JP2020147774A - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一定の条件下で、単一の被成膜基板内に膜構成の異なる多層膜を成膜できるようにした真空蒸着装置を提供する。【解決手段】被成膜基板Ｓｗが設置される真空チャンバ１内に複数の蒸着源２が設けられ、各蒸着源から蒸着物質２１を夫々昇華または気化させて被成膜基板表面に多層膜を成膜できる本発明の真空蒸着装置ＶＭは、蒸着源と被成膜基板との間に配置されて、昇華または気化した蒸着物質の被成膜基板への付着領域を被成膜基板面内の一部に制限する開口Ａｏを持つエリアマスクＡｍと、真空チャンバ内でエリアマスクと被成膜基板とを相対移動させて被成膜基板面内における付着領域を変更する変更手段３とを更に備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被成膜基板が設置される真空チャンバ内に複数の蒸着源が設けられ、各蒸着源から蒸着物質を夫々昇華または気化させて被成膜基板表面に多層膜を成膜できる真空蒸着装置に関する。

この種の真空蒸着装置は、例えば有機ＥＬ素子の製造工程にて真空雰囲気中で被成膜基板としてのガラス基板（以下、「基板」という）に対して有機ＥＬ素子の有機多層膜を成膜するのに一般に利用されている。このものは、基板が配置される真空チャンバと、加熱手段を有して互いに異種の蒸着物質が夫々セットされる蒸着源と、蒸着源と基板との間に設けられるシャッタとを備え、シャッタにより蒸着源のうち何れか一つを順次、開放することで基板表面に多層膜を成膜できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、有機ＥＬ素子は、液晶表示素子と比較して視認性や省電力化に優れるなどの利点があることから、日々改良が進められており、これに伴って新規な有機材料も次々と開発されている。このような有機材料（蒸着物質）は、上記従来例の真空蒸着装置を用い、複数種の有機材料を蒸着源にセットし、真空雰囲気中で基板に対して順次成膜して所定の膜構成を持つ有機多層膜を実際に製作して、評価される。具体的には、例えば、有機材料Ａ〜Ｄがあるとして、１）Ａ層、Ｂ層及びＣ層を順次積層してなる有機多層膜、２）Ａ層、Ｂ層及びＤ層を順次積層してなる有機多層膜、３）Ａ層、Ｃ層及びＤ層を順次積層してなる有機多層膜などの膜構成の異なるものを基板表面に複数製作して、評価される。

然しながら、上記従来例の真空蒸着装置を用いたのでは、複数枚の基板を真空チャンバ内に順次出し入れして基板毎に有機多層膜を夫々成膜していくことなり、しかも、基板の出入れ時には蒸着源の作動が停止される場合もある。このため、例えば各有機多層膜に共通の有機材料Ａが用いられるといっても、基板の出入れ時や蒸着源の再作動時に真空チャンバ内の真空雰囲気や有機材料の飛散分布が変化するため、有機材料Ａを蒸着してなるＡ層が同一条件下で成膜されたとは言えず、これでは、有機多層膜を正しく評価できない虞がある。

特開２００７−３３２４３３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、一定の条件下で、単一の被成膜基板内に膜構成の異なる多層膜を成膜できるようにした真空蒸着装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、被成膜基板が設置される真空チャンバ内に複数の蒸着源が設けられ、各蒸着源から蒸着物質を夫々昇華または気化させて被成膜基板表面に多層膜を成膜できる本発明の真空蒸着装置は、蒸着源と被成膜基板との間に配置されて、昇華または気化した蒸着物質の被成膜基板への付着領域を被成膜基板面内の一部に制限する開口を持つエリアマスクと、真空チャンバ内でエリアマスクと被成膜基板とを相対移動させて被成膜基板面内における付着領域を変更する変更手段とを更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、変更手段により真空チャンバ内で被成膜基板とエリアマスクとを相対移動させるだけで、被成膜基板面内への付着領域を変更できる。このため、真空チャンバ内に対して被成膜基板を出し入れすることなく、単一の被成膜基板面内に膜構成の異なる多層膜の複数を成膜することが可能になる。その結果、例えば、被成膜基板面内の何れの領域においても特定の層を同一条件下で成膜できるので、複数種の有機材料を被成膜基板に蒸着させて有機多層膜を製作し、評価することに最適なものとなる。ここで、この種の有機材料は一般に高価である。このため、別の真空チャンバなどで基板全面に亘って特定の層を予め成膜しておけば、評価に要するコストを削減でき、有利である。

