JP2013209699A - 真空蒸着装置および真空蒸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空蒸着室内に縦置きに配置した大型基板に蒸発源を用いて蒸着する際に、有機材料のような熱負荷で劣化しやすい材料を蒸着するときであっても、高速の成膜を可能とする。
【解決手段】真空蒸着装置１００は、真空容器からなる蒸着室５と、基板１に蒸着膜を形成するための蒸発源３１とを備える。蒸発源は、蒸着材料を貯留する蒸発室２２とこの蒸発室で蒸発した蒸着材料を基板に放射するノズル２１とを有する。蒸発室に供給する蒸着材料が貯留された材料ホッパー室１１を蒸着室内に設け、この材料ホッパー室に貯留された蒸着材料４を蒸発室に搬送可能な蒸着材料搬送手段６８を材料ホッパー室に付設する。蒸着材料搬送手段は、その先端部に断熱部材６２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空蒸着膜を作成する真空蒸着装置および真空蒸着方法に係り、特に、大型基板上に有機ＥＬ膜を形成するのに好適な真空蒸着装置および真空蒸着方法に関する。

有機ＥＬ表示装置や照明装置に用いられる有機ＥＬデバイスは、有機材料からなる有機薄膜層を、陽極と陰極の一対の電極で上下から挟み込んだ構造に形成されている。これらの一対の電極に電圧を印加すると、陽極側から正孔が、陰極側から電子がそれぞれ有機層に注入され、注入された正孔と電子が再結合して発光する。

上記有機薄膜層は、正孔注入層および正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層を含む多層膜が積層された構造になっている。有機層には、高分子材料および低分子材料のいずれも用いられるが、低分子材料を用いる場合には、真空蒸着装置を用いて真空蒸着により有機薄膜が形成される。

ところで、有機ＥＬデバイスの特性は有機層の膜厚に大きく影響される。一方、有機薄膜を形成する基板は年々大型化してきている。そこで、有機ＥＬデバイスを作成するには、基板上に形成される有機薄膜や電極用金属薄膜の膜厚を高精度に制御することはもちろんであるが、基板の大型化に伴う長時間連続稼動が必要になっている。

有機ＥＬデバイスの作成や大型化した基板への真空蒸着を目的として、真空蒸着源または真空蒸着装置を改良することが種々提案されている。例えば、基板に薄膜を連続して形成するのに用いる蒸発源の例が、特許文献１に開示されている。この公報に記載の蒸着装置では、蒸気飛散分布を安定化させて所望の膜厚を得るために、蒸発装置内に固定配置した蒸発源に、材料供給用パイプを用いて真空装置外から蒸着材料を供給している。そして、蒸発源の重量を測定しながら、供給量を制御している。

また、特許文献２に記載の成膜装置では、有機材料を変質させることなく、少量ずつ蒸発させるために、蒸発源の上部に有機材料を収容するタンク室を設けている。そして、タンク室と蒸発源である蒸発室とを接続管で接続し、加熱したシールドガスを接続管に導入し、タンク内の有機材料をシールドガスとともに蒸発室内に移動させている。接続管の蒸発室側の接続部分は、小孔形状である。なお、接続管の上部には突条と突条間の溝で構成された螺旋が挿入されており、この螺旋の溝内から蒸着材料が接続管内へ落とされる。

蒸着源を有する蒸着装置のさらに他の例が、特許文献３に記載されている。この公報に記載の蒸着装置では、大型基板に適用するために、蒸着源はライン上に配列された開口から水平方向に蒸着物質を供給している。そして、複数の開口を有する蒸着端に蒸発物質の複数の供給管が接続されており、各供給管に流量制御手段を設けて、蒸着膜の均一化を図っている。

特開２００９−２５６７４３号公報 特開２００９−１６１７９８号公報 特開２００７−３３２４５８号公報

ところで、上記特許文献１に記載の蒸着装置では、蒸着源を真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ外部から真空チャンバ内の蒸発源にノズルで蒸発材料を供給しているので、蒸発源に蒸着材料を供給する際は、一旦蒸着を停止しなければならない。したがって、真空蒸着工程のスループット性が低下する。また、蒸発源を真空チャンバ内に固定保持し、基板を回転させて基板上に形成される蒸着膜の膜厚均一性を確保しているが、基板を真空チャンバ内で回転させなければならず、大型の基板には対応が困難である。

