JP4429789B2 - 有機薄膜製造方法、有機薄膜製造装置 - Google Patents

有機薄膜製造方法、有機薄膜製造装置 Download PDF

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Description

本発明は有機薄膜を形成する技術にかかり、特に、マスクを使用してパターニングされた有機薄膜を形成する技術に関する。
有機ELの形成において、蒸着により基板上にR(レッド)G(グリーン)B(ブルー)の有機層を所定のパターンで形成する方法がある。この場合、基板の蒸着源側に、パターン形状の開口部を設けたマスクを設置して、蒸着を行う方法が知られている。
マスクとして金属性のマスクが用いられている。形成される膜の精度を上げるため、マスクと基板を接近させることが好ましく、密着させることはより好ましい。これにより、斜め方向に飛来する蒸着物がマスク通過後、開口部からずれて蒸着することを抑制することができる。
近年、有機ELの画質の細密化が求められている。(従来の130dpiから、200dpi以上が求められる。200dpiの場合、RGBを1セットとした場合、セット間のピッチは126μm以下が求められる。)このように細密化が図られた高密度の有機ELを製作する場合、マスクの精度が高いことが求められる。
有機ELを形成する場合、RGBの素子の形成位置に合わせてマスクを代えて、もしくはマスクをずらして形成する場合があるため、マスクの精度が素子の精度に大きく影響する場合がある。
マスクの精度低下の要因として、温度によるマスクの熱膨張/収縮がある。特にメタルのマスクを使用する場合、熱膨張/収縮量が大きいことから問題となる場合がある。さらに、マスクを薄くした場合、熱の影響が大きくなる場合がある。 マスクは、蒸発源からの輻射熱や伝熱により熱膨張する場合があるが、蒸発源の改良や設置位置により蒸発源からの熱影響は低減されている。
上記のように、細密化により高精度のマスクが求められる場合、マスク上に設置される基板からの熱影響が問題となることが判明した。
特に、有機ELの基板は、有機形成の前にベーキング、UV照射、プラズマ前処理が行われ、高温になる場合がある。有機ELの製作においてもマルチチャンバ等により、一連の工程が連続的に進められるため、ベーキング等がおこなわれた、高温の状態の基板がマスクに設置される場合がある。この場合、基板の熱によりマスクが熱膨張することがある。
もしくは、蒸着が行われる成膜室内の雰囲気温度は外雰囲気より高温の場合がある。マスクは成膜室内に設置されているので外雰囲気より高温となっている。このマスクに外雰囲気に長時間さらされた外雰囲気温度の基板を設置すると、マスクが冷却されて収縮する場合がある。
このようなマスクの熱膨張/収縮が、蒸着時の有機層の形成における精度の低下を生じ、作成される素子の寸法精度を下げる。このため、高密度の有機ELが実現できない場合がある。
マスクを使用して有機薄膜の蒸着を行う先行技術は例えば次の公報に記載されている。
特開2003−129218号公報 特開2002−75638号公報 特開2003−297562号公報 特開2001−93667号公報
マスクを伸縮させずにパターニングされた有機薄膜を形成する技術を提供する。
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、成膜室内に配置されたマスクに近接して成膜対象物を配置し、有機蒸発源から有機化合物の蒸気を発生させ、前記マスクの孔を通して前記蒸気を前記成膜対象物表面に到達させ、前記成膜対象物表面にパターニングされた有機薄膜を形成する有機薄膜形成方法であって、前記マスクの温度を測定し、前記成膜対象物の温度を前記マスクの温度と一致させて前記マスクに近接配置する有機薄膜製造方法である。
請求項2記載の発明は、前記成膜対象物を前記成膜室内に搬入する前に前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とを一致させておく請求項1記載の有機薄膜製造方法である。
請求項3記載の発明は、温度調整室内に配置された前記成膜対象物を搬送室内に配置された搬送装置で取り出し、前記成膜室内に搬入する請求項2記載の有機薄膜製造方法であって、前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とを前記温度調整室内で一致させておく有機薄膜製造方法である。
