(57)【要約】【課題】良質な有機膜を形成するための諸条件を考慮して、チャンバー内における基板の配置を決定する。【解決手段】有機原料１１を気化昇華室４で気化または昇華して原料ガスが生成される。この原料ガスにキャリアガスが混合され、原料ガス輸送管５でチャンバー２に輸送される。基板３はチャンバー２内で垂直な状態で保持され、原料ガス輸送管５のインジェクター１７は基板３に対向し、この基板３に対して直交する方向から原料ガスを吹き付ける。基板３を垂直な状態で保持することで、パーティクルは基板に付着することなく落下し、また、基板３および画素の塗り分けを行うマスクのたわみを抑えることができる。よって、不良の発生を抑え、膜分布の均一化が図られた良質な有機膜を形成できる。【選択図】　　　　図１
2004055401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成装置において、
前記基板を収納するチャンバーと、
前記チャンバーに設けられ、有機膜形成面に画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板を保持する保持手段と、
有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する気化昇華手段と、
前記原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入手段と、
前記キャリアガスを用いて前記原料ガスを輸送する原料ガス輸送手段と、
前記原料ガス輸送手段で輸送された前記原料ガスを前記チャンバー内に放出する放出手段と、
前記チャンバーの排気を行う排気手段とを備え、
前記チャンバー内における前記基板の配置を、前記有機膜形成面が鉛直上向きとなる姿勢、前記有機膜形成面が垂直となる姿勢、あるいは前記有機膜形成面が傾斜した姿勢のいずれかから選択した
ことを特徴とする有機膜形成装置。
【請求項２】
前記チャンバー内における前記基板の配置は、鉛直方向に対して上側の±１０°の範囲を除く円周に沿った位置の中から選択される
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜形成装置。
【請求項３】
前記放出手段は、前記基板の前記有機膜形成面に直交する方向に対して±９０°以内の範囲から原料ガスを放出する
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜形成装置。
【請求項４】
前記放出手段は、前記基板の前記有機膜形成面に直交する方向に対して±４５°以内の範囲から原料ガスを放出する
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜形成装置。
【請求項５】
前記放出手段は、前記基板の前記有機膜形成面に対して直交する方向から原料ガスを放出する
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜形成装置。
【請求項６】
前記保持手段は、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板をスライド移動させる
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜形成装置。
【請求項７】
前記保持手段は、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板を回転させる
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜形成装置。
【請求項８】
前記保持手段は、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板をスライド移動させながら回転させる
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜形成装置。
【請求項９】
前記保持手段に、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板の裏面を冷却する冷却手段を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の有機膜形成装置。
【請求項１０】
基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成装置において、
前記基板を収納するチャンバーと、
前記チャンバーに設けられ、有機膜形成面に画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板を保持する保持手段と、
有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する気化昇華手段と、
前記原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入手段と、
前記キャリアガスを用いて前記原料ガスを輸送する原料ガス輸送手段と、
前記原料ガス輸送手段で輸送された前記原料ガスを前記チャンバー内に放出する放出手段と、
前記チャンバーの排気を行う排気手段とを備え、
前記チャンバー内における前記基板の配置を、前記有機膜形成面が鉛直下向きとなる姿勢、前記有機膜形成面が垂直となる姿勢、あるいは前記有機膜形成面が傾斜した姿勢のいずれかから選択した
ことを特徴とする有機膜形成装置。
【請求項１１】
前記チャンバー内における前記基板の配置は、鉛直方向に対して下側の±３０°の範囲を除く円周に沿った位置の中から選択される
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成装置。
【請求項１２】
前記放出手段は、前記基板の前記有機膜形成面に直交する方向に対して±９０°以内の範囲から原料ガスを放出する
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成装置。
【請求項１３】