特許文献２に記載の成膜装置では、蒸発源上部のタンク室内に蒸着材料を収容し、螺旋の溝を利用して少量ずつ蒸着材料を蒸発させている。これにより、変質しやすい有機材料からなる蒸着材料への熱負荷を軽減している。しかしながら、材料を保持するタンク室は真空槽内に配置されているのでその容量に限界があり、長時間蒸着を続けることが課題となっている。

また、蒸発室と蒸着材料が収容されるタンク室とを接続管で接続しており、さらに接続管の下端は小孔に形成された状態なので、蒸着材料は環境温度の影響を受けやすいが、蒸着材料投入時の温度変化による影響については考慮されていない。さらに、大型基板に対応するためには複数の蒸発源を同一の蒸着レートに制御する必要があるが、そのような蒸着レートの制御についても十分には考慮されていない。

特許文献３には、原料供給源から供給管を経由して、気化された材料を複数の開口を設けた供給端まで供給している。これにより大型基板への蒸着を可能としているが、常時、気化した状態に蒸着材料を維持するため加熱しており、有機材料のような熱負荷に弱い材料では熱負荷により変質して使用できなくなるまたは成膜の質が劣化する恐れがある。

本発明は、上記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、真空蒸着室内に縦置きに配置した大型基板に蒸発源を用いて蒸着する際に、有機材料のような熱負荷で劣化しやすい材料を蒸着するときであっても、高速の成膜を可能とすることにある。さらに、このような大型基板から製造される有機ＥＬデバイスにおける蒸着において、蒸着膜の膜厚を精度良く制御しながら長時間の連続成膜を可能にすることも目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、真空容器からなる蒸着室と、基板に蒸着膜を形成するための蒸発源とを備えた真空蒸着装置において、前記蒸発源は、蒸着材料を貯留する蒸発室とこの蒸発室で蒸発した蒸着材料を基板に放射するノズルとを有し、前記蒸発室に供給する蒸着材料が貯留された材料ホッパー室を前記蒸着室内に設け、この材料ホッパー室に貯留された蒸着材料を前記蒸発室に搬送可能な蒸着材料搬送手段を前記材料ホッパー室に付設し、前記蒸着材料搬送手段はその先端部に断熱部材を有することにある。

そしてこの特徴において、前記蒸発源は、前記ノズルが形成された面とは異なる面に開口を有し、前記蒸着材料搬送手段は、前記開口と前記材料ホッパー室間を接続する材料供給パイプと、前記材料供給パイプ内を往復動可能な材料搬送用ピストンとを有し、前記断熱部材は前記材料搬送用ピストンの先端部に配置してあることが好ましい。

さらに、前記材料搬送用ピストンの先端部に配置した断熱部材から、この材料搬送用ピストンの往復動方向に離隔して、他の断熱部材を前記材料搬送用ピストンに設けてもよく、基板に蒸着される蒸着膜の膜厚をモニターする膜厚モニターを前記蒸発源の近傍に配置し、この膜厚モニターの出力に基づいて前記蒸発室内の蒸着材料の残量を求める制御装置を設けてもよい。

さらにまた、前記蒸着材料搬送手段は、前記材料ホッパー室に一端側を固定された材料供給パイプと、この材料供給パイプ内を往復動可能な材料搬送用ピストンとを有し、前記断熱部材を前記材料搬送用ピストンの先端部に配置し、前記材料搬送用ピストンの先端が、前記ノズルを経て前記蒸発室まで往復動可能なように前記材料搬送用ピストンを配置するようにしてもよく、前記蒸発源を複数個列状に配置し、前記膜厚モニターを各蒸発源に配設し、前記制御手段は前記複数の蒸発源を各膜厚モニターの出力に基づいて個々に制御するようにしてもよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、有機ＥＬデバイスの有機膜または電極膜を形成するために、蒸着室内に配置した基板に蒸発源内の蒸着材料をヒーターで加熱して前記基板に蒸着させる真空蒸着方法において、前記蒸発源の近傍に配設した材料ホッパー室に蒸着材料を貯留し、この材料ホッパー室の下部に接続された材料供給パイプ内を往復動可能な材料搬送用ピストンが前記材料ホッパー室内の蒸着材料の一部を保持し、その後前記材料供給パイプ内を通って前記蒸発源に形成した開口から前記蒸発源内の蒸発室に蒸着材料を供給し、前記蒸発源内に蒸着材料を供給した後は前記材料搬送用ピストン先端部に設けた断熱部材で前記蒸発源に設けた開口を塞ぐようにしたことにある。

