JP4327544B2 - 成膜装置 - Google Patents

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本発明は成膜装置に関し、特に有機EL素子の発光体を成膜するための成膜装置に関する。
従来より、有機EL素子を製造するのに真空蒸着装置が用いられている。有機EL素子の製造に用いられる真空蒸着装置には、例えば、特開2003−157973に記載されたような成膜装置がある。
この成膜装置は複数の成膜室を有している。各成膜室にはそれぞれ異なる蛍光色素を有する有機蒸着材料が配置されており、それらの成膜室に基板を順次送れば、基板上に複数色の異なる有機材料の層が積層される。
特開2003−157973
上述した引用文献(特開2003−157973)のように、各色の発光層毎にマスクの位置合わせを行い、各色の発光層を処理対象物上の別々の位置に成膜する場合には、高精細マスクが必要であり、そのアライメントに要求される精度は通常5μm単位と非常に高いが、単色の発光層を形成する、又は、補色関係にある複数色の色を同じ位置に積層し、白色光を発生する膜状の白色発光体を形成する場合には、マスクのアライメントに要求される精度は100μm単位と低く、従って、位置合わせに要する時間も高精細マスクを用いた場合に比べ短くてすむ。しかしながらその場合であっても位置合わせには時間がかかり、搬送体の間隔が空いてしまうため、有機蒸着材料の蒸気が無駄になってしまう。処理対象物とマスクとの位置合わせに時間がかかったとしても、蒸着源上を通過させるときの搬送速度を変えずに、処理対象物の間隔を狭くすることが可能な成膜装置を提供することである。
上記課題を解決するために請求項1記載の発明は、処理対象物とマスクを重ね合わせて搬送体を形成し、前記搬送体を蒸着源上で通過させて成膜する成膜装置であって、有機成膜室と、前記有機成膜室内に設置され、前記処理対象物と前記マスクとを位置合わせし、前記マスクの上に前記処理対象物を載置して前記搬送体を形成する複数の位置合わせ手段と、前記複数の位置合わせ手段で形成された前記搬送体を、順次、前記蒸着源上を通過するように搬送する搬送手段と、前記蒸着源上を通過した前記搬送体を、前記処理対象物と前記マスクに分離する分離機構と、前記分離機構で分離された前記マスクを、前記複数の位置合わせ手段に搬送するマスク搬送手段を有する、成膜装置である。
請求項2記載の発明は、請求項1に記載の成膜装置であって、前記搬送体は前記複数の位置合わせ手段から交互に前記搬送手段に送られる成膜装置である。
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の成膜装置であって、前記蒸着源は、それぞれ異なる有機材料を蒸発する複数の有機蒸着源を有し、前記複数の有機蒸着源は、前記搬送手段の搬送方向に沿って配置されている成膜装置である。
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の成膜装置であって、前記搬送手段は、複数の前記搬送体を一定の速度、一定間隔で搬送する成膜装置である。
請求項5記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の成膜装置であって、前記マスク搬送手段を複数有する成膜装置である。
本発明は上記のように構成されており、本発明の成膜装置は、搬送機構によって複数の搬送体を同時に搬送可能になっており、搬送体は蒸着源の上を順番に通過するようになっている。
処理対象物の表面の所望位置に有機薄膜を形成する場合には、処理対象物を蒸着源上に送る前に、マスクと処理対象物とを位置合わせし、マスクと処理対象物とを一緒に蒸着源上に送る必要があるが、マスクと処理対象物との位置合わせに時間がかかると、蒸着源上に送られる搬送体同士の間隔が広がってしまい、有機蒸着材料の蒸気が無駄になる。
蒸着源上を通過するときの速度を遅くすれば、位置合わせに時間がかかったとしても搬送体の間隔を狭くすることができるが、蒸着源を通過するときの速度は、形成すべき有機薄膜の膜厚や、成膜速度で決定されるので、蒸着源を通過するときの速度を変えることは困難である。
本発明の成膜装置では、位置合わせ機構が2箇所以上の異なる場所で位置合わせを行った後、位置合わせ後の処理対象物を同じ蒸着源上に送るようになっている。即ち、蒸着源には2箇所から搬送体が送られるようになっているので、1つの処理対象物の位置合わせに時間がかかったとしても、間を空けずに処理対象物を蒸着源に送ることができる。
位置合わせを行う場所から蒸着源までの間で処理対象物を搬送する速度を可変にすれば、処理対象物を蒸着源上に送るまでに処理対象物同士の間隔を狭くすることが可能である。
