JP4464085B2 - 薄膜形成装置及び薄膜形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、有機LED素子の発光層に用いられる有機薄膜を蒸着によって形成するための薄膜形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、フルカラーフラットパネルディスプレイ用の素子として、有機LED素子が注目されている。有機LED素子は、蛍光性有機化合物を電気的に励起して発光させる自発光型素子で、高輝度、高視野角、面発光、薄型で多色発光が可能てあり、しかも数Vという低電圧の直流印加で発光する全固体素子で、かつ低温においてもその特性の変化が少ないという特徴を有している。
【0003】
図6は、従来の有機LED素子を作成するための真空蒸着装置の概略構成図である。図6に示すように、この有機薄膜形成装置101にあっては、真空槽102の下部に蒸発源103が配設されるとともに、この蒸発源103の上方に成膜対象物である基板104が配置されている。そして、蒸発源104から蒸発される有機材料の蒸気を、マスク105を介して基板104に蒸着させることによって所定パターンの有機薄膜を形成するようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、マスクのピッチのファイン化に伴い、従来の技術では均一な膜厚分布を得ることが困難で、このため、画素の発光にむらが生ずるとともに、膜厚の薄い領域において電流が流れ過ぎることによって素子の劣化を引き起こし、これにより有機LED素子の寿命が制限されるという間題があった。
【0005】
特に、マスクのファインピッチ化に伴い成膜速度を正確に測定することが求められているが、従来技術では困難であるという課題があった。
【0006】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、成膜速度を正確に測定して均一な膜厚分布の有機薄膜を形成しうる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項1記載の発明は、所定の成膜対象物に対して有機材料の薄膜を形成するための真空槽と、所定の蒸着材料の蒸気が通過する細長形状の蒸発口を有し、前記真空槽内において前記成膜対象物に対して前記蒸発口の幅方向へ相対的に移動するように配設された蒸発源と、前記蒸発源を、前記成膜対象物に対して成膜を行わない待機位置と前記成膜対象物に対して成膜を行う成膜位置との間で相対的に移動させる移動機構と、前記待機位置での前記蒸発源の成膜速度を検出するための膜厚センサとを有し、前記膜厚センサが、前記待機位置での前記蒸発源の成膜速度が安定したことを検出した後、前記移動機構が前記蒸発源を前記成膜位置に移動させ、前記成膜位置では前記蒸発源の温度を保持して前記成膜対象物に成膜を行う薄膜形成装置である。
【0008】
また、本発明においては、前記移動機構が前記蒸発源を前記成膜対象物に対して移動させながら前記成膜対象物に成膜を行うこともできる。
また、本発明においては、前記膜厚センサを前記成膜対象物の側方に配設するとともに、前記蒸発源を、前記待機位置において前記膜厚センサに対して対向配置する一方で前記成膜位置において前記成膜対象物に対して対向配置されるように構成することもできる。
【0009】
前記膜厚センサおよび前記移動機構は制御部に接続されていてもよい。
また、前記膜厚センサおよび前記成膜対象物の間の空間を仕切るための仕切り部材が設けられていてもよい。
【0010】
一方、本発明の薄膜形成方法は、真空中において成膜対象物上に有機材料の薄膜を形成する薄膜形成方法であって、所定の蒸着材料の蒸気が通過する細長形状の蒸発口を有する蒸発源を前記成膜対象物に対して成膜を行わない待機位置に配した状態で前記待機位置での前記蒸発源の成膜速度を検出する工程と、前記成膜速度が安定した後に、前記蒸発源を、前記成膜対象物に対して成膜を行う成膜位置に向って前記蒸発口の幅方向へ相対的に移動させる工程と、前記成膜位置において、前記蒸発源の温度を保持して前記成膜対象物に成膜を行う工程を有する。
また、本発明においては、前記蒸発源を前記成膜対象物に対して前記蒸発口の幅方向へ相対的に移動させながら前記成膜対象物に成膜を行うこともできる。
【0011】
本発明にあっては、細長形状の蒸発口を有する蒸発源を所定の待機位置に配した状態で当該蒸着材料の成膜速度を検出した後に、成膜対象物に対して蒸発源を所定の成膜位置に向って前記蒸発口の幅方向へ相対的に移動させて成膜を行うようにしたことから、蒸着材料の成膜速度の検出を容易且つ正確に行うことが可能になる。
【0012】
また、本発明においては、蒸着材料の成膜速度が安定した後に成膜を行うことができるので、膜厚分布の均一化を図ることができ、これにより画素の発光むらを防止することができるとともに、長寿命の有機LED素子を効率良く製造することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る薄膜形成装置の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0014】
