JP3671022B2

JP3671022B2 - 薄膜堆積用真空蒸着装置

Info

Publication number: JP3671022B2
Application number: JP2002110278A
Authority: JP
Inventors: 弘高橋
Original assignee: 株式会社エイコー・エンジニアリング
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2022-04-12
Also published as: JP2003308967A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜材料を加熱することにより、その成膜材料を昇華または溶融、蒸発して成膜材料の分子を発生し、この成膜材料の分子を固体表面に向けて放出し、その固体表面に分子を堆積させて膜を成長させるのに使用される薄膜堆積用真空蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空蒸着装置或いは分子線エピタキシ装置と呼ばれる薄膜堆積装置は、高真空に減圧可能な真空チャンバ内に基板を設置し、所要の温度に加熱すると共に、この基板の薄膜成長面に向けてクヌードセンセル等の分子線源セルを設置したものである。この分子線源セルの坩堝に収納した成膜材料をヒータにより加熱して昇華または溶融、蒸発させ、これにより発生した蒸発分子を前記基板の薄膜成長面に入射し、その面に薄膜をエピタキシャル成長させて、成膜材料の膜を形成する。
【０００３】
このような薄膜堆積装置に使用される分子線源セルは、熱的、化学的に安定性の高い、例えばＰＢＮ（パイロリティック・ボロン・ナイトライド）等からなる坩堝の中に成膜材料を収納し、この成膜材料を坩堝の外側に設けた電気ヒータで加熱し、これにより成膜材料を昇華または溶融、蒸発させ、成膜分子を発生させるものである。
【０００４】
近年、ディスプレイや光通信等の分野で、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の研究、開発が進められている。この有機ＥＬ素子は、ＥＬ発光能を有する有機低分子または有機高分子材料で発光層を形成した素子であり、自己発光型の素子としてその特性が注目されている。例えばその基本的な構造は、ホール注入電極上にトリフェニルジアミン（ＴＰＤ）等のホール輸送材料の膜を形成し、この上にアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ₃）等の蛍光物質を発光層として積層し、さらにＭｇ、Ｌｉ、Ｃａ等の仕事関数の小さな金属電極を電子注入電極として形成したものである。
【０００５】
このように、薄膜を成膜する場合、前述の有機エレクトロルミネッセンスからなる発光層を成膜し、その上に金属電極や透明導電膜を成膜する等、複数の膜を順次成膜することがある。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
このように複数の膜を順次成膜する場合に、それぞれの膜を成膜する度に基板を真空チャンバから取り出すと、膜の材料によっては、空気やそれに含まれる水分によって膜が変質し、膜に欠陥を生じることがある。さらに、その都度真空チャンバ内を減圧し、所要の真空度の真空状態まで減圧しなければならず、時間と手数がかかる。
【０００７】
また特に有機エレクトロルミネッセンス等のように、分子が真空空間中で分散しやすい成膜材料の場合、真空チャンバの内壁に成膜材料の分子が凝着し、堆積してしまう。真空チャンバ内部は、各種の機器が配置されているため、堆積した成膜材料を取り除くのが困難で、その清掃に多くの手数がかかるという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の膜厚計を使用した真空蒸着装置における課題に鑑み、その第一の目的は、表面上に膜を成膜した基板を一々真空チャンバから取り出さずに、従って膜に空気や水分が接触しないで複数層の膜を能率よく成膜出来るようにすることである。本発明の第二の目的は、真空チャンバ内に成膜材料の分子が分散して堆積させることがなく、基板の表面上のみに膜を成膜出来るようにするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、真空チャンバ２の内部を複数の蒸発室６、７と成膜室８とに区画し、蒸発室６、７の中に収納した分子線源セル９、１０から発生した分子を蒸発室６、７の分子通過窓１３、１４を通して蒸発室６、７から成膜室８へ発射し、成膜室８側にある基板１２に堆積させるようにした。また、基板１２は複数の分子通過窓１３、１４の間で移動出来るようにし、複数の蒸発室６、７内にある分子線源セル９、１０から発生した分子を順次その表面上に堆積して成膜出来るようにした。
