JP5051869B2 - 発光素子および発光素子の製造方法 - Google Patents

発光素子および発光素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、有機発光層を含む発光素子の製造方法、および有機発光層を含む発光素子の製造装置に関する。
近年、従来用いられてきたCRT(Cathode Ray Tube)に換わって、薄型にすることが可能な平面型表示装置の実用化が進んでおり、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)は自発光、高速応答などの特徴を有するために、次世代の表示装置として着目されている。また、有機EL素子は、表示装置のほかに、面発光素子としても用いられる場合がある。
有機EL素子は、陽電極(正電極)と陰電極(負電極)の間に有機EL層(発光層)を含む有機層が狭持された構造となっており、当該発光層に正極から正孔を、負極から電子を注入してそれらの再結合をさせることによって、当該発光層を発光させる構造になっている。
また、前記有機層には、必要に応じて陽極と発光層の間、または陰極と発光層の間に、例えば正孔輸送層、または電子輸送層など発光効率を良好とするための層を付加することも可能である。
上記の発光素子を形成する方法の一例としては、以下の方法を取ることが一般的であった。まず、ITOよりなる陽電極がパターニングされた基板上に、前記有機層を蒸着法により形成する。蒸着法とは、例えば蒸発あるいは昇華された蒸着原料を、被処理基板上に蒸着させることで薄膜を形成する方法である。次に、当該有機層上に、陰電極となるAl(アルミニウム)を、蒸着法などにより形成する。
例えばこのようにして、陽電極と陰電極の間に有機層が形成されてなる、発光素子が形成される(例えば特許文献1参照)。
図1は、従来の発光素子の製造装置の一部を構成する蒸着装置を模式的に示した図である。
図1を参照するに、本図に示す蒸着装置10は、内部に内部空間11Aが画成される処理容器11を有し、当該内部空間11Aには、蒸着源12と、該蒸着源12に対向する基板保持台15が設置された構造を有している。前記内部空間11Aは、排気ポンプなどの排気手段(図示せず)が接続された排気ライン14より排気され、所定の減圧状態に保持される構造になっている。
前記蒸着源12にはヒータ13が設置され、該ヒータ13によって内部に保持された原料12Aを加熱し、蒸発または昇華させて気体原料とすることが可能に構成されている。当該気体原料は、前記基板保持台15に保持された被処理基板Sに蒸着される。
上記の成膜装置10を用いて、例えば発光素子の有機層(発光層)や、有機層上の電極などを成膜することができる。
特開2004−225058号公報
しかし、従来の発光素子の製造装置では、例えば蒸着法を用いて成膜を行う場合、処理容器内の蒸着源から蒸発または昇華する原料を被処理基板に成膜させるため、被処理基板の成膜面を下に向けた、いわゆるフェースダウンの成膜方法により行う必要があった。このため、被処理基板が大きくなった場合には被処理基板の扱いが困難となって、発光素子の生産性が低下してしまう問題が生じていた。
特に、近年のフラットパネルディスプレイは大型化が進んでおり、発光素子(有機EL素子)を用いた表示装置は大型化する傾向にある。このため、発光素子が形成される被処理基板もこれに伴い大型化する傾向にあり、被処理基板の搬送やセッティングなどの扱いが益々困難となってきている。
また、複数の基板処理工程を経て製造される発光素子において、基板処理の工程でフェースダウンとフェースアップの処理が混在していると、被処理基板の搬送やセッティングの工程が複雑となり、発光素子の生産性が低下して製造コストが増大してしまう問題が生じてしまう。
さらに、被処理基板の破損の発生確率が増大し、被処理基板の反り量の管理が困難となって、生産性が低下する問題が生じる懸念があった。
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な発光素子の製造装置と、発光素子の製造方法を提供することを統括的目的としている。
本発明の具体的な課題は、良好な生産性で、有機層を含む複数の層を有する発光素子を製造することが可能な発光素子の製造装置と、良好な生産性で、有機層を含む複数の層を有する発光素子を製造することが可能な発光素子の製造方法を提供することである。
本発明は、上記の課題を、
請求項1に記載したように、 被処理基板上に有機層を含む複数の層を有する発光素子を形成するための基板処理が行われる、複数の処理室を有し、
前記複数の処理室は、それぞれ、前記被処理基板の前記発光素子が形成される素子形成面が、重力方向に対面するようにして前記被処理基板の基板処理が行われるように構成されており、
前記複数の処理室の一つは、同一の処理容器内に複数の成膜原料ガスを前記被処理基板の素子形成面に向けて重力方向に供給する複数の成膜原料ガス供給部を含み、
前記複数の成膜原料ガス供給部は、前記被処理基板の移動方向に沿って配列され、前記配列された複数の成膜原料ガス供給部のうち、最初の成膜原料ガス供給部と最後の成膜原料ガス供給部との間の間隔は、前記被処理基板の長さより短いことを特徴とする発光素子の製造装置により、また、
請求項2に記載したように、
前記複数の処理室が接続されるとともに、該複数の処理室に前記被処理基板を搬送する搬送室を有し、前記搬送室では、前記被処理基板の前記素子形成面が重力方向に対面するように保持されて該被処理基板が搬送されることを特徴とする請求項1記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項3に記載したように、
前記搬送室を複数有することを特徴とする請求項2記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項4に記載したように、
前記複数の処理室は、
前記有機層を成膜するための有機層成膜室と、
前記有機層に電圧を印加するための電極を成膜するための電極成膜室と、を含むことを特徴とする請求項1乃至3のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項5に記載したように、
前記有機層成膜室は、電圧が印加されることで発光する発光層を含む多層構造を有する前記有機層が、蒸着法により、連続的に成膜されるように構成されていることを特徴とする請求項4記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項6に記載したように、
前記有機層成膜室には、
前記被処理基板を保持する保持台と
