JP3788835B2

JP3788835B2 - 有機薄膜製造方法

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Publication number: JP3788835B2
Application number: JP34264996A
Authority: JP
Inventors: 直樹長嶋; 夏木高橋; 敏夫根岸
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2016-12-06
Also published as: JPH10158820A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成膜対象物表面に有機薄膜を形成する有機薄膜製造方法と、その方法を行うのに適した蒸着装置及び有機蒸発源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエレクトロニクス技術は半導体を中心とする無機物を対象としてきたが、近年では、有機化合物を用いた機能性有機薄膜が着目されている。
【０００３】
有機化合物を用いる理由として、
▲１▼ 無機物より多様な反応系・特性が利用できる。
▲２▼ 無機物より低エネルギーで表面処理ができる。
という利点が挙げられる。
【０００４】
機能性有機薄膜を利用するものには、有機ＥＬ素子、圧電センサ、焦電センサ、電気絶縁膜等があるが、これらのうち、有機ＥＬ素子は、ディスプレイパネルとして利用できることから注目されており、表示部分の大口径化のために、大面積基板に均一に有機薄膜を形成できる技術が求められている。
【０００５】
しかしながら従来の有機薄膜製造工程には、Ａｌ薄膜やＳｉＯ₂薄膜等の金属薄膜や無機薄膜を形成するための真空蒸着装置が転用されており、有機薄膜の形成に適した蒸着装置は未だ開発されていない。
【０００６】
ここで、有機薄膜材料と無機薄膜材料とを比較すると、有機薄膜材料には以下のような特徴が認められる。
【０００７】
▲１▼ 有機薄膜材料は蒸気圧が高く、その蒸発源温度は、金属蒸発源が６００℃〜２０００℃程度と高温であるのに対し、０℃(場合によっては零下)〜４００℃の間にあり、２０℃〜４００℃の温度範囲で分解を起こしてしまうものも多い。従って、蒸発時に精密な温度制御を行うことが望ましい。
金属薄膜を形成する際には、一般に、エレクトロンビームを金属蒸発源に照射するＥ／Ｂ蒸着装置が用いられているが、有機薄膜材料にとってはエネルギーが高すぎ、エレクトロンビームを照射されると分解してしまう。
【０００８】
▲２▼ 有機薄膜材料のうちには粉体のものもあるが、一般に、粉体状の材料は熱伝導が悪く、特に真空中で加熱しようとすると、真空の断熱効果により昇温や冷却を行いずらく、制御温度と実際の温度との間に遅れを生じる場合がある。
他方、そのような粉体状の材料は、一旦蒸発源の温度が上がってしまうと、輻射冷却だけでは冷えにくく、加熱を停止しても蒸発がすぐには終了しない場合がある。いわゆる、蒸発の「きれ」が悪いという問題である。
【０００９】
▲３▼ 有機薄膜材料は、蒸気圧が高いため、低温度の真空槽の槽壁に吸着したものが、真空槽の温度上昇により離脱(再蒸発)する場合があり、離脱粒子が有機薄膜中に混入すると、有機薄膜の特性を劣化させる場合がある。
【００１０】
▲４▼ 有機薄膜材料には水分を吸着し易い物質が多いが、水分を吸着すると特性が変質してしまうものがある。また、多層の有機薄膜を形成する際に、水分が有機薄膜に取り込まれると、界面の特性が変化してしまう場合がある。特に、有機ＥＬ素子や圧焦電素子等の機能性素子を作成する場合、最終的な性能に欠陥を生じてしまうことがある。
【００１１】
▲５▼ 金属蒸発源は、蒸発するときに方向性を持ち、その方向は余弦則(COS LAW)に従って蒸発源からほぼ直進する性質を持つが、有機薄膜材料によっては拡散に近い廻り込み現象を起こす場合がある。
【００１２】
▲６▼ 蒸着重合膜を成膜する場合は、同時に蒸着する２つの有機薄膜材料の組成比が化学量論比に従っていることが必要である。組成比が化学量論比からずれてしまった場合は、圧焦電素子ではその機能が失われるか、若しくは低下してしまう。組成比を化学量論比にするためには、成膜速度の精密制御が必要である。