そしてこの特徴において、前記蒸発源をヒーターで加熱して前記蒸発源内の蒸着材料を基板に蒸着中に、前記材料搬送用ピストンを用いた蒸発室への蒸着材料の供給動作を繰り返すことが好ましく、さらに前記蒸発室内の蒸着材料の液面高さを前記蒸着源の近傍に配置した膜厚モニターの出力から求め、この求めた液面に基づいて前記材料搬送用ピストンにより蒸着材料を前記蒸発室に供給し、基板への蒸着中に前記蒸発室内の蒸着材料の残量を一定に保つように前記材料搬送用ピストンによる蒸発室内への蒸着材料の供給を制御することが好ましい。

本発明によれば、蒸着源に蒸着材料を供給する供給手段を設け、この供給手段を作動させたときに供給手段の開口部を開閉可能な断熱手段を設けたので、蒸着源内部の温度分布を均一化でき、蒸着源からの蒸着材料の放射が一様化される。これにより、有機材料のような熱負荷で劣化しやすい材料を蒸着するときであっても、高速の成膜が可能になる。また、大型基板から製造される有機ＥＬデバイスにおける蒸着においても、蒸着膜の膜厚を精度良く制御することが可能になり、さらに蒸着材料供給手段を設けたので、長時間の連続成膜が可能になる。

本発明に係る真空蒸着装置の一実施例の模式図である。 図１に示した真空蒸着装置が備える蒸発源と蒸着材料供給手段の縦断面図である。 図１に示した真空蒸着装置が備える蒸発源と蒸着材料供給手段の他の実施例の縦断面図であり、その動作を説明する図である。 図１に示した真空蒸着装置が備える蒸発源と蒸着材料供給手段のさらに他の実施例の縦断面図である。 図１に示した真空蒸着装置が備える蒸発源と蒸着材料供給手段のさらに他の実施例の縦断面図である。 図１に示した真空蒸着装置が備える蒸発源と蒸着材料供給手段のさらに他の実施例の縦断面図である。 本発明に係る有機ＥＬデバイスの生産工程の一例を示す工程図である。

以下、本発明に係る真空蒸着装置を、図面を用いて説明する。以下の説明においては、有機ＥＬデバイスの製造に用いる真空蒸着装置について説明するが、本発明は有機ＥＬデバイスの製造用の真空蒸着装置に限るものではなく、金属膜や有機膜等の薄膜を蒸着する場合に適用可能である。

初めに、図７に示した生産工程図を用いて、有機ＥＬデバイスの製造手順を説明する。図７においては、有機ＥＬデバイスとして有機ＥＬディスプレイを想定している。基板の上面に有機層およびこの有機層に流れる電流を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ:thin film transistor）が形成されるＴＦＴ基板と、有機層を外部の湿気から保護する封止基板とを別個に準備し、それぞれの基板を複数の工程を経て、封止工程で組み合わせるのが、大きな流れである。

ＴＦＴ基板が製造ラインに投入される(ステップＳ７１０)と、初めにウェット洗浄が施され(ステップＳ７１２)、次いでウェット洗浄された基板に対してドライ洗浄が施される(ステップＳ７１４)。ドライ洗浄では、紫外線照射による洗浄が含まれる場合もある。ドライ洗浄されたＴＦＴ基板に、ＴＦＴが形成される。図７ではＴＦＴの形成が省略されている。ＴＦＴが形成されたＴＦＴ基板では、ＴＦＴの上にパッシベーション膜および平坦化膜が形成される。さらにその上に、有機ＥＬ層の下部電極が形成される。下部電極は、ＴＦＴのドレイン電極と接続している。下部電極をアノードとする場合は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜が使用される。これらは、スパッタ法を用いて成膜される。

下部電極の上に有機ＥＬ層が形成される。有機ＥＬ層は複数の層から構成される。下部電極がアノードの場合は、下から、例えば、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の順に形成される。有機ＥＬ層は蒸着によって形成され(ステップＳ７１６)、この有機ＥＬ層の上に上部電極層が形成される。上部電極層は、蒸着により形成される。

有機ＥＬ層の上には、各画素共通に、ベタ膜で上部電極が形成される。有機ＥＬ表示装置がトップエミッションの場合は、上部電極にはＩＺＯ（登録商標）と呼ばれるＩｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ等の透明電極が使用され、有機ＥＬ表示装置がボンディングボムエミッションの場合は、Ａｌ等の金属膜が使用される(ステップＳ７１８)。

