JP4737746B2 - 薄膜形成方法及びその装置 - Google Patents
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Description
このように作製される有機EL素子は、各有機薄膜52〜54を、正孔輸送層、発光層、電子輸送層として機能させ、透明導電膜51に正電圧、電極55に負電圧を印加すると、発光層である有機薄膜53が電気ショックにより発光し、ガラス基板50を透過したEL光57が外部に放射される。
蒸着速度制御手段により蒸発速度の安定を確認したところで、前記ガラス基板50下に配置されたシャッターを開放すると、有機蒸着材料の蒸気は該ガラス基板50に到達し、表面に一様な膜厚の有機薄膜が形成される。このように、有機薄膜形成装置を用いれば、真空雰囲気中で該ガラス基板50表面に膜質の良い有機薄膜を形成することが可能となっている。
そのため、有機蒸着材料は有機EL素子の各機能層として形成させる際、最適な素子構造が各材料により異なるため、各機能層において種々膜厚を変化させ複数の構造の素子を作製し構造の最適化を行っている。
ユニット間の陰極および陽極は、電荷発生層と呼ばれる電子および正孔を発生可能な材料で、適度な透明度を有する材料が用いられているが、現在、研究の余地の十分残る課題となっている。
したがって、これらを解決し簡便かつ効率的にタンデム積層型有機EL素子を自由に選択でき素子構造および膜の組成形態を変化させることができるものが求められている。
本発明は、同一真空槽内で効率的に複数の異なる構造および膜組成をもつタンデム積層型有機薄膜機能素子を簡便に形成することが可能な有機薄膜形成装置を実現することを目的とする。
成膜室1および仕込み室2は、各々独立の排気系統4,5を備え、真空系統を区切るためのゲートバルブ3を介して連結されている。基板6には2行2列の透明導電膜が形成されたガラス基板を用いるものとし、成膜室1では8枚のガラス基板に薄膜を形成するものとするが、素子の配列および基板の処理枚数は自由に設定可能である。実施例は基板6と同数の基板ホルダ7を準備し、基板ホルダ7に基板6をセットした状態で仕込み室に収納するものとするが、基板ホルダ7に複数枚の基板を搭載しても基板ホルダ7を省略してもよい。
小成膜室14の底面には2つの互いに独立した蒸着源15が配置されており、各蒸着源15には各々に対応する独立の水晶発振式膜厚計16が配置されている。蒸着材料19は有機材料に限らず、無機材料も含めて所望の材料を各小成膜室14に配置させればよい。蒸着源15と基板6の間には蒸着材料19の蒸発速度が安定するまでの間、蒸気を遮蔽するシャッター17が取り付けられている。蒸着源15の底面には冷却機構20が設けられ、蒸着源15を長時間稼動し続けた場合でも蒸着源15への熱の蓄積を回避することができる。
更に、基板6近接下に特願2003−390319号に開示されるようなコンビナトリアルマスクを設置すれば、同一の小成膜室内においても異なる構造の素子を作成することができる。
基板6をセットした状態の基板ホルダ7を8組準備し、大気圧に開放した仕込み室2のマガジン8内に収納する。このときゲートバルブ3は閉塞し、成膜室1は図示しない真空ポンプを含む排気系統4により所定の真空度に維持しておく。仕込み室2を排気系統5により成膜室1に等しい真空度まで真空排気した後、ゲートバルブ3を開放し、8組の基板ホルダ7を、直線搬送機構10および公転機構23を順次動作させることにより仕込み室2から成膜室1内に移送し、基板ホルダ設置台12上に載置させる。公転機構23を駆動し、各小成膜室14に所望の基板ホルダ7を配置させるよう基板ホルダ設置台12を旋回させる。昇降機構22を駆動し、基板ホルダ設置台12を所定位置まで降下させ、各小成膜室14内に独立の成膜雰囲気を形成する。
