JP2006104524A - Crucible for vapor-depositing substrate to be treated for organic electroluminescence diode, vapor deposition system and vapor deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機発光素子用被処理基板の蒸着用ルツボ、蒸着装置および蒸着方法に関する。 The present invention relates to a crucible for vapor deposition of a substrate to be processed for an organic light emitting device, a vapor deposition apparatus, and a vapor deposition method.
近年、情報通信の高速化と応用範囲の拡大が急速に進んでいる。この中で、表示デバイスには携帯性や動画を表示することなどの要求に対応できるような低消費電力で高速応答が可能な高精細表示デバイスが考案されている。特に、有機発光素子(有機エレクトロルミネッセンス、有機EL素子と記す。)では、1987年にイーストマンコダック社のC.W.Tangにより2層積層構成のデバイスで高い効率の有機EL素子が発表されて以来(非特許文献1)、現在にいたる間に様々な有機EL素子が開発されて一部実用化し始めている。 In recent years, the speed of information communication and the application range have been rapidly increasing. Among these, a high-definition display device capable of high-speed response with low power consumption capable of meeting demands such as portability and displaying moving images has been devised. In particular, organic light-emitting elements (referred to as organic electroluminescence and organic EL elements) have been published since 1987 when CWTang of Eastman Kodak Company announced a highly efficient organic EL element as a two-layer stacked device. Patent Document 1), various organic EL elements have been developed and partly put into practical use until now.
有機EL素子は発光層を含めホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層および電子注入層等によって構成されており、これらは有機材料(蒸着材料)からなる有機層によって構成されている。このような有機層の材料には、低分子材料と高分子材料の2種類があり、低分子材料を用いた有機膜の場合、主に真空蒸着法により形成される。高分子系材料は溶剤に溶解させて溶液として用い、主にスピンコーター法、インクジェット法などにより有機膜が形成される。 The organic EL element is composed of a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and the like including a light emitting layer, and these are composed of an organic layer made of an organic material (evaporation material). There are two types of materials for such an organic layer, a low molecular material and a high molecular material. In the case of an organic film using a low molecular material, it is mainly formed by vacuum deposition. A polymer material is dissolved in a solvent and used as a solution, and an organic film is formed mainly by a spin coater method, an ink jet method or the like.
有機EL素子に代表される有機化合物薄膜を有する素子の成膜方法として、加熱蒸着方法が採用されており、一般的にはルツボなどに材料を収容し、外側からヒーターなどで加熱する間接加熱方法が取られている。図5(a)に、従来の蒸着用ルツボの第一の例の模式的な斜視図を示す。図5(a)に示すように、従来の蒸着用ルツボ102は、円筒形をしており、その底部に気化させる有機材料101を投入することができる。近年では、発光素子の耐熱性を向上させるためにガラス転移温度を80℃あるいはそれ以上に向上させた有機発光素子用有機材料が各材料メーカーなどで開発されている。これらは耐熱性向上を目的とされており、その蒸着時の材料特性はほとんど昇華性材料であるといわれている。こういった昇華性材料の蒸着においては、膜厚分布などが材料形状、ルツボ形状および材料特性に依存し、有機材料の消費とともに膜厚の再現性が低下するといわれている。
As a film formation method for an element having an organic compound thin film typified by an organic EL element, a heating vapor deposition method is adopted. Generally, an indirect heating method in which a material is contained in a crucible and heated from the outside with a heater or the like. Has been taken. FIG. 5 (a) shows a schematic perspective view of a first example of a conventional vapor deposition crucible. As shown in FIG. 5A, the
一方、近年では、特許文献1などに見られるように、ルツボ内にセラミックス、金属などの粉体または粉砕体と混合して収容し、ルツボを加熱する有機化合物の蒸着方法が提案されている。これによれば、容器内の熱の伝達性が向上し、材料の消費量によらず蒸着速度の低下や昇華効率の低下を改善できるとされている。
On the other hand, in recent years, as seen in
しかしながら、このような技術では、蒸着の進行とともに内部の材料量が低下し、粉体や粉砕品の形状が崩れる恐れがある。こうなった場合、有機化合物の蒸気流密度は変化し、基板上の膜厚分布が変化する可能性が示唆される。 However, with such a technique, the amount of the internal material decreases with the progress of vapor deposition, and the shape of the powder or pulverized product may be lost. In this case, the vapor flow density of the organic compound changes, suggesting the possibility that the film thickness distribution on the substrate changes.
