JP2003155555A

JP2003155555A - 薄膜堆積用複合分子線源セル

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Publication number: JP2003155555A
Application number: JP2001350300A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takahashi; 弘高橋
Original assignee: Eiko Engineering Co Ltd
Current assignee: Eiko Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2003-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜した薄膜に成分の偏りが生じることな
く、均一な分子の比をもった薄膜を成膜させる。【解決手段】薄膜堆積用複合分子線源セルは、それぞ
れ成膜材料９、１０を収納し、これら成膜材料９、１０
を気化させるヒータ７、８と、これら坩堝１、２から気
化した成膜材料９、１０の分子を１つの空間にまとめて
混合する混合室５と、この混合室５から混合した分子を
放出する放出口６とを有する。それぞれの坩堝１、２か
ら放出された成膜材料９、１０の分子は、混合室５で混
合され、共通する放出口６を通して成膜対象物１３に向
けて放出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、成膜材料を加熱することによ
り、その成膜材料を昇華または溶融、蒸発して、基板等
の成膜対象物んも表面に薄膜を堆積させるための成膜材
料の分子を発生する薄膜堆積用分子線源セルに関し、特
に複数の成膜成分を同時に放出して、成膜対象物の表面
に複合成分の薄膜を形成する複合分子線源セルに関す
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パター
ニングされたＩＴＯ等の透明導電膜からなる電極を形成
したガラス板等の基板を設置し、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クヌードセンセ
ル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成膜材料をヒータにより加熱し
て昇華または溶融、蒸発させ、これにより発生した成膜
材料の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、成膜材料の膜を形成
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
なる坩堝の中に成膜材料を収納し、この成膜材料を坩堝
の外側に設けたヒータで加熱し、これにより成膜材料を
昇華または溶融、蒸発させ、成膜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。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（ＴＰＤ）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、Ｃａ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。

【０００５】このような有機ＥＬ素子に限られないが、
薄膜を形成するときは、単独の成膜材料により薄膜を形
成する以外に、主な成膜材料と共に、ドーパント等の少
量の添加材料を放出して薄膜を形成することが多い。例
えば、半導体膜中に電子輸送層やホール輸送層等を形成
する場合等である。従来の真空蒸着装置において、これ
らの主成分と副成分の蒸発材料は、それぞれ別の分子線
源セルから蒸発または昇華され、放出されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、こ
のような真空蒸着装置において、主成分と副成分の成膜
材料を放出する分子線源セルを同じ場所におくことが出
来ない。そのため、主成分と副成分の成膜材料が基板に
対してそれぞれ別の方向から放出し、基板の同じ成膜面
に入射させる。そのため、成膜した薄膜において、主成
分と副成分の分子の比が場所によって偏り、均一な組成
の膜が形成されないという課題があった。これにより、
膜の特性にバラツキが生じ、品質の確保が困難になる。

【０００７】本発明は、このような従来における真空蒸
着装置の薄膜堆積用複合分子線源セルの有する課題に鑑
み、複数の成分の成膜材料を放出し、成膜対象物の表面
上に堆積し、成膜させる薄膜堆積用複合分子線源セルに
おいて、成膜した薄膜に成分の偏りが生じることなく、
均一な分子の比をもった薄膜を成膜させることができる
薄膜堆積用複合分子線源セルを提供することを目的とす
るものである。

【０００８】

【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、それぞれ成膜材料９、１０を収納した
複数の坩堝１、２から、基板等の成膜対象物１３の表面
に向けて直接成膜材料９、１０の分子を放出することな
く、これら複数の坩堝１、２から放出された成膜材料
９、１０の分子を混合してから同じ放出口６から放出す
るようにした。より具体的には、一旦複数の坩堝１、２
から放出された成膜材料９、１０の分子を混合室５にま
とめ、この混合室の放出口６から放出するようにしたも
のである。

【０００９】すなわち、本発明による薄膜堆積用複合分
子線源セルは、それぞれ成膜材料９、１０を収納し、こ
れら成膜材料９、１０を気化させるヒータ７、８と、こ
れら坩堝１、２から気化した成膜材料９、１０の分子を
１つの空間にまとめて混合する混合室５と、この混合室
５から混合した分子を放出する放出口６とを有するもの
である。

【００１０】このような薄膜堆積用複合分子線源セルで
は、それぞれ複数の坩堝１、２に収納した成膜材料９、
１０の分子が薄膜を形成する成膜対象物１３の表面に直
接放出されず、それぞれの坩堝１、２から放出された成
膜材料９、１０の分子がまず混合室５に入り、この混合
室５で、各坩堝１、２から放出された成膜材料９、１０
の分子が混合される。そして、これらの分子は、共通す
る放出口６を通して混合室５から放出される。すなわ
ち、各坩堝１、２から放出された成膜材料９、１０の分
子は混合された後、同じ放出口６から放出される。

【００１１】各坩堝１、２には、気化した成膜材料９、
１０の分子を混合室５に流入させる流入口３、４を設
け、これらの流入口３、４がそれぞれの坩堝１、２に収
納された成膜材料９、１０から発生した分子を混合室５
に流入させる量を制限する絞りとして機能を有するよう
にする。そうすると、これら流入口３、４の面積によ
り、各坩堝１、２に収納された成膜材料９、１０から混
合室５に流入する分子の比を所定の値に限定しやすい。

