KR101128747B1 - 유기 박막 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

성막 속도를 빠르게 하지 않고서도 균일한 막두께의 박막을 형성한다. 증발실 (20a) 내에 배치된 증발 장치 (24) 를 승온시켜 두고, 공급 장치 (40) 로부터 유기 재료 (48) 를 증발 장치 (24) 의 증발면 (28) 상으로 낙하시켜, 유기 재료 (48) 를 증발시킬 때에, 가열된 캐리어 가스를 증발실 (20a) 에 도입하고, 증발실 (20a) 내에서 혼합하여 방출 장치 (70) 내에 도입시킨다. 유기 재료 증기만이 방출 장치 (70) 내에 도입되는 경우에는, 방출 장치 (70) 내에서 분자류가 형성되는데, 캐리어 가스에 의해 방출 장치 (70) 내의 압력이 상승되어 있으므로 점성류가 형성되고, 혼합 가스는 방출 장치 (70) 내에 충만하여, 균일하게 방출된다. 유기 재료는 소량씩 공급하여, 성막 속도가 지나치게 빨라지지 않도록 하면 된다.

Description

유기 박막 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING THIN ORGANIC FILM}
본 발명은 유기 박막을 형성하는 기술에 관한 것으로서, 특히, 유기 박막을 형성하기 위한 유기 재료 증기 발생 장치와, 그 유기 재료 증기 발생 장치를 갖는 성막원과, 그 성막원을 갖는 성막 장치에 관한 것이다.
유기 EL 소자는 최근 가장 주목받는 표시 소자의 하나로서, 고휘도이며 응답 속도가 빠르다는 우수한 특성을 갖고 있다.
유기 EL 소자를 사용한 컬러의 표시 패널은, 유리 기판 상에 적색, 녹색, 청색의 3 색의 상이한 색으로 발색되는 발광 영역이 배치되어 있다. 발광 영역은 금속 박막의 애노드 전극막과, 유기 박막의 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층과, 금속 박막의 전자 주입층 및 캐소드 전극막이 이 순서로 적층되어 구성되어 있으며, 발광층 중에 첨가되어 있는 발색제에 의해 적색, 녹색, 청색, 또는 보조적인 황색으로 발색되도록 되어 있다.
이러한 유기 박막을 형성하기 위해서는, 도 7 의 사시도에 나타내는 바와 같은, 유기 재료 증기 방출 장치 (101) 가 사용되고 있다.
이 방출 장치 (101) 는 파이프 형상의 증기 방출관 (172) 을 갖고 있다. 증기 방출관 (172) 은 공급 배관 (127) 에 의해, 유기 재료 증기가 생성되는 생성 장치 (105) 에 접속되어 있으며, 생성 장치 (105) 로부터 유기 재료 증기가 공급되면, 증기 방출관 (172) 의 길이 방향을 따라 다수 형성된 방출공 (173) 으로부터 성막 대상물 (107) 을 향하여 유기 재료 증기가 방출되고, 성막 대상물 (107) 에 도달하면 그 표면에 유기 박막이 형성된다.
그러나, 상기와 같은 방출 장치 (101) 에서는, 증기 방출관 (172) 내의 생성 장치 (105) 에 접속된 위치에 가까운 부분과 먼 부분에서는, 방출공 (173) 으로부터 방출되는 유기 재료 증기의 양이 상이하고, 그 때문에, 성막 대상물 (107) 의 표면에 형성되는 유기 박막의 막두께 분포가 나쁘다는 문제가 있다.
특히, 대형 기판이 성막 대상물인 경우, 성막 대상물을 회전시킬 수 없기 때문에, 막두께 분포를 균일하게 하기 곤란하다.
도 8 은, 증기 방출관 (172) 의, 공급 배관 (127) 과의 접속 부분에 가까운 밑동 부분 (Front) 과, 중앙 부분 (Center) 과, 공급 배관 (127) 과의 접속 부분으로부터 가장 이간된 선단 부분 (Back) 과 대면하는 위치에, 막두께 모니터 (149F, 149C, 149B) 를 배치하고, 캐리어 가스를 사용하지 않고 증기 방출관 (172) 내에 유기 재료 증기만을 도입하고, 성막 속도를 변화시켜 각 위치에서 형성되는 박막의 막두께비를 구하였다.
그 결과를 하기 표 1 에 나타낸다. 중앙 부분의 막두께를 1 로 하였다.
Figure 112010014906971-pct00001
상기 표 1 에 대응하는 막두께 분포의 그래프를 도 8 의 증기 방출관 (172) 의 상방 위치에 기재한다. 도 중 L 은, 막두께비 "1" 을 나타내는 가로축이다.
성막 속도가 작을수록, 즉 분자류 (流) 의 정도가 강해질수록, 밑동 부분측의 막두께비가 커지는 것을 알 수 있다.
15 Å/초의 성막 속도에서는, 대체로 균일하게 성막된다. 그러나, 15 Å/초의 성막 속도에서는 지나치게 빨라 각 막두께를 원하는 범위로 제어하기 곤란하다. 또, 7 Å/초보다 빠른 성막 속도에서는, 성막된 막이 성기게 되기 쉬워, 치밀한 유기막이 얻어지지 않는 경우가 있다. 이 때문에, 유기막의 성막 속도는 7 Å/초 이하, 바람직하게는 3 Å/초 ～ 5 Å/초로 하는 것이 바람직하다.
캐리어 가스를 사용하여 유기 박막을 형성하는 선행 기술에는, 하기와 같은 것이 있다.