また、ルツボ中の材料の形状によらず、安定した蒸気流分布を保つために、ルツボ内に遮蔽板を設置し、有機材料上面から被処理基板が直接見ることが出来ないような構造も提案されている。図5(b)に、従来の蒸着用ルツボの第二の例の模式的な鉛直方向断面図を示す。図5(b)に示すように、従来の蒸着用ルツボ202は、円筒形をしており、その底部に気化させる有機材料201を投入することができる。蒸着用ルツボ202は、第一および第二の遮蔽板203,204をさらに有する。第一の遮蔽板203は、蒸着用ルツボの開口部に設けられており、当該開口部の形状に適合した形状を有し、その中央に気化した有機材料が通過するためのより小さな開口部を有する。また、第二の遮蔽板204は、蒸着用ルツボの内径より小さな外径を有し、第二の遮蔽板の下面と蒸着用ルツボの底部との間に設けられた支持部材を介して、蒸着用ルツボ内に設けられている。すなわち、第二の遮蔽板は、蒸着処理の際に、気化した有機材料が、第一の遮蔽板の開口部から直接、すなわち、直線的に排出されないように、有機材料が投入される領域と、第一の遮蔽板の開口部との間に設けられる。
In addition, in order to maintain a stable vapor flow distribution regardless of the shape of the material in the crucible, a structure in which a shield plate is installed in the crucible so that the substrate to be processed cannot be seen directly from the top surface of the organic material is also proposed. Has been. FIG. 5B shows a schematic vertical cross-sectional view of a second example of a conventional vapor deposition crucible. As shown in FIG. 5B, the
しかしながら、このような技術では、遮蔽板によって、蒸発面から気体として蒸発した材料の流量が制限されるため、所定の製膜速度に達するには有機材料をより高い温度に保持することが必要となる。すなわち、このような構造の場合、一定の製膜速度を保つためには、遮蔽していない場合と比較して、蒸着時の材料の温度を高くすることが必要である。しかしながら、材料温度をむやみに上げることは、有機物である有機材料の分解、重合や劣化を促進させることになり、材料に重大なダメージを与えることになる。また、昇華性有機化合物の蒸着においては、その材料の蒸発特性から製膜面にクラスター上の蒸着物がつく可能性がある。これらは素子の信頼性を大きく損なう陽極−陰極間短絡の発生源となりうるものと考えられる。 However, in such a technique, since the flow rate of the material evaporated as gas from the evaporation surface is limited by the shielding plate, it is necessary to keep the organic material at a higher temperature in order to reach a predetermined film forming speed. Become. That is, in the case of such a structure, in order to maintain a constant film forming speed, it is necessary to increase the temperature of the material at the time of vapor deposition as compared with the case where it is not shielded. However, increasing the material temperature unnecessarily increases the decomposition, polymerization and deterioration of the organic material which is an organic substance, and seriously damages the material. Moreover, in vapor deposition of a sublimable organic compound, there is a possibility that a deposit on the cluster is formed on the film forming surface due to the evaporation characteristics of the material. These are considered to be a source of an anode-cathode short circuit that greatly impairs the reliability of the device.
本発明は、上記のような蒸着時の再現性の低下や有機材料に発生する問題を解決することが可能である蒸発源に供するルツボを提供するものである。 The present invention provides a crucible for use in an evaporation source capable of solving the above-described deterioration in reproducibility during vapor deposition and problems occurring in organic materials.
本発明の1の側面によると、有機発光素子用の被処理基板上に有機層を蒸着させるための蒸着用ルツボであって、蒸着処理の際に有機材料が配される底部と、蒸着処理の際に気化した有機材料が排出される開口部と、該開口部から該底部が見えなくなるように、該底部と該開口部との間に設けられた少なくとも1つの屈曲部とを備えてなるルツボが提供される。本発明の他の側面によると、有機発光素子用の被処理基板上に有機層を蒸着させる装置であって、真空チャンバーと、該真空チャンバー内に設けられた、該被処理基板を支持するための基板支持部材と、該真空チャンバー内に該被処理基板と対向するように設けられた、上記ルツボと、該ルツボに隣接または近接して設けられた、該ルツボを温度制御するための温度制御手段とを備えてなる装置が提供される。本発明の他の側面によると、有機発光素子用の被処理基板上に有機層を蒸着させる方法であって、真空チャンバー内に蒸着源と対向するように被処理基板を配するステップと、上記ルツボを加熱して、該有機材料を気化させ、該被処理基板上に蒸着させるステップとを含む方法が提供される。本発明の他の側面によると、上記蒸着方法を用いて得られた有機発光素子が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a deposition crucible for depositing an organic layer on a substrate to be processed for an organic light emitting device, wherein a bottom portion on which an organic material is disposed during the deposition process, A crucible comprising an opening through which organic material vaporized at the time is discharged and at least one bent portion provided between the bottom and the opening so that the bottom cannot be seen from the opening Is provided. According to another aspect of the present invention, an apparatus for depositing an organic layer on a substrate to be processed for an organic light emitting device, for supporting a substrate to be processed provided in a vacuum chamber and the vacuum chamber. Temperature control for controlling the temperature of the crucible, which is provided adjacent to or close to the crucible, and the crucible provided to face the substrate to be processed in the vacuum chamber. An apparatus comprising the means. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of depositing an organic layer on a substrate to be processed for an organic light emitting device, the step of disposing the substrate to be processed in a vacuum chamber so as to face a deposition source, Heating the crucible to vaporize the organic material and depositing on the substrate to be processed. According to another aspect of the present invention, there is provided an organic light emitting device obtained using the above-described vapor deposition method.
以下に詳細に説明するように、本発明によると、加熱時に有機材料の過昇温を抑制し、加熱による材料への熱ダメージを与えることなく蒸着処理を行うことができる。また、本発明によると、有機材料の形状に依存せず製膜時の膜厚再現性を向上させることができ、結果として有機発光素子の特性再現性の向上を図ることが可能となる。また、素子における陽極−陰極間の短絡という不具合の発生確率を減少させることができ、大きな歩留まり向上を達成することができる。このように、本発明によると、高性能で信頼性の高い有機EL素子を製造することができる。 As will be described in detail below, according to the present invention, it is possible to suppress the excessive temperature rise of the organic material during heating and perform the vapor deposition treatment without causing thermal damage to the material due to heating. Further, according to the present invention, it is possible to improve the film thickness reproducibility at the time of film formation without depending on the shape of the organic material, and as a result, it is possible to improve the characteristic reproducibility of the organic light emitting element. In addition, it is possible to reduce the probability of occurrence of a short circuit between the anode and the cathode in the device, and to achieve a large yield improvement. As described above, according to the present invention, a high-performance and highly reliable organic EL element can be manufactured.
以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below.
