JP5417552B2 - 蒸着粒子射出装置および蒸着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蒸着粒子射出装置および該蒸着粒子射出装置を蒸着源として備えた蒸着装置に関するものである。
近年、様々な商品や分野でフラットパネルディスプレイが活用されており、フラットパネルディスプレイのさらなる大型化、高画質化、低消費電力化が求められている。
そのような状況下において、有機材料の電界発光(エレクトロルミネッセンス;以下、「EL」と記す)を利用した有機EL素子を備えた有機EL表示装置は、全固体型で、低電圧駆動、高速応答性、自発光性等の点で優れたフラットパネルディスプレイとして、高い注目を浴びている。
有機EL表示装置は、例えば、TFT(薄膜トランジスタ)が設けられたガラス基板等からなる基板上に、TFTに接続された有機EL素子が設けられた構成を有している。
有機EL素子は、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素子であり、第1電極、有機EL層、および第2電極が、この順に積層された構造を有している。そのうち、第1電極はTFTと接続されている。
また、第1電極と第2電極との間には、上記有機EL層として、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層等を積層させた有機層が設けられている。
フルカラーの有機EL表示装置は、一般的に、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色の有機EL素子をサブ画素として基板上に配列形成してなり、TFTを用いて、これら有機EL素子を選択的に所望の輝度で発光させることにより画像表示を行っている。
このような有機EL表示装置の発光部における有機EL素子は、一般的に、有機膜の積層蒸着によって形成される。有機EL表示装置の製造においては、少なくとも各色に発光する有機発光材料からなる発光層が、発光素子である有機EL素子毎に所定のパターンで成膜される。
積層蒸着による所定のパターンの成膜には、例えば、シャドウマスクと称されるマスクを用いた蒸着法の他、インクジェット法、レーザ転写法等が適用可能である。そのうち、現在では、シャドウマスクと称されるマスクを用いた真空蒸着法を用いるのが最も一般的である。
シャドウマスクと称されるマスクを用いた真空蒸着法では、内部を減圧状態に保持することができる真空チャンバ内に、蒸着材料を蒸発あるいは昇華させる蒸着源を配置し、例えば高真空下で蒸着材料を加熱して蒸着材料を蒸発または昇華させる。
このような真空蒸着法では、蒸着源として、るつぼと称される加熱容器内に蒸着材料が収容された蒸着粒子射出装置が用いられる。
図17は、真空蒸着法で用いられる一般的な蒸着材料射出装置400の概略構成を、被成膜基板200および蒸着用のマスク300と併せて示す断面図であり、図18は、図17に示す蒸着粒子射出装置400の概略構成を示す斜視図である。
図17および図18に示すように、るつぼ402内で加熱されて蒸発または昇華した蒸着材料は、蒸着粒子として、るつぼ402を収容するホルダ401に設けられた射出口401aから外部に射出される。
このとき、図17に示すように、所望の領域のみが開口している蒸着用のマスク300の開口部301を介して被成膜基板200上に蒸着粒子を蒸着して堆積させることで、被成膜基板200上の所望の領域に蒸着膜を形成することができる。
日本国公開特許公報「特開2004−137583号公報(2004年5月13日公開)」 日本国公開特許公報「特開2007−100216号公報(2007年4月19日公開)」 日本国公開特許公報「特開2010−13731号公報(2010年1月21日公開)」
しかしながら、図17に示すように、るつぼ402で加熱されて蒸発または昇華した蒸着材料は、ホルダ401の内壁401bで散乱したり、蒸着粒子同士の衝突を繰り返した後、射出口401aから射出される。
また、蒸着粒子射出装置400の射出口401aはノズル型(筒状)になっており、射出口401aの内壁でも蒸着粒子の散乱が生じる。また、狭くなった射出口401aの筒部分で蒸着粒子の密度が上昇することで、蒸着粒子同士の衝突が発生し、蒸着粒子が散乱される。
このような蒸着粒子の散乱により、射出口401aから射出された蒸着粒子は、様々な方向に射出され、指向性が低下する。
このように、従来は、ホルダ401の内壁401bや射出口401aの壁面での蒸着粒子の反射・散乱や、高密度化した射出口401a付近での蒸着粒子の散乱によって、斜め方向に射出される蒸着粒子の割合が多くなり、蒸着粒子の射出角度が大きくなることで、射出された蒸着粒子の広がりが大きくなっていた。
一般的に、蒸着粒子の蒸着密度の分布σ(θ)、言い換えれば、被成膜基板200上に蒸着される蒸着膜の膜厚分布は、余弦則に従い、経験的に次式(1)
σ(θ)=Acosn+3θ…(1)
で示されるとされている。
ここで、θは、図18に示すように、法線方向と射出された蒸着粒子とがなす角度である。
図19に、蒸着粒子分布グラフとして、θ=0のときの蒸着膜の中心膜厚を100%(σ=1.0)として正規化したときの蒸着粒子の蒸着密度の分布(蒸着粒子分布σ)と蒸着粒子の射出角度θと係数nとの関係を示す。
なお、このときの測定条件としては、蒸着源に、直径2mm、法線方向の長さ25mmの射出口401aを有する蒸着粒子射出装置400を使用した。また、被成膜基板200として無アルカリガラス基板を使用し、蒸着材料にはAlq(アルミニウムキノリノール錯体、aluminato-tris-8-hydroxyquinolate、昇華温度:305℃)を使用した。無アルカリガラス基板と射出口401aとの距離は125mmであり、成膜レートを0.1nm/secとし、真空チャンバ内の真空度は1×10−3Pa以下とした。また、成膜は、無アルカリガラス基板上に中心膜厚が100nmとなるように成膜した。るつぼ402の温度は、340℃とした。ホルダ401の高さは80mmとした。
図19に示すように、式(1)中、nが大きいほど、射出口401aの正面方向(法線方向)に蒸着粒子の分布が集中し、高指向性となる。一方、指向性が低いほど蒸着粒子は広がる。
蒸着粒子の密度は、射出口401aの正面が最も高く、射出角度θが大きくなるにつれ、緩やかに低下する。
このため、指向性が低いほど、被成膜基板200以外に付着する蒸着粒子の量が増える。
図17に示すような通常のるつぼ型の蒸着粒子射出装置400の場合、n=2〜3程度である。射出口401aを伸ばしても、その内壁での散乱が生じるため、指向性はあまり向上しない。
真空蒸着法の場合、被成膜基板200に向かって射出された蒸着粒子は成膜に寄与するが、それ以外の蒸着粒子は成膜には寄与しない。
このため、真空蒸着法の場合、被成膜基板200上に堆積された蒸着膜以外は全て材料の損失となる。このため、指向性が低いほど、材料利用効率が低くなる。
ここで、材料利用効率とは、蒸着時に使用する蒸着材料のうち実際に活用される蒸着材料の比率を示し、(被成膜基板200および蒸着用のマスク300に付着する蒸着材料の量)/(蒸着源から射出された蒸着材料の量)で示される。
有機EL表示装置の発光部にある有機EL素子は、有機膜の積層蒸着によって構成されている。
特に、有機EL層を構成する有機材料は、電気伝導性、キャリア輸送性、発光特性、熱的および電気的安定性等を有する特殊な機能性材料であり、その材料単価は非常に高価である。
しかしながら、従来の蒸着粒子射出装置400は、上記したように指向性が低く、多量の蒸着材料が被成膜基板200以外に付着し、材料の無駄となっていた。このため、材料利用効率が低かった。
このため、材料利用効率を向上させる必要がある。
材料利用効率を向上させる方法としては、蒸着源の高指向性を図ることで、被成膜基板200の配設方向に効率良く蒸着粒子を射出する方法が考えられる。
特許文献1には、蒸着源の有機材料を有効に利用するために、規制板を用いて蒸着流の方向を制御することが開示されている。
図20は、特許文献1に記載の蒸着粒子射出装置500の概略構成を、被成膜基板200と併せて示す要部断面図である。
図20に記載の蒸着粒子射出装置500は、3つの積層された枠体501〜503を備えている。枠体501〜503の周囲には、加熱用のコイル504が巻き付けられている。
図20に示すように、最下層の枠体501は、蒸着材料を収容して該蒸着材料を加熱蒸発させる加熱部である。枠体501内には、蒸着材料および電磁誘導によって発熱する充填材505が収容されている。
枠体502・503は、加熱部である枠体501から被成膜基板200に向かう蒸着流の方向を制御する蒸着流制御部である。枠体502・503内には、枠体501から被成膜基板200に向かう方向に立設された規制板506によって区切られた複数の流通区画507が形成されている。
これにより、蒸着流は、複数の流通区画507における規制板506の側面に沿った方向に規制される。
規制板506もしくは枠体502・503は、電磁誘導によって発熱または加熱する材料で形成されている。
特許文献1によれば、蒸着源が上記の構成を有することで、枠体501にて蒸発した蒸着材料の蒸着流の方向が、枠体502・503で制御される。これにより、枠体502・503を通過した蒸着流のみが被成膜基板200に向かい、枠体502・503を通過しなかった蒸着材料は、最下層の枠体501内に回収される。したがって、蒸着材料を有効に利用することができる。
蒸着流は、複数の流通区画507の側面に沿った方向に規制される。
図21の(a)〜(e)は、規制板506によって形成される流通区画507の形状例を示す斜視図である。
しかしながら、特許文献1に記載の蒸着粒子射出装置500は、上記したように規制板506も加熱されているため、規制板506の表面に達した蒸着粒子(この集まりが蒸着流となる)は、規制板506から熱エネルギーをもらい、その進行方向は散乱される。
また、特許文献1に記載の蒸着粒子射出装置500は、枠体502・503内が規制板506によって複数の流通区画507に区画されているので、蒸着粒子の密度が流通区画507内で高くなる。
このため、蒸着粒子同士の衝突が生じ、これによっても、蒸着粒子の進行方向が散乱される。
したがって、蒸着流が被成膜基板200に向かうように十分な指向性を得ることは、この構造では困難である。
すなわち、上記の方法では、蒸着源の内壁面による散乱の影響や蒸着粒子の密度の増大による散乱の影響について解決し得ない。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、簡便な構造で蒸着粒子の指向性を向上させることができる蒸着粒子射出装置および蒸着装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明にかかる蒸着粒子射出装置は、(1)蒸着材料を加熱して気体状の蒸着粒子を発生させる蒸着粒子発生部と、(2)上記蒸着粒子を外部に射出する少なくとも1つの射出口を有するホルダと、(3)上記ホルダ内に設けられた複数段の板状部材とを備え、上記複数段の板状部材は、上記少なくとも1つの射出口に対応してそれぞれ少なくとも1つの貫通口を有し、上記蒸着粒子発生部と射出口との間に、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向に互いに離間して設けられており、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記射出口および各板状部材の貫通口はそれぞれ重なっており、上記複数段の板状部材に設けられた貫通口および射出口のうち、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、互いに重なり合う射出口と各板状部材の貫通口の少なくとも一部とは、上記射出口側ほどその開口径が狭くなっていることを特徴としている。
上記の構成によれば、各貫通口が重なった部分を通って、蒸着粒子発生部から射出口に直接、蒸着粒子が放出されることが可能となっている。このようにホルダ内のどこにも接触せずにそのまま射出口外に射出される蒸着粒子の最大射出角度は、蒸着粒子がホルダの内壁で反射・散乱して射出口外に射出される場合と比べて、狭い角度に制限される。
したがって、上記の構成によれば、各貫通口を通って上層に移動する、射出角度の小さい蒸着粒子の割合を増加させることができ、指向性を向上させることができる。
また、上記の構成によれば、射出口の開口方向(蒸着粒子発生部から被成膜基板に向かう方向)における見掛け上の貫通口の長さ(ノズル長)を長くすることができる。
しかも、上記蒸着粒子射出装置には、筒のような狭い空間がないので、各貫通口付近で蒸着粒子の密度が上がらず、蒸着粒子の衝突頻度が低減する。
このため、上記の構成によれば、蒸着粒子の衝突・散乱を抑制・防止するとともに、ノズル長効果による蒸着流のコリメート性(平行流化)の向上を図ることができる。
したがって、上記の構成によれば、簡便な構造で蒸着粒子の指向性を向上させることができる。
また、上記蒸着粒子射出装置を用いることで、蒸着流(蒸着粒子)の分布は、従来と比べて狭くなる。この結果、不要な部分に蒸着される蒸着粒子の量を低減することができ、材料利用効率を向上させることができる。
また、上記の構成によれば、従来と比べて、指向性が向上し、蒸着粒子の広がり角を小さくすることができるので、従来と同一量の蒸着流を射出している場合であっても、従来よりも蒸着粒子の密度が高くなり、蒸着速度が向上する。
また、本発明にかかる蒸着装置は、蒸着源として、上記蒸着粒子射出装置を備えている。
このため、上記蒸着装置によれば、簡便な構造で蒸着粒子の指向性を向上させることができるとともに、上記したように材料利用効率を向上させることができる。
しかも、上記の構成によれば、上記したように、従来と比べて指向性が向上し、蒸着粒子の広がり角を小さくすることができるので、従来と同一量の蒸着流を射出している場合であっても、従来よりも蒸着粒子の密度が高くなり、蒸着速度が向上する。
また、上記の構成によれば、隣り合う板状部材間に捕らえられた蒸着粒子が蒸着粒子発生部内に帰還し易い。そのため、蒸着粒子発生部内に帰還した蒸着粒子が直接蒸着粒子発生部から射出口外に放出されることにより、さらに指向性を向上させることができる。
本発明にかかる蒸着粒子射出装置および蒸着装置は、上記したように、蒸着粒子を外部に射出する少なくとも1つの射出口を有するホルダ内に、上記射出口と、蒸着粒子を発生させる蒸着粒子発生部との間に位置して設けられた複数段の板状部材を備えている。
そして、上記複数段の板状部材は、上記少なくとも1つの射出口に対応してそれぞれ少なくとも1つの貫通口を有し、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向に互いに離間して設けられており、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記射出口および各板状部材の貫通口は、それぞれ重なっている。
このため、各貫通口が重なった部分を通って、蒸着粒子発生部から射出口に直接、蒸着粒子が放出されることが可能となっている。このようにホルダ内のどこにも接触せずにそのまま射出口外に射出される蒸着粒子の最大射出角度は、蒸着粒子がホルダの内壁で反射・散乱して射出口外に射出される場合と比べて、狭い角度に制限される。
したがって、上記の構成によれば、各貫通口を通って上層に移動する、射出角度の小さい蒸着粒子の割合を増加させることができ、指向性を向上させることができる。
また、上記蒸着粒子射出装置および蒸着装置によれば、射出口の開口方向(蒸着粒子発生部から被成膜基板に向かう方向)における見掛け上の貫通口の長さ(ノズル長)を長くすることができるとともに、蒸着粒子の衝突頻度を低減させることができる。
したがって、簡便な構造で蒸着粒子の指向性を向上させることができ、材料利用効率を向上させることができる。また、蒸着粒子の密度が高くなるので、蒸着速度を向上させることができる。
また、本発明にかかる蒸着粒子射出装置および蒸着装置は、上記したように、上記複数段の板状部材に設けられた貫通口および射出口のうち、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、互いに重なり合う射出口と各板状部材の貫通口の少なくとも一部とは、上記射出口側ほどその開口径が狭くなっている。
このため、隣り合う板状部材間に捕らえられた蒸着粒子が蒸着粒子発生部内に帰還し易い。そのため、蒸着粒子発生部内に帰還した蒸着粒子が直接蒸着粒子発生部から射出口外に放出されることにより、さらに指向性を向上させることができる。