本発明において、変更手段は、エリアマスクを支持する固定枠と、エリアマスクの上方に設置されて被成膜基板を支持する可動枠とを備え、可動枠を上下動する第１駆動部とこの可動枠をエリアマスクの中心を通る上下方向の軸線回りに回転駆動する第２駆動部とが設けられることが好ましい。これにより、エリアマスクに対して被成膜基板を相対回転させるだけで、被成膜基板面内への付着領域を変更する構成が実現できる。

また、被成膜基板の下面に、複数の微小開口が開設されたパターンマスクが設けられていれば、被成膜基板面内への付着領域の変更時に、パターンマスクが被成膜基板に成膜済みの層を保護する役割を果たし、有利である。

本発明の実施形態の真空蒸着装置を、基板とパターンマスクとエリアマスクを互いに分離した状態を示す模式断面図。 実施形態の真空蒸着装置を、基板とパターンマスクとエリアマスクを合体した状態を示す模式断面図。 （ａ）〜（ｄ）は、付着領域を４分割して基板への成膜を説明する図。 （ａ）〜（ｄ）は、変形例に係る付着領域を６分割して基板への成膜を説明する図。

以下、図面を参照して、被成膜基板を矩形（正方形）の輪郭を持つガラス基板（以下、「基板Ｓｗ」という）とし、基板Ｓｗ面内を均等な４個の付着領域に分け、各付着領域に異なる膜構成の多層膜を成膜するものを例に、本発明の真空蒸着装置の実施形態を説明する。なお、以下においては、上、下といった方向を示す用語は、真空蒸着装置の設置姿勢である図１を基準とする。

図１及び図２を参照して、本実施形態の真空蒸着装置ＶＭは、真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１には、特に図示して説明しないが、排気管を介して真空ポンプが接続され、所定圧力に真空引きして真空雰囲気を形成できるようになっている。真空チャンバ１の下壁１ａ内面（真空チャンバ１内）には、間隔を存して複数個の蒸着源２が設けられている。

各蒸着源２は、蒸着物質たる固体の有機材料２１を収容する坩堝２２を有する。坩堝２２は、鉛直方向上面を開口した有底筒状の輪郭を有し、モリブデン、チタン、ステンレスやカーボンなどの熱伝導が良く、高融点の材料から形成され、上面開口側から、例えば粉末状の有機材料２１が充填できるようにしている。坩堝２２の周囲には、シースヒータやランプヒータ等の公知のものからなる加熱手段２３が設けられ、坩堝２２に収容された有機材料２１を加熱して昇華または蒸発させることができるようにしている。また、各坩堝２２の周囲の下壁１ａには回転軸２４が夫々立設され、各回転軸２４の先端には各坩堝２２の上面開口を夫々覆うことが可能なシャッター板２５が連結されている。そして、各回転軸２４を図示省略する駆動手段により回転させて複数の坩堝２２のうち何れか一つの上面開口を順次、開放することで何れかの有機材料２１を選択的に基板Ｓｗ表面に付着させて成膜できるようにしている。

各坩堝２２が設けられた領域に対向させて真空チャンバ１の上部空間には、各坩堝２２と基板Ｓｗとの間に配置されて、昇華または気化した有機材料２１の基板Ｓｗへの付着領域を基板Ｓｗ面内の一部に制限する開口を持つエリアマスクＡｍと、真空チャンバ１内でエリアマスクＡｍと基板Ｓｗとを相対移動させて基板Ｓｗ面内における付着領域を変更する変更手段３とが設けられている。変更手段３は、真空チャンバ１内の真空雰囲気と隔絶されるように真空チャンバ１の上壁内面に吊設した有底筒状の輪郭を持つ固定枠３１を備える。固定枠３１の下面には底板部３１ａが設けられ、この底板部３１ａには板厚方向に貫通する第１開口３１ｂが開設され、第１開口３１ｂの外周縁部上面でエリアマスクＡｍが支持されるようになっている。

