JP2005203248A - Vapor deposition method and vapor deposition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子に用いられる有機化合物膜などを作製するための蒸着方法及び蒸着装置に関するものである。 The present invention relates to a vapor deposition method and a vapor deposition apparatus for producing an organic compound film or the like used for an organic EL (electroluminescence) element.
有機ELディスプレイを構成する有機EL素子などに用いられる有機化合物膜は、有機化合物が低分子量である場合、真空蒸着法によって形成されている。 An organic compound film used for an organic EL element constituting an organic EL display is formed by a vacuum vapor deposition method when the organic compound has a low molecular weight.
真空蒸着法では、真空チャンバ内に蒸着源と基板とを対向させて配置し、真空チャンバ内を真空に排気した状態で蒸着源を加熱し、蒸着物質を蒸発または昇華させ、生じた蒸気分子を基板の表面に堆積させて成膜する。 In the vacuum vapor deposition method, a vapor deposition source and a substrate are placed facing each other in a vacuum chamber, the vapor deposition source is heated in a state where the vacuum chamber is evacuated, the vapor deposition material is evaporated or sublimated, and the generated vapor molecules are removed. A film is deposited on the surface of the substrate.
通常、真空蒸着法は、10-7 〜10-2 Paの圧力下で行われ、この時の蒸気分子の平均自由行程は、7×101 〜7×106 cmほどであるから、蒸着源から放出された蒸気分子は、途中で他の分子と衝突することもほとんどなく直進し、基板に衝突する。 Usually, the vacuum deposition method is performed under a pressure of 10 −7 to 10 −2 Pa, and the mean free path of vapor molecules at this time is about 7 × 10 1 to 7 × 10 6 cm. Vapor molecules released from the air travel almost straight on with no collision with other molecules, and collide with the substrate.
この際、蒸着源と基板との距離が近すぎると、基板の中心部と周辺部とで飛来してくる蒸気分子数に差を生じ、基板に形成される膜の膜厚が不均一になりやすいという問題が生じる。一方、蒸着源から飛び出す蒸気分子は様々な方向へ飛び出し、そのまま直進するから、蒸着源と基板との距離を大きくすると、多くの蒸気分子は基板に衝突せず、成膜に寄与しない。このように、従来から用いられている真空蒸着法は、蒸着原料の利用効率が低く、その結果、成膜速度も遅くなるという問題がある。 At this time, if the distance between the deposition source and the substrate is too short, a difference occurs in the number of vapor molecules flying between the central portion and the peripheral portion of the substrate, and the film thickness of the film formed on the substrate becomes non-uniform. The problem of being easy arises. On the other hand, since vapor molecules jumping out from the deposition source jump out in various directions and go straight as they are, if the distance between the deposition source and the substrate is increased, many vapor molecules do not collide with the substrate and do not contribute to film formation. As described above, the vacuum vapor deposition method conventionally used has a problem that the utilization efficiency of the vapor deposition raw material is low, and as a result, the film forming speed is also slow.
更に、基板に衝突しなかった蒸気分子は、真空チャンバの内壁などに到達して、そこに付着して堆積するから、真空蒸着法には、チャンバ内壁に蒸着物質が付着しやすく、チャンバ内が汚染されやすいという問題点もある。 Furthermore, since the vapor molecules that have not collided with the substrate reach the inner wall of the vacuum chamber and adhere to the inner wall of the vacuum chamber, the vapor deposition material tends to adhere to the inner wall of the chamber. There is also the problem of being easily contaminated.
上記の汚染は、異なる材料からなる多層膜を基板上に積層して形成する場合のように、同じ真空チャンバを繰り返し用いて異なる材料を次々に真空蒸着する際に特に問題になる。即ち、新しい層を形成するときに、真空チャンバの内壁に堆積している以前の材料が加熱されて蒸発し、これが新しく形成している蒸着膜に混入し、蒸着膜の純度を低下させるという問題を引き起こす。この際、有機化合物は蒸発温度が低いので、再蒸発による汚染を特に引き起こしやすい。従って、有機EL素子などに用いられる有機化合物の多層膜の作製において、汚染の問題はとりわけ重要である。 The above-mentioned contamination is particularly problematic when different materials are vacuum-deposited one after another by repeatedly using the same vacuum chamber, as in the case of forming a multilayer film made of different materials on a substrate. That is, when a new layer is formed, the previous material deposited on the inner wall of the vacuum chamber is heated and evaporated, which mixes with the newly formed deposited film and lowers the purity of the deposited film. cause. In this case, since the organic compound has a low evaporation temperature, contamination due to re-evaporation is particularly likely to occur. Accordingly, the problem of contamination is particularly important in the production of multilayer films of organic compounds used in organic EL devices and the like.
これらの問題に対応するために、ホットウオール法と呼ばれる蒸着方法が開発されている(後述の特許文献1参照。)。
In order to cope with these problems, a vapor deposition method called a hot wall method has been developed (see
図18は、ホットウオール法を適用した真空蒸着装置の一例を示す説明図である。図18に示した装置では、真空チャンバ61内に対向して置かれた蒸着源63と基板64とを結ぶ空間を取り囲むように内壁65が設けられ、この内壁65は、蒸着材料が堆積しない温度に加熱されている。 FIG. 18 is an explanatory view showing an example of a vacuum vapor deposition apparatus to which the hot wall method is applied. In the apparatus shown in FIG. 18, an inner wall 65 is provided so as to surround a space connecting the vapor deposition source 63 and the substrate 64 placed facing each other in the vacuum chamber 61, and the inner wall 65 has a temperature at which no vapor deposition material is deposited. Has been heated.
高温の内壁(ホットウオール)65は、基板64の方向以外の方向へ飛行しようとする蒸着物質の分子67の運動を阻止し、基板64の方向へ向かわせるバリアおよびガイドとして機能する。ホットウオール法は、高温の内壁(ホットウオール)65を設けた二重構造とすることで、蒸着原料の利用効率の向上を可能にすると共に、蒸着物質が真空チャンバ61の壁面で凝縮して堆積することを最小限に抑え、真空チャンバ61内の汚染を防ぎ、真空の質を高く保ち、高い純度の蒸着膜の形成を可能にする真空蒸着法である。 The high-temperature inner wall (hot wall) 65 functions as a barrier and a guide that prevents the movement of the molecules 67 of the vapor deposition material to fly in a direction other than the direction of the substrate 64 and directs the molecule 67 toward the substrate 64. The hot wall method has a double structure with a high temperature inner wall (hot wall) 65, thereby improving the utilization efficiency of the vapor deposition material and condensing the vapor deposition material on the wall surface of the vacuum chamber 61. This is a vacuum vapor deposition method that minimizes this, prevents contamination in the vacuum chamber 61, maintains a high vacuum quality, and enables formation of a high-purity vapor deposition film.
しかし、ホットウオール法では、従来の真空蒸着法と同様、多成分系蒸着膜の作製を精密に制御することは困難であり、とくに有機EL素子のホスト材料とゲスト材料のように、蒸発温度などの蒸着条件が大きく異なる複数の成分を共蒸着して成膜することは困難である。これは、蒸発温度の高い蒸着材料の付着を防ぐため、ホットウオール55の温度をその材料の蒸着温度以上に設定する必要があり、このようにすると、ホットウオール55からの輻射熱のため、蒸着温度の大幅に低い材料の蒸着速度を制御することが困難になるからである。また、基板64の近くまでホットウオール65が設けられているので、基板64の上の蒸着膜がホットウオール65からの輻射熱の影響を受けやすいという問題もある。これは、蒸着膜の温度を融点以下に保って結晶化を防ぎ、アモルファス膜を形成したい場合などに障害になる。
However, in the hot wall method, it is difficult to precisely control the production of the multi-component vapor deposition film, as in the conventional vacuum vapor deposition method. In particular, like the host material and guest material of the organic EL element, the evaporation temperature, etc. It is difficult to form a film by co-evaporating a plurality of components having greatly different deposition conditions. In order to prevent the deposition material having a high evaporation temperature from adhering, it is necessary to set the temperature of the
一方、最近、真空蒸着法とは異なり、LPOVPD(Low Pressure Organic Vapor Phase Deposition)法と呼ばれる減圧有機化合物気相蒸着法がプリンストン大学により開発された(後述の特許文献2参照。)。
On the other hand, unlike the vacuum deposition method, a low pressure organic compound vapor deposition method called LPOVPD (Low Pressure Organic Vapor Phase Deposition) method has recently been developed by Princeton University (see
OVPD法(有機化合物気相蒸着法)は、キャリアガスによって反応ガスを基板へ輸送し、基板上で反応ガスを反応させて薄膜形成を行う有機化合物膜形成方法である。この方法を用いると、著しく異なる蒸気圧をもつ有機材料を同時蒸着し、多成分系蒸着膜における各成分の量を精密に制御することが可能になるものと期待されている。 The OVPD method (organic compound vapor deposition method) is an organic compound film forming method in which a reactive gas is transported to a substrate by a carrier gas, and the reactive gas is reacted on the substrate to form a thin film. When this method is used, it is expected that organic materials having remarkably different vapor pressures can be co-deposited and the amount of each component in the multi-component deposition film can be precisely controlled.
LPOVPD法は、そのOVPD法を大気圧より低い圧力の下で行うようにしたもので、その圧力は1×10-3 〜100Torr(約1.3×10-1 〜約1.3×104 Pa)、このときの反応分子の平均自由行程は、おおよそ5×10-5 〜5cmである。 The LPOVPD method is a method in which the OVPD method is performed under a pressure lower than the atmospheric pressure, and the pressure is 1 × 10 −3 to 100 Torr (about 1.3 × 10 −1 to about 1.3 × 10 4). Pa), the mean free path of the reaction molecules at this time is approximately 5 × 10 −5 to 5 cm.
図19は、LPOVPD法を適用した蒸着装置の一例を示す説明図である。図19の装置では、キャリアガス供給系71から流量が適切に制御されたキャリアガスがそれぞれの反応物質に供給される。るつぼ72におかれた反応物質やバブラー73中の溶媒に溶け込んでいる反応物質の蒸気が、これらのキャリアガスの流れに取り込まれ、反応ガス導入口74から反応菅75に送られる。反応菅75には温度制御ブロック78によって温度制御された基体77あり、各反応物質の蒸気は、基体77の上で反応して薄膜を形成する。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing an example of a vapor deposition apparatus to which the LPOVPD method is applied. In the apparatus of FIG. 19, a carrier gas whose flow rate is appropriately controlled is supplied from the carrier gas supply system 71 to each reactant. The reactant vapor dissolved in the crucible 72 and the solvent in the bubbler 73 is taken into the carrier gas flow and sent to the reaction vessel 75 from the reaction gas inlet 74. The reaction vessel 75 has a
LPOVPD法では、真空蒸着装置に比べ装置内の圧力が高く、気体分子の平均自由行程が小さいので、反応物質の蒸気分子の運動はキャリアガスの流れの制御下にある。そのため、それぞれのキャリアガスの流量を精密に制御することによって、各反応物質の蒸気の流量を所定の大きさに制御し、基体76の上に輸送して反応させることができる。 In the LPOVPD method, since the pressure in the apparatus is higher than that in the vacuum deposition apparatus and the mean free path of gas molecules is small, the movement of the vapor molecules of the reactant is under the control of the flow of the carrier gas. Therefore, by precisely controlling the flow rate of each carrier gas, the flow rate of the vapor of each reactant can be controlled to a predetermined size and transported onto the substrate 76 for reaction.
