JP2006124837A - 薄膜製造用装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄膜形成用のシャドーマスクを基板に対して平行に保持する。装置の設置面積をできるだけ小さくし、薄膜の膜厚を均一にする。
【解決手段】真空チャンバー１１０の上部に回転軸１２１を配置する。該回転軸１２１の内部に蒸発器１４０を設けて原料物質を気化させる。該回転軸１２１の下端にはガス注入器１１３を連結して、一体的に回転させる。ガス注入器１１３の下方には基板Ｓを配置し、該基板Ｓの上面にはシャドーマスク１１２を吸着させる。回転軸１２１の上部に供給されるキャリアガスは、気化された原料物質を運搬して基板Ｓの上面に付着させる。これにより、薄膜が形成される。本発明によれば、シャドーマスク１１２は基板Ｓに載置されるので、基板Ｓに対して平行に保持されることとなる。ガス注入器１１３は回転式であるため、装置の設置面積を小さくでき、かつ、薄膜の膜厚を均一にできる。
【選択図】図５
【解決手段】真空チャンバー１１０の上部に回転軸１２１を配置する。該回転軸１２１の内部に蒸発器１４０を設けて原料物質を気化させる。該回転軸１２１の下端にはガス注入器１１３を連結して、一体的に回転させる。ガス注入器１１３の下方には基板Ｓを配置し、該基板Ｓの上面にはシャドーマスク１１２を吸着させる。回転軸１２１の上部に供給されるキャリアガスは、気化された原料物質を運搬して基板Ｓの上面に付着させる。これにより、薄膜が形成される。本発明によれば、シャドーマスク１１２は基板Ｓに載置されるので、基板Ｓに対して平行に保持されることとなる。ガス注入器１１３は回転式であるため、装置の設置面積を小さくでき、かつ、薄膜の膜厚を均一にできる。
【選択図】図５
Description
本発明は、表示素子の製造装置に係り、より具体的には、原料物質を基板の上方から供給する有機発光ダイオード素子の製造装置に関する。
平板ディスプレーのうち、現在最も多く使用されている液晶表示装置は、軽くて電力消耗が少ないという長所があるが、それ自体は発光素子ではなく受光素子であるために、明るさ、コントラスト(contrast)、視野角、さらには大面積化等に関して一定の技術的限界がある。
このような短所等を克服できる対案として模索されているのが、有機発光ダイオード素子を利用した平板ディスプレーであって、最近は、これに関する研究開発が活発に行われている。
この有機発光ダイオード素子は、それ自体が発光素子であるために液晶表示装置に比べて、視野角やコントラスト等が優れており、バックライトが不必要であることから、より軽量で薄く製作することができ、消費電力の側面からしても有利である。
特に、液晶表示装置やＰＤＰ(Plasma Display Panel)とは異なり、有機発光ダイオード素子の製造装置は、蒸着及び封止(encapsulation)装置が全部であるために、工程の大変単純である長所がある。
図１は、有機発光ダイオード素子１０の断面構造を単純化して示した図であって、アノード(陽極)１１とカソード(陰極)１５間に、有機化合物で構成される正孔輸送層１２、有機発光層１３及び電子輸送層１４が順に形成されて、通常的に、アノード(陽極)１１は、インジウム−スズ−オキサイド（ＩＴＯ）を利用して、カソード(陰極)１５は、アルミニウム（Ａｌ）を利用してコーティングされる。
このような有機発光ダイオード素子１０において、アノード(陽極)１１とカソード(陰極)１５との間に電圧を印加すると、アノード(陽極)１１から注入された正孔が正孔輸送層１２を経由して有機発光層１３へと移動し、電子がカソード(陰極)１５から電子輸送層１４を経由して有機発光層１３へと注入されて、有機発光層１３の領域で電子と正孔が再結合して中性の励起子(exciton)が形成される。この励起子(exciton)が励起状態から基底状態に変化されながら有機発光層１３の分子が発光して画像を形成する。
有機発光層は、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの色相を表現する領域であって、一般的には、各画素ごとに、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂを発光する別途の有機物質を蒸着して使用する。
ところで、現在、有機発光ダイオード素子の製造に使用される有機物質には、主に低分子系が使用されているが、かかる低分子系有機物質には、水分や高エネルギー粒子に脆弱であるという問題がある。
