(57)【要約】【課題】成膜材料の蒸気を放出する開口位置と基板との距離を一定に保ち、安定した成膜を行う。【解決手段】材料収納坩堝１０１の有機材料１０６を加熱して蒸発させ、複数のノズル１０４から真空チャンバー内に噴出させる。成膜中にノズル１０４が熱膨張によって変形し、ノズル先端位置が変化して成膜が不安定になるのを防ぐために、各ノズル１０４に嵌合する開口部１０７ａを有する開口制御部材１０７を設ける。開口制御部材１０７は、ノズル１０４等とは独立して真空チャンバー内に固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室と、
前記成膜室内に基板を保持する保持手段と、
前記基板に成膜材料を成膜するための蒸着源と、
前記蒸着源の成膜材料を蒸発させる手段と、
前記蒸着源から蒸発した成膜材料の蒸気を前記成膜室に放出するための複数のノズルと、
前記複数のノズルにそれぞれ嵌合する複数の開口部を備えた開口制御部材と、を有し、
前記複数のノズルは、それぞれ、前記開口制御部材の前記複数の開口部内で前記成膜材料の蒸気を放出することを特徴とする蒸着装置。
【請求項２】
前記開口制御部材は、前記複数のノズルから分離された固定手段に固定されていることを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
【請求項３】
前記開口制御部材が熱膨張の小さい材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の蒸着装置。
【請求項４】
前記開口制御部材を加熱する手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の蒸着装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか１項記載の蒸着装置を用いて、有機膜を基板に蒸着する工程を有することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の有機膜等を蒸着するための蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の薄型ディスプレイの需要が高まっている。
【０００３】
特に携帯端末（例えば、携帯電話・デジタルカメラ等）向けのディスプレイとしては液晶ディスプレイが主流となっており、高精細化も進んでいる。
【０００４】
しかしながら液晶ディスプレイの構造は、バックライトと呼ばれる光源から放出された白色光がカラーフィルターを透過して光を取り出す構造となっている。このため、消費電力の大半はバックライトにより消費され、また、カラーフィルターにより光の取出し効率が極端に減少する。
【０００５】
また、液晶ディスプレイにおいては、視野角により色味が変わる課題も抱えている。携帯端末においては、これからも低消費電力化と広視野角を実現することが求められている。
【０００６】
液晶ディスプレイの課題である消費電力と視野角依存性を解決する次世代ディスプレイとして、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（有機ＥＬディスプレイ）が期待されている。
【０００７】
有機ＥＬディスプレイは、自発光性であるために液晶ディスプレイに用いられているバックライトが不要となるため消費電力を抑えることができる。また、液晶ディスプレイに比べて応答速度が速く、視野角も優れていると言う利点がある。
【０００８】
白色有機ＥＬをバックライトとして用いたディスプレイも開発されているが、その場合はカラーフィルターが必要となり光の取出し効率が著しく悪化する。
【０００９】
それに比べて、フルカラー塗り分け方式の有機ＥＬディスプレイはカラーフィルターが不要となり、光の取出し効率が非常に優れていると言う利点を持っている。具体的には、発光層を塗り分けるために、一般的にはドライプロセスであればマスク蒸着、ウェットプロセスであればインクジェット法にて成膜が行われている。
【００１０】
一般的に、有機ＥＬ素子は水分に弱いとされており、現状ではドライプロセスによるマスク成膜の方が発光効率のよい有機ＥＬ素子ができると言われている。
【００１１】
近年では基板の大型化が進み、大面積成膜の要求が高まっている。さらに、タクトアップも要求されているために、高速かつ膜厚分布のよい蒸着源が求められている。
【００１２】
有機ＥＬ素子は非常に膜厚の薄いデバイス構造であるために、精密に膜厚を制御する必要があり、このため、例えば、特許文献１及び特許文献２に示す方法が知られている。
【００１３】
