JP2013209696A6 - 真空蒸着装置およびその蒸着源 - Google Patents

Abstract

【課題】真空蒸着装置において、蒸着膜を形成する際に生じる斜面状の膜を抑制した蒸着源を提供する。
【解決手段】真空蒸着装置では、基板上にマスクを介して所定パターンの蒸着膜が形成される。基板に対向して蒸発源が配置されている。蒸発源は坩堝と、この坩堝に収納した蒸発物質を基板へ導く複数の噴射ノズル３３とを有している。噴射ノズルは一列上に配置される。噴射ノズル列の両側には、上拡散防止板３１と下拡散防止板３２とが配置されており、各噴射ノズル間には横拡散防止板３４が配置されている。蒸発源は移動手段により上下方向に移動される。
【選択図】図１

Description

本発明は真空蒸着装置およびその蒸着源に係り、特に基板上にマスクを介して有機ＥＬ膜等を形成するのに好適な真空蒸着装置およびその蒸着源に関する。

従来の成膜装置の例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載の成膜装置では、真空装置内に間隔を置いて蒸着源と基板が配置されている。基板の蒸着源側前面には、基板と密着させてマスクが配置されている。そして、この特許文献１の成膜装置では、蒸発源が有するノズルから、蒸着材料である発光材料を基板面に向けて噴射している。その際、蒸発源の複数の噴射ノズルの配列方向を水平方向とし、基板を垂直に保持して噴射ノズルに対向させている。噴射ノズルを上下方向に移動させることにより、基板の全面が真空蒸着される。

特開２０１０−８６９５６号公報

上記特許文献１に記載の成膜装置では、蒸発源は加熱制御され、ライン上に並んだ複数の噴射ノズルから発光材料が噴射されている。そして、基板の全面を蒸着できるように、蒸発源駆動手段は、ライン状に並んだノズルを有する蒸発源を上下に移動させる上下駆動手段を有している。

ところで、有機ＥＬ膜等の形成に当たっては、基板の前面に配置されるマスクの孔にいかに忠実に蒸着膜が形成されるかが重要となる。マスクと基板は密着させているが、極々わずかの隙間が形成される場合もあり、また基板面と蒸着源の噴射ノズルとは基板面のすべての位置で正対しているわけではない。つまり噴射ノズルは、分布配置ではなく離散配置とならざるを得ないので、わずかに噴射ノズルに対して斜めになる部分も生じる。したがって、従来蒸発源に採用されている上下の熱遮断板は上下方向への蒸着膜の拡散は規制できるが、左右方向の拡散は十分には規制できない。

このため、真空蒸着後の基板面を観察すると、マスクに形成した孔をなぞってほぼ均一厚さの膜が形成されている一方、孔の周囲には孔部に形成した膜厚さに比較して非常に薄い斜面状の膜が形成されている。この斜面状の膜の幅は最大で数十μｍ程度になる。

近年、ますます高精細化が求められているＯＬＥＤ等に使用する基板では、マスクの開口間の距離、すなわち形成される蒸着膜の画素間の距離がどんどん狭まっており、この斜面状の膜の存在が、無視できなくなっている。上述のＯＬＥＤの場合、電流で各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の発光を抑制しているので、斜面状の膜の存在により２色または３色が同時に発光して混色したりするおそれがある。また、電流を制御して各色を発光させる際に、斜面状の膜の部分が明るく発光してしまい、輝度が不均一になるというおそれもある。そして最悪の場合には、輝度の低下や画素間の短絡を引き起こす。上記特許文献１では、この斜面状の膜による影響を回避することについては、十分には考慮されていない。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は真空蒸着装置において、蒸着膜を形成する際に生じる斜面状の膜を抑制した蒸着源を実現することにある。本発明の他の目的は、斜面状の膜を抑制して高精細化した基板を得る蒸着源を実現することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、基板上にマスクを介して所定パターンの蒸着膜を形成するために蒸発源に収納した蒸発物質を加熱して蒸着させる真空蒸着装置において、前記蒸発源は坩堝と、この坩堝に収納した蒸発物質を基板へ導く複数の噴射ノズルとを有し、この噴射ノズルは一列上に配置され、この噴射ノズル列の両側に配置された第１の拡散防止板と、各噴射ノズル間に配置された第２の拡散防止板と、前記蒸発源を移動させる移動手段とを設けたことにある。

