利用RF溅射装置形成OLED用有机薄膜层的方法及RF溅射装置及用于RF溅射装置的靶材成型装置与流程

本发明涉及oled的制作方法，更详细地，涉及一种利用有机材料蒸镀用溅射装置形成oled用有机薄膜层的方法、以及用于执行该方法的溅射装置、以及在该rf溅射装置中使用的靶材的成型装置。

背景技术：

oled是有源矩阵有机发光二极管(activematrixorganiclightemittingdiode)的简称。是利用在施加电流时自发光的物质的el(electroluminescence)显示的一种。由于使用自发光物质，不会像lcd一样需要背光源。因此，具有功耗低，轻便，结构薄等特性。

如图1所示，oled的结构通常包括多个有机薄膜层。oled有机薄膜层可以由包括作为阳极101的透光性ito在内的，空穴注入层102(holeinjectionlayer)、空穴传输层103(holetransferlayer)、发光层104(emittinglayer)、电子传输层105(electrontransferlayer)、电子注入层106(electroninjectionlayer)及阴极107等导体构成。

当在这种有机薄膜层结构的阳极101和阴极107施加直流电压时，空穴从空穴注入层102向空穴传输层103移动，而电子经过电子传输层105向发光层104移动。随着移动的空穴和电子在发光层104相遇并结合，电子的能量从稳定态经过不稳定的高能状再回到稳定态。此时，电子从高能态回到稳定态时所对应的能量差会产生发光。

为了制作oled通常使用热蒸镀法(thermalevaporation)和电子束蒸镀法(e-beamevaporation)蒸镀有机物和金属物质。

图2示出了热蒸镀法的概念。在腔室110内设置收容有原料114(用于蒸镀的物质)的坩埚202和将要蒸镀原料114的基板112。当对坩埚202进行加热使原料114融化时，被融化的原料物质114飞到上部的基板112被蒸镀。

图3示出了电子束蒸镀法的概念。通过真空泵129对腔室120进行减压使其成为真空状态，再通过反应气体供给器128向其注入氩气(ar)，并且在电子束源127照射电子束时通过磁场使电子束发生旋转，使得电子束照射到靶材114。发生旋转的电子束对原料物质114进行加热并使其融化，而被融化的原料物质114被蒸镀到设置在上部的基板架121的基板112。

另一方面，在任意的基板上蒸镀任意物质的方法有溅射蒸镀法(sputteringdeposition)。溅射蒸镀法通过将被激活的粒子与靶材相碰撞来放射靶粒子，使放射的靶粒子蒸镀在基板上。由于溅射属于物理性方法不具有化学性热反应过程，可适用于所有靶材以及基板。尤其，rf溅射蒸镀法可在低于dc溅射的压力下蒸镀氧化物或者绝缘体，并且在蒸镀时靶物质的分散相比dc溅射少，因此常被使用于非金属类的蒸镀。

另一方面，现有的oled制作方法如下。首先，在溅射腔室中通过溅射方法在基板上蒸镀ito，形成阳极101。接着，在热蒸镀腔室或者电子束蒸镀腔室中，通过热蒸镀法或者电子束蒸镀法在阳极101的上面形成如空穴注入层102和空穴传输层103等金属类的薄膜。然后，在适用低于形成上述金属类的薄膜时的温度的单独的有机物专用蒸镀腔室中，通过热蒸镀法或者电子束蒸镀法在基板上蒸镀有机物，形成发光层104。然后，在适用更高温度的腔室中，通过热蒸镀法或者电子束蒸镀法蒸镀金属类，形成电子传输层105和电子注入层106。最后，在其上面蒸镀铝或铜等金属作为阴极。

如上所述，由于在现有的oled的制作方法中，混用溅射方法和热蒸镀法以及电子束蒸镀法，因此，针对每个蒸镀方法需要具备不同内部条件的多个腔室，或者需要对少数的腔室改变其内部条件并重新使用，从而存在制作设备的构成费用高，且制作时间长的缺点。