【００１２】さらに、各坩堝１、２の成膜材料９、１０
から混合室５側に流入する分子の通路を開閉し、或いは
絞るバルブ１８、１９を有すると、このバルブ１８、１
９の操作により、各坩堝１、２から混合室５に流入させ
る成膜材料９、１０の分子の比を随時任意の値に調整し
たり、各坩堝１、２から混合室５への分子の流入を停止
したりすることができる。

【００１３】

【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と図２は、本発明の一実施形態による薄膜堆積用複
合分子線源セルを示すものである。

【００１４】これらの図に示すように、薄膜堆積用複合
分子線源セルは、主成分である成膜材料９を収納した坩
堝１と、副成分である成膜材料１０を収納した坩堝２と
を有している。図２から分かるように、主成分である成
膜材料９を収納した坩堝１は、１つ設けられ、副成分で
ある成膜材料１０を収納した坩堝２は、その側に２つ設
けられている。これらの数は、成膜の目的等により適宜
変えることができることは言うまでもない。

【００１５】それぞれの坩堝１、２の周囲には、それら
に収納された成膜材料９、１０を加熱し、蒸発または昇
華させてそれらの分子を発生させるためのヒータ７、８
が設けられている。これらの坩堝１、２の上面開口部
は、何れも同じ高さに保持され、これらの坩堝１、２の
上面開口部を閉じるように、円形の蓋板１１が設けられ
ている。この蓋板１１は、坩堝１、２の上面開口部にの
外側に延設されたフランジに固定されている。

【００１６】この蓋板１１の坩堝１の上面開口部側に
は、流入口３が、また坩堝２の上面開口部側には流入口
４が設けられている。流入口３と流入口４とは、図２か
ら分かるようにそれぞれ複数ずつ設けられているが、流
入口３の総面積と流入口４の総面積との比は、基板等の
成膜対象物１３の表面に成膜する成膜材料９と成膜材料
１０の分子の比に対応するように設定される。

【００１７】この蓋板１１の上には、混合室５が形成さ
れている。この混合室５は、下面が開口し、上面の中央
部に１つの放出口９を開口したもので、下面開口部の外
側に延設されたフランジを前記蓋板１１の周辺部に固定
して取り付ける。混合室の放出口９は、坩堝１または坩
堝２に何れかの方向に片寄らないようにすれば複数設け
ることもできる。この混合室５の周囲にもその内部を加
熱するヒータ１２が設けられている。薄膜を形成する基
板等の成膜対象物１３は、その成膜面が前記混合室５の
放出口９に対面するように設けられている。

【００１８】このような薄膜堆積用複合分子線源セルで
は、ヒータ７、８によりそれぞれの坩堝１、２に収納し
た成膜材料９、１０を加熱し、その成膜材料９、１０を
蒸発または昇華してそれらの分子を発生する。これらの
分子は、薄膜を形成する成膜対象物１３の表面に直接放
出されない。すなわち、それぞれの坩堝１、２に収納さ
れた成膜材料９、１０から発生した分子は、それぞれ流
入口３、４からから混合室５に入る。この混合室５にお
いて、各坩堝１、２から流入した成膜材料９、１０の分
子は、ヒータ１２により加熱され、分子の状態のまま混
合される。そして、これらの分子は、共通する放出口６
を通して混合室５から放出される。すなわち、各坩堝
１、２から放出された成膜材料９、１０の分子は混合さ
れた後、同じ放出口６から放出される。このため、成膜
対象物１３の表面に対して複数の坩堝１、２の位置が異
なるにも拘わらず、成膜対象物１３の表面には、同じ場
所、すなわち同じ放出口６から既に混合された成膜材料
９、１０の分子が入射するため、均一な成分比を持った
膜を形成することができる。

【００１９】次に、図３に示した本発明の実施形態によ
る薄膜堆積用複合分子線源セルについて説明する。この
実施形態による薄膜堆積用複合分子線源セルも、基本的
には図１と図２により前述した薄膜堆積用複合分子線源
セルと共通しており、同じ部分は同じ符号で示してあ
る。

【００２０】この図３に示した本発明の実施形態による
薄膜堆積用複合分子線源セルが図１と図２により前述し
た薄膜堆積用複合分子線源セルと異なる点は、坩堝１、
２から流入口３、４を経て混合室５に至る分子の通路の
途中に一旦分子を保持するバッファ室１４、１５、２
３、２４が設けられているのと、坩堝１、２から混合室
５側に至る分子の通路を開閉或いは絞るバルブ１８、１
９を設けた点である。なお、混合室５の放出口６、６が
複数設けられているが、これは実質的な相違点ではな
く、図１と図２により前述した薄膜堆積用複合分子線源
セルでも、混合室５の放出口６を複数にすることは特段
の支障はない。