そしてこの特徴において、前記噴射ノズル列は水平方向に延びており、前記移動装置は前記蒸発源を上下方向に移動させるものであるのがよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、基板上にマスクを介して所定パターンの蒸着膜を形成する真空蒸着装置に用いるものであって蒸着物質を収納した蒸発源において、坩堝と、この坩堝に収納した蒸発物質を基板へ導く複数の噴射ノズルとを有し、この噴射ノズルは一列上に配置され、この噴射ノズル列の両側に配置された第１の拡散防止板と、各噴射ノズル間に配置された第２の拡散防止板とを備えたことにある。そしてこの特徴において、ノズル列におけるノズル間のピッチは、中央部のピッチが広く両端側が狭くてもよく、等ピッチであってもよい。

本発明によれば、複数のノズルを一列に配置した蒸着源を有する真空蒸着装置において、ノズルの配列方向に加えノズル間にも蒸着物質の拡散を抑制する手段を設けたので、蒸着膜を形成する際に生じる斜面状の膜を抑制した蒸着源を実現できる。また、斜面状の膜を抑制して高精細化した基板が得られる。

本発明に係る真空蒸着源の一実施例の正面図と断面図。 図１に示した真空蒸着源の部分斜視図。 真空蒸着時に発生する斜面状の膜を説明する図。 本発明に係る真空蒸着装置の一実施例の模式図。

以下、本発明に係る真空蒸着装置の一実施例を、図面を用いて説明する。図４に真空蒸着装置１００を模式的に示す。真空チャンバ９内に、基板保持手段７によりほぼ垂直に基板１が保持されている。基板１の大きさは第６世代のものでは幅１５００ｍｍ、縦方向長さ１８５０ｍｍ程度になる。この基板１の前面には、マスク２が基板１に密着して配置されている。マスク２はマスク保持手段８により垂直に保持されている。マスク２には、描画パターンに応じて詳細を後述する多数の開口が形成されている。マスク２の大きさは、幅１７００〜１８００ｍｍ、縦方向長さは２０００ｍｍ程度になる。

この基板１とマスク２の組み合わせに対向して、蒸着源３が配置されている。蒸着源３は、移動手段４に取り付けられており、上下方向に移動可能になっている。真空チャンバ９の外部に設けられた電動機５が、この電動機５に接続された移動手段４を回転駆動することにより、蒸着源３は垂直移動する。移動手段４としては、ボールねじやレール等が用いられる。なお、真空チャンバ９は真空排気手段６により、蒸着に適した圧力まで真空排気されている。

次に、このように構成した真空蒸着装置１００に用いる蒸着源３の詳細を、図１および図２を用いて説明する。図１に、蒸着源３の正面図（同図（ａ））およびそのＡ−Ａ断面図（同図（ｂ））を示す。図２に、図１に示した蒸着源３の一部を取り出して斜視図で示す。

蒸着源３は、水平方向に基板１の幅と同程度の長さで延びており、Ｘ方向長さに比べてＹ，Ｚ方向長さが短い柱状となっている。そして、蒸着源３は、蒸発部３５と、蒸発部３５に取り付けた噴射ノズル３３、および噴射ノズル３３を囲んで設けた上拡散防止板３１、下拡散防止板３２、横拡散防止板３４とを備えている。

蒸発部３５では、枠型のハウジング３ｅ内に、蒸着物質３ｃが収納された坩堝３ｂが収容されている。坩堝３ｂは幅方向に延びる直方体状をしており、前面側の幅方向に間隔を置いて噴射ノズル３３が取り付けられている。坩堝３ｂの外側には、この坩堝３ｂを加熱するヒータ３ａが上下に複数配置されており、断熱性のハウジング３ｅ内に保持されている。ハウジング３ｅの前面側の上下には、放熱手段３ｄが取り付けられており、噴射ノズル３３が過度に高温になるのを防止する。

