JP2005179764A

JP2005179764A - 蒸着装置

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Publication number: JP2005179764A
Application number: JP2003426016A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Daiku; 博之大工; Tetsuya Inoue; 鉄也井上; Kazuto Suzuki; 和人鈴木
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP4436664B2

Abstract

【課題】蒸発材料を交換する場合に、交換前後における蒸着条件のバラツキを防止し得る蒸着装置を提供する。
【解決手段】ガラス基板１に有機材料の蒸着を行う蒸着用容器３と、蒸着材料が収容されるとともに加熱器２２により蒸着材料を加熱し蒸発させるための材料収容容器２１が配置される蒸発用容器４と、蒸着用容器３の底壁部に形成された蒸気導入口５と蒸発用容器４の上壁部に形成れさた蒸気導出口６とを接続する連通穴部９ａを有する接続部材９と、蒸発用容器４に接続用通路１７を介して接続されて材料収容容器２１を所定の予熱温度に加熱するための予熱用容器１３とを具備し、且つ連通穴部９ａを開閉自在な蒸気用ゲートバルブ８および接続用通路１７を開閉自在な搬入用ゲートバルブ１５を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空蒸着装置に関し、特に、有機ＥＬディスプレイなどの画像表示部を製造するための蒸着装置に関するものである。

近年、ディスプレイの薄型化が進み、この種のディスプレイとしては、液晶ディスプレイの実用化が非常に進んでいる。
この液晶画面については、バックライトを必要とするもので、視野範囲、消費電力などの点で難点があり、最近、自発光性の有機ＥＬ方式のディスプレイが注目されている。

ところで、有機ＥＬディスプレイの基本構造は、ガラス基板上に、陽極（透明電極）を配置し、この上に、ホール輸送層および発光層が順番に配置され、さらに陰極が配置されたものであり、少なくとも、上記発光層については、有機材料が蒸着により形成されている。

そして、基板上に、蒸着により薄膜を形成する場合、真空容器内に有機材料の蒸発源を配置しておき、真空状態で蒸発源を加熱し、その蒸気を同じく真空容器内に配置された基板の表面に付着させることにより薄膜が形成されていた。

ところで、真空容器内に被蒸着部材である基板とともに蒸発源が配置されている場合、蒸発源を追加または交換する際に、真空容器内を大気に戻した後、再び、真空容器内を真空にする必要があり、時間のロスが発生する。

この時間のロスを解消するものとして、特許文献１に示すものがある。
この特許文献１に開示された内容は、真空チャンバの下部に、真空弁がそれぞれ設けられた有機ＥＬ材料の材料放出口が２個配置されるとともに、これら各放出口に材料を加熱するセル（蒸発源）がそれぞれ配置されたセル室（蒸発室）が接続されたものである。

この構成により、例えば一方のセル室内のセルからの蒸発により成膜が行われており、例えば蒸発材料を交換する場合には、他方のセル室内その蒸発材料が入ったセルを配置するとともに加熱し、そして当該セル室を真空にした状態で待機させておき、その交換時に、一方のセル室側の真空弁を閉じた後、他方のセル室側の真空弁を開き、蒸気を真空チャンバ内に導くことにより、材料交換時における作業時間のロスの防止が図られていた。
特開２００３−２９７５６４号公報

しかし、上記従来の構成によると、１個の真空チャンバに対して、セル室が２個接続されていることになり、すなわち材料（蒸気）の放出口が２個配置されるとともにその位置が異なるため、例えば材料を交換した場合、特に、成膜途中で材料切れになり他方のセル室により蒸着を再開するときは、前の蒸着条件と現在の蒸着条件とが異なってしまい、成膜状態が異なってしまい、成膜の品質にバラツキが生じるという問題がある。

そこで、本発明は、例えば蒸発材料を交換する場合に、交換前後における蒸着条件のバラツキを防止し得る蒸着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る蒸着装置は、所定の真空度下において、蒸発された蒸着材料を被蒸着部材に付着させて蒸着を行う蒸着装置であって、
被蒸着部材が配置されて蒸着が行われる蒸着用容器と、蒸着材料が収容されるとともに加熱手段により当該蒸着材料を蒸発させるための材料収容容器が配置される蒸発用容器と、上記蒸着用容器の底壁部に形成された蒸気導入口と蒸発用容器の上壁部に形成れさた蒸気導出口とを接続する連通穴部を有する接続部材と、上記蒸発用容器に接続用通路を介して接続されて材料収容容器を所定の予熱温度に加熱するための予熱用容器とを具備したものである。

