KR101231656B1 - 성막 장치의 제어 방법, 성막 방법, 성막 장치, 유기 ｅｌ 전자 디바이스 및 그 제어 프로그램을 격납한 기억 매체 - Google Patents
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Abstract
(과제) 일함수가 낮은 재료를 신속히 유기층과 음극과의 계면 근방에 삽입한다.
(해결 수단) PM1은, 처리 용기(100)와, 유기 재료를 가열하여 기화시키는 증착 장치(200)와, 제1 증착원에 연통하여, 제1 증착원에서 기화된 유기 재료를 불활성 가스에 의해 운반시키는 제1 가스 공급로(150)와, 처리 용기 외부에 형성되어, 음극을 형성하는 제1 금속보다도 일함수가 작은 제2 금속을 가열하여 기화시키는 디스펜서(Ds)와, 디스펜서에 연통하여, 디스펜서에서 기화된 제2 금속을 불활성 가스에 의해 운반시키는 제2 가스 공급로(320)와, 각 가스 공급로(150, 320)에 연통하여, 기화된 제2 금속을 기화된 유기 재료에 혼입시켜 처리 용기 내의 피처리체를 향하여 취출시키는 취출 기구(120f)와, 기화된 유기 재료에 혼입시키는 상기 기화된 제2 금속의 비율을 제어하는 제어기(50)를 갖는다.
(해결 수단) PM1은, 처리 용기(100)와, 유기 재료를 가열하여 기화시키는 증착 장치(200)와, 제1 증착원에 연통하여, 제1 증착원에서 기화된 유기 재료를 불활성 가스에 의해 운반시키는 제1 가스 공급로(150)와, 처리 용기 외부에 형성되어, 음극을 형성하는 제1 금속보다도 일함수가 작은 제2 금속을 가열하여 기화시키는 디스펜서(Ds)와, 디스펜서에 연통하여, 디스펜서에서 기화된 제2 금속을 불활성 가스에 의해 운반시키는 제2 가스 공급로(320)와, 각 가스 공급로(150, 320)에 연통하여, 기화된 제2 금속을 기화된 유기 재료에 혼입시켜 처리 용기 내의 피처리체를 향하여 취출시키는 취출 기구(120f)와, 기화된 유기 재료에 혼입시키는 상기 기화된 제2 금속의 비율을 제어하는 제어기(50)를 갖는다.
Description
본 발명은, 유기 재료에 일함수가 낮은 재료를 혼입시키면서 성막하는 성막 장치의 제어 방법, 음극의 성막 장치 및 유기 EL 전자 디바이스에 관한 것이며, 또한, 성막 장치의 제어 방법을 컴퓨터에 실행시키기 위한 처리 순서를 정한 프로그램을 격납한 기억 매체에 관한 것이다.
최근, 유기 화합물을 이용하여 발광시키는 유기 EL(Organic Electroluminescence) 소자를 이용한 유기 EL 디스플레이가 주목되고 있다. 이 유기 EL 소자는, 자발광(自發光)하여, 반응 속도가 빠르고, 소비 전력이 낮은 것 등의 특징을 갖고 있기 때문에, 백 라이트를 필요로 하지 않아, 휴대형 기기의 표시부로의 응용 등이 기대되고 있다.
유기 EL 소자는, 유리 기판상에 형성되어, 유기층을 양극층(애노드) 및 음극층(캐소드)으로 샌드위치한 구조를 갖고 있다. 이 유기 EL 소자에 외부로부터 수 V의 전압을 인가하여 전류를 흘리면, 음극측으로부터 유기층에 전자가 주입되고, 양극측으로부터 유기층에 홀이 주입된다. 전자와 홀의 주입에 의해 유기 분자는 여기(勵起) 상태가 되지만, 전자와 홀이 재결합하여 여기된 유기 분자가 원래의 기저(基底) 상태로 되돌아올 때 그 여분인 에너지가 빛으로서 방출된다.
전자를 유기층에 주입할 때, 전자 주입 장벽을 저하시켜 음극측으로부터 유기층에 효율 좋게 전자를 주입할 수 있으면, 고성능인 유기 EL 소자를 제조할 수 있다. 이 때문에, 유기층과 음극과의 계면에 일함수가 낮은 알칼리 금속 등의 재료로 이루어지는 전자 주입층을 형성하는 것이 일반적으로 행해지고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1을 참조).
비특허문헌 1에서는, 각 음극과 이미터층과의 사이에 금속을 도프한 유기층을 형성하는 것이 개시되어 있다. 도펀트 메탈로서는, 예를 들면, 리튬(Li)이나 스트론튬(Sr)이나 사마륨(Sm)을 일 예로서 들고 있다.
이들 알칼리 금속은, 일함수가 작기 때문에 전자 주입층을 형성하는 재료로서 바람직하다. 한편, 알칼리 금속은 고활성종이기 때문에, 고진공 상태에 있는 처리실 내에서도 실내에 잔류하고 있는 수분, 질소, 산소 등과 용이하게 반응해 버린다. 따라서, 전자 주입층을 성막한 후는, 될 수 있는 한 빨리 음극을 성막하여 전자 주입층을 음극으로 덮어 버리는 것이 바람직하다.
그래서, 전자 주입층을 안정적으로 성막하기 위해, 동일 처리실 내에 리튬 등의 알칼리 금속과 Alq3 등의 유기 재료를 별개의 용기에 수납하여, 따로 따로 증발시켜, 각 증기를 확산시에 혼합하면서 피처리체에 증착시키는 진공 증착 방법(동시증착법)이 제안되고 있다.
"Bright organic electroluminescent devices having a metal-dopedelectron-injecting layer" 1998 American Institute of Physics, Applied PhysicsLetters, VOLUME 73, NUMBER 20, 16 NOVEMBER 1998
그러나, 이 방법에서는 제어성이 나쁘고, 유기층에 혼입시키는 알칼리 금속의 비율을, 전자 주입 효율을 고려하여 정밀하게 제어하거나, 알칼리 금속을 균일하게 유기층에 혼입시키도록 정밀도 좋게 제어하거나 하는 것은 어렵다. 특히, 요즘은 유기 EL 디바이스를 대면적의 기판에 형성하는 움직임이 있어, 일반적인 동시증착법으로는 대면적인 기판에 보다 균일한 막을 형성하는 것은 매우 곤란하게 되어 있다.
전자 주입층을 성막한 후, 될 수 있는 한 빨리 음극을 성막하기 위해, 알칼리 금속 등을 성막하는 진공 증착과 음극을 성막하는 스퍼터링을 동일 챔버 내에서 연속적으로 행하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 알칼리 금속 등을 성막하는 진공 증착과 음극을 성막하는 스퍼터링에서는 동작 압력이 다르다. 즉, 알칼리 금속 등의 성막시에는, 챔버 내를 소망하는 진공 상태(감압 상태)로 유지할 필요가 있다. 한편, 음극의 성막시에는, 성막 전에 스퍼터용 가스를 챔버 내에 공급할 필요가 있어, 그때, 챔버 내의 압력은 필연적으로 어느 정도 올라가 버린다. 이 때문에, 알칼리 금속 등의 막과 음극과의 연속적인 성막은 동작 원리상 불가능하다.
이에 더하여, 동일 챔버 내에서 진공 증착 후에 음극의 스퍼터링을 연속적으로 행하기 위해서는, 진공 증착에 사용된 알칼리 금속 등의 가스가 스퍼터링 성막 기구 측으로 흐르지 않도록, 불필요한 알칼리 금속 등의 가스를 외부로 배기하여, 알칼리 금속 등의 가스와 스퍼터 가스가 혼합되지 않는 상태가 되었으면 스퍼터 가스를 도입하여 스퍼터링 처리를 실행할 필요가 있다. 이 이유로부터도 진공 증착 후에 음극의 스퍼터링을 연속적으로 행하는 것은 어렵다.