本発明の実施の形態1にかかる蒸着粒子射出装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態1にかかる蒸着装置における真空チャンバ内の主要構成要素を模式的に示す断面図である。 最上層以外の空間層におけるホルダの内壁位置の決定方法を説明するための、本発明の実施の形態1にかかる蒸着粒子射出装置の要部断面図である。 (a)・(b)は、2つの蒸着源を用いて蒸着膜を形成する方法を模式的に示す図であり、(a)は、蒸着源として本発明の実施の形態1にかかる蒸着粒子射出装置を用いた場合の図であり、(b)は、蒸着源として、一般的な蒸着粒子射出装置を用いた場合の図である。 蒸着源として本発明の実施の形態1にかかる蒸着粒子射出装置を用いた場合と一般的な蒸着粒子射出装置を用いた場合とにおける蒸着粒子分布と蒸着粒子の射出角度との関係を示すグラフである。 有機EL表示装置の概略構成を示す断面図である。 有機EL表示装置の表示部を構成する有機EL素子の概略構成を示す断面図である。 有機EL表示装置の製造工程を工程順に示すフローチャートである。 (a)・(b)は、蒸着源を1つ用いて蒸着膜を形成する方法を模式的に示す図であり、(a)は、蒸着源として本発明の実施の形態1にかかる蒸着粒子射出装置を用いた場合の図を示し、(b)は、蒸着源として、一般的な蒸着粒子射出装置を用いた場合の図を示している。 本発明の実施の形態1にかかる蒸着粒子射出装置において、ホルダ内に、メッシュ状の補助板が設けられた場合の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態2にかかる蒸着粒子射出装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態3にかかる蒸着粒子射出装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 (a)〜(c)は、本発明の蒸着粒子射出装置の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態4にかかる蒸着装置における要部の概略構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の形態4にかかる蒸着装置における真空チャンバ内の主要構成要素を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態4にかかる蒸着粒子射出装置の概略構成を示す断面図である。 真空蒸着法で用いられる一般的な蒸着材料射出装置の概略構成を、被成膜基板および蒸着用のマスクと併せて示す断面図である。 図17に示す蒸着粒子射出装置の概略構成を示す斜視図である。 θ=0のときの蒸着膜の中心膜厚を100%(σ=1.0)として正規化したときの蒸着粒子の蒸着密度の分布を示す蒸着粒子分布と蒸着粒子の射出角度と係数nとの関係を示す蒸着粒子分布グラフである。 特許文献1に記載の蒸着粒子射出装置の概略構成を、被成膜基板と併せて示す要部断面図である。 (a)〜(e)は、特許文献1において、規制板によって形成される流通区画の形状例を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について、図1〜図10に基づいて説明すれば、以下の通りである。
<蒸着装置の全体構成>
図2は、本実施の形態にかかる蒸着装置における真空チャンバ内の主要構成要素を模式的に示す断面図である。
図2に示すように、本実施の形態にかかる蒸着装置1は、真空チャンバ2、フレーム3、可動支持ユニット4、シャッタ5、シャッタ作動ユニット6、蒸着粒子射出装置移動ユニット7、蒸着粒子射出装置20・30、および図示しない制御部(制御回路)等を備えている。
フレーム3、可動支持ユニット4、シャッタ5、シャッタ作動ユニット6、蒸着粒子射出装置移動ユニット7、蒸着粒子射出装置20・30は、真空チャンバ2内に配されている。また、真空チャンバ2内における蒸着粒子射出装置20・30の上方には、蒸着粒子射出装置20・30と対向して、蒸着用のマスク300(蒸着マスク、以下「マスク」と称する)および被成膜基板200が配されている。
なお、以下の説明では、マスク300が、被成膜基板200に対応した大きさ(例えば平面視同一サイズ)を有し、被成膜基板200の被成膜面201に、図示しない固定手段によって密着固定される場合を例に挙げて説明する。
しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではない。マスク300は、後述する実施の形態に示すように、被成膜基板200とは離間して設けられていてもよく、被成膜基板200における被成膜領域よりも小さいサイズを有していてもよい。
また、被成膜基板200に蒸着膜のベタパターンを形成する場合には、マスク300を省略することができる。
マスク300は、選択的に設けることができ、蒸着装置1の付属部品として蒸着装置1を構成する構成物の一つであってもよく、そうでなくても構わない。
<マスク300の構成>
マスク300には、所望の位置・形状に、開口部301(貫通口)が形成されており、マスク300の開口部301を通過した蒸着粒子のみが被成膜基板200に到達して蒸着膜を形成する。
このとき、被成膜基板200に、画素毎に蒸着膜の成膜パターンを形成する場合には、マスク300として、画素毎に開口部301が形成されたファインマスクを使用する。
一方、被成膜基板200における表示領域全面に蒸着する場合には、表示領域全面が開口したオープンマスクを使用する。
画素毎に成膜パターンを形成する例としては、例えば発光層があり、表示領域全面に形成する例としては、正孔輸送層等がある。
開口部301は、被成膜基板200への蒸着膜のパターン形成として、例えば図7に示す後述するTFT(薄膜トランジスタ)基板110における発光層123R・123G・123Bの塗り分け形成を行う場合、これら発光層123R・123G・123Bの同色列のサイズとピッチに合わせて形成されている。
なお、図2では、一例として、マスク300に、例えば帯状(ストライプ状)の開口部301が、例えば一次元方向に複数配列して設けられている場合を例に挙げて図示している。
開口部301の長手方向は、走査方向(基板搬送方向、図2中、X軸方向)に平行になるように設けられており、走査方向に垂直な方向(図2中、Y軸方向)に複数並んで設けられている。
なお、マスク300としては、例えば、金属製のマスクが好適に用いられるが、これに限定されるものではない。
<真空チャンバ2の構成>
真空チャンバ2には、蒸着時に該真空チャンバ2内を真空状態に保つために、該真空チャンバ2に設けられた図示しない排気口を介して真空チャンバ2内を真空排気する真空ポンプ11が設けられている。
蒸着粒子の平均自由行程は、1.0×10−3Paよりも高い真空度となることで、必要十分な値が得られる。一方、真空度が1.0×10−3Paよりも低いと、同平均自由行程が短くなるため、蒸着粒子が散乱されて、被成膜基板200への到達効率が低下したり、コリメート成分が少なくなったりする。
このため、真空チャンバ2は、真空ポンプ11によって、1.0×10−4Pa以上の真空到達率に設定されている。言い換えれば、真空チャンバ2内の圧力は、1.0×10−4Pa以下に設定されている。
<フレーム3の構成>
フレーム3は、図2に示すように、真空チャンバ2の内壁2aに隣接して設けられている。
フレーム3は、防着板(遮蔽板)として用いられるとともに、真空チャンバ内構成物保持部材として用いられる。
フレーム3は、各蒸着粒子射出装置20・30の射出口21a・31aとマスク300における開口領域302(開口部301群の形成領域)とを結ぶ蒸着粒子の射出経路を除く、蒸着粒子射出装置30の周囲および真空チャンバ2の内壁2a等、真空チャンバ2内における、蒸着粒子が付着して欲しくない蒸着粒子の飛散領域(蒸着粒子の必要な飛散領域である射出経路以外の余計な飛散領域)を覆うように設けられている。
図2に示すように、上記蒸着装置1において、各蒸着粒子射出装置20・30から飛散した蒸着粒子はマスク300の開口領域302内に飛散するように調整されており、マスク300の外に飛散する蒸着粒子は、フレーム3で適宜除去される。
これにより、マスク300の開口領域302以外の余計な部分に蒸着粒子が付着して汚染されることを防ぐことができる。
また、フレーム3は、複数の棚段3aを備え、該棚段3aには、例えば可動支持ユニット4、シャッタ作動ユニット6等の真空チャンバ内構成物が保持・固定されている。
<可動支持ユニット4の構成>
前記したように、マスク300は、被成膜基板200の被成膜面201に、図示しない固定手段によって密着固定されている。
可動支持ユニット4は、被成膜基板200およびマスク300を、その水平姿勢を維持した状態で移動(搬送)可能に支持する基板移動ユニットである。
可動支持ユニット4は、ステッピングモータ(パルスモータ)等のモータ(XYθ駆動モータ)、コロ、およびギヤ等で構成される駆動部と、モータ駆動制御部等の駆動制御部とを備え、駆動制御部により駆動部を駆動させることで、被成膜基板200およびマスク300を移動させる。
図2に示す例では、可動支持ユニット4は、TFT基板等の被成膜基板200を、その被成膜面201が、マスク300の開口部形成面であるマスク面に面するように保持した状態で、YX平面内で、X軸方向に被成膜基板200およびマスク300を搬送(インライン搬送)して蒸着粒子射出装置20・30上を通過させることで、被成膜基板200の被成膜面201に蒸着材料を蒸着させる。
また、被成膜基板200には、マスク300と被成膜基板200との位置合わせ(アライメント)を行うための図示しないアライメントマーカが設けられている。
可動支持ユニット4は、上記したようにステッピングモータ等の図示しないモータを駆動させることで、被成膜基板200の位置ズレを解消し、適正な位置となるように位置補正を行う。
<シャッタ5の構成>
図2に示すように、マスク300と蒸着粒子射出装置30との間には、蒸着粒子射出装置30から射出された蒸着粒子のマスク300への到達を制御するために、被成膜基板200に向けて蒸着粒子を放射させるか否かを決定するシャッタ5が設けられている。
シャッタ5は、蒸着レートを安定化させる時や、蒸着が不要な時に蒸着粒子が真空チャンバ2内に射出されるのを防止する。
シャッタ5は、シャッタ作動ユニット6により、例えば、マスク300と蒸着粒子射出装置20・30との間に進退可能(挿入可能)に設けられている。これにより、例えば、被成膜基板200とマスク300とのアライメントを行っている最中に、被成膜基板200に蒸着粒子が到達しないように、蒸着粒子の射出経路を妨げる。
なお、シャッタ5は、被成膜基板200への成膜時以外は、蒸着粒子射出装置20・30における蒸着粒子(蒸着材料)の射出口21a・31aを覆っている。
<シャッタ作動ユニット6の構成>
シャッタ作動ユニット6は、図2に示すように、シャッタ5を保持するとともに、例えば、真空チャンバ外に設けられた、図示しない制御部からの蒸着OFF(オフ)信号/蒸着ON(オン)信号に基づいてシャッタ5を作動させる。
シャッタ作動ユニット6は、例えば、図示しないモータを備え、図示しないモータ駆動制御部によってモータを駆動させることで、シャッタ5を作動(移動)させる。
例えば、シャッタ作動ユニット6は、図示しない制御部からの蒸着OFF(オフ)信号に基づいてシャッタ5をX軸方向に移動させて、マスク300と蒸着粒子射出装置20・30との間にシャッタ5を移動させる。これにより、蒸着粒子射出装置20・30からマスク300に向かう蒸着粒子の射出経路を閉鎖する。
一方、シャッタ作動ユニット6は、図示しない制御部からの蒸着ON(オン)信号に基づいてシャッタ5をX軸方向に移動させて、マスク300と蒸着粒子射出装置20・30との間からシャッタ5を移動させる。これにより、蒸着粒子射出装置20・30からマスク300に向かう蒸着粒子の射出経路を開放する。
このように、シャッタ作動ユニット6を作動させて、マスク300と蒸着粒子射出装置20・30との間にシャッタ5を適宜差し挟むことで、被成膜基板200における余計な部分(非成膜領域)への蒸着を防止することができる。
<蒸着粒子射出装置移動ユニット7の構成>
蒸着粒子射出装置移動ユニット7は、図2に示すように、蒸着粒子射出装置20・30を載置するステージ8と、アクチュエータ9とを備えている。
ステージ8は、蒸着粒子射出装置20・30を支持する支持台であり、真空チャンバ2の底壁に設置されたアクチュエータ9上に載置されている。アクチュエータ9は、X軸駆動アクチュエータであり、ステージ8をX軸方向に移動させる。
但し、本実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば、蒸着粒子射出装置20・30は、真空チャンバ2の底壁に直接設置されていても構わない。
また、蒸着粒子射出装置移動ユニット7は、ステージ8およびアクチュエータ9として、XYZステージ等のステージと、Z軸駆動アクチュエータとを備えていてもよい。
XYZステージは、蒸着粒子射出装置20・30を支持するとともに、XYθ駆動モータ等の図示しないモータを備え、図示しないモータ駆動制御部によってモータを駆動させることで、蒸着粒子射出装置20・30を移動させる。
Z軸駆動アクチュエータは、制御信号を、マスク300の開口部形成面に垂直なZ軸方向の動きに変換することで、マスク300と蒸着粒子射出装置20・30との間の空隙(離間距離)を制御する。
マスク300と蒸着粒子射出装置20・30との間の空隙は、任意に設定することができ、特に限定されるものではない。しかしながら、蒸着材料の利用効率を高めるためには、空隙はできるだけ小さいことが望ましく、一例として、例えば100mm程度に設定される。
このように、蒸着粒子射出装置20・30は、蒸着粒子射出装置移動ユニット7によって、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の何れの方向にも移動自在に設けられていることが好ましい。
<蒸着粒子射出装置20・30の構成>
蒸着粒子射出装置20・30は、マスク300を介して被成膜基板200に対向配置されている。
蒸着粒子射出装置20・30は、高真空下で、成膜材料である蒸着材料を加熱して蒸発または昇華させることにより、有機発光材料等の蒸着材料を、蒸着粒子として射出する。
本実施の形態では、一例として、図2に示すように、蒸着粒子射出装置20・30が被成膜基板200の下方に配されており、被成膜基板200の被成膜面201が下方を向いている状態で、蒸着粒子射出装置20・30が、マスク300の開口部301を介して、蒸着粒子を下方から上方に向かって蒸着(アップデポジション)させる場合を例に挙げて説明する。
図1は、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20の概略構成を示す断面図である。
なお、蒸着粒子射出装置20・30は、図2に示すように、同じ構成を有している。そこで、以下では、蒸着粒子射出装置20を例に挙げて説明するが、蒸着粒子射出装置30の構成は、符号20〜26を、それぞれ、符号30〜36と読み替えたものに等しいことは、言うまでもない。
図1および図2に示すように、蒸着粒子射出装置20は、ホルダ21(筐体)、るつぼ22、板状部材23〜25(薄板、インナープレート)、および熱交換器26(加熱部材)とを備えている。
以下に、蒸着粒子射出装置20における各構成について説明する。
<ホルダ21の構成>
筐体であるホルダ21は、その内部に、るつぼ22および複数(複数段)の板状部材(本実施の形態では板状部材23〜25)を収容して保持する。
ホルダ21は、例えば円筒状または角筒状に形成されている。ホルダ21の天壁には、気体化された蒸着材料を外部に射出させる射出口21aが設けられている。
<熱交換器26の構成>
また、ホルダ21の周囲には、熱交換器26が設けられている。ホルダ21は、ヒータや電磁誘導等、ホルダ21の外部に設けられた熱交換器26によって加熱される。
<るつぼ22の構成>
るつぼ22は、内部に蒸着材料を収容(貯留)して加熱する加熱容器である。るつぼ22には、例えば、黒鉛、PBN(Pyrolytic Boron Nitride)、金属等からなる、従来蒸着源に使用されている常用のるつぼを用いることができる。
なお、ホルダ21およびるつぼ22は、熱伝導度の良い物質で形成されていることが、ホルダ21の外部に設けられた熱交換器26からの熱を効率良く熱伝導させることができることから好ましい。
熱交換器26でホルダ21を介してるつぼ22を加熱することにより、るつぼ22内の蒸着材料が蒸発(蒸着材料が液体材料である場合)または昇華(蒸着材料が固体材料である場合)して気体になる。
すなわち、るつぼ22は、気体状の蒸着粒子を発生させる蒸着粒子発生部として用いられる。
るつぼ22は、ホルダ21の最下層となるホルダ21の底部に設けられており、るつぼ22の上面は開口されている。
気体化した蒸着材料は、ホルダ21の射出口21aから、被成膜基板200に向かって射出される。
<板状部材23〜25の構成>
ホルダ21内における、るつぼ22の上方(すなわち、るつぼ22と射出口21aとの間)には、それぞれ上下方向に貫通する開口部(貫通口)を有する複数(複数段)の板状部材が、該開口部の開口方向(貫通方向)に互いに離間して重畳して配設されている。
本実施の形態では、図1および図2に示すように、るつぼ22から被成膜基板200に向かう鉛直方向(法線方向、すなわち、蒸着源から基板へ向かう方向)に、それぞれ開口部23a〜25aが設けられた3枚の板状部材23〜25が、互いに離間して重畳して配設されている。これにより、ホルダ21内には、板状部材23〜25で仕切られた4つの空間層が形成されている。
ホルダ21には、例えば、板状部材23〜25を支持する図示しない板受部が複数設けられている。各板状部材23〜25は、ホルダ21に設けられた図示しない板受部によってそれぞれ支持される。
板状部材23〜25は、それぞれ、ホルダ21の内径および形状に応じたサイズ並びに平面形状を有している。すなわち、板状部材23〜25の外径は、ホルダ21の内径と同一の大きさに形成されている。
るつぼ22から放出された蒸着粒子は、各板状部材23〜25に形成された開口部23a〜25aを通って、下流側となる上段の空間層に移動する。
このとき、各板状部材23〜25に形成された開口部23a〜25aおよび射出口21aは、図1に示すように、これら開口部23a〜25aおよび射出口21aの開口面に垂直な方向(言い換えれば、被成膜基板200の基板面に垂直な方向)に互いに重畳して設けられており、これら開口部23a〜25aおよび射出口21aに垂直な方向から見たときに(すなわち平面視で)、互いに重なりを有している。
なお、本実施の形態では、図1に示すように、各開口部23a〜25aが同じ大きさを有するとともに、その中心位置(開口中心)が一致している場合を例に挙げて示している。
このように上記開口部23a〜25aおよび射出口21aの開口面に垂直な方向から見たときに、上記開口部23a〜25aおよび射出口21aの中心位置がそれぞれ一致していることで、上記開口部23a〜25aおよび射出口21aは、図1中、領域Aで示すように、必ず、重なる領域を有することになる。
また、上記開口部23a〜25aおよび射出口21aの中心位置がそれぞれ一致していることで、上記開口部23a〜25aおよび射出口21aを通過する蒸着流を平行流化することができる。さらに、上記開口部23a〜25aおよび射出口21aの開口方向における見掛け上の貫通口の長さ(ノズル長)を長くすることができるので、ノズル長効果による蒸着流のコリメート性(平行流化)の向上を図ることができる。
しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、必ずしも中心位置が一致している必要はなく、各開口部23a〜25aが同じ大きさを有している必要もない。
各板状部材23〜25に形成された開口部23a〜25aが重なりを有することで、るつぼ22から放出された蒸着粒子の一部は、どこにも接触することなく射出口21aから射出される。すなわち、本実施の形態によれば、開口部23a〜25aが重なった部分を通って、るつぼ22から射出口21aに直接、蒸着粒子が放出されることが可能となっている。
ホルダ21の内壁21bは、各開口部23a〜25aから離間して形成されている。言い換えれば、板状部材23〜25には、ホルダ21の内壁21bから離れた位置に、開口部23a〜25aが設けられている。
このような蒸着粒子射出装置20を用いた場合、るつぼ22から蒸発または昇華した蒸着材料(蒸着粒子)は、(i)ホルダ21内のどこにも接触することなく、るつぼ22から射出口21a外へ直接射出されるものと、(ii)板状部材23〜25またはホルダ21の内壁21b(内壁面)に衝突するものとに分かれる。
上記(i)の蒸着粒子は、ホルダ21内のどこにも接触せずにそのままホルダ21の外(つまり、蒸着粒子射出装置外)に射出される。このときの蒸着粒子の最大射出角度θは、図1に示すように、θに制限される(θ=θ)。
ここで、蒸着粒子がるつぼ22から射出口21a外に直接射出される最大射出角度θは、射出口21aおよび各板状部材23〜25の開口部23a〜25aの開口面に垂直な方向から見たときに、射出口21aおよび各板状部材23〜25の開口部23a〜25aが重なる領域に最も近接する最下段の板状部材の開口端と、該開口端を有する開口部に重なる射出口21aとがなす角度の最大値で定義される。
以下に、より詳細に説明する。
図1に示すように、蒸着粒子射出装置20を、射出口21aの中央を通る中心線で分断(2分割)したときに、平面視で各板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21aが重なる領域を、「領域A」とする。
また、蒸着粒子射出装置20を、射出口21aの中心線で分断してなる断面において、領域Aを挟んで、一方の側における、最下段の板状部材23の開口端の下端(開口下端23a)と、領域Aを挟んで、他方の側におけるホルダ21の射出口21aの開口端の上端部分(開口上端21a)とを結ぶ線H上に位置する、最も下段側の板状部材の開口端の下端部分を「開口端B」とする。
さらに、蒸着粒子射出装置20を、射出口21aの中心線で分断してなる断面において、領域Aを挟んで、他方の側におけるホルダ21の射出口21aの開口端の上端部分(開口上端21a)を「開口端C」とする。
このとき、最大射出角度θは、図1に示すように、開口端Bを通る法線(鉛直線)と、開口端Bと開口端Cとを結ぶ線とがなす角度となる。
本実施の形態では、開口部23a〜25aおよび射出口21aが、何れも、同じ大きさを有するとともに、その中心位置が一致している。このため、蒸着粒子射出装置20を、射出口21aの中心線で分断してなる断面における、各開口部23a〜25aおよび射出口21aの各開口端は、平面視で、何れも、同一の位置に位置している。
したがって、領域Aを挟んで一方の側(例えば紙面左側)における最下段の板状部材23(第1の板状部材)の開口部23aの開口端の下端(開口下端23a)が開口端Bであり、領域Aを挟んで開口端Bと反対側(例えば紙面右側)における最上段に位置するホルダ21の射出口21aの開口上端21aが開口端Cとなる。
すなわち、本実施の形態において、最大射出角度θは、図1に示す蒸着粒子射出装置20の断面において各開口部23a〜25aおよび射出口21aを挟んで一方側における板状部材23の開口部23aの開口端の法線と、該開口部23aの開口端の下端(開口下端23a)と該開口端とは領域Aを挟んで反対側における、射出口21aの開口上端21aとを結ぶ線Hとでなす角度θとなる。
なお、上記説明では、図1に示すように、領域Aを挟んで紙面左側の板状部材23の開口下端23aを開口端Bとして説明した。
しかしながら、図1に示す例では、開口部23a〜25aおよび射出口21aが、何れも、同じ大きさを有するとともに、その中心位置が一致していることから、領域Aを挟んで紙面右側の板状部材23の開口下端23aを開口端Bとした場合にも同じ説明が適用できる。
したがって、図1に示す例の場合、るつぼ22から直接射出口21a外に射出し得る範囲(言い換えれば、ホルダ21における、るつぼ22が設けられた第1の空間層Dから直接射出口21a外に射出し得る範囲)Wは、射出口21aの射出口幅d3(射出口21aの開口サイズ、直径)に加えて、射出口21aの開口端の法線方向から外側にそれぞれθ(すなわち、θ)だけ広がった範囲となる。
したがって、蒸着粒子がるつぼ22から射出口21a外に直接射出される範囲Wは、射出口21aの射出口幅d3および上記θ(θ)を変更することで、任意に設定することができる。
本実施の形態では、射出口21aが、基板走査方向に垂直な方向(Y軸方向)、言い換えれば、上記したようにマスク300に複数の開口部301が設けられている場合に、該開口部301の配列方向に、射出口21aが1つだけ設けられていることで、蒸着粒子がるつぼ22から射出口21a外に直接射出される範囲Wは、射出口21aの射出口幅d3および角度θ(θ)により、容易かつ任意に設定が可能である。したがって、蒸着範囲を容易に設定・制御することができる。
なお、上記説明では、板状部材23〜25の厚みを考慮しているが、板状部材23〜25の厚みは、各開口部23a〜25aでの蒸着粒子の反射・散乱をできるだけ小さくするために、できるだけ薄いほうが好ましい。
したがって、実使用上は板状部材23〜25の厚みを考慮する必要は殆どなく、前記したように、蒸着粒子がるつぼ22から射出口21a外に直接射出される最大射出角度θは、射出口21aおよび各板状部材23〜25の開口部23a〜25aの開口面に垂直な方向から見たときに、射出口21aおよび各板状部材23〜25の開口部23a〜25aが重なる領域に最も近接する最下段の板状部材の開口端と、該開口端を有する開口部に重なる射出口21aとがなす角度の最大値で定義することができる。
一方、上記(ii)の蒸着粒子は、隣り合う板状部材間およびホルダ21の内壁21bへの衝突、散乱を繰り返す。
ここで、ホルダ21内における、板状部材23〜25で仕切られた4つの空間層、すなわち、板状部材23(第1の板状部材)とるつぼ22との間の空間層、板状部材24(第2の板状部材)と板状部材23との間の空間層、板状部材25(第3の板状部材)と板状部材24との間の空間層、ホルダ21の天壁と板状部材25との間の空間層を、順に、第1の空間層D、第2の空間層E、第3の空間層F、第4の空間層Gとする。
第1の空間層Dにおいて板状部材23またはホルダ21の内壁21bで反射・散乱した蒸着粒子は、るつぼ22に戻るか、上部の板状部材23の開口部23aを通って上層(上部)へと流れる。
ここで、第1の空間層Dから上部へ流れた蒸着粒子は、その後、ホルダ21内のどこにも接触せずに射出口21aから放出されるか、あるいは、上層の板状部材間、すなわち、第2の空間層E〜第4の空間層Gに再び捕らえられる。上層の板状部材間に捕らえられた蒸着粒子は、下層と同様の過程を繰り返す。
すなわち、後者の場合、上層の各層において、同様に、板状部材23〜25やホルダ21の内壁21bで反射・散乱を繰り返し、最終的には射出口21aを通過して外部に射出される。
本実施の形態では、最上層である第4の空間層G以外の空間層である第1の空間層D〜第3の空間層Fにおいて、ホルダ21の内壁21bから反射・散乱された蒸着粒子が直接射出口21aから外部に射出されない構造となっている(但し、るつぼ22の底部は内壁面からは除く)。
言い換えれば、最上層である第4の空間層G以外のホルダ21の内壁21b(内壁面)の任意のある点から射出口21aに向かって引いた直線は、板状部材23〜25の何れかと交わる。
ここで、図1において、第2の空間層Eでは、R2の部分から反射・散乱した蒸着粒子のみが直接射出口21aから射出し得る。また、第3の空間層Fでは、R3の部分から反射・散乱した蒸着粒子のみが直接射出口21aから射出し得る。
すなわち、第2の空間層Eおよび第3の空間層Fから射出口21a外へ直接射出される蒸着粒子の範囲はそれぞれR2、R3となる。
ここで、各空間層から射出口21a外へ射出される蒸着粒子の範囲は、それぞれ、蒸着粒子射出装置20を、射出口21aの中心線で分断してなる断面において、領域Aを挟んで、それぞれの側における、(I)各空間層の下段側の板状部材の開口端における下端と、(II)該板状部材と隣り合う上段側の板状部材における、上記下段側の板状部材の開口端と同じ側に位置する開口端の下端と射出口21aの開口上端21a(つまり、領域Aを挟んで他の側における射出口21aの開口上端)とを結ぶ線が上記下段側の板状部材と交わる点、との間の領域を示す。
したがって、図1において、R2は、図1に示す蒸着粒子射出装置20の断面において、領域Aを挟んでそれぞれの側における、(I)板状部材23の開口部23aにおける開口端の下端(開口下端23a)と、(II)該開口端と同じ側に位置する、板状部材24の開口部24aの開口端における下端(開口下端24a)と射出口21aの開口上端21aとを結ぶ線Iが板状部材23と交わる点J、との間の領域を示す。
また、図1において、R3は、図1に示す蒸着粒子射出装置20の断面において、領域Aを挟んでそれぞれの側における、(I)板状部材24の開口部24aの開口端における下端(開口下端24a)と、(II)該開口端と同じ側に位置する、板状部材25の開口部25aの開口端における下端(開口下端25a)と射出口21aとを結ぶ線Kが板状部材23と交わる点L、との間の領域を示す。
なお、図1では、領域Aの一方の側しかR2、R3を図示していないが、他方の側においても、同様にR2、R3が決定される。
そして、このとき、上記下段側の板状部材の開口端よりも上段側の板状部材の開口端の方が領域A側に位置する(つまり、開口部内側に突出している)ことで、上記下段側の板状部材の開口下端と射出口21aの開口上端21aとを結ぶ線と、上段側の板状部材とが交わる場合、言い換えれば、上段側の板状部材の開口下端と射出口21aの開口上端21aとを結ぶ線が、下段側の板状部材の開口部の開口端よりも領域A側に位置し、下段側の板状部材とは交わらない場合、そのような空間層の板状部材およびホルダ21の内壁21bで反射・散乱した蒸着粒子は、直接射出口21aから射出されず、上層の空間層の板状部材やホルダ21の内壁21bで再度反射・散乱を繰り返してから最終的に射出口21aから射出されるか、もしくは、再びるつぼ22に戻される。
但し、最上層である第4の空間層Gでは、ホルダ21の内壁21bも含め、第4の空間層Gの板状部材およびホルダ21の内壁21bで反射・散乱した蒸着粒子が、射出口21aから射出し得る。
上記したように、本実施の形態では、第1の空間層D〜第3の空間層Fでは、反射・散乱を繰り返した蒸着粒子の一部のみが射出口21aから射出されることになる。
また、このとき、第1の空間層D、第2の空間層E、第3の空間層Fから、直接射出口21a外に射出される蒸着粒子の最大射出角度は、それぞれ順に、θ、θ、θに制限される。なお、θ(=最大射出角度θ)は、既に説明した通りである。
θは、前述した板状部材24の開口下端24aと射出口21aの開口上端21aとを結ぶ線Iと法線とがなす角度、つまり、線Iが板状部材23と交わる点Jにおける、線Iと法線とがなす角度を示す。
また、θは、前述した板状部材25の開口下端25aと射出口21aの開口上端21aとを結ぶ線Kと法線とがなす角度、つまり、線Kが板状部材24と交わる点Lにおける、線Kと法線とがなす角度を示す。
このように、第2の空間層Eおよび第3の空間層Fから直接射出口21a外に射出される蒸着粒子の最大射出角度θ・θは、るつぼ22からの最大射出角度θよりも大きくはなるが、上記したように第1の空間層Dと同じく制限される。
このように、本実施の形態によれば、ホルダ21内に、開口部として貫通口が設けられた板状部材を法線方向に複数段配設することで、射出角度の小さい蒸着粒子の割合を増加させることができ、指向性を向上させることができる。
この結果、ホルダ21の内壁21bの影響を極力低減することができ、ホルダ21の内壁21bからの反射・散乱による蒸着粒子の射出角度の広がりを抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、各空間層で、ホルダ21の内壁21bは、板状部材の開口部から十分に離れて設けられている。すなわち、図1に示すように、ホルダ21の内壁21bは、例えば、R2、R3で規定される、第2の空間層Eおよび第3の空間層Fにおける板状部材23・24の開口部23a・24aの開口端からの距離よりも離れて設けられている。
これにより、各板状部材23〜25における各開口部23a〜25aおよび射出口21a付近での蒸着粒子の密度の増大が抑えられ、蒸着粒子同士の衝突による散乱も避けられる。
しかも、ホルダ21の内壁21bが射出口21aよりも奥まっているため、射出口21a付近での蒸着流の圧力も緩和されている。それにより、蒸着粒子同士の衝突による散乱が低減され、指向性がより向上する。
このため、特許文献1〜3に示すような従来の蒸着粒子射出装置では得られなかった蒸着流の指向性向上を図ることができる。
さらに、るつぼ22から蒸着粒子を直接射出口21a外に射出させることができるため、もともと被成膜基板200方向への指向性を有する蒸着粒子を活用することができ、蒸着流の指向性をより向上させることができる。
<最上層以外の空間層におけるホルダ21の内壁位置の決定方法>
最上層以外の空間層におけるホルダ21の内壁位置は、以下に示すように決定することができる。
図3は、最上層以外の空間層におけるホルダ21の内壁位置の決定方法を説明するための蒸着粒子射出装置20の要部断面図である。
なお、以下の説明でも、蒸着粒子射出装置20を例に挙げて説明するが、蒸着粒子射出装置30の構成は、符号20〜26を、それぞれ、符号30〜36と読み替えたものに等しいことは、言うまでもない。
図3において、符号Mは、ホルダ21内における下段側の任意の板状部材を示し、符号Nは、ホルダ21内における板状部材Mに隣り合う上段側の板状部材を示す。また、符号MA・NAは、それぞれ、板状部材M・Nに設けられた開口部(貫通口)を示す。
ここで、板状部材Mと板状部材Nの間の空間層において、ホルダ21の内壁21bと、該内壁21bの下端と該内壁21bから最短の位置にある、上段側の板状部材Nの開口部NAの開口下端NAとがなす角度の最大値をθとし、上記射出口21aおよび各板状部材M・Nの開口部MA・NAの開口面に垂直な方向から見たときに、上記板状部材Nの開口部NAの開口下端NAと射出口21aとがなす角度の最大値(最大射出角度)をθとする。
したがって、図3において、最大射出角度θは、蒸着粒子射出装置20を、射出口21aの中心線で分断してなる断面において、領域A、すなわち、図3に示す例では開口部MA・NAおよび射出口21aを挟んで、一方の側における、上記開口部NAの開口下端NAを通る法線(鉛直線)と、該開口下端NAと他方の側における射出口21aの開口上端21aとを結ぶ線Oとがなす角度となる。
但し、ここでは、板状部材23〜25の厚みを考慮しているが、前記したように、実使用上は板状部材23〜25の厚みを考慮する必要は殆どない。
また、図3に示す断面では、射出口21aおよび開口部MA・NAがそれぞれ1つだけ設けられているとともに、アップデポジションを行う場合を例に挙げて説明している。
したがって、実際には、射出口21aおよび開口部MA・NAが複数ある場合、あるいは、後述するようにダウンデポジションあるいはサイドデポジションを行う場合が考えられる。なお、ダウンデポジションおよびサイドデポジションについては後述する。
したがって、θは、(i)ホルダ21の内部に設けられた複数段の板状部材のうち隣り合う板状部材M・N間の内壁21bと、(ii)該板状部材M・N間の内壁21bにおける蒸着粒子発生部側(るつぼ22側)の端部と上記隣り合う板状部材M・Nのうち射出口21a側の板状部材Nの開口部NAにおける上記板状部材M・N間の内壁21bから最短距離の開口端とを結ぶ線、とでなす角度の最大値と定義される。
また、θは、射出口21aおよび各板状部材の開口部MA・NAの開口面に垂直な方向から見たときに、上記開口端(すなわち、上記隣り合う板状部材M・Nのうち射出口21a側の板状部材Nの開口部NAにおける上記板状部材M・N間の内壁21bから最短距離の開口端)と、該開口端を有する開口部NAに重なる射出口21aとがなす角度の最大値と定義される。
そして、このとき、θとθとが、次式(2)
θ>θ…(2)
で示される関係を満たすようにすれば、最上層の空間層以外のホルダ21の内壁21bから蒸着粒子が直接射出口21a外に射出されることはない。
すなわち、式(2)を満足する空間層では、ホルダ21の内壁21bに衝突して散乱した蒸着粒子は、板状部材M・Nやホルダ21の内壁21bに再び衝突するか、開口部MA・NAを経由して他層に移動するかのどちらかとなる。
したがって、蒸着粒子射出装置20から装置外(つまり、射出口21a外)に放出される蒸着粒子へのホルダ21の内壁21bの影響を抑制・防止することができる。
このためには、板状部材Nの開口部NAからホルダ21の内壁21b(ホルダ21の側壁内面)までの奥行きをd1、板状部材Mと板状部材Nとの間の法線方向の距離(すなわち、隣り合う板状部材間の間隔)をh1とすると、式(2)を満たすように、奥行きd1および距離h1を決定(調整)すればよい。
なお、隣り合う板状部材間の法線方向の距離(間隔)h1および奥行きd1は、各空間層で各々異なっていてもよく、適宜変更することができる。
<最上層の空間層の設計方法>
最上部の第4の空間層Gでは、蒸着粒子射出装置20外に放出される蒸着粒子に対するホルダ21の内壁21bの影響を抑制・防止することは困難である。