蒸着源上に搬送されつつある処理対象物が完全に蒸着源上に搬送される前に、位置合わせ場所から蒸着源までの間の場所に他の処理対象物を送ることが可能な成膜装置であれば、処理対象物が蒸着源上に送られる前に、処理対象物同士の間隔を狭くすることができる。
本発明の成膜装置を用いれば、処理対象物とマスクとの位置合わせに時間がかかったとしても、蒸着源上を通過させるときの搬送速度を変えずに、処理対象物の間隔を狭くすることが可能である。蒸着源上を通過する処理対象物の間隔を狭くすれば、処理対象物に到達せず、無駄になる蒸気量が少なくなり、有機蒸着材料の消費効率が高い。
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図1の符号1は本発明の成膜装置の一例を示している。成膜装置1は有機成膜室3と、搬入機構2と、搬出機構7とを有している。
搬入機構2は待機室29を有しており、この待機室29は有機成膜室3に接続されている。待機室29内部には不図示の搬送ロボットが配置されている。図1の符号9は搬送ロボットのアーム上に配置された処理対象物を示している。
待機室29と有機成膜室3との間には搬入口が設けられており、ロボットを動作させ、アーム先端を搬入口から有機成膜室3内部に挿入させると、アーム上の処理対象物9が有機成膜室3内部に搬入されるように構成されている。
有機成膜室3内部の搬入口に位置合わせ機構30が配置されており、この位置合わせ機構30は第一、第二の位置合わせ手段35a、35b有している。図4は第一、第二の位置合わせ手段35a、35bを示す図面であり、同じ部材には同じ符号を付す。第一、第二の位置合わせ手段35a、35bはピン36とCCDカメラ37とを有している。
ピン36は有機成膜室3の天井付近に鉛直に配置されており、その上端部には有機成膜室3内部に搬入された処理対象物が載置可能になっている。図4の符号9はピン36の上端に載置された処理対象物を示している。
ピン36の下方位置には移送手段34が配置されており、移送手段34の上には予め搬送ユニット51と、搬送ユニット51上に載せられたマスク53とが載せられている。
CCDカメラ37はピン36の上方に配置されている。ピン36は水平面内での移動が可能になっており、CCDカメラ37によりマスク53と処理対象物9との相対的な位置を観察しながら、ピン36を水平内で移動させ、処理対象物9に形成されたパターンとマスク53のパターンとを位置合わせできるように構成されている。
ピン36は上方方向にも移動可能になっており、処理対象物9とマスク53とが位置合わせされた状態で、ピン36を下降させれば、処理対象物9のパターンとマスク53のパターンが一致した状態で、処理対象物9がマスク53上に配置されるようになっている。
図2の符号5は処理対象物9がマスク53上に載せられた搬送体を示している。搬送ユニット51の中央部分には窓部34が設けられており、窓部34の底面にはマスク53の表面が露出している。処理対象物9はマスク53の窓部34底面に露出した面とは反対側の面に配置されており、マスク53の開口59の底面には処理対象物9の表面が露出している。
有機成膜室3内部の底壁上には蒸着源43が配置されており、有機成膜室3内部の蒸着源43上には搬送機構33が配置されている。図5は有機成膜室3の蒸着源43と搬送機構33が配置された部分の断面図を示している。図5の符号32は円柱状のロールを示しており、このロール32が有機成膜室3内部に略水平に複数本配置されて搬送機構33が構成されている。
図5の符号5c〜5fは第一の位置合わせ手段35a又は第二の位置合わせ手段35bで位置合わせされた後、搬送機構33に載せられた搬送体を示しており、これらの搬送体5c〜5fは搬送機構33によって搬送開始場所41から搬送終了場所42まで搬送される間に蒸着源43上を通過するようになっている。
搬送開始場所41は蒸着源43よりも搬送方向手前に位置しており、搬送開始場所41に搬送体5cが配置されている状態では、蒸着源43から放出される蒸気が搬送体5cに到達しないようになっている。搬送開始場所41の広さは、1又は2以上の搬送体5cが静止可能になっており、搬送開始場所41にある搬送体5cが蒸着源43上に向けて移動すると、搬送体5cが移動した分だけ搬送開始場所41にスペースが空くようになっている。従って、1つの搬送体5dの全長が全て搬送開始場所41から蒸着源43上に送られた状態では、他の搬送体5を新たに搬送開始場所41へ配置することができる。
2つ以上の搬送体5が搬送開始場所41に配置可能な場合には、搬送開始場所41にある搬送体5が蒸着源43へ送られた後、第一、第二の位置合わせ手段35a、35bから新たな搬送体5を搬送開始位置41へ送れば、蒸着源43上に送る前に搬送開始場所41で搬送体5同士の間隔を狭くすることができる。ここでは、搬送体5c〜5fは一例に並べられており、蒸着源43を順番に通過するようになっている。
