JP2004119064A - 薄膜形成装置および薄膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄膜を所望の形状および膜厚で形成する。
【解決手段】薄膜形成装置１において、基板２に第１のシャドーマスク６を近接または接触させ、この第１のシャドーマスク６と一定の距離を保って第２のシャドーマスク７を配置する。有機薄膜形成時には、第１のシャドーマスク６は固定し、第１のシャドーマスク６の特定の開口部群に蒸着材料が到達するように開口部が設けられた第２のシャドーマスク７のみ移動させる。第１，第２のシャドーマスク６，７の位置関係を適宜変化させ、基板２上の所定の領域に所定の有機薄膜を形成する。この薄膜形成装置１では、第１のシャドーマスク６通過後の蒸着材料の回り込みが抑制され、また、第２のシャドーマスク７の移動に伴う形成済み有機薄膜の損傷や移着が防止される。これにより、基板２上の所定の領域に所定の形状、膜厚の有機薄膜が形成される。
【選択図】 図１
【解決手段】薄膜形成装置１において、基板２に第１のシャドーマスク６を近接または接触させ、この第１のシャドーマスク６と一定の距離を保って第２のシャドーマスク７を配置する。有機薄膜形成時には、第１のシャドーマスク６は固定し、第１のシャドーマスク６の特定の開口部群に蒸着材料が到達するように開口部が設けられた第２のシャドーマスク７のみ移動させる。第１，第２のシャドーマスク６，７の位置関係を適宜変化させ、基板２上の所定の領域に所定の有機薄膜を形成する。この薄膜形成装置１では、第１のシャドーマスク６通過後の蒸着材料の回り込みが抑制され、また、第２のシャドーマスク７の移動に伴う形成済み有機薄膜の損傷や移着が防止される。これにより、基板２上の所定の領域に所定の形状、膜厚の有機薄膜が形成される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜形成装置および薄膜形成方法に関し、特に有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子の発光層の形成など、被形成物に対して薄膜を形成するための薄膜形成装置および薄膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、有機化合物の薄膜（有機薄膜）からなる正孔輸送層および電子輸送層を積層した積層型素子の報告以来、１０Ｖ以下の低電圧で発光する大面積発光素子として関心を集めている。積層型の有機ＥＬ素子は、基本的には、陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極の各層が積層された構造を有している。このうち発光層は、正孔輸送層または電子輸送層がその機能を兼ねる構成とすることも可能である。
【０００３】
このような有機ＥＬ素子の陽極としては、金（Ａｕ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）など、仕事関数の大きな金属材料や電気伝導性材料が用いられることが多い。特に、ＩＴＯは、可視領域で透過率が高く、発光層からの面発光を可能とすることから、陽極材料として広く用いられている。一方、陰極としては、化学的安定性の高いアルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）合金、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）合金、マグネシウム−アルミニウム（Ｍｇ−Ａｌ）合金、マグネシウム（Ｍｇ）合金などの単独材料またはこれらが共蒸着された合金材料などが用いられている。
【０００４】
有機ＥＬ素子を構成する正孔輸送層、発光層および電子輸送層の各層は有機薄膜であり、その材料の種類や組み合わせで有機ＥＬ素子の発光色が異なってくる。有機ＥＬ素子の形成にあたり、その有機薄膜の原材料には種々の有機材料あるいは有機金属材料が用いられ、特に、分子量２００〜３００程度の材料を用いた低分子型の有機ＥＬ素子の形成には、基本技術のひとつとして、真空蒸着法が広く利用される。有機材料や有機金属材料の真空蒸着は、電気抵抗の高いタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）のような金属のボートに大電流を流し、その際発生する熱によって材料を気化させて基板に堆積する機構が一般的である。
【０００５】
ところで、有機ＥＬ素子を用いたディスプレイパネル（以下「有機ＥＬディスプレイパネル」という。）は、通常、単色のまたは発光色の異なる複数の画素が、パネル基板上にマトリクス状に並設された構造を有している。
【０００６】
図１０は有機ＥＬディスプレイパネルの画素の配置例を示す図である。
例えば、発光色の異なる複数の画素を有する有機ＥＬディスプレイパネルであれば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各発光色の有機ＥＬ素子１００をパネル基板上に並設し、その組み合わせにより多色のカラー表示を行うことを可能にしている。有機ＥＬ素子１００の発光色は、前述のように、その材料構成によって異なる。そのため、有機ＥＬディスプレイパネルの作製においては、各発光色の有機ＥＬ素子１００をパネル基板上のあらかじめ決まった場所に形成していく、いわゆる「塗り分け」が必要になる。
【０００７】
一般に、この塗り分けには、同発光色の有機ＥＬ素子の有機薄膜形成位置に対応させた領域に開口部を有するシャドーマスクを用いる。そして、このシャドーマスクをパネル基板に密着または近接させ、ある発光色の有機薄膜を形成した後、シャドーマスクを所定距離だけ移動して別の発光色の有機薄膜を形成する、というようにして赤色、緑色、青色の各画素を塗り分けていく。
【０００８】
この塗り分けにおいては、シャドーマスクを基板に近接させたのみでは、このシャドーマスク通過後の蒸着材料が、基板上の有機薄膜を形成すべき領域以外の領域にまで回り込むことで境界がぼやけてしまうといった問題が生じる場合がある。しかし、シャドーマスクを基板に密着させて用いた場合には、シャドーマスクの移動に伴い、既に形成済みの有機薄膜にシャドーマスクが押し当てられ、有機薄膜がシャドーマスクへ移着して欠損となってしまう場合があった。さらに、シャドーマスクに付着した有機材料が基板上の別の場所に転写されることにより欠陥となってしまう場合もあった。このようなシャドーマスクの移動に伴う不具合を解消するため、従来、基板上にレジストなどの高分子材料を用いて素子間を隔てる隔壁を形成し、シャドーマスクと基板との直接の接触を回避する方法などが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−３１５９８１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、隔壁を利用した有機ＥＬディスプレイパネルの製造においては、隔壁を形成している高分子材料に含まれる水分やフォトリソグラフィで用いた有機溶媒の残留物などが隔壁から浸出することにより、特に隔壁近傍で、薄膜材料が劣化してしまう場合があるという問題点があった。薄膜材料が劣化した領域は、その画素内で不発光領域となり、有機ＥＬディスプレイパネルの発光ムラを引き起こすようになる。
【００１１】
さらに、隔壁に高分子材料を用いることにより、有機薄膜の蒸着プロセス前の基板洗浄工程で洗浄効果の高いアセトンやイソプロピルアルコールなどの有機溶媒を使用することができず、基板上の有機汚染を完全に除去することができないという問題点がある。通常、この基板洗浄工程は、基板上に透明電極（陽極）を形成した後に行われるため、有機汚染の残存は、透明電極の仕事関数の低下や有機ＥＬディスプレイパネルの歩留まり低下を引き起こす原因となる場合がある。
【００１２】
また、隔壁を用いることでシャドーマスクと基板の接触は避けられるが、間に距離が保たれていることで、形成条件によっては、形成される有機薄膜は、その断面形状が中心部では厚く、縁部では薄くなる場合がある。このように、有機ＥＬ素子内での有機薄膜の膜厚が不均一になると、その電流密度分布が不均一となり、発光ムラが生じる原因となる。
【００１３】
また、基板上に隔壁を形成するためのプロセスが加わるため、有機ＥＬディスプレイパネルの製造工程が長くなるとともに、そのコストも高くなる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、基板などの被形成物に対して有機薄膜などの薄膜を所望の形状および膜厚で形成するための薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示す構成例で実現される薄膜形成装置が提供される。本発明の薄膜形成装置は、蒸着源で蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を被形成物に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスクと、前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクと、を有することを特徴とする。
【００１５】
図１に例示する薄膜形成装置１によれば、第１のシャドーマスク６は、基板２上の有機薄膜を形成すべき領域のすべての領域に蒸着材料が到達し得る開口部群を有する。一方、第２のシャドーマスク７は、第１のシャドーマスク６の開口部群のうちの一部に蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する。この第２のシャドーマスク７により、第１のシャドーマスク６によって有機薄膜を形成することのできる領域が限定され、第１のシャドーマスク６の開口部群のうちの特定の開口部における基板２上にのみ、有機薄膜が形成される。
【００１６】
この有機薄膜の形成後には、例えば、第２のシャドーマスク７を、蒸着材料が第１のシャドーマスク６の開口部群の他の一部に到達する配置となるように移動させる。これにより、この他の一部における基板２上に別の有機薄膜を形成することができ、有機ＥＬ素子が基板２上に塗り分けられて形成されるようになる。
【００１７】
この薄膜形成装置１において、第１のシャドーマスク６は固定し、一方、第２のシャドーマスクは、例えば、第１のシャドーマスク６と一定の距離を保って配置するようにする。これにより、塗り分けの際、第１のシャドーマスク６によって形成済みの有機薄膜の損傷や他の画素領域への移着などが発生することがなく、第２のシャドーマスク７によっても、その移動の際に有機薄膜の損傷や移着などが発生しない。
【００１８】
また、本発明では、蒸着源で蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を被形成物に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスクを配置する工程と、前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクを配置する工程と、前記蒸着源で前記蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を、前記一部における前記被形成物上に堆積させて前記薄膜を形成する工程と、を有することを特徴とする薄膜形成方法が提供される。
【００１９】