射出口21aを構成するホルダ21の板厚を厚くすることで、ホルダ21の内壁21bで反射・散乱した蒸着粒子が直接射出口21a外に射出されないようにすることはできるが、この場合、射出口21aの側面による蒸着粒子の反射・散乱が発生するため、好ましくない。
しかしながら、射出口21aからホルダ21の内壁21b(この場合、ホルダ21の側壁内面)までの奥行きを取れば取るほど、ホルダ21の内壁21bから見た射出口21aの見かけの面積が小さくなる。この結果、ホルダ21の内壁から射出口外へ放出される蒸着粒子がより少なくなる。
最上層の空間層である第4の空間層Gにおけるホルダ21の内壁21bに関しては、例えば図1に示すように、最上段の板状部材(図1に示す例では板状部材25)と、射出口形成層であるホルダ21の天壁との間の法線方向の距離をh2とし、射出口21aからホルダ21の内壁21b(ホルダ21の側壁内面)までの奥行きをh2とすると、h2を狭くしd2を深くするほど(すなわち、d2/h2を大きくするほど)、ホルダ21の内壁21bから見た射出口21aの見かけ上の開口面積が小さくなる。このため、最上層の空間層のd2/h2はできるだけ大きい方がより好ましい。
したがって、最上層の空間層のホルダ21の内壁21bの奥行きd2は、可能な限り広い方が好ましい。
また、各開口部23a〜25aおよび射出口21aをなす、板状部材23〜25およびホルダ21の天壁の厚みは、各開口部23a〜25aおよび射出口21aでの蒸着粒子の反射・散乱をできるだけ小さくするために、できるだけ薄いほうが好ましい。
したがって、板状部材23〜25およびホルダ21の天壁の厚みや奥行きd2は、特に限定されるものではないが、成形方法や成形材料、被成膜基板200のサイズ、形状を維持するための強度等に応じて、d2/h2ができるだけ大きくなるように設計することが好ましい。
<2つの蒸着源を用いて蒸着膜を形成する方法>
図2に示すように、本実施の形態にかかる蒸着装置1は、蒸着粒子射出装置20・30の2つの蒸着源を備えている。図2に示す蒸着装置1では、蒸着粒子射出装置20・30の2つの蒸着源から蒸着材料を蒸発または昇華させることで、被成膜基板200に、蒸着用のマスク300を介して蒸着を行う。
そこで、以下では、上記したように2つの蒸着源を用いて蒸着膜を形成する方法について説明する。
図4の(a)・(b)は、2つの蒸着源を用いて蒸着膜を形成する方法を模式的に示す図であり、図4の(a)は、蒸着源として本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20・30を用いた場合(指向性が高い場合)を示し、図4の(b)は、蒸着源として、図17に示す一般的な蒸着粒子射出装置400と同じ構成を有する蒸着粒子射出装置400A・400Bを用いた場合(指向性が低い場合)を示している。
図4の(a)・(b)に示すように、2つの蒸着源を用いて蒸着を行う場合、2つの蒸着源から射出された蒸着粒子の広がり範囲が重なっている領域内で被成膜基板200への蒸着が行われる。そうでない場合、被成膜基板200上の蒸着膜の膜厚が不均一となる。
また、2つの蒸着源から射出する蒸着材料は、互いに異なっていてもよい。その場合、蒸着粒子の広がり範囲が重なっている領域内で被成膜基板200への蒸着を行わないと、蒸着膜の膜厚が不均一になるばかりでなく、2つの蒸着材料の混合状態が実現できない。
本実施の形態では、蒸着粒子の広がりを、例えば、蒸着粒子の分布が最も高いところに比べて、1%の量となるまでの角度範囲と定義する。
通常の蒸着源では、図19に示したように、射出口401aの真上(射出角度θ=0)が最も蒸着粒子の付着量(蒸着粒子の密度)が多く、射出角度θが大きくなるほど、蒸着粒子の付着量(蒸着粒子の密度)が小さくなる。
図4の(b)に示すように、一般的な蒸着粒子射出装置400A・400Bを用いた場合、指向性が低く、蒸着粒子の広がり角度が大きくなっていた。
このため、従来は、被成膜基板200上で、図4の(b)に示すように射出角度θがθbで射出されることで範囲DOに広がる蒸着流のうち、被成膜基板200の蒸着領域DSに照射された蒸着流のみしか利用できなかった。
したがって、従来の材料利用効率をη2とすると、材料利用効率η2は、DS/D0であった。
しかしながら、本実施の形態によれば、図4の(b)に示すように、蒸着流の指向性が向上しているので、蒸着粒子の射出角度θがθaと小さく、蒸着流は、DOの範囲までしか広がらない。
このため、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20・30を用いた場合の材料利用効率をη1とすると、材料利用効率をη1は、DS/DO(但し、DO<DO)となり、材料利用効率が向上する。
さらに、紙面垂直方向(すなわち、走査方向であるX軸方向)でも指向性が向上することを考えれば、2次元的には、従来の材料利用効率に対する本実施の形態の材料利用効率は、η1/η2の比率となり、より向上する。例えば、DO:DOが2:1の場合、η2:η1=1:4となり、材料利用効率は4倍に向上する。
図5は、蒸着源として本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20・30を用いた場合(本実施の形態)と蒸着粒子射出装置400A・400Bを用いた場合(従来)とにおける蒸着粒子分布σと蒸着粒子の射出角度θ(θa、θb)との関係を示すグラフである。
図5では、蒸着粒子分布σとして、蒸着粒子射出装置20・30を用いた場合に、θ=0のときの蒸着膜の中心膜厚を100%(σ=1.0)として正規化したときの蒸着粒子の蒸着密度の分布を示している。
なお、ここで、θは、前記したように、法線方向と射出された蒸着粒子とがなす角度(図18参照)である。
このときの測定条件としては、図19に示す測定と同様に、被成膜基板200として無アルカリガラス基板を使用し、蒸着材料にはAlq(昇華温度:305℃)を使用した。また、無アルカリガラス基板と射出口21a・31a・401aとの距離は125mmであり、成膜レートを0.1nm/secとし、真空チャンバ内の真空度は1×10−3Pa以下とした。また、成膜は、無アルカリガラス基板上に中心膜厚が100nmとなるように成膜した。
また、蒸着粒子射出装置20・30の条件は以下の通りである。すなわち、h1=12mm、h2=6mm、d1=d2=12mm、d3=2mm、θ(θ)=3.6°、θ=5.9°、θ=15.9°、射出口21a・31aの長さ(射出口21a・31aの形成層の厚み)=0.5mm、開口部23a〜25aの法線方向の長さ(板状部材23〜25の厚み)=0.5mm、ホルダ21の高さ=80mmとした。
図5に示すように、蒸着源として本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20・30を用いた場合、蒸着流(蒸着粒子)の分布は、従来と比べて狭くなり、結果として、蒸着粒子の密度が向上している。
すなわち、本実施の形態によれば、従来と比べて、指向性が向上し、蒸着粒子の広がり角を小さくすることができる。したがって、蒸着源の射出口から同一量の蒸着流を射出している場合、蒸着粒子の密度が高くなり、蒸着速度が向上する。
次に、上記蒸着装置1を用いた成膜パターンの形成方法、すなわち、本実施の形態にかかる蒸着方法の一例として、TFT基板側から光を取り出すボトムエミッション型でRGBフルカラー表示の有機EL表示装置の製造方法を例に挙げて説明する。
<有機EL表示装置の全体構成>
図6は、有機EL表示装置の概略構成を示す断面図である。
図6に示すように、有機EL表示装置100は、TFT基板110と、有機EL素子120と、接着層130と、封止基板140とを備えている。
TFT基板110には、画素領域となる部分に、スイッチング素子として、TFT等が形成されている。
有機EL素子120は、TFT基板110の表示領域に、マトリクス状に形成されている。
有機EL素子120が形成されたTFT基板110は、接着層130等により、封止基板140と貼り合わされている。
次に、上記有機EL表示装置100におけるTFT基板110および有機EL素子120の構成について詳述する。
<TFT基板110の構成>
図7は、有機EL表示装置100の表示部を構成する有機EL素子120の概略構成を示す断面図である。
図7に示すように、TFT基板110は、ガラス基板等の透明な絶縁基板111上に、TFT112(スイッチング素子)および配線113、層間絶縁膜114、エッジカバー115等が形成された構成を有している。
有機EL表示装置100は、フルカラーのアクティブマトリクス型の有機EL表示装置であり、絶縁基板111上には、配線113で囲まれた領域に、それぞれ、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色の有機EL素子120からなる各色の画素101R・101G・101Bが、マトリクス状に配列されている。
TFT112は、それぞれ、各画素101R・101G・101Bに対応して設けられている。なお、TFTの構成は従来よく知られている。したがって、TFT112における各層の図示並びに説明は省略する。
層間絶縁膜114は、各TFT112および配線113を覆うように、上記絶縁基板111上に、上記絶縁基板111の全領域に渡って積層されている。
層間絶縁膜114上には、有機EL素子120における第1電極121が形成されている。
また、層間絶縁膜114には、有機EL素子120における第1電極121をTFT112に電気的に接続するためのコンタクトホール114aが設けられている。これにより、TFT112は、上記コンタクトホール114aを介して、有機EL素子120に電気的に接続されている。
エッジカバー115は、第1電極121の端部で有機EL層が薄くなったり電界集中が起こったりすることで、有機EL素子120における第1電極121と第2電極126とが短絡することを防止するための絶縁層である。
エッジカバー115は、層間絶縁膜114上に、第1電極121の端部を覆うように形成されている。
第1電極121は、図7に示すように、エッジカバー115のない部分で露出している。この露出部分が各画素101R・101G・101Bの発光部となる。
言い換えれば、各画素101R・101G・101Bは、絶縁性を有するエッジカバー115によって仕切られている。エッジカバー115は、素子分離膜としても機能する。
<TFT基板110の製造方法>
絶縁基板111としては、例えば、無アルカリガラスやプラスチック等を用いることができる。本実施の形態においては、板厚0.7mmの無アルカリガラスを使用した。
層間絶縁膜114およびエッジカバー115としては、既知の感光性樹脂を用いることができる。上記感光性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂やポリイミド樹脂等が挙げられる。
また、TFT112は既知の方法にて作製される。なお、本実施の形態においては、上記したように、TFT112を各画素101R・101G・101Bに形成したアクティブマトリクス型の有機EL表示装置100を例に挙げている。
しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、TFTが形成されていないパッシブマトリクス型の有機EL表示装置の製造についても、本実施の形態を適用することができる。
<有機EL素子120の構成>
有機EL素子120は、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素子であり、第1電極121、有機EL層、第2電極126が、この順に積層されている。
第1電極121は、上記有機EL層に正孔を注入(供給)する機能を有する層である。第1電極121は、前記したようにコンタクトホール114aを介してTFT112と接続されている。
第1電極121と第2電極126との間には、図7に示すように、有機EL層として、第1電極121側から、例えば、正孔注入層兼正孔輸送層122、発光層123R・123G・123B、電子輸送層124、および電子注入層125が、この順に形成された構成を有している。
なお、図示してないが、必要に応じて正孔、電子といったキャリアの流れをせき止めるキャリアブロッキング層が挿入されていてもよい。また、一つの層が複数の機能を有していてもよく、例えば、正孔注入層と正孔輸送層とを兼ねた一つの層を形成してもよい。
なお、上記積層順は、第1電極121を陽極とし、第2電極126を陰極としたものである。第1電極121を陰極とし、第2電極126を陽極とする場合には、有機EL層の積層順は反転する。
正孔注入層は、第1電極121から有機EL層への正孔注入効率を高める機能を有する層である。また、正孔輸送層は、発光層123R・123G・123Bへの正孔輸送効率を高める機能を有する層である。正孔注入層兼正孔輸送層122は、第1電極121およびエッジカバー115を覆うように、上記TFT基板110における表示領域全面に一様に形成されている。
なお、本実施の形態では、上記したように、正孔注入層および正孔輸送層として、正孔注入層と正孔輸送層とが一体化された正孔注入層兼正孔輸送層122を設けている。しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、正孔注入層と正孔輸送層とは互いに独立した層として形成されていてもよい。
正孔注入層兼正孔輸送層122上には、発光層123R・123G・123Bが、それぞれ、画素101R・101G・101Bに対応して形成されている。
発光層123R・123G・123Bは、第1電極121側から注入された正孔と第2電極126側から注入された電子とを再結合させて光を出射する機能を有する層である。発光層123R・123G・123Bは、それぞれ、低分子蛍光色素、金属錯体等の、発光効率が高い材料で形成されている。
電子輸送層124は、発光層123R・123G・123Bへの電子輸送効率を高める機能を有する層である。また、電子注入層125は、第2電極126から有機EL層への電子注入効率を高める機能を有する層である。
電子輸送層124は、発光層123R・123G・123Bおよび正孔注入層兼正孔輸送層122を覆うように、これら発光層123R・123G・123Bおよび正孔注入層兼正孔輸送層122上に、上記TFT基板110における表示領域全面に渡って一様に形成されている。
また、電子注入層125は、電子輸送層124を覆うように、電子輸送層124上に、上記TFT基板110における表示領域全面に渡って一様に形成されている。
なお、電子輸送層124と電子注入層125とは、上記したように互いに独立した層として形成されていてもよく、互いに一体化して設けられていてもよい。すなわち、有機EL表示装置100は、電子輸送層124および電子注入層125に代えて、電子輸送層兼電子注入層を備えていてもよい。
第2電極126は、上記のような有機層で構成される有機EL層に電子を注入する機能を有する層である。第2電極126は、電子注入層125を覆うように、電子注入層125上に、上記TFT基板110における表示領域全面に渡って一様に形成されている。
なお、発光層123R・123G・123B以外の有機層は有機EL層として必須の層ではなく、要求される有機EL素子120の特性に応じて適宜形成すればよい。
また、正孔注入層兼正孔輸送層122および電子輸送層兼電子注入層のように、一つの層は、複数の機能を有していてもよい。
また、有機EL層には、必要に応じ、キャリアブロッキング層を追加することもできる。例えば、発光層123R・123G・123Bと電子輸送層124との間にキャリアブロッキング層として正孔ブロッキング層を追加することで、正孔が電子輸送層124に抜けるのを阻止し、発光効率を向上することができる。
上記構成において、第1電極121(陽極)、第2電極126(陰極)、および発光層123R・123G・123B以外の層は、適宜挿入すればよい。
<有機EL素子120の製造方法>
第1電極121は、電極材料をスパッタ法等で形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチングにより、個々の画素101R・101G・101Bに対応してパターン形成されている。
第1電極121としては、様々な導電性材料を用いることができるが、絶縁基板111側に光を放射するボトムエミッション型の有機EL素子の場合、透明または半透明の必要がある。
一方、基板とは反対側から光を放射するトップエミッション型有機EL素子の場合には、第2電極126が透明または半透明の必要がある。
これら第1電極121および第2電極126に用いられる導電膜材料としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)、IZO(Indium Zinc Oxide:インジウム亜鉛酸化物)、ガリウム添加酸化亜鉛(GZO)等の透明導電材料、金(Au)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)等の金属材料、を用いることができる。
また、上記第1電極121および第2電極126の積層方法としては、スパッタ法、真空蒸着法、CVD(chemical vapor deposition、化学蒸着)法、プラズマCVD法、印刷法等を用いることができる。例えば、上記第1電極121の積層に、後述する蒸着装置1を用いてもよい。
有機EL層の材料としては、既知の材料を用いることができる。なお、発光層123R・123G・123Bには、それぞれ、単一の材料を用いてもよく、ある材料をホスト材料とし、他の材料をゲスト材料またはドーパントとして混ぜ込んだ混合材料を用いてもよい。
正孔注入層、正孔輸送層、あるいは正孔注入層兼正孔輸送層122の材料としては、例えば、アントラセン、アザトリフェニレン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、トリフェニレン、ベンジン、スチリルアミン、トリフェニルアミン、ポルフィリン、トリアゾール、イミダゾール、オキサジアゾール、オキザゾール、ポリアリールアルカン、フェニレンジアミン、アリールアミン、およびこれらの誘導体、チオフェン系化合物、ポリシラン系化合物、ビニルカルバゾール系化合物、アニリン系化合物等の鎖状式あるいは環式共役系のモノマー、オリゴマー、またはポリマー等が挙げられる。