일본공표특허공보2001-523768호 일본공표특허공보2003-525349호 일본공개특허공보2004-204289호 일본공개특허공보2005-29885호 일본공개특허공보2006-111920호
본 발명의 과제는 대형 기판에도 균일한 박막을 형성할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 증발실과 증기 방출관을 공급 배관에 의해 접속해 두고, 상기 증발실에 유기 재료를 공급하고, 상기 증발실에 공급된 상기 유기 재료를 가열하여 증발시키고, 생성된 유기 재료 증기를, 공급 배관 내에 흘려 증기 방출관 내에 도입하고, 상기 증기 방출관에 형성된 방출공으로부터 방출시키고, 성막 대상물 표면에 도달시켜, 상기 성막 대상물 표면에 유기 박막을 형성하는 유기 박막 제조 방법으로서, 상기 증발실 내에 캐리어 가스를 도입하고, 상기 증기 방출관에는 상기 캐리어 가스와 상기 유기 재료 증기를 도입시키는 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 공급 장치 내에 분체 (粉體) 의 상기 유기 재료를 배치해 두고, 상기 증발실 내에 배치된 증발 장치를 가열하여, 상기 공급 장치로부터 상기 증발 장치의 증발면에 상기 유기 재료를 공급하여 상기 유기 재료 증기를 생성시키는 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 상기 유기 재료로부터 상기 유기 재료 증기를 발생시켜, 1 장의 기판 상에 유기 박막을 형성하는 유기 박막의 형성 방법으로서, 상기 증발실 내에 상기 가열된 캐리어 가스를 도입하면서, 상기 유기 재료를 연속적 또는 간헐적으로 상기 증발면 상에 공급하여 상기 유기 재료 증기를 생성시키는 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 상기 증발면 상에 공급된 상기 유기 재료가 상기 증발면 상에 미끄러져 떨어지면서 증발하도록, 상기 증발면을 수평 방향으로부터 경사지게 해 두고, 상기 유기 재료의 상기 증발면으로의 공급 속도를, 상기 증발면 상의 상기 유기 재료가 상기 증발면의 하단에 도달하기 전에 소멸되는 크기로 하는 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 상기 증발실 내에 도입하는 캐리어 가스는, 상기 유기 재료 증기의 증발 온도 이상의 온도로 승온시켜 두는 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 다공질의 가열 필터를 승온시키고, 상기 캐리어 가스를 상기 가열 필터 내에 흘려 승온시키는 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 상기 유기 박막의 성막 속도가 3 Å/초 ～ 7 Å/초가 되도록, 상기 공급 장치로부터 상기 증발 장치에 유기 재료가 공급되고, 상기 증기 방출관의 길이 방향을 따라 배치된 상기 방출공으로부터의 방출량이 대체로 균일해지도록 상기 캐리어 가스가 도입되는 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 상기 증기 방출관과 상기 성막 대상물 표면 사이의 압력이, 10-4 Pa ～ 10-2 Pa 인 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 성막시의 상기 증기 방출관 내의 압력이, 10-1 Pa ～ 102 Pa 인 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 복수의 상기 증기 방출관을 동일 평면 내에서 평행하게 배치하고, 상기 기판과 상기 증기 방출관을, 상기 기판 표면이 위치하는 평면과, 상기 증기 방출관이 위치하는 평면 사이의 거리를 변화시키지 않고, 상기 증기 방출관이 연장되는 방향과는 수직 방향으로 상대적으로 이동시키는 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 복수의 상기 성막 대상물을 기판 홀더에 순차 배치하고, 상기 기판 홀더 상의 상기 성막 대상물에 상기 유기 박막을 형성하는 유기 박막 제조 방법으로서, 상기 캐리어 가스를 흘리면서, 상기 증발실로의 상기 유기 재료의 공급을 정지한 후, 상기 기판 홀더 상에서 상기 유기 박막이 형성된 상기 성막 대상물을 이동시켜, 미형성의 상기 성막 대상물을 상기 기판 홀더 상에 배치한 후, 상기 증발실로의 상기 유기 재료의 공급을 재개하는 유기 박막 제조 방법이다.
또, 본 발명은 소정 색으로 발광하는 유기 박막의 유기 모재와 유기 발색제를 혼합하여 상기 유기 재료로서 상기 증발실 내에서 증발시키는 유기 박막 제조 방법이다.
본 발명은 상기와 같이 구성되어 있으며, 경사진 증발면 상에 유기 재료를 산포하여 증발면으로부터의 열전도로 증발시킬 때에, 생성된 유기 재료 증기에 가열된 캐리어 가스를 분사하여, 유기 재료 증기와 캐리어 가스가 혼합된 상태에서 유기 재료 증기가 운반되도록 하고 있어, 캐리어 가스와 유기 재료 증기의 혼합 가스가 증기 방출관 내에 도입된다.
본 발명에서는, 성막시의 성막실의 압력은 10-4 Pa ～ 10-2 Pa 로 되는 것이 바람직하다. 양호한 막질을 얻기 위하여, 성막실의 압력은 방출공과 기판의 간격 이상의 평균 자유 행정이 되는 압력으로 하는 것이 바람직하다. 유기 재료의 공급량은, 성막 속도가 7 Å/초 이하가 되도록 결정된다. 바람직하게는 성막 속도를 3 Å/초 ～ 5 Å/초로 하는 것이 바람직하다. 캐리어 가스의 공급량은, 증기 방출관의 내부 압력이 길이 방향으로 배열된 방출공으로부터 대체로 균일하게 가스가 방출되는 압력이 되도록 결정된다.
증발실은, 증발실의 내부에 유기 재료의 증발 온도보다 낮은 부분이 발생하지 않도록, 증발 온도보다 고온으로 가열되어 있고, 또 공급 배관이나 증기 방출관도 증발 온도보다 고온으로 가열되어 있으므로, 증기 방출관으로부터 유기 재료 증기가 방출되는 동안에, 유기 재료 증기가 석출되지 않는다.
가늘고 긴 증기 방출관의 밑동 위치에서 선단 위치까지, 단위 시간당 동일한 양의 유기 재료 증기가 방출되므로, 막두께 분포가 양호한 유기 박막이 형성된다.
증발실 내에서 생성된 유기 재료 증기는 캐리어 가스에 의해 방출 장치에 운반되므로, 증발실 내의 잔류량은 적고, 유기 재료 증기의 공급을 정지하면, 즉시 성막을 정지할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 적용할 수 있는 진공 처리 장치의 일례이다.
