JPWO2012124564A1 - 蒸着粒子射出装置および蒸着装置並びに蒸着方法 - Google Patents

蒸着粒子射出装置および蒸着装置並びに蒸着方法 Download PDF

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Abstract

蒸着粒子射出装置(30)は、蒸着粒子発生部(41)、少なくとも1段の中間ノズル部(51)、蒸着粒子放出ノズル部(61)、および熱交換器(43・63・53)を備えている。蒸着粒子放出ノズル部(61)は、熱交換器(63)で蒸着材料が気体になる温度よりも低い温度に制御され、中間ノズル部(51)は、熱交換器(53)で着粒子発生部(41)と蒸着粒子放出ノズル部(61)との間の温度に制御されている。

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、並びに、該蒸着装置を用いた蒸着方法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蒸着法では、内部を減圧状態に保持することができるチャンバ内に、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。
そして、この蒸着または昇華させた蒸着材料を、蒸着粒子として、蒸着用のマスクに設けられた開口部を通して被成膜基板上に蒸着させることで、所望の成膜パターンを形成する。
特許文献1には、蒸着粒子射出装置として、上記したようにシャドウマスクと称されるマスクを用いた蒸着法の一例として、蒸着源から蒸発あるいは昇華する蒸着材料の量を制御することで蒸着膜の成膜速度を安定させる原料供給装置が開示されている。
図18は、特許文献1に記載の原料供給装置の概略構成を示す断面図である。
図18に示すように、特許文献1に記載の原料供給装置300は、蒸着材料を加熱して第1の温度とすることで蒸発あるいは昇華させて気体原料とする気体発生室301と、上記気体原料の温度を調整する温度調整室302とが、配管部303により接続された構成を有している。
また、温度調整室302の出口近傍には、蒸着用のマスクとして機能するスリット部304が設けられている。これにより、気体原料は、スリット部304を通して被成膜基板200上に蒸着される。
温度調整室302におけるスリット部304よりも上流側(すなわち、配管部303に接続された側)には、蒸発あるいは昇華した蒸着材料(気体原料)を、上記第1の温度よりも低い第2の温度とする第1のヒータ305が設けられている。
温度調整室302内には、複数の多孔板306が設けられており、各多孔板306には、気体原料が通過する複数の開口部306aが設けられている。気体原料は、多孔板306と接触することで熱交換が生じ、第2の温度に制御される。
また、温度調整室302におけるスリット部304およびその下流側には、上記気体原料を、上流側における第2の温度よりも高い第3の温度とする第2のヒータ307が設けられている。
特許文献1では、蒸発あるいは昇華した原料(気体原料)を、温度調整室302で第1の温度よりも低い第2の温度とすることで飽和させて飽和蒸気圧としている。これにより、温度変動に伴う気体原料の供給量の変動を抑制する一方、スリット部304およびその下流側では、気体原料を第2の温度より高い第3の温度に加熱することで、気体原料の凝固を抑制している。
具体的には、蒸着材料として、発光層のホスト材料にAlq(アルミニウムキノリノール錯体、aluminato-tris-8-hydroxyquinolate)を使用し、第1の温度を350℃〜400℃とし、第2の温度を300℃〜350℃とし、第3の温度を、350℃〜400℃としている。
日本国公開特許公報「特開2007−92149号公報(2007年4月12日公開)」
しかしながら、特許文献1では、蒸着粒子の蒸着粒子の流れ(蒸着流)のコリメート化が考慮されておらず、上下方向に配された各多孔板306の開口部306aの位置が一致していないばかりか、最上段の多孔板306の開口部306aの位置が、スリット部304の開口位置に一致していない。このため、スリット部304で蒸着流の散乱が生じる。
また、Alqの昇華温度は305℃であり、特許文献1では、上記したように、スリット部304およびその下流側で、気体原料を、蒸発または昇華温度以上の温度としている。このため、蒸着流の散乱が生じるが、散乱した蒸着流の斜め成分をカットするための構成を備えていない。このため、成膜されたパターンに、ボケが生じてしまう。
このように、従来の蒸着装置では、所定の精度でパターンを形成できず、表示品位の高いパネルを形成することができなかった。
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、成膜パターンのボケを抑制し、表示品位の高いパネルを形成することができる蒸着粒子射出装置および蒸着装置並びに蒸着方法を提供することにある。
本発明にかかる蒸着粒子射出装置は、上記の課題を解決するために、(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)上記蒸着粒子発生部で発生させた蒸着粒子を外部に射出する複数の貫通口が設けられた蒸着粒子放出ノズル部と、(3)複数の貫通口を有し、上記蒸着粒子発生部と蒸着粒子放出ノズル部との間に、上記蒸着粒子発生部および蒸着粒子放出ノズル部と離間して重畳して設けられた、少なくとも1段の中間ノズル部とを備え、上記(1)の蒸着粒子発生部、(2)の蒸着粒子放出ノズル部、(3)の中間ノズル部には、それぞれ温度調整部材が設けられており、上記(2)の蒸着粒子放出ノズル部は、対応する温度調整部材により、上記蒸着材料が気体になる温度よりも低い温度に制御されており、上記(3)の中間ノズル部は、対応する温度調整部材により、上記蒸着粒子発生部と蒸着粒子放出ノズル部との間の温度に制御されていることを特徴としている。
なお、ここで、上記蒸着材料が気体になる温度とは、上記蒸着材料を蒸発させる場合はその蒸発温度、昇華させる場合はその昇華温度を示す。
上記の構成によれば、上記蒸着粒子発生部で発生させた蒸着粒子を外部に射出する、上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口を上記したように上記蒸着材料が気体になる温度よりも低い温度とすることで、蒸着流の斜め成分をカットすることができる。このため、蒸着流をコリメート化することができる。
このとき、上記構成を有する中間ノズル部を設けると、蒸着粒子は、上記中間ノズル部の貫通口を通過するときに、温度が低下する。
このため、上記蒸着粒子発生部から上記蒸着粒子放出ノズル部にかけてノズル部の温度を段階的に低下させることができ、蒸着粒子の流れを直線化しながら、ノズル部の壁面に付着する蒸着材料を低減させることができる。
また、上記中間ノズル部で蒸着粒子の温度を低下させることで、上記蒸着粒子放出ノズル部における貫通口の圧力を局所的に低下させることができる。このため、上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口における蒸着粒子の散乱を防止することができる。
また、上記したように蒸着粒子放出ノズル部およびその近傍での圧力を低下させることで、上記蒸着粒子放出ノズル部で平均自由工程が短くなる現象を抑制できる。このため、蒸着流のコリメート性をさらに改善することができる。
したがって、上記の構成によれば、上記蒸着粒子射出装置から射出された蒸着粒子を、上記蒸着粒子射出装置に対向配置された蒸着マスクに設けられた貫通口を通して被成膜基板に蒸着させることで、所望の成膜パターンを形成する場合、上記蒸着粒子射出装置から射出されて蒸着マスクに到達する蒸着粒子の飛来方向が、被成膜基板における被成膜面の法線方向(言い換えれば、蒸着マスクのマスク面の法線方向)と平行になるようにすることができる。
このため、上記蒸着粒子射出装置を、蒸着マスクを用いて蒸着を行う蒸着装置並びに蒸着方法に用いることで、蒸着マスクのマスク面に垂直に飛来した蒸着粒子が、蒸着マスクの貫通口を通過して、被成膜基板に、マスクパターン通りに付着する。このため、成膜パターンのパターンボケを無くし、高精度の成膜パターンを形成することができる。
また、上記したように蒸着粒子の直進性を高めるため、蒸着粒子放出ノズル部の貫通口を上記したように蒸着材料が気体になる温度よりも低い温度とすることで斜め成分の蒸着粒子を貫通口の壁面(ノズル壁面)に付着させる場合、中間ノズル部を設けず、蒸着粒子放出ノズル部の温度を一気に下げることで蒸着流の温度を一気に下げると、ノズル壁面における蒸着粒子の付着量が多くなる。この結果、蒸着粒子放出ノズル部に目詰まりが発生し易くなる。
しかしながら、上記の構成によれば、蒸着粒子放出ノズル部に蒸着粒子が到達する前に、前段の中間ノズル部で蒸着流の平行流(コリメート)化がなされているため、蒸着粒子放出ノズル部の貫通口の壁面への蒸着粒子の付着を抑制・防止することができる。
また、本発明にかかる蒸着装置は、上記課題を解決するために、被成膜基板に所定のパターンの成膜を行う蒸着装置であって、(1)本発明にかかる上記蒸着粒子射出装置と、(2)貫通口を有し、上記蒸着粒子射出装置から射出された蒸着粒子を上記貫通口を通して上記被成膜基板に蒸着させる、上記被成膜基板の蒸着領域よりも面積が小さい蒸着マスクと、(3)上記蒸着マスクと被成膜基板とを一定距離離間させた状態で、上記蒸着粒子射出装置および蒸着マスクと、上記被成膜基板とのうち、少なくとも一方を相対移動させる移動手段とを備えていることを特徴としている。
また、本発明にかかる蒸着方法は、上記課題を解決するために、本発明にかかる上記蒸着装置を使用し、上記蒸着マスクと被成膜基板とを一定距離離間させた状態で、上記蒸着粒子射出装置および蒸着マスクと、上記被成膜基板とのうち、少なくとも一方を相対移動させて被成膜基板に所定のパターンの成膜を行うことを特徴としている。
被成膜基板の蒸着領域よりも面積が小さい蒸着マスクを用いて被成膜基板と蒸着マスクとを離間させて蒸着膜を成膜する場合、従来、蒸着粒子射出装置から飛来して蒸着マスクの貫通口を通過した蒸着粒子は、蒸着マスクの貫通口(マスク開口パターン)により散乱して被成膜基板に付着することで、成膜パターンが形成される。
このため、従来は、成膜されたパターンにボケを生じ、所定の精度で成膜パターンを形成することはできなかった。
しかしながら、上記の各構成によれば、上記蒸着装置が上記蒸着粒子射出装置を備えることで、前記したように、上記蒸着粒子射出装置から射出されて蒸着マスクに到達する蒸着粒子の飛来方向を、被成膜基板における被成膜面の法線方向(言い換えれば、蒸着マスクのマスク面の法線方向)と平行になるようにすることができる。
このため、蒸着マスクのマスク面に垂直に飛来した蒸着粒子が、蒸着マスクの貫通口を通過して、被成膜基板に、マスクパターン通りに付着する。このため、成膜パターンのパターンボケを無くし、高精度の成膜パターンを形成することができる。
本発明によれば、蒸着粒子射出装置における射出口となる貫通口を有する蒸着粒子放出ノズル部が、蒸着材料が気体になる温度よりも低い温度に制御されていることで、蒸着流の斜め成分をカットすることができ、蒸着流をコリメート化することができる。
そして、上記蒸着粒子射出装置が、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放出ノズル部との間に、上記蒸着粒子発生部と蒸着粒子放出ノズル部との間の温度に制御された中間ノズル部を備えていることで、上記蒸着粒子発生部から上記蒸着粒子放出ノズル部にかけて、ノズル部の温度を段階的に低下させることができる。
このため、蒸着粒子の流れを直線化しながら、ノズル部の壁面に付着する蒸着材料を低減させることができるとともに、粒子放出ノズル部の目詰まりを防止することができる。
また、上記中間ノズル部で蒸着粒子の温度を低下させることで、上記蒸着粒子放出ノズル部における貫通口の圧力を局所的に低下させることができ、上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口における蒸着粒子の散乱を防止するとともに、上記蒸着粒子放出ノズル部で平均自由工程が短くなる現象を抑制できる。このため、蒸着流のコリメート性をさらに改善することができる。
このため、上記蒸着粒子射出装置を、蒸着マスクを用いて蒸着を行う蒸着装置並びに蒸着方法に用いることで、蒸着マスクのマスク面に垂直に飛来した蒸着粒子が、蒸着マスクの貫通口を通過して、被成膜基板に、マスクパターン通りに付着する。このため、成膜パターンのパターンボケを無くし、高精度の成膜パターンを形成することができる。
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。 本発明の実施の形態1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示す俯瞰図である。 比較のために加熱温度制御ユニットに隣接して冷却温度制御ユニットを設けた場合の蒸着粒子射出装置の概略構成を示す断面図である。 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)は、蒸着源に図1に示す蒸着粒子射出装置を用いて得られた成膜パターンの光学顕微鏡写真を示す図であり、(b)は、蒸着源に図4に示す蒸着粒子射出装置を用いて得られた成膜パターンの光学顕微鏡写真を示す図である。 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の概略構成の一例を模式的に示す平面図である。 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。 蒸着源に図10に示す蒸着粒子射出装置を用いて得られた成膜パターンの光学顕微鏡写真を示す図である。 本発明の実施の形態2にかかる蒸着粒子射出装置の要部の概略構成の一例を模式的に示す平面図である。 本発明の実施の形態3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。 本発明の実施の形態3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3にかかる蒸着装置を用いて得られた成膜パターンの光学顕微鏡写真を示す図である。 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断面図である。 本発明の実施の形態5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。 特許文献1に記載の原料供給装置の概略構成を示す断面図である。