しかしながら、有機化合物膜の結晶化や結晶粒の成長を避け、アモルファス化して、良好な表面性を有する有機化合物膜を形成するためには、高温反応ガスの輸送に伴う基板温度の上昇を極力抑制し、薄膜形成時の基板温度を室温付近、もしくは結晶化温度以下に維持しなければならない。 However, in order to avoid the crystallization of organic compound films and the growth of crystal grains, and to form amorphous and form organic compound films with good surface properties, the increase in substrate temperature accompanying the transport of high-temperature reaction gas is suppressed as much as possible. However, the substrate temperature during the formation of the thin film must be maintained near room temperature or below the crystallization temperature.
また、OVPD法およびLPOVPD法は、大気圧下または低い真空度の真空下で成膜が行われる。そのような条件下で成長する膜は粗く、気相核生成および拡散律速成長過程により、不均一な表面形態を有する問題点が挙げられる。 In the OVPD method and the LPOVPD method, film formation is performed under atmospheric pressure or a vacuum with a low degree of vacuum. The film grown under such conditions is rough and has a problem of having a non-uniform surface morphology due to vapor phase nucleation and diffusion-controlled growth processes.
本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、真空チャンバ内に蒸着物質が付着して堆積することを最小限に抑えることにより、蒸着原料の利用効率と成膜速度を高く保ちながら、均一な膜厚で高純度の蒸着膜を形成することを可能にし、その際、滑らかな表面性を有するアモルファス化有機化合物膜や多成分共蒸着膜の作製を可能にする蒸着方法及び蒸着装置を提供することにある。 In view of the above situation, the object of the present invention is to keep the utilization efficiency and deposition rate of vapor deposition raw material high while keeping the vapor deposition material adhering and depositing in the vacuum chamber to a minimum. A vapor deposition method and a vapor deposition apparatus that can form a high-purity vapor-deposited film with a simple film thickness, and at the same time, can produce an amorphized organic compound film having a smooth surface property and a multi-component co-vapor-deposited film. There is to do.
即ち、本発明は、基体上に蒸着膜を形成するに際し、前記基体と蒸着源とを対向させ、前記蒸着源の周囲よりも内側の領域から前記基体の方向へ向かうガスの流れを形成し、このガス流によって前記蒸着源から放出された蒸着物質を前記基体の方向へ連行する、蒸着方法に係わり、また、この蒸着方法を実施するために用いられる蒸着装置であって、前記基体と前記蒸着源とが真空チャンバ内に設けられ、前記蒸着源の周囲よりも内側の領域から前記基体の方向へ向かうガスの流れを形成する手段を有する、蒸着装置に係わるものである。 That is, in the present invention, when forming a vapor deposition film on a substrate, the substrate and the vapor deposition source are opposed to each other, and a gas flow from a region inside the periphery of the vapor deposition source toward the substrate is formed. The present invention relates to a vapor deposition method for entraining a vapor deposition material released from the vapor deposition source in the direction of the substrate by the gas flow, and a vapor deposition apparatus used for carrying out the vapor deposition method, wherein the substrate and the vapor deposition are used. And a source provided in a vacuum chamber, and a means for forming a gas flow from a region inside the periphery of the deposition source toward the substrate.
本発明によれば、基体上に蒸着膜を形成するに際し、前記基体と蒸着源とを対向させ、前記蒸着源の周囲よりも内側の領域から前記基体の方向へ向かうガスの流れを形成し、このガス流によって前記蒸着源から放出された蒸着物質を前記基体の方向へ連行するので、蒸着原料の利用効率と成膜速度を高く保ちながら、前記基体と前記蒸着源との距離を十分にとることができる。その結果、前記蒸着膜を均一な膜厚で形成することができるとともに、前記蒸着源などからの輻射熱による加熱を受けることが少なく、前記蒸着膜の温度を蒸着材料の融点以下の温度に保って結晶化を防ぎ、滑らかな表面性を有するアモルファス化有機化合物膜を形成することができる。また、真空チャンバ内に蒸着物質が付着し、堆積することを最小限に抑え、真空チャンバ内の汚染を最小限にすることにより、高純度の前記蒸着膜を形成することができる。 According to the present invention, when forming a vapor deposition film on a substrate, the substrate and the vapor deposition source are opposed to each other, and a gas flow from a region inside the periphery of the vapor deposition source toward the substrate is formed. This gas flow entrains the vapor deposition material released from the vapor deposition source in the direction of the substrate, so that a sufficient distance between the substrate and the vapor deposition source is maintained while keeping the use efficiency of the vapor deposition material and the film forming speed high. be able to. As a result, the vapor deposition film can be formed with a uniform film thickness, is less susceptible to heating by radiant heat from the vapor deposition source, and the temperature of the vapor deposition film is maintained at a temperature equal to or lower than the melting point of the vapor deposition material. Crystallization can be prevented and an amorphous organic compound film having smooth surface properties can be formed. Further, it is possible to form the high-purity vapor-deposited film by minimizing the deposition and deposition of the vapor deposition substance in the vacuum chamber and minimizing contamination in the vacuum chamber.
ここで、前記ガス流は、自らが、前記蒸着源の周囲よりも内側の領域から前記基体の方向へ直進する流れを形成するとともに、前記蒸着源から放出された蒸着物質と混ざり合うことによって、前記蒸着物質を自らの流れの中に取り込み、前記蒸着物質を効率よく前記基体上へ連行する働きをする。このとき、ガス流量を調節することにより、膜厚分布の均一性や成膜速度の制御性を向上させることができる。前記蒸着物質を連行するといっても、前記真空チャンバ内では、前記蒸着物質が前記蒸着源から前記基体へ直進的に運動するのを支援するだけで十分であるから、LPOVPD法に比べて高い真空度下で成膜することができ、膜質が向上する。 Here, the gas flow forms a flow straight from the region inside the periphery of the vapor deposition source toward the substrate, and mixes with the vapor deposition material released from the vapor deposition source. The vapor deposition material is taken into its own flow and functions to efficiently entrain the vapor deposition material onto the substrate. At this time, by adjusting the gas flow rate, the uniformity of the film thickness distribution and the controllability of the film formation rate can be improved. Even if the vapor deposition material is entrained, it is sufficient to support the vapor deposition material to move straight from the vapor deposition source to the substrate in the vacuum chamber. The film can be formed at a low temperature, and the film quality is improved.
また、前記ガスに蒸着膜の構成成分を含ませておけば、容易に多成分共蒸着膜を形成することもできる。その際、ガス流量を調節することによって、成分比を精密に制御することができる。 Moreover, if the constituent component of a vapor deposition film is included in the gas, a multi-component co-deposition film can be easily formed. At that time, the component ratio can be precisely controlled by adjusting the gas flow rate.
本発明において、前記ガス流に前記蒸着物質を取り込ませる方法としては、前記ガスの流路を、前記蒸着源の中心部を下部から上部へ貫くように形成し、前記蒸着源を貫通するガス流によって前記蒸着物質を連行する方法や、前記ガスの流路を前記蒸着源の周辺部からその上方中心部へ向かって形成し、前記蒸着源の周辺部から上方中心部へ向かって流れるガス流によって前記蒸着物質を連行する方法や、これら2つを併用して、前記蒸着源を貫通するように前記ガスを流すとともに、前記蒸着源の周辺部から上方中心部へ向かって前記ガスを流し、このガス流によって前記蒸着物質を連行する方法がよい。 In the present invention, as a method for incorporating the vapor deposition material into the gas flow, the gas flow path is formed so as to penetrate the central part of the vapor deposition source from the lower part to the upper part, and the gas flow passing through the vapor deposition source. By the method of entraining the vapor deposition material, the gas flow path is formed from the peripheral part of the vapor deposition source toward the upper central part thereof, and the gas flow flowing from the peripheral part of the vapor deposition source toward the upper central part A method of entraining the vapor deposition material, or using these two together, the gas flows so as to penetrate the vapor deposition source, and the gas flows from the periphery of the vapor deposition source toward the upper central portion. A method of entraining the deposition material by a gas flow is preferable.
また、前記蒸着源からの前記ガスの導出口を狭くするのがよい。この際、前記導出口を筒状とするのがよく、前記導出口の筒状部を上方及び/又は下方に向けるのがよい。前記ガス導出口を狭く絞ることで、前記基体の方へ向かう強いガス流を生成させることができる。また、前記導出口の形状を筒状とすると、ガスの流れを筒状部の内壁面に沿う方向に方向づけることができるから、この筒状部の向きを前記蒸着源から前記基体に向かうように固定しておけば、ガス流の向きを前記蒸着源から前記基体に向かうように方向づけることができる。 In addition, it is preferable to narrow a gas outlet from the vapor deposition source. At this time, the outlet port is preferably cylindrical, and the cylindrical portion of the outlet port is preferably directed upward and / or downward. By narrowing the gas outlet, a strong gas flow toward the substrate can be generated. Further, when the outlet port has a cylindrical shape, the gas flow can be directed in a direction along the inner wall surface of the cylindrical portion, so that the direction of the cylindrical portion is directed from the vapor deposition source to the substrate. If fixed, the direction of gas flow can be directed from the vapor deposition source to the substrate.
また、前記ガスの流路を前記蒸着源の周辺部からその上方中心部へ向かって形成する具体的方法としては、前記蒸着源の外周囲を囲む外壁を設け、この外壁と前記蒸着源との間に前記ガスを導入するのがよい。 In addition, as a specific method of forming the gas flow path from the peripheral portion of the vapor deposition source toward the upper central portion thereof, an outer wall surrounding the outer periphery of the vapor deposition source is provided, and the outer wall and the vapor deposition source It is preferable to introduce the gas in between.
また、前記蒸着源の下方に前記ガスのバッファー空間を設け、このバッファー空間に前記ガスを一旦貯留し、このバッファー空間から前記蒸着源へ前記ガスを供給するのもよい。前記バッファー空間を設けることにより、乱れの少ない安定した前記ガスの流れを供給することができる。 Further, a buffer space for the gas may be provided below the vapor deposition source, the gas may be temporarily stored in the buffer space, and the gas may be supplied from the buffer space to the vapor deposition source. By providing the buffer space, it is possible to supply a stable gas flow with little disturbance.
また、前記ガス流をガスによる壁としてだけ用いるのであれば、前記ガスとして不活性ガスを用いるのがよい。この不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノンなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、前記蒸着膜の形成に用いられる蒸着材料に対して不活性で安定な物質であればよい。 Further, if the gas flow is used only as a wall made of gas, an inert gas may be used as the gas. Examples of the inert gas include nitrogen, argon, helium, krypton, and xenon, but are not limited thereto, and are inert and stable with respect to the vapor deposition material used for forming the vapor deposition film. Any material can be used.
また、前記ガスとして、前記蒸着膜を形成する成分を含有するガスを用いれば、前記蒸着物質と、このガスからの構成成分とからなる多成分共蒸着膜を形成することができる。このようなガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノン等の不活性ガス、あるいは前記蒸着膜の形成に用いられる蒸着材料に対して不活性で安定なガスと、有機EL素子のホスト材料であるトリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq3 ) 等もしくはゲスト材料であるクマリン等の蒸発成分との混合ガスなどを挙げることができる。 Moreover, if the gas containing the component which forms the said vapor deposition film is used as said gas, the multi-component co-vapor deposition film which consists of the said vapor deposition substance and the component from this gas can be formed. Examples of such gases include inert gases such as nitrogen, argon, helium, krypton, and xenon, or gases that are inert and stable with respect to the deposition material used for forming the deposited film, and organic EL elements. A mixed gas with an evaporation component such as tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum (III) (Alq 3 ) as a host material or coumarin as a guest material can be used.
