JP2012087324A - 蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着材料の回収手段を備えた蒸着装置において、蒸着材料の回収効率を向上し、生産性の改善を図る。
【解決手段】材料容器９から噴出部５までの第１流路１１と、材料容器９から材料回収容器１０までの第２流路１２に、検出口６，７を設け、該検出口６，７から噴出する蒸着材料の噴出状態を検知する検出器３，４を配置し、材料容器９から検出口６までのコンダクタンスと、材料容器９から検出口７までのコンダクタンスを等しく構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発もしくは昇華した材料を被蒸着物質に材料を付着成膜させる蒸着装置であり、特に、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子の製造装置に用いる技術に関するものである。

蒸着法における有機ＥＬ素子の製造方法は、一般的に、材料を加熱して気体にし、蒸着源より被蒸着物に向けて噴出し、噴出された材料を被蒸着物に付着させることにより有機薄膜を形成している。例えば、特許文献１には、材料の逃がし流路と材料回収容器、及び、材料の噴出状態を検出するための検出器（以下「第１検出器」と記す。）と、逃がし流路の流通状態を検出する検出器（以下「第２検出器」と記す。）を設けた蒸着装置が開示されている。係る装置では、材料加熱後、材料容器からの噴出状態が規定状態になるまでは、該逃し経路から材料を材料回収容器を設けることで、材料を効率よく回収する。そして、材料の噴出状態が規定状態になった後、材料流路を放出流路に切り替え、放出流路先端にある噴出部より被蒸着物めがけて材料を噴出させ、成膜開始当初から所望の成膜を行うことで、材料の無駄を低減させている。さらに蒸着時は、第１及び第２検出器の検出結果に応じて、流通規制手段或いは、材料容器の加熱装置、もしくはこれら両方を制御することにより、所望の蒸着状態を作り出している。

特開２００５−２８１８０８

しかしながら、特許文献１の装置においては、材料容器から第１検出器までの流路と、第２検出器までの流路の条件が異なると、材料容器が同条件の加熱状態でも、それぞれ検出口からの噴出量が異なってしまう。即ち、逃がし流路で材料を回収している際の検出量からは、切り替えた後にどのような噴出状態なのかを知ることができない。そのため、逃がし流路から噴出流路に切り替えるタイミングを知るために、予め実験等を行い、逃がし流路で検出される検出量と、放出流路で検出される検出量の関係を求めておく必要がある。しかしながら、このような実験等は、時間や材料を大量に消費してしまい、生産性を低下させるといった問題がある。また、例え実験で検出量の関係を求めておいたとしても、蒸着条件や材料の変更によって、各検出器で観測される検出量の相互関係が変わってしまう恐れがある。これでは、生産条件が変更される度に前に述べたような実験が予め必要になり、それに費やされる時間や材料を大量に消費してしまい、生産性が非常に悪くなってしまう。

本発明の目的は、上記問題を解決し、逃がし流路と材料回収容器を備えた蒸着装置において、回収効率、ひいては生産性の向上を図ることにある。具体的には、蒸着材料の噴出状態を精度良く把握し、所望の噴出状態でない期間には被蒸着物に噴出させずに効率良く回収しうる装置を提供することにある。

本発明の蒸着装置は、蒸着材料を被蒸着物に蒸着する蒸着装置であって、
前記蒸着材料を収容するための材料容器と、
前記蒸着材料を被蒸着物に向けて噴出する噴出部と、
前記蒸着材料を回収するための材料回収容器と、
前記材料容器から前記噴出部に至るまでの第１流路と、
前記材料容器から前記材料回収容器に至るまでの第２流路と、
前記第１流路と前記第２流路とを切り替える切り替え手段と、
前記切り替え手段から前記噴出部に至るまでの前記第１流路から分岐し、前記蒸着材料を噴出する第１検出口と、
前記切り替え手段から前記材料回収容器に至るまでの前記第２流路から分岐し、前記蒸着材料を噴出する第２検出口と
前記第１検出口から噴出される前記蒸着材料の噴出状態を検出する第１検出器と、
前記第２検出口から噴出される前記蒸着材料の噴出状態を検出する第２検出器と、
を備え、
前記材料容器から前記第１検出口までのコンダクタンスと、前記材料容器から前記第２検出口までのコンダクタンスとが等しいことを特徴とする。

本発明の蒸着装置は、第１検出器で検出される蒸着材料の噴出量と、第２検出器で検出される蒸着材料の噴出量とが同じであるため、第２検出器で検出された噴出量によって第１流路と第２流路の切り替えを精度良く行うことができる。よって、本発明の蒸着装置では、予め第１検出口と第２検出口の噴出状態の相関関係を求める必要が無く、また、蒸着条件や材料の変更があった場合でも、新たに第１検出口と第２検出口の噴出状態の相関関係を求める必要がない。よって、本発明によれば、蒸着材料を効率良く回収し、生産性よく蒸着を行うことができる。

