JP2010150577A - 真空蒸着装置及び温度調整方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡素な構成で温度分布の均一化を図ることができ、材料の余分な充填を低減することができる真空蒸着装置及び温度調整方法を提供する。
【解決手段】外部より搬入される被蒸着体Bを収容可能な真空チャンバ1と、該真空チャンバ1内に設けられて蒸着材料Mを収容する坩堝2と、該坩堝2を加熱して前記蒸着材料Mを気化させる加熱源3と、坩堝2の底部2cに分散配置され坩堝2を支持すると共に、坩堝2と真空チャンバ1の床部1aとの間で伝熱する複数の支持部5とを備えることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、真空蒸着装置及び温度調整方法に関するものである。
周知のように、真空蒸着法は、例えば、有機EL商品の製造過程において、主に低分子化合物を材料とする有機EL素子の薄膜を製造するために用いられている。この真空蒸着法は、真空チャンバ内において有機材料を収容した坩堝を設け、この坩堝をヒータ等で加熱することで有機材料を気化させて基板等に付着させて成膜ものである。
ところで、ヒータ配置の偏りや発熱量、真空チャンバ内の部材の配置により、坩堝内の有機材料の温度分布が偏ることがある。坩堝内の有機材料の温度分布が偏ると、有機材料が偏って気化するために基板に形成される薄膜が均一にならず、また、坩堝内に有機材料が偏った状態で大量に残存することになってしまう。
このような問題を解決した真空蒸着装置として、下記特許文献1のものがある。この真空蒸着装置は、高周波誘導加熱されない材質からなる坩堝内に、高周波誘導加熱される材質からなる多数の粒状混入物を収容し、この粒状混入物を高周波加熱することで有機材料を攪拌しながら加熱するものである。
特開2004−323915号公報
しかしながら、従来の技術では、有機材料を加熱するために相当数の粒状混入物を必要とするので、有機材料の気化が進むと有機材料が粒状混入物の高さを下回ることとなり、粒状混入物の間に位置する有機材料が激しく加熱される。このため、有機材料が一定量を下回った場合には、新たに有機材料を追加したり、この有機材料を交換したりしなければならず、生産効率や経済性が悪いという問題がある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡素な構成で温度分布の均一化を図ることができ、材料の余分な充填を低減することができる真空蒸着装置及び温度調整方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明は、外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源と、前記坩堝の底部に分散配置され前記坩堝を支持すると共に、前記坩堝と前記真空チャンバの床部との間で伝熱する複数の支持部とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、坩堝の底部に分散配置され、前記坩堝と前記真空チャンバの床部との間で伝熱する複数の支持部を備えるので、支持部近傍の坩堝内の蒸着材料の温度を低下させることができ、低温部分を故意に設けて坩堝内の蒸着材料の温度を調整することができる。つまり、低温部分を分散して配置させることで、蒸着材料の温度の均一化を図ることができる。さらに、温度分布が均一化されることにより、蒸着材料の気化量の偏差を小さくすることができるので、蒸着材料の減少を坩堝内の各部位で均一化することができ、蒸着材料の余分な充填を低減することが可能となる。
また、前記加熱源は、前記支持部の近傍で前記坩堝の加熱量が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
この構成によれば、支持部近傍で加熱量が大きくなるので、支持部から離間して床部への伝熱が無い部位と、支持部の近傍で床部に伝熱される部位とにおけるそれぞれの蒸着材料の温度差が小さくなる。これにより、蒸着材料の温度の均一化をより図ることができる。
また、前記複数の支持部の一部は、伝熱量が他の支持部と異なることを特徴とする。
この構成によれば、前記複数の支持部の一部は、伝熱量が他の支持部と異なるので、蒸着材料が相対的に高温の部位における床部への熱伝熱量を大きくすると共に、蒸着材料が相対的に低温の部位における熱伝熱量を小さくすることで、蒸着材料の温度の均一化を図ることができる。さらに、蒸着材料が相対的に低温の部位における熱伝熱量を小さくすることで、加熱器の発熱量を低減することができる。
また、前記複数の支持部の一部は、断面積が他の支持部と異なることを特徴とする。
また、前記複数の支持部の一部は、他の支持部と熱伝導率の異なる材料で構成されていることを特徴とする。
また、前記複数の支持部の一部は、熱伝導に方向性のある伝熱阻害部材を介在させて前記坩堝と前記床部との間で伝熱することを特徴とする。