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9に基づいて説明すれば以下の通りである。
<蒸着方式>
まず、本実施の形態で用いる蒸着方法における蒸着方式について、図3を参照して以下に説明する。
図3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示す俯瞰図である。
本実施の形態にかかる蒸着装置並びに蒸着方法では、図3に示すように、シャドウマスクと称される蒸着用のマスク10(蒸着マスク)と被成膜基板200とを離間させて蒸着、成膜を行う。
本実施の形態にかかる蒸着装置並びに蒸着方法では、蒸着源としての蒸着粒子射出装置30とマスク10との相対的な位置は固定されている。蒸着粒子射出装置30とマスク10とは、マスク10のマスク面(すなわち、マスク10における開口部形成面)に垂直な方向であるZ軸方向に、互いに一定距離だけ離間して保持されている。
なお、以下、本実施の形態では、図3に示すように、被成膜基板200のサイズよりも小さいサイズのマスク10を使用し、蒸着粒子射出装置30およびマスク10を固定し、被成膜基板200の長手方向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10上を通過させることで、被成膜基板200上に、マスク10に設けられた開口部11(貫通口)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、本実施の形態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30およびマスク10を移動させてもよく、蒸着粒子射出装置30およびマスク10と、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10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10の長辺10aに被成膜基板200の長辺200aが平行となるようにマスク10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30とマスク10とは、相対的に位置が固定されていればよく、同一のホルダ等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30およびマスク10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30およびマスク10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。
<蒸着装置の全体構成>
図1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。また、図2は、本実施の形態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。
なお、図1および図2は、図3に示すA−A線で蒸着装置を分断したときの蒸着装置における要部の概略構成を示している。なお、図2では、蒸着用のマスクにおける開口部および蒸着粒子射出装置における射出口としての開口部の数を大幅に省略して簡略化している。
なお、図1〜図3では、図示の便宜上、蒸着粒子射出装置における射出口としての開口の数がそれぞれ異なっているが、これにより本実施の形態の効果に影響を及ぼすものではなく、本実施の形態で得られる効果は変わらない。
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(成膜室)内に、基板移動ユニット3、マスク移動ユニット4、シャッタ作動ユニット5、ホルダ6、シャッタ7、マスク10(蒸着マスク)、蒸着粒子射出装置移動ユニット20、蒸着粒子射出装置30(蒸着源)が設けられた構成を有している。
<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内を真空排気する図示しない真空ポンプが設けられている。
<基板移動ユニット3の構成>
基板移動ユニット3(基板搬送ユニット)は、被成膜基板200を保持するとともに、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、被成膜基板200を移動させる。
基板移動ユニット3は、TFT基板等の被成膜基板200を、その被成膜面201がマスク10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、図3に示したように、被成膜基板200よりも小さいサイズのマスク10を使用し、基板移動ユニット3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10上を通過させることで、蒸着材料の蒸着を行う。
また、被成膜基板200には、マスク10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。
基板移動ユニット3は、上記したように例えばXYθ駆動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。
<マスク10の構成>
図3に示すように、本実施の形態では、マスク10として、矩形状(帯状)の蒸着マスクを使用し、被成膜基板200の長手方向に平行な方向に走査を行う。
マスク10には、図1〜図3に示すように、例えば帯状(ストライプ状)の開口部11(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。
開口部11の長手方向は、走査方向(基板搬送方向、図1〜図3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1〜図3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、図3に示すように、マスク10の短辺10bに平行に伸びる開口部11が、マスク10の長手方向に複数並んで設けられている。
本実施の形態にかかるマスク10は、図3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マスク10の開口部11の幅d1が、被成膜基板200の被成膜面201における被成膜領域(パネル領域201a)における、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の走査方向に垂直な方向におけるマスク10の蒸着領域(すなわち、開口部11群の形成領域)の幅d2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(パネル領域201a)における、被成膜基板200の走査方向に垂直な方向の幅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。
なお、被成膜基板200における、蒸着粒子を付着させたくない部分は、図2に示すシャッタ7および防着板としてのホルダ6における後述する突出部8によって覆われている。
なお、マスク10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。
<マスク移動ユニット4の構成>
マスク移動ユニット4は、図2に示すように、蒸着用のマスク10を保持するとともに、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、マスク10と蒸着粒子射出装置30との相対的な位置を保ったまま、マスク10を移動させる。
マスク10と蒸着粒子射出装置30との相対位置は固定されているが、アライメント作業による微小稼働領域は存在する。
言い換えれば、マスク10と蒸着粒子射出装置30とは、アライメント、空隙調整等の微調整の場合を除き、その相対位置関係は固定されている。
マスク10には、マスク10と被成膜基板200との位置合わせ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。また、マスク10には、マスク10と蒸着装置1との絶対位置合わせを行うための図示しない絶対位置合わせ用マーカが設けられている。一方、真空チャンバ2内には、マスク10の絶対位置に対応する図示しない絶対位置合わせ基準マーカが設けられている。
なお、上記絶対位置は、マスク10と蒸着装置1との相対的な位置あるいはマスク10と蒸着粒子射出装置30との相対的な位置に基づいて、予め、設計段階において装置的に決定される。
マスク移動ユニット4は、上記したように例えばXYθ駆動モータ等の図示しないモータを駆動させることで、マスク10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7の構成>
図2に示すように、マスク10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10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7が設けられている。
シャッタ7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。例えば、被成膜基板200とマスク10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。
シャッタ7は、シャッタ作動ユニット5により、例えば、マスク10と蒸着粒子射出装置30との間に進退可能(挿入可能)に設けられている。
シャッタ7は、被成膜基板200への成膜時以外は、蒸着粒子射出装置30における蒸着粒子(蒸着材料)の射出口である開口部62を覆っている。
<シャッタ作動ユニット5の構成>
シャッタ作動ユニット5は、図2に示すように、シャッタ7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7を作動させる。
シャッタ作動ユニット5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7を作動(移動)させる。例えば、シャッタ作動ユニット5は、図示しない制御部からの蒸着OFF(オフ)信号に基づいて、マスク10と蒸着粒子射出装置30との間にシャッタ7を挿入することで、蒸着粒子射出装置30の射出口である開口部62を閉鎖する。一方、図示しない制御部からの蒸着ON(オン)信号に基づいて、シャッタ作動ユニット5を作動させることにより、上記開口部62を開放する。
このように、シャッタ作動ユニット5を作動させて、マスク10と蒸着粒子射出装置30との間にシャッタ7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。
<ホルダ6の構成>
また、真空チャンバ2内には、図2に示すように、真空チャンバ2の内壁2aに隣接して、防着板兼真空チャンバ内構成物保持手段としてのホルダ6が設けられている。
ホルダ6は、蒸着粒子射出装置30の射出口である開口部62とマスク10における開口領域(開口部群形成領域)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。
ホルダ6には、蒸気流放出口となる開口部9をそれぞれ有するように、複数の突出部8が設けられている。なお、図2では、一例として、蒸着粒子射出装置30側から順に、第1の開口部9aを有する第1の突出部8a、第2の開口部9bを有する第2の突出部8b、第3の開口部9cを有する第3の突出部8cの、3つの突出部8が設けられている場合を例に挙げて図示している。
一例として、マスク移動ユニット4は第1の突出部8aによって保持されており、シャッタ作動ユニット5は、第3の突出部8cによって保持されている。また、基板移動ユニット3は、第1の突出部8aよりも上方に、第1の突出部8aと重畳して配置されている。
図2に示すように、上記蒸着装置1において、蒸着粒子射出装置30から飛散した蒸着粒子はマスク10内に飛散するように調整されており、マスク10外に飛散する蒸着粒子は、防着板(遮蔽板)としても機能する上記ホルダ6で適宜除去される。
これにより、マスク10の開口領域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。
<蒸着粒子射出装置移動ユニット20の構成>
蒸着粒子射出装置30は、マスク10を介して被成膜基板200に対向配置されている。前記したように、マスク10と蒸着粒子射出装置30とはその相対位置が固定されている。
なお、本実施の形態では、蒸着粒子射出装置30が、蒸着粒子射出装置移動ユニット20を介して真空チャンバ2の底壁に固定されており、マスク10がマスク移動ユニット4を介してホルダ6における第1の突出部8aに保持、固定されていることで、蒸着粒子射出装置30とマスク10とは、相対的に位置が固定されている。
但し、蒸着粒子射出装置30に対しても、アライメント作業による微小稼働領域は存在する。
蒸着粒子射出装置移動ユニット20は、図2に示すように、例えば、XYZステージ等のステージ21およびアクチュエータ22を備えている。
