JP2005082872A - 蒸着装置並びに蒸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 長時間安定して蒸着レート制御することができる極めて実用性に秀れた画期的な蒸着装置並びに蒸着方法を提供するものである。
【解決手段】 真空槽内に、有機材料１を充填した容器３を設けると共に、この容器３の開口部と対向する位置に基板６を設け且つ前記容器３と前記基板６との間の空間を囲繞する加熱壁５を設けて、この加熱壁５を前記有機材料１の蒸発温度程度に加熱しながら前記容器３を加熱して基板６に前記有機材料１を蒸着することで基板６上に有機薄膜４を成膜する蒸着装置において、容器３に、粒状で且つ所定の熱伝導率を有する混入物２を多数混入した有機材料１を充填したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蒸着装置並びに蒸着方法に関するものである。

有機ＥＬ材料に代表される有機材料を有する素子の作製方法として、一般的には真空蒸着方法が用いられる。

この真空蒸着方法としては、例えば、セラミックス若しくは金属製のるつぼ21に有機材料22を充填し、るつぼ21の外部から熱線23により加熱し、るつぼ21内の有機材料22を蒸発させる所謂抵抗加熱法がある。

しかし、熱伝導率の低い有機材料22をるつぼ21を介して加熱するため、るつぼ21壁面に接触している有機材料22と、るつぼ21中心部の有機材料22とで温度差ができて、温度分布が不均一となる。

従って、有機材料22は温度の高いるつぼ21壁面近傍から蒸発を始め、時間の経過と共にるつぼ21壁面近傍のみ削れた円筒形状若しくは円錐形状になる（図３参照）。この場合、るつぼ21壁面と有機材料22との間に隙間ができるため、一定の蒸着レートを得るには、るつぼ温度を時間の経過と共に高くする必要がある。言いかえると、るつぼ温度を一定に保つように温度制御していても、時間の経過と共に蒸着レートは減少することになる。

つまり、温度制御のみで蒸着レートを制御する場合、レートを長時間安定して制御することは困難である。

また、るつぼ21内の有機材料22が上述の通り、時間の経過と共に円筒形状若しくは円錐形状となっていくため、水晶振動子式レートモニター等でレート制御を行う場合でも、るつぼ温度が高温になり、突沸が起こりやすく、また、円筒形状若しくは円錐形状の有機材料が崩れたり動いたりするため、予期せぬ蒸着レートの上昇が起こり、この点からも長時間安定に蒸着レートを制御することは困難である。

一方、前記るつぼと基板との間の空間を囲繞する加熱壁を設けたホットウォール法において、ホスト材料とゲスト材料の共蒸着を行う場合、同一加熱壁内にホスト材料とゲスト材料の混入材料粒子が存在するため、水晶振動子式レートモニター等で夫々の材料の蒸着レートを制御することは困難である。この場合、ホスト材料、ゲスト材料のどちらか一方を水晶振動子式レートモニターでレート制御し、他方を材料温度若しくはるつぼ温度でレート制御する方法が考えられる。しかし、上述した理由により、るつぼ内の有機材料の蒸着レートを温度制御のみで制御することは困難である。

また、有機ＥＬ素子を作製する場合、特に任意の発光色を得る場合、ホスト材料にゲスト材料を極少量添加する必要がある。例えば、赤色の発光を得ようとする場合、金属錯体であるアルミキノリン（Ａｌｑ３）をホスト材料とし、ＤＣＭ２等の色素材料をゲスト材料とし、夫々の比率が１００：２程度となるように添加する。これはホスト材料の蒸着レートを２Å／ｓとした場合、ゲスト材料の蒸着レートは０．０４Å／ｓに制御しなければならず、極めて精密な蒸着レート制御が必要である。

本発明は、上述のような現状に鑑み、金属，セラミックス若しくはセラミックスを被覆した金属のうち少なくとも一つを混入物として混入した前記有機材料を容器（るつぼ）に充填することで、この有機材料に散在する混入物が、加熱された容器からの熱を極めて効率良く且つ均一に前記有機材料に伝導させるため、この有機材料を均一に加熱させ偏りなく蒸発させることができ、前記有機材料を長時間加熱・蒸発させても、従来のように残余の有機材料が容器の加熱されにくい部分に残ってしまうことがなく、所定の容器温度に対して常に一定の蒸着レートを保つことができるという知見に基づき成されたもので、長時間安定して蒸着レート制御することができる極めて実用性に秀れた画期的な蒸着装置並びに蒸着方法を提供することを課題としている。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