蒸着源43は第一〜第五の単位有機蒸着源45a〜45eを有している。第一〜第五の単位有機蒸着源45a〜45eは搬送体5c〜5fが搬送される方向に列設されており、従って搬送体5c〜5fは第一〜第五の単位有機蒸着源45a〜45e上を順番に通過するようになっている。
有機成膜室3の内部には分離機構38が配置されている。分離機構38はピン39を有しており、このピン39は搬送終了場所42上に鉛直に配置されている。ピン39は上下に移動可能になっており、搬送終了場所42で搬送体を静止させた状態で、ピン39を上下させ、処理対象物9fをピン39上に移載すれば、処理対象物9fがマスク53から分離する。
有機成膜室3の内部には搬送機構33とは異なるロール62a、62bが複数本列設されている。これらロール62a、62bのうち、搬送終了場所42と第一の位置合わせ手段35aの間に配置されたロール62aで第一のマスク搬送機構61aが構成され、搬送終了場所42から第二の位置合わせ手段35bの間に配置されたロール62bで第二のマスク搬送機構61bが構成されており、処理対象物9fが分離された後のマスク53fを搬送ユニット51fと一緒に第一のマスク搬送機構61a又は第二のマスク搬送機構61bに載せ、ロール62a、62bを回転させれば、マスク53fが搬送ユニット51fと一緒に第一の位置合わせ手段35a又は第二の位置合わせ手段35bに戻されるようになっている。
図1の符号51g〜51jと、53g〜53jは第一の位置合わせ手段35aへ戻る途中の搬送ユニットと、マスクとを示し、符号51k〜53mと、53k〜53mは第二の位置合わせ手段35bへ戻る途中の搬送ユニットとマスクとを示しており、第一、第二のマスク搬送機構61a、61bにそれぞれ1枚以上のマスク53g〜53j、53k〜53mを配置しておけば、搬送体5が搬送されて空いた第一、第二の位置合わせ手段35a、35bに、すぐにマスク53g〜53jを送り、位置合わせを連続して行うことができる。
次に、この成膜装置1を用いて複数の処理対象物に連続して成膜処理し、有機EL素子を製造する工程について説明する。図3(a)は有機成膜室3に搬入される直前の処理対象物9を示しており、処理対象物9は透明なガラス基板11と、ガラス基板11の表面にそれぞれ配置されたカラーフィルター12R、12G、12Bと、ITO(インジウム錫酸化物)からなり、ガラス基板11のカラーフィルター12R、12G、12Bが形成された面の上に配置された透明電極膜13とを有している。
搬送ロボットは処理対象物9を第一の位置合わせ手段35a内にも、第二の位置合わせ手段35b内にも搬入可能になっており、ここでは、第一の位置合わせ手段35a内に処理対象物9aが配置されているから、搬送ロボットのアームに載せられた処理対象物9は空いている第二の位置合わせ手段35b内に搬入される。
第一の位置合わせ手段35aでは、上述した工程で処理対象物9aとマスク53aとが既に位置合わせされており、搬送機構33に送られた搬送体5c〜5eのうち、最後尾の搬送体5cが搬送開始場所41から移動して搬送開始場所41が空き、新たな搬送体が搬送可能な状態になったときに、第一の位置合わせ手段35aから搬送体が搬送開始場所41へ送られる。
第一の位置あわせ手段35aから搬送体が送られる間、第二の位置合わせ手段35bで処理対象物9とマスク53との位置合わせが行われ、新たな処理対象物9が搬送室29から第一の位置合わせ手段35a内部に搬入される。
このように、搬送体5は第一、第二の位置合わせ手段35a、35bから交互に搬送機構33へ送られるので、処理対象物9とマスク53との位置合わせに時間がかかったとしても、搬送開始場所41には間を空けずに搬送体5を送ることが可能である。
このように、本発明の成膜装置1では蒸着源43上を通過する搬送体5c〜5eの間隔を狭くすることができるので、蒸着源43から放出される蒸気が搬送体5c〜5e到達せずに無駄になる量が少なく、蒸着材料の消費効率が高い。
処理対象物9は透明電極膜13が形成された面がマスク53に向けて配置されており、従って、搬送体5が蒸着源43上を通過すると、第一〜第五の単位有機蒸着源45a〜45eから放出される蒸気が、窓部34と開口59とを通過して処理対象物9の透明導電膜13が形成された面に到達する。
ここでは、第一の単位有機蒸着源45aの容器46aにはホール輸送剤が添加された第一の有機蒸着材料47aが配置され、第二〜第四の単位有機蒸着源45b〜45dの容器46b〜46dには電子輸送剤と蛍光剤とが添加された第二〜第四の有機蒸着材料47b〜47dが配置され、第五の単位有機蒸着源45eの容器46eには電子輸送材料が添加された第五の有機蒸着材料47eが配置されている。
