(57)【要約】【課題】有機層を形成した大面積の基板に、厚い上部電極を成膜する場合、有機層に対する低ダメージと高速成膜を両立することが課題である。【解決手段】有機デバイス製造装置は、有機層上に金属蒸着膜を成膜できる蒸着装置と、金属蒸着膜上に成膜できるスパッタリング装置と、を備え、スパッタリング装置は、バランス型マグネトロンを有する複数のカソードを備え、複数のカソードは、基板面と平行に等間隔をおいて配置される。スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、基板中央に垂直な軸に対して概ね対称に、かつカソードが連なる方向に結合されるのが好ましい。【選択図】  図２４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機層上に金属蒸着膜を成膜できる蒸着装置と、
金属蒸着膜上に成膜できるスパッタリング装置と、
を備え、
前記スパッタリング装置は、バランス型マグネトロンを有する複数のカソードを備え、
前記複数のカソードは、基板面と平行に等間隔をおいて配置される有機デバイス製造装置。
【請求項２】
前記スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、基板中央に垂直な軸に対して概ね対称に、かつ前記複数のカソードが連なる方向に結合するようにされる請求項１の有機デバイス製造装置。
【請求項３】
前記スパッタリング装置は、前記複数のカソードの外側に第１の補助磁石アレイが配置される請求項１の有機デバイス製造装置。
【請求項４】
前記スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、基板中央に垂直な軸に対して概ね対称に、かつ前記複数のカソードと前記第１の補助磁石アレイが連なる方向に結合するようにされる請求項３の有機デバイス製造装置。
【請求項５】
前記スパッタリング装置は、前記複数のカソード間に配置された第２の補助磁石アレイを有し、前記複数のカソードと前記第２の補助磁石アレイが、基板面と平行にそれぞれ等間隔をおいて配置される請求項１の有機デバイス製造装置。
【請求項６】
前記スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、基板中央に垂直な軸に対して概ね対称に、かつ前記複数のカソードと前記第２の補助磁石アレイが連なる方向に結合するようにされる請求項５の有機デバイス製造装置。
【請求項７】
前記カソード内に磁石アレイのセットを有し、前記磁石アレイのセットは、対向する基板に垂直な軸に対して対称な構造をとる請求項１乃至６のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項８】
前記カソードは細長の円筒状で、前記カソード内にバランス型の磁石アレイのセットが固定され、前記カソードが回転するロータリマグネトロンカソードである請求項１乃至７のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項９】
前記カソードは、細長の長方形状または細長の四隅が丸められた長方形状で、内部にバランス型の磁石アレイのセットが固定されたプレーナマグネトロンカソードである請求項１乃至７のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項１０】
前記第１の補助磁石アレイはアノードとしても機能する請求項３または４の有機デバイス製造装置。
【請求項１１】
保持される基板位置でのプラズマの電子およびイオン密度が１×１０１６個／ｍ３以下である請求項１乃至１０のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項１２】
前記複数のカソード上のターゲットと保持される基板の距離は、ターゲット間隔に比べ同じか長い請求項１乃至１１のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項１３】
前記スパッタリング装置に保持される基板には、メタルマスクやメタルフレーム等の金属部材を前面に配置し、前記金属部材はアノードの一部として機能する請求項１乃至１２のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項１４】
前記スパッタリング装置に保持される基板は、前記基板の下側から成膜するようにされる請求項１乃至１３のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項１５】
前記スパッタリング装置に保持される基板は垂直に立てられて前記基板の横側から成膜するようにされる請求項１乃至１３記載のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項１６】
前記金属蒸着装置は、リニア蒸発源または複数の坩堝を直列配置した蒸発源を有し、前記蒸着源あるいは基板を走査して成膜するようにされる請求項１乃至１５のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項１７】
前記蒸着装置と前記スパッタリング装置とをロボット室を介してクラスタ化する請求項１乃至１６のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項１８】
前記蒸着装置と前記スパッタリング装置をインライン化する請求項１乃至１６のいずれか１項の有機デバイス製造装置。
【請求項１９】
前記蒸着装置によって有機層上に金属蒸着膜の連続膜を薄く成膜し、
前記スパッタリング装置によって前記金属蒸着膜の連続膜上に金属または導電性酸化物を厚くスパッタリング膜を成膜するようにされる請求項１乃至１８のいずれか１項の有機デバイス製造装置を用いた有機デバイスの製造方法。
【請求項２０】
前記金属蒸着膜の連続膜は、ＡｌまたはＡｇまたはＭｇ−Ａｇ合金または前記金属と同等以上の密度を有する金属であり、平均膜厚は２０ｎｍ以上であり、かつその上に成膜するスパッタリング膜より薄い請求項１９の有機デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング装置に関し、例えば、有機デバイス製造装置と有機デバイスの製造方法に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機デバイスが新たな産業分野として注目されている。たとえば表示デバイスや照明デバイスとして有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）が、有機ＥＬや電子ペーパー，ＲＦＩＤなどの駆動素子として有機トランジスタが、太陽電池として有機薄膜太陽電池などが開発されている。特に有機ＥＬは表示デバイスや照明デバイスの大形化とともに、製造基板サイズの大形化の要求があり、製造基板サイズは現状の第４.５世代製造ライン（ガラス基板寸法：７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）から、基板寸法で２.９倍以上となる第５.５〜第６世代（ガラス基板寸法は１３００ｍｍ×１５００ｍｍ〜１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）へ拡大し、さらには第８世代ライン（ガラス基板寸法：２２００ｍｍ×２５００ｍｍ）にも及ぶ見込みである。
【０００３】
表示デバイスや照明デバイスの大形化は、有機ＥＬの上部電極の低抵抗化という新たな要求を生んでいる。特に大形のテレビや大面積の照明を製造する場合、共通電極となる上部電極は発光面中央部の電圧降下による輝度低下を抑制するため１Ω／□以下程度とシート抵抗を低く形成する必要がある。そのためボトムエミッション方式ではマグネシウム−銀合金（Ｍｇ−Ａｇ）やＭｇ−Ａｇと銀（Ａｇ）の積層膜、あるいはアルミニウム（Ａｌ）等の金属電極を、トップエミッション方式では、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）やインジウム-亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの導電性酸化物の透明電極を数百ｎｍ以上厚く成膜することが求められている。
【０００４】
ボトムエミッション用の金属電極は従来、坩堝を用いた抵抗加熱蒸発源や誘導加熱蒸発源、電子ビーム（ＥＢ）蒸発源を用いた回転蒸着により成膜されていたが、製造基板サイズが小さかったため、蒸発源と基板間距離を十分に空け、かつ蒸発源の位置を基板中央から基板端側にオフセットして、蒸着膜厚分布の裾のなだらかな部分を成膜に利用することと、基板回転による平均化効果を利用することで膜厚均一性を確保してきた。また蒸発源と基板間距離を十分に空けることで、蒸発源からの熱輻射による基板温度上昇を抑制し、有機デバイスへの熱ダメージの防止や、メタルマスクの熱膨張抑制によるパターニング精度確保を行ってきた。しかしながら製造基板サイズが大形化すると、回転蒸着で膜厚均一性を確保するには蒸発源と基板間距離をさらに長くする必要があり、材料利用効率が悪くなり過ぎる。また大形基板を回転するのも困難になってくる。これら膜厚分布や材料利用効率、基板回転の問題は、リニア蒸発源または複数の蒸発源をリニア状に直列配置して、基板に近接させて蒸着部あるいは基板を走査することにより解決可能であるが、ＡｇやＡｌは蒸着に１０００℃以上の高温が必要であり、特にボトムエミッションの場合のように数百ｎｍもの厚い上部電極を形成する場合には蒸着時間も長くなり、蒸発源からの熱輻射による有機層への熱ダメージや、メタルマスクの熱膨張によるパターニング精度低下はやはり大きくなる問題がある。