これらステージ21およびアクチュエータ22は、蒸着粒子射出装置30に隣接して設けられている。
ステージ21は、蒸着粒子射出装置30を保持するとともに、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30を移動させる。
アクチュエータ22は、制御信号を、マスク10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10と蒸着粒子射出装置30との間の空隙(離間距離)を制御するZ軸駆動アクチュエータである。
なお、マスク10と蒸着粒子射出装置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30は、蒸着粒子射出装置移動ユニット20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30の構成>
蒸着粒子射出装置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、蒸着粒子射出装置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30が、マスク10の開口部11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。
蒸着粒子射出装置30は、図1および図2に示すように、蒸着粒子射出装置本体(以下、単に「装置本体」と記す)31内部に、上下方向に設けられた複数(複数段)のノズル部が、所定の間隔を空けて重畳して設けられた構成を有している。
各ノズル部には、それぞれ、上下方向に貫通する複数の開口部(貫通口)が設けられている。また、各ノズル部における開口部の周囲には、各ノズル部の温度を調整・制御する温度調整部材として、それぞれ熱交換器が設けられている。
本実施の形態では、ノズル部として、蒸着粒子放出ノズル部61(冷却ノズル部)および中間ノズル部51(中間温度ノズル部)が設けられており、ノズル部の下方に、蒸着粒子発生部41が設けられている。
本実施の形態では、装置本体31は、それぞれ熱交換器(温度調整部材)を備え、互いに独立して温度の調整・制御が可能に設けられた複数の温度制御ユニット(ユニット、ブロック)で構成されている。各ノズル部および蒸着粒子発生部41は、それぞれ、別個の温度制御ユニットに設けられている。
本実施の形態では、温度制御ユニットとして、下段側から順に、加熱温度制御ユニット40(蒸着材料供給ユニット、蒸着材料供給部)、中間温度制御ユニット50(中間ノズル部形成ユニット、温度調整部)、および冷却温度制御ユニット60(蒸着粒子放出ノズル部形成ユニット、蒸着粒子射出部)の3つの温度制御ユニットが設けられている。
<加熱温度制御ユニット40の構成>
最下段の温度制御ユニットである加熱温度制御ユニット40は、蒸着粒子発生部41として、例えば、内部に蒸着材料を収容する、坩堝(るつぼ)あるいはボートと称される、一面(上部)が開口された加熱容器42と、加熱容器42の周囲に設けられ、加熱容器42の温度を調整・制御して加熱容器42内の蒸着材料を加熱する熱交換器43とを備えている。
加熱温度制御ユニット40は、熱交換器43により、加熱容器42内の蒸着材料を加熱して蒸発(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)させて蒸着材料を気体化させることで、気体状の蒸着粒子を発生させる。
なお、上記熱交換器43としては、公知の熱交換器、例えば、一般的なヒータ等を使用することができる。
蒸着材料は、蒸着粒子発生部41で加熱されることで、高温の蒸着粒子となる。
蒸着粒子発生部41の温度(より厳密には、熱交換器43により加熱される加熱容器42内の温度)は、蒸着材料の蒸発温度(蒸発させる場合)あるいは昇華温度(昇華させる場合)よりも高い温度に設定されている。蒸着粒子発生部41では、蒸着粒子を多くして成膜レートを高くするため、若干高めの温度に設定されている。
蒸着粒子発生部41の温度が、蒸着材料が気体になる温度+10℃よりも低い温度では、必要な成膜レートを得ることができない。一方、蒸着粒子発生部41の温度が、蒸着粒子が気体になる温度+100℃よりも高くなると、蒸着材料が熱分解する可能性が高くなる。
なお、蒸着材料が気体になる温度とは、蒸着材料の蒸発温度(蒸発させる場合)あるいは昇華温度(昇華させる場合)を示す。
蒸着粒子発生部41の温度は、蒸着粒子が気体になる温度+10℃以上、蒸着粒子が気体になる温度+100℃以下(つまり、蒸着粒子が気体になる温度+10℃≦蒸着粒子発生部41の温度≦蒸着粒子が気体になる温度+100℃)の範囲内に制御されていることが望ましい。
加熱温度制御ユニット40で蒸発または昇華された蒸着材料は、加熱容器42の上部の開口部44から放出されて中間温度制御ユニット50におけるノズル部に供給される。
<中間温度制御ユニット50の構成>
中間温度制御ユニット50は、内部に、ノズル部として中間ノズル部51が、中間温度制御ユニット50内を横断するように、装置本体31内、具体的には、各ノズル部のノズル面(開口面)に垂直な方向に、突出して設けられた構成を有している。
なお、本実施の形態では、図1および図2に示すように、中間ノズル部51が、中間温度制御ユニット50の中心部に設けられており、中間温度制御ユニット50の下部および上部、すなわち、中間ノズル部51の下方および上方に、凹状の開口部54・55が設けられた構成を有している。
なお、各ノズル部間の隙間はできるだけ小さくした方がよく、各ノズル部間の拡散空間は必須ではない。
しかしながら、本実施の形態では、各ノズル部、さらに言えば、各温度制御ユニットは、異なる温度に調整・制御されている。
このため、各温度制御ユニットに設けられた凹状の開口部による内部空間の、被成膜基板200の被成膜面201に垂直な方向の距離、特に、各ノズル部間の距離は、10mm以上設けられていることが好ましい。
なお、各温度制御ユニットに設けられた凹状の開口部の開口縁部は、蒸着粒子の散乱を防止するために、各温度制御ユニットを積み重ねたときにそれぞれ面一になるように形成されていることが好ましい。
このため、本実施の形態では、中間温度制御ユニット50の下部に設けられた開口部54は、加熱温度制御ユニット40上に中間温度制御ユニット50を積み重ねたときに、開口部54の開口縁部が、加熱容器42の上部の開口部44の開口縁部と面一になるように形成されている。
中間ノズル部51には、上下方向に貫通する複数の開口部52(貫通口)が設けられている。
また、図2に示すように、例えば、中間ノズル部51内における、開口部52の周囲には、中間ノズル部51の温度を調整・制御する熱交換器53が設けられている。
加熱容器42の上部の開口部44から放出された蒸着粒子は、加熱容器42の上部の開口部44と中間温度制御ユニット50の下部に設けられた開口部54とで形成される、装置本体31内の内部空間を通って、中間ノズル部51における開口部52に供給される。
中間ノズル部51では、被成膜基板200の被成膜面201の法線方向における、中間ノズル部51の開口部52の開口長(すなわち、中間ノズル部51の物理的なノズル長)によって、蒸着粒子の直線性を改善する。
但し、このとき、ノズル部の温度を一気に下げることで蒸着流(蒸気流)の温度を一気に下げると、開口部52の壁面(ノズル壁面)に蒸着粒子が付着し易くなる。
このため、中間ノズル部51は、蒸着粒子の温度を下げる役割を担うため、蒸着粒子発生部41の温度よりも低い値であることが望ましい。
したがって、中間ノズル部51は、熱交換器53により、蒸着粒子発生部41よりも温度が低く、蒸着粒子放出ノズル部61よりも高い温度に制御されている。つまり、蒸着粒子発生部41の温度>中間ノズル部51の温度>蒸着粒子放出ノズル部61の温度の関係になっている。
なお、中間ノズル部51の温度は、蒸着粒子発生部41の温度よりも低い温度であり、蒸着粒子発生部41の温度と蒸着粒子発生部41の温度との間の温度であれば、特に限定されるものではない。
しかしながら、中間ノズル部51の温度が、蒸着粒子が気体になる温度(蒸発温度または昇華温度)以下である場合、中間ノズル部51に蒸着粒子が付着する。
このため、中間ノズル部51の温度は、局所的温度分布等を考慮し、蒸着粒子が気体になる温度+5℃以上であることが望ましい。したがって、中間ノズル部51の温度は、蒸着粒子が気体になる温度+5℃以上で、蒸着粒子発生部41の温度よりも低い範囲内に設定されていることが望ましい。
このように、蒸着粒子射出装置30には、蒸着粒子が蒸着粒子発生部41で発生し、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62から蒸着粒子射出装置外に放出(射出)される経路において、加熱温度制御ユニット40における蒸着粒子発生部41の温度(すなわち、加熱容器42の温度)と、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62との間の温度となる中間ノズル部51が形成されている。
蒸着粒子は、中間ノズル部51の開口部52を通過することで温度が下がり、冷却温度制御ユニット60の蒸着粒子放出ノズル部61に到達する。
なお、中間ノズル部51の開口部52の長さ(ノズル長)は、特に限定されるものではないが、蒸着粒子の温度を下げるために、20mm以上とすることが好ましい。
<冷却温度制御ユニット60の構成>
冷却温度制御ユニット60は、内部に、ノズル部として蒸着粒子放出ノズル部61が、冷却温度制御ユニット60内を横断するように、装置本体31内、具体的には、各ノズル部のノズル面(開口面)に垂直な方向に、突出して設けられた構成を有している。
本実施の形態では、図1に示すように、蒸着粒子放出ノズル部61が、例えば冷却温度制御ユニット60の中心部に設けられており、冷却温度制御ユニット60の下部および上部、すなわち、蒸着粒子放出ノズル部61の下方および上方に、凹状の開口部64・65が設けられた構成を有している。
冷却温度制御ユニット60の下部に設けられた開口部64は、中間温度制御ユニット50上に冷却温度制御ユニット60を積み重ねたときに、開口部64の開口縁部が、開口部54の開口縁部と面一になるように形成されている。
なお、冷却温度制御ユニット60においても、隣り合う温度制御ユニットとの間の内部空間の、被成膜基板200の被成膜面201に垂直な方向の距離、特に、各ノズル部間の距離が10mm以上となるように、凹状の開口部64が設けられていることが好ましい。
但し、各ノズル部間の距離が10mm以上確保できれば、開口部55・64のうち何れか一方のみが設けられていればよいことは、言うまでもない。
蒸着粒子放出ノズル部61には、上下方向に貫通する複数の開口部62(貫通口)が設けられている。
また、図2に示すように、蒸着粒子放出ノズル部61内における、開口部62の周囲には、蒸着粒子放出ノズル部61の温度を調整・制御する熱交換器63が設けられている。
なお、熱交換器53・63としては、所望の温度に調整・制御することができさえすれば特に限定されるものではなく、公知の熱交換器を使用することができる。
中間ノズル部51の開口部52を通過した蒸着粒子は、中間温度制御ユニット50の上部に設けられた開口部55と冷却温度制御ユニット60の下部に設けられた開口部64とで形成される、装置本体31内の内部空間を通って蒸着粒子放出ノズル部61における開口部62に供給される。
蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62は、装置外部に蒸着粒子を射出する射出口であり、開口部62を通過した蒸着粒子は、蒸着粒子射出装置30の上方に設けられたマスク10の開口部11を介して被成膜基板200における被成膜面201に蒸着される。
なお、開口部62は、図1および図3に示すように、凹状の開口部65の底面に形成されていてもよいし、図2に示すように、開口部65を設けず、装置本体31の上面に面一に形成されていてもよい。
蒸着粒子放出ノズル部61では、中間ノズル部51の開口部52を通過した蒸着粒子の斜め成分を、開口部62の壁面に付着させることで、蒸着粒子の直線性をさらに改善する。
蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62の長さ(ノズル長)は、特に限定されるものではないが、蒸着粒子の斜め成分をカットするために、20mm以上とすることが好ましい。
蒸着粒子放出ノズル部61は、蒸着材料が気体になる温度(蒸発温度または昇華温度)よりも低い温度に設定されている。
なお、蒸着粒子放出ノズル部61の温度は、蒸着材料が気体になる温度よりも低ければ、特に限定されるものではないが、蒸着材料が気体になる温度−119℃以上、蒸着材料が気体になる温度−5℃以下(蒸着材料が気体になる温度−119℃≦蒸着粒子放出ノズル部61の温度≦蒸着材料が気体になる温度−5℃)の範囲内に設定されていることが好ましい。この理由は以下の通りである。
各ノズル部を、加工し易く熱伝導性を高くできる純銅をベースとし、ノズル部表面で化学変化が生じないようにニッケルメッキする構成とした場合のノズル部の熱膨張係数は、16.8×10−6℃である。
このとき、大型パネルを形成するために、ノズル部に開口部を1方向に複数並べて形成し、ノズル部の両端の開口部の中心間の距離(両端距離)が1mである場合、ノズル部の形成に用いられる料材の温度が1℃変わると、上記両端距離は、16.8μm伸びることになる。
しかしながら、ノズル部の開口部の位置が所定位置よりもずれる量は、多くても2mm以下である必要がある。2mmよりも大きくなると、被成膜基板200の被成膜面201側から見たときの中間ノズル部51の位置と蒸着粒子放出ノズル部61の位置との位置ずれが大きくなりすぎ、粒子放出方向にズレが生じる。
