JP2009228090A - 蒸着装置及び蒸着源 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークを回避して多元共蒸着における各蒸着源の蒸着レートを正確に測定する。
【解決手段】蒸着材料２を蒸発させる容器１に、基板方向に向いた開口部３ａを有する分岐配管部３と、基板方向に向かない開口部４ａを有する分岐配管部４を接続する。非蒸着時に、基板方向に向かない開口部４ａから放出される蒸着材料の蒸着レートを測定し、容器１の加熱機構にフィードバックさせ、蒸着レートを安定化する。蒸着時には、基板方向に向いた開口部３ａから蒸気を放出させる。蒸着レートを測定するときの開口部４ａを基板方向と異なる方向に向かせることでクロストークを回避する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ素子等の蒸着膜を成膜するための蒸着装置及び蒸着源に関するものである。

有機ＥＬ表示装置は高輝度、低消費電力が実現でき、液晶表示装置にかわる表示デバイスとして、薄型、高速応答性、高視野角を特徴とし、今後の表示デバイスのトレンドとして注目されている。有機ＥＬ表示装置の製造方法には大きく分けて２通りがある。一方は、低分子型有機ＥＬ材料をマスク蒸着により成膜する方法であり、もう一方は基板上に予めリブを形成した後、リブに囲まれた凹部にインクジェット法等により高分子型有機ＥＬ材料を供給する方法である。

このうち、インクジェット法等により高分子型有機ＥＬ材料を供給する手法は、使用する高分子型有機ＥＬ材料の開発が未だ途上であり、現段階では商品化は実現していない。一方、蒸着法を用いる手法については、既にパッシブマトリクス方式のモノカラー、及び、エリアカラーパネルにおいて既に商品化されている。

図４は、一従来例による蒸着装置を示す。真空チャンバー１０１の下部に有機材料の蒸着源１０２があり、蒸気放出口１０３が真空チャンバー１０１の上部に向けて開口している。真空チャンバー１０１の上部には、マスクホルダー１０４及び基板ホルダー１０５が設置され、マスクと基板はそれぞれのホルダー１０４、１０５に密着させてある。使用するマスクは、パネル発光部に対応した部位が開口部となった金属板を用いるのが一般的である。また、蒸気放出口１０３とマスクホルダー１０４の中間にシャッター１０６が設置されている。シャッター１０６は蒸着時には移動し、蒸気放出口１０３から放出された蒸着材料の蒸気がマスクホルダー１０４及び基板ホルダー１０５に設置されたマスクと基板の表面に到達し、基板表面に有機膜を形成する。

シャッター１０６は、マスクホルダー１０４及び基板ホルダー１０５を光学的に遮蔽することで、非蒸着時に蒸着材料の蒸気がマスク及び基板に到達することを回避している。また、シャッター１０６に隠れない範囲で基板近傍に膜厚センサー１０８が設置してあり、シャッター１０６が閉まっていても蒸着材料の蒸着レートを測定する。その測定値を蒸着源１０２の温度やシャッター１０６の動作にフィードバックすることで蒸着制御を行っている。

少量生産（バッジ式）の場合には、基板と１回の蒸着分の蒸着材料を成膜毎に収容し直すことが繰り返される。しかし、大量生産を行う場合には数回から数百回分の蒸着材料を蒸着室に常設されたルツボ型の容器に予め収容しておき、蒸着室は真空を保持し、基板のみロードロック室を介して蒸着毎に交換している。

しかしながら、有機ＥＬ素子は複数の薄膜から構成されており、その内の幾層かは複数の材料からなる多元共蒸着膜である。複数の蒸着源から同時に材料蒸気を放出する場合、それぞれの蒸気がチャンバー内で交じり合うため１個の膜厚センサーでは正確な測定が難しい。

そこで、従来の多元蒸着方法では蒸着材料を充填した複数の蒸着源と各蒸着源に対応した膜厚センサーを搭載し、各膜厚センサーによる測定値を対応する蒸着源にフィードバックさせていた。