請求項4記載の発明は、温度調整室内に配置された前記成膜対象物を搬送室内に配置された搬送装置で取り出し、前記成膜室内に搬入する請求項2記載の有機薄膜製造方法であって、前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とを前記搬送室内で一致させておく有機薄膜製造方法である。
請求項5記載の発明は、保持装置が配置された温度調整室と、有機蒸発源とマスクが配置された成膜室とを有し、前記保持装置に配置された成膜対象物を前記成膜室内に移動させ、前記マスクに近接配置し、前記有機蒸発源から有機化合物の蒸気を発生させ、前記マスクの孔を通して前記蒸気を前記成膜対象物表面に到達させ、前記成膜対象物表面にパターニングされた有機薄膜を形成するように構成された有機薄膜製造装置であって、前記マスクの温度を検出するマスク用温度センサと、前記保持装置に配置された前記成膜対象物を冷却する冷却装置と、前記保持装置に配置された前記成膜対象物の温度を検出する成膜対象物用温度センサとを有し、前記冷却装置は、前記マスク用温度センサと前記成膜対象物用温度センサが出力する信号に基いて前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とが一致するように動作するように構成された有機薄膜製造装置である。
請求項6記載の発明は、前記保持装置に配置された前記成膜対象物を加熱する加熱装置を有し、前記加熱装置は前記マスク用温度センサと前記成膜対象物用温度センサが出力する信号に基いて動作し、前記冷却装置の動作と共に、前記成膜対象物の温度を前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とが一致するように動作するように構成された請求項5記載の有機薄膜製造装置である。
請求項7記載の発明は、基板搬送装置が配置された搬送室と、有機蒸発源とマスクが配置された成膜室とを有し、前記基板搬送装置に配置された成膜対象物を前記成膜内に搬入し、前記マスクに近接配置し、前記有機蒸発源から有機化合物の蒸気を発生させ、前記マスクの孔を通して前記蒸気を前記成膜対象物表面に到達させ、前記成膜対象物表面にパターニングされた有機薄膜を形成するように構成された有機薄膜製造装置であって、前記マスクの温度を検出するマスク用温度センサと、前記基板搬送装置に配置された前記成膜対象物を冷却する冷却装置と、前記基板搬送装置に配置された前記成膜対象物の温度を検出する成膜対象物用温度センサとを有し、前記冷却装置は前記マスク用温度センサと前記成膜対象物用温度センサが出力する信号に基いて前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とが一致するように動作するように構成された有機薄膜製造装置である。
請求項8記載の発明は、前記基板搬送装置に配置された前記成膜対象物を加熱する加熱装置を有し、前記加熱装置は前記マスク用温度センサと前記成膜対象物用温度センサが出力する信号に基いて動作し、前記冷却装置の動作と共に、前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とが一致するように動作するように構成された請求項7記載の有機薄膜製造装置である。
マスクが伸縮しないので、正確なパターンの有機薄膜が得られる。
図1の符号1は、本発明の一例の有機薄膜製造装置を示している。
この有機薄膜製造装置1は、搬送室20を中心に、搬入室11と、前処理室12と、電極形成室13と、封止室14と、蒸着室15と、温度調整室16とが搬送室20の周囲に配置され、それぞれ搬送室20に接続されている。
搬入室11には、UV照射室18が接続され、UV照射室18にはベーキング室17が接続されている。
この有機薄膜創造装置10によって有機薄膜が形成される成膜対象物として、例えば表面に透明導電膜が形成されたガラス基板がある。
先ず、そのような成膜対象物をベーキング室17内に搬入し、大気又は酸素雰囲気中で180℃程度の温度に加熱し、有機物等の除去を行った後、UV照射室18内に移動させる。
UV照射室18には、紫外線照射装置が配置されており、搬入された基板に紫外線を照射すると、表面に吸着している有機物などの汚染物質が除去され、清浄な表面が露出する。
