(57)【要約】  本発明は、ＯＬＥＤ用有機薄膜層を形成するためにＲＦスパッタリング装置を使用する。したがって、本発明によるＲＦスパッタリング装置を用いたＯＬＥＤ用有機薄膜層の製造方法は、ＲＦスパッタリング装置のチャンバー内部のカソードにＯＬＥＤ有機薄膜層製造用ターゲットを配置する段階と、前記チャンバー内部を真空に保持した後、反応ガスを注入する段階と、前記ターゲットに磁場及びＲＦ電力を印加する段階と、を含む。【選択図】図４
2020530531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦスパッタリング装置を用いて、ＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するための方法であって、
ＲＦスパッタリング装置のチャンバー内部のカソードにＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するためのターゲット物質を含むターゲットを配置し、前記チャンバーの内部に、前記ターゲット物質が蒸着される基板を配置する段階と、
前記チャンバー内部を真空に保持した後、反応ガスを注入する段階と、
前記ターゲット物質を損傷することなくプラズマを発生できる程度の最小ＲＦ電力及び最大磁場を前記ターゲットに印加する段階と、
を含む、ＲＦスパッタリングを用いたＯＬＥＤ用有機薄膜層形成方法。
【請求項２】
前記ターゲットに印加される磁場は、１０００〜５０００ガウスであり、
前記ターゲットに印加されるＲＦ電力は、０．５〜１０Ｗ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１に記載のＲＦスパッタリングを用いたＯＬＥＤ用有機薄膜層形成方法。
【請求項３】
前記ターゲットは、
ターゲット制作用チャンバーを用意することと、
前記ターゲット物質を前記チャンバー内のターゲット製作用の金型に充填することと、
前記チャンバーを所定の真空度に保持し、前記金型を所定の温度に加熱することと、
前記金型に充填された前記ターゲット物質を所定の圧力で押圧することと、
前記真空度、前記温度、前記圧力を所定の時間保持することと、を含む段階をもって製作されることを特徴とする、請求項１に記載のＲＦスパッタリングを用いたＯＬＥＤ用有機薄膜層形成方法。
【請求項４】
前記真空度は、１０−３トル以下であり、
前記温度は、５０〜３００℃であって、
前記圧力は、１０〜５００ｋｇ／ｃｍ２あり、
前記時間は、１０分以上であることを特徴とする、請求項３に記載のＲＦスパッタリングを用いたＯＬＥＤ用有機薄膜層形成方法。
【請求項５】
前記製作段階は、
前記製作されたターゲットの一側面にバッキングプレート(backing plate)を付着することをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載のＲＦスパッタリングを用いたＯＬＥＤ用有機薄膜層形成方法。
【請求項６】
前記ターゲットと前記基板との間の距離は、１００〜２００ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のＲＦスパッタリングを用いたＯＬＥＤ用有機薄膜層形成方法。
【請求項７】
前記反応ガスは、
クーラーによって冷却された後、前記チャンバーに注入されるが、
前記ターゲットを冷却させるために、前記ターゲットの近傍に設けられたノズルを介して注入されることを特徴とする、請求項１に記載のＲＦスパッタリングを用いたＯＬＥＤ用有機薄膜層形成方法。
【請求項８】
ＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するに使用できるＲＦスパッタリング装置であって、
チャンバーと、
ターゲット物質が蒸着される基板が配置される基板ホルダーと、
ＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するための前記ターゲット物質を含むターゲットが配置できて、前記ターゲットと前記基板との間に所定の磁場を印加するための磁石が配置されたターゲットホルダーと、
前記チャンバー内部を真空に保持するための真空ポンプと、
前記チャンバー内部に所定の反応ガスを注入するための反応ガス供給器と、
前記ターゲットと前記基板との間にプラズマを発生させるために、前記ターゲットホルダーを介して前記ターゲットに所定のＲＦ電力を印加するＲＦパワーサプライと、を含み、
