JP2016094654A - 薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイス製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な膜厚分布を確保できる薄膜デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】複数枚のターゲット５１を第１の配置形態で真空槽５０に配置し、複数枚のターゲット５１と基板との間にプラズマを発生させて、基板上に第１の膜厚標準偏差を有する第１の薄膜４２Ａを形成し、複数枚のターゲット６１を第１の配置形態と異なる第２の配置形態で真空槽６０に配置し、複数枚のターゲット６１と第１の薄膜４２Ａが形成された基板との間にプラズマを発生させて、第１の薄膜４２Ａの表面に、第２の膜厚標準偏差を有する第２の薄膜４２Ｂを、第１の薄膜４２Ａと第２の薄膜４２Ｂとを合わせた積層膜４２Ｃの膜厚標準偏差が第１の膜厚標準偏差および第２の膜厚標準偏差よりも小さくなるよう形成する。【選択図】図３

Description

本開示は、薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイス製造装置に関する。

有機ＥＬ発光デバイスの製造工程において、例えば、大面積のガラス基板上に金属酸化物薄膜からなる機能層が形成される。この機能層を構成する金属酸化物薄膜には、有機発光層から出射される可視光の光路長の均一化などの要求性能に応じて、ナノメートルオーダーの膜厚制御が必要となる。

上記のような大面積基板上に金属酸化物薄膜を形成する方法の一つとして、スパッタリング法がある。このスパッタリング法は、基板とターゲットとの間の真空空間にプラズマを発生させ、プラズマ中のイオンをターゲットに衝突させることにより飛散するターゲット粒子を基板表面に堆積させて所定の薄膜を形成するものである。

特許文献１では、大面積基板に薄膜を形成するスパッタリング装置が開示されている。具体的には、真空槽内に、基板に対向させて複数のターゲットを並設し、当該複数のターゲットのうち対をなす１組のターゲットに対し、所定の周波数で交互に極性をかえて電圧を印加し、各ターゲットをアノードまたはカソードへと交互に切替える。このとき、１組のターゲット間にグロー放電を生じさせてプラズマ雰囲気を形成し、各ターゲットをスパッタリングする。これにより、ターゲット間の距離を短くでき、スパッタ粒子が放出されない面積の割合を小さくできるので、スパッタ粒子が基板に均一に到達して膜厚分布が均一になるとしている。

特開２００５−２９０５５０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたスパッタリング装置では、膜厚分布を均一にすべく並設された複数のターゲット間隔を小さくすると、隣り合うプラズマどうしの干渉が発生する。また、プラズマの均一性を持たせるため、例えば、ターゲット間から基板に向かってスパッタガスや反応ガスを導入しようとしてもターゲットの間隙にガス管を配置することは困難である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、均一な膜厚分布を確保できる薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイス製造装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る薄膜デバイスの製造方法は、薄膜デバイスの製造方法であって、複数枚の第１ターゲットを第１の配置形態で第１真空槽に配置し、前記複数枚の第１ターゲットと基板との間にプラズマを発生させて、前記基板上に第１の膜厚標準偏差を有する第１の薄膜を形成する第１成膜工程と、複数枚の第２ターゲットを前記第１の配置形態と異なる第２の配置形態で第２真空槽に配置し、前記複数枚の第２ターゲットと前記第１の薄膜が形成された前記基板との間にプラズマを発生させて、前記第１の薄膜の表面に第２の膜厚標準偏差を有する第２の薄膜を、前記第１の薄膜と前記第２の薄膜とを合わせた積層膜の膜厚標準偏差が前記第１の膜厚標準偏差および前記第２の膜厚標準偏差よりも小さくなるよう形成する第２成膜工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る薄膜デバイス製造装置は、薄膜デバイスの製造装置であって、第１の配置形態で配置された複数枚の第１ターゲットを有し、前記複数枚の第１ターゲットと基板との間にプラズマを発生させて、前記基板上に第１の薄膜を形成させる第１真空槽と、前記第１の配置形態と異なる第２の配置形態で配置された複数枚の第２ターゲットを有し、前記複数枚の第２ターゲットと前記第１の薄膜が形成された前記基板との間にプラズマを発生させて、前記第１の薄膜の上に第２の薄膜を、前記第１の薄膜と前記第２の薄膜とを合わせた積層膜の膜厚標準偏差が、前記第１の薄膜の膜厚標準偏差および前記第２の薄膜の膜厚標準偏差よりも小さくなるよう形成させる第２真空槽とを備えることを特徴とする。

本発明に係る薄膜デバイスの製造方法または薄膜デバイス製造装置によれば、異なるターゲット配置形態を有する２つの真空槽により、膜厚分布の異なる薄膜が積層されるので、均一な膜厚分布を有する積層膜を形成することが可能となる。