【０００５】
また、抵抗加熱蒸着等に比べると比較的成膜速度の速い電子ビーム（ＥＢ）蒸着では、加速された電子ビーム衝撃により発生する軟Ｘ線により、バックプレーンの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子にしきい値電圧シフトが起きる問題が指摘されている。このように、厚いＭｇ−Ａｇ、Ａｇ、Ａｌ電極を大形基板に蒸着法で形成することは非常に難しい。
【０００６】
そのためボトムエミッション用に厚いＭｇ−Ａｇ電極、Ａｇ電極、Ａｌ電極などをスパッタリング法で成膜することが望まれている。一方、トップエミッション用に適用が期待されるＩＴＯやＩＺＯは一般に蒸着で成膜するのは困難で、やはりスパッタリング法で成膜するのが望ましい。しかしながら、一般にスパッタリング法は有機層へのプラズマダメージが大きいことが知られている。そのため、有機層のダメージを抑制するスパッタリング装置として種々のものが提案されている。
【０００７】
例えば特許文献１では、対向する一対のターゲットおよび磁界発生手段と、ターゲット間の空間と対向する位置に基板を配置する対向ターゲット式スパッタリング装置を用いている。また、特許文献２では、ターゲットと基板の間に接地電位ないし正電位であるグリット電極、またはターゲットより小さな開口を有するアパーチャーを設ける装置が提案されている。これらの手法を用いることにより、スパッタリング法で発生する、高エネルギーのイオンや粒子、２次電子線の影響を軽減することが提案されている。
【０００８】
特許文献３では、基板を第一と第二のターゲットからなる対向ターゲット式スパッタ部の側方を通過させ、少ないダメージで成膜した後、第３のターゲットからなる平行平板式スパッタ部と正対する位置を通過させ、大きな堆積速度で薄膜を積層することが提案されている。また、特許文献４では、ターゲットと基板間に移動自在なグリット電極を設け、グリッド電極がターゲットと基板との間にある状態で、一定時間薄膜を形成した後、ターゲットと基板との間にグリッド電極を介在させない状態で、さらに薄膜形成を行うことにより、低ダメージと高速成膜を両立させることが提案されている。
【０００９】
特許文献５では、保護電極層を真空蒸着法によって発光部上に形成した後、該保護電極層上に誘導結合型マグネトロンスパッタリング法によって主電極層を形成することが提案されている。
【００１０】
一方、液晶用などの大形基板のスパッタ装置では、基板面に対向して複数のターゲットを配し、一括成膜による高速成膜でかつ、膜厚均一性や放電の安定性、電極膜質の向上が可能な枚葉式のスパッタリング装置が一般に使われている（特許文献６、７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−２５５９８７号公報
【特許文献２】特開平１０−１５８８２１号公報
【特許文献３】特開２００７−３９７１２号公報
【特許文献４】特開２００７−４６１２４号公報
【特許文献５】特開平１１−１６２６５２号公報
【特許文献６】特開２００５−２９０５５０号公報
【特許文献７】特開２００９−１９１３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１および特許文献２の方法は通常のスパッタリング法に比べ、成膜速度に劣る課題がある。
【００１３】
特許文献３および特許文献４のスパッタリングのみで成膜する場合は、プラズマダメージを完全に防止することは難しく、また特許文献４のようなグリッド電極の使用はグリットへの膜付着、剥離に伴う異物発生が避けられず、有機ＥＬのような異物に敏感なデバイスの製造には適していない。
【００１４】
特許文献５の誘導結合型マグネトロンスパッタリング法は、コイルを用いた高周波誘導電流を用いるため装置の大形化や、大形基板での膜厚均一性の確保には適しておらず、また高周波放電のため直流（ＤＣ）放電に比べると成膜速度が遅く、特許文献５の実施例でも成膜速度は０．１〜０．２ｎｍ／秒にとどまっている。そのため、数百ｎｍの電極膜成膜には、数千秒もの時間が必要であり、量産には適さない。さらに一般に誘導結合型プラズマは高密度プラズマであり、プラズマ中の電子密度が約１０１７個／ｍ３程度と高く、素子のチャージアップによるダメージも懸念される。
【００１５】
特許文献６および特許文献７のスパッタリング装置は有機ＥＬ素子などの有機デバイスの製造に適用できるような低ダメージ化の工夫はなされていない。
【００１６】
本発明は、大面積の有機デバイスを形成した基板に、金属や導電性酸化物の電極を低ダメージで高速に成膜可能なスパッタリング装置を提供することを目的とする。また、スパッタリング装置と金属蒸着装置を用いた、素子のダメージフリー化が可能な有機デバイス製造装置と有機デバイス製造方法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】
【００１７】
本発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
すなわち、有機デバイス製造装置は、有機層上に金属蒸着膜を成膜できる蒸着装置と、金属蒸着膜上に成膜できるスパッタリング装置と、を備え、スパッタリング装置は、バランス型マグネトロンを有する複数のカソードを備え、複数のカソードは、基板面と平行に等間隔をおいて配置される。
【発明の効果】
【００１８】
上記有機デバイス装置によれば、有機層などプラズマダメージを受け易い材料を用いるデバイスに、高速で低ダメージ、大面積成膜が可能である。
【００１９】
上記した以外の課題，構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】スパッタリングで発生するイオンや反跳粒子のＡｌ膜への打ち込みの侵入長をシミュレーションした結果を示す図である。
【図２】金属蒸着膜の抵抗率を測定した結果を示す図である。
【図３】スパッタリングダメージの評価素子の構造を示す図である。
【図４】評価素子の電流電圧特性の閾値電圧およびダイオード電流のバッファ層に対する膜厚依存を測定した結果を示す図である。
【図５】素子の電流電圧特性の閾値電圧およびダイオード電流のターゲット-基板距離依存を測定した結果を示す図である。
【図６】基板位置のプラズマ密度のターゲット−基板距離依存を測定した結果を示す図である。
【図７】アンバランス型磁場を持つターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。
【図８】実施の形態に係るロータリマグネトロンカソードの構造概略図である。
【図９】実施の形態に係るプレーナマグネトロンカソードの構造概略図である。
【図１０】実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。
【図１１】実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。
【図１２】実施の形態に係るターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。
【図１３】実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。
【図１４】実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。
【図１５】実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。
【図１６】実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。
【図１７】実施例１に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。
【図１８】実施例１に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の距離（ＴＳ距離）に対する膜厚分布の変化を示す図である。
【図１９】変形例１に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。
【図２０】変形例２に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。
【図２１】変形例３に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。