一方、封止基板は、ＴＦＴ基板と同様に、製造ラインに投入された(ステップＳ７２０)ら、ウェット洗浄(ステップＳ７２２)およびドライ洗浄(ステップＳ７２４)される。そして、デシカント（乾燥剤）が配置されてデシカントが形成される(ステップＳ７２６)。有機ＥＬ層は水分があると劣化をするので、内部の水分を除去するためにデシカントが使用される。デシカントには種々な材料を用いることが出来るが、有機ＥＬ表示装置がトップエミッションかボトムエミッションかによりデシカントの配置方法が異なる。デシカントの形成が終了したら、封止工程での貼り合わせのために基板の周囲部等にシール剤が塗布される(ステップＳ７２８)。

別々に製造されたＴＦＴ基板と封止基板は封止工程(ステップＳ７４０)において、組み合わされる。ＴＦＴ基板と封止基板を封止するためのシール剤は、上述したように封止基板に形成される。封止基板とＴＦＴ基板を組み合わせた後、シール部に紫外線を照射して、シール部を硬化させ、封止を完了させる。

最後に、このように形成した有機ＥＬ表示装置に対して点灯検査を実行する(ステップＳ７５０)。点灯検査において、黒点や白点等の欠陥が生じている場合に、欠陥修正可能であれば修正する。これにより、有機ＥＬ表示装置が完成する。

上記有機ＥＬデバイスの製造工程において、ステップＳ７１６における有機ＥＬ層およびステップＳ７１８における上部電極層の形成は、真空蒸着により実行される。この蒸着に用いる真空蒸着装置の具体的な実施例を、以下に説明する。なお、真空蒸着装置は、金属電極層（陽極）の上に正孔注入層や正孔輸送層、発光層（有機膜層）を、金属電極層（陰極、上部電極）の下に電子注入層や電子輸送層などを作成するのに用いられ、様々な材料の薄膜層を真空蒸着により多層積層して形成可能である。

図１に、真空蒸着装置１００の一実施例を模式図で示す。図１に示すように、本発明に係る真空蒸着装置１００は、熱負荷による蒸着材料４の劣化を防止するとともに長時間の連続成膜が可能なように、蒸着室５内に設けた蒸発源３１に材料供給パイプ６３および蒸着材料４を保持するための材料ホッパー室１１を付設している。蒸着材料４を搬送および投入する際には、先端部分が断熱構造を有する材料搬送用ピストン６１を用いて、材料ホッパー室１１から蒸発源３１内の蒸発室２２へ蒸着材料４を搬送する。ピストン６１が断熱構造に形成されているので、蒸着材料４を搬送および投入する際にも、蒸発源３１の温度分布変化を可能な限り少なくすることができる。

より具体的には、本実施例の真空蒸着装置１００では、真空に排気される蒸着室５内に垂直に基板１が配置されている。この基板１から所定間隔をおいて、蒸着源２０が配置されている。蒸着源２０の反基板側には、材料ホッパー室１１が付設されている。材料ホッパー室１１と蒸着源２０とは、材料供給パイプ６３で接続されている。

基板１の近傍であって蒸着源２０よりも前方側、すなわち基板１の側に、この蒸着源２０から蒸発する蒸着材料４が基板１に蒸着する量を計測するための膜厚モニター１２が配置されている。膜厚モニター１２は水晶振動子を備えており、表面に蒸発材料が付着することにより、その発振周波数が変動することで膜厚を測定する。膜厚モニター１２が検出した信号は、膜厚制御計８で基板１面の膜厚に換算される。換算された膜厚に基づいて制御用パソコン１０が、蒸発源３１の周囲に配置したヒーター３２への制御指令を蒸発源電源９に入力し、ヒーター３２への通電量が制御される。制御用パソコン１０は、蒸着データも記録する。

蒸着源２０は、内部に蒸発室２２が形成された蒸発源３１と、蒸発源３１を構成する壁面の一方側、本実施例では基板１に対向する側に形成され、蒸発室２２に連通する開口２１と、蒸発源３１の外周部に配置されたヒーター３２とを備えている。蒸発源３１はリニア蒸発源と言われるもので、蒸発源３１の開口２１はノズルと呼ばれ、紙面垂直方向に間隔をおいて複数個形成されている。蒸発源３１には、さらに図示しない坩堝温度を制御するための熱電対や熱を外部に漏らさないようにするための熱シールドおよび水冷シールド等が設けられている。蒸発源３１の反基板側である背面側にも開口２３が形成されており、材料搬送用ピストン６２がこの開口２３を通って往復動自在に蒸発室２２内に到ることが可能になっている。

