JP2009084665A - 供給装置、及び蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な量の蒸着材料を供給する。
【解決手段】振動手段４６が、回転軸３５、接続管３３、又は収容部３２に接続されており、回転軸３５を回転させる時に、回転軸３５、接続管３３、又は収容部３２を振動させれば、収容部３２の開口に集中する蒸着材料３９が振動で散らばり、回転軸３５外周に形成された凸条３６と凸条３６の間の溝が詰まらない。従って、予め求めた量の回転量回転軸３５を回転させると、必要量の蒸着材料３９が正確に供給される。
【選択図】図４

Description

本発明は成膜装置と、それに用いられる供給装置及び蒸着装置に関する。

有機ＥＬ素子は近年最も注目される表示素子の一つであり、高輝度で応答速度が速いという優れた特性を有している。有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に赤、緑、青の三色の異なる色で発色する発光領域が配置されている。発光領域は、アノード電極膜、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及びカソード電極膜がこの順序で積層されており、発光層中に添加された発色剤で、赤、緑、又は青に発色するようになっている。
ホール輸送層、発光層、電子輸送層等は一般に有機材料で構成されており、このような有機材料の膜の成膜には蒸着装置が広く用いられる。

図５の符号２０３は、従来技術の蒸着装置であり、真空槽２１１の内部に蒸着容器２１２が配置されている。蒸着容器２１２は、容器本体２２１を有しており、該容器本体２２１の上部は、一乃至複数個の放出口２２４が形成された蓋部２２２で塞がれている。
蒸着容器２１２の内部には、粉体の有機蒸着材料２００が配置されている。

蒸着容器２１２の側面と底面にはヒータ２２３が配置されており、真空槽２１１内を真空排気し、ヒータ２２３が発熱すると蒸着容器２１２が昇温し、蒸着容器２１２内の有機蒸着材料２００が加熱される。
有機蒸着材料２００が蒸発温度以上の温度に加熱されると、蒸着容器２１２内に、有機材料蒸気が充満し、放出口２２４から真空槽２１１内に放出される。

放出口２２４の上方には、基板搬送装置２１４が配置されており、ホルダ２１０に基板２０５を保持させ基板搬送装置２１４を動作させると、基板２０５は、放出口２２４の真上位置を通り、放出口２２４から放出された有機材料蒸気が基板２０５表面に到達し、ホール注入層やホール輸送層等の有機薄膜が形成される。
有機材料蒸気を放出させながら、基板２０５を一枚ずつ放出口２２４上を通過させれば、複数枚の基板２０５に逐次有機薄膜を形成することが可能になる。

しかし、上記のように複数枚の基板２０５を成膜するためには、蒸着容器２１２内に多量の有機蒸着材料２００を配置する必要がある。
実際の生産現場では、蒸着材料を２５０℃〜４５０℃に加熱しながら１２０時間以上連続して成膜処理を行うため、蒸着容器２１２内の有機蒸着材料２００は長時間高温に曝されることになり、蒸着容器中の水分と反応して変質したり、加熱による分解が進行し、加熱初期の状態に比べ、有機蒸着材料２００が劣化してしまう。

凸条が螺旋状に形成された回転軸（スクリュー）を筒内で回転させることで、凸条間の溝を通った有機蒸着材料が、少量ずつ加熱手段に供給される装置が知られており（例えば、特許文献１、３）、この装置によれば、有機蒸着材料は一度に多量に加熱されないから、有機蒸着材料が劣化し難い。

しかし、有機蒸着材料は通常粉体なため、筒の入口で粉体が詰まると、有機蒸着材料が加熱手段に供給されなくなる。
特に、従来の装置では、有機蒸着材料を供給する筒と、加熱手段とが直接接しているため、加熱手段が加熱されると筒や回転軸が加熱され、凸条間の溝内の有機蒸着材料も加熱される。

有機蒸着材料は、加熱により溝内で固化したり、粘度が高くなるため、溝の途中でも有機蒸着材料の詰まりが生じ、有機蒸着材料が加熱手段に供給されなくなる。従って、従来の装置では、必要量の有機蒸着材料を正確に加熱手段に供給することが困難であった。
特開平１０−２０４６２４号公報 特開２００６−３０７２３９号公報 特開２００３−２９３１２１号公報 特開２００５−１６３１５６号公報