また、前記ガスとして、不活性ガスと、前記蒸着膜を形成する成分を含有するガスとを交互に切り替えて供給し、単成分蒸着膜と多成分共蒸着膜とを交互に成膜することもできる。 Further, as the gas, an inert gas and a gas containing a component that forms the vapor deposition film are alternately switched and supplied, and a single component vapor deposition film and a multi-component co-vapor deposition film are alternately formed. it can.
また、前記蒸着物質と、この蒸着物質を収容する容器とによって前記蒸着源を構成し、前記容器の周壁を前記基体の方へ突設すると共に、前記周壁の突出端部と前記基体との間に所定の距離を設けるのがよい。この際、前記周壁を加熱するのがよい。前記周壁は、前述した特許文献1のホットウオールと同様に、前記蒸着物質の蒸気分子を前記基体の方へ導くバリアおよびガイドとして機能し、加熱して高温に保てば前記蒸着物質が付着して堆積することもない。但し、前記基体の近辺まで形成されているホットウオールと異なり、前記周壁の突出端部が前記基体に前記所定の距離よりも近づいて形成されることはなく、前記所定の距離を適切に設定することにより、前記周壁からの輻射熱によって前記基体上に形成された前記蒸着膜に悪影響が生じることを防止することができる。
Further, the vapor deposition source and the container for containing the vapor deposition material constitute the vapor deposition source, the peripheral wall of the container protrudes toward the base, and between the protruding end of the peripheral wall and the base It is preferable to provide a predetermined distance. At this time, the peripheral wall is preferably heated. The peripheral wall functions as a barrier and a guide for guiding vapor molecules of the vapor deposition material toward the substrate, as in the hot wall of
また、前記ガスの流れに加えて、前記蒸着源の周囲に第2のガスの導入部を設け、前記蒸着源の周囲から前記基体の方向へ向かう第2のガスの流れを形成し、この第2のガス流によって前記ガスの流れの方向を前記基体の方向へ規制するのがよい。ここで、前記第2のガス流は、前記基体の方向以外の方向へ進もうとする前記蒸着物質の分子の運動を分子衝突によって阻止し、前記基体の方向へ向かわせるガスによる壁(バリアおよびガイド)として機能する。 In addition to the gas flow, a second gas introduction portion is provided around the vapor deposition source to form a second gas flow from the circumference of the vapor deposition source toward the substrate. The direction of the gas flow may be regulated to the direction of the substrate by the gas flow of 2. Here, the second gas flow prevents the movement of the molecules of the vapor deposition material that are going to travel in a direction other than the direction of the substrate by molecular collision, and causes a wall (barrier and gas) to be directed toward the substrate. It functions as a guide.
また、前記蒸着源の周囲に設ける前記第2のガスの導入部は、前記蒸着源と、この蒸着源の周囲に設けられたガイドとによって挟まれた領域に形成されているのがよい。この構造によれば、前記蒸着源から前記基体に至る空間を取り囲む前記第2のガスの流れを、簡易な構成によって形成することができる。 The second gas introduction section provided around the vapor deposition source may be formed in a region sandwiched between the vapor deposition source and a guide provided around the vapor deposition source. According to this structure, the flow of the second gas surrounding the space from the vapor deposition source to the substrate can be formed with a simple configuration.
或いは、前記蒸着源の下部に設けられたバッファー空間に前記第2のガスが供給され、このバッファー空間から前記蒸着源の周壁に沿って前記第2のガスが導出されるのもよい。前記バッファー空間を設けることにより、乱れの少ない安定した前記第2のガスの流れを形成することができる。 Alternatively, the second gas may be supplied to a buffer space provided below the vapor deposition source, and the second gas may be led out from the buffer space along the peripheral wall of the vapor deposition source. By providing the buffer space, it is possible to form a stable second gas flow with little disturbance.
また、前記ガス又は前記第2のガスの導入部に対して、それぞれ、前記ガス又は前記第2のガスの供給部が1箇所又は複数箇所に設けられているのがよい。また、前記ガスの供給部が、前記蒸着源の周壁に沿って前記ガス導入部に対し多孔状又はスリット状に開口しているのがよい。供給部が多くの箇所に設けられ、あるいは開口部がスリット状などのように連続的に形成されている方が、前記蒸着源の周方向に関して均一な前記ガスの流れ又は前記第2のガスの流れが形成されやすいと考えられる。但し、ガスの供給部の形状はこれらに限るものではない。 In addition, the gas or the second gas supply unit may be provided at one or a plurality of locations with respect to the gas or the second gas introduction unit, respectively. The gas supply unit may be opened in a porous or slit shape with respect to the gas introduction unit along a peripheral wall of the vapor deposition source. When the supply unit is provided in many places, or the opening is formed continuously like a slit, the gas flow or the second gas is more uniform in the circumferential direction of the vapor deposition source. It is thought that a flow is easily formed. However, the shape of the gas supply unit is not limited to these.
また、本発明において形成する前記蒸着膜としては、特に限定されるものではないが、有機化合物の薄膜を形成するのが好適である。例えば、有機EL素子を形成する場合では、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq3 )、キナクリドン、ルブレン、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)、4,4’−ビス(N−ナフチル−N−フェニルアミノ)ビフェニル(α−NPD)、バソフェナントロリン、バソクプロインおよびオキサジアゾールなどである。 The vapor deposition film formed in the present invention is not particularly limited, but it is preferable to form a thin film of an organic compound. For example, in the case of forming an organic EL element, tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum (III) (Alq 3 ), quinacridone, rubrene, N, N′-bis (3-methylphenyl) -1,1′- Biphenyl-4,4′-diamine (TPD), 4,4′-bis (N-naphthyl-N-phenylamino) biphenyl (α-NPD), bathophenanthroline, bathocuproine and oxadiazole.
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施の形態1
図1は、本発明の実施の形態1に基づく蒸着装置(例1)の構成を示す説明図(a)と、図1(a)に示した1b−1b線の位置から見た蒸着源5とその周辺装置の平面図(b)とである。
FIG. 1 is an explanatory diagram (a) showing a configuration of a vapor deposition apparatus (Example 1) based on
真空チャンバ1は、図示を省略した真空ポンプや排気バルブやトラップなどからなる排気系2を備えた気密な中空容器で構成されており、その形状は問わない。排気系2によって、真空チャンバ1内を1×10-5Pa程度以上の高真空状態に排気できるように構成されている。
The
蒸着膜を形成する基体である基板3の材料としては、ガラス、セラミックス、金属または樹脂など、用途に応じて任意のものを用いることができる。
As a material of the
基板支持体4は、真空チャンバ1の上部中央位置に配設されており、下面が平面形状に形成され、この面に基板3を保持するよう構成されている。なお、基板3を基板支持体4の下面に確実に保持するために、この下面に静電気を誘起して保持を行う静電吸着方式を採用したり、L字状部材によって基板3の縁を機械的に保持したりする方式を採用してもよい。
The
基板支持体4には、基板3を所定温度に加熱及び/又は冷却するための基板加熱用ヒータや冷却装置が設けられており、例えば、このヒータは抵抗加熱方式のもので、冷却装置は水冷式のものである。また、図示を省略したが、チャンバ1には、基板3と基板支持体4の温度を測定する測温手段と、この測温手段からの信号に応じて基板加熱用ヒータに供給する電力を調節するコントローラおよび電源、及び/又は冷却用冷媒の温度や流量を調節するコントローラおよび電源と、基板支持体4をチャンバ1に固定する固定手段などが設けられている。
The
基板3に対向して真空チャンバ1の下部中央位置には蒸着源5が置かれている。蒸着源5は、蒸着物質5aとその蒸着物質5aを収容する容器5bからなり、蒸着源5の下部には、蒸着物質5aの温度を制御する蒸発源加熱手段6が設けられている。蒸着源加熱手段6は、例えば抵抗加熱方式の蒸発源加熱用ヒータもしくは加熱用ランプ、蒸着物質5aの温度を測定する測温手段、そしてこの測温手段からの信号に応じて蒸発源加熱用ヒータもしくは加熱用ランプに供給する電力を調節するコントローラおよび電源などからなる。図1には容器5bの形状が円筒形である例を示したが、容器5bの形状や材料は特に限定されるものではなく、蒸着物質5aに応じて適宜選択するものとする。
A
蒸着物質5aとしては、特に限定されるものではないが、例えば、有機EL素子を形成する場合では、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq3 )、キナクリドン、ルブレン、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)、4,4’−ビス(N−ナフチル−N−フェニルアミノ)ビフェニル(α−NPD)、バソフェナントロリン、バソクプロインおよびオキサジアゾールなどである。
Although it does not specifically limit as the
また、蒸着物質5aとして、ペンタセン、オリゴチオフェン、フタロシアニン金属錯体およびこれらの置換誘導体などの有機化合物を用い、有機半導体層を形成することもできる。
Alternatively, an organic semiconductor layer can be formed using an organic compound such as pentacene, oligothiophene, a phthalocyanine metal complex, or a substituted derivative thereof as the
蒸着源5の上部には、蒸着操作を制御するためのシャッタ7が設けられている。シャッタ7が閉じた状態では、蒸着源5で加熱され放出された蒸着物質の蒸気が真空チャンバ1の中に飛散する動きが抑えられる。
Above the
本実施の形態では、蒸着源5にガス15の導入部11が設けられている。ガス導入部11は、ガスの流路12が蒸着源5の中心部を下部から上部へ貫くように形成されている。この構造によれば、蒸着源5を貫通して流れ、その際、蒸着物質5aを取り込んで連行するガスの流れ10を、簡易な構成によって形成することができる。図1の装置では、ガスの導入部11に対してガスの供給部13が1箇所設けられている。
In the present embodiment, the
また、蒸着物質の容器5bの周壁が基板3の方へ突出して設けられている。この周壁突出部分20は、内蔵するヒータと測温手段とによって蒸着物質5aとは独立に温度が制御され、特許文献1のホットウオールと同様に機能する。即ち、周壁突出部分20は、基板3の方向以外の方向へ飛行しようとする蒸着物質5aの蒸気分子の運動を阻止し、基板3の方向へ向かわせるバリアおよびガイドとして機能する。加熱により高温に保たれているので、蒸着物質5aが周壁突出部分20に付着して堆積することはない。
Further, the peripheral wall of the vapor deposition material container 5 b is provided so as to protrude toward the
但し、この周壁突出部分20の突出端部20cが基板3に所定の距離よりも近づいて形成されることはない。図1(a)に示すように、容器5b中の蒸着物質5aの表面から突出端部20cまでの距離をh1 とおき、突出端部20cから基板3までの距離をh2 とおくことにする。h1/(h1+h2) が小さすぎると、周壁突出部分20のバリアおよびガイドとしての効果が十分得られない。他方、h2 が小さすぎると、周壁突出部分20からの輻射熱によって基板3上に形成された蒸着膜が融点以上に加熱されて結晶化するなどの悪影響が生じる。従って、h1 およびh2 を適切に設定する必要がある。本実施の形態では、h1 を1〜30cm、h2 を2〜30cmとすることによって、周壁突出部分20のバリアおよびガイドとしての効果を十分発揮させながら、周壁突出部分20からの輻射熱による蒸着膜への悪影響を避けることができる。
However, the
また、本実施の形態では、突出端部20c近傍の周壁突出部分20の一部20aが周壁の直径が縮小するように設けられ、ガス導出口8の断面積が蒸着源5における蒸着物質5aの表面積に比して狭められている。ガス導出口8を狭く絞ることで、ガス導出口8におけるガスの流速を大きくし、基板3の方へ向かう強いガス流10を生成させることができる。
Further, in the present embodiment, a
次に、図1に示した蒸着装置を用いて蒸着膜を形成する工程について説明する。 Next, the process of forming a vapor deposition film using the vapor deposition apparatus shown in FIG. 1 is demonstrated.