従って、蒸着粒子放出ノズル部61の温度は、蒸着材料が気体になる温度−119℃以上とすることが望ましい。なお、ノズル部の材料には、熱膨張係数がより小さい材料も存在する。しかしながら、そのような材料は、加工性および熱伝導性の点で難がある。
また、蒸着粒子放出ノズル部61の温度が、蒸着材料が気体になる温度、例えば昇華温度に近すぎる場合、局所的温度分布等により、蒸着粒子吸着効果が少なくなるおそれがある。このため、蒸着粒子放出ノズル部61の温度は、蒸着材料が気体になる温度−5℃以下であることが望ましい。
これら中間ノズル部51における開口部52の温度並びに蒸着粒子放出ノズル部61における開口部62の温度は、熱交換器53・63により精度良く制御されている。
本実施の形態では、一例として、蒸着材料に、Alq(アルミニウムキノリノール錯体、昇華温度:305℃)を使用し、蒸着粒子発生部41の温度を340℃とし、中間ノズル部51の温度を320℃とし、蒸着粒子放出ノズル部61の温度を250℃とした。
また、本実施の形態において、真空チャンバ2は、高真空状態に保たれていることが好ましく、真空チャンバ2内の真空度(到達真空度)は、10−3Paよりも高い(言い換えれば、圧力が10−3Paよりも低い)ことが好ましい。
蒸着粒子の平均自由行程は、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10−3Pa以下だと、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、本実施の形態では、真空チャンバ2内の真空到達率を1.0×10−4Pa以上(言い換えれば、真空チャンバ2内の圧力を1.0×10−4Pa以下)とした。
<被成膜基板200とマスク10とを離間させて成膜する蒸着方式の課題>
次に、上記蒸着粒子射出装置30の効果を説明するために、まず、被成膜基板200とマスク10とを離間させて蒸着膜を成膜する蒸着方式の課題について説明する。
図4は、比較のために加熱温度制御ユニットに隣接して冷却温度制御ユニットを設けた場合の蒸着粒子射出装置の概略構成を示す断面図である。
なお、比較のために、図4に示す蒸着粒子射出装置400では、蒸着粒子射出装置30における加熱温度制御ユニット40と同様の加熱温度制御ユニット40に隣接して、冷却温度制御ユニット60と同様の構造を有する冷却温度制御ユニット60が設けられているものとする。
すなわち、図4に示す蒸着粒子射出装置400は、蒸着粒子射出装置30の加熱温度制御ユニット40における熱交換器43および加熱容器42と同様の熱交換器43および加熱容器42の上方に、蒸着粒子射出装置30における蒸着粒子放出ノズル部61と同様の蒸着粒子放出ノズル部61を有している。
また、蒸着粒子放出ノズル部61における開口部62の周囲には、蒸着粒子射出装置30の熱交換器63と同様の熱交換器63が設けられている。
しかしながら、図4に示すように、加熱温度制御ユニット40に隣接して冷却温度制御ユニット60を設けた場合、蒸着粒子放出ノズル部61が、加熱容器42に近接して設けられていることで、蒸着粒子射出装置400から飛来してマスク10の開口部11を通過した蒸着粒子は、マスク10の開口部11(マスク開口パターン)により散乱して被成膜基板200に付着して成膜パターンが形成される。
このため、成膜されたパターンにボケを生じ、所定の精度で成膜パターンを形成することができない。なお、この点については、後に比較実験結果に基づいてさらに具体的に示す。
<本実施の形態にかかる蒸着方法の原理および効果>
そこで、本実施の形態では、蒸着源として、図1〜図3に示すように、加熱温度制御ユニット40と冷却温度制御ユニット60との間に、中間温度制御ユニット50を設け、冷却温度制御ユニット60における蒸着粒子放出ノズル部61を、蒸着材料が気体になる温度よりも低い温度とし、中間温度制御ユニット50を、蒸着粒子発生部41と蒸着粒子放出ノズル部61との間の温度に設定している。
まず、本実施の形態によれば、蒸着粒子射出装置30における外部への射出口となる開口部62を上記したように冷却することで、蒸着流の斜め成分をカットする。
上記したように蒸着粒子放出ノズル部61の温度が、蒸着材料を蒸発させる場合はその蒸発温度、昇華させる場合はその昇華温度よりも低い温度に設定されていることで、開口部62の壁面に衝突する蒸着粒子を吸着し易い。
このため、上記したように蒸着粒子放出ノズル部61を冷却することで、斜め成分の蒸着粒子をカットすることができる。このため、蒸着流をコリメート化することができる。
このとき、本実施の形態では、上記したように中間ノズル部51を設けることで、蒸着粒子が通過する開口部(ノズル部)を複数段設け、ノズル部の温度を段階的に変化(徐々に低下)させることにより、蒸着粒子の流れを直線化しながら、ノズル部の壁面に付着する蒸着材料を低減させることができる。
また、上記したように蒸着粒子の射出経路における上流側から下流側にかけてノズル部の温度を徐々に低下させることで、各段のノズル部の開口部を通過する蒸着粒子の温度を徐々に低下させることができる。
これにより、蒸着粒子射出装置30の射出口となる、冷却温度制御ユニット60における開口部62の圧力を局所的に低下させることができるため、開口部62における蒸着粒子の散乱を防止することができる。
また、上記したように、蒸着粒子放出ノズル部61の温度が、上記したように蒸着材料が気体になる温度よりも低い温度に設定されていることで、蒸着粒子放出ノズル部61付近の蒸着粒子の温度が下がる。
このとき、上記したように蒸着粒子発生部41と蒸着粒子放出ノズル部61との間に中間ノズル部51を設けて蒸着粒子の温度を下げることで、蒸着粒子放出ノズル部61の圧力を下げ、蒸着粒子放出ノズル部61での蒸着粒子拡散を改善することができる。
また、このように蒸着粒子放出ノズル部61およびその付近の圧力を低くすることで、蒸着粒子放出ノズル部61で、平均自由工程が短くなる現象を抑制でき、蒸着流のコリメート性をさらに改善することができる。
また、上記したように蒸着粒子の直進性を高めるため、図4に示すように蒸着粒子放出ノズル部61を冷却することで斜め成分の蒸着粒子をノズル壁面に付着させる場合、中間ノズル部51を設けず、蒸着粒子放出ノズル部61の温度を一気に下げることで蒸着流の温度を一気に下げると、ノズル壁面における蒸着粒子の付着量が多くなる。この結果、ノズル部に目詰まりが発生し易くなる。
このため、図4に示すように中間ノズル部51を設けず、蒸着粒子放出ノズル部61の温度を一気に下げる場合、一定量成膜すると、例えば図4に示すように装置本体がユニット化されている例においては、冷却温度制御ユニット60を真空チャンバから取り外し、薬液等によるノズル洗浄工程により、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62の壁面に付着した蒸着材料を除去する必要が生じる。
また、装置本体がユニット化されていない場合においては、蒸着粒子射出装置そのものを真空チャンバ外に取り出して分解する必要がある。
しかしながら、本実施の形態では、蒸着粒子放出ノズル部61では、前段の中間ノズル部51で蒸着流の平行流(コリメート)化がなされているため、開口部62の壁面への蒸着粒子の付着は殆どない。
なお、本実施の形態では、図1〜図3に示したように、装置本体31がユニット化されていることで、開口部62の壁面に蒸着粒子が付着したとしても、蒸着粒子射出装置30そのものを真空チャンバ外に取り出して分解する必要はない。
また、各温度制御ユニットにそれぞれ熱交換器が設けられていることで、中間ノズル部51と蒸着粒子放出ノズル部61とが同一形状を有している場合、冷却温度制御ユニット60と中間温度制御ユニット50との配置を入れ替える等して、蒸着粒子が付着した蒸着粒子放出ノズル部61を中間ノズル部51として使用してもよい。
このように、蒸着粒子が付着した蒸着粒子放出ノズル部61を中間ノズル部51として使用し、上記したように蒸着材料が気体になる温度よりも高い温度に加熱することで、付着した蒸着粒子を再利用することができる。この場合、別途、薬液等によるノズル洗浄工程は必要ない。
また、上記蒸着粒子射出装置30において、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62と中間ノズル部51の開口部52とは、被成膜面201の法線方向(例えば蒸着粒子射出装置30の上方)から見て互いに重畳する位置に形成されている。
図3に示すように、被成膜基板200の被成膜面201の法線方向に対し、中間ノズル部51の開口部52の中心位置は、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62の中心位置と同じ位置に形成されている。
図1〜図3に示す例では、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62と中間ノズル部51の開口部52とは同一の径を有し、被成膜面201の法線方向から見たときに、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62と中間ノズル部51の開口部52とが同じ位置に位置するように形成されている。
このように、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62と中間ノズル部51の開口部52とが重畳する位置に形成されていることで、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。
また、上記したように蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62と中間ノズル部51の開口部52とが重畳する位置に形成されていることで、被成膜面201の法線方向における見掛け上のノズル部の開口部の長さ(開口部長、ノズル長)を長くすることができ、ノズル長効果による蒸着流のコリメート化が可能となる。
以上のように、本実施の形態によれば、蒸着粒子射出装置30から射出されてマスク10に到達する蒸着粒子の飛来方向が、被成膜基板200における被成膜面201の法線方向(言い換えれば、マスク10のマスク面の法線方向)と平行(コリメート)となるようにする。
これにより、マスク10のマスク面に垂直に飛来した蒸着粒子が、マスク10の開口部11を通過して、被成膜基板200に、マスクパターン通り(すなわち、開口部11の形状通り)に付着する。このため、成膜パターンのパターンボケを無くし、高精度の成膜パターンを形成することができる。
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5は、有機EL表示装置の概略構成を示す断面図である。
図5に示すように、有機EL表示装置100は、TFT(薄膜トランジスタ)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6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6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6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、本発明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6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。
<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7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10には、所望の位置・形状に開口部11が形成されている。図1〜3に示すように、マスク10は、被成膜基板200の被成膜面201に、一定の空隙を介して対向配置される。
また、マスク10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30から射出される。
蒸着粒子として蒸着粒子射出装置30から射出された蒸着材料は、マスク10に設けられた開口部11を通して被成膜基板200に蒸着される。
これにより、開口部11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6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10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6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10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7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10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10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10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。
<実験による成膜パターンの比較(比較実験)>
次に、蒸着源として図1に示す蒸着粒子射出装置30を用いた場合と、図4に示す蒸着粒子射出装置400を用いた場合とで、実際に得られる成膜パターンの精度を比較した。
実験には、蒸着源として上記したように図1に示す蒸着粒子射出装置30と図4に示す蒸着粒子射出装置400とを使用し、蒸着粒子射出装置30に中間温度制御ユニット50を設けた以外は、同じ条件とした。