另外，由于热蒸镀法和电子束蒸镀法是一种通过加热靶物质使其蒸发的方式，因此，基板的蒸镀对象的面积越宽，越难控制蒸镀在中央部以及上下左右的膜厚度的均匀度。

另外，在现有的oled制作方法中无法使用溅射方法，其理由如下。

第一，在溅射方法中施加在靶材上的冲击能量，比在热蒸镀法或者电子束蒸镀法中施加在靶物质的热能量高4倍以上。这种高能量施加在靶材上，会损伤有机物靶材。

第二，从靶材脱离的靶物质碰撞在基板上的能量较大，蒸镀时会损伤基板。

第三，用于溅射方法中的oled有机物的靶材被成型时的热量，会损伤有机物。通常，在200℃以上的温度下，oled有机物的特性会受损。因此，如果以高温烧结的现有的方式制作溅射用靶材，则有机物会因受损而特性降低，并且，在制作靶材的过程中，有机物暴露在大气中时，与氧气及水分发生结合，会损伤有机物固有的特性。

技术实现要素：

发明所要解决的问题

本发明的目的在于改善使用多种蒸镀方法和多种腔室的现有制作方法中的问题。即，在制作oled时，不仅对于金属类，而且对于有机物质进行蒸镀时也采用溅射蒸镀法，使得仅采用溅射蒸镀法制作oled。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，根据本发明的一实施例中的利用rf溅射装置形成oled用发光有机物质的薄膜层的方法可以包括：在rf溅射装置的腔室内部的阴极上设置包含用于形成oled用发光有机物质的薄膜层的靶物质的靶材，并在上述腔室内部设置用于蒸镀靶物质的基板的步骤；将上述腔室内部保持真空之后，注入反应气体的步骤；以及，对上述靶材施加能够产生等离子且不损伤上述靶物质的最小rf功率以及最大磁场的步骤。

此时，施加于上述靶材的磁场强度可以为1000～5000高斯，施加于上述靶材的rf功率可以为0.5～10w/cm²。另外，上述靶材的制作步骤可以包括：准备靶材制作用腔室；将上述靶物质填充到上述空腔内的靶材制作用模具中；将上述腔室保持在规定真空度，并将上述模具加热至规定温度；以规定的压力按压填充到上述模具中的上述靶物质；以及，将上述真空度、上述温度及上述压力保持规定时间。另外，上述真空度可以为10^-3托以下，上述温度可以为50～300℃，上述压力可以为10kg～500kg/cm²，上述时间可以为10分钟以上。另外，上述制作步骤还可以包括：在上述成型的靶材的一侧面附着背板(backingplate)。另外，上述靶材和上述基板之间的距离可以是100～200mm。另外，上述反应气体可以通过冷凝器冷却后，通过设置在上述靶材附近的用于冷却上述靶材的喷嘴注入到上述腔室。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个实施例中的用于形成oled用有机薄膜层的rf溅射装置，可以包括：腔室；基板架，其设置有用于蒸镀靶物质的基板；靶材架，其可以设置有包含用于形成oled用发光有机物质的薄膜层的上述靶物质的靶材，并且设置有用于对上述靶材和上述基板之间施加规定磁场的磁铁；真空泵，其用于将上述腔室内部保持真空；反应气体供给器，其用于向上述腔室内部注入规定的反应气体；以及，rf电源，其为了在上述靶材和上述基板之间产生等离子，通过上述靶材架对上述靶材施加规定的rf功率，并且，上述rf电源施加能够产生等离子且不损伤上述靶物质的最小rf功率，上述磁铁施加不损伤靶物质的最大磁场。

此时，通过上述磁铁施加到上述靶材的磁场可以为1000～5000高斯，通过上述rf电源施加到上述靶材的rf功率可以为0.5～10w/cm²。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个实施例中的在用于形成oled用有机薄膜层的rf溅射装置中使用的靶材成型装置，可以包括：腔室；真空泵，其用于将上述腔室内部保持真空；模具，其包含的空间具有在上述rf溅射装置中使用的靶材的形状；加热器，其用于对填充在上述模具的上述空间内的原料物质进行加热；电源，其用于运行上述加热器；压力器，其以规定的压力按压填充在上述模具的上述空间内的用于形成oled用发光有机物质的薄膜层的原料物质。

其中，上述真空度可以为10^-3托以下，通过上述加热器对上述原料物质进行加热的温度可以为50～300℃，上述压力器按压的上述压力可以为10～500kg/cm²。

发明效果

根据包含如上所述构成的本发明，能够在仅使用溅射蒸镀用腔室的情况下形成oled的多个金属层及有机物层，因此，不仅可以使腔室的个数最小化，而且制作工艺简单，从而减少构成的费用并缩短制作时间。另外，通过使用溅射蒸镀法，可以控制被蒸镀的靶材的膜厚度的均匀度，并可以适用于比较宽的面积。另外，通过优化溅射条件，使得有机物的特性不受损。