発光層123R・123G・123Bの材料としては、低分子蛍光色素、金属錯体等の発光効率が高い材料が用いられる。例えば、アントラセン、ナフタレン、インデン、フェナントレン、ピレン、ナフタセン、トリフェニレン、ペリレン、ピセン、フルオランテン、アセフェナントリレン、ペンタフェン、ペンタセン、コロネン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン、およびこれらの誘導体、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体、ビス(ベンゾキノリノラト)ベリリウム錯体、トリ(ジベンゾイルメチル)フェナントロリンユーロピウム錯体、ジトルイルビニルビフェニル、ヒドロキシフェニルオキサゾール、ヒドロキシフェニルチアゾール、等が挙げられる。
電子輸送層124、電子注入層125、あるいは電子輸送層兼電子注入層の材料としては、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェニルキノキサリン誘導体、シロール誘導体等が挙げられる。
<真空蒸着法を用いた成膜パターンの形成方法>
ここで、真空蒸着法を用いた成膜パターンの形成方法について、主に図8を用いて以下に説明する。
なお、以下の説明では、被成膜基板200としてTFT基板110を使用するとともに、蒸着材料として有機発光材料を使用し、第1電極121が形成された被成膜基板200上に、真空蒸着法を用いて、蒸着膜として有機EL層を形成する場合を例に挙げて説明する。
フルカラーの有機EL表示装置100では、前記したように、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色の発光層123R・123G・123Bを備えた有機EL素子120からなる各色の画素101R・101G・101Bが、マトリクス状に配列されている。
なお、勿論、赤(R)、緑(G)、青(B)の発光層123R・123G・123Bに代えて、例えば、シアン(C)、マゼンタ(M)、黄(Y)からなる各色の発光層を有していてもよく、赤(R)、緑(G)、青(B)、黄(Y)からなる各色の発光層を有していてもよい。
このような有機EL表示装置100では、TFT112を用いて、これら有機EL素子120を選択的に所望の輝度で発光させることによりカラー画像表示を行う。
このため、有機EL表示装置100を製造するためには、各色に発光する有機発光材料からなる発光層を、被成膜基板200上に、有機EL素子120毎に所定のパターンで成膜する必要がある。
前記したように、マスク300には、所望の位置・形状に開口部301が形成されている。図2に示すように、マスク300は、被成膜基板200の被成膜面201に密着固定されている。
また、マスク300を挟んで被成膜基板200と反対側には、被成膜基板200の被成膜面201に対向するように、蒸着源として、蒸着粒子射出装置20・30が配置される。
有機EL表示装置100を製造する場合、有機発光材料は、高真空下で加熱して蒸着または昇華させて気体にすることで、気体状の蒸着粒子として蒸着粒子射出装置20・30から射出される。
蒸着粒子として蒸着粒子射出装置20・30から射出された蒸着材料は、マスク300に設けられた開口部301を通して被成膜基板200に蒸着される。
これにより、開口部301に対応する、被成膜基板200の所望の位置にのみ、所望の成膜パターンを有する有機膜が、蒸着膜として蒸着形成される。なお、蒸着は、発光層の色毎に行われる(これを「塗り分け蒸着」と言う)。
例えば、図7における正孔注入層兼正孔輸送層122の場合、表示部全面に成膜を行うため、表示部全面および成膜が必要な領域のみ開口しているオープンマスクを蒸着用のマスク300として用いて、成膜を行う。
なお、電子輸送層124や電子注入層125、第2電極126についても、同様である。
一方、図7において、赤色を表示する画素の発光層123Rの成膜を行う場合、赤色の発光材料を蒸着させる領域のみが開口したファインマスクを蒸着用のマスク300として用いて、成膜を行う。
<有機EL表示装置100の製造工程の流れ>
図8は、有機EL表示装置100の製造工程を工程順に示すフローチャートである。
まず、TFT基板110を作製し、この作製したTFT基板110上に、第1電極121を形成する(ステップS1)。なお、TFT基板110は、公知の技術を用いて作製することができる。
次に、この第1電極121が形成されたTFT基板110上に、オープンマスクを蒸着用のマスク300として用いて、正孔注入層および正孔輸送層を、真空蒸着法により、画素領域全面に形成する(ステップS2)。なお、正孔注入層および正孔輸送層としては、前記したように、正孔注入層兼正孔輸送層122とすることができる。
次いで、ファインマスクを蒸着用のマスク300として用いて、発光層123R・123G・123Bを、真空蒸着法により塗り分け蒸着する(ステップS3)。これにより、各画素101R・101G・101Bに応じたパターン膜を形成する。
その後、発光層123R・123G・123Bが形成されたTFT基板110上に、オープンマスクを蒸着用のマスク300として用いて、電子輸送層124、電子注入層125、第2電極126を、順に、真空蒸着法により、画素領域全面に形成する(ステップS4〜S6)。
以上のように、蒸着が完了した基板に対して、有機EL素子120が大気中の水分や酸素にて劣化しないように、有機EL素子120の領域(表示部)の封止を行う(ステップS7)。
封止は、水分や酸素の透過し難い膜をCVD法等で形成する方法、ガラス基板等を接着剤等により貼り合わせる方法等がある。
以上のような工程により、有機EL表示装置100が作製される。有機EL表示装置100は、外部に形成された駆動回路から、個々の画素にある有機EL素子120に電流を流し発光させることで、所望の表示を行うことができる。
<まとめ>
本実施の形態によれば、前記したように、ホルダ21内に、平面視で射出口21aと重畳する開口部23a〜25aがそれぞれ設けられた板状部材23〜25を法線方向に互いに離間して複数段配設することで、蒸着粒子射出装置20・30に、るつぼ22から、貫通口の列を形成している。
したがって、本実施の形態によれば、開口部23a〜25aが重なった部分を通って、るつぼ22から射出口21aに直接、蒸着粒子が放出されることが可能となっている。このようにホルダ21内のどこにも接触せずにそのまま射出口21a外に射出される蒸着粒子の最大射出角度θは、前記したようにθに制限される。
これにより、各開口部23a〜25aを通って上層に移動する、射出角度の小さい蒸着粒子の割合を増加させることができ、指向性を向上させることができる。
また、上記の構成によれば、射出口21aの開口方向(るつぼ22から被成膜基板200に向かう方向)における見掛け上の貫通口の長さ(ノズル長)を長くすることができる。
しかも、上記蒸着粒子射出装置20・30には、筒のような狭い空間がないので、開口部23a〜25a並びに射出口21a付近で蒸着粒子の密度が上がらず、蒸着粒子の衝突頻度が低減する。
このため、上記蒸着粒子射出装置20・30によれば、蒸着粒子の衝突・散乱を抑制・防止するとともに、ノズル長効果による蒸着流のコリメート性(平行流化)の向上を図ることができる。
このように、上記蒸着粒子射出装置20・30によれば、簡便な構造で蒸着粒子の指向性を向上させることができる。
また、上記蒸着粒子射出装置20・30を用いることで、蒸着流(蒸着粒子)の分布は、従来と比べて狭くなる。この結果、不要な部分に蒸着される蒸着粒子の量を低減することができ、材料利用効率を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、上記蒸着粒子射出装置20・30を用いることで、従来と比べて、指向性が向上し、蒸着粒子の広がり角を小さくすることができるので、従来と同一量の蒸着流を射出している場合であっても、従来よりも蒸着粒子の密度が高くなり、蒸着速度が向上する。
また、ホルダ21の内壁面は、薄板の板状部材23〜25の開口部23a〜25aから離されて配置されている。
これにより、本実施の形態によれば、隣り合う板状部材間のホルダ21の内壁21bで反射・散乱した蒸着粒子、言い換えれば、最上層である第4の空間層以外の空間層におけるホルダ21の内壁面から反射・散乱した蒸着粒子が直接射出口21a外に射出されることはない。このため、ホルダ21の内壁面から散乱して直接射出される蒸着粒子の量が低減する。
その結果、蒸着粒子の鉛直方向(るつぼ22から被成膜基板200に向かう方向)の成分割合が向上し、蒸着粒子の広がりが小さくなる。よって、材料利用効率が向上し、有機EL表示装置の低コスト化に繋がる。
なお、特許文献2には、るつぼの空間層に、1つ以上の孔を有するインナープレートを設けることが開示されている。
しかしながら、特許文献2は、蒸着材料に、酸素と反応し易いMg(マグネシウム)のような金属を用いる場合に、金属酸化物が被成膜基板に蒸着されてカソードの抵抗が増加したり、アノードとカソードとの間にショートが生じて暗点不良を招いたりすることを防止するために、Mgのような金属と金属酸化物との気化温度の差を利用して金属酸化物を濾すことで金属酸化物が被成膜基板に蒸着されることを防止するものである。
このため、特許文献2では、金属酸化物が最下段のインナープレートの孔を通過してもその上段のインナープレートで金属酸化物を濾すことができるように、各インナープレートに位置を異ならしめて孔を形成する等して、各インナープレートに設けられた孔が互いに対向しないように配置している。
したがって、特許文献2は、各インナープレートの孔が重なる領域を有していない。また、特許文献2も、特許文献1同様、蒸着源の内壁面による散乱の影響や蒸着粒子の密度の増大による散乱の影響を無くすための構成について言及しておらず、このような問題について何ら解決し得ない。
また、特許文献3には、蒸着粒子の射出口となる複数の放出孔が設けられた蒸着材料放出用の容器内の拡散空間に、透孔が穿設された分散透過板を設けることが開示されている。
しかしながら、特許文献3は、蒸着材料放出用の容器に蒸着材料を供給する通路から上記拡散空間に放出された蒸着粒子の密度が上記通路の出口に集中するため、蒸着材料放出用の容器の上面板における、上記通路の出口に対向する位置に放出孔を設けると、該放出孔から、他の部位の放出孔に比べて多量の蒸着粒子が放出されるという問題点を解決するためになされたものである。
このため、分散透過板における、上記通路の出口に対向する位置には、該出口の開口面の数倍大きい径の反射部が形成され、この反射部は、透孔を有さない面板状に形成されている。
これにより、特許文献3では、上記通路の出口から放出された蒸着粒子を、上記反射部で反射させることで、蒸着材料放出用の容器の上面板における、反射部の上方における出口に対向する部位に形成された放出孔からの蒸着粒子の放出を制限する。
したがって、特許文献3の分散透過板に設けられた透孔は、放出孔と重なる領域を有していない。
また、特許文献3も、特許文献1、2同様、蒸着源の内壁面による散乱の影響や蒸着粒子の密度の増大による散乱の影響を無くすための構成について言及していない。そればかりか、特許文献3では、分散透過板の中央に設けられた上記通路の出口に対向する位置に反射部が設けられ、その周囲に透孔が設けられていることで、蒸着材料放出用の容器の内壁面近傍に透孔が設けられている。
したがって、特許文献3も、特許文献1、2同様、蒸着源の内壁面による散乱の影響や蒸着粒子の密度の増大による散乱の影響の問題について解決し得ない。
<蒸着源が1つの場合の指向性と材料利用効率>
なお、本実施の形態では、上記したように、蒸着源を2つ用いる場合を例に挙げて説明した。
しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、蒸着源を1つ用いた場合にも、同様の効果が得られることは明白である。
図9の(a)・(b)は、蒸着源を1つ用いて蒸着膜を形成する方法を模式的に示す図であり、図9の(a)は、蒸着源として本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20を用いた場合(指向性が高い場合)を示し、図9の(b)は、蒸着源として、図17に示す一般的な蒸着粒子射出装置400を用いた場合(指向性が低い場合)を示している。
図9の(a)・(b)に示すように蒸着源が1つである場合には、被成膜基板200上に成膜される蒸着膜の膜厚の均一性を保つために、被成膜基板200を回転する方法が好適に用いられる。
これは、図18に示したように一般的に蒸着流には分布があり、凸型の分布を有しているため、その分布を、被成膜基板200上で平均化する必要があるためである。
図9の(a)・(b)に示すように、図9の(a)のように高指向性を有している場合の方が、図9の(b)に示すように指向性が低い場合と比較して、射出された蒸着粒子のうち被成膜基板200上に到達する蒸着粒子の割合が大きく、材料利用効率の向上並びに蒸着速度の向上が見込めることは明白である。
<補助板>
図10は、ホルダ21内に、メッシュ状の補助板40が設けられた例を示す蒸着粒子射出装置20の断面図である。
なお、図10においても、蒸着粒子射出装置20を例に挙げて説明するが、蒸着粒子射出装置30の構成は、符号20〜26を、それぞれ、符号30〜36と読み替えたものに等しいことは、言うまでもない。
図10に示すように、蒸着粒子射出装置20におけるるつぼ22の近傍、すなわち、るつぼ22と最下段の板状部材23との間には、射出口21aおよび各板状部材23〜25の開口部23a〜25aよりも小径の複数の小孔41(貫通口)が設けられた補助板40が設けられていてもよい。
るつぼ22と最下段の板状部材23との間に、このように複数の小孔41を有する補助板40が設けられていることで、るつぼ22内の各位置から放出される蒸着粒子の密度を均一化したり、るつぼ22から凝集した蒸着粒子が放出されることで蒸着材料がクラスタ(塊)となって射出口21aから射出されることを防止することができる。
なお、るつぼ22と最下段の板状部材23との間に、このような補助板40を挿入しても、補助板40の表面やるつぼ22から補助板40の小孔41を通じて、射出口21aに直接射出される蒸着粒子を得ることができる。
したがって、この場合にも、前記した本実施の形態にかかる効果を得ることができる。
なお、補助板40における小孔41の大きさ(メッシュサイズ、開口幅)、形状、並びに配置は特に限定されるものではなく、補助板40の板面方向から見たときに小孔41が板状部材23〜25および射出口21aと重なっている必要も、必ずしもない。
上記補助板40としては、例えば、メッシュ板、パンチ板等を用いることができる。
補助板40の小孔41の大きさ(孔径、開口幅)は、例えば、直径0.1〜1mmの範囲内に設定されていることが好ましい。直径が0.1mm未満だと、小孔41が蒸着材料で目詰まりするおそれがある。また、直径が1mmを超えると、蒸着材料がクラスタとなって射出口21aから飛び出し、補助板の機能が発揮されないおそれがある。また、板状部材23〜25および射出口21aによって形成される領域Aの開口幅は、直径1〜10mmの範囲内に設定されていることが好ましく、射出口21aの射出口幅d3は、直径1〜10mmの範囲内に設定されていることが好ましい。直径が1mm未満だと、十分な蒸着速度が得られないおそれがあり、また蒸着粒子同士の衝突が増え、蒸着粒子の散乱が増加するおそれがある。また、直径が10mmを超えると、蒸着粒子射出装置20が大きくなり過ぎるおそれがある。
また、上記補助板40および板状部材23〜25の材料としては、例えばホルダ21と同様の材料が挙げられる。また、熱伝導度もホルダ21の材料と同等に高いことが望ましい。熱伝導度が低いと、蒸着材料が付着して小孔41や領域Aが目詰まりするおそれがある。さらには、蒸着材料との化学反応を防ぐために、上記補助板40および板状部材23〜25の材料とホルダ21の材料とを統一しておくことが好ましい。上記補助板40および板状部材23〜25は、ホルダ21と共に加熱されるが、上述したように、ホルダ21の内壁面が板状部材23〜25の開口部23a〜25aから離されて配置されているため、特許文献1の規制板で述べたような問題は発生しない。
<ダウンデポジション>
また、本実施の形態では、前記したように、蒸着粒子射出装置20・30が被成膜基板200の下方に配されており、蒸着粒子射出装置20・30が、マスク300の開口部301を介して、蒸着粒子を下方から上方に向かってアップデポジションさせる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
例えば、蒸着粒子射出装置20・30を、被成膜基板200の上方に設け、マスク300の開口部301を介して蒸着粒子を上方から下方に向かって被成膜基板200に蒸着(ダウンデポジション)させても構わない。
なお、このようにダウンデポジションを行う場合、例えば、蒸着粒子射出装置20・30におけるるつぼ22・32に蒸着材料を直接収容して加熱する代わりに、ホルダ21・31に、例えばロードロック式の配管を接続し、該配管を通じてホルダ21・31内に蒸発または昇華された蒸着材料を供給すればよい。
このようにダウンデポジションにより蒸着を行う場合、自重撓みを抑制するために静電チャック等の手法を使用しなくても、高精細のパターンを、被成膜基板200の全面に渡って、精度良く形成することができる。
<サイドデポジション>
また、例えば、上記蒸着粒子射出装置20・30は、横方向に向けて蒸着粒子を射出する機構を有しており、被成膜基板200の被成膜面201側が蒸着粒子射出装置20・30側を向いて垂直方向に立てられている状態で、マスク300を介して蒸着粒子を横方向に被成膜基板200に蒸着(サイドデポジション)させてもよい。
