JP2002371353A

JP2002371353A - 電子線衝撃型蒸着源

Info

Publication number: JP2002371353A
Application number: JP2001179773A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahashi; 弘高橋
Original assignee: Eiko Engineering Co Ltd
Current assignee: Eiko Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱、冷却時の熱応答性に優れ、しかも蒸発
材料２に分子的なダメージを与えることなく、それ故に
複数の蒸発材料２を順次蒸発させて基板１７上に堆積さ
せる必要がある有機高分子材料の多層膜を使用した有機
エレクトロルミネッセンス素子の製造に最適な蒸着源を
得る。【解決手段】電子線衝撃型蒸着源は、蒸発材料２を収
納した坩堝１と、この坩堝１内の蒸発材料２を加熱して
蒸発させるための加熱手段とを有する。ここで、坩堝１
を、例えばモリブデンやタンタル等の高融点金属材料で
形成すると共に、加熱手段が熱電子を発生するフィラメ
ント５と、このフィラメント５で発生した熱電子を加速
して前記坩堝１に衝突させる加速電圧電源２２とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空チャンバ内で
薄膜を形成する材料を蒸発する蒸発源に関し、特に、蒸
発材料に対する熱応答性に優れ、短時間で昇温と降温を
制御することができ、それ故複数の蒸発材料を順次蒸発
し、基板上に成膜するのに好適な電子線衝撃型蒸着源に
関する。

【０００２】

【従来の技術】分子線エピタキシ装置と呼ばれる薄膜堆
積装置は、高真空に減圧可能な真空チャンバ内に半導体
ウエハ等の基板を設置し、所要の温度に加熱すると共
に、この基板の薄膜成長面に向けて蒸着源等の分子線源
セルを設置したものである。この分子線源セルの坩堝に
収納した蒸発材料をヒータにより加熱して溶融、蒸発さ
せ、これにより発生した蒸気分子を前記基板の薄膜成長
面に入射し、その面に薄膜をエピタキシャル成長させ
て、蒸発材料の膜を形成する。

【０００３】このような薄膜堆積装置に使用される分子
線源セルは、熱的、化学的に安定性の高い、例えばＰＢ
Ｎ（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）等から
なる坩堝の中に蒸発材料を収納し、この蒸発材料を坩堝
の外側に設けた電気ヒータで加熱し、これにより蒸発材
料を溶融、蒸発させ、蒸気分子を発生させるものであ
る。

【０００４】近年、ディスプレイや光通信等の分野で、
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の
研究、開発が進められている。この有機ＥＬ素子は、Ｅ
Ｌ発光能を有する有機低分子または有機高分子材料で発
光層を形成した素子であり、自己発光型の素子としてそ
の特性が注目されている。

【０００５】例えばその基本的な構造は、ホール注入電
極上にトリフェニルジアミン（ＴＦＤ）等のホール輸送
材料の膜を形成し、この上にアルミキノリノール錯体
（Ａｌｑ₃）等の蛍光物質を発光層として積層し、さら
にＭｇ、Ｌｉ、Ｃｓ等の仕事関数の小さな金属電極を電
子注入電極として形成したものである。

【０００６】真空蒸着法により、半導体ウエハはガラス
等の基板の上に多層の薄膜を形成する場合、真空チャン
バ内において、異なる蒸発材料を収納した坩堝を順次基
板と対向させた状態で蒸発材料を蒸発させ、基板上に異
なる複数の材料の膜を順次成膜することが必要である。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】前記したように、
有機高分子材料の多層膜により有機エレクトロルミネッ
センス素子を製造する場合、複数の有機高分子材料を順
次蒸発させて基板上に堆積させ、複数層の膜を形成する
必要がある。それらの有機高分子材料が気化する温度
は、数百℃程度と比較的低いため、それらの蒸発のため
にそれ程高い温度を必要としない。その反面、蒸発時の
温度条件に厳密性が求められる。

