KR101011961B1

KR101011961B1 - 성막 장치 및 성막 방법

Info

Publication number: KR101011961B1
Application number: KR1020077023939A
Authority: KR
Inventors: 다다히로 오미; 다카아키 마츠오카; 쇼조 나카야마; 히로노리 이토
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤; 고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2011-01-31
Also published as: CN101155944B; WO2006109562A1; EP1879431A4; JP2006291258A; TW200704817A; EP1879431A1; JP4911555B2; US20090041929A1; US20110268870A1; KR20070113299A; CN101155944A

Abstract

분사 용기에 유기 EL 분자 가스를 분사하는 구성을 구비한 성막 장치에 있어서, 복수의 유기 EL 원료 용액과, 복수의 유기 EL 원료 용기와 분사 용기를 접속하는 배관계를 갖고, 복수의 유기 EL 원료 용기는 선택적으로 유기 EL 분자 공급 상태가 되고, 당해 배관계는, 각 유기 EL 원료 용기 내에, 성막시와 비성막시가 동일한 압력이 되도록 수송 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 비성막시, 수송 가스는 유기 EL 원료 용기의 하나로부터 다른 원료 용기로 흐른다.

성막 장치, 분사 용기, 배관계, 기화 수단

Description

성막 장치 및 성막 방법{APPARATUS FOR FILM FORMATION AND METHOD FOR FILM FORMATION}

본 발명은 소정 재료의 층을 성막하기 위한 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것으로서, 특히, 소정 재료의 원료를 기화시켜 소정 재료 층을 성막하는 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.

소정 재료의 원료를 기화시켜 소정 재료 층을 성막하는 방법은, 반도체 장치 또는 플랫 패널 디스플레이 장치, 기타 전자 장치의 제조에 널리 사용되고 있다. 이와 같은 전자 장치의 일례로서, 이하에서는 유기 EL 표시 장치를 예로 들어 설명한다. 휘도가 충분히 밝고, 또한 수명이 수만 시간 이상인 유기 EL 표시 장치는, 자발광형 소자인 유기 EL 소자를 사용하고 있고, 백라이트 등의 주변 부품이 적기 때문에 얇게 구성할 수 있어, 평면 표시 장치로서 이상적이다. 이와 같은 유기 EL 표시 장치를 구성하는 유기 EL 소자는 표시장치로서의 특성면에서, 대형 화면이면서, 소자의 수명이 긴 수명일 것, 화면 내에서의 발광 휘도 및 소자 수명에 편차가 없고, 또한 다크 스포트 등으로 대표되는 결함이 없을 것 등이 요구되고 있다. 이 요구를 충족시키려면 유기 EL 층의 성막이 매우 중요하다.

대형 기판에 있어서, 유기 EL 층을 균일하게 성막하기 위한 성막 장치로서 는, 특허문헌 1 에 기재된 장치 등이 이용되고 있다. 특허문헌 1 의 성막 장치는, 장치 내에 설치된 인젝터 내부의 배관 구성을 트리형으로 최적 배치함으로써, 대형 기판에 있어서의 막 두께의 균일성을 확보하려 한 것이다.

현상의 유기 EL 층은 10^-6Torr ∼ 10^-7Torr 이하의 분위기로 유지된 진공 증착 장치에서 형성되고 있다. 본 발명자 등의 실험에 의하면, 현상의 진공 증착 장치에서는, 유기 EL 층 형성 공정에서 유기 EL 층이 대량의 유기물로 오염되고, 그 결과, 유기 EL 발광 다이오드 (OLED) 의 휘도 그리고 수명이 대폭 저감되는 것이 밝혀졌다.

또한, 로드 락 챔버를 갖는 연속 진공 증착 장치에 있어서, 유리 기판을 1 × 10^-7Torr 정도의 진공으로 유지된 로드 락 챔버로 반송한 후, 즉시, NPD 층, Alq3 층, MgAg 전극층을 성막한 경우와, 각각의 층을 성막할 때 30 분간, 1 × 10^-7Torr 정도의 분위기 중에 기판을 둔 경우를 비교하면, 후자와 같이 각 층의 성막시에 30 분간, 1 × 10^-7Torr 정도의 분위기에 노출된 샘플의 휘도는 1/3 정도로 변화하고, 휘도가 절반으로 열화될 때까지의 수명은, 1/3 이하로 감소되는 것으로 판명되었다.

본 발명의 발명자 등은, 상기 서술한 수명 열화에 대해서 예의 검토를 거듭한 결과, 진공 상태는, 오염원이 되는 유기물 성분의 분압이 높아지고, 동시에 유기물 분자의 평균 자유 행정 (行程) 이 압도적으로 길어지기 때문에, 기판 표면의 유기물 오염이 매우 많아져, 이들이 유기 EL 소자의 수명을 저하시키는 것을 알아내었다.

또한, 화면 안의 발광 휘도나 소자 수명의 편차를 저감시키기 위해서는, 유기 EL 소자 성막시의 막 질 및 막 두께의 균일성이 매우 중요하다는 것을 알아내었다. 유기 EL 박막을 균일하게 퇴적시키기 위한 성막 장치로서는 특허문헌 1 에 기재되는 장치가 예시된다. 그러나, 이와 같은 구성의 장치에 있어서 성막된 유기 EL 소자의 막 두께가 균일하면서도 다크 스포트 또는 소자 수명의 편차가 발생한다.