前記放出手段は、前記基板の前記有機膜形成面に直交する方向に対して±４５°以内の範囲から原料ガスを放出する
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成装置。
【請求項１４】
前記放出手段は、前記基板の前記有機膜形成面に対して直交する方向から原料ガスを放出する
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成装置。
【請求項１５】
前記保持手段は、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板をスライド移動させる
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成装置。
【請求項１６】
前記保持手段は、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板を回転させる
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成装置。
【請求項１７】
前記保持手段は、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板をスライド移動させながら回転させる
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成装置。
【請求項１８】
前記保持手段に、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板の裏面を冷却する冷却手段を備えた
ことを特徴とする請求項１０記載の有機膜形成装置。
【請求項１９】
基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成装置において、
前記基板を収納するチャンバーと、
前記チャンバーに設けられ、有機膜形成面に画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板を保持する保持手段と、
有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する気化昇華手段と、
前記原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入手段と、
前記キャリアガスを用いて前記原料ガスを輸送する原料ガス輸送手段と、
前記原料ガス輸送手段で輸送された前記原料ガスを前記チャンバー内に放出する放出手段と、
前記チャンバーの排気を行う排気手段とを備え、
前記チャンバー内における前記基板の配置を、前記有機膜形成面が垂直となる姿勢、あるいは前記有機膜形成面が傾斜した姿勢のいずれかから選択した
ことを特徴とする有機膜形成装置。
【請求項２０】
前記チャンバー内における前記基板の配置は、水平方向に対して＋８０°〜−６０°の範囲の円周に沿った位置の中から選択される
ことを特徴とする請求項１９記載の有機膜形成装置。
【請求項２１】
前記放出手段は、前記基板の前記有機膜形成面に直交する方向に対して±９０°以内の範囲から原料ガスを放出する
ことを特徴とする請求項１９記載の有機膜形成装置。
【請求項２２】
前記放出手段は、前記基板の前記有機膜形成面に直交する方向に対して±４５°以内の範囲から原料ガスを放出する
ことを特徴とする請求項１９記載の有機膜形成装置。
【請求項２３】
前記放出手段は、前記基板の前記有機膜形成面に対して直交する方向から原料ガスを放出する
ことを特徴とする請求項１９記載の有機膜形成装置。
【請求項２４】
前記保持手段は、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板をスライド移動させる
ことを特徴とする請求項１９記載の有機膜形成装置。
【請求項２５】
前記保持手段は、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板を回転させる
ことを特徴とする請求項１９記載の有機膜形成装置。
【請求項２６】
前記保持手段は、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板をスライド移動させながら回転させる
ことを特徴とする請求項１９記載の有機膜形成装置。
【請求項２７】
前記保持手段に、前記画素塗り分けマスクが取り付けられた前記基板の裏面を冷却する冷却手段を備えた
ことを特徴とする請求項１９記載の有機膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機原料を気相に変化させた原料ガスを、キャリアガスで基板上に輸送して薄膜を形成する有機膜形成装置に関する。詳しくは、良質な有機膜を形成するために必要な諸条件を考慮して基板の配置を決定することで、基板の配置によって良質な有機膜の形成の妨げになる要因を取り除くものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ（エレクトロルミネンス）素子は発光層に有機物を利用した発光材料である。この有機ＥＬ素子は、コンピュータやテレビジョン受信機に使用されるフラットパネルディスプレイや、携帯電話のディスプレイや、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）と呼ばれる携帯端末のディスプレイ等の各種表示装置を構成する発光材料として、また、発光ダイオード等の発光素子として用いられる。
【０００３】
図１０は有機ＥＬ素子の構造の一例を示す説明図である。有機ＥＬ素子１０１は、ガラス等の透明基板１０２の上に陽極であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）透明電極１０３、有機膜１０４、陰極である背面電極１０５を順に積層したものである。有機膜１０４は、ＩＴＯ透明電極１０３側から、正孔注入層１０４ａ、正孔輸送層１０４ｂ、発光層１０４ｃ、電子輸送層１０４ｄ、そして電子注入層１０４ｅを順に積層したものである。
