(57)【要約】【課題】  有機発光装置などの薄膜をマスク蒸着で形成するにあたって、大判の膜厚を均一に保ちながら、画素のパターニングが精度良くできる蒸着装置を提供する。【解決手段】  大判の膜厚を均一にするために、材料の蒸気を放出する放出口を複数備えた蒸着装置を用いる。この際、蒸着源からの輻射熱を受けて、基板およびマスクが熱膨張により伸びてアライメント位置からずれることを防ぐため、遮熱部材を配置する。このとき、遮熱部材が材料の流れを阻害しないよう、遮熱部材の開口が対応する放出口が熱膨張により水平方向に変動する範囲を含むよう設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜材料を収容する材料収容部と、前記材料収容部を加熱する手段と、加熱により生じた成膜材料の蒸気を放出する複数の放出口と、前記材料収容部から前記各々の放出口へ成膜材料の蒸気を輸送する輸送管と、前記各々の放出口に対応する位置に開口を有する遮熱部材と、を備える蒸着装置であって、前記遮熱部材の各々の開口範囲は、対応する放出口が熱膨張により水平方向に変動する範囲を含んでいることを特徴とする蒸着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置を用いた有機発光装置の製造方法であって、基板と複数の開口を有するマスクとの相対位置を決める工程と、前記蒸着源を加熱して前記基板上に前記マスクの開口に応じたパターンの膜を成膜する工程と、を有することを特徴とする有機発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発または昇華した材料を被成膜物上に堆積させる蒸着装置であり、特に有機発光装置の製造に用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機発光表示パネルの製造において、製造コストを低減するために基板の大判化が求められている。特許文献１や特許文献２には、大判の基板上に均一な膜を形成する手段として、放出部に複数の放出口を有する蒸発源を用いた蒸着装置が提案されている。
【０００３】
有機発光表示パネルの製造には、メタルマスク（以下、単にマスクと記述する。）を基板の被成膜面に配置して成膜する方法（マスク成膜法）が広く採用されている。高解像度の有機発光表示パネルを作製するためには、高精細なパターンを有するマスクが用いられる。
【０００４】
このような高精細マスクを用いて蒸着装置で成膜する際、熱源である蒸発源からの輻射熱により、基板やマスクが膨張する。基板とマスクは互いに材質が異なる、つまり熱膨張係数が異なる場合が多いため夫々の膨張量が異なり、基板とマスクとの相対位置がずれてしまう。その結果、マスクによる蒸着パターンの精度が低下するという問題がある。
【０００５】
特に、特許文献１や特許文献２に記載の蒸発源は、放出口を備えた放出部の面積が広いために輻射熱量が大きく、基板とマスクとの相対位置のずれも大きくなってしまう。
【特許文献１】特開２００７−３３２４５８号公報
【特許文献２】特開２００２−２４９８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、蒸着源からの輻射熱が基板やマスクへ届かないように、放出口に対応する位置に開口を設けた遮熱部材を設置すれば、基板とマスクとの相対位置ずれを低減することができる。遮熱部材に水冷機構を設けることにより、より高い効果を得ることができる。
【０００７】
ところが、蒸着源よりも遮熱部材の方が温度が低いため、熱膨張で放出口の位置が大きく変動するのに対して遮熱部材の開口の位置はほとんど変動しない。その結果、放出口が遮熱部材にぶつかったり、遮熱部材で遮られてしまったりする恐れが生じる。
【０００８】
放出口が遮熱部材にぶつかると、放出口の基板に対する角度がずれて膜厚分布に影響を及ぼしたり、接触部からの伝熱により放出口の温度が低下して材料が堆積し、放出口を塞いだりしてしまう。また、放出口が遮熱部材で遮られると、材料の蒸気が基板へ届かず、所望の膜厚を得ることができなくなる。
【０００９】
特に、放出部の面積が大きい場合、放出部が固定されている箇所から離れて配置された放出口ほど熱膨張による変動量は大きく、このような問題も起こりやすい。
