KR20090031615A - 성막 장치, 성막 시스템 및 성막 방법 - Google Patents
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Abstract
유기 EL 소자 등의 제조 공정에서 형성된 각 층에서의 상호 오염을 피할 수 있고, 또한, 풋프린트도 작고 생산성이 높은 성막 시스템을 제공한다. 기판(G)에 성막하는 성막 장치(13)로서, 처리 용기(30)의 내부에서, 제 1 층을 성막시키는 제 1 성막 기구(35)와, 제 2 층을 성막시키는 제 2 성막 기구(36)를 구비하고, 제 1 성막 기구(35)는, 처리 용기(30)의 내부에 배치된, 성막 재료의 증기를 기판에 공급하는 노즐(34)과, 처리 용기의 외부에 배치된, 성막 재료의 증기를 발생시키는 증기 발생부(45)와, 증기 발생부(45)에서 발생시킨 성막 재료의 증기를 노즐(34)에 보내는 배관(46)을 구비한다.
Description
본 발명은 기판에 소정 재료의 층을 성막하는 성막 장치와 성막 시스템에 관한 것이며, 또한 성막 방법에 관한 것이다.
최근, 일렉트로루미네센스(EL ; electroluminescence)를 이용한 유기 EL 소자가 개발되고 있다. 유기 EL 소자는 열을 거의 발생하지 않으므로 브라운관 등에 비해 소비 전력이 작고, 또한, 자(自)발광이므로, 액정 디스플레이(LCD) 등에 비해 시야각이 우수한 등의 이점이 있어, 향후의 발전이 기대되고 있다.
이 유기 EL 소자의 가장 기본적인 구조는 글라스 기판 상에 애노드(양극)층, 발광층 및 캐소드(음극)층을 중첩하여 형성한 샌드위치 구조이다. 발광층의 빛을 밖으로 취출하기 위해, 글라스 기판 상의 애노드층에는 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 투명 전극이 이용된다. 이러한 유기 EL 소자는, 표면에 ITO층(애노드층)이 사전에 형성된 글라스 기판 상에, 발광층과 캐소드층을 순서대로 성막함으로써 제조되는 것이 일반적이다.
또한, 캐소드층으로부터 발광층으로의 전자의 이동을 중개하기 위해, 양자 간에 일함수 조정층(전자 수송층)을 형성하고 있다. 이 일함수 조정층은, 예를 들 면 캐소드층 측의 발광층 계면에 Li 등의 알칼리 금속을 증착함으로써 형성된다. 이상과 같은 유기 EL 소자를 제조하는 장치로서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 도시한 성막 장치가 알려져 있다.
특허 문헌 1： 일본특허공개공보 2004-79904호
발명이 해결하고자 하는 과제
유기 EL 소자의 제조 공정에서는, 각 층을 형성하기 위해, 증착 또는 CVD 등의 성막 공정이 행하여지지만, 어쨌든 각 층간에서의 상호 오염(컨태미네이션)은 피해야 한다. 여기서, 상호 오염의 문제를 피하기 위해, 유기 EL 소자의 각 층을 형성하는 성막 기구를, 각각 별도의 처리 용기 내에 배치하는 것이 행해지고 있다
그러나, 각 성막 기구마다 독립된 처리 용기를 설치하면, 성막 시스템 전체가 대형화되어 풋프린트가 증대된다. 또한, 각 층을 성막할 때마다 처리 용기 내로부터 기판을 반출하여, 다른 용기에 반입하지 않으면 안되고, 반입 반출 공정이 증가하므로 스루풋이 향상될 수 없게 된다. 또한, 예를 들면, 상기 일함수 조정층의 재료인 알칼리 금속은 활성이 높고, 처리 용기 내의 잔류 수분 또는 질소, 산소 등과 반응하여 변질이 진행되기 쉽다. 따라서, 일함수 조정층을 성막한 후, 신속히 다음의 캐소드 층을 성막하는 것이 바람직하다.
이러한 각 성막 기구를 각각 별도의 처리 용기 내에 배치한 경우의 문제를 피하기 위해서는, 복수의 성막 기구를 동일한 처리 용기 내에 함께 배치하면 좋으나, 이렇게 하면, 상기 상호 오염의 문제가 있음은 전술한 바와 같다. 특히, 상기 일함수 조정층의 재료인 알칼리 금속은 활성이 높으므로, 일함수 조정층을 성막하는 성막 기구는 다른 성막 기구와 동일한 처리 용기 내에 함께 배치하는 것이 곤란하였다.
따라서, 본 발명의 목적은, 예를 들면, 유기 EL 소자 등의 제조 공정에서 형성되는 각 층에서의 상호 오염을 피할 수 있고, 또한 풋프린트도 작고 생산성이 높은 성막 시스템을 제공하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 의하면, 기판에 성막하는 성막 장치로서, 처리 용기의 내부에서, 제 1 층을 성막시키는 제 1 성막 기구와, 제 2 층을 성막시키는 제 2 성막 기구를 구비하고, 상기 제 1 성막 기구는, 상기 처리 용기의 내부에 배치된, 성막 재료의 증기를 기판에 공급하는 노즐과, 상기 처리 용기의 외부에 배치된, 성막 재료의 증기를 발생시키는 증기 발생부와, 상기 증기 발생부에서 발생시킨 성막 재료의 증기를 상기 노즐에 보내는 배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치가 제공된다.
