやレンズなどの光学部品を用いることができる。
図5は膜厚測定部310のブロック図である。膜厚評価ユニット311は、光源320、分光器321、測定制御部322を有する。光源320は測定光(照明光)を出力するデバイスであり、例えば重水素ランプやキセノンランプやハロゲンランプが用いられる。光の波長としては、200nmから1μmの範囲を用いることができる。分光器321はセンサヘッド312から入力された反射光を分光しスペクトル(波長毎の強度)の測定を行うデバイスであり、例えば、分光素子(グレーティング、プリズムなど)と光電変換を行うディテクタなどで構成される。測定制御部322は光源320の制御及び反射スペクトルに基づく膜厚の演算などを行うデバイスである。
光源320から出力された測定光は、光ファイバ313を経由してセンサヘッド312に導かれ、センサヘッド312から基板Sに投射される。基板Sで反射した光はセンサヘッド312から光ファイバ313を経由して分光器321に入力される。このとき、基板S上の薄膜の表面で反射した光と、薄膜とその下地層との界面で反射した光とが互いに干渉する。このようにして薄膜による干渉や吸収の影響の受けることで、反射スペクトルは、光路長差、すなわち膜厚の影響を受ける。測定制御部322によって反射スペクトルを解析することによって、薄膜の膜厚を測定することができる。上述した反射分光式の膜厚評価は、数nmから数100nmの厚さの有機膜の評価に対しても、短時間で高精度での評価が可能であることから、有機EL素子の有機層の評価として好ましい手法である。こ
こで、有機層の材料としては、αNPD:α-ナフチルフェニルビフェニルジアミンなどの正孔輸送材料、Ir(ppy)3:イリジウム-フェニルピリミジン錯体などの発光材料、Alq:トリス(8-キノリノラト)アルミニウムやLiq:8-ヒドロキシキノリノラト-リチウム)などの電子輸送材料などが挙げられる。さらには、上述の有機材料の混合膜にも適用できる。
図4は、基板S上に形成される膜厚測定用の薄膜の例を示している。基板Sには、表示パネルが形成される素子エリア(素子領域)340とは重ならない別の領域(図示の例では、基板Sの前端部)に膜厚測定エリア(測定領域)330が設けられている。各成膜室における成膜処理時に、素子エリア340に成膜すると共に、並行して、膜厚測定エリア330内の予め決められた位置への成膜も行うことで、膜厚測定エリア330内に膜厚測定用の薄膜(以後、測定用パッチ331と呼ぶ。測定用片あるいは評価用有機膜と呼ぶこともある)が形成される。これは、各成膜室で用いられるマスクMに、予め測定用パッチ331のための開孔を形成しておくことにより、容易に実現できる。
膜厚測定エリア330は、複数の測定用パッチ331を形成可能な面積に設定されており、膜厚の測定対象となる層単位で測定用パッチ331の形成位置を変えるとよい。すなわち、1つの成膜室で形成された膜(単一膜又は複数の膜が積層された積層膜)の膜厚を測定したい場合は、測定用パッチ331の部分にも1つの成膜室で形成される膜(単一膜又は積層膜)のみを成膜し、複数の成膜室を経て形成された積層膜の膜厚を測定したい場合は、同一箇所の測定用パッチ331の部分にも測定したい積層膜と同じ積層膜を成膜するとよい。このように測定対象となる層ごとに測定用パッチ331を異ならせることにより、単層の膜あるいは積層膜の膜厚の正確な測定が実現できる。前述したように、アライメント後に膜厚測定を行う構成においては、膜厚測定位置の精度が高いため、それぞれの測定用パッチ331を小さくすることが可能となり、高密度に配置することができるようになる。これにより、基板内における膜厚測定エリア330の面積を低減させることができ、基板に形成する表示パネル340をより多くすることができる。
膜厚測定エリアについては、上記した基板Sの前端に限らず、例えば、図6に示すように、基板Sの種々の場所に配置することができる。
図6(A)は、アライメントマーク304を基板Sの前端と後端に配置し、膜厚測定エリア330を、素子エリア340の無い、基板Sの中央に配置した例である。
図6(B)は、アライメントマーク304を基板Sの前端と後端に配置し、膜厚測定エリア330を基板Sの左右側縁に設けた例である。図示例では、膜厚測定エリア330を、左右の側縁の前端側と後端側に互い違いに設けられている。
図6(C)は、基板Sが円形の場合で、四角形状の素子エリア340の前端と後端と円形の端縁との間にアライメントマーク304が設けられ、左右側辺と円形の端縁との間に、膜厚測定エリア330を設けている。この膜厚測定エリア330は、四角形状に形成され測定用パッチ331が縦横にマトリックス状に形成されている。
本実施形態では、基板Sの膜厚測定エリア330には、素子エリア340に形成された電極層と同じ層構造を有する下地層が形成されている。本実施形態ではこの下地層は電極層と同じ層構造を有する積層膜であり、素子エリア340に形成された電極層を形成する際に同じプロセスでパターニング形成される(素子エリア340と膜厚測定エリア330に同時に形成された電極層が、膜厚測定エリア330にも残されている)。この膜厚測定エリア330に測定用パッチ331(評価用有機膜)が形成される。すなわち、評価用パッチ331は、膜厚測定エリア330に形成され、電極層と同じ層構造を有する積層膜パ
