(57)【要約】【課題】電子注入層を形成する有機ＥＬ素子の金属層の劣化を防ぐ。【解決手段】成膜装置ＰＭ１は、内部にて基板上に所望の処理を施す処理容器１００と、有機材料を収納し、収納された有機材料を加熱して気化させる蒸着源２００（第１の蒸着源）と、処理容器１００に内蔵されるとともに蒸着源２００に連結され、蒸着源２００にて気化された有機材料を処理容器内の基板Ｇに向けて吹き出す第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆと、リチウム等のアルカリ金属材料を収納し、収納されたアルカリ金属材料を加熱して気化させる気化器３００（第２の蒸着源）と、処理容器１００に内蔵されるとともに気化器３００に連結され、気化器３００にて気化されたアルカリ金属材料を処理容器内の基板Ｇに向けて吹き出す第２の吹き出し機構１３０と、を有する。【選択図】図３
2010113659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にて被処理体上に所望の処理を施す処理容器と、
有機材料を収納し、収納された有機材料を加熱して気化させる第１の蒸着源と、
前記処理容器に内蔵されるとともに前記第１の蒸着源に連結され、前記第１の蒸着源にて気化された有機材料を前記処理容器内の被処理体に向けて吹き出す第１の吹き出し機構と、
アルカリ金属材料を収納し、収納されたアルカリ金属材料を加熱して気化させる第２の蒸着源と、
前記処理容器に内蔵されるとともに前記第２の蒸着源に連結され、前記第２の蒸着源にて気化されたアルカリ金属材料を前記処理容器内の被処理体に向けて吹き出す第２の吹き出し機構と、を備えた成膜装置。
【請求項２】
保護膜用材料を収納し、収納された保護膜用材料を加熱して気化させる第３の蒸着源と、
前記処理容器に内蔵されるとともに前記第３の蒸着源に連結され、前記第３の蒸着源にて気化された保護膜用材料を前記処理容器内の被処理体に向けて吹き出す第３の吹き出し機構と、をさらに備える請求項１に記載された成膜装置。
【請求項３】
前記処理容器に内蔵され、保護膜用材料からなるターゲットをスパッタするスパッタ装置をさらに備える請求項１に記載された成膜装置。
【請求項４】
前記処理容器に搬送された被処理体を載置する載置台を備え、
前記載置台は、上向き又は下向き又は縦向きに載置された被処理体を前記第１の吹き出し機構側から前記第２の吹き出し機構側へ向けて摺動する請求項１に記載された成膜装置。
【請求項５】
前記処理容器の両端にローラを備え、
前記両端のローラを巻回することにより、前記両端のローラに巻き付けられたフィルムを前記第１の吹き出し機構側から前記第２の吹き出し機構側へ向けて移動させる請求項１に記載された成膜装置。
【請求項６】
前記処理容器には、少なくとも前記第１の吹き出し機構側に排気装置が配設される請求項１に記載された成膜装置。
【請求項７】
前記第１の吹き出し機構と前記第２の吹き出し機構との間には、隔壁が設けられている請求項１に記載された成膜装置。
【請求項８】
前記第１の蒸着源は、複数の有機材料を収納する複数のるつぼから形成され、
前記第１の吹き出し機構は、複数のるつぼに連結された複数の吹き出し部から形成され、
前記複数のるつぼにて気化された複数の有機材料を前記第１の吹き出し機構に設けられた複数の吹き出し部からそれぞれ吹き出すことにより、被処理体上に複数の有機材料を積層させた有機層を連続成膜する請求項１に記載された成膜装置。
【請求項９】
前記アルカリ金属材料は、リチウム、セシウム、ナトリウム、カリウム又はルビシウムのいずれかである請求項１に記載された成膜装置。
【請求項１０】
内部にて被処理体上に所望の処理を施す処理容器と、
有機材料を収納し、収納された有機材料を加熱して気化させる第１の蒸着源と、
前記処理容器に内蔵されるとともに前記第１の蒸着源に連結され、前記第１の蒸着源にて気化された有機材料を前記処理容器内の被処理体に向けて吹き出す第１の吹き出し機構と、
前記処理容器に内蔵され、アルカリ金属材料からなるターゲットをスパッタする第１のスパッタ装置と、
前記処理容器に内蔵され、保護膜用材料からなるターゲットをスパッタする第２のスパッタ装置と、を備えた成膜装置。
【請求項１１】
前記処理容器には、少なくとも前記第１の吹き出し機構側に排気装置が配設される請求項１０に記載された成膜装置。
【請求項１２】
前記第１の吹き出し機構と前記第１のスパッタ装置との間には、隔壁が設けられている請求項１０に記載された成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置、成膜方法及び有機ＥＬ素子に関し、より詳しくは、有機ＥＬ素子に含まれる膜構造及びその膜構造を形成するための成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機化合物を用いて発光させる有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を利用した有機ＥＬディスプレイが注目されている。この有機ＥＬ素子は、自発光し、反応速度が速く、消費電力が低い等の特徴を有している。このため、液晶ディスプレイに比べて映像が大変美しいだけでなく、バックライトを必要とせず、薄型が可能で、特に携帯型機器の表示部への応用等が期待されている。【０００３】
有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に形成され、有機層を陽極層（アノード）および陰極層（カソード）にてサンドイッチした構造を有している。この有機ＥＬ素子に外部から数Ｖの電圧を印加して電流を流すと、陰極側から有機層に電子が注入され、陽極側から有機層にホールが注入される。電子とホールの注入により有機材料蒸気は励起状態になるが、電子とホールが再結合して励起された有機材料蒸気が元の基底状態に戻るときその余分なエネルギーが光として放出される。【０００４】
電子を有機層に注入する際、電子注入障壁を低下させて陰極側から有機層に効率よく電子を注入することができれば、高性能な有機ＥＬ素子を製造することができる。このため、有機層と陰極との界面に仕事関数が低いアルカリ金属などの材料からなる電子注入層を形成することが一般的に行われている（たとえば、非特許文献１を参照。）。【０００５】
非特許文献１では、各陰極とエミッタ層との間に金属をドープした有機層を形成することが開示されている。ドーパントメタルとしては、たとえば、リチウム（Ｌｉ）やストロンチウム（Ｓｒ）やサマリウム（Ｓｍ）が一例として挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“Bright organic electroluminescent devices having a metal-dopedelectron-injecting layer” 1998 American Institute of Physics, Applied Physics Letters,VOLUME 73,NUMBER 20, 16 NOVEMBER 1998
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アルカリ金属は、仕事関数が小さいので電子注入層を形成する材料として好ましい。しかしながら、一方でアルカリ金属は高活性種であるため、高真空状態にある処理室内であっても室内に残留している水分、窒素、酸素などと容易に反応してしまう。よって、電子注入層の下地となる有機層の表面にこのような不純物が存在する状態で電子注入層を成膜すると、その界面でリチウム等の金属と不純物とが反応し、たとえば、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）の絶縁物となる等、膜に劣化が生じていた。このため、従来は、リチウム等の金属が酸化リチウム等の絶縁物に変化することを考慮して、リチウムの膜をごく薄く成膜する方法がとられていた。ただし、これによっても、リチウムの膜をごく薄く成膜すると膜の面内均一性が悪くなり、有機ＥＬ素子の性能のバラツキが生じる等の課題を残していた。【０００８】