通常使用される有機物質には、Alq3(aluminum tris(8-hydroxyquinone))、CuPc(copper phthanlocyanine)、TDD(N,N’-di(naphthalene-N,N’-bis(3-methyphenyl)-[1,1’-biphenyl]-4,4’-diamine)、NPD(N,N’-di(naphthalene-l-yl)-N,N’-diphenyl-benzidine)等があって、色相を表現するために、赤色の場合、DCJTB(4-(dicyanomethylene)-2-tert-butyl-b-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran)、緑色の場合、コーマリン(coumarine)誘導体または、キナクリドン(quinacridone)誘導体、青色の場合、DPA(diphthate dianhydride)、FDA(fluorenyl diacetylene)等のドーパント(dopant)を使用する。
従って、薄膜の製造に際しては、固体状態のソース物質を気化(蒸発)させて気化した有機物を基板に蒸着する方法を主に利用するが、このために、基板上部にシャドーマスク（所定のパターンが形成されたシャドーマスク）を付着させ、露出された基板の表面に有機物を蒸着する。
以下では、図２ないし図４を参照しながら、従来使用されている主な有機発光ダイオード素子用蒸着装置２０について説明する。
図２に示す蒸着装置は、サセプター(susceptor)２２が真空チャンバー２１内部の上部に配置され、点形蒸発器２４ａが該チャンバー内部の下部に配置された構造である。いま、サセプター(susceptor)２２の下側面に基板Ｓを吸着させ、所定のパターンが形成されたシャドーマスク２３を該基板Ｓに沿うように配置し、点形蒸発器２４ａによって原料物質を気化させると、該気化された有機物質は、シャドーマスク２３のパターンにて被覆されずに露出されている基板の部分表面に蒸着されることとなる。点形蒸発器２４ａとしては、通常は、熱線によって加熱されるセラミック製るつぼが使用される。
基板に蒸着される薄膜の膜厚をより均一にするためには、気化された物質が十分に拡散されるように、点形蒸発器２４ａと基板Ｓとの距離を大きく取ることが望ましく、さらには、基板を支持するサセプター(susceptor)２２を回転軸２５の周りに回転させることが望ましい。
図３に示す蒸着装置は、サセプター(susceptor)２２が真空チャンバー２１内部の上部に配置される点、蒸発器２４ｂが該チャンバー内部の下部に配置される点は、図２に示す装置と同様であるが、使用される蒸着器２４ｂが点形ではなく線形である点で異なる。つまり、この蒸発器２４ｂは、紙面に垂直な方向にある程度の長さを有していて、移送ライン２６に沿って水平移動されることにより蒸着工程を実施するようになっている。なお、基板Ｓは、図２に示すような回転はされず、固定されたままである。
図４に示す蒸着装置では、サセプター(susceptor)２２が真空チャンバー２１内の下部に配置されている点、サセプター(susceptor)２２の上方に線形噴射器２７が配置されている点、真空チャンバー２１の外部に気化器３０が配置されている点、及び前記線形噴射器２７が、前記気化器３０から供給される原料ガスを噴射するように構成されている点が前述した蒸着装置とは異なる。
また、真空チャンバー２１の内部に配置された線形噴射器２７は、内部移送ライン２８に沿って移動するものであって、気化器３０から源流流入管３２を介してキャリアガスと共に供給されてくる原料物質を基板Ｓの上面に噴射する方式である。気化器３０には、キャリアガス流入管３３が連結され、キャリアガスが気化された原料物質を運搬するように構成されている。
また、この装置では、線形噴射器２７が内部移送ライン２８に沿って水平移動すると、原料流入管３２を介してこれに連結されている気化器３０も外部移送ライン３１に沿って水平移動するように構成されている。原料流入管３２は線形噴射器２７及び気化器３０と共に移動するので、真空チャンバー２１と流入管３２との間には、機密性確保のためのベローズ(bellows)が設けられている。
ところで、このような従来の方式の真空蒸着装置には、無視できない問題がある。
例えば、図２のような点形蒸発器２４ａを利用する装置では、薄膜の膜厚均一度を確保するためには、チャンバーの内部を可能な限りの高真空に維持し、原料の蒸気圧を高めて、基板Ｓと点形蒸発器２４ａとの間の距離をできるだけ大きくしなければならない。そのため、原料ガスの効率が大変悪く、基板が大面積化されるほど、薄膜均一度の確保が困難になってしまうという問題があった。また、シャドーマスク２３が基板Ｓの下方に位置しており、シャドーマスク２３が垂れ下がってしまうという問題があった。