このような薄膜形成方法によれば、第２のシャドーマスクにより、第１のシャドーマスクによって薄膜を形成することのできる領域が限定され、第１のシャドーマスクの開口部群のうちの特定の開口部における被形成物上にのみ、薄膜が形成される。これにより、被形成物上の所定の領域に所定の形状および膜厚の薄膜を形成することができるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、有機ＥＬディスプレイパネルの有機ＥＬ素子の形成を例に、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は薄膜形成装置の構成例を示す図である。
薄膜形成装置１は、有機ＥＬ素子が形成される基板２が内部に配置される蒸着室３を有し、この蒸着室３には、その内部を減圧するための排気機構部４が設けられている。なお、ここでは、この蒸着室３内に配置される基板２は、ガラス上に透明電極（陽極）として機能するＩＴＯ電極がストライプ状または島状にパターニングされたもの（以下「ＩＴＯ基板」という。）であり、このＩＴＯ基板が有機薄膜の被形成物となる。
【００２２】
蒸着室３内には、有機ＥＬ素子を構成する有機薄膜の原材料である有機材料あるいは有機金属材料を、電流を流して加熱・気化させるためのボートを備える蒸着源５が、基板２に対向配置されている。
【００２３】
基板２と蒸着源５の間には、それぞれ所定の領域に開口部が設けられている金属製の第１のシャドーマスク６および第２のシャドーマスク７が、基板２側からこの順で配置されている。第１，第２のシャドーマスク６，７の材質としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）合金がそれぞれ用いられる。
【００２４】
これら第１，第２のシャドーマスク６，７は、サーボなどからなるマスク移動機構部８によって、蒸着室３内を基板２平面と平行または基板２平面と垂直に、それぞれ移動することができるようになっている。このマスク移動機構部８により、有機薄膜の形成時には、第１のシャドーマスク６は、後述の位置決め機構部９によって平行方向に位置決めされた後、基板２に近接または接触する状態になるまで垂直方向に移動されるようになっている。そして、蒸着終了までその状態が維持される。また、第２のシャドーマスク７は、同じく位置決め機構部９による平行方向の位置決め後、第１のシャドーマスク６と一定の距離を保って、あるいは接触するまで、垂直方向に移動されるようになっている。
【００２５】
図２は第１のシャドーマスクの平面模式図である。また、図３は第２のシャドーマスクの平面模式図であって、（ａ）各開口部が独立して配置されている場合、（ｂ）開口部がスリット形状で配置されている場合、をそれぞれ示している。なお、図２および図３においては、後述の位置決めのためのアライメント・マークは図示を省略している。
【００２６】
図２に示す第１のシャドーマスク６は、図１の基板２上に形成すべきすべての有機ＥＬ素子に対応する位置に、それぞれ独立した開口部６０を有している。その開口部６０の形状は、形成する有機薄膜の形状と略同一となるように形成されている。この第１のシャドーマスク６の厚みは、２０μｍ〜１００μｍ程度とするのが好ましい。これは、薄いとシャドーマスクとしての強度を充分保持することができず、さらに、形成する有機薄膜の膜厚が厚くなる場合には第１のシャドーマスク６上の開口部縁部にも蒸着材料が堆積し、取り外しの際に欠陥や欠損が発生し得るためである。また、第１のシャドーマスク６の厚みが厚いと、有機薄膜の形成時に基板２と近接または接触する第１のシャドーマスク６の開口部６０側壁まで蒸着され、有機薄膜の膜厚の不均一化を引き起こすようになってしまうためである。このように、第１のシャドーマスク６の厚みは、形成する有機薄膜の膜厚およびその均一性、あるいは自重などを考慮して、適当に設定するようにする。
【００２７】
一方、第２のシャドーマスク７は、図３に示すように、第１のシャドーマスク６よりも少ない開口部７０を有している。第２のシャドーマスク７の開口部７０は、例えば赤色素子の形成位置に対応している開口部群というように、第１のシャドーマスク６の特定の開口部群のみに蒸着材料が到達するように形成されている。すなわち、第２のシャドーマスク７は、第１のシャドーマスク６で形成することのできる有機薄膜の範囲を限定する目的で用いられる。そのため、その厚みは、第１のシャドーマスク６の特定の開口部群に精度良く蒸着材料を到達させ得る範囲であれば、特に制限はされない。
【００２８】
この第２のシャドーマスク７の開口部７０の形状は、図３（ａ）に示したように、第１のシャドーマスク６の開口部と相似形で、その開口部と１対１で対応するように形成される。あるいは、その形状を、図３（ｂ）に示したように、第１のシャドーマスク６の特定の開口部群と対応するようにスリット形状とした開口部７０とすることも可能である。このように開口部７０をスリット形状とする場合には、そのスリット方向として、並設して形成される有機ＥＬ素子の行方向、列方向のいずれかを選択すればよい。
【００２９】
ここで、図３（ａ）の第２のシャドーマスク７の開口部７０の寸法は、第１のシャドーマスク６の開口部６０の寸法と同一である必要はなく、一定の範囲で第１のシャドーマスク６の開口部６０よりも大きな寸法となるように形成することができる。
【００３０】
図４は第１のシャドーマスクの開口部を示す図である。ここで、第１のシャドーマスク６のひとつの開口部の短辺の寸法をＸ１、短辺方向（Ｘ１寸法方向）の隣の開口部までの間隔をＸ２とし、開口部の長辺の寸法をＹ１、長辺方向（Ｙ１寸法方向）の隣の開口部までの間隔をＹ２とする。このとき、第２のシャドーマスク７のひとつの開口部が取り得る短辺、長辺のそれぞれの開口部寸法Ｘ３，Ｙ３は、次の式（１），（２）のように表すことができる。
【００３１】
【数１】
Ｘ１≦Ｘ３＜Ｘ１＋Ｘ２ ……（１）
【００３２】
【数２】
Ｙ１≦Ｙ３＜Ｙ１＋Ｙ２ ……（２）
また、第２のシャドーマスク７が、長辺方向に連続したスリット形状の開口部を有する場合には、ひとつのスリット形状の開口部に対応してその領域内に含まれることとなる画素数、すなわち第１のシャドーマスク６のＹ１寸法方向に並ぶ開口部の個数をｎとしたとき、開口部寸法Ｙ３は、次の式（３）のように表すことができる。
【００３３】
【数３】
Ｙ１≦Ｙ３＜ｎ（Ｙ１＋Ｙ２）−Ｙ２ ……（３）
したがって、基板２上に形成すべき有機ＥＬ素子の形状・配置によって第１のシャドーマスク６の開口部の形状・配置が決定され、さらに、その形状・配置に応じて第２のシャドーマスク７の形状・配置が決定されるようになる。
【００３４】
これら第１，第２のシャドーマスク６，７および基板２には、有機薄膜形成時におけるそれぞれの位置関係を適正に設定するためのアライメント・マークが刻印されている。図１に示した薄膜形成装置１においては、位置決め機構部９によって、基板２、第１，第２のシャドーマスク６，７の、それぞれの位置合わせを行うことができるようになっている。
【００３５】
図５は基板および第１，第２のシャドーマスクの位置決め方法の説明図である。ただし、図５では、基板２および第１，第２のシャドーマスク６，７が位置決めされている状態を基板２側から見た図を示し、第１，第２のシャドーマスク６，７の開口部および基板２上のＩＴＯ電極は図示を省略している。
【００３６】
基板２および第１のシャドーマスク６には、これらを位置決めするためのアライメント・マーク１１がそれぞれ刻印されている。同様に、第１のシャドーマスク６および第２のシャドーマスク７には、これらを位置決めするためのアライメント・マーク１２がそれぞれ刻印されている。
【００３７】
基板２および第１，第２のシャドーマスク６，７を位置決めするときには、まず、薄膜形成装置１の所定の位置に基板２を設置する。そして、第１のシャドーマスク６を、マスク移動機構部８によって基板２平面と平行に移動させ、基板２と第１のシャドーマスク６とのアライメント・マーク１１が揃うように位置決めする。その際、位置決め機構部９は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などを用いて得られるアライメント・マーク１１の画像に適当な画像処理を施し、その処理結果に基づいてマスク移動機構部８のサーボなどを動作させ、両者を正確に位置決めするようにする。基板２と第１のシャドーマスク６の位置決め後は、この第１のシャドーマスク６を、基板２側へ垂直に移動させ、基板２に近接または接触させる。このときの垂直方向への移動距離は、位置決め時の第１のシャドーマスク６の位置からこれを基板２に近接または接触させるのに必要な距離をあらかじめ設定しておき、マスク移動機構部８で移動させるようにする。
【００３８】
続いて、第２のシャドーマスク７を、基板２平面と平行に移動させ、第１のシャドーマスク６とのアライメント・マーク１２が揃うように位置決めを行う。その際、位置決め機構部９は、ＣＣＤなどを用いて得られるアライメント・マーク１２の画像に適当な画像処理を施し、その処理結果に基づいてマスク移動機構部８のサーボなどを動作させ、両者を正確に位置決めするようにする。位置決め後は、第１，第２のシャドーマスク６，７間に一定の距離を保って、あるいは第１，第２のシャドーマスク６，７が接触するように、第２のシャドーマスク７を第１のシャドーマスク６側へ垂直に移動させる。このときの垂直方向への移動距離は、第１のシャドーマスク６の場合と同様、一定の距離を保って配置するのに、あるいは接触させるのに必要な距離をあらかじめ設定しておくようにする。
【００３９】
このように第１，第２のシャドーマスク６，７を位置決めして配置した後、有機薄膜の形成が行われる。この薄膜形成装置１において、排気機構部４、蒸着源５、マスク移動機構部８および位置決め機構部９の各動作は、それぞれ制御部１０によってコントロールされる。
【００４０】
図６は有機薄膜形成時の基板および第１，第２のシャドーマスクの側面模式図であって、（ａ）初期状態、（ｂ）第２のシャドーマスク移動後の状態をそれぞれ示している。ただし、図６では、第１のシャドーマスク６が基板２に接触して配置され、かつ、第１，第２のシャドーマスク６，７が非接触状態で配置されている場合について図示している。また、図６では、第１のシャドーマスク６の開口部に比べて第２のシャドーマスク７の開口部が大きく形成されている場合を示している。
【００４１】
位置決め後の初期状態においては、図６（ａ）に示すように、第１のシャドーマスク６は、基板２のストライプ状または島状のＩＴＯ電極２ａ上に各開口部６０ａ，６０ｂ，６０ｃが配置されるように、基板２のＩＴＯ電極２ａに接触して配置されている。また、第２のシャドーマスク７は、初期状態で、その開口部７０ａを第１のシャドーマスク６の開口部６０ａに対応させ、第１のシャドーマスク６と一定の距離を保って非接触状態で配置されている。
【００４２】
有機薄膜の形成時には、まず、図６（ａ）に示した初期状態で、有機薄膜１３を形成する。その際、図１に示した蒸着源５から気化した蒸着材料は、第２のシャドーマスク７の開口部７０ａを通過した後、その開口部７０ａに対応して配置されている第１のシャドーマスク６の開口部６０ａへと到達する。これにより、基板２のＩＴＯ電極２ａ上に、例えば有機ＥＬ素子の赤色発光性材料など、有機薄膜１３が形成される。
【００４３】
一方、初期状態で、第２のシャドーマスク７の開口部７０ａに対応していない第１のシャドーマスク６の開口部６０ｂ，６０ｃには、蒸着材料が到達せず、そのＩＴＯ電極２ａ上には有機薄膜１３が形成されない。
【００４４】
有機薄膜１３が形成されなかった開口部６０ｂ，６０ｃのＩＴＯ電極２ａ上に、他の有機薄膜１４を形成する場合には、図６（ｂ）に示したように、第１のシャドーマスク６は初期状態の位置で固定したまま、第２のシャドーマスク７のみを移動するようにする。その際は、第２のシャドーマスク７を基板２平面に平行に移動し、今度は開口部７０ａが開口部６０ｂと対応した配置とする。この第２のシャドーマスク７の移動距離は、位置決め後の初期状態の位置から隣の開口部６０ｂに対応する位置となるまでの距離をあらかじめ設定しておき、図１に示したマスク移動機構部８で移動させる。
