JP4338335B2 - Vacuum deposition equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の形成に用いられる真空蒸着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属、半導体あるいは絶縁体の薄膜を積層してなるトランジスタなどの薄膜積層型デバイスは、多くの電気製品に用いられている。これらの薄膜積層型デバイスを構成する薄膜の形成には、真空蒸着法、スパッタリング法など様々な薄膜形成方法が用いられる。また形成される薄膜は、マスク法あるいはフォトリソグラフィー法などのパターニングにより、デバイスあるいは回路配線に必要な形状に設定される。
【0003】
薄膜積層型デバイスのうち、有機物のエレクトロルミネッセンス現象を利用した有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と記載する)は、自己発光型の素子であり、それを用いた表示装置は視認性が良く、そして低消費電力であるために次世代の表示装置として期待されている。有機EL素子は、基板上に陽電極層、有機発光材料を含む発光層(以下、有機発光層という)、そして陰電極層を含む機能層が形成されてなる。各層の薄膜を形成する順序は前記の順序と逆でもよい。そして陽電極層から正孔を、陰電極層から電子を、有機発光層に注入して、電子と正孔とを有機発光層内で再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させて、この励起子が失活する際の光の放出(蛍光、燐光)により発光する素子である。また必要に応じて、発光層と陽電極層の間に正孔輸送層、発光層と陰電極層の間に電子輸送層、あるいはそれらの両方が設けられる。
このような有機物を含む薄膜積層型デバイスにおいては、薄膜の形成には真空蒸着法が、薄膜の形状の設定にはマスク法が用いられる場合が多い。
【0004】
真空蒸着法は、蒸発源(金属、半導体、絶縁体など)を高温で蒸発させ、これを基板の表面に付着させて薄膜を形成する方法である。半導体デバイスの作製においては、薄膜の形成にはスパッタリング法を用いることが多い。しかし、スパッタリング法により有機物を含む薄膜を形成すると、形成途中の薄膜に高エネルギーの分子が衝突するため、膜にダメージを与えてしまう。従って有機EL素子を構成する有機物を含む薄膜(有機発光層、正孔輸送層、電子輸送層)は、真空蒸着法あるいはスピンコート法により形成するのが一般的である。なかでも真空蒸着法は、薄膜中に不純物が混入し難いために好ましい薄膜の形成方法である。
【0005】
マスク法では、必要な薄膜の形状で開口部が設けられた金属の薄板などからなるマスクを用いる。マスク法によるパターニングでは、マスクを基板の上に密着させ、その上に薄膜を形成する。マスクは、基板表面における蒸着領域を規定する。次いでマスクを取り除くことで、マスクの上に形成された膜は取り除かれ、薄膜の形状(蒸着パターン)が設定される。有機物を含む薄膜は、有機溶剤、酸、アルカリなどの薬品に弱く、半導体デバイスの作製において広く用いられているフォトリソグラフィー法によりパターニングをすることが困難である。従って有機EL素子を構成する薄膜は、一般にマスク法により形状が設定される。このマスク法において、製膜時にマスクと基板が充分に密着していないと、マスクと基板の間に蒸着材料(蒸発源)の分子が入り込み、薄膜の微細な形状を設定することが困難となる。特に有機EL素子を発光表示装置へ応用する場合、優れた表示品位を得るために画素サイズ(有機EL素子の大きさ)を小さくする必要があるので、基板とマスクとを充分に密着させることが重要となる。
【0006】
真空蒸着法により薄膜を形成する装置は、真空蒸着装置と呼ばれている。図1は、一般的な真空蒸着装置の一例の構成を模式的に示す配置図である。真空蒸着装置は、真空系に接続された真空容器1の内部に、蒸発源容器2と基板ホルダ3を配置してなる。蒸発源容器2には、蒸発源4が収容される。そして基板ホルダ3には、薄膜が形成される基板5、そして蒸着領域を規定するマスク6が取り付けられる。真空容器1には、真空容器の内部を減圧するために用いる真空ポンプ7および排気バルブ8などからなる真空系が接続されている。そして蒸発源容器2には、加熱電源9を接続する。
【0007】
図1に示すように、一般的な真空蒸着装置においては、蒸発源容器2が真空容器内部の(重力方向に沿って)下方に、そして基板ホルダ3が真空容器内部の上方に配置される。これは、蒸発源容器を上方に、基板ホルダを下方に配置すると、蒸発源容器から、蒸発する前の蒸着材料(固体)、あるいは加熱されて液体になった蒸着材料が基板表面に落下して、均一な薄膜の形成が困難となるからである。
【0008】