그래서, 상기 문제를 해소하기 위해, 본 발명은, 일함수가 낮은 재료를 신속히 유기층과 음극과의 계면 근방에 삽입하는 성막 장치의 제어 방법, 성막 방법, 성막 장치, 유기 EL 전자 디바이스 및 그 제어 프로그램을 격납한 기억 매체를 제공한다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 어떤 형태에 의하면, 피처리체상에 유기층을 성막하는 성막 장치의 제어 방법이 제공된다. 상기 성막 장치는, 처리 용기와, 유기 재료를 가열하여 기화시키는 제1 증착원과, 상기 제1 증착원에 연통하여, 상기 제1 증착원에서 기화된 유기 재료를 불활성 가스에 의해 운반시키는 제1 가스 공급로와, 처리 용기 외부에 형성되어, 음극을 형성하는 제1 금속보다도 일함수가 작은 제2 금속을 가열하여 기화시키는 제2 증착원과, 상기 제2 증착원에 연통하여, 상기 제2 증착원에서 기화된 제2 금속을 불활성 가스에 의해 운반시키는 제2 가스 공급로와, 상기 제1 가스 공급로 및 상기 제2 가스 공급로에 연통하여, 상기 기화된 제2 금속을 상기 기화된 유기 재료에 혼입시켜 상기 처리 용기 내의 피처리체를 향하여 취출시키는 취출 기구를 구비하고 있어, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 기화된 제2 금속의 혼합 비율을 제어하는 성막 장치의 제어 방법이 제공된다.
이에 따르면, 유기층에 혼입시키는 제2 금속의 비율을 제어하면서 유기층이 성막된다. 이에 따라, 유기층의 성막시에 일함수가 낮은 제2 금속을 유기층에 혼입시킴으로써, 실질적으로 유기층과 전자 주입층을 동시에 성막할 수 있다. 이 결과, 활성인 제2 금속의 원자가, 처리 용기 내의 잔류 수분, 질소, 산소 등과 반응하는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 전자 주입 효율이 높은 고성능인 유기 EL 전자 디바이스를 안정적으로 제조할 수 있다.
여기에서, 상기 성막 중인 유기층에 혼입시키는 상기 제2 금속의 비율은 매우 중요하다. 이는, 발광층 상에 전자 수송층, 전자 주입층, 음극을 적층시키는 종래의 유기 EL 전자 디바이스에 있어서, 전자 주입층을 구성하는 알칼리 금속의 두께는, 음극에 비하여 상당 정도 얇은 편이 좋다는 연구 결과도 있는 것에서도 알 수 있다. 예를 들면, 알칼리 금속의 일 예인 리튬의 두께는, 0.5∼2.0nm 정도가 바람직하며, 이 이상 두꺼우면 오히려 전자의 주입 효율이 저하된다는 보고도 있다.
그래서, 유기층으로의 제2 금속의 혼입 비율의 중요성을 감안하여, 본 발명에서는, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어하기 위해, 상기 제1 증착원의 온도를 제어해도 좋다.
이에 따라, 제1 증착원에 수납된 유기 재료의 증발 속도를 제어할 수 있다. 즉, 증착원의 온도를 올리면 유기 재료의 증발 속도가 올라가, 이에 따라 유기층에 혼입시키는 상기 제2 금속의 비율을 줄일 수 있고, 증착원의 온도를 내리면 유기 재료의 증발 속도가 내려가, 이에 따라 유기층에 혼입시키는 상기 제2 금속의 비율을 늘릴 수 있다.
상기 제2 증착원의 온도를 제어함으로써, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어해도 좋다.
이에 의해서도, 제2 증착원에 수납된 제2 금속의 증발 속도를 제어할 수 있다. 이 경우, 증착원의 온도를 올리면 제2 금속의 증발 속도가 올라가, 이에 따라 유기층에 혼입시키는 상기 제2 금속의 비율을 늘릴 수 있고, 증착원의 온도를 내리면 제2 금속의 증발 속도가 내려가, 이에 따라 유기층에 혼입시키는 상기 제2 금속의 비율을 줄일 수 있다. 또한, 각 증착원의 온도를 제어하기 위해서는, 각 증착원에 형성된 전원에 인가하는 전압이나 전원을 흐르는 전류를 제어하면 된다.
상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어하는 다른 방법으로서는, 상기 제1 가스 공급로 및 상기 제2 가스 공급로에 공급하는 상기 불활성 가스의 적어도 어느 한쪽의 유량을 제어하는 방법을 들 수 있다.
각 가스 공급로에 공급되는 불활성 가스는, 유기 재료 또는 제2 금속을 운반하는 캐리어 가스로서 기능한다. 따라서, 불활성 가스의 유량을 늘림으로써, 단위 시간당 운반되는 제2 금속(기화 분자)의 양을 늘릴 수 있다. 이 결과, 유기층에 혼입되는 제2 금속의 비율을 늘릴 수 있다. 반대로, 불활성 가스의 유량을 줄임으로써, 유기층에 혼입되는 제2 금속의 비율을 줄일 수 있다.
마찬가지로, 유기 재료의 증기(기화 분자)에 대하여 불활성 가스의 유량을 늘림으로써, 단위 시간당 운반되는 유기 재료의 양을 늘릴 수 있다. 이 결과, 유기층에 혼입되는 제2 금속의 비율을 줄일 수 있다. 반대로, 유기 재료의 증기에 대하여 불활성 가스의 유량을 줄이면, 유기층에 혼입되는 제2 금속의 비율을 늘릴 수 있다.
또한, 전술한 온도 제어에서는, 전압치나 전류치를 변경하고 나서 실제로 증착원이 소망하는 온도에 도달하기까지 어느 정도의 시간을 필요로 하여, 리스폰스(response)가 나쁘다. 한편, 불활성 가스의 유량 제어는, 온도 제어에 비하여 리스폰스가 좋다. 그래서, 온도 제어에 의해 대강의 제어를 행하고, 불활성 가스의 유량 제어에 의해 세밀한 제어를 행함으로써, 유기층에 함유시키는 제2 금속의 양을 보다 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
상기 제1 가스 공급로에 형성된 제1 개폐 기구를 제어함으로써, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어해도 좋다. 또한, 상기 제2 가스 공급로에 형성된 제2 개폐 기구를 제어함으로써, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어해도 좋다.
이에 따르면, 제1 개폐 기구의 개도(開度) 또는 제2 개폐 기구의 개도를 조정함으로써, 제1 가스 공급로를 통과시키는 유기 재료의 양 또는 제2 가스 공급로를 통과시키는 제2 금속의 양을 조정할 수 있다. 이에 따라, 기화된 유기 재료에 혼입시키는 제2 금속의 비율을 제어할 수 있다.
상기 제1 개폐 기구 및 상기 제2 개폐 기구는 대기 중에 형성되어 있어도 좋다. 이에 따르면, 메인터넌스를 용이하게 실행할 수 있다. 또한, 대기란, N2, O2, Ar, CO2, Ne, He, CH4 등을 주성분으로 하고, 대기압 1atm=1.013×105Pa인 상태를 말한다. 예를 들면, 기압 높이 측정법에서는, 표준 대기란, 지상 기압 1013.25hPa, 지상 기온 15℃, 11km 이하의 기온 감률 6.5℃/km로 정해져 있다.
상기 기화된 제2 금속을 혼입시키지 않고 상기 기화된 유기 재료로 피처리체상에 박막을 소망하는 두께까지 형성 후, 상기 기화된 유기 재료에 대하여 상기 기화된 제2 금속을 소정량 혼입시키도록 제어해도 좋다.