蒸着のための複数の成膜原料ガスを前記被処理基板上に供給するための複数の成膜原料ガス供給部が設置されていることを特徴とする請求項5記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項7に記載したように、
蒸着の原料を蒸発または昇華させて前記成膜原料ガスを生成する成膜原料ガス生成部と、該成膜原料ガス生成部から前記成膜原料ガス供給部に前記成膜原料ガスを輸送する輸送路を有することを特徴とする請求項6記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項8に記載したように、
複数の前記成膜原料ガス供給部に対応する、複数の前記成膜原料ガス生成部と複数の前記輸送路をそれぞれ有することを特徴とする請求項7記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項9に記載したように、
前記保持台は、成膜に対応して、前記複数の成膜原料ガス供給部の配列に沿って移動されるように構成されていることを特徴とする請求項8記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項10に記載したように、
前記電極成膜室では、互いに対向する2つのターゲットを用いたスパッタリング法により前記電極が成膜されるよう構成されていることを特徴とする請求項4乃至9のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項11に記載したように、
前記複数の処理室は、前記有機層をエッチングしてパターニングするためのエッチング室を含むことを特徴とする請求項1乃至10のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項12に記載したように、
被処理基板の素子形成面に、有機層を含む複数の層を有する発光素子を形成する発光素子の製造方法であって、
複数の処理室でそれぞれ実施される複数の基板処理工程を有し、
前記複数の処理室では、前記素子形成面が、重力方向に対面するようにして前記被処理基板の基板処理が行われ
前記複数の処理室の一つでは、同一の処理容器内において複数の成膜原料ガスが前記被処理基板の素子形成面に向けて同時に重力方向に供給されて多層構造を形成することを特徴とする発光素子の製造方法により、また、
請求項13に記載したように、
前記被処理基板は、前記複数の処理室が接続されるとともに、該複数の処理室に前記被処理基板を搬送する搬送室で、前記素子形成面が重力方向に対面するように保持されて搬送されることを特徴とする請求項12記載の発光素子の製造方法により、また、
請求項14に記載したように、
前記被処理基板は、複数の前記搬送室を介して複数の前記処理室に搬送されることを特徴とする請求項13記載の発光素子の製造方法により、また、
請求項15に記載したように、
前記複数の基板処理工程は、
前記有機層を成膜するための有機層成膜工程と、
前記有機層に電圧を印加するための電極を成膜するための電極成膜工程と、を含むことを特徴とする請求項12乃至14のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造方法により、また、
請求項16に記載したように、
前記有機層成膜工程では、電圧が印加されることで発光する発光層を含む多層構造を有する前記有機層が、蒸着法により連続的に成膜されることを特徴とする請求項15記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項17に記載したように、
前記有機層成膜工程では、
前記被処理基板を保持する保持台と
蒸着のための複数の成膜原料ガスを前記被処理基板上に供給するための複数の成膜原料ガス供給部と、を有する成膜処理室により、前記有機層の成膜が行われることを特徴とする請求項16記載の発光素子の製造方法により、また、
請求項18に記載したように、
前記複数の成膜原料ガス供給部には、蒸着の原料を蒸発または昇華させて前記成膜原料ガスを生成する成膜原料ガス生成部から、当該成膜原料ガスを輸送する輸送路を介して前記成膜原料ガスが供給されることを特徴とすると請求項17記載の発光素子の製造方法により、また、
請求項19に記載したように、
複数の前記成膜原料ガス供給部には、対応する複数の前記成膜原料ガス生成部から、複数の前記輸送路を介して、複数の前記成膜原料ガスがそれぞれ供給されることを特徴とする請求項18記載の発光素子の製造方法により、また、
請求項20に記載したように、
前記保持台は、成膜に対応して、前記複数の成膜原料ガス供給部の配列に沿って移動されることを特徴とする請求項19記載の発光素子の製造方法により、また、
請求項21に記載したように、
前記電極成膜工程では、互いに対向する2つのターゲットを用いたスパッタリング法により前記電極が成膜されることを特徴とする請求項15乃至20のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造装置により、また、
請求項22に記載したように、
前記複数の基板処理工程は、前記有機層をエッチングしてパターニングするためのエッチング工程を含むことを特徴とする請求項12乃至21のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造方法により、解決する。
本発明によれば、良好な生産性で、有機層を含む複数の層を有する発光素子を製造することが可能な発光素子の製造装置と、良好な生産性で、有機層を含む複数の層を有する発光素子を製造することが可能な発光素子の製造方法を提供することが可能となる。
本発明に係る発光素子の製造装置は、被処理基板上に有機層を含む複数の層を有する発光素子を形成するための基板処理が行われる、複数の処理室を有し、前記複数の処理室は、それぞれ、前記被処理基板の前記発光素子が形成される素子形成面が、重力方向に対面するようにして前記被処理基板の基板処理が行われるように構成されていることを特徴としている。
このため、本発明による発光素子の製造装置では、複数の処理室において、被処理基板を、いわゆるフェースアップで処理して発光素子を形成することが可能となる。したがって、上記の発光素子の製造装置では、特に大型の被処理基板への対応が容易となる効果を奏する。
上記の発光素子の製造装置では、大型の被処理基板をフェースダウンで保持する必要が無いため、ESC(静電保持機構)などの、重力に逆らって被処理基板を保持する機構が不要となる。また、フェースダウンの処理とフェースアップの処理が混在することが無いため、被処理基板を裏返して保持するなどの動作が不要となり、大型の被処理基板の破損の確率が減少する。さらに、大型の被処理基板の反り量の管理が容易となり、大型の被処理基板を用いた発光素子の生産性が良好となる効果を奏する。