【図２２】変形例４に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。
【図２３】変形例５に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。
【図２４】実施例２に係るクラスタ型電極膜成膜装置の構造概略図である。
【図２５】実施例２に係る金属蒸着室の構造概略図である。
【図２６】実施例２に係るスパッタリング室の構造概略図である。
【図２７】実施例３に係るインライン型電極成膜装置の構造概略図である。
【図２８】実施例４に係る有機ＥＬ製造装置の構造概略図である。
【図２９】有機ＥＬ素子の構造断面図である。
【図３０】有機ＥＬ素子の電圧−電流−輝度特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面等を用いて、実施形態、実施例および変形例について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本実施形態、実施例および変形例を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００２２】
まず、本発明に先立って検討した技術について説明する。我々は、有機デバイス、とくに有機ＥＬの有機層上に膜厚数百ｎｍの厚い金属または導電性酸化物の上部電極を成膜する方法について種々検討を行い、スパッタリング法による電極形成時の有機層のダメージ要因の解析を行ってきた。その結果、以下の複数のダメージ要因が関係していることを解明した。
（ａ）スパッタリングの際に発生するイオンや反跳粒子の打ち込みによりダメージが発生する。本ダメージを防止するには、有機層上にイオンや反跳粒子の打ち込み侵入長以上でかつ有機層を完全に被覆する連続膜の金属蒸着膜を設けることが必要である。
（ｂ）プラズマで発生する荷電粒子の流入によるチャージアップによって有機層にダメージが発生する。本ダメージは上記、金属蒸着膜を設けただけでは防止できない。本ダメージを防止するには、スパッタリングによって発生する基板位置のプラズマ密度を下げ、基板への荷電粒子流入を抑制することが必要である。
（ｃ）スパッタリング膜の応力によって有機層にダメージが発生する。本ダメージは上記、金属蒸着膜を設けただけでは防止できない。本ダメージを防止するには、（ｂ）同様にスパッタリングによって発生する基板位置のプラズマ密度を下げ、基板への荷電粒子流入を抑制し、低温での膜形成とイオンアシスト効果を低減することにより膜応力を下げる必要がある。
【００２３】
まず始めにスパッタリング法による有機ＥＬ素子の電極形成時のダメージ要因解析を行った結果について詳細に説明する。
【００２４】
（１）高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層への打ち込み
スパッタリング成膜によって発生するダメージの第一の要因として、プラズマ中で発生する高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層への打ち込みがある。そのため、有機層上にイオンや反跳粒子等の打ち込みを防止できる金属蒸着膜のバッファ層を形成することが有効である。ここでは打ち込み防止に必要なバッファ層の膜密度と膜厚を試算した結果の一例を示す。図１は、スパッタリングで発生するスパッタリング材料のＡｌや放電ガスのアルゴン（Ａｒ）のイオンや反跳粒子のバッファ層（ここではＡｌ膜）への打ち込みの侵入長をシミュレーションした結果を示す図である。バッファ層の膜厚は２０ｎｍである。また、有機層とバッファ層との間には電子注入層となる０．５ｎｍ厚さのフッ化リチウム（ＬｉＦ）がある。スパッタリングで発生し、基板に流入する粒子の運動エネルギーは、大部分が放電ガスとの衝突によりエネルギーを散逸するため１００ｅＶ以下（一般には１５〜５０ｅＶ程度）となることが知られているが、ここでは最悪ケースを想定し、スパッタリングの放電電圧（５００Ｖ程度）で生じ得る最大エネルギーの５００ｅＶの運動エネルギーを持つＡｌやＡｒのバッファ層（金属蒸着膜）中への侵入深さを考える。計算は念のためさらに高い１０００ｅＶのケースも行っている。図1（ａ）はバッファ層としてＡｌのバルク密度２．７ｇ／ｃｍ３を想定して計算した場合で、５００ｅＶの場合、これらの粒子（ＡｌやＡｒ）の侵入長は高々５ｎｍ程度であることが分かる。図1（ｂ）は蒸着膜の膜密度がバルク密度より低くなることを想定し、２．０ｇ／ｃｍ３（膜密度７４％）と比較した場合であるが、それでも５００ｅＶの運動エネルギーを持つ粒子の侵入長は高々７〜１０ｎｍである。本シミュレーションはバッファ層材料としてＡｌを用いた場合の例を示しているが、Ａｇのバルク密度は１０．４９ｇ／ｃｍ３、Ｍｇ−Ａｇ（組成比１０:１）のバルク密度は２.３９ｇ／ｃｍ３と２．０ｇ／ｃｍ３以上であることから、他の金属材料でも侵入長は高々７〜１０ｎｍ以下であり、理論的には７〜１０ｎｍの金属蒸着膜のバッファ層を設ければ高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層への打ち込みを防止できることが分かった。なお、本解析では有機ＥＬで使用される代表的な電極材料のＡｌやＡｇ、Ｍｇ−Ａｇについて述べたが、前記以外の金属でも膜密度が２．０ｇ／ｃｍ３以上の材料であれば効果は同じである。
【００２５】
但し、シミュレーションでは均一な膜厚、密度を持つ金属蒸着膜のバッファ層を想定しているのに対し、実際の蒸着膜は膜厚が５〜７ｎｍ程度と薄い領域では島状成長し、有機層を完全に被覆する連続膜とはならないため、実際にはそれ以上の膜厚が必要である。
【００２６】
図２は金属蒸着膜の抵抗率を測定した結果を示す図である。図２に示す金属蒸着膜の抵抗率では、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ−Ａｇ（１０:１）膜はいずれも１０ｎｍ未満では抵抗率が急上昇し連続膜になっていないことが分かる。従って金属蒸着膜は連続膜でかつ薄いところでも７〜１０ｎｍ以上の膜厚がある平均膜厚２０ｎｍ以上とすれば、その後のスパッタリング成膜による高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層への打ち込みを防止できるバッファ層として機能すると考えられる。
【００２７】
次に、実際に有機層上に実際に金属蒸着膜のバッファ層を形成し、その上にスパッタリング膜を形成しダメージを評価した結果を示す。
【００２８】
図３はスパッタリングダメージの評価素子の構造を示す図である。評価素子１１は図３に示すようにガラス等の基板１０上に膜厚７０ｎｍの蒸着で形成したＡｌの下部電極１と、金属蒸着膜のバッファ層２とスパッタリング膜３の積層膜で形成したＡｌの上部電極４、および電子注入層５の間に、有機層６形成したキャパシタダイオード構造を用いた。電子注入層５は膜厚０．５ｎｍのフッ化リチウム（ＬｉＦ）層で形成される。有機層６は膜厚１５０ｎｍのＡｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）で形成される。Ａｌｑ３は有機ＥＬの電子輸送層や発光層として使用される代表的な材料である。本評価素子１１はスパッタリング膜３の成膜の際にスパッタダメージを受けると、上部電極４側の電子注入層５との界面の有機層６が変質し、上部電極４からの電流注入特性が劣化し、電圧を印加した際の電流電圧特性（ダイオード特性）の閾値電圧の増加やダイオード電流の減少、さらに強いダメージを受けた場合は有機層６が絶縁破壊しリーク電流が発生したりする。そこで本評価素子１１の電流電圧特性を、蒸着のみで上部電極４を形成した素子と比較計測することでダメージを評価することができる。
【００２９】
図４に上記評価素子の電流電圧特性の閾値電圧およびダイオード電流のバッファ層２の蒸着に対する膜厚依存を示す。閾値電圧はダイオード電流の立ち上がりとして、ダイオード電流密度が１０−５Ａ／ｃｍ２となる電圧、ダイオード電流密度は印加電圧１０Ｖの時に流れる電流密度で定義した。またリファレンスとして上部電極４を蒸着のみで形成した場合もプロットしている。その結果、閾値電圧はＡｌ蒸着膜のバッファ層２がない場合（０ｎｍ）で最も高く、ダイオード電流は最も低くなるのに対し、バッファ層２の膜厚が厚くなると閾値電圧は低減し、ダイオード電流は増加することが分かった。これは前記したように、プラズマ中で発生する高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層６への打ち込みが防止されている効果である。しかしながら、平均膜厚２０ｎｍ以上ではその変化が飽和し、それ以上膜厚を厚くしてもそれ以上改善せず、蒸着のみで上部電極４を形成した素子の閾値電圧や、ダイオード電流の性能には達しないことが分かった。従って、高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層６への打ち込みはバッファ層２の平均膜厚が２０ｎｍ以上あれば防止できるが、有機層６のスパッタダメージ要因には、高エネルギーのイオンや反跳粒子の有機層６への打ち込み以外の要因もあることが明らかになった。
【００３０】
