JP2004052113A - 加熱容器とそれを利用した蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱容器とそれを利用した蒸着装置とを提供する。
【解決手段】蒸着膜を形成するための基板が設けられる真空チャンバと、前記基板と対応する側に設けられて有機物を昇華させ、有機物が収容される空間部と蒸発された有機物が放出されるノズル部とを有する本体と、前記本体の内部に設けられて前記ノズル部と対応する領域の縁部に蒸発された有機物が通過する少なくとも一つの開口部が形成されたインナプレートとを有する加熱容器とを含む蒸着装置。
【選択図】図１

Description

　本発明は加熱容器とそれを利用した真空蒸着装置に係り、より詳細には昇華性物質の飛び散りを防止するために加熱容器が改善された真空蒸着装置に関する。

　ＥＬ（Electro Luminescent）素子は自発光型表示パネルであって視野角が広くてコントラストにすぐれるだけではなく、応答速度が速いという長所を有して次世代表示パネルとして注目されている。

　ＥＬ素子は発光層形成用物質により無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子とに区分される。ここで、有機ＥＬ素子は無機ＥＬ素子に比べて輝度、駆動電圧及び応答速度特性が優れていて多色化が可能であるという長所を有している。

　一般的な有機ＥＬ素子は基板上部に所定パターンの正電極層が形成されている。そして、この正電極層上部にはホール輸送層、発光層、電子輸送層が順次形成され、前記電子輸送層の上面には前記陽電極層と直交する方向に所定パターンの負電極層が形成されている。ここで、ホール輸送層、発光層及び電子輸送層は有機化合物よりなる有機薄膜である。

　かような構成を有する有機ＥＬ素子を製造する過程にてホール輸送層、発光層、電子輸送層などの有機薄膜は、内部圧力が１０^−６ないし１０^−７ｔｏｒｒに調節される真空チャンバと、その内部に基板と対向されるように設けられて少量の有機物を含んだ加熱容器と、この加熱容器に設けられて有機化合物を加熱昇華させるためのヒータと、を含む蒸着装置により形成される。

　一方、有機化合物は蒸着時に分子単位で蒸発することが最も理想的であるが、加熱中に材料内部で急激な蒸発がなされる場合に分子単位ではない塊り単位で蒸発がなされる。

　かような塊り単位での蒸発は次のような問題点を引き起こす。

　第一に、蒸着マスクの開口部に蒸着物塊が付着して所望の部分に蒸着物が蒸着されないという現象が発生しうる。かような不良は蒸着マスクを替えない限り発生し続けるので大量生産にとって致命的である。

　第二に、蒸着物塊が基板に付着して蒸着膜の均一度を害する。かような蒸着物塊が蒸着される部位は画像形成時に暗い部分として示される。

　第三に、有機化合物の塊りの一部がノズルに付着すれば、それから有機化合物の連続的な蒸着により成長がなされ、さらには蒸着容器のノズルを塞いでしまう原因になる。

　かような問題点を解決するための真空蒸着装置の加熱容器の一例が特許文献１に開示されている。

　開示された加熱容器は加熱により昇華される有機化合物が放出される開放口に網状のカーテンが設けられる。

　しかし、この加熱容器は開放口に単純な網状のカーテンが設けられているので、ヒータからの熱伝導が円滑になされず、加熱容器の内部から一次的に蒸発して網状のカーテンに蒸着される異物が円滑に蒸発せず、加熱容器の内部に網状カーテンの設置が容易ではないという問題点がある。

　特許文献２に開示される蒸発源は有機蒸発材料を収容する蒸発容器を備え、その蒸発容器内に蒸発量を規制するオリフィス部が設けられる。

　前述のような例に開示される加熱容器は容器の外周面にてヒータを利用して有機化合物を加熱するので、有機化合物が均一に加熱されないという問題点がある。さらには有機化合物を各部位にて均一に蒸発させられない。

　特許文献３に開示される有機化合物を蒸発させるための加熱容器は、有機化合物が収容される容器本体と、容器の外周面に設けられるヒータと、このヒータの外周面に設けられる断熱層とを含む。

