JP2015067865A - 蒸発源とこれを用いた真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡単な構造で坩堝の端部領域の温度低下を抑制でき、膜厚均一性を得ることができる直線状蒸発源とこの蒸発源を搭載した真空蒸着装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、蒸着材料を収納する蒸着材料部と、前記蒸着材料部の両端部に設けられた断熱部とを有する坩堝と、前記蒸着材料を加熱する加熱手段と、前記蒸着材料部に設けられ、前記加熱手段によって気化した蒸気を噴出する蒸気噴出口と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は蒸発源と真空蒸着装置に係り、特に、長手方向を有する直線状蒸発源とこれを用いた真空蒸着装置に関する。

有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は自発光素子であり、視認性、応答速度、消費電力の点で優れており、薄型軽量化ができることから携帯用ディスプレイとして実用化されている。そして、テレビや照明の分野へと適用範囲が拡大しようとしている。

有機ＥＬ素子は、一般的に、金属膜や透明導電膜からなる下部電極層と上部電極層の間に発光層を含む有機薄膜層を形成したものであり、この製造方法の一つとして真空蒸着法が用いられている。この方法では、有機ＥＬ素子を構成する材料からなる蒸着材料を加熱容器(坩堝)に入れ、坩堝を加熱することによって蒸発した蒸着材料を基板上に堆積させ、有機薄膜層や上部電極層を形成している。この時、蒸着で形成する有機薄膜層や上部電極層には膜厚の均一性が求められている。昨今の成膜基板の大形化に伴い、蒸発源を基板の幅を有する直線状の直線状蒸発源を用い、基板と相対的に移動させて成膜を行っている。

長手方向を有する直線状蒸発源では、一定の方向に延伸した坩堝を周囲に設けたヒータ線等の加熱手段により加熱している。このような蒸発源では、長手方向の膜厚分布を均一にするためには、気化した蒸着材料を噴出させる蒸気噴出口（ノズル）を配列し、それに対応した温度分布を坩堝で実現する必要がある。

しかし直線状蒸発源では、坩堝からの熱放散が長手方向の端部で大きいために両端近傍の蒸着材料の部分で温度が低くなり、この部分に対応する膜厚が減少する傾向があり、基板端部での膜厚の均一性が課題となった。

これを解決するために、特許文献１では、ノズル(放出孔)を直線状蒸発源の両端部側に密に配置し、噴出される長手方向の単位長さに対する蒸気量を一定にしようとしている。特許文献２では、上記課題の認識はないが、直線状蒸発源の両端部側面に誘導加熱コイルを設け、蒸着材料を加熱し、端部近傍の蒸着材料の部分で温度の低下を防止している。また、特許文献２では、直線状蒸発源の両端部側に、端部側面から離間した位置に断熱板を設けている。

特開２０１１―０１２３０９ 特開平７―０７０７３９

しかしながら、特許文献１の方法では、長手方向の端部における熱拡散を防止できず、即ち熱利用は改善されておらず、また、加熱室内の温度分布の平坦化も改善されていないので、端部近傍の全領域に亘って膜厚分布を均一にすることはできない。

特許文献２の方法では、更に加熱手段が必要であり、部品数の増大とともに複雑になることから装置コストが上昇し、蒸発源の小形化を困難なものとしている。

本発明の目的は、簡単な構造で長手方向を有する坩堝の端部領域の温度低下を抑制でき、膜厚均一性を得ることができる直線状蒸発源とこの蒸発源を搭載した真空蒸着装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、少なくとも下記の特徴を有する。
本発明は、蒸着材料を収納する蒸着材料部と、前記蒸着材料部の両端部に設けられた断熱部とを有する坩堝と、前記蒸着材料を加熱する加熱手段と、前記蒸着材料部に設けられ、前記加熱手段によって気化した蒸気を噴出する蒸気噴出口と、を有することを特徴とする。