また、本文中の「フェースアップ処理」とは、被処理基板の発光素子が形成される素子形成面が、重力方向に対面するようにして処理が行われる基板処理のことを意味している。すなわち、成膜、エッチング、表面処理など、基板処理が行われる場合に、被処理基板の処理面が、重力方向に対面する(処理室内で上向きになる)ようになっていることをフェースアップ(基板がフェースアップである)と呼んでいる。
上記の発光素子の製造装置では、例えば、蒸着に係る処理室(成膜室)では、成膜のための原料を蒸発または昇華させて気体よりなる成膜原料を生成し、当該成膜原料を輸送して被処理基板上に供給することで、フェースアップ処理(フェースアップ成膜)が可能になっている。このような製造装置の構成例については後述する。
次に、上記の製造装置による発光素子の製造方法の一例について、図面に基づき手順を追って説明する。
本発明の実施例1による発光素子の製造方法の一例について、図2(A)〜(C)、図3(D)〜(E)、および図4(F)〜(G)に基づき、手順を追って説明する。ただし以下の図中では、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する場合がある。
まず、図2(A)に示す工程において、例えばガラスなどよりなる透明な基板201の素子形成面201A上に、ITOなどの透明な材料よりなる陽電極202と、後の工程で形成される陰電極の引き出し線203とが形成されてなる、いわゆる電極つきの基板を用意する。この場合、前記陽電極202(前記引き出し線203)は、例えばスパッタリング法などにより形成される。
また、前記基板201には、前記素子形成面201A側に、例えばTFTなどの発光素子の発光を制御する制御素子が組み込まれていても良い。例えば、本実施例により形成される発光素子を表示装置に用いる場合には、画素ごとに、例えばTFTなどの制御用の素子が組み込まれる場合が多い。
この場合、TFTのソース電極と上記の陽電極202が接続され、さらにTFTのゲート電極とドレイン電極は、格子状に形成されたゲート線とドレイン線に接続され、画素ごとの表示の制御が行われる。この場合、前記引き出し線203は、所定の制御回路(図示せず)に接続される。このような表示装置の駆動回路は、アクティブマトリクス駆動回路と呼ばれている。なお、本図では、このようなアクティブマトリクス駆動回路の図示は省略している。
次に、図2(B)に示す工程において、前記陽電極202、前記引き出し線203、および前記基板201の上に、該陽電極202、該引き出し線203、および該基板201の素子形成面201Aの露出部を覆うように、発光層(有機EL層)を含む有機層204を、蒸着法により形成する。この場合、蒸着にあたってマスクは用いず、実質的に基板の全面に前記有機層204を形成する。
本工程においては、フェースアップ成膜によって前記有機層204が形成される。フェースアップによる蒸着を行うため、本実施例による発光素子の製造装置は、気体よりなる成膜原料ガスが、まず基板201上まで輸送され、基板201上から当該成膜原料ガスが供給されるように構成されている。このような製造装置の構成については、図5以下で後述する。
次に、図2(C)に示す工程において、前記有機層204上に、例えばAgよりなる陰電極205を、例えばパターンマスクを用いたスパッタリングにより、所定の形状にパターニングして形成する。また、前記陰電極205のパターニングは、前記陰電極205を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いたエッチング法により行ってもよい。また、前記電極205は、Agよりなる層とAlよりなる層の多層構造としてもよい。本工程においても、フェースアップ成膜により前記陰電極205が形成される。
次に、図3(D)に示す工程において、図2(C)に示した工程において形成された、パターニングされた前記陰電極205をマスクにして、例えばプラズマエッチングにより、前記有機層204のエッチングを行って、当該有機層204のパターニングを行う。この工程において、前記有機層204の剥離が必要な領域(例えば前記引き出し線203上や、その他発光層が不要な領域)がエッチングにより除去され、該有機層204のパターニングが行われる。本工程においては、フェースアップによるエッチング(例えばRIE、またはICPによるエッチングなど)により、前記有機層204のパターニングが行われる。
次に、図3(E)に示す工程において、前記陽電極202の一部と、前記有機層204、および前記陰電極205を覆うように、例えば窒化シリコン(SiN)よりなる絶縁性の保護膜206を、パターンマスクを用いたCVD法により、前記基板201上に形成する。また、当該保護膜206は、前記陰電極205の一部が露出する開口部を有するように形成される。本工程においては、フェースアップ成膜により、前記保護膜206が形成される。
次に、図4(F)に示す工程において、前記陰電極205と前記引きだし線203を、当該開口部を介して電気的に接続する接続線205aを、例えばパターンマスクを用いたスパッタリングにより、パターニングして形成する。本工程では、図2(C)に示した工程と同様にして、フェースアップ成膜により前記接続線205aが形成される。
さらに、図4(G)に示す工程において、当該接続線205aと、前記引き出し線203の一部を覆うように、例えば窒化シリコン(SiN)よりなる絶縁性の保護膜206aを、パターンマスクを用いたCVD法により、前記基板201上に形成する。本工程においては、図3(E)の工程と同様にして、フェースアップ成膜により、前記保護膜206aが形成される。
このようにして、前記基板201上に、前記陽電極202と前記陰電極205の間に前記有機層204が形成されてなる、発光素子200を形成することができる。上記の発光素子200は、有機EL素子と呼ばれる場合がある。
前記発光素子200は、前記陽電極202と前記陰電極205の間に電圧が印加されることで、前記有機層204に含まれる発光層に、前記陽電極202から正孔が、前記陰電極205から電子が注入されてそれらが再結合され、発光する構造になっている。
当該発光層は、例えば、多環芳香族炭化水素、ヘテロ芳香族化合物、有機金属錯体化合物等の材料を用いて形成することが可能であり、上記の材料は例えば蒸着法により、形成することが可能である。
また、前記発光層での発光効率が良好となるように、前記有機層204には、当該発光層と前記陽電極202との間に、例えば、正孔輸送層,正孔注入層などが形成されていてもよい。また、当該正孔輸送層,正孔注入層は、そのいずれかが、またはその双方が省略される構造であってもよい。
同様に、前記発光層での発光効率が良好となるように、前記有機層204には、当該発光層と前記陰電極205との間に、例えば、電子輸送層,電子注入層が形成されていてもよい。また、当該電子輸送層,電子注入層は、そのいずれかが、またはその双方が省略される構造であってもよい。