이에 따르면, 제2 금속을 혼입시키지 않은 유기층이 성막된 후, 즉시 제2 금속을 혼입시킨 유기층이 성막된다. 이에 따라, 예를 들면, 고활성종인 알칼리 금속 등으로 형성된 제2 금속이 수분, 질소, 산소 등과 용이하게 반응하는 것을 방지할 수 있음과 함께, 제2 금속을 혼입시킨 유기층의 두께를 정밀도 좋게 조정할 수 있다.
제2 금속을 혼입시키지 않은 유기층 및 제2 금속을 혼입시킨 유기층은, 발광층과 음극과의 사이에 형성된다. 따라서, 제2 금속을 혼입시키지 않은 유기층 및 제2 금속을 혼입시킨 유기층은, 상기 발광층에 인접한 전자 수송층 및 상기 음극에 인접한 전자 주입층으로서 기능한다. 이에 따라, 전자의 주입 효율을 높게 유지한 고성능인 유기 EL 전자 디바이스를 제조할 수 있다.
상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼입량이 상대적으로 증가하도록 제어해도 좋다.
이에 따르면, 제2 금속의 혼입량을 서서히 늘리면서 유기막을 성막할 수 있다. 이에 따라, 유기층에 인접하여 성막되는 음극 근방이 될수록 제2 금속의 혼입 비율이 높고, 음극으로부터 멀어질수록 제2 금속의 혼입 비율이 낮아지도록 음극에 제2 금속을 혼입시킬 수 있다. 이것에 의해서도, 전자의 주입 효율을 높게 유지한 고성능인 유기 EL 전자 디바이스를 제조할 수 있다.
상기 제1 가스 공급로 및 상기 제2 가스 공급로를 형성하는 배관을 200℃ 이상으로 제어해도 좋다. 이에 따르면, 유기 재료가 불활성 가스를 캐리어 가스로 하여 제1 가스 공급로로 운반되고, 제2 금속의 증기가 불활성 가스를 캐리어 가스로 하여 제2 가스 공급로로 운반될 때, 각 증기가 제1 및 제2 가스 공급로를 구성하는 배관에 부착되어 액화하는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 유기 재료에 혼입시키는 제2 금속의 비율을 정밀도 좋게 제어할 수 있음과 함께, 재료 효율을 높일 수 있다.
상기 제2 금속은, 일함수가 낮은 알칼리 금속인 것이 바람직하다. 알칼리 금속으로서는, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘을 들 수 있다. 이에 따라, 전자의 주입 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 제1 금속은, 상기 저항이 낮고 빛의 반사율이 높은 은 또는 알루미늄을 주로 하는 재료인 것이 바람직하다.
상기 성막 장치는, 피처리체를 올려놓은 상태로 이동 가능한 재치대, 상기 제1 증착원을 포함하는 복수의 증착원 및 상기 복수의 증착원의 각 증착원에 연통한 제1 가스 공급로를 포함하는 복수의 가스 공급로 및 복수의 취출 기구를 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 상기 각 증착원에서 각각 기화된, 상이한 유기 재료를 각 증착원에 연통한 각 가스 공급로로 통과시켜 각 취출 기구로부터 각각 취출시킴으로써, 상기 각 취출 기구의 상방을 이동하는 재치대에 올려놓여진 피처리체상에 상이한 유기 재료를 연속 성막하고, 그 연속 성막의 마지막에 상기 기화된 제2 금속을 혼입시킨 유기층을 성막해도 좋다.
이에 따르면, 동일한 처리 용기 내에서 복수의 막을 연속적으로 성막할 수 있다. 이에 따라, 스루풋(through-put)을 향상시켜, 제품의 생산성을 높일 수 있다. 또한, 형성하는 막마다 처리 용기를 다수 형성할 필요가 없기 때문에, 풋프린트를 작게 하여, 설비 비용을 저감할 수 있다.
상기 취출 기구는, 상기 취출 기구의 내부에 완충 공간을 형성하여, 상기 취출 기구의 내부에 형성된 완충 공간의 압력이, 상기 처리 용기 내부의 압력보다 높아지도록, 상기 기화된 유기 재료 및 상기 기화된 제2 금속을 상기 완충 공간으로 통과시키고 나서 취출시키도록 해도 좋다.
취출 기구 내부의 완충 공간의 압력이, 처리 용기 내부의 압력보다 높은 경우, 취출구의 근방에서는, 다음과 같은 현상이 발생하고 있다고 생각된다. 즉, 취출 기구의 내부에 존재하는 기체 분자의 적어도 일부는, 수월하게 취출구를 통과하지 못하고, 취출 기구의 내벽을 반사하여 완충 공간으로 튀어 되돌아오는 것을 반복한 후, 취출구의 개구로부터 외부로 나간다. 즉, 제1 및 제2 증착원에서 기화되어, 제1 및 제2 가스 공급로를 통하여 완충 공간에 들어간 유기 재료 및 제2 금속의 기체 분자 중, 소정량을 초과한 기체 분자는 곧바로는 취출구를 지나지 못하고, 일시적으로 완충 공간에 체류한다. 이와 같이 하여, 완충 공간 내의 압력이, 처리 용기 내부의 압력보다 높은 소정의 압력(밀도)으로 유지된다. 이에 따라, 유기 재료 및 제2 금속의 기체 분자는, 완충 공간에 체류하는 동안에 혼합되어, 어느 정도 균일한 상태로 된다.
이 결과, 이들 기체 분자는, 균일한 상태를 유지한 채 취출구로부터 취출됨으로써, 피처리체상에 균일하고 그리고 양질인 막을 형성할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 피처리체상에 유기층을 성막하는 성막 방법으로서, 제1 증착원에서 유기 재료를 가열하여 기화시키고, 상기 기화된 유기 재료를 불활성 가스에 의해 운반하고, 처리 용기 외부에 형성된 제2 증착원에서 음극을 형성하는 제1 금속보다도 일함수가 작은 제2 금속을 가열하여 기화시키고, 상기 기화된 제2 금속을 불활성 가스에 의해 운반하고, 그때, 상기 기화된 제2 금속을 상기 기화된 유기 재료에 혼입시켜, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어하면서, 상기 기화된 유기 재료를 상기 처리 용기 내의 피처리체를 향하여 취출하는 성막 방법이 제공된다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 피처리체상에 유기층을 성막하는 성막 장치로서, 처리 용기와, 유기 재료를 가열하여 기화시키는 제1 증착원과, 상기 제1 증착원에 연통하여, 상기 제1 증착원에서 기화된 유기 재료를 불활성 가스에 의해 운반시키는 제1 가스 공급로와, 처리 용기 외부에 형성되어, 음극을 형성하는 제1 금속보다도 일함수가 작은 제2 금속을 가열하여 기화시키는 제2 증착원과, 상기 제2 증착원에 연통하여, 상기 제2 증착원에서 기화된 제2 금속을 불활성 가스에 의해 운반시키는 제2 가스 공급로와, 상기 제1 가스 공급로 및 상기 제2 가스 공급로에 연통하여, 상기 기화된 제2 금속을 상기 기화된 유기 재료에 혼입시켜 상기 처리 용기 내의 피처리체를 향하여 취출시키는 취출 기구와, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어하는 제어부를 구비하는 성막 장치가 제공된다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 제어 방법에 의해 성막 장치를 제어함으로써 제조된 유기 EL 전자 디바이스가 제공된다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 형태에 의하면, 상기 제어 방법에 의해 성막 장치를 제어하기 위해 컴퓨터에 실행시키는 처리 순서를 정한 제어 프로그램을 기억한 기억 매체가 제공된다.