実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイスの断面概略図である。 実施の形態に係る有機ＥＬ基板の断面概略図である。 実施の形態に係る薄膜デバイス製造装置の第１真空槽の構成を表す概略図である。 実施の形態に係る薄膜デバイス製造装置の第２真空槽の構成を表す概略図である。 実施の形態に係る有機ＥＬデバイス製造装置により形成された金属酸化物薄膜の膜厚分布を表す図である。 実施の形態に係る有機ＥＬデバイスの製造方法を説明するフローチャートである。 実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイスを内蔵した薄型フラットＴＶの外観図である。

以下、薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイス製造装置の一実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示における好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程、並びに、工程の順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明における最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態）
［１．薄膜デバイスの構成］
まず、薄膜デバイスの構成について説明する。本実施の形態に係る薄膜デバイスは、例えば、有機ＥＬ表示デバイス１である。以下、有機ＥＬ表示デバイス１及びその製造仕掛品である有機ＥＬ基板１Ａの構成について説明する。

図１Ａは、実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイスの断面概略図である。同図に示した有機ＥＬ表示デバイス１は、陽極、陰極、およびこれら両極で挟まれた有機発光層を含む有機機能デバイスである。有機ＥＬ表示デバイス１は、サブ画素である赤色表示画素１００Ｒ、緑色表示画素１００Ｇ、及び、青色表示画素１００Ｂが配置されて形成された画素部が行列状に配置されている。各表示画素は、基板２１の上に、平坦化膜２２と、陽極２３と、正孔注入層２４と、有機発光層２５と、隔壁２８と、電子注入層２６と、陰極２７と、薄膜封止層３０と、樹脂封止層３１と、カラーフィルタと、接着層３２と、透明基板３３とを備える。カラーフィルタは、図１Ａでは、赤色表示画素１００Ｒ、緑色表示画素１００Ｇ及び青色表示画素１００Ｂに対応して配置される。赤色表示画素１００Ｒには、可視光領域では赤色を優先透過する赤色カラーフィルタ３５Ｒが配置される。緑色表示画素１００Ｇには、可視光領域では緑色を優先透過する緑色カラーフィルタ３５Ｇが配置される。青色表示画素１００Ｂには、可視光領域では青色を優先透過する青色カラーフィルタ３５Ｂが配置される。また、赤色カラーフィルタ３５Ｒ、緑色カラーフィルタ３５Ｇ、及び、青色カラーフィルタ３５Ｂの間には、それぞれブラックマトリクス３４が配置されている。なお、カラーフィルタは、有機発光層の材料構成により設けなくてよい場合があり、必須の構成要素ではない。

基板２１及び透明基板３３は、有機ＥＬ表示デバイス１の裏面及び発光表面を保護する基板であり、例えば、厚みが０．５ｍｍである透明の無アルカリガラスである。

平坦化膜２２は、一例として、絶縁性の有機材料からなり、例えば駆動用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などを含む基板上に形成されている。

陽極２３は、正孔が供給される、つまり、外部回路から電流が流れ込むアノードであり、例えば、Ａｌ、あるいは銀合金ＡＰＣなどからなる反射電極が平坦化膜２２上に積層された構造となっている。反射電極の厚みは、一例として１０〜４０ｎｍである。

正孔注入層２４は、正孔注入性の材料を主成分とする層である。正孔注入性の材料とは、陽極２３側から注入された正孔を安定的に、または正孔の生成を補助して有機発光層へ注入する機能を有する材料である。正孔注入層２４は金属酸化物で形成され、例えば、酸化タングステン（ＷＯ_ｘ）が用いられる。また、正孔注入層２４の膜厚は、一例として１０ｎｍである。

有機発光層２５は、陽極２３及び陰極２７の間に電圧が印加されることにより発光する、有機ＥＬ材料で形成された有機発光層である。有機発光層２５は、例えば、下層としてα−ＮＰＤ（Ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ］ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）、上層としてＡｌｑ３（ｔｒｉｓ−（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ）が積層された構造となっている。

電子注入層２６は、電子注入性の材料を主成分とする層である。電子注入性の材料とは、陰極２７から注入された電子を安定的に、または電子の生成を補助して有機発光層へ注入する機能を有する材料である。

陰極２７は、電子が供給される、つまり、外部回路へ電流が流れ出すカソードであり、例えば、透明金属酸化物であるＩＴＯにより積層された構造となっている。電極の厚みは、一例として１０〜４０ｎｍである。

隔壁２８は、画素部をサブ画素ごとに分離するための分離体であり、例えば、感光性の樹脂で形成されたバンク、または撥液性材料が形成された層である。

薄膜封止層３０は、例えば、窒化珪素からなり、上記した有機発光層２５や陰極２７を水蒸気や酸素から遮断する機能を有する。有機発光層２５そのものや陰極２７が、水蒸気や酸素にさらされることにより劣化（酸化）してしまうことを防止するためである。