また、図３に示すような線形蒸発器２４ｂを利用する場合には、基板Ｓが大面積化されるほど、線形蒸発器２４ｂの長さも長くしなければならないので、原料の装入量も比例して伸びなければならないという問題（つまり、原料の単位時間当たりの供給量を増加させなければならないという問題）がある。また、薄膜の均一度を高めるためには、基板Ｓと蒸発器２４ｂとの距離を可能な限り大きくしなければならないが、点形蒸発器２４ａを利用する場合のように、原料の効率が悪くなるという問題がある。また、シャドーマスク２３が垂れ下がる問題が発生する。
図４に示す蒸着装置の場合は、シャドーマスク２３は基板Ｓの上側に配置されるので、シャドーマスク２３の垂れ下がり現象は防ぐことができる。しかし、基板が大きくなるほど、線形噴射器２７に気化された原料ガスを供給する原料流入管３２の長さを長くし、真空チャンバー２１の外部の気化器３０も線形噴射器２７と同一な距離を水平移動しなければならないので、装置の設置面積が大きくなってしまうという問題があった。
また、気化された原料ガスが途中で凝縮してしまうことを防ぐためには、流入管３２を高温(１００℃ないし５００℃)に維持しなければならず、このための付帯設備が複雑になるという問題があった。
なお、このような問題は、有機発光ダイオード素子用の真空蒸着装置にだけ限られる問題ではなく、原料物質を気化させて基板を処理する全ての表示素子製造装置に共通する問題である。
本発明は、前述したような問題を解決するためのものであり、装置の設置面積を小さくしながらも、蒸着される薄膜の均一度を向上させる表示素子の製造装置を提供する。
本発明は、チャンバーと；前記チャンバー内部に配置されるサセプターと；前記サセプターの上方に配置されると共に、多数の噴射口を有するガス注入器と；前記ガス注入器に連結されると共に、前記多数の噴射口に連結される流路を有する軸と；原料物質を気化させて、気化された前記原料物質を前記ガス注入器に供給する蒸発器とを備えた薄膜製造用装置を提供する。
前記軸は、前記ガス注入器と共に回転できて、前記薄膜製造用装置は、一端が前記蒸発器に連結され、前記軸の内部に配置された第１電力供給線をさらに備える。
また、前記薄膜製造用装置は、前記第１電力供給線の他の一端に連結されるスリップリングと、前記スリップリングに連結される第２電力供給線と、をさらに備え、前記流路に連結されて、キャリアガスを供給するキャリアガス供給部を備え、前記キャリアガスと気化された前記原料物質は、前記ガス注入器から噴射される。
薄膜製造用装置は、前記蒸発器の上方に配置され、前記キャリアガスを予熱するヒーターをさらに備える。
薄膜製造用装置の前記軸は、前記流路の直径より大きい直径を有する拡張部を有して、前記蒸発器は、前記拡張部内に配置される。
また、前記ガス注入器は、突出された収容部を有して、前記蒸発器は、前記収容部に配置される。
前記流路は、前記ガス注入器の中央部に連結されており、前記多数の噴射口の密度は、前記ガス注入器の中央部で最小であって、外郭の方へ行くほど徐々に増加するように形成される。
前記原料物質は、有機物質を含む。
薄膜製造用装置は、前記軸を取り囲むハウジングと、前記ハウジング及び前記軸の間に配置されたマグネティックシールと、を備えており、前記ハウジングに連結されて該ハウジングにパージガスを供給するパージガス流入管をさらに備える。また、前記ハウジングに連結され、前記マグネティックシールを冷却する冷却手段をさらに備える。
前記ガス注入器は、内部ヒーターを含む。
他の一方、本発明は、チャンバーと；前記チャンバー内部に配置されるサセプター(susceptor)と；前記サセプター(susceptor)の上方に配置されると共に、多数の噴射口を有するガス注入器と；前記ガス注入器に連結されると共に、前記多数の噴射口に連結される流路を有する軸と；原料物質を気化させて、気化された前記原料物質を前記ガス注入器に供給する多数の蒸発器と；前記流路に前記原料物質を供給する原料物質供給部とを備えた薄膜製造用装置を提供する。
前記原料物質供給部は、粉末状の前記原料物質を貯蔵するタンクと；前記タンクと前記流路を連結する原料供給管と；少なくとも一部が前記タンクの内部に配置されるスクリューと；前記スクリューを駆動させるスクリュー回転装置とを有する。
前記多数の蒸発器は、前記ガス注入器内に形成されて、前記多数の蒸発器は、前記ガス注入器の内部空間を水平に区分する第１蒸発器及び第２蒸発器を有する。
前記第１蒸発器の端部には、多数の第１ガス流動ホールが形成されて、前記第２蒸発器の中心部には、多数の第２ガス流動ホールが形成される。
サセプター(susceptor)を真空チャンバーの下部に置くことによって、基板の上部に付着されるシャドーマスクの垂れ下がり現象が防げて、装備の内部で気化された源流物質を回転式ガス注入器を利用して噴射されることによって、原料物質を気化させ基板を処理する表示素子製造装置のフットプリント(footprint)を縮めて、薄膜の均一度を高める。