そこで、上記問題を解消するために、本発明は、電子注入層を形成する金属層の劣化を防ぎ、同層の電子注入効率を高めた成膜装置、成膜方法及び有機ＥＬ素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内部にて被処理体上に所望の処理を施す処理容器と、有機材料を収納し、収納された有機材料を加熱して気化させる第１の蒸着源と、前記処理容器に内蔵されるとともに前記第１の蒸着源に連結され、前記第１の蒸着源にて気化された有機材料を前記処理容器内の被処理体に向けて吹き出す第１の吹き出し機構と、アルカリ金属を収納し、収納されたアルカリ金属を加熱して気化させる第２の蒸着源と、前記処理容器に内蔵されるとともに前記第２の蒸着源に連結され、前記第２の蒸着源にて気化されたアルカリ金属を前記処理容器内の被処理体に向けて吹き出す第２の吹き出し機構と、を有する成膜装置が提供される。【００１０】
これによれば、第１の蒸着源にて気化された有機材料を処理容器内の被処理体に向けて吹き出す第１の吹き出し機構と、第２の蒸着源にて気化されたアルカリ金属を前記処理容器内の被処理体に向けて吹き出す第２の吹き出し機構と、を有する。これによれば、有機材料の材料蒸気を吹き出す第１の吹き出し機構とアルカリ金属の気化原子を吹き出す第２の吹き出し機構とが一つの処理容器内に配設される。これによれば、有機層の成膜後、被処理体を他の処理装置に向けて搬送することなく、同一チャンバ内でアルカリ金属層を成膜できる。これにより、有機層の表面に水分、窒素、酸素等の不純物が付着することを避けることができる。これにより、アルカリ金属層が有機層の表面に付着した不純物と反応して酸化し、絶縁物となる等の膜の劣化を防止することができる。この結果、電子注入効率を高くすることができ、高性能な有機ＥＬ素子を製造することができる。【００１１】
また、上述したようにアルカリ金属層の劣化を防ぐことができるので、従来に比べて膜を厚く成膜することができる。たとえば、アルカリ金属層を０．５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに成膜することができる。アルカリ金属層をある程度厚く成膜することにより、有機ＥＬ素子の性能のバラツキを抑制することができる。また、アルカリ金属層にある程度の厚みを設けることにより、アルカリ金属層を電子注入層として機能させるだけでなく、有機ＥＬ素子の陰極としても機能させることができる。【００１２】
ただし、活性なアルカリ金属層が、処理容器内の残留水分、窒素、酸素等と反応することを防ぐために、アルカリ金属層を成膜後、直ちに金属や樹脂やＳｉＮ等のシリコン酸化窒化膜等の保護膜にてアルカリ金属層を保護する必要がある。【００１３】
そこで、成膜装置は、保護膜用材料を収納し、収納された保護膜用材料を加熱して気化させる第３の蒸着源と、前記処理容器に内蔵されるとともに前記第３の蒸着源に連結され、前記第３の蒸着源にて気化された保護膜用材料を前記処理容器内の被処理体に向けて吹き出す第３の吹き出し機構と、をさらに有していてもよい。【００１４】
前記処理容器に内蔵され、保護膜用材料からなるターゲットをスパッタするスパッタ装置をさらに有していてもよい。【００１５】
前記処理容器に搬送された被処理体を載置する載置台を備え、前記載置台は、上向き又は下向き又は縦向きに載置された被処理体を前記第１の吹き出し機構側から前記第２の吹き出し機構側へ向けて摺動するようにしてもよい。【００１６】
前記処理容器の両端にローラを備え、前記両端のローラを巻回することにより、前記両端のローラに巻き付けられたフィルムを前記第１の吹き出し機構側から前記第２の吹き出し機構側へ向けて移動させるようにしてもよい。【００１７】
前記処理容器には、少なくとも前記第１の吹き出し機構側に排気装置が配設されていてもよい。【００１８】
前記第１の吹き出し機構と前記第２の吹き出し機構との間には、隔壁が設けられていてもよい。【００１９】
前記第１の蒸着源は、複数の有機材料を収納する複数のるつぼから形成され、前記第１の吹き出し機構は、複数のるつぼに連結された複数の吹き出し部から形成され、前記複数のるつぼにて気化された複数の有機材料を前記第１の吹き出し機構に設けられた複数の吹き出し部からそれぞれ吹き出すことにより、被処理体上に複数の有機材料を積層させた有機層を連続成膜してもよい。【００２０】
前記アルカリ金属は、リチウム、セシウム、ナトリウム、カリウム又はルビシウムのいずれかであってもよい。【００２１】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、第１の蒸着源に収納された有機材料を加熱して気化させ、前記第１の蒸着源にて気化された有機材料を前記第１の蒸着源に連結された第１の吹き出し機構から処理容器内に吹き出し、前記吹き出された有機材料により、前記処理容器内にて被処理体に有機層を成膜し、第２の蒸着源に収納されたアルカリ金属を加熱して気化させ、前記第２の蒸着源にて気化されたアルカリ金属を前記第２の蒸着源に連結された第２の吹き出し機構から前記処理容器内に吹き出し、前記吹き出されたアルカリ金属により、前記処理容器内にて被処理体の有機層上に直ちに金属層を成膜する成膜方法が提供される。【００２２】
このとき、前記金属層を０．５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに成膜してもよい。これによれば、前記金属層を電子注入層及び電極として機能させることができる。【００２３】
第３の蒸着源に収納された保護膜用材料を加熱して気化させ、前記第３の蒸着源にて気化された保護膜用材料を前記第３の蒸着源に連結された第３の吹き出し機構から処理容器内に吹き出し、前記吹き出された保護膜用材料により、前記処理容器内にて被処理体の金属層上に直ちに保護膜を成膜してもよい。【００２４】
前記処理容器に内蔵されたスパッタ装置により保護膜用材料からなるターゲットをスパッタし、前記スパッタされた保護膜用材料により、前記処理容器内にて被処理体の金属層上に直ちに保護膜を成膜してもよい。【００２５】
前記処理容器外に配置されたエッチング装置により前記金属層の表面をエッチングし、前記処理容器外に配置されたスパッタ装置により保護膜用材料からなるターゲットをスパッタし、前記スパッタされた保護膜用材料により、前記処理容器外にて被処理体の金属層上に直ちに保護膜を成膜してもよい。【００２６】
前記処理容器外に配置されたエッチング装置により前記金属層表面をエッチングし、前記処理容器外に配置されたＣＶＤ装置により保護膜用材料ガスからプラズマを励起し、励起されたプラズマにより、前記処理容器外にて被処理体の金属層上に直ちに保護膜を成膜してもよい。【００２７】
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、被処理体のＩＴＯ上に成膜された有機層と、前記有機層上にリチウム、セシウム、ナトリウム、カリウム又はルビシウムのいずれかを０．５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに成膜することにより電子注入層及び電極として機能させる金属層と、前記金属層上に成膜された保護膜と、を含む有機ＥＬ素子が提供される。【００２８】
これによれば、処理容器内の同一空間にて有機層とアルカリ金属層とを連続的に成膜することにより、アルカリ金属層と有機層との界面で、アルカリ金属が処理容器内の残留水分、窒素、酸素等と反応し、劣化することを防止することができる。これにより、電子の注入効率を高く維持した高性能な有機ＥＬ素子を製造することができる。【００２９】
上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、内部にて被処理体上に所望の処理を施す処理容器と、有機材料を収納し、収納された有機材料を加熱して気化させる第１の蒸着源と、前記処理容器に内蔵されるとともに前記第１の蒸着源に連結され、前記第１の蒸着源にて気化された有機材料を前記処理容器内の被処理体に向けて吹き出す第１の吹き出し機構と、前記処理容器に内蔵され、アルカリ金属材料からなるターゲットをスパッタする第１のスパッタ装置と、前記処理容器に内蔵され、保護膜用材料からなるターゲットをスパッタする第２のスパッタ装置と、を備えた成膜装置が提供される。【００３０】