【００１０】
本発明は上記点を鑑みてなされたものであり、膜厚の均一性を保ちつつ、蒸着源から基板およびマスクへの輻射熱の量を最小限に抑えることが可能な蒸着装置を提供する。特に、高解像かつ品質ばらつきの少ない有機発光装置の製造に適した蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
成膜材料を収容する材料収容部と、前記材料収容部を加熱する手段と、加熱により生じた成膜材料の蒸気を放出する複数の放出口と、前記材料収容部から前記各々の放出口へ成膜材料の蒸気を輸送する輸送管と、前記各々の放出口に対応する位置に開口を有する遮熱部材と、を備える蒸着装置であって、前記遮熱部材の各々の開口範囲は、対応する放出口が熱膨張により水平方向に変動する範囲を含んでいることを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記装置を用いた有機発光装置の製造方法であって、基板と複数の開口を有するマスクとの相対位置を決める工程と、前記蒸着源を加熱して前記基板上に前記マスクの開口に応じたパターンの膜を成膜する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、蒸着源から基板への輻射熱の量を低減するとともに、放出口が熱膨張して遮熱部材との接触によりその近傍の温度が低下して材料が堆積するのを防ぐことができる。また、放出口が遮熱部材によって遮られるのを防止することができる。これにより、安定して均一な膜厚を形成することができる。さらに本発明に係る蒸着装置を用いれば、高画質で品質バラツキのない有機発光素子の製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
まず、添付の図面を参照して本発明にかかる蒸着装置全体について説明する。
【００１５】
図１は本発明にかかる蒸着装置の一実施形態を示す模式図である。
【００１６】
基板１０１とマスク１０２は、不図示のアライメント室で位置あわせをした後、基板保持機構１０３によって保持されて成膜真空チャンバー１０４内へ搬送される。あらかじめアライメント室内と成膜真空チャンバー１０４とは同等の圧力まで減圧しておけば、アライメント位置のずれを防ぎ、タクトタイムも低減できる。
【００１７】
成膜真空チャンバー１０４内には、成膜材料１０５が収容された材料収容部１０６、成膜材料１０５の蒸気を放出部１０８へ輸送する輸送管１０７、蒸気を放出する放出口１０９が配置されている。これらをまとめて蒸着源と呼ぶ。
【００１８】
材料収容部１０６は、温度制御可能な不図示の加熱手段で加熱され、所望の蒸着速度を得るために温度調整される。放出口１０９とマスク１０２との間であって、放出口１０９から基板１０１の被成膜面へ向かう蒸着材料の蒸気の流れを遮らない位置に、膜厚モニター１１０が配置されている。この膜厚モニター１１０により計測された膜厚をもとに算出された蒸着速度の値が前記加熱手段の温度制御部へフィードバックされ、蒸着速度を一定に保つように、材料収容部１０６の温度が調整される。
【００１９】
また、成膜材料１０５の蒸気が内部を流れる輸送管１０７、放出部１０８、放出口１０９には、それぞれ過熱手段と熱電対（いずれも不図示）が設けられている。これらの加熱手段と熱電対より、蒸気が流れる経路は、蒸着源内部で成膜材料１０５の蒸気が冷えて凝集もしくは固化しないよう成膜材料の蒸発温度近傍に制御される。
【００２０】
蒸着源の加熱手段には、蒸着源の材質により抵抗加熱ヒーターや誘導加熱コイル等を用いることができる。
【００２１】
放出口１０９と基板１０１およびマスク１０２との間には、蒸着源から基板への輻射熱を遮る遮熱部材１１１が設けられる。遮熱部材１１１は、遮熱効果を高めるために輻射率が０．１以下である金属材料で形成するのが望ましい。例えば、アルミニウムは輻射率が小さく、低コストで加工性が高い点で、遮熱部材１１１に好適な材料の一つである。さらに、遮熱部材１１１から基板１０１への輻射熱量をより低減するために、遮熱部材１１１に冷却機構を設けても良い。遮熱部材を冷却しすぎると、放出口の温度が低下して放出口に成膜材料が堆積してしまう。従って、遮熱部材は室温程度に冷却するのが好ましく、冷却機構としては、遮熱部材内部を室温程度の水を流す水冷管を好適に用いることができる。