以下、図面を参照して、本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。
本発明の実施例１に係る蒸着装置は、図５に示したように、基板Ｓを載置するサセプター(susceptor)１１１が真空チャンバー１１０の内部の下部に配置され、原料ガスを噴射するガス注入器１１３が上部に配置された構造である。
これらの構造は、図４とも共通するが、本発明の実施例１では、原料ガスを供給する蒸発器１４０が、真空チャンバー１１０の上面の中央部に結合される回転軸１２１の内部に配置されていることが最大の特徴である。
前記回転軸１２１は、真空チャンバー１１０の内部に配置されたガス注入器１１３に一端が連結され、上段がキャリアガスの供給管１２７に連結されて、内部にガス流路１２４が形成され、これを通じてキャリアガスが供給されるようになっている。
また、回転軸１２１の内部には、原料ガスを供給する蒸発器１４０を収容するための、他の部分より直径が大きい拡張部１２８が形成されており、前記拡張部１２８の下段は、ガス注入器１１３の内部に連結されている。
このような回転軸１２１は、図示しない駆動手段によって回転されるが、回転軸１２１の下段に連結されたガス注入器１１３と共に回転しながら基板Ｓの上面に原料ガスを噴射することとなるので、均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
回転軸１２１と、真空チャンバー１１０の内部のガス注入器１１３とは連結されているので、外部と機密を維持するために、ハウジング１２０にて回転軸１２１を取り囲むようにし、固定されたハウジング１２０と回転する回転軸１２１間の真空シールのためにマグネティックシール１２３を配置した。
マグネティックシール１２３は、磁性流体を利用して回転軸をシーリングする手段であり、一般的なものを使用すれば良いので、詳しい説明は省略する。
但し、このようなマグネティックシール１２３に使用される磁性流体が原料ガスによって酸化されたり劣化される場合には、真空シールの性能が急激に低下してしまうので、望ましくは、パージガス流入管１２５をハウジング１２０に連結して（該ハウジング１２０の所定箇所にパージガスを供給し）原料ガスが磁性流体の方へ流れないようにしておくと良い。パージガスとしては、窒素ガスＮ２や、アルゴンＡｒや、他の非活性ガスが使用される。
また、磁性流体は、１５０℃以上の温度で、性能が急激に低下してしまうので、何らかの冷却手段(図示せず)をハウジングに連結して、マグネティックシール１２３が設けられた辺りの温度を冷却し、マグネティックシール１２３を冷却する必要もある。
一方、回転軸１２１の上段は、固定されたキャリアガス供給管１２７に連結されるので、回転軸１２１とキャリアガス供給管１２７との間にも、マグネティックシールを利用した真空シールを形成する。
図６は、図５のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、ガス注入器１１３は図６に示すような管状に形成され、その下壁には噴射口（図５の符号１１４参照）が多数形成されている。なお、図６では、ガス注入器１１３の断面形状は長方形状であるが、長方形以外の多角形状としても、円形としても良い。
図５に明らかなように、噴射口１１４の密度が中央部から周辺部へと行くほど密集するように設定されているが、そのようにしたのは、ガス注入器１１３の噴射圧力が中心部で高く、周辺部へ行くほど低くなるので、これを補償するためである。
図７（ａ）は、ガス注入器１１３の斜視図を示している。但し、ガス注入器はこのような形状（一字型）に限定されるものではなく、図７（ｂ）に示すように、第１ガス注入器１１３ａ及び第２ガス注入器１１３ｂを結合した十字型に構成したり、さらには、３つ以上の一字型ガス注入器を結合した構成にしたりすることもできる。どの形態を採択する場合においても、中心部から周辺部に行くほど、噴射口１１４の密度を増加させることが望ましい。
結合する一字型ガス注入器の数が多く、基板全面積において原料ガスを均一に噴射できるのであれば、ガス注入口１１３は回転させずに固定しておいても良い。
また、気化されたガスが再び凝縮することを防ぐために、蒸発器１４０と同一な程度の温度まで加熱するためのヒーター(図示せず)をガス注入器１１３に内蔵することが望ましい。
蒸発器１４０は、Alq3(aluminum tris(8-hydroxyquinone))等の原料ガスを蒸発させるるつぼであって、加熱のため、それ自体にヒーター(図示せず)を備えている。前記ヒーターには、回転軸の内部に配置された第１電力供給線１２２ａを介して電源が供給されるようになっている。蒸発器１４０の加熱温度は、原料物質の種類によって異なるが、通常、５００℃ないし６００℃程度である。