이들에 의하면, 유기층의 성막시에 일함수가 낮은 제2 금속을 유기층에 혼입시킴으로써, 실질적으로 전자 주입층과 유기층을 동시에 성막할 수 있다. 이 결과, 제2 금속의 원자가, 처리 용기 내의 잔류 수분, 질소, 산소 등과 반응하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 전자의 주입 효율을 높게 유지한 고성능인 유기 EL 전자 디바이스를 안정적으로 제조할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 일함수가 낮은 재료를 신속히 유기층과 음극과의 계면 근방에 삽입할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 EL 전자 디바이스를 제조하는 프로세스를 나타낸 도면이다.
도 2는 동 실시 형태에 따른 기판 처리 시스템의 개략 구성도이다.
도 3은 동 실시 형태에 따른 6층 연속 성막 처리를 실행하는 PM1의 종단면도이다.
도 4는 동 실시 형태에 따른 6층 연속 성막 처리에 의해 형성되는 유기 EL 소자를 나타낸 도면이다.
도 5는 유기층(제6층) 성막 처리를 나타낸 플로우 차트이다.
도 6A는 성막 시간에 대한 전류치를 나타낸 그래프이다.
도 6B는 성막 시간에 대한 전류치를 나타낸 그래프이다.
도 7은 유기층(제6층)의 성막 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 동 실시 형태에 따른 기판 처리 시스템의 개략 구성도이다.
도 3은 동 실시 형태에 따른 6층 연속 성막 처리를 실행하는 PM1의 종단면도이다.
도 4는 동 실시 형태에 따른 6층 연속 성막 처리에 의해 형성되는 유기 EL 소자를 나타낸 도면이다.
도 5는 유기층(제6층) 성막 처리를 나타낸 플로우 차트이다.
도 6A는 성막 시간에 대한 전류치를 나타낸 그래프이다.
도 6B는 성막 시간에 대한 전류치를 나타낸 그래프이다.
도 7은 유기층(제6층)의 성막 과정을 설명하기 위한 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 첨부 도면에 있어서, 동일한 구성 및 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 붙임으로써, 중복 설명을 생략한다.
(유기 EL 전자 디바이스의 제조 프로세스)
맨 처음, 본 실시 형태에 따른 유기 EL 전자 디바이스의 제조 프로세스에 대해서 도 1을 참조하면서 설명한다. 우선, 도 1의 a에 나타낸, ITO(Indium Tin Oxide) 부착의 유리 기판(G)(이하, 기판(G)이라고 함)이 성막 장치에 반입되어, ITO(양극)(10)상에, 도 1의 b에 나타낸 유기층(20)이 성막된다. 유기층(20) 중, 일부에서 알칼리 금속을 혼입하지만 이에 대해서는 후술한다.
다음으로, 기판(G)은, 스퍼터 장치에 반송되어 은(Ag)으로 형성된 스퍼터링재에 아르곤 가스의 이온을 충돌시킴으로써, 스퍼터링 원자(Ag)를 때려 내쫓는다. 때려 내쫓긴 스퍼터링 원자(Ag)는, 패턴 마스크를 통하여 유기층(20)상에 퇴적된다. 이에 따라, 도 1의 c에 나타낸 메탈 전극(음극)(30)이 성막된다.
다음으로, 기판(G)은, 에칭 장치에 반송되어, 용기 내에 공급된 에칭 가스를 여기시켜 생성된 플라즈마에 의해, 메탈 전극(30)을 마스크로 하여 유기층(20)을 드라이 에칭한다. 이에 따라, 도 1의 d에 나타낸 바와 같이, 메탈 전극(30)의 하부에 위치한 유기층(20)만이 기판(G)상에 남는다.
이어서, 기판(G)은, 재차 스퍼터 장치에 반송되어, 전술한 스퍼터링에 의해, 도 1의 e에 나타낸 바와 같이, 패턴 마스크를 사용하여 메탈 전극(측벽)(30)이 성막된다.
다음으로, 기판(G)은, 예를 들면, RLSA(Radial Line Slot Antenna) 플라즈마 CVD 장치 등의 CVD 장치에 반송되어, 도 1의 f에 나타낸 바와 같이, 패턴 마스크를 사용하여, 예를 들면, 수소화 질화 규소(H:SiNx)로 이루어지는 봉지막(40)이 성막되고, 이에 따라, 유기 EL 소자가 봉지되어, 외부의 수분 등으로부터 보호된다.
이상에 설명한 유기 EL 전자 디바이스는, 예를 들면, 도 2에 나타낸 클러스터형의 기판 처리 시스템(Sys) 내에서 제조된다. 이하에, 기판 처리 시스템(Sys)의 전체 구성을 설명하고, 그 후, 기판 처리 시스템(Sys) 내부에서의 기판(G)의 반송 및 처리에 대해서 설명한다.
(기판 처리 시스템의 전체 구성, 기판의 반송 및 각 처리)
본 실시 형태에 따른 기판 처리 시스템(Sys)은, 복수의 처리 용기를 갖는 클러스터형의 제조 장치로서, 로드록실(LLM; Load Lock Module), 반송실(TM; Transfer Module), 클리닝실(전(前) 처리실)(CM; Cleaning Module) 및 4가지 상이한 처리가 실행되는 처리 용기인 프로세스 모듈(PM;Process Module)(PM1∼PM4)로 구성된다.
로드록실(LLM)은, 대기계(大氣系)로부터 반송된 기판(G)을, 감압 상태에 있는 반송실(TM)로 반송하기 위해 내부를 감압 상태로 유지한 진공 반송실이다. 반송실(TM)에는, 대략 중앙에 굴신 및 선회 가능한 다관절 형상의 반송 아암(Arm)이 배설되어 있다. 기판(G)은, 맨 처음, 반송 아암(Arm)을 이용하여 로드록실(LLM)로부터 전(前) 처리실(CM)에 반송되고, 다음으로, PM1에 반송되고, 추가로, 그 외의 PM2∼PM4에 반송된다. 클리닝실(CM)에서는, 기판(G)에 형성된 양극층으로서의 ITO(10)의 표면에 부착된 오염물(주로 유기물)을 제거한다.
PM1∼PM4에서는, 우선, PM1에서, 증착에 의해 기판의 ITO 표면에 6층의 유기층(20)이 연속적으로 성막된다. 특히, 제6층의 전자 수송층 및 전자 주입층의 성막에서는, 그 일부에 세슘을 혼입시키면서 유기 재료를 증착시킴으로써 동층(同層)이 성막된다.
다음으로, 기판(G)은 PM4에 반송된다. PM4에서는, 스퍼터링에 의해 기판(G)의 유기층(20)상에 메탈 전극(30)이 형성된다. 다음으로, 기판(G)은, PM2에 반송되어, 메탈 전극(30)을 패턴 마스크로 하여 유기층(20)의 일부가 에칭에 의해 제거된다.
이어서, 기판(G)은, 재차 PM4에 반송되어, PM4에서 메탈 전극(30)의 측부가 스퍼터링에 의해 형성되고, 마지막으로 PM3에 반송되어, PM3에서 CVD에 의해 봉지막(40)이 형성된다.
(제어기)
기판 처리 시스템(Sys)을 이용한 상기 처리는, 제어기(50)에 의해 제어된다. 제어기(50)는, ROM(50a), RAM(50b), CPU(50c) 및 입출력 I/F(인터페이스)(50d)를 갖고 있다. ROM(50a), RAM(50b)에는, 예를 들면, 유기층(제6층)(20)을 성막할 때의 세슘 혼입량을 제어하기 위한 데이터나 제어 프로그램이 격납되어 있다.