【００４５】
このように開口部７０ａ，６０ｂを対応した配置とすることにより、開口部６０ｂには、例えば緑色発光性材料など、他の有機薄膜１４を形成することができるようになる。一方、開口部６０ｃおよび既にＩＴＯ電極２ａ上に有機薄膜１３が形成されている開口部６０ａには蒸着材料が到達しない。
【００４６】
開口部６０ｃについても同様に、図６（ｂ）に示した状態から、第２のシャドーマスク７のみを平行移動して開口部７０ａと対応した配置とし、開口部６０ａ，６０ｂは第２のシャドーマスク７でマスクする。そして、開口部６０ｃのＩＴＯ電極２ａ上に、例えば青色発光性材料などの蒸着を行えばよい。
【００４７】
以上のように、薄膜形成装置１による有機薄膜形成は、第１，第２のシャドーマスク６，７の位置関係を適宜変化させながら、基板２上の所定の領域に所定の形状や膜厚で形成することにより行われる。
【００４８】
この有機薄膜形成においては、第１のシャドーマスク６は、基板２に近接させた状態で配置することもできるが、図６に示したように、基板２と接触して配置することが望ましい。これは、第１のシャドーマスク６が基板２と接触していることで、第１のシャドーマスク６通過後の蒸着材料の回り込みが確実に防止され、有機薄膜の輪郭ぼけを防止することができるようになるためである。
【００４９】
さらに、この有機薄膜形成においては、第２のシャドーマスク７を、第１のシャドーマスク６と接触状態で配置することもできるが、図６に示したように、非接触状態で配置することが望ましい。これは、第１のシャドーマスク６を固定しておき、第２のシャドーマスク７のみ平行移動させるため、その移動に伴う形成済み有機薄膜との接触あるいは移着を防止するためである。ただし、形成する有機薄膜の面積にも依るが、第１，第２のシャドーマスク６，７間の距離が１０００μｍ以上となる場合には、第２のシャドーマスク７を通過後の蒸着材料が、広い範囲にまで回り込む可能性がある。この場合には、蒸着材料が、意図していなかった領域の基板２上に堆積し、不発光などの不具合を招くことがある。そのため、第１，第２のシャドーマスク６，７間の距離は、最大１０００μｍ程度となるようにすることが好ましい。
【００５０】
なお、図１では示さないが、蒸着室３内に配置される基板２の蒸着源５側と反対の面側、すなわち基板２の有機薄膜が形成されない背面側に、シート状の磁石を配置する構成としてもよい。この場合、金属製の第１のシャドーマスク６は、基板２との位置決め後に基板２側へと移動され、さらに、磁石によって吸引されるようになる。これにより、第１のシャドーマスク６は、基板２と確実に接触するようになり、蒸着終了まで接触状態を維持することができるようになる。
【００５１】
以上説明したように、薄膜形成装置１による有機薄膜形成においては、基板２に第１のシャドーマスク６を近接または接触させ、この第１のシャドーマスク６と一定の距離を保って第２のシャドーマスク７を配置する。そして、有機薄膜形成時には、第１のシャドーマスク６は固定し、この第１のシャドーマスク６の特定の開口部群に蒸着材料が到達するように開口部が設けられている第２のシャドーマスク７のみ移動させる。
【００５２】
このように、第１のシャドーマスク６を基板２に近接または接触させ、これを蒸着終了まで移動させないため、第１のシャドーマスク６による形成済み有機薄膜の損傷、他の位置への移着を防止することができる。さらに、第１のシャドーマスク６が基板２に近接または接触していることで、第１のシャドーマスク６通過後の蒸着材料の回り込みを抑制し、輪郭ぼけを抑えることができる。これにより、所望の領域に精度良くかつ均一性の良い膜厚で、有機薄膜を形成することができ、発光域および発光輝度について高性能で均一性の良い有機ＥＬ素子を形成することが可能になる。
【００５３】
さらに、このような薄膜形成装置１による有機薄膜形成により、従来の隔壁を利用した有機ＥＬ素子の形成に比べ、工程数およびコストを削減することが可能となり、有機ＥＬディスプレイパネル製造のコストダウンを図れる。
【００５４】
次に、本発明に係る薄膜形成装置１を用いた有機ＥＬ素子の形成例について、具体的に説明する。
図７は有機ＥＬ素子の形成フローの例を示す図である。また、図８は発光層の形成工程を説明する図であって、（ａ）赤色発光層形成工程、（ｂ）緑色発光層形成工程、（ｃ）青色発光層形成工程を説明する図である。ただし、この形成例についての説明および図８では、図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００５５】
有機ＥＬ素子の形成においては、まず、厚み０．７ｍｍのソーダガラス２０ａ上に、線幅１００μｍのＩＴＯ電極２０ｂを、スパッタリングなどの方法で、間隔２０μｍのストライプ状にパターニングしたＩＴＯ基板２０を形成する（ステップＳ１）。ＩＴＯ電極２０ｂは、通常、２０ｎｍ以上の膜厚で形成する。特に、ＩＴＯ電極２０ｂを厚くして導電性を高める効果と、薄くして光透過性を高める効果とを考慮し、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚とすることが好ましい。
【００５６】
次いで、このＩＴＯ基板２０を、洗浄剤、純水、有機溶剤１、純水、有機溶剤２の順で洗浄する（ステップＳ２）。ここで、有機溶剤１，２には、アセトン、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、ベンゼン、トルエン、テトラヒドロフランのいずれかを用いることができる。洗浄後のＩＴＯ基板２０は、薄膜形成装置１が備える蒸着室３内の所定の位置に設置する（ステップＳ３）。
【００５７】
有機ＥＬ素子の形成に使用する第１のシャドーマスク６として、ここでは、有機薄膜を形成するすべての領域に開口部が設けられ、その開口部の長辺方向がＩＴＯ電極２０ｂ上に並ぶ、Ｎｉ製で厚み２０μｍのものを用いる。その開口部の寸法は、短辺１００μｍ、長辺３００μｍ、隣の開口部の短辺間の間隔２０μｍ、隣の開口部の長辺間の間隔６０μｍとしている。
【００５８】
このような第１のシャドーマスク６をＩＴＯ基板２０に対し、位置決め機構部９によって位置決めした後、ＩＴＯ基板２０側へと垂直に移動させ、ＩＴＯ電極２０ｂに接触するように配置する（ステップＳ４）。
【００５９】
そして、蒸着室３内を排気して所定の真空度（例えば１０−５Ｐａ程度）まで減圧した後（ステップＳ５）、設置したＩＴＯ基板２０のＩＴＯ電極２０ｂ上に、真空蒸着法で有機材料または有機金属材料を蒸着し、まず、正孔輸送層２１を形成する（ステップＳ６）。正孔輸送層２１は、通常、１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度、好ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成する。膜厚が１０ｎｍを下回る場合には、発光部分が電極部分に近くなって電極による発光消光が生じる場合があるためであり、一方、膜厚が５００ｎｍを上回る場合には、それにより駆動電圧が上昇する場合があるためである。
【００６０】
この正孔輸送層２１の形成に用いることのできる有機材料としては、例えば、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミンなどのほか、トリフェニルアミン誘導体（ＴＰＤ）など、従来公知の種々の芳香族アミン誘導体を用いることができる。また、正孔輸送層２１の形成前には、銅フタロシアニン（ＣｕＰＣ）などを正孔注入層（図示せず）として形成する構成としてもよい。
【００６１】
次いで、ＩＴＯ電極２０ｂを２つおきに蒸着することができるような開口部を有する第２のシャドーマスク７を、第１のシャドーマスク６に対して位置決めした後、第１のシャドーマスク６側へと垂直移動させ、所定の距離を保った状態で配置する（ステップＳ７）。このとき、正孔輸送層２１が形成されているＩＴＯ基板２０、および第１，第２のシャドーマスク６，７の位置関係は、図８（ａ）に示す初期状態となる。
【００６２】
この第２のシャドーマスク７として、ここでは、Ｎｉ−Ｆｅ合金製で、厚み１００μｍのものを用いる。その開口部の寸法は、短辺１１０μｍ、長辺３３０μｍ、隣の開口部の短辺間の間隔３５０μｍ、隣の開口部の長辺間の間隔３０μｍとしている。また、第１，第２のシャドーマスク６，７間の距離は５００μｍとする。
【００６３】
図８（ａ）に示した初期状態において、正孔輸送層２１上に真空蒸着法によって所定の発光性材料を蒸着し、赤色発光層２２を形成する（ステップＳ８）。
その後、図８（ｂ）に示すように、第１のシャドーマスク６は移動させず、第２のシャドーマスク７のみを１２０μｍだけ平行移動させ（ステップＳ９）、正孔輸送層２１上に真空蒸着法により緑色発光層２３を形成する（ステップＳ１０）。
【００６４】
同様に、図８（ｃ）に示すように、第２のシャドーマスク７のみを更に１２０μｍ平行移動させ（ステップＳ１１）、正孔輸送層２１上に真空蒸着法により青色発光層２４を形成する（ステップＳ１２）。
【００６５】
ステップＳ８，Ｓ１０，Ｓ１２における各発光層の形成に用いる発光性材料としては、例えば、トリス（８−キノライト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）に、発光色に応じてナフタレン誘導体やピレン誘導体を０．５％〜１０％程度混合したものなどを用いることができる。発光性材料としては、このほかに、ビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体（ＢｅＢｑ）やポリ（ｐ−フェニレンビニレン）など、従来公知の有機金属材料や有機材料を用いることができる。
【００６６】
発光層は、通常、１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度、好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成する。膜厚が１０ｎｍを下回ると、層内での正孔と電子との再結合の効率が低下する場合があり、一方、５００ｎｍを上回ると、駆動電圧が上昇してしまう場合があるためである。
【００６７】
各発光層の形成に続き、図示しない電子輸送層を形成する（ステップＳ１３）。電子輸送層は、通常、１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度、好ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成する。膜厚についての範囲の規定は、正孔輸送層２１の場合と同様の理由からである。
【００６８】
この電子輸送層の形成は、第２のシャドーマスク７を移動させて、第１のシャドーマスク６と蒸着源５の間から退避させた後、電子輸送層材料を真空蒸着法により蒸着することによって行う。電子輸送層材料としては、Ａｌｑ３やバクソプロイン（ＢＣＰ）のほか、１，２，４−トリアゾール誘導体（ＴＡＺ）など、従来公知の有機金属材料や有機材料を用いることができる。
【００６９】
次いで、電子輸送層上に、真空蒸着法により、図示しない陰極を形成する（ステップＳ１４）。陰極は、通常、２０ｎｍ以上の膜厚で形成する。特に、陰極を厚くして導電性を高める効果と、陰極形成に要する時間とを考慮し、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚とすることが好ましい。陰極材料には、電子注入層も含むＬｉＦ／Ａｌのほか、Ａｌ−Ｌｉ合金やＡｌ−Ｍｇ合金など、従来公知の材料を用いることができる。
【００７０】
最後に、図示しない絶縁性の封止膜を形成し（ステップＳ１５）、有機ＥＬ素子の形成を終了する。