本発明は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、有機蒸着材料を劣化させずに、必要量の有機蒸着材料を正確に加熱手段に供給可能な供給装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は、蒸着材料が収容される収容部と、一端が前記収容部の内部空間に接続され、他端が前記収容部の下方に露出する接続管と、外周に凸条が螺旋状に設けられ前記接続管に挿入された回転軸とが設けられた供給室と、前記収容部の下方に配置された高温体とを有し、前記収容部に前記蒸着材料を収容し、前記接続管の中心軸線を中心に前記回転軸を回転させると、前記蒸着材料は、前記凸条と前記凸条の間の隙間を通って、前記収容部から前記供給室の外部の前記収容部の下方に落下し、前記高温体に前記蒸着材料が配置されるように構成された供給装置である。
本発明は供給装置であって、前記供給室は前記回転軸を振動させる振動手段を有する供給装置である。
本発明は蒸着装置であって、真空槽と、放出装置と、前記供給装置とを有し、前記供給装置の前記高温体が配置された空間が、前記放出装置の内部空間に接続され、前記放出装置には、前記真空槽の内部空間と前記放出装置の内部空間とを接続する放出口が形成された蒸着装置である。

蒸着材料を正確に必要量高温体に配置し、所望膜厚の有機薄膜を成膜できる。蒸着材料は多量に加熱されないから、化学的に劣化せず、有機薄膜の膜質がよくなる。供給室は高温体の上方に離間して配置され、蒸着材料は供給室から高温体に落下する。供給室と高温体が直接接触していないから、供給室の有機材料は加熱されず、凸条間の溝が詰まらない。

図１の符号１は成膜装置の一例を示している。
成膜装置１は、搬送室２を有しており、搬送室２には、搬入室３ａと、搬出室３ｂと、前処理室４と、１又は複数の蒸着装置１０ａ〜１０ｃと、１又は複数のスパッタリング装置８と、マスク貯蔵室７とがそれぞれ接続されている。
成膜対象物は搬入室３ａに搬入される。

搬送室２の内部には搬送ロボット５が配置されており、真空排気系９により、搬送室２と、搬入室３ａと、搬出室３ｂと、前処理室４と、蒸着装置１０ａ〜１０ｃと、スパッタリング装置８内部に真空雰囲気を形成しておけば、成膜対象物は、大気に曝されることなく、搬送室２を通って、搬入室３ａから前処理室４へ運ばれ、クリーニング処理又は加熱処理等の前処理をされる。

前処理後の成膜対象物は、各蒸着装置１０ａ〜１０ｃに順番に運ばれ、有機薄膜を形成した後、スパッタリング装置８で上部電極膜が形成されてから、搬出室３ｂから外部に搬出されるようになっている。
発光層は、２色以上の異なる色の有機薄膜（着色膜）が基板８１表面上の予め決められた異なる領域にそれぞれ形成されて構成される。

図１の符号１０ｂはその発光層の成膜に用いられる蒸着装置を示している。
図３は蒸着装置１０ｂの斜視図、図４は蒸着装置１０ｂの断面図を示しており、この蒸着装置１０ｂは、真空槽１１と、真空槽１１内部に配置された放出装置５０と、放出装置５０に接続された１又は複数（ここでは３台）の供給装置２０ａ〜２０ｃとを有している。

各供給装置２０ａ〜２０ｃはそれぞれ同じ構成を有しており、同じ部材には同じ符号を付して説明する。
供給装置２０ａ〜２０ｃは、供給室３０と、高温体２２とを有しており、供給室３０は、収容部３２と、回転軸３５と、接続管３３と、高温体２２と、蒸発室２１と、加熱手段２５と、振動手段４６とを有している。

収容部３２は容器状であって、容器の開口は蓋３４が取り付けられ、蓋３４を開けると内部に蒸着材料３９を収容可能にされ、蓋３４を閉じると内部空間が外部から遮断され、真空雰囲気を形成可能になっている。
収容部３２の底部はすり鉢状になっており、該底部の略中央位置には開口が形成されている。
蒸発室２１は箱状であって、収容部３２の下方に配置されており、その天井には開口が形成されている。