　そして、特許文献４には有機ＥＬ素子の蒸着源が開示されている。
韓国特許公開２０００−００５４２１１号公報 特開平１０−１９５６３９号公報 特開２０００−１６０３２８号公報 特開２０００−６８０５５号公報

　本発明は前記問題点を解決するためのものであり、有機化合物の昇華時に分子単位で蒸発せずに塊りが発生しても、蒸着マスクと基板とに有機化合物の塊りが蒸着され、基板への有機化合物の蒸着を防止するか、あるいは画像を表示する時に発光せずに暗くなることを根本的に防止できる加熱容器とそれを利用した蒸着装置とを提供することを目的とする。

　本発明の他の目的は有機化合物の急激な昇華による有機物の塊りの昇華により生じる基板への蒸着物の量を根本的に減少させる加熱容器とそれを利用した蒸着装置とを提供することである。

　本発明のさらに他の目的は蒸発される有機化合物分子間の衝突が活発化してエネルギーが弱くなることを防止できる加熱容器とそれを利用した蒸着装置とを提供することである。

　前記目的を達成するために本発明の第１の側面は、加熱容器に係り、有機化合物が収容される空間部と、蒸発された有機化合物が放出されるノズル部とを有する本体と、前記本体の内部に設けられて前記ノズル部と対応する領域の縁部に蒸発された有機化合物が通過する少なくとも一つの開口が形成されたインナプレートとを含むことをその特徴とする。

　本発明の好適な実施の形態によれば、前記インナプレートは本体の空間部の断面形状と実質的に同一であり、前記開口部はインナプレートの縁部に沿って連続または不連続的に形成されることが望ましい。そして、前記インナプレートに形成された開口部の面積は前記ノズル部の面積と同じか大きいことが望ましい。また、前記ノズル部前記インナプレートとの間の距離は、前記ノズル部から垂直方向でノズル部の半径以上であり、前記ノズルから前記本体の内部の下面までの距離の９／１０以下であることが望ましい。

　一方、前記本体はノズル部が形成されたキャップ部材と、有機化合物とインナプレートとが設けられる本体部によって構成され、前記キャップ部材と本体部とにはそれを加熱するための加熱ヒータがさらに備わるうる。

　前記目的を達成するための本発明の第２の側面は、蒸着装置に係り、蒸着膜を形成するための基板が配置される真空チャンバと、前記基板と対応する側に設けられて有機化合物を昇華させるものであり、有機化合物が収容される空間部と蒸発された有機化合物が放出されるノズル部とを有する本体と、前記本体の内部に設けられて前記ノズル部と対応する領域の縁部に蒸発された有機化合物が通過する少なくとも一つの開口部が形成されたインナプレートとを含むことをその特徴とする。

　本発明の好適な実施の形態によれば、前記加熱容器と対応する基板には蒸着しようとするパターンが形成されたマスクが設けられることが望ましい。

　本発明による真空蒸着装置の加熱容器とそれを利用した蒸着装置とは、有機化合物の急激な蒸発により塊りが蒸発してノズル部に吐出されることを防止でき、さらには基板に塊りの有機化合物が蒸着してその部分の画像が暗く示されたり、蒸着マスクに付着して基板に蒸着パターンが形成される時のパターン不良が生じたりすることを根本的に解決することができる。

　以下、添付された図面を参照しつつ本発明の望ましい実施形態を説明する。

　図１には加熱容器を有する真空蒸着装置の一実施形態が示されている。

　図１を参照すれば、真空蒸着装置は内部に真空雰囲気が形成されたチャンバ１１と、チャンバ１１の内部に配置されて蒸着される基板１００を支持する基板支持部１２と、基板１００に密着して蒸着しようとするパターンのスリットを有する蒸着マスク１３と、蒸着マスク１３を挟んで基板１００と対応すべく設けられる加熱容器２０とを含む。

　基板１００を支持する基板支持部１２は基板１００の蒸着される面が加熱容器２０と対応すべく支持できるように基板１００の縁部を支持するが、それに限定されない。そして、基板支持部１２は基板の自重により基板がそることを防止するための手段と、蒸着マスク１３を基板１００に密着させるための手段とをさらに備える。