ターン(下地層)の上部に形成される。本実施形態では、膜厚測定エリア330の評価用パッチ331が形成される部分は上述の下地層が露出しているため、評価用パッチ331を形成すると評価対象の膜は下地層の上に直接積層される。測定用パッチ331に測定光を照射すると、測定用パッチ331と下地層との界面や表面において測定光が反射する。その反射光のスペクトルには、層間の干渉や吸収に伴った影響が含まれる。すなわち、測定用パッチ331の表面で反射した光は、下地層との界面で反射した光と互いに干渉し、この干渉に起因して反射スペクトルに構造を生じる。このスペクトルは、膜厚に依存するため、これを解析することで膜厚を測定することができる。本実施形態の下地層の構成においては、高反射率の金属層を有しているため、光反射量(受光量、測定信号)が大きく、反射スペクトルも明瞭となるので、ノイズ耐性が高く、膜厚の測定精度が高くなる。
本実施形態の場合、膜厚測定エリア330の下地層を形成する際には、基板の素子エリア340に形成される電極層と同一のプロセスで下地層を形成できる(素子エリア340に形成するために成膜した電極層を膜厚測定エリア330にも残すだけでよい)ため、特別な工程が不要であり、種々の基板に適用可能である。例えば、ガラス、高分子材料のフィルム、金属、ガラス基板上にポリイミドなどのフィルムが積層された基板等、種々の基板に適用できる。
下地層は、金属層を備えていればよく、金属層の上にITO(In:Sn)やInZnO等の導電性酸化物が積層された構造が好ましい。金属層としては、反射率が高く、平坦性に優れた膜を形成することが容易な材料が好ましく、特に、銀又は銀合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等の、銀又はアルミニウムを主成分とする層が好ましい。銀合金としては、Ag-Pd,Ag-Cu,Ag-Cu-Pd,Ag-Mgなどの合金を用いることができる。アルミ合金としては、Al-SiやAl-Ndなどの合金を用いることができる。
上述の導電性酸化物は、真空中においても大気中においても安定した光学的な性質を示すことから下地層を構成する材料として好適な材料である。導電性酸化物のなかでも、インジウムを主成分とした酸化物は、上部に形成する有機膜と安定した界面状態を保持可能である観点から、好ましい。すなわち、本実施形態では、高い反射率を有する金属層と光学的性質の安定性が高い導電性酸化物の積層構造を下地層として採用することで、有機層の膜厚を安定的に精度良く評価することができる。
導電性酸化物の膜厚は、5nm以上200nm以下であることが好ましく、5nm以上30nm以下であることがより好ましい。金属層の厚さは、特に限定はされないが、10nm以上200nm以下であってもよく、50nm以上100nm以下であることが好ましい。
導電性酸化物層と金属層は、結晶性を有する層であってもよいし非晶質の層であってもよいが、表面の平坦性の観点から非晶質の層であることが好ましい。たとえば、非晶質のAg-Pd-Cu合金膜や、非晶質のITO膜や非晶質のIZO膜は、好ましい例である。なお、ここで言う非晶質とは、CuKα線を用いたX線回折において、半値幅が3度以下のピークが存在しないことを言う。
また、下地層は、ポリイミド層等のフィルム層が形成された基板上や、基板上または基板上のポリイミド層の上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)を含む層(TFT層)の上に形成してもよい。なお、薄膜トランジスタ(TFT)は素子エリア340に形成される素子を駆動するための駆動回路のスイッチとして機能し、素子エリア340においては電極層は薄膜トランジスタと電気的に接続されている。一方、膜厚測定エリア330の下地層の下に薄膜トランジスタが形成されている場合には、下地層と薄膜トランジスタと
は電気的に接続されていてもよいが、電気的に接続されていなくてもよい。
上述の下地層の上に形成される評価用有機膜の材料としては、有機EL素子の正孔輸送材料、電子輸送材料、発光材料をはじめとして、保護層用の材料が挙げられる。ここで、有機層の材料としては、αNPD:α-ナフチルフェニルビフェニルジアミンなどの正孔輸送材料、Ir(ppy)3:イリジウム-フェニルピリミジン錯体などの発光材料、Alq:トリス(8-キノリノラト)アルミニウムやLiq:8-ヒドロキシキノリノラト-リチウム)などの電子輸送材料などが挙げられる。さらには、上述の有機材料の混合膜にも適用できる。このような有機EL用の材料は、紫外域から可視域において吸収帯があるため、上述の反射スペクトルに材料に特有のピーク状の構造があらわれるが、このような材料に対しても、本実施形態の下地層を用いることで、反射分光法において高い精度での膜厚評価が可能である。すなわち、本実施形態の手法は、波長250nm~700nmの範囲において吸収ピークを有する材料に対して、特に有効に機能する手法である。また、有機膜の膜厚は、数nmから数100nmの厚さの範囲である。一般的な反射分光法で用いられる膜厚(数100nm~数10μm)に比べて薄いにもかかわらず、上述の積層構造の下地において、十分な精度での膜厚評価が可能である。