真空槽内に、有機材料１を充填した容器３を設けると共に、この容器３の開口部と対向する位置に基板６を設け且つ前記容器３と前記基板６との間の空間を囲繞する加熱壁５を設けて、この加熱壁５を前記有機材料１の蒸発温度程度に加熱しながら前記容器３を加熱して基板６に前記有機材料１を蒸着することで基板６上に有機薄膜４を成膜する蒸着装置において、容器３に、粒状で且つ所定の熱伝導率を有する混入物２を多数混入した有機材料１を充填したことを特徴とする蒸着装置に係るものである。

また、前記混入物２として、金属，セラミックス若しくはセラミックスを被覆した金属のうち少なくとも一つを有機材料１に混入したことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置に係るものである。

また、前記有機材料１として、有機ＥＬ素子の形成に用いられる有機ＥＬ材料を採用したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の蒸着装置に係るものである。

また、前記真空槽内に容器３を複数設け、この容器３を、ホスト材料とゲスト材料とを同時に蒸発させ、基板６上に任意の割合で混合し得る共蒸着法の蒸発源に設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸着装置に係るものである。

また、前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸着装置を用いて有機材料１を蒸着する際、容器３若しくは有機材料１の温度を制御することで前記有機材料１の蒸着レートを制御することを特徴とする蒸着方法に係るものである。

また、前記請求項４記載の蒸着装置を用いて有機材料１を蒸着する際、共蒸着源に設定した前記容器３から蒸発するホスト材料若しくはゲスト材料の蒸着レートのいずれか一方を前記水晶振動子式レートモニターにより制御し、他方を前記容器３若しくは有機材料１の温度により制御することを特徴とする蒸着方法に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、有機材料を均一に加熱させ偏りなく蒸発させることができ、長時間安定して蒸着レート制御することができる極めて実用性に秀れた画期的な蒸着装置並びに蒸着方法となる。

また、請求項２記載の発明においては、本発明を一層容易に実現できる一層実用性に秀れた蒸着装置となる。

また、請求項３，４記載の発明においては、本発明を一層容易に有機ＥＬ素子の形成に適用できるより一層実用性に秀れた蒸着装置となる。

また、請求項５，６記載の発明においては、極めて良好な組成比を有する有機薄膜を容易に成膜できる蒸着方法となる。

好適と考える本発明の実施の形態（発明をどのように実施するのが最良か）を、図面に基づいてその作用効果を示して簡単に説明する。

容器３（例えばセラミック製若しくは金属製のるつぼ）に、粒状で且つ所定の熱伝導率を有する混入物２（例えば高い熱伝導率を有する金属等）を多数混入した有機材料１を充填し、この容器３を加熱することで容器３を介して前記有機材料１を加熱して蒸発させ、基板６上に有機薄膜４を成膜する際、前記容器３と基板６との間の空間を囲繞する加熱壁５を前記有機材料１が蒸発する温度程度に加熱して蒸着を行うから、前記容器３から基板６に直接向かわない前記有機材料１も、この加熱壁５に付着することなく反射され、前記基板６に誘導されることになり、極めて歩留まり良く前記有機材料１を基板６上に付着させて有機薄膜４を成膜できる。

しかも、前記有機材料１は、加熱された容器３近傍のみにより加熱されるのではなく、この有機材料１と混入した混入物２を通じて前記加熱された容器３からの熱が良好に前記有機材料１内を伝導し、熱伝導率の低い有機材料１の、本来熱が伝導しにくい中央部にも良好に熱が伝導することになり、この有機材料１が略均一に加熱され、偏りなく蒸発されることになる。

即ち、長時間加熱・蒸発させても、残余の有機材料１が容器３の加熱されにくい部分に残ってしまうことがなく、時間の経過に伴う蒸着レートの減少が確実に阻止できるから、所定の容器温度に対して常に一定の蒸着レートを保つことができる。

従って、容器３の温度若しくは有機材料１の温度を制御することによっても蒸着レートを長時間安定して制御することが可能となる。

よって、例えば、前記容器３を複数設け、ホスト材料とゲスト材料とを同時に蒸発させ、基板６に任意の割合で混入し得る共蒸着法を用いる際には、前記加熱壁５内で蒸発したホスト材料とゲスト材料とが混在することになり、蒸着された有機材料１の膜厚の時間微分により蒸着レートを算出する水晶振動子式レートモニターによっては夫々の精密な蒸着レート制御が困難であるが、本発明においては、上述のように、長時間安定して温度制御による蒸着レート制御ができるから、一方を温度制御により制御することで、他方を通常通り水晶振動子式レートモニターにより制御しても、双方の蒸着レートを容易且つ精密に制御できることになり、組成比が極めて良好な有機薄膜４を容易に成膜することが可能となる。