また本条件では、スパッタリング膜３の膜厚を３００ｎｍ以上とさらに厚くした場合、上部電極４の剥離によるダメージも観測された。これは、スパッタリング膜３の内部応力が蒸着膜より高く、膜厚が厚くなるにつれ圧縮力の影響が顕著になるためである。
【００３１】
（２）チャージアップ
このように、金属蒸着膜のバッファ層２を形成するだけでは防止できないダメージ要因について考察と解析を行った。スパッタリングによる素子のダメージ要因としては、半導体素子などで報告されているチャージアップ（帯電）ダメージが考えられる。すなわち、放電で発生した電子等の荷電粒子が素子の上部電極４に流入し、電気的なチャージアップによって素子が劣化するモデルである。有機ＥＬ等の有機デバイスでは、有機層６の絶縁性が一般に高く、キャパシタ型の素子となるため、上部電極４のチャージアップにより高電圧が誘起され、電子等の電荷が有機層６中に注入されたり、有機層６が絶縁破壊したりすることが起こり得る。すなわち電子注入によるトラップ形成で電子注入特性が低下し、上記の閾値電圧の上昇やダイオード電流密度の低下を引き起こしたり、さらには高電圧による部分的な有機層６の絶縁破壊の進行でリーク電流の発生などが起きると考えられる。
【００３２】
また運動エネルギーを持つ電子の流入は基板温度上昇を引き起こし、また負帯電によるイオンシース形成によりイオンの入射も促すため、成膜後に基板が室温に戻った時の熱応力の発生や、イオンアシスト効果による膜の緻密化などに起因する膜応力の増加などを引き起こしやすい。
【００３３】
そこで上記の実験に用いたスパッタリング装置のプラズマ密度をラングミュアプローブ法で計測した。実験に用いたスパッタリング装置は、直径１００ｍｍの円形状のカソードとターゲットを用いたアンバランス型のマグネトロンを持つマグネトロンスパッタ装置である。アンバランス型とは極性が対となる磁石の磁力に大きな差がある方式で、例えば中心磁石より周囲のリング磁石の磁力が強いマグネトロン方式である。成膜速度５ｎｍ／秒の高速成膜条件（放電パワー２５Ｗ／ｃｍ２、放電ガス圧０．４Ｐａ、ターゲット−基板間距離１３２．５ｍｍ）の場合、基板位置での電子密度、イオン密度はそれぞれ４．２×１０１６個／ｍ３、５．６×１０１６個／ｍ３であった。したがって、スパッタリングダメージを防止するには、基板位置での電子密度、イオン密度をこれらの値より引き下げることが必要と考えられる。
【００３４】
上記の結果を元に、有機デバイスのチャージアップに起因するダメージを防止する方法について次に検討した。まずダメージを防止するのに必要なプラズマ密度（電子、イオン密度）を求めた。基板位置でのプラズマ密度を下げるには、ターゲット−基板間距離を離すのが簡便な方法である。図５に平均膜厚２０ｎｍのＡｌ蒸着膜のバッファ層２を形成した素子にＡｌのスパッタリング膜３を３００ｎｍ形成した評価素子の電流電圧特性の閾値電圧およびダイオード電流のターゲット−基板距離依存を示す。図６に基板位置のプラズマ密度のターゲット−基板距離依存を示す。成膜条件は前記と同様に放電パワー２５Ｗ／ｃｍ２、放電ガス圧０．４Ｐａである。閾値電圧およびダイオード電流は、ターゲット−基板間距離が２５０ｍｍ以上で蒸着膜のみで形成したものと同等になった。その際のプラズマ密度はそれぞれ電子密度１×１０１６個／ｍ３、イオン密度０．６×１０１６個／ｍ３であった。ただし成膜速度はターゲット−基板距離とともに低下し、２５０ｍｍでは１／５の１ｎｍ／秒に低下した。これは、放電ガスによるスパッタ粒子の散乱と、ターゲットサイズ（直径１００ｍｍ）に比してターゲット−基板距離が長過ぎることに起因する。この場合膜厚３００ｎｍ以上の上部電極を形成するのに５分以上かかってしまい量産には適さない。また円形のターゲットでは実用化できるのは磁石間の間隔の制限から直径２００ｍｍ程度までであり、円形ターゲットを複数並べて配置しても膜厚分布が大きくなるので大形基板への成膜には適していない。
【００３５】
また、アンバランス型マグネトロンのスパッタリング装置において、円形上のカソードがアンバランス型マグネトロンになるのは、中心磁石の数に対し外側のリング磁石の数の方が多く外側の磁力が強くなるためである。
【００３６】
図７はアンバランス型マグネトロンのスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。円形上のカソード２１とターゲット２０を用いているためターゲット２０に垂直な軸を中心とした円柱座標による計算を行っており、図７ではターゲット２０の右半分の磁力線分布を示している。これを見るとターゲット２０の周囲から基板１０の方向に向かって磁力線が高密度で伸びていることが分かる。プラズマ中の電子やイオンはこの磁力線に沿ってサイクロトロン運動するため、このようなアンバランス型マグネトロンのカソード２１を用いたスパッタリング装置では基板位置でのプラズマ密度が高くなりやすい。
【００３７】
そこで、以下の実施の形態では、ターゲット−基板距離がより近く成膜速度が速い条件でも基板位置でのプラズマ密度を低減でき、スパッタダメージを与えず、また大面積の基板でも均一な膜厚を成膜することが可能なスパッタリング装置を説明する。
【００３８】
まず、基板位置でのプラズマ密度を低減する方法について検討する。図８は実施の形態に係るロータリマグネトロンカソードの構造概略図である。図９は実施の形態に係るプレーナマグネトロンカソードの構造概略図である。基板位置でのプラズマ密度低減には、極性が対となる磁石アレイの磁力を揃えたバランス型マグネトロンを持つカソードを用いることが好ましい。具体的には図８に示すようにカソード２０が細長の円筒状で、カソード内に細長のバランス型の磁石アレイ２４が固定され、カソード２０とターゲット（図示せず）が回転するロータリマグネトロンカソードを用いたスパッタリング装置が好ましい。図８において、上に「Ｎ」、下に「Ｓ」との記載は、磁石の上側が「Ｎ極」、下側が「Ｓ極」を表している。また、上に「Ｓ」、下に「Ｎ」との記載は、磁石の上側が「Ｓ極」、下側が「Ｎ極」を表している。以下、図９〜図１１、図１３〜図１６も同様である。図９に示すようにカソード２０が細長の略矩形状（長方形状や四隅が丸められた長方形状）で内部に、やはり細長のバランス型の磁石アレイ２４が固定されたプレーナマグネトロンカソードを用いたスパッタリング装置が好ましい。これらのカソード２０は、対となる磁石アレイ２４の種類、数、形状などで磁力を揃えることができるため、バランス型の磁石配置を容易に実現することができる。なおバランス型マグネトロンの対となる磁石アレイ２４の磁力比はできるだけ１に近い方が好ましいが１．５以下であればよい。
【００３９】
図１０および図１１は実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。図８および図９のバランス型マグネトロンのカソード２０を図１０、図１１に示すように基板１０と平行に等間隔をおいて対向配置することで、大形の基板１０でも基板位置のプラズマ密度が低いスパッタリング装置を実現することができる。複数のカソード２０は、保持される基板１０の中央に垂直な軸に対して対称に配置される。ここで、「平行」とは、できるだけ平行にするものであって、誤差があることを許容するものである（以下、実施例等においても同じである。）。「等間隔とは、」できるだけ等間隔にするものであって、誤差があることを許容するものである（以下、実施例等においても同じである。）。「対称に配置される」とは、できるだけ対称に配置されるものであって、誤差があることを許容するものである（以下、実施例等においても同じである。）。図１２に図１０の配置における磁力線分布を示す。ターゲット２１上で閉じた磁力線が形成され、基板１０方向に伸びる磁力線密度は低くなり、基板１０付近のプラズマ密度を低減することが可能である。また、図８および図９のカソード２０では、カソード２０内の磁石アレイ２４を対向する基板１０に垂直な軸に対して対称な構造にすることで、基板１０に垂直な軸に対し概ね対称な磁場を形成し、均一な膜厚分布が得やすい。ここで、「対称な構造」とは、できるだけ対称な構造にするものであって、誤差があることを許容するものである（以下、実施例等においても同じである。）。
【００４０】
図１３および図１４は実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。さらに効果的に基板位置でのプラズマ密度を低減する方法として、図１３、図１４に示すように細長のカソード２０の磁極の極性が交互に来るように磁石アレイ２４を配列し、スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、基板１０に垂直な軸に対して概ね対称に、かつカソード２０が連なる方向に結合するようにする。これによって、ターゲット２１上の磁場トラップから漏れた電子やイオンを、カソード２０間の磁場でもトラップすることができる。
【００４１】