【００１３】
以上のように、有機薄膜材料には取り扱いに困難な点が多い。従来用いられている真空蒸着装置の蒸発源には以下のような種類があるが(図８(ａ)〜(ｅ))、上述した有機薄膜材料の性質や、要求される有機薄膜の特性により、いずれも使用に適さない。
【００１４】
(Ａ) 蒸発源容器１０１を金属で形成し、直接通電して加熱し、薄膜材料を蒸発させる方式(図８(ａ)：直接抵抗加熱タイプ)
この方式は、金属が融解する温度域では温度安定性に優れているが、有機薄膜材料が蒸発する温度域では安定性・制御性が悪い。従って、有機化合物蒸気(有機薄膜材料の蒸気)の発生速度が不安定となる。
また、有機薄膜材料のうちには金属を腐食させたり、金属と反応するものがあるが、容器を構成する金属に対してそのような腐食性・反応性がある有機薄膜材料は使用できない。
【００１５】
(Ｂ) 蒸発源容器１１１、１２１廻りに抵抗加熱体１１２、１２２を置き、通電加熱することによって間接的に加熱し、薄膜材料を蒸発させる方式(同図(ｂ)：コニカルバスケットタイプ、同図(ｃ)：Ｋセルタイプ)。
この方式は、金属が融解する温度域では温度安定性に優れているが、有機薄膜材料が蒸発する温度域では安定性・制御性が悪い。従って、有機化合物蒸気の発生速度が不安定となる。
また、この方式の抵抗加熱体１１２は、裸の金属線材を用いるのが普通であるが、有機薄膜材料は、無機薄膜材料に比べ、廻り込み現象を生じ易い。有機薄膜材料中に金属キレート等が含まれている場合には、抵抗加熱体１１２間が短絡してしまうことがある。
また、Ｋセルタイプの蒸発源は構造が複雑であるため、内部清掃がしにくく、薄膜材料を完全には除去できない。従って、蒸発源容器１１１、１２１内の薄膜材料を異なる種類のものに交換したとき、前の薄膜材料のコンタミが生じる可能性がある。
【００１６】
(Ｃ) 石英等の光透過性材料から成る蒸発源容器１３１を用い、赤外線ランプ１３３によって薄膜材料を輻射加熱して蒸発させる方式(同図(ｄ)：ランプヒーター型蒸発源)。
この方式は、低温での温度制御性は優れているが、蒸発源容器１３１の比熱容量が大きいため、制御温度と実際の薄膜材料の温度との間に温度差が生じてしまう。他方、薄膜材料自体の温度を測定して制御を行う場合、温度オーバーシュートを起こし易く、有機薄膜材料では分解してしまう虞がある。
また、赤外線ランプ１３３から射出された熱線を透過させるため、蒸発源容器１３１は石英等の透明材料で構成する必要があるが、透明材料は清掃や交換の際に破損が生じ易い。
更に、蒸発源容器１３１が長期の使用によって曇ってしまい、赤外線の透過強度が位置によって異なるようになると、熱伝導率の悪い有機薄膜材料では局部過熱を起こしてしまう虞がある。
また、有機薄膜材料のうちには、特定の波長の光により変質してしまうものがあるが、そのような有機薄膜材料は、この方式で蒸気を発生させられない。
【００１７】
(Ｄ) 電子ビーム１４５を薄膜材料に照射し、蒸発させる方式(同図(ｅ)：Ｅ／Ｂガン)。
電子ビーム１４５を照射すると有機薄膜材料は分解してしまうため、用いることができない。
【００１８】
以上説明したように、無機系薄膜材料を蒸発させる従来技術の(Ａ)〜(Ｄ)の方式は、有機薄膜材料に適用するためには不完全なものである。特に、有機薄膜材料の温度オーバーシュートによる分解の問題や、有機薄膜材料の加熱の困難性については、無機系薄膜材料では見られなかった問題であり、その解決が望まれていた。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたもので、その目的は、昇温の際の温度オーバーシュートが生じず、有機薄膜材料の主成分を熱分解させる事なく短時間で所望温度まで温度変化させることができる技術を提供することにある。
【００２０】
