KR20220053535A - 성막 장치, 유기 디바이스의 제조 장치, 및 유기 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

성막 장치, 유기 디바이스의 제조 장치, 및 유기 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기판을 반송 수단에 의해 순차적으로 반송하면서 기판 상에 유기물로 이루어진 층과 무기물로 이루어진 층을 성막하는 성막 장치로서, 기판 상에 유기물로 이루어진 층을 형성하는 제1 성막실과, 제1 성막실보다 상기 기판의 반송 경로의 하류 측에 배치되어, 기판 상에 무기물로 이루어진 층을 형성하는 제2 성막실과, 제2 성막실보다 상기 기판의 반송 경로의 하류 측에 배치되어, 기판을 일시적으로 체류시키는 체류실을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

성막 장치, 유기 디바이스의 제조 장치, 및 유기 디바이스의 제조 방법{FILM FORMING APPARATUS, MANUFACTURING APPARATUS OF ORGANIC DEVICE, 　AND MANUFACTURING METHOD OF ORGANIC DEVICE}
본 발명은, 성막 장치, 유기 디바이스의 제조 장치, 및 유기 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 평판 표시장치로서 유기 전계발광 표시장치(유기 EL 표시장치)가 각광을 받고 있다. 유기 전계발광 표시장치는, 자발광 디스플레이로서, 응답 속도, 시야각, 박형화 등의 특성이 액정 패널 디스플레이보다 우수하여, 모니터, 텔레비전, 스마트폰으로 대표되는 각종 휴대 단말 등에서 기존의 액정 패널 디스플레이를 빠르게 대체하고 있다. 또한, 자동차용 디스플레이 등으로도 그 응용 분야를 넓혀가고 있다.
유기 전계발광 표시장치를 구성하는 유기발광소자(유기 EL 소자; OLED)는 2개의 마주보는 전극(캐소드 전극, 애노드 전극) 사이에 발광을 일으키는 유기층인 발광층을 포함하는 기능층이 형성된 기본 구조를 가진다. 캐소드 전극 및 애노드 전극의 사이에 설치되는 층은, 발광층 이외에도, 전자수송층, 전자주입층, 정공수송층, 정공주입층 등을 더 포함할 수 있다. 유기발광소자의 유기층 및 전극층은, 예를 들면 각각의 층을 구성하는 재료를 진공 챔버 내에서 마스크를 거쳐 기판에 증착시킴으로써 제조할 수 있다.
특허문헌 1에는, 종래의 유기발광소자의 제조 장치로서, 기판을 연속 반송하면서 기판에 유기물을 증착하는 제1 증착부와, 유기물이 증착된 상기 기판을 연속 반송하면서 상기 기판에 무기물을 증착하는 제2 증착부의 사이에 기판을 일시적으로 체류시키는 체류부를 배치한 것이 개시되어 있다.
그러나, 유기발광소자의 기능층은 열화 속도가 빠르고, 특히 유기발광소자의 기능층을 구성하는 유기층의 열화속도가 빠르다. 따라서, 상기 종래예의 것은, 열화 속도가 빠른 기능층이 노출된 상태로 체류되는 시간이 길어져, 제조되는 유기디바이스인 유기발광소자의 수율이 저하될 가능성이 있다.
일본특허공개 제2015-115229호
이에, 본 발명은, 기능층이 노출된 상태 그대로 체류되는 기판의 수를 줄임으로써, 수율 저하를 억제할 수 있는 성막 장치, 유기 디바이스의 제조 장치 및 유기 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 태양에 따른 성막 장치는, 기판을 반송 수단에 의해 순차적으로 반송하면서 상기 기판 상에 유기물로 이루어진 층과 무기물로 이루어진 층을 성막하는 성막 장치로서, 상기 기판 상에 유기물로 이루어진 층을 형성하는 제1 성막실과, 상기 제1 성막실보다 상기 기판의 반송 경로의 하류 측에 배치되어, 상기 기판 상에 무기물로 이루어진 층을 형성하는 제2 성막실과, 상기 제2 성막실보다 상기 기판의 반송 경로의 하류 측에 배치되어, 상기 기판을 일시적으로 체류시키는 체류실을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 태양에 따른 유기 디바이스의 제조 장치는, 기판을 반송 수단에 의해 순차적으로 반송하면서 상기 기판 상에 유기물로 이루어진 유기층과 무기물로 이루어진 전극층을 성막하는 유기 디바이스의 제조 장치로서, 상기 기판 상에 유기물로 이루어진 유기층을 형성하는 제1 성막실과, 상기 제1 성막실보다 상기 기판의 반송 경로의 하류 측에 배치되어, 상기 기판 상에 무기물로 이루어진 전극층을 형성하는 제2 성막실과, 상기 제2 성막실보다 상기 기판의 반송 경로의 하류 측에 배치되어, 상기 기판을 일시적으로 체류시키는 체류실을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 태양에 따른 유기 디바이스의 제조 방법은, 기판을 반송 수단에 의해 순차적으로 반송하면서 상기 기판 상에 유기물로 이루어진 유기층과 무기물로 이루어진 전극층을 성막하는 유기 디바이스의 제조 방법으로서, 제1 성막실에서 상기 기판 상에 유기물로 이루어진 유기층을 형성하는 유기층 형성 공정과, 상기 유기층이 형성된 기판을 제2 성막실로 반송하여 상기 제2 성막실에서 상기 유기층의 상부에 무기물로 이루어진 전극층을 형성하는 전극층 형성 공정과, 상기 전극층이 형성된 기판을 체류실로 반송하여 일시적으로 체류시키는 기판 체류 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 기능층이 노출된 상태 그대로 체류되는 기판의 수를 줄임으로써 수율 저하를 억제할 수 있는 성막 장치, 유기 디바이스의 제조 장치 및 유기 디바이스의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 유기 디바이스의 제조장치를 사용하여 제조되는 유기발광소자를 포함하는 유기 EL 표시장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유기 디바이스의 제조 장치의 일례의 일부분을 나타내는 모식도이다.
