JP2009057614A - 蒸着装置及び蒸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数本の配管を用いて蒸着材料の流量を制御し、高精度な膜厚制御を行う。
【解決手段】基板２に有機化合物膜等を成膜する蒸着方法において、蒸着材料６を充填した材料収容部７を加熱することによって、蒸着材料を蒸発又は昇華させ、材料収容部７に連結された複数本の配管８，９を通して、真空チャンバー１の成膜空間に放出する。蒸着材料の真空チャンバー１内への放出量を調整する流量調整機構１０は、コンダクタンスの異なる配管８，９のうちのコンダクタンスの小さい配管９に設けられ、成膜速度を微細に調整することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発又は昇華した蒸着材料を被成膜基板に付着させて有機ＥＬ素子等を製造するための蒸着装置及び蒸着方法に関するものである。

有機ＥＬ素子を作製する際に用いられる蒸着装置は、一般的に、蒸着材料を加熱・蒸発させる蒸着源と、被成膜基板（基板）が設置されている真空チャンバーとを備えている。このような装置の一例として、一般にポイントソースやラインソースと呼ばれる蒸着源を用いるものがある。これらの蒸着源は、蒸着材料を充填する材料収容部に、蒸着材料を放出する開口部を配置した構成になっていることが多い。このような蒸着源を用いた有機ＥＬ素子の生産では、材料の交換時に真空チャンバーの真空を破らなければならないという課題がある。

また、一般に加熱温度により蒸着材料の流量を制御するため、成膜速度の制御性が悪く、基板やマスクに与える熱なども一定にすることができないため、基板、マスクの熱膨張を抑える、もしくは制御することが困難であるという課題がある。

これらの課題を解決するために、特許文献１のように、一般にノズルソースと呼ばれる蒸着源を用いる方法がある。これは、材料を入れる材料収容部を真空チャンバー外に設置し、材料収容部とチャンバー内を繋ぐ配管にバルブを設けて成膜速度を制御する方法である。このような方法により、材料の交換は真空を破らずに行うことができ、また、基板、マスクに与える熱も略一定にすることが可能となる。

特開２００５−２８１８０８号公報

有機ＥＬ素子の製造において生産性と歩留まりを向上するためには、高い成膜速度で、膜厚を精度よく再現することが必要である。

しかしながら、ポイントソースやリニアソースによる蒸着では、成膜速度の安定した制御は困難である。また、ノズルソースを採用した場合においても、成膜速度の精度はバルブの開閉精度に依存しており、限界がある。特に材料収容部の加熱温度が高くなった場合、蒸着材料の蒸発速度は指数的に上昇するため、いずれの方法においてもさらに制御の安定性に課題が生じる。

本発明は、有機ＥＬ素子等を蒸着によって製造するにあたり、高い成膜速度で膜厚を精度よく再現することによって、生産性と歩留まりの向上を図ることができる蒸着装置及び蒸着方法を提供することを目的とするものである。

本発明の蒸着装置は、蒸発又は昇華した蒸着材料を被成膜基板に付着させて成膜する蒸着装置において、成膜を行う成膜空間を有する真空チャンバーと、蒸着材料を充填する材料収容部と、前記材料収容部を加熱して蒸着材料を蒸発又は昇華させる手段と、前記材料収容部から前記真空チャンバーの前記成膜空間に蒸着材料を供給するための複数本の配管と、前記複数本の配管のうちの少なくとも１本の配管における蒸着材料の流れを流量制御又は開放・遮断する手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の蒸着方法は、蒸発又は昇華した蒸着材料を被成膜基板に付着させて成膜する蒸着方法において、蒸着材料を充填した材料収容部を加熱することによって、蒸着材料を蒸発又は昇華し、前記材料収容部に連結された複数本の配管を通して、真空チャンバーの成膜空間へ供給する蒸着工程と、前記複数本の配管のうちの少なくとも１本の配管における蒸着材料の流れを流量制御又は開放・遮断することで、前記真空チャンバーの前記成膜空間へ供給される蒸着材料の流量を調整する工程と、を有することを特徴とする。