前記ＲＦパワーサプライは、前記ターゲット物質を損傷することなくプラズマを発生できる程度の最小ＲＦ電力を印加して、
前記磁石は、前記ターゲット物質を損傷しない最大磁場を印加するように制御されることを特徴とする、ＯＬＥＤ用有機薄膜層形成用ＲＦスパッタリング装置。
【請求項９】
前記磁石により前記ターゲットに印加される磁場は、１０００〜５０００ガウスであり、
前記ＲＦパワーサプライによって前記ターゲットに印加されるＲＦ電力は、０．５〜１０Ｗ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項８に記載のＯＬＥＤ用有機薄膜層形成用ＲＦスパッタリング装置。
【請求項１０】
ＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するＲＦスパッタリング装置で使用されるターゲットを成形するための装置であって、
チャンバーと、
前記チャンバー内部を所定の真空度に保持するための真空ポンプと、
前記ＲＦスパッタリング装置で使用されるターゲットの形態を有する空間を備えた金型と、
前記金型の前記空間内に充填された原料物質を加熱するためのヒーターと、
前記ヒーターを動作させるためのパワーサプライと、
前記金型の前記空間内に充填されたＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するための原料物質を所定の圧力で押圧するためのプレスと、
を含む、ＯＬＥＤ用有機薄膜層形成用ＲＦスパッタリング装置で使用されるターゲット成形装置。
【請求項１１】
前記真空度は、１０−３トル以下であり、
前記ヒーターによって前記原料物質を加熱する温度は、５０〜３００℃であって、
前記プレスが押圧する前記圧力は、１０〜５００ｋｇ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１０に記載のＯＬＥＤ用有機薄膜層形成用ＲＦスパッタリング装置で使用されるターゲット成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＬＥＤを製造する方法に関し、さらに詳細には、有機物素材蒸着用スパッタリング装置を用いてＯＬＥＤ用有機薄膜層を形成する方法及び前記方法を実行するにおいて使用されるスパッタリング装置、並びに前記ＲＦスパッタリング装置で使用されるターゲットを成形する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＬＥＤとは、能動形有機発光ダイオード(active matrix organic light emitting diode)の略称である。電流を加えると自己発光する物質を用いたＥＬ(electro luminescence)ディスプレイの一種である。自己発光物質が使用されるため、ＬＣＤのようにバックライトを必要としない。したがって、消費電力が低くて、軽量且つ薄型の構造が具現できる特徴を有している。
【０００３】
ＯＬＥＤの構造は、一般に、図１に示したように複数の有機薄膜層を含む。ＯＬＥＤ有機薄膜層は、アノード１０１の光透過性のＩＴＯをはじめとして、正孔注入層(Hole injection Layer)１０２、正孔輸送層(Hole Transfer Layer)１０３、発光層(Emitting layer)１０４、電子輸送層(Electron transfer Layer)１０５、電子注入層(Electron injection Layer)１０６、カソード１０７の伝導体から構成される。
【０００４】
このような有機薄膜層構造のアノード１０１とカソード１０７に直流電圧をかけると、正孔が正孔注入層１０２から正孔輸送層１０３に向かって移動し、電子は、電子輸送層１０５を経て発光層１０４に向かって移動するようになる。移動した正孔と電子とが発光層１０４で結合しつつ、電子のエネルギーが安定状態から不安定な高いエネルギー状態を経て、再び安定した状態に戻るようになる。この際、電子が、高いエネルギー状態から安定状態に戻るときのエネルギー差だけ光が発生するようになる。
【０００５】
ＯＬＥＤを製造するために有機物と金属物質を蒸着する方法は、一般に熱蒸着方法(Thermal Evaporation)とＥ−ビーム蒸着方法(E-beam Evaporation)を使用する。
【０００６】
図２は、熱蒸着方法の概念を示す。チャンバー１１０内に、蒸着する物質の原料１１４が収容された坩堝２０２と、原料１１４が蒸着される基板１１２が配置される。坩堝２０２を加熱して原料１１４を溶かすと、溶け出した原料物質１１４が上部の基板１１２に飛び込んで蒸着される。