【００１０】
すなわち、本発明による薄膜堆積用分子線源セルは、真空チャンバ２内において、分子線源セル９、１０から成膜材料の分子を発生させ、これを基板１２の表面上に凝着させ、堆積させるものであって、それぞれ分子通過窓１３、１４を有し、その分子通過窓１３、１４に向けて配置した分子線源セル９、１０の周囲を囲む防着容器１６、１７を真空チャンバ２内に収納することにより、真空チャンバ２内を複数の蒸発室６、７と、これらの蒸発室６、７と前記分子通過窓１３、１４を通して通じる成膜室８とに区画し、前記蒸発室６、７の中にそれぞれ分子通過窓１３、１４に向けて分子線源セル９、１０を配置し、前記成膜室８内に複数の分子通過窓１３、１４の間で移動可能に、且つそれぞれの分子通過窓１３、１４の位置で前記分子線源セル９、１０と対向するよう基板１２を配置したものである。
【００１１】
このような薄膜堆積用分子線源セルでは、複数の蒸発室６、７の中にそれぞれ収納した分子線源セル９、１０から発生した分子を分子通過窓１３、１４を通して蒸発室６、７から成膜室８へ発射し、成膜室８側にある基板１２に堆積させるので、基板１２を複数の分子通過窓１３、１４の間で移動させながら、真空空間の中で順次別の層を成膜することが出来る。また、真空チャンバ２内を複数の蒸発室６、７と成膜室８とに区画し、前記蒸発室６、７の中で発生した分子を分子通過窓１３、１４から基板１２側に放射するため、基板１２の成膜面と異なる方向に向けて放射され、基板１２の成膜面上に堆積しない分子は、それぞれの蒸発室６、７の壁面に付着する。従って、真空チャンバ２の内壁面全体には成膜材料の分子が堆積しない。
【００１２】
さらに、それぞれ分子線源セル９、１０の周囲を囲む防着容器１６、１７を真空チャンバ２内に収納して真空チャンバ２内を複数の蒸発室６、７と成膜室８とに区画しているので、基板１２上に堆積しない分子は、それぞれの防着容器１６、１７の内壁面に付着する。そのため、随時防着容器１６、１７を真空チャンバ２から取り出し、その内壁面を清掃すれば付着した膜成分の除去が容易である。
【００１３】
さらに、分子線源セル９、１０を真空チャンバ２の開閉扉４、５に取り付けられ、開閉扉４、５を閉じることにより、分子線源セル９、１０が真空チャンバ２の蒸発室６、７内に挿入されるようにすると、真空チャンバ２の開閉扉４、５を開閉するだけでそられを蒸発室６、７の中に収納し、或いは取り出すことが出来る。このため、それら分子線源セル９、１０蒸発室６、７の中への収納或いは取り出しが容易になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１〜３は、本発明による薄膜堆積用分子線源セルの一実施形態を示す透視図である。
【００１５】
図１に示すように、コントローラや表示部等を備えるシャーシ１の上に円筒形の真空チャンバ２が固定されている。この真空チャンバ２は、円筒形の胴部３とその両端の開口部を開閉する開閉扉４、５とを有する。真空チャンバ２は、この開閉扉４、５を閉じることによってその内部に気密な空間を形成する。この真空チャンバ２には、図示を省略したターボ分子ポンプ等の真空ポンプが接続され、その内部を所要の真空空間に減圧することが出来る。
【００１６】
この真空チャンバ２内には、その両側の開閉扉４、５を開いた状態でその開口部から防着容器１６、１７が収納される。この防着容器１６、１７は、上面が平坦な部分円筒形の容器状のもので、真空チャンバ２の下部に挿入されることにより、真空チャンバ２の下部をその両端側に二分し、それぞれ蒸発室６、７を形成する。これらの防着容器１６、１７は、真空チャンバ２内に収納された状態でネジ等により真空チャンバ２に固定される。この防着容器１６、１７は、図３に示すように真空チャンバ２の両側の開閉扉４、５を開いた状態で真空チャンバ２の胴部３から取り外した後、その開口部から取り出すことが出来る。