도 3은, 유기층 성막용의 성막실(OC)에 설치되는 성막 장치의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4는, 무기층 성막용의 성막실(MC)에 설치되는 성막 장치의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 5는, 버퍼실 내에 설치되는 기판 지지 구조체(카세트)의 일례의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유기 디바이스의 제조 장치의 일례의 일부분을 나타내는 모식도이다.
도 7은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유기 디바이스의 제조 장치의 일례의 일부분을 나타내는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예를 설명한다. 다만, 이하의 실시형태 및 실시예는 본 발명의 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위는 이들 구성에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 흐름, 제조 조건, 크기, 재질, 형상 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하려는 취지인 것은 아니다.
<유기 디바이스로서의 유기 EL 표시장치의 구성>
우선, 본 발명의 실시예에 관한 유기 디바이스의 제조장치를 이용하여 제조하는 유기 디바이스의 예로서, 유기발광소자를 포함하는 유기 EL 표시장치의 구성에 대해 설명한다. 도 1(a)는 유기 EL 표시장치(50)의 전체도, 도 1(b)는 1 화소의 단면 구조를 나타내고 있다.
도 1(a)에 도시한 바와 같이, 유기 EL 표시장치(50)의 표시 영역(51)에는 발광소자를 복수 구비한 화소(52)가 매트릭스 형태로 복수 개 배치되어 있다. 상세 내용은 후술하지만, 발광소자의 각각은 한 쌍의 전극에 끼워진 유기층을 구비한 구조를 가지고 있다. 또한, 여기서 말하는 화소란 표시 영역(51)에 있어서 소망의 색 표시를 가능하게 하는 최소 단위를 지칭한다. 본 실시예에 관한 유기 EL 표시장치(50)의 경우, 서로 다른 발광을 나타내는 제1 발광소자(52R), 제2 발광소자(52G), 제3 발광소자(52B)의 조합에 의해 화소(52)가 구성되어 있다. 화소(52)는 적색 발광소자, 녹색 발광소자, 청색 발광소자의 조합으로 구성되는 경우가 많지만, 황색 발광소자, 시안 발광소자, 백색 발광소자의 조합이어도 되며, 적어도 1색 이상이면 특히 제한되는 것은 아니다.
도 1(b)는, 도 1(a)의 A-B선에 있어서의 부분 단면 모식도이다. 화소(52)는 기판(53) 상에 제1 전극(양극; 54), 정공수송층(55), 발광층(56R, 56G, 56B) 중 어느 것, 전자수송층(57), 제2 전극(음극; 58)을 구비한 유기발광소자를 가지고 있다. 제1 전극(54)과 정공수송층(55)의 사이에는, 제1 전극(54)로부터의 정공의 주입을 용이하게 하기 위해 정공주입층이 더 배치되어 있어도 된다. 또한, 제2 전극(58)과 전자수송층(57)의 사이에는, 제2 전극(58)으로부터의 전자의 주입을 용이하게 하기 위해, 전자주입층이 더 배치되어 있어도 된다.
제1 전극(54)으로부터 주입되는 정공과 제2 전극(58)으로부터 주입되는 전자는, 각각, 정공수송층(55)과 전자수송층(57)을 거쳐, 발광층(56R, 56G, 56B)으로 이동하고, 발광층(56R, 56G, 56B)에서 재결합함으로써 광을 생성한다. 이들 제1 전극(54) 및 제2 전극(58) 사이에 배치되는 정공수송층(55)(및 정공주입층), 발광층(56R, 56G, 56B), 전자수송층(57)(및 전자주입층)이 기능층에 해당한다. 또한, 도시하지 않았지만, 제2 전극(58)의 상부에는 제2 전극(58)의 적어도 일부를 덮도록 캡핑층이나 차단층이 형성되어 있어도 좋다.
캡핑층은, 발광층(56R, 56G, 56B)에서 생성된 광이 발광 소자의 외부로 취출되는 외부 취출 효율을 높이는 효과나, 유기발광소자를 보호하는 효과를 갖는다. 캡핑층은, 제2 전극(58)을 덮도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 캡핑층은, a-NPD, NPB, TPD, m-MTDATA, Alq3 또는 CuPc 등의 유기물로 이루어져 있어도 된다. 차단층은, 후공정에서 사용되는 플라즈마 등이 유기발광소자에 침투하여 제2 전극(58)이나, 제2 전극(58)과 제1 전극(54)의 사이에 형성되어 있는 기능층에 손상을 주지 않도록, 플라즈마 등을 차단하는 기능을 갖는다. 차단층은, LiF, MgF2 또는 CaF2 등의 무기물로 되어 있어도 된다.
본 실시형태에서는, 발광층(56R)은 적색을 발하는 유기 EL층, 발광층(56G)은 녹색을 발하는 유기 EL층, 발광층(56B)은 청색을 발하는 유기 EL층이다. 발광층(56R, 56G, 56B)은 각각 적색, 녹색, 청색을 발하는 발광소자(유기 EL 소자라고 부르는 경우도 있음)에 대응하는 패턴으로 형성되어 있다. 또한, 제1 전극(54)은 발광소자별로 분리되어 형성되어 있다. 정공수송층(55)과 전자수송층(57)과 제2 전극(58)은, 복수의 발광소자(52R, 52G, 52B)와 공통으로 형성되어 있어도 좋고, 발광소자별로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 제1 전극(54)과 제2 전극(58)이 이물에 의해 단락되는 것을 방지하기 위하여, 제1 전극(54) 사이에 절연층(59)이 설치되어 있다. 또한, 유기 EL층은 수분이나 산소에 의해 열화되기 때문에, 수분이나 산소로부터 유기 EL 소자를 보호하기 위한 보호층(패시베이션층; 60)이 설치되어 있다. 보호층(60)은, SiNx, SiO2, SiON 등의 질화물, 산화물, 산질화물을 포함하는 것이 바람직하다. 보호층(60)은 다층 구조를 가지고 있어도 좋다.
