JP2013108137A - インライン型蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の蒸着材料を被蒸着体に共蒸着するインライン型蒸着装置において、膜厚の蒸着膜を均一に製膜し、信頼性の高い被蒸着体を生産する。
【解決手段】蒸着装置１は、蒸着材料２０，３０を夫々蒸発させる蒸発源２，３と、蒸発源２，３から被蒸着体４へ向かう蒸着材料２０，３０の流路を囲うように配置されるホットウォール５と、を備える。蒸発源２，３は、蒸着材料２０，３０を被蒸着体４側へ放出する放出口２２，３１を有し、蒸発温度が高い蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源３の放出口３２がホットウォール５の上端縁よりも上方に設けられている。この構成によれば、蒸発した蒸着材料３０がホットウォール５に付着することなく被蒸着体４に蒸着される。従って、蒸着材料３０がホットウォール５によって再蒸発しながら被蒸着体４に付着することがなく、膜厚の蒸着膜を均一に製膜でき、信頼性の高い被蒸着体４を生産することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板等の被蒸着体に蒸着材料を蒸着させて、薄膜を形成するインライン型蒸着装置に関する。

インライン型蒸着装置は、チャンバ室内に、蒸着材料を含む蒸発源が配置されると共に、基板等の被蒸着体が一定速度で搬送され、減圧状態で蒸発源を加熱して蒸着材料を蒸発させ、蒸着材料を被蒸着体の表面に堆積させることで、薄膜を形成するものである。

この種のものとして、蒸発した蒸着材料を蒸発源から被蒸着体へ導くと共に、チャンバ室の室壁への蒸着材料の付着を抑制するホットウォールが設けられたインライン型蒸着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種のインライン型蒸着装置の構成を、図６に示す。蒸着装置１０１は、蒸発温度が異なる２種の蒸着材料１２０，１３０を蒸発させる蒸発源１０２，１０３と、蒸発源１０２，１０３から基板等の被蒸着体１０４へ向かう蒸着材料１２０，１３０の流路を囲うように配置されたホットウォール１０５と、を備える。蒸発源１０２，１０３及びホットウォール１０５には、それらを加熱するヒータ１２３，１３３，１５３が設けられている。ここでは、蒸着材料１３０の方が蒸着材料１２０よりも蒸着温度が高いものとする。ホットウォール１０５は、蒸着材料１２０，１３０が蒸発する温度に加熱され、ホットウォール１０５に蒸着材料１２０，１３０が付着することを抑制する。

特開２００２−３１７２６２号公報

しかしながら、上記蒸着装置１０１において、蒸着材料１２０，１３０が互いに蒸発温度が異なっているので、相対的に蒸発温度の高い蒸着材料１３０が、ホットウォール１０５の、例えば、図中の破線で示す領域に付着し易くなる。このとき、ホットウォール１０５に付着した蒸着材料１３０が微量に再蒸発しながら被蒸着体１０４に付着してしまい、所望の膜厚の蒸着膜を製膜できないことがある。ホットウォール１０５全体を、蒸発温度が高い蒸着材料１３０よりも十分に高い温度に加熱すれば、ホットウォール１０５への蒸着材料１３０の付着を抑制することができる。ところが、この場合、相対的に蒸着温度が低い蒸着材料１２０がホットウォール１０５の熱で分解したり変性する虞があり、蒸着材料１２０，１３０の蒸発温度の差が大きい場合、ホットウォール１０５の温度を十分に高くすることができない。一般に、有機材料は金属材料に比べて蒸着温度が低く、熱変性し易いので、これらを共蒸着させる場合に上述した問題が生じることがある。また、ホットウォール１０５の温度が高いと、被蒸着体１０４がホットウォール１０５からの輻射熱に曝され易くなるので、例えば、被蒸着体１０４に蒸着された蒸着材料１２０が局所的に再蒸発して、蒸着膜の厚みが不均一になることがある。その結果、被蒸着体１０４に製膜された薄膜の膜質が劣化し、この被蒸着体１０４を用いたデバイスの性能を低下させる虞がある。