【０００７】
図３は、Ｅ−ビーム蒸着方法の概念を示す。チャンバー１２０を真空ポンプ１２９によって減圧し、真空状態にして、これに反応ガス供給器１２８を介してアルゴン(Ar)ガスを注入し、Ｅ−ビームソース１２７からＥ−ビームを照射するが、磁場によってＥ−ビームを回転させて、ターゲット１１４にＥ−ビームが照射されるようにする。回転されたＥ−ビームは、原料物質１１４を加熱して溶かし、これによって溶け出した原料物質１１４が上部の基板ホルダ１２１に配置された基板１１２に蒸着される。
【０００８】
一方、任意の基板に任意の物質を蒸着する方法としては、スパッタリング蒸着方法(Sputtering Deposition)がある。スパッタリング蒸着方法は、活性化された粒子をターゲットに衝突させ、ターゲット粒子を放出させて、放出されたターゲット粒子が基板に蒸着されるようにする。スパッタリングは、化学的、熱的反応過程のない物理的な方法であるため、全てのターゲット及び基板に対して使用することができる。特に、ＲＦスパッタリング蒸着方法は、酸化物や絶縁体を、ＤＣスパッタリングよりも低い圧力で蒸着可能であり、また、蒸着時においてターゲット物質の分散がＤＣスパッタリングより相対的に少なくて、非金属類の蒸着時によく使用される。
【０００９】
一方、従来のＯＬＥＤの製造方法は、以下のようである。まず、スパッタリングチャンバーで基板にスパッタリング方法によってＩＴＯを蒸着し、アノード１０１を形成する。次いで、熱蒸着チャンバーまたはＥ−ビーム蒸着チャンバーで、アノード１０１上に熱蒸着方法またはＥ−ビーム蒸着方法を使用して、正孔注入層１０２と正孔輸送層１０３のような金属類の薄膜を形成する。次に、前記金属類の薄膜形成時よりも低い温度が適用される別途の有機物専用蒸着チャンバーで、有機物を熱蒸着方法またはＥ−ビーム蒸着方法を使用して基板に蒸着し、発光層１０４を形成する。次に、より高い温度が適用されるチャンバーで、熱蒸着方法またはＥ−ビーム蒸着方法によって金属類を蒸着し、電子輸送層１０５と電子注入層１０６を形成する。最後に、その上にカソードの役割をするアルミニウムや銅などの金属を蒸着する。
【００１０】
このように、従来のＯＬＥＤの製造方法では、スパッタリング方法と熱蒸着方法とＥ−ビーム蒸着方法とが混用されるため、各蒸着方法ごとに、相異なる内部条件を有する多数のチャンバーが必要であるか、あるいは少数のチャンバーを、内部条件を変更して再使用することになるため、製造設備構成のコストが高く、製造時間が長いという短所がある。
【００１１】
また、熱蒸着方法とＥ−ビーム蒸着方法は、ターゲット物質を加熱して蒸発させる方式であるため、基板の蒸着対象面積が広いほど、中央と左右上下の蒸着された膜厚を均一に制御することが難しい。
【００１２】
一方、従来のＯＬＥＤの製造方法では、スパッタリング方法を使用することができないが、その理由は、以下のようである。
【００１３】
第一は、スパッタリング方法でターゲットに加えられる衝撃エネルギーは、熱蒸着方法やＥ−ビーム蒸着方法でターゲット物質に印加される熱エネルギーよりも４倍以上高いからである。このような高いエネルギーがターゲットに加えられると、有機物であるターゲットが損傷する可能性が高い。
【００１４】
第二は、ターゲットから分離されたターゲット物質が基板に衝突するエネルギーが大きくて、蒸着時、損傷する可能性があるからである。
【００１５】
第三は、スパッタリング方法に使用されるＯＬＥＤ有機物のターゲットを成形する時の熱によって有機物が損傷する可能性があるからである。一般に、ＯＬＥＤ有機物は、２００℃以上の温度で特性が損なわれる。したがって、スパッタリング用ターゲットを、従来の高温で焼結する方式で製作するようになると、有機物が損傷し、特性が低下して、また、ターゲットの製作過程で有機物が大気中に露出すると、酸素及び水分と結合し、有機物固有の特性が損なわれる可能性がある。
【発明の概要】
【００１６】
本発明は、多様な蒸着方法と多様なチャンバーを使用していた従来の製造方法の問題点を改善することを目的とする。即ち、ＯＬＥＤ製造時、金属類だけではなく、有機物質を蒸着することにおいて、スパッタリング蒸着方法を使用することにより、ＯＬＥＤを、スパッタリング蒸着方法だけを使用して製造することを目的とする。
【００１７】