CPU(50c)는, ROM(50a), RAM(50b)에 격납된 데이터나 제어 프로그램을 이용하여, 기판 처리 시스템(Sys) 내의 반송이나 프로세스를 제어하기 위한 구동 신호를 생성한다. 입출력 I/F(50d)는, CPU(50c)에 의해 생성된 구동 신호를 기판 처리 시스템(Sys)에 출력하고, 이것에 따라서 기판 처리 시스템(Sys)으로부터 출력된 응답 신호를 입력하여, CPU(50c)에 전한다. 또한, 제어기(50)는, 기화된 유기층의 제6층을 형성하는 유기 재료에 혼입시키는 알칼리 금속의 비율을 제어하는 제어부에 상당한다.
이하에서는, 기판 처리 시스템(Sys)에 설치된, 유기막을 성막하는 성막 장치(PM1)의 내부 구성 및 유기막의 적층 구조에 대해서, 도 3, 4를 참조하면서 설명한다.
(유기막의 성막: PM1)
도 3에 그 종단면을 모식적 (schematically)으로 나타낸 바와 같이, PM1은, 처리 용기(100), 증착 장치(200), 제2 증착원으로서의 디스펜서(Ds)를 갖고 있다. 각 장치는 제어기(50)에 의해 제어되고, 이에 따라, 처리 용기(100) 내에서 6층의 유기층(20)이 연속적으로 성막된다.
<처리 용기>
처리 용기(100)는 직방체이며, 그 내부에 이동 수단(110), 6개의 취출 기구(120a∼120f) 및 7개의 격벽(130)을 갖고 있다. 처리 용기(100)의 측벽에는, 개폐에 의해 기판(G)을 반입, 반출 가능한 게이트 밸브(140)가 형성되어 있다.
이동 수단(110)은, 스테이지(110a), 지지체(110b) 및 이동 기구(110c)를 갖고 있다. 스테이지(110a)는, 지지체(110b)에 의해 지지되어, 게이트 밸브(140)로부터 반입된 기판(G)을, 도시하지 않은 고전압 전원으로부터 인가된 고전압에 의해 정전 흡착한다. 이동 기구(110c)는, 처리 용기(100)의 천정부에 장착됨과 동시에 접지되어 있어, 기판(G)을 스테이지(110a) 및 지지체(110b)와 함께 처리 용기(100)의 길이 방향으로 이동시키고, 이에 따라, 각 취출 기구(120)의 약간의 상공에서 기판(G)을 평행 이동시키도록 되어 있다. 또한, 스테이지(110a)는, 피처리체를 올려놓은 상태로 이동 가능한 재치대에 상당한다.
6개의 취출 기구(120a∼120f)는, 형상 및 구조가 모두 동일하며, 서로 평행 하고 등간격으로 배치되어 있다. 취출 기구(120a∼120f)는, 그 내부가 중공(이하, 이 공간을 완충 공간(S)이라고 함)의 직사각 형상을 하고 있고, 그 상부 중앙에 형성된 개구로부터 유기 분자를 취출하도록 되어 있다. 취출 기구(120a∼120f)의 하부는, 처리 용기(100)의 저벽을 관통하는 제1 가스 공급관(150a∼150f)에 각각 연결되어 있다.
격벽(130)은, 각 취출 기구(120)를 구분함으로써, 각 취출 기구(120)의 개구로부터 취출되는 유기 분자가 이웃의 취출 기구(120)로부터 취출되는 유기 분자에 혼입되는 것을 방지하도록 되어 있다.
처리 용기(100)에는 배기구(160)가 형성되어 있다. 배기구(160)는 개도 조정 가능 밸브(V1)를 통하여 진공 펌프(170)에 연결되어 있다. 처리 용기(100)의 내부는, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여, 밸브(V1)의 개도를 조정함으로써 소망하는 진공도로 제어된다.
<증착 장치>
증착 장치(200)에는, 형상 및 구조가 동일한 6개의 증착원(210a∼210f)이 내장되어 있다. 각 증착원(210a∼210f)은, 내부에 상이한 유기 재료(A∼F)를 각각 수납하고 있다. 유기 재료(A∼F)가 각각 수납된 용기 저면에는 히터가 매입되고, 각 히터는 증착 장치(200)의 외부에 형성된 전원(220)에 접속되어 있다. 증착원(210f)은, 유기 재료(F)를 가열하여 기화시키는 제1 증착원에 상당한다.
전원(220)은, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여, 소망하는 전력을 출력함으로써, 각 증착원(210a∼210f)의 각 히터를 각각 별개로 가열한다. 이와 같이 하여, 각 증착원을 200∼500℃ 정도의 고온으로 함으로써 각 유기 재료(A∼F)를 각각 기화시키도록 되어 있다. 또한, 기화란, 액체가 기체로 바뀌는 현상뿐만 아니라, 고체가 액체 상태를 거치지 않고 직접 기체로 바뀌는 현상(즉, 승화)도 포함하고 있다.
증착원(210a∼210f)에는, 아르곤 가스를 공급하는 가스 라인이 형성되어 있다. 도 3에서는, 증착원(210f)에 아르곤 가스를 공급하는 가스 라인(230f)만 나타나 있다. 아르곤 가스 공급원으로부터 출력된 아르곤 가스는, 가스 라인(230f)을 지나 증착원(210f) 내에 공급된다. 아르곤 가스의 공급 및 차단과 유량은, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여, 가스 라인(230f)에 연결된 매스 플로우 컨트롤러(MFC1; Mass Flow Controller) 및 밸브(V2)를 제어함으로써 조절된다.
증착원(210a∼210f)은, 그 상부에서 제1 가스 공급관(150a∼150f)에 각각 연결되어 있다. 제1 가스 공급관(150a∼150f)은, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여 가열되어 소정의 고온 상태로 유지되어 있다. 이에 따라, 각 증착원(210)에서 기화된 유기 분자(A∼F)는, 각 제1 가스 공급관(150)에 부착되는 일 없이, 가스 라인(230f)으로부터 공급된 아르곤 가스를 캐리어 가스로 하여, 각 제1 가스 공급관(150) 내부의 가스 통로(제1 가스 공급로)를 지나 각 취출 기구(120)까지 운반되어, 각 취출 기구(120)의 개구로부터 처리 용기(100)의 내부로 방출된다.
각 제1 가스 공급관(150)의 하류 측에는, 개도 조정 가능 밸브(V3)(제1 개폐 기구에 상당)가 각각 장착되어 있어, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여, 밸브(V3)의 개도를 조정함으로써, 각 제1 가스 공급관(150)을 통과하는 각 유기 재료의 공급량을 제어하도록 되어 있다.
증착 장치(200)에는 배기구(240)가 형성되어 있다. 배기구(240)는 개도 조정 가능 밸브(V4)를 통하여 진공 펌프(250)에 연결되어 있다. 증착 장치(200)의 내부는, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여, 밸브(V4)의 개도를 조정함으로써 소망하는 진공도로 제어된다.
<제2 증착원: 디스펜서>
처리 용기(100)의 외부에는, 세슘을 가열하여 기화시키는 디스펜서(Ds)(제2 증착원에 상당)가 형성되어 있다. 디스펜서(Ds)의 내부에는 세슘 등의 알칼리 금속을 수납할 수 있는 증발 용기(Ds1)가 형성되어 있다. 증발 용기(Ds1)에는, 전원(Ds2)이 접속되어 있다. 전원(Ds2)에는, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여 소망하는 전압이 인가되어, 증발 용기(Ds1)에 소정의 전류가 흐른다. 이에 따라, 증발 용기(Ds1)는, 가열되어 소망하는 온도로 유지된다. 이와 같이 하여, 증발 용기(Ds1)에 수납된 세슘의 증발량을 조정할 수 있다. 또한, 증발 용기(Ds1)에 수납되는 금속(제2 금속에 상당)은, 제1 금속보다 일함수가 낮은 알칼리 금속인 것이 바람직하다. 제2 금속의 일 예로서는, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘을 들 수 있다. 제1 금속은, 은 또는 알루미늄을 주로 하는 재료(합금을 포함함)이면 좋다.