유기 EL층을 발광소자단위로 형성하기 위해서는, 마스크를 통해 성막하는 방법이 사용된다. 최근, 표시장치의 고정밀화가 진행되어, 유기 EL층의 형성에는 개구의 폭이 수십 ㎛의 마스크가 사용된다.
<전자 디바이스의 제조 장치>
다음으로, 본 발명의 실시예에 관한 성막 장치를 이용한 전자 디바이스의 제조 장치에 관해 설명한다.
도 2는, 전자 디바이스의 제조 장치의 일부의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2의 전자 디바이스 제조 장치는, 예를 들면, 스마트폰 용의 유기 EL 표시장치의 표시 패널의 제조에 사용된다. 스마트폰 용의 표시 패널의 경우, 예를 들면, 제6 세대의 풀사이즈(약 1500㎜ × 약 1850㎜) 또는 하프컷 사이즈(약 1500㎜ × 약 925㎜)의 기판에 유기 EL 소자 형성을 위한 성막을 행한 후, 해당 기판을 잘라내어 복수의 작은 사이즈의 패널로 제작한다.
전자 디바이스 제조 장치는, 일반적으로 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 클러스터 장치를 포함하며, 각 클러스터 장치(1, 2, 3)는, 기판에 대한 처리(예컨대, 성막)가 행해지는 복수의 성막실(EC)과, 사용 전후의 마스크가 수납되는 복수의 마스크 스톡 챔버(MS)와, 각 클러스터 장치의 중앙에 배치되는 반송실(TR)을 구비한다. 각 반송실(TR)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 성막실(EC) 및 마스크 스톡 챔버(MS)의 각각과 접속되어 있다.
각각의 반송실(TR) 내에는, 기판 및 마스크를 반송하는 반송 로봇이 배치되어 있다. 반송 로봇은, 상류측에 배치된 패스실(PC)로부터 성막실(EC)로, 또는 성막실(EC)로부터 다른 성막실(EC)로, 기판을 반송한다. 또한, 반송 로봇은, 성막실(EC)과 마스크 스톡 챔버(MS)의 사이에서 마스크를 반송한다. 반송 로봇은, 예를 들어, 다관절 아암에, 기판을 보유지지하는 로봇 핸드가 장착된 구조를 갖는 로봇일 수 있다.
각 성막실(EC)에는 성막 장치(증착에 의해 성막을 행하는 경우에는, 증착 장치라고도 부름)가 설치된다. 성막 장치에서는, 증발원에 수납된 증착 재료가 히터에 의해 가열되어 증발하고, 마스크를 통해 기판 상에 증착된다. 반송 로봇과의 기판의 주고받음, 기판과 마스크의 상대 위치의 조정(얼라인먼트), 마스크 상으로의 기판의 고정, 성막(증착) 등의 일련의 성막 프로세스는, 성막 장치에 의해 자동적으로 행해진다. 또한, 여기에서는, 성막 장치의 일례로서 증착 장치를 들어 이하의 설명에서 진공증착장치에 대해 주로 설명하지만, 본 발명에 있어서의 성막 장치는 이에 한정되지 않는다. 성막 장치는, 기판에 대하여 각종 재료를 퇴적시켜 성막을 행하는 장치이면 되고, 예를 들어, 스퍼터 장치나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치이어도 된다.
마스크 스톡 챔버(MS)에는 성막실(EC)에서의 성막 공정에 사용될 새로운 마스크 및 사용이 끝난 마스크가 두 개의 카세트에 나뉘어져 수납된다. 반송 로봇은, 사용이 끝난 마스크를 성막실(EC)로부터 마스크 스톡 챔버(MS)의 카세트로 반송하며, 마스크 스톡 챔버(MS)의 다른 카세트에 수납된 새로운 마스크를 성막실(EC)로 반송한다.
클러스터 장치(1~3)의 각각에는, 전자 디바이스의 제조장치에 있어서의 기판의 반송 경로의 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽에 패스실(PC)가 접속된다. 각 클러스터 장치의 상류측에 배치되는 배스실(PC)은, 상류측으로부터의 기판을 해당 클러스터 장치로 반입하기 위해 전달하는 기능을 갖는다. 각 클러스터 장치의 하류측에 배치되는 패스실(PC)은, 해당 클러스터 장치에서 성막 처리가 완료된 기판을 당해 클러스터 장치로부터 반출하여 하류측의 다른 클러스터 장치로 전달하는 기능을 갖는다. 반송실(TR)의 반송 로봇은, 상류측의 패스실(PC)로부터 기판을 수취하여, 당해 클러스트 장치(1) 내의 성막실(EC)로 반송하고, 또한, 당해 클러스터 장치(1)에서의 성막 처리가 완료된 기판을 성막실(EC)로부터 수취하여, 하류측에 연결된 패스실(PC) 로 반송한다.
2개의 패스실(PC)의 사이에는, 기판의 방향을 바꾸어 주는 선회실(TC)이 설치된다. 이를 통해, 상류측 클러스터 장치와 하류측 클러스터 장치에서 기판의 방향이 동일하게 되어 기판 처리가 용이하게 된다.