樹脂封止層３１は、アクリルまたはエポキシ系の樹脂であり、上記の基板上に形成された平坦化膜２２から薄膜封止層３０までの一体形成された層と、カラーフィルタとを接合する。

カラーフィルタは、隔壁２８で分離された各発光領域を覆うように、透明基板３３及び接着層３２の下面に、赤、緑および青の色調整を行うフィルタとして形成されている。

上述した陽極２３、有機発光層２５及び陰極２７の構成は有機ＥＬデバイスの基本構成であり、このような構成により、陽極２３と陰極２７との間に適当な電圧が印加されると、陽極２３側から正孔、陰極２７側から電子がそれぞれ有機発光層２５に注入される。これらの注入された正孔および電子が有機発光層２５で再結合して生じるエネルギーにより、有機発光層２５の発光材料が励起され発光する。

なお、正孔注入層２４及び電子注入層２６の材料は、本実施の形態では限定されるものではなく、周知の有機材料または無機材料が用いられる。

図１Ｂは、実施の形態に係る有機ＥＬ基板の断面概略図である。同図に示された有機ＥＬ基板１Ａは、有機ＥＬ表示デバイス１の製造仕掛品である。具体的には、図１Ｂに示すように、有機ＥＬ基板１Ａは、有機ＥＬ表示デバイス１が有する積層構造のうち、有機発光層２５及びそれより上方の各層が形成されていない製造仕掛品である。また、有機ＥＬ基板１Ａは、陽極２３および正孔注入層２４がパターニング形成される前段階である陽極膜２３Ａおよび正孔注入膜２４Ａが形成された状態となっている。

本実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイス１では、有機ＥＬ基板１Ａの正孔注入膜２４Ａを形成する工程において、例えば、反応性スパッタリング法が採用される。正孔注入膜２４Ａを形成する工程では、例えば、まず、真空槽内に配置された基板とターゲットとの間にプラズマを発生させ、プラズマ中のイオンをターゲットに衝突させることにより飛散するターゲット粒子を基板表面に堆積させ、また、当該ターゲット粒子と反応ガスとを反応させて正孔注入膜２４Ａを形成する。

有機ＥＬ表示デバイスの製造では、生産性向上のため、表示パネルとしての有機ＥＬ表示デバイスを多数個取りできる大型のガラス基板を用いて有機ＥＬ基板が製造される。例えば、有機ＥＬ表示デバイス１の製造工程に投入されるガラス基板は、１１００ｍｍ×１３００ｍｍである。この製造時に用いられる大型基板に伴い、スパッタ装置で用いられるターゲットは、基板面内に対して複数に分割配置された方式が用いられる。しかしながら、複数枚のターゲットを用いた場合、大型基板上のターゲットが対向している箇所と対向していない箇所とで成膜レートが異なり、複数のターゲットの配置形態を反映した膜厚分布が生じる。この膜厚分布は、有機ＥＬ表示デバイス１の電気的および光学的特性に対して影響し、特性ムラの要因となる。上記例示したサイズのガラス基板上に形成される正孔注入層２４の膜厚は、例えば、１０ｎｍであり、これに対してガラス基板内の膜厚差（最大膜厚値と最小膜厚値との差）は、±１〜２ｎｍであることが要求される。

複数のターゲットを用いた大型基板への成膜における上記問題を解決すべく、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイス１の製造方法では、第１真空槽における成膜と、第１真空槽における膜厚分布と相反する膜厚分布傾向を有する第２真空槽における成膜とを、連続して実行することにより膜厚分布を均一化させる。

言い換えると、まず、複数枚の第１ターゲットを第１の配置形態で第１真空槽に配置し、基板上に第１の膜厚標準偏差を有する第１の薄膜を形成する。次に、複数枚の第２ターゲットを第１の配置形態と異なる第２の配置形態で第２真空槽に配置し、第１の薄膜の上に第２の膜厚標準偏差を有する第２の薄膜を形成する。ここで、第１ターゲットおよび第２ターゲットは、第１の薄膜と第２の薄膜とを合わせた積層膜の膜厚標準偏差が第１の膜厚標準偏差および第２の膜厚標準偏差よりも小さくなるように配置される。

これにより、異なるターゲット配置形態を有する２つの真空槽を用いて、膜厚分布の異なる薄膜が積層されるので、均一な膜厚分布を有する積層膜を形成することが可能となる。

以下、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイス１の製造方法および製造装置について、具体的に説明する。

［２．成膜装置の構成］
図２Ａは、実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイス製造装置の第１真空槽の構成を表す概略図である。また、図２Ｂは、実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイス製造装置の第２真空槽の構成を表す概略図である。図２Ａおよび図２Ｂともに、上段には真空槽の正面透視図が示され、下段には真空槽の平面透視図が示されている。