図５は、特許文献１に開示された従来の構成を示す。この装置では、真空チャンバー内に蒸着源１１１〜１１３が設置されていて、蒸着源１１１には膜厚センサー１１４、蒸着源１１２、１１３にはそれぞれ膜厚センサー１１５、１１６といったように、各蒸着源と各膜厚センサーが１対１対応している。各蒸着源の上方にはマスクホルダー１１７と基板ホルダー１１８が図示していない支持体で保持されている。各膜厚センサーの振動子前面部には、入射規制用のパイプ１１４ａ、１１５ａ、１１６ａが取り付けられていて、対応しない蒸着源から放出される蒸気を遮蔽する。

特開２００５−２０６８９６公報

しかし、蒸着源開口部から放出された蒸気は、ｃｏｓ則と呼ばれる分布を持って四方に拡散する。このため特許文献１で提案された方法では、対応しない蒸着源と膜厚センサー間で、例えば、蒸着源１１１から放出された蒸気の１部が膜厚センサー１１５や膜厚センサー１１６にも回り込んでしまう。蒸着源１１１と蒸着源１１２の共蒸着の比率が１：１００といった大きい場合には、蒸着源１１２から放出される蒸気のうち０．５％が膜厚センサー１１５に回りこんでしまっても蒸着源１１１からの放出量が５０％多い値を読んでしまう。

また、図６に示すように、大口径基板に対応した蒸着源としてライン型蒸着源が実用化されている。蒸着材料を搭載した容器１２１〜１２３は、上面部に複数の蒸気放出用の開口部１２１ａ〜１２３ａを有する。各容器１２１、１２２、１２３が図示していない加熱機構によりそれぞれ搭載された蒸着材料の蒸発温度に達すると、それぞれの開口部１２１ａ〜１２３ａから上方に向かって蒸気が放出される。各容器１２１、１２２、１２３の上方に膜厚センサー１２５、１２６，１２７が設置されていて、それぞれ、容器１２１、１２２、１２３からの蒸着レートを測定する。膜厚センサー１２５、１２６、１２７には、図５の場合と同じく、振動子前面部に入射規制用のパイプ１２５ａ、１２６ａ、１２７ａが取り付けられている。さらに遮蔽板１２８、１２９で隣り合う容器からの蒸気が対応しない膜厚センサーに拡散することを防ぎ分離して測定できるようになっている。各容器からの蒸着レートが所望のレートで安定したら基板１３０が容器１２１、１２２、１２３の上方を矢印Ａで示す方向に通過し蒸着が行われる。

この方式では、図５に示した従来例よりも各容器からの蒸着レートを分離して測定しやすい。より完全に蒸着レートを分離するためには、振動子前面部の入射規制用のパイプを長くすることや遮蔽板を高くして基板に近づける必要がある。

しかし、遮蔽板を高くして基板に近づけ過ぎると、基板上で蒸気の混合が生じず共蒸着膜にならないといった問題が生じる。

入射規制用のパイプを長くした場合に生じる問題を図７を用いて説明する。例えば、容器１２１の中の蒸着材料が図示しない加熱源により加熱され、材料蒸気が開口部１２１ａより放出され、上方に設置された膜厚センサー１２５に到達する。この時、パイプ１２５ａが短い場合には開口部１２１ａより放出された蒸気が膜厚センサー１２５に到達するが、図７に示すようにパイプ１２５ａが長い場合には、破線で示す飛跡のように膜厚センサー１２５に到達できない。このため、容器１２１から放出される蒸気のうち１部分の蒸着レートしか測定できない。その結果、矢印Ｂで示す容器１２１の長手方向の材料蒸気のバランスが乱れても検知できない。これを回避するためには複数の膜厚センサーを設置しなければならないという問題が生じる。