디스펜서(Ds)는, 개도 조정 가능 밸브(V5)를 통하여 진공 펌프(310)에 연결되어 있다. 디스펜서(Ds)의 내부는, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여 밸브(V5)의 개도를 조절함으로써 소망하는 진공압으로 제어된다.
또한, 디스펜서(Ds)는, 가스의 유량을 조정하는 매스 플로우 컨트롤러(MFC2) 및 밸브(V6)를 통하여 아르곤 가스 공급원에 연결되어 있다. 아르곤 가스의 공급 및 차단과 유량은, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여, 매스 플로우 컨트롤러(MFC2) 및 밸브(V6)를 제어함으로써 조절된다. 디스펜서(Ds)와 제1 가스 공급관(150f)은, 제2 가스 공급관(320)을 통하여 연결되어 있다.
이에 따라, 디스펜서(Ds) 내에서 증발한 세슘은, 디스펜서(Ds) 내로 들여보내진 소정량의 아르곤 가스를 캐리어 가스로 하여, 제2 가스 공급관(320) 내부의 통로(제2 가스 공급로)를 지나 처리 용기 내까지 반송된다. 이때, 아르곤 가스 및 세슘의 증기를 통과시키는 배관(제2 가스 공급관(320)을 포함함) 및 디스펜서(Ds)는, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여, 예를 들면, 200℃ 이상의 온도로 조절된다. 이에 따라, 세슘의 증기가 아르곤 가스에 의해 반송될 때, 배관 등에 부착되어 액화하는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 유기층에 혼입시키는 제2 금속의 비율을 정밀도 좋게 제어할 수 있음과 함께, 재료 효율을 높일 수 있다.
제2 가스 공급관(320)에는, 개도 조정 가능 밸브(V7)(제2 개폐 기구에 상당)가 장착되어 있어, 제어기(50)로부터 출력된 구동 신호에 기초하여 밸브(V7)의 개도를 조정함으로써, 제2 가스 공급관(320)을 통과하는 세슘의 공급량을 제어하도록 되어 있다.
제2 가스 공급관(320)은, 밸브(V3)보다 하류측에서 제1 가스 공급관(150f)에 연결된다. 이에 따라, 제1 가스 공급관(150f)를 통과한 유기 재료(F)의 분자와 세슘의 분자가 혼합되면서 취출 기구(120f)를 향하여 운반된다.
취출 기구(120f)에 도달한 유기 재료(F) 및 세슘의 혼합 가스는, 좁혀진 취출구를 지나 처리 용기 내로 취출되기 때문에, 취출되는 기체 분자의 양은 제한된다. 이에 따라, 완충 공간(S)으로 들어간 상기 기체 분자 중, 소정량을 초과한 기체 분자는 곧바로는 취출구를 지나지 못하고, 일시적으로 완충 공간(S)에 체류한다. 이와 같이 하여, 완충 공간(S)의 압력이, 취출 기구(120f)의 외부의 압력(즉, 처리실(U)의 압력)보다 높아지도록, 기체 분자를 완충 공간(S)에 일시적으로 체류시킴으로써, 기체 분자는, 완충 공간(S)에 체류하는 동안에 보다 균일하게 혼합된다. 균일하게 혼합된 기체 분자는, 취출구로부터 균일한 상태로 기판(G)을 향하여 취출된다.
이상에서 설명한 성막 장치에 의하면, 각 취출 기구(120)로부터 취출된 유기 분자 중, 우선, 취출 기구(120a)로부터 취출된 유기 분자가, 취출 기구(120a)의 상방을 어떤 속도로 진행하는 기판(G)상의 ITO(양극)에 부착됨으로써, 도 4에 나타낸 바와 같이, 기판(G)에 제1층의 홀 수송층이 형성된다. 이어서, 기판(G)이 취출 기구(120b)로부터 취출 기구(120e)까지 순서대로 이동할 때, 각 취출 기구(120b∼120e)로부터 취출된 유기 분자(A∼E)가 각각 기판(G)에 퇴적됨으로써, 유기층(제2층∼제5층)이 순서대로 형성된다. 마지막으로, 취출 기구(120f)로부터 세슘이 혼입된 유기재 분자(F)가 기판(G)에 퇴적됨으로써, 유기층의 제6층인 전자 수송층(전자 주입층)이 형성된다.
이와 같이 하여, 기판(G)의 ITO(양극)(10)상에 유기층(20)이 성막된다. 성막 후, 기판(G)은 즉시 PM4에 반송되어, 스퍼터링에 의해 유기층(20)상에 메탈 전극(30)이 성막된다.
(유기층(제6층) 성막 처리)
다음으로, 전술한 구성을 갖는 성막 장치의 내부에서 세슘(Cs)을 혼입하면서 유기층(제6층)을 성막하는 처리에 대해서, 제어기(50)가 실행하는 처리 순서를 나타낸 도 5의 플로우 차트를 참조하면서 설명한다.
유기층(제6층) 성막 처리는, 스텝 500에서부터 개시되고, 제어기(50)는, 스텝 505에서 각부의 온도를 제어한다. 온도 제어의 하나로서, 제어기(50)는, 디스펜서(Ds)에 형성된 증발 용기(Ds1)를 흐르는 전류치(전원(Ds2)의 전압치)를 제어한다. 예를 들면, 도 6A에 나타낸 바와 같이, 성막 시간에 대한 전류치를 제어하기 위한 데이터가 ROM(50a)에 기억되어 있는 경우, 제어기(50)는, ROM(50a)의 데이터에 기초하여 스텝 505에서 전류치를 0(OFF치)으로 설정한다. 이에 따르면, t1 시간이 경과하기까지 세슘은 기화되지 않는다.
다른 온도 제어로서는, 예를 들면, 제어기(50)는, 증착원(210f)의 히터나, 제1 가스 공급관(150f)이나 제2 가스 공급관(320) 등에 매설된 도시하지 않은 히터를 200℃ 이상의 소정의 온도가 되도록 제어한다.
다음으로, 제어기(50)는, 스텝 510에서 각 밸브 및 각 매스 플로우 컨트롤러를 제어하여, 제1 가스 공급관(150f)을 통과하는 유기 분자(F) 및 아르곤 가스의 유량이나 제2 가스 공급관(320)을 통과하는 세슘 분자나 아르곤 가스의 유량을 제어한다. 전술한 바와 같이, 처리 시간 t1까지는 세슘을 유기층(제6층)에 혼입시키지 않도록 제어하기 위해, 밸브(V7)는 전폐(fully closing)한다. 또한, 밸브(V3)는, 소정량의 유기 분자(F)가 취출 기구(120f)의 취출구로부터 공급되도록 조정된다.
이어서, 제어기(50)는, 스텝 515에서 스테이지(110a)를 취출 기구(120f)의 상방까지 이동시킨다. 이에 따라, 도 7의 a에 나타낸 바와 같이, 취출 기구(120f)의 취출구로부터 유기 분자(F)가 스테이지(110a)를 향하여 방출된다.