또한, 특허문헌 1에 기재된 인젝터에 의하면, 인젝터의 재료 및 온도에 대한 개시가 없고, 조건에 따라서는 인젝터 내부에 유기 EL 재료가 퇴적되어 버리거나 인젝터 내부에서 유기 EL 재료가 분해되고, 분해물이 기판에 퇴적되어 유기 EL 소자로서 기능하지 않는 문제가 발생한다.

또한, 종래의 성막 방법에서는, 기화된 원료가 방향없이 비산하여, 기판 이외의 부분에 피착되어 낭비가 많고, 또한, 증발 접시의 가열을 멈추어도 얼마간은 기화가 계속되기 때문에 비성막시에 원료의 낭비가 많다. 이들의 낭비를 경감하기 위해서, 본 발명자들은 먼저 국제공개공보 제2005/093120호 팜플렛 (특허문헌 2) 에서, 감압 용기 내에 설치된 원료 용기로부터의 원료를 캐리어 가스 (수송 가스) 에 의해서 기판 표면까지 유도하는 성막 장치 및 성막 방법을 제안하였다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2004-79904호

특허문헌 2 : 국제공개공보 제2005/093120호 팜플렛

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

특허문헌 2 에서 제안된 성막 장치 및 성막 방법에서는, 성막 재료의 특성에 악영향을 미치는 유기 오염 물질, 재료 분해 해리물의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 고품질의 박막을 퇴적시킬 수 있다. 따라서, 이와 같은 성막 장치 및 성막 방법을 유기 EL 장치의 형성에 적용할 경우, 휘도가 높고, 수명이 긴 고품질의 유기 EL 장치를 얻을 수 있다.

또한, 특허문헌 2 는, 성막해야 할 기판이 큰 면적을 갖는 경우에는, 기판의 전체 면적에 걸쳐서 막 두께 등을 균일하게 실시하는 것이 곤란하였다. 또한, 성막 속도를 높이고 효율적으로 성막하는 것이 곤란하였다. 또한, 성막 개시에서 성막 공정으로 이행하는 경우 및 성막 공정에서 성막 정지로 이행하는 경우, 유기 EL 원료 및 수송 가스 등의 가스의 온도, 유량, 압력을 변화시키는 것을 제안하고 있는데, 공정에 따른 분위기를 신속 또한 원활하게 형성하는 것에 대하여, 즉, 상태 전이를 신속하게 실시하는 수단에 대해서는 제안하지 않았다. 이로 인해, 유기 EL 박막을 고속으로 성막하는 것은 곤란하다.

본 발명의 목적은, 대면적의 기판이라도 균일하게 성막할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 성막 속도를 높여 효율적으로 성막할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 상태 전이를 신속하게 실시할 수 있고, 그 결과, 고품질의 막을 고속으로 성막할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 복수의 유기 EL 원료를 연속적으로 퇴적할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 복수 성분으로 이루어지는 막을 동시에 성막할 수 있는 성막 장치 및 성막 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 원료 가스와 수송 가스를 기판 상에 분사하는 분사 용기와 원료 용기를 배관계에 의해서 접속된 구성을 구비한 성막 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 배관계를 갖는 성막 장치의 배관계를 개선하여, 공정 전이를 신속하게 실시할 수 있는 성막 장치를 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 일 양태에 의하면, 소정 재료의 막을 형성하기 위한 원료를 기화시키고, 기화된 상기 원료 가스를 수송 가스로 수송하여 기판 상에 상기 소정 재료의 막을 퇴적시키는 성막 방법에 있어서, 성막 전 및 성막 정지시 중 적어도 일방의 시기에, 기화 수단 내의 기상 압력이 성막시와 동일한 압력이 되도록 기화 수단 안에 수송 가스를 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 성막 장치, 성막 방법을 얻을 수 있다. 기화 수단 안을 흘러 기화된 원료를 수송하는 가스는 기화 수단의 외부로 배출된다. 배출된 가스는, 예를 들어 회수계로 보내도 되고, 따로 형성된 다른 기화 수단으로 보내도 된다. 이 경우, 기화 수단을 구성하는 원료 용기를 복수개 형성하여, 비성막시에는 1 개의 용기로부터 다른 원료 용기에 원료 가스를 수송 가스로 수송한다.

성막시에는, 분사 용기에 수송 가스와 함께 원료 가스를 분사시킨다. 이에 따라서, 복수의 원료 용기의 압력 및 온도는, 비성막시 및 성막시에 동일하게 유지된다.

기화 수단과 분사 용기 사이의 배관계에는 오리피스를 구비한 가스 압력 제어부를 형성하고, 기화된 원료를 함유하는 수송 가스를 소정의 유량, 유속으로 분사 용기에 공급한다. 가스 압력 제어부로부터 나온 가스는, 분사 용기 안에 복수 개 형성된 공급구로부터 분사 용기 안으로 분사된다. 이로 인해, 대면적의 기판도 균일하게 또한 고속으로 성막할 수 있다.

발명의 효과

또한 본 발명에서는, 복수의 원료 용기를 형성함과 함께, 이들 원료 용기를 선택적으로 유기 EL 분자 공급 상태로 하고, 또한, 성막시와 비성막시 사이의 전이를 신속하고 또한 원활하게 실시함으로써, 유기 분자 등의 잔류 그리고 피착을 최저한으로 억제할 수 있다. 이로 인해, 고품질이며 긴 수명인 유기 EL 장치를 형성할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 성막 장치를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2 는 도 1 에 나타난 성막 장치의 성막 개시 전의 상태를 설명하는 도면이다.

