(57)【要約】【課題】多層膜を一括で形成可能な蒸着方法を提供する。【解決手段】２次元的に配列された蒸着源１１０が層構成の数に対応して蒸着材料毎に３つのグループ１１１、１１２、１１３に分かれており、各グループの蒸着源は発熱体１２０（１２１、１２２、１２３）によって、それぞれ独立して加熱・制御可能である。各蒸着源１１０は、充填された材料の９５％以上を、各層の成膜においてグループ毎に順次蒸発させる。蒸着源の交換を行うことなく複数の有機材料層からなる多層膜を一括で形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する基板に複数の有機材料層からなる多層膜を形成するための蒸着方法において、
前記複数の画素にそれぞれ対応する複数の蒸着源を有する蒸着源群を、前記複数の有機材料層の各層毎に用意する工程と、
前記複数の有機材料層の各層毎に用意された複数の蒸着源群を、前記基板の前記複数の画素に対峙する空間部に支持する工程と、
前記空間部に支持された前記複数の蒸着源群に、各蒸着源群毎に異なる蒸着材料を充填し、前記複数の有機材料層の各層毎に前記蒸着源群を切り替えながら前記複数の有機材料層を順次成膜する工程と、を有することを特徴とする蒸着方法。
【請求項２】
複数の画素を有する基板に複数の有機材料層からなる多層膜を形成するための蒸着装置において、
前記基板の前記複数の画素に対峙する空間部と、
前記複数の有機材料層の各層毎に、前記複数の画素にそれぞれ対応する複数の蒸着源を有する複数の蒸着源群と、
前記複数の蒸着源群を前記空間部に支持するための支持体と、
前記複数の有機材料層の各層毎に前記蒸着源群を切り替えながら成膜するために、前記複数の蒸着源群にそれぞれ独立して接続された切り替え自在な複数の発熱体と、を有することを特徴とする蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子の多層有機膜を形成するための蒸着方法及び蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示素子に代わる薄型表示素子として有機ＥＬ素子が研究されている。前者が全面発光するパネル（バックライト）に液晶をシャッターとして設けることで画像を形成するのに比べ、後者は必要な部位を必要な明るさで自発光させるため、視認性、省電力性において優れている。またバックライトを必要としないため、薄型化にも有利である。
【０００３】
有機ＥＬ素子の有機多層膜を構成する有機材料層を形成するには一般に蒸着法が用いられるが、単一の坩堝を用いて大面積に蒸着する場合、膜厚均一性を確保するために蒸着源と蒸着対象の間の距離を相当量確保する必要があった。これは、成膜装置の大型化と材料の使用効率低下を招く。また、蒸着速度を制御した上で所望の膜厚を形成するため、膜厚モニタリングによるコントロールでは実膜厚と誤差が生じ、歩留り低下を招き易い。さらに長時間使用することによる坩堝の目詰まりといったメンテナンスの問題や蒸着材料の劣化も懸念される。
【０００４】
これらの課題を解決するための蒸着手法として、蒸着材料を均一に形成した蒸着材料支持層をパターン化マスクを具備した蒸着対象に対峙させ、それを加熱することで蒸着層を転写する方法が提案されている（特許文献１参照）。他にも、パターン化された発熱体の上に蒸着材料を配することで発熱体に沿って材料を基板上に蒸着層を転写する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
これらの手法により、蒸着源と蒸着対象の間の距離を比較的短くすることができるため、大面積に対しても蒸着装置の小型化と材料の使用効率向上を図ることができる。また蒸着材料が１回の転写で使い切る量であることから、形成される膜厚の再現性を確保し易く、坩堝の目詰まりといったメンテナンスの問題や蒸着材料の劣化も低減できる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−５４２７５号公報