まず、基板3および蒸着物質5aを所定の位置に配置した後、真空チャンバ1内を所定の真空度まで排気する。このとき、シャッタ7は閉じておく。
First, after the
次に、基板支持体4の基板加熱用ヒータ及び/又は冷却装置、蒸着源加熱手段6の蒸着源加熱用ヒータもしくは加熱用ランプなどの温度調節装置に通電し、基板3、蒸着源5および周壁突出部分20を、それぞれ所定の温度に調節する。
Next, power is supplied to a temperature control device such as a substrate heating heater and / or cooling device for the
次に、基板3、蒸着源5および周壁突出部分20の温度が所定の温度に達したら、シャッタ7を開き、蒸着物質5aの蒸気分子を基板3の上に堆積させる。このとき、ガス導入部11にガス供給管l4からガス15を供給する。
Next, when the temperature of the
ガス導入部11に導入されたガス15は、ガス導入部11からガス導出口8まで流れる間に、蒸着物質5aの表面から放出された蒸気分子を取り込み、ガス導出口8から流れ出た後は、真空チャンバ1内の圧力差に従って、ガス導出口8から基板3の方向へ直進するガスの流れ10を形成し、蒸気分子を効率よく基板3の上へ連行する。この際、周壁径縮小部20aが設けられ、ガス導出口8の断面積が狭められているので、ガス導出口8におけるガスの流速が大きくなり、強いガス流10が形成され、蒸気分子を基板3の上へ連行する効率が高められる。
The
蒸着源5から放出された蒸着物質の蒸気分子の移動方向9は、周壁突出部分20の内壁およびガスの流れ10によって基板3の方へ向かうように規制される。即ち、蒸着物質5aの表面から高さh1 cmまでは、基板3の方向以外の方向へ向かう蒸気分子の運動は、周壁突出部分20の内壁によって反射され、基板3の方へ向かうように規制される。そして、蒸気分子は、ガス導入部11とガス導出口8との間の空間でガスの流れ10に取り込まれ、ガス導出口8から真空チャンバ1内へ押し出され、真空チャンバ1内に流れ出た後は、基板3の方向へ直進するガスの流れ10に連行されて効率よく基板3上へ運ばれる。ガスの流れ10は、図1(a)に矢印で示したようにまっすぐ上方に向かう流れである場合でも、実際には図の左右方向にも広がりながら流れるので、蒸着物質の蒸気分子と均一に混ざり合って基板3の近傍に到達するものと考えられる。
The moving
このように、蒸着物質の蒸気分子の移動9は、ガスの流れ10によって制御されているので、ガス流量を調節することにより、膜厚分布の均一性や成膜速度の制御性を向上させることができる。この際、蒸気分子を連行するといっても、真空チャンバ1内では、蒸気分子がガス導出口8から基板3へ直進的に運動するのを支援するだけで十分であるから、LPOVPD法に比べて高い真空度下で成膜することができ、膜質が向上する。
Thus, since the
また、通常の真空蒸着法では、周壁径縮小部20aを設けると、開口面積の減少によって蒸着源5から基板3へ到着する蒸気分子数が直ちに減少し、成膜速度の低下を招く。しかし、本実施の形態では、蒸気分子は、ガス導入部11とガス導出口8との間の空間でガスの流れ10に取り込まれ、真空チャンバ1内へ押し出されるので、成膜速度はガス流量によって制御可能であり、周壁径縮小部20aを設けても、直ちに成膜速度の低下を招くことはない。
Further, in the normal vacuum vapor deposition method, when the peripheral wall
本実施の形態によれば、ガスの流れ10と周壁突出部分20とを併用することによって蒸気分子の飛行方向を基板3の方向へ導くので、蒸着原料の利用効率と成膜速度を高く保ちながら基板3と蒸着源5との距離を十分にとり、蒸着膜を均一な膜厚で形成することができる。また、真空チャンバ1内に蒸着物質が付着し、堆積することを最小限に抑え、真空チャンバ1内の汚染を最小限にすることにより、高純度の蒸着膜を形成することができる。
According to the present embodiment, by using the
特許文献1のホットウオール法のように、蒸気分子の飛行方向の規制をホットウオールのみで行おうとすると、基板3の近辺までホットウオールを設けることが必要になり、基板3の上の蒸着膜がホットウオールからの輻射熱の影響を受けやすいという新たな問題を生じる。本実施の形態によれば、ガスの流れ10を併用することによって、基板3の近傍にホットウオールを設ける必要がなくなり、ホットウオールからの輻射熱によって蒸着膜が加熱される心配がない。従って、容易に蒸着膜を蒸着材料の融点以下の温度に保って結晶化を防ぎ、滑らかな表面性を有するアモルファス化有機化合物膜を形成することができる。
As in the hot wall method of
ガスの流れ10を蒸気分子を連行する輸送媒体としてのみ用いるのであれば、ガス15として不活性ガスを供給する。この不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノンなどを挙げることができるが、これらに限定されることなく、蒸着膜の形成に用いられる蒸着物質5aに対して不活性で安定な物質であればよい。なお、ガス流10の温度は、蒸着物質の蒸気分子が気相で凝縮しない程度の高温に保つものとする。
If the
また、ガス15に蒸着膜の構成成分を含ませておけば、蒸着物質5aと、このガスからの構成成分とからなる多成分共蒸着膜を容易に形成することができる。この際、ガス流量を調節することによって成分比を精密に制御することができる。このようなガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノン等の不活性ガス、あるいは前記蒸着膜の形成に用いられる蒸着材料に対して不活性で安定なガスと、有機EL素子のホスト材料であるトリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq3) 等もしくはゲスト材料であるクマリン等の蒸発成分との混合ガスなどを挙げることができる。
In addition, if the
また、ガス15として、不活性ガスと、蒸着膜を形成する成分を含有するガスとを交互に切り替えて供給し、単成分蒸着膜と多成分共蒸着膜とを交互に成膜することもできる。
Further, as the
図2と図3は、本実施の形態に基づく、蒸着源とその周辺装置の他の例を示す断面図(a)および平面図(b)である。 2 and 3 are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing another example of the vapor deposition source and its peripheral device based on the present embodiment.
図2に示す例2の蒸着源は、図1に示した例1の蒸着源5の周壁径縮小部20aの先に筒状部20bを設けた例である。ガス導出口8に筒状部20bを設けると、ガスの流れ10を筒状部20bの内壁面に沿う方向に方向づけることができるから、この筒状部20bの向きを基板3に向かうようにしておけば、ガス流10の向きを蒸着源5から基板3に向かうように方向づけることができ、蒸着物質5aの利用効率を高めて成膜速度を向上させ、且つ、真空チャンバ1内の汚染を抑えることができる。
The vapor deposition source of Example 2 shown in FIG. 2 is an example in which a cylindrical portion 20b is provided at the tip of the peripheral wall
図3(1)に示す例3の蒸着源は、例1の蒸着源5の下方にガス15のバッファー空間16を設け、このバッファー空間16にガス15を一旦貯留し、このバッファー空間16から蒸着源5へガス15を供給するようにした例である。バッファー空間16を設けることにより、乱れの少ない安定したガス15の流れを供給することができる。図3(2)に示す例4の蒸着源は、例2の筒状部20bを有する蒸着源5の下方にガス15のバッファー空間16を設けた例であり、この場合のバッファー空間16の効果も上記と同じである。
In the vapor deposition source of Example 3 shown in FIG. 3 (1), a
これらの蒸着源は、図1に示したものと同様の蒸着装置に固定して用いられるが、バッファー空間16が設けられる場合には、蒸着源加熱手段は、蒸着源の下部または側部に設けられる。
These vapor deposition sources are used by being fixed to a vapor deposition apparatus similar to that shown in FIG. 1, but when the
実施の形態2
図4(1)は、本発明の実施の形態2に基づく例5の蒸着源25とその周辺装置を示す断面図(a)と平面図(b)とである。
FIG. 4A is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing the
例5の装置では、蒸着源25の外周囲を囲む外壁17および上蓋18が設けられ、蒸着源25と外壁17と上蓋18とで囲まれる空間領域にガス15の導入部21が形成されている。ガスの流路22は、ガス導入部21から蒸着源25の周辺部を経て蒸着源25の上方中心部へ向かい、上蓋18の中心部に設けられた導出口8Bから真空チャンバ1内へ入るように形成されている。この構造によれば、ガス導入部21からガス導出口8Bまでの間に、蒸着物質5aの表面に沿って流れ、蒸着物質5aの表面から放出された蒸気分子を効率よく取り込んで連行するガスの流れを、簡易な構成によって形成することができる。図4の装置では、ガスの導入部21に対してガスの供給部23が1箇所設けられているが、後述するように複数箇所にガスの供給部を設けてもよい。
In the apparatus of Example 5, the
外壁17と上蓋18は、図示を省略するヒータと、測温手段と、この測温手段からの信号に応じて基板加熱用ヒータに供給する電力を調節するコントローラおよび電源とによって所定の温度に保たれているので、蒸着物質5aが付着して堆積することはない。従って、外壁17と上蓋18も、蒸着源25に連接された周壁突出部分20と同様に、蒸気分子を基板3の方向へ導くホットウオールの一部とみなすこともできる。
The
但し、この上蓋18が基板3に所定の距離よりも近づいて配置されることはなく、上蓋18あるいは外壁17からの輻射熱によって、基板3上に形成された蒸着膜が融点以上に加熱されて結晶化するなどの悪影響を防止することができる。
However, the
図4(1)に示した例5の蒸着源25とその周辺装置は、図1に示したものと同様の真空チャンバ1内に固定して用いられる。以下、蒸着源25とその周辺装置を用いて蒸着膜を形成する工程およびその特徴について、実施の形態1との相違点に重点を置いて説明する。
The
まず、基板3および蒸着物質5aを所定の位置に配置した後、真空チャンバ1内を所定の真空度まで排気する。このとき、シャッタ7は仮想線の位置に置き、閉じておく。
First, after the
次に、基板支持体4の基板加熱用ヒータや、蒸着源加熱手段6の蒸着源加熱用ヒータなどの各ヒータに通電し、基板3、蒸着源25、周壁突出部分20および外壁17と上蓋18を、それぞれ所定の温度に加熱する。
Next, each heater is energized, such as a substrate heating heater of the
次に、基板3、蒸着源25、周壁突出部分20および外壁17と上蓋18の温度が所定の温度に達したら、シャッタ7を開き、蒸着物質5aの蒸気を基板3の上に堆積させる。このとき、ガス導入部21にガス供給管l4からガス15を供給する。
Next, when the temperature of the
ガス導入部21に導入されたガス15は、ガス導入部21からガス導出口8Bまで流れる間に、蒸着物質5aの表面から放出された蒸気分子を取り込む。ガス導出口8Bから流れ出た後は、真空チャンバ1内の圧力差に従って、ガス導出口8Bから基板3の方向へ直進するガスの流れ10を形成し、蒸気分子を効率よく基板3の上へ連行する。この際、蒸着源25におけるガスの流路22が蒸着物質5aの表面に沿うように形成されているので、蒸着物質5aの表面から放出された蒸気分子を取り込む効率が、実施の形態1の装置に比べて高い利点がある。
While the
また、水平方向のガスの流れによって蒸気分子の取り込みが行われているので、上下方向のガスの流れ(図1のガス導入部11とガス導出口8との間のガスの流れ)において蒸気分子の取り込みが行われる実施の形態1に比べ、上下方向の高さを縮小することができ、全体をコンパクト化することができる。
Further, since the vapor molecules are taken in by the horizontal gas flow, the vapor molecules in the vertical gas flow (the gas flow between the
また、蒸着源25においてガス15が蒸気分子と混合せずに素通りしてしまう心配がないので、ガス導出口8Bの開口部の直径を、ガス流量を確保するのに必要な限界まで縮小することができる。このため、流速の大きいガス流10を真空チャンバ1内に形成することができ、蒸気分子を基板3まで連行する効率を高めることができる。
In addition, since there is no fear that the
本実施の形態は、その他、実施の形態1と同様の特徴を有する。即ち、ガスの流れ10および外壁17や上蓋18や周壁突出部分20を併用することによって蒸気分子の飛行方向を基板3の方向へ導くので、蒸着原料の利用効率と成膜速度を高く保ちながら基板3と蒸着源25との距離を十分にとり、蒸着膜を均一な膜厚で形成することができる。また、真空チャンバ1内に蒸着物質5aが付着し、堆積することを最小限に抑え、真空チャンバ1内の汚染を最小限にすることにより、高純度の蒸着膜を形成することができる。
The present embodiment has other features similar to those of the first embodiment. That is, by using the
また、基板3の近傍にホットウオールを設ける必要がなくなり、ホットウオールからの輻射熱によって蒸着膜が加熱される心配がなく、基板温度を蒸着材料の融点以下の温度に保って結晶化を防ぎ、滑らかな表面性を有するアモルファス化有機化合物膜を形成することができる。
Further, there is no need to provide a hot wall in the vicinity of the
また、ガス15に蒸着膜の構成成分を含ませておけば、容易に多成分共蒸着膜を形成することもできる。この際、ガス流量を調節することによって成分比を精密に制御することができる。このようなガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノン等の不活性ガス、あるいは前記蒸着膜の形成に用いられる蒸着材料に対して不活性で安定なガスと、有機EL素子のホスト材料であるトリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq3) 等もしくはゲスト材料であるクマリン等の蒸発成分との混合ガスなどを挙げることができる。また、ガス15として、不活性ガスと、蒸着膜を形成する成分を含有するガスとを交互に切り替えて供給し、単成分蒸着膜と多成分共蒸着膜とを交互に成膜することもできる。
Moreover, if the component of a vapor deposition film is included in the
図4(2)は、本実施の形態に基づく、蒸着源とその周辺装置の他の例(例6)を示す断面図(a)および平面図(b)である。 FIG. 4B is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing another example (Example 6) of the vapor deposition source and its peripheral device based on the present embodiment.