以下、本発明が適用される基板構成と、それを用いた際の膜厚評価に関する実施形態について説明する。
[実施形態1]
図7は、実施形態1に係る基板の膜厚測定エリアの下地構成の模式的断面図である。この実施形態1は、本発明をガラス基板上の有機EL素子に適用した例である。
基板S1はガラスで、膜厚測定エリア330に測定用の下地層E1が形成されている。下地層は、素子エリアのアノード電極E10と同一のプロセスで作成され、残されている。この下地層E1は、ITO層(スズがドープされた酸化インジウム)E11、銀(Ag)の金属層E12、ITO層E13の順に積層された積層膜となっている。ITO層E11とE13の厚さは10nmであり、金属層E12の厚さは80nmである。この基板を前述した成膜装置に投入し、下地層E1の上に有機層の測定用パッチ331が形成される。本実施例ではAlqを用いて有機層を形成し、その膜厚は60nmとした。
下地層E1の形成は、前処理工程において、素子エリア340へのアノード電極E10の形成と共に行われる。前処理工程では、特に図示しないが、基板S1に、ITO、Ag、ITOの順にスパッタ成膜して積層膜を形成し、公知のフォトレジストでパターンを形成後、ウェットエッチングでアノード電極E10の電極パターンが形成される。ITOの形成には、Inに5wt%のSnOがドープされたターゲット材料を用い、DCスパッタリング法を用いて成膜される。このようにして、パターニングマスクのパターンを変更するだけで、新たなプロセスを追加することなく、膜厚測定エリア330に下地層E1を形成することができる。
なお、素子エリア340には、膜厚測定エリア330と同様の有機層341を記載しているが、模式的に記載しており、アノード電極E10の上に測定用パッチの有機層に加えて別の有機層も含めて、複数層が積層して形成される。すなわち、成膜室においては、アノード電極E10の上に、複数の成膜工程を通じて有機層が積層される。
膜厚測定部310で受光される反射スペクトルは、測定用パッチ331の表面からの反射光、測定用パッチ331とITO層E13との界面からの反射光、ITO層E13と金属層E12との界面からの反射光が干渉したスペクトルとなる。
この場合、以下のような評価方法で有機層の膜厚値を取得する。
(i)参照試料(本試料と同構成の試料や有機膜のない試料など)に対する反射スペクトルROを評価する。
(ii)試料構成(有機/ITO/Ag膜)に対する反射スペクトルのモデルを作成する。
(iii)本試料に対して、反射スペクトルを測定する。
(iv)上記モデルを用い、有機膜の膜厚をフィッティングパラメータとして、測定した反射スペクトルデータに対して、フィッティングを行う。
(v)膜厚値を得る。
(ii)においては、例えば、事前に、(i)の結果や文献値などを用いることで、ITO層の膜厚と光学定数、金属層としてAg膜の膜厚及び光学定数、測定対象の有機膜の光学定数が含まれた数式モデルを決定する。
本実施形態1によれば、電極層E1に高反射率の銀を主成分とする金属層E12を備えているので、光反射量(受光量)が大きく、反射スペクトルも明瞭となるので、ノイズ耐性が高く、膜厚の測定精度が高くなる。特に、Alq膜に対しては、反射スペクトルにおいて、紫外域に吸収起因した特徴的な構造が生じるが、本実施例の下地層の構成にを用いることでスペクトルデータにノイズが小さいために、十分に再現良く、膜厚の測定が可能である。
これに対して、ガラス基板の上に、直接、測定用パッチを形成した場合には、測定光の大部分が透過してしまい、受光量が小さく、ノイズに対して敏感で、測定の正確性が低い傾向が見られた。
比較として、ITO層を用いずに、Ag層の単層からなる下地層とした場合には、高反射率を得ることができるので、光反射量(受光量)が得られるが、大気保管やパターニングプロセスなどにより表面酸化の程度が変動するため、膜厚評価のばらつきが大きくなる傾向がある。また、金属表面には傷がつきやすく、傷が光学的評価に与える影響が大きいため、光学的な膜厚評価の安定性は若干低下する。
これに対して、本実施形態1のように、Agの上に導電性酸化物であるITOが積層されている場合には、Agの金属層E12の表面が酸化物であるITOで保護されるので、大気中やパターニングプロセスにおける酸化の影響を受けにくい。さらに、導電性酸化物であるITOの表面は、表面状態が安定しており、傷がつきにくい。ITOは可視域において透明な材料であるため、傷がついたとしても光学的評価への影響が小さいことから、よりノイズの少ない反射スペクトルを得ることに対して有利である。
[実施形態2]