複数本の配管を通して真空チャンバーに蒸着材料を供給することにより、高い成膜速度を実現することができる。また、少なくとも1本の配管に対して、蒸着材料の流量を制御（流量制御）する、もしくは流れを開放・遮断する手段を備えることにより、成膜速度を高精度に制御し、膜厚を精度よく再現することが可能となる。

これによって、有機ＥＬ素子を再現性よく、短時間で製造することができ、生産性と歩留まりの向上に貢献できる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は一実施形態による蒸着装置を示す摸式断面図である。この装置は、例えば有機ＥＬ素子（有機発光素子）の製造に用いられる。真空チャンバー１の成膜空間において、被成膜基板である基板２上の素子分離膜３にマスク４を当接し、蒸着源５から蒸発又は昇華した蒸着材料である有機化合物をマスク４を介して基板２上に被着させ、有機化合物膜を成膜する。

蒸着源５には、蒸着材料６を充填した材料収容部７と、配管８，９を加熱するための手段である不図示のヒーターが備えられている。基板２の所定位置にだけ有機化合物を蒸着させるためのマスク４は、基板２の蒸着源側で、基板２に当接又は近接するように配設される。図１では、マスク４を基板２上に設けられた素子分離膜３の上面とほぼ接触するように配置している。また、基板２の裏面に配置した不図示の基板保持機構により、基板２及びマスク４が保持される。真空チャンバー１内は排気系により１×１０^−４〜１×１０^−５Ｐａ程度に排気されている。

蒸着源５は、蒸着材料６を充填する材料収容部７が真空チャンバー１の外に設置され、材料収容部７から複数本の配管８，９が真空チャンバー１内に繋がり、配管８、９を通って蒸着材料が基板２に到達する。

これらの配管は、全て同じ径、長さであってもよいが、図１に示すように、相対的にコンダクタンスが大きい配管８と小さい配管９を備えることが望ましい。また、３つ以上の異なるコンダクタンスを持つ配管を備えてもよい（図３参照）。

ただし、どのような配管の組み合わせにおいても、少なくとも１本の配管に、蒸着材料の流れを流量制御する、もしくは流れを開放・遮断する手段である流量調整機構１０を備える。

コンダクタンスの異なる配管は、コンダクタンス毎にそれぞれ何本備えていてもよい。そのうちの、少なくとも１本の配管に、例えばバルブのような蒸着材料の流量制御、もしくは流れの開放・遮断を行う流量調整機構１０を備える。流量調整機構１０は、コンダクタンスが相対的に大きい配管に対して設定してもよいが、全ての配管に対して備えるか、又は１本以上の相対的にコンダクタンスが小さい配管に配置することが望ましい。

本実施形態によれば、コンダクタンスの大きい配管８を備えることにより、蒸着材料の流量を高く保つことが可能になる。蒸着材料の流量は、加熱温度によって蒸着材料の流れを制御してもよく、バルブのような蒸着材料の流量を制御する手段を用いてもよい。

配管を流れる蒸着材料の流量の制御性は、加熱温度の制御性あるいはバルブの制御性によって制限されるが、複数本の配管と、配管内の流れの流量制御又は流れを開放・遮断するバルブ等を備えることにより、蒸着材料の流量を細かく制御することが可能になる。特に、コンダクタンスの小さい配管９を設置し、この配管９に対してバルブのよう流量調整機構１０を備えることにより、この効果は大きくなる。このように、複数本の配管からの成膜速度の合成によって、高い成膜速度を安定に制御することが可能になる。

すなわち、コンダクタンスの大きい配管８によって高い成膜速度を保ち、コンダクタンスが小さくて、蒸着材料の流量を制御する、もしくは流れを開放・遮断する流量調整機構１０を備えた配管９によって、微細な成膜速度の制御を行うことが可能となる。