薄膜の形成および薄膜の形状の設定は、まず蒸発源容器2に蒸発源4を収容し、また基板フォルダ3に、薄膜を付着させる基板5を固定する。さらにマスク法により薄膜の形状を設定するために、基板5の上に必要な薄膜の形状で開口部が設けられたマスク6を密着させて固定する。そして真空容器1の内部を真空ポンプ7により減圧して真空状態にした後、蒸発源容器2の内部に収容した蒸発源4を加熱する。加熱により蒸発した分子は、真空容器1の内部を基板5の方向に(図1に示した一般的な真空蒸着装置においては、下方から上方へ)飛行し、そして基板5の表面に付着(蒸着)して薄膜となる。従来、有機EL素子もこのような構成の真空蒸着装置により作製されていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、有機EL素子の各層の形成においては、薄膜の形成には真空蒸着法、そして薄膜の形状の設定にはマスク法を用いることが一般的である。ところが図1に模式的に示したように、従来の真空蒸着装置の基板フォルダ3に、基板5、そしてマスク6を取り付けると、マスク6の自重により基板5とマスク6との間に僅かに隙間が生じる場合がある。この状態で薄膜を形成すると、基板5とマスク6の隙間に蒸着材料の分子が回り込み、薄膜は必要な形状よりも僅かに大きく形成されてしまう。また、寸法の大きな基板あるいはプラスチックフィルムのような柔軟な基板を用いると、同様に基板の自重により基板がたわみ、さらにマスクの自重によるたわみも加わって、基板とマスクの密着性はさらに悪化する傾向にある。
【0010】
これまでの有機EL素子の製造においては、基板とマスクの密着性は問題とならない程度であった。しかし近年、携帯型電話機に用いられる表示装置に代表されるように、表示装置には高画質そして低価格であることが望まれている。表示装置を高画質にするには、画素サイズ、即ち有機EL素子の大きさを小さくする必要がある。有機EL素子の大きさを小さくするには、有機EL素子の各層の薄膜の形状をこれまでより精度良く設定する必要があり、基板とマスクの密着性が問題となる。そして表示装置を低価格とするには、同一の大きな基板上に複数個の表示装置を作製して生産の効率を高める必要がある。大きな基板を用いると、基板やマスクのたわみ量も大きくなり、基板とマスクの密着性が問題となる。表示装置の画面サイズを大型化する場合も、大きな基板とマスクを用いる必要があるので、同様に基板とマスクの密着性が問題となる。また、蒸着に用いるマスクの厚みは薄いほうが好ましい。マスクが厚いと、蒸発源容器から蒸発した蒸着材料の分子が、マスクの開口部の縁の部分で陰になる基板表面には付着し難いからである。厚みの薄いマスクは、剛性が小さいのでたわみを生じ易く、同様に基板とマスクの密着性が問題となる。
本発明の目的は、基板とマスクの優れた密着性が得られ、薄膜の形状を精度良く設定できる真空蒸着装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、真空蒸着装置の真空容器内部に配置される蒸発源容器や基板ホルダの配置を工夫することで、基板とマスクの密着性に優れる真空蒸着装置を提供できることを見出した。
本発明は、真空系に接続された真空容器の内部に、蒸発源容器と基板ホルダとを、水平方向に沿って互いに対面させ、かつ該基板ホルダの蒸発源容器に対面する側の表面を上向きに傾斜した状態に配置させてなる、基板上に陽電極層、有機発光材料を含む発光層、そして陰電極層を含む機能層が形成された有機エレクトロルミネッセンス素子製造用の真空蒸着装置にある。
本発明の真空蒸着装置の好ましい態様を以下に記載する。
(1)基板ホルダの蒸発源容器に対面する側の表面に蒸着領域を規定するマスクを保持する手段が設けられていること。
(2)マスクが、その表面に同一形状の複数個の開口部を持つマスクであること。
(3)蒸発源容器が容器側面に開口部を有していること。
【0012】
本発明はまた、上記本発明の真空蒸着装置の複数個を搬送室を介して接続してなる複合体であって、所望の真空蒸着装置に基板を挿入し、次いで取り出す基板移動手段が該搬送室内に付設されている複合真空蒸着装置にもある。
【0013】
【発明の実施の形態】
図2に本発明の真空蒸着装置の一例の構成を模式的に示す配置図を示す。本発明の真空蒸着装置は、真空系に接続された真空容器21の内部に、蒸発源容器22と基板ホルダ23とを、水平方向に沿って互いに対向させ、かつ基板ホルダ23の蒸発源容器22に対面する側の表面を上向きに傾斜した状態に配置させてなる。真空系には、真空容器21の内部を減圧して真空状態とするための真空ポンプ27、真空ポンプ27と真空容器21との間に配置される排気バルブ28などが含まれる。また蒸発源容器22を加熱するために、蒸発源容器には加熱電源29が接続される。基板ホルダ23の蒸発源容器22に対面する側の表面は、重力方向gを基準として表面が上向きに傾斜(傾斜角θを図2に記入した)している。基板ホルダ23の蒸発源容器22に対面する側の表面は、重力方向gを基準として表面が上向きになるように30度以内の角度で傾斜していることが好ましく、1〜10度の範囲内の角度で傾斜していることがさらに好ましい。