도 3 은 도 1 에 나타난 성막 장치의 성막시의 상태를 설명하는 도면이다.

도 4 는 도 1 에 나타난 성막 장치의 성막 정지 시의 상태를 설명하는 도이다.

도 5 는 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 성막 장치를 설명하는 개략도이다.

도 6 은 본 발명의 또 다른 실시형태에 관련된 성막 장치를 설명하는 개략도이다.

부호의 설명

V 밸브

MFC 매스 플로우 컨트롤러 (mass flow controller)

11, 12 원료 용기

15 분사 용기

151 유기물 분자 분출 장치

152 가스 분산판

153 필터

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 성막 장치가 나타나 있 고, 여기에서는, 유기 EL 막 (예를 들어, 발광층인 Alq3 (8-hydroxyquinoline aluminum) : 홀 수송층인 NPD(C₄₄H₃₂N₂)) 등) 을 형성하기 위한 성막 장치가 나타나 있다. 도시된 성막 장치는, 단일 유기 EL 막을 형성하는 장치이며, 2 개의 유기 EL 원료 용기 ((Ⅰ) 11 및 (Ⅱ) 12) 와, 유리 등의 기판 (도시 생략) 상에, 유기 EL 분자를 분사하는 분사 용기 (15) 를 갖고, 2 개의 유기 EL 원료 용기 (11, 12) 와 분사 용기 (15) 는, 본 발명에 관련된 배관계 (즉, 유통 경로) 에 의해서 접속되어 있다. 또한, 복수의 유기 EL 막을 형성하는 경우에는, 유기 EL 막의 원료마다 동일한 구성이 형성된다.

분사 용기 (15) 안에는, 유기물 분자 분출 장치 (151) 가 배치되어 있고, 당해 유기물 분자 분출 장치 (151) 는, 복수의 가스 분산판 (여기에서는, 6 개의 가스 분산판) (152) 과, 기판과 대향하도록 세라믹, 메탈 등에 의해서 구성된 필터 (153) 를 구비하고 있다. 이러한 관계에서, 분사 용기 (15) 는 가스 방출부라고 할 수 있다. 유기물 분자 분출 장치 (151) 에 대향하여, 유리 기판 등의 기판이 기판 유지부 (도시 생략) 에 의해서 유지되고, 당해 기판의 온도는 유기 EL 막의 원료가 기화되는 온도보다 낮은 온도로 유지되고 있다. 한편, 배관계의 소정 부분 및 분사 용기 (15) 는, 유기 EL 막의 원료가 기화되는 온도보다 높은 온도로 유지되고 있다. 이러한 관계로 인해, 기판 유지부, 배관계 및 분사 용기 (15) 에는 각각 소정의 온도로 제어하기 위한 온도 제어 장치 (도시 생략) 가 형성되어 있다.

한편, 2 개의 유기 EL 원료 용기 (11, 12) 는 유기 EL 재료를 증발시키는 증발 접시 및 히터를 구비하고, 도시된 2 개의 유기 EL 원료 용기 (11, 12) 는 동일한 유기 EL 원료가 유지되어 원료 유지부로서의 기능을 구비함과 함께, 용기 (11, 12) 중의 유기 EL 재료를 기화시키는 기화 장치로서의 기능도 구비하고 있다. 도면에서 「오리피스」로서 나타나 있는 것은, 오리피스와 밸브를 구비한 가스 압력을 조정 제어하기 위한 가스 압력 제어부이다.

또한, 도시된 배관계는, 크세논 (Xe), 아르곤 (Ar), 크립톤 (Kr) 등의 수송 가스 (캐리어 가스) 를 분사 용기 (15) 내로 유도하는 수송 가스용 배관계와, 유기 EL 원료 용기 (11, 12) 와 분사 용기 (15) 를 접속하는 유기 EL 분자 가스용 배관계를 갖고, 유기 EL 원료 용기 (11, 12) 에도 수송 가스 도입, 배기용의 배관이 형성되어 있다. 여기서, 유기 EL 분자 가스용 배관계는, 기화된 원료를 수송하는 수송 가스를 위한 제 1 통로를 형성한다.

도시된 수송 가스용 배관계는, 분사 용기 (15) 의 상하 2 개의 가스 분산판 (152) 에 수송 가스를 공급하기 위한 제 1 배관과, 분사 용기 (15) 의 중앙에 배치된 4 개의 가스 분산판 (152) 에 가스를 공급하는 제 2 배관을 구비하고 있다. 여기서, 제 1 배관은 밸브 (V1), 매스 플로우 컨트롤러 (MFC1) 및 오리피스 (2) 를 통하여 2 개의 가스 분산판 (152) 에 접속되어 있고, 한편, 제 2 배관은 밸브 (V2), MFC2, 밸브 (V17) 및 오리피스 (1) 를 통하여 4 개의 가스 분산판 (152) 에 접속되어 있다. 즉, 수송 가스용 배관계는, 상술한 제 1 배관 및 제 2 배관에 의해 규정되는 복수개의 제 2 통로를 갖는다.