本発明の蒸着装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。 図１の蒸着装置を用いた蒸着材料回収工程と、蒸着噴出工程での各検出器が検出した蒸着材料の成膜レートの経時変化を示す図である。 本発明の蒸着装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。

本発明の蒸着装置は、被蒸着物に向けて蒸着材料を噴出するための第１流路と、蒸着材料を回収するための第２流路とを切り替え可能に設け、それぞれの流路に検出口を設けて、各検出口からの蒸着材料の噴出状態を検出する第１及び第２の検出器を備えている。そして、本発明においては、材料容器から第１検出口までのコンダクタンスと、材料容器から第２検出口までのコンダクタンスを等しくしたことから、各検出器で検出される噴出量が等しくなり、切り替えのタイミングを精度良く検知することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。

（第１の実施形態）
図１は本発明の一実施形態にかかる蒸着装置の基本構成を示す概略図である。本発明は、真空或いは減圧されたチャンバー１内で材料を収納する材料容器９を加熱手段（不図示）で加熱し、材料を昇華或いは蒸発させて、気体状の材料が第１流路１１を通って第１流路１１の先端の噴出部５より噴出され、被蒸着物２に蒸着させる装置である。被蒸着物２は通常、基板である。被蒸着物２は搬送機構（不図示）で、チャンバー１内に搬送され、搬送機構（不図示）で被蒸着物２と噴出部５の相対位置を変化させることにより、均一な膜を成膜することができる。被蒸着物２に所望の膜厚が成膜されると、前記搬送機構で、チャンバー１外へ搬送される。

本発明では、所望の蒸着状態が得られるようになるまでは、蒸着材料を噴出部５から噴出させずに回収する。そのため、第１流路１１の途中から分岐した流路を設け、該流路の先に材料回収容器１０を設けて、流れ込んだ蒸着材料を冷却することにより、液化或いは固化させて回収する。本発明では材料容器９から材料回収容器１０までの流路を第２流路１２とする。本例では第１流路１１と第２流路１２とは一部が共通しており、材料流路としての第１流路１１と第２流路１２の切り替えは、流路切り替えバルブ８ａ、８ｂで行う。材料回収容器１０は冷却機構を有している方が効率よく回収できるので好ましい。

材料流路として第１流路１１を選択している際の噴出部５からの、例えば噴出量や成膜レート、膜厚分布といった噴出状態は第１検出器３で検出する。第１検出器３は、第１流路１１の、切り替えバルブ８ａから噴出部５までの経路から分岐して設けられた第１検出口６から噴出する蒸着材料の噴出状態を検知する。尚、第１検出器３の検出量で被蒸着物に堆積する成膜レートが制御できるように、予め第１検出器３で検出される成膜レートと被蒸着物に堆積する成膜レートとの相関関係を求めておく。

また、本発明では、第２流路１２の、切り替えバルブ８ｂから材料回収容器１０までの経路から分岐して第２検出口７が設けられており、該第２検出口７からの蒸着材料の噴出状態を第２検出器４で検出することができる。

上記第１及び第２検出器３，４は、例えば、水晶振動子のような発振周波数が、堆積する膜厚と相関があることを利用した膜厚センサーを用いてもよい。また、膜厚に応じて光学特性が変化することから、検出器の位置にモニタ基板を設置し、それの反射光、もしくは透過光を観測して膜厚に換算する膜厚センサーを用いてもよい。

本発明においては、材料容器９から第１検出口６までのコンダクタンスと、材料容器９から第２検出口７までのコンダクタンスが等しい。これにより、第２流路１２で蒸着材料を回収している最中の第２検出口７からの蒸着材料の噴出量と、材料流路を第１流路１１に切り替えた直後の第２検出口７からの蒸着材料の噴出量を等しくすることができる。その理由は以下の通りである。

任意の流路の一方から他方に向かって気体を搬送し、他方から気体を噴出させる場合の気体の流量Ｑは、流路のコンダクタンスＣと、流路の両端の外部の圧力差Δｐの積（Ｑ＝Ｃ×Δｐ）で示される。本発明の蒸着装置においては、材料容器内の圧力は飽和して一定であり、チャンバー（蒸着室）内の圧力は真空ポンプ等で一定値に減圧されている。よって、複数の流路のコンダクタンスを等しくしておけば、それぞれの流路を経由して噴出される気体の噴出量は等しくなる。

よって、本発明において、材料容器９から第１検出口６までのコンダクタンスと、材料容器９から第２検出口７までのコンダクタンスとを等しくしておくことで、蒸着材料の第１検出口６からの噴出量と第２検出口７からの噴出量は等しくなる。