例6の装置は、図4(1)に示した例5の装置の導出口8Bの下部に、筒状部19を設けた例である。ガス導出口8Bの下部に筒状部19を設けると、ガスの流れを筒状部19の内壁面に沿う方向に方向づけることができるから、筒状部19の向きを基板3に向かうように固定しておけば、ガス流10の向きを蒸着源25から基板3に向かうように方向づけることができ、蒸着物質5aの利用効率を高め、真空チャンバ1内の汚染を抑えることができる。筒状部19の向きは、同図のように下方に設けてもよいし、図示は省略したが、上方あるいは上下両方向に設けてもよい(下記の例7〜10も同様である。)。
The apparatus of Example 6 is an example in which a
なお、下方に設けた筒状部19には、蒸着物質5aの表面付近を流れずに流出してしまうガスの流れを抑え、流出ガスに含まれる蒸気分子の濃度の均一性を高める効果もある。
The
図5と図6とは、本実施の形態に基づく、蒸着源とその周辺装置のその他の例を示す断面図(a)および平面図(b)である。 5 and 6 are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing another example of the vapor deposition source and its peripheral device based on the present embodiment.
図5(1)に示す例7の装置は、例6の装置において、筒状部19に対向する位置の蒸着容器25bの底部を隆起させ、筒状部19と隆起部26とによって挟まれた空隙をガスが流れるように流路を形成した例である。例6の装置では、筒状部19と蒸着物質5aの表面とによって挟まれた空隙をガスが流れるので、空隙の大きさが蒸着物質5aの量に依存し、ガスが空隙から受ける抵抗が蒸着物質5aの量によって変化する。それに対し、例7の装置では、空隙の大きさが蒸着物質5aの量に依存しないので、ガスが空隙から受ける抵抗が一定であり、ガス流量が蒸着物質5aの量の影響を受けないという利点がある。
The apparatus of Example 7 shown in FIG. 5 (1) is the apparatus of Example 6, in which the bottom of the vapor deposition container 25b at a position facing the
図5(2)に示す例8の装置は、例7の装置に、蒸着源25の中心部を下部から上部へ貫くガスの流路12を付加したものである。この構造によれば、蒸着物質5aの蒸気分子の流量を変えることなく、ガス流量を増加させることができ、真空チャンバ1内に強いガス流10を形成し、蒸着物質5aの利用効率を高め、真空チャンバ1内の汚染を抑えることができる。
The apparatus of Example 8 shown in FIG. 5B is obtained by adding a
図6(1)に示す例9の装置は、例8の装置と同様に蒸着源25の中心部を下部から上部へ貫くガスの流路12が付加されているが、流路12を流れるガス15Bが、流路22を流れるガス15とは別のガス供給管14から供給されるように構成されている。この構造によれば、流路12を流れるガス15Bの流量を、流路22を流れるガス15の流量とは独立に調節することができ、ガス導出口8Bから流出するガスに含まれる蒸気分子の流量や濃度を所望の値に制御することができる。
The apparatus of Example 9 shown in FIG. 6 (1) has a
また、流路12を流れるガス15Bと、流路22を流れるガス15とを別種のガスとすることもでき、例えば、一方のガスを蒸着膜の構成成分を含むガスにして、多成分共蒸着膜を形成することもできる。この際、ガス15とガス15Bとのガス流量を調節することによって、多成分共蒸着膜の成分比を精密に制御することができる。
Further, the
図6(2)に示す例10の装置は、例8の装置の蒸着源25の下方にガス15のバッファー空間27を設け、このバッファー空間27にガス15を一旦貯留し、このバッファー空間27から蒸着源25へガス15を供給するようにした例である。バッファー空間27を設けることにより、乱れの少ない安定したガス15の流れを蒸着源25に供給することができる。
In the apparatus of Example 10 shown in FIG. 6 (2), a
図7は、本実施の形態に基づく、ガス供給部13の他の形状を示す断面図(a)および平面図(b)である。
FIG. 7 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing another shape of the
図7(1)は、ガス導入部21に2箇所のガス供給部23を設けた例である。円周方向に関して均一なガス流を蒸着源25に供給するためには、この例のように、2つ、若しくはもっと多数のガス供給部23を等間隔にガス導入部21に配設するのがよいと考えられる。しかし、あまりに多くしても、構造が複雑になるほどにはその効果が上がらない。
FIG. 7 (1) is an example in which two
そこで、図7(2)と(3)は、供給部23を多数箇所に設ける代わりに、ガス供給管24の形状を、多数の孔(開口部)28を有する多孔状(図7(2))、又は連続的な細幅のスリット状の開口部29を有する形状(図7(3))にしたものである。
7 (2) and 7 (3), instead of providing the
実施の形態3
図8は、本発明の実施の形態3に基づく例11の蒸着源とその周辺装置を示す断面図(a)と平面図(b)とである。
FIG. 8: is sectional drawing (a) and the top view (b) which show the vapor deposition source of Example 11 based on
例11の装置では、図1に示した例1の蒸着源5とその周辺装置の周囲に、第2のガス35の導入部31が設けられている。ガス導入部31は、蒸着源5と、蒸着源5の周囲に設けられたガイド32とによって挟まれた領域に形成されている。この構造によれば、ガスの流れ10を側面で取り囲む第2のガスの流れ36を、簡易な構成によって形成することができる。図8の装置では、このガスの導入部31に対してガスの供給部33が1箇所設けられている。
In the apparatus of Example 11, the
図8に示した例11の装置は、図1に示したものと同様の真空チャンバ1内に固定して用いられる。以下、例11の装置を用いて蒸着膜を形成する工程およびその特徴について、実施の形態1との相違点に重点を置いて説明する。
The apparatus of Example 11 shown in FIG. 8 is used by being fixed in a
まず、基板3および蒸着物質5aを所定の位置に配置した後、真空チャンバ1内を所定の真空度まで排気する。このとき、シャッタ7は仮想線の位置に置き、閉じておく。
First, after the
次に、基板支持体4の基板加熱用ヒータや、蒸着源加熱手段6の蒸着源加熱用ヒータなどの各ヒータに通電し、基板3、蒸着源5および周壁突出部分20を、それぞれ所定の温度に加熱する。
Next, each heater is energized, such as a heater for heating the substrate of the
次に、基板3、蒸着源5および周壁突出部分20の温度が所定の温度に達したら、シャッタ7を開き、蒸着物質5aの蒸気を基板3の上に堆積させる。このとき、このとき、ガス導入部11にガス供給管l4からガス15を供給するとともに、蒸着源5と、蒸着源5の周囲に設けられたガイド32とによって挟まれたガス導入部31に、ガス供給管34から第2のガス35を供給する。
Next, when the temperature of the
実施の形態1において前述したように、ガス導入部11に導入されたガス15は、ガス導入部11からガス導出口8まで流れる間に、蒸着物質5aの表面から放出された蒸気分子を取り込み、ガス導出口8から流れ出た後は、真空チャンバ1内の圧力差に従って、ガス導出口8から基板3の方向へ直進するガスの流れ10を形成し、蒸気分子を効率よく基板3の上へ連行する。
As described above in the first embodiment, the
一方、ガス導入部31に導入された第2のガスは、真空チャンバ1内の圧力差に従って、蒸着源5の周囲から基板3の方向へ向かう第2のガスの流れ36を形成する。この際、第2のガスの流れ36は、ガス導入部31を挟んでいる2つの壁面、蒸着源5の周壁突出部分20の外壁とガイド32の内壁面に沿う方向に方向づけられる。従って、例えば、図8に示すようにこれらの面が図の上下方向に形成されている場合には、第2のガスの流れ36も、矢印で示したようにまっすぐ上方に向かう流れになり、ガスの流れ10を側面で取り囲むように形成される。
On the other hand, the second gas introduced into the
実施の形態1において前述したと同様に、蒸着源5から放出された蒸着物質の蒸気分子の移動方向9は、主として、周壁突出部分20の内壁およびガスの流れ10によって基板3の方へ向かうように規制される。即ち、蒸着源5の内部では、基板3の方向以外の方向へ向かう蒸気分子の運動は、周壁突出部分20の内壁によって反射され、基板3の方へ向かうように規制される。そして、蒸気分子は、ガス導入部11とガス導出口8との間の空間でガスの流れ10に取り込まれ、ガス導出口8から真空チャンバ1内へ押し出され、真空チャンバ1内に流れ出た後は、基板3の方向へ直進するガスの流れ10に連行されて効率よく基板3上へ運ばれる。
As described above in the first embodiment, the
しかしながら、ガスの流れ10は、図8に矢印で示したようにまっすぐ上方に向かう流れである場合でも、実際には図の左右方向にも広がりながら流れるので、蒸着物質の蒸気分子も左右方向にも広がりながら流れるものと考えられる。この左右方向にも広がろうとする蒸気分子の流れ37は、基板3の上に均一な蒸着膜を形成する上で好ましいものであるが、それが過剰になると蒸着物質5aの損失が大きくなり、蒸着物質5aの利用効率の低下と、真空チャンバ1の汚染による膜質の低下を招くことになる。
However, even when the
本実施の形態では、ガスの流れ10を側面で取り囲むように第2のガスの流れ36が形成されているので、過剰に左右方向に広がり、基板3への方向をはずれようとする蒸気分子の流れ37は、基板3の方へ向かうように規制される。即ち、第2のガス流36は、基板3の方向以外の方向へ進もうとする蒸気分子の運動を分子衝突によって阻止し、基板3の方向へ向かわせるガスによる壁(バリアおよびガイド)として機能する。
In the present embodiment, since the
このように、本実施の形態では、蒸着物質の蒸気分子の移動9は、ガスの流れ10と第2のガスの流れ36とによって二重に制御されているので、蒸着原料の利用効率と成膜速度を高く保ちながら基板3と蒸着源5との距離を十分にとり、蒸着膜を均一な膜厚で形成することができる。また、真空チャンバ1内に蒸着物質が付着し、堆積することを最小限に抑え、真空チャンバ1内の汚染を最小限にすることにより、高純度の蒸着膜を形成することができる。また、それぞれのガス流量を調節することにより、膜厚分布の均一性や成膜速度の制御性をさらに向上させることができる。
As described above, in this embodiment, the
また、第2のガス流36を併用することにより、ガス流10単独の場合に比べ、より高い真空度下で成膜することが可能になり、膜質が向上する。例えば、第2のガスの流れ36が壁として機能するためには、第2のガスの流れ36が蒸気分子を素通りさせず、分子衝突によって反射できるように、第2のガスの流れ36における平均自由工程が数cm以下であればよい。これに相当する真空度は、10-1Pa程度であるから、LPOVPD法に比べて高い真空度下で成膜することができる。
Further, by using the
その他、本実施の形態が実施の形態1と同様の特徴を有することは、言うまでもない。即ち、基板3の近傍にホットウオールを設ける必要がなくなり、ホットウオールからの輻射熱によって蒸着膜が加熱される心配がなく、基板温度を蒸着材料の融点以下の温度に保って結晶化を防ぎ、滑らかな表面性を有するアモルファス化有機化合物膜を形成することができる。
In addition, it goes without saying that the present embodiment has the same characteristics as those of the first embodiment. That is, there is no need to provide a hot wall in the vicinity of the
また、ガス15に蒸着膜の構成成分を含ませておけば、容易に多成分共蒸着膜を形成することもできる。この際、ガス流量を調節することによって成分比を精密に制御することができる。このようなガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノン等の不活性ガス、あるいは前記蒸着膜の形成に用いられる蒸着材料に対して不活性で安定なガスと、有機EL素子のホスト材料であるトリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq3) 等もしくはゲスト材料であるクマリン等の蒸発成分との混合ガスなどを挙げることができる。また、ガス15として、不活性ガスと、蒸着膜を形成する成分を含有するガスとを交互に切り替えて供給し、単成分蒸着膜と多成分共蒸着膜とを交互に成膜することもできる。
Moreover, if the component of a vapor deposition film is included in the