한편, 유기 EL 원료 용기 (11) 의 상류 측에는, 수송 가스 도입용의 배관이 형성되어 있고, 당해 배관은 2 개의 밸브 (V3 및 V5) 와, 이들 2 개의 밸브 (V3, V5) 사이에 설치된 MFC3 를 구비하고, 또한, 수송 가스 배기용 배관으로서 밸브 (V6) 를 갖는 배관이 형성되어 있다.

또한, 유기 EL 원료 용기 (11) 의 하류 측에는, 밸브 (V9, V16, 및 V14) 를 통하여 오리피스 (1) 에 접속된 배관계가 형성되고, 나아가, 밸브 (V10 및 V13) 를 통하여 오리피스 (1) 에 접속된 배관계가 형성되어 있다. 이들 밸브, 오리피스 (1) 및 MFC3 에 의해서 유기 EL 원료 용기 (11) 로부터 분사 용기 (15) 에 이르는 제 1 가스 공급 수단을 구성하고 있다.

동일하게, 유기 EL 원료 용기 (12) 의 상류 측에는, 수송 가스 도입용의 배관이 형성되어 있고, 당해 배관은 2 개의 밸브 (V4 및 V7) 와, 이들 2 개의 밸브 (V4, V7) 사이에 형성된 MFC4 를 구비하고, 한편, 수송 가스 배기용 배관으로서 밸브 (V8) 를 갖는 배관이 형성되어 있다.

또한, 유기 EL 원료 용기 (12) 의 하류 측에는, 밸브 (V11, V15 및 V13) 를 통하여 오리피스 (1) 에 접속된 배관계가 형성되고, 또한, 밸브 (V12 및 V14) 를 통하여 오리피스 (1) 에 접속된 배관계가 형성되어, 이들에 의해서, 유기 EL 원료 용기 (12) 로부터 분사 용기 (15) 에 이르는 제 2 가스 공급 수단을 구성하고 있다.

도시된 배관계 중, 각 유기 EL 원료 용기 (11, 12) 로부터 오리피스 (1) 에 이르는 배관계 (V9, V16, V14 와 V11, V15, V13) 는 서로 동일한 길이를 갖고, 또한, 오리피스 (1) 로부터, 공급구를 구성하는 4 개의 가스 분산판 (152) 까지의 배관의 길이도 서로 동일하다. 바꿔 말하면, 유기 EL 분자 가스를 공급하는 공급구를 2n (n 은 양의 정수) 개 형성함으로써, 오리피스 (1) 로부터 이들 공급구에 이르는 배관의 길이를 동일하게 할 수 있다. 즉, 각 유기 EL 원료 용기 (11, 12) 로부터 공급구에 이르는 배관계는 서로 대칭이 되도록 배관되어 있고, 그 결과, 서로 동일한 길이를 갖고 있다. 이것은, 유기 EL 원료 용기 (11) 로부터 밸브 (V10, V13) 를 통하여 오리피스 (1) 에 접속되는 배관계와, 유기 EL 원료 용기 (12) 로부터 밸브 (V12, V14) 를 통하여 오리피스 (1) 에 접속되는 배관계에 대해서도 동일하다.

상기 서술한 배관계에 의해서 구성되는 가스 공급 시스템은, 대기압 근방의 압력으로 유지되고 있고, 한편, 분사 용기 (15) 안의 압력은 1 ∼ 수 10Torr 로 유지된다. 양자간의 압력차를 유지하기 위해서, 도시된 예에서는, 오리피스 (1및 2) 가 설치되어 있다. 또한, 수송 가스의 유량은 MFC1 ∼ 4 에 의해서 행해지고, 또한, 유기 EL 분자 분사용기 (15) 안의 가스 공급구의 수는 2n 개 설치되어 있기 때문에, 압력 조정용 오리피스 (1) 에서 각 가스 공급구까지의 배관의 길이를 동일하게 할 수 있다. 어쨌든, 상기한 배관계를 구비함으로써, 각 가스 공급구에 가스를 동시에 동일한 압력으로 도달하게 할 수 있다.

도 1 에 나타난 예에서는, 2 개 형성된 유기 EL 원료 용기 (11, 12) 중, 원료 용기 (11) 가 온도 T₁ 에서 유기 EL 분자를 공급하고 있고, 원료 용기 (12) 는 유기 EL 분자가 절대 기화하지 않는 온도 (T₂) 로 승온시켜, 표면 흡착 불순물 (예를 들어 수분이나 유기물 불순물) 을 제거하기 위한 클리닝 퍼지를 실시하고 있다. 이 경우, 유기 EL 원료 용기 (11) 로부터 분사 용기 (15) 까지의 배관계의 온도 는, 유기 EL 분자가 배관계의 내벽에 흡착되지 않도록 유기 EL 분자 공급중인 원료 용기 (예를 들어, 11) 의 온도 (T₁) 보다 높게 유지되고 있다.

예를 들어, 유기 EL 원료가 Alq3 인 경우, 온도 T1 은 약 270 ℃ 이고, 분사 용기 (15) 의 온도는 약 300℃ 이고, 배관계의 온도는 270℃ ∼ 300℃ 로 유지되는 한편, 원료를 공급하고 있지 않은 원료 용기 (12) 의 온도 (T₂) 는 100℃ ∼ 220℃ 로 유지되고 있다.

이하, 도 1 에 나타난 성막 장치의 동작 순서를 도 2 ∼ 4 를 참조하여 설명한다. 여기에서는, 성막 개시 전, 성막시 및, 성막 정지 시의 동작 모드를 각각 모드 1, 모드 2 및 모드 3 으로 설명한다.

