JP2006225725A - 蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被蒸着部材へ放出される蒸発材料の指向性を弱めることにより、被蒸着部材に形成される膜厚を略均一にし得る蒸着装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 蒸発材料誘導管および放出用部材は所定の温度に維持されるとともにそれらの内部の蒸発材料が希薄流をなしており、放出用容器の上面にガラス基板１へ蒸発材料を放出するための放出ノズルが突設されるとともに、放出ノズルの先端側に蒸発材料を拡散するためのオリフィス部材が設けられており、放出ノズルの口径φＤとオリフィス部材の口径φＤ´とがφＤ´／φＤ≦０．８の関係を満たすことにより、ｎ値が６以下のｃｏｓ^ｎθ則により蒸発材料の放出が行われ、オリフィス部材から放出される蒸発材料の指向性が弱まることとなるため、ガラス基板の膜厚分布の均一性を向上させることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、被蒸着部材に蒸発させた材料を蒸着させる装置に関し、例えば有機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などにも適用可能な技術に関するものである。

従来の蒸着装置として、例えば特許文献１が開示されている。
この蒸着装置は、減圧された成膜チャンバ内に、有機金属を貯蔵する坩堝と、坩堝内の蒸発室からガラス基板の蒸着面近傍へ蒸発した有機金属（以下、蒸発材料という）を移送する移送管を備え、移送管のうち蒸着面に相対する部分（平行となっている部分）である放出部に、蒸発材料を放出する複数の放出口が形成されている。

この構成により、ガラス基板の蒸着面と放出口とを間隔を小さくしても、蒸着面への蒸着の均一性を保つことができる。
特開２００２−２４９８６８号公報

しかし、上記した従来の蒸着装置は、放出口から放出される蒸発材料の指向性について何ら考慮されていないため、ガラス基板の膜厚分布を均一とする点が不明瞭であり、指向性が強かった場合、ガラス基板の膜厚分布を均一とするために、ガラス基板と放出口との間隔を大きくしなければならず、そうすると成膜チャンバの容積が大きくなり、減圧するための時間を要するばかりか、ガラス基板以外への表面にも多くの蒸発物質が付着することになる。すなわち、有機金属の利用効率が低下し、これは所定の膜厚を得るまでに長い時間を要することになる。整理すると、膜厚分布の均一性を向上させる代わりに、蒸着させるための準備時間（減圧時間）、材料利用効率および成膜速度を犠牲にすることになる。

そこで、本発明は、被蒸着部材へ放出される蒸発材料の指向性を弱めることにより、被蒸着部材に形成される膜厚を略均一にし得る蒸着装置を提供することを目的としたものである。

前記した目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、蒸着材料を加熱して蒸発材料を得るための蒸発源と、前記蒸発源で得られた蒸発材料を移送する蒸発材料誘導路と、減圧された蒸着用容器内に設けられ前記蒸発材料誘導路から流入する蒸発材料を被蒸着部材へ放出する放出用部材とを備えた蒸着装置であって、前記蒸発材料誘導路および前記放出用部材は所定の温度に維持されるとともにそれらの内部の蒸発材料が希薄流をなしており、前記放出用部材の上面に前記被蒸着部材へ蒸発材料を放出するためのノズル部材が突設されるとともに、前記ノズル部材の先端側に蒸発材料を拡散するための絞り部材が設けられており、前記ノズル部材の口径φＤと前記絞り部材の口径φＤ´とが
φＤ´／φＤ≦０．８
の関係を満たしていることを特徴としたものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、絞り部材はノズル部材に対して着脱自在に設けられており、蒸着材料や被蒸着部材に対する蒸着量等を変更する際、口径φＤ´が上式の条件を満たす絞り部材に取り替えることを特徴としたものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明であって、放出用部材は、蒸発材料を拡散させる拡散空間を有することを特徴としたものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、蒸発源を複数備えるとともに前記各蒸発源ごとに放出用部材を備え、前記各放出用部材の上面には所定間隔おきに複数の放出孔が形成されており、前記各放出孔に前記各放出用部材へ蒸発材料を放出するための複数のノズル部材が着脱自在に設けられるとともに、前記各ノズル部材の先端側に蒸発材料を拡散するための複数の絞り部材が着脱自在に設けられていることを特徴としたものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明であって、使用しないノズル部材の先端側に着脱自在な蓋部材を設けることを特徴としたものである。

