JP2004059992A

JP2004059992A - 有機薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2004059992A
Application number: JP2002219460A
Authority: JP
Inventors: Koji Sasaki; 佐々木　浩司; Hironobu Narui; 成井　啓修; Katsunori Yanashima; 簗嶋　克典; Sadao Tanaka; 田中　貞雄; Satohiko Memesawa; 目々澤　聡彦
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】有機原料が貯留される原料容器内を効率よく均一に温度制御することが可能な有機薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】基板Ｓに成膜処理を行うための処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１に有機原料ガスを供給するため原料ガス供給管２１と、原料ガス供給管２１に有機原料ガスを供給するための有機原料を貯留した原料容器３１とを備えた有機薄膜形成装置であって、原料容器３１の周囲を覆うように、電磁誘導加熱により原料容器３１を加熱するための複数の加熱コイル３２が配置されているとともに、各加熱コイル３２を介してそれぞれ独立した温度制御を行うための交流電流制御手段３４が設けられていることを特徴とする有機薄膜形成装置である。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機薄膜形成装置に関するものであって、特に、処理チャンバ内で基板表面にキャリアガスとともに原料ガスを供給することにより有機薄膜を形成する有機気相堆積法に適用される有機気相堆積装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬディスプレイ素子、有機半導体レーザーなどの低分子系有機ＥＬ発光素子用の有機薄膜は、一般的に真空蒸着法で成膜されていたが、近年、有機薄膜を形成する装置として、有機気相堆積法（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＯＶＰＤ））による有機気相堆積装置が提案されている（特表２００１−５２３７６８号公報）。
【０００３】
有機気相堆積装置は、基板の成膜処理を行う処理チャンバと、処理チャンバ内に有機原料ガスを供給するガス供給手段とを備えており、減圧雰囲気下の処理チャンバ内にキャリアガスとともに有機原料ガスを供給することで、処理チャンバ内に収納された基板表面に有機薄膜を形成する。
有機気相堆積装置では、成膜成分となる有機原料が気相状態で処理チャンバ内に供給されるため、図３に示すように、有機原料が貯留される原料容器３１は抵抗線４１やランプ（図示せず）等により加熱されている。
また、ここでの図示は省略したが、原料容器３１にキャリアガスを供給するキャリアガス供給管２２および原料容器３１から処理チャンバに有機原料ガスを供給する原料ガス供給管２１も上記の方法により加熱されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の加熱方法では、例えば抵抗線４１の発熱により間接的に原料容器３１および原料ガス供給管２１が加熱されるため熱効率が悪く、熱エネルギーのロスは５０％程度であった。このため、有機原料の気化温度に到達するまでに時間を要するだけでなく、間接的な加熱によるため原料容器３１および原料ガス供給管２１の微妙な温度調整が難しかった。一般的に有機原料は気化温度よりも顕著に高い温度で加熱すると変質することから、温度制御が必要である。
【０００５】
また、抵抗線４１に接している部分が加熱され易いため、温度ムラが発生し易く、原料容器３１内および原料ガス供給管２１内に有機原料の気化温度よりも低い部分があると、その部分に有機原料が堆積してしまい、基板表面への堆積率が低下するとともに、原料ガス供給管２１内がつまりやすくなるという問題があった。原料ガス供給管２１内が有機原料でつまると、そのメンテナンスが困難であり、原料ガス供給管２１を交換する等の対処が必要であった。