また、前記坩堝は、一定の方向に延伸する長手方向を有し、前記蒸気噴出口は、前記長手方向に複数有してもよい。
さらに、前記断熱部は、同一材料で前記蒸着材料部と一体に形成されてもよい。
また、前記断熱部は、前記蒸着材料部と別に形成され、前記蒸着材料部を構成する材料と熱伝導率が同じか、低い材料で構成されていてもよい。

さらに、前記断熱部は、内部に空間を有してもよい。
また、前記断熱部は、前記空間と前記蒸発源内叉前記蒸発源外の真空空間と連通する貫通口を有してもよい。
さらに、前記断熱部は、前記貫通口に接続され、前記蒸発源外の前記真空空間と連通手段を有してもよい。

また、前記蒸着材料と前記蒸着材料部の内壁とで形成される坩堝空間を２つ以上に分割し、前記蒸気を前記蒸気噴出口に導くオリフィスを有する中間板を有してもよい。
さらに、前記蒸気材料は複数の材料室に収納されていてもよい。

また、前記蒸発源はデポジションアップ型であって、被処理対象である基板と前記蒸発源と相対的に移動させ、前記基板に前記蒸着材料を蒸着することを特徴とする。

さらに、前記蒸発源はサイドデポジション型であって、垂直状態にある基板に前記蒸着材料を蒸着することを特徴とする。
また、前記基板を水平状態から前垂直状態に移動させて蒸着パターンを規定するマスクに正対させる基板旋回手段を有してもよい。

本発明により、長手方向を有する坩堝の端部領域の温度低下を抑制できる簡単な構造の直線状蒸発源とこの蒸発源を搭載した真空蒸着装置を提供できる。従って、成膜する基板が大形化した場合でも、蒸着形成する薄膜層の膜厚均一性に優れた簡単な構造の直線状蒸発源とこの蒸発源を搭載した真空蒸着装置を提供できる。

本発明における第１の実施の形態である真空蒸着装置の構成の概略を示す模式図である。 図１のＡ側（蒸発源の上側）から見た蒸発源の概略構成図である。 図１のＢ側（蒸発源の長手方向の端部側）から見た蒸発源の概略構成図である。 図２における蒸発源のＸ-Ｙ断面図で、本実施形態１における第１の実施例の蒸発源を示す図である。 本実施形態１における第２の実施例の蒸発源を示す図で、実施例１の図４に対応する蒸発源のＸ-Ｙ断面図である。 本実施形態１における第３の実施例の蒸発源を示す図で、実施例１の図４に対応する蒸発源のＸ-Ｙ断面図である。 本実施形態１における第４の実施例の蒸発源を示す図で、実施例１の図４に対応する蒸発源のＸ-Ｙ断面図である。 実施形態１の真空蒸着装置における基板と蒸発源の移動に関する関係を示す図である。 実施形態１の真空蒸着装置における基板Ｐと蒸発源の移動に関する関係を示す図である。 本発明における第２の実施の形態である真空蒸着装置の構成の模式図と動作説明図である。

以下、実施の形態に従って図面等により本願発明を説明する。本発明は、蒸着形成する薄膜層の膜厚均一性をはかるために、坩堝１は、蒸着材料が加熱される蒸着材料部１１と、坩堝の長手方向の両端部に蒸着材料部１１から熱拡散を防止する断熱部１０と、を有する。

以下の説明文は本願発明内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの説明に限定されるものではない。従って、本明細書に開示される技術的思想内において当業者による様々な変更及び修正が可能である。

(実施形態１)
図１は、本発明における第１の実施の形態である真空蒸着装置２０Ａの構成の概略を示す模式図である。真空蒸着装置２０Ａは、デポジションアップ型の蒸発型１００でフェイスダウン成膜ができる構成を有している。真空蒸着装置２０Ａは、真空蒸着室２５Ａ内に、成膜される基板Ｐ、蒸着材料を有する蒸発源１００、膜厚モニタ２７がある。また、真空蒸着室２５Ａ外には、基板Ｐに成膜される膜厚を制御するための膜厚制御計２８、蒸発源１００の温度を制御するための蒸発源電源２９、及び膜厚制御計２８と蒸発源電源２９を連動させて制御し、蒸着データを記録するための制御用パソコン２４ある。