本発明の蒸着装置は、ノズル部材の口径φＤと絞り部材の口径φＤ´とが、φＤ´／φＤ≦０．８の関係を満たすことにより、絞り部材から放出される蒸発材料の指向性が弱まることとなるため、蒸発材料は絞り部材から拡がりをもって放出され、被蒸着部材の蒸着面に均一に蒸着可能となり、したがって被蒸着部材の膜厚分布の均一性を向上させることができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る蒸着装置を、図１〜図４に基づき説明する。
本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、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で、且つ異なる２種類の蒸着材料（有機材料である）を蒸着させる場合について説明する。なお、異なる蒸着材料のうち、主成分である材料を第１蒸着材料（ホストともいう）と称するとともに、微量材料を第２蒸着材料（ドーパントともいう）と称し、さらに各蒸着材料を加熱して蒸発させたものを第１および第２蒸発材料と称して説明を行う。

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内の下部で且つ互いに上下に配置されて第１および第２蒸着材料Ａ，Ｂが蒸発されてなる第１および第２蒸発材料Ａ´，Ｂ´を放出させる第１および第２放出用容器（放出用部材の一例）４，５と、上記蒸着用容器３の外部に配置されて互いに種類が異なる第１および第２蒸着材料Ａ´，Ｂ´を加熱して蒸発させる２個の第１および第２蒸発用容器（蒸発源、蒸発室ともいう）６，７と、これら各蒸発用容器６，７で蒸発された第１および第２蒸着材料Ａ´，Ｂ´を蒸着用容器３内に配置された各放出用容器４，５に導く第１および第２蒸発材料誘導管（蒸発材料誘導路の一例で、放出用容器も蒸発材料誘導路の一部を構成するものである）８，９と、第１放出用容器４の上方および側方を覆うように設けられシースヒータ１７（後述する）とともに第１放出用容器４を保温する第１保温カバー１０と、第２放出用容器５の下方および側方を覆うように設けられシースヒータ１７（後述する）とともに第２放出用容器５を保温する第２保温カバー１１と、第１放出用容器４と第２放出用容器５との間で相手の分解温度以上の熱が伝わることを防止する水冷式の冷却板１２と、第１保温カバー１１の上方に設けられ第１および第２放出用容器４，５からガラス基板１へ放出される第１および第２蒸発材料Ａ´，Ｂ´の飛翔経路を遮断または開放するシャッター１３と、ガラス基板１の直ぐ傍の位置に配置されて蒸発材料が付着した膜厚を検出する水晶振動子型の膜厚検出用センサ１４とから構成されている。

上記第１蒸発材料誘導管８は第１蒸発用容器６内で蒸発された第１蒸発材料Ａ´を第１放出用容器４に導くためのもので、また第２蒸発材料誘導管９は第２蒸発用容器７内で蒸発された第２蒸発材料Ｂ´を第２放出用容器５に導くためのものであり、さらにそれぞれの途中には、蒸発材料の移送量すなわち放出量の調節および開閉を行い得る流量制御弁（放出量調節手段の一例で、例えば開度の調節機能を有する開閉弁でもよい）１５，１６が設けられている。

また、図２に示すように、各放出用容器４，５および各蒸発材料誘導管８，９の表面の略全体に亘って、保温のための加熱手段（保温手段ともいえる）として例えばシースヒータ１７が配置されており、各蒸発材料をそれぞれ最適な温度に保持（維持）するように考慮されている（なお、図２には、放出用容器４，５に設けた場合についてだけ図示している）。

なお、上記各蒸発用容器６，７内には、図示しないが、蒸着材料を収納する材料収納容器がそれぞれ配置されるとともに、これら各材料収納容器を加熱して蒸着材料を蒸発させるための加熱手段（例えば、電熱ヒータが用いられる）が配置され、さらに個別に容器内の空気を排出可能（真空可能）にされている。