また、外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源とを備え、該加熱源は、前記坩堝への加熱量を前記坩堝の位置に応じて異ならせていることを特徴とする。
この構成によれば、加熱源が、前記坩堝への加熱量を前記坩堝の位置に応じて異ならせているので、蒸着材料が相対的に高温の部位の加熱量を小さくすると共に、蒸着材料が相対的に低温の部位の加熱量を小さくすることで、蒸着材料の温度の均一化を図ることができる。
また、前記加熱源は、発熱量が変えられて前記坩堝への加熱量を異ならせていることを特徴とする。
また、前記加熱源の発熱量を制御する制御部を備え、該制御部は、前記坩堝内の前記蒸着材料が所定量以下となったことを条件として発熱調整を開始することを特徴とする。
この構成によれば、蒸着材料が所定量以下となったことを条件として発熱調整を開始するので、蒸着材料の総量が低下し温度分布の偏りが激しくなる領域のみで温度調整を行うので、必要最小限の制御で効果的に蒸着材料の温度の均一化を図ることができる。
また、前記加熱源は、配置密度が変えられて前記坩堝への加熱量を異ならせていることを特徴とする。
この構成によれば、簡素な構成で、蒸着材料の温度の均一化を図ることができる。
また、外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源と、前記坩堝の底部と前記真空チャンバの床部との間に設けられて前記坩堝を支持する複数の支持部とを備える真空蒸着装置における温度調整方法であって、前記蒸発材料のうち温度が相対的に高くなる高温部を予め把握し、該高温部近傍の前記底部に前記支持部を設けて、前記高温部の温度を低下させることを特徴とする。
この構成によれば、予め蒸着材料の高温部を把握し、該高温部近傍の底部に前記支持部を設けて、前記高温部の温度を低下させるので、蒸着材料のうち相対的に温度が低い部位との差分が小さくなる。これにより、坩堝内の蒸着材料の温度分布の偏差を小さくすることができ、坩堝内の蒸着材料の温度を調整することができる、従って、蒸着材料の温度の均一化を図ることができ、容易に温度分布の均一化を図ることが可能となる。さらに、温度分布の均一化を図ることにより、蒸着材料の気化量が一定となるので、蒸着材料の減少を坩堝内の各部位で略等しくすることができ、材料の余分な充填を低減することが可能となる。
また、外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源と、前記坩堝の底部と前記真空チャンバの床部との間に設けられて前記坩堝を支持する複数の支持部とを備える真空蒸着装置における温度調整方法であって、前記蒸着材料の温度分布を予め把握し、前記複数の支持部のうち少なくとも一部の前記床部への伝熱量を変更して、前記蒸着材料の温度分布を調整することを特徴とする。
この構成によれば、予め蒸着材料の温度分布を把握し、該高温部近傍の底部に前記支持部を設けて前記床部への伝熱量を変更して、前記蒸着材料の温度分布を調整する。すなわち、温度が相対的に低い部位の近傍における支持部については、伝熱量を低下させ、温度が相対的に高い部位の近傍における支持部については、伝熱量を増加させることができる。これにより、坩堝内の蒸着材料の温度分布の偏差を小さくすることができ、坩堝内の蒸着材料の温度を調整することができる。従って、蒸着材料の温度の均一化を図ることができ、容易に温度分布の均一化を図ることが可能となる。さらに、温度分布の均一化を図ることにより、蒸着材料の気化量が一定となるので、蒸着材料の減少を坩堝内の各部位で略等しくすることができ、材料の余分な充填を低減することが可能となる。
また、外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源とを備える真空蒸着装置における温度調整方法であって、前記蒸発材料の温度分布を予め把握し、該高温部近傍の前記加熱量を変化させて、前記蒸着材料の温度分布を調整することを特徴とする。
この構成によれば、予め蒸着材料の温度分布を把握し、該高温部近傍の底部に前記支持部を設けて前記床部への伝熱量を変更して、前記蒸着材料の温度分布を調整する。すなわち、温度が相対的に低い部位の近傍には、加熱量を増加させ、温度が相対的に高い部位の近傍の支持部については、伝熱量を低下させることができる。これにより、坩堝内の蒸着材料の温度分布の偏差を小さくすることができ、坩堝内の蒸着材料の温度を調整することができる。従って、蒸着材料の温度の均一化を図ることができ、容易に温度分布の均一化を図ることが可能となる。さらに、温度分布の均一化を図ることにより、蒸着材料の気化量が一定となるので、蒸着材料の減少を坩堝内の各部位で略等しくすることができ、材料の余分な充填を低減することが可能となる。
本発明に係る真空蒸着装置及び温度調整方法によれば、簡素な構成で温度分布の均一化を図ることができ、材料の余分な充填を低減することができる。