本発明は、複数の蒸着源を用いて成膜を行う蒸着装置において、各蒸着源からの蒸着レートを正確に測定し、安定した成膜を行うことのできる蒸着装置及び蒸着源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、複数の蒸着源から発生する蒸着材料の蒸気を基板に蒸着させる蒸着装置において、前記複数の蒸着源のうちの少なくとも１つが、蒸着材料を収容する容器と、前記容器から蒸着材料の蒸気を発生させる蒸気発生手段と、前記容器から発生する蒸着材料の蒸気を、前記基板に蒸着させるための第１の方向に放出する開口部を備えた第１の分岐配管部と、前記容器から発生する蒸着材料の蒸気を、前記第１の方向とは異なる第２の方向に放出する開口部を備えた第２の分岐配管部と、前記第１及び第２の分岐配管部を交互に切り換えて前記容器に接続するための切換手段と、を有することを特徴とする。

多元共蒸着時に避けられなかったクロストークと呼ばれる各蒸着源からの蒸着レートの誤読を完全に回避できる。また、各蒸着源からの蒸気が十分に混合して蒸着を行うことが可能となる。

第１及び第２の分岐配管部の配管コンダクタンスを等しくすれば、バルブ等を切り換えることによって蒸気雰囲気が変化することもなく、安定した蒸着を行うことが可能となる。また、非蒸着中はバルブ操作により基板方向への蒸気放出を回避することで、真空チャンバー内壁への蒸着材料の付着を防ぐことができる。

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に示すように、蒸着源の容器１に蒸着材料２が投入され、容器１は図示しない蒸気発生手段である加熱機構で全体が同じ温度に加熱される。容器１には、第１及び第２の蒸気放出用の開口部３ａ、４ｂを有する分岐配管部３、４が接続され、各開口部３ａ、４ａから同じ配管コンダクタンスの位置に切換手段であるバルブ５が設置されている。

第１及び第２の分岐配管部３、４は、開口部３ａ、４ａまでの配管コンダクタンスが等しいだけでなく機械的にも等しい形状をしていることが望ましい。開口部３ａの上方に基板（被成膜基板）が保持され、開口部３ａが蒸着材料の蒸気を基板に向かう第１の方向（基板方向）に放出する。開口部４ａは、開口部３ａの開口方向と干渉しないように、基板方向とは異なる第２の方向に向いている。

初期の段階ではバルブ５の弁体が分岐配管部３の弁座３ｂに当接されている。蒸着材料２が蒸発する温度に達すると容器１内に蒸気が充満し、開口部４ａから容器１外に放出され、開口部４ａに対応するように設置してある図示しない膜厚センサーで蒸気の放出量（蒸着レート）を測定する。蒸着レートが所望の値になったら、前記加熱機構にフィードバックし、蒸気の蒸発量を一定に保つ。その後バルブ５の弁体を分岐配管部４の弁座４ｂ側に切り換えて、蒸気を開口部３ａから放出する。そして、開口部３ａの上方で基板を移動させながら基板表面に蒸着膜を成膜する。

このように、本発明による蒸着源では、蒸着材料を収容する容器に２個の分岐配管部を設置する。第１の分岐配管部は基板に向かう第１の方向に開口部を有し、第２の分岐配管部は基板に向かない第２の方向に開口部を有する。各分岐配管部は、連結部から開口部までの配管コンダクタンスを等しくし、同じ温度に保持する。また、容器内の蒸気が第１及び第２の分岐配管部に交互に導入されるように切り換えるためのバルブ（切換手段）を設置する。第２の分岐配管部の開口部に正対した位置に膜厚センサーを設置し、蒸着レートを測定して容器の加熱機構にフィードバックする。蒸着レートが所望の値になったらバルブにより第１の分岐配管部側に材料蒸気を導入し、基板に放出することで蒸着を行う。

例えば、このような切り換え型の蒸着源と従来型の蒸着源を組み合わせることで、完全に蒸着レートを分離して測定できる２元蒸着源が構成される。従来型の蒸着源は開口部に正対した位置に膜厚センサーを設置し、これで蒸着レートを測定して容器の加熱機構にフィードバックする。切り換え型の蒸着源は第２の分岐配管部に正対した位置の膜厚センサーで蒸着レートを測定する。各蒸着源の蒸着レートが所望の値になったら切り換え型の蒸着源を第１の分岐配管部側に切り換えて基板に蒸着を行う。