【0014】
本発明の真空蒸着装置により薄膜の形成および薄膜の形状の設定をする場合、蒸発源容器22には蒸発源24が収容される。そして、基板フォルダ23には薄膜を付着させる基板25が配置され、さらに基板25の上には蒸着領域を規定するマスク26が配置される。前記のように基板ホルダ23の蒸発源容器22に対面する側の表面は、重力方向gを基準として表面が上向きに傾斜している。このため、マスク26(あるいは基板)の自重による力は、基板25とマスク26を密着させる方向(基板ホルダの表面の法線方向)と、基板ホルダ23の表面に沿った方向に働く。このようにいずれの方向の力も基板とマスクをたわませる方向には働かず、両者の密着性を改善させるように働く。従って、大きな基板やマスクを用いたり、柔軟な基板などを用いた場合にも、基板とマスクの優れた密着性が得られる。従って、真空容器21を真空ポンプ27により排気して真空状態とし、蒸発源24を加熱してマスク26の上から薄膜を形成し、次いでマスク26を取り除くことで、マスクの上に形成された膜は取り除かれ、マスクに対応した優れた寸法精度の蒸着パターンを形成することができる。
【0015】
このように基板とマスクの密着性を改善することで、大きな基板上に有機EL素子を多数配置する場合、または有機EL素子が集積された有機EL発光表示装置を多数配置する場合に、基板上の作製位置によらず有機EL素子の均一な特性を得ることができる。このように大きな基板上に多数の有機EL素子を同時に作製するには、マスクはその表面に同一形状の複数個の開口部を持つマスクを用いることが好ましい。このようなマスクを用いることで、均一な特性を有する多数個の有機EL素子を基板上に同時に作製することができる。
以下、本発明の真空蒸着装置の構成要素について間単に記載する。
【0016】
蒸発源容器の構造や、蒸発源容器を構成する材料に特に制限はなく、公知の蒸発源を用いることができる。蒸発源の例としては、抵抗加熱蒸発源、外熱式るつぼ蒸発源、放射加熱蒸発源、高周波誘導加熱蒸発源、電子衝撃および電子ビーム蒸発源などを挙げることができる。有機物を含む蒸着材料を蒸発させるには、蒸発源容器として抵抗加熱蒸発源および外熱式るつぼ蒸発源を用いることが好ましい。抵抗加熱蒸発源には、フィラメント型、マルチループ型、ワイヤーバスケット型、ボート型の蒸発源が含まれる。ボート型蒸発源としては、ボート型蒸発源に蓋が設けられた蒸発源容器を用いることが好ましい。ボートの材料としては、一般にはモリブデン、タンタル、タングステンなどが用いられる。外熱式るつぼ蒸発源のるつぼ(蒸発源容器)は、一般的にはセラミックスから形成される。
【0017】
蒸発源容器の好ましい構成の例を図3〜図5の断面図に示す。図3に示した蒸発源容器は、ボート40に蓋41が設けられた蓋付きのボートである。この蒸発源容器には加熱電源42が接続されている。蒸発源容器の内部には、蒸発源43が収容される。蒸発源容器は、図3に示した蒸発源容器の形状に限定される訳ではなく、蒸着材料の大きさや、収容する際の作業性などにより所望の形にしてもよい。図4に示した蒸発源容器は、抵抗加熱蒸発源の別な一例である。そして図5に示した蒸発源容器は、外熱式るつぼ蒸発源の一例である。
【0018】
本発明の真空蒸着装置において、蒸着は蒸発源容器と基板ホルダが対向する方向で行われる。従って蒸発源容器には、容器の側面部に開口部を有していることが好ましい。また蒸発源容器の基板ホルダに対する相対的な位置は、一般に薄膜を実際に基板上に形成して、形成した薄膜の膜厚分布を考慮して微調整する場合が多い。従って図2においては、蒸発源容器の好ましい配置を示しているが、さらに位置の微調整をすることもできる。
【0019】
基板ホルダの構造や、基板ホルダを構成する材料に特に制限はなく、公知の基板ホルダを用いることができる。基板ホルダは、基板ホルダの蒸発源容器に対面する側の表面が、重力方向を基準として表面が上向きに傾斜するように配置される。基板ホルダは、形成する薄膜の膜厚分布が均一となるように、基板ホルダの表面の法線方向を中心軸として回転させることもできる。この場合蒸発源容器を配置する位置を、回転の中心軸からずらすことも好ましい。基板ホルダには、基板およびマスクを保持する手段が設けられる。保持の手段は公知の方法でよく、基板やマスクをビスもしくは両面粘着テープなどを用いて基板ホルダに保持する簡単な手段を用いてもよいし、基板やマスクを保持するクランプを駆動して自動で保持する手段を用いてもよい。また、基板あるいはマスクを予め額縁状の固定具に取り付けておき、固定具と基板ホルダを固定することにより基板あるいはマスクを保持してもよい。