図8は、実施形態2に係る基板の概略断面図である。実施形態2は、本発明を柔軟性を有した基板上の有機ELパネル(フレキシブルOLED)に適用した例である。
成膜される基板S2は、ポリイミド(PI)S22がコーティングされたガラス基板S21の上に、TFTアレイS23が形成された構造からなる。最終的に、成膜装置の下流に配置される後処理装置で、PI層S22をガラス基板S21から剥がし、PI層S22が基板となったフレキシブルな有機ELデバイスが製造される。
本実施形態2では、基板S2のPI層S22上に、駆動回路であるTFTアレイS23が形成されている。TFTアレイは、多結晶シリコンやアモルファスシリコンや酸化物からなる半導体層や、ゲート絶縁層や、ソース電極や、ドレイン電極や、ゲート電極や、配
線や、保護膜や、平坦化層、などが積層された構造からなる。このTFTアレイS23の上部には、アノード電極E20としてAgとITOの積層膜がパターニング形成されており、ITO表面が露出している。
基板S2の膜厚測定エリア330には下地層E2を有する。下地層E2は、アノード電極E20と同一のプロセスで作成されており、Agの金属層E21、ITO層E22の順に積層された2層の積層膜となっている。この下地層E2の上に、有機層の測定用パッチ331が形成される。
この下地層E2の形成は、前処理工程において、基板S2の素子エリア340へのアノード電極E20の形成と共に行われる。前処理工程では、ガラス基板S21,PI層S22及びTFTアレイS23を積層した基板S2に、Ag、ITOの順にスパッタ成膜して積層膜を形成し、公知のフォトレジストでパターンを形成後、ウェットエッチングでアノード電極E20と下地層E2のパターンが形成される。新たなプロセスを追加することなく、工程数を増やすことなく、膜厚測定エリア330に下地層E2を形成することができる。この基板を前述した成膜装置に投入し、下地層E2の上に有機層の測定用パッチ331を形成する。本実施例ではAlqを用い、その膜厚は50nmとした。
反射スペクトルは、実施形態1と同様に、測定用パッチ331の表面からの反射光、測定用パッチ331とITO層E22との界面からの反射光、ITO層E22と金属層E21との界面からの反射光が干渉したスペクトルとなり、実施形態1と同様の手順(i)~(v)により、測定用パッチ331の有機層の膜厚を計測することができる。
下地にポリイミド膜がある場合、ポリイミドの屈折率や膜厚のばらつき等によって、膜厚評価の精度が低くなる場合があったが、本実施形態のように、下地膜として安定した表面性を有したITOと高い反射率を有したAgの積層膜を適用することでポリイミド等の樹脂層を有した基板上においても、高精度に膜厚を評価することができる。
[実施形態3]
図9は、実施形態3に係る基板の模式的断面図である。この実施形態3は、本発明を、たとえば照明用途に用いられる有機ELに適用した例である。
成膜される基板S3は、樹脂基板である。この樹脂製の基板S3の膜厚測定エリア330に形成される下地層E3は、InZnO層、Ag-Pd-Cuからなる合金層、InZnO層の順に積層された3層の積層膜となっている。InZnO層は、Inに10wt%のZnOがドープされたターゲット材料を用い、DCスパッタリング法を用いて成膜される。この下地層E3は発光部の素子エリア340に形成されるアノード電極E30と同じ層構造であり、アノード電極E30と同じプロセスで形成された層である。下地層E3の形成手順は、実施形態1、2に準じている。この膜厚測定エリア330の下地層E3の上に、有機層の測定用パッチ331が形成される。本実施例ではαNPDを用い、その膜厚は50nmとした。
反射スペクトルは、実施形態1と同様に、測定用パッチ331の表面からの反射光、測定用パッチ331とInZnO層との界面からの反射光、InZnO層と金属層との界面からの反射光が干渉したスペクトルとなり、実施形態1と同様の手順(i)~(v)により、測定用パッチ331の有機層の膜厚を計測することができる。本実施形態においては、非晶質からなるInZnO膜とAg-Pd-Cu合金からなる下地層を用いているため、結晶性の膜を適用した場合に比べて表面および層界面の平坦性に優れる。これにより光の乱反射が少ないため、安定して精度の高い膜厚評価が可能となる。また、反射率が高いAg合金を用いていることで、十分な測定光量が得られるため、ノイズ耐性の高い評価が
可能である。
[実施形態4]
図10は、実施形態4に係る基板の模式的断面図である。この実施形態4は、本発明を、Si基板上に有機EL素子を配した構造のデバイスに適用した例である。
成膜される基板S4は、シリコンウェハS41の上に、駆動回路S42が形成されており、この駆動回路S42の上にアノード電極層E40が形成された構成となっている。アノード電極層E40は、アルミニウムを主成分とする金属層E41、ITO層E42の順に積層された2層の積層膜となっている。