　加熱容器２０は有機化合物の蒸発時に有機化合物が塊りとして基板１００または蒸着マスク１３に蒸着されることを防止するために分子単位で蒸発させるものであり、その一実施形態を図２及び図３に示した。

　図２、３を参照すれば、加熱容器２０は有機化合物２００が収容される空間部２１と、蒸発された有機化合物が放出されるノズル部２２を有する本体２３と、本体２３の内部に設けられてノズル部２２と対応する領域の縁部に蒸発された有機化合物が通過する少なくとも一つの開口部３１が形成されたインナプレート３０とを備える。

　加熱容器２０の本体２３はノズル部２２が中央に形成されたキャップ部材２３ａとキャップ部材２３ａと結合されて空間部２１が形成された本体部２３ｂによって構成される。本体部２３ｂは一側端部が底部を有する管状に形成されるが、前記底部には蒸発される有機化合物の温度を測定するためのサーモカップルのような温度感知手段が設けられうる。そして、本体部２３ｂの外周面にはこれを加熱するための加熱ヒータ２７が備えられるが、別途に設けられてもよい。そして、キャップ部材２３ａに形成されたノズル部２２はキャップ部材の中央部に形成され、ノズル部２２周囲のキャップ部材２３ａにはノズル部２２に有機化合物が蒸着されることを防止するために別途の補助加熱ヒータ（図示せず）が設けられうる。

　一方、本体２３の空間部２１に設けられるインナプレート３０は図２及び図３に示されたようにノズル部２２と対応する領域の縁部に少なくとも一つの開口部３１が形成された遮蔽部３２と、遮蔽部３２から本体部２３ｂの上部側に延びて遮蔽部３２を支持する少なくとも一つの固定部３３とを含む。遮蔽部３２の縁部に形成された開口部３１は連続的または不連続的に形成されうるが、図４に示されたように開口部３１が遮蔽部３２の縁部に沿って連続的に形成された場合には固定部３３が遮蔽部３２の下面から下方に延びるように形成されうる。そして、遮蔽部３２の縁部に形成される開口部３１が不連続的に形成される場合には遮蔽部３２の縁部に沿って等間隔をなすように形成されることが望ましい。

　一方、インナプレート３０の面積、すなわち遮蔽部３２の面積はノズル部２２の面積と実質的に同一かそれよりも広く形成される。遮蔽部３２の面積は空間部２１の断面積より狭く形成され、空間部２１の遮蔽部３２により区切られる上部空間Ｓ１と下部空間Ｓ２との間に圧力差が大きく発生しないように開口部３１の面積を調整するのが望ましい（図３を参照）。

　そして、図３に示すように、ノズル部２２とインナプレート３０が設置される位置との間の距離Ｌは、ノズル部２２から垂直方向でノズル部２２の半径Ｄ／２に該当する距離以上であり、ノズル部２２から本体２３の内部の下面までの距離Ｔの９／１０以下である（すなわち、Ｄ／２≦Ｌ≦９／１０Ｔを満たす。）。

　前述の如く構成される本発明の好適な実施の形態による加熱容器とそれを利用した蒸着装置の作用を説明すれば次の通りである。

　まず、真空蒸着装置を利用して基板に有機膜を形成するためには加熱容器２０の内部の空間部２１に蒸着薄膜、すなわち有機電界発光表示装置の有機膜である電子輸送層、発光層または正孔輸送層を形成するための有機化合物２００を注入する（図３を参照）。この状態で図２に示す加熱ヒータ２７及び補助ヒータ（図示せず）に所定の電圧を印加して本体２３を加熱することにより有機化合物が加熱されて昇華される。

　前記有機化合物が昇華される過程で本体２３の空間部２１にて有機化合物の急激な蒸発時に有機化合物が分子単位ではない小さな塊り単位で蒸発されるが、空間部２１の内部にはインナプレート３０が設けられているので、塊りで蒸発する有機化合物がノズル部２２を通じて基板１００または蒸着マスク１３に蒸着されることを根本的に防止できる。これを一層詳細に説明すれば、前記塊りで蒸発された有機化合物は開口部３１を通じてノズル部２２に吐出されるが、ノズル部２２と対応する部位に遮蔽部３２が設けられており、この縁部に開口部３１が形成されているので蒸発した有機化合物塊はインナプレート３０の遮蔽部３２に衝突してノズル部２２を通過できなくなる。そして、前記有機化合物の塊が開口部３１を通過したとしても、ノズル部２２と開口部３１とはその垂直軸がずれているので本体部２３ｂとキャップ部材２３ａとにより定められる空間部２１の内壁にぶつかることによりノズル部２２を通過できない。