材料収容部７は、真空チャンバー１の外に配置することが望ましい。蒸着材料が切れた場合に、真空を破らずに蒸着材料の再充填が可能となる。

次に、複数本の配管と、蒸着材料の流量を制御する流量調整機構を持つことによる効果を説明する。図２の（ａ）は、長さ、径が等しい２本の配管１８を持つ材料収容部１７を示す。２本の配管１８のうちの１本は、蒸着材料の流量を制御する流量調整機構２０としてバルブを備えている。

バルブの流量の制御精度は３％とし、配管１本当たりのある温度における最大流量を５０ｌ／ｓとし、また、２本の配管１８からの流量の目標を７０ｌ／ｓとする。

バルブを持たない配管１８は５０ｌ／ｓの流量を流し、バルブを持つ配管１８は２０ｌ／ｓの流量をバルブによって制御する。材料の温度などの系の状態が理想的に一定に保たれるならば、この蒸着源は７０±０．６ｌ／ｓで流量を制御することができる。

図２の（ｂ）は、流量調整機構１２０として上記と同様に３％の制御精度のバルブを持ち、最大流量が１００ｌ／ｓである配管１１８を１本だけ備えた材料収容部１１７を示す。流量の目標を７０ｌ／ｓとすると、この蒸着源は７０±２．１ｌ／ｓで流量を制御する。

以上から、複数本の配管と、少なくとも１本の配管に流量調整機構を備えることにより、流量の微細な制御が可能になることがわかる。

図３の（ａ）に示すように、全ての配管２８が同じ径、長さの場合は、成膜速度を好適に制御できるように、適当な数の配管２８に対して、例えばバルブのような蒸着材料の流れを流量制御する、もしくは流れの開放・遮断を行う流量調整機構３０を備える。この場合も、全ての配管に対して流量調整機構３０を備えてもよい。

なお、蒸着源の構造、蒸着源の数、有機化合物の種類、マスクの開口形状などを特に制限するものではない。例えば蒸着源の開口形状は、点状であっても、線状であってもよい。

また、図４に示すように、図１の装置の配管８，９を連結する連結空間（連結部）１１を設け、連結空間１１に、真空チャンバー１の成膜空間に蒸着材料を放出するための放出部１２を備えてもよい。

蒸着源は、複数の有機化合物を同時に蒸着する共蒸着源であってもよい。

図１に示す蒸着装置を用いて以下の蒸着方法によって基板上に有機ＥＬ素子を製造した。蒸着源５の材料収容部７は、コンダクタンスの大きい配管８を１本と、コンダクタンスの小さい配管９を２本備える。

目標成膜速度は２０［Å／ｓ］とした。コンダクタンスの大きい配管８は、この配管の直上の成膜速度を１９［Å／ｓ］前後に保つ。配管８における蒸着材料の流量は材料収容部７の加熱温度のみによって制御されるが、加熱温度は略一定とした。コンダクタンスの小さい配管９は、目標成膜速度をコンダクタンスの大きい配管８の直上において１［Å／ｓ］となるようにした。配管９は、蒸着材料の流量を制御する流量調整機構１０としてニードルバルブを設置した。

基板２には、無アルカリガラスの０．５ｍｍ厚でサイズが４００ｍｍ×５００ｍｍのガラス基板を用いた。この基板２上に定法によって薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と電極配線がマトリクス状に形成されている。一つの画素の大きさは３０μｍ×１２０μｍとし、有機ＥＬ素子の表示領域が３５０ｍｍ×４５０ｍｍとなるように基板中央に配置した。基板２は蒸着源５から２００［ｍｍ］の距離に置いた。また、基板２は略一定の速度で搬送しながら真空蒸着した。成膜速度は不図示の膜厚レートセンサーで観測し、ニードルバルブへフィードバックして制御を行った。

有機ＥＬ素子の作製工程を説明する。まず、発光領域が画素の中心部に２５μｍ×１００μｍになるように、ＴＦＴを備えたガラス基板上にアノード電極を形成した。次に、本実施例の蒸着装置及び公知の蒸着マスク、発光材料を用いて真空蒸着することで、発光材料の成膜速度を２０［Å／ｓ］±２％で制御することが可能になった。以上により、基板上の画素内及び基板面内において発光層の膜厚を精度よく制御することが可能になり、高品位な有機ＥＬ素子が得られた。