도 2 는 그 진공 처리 장치가 갖는 성막실을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 적용할 수 있는 유기 재료 증기 발생 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 적용할 수 있는 다른 유기 재료 증기 발생 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 적용할 수 있는 또 다른 유기 재료 증기 발생 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 증기 방출관을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 배경 기술의 방출 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은 캐리어 가스를 사용하지 않는 경우의 증기 방출관의 위치와 성막 속도의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9 는 유기 재료의 공급 사이클과 성막 속도의 사이클의 관계를 나타내는 그래프이다.
부호의 설명
8 …… 유기 재료 증기 발생 장치
9 …… 성막실
10a ～ 10c …… 성막 장치
20a …… 증발실
23 …… 접속 배관
24 …… 증발 장치
27 …… 공급 배관
28 …… 증발면
30a ～ 30c …… 가스 가열 장치
32 …… 가열 필터
40 …… 공급 장치
41 …… 탱크실
42 …… 원료 공급관
48 …… 유기 재료
71 …… 진공조
72 …… 증기 방출관
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 유기 박막 제조 방법을, 본 발명 방법을 실시할 수 있는 진공 처리 장치와 함께 설명한다.
도 1 의 부호 1 은 그 진공 처리 장치를 나타내고 있으며, 성막 장치 (10a ～ 10c) 를 갖고 있다.
이 진공 처리 장치 (1) 는 반송실 (52) 을 갖고 있으며, 그 반송실 (52) 에 R, G, B 에 각각 대응된 성막 장치 (10a, 10b, 10c) 와, 다른 처리 장치 (55 ～ 58) 또는 반출입실 (59) 이 접속되어 있다.
각 실 또는 각 장치 (10a ～ 10c, 52, 55 ～ 59) 는 각각 진공 배기 장치에 접속되어 있으며, 내부가 진공 분위기로 배기된다.
반송실 (52) 의 내부에는 기판 반송 로봇 (53) 이 배치되어 있다. 기판 반송 로봇 (53) 은, 진공 분위기를 유지하면서 각 실 또는 각 장치 (10a ～ 10c, 55 ～ 59) 사이에서 성막 대상의 기판을 반출입한다.
3 대의 성막 장치 (10a ～ 10c) 의 장치 구성은 동일하며, 공통되는 부재에는 동일한 부호를 붙여 설명한다. 각 성막 장치 (10a ～ 10c) 는 도 2, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 유기 재료 증기 발생 장치 (8) 와 성막실 (9) 을 갖고 있다. 도 2 는 성막실 (9) 의 내부, 도 3 은 유기 재료 증기 발생 장치 (8) 의 내부를 나타내고 있다.
도 2 를 참조하여, 성막실 (9) 을 설명한다. 성막실 (9) 은 진공조 (71) 를 갖고 있다. 진공조 (71) 에는 진공 배기계 (83) 가 접속되어 있고, 진공조 (71) 의 내부는 진공 배기계 (83) 에 의해 진공 분위기로 배기되어 있다. 성막중에 성막실 (9) 내의 진공 배기는 계속 이루어지고 있다.
진공조 (71) 의 내부에는 방출 장치 (70) 가 배치되어 있다. 이 방출 장치 (70) 는, 복수개의 가늘고 긴 증기 방출관 (72) 을 갖고 있다. 각 증기 방출관 (72) 에는, 길이 방향을 따라 복수의 방출공 (73) 이 형성되고, 증기 방출관 (72) 의 내부는 방출공 (73) 에 의해 증기 방출관 (72) 의 주위 분위기로 접속되어 있다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 각 증기 방출관 (72) 은 서로 평행하게 등간격으로 배치되어 있다. 여기서는, 각 증기 방출관 (72) 은 동일 평면 내에 위치하도록 배치되어 있다.
각 증기 방출관 (72) 의 밑동 부분은 공통으로 되어 있으며, 그 부분에 공급 배관 (27) 이 접속되어 있다. 각 증기 방출관 (72) 은, 이 공급 배관 (27) 에 의해 유기 재료 증기 발생 장치 (8) 에 접속되어 있고, 후술하는 바와 같이, 유기 재료 증기 발생 장치 (8) 내에서 생성된 유기 재료 증기는 공급 배관 (27) 을 통과하여, 밑동 부분으로부터 각 증기 방출관 (72) 의 내부에 도입된다.
여기서는, 각 증기 방출관 (72) 의 선단 부분은 폐색되어 있으며, 증기 방출관 (72) 내에 도입된 가스는, 각 증기 방출관 (72) 내를 흐르면서, 전체량이 각 방출공 (73) 으로부터 진공조 (71) 내로 방출된다. 본 실시예에서는, 방출공 (73) 은 동일한 크기이지만, 유량 조정을 위하여 크기를 변화시켜도 된다. 또, 방출공 (73) 의 간격을 변화시켜도 된다.
진공조 (71) 의 내부에는, 기판 홀더 (79) 가 배치되어 있다. 기판 홀더 (79) 상에는, 성막 대상인 기판 (5) 이 배치되어 있다.
기판 (5) 표면 상에는 마스크 (77) 가 배치되어 있으며, 마스크 (77) 상에는, 냉각판 (75) 을 사이에 두고 방출 장치 (70) 가 배치되어 있다.
여기서는, 기판 (5) 은 수평으로 배치되며, 그 표면은 연직 상방을 향하고 있고, 방출 장치 (70) 는 기판 (5) 의 연직 상방에 수평으로 배치되어 있다. 냉각판 (75) 과 마스크 (77) 는, 방출 장치 (70) 와 기판 (5) 사이에 수평으로 배치되어 있다 (냉각판 (75) 은, 방출 장치 (70) 와 마스크 (77) 사이에 배치되어 있다.).
각 증기 방출관 (72) 에는 히터 (81) 가 형성되어 있으며, 가열 전원 (82) 에 의해 히터 (81) 에 통전하여 증기 방출관 (72) 이 가열된다. 히터 (81) 의 열로 마스크 (77) 가 가열되지 않도록 냉각판 (75) 이 방출 장치 (70) 와 마스크 (77) 사이에 배치되어 있다.