上述のような目的を達成するための本発明の一実施例によるＲＦスパッタリング装置を用いて、ＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するための方法は、ＲＦスパッタリング装置のチャンバー内部のカソードにＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するためのターゲット物質を含むターゲットを配置し、前記チャンバーの内部に、前記ターゲット物質が蒸着される基板を配置する段階と、前記チャンバー内部を真空に保持した後、反応ガスを注入する段階と、前記ターゲット物質を損傷することなくプラズマを発生できる程度の最小ＲＦ電力及び最大磁場を前記ターゲットに印加する段階と、を含む。
【００１８】
ここで、前記ターゲットに印加される磁場は、１０００〜５０００ガウスであり、前記ターゲットに印加されるＲＦ電力は、０．５〜１０Ｗ／ｃｍ２である。また、前記ターゲットは、ターゲット制作用チャンバーを用意することと、前記ターゲット物質を前記チャンバー内のターゲット製作用の金型に充填することと、前記チャンバーを所定の真空度に保持し、前記金型を所定の温度に加熱することと、前記金型に充填された前記ターゲット物質を所定の圧力で押圧することと、前記真空度、前記温度、前記圧力を所定の時間保持することと、を含む段階をもって製作される。また、前記真空度は、１０−３トル以下であり、前記温度は、５０〜３００℃であって、
前記圧力は、１０〜５００ｋｇ／ｃｍ２あり、前記時間は、１０分以上である。また、前記製作段階は、前記成形されたターゲットの一側面にバッキングプレート(backing plate)を付着することをさらに含む。また、前記ターゲットと前記基板との間の距離は、１００〜２００ｍｍである。また、前記反応ガスは、クーラーによって冷却された後、前記チャンバーに注入されるが、前記ターゲットを冷却させるために、前記ターゲットの近傍に設けられたノズルを介して注入される。
【００１９】
上述のような目的を達成するための本発明の他の実施例によるＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するに使用できるＲＦスパッタリング装置は、チャンバーと、ターゲット物質が蒸着される基板が配置される基板ホルダーと、ＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するための前記ターゲット物質を含むターゲットが配置できて、前記ターゲットと前記基板との間に所定の磁場を印加するための磁石が配置されたターゲットホルダーと、前記チャンバー内部を真空に保持するための真空ポンプと、前記チャンバー内部に所定の反応ガスを注入するための反応ガス供給器と、前記ターゲットと前記基板との間にプラズマを発生させるために、前記ターゲットホルダーを介して前記ターゲットに所定のＲＦ電力を印加するＲＦパワーサプライと、を含み、前記ＲＦパワーサプライは、前記ターゲット物質を損傷することなくプラズマを発生できる程度の最小ＲＦ電力を印加して、前記磁石は、前記ターゲット物質を損傷しない最大磁場を印加するように制御される。
【００２０】
ここで、前記磁石により前記ターゲットに印加される磁場は、１０００〜５０００ガウスであり、前記ＲＦパワーサプライによって前記ターゲットに印加されるＲＦ電力は、０．５〜１０Ｗ／ｃｍ２である。
【００２１】
上述のような目的を達成するための本発明の他の実施例による、ＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するＲＦスパッタリング装置で使用されるターゲットを成形するための装置は、チャンバーと、前記チャンバー内部を所定の真空度に保持するための真空ポンプと、前記ＲＦスパッタリング装置で使用されるターゲットの形態を有する空間を備えた金型と、前記金型の前記空間内に充填された原料物質を加熱するためのヒーターと、前記ヒーターを動作させるためのパワーサプライと、前記金型の前記空間内に充填されたＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するための原料物質を所定の圧力で押圧するためのプレスと、を含む。
【００２２】
ここで、前記真空度は、１０−３トル以下であり、前記ヒーターによって前記原料物質を加熱する温度は、５０〜３００℃であって、前記プレスが押圧する前記圧力は、１０〜５００ｋｇ／ｃｍ２である。
【発明の効果】
【００２３】