클러스터 장치(2)의 후단(기판 반송 경로 하류측)에는, 당해 클러스터 장치(2)에서 성막 처리가 완료된 기판을 반출하는 위치에 패스실(PC)을 대신하여 버퍼실(체류실; BC)이 배치되는데, 이에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.
이와 같이, 본 실시형태에 관한 유기 디바이스의 제조장치(유기전계발광소자의 제조 라인)는, 복수 개의 증착 스테이션으로 이루어지며, 각 증착 스테이션은 복수의 성막실(EC)이 클러스터 형상으로 배치된 클러스터 장치(1, 2, 3)로 구성된다. 각 증착 스테이션(클러스터 장치)을 기판이 순차로 이송되어 가면서, 전술한 유기 EL 표시장치를 구성하는 정공수송층(55)(및 정공주입층), 발광층(56R, 56G, 56B), 전자수송층(57)(및 전자주입층) 등의 각 유기층과, 무기 재료로 이루어진 전극층이, 일련의 증착 공정을 통해 순차적으로 형성된다.
즉, 각 증착 스테이션(클러스터 장치)은, 정공수송층(55)(및 정공주입층), 발광층(56R, 56G, 56B), 전자수송층(57)(및 전자주입층) 등의 각 유기층을 순차로 형성하기 위한 복수의 유기층 성막용 클러스터 장치(1)(도 2에서는, 전극층(음극) 성막 전의 마지막 유기층(전자수송층 또는 전자주입층)을 성막하기 위한 성막실(EC)을 포함하는 클러스터 장치(1)만을 도시하고, 그보다 상류측의 각 유기층 성막용의 성막실(EC)을 포함하는 클러스터 장치에 대해서는 도시를 생략하고 있다)와, 이들 유기층 성막용의 성막실(EC)를 포함하는 클러스터 장치(1)의 후단에 배치되어, 발광층을 포함한 유기층의 상부에 전극층(음극; 58)을 형성하는 무기층 성막용(전형적으로는 금속층 성막용)의 성막실(EC)을 포함하는 클러스터 장치(2)를 포함한다. 또한, 전술한 바와 같이, 무기층인 제2 전극(음극; 58)의 상부에는 캡핑층 등의 유기층을 후공정을 통해 추가로 형성하여도 된다. 이를 위해 무기층 성막용의 성막실(EC)을 포함하는 클러스터 장치(2)의 후단에는 이러한 후공정 성막용의 성막실(EC)을 포함하는 클러스터 장치(3)가 추가로 접속되어도 된다. 또한, 여기에서는, 클러스터 장치(1)이 전극층 성막 전의 최후의 유기층을 성막하기 위한 성막실(EC)을 포함하는 예에 대해 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 클러스터 장치(2)가 이 최후의 유기층을 성막하기 위한 성막실(EC)을 갖고 있어도 된다. 즉, 클러스터 장치(2)는, 이 최후의 유기층을 성막하기 위한 성막실(EC)과, 전극층을 형성하기 위한 성막실(EC)의 양쪽 모두를 갖고 있어도 된다.
각 클러스터 장치 내의 성막실(EC)은, 성막되는 재료의 종류에 따라, 유기층 성막용의 성막실(OC)(이하, “유기실”이라고도 부름)과, 무기층 성막용의 성막실(MC)(이하, “금속실”이라고도 부름)로 구분될 수 있다.
이하, 성막실(OC, MC)에 설치되는 성막 장치의 구성에 관해 설명한다.
<성막 장치>
도 3은, 성막 장치, 특히, 유기층 성막용의 성막실(OC)에 설치되는 성막 장치(4)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
성막 장치(4)는 진공 챔버(20)를 구비한다. 진공 챔버(20)의 내부는 진공 등의 감압 분위기, 또는 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기로 유지된다. 진공 챔버(20) 내부의 상부에는, 기판 보유지지 유닛(21)과 마스크대(22)가 설치되고, 진공 챔버(20) 내부의 하부에는 증발원(23)이 설치된다.
기판 보유지지 유닛(21)은, 반송실(TR)의 반송 로봇으로부터 수취한 기판을 보유지지 및 반송하는 수단으로, 기판 홀더라고도 부른다.
마스크대(22)는, 기판 보유지지 유닛(21)의 하측에 설치되고, 마스크대(22) 위에는 마스크(M)가 재치된다. 마스크(M)는, 기판(S) 상에 형성되는 박막 패턴에 대응하는 개구 패턴을 갖는다.
증발원(23)은, 기판(S)의 증착면을 향하여 증착 재료를 방출하는 방출공 내지 노즐을 복수 구비한 구조를 가지나, 이에 한정되지 않고, 기판(S), 마스크(M)의 패턴, 증착 물질의 종류 등에 따라, 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 점(point) 증발원이나 선형(linear) 증발원, 소형의 증착 물질 수용부에, 증착 재료를 방출하는 복수의 방출공을 구비하는 확산실을 접속한 구조의 증발원 등을 사용해도 된다.
성막 장치(4)는, 증발 레이트 센서(26), 막두께 계측기(27), 전원(28) 등의 다른 구성 부품을 더 포함할 수 있다. 증발 레이트 센서(26)는 증발원(23)으로부터 방출된 증착 재료의 증발 레이트(rate)를 모니터링한다. 막두께 계측기(27)는 증발 레이트 센서(26)로부터 입력 신호를 받아 막두께를 계측한다. 전원(28)은 증발원(23)에 설치된 가열 장치를 제어한다.