【0020】
有機EL素子の製造工程について、図2に示した本発明の真空蒸着装置を用いる場合を例として以下に説明する。説明のため、三層(陽電極層、有機発光層、陰電極層)からなる有機EL素子を、同一の基板上に二個作製する場合について記載する。有機EL素子の各層の材料や膜厚などは周知であり、多くの文献に記載されている。
(陽電極層)
本発明の真空蒸着装置を用いて基板上に陽電極層を形成することもできるが、陽電極層が予め設けられた電極層付きの基板(以下、電極基板と記載する)を用いることが多い。図6は、電極基板の一例の構成を模式的に示す平面図である。図6に示した電極基板において、二つの陽電極層50、51が基板52の上に設けられている。陽電極層は、通常の半導体デバイスと同様にスパッタリング法とフォトリソグラフィー法により形成される。基板の例としては、ガラス板、プラスチック板などが挙げられる。陽電極層の材料としては、金などの金属、もしくは、CuI、ITO(インジウムチンオキシド)、SnO2 、ZnOなどの電気伝導性透明材料などが一般に用いられる。陽電極層の厚さは、材料にもよるが、通常は、10nm〜1μm、好ましくは50〜200nmの範囲内にある。
【0021】
(有機発光層の形成)
電極基板をサセプタと呼ばれる額縁状の固定具30に、そして発光層の形状で開口部が設けられたマスクをマスクホルダと呼ばれる額縁状の固定具31に固定する。図7に、用いるマスク(有機発光層用マスク)47の平面図を示す。また図7に示したマスクには、同一形状(有機発光層の形状)で開口部が二個48、49設けられている。そして基板が固定されたサセプタ30を、真空蒸着装置の基板ホルダ23にビスで固定する。さらに基板の上に、マスク47が固定されたマスクホルダ31を配置し、マスクホルダ31を同様に基板ホルダ23にビスで固定する。次に有機発光材料(蒸発源)24を蒸発源容器22に収容する。そして真空ポンプ27により真空容器内部を真空状態とし、加熱電源29により蒸発源容器22に収容した蒸発源24を蒸発させ、マスクの上から有機発光層を形成する。このとき基板ホルダ23に取り付けられたマスクは、基板ホルダの表面が重力方向を基準として傾斜しているので基板と充分密着する。そしてマスクを基板から取り除くことで、マスクに対応した有機発光層の蒸着パターンが形成される。有機発光層が形成された電極基板の平面図を図8に示す。図8において、有機発光層53および54が、マスク47に対応した蒸着パターンとして形成されている。
【0022】
有機発光材料の例としては、「光電子機能有機材料ハンドブック(第2刷)、朝倉書店発行」396〜398頁に記載されている電子輸送性発光材料(表III .2.32)、同398〜399頁に記載されているホール輸送性発光材料(表III .2.33)、同399〜400頁に記載されている三層構造素子における発光材料、および同403〜404頁に記載されている単層型素子の発光材料(表III .2.36)などを挙げることができる。また、発光色を調整するために有機材料に蛍光色素をドーピングすることもできる。実用的な発光効率を得るために、有機発光層の厚さは、10〜200nmの範囲であることが好ましい。
【0023】
(陰電極層の形成)
有機発光層53および54が形成された電極基板の上に、陰電極層の形状で開口部が設けられたマスクを用いること以外は有機発光層の形成と同様にして、陰電極層を形成する。陰電極層の材料としては、Na、K、Mg、Li、In、希土類金属、Na・K合金、Mg・Ag合金、Mg・Cu合金、Al・Li合金、Al/Al2O3混合物が一般に用いられる。陰電極層の厚さは、材料にもよるが、通常10nm〜1μm、好ましくは50〜200nmの範囲内にある。
このようにして作製された有機EL発光素子の平面図を図9に示す。図9において、陽電極層50と陰電極層55との間に電圧を印加することで有機EL素子56が、陽電極層51と陰電極層55との間に電圧を印加することで有機EL素子57が発光する。有機EL発光表示装置を作製するには、同様にして有機EL素子を多数基板上に作製すればよい。陰電極層の形成時に有機発光層にダメージを与えないように、陰電極層は本発明の真空蒸着装置を用いて形成することが好ましい。
【0024】
次に、本発明の真空蒸着装置を応用した、有機EL素子を効率良く製造することができる複合真空蒸着装置について説明する。図10に本発明の複合真空蒸着装置の一例の構成を模式的に示す平面図を示す。複合真空蒸着装置は、本発明の真空蒸着装置を複数個が搬送室を介して接続してなる複合体であり、所望の真空蒸着装置に基板を挿入し、次いで取り出す基板移動手段が該搬送室内に付設されている。図10に示した複合真空蒸着装置においては、本発明の真空蒸着装置が搬送室58を介して5個(真空蒸着装置61〜65)接続されている。