上記したように、本発明にかかる蒸着用ルツボは、蒸着処理の際に有機材料が配される底部と、蒸着処理の際に気化した有機材料が排出される開口部と、底部と開口部との間に設けられた少なくとも1つの屈曲部とを備えてなる。ルツボの底部、開口部および屈曲部は、いずれも任意の断面形状とすることができ、例えば、円状、楕円状、四角形等の多角形状等の断面形状とすることができる。また、開口部は、被処理基板と平行に対向できるように、平面状とすることが好ましい。また、底部は、任意の形状とすることができ、例えば、平面状、曲面状等の形状とすることもできる。特に、底部は、開口部と平行な平面状とすることが好ましい。底部には、開口部を通じて有機材料を投入することができ、以下に説明するように、ルツボの外側から、ルツボの底部、ならびに必要に応じてルツボの開口部および屈曲部を加熱することで、ルツボ内に投入された有機材料を気化させ、蒸着処理を行うことができる。 As described above, the crucible for vapor deposition according to the present invention includes a bottom portion on which an organic material is disposed during the vapor deposition treatment, an opening through which the organic material vaporized during the vapor deposition treatment is discharged, and a bottom portion and an opening portion. And at least one bent portion provided between the two. The bottom, opening, and bent portion of the crucible can all have any cross-sectional shape, for example, a cross-sectional shape such as a circle, an ellipse, or a polygon such as a quadrangle. Moreover, it is preferable that an opening part is planar shape so that it can oppose in parallel with a to-be-processed substrate. Moreover, the bottom part can be made into arbitrary shapes, for example, can also be made into shapes, such as planar shape and curved surface shape. In particular, it is preferable that the bottom has a planar shape parallel to the opening. The bottom can be filled with an organic material through the opening, and as described below, from the outside of the crucible, by heating the bottom of the crucible, and if necessary, the opening and the bent portion of the crucible, The organic material put into the crucible can be vaporized and vapor deposition can be performed.
屈曲部は、開口部から底部が見えなくなるように、底部と開口部との間に設けられている。換言すると、蒸着処理の際に気化した有機材料が底部から開口部に直線的に達することができないように、屈曲部が、底部と開口部との間に設けられている。なお、複数の屈曲部を設けることもできる。複数の屈曲部を設けた場合、一箇所の屈曲部では排除できなかった蒸発源があった場合に、その影響をより少なくできる。 The bent portion is provided between the bottom and the opening so that the bottom cannot be seen from the opening. In other words, the bent portion is provided between the bottom and the opening so that the organic material vaporized during the vapor deposition process cannot reach the opening linearly from the bottom. A plurality of bent portions can also be provided. When a plurality of bent portions are provided, if there is an evaporation source that could not be eliminated at one bent portion, the influence can be reduced.
図1に、本発明の第一の実施の形態にかかる蒸着用ルツボの模式的な斜視図を示す。図1に示すように、第一の実施の形態にかかる蒸着用ルツボ12は、蒸着処理の際に有機材料が投入される底部と、蒸着処理の際に気化した有機材料が排出される開口部13と、底部と開口部との間に設けられた屈曲部14とを含んでなる。すなわち、ルツボは、屈曲部により、開口部側の上部領域と、有機材料が投入される下部領域11とに分けられる。第一の実施の形態にあっては、ルツボは、くの字型である。すなわち、ルツボは、直線状の上部領域および下部領域を有し、屈曲部において鈍角に曲がっている。このように屈曲部を設けることで、開口部から底部が見えなくなり、有機材料が、被処理基板へ直線的に達することができなくなる。なお、ルツボの断面は円状である。また、ルツボの開口部および底部は平面状であり、互いに平行である。なお、第一の実施の形態にかかるルツボは、特に以下の点で好ましい。すなわち、屈曲部を一箇所有しているので、蒸発面から直接被成膜基板を見ることができない。そのため、昇温した際の蒸着材料面からの発生したクラスターやスプラッシュなどが被成膜基板に到達することを制御することができる点、材料の消費によって生じる蒸発面の高さの変化が開口部からの蒸気流分布に及ぼす影響を少なくできることが可能である点が好ましい。
In FIG. 1, the typical perspective view of the crucible for vapor deposition concerning 1st embodiment of this invention is shown. As shown in FIG. 1, the
また、図2に、本発明の第二の実施の形態にかかる蒸着用ルツボの模式的な斜視図を示す。図2に示すように、第二の実施の形態にかかる蒸着用ルツボ22は、蒸着処理の際に有機材料が投入される底部と、蒸着処理の際に気化した有機材料が排出される開口部23と、底部と開口部との間に設けられた屈曲部24とを含んでなる。すなわち、ルツボは、屈曲部により、開口部側の上部領域と、有機材料が投入される下部領域21とに分けられる。第二の実施の形態にあっては、ルツボは、円弧状の迂回路を有する形状である。すなわち、ルツボは、直線状の上部領域および下部領域を有し、上部領域と下部領域との間に、180°分の円弧状の迂回路を屈曲部として有する。このように屈曲部を設けることで、開口部から底部が見えなくなり、有機材料が、被処理基板へ直線的に達することができなくなる。なお、ルツボの断面は円状である。また、ルツボの開口部および底部は平面状であり、互いに平行である。なお、第二の実施の形態にかかるルツボは、特に以下の点で好ましい。すなわち、第二の実施の形態にかかるルツボは、第一の実施の形態にかかるルツボと比べて、ルツボを被処理基板と平行な方向に大きくすることなしに、より多くの有機材料を収容できる形状としやすい。また、湾曲した屈曲部を有しているため、クラスターやスプラッシュが被成膜基板に到達できる可能性は、第一の形態と比較してより小さくなる。
FIG. 2 is a schematic perspective view of a vapor deposition crucible according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