このようにして形成した有機ＥＬ素子の有機薄膜は、膜厚が各画素内で均一であり、従来のように第２のシャドーマスク７のような開口部を有しているシャドーマスク１枚で形成した場合に比べ、膜厚の画素内分布を±３％以内で形成することができる。
【００７１】
さらに、陰極および封止膜まで形成した有機ＥＬディスプレイパネルの画素内の輝度の分布は極めて良好であり、輝度ムラは認められなかった。
また、作製してから３０日を経過した有機ＥＬディスプレイパネルの画素は、有機ＥＬ素子形成時の画素と同形の発光域を示し、従来の有機ＥＬディスプレイパネルでは隔壁近傍で不発光領域が存在する場合があったのに対し、良好な結果が得られた。
【００７２】
なお、上記の形成例では、第１のシャドーマスク６をＩＴＯ電極２０ｂと接触配置した後に、正孔輸送層２１を形成するようにしたが、正孔輸送層２１は、第１のシャドーマスク６の配置前に、ＩＴＯ基板２０の全面に形成する構成としてもよい。
【００７３】
図９は正孔輸送層をＩＴＯ基板の全面に形成した場合における有機薄膜形成工程を説明する図である。ただし、図９では、図８に示した構成と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００７４】
この場合、ＩＴＯ基板２０の全面に、すなわちソーダガラス２０ａおよびＩＴＯ電極２０ｂ上に、正孔輸送層２１を形成した後、ＩＴＯ基板２０および第１のシャドーマスク６の位置決めを行う。そして、第１のシャドーマスク６を、ＩＴＯ基板２０側へ移動させ、正孔輸送層２１に近接させる。その際、第１のシャドーマスク６は、正孔輸送層２１と接触するように配置させることもできる。すなわち、このように正孔輸送層２１をＩＴＯ基板２０の全面に形成した場合においては、正孔輸送層２１が形成されたＩＴＯ基板２０を、図１に示した基板２のような被形成物とみなせばよい。
【００７５】
その後は上記形成例と同じく、第２のシャドーマスク７を位置決めし、第１のシャドーマスク６と５００μｍの距離を保って配置して、赤色発光層２２を形成する。緑色発光層、青色発光層、電子輸送層、陰極および封止膜についても、上記形成例に示したように形成すればよい。
【００７６】
このように正孔輸送層２１をＩＴＯ基板２０の全面に形成する構成とすることにより、ＩＴＯ電極２０ｂと陰極との間に正孔輸送層２１が介在するようになるので、陽極／陰極間のショートを確実に防止することが可能になる。そのため、陰極は、ＩＴＯ電極２０ｂに交差するようにストライプ状に形成することも可能である。
【００７７】
なお、以上の形成例において、発光層の形成順は、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層の順に限定されるものではない。また、すべてまたは一部の発光層を、正孔輸送性発光層あるいは電子輸送性発光層など、キャリア輸送層と発光層とを兼ねる構造とする場合であっても、原理は同じである。さらに、上記の例において触れた正孔注入層、あるいは電子注入層を有機ＥＬ素子の構成要素として加える場合であっても、原理は同じである。すなわち、第１のシャドーマスク６は固定して、第２のシャドーマスク７を適宜移動させ、所定の領域に所定の発光層などの各層を形成すればよい。
【００７８】
また、以上の説明では、有機材料や有機金属材料を蒸着して得られる有機薄膜の形成を例にして述べたが、本発明の薄膜形成装置は、有機薄膜のほか金属薄膜の形成など、一般に真空蒸着法によって形成することのできる薄膜の形成に適用することが可能である。
【００７９】
（付記１） 蒸着源で蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を被形成物に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成装置において、
前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスクと、
前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクと、
を有することを特徴とする薄膜形成装置。
【００８０】
（付記２） 前記第１のシャドーマスクは、前記被形成物に近接または接触して配置されるようにしたことを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
（付記３） 前記第２のシャドーマスクは、前記第１のシャドーマスクと一定の距離だけ離れて配置されるようにしたことを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
【００８１】
（付記４） 前記開口部群の前記一部以外の他の一部に他の蒸着材料を堆積させるときには、前記第２のシャドーマスクは、前記他の蒸着材料が前記他の一部に到達するよう前記開口部を前記他の一部に対応させる位置に移動することを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
【００８２】
（付記５） 前記被形成物に対する前記第１のシャドーマスクの位置、および前記第１のシャドーマスクに対する前記第２のシャドーマスクの位置を、適正に設定するための位置決め機構部を有することを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
【００８３】
（付記６） 前記第１のシャドーマスクの開口部が寸法Ｘ１およびＹ１の矩形であって、Ｘ１寸法方向に隣り合う開口部との間隔をＸ２、Ｙ１寸法方向に隣り合う開口部との間隔をＹ２としたときに、前記第２のシャドーマスクの開口部寸法Ｘ３およびＹ３は、Ｘ１≦Ｘ３＜Ｘ１＋Ｘ２、Ｙ１≦Ｙ３＜Ｙ１＋Ｙ２、となることを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
【００８４】
（付記７） 前記第１のシャドーマスクの開口部が寸法Ｘ１およびＹ１の矩形であって、Ｘ１寸法方向に隣り合う開口部との間隔をＸ２、Ｙ１寸法方向に隣り合う開口部との間隔をＹ２とし、さらに、Ｙ１寸法方向に並ぶ開口部の個数をｎとしたときに、前記第２のシャドーマスクの開口部寸法Ｘ３およびＹ３は、Ｙ１≦Ｙ３＜ｎ（Ｙ１＋Ｙ２）−Ｙ２、となることを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
【００８５】
（付記８） 蒸着源で蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を被形成物に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成方法において、
前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスクを前記被形成物の前記蒸着源側に配置する工程と、
前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクを前記第１のシャドーマスクよりも前記蒸着源側に配置する工程と、
前記蒸着源で前記蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を、前記一部における前記被形成物上に堆積させて前記薄膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする薄膜形成方法。
【００８６】
（付記９） 前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された前記開口部群を有する前記第１のシャドーマスクを前記被形成物の前記蒸着源側に配置する工程においては、前記第１のシャドーマスクを、前記被形成物に近接または接触させて配置することを特徴とする付記８記載の薄膜形成方法。
【００８７】
（付記１０） 前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された前記開口部を有する前記第２のシャドーマスクを前記第１のシャドーマスクよりも前記蒸着源側に配置する工程においては、前記第２のシャドーマスクを、前記第１のシャドーマスクと一定の距離だけ離して配置することを特徴とする付記８記載の薄膜形成方法。
【００８８】
（付記１１） 前記蒸着源で前記蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を、前記一部における前記被形成物上に堆積させて前記薄膜を形成する工程の後に、前記開口部群の前記一部以外の他の一部に他の蒸着材料を堆積させるときには、前記第２のシャドーマスクを、前記他の蒸着材料が前記他の一部に到達するよう前記開口部を前記他の一部に対応させる位置に移動し、前記他の一部における前記被形成物上に他の薄膜を形成する工程を有することを特徴とする付記８記載の薄膜形成方法。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、薄膜形成装置を、蒸着材料が被形成物上の薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスク、およびその開口部群のうちの一部に蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクを有する構成にする。これにより、被形成物上の所望の領域に精度良くかつ均一性の良い膜厚で、薄膜を形成することができる。
【００９０】
特に、精度良くかつ均一性の良い膜厚で有機薄膜を形成することができるので、高性能な有機ＥＬディスプレイパネルを低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】薄膜形成装置の構成例を示す図である。
【図２】第１のシャドーマスクの平面模式図である。
【図３】第２のシャドーマスクの平面模式図であって、（ａ）各開口部が独立して配置されている場合、（ｂ）開口部がスリット形状で配置されている場合、をそれぞれ示している。
【図４】第１のシャドーマスクの開口部を示す図である。
【図５】基板および第１，第２のシャドーマスクの位置決め方法の説明図である。
【図６】有機薄膜形成時の基板および第１，第２のシャドーマスクの側面模式図であって、（ａ）初期状態、（ｂ）第２のシャドーマスク移動後の状態をそれぞれ示している。
【図７】有機ＥＬ素子の形成フローの例を示す図である。
【図８】発光層の形成工程を説明する図であって、（ａ）赤色発光層形成工程、（ｂ）緑色発光層形成工程、（ｃ）青色発光層形成工程を説明する図である。
【図９】正孔輸送層をＩＴＯ基板の全面に形成した場合における有機薄膜形成工程を説明する図である。
【図１０】有機ＥＬディスプレイパネルの画素の配置例を示す図である。
【符号の説明】
１ 薄膜形成装置
２ 基板
２ａ，２０ａ ＩＴＯ電極
３ 蒸着室
４ 排気機構部
５ 蒸着源
６ 第１のシャドーマスク
７ 第２のシャドーマスク
８ マスク移動機構部
９ 位置決め機構部
１０ 制御部
１１，１２ アライメント・マーク
１３，１４ 有機薄膜
２０ ＩＴＯ基板
２０ａ ソーダガラス
２１ 正孔輸送層
２２ 赤色発光層
２３ 緑色発光層
２４ 青色発光層
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，７０ａ 開口部
Ｘ１，Ｙ１ 寸法
Ｘ２，Ｙ２ 間隔
Ｘ３，Ｙ３ 開口部寸法