이 성막 장치에서, 상기 증기 발생부는 상기 처리 용기의 외부에 배치된 용기와, 상기 용기의 내부에서 성막 재료원을 가열하는 가열 기구를 구비하고 있어도 좋다. 또한, 성막 재료의 증기를 캐리어 가스를 이용하여 증기 발생부 내로부터 노즐에 보내어도 좋다. 이 경우, 캐리어 가스로서는, 예를 들면 기판 등에 불활성의 희가스(예를 들면, Ar) 등이 이용된다. 또한, 상기 용기가 개폐 가능한 것이어도 좋다. 또한, 상기 처리 용기 내를 감압시키는 진공 펌프와, 상기 용기 내를 감압시키는 진공 펌프와, 상기 배관을 개폐시키는 개폐 기구를 구비해도 좋다. 이 경우, 상기 용기의 용적이 상기 처리 용기의 용적보다 작아도 좋다.
또한, 상기 처리 용기 내에서, 상기 제 1 성막 기구 및 상기 제 2 성막 기구의 각 처리 위치로 기판을 반송하는 반송 기구를 구비해도 좋다. 또한, 상기 제 2 성막 기구는, 스퍼터링에 의하여 제 2 층을 성막시키는 것이어도 좋다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판에 성막하는 성막 시스템으로서, 상기의 성막 장치와, 제 3 층을 성막시키는 제 3 성막 기구를 처리 용기의 내부에 구비하는 별도의 성막 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 시스템이 제공된다.
이 성막 시스템에서, 상기의 성막 장치와 상기 별도의 성막 장치와의 사이에서 기판을 반송하는 반송 장치를 구비해도 좋다. 또한, 상기 제 3 성막 기구는, 기판 표면에 제 3 층을 증착에 의하여 성막시키는 것이어도 좋다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판에 성막하는 성막 방법으로서, 처리 용기의 외부에서 발생시킨 성막 재료의 증기를, 상기 처리 용기의 내부에 배치한 노즐로부터 기판에 공급하여 기판에 증착시킴으로써, 제 1 층을 성막시킨 후, 상기 처리 용기의 내부에서 제 2 층을 성막시키는 것을 특징으로 하는 성막 방법이 제공된다. 또한, 처리 용기의 외부에서 발생시킨 성막 재료의 증기를, 예를 들면 Ar 등의 캐리어 가스(수송 가스)를 이용하여 노즐로 반송해도 좋다.
이 성막 방법에서, 상기 제 2 층을 스퍼터링에 의하여 성막시켜도 좋다. 또한, 사전에 별도의 처리 용기의 내부에서 제 3 층을 성막시켜도 좋다. 또한, 상기 제 3 층을 증착에 의하여 성막시켜도 좋다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 동일한 처리 용기의 내부에서, 제 1 층을 성막시키는 제 1 성막 기구와, 제 2 층을 성막시키는 제 2 성막 기구를 구비하고 있으므로, 성막 장치 및 성막 시스템을 소형으로 구성하는 것이 가능해진다. 또한, 동일한 처리 용기 내에서, 제 1 층과 제 2 층을 연속하여 성막시킬 수 있어 스루풋을 향상시킬 수 있으며, 또한, 예를 들면 일함수 조정층을 성막한 후, 신속히 다음의 캐소드층을 성막하는 것도 가능하게 되어, 일함수 조정층의 변질을 막을 수 있게 된다.
또한, 제 1 성막 기구에서, 성막 재료의 증기를 발생시키는 증기 발생부를, 상기 처리 용기의 외부에 배치하고 있으므로, 제 1 성막 기구에 사용되는 재료가 제 2 성막 기구 측으로 흐르는 것을 방지할 수 있어, 제 1 층과 제 2 층의 상호 오염을 효과적으로 피할 수 있게 된다. 또한, 제 2 성막 기구에서, 기판 표면에 제 2 층을 스퍼터링에 의하여 성막시킴으로써, 기판의 대형화에도 대응할 수 있게 된다.
또한, 제 3 성막 기구와, 제 1 성막 기구 및 제 2 성막 기구를 서로 다른 처리 용기 내에 설치함으로써, 제 3 의 층으로의 컨태미네이션과 제 1 층과 제 2 층으로의 컨태미네이션을 피할 수 있게 된다.
도 1(1) ~ 도 1(7)은 유기 EL 소자의 제조 공정의 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 성막 시스템의 설명도이다.
도 3은 스퍼터링 증착 성막 장치의 개략적인 구성을 도시한 설명도이다.
도 4a는 증착 성막 기구(제 1 성막 기구)의 노즐의 상면도, 도 4b는 정면도, 도 4c는 측면도이다.
도 5a 및 5b는 스퍼터링 성막 기구(제 2 성막 기구)의 개략적인 구성을 도시한 설명도이다.
도 6은 증착 성막 장치의 개략적인 구성을 나타낸 설명도이다.
도 7은 증착 성막 기구(제 3 성막 기구)의 설명도이다.