また、蒸着時以外の有機化合物蒸気の発生を抑え、有機薄膜材料を有効に利用できる技術を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、有機薄膜材料を蒸発源容器に配置し、前記有機薄膜材料の温度を昇温させて有機薄膜材料蒸気を発生させ、真空槽内に放出させ、前記真空槽内に配置された成膜対象物上に有機薄膜を形成する有機薄膜製造方法であって、前記有機薄膜材料を昇温させる際には、前記蒸発源容器内に不活性ガスを導入し、前記蒸発源容器内の圧力を前記有機薄膜材料蒸気が発生しない圧力にし、前記真空槽内に前記有機薄膜材料蒸気を放出させずに前記有機薄膜材料を昇温させる有機薄膜製造方法である。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の有機薄膜製造方法であって、前記有機薄膜材料を昇温させる際には、前記不活性ガスは前記真空槽内に導入し、前記真空槽から前記蒸発源容器内に不活性ガスを導入する有機薄膜製造方法である。
【００２３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の有機薄膜製造方法であって、前記蒸発源容器と前記有機薄膜材料蒸気を前記真空槽内に放出する放出口の間にガスバルブを配置し、前記有機薄膜材料を昇温させる際には前記ガスバルブを閉じ、前記真空槽内の真空雰囲気を維持しながら、前記蒸発源容器内に前記不活性ガスを導入する有機薄膜製造方法である。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の有機薄膜製造方法であって、前記有機薄膜材料蒸気を前記真空槽内に放出させる前に、前記蒸発源容器内を真空排気する有機薄膜製造方法である。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の有機薄膜製造方法であって、前記有機薄膜材料蒸気を前記真空槽内に放出させる前に、前記蒸発源容器内を真空排気する有機薄膜製造方法である。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の有機薄膜製造方法であって、前記有機薄膜材料から蒸気を放出させる際、前記蒸発源容器内の雰囲気を１．３３×１０^-4Ｐａ以下の圧力にする有機薄膜製造方法である。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の有機薄膜製造方法であって、前記蒸発源容器内を真空排気し、前記有機薄膜材料蒸気を前記真空槽内に放出させないで前記有機薄膜材料を昇温させ、前記有機薄膜材料の脱ガスを行う脱ガス工程を、前記蒸発源容器内に前記不活性ガスを導入する前に行う有機薄膜製造方法である。
【００２８】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の有機薄膜製造方法であって、前記有機薄膜材料に粒子を用いる有機薄膜製造方法である。
【００２９】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の有機薄膜製造方法であって、前記有機薄膜材料に液体を用い、液体状の熱媒体によって前記有機薄膜材料を昇温させる有機薄膜製造方法である。
請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の有機薄膜製造方法であって、前記成膜対象物上への有機薄膜の形成後、前記有機薄膜材料を降温させる際、前記蒸発源容器内に前記不活性ガスを導入し、前記有機薄膜材料を不活性ガス雰囲気に置く有機薄膜製造方法である。
【００３０】
上述の本発明の蒸着装置の構成によれば、真空槽内を真空排気した後、不活性ガスを導入して有機蒸発源内の有機薄膜材料を不活性ガス雰囲気に置くことができるので、有機薄膜材料の温度制御をする際に、不活性ガスが対流を生じ、昇温速度や降温速度を早めることができる。
【００３１】
特に、有機薄膜材料が粉体の場合には、粉体の粒子間に不活性ガスが侵入して熱媒体として働くので、有機薄膜材料の局所的過熱や温度オーバーシュートが生じなくなり、有機薄膜材料の分解を防止できる。
【００３２】
一般に、有機化合物蒸気の発生量は、真空雰囲気中よりも不活性ガス雰囲気中の方が少ないので、有機薄膜材料の加熱・冷却を不活性ガス雰囲気中で行うと、その間は、有機化合物蒸気の発生が抑制されるので、薄膜形成に用いられない無駄な蒸気が発生しなくなり、有機薄膜材料の使用効率を高め、製造コストを低下させることができる。