【００２２】
次に、本発明にかかる蒸着装置の放出口と遮熱部材の配置関係について、詳細に説明する。
【００２３】
遮熱部材１１１は、材料を有効に利用すると共に、被成膜基板面内で均一な膜厚が得られるように配置する。すなわち、すべての放出口１０９から被成膜基板へ向かう蒸気の流れを遮らないように配置し、放出口１０９から放出された材料が遮熱部材に付着したり、付着した材料によって放出口１０９が塞がれないように配置する。そのため、遮熱部材１１１から放出口１０９の先端が突き出すように配置するのが好ましい。
【００２４】
遮熱部材１１１に設ける各開口１１２は、それぞれに対応する放出口１０９が熱膨張により水平方向に変動する範囲を含むように設定する。遮熱部材の材質、蒸着源の材質、それぞれの部材が達する温度等から、熱膨張により遮熱部材の各開口が変動する範囲、各放出口が変動する範囲を算出する。そして、遮熱部材の各開口範囲を、対応する放出口が水平方向に変動する範囲を含むように設定する。
【００２５】
このとき、余裕を見て遮熱部材１１１の開口範囲を大きく設定しすぎると、遮熱部材１１１が輻射熱を遮熱する効果が低下してしまう。そこで、放出口が水平方向に変動する範囲と開口範囲との差をできるだけ小さく設定するのが好ましいが、装置製作時の誤差や設計誤差、配管の歪みによる放出部全体の傾き等が発生しても対応できるようにしておく必要がある。従って、遮熱部材に設ける開口範囲は、放出口が変動する範囲に対して１〜５ｍｍの余裕を設けておくのが好ましい。
【００２６】
続いて、本発明の放出口１０９と遮熱部材１１１の配置について、具体例を挙げて説明する。
【００２７】
図２は放出口１０９を放出部１０８の長尺方向に直線的に配置した蒸着源の例を示す概略図である。放出部１０８は中心で輸送管１０７に固定されている。
【００２８】
放出口１０９は、基板上の膜厚分布が計算上±３％以下となるよう、放出部の中心を対称に６箇所に設けられている。
【００２９】
遮熱部材１１１は、遮熱部材に設けられた開口内に放出口１０９が一つずつ含まれるように配置している。
【００３０】
放出口１０９の先端は、遮熱部材によって蒸気の流れが遮られることのないよう、遮熱部材１１１から突き出す様に配置されている。
【００３１】
遮熱部材１１１の開口１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃは、放出口１０９が熱膨張によって水平方向に変動する範囲を含むように設定する。放出部が輸送管に固定されている放出部中心に最も近い２つの放出口１０９ａは、熱による変動量が小さいため、１０９ａに対応する開口１１２ａの形状は略円形となる。
【００３２】
開口１１２ａの次に放出部中心に近い２つの放出口１０９ｂの熱による変動量は、放出部の長尺方向に大きくなるため、対応する開口１１２ｂの形状も放出部の長尺方向に長い略楕円形となる。同様に、放出部の中心から最も離れた２つの開口１１２ｃの形状も放出部の長尺方向に長い略楕円形となる。
【００３３】
このとき、放出口の熱膨張による変動が放出部中心から離れる方向であることを考慮し、常温時において、放出口１０９ｂおよび１０９ｃを、対応する開口１１２ｂおよび１１２ｃの中心より放出部中心側にずらして配置するとよい。このようにすれば、放出口が水平方向に変動する範囲と開口範囲との差をよりさらに小さく設定することができ、遮熱板の遮熱効果も高まる。
【００３４】
図３は、放出口を平面上に２次元的に配置した蒸着源の例を示す概略図である。（ａ）は蒸着源の斜視図、（ｂ）は基板側から見た平面図である。
【００３５】
基板上の膜厚分布が計算上±３％以下となるよう、放出口１０９が放出部１０８の中心を対称に１０箇所に設けられている。
【００３６】
放出部１０８は、中心で輸送管１０７に固定されているため、各放出口１１２は、熱膨張によって放出部中心から離れる方向に放射状に位置変動する。従って、各開口１１２は、図３（ｂ）に示すように放出部１０８の中心とそれぞれの開口１１２の中心とを結ぶ線が長径と重なる略楕円形となる。放出部の中心から離れて位置する放出口ほど熱による位置変動が大きいため、楕円形の長径は大きくなる。
【００３７】