搬入室11と搬送室20との間のゲートバルブが閉じられ、搬送室20内の真空雰囲気が維持された状態で搬入室11とUV照射室18との間のゲートバルブが開けられ、UV照射室18での処理が終了した一乃至複数枚の成膜対象物は、搬入室11に搬入された後、搬入室11とUV照射室18との間のゲートバルブが閉じられ、搬入室11内が真空排気される。
搬送室20や、搬送室20に接続された他の室12〜16は予め真空排気されており、搬入室11内が所定圧力まで低下した後、搬入室11と搬送室20の間のゲートバルブが開けられる。
搬送室20の内部には、基板搬送ロボットから成る搬送装置40が配置されており、搬送装置40のモータ41を動作させ、ハンド42の回転と伸縮によって成膜対象物331〜334を搬送室11内から一枚ずつ取り出し、前処理室12内に搬入する。
前処理室12にはプラズマ発生装置が設けられており、前処理室12内に搬入された処理対象物は、その表面に形成された透明導電膜が生成されたプラズマに曝され、活性化された後、温度調整室16内に搬入される。
温度調整室16内には、図2に示すように保持装置30が配置されている。保持装置30には、一又は複数枚の基板保持板321〜324が設けられており、搬入された処理対象物は基板保持板321〜324上に一枚ずつ配置される。
図2の符号331〜334は複数の基板保持板321〜324上にそれぞれ1枚ずつ配置された成膜対象物を示している。
基板保持板321〜324内には、加熱装置と冷却装置が内蔵されている。
加熱装置は、一例として抵抗発熱体であり、温度調整室16の外部に配置された加熱装置用電源35によって通電されると発熱し、基板保持板321〜324上に配置された成膜対象物331〜334を昇温できるように構成されている。
冷却装置は、一例として、基板保持板321〜324の内部やに形成された流路と、流路に液状の冷却媒体を流すポンプ36と、ラジエータ等の昇温された冷却媒体の熱を放出させる熱放散装置と、流路とポンプ36と熱放散装置を接続するパイプとで構成されており、基板保持板321〜324で昇温された冷却媒体を熱放散装置で熱放散させながら巡回させると、基板保持板321〜324上の成膜対象物331〜334をを冷却できるよに構成されている。
また、各基板保持板321〜324には成膜対象物用温度センサ56が配置されており、各基板保持板321〜324上の成膜対象物の温度を測定できるように構成されている。
加熱装置用電源35と、ポンプ36と、成膜対象物用温度センサ56は制御装置39に接続されている。また、この制御装置39には、後述するマスク51の温度を検出するマスク用温度センサ55も接続されており、成膜対象物用温度センサ56によって測定される成膜対象物の温度と、マスク用温度センサ55によって測定されるマスク51の温度から制御装置39は加熱装置用電源35とポンプ36を制御し、成膜対象物の温度を制御するように構成されている。
基板保持板321〜324上に乗せられた成膜対象物331〜334は温度測定され、制御回路39によってマスク51の温度と比較され、マスク51の温度よりも成膜対象物331〜334の温度の方が高い場合はポンプ36によって冷却媒体を循環させ、 成膜対象物331〜334の温度を測定しながら成膜対象物331〜334を冷却する。成膜対象物331〜334の温度が低い場合、加熱装置用電源35を起動し、成膜対象物331〜334の温度を測定しながら加熱装置に通電して成膜対象物331〜334を昇温させる。
成膜対象物331〜334とマスク51が同温度になったら、冷却媒体と加熱装置を併用し、成膜対象物331〜334の温度がマスク51の温度と異ならないようにしておく。
搬送室20の内部の搬送装置40により、マスク51と一致した温度の成膜対象物331〜334を温度調整室16の内部から取り出し、蒸着室15内に搬入する。
蒸着室15の底壁上には有機蒸発源52が配置されており、該有機蒸発源52の内部には、有機蒸着材料53が配置されている。
前述のマスク51は所定パターンの孔が形成された金属薄板であり、有機蒸発源52の上方に配置されている。蒸着室15内に搬入された成膜対象物は、成膜面をマスク51に向け、マスク51の上側に配置される。符号33aは、その成膜対象物を示している。
その状態で有機蒸着材料53を昇温させ、有機蒸発源52を昇温させると有機蒸発源52から有機化合物蒸気が発生する。