さらに、有機原料ガスが輸送されている段階で温度が低くなると、気相状態を維持できる有機原料が少なくなり、基板表面へ到達する有機原料が少なくなることから、基板表面における有機原料の濃度が不均一となり、膜厚制御性、安定性の低下という問題が生じていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決するために、本発明の有機薄膜形成装置は、基板に成膜処理を行うための処理チャンバと、処理チャンバに有機原料ガスを供給するための原料ガス供給管と、原料ガス供給管に有機原料ガスを供給するための有機原料を貯留した原料容器とを備えた有機薄膜形成装置であって、原料容器の周囲を覆うように、電磁誘導加熱により原料容器を加熱するための複数の加熱コイルが配置されており、各加熱コイルを介してそれぞれ独立した温度制御を行うための制御手段が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
このような有機薄膜形成装置によれば、原料容器の周囲を覆うように、電磁誘導加熱により原料容器を加熱するための複数の加熱コイルが配置されていることから、加熱コイルに交流電流制御回路から交流電流を流すことにより、原料容器に交流磁束が発生する。そして、この交流磁束により渦電流が発生し、この渦電流と原料容器を形成する材料との抵抗により、ジュール熱が生じて原料容器自体が発熱源となる。
これにより、原料容器内の有機原料が原料容器により直接加熱されるため、温度制御が容易であり、効率よく均一な温度に制御することができる。
【０００８】
また、原料容器の周囲に配置された各加熱コイルを介してそれぞれ独立した温度制御を行うための制御手段が設けられていることから、原料容器の各部でそれぞれ温度調整を行うことができるため、微妙な温度調整も可能となる。
これにより、確実に温度制御された有機原料ガスを処理チャンバ内に供給して有機薄膜の形成を行うことができるので、良質で均一な膜厚の有機薄膜を形成することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の有機薄膜形成装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の有機薄膜形成装置である有機気相堆積装置の一実施形態を説明するための概要構成図である。
この図に示す有機気相堆積装置は、減圧雰囲気下に維持した処理チャンバ１１内で、基板Ｓを覆うようにマスク（図示せず）を配置し、このマスクを介して基板Ｓ上に所定パターンの有機薄膜の形成を行うものである。
【００１０】
本実施形態の有機気相堆積装置は、処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に有機原料ガスを供給する原料ガス供給管２１と、原料ガス供給管２１に有機原料ガスを供給するための有機原料を貯留する原料容器３１とを備えている。
【００１１】
処理チャンバ１１は、余分な原料ガスを排気するための排気口１２から図示しない真空ポンプによって、その内部環境（例えば、減圧状態）が制御されるとともに、圧力計１３によって処理チャンバ１１内部の圧力が管理されている。
また、処理チャンバ１１の外側には、例えばヒーター（図示せず）が設けられており、処理チャンバ１１内で有機原料ガスが気相状態を維持できるように構成されている。
【００１２】
また、処理チャンバ１１内に設けられた基板ホルダー１４は、例えば基板装着面１４ａが水平状態に対して略垂直になるような状態で配置されており、基板装着面１４ａはマスクで覆われた状態の基板Ｓが装着されるように構成されている。
そして、基板ホルダー１４の内部には、装着された基板Ｓを冷却するための冷却機構１５が設けられている。
この処理チャンバ１１内に収納された基板Ｓに向けて、原料容器３１から有機原料ガスが原料ガス供給管２１を通って処理チャンバ１１内に供給される。
【００１３】
ここで、原料容器３１には処理チャンバ１１内に収納される基板Ｓの表面に有機薄膜を形成するための有機原料が貯留されている。
図２の要部拡大図に示すように、原料容器３１は、例えば直方体状であって、原料容器３１の周囲を覆うように複数の加熱コイル３２が配置されている。
本実施形態では原料容器３１を構成する各外壁面に加熱コイル３２がそれぞれ配置されていることとする。
ここでは各外壁面に加熱コイル３２がそれぞれ配置されていることとするが、本発明はこれに限定されず、原料容器３１を構成する外壁面を領域ごとに独立して制御できるように、加熱コイル３２が配置されていればよい。
また、ここでは直方体状の原料容器３１について説明するが、本発明はこれに限定されず、円柱状等であってもよい。
【００１４】
原料容器３１の各外壁面にはそれぞれ温度センサー３３が配置されており、各加熱コイル３２には、温度センサー３３により測定された情報をフィードバックさせて、電流値および周波数を制御した交流電流を流し、温度制御を行う交流電流制御回路３４（制御手段）が接続されている。