また、図3に、本発明の第三の実施の形態にかかる蒸着用ルツボの模式的な斜視図を示す。図3に示すように、第三の実施の形態にかかる蒸着用ルツボ32は、蒸着処理の際に有機材料が投入される底部と、蒸着処理の際に気化した有機材料が排出される開口部33と、底部と開口部との間に設けられた屈曲部34とを含んでなる。すなわち、ルツボは、屈曲部により、開口部側の上部領域と、有機材料が投入される下部領域31とに分けられる。第三の実施の形態にあっては、ルツボは、回転形状の迂回路を有する形状である。すなわち、ルツボは、直線状の上部領域および下部領域を有し、上部領域と下部領域との間に、気化した有機材料の流路が360°回転するような迂回路を屈曲部として有する。このように屈曲部を設けることで、開口部から底部が見えなくなり、有機材料が、被処理基板へ直線的に達することができなくなる。なお、ルツボの断面は円状である。また、ルツボの開口部および底部は平面状であり、互いに平行である。なお、第三の実施の形態にかかるルツボは、特に以下の点で好ましい。すなわち、第二の実施の形態にかかるルツボは、第一の実施の形態にかかるルツボと比べて、ルツボを被処理基板と平行な方向に大きくすることなしに、より多くの有機材料を収容できる形状としやすい。また、さらに360°回転して蒸気流が開口部より出射されるため、蒸発面の影響を受ける可能性は最も低い。
FIG. 3 is a schematic perspective view of a vapor deposition crucible according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the
また、本発明にあっては、蒸着処理の際に気化した有機材料が通過する領域の断面積が、有機材料が配される領域の断面積よりも、好ましくは小さくない、さらに好ましくは大きい。換言すると、ルツボを画定する管の断面積が、ルツボの底部から開口部に向かって、より大きくなる、または等しいことが好ましい。具体的には、気化した有機材料が通過する領域の断面積は、有機材料が配される領域の断面積の好ましくは1倍以上、また、好ましくは3倍以下、さらに好ましくは2倍以下とする。さらに好ましくは、蒸着処理の際に気化した有機材料が通過する領域のうち、より開口部側の領域の断面積は、より底部側の断面積よりも小さくない、好ましくは大きい。 Moreover, in this invention, the cross-sectional area of the area | region where the organic material vaporized in the vapor deposition process passes is preferably not smaller than the area where the organic material is disposed, and more preferably larger. In other words, the cross-sectional area of the tube defining the crucible is preferably larger or equal from the bottom of the crucible toward the opening. Specifically, the cross-sectional area of the region through which the vaporized organic material passes is preferably at least 1 time, preferably at most 3 times, more preferably at most 2 times the cross-sectional area of the region where the organic material is disposed. To do. More preferably, among the regions through which the organic material vaporized during the vapor deposition process passes, the cross-sectional area of the region closer to the opening is not smaller than, preferably larger than, the cross-sectional area closer to the bottom.
一般的なクヌッセンセルを仮定すると、単位時間に単位面積を通過する蒸発分子数Je[分子/m2・s]は以下の式で表される。すなわち、MBEなどに使用されている蒸発源であり、ルツボの周囲を抵抗加熱式のヒーターを取り囲む方式である。基板上に分子のエピタキシャル成長をさせることができ、原子を積層するように設計されている。その蒸気流や物性値などは理論的に計算することが可能で、それによる計算の結果である。 Assuming a general Knudsen cell, the number of evaporated molecules Je [molecules / m 2 · s] passing through a unit area per unit time is expressed by the following equation. That is, it is an evaporation source used for MBE and the like, and is a system in which a resistance heating type heater is surrounded around the crucible. The molecule can be epitaxially grown on the substrate and is designed to stack atoms. The vapor flow and physical property values can be calculated theoretically and are the result of the calculation.
Je=(1/4)αnυ
=2.6x1024p(MT)-1/2
(式中、T[K]は、温度を示す。p[Pa]は、圧力を示す。nは、単位体積あたりの分子数を示す。υは、蒸発分子の平均速度を示す。Mは、蒸発分子の分子量を示す。αは、凝縮係数を示す。)
Je = (1/4) αnυ
= 2.6x10 24 p (MT) -1/2
(In the formula, T [K] represents temperature, p [Pa] represents pressure, n represents the number of molecules per unit volume, υ represents the average velocity of evaporated molecules, and M is Indicates the molecular weight of the evaporated molecule, α indicates the condensation coefficient.)
ここで、ルツボの蒸発面積をSとすると、総蒸発原子数はJeSとなり、総蒸発原子数は蒸発面積に比例する。しかしながら、上記仮定では、蒸発面積とルツボの開口部の面積の比が1(つまり同面積)であり、ルツボの開口部から被処理基板までの間において、蒸気流はルツボの開口部より広がっていることを前提としている。一方で、上記のような完全開放型の蒸発源(ルツボ)の膜厚分布や再現性は、ルツボの形状や材料形状に大きく依存しており、有機材料の消費とともに膜厚再現性が低下するとされている。 Here, if the evaporation area of the crucible is S, the total number of evaporation atoms is JeS, and the total number of evaporation atoms is proportional to the evaporation area. However, under the above assumption, the ratio of the evaporation area and the area of the crucible opening is 1 (that is, the same area), and the vapor flow spreads from the crucible opening to the substrate to be processed from the crucible opening to the substrate. It is assumed that On the other hand, the film thickness distribution and reproducibility of the fully open evaporation source (crucible) as described above greatly depend on the shape of the crucible and the material shape. Has been.