また、従来のライン型蒸着源を挟む位置に切り換え型の蒸着源を２個設置すれば、上記と同様に３元蒸着源を構成することができる。

図２は実施例１による蒸着装置を示す。真空チャンバー１０に、容器１１、２１、３１が設置され、各容器内に蒸着材料１２、２２、３２が収容されている。容器１１には、導入路１１ａを介して第１及び第２の分岐配管部１３、１４が接続され、各分岐配管部１３、１４には開口部１３ａ、１４ａが設けられている。同様に、導入路２１ａを介して、容器２１も開口部２３ａ、２４ａを有する第１及び第２の分岐配管部２３、２４に接続され、容器３１は、導入路３１ａを介して開口部３３ａを有する配管部３３に接続される。導入路１１ａには分岐配管部１３、１４に材料蒸気を交互に振分ける切換手段であるバルブが内蔵されている。同様に導入路２１ａにも分岐配管部２３、２４に材料蒸気を交互に振分ける切換手段であるバルブが内蔵されている。開口部１４ａに対しては膜厚センサー４１、開口部２４ａに対しては膜厚センサー４２、開口部３３ａに対しては膜厚センサー４３が対応し各開口部からの蒸気の放出量を測定する。各蒸着源間には遮蔽板４４、４５が設置されていて、開口部１３ａ、２３ａ、３３ａから放出された蒸気が他の分岐配管部等に混入するクロスコンタミを防止している。蒸着時には基板５０が矢印方向に移動する。

まず、真空チャンバー１０が図示していない排気系で真空排気される。所定の圧力に到達したら容器１１、２１、３１を加熱する加熱機構による加熱を開始する。この時、容器１１に投入された蒸着材料の蒸気が分岐配管部１４に導入されるよう導入路１１ａ内に設置してあるバルブが設定されている。同様に容器２１に投入された蒸着材料の蒸気が分岐配管部２４に導入されるよう導入路２１ａ内に設置してあるバルブが設定されている。各容器の温度が蒸着材料１２、２２、３２の蒸発温度に到達すると、容器内に各材料の蒸気が充満し、蒸着材料１２の蒸気は分岐配管部１４の開口部１４ａを経て膜厚センサー４１に放出される。同様に蒸着材料２２の蒸気は分岐配管部２４の開口部２４ａを経て膜厚センサー４２に放出される。容器３１に投入された蒸着材料３２の蒸気は導入路３１ａを経て配管部３３の開口部３３ａから膜厚センサー４３に放出される。

各膜厚センサーの測定値が各容器に設置された加熱機構にフィードバックされ各容器の温度が制御され、所定の蒸着レートに到達・安定したら、導入路１１ａ、２１ａ内に設置されたバルブにより分岐配管部を切り換える。蒸着材料１２の蒸気は分岐配管部１３の開口部１３ａを経て図中上方に向かい放出される。蒸着材料２２の蒸気は分岐配管部２３の開口部２３ａを経て図中上方に向かい放出される。この時、図中上方に各蒸着材料１２、２２、３２からの蒸気が同時に放出され混合される。その後、基板５０が矢印の方向に各開口部１３ａ、２３ａ、３３ａの上を通過することで、その成膜面に蒸着材料１２、２２、３２からなる共蒸着膜が形成される。

図３は実施例２による蒸着装置を示す。本実施例は実施例１と同様に、切り換え型の蒸着源を２個使用し、中央の分岐しない蒸着源を省略したものである。実施例１と同様に、容器１１、２１内に蒸着材料１２、２２を投入し、図示していない加熱機構を用いて加熱を行う。初期には容器１１に投入した蒸着材料１２の蒸気が分岐配管部１４に導入されるよう導入路１１ａ内に設置してあるバルブが設定されている。同様に、容器２１に投入した蒸着材料２２の蒸気が分岐配管部２４に導入されるよう導入路２１ａ内に設置してあるバルブが設定されている。各容器が昇温し蒸着材料１２，２２の蒸発温度に到達すると、容器内に各蒸着材料の蒸気が充満する。蒸着材料１２の蒸気は分岐配管部１４を経て開口部１４ａから膜厚センサー４１に向かって放出される。同様に蒸着材料２２の蒸気は分岐配管部２４を経て開口部２４ａから膜厚センサー４２に向かって放出される。