また、前記有機層204と前記陰電極205との界面には、当該界面の仕事関数を調整するため(発光効率を良好とするため)の物質、例えば、Li、LiF、CsCOなどが添加された層が形成されていてもよい。
例えば、前記発光層は、例えば、ホスト材料にアルミノキノリノール錯体(Alq3)、ドーピング材にはルブレンを用いて形成することができるが、これに限定されず、様々な材料を用いて形成することが可能である。
例えば、前記陽電極202の厚さは100nm乃至200nm、前記有機層203の厚さは50nm乃至200nm、前記陰電極204の厚さは50nm乃至300nmに形成される。
また、例えば、前記発光素子200は、表示装置(有機EL表示装置)や、面発光素子(照明・光源など)に適用することができるが、これらに限定されるものではなく、様々な電子機器に用いることが可能である。
上記に説明した、本実施例による発光素子の製造方法を用いれば、当該製造装置で行われる実質的にすべての基板処理の工程をフェースアップで行うことが可能となる。また、上記の発光素子の製造装置では、大型の被処理基板をフェースダウンで保持する必要が無いため、ESC(静電保持機構)などの、重力に逆らって被処理基板を保持する機構が不要となる。また、フェースダウンの処理とフェースアップの処理が混在することが無いため、被処理基板を裏返して保持するなどの動作が不要となり、大型の被処理基板の破損の確率が減少する。さらに、大型の被処理基板の反り量の管理が容易となり、大型の被処理基板を用いた発光素子の生産性が良好となる効果を奏する。
また、本実施例による発光素子の製造方法では、前記有機層204のパターニングをエッチングにより行っていることが特徴である。このため、従来のように有機層の成膜にマスク蒸着法を用いる必要が無くなる。このため、マスク蒸着法に起因する様々な問題を回避することができる。例えば、蒸着時のマスクの温度上昇によるマスク変形に起因する、蒸着膜(有機層204)のパターニング精度の低下の問題を回避することができる。また、マスク蒸着に起因するパーティクルの発生を抑制することが可能となり、高品質の発光素子を、歩留まりを良好に製造することが可能となる。
また、前記陽電極205をマスクにして前記有機層204をエッチングしているため、例えば隣接する陰電極205の間の有機層104は除去されることになる。しかし、表示のための発光は当該陰電極205と前記陽電極202に挟まれた領域で生じるため、表示上問題が生じることは無く、表示品質は通常の表示装置と同様に良好である。すなわち、当該陰電極205をマスクにしたエッチングは、表示(発光)のための有機層(発光層)が確実に確保(マスク)され、保護されるとともに製造方法が単純であり、好適な方法である。このような有機層のエッチングのための処理室についても、先に説明したようにフェースアップによる処理が可能なように構成されている(図8で後述)。
上記の発光素子の製造方法を実施する製造装置は、例えば、図2(A)〜(C)、図3(D)〜(E)、および図4(F)〜(G)のそれぞれの工程に対応した処理室(例えば成膜室など)を有している。次に、これらの処理室の構成の例について説明する。
図5は、発光素子の製造装置に係る処理室(成膜室)EL1を模式的に示した図である。前記処理室EL1は、図2(B)に示した、有機層の蒸着による成膜の工程を実施するための処理室(成膜室)である。
図5を参照するに、前記成膜室EL1は、内部に被処理基板W(図2(A)の基板201に相当)を保持する保持台312を有する処理容器311を有している。前記処理容器311内は、真空ポンプ(図示せず)が接続された排気ライン311Aにより排気され、減圧状態とされる構造になっている。
前記処理容器311の外側には、例えば固体または液体よりなる蒸着の原料321を蒸発または昇華させて、成膜原料ガス(気体原料)を生成する成膜原料ガス生成部322Aが設置されている。
前記成膜原料ガス生成部322Aは、原料容器319、およびキャリアガス供給ライン320を有している。前記原料容器319に保持された成膜原料321は、図示を省略するヒータなどにより加熱され、その結果成膜原料ガス(気体原料)が生成される。生成された成膜原料ガスは、キャリアガス供給ライン320から供給されるキャリアガスとともに、輸送路318A内を輸送されて、前記処理容器311に設置された成膜原料ガス供給部317Aに供給される構造になっている。前記成膜原料ガス供給部317Aに輸送された成膜原料ガスは、前記処理容器311内の前記被処理基板Wの近傍へと供給され、被処理基板W上に成膜(蒸着)が行われる構造になっている。
すなわち、上記の構造では、フェースアップ成膜によって前記有機層204が形成可能になっている。例えば、従来の発光素子の製造装置では、例えば蒸着法を用いて成膜を行う場合、処理容器内の蒸着源から蒸発または昇華する原料を被処理基板に成膜させるため、被処理基板の成膜面を下に向けた、いわゆるフェースダウンの成膜方法により行う必要があった。このため、被処理基板が大きくなった場合には被処理基板の扱いが困難となって、発光素子の生産性が低下してしまう問題が生じていた。
一方、上記の処理室では、フェースアップによる成膜が可能に構成されているため、大型の被処理基板への対応が容易となる効果を奏する。このため、発光素子の生産性が良好となり、製造コストが抑制される効果を奏する。
前記成膜原料ガス供給部317Aは、前記輸送路318Aが接続された、例えば円筒状または筐体状の供給部本体314を有し、その内部に成膜原料ガスの流れを制御する整流板315が設置されている。さらに、前記供給部本体314の、被処理基板Wに面する側には、例えば多孔質の金属材料(金属フィルタ)よりなるフィルタ板316が設置されている。
また、前記処理容器311には、前記成膜原料ガス供給部317Aと同様の構造を有する成膜原料ガス供給部317B〜317Fが、該成膜原料ガス供給部317Aとともに直線上に配列されている。また、前記成膜原料ガス供給部317B〜317Fは、それぞれ輸送路318B〜318Fを介して、それぞれ成膜原料ガス生成部322B〜322Fに接続されている。前記成膜原料ガス生成部322B〜322Fは、前記成膜原料ガス生成部322Aと同様の構造を有している。
また、前記保持台312は、前記成膜原料ガス供給部317A〜317Fからの複数の成膜原料ガスの供給に対応して、移動可能に構成されている。例えば、前記保持台312は、前記処理容器311の底面に設置された、移動レール313上を、成膜原料ガス供給部の配列に沿って平行に移動可能に構成されている。