図1(a)は、本発明に係る薄膜形成装置の好ましい実施の形態の正面側断面図、図1(b)は、同実施の形態の制御系の構成を示すブロック図である。また、図2(a)は、同薄膜形成装置の側面側断面図、図2(b)は、同実施の形態の蒸発源の平面図である。図3は、同実施の形態における蒸発源の蒸発口とマスクとの関係を示す説明図である。
【0015】
図1に示すように、本実施の形態の薄膜形成装置1は、図示しない真空排気系に接続された真空槽2を有し、この真空槽2の下方には蒸発源3が配設されている。
【0016】
図2に示すように、本実施の形態の場合、蒸発源3は、長方体形状の容器30を有し、この容器30内に所定の有機系の蒸着材料(例えばAlq3(トリ−(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(III))40が収容されている。そして、容器30の上方近傍に設けたヒータ31、32によって蒸着材料40を加熱するように構成されている。
【0017】
ここで、上側のヒータ31には、細長の長方形形状に形成された蒸発口33が設けられ、この蒸発口33を蒸発材料40の蒸気が通過して基板5に向かうようになっている。
【0018】
一方、真空槽2の上部には、基板ホルダー4が設けられ、この基板ホルダー4に、蒸着膜を形成すべき基板(成膜対象物)5が固定されている。そして、基板5の下方近傍にはマスク6が設けられている。
【0019】
図3に示すように、本実施の形態の場合、マスク6には、基板5上に所定の薄膜を蒸着するための複数の素子パターン60が形成されている。
【0020】
図1(a)および(b)に示すように、本実施の形態においては、蒸発源3が、例えば図示しないボールねじ等を有する移動機構20を用いて移動するように構成されている。この移動機構20は、後述する制御部21に接続され、所定の所定のプログラムに基づいて制御されるようになっている。
【0021】
図1に示すように、本実施の形態の蒸発源3は、例えば図示しないボールねじを用いて基板5に対して相対的に移動するように構成されている。
【0022】
この場合、蒸発源3は、蒸発口33の幅方向に移動可能で、かつ、基板5に対して相対的に往復動するように構成されている。
【0023】
また、蒸発源3の移動範囲は、図1の2点鎖線で示す待機位置からが基板5の全面を横切るまでの範囲である。
【0024】
ここで、図1の矢印は、蒸発源3の蒸発口33の中心軸線の移動範囲を示すものである。そして、真空槽2内の上部には、成膜速度を測定するための膜厚センサ50が設けられている。
【0025】
本実施の形態の場合は、待機位置に位置する蒸発源3の蒸発口33の上方に膜厚センサ50が配設されている。そして、この膜厚センサ50は上記制御部21に接続されている。さらに、膜厚センサ50の近傍には、膜厚センサ50と基板5との間の空間を仕切る仕切り部材70が設けられている。
【0026】
図4及び図5は、本発明に係る薄膜形成方法の実施の形態を示す正面側断面図である。本実施の形態においては、まず、基板5を真空槽2内に搬入し、図4に示すように、蒸発源3が待機位置に位置している状熊でヒータ31、32への通電を行い、蒸着材料40の蒸発を開始する。
【0027】
そして、蒸発源3の蒸発口33から流出する蒸着材料40の成膜速度を膜厚センサ50によって検出し、その値が所定の値に到達した時点で蒸発源3を成膜位置に向って矢印P方向へ移動させる。
【0028】
この移動の直後に、蒸発源3のヒータ31、32の温度を制御して蒸着材料40の温度を所定の温度に保持し、これにより蒸着材料40の成膜速度を一定の速度に制御して成膜を行う。
【0029】
図5に示すように、蒸発源3の蒸発口33が基板5の全面を横切った後、蒸発源3を待機位置に向って矢印Q方向へ移動させる。この場合、蒸発源3の蒸発口33が基板5の全面を横切るまて上記蒸発源3のヒータ31、32の温度制御を行う。
【0030】
そして、蒸発源3の蒸発口33が基板5の全面を横切った後、ヒータ31、32への通電を停止する。これにより、蒸発源3が待機位置に戻った時点では蒸発口33からは蒸着材料40は流出しない。
【0031】
その後、基板5を真空槽2から搬出し、新たな基板5を真空槽2内へ搬入して上述した工程を繰り返す。
【0032】
以上述べたように本実施の形熊によれば、蒸発源3を待機位置に配した状態で膜厚センサ50によって成膜速度を検出した後に、蒸発源3を成膜位置に向って移動させて成膜を行うようにしたことから、予め蒸着材料40の成膜速度を容易且つ正確に検出しておくことが可能になる。
【0033】
また、本実施の形態においては、蒸着材料40の成膜速度が安定した後に成膜を行うことができるので、膜厚分布の均一化を図ることができ、これにより画素の発光むらを防止することができるとともに、長寿命の有機LED素子を効率良く製造することができる。
【0034】
しかも、本実施の形態の場合は、成膜の際にヒータ31、32による蒸着材料40の温度制御により成膜速度を制御することから、容易に成膜速度を均一に保つことができ、また、蒸発源3が移動して膜厚センサ50から離れているため、膜厚センサ50に付着する蒸着材科40の量を大幅に滅少させることができ、これにより膜厚センサ50のメンテナンスを頻繁に行う必要がなくなる。