【0025】
搬送室58には、有機EL素子を作製する基板(あるいはマスク)を所望の真空蒸着装置に挿入し、薄膜形成後の基板(あるいはマスク)を取り出す搬送手段59が付設されている。また、基板を複合真空蒸着装置に挿入および取り出しするための仕込み室66が搬送室58に接続されている。それぞれの真空蒸着装置61〜65、仕込み室66、および搬送室58は、(仕切り弁71〜76により)独立に真空度を調節できる。従って、それぞれの真空蒸着装置は独立に真空度を調節して蒸着ができ、蒸着中にも別の基板あるいはマスクを仕込み室66に準備することができる。真空蒸着装置の真空容器の内部に、基板ホルダ81〜85および蒸発源容器91〜95が、それぞれ配置されている。基板ホルダ81〜85のそれぞれは、蒸発源容器に対面する側の表面が上向きに傾斜した状態で配置されている。なお、各蒸着室、搬送室、および仕込み室には専用の真空系をそれぞれ接続しても良いし、一個の真空系をそれぞれの蒸着室に排気バルブを介して接続してもよい。
【0026】
複合真空蒸着装置による有機EL素子の作製は、前記の本発明の真空蒸着装置による有機EL素子の作製と同様にして行えばよい。例えば真空蒸着装置61において、陽電極層の設けられた電極基板を基板ホルダ81に取り付け、電極基板の上に有機発光層用のマスクを配置する。そして蒸発源容器91に収容された有機発光材料(蒸発源)を蒸発させて蒸着パターン(有機発光層)を形成する。搬送手段59によりマスク、そして基板を基板ホルダ81から取り外す。発光層の設けられた基板を搬送手段59により真空蒸着装置62に挿入して基板ホルダ82に配置し、その上に陰電極層用のマスクを配置して同様に蒸着パターン(陰電極層)を形成することで有機EL素子を作製することができる。搬送手段59により取り外されたマスクは、仕込み室66などに挿入して保管しておけばよい。
【0027】
有機EL素子は、基板上に陽電極層、有機発光層、そして陰電極層を含む機能層が形成されてなる。本発明の真空蒸着装置を用いることで有機EL素子の各層を構成する薄膜(蒸着パターン)を寸法精度良く形成することができるので、有機EL素子の複数層を順次形成して積層する場合にも、有機EL素子の全体を寸法精度良く作製できる。また本発明の複合真空蒸着装置を用いることで、有機EL素子の全体(陽電極層から陰電極層の形成まで)を真空状態を保ったままで作製できるため、大気中の水分や不純物などを吸着することなく、有機EL素子を作製できる。
【0028】
【発明の効果】
本発明の真空蒸着装置を用いることにより、マスク法でパターニングする際の基板とマスクの密着性が向上し、薄膜の形状を精度良く設定することができる。本発明の真空蒸着装置は、有機EL素子の製造に用いられる。そして本発明の真空蒸着装置を用いることで、大きな寸法の基板およびマスクを用いた場合にも基板とマスクの優れた密着性が得られ、薄膜を正確な形状に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の真空蒸着装置の一例の構成を模式的に示す配置図である。
【図2】本発明の真空蒸着装置の一例の構成を模式的に示す配置図である。
【図3】蒸発源容器の一例の構成を示す図である。
【図4】蒸発源容器の別な一例を示す図である。
【図5】蒸発源容器のさらに別な一例を示す図である。
【図6】電極基板の構成を模式的に示す平面図である。
【図7】有機発光層用のマスクを模式的に示す平面図である。
【図8】有機発光層が形成された電極基板の構成を模式的に示す平面図である。
【図9】有機EL素子の一例の構成を示す平面図である。
【図10】本発明の複合真空蒸着装置の構成を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
1、21 真空容器
2、22 蒸発源容器
3、23 基板フォルダ
4、24 蒸発源
5、25 基板
6、26 マスク
7、27 真空ポンプ
8、28 排気バルブ
9、29 加熱電源
10、30 サセプタ
11、31 マスクホルダ
40 ボート
41 蓋
42 加熱電源
43 蒸発源
44 ヒータ
47 マスク
48、49 開口部
50、51 陽電極層
52 基板
53、54 有機発光層
55 陰電極層
56、57 有機EL素子
58 搬送室
59 搬送手段
61〜65 本発明の真空蒸着装置
66 仕込み室
71〜76 仕切弁
81〜85 基板ホルダ
91〜95 蒸発源容器
g 重力方向
θ 基板ホルダ表面の傾斜角度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum evaporation apparatus used for forming a thin film.