【特許文献２】特開２００２−３０２７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の方法では、蒸着源と蒸着領域が１対１対応しており、１つの蒸着材料支持層では単層膜しか形成できない。一般に有機ＥＬ素子は多層膜から形成されるが、この方法では異なる層を形成するごとに蒸着材料支持層を交換する必要があり、交換機構の具備に伴う装置の大型化やタクトの長時間化を生じてしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、各層毎に蒸着源の交換を必要とすることなく、複数の有機材料層を一括で成膜可能な蒸着方法及び蒸着装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の蒸着方法は、複数の画素を有する基板に複数の有機材料層からなる多層膜を形成するための蒸着方法において、前記複数の画素にそれぞれ対応する複数の蒸着源を有する蒸着源群を、前記複数の有機材料層の各層毎に用意する工程と、前記複数の有機材料層の各層毎に用意された複数の蒸着源群を、前記基板の前記複数の画素に対峙する空間部に支持する工程と、前記空間部に支持された前記複数の蒸着源群に、各蒸着源群毎に異なる蒸着材料を充填し、前記複数の有機材料層の各層毎に前記蒸着源群を切り替えながら前記複数の有機材料層を順次成膜する工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の蒸着装置は、複数の画素を有する基板に複数の有機材料層からなる多層膜を形成するための蒸着装置において、前記基板の前記複数の画素に対峙する空間部と、前記複数の有機材料層の各層毎に、前記複数の画素にそれぞれ対応する複数の蒸着源を有する複数の蒸着源群と、前記複数の蒸着源群を前記空間部に支持するための支持体と、前記複数の有機材料層の各層毎に前記蒸着源群を切り替えながら成膜するために、前記複数の蒸着源群にそれぞれ独立して接続された切り替え自在な複数の発熱体と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
有機多層膜の膜構成に応じて複数の蒸着源群を切り替えながら、各蒸着源群から順に蒸着材料の蒸気を放出することにより、蒸着源の変更なしに複数の有機材料層からなる多層膜を一括して成膜することが可能となる。これにより、従来有機材料層毎に必要であった蒸着源の交換機構が不要となり、また交換に伴うタクトも省くことができる。
【００１２】
一方で、各蒸着源に蒸着材料を充填する際の作業工程数は同じであるため、タクト面での不利は生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１に示すように、例えば金属ブロックに円筒形の穴を設けたものを蒸着源１１０として用いる。蒸着源１１０は、複数の蒸着源群（グループ）１１１、１１２、１１３として、後述するように、蒸着装置に搬送された基板に対峙する空間部に、２次元平面上に開口部が同一方向を向くように配列される。各蒸着源群の複数の蒸着源１１０には一定の距離間隔で同一の材料が同一量充填されており、蒸着源１１０は各蒸着源群毎にそれぞれ独立して発熱体１２０によって加熱・制御され、単層膜を形成する。加熱は材料が９５％以上蒸発するまで実施される。
【００１５】
ここで、９５％以上蒸発させることは、形成される膜厚が設計値の９５％から１００％の範囲にあることに対応する。これはおおよそ膜厚の誤差が±２．５％以内であることに相当する。これは有機ＥＬ素子の光学設計の要求値として一般的な範囲の値である。
【００１６】
各蒸着源１１０は、蒸着対象に対して点源として振舞うよう、蒸着源と蒸着対象の距離を保持して対峙する。ここで「点源として振舞う」とは、例えば蒸着のｃｏｓＸ乗則に±２．５％の誤差範囲内で従うこと、と言い換えることができる。なお、ｃｏｓＸ乗則とは、蒸着源開口部が蒸着対象面の法線方向を向いているとき、蒸着源の法線方向から角度θにある場所の膜厚が［ｃｏｓθ］（３＋Ｘ）  に従う、というものである。このように複数の蒸着源を用いて同一材料を蒸着することで単層膜を得ることができる。