성막 시에는, 기판(S)을 반송 로봇에 의해 반입하여, 기판 보유지지 유닛(21) 상에 배치한다. 이어서, 마스크(M)에 형성된 얼라인먼트 마크와 기판(S)에 형성된 얼라인먼트 마크를 사용하여, 마스크(M)와 기판(S) 간의 얼라인먼트를 행한다. 마스크(M)와 기판(S)의 얼라인먼트는, 기판 보유지지 유닛(21)을 이동 제어하여 기판(S)을 이동시켜 행하여도 되고, 마스크대(22)를 이동 제어하여 마스크(M)를 이동시켜 행하여도 된다. 얼라인먼트의 종료 후, 증발원(23)의 셔터를 열고, 증발원(23)에 접속된 이동부(29)를 움직여 가면서, 마스크(M) 패턴에 따라 기판(S)에 성막 재료(유기층)를 증착한다. 이 때, 수정 진동자 등의 증발 레이트 센서(26)는 증발 레이트를 계측하여, 막두께 계측기(27)에서 막두께를 환산한다. 막두께 계측기(27)에서 환산된 막두께가 목표로 하는 막두께가 될 때까지 증착을 계속한다. 막두께 계측기(27)로 환산된 막두께가 목표값에 도달하면, 증발원(23)의 셔터를 닫아 증착을 종료한다.
도 4(a)는, 무기층 성막용의 성막실(MC)에 설치되는 성막 장치(5)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
성막 장치(5)는, 진공 챔버(20) 내부의 상부에는 기판 보유지지 유닛(21)과 마스크대(22)가, 진공 챔버(20) 내부의 하부에는 증발원(23)이, 각각 설치되어, 증발원(23)으로부터 증발된 성막 재료를 마스크(M)의 개구 패턴을 통해 기판(S) 상에 증착하는 기본 구성은, 전술한 유기층 성막용의 성막 장치(4)와 크게 다르지 않다.
유기층 성막용의 성막 장치(4)와 다른 점은, 무기층 성막용의 성막 장치(5)는, 증발원으로서 도 4(b)에 도시된 바와 같이 복수의 도가니(230~236)가 원주 상에 배치된 회전(자전)형의 다점 증발원(리볼버)을 진공 챔버의 하부에 복수 설치하고, 이들 증발원의 상부 영역에서 기판을 회전시켜가면서 증착을 행하도록 구성되어 있다.
즉, 성막 시, 진공 챔버(20)의 저면에 설치된 각 회전형의 다점 증발원(23)을 회전 구동기구(도시하지 않음)로 회전시킴으로써 복수의 도가니(230~236)의 위치를 순서대로 이동시키고, 미리 정해진 증착 위치로 이동하여 온 도가니로부터 증착 재료를 순서대로 증발시킨다.
이러한 증발원으로부터의 증착 재료의 증발과 함께, 진공 챔버의 상부에 배치된 기판 보유지지 유닛(21) 및 마스크대(22)를 회전 샤프트(24)에 의해 회전시킴으로써, 마스크(M) 및 마스크 위에 놓인 기판(S)을 회전시킨다.
이와 같이 함으로써, 기판(S) 상에 증착 재료가 균일한 두께로 성막될 수 있다.
그 밖에 성막 장치(5)는, 유기층 성막용의 성막 장치(4)와 마찬가지로, 기판(S)으로의 증착 재료의 이동 경로를 차폐 또는 개방 제어하는 증발원 셔터(25), 증착 재료가 증발되는 레이트를 모니터링하는 증발 레이트 센서(26) 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 유기층 성막용의 성막실(OC)와 무기층 성막용의 성막실(MC)에서 성막 장치의 구성이 다른 예에 대해 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 유기층 성막용의 성막실(OC)와 무기층 성막용의 성막실(MC)의 양쪽에 성막 장치(4)를 배치하여도 된다.
<버퍼실(체류실)의 배치>
(제1 실시형태)
도 2로 돌아와, 무기층 성막용의 성막실(금속실; MC)의 후단에 버퍼실(체류실이라고도 부름)(BC)을 배치시키는 구성에 대해 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 금속실(MC)보다 하류 측에 기판을 일시 체류시키는 버퍼실(BC)을 설치하고 있다. 도시된 예에서는, 복수의 금속실(MC), 보다 구체적으로는 발광층을 포함하는 유기발광소자를 구성하는 각 기능층이 성막된 기판에 대하여 금속 또는 금속산화물의 무기 재료로 이루어진 전극층(음극)을 성막하기 위한 금속실(MC)을 구비한 클러스터 장치(2)와, 전극층(음극)의 상부에 전술한 캡핑층이나 차단층, 보호층 등을 추가로 형성하기 위한 후공정 성막용의 클러스터 장치(3)의 사이에, 버퍼실(BC)을 배치하고 있다.
버퍼실(BC)은 상류측 성막실에서 증착이 완료된 기판들을 후속 증착 공정이 행해지는 하류측 성막실 내로 이송하기에 앞서 일시 체류시키는 장치이다.
버퍼실(BC)에는 복수의 기판을 적재하여 일시 체류(수납)시키기 위한 기판 지지 구조체로서의 카세트와, 기판의 반출입시 반출입 위치로 카세트를 승강시키는 승강 기구가 설치된다.
도 5는 버퍼실(BC) 내에 설치되는 기판 지지 구조체(카세트)의 일례의 구성을 도시한 것이나(도 5(a)는 정면도, 도 5(b)는 상면도이다), 카세트의 구조 및 이를 사용하는 버퍼실(BC)의 구성은 이에 한정되지 않는다
도시된 바와 같이, 카세트(30)는, 카세트 측면으로부터 중앙을 향해 지지 플레이트 쌍(31a, 31b)이 복수의 단으로 대향하여 배치되는 구조로 되어 있다. 대향하는 지지 플레이트 쌍(31a, 31b)의 사이에는, 기판의 반입 및 반출 시 기판을 이송하는 로봇 핸드(33)와 간섭하지 않도록 간극(P)이 형성되어 있다. 각 지지 플레이트 상에 형성된 복수의 지지부(32)를 통해 체류되는 기판을 지지한다.
