JP2021116433A - 真空蒸着装置用の蒸着源 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着物質を蒸発させて被蒸着物に対して蒸着するときに、単位時間当たりの蒸発量を多くできて被蒸着物に対する蒸着レートの高い真空蒸着装置用の蒸着源を提供する。【解決手段】真空チャンバ１内に配置され、固体の蒸着物質Ｍｓを蒸発させて被蒸着物Ｓｗに対して蒸着するための本発明の真空蒸着装置Ｄｍ用の蒸着源ＤＳでは、被蒸着物に向けて蒸発した蒸着物質を噴出する噴出口４１を有する坩堝４と、坩堝内の蒸着物質の加熱を可能とする加熱手段６とを備え、坩堝内に、一部が加熱により溶解した蒸着物質に浸漬される状態で設けられる副気化部５を備え、副気化部は、その残余部分に液化した蒸着物質Ｍｌが毛細管現象により浸透するように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、真空チャンバ内に配置され、固体の蒸着物質を蒸発させて被蒸着物に対して蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源に関する。

例えば有機ＥＬ素子の製造工程においては、真空雰囲気中で基板などの被蒸着物に対して、α−ＮＰＤやＢＡＨＩ８などの固体の蒸着物質（有機材料）を蒸発させて被蒸着物表面に所定の薄膜を蒸着する工程があり、蒸着工程には、一般に、真空蒸着装置が利用されている。このような真空蒸着装置に用いられる蒸着源は例えば特許文献１で知られている。このものは、鉛直方向上面を開口した坩堝と、坩堝を加熱する誘導コイルなどの加熱手段とを備える（従来技術の欄、参照）。

上記従来例の蒸着源にて、坩堝内に例えば粉末状の蒸着物質を充填し、真空雰囲気中で加熱手段により坩堝を加熱すると、坩堝内の蒸着物質が液化（溶解）した後、気化するが、このとき、坩堝の上面開口を臨む液面からしか蒸着物質は気化しない。このため、同一の圧力下での単位時間当たりの蒸発量が少なくて被蒸着物に対する蒸着レートが低い（つまり、生産性が低い）という問題がある。この場合、坩堝の加熱温度を高くすることが考えらえるが、使用する蒸着物質（有機材料）によっては、加熱温度を高くすると、蒸着源にて蒸着物質が分解してしまい、素子の性能を決める所望の膜質を持つ薄膜を蒸着できない。このことから、真空蒸着装置の蒸着源として、高い蒸着レートが得られるようにした蒸着源の開発が近年求められるようになっている。

特開２０１０−１５２９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、蒸着物質を蒸発させて被蒸着物に対して蒸着するときに、単位時間当たりの蒸発量を多くできて被蒸着物に対する蒸着レートの高い真空蒸着装置用の蒸着源を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、真空チャンバ内に配置され、固体の蒸着物質を蒸発させて被蒸着物に対して蒸着するための本発明の真空蒸着装置用の蒸着源は、蒸着物質の収容を可能とし、蒸発した蒸着物質を被蒸着物に向けて噴出する噴出口を有する坩堝と、坩堝内の蒸着物質の加熱を可能とする加熱手段とを備え、坩堝内に、一部が加熱により溶解した蒸着物質に浸漬される状態で設けられる副気化部を備え、副気化部は、その残余部分に液化した蒸着物質が毛細管現象により浸透するように構成されることを特徴とする。

本発明によれば、坩堝内に、例えば、粉末状の蒸着物質を所定の充填率で充填し、真空雰囲気中で坩堝を加熱手段により加熱すると、坩堝内の蒸着物質が液化（溶解）する。このとき、液化した蒸着物質から坩堝内の空間に露出した副気化部の残余部分に、この液化した蒸着物質が毛細管現象により浸透し、この浸透した蒸着物質が気化して噴出口から被蒸着物に向けて飛散されるようになる。このように本発明では、坩堝で液化した蒸着物質の液面から気化するものに、副気化部から気化したものが加わることで、蒸着物質の蒸発量を上記従来例のものと比較して飛躍的に増加させることができ、被蒸着物に対する蒸着レートを高くすることができる。

本発明において、前記坩堝は、上面を開口した有底筒状の輪郭を有し、前記副気化部は、坩堝の下面に上下方向にのびる姿勢で立設したメッシュ部材である構成を採用することができる。このようなメッシュ部材としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）、チタン、タンタル、タングステン、モリブデンやカーボンといった耐熱性を持つ材料製で且つ所定径を持つ線材またはこのような線材の複数本を撚ったものを例えば平織りし、または、線材を綾畳織りして線材間に細い空間（隙間）が形成されるようにしたものが利用できる。また、メッシュ部材の輪郭は、特に制限はなく、平板状や筒状に成形することができる。これにより、坩堝内の空間に露出したに副気化部の残余部分に、液化した蒸着物質が毛細管現象により浸透されることが確認された。