接続管３３は一端が収容部３２の開口に接続され、他端が蒸発室２１の開口に接続されている。従って、収容部３２の内部空間と蒸発室２１の内部空間は接続管３３によって互いに接続されている。
接続管３３の構成は特に限定されないが、ここでは、収容部３２の底部が下方に伸ばされ、その伸ばされた下部分に、収容部３２の開口と連通する貫通孔が形成され、該下部分からなる外筒３８と、貫通孔の内壁面と外壁面が密着する金属製の内筒３７とで構成されている。

回転軸３５はステンレス等の金属製、又はセラミック製であって、その長さは、収容部３２の開口と蒸発室２１の開口との間の距離よりも長く、その開口間の距離よりも長い範囲に螺旋状の凸条３６が形成されている。
回転軸３５は、凸条３６が形成された部分が、収容部３２の開口よりも上方位置から、蒸発室２１の開口よりも下方位置に亘るように、接続管３３に挿入され、回転軸３５の先端が蒸発室２１の内部に突き出されている。

従って、収容部３２の内部空間と、蒸発室２１の内部空間は、凸条３６と凸条３６との間の溝によって互いに接続されている。
収容部３２は収容される蒸着材料３９は粉体である。

凸条３６の表面は接続管３３の内壁面に密着しているか、その表面と接続管３３の内壁面との間の隙間は、蒸着材料３９の粒径よりも小さく、収容部３２に蒸着材料３９を収容したときに、蒸着材料３９が凸条３６の表面と接続管３３の内壁面との間を通って落下しないようになっている。

回転軸３５は回転手段４１に接続されている。回転手段４１の動力を回転軸３５に伝達させると、回転軸３５は上昇も下降もせずに、接続管３３に挿通された状態を維持しながら、接続管３３の中心軸線Ｃを中心として回転する。
このときの回転方向は、回転軸３５を、螺合する雌ネジに挿入したと仮定した時に、回転によって先端が雌ネジから突き出る方向になっており、回転軸３５が回転すると蒸着材料３９が、収容部３２から、凸条３６と凸条３６の間の溝に入り込み、凸条３６の斜面上を通って、接続管３３の内部を下方に移動する。

上述したように、収容部３２の底部はすり鉢状になっているため、収容部３２の開口周囲に蒸着材料３９が集中し、凸条３６と凸条３６との間の溝に蒸着材料３９が入り込み難くなる。

振動手段４６は例えば超音波振動子であって、回転軸３５と、接続管３３と、収容部３２のうち、少なくとも一箇所以上に取り付けられている。
ここでは振動手段４６は回転軸３５に取り付けられており、振動手段４６に電源４５から通電し、振動させると、回転軸３５が振動する。

その振動は収容部３２内の蒸着材料３９と、凸条３６と凸条３６の間にある蒸着材料３９に伝達されるから、収容部３２の開口周囲で蒸着材料３９が分散され、凸条３６と凸条３６との間の溝に、蒸着材料３９が入り込みやすくなる。

回転軸３５の凸条３６の斜面はサスピカ（登録商標である）法等で表面研磨され、平滑になっている。しかも、凸条３６斜面上を通る蒸着材料３９には振動が伝達されているから、蒸着材料３９は滞ることなく凸条３６の斜面を通って接続管３３の内部を下方に移動する。
回転軸３５の凸条３６が形成された部分のうち、蒸発室２１の開口から下方に突き出た部分は、接続管３３で覆われている。

従って、凸条３６と凸条３６との間の溝は、下端だけが蒸発室２１に露出しており、蒸着材料３９はその溝の下端からこぼれ落ちるから、蒸着材料３９は蒸発室２１内に飛散せずに真下に落下する。
高温体２２は、蒸発室２１内部の接続管３３下端の真下位置に配置されている。

接続管３３の下端と回転軸３５の下端は高温体２２と離間している。従って、供給室３０は高温体２２と接触しておらず、有機材料３９は供給室３０から落下して高温体２２に供給される。