（実施例１）
図１〜図４により本実施形態１における第１の実施例の蒸発源１００Ａの概略を説明する。図２は図１のＡ側（蒸発源の上側）から見た蒸発源１００Ａの概略構成図である。図３は、図１のＢ側（蒸発源の長手方向の端部側）から見た蒸発源１００Ａの概略構成図である。図４は、図２における蒸発源のＸ-Ｙ断面図で、本実施形態１における第１の実施例の蒸発源を示す図である。

図１で示す蒸発源１００Ａは、上部に蒸気噴出口２を有するデポジションアップ型の蒸発源である。図１では、蒸発源１００Ａにおいて、坩堝１の温度分布を改善するための熱拡散板や外部への熱放散を防止するリフレクタ、断熱材、冷却機構、膜厚補正板等は省略している。蒸気噴出口２は、一定方向に延伸した坩堝１の長手方向に配列されており、上方に蒸着材料からなる蒸気２ｊを噴出させる。

図２、図３に示すように、蒸発源１００Ａは、蒸気噴出口２を有する上面を除いて、四つの側面及び底面に、リフレクタ４Ｓ、４Ｅ、４Ｂ（纏めた場合４）、断熱材５Ｓ、５Ｅ、５Ｂ（纏めた場合５）を設けている。なお、Ｓは長手方向側の側面を、Ｅは端部側の側面を、及びＢは底面を示す。

また、蒸発源１００Ａは、坩堝１の長手方向側の左右側面に蒸着材料９に沿って加熱ヒータ（加熱手段）３を有している。さらに、蒸発源１００Ａは、その上面にリフレクタ４Ｔを有している。なお、リフレクタ４と断熱材５は必要に応じて、必要な場所に設ければよい。

図４において、坩堝１は、蒸着材料が加熱される蒸着材料部１１と坩堝１の長手方向の両端部には、蒸着材料部１１から熱拡散を防止する断熱部１０Ａ（１０）を有する。蒸着材料部１１は、仕切り６Ｗで複数の材料室に分けられ蒸着材料９を充填している。図２に示すように、蒸着材料９は、レフレクタ４Ｓと坩堝１の間に設けられた加熱ヒータ３で加熱され、蒸発または昇華する。蒸発または昇華した蒸着材料の蒸気が内在する第１の坩堝空間７を介して蒸気噴出口２から噴出される。

坩堝１の長手方向の両端部には、本実施例１の特徴である断熱部１０Ａが、引用文献２のように断熱板が端部側面から離間しているのではなく、蒸着材料部１１と一体になって形成されている。

実施例１の断熱部１０Ａは、蒸着材料部１１と一体になって形成されているので、蒸着材料部１１と同一材料で、即ち蒸着材料部１１と同じ熱伝導率を有して構成されている。一般的には、蒸着材料部１１を有する坩堝１の材料としては、セラミック（ＰＢＮ（Pyrolytic Boron Nitride）、アルミナ、カーボン材料、ＢＮ（Boron Nitride）コンポジット材料等）や金属（チタン、チタン合金、タンタル、モリブデン、タングステン、白金等）の材質で構成されている。従って、断熱部１０Ａも、これらの材料で構成されている。

この断熱部１０Ａを設けることにより、蒸着材料部１１の長手方向の両端部から外側への熱放散を抑制でき、坩堝１の長手方向の温度分布を小さくできる。このため、蒸発源１００Ａの長手方向に対して良好な膜厚分布を得ることができる。例えば、長手方向の蒸着幅１メートルの直線状蒸発源で、断熱部１０Ａを蒸着材料部１１と同一材料であるチタン、タンタル等で構成する場合、リフレクタ４や断熱材５にもよるが、断熱部１０Ａの厚みＴを第１の坩堝空間７が存在する蒸着材料部１１の壁の厚みｔの２倍以上にすることにより、温度分布幅を２℃以下、膜厚分布２％以下を実現できた。

