JP2004100002A

JP2004100002A - 蒸発源及びこれを用いた薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2004100002A
Application number: JP2002265538A
Authority: JP
Inventors: Toshio Negishi; 根岸　敏夫; Tatsuhiko Koshida; 越田　達彦; Yasuo Mihara; 美原　康雄; Hiroshi Kikuchi; 菊地　博
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: JP4156885B2

Abstract

【課題】マスクの歪みの問題を招くことなく大型の成膜対象物又は撓みやすい成膜対象物に対して高精度のパターンを形成しうる蒸発源及び薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】本発明の蒸発源３０、３１は、所定の蒸発材料４０、４１を収容する蒸発容器３２、３３を備える。各蒸発容器３２、３３には、水平面に対して９０度未満の所定の角度で蒸発材料４０、４１の蒸気を排出する蒸発口３４、３５が設けられている。蒸発容器３２、３３の周囲には、蒸発容器３２、３３を直接加熱する加熱手段４２、４５が設けられている。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、有機ＬＥＤ素子の発光層に用いられる有機薄膜を蒸着によって形成するための薄膜形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フルカラーフラットパネルディスプレイ用の素子として、有機ＬＥＤ素子が注目されている。有機ＬＥＤ素子は、蛍光性有機化合物を電気的に励起して発光させる自発光型素子で、高輝度、高視野角、面発光、薄型で多色発光が可能であり、しかも数Ｖという低電圧の直流印加で発光する全固体素子で、かつ低温においてもその特性の変化が少ないという特徴を有している。
【０００３】
図７は、従来の有機ＬＥＤ素子を作成するための薄膜形成装置の概略構成図である。
図７に示すように、この薄膜形成装置１０１にあっては、真空槽１０２の下部に蒸発源１０３が配設されるとともに、この蒸発源１０３の上方に成膜対象物である基板１０４が配置されている。そして、蒸発源１０３から蒸発される有機材料の蒸気を、マスク１０５を介して基板１０４に蒸着させることによって所定パターンの有機薄膜を形成するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術においては、基板を真空槽内の上部に配置しなければならないため（デポアップ）、マスクを機械的に固定しなければならず、マスクが歪んでしまうという問題がある。
特に、近年では基板が大型化しているので、この問題が重要になってきている。
【０００５】
また、従来技術では、撓みやすい基板に有機薄膜を形成することが困難であるという問題もある。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、マスクの歪みの問題を招くことなく大型の成膜対象物又は撓みやすい成膜対象物に対して高精度のパターンを形成しうる蒸発源及び薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、所定の蒸発材料を収容する蒸発容器を備え、前記蒸発容器に、水平面に対して９０度未満の所定の角度で前記蒸発材料の蒸気を排出する蒸発口が設けられ、前記蒸発容器を加熱する加熱手段が設けられている蒸発源である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記蒸発口が、鉛直下方に蒸発材料を排出するように構成されているものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記蒸発容器が、細長形状に形成されているものである。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記蒸発容器の長手方向に沿って蒸発口が設けられているものである。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の発明において、前記加熱手段が、前記蒸発容器の周囲に設けられているものである。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の発明において、前記加熱手段が、抵抗加熱型のヒータであるものである。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項記載の発明において、前記加熱手段が、誘導加熱型のヒータであるものである。