また、気化された原料ガスを運搬する際の、キャリアガスによる温度低下を最小限にするために、蒸発器１４０の前段にヒーター１３０を設けるのが望ましい。その加熱温度は、原料物質の種類によって異なるが、通常は、１００℃ないし５００℃の範囲である。
ヒーター１３０も蒸発器１４０のように、第１電力供給線１２２ａを介して電源が供給されるが、第１電力供給線１２２ａは、単一な供給線としても、ヒーター１３０及び蒸発器１４０の各々に連結される複数の供給線としても良い。
また、ヒーター１３０及び蒸発器１４０には、不図示の熱電対(thermocouple)を連結して温度を感知するのが望ましく、前記熱電対(thermocouple)は、第１電力供給線１２２ａのような方式で回転軸１２１の内部に設けられて外部に連結される。
一方、前述した蒸発器１４０及びヒーター１３０に電源を供給する第１電力供給線１２２ａは、回転軸１２１と共に回転する部分であるので、外部電源に連結されている第２電力供給線１２２ｂと電気的に連結するために、スリップリング(slip ring)１６０を利用すると良い。このスリップリング１６０は、回転軸と固定軸、回転軸と回転軸間の連結状態を維持するために、通常よく使用されているものである。
ここで、図５のＡ部分の部分拡大図である図８を参照して、スリップリング１６０の構成を説明する。回転軸に連結されると共に第１電力供給線１２２ａが結合された回転軸連結部材１６２と、固定軸に連結されると共に第２電力供給線１２２ｂが結合された固定軸連結部材１６１との間には、ベアリング(bearing)１６３が介装されている。回転軸連結部材１６２の内側には、第１電力供給線１２２ａに連結される円形の第１接触面１６４が配置され、固定軸連結部材１６１の外側には、第２電力供給線１２２ｂに連結される円形の第２接触面１６５が配置されている。
前記第１接触面１６４と第２接触面１６５の間には、スプリングまたは、弾性を有する接触端子１６７が介装されている。回転する側の第１接触面１６４と固定側の第２接触面１６５との電気的導通（ひいては、第１電力供給線１２２ａと第２電力供給線１２２ｂの電気的導通）は前記接触端子１６７によって確保されることとなる。
一方、図５にて符号１１６を付したものは、シャッターであって、ガス注入器１１３から噴射される原料ガスを遮断するためにガス注入器１１３の下方に配置される遮断膜である。このシャッター１１６は、製造工程を実施する際には、ガス流動の邪魔にならないように、折られた状態にされ、製造工程終了後には、図示のようにガス注入器１１３の下方に広げられて原料ガスの流動を遮断することとなる。
図５では、回転軸１２１の内部に、１つの蒸発器１４０と１つのヒーター１３０とだけを示しているが、必要な場合には、蒸発器を２つ以上設けても良く、ヒーターを２つ以上設けても良い。例えば、複数の蒸発器１４０を互いに離間した状態に配置し、各蒸発器１４０の下方にガス注入器１１３を配置すると良い。つまり、図５に示すような蒸発器１４０等を内蔵する回転軸１２１、及び前記回転軸１２１の下端に支持されたガス注入器１１３等からなる組立体を、前記真空チャンバー１１０に複数配置するようにしても良い。
以上のような構成の製造装置で実施される製造工程を説明する。
まず、基板Ｓをサセプター(susceptor)１１１の上面に載置し、基板Ｓの上面には、所定のパターンが形成されたシャドーマスク１１２を付着させる。ヒーター１３０と蒸発器１４０（原料ガスを内包する蒸発器１４０）を加熱して一定な温度に維持する。この時、シャッター１１６をガス注入器１１３の下部に位置させ原料ガスの噴射を遮断しておく。
次に、真空ポンピング(pumping)を実施して真空チャンバー１１０の内部を高真空状態にして工程雰囲気を作る。その後、シャッター１１６を開けると共に、回転軸１２１及びガス注入器１１３を回転させる。
キャリアガス供給管１２７から供給されたキャリアガスは、ヒーター１３０を通過する際に予熱され、蒸発器１４０で気化された原料ガスを下方のガス注入器１１３まで運搬する。
キャリアガス及び原料ガスは、ガス注入器１１３のガス拡散部１１５で、１次拡散された後、噴射口１１４から下方に噴射される。噴射された原料ガスは、基板Ｓの表面（シャドーフレーム１１２にて被覆されずに露出されている部分）に蒸着され、所定の薄膜パターンが形成される。
所定厚さの薄膜が形成された段階で工程を終了する必要があるが、そのためには、先ず、回転軸１２１の回転を停止し、シャッター１１６をガス注入器１１３の下方に広げて原料ガスを遮断する。また、キャリアガスを大量注入して、真空チャンバー１１０の内部の圧力を高めることによって、原料物質の蒸気圧を低くして気化を抑える。