각 증기 방출관 (72) 의 방출공 (73) 은 기판 (5) 이 위치하는 방향을 향하고 있으며, 방출공 (73) 은, 사각형의 기판 (5) 에 대응되도록, 행렬 형상의 위치로 배치되어 있다. 냉각판 (75) 의 방출공 (73) 과 정면으로 대응되는 위치에는, 통과공 (76) 이 형성되어 있어, 방출공 (73) 으로부터 방출된 가스는 통과공 (76) 을 통과하여 마스크 (77) 에 도달한다.
마스크 (77) 에는 소정 패턴으로 관통공 (78) 이 배치되어 있으며, 마스크 (77) 에 도달한 가스 중, 관통공 (78) 을 통과한 가스가 기판 (5) 에 도달하여 기판 (5) 표면과 접촉한다.
후술하는 바와 같이, 방출공 (73) 으로부터 방출되는 가스에는 유기 재료 증기가 함유되어 있으며, 기판 (5) 의 표면 중, 관통공 (78) 과 정면으로 대응되는 위치에 관통공 (78) 의 패턴에 대응된 유기 박막이 형성된다.
진공조 (71) 는, 증기 방출관 (72) 으로부터 가스를 방출시킬 때에는 방출 전부터 계속 진공 배기되어 있으며, 유기 박막을 구성하지 않는 잔류 가스는 진공 배기에 의해 진공조 (71) 내로부터 제거된다.
다음으로, 도 3 을 참조하여, 본 발명의 제 1 예의 유기 재료 증기 발생 장치 (8) 를 설명한다. 유기 재료 증기 발생 장치 (8) 는, 유기 재료를 증발시키는 증발실 (20a) 과, 증발실 (20a) 에 유기 재료를 공급하는 공급 장치 (40) 를 갖고 있다.
여기서는, 유기 재료 증기 발생 장치 (8) 는, 내부가 격벽 (35) 에 의해 구분된 가열조 (31) 를 갖고 있으며, 구분된 일방에서 증발실 (20a) 이 구성되고, 타방에서 가스 가열 장치 (30a) 가 구성되어 있다.
도면에서는, 가열조 (31) 는 진공조 (71) 의 외부에 배치되어 있는데, 가열조 (31) 는 진공조 (71) 의 내부에 배치할 수도 있다.
증발실 (20a) 의 내부에, 증발 장치 (24) 가 배치되어 있다. 이 증발 장치 (24) 는 금속으로 형성되어 있으며, 그 상부 표면인 증발면 (28) 은 평활하게 되어 있고, 수평 방향에 대하여 각도 θ 로 경사져 있다 (0 ＜ θ ＜ 90˚).
가스 가열 장치 (30a) 의 내부에는, 가열 필터 (32) 가 배치되어 있다. 이 가열 필터 (32) 는 다공질 SiC, 메시 형상 SiC 나 금속제 망의 적층체, 그 밖에 기체가 투과 가능하며 고온으로 승온되어도 분해되거나 기체를 방출하지 않는 재료로 구성되어 있다.
가열조 (31) 의 측면, 저면, 표면에는 히터 (39) 가 배치되어 있으며, 가열 전원 (38) 에 의해 히터 (39) 에 통전하여 발열시키면, 가열조 (31) 가 승온되도록 구성되어 있고, 가열 필터 (32) 와 증발 장치 (24) 는, 가열조 (31) 로부터의 열전도 및 복사에 의해 가열된다. 가열조 (31) 의 외부에 유도 가열 코일을 배치하고, 교번 자계에 의해, 가열 필터 (32) 나 증발 장치 (24) 를 유도 가열해도 된다.
가열조 (31) 의 내부에는, 가스 가열 장치 (30a) 와 증발실 (20a) 에 걸쳐 접속 배관 (23) 이 배치되어 있다. 격벽 (35) 은 기체가 통과할 수 없는 재료로서, 접속 배관 (23) 의 일단은 증발실 (20a) 내에서 개구되고, 타단은 가스 가열 장치 (30a) 내에서 개구되어 있으며, 가스 가열 장치 (30a) 와 증발실 (20a) 은 접속 배관 (23) 에 의해 접속되어, 가스 가열 장치 (30a) 내의 가스는, 접속 배관 (23) 을 통과하여 증발실 (20a) 로 이동할 수 있도록 되어 있다.
증발실 (20a) 은 상기 서술한 진공 배기계 (83) 에 접속되어 있으며, 증발실 (20a) 을 진공 배기하면, 가스 가열 장치 (30a) 내의 기체도 접속 배관 (23) 을 통해 진공 배기되어, 증발실 (20a) 과 가스 가열 장치 (30a) 의 내부를 진공 분위기로 할 수 있다. 단, 증기 발생시에는, 발생된 증기가 배기되지 않도록 증발실 (20a) 과 진공 배기계 (83) 는 차단된다.
가스 가열 장치 (30a) 에는, 캐리어 가스 공급계 (34) 가 접속되어 있다. 캐리어 가스 공급계 (34) 로부터는, 유기 재료와 반응하지 않는 Ar 이나 Xe 등의 희가스로 이루어지는 캐리어 가스가 공급된다 (유기 재료 증기가 반응하는 경우에는, 질소 가스는 캐리어 가스로는 부적합하다.). 캐리어 가스 공급계 (34) 로부터 가스 가열 장치 (30a) 에 캐리어 가스가 공급되면, 캐리어 가스는 가열 필터 (32) 의 미소공이나 메시를 통과하여 접속 배관 (23) 의 내부에 들어가, 접속 배관 (23) 내를 흘러 증발실 (20a) 내에 도입된다.
가열 필터 (32) 는 히터 (39) 에 의해 가열되어 있으며, 캐리어 가스는 가열 필터 (32) 를 통과하는 동안에, 유기 재료의 증발 온도보다 고온이며 분해 온도 미만의 온도로 가열된다.
공급 장치 (40) 는, 탱크실 (41) 과 원료 공급관 (42) 을 갖고 있으며, 증발실 (20a) 의 상방에 탱크실 (41) 이 배치되어 있다.