【００２１】図３に示した薄膜堆積用複合分子線源セル
では、それぞれの坩堝９、１０から流入口３、４を経て
混合室５に至る分子の通路の途中に二段ずつのバッファ
室１４、１５、２３、２４を設けている。すなわち、坩
堝１で発生した成膜材料９の分子は、２つのバッファ室
１４、２３を順次経て、流入口３から混合室５に至る。
また、坩堝２で発生した成膜材料１０の分子は、２つの
バッファ室１５、２４を順次経て、流入口４から混合室
５に至る。このバッファ室は一段或いは三段以上で有っ
てもよい。

【００２２】坩堝１、２に近い側の第一段目のバッファ
室１４、１５は、筒状の部屋で、その底面は開放され、
そこにピストン状のバルブ１８、１９が気密に、且つバ
ッファ室１４、１５の上下に摺動自在に嵌め込まれてい
る。このバルブ１８、１９には、それぞれプランジャ状
のロッドを介して同バルブ１８、１９をバッファ室１
４、１５内で上下に摺動させるバルブ操作機構２０、２
１が連結されている。さらに、バッファ室１４、１５の
底面に近い周面には、同バッファ室１４、１５をそれぞ
れ坩堝１、２と連絡する分子通過口１６、１７が開設さ
れている。前記バルブ１８、１９は、バルブ操作機構２
０、２１により、バッファ室１４、１５内で上下に摺動
されることにより、前記分子通過口１６、１７を開閉
し、あるいはその開口面積を絞ることができる。

【００２３】これに対し、混合室２５に近い側の第二段
目のバッファ室２３、２４は、やはり筒状の部屋である
が、その底面は閉じている。このバッファ室２３、２４
の底面に近い周面には、同バッファ室２３、２４をそれ
ぞれ第一段目のバッファ室１４、１５と連絡する分子通
過口２５、２６が開設されている。

【００２４】このような薄膜堆積用複合分子線源セルで
は、坩堝１、２に収納された成膜材料９、１０から発生
した分子は、流入口３、４を経て混合室２５に至る前
に、一旦バッファ室１４、１５、２３、２４に入り、そ
こで停滞する。このため、流入口３、４から混合室２５
に流入する分子の量の変動が少なく、安定した量の分子
を混合室２５に送ることができる。

【００２５】さらに、バッファ室１４、１５の分子通過
口１６、１７を開閉し、あるいはその開口面積を絞るこ
とができるバルブ１８、１９を設けているので、坩堝
１、２側で発生した成膜材料９、１０の分子がバッファ
室１４、１５に流入するのを許容したり、停止したり或
いはその量を制限したりすることができる。すなわち、
混合室５に成膜材料９、１０の分子を流入させたり、停
止させたり或いは流入を制限したりすることができる。
この操作は、バルブ操作機構２０、２１により各坩堝
１、２側において個別に行うことができる。これによ
り、各坩堝１、２から混合室５に流入させる成膜材料
９、１０の分子の比を随時任意の値に調整することが可
能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明による薄膜堆
積用複合分子線源セルでは、前述したように、各坩堝
１、２から放出された成膜材料９、１０の分子が混合さ
れた後、同じ放出口６から放出されるため、成膜した薄
膜に成分の偏りが生じることなく、均一な分子の比をも
った薄膜を成膜させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による薄膜堆積用複合分子
線源セルを示す概略縦断側面図である。

【図２】同実施形態による薄膜堆積用複合分子線源セル
を示す平面図である。

【図３】本発明の他の実施形態による薄膜堆積用複合分
子線源セルを示す概略縦断側面図である。

【符号の説明】

１坩堝２坩堝３坩堝の放出口４坩堝の放出口５混合室６混合室５の放出口７ヒータ８ヒータ９成膜材料１０成膜材料１３成膜対象物１８バルブ１９バルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】坩堝（１）、（２）に収納した成膜材料
（９）、（１０）を気化し、この気化した分子を成膜対
象物（１３）に向けて放出し、その成膜対象物（１３）
の表面上に薄膜を堆積させる薄膜堆積用複合分子線源セ
ルにおいて、それぞれ成膜材料（９）、（１０）を収納
し、これらを加熱して気化させる複数の坩堝（１）、
（２）と、これら坩堝（１）、（２）から気化した成膜
材料（９）、（１０）の分子を１つの空間にまとめて混
合する混合室（５）と、この混合室（５）から混合した
分子を放出する放出口（６）とを有することを特徴とす
る薄膜堆積用複合分子線源セル。
【請求項２】各坩堝（１）、（２）は、気化した成膜
材料（９）、（１０）の分子を混合室（５）に流入させ
る流入口（３）、（４）を有することを特徴とする請求
項１に記載の薄膜堆積用複合分子線源セル。
【請求項３】各坩堝（１）、（２）の流入口（３）、
（４）は、それぞれの成膜材料（９）、（１０）から混
合室（５）に流入させる分子の量を制限する絞りとして
の機能を有することを特徴とする請求項２に記載の薄膜
堆積用複合分子線源セル。
【請求項４】各坩堝（１）、（２）の成膜材料
（９）、（１０）から混合室（５）側に分子を放出する
通路を開閉し、或いは絞るバルブ（１８）、（１９）を
有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の
薄膜堆積用複合分子線源セル。