[0002]
[Prior art]
Thin film laminated devices such as transistors formed by laminating thin films of metal, semiconductor, or insulator are used in many electrical products. Various thin film forming methods such as a vacuum evaporation method and a sputtering method are used for forming a thin film constituting these thin film stacked devices. The thin film to be formed is set in a shape necessary for a device or circuit wiring by patterning such as a mask method or a photolithography method.
[0003]
Among thin-film stacked devices, organic electroluminescence elements (hereinafter referred to as organic EL elements) using organic electroluminescence are self-luminous elements, and display devices using them are highly visible. Because of its low power consumption, it is expected as a next-generation display device. An organic EL element has a positive electrode layer, a light emitting layer containing an organic light emitting material (hereinafter referred to as an organic light emitting layer), and a functional layer including a negative electrode layer formed on a substrate. The order of forming the thin film of each layer may be reverse to the above order. Then, holes are injected from the positive electrode layer, electrons are injected from the negative electrode layer, and the organic light emitting layer is recombined to generate excitons (excitons). The device emits light by emitting light (fluorescence, phosphorescence) when the exciton is deactivated. If necessary, a hole transport layer is provided between the light emitting layer and the positive electrode layer, and an electron transport layer is provided between the light emitting layer and the negative electrode layer, or both.
In such a thin film laminated device containing an organic substance, a vacuum deposition method is often used for forming a thin film, and a mask method is often used for setting the shape of the thin film.
[0004]
The vacuum evaporation method is a method of forming a thin film by evaporating an evaporation source (metal, semiconductor, insulator, etc.) at a high temperature and attaching it to the surface of a substrate. In manufacturing a semiconductor device, a sputtering method is often used for forming a thin film. However, when a thin film containing an organic substance is formed by a sputtering method, high-energy molecules collide with the thin film that is being formed, so that the film is damaged. Therefore, a thin film (organic light emitting layer, hole transport layer, electron transport layer) containing an organic substance constituting the organic EL element is generally formed by a vacuum deposition method or a spin coating method. Among these, the vacuum deposition method is a preferable method for forming a thin film because impurities are hardly mixed in the thin film.
[0005]
In the mask method, a mask made of a thin metal plate or the like provided with openings in the shape of a required thin film is used. In patterning by a mask method, a mask is brought into close contact with a substrate, and a thin film is formed thereon. The mask defines a deposition area on the substrate surface. Next, by removing the mask, the film formed on the mask is removed, and the shape of the thin film (evaporation pattern) is set. A thin film containing an organic substance is weak against chemicals such as an organic solvent, an acid, and an alkali, and is difficult to be patterned by a photolithography method widely used in manufacturing a semiconductor device. Accordingly, the shape of the thin film constituting the organic EL element is generally set by a mask method. In this mask method, if the mask and the substrate are not sufficiently adhered at the time of film formation, molecules of the vapor deposition material (evaporation source) enter between the mask and the substrate, making it difficult to set the fine shape of the thin film. . In particular, when an organic EL element is applied to a light emitting display device, it is necessary to reduce the pixel size (the size of the organic EL element) in order to obtain excellent display quality. It becomes important.
[0006]
An apparatus for forming a thin film by a vacuum deposition method is called a vacuum deposition apparatus. FIG. 1 is a layout diagram schematically showing a configuration of an example of a general vacuum deposition apparatus. The vacuum evaporation apparatus is configured by arranging an
[0007]
As shown in FIG. 1, in a general vacuum deposition apparatus, the
[0008]
In forming the thin film and setting the shape of the thin film, first, the evaporation source 4 is accommodated in the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in forming each layer of the organic EL element, it is common to use a vacuum deposition method for forming a thin film and a mask method for setting the shape of the thin film. However, as schematically shown in FIG. 1, when the
[0010]
In the manufacture of organic EL elements so far, the adhesion between the substrate and the mask has not been a problem. However, in recent years, as represented by a display device used in a mobile phone, it is desired that the display device has high image quality and low price. In order to obtain a high quality display device, it is necessary to reduce the pixel size, that is, the size of the organic EL element. In order to reduce the size of the organic EL element, it is necessary to set the shape of the thin film of each layer of the organic EL element with higher accuracy than before, and the adhesion between the substrate and the mask becomes a problem. In order to reduce the cost of the display device, it is necessary to produce a plurality of display devices on the same large substrate to increase production efficiency. When a large substrate is used, the amount of deflection of the substrate and the mask increases, and the adhesion between the substrate and the mask becomes a problem. Even when the screen size of the display device is increased, since it is necessary to use a large substrate and a mask, the adhesion between the substrate and the mask also becomes a problem. Moreover, it is preferable that the thickness of the mask used for vapor deposition is thin. This is because if the mask is thick, molecules of the vapor deposition material evaporated from the evaporation source container are less likely to adhere to the substrate surface that is shaded at the edge of the opening of the mask. A thin mask has a small rigidity and thus is likely to bend. Similarly, the adhesion between the substrate and the mask becomes a problem.