원료 공급관 (42) 은 상단이 탱크실 (41) 의 하단에 기밀하게 접속되고, 하단이 증발실 (20a) 의 내부에 기밀하게 삽입되어 있다. 탱크실 (41) 의 내부와 증발실 (20a) 의 내부는 원료 공급관 (42) 에 의해 접속되어, 증발실 (20a) 의 내부를 진공 배기하면, 탱크실 (41) 의 내부나 원료 공급관 (42) 의 내부도 진공 배기된다.
탱크실 (41) 은 밀폐되어 있어, 탱크실 (41), 원료 공급관 (42), 증발실 (20a) 이 진공 배기될 때 대기는 침입하지 않는다.
원료 공급관 (42) 의 내부에는, 측면으로 나사 산 및 나사 홈이 형성된 회전축 (46) 이 배치되어 있다. 여기서는, 원료 공급관 (42) 과 회전축 (46) 은 연직으로 배치되어 있다.
회전축 (46) 의 나사 산과 원료 공급관 (42) 의 내벽면은 접촉하거나 약간의 간극으로 근접하고 있으며, 탱크실 (41) 의 내부는 나사 홈에 의해 증발실 (20a) 에 접속되어 있다. 나사 홈의 수평 방향에 대한 경사 각도는 작게 되어 있어, 회전축 (46) 이 정지한 상태에서는, 탱크실 (41) 의 내부에 나사 홈의 크기보다 작은 분체가 배치되어도, 증발실 (20a) 내로는 흩어져 떨어지지 않는다.
탱크실 (41) 의 내부에는, 유기 박막의 모재와 발색제가 혼합된 분체의 유기 재료가 배치되어 있다. 3 대의 성막 장치 (10a ～ 10c) 의 탱크실 (41) 에는, 각각 R, G, B 의 각 1 색으로 발광하는 유기 재료가 각각 배치되어 있다. 도 중의 부호 48 은, 탱크실 (41) 에 배치된 유기 재료를 나타내고 있다.
회전축 (46) 이 정지한 상태에서는, 탱크실 (41) 내의 유기 재료 (48) 는 이동하지 않지만, 회전축 (46) 에 접속된 회전 수단 (모터 (49)) 을 동작시켜, 회전축 (46) 을 회전시키면 유기 재료 (48) 는 나사 홈을 통해 원료 공급관 (42) 의 내부에 들어가, 원료 공급관 (42) 의 나사 홈을 따라 하방으로 이동한다.
원료 공급관 (42) 의 하단은, 증발실 (20a) 의 내부에 삽입되어 있고, 접속 배관 (23) 에 접속되어, 원료 공급관 (42) 의 내부와 접속 배관 (23) 의 내부가 연통하도록 구성되어 있다.
나사 홈의 하단은 원료 공급관 (42) 내에서 개방되어 있고, 회전축 (46) 의 회전에 의해 하방으로 이동하여 나사 홈의 하단에 도달한 유기 재료는, 나사 홈 내로부터 접속 배관 (23) 의 내주면 상으로 낙하한다.
회전축 (46) 을 천천히 회전시켰을 때, 유기 재료의 나사 홈 내에서의 이동량과, 회전축 (46) 의 회전량은 일대일의 관계에 있으며, 회전량과 낙하량의 관계를 미리 구해 두면, 원료 공급관 (42) 으로부터 원하는 양의 유기 재료를 낙하시킬 수 있다. 천천히 회전시킨 경우에는 소량씩 연속적으로 낙하시킬 수 있다.
접속 배관 (23) 은, 증발실 (20a) 내의 단부 (端部) 위치와 유기 재료가 낙하하는 위치 사이의 부분은 경사져 있고, 단부를 구성하는 개구 (26) 가 낙하 위치보다 하방이 되도록 되어 있다. 따라서, 접속 배관 (23) 의 내주면 상으로 낙하한 유기 재료는, 접속 배관 (23) 의 내주면을, 개구 (26) 를 향하여 미끄러져 떨어진다.
개구 (26) 는 증발 장치 (24) 의 증발면 (28) 의 바로 위에 배치되어 있어, 개구 (26) 에 도달한 유기 재료는, 개구 (26) 로부터 증발면 (28) 상으로 낙하한다.
증발면 (28) 상으로 낙하한 유기 재료는, 증발면 (28) 상에 산포된다. 증발면 (28) 은 경사져 있기 때문에, 유기 재료는 퍼진 상태로 증발면 (28) 상을 미끄러져 떨어진다.
증발면 (28) 상으로 낙하하는 유기 재료는, 실온에서는 분체이지만, 증발 온도 이상으로 가열되면 증발하여 유기 재료 증기가 생성된다. 증발 장치 (24) 는 히터 (39) 에 의해, 미리 유기 재료의 증발 온도보다 고온으로 승온되어 있으며, 증발면 (28) 상에는, 증발면 (28) 을 미끄러져 떨어져 하단에 도달하기 전 (즉, 미끄러져 떨어지는 동안) 에 전부 증발될 수 있는 양의 유기 재료가 공급되므로, 유기 재료는 증발면 (28) 상에 산포된 직후부터 증발을 개시하여, 미끄러져 떨어지면서 증발되어, 하단에 도달하지 않고 증발면 (28) 상으로부터 소멸된다.
증발면 (28) 상으로 유기 재료를 낙하시킬 때에는, 진공조 (71) 내의 진공 배기는 이루어져 있지만, 증발실 (20a) 과 진공 배기계 (83) 사이의 밸브는 닫아 두어, 유기 재료의 증발에 의해 증발실 (20a) 내에서 생성된 유기 재료 증기가 방출 장치 (70) 를 통하지 않고 진공 배기되지 않도록 해 둔다.
증발실 (20a) 과 방출 장치 (70) 는, 공급 배관 (27) 에 의해 접속되어 있다. 증발면 (28) 상에 유기 재료를 낙하시킬 때에는, 낙하 전부터 가스 가열 장치 (30a) 에 캐리어 가스를 공급하여, 가열된 캐리어 가스가 증발실 (20a) 내에 도입되도록 해 둔다.