【００１７】
図１に示すように、真空チャンバ２の防着容器１６、１７より上の部分は、成膜室８となっており、この成膜室８は、前記蒸発室６、７とそれぞれ分子通過窓１３、１４のみを通して通じている。この分子通過窓１３、１４の上にはシャッタ１８、１９が設けられ、このシャッタ１８、１９により分子通過窓１３、１４が開閉される
【００１８】
防着容器１６、１７の中の蒸発室６、７には、それぞれ分子線源セル９、１０が収納される。図２にも示すように、この分子線源セル９、１０は、前記の開閉扉４、５の内側に取り付けられ、図１に示すように、開閉扉４、５を閉じることにより、防着容器１６、１７により形成された蒸発室６、７の中に収納される。この状態で、各分子線源セル９、１０は、分子通過窓１３、１４と対向する。
【００１９】
例えば、２つの蒸発室６、７のうち、一方の蒸発室６に収納された分子線源セル９は、有機材料の分子を放出するものであり、５００℃前後の温度で有機材料を昇華または蒸発し、その分子を発生させる。図示の例では、６個の分子線源セル９を有している。
他方の蒸発室７に収納された分子線源セル１０は、金属材料の分子を放出するものであり、１５００℃以上の温度で金属を溶融、蒸発させ、その分子を発生する。図示の例では、２個の分子線源セル１０を有している。
【００２０】
成膜室８側には、前記防着容器１６、１７の上に基板ホルダ１１が設けられている。この基板ホルダ１１は円板状のものであり、その下面の周辺部に薄膜を成膜する基板１２を装着する。図示の例では、６０゜間隔で６枚の基板１２を装着する例である。
【００２１】
この基板ホルダ１１は、図１に矢印で示すように、回転機構１５により６０゜間隔で間欠回転され、基板１２が移動する。基板１２が停止する位置の２箇所は、前記シャッタ１８、１９により開閉される前記分子通過窓１３、１４の真上にあり、そのシャッタ１８、１９が開いたとき、基板１２が分子通過窓１３、１４を介してそれぞれの分子線源セル９、１０と対向する。さらに、分子通過窓１３、１４の上には基板１２に隣接して膜厚計２０、２１が配置され、前記シャッタ１８、１９により前記分子通過窓１３、１４が開いたとき、これらの膜厚計２０、２１もまた、分子線源セル９、１０と対向する。
【００２２】
このような構成を有する真空蒸着装置では、真空チャンバ２の中に２つの防着容器１６、１７を収納し、固定し、さらに開閉扉４、５の内側に分子線源セル９、１０を取り付け、その開閉扉４、５を気密に閉じて分子線源セル９、１０を防着容器１６、１７の中の蒸発室６、７の中に収納する。この状態で、図示を省略した真空ポンプにより、真空チャンバ２内を所要の真空度に減圧する。
【００２３】
その後、分子線源セル９、１０の中の成膜材料を、それぞれ前述のような必要な温度に加熱し、その成膜材料を昇華または蒸発して分子を発生させ、これを分子通過窓１３、１４に向けて発射する。そして、シャッタ１８、１９により、分子通過窓１３、１４をそれぞれ開き、基板ホルダ１１に装着した基板１２のうち、分子通過窓１３、１４を介して分子線源セル９、１０にそれぞれ対向する基板１２の表面上に前記分子を堆積させ、成膜する。このときの基板１２の表面上の膜厚を膜厚計２０、２１により監視し、所要の膜厚になったところで、シャッタ１８、１９により分子通過窓１３、１４を閉じ、成膜を停止する。
【００２４】
その後、回転機構１５により基板ホルダ１１を６０゜間隔で間欠回転しながら、順次基板１２に成膜していく。図示の例では、成膜箇所は２つの分子通過窓１３、１４の真上の位置であり、そこで異なる材料の膜が順次成膜される。
例えば、図示の例では、分子線源セル９から放射される有機材料の分子により有機膜が形成された後、基板ホルダ１１の回転によりその基板１２が分子線源セル１０と対向する分子通過窓１４の上に移動する。そしてここで分子線源セル１０から放出される金属材料の分子により、金属膜が成膜される。
【００２５】
なお、図示の例では、蒸発室６、７が２室であるが、３室以上の蒸発室を設けることも出来る。これは例えば円筒形の胴部３に並べて３つ以上の防着容器を収納したり、或いは複数の円筒形の胴部３を交差するように設け、その両端からそれぞれ防着容器を挿入して３つ或いはそれ以上の防着容器を真空チャンバ２に収納することが出来る。これにより、真空チャンバ２を３つ以上の蒸発室に区画することが出来る。