【００３３】
特に、昇温の際に不活性ガス雰囲気に置くと、温度均一性も向上するので、不活性ガス雰囲気から真空雰囲気に変更し、有機化合物蒸気を発生させる場合に、有機化合物蒸気の発生速度が安定するまでの時間が短くなり、蒸着作業を早く開始できる。
【００３４】
他方、降温の際に有機薄膜材料を不活性ガス雰囲気に置くと、冷却速度が速くなるばかりでなく、有機化合物蒸気が発生しなくなるので、蒸発の「きれ」が良くなり、高価な有機蒸発材料の無駄がなくなる。
【００３５】
次に、上述の本発明の有機蒸着源の構成によれば、有機薄膜材料を蒸発源容器内に納め、所定温度まで昇温させてその蒸気を発生させ、放出口から真空槽内に放出させる前に、蒸発源容器と放出口の間に設けられたガスバルブを閉じた状態で蒸発源容器内を一旦真空状態にし、次いで不活性ガスを導入して有機薄膜材料を不活性ガス雰囲気に置くことができる。
【００３６】
その不活性雰囲気の状態で、真空雰囲気においては有機化合物蒸気が発生する温度まで有機薄膜材料を加熱すると、容積の大きい真空槽内に不活性ガスを導入しなくても無駄な有機化合物蒸気を発生させずに済む。真空槽内に不活性ガスを導入する場合に比べると、不活性ガスの使用量を減らすことができ、また、不活性ガス雰囲気の圧力が安定するまでの時間や、真空槽内を真空排気する時間が短くなり、作業時間が短縮する。
【００３７】
また、蒸着の開始ならびに終了を不活性ガスの導入に基づく真空度の変化によって行う(蒸着を開始するときは不活性ガスの導入を停止して真空度上げ、蒸着を終了するときは蒸発しない圧力まで不活性ガスを導入する)ことにより、真空度の変化のみで蒸着をＯＮ(開始)、ＯＦＦ(停止)することができる。これにより高価な有機蒸発材料の無駄がなくなる。
【００３８】
このような不活性ガス雰囲気の圧力は、実験によれば、高圧力側では２．０×１０³Ｐａ(１５Ｔｏｒｒ)、低圧力側では１３．３Ｐａ(０．１Ｔｏｒｒ)の範囲で効果が確認されているが、圧力を高くしすぎると不活性ガス使用量が増え、また、真空排気に要する時間が長くなるので、６６．５Ｐａ(０．５Ｔｏｒｒ)以下の圧力が望ましい。
【００３９】
また、不活性雰囲気で有機薄膜材料を所定温度まで昇温させた後、真空雰囲気にして成膜対象物上への有機薄膜の形成を開始する際には、真空雰囲気の圧力は、１．３３×１０^-4Ｐａ(１．０×１０^-6Ｔｏｒｒ)以下の圧力、望ましくは１．３３×１０^-5Ｐａ(１．０×１０^-7Ｔｏｒｒ)以下の圧力にすると有機薄膜の膜質が向上する。
【００４０】
なお、有機薄膜材料の脱ガスを行うためには、有機薄膜材料を不活性ガス雰囲気に置いて昇温させる前に、一旦真空雰囲気に置いて蒸発温度よりも低い温度で加熱することが望ましい。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１の符号１０は、本発明の一例の蒸着装置であり、図示しない真空ポンプ(クライオポンプが望ましい)によって真空排気可能に構成された真空槽１１を有している。
【００４２】
真空槽１１の底壁には、有機蒸発源が複数設けられており、ここでは２個の有機蒸発源１２₁、１２₂を示すものとする。その有機蒸発源１２₁、１２₂は、それぞれ放出口１４₁、１４₂を有しており、有機蒸発源１２₁、１２₂内にそれぞれ有機薄膜材料を納めて所定温度に加熱すると、放出口１４₁、１４₂から、有機薄膜材料を構成する有機化合物蒸気を真空槽１１内に放出できるように構成されている。
【００４３】
有機蒸発源１２₁、１２₂の上方には、基板ホルダー３０が設けられており、その表面には、成膜したい面が放出口１４₁、１４₂に向けられて成膜対象物１３(ガラス基板)が保持されている。
【００４４】
この真空槽１１には、ガスパイプ２８が接続されており、ガスボンベ２２内に充填された不活性ガス(ここでは窒素ガス)を、バルブ２４₁、マスフローコントローラ２３、バルブ２４₂を介して流量制御しながらガスパイプ２８内を流し、その不活性ガスをガス導入口２９から真空槽１１内に導入できるように構成されている。
【００４５】