請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項記載の発明において、前記蒸発容器に、モニター用蒸発口が設けられているものである。
請求項９記載の発明は、真空槽と、前記真空槽内に請求項１乃至８のいずれか１項記載の蒸発源を備え、前記蒸発源が、成膜対象物に対して上方に位置するように構成されている薄膜形成装置である。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記蒸発源が、成膜対象物に対して相対的に移動するように構成されているものである。
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の発明において、細長形状に形成された蒸発容器を有する蒸発源を備え、前記蒸発源が、成膜対象物に対して相対的に移動するように構成され、前記蒸発源の移動方向が、前記蒸発容器の幅方向であるものである。
【０００８】
本発明の蒸発源においては、蒸発容器に、水平面に対して９０度未満の所定の角度で蒸発材料の蒸気を排出する蒸発口が設けられていることから、成膜対象物を下にしていわゆるデポダウン状態で蒸着を行うことが可能になる。
【０００９】
その結果、本発明によれば、成膜対象物上にマスクを配置して蒸着を行うことができるので、従来技術のようなマスクの歪みの問題は発生せず、大型成膜対象物に対して高精度のパターンを形成することができる。また、蒸着時蒸着源から受ける熱輻射によりマスクが伸びる問題があるが、本発明によれば、成膜対象物の下に冷却機構を設けることができるので、そのような問題が生ずることはない。
【００１０】
また、成膜対象物がフィルム等の撓みやすい場合であっても、容易に高精度のパターンを形成することが可能になる。
【００１１】
さらに、本発明においては、蒸発容器を加熱する加熱手段が設けられていることから、蒸発容器内において蒸発材料の蒸気が蒸発容器の内面で反射され内面に付着することがないので、蒸発材料の蒸気を効率良く蒸発口から排出することができる。
【００１２】
そして、本発明においては、蒸発口から、鉛直下方に蒸発材料を排出するように構成すれば、パターン基板上にマスクを配置することができるため、大面積の成膜対象物へのマスク蒸着が可能になるというメリットがある。
【００１３】
また、蒸発容器が、細長形状に形成されている場合には、成膜対象物に対してその幅方向に相対的に移動させることによって、大きな成膜対象物や複数の成膜対象物に対して蒸着を行う場合に、膜厚の均一な成膜を行うことができる。
【００１４】
この場合、特に蒸発容器の長手方向に沿って蒸発口を設けることによって、より膜厚の均一化を図ることが可能になる。
【００１５】
一方、加熱手段を蒸発容器の周囲に設けるようにすれば、加熱手段に蒸発材料が付着することがなく、また蒸発容器の構成を簡素なものとすることができる。
【００１６】
この場合、加熱手段として抵抗加熱型のヒータを用いれば、精密な温度制御が可能なため、蒸気圧の高い材料（ドーパント）も蒸発可能になるというメリットがある。
【００１７】
また、加熱手段として誘導加熱型のヒータを用いれば、構造が単純になり熱容量が小さく、また冷却可能な構造であるため、蒸発源の立上げ、立下げ時間を短縮することができるというメリットがある。
【００１８】
他方、蒸発容器にモニター用蒸発口を設けるようにすれば、常に蒸発速度の正確な測定を行うことが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸発源及びこれを用いた薄膜形成装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る薄膜形成装置の好ましい実施の形態の正面側断面図、また、図２は、同薄膜形成装置の側面側断面図である。
【００２１】
図３は、本実施の形態における蒸発源の内部構成を示す断面図、図４（ａ）は、本実施の形態における蒸発部の配置構成を示す断面図、図４（ｂ）は、同蒸発部の配置構成を下方から見た平面図である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、本実施の形態の薄膜形成装置１は、図示しない真空排気系に接続された真空槽２を有し、この真空槽２の上部には後述する蒸発部３が配設されている。
【００２３】
この蒸発部３の下方近傍には、蒸発部３から蒸発する蒸気を制御するためのシャッター（図示せず）が設けられている。
【００２４】
一方、真空槽２の下部には、例えばベルトコンベヤ等の搬送手段４が設けられ、搬送手段４上に載置された基板（成膜対象物）５が、水平方向に搬送されるようになっている（搬送方向Ｘ）。