また、請求項２に係る蒸着装置は、請求項１に記載の蒸着装置における蒸発用容器内に配置された材料収容容器の材料放出口を、上記連通穴部に押し付けるための押付手段を、蒸発用容器側に設けたものである。

さらに、請求項３に係る蒸着装置は、請求項１または２に記載の蒸着装置における押付手段により接続部材側に押し付けられた状態の蒸発用容器を移動させて蒸気導出口に対する材料放出口の開口面積を調節し得る移動手段を設けたものである。

上記の各構成によると、蒸発用容器内に載置された材料収容容器で蒸発された蒸発材料を蒸着用容器内に導く際に、連通穴部が形成された接続部材を介して行うようにしたので、材料収容容器を交換する場合でも、常に、蒸発材料の導入箇所が一定であるため、従来のように、２箇所に設けられたセル室（蒸発材料の導入路である）を交互に用いる場合に比べて、蒸発材料の導入位置に関する蒸着条件についてはバラツキが殆ど発生することがなく、したがって蒸着品質、すなわち成膜品質を良好な状態に維持することができる。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１に係る蒸着装置を、図１および図２に基づき説明する。
本実施の形態１においては、有機ＥＬディスプレイの表示部を製造する場合、すなわち有機材料をガラス基板の表面に蒸着させる場合について説明する。

この蒸着装置は、図１に示すように、ガラス基板（被蒸着部材）１が、その蒸着面が下方となるように、水平方向で挿入されるとともに保持具２により保持される蒸着用容器（蒸着室ともいう）３と、この蒸着用容器３の下方に配置されて有機材料の蒸発（以下、有機材料を蒸着材料といい、蒸発した有機材料を蒸発材料という）が行われる蒸発用容器（蒸発室ともいう）４と、上記蒸着用容器３の底壁部３ａの中央に形成された蒸気導入口５と蒸発用容器４の上壁部４ａの中央に形成された蒸気導出口６とを接続する連通穴部９ａが形成されるとともに途中にニードルバルブ（流量調節弁）７および蒸気用ゲートバルブ（仕切弁）８が介装された接続部材９とを有し、また上記蒸着用容器３には、途中に出入用ゲートバルブ（仕切弁）１０が介装された接続用通路１１を介してガラス基板１を交換するための基板交換用容器（基板交換室ともいう）１２が接続され、さらに上記蒸発用容器４の一方の側壁部４ｂには予熱用容器（予熱室ともいう）１３が、および蒸発用容器４の他方の側壁部４ｃには取出用容器（取出室ともいう）１４が、それぞれ搬入用ゲートバルブ（仕切弁）１５および搬出用ゲートバルブ（仕切弁）１６が介装された接続用通路１７，１８を介して接続されている。勿論、接続用通路１７，１８にて接続された各容器４，１２，１３の側壁部には、それぞれ開口部が形成されている。

そして、上記蒸発用容器４および予熱用容器１３内には、蒸着材料を収容して加熱・蒸発させるための材料収容容器（蒸発ポットともいう）２１を載置するとともに載置された当該材料収容容器２１を加熱する加熱器（例えば、加熱用電熱線からなる）２２がそれぞれ設けられた容器載置台２３，２４が配置されている。

また、蒸発用容器４内に配置された容器載置台２３については、材料収容容器２１を上壁部４ａに押し付けるための押付機能が具備されている。すなわち、容器載置台２３の下面には、蒸発用容器４の底壁部４ｄを真空状態を維持し得るシール部材２５を介して昇降可能に挿通された昇降用棒状体２６が設けられるとともに、蒸発用容器４と容器載置台２３との間には、コイル状の圧縮ばね（付勢手段）２７が配置されており、さらに上記昇降用棒状体２６側には、その昇降量を調節し得るねじ機構（ナットなどを用いたもの）によるストッパー２８が設けられている。なお、昇降用棒状体２６、圧縮ばね２７およびストッパー２８により、材料収容容器２１の押付手段が構成される（勿論、この押付手段として、例えば電動シリンダ装置を用いた昇降駆動装置を用いることもできる）。

上記予熱用容器１３および取出用容器１４の上壁部１３ａ，１４ａには、材料収容容器２１の出入用の開口フランジ部１３ｂ，１４ｂが設けられるとともに、これら開口フランジ部１３ｂ，１４ｂには出入用ゲートバルブ（仕切弁）２９，３０が設けられている。