成膜対象物１３表面近傍には、開閉自在な基板シャッター３５が設けられ、他方、有機蒸発源１２₁、１２₂の放出口１４₁、１４₂近傍には、開閉自在な蒸発源シャッター３３₁、３３₂が設けられており、放出口１４₁、１４₂から有機化合物蒸気が放出される場合でも、基板シャッター３５や蒸発源シャッター３３₁、３３₂を閉じておけば、成膜対象物１３表面には有機化合物蒸気が到達できないようにされている。
【００４６】
また、蒸発源シャッター３３₁、３３₂の上方位置には、放出口１４₁、１４₂から放出された有機化合物蒸気の成膜対象物１３への到達を妨げないように、膜厚モニター３６₁、３６₂が配置されており、蒸発源シャッター３３₁、３３₂を開けると膜厚モニター３６₁、３６₂に有機化合物蒸気がそれぞれ付着し、成膜対象物１３上の有機薄膜形成速度を測定できるように構成されている。
【００４７】
成膜対象物１３の周囲と真空槽１１の底壁には、液体窒素容器であるＬＮ₂シュラウド３１、３２がそれぞれ配置されており、真空槽１１内が真空状態にされた後、液体窒素が導入されると、真空槽１１内に存在する水分子が各ＬＮ₂シュラウド３１、３２に効率よく吸着されるように構成されている。
【００４８】
このＬＮ₂シュラウド３１、３２は、蒸着中は、真空槽１１の壁面方向に向かった有機化合物蒸気をトラップし、壁面に吸着された有機化合物蒸気が再離脱して成膜対象物１３表面に形成される有機薄膜中に混入しないように構成されている。
【００４９】
他方、基板ホルダー３０内にはパイプ３７が引き回されており、そのパイプ３７内に熱媒体を循環させると、有機薄膜形成中の成膜対象物１３を５０℃〜１００℃の温度範囲で制御性よく加熱できるように構成されており、成膜対象物１３の温度制御を行うことで、その表面に密着性のよい有機薄膜を形成できるように構成されている。
【００５０】
有機蒸発源１２₁、１２₂は、図２に示すようフランジ５９とＯリング５８によって真空槽１１底壁に気密に取り付けられるように構成されており、ケーシング５１上部の放出口１４₁、１４₂が真空槽１１内に向けられるように構成されている。
【００５１】
ケーシング５１内には、蒸発源容器５０が配置されており、蒸発源容器５０の周囲には、有底円筒状の均熱板５５が配置されており、その均熱板５５には、マイクロヒーター５２が巻回されている。
【００５２】
均熱板５５の底部には、熱電対５６が設けられており、熱電対５６によって均熱板５５の温度が所定温度になるように監視しながら、真空槽１１外部に配置された電源からマイクロヒーター５２に通電して発熱させると、蒸発源容器５０内に納められた有機薄膜材料５４を、１５０℃〜４００℃の温度範囲の所望温度で維持できるように構成されている。
【００５３】
マイクロヒーター５２周囲には、リフレクタ５３が配置されており、マイクロヒーター５２からケーシング５１に向かう熱輻射を反射して、ケーシング５１の温度上昇を抑え、蒸発源容器５２が効率よく加熱されるように構成されている。
【００５４】
なお、マイクロヒーター５２の巻き付け密度は、放出口１４₁、１４₂側で密に、蒸発源容器５２の底面側で疎にされており、放出口１４₁、１４₂の温度が蒸発源容器５２や有機物５４の温度よりも高くなるように構成されており、その結果、発生した有機化合物蒸気は放出口１４₁、１４₂付近には付着しないようにされている。
【００５５】
このような有機蒸発源１２₁、１２₂の、一方の有機蒸発源１２₁内に下記化学式、
【００５６】
【化１】

【００５７】
で示される昇華性有機薄膜材料であるＡｌｑ₃［Tris(8-hydroxyquinoline) aluminium, sublimed］を有機薄膜材料として配置した。
【００５８】
先ず、前述の真空ポンプを起動し、真空槽１１内を真空雰囲気にし、その状態で成膜対象物１３を搬入した。真空槽１１内を更に真空排気し、成膜対象物１３と、有機蒸発源１２₁内のＡｌｑ₃を１．０×１０^-6Torrの真空雰囲気に置いた(図４：Ｓ₁)。
【００５９】
その状態で有機蒸発源１２₁内のマイクロヒーター５２に通電し、Ａｌｑ₃を１００℃〜２００℃に加熱した。この温度ではＡｌｑ₃からの蒸気発生量は少なく、吸着ガスが放出される。
２０分〜３０分間の脱ガスを行い(Ｓ₂)、次いで、真空槽１１内を真空排気しながらガス導入口２９から窒素ガスを不活性ガスとして導入した(Ｓ₃)。