そこで、図1〜3に示すように、本発明にかかるルツボにあっては、蒸発面積(S0)と蒸気流の通過する部分の断面積(S1)および開口部の面積(S2)との関係は、S0≦S1≦S2を満たすことが好ましい。このように、気化した有機材料が通過する領域の断面積を、有機材料が投入される領域の断面積よりも小さくなくすることで、有機材料が消費されても膜厚再現性が低下することなく、蒸着処理を行うことができる。また、以下に詳細に述べるように、製膜速度を確保するためにより高い温度を必要としなくなる。 Therefore, as shown in FIGS. 1 to 3, in the crucible according to the present invention, the relationship between the evaporation area (S0), the cross-sectional area (S1) of the portion through which the steam flow passes, and the area (S2) of the opening. Preferably satisfies S0 ≦ S1 ≦ S2. Thus, by reducing the cross-sectional area of the region through which the vaporized organic material passes, smaller than the cross-sectional area of the region into which the organic material is introduced, the film thickness reproducibility is reduced even when the organic material is consumed. Without vapor deposition. Further, as will be described in detail below, a higher temperature is not required to ensure the film forming speed.
以上のように、本発明にかかる蒸着用ルツボは、有機材料の蒸発面から被処理基板が直接見えないこと、および、好ましくはルツボの開口部の面積およびルツボ内を蒸気が通過する領域の断面積が、蒸気発生面の面積よりも大きいことを特徴とする。このルツボにおいては、底部と開口部との間に少なくとも1つの屈曲部が存在しており、有機材料上面から被処理基板が直接みることが出来ない構造を有することを特徴とする。この屈曲部により、ルツボは蒸着用有機材料が収納される下部領域と、被処理基板へ有機材料の蒸気流が排出される開口部を有する上部領域に分けられる。 As described above, the evaporation crucible according to the present invention is such that the substrate to be processed is not directly visible from the evaporation surface of the organic material, and preferably the area of the opening of the crucible and the region where the vapor passes through the crucible. The area is larger than the area of the steam generation surface. This crucible is characterized in that at least one bent portion exists between the bottom portion and the opening portion, and the substrate to be processed cannot be directly seen from the upper surface of the organic material. By this bent portion, the crucible is divided into a lower region in which the organic material for vapor deposition is stored and an upper region having an opening through which a vapor flow of the organic material is discharged to the substrate to be processed.
本発明にかかるルツボを蒸発源中に設置すると、まず下部領域に投入された有機材料が加熱され、有機材料の蒸気流が発生する。このとき、下部領域で発生した蒸気流が、屈曲部を通過してルツボ外部へ放出されるので、ルツボ内に遮蔽板等の構造物を設けることなしに、下部領域の有機材料の形状や量および面積に依存せず安定した蒸気流を確保することが可能となる。また、有機材料の蒸発面から、直接基板へと蒸気流が到達しないので、昇華性材料の蒸着時に観察される不均一なクラスターの基板への到達を抑制することが可能となる。また、蒸発面積と蒸気流が通過する断面積の関係から、蒸気流は何ら遮蔽されることなく、屈曲した部分を通り、開口部より基板面へ蒸着されることができる。また、蒸着面から開口部のまでの断面積が減少しないことから、製膜速度を確保するためにより高い温度を必要とせず、材料の分解や重合などの劣化を抑制することが可能となる。 When the crucible according to the present invention is installed in the evaporation source, the organic material put into the lower region is first heated, and a vapor flow of the organic material is generated. At this time, since the vapor flow generated in the lower region passes through the bent portion and is released to the outside of the crucible, the shape and amount of the organic material in the lower region can be obtained without providing a structure such as a shielding plate in the crucible. In addition, a stable vapor flow can be ensured regardless of the area. Further, since the vapor flow does not reach the substrate directly from the evaporation surface of the organic material, it is possible to suppress the arrival of the non-uniform cluster that is observed when the sublimable material is deposited on the substrate. Moreover, from the relationship between the evaporation area and the cross-sectional area through which the vapor flow passes, the vapor flow can be deposited on the substrate surface from the opening through the bent portion without being shielded at all. Further, since the cross-sectional area from the vapor deposition surface to the opening does not decrease, a higher temperature is not required to ensure the film forming speed, and it is possible to suppress degradation such as material decomposition and polymerization.
なお、本発明におけるルツボの材料は、特に限定されるものではないが、セラミックスや金属を用いることができる。具体的には、セラミックスとして、金属酸化物、金属窒化物、炭化物、炭素、例えば、窒化アルミニウムや、炭化ケイ素、炭素などを使用することができる。使用できる金属としては、高融点および高熱伝導率性のモリブデン、タンタルやタングステンなどがある。より具体的には、ルツボに用いる金属の融点は、好ましくは1000℃以上であり、また、好ましくは1500℃以下である。また、ルツボに用いる金属の熱伝導率は、好ましくは100W/mK以上であり、また、好ましくは500W/mK以下である。 The material for the crucible in the present invention is not particularly limited, but ceramics and metals can be used. Specifically, as the ceramic, metal oxide, metal nitride, carbide, carbon, such as aluminum nitride, silicon carbide, carbon, or the like can be used. Examples of metals that can be used include molybdenum, tantalum, and tungsten, which have a high melting point and high thermal conductivity. More specifically, the melting point of the metal used for the crucible is preferably 1000 ° C. or higher, and preferably 1500 ° C. or lower. Further, the thermal conductivity of the metal used for the crucible is preferably 100 W / mK or more, and preferably 500 W / mK or less.