도 2 를 참조하면, 성막 개시 전의 모드 1 의 상태가 밸브 (V1) 로부터 밸브 (V17) 의 개폐 상태에 의해서 특징지워진다. 도 2 에 있어서, 회색으로 착색된 밸브는 열림 상태에 있고, 착색되어 있지 않은 밸브는 닫힘 상태에 있는 것으로 한다. 구체적으로 말하면, 도 2에 나타난 모드 1 에서는, 밸브 (V1, V2, V3, V5, V8, V10, V11, V15 및 V17) 가 열림 상태에 있고, 한편, 밸브 (V4, V6, V7, V9, V12, V13, V14 및 V16) 가 닫힘 상태에 있다. 따라서, 모드 1 에 있어서는, 밸브 (V1) 로부터 MFC1 및 오리피스 (2) 를 통하여, 밸브 (V2) 로부터 MFC2, 밸브 (V17) 및 오리피스 (1) 를 통하여, Xe, Kr, Ar, N2 등의 수송 가스만이 분사 용기 (15) 로 흐르고 있어, 분사 용기 (15) 안의 압력 및 기판 상의 압력은 소정의 압력으로 제어되고 있다. 이 경우, 예를 들어, 분사 용기 (15) 내의 압력은 10Torr, 기판 상의 압력은 1 mTorr 로 제어된다. 모드 1 상태에서는, 밸브 (V3, V5, V10, V15, V11, V8) 가 열림 상태에 있기 때문에, 유기 EL 분자를 공급하는 측의 유기 EL 원료 용기 (11) 로 도입된 수송 가스는 V3, MFC3, V5, V10, V15 및 V11 의 경로로 유기 EL 원료 용기 (12) 로 유도된 후, 밸브 (V8) 를 통하여 배기되고 있다. 이와 같이, 성막 개시 전의 상태에서는, 일방의 원료 용기 (11) 로부터 타방의 원료 용기 (12) 에 대해서 수송 가스가 보내지고 있어, 양 원료 용기 (11 및 12) 의 온도는 동일하게 유지되고 있다.

도 3 을 참조하면, 성막시의 모드 Ⅱ 상태가 나타나 있다. 도 3 에 나타나 있는 바와 같이, 모드 Ⅱ 에서는, 밸브 (V1, V3, V4, V5, V7, V8, V10, V13) 가 열림 상태가 되고, 다른 한편, 밸브 (V2, V6, V9, V11, V12, V14, V15, V16, V17) 가 닫힘 상태가 된다. 이 결과, 수송 가스가 V1, MFC1 및 오리피스 (2) 를 통하여, 분사 용기 (15) 의 상하의 공급구로 부여함과 함께, 원료 용기 (11) 에서 기화된 유기 EL 분자 가스가 밸브 (V3), MFC3, 밸브 (V5) 의 경로로 도입되는 수송 가스에 의해서, V10, V13 및, 오리피스 (1) 의 경로로 분사 용기 (15) 안에 공급된다.

이 모드 2 에서는, 밸브 (V2), MFC2, 밸브 (V17) 및 오리피스 (1) 를 통하여 공급되고 있던 수송 가스 (유량 f₁) 는 정지되어 있다. 한편, 분사 용기 (15) 내의 압력이나 챔버 안의 압력을 일정하게 유지하기 위해서, 분사 용기 (15) 에 유기 EL 분자를 공급하는 원료 용기 (11) 로부터의 수송 가스 유량은, 원칙적으로 상기 유량 f₁에 일치시켜 두는 것이 바람직하다. 즉, V10, V13 및 오리피스 (1) 의 경로에 있어서의 수송 가스 유량은, 모드 1 에 있어서, V2, MFC2, V17 및 오리피스 (1) 의 경로로 공급되고 있던 수송 가스의 유량 f₁ 과 동일한 것이 바람직하다.

도 4 를 참조하여, 성막 정지시의 모드 Ⅲ 을 설명한다. 모드 Ⅱ 의 상태로부터 모드 Ⅲ 의 상태로 이행하는 경우, V13 을 담힘, V15 를 열림으로 함과 함께 동시에 V2, V17 을 열림으로 한다. 즉, 모드 Ⅲ 에서는, 밸브 (V1, V2, V3, V5, V8, V10, V11, V15, V17) 가 열림 상태가 되고, 다른 한편, 밸브 (V4, V6, V7, V9, V12, V13, V14, V16) 가 닫힘 상태가 되어, 모드 Ⅰ과 동일한 상태가 된다.