供給室３０と高温体２２との間の距離は、高温体２２が有機材料３９の蒸発温度以上に加熱された時でも、高温体２２からの熱で供給室３０が有機材料３９の溶融温度以上に昇温しないように大きくなっている。有機材料３９は凸条３６間の溝で溶融又は固化しないので、溝が詰まらず、回転軸３５の回転量と、落下する蒸着材料３９の質量の関係は変化しない。

高温体２２は、接続管３３の下端開口よりも開口が大きい高温容器２２ｂと、高温容器２２ｂの底面略中央位置に設けられた凸部２２ａとを有している。
凸部２２ａの横断面面積は回転軸３５の横断面面積と略等しく、凸部２２ａは回転軸３５の真下に位置している。
従って、凸条３６と凸条３６との間の溝の下端から真下に落下する蒸着材料３９は、回転軸３５の回転によって、凸部２２ａと高温容器２２ｂの側壁との間に、凸部２２ａを取り囲むように配置される。

高温体２２は加熱手段２５によって加熱される。ここでは、加熱手段２５は高温体２２の周囲（ここでは蒸発室２１）に巻き回された、コイルで構成されており、電源２６に接続されている。

蒸発室２１は透磁性材料で構成されている。高温体２２はマルテンサイト系ステンレス鋼のような高抵抗材料で構成されており、電源２６から加熱手段２５に通電すると高温体２２が誘導加熱されて、高温体２２に配置された蒸着材料３９が熱伝導で昇温する。

上述したように蒸着材料３９は凸部２２ａと高温容器２２ｂの側壁の間に、凸部２２ａを取り囲むように配置されるから、蒸着材料３９は均一に加熱され、蒸発室２１内部に蒸着材料３９の蒸気が発生する。

各蒸発室２１には配管５９の一端がそれぞれ接続され、各配管５９の他端は放出装置５０に接続され、各配管５９の一端と他端の間にはバルブ５７が設けられている。
バルブ５７を閉じると蒸発室２１が放出装置５０から遮断され、バルブ５７を開けると、蒸発室２１が放出装置５０に接続され、蒸気が蒸発室２１から放出装置５０に供給される。

放出装置５０は、容器５１と、容器５１の開口を覆う蓋５４と、容器５１内に配置された供給管５２とを有しており、放出装置５０に供給された蒸気は供給管５２に供給される。
供給管５２の下方には複数の噴出口５３が形成され、供給管５２に供給された蒸気は噴出口５３から容器５１の底面に向かって放出される。
蓋５４には複数の放出口５５が形成されており、蒸気は放出口５５を通って真空槽１１内部に放出される。

真空槽１１の内部には基板搬送手段１４が設けられており、成膜対象物である基板８１は、真空槽１１内でマスク１８と重ね合わされた後、基板搬送手段１４によって、放出口５５の上方位置へ搬送され、基板８１に蒸気が到達するようになっている。
ここでは、容器５１と蓋５４の周囲には冷却板６７が離間して配置されている。図３では冷却板６７は省略してある。

冷却板６７は不図示の冷却手段で所定温度に維持されており、容器５１や蓋５４が蒸気で加熱されても、マスク１８が輻射熱で加熱されないようになっている。
冷却板６７の放出口５５上の位置には、放出口５５が露出する開口が形成されている。開口の大きさは、放出口５５から放出される蒸気が接触しない程度に大きくされているので、冷却板６７で蒸気が析出されない。

基板８１は不図示の基板ホルダに保持されており、基板ホルダと放出装置５０のいずれか一方又は両方は揺動手段５８に接続されている。
揺動手段５８は、マスク１８と基板８１とを相対的に静止させた状態で、基板ホルダに保持された基板と、放出装置５０とを水平面内で直線的な一方向又は二方向に往復移動させるか、水平面内で円運動させるようになっている。
従って、基板８１は放出口５５に対して水平面内で相対的に移動するから、基板８１表面に到達する蒸気の量が均一になり、膜厚均一な薄膜が形成される。

基板８１と放出装置５０との相対的な往復移動の方向は特に限定されないが、例えば、供給管５２が、所定間隔を空けて離間して配置された複数本の分岐管を有する場合は、基板８１と放出装置５０を、該分岐管と交差する方向に水平面内で相対的に移動させる。