エリアマスクＡｍは、アルミナなどの金属またはポリイミドなどの樹脂製の板状部材で構成され、基板Ｓｗに対応する輪郭を持つこの基板Ｓｗより一回り大きい面積に形成されたものである。エリアマスクＡｍには、図３に示すように、そのマスク中心回りに同等の面積を持つ４個の（矩形の）仮想領域が並ぶように区画したときの何れか１個の仮想領域に対応させて、板厚方向に貫通する成膜開口Ａｏが開設されている。これにより、後述するように、エリアマスクＡｍの成膜開口Ａｏの位相に合致する基板Ｓｗの部分が付着領域となる。また、エリアマスクＡｍの外周縁部には、その中心線上に夫々位置させてその内方に向けて窪む４個の半円状の凹部Ａｒが形成されている。固定枠３１の底板部３１ａには、１８０度位相をずらして２本の位置決めピン３１ｃが立設され、各位置決めピン３１ｃをエリアマスクＡｍの互いに向かい合う凹部Ａｒに夫々係合させることで、エリアマスクＡｍが固定枠３１に位置決めされるようにしている。

また、変更手段３は、固定枠３１の内方空間に設けられる、基板Ｓｗを支持する可動枠３２と基板Ｓｗの下方でパターンマスクＰｍを支持する支持枠３３とを更に備える。可動枠３２は、筒状の輪郭を有し、その上面には、真空チャンバ１の上壁に開設した貫通孔１１に挿通されて真空チャンバ１内へとのびる回転軸３４が連結されている。そして、真空チャンバ１外に位置する回転軸３４の部分は、この回転軸３４をその軸線Ｃｌ回りに所定の回転角ずつ回転駆動すると共に所定のストロークで上下動するアクチュエータ３５に連結されている。本実施形態では、基板Ｓｗに対する成膜が実施される成膜位置（図２に示す位置）と、成膜位置の上方で位置決めピン３１ｃの干渉を受けずに可動枠３２の回転を許容する回転位置（図１に示す位置）との間で可動枠３２を上下動する第１駆動部と、回転位置にて可動枠３２をエリアマスクＡｍの中心を通る軸線Ｃｌ回りに回転駆動する第２駆動部とをアクチュエータ３５が兼用するようになっている。この場合、貫通孔１１を囲うように真空チャンバ１の上壁には真空ベローズ１２が設けられ、真空雰囲気を維持した状態で回転軸３４を回転駆動及び上下動できるようにしている。可動枠３２の底板部３２ａには第２開口３２ｂが開設され、後述の如く基板ＳｗがセットされるキャリアＣａが、第２開口３２ｂの外周縁部上面で支持されるようになっている。

キャリアＣａは、上記エリアマスクＡｍと同様に、アルミナなどの金属またはポリイミドなどの樹脂製の板状部材で構成され、エリアマスクＡｍと同等の輪郭（及び面積）を持つように形成されている。キャリアＣａの上面には、板厚方向に窪む、基板Ｓｗの輪郭に対応する基板収容部Ｃｈが形成され、基板収容部Ｃｈに基板Ｓｗを落とし込むようにして基板Ｓｗをセットできるようにしている。キャリアＣａの外周縁部にもまた、エリアマスクＡｍと同様に、４個の半円状の凹部Ｃｒが形成され、可動枠３２を回転位置からエリアマスクＡｍに向けて下動させたとき、位置決めピン３１ｃがキャリアＣａの互いに向かい合う凹部Ｃｒに夫々係合することで、成膜位置にてエリアマスクＡｍに対してキャリアＣａが位置（及び位相）決めされるようになっている。