上述のような構成を含む本発明によると、単にスパッタリング蒸着用チャンバーを用いて、ＯＬＥＤの複数の金属層及び有機物層を形成することができるため、チャンバーの数を最小限に抑えることができるだけでなく、製造工程が簡単になり、これによって、設備構成のコストが減少し、製造時間を短縮することができる。また、スパッタリング蒸着方法を使用することにより、蒸着されるターゲットの膜厚を均一に制御することができるようになり、広い面積に適用することができるようになる。また、スパッタリング条件を最適化することにより、有機物の特性を損なうことがない。
【００２４】
また、ＯＬＥＤの有機薄膜層をスパッタリング蒸着方法だけで製造することができるため、スパッタリングチャンバーをインラインに配置して、連続作業が可能になる。これにより、大量の連続生産が可能になり、フィルム状の製品に対しても連続生産が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一般的なＯＬＥＤの有機薄膜層構造を示す図である。
【図２】熱蒸着方法を説明するための図である。
【図３】Ｅ−ビーム蒸着方法を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施例による有機薄膜層を形成するスパッタリング蒸着方法を行うスパッタリング装置の構成を説明するための図である。
【図５】本発明によるスパッタリング装置を使用して有機薄膜層を形成する方法を示す流れ図である。
【図６】本発明によるスパッタリング装置で使用するターゲットを成形する装置の構成を説明するための図である。
【図７】前記ターゲットを成形する方法を示す流れ図である。
【図８】ターゲットの提供形態を示す図である。
【図９】本発明によるスパッタリング装置のカソードの構成を説明するための図である。
【図１０】本発明によるスパッタリング蒸着方法を使用するインライン製造設備を示す図である。
【図１１】本発明によるスパッタリング蒸着方法によって有機物質が蒸着された形態を示すＴＥＭ写真である。
【図１２】本発明によるスパッタリング蒸着方法により製造されたＯＬＥＤの発光状態を示すＰＬスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、ＯＬＥＤ用発光有機物質を蒸着して有機薄膜層を形成するために、従来適用していなかったスパッタリング方法、特にＲＦスパッタリング方法を適用する。
【００２７】
本発明に適用されるＯＬＥＤ用発光有機物質としては、例えば、Cupc、PTPC、Tiopc、NPB、DTAF、Dpfi-NPB、TAPC、TTP、TFB、DTAA、PEDOT：pis、HMTPD、BCP、TPBC、Tp3pc、BALq、naq、PFNBR、PFN-DoF、TAZ、BTPymB、LiF、ReO3、Moo3、C545T、Alq3、Rubreneが含まれる。また、追加的に2T-NATA、HAT-CN、3TPYMB、TPBi、UGH-2、Fir-6、Ir(bt)2acac、Ir(ppy)3、CDBP、mCP、TCTA、Ir(piq)3、Ir(pq)2acac、DPVBi、DCJTB、Tp3po、Tp3po、ReO3、TPBAが含まれる。
【００２８】
これに使用されるスパッタリング装置の構成は、図４を参照して理解することができる。また、前記スパッタリング装置によって行われる、有機薄膜層を形成する方法は、図５を参照して理解することができる。
【００２９】
スパッタリング装置は、チャンバー２１０と、基板ホルダー２２６と、ターゲットホルダー２３６と、ＲＦパワーサプライ２５３と、反応ガス供給器２１４と、冷却器２１５と、真空ポンプ２１９とを含む。
【００３０】
チャンバー２１０の内部には、少なくとも基板２２０とターゲット２３０とが配置でき、ここでターゲット物質が基板２２０に蒸着されるスパッタリング反応が起こる。
【００３１】
基板ホルダー２２６は、ターゲット物質が蒸着される基板２２０をチャンバー２１０内に位置させる。基板ホルダー２２６は、真空または静電吸着、接着剤または粘着テープ、締結手段を含む任意の方式を使用して、基板２２０を固定させることができる。
【００３２】
ターゲットホルダー２３６は、ターゲット物質が焼結され、任意の形態に成形されたターゲット２３０をチャンバー２１０内に位置させる。ターゲットホルダー２３６は、図7に詳細に示されたように、金属板２３４、磁石２３５、シールド２３９をさらに含む。ここで、磁石２３５は、ターゲット２３０と基板２２０との間に磁場を形成する。
【００３３】
一方、ターゲットホルダー２３６自体、またはターゲットホルダー２３６を含むこのような構造物全体を‘カソード’と称することもある。
【００３４】