図１５および図１６は実施の形態に係るスパッタリング装置内のカソードと基板の関係を示す構造概略図である。またさらに、図１５、図１６に示すように細長のカソード２０の間に補助磁石アレイ２５を配置し、スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、基板１０に垂直な軸に対して概ね対称に、かつカソード２０内の磁石アレイ２４と補助磁石アレイ２５が連なる方向に結合するようにする。これによって、ターゲット２０上の磁場トラップから漏れた電子やイオンを、カソード２０の磁石アレイ２４と補助磁石アレイ間の磁場でもトラップすることができる。
【００４２】
これらの磁場を結合させて、基板１０の位置でのプラズマ密度を低減したスパッタリング装置に用いたさらに具体的な実施例を次に記載する。
【実施例１】
【００４３】
図１７は、実施例１に係るスパッタリング装置の断面図およびターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。本実施例のスパッタリング装置内には、複数のカソード２０とターゲット２１、カソード内部の磁石アレイ２４、及び対向する基板１０および金属部材２６が配置される。本実施例では、カソード２０が水平方向を向いて等間隔に配列され、基板１０に下側から成膜するスパッタアップ方式の例を示している。カソード２０は直径７５ｍｍで長さ１８００ｍｍの細長の円筒状で、カソード２０内で、極性が異なり磁力を揃えた２個の磁石アレイ２４が固定され、カソード２０とターゲット２１が回転するロータリマグネトロンカソードの例を示している。本図は直交座標系で示しており、紙面に垂直な方向は、基板１０の奥行きより長い範囲で断面形状が維持されている。本実施例ではカソード２０の中心間の間隔は２２０ｍｍ、したがってターゲットの最近接間隔は１４５ｍｍとした。複数のカソード２０は基板１０の全面に均一な膜厚で一括成膜できるよう、両端のカソード２０の中心から基板１０側に伸びる垂線の間隔より基板１０の幅が狭くなるように、かつ基板１０と平行に等間隔に配置される。カソード２０の本数は、第５.５〜第６世代の基板１０の長辺または短辺より両端のカソード２０の中心から基板１０側に伸びる垂線の間隔が広くなるよう８本用いた。さらに、カソード２０内の２個の磁石アレイ２４は、対向する基板１０に垂直な軸に対して対称な構造を持ち、円筒状のターゲット２１上に基板１０に垂直な軸に対して対称な磁場トラップを形成するようにすることで、膜厚均一性を高めている。ターゲット２１と基板１０の距離は長い方が膜厚均一性を確保しやすいが、長過ぎると放電ガスの散乱により成膜速度が低下しやすい。
【００４４】
図１８は実施例１に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の距離（ＴＳ距離）に対する膜厚分布の変化を示す図である。図１８に放電ガス圧力０．４Ｐａの条件にて隣接するターゲット２１の間隔を基準として、ターゲット２１と基板１０間の距離（ＴＳ距離）に対する膜厚分布の変化を示す。ターゲット２１の間隔の１４５ｍｍより、ＴＳ距離が近いと、ターゲット２１の中心軸の位置（基板１０の中心軸の位置で、図１８においては基板位置が０の位置）を谷とする膜厚分布が生じるが、ＴＳ距離が同じか長いと±５％の膜厚均一性を確保できている。従って本実施例ではＴＳ距離としては、１５０〜２００ｍｍが適当である。放電ガス圧力を０．４Ｐａより高めた場合は、放電ガスによるスパッタ粒子の散乱が増加し、より平均化されるためさらに膜厚均一性が向上する。
【００４５】
金属や導電性酸化物を成膜する場合、スパッタリングは最も成膜速度が速い直流（ＤＣ）放電を行うのが好ましい。本実施例ではＡｌの場合で５ｎｍ／秒の高速成膜で実施した。放電で発生したプラズマ中の電子はこの磁場の磁力線に沿ってサイクロトロン運動することでトラップされ、放電ガスの電離を促進して高密度のイオンを生成し、カソード２０上のターゲット２１のスパッタリングを促進する。ロータリマグネトロンカソードでは、ターゲット２１が回転しているため、ターゲット２１のスパッタリング面は連続的に変わり均一に削っていくため、アーキングの発生が抑制される。
【００４６】
また本実施例では、これらの磁石アレイ２４は隣接するロータリマグネトロンカソードの磁石アレイ２４とも磁場を結合し、基板１０の前の磁場をカソード２０が連なる方向に連続的に結合している。これにより、ターゲット２１上の磁場トラップから漏れた電子をカソード２０間の磁場でもトラップし、基板１０への電子流入をさらに抑制する。
【００４７】
なお、本実施例でのアノードはチャンバ（図示せず）が主にその役割を担うが、カソード２０が絶縁性の高い大形のガラス基板やフィルム基板などと対向した場合、アノードが実効的に見えなくなり放電が停止するアノード消失が生じる可能性がある。ただし、有機デバイスでは、有機材料上でのホトリソグラフィーやエッチングが困難なため、一般に電極のパターニングにメタルマスクやメタルフレーム等の金属部材２６を配置して成膜する。そこで、アノード消失が生じ放電が不安定にならないように、図１７に示すようにメタルマスクやメタルフレーム等の金属部材２６をチャンバのアノード電位に直接あるいは抵抗を介して接続し、アノードの一部として機能させ、放電を安定化させることもできる。
【００４８】
＜変形例１＞
図１９は変形例１に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。図１９は、カソード２０内の磁石アレイ２４の数を３つにした場合（図１３に対応したもの）を示している。基板１０内の膜厚分布を均一にするため、カソード２０内の３個の磁石アレイ２４は、対向する基板１０に垂直な軸に対して対称な構造を持ち、円筒状のターゲット２１上に基板１０に垂直な軸に対して概ね対称な２つの磁場トラップを形成する。磁石アレイ２４数を増やすことにより、ターゲット２１上でスパッタリングに寄与する部分の面積を増やすことができ、成膜レートの向上や膜厚均一性をさらに向上させることが可能である。またこれらの磁石アレイ２４は隣接するロータリマグネトロンカソードでの極性を反転させることで、隣接するロータリマグネトロンカソードの磁石アレイ２４とも磁場を結合し、基板１０の前の磁場をカソード２０が連なる方向に連続的に結合することができる。これにより、ターゲット２１上の磁場トラップから漏れた電子をカソード２０間の磁場でもトラップし、基板１０への電子流入を抑制する効果がある。
【００４９】
なお、カソード２０内の磁極アレイ２４は４個以上にすることも可能である。図１７、図１９から分かるように、磁極アレイ２４の数が偶数の場合は、すべてのロータリマグネトロンカソード内の磁極アレイ２４の極性を同じ配置にし、奇数の場合は極性配置を反転させれば、隣接するロータリマグネトロンカソードの磁石アレイ２４とも磁場を結合し、基板１０の前の磁場をカソード２０が連なる方向に連続的に結合することができる。
【００５０】
＜変形例２、３＞
図２０は変形例２に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。図２１は変形例３に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。図２０（変形例２）および図２１（変形例３）に係るスパッタリング装置は、それぞれ図１７（実施例１）および図１９（変形例１）に係るスパッタリング装置の複数のカソード２０の列の外側に、隣接するカソード２０の外側磁石と極性を反転させた紙面奥行き方向に細長の補助磁石アレイ２５を配して磁場結合させたものである。これにより、全体の磁場を補正し、磁場の広がりをさらに抑制するとともに、ターゲット２１上の磁場トラップから漏れた電子をカソード２０間およびカソード２０−補助磁石アレイ２５間の磁場でもトラップし、基板１０への電子流入をさらに抑制することができる。なお、補助磁石アレイ２５は通常、チャンバ（図示せず）に接続されるため、アノードとして機能させることが可能である。
【００５１】
＜変形例４、５＞
図２２は変形例４に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。図２３は変形例５に係るスパッタリング装置のターゲットと基板間の磁力線分布を計算した結果を示す図である。図２２（変形例４）および図２３（変形例５）に係るスパッタリング装置は、それぞれ図２０（変形例２）および図２１（変形例３）に係るスパッタリング装置のカソード列の間に、隣接して配置されているカソード２０の両端の磁石アレイ２４と極性を反転させた補助磁石アレイ２５を配することで、カソード２０の磁石アレイ２４と補助磁石アレイ２５を交互に磁場結合させた例である。ターゲット２１上の磁場トラップから漏れた電子をカソード２０−補助磁石アレイ２５間の磁場でもトラップし、基板１０への電子流入をさらに抑制することが可能となる。これらの補助磁石アレイ２４は通常、チャンバ（図示せず）に接続されるため、アノードとして機能させることが可能である。
【００５２】
なお上記の実施例１、変形例１、変形例２、変形例３、変形例４および変形例５ではいずれも、ロータリマグネトロンカソードが水平方向を向いて等間隔に配列され、基板１０に下側から成膜するスパッタアップ方式の例を示したが、ロータリマグネトロンカソードは、どのような方向でも保持することが可能性であり、例えば垂直方向に保持し、基板１０を略垂直に立てて成膜するサイドスパッタ方式を採用することもできる。