【０００４】
ＩＴＯ透明電極１０３−背面電極１０５間に電圧が印加されると、ＩＴＯ透明電極１０３からプラス電荷（正孔）が注入され、背面電極１０５からマイナス電荷（電子）が注入され、それぞれ有機膜１０４を移動する。そして、発光層１０４ｃ内で電子−正孔がある確率で再結合し、この再結合の際に所定の波長を持った光が発生するものである。
【０００５】
なお、有機膜１０４の構成としては、正孔注入層１０４ａと正孔輸送層１０４ｂを１層で構成したもの、電子輸送層１０４ｄと電子注入層１０４ｅを１層で構成したもの、発光層１０４ｃと電子輸送層１０４ｄと電子注入層１０４ｅを１層で構成したもの等がある。
【０００６】
図１１はこのような有機ＥＬ素子を用いて構成した有機ＥＬカラーディスプレイの概要を示す平面図、図１２は有機ＥＬカラーディスプレイの要部斜視図である。有機カラーディスプレイ１０６は、透明基板１０２の上にＩＴＯ透明電極１０３がストライプ状に形成される。また、有機膜１０４がＩＴＯ透明電極１０３と直交するようにストライプ状に形成され、有機膜１０４上に背面電極１０５が形成されて、ＩＴＯ透明電極１０３と有機膜１０４および背面電極１０５をマトリクス状に配置する。これにより、電圧が印加されたＩＴＯ透明電極１０３と背面電極１０５の交点の有機膜１０４が発光する。
【０００７】
そして、有機膜１０４として、赤（Ｒ）に発光する有機膜１０４Ｒと緑（Ｇ）に発光する有機膜１０４Ｇと青（Ｂ）に発光する有機膜１０４Ｂを順に並べることで、ＲＧＢによる画素が形成され、カラーの表示が可能となる。
【０００８】
さて、低分子の有機物を用いた有機膜の形成は、従来は真空蒸着法を用いていた。真空蒸着法とは、原材料を高真空中で加熱蒸発させ、蒸発源と対向する基板上に原材料を吸着させることで薄膜を形成する方法である。
【０００９】
図１３はこのような真空蒸着法を行う真空蒸着装置の基本構成を示す説明図である。チャンバー１０７は図示しない排気ポンプと接続され、排気を行うことで内部を高真空とできる。ここで、真空蒸着法におけるチャンバー１０７内の真空度は１０−３〜１０−４Ｐａ（パスカル）程度である。
【００１０】
蒸発源１０８は原材料、ここでは有機原料を蒸発させるための加熱源で、抵抗加熱、電子ビーム加熱、赤外線加熱、高周波誘導加熱等があるが、有機膜では抵抗加熱が一般に用いられている。抵抗加熱としては、ボートと呼ばれる開口容器１０９に粉末状の有機原料１１０を入れ、開口容器１０９に通電することによる該開口容器１０９の抵抗発熱により、有機原料１１０を間接加熱して有機原料１１０を気化または昇華させるものである。
【００１１】
有機膜を形成する基板１１１（図１０等に示すＩＴＯ透明電極１０３が形成された透明基板１０２に相当）は、基板ホルダ１１２に取り付けられ、蒸発源１０８と対向配置される。基板ホルダ１１２は、基板１１１を有機膜形成面が鉛直下向きとなるように保持する。
【００１２】
さて、チャンバー１０７内を高真空として蒸発源１０８で有機材料１１０を気化または昇華させると、有機原料はビーム状に基板１１１に到達する。このとき、基板ホルダ１１２を回転させることで、膜分布が均一となるようにしている。
【００１３】
なお、図１２等に示すカラーディスプレイを作成する場合は、画素塗り分け用のマスクを用いて有機膜の形成を行う。図１４はマスクを使用した膜堆積工程の一例を示す断面図である。マスク１１４は、ストライプ状のパターン１１５を有する。このマスク１１４を基板１１１に取り付けるため、マスク１１４の対向する２辺を基板ホルダ１１２に保持する押さえ部材１１６が設けられる。
【００１４】
そして、Ｒ，Ｇ，Ｂの有機膜を形成するため、まず、マスク１１４を所定の位置に取り付けて図１２に示す有機膜１０４Ｒを形成し、次にマスク１１４の取り付け位置を１／３ピッチずらして有機膜１０４Ｇを形成し、次にマスク１１４の取り付け位置を１／３ピッチずらして有機膜１０４Ｂを形成する。ここで、図１３に示す真空蒸着装置では、マスク１１４が下向きに取り付けられることになる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、真空蒸着装置では、基板の有機膜形成面を下向きにしないと成膜が行えないので、基板の配置に制約があるという問題がある。図１５は従来の問題点を示す説明図である。真空蒸着装置では、基板１１１を有機膜形成面が下向きとなるように保持するため、基板１１１の中心部を保持することができない。これにより、基板１１１やマスク１１４にたわみが生じるという問題がある。この問題は、基板１１１の大型化が進むに従い顕著になるが、真空蒸着装置では対処できない。
【００１６】
また、基板１１１およびマスク１１４がたわむと、マスク１１４のパターン１１５のエッジ部が影となり、形成される有機膜のエッジがシャープにならないというシャドー効果の影響が大きくなるという問題がある。さらに、基板１１１およびマスク１１４がたわむことにより、画素精度が悪くなり、高画素化が難しいという問題がある。
【００１７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、良質な有機膜を形成できる有機膜形成装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係る有機膜形成装置は、基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成装置において、基板を収納するチャンバーと、このチャンバーに設けられ、有機膜形成面に画素塗り分けマスクが取り付けられた基板を保持する保持手段と、有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する気化昇華手段と、原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入手段と、キャリアガスを用いて原料ガスを輸送する原料ガス輸送手段と、原料ガス輸送手段で輸送された原料ガスをチャンバー内に放出する放出手段と、チャンバーの排気を行う排気手段とを備え、チャンバー内における基板の配置を、有機膜形成面が鉛直上向きとなる姿勢、有機膜形成面が垂直となる姿勢、あるいは有機膜形成面が傾斜した姿勢のいずれかから選択したものである。