【００１７】
このような複数のグループの蒸着源１１０が、支持体１３０によって、基板に対峙する空間部の同一平面内に一体に支持され、複数の材料からなる多層膜を一括して形成することを可能とするものである。
【００１８】
なお、各蒸着源群毎に、各蒸着源の形状や大きさ、配置する間隔は蒸着対象である基板に均一な蒸着面を形成できるように決定される。これは単一の蒸着源が形成する有機材料層の膜厚分布を測定し、その重ね合せが均一な膜厚になるよう計算機でシミュレーションすることで決定することができる。ただし、ここで決定できるのは各蒸着源の間隔と、蒸着源と蒸着対象である基板との距離の比率である。蒸着源と蒸着対象である基板との距離が大きい場合にはマスクの受ける輻射熱やマスクによるケラレの影響は小さくなるが、均一な膜厚が得られない最外周部の領域が大きくなることで材料使用効率が低下する。このバランスを取って実際の各蒸着源の間隔及び蒸着源と基板との距離を決定することが望ましい。
【００１９】
図１の蒸着装置１００は、複数の蒸着源１１０、発熱体１２０及び支持体１３０により構成される。蒸着源１１０の材料としては銅などの熱伝導率が高く、比熱の小さい材料が好適であり、発熱体１２０の材料としてはＭｏなどの高融点金属を薄片化したものが好ましい。寸法は用途に応じて適宜決定可能である。例えば蒸着源１１０としては、図１（ａ）に示すように、１．２×１．２×２．０ｍｍ３  の銅製直方体に１．０ｍｍφ×１．５ｍｍの穴を設けたもの、発熱体１２０としては５０μｍ厚のＭｏ薄膜を１ｍｍ幅に切断したものを挙げることができる。構成についても同じく用途に応じて適宜決定できるが、２次元平面内で蒸着源１１１、１１２、１１３が等間隔の正方格子状となるように発熱体のグループを設定し、それに応じて蒸着材料を等量ずつ充填する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、発熱体１２０を等間隔に蒸着源１１１、１１２、１１３に対応する３つのグループ１２１、１２２、１２３に分け、各グループ毎に異なる蒸着材料を充填する。そして、互に独立して切り替え自在に制御される発熱体１２１、１２２、１２３によって順次加熱・蒸発させる。このように、蒸着材料をグループ毎に順に蒸発させることで、図１（ｂ）の場合は３層の膜を一括して順次成膜することが可能となる。
【００２０】
また、図２（ａ）に示すように、蒸着源１１０を４．５ｃｍ間隔で発熱体１２０に固定し、この発熱体１２０を０．５ｃｍ間隔に並べたユニット１００ａを用いる構成でもよい。蒸着源１１０をステープラー用つづり針のように形成し、発熱体１２０へかしめることで固定することができる。そして、図２（ｂ）に示すように、複数のユニット１００ａを蒸着源１１０の開口部が同一方向を向くように支持体１３０に固定する。
【００２１】
一例として、図２の蒸着源１１０に有機材料を充填し、蒸発させた実験結果について述べる。この場合、膜厚分布はｃｏｓ２．３乗則で良く記述できる。図３に蒸着源と蒸着対象の距離が１４．０ｍｍにおける、実測の膜厚分布とｃｏｓ２．３乗則の計算結果を示す。
【００２２】
ｃｏｓ２．３乗則に従う蒸着源を一定の間隔で正方格子状に並べた場合、蒸着源と蒸着対象の距離が蒸着源同士の間隔に対して１．４倍となるときに均一膜を形成することができる（図４参照）。
【００２３】
より詳細に述べると、蒸着源から距離を離すに従って、蒸着源の周期性に伴う膜厚の周期的凹凸は小さくなるが、一方で蒸着源外周部の均一膜を得られない領域の比率が増加してしまう。蒸着源の周期性に伴う膜厚の周期的凹凸の影響として±１％の変動を許容する場合には、本発明の構成においては最大の均一膜厚領域比率を得られる条件として計算実験の結果から以下のように定式化できる。
【００２４】
ｃｏｓＸ乗則に従う場合、蒸着源を正方格子上に形成するその間隔Ｌと蒸着源から蒸着対象基板までの距離Ｄとの間には以下の関係が成立している。