図4に、本発明にかかる蒸着装置の模式的な鉛直方向断面図を示す。図4に示すように、蒸着装置40は、真空チャンバー41と、真空チャンバー内に設けられた蒸着源42と、被処理基板を支持するための基板支持部材43と被処理基板を支持するための基板支持部材と、ルツボ44と、ヒーター(フィラメント)45,46とを備えてなる。気化すべき有機材料(図示せず)を投入するためのルツボ44と、ルツボを加熱するためのヒーターとしてフィラメント45,46とは、収納ケース42に収納されている。ルツボ44は、外周部に、電源47、48に接続された加熱用のフィラメント(電熱線)45,46が巻かれていて、フィラメント45、46は通電されると発熱してルツボ44を加熱する。この場合、フィラメントが上部と下部に分かれているのは、ルツボの上下での温度制御を個別に行なえるためである。また、真空チャンバーの側壁の内側には、有機材料(蒸着材料)が真空チャンバーの内壁を汚染することを防ぐために、防着板49が設けられている。さらに、真空チャンバーは、その内部を減圧するための排気装置(真空ポンプ)50に接続されている。
FIG. 4 is a schematic vertical sectional view of the vapor deposition apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 4, the
このような蒸着装置内の所定の位置に、有機発光素子用の被処理基板を配置し、気化すべき有機材料が配されたルツボを加熱して、有機材料を気化させ、被処理基板の被処理面上に蒸着させることができる。すなわち、ルツボ44は、下部領域に有機材料を投入され、蒸着源内に設置される。本発明においては、蒸着する有機化合物は、昇華性材料や、融解しながら気化する溶融性材料などを用いることができる。基板51に有機化合物を蒸着するには、まず、真空ポンプ50を稼動して蒸着装置40内部を真空に保ち、フィラメント45,46に通電してルツボ44を加熱する。ルツボ44を加熱すると内部の有機材料はルツボ44の内壁部から熱が伝搬して加熱される。有機材料が一定温度に達すると、有機化合物粉体は気化し、蒸気はルツボの屈曲部を介してルツボ44の上部領域に達する。これらの過程により上部の開口部より蒸気流が発生し、基板51に付着し有機材料の薄膜が形成される。
A substrate to be processed for the organic light emitting element is disposed at a predetermined position in such a vapor deposition apparatus, and the crucible in which the organic material to be vaporized is heated to vaporize the organic material, and the substrate to be processed is coated. It can be deposited on the treated surface. That is, the
なお、原料となる有機材料としては、気相堆積法で成膜可能な物質であれば特に限定されるものではなく、種々の有機材料を用いることができる。例えば、ポリアセチレン、ポリイン等の鎖状高分子、またはポリアセン(アントラセン等)や金属キレート化合物(銅フタロシアニン等)の分子結晶等のπ電子共役系有機半導体物質、アントラセン、ジエチルアミン類、p−フェニレンジアミン、テトラメチル−p−フェニレンジアミン(TMPD)、テトラチオフルバレン(TTF)等のドナーとなる化合物と、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、テトラシアノエチレン(TCNE)、p−クロルアニル等のアクセプタとなる化合物などから構成される電荷移動錯体、色素材料、蛍光材料、液晶材料等を挙げることができる。なお、これらの有機材料の気化温度は、成膜時の気圧下10Pa〜10-7Paで、通常150〜500℃程度、特に200〜400℃程度が好ましい。 Note that the organic material to be a raw material is not particularly limited as long as it can be formed by a vapor deposition method, and various organic materials can be used. For example, π-electron conjugated organic semiconductor substances such as chain polymers such as polyacetylene and polyin, or molecular crystals of polyacenes (such as anthracene) and metal chelate compounds (such as copper phthalocyanine), anthracene, diethylamines, p-phenylenediamine, Compounds such as tetramethyl-p-phenylenediamine (TMPD) and tetrathiofulvalene (TTF) and acceptors such as tetracyanoquinodimethane (TCNQ), tetracyanoethylene (TCNE) and p-chloroanil Examples thereof include charge transfer complexes composed of compounds and the like, dye materials, fluorescent materials, liquid crystal materials, and the like. The vaporization temperature of these organic materials is 10 Pa to 10 −7 Pa under atmospheric pressure during film formation, and is usually about 150 to 500 ° C., particularly preferably about 200 to 400 ° C.
以上のように、本発明によると、屈曲部により分けられた上下二層構造を有するルツボに、有機材料を収容しているため、有機材料の形状によらず、蒸気流密度の分布を制御でき、膜厚の再現性を向上させることが出来る。さらに、有機材料の蒸発面から、直接基板へと蒸気流が到達しないので、昇華性材料の蒸着時に観察される不均一なクラスターの基板への到達を抑制することが可能となる。 As described above, according to the present invention, since the organic material is contained in the crucible having the upper and lower two-layer structure divided by the bent portion, the distribution of the vapor flow density can be controlled regardless of the shape of the organic material. The reproducibility of the film thickness can be improved. Furthermore, since the vapor flow does not reach the substrate directly from the evaporation surface of the organic material, it is possible to suppress the non-uniform cluster reaching the substrate observed during the deposition of the sublimable material.
以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the examples described below.