【００５３】
なお、実施例１、変形例１、変形例２、変形例３、変形例４および変形例５はロータリマグネトロンカソードを例に示したが、略矩形形状のプレーナマグネトロンカソードでも同様の磁石アレイの配置により、同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００５４】
実施例１、変形例１、変形２、変形例３、変形例４および変形例５に係るスパッタリング装置をクラスタ型成膜装置に適用した実施例について述べる。
【００５５】
図２４は実施例２に係るクラスタ型電極膜成膜装置の構造概略を示す上面図である。クラスタ型電極膜成膜装置３０は、蒸着装置とスパッタリング装置を含む。クラスタ型の電極膜成膜装置３０は、搬送ロボット３６を有するロボット室３１を中心に周囲に基板中継室３２−１、金属蒸着室３３（３３−１，３３−２）とスパッタリング室３４（３４−１，３４−２）、基板中継室３２−２とそれらの間を隔てるゲートバルブ３５（３５−１，３５−２，３５−３，３５−４，３５−５，３５−６）からなる。基板中継室３２−１は前の工程の装置（有機層を蒸着するクラスタ型の蒸着装置（蒸着クラスタ））と接続される中継室である。基板中継室３２−２は後の工程（封止工程等）の装置と接続される中継室である。本実施例では、６角形のロボット室３１を中心に基板中継室３２を２室（３２−１、３２−２）、金属蒸着室３３を２室（３３−１、３３−２）、スパッタリング室３４を２室（３４−１，３４−２）設けた例を示しているが、ロボット室を例えば８角形のようにさらに多角化して金属蒸着室３３を３室、スパッタリング室３４を３室のように増やしてもよい。金属蒸発室３３には金属蒸発源４３、スパッタリング室３４にはロータリマグネトロンカソード４４が配置されている。金属蒸着室３３とスパッタリング室３４はクラスタの形状によるが、通常各々２室以上の成膜室を設け、各々１室がメンテナンス中でも他の成膜室で成膜を行うことで、連続生産ができるようにするのが好ましい。
【００５６】
図２５は金属蒸着室３３の模式図である。本実施例では、基板１０を略垂直に立てて成膜するサイドデポジッション方式の例を示す。金属蒸着室３３は、処理真空チャンバ４０、ロボットチャンバ（図示せず）との間に真空を維持するためにゲートバルブ３５、基板受け渡し部４１、基板１０を略垂直に立てるための駆動部４２、パターニング用の金属部材２６、水平方向に配置された金属蒸発源４３などで構成される。金属蒸発源４３は、チタンやモリブデンなどの高融点金属で作られたリニア蒸発源や、図２５のようにセラミック坩堝などを用いた複数のポイント蒸発源（本実施例では５個）を、立てられた基板の水平方向の辺より長く直列に配置し、基板１０の高さ方向に走査することで基板１０の全面に成膜するスキャン方式である。金属蒸発源４３は共蒸着や積層蒸着ができるように上下に多段に組み合わせられたものを用いる場合もある。
【００５７】
図２６はスパッタリング室３４の模式図である。本実施例では、基板１０を略垂直に立てて成膜するサイドスパッタ方式の例を示す。スパッタリング室３４は、処理真空チャンバ４０、ロボットチャンバ（図示せず）との間に真空を維持するためにゲートバルブ３５、基板受け渡し部４１、基板１０を略垂直に立てるための駆動部４２、パターニング用の金属部材２６、水平方向に対し等間隔に、垂直にチャンバ壁面に固定された複数（本実施例では８本）のロータリマグネトロンカソード４４などで構成される。ロータリマグネトロンカソード４４は、前記の実施例１、変形例１、変形例２、変形例３、変形例４および変形例５のようにカソード２０内の磁極を配置したり、カソード２０間や両端の補助磁石アレイ２５を介したりして、カソード２０が連なる方向に磁場結合され、その磁場によりプラズマ中の電子をトラップし、基板１０への電子流入を抑制できるようになっている。
【００５８】
なお本実施例ではいずれも、略垂直に立てた基板１０に側面から蒸着やスパッタリングを行う方式の例を示したが、基板１０の成膜面を下面に保って搬送し、上向きに蒸着やスパッタリングを行うようにしてもよい。
【００５９】
次に上記の金属蒸着室３３とスパッタリング室３４を有するクラスタ型電極成膜装置３０を用いた有機ＥＬパネルの製造方法を以下説明する。
【００６０】
まず、図示していない、有機ＥＬの有機層を蒸着するクラスタ型の蒸着装置（蒸着クラスタ）によって、基板１０上に有機層６を形成する。図２４に示す蒸着クラスタとの基板中継室３２−１のゲートバルブ３５−１が開けられ、ロボット室３１に基板１０が搬入され、その後３５−１が閉じられる。次に、金属蒸着室３３−１との間のゲートバルブ３５−６が開けられ、ロボット室３１の搬送ロボット３６により上面搬送にて基板１０が基板受け渡し部４１に搬入される。搬送ロボット３６は、櫛歯状ハンドを上下二段に２本有し、例えば上は搬入用、下は搬出用とし、一つの動作で搬入出処理を同時に行うことができる。基板１０の搬入後、ゲートバルブ３５−６が閉じられる。
【００６１】
次に、金属蒸着室３３−１に搬入された基板１０を図２５に示す駆動部４２により、略垂直に立てた後、パターニング用の金属部材２６とのアライメントを行う。パターニング用の金属部材２６は、有機ＥＬのパネル単位の格子状の金属枠であり、厚さ０．１〜数ｍｍ程度の金属構造物であり、有機ＥＬの上部電極４をパターニングするのに用いられる。続いて基板１０面と平行に金属蒸発源４３を走査し、基板１０の全面に薄い上部電極４のバッファ層２を成膜する。成膜する金属材料はＭｇ−Ａｇ合金やＡｇ、Ａｌなどである。Ｍｇ―Ａｇ合金の場合は、Ｍｇ用のリニア蒸発源とＡｇ用の複数のポイント蒸発源を用いて共蒸着する。ＭｇとＡｇの比率は概ね１０：１程度が好ましい。Ａｌを用いる場合は、複数のセラミック坩堝などを用いた複数のポイント蒸発源を用いる。仕事関数の比較的高いＡｌの場合は特に、また仕事関数の低いＭｇ―Ａｇを用いる場合でも、さらに電子注入層５としてＬｉＦやＬｉｑ（リチウム８−キノリノラート）などをリニア蒸発源を用いて先行蒸着し、その上にバッファ層を積層蒸着すると特性が向上する。その場合は金属蒸着室３３−１内で、電子注入層５用の蒸発源とバッファ層２用の蒸発源を上下に並べて、連続成膜を行う。または本実施例では説明しないが金属蒸着室３３−１をＬｉＦやＬｉｑの成膜に用い、他の金属蒸着室３３−２等でＭｇ−Ａｇ合金やＡｇ、Ａｌを成膜してもよい。成膜は基板１０面の前を少なくとも１回、または上下の往復で２回走査することにより行う。例えば、バッファ層となるＭｇ−Ａｇ合金やＡｇ、Ａｌは上下の往復で２回成膜し、０．５ｎｍ程度と薄く形成する電子注入層のＬｉＦやＬｉｑなどはスキャンの往路のみ成膜し、復路ではシャッターを閉じて成膜しない。
【００６２】
Ｍｇ−Ａｇ合金やＡｇ、Ａｌの蒸着膜厚はこの後行うスパッタリング成膜の際のイオン打ち込みを防止でき、かつ上記の金属蒸発源４４で約１分で成膜可能な平均膜厚２０ｎｍとした。これにより有機層６上にイオンや反跳粒子の打ち込み侵入長以上でかつ有機層６を完全に被覆する連続膜の金属蒸着膜のバッファ層２を設けることができる。
【００６３】
蒸着が完了すると、基板１０を駆動部４２によりパターニング用の金属部材２６と分離し、基板受け渡し部４１に倒され水平に保持される。次に、ロボット室３１との間のゲートバルブ３５−６が開けられ、ロボット室３１の搬送ロボットにより上面搬送にて基板１０がロボット室３１に搬出される。
【００６４】
基板１０を搬出後、金属蒸着室３３−１との間のゲートバルブ３５−６は閉じられ、代わってスパッタリング室３４−１との間のゲートバルブ３５−２が開けられ、ロボット室３１の搬送ロボットにより上面搬送にて基板１０がスパッタリング室３４−１の基板受け渡し部４１に搬入される。基板１０の搬入後、ゲートバルブ３５−２が閉じられる。
【００６５】
次に、搬入された基板１０を駆動部４２により、略垂直に立てたのち、パターニング用の金属部材２６とのアライメントを行う。パターニング用の金属部材２６は、処理真空チャンバ４０と直接あるいは抵抗を介してと接続され、スパッタリングの際のアノードとしても機能する。パターニング用の金属部材２６をアノードの一部とすることにより、アノード消失の可能性を回避することが可能である。
【００６６】
アライメントをしている間に放電ガスとしてＡｒがスパッタリング室に導入される。放電ガス圧は放電が安定する０．４〜１Ｐａ程度の範囲に設定される。続いて、ロータリマグネトロンカソード４４に負のＤＣ電圧が印加され、スパッタリング放電を開始する。Ｍｇ−Ａｇ合金やＡｇ、Ａｌ等の金属やＩＴＯやＩＺＯなどの導電性酸化物のスパッタリング膜３を成膜する。本実施例のロータリマグネトロンカソード４４では、複数のカソード２０を基板１０面と平行に等間隔をおいて配置し、基板１０の全面に一括成膜することが可能である。成膜速度は５ｎｍ／秒で１分間で３００ｎｍの厚いスパッタリング膜３を成膜することが可能である。スパッタリング装置３４内で形成される複数の磁場が、基板中央に垂直な軸に対して対称に、かつカソード２０が連なる方向に結合され、その磁場によりプラズマ中の電子をトラップし、基板１０への電子流入を抑制する。これにより、有機ＥＬ素子のチャージアップダメージを防止することが可能である。また、電子流入の抑制によりイオンシースも出来にくいため、イオンの流入も抑制することができ、イオンアシスト効果を低減し、膜応力の低いスパッタリング膜３を成膜することが可能である。