【００２６】
基板１２への成膜が完了した時は、図１に矢印で示すように開閉扉４、５を開くことにより、図２に示すように、分子線源セル９、１０が真空チャンバ２の外に取り出される。この状態で分子線源セル９、１０を開閉扉４、５から取り外し、交換することができる。
【００２７】
さらに、図３に示すように、開閉扉４、５を開いた状態で、防着容器１６、１７を真空チャンバ２から取り外し、矢印で示すように真空チャンバ２から引き出すことで、防着容器１６、１７を真空チャンバ２から取り出し、清掃することが出来る。真空チャンバ２の内壁は、分子線源セル９、１０に対して前記分子通過窓１３、１４を除いて防着容器１６、１７により遮蔽されているため、成膜材料が付着しない。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明による真空蒸着装置では、真空チャンバ２内にそれぞれ分子線源セル９、１０を備えた蒸発室６、７を複数備え、その蒸発室６、７の分子通過窓１３、１４の位置で基板２に順次成膜出来るため、表面上に膜を成膜した基板１２を一々真空チャンバから取り出して、膜に空気や水分が接触させることなく、複数層の膜を能率よく成膜出来る。
【００２９】
さらに、分子線源セル９、１０は、蒸発室６、７で囲まれており、分子通過窓１３、１４を通してのみ基板１２の成膜面と対向しているため、真空チャンバ２の内壁に成膜材料の分子が分散して堆積させることがない。すなわち、基板１２の表面上のみに膜を成膜出来るので、真空チャンバ２の内壁の汚れを防止することが出来る。
【００３０】
特に、分子線源セル９、１０の周囲を囲む防着容器１６、１７を真空チャンバ２内に収納して真空チャンバ２内を複数の蒸発室６、７と成膜室８とに区画しているので、基板１２と異なる方向に放射され、基板１２の成膜面上に堆積しない分子がそれぞれの防着容器１６、１７の内面に付着する。このため、随時防着容器１６、１７を真空チャンバ２から取り出して清掃すれば付着した膜成分の除去が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による真空蒸着装置の一実施形態を示す真空チャンバを閉じた状態の概略透視図である。
【図２】本発明による真空蒸着装置の同実施形態を示す真空チャンバの開閉扉を開いた状態の概略透視図である。
【図３】本発明による真空蒸着装置の同実施形態を示す真空チャンバの開閉扉を開き、防着容器を真空チャンバ内かた取り出す状態の概略透視図である。
【符号の説明】
２真空チャンバ
６蒸発室
７蒸発室
８成膜室
９分子線源セル
１０分子線源セル
１２基板
１３分子通過窓
１４分子通過窓
１６防着容器
１７防着容器

Claims

真空チャンバ（２）内において、分子線源セル（９）、（１０）から成膜材料の分子を発生させ、これを基板（１２）の表面上に凝着させ、堆積させる薄膜堆積用真空蒸着装置において、それぞれ分子通過窓（１３）、（１４）を有し、その分子通過窓（１３）、（１４）に向けて配置した分子線源セル（９）、（１０）の周囲を囲む防着容器（１６）、（１７）を真空チャンバ（２）内に収納することにより、真空チャンバ（２）内を複数の蒸発室（６）、（７）と、これらの蒸発室（６）、（７）と前記分子通過窓（１３）、（１４）を通して通じる成膜室（８）とに区画し、前記蒸発室（６）、（７）の中にそれぞれ分子通過窓（１３）、（１４）に向けて分子線源セル（９）、（１０）を配置し、前記成膜室（８）内に複数の分子通過窓（１３）、（１４）の間で移動可能に、且つそれぞれの分子通過窓（１３）、（１４）の位置で前記分子線源セル（９）、（１０）と対向するよう基板（１２）を配置したことを特徴とする薄膜堆積用真空蒸着装置。
分子線源セル（９）、（１０）は、真空チャンバ（２）の開閉扉（４）、（５）に取り付けられ、開閉扉（４）、（５）を閉じることにより、分子線源セル（９）、（１０）が真空チャンバ（２）の蒸発室（６）、（７）内に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜堆積用真空蒸着装置。