また、図２の場合同様、放出口が熱膨張により変動する方向を考慮し、常温時において、放出口を、対応する開口の中心よりも放出部中心側にずらして配置すると、放出口が変動する範囲と開口範囲との差をより小さく設定することができる。
【００３８】
以上、放出口の熱膨張による変動は、放出部中心で輸送管に固定されていることを前提として説明した。しかし、放出部中心以外の箇所で固定されている場合は、その固定箇所を基準として熱膨張による変動を考慮する。その場合も、実施例と同様に開口は放出部の固定箇所から近いほど小さく、離れるほど大きくすることにより、均一な膜厚を得ることができる。さらに基板、マスクの温度上昇を軽減し、高精度のパターニングが可能となる。
【００３９】
続いて、成膜方法について説明する。ここでは、図３に示した蒸着源の場合について説明する。全体の概略は図１と同様の構成を採用することができるため、図１を用いる。
【００４０】
基板１０１は、不図示のアライメント室にてマスク１０２との相対位置を合わせた後、基板保持機構１０３によって保持され、成膜真空チャンバー１０４内に搬入される。アライメント室および成膜真空チャンバー１０４は、不図示の排気系により１×１０−４〜１×１０−５Ｐａ程度に排気されている。
【００４１】
成膜真空チャンバー１０４内では、放出口１０９と基板１０１の被成膜面とが対向するように配置する。不図示の熱源により、材料収容部１０６内部で加熱され蒸気となった成膜材料は、輸送管１０７を経由して放出口１０９から放出され、マスク１０２の開口を通って基板１０１に堆積する。これにより、基板１０１にはマスク１０２の開口パターンに応じたパターンの膜を形成することができる。
【００４２】
放出口１０９とマスク１０２との間には、各放出口１０９から基板１０１の被成膜面へ向かう蒸気の流れを遮らない位置に配設された膜厚モニターにより、蒸着速度が算出される。蒸着速度は材料収容部１０６を加熱する不図示の加熱手段の温度制御部へフィードバックされ、加熱温度が調整される。これにより、蒸着速度をほぼ一定に保つことができる。
【００４３】
以下、有機発光表示パネルを例にとり、本発明にかかる蒸着装置を用いた製造方法の実施例を説明するが、本発明にかかる蒸着装置は本実施例に限られるものではなく、蒸着一般に広く用いることができる。
【００４４】
（実施例）
図１に示す蒸着装置に図２に示す蒸着源を配置して有機発光表示パネルを作製した。有機化合物としてＡｌｑ３を用い、サイズが４００ｍｍ×５００ｍｍの無アルカリガラス基板上に、発光領域サイズが３０μｍ×１２０μｍ、表示領域が３５０ｍｍ×４５０ｍｍの有機発光表示パネルを作製した。
【００４５】
本実施例では、Ａｌｑ３を蒸着速度１０［Å／ｓ］、膜厚１０００［Å］を目標にして成膜を行うため、蒸着源は３３０〜３６０℃に加熱する必要がある。そこで、蒸着源の到達温度を３６０℃に設定して遮熱部材の開口範囲を設定した。なお、蒸着源および輸送管は、ステンレスで作製し、遮熱部材１１１には水冷管を配置し、約２６℃の水を流した。
【００４６】
放出口１０９は、基板上の膜厚分布が計算上±３％以下になる位置に６本、輸送管１０７に固定されている放出部の中心で対称となるように配置した。
【００４７】
遮熱部材１１１は、放出口１０９の先端が遮熱部材から２ｍｍ突き出す位置に配置した。また、遮熱部材１１１には、放出口１０９が熱膨張によって水平方向に変動する範囲を含むように開口１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃを設けた。
【００４８】
輸送管１０７に最も近い２つの開口１１２ａの形状は略円形であり、その径は放出口１０９の外径＋２ｍｍとした。開口１１２ａの次に輸送管１０７に近い２つの開口１１２ｂの形状は略楕円形とし、長径が放出口１０９が配置されるラインに平行となるように配置した。開口１１２ｂの短径は放出口の外径＋２ｍｍ、長径は外径＋４ｍｍとした。放出口１０９の中心は、開口１１２の中心から長径に沿っての輸送管側へ１ｍｍずらして配置した。
【００４９】
輸送管１０７から最も離れた２つの開口１１２ｃの形状も略楕円形とし、放出口１０９が配置されるラインに対して短径が垂直、長径が平行となるように配置した。短径は放出口の外径＋２ｍｍとし、長径は外径＋５ｍｍとした。放出口１０９の中心も、開口１１２の真ん中から長軸に沿って１．５［ｍｍ］ずらして配置した。