なお、蒸着材料には、緑色の発光材料であり、例えば緑色の発光層123Gのホスト材料に用いられるAlq(アルミニウムキノリノール錯体)(昇華温度305℃)を使用し、Alqの単膜を、シリコンウェハ上に、100nmの厚みでインライン成形した。
また、被成膜基板200の被成膜面201に垂直な方向における被成膜基板200とマスク10との間の離間距離は1mmとした。また、被成膜基板200の被成膜面201に垂直な方向における蒸着粒子射出装置30・400とマスク10との間の離間距離は125mmとした。
また、真空チャンバ2の到達真空度は、1.0×10−4Pa以下とし、前記したように、図1に示す蒸着粒子射出装置30における蒸着粒子発生部41の温度は340℃とし、中間ノズル部51の温度は320℃とし、蒸着粒子放出ノズル部61の温度は250℃とした。
また、図4に示す蒸着粒子射出装置400でも、蒸着粒子発生部41の温度は340℃とし、蒸着粒子放出ノズル部61の温度は250℃とした。
なお、各ノズル部の開口部長(ノズル長)は何れも20mmとし、被成膜基板200の被成膜面201に垂直な方向における各ノズル部間の隙間は何れも10mmとした。
得られた成膜パターンを光学顕微鏡で観察した結果を図8の(a)・(b)に示す。
図8の(a)は、蒸着源に図1に示す蒸着粒子射出装置30を用いて得られた成膜パターンの光学顕微鏡写真を示す図であり、図8の(b)は、蒸着源に図4に示す蒸着粒子射出装置400を用いて得られた成膜パターンの光学顕微鏡写真を示す図である。
マスク10の開口部11を通過するときに蒸着流に斜め成分が存在していると、得られたパターンには、その端部に、マスク10の開口部11を斜めに通過した蒸着粒子による傾斜部(膜厚が異なる部分)が生じる。
蒸着源として蒸着粒子射出装置400を使用した場合には、図8の(b)に示すように、得られたパターンの幅方向に、膜厚が異なる部分が多重線として見て取れるとともに、この膜厚が異なる部分の幅、つまり、本来形成すべき成膜パターン以上に広がった部分の幅が、図8の(a)と比較してかなり大きいことが判る。
このことから、蒸着源として蒸着粒子射出装置400を使用した場合には、図8の(b)に示すように、得られた成膜パターンに大きなパターンボケを生じているのに対し、蒸着源として蒸着粒子射出装置30を使用した場合には、図8の(a)に示すように、図8の(b)と比較してパターンボケが改善できていることが判る。
これにより、蒸着源として本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30を使用することで、表示品位の高い表示パネルを形成できることが判る。
<基板移動ユニット3の変形例>
なお、本実施の形態では、図2に示すように、被成膜基板200が、基板移動ユニット3上に載置されている場合を例に挙げて図示したが、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3は、例えば、図示しない静電チャックを備えていることが好ましい。例えば、被成膜基板200の非成膜面202が、被成膜基板200の非成膜面202側に配置された基板移動ユニット3に、静電チャック等の手法で保持されていることで、被成膜基板200を、自重による撓みがない状態で基板移動ユニット3に保持することができる。
<加熱温度制御ユニット40の変形例>
本実施の形態では、図1および図2に示すように、加熱温度制御ユニット40が、蒸着粒子発生部41として、内部に蒸着材料を収容する、坩堝(るつぼ)あるいはボートと称される、一面(上部)が開口された加熱容器42を備え、加熱容器42に蒸着材料を直接収容して蒸発または昇華させて気体にす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、蒸着粒子発生部41に、図示しないロードロック式の配管を設け、加熱機構を用いた、真空チャンバ外に設けられたタンク等の図示しない蒸着材料収容容器から、加熱した上記配管を用いてガス状態の蒸着材料を蒸着粒子発生部に供給しても構わない。
<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30が、マスク10の開口部11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、基板移動ユニット3、マスク移動ユニット4、シャッタ作動ユニット5、蒸着粒子射出装置移動ユニット20の配置を、変更(図1〜図3に示す配置とは上下逆転)することで、蒸着粒子射出装置30を、被成膜基板200の上方に設け、マスク10の開口部11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30における加熱容器42に蒸着材料を直接収容して加熱する代わりに、上記したように、加熱温度制御ユニット40に、例えばロードロック式の配管を使用して、蒸発または昇華された蒸着材料を、ロードロック式の配管を通じて射出させればよい。
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30側を向いて垂直方向に立てられている状態で、マスク10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30における加熱容器42に蒸着材料を直接収容して加熱する代わりに、加熱温度制御ユニット40に、例えばロードロック式の配管を使用して、蒸発または昇華された蒸着材料を、ロードロック式の配管を通じて射出させればよい。
<ノズル部の開口面積>
また、図1〜図3に示す例では、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62と中間ノズル部51の開口部52とが同一の径を有して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い。
図9は、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30の要部の概略構成の一例を模式的に示す平面図である。なお、図9では、中間ノズル部51の開口部52を点線で示すとともに、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62および中間ノズル部51の開口部52の数を一部省略して示している。
図9に示すように、被成膜基板200の被成膜面201の法線方向から見て、中間ノズル部51の開口部52の面積(開口面積)は、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62の面積(開口面積)よりも大きく形成されていてもよい。
言い換えれば、被成膜基板200の被成膜面201の法線方向から見て、中間ノズル部51の開口部52の径は、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62の径よりも大きく形成されていてもよい。
また、膜厚分布改善のため、同一段のノズル部内においては、それぞれ開口部の形状(ノズル形状)が異なっていてもよい。
<その他変形例>
また、本実施の形態では、中間ノズル部51が1段だけ設けられて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、上記中間ノズル部51は、複数段設けられていてもよい。
なお、上記したように中間ノズル部51を複数段設ける場合、各中間ノズル部51の開口部の形状は、同じであってもよく、後述する実施の形態に示すように、異なっていてもよい。
また、中間ノズル部51を複数段設ける場合、各中間ノズル部51の温度は、同じであってもよく、後述する実施の形態に示すように異なっていてもよい。
何れの場合にも、上記したように中間ノズル部51を複数段設けることで、ノズル長によるコリメート効果を向上させることができる。
また、図3では、マスク10の開口部11および蒸着粒子射出装置30の射出口である開口部62が、一次元(すなわち、ライン状)に配列されている場合を例に挙げて示している。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、マスク10の開口部11と蒸着粒子射出装置30の射出口とは、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。
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。
なお、上記蒸着粒子射出装置30に用いられる各ユニット並びに各ノズル部の材料(素材)は、蒸着材料の種類、特に、蒸着材料が気体になる温度に応じて、各ノズル部における加熱もしくは冷却によって劣化や変形がない材料を適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。上記蒸着粒子射出装置30に用いられる各ユニット並びに各ノズル部の材料としては、例えば、坩堝等の公知の蒸着源に用いられている材料を用いることができる。
本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30および蒸着装置1並びに蒸着方法は、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。
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10〜図12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30の構成>
図10は、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30の概略構成を模式的に示す断面図である。
本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30は、実施の形態1と同様の中間温度制御ユニット50(温度調整部)を3段設けたことを除けば、実施の形態1における蒸着粒子射出装置30と同様の構成を有している。
したがって、以下では、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30の構成として、中間温度制御ユニット50についてのみ説明を行う。
<中間温度制御ユニット50の構成および効果>
本実施の形態では、図10に示すように、中間温度制御ユニット50として、下段側、つまり、加熱温度制御ユニット40側から、順に、中間温度制御ユニット50a(第1の中間温度制御ユニット)、中間温度制御ユニット50b(第2の中間温度制御ユニット)、中間温度制御ユニット50c(第3の中間温度制御ユニット)が設けられている。
これら中間温度制御ユニット50a・50b・50cは、それぞれ、実施の形態1における中間温度制御ユニット50と同様の構成を有している。なお、以下、中間温度制御ユニット50a・50b・50cを総称して中間温度制御ユニット50と称する場合がある。
これら中間温度制御ユニット50a・50b・50cは、それぞれ、内部に、ノズル部として中間ノズル部51a・51b・51cが、各中間温度制御ユニット50a・50b・50c内を横断するように、装置本体31内、具体的には、各ノズル部のノズル面(開口面)に垂直な方向に、突出して設けられた構成を有している。
なお、本実施の形態では、図10に示すように、各中間ノズル部51a・51b・51cが、各中間温度制御ユニット50a・50b・50cの中心部に設けられており、各中間温度制御ユニット50a・50b・50cの下部、すなわち、各中間ノズル部51a・51b・51cの下方には、凹状の開口部54a・54b・54cが設けられている。また、各中間温度制御ユニット50a・50b・50cの上部、すなわち、各中間ノズル部51a・51b・51cの上方には、凹状の開口部55a・55b・55cが設けられている。
加熱温度制御ユニット40に隣接して設けられた中間温度制御ユニット50aの下部に設けられた開口部54aは、加熱温度制御ユニット40上に中間温度制御ユニット50aを積み重ねたときに、開口部54aの開口縁部が、加熱容器42の上部の開口部44の開口縁部と面一になるように形成されている。
同様に、これら中間温度制御ユニット50a・50b・50cを積み重ねたときに、互いに隣接する中間温度制御ユニット50a・50bにおける互いに隣接する開口部55a・54bの各開口縁部、および、互いに隣接する中間温度制御ユニット50b・50cにおける互いに隣接する開口部55b・54cの各開口縁部は、それぞれ面一になるように形成されている。
また、中間温度制御ユニット50c上に冷却温度制御ユニット60を積み重ねたときに、互いに隣接する、中間温度制御ユニット50cにおける開口部55cの開口縁部と、冷却温度制御ユニット60における開口部64における開口縁部とは、互いに面一になるように形成されている。
なお、本実施の形態では、後述するように、各中間温度制御ユニット50a・50b・50cは、それぞれ異なる温度に設定されている。
このため、各中間温度制御ユニット50a・50b・50cも含め、各温度制御ユニットに設けられた凹状の開口部による内部空間の、被成膜基板200の被成膜面201に垂直な方向の距離、特に、各ノズル部間の距離は、10mm以上設けられていることが好ましい。
但し、中間温度制御ユニット50a・50b・50cのうち隣接する何れか2つの中間温度制御ユニットを同じ温度に設定する場合には、同じ温度に設定された中間温度制御ユニットにおける各ノズル部間の距離は、この限りではない。なお、中間温度制御ユニットが同じ温度に設定されている場合でも、ノズル長によるコリメート効果は得ることができる。
なお、被成膜基板200の被成膜面201に垂直な方向における各ノズル部間の離間距離は、それぞれ異なっていてもよいが、等間隔に形成されていることが好ましい。
各中間ノズル部51a・51b・51cには、それぞれ、上下方向に貫通する複数の開口部52a・52b・52c(貫通口)が設けられている。