まず、蒸着開始前に予め制御装置26に所望の素子を作製するための動作プログラムを入力する。動作プログラムには、公転動作のプログラム、蒸着源のプログラム、シャッター開閉のプログラム、自転動作のプログラム、蒸着マスクの変換動作のプログラムが含まれる。プログラムは必要に応じて追加・削除すればよく、また、ここでは公転動作のプログラムにより公転機構22と昇降機構23を制御することとする。小成膜室14には番号を付し、各小成膜室14に配置した蒸着材料19を小成膜室番号に対応させて動作プログラムに入力する。同様に成膜室1内に搭載した基板6に番号を付し、基板番号を入力する。また、基板番号に対応させて所望の素子構造の層番号を付し、層番号に対応する膜厚および膜組成を入力する。
フロー図には自転動作および公転動作のON/OFFは省略するが、自転動作はシャッター開前にONし、シャッター閉後にOFFするものとし、公転動作は小成膜室への基板搬出前にONし、基板搬入後にOFFするものとする。
同図では、蒸着材料A´〜D´を4層積層させた時点で所望の素子が作製されるため、この時点で小成膜室Aの蒸着源をOFFする。同様の作業を繰返し、蒸着の終了した小成膜室から順に蒸着源をOFFし、基板1〜4まで全てに所望の素子が作製された時点で、成膜室から基板を取出せばよい。各層の膜厚はシャッターの開閉動作により変更できるため、各基板で膜厚を変更すれば4種の素子を作製可能である。また、蒸着材料の種類を増やせば、或いは複数種の蒸着材料から同時蒸着する場合は各蒸着源の蒸発速度を変更すれば、基板搬出入の動作変更により膜組成の異なる複数種の素子を作成することも可能である。
実施例は、単一真空槽内を小成膜室に区切り有機物用および無機物用の複数の蒸着源を配置し、旋回動作という簡単な基板公転機構で駆動することにより複数の素子を同時に処理することが可能となる。また、基板の受渡しを省略することにより基板の移動時間を削減し、基板1枚当りの処理時間を大幅に削減することが可能となる。更に、小成膜室の数だけ素子が作製可能となり、膜厚、層構造、膜組成などをパラメータとた素子構造の最適化実験であっても効率的にサンプルを作成することが可能となる。加えて、成膜工程が増えるほど同時処理枚数が増加するため、基板1枚当りの処理時間を更に削減することができる。
小成膜室Bおよび小成膜室Cでは各発光層を30nm、小成膜室Dでは電子輸送層を20nm、小成膜室Gでは電荷発生層を5nm堆積させた。
小成膜室Hには、モリブデンの材質で形成された蒸着ボートにフッ化リチウムを配置し、蒸着速度0.01nm/sでLiF(フッ化リチウム)を膜厚0.5nm堆積させた後、タングステン製のフィラメントコイルにワイヤ形状のアルミニウム金属を配置させ、フィラメントに通電加熱を行い、蒸着速度1nm/sでアルミニウム金属を膜厚100nm堆積させた。リチウムの化合物であるLiF(フッ化リチウム)は、有機薄膜とアルミニウム金属の間に低仕事関数の中間層として導入される。
(1)ITO(130nm)/α-NPD(12nm)/Balq...../LiF(0.5nm)/Al(100nm),
(2)ITO(130nm)/α-NPD(24nm)/Balq...../LiF(0.5nm)/Al(100nm),
(3)ITO(130nm)/α-NPD(36nm)/Balq...../LiF(0.5nm)/Al(100nm),
(4)ITO(130nm)/α-NPD(48nm)/Balq...../LiF(0.5nm)/Al(100nm),
(5)ITO(130nm)/α-NPD(54nm)/Balq...../LiF(0.5nm)/Al(100nm),
(6)ITO(130nm)/α-NPD(60nm)/Balq...../LiF(0.5nm)/Al(100nm),
(7)ITO(130nm)/α-NPD(66nm)/Balq...../LiF(0.5nm)/Al(100nm),
(8)ITO(130nm)/α-NPD(72nm)/Balq...../LiF(0.5nm)/Al(100nm),
上記実施例では有機EL素子の作製例をあげたが、それ以外の有機薄膜機能素子の作製にも利用できる。例えば、近年注力されている有機薄膜トランジスタの作製プロセスもしくは将来への応用が期待される有機太陽電池の作製プロセスにも利用してもよい。