この場合、前記成膜原料ガス供給部317A〜317Fからの複数の成膜原料ガスの供給に対応して、前記保持台312が移動されることによって、前記被処理基板W上には、多層構造よりなる有機層が、フェースアップ成膜により形成される。
また、前記処理容器311には、搬送室(後述)に接続される側に、ゲートバルブ311a、311bが設けられている。当該ゲートバルブ311aまたは当該ゲートバルブ311bを開放することにより、前記被処理基板Wの前記処理容器311内への搬入や、または、前記被処理基板Wの前記処理容器311内からの搬出が可能になる。
例えば、従来のクラスター構造の発光素子の製造装置では、多層構造よりなる有機層は、複数のフェースダウン成膜の処理室により成膜されていた。そのため、有機層の成膜のために多くの処理室が必要となる問題があった。また、製造装置が大型化・複雑化するとともに、大型の被処理基板の搬送が困難となる問題を有していた。一方、本実施例では、多層構造よりなる有機層を、1つの処理室において、フェースアップ成膜により連続的に成膜することが可能となっている。このため、製造装置の構造が単純となるとともに、製造装置を小型化することが容易となっている。
また、図6は、発光素子の製造装置に係る処理室(成膜室)SP1を模式的に示した図である。前記処理室SP1は、図2(C)に示した、スパッタリングによる陰電極の成膜の工程を実施するための処理室(成膜室)である。また、上記の処理室SP1によって、図4(F)に示した工程を実施することも可能である。
図6を参照するに、前記成膜室SP1は、内部に被処理基板Wを保持する保持台332を有する処理容器331を有している。前記処理容器331内は、真空ポンプが接続された排気ライン(図示せず)により排気され、減圧状態とされる構造になっている。前記保持台332は、前記処理容器331の底面に設置された、移動レール338上を、平行に移動可能に構成されている。
また、前記処理容器331の前記保持台332に対向する側には、それぞれ電源334、336に接続された、ターゲット333、335が設置されている。さらに、前記処理容器331内にArなどのスパッタリングのためのガスを供給するガス供給部337が、前記処理容器331の側面に設置されている。
また、前記処理容器331には、搬送室(後述)に接続される側に、ゲートバルブ331aが設けられている。当該ゲートバルブ331aを開放することにより、前記被処理基板Wの前記処理容器331a内への搬入や、または、前記被処理基板Wの前記処理容器331内からの搬出が可能になる。
上記の処理室では、例えばターゲット333、335の材料を様々に選択することによって、様々な材料を成膜することができる。例えば、AgとAlを、連続的にスパッタリング法によって成膜することが可能になる。この場合、有機層上にまずAg層が形成され、該Ag層上にAl層が形成される。この場合、Ag層とAl層よりなる陰電極を形成することが可能となる。上記の処理室においても、フェースアップ成膜により陰電極を形成することが可能になっている。
また、上記の処理室を用いて、有機層と陰電極の間に発光効率を良好とするための層を形成することも可能である。例えば、有機層と金属電極を用いた発光素子においては、有機層と電極の間の仕事関数の差によって発光効率が低下してしまう場合がある。このような発光効率の低下を抑制するために、有機層と電極の間(すなわち有機層上)に、例えば所定の金属を含む層(例えば金属層、または金属化合物層など)を形成する場合がある。
このような、発光効率の低下を抑制するための層(仕事関数調整層)としては、例えば、Li、LiF、CsCOなどよりなる層を用いることができる。
また、例えばボトムエミッションタイプの発光素子を製造する場合、上層に形成される陰電極(トップカソード)を構成する材料は、発光の反射率が良好である材料を用いることが好ましく、例えば、Agを用いることが好ましい。また、陰電極にAgを用いた場合には、前記仕事関数調整層としては、Li層を用いることが好ましい。
また、例えばスパッタリング法による成膜においては、2つのターゲットを平行に設置することにより、成膜対象(例えば有機層)に与えるダメージを抑制することも可能である。
図7は、上記の処理室SP1の変形例である、処理室SP1Aの構成を模式的に示す図である。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図5を参照するに、前記処理室SP1Aの処理容器331内には、それぞれに電圧が印加されるターゲット340A,340Bが互いに対向するように設置されている。
前記基板保持台332上に設置された、2つの前記ターゲット340A,340Bは、それぞれ、前記基板保持台332が移動する方向と略直交する方向に延伸した構造を有し、互いに対向するようにして設置されている。
また、前記処理容器331内には、前記ターゲット340A,340Bの間の空間331Aに、例えばArなどのスパッタリングのための処理ガスを供給するガス供給手段341が設置されている。当該処理ガスは、当該ターゲット340A,340Bに電源342より電圧が印加されることでプラズマ励起される。
前記処理室SP1Aにおいては、前記ターゲット340A,340Bに、それぞれ、電源342より電力が印加されることで、当該空間331Aにプラズマが励起され、ターゲットがスパッタリングされることで、前記被処理基板W上に成膜が行われる。
上記の処理室SP1Aにおいては、被処理基板Wが、プラズマが励起される空間(空間331A)から離間しており、成膜対象が、プラズマ励起に伴う紫外線や、スパッタ粒子の衝突によるダメージの影響を受けにくい特徴がある。このため、上記の処理室SP1Aを用いると、成膜対象となる有機層上に与えるダメージを抑制しながら、陰電極(Ag、Al)や仕事関数調整層(Liなど)を成膜することが可能となる。
また、図8は、発光素子の製造装置に係る処理室(エッチング処理室)ET1を模式的に示した図である。前記処理室ET1は、図3(D)に示した、有機層のエッチングによるパターニングの工程を実施するための処理室である。
図8を参照するに、前記処理室ET1は、組み合わせられることで内部に内部空間500Aが画成される処理容器501、502を有し、当該内部空間500Aには、アース板506と、基板保持台505が対向して設置された構造を有している。前記内部空間500Aは、排気ポンプなどの排気手段(図示せず)が接続された排気ライン509より排気され、所定の減圧状態に保持される構造になっている。
また、前記処理容器501は例えば金属より、前記処理容器502は誘電体より構成されている。前記処理容器502の外側には、高周波電源504より高周波電力が印加されるコイル503が設置されている。また、前記基板保持台505には、高周波電源510より高周波電力が印加される構造になっている。