【００１９】
本発明に係る有機膜形成装置では、気化昇華手段で有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する。この原料ガスにキャリアガス導入手段でキャリアガスを混合し、原料ガス輸送手段でキャリアガスを用いて原料ガスをチャンバーに輸送し、基板に成膜を行う。この成膜を行う際のチャンバー内における基板の配置を、有機膜形成面が鉛直下向きとならないように配置することで、基板やこの基板に取り付けられる画素塗り分けマスクのたわみが抑えられ、良質な有機膜を形成できる。
【００２０】
また、本発明に係る有機膜形成装置は、基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成装置において、基板を収納するチャンバーと、このチャンバーに設けられ、有機膜形成面に画素塗り分けマスクが取り付けられた基板を保持する保持手段と、有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する気化昇華手段と、原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入手段と、キャリアガスを用いて原料ガスを輸送する原料ガス輸送手段と、原料ガス輸送手段で輸送された原料ガスをチャンバー内に放出する放出手段と、チャンバーの排気を行う排気手段とを備え、チャンバー内における基板の配置を、有機膜形成面が鉛直下向きとなる姿勢、有機膜形成面が垂直となる姿勢、あるいは有機膜形成面が傾斜した姿勢のいずれかから選択したものである。
【００２１】
本発明に係る有機膜形成装置では、気化昇華手段で有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する。この原料ガスにキャリアガス導入手段でキャリアガスを混合し、原料ガス輸送手段でキャリアガスを用いて原料ガスをチャンバーに輸送し、基板に成膜を行う。この成膜を行う際のチャンバー内における基板の配置を、有機膜形成面が鉛直上向きとならないように配置することで、基板やこの基板に取り付けられる画素塗り分けマスクへのパーティクルの付着が抑えられ、良質な有機膜を形成できる。
【００２２】
さらに、本発明に係る有機膜形成装置は、基板上に有機物の薄膜を形成する有機膜形成装置において、基板を収納するチャンバーと、このチャンバーに設けられ、有機膜形成面に画素塗り分けマスクが取り付けられた基板を保持する保持手段と、有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する気化昇華手段と、原料ガスとキャリアガスを混合するキャリアガス導入手段と、キャリアガスを用いて原料ガスを輸送する原料ガス輸送手段と、原料ガス輸送手段で輸送された原料ガスをチャンバー内に放出する放出手段と、チャンバーの排気を行う排気手段とを備え、チャンバー内における基板の配置を、有機膜形成面が垂直となる姿勢、あるいは有機膜形成面が傾斜した姿勢のいずれかから選択したものである。
【００２３】
本発明に係る有機膜形成装置では、気化昇華手段で有機原料を気相に変化させて原料ガスを生成する。この原料ガスにキャリアガス導入手段でキャリアガスを混合し、原料ガス輸送手段でキャリアガスを用いて原料ガスをチャンバーに輸送し、基板に成膜を行う。この成膜を行う際のチャンバー内における基板の配置を、有機膜形成面が鉛直上向きおよび鉛直下向きとならないように配置することで、基板やこの基板に取り付けられる画素塗り分けマスクのたわみが抑えられるとともに、基板や画素塗り分けマスクへのパーティクルの付着が抑えられ、良質な有機膜を形成できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の有機膜形成装置の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態の有機膜形成装置の全体構成図である。本実施の形態の有機膜形成装置１は、低真空としたのチャンバー２内に基板３を保持し、このチャンバー２内に気相の有機原料をキャリアガスを用いて輸送して基板３に有機膜を形成する有機気相蒸着法（ｏｒｇａｎｉｃ　ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と呼ばれる構成において、基板３の配置を、良質な有機膜を形成するために必要な諸条件を考慮して決定するものである。ここで、基板３とは、図１０等で説明した透明ガラス基板１０２にＩＴＯ透明電極を形成したもの、あるいは図示しないＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板等である。
【００２５】
有機膜形成装置１は、チャンバー２と、有機原料を気化または昇華させる気化昇華室４と、気化昇華室４とチャンバー２をつなぐ原料ガス輸送管５を備える。チャンバー２には基板３を保持する保持手段としての基板ホルダ６が設けられる。この基板ホルダ６は、冷却手段として、例えば冷却管７から供給される冷却水を循環させる機構を有し、保持している基板３を裏面側（有機膜形成面と反対の面）から冷却する。ここで、基板ホルダ６は、チャンバー２内で基板３を垂直に保持する構成を有する。なお、カラーディスプレイに用いる発光材料を製作する場合、図１４に示すようにマスク１１４が基板３の有機膜形成面に取り付けられる。
【００２６】
チャンバー２には圧力計８と排気管９が設けられる。この排気管９に排気手段を構成する図示しない真空ポンプが接続され、圧力計８の出力をフィードバックして、チャンバー２内の圧力が所定の低真空を保つように制御される。
【００２７】
ここで、図示しないがチャンバー２にヒータと温度計を設け、チャンバー２内の温度が、基板３に吸着する前の有機原料が固化しないような温度を保つように制御されるようにしてもよい。なお、チャンバー２に対して基板３を出し入れ自在とするため、例えばチャンバー２を開閉構造をもつ分割構造とし、閉じたときは気密性が保たれる構成とする。
