JP3662874B2 - 真空蒸着装置及び真空蒸着方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空雰囲気中で蒸発源を蒸発させると共に被蒸着体に蒸発物質を蒸着させるようにした真空蒸着装置及び真空蒸着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空蒸着装置は、真空チャンバー内に蒸発源と被蒸着体とを配置し、真空チャンバー内を減圧した状態で、蒸発源を加熱して、蒸発源を溶融させて蒸発させるか、もしくは蒸発源を昇華させるかして、気化させ、この気化させた物質を被蒸着体の表面に堆積させて蒸着するようにしたものである。そして加熱されて蒸発源から発生する気化物質は蒸発源から法線方向に直進的に放出されるが、放出空間は真空に保たれているため気化物質は直進し、蒸発源と対向して配置される被蒸着体の表面に付着して蒸着されるものである。
【０００３】
しかしこのように気化物質は蒸発源から法線方向に直進的に放出されるので、被蒸着体へ向かって進行しない気化物質が多く、このように被蒸着体へ向かって進行しない気化物質は被蒸着体の表面に付着しなものであり、蒸発源の歩留まりが低くなると共に被蒸着体の表面への蒸着速度が遅くなるという問題があった。そこで、特開平４−４５２５９号公報や特開平９−２７２７０３号公報などに開示されているように、真空チャンバー内に配置した蒸発源と被蒸着体が対向する空間を筒状体で囲むと共に筒状体を蒸発源の物質が気化される温度で加熱し、蒸発源から気化した物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に蒸着させるようにした真空蒸着装置が提案されている。
【０００４】
図４はその一例を示すものであり、真空チャンバー１内に上下に開口する筒状体４が配設してあり、筒状体４にはヒーター１１が巻いてあって筒状体４を加熱できるようにしてある。この筒状体４の下端の開口１２に面して蒸発源２が配置してあり、ヒーター１３で加熱して蒸発源２を気化させることができるようにしてある。筒状体４の上端の開口１４の上方には被蒸着体３が配置してあり、この開口１４はシャッター１５によって開閉できるようにしてある。１６は被蒸着体３を加熱するためのヒーターである。
【０００５】
このものにあって、真空チャンバー１内を減圧すると共に蒸発源２を加熱して気化させ、そしてシャッター１５を開くと、蒸発源２から気化した物質が筒状体４内を飛翔して通過し、筒状体４の上端の開口１４を通って被蒸着体３の表面に付着し、被蒸着体３にこの気化物質を堆積させて蒸着を行なうことができるものである。そしてこのものでは、蒸発源２と被蒸着体３が対向する空間が筒状体４で囲まれているので、蒸発源２から発生する気化物質を筒状体４内に囲った状態で、この気化物質を筒状体４の内面で反射させながら被蒸着体３の方向へ進ませることができ、蒸発源２から発生する気化物質の多くを被蒸着体３の表面に到達させることができるものであり、被蒸着体３に付着せずに逃げる量を少なくして歩留まり高く蒸着を行なうことができるものである。また筒状体４はヒーター１１で加熱されており、気化物質が筒状体４の内面に付着しても再加熱されて再気化し、この再気化した物質は被蒸着体３に到達して蒸着層を形成するものであり、筒状体４に気化物質が堆積して歩留まりを低下させるようなことはないものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように蒸発源２と被蒸着体３の間の空間を加熱された筒状体４で囲むことによって、歩留まり高く蒸着を行なうことができるものであるが、蒸発源２は真空チャンバー１の下部内において高温に加熱された筒状体４の下側に配置されているので、蒸発源２をセットする作業や、蒸発源２を補充したり取り換えたりする作業が困難であるという問題があった。また蒸発源を補充したり取り換えたりする際には、減圧状態にある真空チャンバー１内をいったん大気圧まで戻し、蒸発源を補充したり取り換えたりした後、さらに再度真空チャンバー１内を減圧する必要があり、生産性が非常に悪くなるという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、蒸発源のセット、補充、取り換え等の作業が容易になり、さらに生産性を高めることができる真空蒸着装置及び真空蒸着方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る真空蒸着装置は、真空チャンバー１内に蒸発源２と被蒸着体３を配置すると共に蒸発源２と被蒸着体３の間の空間を蒸発源２の物質が気化される温度で加熱された筒状体４で囲み、蒸発源２から気化した物質を筒状体４内を通して被蒸着体３の表面に到達させて蒸着させるようにした真空蒸着装置において、真空チャンバー１を筒状体４が設けられた蒸着室５と、蒸