支持枠３３は、アルミナなどの金属またはポリイミドなどの樹脂製の板状部材で構成され、その中央領域には第３開口３３ａが開設され、第３開口３３ａの外周縁部上面でパターンマスクＰｍが支持されるようになっている。支持枠３３の外周部上面には、可動枠３２の周壁部３２ｃを貫通して上下にのびる駆動軸３６の下端が連結され、この駆動軸３６は、可動枠３２の上部に設けた直動モータ等の駆動部３７によって上下動されるようになっている。これにより、基板Ｓｗに対する成膜が実施される成膜位置（図２に示す位置）と、成膜位置の上方で位置決めピン３１ｃの干渉を受けずに、可動枠３２と一体の支持枠３３の回転を許容する回転位置（図１に示す位置）との間で、支持枠３３を上下動できるようになっている。

パターンマスクＰｍは、上記エリアマスクＡｍと同様に、アルミナなどの金属またはポリイミドなどの樹脂製の板状部材で構成され、エリアマスクＡｍと同等の輪郭を持つように形成され、板厚方向に貫通する複数の微小開口Ｐｏが開設されている。パターンマスクＰｍの外周縁部にもまた、エリアマスクＡｍと同様、４個の半円状の凹部Ｐｒが形成され、支持枠３３を回転位置からエリアマスクＡｍに向けて下動させたとき、位置決めピン３１ｃがパターンマスクＰｍの互いに向かい合う凹部Ｐｒに夫々係合することで、支持枠３３の成膜位置にてエリアマスクＡｍに対してパターンマスクＰｍが位置（及び位相）決めされるようにしている。以下、図３に示すように基板Ｓｗへの有機材料の付着領域をエリアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、上記真空蒸着装置ＶＭを用いて各エリアＡ〜Ｄに多層膜を成膜する成膜方法について説明する。

図１に示す状態では、可動枠３２と支持枠３３とは夫々回転位置にあり、図外の搬送ロボットにより、基板ＳｗをセットしたキャリアＣａ、パターンマスクＰｍ及びエリアマスクＡｍが固定枠３１、可動枠３２及び支持枠３３の所定位置に夫々設置される。次に、真空ポンプを作動させて真空チャンバ１内を真空排気し、所定圧力に到達すると、駆動部３７により支持枠３３を上動させ、パターンマスクＰｍの上面が可動枠３２の底板部３２ａに当接する中間位置に支持枠３３を移動する。そして、アクチュエータ３５により可動枠３２を支持枠３３と一体に下動させて、可動枠３２の底板部３２ａがパターンマスクＰｍの上面に当接する成膜位置に可動枠３２及び支持枠３３を移動する。このとき、位置決めピン３１ｃがキャリアＣａ及びパターンマスクＰｍの互いに向かい合う凹部Ｃｒ，Ｐｒに夫々係合してエリアマスクＡｍに対してキャリアＣａ及びパターンマスクＰｍが位置決めされ、エリアマスクＡｍ、パターンマスクＰｍとキャリアＣａが互いに上下に積み重ねられた状態（一体化した状態）となる。この状態では、エリアマスクＡｍの成膜開口ＡｏがエリアＡを臨むようになり、エリアＡが付着領域となる（図２及び図３（ａ）参照）。そして、各蒸着源２のシャッター板２５により複数の坩堝２２のうち何れか一つを順次、開放することで何れかの有機材料２１を選択的に基板Ｓｗ表面に付着させて成膜して、多層膜が得られる。

エリアＡへの成膜が終了すると、上記と逆の手順で、支持枠３３及び可動枠３２を上動して回転位置に夫々戻し、エリアマスクＡｍ、パターンマスクＰｍとキャリアＣａが互いに分離された状態とする（図１及び図３（ｂ）参照）。この状態で、アクチュエータ３５により可動枠３２を支持枠３３と一体に軸線回り（図３中、反時計回り）に９０度回転させる。すると、エリアマスクＡｍの成膜開口ＡｏがエリアＢを臨む位相となり（図２及び図３（ｃ）参照）、上記手順に従い、エリアマスクＡｍ、パターンマスクＰｍとキャリアＣａを一体化した状態にすると、エリアＢが付着領域となる。そして、各蒸着源２のシャッター板２５により複数の坩堝２２のうち何れか一つを順次、開放することで何れかの有機材料２１を選択的に基板Ｓｗ表面に付着させて成膜して、多層膜が得られる（図３（ｄ）参照）。以降、上記操作を繰り返してエリアＣ、エリアＤに対して多層膜が成膜される。