*부호의 설명*
A : 유기 EL 소자
G : 기판
M : 마스크
1 : 애노드층
2 : 발광층(제 3 층)
3 : 일함수 조정층(제 1 층)
4 : 캐소드층(제 2 층)
10 : 성막 시스템
11 : 반송 장치
12 : 기판 로드록 장치
13 : 스퍼터링 증착 성막 장치
14 : 얼라인먼트 장치
15 : 성형 장치
16 : 마스크 로드록 장치
17 : CVD 장치
18 : 기판 반전 장치
19 : 증착 성막 장치
20 : 반송 기구
30 : 처리 용기
31 : 배기관
32 : 진공 펌프
34 : 노즐
35 : 증착 성막 기구(제 1 성막 기구)
36 : 스퍼터링 성막 기구(제 2 성막 기구)
40 : 반송 기구
45 : 증기 발생부
46 : 배관
50 : 용기
51 : 가열 기구
53 : 수송 가스 공급관
56 : 배기관
57 : 진공 펌프
58 : 개폐 밸브
60 : 타겟
85 : 증착 성막 기구(제 3 성막 기구)
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 실시예에는, 성막의 일례로서, 글라스 기판(G)의 피처리면(예를 들면, 상면)에 애노드(양극)층(1), 발광층(2) 및 캐소드(음극)층(4)을 성막하여 제조되는 유기 EL 소자(A)의 제조 공정도를 예로 들어 구체적으로 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
도 1(1) ~ 도 1(7)은 유기 EL 소자(A)의 제조 공정의 설명도이다. 도 1(1)에 도시한 바와 같이, 이 실시예에서 사용되는 글라스 기판(G)의 표면에는 애노드(양극)층(1)이 소정의 패턴으로 사전에 형성되어 있다. 애노드층(1)에는, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 투명 전극이 이용된다.
우선, 도 1(2)에 도시한 바와 같이, 글라스 기판(G) 표면의 애노드층(1) 상에 발광층(2)을 성막한다. 이 발광층(2)은, 예를 들면 알루미늄 퀴놀레이트 착체(aluminato－tris－8－hydroxyquinolate(Alq3))를 글라스 기판(G) 표면에 증착함으로써 성막된다. 또한, 발광층(2)을 성막하기 전에, 예를 들면, NPB(N, N－di(naphthalene－1－yl)－N, N－diphenyl－benzidene)로 이루어진 도시하지 않은 정공 수송층(HTL ; Hole Transfer Layer)을 애노드층(1) 상에 증착 성막하고, 또한 그 위에 발광층(2)을 성막한 다층 구조 등으로 구성된다.
이어서, 도 1(3)에 도시한 바와 같이, 발광층(2)의 계면에 Li 등의 알칼리 금속을 증착함으로써, 일함수 조정층(3)을 소정의 형상으로 성막한다. 일함수 조정층(3)은, 이어서 설명하는 캐소드층(4)으로부터 발광층(2)으로의 전자의 이동을 중개하기 위한 전자 수송층(ETL ; Electron Transport Layer)으로서의 역할을 한다. 이 일함수 조정층(3)은, 예를 들면 Li 등의 알칼리 금속을 패턴 마스크를 이용하여 증착함으로써 성막된다.
이어서, 도 1(4)에 도시한 바와 같이, 일함수 조정층(3) 상에 캐소드(음극)층(4)을 소정의 형상으로 성막한다. 이 캐소드층(4)은, 예를 들면 Ag, Mg / Ag 합금 등을 패턴 마스크를 이용하여 스퍼터링함으로써 성막된다.
이어서, 도 1(5)에 도시한 바와 같이, 캐소드층(4)에 맞추어 발광층(2)을 원하는 형상으로 성형한다.
이어서, 도 1(6)에 도시한 바와 같이, 전극(5)에 대하여 전기적으로 접속하도록 캐소드층(4)의 접속부(4’)를 형성한다. 이 접속부(4’)도, 예를 들면 Ag, Mg / Ag 합금 등을 패턴 마스크를 이용하여 스퍼터링함으로써 성막된다.
마지막으로, 도 1(7)에 도시한 바와 같이, 질화막 등으로 이루어진 봉지(封止)막(6)을 CVD 등에 의하여 성막하고, 캐소드층(4)과 애노드층(1)의 사이에 발광층(2)을 개재한 샌드위치 구조 전체를 봉지하여 유기 EL 소자(A)가 제조된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 성막 시스템(10)의 설명도이다. 이 성막 시스템(10)은, 우선, 도 1(1) ~ 도 1(7)에서 설명한 유기 EL 소자(A)를 제조하는 시스템으로서 구성되어 있다. 또한, 유기 EL 소자(A)를 제조함에 있어서, 일함수 조 정층(3)을 제 1 층, 캐소드층(4)을 제 2 층, 발광층(2)(정공 수송층 등도 포함)을 제 3 층으로 하여 구체적으로 설명한다.
이 성막 시스템(10)은, 반송 장치(11)의 주위에 기판 로드록 장치(12), 스퍼터링 증착 성막 장치(13), 얼라인먼트 장치(14), 발광층(2)의 성형 장치(15), 마스크 로드록 장치(16), CVD 장치(17), 기판 반전 장치(18), 증착 성막 장치(19)를 배치한 구성이다. 본 발명에서는, 스퍼터링 증착 성막 장치(13)가, 제 1 층인 일함수 조정층(3)과 제 2 층인 캐소드층(4)을 성막하는 성막 장치에 해당한다. 또한, 증착 성막 장치(19)가 제 3 층인 발광층(2)을 성막하는 별도의 성막 장치에 해당한다.