特許文献１及び特許文献２においては、長尺状（ライン状）の坩堝上面に、その坩堝に沿って複数の開口がライン上に並ぶ蒸着源を用いる。
【００１４】
そして、この坩堝上面と成膜対象となるガラス基板を対向配置した状態で、複数の開口の並ぶ方向と略直交する方向に相対移動させながらガラス基板上に成膜を行うものである。
【００１５】
また、特許文献３においては、材料収納部と複数の開口部を有する材料放出部とを別に構成し、それらを連結する材料供給管を用いる蒸着装置が示されている。
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−９５２７５号公報
【特許文献２】特開２００４−２６９９４８号公報
【特許文献３】特開２００６−５７１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献３の蒸着装置においては、材料蒸気が、蒸着装置内で堆積しないように、材料収納部のみならず、材料放出部とそれらを接続する材料供給管をも加熱する必要がある。
【００１８】
このような大きな構造の蒸着装置全体を加熱する場合に、熱膨張による材料放出部の位置ずれ等が生ずることが懸念される。
【００１９】
材料放出部の位置ずれが生じた際の問題として、もっとも懸念されるのが、蒸着源全体が熱膨張したことによる、成膜対象である基板と蒸着源の開口部との距離（以下ＴＳ距離と記す）の変化である。
【００２０】
このＴＳ距離が変化してしまうと、成膜対象である基板への有機材料（成膜材料）の蒸着速度の変化や、蒸着源の蒸発指向性の変化が生じ、任意の膜厚を精密に蒸着することができなくなる場合がある。
【００２１】
また、開口部の水平方向の位置に熱膨張によるずれが生じ、その結果、基板との平行性に歪みが生じ、基板上に堆積する有機膜の膜厚分布に不均一が生じることが懸念される。
【００２２】
本発明は、蒸着源の熱膨張による膜厚不均一等を低減し、安定して高品質な有機膜等を成膜できる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】
【００２３】
本発明の蒸着装置は、成膜室と、前記成膜室内に基板を保持する保持手段と、前記基板に成膜材料を成膜するための蒸着源と、前記蒸着源の成膜材料を蒸発させる手段と、前記蒸着源から蒸発した成膜材料の蒸気を前記成膜室に放出するための複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ嵌合する複数の開口部を備えた開口制御部材と、を有し、前記複数のノズルは、それぞれ、前記開口制御部材の前記複数の開口部内で前記成膜材料の蒸気を放出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
開口制御部材を、材料収納坩堝やノズルを含む蒸着源とは別に、成膜室内に固定することで、蒸着源の熱膨張の影響が少ない構造となり、蒸気を放出する開口部と基板との距離等を常に一定に保つことができる。
【００２５】
開口制御部材は、例えば、３６Ｎｉ−Ｆｅ等の低熱膨張材料やセラミック等熱膨張の小さい材質で作製しても良い。
【００２６】
成膜材料を放出する開口位置から成膜対象である基板までの距離等を常に均一に保つことで、安定した蒸着が可能になり、その結果、任意の膜厚を均一かつ高精度に形成することが可能となる。これによって、有機ＥＬ素子の生産効率を飛躍的に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
図１〜３は、一実施形態による蒸着装置を示すもので、これは、有機ＥＬ素子を製造する工程において、ＴＳ距離を常に安定して保つことにより、良質な有機膜を安定して成膜することを可能とする蒸着装置である。
【００２９】
図１及び図２に示すように、蒸着源１００は、材料収納坩堝１０１と、配管１０２、１０３と、複数のノズル１０４と、を有する。蒸着源１００の材料収納坩堝１０１及び配管１０２、１０３は、ヒーター１０５によって加熱される。材料収納坩堝１０１内の成膜材料である有機材料１０６は、ヒーター加熱によって蒸発し、各ノズル１０４から真空チャンバー内（成膜室内）に放出（噴出）される。
【００３０】
開口制御部材１０７は、材料収納坩堝１０１、ノズル１０４、配管１０２、１０３からは分離され、独立した構成となっており、真空チャンバー内に独立して設置された固定手段によって固定される。
【００３１】
なお、蒸着源１００の全てが真空チャンバー内に配置されてもよいし、材料収納坩堝１０１のみが真空チャンバー外に配置されていてもよい。
【００３２】
成膜プロセスは、図２に示すように、真空チャンバー内の保持手段によって保持されたガラス基板（基板）Ｗを、矢印で示す方向へ移動させながら行われる。