【００２８】
気化昇華室４は、気化昇華手段を構成し、例えば抵抗加熱法により有機原料を気化または昇華させるもので、チャンバー等の外気と隔離できる容器内にボート形状の原料容器１０を備えたものである。また、この原料容器１０に通電する図示しない通電機構を備える。
【００２９】
原料容器１０は、高融点でかつ有機原料と反応しない例えばＴａ（タンタル）等の材質で作られる。この原料容器１０に通電すると、該原料容器１０が抵抗となって発熱する。これにより原料容器１０に固相（粉末状）の有機原料１１を入れて通電すると、原料容器１０が発熱することにより有機原料１１が間接的に加熱され、気化または昇華する。これにより、Ｈ２ＯやＯ２等の有機原料を変質させる物質から一切隔離された気化昇華室４内は有機原料のガスで満たされる。
【００３０】
気化昇華室４には圧力計１２が設けられる。気化昇華室４において有機原料１１が減少すると、気化昇華室４内の圧力が低下する。このため、気化昇華室４に圧力計１２を設けて気化昇華室４内の圧力を測定し、圧力の低下を検出すると原料補充の指示を出す等の制御によって、有機原料１１が枯渇する前に補充が行えるようにする。
【００３１】
気化昇華室４には、有機原料１１の加熱温度を制御するために、原料容器１０の温度を測定する図示しない熱電対が設けられる。また、原料容器１０へ通電する際の電流値を計測する図示しない電流計が設けられる。これにより、原料容器１０の温度や原料容器１０への通電電流値が監視され、有機原料１１が気化または昇華する温度が保たれるように制御される。また、気化昇華室４の圧力および温度を測定することで、有機原料１１の気化または昇華量を一定に保つように制御される。
【００３２】
ここで、本実施の形態では、独立した気化昇華室４が２組設けられる。これら気化昇華室４のそれぞれには供給管１３が接続される。各供給管１３にはそれぞれ流量コントローラ１４が設けられる。また、各供給管１３はタンク１５に接続される。タンク１５には、キャリアガスとして用いるため、各種有機原料に対して不活性なＮ２やＡｒ（アルゴン）等のガスが入れられる。そして、流量コントローラ１４により、気化昇華室４に送るキャリアガスの流量が独立して制御される。以上説明した気化昇華室４およびこの気化昇華室４にキャリアガスを供給する機構によって、キャリアガス導入手段が構成される。
【００３３】
各供給管１３の流量コントローラ１４より下流側にはヒータ１６が設けられる。また、各供給管１３には図示しない温度計が設けられ、供給管１３から気化昇華室４に送り込まれるキャリアガスの温度が、有機原料が固化しない温度を保つようにヒータ１６が制御される。
【００３４】
各気化昇華室４には原料ガス輸送手段を構成する原料ガス輸送管５が接続される。この原料ガス輸送管５はチャンバー２とも接続され、原料ガス輸送管５のチャンバー２内の端部には、基板３と対向する位置に放出手段としてのインジェクター１７が設けられる。このインジェクター１７は、水平方向に原料ガスを放出する構成を有し、これにより、基板３の有機膜形成面に対する原料ガスの入射角が９０°となっている。
【００３５】
原料ガス輸送管５にはヒータ１８が設けられ、キャリアガスを用いて輸送される原料ガスが加熱される。また、原料ガス輸送管５には図示しない温度計が設けられ、原料ガス輸送管５を輸送される原料ガスの温度が、有機原料が固化しない温度を保つようにヒータ１８が制御される。
【００３６】
図２は有機膜形成装置の変形例を示す全体構成図である。図２に示す有機膜形成装置１′は、チャンバー２′に基板３を水平に保持できるように基板ホルダ６が設けられる。これにより、基板３の有機膜形成面は鉛直上向きとなっている。また、インジェクター１７はこの基板３の有機膜形成面と対向するため、鉛直下向きに原料ガスの放出口が設けられる。その他の全体構成は図１の有機膜形成装置１と同じであるので、各構成の説明は省略する。
【００３７】
次に、本実施の形態の有機膜形成装置の動作を説明する。有機気相蒸着法における有機膜形成方法は、有機原料を気化または昇華させる気化昇華工程、キャリアガスを導入するキャリアガス導入工程、キャリアガスを用いて原料ガスを基板３上に輸送する原料ガス輸送工程、基板３上への有機膜堆積工程および排気工程で構成される。なお、図１に示す有機膜形成装置１と図２に示す有機膜形成装置１′では同様の工程で有機膜が形成されるので、以下の説明は図１を参照して行う。
【００３８】
気化昇華工程は気化昇華室４で行われる。この気化昇華工程では、有機原料１１が入れられた原料容器１０に通電し、原料容器１０の抵抗発熱で有機原料１１を間接的に加熱して気化または昇華させて、原料ガスを生成する。
【００３９】
これにより、Ｈ２ＯやＯ２等の有機原料を変質させる物質から一切隔離された気化昇華室４内は原料ガスで満たされる。そして、気化昇華工程では、原料容器１０の温度や原料容器１０への通電電流値が監視され、有機原料１１の気化または昇華量を一定に保つように制御される。さらに、気化昇華室４内の圧力が圧力計１２で監視され、圧力の低下を検出すると、原料補充の指示を出すように制御される。
【００４０】
キャリアガス導入工程は気化昇華室４で行われる。このキャリアガス導入工程では、原料ガスの希釈および輸送のためのキャリアガスの導入が行われる。すなわち、各種有機原料に対して不活性なガスが、タンク１５からキャリアガスとして気化昇華室４に送り込まれる。タンク１５と各気化昇華室４を接続する供給管１３にはそれぞれ流量コントローラ１４が設けられており、流量が制御されたキャリアガスが気化昇華室４に送り込まれる。そして、気化昇華室４に送り込まれたキャリアガスと原料ガスが混合し、キャリアガスを用いて原料ガスが原料ガス輸送管５へ送られる。
【００４１】