また、蒸着材料部１１の長手方向の両端部側面から外側への熱放散を抑制できるということは、加熱手段３からの熱を効率よく利用していることになる。

（実施例２）
図５は、本実施形態１における第２の実施例の蒸発源１００Ｂを示す図で、実施例１の図４に対応する蒸発源１００ＢのＸ-Ｙ断面図である。

実施例２の実施例１と異なる点は、次の２点である。その他の点は、実施例１と同じである。

第１に、実施例２の断熱部１０Ｂは、実施例１のように蒸着材料部１１と一体になって形成されていなく分離して形成され、且つ引用文献２のように断熱板が端部側面から離間しているのではなく、蒸着材料部１１の両端部側面に接触して設けられている点である。この場合、断熱部１０Ｂは、蒸着材料部１１を構成する材料と同じまたは低い熱伝導率を有する材料で構成する。勿論、断熱部１０Ｂを蒸着材料部１１の構成材料と同じ材料で構成してもよい。
この結果、断熱部１０Ｂの構成は断熱部１０Ａと基本的に同じであるので、断熱部１０Ｂは実施例１の断熱部１０Ａと同様な効果を奏することができる。

第２に、中間板８によって第１の坩堝空間７を第２の坩堝空間７１と第３の坩堝空間７２に分割し、中間板８に第２の坩堝空間７１と第３の坩堝空間７２と連通するオリフィス８Ｈによって繋いでいる。

中間板８により、第３の坩堝空間７２において長手方向に対するコンダクタンスが大きくなり、第３の坩堝空間７２において蒸着材料９の蒸気に長手方向の流れが発生し、長手方向の蒸着材料９の蒸気の均一化が図れる。その結果、第２の坩堝空間７１での蒸着材料９の蒸気の圧力が均一化され、膜厚分布やその再現性を優れたものとすることができる。

上記説明では、第１に坩堝空間を２つに分割したが３つ以上でもよい。例えば、３つに分割した場合、真ん中の坩堝空間でも長手方向に対するコンダクタンスが大きくなり、更なる蒸気の均一化が図れる。

（実施例３）
図６は、本実施形態１における第３の実施例の蒸発源１００Ｃを示す図で、実施例１の図４に対応する蒸発源１００ＣのＸ-Ｙ断面図である。

実施例３の実施例１と異なる点は、断熱部１０Ｃである。その他の点は、実施例１と同じある。実施例３の断熱部１０Ｃは、実施例２と同様に蒸着材料部１１と分離して形成され、実施例１で示した断熱部１０Ａの内部を空間とし、真空蒸着装置２０Ａ内または蒸発源１００Ｃの真空空間に連通できような貫通口１０ｋを有する。また、断熱部１０Ｃは、蒸着材料部１１の両端部側面に接して設けられている。実施例３では、断熱部１０Ｃの材料の熱伝導率は、必ずしも坩堝１の材料のそれと同じか小さくなくてもよい。

断熱部１０Ｃによって、蒸着材料部１１の長手方向の両端部は真空断熱され、両端部から熱の拡散を防ぐことができる。この結果、蒸着材料部１１の長手方向の両端部における温度低下が抑制され、蒸着材料部１１の長手方向の温度分布を小さくできる。即ち、均一な膜厚を実現できる。

なお、確実に断熱部１０Ｃを蒸発源外の真空蒸着装置２０Ａの真空空間とするために、破線で示すように真空蒸着装置２０Ａの真空空間と連通する連通パイプ(連通手段)１０ｐを設けてもよい。また、効果は低減するが、断熱部１０Ｃに貫通口１０ｋを設けなくてもよく、また、真空断熱でなく気体断熱としてもよい。

(実施例４)
図７は、本実施形態１における第４の実施例の蒸発源１００Ｄを示す図で、実施例１の図４に対応する蒸発源１００ＤのＸ-Ｙ断面図である。

実施例４では、断熱部１０Ｄが、実施例３のように真空断熱する空間を有し、実施例１のように蒸着材料部１１と一体となって形成されている。また、実施例４は、実施例２のように、第１の坩堝空間７に第２の坩堝空間７１と第３の坩堝空間７２に分割する中間板８を有する。真空断熱する空間及び中間板８の構成及び効果については、既に説明したのでここでは省略する。