【００６７】
なお、上記の実施例では金属蒸着室３３−２やスパッタリング３４−２を使用しないケースを記載したが、並行して使用してタクトを２倍にすることも可能であるし、金属蒸着室３３−１やスパッタリング３４−１と交互に成膜、メンテナンスすることで連続生産をするために用いてもよい。
【００６８】
このように、金属蒸着室３３とスパッタリング室３４をクラスタ化することで、膜厚３００ｎｍ程度の厚い上部電極４をタクトタイム約１分の短時間で成膜することが可能となる。
【００６９】
なお、本実施例のスパッタリング装置ではロータリマグネトロンカソードを例に示したが、略矩形形状のプレーナマグネトロンカソードを用いたものであってもよい。
【実施例３】
【００７０】
表示デバイスでは、マスクとのアライメント等が必要であり、実施例２のクラスタ型成膜装置３０が適するが、照明は細かなパターニングが不要であり、インライン型の成膜装置も適する。そこで、ここでは、実施例１、変形例１、変形例２、変形例３、変形例４および変形例５に係るスパッタリング装置をインライン型成膜装置に適用した実施例について述べる。
【００７１】
図２７は実施例３に係るインライン型電極膜成膜装置の構造概略を示す側面図である。インライン型電極膜成膜装置５０は、蒸着装置とスパッタリング装置を含む。インライン型電極成膜装置５０は、インライン金属蒸着室５１が基板中継室兼ガス置換室５２を介してインラインスパッタリング室５３と連結され、それらの間を隔てるゲートバルブ５４（５４−１，５４−２，５４−３，５４−４）からなる。ゲートバルブ５４−１は、図示していない前の工程の装置（有機層の蒸着装置）またはそこから基板を受け取る基板中継室が接続される。ゲートバルブ５４−４は、図示していない次の工程の装置またはそこに基板を受け渡す基板中継室が接続される。
【００７２】
本実施例では、基板１０を水平に保持し、金属蒸発源４３の上を一定速度で通過するデオジッションアップ方式の例を示す。インライン金属蒸着室５１では金属蒸発源４３は、チタンやモリブデンなどの高融点金属で作られたリニア蒸発源や、セラミック坩堝などを用いた複数のポイント蒸発源を、基板１０が搬送される方向と直角方向に配置する。基板１０はレールや滑車５５の上を水平に搬送され、金属蒸発源４３の上を一定速度で走査されることで基板１０の全面に成膜するスキャン方式である。金属蒸発源４３は共蒸着や積層蒸着ができるように基板１０の進行方向に多段に組み合わせられたものを用いる場合もある。
【００７３】
インラインスパッタ室５３では、カソードは基板１０の進行方向と直角に、水平方向に等間隔に固定された複数のロータリマグネトロンカソード４４などで構成される。ロータリマグネトロンカソード４４は、前記の実施例１、変形例１、変形例２、変形例３、変形例４および変形例５のようにカソード内の磁極を配置したり、カソード間や両端の補助磁石アレイを介したりして、カソードが連なる方向に磁場結合され、その磁場によりプラズマ中の電子をトラップし、基板への電子流入を抑制できるようになっている。
【００７４】
なお本実施例ではいずれも、水平に保持され一定速度で搬送される基板１０に下から蒸着やスパッタリングを行う方式の例を示したが、基板１０を立てて成膜面を側方に保って搬送し、側面より蒸着やスパッタリングを行うことも容易である。
【００７５】
次に上記のインライン金属蒸着室５１とインラインスパッタリング室５３を有するインライン型電極成膜装置５０を用いた有機ＥＬパネルの製造方法を記す。
【００７６】
まず、図示していない、有機ＥＬの有機層を蒸着する蒸着装置（有機層の蒸着装置）によって、基板１０上に有機層６を形成する。インライン金属蒸着室５１のゲートバルブ５４−１が開けられ、基板１０が搬入される。次に、インライン金属蒸着室５１内で滑車５５等に沿って一定速度で基板１０が金属蒸発源４３上を走査され、基板１０の全面に薄い上部電極４のバッファ層２を成膜される。成膜する金属材料はＭｇ−Ａｇ合金やＡｇ、Ａｌなどである。Ｍｇ―Ａｇ合金の場合は、Ｍｇ用のリニア蒸発源とＡｇ用の複数のポイント蒸発源を用いて共蒸着する。ＭｇとＡｇの比率は概ね１０：１程度が好ましい。Ａｌを用いる場合は、複数のセラミック坩堝などを用いた複数のポイント蒸発源を用いる。電子注入層５としてＬｉＦやＬｉｑなどをリニア蒸発源を用いて先行蒸着し、その上にＭｇ―Ａｇ合金やＡｇ、Ａｌのバッファ層２を積層蒸着する。成膜は基板１０面の前を通過するだけで行う。
【００７７】
Ｍｇ−Ａｇ合金やＡｇ、Ａｌの蒸着膜厚はこの後行うスパッタリング成膜の際のイオン打ち込みを防止でき、かつ上記の金属蒸発源４３上の走査で成膜可能な平均膜厚２０ｎｍとした。これにより有機層６上にイオンや反跳粒子の打ち込み侵入長以上でかつ有機層６を完全に被覆する連続膜の金属蒸着膜２を設けることができる。
【００７８】
蒸着が完了すると、インライン金属蒸着室５１と基板中継室兼ガス置換室５２のゲートバルブ５４−２が開き、基板１０が基板中継室兼ガス置換室５２に搬入され一旦静止する。搬入後、インライン金属蒸着室５１側のゲートバルブ５４−２が閉じられ、代わってインラインスパッタリング室５３側のゲートバルブ５４−３が開けられる。次に放電ガスとしてＡｒがインラインスパッタリング室５３および基板中継室兼ガス置換室５２に導入される。放電ガス圧は放電が安定する０．４〜１Ｐａ程度の範囲に設定される。続いて、ロータリマグネトロンカソード４４に負のＤＣ電圧が印加され、スパッタリング放電を開始する。Ｍｇ−Ａｇ合金やＡｇ、Ａｌ等の金属やＩＴＯやＩＺＯなどの導電性酸化物のスパッタリング膜３を成膜する。本実施例のロータリマグネトロンカソード４４では、３本のカソードを基板面と平行に等間隔をおいて配置し、通過する基板の一部に高速で成膜することが可能である。成膜速度はダイナミックレートで６ｎｍ／秒、静止レート換算で９ｎｍ／秒である。基板搬送速度を２ｃｍ／秒、１ｍ以上の大形基板に対し、基板１０の全面の成膜時間約１分で約３００ｎｍの膜厚を成膜することが可能である。スパッタリング装置５３内で形成される複数の磁場が、基板１０の中央に垂直な軸に対して対称に、かつカソード４４が連なる方向に結合され、その磁場によりプラズマ中の電子をトラップし、基板１０への電子流入を抑制する。これにより、有機ＥＬ素子のチャージアップダメージを防止することが可能である。また、電子流入の抑制によりイオンシースも出来にくいため、イオンの流入も抑制することができ、イオンアシスト効果を低減し、膜応力の低い金属膜を成膜することが可能である。最後に、ゲートバルブ５４−４が開き、基板１０が次の工程の装置またはそれとの基板中継室に送られる。
【００７９】
このように、インライン金属蒸着室５１とインラインスパッタリング室５３を連結することで、膜厚３００ｎｍ程度の厚い上部電極をタクトタイム約１分の短時間で成膜することが可能となる。
【００８０】
なお、本実施例のスパッタリング装置ではロータリマグネトロンカソードを例に示したが、略矩形形状のプレーナマグネトロンカソードを用いたものであってもよい。
【実施例４】
【００８１】
図２８は実施例４に係る有機ＥＬ製造装置の構造概略図である。本実施例の有機ＥＬ製造装置は実施例２のクラスタ型の電極膜成膜装置を用いている。本実施例の有機ＥＬ製造装置は、概略、各種有機層を成膜する有機クラスタ６０とクラスタ型電極膜成膜装置３０を連結した構成である。有機クラスタ６０は、有機クラスタ基板中継室６２（６２−１，６２−２，６２−３，６２−４）で連結された有機クラスタロボット室６３（６３−１，６３−２，６３−３，６３−４）を中心に、両脇に蒸着室が配置される構成となっている。より具体的には、有機クラスタ基板中継室６３−１の両脇にホール注入層蒸着室６４とホール輸送層蒸着室６５が、有機クラスタ基板中継室６３−２の両脇に赤発光層蒸着室６６と緑発光層蒸着室６７が、有機クラスタ基板中継室６３−３の両脇に青発光蒸着室６８とホールブロッキング層蒸着室６９が、有機クラスタ基板中継室６３−４の両脇に電子輸送層蒸着室７０と電子注入層蒸着室７１が配置された構成としている。カセット７３とロード室６１、ロード室６１と有機クラスタ基板中継室６２、有機クラスタ基板中継室６２と有機クラスタロボット室６３、有機クラスタロボット室６３と各蒸着室は、ゲートバルブ７５で仕切られ、搬送ロボット７６によって基板の受け渡しを行う。各有機蒸着室には基板受け渡し部７７が２箇所あり、左右上下に走査可能な有機リニア蒸発源７４によって、一枚を蒸着中にもう一枚はマスクのアライメントを行えるようにすることで、タクトを倍増できる構成となっている。有機クラスタ６０で、ＴＦＴ基板上に注入層まで形成された基板は、基板中継室３２−１に送られ、クラスタ型電極膜成膜装置３０の金属蒸着室３３−１または３３−２にてＭｇ−Ａｇ合金やＡｌ等のバッファ層２を、スパッタリング室３４−１または３４−２でＡｌ等のスパッタリング膜３を厚く成膜する。その後、基板中継室３２−２からアンロード室７２に送られ、封止工程へと搬送されていく。