반송 장치(11)는 기판(G)을 반송하기 위한 반송 기구(20)를 구비하고 있으며, 각 장치(12 ~ 19)에 대하여 자유롭게 기판(G)을 반입, 반출시킬 수 있다. 이로써, 각 장치(12 ~ 19) 사이에서, 반송 장치(11)에 의하여 임의의 순서로 기판(G)을 반송시킬 수 있다.
도 3은 제 1 및 제 2 층의 성막 장치에 해당하는 스퍼터링 증착 성막 장치(13)의 개략적인 구성을 도시한 설명도이다. 도 4a 내지 4c는 스퍼터링 증착 성막 장치(13)가 구비하는 증착 성막 기구(35)의 노즐(34)의 상면도, 정면도, 측면도이다. 도 5a 및 5b는 스퍼터링 증착 성막 장치(13)가 구비하는 스퍼터링 성막 기구(36)의 개략적인 구성을 도시한 설명도이다. 본 발명에서는, 이 스퍼터링 증착 성막 장치(13)에 구비된 증착 성막 기구(35)가, 제 1 층인 일함수 조정층(3)을 성막시키는 제 1 성막 기구에 해당한다. 또한, 스퍼터링 성막 기구(36)가 제 2 층인 캐소드층(4)을 성막시키는 제 2 성막 기구에 해당한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 증착 성막 장치(13)를 구성하는 처리 용기(30)의 측면에는 배기관(31)이 접속하고 있고, 진공 펌프(32)의 가동에 의하여 이 배기관(31)을 통하여 처리 용기(30) 내를 감압 배기할 수 있도록 되어 있다. 처리 용기(30)의 측면에는 게이트 밸브 등에 의하여 개폐되는 도시하지 않은 반입출구가 설치되어 있고, 상술한 반송 장치(11)의 반송 기구(20)에 의하여 그 반입출구를 거쳐 스퍼터링 증착 성막 장치(13)로 기판(G)이 반입, 반출된다.
처리 용기(30)의 내부에는 제 1 성막 기구에 해당하는 증착 성막 기구(35)의 노즐(34), 제 2 성막 기구에 해당하는 스퍼터링 성막 기구(36)가 설치되어 있다. 또한, 도 4a 내지 4c 및, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 처리 용기(30) 내에는 증착 성막 기구(35)와 스퍼터링 성막 기구(36)의 하방에서 기판(G)을 반송하는 반송 기구(40)가 설치되어 있다.
반송 기구(40)는 기판(G)을 유지하는 스테이지(42)와, 스테이지(42)를 증착 성막 기구(35)와 스퍼터링 성막 기구(36)의 하방에서 이동시키는 컨베이어(43)를 가지고 있다. 스테이지(42)는 기판(G)을 상면에 장착하여 유지하기 위해, 예를 들면 정전 척 등으로 구성된다. 또한, 이와 같이 스테이지(42)에 유지된 기판(G) 상에 도시하지 않은 마스크가 위치 결정된 상태에서 유지되도록 되어 있다.
기판(G) 및 마스크는, 상술한 반송 장치(11)의 반송 기구(20)에 의하여 처리 용기(30) 내로 반입된다. 이렇게 하여, 처리 용기(30) 내로 반입된 기판(G) 및 마스크를 스테이지(42)의 상면에 위치 결정한 상태로 유지하도록 되어 있다.
반송 기구(40)는, 이렇게 하여 스테이지(42)의 상면에 유지한 기판(G)을, 우 선, 증착 성막 기구(35)의 하방으로 이동시킨다. 그리고, 증착 성막 기구(35)에 의하여, 기판(G)에 제 1 층인 일함수 조정층(3)을 증착에 의하여 원하는 패턴으로 성막시킨다. 이어서, 스테이지(42)의 상면에 유지한 기판(G)을 스퍼터링 성막 기구(36)의 하방으로 이동시킨다. 그리고, 스퍼터링 성막 기구(36)에 의하여, 기판(G)에 제 2 층인 캐소드층(4)을 스퍼터링에 의하여 원하는 패턴으로 성막 시킨다. 그 후, 기판(G) 및 마스크는 상술한 반송 장치(11)의 반송 기구(20)에 의하여 처리 용기(30) 밖으로 반출된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제 1 성막 기구에 해당하는 증착 성막 기구(35)는, 처리 용기(30)의 내부에 배치된 노즐(34)과, 처리 용기(30)의 외부에 배치된 증기 발생부(45)와, 성막 재료의 증기를 증기 발생부(45)로부터 노즐(34)에 보내는 배관(46)을 구비하고 있다.
증기 발생부(45)는 처리 용기(30)의 외부에 배치된 용기(50)의 내부에 가열 기구(51)를 배치한 구성이다. 용기(50)의 용적은 처리 용기(30)의 용적보다 작다.
가열 기구(51)는 그 내부에 제 1 층인 일함수 조정층(3)의 재료인, 예를 들면 Li 등의 알칼리 금속의 증기를 발생시키기 위한 성막 재료원을 수납 가능한 용기 형상으로 형성되어 있으며, 가열 기구(51) 전체가 전원(52)으로부터 공급된 전압에 의하여 가열되는 전기 저항체로 구성되어 있다. 이렇게 하여, 가열 기구(51) 내에 수납한 성막 재료원을 가열하여 일함수 조정층(3)의 재료의 증기를 발생시킨다.