有機蒸発源52とマスク51の間にはシャッター54が設けられており、有機化合物蒸気の放出が安定したところでシャッター54を開けると、有機化合物蒸気はマスク51に到達する。
マスク51には所定パターンの孔が形成されており、有機化合物蒸気はマスク51の孔を通って成膜対象物33aの表面に到達し、成膜対象物33a表面に孔のパターンと同じパターンの有機薄膜が形成される。
成膜対象物33aはマスク51と同温度なので、マスク51は伸縮せず、正確なパターンの有機薄膜が正確な位置に形成される。
シャッター54を閉じた後、有機薄膜が形成された成膜対象物33aを搬送装置40によって蒸着室15内に搬入し、スパッタ法や蒸着法等により、有機薄膜表面に金属薄膜を形成する。このとき、金属薄膜用のマスクを用いることにより、金属薄膜は所定パターンにパターニングされる。
次に、金属薄膜が形成された成膜対象物は、封止室14内に搬入され、ガラスや樹脂によって容器内に気密に封止されて表示装置が形成された後、搬入室11に戻され、搬送室20と搬入室11との間のゲートバルブが閉じられ、搬入室11内に大気が導入され、表示装置が取り出される。
この表示装置は、透明導電膜と金属薄膜との間に電圧が印加されると、有機薄膜が発光し、透明導電膜ガラス基板を透過して外部に光が放射される。
上記実施例では、成膜対象物の温度を制御する加熱装置と冷却装置を基板保持板321〜324に設けたが、赤外線や熱風によって加熱する場合は、図3の有機薄膜製造装置2のように、加熱装置37を温度調整室16の壁面に設けることができる。
また、加熱装置と冷却装置を搬送室20内に配置することもできる。
図4の有機薄膜製造装置3は、搬送室20内に、搬送装置40と共に温度調節台70配置されており、温度調節台70に加熱装置と冷却装置が取り付けられている。
この有機薄膜製造装置3では、温度調整室16に換え、準備室16'が設けられている。準備室16'内には保持装置60が配置されており、前処理室12内での前処理が終了した成膜対象物331〜334は基板保持板621〜624上に配置され、搬送装置40によって取り出され、温度調節台70上に乗せられる。
符号33bは、温度調節台70上の成膜対象物を示している。
この保持装置60も成膜対象物用温度センサ57を有しており、成膜対象物33bの温度を測定しながら加熱や冷却を行い、成膜対象物33bの温度がマスク51の温度と一致した後、蒸着室15内に搬入し、上記のように、所定パターンの有機薄膜を形成する。
図4の有機薄膜製造装置3では、搬送装置40とは別に、温度調節台70を設けたが、搬送装置40のハンド42に加熱装置と冷却装置と成膜対象物用温度センサを配置し、温度測定しながら成膜対象物を加熱・冷却し、成膜対象物の温度をマスクの温度と一致させてもよい。
上記は基板搬送ロボットから成る搬送装置40を用いたが、搬送装置40はロボットに限定されるものではない。
また、上記各実施例では、冷却装置を冷却媒体と流路と熱放散装置で構成したが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えばペルチェ素子等、成膜対象物を冷却できる装置を広く含む。
更にまた、上記各実施例では、冷却装置と加熱装置の両方を設けたが、蒸着室15に搬入する前の成膜対象物の温度がマスク51の温度よりも必ず低い場合は加熱装置だけを設けてもよい。逆に、成膜対象物の温度がマスク51の温度よりも必ず高い場合は冷却装置だけを設けることができる。
また、冷却装置や加熱装置を配置する前処理室は搬入室と別に設けてもよいし、搬入室と兼用させてもよい。冷却装置や加熱装置を搬送室20に配置した場合は、温度調整室には冷却装置や加熱装置は配置する必要はない。
要するに、本発明は、成膜対象物をマスク51に近接配置する前に成膜対象物51の温度を制御し、マスク51と略同じ温度にする方法と装置を広く含む。
本発明の有機薄膜製造装置の第一例 その内部を説明するための図面 本発明の有機薄膜製造装置の第二例 本発明の有機薄膜製造装置の第三例
符号の説明
1〜3……有機薄膜製造装置
11……搬入室
16……温度調整室
20……搬送室
331〜334、33a、33b……成膜対象物
51……マスク
55……マスク用温度センサ
57……成膜対象物用温度センサ

Claims (8)

  1. 成膜室内に配置されたマスクに近接して成膜対象物を配置し、
    有機蒸発源から有機化合物の蒸気を発生させ、