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜形成装置および薄膜形成方法に関し、特に有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子の発光層の形成など、被形成物に対して薄膜を形成するための薄膜形成装置および薄膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、有機化合物の薄膜（有機薄膜）からなる正孔輸送層および電子輸送層を積層した積層型素子の報告以来、１０Ｖ以下の低電圧で発光する大面積発光素子として関心を集めている。積層型の有機ＥＬ素子は、基本的には、陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極の各層が積層された構造を有している。このうち発光層は、正孔輸送層または電子輸送層がその機能を兼ねる構成とすることも可能である。
【０００３】
このような有機ＥＬ素子の陽極としては、金（Ａｕ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）など、仕事関数の大きな金属材料や電気伝導性材料が用いられることが多い。特に、ＩＴＯは、可視領域で透過率が高く、発光層からの面発光を可能とすることから、陽極材料として広く用いられている。一方、陰極としては、化学的安定性の高いアルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）合金、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）合金、マグネシウム−アルミニウム（Ｍｇ−Ａｌ）合金、マグネシウム（Ｍｇ）合金などの単独材料またはこれらが共蒸着された合金材料などが用いられている。
【０００４】
有機ＥＬ素子を構成する正孔輸送層、発光層および電子輸送層の各層は有機薄膜であり、その材料の種類や組み合わせで有機ＥＬ素子の発光色が異なってくる。有機ＥＬ素子の形成にあたり、その有機薄膜の原材料には種々の有機材料あるいは有機金属材料が用いられ、特に、分子量２００〜３００程度の材料を用いた低分子型の有機ＥＬ素子の形成には、基本技術のひとつとして、真空蒸着法が広く利用される。有機材料や有機金属材料の真空蒸着は、電気抵抗の高いタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）のような金属のボートに大電流を流し、その際発生する熱によって材料を気化させて基板に堆積する機構が一般的である。
【０００５】
ところで、有機ＥＬ素子を用いたディスプレイパネル（以下「有機ＥＬディスプレイパネル」という。）は、通常、単色のまたは発光色の異なる複数の画素が、パネル基板上にマトリクス状に並設された構造を有している。
【０００６】
図１０は有機ＥＬディスプレイパネルの画素の配置例を示す図である。
例えば、発光色の異なる複数の画素を有する有機ＥＬディスプレイパネルであれば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各発光色の有機ＥＬ素子１００をパネル基板上に並設し、その組み合わせにより多色のカラー表示を行うことを可能にしている。有機ＥＬ素子１００の発光色は、前述のように、その材料構成によって異なる。そのため、有機ＥＬディスプレイパネルの作製においては、各発光色の有機ＥＬ素子１００をパネル基板上のあらかじめ決まった場所に形成していく、いわゆる「塗り分け」が必要になる。
【０００７】
一般に、この塗り分けには、同発光色の有機ＥＬ素子の有機薄膜形成位置に対応させた領域に開口部を有するシャドーマスクを用いる。そして、このシャドーマスクをパネル基板に密着または近接させ、ある発光色の有機薄膜を形成した後、シャドーマスクを所定距離だけ移動して別の発光色の有機薄膜を形成する、というようにして赤色、緑色、青色の各画素を塗り分けていく。
【０００８】
この塗り分けにおいては、シャドーマスクを基板に近接させたのみでは、このシャドーマスク通過後の蒸着材料が、基板上の有機薄膜を形成すべき領域以外の領域にまで回り込むことで境界がぼやけてしまうといった問題が生じる場合がある。しかし、シャドーマスクを基板に密着させて用いた場合には、シャドーマスクの移動に伴い、既に形成済みの有機薄膜にシャドーマスクが押し当てられ、有機薄膜がシャドーマスクへ移着して欠損となってしまう場合があった。さらに、シャドーマスクに付着した有機材料が基板上の別の場所に転写されることにより欠陥となってしまう場合もあった。このようなシャドーマスクの移動に伴う不具合を解消するため、従来、基板上にレジストなどの高分子材料を用いて素子間を隔てる隔壁を形成し、シャドーマスクと基板との直接の接触を回避する方法などが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−３１５９８１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、隔壁を利用した有機ＥＬディスプレイパネルの製造においては、隔壁を形成している高分子材料に含まれる水分やフォトリソグラフィで用いた有機溶媒の残留物などが隔壁から浸出することにより、特に隔壁近傍で、薄膜材料が劣化してしまう場合があるという問題点があった。薄膜材料が劣化した領域は、その画素内で不発光領域となり、有機ＥＬディスプレイパネルの発光ムラを引き起こすようになる。
【００１１】
さらに、隔壁に高分子材料を用いることにより、有機薄膜の蒸着プロセス前の基板洗浄工程で洗浄効果の高いアセトンやイソプロピルアルコールなどの有機溶媒を使用することができず、基板上の有機汚染を完全に除去することができないという問題点がある。通常、この基板洗浄工程は、基板上に透明電極（陽極）を形成した後に行われるため、有機汚染の残存は、透明電極の仕事関数の低下や有機ＥＬディスプレイパネルの歩留まり低下を引き起こす原因となる場合がある。
【００１２】
また、隔壁を用いることでシャドーマスクと基板の接触は避けられるが、間に距離が保たれていることで、形成条件によっては、形成される有機薄膜は、その断面形状が中心部では厚く、縁部では薄くなる場合がある。このように、有機ＥＬ素子内での有機薄膜の膜厚が不均一になると、その電流密度分布が不均一となり、発光ムラが生じる原因となる。
【００１３】
また、基板上に隔壁を形成するためのプロセスが加わるため、有機ＥＬディスプレイパネルの製造工程が長くなるとともに、そのコストも高くなる。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、基板などの被形成物に対して有機薄膜などの薄膜を所望の形状および膜厚で形成するための薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示す構成例で実現される薄膜形成装置が提供される。本発明の薄膜形成装置は、蒸着源で蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を被形成物に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスクと、前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクと、を有することを特徴とする。
【００１５】
図１に例示する薄膜形成装置１によれば、第１のシャドーマスク６は、基板２上の有機薄膜を形成すべき領域のすべての領域に蒸着材料が到達し得る開口部群を有する。一方、第２のシャドーマスク７は、第１のシャドーマスク６の開口部群のうちの一部に蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する。この第２のシャドーマスク７により、第１のシャドーマスク６によって有機薄膜を形成することのできる領域が限定され、第１のシャドーマスク６の開口部群のうちの特定の開口部における基板２上にのみ、有機薄膜が形成される。
【００１６】
この有機薄膜の形成後には、例えば、第２のシャドーマスク７を、蒸着材料が第１のシャドーマスク６の開口部群の他の一部に到達する配置となるように移動させる。これにより、この他の一部における基板２上に別の有機薄膜を形成することができ、有機ＥＬ素子が基板２上に塗り分けられて形成されるようになる。
【００１７】
この薄膜形成装置１において、第１のシャドーマスク６は固定し、一方、第２のシャドーマスクは、例えば、第１のシャドーマスク６と一定の距離を保って配置するようにする。これにより、塗り分けの際、第１のシャドーマスク６によって形成済みの有機薄膜の損傷や他の画素領域への移着などが発生することがなく、第２のシャドーマスク７によっても、その移動の際に有機薄膜の損傷や移着などが発生しない。
【００１８】
また、本発明では、蒸着源で蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を被形成物に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成方法において、前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスクを配置する工程と、前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクを配置する工程と、前記蒸着源で前記蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を、前記一部における前記被形成物上に堆積させて前記薄膜を形成する工程と、を有することを特徴とする薄膜形成方法が提供される。
【００１９】
このような薄膜形成方法によれば、第２のシャドーマスクにより、第１のシャドーマスクによって薄膜を形成することのできる領域が限定され、第１のシャドーマスクの開口部群のうちの特定の開口部における被形成物上にのみ、薄膜が形成される。これにより、被形成物上の所定の領域に所定の形状および膜厚の薄膜を形成することができるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、有機ＥＬディスプレイパネルの有機ＥＬ素子の形成を例に、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は薄膜形成装置の構成例を示す図である。
薄膜形成装置１は、有機ＥＬ素子が形成される基板２が内部に配置される蒸着室３を有し、この蒸着室３には、その内部を減圧するための排気機構部４が設けられている。なお、ここでは、この蒸着室３内に配置される基板２は、ガラス上に透明電極（陽極）として機能するＩＴＯ電極がストライプ状または島状にパターニングされたもの（以下「ＩＴＯ基板」という。）であり、このＩＴＯ基板が有機薄膜の被形成物となる。
【００２２】
蒸着室３内には、有機ＥＬ素子を構成する有機薄膜の原材料である有機材料あるいは有機金属材料を、電流を流して加熱・気化させるためのボートを備える蒸着源５が、基板２に対向配置されている。
【００２３】
基板２と蒸着源５の間には、それぞれ所定の領域に開口部が設けられている金属製の第１のシャドーマスク６および第２のシャドーマスク７が、基板２側からこの順で配置されている。第１，第２のシャドーマスク６，７の材質としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）合金がそれぞれ用いられる。
【００２４】
これら第１，第２のシャドーマスク６，７は、サーボなどからなるマスク移動機構部８によって、蒸着室３内を基板２平面と平行または基板２平面と垂直に、それぞれ移動することができるようになっている。このマスク移動機構部８により、有機薄膜の形成時には、第１のシャドーマスク６は、後述の位置決め機構部９によって平行方向に位置決めされた後、基板２に近接または接触する状態になるまで垂直方向に移動されるようになっている。そして、蒸着終了までその状態が維持される。また、第２のシャドーマスク７は、同じく位置決め機構部９による平行方向の位置決め後、第１のシャドーマスク６と一定の距離を保って、あるいは接触するまで、垂直方向に移動されるようになっている。