膜厚測定エリア330に下地として残される下地層E4は、アノード電極層E40と同一の工程で作成された層であり、アルミニウムを主成分とする金属層E41、ITO層E42の順に積層された2層の積層膜となっている。この下地層E4の上に、有機層の測定用パッチ331が形成される。
この下地層E4は、発光部の素子エリアに形成されるアノード電極E40と同じ層構造であり、アノード電極E40を形成する際に、膜厚測定エリア330にパターン形成されたものである。下地層E4の形成手順は、実施形態1~3に準じている。この膜厚測定エリア330の下地層E4の上に、測定用パッチ331が形成される。本実施例ではαNPDを用い、その膜厚は30nmとした。
測定用パッチ331の膜厚計測時の反射スペクトルは、実施形態1と同様に、測定用パッチ331の表面からの反射光、測定用パッチ331とITO層E42との界面からの反射光、ITO層E42と金属層E41との界面からの反射光が干渉したスペクトルとなり、実施形態1と同様の手順(i)~(v)により、測定用パッチ331の膜厚を計測することができる。
以上実施形態1~4に記載の方法によれば、ガラス基板、PI層が積層された基板、さらにTFT等の駆動回路が積層された基板等、どのような基板であっても、膜厚測定エリアについて、アノード電極形成プロセスと同じプロセスで下地層を形成する。したがって、膜厚測定用の下地層を、フォトマスクの変更のみで、特別の工程、特別の設備等が不要で、簡単に形成することができる。
<膜厚の高精度な制御>
各成膜室の真空蒸着装置200は、前述のように、成膜レートモニタ205を用いて成膜される膜の成膜レートが目標の成膜レートになるよう制御されている。しかしながら、成膜レートモニタ205は基板S上に形成される膜の厚さを直接測定するものではなく、基板Sとは別の位置に配置した水晶振動子によって成膜レートを間接的に測定するものにすぎない。そのため、水晶振動子への材料の堆積量や水晶振動子の温度などの様々な誤差要因により、成膜レートモニタ205の水晶振動子に堆積する膜の膜厚と基板Sに堆積する膜の膜厚が異なったり、成膜レートモニタ205の測定値自体に誤差が生じる場合がある。成膜レートモニタ205による基板Sに成膜される膜の膜厚の測定誤差は膜厚のばらつきを生み、パネル品質の低下や歩留まり低下につながるため、対策が必要である。
そこで本実施形態では、膜厚測定部310によって基板S上に成膜された薄膜の厚さを直接測定し、その測定結果に基づき各成膜室の成膜条件を制御することによって、高精度な膜厚制御を実現する。なお、成膜条件の制御を行う際には、成膜レートモニタ205の値と膜厚測定部310での測定結果の両方を用いてもよい。水晶振動子への堆積量を評価する成膜レートモニタ205と、基板S上の膜厚を光学的に評価する膜厚測定部310と
は、測定原理が異なるため、外乱や環境、成膜状態の変動などに対しての振る舞いが異なる。そのため、これらの測定原理の異なる複数の評価手段を合わせて用いることで、より信頼性の高い膜厚制御が可能となる。
図11は、膜厚制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。膜厚制御部350が、膜厚測定部310の測定結果に基づいて各成膜室の成膜制御部206に制御指令を送信する。成膜条件の制御の方法には、大きく分けて、フィードバック制御とフィードフォワード制御がある。フィードバック制御は、膜厚制御部350が膜厚測定部310よりも上流側の成膜室の成膜条件を制御することによって、後続の基板Ssの膜厚を調整する制御である。フィードフォワード制御は、膜厚制御部350が膜厚測定部310よりも下流側の成膜室の成膜条件を制御することによって、膜厚測定部310で測定した基板Sの膜厚を調整する制御である。膜厚制御部350はフィードバック制御又はフィードフォワード制御のいずれか一方のみを実施してもよいし、両方の制御を実施してもよい。また、成膜室ごと又はユニットごとに、制御方法を異ならせてもよい。制御対象となる成膜条件は、例えば、成膜時間、蒸発源ユニット203のスキャン速度、蒸発源ユニット203のヒータ温度、蒸発源ユニット203のシャッタ開度などである。膜厚制御部350はこれらの成膜条件のうちのいずれかを制御してもよいし、複数の成膜条件を制御してもよい。本実施形態ではスキャン速度の制御を行う。
<電子デバイスの製造方法>
次に、電子デバイスの製造方法の一例を説明する。以下、電子デバイスの例として有機EL表示装置の構成及び製造方法を例示する。
まず、製造する有機EL表示装置について説明する。図12(a)は有機EL表示装置50の全体図、図12(b)は1画素の断面構造を示す図、図12(c)は赤色層の拡大図である。