가열된 캐리어 가스가 흐르는 접속 배관 (23) 의 개구 (26) 를 증발면 (28) 의 유기 재료가 증발되는 부분을 향하게 하고, 그 부분에 가열된 캐리어 가스를 분사하면, 유기 재료 증기와 가열된 캐리어 가스는 증발실 (20a) 내에서 균일하게 혼합되고, 그 혼합 가스가 공급 배관 (27) 을 통해 증기 방출관 (72) 내에 도입된다.
캐리어 가스 공급계 (34) 로부터 가스 가열 장치 (30a) 에 공급하는 캐리어 가스의 유량을 제어함으로써, 증기 방출관 (72) 의 내부 압력이, 증기 방출관 (72) 의 내부에서 혼합 가스 (캐리어 가스와 유기 재료 증기의 혼합 가스) 의 점성류 (流) 가 형성되는 크기로 되어 있고, 각 증기 방출관 (72) 의 내부는, 밑동에서 선단까지 대략 동등한 압력의 혼합 가스로 충만된다. 또, 진공조 (71) 의 내부는 계속 직접 진공 배기되어, 증기 방출관 (72) 주위의 압력은 증기 방출관 (72) 의 내부 압력보다 저압으로 되어 있다. 그 결과, 각 방출공 (73) 으로부터 각각 동등한 유속으로 혼합 가스가 방출되고, 유기 재료 증기는, 냉각판 (75) 의 통과공 (76) 과 마스크 (77) 의 관통공 (78) 을 통해, 기판 (5) 표면에 균일한 단위 면적당 밀도로 도달한다.
캐리어 가스를 도입함으로써, 유기 재료 증기의 도입량이 적은 경우에도, 증기 방출관 (72) 내의 압력을, 선단에서 밑동 부분 사이에서 방출공 (73) 으로부터 균일하게 증기를 방출할 수 있는 압력으로 할 수 있다.
또, 유기 재료 증기의 발생량을 변화시킨 경우에도, 캐리어 가스의 도입량을 변화시킴으로써, 증기 방출관 (72) 내의 압력을 조정할 수 있게 된다. 이 때문에, 유기 재료 증기의 발생량을 변화시키는 것, 즉 성막 속도의 조정이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 각 증기 방출관 (72) 의 밑동에서 선단까지 사이의 기판 표면에 등량의 유기 재료 증기가 도달하므로, 편향이 없는 유기 박막이 얻어진다.
또한, 성막실 (9) 에는 이동 장치 (85) 가 형성되어 있다. 기판 홀더 (79) 와 기판 (5) 과 마스크 (77) 는 상대적으로 정지하고, 또 방출 장치 (70) 와 냉각판 (75) 도 상대적으로 정지하고 있음에 반해, 이동 장치 (85) 에 의해, 기판 (5) 과 각 증기 방출관 (72) 은 상대적으로 이동하도록 구성되어 있다.
그 이동 방향은, 기판 (5) 이 위치하는 평면과, 증기 방출관 (72) 이 위치하는 평면 사이의 거리를 변화시키지 않으며, 증기 방출관 (72) 이 연장되는 방향과는 수직 방향이다. 이 방향으로 반복하여 상대적으로 왕복 이동하면, 기판 (5) 의 표면에 균일한 유기 박막이 형성된다.
상대 이동은, 기판 (5) (및 기판 홀더 (79) 와 마스크 (77)) 이 진공조 (71) 에 대하여 정지하고, 방출 장치 (70) (및 냉각판 (75)) 가 진공조 (71) 에 대하여 이동하도록 해도 된다. 또, 방출 장치 (70) 가 진공조 (71) 에 대하여 정지하고, 기판 (5) 이 진공조 (71) 에 대하여 이동해도 된다. 기판 (5) 과 방출 장치 (70) 가 양방 모두 이동하도록 해도 된다.
또한, 상대 이동의 방향은, 증기 방출관 (72) 이 연장되는 방향에 대하여 수직 방향의 성분뿐만 아니라, 평행한 성분을 갖도록 해도 되고, 또 원형으로 상대 이동하도록 해도 된다.
이상과 같이, 먼저, 최초의 성막 장치 (10a) 에서 R, G, 또는 B 의 1 색으로 발광하는 유기 박막을 기판 (5) 상의 소정 위치에 형성한 후, 기판 반송 로봇 (53) 에 의해 순차 다음 성막 장치 (10b, 10c) 내로 기판 (5) 을 이동시키고, 나머지 색에 대응되는 유기 박막을 각각 기판 (5) 상의 소정 위치에 형성하고, 필요에 따라 다른 처리실 (55 ～ 58) 에 반입하여, 전하 이동층이나 전극막의 형성 등의 진공 처리를 실시한 후, 진공 처리 장치 (1) 로부터 반출한다.
본 발명에서는, 가열조 (31) 나 캐리어 가스가 유기 재료의 증발 온도 (여기서는 증발 온도와 석출 온도는 동등한 것으로 한다) 보다 고온으로 승온되어 있으며, 유기 재료 증기는 석출 온도 이하의 온도가 되지 않기 때문에, 가열조 (31) 내에 유기 재료가 석출되지 않는다.
또, 본 발명에서는, 증발면 (28) 상으로 낙하한 유기 재료가 증발면 (28) 에 미끄러져 떨어지는 동안에 증발하는 공급 속도로 유기 재료가, 공급 장치 (40) 로부터 증발실 (20a) 내에 공급되고 있어, 증발면 (28) 상으로의 유기 재료의 낙하가 정지하면, 증발면 (28) 상의 분체의 유기 재료는 즉시 소멸된다. 따라서, 공급 장치 (40) 로부터 증발실 (20a) 내로의 유기 재료의 공급을 정지하는 것과 거의 동시에 유기 재료 증기의 생성도 정지된다.