【０００８】しかしながら、前記のような蒸着源は、坩
堝がＰＢＮ等のセラミック系材料からなり熱容量が大き
いうえに、加熱手段も電気ヒータが使用されているた
め、加熱、冷却時の温度応答性が悪く、加熱時の温度の
上昇速度が遅く、冷却時の温度の下降速度も遅い。この
ため、複数の有機高分子材料を順次蒸発させて基板上に
堆積させる必要がある有機高分子材料の多層膜の形成に
用いるには適当でない。また、このような蒸着源では、
ヒータ支持部材等の材料が蒸発材料の中に混じりやす
く、膜に不純物が混入しやすいという課題がある。

【０００９】蒸着源以外の分子線源として、電子衝撃型
の分子線源も多く用いられている。しかし、電子衝撃型
の分子線源は、高融点金属材料等の蒸発には適している
が、有機高分子材料については、電子衝撃により分子結
合を破壊する等、有機高分子材料の多層膜を形成するた
めの分子線源としては適していない。

【００１０】本発明は、前記従来のクヌードセン型分子
線源における課題に鑑み、加熱、冷却時の熱応答性に優
れ、しかも蒸発材料に分子的なダメージを与えることな
く、それ故に複数の蒸発材料を順次蒸発させて基板上に
堆積させる必要がある有機高分子材料の多層膜を使用し
た有機エレクトロルミネッセンス素子の製造に最適な蒸
着源を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
を達成するため、坩堝１を熱容量の小さな高融点金属材
料により形成すると共に、ヒータ５で発生した電子にエ
ネルギーを与えて前記の高融点金属材料からなる坩堝１
に衝突させ、坩堝１を介して間接的に蒸発材料２を加熱
し、蒸発させるようにしたものである。

【００１２】すなわち、本発明による電子線衝撃型蒸着
源は、蒸発材料２を収納した坩堝１と、この坩堝１内の
蒸発材料２を加熱して蒸発させるための加熱手段とを有
するものである。ここで、坩堝１を、例えばモリブデン
やタンタル等の高融点金属材料で形成すると共に、加熱
手段が熱電子を発生するフィラメント５と、このフィラ
メント５で発生した熱電子を加速して前記坩堝１に衝突
させる加速電圧電源２２とからなるものである。

【００１３】このような本発明による電子線衝撃型蒸着
源では、坩堝１がモリブデンやタンタル等の高融点金属
材料で形成されているため、従来の蒸着源で使用されて
いるＰＢＮ等のセラミック系の坩堝に比べ、同じ容積の
ものでも熱容量を遙かに小さくすることができる。しか
も、加熱手段が坩堝１に加速した電子を衝突させる電子
衝撃方式なので、温度の急速な上昇が可能となる。ま
た、電子の発生を停止させれば、即座に加熱を停止する
ことができ、電気ヒータのように残熱が残らない。従っ
て、坩堝１の温度応答性が良好となり、素早い加熱と冷
却が可能となる。

【００１４】また、フィラメント５から発生させる熱電
子の量やその加速電圧により坩堝１の温度制御を容易に
行える。しかも、加速した電子を直接蒸発材料に衝突さ
せることなく、坩堝１に衝突させて間接的に蒸発材料２
を加熱するものであるため、電子衝撃による蒸発材料の
分子組織の破壊等も起こらない。

【００１５】前記のようにして、本発明による電子線衝
撃型蒸着源では、坩堝１の温度応答性が良好となり、素
早い加熱と冷却が可能となる。このため、複数の蒸発材
料２を順次加熱、蒸発させながら基板１７に異なる種類
の材料を成膜するのに適している。従って、蒸発材料２
を収納した坩堝１を複数備え、これら坩堝１が基板１７
に順次対向し、その対向した状態で蒸発材料２が加熱蒸
発されるようなマルチエバポレータ方式の蒸発源として
構成するのに最適である。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明による電子線衝撃型蒸着源の一実施形態
を示す概略断面図である。

【００１７】図示を省略した真空チャンバから下方に向
けて円筒形のポート８が突設されており、このポート８
の下端にポートフランジ１０が設けられている。このポ
ートフランジ８には、円板状のポートカバー９が気密に
取り付けられている。このポートカバー９の中心を貫通
して垂直に回転軸１４が真空チャンバ内に立設されてい
る。この回転軸１４の下端は、前記ポートカバー９の外
側面に取り付けられた回転導入機１１に連結され、この
回転導入機１１により前記回転軸１４が回転されるよう
になっている。