以上説明した実施例1乃至４では、坩堝１は長手方向に複数の蒸発噴出口２を有していたが、所定方向に１つしか蒸発噴出口２を有していない場合でも、前記所定方向の両端側部に本実施例でいう断熱部を設けることで、加熱手段の熱が効率よく使用され、また、坩堝１内の蒸着材料の蒸気温度が平坦化するので、蒸気温度を制御し易くなる利点がある。

(実施例５)
図８、図９は、実施形態１の真空蒸着装置２０Ａにおける基板Ｐと蒸発源１００との移動に関する関係を示す図である。図８は、実施例１乃至４で示した蒸発源１００を固定し、この蒸発源１００の上方を図示しない駆動手段で移動させながら基板Ｐ上を蒸着する。一方、図９は、逆に基板Ｐを固定し、固定した基板Ｐの下方を実施例１乃至４で示した蒸発源１００を図示しない移動手段で移動させながら基板Ｐ上に蒸着する。

このような構成により、基板Ｐ全体に亘って膜厚均一性の優れたインライン型の真空蒸着装置２０Ａを提供できる。

(実施形態２)
図１０は、本発明における第２の実施の形態である真空蒸着装置２０Ｂの構成の模式図と動作説明図である。真空蒸着装置２０Ｂは、真空蒸着室２５Ｂと、真空蒸着室に基板６を搬送する真空搬送室５０とを有する。真空搬送室５０は、全体を上下に移動可能(図示せず)で、左右に旋回可能な２リンク構造のアーム５７を有し、その先端には基板搬送用の櫛歯状ハンド５８を有する真空搬送ロボット５０Ｒ有する。

一方、真空蒸着室２５Ｂは、引出図Ｂに示すように、坩堝１の側壁に設けられた蒸気噴出口２から蒸気が噴出するサイドデポジション型の蒸発源２００を有する。蒸発源２００の他に真空蒸着室２５Ｂは、真空搬送ロボット５０Ｒから図示しない隔離弁を介して搬入された基板Ｐを保持する基板保持部９０と、蒸発源２００を上下方向移動させる蒸発源走査手段４３、基板Ｐへの蒸着パターンを規定するマスク８０とを有する。基板保持部９０は、櫛歯状ハンド９１と基板保持部９を旋回させて直立しているマスク８０に正対させる基板旋回手段９３とを有する。また真空蒸着装置２０Ｂは、マスク８０の上部にマスク８０と基板Ｐとにそれぞれ存在するアライメントマーク８５、８４(引出図Ａ参照)を撮像するアライメントカメラ８６と、その撮像結果に基づいてマスク８０移動させるアライメント駆動部(図示せず)とを有する。

このような構成によって、真空搬送ロボット５０Ｒは、搬送してきた基板Ｐを、真空蒸着室２５Ｂの基板保持部９０に搬入する。そして、真空蒸着室２０Ｂでは、搬入された基板Ｐを基板旋回手段９３でマスク８０に正対させ、アライメントし、蒸発源２００を上下に移動させて基板６に蒸着する。蒸着後、基板Ｐを水平状態に戻す。その後、真空搬送ロボット５０Ｒにより基板Ｐを真空蒸着室２５Ｂから搬出し、図示していない他の真空蒸着室等に搬送する。

サイドデポジション型の蒸発源２００は、デポアップ型の蒸発源１００とは、内部構造は異なるが坩堝１の長手方向の両側部側面で温度の低下がすることは同じである。従って、サイドデポジション型の蒸発源２００でも、実施形態１で示した実施例１乃至４の断熱部１０(１０Ａ、１０Ｂ)を適用できる。また、中間板８についても、中間板８を複数の蒸気噴出口２に平行、蒸気材料９を納めている材料室６の列に対して垂直に設けることでサイドデポジション型の蒸発源２００でも、実施形態１の実施例２、４と同様に効果を奏することができる。