An object of the present invention is to provide a vacuum vapor deposition apparatus capable of obtaining excellent adhesion between a substrate and a mask and accurately setting the shape of a thin film.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The inventor has found that a vacuum deposition apparatus having excellent adhesion between the substrate and the mask can be provided by devising the arrangement of the evaporation source container and the substrate holder disposed inside the vacuum container of the vacuum deposition apparatus.
According to the present invention, an evaporation source container and a substrate holder face each other along a horizontal direction inside a vacuum container connected to a vacuum system, and the surface of the substrate holder facing the evaporation source container faces upward. In a vacuum deposition apparatus for manufacturing an organic electroluminescence element, a positive electrode layer, a light emitting layer containing an organic light emitting material, and a functional layer containing a negative electrode layer are formed on a substrate .
The preferable aspect of the vacuum evaporation system of this invention is described below .
( 1 ) Means for holding a mask for defining a vapor deposition region is provided on the surface of the substrate holder facing the evaporation source container.
( 2 ) The mask is a mask having a plurality of openings of the same shape on its surface.
( 3 ) The evaporation source container has an opening on the side surface of the container.
[0012]
The present invention is also a composite formed by connecting a plurality of the above-described vacuum deposition apparatuses of the present invention via a transfer chamber, and a substrate moving means for inserting and then removing the substrate into a desired vacuum deposition apparatus includes the transfer. There is also a composite vacuum evaporation system attached indoors .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 2 is a layout diagram schematically showing the configuration of an example of the vacuum vapor deposition apparatus of the present invention. In the vacuum evaporation apparatus of the present invention, the
[0014]
When forming a thin film and setting the shape of the thin film by the vacuum vapor deposition apparatus of the present invention, the
[0015]
By improving the adhesion between the substrate and the mask in this way, when a large number of organic EL elements are arranged on a large substrate or when a large number of organic EL light emitting display devices in which organic EL elements are integrated are arranged, The uniform characteristics of the organic EL element can be obtained regardless of the manufacturing position. In order to simultaneously produce a large number of organic EL elements on such a large substrate, it is preferable to use a mask having a plurality of openings of the same shape on the surface. By using such a mask, a large number of organic EL elements having uniform characteristics can be simultaneously formed on the substrate.
Hereinafter, the components of the vacuum deposition apparatus of the present invention will be briefly described.
[0016]
There is no particular limitation on the structure of the evaporation source container and the material constituting the evaporation source container, and a known evaporation source can be used. Examples of the evaporation source include a resistance heating evaporation source, an external heating type crucible evaporation source, a radiation heating evaporation source, a high frequency induction heating evaporation source, an electron impact and an electron beam evaporation source, and the like. In order to evaporate the vapor deposition material containing organic matter, it is preferable to use a resistance heating evaporation source and an external heating crucible evaporation source as the evaporation source container. Resistance heating evaporation sources include filament type, multi-loop type, wire basket type, and boat type evaporation sources. As the boat-type evaporation source, it is preferable to use an evaporation source container in which a boat-type evaporation source is provided with a lid. Generally, molybdenum, tantalum, tungsten, or the like is used as a boat material. The crucible (evaporation source container) of the external heat type crucible evaporation source is generally formed of ceramics.
[0017]
Examples of preferred configurations of the evaporation source container are shown in the sectional views of FIGS. The evaporation source container shown in FIG. 3 is a boat with a lid in which a
[0018]
In the vacuum vapor deposition apparatus of the present invention, vapor deposition is performed in a direction in which the evaporation source container and the substrate holder face each other. Therefore, the evaporation source container preferably has an opening on the side surface of the container. In general, the relative position of the evaporation source container with respect to the substrate holder is often finely adjusted in consideration of the film thickness distribution of the thin film actually formed on the substrate. Accordingly, FIG. 2 shows a preferred arrangement of the evaporation source containers, but the position can be further finely adjusted.
[0019]
There is no restriction | limiting in particular in the structure of a substrate holder, and the material which comprises a substrate holder, A well-known substrate holder can be used. The substrate holder is disposed such that the surface of the substrate holder facing the evaporation source container is inclined upward with respect to the direction of gravity. The substrate holder can also be rotated with the normal direction of the surface of the substrate holder as the central axis so that the film thickness distribution of the thin film to be formed is uniform. In this case, it is also preferable to shift the position where the evaporation source container is disposed from the central axis of rotation. The substrate holder is provided with means for holding the substrate and the mask. The holding means may be a known method, and simple means for holding the substrate or mask on the substrate holder using screws or double-sided adhesive tape may be used, or the clamp for holding the substrate or mask is driven automatically. You may use the means hold | maintained. Further, the substrate or mask may be attached to a frame-shaped fixture in advance, and the substrate or mask may be held by fixing the fixture and the substrate holder.