또한, 증발실 (20a) 내에서는, 생성된 유기 재료 증기의 압력보다 가열된 캐리어 가스의 압력이 높아지도록 하고 있으며, 그 결과, 다량의 가열 캐리어 가스의 흐름을 타고, 소량의 유기 재료 가스가 방출 장치 (70) 내로 운반되므로, 공급 장치 (40) 로부터 증발 장치 (24) 상으로의 유기 재료의 공급을 정지하면, 증발실 (20a) 내에서의 유기 재료 증기의 발생이 즉시 정지된다. 또한, 증발실 (20a) 내에 충만하는 유기 재료 증기는, 가열 캐리어 가스에 의해 즉시 방출 장치 (70) 내로 이동하여, 즉시 방출되어 버린다. 따라서, 캐리어 가스를 흘리면서 공급 장치 (40) 로부터의 유기 재료의 공급을 정지하면, 유기 재료 증기가 빠르게 퍼지되기 때문에, 성막이 정지될 때까지의 시간을 줄일 수 있다. 또 증발실 (20a), 공급 배관 (27), 방출 장치 (70) 의 내부를 확실하게 퍼지할 수 있다.
도 9 는, 증발 장치 (24) 의 온도를 약 300 ℃ 의 일정 온도로 유지하면서, 유기 재료를 증발 장치 (24) 상에 소정의 시간 간격으로 낙하시켰을 때의, 증기 방출관 (72) 과 대면하는 위치에 배치한 막두께 모니터의 측정값과의 관계를 나타내는 그래프이다.
증발 장치 (24) 에 유기 재료의 공급을 개시한 시각 (ts) 으로부터, 공급을 정지한 시각 (te) 사이에서 일정한 성막 속도가 얻어지고 있으며, 공급을 정지한 시각 (te) 으로부터 공급을 재개한 시각 (ts) 까지의 사이에서는 원료 공급이 이루어지지 않아, 성막 속도는, 막두께 모니터 오차 출력은 관찰되지만 제로로 되어 있다.
이와 같이, 가스 가열 장치 (30a) 로부터 가열된 캐리어 가스를 흘리면서, 증발 장치 (24) 상으로 유기 재료를 공급하고 있는 동안에만 기판 (5) 의 표면에 박막을 형성할 수 있기 때문에, 방출 장치 (70) 와 기판 (5) 사이에 셔터를 형성할 필요가 없고, 또 증발실 (20a) 과 방출 장치 (70) 사이의 개폐 밸브를 개폐하지 않아도, 방출 장치 (70) 로부터의 유기 재료 증기의 방출을 개시 또는 정지할 수 있다.
각 성막 장치 (10a, 10b, 10c) 의 내부에서, 복수의 기판 (5) 에 차례로 유기 박막을 성막하기 위하여, 기판 홀더 (79) 상으로부터 유기 박막이 형성된 성막 대상물을 이동시켜, 기판 홀더 (79) 에 미형성의 성막 대상물을 배치하는 동안에는, 공급 장치 (40) 로부터 증발실 (20a) 내로의 유기 재료의 공급을 정지한다. 기판 홀더 (79) 상에 성막 전의 성막 대상물을 배치한 후, 공급 장치 (40) 로부터 증발실 (20a) 로의 유기 재료의 공급을 재개함으로써 성막이 개시된다.
유기 재료의 공급 재개 후뿐만 아니라, 기판의 교환과 유기 재료 공급의 재개 사이에도 증발실 (20a), 공급 배관 (27) 및 방출 장치 (70) 내에 가열 캐리어 가스를 계속 흘리면 가열 필터의 온도가 일정하게 유지되므로, 방출 장치 (70) 로부터 방출되는 혼합 가스의 온도도 일정해지고, 형성되는 유기 박막의 막질 변동이 적어진다.
상기 실시예에서는, 가열조 (31) 내를 기체가 통과할 수 없는 격벽 (35) 으로 나누었는데, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 가열조 (31) 의 내부를 기체가 통과할 수 있는 통기성판 (37) 에 의해 나누어 증발실 (20b) 과 가스 가열 장치 (30b) 를 형성해도 된다. 가스 가열 장치 (30b) 내의 가열 필터 (32) 를 통과할 때에 가열된 캐리어 가스가, 통기성판 (37) 을 통과하여 증발실 (20b) 에 도입된다. 이 경우, 증발실 (20b) 과 가스 가열 장치 (30b) 를 접속하는 접속 배관은 불필요하며, 원료 공급관 (42) 의 바로 밑에 증발 장치 (24) 를 배치해 두어, 접속 배관을 거치지 않고 유기 재료를 원료 공급관 (42) 으로부터 증발면 (28) 상으로 낙하시킬 수 있다.
또, 상기 실시예에서는 가열조 (31) 의 내부에 가스 가열 장치 (30a, 30b) 를 배치하였는데, 본 발명은 그에 한정되지 않고, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 가스 가열 장치 (30c) 를 가열조 (31) 의 외부에 배치할 수도 있다. 이 경우, 가열조 (31) 의 내부 전부를 증발실 (20c) 로 하고, 가스 가열 장치 (30c) 와 증발실 (20c) 을 접속 배관 (23) 에 의해 접속시켜도 된다.
이 예에서도, 원료 공급관 (42) 의 하단을 접속 배관 (23) 에 접속시키고, 원료 공급관 (42) 으로부터 낙하하는 유기 재료를 접속 배관 (23) 내에서 미끄러지게 하여 증발면 (28) 에 낙하시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 캐리어 가스는 유기 재료의 증발 온도보다 고온으로 가열되어 있으므로, 증발실 (20a) 이나 공급 배관 (27) 은 냉각되지 않아, 그들 내부에 유기 재료 증기가 석출되지 않는다. 공급 배관 (27) 의 외주에 히터를 배치하여, 공급 배관 (27) 을 가열해 둘 수도 있다.
또, 가열조 (31) 나 공급 배관 (27) 을 가열하는 히터가, 증발 장치 (24), 공급 배관 (27), 캐리어 가스를, 유기 재료의 분해 온도 미만의 온도로 승온되도록 가열하면, 유기 재료가 분해되지도 않는다.
상기 실시예에서는, 공급 장치 (40) 는 원료 공급관 (42) 과, 그 내부에 배치된 회전축 (46) 과, 회전축 (46) 을 회전시키는 모터 (49) 를 가졌는데, 공급 장치 (40) 는 그에 한정되지 않고, 소정량의 유기 재료를 소량씩 증발면 (28) 상에 공급할 수 있는 것이면 된다.