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態に係る真空蒸着装置A1を示す概略構成図である。
図1(a)に示すように、真空蒸着装置A1は、真空チャンバ1と、この真空チャンバ1内に設けられて有機材料Mを収容する坩堝2と、この坩堝2を加熱して有機材料Mを気化させる加熱源3と、坩堝2の底部2cに分散配置され坩堝2を支持すると共に、坩堝2と真空チャンバ1の床部1aとの間で伝熱する三つの支持部5とを備えている。
真空チャンバ1は、基板Bを外部より搬出入可能、かつ、減圧可能に構成されたものである。この真空チャンバ1内では、基板保持部(不図示)によって基板Bが上部に保持されるようになっている。
坩堝2は、一部の壁部が開放された細長箱型状のものであり、金属(例えば、チタンやステンレス鋼)で構成されている。この坩堝2は、支持部5を介して、真空チャンバ1の床部1aに支持されており、長手方向を水平方向に向けると共に、収容穴2aの開口部を基板保持部に保持された基板Bの板面に向けるように配置されている。
この坩堝2は、構造上の特性で長手方向の一端2b側が低温になる傾向にある。
加熱源3は、具体的には、電気加熱式のヒータからなり、延在方向を坩堝2の短手方向に向けて、坩堝2の下方に複数配設されている。この加熱源3は、床部1a上に設けられた断熱シート4上に配設されている。
支持部5は、ブロック状に形成された部材であり、それぞれ床部1aに立設している。この支持部5は、坩堝2の長手方向に略等間隔で設けられており、坩堝2の短手方向の寸法と略同じ寸法の長辺を坩堝2の短手方向に向けて坩堝2を支持している。
次に、上記の構成からなる真空蒸着装置A1の動作について、図2を用いて説明する。
まず、図(2)に示すように、基板保持部(不図示)によって真空チャンバ1内に搬入された基板Bは、真空チャンバ1内で上部に保持される。次に、真空チャンバ1内が減圧され、所定の真空度となる。
次に、加熱源3によって有機材料Mが収容穴2aに収容された坩堝2が約200〜400℃に加熱される。なお、加熱源3は、断熱シート4を介しているので、上方の坩堝2に良好に輻射伝熱する。
この加熱源3によって坩堝2に加えられた熱は、収容穴2aの有機材料に伝達されると共に、支持部5を介して床部1aに伝達される。すなわち、有機材料Mに伝達された熱又は有機材料Mに伝達されるべきであった熱が、床部1aに伝達される。このため、平面視で支持部5近傍の有機材料Mの温度が、他の部位と比べて低いものとなる。つまり、有機材料Mにおいて、温度が低い部位が略等間隔に三つ存在することとなる。
坩堝2が加熱されるに従って、有機材料Mが気化し(符号mで示す。)、基板Bの板面に付着する。坩堝2内においては、図2(b)に示すように、相対的に高温の部位において有機材料Mが多く気化し、相対的に低温の部位において有機材料Mが少なく気化する。
そして、坩堝2には、図2(c)に示すように、相対的に高温となっていた部位の有機材料Mが全て気化すると共に、相対的に低温となっていた部位に三つの有機材料Mの塊状となったMが残存する。
このようにして、所定時間の蒸着により、基板Bの一方の板面に薄膜が均一に形成される。
以上説明したように、本実施形態によれば、坩堝2の底部2cに分散配置され、坩堝2と真空チャンバ1の床部1aとの間で伝熱する複数の支持部5を備えるので、支持部5近傍の坩堝2内の有機材料Mの温度を低下させることができ、坩堝2内の有機材料の温度を調整することができる。
すなわち、本来であれば、坩堝2の構造特性上、一端2b側が低温に偏るものであるために、低温部が一端2b側に一つ形成されるために、温度分布に偏りが生ずる。しかしながら、真空蒸着装置A1によれば、低温部分を故意に設けて三つに分散させることができるので、有機材料Mの温度の均一化を図ることができる。
さらに、温度分布が均一化されることにより、有機材料Mの気化量が均一化するので、有機材料Mの減少が坩堝2内の各部位で略等しいものとなり、有機材料Mの余分な充填を低減することが可能となる。
なお、上述した構成に代えて、支持部5近傍で加熱源3による坩堝2の加熱量を大きくする構成としてもよい。このようにすることで、支持部5から離間して床部1aへの伝熱が無い部位と、支持部5の近傍で床部1aに伝熱される部位とにおけるそれぞれの有機材料Mの温度差が小さくなる。これにより、有機材料Mの温度の均一化をより図ることができる。
また、加熱源3は、坩堝2の下方だけでなく、側方や上方にもあってもよい。このような構成で坩堝2全体を暖めることにより、坩堝2内の材料付着を防ぐことができる。
また、加熱源3は、坩堝2の長手方向に向けて設置してもよい。すなわち、坩堝2を加熱することができれば、加熱源3の設置方向は問わない。
(第二実施形態)
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。
図3は、本発明の第二実施形態に係る真空蒸着装置A2を示す概略構成図である。なお、以下の説明においては、図1〜3と同様の構成要素のものについては、同一の符号を付し、説明を省略する。