ここで、キャリアガス導入工程では、気化昇華室４内の原料ガスの温度低下による有機原料の固化を避けるため、ヒータ１６により供給管１３を加熱することで、キャリアガスの温度を制御する。また、流量コントローラ１４により、キャリアガスの供給量が一定となるように制御する。このように、気化昇華室４に供給するキャリアガスの量を一定に保ち、気化昇華室４で有機原料１１を気化または昇華させる量を一定に保つことで、原料ガス輸送管５に送り込む原料ガスの量を一定に保つことができる。これにより、気化昇華工程で上述したように気化昇華室４の圧力を監視することで、有機原料１１の減少を圧力の低下として検出することができ、有機原料１１が枯渇する前に補充ができる。
【００４２】
原料ガス輸送工程は、原料ガス輸送管５で行われる。原料ガス輸送工程では、キャリアガスを用いて原料ガスが原料ガス輸送管５を輸送される。そして、原料ガス供給管５を輸送された原料ガスは、インジェクター１７からチャンバー２内に放出される。
【００４３】
この原料ガス輸送工程では、上述したキャリアガス導入工程において供給するキャリアガスの流量を増加させると、輸送する原料ガスの量を増加させることができる。これにより、基板３へ供給する原料ガスの量を増加させて、基板３上での成膜速度を向上させることが可能となり、真空蒸着法に比較して大幅に成膜速度を向上させることができる。このように、有機気相蒸着法では、成膜レートの制御を、有機原料１１の気化あるいは昇華温度のみによる制御ではなく、キャリアガスの流量制御により行えるので、成膜レートの精密な制御が可能となる。
【００４４】
また、原料ガス輸送工程では、原料ガス輸送管５内の原料ガスの温度低下による有機原料の固化を避けるため、ヒータ１８により原料ガス輸送管５を加熱することで原料ガスの温度を制御する。
【００４５】
有機膜堆積工程は、チャンバー２で行われる。有機膜堆積工程では、上述した原料ガス輸送工程で原料ガス輸送管５を輸送されてインジェクター１７から放出された原料ガスが基板３に吸着して有機膜を形成する。
【００４６】
さて、原料ガスは有機原料が気相の状態を保つため、例えば２５０℃程度の温度となっている。このため、この原料ガスが供給される基板３の温度が上昇する。そこで、有機膜堆積工程では、基板ホルダ６に冷却管７で冷却水を供給して、基板３が室温程度の温度を保つように温度制御を行う。また、基板３の冷却を効率良く行うため、ペルチェ効果が得られる図示しない電極を基板ホルダ６に備え、この電極が基板３から吸収した熱を、冷却管７で冷却するような構成とすると良い。
【００４７】
このように、基板３の温度を室温付近に保って有機膜の形成が可能であるので、基板３に吸着した有機原料は、高温のガスの状態から急速冷却されることで、非晶質または微結晶な良質な有機膜が形成される。これにより、基板３上に堆積した有機膜の一部あるいは全部が結晶化してしまうことに伴う電気特性の劣化や光学特性の劣化を防ぐことができる。また、基板３の温度を室温程度に保てることから、基板３として熱に弱いプラスチック基板を用いることも可能となる。よって、本実施の形態の有機膜形成装置１では、フレキシブルディスプレイを構成する有機ＥＬ発光素子を製作できることになる。
【００４８】
排気工程はチャンバー２で行われる。排気工程では、上述した各工程に先立ち、基板３が収納されたチャンバー２を原料ガスの流れを制御し得る１０２〜１０３Ｐａ程度の低真空に保つ。また、有機膜堆積工程で発生した残留ガスを排気する。
【００４９】
以上のように、本実施の形態の有機膜形成装置１は、低真空のチャンバー２内に気相状態の有機原料をキャリアガスを用いて輸送することで、図１に示すように基板３の有機膜形成面が垂直であっても、また、図２に示すように基板３の有機膜形成面が鉛直上向きであっても、有機原料を基板３上へ堆積させることができる。
【００５０】
すなわち、チャンバー２内の基板３の向きや、基板３とインジェクター１７の位置関係は、重力による制約を受けずに決定できる。これにより、チャンバー２内における基板３およびインジェクター１７の配置を、良質な有機膜を形成するために必要な諸条件を考慮して決定することができる。
【００５１】
図３は基板３の配置例を示すチャンバー２の断面図で、まず、基板３の配置について説明する。チャンバー２の一例として、１本のインジェクター１７を中心とした円周上に、有機膜形成面が中心を向くように基板３を配置する構成を考えた場合、真空蒸着法における基板の設置方向である有機膜形成面を鉛直下向きとする配置以外でも、基板３上での成膜が可能である。なお、この図３および後述する図４〜図６においてはチャンバー２の断面形状を円形としたが、これに限るものではない。
【００５２】
ここで、カラーディスプレイに用いる発光材料を製作する場合、有機膜堆積工程で図１４に示すマスク１１４が基板３の有機膜形成面に取り付けられる。このマスク１１４および基板３のたわみは、基板３の面内や画素内の膜分布に悪影響を及ぼす。
【００５３】
そこで、基板３の配置の具体例として、基板３等のたわみを抑えることを主に考慮して基板３の配置を決める場合の例を説明する。図４は基板３および図１４に示すマスク１１４のたわみを抑えることを考慮した基板３の配置例を示すチャンバー２の断面図である。基板３等のたわみを抑えることを考慮すると、チャンバー２内における基板３の配置は、１本のインジェクター１７を中心とした円周上で基板３を配置する位置を決めるとすると、鉛直軸に対して上側の±１０°以外、すなわち、残りの３４０°の範囲となる。この範囲内に基板３を設置すれば、基板３が傾斜していても、基板３および図１４に示すマスク１１４のたわみは抑えられる。これにより、基板３が大型化しても、基板３およびマスク１１４のたわみが抑えられ、基板３の面内および塗り分けられた画素内の膜分布が均一に成膜できる。また、マスク１１４が基板３と密着することから、マスク１１４によるシャドー効果の軽減や画素精度の向上が図れる。
【００５４】
次に、パーティクルの付着を抑えることを主に考慮して基板３の配置を決める場合の例を説明する。図５はパーティクルの付着を抑えることを考慮した基板３の配置例を示すチャンバー２の断面図である。パーティクルの付着を抑えることを考慮すると、チャンバー２内における基板３の配置は、１本のインジェクター１７を中心とした円周上で基板３を配置する位置を決めるとすると、鉛直軸に対して下側の±３０°以外、すなわち、残りの３００°の範囲となる。この範囲内に基板３を設置すれば、パーティクルは基板３に付着せずにチャンバー２内に落下し、例えば図１に示す排気管９から外部へと排出できる。これにより、画素同士のショートやダークスポット等の不良が軽減され、歩留りが向上することでコスト削減が行える。