次に、この蒸着装置１０ｂを用いて発光層を成膜する工程について説明する。
図２は成膜対象物である基板８１の断面図であり、基板８１の表面には下部電極膜８２が形成され、下部電極膜８２表面には、ホール注入層、ホール輸送層等の他の有機薄膜８３が形成されている。

真空槽１１と各蒸発室２１と各収容部３２は、それぞれ真空排気系９に接続されており、真空槽１１内部と、蒸発室２１内部と、蒸着材料３９が収容された状態の収容部３２の内部空間を真空排気し、真空槽１１、容器５１、供給管５２、収容部３２、及び蒸発室２１の内部をに所定圧力（例えば１０^-5Ｐａ）の真空雰囲気を形成しておき、該真空雰囲気を維持したまま、図２に示した基板８１を真空槽１１内部に搬入する。
真空槽１１内部には予めマスク１８が配置されている。マスク１８には開口１７が形成されている。

２色以上の着色層（ここでは、赤、緑、青の３色）を形成する場合、基板８１上の各色の着色層を形成すべき部分は予め決められており、選択した色の着色層を形成すべき箇所に開口１７が位置するように、マスク１８を位置合わせし、基板８１と重ね合わせた後、基板８１とマスク１８とを相対的に静止させた状態で、基板８１を放出装置５０上に配置する。

１つの放出装置５０に接続された供給装置２０ａ〜２０ｃの数は、ここでは着色層の色の数と同じである（３台）。例えば、蒸着材料３９は、主成分である有機発光材料（ホスト）と、添加剤である有機色素（ドーパント）の混合物であり、各供給装置２０ａ〜２０ｃにはそれぞれ異なる色の蒸着材料３９が収容されている。
各色の蒸着材料３９で成膜すべき有機薄膜の膜厚は決まっており、その膜厚の有機薄膜を成膜するために蒸着材料３９の必要量もそれぞれ予め分かっている。

回転軸３５の回転量と、接続管３３の下端から落下する蒸着材料３９の質量の関係は予め分かっており、その関係から、各色の蒸着材料３９を必要量落下させるための回転量をそれぞれ求めておく。
各蒸発室２１を放出装置５０から遮断しておき、各高温体２２を所定温度（例えば２００℃〜３００℃）に昇温させておく。

真空槽１１の真空排気を続けながら、選択した色の供給装置２０ａの蒸発室２１に接続された真空排気系のバルブを閉じ、該供給装置２０ａの回転軸３５を、振動手段４６で振動させながら、その蒸着材料３９が必要量落下する回転量回転させる。

上述したように、回転軸３５を振動させながら回転させると、蒸着材料３９が滞りなく接続管３３内を下方に移動するから、高温体２２には蒸着材料３９が必要量正確に配置され、蒸発室２１内部に蒸着材料３９の蒸気が発生する。

その蒸発室２１の内部圧力に達したら、蒸発室２１に接続された真空排気系のバルブを閉じたまま、真空槽１１の真空排気を続け、該蒸発室２１を供給管５２に接続すると蒸気は圧力差で蒸発室２１から、供給管５２と、容器５１とを通って、放出口５５から真空槽１１内部に放出される。
基板８１と放出装置５０とを相対的に水平面内で移動させながら、蒸気を放出口５５から放出させると、基板８１の表面上に、選択された色の着色層が成長する。
高温体２２に配置された蒸着材料３９が無くなると、蒸発室２１の内部の圧力が低下し、蒸気放出量が低下して、着色層の成長が停まる。

上述したように、高温体２２には所定膜厚の成膜に必要量の蒸着材料３９が供給されるから、着色層の成長が停止した時には、その着色層の膜厚は所定膜厚に達している。

高温体２２に配置された蒸着材料３９を加熱し始めてから所定時間経過した時、又は蒸発室２１内の圧力が所定圧力以下になった時に、着色層の成膜が終了したと判断し、蒸発室２１を放出装置５０から遮断し、真空槽１１の内部と蒸発室２１の内部を真空排気して、真空槽１１と蒸発室２１と放出装置５０から蒸気を排出する。