前記内部空間500Aには、ガス供給手段508より、例えばN/Arなどのエッチングのための処理ガスが供給される。当該処理ガスは、前記コイル503に高周波電力が印加されることでプラズマ励起される。このようなプラズマを高密度プラズマ(例えば、ICP)と呼ぶ場合がある。高密度プラズマにより解離された処理ガスにより、図3(D)に示した工程を実施する(前記有機層204を、前記陰電極205をマスクにしてエッチングする)ことができる。
また、前記処理容器501には、搬送室(後述)に接続される側に、ゲートバルブ5007が設けられている。当該ゲートバルブ507を開放することにより、前記被処理基板Wの前記処理容器501内への搬入や、または、前記被処理基板Wの前記処理容器501内からの搬出が可能になる。
上記の処理室においては、フェースアップでのエッチングにより、前記有機層204のパターニングが可能になっている。
例えば、前記陰電極205がAgを含む場合には、例えば前記処理ガスとして窒素(N)を用いることが好ましい。例えば、窒素は上記の酸素や水素に比べてAgなどの金属を腐食させる影響が少なく、また効率的に前記有機層204をエッチングすることが可能である。
また、処理ガスを解離する、エッチング装置のプラズマは、窒素を高効率で解離する、いわゆる高密度プラズマを用いることが好ましいが、高密度プラズマはICPに限定されず、例えばマイクロ波プラズマなどを用いても同様の結果を得ることができる。
また、例えば、平行平板プラズマを用いたエッチング(例えばRIEなど)により、有機層をパターニングしてもよい。
また、図9は、発光素子の製造装置に係る処理室(CVD成膜室)CVD1を模式的に示した図である。前記処理室CVD1は、図3(E)に示した、保護層の成膜を実施するための処理室である。また、上記の処理室CVD1によって、図4(G)に示した工程を行うことも可能である。
図9を参照するに、前記処理室CVD1は、内部に被処理基板Wを保持する保持台305が設置された処理容器301を有している。前記処理容器301内は、真空ポンプ(図示せず)が接続された排気ライン301Aにより排気され、減圧状態とされる構造になっている。前記処理容器301は、例えば略円筒状の下部容器301Aの一端の開口部に、蓋部301Bが設置された構造を有している。前記蓋部302には、例えば略円盤状のアンテナ302が設置され、当該アンテナ302には、電源303からマイクロ波が印加される構造になっている。
また、前記アンテナ302と前記保持台305の間には、処理容器内に成膜のための成膜原料ガスを供給するガス供給部304が設置されている。前記ガス供給部304は、例えば格子状に形成され、当該格子の穴からマイクロ波が通過する構造となっている。
このため、前記ガス供給部304から供給された成膜原料ガスは、前記アンテナ302から供給されるマイクロ波によってプラズマ励起され、前記保持台305上に保持される被処理基板W上に保護層(SiN層)の成膜が行われる。
また、前記処理容器301には、搬送室(後述)に接続される側に、ゲートバルブ3001aが設けられている。当該ゲートバルブ301aを開放することにより、前記被処理基板Wの前記処理容器301a内への搬入や、または、前記被処理基板Wの前記処理容器301a内からの搬出が可能になる。
上記の処理室においては、フェースアップでの成膜によって、前記保護層206、206aの成膜を行うことが可能になっている。
次に、先に説明した処理室EL1,SP1,ET1,CVD1を有する発光素子の製造装置のレイアウトの一例について説明する。
図10は、実施例1による発光素子の製造装置1のレイアウトを模式的に示す図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。図10を参照するに、本実施例による発光素子の製造装置1は、複数の処理室が接続される、複数の搬送室TM1,TM2,TM3,TM4を有している。
上記の搬送室TM1,TM2,TM3,TM4は、内部が減圧状態となるような真空ポンプ(図示せず)が接続されるとともに、内部に搬送アームなどの被処理基板の搬送手段(図示せず)を有している。このため、減圧状態で被処理基板を搬送することが可能に構成されている。この場合、被処理基板は、フェースアップの状態で搬送される。
また、これらの搬送室TM1,TM2,TM3,TM4は、例えば直線上に配列され、被処理基板を処理するための複数の処理室がそれぞれ接続された構成になっている。また、前記搬送室TM1,TM2,TM3,TM4は、平面視した場合に六角形状となっており、六角形の各辺(接続面)に処理室が接続される構造になっている。
前記搬送室TM1には、被処理基板が投入されるロードロック室L1と、被処理基板の表面処理(クリーニングなど)を行うクリーニング処理室CLN1、CLN2が接続されている。さらに、当該搬送室TM1には、先に図5で説明した、有機層を成膜するための処理室EL1が接続されている。
また、当該処理室EL1の、前記搬送室TM1と接続された側の反対側は、当該搬送室TM1と隣接する前記搬送室TM2に接続されている。前記搬送室TM2の他の接続面には、先に図6で説明した処理室SP1と、該SP1と同様の構造を有する処理室SP2、被処理基板へのマスクの装着・脱着を行うマスク処理室M1、ロードロック室L2が接続されている。
また、当該ロードロック室L2の、前記搬送室TM2と接続された側の反対側は、当該搬送室TM2と隣接する前記搬送室TM3に接続されている。前記搬送室TM3の他の接続面には、前記処理室SP1、SP2と同様の構造を有する処理室SP3、先に8で説明した処理室ET1、前記マスク処理室M1と同様の構造を有するマスク処理室M2、さらに、前記ロードロック室L2と同様の構造を有するロードロック室L2が接続されている。
また、当該ロードロック室L3の、前記搬送室TM3と接続された側の反対側は、当該搬送室TM3と隣接する前記搬送室TM4に接続されている。前記搬送室TM4の他の接続面には、前記マスク処理室M2と同様の構造を有するマスク処理室M3、M4、先に図9で説明した処理室CVD1、該処理室CVD1と同様の構造を有する処理室CVD2、さらに、前記ロードロック室L1と同様の構造を有するロードロック室L4が接続されている。
上記の発光素子の製造装置では、被処理基板W(図2(A)に示した基板201)は、前記ロードロック室L1から投入される。そこで、上記の搬送室TM1〜TM4の、図示を省略する搬送手段(搬送アームなど)によって、複数の処理室の間を搬送され、当該複数の処理室によって基板処理が行われる。そこで、図2(B)〜図4(G)に示した処理が行われ、被処理基板の素子形成面に発光素子が形成される。発光素子が形成された被処理基板は、前記ロードロック室L4から製造装置の外に排出される。