このようなキャリアガスの大量注入を実現するには、原料ガス運搬用の通常的なキャリアガス貯蔵部１５０とは別に、大容量貯蔵部を設けておき、圧力調節用として使用すると良い。
原料ガスを遮断した後、シャドーマスク１１２を取り除いて基板Ｓを搬出する。これによって製造工程が終了する。
本発明の実施例２に係る蒸着装置は、図９に示すものであるが、ここでは重複説明を省略することとし、実施例１と異なる部分だけを説明する。
蒸発器１４０及びヒーター１３０は、最高５００℃ないし６００℃に加熱されるので、実施例１では、冷却手段にてマグネティックシールを冷却して、マグネティックシール１２３の磁性流体を保護するようにした。
本実施例２では、ヒーター１３０及び蒸発器１４０を、回転軸１２１の内部ではなくガス注入器１１３の内部に位置させた。このような配置によって、マグネティックシール１２３への熱伝達を最小限にすることができる。
このような配置のために、回転軸１２１に連結されるガス注入器１１３の中央部に、周辺部より上方へ突出された一定の空間を有する収容部１２９を形成して、その内部にヒーター１３０及び蒸発器１４０を位置させている。ガス注入器１１３の下壁に形成された噴射口１１４の形態は、実施例１と同一である。
従って、回転軸１２１には、ガス流路１２４だけが形成されることとなり、実施例１のような拡張部は形成されていない。
前述した実施例１、実施例２の蒸着装置では、キャリアガスの流動経路上に、ヒーター１３０及び原料物質を含む蒸発器１４０を位置させることによって、キャリアガスがヒーター１３０を通過する過程で予熱された後、蒸発器１４０で気化された原料ガスをガス注入器１１３へと運搬して噴射させるように構成している。
これに対し、本実施例３では、外部から粉末状の原料物質を供給し、ガス注入器１１３の内部に設けられた気化プレート１８０、１９０で、前記供給された原料物質を気化させることを特徴とする。
図１０を参照してより詳しく説明すると、内部にガス流路１２４を有する回転軸１２１の下段にガス注入器１１３が連結されており、そのガス注入器１１３の内部には、前記ガス注入器１１３の内部の空間を水平に分割する第１気化プレート（第１蒸発器）１８０、第２気化プレート（第２蒸発器）１９０が設けられている。
前記第１気化プレート１８０及び第２気化プレート１９０は、外部からガス流路１２４を通って供給されてきた粉末原料をガス注入器１１３の内部で拡散させる役割をすると同時に、内蔵されたヒーターを利用して粉末原料を気化させる役割をしている。そして、第１気化プレート１８０、第２気化プレート１９０に内蔵されたヒーターは、回転軸１２１を貫通するように配置された第１電力供給線１２２ａに連結され、電源が供給されるように構成されている。
図１１（ａ）及び（ｂ）は、第１気化プレート１８０、第２気化プレート１９０の平面形状等を示している。これらの第１気化プレート１８０及び第２気化プレート１９０の端縁をガス注入器１１３の内壁に密着させることにより、ガスが、各プレート端縁とガス注入器内壁との間から漏れ出ないようにした。
また、流入されたガスを下方の噴射口１１４へと流動させるために、上側の第１気化プレート１８０の端部近傍には第１ガス流動ホール１８１を形成し、下側の第２気化プレート１９０の中央部には第２ガス流動ホール１９１を形成した。このように、回転軸の内部のガス流路１２４を通って流入されてきた粉末原料の流動経路をできるだけ長く形成することによって、第１気化プレート１８０、第２気化プレート１９０によって十分加熱されることとなる。
図面では、前記ガス流動ホール１８１、１９１は単一の円形ホールのように示されているが、これに限られるのではなく、例えば、多数の貫通ホールを密接させて形成しても良い。
粉末原料は、別途の粉末原料供給部１７０を通じて供給されて、キャリアガス流入管１２７からキャリアガス供給部１５０を通じて供給されたキャリアガスと合流される。
粉末原料供給部１７０から供給される粉末原料が一定量となるように、図１２に示すように、粉末原料貯蔵タンク１７１の内部に定量供給スクリュー１７３を設けると共に、該定量供給スクリュー１７３によって押し出された粉末原料がキャリアガス流入管１２７に導くための原料供給管１７４を粉末原料貯蔵タンク１７１の下側に連結するようにした。
前記定量供給スクリュー１７３は、１回転当供給される粉末原料の量を利用して原料供給量が精密に制御できて、このために、粉末原料貯蔵タンク１７１の外部に定量供給スクリュー１７３を駆動するスクリュー回転装置１７２を備える。つまり、前記定量供給スクリュー１７３が１回転された場合における粉末原料の供給量は一定量であることから、該スクリュー１７３の回転を制御すれば該粉末原料の供給量を精密に制御できる。本実施例では、スクリュー１７３の回転はスクリュー回転装置１７２によって制御するようにした。