本発明は、上記課題を解決するものであり、被蒸着体に対して複数の蒸着材料を共蒸着させて、正確な膜厚の蒸着膜を均一に製膜することができ、信頼性の高い被蒸着体を効率良く生産することができるインライン型蒸着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、蒸発温度が異なる複数の蒸着材料を被蒸着体上に共蒸着するインライン型蒸着装置であって、前記複数の蒸着材料を夫々蒸発させる複数の蒸発源と、前記蒸発源から前記被蒸着体へ向かう前記蒸着材料の流路を囲うように配置されると共に前記蒸着材料が蒸発する温度に加熱されるホットウォールと、を備え、前記蒸発源は、蒸発した前記蒸着材料を前記被蒸着体側へ放出する放出口を有し、前記複数の蒸着材料のうち蒸発温度が相対的に高い蒸着材料を蒸発させる蒸発源の放出口が前記ホットウォールの上端縁よりも上方に設けられており、蒸発温度が相対的に低い蒸着材料を蒸発させる蒸発源の放出口が前記ホットウォールの上端縁よりも下方に設けられていることを特徴とする。

上記インライン型蒸着装置において、蒸発温度が相対的に高い蒸着材料を蒸発させる前記蒸発源の放出口が、蒸発温度が相対的に低い蒸着材料を蒸発させる前記蒸発源の放出口よりも、前記被蒸着体の搬送方向の下流側に設けられていることが好ましい。

上記インライン型蒸着装置において、蒸発温度が相対的に高い蒸着材料を蒸発させる前記蒸発源の放出口が複数設けられていることが好ましい。

上記インライン型蒸着装置において、蒸発温度が相対的に高い蒸着材料を蒸発させる前記蒸発源は、前記蒸着材料が前記放出口に至る経路にバルブ機構が設けられていることが好ましい。

上記インライン型蒸着装置において、蒸発温度が相対的に低い蒸着材料が、有機材料であることが好ましい。

本発明によれば、相対的に蒸発温度が高い蒸着材料を蒸発させる蒸発源の放出口が、ホットウォールの上端縁よりも上方に設けられているので、この放出口から放出された蒸着材料はホットウォールに付着することなく、被蒸着体に蒸着される。従って、蒸発温度が高い蒸着材料がホットウォールによって再蒸発しながら被蒸着体に付着することがなく、膜厚の蒸着膜を均一に製膜でき、信頼性の高い被蒸着体を生産することができる。

本発明の一実施形態に係るインライン型蒸着装置における被蒸着体の搬送方向に沿う側断面図。 （ａ）は同装置の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線側断面。 （ａ）は上記実施形態の変形例に係るインライン型蒸着装置の上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線側断面図。 （ａ）は上記実施形態の別の変形例に係るインライン型蒸着装置の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線側断面図。 （ａ）は上記実施形態の更に別の変形例に係るインライン型蒸着装置の上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線側断面図。 従来のインライン型蒸着装置の側断面図。

本発明の第１の実施形態に係るインライン型蒸着装置（以下、蒸着装置という）について、図１及び図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。蒸着装置１は、蒸発温度が異なる２種の蒸着材料２０，３０を夫々蒸発させる蒸発源２，３と、蒸発源２，３から基板等の被蒸着体４へ向かう蒸着材料２０，３０の流路を囲うように配置されたホットウォール５と、を備える。蒸着装置１は、室内を減圧状態にすることができるチャンバ室（不図示）内に配置されている。また、このチャンバ室には、被蒸着体４を蒸発源２，３上に一定速度で持続的に搬送する搬送機構（不図示）が配置されている。この搬送機構は、被蒸着体４を、図１及び図２（ａ）の例においては、図面の左側から右側へ搬送し、図２（ｂ）の例においては、図面の手前から奥方へ搬送する。

本例において、蒸着材料２０，３０のうち、蒸着材料３０の蒸発温度が、蒸着材料２０の蒸着温度よりも相対的に高いものとする。蒸着温度が高い蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源３が、蒸着材料２０を蒸発させる蒸発源２よりも、被蒸着体４の搬送方向の下流側に配置されている。また、蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源３は、被蒸着体４の搬送方向と直交する方向に２箇所配置されている。なお、図１においては、一方の蒸発源３の構成のみを示す。