また、予熱用容器１３および取出用容器１４の接続用通路１７，１８が接続された側壁部とは反対側の側壁部１３ｃ，１４ｃには、材料収容容器２１を蒸発用容器４との間で移送するための移送用治具３１，３２が外部から操作し得るように設けられている。

これら各移送用治具３１，３２としては、図２に示すように、各容器１３，１４の側壁部１３ｃ，１４ｃに、水平方向で移動し得るように且つ容器１３，１４内の真空状態を維持し得るようにシール部材３３，３４を介して挿通されるとともに先端部に材料収容容器２１の両側壁部に形成されたねじ穴（被係合部）２１ｂに係脱自在なおねじ部（係合部）３５ａが設けられた棒状体３５が用いられている。したがって、この棒状体３５を回転させることにより、当該移送用治具３１，３２を材料収容容器２１に係合および離脱することができる。

なお、図示しないが、上記各容器３，４，１２，１３，１４には、真空ポンプに接続された排気用配管がそれぞれ接続されており、必要に応じて、各容器３，４，１２，１３，１４内が所定の真空度にされる。

上記構成において、蒸発用容器４から所定の真空度にされた蒸着用容器３内に蒸発材料が導かれ（供給され）、ガラス基板１の蒸着面に蒸着されて成膜が行われている途中で、材料収容容器２１を交換する必要が生じた場合の交換手順について説明する。

まず、取出用容器１４内を所定の真空度にしておき、搬出用ゲートバルブ１６を開く（なお、必要に応じて、ニードルバルブ７または蒸気用ゲートバルブ８を閉じておく）。
次に、移送用治具３２を取出用容器１４から蒸発用容器４内に挿入して、棒状体３５の先端おねじ部３５ａを材料収容容器２１のねじ穴２１ｂに螺合させ、図１の仮想線にて示すように、材料収容容器２１を取出用容器１４内に移送（移動）させる。

次に、搬出側ゲートバルブ１６を閉じた後、搬入側ゲートバルブ１５を開き、予熱用容器１３内にて所定の予熱温度（例えば、溶融する手前の温度）に加熱された状態の材料収容容器２１をやはり移送用治具３１を用いて、接続用通路１７を介して蒸発用容器４側の容器載置台２３上に移送させる。

次に、搬入側ゲートバルブ１５を閉じた後、昇降用棒状体２６を用いて容器載置台２３を上昇させて当該材料収容容器２１の材料放出口２１ａを蒸発用容器４の上壁部４ａに形成された蒸気導出口６に押し付ける。

次に、蒸気用ゲートバルブ８を開く（ニードルバルブ７が閉じられている場合には、これも開く）とともに加熱器２２により材料収容容器２１を所定の溶融温度まで加熱して蒸着材料を蒸発させ、そしてこの蒸発材料が連通穴部９ａを介して蒸着用容器３内に導かれて、ガラス基板１に蒸着される。なお、蒸発材料の蒸着用容器３内への導入量（供給量）については、接続部材９の連通穴部９ａの途中に設けられたニードルバルブ７により調節される。

何枚ものガラス基板１への蒸着が進むにつれて、さらに蒸着材料を補充する必要があると判断された場合には、予熱用容器１３にて次の蒸着材料の準備が行われる。
すなわち、出入用ゲートバルブ２９を開き、新たに蒸着材料が充填された材料収容容器２１を予熱用容器１３内の容器載置台２４上に載置した後、出入用ゲートバルブ２９を閉じる。そして、真空ポンプを作動させて予熱用容器１３内を所定の真空度下にした後、加熱器２２により材料収容容器２１を予熱し、次の交換時まで待機状態にされる。その後、上述したと同様の手順にて材料収容容器２１の交換を行えばよい。勿論、材料収容容器２１を各容器間で移送させる際には、蒸発用容器４における容器載置台２３は、材料収容容器２１に移送用治具３１，３２を係合させるために、他の容器１３，１４内に配置された容器載置台（例えば、２２）と同一の高さ（以下、基準高さともいう）となるように下降されている。

このように、蒸発用容器４内に載置された材料収容容器２１で蒸発された蒸発材料を蒸着用容器３内に導く際に、連通穴部９ａが形成された接続部材９を介して行うようにしたので、材料収容容器２１を交換する場合でも、常に、蒸発材料の導入箇所が一定であるため、従来のように、２箇所に設けられたセル室（蒸発材料の導入路である）を交互に用いる場合に比べて、蒸発材料の導入位置に関する蒸着条件についてはバラツキが殆ど発生することがなく、したがって蒸着品質、すなわち成膜品質を良好な状態に維持することができる。