次に、上記各放出用容器４，５について説明する。
これら各放出用容器４，５は所定厚さで且つ平面視が矩形状（勿論、円形、多角形などであってもよい）にされるとともに内部にそれぞれ拡散空間（バッファ空間ともいい、蒸発材料の濃度の均一化を図り得る）４ａ，５ａを有する箱形状の容器にされている。

そして、第１蒸発材料Ａ´を放出する第１放出用容器４が上方に配置されるとともに、第２蒸発材料Ｂ´を放出する第２放出用容器５が下方に配置されている。
また、第１放出用容器４および第２放出用容器５の上面には、放出孔４ｂ，５ｂが所定間隔おきに例えば縦横に複数列でもって複数個形成され、その放出孔４ｂ，５ｂの上部には取付ネジ２０により着脱自在な口径φＤの放出ノズル（ノズル部材）２１，２２が取り付けられており、放出ノズル２１，２２の先端側（上部）には着脱自在なオリフィス部材（絞り部材）２３，２４が設けられている。このオリフィス部材２３，２４はキャップ状に形成されており、その上部に放出ノズル２１，２２からの蒸発材料が通過する口径φＤ´のオリフィス２３ａ，２４ａが形成されている。なお、このオリフィス部材２３，２４の内側面および放出ノズル２１，２２の上方外側面にネジ山が形成されているため、オリフィス部材２３，２４は、周方向に回転させることにより、着脱可能となっている。

詳しく説明すれば、図３に示すように、第２放出用容器５の表面に形成される各放出孔５ｂの上方に位置する部分の第１放出用容器４に貫通穴４ｃが形成され、この貫通孔４ｃを介して各放出孔５ｂの上部に背丈の長い放出ノズル２２が突設されているとともに、第１放出用容器４の表面における貫通孔４ｃの近傍に形成される各放出孔４ｂの上部に背丈の短い放出ノズル２１が突設されている。なお、放出ノズル２１および放出ノズル２２の背丈は、ガラス基板１と各ノズル２１，２２の開口部との間隔を等しくするため、各ノズル２１，２２の開口部の高さ位置が同一となるよう形成されている。

ここで、上記オリフィス２３ａの口径φＤ´の設定方法について説明する。
まず、蒸着材料Ａ，Ｂであるホール輸送性材料α−ＮＰＤを蒸着する際の各放出用容器４，５および各放出ノズル２１，２２内における各蒸発材料Ａ´、Ｂ´の平均自由工程σは、α−ＮＰＤの擬似的球体の直径ｄを１０×１０^−８（Å）、排気量１０００Ｌ／ｓおよびガス放出量などから試算した各放出用容器４，５内の真空度（蒸気圧）Ｐを０．１３（Ｐａ）、各放出用容器４，５の最大加熱温度３５０（℃）（すなわちＴ＝６２３．１５（Ｋ））、係数をＡとすると、
σ∝Ａ・Ｔ／ｄ^２Ｐ ・・・（ｂ）
より、σ≒１４ｍｍとなる。なお、各放出用容器４，５における拡散空間４ａ，５ａの厚さ（以下、放出用容器４，５の厚さという）は、各放出用容器４，５内における蒸発材料Ａ´、Ｂ´が容器の内壁と衝突せずに確実に移動することができることを考慮して、各蒸発材料Ａ´、Ｂ´の平均自由工程以下である１０ｍｍとして製作する。このように、各放出用容器４，５の厚さを１０ｍｍとすることにより、各放出用容器４，５および各放出ノズル２１，２２内における各蒸発材料Ａ´、Ｂ´を希薄流とすることができる。