図12(a)に示すように、有機EL表示装置50の表示領域51には、発光素子を複数備える画素52がマトリクス状に複数配置されている。詳細は後で説明するが、発光素子のそれぞれは、一対の電極に挟まれた有機層を備えた構造を有している。なお、ここでいう画素とは、表示領域51において所望の色の表示を可能とする最小単位を指している。カラー有機EL表示装置の場合、互いに異なる発光を示す第1発光素子52R、第2発光素子52G、第3発光素子52Bの複数の副画素の組み合わせにより画素52が構成されている。画素52は、赤色(R)発光素子と緑色(G)発光素子と青色(B)発光素子の3種類の副画素の組み合わせで構成されることが多いが、これに限定はされない。画素52は少なくとも1種類の副画素を含めばよく、2種類以上の副画素を含むことが好ましく、3種類以上の副画素を含むことがより好ましい。画素52を構成する副画素としては、例えば、赤色(R)発光素子と緑色(G)発光素子と青色(B)発光素子と黄色(Y)発光素子の4種類の副画素の組み合わせでもよく、黄色(Y)発光素子とシアン(C)発光素子とマゼンタ(M)発光素子の組み合わせでもよい。
図12(b)は、図12(a)のA-B線における部分断面模式図である。画素52は、基板53上に、ITO層とAg層の積層構造からなる第1の電極(陽極)54と、正孔輸送層55と、赤色層56R・緑色層56G・青色層56Bのいずれかと、電子輸送層57と、第2の電極(陰極)58と、を備える有機EL素子で構成される複数の副画素を有している。これらのうち、正孔輸送層55、赤色層56R、緑色層56G、青色層56B、電子輸送層57が有機層に当たる。赤色層56R、緑色層56G、青色層56Bは、それぞれ赤色、緑色、青色を発する発光素子(有機EL素子と記述する場合もある)に対応するパターンに形成されている。また、第1の電極54は、発光素子ごとに分離して形成されている。正孔輸送層55と電子輸送層57と第2の電極58は、複数の発光素子52
R、52G、52Bにわたって共通で形成されていてもよいし、発光素子ごとに形成されていてもよい。すなわち、図12(b)に示すように正孔輸送層55が複数の副画素領域にわたって共通の層として形成された上に赤色層56R、緑色層56G、青色層56Bが副画素領域ごとに分離して形成され、さらにその上に電子輸送層57と第2の電極58が複数の副画素領域にわたって共通の層として形成されていてもよい。なお、近接した第1の電極54の間でのショートを防ぐために、第1の電極54間に絶縁層59が設けられている。さらに、有機EL層は水分や酸素によって劣化するため、水分や酸素から有機EL素子を保護するための保護層60が設けられている。
図12(b)では正孔輸送層55や電子輸送層57が一つの層で示されているが、有機EL表示素子の構造によって、正孔ブロック層や電子ブロック層を有する複数の層で形成されてもよい。また、第1の電極54と正孔輸送層55との間には第1の電極54から正孔輸送層55への正孔の注入が円滑に行われるようにすることのできるエネルギーバンド構造を有する正孔注入層を形成してもよい。同様に、第2の電極58と電子輸送層57の間にも電子注入層を形成してもよい。
赤色層56R、緑色層56G、青色層56Bのそれぞれは、単一の発光層で形成されていてもよいし、複数の層を積層することで形成されていてもよい。図12(c)に、赤色層56Rを2層で形成した例を示す。例えば、赤色の発光層を上側層56R2とし、正孔輸送層又は電子ブロック層を下側層56R1としてもよい。あるいは、赤色の発光層を下側層56R1とし、電子輸送層又は正孔ブロック層を上側層56R2としてもよい。このように発光層の下側又は上側に層を設けることで、発光層における発光位置を調整し、光路長を調整することによって、発光素子の色純度を向上させる効果がある。なお、図12(c)には赤色層56Rの例を示したが、緑色層56Gや青色層56Bでも同様の構造を採用してもよい。また、積層数は2層以上としてもよい。さらに、発光層と電子ブロック層のように異なる材料の層が積層されてもよいし、例えば発光層を2層以上積層するなど、同じ材料の層が積層されてもよい。
次に、有機EL表示装置の製造方法の例について具体的に説明する。ここでは、赤色層56Rが下側層56R1と上側層56R2の2層からなり、緑色層56Gと青色層56Bは単一の発光層からなる場合を想定する。
まず、有機EL表示装置を駆動するための回路(不図示)及び第1の電極54が形成された基板53を準備する。なお、基板53の材質は特に限定はされず、ガラス、プラスチック、金属などで構成することができる。本実施形態においては、基板53として、ガラス基板上にポリイミドのフィルムが積層された基板を用いる。
第1の電極54が形成された基板53の上にアクリル又はポリイミド等の樹脂層をバーコートやスピンコートでコートし、樹脂層をリソグラフィ法により、第1の電極54が形成された部分に開口が形成されるようにパターニングし絶縁層59を形成する。この開口部が、発光素子が実際に発光する発光領域に相当する。
絶縁層59がパターニングされた基板53を第1の成膜室に搬入し、正孔輸送層55を、表示領域の第1の電極54の上に共通する層として成膜する。正孔輸送層55は、最終的に1つ1つの有機EL表示装置のパネル部分となる表示領域51ごとに開口が形成されたマスクを用いて成膜される。なお、第1の成膜室で用いられるマスクは、基板53の表示パネル340が形成されるエリアに対応する部分とは別の、膜厚測定エリア330に対応する部分にも開口が設けられている。この開口は、膜厚測定エリア330に対応する部分のうち、他の成膜室で用いるマスクとは異なる位置に形成されている。これにより、膜厚測定エリア330に、正孔輸送層55のみが成膜される測定用パッチ331を形成する