용기(50)에는, 기판(G)에 대하여 불활성인, 예를 들면 Ar 등의 희가스 등으 로 이루어진 수송 가스를 공급하는 수송 가스 공급관(53)이 접속되어 있다. 이 수송 가스 공급관(53)으로부터 용기(50)에 공급한 수송 가스(캐리어 가스, 예를 들면 Ar 등의 희가스 등)과 함께, 성막 재료의 증기를 증기 발생부(45) 내로부터 배관(46)을 거쳐 노즐(34)에 보내도록 되어 있다.
노즐(34)의 하면에는 기판(G)의 반송 방향(스테이지(42)의 이동 방향)에 직교하는 슬릿(55)이 개구되어 있다. 이 슬릿(55)의 길이는 노즐(34)의 하방으로 반송되는 기판(G)의 폭과 대략 동일하다. 상술한 바와 같이, 수송 가스와 함께 증기 발생부(45)로부터 보내진 성막 재료의 증기를 노즐(34) 하면의 슬릿(55)으로부터 하향으로 공급하고, 증착 성막 기구(35)의 하방을 통과하는 기판(G)의 표면에 알칼리 금속을 증착시켜, 일함수 조정층(3)의 성막이 행해진다.
또한, 용기(50)의 측면에는 배기관(56)이 접속하고 있고, 진공 펌프(57)의 가동에 의하여, 이 배기관(56)을 통해 용기(50) 내를 감압 배기할 수 있도록 되어 있다. 처리 용기(30)와 용기(50)를 연통시키고 있는 배관(46)에는, 개폐 기구로서의 개폐 밸브(58)가 설치되어 있고, 이 개폐 밸브(58)를 닫음으로써, 처리 용기(30)와 용기(50)의 내부 분위기를 차단할 수 있도록 되어 있다. 또한, 개폐 밸브(58) 대신에, 노즐(34)을 개폐시키는 셔터를 설치하여도 좋다.
또한, 용기(50)는 개폐 가능하며, 용기(50) 내에 배치된 히터(51)에 대하여 일함수 조정층(3)의 재료인, 예를 들면 Li 등의 알칼리 금속의 증기를 발생시키기 위한 성막 재료원을 보충할 때에는 용기(50)를 개방시킬 수 있다.
도 5a 및 5b에 도시한 바와 같이, 제 2 성막 기구에 해당하는 스퍼터링 성막 기구(36)는, 하방을 통과하는 기판(G)의 상방에 수평으로 배치된 평판 형상의 타겟(60)을 가지고 있다. 타겟(60)은, 예를 들면 Ag, Mg / Ag 합금 등이다. 타겟(60)의 주위에는 그라운드 전극(61)이 배치되어 있으며, 타겟(60)과 그라운드 전극(61)의 사이에 전원(62)으로부터 전압이 부가된다. 또한, 그라운드 전극(61)의 외측에는 타겟(60) 하방에 자계를 발생시키는 도시하지 않은 자석이 배치된다. 또한, 타겟(60)과 그라운드 전극(61)의 사이에는, 스퍼터링 가스 공급관(63)으로부터 스퍼터링 가스로서, 예를 들면 Ar 가스가 공급된다. 이렇게 하여, 타겟(60) 하방에 자계를 발생시킨 상태에서, 타겟(60)과 그라운드 전극(61)과의 사이에서 글로우 방전(glow discharge)을 발생시키고, 타겟(60) 하방에 플라즈마를 발생시킨다. 이 플라즈마로 스퍼터링 현상을 발생시킴으로써, 타겟(60)의 재료를 스퍼터링 성막 기구(36)의 하방을 통과하는 기판(G)에 부착시켜, 캐소드층(4)의 성막이 행해진다.
도 6은 제 3 층의 성막 장치에 해당하는 증착 성막 장치(19)의 개략적인 구성을 도시한 설명도이다. 도 7은 이 증착 성막 장치(19) 내에 설치된 증착 성막 기구(85)의 설명도이다. 본 발명에서는, 이 증착 성막 장치(19) 내에 설치된 증착 성막 기구(85)가 제 3 층인 발광층(2)(정공 수송층 등도 포함)을 성막시키는 제 3 성막 기구에 해당한다.
증착 성막 장치(19)를 구성하는 처리 용기(70)의 측면에는 게이트 밸브(71)에 의하여 개폐되는 반입출구(72)가 설치되어 있고, 상술한 반송 장치(11)의 반송 기구(20)에 의하여, 이 반입출구(72)를 거쳐 증착 성막 장치(19)로 기판(G)이 반입, 반출된다.
처리 용기(70)의 상방에는, 가이드 부재(75)와, 이 가이드 부재(75)를 따라 적절한 구동원(도시하지 않음)에 의하여 이동하는 지지 부재(76)가 설치되어 있다. 지지 부재(76)에는 정전 척 등의 기판 유지부(77)가 설치되어 있으며, 성막 대상인 기판(G)은 기판 유지부(77)의 하면에 수평으로 유지된다.
또한, 반입출구(72)와 기판 유지부(77)와의 사이에는 얼라인먼트 기구(80)가 설치되어 있다. 이 얼라인먼트 기구(80)는 기판 위치 조정용 스테이지(81)를 구비하고 있고, 반입출구(72)로부터 처리 용기(70) 내로 반입된 기판(G)은, 우선, 이 스테이지(81)에 재치되고, 여기서 소정의 얼라인먼트가 행해진 후, 스테이지(81)가 상승하여 기판 유지부(77)에 기판(G)이 전달된다.