本実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイス製造装置は、図２Ａに示された真空槽５０と、図２Ｂに示された真空槽６０とを備えたスパッタリング装置である。真空槽５０および真空槽６０は、それぞれ、ロータリーポンプおよびターボ分子ポンプなどの真空排気手段（図示せず）を介して所定の真空度に保持することが可能な第１真空槽および第２真空槽である。

また、真空槽５０および真空槽６０には、アルゴンまたは酸素のスパッタガスと、基板５２および５２Ａの表面に形成しようとする薄膜の組成に応じて適宜選択される酸素や窒素などの反応ガスとを真空槽５０および６０の内部に導入するガス導入手段（図示せず）が設けられている。

また、スパッタリング装置には、バッキングプレートと基板ホルダとの間に所定の電圧を印加することが可能な電源（図示せず）が設けられている。

図２Ａの上段に示すように、真空槽５０は、バッキングプレート５３と、複数のターゲット５１と、基板ホルダ５４とを有している。バッキングプレート５３および基板ホルダ５４は、ターゲット５１と基板５２とを対向させるように配置されている。

基板５２は、例えば、有機ＥＬ基板１Ａの正孔注入膜２４Ａを形成する前の基板である。

ターゲット５１は、例えば、金属ターゲットでありタングステンで形成された第１ターゲットである。

また、図２Ａの下段に示すように、ターゲット５１は、平面視（ｚ軸方向）において長方形である平板型のターゲットである。３枚のターゲット５１の配置は、上記長方形の長辺どうしが平行であり、隣り合うターゲット５１が所定の間隔で離間し、当該間隔が等しい第１の配置形態となっている。また、３枚のターゲット５１は、平面視した場合、長辺方向（ｙ軸方向）において基板と重なっている。

上記構成により、基板５２が基板ホルダ５４上に配置された状態で、真空槽５０内が所定の真空度に到達したとき、スパッタガスおよび反応ガスを真空槽５０内に導入する。そして、バッキングプレート５３と基板ホルダ５４との間に所定の電圧を印加してプラズマを発生させる。これにより、プラズマ中のイオンをターゲット５１に衝突させ、飛散するターゲット粒子を基板５２の表面に堆積させ、また、反応ガスと反応させることにより、基板５２上に酸化タングステンからなる第１の薄膜が形成される。

図２Ｂの上段に示すように、真空槽６０は、バッキングプレート６３と、複数のターゲット６１と、基板ホルダ６４とを有している。バッキングプレート６３および基板ホルダ６４は、ターゲット６１と基板５２Ａとを対向させるように配置されている。

基板５２Ａは、有機ＥＬ基板１Ａの正孔注入膜２４Ａを形成する途中のものであり、真空槽５０で基板５２上に第１の薄膜が形成されたものである。

ターゲット６１は、例えば、金属ターゲットでありタングステンで形成された第２ターゲットである。本実施の形態では、ターゲット５１および６１の組成比、構造および形状は同じである。

また、図２Ｂの下段に示すように、ターゲット６１は、平面視（ｚ軸方向）において長方形である平板型のターゲットである。２枚のターゲット６１の配置は、上記長方形の長辺どうしが平行であり、隣り合うターゲット６１が所定の間隔で離間した第２の配置形態となっている。また、２枚のターゲット６１は、平面視した場合、長辺方向（ｙ軸方向）において基板と重なっている。また、本実施の形態では、隣り合うターゲット６１の間隔は、隣り合うターゲット５１の間隔と等しい。

また、ターゲット６１の第２の配置形態は、ターゲット５１の第１の配置形態と異なっており、真空槽５０における２つのターゲット５１の間であってターゲット５１が配置されない領域に相当する真空槽６０の領域に、ターゲット６１が配置されている
上記構成により、基板５２Ａが基板ホルダ６４上に配置された状態で、真空槽６０内が所定の真空度に到達したとき、スパッタガスおよび反応ガスを真空槽６０内に導入する。そして、バッキングプレート６３と基板ホルダ６４との間に所定の電圧を印加してプラズマを発生させる。これにより、プラズマ中のイオンをターゲット６１に衝突させ、飛散するターゲット粒子を基板５２Ａの表面に堆積させ、また、反応ガスと反応させることにより、基板５２Ａの第１の薄膜上に酸化タングステンからなる第２の薄膜が形成される。

なお、本実施の形態に係る正孔注入膜２４Ａである酸化タングステン薄膜を形成する場合には、プラズマ生成ガスとして導入されるガスは酸素のみであってもよい。

また、バッキングプレートと基板ホルダとの間に印加される所定の電圧は交流電圧であっても、直流電圧であってもよい。

［３．金属酸化物薄膜の膜厚分布］
上記構成を有する真空槽５０および真空槽６０により形成された第１の薄膜、第２の薄膜、およびそれらを合わせた積層膜の膜厚分布について説明する。