　一方、ノズル部２２と対応する遮蔽部３２の縁部に形成された各開口部３１の面積の和はノズル部２２の面積より大きく形成されているので、ノズル部２２を通じて吐出される有機化合物の圧力の低下を抑えることができる。インナプレート３０に形成された各開口部３１の面積の和がノズル部２２の面積より小さな場合には、昇華される有機化合物の材料がインナプレート３０により区切られる第２空間Ｓ２から第１空間Ｓ１に出て行けずに、互いに衝突して第２空間Ｓ２の圧力が高まる。かように第２空間Ｓ２の圧力が高まれば有機化合物２００の昇華温度が高まり、有機化合物の昇華温度が分解温度以上になれば有機化合物が分解される。かような有機化合物の分解は蒸着膜に悪影響を及ぼして有機電界発光表示装置の寿命を短くする重要な要因になる。

　そして、空間部２１の内部に設けられるインナプレート３０の位置は有機化合物の充填量と有機化合物機体分子のコンダクタンスとに影響を及ぼすので非常に重要である。インナプレート３０の位置があまり低く（本体部の底を基準として）なれば、有機化合物の充填量が減って実効性が下がる。インナプレート３０が高くなれば、第１空間Ｓ１の体積が小さくなって蒸発された有機化合物の気体分子のコンダクタンスが下がり、分子同士の衝突が増大して分子の運動エネルギーが小さくなる。運動エネルギーが低下すると、それ以上自由に移動できずに周囲の相対的に冷たい所に凝結して固着されるか、あるいはノズル部２２に固着される問題点がある。かような点を勘案して、ノズル部２２とインナプレート３０が設置される位置との距離Ｌが、ノズル部２２から垂直方向でノズル部２２の半径Ｄ／２に該当する距離以上であって、ノズル部２２から本体２３の内部の下面までの距離Ｔの９／１０以下である時に、ノズル部２２の詰まり不良を減らすことができることが分かった。

　本発明らの実験によれば、有機物を１Å／ｓの蒸着速度で基板に蒸着する場合、ノズル部２２とインナプレート３０が設置される位置との間の距離Ｌをノズル部２２の半径Ｄ／２で割った値が０．４０、０．６７である時に、それぞれ２時間以内と１２時間以内とでノズル部の詰まり不良が発生することが分かった。そして、ノズル部２２とインナプレート３０が設置される位置との間の距離Ｌをノズル部２２の半径Ｄ／２で割った値が１．０以上である時にノズルの詰まり不良が発生しないことが分かった。

　本発明は図面に示された一実施形態を参考に説明されたが、それは例示的なものに過ぎず、当業者ならばそれから多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点が理解されるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求範囲の技術的思想により決定される。

　本発明は有機物の蒸着に用いられ、それにより、例えば有機ＥＬ素子の製造に利用される。

本発明の好適な実施の形態による真空蒸着装置を概略的に示した断面図である。 本発明の好適な実施の形態による加熱容器を示した分離斜視図である。 図２に示された加熱容器の断面図である。 インナプレートの他の実施形態を示した斜視図である。

符号の説明

　１１　チャンバ
　１２　基板支持部
　１３　蒸着マスク
　１００　基板

Claims (28)