【００２５】
図２は第１のシャドーマスクの平面模式図である。また、図３は第２のシャドーマスクの平面模式図であって、（ａ）各開口部が独立して配置されている場合、（ｂ）開口部がスリット形状で配置されている場合、をそれぞれ示している。なお、図２および図３においては、後述の位置決めのためのアライメント・マークは図示を省略している。
【００２６】
図２に示す第１のシャドーマスク６は、図１の基板２上に形成すべきすべての有機ＥＬ素子に対応する位置に、それぞれ独立した開口部６０を有している。その開口部６０の形状は、形成する有機薄膜の形状と略同一となるように形成されている。この第１のシャドーマスク６の厚みは、２０μｍ〜１００μｍ程度とするのが好ましい。これは、薄いとシャドーマスクとしての強度を充分保持することができず、さらに、形成する有機薄膜の膜厚が厚くなる場合には第１のシャドーマスク６上の開口部縁部にも蒸着材料が堆積し、取り外しの際に欠陥や欠損が発生し得るためである。また、第１のシャドーマスク６の厚みが厚いと、有機薄膜の形成時に基板２と近接または接触する第１のシャドーマスク６の開口部６０側壁まで蒸着され、有機薄膜の膜厚の不均一化を引き起こすようになってしまうためである。このように、第１のシャドーマスク６の厚みは、形成する有機薄膜の膜厚およびその均一性、あるいは自重などを考慮して、適当に設定するようにする。
【００２７】
一方、第２のシャドーマスク７は、図３に示すように、第１のシャドーマスク６よりも少ない開口部７０を有している。第２のシャドーマスク７の開口部７０は、例えば赤色素子の形成位置に対応している開口部群というように、第１のシャドーマスク６の特定の開口部群のみに蒸着材料が到達するように形成されている。すなわち、第２のシャドーマスク７は、第１のシャドーマスク６で形成することのできる有機薄膜の範囲を限定する目的で用いられる。そのため、その厚みは、第１のシャドーマスク６の特定の開口部群に精度良く蒸着材料を到達させ得る範囲であれば、特に制限はされない。
【００２８】
この第２のシャドーマスク７の開口部７０の形状は、図３（ａ）に示したように、第１のシャドーマスク６の開口部と相似形で、その開口部と１対１で対応するように形成される。あるいは、その形状を、図３（ｂ）に示したように、第１のシャドーマスク６の特定の開口部群と対応するようにスリット形状とした開口部７０とすることも可能である。このように開口部７０をスリット形状とする場合には、そのスリット方向として、並設して形成される有機ＥＬ素子の行方向、列方向のいずれかを選択すればよい。
【００２９】
ここで、図３（ａ）の第２のシャドーマスク７の開口部７０の寸法は、第１のシャドーマスク６の開口部６０の寸法と同一である必要はなく、一定の範囲で第１のシャドーマスク６の開口部６０よりも大きな寸法となるように形成することができる。
【００３０】
図４は第１のシャドーマスクの開口部を示す図である。ここで、第１のシャドーマスク６のひとつの開口部の短辺の寸法をＸ１、短辺方向（Ｘ１寸法方向）の隣の開口部までの間隔をＸ２とし、開口部の長辺の寸法をＹ１、長辺方向（Ｙ１寸法方向）の隣の開口部までの間隔をＹ２とする。このとき、第２のシャドーマスク７のひとつの開口部が取り得る短辺、長辺のそれぞれの開口部寸法Ｘ３，Ｙ３は、次の式（１），（２）のように表すことができる。
【００３１】
【数１】
Ｘ１≦Ｘ３＜Ｘ１＋Ｘ２ ……（１）
【００３２】
【数２】
Ｙ１≦Ｙ３＜Ｙ１＋Ｙ２ ……（２）
また、第２のシャドーマスク７が、長辺方向に連続したスリット形状の開口部を有する場合には、ひとつのスリット形状の開口部に対応してその領域内に含まれることとなる画素数、すなわち第１のシャドーマスク６のＹ１寸法方向に並ぶ開口部の個数をｎとしたとき、開口部寸法Ｙ３は、次の式（３）のように表すことができる。
【００３３】
【数３】
Ｙ１≦Ｙ３＜ｎ（Ｙ１＋Ｙ２）−Ｙ２ ……（３）
したがって、基板２上に形成すべき有機ＥＬ素子の形状・配置によって第１のシャドーマスク６の開口部の形状・配置が決定され、さらに、その形状・配置に応じて第２のシャドーマスク７の形状・配置が決定されるようになる。
【００３４】
これら第１，第２のシャドーマスク６，７および基板２には、有機薄膜形成時におけるそれぞれの位置関係を適正に設定するためのアライメント・マークが刻印されている。図１に示した薄膜形成装置１においては、位置決め機構部９によって、基板２、第１，第２のシャドーマスク６，７の、それぞれの位置合わせを行うことができるようになっている。
【００３５】
図５は基板および第１，第２のシャドーマスクの位置決め方法の説明図である。ただし、図５では、基板２および第１，第２のシャドーマスク６，７が位置決めされている状態を基板２側から見た図を示し、第１，第２のシャドーマスク６，７の開口部および基板２上のＩＴＯ電極は図示を省略している。
【００３６】
基板２および第１のシャドーマスク６には、これらを位置決めするためのアライメント・マーク１１がそれぞれ刻印されている。同様に、第１のシャドーマスク６および第２のシャドーマスク７には、これらを位置決めするためのアライメント・マーク１２がそれぞれ刻印されている。
【００３７】
基板２および第１，第２のシャドーマスク６，７を位置決めするときには、まず、薄膜形成装置１の所定の位置に基板２を設置する。そして、第１のシャドーマスク６を、マスク移動機構部８によって基板２平面と平行に移動させ、基板２と第１のシャドーマスク６とのアライメント・マーク１１が揃うように位置決めする。その際、位置決め機構部９は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などを用いて得られるアライメント・マーク１１の画像に適当な画像処理を施し、その処理結果に基づいてマスク移動機構部８のサーボなどを動作させ、両者を正確に位置決めするようにする。基板２と第１のシャドーマスク６の位置決め後は、この第１のシャドーマスク６を、基板２側へ垂直に移動させ、基板２に近接または接触させる。このときの垂直方向への移動距離は、位置決め時の第１のシャドーマスク６の位置からこれを基板２に近接または接触させるのに必要な距離をあらかじめ設定しておき、マスク移動機構部８で移動させるようにする。
【００３８】
続いて、第２のシャドーマスク７を、基板２平面と平行に移動させ、第１のシャドーマスク６とのアライメント・マーク１２が揃うように位置決めを行う。その際、位置決め機構部９は、ＣＣＤなどを用いて得られるアライメント・マーク１２の画像に適当な画像処理を施し、その処理結果に基づいてマスク移動機構部８のサーボなどを動作させ、両者を正確に位置決めするようにする。位置決め後は、第１，第２のシャドーマスク６，７間に一定の距離を保って、あるいは第１，第２のシャドーマスク６，７が接触するように、第２のシャドーマスク７を第１のシャドーマスク６側へ垂直に移動させる。このときの垂直方向への移動距離は、第１のシャドーマスク６の場合と同様、一定の距離を保って配置するのに、あるいは接触させるのに必要な距離をあらかじめ設定しておくようにする。
【００３９】
このように第１，第２のシャドーマスク６，７を位置決めして配置した後、有機薄膜の形成が行われる。この薄膜形成装置１において、排気機構部４、蒸着源５、マスク移動機構部８および位置決め機構部９の各動作は、それぞれ制御部１０によってコントロールされる。
【００４０】
図６は有機薄膜形成時の基板および第１，第２のシャドーマスクの側面模式図であって、（ａ）初期状態、（ｂ）第２のシャドーマスク移動後の状態をそれぞれ示している。ただし、図６では、第１のシャドーマスク６が基板２に接触して配置され、かつ、第１，第２のシャドーマスク６，７が非接触状態で配置されている場合について図示している。また、図６では、第１のシャドーマスク６の開口部に比べて第２のシャドーマスク７の開口部が大きく形成されている場合を示している。
【００４１】
位置決め後の初期状態においては、図６（ａ）に示すように、第１のシャドーマスク６は、基板２のストライプ状または島状のＩＴＯ電極２ａ上に各開口部６０ａ，６０ｂ，６０ｃが配置されるように、基板２のＩＴＯ電極２ａに接触して配置されている。また、第２のシャドーマスク７は、初期状態で、その開口部７０ａを第１のシャドーマスク６の開口部６０ａに対応させ、第１のシャドーマスク６と一定の距離を保って非接触状態で配置されている。
【００４２】
有機薄膜の形成時には、まず、図６（ａ）に示した初期状態で、有機薄膜１３を形成する。その際、図１に示した蒸着源５から気化した蒸着材料は、第２のシャドーマスク７の開口部７０ａを通過した後、その開口部７０ａに対応して配置されている第１のシャドーマスク６の開口部６０ａへと到達する。これにより、基板２のＩＴＯ電極２ａ上に、例えば有機ＥＬ素子の赤色発光性材料など、有機薄膜１３が形成される。
【００４３】
一方、初期状態で、第２のシャドーマスク７の開口部７０ａに対応していない第１のシャドーマスク６の開口部６０ｂ，６０ｃには、蒸着材料が到達せず、そのＩＴＯ電極２ａ上には有機薄膜１３が形成されない。
【００４４】
有機薄膜１３が形成されなかった開口部６０ｂ，６０ｃのＩＴＯ電極２ａ上に、他の有機薄膜１４を形成する場合には、図６（ｂ）に示したように、第１のシャドーマスク６は初期状態の位置で固定したまま、第２のシャドーマスク７のみを移動するようにする。その際は、第２のシャドーマスク７を基板２平面に平行に移動し、今度は開口部７０ａが開口部６０ｂと対応した配置とする。この第２のシャドーマスク７の移動距離は、位置決め後の初期状態の位置から隣の開口部６０ｂに対応する位置となるまでの距離をあらかじめ設定しておき、図１に示したマスク移動機構部８で移動させる。
【００４５】
このように開口部７０ａ，６０ｂを対応した配置とすることにより、開口部６０ｂには、例えば緑色発光性材料など、他の有機薄膜１４を形成することができるようになる。一方、開口部６０ｃおよび既にＩＴＯ電極２ａ上に有機薄膜１３が形成されている開口部６０ａには蒸着材料が到達しない。
【００４６】
開口部６０ｃについても同様に、図６（ｂ）に示した状態から、第２のシャドーマスク７のみを平行移動して開口部７０ａと対応した配置とし、開口部６０ａ，６０ｂは第２のシャドーマスク７でマスクする。そして、開口部６０ｃのＩＴＯ電極２ａ上に、例えば青色発光性材料などの蒸着を行えばよい。
【００４７】
以上のように、薄膜形成装置１による有機薄膜形成は、第１，第２のシャドーマスク６，７の位置関係を適宜変化させながら、基板２上の所定の領域に所定の形状や膜厚で形成することにより行われる。
【００４８】
この有機薄膜形成においては、第１のシャドーマスク６は、基板２に近接させた状態で配置することもできるが、図６に示したように、基板２と接触して配置することが望ましい。これは、第１のシャドーマスク６が基板２と接触していることで、第１のシャドーマスク６通過後の蒸着材料の回り込みが確実に防止され、有機薄膜の輪郭ぼけを防止することができるようになるためである。
【００４９】
さらに、この有機薄膜形成においては、第２のシャドーマスク７を、第１のシャドーマスク６と接触状態で配置することもできるが、図６に示したように、非接触状態で配置することが望ましい。これは、第１のシャドーマスク６を固定しておき、第２のシャドーマスク７のみ平行移動させるため、その移動に伴う形成済み有機薄膜との接触あるいは移着を防止するためである。ただし、形成する有機薄膜の面積にも依るが、第１，第２のシャドーマスク６，７間の距離が１０００μｍ以上となる場合には、第２のシャドーマスク７を通過後の蒸着材料が、広い範囲にまで回り込む可能性がある。この場合には、蒸着材料が、意図していなかった領域の基板２上に堆積し、不発光などの不具合を招くことがある。そのため、第１，第２のシャドーマスク６，７間の距離は、最大１０００μｍ程度となるようにすることが好ましい。