上記実施例として用いた有機EL素子は、3ユニットとして構成される限定された構造であるが、通常有機ELの素子構造はさらに各機能層を有する積層構造のものが多くこれに利用してもよい。また、レーザー色素等のドーピング材料を添加する素子の作製に応用してもよい。
2 仕込み室
3 ゲートバルブ
4 排気系統
5 排気系統
6 基板
7 基板ホルダ
8 マガジン
9 マガジン昇降機構
10 直線搬送機構
11 トランスファーベッセル
12 基板ホルダ設置台
13 コンパートメント
14 小成膜室
15 蒸着源
16 水晶発振式膜厚計
17 シャッター
18 貫通孔
19 蒸着材料
20 冷却機構
21 自転機構
22 昇降機構
23 公転機構
24 ステッピングモーター
25 ステッピングモーター
26 制御装置
27 蒸着マスク変換機構
30 底板
31 仕切板
32 側面板
33 天板
40 マスク板
41 駆動機構
Claims (7)
- 真空槽、該真空槽内部に形成され各々独立の成膜雰囲気を維持可能な複数の小成膜室、各小成膜室に配置される少なくとも1つの蒸着源、該蒸着源に対面する所定の成膜位置に該基板を配置させる基板保持手段、および、該基板保持手段を駆動する移送機構を備え、
該移送機構によって任意の小成膜室内に任意の基板が配置され、各小成膜室において該基板それぞれが独立してかつ所望の時間に成膜され、
該小成膜室に該基板を搬出入するためのゲートに該基板保持手段が嵌合されて該基板が該小成膜室内の所定の成膜位置に配置されることにより、該基板保持手段が該ゲートを閉蓋し、該小成膜室内に外部とは独立した空間が形成された薄膜形成装置であって、
該小成膜室が同心円状に配列され、
該移送機構が、
同心円状に配列した該基板保持手段を旋回させ、所望の小成膜室のゲート位置まで所望の基板を保持する該基板保持手段を配置させた後、該ゲート方向に該基板保持手段を移動させて該ゲートを閉蓋し、該基板保持手段を該ゲート方向と逆方向に移動させることにより該小成膜室のゲートを開蓋するよう構成され、
該基板を収納する仕込み室、及び
該仕込み室から所定旋回位置の該基板保持手段に該基板を受渡す直線搬送機構を備え、
該直線搬送機構及び該移送機構を順次動作させることにより各基板が各小成膜室に搬入されるように構成されたことを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項1記載の薄膜形成装置であって、
該移送機構によって順次所望の小成膜室内に該基板が移送され該基板に多層膜が形成される間、該小成膜室内に配置した該蒸着源の蒸発速度が一定に維持され、稼動する該蒸着源をシャッターにより遮蔽し、蒸着源をOFFすることなく蒸発速度を一定に維持した状態で該小成膜室が開放されることを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項1又は2記載の薄膜形成装置であって、
該基板保持手段は自転機構を備え、成膜時に該基板を自転させることを特徴とする薄膜膜形成装置。
- 請求項1又は2記載の薄膜形成装置であって、
複数の蒸着マスクパターンを備え、さらに、所望の蒸着マスクパターンを基板下に配置する蒸着マスク変換機構を有することを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項1又は2記載の薄膜形成装置であって、
該蒸着源に再蒸発を防止する冷却機構を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項1又は2記載の薄膜形成装置であって、
薄膜形成後の該基板を外気に暴露することなく切り離し移動するトランスファーベッセルを備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項1又は2記載の薄膜形成装置であって、
予め入力された所望の素子構造に基づいて、該蒸着源および該移送機構を操作する制御装置を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
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