1. 　有機化合物が収容される空間部と、蒸発された有機化合物が放出されるノズル部とを有する本体と、
   　前記本体の内部に設けられて前記ノズル部と対応する領域の縁部に前記蒸発された有機化合物が通過する少なくとも一つの開口部が形成されたインナプレートと、
   　を含むことを特徴とする蒸着装置の加熱容器。
2. 　前記インナプレートは前記ノズル部と対応する部位に形成された遮蔽部をさらに備え、前記開口部は前記遮蔽部の縁部に沿って形成されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
3. 　前記インナプレートは前記遮蔽部から上方に延びて前記遮蔽部を支持する少なくとも一つの固定部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の蒸着装置の加熱容器。
4. 　前記インナプレートは前記遮蔽部から下方に延びて前記遮蔽部を支持する少なくとも一つの固定部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の蒸着装置の加熱容器。
5. 　前記開口部はインナプレートの縁部に沿って連続的または不連続的に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
6. 　前記開口部はインナプレートの縁部に沿って等間隔に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
7. 　前記インナプレートに形成された開口部の面積は前記露出部の面積と同じであるかそれよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
8. 　前記ノズル部と前記インナプレートとの間の距離は、前記ノズル部の半径以上であり、前記ノズル部から前記本体の内部の下面までの距離の９／１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
9. 　前記本体はノズル部が形成されたキャップ部材と空間部が形成された本体部によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
10. 　前記本体部の外周面またはノズル部の周囲に加熱ヒータが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
11. 　蒸着膜を形成するための基板が配置される真空チャンバと、
    　前記基板と対応する側に設けられて有機化合物を昇華させるものであり、有機化合物が収容される空間部と蒸発された有機化合物が放出されるノズル部とを有する本体と、前記本体の内部に設けられて前記ノズル部と対応する領域の縁部に蒸発された有機化合物が通過する少なくとも一つの開口部が形成されたインナプレートを有する加熱容器と、
    　を含むことを特徴とする蒸着装置。
12. 　前記インナプレートはノズル部と対応する部位に形成された遮蔽部をさらに備え、前記開口部は前記遮蔽部の縁部に沿って形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
13. 　前記インナプレートは前記遮蔽部から上方に延びて前記遮蔽部を支持する少なくとも一つの固定部をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の蒸着装置。
14. 　前記インナプレートは前記遮蔽部から下方に延びて前記遮蔽部を支持する少なくとも一つの固定部をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の蒸着装置。
15. 　前記開口部はインナプレートの縁部に沿って等間隔に形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
16. 　前記インナプレートに形成された開口部の面積は前記露出部の面積と同じであるかそれよりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
17. 　前記ノズル部と前記インナプレートとの間の距離は、前記ノズル部半径以上であり、前記ノズル部から前記本体の内部の下面までの距離の９／１０以下であることを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
18. 　前記本体はノズル部が形成されたキャップ部材と空間部が形成された本体部によって構成されることを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
19. 　前記本体部の外周面及び／またはノズル部の周りに加熱ヒータが設けられたことを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
20. 　前記開口部はインナプレートの縁部に沿って連続的に形成されるか、あるいは所定の間隔をおいて複数生成されたことを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
21. 　前記有機化合物の温度を感知する温度感知手段がさらに備えられたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
22. 　前記インナプレートはノズル部と対応する部位に形成された遮蔽部をさらに備え、前記遮蔽部は前記本体の内部断面よりも狭く形成されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
23. 　前記開口部は前記インナプレートの上下部間に圧力差が生じないように所定の面積を有することを特徴とする蒸着装置の加熱容器。
24. 　前記ノズル部は前記有機化合物が前記ノズル部を介して塊状に吐き出されないようにその垂直軸が前記開口部の垂直軸とずれるように備えられたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
25. 　前記インナプレートはノズル部と対応する部位に形成された遮蔽部をさらに備え、前記遮蔽部は前記有機化合物が前記ノズル部を介して塊状に吐き出されることを防止するように備えられたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
26. 　前記インナプレートは前記空間部断面と実質的に同一な断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置の加熱容器。
27. 　有機電界発光素子の基板を準備する段階と、
    　有機化合物が収容された空間部と蒸発された有機化合物が放出されるノズル部とを有する本体と、前記本体の内部に備えられて前記ノズル部と対応する領域の縁部に蒸発された有機化合物が通過する少なくとも一つの開口部が形成されたインナプレートを有する加熱容器とを含む蒸着装置を用い、前記基板に前記有機化合物の膜を蒸着する段階と、
    　を備えることを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
28. 　前記インナプレートは前記有機化合物が前記基板に塊状に蒸着されることを防止するように備えられたことを特徴とする請求項２７に記載の有機電界発光素子の製造方法。

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