一方、粉末原料を持続的に供給するために、粉末原料貯蔵タンク１７１にリフィルタンク１７５を連結しておき、センサーを利用して自動的に粉末原料貯蔵タンク１７１に粉末原料を補給するようにした。
以上のような構成の製造装置で、工程が行われる過程を説明する。
基板Ｓをサセプター(susceptor)１１１の上面に載置した後、所定のパターンが形成されたシャドーマスク１１２を基板Ｓの上面に付着させ、一方では、気化プレート１８０を加熱して一定温度にしておく。この時、シャッター１１６をガス注入器１１３の下方に配置しておいて、原料ガスを遮断するようにしておくことが望ましい。
真空ポンピング(pumping)を実施して真空チャンバー１１０の内部を高真空状態にして工程雰囲気を作る。その後、シャッター１１６を開けると共に、回転軸１２１及びガス注入器１１３を回転させる。
この状態で、粉末原料供給部１７０のスクリュー回転装置１７１によって定量供給スクリュー１７３を回転させると、前記スクリュー１７３は、回転数に比例する量の粉末原料を原料供給管１７４の方へ供給する。
原料供給管１７４から供給されてくる粉末原料は、キャリアガス流入管１２７で合流されるキャリアガスによって回転軸１２１の内部のガス流路１２４を経由してガス注入器１１３の内部に運ばれ、第１気化プレート１８０、第２気化プレート１９０の上面に付着される。
第１気化プレート１８０、第２気化プレート１９０の上面に付着された粉末原料は気化され、その後、ガス流動ホール１８１、１９１を通り抜けて噴射口１１４から噴射される。該噴射された原料ガスは、基板Ｓの表面（シャドーフレーム１１２にて被覆されずに露出されている部分）に蒸着され、所定の薄膜パターンが形成される。
所定厚さの薄膜が形成された段階で工程を終了する必要があるが、そのためには、先ず、回転軸１２１の回転を停止し、シャッター１１６をガス注入器１１３の下方に広げて原料ガスを遮断する。また、キャリアガスを大量注入して真空チャンバー１１０の内部の圧力を高めることによって、原料物質の蒸気圧を低くして気化を抑える。その後、シャドーマスク１１２を取り除いて基板Ｓを搬出する。これによって製造工程が終了する。
なお、実施例３の場合には、粉末原料は、所定の厚さの薄膜蒸着に必要な量だけを定量化して投入できるので、原料物質の気化を抑えるために、キャリアガスを大量注入して蒸気圧を低くしたり、シャッターを利用して原料ガスの流動を遮断する必要性が、実施例１、実施例２に比べて少ないので、このような過程を省略することもできる。
以上では、本発明の望ましい実施例に関してだけ説明したが、本発明がこれに限られるのではなく、当業者によって多様に変形ないし修正して実施されるので、このように変形ないし修正された実施が後述する特許請求範囲で代表される本発明の技術的思想を含むものであれば、本発明の権利範囲に属するのは言うまでもない。
１１０ 真空チャンバー
１１１ サセプター
１１２ シャドーマスク
１１３ ガス注入器
１１４ 噴射口
１１５ ガス拡散部
１１６ シャッター
１２０ ハウジング
１２１ 回転軸
１２２ａ 第１電力供給線
１２２ｂ 第２電力供給線
１２３ マグネティックシール
１２４ ガス流路
１２５ パージガス流入管
１２７ キャリアガス流入管
１２８ 拡張部
１２９ 収容部
１３０ ヒーター
１４０ 蒸発器
１５０ キャリアガス供給部
１６０ スリップリング
１７０ 粉末原料供給部
１７１ 粉末原料貯蔵タンク
１７２ スクリュー回転装置
１７３ 定量供給スクリュー
１７４ 原料供給管
１７５ リフィルタンク
１８０ 第１気化プレート
１９０ 第２気化プレート
１８１ 第１ガス流動ホール
１９１ 第２ガス流動ホール
Ｓ 基板
１１１ サセプター
１１２ シャドーマスク
１１３ ガス注入器
１１４ 噴射口
１１５ ガス拡散部
１１６ シャッター
１２０ ハウジング
１２１ 回転軸
１２２ａ 第１電力供給線
１２２ｂ 第２電力供給線
１２３ マグネティックシール
１２４ ガス流路
１２５ パージガス流入管
１２７ キャリアガス流入管
１２８ 拡張部
１２９ 収容部
１３０ ヒーター
１４０ 蒸発器
１５０ キャリアガス供給部
１６０ スリップリング
１７０ 粉末原料供給部
１７１ 粉末原料貯蔵タンク
１７２ スクリュー回転装置
１７３ 定量供給スクリュー
１７４ 原料供給管
１７５ リフィルタンク
１８０ 第１気化プレート
１９０ 第２気化プレート
１８１ 第１ガス流動ホール
１９１ 第２ガス流動ホール
Ｓ 基板
Claims (20)
- チャンバーと；
前記チャンバー内部に配置されるサセプターと；