発源２がセットされる蒸発室６とに分割して形成し、蒸着室５の開口部７と蒸発室６の開口部８を接合することによって蒸着室５に蒸発室６を着脱自在に結合し、蒸着室５の開口部７と蒸発室６の開口部８のそれぞれに内部の気密を保つシャッター９，９を設けて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項２の発明は、請求項１において、蒸着室５と蒸発室６にそれぞれ真空ポンプ２０，３６を接続して成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、複数の蒸発室６を一列に配置して設け、各蒸発室６を蒸着室５と結合する位置に移動自在にして成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項４の発明は、請求項１又は２において、複数の蒸発室６を蒸着室５を中心にして放射状に配置して設け、各蒸発室６を蒸着室５と結合する位置に移動自在にして成ることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項５に係る真空蒸着方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の真空蒸着装置を用い、蒸着室５に蒸発室６を結合し、蒸発室６にセットされた蒸発源２から気化した物質を筒状体４内を通して被蒸着体３の表面に到達させることによって、被蒸着体３の表面に蒸着を行なうことを特徴とするものである。
【００１３】
また本発明の請求項６に係る真空蒸着方法は、請求項３に記載の真空蒸着装置を用い、一列に配置された複数の蒸発室６を移動させて、蒸着室５に順次蒸発室６を結合し、各蒸発室６内にセットされた蒸発源２から気化した物質を筒状体４内を通して被蒸着体３の表面に到達させることによって、被蒸着体３の表面に蒸着を行なうことを特徴とするものである。
【００１４】
また本発明の請求項７に係る真空蒸着方法は、請求項４に記載の真空蒸着装置を用い、蒸着室５を中心にして放射状に配置された複数の蒸発室６を順次移動させて蒸着室５に結合し、各蒸発室６内にセットされた蒸発源２から気化した物質を筒状体４内を通して被蒸着体３の表面に到達させることによって、被蒸着体３の表面に蒸着を行なうことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、真空チャンバー１は上部の蒸着室５と下部の蒸発室６とに上下に分割してある。蒸着室５は下面を開口部７として開口させて形成されるものであり、蒸着室５にはその側面に設けた排気口１８にゲートバルブ１９を介して真空ポンプ２０が接続してある。また蒸着室５には筒状体４が配設してある。この筒状体４の外周にはシーズヒーターなどのヒーター２１が巻き付けてあり、ヒーター２１に接続した電源２２から給電してヒーター２１を発熱させることによって、筒状体４を加熱することができるようにしてある。筒状体４は円筒形や角筒形など任意の断面形状に形成されるものであるが、筒状体４の下端の内周には鍔片２７が延出してあってその内縁に小径の開口１２が形成してあり、筒状体４の上端の開口１４は筒状体４の内周全面に亘る大径に形成してある。
【００１７】
また、蒸発室６は上面を開口部８として開口させて形成されるものであり、蒸発室６には蒸発源加熱具２３が設けてある。この蒸発源加熱具２３内にはヒーター２４と温度センサー２５が設けてあり、ヒーター２４に接続した電源２６から給電してヒーター２４を発熱させることによって蒸発源加熱具２３を加熱すると共に、温度センサー２５で検出される温度によってヒーター２４の発熱を制御することができるようにしてある。
【００１８】
ここで、蒸着室５の下面の開口部７にシャッター９が設けてあり、シャッター９によって開口部７を開閉することができるようにしてある。また蒸発室６に昇降シリンダー３３が設けてありこの昇降シリンダー３３のロッド３４に蒸発源加熱具２３を取り付けることによって、蒸発源加熱具２３を昇降させることができるようにしてある。さらに蒸発室６の上面の開口部８にもシャッター９を設けてあり、シャッター９によって開口部８を開閉することができるようにしてある。また蒸発室６にゲートバルブ３５を介して真空ポンプ ３６が接続してある。
【００１９】
一方、本発明において蒸発源２としては任意のものを用いることができるものであり、例えば有機エレクトロルミネッセンス材料などの有機材料を用いることができる。
【００２０】
この装置で真空蒸着を行なうにあたっては、まず被蒸着体３を筒状体４の上端の開口１４に対面させてセットしておくと共に蒸発源加熱具２３に蒸発源２を充填してセットしておき、蒸着室５の開口部７に蒸発室６の開口部８を合致させて蒸着室５の下面にパッキン３２を介して蒸発室６を結合させる。このように、開口部７，８を囲むように蒸着室５と蒸発室６の間にＯリングなどのパッキン３２を介在させることによって、蒸着室５と蒸発室６は開口部７，８によって気密的に連通して真空チャンバー１が形成されるようになっている。