従って、処理対象物9の透明電極膜13が形成された側の面には、図3(b)に示すようにホール輸送剤が含有されたホール輸送層14と、蛍光剤と電子輸送材料とが含有された第一〜第三の発光層16a〜16cと、電子輸送材料が含有された電子輸送層17とが積層され、有機薄膜15が形成される。
有機成膜室3には搬出機構7が接続されている。分離機構38は有機成膜室3内部の搬出機構7側に配置されており、有機薄膜15が形成された後の処理対象物9fは分離機構38のピン39に載せられると、有機成膜室3内部から搬出機構7内部へ搬送される。
搬出機構7はバッファ層成膜室71と、電極成膜室75と、封止機構79とを有しており、搬出機構7へ搬入された処理対象物は先ずバッファ層成膜室71へ送られ、有機薄膜15上にLiF(フッ化リチウム)等の電子注入材料を含有するバッファ層が形成された後、電極成膜室75へ送られ、バッファ層上にアルミニウム等の導電材料からなる上部電極膜が形成される。
図3(c)の符号10は有機薄膜15上にバッファ層18と上部電極膜19とが形成された状態の有機EL素子を示しており、有機薄膜15は上部電極膜19と透明電極膜13とで挟まれた状態になっている。
透明電極膜13と上部電極膜19は所定形状にパターニングされ、有機薄膜15の透明電極膜13と上部電極膜19とで挟まれた部分を画素として行列上に配置されており、画素を選択して透明電極膜13と上部電極膜19との間に電圧を印加すると、選択された画素にある第一〜第三の発光層16a〜16cが発光する。
第一〜第三の発光層16a〜16cに添加された蛍光剤は赤色、緑色、青色のように互いに補色関係にあり、第一〜第三の発光層16a〜16cは同じ場所に積層されているので、第一〜第三の発光層16a〜16cで発生した光は混合され、白色光となる。従って、第一〜第三の発光層16a〜16cからなる発光体8からは白色光が放出される。
1つの画素には1色のフィルター12R、12G、12Bが配置されているので、1つの画素から放出される光は赤、緑、青のうちいずれか1色の光のみが透過し、基板11を通って有機EL素子10の外部に放出される。
従って、所望の色に対応する画素を選択して発光させれば、文字や図面等を表示することが可能であり、従ってこの有機EL素子10を表示装置に用いることができる。
上部電極膜19が形成された状態の有機EL素子10を更に搬出系統7の封止機構79に送り、有機薄膜が形成された部分をガラスキャップなどの封止キャップで封止すれば、有機EL素子が封止され、外部大気から保護される。
尚、ここでは搬入機構2は待機室29の他に搬送室20を有しており、未処理の処理対象物は、搬送室20に接続された搬入室21a、21bに先ず搬入され、搬入室21a、21b内部で加熱により水分が除去された後、搬送室20を介して冷却室22へ搬送され所定温度まで冷却される。
搬送室20と待機室29との間には、UV洗浄室26と積載室27が配置されており、冷却された後の処理対象物は搬送室20を通ってUV洗浄室26へ送られ、紫外線照射により処理対象物に付着する有機物が分解除去された後、一旦積載室27に蓄えられる。
積載室27へ蓄えられた処理対象物は待機室29へ取り出され、必要に応じてプラズマ照射室28へ送られ、プラズマ処理された後、待機室29を介して有機成膜室3へ搬入されるようになっている。
以上は、本発明の成膜装置1により形成された有機EL素子10を表示装置に用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、フィルター12R、12G、12Bを設けず、透明電極膜13と上部電極膜19とで有機薄膜15の広い領域を挟み、有機薄膜15の広い領域を発光させれば、有機EL素子の外部の広い領域に白色光を放出することが可能であり、このような有機EL素子を照明器具の発光装置に用いることができる。
以上は、有機薄膜15を、ホール輸送層14と発光層16a〜16cと電子輸送層17とで構成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものでははい。例えば白色光を放出する有機EL素子10を得るためには、最低でも補色関係にある発光層を2つ以上有していればよく、また、上述したホール輸送層14や電子輸送層17以外にも、ホール注入層、ホールブロック層、電子注入層等を設けることもできる。
以上は、蛍光剤を電子輸送剤と一緒に有機蒸着材料に添加する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、蛍光剤をホール輸送剤と一緒に有機蒸着材料に添加することもできる。蛍光剤の色は補色関係にあるものであれば特に限定されず、上述した赤色、緑色、青色の組み合わせ以外にも、例えば、青色と黄色の蛍光剤を有機蒸着材料に別々に添加し、2色の発光層を形成することもできる。