図３は、実施の形態に係る有機ＥＬデバイス製造装置により形成された金属酸化物薄膜の膜厚分布を表す図である。

図３の上段には、左から順に、第１の薄膜４２Ａの表面状態、第２の薄膜４２Ｂの表面状態、および積層膜４２Ｃの表面状態を模式的に表したものが示されている。

また、図３の下段には、左から順に、第１の薄膜４２ＡのＡ−Ａ’断面における膜厚分布、第２の薄膜４２ＢのＢ−Ｂ’断面における膜厚分布、および積層膜４２ＣのＣ−Ｃ’断面における膜厚分布を表すグラフが示されている。

なお、図３において、第１の薄膜４２Ａは、平坦な基板の上に形成されたものである。また、第２の薄膜４２Ｂは、第１の薄膜４２Ａが形成されていない平坦な基板の上に形成されたものと想定する。また、積層膜４２Ｃは、第１の薄膜４２Ａが形成された基板の上に第２の薄膜４２Ｂが積層されて形成されたものである。

図３の左側に示すように、第１の薄膜４２Ａの表面状態は、長方形領域がｙ軸方向に延び、それらがｘ軸方向に交互に現れたストライプ状となっており、図２Ａに示されたターゲット５１の配置形態を反映した膜厚分布となっている。また、基板５２の表面領域のうち、ターゲット５１に対向している領域の膜厚が厚く、隣り合うターゲット５１の間隙と対向している領域の膜厚が薄い傾向となっている。

また、図３の中央に示すように、第２の薄膜４２Ｂの表面状態は、長方形の領域がｙ軸方向に延び、それらがｘ軸方向に交互に現れたストライプ状となっており、図２Ｂに示されたターゲット６１の配置形態を反映した膜厚分布となっている。また、基板５２Ａの表面領域のうち、ターゲット６１に対向している領域の膜厚が厚く、隣り合うターゲット６１の間隙と対向している領域の膜厚が薄い傾向となっている。第１の薄膜４２Ａおよび第２の薄膜４２Ｂの膜厚分布は、基板上の各領域とターゲットとの距離を反映したものとなっており、当該距離が長いほどプラズマ中で飛散するターゲット粒子の基板上への到達確率が低下することに起因するものと考えられる。

また、第１の薄膜４２Ａの膜厚のばらつき度を表す第１の膜厚標準偏差は、第２の薄膜４２Ｂの膜厚のばらつき度を表す第２の膜厚標準偏差と同程度である。

これに対し、図３の右側に示すように、積層膜４２Ｃの表面状態は、第１の薄膜４２Ａおよび第２の薄膜４２Ｂで見られたようなストライプ状の表面状態ではなく、その他の模様も観察されない。また、膜厚分布は、ｘ軸方向の両端部を除いて均一となっている。つまり、第１の薄膜４２Ａと第２の薄膜４２Ｂとを合わせた積層膜４２Ｃの膜厚標準偏差は、第１の薄膜４２Ａの膜厚標準偏差および第２の薄膜４２Ｂの膜厚標準偏差よりも小さい。

これは、真空槽５０におけるターゲット５１の第１の配置形態と、真空槽６０におけるターゲット６１の第２の配置形態とを、ほぼ反転状態となっていることによるものである。これにより、第１の薄膜４２Ａの膜厚分布と第２の薄膜４２Ｂの膜厚分布とは、相互補完される関係（相反する関係）となる。これにより、積層膜４２Ｃの膜厚分布を均一化させることが可能となる。

［４．製造方法］
次に、有機ＥＬ表示デバイス１の製造方法について説明する。

図４は、実施の形態に係る有機ＥＬ表示パネルの製造方法を説明する工程フローチャートである。

まず、陽極膜２３Ａまでが形成された有機ＥＬ基板を形成する（図示せず）。具体的には、ＴＦＴを含む基板２１上に、絶縁性の有機材料からなる平坦化膜２２を形成し、その後、平坦化膜２２上に陽極膜２３Ａを形成する。陽極膜２３Ａは、例えば、スパッタリング法により、平坦化膜２２上に成膜される。