另外，由于可以仅通过溅射蒸镀法制作oled的有机薄膜层，从而可以以直排方式设置溅射腔室，进行连续作业。由此，可以连续性地大量生产，还可以连续生产膜形态的产品。

附图说明

图1是示出通常的oled的有机薄膜层的结构的图。

图2是用于说明热蒸镀法的图。

图3是用于说明电子束蒸镀法的图。

图4是用于说明根据本发明的一实施例的用于执行形成有机薄膜层的溅射蒸镀法的溅射装置的结构的图。

图5是示出使用根据本发明的溅射装置形成有机薄膜层的方法的流程图。

图6是用于说明在根据本发明的溅射装置中使用的靶材的成型装置的结构的图。

图7是示出所述靶材的成型方法的流程图。

图8是示出靶材的提供形态的图。

图9是用于说明根据本发明的溅射装置的阴极的结构的图。

图10是示出使用根据本发明的溅射蒸镀法的直排制作设备的图。

图11是示出通过根据本发明的溅射蒸镀法蒸镀有机物质的形态的tem照片。

图12是示出通过根据本发明的溅射蒸镀法制作而成的oled发光状态的pl频谱图。

具体实施方式

本发明在通过蒸镀oled用发光有机物质来形成有机薄膜层时使用了在现有技术中未曾使用的溅射方法，尤其，使用了rf溅射方法。

适用于本发明的oled用发光有机物质可以包括：例如，cupc、ptpc、tiopc、npb、dtaf、dpfi-npb、tapc、ttp、tfb、dtaa、pedot:pis、hmtpd、bcp、tpbc、tp3pc、balq、naq、pfnbr、pfn-dof、taz、btpymb、lif、reo3、moo3、c545t、alq3、rubrene。另外，可以进一步包括：2t-nata、hat-cn、3tpymb、tpbi、ugh-2、fir-6、ir(bt)2acac、ir(ppy)3、cdbp、mcp、tcta、ir(piq)3、ir(pq)2acac、dpvbi、dcjtb、tp3po、tp3po、reo3、tpba。

可以参照图4并理解用于其的溅射装置的结构。另外，可以参照图5并理解能够被上述溅射装置执行的形成有机薄膜层的方法。

溅射装置可以包括腔室210、基板架226、靶材架236、rf电源253、反应气体供给器214、冷凝器215、真空泵219。

在腔室210的内部至少可以设置有基板220和靶材230，在这里发生靶物质蒸镀在基板220上的溅射反应。

基板架226将用于蒸镀靶物质的基板220设置于腔室210的内部。基板架226可以使用包括真空或者静电吸附、粘附剂或者粘附带、紧固手段等任意方式来固定基板220。

靶材架236将靶物质被烧结成任意形态的成型靶材230设置于腔室210的内部。如图7中所示，靶材架236还可以包括金属板234、磁铁235、防护物239。此时，磁铁235在靶材230和基板220之间形成磁场。

另外，靶材架236本体或者包括靶材架236的这种构造物整体还可以被称为“阴极”。

rf电源253通过靶材架236对靶材230施加射频电源(rfpower)。

反应气体供给器214向腔室210内部提供溅射蒸镀所需的反应气体。反应气体可以包括：氩、氢、氮、氟等。并且，根据需要反应气体可以包括氧。

冷凝器215对注入到腔室210的反应气体进行冷却。

以利用如上所述的溅射装置的溅射方式将oled用有机物质蒸镀在基板220从而形成有机薄膜层的方法包括：步骤s10，准备溅射腔室210，在基板架226上设置用于形成oled制作用有机薄膜层的基板220，并且在靶材架236上设置由oled制作用有机物质制成的靶材230；步骤s20，使腔室210内部保持真空并注入反应气体；步骤s30，对靶材230施加磁场和rf功率。由此，在靶材230和基板220之间形成等离子，并且用氩气冲击靶材230，使得从靶材230脱离的靶物质溅射蒸镀在基板220上。

尤其，现有技术中未能以将oled用有机物质溅射蒸镀的方式形成薄膜层，而在本发明中，通过改变溅射装置中的各种控制条件，能够用溅射蒸镀法制作出oled用有机物质的薄膜层。以下，对这种控制条件进行说明。