以上の実施形態によれば、変更手段３により真空チャンバ１内でエリアマスクＡｍに対して基板Ｓｗを相対回転させるだけで、基板Ｓｗ面内への付着領域を変更できる。このため、真空チャンバ１内に対して基板Ｓｗを出し入れすることなく、単一の基板Ｓｗ面内に膜構成の異なる多層膜の複数を成膜することが可能になる。その結果、例えば、基板Ｓｗ面内の何れの領域においても特定の層を同一条件下で成膜できるので、複数種の有機材料を基板Ｓｗに蒸着させて有機多層膜を製作し、評価することに最適なものとなる。しかも、パターンマスクＰｍを設けているため、基板Ｓｗ面内への付着領域の変更時に、パターンマスクＰｍが基板Ｓｗに成膜済みの層を保護する役割を果たし、有利である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、４つのエリアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに多層膜を成膜するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、図４に示すうように、蒸着物質の基板Ｓｗへの付着領域を６つのエリアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとし、基板ＳｗとパターンマスクＰｍとを６０度ずつ回転する（図４（ｃ）参照）ようにしてもよい。また、上記実施形態では、エリアマスクＡｍに対して基板Ｓｗを相対回転させる変更手段３を例に説明したが、エリアマスクＡｍと基板Ｓｗとを相対移動させて基板Ｓｗ面内における付着領域を変更できるものであれば、これに限定されるものでない。例えば、基板Ｓｗに対してエリアマスクＡｍを相対移動させるものでもよく、また、特に図示して説明しないが、成膜開口Ａｏを備えるエリアマスクＡｍを、基板Ｓｗの下方で上下方向に直交する方向から基板中心に向けて進退自在とし、成膜開口Ａｏの位置を変えることで基板Ｓｗ面内への付着領域を変更できるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、エリアマスクＡｍ、パターンマスクＰｍとキャリアＣａに夫々設けた凹部Ａｒ，Ｐｒ，Ｃｒと位置決めピン３１ｃとによって、エリアマスクＡｍに対するパターンマスクＰｍとキャリアＣａとの位置や位相が決められるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、可動枠の回転軸に公知の位置決め機構や位相決め機構を設けるようにしてもよい。

Ａｍ…エリアマスク、Ａｏ…成膜開口（開口）、Ｐｍ…パターンマスク、Ｐｏ…微小開口、Ｓｗ…基板（被成膜基板）、１…真空チャンバ、２…蒸着源、２１…有機材料（蒸着物質）、３…変更手段、３１…固定枠、３２…可動枠、３５…アクチュエータ（第１駆動部，第２駆動部）。

Claims (3)

1. 被成膜基板が設置される真空チャンバ内に複数の蒸着源が設けられ、各蒸着源から蒸着物質を夫々昇華または気化させて被成膜基板表面に多層膜を成膜できる真空蒸着装置において、
   蒸着源と被成膜基板との間に配置されて、昇華または気化した蒸着物質の被成膜基板への付着領域を被成膜基板面内の一部に制限する開口を持つエリアマスクと、真空チャンバ内でエリアマスクと被成膜基板とを相対移動させて被成膜基板面内における付着領域を変更する変更手段とを備えることを特徴とする真空蒸着装置。
2. 前記変更手段は、前記エリアマスクを支持する固定枠と、前記エリアマスクの上方に設置されて前記被成膜基板を支持する可動枠とを備え、可動枠を上下動する第１駆動部とこの可動枠を前記エリアマスクの中心を通る上下方向の軸線回りに回転駆動する第２駆動部とが設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置。
3. 前記被成膜基板の下面に、複数の微小開口が開設されたパターンマスクが設けられることを特徴とする請求項２記載の真空蒸着装置。

Images