前記処理容器には、少なくとも前記第１の吹き出し機構側に排気装置が配設されていてもよい。【００３１】
前記第１の吹き出し機構と前記第１のスパッタ装置との間には、隔壁が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、電子注入層を形成する金属層の劣化を防ぎ、同層の電子注入効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１〜第４の実施形態及びその変形例に係る基板処理システムの概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の製造プロセスの一例を示した図である。
【図３】第１の実施形態に係る成膜装置ＰＭ１の縦断面図である。
【図４】第１〜第４の実施形態に係る６層連続成膜処理により形成された有機ＥＬ素子を示した図である。
【図５】第１の実施形態の変形例に係る成膜装置ＰＭ１の縦断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る成膜装置ＰＭ１の縦断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る成膜装置ＰＭ１の縦断面図である。
【図８】第３の実施形態の変形例に係る成膜装置ＰＭ１の縦断面図である。
【図９】第４の実施形態に係る成膜装置ＰＭ１の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の各実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。
【００３５】
また、以下に示す順序に従って説明する。
〔１〕第１の実施形態
〔１−１〕基板処理システムの全体構成
〔１−２〕成膜装置の内部構成
〔１−３〕第１の実施形態の変形例
〔２〕第２の実施形態
〔２−１〕成膜装置の内部構成
〔３〕第３の実施形態
〔３−１〕成膜装置の内部構成
〔３−２〕第３の実施形態の変形例
〔４〕第４の実施形態
【００３６】
〔１〕第１の実施形態
〔１−１〕基板処理システムの全体構成
まず、第１の実施形態に係る成膜装置を含む基板処理システムの全体構成について、図１を参照しながら説明する。有機ＥＬ素子は、たとえば、図１に示したクラスタ型の基板処理システムＳｙｓ内で製造される。
【００３７】
基板処理システムＳｙｓでは、複数の処理容器がクラスタ側に連結されている。実際には、基板処理システムＳｙｓは、ロードロック装置ＬＬＭ（Ｌｏａｄ  Ｌｏｃｋ  Ｍｏｄｕｌｅ）、搬送装置ＴＭ（Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）、クリーニング装置（前処理室）ＣＭ（Ｃｌｅａｎｉｎｇ  Ｍｏｄｕｌｅ）、成膜装置ＰＭ１（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍｏｄｕｌｅ）、エッチング装置ＰＭ２、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学蒸着薄膜成膜法）装置ＰＭ３及びスパッタ装置ＰＭ４を有している。成膜装置ＰＭ１は、同一処理容器内にて有機層とアルカリ金属層とを連続的に成膜する成膜装置に相当する。
【００３８】
ロードロック装置ＬＬＭは、大気系から搬送されたガラス基板Ｇ（以下、基板Ｇという。）を、減圧状態にある搬送装置ＴＭに搬送するために内部を減圧状態に保持した真空搬送室である。搬送装置ＴＭには、略中央に屈伸および旋回可能な多関節状の搬送アームＡｒｍが配設されている。基板Ｇは、最初に、搬送アームＡｒｍを用いてロードロック装置ＬＬＭからクリーニング装置ＣＭに搬送される。基板Ｇには、陽極層としてのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）が形成されていて、クリーニング装置ＣＭにてその表面に付着した汚染物（主に有機物）を除去する。
【００３９】
図２には、有機ＥＬ素子の製造プロセスが示されている。図２の（ａ）に示したように、成膜装置ＰＭ１には、クリーニング済みの基板Ｇが搬入される。成膜装置ＰＭ１では、図２の（ｂ）に示したように、蒸着により基板のＩＴＯ表面に６層の有機層２０が連続的に成膜される。有機層を成膜後、同成膜装置ＰＭ１では、図２の（ｃ）に示したように、直ちに蒸着により金属層３０が成膜される。金属層３０の成膜には気化器が利用される。金属層３０を形成する金属は仕事関数が低いアルカリ金属が好ましく、特に、リチウム、セシウム、ナトリウム、カリウム又はルビシウムのいずれかが好ましい。これらのアルカリ金属は高活性種であり不安定であること、特に、薄膜の場合、面内均一性を図ることが難しいことを考慮して、本実施形態では成膜装置ＰＭ１の同一空間内にて有機層２０及び金属層３０を連続して成膜する。これについては、本実施形態では、アルカリ金属としてリチウムを使用した場合を例に挙げて後程、詳述する。
【００４０】
次に、基板Ｇは、搬送装置ＴＭのアームＡｒｍに把持され、エッチング装置ＰＭ２に搬送される。エッチング装置ＰＭ２では、図２の（ｄ）に示したように、金属層３０の表面をソフトエッチングして、金属層３０の表面に付着した不純物を取り除く。その後、基板Ｇは、搬送装置ＴＭのアームＡｒｍに把持され、スパッタ装置ＰＭ４に搬送される。スパッタ装置ＰＭ４では、アルミニウムや銀等の保護膜用材料からなるターゲットをスパッタすることにより飛び出した保護膜用材料の原子を金属層３０の上に積層させる。これにより、図２の（ｅ）に示したように、金属層３０の上に保護膜４０が成膜される。
【００４１】
積層膜の上部から光を取り出す場合、金属層３０に光を透過させる必要があるため、金属層３０を薄く形成する必要がある。この場合、金属層３０は薄膜であるため、図２の（ｄ）に示したソフトエッチングができない場合がある。よって、ソフトエッチングをしなくてもよいように、金属層３０の表面にＩＴＯ膜のような透明酸化物膜を形成しておいてもよい。
【００４２】
保護膜４０の成膜には、スパッタ装置ＰＭ４に替えてＣＶＤ装置ＰＭ３を用いてもよい。この場合にも、図２の（ｄ）に示したように、まず、金属層３０の表面をソフトエッチングして、金属層３０の表面に付着した不純物を取り除く。その後、基板ＧをＣＶＤ装置ＰＭ３に搬送する。ＣＶＤ装置ＰＭ３では、保護膜用材料ガスからプラズマを励起し、励起されたプラズマにより基板Ｇの金属層上に保護膜４０を成膜する。これによっても、図２の（ｅ）に示したように、金属層３０の上に保護膜４０が成膜される。なお、ＣＶＤ装置ＰＭ３は、容量結合型（平行平板）プラズマ処理装置、誘導結合型（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）プラズマ処理装置、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、マイクロ波プラズマ処理装置等、ガスを励起してプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて基板Ｇを成膜する装置であればいずれであってもよい。
【００４３】
（制御器）
制御器５０は、ＲＯＭ５０ａ、ＲＡＭ５０ｂ、ＣＰＵ５０ｃおよび入出力Ｉ／Ｆ（インターフェース）５０ｄを有している。ＲＯＭ５０ａ、ＲＡＭ５０ｂには、たとえば、有機層２０を成膜する際の有機材料の蒸発速度を制御したり、金属層３０を成膜する際のアルカリ金属の蒸発速度を制御したりするためのデータや制御プログラムが格納されている。
【００４４】
基板処理システムＳｙｓの各装置は、制御器５０によって制御される。具体的には、ＣＰＵ５０ｃは、ＲＯＭ５０ａ、ＲＡＭ５０ｂに格納されたデータや制御プログラムを用いて、基板処理システムＳｙｓ内の搬送やプロセスを制御するための駆動信号を生成する。入出力Ｉ／Ｆ５０ｄは、ＣＰＵ５０ｃにより生成された駆動信号を基板処理システムＳｙｓに出力し、これに応じて基板処理システムＳｙｓから出力された応答信号を入力して、ＣＰＵ５０ｃに伝える。