【００２１】
そして蒸着室５のシャッター９を開いて開口部７を開口させると共に蒸発室６のシャッター９を開いて開口部８を開口させ、昇降シリンダー３３を作動させて蒸発源加熱具２３を上昇させることによって、図１（ａ）のように開口部７，８を通して蒸発源加熱具２３を蒸発室６から蒸着室５内に移動させ、筒状体４の下端の開口１２の直下位置に蒸発源２を配置させる。次に、真空ポンプ２０を作動させて蒸着室５と蒸発室６が連通して形成される真空チャンバー１内を真空状態に減圧し、ヒーター２４を発熱させて蒸発源２を加熱すると共にヒーター２１によって筒状体４を加熱する。この筒状体４の加熱温度は、蒸発源２から気化した物質が筒状体４に付着しても再度蒸発等して気化し、筒状体４の表面に堆積しない温度に設定されるものである。そしてこのように真空チャンバー１内を減圧して蒸発源２を加熱すると、蒸発源２は溶融・蒸発、あるいは昇華して気化し、蒸発源２から発生するこの気化物質３１は下端の開口１２から筒状体４に導入され、筒状体４内を直進する。気化物質３１が進む蒸発源２と被蒸着体３の間の空間は筒状体４で囲まれており、気化物質３１は筒状体４内に閉じ込められた状態にあるので、図１（ａ）に示すように気化物質３１は筒状体４の内面で反射して上端の開口１４へ向けて進み、筒状体４の上端の開口１４から出て、開口１４に対面して配置された被蒸着体３の表面に到達し、被蒸着体３の表面に気化物質３１を堆積させて蒸着させることができるものである。
【００２２】
このように、蒸発源２から発生した気化物質３１は筒状体４内で規制されているので、気化物質３１が四方八方へ飛散することを防ぐことができるものであり、蒸発源２から発生する気化物質３１の多くを基板３の表面に到達させて付着させることができるものである。従って蒸発源２から発生する気化物質３１の多くが被蒸着体３の表面に付着して成膜に寄与することになって無効材料が少なくなり、蒸発源２の材料利用効率が高くなって歩留まりの高い蒸着が可能になると共に、被蒸着体３の表面の成膜速度を速くすることができるものである。また、筒状体４は加熱されていてホットウォールになっているために、気化物質３１が筒状体４の表面に付着しても、付着物は筒状体４で再加熱されて気化するようになっているものであり、このように筒状体４から再気化した気化物質３１は上記と同様にして被蒸着体３の表面に蒸着されるものである。従って筒状体４に気化物質３１が堆積して蒸着に使用されなくなることを防ぐことができ、蒸着の歩留まりが低下するようなことはないものである。
【００２３】
次に、上記のように真空蒸着を行なう途中で蒸発源加熱具２３に蒸発源２を補充したり取り換えたりする際には、まず、昇降シリンダー３３を作動させて蒸発源加熱具２３を下降させ、蒸発源加熱具２３を蒸着室５内から後退させて蒸発室６内に移動させる。次に蒸着室５のシャッター９を閉じて開口部７を密閉させた後、図１（ｂ）のように蒸着室５から蒸発室６を分離する。このように蒸着室５から蒸発室６を分離して蒸発源加熱具２３の上方をオープンにした状態で、高温の筒状体４が邪魔になったりすることなく、蒸発源２の補充や取り換えを容易に行なうことができる。またこの蒸発源２の補充や取り換えを行なっている際に、蒸着室５の開口部７はシャッター９で密閉されているので、蒸着室５内の減圧状態は保持されている。
【００２４】
このようにして蒸発源２の補充や取り換えを行なった後、蒸発室６のシャッター９を閉じて開口部８を密閉し、真空ポンプ３６を作動させて蒸発室６内を真空状態に減圧する。次に、再度蒸着室５に蒸発室６を結合させ、そして蒸着室５のシャッター９を開いて開口部７を開口させると共に蒸発室６のシャッター９を開いて開口部８を開口させ、昇降シリンダー３３を作動させて蒸発源加熱具２３を上昇させることによって、開口部７，８を通して蒸発源加熱具２３を蒸発室６から蒸着室５内に移動させる。このとき、蒸着室５内と蒸発室６内はそれぞれ減圧された状態に保たれているので、蒸着室５と蒸発室６が連通して形成される真空チャンバー１内を再度減圧する必要はない。そして、ヒーター２４を発熱させて蒸発源２を加熱すると共にヒーター２１によって筒状体４を加熱することによって、真空蒸着を継続して行なうことができるものである。
【００２５】