【００３３】
真空チャンバー内の圧力は、１．０×１０−３Ｐａ以下が望ましい。
【００３４】
ヒーター１０５により加熱された材料収納坩堝１０１は、所望の温度勾配によって加熱される。
【００３５】
好ましくは、所望の温度にて一定時間脱ガス処理を行った方がよい。
【００３６】
有機材料１０６の蒸発温度は材料によって異なるが、昇華性材料であれば材料が突然蒸発する可能性があるので特に注意が必要であり、溶融性材料であれば溶融状態から徐々に温度を上げていくことで材料を安定的に蒸着させることができる。
【００３７】
材料収納坩堝１０１に設置されたヒーター１０５は、有機材料１０６を蒸発させるために使用される。
【００３８】
配管１０２、１０３に設置されたヒーター１０５は、有機材料の蒸気の堆積による有機材料の目詰まりを予防するため、ノズル１０４から材料収納坩堝１０１までの区間が略均一に加熱されるように配置されている。
【００３９】
開口制御部材１０７の複数の開口部１０７ａは、それぞれノズル１０４に嵌合し、開口制御部材１０７は、ノズル１０４等から分離・独立して真空チャンバーに固定されている。
【００４０】
各ノズル１０４の先端は、図３（ａ）に示すように、成膜開始前のノズル先端位置と、（ｂ）に示すように、成膜中に熱膨張による変形のために移動したノズル先端位置が、いずれも、開口制御部材１０７の上面と下面の間にくるように設置される。このため、常時、各ノズル１０４は開口制御部材１０７の各開口部内で有機材料の蒸気を放出し、有機材料の蒸気は、各開口部１０７ａから基板Ｗに向かって放出される。
【００４１】
開口制御部材１０７は、開口部１０７ａとノズル１０４との嵌合部に有機材料が付着しないようにヒーター等で加熱する手段を備えても良い。
【００４２】
図４〜６は、それぞれ、開口制御部材１０７の変形例を示す。このように、段差やテーパー部を有する開口部１１７ａ、１２７ａ、１３７ａ備える開口制御部材１１７、１２７、１３７を、有機材料や蒸着条件によって適切に選択可能である。
【実施例１】
【００４３】
図１〜３に示す蒸着装置を用いて、ガラス基板への蒸着を行った。
【００４４】
蒸着源１００は不図示の真空チャンバー内に配置され、材料収納坩堝１０１に有機材料１０６を充填した状態で不図示の真空排気機構により排気される。
【００４５】
この蒸着源１００においては、配管１０２に設けられた不図示の流量調整機構から各ノズル１０４までのコンダクタンスが均等に構成されるように、各ノズル１０４までの配管長さが揃えられている。
【００４６】
蒸着源１００の各部材は所望の温度で加熱することができるヒーター１０５等の加熱機構を備え、有機材料１０６を蒸発させる。
【００４７】
有機材料は、溶融性であっても昇華性であってもよい。
【００４８】
ガラス基板Ｗは不図示の搬送機構により真空チャンバーへと真空雰囲気にて搬送される。
【００４９】
本実施例においては、真空チャンバー内で基板を搬送しながら成膜する装置構成となっている。
【００５０】
また、真空チャンバー内には不図示の蒸着源シャッターが備えられており、真空チャンバーへの不要な有機材料の付着を防ぐ構造となっている。
【００５１】
開口制御部材１０７は、各開口部１０７ａが各ノズル１０４に嵌合するように蒸着源１００とは別に真空チャンバーに固定されている。
【００５２】
図２に示すように、ガラス基板Ｗは、蒸着源１００上に対向して配置されており、ライン上に並んだノズル１０４の並ぶ方向と略直交する方向に相対移動することで、ガラス基板Ｗ上に有機膜が蒸着される。
【００５３】
開口制御部材１０７は、各開口部１０７ａを各ノズル１０４に嵌合させて真空チャンバー内にガラス基板Ｗと対向して設置される。
【００５４】
本実施例においては、蒸着源１００の各部材と開口制御部材１０７は、同じ材質で作製してある。
【００５５】
蒸着源１００から噴出する有機材料は不図示の膜厚モニターによりリアルタイムに測定される。
【００５６】
各開口部１０７ａの近傍に膜厚モニターを配置し、蒸着レートの分布をモニターしながら成膜を行う。膜厚モニターは、ガラス基板Ｗの成膜エリア外となるように配置する。
【００５７】
この装置を用いて、ガラス基板上に一定量の成膜を実施した。１０シートのガラス基板に対して成膜し、基板上に堆積した有機膜の膜厚分布および１０シートの間の膜厚のばらつきを測定した。
【比較例】
【００５８】
比較のために、図７及び図８に示す従来の蒸着装置を用いて、ガラス基板への蒸着を行った。
【００５９】
蒸着源２００は真空チャンバー内に配置され、材料収納坩堝２０１に有機材料２０６を充填した状態で不図示の真空排気機構により排気される。
【００６０】