膜厚センサー４１、４２の測定値は各容器の加熱機構にフィードバックされ、各容器の温度が所望の蒸着レートとなるよう制御される。所定の蒸着レートに到達・安定したら、導入路１１ａ、２１ａ内に設置されたバルブを切り換えて、蒸着材料１２の蒸気は分岐配管部１３に、蒸着材料２２の蒸気は分岐配管部２３に導入する。分岐配管部１３，２３に導入された蒸気はそれぞれ開口部１３ａ、２３ａを経て図中上方に放出される。その後、基板５０が矢印の方向に移動し、各開口部１３ａ、２３ａの上を通過することでその成膜面に蒸着材料１２、２２からなる共蒸着膜が形成される。

蒸着後は導入路１１ａ、２１ａ内に設置されたバルブを切り換えて、蒸着材料１２の蒸気は分岐配管部１４に、蒸着材料２２の蒸気は分岐配管部２４に導入し、各開口部を経て膜厚センサー４１、４２に放出する。次の蒸着まで材料蒸気はそれぞれに対応した膜厚センサー４１、４２で蒸着レートを測定し、各容器１１、２１の加熱機構にフィードバックし蒸着レートの安定化を図る。また、この時は材料蒸気が図中左右に放出されるため、真空チャンバー１０の内壁に蒸着材料が堆積されることがない。

一実施形態による蒸着源を示す模式図である。 実施例１による蒸着装置の構成を示す図である。 実施例２による蒸着装置の構成を示す図である。 一従来例による蒸着装置を示す図である。 別の従来例による蒸着装置を示す図である。 さらに別の従来例による蒸着装置を示す図である。 図６の装置の一部分を蒸着源の長手方向に沿って説明する図である。

符号の説明

１、１１、２１，３１ 容器
２、１２、２２、３２ 蒸着材料
３、４、１３、１４、２３、２４ 分岐配管部
３ａ、４ａ、１３ａ、１４ａ、２３ａ、２４ａ、３３ａ 開口部
５ バルブ
１０ 真空チャンバー
３３ 配管部
４１、４２、４３ 膜厚センサー

Claims (4)

1. 複数の蒸着源から発生する蒸着材料の蒸気を基板に蒸着させる蒸着装置において、
   前記複数の蒸着源のうちの少なくとも１つが、
   蒸着材料を収容する容器と、
   前記容器から蒸着材料の蒸気を発生させる蒸気発生手段と、
   前記容器から発生する蒸着材料の蒸気を、前記基板に蒸着させるための第１の方向に放出する開口部を備えた第１の分岐配管部と、
   前記容器から発生する蒸着材料の蒸気を、前記第１の方向とは異なる第２の方向に放出する開口部を備えた第２の分岐配管部と、
   前記第１及び第２の分岐配管部を交互に切り換えて前記容器に接続するための切換手段と、を有することを特徴とする蒸着装置。
2. 前記第２の方向に放出された蒸着材料の蒸気によって蒸着レートを測定する手段を有することを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
3. 前記第１及び前記第２の分岐配管部の配管コンダクタンスが等しいことを特徴とする請求項１又は２記載の蒸着装置。
4. 基板に蒸着させる蒸着材料を収容する容器と、
   前記容器から蒸着材料の蒸気を発生させる蒸気発生手段と、
   前記容器から発生する蒸着材料の蒸気を、前記基板に蒸着させるための第１の方向に放出する開口部を備えた第１の分岐配管部と、
   前記容器から発生する蒸着材料の蒸気を、前記第１の方向とは異なる第２の方向に放出する開口部を備えた第２の分岐配管部と、
   前記第１及び第２の分岐配管部を交互に切り換えて前記容器に接続するための切換手段と、を有することを特徴とする蒸着源。

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