１：坩堝 ２：蒸気噴出口（ノズル）
２ｊ：蒸着材料からなる蒸気 ３：加熱ヒータ（加熱手段）
４、４Ｓ、４Ｅ、４Ｔ、４Ｂ：リフレクタ
５、５Ｓ、５Ｅ、５Ｂ：断熱材 ６：材料室
６Ｗ：材料室内に設けられた仕切り ７：第１の坩堝空間
７１：第２の坩堝空間 ７２：第３の坩堝空間
８：中間板 ８Ｈ：中間板に設けられたオリフィス
９：蒸着材料 １０、１０Ａ乃至１０Ｄ：断熱部
１０ｋ：貫通口 １０ｐ：連通パイプ(連通手段)
１１：蒸着材料部 ２０Ａ、２０Ｂ：真空蒸着装置
２４：制御用パソコン ２５：真空蒸着室
２７：膜厚モニタ ２８：膜厚制御計
２９：蒸発源電源 ４３：蒸発源走査手段
５０：真空搬送室 ５７：アーム
５８：真空搬送ロボット櫛歯状ハンド ５０Ｒ：真空搬送ロボット
８０：マスク ９０：基板保持部
９１：基板保持部の櫛歯状ハンド ９２：基板旋回手段
１００、１００Ａ乃至１００Ｄ：デポジションアップ型の蒸発型
２００：サイドデポジション型の蒸発源 Ｐ：基板。

Claims (12)

1. 蒸着材料を収納する蒸着材料部と、前記蒸着材料部の両端部に設けられた断熱部とを有する坩堝と、
   前記蒸着材料を加熱する加熱手段と、
   前記蒸着材料部に設けられ、前記加熱手段によって気化した蒸気を噴出する蒸気噴出口と、を有する
   ことを特徴とする蒸発源。
2. 請求項１に記載の蒸発源であって、
   前記蒸着材料部は、一定の方向に延伸する長手方向を有し、
   前記蒸気噴出口は、前記長手方向に複数有する、
   ことを特徴とする蒸発源。
3. 請求項１または２に記載の蒸発源であって、
   前記断熱部は、同一材料で前記蒸着材料部と一体に形成されている、
   ことを特徴とする蒸発源。
4. 請求項１または２に記載の蒸発源であって、
   前記断熱部は、前記蒸着材料部と別に形成され、前記蒸着材料部を構成する材料と熱伝導率が同じか、低い材料で構成されている、
   ことを特徴とする蒸発源。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸発源であって、
   前記断熱部は、内部に空間を有する、
   ことを特徴とする蒸発源。
6. 請求項５に記載の蒸発源であって、
   前記断熱部は、前記空間と前記蒸発源内叉前記蒸発源外の真空空間と連通する貫通口を有する、
   ことを特徴とする蒸発源。
7. 請求項６に記載の蒸発源であって、
   前記断熱部は、前記貫通口に接続され、前記蒸発源外の前記真空空間と連通手段を有する、
   ことを特徴とする蒸発源。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の蒸発源であって、
   前記蒸着材料と前記蒸着材料部の内壁とで形成される坩堝空間を２つ以上に分割し、前記蒸気を前記蒸気噴出口に導くオリフィスを有する中間板を有する、
   ことを特徴とする蒸発源。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載の蒸発源であって、
   前記蒸気材料は複数の材料室に収納されている、
   ことを特徴とする蒸発源。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の蒸発源を有し、
    前記蒸発源はデポジションアップ型であって、
    被処理対象である基板と前記蒸発源と相対的に移動させ、前記基板に前記蒸着材料を蒸着する、
    ことを特徴とする真空蒸着装置。
11. 請求項１乃至９のいずれかに記載の蒸発源を有し、
    前記蒸発源はサイドデポジション型であって、
    垂直状態にある基板に前記蒸着材料を蒸着する、
    ことを特徴とする真空蒸着装置。
12. 請求項１１に記載の真空蒸着装置であって、
    前記基板を水平状態から前垂直状態に移動させて蒸着パターンを規定するマスクに正対させる基板旋回手段を有する、
    ことを特徴とする真空蒸着装置。

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