여기에서, 유기층(제6층)에 혼입시키는 세슘(Cs)의 비율은 매우 중요하다. 이는, 발광층 상에 전자 수송층, 전자 주입층, 메탈 전극(음극)을 적층시키는 종래의 유기 EL 전자 디바이스에 있어서, 전자 주입층을 구성하는 알칼리 금속의 두께는, 메탈 전극(음극)이나 전자 수송층에 비하여 상당 정도 얇은 편이 좋다는 연구 결과도 있는 것에서도 알 수 있다. 예를 들면, 전자 주입층에 리튬을 이용한 경우, 그 두께는 0.5∼2.0nm 정도가 바람직하고, 이 이상 두꺼우면 오히려 전자의 주입 효율이 저하된다는 보고도 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 세슘(Cs)의 혼입 비율의 중요성을 감안하여, 유기층(20)에 혼입시키는 세슘(Cs)의 비율을 제어하는 한 방법으로서, 디스펜서(Ds)의 온도가 제어된다. 즉, 제어기(50)는, 스텝 520에서 유기층의 제6층이 소정의 두께까지 성막되어 있지 않다고 판정한 후, 스텝 525에서 디스펜서(Ds)의 온도를 바꿀지 아닐지를 제어한다. 도 6A에 나타낸 바와 같이 소정 시간(t1) 경과 전까지는, 디스펜서(Ds)에 흘리는 전류를 OFF로 한다. 즉, 전원(Ds2)에 전압을 인가하지 않는다. 따라서, 소정 시간(t1) 경과 전은, 제어기(50)는, 스텝 530을 스킵하여, 스텝 535에서 가스 유량을 바꿀지 아닐지를 판정한다. 가스 유량을 바꿈으로써, 성막 속도를 변화시키고 싶은 경우, 제어기(50)는, 스텝 540으로 진행하여, 밸브(V3)의 개도를 조절함으로써, 성막 속도를 제어한다. 이 과정에서는, 도 7의 b에 나타낸 바와 같이, 유기 분자(F)만이 적층된 박막이 형성되어 있다.
스텝 520∼540을 반복하는 동안, 소정 시간(t1)이 경과하면, 제어기(50)는, 온도를 바꾼다. 즉, 제어기(50)는, 스텝 520, 525에 이어지는 스텝 530에서, 도 6A에 나타낸 바와 같이 디스펜서(Ds)에 흘리는 전류를 ON으로 제어한다(전원(Ds2)에 소정의 전압을 인가한다).
이어서, 제어기(50)는, 스텝 535로 진행하여, 가스 유량을 바꿀지 아닐지를 판정한다. 소정 시간(t1) 경과 후는, 유기층에 세슘(Cs)을 혼입시켜 전자 주입층을 형성할 필요가 있다. 이 때문에, 제어기(50)는, 스텝 535에서 가스 유량을 바꾼다고 판정하고, 스텝 540에서 밸브(V7)의 개도를 조정함으로써, 제2 가스 공급관(320)의 통로를 지나는 세슘(Cs)의 양을 제어한다. 동시에, 제어기(50)는, 동 스텝 540에서 매스 플로우 컨트롤러(MFC2) 및 밸브(V6)를 조정함으로써, 아르곤 가스의 유량을 변화시키고, 이에 따라, 단위 시간당 제2 가스 공급관(320)의 통로를 지나는 세슘(Cs)의 양을 제어한다. 이에 따라, 도 7의 c에 나타낸 바와 같이, 유기 분자(F)에 세슘(Cs)이 혼입된 상태로 취출 기구(120f)의 취출구로부터 각 가스가 스테이지(110a)를 향하여 방출된다.
이 상태에서, 성막이 진행되어, 유기층(제6층)이 소정의 두께까지 성막되면, 제어기(50)는, 스텝 520으로부터 스텝 595로 진행하여, 본 처리를 종료한다. 이 상태에서는, 도 7의 d에 나타낸 바와 같이, 유기층(제6층) 중, 세슘(Cs)이 혼입되어 있지 않은 유기 분자(F)만의 박막이 전자 수송층으로서 형성되고, 그 후, 세슘(Cs)이 혼입된 유기 분자(F)의 극히 얇은 막이 전자 주입층으로서 형성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 유기층(제6층) 성막의 제어 방법에 의하면, 알칼리 금속을 유기층에 혼입시킴으로써, 실질적으로 전자 주입층과 유기층을 동시에 성막할 수 있다. 이에 따라, 활성인 알칼리 금속이 수분, 질소, 산소 등과 반응하는 것을 극력 억제하고, 이에 따라, 전자 주입 효율이 높은 유기 EL 전자 디바이스를 제조할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 유기층의 성막 방법에 의하면, 여러 가지의 제어 방법을 이용하여 유기층(20)의 제6층에 혼입시키는 알칼리 금속의 비율을 제어할 수 있다. 구체예로서는, 전술한 바와 같이, 예를 들면, 디스펜서(Ds)의 온도를 제어함으로써, 디스펜서(Ds)에 수납된 알칼리 금속의 증발 속도를 제어하여, 이에 따라, 유기층(20)에 혼입시키는 알칼리 금속의 비율을 제어할 수 있다. 증착원(210f)의 온도를 제어함으로써, 유기 재료(F)의 증발 속도를 제어하여, 이에 따라, 유기층(20)에 혼입시키는 알칼리 금속의 비율을 제어해도 좋다.
또한, 다른 예로서는, 증착원(210f)이나 디스펜서(Ds)에 공급하는 아르곤 가스 등의 불활성 가스의 유량을 제어함으로써, 단위 시간당 각 가스 공급로를 통과하는 유기 재료의 양이나 알칼리 금속의 양을 제어하여, 이에 따라, 유기층(20)에 혼입시키는 알칼리 금속의 비율을 제어할 수 있다. 이와 같이 하여, 온도 제어에 의해 대략의 제어를 행하여, 캐리어 가스인 불활성 가스의 유량 제어에 의해 세밀한 제어를 행함으로써, 유기층(20)의 제6층을 성막중에 알칼리 금속을 혼입하는 양을 보다 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
제1 가스 공급관(150f)으로부터 처리 용기 내에 공급하는 가스의 총 유량과 제2 가스 공급관(320)으로부터 처리 용기 내에 공급하는 가스의 총 유량과의 비율을 제어함으로써, 유기층(20)에 혼입시키는 알칼리 금속의 비율을 제어해도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 알칼리 금속이 혼입되어 있지 않은 유기막(전자 수송층)을 형성 후, 알칼리 금속을 혼입시킨 유기층(전자 주입층)을 전자 수송층상에 연속적으로 성막했다. 그러나, 도 6B에 나타낸 바와 같이, 디스펜서(Ds)에 흘리는 전류량을 서서히 증가시킴으로써, 알칼리 금속의 증발량을 증가시켜도 좋다. 이에 따르면, 유기층(20)으로의 알칼리 금속의 혼입량을 서서히 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 음극의 근방이 되면 될수록 알칼리 금속의 원자수가 많고, 음극으로부터 멀어질수록 알칼리 금속의 원자수가 적어지도록 유기층에 알칼리 금속을 혼입시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 일함수가 낮은 알칼리 금속과 유기층을 동시에 성막하는 것이 가능해져, 활성화되기 쉬운 알칼리 금속을 산화 등 시키는 일 없이, 고성능인 유기 EL 디바이스를 안정적으로 제조할 수 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 각부의 동작은 서로 관련되어 있어, 서로의 관련을 고려하면서, 일련의 동작으로서 치환할 수 있다. 그리고, 이와 같이 치환함으로써, 상기 유기 EL 전자 디바이스를 제조하기 위한 성막 장치의 실시 형태를, 상기 디바이스를 제조하기 위한 성막 방법의 실시 형태 및 상기 디바이스를 제조하기 위한 성막 장치의 제어 방법으로 할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예에 생각이 미칠 수 있음은 분명하며, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 본 실시 형태에서는, 유기층(20)의 제6층에 알칼리 금속을 혼입시켰지만, 유기층(20)에 알칼리 금속을 혼입시킴과 함께, 다음으로 성막되는 메탈 전극(30) 중에도 알칼리 금속을 혼입시켜도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, 성막 장치의 처리 용기(100)와 증착 장치(200)를 별체로 형성했지만, 하나의 처리 용기 내에 각 유기 재료의 증착원을 내장시켜도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 가스 공급관(150f)에 제2 가스 공급관(320)을 연결시키고 있지만, 제1 가스 공급관(150f) 및 제2 가스 공급관(320)은, 따로따로 취출 기구(120f)에 연결되도록 해도 좋다.