【００２５】
Ｄ／Ｌ＝−０．００５Ｘ２  ＋０．１４１Ｘ＋１．０７５
このような構成を持つ蒸着装置を用いることで、蒸着源群と平行に対峙させた蒸着対象に対して多層膜を一括形成することができる。
【００２６】
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の蒸着方法を用いた多層有機膜の成膜工程及び有機ＥＬパネル量産システムの一例を示す。図５（ｂ）に示すシステムは、蒸着源への材料充填とマスクの収納とを行うチャンバＣ１ａ、基板ストックチャンバＣ１ｂ、基板洗浄前処理チャンバＣ１ｃ及び蒸着チャンバＣ２を有する。さらに、ＥＩＬ／Ａｎｏｄｅ成膜チャンバＣ３、封止チャンバＣ４、パネルストックチャンバＣ５等を接続したものである。
【００２７】
図５（ａ）に示すように、蒸着源への材料充填（ステップＳ１０１）は、例えば、蒸着材料充填・マスクストックチャンバＣ１ａ内において、材料溶液のインクジェットによる分配や、ペレット状にした固体材料の分配を例示することができる。インクジェット法による分配の場合、溶媒を除去するためにプレベークを実施することが望ましい。その後、蒸着源を蒸着チャンバＣ２に搬送する（ステップＳ１０２）。インクジェット法による分配の場合、大気圧下から真空雰囲気下へ搬送する必要があるため、真空引きのための前室を設ける必要がある。この際、タクト短縮のため複数の蒸着源を一括して真空雰囲気下へ搬送することが望ましい。
【００２８】
図６に示すように、蒸着材料分配装置Ｄ１によるペレット状にした固体材料の分配は、真空雰囲気下で行なうことで搬送が容易になり、より好ましい。その後、蒸着チャンバ（蒸着室）Ｃ２内において、蒸着源駆動装置Ｄ２を駆動し、発熱体の発熱により各有機材料層を基板Ｗに成膜する（ステップＳ１０３）。マスクＭに対してアライメントを終えた基板Ｗに対し、形成したい有機材料層の順番に従って対応する蒸着源群を次々に加熱することで各画素に対して複数の有機材料層を形成する。各有機層単膜は、各蒸着源が材料の蒸発温度以上になることで成膜が始まり、蒸着材料を使い切ることで成膜が終わる。各蒸着源群の加熱のタイミングは、直前の有機材料層が形成された直後に次の有機材料層が成膜を開始するようにすることがタクト短縮の上で望ましい。その後蒸着源は蒸着チャンバＣ２から搬出され（ステップＳ１０４）、再び材料が充填される。この際、前回に充填した材料は全て飛びきっているため特別な再生処理（メンテナンス）は不要であるが、ＵＶ光を用いた有機物残渣確認などによる蒸着源の状態チェックを行なうことが好ましい。
【実施例】
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、支持体１３０として、５００ｍｍ×５００ｍｍ×０．７ｍｍの無アルカリガラス板を用意する。その中央４０５ｍｍ×４０５ｍｍの領域に、図２（ａ）に示す繰り返しユニット１００ａを持った蒸着源１１０と発熱体１２０を９×９＝８１個配置する。なお、ガラス板には蒸着源１１０の配置される部分に対応して２ｍｍの円筒状の開口部を設けている。これは発熱体１２０の熱がガラスに奪われるのを避けるためである。その上からさらに同様に加工された無アルカリガラス板を載せ、蒸着源１１０と発熱体１２０の固定を行なう。ガラス板の固定はネジで行なう。
【００３０】
蒸着源は１．２×１．２×２．０ｍｍ３  の銅製直方体に１．０ｍｍφ×１．５ｍｍの穴を設けたもの、発熱体は５０μｍ厚のＭｏ薄膜を１ｍｍ幅に切断したものである。なお、蒸着源は一端をステープラー用つづり針のように形成し、発熱体へかしめることで固定する。また、蒸着源の開口部は同一方向を向くよう固定する。
【００３１】
発熱体は図２（ａ）に示す（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×（ＨＴＬ，ＥＭＬ，ＥＴＬ）の９グループに分けられており、それぞれの発熱グループは４．５ｃｍの等間隔で正方格子状に並んだ蒸着源から構成される。それぞれの発熱グループに属する蒸着源には同一材料を等量ずつ分配する。本実施例では以下の分量を分配する。