전술한 바와 같이, 유기전계발광소자의 제조 라인에서는, 복수 개의 증착 스테이션 사이로 기판을 이동시켜 가면서, 발광층을 포함하는 일련의 기능층을 차례로 성막하는 공정과, 이들 기능층이 성막된 기판에 대해 제2 전극으로서의 음극을 금속 또는 금속산화물 등의 무기 재료를 사용하여 성막하는 공정과, 이어서 필요에 따라 전극 상부에 캡핑층이나 차단층, 보호층 등의 추가 층(유기층 또는 무기층)을 후공정을 통해 성막하는 공정을 순차로 진행한다.
한편, 상술한 제조 라인을 통해 공정을 진행하는 도중에 간혹 트러블이 발생하거나 하여 이상 점검 등을 위해 장치를 일단 정지시키는 경우가 있다. 이와 같이 필요에 의해 장치를 일단 정지시키는 경우, 종래에는, 성막이 진행 중이던 기판은 성막실(또는 가까운 패스실) 내에 그대로 머무는 상태로 있었다. 예컨대, 유기층의 성막이 행해지고 있던 기판은 해당 성막실(유기실)(또는, 가까운 패스실) 내에서 해당 유기층이 성막된 상태 그대로 체류되고 있었다.
그런데, 유기발광소자를 구성하는 전술한 각 구성요소 중, 1쌍의 전극의 사이에 형성되는 각 기능층, 특히 유기층은 성막이 이루어진 상태로 그대로 노출될 경우 열화되는 속도가 무기층보다 빠르다.
그 때문에, 종래와 같이 각 기능층의 성막이 행해진 기판이 해당 성막실(또는, 가까운 패스실) 내에서 기능층이 노출된 상태 그대로 체류되는 시간이 길어지는 경우에는, 성막된 기능층의 열화를 초래하여, 유기발광소자의 수율을 저하시키는 우려가 있었다. 이는, 유기층이 노출된 채 체류되는 시간이 길어지는 경우에 특히 현저하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성막 장치에서는, 금속실(MC)보다 하류 측에 기판을 일시 체류시키는 버퍼실(BC)을 설치함으로써, 이러한 과제를 해결하고 있다.
즉, 이상 점검 등을 위해 장치를 일단 정지시킬 필요가 있는 경우, 그 시점에 있어서 유기실(OC)에서 유기층의 성막이 행해지고 있던 기판과 같이 기능층의 성막이 행해지고 있던 기판은 그 상태 그대로 체류시키지 않고, 순차로 성막을 계속하여, 금속실(MC)에서의 무기 재료로 된 전극층의 형성까지는 행한 후에, 그 후단에 설치된 버퍼실(BC)에서 기판을 체류시키도록 하고 있다.
이에 의해, 장치를 일단 정지시켜야 하는 경우라 하더라도, 유기층 등의 기능층이 노출된 상태 그대로 체류되는 기판의 수를 줄일 수 있어, 수율 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 전극(음극)층 성막을 위한 금속실(MC)의 후단에 버퍼실(BC)을 설치할 경우에는, 장치를 일단 정지시켜야 하는 경우뿐만 아니라 통상의 운용 시에 있어서도, 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다.
전술한 바와 같이, 음극 전극층의 형성 이후에는 필요에 따라 캡핑층이나 차단층, 보호층 등을 후공정을 통해 추가적으로 성막하게 되는데, 이러한 후공정에서의 성막 처리 속도는, 이전 공정, 즉, 발광층을 포함하는 각 기능층 성막 공정 및 전극(음극)층 성막 공정에서의 처리 속도와 차이가 있다(통상, 후공정에서의 처리 속도가 느리다). 종래에는 후공정에서의 처리 속도에 맞추어 이전 공정의 처리 속도를 의도적으로 느리게 함으로써 공정 간 처리 속도의 차를 줄이도록 하고 있었다. 그러나, 이 경우에는 발광층을 포함하는 각 기능층 성막 공정 등 전체적인 공정이 느리게 진행되게 되기 때문에, 그 만큼 유기층을 포함하는 기능층이 성막된 상태로 노출되는 시간이 길어지게 된다.
본 발명의 일 실시예에서와 같이 전극(음극)층 성막용의 금속실(MC)과 후공정용의 성막실의 사이에 기판을 일시적으로 체류시킬 수 있는 버퍼실(BC)을 설치하게 되면, 버퍼실(BC)을 통해 상술한 공정 간의 처리 속도 차를 흡수할 수 있게 되므로, 이전 공정의 처리 속도를 의도적으로 늦출 필요가 없이 금속실(MC)에서의 전극(음극)층 형성까지를 본래의 빠른 처리 속도로 지체없이 진행할 수 있게 되고, 따라서 유기층을 포함하는 각 기능층이 성막된 상태로 노출되는 시간을 종래보다도 단축시킬 수 있게 된다.
(제2 및 제3 실시형태)
금속실(MC)의 후단에 버퍼실(BC)을 배치하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 구성은, 전술한 실시예의 구성에 한정되지 않는다.
예를 들어, 도 6 및 도 7은, 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 디바이스의 제조 장치의 구성을 도시한다.
상술한 제1 실시형태는 클러스터 장치(2)와 클러스터 장치(3)를 연결하는 라인 상에 버퍼실(BC)을 설치하는 구성이었던 것에 대하여, 도 6의 제2 실시형태 및 도 7의 제3 실시형태는, 각각, 클러스터 장치(2) 또는 클러스터 장치(3) 중에 버퍼실(BC)을 설치하는 구성이다.