本発明においては、前記加熱手段は、前記坩堝に収容された前記蒸着物質が液相を経て気化する温度に加熱する第１加熱部と、前記残余部分に浸透した前記蒸着物質が気化する温度に加熱する第２加熱部とを備えることが好ましい。これによれば、蒸着レート向上のために坩堝内の蒸着物質（有機材料）を必要以上に加熱する必要はなく、蒸着源にて蒸着物質が分解してしまうといった不具合は生じない。

本発明の実施形態の蒸着源を備える真空蒸着装置を模式的に示す断面図。 本発明の蒸着源から蒸着物質の飛散の様子を示す部分拡大断面図。

以下、図面を参照して、被蒸着物を矩形の輪郭を持つ所定厚さのガラス基板（以下、「基板Ｓｗ」という）、蒸着物質を加熱により蒸発（液相を経て気化）する固体の有機材料Ｍｓとし、基板Ｓｗの一方の面に所定の有機膜を蒸着する場合を例に本発明の真空蒸着装置用の蒸着源の実施形態を説明する。以下において、「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を示す図１を基準にする。

図１及び図２を参照して、Ｄｍは、本実施形態の蒸着源ＤＳを備える真空蒸着装置である。真空蒸着装置Ｄｍ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（真空度）に真空排気して真空雰囲気を形成できるようになっている。また、真空チャンバ１の上部には基板搬送装置２が設けられている。基板搬送装置２は、成膜面としての下面を開放した状態で基板Ｓｗを保持するキャリア２１を有し、図外の駆動装置によってキャリア２１、ひいては基板Ｓｗを真空チャンバ１内の一方向に所定速度で搬送するようになっている。基板搬送装置２としては公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。

基板搬送装置２によって搬送される基板Ｓｗと蒸着源ＤＳとの間には、板状のマスクプレート３が設けられている。本実施形態では、マスクプレート３は、基板Ｓｗと一体に取り付けられて基板Ｓｗと共に基板搬送装置２によって搬送されるようになっている。なお、マスクプレート３は、真空チャンバ１に予め固定配置しておくこともできる。マスクプレート３には、板厚方向に貫通する複数の開口３１が形成され、これら開口３１がない位置にて、蒸発した有機材料Ｍｖの基板Ｓｗに対する蒸着範囲が制限されることで所定のパターンで基板Ｓｗに成膜（蒸着）されるようになっている。マスクプレート３としては、インバー、アルミ、アルミナやステンレス等の金属製の他、ポリイミド等の樹脂製のものが用いられる。そして、真空チャンバ１の底面には、基板Ｓｗに対向させて本実施形態の蒸着源ＤＳが設けられている。

蒸着源ＤＳは、上面を開口した有底筒状の輪郭を有する坩堝４を有する。坩堝４は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）、チタン、タンタル、タングステン、モリブデンやカーボンなどの熱伝導が良く、高融点の材料（耐熱性を有する）から形成されている。本実施形態では、坩堝４の上面開口４１が、蒸発した蒸着物質Ｍｖの噴出口を構成する。坩堝４内の下面４２中央部には、平板状に成形した副気化部としてのメッシュ部材５が立設されている。メッシュ部材５は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）、チタン、タンタル、タングステン、モリブデンやカーボンといった耐熱性を持つ材料製で且つ所定径（例えば、Φ０．０１５ｍｍ〜Φ０．４５ｍｍの範囲）を持つ線材５１またはこのような線材５１の複数本を撚って所定径としたものを綾畳織り（１５０〜３６００メッシュの範囲）することで、線材５１間に細い空間５２（隙間）がその全面に亘って形成されたものである。

メッシュ部材５の坩堝４の下面４２への固定方法は、坩堝４内で固体の有機材料Ｍｓが液化したときでもその姿勢が保持できれば、特に制限はなく、例えば、坩堝４の下面４２に形成した凹溝（図示せず）にメッシュ部材５の下端部を圧入して固定することができる。また、メッシュ部材５の下面４２からの高さは、図２に示すように、所定の充填率で充填された坩堝４内の固体の有機材料Ｍｓを溶解させたときに、メッシュ部材５の下方に位置する一部（浸漬部５ａ）が液化した有機材料Ｍｌに浸漬されると共にその残余部分（露出部５ｂ）が坩堝４内の空間に露出し、その上、後述の加熱手段で露出部５ｂを所定温度以上に加熱できるものであれば、特に制限はない。本実施形態において、メッシュ部材５はその上面が坩堝４の上面に略一致するように定寸されている。