図3に示すように、真空蒸着装置A2は、三つの支持部5(5a〜5c)の床部1aへの伝熱量がそれぞれ他の支持部5と異なるように構成されている。
一端2b側の支持部5aは、熱伝導に方向性のある伝熱阻害部材6を介して床部1aに立設されている。この伝熱阻害部材6は、支持部5aから床部1aへの熱伝達を阻害するものであり、例えば、カーボンシートやステンレス鋼板を用いることができる。
支持部5aに隣接する支持部5bは、支持部5a及び支持部5cと比べて、断面積(伝熱方向に直交する断面)が小さく構成されている。
支持部5bに隣接する支持部5cは、上記第一実施形態の支持部5と同一のものである。なお、支持部5aの断面積は、支持部5cと略等しく構成されている。
このような構成により、熱伝達率の大きさは、支持部5a<支持部5b<支持部5cの順となっている。
このような構成によれば、上述したように、坩堝2に構造上の特性で長手方向の一方側が低温になる傾向があったとしても、支持部5aから床部1aへの伝熱量が最小となり、支持部5b,3cの順に大きくなるので、有機材料Mの各部位における温度の差分を小さいものとすることができる。これにより、蒸着材料の温度の均一化をさらに図ることができる。
なお、上述した構成に代えて、支持部5を他のものと熱伝導率の異なる材料で構成して、伝熱量を変化させる構成にしてもよい。また、伝熱阻害部材6を用いた上で断面積を変化させてもよいし、これに加えて熱伝達率の異なる材料で構成してもよい。
(第三実施形態)
続いて、本発明の第三実施形態について説明する。
図4は、本発明の第三実施形態に係る真空蒸着装置A3を示す概略構成図である。
図3に示すように、真空蒸着装置A3は、坩堝12が同一の伝熱量を有する二つの支持部5dに支持されており、この二つの支持部5dに挟まれた領域で加熱源3の間隔が広くされると共に、この領域の外側で加熱源3の感覚が狭くされている。すなわち、二つの支持部5dに挟まれた領域においては、坩堝12の加熱量が小となっており、この両側で加熱量が大となっている。
このような構成によれば、坩堝12に構造上の特性で長手方向の両方側が低温になる傾向があったとしても、この両方側の加熱量を大とし、中央付近を小とするので、有機材料Mの温度の均一化を図ることができる。
(第四実施形態)
続いて、本発明の第四実施形態について説明する。
図5は、本発明の第四実施形態に係る真空蒸着装置A4を示す概略構成図である。
真空蒸着装置A4は、加熱源3の発熱量を制御する制御部7を備えている。この制御部7には、有機材料Mが坩堝12の内部で所定量以下となる時間に対応する情報が記憶されている。そして、制御部7は、蒸着開始後、この時間が経過したことを認識すると、各加熱源3の発熱量を調整するようになっている。
すなわち、所定時間が経過すると、坩堝12内の有機材料Mの温度分布が均一化されるようになっている。
この構成によれば、有機材料Mの総量が低下し温度分布の偏りが激しくなる領域のみで温度調整を行うので、必要最小限の制御で効果的に有機材料Mの温度の均一化を図ることができる。
なお、上述した構成に代えて、有機材料Mの総量を検出するセンサ等により制御を開始する構成としてもよい。
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上述した実施の形態の構成と同様にして、予め有機材料Mの高温部を計測等により把握しておき、この高温部近傍の底部2cに支持部5を設ければ、この高温部が低温化するように調整することができる。なお、蒸着後に坩堝2に残存する有機材料Mの位置からでも高温部を推測することが可能である。
同様に、予め有機材料Mの温度分布を計測等により把握しておき、この温度分布を調整するために支持部5の断面積、伝熱阻害部材6の材料等を変更してもよい。
また、上述した実施の形態では、坩堝2の壁部の一部が開放されている坩堝2について本発明を適用したが、蒸気噴出し用の開口部を持つ坩堝についても本発明を適用することができる。同様に、壁部の一部に小開口部を複数穿設した坩堝についても本発明を適用することができる。
さらに、上述した実施の形態では、金属で構成した坩堝2について本発明を適用したが、金属に代えて非金属(例えば、グラファイト、石英)で構成した坩堝についても本発明を適用することができる。
本発明の第一実施形態に係る真空蒸着装置A1の概略構成図であって、図1(a)は、概略構成断面図であり、図1(b)は、P矢視図である。 本発明の第一実施形態に係る真空蒸着装置A1の動作図である。 本発明の第二実施形態に係る真空蒸着装置A2の概略構成断面図である。 本発明の第三実施形態に係る真空蒸着装置A3の概略構成断面図である。 本発明の第四実施形態に係る真空蒸着装置A4の概略構成断面図である。
符号の説明
1…真空チャンバ
1a…床部
2,12…坩堝
2c…底部
3…加熱源
5(5a〜5d)…支持部
6…伝熱阻害部材
7…制御部
B…基板
M,m…有機材料(蒸着材料)
A1,A2,A3,A4…真空蒸着装置

Claims (13)