즉, 도 6의 제2 실시형태는, 전극(음극)층 성막용의 복수의 금속실(MC)을 구비한 클러스터 장치(2) 내에 있어서 금속실(MC)의 하류측 위치에 버퍼실(BC)을 배치한 구성이고, 도 7의 제3 실시형태는, 전극(음극) 상부에 캡핑층이나 차단층, 보호층 등의 추가 층을 성막하기 위한 후공정 성막용의 클러스터(3) 내에 있어서 해당 클러스터 내의 성막실(OC)보다 상류측 위치에 버퍼실(BC)을 배치한 구성이다.
이들 제2 및 제3 실시형태의 구성에 의하더라도, 유기층이 노출된 상태 그대로 체류되는 기판의 수를 줄임으로써 수율 저하를 억제하는 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제2 및 제3 실시형태에서는, 버퍼실(BC)을 클러스터 장치의 반송실(TR)과만 접속시키고 있기 때문에, 통상 시 등 기판을 체류시킬 필요가 없는 경우에는 버퍼실(BC)을 경유하지 않고 순차 성막을 행할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 이들 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태에 비해 통상 시의 공정 시간(택트 타임; tact time)을 단축시킬 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 제1 실시형태와, 제2 및/또는 제3 실시형태를 조합하여, 전극(음극)층 성막용의 금속실(MC)을 구비한 클러스터 장치(2)와 후공정 성막용의 클러스터 장치(3)의 사이의 라인 상의 위치와, 이들 각 클러스터 장치(2, 3) 내의 위치에, 복수의 버퍼실(BC)을 배치하는 구성도 가능하고, 이에 의해서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이상의 설명에서는, 각 증착 스테이션이 복수의 성막실을 구비하는 클러스터 타입으로 구성되는 경우에 본 발명을 적용한 예를 주로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 각각의 개별 성막실이 일렬로 연결되는 소위 “인라인(in-line)” 타입의 제조 라인에도 적용될 수 있음은 물론이다. 즉, 정공수송층(및 정공주입층), 발광층, 전자수송층(및 전자주입층) 등의 일련의 기능층을 각각 순차적으로 성막하는 복수의 성막실(전형적으로는, 유기실)과, 전극(음극)층 성막용의 금속실이 일렬로 연결되어 구성되는 인라인 타입의 제조 장치에 있어서, 전극(음극)층 성막용의 금속실의 후단의 위치에 금속층 성막까지 행해진 기판을 일시적으로 체류시키기 위한 버퍼실을 배치하는 형태로 본 발명을 적용할 수도 있다.
<유기 디바이스의 제조 방법>
다음으로, 전술한 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 관한 유기 디바이스의 제조 장치를 이용한 유기 디바이스의 제조 방법의 일례를 설명한다. 이하, 유기 디바이스의 일례로서 유기 EL 표시장치의 제조 방법의 예에 관해 구체적으로 설명한다.
우선, 유기 EL 표시장치를 구동하기 위한 회로(도시하지 않음) 및 제1 전극(양극; 54)이 형성된 기판(53)을 준비한다. 여기서, 기판(53)은 특히 한정은 되지 않으나, 글래스, 플라스틱, 금속 등으로 구성할 수 있다. 기판(53)은, 글래스 기판 상에 폴리이미드 등의 필름 기판이 적층된 기판이어도 된다.
제1 전극(54)이 형성된 기판(53) 위에 아크릴 수지를 스핀 코트로 형성하고, 아크릴 수지를 리소그래피법에 의해, 제1 전극(54)이 형성된 부분에 개구가 형성되도록 패터닝하여 절연층(59)을 형성한다. 이 개구부가, 발광소자가 실제로 발광하는 발광 영역에 상당한다.
절연층(59)이 패터닝 된 기판(53)을 제1 성막 장치로 반입하고, 기판 보유지지 유닛으로 기판을 보유지지하고, 정공수송층(55)을, 표시 영역의 제1 전극(54) 위에 공통되는 층으로서 성막한다. 정공수송층(55)은 진공 증착에 의해 성막된다. 실제로는 정공수송층(55)은 표시 영역(51)보다 큰 사이즈로 형성되기 때문에, 고정밀 마스크는 불필요하다.
다음으로, 정공수송층(55) 까지가 형성된 기판(53)을 제2 성막 장치로 반입하여, 기판 보유지지 유닛으로 보유지지한다. 기판과 마스크와의 얼라인먼트를 행하고, 기판을 마스크 위에 재치하고, 기판(53)의 적색을 발하는 소자를 배치하는 부분에, 적색을 발하는 발광층(56R)을 성막한다. 본 예에 의하면, 마스크와 기판을 양호하게 중첩시킬 수 있어 고정밀의 성막을 행할 수 있다.
발광층(56R)의 성막과 마찬가지로, 제3 성막 장치에 의해 녹색을 발하는 발광층(56G)을 성막하고, 나아가 제4 성막 장치에 의해 청색을 발하는 발광층(56B)을 성막한다. 발광층(56R, 56G, 56B)의 성막이 완료한 후, 제5 성막 장치에 의해 표시 영역(51)의 전체에 전자수송층(57)을 성막한다. 전자수송층(57)은, 3색의 발광층(56R, 56G, 56B)에 공통의 층으로서 형성된다.