また、各中間ノズル部51a・51b・51c内における、各開口部52a・52b・52cの周囲には、各中間ノズル部51a・51b・51cに対応して、各中間ノズル部51a・51b・51cの温度を調整・制御する熱交換器53a・53b・53cが設けられている。
本実施の形態では、蒸着粒子発生部41の温度と、蒸着粒子放出ノズル部61の温度との間で、上段側の中間ノズル部ほど低い温度に設定されている。すなわち、本実施の形態では、蒸着粒子発生部41の温度>下段の中間ノズル部51a(第1の中間ノズル部)の温度>中段の中間ノズル部51b(第2の中間ノズル部)の温度>上段の中間ノズル部51c(第3の中間ノズル部)の温度>蒸着粒子放出ノズル部61の温度の関係になっている。
このように、本実施の形態によれば、中間ノズル部510の段数を増やすことにより、蒸着粒子の温度を下げる制御を細かく行うことができ、これにより、蒸着粒子放出ノズル部61での蒸着流のコリメート性をさらに高めることができる。
また、本実施の形態によれば、上記したように中間ノズル部510の段数を増やすことで蒸着粒子の温度を下げる制御を細かく行うことができるので、蒸着流の温度をゆっくりと下げることができ、各ノズル部の開口部付近の圧力をさらに下げることができる。
このため、各ノズル部の開口部における蒸着粒子の散乱を抑制することができるため、蒸着流のコリメート性をさらに向上させることができる。
なお、本実施の形態でも、各ノズル部における開口部の中心位置、つまり、各中間ノズル部51a・51b・51cにおける各開口部52a・52b・52cの中心位置および蒸着粒子放出ノズル部61における開口部62の中心位置は、平面視、つまり、被成膜基板200の被成膜面201の法線方向から見て、それぞれ同じ位置に形成されている。
このように、各ノズル部の開口部の中心位置が、被成膜面201の法線方向から見て同じ位置となるようにすることで、見掛け上、ノズル部の開口部の長さを、段数分、長くすることができる。
したがって、上記の構成によれば、見掛け上、開口部長が長くなるので、蒸着流のコリメート性をさらに向上させることができる。
なお、ノズル部の見掛け上の開口部長は、各開口部の実際の開口部長(ノズル長)に拘らず、中間ノズル部510の段数を多くすることで増加させることができる。
被成膜基板200の被成膜面201に垂直な方向における各ノズル部間の離間距離は、それぞれ異なっていてもよいが、等間隔に形成されていることが好ましい。
また、本実施の形態でも、各ノズル部における開口部の長さ(ノズル長)は、特に限定されるものではない。しかしながら、各中間ノズル部51a・51b・51cにおける各開口部52a・52b・52cの長さは、蒸着粒子の温度を下げるために、20mm以上とすることが好ましい。また、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62の長さは、蒸着粒子の斜め成分をカットするために、20mm以上とすることが好ましい。
<実験による成膜パターンの比較>
次に、比較のために、蒸着源として図10に示す蒸着粒子射出装置30を用いて、実施の形態1と同様にして実際に成膜パターンを形成した結果を図11に示す。
図11は、蒸着源に図10に示す蒸着粒子射出装置30を用いて得られた成膜パターンの光学顕微鏡写真を示す図である。
なお、実験には、蒸着源として上記したように図10に示す蒸着粒子射出装置30を使用し、中間ノズル部51aの温度を330℃、中間ノズル部51bの温度を320℃、中間ノズル部51cの温度を310℃とした以外は、実施の形態1における実験による成膜パターンの比較で用いた条件と同じ条件とした。
このため、蒸着粒子発生部41の温度は340℃、蒸着粒子放出ノズル部61の温度は250℃とした。
また、中間ノズル部51a・51b・51cも含めて、各ノズル部の開口部長(ノズル長)は何れも20mmとし、被成膜基板200の被成膜面201に垂直な方向における各ノズル部間の隙間は何れも10mmとした。
図11に示すように、本実施の形態によれば、実施の形態1よりもさらにパターンボケが改善され、パターンボケが殆ど無い成膜パターンを得ることができた。したがって、本実施の形態によれば、さらに高精細な表示パネルを形成できることが判る。
<ノズル部の開口面積>
図12は、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30の要部の概略構成の一例を模式的に示す平面図である。なお、図12では、各中間ノズル部51a・51b・51cにおける各開口部52a・52b・52cを点線で示すとともに、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62および中間ノズル部51の開口部52の数を一部省略して示している。
図10に示す蒸着粒子射出装置30では、各ノズル部における各開口部で、それぞれ開口部形状を同じとした。
つまり、本実施の形態では、図10に示すように、各ノズル部における各開口部、すなわち、各中間ノズル部51a・51b・51cにおける各開口部52a・52b・52cおよび蒸着粒子放出ノズル部61における開口部62は同一の径を有し、被成膜面201の法線方向から見たときに、これら開口部52a・52b・52c・62がそれぞれ同じ位置に位置するように重畳して形成されて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、図12に示すように、上段側のノズル部ほど、開口部の開口面積(開口部サイズ)が小さく形成されていてもよい。すなわち、図12に示すように、開口部52a、開口部52b、開口部52c、開口部62の順で、開口部サイズが小さくなるように各開口部52a・52b・52c・62が形成されていてもよい。
蒸着粒子放出ノズル部61は、一般的に、その開口部サイズは小さい方がよい。しかしながら、一気に小さくすると目詰まりが発生する。このため、開口部サイズを、ノズル段毎に順々に、もしくは、複数のノズル段毎に小さくしていけば、このような問題は生じない。したがって、生産効率が向上する。
〔実施の形態3〕
本実施の形態について主に図13〜図15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30の構成>
図13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断面図である。また、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。
本実施の形態にかかる蒸着装置1は、マスク10と蒸着粒子射出装置30との間に制限板70(アパーチャ)を設けたことを除けば、実施の形態1における蒸着装置1と同様の構成を有している。
したがって、以下では、本実施の形態にかかる蒸着装置1の構成として、制限板70についてのみ説明を行う。
<制限板70の構成および効果>
本実施の形態では、蒸着源として実施の形態1と同様の蒸着粒子射出装置30を使用している。しかしながら、蒸着流のコリメート性がさらに必要な場合には、図13および図14に示すように、マスク10と蒸着粒子射出装置30との間に、蒸着粒子の通過を制限する制限板70を、マスク10と平行に設けることが望ましい。
制限板70には、上下方向に貫通する複数の開口部71(貫通口)が設けられている。
マスク10と蒸着粒子射出装置30との間に、このように、蒸着粒子の通過を制限する制限板70が設けられていることで、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。
図13および図14に示すように、被成膜基板200の被成膜面201の法線方向に対し、制限板70の開口部71の中心位置は、蒸着粒子射出装置30における各ノズル部(すなわち、中間ノズル部51、蒸着粒子放出ノズル部61)の開口部52・62の中心位置と同じ位置に形成されている。
但し、蒸着粒子射出装置30における各ノズル部の開口形状(例えば開口部62の形状およびサイズ)と制限板70の開口形状(開口部71の形状およびサイズ)とは互いに異なっていても構わない。
上記したように各開口部52・62・71の中心位置を合わせることで、蒸着粒子放出ノズル部61からの蒸着流が若干広がりを有していても、制限板70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。このため、図13および図14に示すように、たとえ中間ノズル51部が1段だけであっても、制限板70により、蒸着流の広がりを抑制できる。したがって、蒸着流のコリメート性を高めることができる。
なお、図16では、簡略化のため、マスク10の開口部11の開口形状と制限板70の開口形状とを合わせているが、実際にはマスク10の開口部11によるパターン形状の方が細かい。
例えば、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、走査方向(基板搬送方向)と平行な方向における、制限板70の各開口部71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10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10の各開口部11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10の上記開口サイズは、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70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での蒸着膜の膜厚ムラが大きくなったり、マスク10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70の位置は、制限板70が、マスク10と蒸着粒子射出装置30との間に、蒸着粒子射出装置30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70は、例えばマスク10に密着して設けられていてもよい。
なお、制限板70を蒸着粒子射出装置30から離間して設ける理由は、以下の通りである。
制限板70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70は、蒸着粒子射出装置30の出射口である開口部62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を、制限板70と蒸着粒子射出装置30との間に設ける必要がある。このため、制限板70と蒸着粒子射出装置30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。
<実験による成膜パターンの比較>
次に、比較のために、図13および図14に示す構成を有する蒸着装置1を用いて、実際に成膜パターンを形成した結果を図15に示す。
図15は、本実施の形態にかかる蒸着装置1を用いて得られた成膜パターンの光学顕微鏡写真を示す図である。
なお、実験には、蒸着源として上記したようにマスク10と蒸着粒子射出装置30との間に制限板70を設け、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70と蒸着粒子射出装置30との間の距離並びに制限板70とマスク10との間の距離をそれぞれ5cmとした以外は、実施の形態1における実験による成膜パターンの比較で用いた条件と同じ条件とした。
このため、蒸着粒子発生部41の温度は340℃とし、中間ノズル部51の温度は320℃とし、蒸着粒子放出ノズル部61の温度は250℃とした。
図15に示すように、本実施の形態によれば、実施の形態1よりもさらにパターンボケが改善された成膜パターンを得ることができた。
したがって、本実施の形態によれば、さらに高精細な表示パネルを形成できることが判る。また、上記実験の結果から、本実施の形態によれば、マスク10と蒸着粒子射出装置30との間に制限板70を設けることで、蒸着広がりを改善でき、さらに蒸着流のコリメート性を高めることができることが判る。
〔実施の形態4〕
本実施の形態について主に図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。
<蒸着粒子射出装置30の構成>
図16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断面図である。
本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30は、温度調整部である中間温度制御ユニット50と、蒸着材料供給部である加熱温度制御ユニット40との間に、さらに、温度調整部として、ノズル部を有する加熱温度制御ユニット80を設けたことを除けば、実施の形態1における蒸着粒子射出装置30と同様の構成を有している。
したがって、以下では、本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30の構成として、加熱温度制御ユニット80についてのみ説明を行う。
<加熱温度制御ユニット80の構成および効果>
加熱温度制御ユニット80は、内部に、ノズル部として加熱ノズル部81が、加熱温度制御ユニット80内を横断するように、装置本体31内、具体的には、各ノズル部のノズル面(開口面)に垂直な方向に突出して設けられた加熱ノズル部形成ユニットである。
本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30は、図16に示すように、中間ノズル部51と蒸着粒子発生部41との間に、ノズル部として、さらに加熱ノズル部81が設けられた構成を有している。
本実施の形態では、図16に示すように、加熱ノズル部81が、例えば加熱温度制御ユニット80の中心部に設けられており、加熱温度制御ユニット80の下部および上部、すなわち、加熱ノズル部81の下方および上方に、凹状の開口部84・85が設けられた構成を有している。