【００６０】
真空槽１１内と有機蒸発源１２₁内が圧力０．１Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気で安定したところで、マイクロヒーター５２への通電量を増やし、蒸発源１２₁内のＡｌｑ₃を蒸発温度(このＡｌｑ₃では３００℃程度)まで昇温させた(Ｓ₄)。この昇温の際には、Ａｌｑ₃は不活性ガス雰囲気に置かれているので、Ａｌｑ₃粒子間で熱が効率よく伝達され、温度のオーバーシュートは発生せず、また、Ａｌｑ₃蒸気の発生は観察されなかった。
【００６１】
Ａｌｑ₃がその蒸発温度で安定したら、不活性ガスの導入を停止し、真空槽１１内を再度１．０×１０^-6Ｔｏｒｒの真空状態にした。
真空槽１１内がその圧力で安定したところで、基板シャッター３５は閉めたままの状態で、蒸発源シャッター３３₁を開け、放出口１４₁からＡｌｑ₃蒸気を放出させた。
【００６２】
Ａｌｑ₃蒸気は膜厚モニター３６₁に到達し、その表面に有機薄膜が形成されるので、その成長速度を測定し、成長速度が安定したところで基板シャッター３５を開け、成膜対象物１３表面への有機薄膜(Ａｌｑ₃薄膜)の形成を開始する(Ｓ₆)。
【００６３】
有機薄膜の形成を５分間行い、所定膜厚になったところで基板シャッター３５と蒸発源シャッター３６₁とを閉じ、マイクロヒーター５２への通電を停止し、蒸着を終了する(Ｓ₇)。
【００６４】
次いで、ガス導入口２９から真空槽１１内に不活性ガスを導入し、有機蒸発源１２₁内のＡｌｑ₃を圧力０．１Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気に置き、Ａｌｑ₃蒸気の発生を停止させる。このとき、不活性ガスが熱媒体となり、また、対流が生じるので、Ａｌｑ₃の冷却が早められる。
【００６５】
上述の有機薄膜形成工程での、不活性ガス雰囲気下でのＡｌｑ₃の昇温開始から、蒸着が終了し冷却するまでの、Ａｌｑ₃の温度変化と蒸発速度の変化を図５に示す。なお、真空雰囲気下でのＡｌｑ₃と、下記化学式、
【００６６】
【化２】

【００６７】
で示されるＴＰＤの温度と蒸発速度の関係を図６のグラフに示す。
図６のグラフから、真空雰囲気では、Ａｌｑ₃では３００℃前後の温度で、ＴＰＤでは２３０℃前後の温度で有機化合物蒸気が発生することが分かる。他方、図５のグラフでは、真空雰囲気では有機化合物蒸気が発生する温度までＡｌｑ₃を昇温させても、不活性ガス雰囲気中ではＡｌｑ₃蒸気は発生していないことが分かる。従って、有機化合物蒸気の発生を、不活性ガス雰囲気の圧力で制御できることが分かる。
なお、この図５のグラフから分かるように、不活性ガス雰囲気中で有機薄膜材料を昇温させる場合、温度オーバーシュートは観察されない。
【００６８】
以上の有機薄膜形成方法と比較し、従来技術のように、不活性ガスを用いずに有機薄膜を形成する場合の、Ａｌｑ₃の温度変化と蒸発速度の変化を図７のグラフに示す。昇温の際、Ａｌｑ₃は真空断熱されているので、部分的過熱が生じ、温度オーバーシュートが観察される。また、昇温の際と冷却の際にはＡｌｑ₃蒸気が発生しており、有機薄膜形成に寄与しないＡｌｑ₃蒸気が多量に発生していることが分かる。
【００６９】
次に、液体の有機薄膜材料の加熱・冷却に適した有機蒸発源を説明する。
図２を参照し、符号４２は液体状の熱媒体により有機薄膜材料の温度制御(加熱・冷却)を行うオイルバス方式の有機蒸発源であり、特に、−２０℃〜１８０℃の温度域で有機薄膜材料の温度を一定に維持し、有機化合物蒸気を発生させる場合に適している。
【００７０】
この有機蒸発源４２は、ケーシング７１と、蒸発源容器７０と、加熱・冷却源６０とを有しており、蒸発源容器７０は、ケーシング７１内にはめ込まれ、二重容器構造７８となっている。加熱・冷却源６０は、オイルバス６３と、ヒーター６５と、クーラー６４とを有しており、オイルバス６３内に貯えられたシリコーンオイル６１を加熱・冷却できるように構成されている。
【００７１】