図３の（ａ）に示す蒸着源を用いて基板上に有機ＥＬ素子を製造した。蒸着源は、材料収容部２７にコンダクタンスを等しくした配管２８を６本備えた。これらは材料収容部２７の上面の中心から等距離、等間隔に配置した。６本の配管２８のうちの２本に対して、蒸着材料の流量を制御する流量調整機構３０としてニードルバルブを設置した。

目標成膜速度は２０［Å／ｓ］とした。ニードルバルブを持たない配管は、目標成膜速度を、材料収容部２７の上面の中心の直上において１本当り４．５［Å／ｓ］とした。この配管の蒸着材料の流量は材料収容部の加熱温度のみによって制御されるが、加熱温度は略一定とした。

ニードルバルブを持つ配管は、目標成膜速度を、材料収容部２７の中心の直上において１本当り１．０［Å／ｓ］とした。

蒸着源以外の構成は、実施例１と同様のものを用いた。

本実施例の蒸着装置及び公知の蒸着マスク、発光材料を用いて真空蒸着することで、発光材料の成膜速度を２０［Å／ｓ］±２％で制御することが可能になった。以上により、基板上の画素内及び基板面内において発光層の膜厚を精度よく制御することが可能になり、高品位な有機ＥＬ素子が得られた。

図３の（ｂ）に示す蒸着源を用いて基板上に有機ＥＬ素子を製造した。蒸着源は、材料収容部３７にコンダクタンスの大きい配管３８を１本と、コンダクタンスを中程度に設定した配管３９ａを１本と、コンダクタンスの小さい配管３９ｂを１本備えた。

目標成膜速度は２０［Å／ｓ］とした。コンダクタンスの大きい配管３８は、この配管３８の直上の成膜速度を１５［Å／ｓ］前後に保つ。この配管３８の蒸着材料の流量は材料収容部３７の加熱温度のみによって制御されるが、加熱温度は略一定とした。

コンダクタンスを中程度に設定した配管３９ａは、目標成膜速度をコンダクタンスの大きい配管３８の直上において４．５［Å／ｓ］となるようにした。配管３９ａは、蒸着材料の流量を制御する流量調整機構４０としてニードルバルブを備える。

コンダクタンスの小さい配管３９ｂは、目標成膜速度をコンダクタンスの大きい配管３８の直上において０．５［Å／ｓ］となるようにした。配管３９ｂは、蒸着材料の流量を制御する流量調整機構４０としてニードルバルブを備える。

蒸着源以外の構成は、実施例１と同様のものを用いた。

本実施例の蒸着装置及び公知の蒸着マスク、発光材料を用いて真空蒸着することで、発光材料の成膜速度を２０［Å／ｓ］±２％で制御することが可能になった。以上により、基板上の画素内及び基板面内において発光層の膜厚を精度よく制御することが可能になり、高品位な有機ＥＬ素子が得られた。

図３の（ｂ）に示す蒸着源を用いて基板上に有機ＥＬ素子を製造した。蒸着源は、材料収容部３７にコンダクタンスの大きい配管３８を１本と、コンダクタンスを中程度に設定した配管３９ａを１本と、コンダクタンスの小さい配管３９ｂを１本備える。

目標成膜速度は２０［Å／ｓ］とした。コンダクタンスの大きい配管３８は、この配管３８の直上の成膜速度を１５［Å／ｓ］前後に保つ。配管３８の蒸着材料の流量は材料収容部３７の加熱温度のみによって制御されるが、加熱温度は略一定とした。

コンダクタンスを中程度に設定した配管３９ａは、目標成膜速度をコンダクタンスの大きい配管３８の直上において５［Å／ｓ］となるようにした。配管３９ａは、流れの開放・遮断を行う流量調整機構４０としてニードルバルブを備える。