처리 용기(70)의 내부에는, 얼라인먼트 기구(80)를 개재하여 반입출구(72)와 반대측에, 제 3 성막 기구에 해당하는 증착 성막 기구(85)가 배치되어 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 증착 성막 기구(85)는, 기판 유지부(77)에 유지된 기판(G)의 하면에 배치된 성막부(86)와, 발광층(2)의 증착 재료를 수용하는 증발부(87)를 가지고 있다. 증발부(87)는 도시하지 않은 히터를 가지고 있으며, 해당 히터의 발열에 의하여, 발광층(2)의 증착 재료의 증기가 증발부(87) 내에서 발생하게 된다.
증발부(87)에는 공급원(90)으로부터 캐리어 가스를 도입하는 캐리어 가스 도입 배관(91)과, 증발부(87) 내에서 발생한 발광층(2)의 증착 재료의 증기를 캐리어 가스와 함께 성막부(86)로 공급하는 공급 배관(92)이 접속되어 있다. 캐리어 가스 도입 배관(91)에는, 증발부(87)로의 캐리어 가스 도입량을 제어하는 유량 조정 밸브(93)가 설치되어 있다. 공급 배관(92)에는 증발부(87)에서의 발광층(2)의 증착 재료의 보충 시 등에 닫히는 노멀 오픈 밸브(94)가 설치되어 있다.
성막부(86)의 내부에는 증발부(87)로부터 공급된 발광층(2)의 증착 재료의 증기를 확산시키는 확산판(95)이 설치되어 있다. 또한, 성막부(86)의 상면에는 기판(G)의 하면에 대향하도록 배치된 필터(96)가 설치되어 있다.
그 밖에, 도 2에 도시한 기판 로드록 장치(12)는, 성막 시스템(10)의 내부 분위기를 외부와 차단한 상태에서, 성막 시스템(10)의 내부에 대하여 기판(G)을 반입, 반출시키는 것이다. 얼라인먼트 장치(14)는, 기판(G) 또는 기판(G)과 마스크의 위치 조정을 행하는 것이며, 이 얼라인먼트 장치(14)는 얼라인먼트 기구를 가지고 있지 않은 CVD 장치(17) 등을 위해 설치되어 있다. 성형 장치(15)는, 기판(G)의 표면에 성막한 발광층(2)을 원하는 형상으로 성형하는 것이다. 마스크 로드록 장치(16)는, 성막 시스템(10)의 내부 분위기를 외부와 차단한 상태에서, 성막 시스템(10)의 내부에 대하여 마스크를 반입, 반출시키는 것이다. CVD 장치(17)는 질화막 등으로 이루어진 봉지막(6)을 CVD 등에 의하여 성막하여, 유기 EL 소자(A)의 봉지를 행하는 것이다. 기판 반전 장치(18)는, 기판(G)의 상하면을 적절히 반전시켜, 기판(G)의 표면(성막면)을 상향 자세와 하향 자세로 전환하는 것이다. 이 실시예에서는, 증착 성막 장치(19)에서는 기판(G)의 피처리면을 하향한 자세로 처리가 행해지며, 스퍼터링 증착 성막 장치(13), 성형 장치(15) 및 CVD 장치(17)에서는 기판(G)의 피처리면을 상향한 자세로 처리가 행해진다. 따라서, 반송 장치(11)는 기판(G)을 각 장치 사이에서 반송할 때에, 필요에 따라 기판(G)을 기판 반전 장치(18)로 반입하여, 기판(G)의 상하면을 반전시킨다.
그런데, 이상과 같이 구성된 성막 시스템(10)에서, 기판 로드록 장치(12)를 거쳐 반입된 기판(G)이 반송 장치(11)의 반송 기구(20)에 의하여, 우선, 증착 성막 장치(19)로 반입된다. 이 경우, 도 1(1)에서 설명한 바와 같이, 기판(G)의 피처리면(성막면)에는, 예를 들면 ITO로 이루어진 애노드층(1)이 소정의 패턴으로 사전에 형성되어 있다.
그리고, 증착 성막 장치(19)에서는, 얼라인먼트 기구(80)에서 위치 조정한 후, 기판(G)의 피처리면을 하향한 자세로 하여 기판 유지부(77)에 유지한다. 그리고, 증착 성막 장치(19)의 처리 용기(70) 내에 배치한 증착 성막 기구(85)에서, 증발부(87)로부터 공급된 발광층(2)의 증착 재료의 증기를, 성막부(86)로부터 기판(G)의 피처리면(애노드층(1)의 표면)으로 방출하고, 도 1(2)에서 설명한 바와 같이, 기판(G)의 피처리면에 제 3 층인 발광층(2)(정공 수송층 등도 포함)을 증착에 의하여 성막시킨다.
이렇게 하여, 증착 성막 장치(19)에서 발광층(2)을 성막시킨 기판(G)은, 반송 장치(11)의 반송 기구(20)에 의하여, 이어서, 스퍼터링 증착 성막 장치(13)로 반입된다. 그리고, 스퍼터링 증착 성막 장치(13)에서는, 마스크를 위치 조정한 상태에서 스테이지(42) 상에 기판(G)을 유지한다. 또한, 마스크는, 마스크 로드록 장치(16)를 거쳐, 성막 시스템(10) 내로 반입되고, 반송 장치(11)의 반송 기구(20)에 의하여 스퍼터링 증착 성막 장치(13)로 반입된다.