図２は本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、図１のように形成される蒸発室６を一列に複数連接して設けるようにしたものである。この一列に連接した複数の蒸発室６は蒸着室５の下側に配置してあり、連接方向に移動自在にしてある。図２の実施の形態では三つの蒸発室６を連接してあるが、二つの蒸発室６を連接するようにしても、四つ以上の蒸発室６を連接するようにしてもいずれでもよい。そして例えば図２（ａ）のように中央の蒸発室６ａを蒸着室５と結合する位置に移動させることによって、この蒸発室６ａにセットした蒸発源２を用いて真空蒸着を行なうことができ、次に図２（ｂ）のように左側へ移動させて右端の蒸発室６ｂを蒸着室５と結合する位置に移動させることによって、この蒸発室６ｂにセットした蒸発源２を用いて真空蒸着を行なうことができ、次に図２（ｃ）のように右側へ移動させて左端の蒸発室６ｃを蒸着室５と結合する位置に移動させることによって、この蒸発室６ｃにセットした蒸発源２を用いて真空蒸着を行なうことができるものである。このようにして、真空蒸着を各蒸着室６の蒸発源２で連続して行なうことができると共に、一つの蒸発室６を蒸着室５に結合させて真空蒸着を行なっている間に、他の蒸発室６に蒸発源２をセットしたり、補充したり、交換したりすることができ、蒸発源２のセット、補充、交換のために蒸着を中断する必要がなくなって、真空蒸着の生産性を高めることができるものである。
【００２６】
図３は本発明の実施の形態のさらに他の一例を示すものであり、図１のように形成される蒸発室６を蒸着室５を中心として放射状配置して複数設けるようにしたものである。この放射状に配置した複数の蒸発室６は蒸着室５よりも下側に配設してあり、図３の実施の形態では四つ蒸発室６を設けてあるが、その個数は制限されるものではない。また各蒸発室６は、蒸着室５の下面に結合する直下位置と、蒸着室５の側方に退避する位置との間で移動自在になっている。そして一つの蒸発室６を蒸着室５の直下に移動させて蒸着室５に結合させることによって、この蒸発室６にセットした蒸発源２を用いて真空蒸着を行なうことができ、次にこの蒸発室６を退避する位置に後退させた後に、他の蒸発室６を蒸着室５の直下に移動させて蒸着室５に結合させることによって、この蒸発室６にセットした蒸発源２を用いて真空蒸着を行なうことができるものであり、以下同様にして各蒸発室６を順次移動させて蒸着室５に結合させることによって、各蒸発室６の蒸発源２で連続して真空蒸着を行なうことができるものである。またこのように一つの蒸発室６を蒸着室５に結合させて真空蒸着を行なっている間に、退避位置にある他の蒸発室６に蒸発源２をセットしたり、補充したり、交換したりすることができ、蒸発源２のセット、補充、交換のために蒸着を中断する必要がなくなって、真空蒸着の生産性を高めることができるものである。
【００２７】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る真空蒸着装置は、真空チャンバー内に蒸発源と被蒸着体を配置すると共に蒸発源と被蒸着体の間の空間を蒸発源の物質が気化される温度で加熱された筒状体で囲み、蒸発源から気化した物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させて蒸着させるようにした真空蒸着装置において、真空チャンバーを筒状体が設けられた蒸着室と、蒸発源がセットされる蒸発室とに分割して形成し、蒸着室に蒸発室を着脱自在に結合するようにしたので、蒸着室から蒸発室を分離することによって、高温の筒状体が邪魔になったりすることなく蒸発室に蒸発源をセットしたり、補充したり、取り換えたりすることができるものであり、蒸発源のセット、補充、取り換えを容易に行なうことができるものである。
【００２８】
また、蒸着室の開口部と蒸発室の開口部を接合することによって蒸着室に蒸発室を着脱自在に結合し、蒸着室の開口部と蒸発室の開口部のそれぞれに内部の気密を保つシャッターを設けるようにしたので、蒸着室から分離した蒸発室に蒸発源をセット等する際にシャッターを閉じて蒸着室内の減圧状態を保持することができるものであり、真空蒸着を再開する際に真空チャンバー内の減圧を不要にしたり減圧時間を短縮したりすることができ、生産性を高めることができるものである。
【００２９】
また請求項３の発明は、複数の蒸発室を一列に配置して設け、各蒸発室を蒸着室と結合する位置に移動自在にしたので、真空蒸着を各蒸着室の蒸発源で連続して行なうことができると共に、一つの蒸発室で真空蒸着を行なっている間に他の蒸発室に蒸発源をセット等をすることができ、真空蒸着の生産性を高めることができるものである。
【００３０】
また請求項４の発明は、複数の蒸発室を蒸着室を中心にして放射状に配置して設け、各蒸発室を蒸着室と結合する位置に移動自在にしたので、真空蒸着を各蒸着室の蒸発源で連続して行なうことができると共に、一つの蒸発室で真空蒸着を行なっている間に他の蒸発室に蒸発源をセット等をすることができ、真空蒸着の生産性を高めることができるもので
ある。
【００３１】