【００４５】
〔１−２〕成膜装置の内部構成
次に、成膜装置ＰＭ１の内部構成について、図３を参照しながら詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１を模式的に示した縦断面図である。成膜装置ＰＭ１は、処理容器１００、第１の蒸着源としての蒸着源２００、第２の蒸着源としての気化器３００を有している。
【００４６】
処理容器１００は直方体であり、摺動可能な載置台１１０、６つの第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆ、１つの第２の吹き出し機構１３０、隔壁１４０及び隔壁１５０を内蔵する。処理容器１００の側壁には、開閉により基板Ｇを搬入、搬出可能なゲートバルブ１６０ａ，１６０ｂが設けられている。
【００４７】
載置台１１０は、図示しない高電圧電源から印加された高電圧により、ゲートバルブ１６０ａから搬入された基板Ｇを静電吸着する。載置台１１０は、このようにして下向きに基板Ｇを載置した状態にて、天井面に設けられたレール１１０ａ上を第１の吹き出し機構１２０ａ側から第２の吹き出し機構１３０側へ向けて摺動する。これにより、基板Ｇは、第１の吹き出し機構１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、第２の吹き出し機構１３０の順に、各吹き出し口のわずか上空を平行移動する。
【００４８】
第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆは、形状および構造がすべて同一であって、互いに平行して等間隔に配置されている。第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆは、その内部が中空（緩衝空間Ｓ）の矩形形状をしていて、その上部中央に設けられた開口から有機材料蒸気を吹き出すようになっている。第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆの下部は、処理容器１００の底壁を貫通する第１のガス供給管１７０ａ〜１７０ｆを介して蒸着源２００に連結されている。
【００４９】
処理容器１００の同一空間中には、第１の吹き出し機構１２０ｆに少し離れて第２の吹き出し機構１３０が設けられている。第２の吹き出し機構１３０の下部は、処理容器１００の底壁を貫通する第２のガス供給管１８０を介して気化器３００に連結されている。第１のガス供給管１７０ａ〜１７０ｆ及び第２のガス供給管１８０には、処理容器側に搬送される有機材料やアルカリ金属材料の給断及び流量を制御するバルブＶ１，Ｖ２がそれぞれ設けられている。
【００５０】
第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆ及び第２の吹き出し機構１３０の両脇には各吹き出し機構を仕切る隔壁１４０、１５０が設けられている。これにより、隣接する第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆ及び第２の吹き出し機構１３０の吹き出し口から吹き出される各種の有機材料及びアルカリ金属材料が混入し合うことを防止する。
【００５１】
処理容器１００には、第１の吹き出し機構１２０ａ側に排気口１９０ａが設けられている。排気口１９０ａに接続された排気装置１９５ａを駆動すると、第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆから吹き出された有機材料の残留物は排気口１９０ａから処理容器外に排出される。また、処理容器１００には、第２の吹き出し機構１３０側に排気口１９０ｂが設けられている。排気口１９０ｂに接続された排気装置１９５ｂを駆動すると、第２の吹き出し機構１３０から吹き出されたアルカリ金属材料蒸気の残留原子は排気口１９０ｂから処理容器外に排出される。特に、蒸着による成膜では、気化原子は、処理容器内を飛来して拡散しながら基板Ｇまで到達し成膜に使われる。基板Ｇに一旦吸着した気体原子であっても、基板Ｇから離れて処理容器内を再び飛来するものも存在する。このように、蒸着による成膜では、気化原子は、処理容器内をかなり広範囲に拡散する傾向が強い。
【００５２】
よって、第１の吹き出し機構１２０ａ側から残留した有機材料蒸気を排気することにより、第２の吹き出し機構１３０側に有機材料蒸気が飛来して金属層３０に混入することを抑制することができる。また、第２の吹き出し機構１３０側から残留したリチウムを排気することにより、第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆ側にリチウムが飛来して有機層２０に混入することを抑制することができる。有機層２０の成膜中は、排気装置１９５ａのみを駆動し、第２の吹き出し機構１３０側に残留有機材料蒸気が飛来しないようにし、金属層３０の成膜中は、排気装置１９５ｂのみを駆動し、第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆ側に残留リチウムが飛来しないようにしてもよい。成膜中、処理容器内は、各排気装置１９５ａ、１９５ｂを駆動することにより１０−２Ｐａ〜１０−３Ｐａ程度の減圧状態に保たれている。
【００５３】
蒸着源２００には、形状および構造が同一の６つのるつぼ２１０ａ〜２１０ｆが内蔵されている。各るつぼ２１０ａ〜２１０ｆは、内部に異なる有機材料Ａ〜Ｆをそれぞれ収納している。有機材料Ａ〜Ｆがそれぞれ収納された容器底面には、ヒータ２２０ａ〜２２０ｆがそれぞれ埋め込まれている。ヒータ２２０ａ〜２２０ｆをそれぞれ加熱することにより、るつぼ２１０ａ〜２１０ｆを２００〜５００℃程度の高温にすることにより、有機材料Ａ〜Ｆの気化速度を制御するようになっている。なお、気化とは、液体が気体に変わる現象だけでなく、固体が液体の状態を経ずに直接気体に変わる現象（すなわち、昇華）も含んでいる。
【００５４】
るつぼ２１０ａ〜２１０ｆには、アルゴンガスＡｒを供給するガスラインが設けられている。ガスラインからるつぼ２１０ｆ内に供給されたアルゴンガスは、各るつぼ２１０ａ〜２１０ｆにて気化された有機材料蒸気Ａ〜Ｆを第１のガス供給管１７０ａ〜１７０ｆを介して第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆまで搬送し、第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆの吹き出し口から処理容器１００の内部に放出される。蒸着源２００には排気口２３０が設けられている。排気装置２４０を駆動することにより、処理容器内を所望の真空度に維持するようになっている。
【００５５】
アルゴンガスおよび有機材料蒸気を通す第１のガス供給管１７０ａ〜１７０ｆも、るつぼと同様に２００℃以上の温度に調節される。これにより、有機材料蒸気がアルゴンガスにより搬送される際、第１のガス供給管１７０ａ〜１７０ｆ等に付着して液化することを防ぐことができる。これにより、有機層２０を成膜する際の材料効率を高めることができる。
【００５６】
処理容器１００の外部には、リチウムを加熱して気化させる気化器３００が設けられている。気化器３００の内部にはリチウム等のアルカリ金属を収納できる蒸発容器Ｄｓ１が設けられている。蒸発容器Ｄｓ１には、電源Ｄｓ２が接続されている。電源Ｄｓ２には、制御器５０から出力された駆動信号に基づき所望の電圧が印加され、蒸発容器Ｄｓ１に所定の電流が流れる。これにより、蒸発容器Ｄｓ１は、加熱されて所望の温度に保持される。このようにして、蒸発容器Ｄｓ１に収納されたリチウムの蒸発量が調整される。なお、蒸発容器Ｄｓ１に収納される材料は、仕事関数が低いアルカリ金属材料であれば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等いずれであってもよい。
【００５７】
気化器３００は、開度調整可能バルブＶ３を介して真空ポンプ３１０に連結されている。気化器３００の内部は、制御器５０から出力された駆動信号に基づきバルブＶ３の開度を調節することにより所望の真空圧に制御される。