ここで、交流電流制御回路３４は、例えば高周波電流を供給するインバータ回路であることとする。
【００１５】
また、原料容器３１は金属材料または磁性材料で構成されており、ここでは例えばその外層３５に抵抗の大きいステンレス層、内層３６に熱伝導性の高いアルミニウム層を用いた２層の積層構造で構成されていることとする。
【００１６】
なお、ここでは外層３５にステンレス層、内層３６にアルミニウム層を用いることとしたが、本発明はこれに限定されず、鉄、アルミニウム、銅およびこれらの合金、ステンレス鋼等の金属材料または磁性材料が適用可能である。
ここで、原料容器３１の外層３５が抵抗の大きい材質で構成されていれば、ジュール熱が発生し易いので好ましく、内層３６が熱伝導性の高い材質で構成されていれば熱を原料容器３１内の有機原料に効率よく伝導することができるので好ましい。
また、ここでは外層３５と内層３６の２層からなる積層構造としたが、３層以上の積層構造であってもよく、単層であっても構わない。
【００１７】
上述したような構成の原料容器３１の外壁面に配置された加熱コイル３２に、交流電流制御回路３４から高周波電流を供給すると、原料容器３１の各外壁面を構成する外層３５および内層３６に交流磁束Ｍが発生する。そして、この交流磁束Ｍにより渦電流Ｉが発生する。
ここでは外層３５を構成するステンレス層の抵抗が大きいため、渦電流Ｉによりジュール熱が発生し、このジュール熱が内層３６を構成する熱伝導性のよいアルミニウム層へ均一に伝わり、原料容器３１自体が発熱源となる。
【００１８】
また、再び図１に示すように原料容器３１には、キャリアガス供給源３７からキャリアガスを供給するためのキャリアガス供給管２２が挿入されており、キャリアガス供給源３７には例えば不活性ガスからなるキャリアガスが貯留されている。
キャリアガス供給管２２にはガス流量制御手段１９が設けられており、原料容器３１に供給されるキャリアガスの流量を調整することができる。
そして、キャリアガス供給管２２からキャリアガスが原料容器３１に導入されることにより、原料容器３１内で気化された有機原料ガスとキャリアガスとが混合される。
【００１９】
一方、原料容器３１には原料ガス供給管２１の端部が接続されており、原料ガス供給管２１のもう一方の端部は処理チャンバ１１内に挿入されている。そして、原料ガス供給管２１は処理チャンバ１１内にキャリアガスとともに有機原料ガスを供給するように構成されている。
【００２０】
ここで、上述したキャリアガス供給管２２および原料ガス供給管２１には、原料容器３１と同様に、その周囲を覆うように加熱コイル３２が配置されており、各管の温度を測定する温度センサー３３（図２参照）と、この温度センサー３３からフィードバックされる情報により、電流値および周波数を調整した高周波電流を流し温度制御を行うインバータ回路からなる交流電流制御回路３４（図２参照）が加熱コイル３２に接続されていることとする。
【００２１】
ここではキャリアガス供給管２２および原料ガス供給管２１の周囲にそれぞれ１つの連続した加熱コイル３２が配置されていることとするが、本発明はこれに限定されず、キャリアガス供給管２２および原料ガス供給管２１にそれぞれ複数の加熱コイル３２が配置されていてもよい。
この場合には各管の加熱コイル３２が配置された部分のそれぞれに温度センサー３３が配置され、各加熱コイル３２に交流電流制御回路３４が設けられることとする。
【００２２】
このような有機気相堆積装置を用いて基板Ｓ表面に有機薄膜を形成する場合には、図１に示すように、まず、処理チャンバ１１内の基板ホルダー１４にマスク（図示せず）で覆われた基板Ｓを装着する。
【００２３】
また、原料容器３１の各外壁面に配置された温度センサー３３でモニターしながら、インバータ回路からなる交流電流制御回路３４から各外壁面に配置された加熱コイル３２に電流値および周波数を制御した高周波電流を流して、原料容器３１内の温度を調整する。
ここでは有機原料の気化温度よりも高く、有機原料が変質しない温度に調整することとする。
さらに、原料ガス供給管２１およびキャリアガス供給管２２についても、原料容器３１と同様に制御することにより、管内の温度を調整する。
【００２４】
一方、キャリアガス供給源３７に接続されたキャリアガス供給管２２から、原料容器３１にキャリアガスを導入し、原料容器３１内の気化された有機原料ガスと混合する。