ＲＦパワーサプライ２５３は、ターゲットホルダー２３６を介してターゲット２３０に高周波電力(RF power)を印加する。
【００３５】
反応ガス供給器２１４は、チャンバー２１０内部にスパッタリング蒸着に必要な反応ガスを提供する。反応ガスは、例えば、アルゴン、水素、窒素、フッ素などを含む。また、反応ガスは、必要に応じて酸素を含むことができる。
【００３６】
クーラー２１５は、チャンバー２１０に注入される反応ガスを冷却させる。
【００３７】
このようなスパッタリング装置を用いたスパッタリング方式にって、ＯＬＥＤ用有機物質を基板２２０に蒸着させて有機薄膜層を形成する方法は、スパッタリングチャンバー２１０を用意し、基板ホルダー２２６にＯＬＥＤ製造用有機薄膜層が形成される基板２２０を位置させて、またターゲットホルダー２３６にＯＬＥＤ製造用有機物質で製造されたターゲット２３０を位置させる段階(Ｓ１０)と、チャンバー２１０内部を真空に保持しながら反応ガスを注入する段階(Ｓ２０)と、ターゲット２３０に磁場とＲＦパワーを印加する段階(Ｓ３０)とを含む。これにより、ターゲット２３０と基板２２０との間にプラズマが形成されて、アルゴンがターゲット２３０を衝撃することにより、ターゲット２３０から分離されたターゲット物質が基板２２０にスパッタリング蒸着される。
【００３８】
特に、従来はＯＬＥＤ用有機物質をスパッタリング蒸着して薄膜層を形成することができなかったが、本発明では、スパッタリング装置の各種制御条件を変更し、ＯＬＥＤ用有機物質の薄膜層をスパッタリング蒸着方法によって製造することができるようにした。このような制御条件について、以下説明する。
【００３９】
まず、ターゲット２３０を構成する有機物素材分子が蒸着過程で物理的な力によって損傷することを防止するために、本発明の一実施例では、蒸着パワー(ＲＦパワー)を最小に下げる。つまり、ＲＦパワーサプライ２５３から印加するＲＦパワーを、プラズマを形成できる程度の最小限に(またはスパッタリング反応が起これる程度の最小限)制御する。
【００４０】
一般に、ＲＦスパッタリング装置は、ＤＣスパッタリングやＭＦスパッタリングに比べて蒸着率(rate)が非常に低いが、ターゲットの分散性に優れて、SiO2のような非金属類の蒸着に主に使用されている。これに蒸着速度を向上させるために、従来は、ＲＦパワーを高める(例えば、３〜１０Ｗ/ｃｍ２)方式を使用した。
【００４１】
しかし、蒸着率の向上のためにＲＦパワーを高め続けると、ＲＦパワースパッタリングの特性上、相対的にパワーの損失が発生し、プラズマが不安定になるおそれがある。そのため、ＲＦパワーを高めるとしても、プラズマ状態を安定化させるために、低い磁場レベルを印加した。最もよい蒸着率は、高いＲＦパワーに対して、磁場が５０〜７００ガウス程度である時に具現される。しかし、このような高いＲＦパワー及び低い磁場の条件では、高いＲＦパワーによって増加された多量の電子とAr(+)イオンとが発光有機物質ターゲットに衝突する時、ターゲット表面に強い熱と衝撃が伝達され、有機物質が損傷を受けるようになる。
【００４２】
これに比べ、本発明では、ＲＦパワーを可能な限り最低(基板とターゲットとの間でプラズマ放電が起これる程度の最低)に下げることにより、カソードから最小数量の電子を放出させ、ターゲット２３０に衝突するようになるアルゴンイオンの数を最小化する。これにより、ターゲット２３０に衝突するアルゴンイオンの数が最小化され、ターゲット２３０から発生する熱を最小化することができる。
【００４３】
これに、本発明のまた一つの実施例では、最低のＲＦパワー、例えば０．１〜１０Ｗ/ｃｍ２を印加しても安定的にプラズマが形成されるよう、ターゲット２３０に、例えば１０００〜５０００ガウスの磁場が形成されるようにすることができる。このような磁場は、従来のスパッタリング蒸着方法で適用される磁場より強い。このような従来のスパッタリングより強い磁場を形成する磁石２３５は、永久磁石または電磁石を利用することができる。
【００４４】
このように、本発明の重要な特徴の一つは、ＯＬＥＤ用有機物質を蒸着することにスパッタリング装置を使用することができるということであり、この際、従来のスパッタリング蒸着処理とは異なって、ＲＦパワーを最小に低めて、磁場を最大に強く印加するということである。
【００４５】
また、本発明による他の実施例では、チャンバー２１０に注入される反応ガスを冷却させることにより、ターゲット２３０の温度を下げることができる。例えば、反応ガス供給器２１４からチャンバー２１０に至る配管を、液化窒素が充填された冷却器２１５を通過するように構成することにより、配管を流れる反応ガスを冷却させることができる。