【００５８】
また、気化器３００は、ガスの流量を調整するマスフローコントローラＭＦＣおよびバルブＶ４を介してアルゴンガス供給源３２０に連結されている。アルゴンガスの給断および流量は、制御器５０から出力された駆動信号に基づき、マスフローコントローラＭＦＣ及びバルブＶ４を制御することによって調節される。
【００５９】
これにより、気化器３００内で蒸発したリチウムは、気化器３００内に送り込まれた所定量のアルゴンガスをキャリアガスとして、第２のガス供給管１８０を通って第２の吹き出し機構１３０まで搬送され、吹き出し口から処理容器内に放出される。なお、第２の吹き出し機構１３０からアルカリ金属を吹き出す機器としては、上記気化器３００に限られず、アルカリ金属単体を直接蒸発させて吹き出させる機構を用いてもよい。
【００６０】
アルゴンガスおよび有機材料蒸気を通す第２のガス供給管１８０及び気化器３００は、２００℃以上の温度に調節される。これにより、リチウムの蒸発速度を制御するとともにリチウムがアルゴンガスにより搬送される際、第２のガス供給管１８０等に付着して液化することを防ぐことができる。これにより、金属層３０を成膜する際の材料効率を高めることができる。
【００６１】
なお、金属層３０を成膜するためには、気化器３００に替えて、有機層２０を成膜するために使用したるつぼと同じ構成の蒸着源を用いてもよく、抵抗加熱ボード等の加熱器であってもよい。
【００６２】
以上に説明した成膜装置ＰＭ１によれば、第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆから吹き出される有機材料蒸気により有機層２０が形成され、その後、第２の吹き出し機構１３０から吹き出される有機材料蒸気により有機層２０が連続的に形成される。
【００６３】
具体的には、第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆから吹き出される有機材料蒸気のうち、まず、第１の吹き出し機構１２０ａから吹き出された有機材料蒸気が、吹き出し機構１２０ａの上方をある速度で進行する基板Ｇ上のＩＴＯ（陽極）に付着することにより、図４に示したように、第１の吹き出し機構１２０ａから吹き出された有機材料蒸気Ａが基板Ｇに堆積することにより基板上に第１層のホール注入層が形成される。続いて、基板Ｇが第１の吹き出し機構１２０ｂから第１の吹き出し機構１２０ｆまで順に移動する際、第１の吹き出し機構１２０ｂ〜１２０ｆから吹き出された有機材料蒸気Ｂ〜Ｆがそれぞれ基板Ｇに堆積することにより、有機層（第２層〜第６層）が順に形成される。最後に、第２の吹き出し機構１３０から放出されるリチウムが基板Ｇに堆積することにより、金属層３０が形成される。
【００６４】
このようにして、有機層２０及び金属層３０を同一処理装置内で連続的に成膜することにより、有機層２０及び金属層３０の劣化を防止することができる。これについて、具体的に説明する。リチウムやセシウム等のアルカリ金属は、仕事関数が小さいので有機ＥＬ素子の電子注入層を形成する材料として好ましい。しかしながら、一方でアルカリ金属は高活性種であるため、高真空状態にある処理室内であっても室内に残留している水分、窒素、酸素などと容易に反応してしまう。よって、金属層３０の下地となる有機層２０の表面にこのような不純物が存在する状態でその上に金属層３０を成膜すると、有機層２０と金属層３０との界面で成膜させるアルカリ金属と有機層に付着した不純物とが反応し、たとえば、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）の絶縁物となる等、金属層３０に劣化が生じてしまう。このため、従来は、リチウム等のアルカリ金属が絶縁物に変化することを考慮して、リチウムの膜をごく薄く成膜する方法がとられていた。ただし、これによっても、リチウムの膜をごく薄く成膜すると膜の面内均一性が悪くなり、有機ＥＬ素子の性能のバラツキが生じる等の課題を残していた。
【００６５】
これに対して、本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１では、有機層２０の成膜後、金属層３０の成膜前に基板を別チャンバに搬送する必要がない。よって、有機層上に不純物が付着する確率は非常に低くなる。よって、同一処理容器内にて有機層上に直ちに成膜される金属層３０が、有機層２０の界面にて不純物と反応して絶縁物化する確率も非常に低くなる。この結果、金属層３０の電子注入効率を高め、有機層２０の光電変換効率を高めることができる。
【００６６】
また、本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１によれば、上述のように、金属層３０が有機層２０の界面にて不純物と反応して絶縁物化する確率が非常に低くなるため、電子注入効率を低下させることなくアルカリ金属の膜を従来よりも厚く成膜することができる。このため、本成膜装置ＰＭ１によれば、たとえば、金属層３０を０．５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに成膜することができ、成膜プロセスを管理できる膜厚になる。金属層３０をある程度の厚さに成膜することにより、金属層３０の面内均一性を改善し、有機ＥＬ素子の性能のバラツキを抑制することができる。
【００６７】
さらに、金属層３０をある程度の厚さに成膜することにより、従来は膜が薄すぎて不可能であった電子注入層の電極化を可能とすることができる。つまり、本実施形態に係る成膜装置によれば、金属層３０をたとえば５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さに成膜することにより、金属層３０を電子注入層及び電極(陰極)として機能させることができる。また、金属層３０をある程度厚く成膜することにより、後工程の保護膜のスパッタに対してそのダメージを金属層３０にて吸収することができ、スパッタによる有機層２０へのダメージを低減させることができる。
【００６８】
金属層３０を成膜後、基板Ｇは、図１のエッチング装置ＰＭ２に搬送され、反応しやすいリチウムの金属層３０をソフトエッチングしてその表面をクリーニングする（図２の（ｄ）参照）。その後、直ちにスパッタ装置ＰＭ４に搬送され、アルミニウムＡｌや銀Ａｇから形成されたスパッタリング材にアルゴンガスのイオンを衝突させることにより、スパッタリング原子Ａｇを叩き出す。叩き出されたスパッタリング原子Ａｇは、金属層３０上に堆積する。これにより、図２の（ｅ）に示した保護膜４０が成膜される。保護膜４０は、高活性化種の金属層３０の酸化を防止する。
【００６９】
積層膜の上部から光を取り出す場合、金属層３０に光を透過させる必要があるため、金属層３０を薄く形成する必要がある。この場合、金属層３０は薄膜であるため、図２の（ｄ）に示したソフトエッチングができない場合がある。よって、ソフトエッチングをしなくてもよいように、金属層３０の表面にＩＴＯ膜のような透明酸化物膜を形成しておいてもよい。
【００７０】
なお、保護膜４０は、高活性化種であるアルカリ金属の金属層３０を保護できる材質であれば、銀やアルミニウムの他に樹脂なども使用することができる。ただし、保護膜４０に樹脂を用いる場合には、スパッタによる成膜方法は使えないため、蒸着かＣＶＤによる成膜方法が使われる。
【００７１】
ＩＴＯ側から光を放出する有機ＥＬ素子の場合、光の反射率の高い銀やアルミニウムを保護膜４０として使用することが好ましい。また、保護膜４０が薄いと光が透過してしまうので、ＩＴＯ側から光を放出するために保護膜４０にはある程度の厚みが必要である。また、この場合には、保護膜４０には、光を反射しない樹脂は使えない。
【００７２】
一方、ＩＴＯ側と反対側（保護膜側）から光を取り出す有機ＥＬ素子の場合、光を透過しやすいように、保護膜４０として銀やアルミニウムを薄くする成膜する方がよい。また、この場合には、光を吸収しにくく、かつ光を透過しやすい樹脂であれば保護膜４０に使うことができる。
【００７３】