ハウジング３ｅの前面側であって上部には、幅方向（Ｘ方向）に延びる長方形状の上拡散防止板３１が取り付けられている。上拡散防止板３１の前面方向（Ｙ方向）の長さは、噴射ノズル３３の長さより長い。同様に、ハウジング３ｅの前面側であって下部には、幅方向（Ｘ方向）に延びる長方形状の下拡散防止板３２が取り付けられている。下拡散防止板３２の前面方向（Ｙ方向）の長さは、上拡散防止板３１の同方向の長さと同じである。

ここで、本発明の特徴として、上拡散防止板３１と下拡散防止板３２との間には、横拡散防止板３４が垂直に設けられている。横拡散防止板３４は、各噴射ノズル３３を区画するもので、噴射ノズル３３間に必ず設けられている。なお、噴射ノズル３３の幅方向（Ｘ方向）ピッチは、等ピッチであってもよいし、中央部を広く両端に行くほど狭いピッチとなるなど、不等ピッチでもよい。

次に上記実施例の真空蒸着装置１００の動作について、図３および図４を用いて説明する。図示しない搬送手段で真空蒸着装置１００内に搬入された基板１は、基板保持手段７に保持されるとともに、これも図示しないアライメント手段により所定位置に保持される。基板保持手段７としては、真空中であることを考慮して静電吸着や機械的クランプを用いる。

次いで、マスク保持手段８を用いて、基板１に対して所定の関係になる位置にマスク２を保持する。マスク２は、複数の開口が形成されるマスクシートとこのマスクシートの外周部に設けられ、マスク保持手段８にマスク２を取り付けるためのフレームとから構成される。基板１に設けたアライメントマークがマスク２に設けたアライメント用の開口（マーク）に合致するよう、図示しないアライメント手段が位置合わせする。

マスク２から所定距離だけ離して対向させた蒸着源３は、ボールねじやレール等の移動手段４によって上下方向に移動して、図示しない制御手段により所定の蒸着位置に位置決めされる。蒸着源３の内部の坩堝には、蒸着物質３ｃである発光材料が収容されており、蒸着物質３ｃは加熱制御されて安定した蒸発速度となっている。加熱された蒸着物質３ｃは図４で引出し図に示すように、蒸着源３に並んだ複数の噴射ノズル３３から噴射される。必要によっては、蒸着膜に所定の特性を得るために添加剤も同時に加熱して蒸着する。この場合、蒸着源３と一対若しくは複数の蒸着源３を上下に平行に並べて、蒸着する。

マスクシートには、エッチング等により縦横複数列に小さな開口が形成されている。そのピッチは、３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）分で横方向には、数百μｍピッチであり、縦方向には上下に隣りあうラインと隔てるために、数十μｍの間隔が形成されている。エッチング等で開口を形成する都合上、開口の断面形状は蒸着源３側がわずかに開いたテーパ状となっている。

ところで、横一列に並んだ複数の噴射ノズル３３からマスク２越しに基板１へ蒸着物質３ｃを蒸着すると、図３に示すように従来から蒸着膜１２の周囲に斜面状の膜１３が形成されている。この斜面状の膜１３が形成されるということは、蒸着膜１２の膜厚が外周部で減少することをも意味するので、膜厚を均一に保つという点で好ましくない。また、最近では有機ＥＬ膜においても高精細化が望まれているので、他色との混合という点でも好ましくない。そのため、斜面状の膜１３をゼロにはできなくとも、開口の周囲数μｍ以内に納めることが望まれている。しかも、その厚さは蒸着膜１２の厚さに比べて著しく薄いことが必要となっている。

斜面状の膜１３低減の一つの方法として、マスクシート２ａの厚さを薄くしてマスク２と基板１を密着させ、蒸着中の蒸着物質３ｃの回りこみを防止することが考えられる。しかしながら、マスクシート２ａを薄くすると強度が低下し正確な開口を形成できなかったり、マスク２のハンドリング中に破損等のおそれも生じる。そこで、本発明においては、噴射ノズル３３からの蒸着物質３ｃの拡散を防止して、斜めに基板１へ蒸着物質３ｃが入射するのを規制する。

真空雰囲気内で、噴射ノズル３３から蒸着物質３ｃを噴射すると、蒸着物質３ｃの温度がある程度高温であれば平均自由行程が長くなりなかなか開口へ到達しないが、所定温度以下になると噴射ノズル３３の軸に対して、ほぼ軸対称な強度分布で開口に到達するものと考えられる。そのため、噴射ノズル３３の周囲に蒸着物質３ｃの運動を規制するものがないと、いわゆる四方八方へ蒸着物質３ｃが飛び散る状態となる。