蒸発室２２内には、所定量の蒸着材料４が予め収容されている。一方、材料ホッパー室１１内にも真空蒸着材料である有機材料または電極形成用の金属が、所定量収容されている。材料ホッパー室１１の底部付近には、材料搬送用ピストン６１が往復動するための開口７１が形成されている。蒸発源３１の開口２３と材料ホッパー室１１の開口７１間を材料供給パイプ６３が接続しており、材料搬送用ピストン６１のガイドとして作用する。蒸着材料４を、材料搬送用ピストン６１の先端部においてところてん方式で押し出す構成である。材料搬送用ピストン６１と材料供給パイプ６３とは、蒸着材料搬送手段６８を構成する。

蒸発源３１の温度は、蒸着材料４として有機材料を使用する場合には、２００℃から５００℃程度に温度制御される。材料搬送用ピストン６１を用いて材料ホッパー室１１から蒸着材料４を蒸発源３１へ搬送する本システムでは、ヒーター３２と蒸発源電源９を用いて蒸発室２２内を所望の温度に設定できる。

しかしながら、蒸着材料４を材料ホッパー室１１から蒸着源２０に搬送中および投入中には、蒸着源２０に形成した開口２３のため、蒸発源３１の一部が温度低下する恐れがある。蒸発源３１内に温度が不均一な部分があると、開口２１から放射される蒸気２の流量がその温度変化分に対応して変動する。

そこで本実施例では、材料搬送用ピストン６１のロッド部６６の先端に、断熱部材で形成された断熱構造ピストン先端部６２を設けている。これにより、蒸発源３１の温度低下を防ぐことができる。すなわち、材料搬送用ピストン６１の往復動に伴い、蒸発源３１に形成した開口２３を補充用の蒸着材料４が通過する場合であっても、蒸発源３１の開口２３をすぐに断熱構造ピストン先端部６２が閉塞するので、蒸発室２２内の温度低下を極力抑制できる。したがって、蒸着材料４を蒸発室２２内へ温度低下させずに投入できるので、蒸着材料４の補給が随時可能になる。

従来は蒸着源の温度変化の影響を除くため、蒸着工程を中断しまたは蒸着工程の終了後に蒸着材料を蒸発源に供給していた。しかしながら本実施例によれば、随時蒸着材料４を蒸発源３１内に補給できるので、蒸発源３１内に貯留する蒸着材料４の量を少量に抑えることができ、蒸発源３１やヒーター３２などをすべて小型化できる。これにより、電力の投入量が小さくなり、基板１側への熱輻射の量も低減できる。

蒸発源３１内に収容される蒸着材料４の量は、蒸発源３１から放射される蒸気２の量を膜厚モニター１２でモニターし、蒸発源電源９から出力される制御温度との大小を比較することにより、求められる。したがって、膜厚モニター１２とヒーター３２の電力や図示しない熱電対の計測温度等を監視すれば、蒸発源３１内に貯留される蒸着材料４の量をほぼ一定量に調整できる。ここで、蒸発源３１内の蒸着材料４の高さ（液状であれば液面高さ）により蒸気２の放射分布は影響され、高いほど広範囲の放射が可能となることが知られている。したがって、蒸発源３１内の蒸着材料４の量を一定に制御すれば、蒸発源３１から放射される蒸気２の放射分布が一定になり、基板１に蒸着される蒸着膜の膜厚分布の均一性が向上する。

図２に、蒸着源２０及び材料ホッパー室１１を取り出した縦断面図を示す。この図２は、蒸着材料を蒸発室２２内へ搬送した後、蒸発源３１の温度を一定に維持する状態を示している。材料搬送用ピストン６１は、最も左側、すなわち蒸発室２２内に留まる部分が最も少ない状態にある。断熱構造ピストン先端部６２は、蒸発源３１を構成する背面側壁面の位置に保持されているので、断熱構造ピストン先端部６２を構成する断熱材により、蒸発源３１からの熱の漏れを遮断もしくは低減し、蒸発源３１の温度分布の変化を極力抑制できる。

本発明に係る蒸着源２０及び材料ホッパー室１１の他の組み合わせの例を、図３に示す。図３（ａ）は材料搬送用ピストン６１の縦断面図であり、図３（ｂ）〜図３（ｄ）は材料搬送用ピストン６１のピストン位置を変えて示す蒸着源２０及び材料ホッパー室１１の縦断面図である。