さらに、リチウム等の金属層３０とアルミニウムや銀等の保護膜４０との厚さの比を最適化することにより、金属層３０及び保護膜４０に対する光の透過率や光の反射率を最適化することができる。
【００７４】
以上に説明したように、本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１によれば、第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆから吹き出された有機材料の材料蒸気が基板Ｇに堆積することにより有機層２０が形成され、その直後に同空間内にて第２の吹き出し機構１３０から吹き出されたアルカリ金属の気化原子が基板Ｇに堆積することにより金属層３０が形成される。これによれば、有機層２０を成膜後、基板Ｇを他の処理装置に向けて搬送することなく、同一チャンバ内で金属層３０を成膜できる。これにより、有機層２０の表面に水分、窒素、酸素等の不純物が付着することを避けることができ、金属層３０が有機層２０の表面に付着した不純物と反応して酸化し，絶縁物化して膜の劣化を防ぐことができる。この結果、電子注入効率が高く、高性能な有機ＥＬ素子を製造することができる。
【００７５】
また、上述したように金属層３０の劣化を防ぐことができるので、従来に比べて金属層３０を厚くすることができる。たとえば、金属層３０を０．５ｎｍ〜１００ｎｍの厚さに成膜することができる。金属層３０にある程度の厚みを設けることにより、金属層３０を電子注入層として機能させるだけでなく、有機ＥＬ素子の陰極としても機能させることができる。また、有機ＥＬ素子の性能のバラツキを抑制することができる。
【００７６】
〔１−３〕第１の実施形態の変形例
第１の実施形態に係る成膜装置ＰＭ１の変形例について、図５を参照しながら説明する。第１の実施形態に係る成膜装置ＰＭ１では、基板Ｇを下向き方式で成膜した。
【００７７】
これに対して、第１の実施形態の変形例に係る成膜装置ＰＭ１では、載置台１１０は、図５に示したように、処理容器１００の底面に設置されている。載置台１１０は、ゲートバルブ１６０ａから搬入された基板Ｇを、上向きの状態で載置する。なお、ガス輸送成膜が可能になれば、成膜基材は、上向き（フェースアップ）だけでなく、下向き（フェースダウン）や縦向き（サイド）でもよい。載置台１１０は、処理容器の底面に設けられたレール１１０ａ上を第１の吹き出し機構１２０ａ側から第２の吹き出し機構１３０側へ向けて摺動する。これにより、基板Ｇは、第１の吹き出し機構１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ、１２０ｆ、第２の吹き出し機構１３０の順に、各吹き出し口のわずか上空を平行移動する。この結果、第１の実施形態と同様に、同一処理容器１００の内部にて有機層２０及び金属層３０が連続的に成膜される。
【００７８】
これによれば、基板Ｇを上向きに載置した状態にて成膜処理が実行される。よって、大型基板の場合であっても、基板Ｇを反らすことなくその搬送を容易にすることができる。また、基板上に形成される膜の面内均一性を高めることができる。
【００７９】
〔２〕第２の実施形態
次に、第２の実施形態に係る成膜装置について、図６を参照しながら説明する。なお、第２の実施形態に係る基板処理システムＳｙｓは、第１の実施形態と同様であり、有機ＥＬ素子は図１に示したクラスタ型の基板処理システムＳｙｓ内で製造される。
【００８０】
〔２−１〕成膜装置の内部構成
本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１では、有機層２０の蒸着、金属層３０の蒸着、及び保護膜４０の成膜が処理容器１００の内部にて連続的に処理される。よって、本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１では、第１の実施形態に係る成膜装置ＰＭ１にて有機層２０を蒸着するために設けられていた蒸着源２００（第１の蒸着源）及び第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆ、金属層３０を蒸着するために設けられていた気化器３００（第２の蒸着源）及び第２の吹き出し機構１３０の他に、以下に説明するスパッタ装置４００が処理容器内部に設置されている。
【００８１】
スパッタ装置４００は、処理容器１００の内部にて第２の吹き出し機構１３０の隣に設けられている。第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆと第２の吹き出し機構１３０との間に隔壁１４０，１５０が設けられているのと同様に、第２の吹き出し機構１３０とスパッタ装置４００の間には隔壁４１０が設けられている。
【００８２】
スパッタ装置４００は、アルゴンガスを励起させてプラズマを生成し、アルゴンのイオンにより銀のターゲットをスパッタして銀の原子を叩き出す。叩き出された銀は、基板上に堆積し、これにより保護膜４０が形成される。
【００８３】
具体的には、スパッタ装置４００は、ターゲット材４２０ａ、４２０ｂ、バッキングプレート４３０ａ、４３０ｂ、ターゲットホルダー４４０ａ、４４０ｂ、磁界発生手段４５０ａ、４５０ｂ及びガスシャワーヘッド４６０を有している。
【００８４】
一対のターゲット材４２０ａ、４２０ｂは、スパッタ面が平行になるように対向して配置されている。ターゲット材４２０ａ、４２０ｂは、保護膜用材料として電気抵抗が低く、光の反射率が高い銀またはアルミニウムであることが好ましい。本実施形態では、ターゲット材４２０ａ、４２０ｂは、銀から形成されている。
【００８５】
一対のターゲット材４２０ａ、４２０ｂは、バッキングプレート４３０ａ、４３０ｂを介してターゲットホルダー４４０ａ、４４０ｂに保持されている。磁界発生手段４５０ａ、４５０ｂは、本実施形態では磁石であり、各ターゲット材４２０ａ、４２０ｂの背面にてターゲット材４２０ａにＳ極の磁石、ターゲット４２０ｂにＮ極の磁石が位置するように配置されている。これにより、ターゲット材４２０ａ、４２０ｂの対向空間には、この空間を囲むように各ターゲット材４２０ａ、４２０ｂに垂直な磁界が発生する。
【００８６】
アルゴンガス供給源３２０から出力されたアルゴンガスは、ガスシャワーヘッド４６０から処理容器内に供給される。アルゴンガスの給断および流量は、制御器５０から出力された駆動信号に基づき、マスフローコントローラＭＦＣおよびバルブＶ５を制御することにより調節される。
【００８７】
直流電源４７０は、各ターゲット材４２０ａ、４２０ｂを陰極、バッキングプレート４３０ｂを陽極として、図１に示した制御器５０から出力された駆動信号に基づき所望の直流電圧（ＤＣ定電力）を印加する。これにより、ターゲット材４２０ａ、４２０ｂの対向空間にプラズマが生成される。電力の種類としては、ＤＣ定電力に限られず、ＡＣ電力、ＲＦ電力、ＭＦ電力、パルスＤＣ電力等であってもよく、これらの重畳電力であってもよい。なお、直流電源４７０は、処理容器１００の内部に所望のエネルギーを供給するエネルギー源の一例である。
【００８８】
スパッタ装置４００の近傍には、排気口４８０及び排気口４８０に接続された排気装置４９０が設けられていて、排気装置４９０を駆動することにより、処理容器内の残余のターゲット原子を外部に排気する。
【００８９】
ここで、処理容器１００の内部の圧力について説明する。処理容器１００の内部圧力は各成膜に大きな影響を与える。たとえば、有機層２０及び金属層３０は、水分、窒素、酸素などと反応するとその膜質が劣化する。このため、蒸着時の処理容器内の圧力は１０−２Ｐａ程度が好ましい。特に、有機層２０及び金属層３０はデリケートな膜であり、成膜時の環境が膜質に大きく影響する。たとえば、処理容器内の圧力が高く処理容器内に不純物が多く存在する状態では、有機層２０膜が水分等と反応し、膜中にダークスポット等が生じて光電変換効率を悪化させたり、有機ＥＬ素子の寿命を劣化させたりする。また、金属層３０にはリチウム等の高活性金属を用いるため、処理容器内の圧力が高く不純物が多く存在する状態では、金属層３０が酸素等と反応して絶縁物になり、電子注入効率が悪化する。このため、処理容器内の圧力を１０−２Ｐａより低真空度にした状態にて有機層２０及び金属層３０を蒸着することは得策でない。