ことができる。
次に、正孔輸送層55までが形成された基板53を第2の成膜室に搬入する。基板53とマスクとのアライメントを行い、基板をマスクの上に載置し、基板53の赤色を発する素子を配置する部分(赤色の副画素を形成する領域)に、下側層56R1(例えば、正孔輸送層又は電子ブロック層)を成膜する。その後、基板53を第3の成膜室に搬入し、下側層56R1の上に上側層56R2(例えば、赤色の発光層)を成膜する。ここで、第2の成膜室で用いるマスクは、有機EL表示装置の副画素となる基板53上における複数の領域のうち、赤色の副画素となる複数の領域にのみ開口が形成された高精細マスクである。これにより、赤色層56Rは、基板53上の複数の副画素となる領域のうちの赤色の副画素となる領域のみに成膜される。なお、第2の成膜室で用いられるマスクは、基板53の表示パネル340が形成されるエリアに対応する部分とは別の、膜厚測定エリア330に対応する部分にも開口が設けられている。膜厚測定エリア330に対応する部分のうち、他の成膜室で用いるマスクと異なる位置に開口が形成されている。これにより、膜厚測定エリア330に、赤色層56Rのみが成膜される測定用パッチ331を形成することができる。
発光層56Rの成膜と同様に、第4の成膜室において緑色層56Gを成膜し、さらに第5の成膜室において青色層56Bを成膜する。赤色層56R、緑色層56G、青色層56Bの成膜が完了した後、第6の成膜室において表示領域51の全体に電子輸送層57を成膜する。電子輸送層57は、3色の層56R、56G、56Bに共通の層として形成される。
電子輸送層57までが形成された基板を第7の成膜室に移動し、第2の電極58を成膜する。本実施形態では、第1の成膜室~第7の成膜室では真空蒸着によって各層の成膜を行う。しかし、本発明はこれに限定はされず、例えば第7の成膜室における第2電極58の成膜はスパッタによって成膜するようにしてもよい。その後、第2電極68までが形成された基板を封止装置に移動してプラズマCVDによって保護層60を成膜して(封止工程)、有機EL表示装置50が完成する。なお、ここでは保護層60をCVD法によって形成するものとしたが、これに限定はされず、ALD法やインクジェット法によって形成してもよい。
絶縁層59がパターニングされた基板53を成膜装置に搬入してから保護層60の成膜が完了するまでは、水分や酸素を含む雰囲気にさらしてしまうと、有機EL材料からなる発光層が水分や酸素によって劣化してしまうおそれがある。したがって、成膜室間の基板の搬入搬出は、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気の下で行われる。
<その他>
上記実施形態は本発明の具体例を示したものにすぎない。本発明は、上記実施形態の構成に限られず、様々な変形例を採り得るものである。例えば、電子デバイス製造装置に設けるクラスタ型ユニットの数は2つ以上であれば何個でもよい。また、各クラスタ型ユニットの構成も任意であり、成膜室の数やマスク室の数は用途に合わせて適宜設定すればよい。上記実施形態では、成膜室EVx1→EVx2と成膜室EVx3→EVx4の2ルートの成膜処理が可能な装置構成を示したが、1ルートの構成でもよいし、3ルート以上の構成でもよい。例えば、図1の構成において、1つの成膜室内に2つのステージを配置し、一方のステージで成膜処理を実施している間に他方のステージにマスク及び基板をセッティングする構成としてもよい。これにより、図1の構成において4ルートを実現でき、さらなる生産性の向上を図ることができる。上記実施形態ではパス室内に膜厚測定部を配置したが、連結室内であればどこに膜厚測定部を配置してもよい。また、連結室内に膜厚測定用の室を設けてもよい。膜厚測定部は、電子デバイス製造装置の全ての連結室に対し
て設ける必要はなく、一部の連結室にのみ設ける構成でも構わない。すなわち、膜厚の高精度な制御が必要となる箇所にのみ膜厚測定部を設けてもよい
EVx 成膜室(第1の成膜室)、EVx+1 成膜室(第2の成膜室)
PSx パス室(評価室)
310 膜厚測定部、350 膜厚制御部
S 基板
330 膜厚測定エリア(測定領域)、340 素子エリア(素子領域)

Claims (18)

  1. 基板に第1の膜を成膜する第1の成膜室と、
    前記第1の成膜室に設けられ、前記基板の素子領域に前記第1の膜を成膜する第1の成膜手段と、
    前記基板に第2の膜を成膜する第2の成膜室と、
    前記第1の成膜室と前記第2の成膜室との間に設けられた評価室と、
    前記評価室で測定された測定値に基づいて前記第1の成膜室における第1の成膜条件および前記第2の成膜室における第2の成膜条件の少なくとも一方を制御する成膜装置において、