ホットウォール５は、その上端縁が開口部５１を形成するように、蒸発源２，３の四方に配置される。このとき、開口部５１は、被蒸着体４の搬送方向の開口が長くなるように形成される。なお、図２（ａ）では被蒸着体４等の構成の図示を省略している。また、ホットウォール５等の上端縁にハッチングを入れている。後述する上面図においても同様である。被蒸着体４は、開口部５１の上方位置に搬送される（図１参照）。ホットウォール５の下端に底板５２が配置され、この底板５２を貫通するように、蒸発源２，３が配置されている。ホットウォール５の外周には、シーズヒータ等から構成されるホットウォールヒータ（以下、ヒータ５３）が巻き付けられている。ヒータ５３は、電源５４に接続されて給電を受けることにより、ホットウォール５内を加熱する。また、底板５２には、ホットウォール５内の温度を測定するための温度センサ５５が設けられ、温度センサ５５の測定情報は、ＣＰＵやメモリ等から構成されるホットウォール温度制御器５６に出力される。ホットウォール温度制御器５６は、温度センサ５５の測定情報を受けて電源５４からヒータ５３に供給される電力量を制御することにより、ホットウォール５内の温度を調節する。なお、図２（ｂ）では電源５４や温度センサ５５等の構成の図示を省略している。

蒸発源２，３は、堆塙等の加熱容器２１，３１内に蒸着材料２０，３０が充填されたものである。加熱容器２１，３１はいずれも筒状部材であり、その上端に蒸発した蒸着材料２を被蒸着体４側へ放出する放出口２２，３２が形成されている。蒸発源２の加熱容器２１は、底板５２から僅かに被蒸着体４方向へ突設されており、蒸発源２の放出口２２が、ホットウォール５の上端縁（開口部５１）より下方であって、底板５２に近い位置に設けられている。一方、蒸発源３の加熱容器３１は、被蒸着体４方向へ更に延設されており、蒸発源３の放出口３２は、ホットウォール５の上端縁よりも上方であって、被蒸着体４に近い位置に設けられている。蒸発源３の放出口３２と被蒸着体４との間隔は、蒸発した蒸着材料３０が少なくとも被蒸着体４の表面積の半分以上の面積に拡散する程度に離間している。

蒸着材料２０，３０には、任意の材料が用いられるが、相対的に蒸発温度が低い蒸着材料２０として、例えば、有機ＥＬ素子の発光層や電子注入層等に用いられる有機半導体材料等の有機材料が挙げられる。また、相対的に蒸発温度が高い蒸着材料３０としては、例えば、上記有機材料と共蒸着されるリチウム等の金属材料が挙げられる。

加熱容器２１，３１の筒状部には、蒸発源ヒータ２３，３３が配されている。蒸発源ヒータ２３，３３は、電源２４，３４に接続されて給電されることにより、加熱容器２１，３１自体及びこれに充填された蒸着材料２０，３０を加熱する。蒸発源ヒータ２３，３３は、加熱容器２１，３１の周囲に巻きつけるように配置されていてもよく、また、加熱容器２１，３１の筒状部に埋め込まれていてもよい。相対的に蒸発温度が高い蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源ヒータ３３は、蒸着材料３０の充填部と蒸発した蒸着材料３０の流路部とを夫々個別に温度制御できるように構成されていてもよい。

相対的に蒸発温度が高い蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源３は、蒸着材料３０が放出口３２に至る経路にバルブ機構３７が設けられている。このバルブ機構３７は、蒸着材料３０の流路の開口面積を調整することができ、蒸発源３から被蒸着体４へ向かう蒸着材料３０の流量を制御することができる。なお、同様のバルブ機構が、相対的に蒸発温度が低い蒸着材料２０を蒸発させる蒸発源２に設けられていてもよい（不図示）。

加熱容器２１，３１には、各々の温度を測定するための温度計２５，３５が設けられ、温度計２５，３５の測定情報は、蒸発源温度制御器２６，３６に出力される。これらの蒸発源温度制御器２６，３６は、蒸着速度制御器６に接続される。蒸着速度制御器６は、電源２４，３４から蒸発源ヒータ２３，３３に供給する電力量を制御することにより、加熱容器２１，３１内の温度を調節することにより蒸着速度を制御する。