【００９０】
本実施形態では、処理容器内の圧力を１０−２〜１０−３Ｐａ程度に維持することにより、有機層２０の蒸着、金属層３０の蒸着、保護膜４０のスパッタを同一容器内で連続的に処理する成膜装置を実現する。
【００９１】
本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１によれば、有機材料およびアルカリ金属材料の酸化や窒化を防止しながら、良質な有機層２０及び金属層３０を成膜することができる。それとともに、同一処理室内に設けられたスパッタ装置４００にてアルゴンガスをプラズマ着火することができ、アルゴンガスのイオンにより、スパッタリング原子Ａｇを叩き出し、これにより、図２の（ｅ）に示した保護膜４０を同一チャンバ内にて成膜することができる。
【００９２】
これによれば、金属層３０を成膜後、基板Ｇを処理容器１００の外部に搬送する必要がない。この結果、金属層３０の表面に水分、窒素、酸素等の不純物が付着することを避けることができ、金属層３０の上に保護膜４０が形成される前に、金属層３０が処理容器内の不純物と反応して酸化し，絶縁物化して膜の劣化を防ぐことができる。このようにして、高活性化種の金属層３０が酸化する前に同チャンバ内で保護膜４０を成膜することにより、電子注入効率が高く、高性能な有機ＥＬ素子を製造することができる。
【００９３】
また、本実施形態では、第１の実施形態にてスパッタリングの前処理として行っていたソフトエッチングの工程(図２の（ｄ）)が不要となる。これにより、スループットを高め、生産性を向上させることができる。
【００９４】
さらに、本実施形態によれば、スパッタリングを従来より低真空の１０−２〜１０−３Ｐａ程度で実行することができる。このため、排気効率が高くなり、基板Ｇの搬送及び処理にかかる時間を従来より短縮することができる。これによっても、スループットを高め、生産性を向上させることができる。
【００９５】
〔３〕第３の実施形態
次に、第３の実施形態に係る成膜装置について、図７を参照しながら説明する。なお、第３の実施形態に係る基板処理システムＳｙｓは、第１の実施形態と同様であり、有機ＥＬ素子は図１に示したクラスタ型の基板処理システムＳｙｓ内で製造される。
【００９６】
〔３−１〕成膜装置の内部構成
本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１では、有機層２０の蒸着、金属層３０の蒸着、及び保護膜４０の蒸着が処理容器１００の内部にて連続的に処理される。よって、本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１では、第２の実施形態に係る成膜装置ＰＭ１にて有機層２０を蒸着するために設けられていた蒸着源２００（第１の蒸着源）及び第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆ、金属層３０を蒸着するために設けられていた気化器３００（第２の蒸着源）及び第２の吹き出し機構１３０の他に、以下に説明する気化器５００（第３の蒸着源に相当）及び第３の吹き出し機構５１０が処理容器内部に設置されている。
【００９７】
処理容器１００の外部には、リチウムを加熱して気化させる気化器３００の他に、銀又はアルミニウムを気化させる気化器５００が設けられている。気化器５００は、開度調整可能バルブＶ６を介して真空ポンプ５２０に連結されている。気化器５００の内部は、制御器５０から出力された駆動信号に基づきバルブＶ６の開度を調節することにより所望の真空圧に制御される。
【００９８】
また、気化器５００は、ガスの流量を調整するマスフローコントローラＭＦＣおよびバルブＶ７を介してアルゴンガス供給源３２０に連結されている。アルゴンガスの給断および流量は、制御器５０から出力された駆動信号に基づき、マスフローコントローラＭＦＣ及びバルブＶ７を制御することによって調節される。気化器５００と第３の吹き出し機構５１０とは、第３のガス供給管５３０にて連結されている。第３のガス供給管５３０には、処理容器側に搬送される保護膜用材料の給断及び流量を制御するバルブＶ８が設けられている。
【００９９】
これにより、気化器５００内で蒸発したアルミニウムや銀は、気化器５００内に送り込まれた所定量のアルゴンガスをキャリアガスとして、第３のガス供給管５２０内部の通路を通って処理容器内まで搬送される。
【０１００】
第２の吹き出し機構１３０と第３の吹き出し機構５１０の間には隔壁５４０が設けられている。また、処理容器１００の第３の吹き出し機構５１０側には排気口５５０が設けられている。排気口５５０は排気装置５６０に接続されている。排気装置５６０を駆動すると、第３の吹き出し機構５１０から吹き出された銀の残留原子は排気口５５０から処理容器外に排出される。
【０１０１】
なお、保護膜４０を成膜するためには、気化器５００に替えて、有機層２０を成膜するために使用したるつぼと同じ構成の蒸着源を用いてもよい。ただし、保護膜用材料ガスが金属材料であるため、合金にならない等の注意が必要となる。
【０１０２】
以上に説明した連続成膜装置によれば、基板Ｇが第１の吹き出し機構１２０ｂ〜１２０ｆの上空を順に移動する際、第１の吹き出し機構１２０ｂ〜１２０ｆから吹き出された有機材料蒸気Ａ〜Ｆがそれぞれ基板Ｇに堆積することにより、有機層（第１層〜第６層）が順に形成される。次に、第２の吹き出し機構１３０から放出されたリチウムが基板Ｇに堆積することにより、金属層３０が形成される。最後に、第３の吹き出し機構５１０から放出された銀が基板Ｇに堆積することにより、保護膜４０が形成される。
【０１０３】
これによれば、有機材料およびアルカリ金属材料の酸化や窒化を防止しながら、良質な有機層２０及び金属層３０を成膜することができる。これに加えて、本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１によれば、同一処理室内に設けられた第３の吹き出し機構５１０から吹き出される銀により、金属層３０の上に直ちに保護膜４０が成膜される。
【０１０４】
これによれば、金属層３０を成膜後、基板Ｇを処理容器１００の外部に搬送する必要がない。この結果、金属層３０の表面に水分、窒素、酸素等の不純物が付着することを避けることができ、金属層３０の上に保護膜４０が形成される前に、金属層３０が処理容器内の不純物と反応して酸化し，絶縁物化して膜の劣化を防ぐことができる。このようにして、高活性化種の金属層３０が酸化する前に同チャンバ内で保護膜４０を成膜することにより、電子注入効率が高く、高性能な有機ＥＬ素子を製造することができる。
【０１０５】
また、第１の実施形態にてスパッタリングの前処理として行っていたソフトエッチングの工程(図２の（ｄ）)が不要となる。これにより、スループットを高め、生産性を向上させることができる。
【０１０６】
〔３−２〕第３の実施形態の変形例
以上の各実施形態では、載置台１１０に基板Ｇを載置し、レール１１０ａを用いて載置台１１０をスライド移動させることにより、各層を基板Ｇに連続的に成膜した。これに対して、第３の実施形態の変形例では、載置台１１０に基板Ｇを載置する替わりに、図８に示したように、処理容器の両端にローラ６１０、６２０を設置し、両端のローラ６１０、６２０を巻回することにより、両端のローラ６１０、６２０に巻き付けられたフィルムＦｌｍを第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆ側から第２の吹き出し機構１３０を経て、第３の吹き出し機構５１０へ向けて巻きつけていく。この間、第１の第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆ、第２の吹き出し機構１３０、第３の吹き出し機構５１０からはそれぞれ、有機材料Ａ〜Ｆ、リチウム、銀が吹き出され、フィルムＦｌｍに順に蒸着される。これにより、処理容器内の同一空間にてフィルムＦｌｍに有機層２０、金属層３０、保護膜４０を連続的に成膜することができる。これにより、成膜中の雰囲気にデリケートに反応する有機層２０及び金属層３０の成膜中の劣化を防止することができる。これにより、フィルムＦｌｍ上に光電変換効率及び電子注入効率を高く維持した、長寿命の有機ＥＬ素子を製造することができるとともに、基板Ｇに替えてフィルムＦｌｍを被処理体に用いることにより製造コストを下げることができる。なお、フィルムＦｌｍとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）やＰＰＥ（ポニフェニレンエーテル：Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｅｔｈｅｒ）を使用することができる。