  1. 外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、
    該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、
    該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源と、
    前記坩堝の底部に分散配置され前記坩堝を支持すると共に、前記坩堝と前記真空チャンバの床部との間で伝熱する複数の支持部とを備えることを特徴とする真空蒸着装置。
  2. 前記加熱源は、前記支持部の近傍で前記坩堝の加熱量が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の真空蒸着装置。
  3. 前記複数の支持部の一部は、伝熱量が他の支持部と異なることを特徴とする請求項1に記載の真空蒸着装置。
  4. 前記複数の支持部の一部は、断面積が他の支持部と異なることを特徴とする請求項3に記載の真空蒸着装置。
  5. 前記複数の支持部の一部は、他の支持部と熱伝導率の異なる材料で構成されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の真空蒸着装置。
  6. 前記複数の支持部の一部は、熱伝導に方向性のある伝熱阻害部材を介在させて前記坩堝と前記床部との間で伝熱することを特徴とする請求項3から5のうちいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
  7. 外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、
    該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、
    該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源とを備え、
    該加熱源は、前記坩堝への加熱量を前記坩堝の位置に応じて異ならせていることを特徴とする真空蒸着装置。
  8. 前記加熱源は、発熱量が変えられて前記坩堝への加熱量を異ならせていることを特徴とする請求項7に記載の真空蒸着装置。
  9. 前記加熱源の発熱量を制御する制御部を備え、
    該制御部は、前記坩堝内の前記蒸着材料が所定量以下となったことを条件として発熱調整を開始することを特徴とする請求項8に記載の真空蒸着装置。
  10. 前記加熱源は、配置密度が変えられて前記坩堝への加熱量を異ならせていることを特徴とする請求項7に記載の真空蒸着装置。
  11. 外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、
    該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、
    該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源と、
    前記坩堝の底部と前記真空チャンバの床部との間に設けられて前記坩堝を支持する複数の支持部とを備える真空蒸着装置における温度調整方法であって、
    前記蒸発材料のうち温度が相対的に高くなる高温部を予め把握し、該高温部近傍の前記底部に前記支持部を設けて、前記高温部の温度を低下させることを特徴とする温度調整方法。
  12. 外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、
    該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、
    該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源と、
    前記坩堝の底部と前記真空チャンバの床部との間に設けられて前記坩堝を支持する複数の支持部とを備える真空蒸着装置における温度調整方法であって、
    前記蒸着材料の温度分布を予め把握し、前記複数の支持部のうち少なくとも一部の前記床部への伝熱量を変更して、前記蒸着材料の温度分布を調整することを特徴とする温度調整方法。
  13. 外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、
    該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、
    該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源とを備える真空蒸着装置における温度調整方法であって、
    前記蒸発材料の温度分布を予め把握し、該高温部近傍の前記加熱量を変化させて、前記蒸着材料の温度分布を調整することを特徴とする温度調整方法。
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