本発明の請求項５に係る真空蒸着方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の真空蒸着装置を用い、蒸着室に蒸発室を結合し、蒸発室にセットされた蒸発源から気化した物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させることによって、被蒸着体の表面に蒸着を行なうようにしたので、蒸着室から蒸発室を分離することによって、高温の筒状体が邪魔になったりすることなく蒸発室に蒸発源をセットしたり、補充したり、取り換えたりすることができるものであり、蒸発源のセット、補充、取り換えを容易に行なうことができるものである。
【００３２】
また請求項６の発明は、請求項３に記載の真空蒸着装置を用い、一列に配置された複数の蒸発室を移動させて、蒸着室に順次蒸発室を結合し、各蒸発室内にセットされた蒸発源から気化した物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させることによって、被蒸着体の表面に蒸着を行なうようにしたので、真空蒸着を各蒸着室の蒸発源で連続して行なうことができると共に、一つの蒸発室で真空蒸着を行なっている間に他の蒸発室に蒸発源をセット等をすることができ、真空蒸着の生産性を高めることができるものである。
【００３３】
また請求項７の発明は、請求項４に記載の真空蒸着装置を用い、蒸着室を中心にして放射状に配置された複数の蒸発室を順次移動させて蒸着室に結合し、各蒸発室内にセットされた蒸発源から気化した物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させることによって、被蒸着体の表面に蒸着を行なうようにしたので、真空蒸着を各蒸着室の蒸発源で連続して行なうことができると共に、一つの蒸発室で真空蒸着を行なっている間に他の蒸発室に蒸発源をセット等をすることができ、真空蒸着の生産性を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ概略正面図である。
【図３】 本発明の実施の形態の他の一例を示す概略斜視図である。
【図４】 従来の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 真空チャンバー
２ 蒸発源
３ 被蒸着体
４ 筒状体
５ 蒸着室
６ 蒸発室
７ 開口部
８ 開口部
９ シャッター
２０ 真空ポンプ
３６ 真空ポンプ

Claims (7)

1. 真空チャンバー内に蒸発源と被蒸着体を配置すると共に蒸発源と被蒸着体の間の空間を蒸発源の物質が気化される温度で加熱された筒状体で囲み、蒸発源から気化した物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させて蒸着させるようにした真空蒸着装置において、真空チャンバーを筒状体が設けられた蒸着室と、蒸発源がセットされる蒸発室とに分割して形成し、蒸着室の開口部と蒸発室の開口部を接合することによって蒸着室に蒸発室を着脱自在に結合し、蒸着室の開口部と蒸発室の開口部のそれぞれに内部の気密を保つシャッターを設けて成ることを特徴とする真空蒸着装置。
2. 蒸着室と蒸発室にそれぞれ真空ポンプを接続して成ることを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着装置。
3. 複数の蒸発室を一列に配置して設け、各蒸発室を蒸着室と結合する位置に移動自在にして成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空蒸着装置。
4. 複数の蒸発室を蒸着室を中心にして放射状に配置して設け、各蒸発室を蒸着室と結合する位置に移動自在にして成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空蒸着装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の真空蒸着装置を用い、蒸着室に蒸発室を結合し、蒸発室にセットされた蒸発源から気化した物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させることによって、被蒸着体の表面に蒸着を行なうことを特徴とする真空蒸着方法。
6. 請求項３に記載の真空蒸着装置を用い、一列に配置された複数の蒸発室を移動させて、蒸着室に順次蒸発室を結合し、各蒸発室内にセットされた蒸発源から気化した物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させることによって、被蒸着体の表面に蒸着を行なうことを特徴とする真空蒸着方法。
7. 請求項４に記載の真空蒸着装置を用い、蒸着室を中心にして放射状に配置された複数の蒸発室を順次移動させて蒸着室に結合し、各蒸発室内にセットされた蒸発源から気化した物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させることによって、被蒸着体の表面に蒸着を行なうことを特徴とする真空蒸着方法。

Images