[0020]
The manufacturing process of the organic EL element will be described below by taking as an example the case of using the vacuum vapor deposition apparatus of the present invention shown in FIG. For the sake of explanation, the case where two organic EL elements each consisting of three layers (a positive electrode layer, an organic light emitting layer, and a negative electrode layer) are formed on the same substrate will be described. The material and film thickness of each layer of the organic EL element are well known and described in many documents.
(Positive electrode layer)
Although the positive electrode layer can be formed on the substrate using the vacuum vapor deposition apparatus of the present invention, a substrate with an electrode layer (hereinafter referred to as an electrode substrate) provided with the positive electrode layer in advance is often used. . FIG. 6 is a plan view schematically showing the configuration of an example of the electrode substrate. In the electrode substrate shown in FIG. 6, two positive electrode layers 50 and 51 are provided on a
[0021]
(Formation of organic light emitting layer)
The electrode substrate is fixed to a frame-shaped
[0022]
Examples of organic light-emitting materials include electron-transporting light-emitting materials (Table III.2.32) described in “Photoelectronic Functional Organic Material Handbook (second printing), published by Asakura Shoten”, pages 396-398, 398- The hole-transporting light-emitting material described in page 399 (Table III 2.33), the light-emitting material in the three-layer structure element described in pages 399-400, and the pages 403-404 A light emitting material (Table III.2.36) of a single layer type element can be used. In addition, a fluorescent dye can be doped into the organic material in order to adjust the emission color. In order to obtain practical luminous efficiency, the thickness of the organic light emitting layer is preferably in the range of 10 to 200 nm.
[0023]
(Formation of negative electrode layer)
On the electrode substrate on which the organic
FIG. 9 shows a plan view of the organic EL light-emitting device manufactured as described above. In FIG. 9, the
[0024]
Next, a description will be given of a composite vacuum deposition apparatus that can efficiently manufacture an organic EL element to which the vacuum deposition apparatus of the present invention is applied. FIG. 10 is a plan view schematically showing the configuration of an example of the composite vacuum deposition apparatus of the present invention. The composite vacuum deposition apparatus is a composite body in which a plurality of the vacuum deposition apparatuses of the present invention are connected via a transfer chamber, and a substrate moving means for inserting and then removing the substrate into the desired vacuum deposition apparatus is provided in the transfer chamber. Is attached. In the composite vacuum vapor deposition apparatus shown in FIG. 10, five vacuum vapor deposition apparatuses (vacuum
[0025]
The
[0026]
The production of the organic EL element by the composite vacuum vapor deposition apparatus may be performed in the same manner as the production of the organic EL element by the vacuum vapor deposition apparatus of the present invention. For example, in the
[0027]
An organic EL element is formed by forming a positive electrode layer, an organic light emitting layer, and a functional layer including a negative electrode layer on a substrate. Since the thin film (vapor deposition pattern) constituting each layer of the organic EL element can be formed with high dimensional accuracy by using the vacuum vapor deposition apparatus of the present invention, even when a plurality of layers of the organic EL element are sequentially formed and laminated. The entire organic EL element can be manufactured with high dimensional accuracy. In addition, by using the composite vacuum deposition apparatus of the present invention, the entire organic EL element (from the positive electrode layer to the negative electrode layer) can be produced while maintaining a vacuum state, so that moisture, impurities, etc. in the atmosphere are adsorbed. An organic EL element can be manufactured without doing so.
[0028]
【The invention's effect】
By using the vacuum deposition apparatus of the present invention, the adhesion between the substrate and the mask during patterning by the mask method is improved, and the shape of the thin film can be set with high accuracy. Vacuum vapor deposition apparatus of the present invention is used for the production of organic EL elements. By using the vacuum vapor deposition apparatus of the present invention, excellent adhesion between the substrate and the mask can be obtained even when a large-sized substrate and mask are used, and the thin film can be set in an accurate shape.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a layout diagram schematically showing the configuration of an example of a conventional vacuum vapor deposition apparatus.
FIG. 2 is a layout view schematically showing the configuration of an example of a vacuum vapor deposition apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an example of an evaporation source container.
FIG. 4 is a view showing another example of an evaporation source container.
FIG. 5 is a view showing still another example of the evaporation source container.
FIG. 6 is a plan view schematically showing a configuration of an electrode substrate.
FIG. 7 is a plan view schematically showing a mask for an organic light emitting layer.
FIG. 8 is a plan view schematically showing a configuration of an electrode substrate on which an organic light emitting layer is formed.
FIG. 9 is a plan view showing a configuration of an example of an organic EL element.
FIG. 10 is a plan view schematically showing the configuration of the composite vacuum deposition apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 21
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