前記サセプターの上方に配置されると共に、多数の噴射口を有するガス注入器と；
前記ガス注入器に連結されると共に、前記多数の噴射口に連結される流路を有する軸と；
原料物質を気化させて、気化された前記原料物質を前記ガス注入器に供給する蒸発器とを備えた薄膜製造用装置。 - 前記軸は、前記ガス注入器と共に回転できることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造用装置。
- 一端が前記蒸発器に連結され、前記軸の内部に配置された第１電力供給線、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の薄膜製造用装置。
- 前記第１電力供給線の他の一端に連結されるスリップリングと、前記スリップリングに連結される第２電力供給線と、をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の薄膜製造用装置。
- 前記流路に連結されて、キャリアガスを供給するキャリアガス供給部をさらに備え、前記キャリアガスと気化された前記原料物質は、前記ガス注入器から噴射されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造用装置。
- 前記蒸発器の上方に配置され、前記キャリアガスを予熱するヒーターをさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の薄膜製造用装置。
- 前記軸は、前記流路の直径より大きい直径を有する拡張部を有して、前記蒸発器は、前記拡張部内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造用装置。
- 前記ガス注入器は、突出された収容部を有して、前記蒸発器は、前記収容部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造用装置。
- 前記流路は、前記ガス注入器の中央部に連結されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造用装置。
- 前記多数の噴射口の密度は、前記ガス注入器の中央部で最小であって、外郭の方へ行くほど徐々に増加することを特徴とする請求項９に記載の薄膜製造用装置。
- 前記原料物質は、有機物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造用装置。
- 前記軸を取り囲むハウジングと、前記ハウジング及び前記軸の間に配置されたマグネティックシールと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造用装置。
- 前記ハウジングに連結されて該ハウジングにパージガスを供給するパージガス流入管、をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の薄膜製造用装置。
- 前記ハウジングに連結され、前記マグネティックシールを冷却する冷却手段、をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の薄膜製造用装置。
- 前記ガス注入器は、内部ヒーターを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造用装置。
- チャンバーと；
前記チャンバー内部に配置されるサセプターと；
前記サセプターの上方に配置されると共に、多数の噴射口を有するガス注入器と；
前記ガス注入器に連結されると共に、前記多数の噴射口に連結される流路を有する軸と；
原料物質を気化させて、気化された前記原料物質を前記ガス注入器に供給する多数の蒸発器と；
前記流路に前記原料物質を供給する原料物質供給部とを備えた薄膜製造用装置。 - 前記原料物質供給部は、
粉末状の前記原料物質を貯蔵するタンクと；
前記タンクと前記流路を連結する原料供給管と；
少なくとも一部が前記タンクの内部に配置されるスクリューと；
前記スクリューを駆動させるスクリュー回転装置とを有することを特徴とする請求項１６に記載の薄膜製造用装置。 - 前記多数の蒸発器は、前記ガス注入器内に形成されることを特徴とする請求項１６に記載の薄膜製造用装置。
- 前記多数の蒸発器は、前記ガス注入器の内部空間を水平に区分する第１蒸発器及び第２蒸発器を有することを特徴とする請求項１８に記載の薄膜製造用装置。
- 前記第１蒸発器の端部には、多数の第１ガス流動ホールが形成されて、前記第２蒸発器の中心部には、多数の第２ガス流動ホールが形成されることを特徴とする請求項１９に記載の薄膜製造用装置。
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