本実施例が上記実施例と相違するのは、材料搬送用ピストン６１に２個の断熱構造ピストン先端部６４、６５を設けたことにある。図１および図２に示した実施例１では、蒸着材料４を搬送する時であって、材料搬送用ピストン６１が備える断熱構造ピストン先端部６２が材料ホッパー室１１位置にある場合は、断熱構造ピストン先端部６２を構成する断熱材が蒸発源３１の開口２３付近に位置していない。そのため、材料供給パイプ６３から蒸発源３１の熱が漏れるおそれがある。

本実施例では、図３（ａ）に示すように、材料搬送用ピストン６１の先端に第１断熱構造ピストン先端部６４を、材料搬送用ピストン６１の先端部分であって第１断熱構造ピストン先端部６４から所定距離だけ離れた部分に、断熱材からなる第２断熱構造ピストン先端部６５を設けている。第２断熱構造ピストン先端部６５には、材料搬送用ピストン６１を往復動させるためにロッド部６６が接続されている。

このように材料搬送用ピストン６１に断熱材を２重に配置したので、蒸着材料４を搬送するときであっても蒸発源３１からの熱の漏れを遮断または低減できる。２個の断熱構造ピストン先端部６４、６５間は、ピストン内材料搬送保持部６７として、搬送中の蒸着材料４の貯蔵部として利用される。

図３（ｂ）は、蒸着材料４を蒸発室２２内に供給する直前の状態を示す図である。材料搬送用ピストン６１は、移動可能な範囲の最も蒸発源３１から遠ざかった位置に、図では右端側に位置している。第１断熱構造ピストン先端部６４が、蒸発源３１を構成する背面側壁面に形成された開口２３の位置に来て、開口２３を塞いでいる。蒸発源３１を断熱材で一体化したので、蒸発源３１の温度分布の変動を抑制することができる。

図３（ｃ）および図３（ｄ）は、図３（ｂ）の状態から蒸着材料４を蒸発室２２内へ供給する搬送動作時の状態を示す図であり、同図（ｃ）は蒸着材料４を供給途中の図、同図（ｄ）は蒸着材料４の供給動作が終了したとき時の状態を示す図である。図３（ｂ）の状態では、材料ホッパー室１１の底面付近にピストン内材料搬送保持部６７が位置し、蒸着材料４がホッパー室１１から材料搬送用ピストン６１のピストン内材料搬送保持部６７に移されている。

材料搬送用ピストン６１に蒸着材料４が移されたので、図３（ｃ）では、材料搬送用ピストン６１の先端側を、材料供給パイプ６３を経て蒸着室２２内まで延在させている。蒸着材料４２はまだ搬送途中であり、材料供給パイプ６３内の蒸発室２２側の先端付近に達した状態である。

さらに蒸着材料４の搬送が進み、材料搬送用ピストン６１のピストン内材料搬送保持部６７が完全に蒸発室２２内に移動すると、ピストン内材料搬送保持部６７に保持された蒸着材料４４が蒸発室２２内に投入または供給される。このとき、第２断熱構造ピストン先端部６５が、蒸発源３１の壁の開口２３を塞ぐ。したがって、蒸発源３１は基板１に対向する放射側の開口２１を除き、一体化された断熱壁で構成され、蒸発源３１からの熱の漏えいを遮断もしくは低減できる。

蒸着材料４（４４）を蒸発室２２に投入するタイミングや蒸発源３１内の蒸着材料４の残量は、実施例１と同様に、膜厚モニター１２で制御される。蒸発源３１内の蒸着材料４の残量を、蒸発源３１の下に圧電センサーを設置して、蒸発源３１の重量を測ることでも検出可能である。また、蒸気２が放射される開口２１側からレーザーを照射し、レーザー寸法測定機で蒸発室２２内の蒸着材料４の高さ（液面）を測定する方法を用いることもできる。

本実施例では、開口２３を蒸発源３１の背面側に配置したが、開口２３の位置はこの位置に限るものではなく、基板５の蒸着に関係するノズル２１が形成された面以外であれば側面でも可能である。ただし、ヒーター３２の配設の都合上、背面側に設ければヒーターを特殊形状とする必要がなく、容易に蒸着材料搬送手段６８を蒸発源３１に取り付けることができる。

本発明に係る蒸発源３１及び材料ホッパー室１１の他の組み合わせを、図４に示す。本実施例が実施例１および実施例２で示したものと相違するのは、上記各実施例では基板１を垂直に立てていたのに対し、本実施例では基板１は水平に配置されることにある。基板１を水平にして有機材料または金属材料を蒸着する場合には、基板１への塵埃等の付着を防止するため、基板１の蒸着面は下側になる。