【００８２】
図２９は有機ＥＬ素子の緑色発光層部分の断面構造の模式図である。有機ＥＬ素子９１は、ＴＦＴ回路が形成されている基板９０上にＩＺＯ等の透明電極８０、ホール注入層８１、ホール輸送層８２、緑発光層８３、ホールブロッキング層８４、電子輸送層８５、電子注入層９５、金属蒸着膜のバッファ層９２、スパッタリング膜９３が積層された構造である。それぞれの膜厚は、透明電極８０が１１０ｎｍ、ホール注入層８１は４０ｎｍ、ホール輸送層８２は１５ｎｍ、緑発光層８３は１０ｎｍ、ホールブロッキング層８４は１０ｎｍ、電子輸送層８５は５０ｎｍ、電子注入層９５は０．５ｎｍ、金属蒸着膜のバッファ層９２は２０ｎｍ、スパッタリング膜９３は３００ｎｍとした。有機ＥＬ素子９１は、例えば実施例４の有機ＥＬ製造装置で作成することができる。
【００８３】
図３０は図２９の有機ＥＬ素子の電圧―電流―輝度特性を示したものである。図３０における左側の曲線が電流密度を、右側の曲線が輝度を表している。有機ＥＬ素子９１は、電極剥がれも見られず、応力の問題は全くなかった。電流−電圧特性はリーク電流の発生もなく良好であり、輝度も５Ｖで１０００ｃｄ/ｍ２が得られており、スパッタリングによるチャージアップダメージの影響も全くなかった。このように本実施例のクラスタ型の電極膜成膜装置を用いた有機ＥＬ製造装置を用いれば、良好な特性を持つボトムエミッション型の有機ＥＬ素子をスパッタリング装置よる高速成膜を用いて作成することができた。
【００８４】
なお、本実施例は上部電極にＡｌのスパッタリング膜９３を用いたボトムエミッション型の素子の作成例を示したが、スパッタリング膜９３にＩＴＯなどの導電性酸化物を用いればトップエミッション型の素子も作成可能である。
【００８５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態、実施例および変形例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態、実施例および変形例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
【００８６】
その他、実施の形態に記載された内容の一部を以下に記載する。
（１）スパッタリング装置は、バランス型マグネトロンを有する複数のカソードを具備し、複数のカソードは、基板が保持される面（基板面）と平行に等間隔をおいて配置され、複数のカソードは、保持される基板の中央に垂直な軸に対して対称に配置され、複数のカソードの上にはターゲットが取り付けるようにされ、スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、カソードが連なる方向に結合され、スパッタリング装置は直流放電される。
（２）上記（１）のスパッタリング装置は、さらに、カソード間に配置された補助磁石アレイを有し、補助磁石アレイは、保持される基板の中央に垂直な軸に対して対称に配置され、スパッタリング装置内で形成される複数の磁場が、カソードと補助磁石アレイが連なる方向に結合される。
（３）上記（１）および（２）のいずれか１つのスパッタリング装置において、カソード内の磁石アレイのセットは、前記基板面に垂直な軸に対して対称な構造をとる。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つのスパッタリング装置において、カソードは細長の円筒状で、その内部にバランス型の磁石アレイのセットが固定され、カソードとカソードに取り付けられるターゲットが回転するロータリマグネトロンカソードである。
（５）上記（１）から（３）のいずれか１つのスパッタリング装置において、カソードは細長の長方形状で、その内部にバランス型の磁石アレイのセットが固定されたプレーナマグネトロンカソードである。
（６）上記（２）のスパッタリング装置において、カソード外の補助磁石アレイはアノードとしても機能する。
（７）上記（１）から（６）のいずれか１つのスパッタリング装置において、保持される基板の位置でのプラズマの電子およびイオン密度が１×１０１６個／ｍ３以下である。
（８）上記（１）から（７）のいずれか１つのスパッタリング装置において、複数のカソード上のターゲットと保持される基板の距離は、ターゲット間隔に比べ同じか長い。
（９）上記（１）から（８）のいずれか１つのスパッタリング装置において、配置される基板の前面に、メタルマスクやメタルフレーム等の金属部材を配置して成膜するようにされ、金属部材はアノードの一部として機能する。
（１０）上記（１）から（９）のいずれか１つのスパッタリング装置において、配置される基板に下側から成膜するようにされる。
（１１）上記（１）から（９）のいずれか１つのスパッタリング装置において、配置される基板を垂直に立てて横側から成膜する。
（１２）上記（１）から（１１）のいずれか１つのスパッタリング装置と有機層上に金属蒸着膜を形成する蒸着装置を具備する有機デバイス製造装置。
（１３）上記（１２）の有機デバイス製造装置において、蒸着装置は、配置される基板に下側から成膜するようにされる。
（１４）上記（１２）の有機デバイス製造装置において、蒸着装置は、配置される基板を垂直に立てて横側から成膜するようにされる。
（１５）上記（１２）から（１４）のいずれか１つの有機デバイス製造装置において、蒸着装置は、リニア蒸発源または、複数の坩堝を直列配置した蒸発源を有し、蒸着源あるいは基板を走査して成膜する。
（１６）上記（１２）から（１４）のいずれか１つの有機デバイス製造装置において、蒸着装置と前記スパッタリング装置をロボット室を介してクラスタ化する。
（１７）上記（１２）から（１４）のいずれか１つの有機デバイス製造装置において、蒸着装置と前記スパッタリング装置をインライン化する。
（１８）上記（１２）から（１４）のいずれか１つの有機デバイス製造装置を用いた有機デバイスの製造方法であって、蒸着装置によって金属蒸着膜の連続膜を薄く成膜してから、スパッタリング装置によって金属または導電性酸化物を厚くスパッタリング成膜し、有機層上に電極膜を成膜する。
（１９）上記（１８）の有機デバイスの製造方法において、有機層上の金属蒸着膜の連続膜はＡｌ、Ａｇ、Ｍｇ−Ａｇ合金、あるいは当該金属と同等以上の密度を有する金属であり、膜厚は２０ｎｍ以上であり、かつその上に成膜するスパッタリング膜より薄い。
（２０）有機デバイスの製造方法は（ａ）有機層が形成された基板を準備する工程と、（ｂ）蒸着装置によって、有機層の上に、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ−Ａｇ合金、あるいは当該金属と同等以上の密度を有する金属のいずれか１つを成膜する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程の後に、バランス型マグネトロンのスパッタリング装置によって、金属または導電性酸化物を成膜する工程と、を有し、前記（ｂ）工程で膜厚２０ｎｍ以上の蒸着膜を形成し、前記（ｃ）工程で膜厚３００ｎｍのスパッタリング膜を形成する。
【符号の説明】
【００８７】
１・・・下部電極、２、９２・・・金属蒸着膜のバッファ層、３、９３・・・スパッタリング膜、４・・・上部電極、５、９５・・・電子注入層、６・・・有機層、１０、９０・・・基板、１１・・・評価素子、２０・・・カソード、２１・・・ターゲット、２２・・・中心磁石、２３・・・リング磁石、２４・・・磁石アレイ、２５・・・補助磁石アレイ、２６・・・金属部材、３０・・・クラスタ型電極膜成膜装置、ロボット室・・・３１、基板中継室・・・３２、金属蒸着室・・・３３、スパッタリング室・・・３４、ゲートバルブ・・・３５、搬送ロボット・・・３６、処理真空チャンバ・・・４０、基板受け渡し部・・・４１、駆動部・・・４２、金属蒸発源・・・４３、ロータリマグネトロンカソード・・・４４、インライン型電極成膜装置・・・５０、インライン金属蒸着室・・・５１、基板中継室兼ガス置換室・・・５２、インライン型スパッタリング室・・・５３、ゲートバルブ・・・５４、有機クラスタ・・・６０、ロード室・・・６１、有機クラスタ基板中継室・・・６２、有機クラスタロボット室・・・６３、ホール注入層蒸着室・・・６４、ホール輸送層蒸着室・・・６５、赤発光層蒸着室・・・６６、緑発光層蒸着室・・・６７、青発光蒸着室・・・６８、ホールブロッキング層蒸着室・・・６９、電子輸送層蒸着室・・・７０、電子注入層蒸着室７１、アンロード室・・・７２、カセット・・・７３、有機リニア蒸発源・・・７４、ゲートバルブ・・・７５、搬送ロボット・・・７６、基板受け渡し部・・・７７、透明電極・・・８０、ホール注入層・・・８１、ホール輸送層・・・８２、緑発光層・・・８３、ホールブロッキング層・・・８４、電子輸送層・・・８５、有機ＥＬ・・・９１
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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