【００２５】
この場合、基板５の搬送方向Ｘは、後述するホスト蒸発源３０とドーパント蒸発源３１の幅方向に該当する。
【００２６】
基板５の上方近傍には成膜領域を定めるためのマスク６が設けられ、このマスク６は、搬送手段４によって基板５とともに搬送されるように構成されている。
【００２７】
他方、蒸発部３は、複数の蒸発源３０、３１から構成されている。
本実施の形態の場合は、ホスト材料を蒸発させるためのホスト蒸発源３０と、ドーパント材料を蒸発させるためのドーパント蒸発源３１とを有している。
【００２８】
ホスト蒸発源３０とドーパント蒸発源３１は、それぞれ細長の円筒形状の蒸発容器３２、３３を有している。
【００２９】
これら蒸発容器３２、３３は、例えば、グラファイト等の熱伝導性の良い材料からなるもので、基板５より若干長くなるようにその長さが設定されている。
【００３０】
ここで、各ホスト蒸発源３０の蒸発容器３２の内部には、所定の有機系の蒸発材料（例えばＡｌｑ３）４０が収容部３０ａに収容されている。
【００３１】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、各ホスト蒸発源３０は、基板搬送方向Ｘに向けて、所定のピッチをおいて平行に配列されている。
【００３２】
ここで、各ホスト蒸発源３０の蒸発容器３２の下部の中央部には、その長手方向に沿って所定の間隔で複数の蒸発口３４が直線的に設けられている。
【００３３】
本実施の形態の場合、各蒸発口３４は、所定の大きさの真円形状に形成され、蒸発容器３２の直下において基板５と対向するように基板５の幅方向（矢印Ｄ方向）に直線的に配列されている。
【００３４】
さらに、蒸発容器３２には、蒸発材料４０を加熱するための加熱手段４２が設けられている。
【００３５】
本実施の形態の加熱手段４２は、蒸発口３４及び後述するモニター用蒸発口３６以外の部分を除いて蒸発容器３２の周囲を取り囲むように形成された本体部３２ａを有し、この本体部３２ａ内に、直流電源４３に接続されたフィラメント（抵抗加熱型のヒータ）４４が設けられている。
【００３６】
ここで、本体部３２ａは、熱伝導率の大きい材料（例えば銅、Ａｌ、ＡｌＮ、グラファイト等）からなり、その発熱によって蒸発容器３２を加熱して蒸発材料４０を加熱するように構成されている。
【００３７】
さらに、本実施の形態の場合、本体部３２ａ内には、例えばガス等の冷媒を循環させるための冷却経路４６が配設され、これにより本体部３２ａを所定の温度に制御するようになっている。
【００３８】
このような構成を有する本実施の形態の場合、蒸発材料４０の蒸気は、蒸発容器３２の下部に設けられた蒸発口３４から鉛直下方（矢印Ｙ方向）に排出されることになる。
【００３９】
一方、ドーパント蒸発源３１は、ホスト蒸発源３０と隣接する位置に配設され、所定のピッチをおいて平行に配列されている。そして、各ドーパント蒸発源３１の蒸発容器３３の内部には、所定の有機系の蒸発材料（例えばＤＣＪＴＢ（４−ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ−６−ｃｐ−ｊｕｌｏｌｉｄｉｎｏｓｔｙｒｙｌ−２−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ−４Ｈ−ｐｙｒａｎ）、ルブレン等）４１が収容部３１ａに収容されている。
【００４０】
また、各ドーパント蒸発源３１の蒸発容器３３の下部の中央部には、その長手方向に沿って所定の間隔で複数の蒸発口３５が直線的に設けられている。
【００４１】
この場合、各蒸発口３５は、所定の大きさの真円形状に形成され、ホスト蒸発源３０の場合と同じく蒸発容器３３の直下において基板５と対向するように基板５の幅方向（矢印Ｄ方向）に直線的に配列されている。
【００４２】
そして、蒸発容器３３の周囲には、上述した加熱手段４２と同様の構成を有する加熱手段４５が設けられ、これにより蒸発材料４１の蒸気もまた蒸発口３４から鉛直下方（矢印Ｙ方向）に排出されるようになっている。
【００４３】
さらに、ホスト蒸発源３０の蒸発容器３２及び各ドーパント蒸発源３１の蒸発容器３３の上部には、それぞれ所定の位置にモニター用蒸発口３６、３７が設けられている。
【００４４】
そして、各蒸発容器３２及び蒸発容器３３のモニター用蒸発口３６、３７の上方近傍には、各蒸発材料４０、４１の蒸発速度を測定するための膜厚センサ３８、３９が設けられている。
【００４５】
このような構成を有する本実施の形態において基板５上に成膜を行う場合には、真空槽２内を所定の圧力に調整した後、図示しないシャッターを閉じた状態で加熱手段４２、４５を駆動し、蒸発部３のホスト蒸発源３０及びドーパント蒸発源３１内の蒸発材料４０、４１の加熱を開始する。