また、本発明においては、第１検出口６と第２検出口７の開口形状を同形状にそろえることで、各検出口６，７からの蒸発分布を等しくすることができるので好ましい。さらに、第１検出口６から第１検出器３までの位置関係と、第２検出口７から第２検出器４までの位置関係を等しくすることで、各検出器に単位時間当たり蒸着される蒸着材料の量（成膜レートと定義する。）を等しくすることができるのでよりよい。

第１検出口６，第２検出口７のそれぞれの噴出状態は、第１検出器３と第２検出器４で検出された検出量に応じて、材料容器９の加熱機構（不図示）を制御することで制御することができる。

上記したように、本発明においては第２検出口７の噴出量と第１検出口６の噴出量とが等しくなるように構成したことにより、第２流路１２から第１流路１１に切り替えた直後に、切り替え直前の第２検出口７の噴出量と等しい噴出量が第１検出口６より得られる。よって、予め第２流路１２で検出される噴出量と、切り替え後に第１流路１１で検出される噴出量の相関関係を求める必要はなく、それらに費やされていた時間や材料の無駄がなくなり、生産性を向上させることができる。

図２は、図１の構成において、流路を切り替えた際、各検出器３，４で検出される成膜レートを縦軸に、時間を横軸にとったグラフである。第１の検出口６と第２の検出口７の形状は同じで、且つ、第１の検出口６から第１の検出器３までの位置関係と、第２の検出口７から第２の検出器４までの位置関係も等しくなるように構成している。図中のＡは所望の成膜レートを、Ｂは流路の切り替え時点を示す。切り替え前後で各検出器３、４の成膜レートをそろえることができている。切り替え前、第２流路１２を選択し回収している際に、第２検出器４の成膜レートを元に、材料容器９の温度を厳密に制御しておけば、第１流路１１への切り替え直後、所望の成膜レートですぐ生産状態に入ることができ、材料の無駄を低減することができる。

一般的には、第２流路１２選択時は第２検出器４の成膜レートを元に材料容器９の加熱状態を制御し、第１流路１１選択時は第１検出器３の成膜レートを元に材料容器９の加熱状態を制御する。その制御方法は一般的にＰＩＤ制御法で行うが、第１検出器３の成膜レートと第２検出器４の成膜レートの和で材料容器９の温度を制御していれば、流路切り替えと共に制御の基準となる検出器を切り替える必要もなくなる。また、検出器切り替え時に発生してしまう電気的ノイズや、瞬断の影響を無視してＰＩＤ制御できるので制御性が向上し、よりよい。

このように制御性が向上すると、切り替え時に制御が一次不安定になったり、制御を一次停止させたりするといったことがなくなる。よって、例えば、被蒸着物２のチャンバー間の移動時といった非蒸着時のわずかな間でも、回収側に瞬時に切り替えることができ、材料の回収率をさらに向上させることができる。また、蒸着材料の残量が少なくなり、所望の蒸着状態を維持できなくなった際も、第２流路１２に切り替えて蒸着材料を回収することができるので、非蒸着時の材料をほぼ全て回収することができる。

以上により材料回収率を飛躍的に向上させることができる。

（第２の実施形態）
図３は本発明の蒸着装置の他の実施形態の基本構成を示す概略図であり、前述の第１の実施形態と共通する部分には同一符号を付して一部説明を省略する。

本例では、材料容器として９ａ、９ｂの二つがあり、それぞれに対応する材料回収容器１０ａ，１０ｂを備えている。本例では、一方の材料容器に収納された蒸着材料を用いて蒸着を行い、該蒸着材料がなくなったら、他方の材料容器に収納された蒸着材料を用いて蒸着を行う。

具体的には、例えば、最初に材料容器９ａを加熱し、所望の蒸着状態になるまで第２流路１２ａで材料回収容器１０ａに蒸着材料を回収する。その後、所望の蒸着状態になったら流路切り替えバルブ８ａ、８ｂで材料流路を第１流路１１ａに切り替え、蒸着を開始する。

そして、材料容器９ａの残量が残り少なくなってきた時点で、他方の材料容器９ｂの加熱を始め、第２流路１２ｂで材料回収容器１０ｂに蒸着材料を回収しながら所望の蒸着状態に制御する。材料容器９ａの残量が残りわずかになり、所望の蒸着状態を維持できなくなったら、材料容器９ａからの材料流路を流路切り替えバルブ８ａ、８ｂで第２流路１２ａに切り替え、蒸着材料を材料回収容器ａに回収するとともに、材料容器９ａの加熱を止める。それと同時に、材料容器９ｂからの材料流路を流路切り替えバルブ８ｃ、８ｄで第１流路１１ｂに切り替え、所望の蒸着状態を維持させる。