基板１の下側に、蒸発源３１および材料ホッパー室１１を基板１に対向して配置するので、ヒーター３２は蒸発源３１の上部だけ加熱し、蒸発源３１内でノズル２１が詰まるのを防止している。ヒーター３２を蒸発源３１の下部にも配置することは可能であるが、その場合、材料供給パイプ６３を蒸発源３１の底面から所定高さの位置に設置する必要があるので、ヒーター３２は材料供給パイプ６３を避けた形状に変更する必要がある。

なお図示しないが、材料ホッパー室１１とヒーター３２が近接するので、ヒーター３２の熱を断熱するリフレクターを材料ホッパー室１１とヒーター３２間に設けて、材料ホッパー室１１内での蒸着材料４の熱劣化を低減する。本実施例では、材料搬送用ピストン６１として実施例１に示したものを用いているが、実施例２で示した材料搬送用ピストン６１を用いることも可能である。

本発明に係る蒸発源３１と材料ホッパー室１１の他の組み合わせを、図５及び図６を用いて説明する。本実施例が上記実施例１〜実施例３と異なるのは、上記各実施例では反基板側から蒸発室２２に蒸着材料４を供給していたのに対し、本実施例では基板１に対向する側から蒸着材料４を蒸発室２２に供給していることにある。

上記各実施例では、材料供給パイプ６３を蒸発源３１の反基板側に接続していたので、蒸発源３１の壁面に形成した開口２３からの熱の漏れにより、蒸発源３１の温度分布が不均一になるのを対策する必要があった。本実施例では前面側、すなわち基板対向側から蒸着材料４を蒸発室２２内に供給するので、そのような対策が不要となる。ただし、蒸気２の放射側に材料ホッパー室１１を配置し、ノズル(開口)２１に材料供給パイプ６３を配置せざるを得ず、基板１への蒸着と蒸着材料４の蒸発室２２への供給とを同時に実行することはできない。その代わり、本実施例では蒸発源３１の改造が不要である。

図５に示す実施例では、材料搬送用ピストン６１および材料供給パイプ６３を蒸気２が放射されるノズル２１側から挿入して使用する。材料供給パイプ６３を蒸発源３１のノズル２１側から蒸発室２２内に挿入するので、蒸気２がほとんど出ない状態まで蒸発源３１の温度を下げてから、ノズル２１側から蒸着材料４を供給および投入する。具体的には、蒸着材料４の蒸発温度よりも１００℃以上温度を低下させた後、材料搬送用ピストン６１を駆動して蒸着材料４を蒸発室２２内に供給する。このようにすることにより、材料供給パイプ６３が蒸気２で詰まることなく、蒸着材料４を蒸発室２２内へ投入できた。

図５に示した実施例の変形例を、図６に示す。この図６では、蒸発源３１内の蒸発室２２に材料坩堝３３を別個配置している。蒸発室２２内に材料坩堝３３を配置した結果、材料坩堝３３内の蒸着材料４の高さ（液面）が、蒸発室２２全体を蒸着材料４の収容場所にした場合に比べ高くなり、ノズル２１側から水平に材料供給パイプ６３を挿入しただけでは、材料坩堝３３へ蒸着材料４を供給できない。そこで、材料坩堝３３の形状に合わせて、材料供給パイプ６３の挿入角度等を調整する。これにより、蒸発源３１を改造することなく、材料坩堝３３に蒸着材料４を供給できる。本変形例は、使用する蒸着材料により使用可能な材料坩堝が制限される場合に有効である。

上記各実施例及び変形例において、大型の基板１等に蒸着する場合、蒸発源３１を複数個、縦列状または横列状に設けるのが好ましい。その場合、膜厚モニター１２は、各蒸発源３１に対して１対１に配設する。さらに、各膜厚モニター１２ごとに膜厚制御計８を設けて、制御装置である制御用パソコン１０が個々に制御するのが好ましい。

本発明の各実施例及び変形例によれば、複数の層から形成される有機ＥＬ層の蒸着膜及び電極層を、異物による汚染を抑えながら短いタクト時間で形成することができる。これにより、有機ＥＬデバイス、特に有機ＥＬ表示装置の製造コストを低下させ、かつ歩留まりも向上させることができる。さらに、有機ＥＬ層の各層の成分を正確に制御することができ、有機ＥＬデバイスの均一な品質を確保でき、信頼性の高い有機ＥＬ表示装置を製造可能になる。