この蒸着源２００においては、配管２０２に設けられた不図示の流量調整機構からノズル２０４までのコンダクタンスが均等になるように、配管２０２、２０３の、各ノズル２０４までの配管長さが揃えられている。
【００６１】
蒸着源２００の各部材は所望の温度で加熱することができるヒーター２０５を備え、有機材料２０６を蒸発させることができる。
【００６２】
有機材料は、溶融性であっても昇華性であってもよい。
【００６３】
ガラス基板Ｗは不図示の搬送機構により真空チャンバーへと真空雰囲気にて搬送される。
【００６４】
真空チャンバー内でガラス基板Ｗを搬送しながら成膜する装置構成となっている。
【００６５】
真空チャンバー内には不図示の蒸着源シャッターが備えられており、真空チャンバーへの不要な有機材料の付着を防ぐ構造となっている。
【００６６】
ガラス基板Ｗは、蒸着源２００上に配置されており、ライン上に並んだノズル２０４の並ぶ方向と略直交する方向に相対移動することで、ガラス基板Ｗ上に有機膜が蒸着される。
【００６７】
蒸着装置２００から噴出する有機材料は不図示の膜厚モニターによりリアルタイムに測定される。
【００６８】
各ノズル２０４の近傍に膜厚モニターを配置し、蒸着レートの分布をモニターしながら成膜を行う。膜厚モニターはガラス基板Ｗの成膜エリア外となるように配置した。
【００６９】
この装置を用いて、実施例１と同様に、１０シートのガラス基板に対して成膜し、基板上に堆積した有機膜の膜厚分布および１０シートの間の膜厚のばらつきを測定した。
【００７０】
実施例１及び比較例においてそれぞれ１０シート成膜したガラス基板上の有機膜の膜厚分布を比較した。
【００７１】
実施例１においては、比較例に比べて、膜厚分布が非常に良好であった。実施例１では、成膜中に、成膜材料の蒸気を放出する開口位置が変化することなく、安定した成膜が可能になったためである。
【００７２】
比較例においては、蒸着源設置時には、正確な位置にノズルが来るように設置したものの、蒸着中の温度上昇によって、ノズル等が熱膨張により変形し、ノズル先端位置にズレが生じたためである。
【００７３】
また、１０シートの膜厚ばらつきに関しても、同様な結果となった。これは、本実施例の蒸着装置では、ノズルが熱膨張により変形しても、蒸気を放出する開口部の水平方向位置が変化しないためである。
【００７４】
本実施例においては、蒸着中の装置の温度変動によりノズルの位置が変化しても、開口制御部材はノズルから分離して固定されているため、蒸気を放出する開口位置は変化することなく、繰り返しの蒸着においても安定した蒸着を行うことが可能になる。
【実施例２】
【００７５】
実施例２は、実施例１における開口制御部材の材質を変えたものである。材質以外の構成は、実施例１と同様である。蒸着源のノズル等の材質にＳＵＳ３０４を使用し、開口制御部材に３６Ｎｉ−Ｆｅを使用した。
【００７６】
この装置を用いて、実施例１と同様に、ガラス基板上に一定量の成膜を実施した。
【００７７】
成膜は、１０シートのガラス基板に対して実施し、基板上に堆積した有機膜の膜厚分布および１０シートの膜厚のばらつきを測定した。
【００７８】
測定結果は、実施例１よりも良好なであった。これは、開口制御部材に熱膨張が小さい３６Ｎｉ−Ｆｅを使用したためであると考えられる。
【００７９】
なお、図２に示すような搬送成膜の代わりに、蒸着源を複数個配置して静止成膜を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】一実施形態による蒸着装置の主要部を示す模式断面図である。
【図２】図１の装置を示す斜視図である。
【図３】開口制御部材とノズルの位置関係を説明する図である。
【図４】一変形例による開口制御部材を示す部分断面図である。
【図５】別の変形例による開口制御部材を示す部分断面図である。
【図６】さらに別の変形例による開口制御部材を示す部分断面図である。
【図７】一従来例による蒸着装置を示す模式断面図である。
【図８】図７の装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８１】
１００    蒸着源
１０１    材料収納坩堝
１０２、１０３    配管
１０４    ノズル
１０５    ヒーター
１０６    有機材料
１０７、１１７、１２７、１３７    開口制御部材
１０７ａ、１１７ａ、１２７ａ、１３７ａ    開口部
【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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