ＲＨＴＬ：α−ＮＰＤ  ８０μｇ
ＲＥＭＬ：ＣＢＰ  ６０μｇ／ＢｔｐＩｒ（ａｃａｃ）  １０μｇ
ＲＥＴＬ：ＢＣＰ  １００μｇ
ＧＨＴＬ：α−ＮＰＤ  ８０μｇ
ＧＥＭＬ：Ａｌｑ３  ３０μｇ／Ｃｏｕｍａｒｉｎ５４０  １０μｇ
ＧＥＴＬ：ＢＣＰ  １００μｇ
ＢＨＴＬ：α−ＮＰＤ  ８０μｇ
ＢＥＭＬ：Ａｌｑ３  ３０μｇ／Ｐｅｒｙｌｅｎｅ  １０μｇ
ＢＥＴＬ：ＢＣＰ  １００μｇ
分配は各材料を指定の比率で混合したものをそれぞれ計量し、０．３〜０．４ｍｍ角のペレットにしたものを用意して行なった。
【００３２】
この蒸着装置の蒸着源から６３ｍｍ離れた場所に蒸着対象を置く。蒸着対象は、ＴＦＴを備え、アノードとしてＩＴＯ電極、素子分離膜としてアクリル樹脂がパターニングされたボトムエミッションタイプのパネル基板であり、３ｉｎｃｈ  ＱＶＧＡフルカラーパネルが５×４＝２０並んだものである。ＲＧＢ各画素の開口サイズは同一であり、同一ピッチで規則的に配列している。
【００３３】
マスクはＲＧＢのうちいずれか１色に対応する開口部を備え、蒸着対象のＲの蒸着部分に開口部が対応するようにアライメントされている。
【００３４】
これを真空容器に入れ、ＲＨＴＬ→ＲＥＭＬ→ＲＥＴＬの順番で各発熱グループに電流を印加する。印加電流は９Ａで、印加時間は電流・電圧が安定してから２０秒である。
【００３５】
このとき形成される膜厚はＲＨＴＬ：４０ｎｍ，ＲＥＭＬ：３５ｎｍ，ＲＥＴＬ：５０ｎｍである。次にマスクをずらすことでＧに対応する画素開口部にマスク開口部をあわせる。その後、同様にＧＨＴＬ→ＧＥＭＬ→ＧＥＴＬの順番で電流を印加する。形成される膜厚はＧＨＴＬ：４０ｎｍ，ＧＥＭＬ：２０ｎｍ，ＧＥＴＬ：５０ｎｍである。Ｂについても同様の作業を行なう。形成される膜厚はＢＨＴＬ：４０ｎｍ，ＢＥＭＬ：２０ｎｍ，ＢＥＴＬ：５０ｎｍである。
【００３６】
最後にマスクを画素表示領域全てが開口したものに交換し、可動式の蒸着坩堝を用いてＬｉＦを１ｎｍ画素表示領域全面に形成する。その後、同じく可動式の蒸着坩堝を用いてＡｌを１２０ｎｍ形成する。
【００３７】
このようにして３ｉｎｃｈ  ＱＶＧＡ有機ＥＬパネル２０枚を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】一実施形態による蒸着装置を示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は一部分を拡大して示す部分拡大平面図である。
【図２】別の実施形態による蒸着装置を示すもので、（ａ）は４．５ｃｍ四方のユニットの構成を説明する図、（ｂ）は蒸着装置全体を示す平面図である。
【図３】蒸着源による膜厚分布とｃｏｓ則の比較である。
【図４】ｃｏｓ２．３乗則に従う蒸着源を間隔ｄで１５×１５個並べたときに、蒸着源から１．４ｄ離れたところにある蒸着対象に形成される膜厚分布を示すもので、（ａ）は膜厚分布を三次元的に表わした立体グラフ、（ｂ）は（ａ）の膜厚分布を等高線で表わした平面グラフである。
【図５】多層有機膜の成膜工程と有機ＥＬパネル量産システムを示す図である。
【図６】図５の蒸着材料充填・マスクストックチャンバと蒸着チャンバの内部構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００ａ    ユニット
１１０    蒸着源
１１１〜１１３    グループ別の蒸着源
１２０    発熱体
１２１〜１２３    グループ別の発熱体
１３０    支持体
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009161823.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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