【００５０】
まず、公知の手法を用いてガラス基板４０２上に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなる回路４０１と電極配線とをマトリクス状に形成した。回路４０１や配線の凹凸を緩和するために、アクリル樹脂をスピンコートし、ガラス基板４０２の回路４０１形成面全体に平坦化層４０３を形成した。平坦化層４０３には、回路４０１と後に形成する下部電極４０４とを電気的に接続するためのコンタクトホール４０５を複数形成した。
【００５１】
次に、ＡｌとＩＴＯとの積層からなる下部電極４０４を形成した。まず、Ａｌをスパッタリング法にて７０ｎｍ堆積した後、フォトリソにてパターニングした。さらにＩＴＯをスパッタリング法にて７０ｎｍ堆積し、フォトリソにてパターニングした。図４に示すように、下部電極４０４と回路４０１はコンタクトホール４０５を通して電気的に接続された。
【００５２】
続いて、下部電極４０４が設けられた面にアクリル樹脂をスピンコートして約２μｍ厚のアクリル膜を形成した後、フォトリソにて発光領域となる３０μｍ×１２０μｍサイズの開口を複数設けた。基板上に残るアクリル膜はバンク４０６と呼ばれ、コンタクトホール４０５の孔と下部電極４０４の端部を覆い、後に積層する膜が段差部で不連続となるのを防止する。以下、バンクまでが設けられたガラス基板４０２を、基板１０１と記述する。
【００５３】
次に、アライメント室内で発光領域に対応する開口が複数設けられたマスク１０２と基板１０１のバンクの開口とを位置合わせした後、基板保持機構にてマスク１０２と基板１０１とを保持した。
【００５４】
基板保持機能にて保持されたマスク１０２と基板１０１とを、図２の蒸着装置の成膜真空チャンバー１０４内へ搬送した。成膜真空チャンバー内では、ライン状に配置された放出口１０９との距離が３００［ｍｍ］となるように水平に保ちながら一定速度４［ｍｍ／ｓｅｃ］で搬送した。基板の搬送方向は、図２の蒸着源の長尺と垂直な方向である。
【００５５】
蒸着速度１０［Å／ｓ］、膜厚１０００［Å］を目標としてＡｌｑ３の成膜を行った。蒸着速度は膜厚モニター１１０によってモニタリングし、材料収容部１０６を加熱する不図示のヒーター制御部にフィードバックし、ヒーターの温度制御を行った。
【００５６】
このとき、材料収容部１０５の温度は約３４０℃でほぼ一定となった。また、輸送流路１０７から放出口１０９までは、不図示のヒーターと熱電対により、ほぼ３３０℃で一定となるように制御した。
【００５７】
最後に、ＩＴＯをスパッタリング法により３０ｎｍ堆積して上部電極とし、有機発光表示パネルを形成した。
【００５８】
前述のように、有機発光表示パネルの形成に本発明にかかる蒸着装置を用いたところ、放出口と遮熱部材が接触することなく、蒸着源からの輻射熱を遮熱部材で遮断して蒸着を終えることができた。その結果、有機発光表示パネルは、発光層の膜厚分布が約±２．０％以内で、輝度のバラツキや画素欠陥の少ない有機発光表示パネルを作成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明にかかる蒸着装置の概略構成の一例を示す図。
【図２】本発明にかかる装置装置に用いる蒸着源の一構成例を示す概略図。
【図３】本発明にかかる装置装置に用いる蒸着源の一構成例を示す概略図。
【図４】本発明にかかる蒸着装置を用いて製造する有機発光表示パネルの一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１０１  基板
１０２  マスク
１０３  基板保持機構
１０４  成膜真空チャンバー
１０５  成膜材料
１０６  材料収容部
１０７  輸送管
１０８  放出部
１０９  放出口
１１０  膜厚モニター
１１１  遮熱部材
１１２  開口
４０１  回路
４０２  ガラス基板
４０３  平坦化層
４０４  下部電極
４０５  コンタクトホール
４０６  バンク
４０７  発光層
４０８  電子輸送層
４０９  電子注入層
４１０  上部電極
【図１】
2010126753.tif 000003
【図２】
2010126753.tif 000004
【図３】
2010126753.tif 000005
【図４】
2010126753.tif 000006