    前記第1の成膜手段は、前記素子領域とは別の領域であって該素子領域に配置されている電極層と同じ層構造を有する下地層を有する測定領域にも前記第1の膜を成膜し、
    前記膜厚測定部は、前記測定領域に前記照明光を当て、その反射光で前記第1の膜の膜厚を測定する
    ことを特徴とする成膜装置。
  2. 前記電極層および前記下地層は金属層を有する
    ことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
  3. 前記電極層および前記下地層は、前記金属層の上に導電性酸化物層が積層された積層構造を有する
    ことを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。
  4. 前記電極層と前記下地層は同じプロセスで形成された層である
    ことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の成膜装置。
  5. 前記第1の成膜室において前記第1の成膜手段が前記第1の膜を成膜する前記測定領域は、前記下地層が露出した領域である
    ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の成膜装置。
  6. 前記第1の成膜室において前記第1の成膜手段が前記第1の膜を成膜する前記素子領域は、前記電極層の上に前記第1の膜とは別の層が形成されている領域である
    ことを特徴とする請求項5に記載の成膜装置。
  7. 前記第1の膜は、有機膜である
    ことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の成膜装置。
  8. 前記電極層および前記下地層は金属層を有し、
    前記金属層は銀又はアルミニウムを含む層である
    ことを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の成膜装置。
  9. 前記電極層および前記下地層は、銀又は銀合金からなる金属層の上に、ITO又はInZnOからなる導電性酸化物層が積層された層である
    ことを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の成膜装置。
  10. 前記電極層および前記下地層は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層の上に、ITOからなる導電性酸化物層が積層された層である
    ことを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の成膜装置。
  11. 前記電極層および前記下地層は、前記金属層の上に導電性酸化物層が積層された積層構
    造を有し、
    前記金属層および導電性酸化物層の少なくとも一方が非晶質である
    ことを特徴とする請求項2又は8に記載の成膜装置。
  12. 前記評価室は、前記評価室内における前記基板の位置の情報を取得する位置取得手段と、前記位置取得手段によって取得した情報に基づいて前記基板の位置を調整するアライメント機構と、を有する
    ことを特徴とする請求項1~11のいずれか1項に記載の成膜装置。
  13. 前記基板はガラス基板である
    ことを特徴とする請求項1~12のいずれか1項に記載の成膜装置。
  14. 前記基板はガラス基板の上にポリイミド層が形成された基板である
    ことを特徴とする請求項1~12のいずれか1項に記載の成膜装置。
  15. 前記基板は前記ポリイミド層の上に薄膜トランジスタ(TFT)を含む層が形成されており、前記電極層は前記薄膜トランジスタと電気的に接続されている
    ことを特徴とする請求項14に記載の成膜装置。
  16. 前記下地層は前記薄膜トランジスタと電気的に接続されていない
    ことを特徴とする請求項15に記載の成膜装置。
  17. 基板の素子領域に第1の膜を成膜する第1の成膜工程と、
    前記基板に成膜された前記第1の膜の膜厚を測定する評価工程と、
    前記第1の成膜工程の後に、前記基板に第2の膜を成膜する第2の成膜工程と、を備え、
    前記評価工程で測定された測定値に基づいて、前記第1の成膜工程における第1の成膜条件および前記第2の成膜工程における第2の成膜条件のうちの少なくとも一方を制御する成膜方法において、
    前記第1の成膜工程は、前記素子領域とは別の領域であって該素子領域に配置されている電極層と同じ層構造を有する下地層を有する測定領域にも前記第1の膜を成膜し、
    前記評価工程では、前記測定領域に前記照明光を当て、その反射光で前記第1の膜の膜厚を測定する
    ことを特徴とする成膜方法。
  18. 請求項17に記載の成膜方法を用いて、電子デバイスを製造する電子デバイスの製造方法。
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