【００５５】
次に、基板３等のたわみを抑えることと、パーティクルの付着を抑えることの両方を考慮して基板３の配置を決める場合の例を説明する。図６は基板３等のたわみおよびパーティクルの付着を抑えることを考慮した基板３の配置例を示すチャンバー２の断面図である。基板３等のたわみ対策とパーティクル対策の両方を考慮すると、チャンバー２内における基板３の配置は、１本のインジェクター１７を中心とした円周上で基板３を配置する位置を決めるとすると、水平軸に対して＋８０°〜−６０°の範囲となる。この範囲内に基板３を設置すれば、パーティクルは基板３に付着せずに落下し、また、基板３および図１４に示すマスク１１４のたわみが抑えられる。
【００５６】
これにより、画素同士のショートやダークスポット等の不良が軽減され、また、基板３が大型化しても、基板３等のたわみが抑えられ、基板３の面内および塗り分けられた画素内の膜分布が均一に成膜できる。また、図１４に示すマスク１１４によるシャドー効果の軽減や画素精度の向上が図れる。
【００５７】
以上のように、基板３の配置を工夫することで、形成される有機膜の品質が向上することから歩留りが向上し、結果としてコスト削減が行える。なお、図１に示す有機膜形成装置１は、例えば図６に示す基板配置の一例であり、図２に示す有機膜形成装置１′は、図４に示す基板配置の一例である。また、チャンバー２内に複数の基板３を保持する構成としてもよく、例えば図６に示すように、有機膜形成面を垂直となるように保持した２枚の基板３をインジェクター１７を挟んで対向配置すれば、同じ条件で２枚の基板３に同時に成膜が行える。
【００５８】
図７はインジェクター１７の配置例を示す説明図で、次に、インジェクター１７の配置について説明する。基板３に対するインジェクター１７の向きは、図示しないが基板３の有機膜形成面と直交する軸に対して±９０°、すなわち、有機膜形成面に対して水平な方向から原料ガスが吹き付けられるようにインジェクター１７が配置されていれば、基板３上へ有機原料を堆積させることができる。
【００５９】
望ましくは、図７に二点鎖線で示すように、基板３の有機膜形成面と直交する軸に対して±４５°以内の角度から原料ガスが吹き付けられるようにインジェクター１７を配置すると良い。
【００６０】
さらに、図７に実線で示すように、基板３の有機膜形成面と直交する方向から原料ガスが吹き付けられるように、インジェクター１７を基板３と対向配置すると良い。すなわち、図１および図２に示すように、基板３とインジェクター１７を対向配置すれば、基板３に効率良く原料ガスを供給できる。
【００６１】
そして、インジェクター１７に対して基板３の位置を固定して成膜を行うよりも、基板３を例えば回転動作させながら成膜を行う方が膜分布が均一となる。このため、図１等の有機膜形成装置１において、基板ホルダ６を駆動する機構を備えると良い。
【００６２】
図８および図９は基板３の動作例を示すチャンバー２の破断斜視図である。図８（ａ）に示す構成では、基板ホルダ６は軸６ａを中心に図示しない駆動手段に駆動されて回転する機構を有し、回転中心Ｏに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。ここで、基板３の中心は対角線の交点とする。これにより、図示しない駆動手段により基板ホルダ６が回転すると、基板３は基板ホルダ６の回転中心Ｏを軸に自転することになる。
【００６３】
そして、インジェクター１７から放出された原料ガスは基板３上へと拡散供給されるので、基板３が回転動作（自転）することで、基板３に形成される有機膜の膜分布が均一となる。
【００６４】
図８（ｂ）に示す構成では、基板ホルダ６は軸６ａを中心に図示しない駆動手段に駆動されて回転する機構を有し、回転中心Ｏに対して同一円周上に複数枚の基板３を保持する機構を有する。これにより、図示しない駆動手段により基板ホルダ６が回転すると、各基板３は基板ホルダ６の回転中心Ｏを軸に公転することになる。
【００６５】
そして、インジェクター１７から放出された原料ガスは、インジェクター１７の前に位置する基板３へと拡散供給されるが、各基板３が基板ホルダ６の回転中心Ｏを軸に公転しているので、全ての基板３がインジェクター１７の前を通過することになり、各基板３へ原料ガスが供給される。このように、一度の有機膜堆積工程で複数枚の基板３に有機膜を形成できることから、小サイズの基板３を大量生産できる。
【００６６】
図９（ａ）に示す構成では、チャンバー２内にリニアモータ等を利用した駆動機構１９に駆動されてスライド移動する基板ホルダ２０を設ける。そして、基板ホルダ２０に保持される基板３と対向する位置にインジェクター１７を設ける。以上の構成において、有機膜堆積工程では、基板ホルダ２０をスライド移動させながら、インジェクター１７から原料ガスを放出する。これにより、基板３の全面に原料ガスを供給して有機原料を堆積させることができるので、基板３の面内および画素内の膜分布が均一化される。
【００６７】
図９（ｂ）に示す構成では、チャンバー２内にリニアモータ等を利用した駆動機構１９に駆動されてスライド移動する基板ホルダ２１を設ける。この基板ホルダ２１には、図示しない駆動手段で駆動されて回転するサブホルダ２２が設けられる。このサブホルダ２２は、回転中心Ｏに基板３の中心が一致するようにこの基板３を保持する機構を備えている。これにより、図示しない駆動手段によりサブホルダ２２が回転すると、基板３はサブホルダ２２の回転中心Ｏを軸に自転することになる。そして、駆動機構１９により基板ホルダ２１全体をスライド移動させることで、基板３は回転しながらスライド移動することになる。
【００６８】