[実施例1]
第一の実施の形態に準じたルツボ(図1参照)中に有機材料を仕込み、加熱実験を実施した。ルツボの底部の直径は3cm、開口部の直径は6cmとした。使用した材料はアルミキレート(Alq3)である。Alq3は代表的な電子輸送性材料であり、その特性は昇華性としてよく知られている。このAlq3が製膜速度0.1nm/secに到達する際の温度をルツボの開口部より熱電対を挿入し測定した。その結果、280℃程度で製膜速度0.1nm/secに到達したので、製膜速度0.1nm/secにて、膜厚50nmの有機薄膜をガラス基板上に形成した。その後、AFMにより、作製した有機薄膜の表面形状(20μm四方)を、基板上の3点(1−1,1−2,1−3)について観察した。その結果を表1に示す。その結果、十点平均粗さで10nm以下という非常に凹凸の少ない薄膜を形成することが出来ることがわかった。
[Example 1]
An organic material was charged into a crucible (see FIG. 1) according to the first embodiment, and a heating experiment was performed. The diameter of the bottom of the crucible was 3 cm, and the diameter of the opening was 6 cm. The material used is aluminum chelate (Alq3). Alq3 is a typical electron transporting material, and its characteristic is well known as sublimation. The temperature at which the Alq3 reached a film forming speed of 0.1 nm / sec was measured by inserting a thermocouple from the opening of the crucible. As a result, since the film forming speed reached 0.1 nm / sec at about 280 ° C., an organic thin film having a film thickness of 50 nm was formed on the glass substrate at the film forming speed 0.1 nm / sec. Thereafter, the surface shape (20 μm square) of the produced organic thin film was observed at three points (1-1, 1-2, 1-3) on the substrate by AFM. The results are shown in Table 1. As a result, it was found that a thin film with very few irregularities having a 10-point average roughness of 10 nm or less can be formed.
さらに、本発明による蒸発源を用いて、製膜回数による膜厚再現性についても検討を実施した。連続製膜回数で20回まで検討した結果、高い膜厚再現性を得ることが分かった。 Furthermore, using the evaporation source according to the present invention, the film thickness reproducibility by the number of times of film formation was also examined. As a result of examining the number of continuous film formation up to 20 times, it was found that high film thickness reproducibility was obtained.
なお、平均表面粗さ、最大高低差、および十点平均粗さは、当業者に一般的に用いられる意味で用いられる。具体的には、平均表面粗さは、算術平均粗さともいい、一般的にRaと記され、中心線を基準とした粗さ曲線の絶対値の、目的の範囲における算術平均を表す値である。また、最大高低差(Peak to Valley)は、一般的にRmaxと記され、最も高いところと最も低いところの差を表す値である。また、十点平均粗さは、最高から5番目までの山頂の標高の平均値と、最深から5番目までの谷底の標高の平均値との差を表す値である。 The average surface roughness, the maximum height difference, and the ten-point average roughness are used in the meaning commonly used by those skilled in the art. Specifically, the average surface roughness is also referred to as arithmetic average roughness, generally expressed as Ra, and is a value representing the arithmetic average in the target range of the absolute value of the roughness curve based on the center line. is there. The maximum height difference (Peak to Valley) is generally written as Rmax, and is a value representing the difference between the highest point and the lowest point. The ten-point average roughness is a value representing the difference between the average value of the altitude of the peak from the highest to the fifth and the average value of the altitude of the valley from the deepest to the fifth.
[比較例1]
ガラス基板上に、従来のルツボの第一の例として上記したものに準じたルツボ(図5(a)参照)により、有機材料薄膜を形成した。材料はアルミキレート(Alq3)を使用した。このAlq3を製膜速度0.1nm/secで、膜厚50nmガラス基板上に形成した。製膜速度0.1nm/secにおける材料温度は280℃程度であった。その後、AFMにて作製した有機薄膜の表面形状を観察した。その結果を表2に示す。その結果、十点平均粗さは本発明による蒸発源を使用した場合より、著しく大きくなることがわかった。これらの結果より、従来の蒸発源による薄膜表面は、かなり凹凸の激しい面であることがわかった。
[Comparative Example 1]
On the glass substrate, the organic material thin film was formed with the crucible (refer FIG. 5A) according to what was mentioned above as a 1st example of the conventional crucible. The material used was an aluminum chelate (Alq3). This Alq3 was formed on a glass substrate with a film thickness of 0.1 nm / sec and a film thickness of 50 nm. The material temperature at a film forming rate of 0.1 nm / sec was about 280 ° C. Then, the surface shape of the organic thin film produced by AFM was observed. The results are shown in Table 2. As a result, it was found that the ten-point average roughness was remarkably larger than when the evaporation source according to the present invention was used. From these results, it was found that the surface of the thin film formed by the conventional evaporation source was a surface with considerably unevenness.
さらに、当該ルツボを用いて、製膜回数による膜厚再現性についても検討を実施した。連続製膜回数で5回程度までしか、高い膜厚再現性を得ること出来ないことが分かった。 Furthermore, using the crucible, the film thickness reproducibility by the number of times of film formation was also examined. It was found that high film thickness reproducibility can be obtained only up to about 5 times in continuous film formation.
[比較例2]
ガラス基板上に、従来のルツボの第二の例として上記したものに準じたルツボ(図5(b)参照)に示した蒸発源により、有機材料薄膜を形成した。材料はアルミキレート(Alq3)を使用した。このAlq3を製膜速度0.1nm/secで、膜厚50nmガラス基板上に形成した。製膜速度0.1nm/secにおける材料温度は310℃程度であった。本発明によるルツボを使用した場合よりも、約30℃ほど高い温度が必要であった。その後、AFMにて作製した有機薄膜の表面形状を観察した。その結果を表3に示す。その結果、十点平均粗さは本発明による蒸発源を使用した場合と同様に、十点平均粗さで10nm以下という非常に凹凸の少ない薄膜を形成することが出来ることがわかった。
[Comparative Example 2]
On the glass substrate, an organic material thin film was formed by an evaporation source shown in a crucible (see FIG. 5B) according to the above-described second example of the conventional crucible. The material used was an aluminum chelate (Alq3). This Alq3 was formed on a glass substrate with a film thickness of 0.1 nm / sec and a film thickness of 50 nm. The material temperature at a film forming rate of 0.1 nm / sec was about 310 ° C. A temperature higher by about 30 ° C. was required than when the crucible according to the present invention was used. Then, the surface shape of the organic thin film produced by AFM was observed. The results are shown in Table 3. As a result, it was found that a ten-point average roughness of 10 nm or less with a 10-point average roughness of 10 nm or less can be formed as in the case of using the evaporation source according to the present invention.