なお、このようにサイドポジションを行う場合にも、例えば、蒸着粒子射出装置20・30におけるるつぼ22・32に蒸着材料を直接収容して加熱する代わりに、ホルダ21・31に、例えばロードロック式の配管を接続し、該配管を通じてホルダ21・31内に蒸発または昇華された蒸着材料を供給すればよい。
<その他変形例>
なお、本実施の形態では、ホルダ21・31内に、板状部材を、それぞれ3段設けた場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、上記板状部材が、2段、または4段以上設けられている構成としてもよい。
なお、段数(層数)が増えるほど本実施の形態の効果は発揮されるが、蒸着源が大きくなってしまうおそれがある。蒸着源が大きくなると、装置設計上の問題や高出力の加熱装置が必要となったりする場合がある。したがって、板状部材の段数は、これらを勘案して決定すればよい。
また、板状部材の開口部の形状(平面形状)は、円形に限らず、方形や様々な形状とすることができる。
また、各板状部材には、各板状部材に一つだけでなく、複数の開口部が設けられていてもよい。
すなわち、上記蒸着源における各貫通口(すなわち、上記板状部材における各開口部および射出口)は、一次元(すなわち、ライン状)に配列されていてもよく、それぞれ二次元(すなわち、面状)に配列されていても構わない。
例えば後述する実施の形態に示すように、被成膜基板200とマスク300とを一方向に相対移動させる蒸着装置の場合、射出口の個数を多くするほど、大面積の被成膜基板200に対応することができる。
また、上記したように各貫通口だけでなく、蒸着源そのものが、紙面と垂直方向にも配置されていてもよい(二次元配列)。その場合も、各蒸着源からの蒸着粒子の広がり範囲が重なった領域内で蒸着を行う。なお、被成膜基板200は、紙面と垂直方向に走査されてもよい。
また、本実施の形態では、有機EL表示装置100がTFT基板110を備え、該TFT基板110上に有機層を形成する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。有機EL表示装置100は、TFT基板110に代えて、有機層を形成する基板にTFTが形成されていないパッシブ型の基板であってもよく、被成膜基板200として、上記パッシブ型の基板を用いてもよい。
また、本実施の形態では、上記したようにTFT基板110上に有機層を形成する場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、有機層に代えて、電極パターンを形成する場合にも好適に用いることができる。
また、上記蒸着粒子射出装置20・30および蒸着装置1は、上記したように有機EL表示装置100の製造方法以外にも、パターン化された膜を蒸着により成膜する、あらゆる製造方法並びに製造装置に対して好適に適用することができる。そのなかでも、高指向性の蒸着源を必要とする蒸着方法に特に好適に用いることができる。
上記蒸着粒子射出装置20・30および蒸着装置1は、例えば、有機EL表示装置100以外にも、例えば有機薄膜トランジスタ等の機能デバイスの製造にも好適に適用できる。
〔実施の形態2〕
本実施の形態について主に図11に基づいて説明すれば、以下の通りである。
なお、本実施の形態では、主に、実施の形態1との相違点について説明するものとし、実施の形態1で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
<蒸着粒子射出装置20・30の構成>
図11は、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20の概略構成を模式的に示す断面図である。
なお、図11においても、蒸着粒子射出装置20を例に挙げて説明するが、蒸着粒子射出装置30の構成は、符号20〜26を、それぞれ、符号30〜36と読み替えたものに等しいことは、言うまでもない。
なお、図11では、熱交換器26の図示を省略している。
本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20は、蒸着源内の各貫通口(少なくとも2つ以上の板状部材の開口部および射出口21aの間)で、上層側ほど(つまり、射出口21a側ほど)開口サイズが広くなっている。
図11に示す例では、板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21aの大きさが、射出口21a側ほど広くなっている。
各貫通口(板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21a)を繋ぐ角度は、所望する蒸着粒子の射出角度と一致している。言い換えれば、蒸着粒子射出装置20から射出される蒸着粒子の射出角度に合わせて各板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21aの大きさが決定されている。
なお、その他の構造は、実施の形態1と同じである。
このため、図11に示す例の場合、るつぼ22から直接射出口21a外に射出し得る範囲(言い換えれば、ホルダ21における、るつぼ22が設けられた第1の空間層Dから直接射出口21a外に射出し得る範囲)Wは、射出口21aの射出口幅d3(射出口21aの開口サイズ、直径)に加えて、射出口21aの開口端の法線方向から外側にそれぞれθ(すなわち、θ)だけ広がった範囲となる。
但し、本実施の形態では、図11に示すように、図1に示す蒸着粒子射出装置20よりも、d3の大きさが拡大されている。なお、本実施の形態でも、蒸着粒子がるつぼ22から射出口21a外に直接射出される範囲Wは、射出口21aの射出口幅d3および上記θ(θ)を変更することで、任意に設定することができる。
また、図11に示す蒸着粒子射出装置20では、R2およびR3の部分の大きさ(範囲)が、図1に示す蒸着粒子射出装置20よりも拡大する。
このため、本実施の形態によれば、最下段の板状部材23の開口部23aを通って、るつぼ22から直接射出口21a外に放出される蒸着粒子が、上段側の板状部材24・25の開口部24a・25aおよび射出口21aを規定する薄板(開口部24a・25aおよび射出口21a近傍の板材、つまり、板状部材24・25およびホルダ21の天壁)によって邪魔されることがなく、かつ、各空間層から各貫通口を介して射出口21a外に放出される蒸着粒子の放出量を増加させることができる。
このため、蒸着速度を実施の形態1よりもさらに向上させることができる。
なお、設計によっては、最下段の板状部材23の開口部23aよりもその上段の板状部材の開口部(例えば板状部材24の開口部24a)の方が狭い場合がある。
これは、(i)領域Aを挟んで一方側(ここでは、紙面左側とする)の最下段の板状部材23の開口部23aの開口端と他方側(ここでは、紙面右側とする)の射出口21aの開口端とを結ぶ線H(線H1)と、(ii)領域Aを挟んで上記線H1を規定する開口端とは反対側、つまり、上記他方側(紙面右側)の最下段の板状部材23の開口部23aの開口面と上記一方側(紙面左側)の射出口21aの開口端とを結ぶ線H(H2)との交点Pの位置に依存する。
したがって、上層に向かうにつれ、最初は貫通口が狭くなり、その後広くなる場合も想定される。
このため、本実施の形態では、複数段の板状部材23〜25に設けられた開口部23a〜25aおよび射出口21aのうち、射出口21aおよび各板状部材23〜25の開口部23a〜25aの開口面に垂直な方向から見たときに、互いに重なり合う射出口21aと上記開口部23a〜25aの少なくとも一部とは、射出口21a側ほどその開口径が広くなるように形成される。
言い換えれば、少なくとも2つ以上の、板状部材の開口部および射出口21aの間で、射出口21a側ほど、上記板状部材の開口部が広くなるように、上記板状部材の開口部および射出口21aが形成される。
<蒸着粒子射出装置20・30の製造>
なお、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20・30は、以下のようにして設計・製造することができる。なお、ここでも、蒸着粒子射出装置20を例に挙げて説明する。
まず、射出口21aの大きさ(射出口幅d3)と、図11に示すθとを決定する。
次に、射出口21aの開口端からθの角度で補助線(すなわち、線H1・H2)を引く。
その後、この補助線(線H1・H2)上に板状部材23〜25の開口部23a〜25aの開口端が位置するように、板状部材23〜25を設計・配置する。なお、このとき、板状部材23〜25は、式(2)を満たすように設計・配置される。
〔実施の形態3〕
本実施の形態について主に図12および図13の(a)〜(c)に基づいて説明すれば、以下の通りである。
なお、本実施の形態では、主に、実施の形態1、2との相違点について説明するものとし、実施の形態1、2で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
<蒸着粒子射出装置20・30の構成>
図12は、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20の概略構成を模式的に示す断面図である。
なお、図12においても、蒸着粒子射出装置20を例に挙げて説明するが、蒸着粒子射出装置30の構成は、符号20〜26を、それぞれ、符号30〜36と読み替えたものに等しいことは、言うまでもない。
なお、図12でも熱交換器26の図示を省略している。
本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20は、蒸着源内の各貫通口(少なくとも2つ以上の板状部材の開口部および射出口21aの間)で、上層側ほど(つまり、射出口21a側ほど)開口サイズが狭くなっている。
図12に示す例では、板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21aの大きさが、射出口21a側ほど狭くなっている。
各貫通口(板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21a)を繋ぐ角度は、所望する蒸着粒子の射出角度と一致している。言い換えれば、蒸着粒子射出装置20から射出される蒸着粒子の射出角度に合わせて各板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21aの大きさが決定されている。
なお、その他の構造は、実施の形態1と同じである。
このため、図12に示す例においても、るつぼ22から直接射出口21a外に射出し得る範囲(言い換えれば、ホルダ21における、るつぼ22が設けられた第1の空間層Dから直接射出口21a外に射出し得る範囲)Wは、射出口21aの射出口幅d3(射出口21aの開口サイズ、直径)に加えて、射出口21aの開口端の法線方向から外側にそれぞれθ(すなわち、θ)だけ広がった範囲となる。
但し、本実施の形態では、図11に示すように、図1に示す蒸着粒子射出装置20よりも、d3の大きさが縮小されている。なお、本実施の形態でも、蒸着粒子がるつぼ22から射出口21a外に直接射出される範囲Wは、射出口21aの射出口幅d3および上記θ(θ)を変更することで、任意に設定することができる。
また、図12に示す蒸着粒子射出装置20では、R2およびR3の部分の大きさ(範囲)が、図1および図11に示す蒸着粒子射出装置20よりも狭くなり易い。
このため、本実施の形態によれば、各空間層から各貫通口を介して射出口21a外に放出される蒸着粒子の放出量は、図1および図11に示す蒸着粒子射出装置20よりも少なくなり易い。
しかしながら、一方で、各空間層、すなわち、隣り合う板状部材間に捕らえられた蒸着粒子がるつぼ22内に帰還し易い。そのため、るつぼ22内に帰還した蒸着粒子が直接るつぼ22から射出口21a外に放出されることにより、さらに指向性を向上させることができる。
なお、本実施の形態では、実施の形態2とは逆に、設計によっては、最下段の板状部材23の開口部23aよりもその上段の板状部材の開口部(例えば板状部材24の開口部24a)の方が広い場合がある。
これは、実施の形態2同様、(i)領域Aを挟んで一方側(ここでは、紙面左側とする)の最下段の板状部材23の開口部23aの開口端と他方側(ここでは、紙面右側とする)の射出口21aの開口端とを結ぶ線H(線H1)と、(ii)領域Aを挟んで上記線H1を規定する開口端とは反対側、つまり、上記他方側(紙面右側)の最下段の板状部材23の開口部23aの開口面と上記一方側(紙面左側)の射出口21aの開口端とを結ぶ線H(H2)との交点Pの位置に依存する。
したがって、上層に向かうにつれ、最初は貫通口が広くなり、その後狭くなる場合も想定される。
このため、本実施の形態では、複数段の板状部材23〜25に設けられた開口部23a〜25aおよび射出口21aのうち、射出口21aおよび各板状部材23〜25の開口部23a〜25aの開口面に垂直な方向から見たときに、互いに重なり合う射出口21aと上記開口部23a〜25aの少なくとも一部とは、射出口21a側ほどその開口径が狭くなるように形成される。
言い換えれば、少なくとも2つ以上の、板状部材の開口部および射出口21aの間で、射出口21a側ほど、上記板状部材の開口部が狭くなるように、上記板状部材の開口部および射出口21aが形成される。
<蒸着粒子射出装置20・30の製造>
なお、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20・30は、以下のようにして設計・製造することができる。なお、ここでも、蒸着粒子射出装置20を例に挙げて説明する。
まず、射出口21aの開口端からθの角度で第1の補助線(図12中、線K(線K1・K2))を引く。
その後、この第1の補助線(線K1・K2)上に板状部材25の開口部25aの開口端が位置するように、板状部材25を設計・配置する。
次に、射出口21aの開口端から、θよりも小さい角度θで第2の補助線(図12中、線I(線I1・I2))を引く。
その後、この第1の補助線(線I1・I2)上に板状部材24の開口部24aの開口端が位置するように、板状部材24を設計・配置する。この時、第3の空間層Fの上段側の板状部材25の開口部25aの開口幅よりも、該第3の空間層Fの下段側の板状部材24(言い換えれば、第2の空間層Eの上段側の板状部材24)の開口部24aの開口幅の方が広いようにする。
上記手順を繰り返すことで、蒸着源内の貫通口が上部層に行くほど狭くなっている構造を形成することができる。なお、このとき、板状部材23〜25は、式(2)を満たすように設計・配置される。
<変形例>
図13の(a)〜(c)は、蒸着粒子射出装置20の変形例を示す断面図である。
図13の(a)・(b)に示すように、板状部材23〜25は、図1〜図3および図10〜図12等で示したように被成膜基板200の基板面に垂直な方向(鉛直方向)に対して垂直なだけでなく、傾斜状態とすることもできる。
また、図13の(c)に示すように、各板状部材23〜25の開口部23a〜25aおように射出口21aの中心位置をずらすこともできる。但し、被成膜基板200の基板面に垂直な方向からみた平面において、領域Aで示すように、各板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21aの少なくとも一部は重なっている。言い換えれば、るつぼ22から蒸着粒子を直接射出し得る範囲が存在する。
なお、図13の(a)・(b)は、板状部材23〜25が、被成膜基板200の基板面に垂直な方向(言い換えれば、各板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21aの開口面に垂直な方向)に対して傾斜していることを除けば、図1に示す蒸着粒子射出装置20と同じ構造を有している。
このため、図13の(a)・(b)に示す例の場合、るつぼ22から直接射出口21a外に射出し得る範囲Wは、図1に示す蒸着粒子射出装置20と同じである。
但し、図13の(c)に示す例の場合、図13の(c)に示す断面において、領域Aを挟んで、一方の側(この場合、紙面右側)における、最下段の板状部材23の開口端の下端(開口下端23a)と、領域Aを挟んで、他方の側(この場合、紙面左側)におけるホルダ21の射出口21aの開口端の上端部分(開口上端21a)とを結ぶ線H上に位置する、最も下段側の板状部材の開口端の下端部分は、最下段の板状部材23の開口端の下端(開口下端23a)となる。
一方、図13の(c)に示す断面において、領域Aを挟んで、他方の側(この場合、紙面左側)における、最下段の板状部材23の開口端の下端と、領域Aを挟んで、他方の側(この場合、紙面右側)におけるホルダ21の射出口21aの開口端の上端部分(開口上端21a)とを結ぶ線H上に位置する、最も下段側の板状部材の開口端の下端部分は、板状部材24の開口端の下端(開口下端24a)となる。
したがって、図13の(c)に示す例では、るつぼ22から直接射出口21a外に射出し得る範囲Wは、射出口21aの射出口幅d3に加えて、射出口21aの開口端の法線方向から外側に、θだけ広がった範囲とθだけ広がった範囲とができる。
したがって、図2および図4の(a)に示すように蒸着源を2つ使用して2つの蒸着源から射出された蒸着粒子の広がり範囲が重なっている領域内で蒸着を行う場合、上記したように蒸着粒子の広がり範囲に偏りをもたせることで、2つの蒸着源から射出された蒸着粒子の広がり範囲が重なっている領域を大きくし、重ならない領域を小さくすることが可能となる。
〔実施の形態4〕
本実施の形態について主に図14〜16に基づいて説明すれば、以下の通りである。
なお、本実施の形態では、主に、実施の形態1〜3との相違点について説明するものとし、実施の形態1〜3で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
<蒸着装置1の全体構成>
図14は、本実施の形態にかかる蒸着装置1における要部の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図15は、本実施の形態にかかる蒸着装置1における真空チャンバ2内の主要構成要素を模式的に示す斜視図である。
前記実施の形態1〜3では、被成膜基板200に蒸着用のマスク300が密着固定されている場合を例に挙げて説明した。