第2のガス流36をガス35による壁としてだけ用いるのであれば、ガス35として不活性ガスを供給する。この不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノンなどを挙げることができるが、これらに限定されることなく、蒸着膜の形成に用いられる蒸着物質5aに対して不活性で安定な物質であればよい。例えば、分子の直径が大きく、分子の質量が大きいほど、壁としての効果が高いから、使用可能であれば、テトラフルオロメタンや四塩化炭素などは不活性ガスとして好適である。
If the
また、ガス35に蒸着膜の構成成分を含ませておけば、容易に多成分共蒸着膜を形成することもできる。この際、ガス流量を調節することによって成分比を精密に制御することができる。このようなガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノン等の不活性ガス、あるいは前記蒸着膜の形成に用いられる蒸着材料に対して不活性で安定なガスと、有機EL素子のホスト材料であるトリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq3) 等もしくはゲスト材料であるクマリン等の蒸発成分との混合ガスなどを挙げることができる。また、ガス35として、不活性ガスと、蒸着膜を形成する成分を含有するガスとを交互に切り替えて供給し、単成分蒸着膜と多成分共蒸着膜とを交互に成膜することもできる。
In addition, if the
蒸着源の周囲に設ける第2のガスの導入部31は、図8に示すように、蒸着源5と、この蒸着源の周囲に設けられたガイド32とによって挟まれた領域に形成するのがよい。この構造によれば、ガスの流れ10を取り囲む第2のガスの流れ36を、簡易な構成によって形成することができる。
As shown in FIG. 8, the second
第2のガスの導入部31に第2のガスの供給部33を設ける方法としては、図8に示す第2のガスの導入部33を1箇所設ける方法の他に、実施の形態2においてガス導入部21にガス15を導入する方法として示した種々の変形例を適用することができる。図7(1)に示したと同様に、ガス導入部31に2箇所以上の箇所にガス供給部を設けたり、図7(2)と(3)に示したと同様に、供給部33を多数箇所に設ける代わりに、ガス供給管34の形状を、多数の孔(開口部)を有する多孔状、又は連続的な細幅のスリット状の開口部を有する形状にしたりするなどである。
As a method of providing the second
また、蒸着源の下部に設けられたバッファー空間に第2のガスが供給され、このバッファー空間から蒸着源の周壁に沿って第2のガスが導出されるのもよい。バッファー空間を設けることにより、乱れの少ない安定した第2のガスの流れを形成することができる。 Alternatively, the second gas may be supplied to a buffer space provided below the vapor deposition source, and the second gas may be led out from the buffer space along the peripheral wall of the vapor deposition source. By providing the buffer space, it is possible to form a stable second gas flow with less turbulence.
図9〜11は、本実施の形態に基づく、蒸着源とその周辺装置の他の例を示す断面図(a)および平面図(b)である。 9 to 11 are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing another example of the vapor deposition source and its peripheral device based on the present embodiment.
図9〜11に示した例12〜14は、実施の形態1の例2〜4の蒸着源に対し、本実施の形態の特徴である第2のガス流を形成する手段を付加したものである。従って、例12〜14の装置は、例11の装置と同様、前述した第2のガス流を併用する特徴を有するとともに、例2〜4の各装置が有する特徴も有している。 Examples 11 to 14 shown in FIGS. 9 to 11 are obtained by adding a means for forming a second gas flow, which is a feature of the present embodiment, to the vapor deposition sources of Examples 2 to 4 of the first embodiment. is there. Accordingly, the devices of Examples 12 to 14 have the characteristics of using the second gas flow described above in combination with the devices of Examples 2 to 4 as well as the devices of Example 11.
即ち、図9に示す例12の装置は、ガス導出口8に筒状部20bを有するので、ガス流10の向きを蒸着源5から基板3に向かうように方向づけることができ、蒸着物質5aの利用効率を高めて成膜速度を向上させ、且つ、真空チャンバ1内の汚染を抑えることができる。
That is, since the apparatus of Example 12 shown in FIG. 9 has the cylindrical portion 20b at the gas outlet 8, the direction of the
また、図10に示す例13の装置は、バッファー空間16を有するので、乱れの少ない安定したガス15の流れを供給することができる。また、図11に示す例14の装置は、筒状部20bとバッファー空間16とを有するので、両方の特徴を有している。
Further, since the apparatus of Example 13 shown in FIG. 10 has the
実施の形態4
図12〜14は、本実施の形態に基づく、蒸着源とその周辺装置の他の例を示す断面図(a)および平面図(b)である。
12 to 14 are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing another example of the vapor deposition source and its peripheral devices based on the present embodiment.
図12〜14に示した例15〜20は、実施の形態3で用いられた例1の蒸着源とその周辺装置の代わりに、実施の形態2で説明した例5〜10の蒸着源とその周辺装置を用い、それに第2のガス流を形成する手段を付加したものである。これらの装置は、図1に示したものと同様の真空チャンバ1内に固定して、蒸着膜の形成に用いられる。
In Examples 15 to 20 shown in FIGS. 12 to 14, instead of the evaporation source of Example 1 and its peripheral devices used in
この際、実施の形態3で既述したように、ガスの流れ10を側面で取り囲むように第2のガスの流れ36が形成されるので、過剰に左右方向に広がり、基板3への方向をはずれようとする蒸気分子の流れ37は、基板3の方へ向かうように規制される。即ち、第2のガス流36は、基板3の方向以外の方向へ進もうとする蒸気分子の運動を分子衝突によって阻止し、基板3の方向へ向かわせるガスによる壁(バリアおよびガイド)として機能する。
At this time, as already described in the third embodiment, the
このように、本実施の形態でも実施の形態3と同様に、蒸着物質の蒸気分子の移動9は、ガスの流れ10と第2のガスの流れ36とによって二重に制御されているので、蒸着原料の利用効率と成膜速度を高く保ちながら基板3と蒸着源5との距離を十分にとり、蒸着膜を均一な膜厚で形成することができる。また、真空チャンバ1内に蒸着物質が付着し、堆積することを最小限に抑え、真空チャンバ1内の汚染を最小限にすることにより、高純度の蒸着膜を形成することができる。また、それぞれのガス流量を調節することにより、膜厚分布の均一性や成膜速度の制御性をさらに向上させることができる。
Thus, in this embodiment as well, as in the third embodiment, the
また、第2のガス流36を併用することにより、ガス流10単独の場合に比べ、より高い真空度下で成膜することが可能になり、膜質が向上する。例えば、第2のガスの流れ36が壁として機能するためには、第2のガスの流れ36が蒸気分子を素通りさせず、分子衝突によって反射できるように、第2のガスの流れ36における平均自由工程が数cm以下であればよい。これに相当する真空度は、10-1Pa程度であるから、LPOVPD法に比べて高い真空度下で成膜することができる。
Further, by using the
更に、例15〜20の装置は、例5〜10の蒸着源とその周辺装置を用いることによる特徴も有している。 Furthermore, the apparatus of Examples 15-20 has the characteristics by using the vapor deposition source of Examples 5-10, and its peripheral device.
即ち、例15の装置では、蒸着物質5aの表面から放出された蒸気分子を取り込む効率が、例1の装置に比べて高い利点がある。また、上下方向の高さを縮小することができ、全体をコンパクト化することができる。また、ガス導出口8Bの開口部の直径を、ガス流量を確保するのに必要な限界まで縮小することができ、流速の大きいガス流10を真空チャンバ1内に形成でき、蒸気分子を基板3まで連行する効率を高めることができる。
That is, the apparatus of Example 15 has an advantage that the efficiency of taking in vapor molecules released from the surface of the
例16の装置では、例15の装置の特徴に加えて、導出口8Bの下部に筒状部19が設けられているので、ガス流10の向きを蒸着源25から基板3に向かうように方向づけることができ、蒸着物質5aの利用効率を高め、真空チャンバ1内の汚染を抑えることができる。筒状部19の向きは、上方あるいは上下両方向に設けてもよい(例17〜20も同様。)。また、蒸着物質5aの表面付近を流れずに流出してしまうガスの流れを抑え、流出するガスに含まれる蒸気分子の濃度の均一性を高める効果もある。
In the apparatus of Example 16, in addition to the characteristics of the apparatus of Example 15, the
例17の装置では、例16の装置の特徴に加えて、筒状部19と、蒸着容器25bの底部隆起部26とによって挟まれた空隙をガスが流れるので、例16の装置ガス流量が蒸着物質5aの量の影響を受けないという利点がある。
In the apparatus of Example 17, in addition to the characteristics of the apparatus of Example 16, gas flows through the gap sandwiched between the
例18の装置では、例17の装置の特徴に加えて、蒸着源25の中心部を下部から上部へ貫くガスの流路12によって、蒸着物質5aの蒸気分子の流量を変えることなく、ガス流量を増加させることができ、真空チャンバ1内に強いガス流10を形成し、蒸着物質5aの利用効率を高め、真空チャンバ1内の汚染を抑えることができる。
In the apparatus of Example 18, in addition to the characteristics of the apparatus of Example 17, the
例19の装置では、例18の装置の特徴に加えて、流路12を流れるガス15Bが、流路22を流れるガス15とは別のガス供給管14から供給され、流路12を流れるガス15Bの流量を、流路22を流れるガス15の流量とは独立に調節することができ、ガス導出口8Bから流出するガスに含まれる蒸気分子の流量や濃度を所望の値に制御することができる。また、流路12を流れるガス15Bと、流路22を流れるガス15とを別種のガスとすることもでき、例えば、一方のガスを蒸着膜の構成成分を含むガスにして、多成分共蒸着膜を形成することもできる。
In the apparatus of Example 19, in addition to the characteristics of the apparatus of Example 18, the
例20の装置では、例18の装置の特徴に加えて、蒸着源25の下方にガス15のバッファー空間27が設けられているので、乱れの少ない安定したガス15の流れを蒸着源25に供給することができる。
In the apparatus of Example 20, in addition to the characteristics of the apparatus of Example 18, since the
実施の形態5
図15は、本実施の形態に基づく例21の蒸着源とその周辺装置を示す断面図(a)および平面図(b)である。
FIG. 15 is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a vapor deposition source and its peripheral device of Example 21 based on the present embodiment.