加熱温度制御ユニット80の下部に設けられた開口部84は、加熱温度制御ユニット40上に加熱温度制御ユニット80を積み重ねたときに、開口部84の開口縁部が、加熱容器42の上部の開口部44の開口縁部と面一になるように形成されている。
加熱ノズル部81には、上下方向に貫通する複数の開口部82(貫通口)が設けられている。
なお、本実施の形態でも、各ノズル部における開口部の中心位置、つまり、加熱ノズル部81における開口部82の中心位置、中間ノズル部51における開口部52の中心位置、蒸着粒子放出ノズル部61における開口部62の中心位置は、平面視、つまり、被成膜基板200の被成膜面201の法線方向から見て、それぞれ同じ位置に形成されている。
また、図16に示すように、例えば、加熱ノズル部81内における、開口部82の周囲には、加熱ノズル部81の温度を調整・制御する熱交換器83が設けられている。
なお、熱交換器83としては、所望の温度に調整・制御することができさえすれば特に限定されるものではなく、公知の熱交換器を使用することができる。
加熱容器42の上部の開口部44から放出された蒸着粒子は、加熱容器42の上部の開口部44と加熱温度制御ユニット80の下部に設けられた開口部84とで形成される、装置本体31内の内部空間を通って、加熱ノズル部81における開口部82に供給される。
図16に示す加熱温度制御ユニット80では、加熱温度制御ユニット80の下部に設けられた開口部84は、その開口長(凹部の深さ)が、加熱温度制御ユニット80の上部に設けられた開口部85の開口長よりも小さく設定されており、加熱ノズル部81が、加熱容器42に近接して配置された構成を有している。加熱ノズル部81は、ノズル部の中で、最も高い温度を有している。
また、加熱ノズル部81は、熱交換器83により、蒸着粒子発生部41よりも高い温度に制御されている。
このため、本実施の形態では、加熱ノズル部81の温度≧蒸着粒子発生部41の温度>中間ノズル部51の温度>蒸着粒子放出ノズル部61の温度の関係になっている。
なお、加熱ノズル部81の温度が、蒸着粒子が気体になる温度+100℃よりも高くなると、前記したように、蒸着材料が熱分解する可能性が高くなる。
したがって、加熱ノズル部81の温度は、蒸着粒子が気体になる温度+100℃≧加熱ノズル部81の温度≧蒸着粒子発生部41の温度に制御されていることが望ましい。
加熱ノズル部81では、加熱ノズル部81に設けられた開口部82(貫通口)の壁面に蒸着粒子が付着しない状態での、加熱ノズル部81の開口部82の物理的な長さ(開口長、ノズル長)によって、蒸着流のコリメート化を図っている。
すなわち、本実施の形態では、ノズル部の温度を低下させる前に、ノズル長による蒸着流のコリメート化を図っている。これにより、本実施の形態によれば、捕捉される蒸着粒子の斜め成分をさらに減少させることができる。
<変形例>
なお、本実施の形態では、蒸着粒子放出ノズル部61の開口部62と中間ノズル部51の開口部52と加熱ノズル部81の開口部82とが同一の径を有して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、実施の形態1、2に示したように、隣り合う段のノズル部が、対応する熱交換器により、上段側のノズル部の開口部の開口面積が下段側のノズル部の開口部の開口面積と同じかもしくは小さく形成されている構成としてもよく、上段側のノズル部の開口部の開口面積ほど下段側のノズル部の開口部の開口面積よりも小さく形成されていることがより好ましい。これにより、実施の形態1、2に記載した効果と同様の効果を得ることができる。
〔実施の形態5〕
本実施の形態について主に図17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1〜4との相違点について説明するものとし、実施の形態1〜4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30の構成および効果>
図17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断面図である。
本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30は、図17に示すように、上下方向に互いに重畳して設けられた、装置本体31を構成している複数の温度制御ユニットが、温度制御ユニット毎に分離されており、各温度制御ユニット間に隙間を有し、この隙間に対応する部分に、蒸着粒子を捕捉するトラップ32(蒸着粒子捕捉部)が設けられている構成を有している。
すなわち、本実施の形態では、加熱温度制御ユニット40と加熱温度制御ユニット80との間、加熱温度制御ユニット80と中間温度制御ユニット50との間、中間温度制御ユニット50と冷却温度制御ユニット60との間に、それぞれトラップ32が設けられている。
本実施の形態にかかる蒸着粒子射出装置30は、上記した点を除けば、基本的には、実施の形態4における蒸着粒子射出装置30と同様の構成を有している。
なお、図17に示す例では、加熱温度制御ユニット40における加熱ノズル部81の下方に開口部84が設けられていないが、上記開口部の有無は、効果そのものには影響はない。
上記トラップ32は、図示しない熱交換器により冷却されていることが、蒸着粒子を効率良く捕捉することができることから好ましい。
上記トラップ32としては、例えば、各温度制御ユニット間の隙間を塞ぐように装置本体31の外側(つまり、各温度制御ユニットの外側)に取り外し可能に設けられた冷却体であり、該冷却体に、蒸着粒子を吸着させて蒸着粒子を捕捉するものであってもよい。
また、上記トラップ32は、各温度制御ユニット間の隙間を塞ぐように装置本体31の外側に取り外し可能に設けられた、各温度制御ユニット間の隙間から放出された蒸着粒子を収容する収容容器を備え、上記収容容器を、放冷あるいは図示しない熱交換器で冷却することにより、上記収容容器内の蒸着粒子を捕捉するものであってもよい。すなわち、上記冷却体は、各温度制御ユニット間の隙間に密着して形成された冷却体であってもよく、各温度制御ユニット間の隙間を覆うように形成された収容容器を有する冷却体であてもよい。
上記冷却方法としては特に限定されるものではないが、上記冷却には、例えば水冷が用いられていてもよい。
上記したように、本実施の形態によれば、各温度制御ユニット間に隙間がある場合、この隙間に対応する部分に、蒸着粒子を捕捉するトラップ32が設けられていることで、蒸着粒子が、装置本体31内で散乱することを抑制あるいは防止することができる。
<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)上記蒸着粒子発生部で発生させた蒸着粒子を外部に射出する複数の貫通口が設けられた蒸着粒子放出ノズル部と、(3)複数の貫通口を有し、上記蒸着粒子発生部と蒸着粒子放出ノズル部との間に、上記蒸着粒子発生部および蒸着粒子放出ノズル部と離間して重畳して設けられた、少なくとも1段の中間ノズル部とを備え、上記(1)の蒸着粒子発生部、(2)の蒸着粒子放出ノズル部、(3)の中間ノズル部には、それぞれ温度調整部材が設けられており、上記(2)の蒸着粒子放出ノズル部は、対応する温度調整部材により、上記蒸着材料が気体になる温度よりも低い温度に制御されており、上記(3)の中間ノズル部は、対応する温度調整部材により、上記蒸着粒子発生部と蒸着粒子放出ノズル部との間の温度に制御されている。
上記の構成によれば、上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口を上記蒸着材料が気体になる温度よりも低い温度とすることで、蒸着流の斜め成分をカットすることができる。このため、蒸着流をコリメート化することができる。
また、上記中間ノズル部が設けられていることで上記蒸着粒子発生部から上記蒸着粒子放出ノズル部にかけてノズル部の温度を段階的に低下させることができ、蒸着粒子の流れを直線化しながら、ノズル部の壁面に付着する蒸着材料を低減させることができる。
また、上記中間ノズル部で蒸着粒子の温度を低下させることで、上記蒸着粒子放出ノズル部における貫通口の圧力を局所的に低下させることができる。このため、上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口における蒸着粒子の散乱を防止することができる。
また、上記したように蒸着粒子放出ノズル部およびその近傍での圧力を低下させることで、上記蒸着粒子放出ノズル部で平均自由工程が短くなる現象を抑制できる。このため、蒸着流のコリメート性をさらに改善することができる。
したがって、上記の構成によれば、上記蒸着粒子射出装置から射出された蒸着粒子を、上記蒸着粒子射出装置に対向配置された蒸着マスクに設けられた貫通口を通して被成膜基板に蒸着させることで、所望の成膜パターンを形成する場合、上記蒸着粒子射出装置から射出されて蒸着マスクに到達する蒸着粒子の飛来方向が、被成膜基板における被成膜面の法線方向と平行になるようにすることができる。
このため、上記蒸着粒子射出装置を、蒸着マスクを用いて蒸着を行う蒸着装置並びに蒸着方法に用いることで、蒸着マスクのマスク面に垂直に飛来した蒸着粒子が、蒸着マスクの貫通口を通過して、被成膜基板に、マスクパターン通りに付着する。このため、成膜パターンのパターンボケを無くし、高精度の成膜パターンを形成することができる。
また、上記の構成によれば、蒸着粒子放出ノズル部に蒸着粒子が到達する前に、前段の中間ノズル部で蒸着流のコリメート化がなされているため、蒸着粒子放出ノズル部の貫通口の壁面への蒸着粒子の付着を抑制・防止することができる。
上記蒸着粒子射出装置において、中間ノズル部は、上記蒸着材料が気体になる温度よりも高い温度に制御されていることが好ましい。
中間ノズル部の温度が、蒸着粒子が気体になる温度以下である場合、中間ノズル部に蒸着粒子が付着する。
このため、中間ノズル部の温度は、局所的温度分布等を考慮し、蒸着粒子が気体になるよりも高い温度に制御されていることが望ましい。
また、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記中間ノズル部の貫通口の中心位置は、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口の中心位置と同じであることが好ましい。
このように、粒子放出ノズル部の貫通口と中間ノズル部の貫通口とが重畳する位置に形成されていることで、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、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、上記中間ノズル部は、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向に複数段設けられているとともに、各中間ノズル部に対応してそれぞれ温度調整部材が設けられており、隣り合う段の中間ノズル部は、対応する温度調整部材により、上記蒸着粒子放出ノズル部側の中間ノズル部の温度が上記蒸着粒子発生部側の中間ノズル部の温度と同じかもしくは低い温度に制御されていることが好ましい。
また、上記複数段の中間ノズル部は、対応する温度調整部材により、上記蒸着粒子放出ノズル部側の中間ノズル部ほど上記蒸着粒子発生部側の中間ノズル部よりも低い温度に制御されていることがさらに好ましい。
上記の各構成によれば、上記蒸着粒子発生部から上記蒸着粒子放出ノズル部にかけて、ノズル部の温度を、ノズル段毎に順々に、もしくは、複数のノズル段毎に小さくすることができる。
このため、蒸着粒子の流れを直線化しながら、ノズル部の壁面に付着する蒸着材料を低減させることができるとともに、粒子放出ノズル部およびその近傍での圧力を低下させることができ、蒸着流のコリメート性をさらに改善することができる。
また、中間ノズル部を複数段設けることで、ノズル長によるコリメート効果を向上させることができる。
また、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記中間ノズル部の貫通口の開口面積は、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口の開口面積よりも大きいことが好ましい。
そして、上記中間ノズル部が複数段設けられている場合、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記複数段の中間ノズル部の貫通口の開口面積は、それぞれ、上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口の開口面積よりも大きく、隣り合う段の中間ノズル部は、上記蒸着粒子放出ノズル部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積が上記蒸着粒子発生部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積と同じかもしくは小さいことが好ましい。
また、上記複数段の中間ノズル部における貫通口の開口面積は、上記蒸着粒子放出ノズル部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積ほど上記蒸着粒子発生部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積よりも小さいことがより好ましい。
一般的に、蒸着粒子射出装置における外部への蒸着粒子の射出口の開口面積は小さい方がよい。したがって、上記粒子放出ノズル部の開口面積は小さい方がよい。しかしながら、一気に小さくすると目詰まりが発生する。