【００４６】
また、従来のスパッタリング装置では、反応ガスをカソードの底面または基板ホルダー２２６の背面から注入したが、本実施例では、反応ガスがチャンバー２１０に注入されるノズルの位置を変更して、冷却された反応ガスが直接ターゲット２３０の表面に流れるようにした。このように、冷却された反応ガスが直接ターゲット２３０の表面を冷却させるため、ターゲット２３０の温度上昇を効果的に防止することができるようになる。また、本実施例では、有機物であるターゲット物質の酸化を防止するために、アルゴンに、酸素の代わりに、窒素、水素及びフッ素の少なくとも一つ以上を混合して使用することができる。スパッタリング蒸着装置内における作業中にターゲット２３０から分離されたＯＬＥＤ有機物粒子が窒素及び/またはフッ素ガス雰囲気のプラズマを通過するようにすると、窒素及び/またはフッ素粒子がＯＬＥＤ有機物粒子の表面を包み込んでカプセル化して、有機物の表面の露出が防止されることにより、有機物の酸化が防止される。
【００４７】
また、本発明によるまた他の実施例では、ターゲット２３０から分離されたＯＬＥＤ有機物粒子(即ち、ターゲット物質)が基板２２０に衝突する時の衝撃エネルギーによって損傷されることを低減するために、ターゲット２３０と基板２２０との間の距離(Ｄ)を、従来よりも大きく離隔している。本実施例において、ターゲット２３０と基板２２０との距離(Ｄ)は、１００〜２００ｍｍに設定される。
【００４８】
これから図６を参照して、ＯＬＥＤ用有機物質をスパッタリング方式で蒸着するために使用されるターゲットを製作する成形装置の構成を説明し、図７を参照して、前記装置によってターゲットを制作する方法を説明する。
【００４９】
ＯＬＥＤ用発光性有機物質の薄膜層を形成するＲＦスパッタリング装置で使用されるターゲット２３０を成形するための装置は、粉末状のターゲット制作用原料物質２３１を加温/加圧して焼結することにより、所望の形態のターゲット２３０に成形することができる。
【００５０】
このようなターゲット成形装置は、チャンバー２５０と、チャンバー２５０内部を所定の真空度に保持するための真空ポンプ２５９と、ＲＦスパッタリング装置で使用されるターゲット２３０の形態を有する空間を備えた金型２５２と、金型２５２の前記空間内に充填された原料物質２３１を加熱するためのヒーター２５４と、ヒーター２５４を動作させるためのパワーを供給するパワーサプライ２５３と、金型２５２の前記空間内に充填された原料物質２３１を所定の圧力で押圧するためのプレス２５１を含む。
【００５１】
有機発光素子の製造に使用される有機物質は、２００℃以上の熱にさらされると特性が変わってしまうため、熱を加えて溶かして焼結する一般的なターゲット作製方法は、使用できない。
【００５２】
したがって、本発明では、ターゲット成形装置のチャンバー２５０に配置された金型２５２に、ターゲットを製作する原料物質２３１であるＯＬＥＤ用有機物質を充填して(Ｓ５１)、真空ポンプ２５９を動作させ、チャンバー２５０を真空状態に減圧した状態で、有機物質が損傷しない限度で金型２５２を加熱して、このような加熱された状態を任意の時間維持し(Ｓ５２)、加熱された原料物質２３１を押圧して圧縮したまま、再び任意の時間維持することにより(Ｓ５３)、金型２５２内の原料物質２３１を焼結及び成形する方式でターゲット２３０を製作する。
【００５３】
ここで、チャンバー２５０の内部は、１０−３トル以下の真空状態に維持することが好ましい。さらに、真空状態を１０分以上維持して、チャンバー２１０内部だけでなく、金型２５２内に充填された原料物質の間に残留する水分や異物(例えば、反応ガスを除いた分子)が原料物質の間からすべて抜け出るようにすることができる。
【００５４】
また、パワーサプライ２５３によってヒーター２５４を作動して金型２５２を加熱することにより(結果的には、金型内の原料物質が加熱される)、原料物質の間の水分や異物を迅速に蒸発させることができる。ここで、金型２５２にヒーター２５４を適用するだけでなく、金型自体が発熱するように構成することもできる。
【００５５】
金型２５２の温度が、例えば５０〜１５０℃に到達すると(さらに、このような温度に到達した状態で所定の時間維持された後)、原料物質２３１に残留する水分と異物がすべて除去できて、この際、プレス２５１を動作させて原料物質２３１を金型２５２内で押圧する。印加する圧力は、１０〜５００ｋｇ/ｃｍ２である。そして、圧力を加える状態を１０分以上、好ましくは６０分以上維持する。これにより、金型２５２の形態に成形されたターゲット２３０の製作が完了される。