シリコーンオイル６１内には供給パイプ６６₁先端が浸漬されており、供給パイプ６６₁の途中に設けられた循環ポンプ６２を動作させると、オイルバス６３内のシリコーンオイル６１は吸い上げられ、供給パイプ６６₁を通って二重容器構造７８内に供給され、蒸発源容器７０を介して有機薄膜材料７４と熱交換した後、排出パイプ６６₁を通ってオイルバス６３に戻るように構成されている。
【００７２】
蒸発源容器７０の上端には、蒸気放出管７５の一端が気密に接続されており、他端の放出口４４から、蒸発源容器７０内で発生した有機化合物蒸気を、図示しない真空槽内に放出できるように構成されている。
【００７３】
蒸気放出管７５の途中には、ガスバルブ４５が設けられており、蒸気放出管７５の、ガスバルブ４５と蒸発源容器７０との間の位置にはガスパイプ４３の一端が接続されている。ガスパイプ４３の他端には、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが充填されたガスボンベ４６が設けられており、ガスパイプ４３の途中には、ガスバルブ４８₁、４８₂が設けられている。ガスパイプ４３は、ガスバルブ４８₁、４８₂の間で分岐しており、分岐部分の途中にはガスバルブ４８₃が設けられ、先端は真空ポンプ４７に接続されている。
【００７４】
蒸発源容器７０内に有機薄膜材料７４を納めた状態で、蒸気放出管７５に設けられたガスバルブ４５、４８₂を閉じ、ガスバルブ４８₁、４８₃を開け、真空ポンプ４７を動作させると蒸発源容器７０内が真空排気され、有機薄膜材料７４は真空雰囲気に置かれる。
【００７５】
その状態で循環ポンプ６２を動作させ、有機薄膜材料７４を真空雰囲気では有機化合物蒸気が発生しない温度まで昇温させて脱ガスを行う。
【００７６】
次いで、ガスバルブ４８₃を閉じ、ガスバルブ４８₂を開けると、ガスボンベ４６内の不活性ガスがガスパイプ４３を通って蒸発源容器７０内に導入され、有機薄膜材料７４が不活性ガス雰囲気に置かれる。
【００７７】
蒸発源容器７０内を０．１〜１５．０Ｔｏｒｒ程度の圧力にし、有機薄膜材料７４を不活性ガス雰囲気に置いた状態でガスバルブ４８₁、４８₂を閉じ、次いで、シリコーンオイル６１の温度を上げ、有機薄膜材料７４を、真空雰囲気下では有機化合物蒸気が発生する蒸発温度まで昇温させる。このとき、有機薄膜材料７４は不活性ガス雰囲気に置かれているので、有機化合物蒸気は発生しない。
【００７８】
有機薄膜材料７４が、蒸発温度で安定したところで、ガスバルブ４８₂を閉じ、ガスバルブ４８₁、４８₃を開け、真空ポンプ４７によって蒸発容器７０内を真空排気すると有機化合物蒸気が発生し始める。
【００７９】
蒸発源容器７０内が所望圧力で安定したところで、ガスバルブ４５を開けると、有機化合物蒸気は、蒸気放出管７５を通って放出口４４から真空槽内に放出される。
【００８０】
蒸気放出管７５にはマイクロヒーター７２が巻回されており、シリコーンオイル６１とは別個に温度制御ができるように構成されている。有機化合物蒸気の放出の際、マイクロヒーター７２に通電し、蒸気放出管７５の温度が有機薄膜材料７４の温度より高くなるように加熱し、蒸発源容器７０内で発生した有機化合物蒸気が蒸気放出管７５の途中に吸着したり、ガスバルブ４５が閉塞しないようにされている。
【００８１】
真空槽内を１．０×１０^-6Ｔｏｒｒの圧力にした後、放出口４４の上部に設けられた蒸発源シャッターを開け、放出口４４上部に配置された膜厚モニターで有機化合物蒸気の発生が安定したことを確認したら、基板シャッターを開け、成膜対象物表面への有機薄膜形成を開始するのは図１の蒸着装置と同様である。
【００８２】
蒸着終了後は、ガスバルブ４５を閉じ、蒸発源容器７０内に不活性ガスを導入し、クーラー６４を動作させてシリコーンオイル６３の温度を下げ、不活性ガス７０により有機化合物蒸気の発生を抑えた状態で有機薄膜材料７４の冷却を行う。
他方、蒸着終了後は、有機薄膜が形成された成膜対象物を搬出し、未処理の成膜対象物を搬入し次の蒸着作業を開始する。
【００８３】
以上は、有機薄膜を一層だけ形成する場合について説明したが、複数の有機蒸発源を用い、多層の有機薄膜を形成する場合も、各有機蒸発源内の有機薄膜材料の昇温・冷却の際に不活性ガス雰囲気に置くようにすればよい。
【００８４】