例21の装置は、実施の形態2で用いられた例8の装置から上蓋18を除いたものである。この装置も、図1に示したものと同様の真空チャンバ1内に固定して、蒸着膜の形成に用いられる。
The apparatus of Example 21 is obtained by removing the
この際、上蓋18が除かれているため、ガス導入部21に導入されるガス15は、真空チャンバ1内の圧力差に従って、蒸着源25の中心部を下部から上部へ貫通して基板3の方向へ向かう中心部のガスの流れ38と、ガス導入部21から基板3の方向へ向かう周辺部のガスの流れ39とを形成する。中心部のガスの流れ38は、ガスの流路12を取り囲む壁面によって、周辺部のガスの流れ39は、ガス導入部21を挟んでいる2つの壁面、蒸着源5の周壁突出部分20の外壁面と外壁17の内壁面とによって、それぞれ基板3へ向かうように方向づけられる。
At this time, since the
蒸着源25では、容器25bの内と外の周壁がいずれも突出して形成されており、これらの周壁突出部分20は、基板3以外の方向へ飛行しようとする蒸着材料5aの蒸気分子を反射して基板3の方向へ向かわせるバリアあるいはガイド(ホットウオール)として機能する。
In the
周壁突出部分20のない空間領域では、左右方向に広がり、基板3への方向をはずれようとする蒸気分子の流れ37は、ガスの流れ38または39によって基板3の方向へ連行されるか、あるいは分子の飛行方向が基板3の方へ向かうように規制される。
In a spatial region without the peripheral
このように、蒸着物質の蒸気分子の移動9は、ガスの流れ38および39によって制御されているので、ガス流量を調節することにより、膜厚分布の均一性や成膜速度の制御性を向上させることができる。この際、蒸気分子を連行するか、あるいは蒸気分子の飛行方向を基板3の方へ向かうように規制するといっても、真空チャンバ1内では、蒸気分子が蒸着源25から基板3へ直進的に運動するのを支援するだけで十分であるから、LPOVPD法に比べて高い真空度下で成膜することができ、膜質が向上する。
As described above, the
本実施の形態によれば、ガスの流れ38および39と周壁突出部分20とを併用することによって蒸気分子の飛行方向を基板3の方向へ導くので、蒸着原料の利用効率と成膜速度を高く保ちながら基板3と蒸着源5との距離を十分にとり、蒸着膜を均一な膜厚で形成することができる。また、真空チャンバ1内に蒸着物質が付着し、堆積することを最小限に抑え、真空チャンバ1内の汚染を最小限にすることにより、高純度の蒸着膜を形成することができる。
According to the present embodiment, by using the gas flows 38 and 39 and the peripheral
また、本実施の形態では、ガスの流れ38および39を併用することによって、基板3の近傍にホットウオールを設ける必要がなくなり、ホットウオールからの輻射熱によって蒸着膜が加熱される心配がない。従って、容易に蒸着膜を蒸着材料の融点以下の温度に保って結晶化を防ぎ、滑らかな表面性を有するアモルファス化有機化合物膜を形成することができる。
Further, in the present embodiment, by using the gas flows 38 and 39 in combination, it is not necessary to provide a hot wall in the vicinity of the
ガスの流れ38および39を蒸気分子を連行またはその飛行方向を規制することのみに用いるのであれば、ガス15として不活性ガスを供給する。この不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノンなどを挙げることができるが、これらに限定されることなく、蒸着膜の形成に用いられる蒸着物質5aに対して不活性で安定な物質であればよい。なお、ガスの流れ38および39の温度は、蒸着物質の蒸気分子が気相で凝縮しない程度の高温に保つものとする。
If the gas flows 38 and 39 are used only for entraining vapor molecules or regulating their flight direction, an inert gas is supplied as
また、ガス15に蒸着膜の構成成分を含ませておけば、蒸着物質5aと、このガスからの構成成分とからなる多成分共蒸着膜を容易に形成することができる。この際、ガス流量を調節することによって成分比を精密に制御することができる。このようなガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、クリプトンおよびキセノン等の不活性ガス、あるいは前記蒸着膜の形成に用いられる蒸着材料に対して不活性で安定なガスと、有機EL素子のホスト材料であるトリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq3) 等もしくはゲスト材料であるクマリン等の蒸発成分との混合ガスなどを挙げることができる。
In addition, if the
また、ガス15として、不活性ガスと、蒸着膜を形成する成分を含有するガスとを交互に切り替えて供給し、単成分蒸着膜と多成分共蒸着膜とを交互に成膜することもできる。
Further, as the
図15(2)と図16は、本実施の形態に基づく、蒸着源とその周辺装置の他の例を示す断面図(a)および平面図(b)である。 FIGS. 15 (2) and 16 are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing another example of the vapor deposition source and its peripheral devices based on the present embodiment.
図15(2)に示す例22の装置は、例9の装置と同様に、中心部の流路12を流れるガス15Bが、ガス導入部21に導入されるガス15とは別のガス供給管14から供給されるように構成されている。この構造によれば、中心部のガスの流れ38の流量と、周辺部のガスの流れ39の流量とを独立に調節することができ、膜厚分布の均一性や成膜速度の制御性を向上させることができる。
The apparatus of Example 22 shown in FIG. 15 (2) is similar to the apparatus of Example 9 in that the
また、ガス15とガス15Bとを別種のガスとすることもでき、例えば、一方のガスを蒸着膜の構成成分を含むガスにして、多成分共蒸着膜を形成することもできる。この際、ガス15とガス15Bとのガス流量を調節することによって、多成分共蒸着膜の成分比を精密に制御することができる。
Further, the
図16に示す例23の装置は、例21の装置の蒸着源25の下方にガス15のバッファー空間27を設け、このバッファー空間27にガス15を一旦貯留し、このバッファー空間27から蒸着源25へガス15を供給するようにした例である。バッファー空間27を設けることにより、乱れの少ない安定したガス15の流れを供給することができる。
The apparatus of Example 23 shown in FIG. 16 is provided with a
実施の形態6
図17は、本発明の実施の形態6に基づく蒸着装置の構成を示す説明図である。図17に示す装置は、図1に示した実施の形態1の蒸着装置と比べて、2つの蒸着源45aと45b、およびガス導入部51aと51bを有する点のみが異なっている。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing the configuration of the vapor deposition apparatus based on
真空チャンバ41は、排気系42を備えた気密な中空容器で構成され、1×10-5Pa程度以上の高真空状態に排気できるように構成されている。蒸着膜を形成する基体である基板43の材料としては、ガラス、セラミックス、金属または樹脂など、用途に応じて任意のものを用いることができる。
The
基板支持体44は、真空チャンバ41の上部中央位置に配設されており、下面が平面形状に形成され、この面に基板43を保持するよう構成されている。基板支持体44には、基板43を所定温度に加熱及び/又は冷却するための基板加熱用ヒータや冷却装置が設けられており、チャンバ41には、基板43と基板支持体44の温度を測定する測温手段と、この測温手段からの信号に応じて基板加熱用ヒータに供給する電力を調節するコントローラおよび電源、及び/又は冷却用冷媒の温度や流量を調節するコントローラおよび電源と、基板支持体44をチャンバ41に固定する固定手段などが設けられている。
The substrate support 44 is disposed at the upper center position of the
基板43に対向して、真空チャンバ41の下部中央位置には、2つの蒸着源45aと45bとが置かれている。2つの蒸着源45aと45bとは、それぞれ、共蒸着する各蒸着物質とそれを収容する容器からなり、各蒸着源45aと45bとの下部には、各蒸着物質の温度をそれぞれ制御する蒸発源加熱手段46aおよび46bとが設けられている。蒸着源加熱手段46aおよび46bは、それぞれ、例えば抵抗加熱方式の蒸発源加熱用ヒータもしくは加熱用ランプ、各蒸着物質の温度を測定する測温手段、そしてこの測温手段からの信号に応じて蒸発源加熱用ヒータ等に供給する電力を調節するコントローラおよび電源などからなる。また、各蒸着源45aと45bの上部には、それぞれ、蒸着操作を制御するためのシャッタ47aと47bとが設けられている。
Opposite to the substrate 43, two vapor deposition sources 45a and 45b are placed at the lower center position of the
共蒸着される蒸着物質としては、特に限定されるものではないが、例えば、有機EL素子を形成する場合では、ホスト材料としてAlq3 などを、また、ゲスト材料としてクマリンなどを挙げることができる。 The vapor deposition material to be co-deposited is not particularly limited. For example, when an organic EL element is formed, Alq 3 or the like can be used as a host material, and coumarin or the like can be used as a guest material.
各蒸着源45aおよび45bには、それぞれ、ガス55の導入部51aと51bとが設けられている。ガス導入部51aは、ガスの流路が蒸着源45aの中心部を下部から上部へ貫くように形成されている。ガス導入部51bは、ガスの流路が蒸着源45bの中心部を下部から上部へ貫くように形成されている。
The vapor deposition sources 45a and 45b are respectively provided with
各蒸着源45aおよび45bを用いて蒸着材料の蒸気分子を基板43の上に堆積させる操作は実施の形態1に記載したのと同様である。蒸着源45aと45bは、それぞれ独立に制御され、共通の基板3に対し同時に蒸着が行われることで共蒸着膜が形成される。
The operation of depositing vapor molecules of the vapor deposition material on the substrate 43 using the respective vapor deposition sources 45a and 45b is the same as that described in the first embodiment. The vapor deposition sources 45a and 45b are independently controlled, and a common vapor deposition film is formed on the
図17に示した矢印は、蒸着物質の蒸気分子の移動方向49aと49b、およびその動きをそれぞれ規制するガスの流れ50aと50bとを示している。実際には、蒸気分子やガスは図の左右方向にも広がりながら基板43の方へ流れていくので、2つの蒸着源からの蒸着物質は基板43上で成分比が一定で、均一な膜厚の蒸着膜を形成できる。 The arrows shown in FIG. 17 indicate the movement directions 49a and 49b of the vapor molecules of the vapor deposition material, and the gas flows 50a and 50b that regulate the movement, respectively. Actually, vapor molecules and gas flow toward the substrate 43 while spreading in the horizontal direction in the figure, so that the vapor deposition materials from the two vapor deposition sources have a constant component ratio on the substrate 43 and a uniform film thickness. The deposited film can be formed.