【００１８】前記回転軸１４の上端には、円板状の坩堝
支持板３の中心が水平に取り付けられ、回転軸１４の回
転によりこの坩堝支持板３が回転される。この坩堝支持
板３と回転軸１４とは、それらの中心軸が互いに一致し
ているが、この中心軸を中心とする円に沿って等間隔に
複数の坩堝１が上方を向いて設置されている。例えば、
９０゜間隔で４つの坩堝が配置されているが、その数は
形成する薄膜の層数等により適宜設定する。回転軸１
は、坩堝支持板３に坩堝１が取り付けられている間隔毎
の角度で間欠回転する。

【００１９】坩堝１の周囲は前記坩堝支持板３に取り付
けられた円筒形状のリフレクタ４により囲まれている。
さらに必要に応じて、坩堝１を冷却するような冷却ジャ
ケットを設けることもある。さらに坩堝１の内部には、
蒸発して後述する基板１７の表面上に薄膜を形成するた
めの蒸発材料２が収納される。

【００２０】前記ポートカバー９から真空チャンバ内に
垂直に複数の支柱１５が立設され、前記坩堝支持板３の
下方に同坩堝支持板３と平行にフィラメント支持板１３
が取り付けられている。前記回転軸１４はこのフィラメ
ント支持板１３の中心を貫通して回転可能に立設されて
いる。

【００２１】前記フィラメント支持板１３の上であっ
て、前記坩堝支持板３の間欠回転により、或る一つの坩
堝１が停止する位置の真下に絶縁碍子７が取り付けら
れ、この絶縁碍子７の上にフィラメント５が貼られてい
る。さらに、このフィラメント５は、その周囲に配置し
たウェネルト５に囲まれている。フィラメント５には、
ポートカバー９を貫通して設けた高電圧導入端子１２、
１２を介して真空チャンバの外部のフィラメント電源に
接続される。

【００２２】他方、前記坩堝支持板３の間欠回転によ
り、前記ファイラメント５の真上に停止した坩堝１に対
向して、その真上に対向する位置に基板ホルダ１６が設
置されている。この基板ホルダ１６の下面には、前記フ
ァイラメント５の真上に停止した坩堝１に対向して、薄
膜を形成する基板１７が取り付けられる。図示はしてい
ないが、この基板ホルダ１６には、基板１７を加熱また
は冷却する温度調整機構が付属している。

【００２３】図２は、前記電子線衝撃型蒸着源の電源及
び制御系統を示す概念図である。フィラメント５には、
前述の高電圧導入端子１２、１２を介してフィラメント
電源２１が接続され、このフィラメント電源２１からフ
ィラメント５に通電し、加熱することにより、図３に示
すようにフィラメント５から熱電子ｅ−が放出される。

【００２４】図２に示すように、フィラメント５と坩堝
１との間に可変電圧電源２２が接続され、この可変電圧
電源２２により、坩堝１側が正になるような加速電圧が
印加される。これにより、前記フィラメント５から放出
された熱電子ｅ−が加速され、坩堝１の底面にに衝突す
る。この電子衝撃によって、図３に示すように坩堝１が
加熱され、その中の蒸発材料２が加熱、溶融、蒸発さ
れ、その蒸気が基板１７の表面に飛来し、そこに凝着し
て薄膜が形成される。

【００２５】図２に示すように、成膜される薄膜の膜厚
を膜厚計１８でリアルタイムに測定し、この膜厚計１８
の測定信号をアンプ１９で増幅し、制御器２０に入力
し、処理する。これにより制御器２０によってフィラメ
ント電源２１と加速電圧電源２が制御され、蒸発材料２
の蒸発量とその加速電圧の調整及び蒸発の停止がなされ
る。

【００２６】図１に示す実施形態による電子線衝撃型蒸
着源では、前記回転導入機１１により前記回転軸１４で
坩堝支持板３を間欠回転することにより、複数の坩堝１
がフィラメント５と基板１７との間に順次搬送される。
そこで、各坩堝１に収納された蒸発材料２が順次蒸発さ
れ、基板１７に成膜されるため、基板１７上には、多層
の薄膜が形成される。