【０１０７】
〔４〕第４の実施形態
次に、第４の実施形態に係る成膜装置の内部構成について、図９を参照しながら説明する。本実施形態に係る成膜装置ＰＭ１では、有機層２０の蒸着に続けて、２つの異なるターゲットを用いた２つの異なるスパッタ処理が同一の処理容器１００内にて連続的に処理される。
【０１０８】
具体的な処理を説明する。まず、有機層２０を蒸着する際、蒸着源２００にて気化された有機材料蒸気は、第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆから基板に向けてそれぞれ吹き出され、これにより有機層２０の６層連続成膜が実行される。
【０１０９】
処理容器１００には、第１の吹き出し機構１２０ｆの隣に、金属層３０を成膜するためにスパッタ装置４０１が内蔵されている。さらに、スパッタ装置４０１の隣には、保護膜４０を成膜するためにスパッタ装置４０２が内蔵されている。スパッタ装置４０１及びスパッタ装置４０２の主な内部構成は、第２の実施形態にて説明したスパッタ装置４００と同様であるのでここでは説明を省略する。なお、スパッタ装置４０１は、第１のスパッタ装置に相当し、スパッタ装置４０２は、第２のスパッタ装置に相当する。
【０１１０】
有機層２０の成膜後、基板は、スパッタ装置４０１の下方まで移動し、そこで、仕事関数の高い金属層３０が成膜される。スパッタ装置４０１は、例えばマグネシウムＭｇからなるターゲットをスパッタすることにより、叩き出されたマグネシウムＭｇを基板上に積層させて、金属層３０を形成する。
【０１１１】
金属層３０の成膜後、基板は、スパッタ装置４０２の下方まで移動し、陰極として機能する保護膜４０を成膜する。スパッタ装置４０２は、例えば銀Ａｇからなるターゲットをスパッタすることにより、叩き出された銀Ａｇ原子を基板上に積層させて、保護膜４０を形成する。保護膜４０には、アルミニウムＡｌを使用しても良い。また、スパッタ装置４０１、４０２に替えて、アルカリディスペンサを使用しても良い。
【０１１２】
なお、保護膜４０上には、酸化シリコン膜ＳｉＯ２や窒化シリコン膜ＳｉＮ等からなる封止膜（図示せず）が形成され、これにより、有機ＥＬ素子が製造される。
【０１１３】
有機材料蒸気の蒸着では、有機材料蒸気が拡がりながら基板に到達する。一方、スパッタ原子は、比較的直線的に基板に到達する。よって、有機材料蒸気の方が、スパッタ原子より隣まで飛来しやすい。よって、有機材料蒸気がスパッタ装置まで飛来して、金属層３０の成膜に悪影響を及ぼさないように、有機成膜側に少なくとも１以上の排気機構を設けることが好ましい。本実施形態では、第１の吹き出し機構１２０ｆ側に排気装置１９５ｂが配設されていて、主に第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆから吹き出された有機材料蒸気を排気して、有機材料蒸気がスパッタ装置４０１へ飛来することを防止している。第１の吹き出し機構１２０ｆとスパッタ装置４０１との間の隔壁４１０も同様に、有機材料蒸気がスパッタ装置４０１へ飛来することを防止している。もちろん、これらの構造は、スパッタ原子が有機成膜側に飛来することも防止している。
【０１１４】
本実施形態によっても、有機材料およびアルカリ金属材料等の酸化や窒化を防止しながら、有機層２０、金属層３０及び保護膜４０を成膜することができる。本実施形態では、同一処理容器内にて有機層２０の蒸着、金属層３０及び保護膜４０の形成を連続的に実行することができるので、生産性の向上を図るとともに製造時のコストダウンを図ることができる。特に、スパッタ装置４０１，４０２を横並びに配置することにより、異なる条件の成膜、異なる装置構造、異なる材料のスパッタ成膜を連続して行うことができ、同一処理容器で機能分離及び時間短縮の効果がある。
【０１１５】
なお、本実施形態では、スパッタ装置を２つ並べたが、３つ以上のスパッタ装置を並べてもよい。
【０１１６】
以上説明したように、各実施形態によれば、活性化しやすいアルカリ金属を酸化等させることなく、高性能な有機ＥＬデバイスを安定的に製造することができる。
【０１１７】
上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、上記有機ＥＬ素子を製造するための成膜装置の実施形態を、上記有機ＥＬ素子を製造するための成膜方法の実施形態および上記成膜装置を用いて製造された有機ＥＬ素子の実施形態とすることができる。
【０１１８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１９】
たとえば、本発明では、アルカリ金属を気化させて成膜したが、アルカリ金属は融点が低いため、液体で連続供給することも可能である。よって、この場合には、上記気化器に替えて専用容器を用いてアルカリ金属を液体のまま連続供給しながら成膜を行うことができるという特徴がある。一方、上記気化器では材料の連続供給が難しい。このため、気化器による材料の連続供給のためには、気化器を複数用意しておき、各気化器を切り替えて使用する等の工夫が必要となる。
【０１２０】
また、本発明に用いるアルカリ金属材料は、単体でも化合物でも使用することができる。ただし、化合物を用いる場合は、膜を形成するために必要な金属蒸気以外の材料が膜中に混入することがないように、気化器にゲッター材を同梱する必要がある。
【０１２１】
本実施形態では、成膜装置の処理容器１００と蒸着源２００とを別体で設けたが、一つの処理容器内に各有機材料の蒸着源を内蔵させてもよい。
【０１２２】
また、被処理体は、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ以上の基板であってもよく、２００ｍｍや３００ｍｍ以上のシリコンウエハであってもよい。
【０１２３】
また、有機層と仕事関数蒸着層（金属層）とは、互いの材料蒸気が混ざり合いながら成膜されてもよい。例えば、第１の吹き出し機構１２０ａ側から残留した有機材料蒸気を第２の吹き出し機構１３０側に飛来させて金属層３０に混入するようにしてもよい。また、第１の吹き出し機構１２０ａ〜１２０ｆ側にリチウムを飛来させて有機層２０に混入するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１２４】
１０      ＩＴＯ
２０      有機層
３０      金属層
４０      保護膜
５０      制御器
１００    処理容器
１１０    載置台
１２０ａ〜１２０ｆ    第１の吹き出し機構
１３０    第２の吹き出し機構
１４０、１５０、４１０、５４０    隔壁
１９５ａ、１９５ｂ、２４０、４９０、５６０    排気装置
２００    蒸着源
３００、５００    気化器
４００、４０１    スパッタ装置
４２０ａ、４２０ｂ    ターゲット材
５１０    第３の吹き出し機構
６１０、６２０    ローラ
Ｇ        基板
Ｓｙｓ    基板処理システム
ＰＭ１    成膜装置
ＰＭ２    エッチング装置
ＰＭ３    ＣＶＤ装置
ＰＭ４    スパッタ装置
ＣＭ      クリーニング装置
ＴＭ      搬送装置
ＬＬＭ    ロードロック装置
Ｆｌｍ    フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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