蒸着源や基板の大きさは、特に限定されるものではないが、一例を挙げれば、蒸着源は、直径が20mm、高さが20mm程度の円筒形で、基板は、大きさが100mm×300mm程度の長方形である。蒸着源を2つ以上設ける場合には、蒸着源が1つの場合に比べ、より多くの成分の共蒸着が可能になる利点がある。例えば、2つの蒸着源と、蒸着膜を形成する成分を含有するガスとを併用すれば、3成分からなる共蒸着膜を制御よく形成することができる。この際、蒸着源同士が近すぎれば、その輻射熱による妨害が生じる可能性があるが、それは、2つの蒸着源の距離をある程度以上に保ったり、間に隔壁を設置したりすることで容易に解決することができる。 The size of the vapor deposition source and the substrate is not particularly limited. For example, the vapor deposition source is a cylinder having a diameter of about 20 mm and a height of about 20 mm, and the substrate has a size of 100 mm × 300 mm. It is about a rectangle. When two or more vapor deposition sources are provided, there is an advantage that more components can be co-deposited than when one vapor deposition source is provided. For example, if two vapor deposition sources and a gas containing a component for forming a vapor deposition film are used in combination, a co-deposition film composed of three components can be formed with good control. At this time, if the vapor deposition sources are too close to each other, there is a possibility that interference by the radiant heat may occur. Can be solved.
次に、図17に示した蒸着装置を用いて、例えばトリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq3 )をホスト材料とし、例えばクマリンをゲスト材料とする共蒸着膜を形成する工程について、さらに詳細に説明する。この蒸着膜は、有機EL素子に用いられ、Alq3 は電子輸送材料および発光材料として機能し、クマリンは発光材料として機能する。 Next, a step of forming a co-deposition film using, for example, tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum (III) (Alq 3 ) as a host material and, for example, coumarin as a guest material, using the vapor deposition apparatus shown in FIG. Will be described in more detail. This deposited film is used for an organic EL element, Alq 3 functions as an electron transport material and a light emitting material, and coumarin functions as a light emitting material.
まず、ガラスまたはプラスチックの基板43を基板支持体44に固定し、Alq3 を蒸着源45aに、クマリンを蒸着源45bに配置した後、真空チャンバ1内を1×10-5Pa以上の高真空状態にまで排気する。このとき、シャッタ47aおよび47bは閉じておく。
First, a glass or plastic substrate 43 is fixed to a substrate support 44, Alq 3 is disposed in a vapor deposition source 45a, and coumarin is disposed in a vapor deposition source 45b, and then the
次に、基板支持体44の基板加熱用ヒータや、蒸着源加熱手段46aおよび46bの蒸着源加熱用ヒータなどの各温度調節手段に通電し、基板43、蒸着源45aと45b、および周壁突出部分56aおよび56bを、それぞれ所定の温度に調節する。ここで、Alq3 等のホスト材料を入れた蒸着源45aは220〜400℃の範囲に、クマリン等のゲスト材料を入れた蒸着源45bは100〜250℃の範囲に温度を調節できるものとする。 Next, each temperature adjusting means such as a substrate heating heater of the substrate support 44 and vapor deposition source heating heaters of the vapor deposition source heating means 46a and 46b is energized, and the substrate 43, vapor deposition sources 45a and 45b, and peripheral wall protruding portions Each of 56a and 56b is adjusted to a predetermined temperature. Here, the evaporation source 45a containing a host material such as Alq 3 can be adjusted to a temperature in the range of 220 to 400 ° C., and the evaporation source 45b containing a guest material such as coumarin can be adjusted to a temperature in the range of 100 to 250 ° C. .
次に、基板43、蒸着源45aと45b、および周壁突出部分56aおよび56bの温度が所定の温度に達したら、シャッタ47aおよび47bを開き、Alq3 およびクマリンの蒸気分子を基板43の上に堆積させる。このとき、Alq3 を入れた蒸着源45aの温度は、例えば300℃前後、クマリンを入れた蒸着源45bの温度は、例えば150℃前後とするのがよい。 Next, when the temperature of the substrate 43, the vapor deposition sources 45a and 45b, and the peripheral wall protruding portions 56a and 56b reach a predetermined temperature, the shutters 47a and 47b are opened, and Alq 3 and coumarin vapor molecules are deposited on the substrate 43. Let At this time, the temperature of the vapor deposition source 45a containing Alq 3 is preferably about 300 ° C., and the temperature of the vapor deposition source 45b containing coumarin is preferably about 150 ° C., for example.
上記の蒸着の開始に合わせて、蒸着源45aおよび45bにガス55を供給する。このときのガスの温度は室温〜600℃、ガスの流量は0.1〜10000cc/minとし、真空チャンバ41内の圧力は1×10-5 〜1×103 Paとする。
The
蒸着膜の形成中は、例えば、Alq3 およびクマリンの蒸着速度をガス流量とガス温度で制御して、ホスト材料であるAlq3 およびゲスト材料であるクマリンが所望の割合で含まれる有機共蒸着膜を成膜する。この際、ガス流量とガス温度で、ホスト材料であるAlq3 およびゲスト材料であるクマリンの蒸着速度を制御するので、成分比の精密制御が可能になり、成膜速度制御の応答性が速くなるので、膜厚方向の組成変調を形成しやすくなる。 During the formation of the vapor deposition film, for example, the vapor deposition rate of Alq 3 and coumarin is controlled by the gas flow rate and gas temperature, and the organic co-deposition film containing Alq 3 as the host material and coumarin as the guest material is contained in a desired ratio. Is deposited. At this time, since the deposition rate of Alq 3 as the host material and coumarin as the guest material is controlled by the gas flow rate and gas temperature, precise control of the component ratio becomes possible, and the responsiveness of the deposition rate control becomes faster. Therefore, it becomes easy to form composition modulation in the film thickness direction.
従来の真空蒸着法による成膜では、成膜速度を制御する手段は、蒸着源の温度のみであり、ホットウオールを導入した真空蒸着法による成膜においても、成膜速度を制御する手段は、蒸着源の温度とホットウオールの温度(但し、ホットウオールは通常一定温度に設定して使用すると思われる。)のみである。これらの温度による制御手段しか持たない方法に比べ、本実施の形態によれば、蒸着源の温度と周壁突出部分56aおよび56bの温度に加え、ガスの流量と温度による制御が可能となるので、成膜速度を精密に、且つ高速に制御することができ、制御性が向上する。これは、上述した多成分共蒸着膜の作製において特に有効である。 In the conventional film formation by the vacuum vapor deposition method, the means for controlling the film formation rate is only the temperature of the vapor deposition source. In the film formation by the vacuum vapor deposition method in which hot wall is introduced, the means for controlling the film formation rate is as follows: Only the temperature of the vapor deposition source and the temperature of the hot wall (however, it is considered that the hot wall is usually set at a constant temperature). Compared with a method having only control means based on these temperatures, according to the present embodiment, in addition to the temperature of the vapor deposition source and the temperature of the peripheral wall protrusions 56a and 56b, control by the gas flow rate and temperature is possible. The deposition rate can be controlled precisely and at high speed, and the controllability is improved. This is particularly effective in the production of the multicomponent co-deposited film described above.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these examples at all, and can be suitably changed in the range which does not deviate from the main point of invention.
本発明は、蒸着膜、特に有機エレクトロルミネッセンス素子や有機半導体素子などに用いられる低分子量有機化合物膜の製造に好適に用いられる。 The present invention is suitably used for the production of vapor-deposited films, particularly low molecular weight organic compound films used for organic electroluminescence elements, organic semiconductor elements and the like.
1…真空チャンバ、2…排気系、3…基板、4…基板支持体、5…蒸着源、
5a…蒸着物質、5b…蒸着物質を収容する容器、6…蒸発源加熱手段、7…シャッタ、
8、8B…ガス導出口、9…蒸着物質の蒸気分子の移動方向、10…ガスの流れ、
11…ガス導入部、12…ガス流路、13…ガス供給部、14…ガス供給管、
15、15B…ガス、16…バッファー空間、17…外壁、18…上蓋、
19…筒状部、20…周壁突出部分、20a…周壁径縮小部、20b…筒状部、
20c…突出端部、21…ガス導入部、22…ガス流路、23…ガス供給部、
24…ガス供給管、25…蒸着源、25b…蒸着物質を収容する容器、26…隆起部、
27…バッファー空間、28…孔(開口部)、29…スリット状の開口部、
31…第2のガスの導入部、32…ガイド、33…第2のガスの供給部、
34…第2のガスの供給菅、35…第2のガス、36…第2のガスの流れ、
37…左右方向に広がろうとする蒸気分子の流れ、38…中心部のガスの流れ、
39…周辺部のガスの流れ、41…真空チャンバ、42…排気系、43…基板、
44…基板支持体、45a、45b…蒸着源、46a、46b…蒸発源加熱手段、
47a、47b…シャッタ、48a、48b…ガス導出口、
49a、49b…蒸気分子の移動方向、50a、50b…ガスの流れ、
51a、51b…ガス導入部、55…ガス、56a、56b…周壁突出部分、
61…真空チャンバ、62…排気装置、63…蒸着源、64…基板、
65…内壁(ホットウオール)、66…内壁加熱用ヒータ、70…反応器、
71…キャリアガス供給系、72…るつぼ、73…バブラー、74…反応ガス導入口、
75…反応菅、76…多領域加熱器/冷却器、77…基体、78…基体温度制御ブロック
DESCRIPTION OF
5a ... deposition material, 5b ... container containing the deposition material, 6 ... evaporation source heating means, 7 ... shutter,
8, 8B ... Gas outlet, 9 ... Direction of vapor molecule movement of vapor deposition material, 10 ... Gas flow,
DESCRIPTION OF
15, 15B ... gas, 16 ... buffer space, 17 ... outer wall, 18 ... top cover,
DESCRIPTION OF
20c ... projecting end, 21 ... gas introduction part, 22 ... gas flow path, 23 ... gas supply part,
24 ... Gas supply pipe, 25 ... Vapor deposition source, 25b ... Container for containing vapor deposition material, 26 ... Raised portion,
27 ... Buffer space, 28 ... Hole (opening), 29 ... Slit-like opening,
31 ... Second gas introduction unit, 32 ... Guide, 33 ... Second gas supply unit,
34 ... Second
37 ... the flow of vapor molecules trying to spread in the left-right direction, 38 ... the flow of gas in the center,
39 ... Peripheral gas flow, 41 ... Vacuum chamber, 42 ... Exhaust system, 43 ... Substrate,
44 ... Substrate support, 45a, 45b ... Deposition source, 46a, 46b ... Evaporation source heating means,
47a, 47b ... shutter, 48a, 48b ... gas outlet,
49a, 49b ... direction of movement of vapor molecules, 50a, 50b ... gas flow,
51a, 51b ... gas introduction part, 55 ... gas, 56a, 56b ... peripheral wall protrusion part,
61 ... Vacuum chamber, 62 ... Exhaust device, 63 ... Deposition source, 64 ... Substrate,
65 ... inner wall (hot wall), 66 ... heater for heating the inner wall, 70 ... reactor,
71 ... carrier gas supply system, 72 ... crucible, 73 ... bubbler, 74 ... reactive gas inlet,
75 ... Reactor, 76 ... Multi-region heater / cooler, 77 ... Substrate, 78 ... Substrate temperature control block
Claims (34)
34. The vapor deposition apparatus according to claim 33, wherein the gas supply unit opens in a porous or slit shape with respect to the gas introduction unit along a peripheral wall of the vapor deposition source.
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