有機薄膜材料は液体であっても固体であってもよいが、特に、粉体状のものについては、粉体粒子間に不活性ガスが侵入し、熱媒体となるので昇温・冷却速度が早まり、有機薄膜材料の均熱性も向上させることができる。
【００８５】
なお、上述の不活性ガスには窒素ガスを用いたが、有機薄膜材料と反応しないガスであれば他のガスを用いることができる。
【００８６】
【発明の効果】
昇温、冷却の際に無駄な有機化合物蒸気が発生しなくなる。
有機薄膜材料の昇温速度、冷却速度が速くなる。
温度制御性が向上し、温度オーバーシュートが発生しなくなる。
有機薄膜材料の均熱性が向上し、有機化合物蒸気の発生速度が安定するまでの時間が短くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸着装置の一例
【図２】その蒸着装置に用いられる有機蒸発源の一例
【図３】本発明の有機蒸発源の一例
【図４】本発明方法の工程を説明するためのフローチャート
【図５】本発明方法で有機薄膜を形成する場合の有機薄膜材料の温度変化と蒸発速度の変化を説明するためのグラフ
【図６】Ａｌｑ₃とＴＰＤの温度と蒸発速度の関係を説明するためのグラフ
【図７】従来技術で有機薄膜を形成する場合の有機薄膜材料の温度変化と蒸発速度の変化を説明するためのグラフ
【図８】(ａ)〜(ｅ)：従来技術の蒸発源を説明するための図
【符号の説明】
１０……蒸着装置１１……真空槽１２₁、１２₂、４２……有機蒸発源
１３……成膜対象物２９……ガス導入口５０、７０……蒸発源容器
５４、７４……有機薄膜材料

Claims

有機薄膜材料を蒸発源容器に配置し、
前記有機薄膜材料の温度を昇温させて有機薄膜材料蒸気を発生させ、真空槽内に放出させ、前記真空槽内に配置された成膜対象物上に有機薄膜を形成する有機薄膜製造方法であって、
前記有機薄膜材料を昇温させる際には、前記蒸発源容器内に不活性ガスを導入し、
前記蒸発源容器内の圧力を前記有機薄膜材料蒸気が発生しない圧力にし、
前記真空槽内に前記有機薄膜材料蒸気を放出させずに前記有機薄膜材料を昇温させる有機薄膜製造方法。
前記有機薄膜材料を昇温させる際には、前記不活性ガスは前記真空槽内に導入し、前記真空槽から前記蒸発源容器内に不活性ガスを導入する請求項１記載の有機薄膜製造方法。
前記蒸発源容器と前記有機薄膜材料蒸気を前記真空槽内に放出する放出口の間にガスバルブを配置し、前記有機薄膜材料を昇温させる際には前記ガスバルブを閉じ、前記真空槽内の真空雰囲気を維持しながら、前記蒸発源容器内に前記不活性ガスを導入する請求項１記載の有機薄膜製造方法。
前記有機薄膜材料蒸気を前記真空槽内に放出させる前に、前記蒸発源容器内を真空排気する請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の有機薄膜製造方法。
前記有機薄膜材料を昇温させる際、前記不活性ガスの導入により、前記蒸発源容器内の雰囲気を１３．３Ｐａ以上の圧力にする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の有機薄膜製造方法。
前記有機薄膜材料から蒸気を放出させる際、前記蒸発源容器内の雰囲気を１．３３×１０^-4Ｐａ以下の圧力にする請求項５記載の有機薄膜製造方法。
前記蒸発源容器内を真空排気し、前記有機薄膜材料蒸気を前記真空槽内に放出させないで前記有機薄膜材料を昇温させ、前記有機薄膜材料の脱ガスを行う脱ガス工程を、前記蒸発源容器内に前記不活性ガスを導入する前に行う請求項１記載の有機薄膜製造方法。
前記有機薄膜材料に粒子を用いる請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の有機薄膜製造方法。
前記有機薄膜材料に液体を用い、液体状の熱媒体によって前記有機薄膜材料を昇温させる請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の有機薄膜製造方法。
前記成膜対象物上への有機薄膜の形成後、前記有機薄膜材料を降温させる際、前記蒸発源容器内に前記不活性ガスを導入し、前記有機薄膜材料を不活性ガス雰囲気に置く請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の有機薄膜製造方法。