    前記マスクの孔を通して前記蒸気を前記成膜対象物表面に到達させ、前記成膜対象物表面にパターニングされた有機薄膜を形成する有機薄膜形成方法であって、
    前記マスクの温度を測定し、
    前記成膜対象物の温度を前記マスクの温度と一致させて前記マスクに近接配置する有機薄膜製造方法。
  2. 前記成膜対象物を前記成膜室内に搬入する前に前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とを一致させておく請求項1記載の有機薄膜製造方法。
  3. 温度調整室内に配置された前記成膜対象物を搬送室内に配置された搬送装置で取り出し、前記成膜室内に搬入する請求項2記載の有機薄膜製造方法であって、
    前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とを前記温度調整室内で一致させておく有機薄膜製造方法。
  4. 温度調整室内に配置された前記成膜対象物を搬送室内に配置された搬送装置で取り出し、前記成膜室内に搬入する請求項2記載の有機薄膜製造方法であって、
    前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とを前記搬送室内で一致させておく有機薄膜製造方法。
  5. 保持装置が配置された温度調整室と、
    有機蒸発源とマスクが配置された成膜室とを有し、
    前記保持装置に配置された成膜対象物を前記成膜室内に移動させ、前記マスクに近接配置し、
    前記有機蒸発源から有機化合物の蒸気を発生させ、
    前記マスクの孔を通して前記蒸気を前記成膜対象物表面に到達させ、前記成膜対象物表面にパターニングされた有機薄膜を形成するように構成された有機薄膜製造装置であって、
    前記マスクの温度を検出するマスク用温度センサと、
    前記保持装置に配置された前記成膜対象物を冷却する冷却装置と、
    前記保持装置に配置された前記成膜対象物の温度を検出する成膜対象物用温度センサとを有し、
    前記冷却装置は、前記マスク用温度センサと前記成膜対象物用温度センサが出力する信号に基いて前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とが一致するように動作するように構成された有機薄膜製造装置。
  6. 前記保持装置に配置された前記成膜対象物を加熱する加熱装置を有し、
    前記加熱装置は前記マスク用温度センサと前記成膜対象物用温度センサが出力する信号に基いて動作し、前記冷却装置の動作と共に、前記成膜対象物の温度を前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とが一致するように動作するように構成された請求項5記載の有機薄膜製造装置。
  7. 基板搬送装置が配置された搬送室と、
    有機蒸発源とマスクが配置された成膜室とを有し、
    前記基板搬送装置に配置された成膜対象物を前記成膜内に搬入し、前記マスクに近接配置し、
    前記有機蒸発源から有機化合物の蒸気を発生させ、
    前記マスクの孔を通して前記蒸気を前記成膜対象物表面に到達させ、前記成膜対象物表面にパターニングされた有機薄膜を形成するように構成された有機薄膜製造装置であって、
    前記マスクの温度を検出するマスク用温度センサと、
    前記基板搬送装置に配置された前記成膜対象物を冷却する冷却装置と、
    前記基板搬送装置に配置された前記成膜対象物の温度を検出する成膜対象物用温度センサとを有し、
    前記冷却装置は前記マスク用温度センサと前記成膜対象物用温度センサが出力する信号に基いて前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とが一致するように動作するように構成された有機薄膜製造装置。
  8. 前記基板搬送装置に配置された前記成膜対象物を加熱する加熱装置を有し、
    前記加熱装置は前記マスク用温度センサと前記成膜対象物用温度センサが出力する信号に基いて動作し、前記冷却装置の動作と共に、前記成膜対象物の温度と前記マスクの温度とが一致するように動作するように構成された請求項7記載の有機薄膜製造装置。
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