材料容器９ａ、９ｂはチャンバー１外にあると、チャンバー１の真空または、減圧の状態を破ることなく交換することができ、蒸着を止めずにすむのでよりよい。

本例では材料容器を二つ設けたことにより、より長時間の連続蒸着が可能になり、生産性をより向上させることができる。

尚、本例では、材料容器９ａから第１検出口６まで、材料容器９ａから第２検出口７ａまで、材料容器９ｂから第１検出口６まで、材料容器９ｂから第２検出口７ｂまでの、各コンダクタンスをＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４とした際、Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３＝Ｃ４である。これによると材料経路を第２流路１２ａから第１流路１１ａに切り替えた際も、第２流路１２ｂから第１流路１１ｂに切り替えた際も、第１検出口６と第２検出口７ａと第２検出口７ｂからの噴出量をそろえることができる。よって、材料流路が第２流路１２ａ、１２ｂを選択し、回収されている際でも、切り替えた直後の噴出部５からの蒸着状態をつぶさに知ることができる。

よって、予め第２流路１２ａ，１２ｂで検出される噴出量と、切り替え後に第１流路１１ａ，１１ｂで検出される噴出量の相関関係を求める必要はなく、それらに費やされていた時間や材料の無駄がなくなり、生産性を向上させることができる。

本例においては、材料容器と材料回収容器とを１個ずつで一組とし、二組設けた例を示したが、本発明においては三組以上の複数組み設けても良い。また、このように、材料容器と材料回収容器とを１個ずつ一組とし、複数組み設けた場合には、前記したように、材料容器を切り替える際に蒸着工程を一旦停止する必要が無く、連続して行うことができ、好ましい。

尚、本発明においては、材料容器と材料回収容器の少なくとも一方のみを複数個備えた場合や、それぞれの個数が等しくない場合を含む。材料容器を複数個設ける場合には、第１流路を材料容器毎に設け、複数本の第１流路を共通の噴出部に連通する。また、材料回収容器を複数個設ける場合には、第２流路を材料回収容器毎に設ける。具体的に、材料回収容器が複数の場合、図１の第２流路１２を第２検出口７の後段（材料回収容器１０側）で各材料回収容器に連通する複数本の流路に分岐させ、分岐点の後段（材料回収容器側）に切り替えバルブを設ける。また、材料容器が複数個の場合、図１の第１流路１１と第２流路１２の共通流路を各材料容器に連通する複数本の流路に分岐させ、分岐点の前段（材料容器側）に切り替えバルブを設ける。各材料容器から第１検出口まで、及び、各材料容器から第２検出口までのコンダクタンスは全て等しくなるように構成する。

２：被蒸着物、３：第１検出器、４ａ，４ｂ：第２検出器、５：噴出部、６：第１検出口、７ａ，７ｂ：第２検出口、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ：流路切り替えバルブ、９ａ，９ｂ：材料容器、１０ａ，１０ｂ：材料回収容器、１１：第１流路、１２ａ，１２ｂ：第２流路

Claims (4)

1. 蒸着材料を被蒸着物に蒸着する蒸着装置であって、
   前記蒸着材料を収容するための材料容器と、
   前記蒸着材料を被蒸着物に向けて噴出する噴出部と、
   前記蒸着材料を回収するための材料回収容器と、
   前記材料容器から前記噴出部に至るまでの第１流路と、
   前記材料容器から前記材料回収容器に至るまでの第２流路と、
   前記第１流路と前記第２流路とを切り替える切り替え手段と、
   前記切り替え手段から前記噴出部に至るまでの前記第１流路から分岐し、前記蒸着材料を噴出する第１検出口と、
   前記切り替え手段から前記材料回収容器に至るまでの前記第２流路から分岐し、前記蒸着材料を噴出する第２検出口と
   前記第１検出口から噴出される前記蒸着材料の噴出状態を検出する第１検出器と、
   前記第２検出口から噴出される前記蒸着材料の噴出状態を検出する第２検出器と、
   を備え、
   前記材料容器から前記第１検出口までのコンダクタンスと、前記材料容器から前記第２検出口までのコンダクタンスとが等しいことを特徴とする蒸着装置。
2. 前記第１検出口と前記第２検出口の開口形状が同形状であることを特徴とする請求項１に記載された蒸着装置。
3. 前記第１検出口から前記第１検出器までの位置関係と、前記第２検出口から前記第２検出口までの位置関係が等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載された蒸着装置。
4. 前記材料容器と前記材料回収容器の少なくとも一方を複数個備え、
   前記材料容器が複数個の場合には、前記第１流路は前記材料容器毎に設けられ、前記複数本の第１流路が共通の前記噴出部に連通されており、
   前記材料回収容器が複数個の場合には、前記第２流路は前記材料回収容器毎に設けられている請求項１乃至３のいずれか一項に記載された蒸着装置

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