上記の各構成によれば、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記中間ノズル部の貫通口の開口面積が、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口の開口面積よりも大きいことで、上記蒸着粒子発生部から上記蒸着粒子放出ノズル部にかけて、ノズル部の開口面積を、段階を追って小さくすることができる。
また、上記したように中間ノズル部が複数段設けられている場合、隣り合う段の中間ノズル部が、上記蒸着粒子放出ノズル部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積が上記蒸着粒子発生部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積と同じかもしくは小さく形成されていたり、上記蒸着粒子放出ノズル部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積ほど上記蒸着粒子発生部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積よりも小さく形成されていることで、複数のノズル段毎に、もしくはノズル段毎に、ノズル部の貫通口の開口面積を小さくすることができる。
したがって、上記したような目詰まりが発生せず、生産効率を向上させることができる。
また、上記蒸着粒子射出装置は、複数の貫通口を有し、上記蒸着粒子発生部と中間ノズル部との間に、上記蒸着粒子発生部および中間ノズル部と離間して重畳して設けられ、上記蒸着粒子発生部よりも高い温度に制御されている加熱ノズル部をさらに備え、上記加熱ノズル部が上記蒸着粒子発生部および中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記加熱ノズル部の貫通口の中心位置は、上記加熱ノズル部が上記蒸着粒子発生部および中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記中間ノズル部の貫通口の中心位置と同じであることが好ましい。
上記の構成によれば、ノズル部の温度を低下させる前に、加熱ノズル部の貫通口の壁面に蒸着粒子が付着しない状態での、加熱ノズル部の貫通口の物理的な長さ(ノズル長)によって、蒸着流のコリメート化を図ることができる。
また、上記各ノズル部は、それぞれ、異なるユニットに形成されており、各ユニット間の隙間に対応する部分に、蒸着粒子を捕捉する蒸着粒子捕捉部が設けられていることが好ましい。
上記したように上記各ノズル部がそれぞれ異なるユニットに形成されていることで、たとえノズル部の貫通口の壁面に蒸着粒子が付着したとしても、ノズル部の洗浄のために蒸着粒子射出装置そのものを真空チャンバ外に取り出す必要はない。
また、上記の構成によれば、各ユニット間の隙間に対応する部分に、蒸着粒子を捕捉する蒸着粒子捕捉部が設けられていることで、蒸着粒子が、蒸着粒子射出装置本体内で散乱することを抑制あるいは防止することができる。
上記蒸着粒子捕捉部は、上記各ユニット間の隙間を塞ぐように上記各ユニットの外側に取り外し可能に設けられた冷却体であることが好ましい。
これにより、蒸着粒子を効率良く捕捉することができる。
また、上記各実施の形態にかかる蒸着装置は、被成膜基板に所定のパターンの成膜を行う蒸着装置であって、(1)上記蒸着粒子射出装置と、(2)貫通口を有し、上記蒸着粒子射出装置から射出された蒸着粒子を上記貫通口を通して上記被成膜基板に蒸着させる、上記被成膜基板の蒸着領域よりも面積が小さい蒸着マスクと、(3)上記蒸着マスクと被成膜基板とを一定距離離間させた状態で、上記蒸着粒子射出装置および蒸着マスクと、上記被成膜基板とのうち、少なくとも一方を相対移動させる移動手段とを備えている。
また、上記各実施の形態にかかる蒸着方法は、上記蒸着装置を使用し、上記蒸着マスクと被成膜基板とを一定距離離間させた状態で、上記蒸着粒子射出装置および蒸着マスクと、上記被成膜基板とのうち、少なくとも一方を相対移動させて被成膜基板に所定のパターンの成膜を行う。
上記の各構成によれば、上記蒸着装置が上記蒸着粒子射出装置を備えることで、前記したように、上記蒸着粒子射出装置から射出されて蒸着マスクに到達する蒸着粒子の飛来方向を、被成膜基板における被成膜面の法線方向と平行になるようにすることができる。
このため、蒸着マスクのマスク面に垂直に飛来した蒸着粒子が、蒸着マスクの貫通口を通過して、被成膜基板に、マスクパターン通りに付着する。このため、被成膜基板の蒸着領域よりも面積が小さい蒸着マスクを用いて被成膜基板と蒸着マスクとを離間させて蒸着膜を成膜するにも拘らず、成膜パターンのパターンボケを無くし、高精度の成膜パターンを形成することができる。
また、上記蒸着装置において、上記蒸着粒子射出装置と蒸着マスクとの間には、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。
上記したように上記蒸着粒子射出装置と蒸着マスクとの間に制限板を設けることで、蒸着広がりを改善でき、さらに蒸着流のコリメート性を高めることができる。
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。
なお、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並びに蒸着方法は、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 基板移動ユニット(移動手段)
4 マスク移動ユニット(移動手段)
5 シャッタ作動ユニット
6 ホルダ
7 シャッタ
8 突出部
8a 第1の突出部
8b 第2の突出部
8c 第3の突出部
9 開口部
9a 第1の開口部
9b 第2の開口部
9c 第3の開口部
10 マスク(蒸着マスク)
10a 長辺
10b 短辺
11 開口部(貫通口)
20 蒸着粒子射出装置移動ユニット
21 ステージ
22 アクチュエータ
30 蒸着粒子射出装置
31 装置本体(蒸着粒子射出装置本体)
32 トラップ(蒸着粒子捕捉部)
40 加熱温度制御ユニット(ユニット)
41 蒸着粒子発生部
42 加熱容器
43 熱交換器(温度調整部材)
44 開口部
50 中間温度制御ユニット(ユニット)
50a・50b・50c 中間温度制御ユニット(ユニット)
51 中間ノズル部
51a・51b・51c 中間ノズル部
52 開口部(貫通口)
52a・52b・52c 開口部(貫通口)
53 熱交換器(温度調整部材)
54 開口部
54a・54b・54c 開口部
55 開口部
55a・54b・55c 開口部
60 冷却温度制御ユニット(ユニット)
61 蒸着粒子放出ノズル部
62 開口部(貫通口、射出口)
63 熱交換器(温度調整部材)
64・65 開口部
70 制限板
71 開口部
80 加熱温度制御ユニット(ユニット)
81 加熱ノズル部
82 開口部
83 熱交換器(温度調整部材)
84・85 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
202 非成膜面

Claims (15)

  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、
    上記蒸着粒子発生部で発生させた蒸着粒子を外部に射出する複数の貫通口が設けられた蒸着粒子放出ノズル部と、
    複数の貫通口を有し、上記蒸着粒子発生部と蒸着粒子放出ノズル部との間に、上記蒸着粒子発生部および蒸着粒子放出ノズル部と離間して重畳して設けられた、少なくとも1段の中間ノズル部とを備え、
    上記蒸着粒子発生部、蒸着粒子放出ノズル部、中間ノズル部には、それぞれ温度調整部材が設けられており、
    上記蒸着粒子放出ノズル部は、対応する温度調整部材により、上記蒸着材料が気体になる温度よりも低い温度に制御されており、
    上記中間ノズル部は、対応する温度調整部材により、上記蒸着粒子発生部と蒸着粒子放出ノズル部との間の温度に制御されていることを特徴とする蒸着粒子射出装置。
  2. 上記中間ノズル部は、上記蒸着材料が気体になる温度よりも高い温度に制御され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. 上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記中間ノズル部の貫通口の中心位置は、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口の中心位置と同じである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. 上記中間ノズル部は、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向に複数段設けられているとともに、各中間ノズル部に対応してそれぞれ温度調整部材が設けられており、
    隣り合う段の中間ノズル部は、対応する温度調整部材により、上記蒸着粒子放出ノズル部側の中間ノズル部の温度が上記蒸着粒子発生部側の中間ノズル部の温度と同じかもしくは低い温度に制御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. 上記複数段の中間ノズル部は、対応する温度調整部材により、上記蒸着粒子放出ノズル部側の中間ノズル部ほど上記蒸着粒子発生部側の中間ノズル部よりも低い温度に制御されていることを特徴とする請求項4に記載の蒸着粒子射出装置。
  6. 上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記複数段の中間ノズル部の貫通口の開口面積は、それぞれ、上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口の開口面積よりも大きく、
    隣り合う段の中間ノズル部は、上記蒸着粒子放出ノズル部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積が上記蒸着粒子発生部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積と同じかもしくは小さいことを特徴とする請求項4または5に記載の蒸着粒子射出装置。
  7. 上記複数段の中間ノズル部における貫通口の開口面積は、上記蒸着粒子放出ノズル部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積ほど上記蒸着粒子発生部側の中間ノズル部の貫通口の開口面積よりも小さいことを特徴とする請求項6に記載の蒸着粒子射出装置。
  8. 上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記中間ノズル部の貫通口の開口面積は、上記蒸着粒子放出ノズル部と中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記蒸着粒子放出ノズル部の貫通口の開口面積よりも大きい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。
  9. 複数の貫通口を有し、上記蒸着粒子発生部と中間ノズル部との間に、上記蒸着粒子発生部および中間ノズル部と離間して重畳して設けられ、上記蒸着粒子発生部よりも高い温度に制御されている加熱ノズル部をさらに備え、
    上記加熱ノズル部が上記蒸着粒子発生部および中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記加熱ノズル部の貫通口の中心位置は、上記加熱ノズル部が上記蒸着粒子発生部および中間ノズル部とが重畳する方向から見たときの上記中間ノズル部の貫通口の中心位置と同じであることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の蒸着粒子射出装置。
  10. 上記各ノズル部は、それぞれ、異なるユニットに形成されており、各ユニット間の隙間に対応する部分に、蒸着粒子を捕捉する蒸着粒子捕捉部が設けられていることを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の蒸着粒子射出装置。
  11. 上記蒸着粒子捕捉部は、上記各ユニット間の隙間を塞ぐように上記各ユニットの外側に取り外し可能に設けられた冷却体であることを特徴とする請求項10に記載の蒸着粒子射出装置。
  12. 被成膜基板に所定のパターンの成膜を行う蒸着装置であって、
    請求項1〜11の何れか1項に記載の蒸着粒子射出装置と、
    貫通口を有し、上記蒸着粒子射出装置から射出された蒸着粒子を上記貫通口を通して上記被成膜基板に蒸着させる、上記被成膜基板の蒸着領域よりも面積が小さい蒸着マスクと、
    上記蒸着マスクと被成膜基板とを一定距離離間させた状態で、上記蒸着粒子射出装置および蒸着マスクと、上記被成膜基板とのうち、少なくとも一方を相対移動させる移動手段とを備えていることを特徴とする蒸着装置。
  13. 上記蒸着粒子射出装置と蒸着マスクとの間に、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12に記載の蒸着装置。
  14. 上記所定のパターンが、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12または13に記載の蒸着装置。
  15. 請求項12〜14の何れか1項に記載の蒸着装置を使用し、上記蒸着マスクと被成膜基板とを一定距離離間させた状態で、上記蒸着粒子射出装置および蒸着マスクと、上記被成膜基板とのうち、少なくとも一方を相対移動させて被成膜基板に所定のパターンの成膜を行うことを特徴とする蒸着方法。
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