この場合、図2(B)に示した工程は前記処理室EL1で、図2(C)に示した工程は前記処理室SP1、SP2、SP3のいずれかで、図3(D)に示した工程は、前記処理室ET1で、図2Eに示した工程は前記処理室CVD1,CVD2のいずれかで、図4(F)に示した工程は前記処理室前記処理室SP1、SP2、SP3のいずれかで、図4(G)に示した工程は前記処理室CVD1、CVD2のいずれかで実施される。
また、必要に応じて、図2(B)に示した工程の前に前記処理室CLN1、CLN2のいずれかでクリーニング工程を実施してもよい。また、必要に応じて上記の工程の前後で、前記マスク処理室M1〜M4において、被処理基板へのマスクの装着、または脱着が行われる。
上記の発光素子の製造装置1の処理室では、いずれもフェースアップによる処理が可能に構成されているため、大型の被処理基板への対応が容易となる効果を奏する。また、本実施例による発光素子の製造装置では、すべての処理室と搬送室において基板の向きがフェースアップに統一されており、被処理基板の搬送やセッティングが容易となっている。
このため、発光素子の製造装置の構造を単純にすることが可能となり、また、発光素子の生産性が良好となって、製造コストが抑制される効果を奏する。
さらに、被処理基板の破損の発生が抑制され、また、被処理基板の反り量の管理が容易となって、生産性が良好となる効果も奏する。
特に、近年のフラットパネルディスプレイは大型化が進んでおり、発光素子(有機EL素子)用いた表示装置は大型化する傾向にある。このため、発光素子が形成される被処理基板もこれに伴い大型化する傾向にある。本実施例による発光素子の製造装置では、これらの被処理基板の大型化に対応し、大型の被処理基板の搬送やセッティングなどの操作性・信頼性に優れた特徴を有している。
また、本発明による発光素子の製造装置は、上記の構造に限定されず、様々に変形・変更することが可能である。
図11は、本発明の実施例2による発光素子の製造装置2のレイアウトを模式的に示す図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。図11を参照するに、本実施例による発光素子の製造装置2では、実施例1の前記搬送室TM1に相当する搬送室TM1Aが、平面視した場合に五角形状となっている。また、当該搬送室TM1Aには、前記搬送室TM1の場合と同様に、前記ロードロック室L1、クリーニング処理室CLN1、CLN2、および前記処理室EL1が接続されている。
また、実施例1の前記搬送室TM2、TM3に相当する搬送室TM2A、TM3Aについても、前記搬送室TM1Aと同様に平面視した場合に五角形状となっている。また、搬送室に接続される処理室は、実施例1の場合と同様である。すなわち、前記搬送室TM2Aには、前記処理室EL1、SP1、SP2、前記マスク処理室M1、前記ロードロック室L2が接続されている。また、前記搬送室TM3Aには、前記処理室ET1、SP3、前記マスク処理室M2、前記ロードロック室L2、L3が接続されている。
本実施例による発光素子の製造装置2においても、実施例1の発光素子の製造装置1の場合と同様にして、発光素子の製造を行うことが可能であり、実施例1の場合と同様の効果を奏する。本実施例の場合、搬送室の形状が異なるため、複数の搬送室(搬送室TM1A、TM2A、TM3A、TM4)が直線上に配列されていない。このように、複数の搬送室は、必ずしも直線上に配列される場合に限定されず、様々に配置して発光素子の製造装置を構成することが可能である。
図12は、本発明の実施例3による発光素子の製造装置3のレイアウトを模式的に示す図である。ただし、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する。図12を参照するに、本実施例による発光素子の製造装置3では、実施例1の前記搬送室TM1、TM2、TM3、TM4にそれぞれ相当する搬送室TM5、TM6、TM7、TM8が、平面視した場合に八角形状となっている。それぞれの搬送室TM6〜TM8に接続される処理室は、実施例1の搬送室TM1〜TM4の場合と同様である。
前記搬送室TM5には、前記ロードロック室L1、クリーニング処理室CLN1、CLN2、および前記処理室EL1が接続されている。前記搬送室TM6には、前記処理室EL1、SP1、SP2、前記マスク処理室M1、前記ロードロック室L2が接続されている。前記搬送室TM7には、前記処理室ET1、SP3、前記マスク処理室M2、前記ロードロック室L2、L3が接続されている。また、前記搬送室TM8には、前記処理室CVD1、CVD2、前記マスク処理室M3、M4、前記ロードロック室L3、L4がそれぞれ接続されている。
本実施例による発光素子の製造装置3においても、実施例1の発光素子の製造装置1の場合と同様にして、発光素子の製造を行うことが可能であり、実施例1の場合と同様の効果を奏する。
このように、搬送室の形状や、または搬送室の接続面に接続される処理室の位置は、様々に変形・変更することが可能である。また、接続される処理室の個数は、生産性と製造装置に係るコストを鑑みて、様々に変更することが可能である。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
本発明によれば、良好な生産性で、有機層を含む複数の層を有する発光素子を製造することが可能な発光素子の製造装置と、良好な生産性で、有機層を含む複数の層を有する発光素子を製造することが可能な発光素子の製造方法を提供することが可能となる。
従来の発光素子の製造装置の例である。 (A)〜(C)は、実施例1による発光素子の製造方法を示す図(その1)である。 (D)〜(E)は、実施例1による発光素子の製造方法を示す図(その2)である。 (F)〜(G)は、実施例1による発光素子の製造方法を示す図(その3)である。 実施例1による発光素子の製造装置を示す図(その1)である。 実施例1による発光素子の製造装置を示す図(その2)である。 実施例1による発光素子の製造装置を示す図(その3)である。 実施例1による発光素子の製造装置を示す図(その4)である。 実施例1による発光素子の製造装置を示す図(その5)である。 実施例1による発光素子の製造装置のレイアウトを示す図である。 実施例2による発光素子の製造装置のレイアウトを示す図である。 実施例3による発光素子の製造装置のレイアウトを示す図である。
符号の説明
200 発光素子
201 基板
201A 素子形成面
202 陽電極
203 引き出し線
204 有機層
205 陰電極
205a 引き出し線
206,206a 保護層
EL1,SP1,SP2,SP3,ET1,CVD1,CVD2 処理室
CNL1,CLN2 クリーニング処理室
M1,M2,M3,M4 マスク搬送室
L1,L2,L3,L4 ロードロック室
TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM6,TM7,TM8,TM1A,TM2A,TM3A 搬送室

Claims (22)

  1. 被処理基板上に有機層を含む複数の層を有する発光素子を形成するための基板処理が行われる、複数の処理室を有し、
    前記複数の処理室は、それぞれ、前記被処理基板の前記発光素子が形成される素子形成面が、重力方向に対面するようにして前記被処理基板の基板処理が行われるように構成されており、
    前記複数の処理室の一つは、同一の処理容器内に複数の成膜原料ガスを前記被処理基板の素子形成面に向けて重力方向に供給する複数の成膜原料ガス供給部を含み、
    前記複数の成膜原料ガス供給部は、前記被処理基板の移動方向に沿って配列され、前記配列された複数の成膜原料ガス供給部のうち、最初の成膜原料ガス供給部と最後の成膜原料ガス供給部との間の間隔は、前記被処理基板の長さより短いことを特徴とする発光素子の製造装置。
  2. 前記複数の処理室が接続されるとともに、該複数の処理室に前記被処理基板を搬送する搬送室を有し、前記搬送室では、前記被処理基板の前記素子形成面が重力方向に対面するように保持されて該被処理基板が搬送されることを特徴とする請求項1記載の発光素子の製造装置。
  3. 前記搬送室を複数有することを特徴とする請求項2記載の発光素子の製造装置。
  4. 前記複数の処理室は、
    前記有機層を成膜するための有機層成膜室と、
    前記有機層に電圧を印加するための電極を成膜するための電極成膜室と、を含むことを特徴とする請求項1乃至3のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造装置。
  5. 前記有機層成膜室は、電圧が印加されることで発光する発光層を含む多層構造を有する前記有機層が、蒸着法により、連続的に成膜されるように構成されていることを特徴とする請求項4記載の発光素子の製造装置。
  6. 前記有機層成膜室には、
    前記被処理基板を保持する保持台と
    蒸着のための複数の成膜原料ガスを前記被処理基板上に供給するための複数の成膜原料ガス供給部が設置されていることを特徴とする請求項5記載の発光素子の製造装置。
  7. 蒸着の原料を蒸発または昇華させて前記成膜原料ガスを生成する成膜原料ガス生成部と、該成膜原料ガス生成部から前記成膜原料ガス供給部に前記成膜原料ガスを輸送する輸送路を有することを特徴とする請求項6記載の発光素子の製造装置。
  8. 複数の前記成膜原料ガス供給部に対応する、複数の前記成膜原料ガス生成部と複数の前記輸送路をそれぞれ有することを特徴とする請求項7記載の発光素子の製造装置。
  9. 前記保持台は、成膜に対応して、前記複数の成膜原料ガス供給部の配列に沿って移動されるように構成されていることを特徴とする請求項8記載の発光素子の製造装置。
  10. 前記電極成膜室では、互いに対向する2つのターゲットを用いたスパッタリング法により前記電極が成膜されるよう構成されていることを特徴とする請求項4乃至9のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造装置。
  11. 前記複数の処理室は、前記有機層をエッチングしてパターニングするためのエッチング室を含むことを特徴とする請求項1乃至10のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造装置。
  12. 被処理基板の素子形成面に、有機層を含む複数の層を有する発光素子を形成する発光素子の製造方法であって、
    複数の処理室でそれぞれ実施される複数の基板処理工程を有し、
    前記複数の処理室では、前記素子形成面が、重力方向に対面するようにして前記被処理基板の基板処理が行われ
    前記複数の処理室の一つでは、同一の処理容器内において複数の成膜原料ガスが前記被処理基板の素子形成面に向けて同時に重力方向に供給されて多層構造を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
  13. 前記被処理基板は、前記複数の処理室が接続されるとともに、該複数の処理室に前記被処理基板を搬送する搬送室で、前記素子形成面が重力方向に対面するように保持されて搬送されることを特徴とする請求項12記載の発光素子の製造方法。
  14. 前記被処理基板は、複数の前記搬送室を介して複数の前記処理室に搬送されることを特徴とする請求項13記載の発光素子の製造方法。
  15. 前記複数の基板処理工程は、
    前記有機層を成膜するための有機層成膜工程と、
    前記有機層に電圧を印加するための電極を成膜するための電極成膜工程と、を含むことを特徴とする請求項12乃至14のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造方法。
  16. 前記有機層成膜工程では、電圧が印加されることで発光する発光層を含む多層構造を有する前記有機層が、蒸着法により連続的に成膜されることを特徴とする請求項15記載の発光素子の製造装置。
  17. 前記有機層成膜工程では、
    前記被処理基板を保持する保持台と
    蒸着のための複数の成膜原料ガスを前記被処理基板上に供給するための複数の成膜原料ガス供給部と、を有する成膜処理室により、前記有機層の成膜が行われることを特徴とする請求項16記載の発光素子の製造方法。
  18. 前記複数の成膜原料ガス供給部には、蒸着の原料を蒸発または昇華させて前記成膜原料ガスを生成する成膜原料ガス生成部から、当該成膜原料ガスを輸送する輸送路を介して前記成膜原料ガスが供給されることを特徴とすると請求項17記載の発光素子の製造方法。
  19. 複数の前記成膜原料ガス供給部には、対応する複数の前記成膜原料ガス生成部から、複数の前記輸送路を介して、複数の前記成膜原料ガスがそれぞれ供給されることを特徴とする請求項18記載の発光素子の製造方法。
  20. 前記保持台は、成膜に対応して、前記複数の成膜原料ガス供給部の配列に沿って移動されることを特徴とする請求項19記載の発光素子の製造方法。
  21. 前記電極成膜工程では、互いに対向する2つのターゲットを用いたスパッタリング法により前記電極が成膜されることを特徴とする請求項15乃至20のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造装置。
  22. 前記複数の基板処理工程は、前記有機層をエッチングしてパターニングするためのエッチング工程を含むことを特徴とする請求項12乃至21のうち、いずれか1項記載の発光素子の製造方法。
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