次に、複数枚のターゲット５１が第１の配置形態で配置された真空槽５０内に、複数枚のターゲット５１と上記有機ＥＬ基板（以下、基板５２と記す）との間にプラズマを発生させ、基板５２上に、第１の膜厚標準偏差を有する第１の薄膜４２Ａを成膜する（Ｓ１０）。具体的には、図２Ａに示された真空槽５０により、基板５２が基板ホルダ５４上に配置された状態で、真空槽５０が所定の真空度に到達したとき、スパッタガスおよび反応ガスである酸素ガスを真空槽５０に導入する。そして、バッキングプレート５３と基板ホルダ５４との間に所定の電圧を印加してプラズマを発生させる。これにより、プラズマ中のイオンをターゲット５１に衝突させ、飛散するターゲット粒子を基板５２の表面に堆積させ、また、酸素と反応させることにより、基板５２上に酸化タングステンからなる第１の薄膜４２Ａが形成される。このとき、図３の左側に示すように、第１の薄膜４２Ａの表面状態は、長方形の領域がｙ軸方向に延びたストライプ状となっており、図２Ａに示されたターゲット５１の配置形態を反映した膜厚分布となっている。つまり、基板５２の表面領域のうち、ターゲット５１に対向している領域の膜厚が厚く、隣り合うターゲット５１の間隙と対向している領域の膜厚が薄い傾向となっている。

次に、複数枚のターゲット６１が第１の配置形態と異なる第２の配置形態で配置された真空槽６０内に、複数枚のターゲット６１と第１の薄膜４２Ａが形成された有機ＥＬ基板（以下、基板５２Ａと記す）との間にプラズマを発生させ、基板５２Ａの上に、第２の膜厚標準偏差を有する第２の薄膜４２Ｂを、第１の薄膜４２Ａと第２の薄膜４２Ｂとを合わせた積層膜４２Ｃの膜厚標準偏差が第１の膜厚標準偏差および第２の膜厚標準偏差よりも小さくなるよう成膜する（Ｓ２０）。具体的には、基板５２Ａが基板ホルダ６４上に配置された状態で、真空槽６０が所定の真空度に到達したとき、スパッタガスおよび反応ガスである酸素ガスを真空槽６０内に導入する。そして、バッキングプレート６３と基板ホルダ６４との間に所定の電圧を印加してプラズマを発生させる。これにより、プラズマ中のイオンをターゲット６１に衝突させ、飛散するターゲット粒子を第１の薄膜４２Ａの表面に堆積させ、また、酸素と反応させることにより、第１の薄膜４２Ａ上に酸化タングステンからなる第２の薄膜４２Ｂが形成される。このとき、図３の中央に示すように、第２の薄膜４２Ｂは、図２Ｂに示されたターゲット６１の配置形態を反映した膜厚分布となっている。つまり、第２の薄膜４２Ｂの表面領域のうち、ターゲット６１に対向している領域の膜厚が厚く、隣り合うターゲット６１の間隙と対向している領域の膜厚が薄い傾向となっている。

これに対し、図３の右側に示すように、第１の薄膜４２Ａと第２の薄膜４２Ｂとを合わせた積層膜４２Ｃの表面状態は、第１の薄膜４２Ａで見られたようなストライプ状の表面状態ではなく、その他の模様も観察されない。また、膜厚分布は、ｘ軸方向の両端部を除いて均一となっている。つまり、積層膜４２Ｃの膜厚標準偏差は、第１の薄膜４２Ａの膜厚標準偏差および第２の薄膜４２Ｂの膜厚標準偏差よりも小さい。

これは、真空槽５０におけるターゲット５１の第１の配置形態と、真空槽６０におけるターゲット６１の第２の配置形態とを、ほぼ反転状態としていることによるものである。これにより、第１の薄膜４２Ａの膜厚分布と第２の薄膜４２Ｂの膜厚分布とは、相互補完される関係（相反する関係）となる。これにより、積層膜４２Ｃの膜厚分布を均一化させることが可能となる。

また、ステップＳ１０では、有機ＥＬ基板およびターゲット５１を静止させて第１の薄膜４２Ａを形成し、ステップＳ２０では、第１の薄膜４２Ａが形成された有機ＥＬ基板およびターゲット６１を静止させて第２の薄膜４２Ｂを形成している。本実施の形態に係る製造方法は、大型ガラス基板への薄膜形成を対象としており、大型真空槽を高真空に維持するという観点などから、基板回転機構やターゲット移動機構などを想定していない。本実施の形態に係る製造方法によれば、真空度を低下させる要因となる基板回転機構やターゲット移動機構などの複雑な駆動機構を設けずとも、膜厚分布の均一化を達成できる。よって、成膜装置の機構を簡素化できる。

なお、ステップＳ２０では、真空槽５０における、２つのターゲット５１の間であってターゲット５１が配置されない領域に相当する真空槽６０内の領域にターゲット６１を配置することが好ましい。これにより、第１の薄膜４２Ａの膜厚分布と第２の薄膜４２Ｂの膜厚分布とが高精度に相互補完される。よって、積層膜４２Ｃの膜厚分布を高精度に均一化させることが可能となる。