また、予熱用容器１３と取出用容器１４とを設けて、真空度を同一に保ち、交換用の材料収容容器２１を予備加熱しておくことで、例えば蒸着用容器と蒸発用容器との真空を破って交換した後、再排気および再加熱を行う場合に比べて、交換作業に要する時間の短縮を図ることができる。

さらに、材料放出口２１ａを上壁部４ｄに押し付け蒸気導出口６と連通させるようにした後に、加熱を行うようにしているため、蒸発用容器４内に非常に高価な蒸発材料を満たすような無駄をなくすことができる。

なお、上記接続部材９のニードルバルブ７より下方の途中部分（または、蒸発用容器側）にフランジ部を設けて、蒸発用容器４を蒸着用容器３から容易に分離し得るように構成して、蒸発用容器４側の保守点検の容易化を図ることもできる。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る蒸着装置を、図３および図４に基づき説明する。

上記実施の形態１においては、蒸発材料の導入量（供給量）を調節するのに、接続部材に設けられたニードルバルブを用いたが、本実施の形態２においては、ニードルバルブを用いずに、材料収容容器の材料放出口と接続部材に形成された連通穴部、すなわち蒸発用容器の上壁部に形成された蒸気導出口の位置をずらせることにより、蒸気導入量を調節するようにしたものである。

したがって、本実施の形態２においては、実施の形態１と異なる部分にだけ着目して説明するとともに、実施の形態１と同一の構成部材については、同一番号を付してその説明を省略する。

図３に示すように、材料収容容器２１は、その下部を収納するとともに加熱用電熱線４１が内蔵された箱型状の加熱容器（加熱手段）４２を介して容器載置台２３上に載置されるとともに、この加熱容器４２を介して、例えば材料放出口２１ａが、蒸発用容器４の上壁部４ａに形成された蒸気導出口６に対して水平方向で移動自在にされている。

すなわち、上記容器載置台２３の上面には、図３〜図５に示すように、例えば平面視が矩形状にされた加熱容器４２を所定方向（材料収容容器の搬出入方向ａとは直交する方向）ｂで移動させ得る摺動溝部４３が形成されるとともに、この加熱容器４２を所定方向ｂで摺動させる摺動用治具（スライド治具ともいう）４４が具備されている。

この摺動用治具４４としては、蒸発用容器４の側壁部４ｅに、水平方向で移動し得るように且つ当該蒸発用容器４内の真空状態を維持し得るようにシール部材４５を介して挿通されるとともに先端部に加熱容器４２の側壁部に形成されたねじ穴（被係合部）４２ａに係脱自在なおねじ部（係合部）４６ａが設けられた摺動用棒状体４６が用いられている。したがって、この摺動用棒状体４６を回転させることにより、当該摺動用治具４４を材料収容容器２１に係合および離脱することができる。

なお、加熱容器４２の背が高い場合には、図５に示すように、移送用棒状体３５との接触を避けるための切欠部４２ｂが形成される。
次に、上記構成における材料収容容器２１の交換作業における要部手順、例えば材料収容容器２１を蒸発用容器４内に移送した後、その蒸発材料の導入量を調節する手順について説明する。

すなわち、まず蒸発用容器４内の容器載置台２３の摺動溝部４３内に配置された加熱容器４２の側壁部上面が、材料収容容器２１の移送時の底面（基準高さ）に一致するように、昇降用棒状体２６により、当該容器載置台２３を下降させる。

次に、予熱用容器１３内の容器載置台２４上に載置された材料収容容器２１を、移送用棒状体３５により、蒸発用容器４内に配置されている加熱容器４２内に移動させた後、加熱容器４２を昇降用棒状体２６により上昇させて、材料収容容器２１を加熱容器４２内に載置させ、そして移送用棒状体３５を離脱させて搬入用ゲートバルブ１５を閉じる。

この状態で、さらに昇降用棒状体２６により容器載置台２３を上昇させ、圧縮ばね２７により材料収容容器２１を上壁部４ａに押し付ける。このとき、材料収容容器２１の材料放出口２１ａと上壁部４の蒸気導出口６とが一致されている。この状態で、摺動用棒状体４６をその延長線上にある加熱容器４２のねじ穴４２ａに係合させて、加熱容器４２を摺動溝部４３に沿って移動させることにより、材料放出口２１ａと蒸気導出口６との連通面積が調節されて、蒸発材料の蒸着用容器３への導入量を調節することができる。なお、この調節作業時には、例えば摺動用棒状体４６に目盛りなどを設けておくことにより、摺動用棒状体４６の調節作業を行うことができる。勿論、蒸着を行っている最中でも、蒸発材料の導入量を調節することができる。