また、以上は各色の蛍光剤を別々の有機蒸着材料に添加する場合について説明したが本発明はこれに限定されず、補色関係にある2色以上の蛍光剤を同じ有機蒸着材料に添加して成膜を行い、1つの発光層で発光体を構成してもよい。
以上は補色関係にある2色以上の蛍光剤を有機蒸着材料に添加し、白色光を発生する有機薄膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、単色の光を放出する蛍光剤だけを用い、単色の光を発生する発光体を形成してもよい。例えば、蛍光剤として赤色の光を発生するものを用いて単色光を発生する発光体を形成した場合には、有機EL素子からは赤色の光が放出されることになる。
以上は、蒸着源43を5つの単位有機蒸着源(第一〜第五の単位有機蒸着源)で構成する場合について説明したが、単位有機蒸着源の数は特に限定されるものではない。単位有機蒸着源の数は有機薄膜の種類によって決定されるものであり、1つの単位有機蒸着源や6つ以上の単位有機蒸着源で蒸着源を構成してもよい。
また、以上は各単位有機蒸着源45a〜45eにそれぞれ異なる有機蒸着材料47a〜47eを配置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、2つ以上の単位有機蒸着源45a〜45eに同じ種類の有機蒸着材料47a〜47eを配置することもできる。例えば、全ての単位有機蒸着源45a〜45eに同じ有機蒸着材料を配置すれば、単層構造であって、膜厚の多きい有機薄膜を得ることができる。
搬送体が蒸着源43上を通過するときの速度は一定であってもよいし、各単位有機蒸着源上でその移動速度を変えてもよい。以上は有機成膜室3内部に位置合わせ手段を2つ配置し、2箇所で位置合わせを行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、成膜場所の通過に要する時間に比べ、処理対象物とマスクとの位置合わせにかかる時間が非常に長くかかる場合には、3つ以上の位置合わせ手段を設けてもよい。
以上は、処理対象物5を搬入機構2から直接第一、第二の位置合わせ手段35a、35bに配置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、搬入機構2から有機成膜室3内部の搬入場所に一旦処理対象物を配置してから、該搬入場所から処理対象物を各位置合わせ手段35a、35bへ移動させることもできる。
本発明の成膜装置を説明する平面図 搬送体の断面図 (a)〜(c):有機EL素子を製造する工程を説明する断面図 位置合わせ手段を説明するための断面図 有機成膜室の蒸着源が配置された場所の断面図
1……成膜装置 2……搬入機構 3……有機成膜室 5、5c〜5e……搬送体 7……搬出機構 8……発光体 9……処理対象物 10……有機EL素子 11……基板 15……有機薄膜 30……位置合わせ機構 33……搬送機構 38……分離機構 43……蒸着源 53、53a、53b、53g〜53m……マスク

Claims (5)

  1. 処理対象物とマスクを重ね合わせて搬送体を形成し、前記搬送体を蒸着源上で通過させて成膜する成膜装置であって、
    有機成膜室と、
    前記有機成膜室内に設置され、前記処理対象物と前記マスクとを位置合わせし、前記マスクの上に前記処理対象物を載置して前記搬送体を形成する複数の位置合わせ手段と、前記複数の位置合わせ手段で形成された前記搬送体を、順次、前記蒸着源上を通過するように搬送する搬送手段と、
    前記蒸着源上を通過した前記搬送体を、前記処理対象物と前記マスクに分離する分離機構と、
    前記分離機構で分離された前記マスクを、前記複数の位置合わせ手段に搬送するマスク搬送手段を有する、
    成膜装置。
  2. 前記搬送体は前記複数の位置合わせ手段から交互に前記搬送手段に送られる請求項1に記載の成膜装置。
  3. 前記蒸着源は、それぞれ異なる有機材料を蒸発する複数の有機蒸着源を有し、前記複数の有機蒸着源は、前記搬送手段の搬送方向に沿って配置されている、
    請求項1又は2のいずれか1項に記載の成膜装置。
  4. 前記搬送手段は、複数の前記搬送体を一定の速度、一定間隔で搬送する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の成膜装置。
  5. 前記マスク搬送手段を複数有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の成膜装置。
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