首先，为了防止构成靶材230的有机物材料分子在蒸镀过程中因物理力而受损，在本发明的实施例中，将蒸镀功率(rf功率)降低至最小。即，将rf电源253施加的rf功率控制为能够形成等离子的最小程度(或者能够发生溅射反应的最小程度)。

通常，相比于dc溅射或者mf溅射，rf溅射装置的蒸镀率(rate)非常低，但是靶材的分散优异，因此主要用于如sio2等非金属类的蒸镀。其中，为了提高蒸镀的速度，以往采用的是提高rf功率(例如，3～10w/cm²)的方式。

然而，如果为了提高蒸镀率而一直提高rf功率，则由rf功率溅射特性，会发生相对的功率损失，使得等离子变得不稳定。因此，即使在提高rf功率时，为了使等离子的状态稳定，施加比较低水平的磁场。相对于较高rf功率，磁场为50～700高斯程度时示出最优蒸镀率。然而，在这种高rf功率以及低磁场的条件下，由于高rf功率而增加的大量的电子和ar(+)离子与发光有机物质靶材发生碰撞时，强烈的热和冲击会传递到靶材的表面，从而损伤有机物质。

与之相比，在本发明中将rf功率降低至可能的最低程度(在基板和靶材之间能够发生等离子放电的最低程度)，使得从阴极放射出的电子数最少，从而使得与靶材230发生碰撞的氩离子的数量最小化。由此，与靶材230碰撞的氩离子的数量的最小化，可以使得在靶材230上发生的热量最小化。

此时，在本发明的另一个实施例中，可以在靶材230形成如1000～5000高斯的磁场，使得即使施加最低的rf功率，如0.1～10w/cm²也能够形成稳定的等离子。这种磁场比适用于现有的溅射蒸镀法中的磁场更强。作为这种能够形成比现有的溅射更强的磁场的磁铁235，可以使用永久磁铁或者电磁铁。

如上所述，本发明的重要特征之一是，可以使用溅射装置来蒸镀oled用有机物质，此时，与现有的溅射蒸镀处理不同的是，将rf功率降低至最小并施加最大强度的磁场。

另外，在本发明的另一个实施列中，可以通过冷却注入到腔室210的反应气体来降低靶材230的温度。例如，将从反应气体供给器214到腔室210的管道以穿过填满液化氮的冷凝器215的方式构成，从而可以冷却流过管道的反应气体。

另外，在现有的溅射装置中，反应气体是由阴极的底面或者基板架226的后面注入的，而在本实施例中，通过改正反应气体注入到腔室210的喷嘴的位置，使得被冷却的反应气体能够直接流到靶材230的表面。这样，被冷却的反应气体能够直接对靶材230的表面进行冷却，从而可以有效的防止靶材230的温度上升。另外，在本实施例中，为了防止作为有机物的靶物质的氧化，可以将氧替换成氮、氢及氟中至少一个以上并与氩混合使用。当在溅射蒸镀装置内进行作业的过程中，从靶材230分离的oled有机物粒子穿过氮气及/或氟气气氛的等离子时，氮及/或氟粒子包围oled有机物粒子的表面成为胶囊化，防止有机物表面的暴露，从而防止了有机物的氧化。

另外，根据本发明的另一个实施例中，为了减少从靶材230分离的oled有机物粒子(即靶物质)与基板220碰撞时的冲击能量引起的损伤，将靶材230和基板220之间的距离(d)隔开成大于现有的距离。在本实施例中，靶材230和基板220之间的距离(d)可以设定为100～200mm。

接下来，将参照图6对用于制作以溅射方式蒸镀oled用有机物质的靶材的成型装置的构成进行说明，并参照图7对通过所述装置制作靶材的方法进行说明。

对于在形成oled用发光有机物质的薄膜层的rf溅射装置中使用的靶材230的成型装置而言，可以通过对用于制作靶材(可以是粉末形态)的原料物质231进行加温/加压并烧结，将靶材230成型为需要的形态。

这种靶材成型装置可以包括：腔室250；真空泵259，其用于将腔室250内部保持规定的真空度；模具252，其具有在rf溅射装置中使用的靶材230的形态的空间；加热器254，其用于加热填充在模具252的上述空间内的原料物质231；电源253，其供给用于运行加热器254的功率；压力器251，其以规定的压力按压填充到模具252的上述空间内的原料物质231。