坩堝４には、その外周面を略全面に亘って覆うように加熱手段６が設けられている。加熱手段６は、シースヒータやランプヒータ等の公知のもので構成されている。加熱手段６は、第１加熱部６１と第２加熱部６２とに上下二段に分けられ、独立して加熱温度を制御できるようになっている。第１加熱部６１は、主として、坩堝４の下方領域を加熱してこれからの伝熱により坩堝４内の固体の有機材料Ｍｓが液相を経て気化する温度に加熱する役割を果たす。一方、第２加熱部６２は、主として、坩堝４の上方領域を加熱してこれからの輻射により露出部５ｂに浸透した有機材料Ｍｌが気化する温度に保持する役割を果たす。本実施形態の蒸着源ＤＳでの蒸着に用いられる有機材料Ｍｓとしては、α−ＮＰＤやＢＡＨＩ８などが挙げられる。

上記蒸着源ＤＳを用いて基板Ｓｗに有機材料Ｍｓを蒸着する場合、大気雰囲気中にて坩堝４内に固体の有機材料Ｍｓを所定の充填率で充填する。そして、真空チャンバ１内を真空排気し、加熱手段６により坩堝４を加熱すると、図２に示すように、坩堝４から伝熱で固体の有機材料Ｍｓが融解して液化する。このとき、露出部５ｂには（具体的には、メッシュ部材５を構成する各線材５１間の隙間５２には）、液化した有機材料Ｍｌが毛細管現象により浸透し、この浸透した有機材料Ｍｌが更に加熱されて気化し、この気化した有機材料Ｍｖが坩堝４の上面開口４１から基板Ｓｗに向けて飛散されるようになる。

このように本実施形態では、上面開口４１を臨む坩堝４内の液面から気化するものに、メッシュ部材５の露出部５ｂから気化したものが加わることで、その蒸発量を上記従来例のものと比較して飛躍的に増加させることができ、基板Ｓｗに対する蒸着レートを高くすることができる。その結果、本実施形態の蒸着源ＤＳは、殊更、加熱手段６による加熱温度を高めることなく、高い蒸着レートが得られる。ここで、本発明者らの実験によれば、図１及び図２に示す蒸着源ＤＳを用い、蒸着物質ＭｓをＢＡＨＩ８、メッシュ部材５をＳＵＳ３０４製でΦ０．１９ｍｍとΦ０．１３ｍｍの各線材５１を綾畳織り（４００メッシュ）したものを用いた場合、メッシュ部材５のない状態のものと比較して約２倍の蒸着レートが得られることが確認された。なお、蒸着物質Ｍｓとしてα−ＮＰＤを用いた場合でも同様に比較的高い蒸着レートが得られることが確認された。

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、副気化部として、線材５１を綾畳織りしてなるメッシュ部材５を例に説明したが、液化した蒸着物質から坩堝内の空間に露出した残余部分にこの液化した蒸着物質を毛細管現象により浸透させることができるものであれば、これに限定されるものではない。

例えば、上記線材を例えば平織りしたものや、平織りしたものを２枚以上重ねて構成することもできる。また、メッシュ部材として、平板状に成形したものを例に説明したが、その輪郭はこれに限定されるものではなく、例えば、筒状に成形することもできる。

ＤＳ…真空蒸着装置用の蒸着源、Ｄｍ…真空蒸着装置、Ｍｓ…固体の有機材料（蒸着物質）、Ｍｌ…液化した有機材料（蒸着物質）、Ｍｖ…気化した有機材料（蒸着物質）、１…真空チャンバ、４…坩堝、４１…上面開口（噴出口）、５…メッシュ部材，副気化部、６…ヒータ（加熱手段）、６１…第１加熱部、６２…第２加熱部、Ｓｗ…基板（被蒸着物）。

Claims (3)

1. 真空チャンバ内に配置され、固体の蒸着物質を蒸発させて被蒸着物に対して蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源であって、
   蒸着物質の収容を可能とし、蒸発した蒸着物質を被蒸着物に向けて噴出する噴出口を有する坩堝と、坩堝内の蒸着物質の加熱を可能とする加熱手段とを備えるものにおいて、
   坩堝内に、一部が加熱により溶解した蒸着物質に浸漬される状態で設けられる副気化部を備え、副気化部は、その残余部分に液化した蒸着物質が毛細管現象により浸透するように構成されることを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。
2. 前記坩堝は、上面を開口した有底筒状の輪郭を有し、前記副気化部は、坩堝の下面に上下方向にのびる姿勢で立設したメッシュ部材で構成されることを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置用の蒸着源。
3. 前記加熱手段は、前記坩堝に収容された前記蒸着物質が液相を経て気化する温度に加熱する第１加熱部と、前記残余部分に浸透した前記蒸着物質が気化する温度に加熱する第２加熱部とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空蒸着装置用の蒸着源。

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