また、ステップＳ１０およびステップＳ２０では、第１の薄膜４２Ａの膜厚分布における膜厚値の極大点を示す複数の基板面内位置と、第２の薄膜４２Ｂの膜厚分布における膜厚値の極大点を示す複数の基板面内位置とが、基板を平面視した場合において重ならないよう、それぞれ、ターゲット５１および６１を配置してもよい。これにより、積層膜４２Ｃの膜厚が平準化され、膜厚分布を均一化させることが可能となる。

また、ステップＳ１０の終了後、第１の薄膜４２Ａが形成された有機ＥＬ基板を、大気に曝さずに真空槽６０内に配置してステップＳ２０を開始してもよい。これにより、第１の薄膜４２Ａと第２の薄膜４２Ｂとの界面における不純物が低減されるので、積層膜４２Ｃの膜質が向上する。

また、ターゲット５１およびターゲット６１の組成比および構造は同じであってもよい。これにより、第１の薄膜４２Ａと第２の薄膜４２Ｂとは、同一の組成および構造を有する。よって、２つの真空槽５０および６０を用いた連続成膜により、膜厚が均一化された一機能膜を形成できる。

以下、製造工程に戻り、正孔注入膜２４Ａが形成された有機ＥＬ基板１Ａの以降の工程を説明する。

次に、陽極膜２３Ａおよび正孔注入膜２４Ａをパターニングし、陽極２３および正孔注入層２４を形成する。

次に、表面感光性樹脂からなる隔壁２８を所定位置に形成する。

次に、正孔注入層２４の上に、例えば、湿式成膜法により有機発光層２５を形成する。

次に、有機発光層２５の上に、例えば、湿式成膜法により、電子注入層２６を形成する。

ここで、湿式成膜法としては、特に限定されるものではないが、インクジェット法に代表されるノズルジェット法や、ディスペンサー法などの印刷技術を用いることができる。インクジェット法は、例えば、インク化した有機成膜材料を、ノズルから下層表面へ噴射する方法である。

続いて、電子注入層２６が形成された基板を大気曝露させることなく、陰極２７を形成する。具体的には、電子注入層２６の上に、スパッタリング法によりＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が形成される。

次に、陰極２７の上に、例えば、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により窒化珪素を積層し、薄膜封止層３０を形成する。

次に、薄膜封止層３０の表面に、樹脂封止層３１を塗布する。その後、塗布された樹脂封止層３１上に、カラーフィルタを形成する。

次に、カラーフィルタの上に、接着層３２及び透明基板３３を配置する。なお、薄膜封止層３０、樹脂封止層３１、接着層３２及び透明基板３３は、保護層に相当する。

最後に、透明基板３３を上面側から下方に加圧しつつ熱またはエネルギー線を付加して樹脂封止層３１を硬化し、透明基板３３、接着層３２及びカラーフィルタと薄膜封止層３０とを接着する。

上述した一連の製造工程により、図１に示す有機ＥＬ表示デバイス１が形成される。なお、陽極２３、有機発光層２５、電子注入層２６及び陰極２７の形成工程は、本実施の形態により限定されるものではない。

（その他の実施の形態）
以上、上記実施の形態に基づいて薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイス製造装置を説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイス１を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。

例えば、上記実施の形態では、反応性スパッタリング法を用いた製造方法および製造装置を例示したが、本発明に係る薄膜デバイスの製造方法および薄膜デバイス製造装置は、真空槽内に配置された複数のターゲットと基板と間にプラズマを発生させることにより成膜する製造方法または製造装置に適用される。

また、本実施の形態に係る製造方法および製造装置により形成される薄膜層は、正孔注入層に限定されず、その他の機能層であってもよい。また、本実施の形態に係る製造方法および製造装置により形成される薄膜は、金属酸化物薄膜でなくてもよく、膜厚の均一性が要求される薄膜であればよく、例えば、金属薄膜や窒化物薄膜などであってもよい。

また、上記実施の形態では、ターゲット５１および６１が同じ組成比および構造を有するものとして例示したが、互いに異なる組成または構造を有するターゲットを用いて、異種の機能膜を積層させてもよい。この場合、それぞれの機能膜の膜厚分布は均一化されないが、２つの機能膜の加算膜厚値を均一化できる。これにより、２つの機能膜を通過する光の光路長を揃えることが可能となり、表示性能が向上する。

また、上述した実施の形態では、下部電極を陽極、上部電極を陰極とする構成について示したが、下部電極を陰極、上部電極を陽極とする構成であってもよい。また、表示画素の構成である平坦化膜、陽極、正孔注入層、有機発光層、隔壁、電子注入層、陰極、薄膜封止層、樹脂封止層、カラーフィルタ、接着層及び透明基板は、上記した実施の形態に示した構成に限らず、材料や構成、形成方法を変更してもよい。例えば、正孔注入層と発光層との間に正孔輸送層があってもよいし、電子注入層と発光層との間に電子輸送層があってもよい。