一方、噴射ノズル３３の上下に拡散防止板３１，３２を配置すれば、少なくとも上下方向の拡散は抑制できることが確認できた。上下方向には蒸着膜ライン間にスペースが形成されているので、他色との混合はあまり考えられない。そこで、横方向についても拡散防止板３４を設けて、隣り合う噴射ノズル３３の影響、および離れた位置にある噴射ノズル３３の影響も排除して、開口への入射を制限している。

噴射ノズル３３は、たとえば５〜１５ｍｍの口径を有するので、幅方向に離散的に配置せざるを得ない。そのため、従来は一つの噴射ノズル３３から噴射された蒸着物質３ｃが幅方向に配置されたより多くの開口まで到達することで、蒸着膜１２の均一化を図っていた。その結果、斜めから開口に入射する蒸着物質３ｃにより、斜面状の膜１３が形成されることが判明した。特に開口から最も近い噴射ノズル３３からではなく、遠く離れた噴射ノズル３３から蒸着物質３ｃが入射されると入射角が小さくなり、斜面状の膜１３になる可能性が高まる。

そこで本発明では、開口にできるだけ近くの噴射ノズル３３から飛び出た蒸着物質３ｃのみが開口に到達するようにして、斜面状の膜１３の発生を抑制している。そのため、各噴射ノズル３３間に横拡散防止板３４を設けている。

なお上記実施例では、噴射ノズルを横方向に配置して、蒸発源を上下方向に移動させているが、噴射ノズルを縦方向に配置して、蒸発源を横方向に移動させる場合にも本発明が適用できることは言うまでもない。さらに、上記説明では有機ＥＬデバイスの基板を例に説明したが、有機ＥＬデバイスと同じ背景にある蒸着処理をする成膜装置および成膜方法にも適用できる。

１ 基板
２ マスク
３ 蒸着源
３ａ ヒータ
３ｂ 坩堝
３ｃ 蒸着物質
３ｄ 放熱手段
３ｅ ハウジング
４ 移動手段
５ モータ
６ 真空排気手段
７ 基板保持手段
８ マスク保持手段
９ 真空チャンバ
１２ 蒸着膜
１３ 斜面状の膜
３１ 上拡散防止板（第１の拡散防止板）
３２ 下拡散防止板（第１の拡散防止板）
３３ 噴射ノズル
３４ 横拡散防止板（第２の拡散防止板）
３５ 蒸発部
１００ 真空蒸着装置。

Claims (5)

1. 基板上にマスクを介して所定パターンの蒸着膜を形成するために、蒸発源に収納した蒸発物質を加熱して蒸着させる真空蒸着装置において、
   前記蒸発源は坩堝と、この坩堝に収納した蒸発物質を基板へ導く複数の噴射ノズルとを有し、この噴射ノズルは一列上に配置され、この噴射ノズル列の両側に配置された第１の拡散防止板と、各噴射ノズル間に配置された第２の拡散防止板と、前記蒸発源を移動させる移動手段とを設けたことを特徴とする真空蒸着装置。
2. 前記噴射ノズル列は水平方向に延びており、前記移動装置は前記蒸発源を上下方向に移動させるものであることを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着装置。
3. 基板上にマスクを介して所定パターンの蒸着膜を形成する真空蒸着装置に用いるものであって蒸着物質を収納した蒸発源において、
   坩堝と、この坩堝に収納した蒸発物質を基板へ導く複数の噴射ノズルとを有し、この噴射ノズルは一列上に配置され、この噴射ノズル列の両側に配置された第１の拡散防止板と、各噴射ノズル間に配置された第２の拡散防止板とを備えたことを特徴とする真空蒸着装置に用いる蒸発源。
4. 前記ノズル列におけるノズル間のピッチは、中央部のピッチが広く両端側が狭いことを特徴とする請求項３に記載の真空蒸着装置に用いる蒸発源。
5. 前記ノズル列におけるノズル間のピッチが等ピッチであることを特徴とする請求項３に記載の真空蒸着装置に用いる蒸発源。

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