【００２７】既に述べた通り、前述のような電子線衝撃
型蒸着源では、坩堝１の温度応答性が良好であり、素早
い加熱と冷却が可能である。また、フィラメント５から
発生させる熱電子の量やその加速電圧により坩堝１の温
度制御を容易に行える。そのため、前述のようにして複
数の坩堝１に収納された蒸発材料２を順次蒸発させなが
ら、基板１７上に複数層の薄膜を形成するのに最適であ
る。

【００２８】次に、図４に示した実施形態による電子線
衝撃型蒸着源について説明する前述の実施形態による電
子線衝撃型蒸着源では、ターンテーブルである坩堝支持
板３を回転させて、フィラメント５及び基板ホルダ１６
に対して複数の坩堝１を移動させ、これら坩堝１をフィ
ラメント５と基板ホルダ１６との間に順次配置した。

【００２９】これに対し、図４に示した実施形態による
電子線衝撃型蒸着源では、複数の坩堝１をリニアに配置
すると共に、それら坩堝１を固定とし、さらに各坩堝１
の下にフィラメント５を配置したものである。そして、
基板ホルダ１６をトランスファ２３により、リニア軌道
２４にそって前記坩堝１の真上に対向する位置に順次移
動させ、基板ホルダ１６に取り付けた基板１７に順次成
膜するようにした。

【００３０】この場合、図４に示すように、坩堝１の配
置間隔と同じ間隔でトランスファ２３をリニア軌道２４
に等間隔で配置している。それらトランスファ２３に取
り付けた基板ホルダ１６を、基板１７が各坩堝１の真上
に対向するようトランスファ２３をリニア軌道２４に沿
って間欠移動させ、前述の実施形態と同様にして坩堝１
から蒸発材料２を蒸発して、各基板１７の表面上に異な
る成分の層からなる多層の薄膜を形成する。

【００３１】この実施形態による電子線衝撃型蒸着源で
は、坩堝１に収納した蒸発材料２の量が複数の基板１７
上に成膜するに十分な量を保持しているときに、複数の
基板１７に順次多層の薄膜を形成することが出来る点で
有利である。なお、坩堝１とフィラメント５とをリニア
に配置するのではなく、サークル状に配置し、基板ホル
ダ２３をリニア軌道２４に代えて間欠回転するターンテ
ーブル状のものに取り付けることもできる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による電子線
衝撃型蒸着源では、坩堝１の温度応答性が良好となり、
素早い加熱と冷却が可能となる。このため、複数の蒸発
材料２を順次加熱、蒸発させながら基板に異なる種類の
材料を成膜するのに適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子線衝撃型蒸着源の一実施形態を示
す概略断面図である。

【図２】同実施形態による電子線衝撃型蒸着源の電源及
び制御系統を示す概念図である。

【図３】同実施形態による電子線衝撃型蒸着源の要部拡
大概念図である。

【図４】本発明の電子線衝撃型蒸着源の他の実施形態を
示す概略断面図である。

【符号の説明】

２蒸発材料１坩堝５フィラメント２２加速電圧電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸発材料（２）を収納した坩堝（１）
と、この坩堝（１）内の蒸発材料（２）を加熱して蒸発
させるための加熱手段とを有する蒸着源において、坩堝
（１）を高融点金属材料で形成すると共に、加熱手段が
熱電子を発生するフィラメント（５）と、このフィラメ
ント（５）で発生した熱電子を加速して前記坩堝（１）
に衝突させる加速電圧電源（２２）とからなることを特
徴とする電子線衝撃型蒸着源。
【請求項２】蒸発材料（２）を収納した坩堝（１）が
複数備えられ、これら坩堝（１）が基板（１７）に順次
対向し、その対向した状態で蒸発材料（２）が加熱蒸発
されることを特徴とする請求項１に記載の電子線衝撃型
蒸着源。
【請求項３】坩堝（１）は、モリブデン若しくはタン
タルからなることを特徴とする請求項１または２に記載
の電子線衝撃型蒸着源。