또한, 일반적으로 1 장의 기판 (5) 의 표면에 형성되는 유기 박막의 막두께는 미리 결정되어 있으며, 증발실 (20a) 내에서 생성된 거의 모든 유기 재료 증기가 방출 장치 (70) 로부터 방출되므로, 미리 결정된 막두께의 유기 박막을 형성하기 위하여, 공급 장치 (40) 가 공급하여야 할 유기 재료의 양을 구할 수 있다.
또 유기 박막의 성막 속도가 결정되면, 공급 장치 (40) 가 증발실 (20a) 에 공급하는 유기 재료의 공급 속도도 결정되므로, 그 공급 속도가 얻어지도록, 회전축 (46) 의 회전 속도가 결정된다.
탱크실 (41) 은 가열되어 있지 않고, 공급 장치 (40) 는 냉각되어 있어, 탱크실 (41) 이나 공급 장치 (40) 내에 존재하는 유기 재료는 실온 정도의 온도로 유지되어 있다.
본 발명에서는, 유기 재료가 소량씩 증발실 (20a) 내에 공급되므로, 탱크실 (41) 내나 공급 장치 (40) 내의 유기 재료는 실온 정도의 온도로 유지되어, 가열에 의한 분해를 방지할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 승온시킨 다공질 또는 메시 형상의 가열 필터 내에 캐리어 가스를 흘려 캐리어 가스를 가열하였는데, 각종 열교환기 내에 캐리어 가스를 흘려 승온시켜도 된다.
또, 형성되는 유기 박막의 막두께와 성막 속도가 규정되어 있는 경우, 막두께로부터 구한 유기 재료의 양과 규정된 성막 속도로부터 성막 시간과 공급 속도 (단위 시간당 공급량) 가 구해지기 때문에, 성막 시간 동안, 본 발명에서는 구해진 공급 속도로부터 산출한 회전 속도로 회전축 (46) 을 연속 회전시킬 수 있고, 성막 시간 내에 구해진 양의 유기 재료가 공급되도록, 회전축 (46) 을 짧은 사이클로 간헐적으로 회전시켜 유기 재료를 간헐적으로 낙하시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 공급장치 내에 분체의 유기 재료를 배치해 두고,
    증발실과 증기 방출관을 공급 배관에 의해 접속해 두고,
    상기 증발실 내에 배치된 증발 장치를 가열하고, 상기 공급 장치로부터 상기 증발 장치의 증발면에 상기 유기 재료를 공급하고,
    상기 증발실에 공급된 상기 유기 재료를 가열하여 증발시켜, 상기 유기 재료 증기를 생성하고,
    생성된 유기 재료 증기를, 공급 배관 내에 흘려 증기 방출관 내에 도입하고, 상기 증기 방출관에 형성된 방출공으로부터 방출시키고, 성막 대상물 표면에 도달시켜, 상기 성막 대상물 표면에 유기 박막을 형성하는 유기 박막 제조 방법으로서,
    상기 증발면 상에 공급된 상기 유기 재료가 상기 증발면 상에 미끄러져 떨어지면서 증발하도록, 상기 증발면을 수평 방향으로부터 경사지게 해 두고, 상기 유기 재료의 상기 증발면으로의 공급 속도를, 상기 증발면 상의 상기 유기 재료가 상기 증발면의 하단에 도달하기 전에 소멸되는 크기로 하고,
    상기 증발실 내에 캐리어 가스를 도입하고,
    상기 증기 방출관에는 상기 캐리어 가스와 상기 유기 재료 증기를 도입시키는, 유기 박막 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 재료로부터 상기 유기 재료 증기를 발생시켜, 1 장의 기판 상에 유기 박막을 형성하는 유기 박막의 형성 방법으로서,
    상기 증발실 내에 상기 가열된 캐리어 가스를 도입하면서, 상기 유기 재료를 연속적 또는 간헐적으로 상기 증발면 상에 공급하여 상기 유기 재료 증기를 생성시키는, 유기 박막 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발실 내에 도입하는 캐리어 가스는, 상기 유기 재료 증기의 증발 온도 이상의 온도로 승온시켜 두는, 유기 박막 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    다공질의 가열 필터를 승온시키고, 상기 캐리어 가스를 상기 가열 필터 내에 흘려 승온시키는, 유기 박막 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 박막의 성막 속도가 3 Å/초 ～ 7 Å/초가 되도록, 공급 장치로부터 증발 장치에 유기 재료가 공급되고, 상기 증기 방출관의 길이 방향을 따라 배치된 상기 방출공으로부터의 방출량이 균일해지도록 상기 캐리어 가스가 도입되는, 유기 박막 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 증기 방출관과 상기 성막 대상물 표면 사이의 압력이, 10-4 Pa ～ 10-2 Pa 인, 유기 박막 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    성막시의 상기 증기 방출관 내의 압력이, 10-1 Pa ～ 102 Pa 인, 유기 박막 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    복수의 상기 증기 방출관을 동일 평면 내에서 평행하게 배치하고, 기판과 상기 증기 방출관을, 상기 기판 표면이 위치하는 평면과, 상기 증기 방출관이 위치하는 평면 사이의 거리를 변화시키지 않고, 상기 증기 방출관이 연장되는 방향과는 수직 방향으로 상대적으로 이동시키는, 유기 박막 제조 방법.
  11. 복수의 성막 대상물을 기판 홀더에 순차 배치하고, 상기 기판 홀더 상의 상기 성막 대상물에 유기 박막을 형성하는 제 1 항에 기재된 유기 박막 제조 방법으로서,
    상기 캐리어 가스를 흘리면서, 상기 증발실로의 상기 유기 재료의 공급을 정지한 후, 상기 기판 홀더 상에서 상기 유기 박막이 형성된 상기 성막 대상물을 이동시켜, 미형성의 상기 성막 대상물을 상기 기판 홀더 상에 배치한 후, 상기 증발실로의 상기 유기 재료의 공급을 재개하는, 유기 박막 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    소정 색으로 발광하는 유기 박막의 유기 모재와 유기 발색제를 혼합하여 상기 유기 재료로서 상기 증발실 내에서 증발시키는, 유기 박막 제조 방법.
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