本実施の形態では、実施の形態1〜3とは異なり、蒸着用のマスク300として、非密着型のマスクを使用し、該マスク300と被成膜基板200との間に一定の空隙を設けてスキャン蒸着を行う場合を例に挙げて説明する。また、本実施の形態では、蒸着源として、複数の射出口21aを有する蒸着粒子射出装置20を使用し、マスク300と蒸着粒子射出装置20との間に制限板60を設ける。
図14に示すように、本実施の形態にかかる蒸着装置1は、真空チャンバ2、フレーム3、基板移動ユニット51、マスク支持ユニット52、制限板支持ユニット53、蒸着粒子射出装置移動ユニット7、蒸着粒子射出装置20、制限板60、および図示しない制御部(制御回路)等を備えている。
フレーム3、基板移動ユニット51、マスク支持ユニット52、制限板支持ユニット53、蒸着粒子射出装置移動ユニット7、蒸着粒子射出装置20、制限板60は、真空チャンバ2内に配されている。また、真空チャンバ2内における蒸着粒子射出装置20の上方には、蒸着粒子射出装置20と対向して、蒸着用のマスク300および被成膜基板200が配されている。
なお、図14および図15では、シャッタ5およびシャッタ作動ユニット6の図示を省略しているが、シャッタ5およびシャッタ作動ユニット6が真空チャンバ2内に設けられていてもよい。
なお、シャッタ5およびシャッタ作動ユニット6の構成は前記した通りであり、蒸着粒子射出装置20・30からマスク300に向かう蒸着粒子の射出経路を開閉する代わりに、蒸着粒子射出装置20からマスク300に向かう蒸着粒子の射出経路を開閉する。したがって、本実施の形態では、その説明を省略する。
以下に、実施の形態1と異なる点について説明する。
<マスク300の構成>
本実施の形態で用いられるマスク300は、図15に示すように、被成膜基板200の被成膜領域210よりも小さいサイズを有している。
本実施の形態では、実施の形態1〜3とは異なり、マスク300と被成膜基板200とが、図14および図15に示すように、マスク300のマスク面(すなわち、マスク300における開口部形成面)に垂直な方向であるZ軸方向に一定距離だけ離間して保持されている。
マスク300と蒸着粒子射出装置20とは、マスク300のマスク面に垂直な方向であるZ軸方向に、一定距離だけ離間して保持されている。なお、蒸着粒子射出装置20とマスク300との相対的な位置は固定されている。但し、アライメント作業による微小稼働領域は存在する。
なお、本実施の形態でも、マスク300には、図14および図15に示すように、例えば帯状(ストライプ状)の開口部301(貫通口)が、例えば一次元方向に複数配列して設けられている。
本実施の形態では、図15に示すように、マスク300の短手方向(短辺300b)に平行に伸びる開口部301が、マスク300の長手方向(長辺300a)に複数並んで設けられている。
本実施の形態では、図15に示すように、被成膜基板200に対し、マスク300の短手方向に走査を行ってスキャン蒸着する。
すなわち、本実施の形態において、開口部301の長手方向は、走査方向(基板搬送方向、図14および図15中、X軸方向)に平行になるように設けられており、走査方向に直交する方向(図14および図15中、Y軸方向)に複数並んで設けられている。
本実施の形態では、マスク300は、図15に示すように、被成膜基板200の走査方向に平行な方向における開口領域302の幅d21(開口部301の幅に等しい)が、被成膜基板200の被成膜面201における被成膜領域210(パネル領域)の、被成膜基板200の走査方向に平行な方向の幅d11よりも短くなるように形成されている。
一方、被成膜基板200の走査方向に直交する方向におけるマスク300の開口領域302の幅d22は、1回の走査で被成膜基板200の走査方向に垂直な方向における被成膜領域全体に渡って成膜が行われるように、例えば、被成膜基板200の被成膜領域210(パネル領域)における、被成膜基板200の走査方向に直交する方向の幅d12に合わせて形成されている。
但し、本実施の形態はこれに限定されるものではない。例えば幅d22が幅d12よりも小さく形成されていても構わない。この場合、マスク300のサイズに合わせて、マスク支持ユニット52およびフレーム3の設計を変更すればよい。
また、被成膜基板200に対するマスク300の大きさは、任意に設定することができ、具体的なサイズは、特に限定されない。
本実施の形態では、例えば、蒸着粒子射出装置20およびマスク300を固定し(但し、必要に応じてアライメントによる移動は行う)、被成膜基板200の長手方向(長辺200a)に平行な方向に被成膜基板200を搬送(インライン搬送)してマスク300上を通過させることで、被成膜基板200上に、マスク300に設けられた開口部301を介して蒸着材料を蒸着させる場合を例に挙げて説明する。
但し、本実施はこれに限定されるものではなく、被成膜基板200を固定し、蒸着粒子射出装置20およびマスク300を移動させてもよく、(i)蒸着粒子射出装置20およびマスク300と、(ii)被成膜基板200とのうち、少なくとも一方を、他方に対して相対移動させても構わない。
また、マスク300に対する被成膜基板200の長辺200aの向きはこれに限定されるものではなく、被成膜基板200の大きさによっては、マスク300の長辺300aに被成膜基板200の長辺200aが平行となるようにマスク300と被成膜基板200とを配置してもよいことは言うまでもない。
また、蒸着粒子射出装置20とマスク300とは、相対的に位置が固定されていればよく、同一の保持部材を用いてマスクユニットとして一体的に設けられていてもよく、それぞれ独立して設けられていてもよい。
また、蒸着粒子射出装置20およびマスク300を被成膜基板200に対して相対移動させる場合には、上記したように蒸着粒子射出装置20およびマスク300を、同一の保持部材で保持した状態で、同一の移動機構を用いて被成膜基板200に対して相対移動させてもよい。
<フレーム3の構成>
フレーム3は、図14に示すように、実施の形態1同様、真空チャンバ2の内壁2aに隣接して設けられており、防着板(遮蔽板)および真空チャンバ内構成物保持部材として用いられる。
本実施の形態では、フレーム3に、基板移動ユニット51、マスク支持ユニット52、制限板支持ユニット53が保持・固定されている。
<基板移動ユニット51およびマスク支持ユニット52の構成>
本実施の形態では、前記したようにマスク300と被成膜基板200とが離間して設けられていることから、可動支持ユニット4に代えて、基板移動ユニット51およびマスク支持ユニット52が設けられている。
基板移動ユニット51は、被成膜基板200の水平姿勢を維持した状態で移動(搬送)可能に支持する基板移動ユニットである。
また、マスク支持ユニット52は、マスク300の水平姿勢を維持した状態で固定可能に支持する。
基板移動ユニット51は、例えば可動支持ユニット4と同様の構成とすることができる。
すなわち、基板移動ユニット51は、それぞれステッピングモータ(パルスモータ)等のモータ(XYθ駆動モータ)、コロ、およびギヤ等で構成される駆動部と、モータ駆動制御部等の駆動制御部とを備え、駆動制御部により駆動部を駆動させることで、被成膜基板200を移動させる。
このとき、基板移動ユニット51は、TFT基板110等の被成膜基板200を、その被成膜面201がマスク300のマスク面に面するように保持した状態で移動させる。
本実施の形態では、被成膜基板200よりも小さいサイズのマスク300を使用し、基板移動ユニット51を用いて、YX平面内で、X軸方向に被成膜基板200を搬送(インライン搬送)してマスク300上を通過させることで、蒸着材料の蒸着を行う。
なお、図14に示す例では、基板移動ユニット51により、被成膜基板200が、その下面側(すなわち、被成膜面201側)で保持されている場合を例に挙げて図示しているが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。
基板移動ユニット51は、例えば、基板保持部材として、吸着板を備え、該吸着板をモータもしくは油圧ボンプ等の駆動部材を用いて移動させる構成を有していてもよい。
被成膜基板200を、静電チャック等により吸着板に吸着させて、被成膜基板200の非成膜面(すなわち、被成膜面201とは反対側の面)全体で保持することで、被成膜基板200に大型の基板を使用した場合であっても、被成膜基板200の自重による撓みを防止することができる。これにより、被成膜基板200とマスク300との距離を容易に一定に保持することができる。
<蒸着粒子射出装置20>
実施の形態1では、前記したように、射出口が基板走査方向に垂直な方向(Y軸方向)に対し1つだけ設けられた2つの蒸着源を使用した。
つまり、実施の形態1では、マスク300に複数の開口部301が設けられている場合に、該開口部301の配列方向に、射出口が1つだけ設けられた2つの蒸着源を使用した。
この場合、前記したように、蒸着粒子がるつぼ22から射出口21a外に直接射出される範囲Wは、射出口21aの射出口幅d3および角度θ(θ)により、容易かつ任意に設定が可能であり、蒸着範囲を容易に設定・制御することができる。
これに対し、本実施の形態では、射出口が基板走査方向に垂直な方向に対し複数設けられた1つの蒸着源を使用する。
すなわち、本実施の形態では、図14および図15に示すように、真空チャンバ2内に、蒸着源として、基板走査方向に垂直な方向に複数の射出口21aが設けられた蒸着粒子射出装置20が配されている。
蒸着粒子射出装置20の射出口21aは、図15に示す長尺なマスク300および制限板60の構造に合わせて基板走査方向に垂直な方向に配列されている。
図16は、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20の概略構成を示す断面図である。
図14および図16に示すように、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20は、蒸着材料発生部としてホルダ21の内部にるつぼ22を設ける代わりに、ホルダ21の外部に、ホルダ21内に気体状の蒸着粒子を供給する蒸着材料供給部27として、蒸着材料供給用の容器が設けられている。蒸着材料供給部27とホルダ21とは、蒸着粒子導入用の配管28を介して接続されている。
なお、蒸着材料供給部27および配管28は、蒸着チャンバ2の内部に設けられていてもよく、蒸着チャンバ2の外部に設けられていてもよい。上記配管28としては、例えばロードロック式の配管を用いることができる。
蒸着材料供給部27には、るつぼ22同様、固体または液体の蒸着材料が収容(貯留)されている。蒸着材料供給部27は、図示しないヒータ等の熱交換器により加熱される。
これにより、蒸着材料供給部27内の蒸着材料が蒸発(蒸着材料が液体材料である場合)または昇華(蒸着材料が固体材料である場合)して気体になる。
すなわち、本実施の形態では、蒸着材料供給部27が、気体状の蒸着粒子を発生させる蒸着粒子発生部として用いられる。したがって、本実施の形態では、ホルダ21の外部に蒸着粒子発生部が設けられており、ホルダ21は、蒸着粒子の射出方向を規制する蒸着粒子射出方向規制部として用いられる。
本実施の形態でも、ホルダ21内には、実施の形態1同様、開口部23a〜25aをそれぞれ有する板状部材23〜25が、蒸着粒子射出方向、すなわち、開口部23a〜25aおよび射出口21aの開口面に垂直な方向に互いに離間して積層(重畳配置)されている。
なお、図16は、蒸着粒子射出装置20における射出口配列方向(すなわち、基板走査方向に垂直な方向)の断面を示している。
なお、本実施の形態では、射出口21aが、ホルダ21の天壁に、一次元方向に配設されているものとする。したがって、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20における基板走査方向の断面構造は、図1と同じである。
本実施の形態でも、実施の形態1〜3同様、ホルダ21の内部は、板状部材23〜25によって、第1の空間層D、第2の空間層E、第3の空間層F、第4の空間層Gの4つの空間層に分割されており、各板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21aの開口面に垂直な方向から見たときに(つまり、平面視で)、それぞれ重なる領域Aを有している。
蒸着材料供給部27から、配管28を通して、蒸着粒子導入室となるホルダ21内の最下層(第1の空間D)に導入(供給)された蒸着流は、板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21aを通して射出口21a外に射出される。
このとき、図16に示すように、射出口配列方向(走査方向に垂直な方向)におけるホルダ21の両端には、図1で代用される、射出口配列方向に垂直な方向(走査方向)におけるホルダ21の両端と同様に、ホルダ21の内壁面が存在する。
しかしながら、図1で代用される、射出口配列方向に垂直な方向の断面と同様に、図16に示す射出口配列方向の断面においても、実施の形態1で説明したのと同様に板状部材23〜25の開口部23a〜25aおよび射出口21aが設計されている(例えば式(2)を満たす)ことで、最上層である第4の空間層G以外の空間層からは、ホルダ21の内壁21bで反射・散乱した蒸着粒子が、射出口21a外に直接射出されない。
このため、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20においても、実施の形態1にかかる蒸着粒子射出装置20と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施の形態では、図1で代用したように、基板走査方向には、射出口21aを1つだけ設けたが、基板走査方向に射出口21aを2つ以上形成することもできる。
すなわち、射出口21aは、2次元に配列されていてもよい。この場合、図16と同様の構造を基板走査方向にも形成すればよい。
また、図16では、各射出口21a間には内壁面が存在していない。しかしながら、蒸着粒子射出装置20の剛性や各射出口21aから射出される蒸着粒子の量を均一化するために、各射出口21a間に壁体を形成することで、各射出口21a間にも内壁面が存在していてもよい。但し、この場合、前記実施の形態1で示した式(2)を満たす必要がある。
この場合、上記蒸着粒子射出装置20は、例えば図1に示す構造を有する蒸着粒子射出装置20が複数連結された構成とすることができる。
また、図1に示す構造を有する複数の蒸着粒子射出装置20が、第2の空間層E〜第4の空間層Gにおけるホルダ21の内壁21bで互いに連結される一方、第1の空間層Dに内壁21bが存在せず、第1の空間層Dが互いに連通して設けられた構成とすることができる。
<制限板60>
制限板60には、上下方向に貫通する複数の開口部61(貫通口)が設けられている。
蒸着粒子射出装置20の射出口21aから該装置外に射出された蒸着粒子は、制限板60の開口部61およびマスク300の開口部301を通って被成膜基板200に達する。
図4の(a)に示したように、蒸着粒子射出装置20の射出口21aから射出された蒸着粒子は、ある程度の広がりを持って放射状に射出される。
しかしながら、蒸着粒子射出装置20の射出口21aから射出された蒸着粒子が制限板60の開口部61を通ることで、被成膜基板200に入射される蒸着粒子の角度は、一定の角度以下に制限される。
すなわち、制限板60を用いてスキャン蒸着を行う場合、制限板60によって制限された蒸着粒子の広がり角度よりも大きい射出角度を有する蒸着粒子は、制限板60によって全て遮蔽される。
したがって、制限板60に入射される蒸着粒子の広がり角が小さいほど、制限板60の開口部61を通過する蒸着流の量が増え、材料利用効率が向上する。
本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置20には、図16に示すようにホルダ21内に、開口部23a〜25aを有する複数段の板状部材23〜25が配置されている。
このため、前記したように蒸着流の指向性が高く、制限板60の開口部61を通過する蒸着粒子の割合が従来よりも増大する。このため、蒸着材料の材料利用効率が、従来よりも向上する。加えて、実施の形態1と同様に、蒸着速度が向上する。
また、制限板60に設けられた開口部61を通過した蒸着粒子のみで被成膜基板200上に蒸着膜221が形成されるので、被成膜基板200に形成された成膜パターンにおける膜厚分布を改善することができる。このため、被成膜基板200上に、蒸着膜221を、蒸着膜パターンがボケることなく、高精度に形成し得る。
本実施の形態では、制限板60の開口部61、射出口21a、板状部材23〜25の開口部23a〜25aは、平面視で、それぞれの開口中心が一致するように形成されている。これにより、高精度に蒸着流の広がりを抑制することが可能となる。
但し、図14および図15に示すように、本実施の形態では、射出口21aと制限板60の開口部61のサイズとは互いに異なっている。
制限板60の開口部61の大きさは、被成膜基板200の大きさや形成する成膜パターンに応じて適宜設定すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、走査方向(基板搬送方向)と平行な方向における、制限板60の各開口部61の開口サイズは、0.2m以下とすることが好ましい。
但し、上記開口サイズが0.2mよりも大きい場合、マスク300への蒸着粒子の付着量が単に増えたりして成膜に寄与しない蒸着粒子成分が増加するだけである。
これに対し、走査方向(基板搬送方向)と平行な方向における、マスク300の各開口部301の開口サイズが大きすぎると、パターン精度が低下する。
このため、マスク300の開口サイズは、精度を確保するために、現状の技術レベルでは、20cm以下とする必要がある。
また、走査方向(基板搬送方向)に垂直な方向における、制限板60の開口サイズは、被成膜基板200の大きさや形成する成膜パターンにもよるが、5cm以下とすることが好ましい。5cmよりも大きくなると、被成膜基板200の被成膜面201での蒸着膜221の膜厚ムラが大きくなったり、マスク300のパターンと成膜されるパターンとのズレ量が大きくなり過ぎたりする等の問題が生じる。