次に、ガラス基板１に対する蒸着作業を行う前に厚さ１０ｍｍの各放出用容器４，５を使用して蒸着材料Ａ、Ｂを蒸発させ、その時の放出ノズル２１，２２の口径φＤとｃｏｓ^ｎθ則のｎ値との関係を示すグラフＭ（図４の実線）を作成するとともに、口径φＤが６．５ｍｍの放出ノズル２１，２２に設けられたオリフィス部材２３，２４の口径φＤ´とｃｏｓ^ｎθ則のｎ値との関係を示すグラフＮ（図４の一点鎖線）を作成する（図４参照）。なお、上記グラフＭは、放出ノズル２１，２２の口径φＤの大きさ変化させて、それら口径φＤごとの蒸発材料の放出量を計測することにより作成され、上記グラフＮは、所定の口径φＤの放出ノズル２１，２２に設けられたオリフィス部材２３，２４の口径φＤ´の大きさを変化させて、それら口径φＤ´ごとの蒸発材料の放出量を計測することにより作成される。また、上記各グラフにおいては、各放出ノズル２１，２２の鉛直方向からの角度を立体角αとすると、ｃｏｓ^ｎθ則のｎ値が最適な範囲である４〜６のとき、ガラス基板１の蒸着面に均一に蒸着させる立体角αで蒸発材料を放出することができ、またｃｏｓ^ｎθ則のｎ値が小さくなるにつれて立体角αは大きくなり、ｃｏｓ^ｎθ則のｎ値が大きくなるにつれて立体角αは小さくなる、すなわちｃｏｓ^ｎθ則のｎ値が大きいほど指向性が強くなり（狭まり）、ｎ値が小さいほど指向性が弱くなる（拡がる）。

ここで、各放出ノズル２１，２２に設けられたオリフィス部材２３，２４から放出される各蒸発材料Ａ´、Ｂ´の指向性を弱めるためには、すなわちガラス基板１における膜厚の均一性を維持させるためには、ｃｏｓ^ｎθ則のｎ値が６以下（ｎ≦６）となることが望まれ、図４のグラフにより、このオリフィス部材２３，２４が上記条件を満たすには、オリフィス部材２３，２４の口径φＤ´を５．２ｍｍ程度にすればよいことがわかる。

このように、オリフィス部材２３，２４の口径φＤ´（５．２ｍｍ）を放出ノズル２１，２２の口径φＤ（６．５ｍｍ）の１０％以上且つ８０％以下の大きさとすることにより、すなわち放出ノズル２１，２２の口径φＤとオリフィス部材２３，２４の口径φＤ´とが、
０．１≦φＤ´／φＤ≦０．８ ・・・（ａ）
の関係を満たすことにより、ｎ値が６以下のｃｏｓ^ｎθ則による蒸発材料Ａ´、Ｂ´の放出が行われ、オリフィス部材２３，２４から放出される各蒸発材料Ａ´、Ｂ´の指向性が弱まることとなるため、各蒸発材料Ａ´、Ｂ´はオリフィス部材２３，２４から拡がりをもって放出され、被蒸着部材の蒸着面に均一に蒸着可能となり、したがってガラス基板１の膜厚分布の均一性を向上させることができる。

また、ガラス基板１の膜厚分布の均一性が向上されることにより、ガラス基板１と各放出用容器４，５との間隔を小さくすることができるため、材料収率を向上させることができ、また蒸着用容器３のサイズを小型化することができるため、蒸着用容器３内を減圧する時間を短縮することができる。

また、各蒸発材料Ａ´、Ｂ´はオリフィス部材２３，２４から拡がりをもって放出されることとなるため、ガラス基板１の蒸着面が広い場合でも、各放出ノズル２１同士の間隔および各放出ノズル２２同士の間隔を比較的広くすることができ、したがって各放出ノズル２１，２２の数を減らすことができる。このとき、使用しない放出ノズル２１，２２には、図５に示すように、着脱自在な蓋部材２５を設けて蒸発材料Ａ´，Ｂ´がガラス基板１に放出されないようにする。

具体例として、従来、３７０ｍｍ×４７０ｍｍサイズのガラス基板１に対して蒸着を行う際、各放出用容器にはそれぞれ口径φＤが６．５ｍｍの１３個の放出ノズルが設けられ、またガラス基板と各放出用容器との間隔が３００ｍｍとされていたが、本発明では、各放出用容器４，５にそれぞれ口径φＤが６．５ｍｍの５本〜８本の放出ノズル２１，２２を設けるとともに口径φＤ´が５．２ｍｍのオリフィス部材２３，２４を設け、またガラス基板１と各放出用容器４，５との間隔を１５０ｍｍ〜２００ｍｍとすればよくなり、従来と変わらぬ膜厚均一性（±３％以内）を維持することができ、材料収率においては２０％以上を得ることができた。