【００５０】
なお、図１では示さないが、蒸着室３内に配置される基板２の蒸着源５側と反対の面側、すなわち基板２の有機薄膜が形成されない背面側に、シート状の磁石を配置する構成としてもよい。この場合、金属製の第１のシャドーマスク６は、基板２との位置決め後に基板２側へと移動され、さらに、磁石によって吸引されるようになる。これにより、第１のシャドーマスク６は、基板２と確実に接触するようになり、蒸着終了まで接触状態を維持することができるようになる。
【００５１】
以上説明したように、薄膜形成装置１による有機薄膜形成においては、基板２に第１のシャドーマスク６を近接または接触させ、この第１のシャドーマスク６と一定の距離を保って第２のシャドーマスク７を配置する。そして、有機薄膜形成時には、第１のシャドーマスク６は固定し、この第１のシャドーマスク６の特定の開口部群に蒸着材料が到達するように開口部が設けられている第２のシャドーマスク７のみ移動させる。
【００５２】
このように、第１のシャドーマスク６を基板２に近接または接触させ、これを蒸着終了まで移動させないため、第１のシャドーマスク６による形成済み有機薄膜の損傷、他の位置への移着を防止することができる。さらに、第１のシャドーマスク６が基板２に近接または接触していることで、第１のシャドーマスク６通過後の蒸着材料の回り込みを抑制し、輪郭ぼけを抑えることができる。これにより、所望の領域に精度良くかつ均一性の良い膜厚で、有機薄膜を形成することができ、発光域および発光輝度について高性能で均一性の良い有機ＥＬ素子を形成することが可能になる。
【００５３】
さらに、このような薄膜形成装置１による有機薄膜形成により、従来の隔壁を利用した有機ＥＬ素子の形成に比べ、工程数およびコストを削減することが可能となり、有機ＥＬディスプレイパネル製造のコストダウンを図れる。
【００５４】
次に、本発明に係る薄膜形成装置１を用いた有機ＥＬ素子の形成例について、具体的に説明する。
図７は有機ＥＬ素子の形成フローの例を示す図である。また、図８は発光層の形成工程を説明する図であって、（ａ）赤色発光層形成工程、（ｂ）緑色発光層形成工程、（ｃ）青色発光層形成工程を説明する図である。ただし、この形成例についての説明および図８では、図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００５５】
有機ＥＬ素子の形成においては、まず、厚み０．７ｍｍのソーダガラス２０ａ上に、線幅１００μｍのＩＴＯ電極２０ｂを、スパッタリングなどの方法で、間隔２０μｍのストライプ状にパターニングしたＩＴＯ基板２０を形成する（ステップＳ１）。ＩＴＯ電極２０ｂは、通常、２０ｎｍ以上の膜厚で形成する。特に、ＩＴＯ電極２０ｂを厚くして導電性を高める効果と、薄くして光透過性を高める効果とを考慮し、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚とすることが好ましい。
【００５６】
次いで、このＩＴＯ基板２０を、洗浄剤、純水、有機溶剤１、純水、有機溶剤２の順で洗浄する（ステップＳ２）。ここで、有機溶剤１，２には、アセトン、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール、ベンゼン、トルエン、テトラヒドロフランのいずれかを用いることができる。洗浄後のＩＴＯ基板２０は、薄膜形成装置１が備える蒸着室３内の所定の位置に設置する（ステップＳ３）。
【００５７】
有機ＥＬ素子の形成に使用する第１のシャドーマスク６として、ここでは、有機薄膜を形成するすべての領域に開口部が設けられ、その開口部の長辺方向がＩＴＯ電極２０ｂ上に並ぶ、Ｎｉ製で厚み２０μｍのものを用いる。その開口部の寸法は、短辺１００μｍ、長辺３００μｍ、隣の開口部の短辺間の間隔２０μｍ、隣の開口部の長辺間の間隔６０μｍとしている。
【００５８】
このような第１のシャドーマスク６をＩＴＯ基板２０に対し、位置決め機構部９によって位置決めした後、ＩＴＯ基板２０側へと垂直に移動させ、ＩＴＯ電極２０ｂに接触するように配置する（ステップＳ４）。
【００５９】
そして、蒸着室３内を排気して所定の真空度（例えば１０−５Ｐａ程度）まで減圧した後（ステップＳ５）、設置したＩＴＯ基板２０のＩＴＯ電極２０ｂ上に、真空蒸着法で有機材料または有機金属材料を蒸着し、まず、正孔輸送層２１を形成する（ステップＳ６）。正孔輸送層２１は、通常、１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度、好ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成する。膜厚が１０ｎｍを下回る場合には、発光部分が電極部分に近くなって電極による発光消光が生じる場合があるためであり、一方、膜厚が５００ｎｍを上回る場合には、それにより駆動電圧が上昇する場合があるためである。
【００６０】
この正孔輸送層２１の形成に用いることのできる有機材料としては、例えば、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミンなどのほか、トリフェニルアミン誘導体（ＴＰＤ）など、従来公知の種々の芳香族アミン誘導体を用いることができる。また、正孔輸送層２１の形成前には、銅フタロシアニン（ＣｕＰＣ）などを正孔注入層（図示せず）として形成する構成としてもよい。
【００６１】
次いで、ＩＴＯ電極２０ｂを２つおきに蒸着することができるような開口部を有する第２のシャドーマスク７を、第１のシャドーマスク６に対して位置決めした後、第１のシャドーマスク６側へと垂直移動させ、所定の距離を保った状態で配置する（ステップＳ７）。このとき、正孔輸送層２１が形成されているＩＴＯ基板２０、および第１，第２のシャドーマスク６，７の位置関係は、図８（ａ）に示す初期状態となる。
【００６２】
この第２のシャドーマスク７として、ここでは、Ｎｉ−Ｆｅ合金製で、厚み１００μｍのものを用いる。その開口部の寸法は、短辺１１０μｍ、長辺３３０μｍ、隣の開口部の短辺間の間隔３５０μｍ、隣の開口部の長辺間の間隔３０μｍとしている。また、第１，第２のシャドーマスク６，７間の距離は５００μｍとする。
【００６３】
図８（ａ）に示した初期状態において、正孔輸送層２１上に真空蒸着法によって所定の発光性材料を蒸着し、赤色発光層２２を形成する（ステップＳ８）。
その後、図８（ｂ）に示すように、第１のシャドーマスク６は移動させず、第２のシャドーマスク７のみを１２０μｍだけ平行移動させ（ステップＳ９）、正孔輸送層２１上に真空蒸着法により緑色発光層２３を形成する（ステップＳ１０）。
【００６４】
同様に、図８（ｃ）に示すように、第２のシャドーマスク７のみを更に１２０μｍ平行移動させ（ステップＳ１１）、正孔輸送層２１上に真空蒸着法により青色発光層２４を形成する（ステップＳ１２）。
【００６５】
ステップＳ８，Ｓ１０，Ｓ１２における各発光層の形成に用いる発光性材料としては、例えば、トリス（８−キノライト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）に、発光色に応じてナフタレン誘導体やピレン誘導体を０．５％〜１０％程度混合したものなどを用いることができる。発光性材料としては、このほかに、ビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体（ＢｅＢｑ）やポリ（ｐ−フェニレンビニレン）など、従来公知の有機金属材料や有機材料を用いることができる。
【００６６】
発光層は、通常、１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度、好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成する。膜厚が１０ｎｍを下回ると、層内での正孔と電子との再結合の効率が低下する場合があり、一方、５００ｎｍを上回ると、駆動電圧が上昇してしまう場合があるためである。
【００６７】
各発光層の形成に続き、図示しない電子輸送層を形成する（ステップＳ１３）。電子輸送層は、通常、１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度、好ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚で形成する。膜厚についての範囲の規定は、正孔輸送層２１の場合と同様の理由からである。
【００６８】
この電子輸送層の形成は、第２のシャドーマスク７を移動させて、第１のシャドーマスク６と蒸着源５の間から退避させた後、電子輸送層材料を真空蒸着法により蒸着することによって行う。電子輸送層材料としては、Ａｌｑ３やバクソプロイン（ＢＣＰ）のほか、１，２，４−トリアゾール誘導体（ＴＡＺ）など、従来公知の有機金属材料や有機材料を用いることができる。
【００６９】
次いで、電子輸送層上に、真空蒸着法により、図示しない陰極を形成する（ステップＳ１４）。陰極は、通常、２０ｎｍ以上の膜厚で形成する。特に、陰極を厚くして導電性を高める効果と、陰極形成に要する時間とを考慮し、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚とすることが好ましい。陰極材料には、電子注入層も含むＬｉＦ／Ａｌのほか、Ａｌ−Ｌｉ合金やＡｌ−Ｍｇ合金など、従来公知の材料を用いることができる。
【００７０】
最後に、図示しない絶縁性の封止膜を形成し（ステップＳ１５）、有機ＥＬ素子の形成を終了する。
このようにして形成した有機ＥＬ素子の有機薄膜は、膜厚が各画素内で均一であり、従来のように第２のシャドーマスク７のような開口部を有しているシャドーマスク１枚で形成した場合に比べ、膜厚の画素内分布を±３％以内で形成することができる。
【００７１】
さらに、陰極および封止膜まで形成した有機ＥＬディスプレイパネルの画素内の輝度の分布は極めて良好であり、輝度ムラは認められなかった。
また、作製してから３０日を経過した有機ＥＬディスプレイパネルの画素は、有機ＥＬ素子形成時の画素と同形の発光域を示し、従来の有機ＥＬディスプレイパネルでは隔壁近傍で不発光領域が存在する場合があったのに対し、良好な結果が得られた。
【００７２】
なお、上記の形成例では、第１のシャドーマスク６をＩＴＯ電極２０ｂと接触配置した後に、正孔輸送層２１を形成するようにしたが、正孔輸送層２１は、第１のシャドーマスク６の配置前に、ＩＴＯ基板２０の全面に形成する構成としてもよい。
【００７３】
図９は正孔輸送層をＩＴＯ基板の全面に形成した場合における有機薄膜形成工程を説明する図である。ただし、図９では、図８に示した構成と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００７４】
この場合、ＩＴＯ基板２０の全面に、すなわちソーダガラス２０ａおよびＩＴＯ電極２０ｂ上に、正孔輸送層２１を形成した後、ＩＴＯ基板２０および第１のシャドーマスク６の位置決めを行う。そして、第１のシャドーマスク６を、ＩＴＯ基板２０側へ移動させ、正孔輸送層２１に近接させる。その際、第１のシャドーマスク６は、正孔輸送層２１と接触するように配置させることもできる。すなわち、このように正孔輸送層２１をＩＴＯ基板２０の全面に形成した場合においては、正孔輸送層２１が形成されたＩＴＯ基板２０を、図１に示した基板２のような被形成物とみなせばよい。
【００７５】