１…基板、２…蒸気、４…蒸着材料、５…蒸着室、８…膜厚制御計、９…蒸発源電源、１０…制御用パソコン（制御装置）、１１…材料ホッパー室、１２…膜厚モニター、２０…蒸着源、２１…開口（ノズル）、２２…蒸発室、２３…開口、３１…蒸発源、３２…ヒーター、３３…材料坩堝、４２、４４…蒸着材料、６１…材料搬送用ピストン、６２…断熱構造ピストン先端部、６３…材料供給パイプ、６４…第１断熱構造ピストン先端部（断熱部材）、６５…第２断熱構造ピストン先端部（他の断熱部材）、６６…ロッド部、６７…ピストン内材料搬送保持部、６８…蒸着材料搬送手段、７１…開口、１００…真空蒸着装置。

Claims (9)

1. 真空容器からなる蒸着室と、基板に蒸着膜を形成するための蒸発源とを備えた真空蒸着装置において、
   前記蒸発源は、蒸着材料を貯留する蒸発室とこの蒸発室で蒸発した蒸着材料を基板に放射するノズルとを有し、前記蒸発室に供給する蒸着材料が貯留された材料ホッパー室を前記蒸着室内に設け、この材料ホッパー室に貯留された蒸着材料を前記蒸発室に搬送可能な蒸着材料搬送手段を前記材料ホッパー室に付設し、前記蒸着材料搬送手段はその先端部に断熱部材を有することを特徴とする真空蒸着装置。
2. 前記蒸発源は、前記ノズルが形成された面とは異なる面に開口を有し、前記蒸着材料搬送手段は、前記開口と前記材料ホッパー室間を接続する材料供給パイプと、前記材料供給パイプ内を往復動可能な材料搬送用ピストンとを有し、前記断熱部材は前記材料搬送用ピストンの先端部に配置して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. 前記材料搬送用ピストンの先端部に配置した断熱部材から、この材料搬送用ピストンの往復動方向に離隔して、他の断熱部材を前記材料搬送用ピストンに設けたことを特徴とする請求項２に記載の真空蒸着装置。
4. 基板に蒸着される蒸着膜の膜厚をモニターする膜厚モニターを前記蒸発源の近傍に配置し、この膜厚モニターの出力に基づいて前記蒸発室内の蒸着材料の残量を求める制御装置を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蒸着装置。
   真空蒸着装置。
5. 前記蒸着材料搬送手段は、前記材料ホッパー室に一端側を固定された材料供給パイプと、この材料供給パイプ内を往復動可能な材料搬送用ピストンとを有し、前記断熱部材を前記材料搬送用ピストンの先端部に配置し、前記材料搬送用ピストンの先端が、前記ノズルを経て前記蒸発室まで往復動可能なように前記材料搬送用ピストンを配置したことを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着装置。
6. 前記蒸発源を複数個列状に配置し、前記膜厚モニターを各蒸発源に配設し、前記制御手段は前記複数の蒸発源を各膜厚モニターの出力に基づいて個々に制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の真空蒸着装置。
7. 有機ＥＬデバイスの有機膜または電極膜を形成するために、蒸着室内に配置した基板に蒸発源内の蒸着材料をヒーターで加熱して蒸発させ前記基板に蒸着させる真空蒸着方法において、
   前記蒸発源の近傍に配設した材料ホッパー室に蒸着材料を貯留し、この材料ホッパー室の下部に接続された材料供給パイプ内を往復動可能な材料搬送用ピストンが前記材料ホッパー室内の蒸着材料の一部を保持し、その後前記材料供給パイプ内を通って前記蒸発源に形成した開口から前記蒸発源内の蒸発室に蒸着材料を供給し、前記蒸発源内に蒸着材料を供給した後は前記材料搬送用ピストン先端部に設けた断熱部材で前記蒸発源に設けた開口を塞ぐようにしたことを特徴とする真空蒸着方法。
8. 前記蒸発源をヒーターで加熱して前記蒸発源内の蒸着材料を基板に蒸着中に、前記材料搬送用ピストンを用いた蒸発室への蒸着材料の供給動作を繰り返すことを特徴とする請求項７に記載の真空蒸着方法。
9. 前記蒸発室内の蒸着材料の液面高さを前記蒸着源の近傍に配置した膜厚モニターの出力から求め、この求めた液面に基づいて前記材料搬送用ピストンにより蒸着材料を前記蒸発室に供給し、基板への蒸着中に前記蒸発室内の蒸着材料の残量を一定に保つように前記材料搬送用ピストンによる蒸発室内への蒸着材料の供給を制御することを特徴とする請求項８に記載の真空蒸着方法。

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