従って、本発明は、有機材料を均一に加熱させ偏りなく蒸発させることができ、長時間安定して蒸着レート制御することができる極めて実用性に秀れた画期的な蒸着装置並びに蒸着方法となる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、真空槽内に、有機材料１を充填した容器３を設けると共に、この容器３の開口部と対向する位置に基板６を設け、且つ、前記容器３と前記基板６との間の空間を囲繞する加熱壁５を設け、この加熱壁５を前記有機材料１の蒸発温度程度に加熱しながら前記容器３を加熱して基板６に前記有機材料１を蒸着することで基板６上に有機薄膜４を成膜する蒸着装置において、容器３に、粒状の金属を混入物２として多数混入した前記有機材料１を充填したものである。

容器３の周囲には電熱線８を配設して抵抗加熱方式により加熱するように構成している。この容器３としては、有機材料１より高い融点を持つ材料、具体的には、石英，窒化アルミニウム，窒化ホウ素，窒化ケイ素，炭化ケイ素，酸化アルミニウム等のセラミックスを採用したり、タンタル，タングステン，モリブデン等の高融点金属材料を採用すると良い。本実施例においては石英のるつぼを容器３に採用している。

尚、この容器３は、他の材料で形成したるつぼであっても、異なる形状（例えばボート型）であっても良い。

また、容器３は抵抗加熱方式でなく、金属製の容器３の周囲に、誘導コイルを配設することで高周波誘導加熱方式によって加熱しても良いし、赤外線ランプやハロゲンランプにより加熱しても良い。

この容器３には、熱伝導率の高い混入物２が分散状態で混入された有機材料１が充填される。具体的には、図２に図示したように、撹拌等の所定の手段によりこの混入物２が略均一に散在するように設定された有機材料１が充填される。

即ち、加熱された容器３からの熱が散在する混入物２を通じて有機材料１全体に伝導することになり、この有機材料１をムラなく略均一に加熱させ、偏りなく蒸発させることができ、長時間加熱・蒸発させても、時間の経過に伴う蒸着レートの減少が確実に阻止できるから、所定の容器温度に対して常に一定の蒸着レートを保つことができる。

従って、前記容器３若しくは有機材料１の温度を制御することによって、有機材料１の蒸着レートを制御できることになる。

本実施例においては、一般的に用いられる水晶振動子式レートモニター（膜厚モニター）を用いることなく、容器３の温度を計測・制御することで蒸着レートを制御するように構成している。

具体的には、予め、所定温度で所定時間、前記有機材料１を基板６上に蒸着し、成膜された有機薄膜４の膜厚を測定し、この膜厚から単位時間当たりの蒸着量、即ち蒸着レートを算出しておくことで前記容器３若しくは有機材料１の温度を制御して蒸着レートを制御できるように設定している。

従って、例えば、容器３を前記真空槽内に複数設け、この容器３の一方にはホスト材料を、他方にはゲスト材料を充填し、このホスト材料とゲスト材料とを同時に蒸発させ、基板６上に任意の割合で混合し得る共蒸着法の蒸発源に設定した場合、水晶振動子式レートモニターのみでは困難なホスト材料とゲスト材料の夫々の蒸着レートの制御を、一方を温度制御により制御することで、他方を通常通り水晶振動子式レートモニターにより制御しても、双方の蒸着レートを容易且つ精密に制御できることになり、組成比が極めて良好な有機薄膜４を容易に成膜することが可能となる。

即ち、上述したようにホスト材料とゲスト材料の一方を温度制御により長時間安定して制御することができるから、例えば、有機ＥＬ素子の形成に用いられる有機ＥＬ材料を有機材料１に採用し、ホスト材料にゲスト材料を極少量添加する必要がある場合であっても、極めて精密に蒸着レートを制御することができ、理想的な有機薄膜４を基板６上に容易に成膜することができる。

混入物２としては、上述の容器３と同様に有機材料１より高い融点を持つ高融点金属材料を採用すると良い。本実施例においてはタングステンを採用している。

また、本実施例においては、混入物２として金属を採用しているが、セラミックス若しくはセラミックスを被覆した金属を採用しても良いし、これらを組み合わせて有機材料１に混入しても良い。このセラミックスはどんなものでも良いが、具体的には、窒化アルミニウムや炭化ケイ素若しくは炭素（グラファイト）等を採用すると良い。