【００５６】
一方、ターゲット２３０の成形が完了すると、成形された有機物ターゲット２３０を、図８に示されたように、バッキングプレート(backing plate；２３２)に付着することができる。バッキングプレート２３２に付着した有機物質のターゲット２３０は、ターゲットホルダー(または、図９の金属類電極板)に固定される。固定方式は、バッキングプレート２３２を介してのボルト締結、接着剤または粘着テープ、真空/静電吸着などの方法を含む。
【００５７】
次は、図９を参照して、本発明によるスパッタリング装置のカソードの構成を説明する。カソードは、ＲＦパワーが印加されて、ターゲット２３０が配置されるターゲットホルダー２３６を含む。また、ターゲットホルダー２３６には、配置されたターゲット２３０と基板２２０との間に磁場を形成することができるように磁石２３５が配置される。この際、ターゲット(または、ターゲットのバッキングプレート)と接触する部分は、銅のような導電性金属類による電極板２３４が配置される。
【００５８】
そして、ターゲットホルダー２３６の周辺には、ターゲット２３０を除いた他の部分が外部に露出しないように、または露出を最小化するためのシールド２３９が形成される。
【００５９】
上述のような構成と方式のスパッタリング装置は、インラインで配置され、連続工程で複数の薄膜層を形成することができる。即ち、図１に示されたような複数の薄膜層のそれぞれの層を形成する時に、全てスパッタリング蒸着方法を使用することができるため、スパッタリング装置を全部連結して、連続工程として統合することができる。
【００６０】
図１０は、正孔注入層１０２をスパッタリング方式で蒸着するチャンバー２０１と、正孔輸送層１０３をスパッタリング方式で蒸着するチャンバー２０２と、発光層１０４をスパッタリング方式で蒸着するチャンバー２１０と、電子輸送層１０５をスパッタリング方式で蒸着するチャンバー２０６と、電子注入層１０６をスパッタリングで蒸着するチャンバー２０７とが一列に連結されたことを示している。
【００６１】
それぞれのチャンバーは、製品移送通路２０９で連結されている。
【００６２】
このように多数のチャンバーを一列に連結して、製品移送通路２０９を構成することにより、多様な薄膜層を連続工程で蒸着することができるようになる。したがって、製造速度が速く、大量生産が可能になる。また、ターゲット物質が蒸着される基板２２０が移動する方式を適用することができるため、インラインシート・ツー・ シート (sheet)方式とフィルム類のロール・ツー・ロール(roll-to-roll)方式で連続作業が可能になる。
【００６３】
ここで、ターゲット物質が変更されるチャンバー２０２とチャンバー２１０との間、及び、チャンバー２０６とチャンバー２１０との間には、チャンバー間の物質の移動を抑制するための緩衝チャンバー２０３、２０５がそれぞれ配置される。この緩衝チャンバー２０３、２０５は、空いた空間で構成されて、これにより、隣接したチャンバーから漏れた反応ガス及びターゲット物質が、反対側の他の隣接したチャンバーに移動することを最少化する。
【００６４】
図１１は、上述のような構成のスパッタリング装置及び制御条件によって有機物質が蒸着された形態を示すＴＥＭ写真である。写真の左側において、従来のスパッタリング装置及びスパッタリング方法をそのまま使用して有機物質を蒸着した場合、有機物質が損傷した形態を確認することができる。一方、写真の右側において、本発明によるスパッタリング方法によって製造された、均一な厚さで蒸着された有機物質層９０１と、その上にさらに均一な厚さで蒸着されたＩＴＯ層９０２を確認ことができる。
【００６５】
次に、図１２は、本発明によるスパッタリング蒸着方法によって製造されたＯＬＥＤの発光状態を示すＰＬスペクトルである。図において、本発明によるスパッタリング方法によって、損傷無しに蒸着された有機物質が好ましい発光特性を示すことを確認することができる。
【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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【国際調査報告】
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