모드 Ⅲ 에서는, V13 이 닫힘 상태, V15 가 열림 상태가 되기 때문에, 유기 EL 분자를 함유하는 수송 가스가 모드 Ⅱ 에 있어서의 유량 f1 으로 원료 용기 (11) 측에서 원료 용기 (12) 로 흐른다. 한편, 밸브 (V2, V17) 가 열림 상태로 됨으로써, 수송 가스가 모드 I 과 같이 유량 f1 으로 오리피스 (1) 를 통하여 분사 용기 (15) 안으로 흐른다. 이 수송 가스에 의해서, 모드 Ⅱ 에서 열림 상태에 있던 밸브 (V13, V14) 로부터 분사 용기 (15) 까지의 배관 중의 유기 EL 분자, 밸브 (V17) 로부터 분사 용기 (15) 까지의 배관 중의 유기 EL 분자는 분사되어 버린다. 이로 인해, 성막 정지시의 유기 EL 분자의 끊김은 매우 빠르다. 밸브 (V13, V15) 는 유기 EL 분자를 함유하는 가스를 배출하는 제어부로서 동작한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관련된 성막 장치는 모드 I 부터 Ⅲ 의 동작 순서로 동작된다. 상기한 동작 순서는 원료 용기 (11) 로부터 유기 EL 분자를 공급하는 경우에 대해서 설명하였으나, 원료 용기 (12) 로부터 유기 EL 분자를 공급하는 경우, 상기 서술한 동작과는 완전히 대칭적인 동작이 실시되어, 동일하게 처리된다. 이 경우, 도 1 ∼ 4 에 나타난 배관계는, 원료 용기 (11) 와 원료 용기 (12) 에 관해서 완전히 대칭적인 구조를 갖고 있기 때문에, 원료 용기 (12) 로부터 유기 EL 분자를 공급하는 경우에도, 원료 용기 (11) 로부터 유기 EL 분자를 공급하는 경우와 완전히 동일한 동작이 실시된다.

또한, 도시된 예에서는, 비성막 상태로 전환할 때, 유기 EL 분자를 함유하는 수송 가스를 원료 용기의 일방 (원료가 기화하는 온도로 되어 있다) 으로부터 타방 (원료가 기화하지 않는 온도로 되어 있다) 으로 유통시키고, 타방의 원료인 수분 등을 분리 배출하기 위해서 사용된 후 배출계 (가스 회수계 등) 로 배출되고 있으나 외부 (가스 회수계 등) 로 직접 배출되어도 된다.

도 5 를 참조하여 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 성막 장치를 설명한다. 도 5 에서는, 유리 등의 기판 상에, 순차, 유기 EL 막을 형성하여 유기 EL 장치를 제조하는데 사용되는 성막 장치가 나타내져 있고, 여기에서는, 기판 상에 6 층의 막을 순차적으로 성막한다. 이 경우, 사이즈가 730 × 920(㎜) 부터 3000 × 5000(mm) 인 기판을 사용할 수 있다. 도시된 성막 장치는 격벽 1 ∼ 7 에 의해서 6 개의 분사 용기를 구비하고, 기판은 6 개의 분사 용기의 상부를 도면의 왼쪽에서 오른쪽으로 진행하고, 각 분사 용기 상에 있어서, 유기 EL 막이 성막된 다. 각 분사 용기에는, 도 1 부터 도 4 에 나타낸 것과 같은 배관계가 접속되어 있다. 구체적으로는, 분사 용기의 진행 방향의 폭은 100mm, 격벽 피치는 200mm, 분사 용기 - 기판 간의 거리는 20mm, 격벽 - 기판 간의 거리는 2mm, 챔버 안의 압력은 1mTorr, 성막부의 전체 길이는 1,200mm이다.

모든 분사 용기를 완전히 동일한 구조로 함과 함께, 같은 배관계를 접속하여 흐르는 캐리어 유량도 동일하게 한다. 각 분사 용기의 온도는 유기 EL 분자의 개성(個性) 에 맞춰 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 분사 용기는 스테인리스로 제작하는 것이 바람직하고, 분사 용기의 분사부는 스테인리스 필터로 하여, 본체에 용접 시공한다. 또한, 분사 용기 내면 전부를 Al₂O₃ 처리해도 된다.

도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 성막 장치의 구성을 설명한다. 이 실시형태에서는, 유기 EL 장치를 형성하는 3 성분 (C 재료, D 재료 및 Alq3 재료로 한다) 을 동시에 성막하는 경우의 구성이 나타나 있다. 이로 인해, 도시된 성막 장치는 C 재료 용기 (11a), D 재료 용기 (11b) 및 Alq3 재료 용기 (11c) 와 단일 분사 용기 (15) 를 구비하고 있다. 재료 용기 (11a ∼ 11c) 는 각각 복수 개 구비되어 있고, 재료 용기 (11a ∼ 11c) 와 분사 용기 (15) 는 각각 도 1 ∼ 4 에 나타난 배관계 (도시 생략) 에 의해서 접속되어 있다. 즉, 도 6에서는, 재료 용기 (11a) 의 배관계가 밸브 (V3a), MFC3a, 밸브 (V5a), 밸브 (V10a, V17a) 및 오리피스 (1a) 에 의해 특징지워질 수 있고, 동일하게, 재료 용기 (11b) 의 배관계가 밸브 (V3b), MFC3b, 밸브 (V5b), 밸브 (V10b, V17b) 및 오리피스 (1b) 에 의해서, 또한, 재료 용기 (11c) 의 배관계가 밸브 (V3c), MFC3c, 밸브 (V5c), 밸브 (V10c, V17c) 및 오리피스 (1c) 에 의해서 특징지워질 수 있다. 또한, 도시된 예에서는, 밸브 (V21), MFC5, 밸브 (V22) 및 오리피스 (3) 에 의해서 구성되는 혼합 촉진용 가스 공급용 배관계가 형성되어 있다.