また、本実施例における有機材料１及び混入物２の形状は特定されるものではなく、破砕体や粉体等どのような形状でも良いが、粒径が細かい方が密度を高くでき効率良く蒸着できる。具体的には、粒径は０．０１μｍ〜数ｍｍ程度とするのが望ましい。

本実施例は、上述の有機材料１を充填した容器３を真空排気装置（真空ポンプ等）で排気・減圧して真空化する真空槽（蒸着室）に設けた構成である。

図１は前記真空槽内の概略説明図であり、上部に基板６（例えばガラス基板６）を設けると共に、この基板６と容器３との間の空間を囲繞する加熱壁５を設け、測定端子７により容器３の温度を計測しつつ、電熱線８に流す電流を制御して、前記有機材料１を基板６上に成膜する。

この加熱壁５により、前記容器３から蒸発する有機材料１のうち直接基板６に向かうものだけでなく、加熱壁５により反射されたものも前記基板６に付着することになる。この加熱壁５は前記有機材料１の蒸発温度程度に加熱しておくことで、この加熱壁５に衝突した有機材料１の付着を防止できる。尚、図中符号９は、加熱壁５を加熱するためにこの加熱壁５の外周に設けられるヒータである。

本実施例は、上述のように構成したから、容器３に、高い熱伝導率を有する混入物２を混入した有機材料１を充填し、この容器３を加熱することで容器３を介して前記有機材料１を加熱して蒸発させ、基板６上に有機薄膜４を成膜する際、前記容器３と基板６との間の空間を囲繞する加熱壁５を前記有機材料１が蒸発する温度程度に加熱して蒸着を行うから、前記容器３から基板６に直接向かわない前記有機材料１も、この加熱壁５に反射され前記基板６に誘導されることになり、極めて歩留まり良く前記有機材料１を基板６上に付着させて有機薄膜４を成膜できる。

しかも、前記有機材料１は、加熱された容器３近傍のみにより加熱されるのではなく、この有機材料１と混入した混入物２を通じて前記加熱された容器３からの熱が良好に前記有機材料１内を伝導し、熱伝導率の低い有機材料１の、本来熱が伝導しにくい中央部にも良好に熱が伝導することになり、この有機材料１が略均一に加熱され、偏りなく蒸発されることになる。

即ち、長時間加熱・蒸発させても、残余の有機材料１が容器３の加熱されにくい部分に残ってしまうことがなく、時間の経過に伴う蒸着レートの減少が確実に阻止できるから、所定の容器温度に対して常に一定の蒸着レートを保つことができる。

従って、容器３の温度若しくは有機材料１の温度を制御することによっても蒸着レートを長時間安定して制御することが可能となる。

よって、本実施例は、有機材料を均一に加熱させ偏りなく蒸発させることができ、長時間安定して蒸着レート制御することができる極めて実用性に秀れた画期的な蒸着装置並びに蒸着方法となる。

本実施例の真空槽内の概略説明図である。 本実施例の容器の概略説明図である。 従来例の概略説明図である。

符号の説明

１ 有機材料
２ 混入物
３ 容器
４ 有機薄膜
５ 加熱壁
６ 基板

Claims (6)

1. 真空槽内に、有機材料を充填した容器を設けると共に、この容器の開口部と対向する位置に基板を設け且つ前記容器と前記基板との間の空間を囲繞する加熱壁を設けて、この加熱壁を前記有機材料の蒸発温度程度に加熱しながら前記容器を加熱して基板に前記有機材料を蒸着することで基板上に有機薄膜を成膜する蒸着装置において、容器に、粒状で且つ所定の熱伝導率を有する混入物を多数混入した有機材料を充填したことを特徴とする蒸着装置。
2. 前記混入物として、金属，セラミックス若しくはセラミックスを被覆した金属のうち少なくとも一つを有機材料に混入したことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
3. 前記有機材料として、有機ＥＬ素子の形成に用いられる有機ＥＬ材料を採用したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の蒸着装置。
4. 前記真空槽内に容器を複数設け、この容器を、ホスト材料とゲスト材料とを同時に蒸発させ、基板上に任意の割合で混合し得る共蒸着法の蒸発源に設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸着装置。
5. 前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸着装置を用いて有機材料を蒸着する際、容器若しくは有機材料の温度を制御することで前記有機材料の蒸着レートを制御することを特徴とする蒸着方法。
6. 前記請求項４記載の蒸着装置を用いて有機材料を蒸着する際、共蒸着源に設定した前記容器から蒸発するホスト材料若しくはゲスト材料の蒸着レートのいずれか一方を前記水晶振動子式レートモニターにより制御し、他方を前記容器若しくは有機材料の温度により制御することを特徴とする蒸着方法。
   

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