ところで、上記各実施の形態においては、予熱用容器１３内での材料収容容器２１の加熱については、特に、言及しなかったが、材料収容容器２１の底部に加えて下部側面についても加熱するようにしてもよい。

すなわち、図６に示すように、予熱用容器１３に配置される容器載置台２４の中央には開口部２４ａが形成され、またこの開口部２４ａの下方においては、材料収容容器２１の下部外周面を覆うようにされるとともに加熱用電熱線５１などが設けられた加熱器５２が配置され、さらにその中央下方には、材料収容容器２１の底部を支持するとともに同じく加熱用電熱線５３などが設けられた加熱用昇降板５４が外部に挿通された昇降用棒状体５５を介して昇降自在に設けられている。

この構成により、予熱時においても、加熱用昇降板５４を下降させて材料収容容器２１の下部を、加熱器５２内に位置させておくことにより、その底部および下部外周面が加熱されて十分な予熱が、底面だけの加熱に比べて、短時間で行われる。

勿論、この予熱された材料収容容器２１を予熱用容器１３から蒸発用容器４に移送する際には、加熱用昇降板５４により材料収容容器２１を基準高さまで上昇させた後、移送用昇降棒３５により、当該材料収容容器２１を蒸発用容器４内の容器載置台２３上に移動させ、上述した手順と同様の手順にて、材料収容容器２１を加熱容器４２内に配置させるとともに、圧縮ばね２７により、蒸発用容器４の上壁部４ａに押し付けた後、摺動用棒状体４６により、材料放出口２１ａと蒸気導出口６との連通面積を調節すればよい。

また、上記各実施の形態においては、予熱用容器１３および取出用容器１４を設けたが、例えば予熱用容器１３だけであってもよい。但し、この場合、予熱用容器１３側から、空になった材料収容容器２１を取り出す必要があるため、少なくとも、当該予熱用容器１３の大きさについては、２個の材料収容容器２１を取り扱うことができる（すれ違うことができる）大きさにされている必要がある。

なお、上記実施の形態においては、有機ＥＬディスプレイの表示部を製造する場合について説明したが、この他、基板上に半導体材料などからなる薄膜を形成する場合にも用いることができる。

本発明の実施の形態１に係る蒸着装置の概略構成を示す断面図である。同蒸着装置における移送用治具の斜視図である。本発明の実施の形態２に係る蒸着装置の要部断面図である。図３のＡ−Ａ矢視図である。同蒸着装置における加熱容器の変形例を示す斜視図である。同実施の形態２に係る蒸着装置の変形例を示す要部断面図である。

符号の説明

１蒸着装置
２ガラス基板
３蒸着用容器
４蒸発用容器
５蒸気導入口
６蒸気導出口
７ニードルバルブ
８蒸気用ゲートバルブ
９接続部材
９ａ連通穴部
１３予熱用容器
１４取出用容器
２１材料収容容器
２１ａ材料放出口
２２加熱器
２３容器載置台
２４容器載置台
２６昇降用棒状体
２７圧縮ばね
３１移送用治具
３２移送用治具
３５移送用棒状体
４２加熱容器
４３摺動溝部
４４摺動用治具
４６摺動用棒状体

Claims

所定の真空度下において、蒸発された蒸着材料を被蒸着部材に付着させて蒸着を行う蒸着装置であって、
被蒸着部材が配置されて蒸着が行われる蒸着用容器と、蒸着材料が収容されるとともに加熱手段により当該蒸着材料を蒸発させるための材料収容容器が配置される蒸発用容器と、上記蒸着用容器の底壁部に形成された蒸気導入口と蒸発用容器の上壁部に形成れさた蒸気導出口とを接続する連通穴部を有する接続部材と、上記蒸発用容器に接続用通路を介して接続されて材料収容容器を所定の予熱温度に加熱するための予熱用容器とを具備したことを特徴とする蒸着装置。
蒸発用容器内に配置された材料収容容器の材料放出口を、上記連通穴部に押し付けるための押付手段を、蒸発用容器側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
押付手段により接続部材側に押し付けられた状態の蒸発用容器を移動させて蒸気導出口に対する材料放出口の開口面積を調節し得る移動手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸着装置。