次に選択した色の着色層を形成すべき位置に、開口１７が位置するように、真空槽１１内部でマスク１８の位置をずらす。

次いで、上述した工程で、次に選択した色の蒸着材料３９が収容された供給装置２０ｂから蒸気を発生させれば、基板８１上の所定位置に、異なる色の着色層が形成される。

蒸気を排出する工程と、マスク１８の位置をずらす工程と、供給装置２０ａ〜２０ｃを変えて蒸気を発生させる工程とを繰り返せば、基板８１を搬出入せずに、同じ真空槽１１内部で２色以上の着色層を成膜することができる。
以上は、ホストとドーパントとが同じ供給装置２０ａ〜２０ｃの収容部３２に配置された場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、ホストとドーパントとを異なる供給装置２０ａ〜２０ｃの収容部３２にそれぞれ収容しておき、ホストが収容された供給装置２０ａと、ドーパントが収容された供給装置２０ｂとから、ホストの蒸気とドーパントの蒸気をそれぞれ同じ供給管５２に供給し、放出口５５からホストの蒸気とドーパントの蒸気の混合蒸気を放出して、ホストドーパントの両方を含有する有機薄膜を成膜してもよい。

高温体２２の設置場所は、接続管３３の真下位置に限定されない。接続管３３から落下する蒸着材料３９を、接続管３３の真下位置から離れた場所に搬送する搬送手段を設けられば、高温体２２を接続管３３の真下位置から離れた場所に設置することができる。

本発明の供給装置２０ａ〜２０ｃ及び蒸着装置１０ｂの用途は発光層の成膜だけに限定されず、他の蒸着装置１０ａ、１０ｃを本願の蒸着装置で構成してもよい。
例えば、蒸着材料３９として、ホール注入材料、ホール輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料等を供給装置２０ａ〜２０ｃに収容しておき、ホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層を成膜してもよい。
この場合も、ホストとドーパントは混合して同じ供給装置２０ａ〜２０ｃに収容してもよいし、別の供給装置２０ａ〜２０ｃに収容して成膜を行ってもよい。

高温体２２の加熱は誘導加熱に限定されず、加熱手段２５からの熱伝導で加熱してもよい。更に、蒸着材料３９にレーザービーム等を照射して、蒸着材料３９を直接加熱してもよい。
回転軸３５の凸条３６の表面研磨処理は、化学研磨であってもよいし、機械研磨であってもよい。
高温体２２の形状や設置場所も特に限定されず、蒸着材料を高温体２２に配置可能であれば、接続管３３下端の斜め下方に配置してもよい。

成膜装置の一例を説明するための模式的な平面図 成膜対象物である基板の断面図 本発明の蒸着装置の模式的な斜視図 本発明の蒸着装置の断面図 従来技術の蒸着装置を説明するための断面図

符号の説明

１０ａ〜１０ｃ……蒸着装置 １１……真空槽 ２０ａ〜２０ｃ……供給装置 ２２……高温体 ３２……収容部 ３３……接続管 ３５……回転軸 ３６……凸条 ３９……蒸着材料 ４６……振動手段

Claims (3)

1. 蒸着材料が収容される収容部と、一端が前記収容部の内部空間に接続され、他端が前記収容部の下方に露出する接続管と、外周に凸条が螺旋状に設けられ前記接続管に挿入された回転軸とが設けられた供給室と、
   前記収容部の下方に配置された高温体とを有し、
   前記収容部に前記蒸着材料を収容し、前記接続管の中心軸線を中心に前記回転軸を回転させると、前記蒸着材料は、前記凸条と前記凸条の間の隙間を通って、前記収容部から前記供給室の外部の前記収容部の下方に落下し、前記高温体に前記蒸着材料が配置されるように構成された供給装置。
2. 前記供給室は前記回転軸を振動させる振動手段を有する請求項１記載の供給装置。
3. 真空槽と、放出装置と、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の供給装置とを有し、
   前記供給装置の前記高温体が配置された空間が、前記放出装置の内部空間に接続され、
   前記放出装置には、前記真空槽の内部空間と前記放出装置の内部空間とを接続する放出口が形成された蒸着装置。
   

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