이어서, 스퍼터링 증착 성막 장치(13)에 설치된 반송 기구(40)가 스테이지(42) 상에 유지한 기판(G)을, 우선, 증착 성막 기구(35)의 하방으로 이동시킨다. 그리고, 증착 성막 기구(35)에 의하여, 도 1(3)에서 설명한 바와 같이, 기판(G)의 피처리면(발광층(2)의 표면)에 제 1 층인 일함수 조정층(3)을 증착에 의하여 원하는 패턴으로 성막시킨다.
이어서, 스테이지(42) 상에 유지한 기판(G)을, 스퍼터링 성막 기구(36)의 하방으로 이동시킨다. 그리고, 스퍼터링 성막 기구(36)에 의하여, 도 1(4)에서 설명한 바와 같이, 기판(G)의 피처리면(일함수 조정층(3)의 표면)에 제 2 층인 캐소드층(4)을 스퍼터링에 의하여 원하는 패턴으로 성막시킨다.
또한, 이와 같이 스퍼터링 증착 성막 장치(13)에서, 일함수 조정층(3) 및 캐스드층(4)의 성막을 행할 때에는, 배기관(31)을 통해 처리 용기(30) 내가 감압 배기된다.
이렇게 하여, 스퍼터링 증착 성막 장치(13)에서, 일함수 조정층(3) 및 캐소드층(4)을 성막시킨 기판(G)은, 반송 장치(11)의 반송 기구(20)에 의하여, 이어서, 성형 장치(15)로 반입된다. 그리고, 성형 장치(15)에서, 도 1(5)에서 설명한 바와 같이, 캐소드층(4)에 맞추어 발광층(2)을 원하는 형상으로 성형한다.
이렇게 하여, 성형 장치(15)에서 발광층(2)을 성형시킨 기판(G)은, 반송 장치(11)의 반송 기구(20)에 의하여 다시 스퍼터링 증착 성막 장치(13)로 반입되고, 도 1(6)에 도시한 바와 같이, 전극(5)에 대한 접속부(4’)가 형성된다.
그 후, 반송 장치(11)의 반송 기구(20)에 의하여 CVD 장치(17)로 반입되고, CVD 장치(17)에서, 도 1(7)에 도시한 바와 같이, 질화막 등으로 이루어진 봉지막(6)을 성막 봉지함으로써, 캐소드층(4)과 애노드층(1)의 사이에 발광층(2)을 개 재한 샌드위치 구조의 유기 EL 소자(A)가 제조된다. 이렇게 하여 제조된 유기 EL 소자(A)(기판(G))가 기판 로드록 장치(12)를 거쳐 성막 시스템(10)으로부터 반출된다.
이상의 성막 시스템(10)에 의하면, 제 1 성막 기구인 일함수 조정층(3)의 증착 성막 기구(35)를, 제 3 성막 기구인 발광층(2)의 증착 성막 기구(85)와는 별도의 처리 용기(30) 내에 설치함으로써, 발광층(2)을 성막할 때에, 부착성이 높은 Li 등의 알칼리 금속에 의한 컨태미네이션을 피할 수 있고, 발광 성능이 우수한 유기 EL 소자(A)를 제조할 수 있다. 또한, 증착 성막 장치(19)에서는, 발광층(2)을 성막시킬 때에, 패턴 마스크를 사용하지 않아도 되므로, 금속 마스크의 접촉에 의한 컨태미네이션도 방지할 수 있다.
또한, 스퍼터링 증착 성막 장치(13)는 제 1 성막 기구인 증착 성막 기구(35)와, 제 2 성막 기구인 스퍼터링 성막 기구(36)를 구비하고 있으므로, 성막 시스템(10)을 소형으로 구성할 수 있다. 뿐만 아니라, 동일한 스퍼터링 성막 기구(36)에서, 제 1 층인 일함수 조정층(3)과 제 2 층인 캐소드층(4)을 연속하여 성막시킬 수 있어, 스루풋을 향상시킬 수 있고, 또한, 일함수 조정층(3)을 성막한 후, 신속히 다음의 캐소드층(4)을 성막함으로써, 일함수 조정층(3)의 변질을 방지할 수 있게 된다.
또한, 제 1 성막 기구인 증착 성막 기구(35)에서는, 성막 재료의 증기를 발생시키는 증기 발생부(45)를 스퍼터링 증착 성막 장치(13)의 처리 용기(30)의 외부에 배치하고 있으므로, 증기 발생부(45)에서 발생시킨 성막 재료의 증기를 필요 이 상으로 처리 용기(30) 내로 보내는 것을 방지할 수 있고, 노즐(34)로부터 공급된 성막 재료의 증기를 기판(G)에 신속히 증착시킴으로써, 예를 들면, Li 등의 활성이 높은 알칼리 금속으로 처리 용기(30) 내를 오염시키는 것을 피할 수 있게 된다.