さらに、当該ルツボを用いて、製膜回数による膜厚再現性についても検討を実施した。連続製膜回数で20回まで検討した結果、高い膜厚再現性を得ることが分かった。 Furthermore, using the crucible, the film thickness reproducibility by the number of times of film formation was also examined. As a result of examining the number of continuous film formation up to 20 times, it was found that high film thickness reproducibility was obtained.
[実施例2]
ガラス基板上に、第二の実施の形態に準じたルツボ(図2参照)により、有機材料薄膜を形成した。ルツボの底部の直径は3cm、開口部の直径は6cmとした。材料はアルミキレート(Alq3)を使用した。このAlq3を製膜速度0.1nm/secで、膜厚50nmガラス基板上に形成した。製膜速度0.1nm/secにおける材料温度は実施例1同様に280℃程度であった。その後、AFMにて作製した有機薄膜の表面形状を観察した。その結果を表4に示す。その結果、十点平均粗さは実施例1におけるルツボを使用した場合と同様に、十点平均粗さで10nm以下という非常に凹凸の少ない薄膜を形成することが出来ることがわかった。
[Example 2]
An organic material thin film was formed on a glass substrate with a crucible (see FIG. 2) according to the second embodiment. The diameter of the bottom of the crucible was 3 cm, and the diameter of the opening was 6 cm. The material used was an aluminum chelate (Alq3). This Alq3 was formed on a glass substrate with a film thickness of 0.1 nm / sec and a film thickness of 50 nm. The material temperature at a film forming rate of 0.1 nm / sec was about 280 ° C. as in Example 1. Then, the surface shape of the organic thin film produced by AFM was observed. The results are shown in Table 4. As a result, it was found that a ten-point average roughness of 10 nm or less with a 10-point average roughness of 10 nm or less can be formed as in the case of using the crucible in Example 1.
さらに、当該ルツボを用いて、製膜回数による膜厚再現性についても検討を実施した。実施例1で用いたルツボより多くの材料を収容できる形状であるため、連続製膜回数で50回まで検討した結果でも、高い膜厚再現性を得ることが分かった。 Furthermore, using the crucible, the film thickness reproducibility by the number of times of film formation was also examined. Since the shape can accommodate more material than the crucible used in Example 1, it was found that high film thickness reproducibility was obtained even when the number of continuous film formation was examined up to 50 times.
11,21,31:下部領域
12,22,32,102,202:ルツボ
13,23,33:開口部
14,24,34:屈曲部
40:蒸着装置
41:真空チャンバー
42:収納ケース
43:基板支持部材
44:ルツボ
45,46:フィラメント
47,48:フィラメント用電源
49:防着板
50:排気装置(真空ポンプ)
51:被処理基板
101,201:蒸着用有機材料
203,204:遮蔽板
11, 21, 31:
51:
Claims (9)
蒸着処理の際に有機材料が配される底部と、
蒸着処理の際に気化した有機材料が排出される開口部と、
該開口部から該底部が見えなくなるように、該底部と該開口部との間に設けられた少なくとも1つの屈曲部と
を備えてなるルツボ。 An evaporation crucible for depositing an organic layer on a substrate to be processed for an organic light emitting device,
A bottom where organic materials are arranged during the vapor deposition process;
An opening through which the organic material vaporized during the vapor deposition process is discharged;
A crucible comprising: at least one bent portion provided between the bottom and the opening so that the bottom cannot be seen from the opening.
真空チャンバーと、
該真空チャンバー内に設けられた、該被処理基板を支持するための基板支持部材と、
該真空チャンバー内に該被処理基板と対向するように設けられた、請求項1〜6のいずれかに記載のルツボと、
該ルツボに隣接または近接して設けられた、該ルツボを温度制御するための温度制御手段と
を備えてなる装置。 An apparatus for depositing an organic layer on a substrate to be processed for an organic light emitting device,
A vacuum chamber;
A substrate support member provided in the vacuum chamber for supporting the substrate to be processed;
The crucible according to any one of claims 1 to 6, which is provided in the vacuum chamber so as to face the substrate to be processed.
And a temperature control means for controlling the temperature of the crucible, which is provided adjacent to or close to the crucible.
真空チャンバー内に蒸着源と対向するように被処理基板を配するステップと、
請求項1〜6のいずれかに記載のルツボを加熱して、該有機材料を気化させ、該被処理基板上に蒸着させるステップと
を含む方法。 A method of depositing an organic layer on a substrate to be processed for an organic light emitting device,
Disposing a substrate to be processed in a vacuum chamber so as to face a deposition source;
Heating the crucible according to any one of claims 1 to 6 to vaporize the organic material and deposit it on the substrate to be processed.
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JP2004293390A JP2006104524A (en) | 2004-10-06 | 2004-10-06 | Crucible for vapor-depositing substrate to be treated for organic electroluminescence diode, vapor deposition system and vapor deposition method |
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JP2014125681A (en) * | 2012-12-26 | 2014-07-07 | Au Optronics Corp | Vapor deposition apparatus |
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