【0035】
特に本実施の形態にあっては、膜厚センサ50と基板5との間の空間を仕切る仕切り部材70が設けられていることから、蒸発源3が待機位置に位置する場合には蒸着材料40が基板5側へ流出せず、蒸着材料40が基板5に付着してしまうことがない。
【0036】
また、成膜時には、蒸着材料40が膜厚センサ50側へ流出せず、蒸着材料40が膜厚センサ50に付着してしまうこともない。
【0037】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。例えば、上述の実施の形態においては、蒸発源を移動させて成膜を行うようにしたが、本発明はこれに限られず、基板側を移動させるようにすることも可能である。
【0038】
また、上記実施の形態においては、成膜時に蒸発源を1往復させるようにしたが、2往復以上させるようにしてもよい。
【0039】
さらに、本発明は有機LED素子の有機薄膜を形成するための装置に限られず、種々の蒸着装置に適用することができる。ただし、本発明は有機材料を用いて有機LED素子の有機薄膜を形成する場合に特に有効なものである。
【0040】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、成膜速度を正確に測定して均一な膜厚分布の有機薄膜を形成均一な膜厚分布の有機薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る薄膜形成装置の好ましい実施の形態の正面側断面図である。
【図2】 (a)は同薄膜形成装置の側面側断面図、(b)は同実施の形態の蒸発源の平面図である。
【図3】 同実施の形態における蒸発源の蒸発口とマスクとの関係を示す説明図である。
【図4】 本発明に係る薄膜形成方法の実施の形熊を示す正面側断面図である。
【図5】 本発明に係る薄膜形成方法の他の実施の形態を示す正面側断面図である。
【図6】 従来の有機LED素子を作成するための真空蒸着装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1…薄膜形成装置 2…真空槽 3…蒸発源 5…基板(成膜対象物)6…マスク 33…蒸発口 40…蒸着材料 50…膜厚センサ 70…仕切り部材
Claims (7)
- 所定の成膜対象物に対して有機材料の薄膜を形成するための真空槽と、
所定の蒸着材料の蒸気が通過する細長形状の蒸発口を有し、前記真空槽内において前記成膜対象物に対して前記蒸発口の幅方向へ相対的に移動するように配設された蒸発源と、
前記蒸発源を、前記成膜対象物に対して成膜を行わない待機位置と前記成膜対象物に対して成膜を行う成膜位置との間で相対的に移動させる移動機構と、
前記待機位置での前記蒸発源の成膜速度を検出するための膜厚センサとを有し、
前記膜厚センサが、前記待機位置での前記蒸発源の成膜速度が安定したことを検出した後、前記移動機構が前記蒸発源を前記成膜位置に移動させ、前記成膜位置では前記蒸発源の温度を保持して前記成膜対象物に成膜を行うことを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項1記載の薄膜形成装置において、前記移動機構が前記蒸発源を前記成膜対象物に対して移動させながら前記成膜対象物に成膜を行う薄膜形成装置。
- 請求項1または2記載の薄膜形成装置において、前記膜厚センサが前記成膜対象物の側方に配設され、前記蒸発源は、前記待機位置において前記膜厚センサに対して対向配置される一方で、前記成膜位置において前記成膜対象物に対して対向配置されるように構成されている薄膜形成装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜形成装置において、前記膜厚センサおよび前記移動機構は制御部に接続されている薄膜形成装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜形成装置において、前記膜厚センサおよび前記成膜対象物の間の空間を仕切るための仕切り部材が設けられている薄膜形成装置。
- 真空中において成膜対象物上に有機材料の薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
所定の蒸着材料の蒸気が通過する細長形状の蒸発口を有する蒸発源を前記成膜対象物に対して成膜を行わない待機位置に配した状態で前記待機位置での前記蒸発源の成膜速度を検出する工程と、
前記成膜速度が安定した後に、前記蒸発源を、前記成膜対象物に対して成膜を行う成膜位置に向って前記蒸発口の幅方向へ相対的に移動させる工程と、
前記成膜位置において、前記蒸発源の温度を保持して前記成膜対象物に成膜を行う工程を有する薄膜形成方法。 - 請求項6記載の薄膜形成方法において、前記蒸発源を前記成膜対象物に対して前記蒸発口の幅方向へ相対的に移動させながら前記成膜対象物に成膜を行う薄膜形成方法。
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