以上の構成において、有機膜堆積工程では、基板ホルダ２１全体をスライド移動させながら、かつ、サブホルダ２２を回転させながらインジェクター１７から原料ガスを放出する。これにより、基板３の全面に原料ガスを供給して有機原料を堆積させることができるので、基板３の面内および画素内の膜分布が均一化される。なお、図９（ｂ）の構成において、基板３の配置を図８（ｂ）に示すように公転し得る配置としても良い。
【００６９】
以上説明したように、インジェクター１７に対する基板３のスライド動作、回転動作あるいは両者を組み合わせた動作を行うことで、基板３の面内および画素内の膜分布の均一性が向上する。また、基板３を動作させる場合においても、図１等に示すように基板３を冷却する機構を設けることで、より良質な有機膜が作成できる。
【００７０】
このように、基板３の配置、インジェクター１７の配置、基板３の動作等を、良質な有機膜を形成するための諸条件に応じて決めることで、生産性が向上し、歩留り向上／コスト削減が行える。
【００７１】
そして、基板３の配置、インジェクター１７の配置、基板３の動作等を、膜分布の傾向や画素塗り分け用のマスクのシャドー効果等の問題に対応して決めることができるので、装置構成上の設計自由度が増し、容易に装置設計が行える。さらに、装置コストの低コスト化や小型化が実現できる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、気相状態の有機原料をキャリアガスを用いて輸送して成膜する有機膜形成装置で、チャンバー内における基板の配置を、有機膜形成面が鉛直上向きとなる姿勢、有機膜形成面が垂直となる姿勢、あるいは有機膜形成面が傾斜した姿勢のいずれかから選択したものである。
【００７３】
これにより、基板の有機膜形成面が鉛直下向きとならない配置で成膜を行うことができるので、基板や画素塗り分けマスクのたわみを抑えることができる。このように、基板や画素塗り分けマスクのたわみを抑えることができることで、基板面内および画素内の膜分布を均一に成膜できる。また、画素塗り分けマスクのシャドー効果を軽減して、画素精度を向上できる。そして、基板の配置によって基板や画素塗り分けマスクのたわみの対策が行えるので、基板の大型化に伴う基板等のたわみの対策を容易に行うことができる。
【００７４】
また、本発明は、チャンバー内における基板の配置を、有機膜形成面が鉛直下向きとなる姿勢、有機膜形成面が垂直となる姿勢、あるいは有機膜形成面が傾斜した姿勢のいずれかから選択したものである。これにより、基板の有機膜形成面が鉛直上向きとならない配置で成膜を行うことができるので、基板へのパーティクルの付着を抑えることができる。
【００７５】
さらに、本発明は、チャンバー内における基板の配置を、有機膜形成面が垂直となる姿勢、あるいは有機膜形成面が傾斜した姿勢のいずれかから選択したものである。これにより、基板の有機膜形成面が鉛直上向きおよび鉛直下向きとならない配置で成膜を行うことができるので、基板や画素塗り分けマスクのたわみを抑えることができるとともに、パーティクルの付着を抑えることができる。
【００７６】
以上のように、基板の配置によって、良質な有機膜の形成の妨げになる要因を取り除くことができるので、簡単な装置構成で、良質な有機膜の形成が行える。そして、基板等のたわみの対策やパーティクルの対策等、要求される重要項目に合わせて任意に装置設計ができるので、装置の低コスト化や小型化を実現できる。
【００７７】
そして本発明では、大画面で輝度ムラが少ない有機ＥＬディスプレイ、高精細な有機ＥＬディスプレイ、フレキシブルディスプレイを製作できる。また、ディスプレイに限らす、有機ＥＬレーザや有機ＥＬダイオード等を製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の有機膜形成装置の全体構成図である。
【図２】有機膜形成装置の変形例を示す全体構成図である。
【図３】基板の配置例を示すチャンバーの断面図である。
【図４】基板およびマスクのたわみを抑えることを考慮した基板の配置例を示すチャンバーの断面図である。
【図５】パーティクルの付着を抑えることを考慮した基板の配置例を示すチャンバーの断面図である。
【図６】基板等のたわみおよびパーティクルの付着を抑えることを考慮した基板の配置例を示すチャンバーの断面図である。
【図７】インジェクターの配置例を示す説明図である。
【図８】基板の動作例を示すチャンバーの破断斜視図である。
【図９】基板の動作例を示すチャンバーの破断斜視図である。
【図１０】有機ＥＬ素子の構造の一例を示す説明図である。
【図１１】有機ＥＬカラーディスプレイの概要を示す平面図である。
【図１２】有機ＥＬカラーディスプレイの要部斜視図である。
【図１３】真空蒸着装置の基本構成を示す説明図である。
【図１４】マスクを使用した膜堆積工程の一例を示す断面図である。
【図１５】従来の問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・有機膜形成装置、２・・・チャンバー、３・・・基板、４・・・気化昇華室、５・・・原料ガス輸送管、６・・・基板ホルダ、６ａ・・・軸、７・・・冷却管、８・・・圧力計、９・・・排気管、１０・・・原料容器、１１・・・有機原料、１２・・・圧力計、１３・・・供給管、１４・・・流量コントローラ、１５・・・タンク、１６・・・ヒータ、１７・・・インジェクター、１８・・・ヒータ、１９・・・駆動機構、２０・・・基板ホルダ、２１・・・基板ホルダ、２２・・・サブホルダ
【図１】
2004055401.tif 000003
【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】
2004055401.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004055401.tif 000013
【図１２】
2004055401.tif 000014
【図１３】
2004055401.tif 000015
【図１４】
2004055401.tif 000016
【図１５】
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