また、オリフィス部材２３，２４は放出ノズル２１，２２に対して着脱自在とされており、蒸着材料Ａ，Ｂ、ガラス基板１に対する蒸着量、および放出用容器４，５の加熱温度や真空度等を変更する際、口径φＤ´が上記（ａ）式の条件を満たすオリフィス部材２３，２４に取り替えることのみ、もしくはオリフィス部材２３，２４に取り替えるとともに蓋部材２５を用いてレイアウトを変更することで対応することができるため、上述した変更に対してスムーズに対応することができ、したがって作業時間を大幅に短縮することができる。

なお、上記実施の形態においては、図４におけるオリフィス部材２３，２４の口径φＤ´とｃｏｓ^ｎθ則のｎ値との関係を示すグラフの特性は、放出ノズル２１，２２の口径φＤの大きさを変えても同じであったため、いずれの口径φＤの放出ノズル２１，２２を使用しても、上記（ａ）式の関係は成立する。

また、上記実施の形態においては、各放出用容器４，５の表面に設けられる放出孔４ｂ，５ｂを、縦横に、すなわち二次元的に配置したが、例えば一列（一次元的）に配置してもよい。

また、上記実施の形態においては、第１および第２蒸発用容器６，７を蒸着用容器３の外方に配置したが、これら蒸発用容器６，７を、蒸発材料誘導管８，９を含めて蒸着用容器３内に配置してもよい。

本発明の実施の形態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要部斜視図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 同放出ノズルの口径およびオリフィス部材の口径とｃｏｓ^ｎθ則のｎ値との関係を示す図である。 同使用しない放出ノズルに蓋部材を設けた蒸着装置の断面図である。

符号の説明

１ ガラス基板
３ 蒸着用容器
４ 第１放出用容器
４ａ 拡散空間
４ｂ 放出孔
５ 第２放出用容器
５ａ 拡散空間
５ｂ 放出孔
５ｃ 放出ノズル
５ｄ 放出量検出孔
６ 第１蒸発用容器
７ 第２蒸発用容器
８ 第１蒸発材料誘導管
９ 第２蒸発材料誘導管
１５ シースヒータ

Claims (5)

1. 蒸着材料を加熱して蒸発材料を得るための蒸発源と、前記蒸発源で得られた蒸発材料を移送する蒸発材料誘導路と、減圧された蒸着用容器内に設けられ前記蒸発材料誘導路から流入する蒸発材料を被蒸着部材へ放出する放出用部材とを備えた蒸着装置であって、
   前記蒸発材料誘導路および前記放出用部材は所定の温度に維持されるとともにそれらの内部の蒸発材料が希薄流をなしており、
   前記放出用部材の上面に前記被蒸着部材へ蒸発材料を放出するためのノズル部材が突設されるとともに、前記ノズル部材の先端側に蒸発材料を拡散するための絞り部材が設けられており、前記ノズル部材の口径φＤと前記絞り部材の口径φＤ´とが
   φＤ´／φＤ≦０．８
   の関係を満たしていること
   を特徴とする蒸着装置。
2. 絞り部材はノズル部材に対して着脱自在に設けられており、蒸着材料や被蒸着部材に対する蒸着量等を変更する際、口径φＤ´が上式の条件を満たす絞り部材に取り替えること
   を特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
3. 放出用部材は、蒸発材料を拡散させる拡散空間を有すること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸着装置。
4. 蒸発源を複数備えるとともに前記各蒸発源ごとに放出用部材を備え、前記各放出用部材の上面には所定間隔おきに複数の放出孔が形成されており、前記各放出孔に前記各放出用部材へ蒸発材料を放出するための複数のノズル部材が着脱自在に設けられるとともに、前記各ノズル部材の先端側に蒸発材料を拡散するための複数の絞り部材が着脱自在に設けられていること
   を特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
5. 使用しないノズル部材の先端側に着脱自在な蓋部材を設けること
   を特徴とする請求項４に記載の蒸着装置。

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