또한, 피처리체는, 730mm×920mm 이상의 기판이라도 좋고, 200mm나 300mm 이상의 실리콘 웨이퍼라도 좋다.
10 : ITO
20 : 유기층
30 : 메탈 전극
40 : 봉지막
50 : 제어기
100 : 처리 용기
110 : 이동 수단
120a∼120f : 취출 기구
130 : 격벽
150a∼150f : 제1 가스 공급관
200 : 증착 장치
210a∼210f : 증착원
220 : 전원
320 : 제2 가스 공급관
G : 기판
Sys : 기판 처리 시스템
PM1, PM2, PM3, PM4 : 프로세스 모듈
Ds : 디스펜서
Ds1 : 증발 용기
Ds2 : 전원
20 : 유기층
30 : 메탈 전극
40 : 봉지막
50 : 제어기
100 : 처리 용기
110 : 이동 수단
120a∼120f : 취출 기구
130 : 격벽
150a∼150f : 제1 가스 공급관
200 : 증착 장치
210a∼210f : 증착원
220 : 전원
320 : 제2 가스 공급관
G : 기판
Sys : 기판 처리 시스템
PM1, PM2, PM3, PM4 : 프로세스 모듈
Ds : 디스펜서
Ds1 : 증발 용기
Ds2 : 전원
Claims (18)
- 피처리체상에 유기층을 성막하는 성막 장치로서,
처리 용기와,
유기 재료를 가열하여 기화시키는 제1 증착원과,
상기 제1 증착원에 연통하여, 상기 제1 증착원에서 기화된 유기 재료를 불활성 가스에 의해 운반시키는 제1 가스 공급로와,
처리 용기 외부에 형성되어, 음극을 형성하는 제1 금속보다도 일함수가 작은 제2 금속을 가열하여 기화시키는 제2 증착원과,
상기 제2 증착원에 연통하여, 상기 제2 증착원에서 기화된 제2 금속을 불활성 가스에 의해 운반시키는 제2 가스 공급로와,
상기 제1 가스 공급로 및 상기 제2 가스 공급로에 연통하여, 상기 기화된 제2 금속을 상기 기화된 유기 재료에 혼입시켜 상기 처리 용기 내의 피처리체를 향하여 취출시키는 취출 기구 및
상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 기화된 제2 금속의 혼합 비율을 제어하는 제어기를 구비하고,
상기 제어기는 상기 제2 증착원을 흐르는 전류치의 제어와, 상기 제2 가스 공급로에 공급되는 불활성 가스의 유량을 제어하는 성막 장치. - 제1항에 기재된 성막장치의 제어방법으로서,
제1 증착원에서 유기 재료를 가열하여 기화시키고,
상기 기화된 유기 재료를 불활성 가스에 의해 운반하고,
처리 용기 외부에 형성된 제2 증착원에서, 음극을 형성하는 제1 금속보다도 일함수가 작은 제2 금속을 가열하여 기화시키고,
상기 기화된 제2 금속을 불활성 가스에 의해 운반하고,
상기 기화된 제2 금속을 상기 기화된 유기 재료에 혼입시켜 상기 처리 용기 내의 피처리체를 향하여 취출시키고,
상기 제2 증착원을 흐르는 전류치의 제어와, 상기 제2 금속을 운반하는 불활성 가스의 유량을 제어함으로써,
상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 기화된 제2 금속의 혼합 비율을 제어하는 성막 장치의 제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 증착원의 온도를 제어함으로써, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어하는 성막 장치의 제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 가스 공급로에 공급하는 상기 불활성 가스의 유량을 증감함으로써, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어하는 성막 장치의 제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 가스 공급로에 형성된 제1 개폐 기구를 제어함으로써, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어하는 성막 장치의 제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제2 가스 공급로에 형성된 제2 개폐 기구를 제어함으로써, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어하는 성막 장치의 제어 방법. - 제5항에 있어서,
상기 제1 개폐 기구 및, 상기 제2 가스 공급로에 형성되며, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어하는 제2 개폐 기구는 대기 중에 형성되어 있는 성막 장치의 제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 기화된 제2 금속을 혼입시키지 않고 상기 기화된 유기 재료로 피처리체상에 박막을 형성한 후, 상기 기화된 유기 재료에 상기 기화된 제2 금속을 혼입시키도록 제어하는 성막 장치의 제어 방법. - 제8항에 있어서,
상기 제2 금속을 혼입시키지 않은 유기층 및 상기 제2 금속을 혼입시킨 유기층은, 발광층과 음극과의 사이에 형성되는 성막 장치의 제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼입량이 상대적으로 증가하도록 제어하는 성막 장치의 제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제1 가스 공급로 및 상기 제2 가스 공급로를 형성하는 배관을 200℃ 이상으로 제어하는 성막 장치의 제어 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제2 금속은 알칼리 금속이며, 상기 제1 금속은 은 또는 알루미늄, 또는 그의 합금인 성막 장치의 제어 방법. - 제1항에 있어서,
상기 성막 장치는,
피처리체를 올려놓은 상태로 이동 가능한 재치대, 상기 제1 증착원을 포함하는 복수의 증착원 및 상기 복수의 증착원의 각 증착원에 연통한 제1 가스 공급로를 포함하는 복수의 가스 공급로 및 복수의 취출 기구를 구비하고,
상기 각 증착원에서 각각 기화된, 상이한 유기 재료를 각 증착원에 연통한 각 가스 공급로로 통과시켜 각 취출 기구로부터 각각 취출시킴으로써, 상기 각 취출 기구의 상방을 이동하는 재치대에 올려놓여진 피처리체상에 상이한 유기 재료를 연속 성막하고, 상기 연속 성막의 마지막에 상기 기화된 제2 금속을 혼입시킨 유기층을 성막하는 성막 장치. - 제1항에 있어서,
상기 취출 기구는,
상기 취출 기구의 내부에 완충 공간을 형성하여, 상기 취출 기구의 내부에 형성된 완충 공간의 압력이, 상기 처리 용기 내부의 압력보다 높아지도록, 상기 기화된 유기 재료 및 상기 기화된 제2 금속을 상기 완충 공간으로 통과시키고 나서 취출시키는 성막 장치. - 피처리체상에 유기층을 성막하는 성막 방법으로서,
제1 증착원에서 유기 재료를 가열하여 기화시키고,
상기 기화된 유기 재료를 불활성 가스에 의해 운반하고,
처리 용기 외부에 형성된 제2 증착원에서 음극을 형성하는 제1 금속보다도 일함수가 작은 제2 금속을 가열하여 기화시키고,
상기 기화된 제2 금속을 불활성 가스에 의해 운반하고,
그때, 상기 제2 증착원을 흐르는 전류의 제어와, 상기 제2 금속을 운반하는 불활성 가스의 유량의 제어를 행하여, 상기 기화된 유기 재료에 대한 상기 제2 금속의 혼합 비율을 제어하면서, 상기 기화된 유기 재료를 상기 처리 용기 내의 피처리체를 향하여 취출하는 성막 방법. - 삭제
- 삭제
- 제2항에 기재된 제어 방법에 의해 성막 장치를 제어하기 위해, 컴퓨터에 실행시키는 처리 순서를 정한 제어 프로그램을 기억한 기억 매체.
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