재료 용기 (11a ∼ 11c) 의 배관계는, 각각 도 1 ∼ 4 에서 설명된 형식으로 제어되기 때문에, 성막시나 비성막시 모두 동일한 가스 유량으로 수송 가스가 공급, 배기된다. 여기에서, 혼합 촉진용 가스의 유량을 f1 으로 하고, C, D 및 Alq3 으로 이루어지는 유기 EL 분자 공급용 가스의 유량을 각각 f2, f3 및 f4 로 하면, 분사 용기 (15) 로부터의 가스 분사량 f0 은 f1 + f2 + f3 + f4 로 표시된다. 분사 온도를 300℃ 로 한 경우, f0 은 150cc/min 정도가 바람직하다. 이 경우, f1 은 50cc/min 정도가 바람직하다. 이로 인해, f2 + f3 + f4 는 100cc/min 정도가 되고, 과도하게 유량이 적은 것이 없도록 설정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 100cc/min > f2, f3, f4 > 1cc/min 의 범위가 바람직하다. 유기 EL 막의 각 성분의 농도는, 가스 유량 f2, f3, f4 와 재료 용기 (11a ∼ 11c) 의 온도 (T1' ∼ T3') 를 제어함으로써 조정할 수 있다.

분사 용기 (15) 의 온도 T0 를 300℃ 로 한 경우, 재료 용기 (11a ∼ 11c) 의 온도 (Tl' ∼ T3') 는 예를 들어, 200℃, 210℃ 및 270℃ 이며, 각 재료 용기 (11a ∼ 11c) 와 분사 용기 (15) 사이의 배관계의 온도는 각각 T0 와 Tl', T0 와 T2', T0 와 T3' 사이의 온도로 설정되고, 이로 인해서, 유기 EL 분자가 배관계의 표면에 흡착되지 않도록 할 수 있다. 또한, 분사 용기 (15) 내의 가스 압력은, 점성 유역 (流域) 에서 충분히 원료 가스가 혼합되는 것과 같은 압력 (예를 들어, 수 Torr 부터 수 10Torr의 압력) 이 되도록 필터를 선택하는 것이 바람직하다.

본 발명은 유기 EL 성막에 적용하여 고품질의 유기 EL 장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은 단순히 유기 EL 용 막형성뿐만 아니라, 고품질, 긴 수명이 요구되는 각종 표시 장치 등의 막형성에도 적용할 수 있다.

Claims

원료를 기화시키는 기화기와, 기화한 상기 원료를 수송 가스로 수송하여, 소정 재료의 막을 기판상에 성막하는 분사 용기를 구비하고, 상기 소정 재료의 비성막시에 있어서, 상기 소정 재료의 성막시와 동일한 기상 압력으로 되도록, 상기 기화기에 상기 수송 가스가 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 1 항에 있어서,

동일한 원료를 기화시킬 수 있는 기화기를 복수개 설치하고, 상기 복수의 기화기 사이를 흐르도록 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 위한 제 1 경로와, 상기 기화기와 상기 기판의 근방 영역 사이를 흐르도록 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 위한 복수개의 제 2 경로를 형성한 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 기판을 유지하기 위한 기판 유지부와, 상기 기판 유지부에 유지될 기판에 대향하도록 설치된 가스 방출부로서, 상기 기화된 원료를 수송하고 또한 상기 제 2 경로로부터 공급된 상기 수송 가스를 방출하는 가스 방출부를 구비하고,

상기 기판 유지부에 유지되는 기판이 상기 원료가 기화하는 온도보다 낮은 온도로 유지되고, 상기 제 1 및 제 2 경로의 소정 부분 및 상기 가스 방출부가 상기 원료가 기화하는 온도를 초과하는 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 수송 가스와 동종의 제 2 가스를 상기 기화기를 통하지 않고 상기 가스 방출부에 공급하는 가스 공급 기구를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 가스 공급 기구는, 상기 제 2 경로를 이용하여 상기 가스 방출부에 상기 제 2 가스를 공급하는 제 1 가스 공급 기구와, 상기 제 2 경로와는 독립적으로 형성된 제 3 경로를 통해 상기 가스 방출부에 상기 제 2 가스를 공급하는 제 2 가스 공급 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 경로와 상기 제 2 경로는 부분적으로 중복되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 비성막시인 성막 전, 성막 후, 또는 성막 전 및 성막 정지시 모두에, 상기 제 1 경로를 통하여, 상기 복수의 기화기 중 하나 이상으로부터 상기 복수의 기화기의 나머지 중 하나 이상에 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 유통시키는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 비성막시인 성막 전 및 성막 정지시에, 상기 제 2 가스를 상기 가스 방출부에 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 2 항에 있어서,

성막시에, 상기 복수의 기화기 중 하나 이상으로부터 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 상기 제 2 경로 중 하나 이상을 이용하여 상기 가스 방출부에 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 비성막시인 성막 전 및 성막 정지시에, 상기 제 1 경로를 통하여 상기 복수의 기화기 중 하나 이상으로부터 상기 복수의 기화기의 나머지 중 하나 이상에 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 유통시킴과 함께, 상기 제 1 및 제 2 가스 공급 기구로부터 상기 제 2 가스를 상기 가스 방출부에 공급하고, 성막시에, 상기 복수의 기화기 중 하나 이상으로부터 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 상기 제 2 경로 중 하나 이상을 통하여 상기 가스 방출부에 공급함과 함께, 상기 제 3 경로를 통하여 상기 제 2 가스를 상기 가스 방출부에 공급하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 기화기의 각각은, 상기 수송 가스가 공급되는 제 1 입구와, 다른 기화기 중 하나로부터의 상기 수송 가스가 공급되는 제 2 입구와, 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 출력하는 제 1 출구와, 상기 수송 가스를 회수 시스템으로 출력하는 제 2 출구를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 기화기의 각각은, 상기 제 1 및 제 2 입구와 상기 제 1 및 제 2 출구 사이에 설치되고 상기 수송 가스의 유통이 가능하도록 상기 원료를 유지하는 원료 유지부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 하나 이상의 기화기는 상기 원료가 기화되는 온도로 가열되고, 나머지 기화기 중 하나 이상은 상기 원료가 기화되지 않는 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 수송 가스가 불활성 가스를 함유하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 수송 가스가 질소, Xe, Kr, Ar, Ne 및 He 중 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 소정 재료가 유기 EL 소자 재료인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
소정 재료의 막을 형성하기 위한 원료를 기화시키고, 기화된 상기 원료를 수송 가스로 가스 방출부에 수송하여 기판 상에 상기 소정 재료의 막을 퇴적시키는 성막 방법에 있어서,