【００４６】
これにより、加熱された蒸発容器３２、３３を介して蒸発材料４０、４１が加熱され、飽和蒸気圧に達した時点で各ホスト蒸発源３０及びドーパント蒸発源３１の蒸発口３４、３５から蒸発材料４０、４１の蒸気が放出される。
【００４７】
しかし、この時点では、蒸発材料４０、４１の蒸気はシャッターによって遮られるため、基板５には到達しない。
【００４８】
そして、膜厚センサ３８、３９による測定によって蒸発材料４０、４１の蒸発速度が所定の値に到達した時点でシャッターを開かせるとともに基板５の搬送を開始する。
【００４９】
図３に示すように、本実施の形態の場合は、各蒸発容器３２、３３の直下に蒸発口３４、３５が設けられており、蒸発材料４０、４１の蒸気は、基板５の上方からほぼ鉛直下方に、即ちデポダウン状態で基板５に到達する。
【００５０】
そして、基板５を搬送させつつ所定時間成膜を行い、所望の膜厚が得られた時点でシャッターを閉じて成膜を終了する。
【００５１】
以上述べたように本実施の形態の蒸発部３においては、各蒸発容器３２、３３に、蒸発材料４０、４１の蒸気を鉛直下方に排出する蒸発口３４、３５が設けられていることから、基板５を下にしていわゆるデポダウン状態で蒸着を行うことが可能になる。
【００５２】
その結果、本実施の形態によれば、基板５上にマスク６を配置して蒸着を行うことができるので、従来技術のようなマスクの歪みの問題は発生せず、大型基板に対して高精度のパターンを形成することができる。
【００５３】
また、基板５がフィルム等の撓みやすい場合であっても、容易に高精度のパターンを形成することが可能になる。
【００５４】
さらに、本実施の形態においては、蒸発容器３２、３３を加熱する加熱手段４２、４５が設けられていることから、蒸発容器３２、３３内において蒸発材料４０、４１の蒸気が蒸発容器３２、３３の内面で反射され内面に付着することがないので、蒸発材料４０、４１の蒸気を効率良く蒸発口３４、３５から排出することができる。
【００５５】
特に、本実施の形態の場合は、蒸発容器３２、３３の周囲に加熱手段４２、４５が設けられていることから、加熱手段４２、４５に蒸発材料４０、４１が付着することがなく、また蒸発容器３２、３３の構成を簡素なものとすることができる。
【００５６】
さらに、本実施の形態においては、各蒸発容器３２、３３が、細長形状に形成されており、基板５に対してその幅方向に相対的に移動させることから、大型基板や複数の基板に対して蒸着を行う場合に、膜厚の均一な成膜を行うことができる。
【００５７】
特に、本実施の形態の場合は、各蒸発容器３２、３３の長手方向に沿って蒸発口３４、３５が設けらていることから、より膜厚の均一化を図ることができる。
【００５８】
加えて、本実施の形態においては、各蒸発容器３２、３３にモニター用蒸発口３６、３７を設け、膜厚センサ３８、３９によって蒸発速度を測定することから、常に蒸発速度の正確な測定を行うことができるものである。
【００５９】
図５は、本発明の他の実施の形態の要部を示す概略構成図であり、以下上記実施の形態と対応する部分については、同一の符号付してその詳細な説明を省略する。
【００６０】
本実施の形態の蒸発部３Ａは、誘導加熱型のヒータを用いたものである。
ここでは、ホスト蒸発源３０を例にとって説明すると、図５に示すように、蒸発容器３２の周囲に所定のコイル５０が巻き付けられ、交流電源５１からこのコイル５０に対して所定周波数の交流電圧を印加するように構成されている。この構成は、ドーパント蒸発源３１の場合も同様にすることができる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、例えば蒸発容器３２、３３の周囲に例えばガス等の冷媒を循環させるための冷却パイプ（図示せず）を巻き付けることにより蒸発容器３２、３３を所定の温度に制御することができる。
【００６２】
このような構成を有する本実施の形態によれば、構造が単純になり熱容量が小さく、また冷却可能な構造であるため、蒸発源３１の立上げ、立下げ時間を短縮することができるというメリットがある。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００６３】
図６は、本発明のさらに他の実施の形態の要部を示す概略構成図であり、以下上記実施の形態と対応する部分については、同一の符号付してその詳細な説明を省略する。
【００６４】
図６に示すように、本実施の形態の蒸発部３Ｂの場合は、上記実施の形態と同様のホスト蒸発源３０及びドーパント蒸発源３１が、水平方向に対して９０度未満の所定の角度αだけ傾斜させて配設されている。
【００６５】