その後は上記形成例と同じく、第２のシャドーマスク７を位置決めし、第１のシャドーマスク６と５００μｍの距離を保って配置して、赤色発光層２２を形成する。緑色発光層、青色発光層、電子輸送層、陰極および封止膜についても、上記形成例に示したように形成すればよい。
【００７６】
このように正孔輸送層２１をＩＴＯ基板２０の全面に形成する構成とすることにより、ＩＴＯ電極２０ｂと陰極との間に正孔輸送層２１が介在するようになるので、陽極／陰極間のショートを確実に防止することが可能になる。そのため、陰極は、ＩＴＯ電極２０ｂに交差するようにストライプ状に形成することも可能である。
【００７７】
なお、以上の形成例において、発光層の形成順は、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層の順に限定されるものではない。また、すべてまたは一部の発光層を、正孔輸送性発光層あるいは電子輸送性発光層など、キャリア輸送層と発光層とを兼ねる構造とする場合であっても、原理は同じである。さらに、上記の例において触れた正孔注入層、あるいは電子注入層を有機ＥＬ素子の構成要素として加える場合であっても、原理は同じである。すなわち、第１のシャドーマスク６は固定して、第２のシャドーマスク７を適宜移動させ、所定の領域に所定の発光層などの各層を形成すればよい。
【００７８】
また、以上の説明では、有機材料や有機金属材料を蒸着して得られる有機薄膜の形成を例にして述べたが、本発明の薄膜形成装置は、有機薄膜のほか金属薄膜の形成など、一般に真空蒸着法によって形成することのできる薄膜の形成に適用することが可能である。
【００７９】
（付記１） 蒸着源で蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を被形成物に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成装置において、
前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスクと、
前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクと、
を有することを特徴とする薄膜形成装置。
【００８０】
（付記２） 前記第１のシャドーマスクは、前記被形成物に近接または接触して配置されるようにしたことを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
（付記３） 前記第２のシャドーマスクは、前記第１のシャドーマスクと一定の距離だけ離れて配置されるようにしたことを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
【００８１】
（付記４） 前記開口部群の前記一部以外の他の一部に他の蒸着材料を堆積させるときには、前記第２のシャドーマスクは、前記他の蒸着材料が前記他の一部に到達するよう前記開口部を前記他の一部に対応させる位置に移動することを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
【００８２】
（付記５） 前記被形成物に対する前記第１のシャドーマスクの位置、および前記第１のシャドーマスクに対する前記第２のシャドーマスクの位置を、適正に設定するための位置決め機構部を有することを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
【００８３】
（付記６） 前記第１のシャドーマスクの開口部が寸法Ｘ１およびＹ１の矩形であって、Ｘ１寸法方向に隣り合う開口部との間隔をＸ２、Ｙ１寸法方向に隣り合う開口部との間隔をＹ２としたときに、前記第２のシャドーマスクの開口部寸法Ｘ３およびＹ３は、Ｘ１≦Ｘ３＜Ｘ１＋Ｘ２、Ｙ１≦Ｙ３＜Ｙ１＋Ｙ２、となることを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
【００８４】
（付記７） 前記第１のシャドーマスクの開口部が寸法Ｘ１およびＹ１の矩形であって、Ｘ１寸法方向に隣り合う開口部との間隔をＸ２、Ｙ１寸法方向に隣り合う開口部との間隔をＹ２とし、さらに、Ｙ１寸法方向に並ぶ開口部の個数をｎとしたときに、前記第２のシャドーマスクの開口部寸法Ｘ３およびＹ３は、Ｙ１≦Ｙ３＜ｎ（Ｙ１＋Ｙ２）−Ｙ２、となることを特徴とする付記１記載の薄膜形成装置。
【００８５】
（付記８） 蒸着源で蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を被形成物に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成方法において、
前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスクを前記被形成物の前記蒸着源側に配置する工程と、
前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクを前記第１のシャドーマスクよりも前記蒸着源側に配置する工程と、
前記蒸着源で前記蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を、前記一部における前記被形成物上に堆積させて前記薄膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする薄膜形成方法。
【００８６】
（付記９） 前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された前記開口部群を有する前記第１のシャドーマスクを前記被形成物の前記蒸着源側に配置する工程においては、前記第１のシャドーマスクを、前記被形成物に近接または接触させて配置することを特徴とする付記８記載の薄膜形成方法。
【００８７】
（付記１０） 前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された前記開口部を有する前記第２のシャドーマスクを前記第１のシャドーマスクよりも前記蒸着源側に配置する工程においては、前記第２のシャドーマスクを、前記第１のシャドーマスクと一定の距離だけ離して配置することを特徴とする付記８記載の薄膜形成方法。
【００８８】
（付記１１） 前記蒸着源で前記蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を、前記一部における前記被形成物上に堆積させて前記薄膜を形成する工程の後に、前記開口部群の前記一部以外の他の一部に他の蒸着材料を堆積させるときには、前記第２のシャドーマスクを、前記他の蒸着材料が前記他の一部に到達するよう前記開口部を前記他の一部に対応させる位置に移動し、前記他の一部における前記被形成物上に他の薄膜を形成する工程を有することを特徴とする付記８記載の薄膜形成方法。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、薄膜形成装置を、蒸着材料が被形成物上の薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスク、およびその開口部群のうちの一部に蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクを有する構成にする。これにより、被形成物上の所望の領域に精度良くかつ均一性の良い膜厚で、薄膜を形成することができる。
【００９０】
特に、精度良くかつ均一性の良い膜厚で有機薄膜を形成することができるので、高性能な有機ＥＬディスプレイパネルを低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】薄膜形成装置の構成例を示す図である。
【図２】第１のシャドーマスクの平面模式図である。
【図３】第２のシャドーマスクの平面模式図であって、（ａ）各開口部が独立して配置されている場合、（ｂ）開口部がスリット形状で配置されている場合、をそれぞれ示している。
【図４】第１のシャドーマスクの開口部を示す図である。
【図５】基板および第１，第２のシャドーマスクの位置決め方法の説明図である。
【図６】有機薄膜形成時の基板および第１，第２のシャドーマスクの側面模式図であって、（ａ）初期状態、（ｂ）第２のシャドーマスク移動後の状態をそれぞれ示している。
【図７】有機ＥＬ素子の形成フローの例を示す図である。
【図８】発光層の形成工程を説明する図であって、（ａ）赤色発光層形成工程、（ｂ）緑色発光層形成工程、（ｃ）青色発光層形成工程を説明する図である。
【図９】正孔輸送層をＩＴＯ基板の全面に形成した場合における有機薄膜形成工程を説明する図である。
【図１０】有機ＥＬディスプレイパネルの画素の配置例を示す図である。
【符号の説明】
１ 薄膜形成装置
２ 基板
２ａ，２０ａ ＩＴＯ電極
３ 蒸着室
４ 排気機構部
５ 蒸着源
６ 第１のシャドーマスク
７ 第２のシャドーマスク
８ マスク移動機構部
９ 位置決め機構部
１０ 制御部
１１，１２ アライメント・マーク
１３，１４ 有機薄膜
２０ ＩＴＯ基板
２０ａ ソーダガラス
２１ 正孔輸送層
２２ 赤色発光層
２３ 緑色発光層
２４ 青色発光層
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，７０ａ 開口部
Ｘ１，Ｙ１ 寸法
Ｘ２，Ｙ２ 間隔
Ｘ３，Ｙ３ 開口部寸法
Claims (5)
- 蒸着源で蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を被形成物に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成装置において、
前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスクと、
前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクと、
を有することを特徴とする薄膜形成装置。 - 前記第１のシャドーマスクは、前記被形成物に近接または接触して配置されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
- 前記第２のシャドーマスクは、前記第１のシャドーマスクと一定の距離だけ離れて配置されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
- 前記開口部群の前記一部以外の他の一部に他の蒸着材料を堆積させるときには、前記第２のシャドーマスクは、前記他の蒸着材料が前記他の一部に到達するよう前記開口部を前記他の一部に対応させる位置に移動することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
- 蒸着源で蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を被形成物に堆積させて薄膜を形成する薄膜形成方法において、
前記蒸着材料が前記被形成物上の前記薄膜を形成すべき領域に堆積されるように形成された開口部群を有する第１のシャドーマスクを前記被形成物の前記蒸着源側に配置する工程と、
前記開口部群のうちの一部に前記蒸着材料が到達するように形成された開口部を有する第２のシャドーマスクを前記第１のシャドーマスクよりも前記蒸着源側に配置する工程と、
前記蒸着源で前記蒸着材料を加熱気化させ、気化した前記蒸着材料を、前記一部における前記被形成物上に堆積させて前記薄膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする薄膜形成方法。
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