また、上記実施の形態では、有機ＥＬ材料を用いた有機発光層を有する有機ＥＬ表示デバイス１を例示したが、薄膜デバイスとしては有機ＥＬ材料以外を用いたものであってもよく、例えば、無機ＥＬ材料を用いた発光層を有する表示デバイスであってもよい。

また、本発明は、例えば、図５に示すような、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示デバイス１を備えた薄型フラットテレビシステムに好適である。

本発明に係る製造方法または製造装置により製造された有機ＥＬ表示デバイスは、大画面及び高解像度が要望される薄型テレビ及びパーソナルコンピュータのディスプレイなどの技術分野に有用である。

１ 有機ＥＬ表示デバイス
１Ａ 有機ＥＬ基板
２１、５２、５２Ａ 基板
２２ 平坦化膜
２３ 陽極
２３Ａ 陽極膜
２４ 正孔注入層
２４Ａ 正孔注入膜
２５ 有機発光層
２６ 電子注入層
２７ 陰極
２８ 隔壁
３０ 薄膜封止層
３１ 樹脂封止層
３２ 接着層
３３ 透明基板
３４ ブラックマトリクス
３５Ｂ 青色カラーフィルタ
３５Ｇ 緑色カラーフィルタ
３５Ｒ 赤色カラーフィルタ
４２Ａ 第１の薄膜
４２Ｂ 第２の薄膜
４２Ｃ 積層膜
５０、６０ 真空槽
５１、６１ ターゲット
５３、６３ バッキングプレート
５４、６４ 基板ホルダ
１００Ｂ 青色表示画素
１００Ｇ 緑色表示画素
１００Ｒ 赤色表示画素

Claims (7)

1. 薄膜デバイスの製造方法であって、
   複数枚の第１ターゲットを第１の配置形態で第１真空槽に配置し、前記複数枚の第１ターゲットと基板との間にプラズマを発生させて、前記基板上に第１の膜厚標準偏差を有する第１の薄膜を形成する第１成膜工程と、
   複数枚の第２ターゲットを前記第１の配置形態と異なる第２の配置形態で第２真空槽に配置し、前記複数枚の第２ターゲットと前記第１の薄膜が形成された前記基板との間にプラズマを発生させて、前記第１の薄膜の表面に第２の膜厚標準偏差を有する第２の薄膜を、前記第１の薄膜と前記第２の薄膜とを合わせた積層膜の膜厚標準偏差が前記第１の膜厚標準偏差および前記第２の膜厚標準偏差よりも小さくなるよう形成する第２成膜工程とを含む
   薄膜デバイスの製造方法。
2. 前記第２成膜工程では、前記第２の配置形態として、前記第１真空槽における隣り合う２つの前記第１ターゲットの間であって前記第１ターゲットが配置されない領域に相当する前記第２真空槽内の領域に前記第２ターゲットを配置する
   請求項１に記載の薄膜デバイスの製造方法。
3. 前記第１成膜工程および前記第２成膜工程では、前記第１の配置形態および前記第２の配置形態として、前記第１の薄膜における膜厚値の極大点を示す複数の基板面内位置と、前記第２の薄膜における膜厚値の極大点を示す複数の基板面内位置とが前記基板を平面視した場合において重ならないよう、前記複数枚の第１ターゲットおよび前複数枚の第２ターゲットを配置する
   請求項１または２に記載の薄膜デバイスの製造方法。
4. 前記第１成膜工程では、前記基板および前記第１ターゲットを静止させて前記第１の薄膜を形成し、
   前記第２成膜工程では、前記第１の薄膜が形成された前記基板および前記第２ターゲットを静止させて前記第２の薄膜を形成する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜デバイスの製造方法。
5. 前記第１成膜工程の終了後、前記第１の薄膜が形成された前記基板を、大気に曝さずに前記第２真空槽内に配置して前記第２成膜工程を開始する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜デバイスの製造方法。
6. 前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットの組成比および構造は同じである
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜デバイスの製造方法。
7. 薄膜デバイスの製造装置であって、
   第１の配置形態で配置された複数枚の第１ターゲットを有し、前記複数枚の第１ターゲットと基板との間にプラズマを発生させて、前記基板上に第１の薄膜を形成させる第１真空槽と、
   前記第１の配置形態と異なる第２の配置形態で配置された複数枚の第２ターゲットを有し、前記複数枚の第２ターゲットと前記第１の薄膜が形成された前記基板との間にプラズマを発生させて、前記第１の薄膜の上に第２の薄膜を、前記第１の薄膜と前記第２の薄膜とを合わせた積層膜の膜厚標準偏差が、前記第１の薄膜の膜厚標準偏差および前記第２の薄膜の膜厚標準偏差よりも小さくなるよう形成させる第２真空槽とを備える
   薄膜デバイス製造装置。

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