そして、キャリアガスと混合された有機原料ガスは、原料ガス供給管２１を通って、処理チャンバ１１内の基板装着面１４ａに装着された基板Ｓ表面に向けて矢印Ａに示す方向に供給され、有機原料ガスが基板Ｓ表面全域に堆積されて、有機薄膜が形成される。
【００２５】
なお、本実施形態では基板Ｓをマスク（図示せず）で覆った例について説明したが、本発明はマスクを装着せずに、基板Ｓ表面全域に有機薄膜を形成する場合にも適用可能である。
【００２６】
このような有機気相堆積装置によれば、原料容器３１を構成する各外壁面には電磁誘導加熱により原料容器３１を加熱するための複数の加熱コイル３２が配置されていることから、原料容器３１自体を発熱源として有機原料を直接加熱することができ、原料容器３１内を効率よく均一な温度に制御することができる。
また、原料容器３１は外層３５が抵抗の大きいステンレス層、内層３６が熱伝導性の高いアルミニウム層からなる積層構造であることから、より効率よく熱を発生して、原料容器３１内の有機原料を加熱することができる。
【００２７】
さらに、各外壁面における加熱コイル３２を介し、各外壁面に配置された温度センサー３３からの情報をフィードバックさせて、それぞれ独立した温度制御を行う交流電流制御回路３４が設けられていることから、原料容器３１内の各部において、微妙な温度調整も可能となり、より確実な温度制御を行うことができる。
これにより、確実に温度制御された有機原料ガスを処理チャンバ１１内に供給して基板Ｓ表面に有機薄膜の形成を行うことができるので、良質で均一な膜厚の有機薄膜を形成することができる。
【００２８】
さらに、本実施形態によれば、原料ガス供給管２１およびキャリアガス供給管２２も原料容器３１と同様の構成により加熱していることから、有機原料ガスが原料ガス供給管２１内に堆積してつまることがなく、処理チャンバ１１内に有機原料ガスを効率よく供給することができるとともに、原料ガス供給管２１のメンテナンスも容易に行うことができる。
またキャリアガス供給管２２についても、原料容器３１内に温度制御されたキャリアガスを供給することができるため、キャリアガスと混合する際の有機原料ガスの温度低下を防ぐことができる。
【００２９】
また、装置内で加熱したい部位の周囲を加熱コイル３２で覆うことで加熱することができるため、従来のように抵抗線またはランプ等により加熱する場合よりも装置のコンパクト化が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の有機薄膜形成装置によれば、原料容器の周囲を覆うように、電磁誘導加熱により原料容器を加熱するための複数の加熱コイルが配置されていることから、原料容器自体を発熱源とすることができるため、原料容器内の有機原料を直接加熱することができ、原料容器を効率よく均一な温度に制御することができる。
また、各加熱コイルを介してそれぞれ独立した温度制御を行うための制御手段とを備えていることから、原料容器内の各部において、より確実に温度制御することができ、微妙な温度調整も可能となる。
これにより、確実に温度制御された有機原料ガスを処理チャンバ内に供給して有機薄膜を形成することができるので、良質で均一な膜厚の有機薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施形態の有機薄膜形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明における実施形態の有機薄膜形成装置の要部拡大図である。
【図３】従来の技術における有機薄膜形成装置の要部拡大図である。
【符号の説明】
１１…処理チャンバ、２１…原料ガス供給管、３１…原料容器、３２…加熱コイル、３５…交流電流制御回路（制御手段）、Ｓ…基板

Claims

基板に成膜処理を行うための処理チャンバと、前記処理チャンバに有機原料ガスを供給するための原料ガス供給管と、前記原料ガス供給管に有機原料ガスを供給するための有機原料を貯留した原料容器とを備えた有機薄膜形成装置であって、
前記原料容器の周囲を覆うように、電磁誘導加熱により当該原料容器を加熱するための複数の加熱コイルが配置されており、前記各加熱コイルを介してそれぞれ独立した温度制御を行うための制御手段が設けられている
ことを特徴とする有機薄膜形成装置。
前記原料ガス供給管の周囲を覆うように、電磁誘導加熱により当該原料ガス供給管を加熱するための加熱コイルが配置されており、この加熱コイルを介して温度制御を行うための制御手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の有機薄膜形成装置。
前記制御手段はインバータ回路である
ことを特徴とする請求項１記載の有機薄膜形成装置。