また、成膜対象物である基板５も、水平方向に対して９０度未満の所定の角度αだけ傾斜させた搬送手段４Ａによってマスク６とともに搬送されるようになっている。
【００６６】
この場合、基板５の搬送方向は、上述の実施の形態の場合と同様に、ホスト蒸発源３０とドーパント蒸発源３１の幅方向である。
【００６７】
このような構成を有する本実施の形態によれば、水平方向に対して９０度未満の所定の角度αだけ傾斜させた状態で基板５に対して蒸着を行うことから、基板５の表面にパーティクル等が付着しにくいというメリットがある。その他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００６８】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、蒸発源に対して基板を移動させるようにしたが、蒸発源側を移動させるように構成することも可能である。
【００６９】
また、蒸発源と基板の相対的な移動方向は、一方向のみならず、例えば往復移動させるなど種々の移動を行うことが可能である。
【００７０】
さらに、上述の実施の形態においては、蒸発容器の周囲に設けた本体部内にフィラメントを埋め込むようにしたが、蒸発容器内に直接フィラメントを埋め込むことも可能である。
【００７１】
ただし、蒸発容器を簡素な構成にするためには、上記実施の形態のように蒸発容器の周囲に設けた本体部内にフィラメントを埋め込むことが好ましい。
【００７２】
さらに、上記実施の形態においては、蒸発口をホール状に形成するようにしたが、本発明はこれに限られず、例えば、楕円形状、長円形状、多角形状、十文字形状や、スリット形状に形成することも可能である。
【００７３】
さらにまた、蒸発容器の形状についても、円筒形状に限られず、箱型形状等の種々の形状を採用することができる。
【００７４】
加えて、本発明は有機ＬＥＤ素子用の蒸着装置のみならず、種々の蒸着装置に適用することができるが、有機ＬＥＤ素子用の蒸着装置に適用した場合に最も効果的なものである。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、マスクの歪みの問題は発生せず、大型の成膜対象物に対して高精度のパターンを形成することができる。
また、成膜対象物がフィルム等の撓みやすい場合であっても、容易に高精度のパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜形成装置の好ましい実施の形態の正面側断面図
【図２】同薄膜形成装置の側面側断面図
【図３】同実施の形態における蒸発源の内部構成を示す断面図
【図４】（ａ）：本実施の形態における蒸発部の配置構成を示す断面図
（ｂ）：同蒸発部の配置構成を下方から見た平面図
【図５】本発明の他の実施の形態の要部を示す概略構成図
【図６】本発明のさらに他の実施の形態の要部を示す概略構成図
【図７】従来の有機ＬＥＤ素子を作成するための薄膜形成装置の概略構成図
【符号の説明】
１…薄膜形成装置　２…真空槽　３…蒸発部　５…基板（成膜対象物）　３０…ホスト蒸発源　３１…ドーパント蒸発源　３２、３３…蒸発容器　３４、３５…蒸発口　３６、３７…モニター用蒸発口　３８、３９…膜厚センサ　４０、４１…蒸発材料　４２、４５…加熱手段

Claims

所定の蒸発材料を収容する蒸発容器を備え、
前記蒸発容器に、水平面に対して９０度未満の所定の角度で前記蒸発材料の蒸気を排出する蒸発口が設けられ、
前記蒸発容器を加熱する加熱手段が設けられている蒸発源。
前記蒸発口が、鉛直下方に蒸発材料を排出するように構成されている請求項１記載の蒸発源。
前記蒸発容器が、細長形状に形成されている請求項１又は２のいずれか１項記載の蒸発源。
前記蒸発容器の長手方向に沿って蒸発口が設けられている請求項３記載の蒸発源。
前記加熱手段が、前記蒸発容器の周囲に設けられている請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸発源。
前記加熱手段が、抵抗加熱型のヒータである請求項１乃至５のいずれか１項記載の蒸発源。
前記加熱手段が、誘導加熱型のヒータである請求項１乃至６のいずれか１項記載の蒸発源。
前記蒸発容器に、モニター用蒸発口が設けられている請求項１乃至７のいずれか１項記載の蒸発源。
真空槽と、
前記真空槽内に請求項１乃至８のいずれか１項記載の蒸発源を備え、
前記蒸発源が、成膜対象物に対して上方に位置するように構成されている薄膜形成装置。
前記蒸発源が、成膜対象物に対して相対的に移動するように構成されている請求項９記載の薄膜形成装置。
細長形状に形成された蒸発容器を有する蒸発源を備え、
前記蒸発源が、成膜対象物に対して相対的に移動するように構成され、
前記蒸発源の移動方向が、前記蒸発容器の幅方向である請求項９記載の薄膜形成装置。