このように構成された蒸着装置１を用いて被蒸着体４に各蒸着材料２０，３０から成る共蒸着膜を製膜する手順を説明する。まず、各蒸発源２，３の加熱容器２１，３１に夫々蒸着材料２０，３０が充填される。そして、被蒸着体４が一定速度で搬送されると共にチャンバ室内が減圧される。次に、各蒸発源２，３の蒸発源ヒータ２３，３３を発熱させて、各蒸着材料２０，３０を加熱すると共に、ホットウォール５が、ヒータ５３によって蒸着材料２０を蒸発させ、且つ分解等させない程度の温度に加熱される。蒸発源２の蒸発源ヒータ２３による加熱によって、蒸着材料２０が蒸発すると、蒸発した蒸着材料２０は、ホットウォール５で囲われた空間に充満しながら開口部５１方向へと進行し、搬送された被蒸着体４の表面に付着する。また、蒸発源３の蒸発源ヒータ３３による加熱によって蒸着材料３０が蒸発すると、蒸発した蒸着材料３０は、延設された加熱容器３１内に充填され、バルブ機構３７が開状態とされたときに放出口３２から放出される。

また、蒸着装置１においては、蒸発源２が被蒸着体４の搬送方向の上流側に、蒸発源３が被蒸着体４の搬送方向の下流側に配置されている。従って、ホットウォール５の開口部５１のうち、被蒸着体４の搬送方向の上流側において相対的に蒸着材料２０の濃度が高くなり、下流側において相対的に蒸着材料３０の濃度が高くなる。そのため、ホットウォール５の開口部５１上に搬送された被蒸着体４には、先に蒸着材料２０が付着し、この蒸着材料２０をホスト材料として蒸着材料３０がドープされるようにして蒸着材料２０，３０の共蒸着がなされる。また、バルブ機構３７により蒸発源３から被蒸着体４へ向かう蒸着材料３０の流量を制御することにより、蒸着材料２０に対するドープ量を調整することができる。

この構成によれば、相対的に蒸発温度が高い蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源３の放出口３２が、ホットウォール５の上端縁よりも上方に設けられているので、この放出口３２から放出された蒸着材料３０はホットウォール５に付着することなく、被蒸着体４に蒸着される。そのため、蒸着材料３０がホットウォール５によって微量に再蒸発しながら被蒸着体４に付着することがなく、所望の膜厚の蒸着膜を製膜することができる。また、ホットウォール５全体を、蒸着材料３０よりも十分に高い温度に加熱する必要もないので、相対的に蒸着温度が低い蒸着材料２０が分解したり熱変性することを抑制することができる。従って、例えば、蒸着材料２０を有機材料、蒸着材料３０を金属材料としたとき、金属材料に比べて蒸着温度が低く熱変性し易い有機材料と、金属材料とを安定的に共蒸着させることができる。

また、被蒸着体４がホットウォール５からの輻射熱に曝され難くなるので、例えば、被蒸着体４に蒸着された蒸着材料２０が局所的に再蒸発して、蒸着膜の厚みが不均一になることもない。その結果、被蒸着体４に対して複数の蒸着材料２０，３０を共蒸着させて、正確な膜厚の蒸着膜を均一に製膜することができ、信頼性の高い被蒸着体４を効率良く生産することができる。

また、本実施形態においては、蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源３を、被蒸着体４の搬送方向と直交する方向に２箇所に配置している。蒸発源３の放出口３２が被蒸着体４に近接していると、蒸発した蒸着材料３０が被蒸着体４の隅々まで拡散せず、放出口３２近傍において蒸着材料３０の濃度が高くなり易い。ところが、放出口３２と被蒸着体４との距離を大きくすると、ホットウォール５と被蒸着体４との距離が離れてしまい、蒸着材料２０が拡散し過ぎて被蒸着体４への蒸着効率が悪くなる。これに対して、上記構成によれば、２箇所の蒸発源３から蒸着材料３０が放出されるので、被蒸着体４全体に均一な濃度で蒸着材料３０を付着させることができる。

次に、本実施形態の変形例に係る蒸着装置について、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。この変形例に係る蒸着装置１は、蒸発温度が相対的に高い蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源３の放出口３２が複数、図例では２つ設けられている。加熱容器３１は、蒸着材料３０の充填部が一箇所であり、この充填部からの蒸着材料３０の流路部が二股に分岐されている。

この構成によれば、放出口３２が２つあるので、上記実施形態と同様に被蒸着体４の広い範囲に均一な濃度で蒸着材料３０を付着させることができる。また、加熱容器３１における蒸着材料３０の充填部が一箇所なので、蒸発源ヒータ３３及び温度センサ３５等は一系統あればよく、蒸発源３の温度管理を容易にすることができる。