被成膜基板200の被成膜面201に垂直な方向における制限板60の位置は、制限板60が、マスク300と蒸着粒子射出装置20との間に、蒸着粒子射出装置20から離間して設けられてさえいれば、特に限定されるものではない。制限板60は、例えばマスク300に密着して設けられていてもよい。
なお、制限板60を蒸着粒子射出装置20から離間して設ける理由は、以下の通りである。
制限板60は、斜め成分の蒸着粒子をカットするため、加熱しないか、図示しない熱交換器により冷却される。このため、制限板60は、蒸着粒子射出装置20の射出口21aよりも低い温度になっている。
また、被成膜基板200の方向に蒸着粒子を飛来させないときには、図示しないシャッタ5を、制限板60と蒸着粒子射出装置20との間に設ける必要がある。
このため、制限板60と蒸着粒子射出装置20との間には、少なくとも2cm以上の距離を設ける必要がある。
なお、上記したように、必要に応じて、制限板60を冷却する冷却機構を設けることで、法線方向に非平行な不要な蒸着粒子が制限板60により冷却され、該蒸着粒子が固化されることで、蒸着粒子の進行方向を被成膜基板200の法線方向にさらに近づけることができる。
<要点概要>
以上のように、上記各実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置は、(1)蒸着材料を加熱して気体状の蒸着粒子を発生させる蒸着粒子発生部と、(2)上記蒸着粒子を外部に射出する少なくとも1つの射出口を有するホルダと、(3)上記ホルダ内に設けられた複数段の板状部材とを備え、上記複数段の板状部材は、上記少なくとも1つの射出口に対応してそれぞれ少なくとも1つの貫通口を有し、上記蒸着粒子発生部と射出口との間に、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向に互いに離間して設けられており、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記射出口および各板状部材の貫通口はそれぞれ重なっている。
上記の構成によれば、各貫通口を通って上層に移動する、射出角度の小さい蒸着粒子の割合を増加させることができ、指向性を向上させることができる。
また、上記の構成によれば、蒸着粒子の衝突・散乱を抑制・防止するとともに、射出口の開口方向における見掛け上の貫通口の長さ(ノズル長)を長くすることができるので、蒸着流のコリメート性(平行流化)の向上を図ることができる。したがって、上記の構成によれば、簡便な構造で蒸着粒子の指向性を向上させることができる。
また、上記蒸着粒子射出装置を用いることで、蒸着流(蒸着粒子)の分布は、従来と比べて狭くなるので、材料利用効率を向上させることができる。さらに、従来と比べて、指向性が向上し、蒸着粒子の広がり角を小さくすることができるので、従来と同一量の蒸着流を射出している場合であっても、従来よりも蒸着粒子の密度が高くなり、蒸着速度が向上する。
上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記射出口および各板状部材の貫通口の中心位置はそれぞれ一致していることが好ましい。
上記の構成によれば、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記射出口および各板状部材の貫通口の中心位置がそれぞれ一致していることで、上記射出口および各板状部材の貫通口は必ず重なる領域を有することになる。
これにより、上述した効果を得ることができるとともに、上記貫通口を通過する蒸着流を平行流化することができる。また、上記貫通口の開口方向における見掛け上の貫通口の長さ(ノズル長)を長くすることができるので、ノズル長効果による蒸着流のコリメート性(平行流化)の向上を図ることができる。
また、上記蒸着粒子射出装置は、上記板状部材のうち隣り合う板状部材間のホルダの内壁と、該内壁における蒸着粒子発生部側の端部と上記隣り合う板状部材のうち射出口側の板状部材の貫通口における上記内壁から最短距離の開口端とを結ぶ線とでなす角度の最大値をθとし、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記開口端と、該開口端を有する貫通口に重なる射出口とがなす角度の最大値をθとすると、θ>θの関係を満たすことが好ましい。
また、上記蒸着粒子射出装置は、上記ホルダを射出口の中心線で分断してなる断面において、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記射出口および各板状部材の貫通口が重なり合う領域を挟んで一方の側における隣り合う板状部材のうち射出口側の板状部材の貫通口の開口端と他方の側における射出口の開口端とを結ぶ線が上記一方の側における隣り合う板状部材のうち蒸着粒子発生部側の板状部材と交わる位置よりも上記蒸着粒子発生部側の板状部材の貫通口から奥まった位置に、上記一方の側における隣り合う板状部材間におけるホルダの内壁が形成されていることが好ましい。
上記の各構成によれば、上記板状部材のうち隣り合う板状部材間のホルダの内壁面で反射・散乱した蒸着粒子が直接に射出されることはない。このため、ホルダの内壁面から散乱して直接射出される蒸着粒子の量が低減する。
その結果、蒸着粒子発生部から被成膜基板に向かう方向の成分割合が向上し、蒸着粒子の広がりが小さくなる。よって、材料利用効率が向上する。この結果、上記蒸着粒子射出装置を蒸着源として用いた有機EL表示装置の製造等において低コスト化を図ることができる。
また、上記蒸着粒子射出装置は、上記複数段の板状部材に設けられた貫通口および射出口のうち、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、互いに重なり合う射出口と各板状部材の貫通口の少なくとも一部とは、上記射出口側ほどその開口径が広くなっていることが好ましい。
上記の構成によれば、最下段(蒸着粒子射出方向上流側となる、蒸着粒子発生部側)の板状部材の開口部を通って、蒸着粒子発生部から直接射出口外に放出される蒸着粒子の流れが、上段側(蒸着粒子射出方向下流側となる、射出口側)の板状部材の開口部および射出口を規定する板材(つまり、上記板状部材およびホルダの射出口形成層)によって邪魔されることがなく、かつ、各貫通口を介して射出口外に放出される蒸着粒子の放出量を増加させることができる。
このため、蒸着速度をさらに向上させることができる。
この場合、上記複数段の板状部材に設けられた貫通口および射出口は、上記射出口から射出される蒸着粒子の射出角度に合わせて形成されていることが好ましい。
また、上記蒸着粒子射出装置は、上記複数段の板状部材に設けられた貫通口および射出口のうち、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、互いに重なり合う射出口と各板状部材の貫通口の少なくとも一部とは、上記射出口側ほどその開口径が狭くなっていることが好ましい。
上記の構成によれば、隣り合う板状部材間に捕らえられた蒸着粒子が蒸着粒子発生部内に帰還し易い。そのため、蒸着粒子発生部内に帰還した蒸着粒子が直接蒸着粒子発生部から射出口外に放出されることにより、さらに指向性を向上させることができる。
また、上記蒸着粒子射出装置には、上記複数段の板状部材と蒸着粒子発生部との間に、上記射出口および各板状部材の貫通口よりも小径の複数の小孔を有する補助板が設けられていることが好ましい。
上記補助板としては、メッシュ板またはパンチ板が挙げられる。
上記複数段の板状部材と蒸着粒子発生部との間に、このような補助板が設けられていることで、蒸着粒子発生部内の各位置から放出される蒸着粒子の密度を均一化したり、蒸着粒子発生部から凝集した蒸着粒子が放出されることで蒸着材料がクラスタ(塊)となって射出口から射出されることを防止することができる。
また、上記各実施の形態にかかる蒸着装置は、蒸着源として、上記蒸着粒子射出装置を備えている。
このため、上記蒸着装置によれば、簡便な構造で蒸着粒子の指向性を向上させることができるとともに、上記したように材料利用効率を向上させることができる。
しかも、上記の構成によれば、上記したように、従来と比べて指向性が向上し、蒸着粒子の広がり角を小さくすることができるので、従来と同一量の蒸着流を射出している場合であっても、従来よりも蒸着粒子の密度が高くなり、蒸着速度が向上する。
上記蒸着粒子射出装置と被成膜基板との間には、蒸着粒子の通過を制限する制限板が設けられていることが好ましい。
蒸着粒子射出装置の射出口から射出された蒸着粒子は、ある程度の広がりを持って放射状に射出されるが、制限板の開口部を通ることで、被成膜基板に入射される蒸着粒子の角度は、一定の角度以下に制限される。
このとき、制限板によって制限された蒸着粒子の広がり角度よりも大きい射出角度を有する蒸着粒子は、制限板によって全て遮蔽される。したがって、制限板に入射される蒸着粒子の広がり角が小さいほど、制限板の開口部を通過する蒸着流の量が増え、材料利用効率が向上する。
上記したように、上記各実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置には、上記ホルダ内に、上記貫通口を有する複数段の板状部材が配置されている。
このため、前記したように蒸着流の指向性が高く、制限板の開口部を通過する蒸着粒子の割合が従来よりも増大する。このため、蒸着材料の材料利用効率が、従来よりも向上する。加えて、蒸着速度が向上する。
また、制限板に設けられた開口部を通過した蒸着粒子のみで被成膜基板上に蒸着膜が形成されるので、被成膜基板に形成された成膜パターンにおける膜厚分布を改善することができる。このため、被成膜基板上に、蒸着膜を、蒸着膜パターンがボケることなく、高精度に形成することができる。
また、上記蒸着装置は、蒸着膜の成膜パターンを形成するための蒸着マスクを備えていることが好ましい。
蒸着マスクを用いることで、所望の成膜パターンを得ることができる。
また、上記所定のパターンは、有機エレクトロルミネッセンス素子における有機層とすることができる。上記蒸着装置は、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造装置として好適に用いることができる。すなわち、上記蒸着装置は、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造装置であってもよい。
上記各実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置を用いて有機エレクトロルミネッセンス素子を行う場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、例えば、TFT基板上に第1電極を作製するTFT基板・第1電極作製工程と、前記TFT基板上に少なくとも発光層を含む有機層を蒸着する有機層蒸着工程と、第2電極を蒸着する第2電極蒸着工程とを備え、上記有機層蒸着工程および第2電極蒸着工程の少なくとも一方の工程において、蒸着源として上記蒸着粒子射出装置を使用する。
これにより、簡便な構造で蒸着粒子の指向性を向上させることができるとともに、前記したように材料利用効率を向上させることができる。また、前記したように、従来と比べて指向性が向上し、蒸着粒子の広がり角を小さくすることができるので、従来と同一量の蒸着流を射出している場合であっても、従来よりも蒸着粒子の密度が高くなり、蒸着速度が向上する。
また、上記蒸着装置において、上記蒸着マスクは複数の開口部を備えており、上記蒸着粒子射出装置の射出口は、上記蒸着マスクの開口部の配列方向に1つだけ設けられていることが好ましい。
この場合、蒸着粒子が蒸着粒子発生部から射出口外に直接射出される範囲(W)は、(1)射出口の射出口幅(d3)と、(2)上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、(I)上記射出口および各板状部材の貫通口が重なり合う領域を挟んで一方の側における板状部材の貫通口の開口端の法線と、(II)該貫通口の開口端と他方の側における射出口の開口端とを結ぶ線とでなす角度(θ)で示される最大射出角度(θ)とにより、容易かつ任意に設定が可能である。したがって、蒸着範囲を容易に設定・制御することができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の蒸着粒子射出装置および蒸着装置は、例えば、有機EL表示装置における有機層の塗り分け形成等の成膜プロセスに用いられる、有機EL表示装置の製造装置並びに製造方法等に好適に用いることができる。
1 蒸着装置
2 真空チャンバ
2a 内壁
3 フレーム
3a 棚段
4 可動支持ユニット
5 シャッタ
6 シャッタ作動ユニット
7 蒸着粒子射出装置移動ユニット
8 ステージ
9 アクチュエータ
11 真空ポンプ
20 蒸着粒子射出装置
21 ホルダ
21a 射出口
21a 開口上端
21b 内壁
22 るつぼ(蒸着粒子発生部)
23・24・25 板状部材
23a・24a・25a 開口部
23a・24a・25a・開口下端
26 熱交換器
27 蒸着材料供給部(蒸着粒子発生部)
28 配管
30 蒸着粒子射出装置
31 ホルダ
31a 射出口
32 るつぼ(蒸着粒子発生部)
33・34・35 板状部材
40 補助板
41 小孔
51 基板移動ユニット
52 マスク支持ユニット
53 制限板支持ユニット
60 制限板
61 開口部
100 有機EL表示装置
101R・101G・101B 画素
110 TFT基板
111 絶縁基板
112 TFT
113 配線
114 層間絶縁膜
114a コンタクトホール
115 エッジカバー
120 有機EL素子
121 第1電極
122 正孔注入層兼正孔輸送層
123R・123G・123B 発光層
124 電子輸送層
125 電子注入層
126 第2電極
130 接着層
140 封止基板
200 被成膜基板
200a 長辺
201 被成膜面
210 被成膜領域
221 蒸着膜
300 マスク
300a 長辺
301 開口部
302 開口領域
D 第1の空間層
E 第2の空間層
F 第3の空間層
G 第4の空間層
M・N 板状部材
MA・NA 開口部
NA 開口下端
P 交点

Claims (9)

  1. 蒸着材料を加熱して気体状の蒸着粒子を発生させる蒸着粒子発生部と、
    上記蒸着粒子を外部に射出する少なくとも1つの射出口を有するホルダと、
    上記ホルダ内に設けられた複数段の板状部材とを備え、
    上記複数段の板状部材は、上記少なくとも1つの射出口に対応してそれぞれ少なくとも1つの貫通口を有し、上記蒸着粒子発生部と射出口との間に、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向に互いに離間して設けられており、
    上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記射出口および各板状部材の貫通口はそれぞれ重なっており、
    上記複数段の板状部材に設けられた貫通口および射出口のうち、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、互いに重なり合う射出口と各板状部材の貫通口の少なくとも一部とは、上記射出口側ほどその開口径が狭くなっていることを特徴とする蒸着粒子射出装置。
  2. 上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記射出口および各板状部材の貫通口の中心位置はそれぞれ一致していることを特徴とする請求項1に記載の蒸着粒子射出装置。
  3. 上記板状部材のうち隣り合う板状部材間のホルダの内壁と、該内壁における蒸着粒子発生部側の端部と上記隣り合う板状部材のうち射出口側の板状部材の貫通口における上記内壁から最短距離の開口端とを結ぶ線とでなす角度の最大値をθとし、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記開口端と、該開口端を有する貫通口に重なる射出口とがなす角度の最大値をθとすると、θ>θの関係を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の蒸着粒子射出装置。
  4. 上記ホルダを射出口の中心線で分断してなる断面において、上記射出口および各板状部材の貫通口の開口面に垂直な方向から見たときに、上記射出口および各板状部材の貫通口が重なり合う領域を挟んで一方の側における隣り合う板状部材のうち射出口側の板状部材の貫通口の開口端と他方の側における射出口の開口端とを結ぶ線が上記一方の側における隣り合う板状部材のうち蒸着粒子発生部側の板状部材と交わる位置よりも上記蒸着粒子発生部側の板状部材の貫通口から奥まった位置に、上記一方の側における隣り合う板状部材間におけるホルダの内壁が形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の蒸着粒子射出装置。
  5. 蒸着源として、請求項1〜4の何れか1項に記載の蒸着粒子射出装置を備えていることを特徴とする蒸着装置。
  6. 上記蒸着粒子射出装置と被成膜基板との間に、蒸着粒子の通過を制限する制限板が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の蒸着装置。
  7. 蒸着膜の成膜パターンを形成するための蒸着マスクを備えていることを特徴とする請求項5または6に記載の蒸着装置。
  8. 上記成膜パターンが、有機エレクトロルミネッセンス素子における有機層であることを特徴とする請求項7に記載の蒸着装置。
  9. 上記蒸着マスクは複数の開口部を備えており、
    上記蒸着粒子射出装置の射出口は、上記蒸着マスクの開口部の配列方向に1つだけ設けられていることを特徴とする請求項7または8に記載の蒸着装置。
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