성막 전, 성막 후, 또는 성막 전 및 성막 정지시 모두에, 기화기 내의 기상 압력이 성막시와 동일한 압력이 되도록 상기 기화기 내에 상기 수송 가스를 흐르게 하는, 성막 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 기화기는 제 1 및 제 2 원료 유지부에 의해서 구성되고, 상기 원료를 유지하는 상기 제 1 원료 유지부에 있어서 상기 원료를 기화시키는 공정과, 상기 제 1 원료 유지부로부터 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 상기 원료와 동일한 원료를 유지하는 상기 제 2 원료 유지부로 유통시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 성막 전, 성막 후, 또는 성막 전 및 성막 정지시 모두에, 상기 수송 가스를 상기 가스 방출부에 공급하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제 18 항에 있어서,

성막시에, 상기 제 1 원료 유지부에 있어서 상기 원료를 기화시키는 공정과,

상기 제 1 원료 유지부로부터 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 상기 가스 방출부에 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제 20 항에 있어서,

상기 성막시에, 상기 원료를 함유하지 않는 상기 수송 가스를 상기 가스 방출부에 공급하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
소정 재료의 막을 형성하기 위한 원료를 기화시키고, 기화된 상기 원료를 수송 가스로 가스 방출부에 수송하여 기판 상에 상기 소정 재료의 막을 퇴적시키는 성막 방법에 있어서,

제 1 시기에 있어서 상기 원료를 유지하는 제 1 원료 유지부에 있어서 상기 원료를 기화시키는 제 1 공정과,

상기 제 1 시기에 있어서 상기 제 1 원료 유지부로부터 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 상기 제 1 원료 유지부 밖으로 배출시키는 제 2 공정과,

상기 제 1 시기에 있어서 상기 원료를 함유하지 않는 상기 수송 가스를 상기 가스 방출부에 공급하는 제 3 공정과,

상기 제 1 시기와는 상이한 제 2 시기에 있어서 상기 제 1 원료 유지부에 있어서 상기 원료를 기화시키는 제 4 공정과,

상기 제 2 시기에 있어서 상기 제 1 원료 유지부로부터 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 상기 가스 방출부에 공급하는 제 5 공정을 포함하고,

상기 제 1 시기에 있어서의 상기 제 1 원료 유지부 내의 기상 압력을, 상기 제 2 시기에 있어서의 상기 제 1 원료 유지부 내의 기상 압력과 동일하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 2 시기에 있어서, 상기 원료를 함유하지 않는 수송 가스를 상기 가스 방출부에 공급하는 제 6 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제 2 공정은 상기 기화된 원료를 수송하는 상기 수송 가스를 상기 원료와 동일한 원료를 유지하는 제 2 원료 유지부에 유통시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제 24 항에 있어서,

상기 제 2 원료 유지부에 있어서 상기 원료를 기화시키지 않는 온도로 유지하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제 17 항 또는 제 22 항에 있어서,

상기 수송 가스가 질소, Xe, Kr, Ar, Ne 및 He 중 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
제 17 항 또는 제 22 항에 있어서,

상기 소정 재료가 유기 EL 소자 재료인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
소정 재료의 막을 형성하기 위한 원료를 기화시키는 복수의 원료 용기와,

기화된 상기 원료를 수송 가스로 수송하는 배관계와,

상기 배관계에 설치된 가스 압력 제어부와,

기판 상에 상기 소정 재료의 막을 퇴적시키는 분사 용기와,

상기 분사 용기에 형성된 복수의 가스 공급구를 구비하고,

상기 복수의 원료 용기는 선택적으로 상기 기화된 원료를 상기 배관계를 통하여 상기 분사 용기에 공급하도록 제어됨과 함께, 상기 배관계는 상기 가스 압력 제어부와 상기 복수의 가스 공급구 사이의 복수의 경로를 포함하고, 상기 경로의 길이는 서로 동일함과 함께, 상기 복수의 원료 용기 사이의 배관은, 상기 각 원료 용기에 있어서의 상기 소정 재료막의 비성막시의 기상 압력이 상기 성막시의 기상 압력과 동일하게 되도록 배관되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 가스 공급구의 수는, 2n 개 (n 은 양의 정수) 인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 29 항에 있어서,

상기 가스 압력 제어부와 상기 분사 용기 내의 상기 가스 공급구 사이의 상기 배관계의 상기 경로는 서로 대칭적인 구성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
제 30 항에 있어서,

상기 배관계는 상기 원료를 함유하지 않는 가스를 위한 복수의 경로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.