次に、本実施形態の別の変形例に係る蒸着装置について、図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）（ｂ）に示す変形例では、蒸発温度が相対的に高い蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源３が、ホットウォール５の外側に設けられている。また、図５（ａ）（ｂ）に示す変形例では、ホットウォール５が、蒸発温度が相対的に低い蒸着材料２０を蒸発させる蒸発源２の近傍に設けられ、蒸発源３の近傍には設けられていない。

これらの構成においても、蒸発した蒸着材料３０はホットウォール５に付着することなく、被蒸着体４に蒸着される。従って、上記実施形態と同様に、被蒸着体４に対して正確な膜厚の蒸着膜を均一に製膜することができ、信頼性の高い被蒸着体４を効率良く生産することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。上記実施形態及び各変形例では、蒸発温度が異なる２種の蒸着材料２０，３０を共蒸着させるための構成を示したが、蒸着材料は３種以上で、各々に対応するように複数の蒸発源が設けられていてもよい。このとき、最も蒸着温度が高い材料を蒸発させる蒸発源の放出口が、被蒸着体に近い位置に設けられる。この場合、蒸着温度の高い順に対応するように、各蒸発源の放出口の高さが異なるように構成してもよい。また、上記実施形態及び各変形例では、蒸着温度の高い蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源３が、他方の蒸発源２よりも被蒸着体４の下流側に配置された構成を示したが、少なくとも蒸発源３の放出口３２が蒸発源２の放出口２２よりも下流側に設けられていればよい。つまり、蒸発源２，３の加熱容器２１，２２の蒸着材料２０，３０を充填する充填部自体は、例えば、ホットウォール５で囲われた領域の中央部にあり、蒸発源２の流路部が被蒸着体４の上流方向へ延設され、蒸発源３の流路部が下流側へ延設された構成であってもよい。

また、例えば、上記実施形態において、ホットウォール５の開口部５１に、蒸着材料２０の放出濃度を制御するために、複数の孔部が形成さえた補正板（不図示）を設けてもよい。更に、ホットウォール５と被蒸着体４との間に、ホットウォール５の輻射熱から被蒸着体４を保護するための熱拡散板（不図示）が設けられてもよい。また、この熱拡散板が、蒸着温度の高い蒸着材料３０を蒸発させる蒸発源３の放出口３２に取り付けられていてもよい。

１ 蒸着装置（インライン型蒸着装置）
２ 蒸発源
２０ 相対的に蒸発温度が低い蒸着材料（有機材料）
２２ 放出口
３ 蒸発源
２０ 相対的に蒸発温度が高い蒸着材料
３２ 放出口
３７ バルブ機構
４ 被蒸着体
５ ホットウォール

Claims (5)

1. 蒸発温度が異なる複数の蒸着材料を被蒸着体上に共蒸着するインライン型蒸着装置であって、
   前記複数の蒸着材料を夫々蒸発させる複数の蒸発源と、前記蒸発源から前記被蒸着体へ向かう前記蒸着材料の流路を囲うように配置されると共に前記蒸着材料が蒸発する温度に加熱されるホットウォールと、を備え、
   前記蒸発源は、蒸発した前記蒸着材料を前記被蒸着体側へ放出する放出口を有し、
   前記複数の蒸着材料のうち蒸発温度が相対的に高い蒸着材料を蒸発させる蒸発源の放出口が前記ホットウォールの上端縁よりも上方に設けられており、蒸発温度が相対的に低い蒸着材料を蒸発させる蒸発源の放出口が前記ホットウォールの上端縁よりも下方に設けられていることを特徴とするインライン型蒸着装置。
2. 蒸発温度が相対的に高い蒸着材料を蒸発させる前記蒸発源の放出口が、蒸発温度が相対的に低い蒸着材料を蒸発させる前記蒸発源の放出口よりも、前記被蒸着体の搬送方向の下流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインライン型蒸着装置。
3. 蒸発温度が相対的に高い蒸着材料を蒸発させる前記蒸発源の放出口が複数設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインライン型蒸着装置。
4. 蒸発温度が相対的に高い蒸着材料を蒸発させる前記蒸発源は、前記蒸着材料が前記放出口に至る経路にバルブ機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のインライン型蒸着装置。
5. 蒸発温度が相対的に低い蒸着材料が、有機材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のインライン型蒸着装置。

Images