コンダクタンスの小さい配管３９ｂは、目標成膜速度をコンダクタンスの大きい配管３８の直上において０．２［Å／ｓ］となるようにした。配管３９ｂは、流れの開放・遮断を行う流量調整機構４０としてニードルバルブを備える。

蒸着源以外の構成は、実施例１と同様のものを用いた。

本実施例の蒸着装置及び公知の蒸着マスク、発光材料を用いて真空蒸着した。このとき、成膜速度が２０．３［Å／ｓ］になった場合にニードルバルブを遮断し、１９．７［Å／ｓ］となった場合にニードルバルブの開放を行った。この結果、成膜速度を２０［Å／ｓ］±２％で制御することが可能になった。以上により、基板上の画素内及び基板面内において発光層の膜厚を精度よく制御することが可能になり、高品位な有機ＥＬ素子が得られた。

（比較例１）
図２の（ｂ）に示す蒸着源を用いて基板上に有機ＥＬ素子を製造した。蒸着源は、材料収容部１１７に配管１１８を１本のみ備えた。この配管１１８は、蒸着材料の流量を制御する流量調整機構１２０としてニードルバルブを設置した。目標成膜速度は２０［Å／ｓ］とした。蒸着源以外の構成は、実施例１と同様のものを用いた。

本比較例の蒸着装置及び公知の蒸着マスク、発光材料を用いて真空蒸着したところ、発光材料の成膜速度は２０［Å／ｓ］±５％でバラツキが生じた。蒸着後、蒸着した発光層の膜厚を計測するとガラス基板面内に膜厚ムラがあり、得られた有機ＥＬ素子に表示ムラが生じた。

実施例１による蒸着装置を示す模式断面図である。 図１の蒸着源を従来例と比較して示す図である。 実施例２〜４の蒸着源を説明する図である。 実施例１の一変形例を示す図である。

符号の説明

１ 真空チャンバー
２ 基板
３ 素子分離膜
４ マスク
５ 蒸着源
６ 蒸着材料
７ 材料収容部
８、９、１８、２８、３８、３９ａ、３９ｂ 配管
１０、２０、３０、４０ 流量調整機構
１１ 連結空間
１２ 放出部

Claims (7)

1. 蒸発又は昇華した蒸着材料を被成膜基板に付着させて成膜する蒸着装置において、
   成膜を行う成膜空間を有する真空チャンバーと、
   蒸着材料を充填する材料収容部と、
   前記材料収容部を加熱して蒸着材料を蒸発又は昇華させる手段と、
   前記材料収容部から前記真空チャンバーの前記成膜空間に蒸着材料を供給するための複数本の配管と、
   前記複数本の配管のうちの少なくとも１本の配管における蒸着材料の流れを流量制御又は開放・遮断する手段と、を備えることを特徴とする蒸着装置。
2. 前記複数本の配管を連結する連結部と、
   前記連結部から蒸着材料を前記真空チャンバーの前記成膜空間に放出する放出部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
3. 各配管を加熱する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸着装置。
4. 前記複数本の配管が、コンダクタンスの異なる配管を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の蒸着装置。
5. コンダクタンスの小さい配管に、前記蒸着材料の流れを流量制御又は開放・遮断する手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の蒸着装置。
6. 前記材料収容部を前記真空チャンバーの外に配置することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の蒸着装置。
7. 蒸発又は昇華した蒸着材料を被成膜基板に付着させて成膜する蒸着方法において、
   蒸着材料を充填した材料収容部を加熱することによって、蒸着材料を蒸発又は昇華させ、前記材料収容部に連結された複数本の配管を通して、真空チャンバーの成膜空間へ供給する蒸着工程と、
   前記複数本の配管のうちの少なくとも１本の配管における蒸着材料の流れを流量制御又は開放・遮断することで、前記真空チャンバーの前記成膜空間へ供給される蒸着材料の流量を調整する工程と、を有することを特徴とする蒸着方法。

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