由于使用于有机发光器件的制作的有机物质暴露在200℃以上的热时，其特性会发生改变，因此无法使用通过加热进行融化并烧结的常规的靶材制作方法。

因此，在本发明中，通过以下步骤以将模具252内的原料物质231烧结并成型的方式制作靶材230：步骤s51，在设置在靶材成型装置的腔室250的模具252中填充作为制作靶材的原料物质231的oled用有机物质；步骤s52，通过运行真空泵259，在腔室250处于真空状态的减压状态下，将模具252加热至有机物质不受损的程度，并将这种加热的状态保持一定的时间；步骤s53，将加热的原料物质231按压并以压缩的状态再次保持一定的时间。

此时，优选地，腔室250的内部保持10^-3托以下的真空状态。尤其，将真空状态保持10分钟以上，使得在腔室210内部和填充在模具252内的原料物质之间残留的水分或异物(例如，除反应气体以外的分子)，都能够可从原料物质之间脱离出来。

另外，通过电源253运行加热器254并对模具252进行加热(结果为模具内的原料物质被加热)，可以使得原料物质之间的水分和异物迅速的蒸发。其中，不仅可以在模具252中适用加热器254，还可以使模具本身发热。

当模具252的温度达到例如50～100℃时(或者，以达到这种温度的状态保持规定的时间之后)，残留在原料物质231中的水分和异物均可被去除，此时运行压力器251，在模具252内部按压原料物质231。施加的压力可以是10～500kg/cm²。并且，将施加压力的状态保持10分钟以上，优选地，保持60分钟以上。由此完成以模具252的形态成型的靶材230的制作。

一方面，当完成靶材230的成型，如图8中所示，可以将成型的有机物靶材230附着于背板232(backingplate)。附着在背板232的有机物质的靶材230可以固定在靶材架(或者图9中的金属类电极板)上。固定方式可以包括通过背板232的螺栓紧固、粘附剂或者粘附带、真空/静电吸附等方式。

接着，参照图9对根据本发明的溅射装置的阴极的构成进行说明。阴极包括可施加rf功率且设置有靶材230的靶材架236。另外，可以在靶材架236上设置磁铁235，以便在被设置的靶材230和基板220之间能够形成磁场。此时，在与靶材(或者靶材的背板)接触的部分可以设置如铜等具有导电性的金属类的电极板234。

另外，为了防止除靶材230以外的其他部分向外部暴露或者为了使暴露最小化，可以在靶材架236的周边形成防护物239。

具有如上所述的构成和方式的溅射装置可以以直排的方式设置，从而能够以连续工艺的方式形成多个薄膜层。即，在形成如图1中所示的多个薄膜层的各个层时均可使用溅射蒸镀法，因此，可以将溅射装置全部连接起来，以连续工艺的方式进行整合。

图10示出了将空穴注入层102以溅射方式蒸镀的腔室201、将空穴传输层103以溅射方式蒸镀的腔室202、将发光层104以溅射方式蒸镀的腔室210、将电子传输层105以溅射方蒸镀的腔室206、将电子注入层106以溅射方式蒸镀的腔室207连成一列的情况。

各个腔室可以连接成产品移送通道209。

通过这种方式，将多个腔室连接成一列并构成产品移送通道209，可以以连续工艺程的方式对多种薄膜层进行蒸镀。因此，制作速度快，并能够实现大量的生产。另外，由于可以适应蒸镀靶物质的基板220移动的方式，因此能够以直排片(sheet)的方式和薄膜类的卷对卷(roll-to-roll)的方式进行连续的作业。

其中，可以在改变靶物质的腔室202和腔室210之间以及腔室206和腔室210之间，分别设置用于抑制腔室之间的物质的移动的缓冲腔室(203，205)。该缓冲腔室(203，205)可以由空的空间构成，由此能够使得在相邻的腔室中泄露的反应气体和靶物质朝着相对侧的其他相邻的腔室的移动最小化。

图11是示出在具有如上所述构成的溅射装置以及控制条件下，有机物质被蒸镀的形态的tem照片。从照片的左侧可以看出，直接使用现有的溅射装置和溅射方法蒸镀有机物质时，有机物质受损的形态。另外，可从照片的右侧可以看出，通过本发明的溅射方法制作而成的以均匀的厚度蒸镀的有机物质层901和位于其上部的同样以均匀的厚度蒸镀的ito层902。

接着，图12是示出通过根据本发明的溅射蒸镀法制作而成的oled的发光状态的pl频谱图。从图中可以确认，通过本发明的溅射方法得到的无损伤蒸镀的有机物质具有优良的发光特性。