또한, 증착 성막 기구(35)의 증기 발생부(45)에 일함수 조정층(3)의 재료(성막 재료원)를 보충하는 경우, 처리 용기(30)와 용기(50)를 연통시키고 있는 배관(46)에 설치된 개폐 밸브(58)를 닫고, 용기(50)만을 대기에 개방하여, 처리 용기(30) 내를 감압 분위기로 유지한 채, 증기 발생부(45) 내의 히터(51)에 성막 재료원을 보충할 수 있다. 이 경우, 보충 작업을 행할 때에, 대기 중으로부터 처리 용기(30) 내로 수분 또는 오염 물질이 혼입되는 것도 피할 수 있다. 용기(50)는 처리 용기(30)에 비해 용적이 작으므로, 일단 대기에 개방하여도, 그 후, 진공 펌프(57)의 흡인 배기에 의하여 곧바로 감압한 상태로 되돌릴 수 있다. 이와 같이, 용기(50) 내를 감압 배기한 후, 개폐 밸브(58)를 엶으로써, 처리 용기(30) 내에서의 성막 처리를 곧바로 재개할 수 있어, 작업 효율이 좋다.
또한, 제 2 성막 기구인 스퍼터링 성막 기구(36)에서는, 기판(G)에 제 2 층인 캐소드층(4)을 스퍼터링에 의하여 성막시킴으로써, 기판(G)의 대형화에도 대응할 수 있게 되어, 증착에 비해 균일한 성막이 가능해진다. 또한, 도 1(7)에 도시한 바와 같이, 질화막 등의 봉지막(6)에서 성막 봉지함으로써, 씰 성능이 우수한 긴 수명의 유기 EL 소자(A)를 제조할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예의 일례를 설명하였으나, 본 발명은 도시한 실시예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예를 도출해 낼 수 있음은 자명하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 예를 들면, 유기 EL 소자(A)의 제조 공정을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 그 밖의 각종 전자 디바이스 등의 성막에 적용할 수 있다. 또한, 유기 EL 소자(A)의 제조 공정에서, 일함수 조정층(3)을 제 1 층, 캐소드층(4)을 제 2 층, 발광층(2)을 제 3 층으로서 설명하였으나, 이들 제 1 ~ 3 층은 일함수 조정층(3), 캐소드층(4), 발광층(2)에 한정되지 않는다. 또한, 제 1 ~ 3 성막 기구는, 증착 성막 기구, 스퍼터링 성막 기구, CVD 성막 기구 등, 다양한 성막 기구를 적용할 수 있다. 또한, 도 2에 성막 시스템(10)의 일례를 도시하였으나, 각 처리 장치의 조합은 적절히 변경할 수 있다.
본 발명은, 예를 들면, 유기 EL 소자의 제조 분야에 적용할 수 있다.
Claims (15)
- 기판에 성막하는 성막 장치로서,처리 용기의 내부에서, 제 1 층을 성막시키는 제 1 성막 기구와, 제 2 층을 성막시키는 제 2 성막 기구를 구비하고,상기 제 1 성막 기구는, 상기 처리 용기의 내부에 배치된, 성막 재료의 증기를 기판에 공급하는 노즐과, 상기 처리 용기의 외부에 배치된, 성막 재료의 증기를 발생시키는 증기 발생부와, 상기 증기 발생부에서 발생시킨 성막 재료의 증기를 상기 노즐에 보내는 배관을 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 증기 발생부는, 상기 처리 용기의 외부에 배치된 용기와, 상기 용기의 내부에서 성막 재료원을 가열하는 가열 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
- 제 2 항에 있어서,성막 재료의 증기를 캐리어 가스를 이용하여 증기 발생부 내로부터 노즐에 보내는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 용기가 개폐 가능한 것을 특징으로 하는 성막 장치.
- 제 2 항에 있어서,또한, 상기 처리 용기 내를 감압시키는 진공 펌프와, 상기 용기 내를 감압시키는 진공 펌프와, 상기 배관을 개폐시키는 개폐 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 용기의 용적이 상기 처리 용기의 용적보다 작은 것을 특징으로 하는 성막 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 처리 용기 내에서, 상기 제 1 성막 기구 및 상기 제 2 성막 기구의 각 처리 위치로 기판을 반송하는 반송 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 성막 기구는, 스퍼터링에 의하여 제 2 층을 성막시키는 것임을 특징으로 하는 성막 장치.
- 기판에 성막하는 성막 시스템으로서, 청구항 1에 기재된 성막 장치와, 제 3 층을 성막시키는 제 3 성막 기구를 처리 용기의 내부에 구비하는 별도의 성막 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 시스템.
- 제 9 항에 있어서,청구항 1에 기재된 상기 성막 장치와 상기 별도의 성막 장치와의 사이에서 기판을 반송하는 반송 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 시스템.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 3 성막 기구는, 기판 표면에 제 3 층을 증착에 의하여 성막시키는 것임을 특징으로 하는 성막 시스템.
- 기판에 성막하는 성막 방법으로서,처리 용기의 외부에서 발생시킨 성막 재료의 증기를, 상기 처리 용기의 내부에 배치한 노즐로부터 기판에 공급하여 기판에 증착시킴으로써, 제 1 층을 성막시킨 후, 상기 처리 용기의 내부에서 제 2 층을 성막시키는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 제 2 층을 스퍼터링에 의하여 성막시키는 것을 특징으로 하는 성막 방 법.
- 제 12 항에 있어서,사전에 별도의 처리 용기의 내부에서 제 3 층을 성막시키는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 3 층을 증착에 의하여 성막시키는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
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