전자수송층(57)까지 형성된 기판을 제6 성막 장치로 이동시키고, 제2 전극(음극; 58)을 성막한다. 이상의 각 유기층(55, 56, 57)과, 금속 또는 금속산화물의 무기 재료로 이루어지는 제2 전극(음극; 58)까지의 성막이 완료되면, 기판(53)을 버퍼실로 이동시켜 일시 체류시킨 뒤, 필요에 따라 제7 성막 장치로 이동시켜 제2 전극(58)의 상부에 캡핑층이나 차단층(미도시), 보호층(60) 등을 성막하는 후공정을 행한다. 보호층(60)은 플라즈마 CVD 장치로 성막하여도 된다. 이로써, 유기 EL 표시장치(50)가 완성된다.
이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 구체적으로 설명하였지만, 본 발명의 취지는 이들 기재로 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위의 기재에 기초하여 넓게 해석되어야 한다. 또한, 이들 기재에 기초하여, 다양한 변경, 개변 등을 한 것 역시 본 발명의 취지에 포함되는 것은 말할 필요도 없다.
1, 2, 3: 클러스터 장치
EC: 성막실
OC: 유기실
MC: 금속실
BC: 버퍼실

Claims (16)

  1. 기판 상에 제1 유기층을 형성하는 제1 성막실과,
    상기 제1 성막실에서 상기 제1 유기층이 형성된 상기 기판의 상기 제1 유기층 상에, 제1 무기층을 형성하는 제2 성막실과,
    상기 제2 성막실에서 상기 제1 무기층이 형성된 상기 기판의 상기 제1 무기층 상에, 제2 유기층 또는 제2 무기층을 형성하는 제3 성막실을 갖는 성막 장치로서,
    상기 제2 성막실과 상기 제3 성막실의 사이에 배치되고, 상기 제2 성막실에서 상기 제1 무기층이 형성된 복수의 기판을 적어도 동(同) 시각에서 그 내부에 체류시키는 체류실을 구비하고,
    상기 제3 성막실을 정지시킨 후에, 상기 제1 성막실에서 상기 제1 유기층이 형성된 기판을 상기 제2 성막실로 반입하여, 상기 제2 성막실에서 상기 제1 유기층 위에 상기 제1 무기층의 형성을 행하고, 상기 제2 성막실에서 상기 제1 무기층이 형성된 기판을 상기 체류실로 반입하여 체류시키는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 성막실이 클러스터 형상으로 배치된 제1 클러스터와,
    상기 제1 클러스터보다 상기 기판의 반송 경로의 하류측에 배치되고, 복수의 성막실이 클러스터 형상으로 배치된 제2 클러스터를 구비하고,
    상기 제1 클러스터는 상기 제1 성막실을 포함하고, 상기 제2 클러스터는 상기 제2 성막실을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 클러스터는 상기 체류실을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 클러스터보다 상기 기판의 반송 경로의 하류 측에 배치되고, 복수의 성막실이 클러스터 형상으로 배치된 제3 클러스터를 더 구비하고,
    상기 체류실은, 상기 제2 클러스터와 상기 제3 클러스터의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 클러스터보다 상기 기판의 반송 경로의 하류 측에 배치되고, 복수의 성막실이 클러스터 형상으로 배치된 제3 클러스터를 더 구비하고,
    상기 제3 클러스터는 상기 체류실을 포함하고,
    상기 체류실은, 상기 제3 클러스터가 구비하는 상기 성막실보다 상기 기판의 반송 경로의 상류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제3 클러스터는 상기 제3 성막실을 포함하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 무기층은 전극층인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 체류실은, 상기 복수의 기판을 체류시키기 위한 다단 구조의 기판 수용부를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유기층은 전자수송층 또는 전자주입층인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 무기층은 음극층인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 성막실은, 광의 외부 취출 효율을 높이기 위한 캡핑층을 형성하는 성막실인 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  12. 제1 성막실에서 기판 상에 제1 유기층을 형성하는 제1 성막 공정과,
    제1 성막 공정에서 상기 제1 유기층이 형성된 상기 기판을 제2 성막실로 반송하여, 상기 기판의 상기 제1 유기층 상에 제1 무기층을 형성하는 제2 성막 공정과,
    상기 제2 성막 공정에서 상기 제1 무기층이 형성된 상기 기판을 제3 성막실로 반송하여, 상기 기판의 상기 제1 무기층 상에 제2 유기층 또는 제2 무기층을 형성하는 제3 성막 공정을 갖는 전자 디바이스의 제조 방법으로서,
    상기 제2 성막 공정에서 상기 제1 무기층이 형성된 복수의 기판을 체류실로 순차 반송하여, 상기 복수의 기판을 적어도 동(同) 시각에서 그 내부에 체류시키는 기판 체류 공정을 포함하고,
    상기 제3 성막실을 정지시킨 후에, 상기 제1 성막실에서 상기 제1 유기층이 형성된 기판을 상기 제2 성막실로 반입하여, 상기 제2 성막실에서 상기 제1 유기층 위에 상기 제1 무기층의 형성을 행하고, 상기 제2 성막실에서 상기 제1 무기층이 형성된 기판을 상기 체류실로 반입하여 체류시키는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 성막 공정은, 전자수송층 또는 전자주입층을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 성막 공정은, 음극층을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 성막 공정에서 형성되는 제2 유기층 또는 제2 무기층은, 광의 외부 취출 효율을 높이기 위한 캡핑층인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 기판 체류 공정은, 상기 제3 성막 공정을 중지하였을 때에, 상기 제1 성막실에서 상기 제1 유기층이 형성된 복수의 기판을 상기 제2 성막실로 순차 반입하여, 상기 복수의 기판의 상기 제1 유기층 상으로의 상기 제1 무기층의 형성을 순차로 행하고, 상기 제2 성막실에서 상기 제1 무기층이 형성된 복수의 기판을 상기 체류실로 순차 반입하여 체류시키는 공정인 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조 방법.
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