JP3863988B2

JP3863988B2 - 蒸着装置

Info

Publication number: JP3863988B2
Application number: JP04117598A
Authority: JP
Inventors: 敏夫根岸; 孝揮長沢
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2018-02-06
Also published as: JPH11222668A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸着装置の技術分野にかかり、特に、真空槽内の真空雰囲気を維持したまま蒸着源を交換する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機化合物は、無機物と比較して、多様な反応系・特性が利用できることや、無機物よりも低エネルギーで表面処理ができることから、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】
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、それらのうち、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近年特に注目されており、有機ＥＬディスプレイパネルを量産するために、多数の大面積基板に連続的に有機薄膜を形成できる技術が求められている。
【０００４】
一般的な有機ＥＬ素子は、図６に示すように、予め透明導電膜ｃが形成されたガラス基体ｂ上に、蒸着法によって有機化合物蒸気を付着させ、第１層目の有機薄膜ｄと第２層目の有機薄膜ｅとを形成した後、有機薄膜との仕事関数差が小さい電子注入層ｆを形成し、その表面にカソード電極膜ｇを形成して構成しており、透明導電膜ｃをアノード電極とし、カソード電極膜ｇとの間に電圧を印加すると、第１層目と第２層目の有機薄膜ｄ、ｅの界面において注入された電子とホールが結合し、ＥＬ光ｈが生成される。そして、ＥＬ光ｈは、透明導電膜ｃとガラス基体ｂとを透過し、ＥＬ素子ａの外部に放射される。
【０００５】
ガラス基体ｂ上に形成する透明導電膜ｃには、一般にはＩｎ₂Ｏ₃にＳｎを添加したＩＴＯ(Indium-Tin-Oxide)薄膜が用いられている。また、カソード電極膜ｇとしては、ＭｇＡｇ膜、ＭｇＩｎ膜、ＬｉＡｌ膜等が用いられており、電子注入層ｆとしては、近年ＬｉＦが注目されている。
【０００６】
他方、第１層目の有機薄膜ｄの形成に用いられる有機蒸着材料は、例えば下記化学式、
【０００７】
【化１】

【０００８】
で表されるジアミンが用いられており、第２層目の有機薄膜ｅの形成に用いられる有機蒸着材料は、例えば下記化学式、
【０００９】
【化２】

【００１０】
で表されるＡｌｑ₃［Tris(8-hydroxyquinoline) aluminium, sublimed］が用いられている。
【００１１】
一般に、蒸着装置の加熱機構には、電子ビーム発生装置が用いられているが、有機蒸着材料に電子ビームが照射されると分解してしまう。また、電子ビームを用いて電子注入層ｆとカソード電極膜ｇを形成しようとすると、下地となる有機薄膜にダメージが与えられてしまい、ＥＬ素子ａの発光特性が悪化する。
【００１２】
従って、有機蒸着材料は、蒸着源に収容した状態で真空槽の内部に配置し、抵抗発熱体で構成した加熱機構を発熱させ、熱伝導によって蒸着源を介して加熱し、有機化合物蒸気を放出させている。
【００１３】
ところが、電子注入層ｆは数Åと薄いのに対し、カソード電極膜ｇは数千Å以上と厚く形成する必要があるため、電子注入層ｆとカソード電極膜ｇを一つの真空槽で形成する場合、電子注入層ｆの蒸着材料は残っているのに対し、カソード電極膜ｇの蒸着材料は消費され、無くなってしまう。従って、カソード電極膜ｇの蒸着材料を補充するために、真空槽内を頻繁に大気雰囲気に曝す必要が生じるため、従来技術の蒸着装置では、長時間の連続運転ができなかった。
【００１４】
【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あり、その目的は、長時間の連続運転が可能な蒸着装置を提供することにある。
【００１５】
【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、内部を真空雰囲気にできる真空槽と、前記真空槽内に設けられ、前記真空雰囲気を維持したまま昇降と回転が可能に構成された回転昇降台と、前記回転昇降台に設けられ、有機材料が収容される４個以上の主蒸着源と、前記真空槽内であって前記回転昇降台とは異なる位置に配置された副蒸着源と、前記４個以上の主蒸着源のうちの蒸発位置に位置する前記主蒸着源を収容し、加熱する主加熱機構と、前記副蒸着源を収容し、加熱する副加熱機構と、前記主加熱機構と前記副加熱機構を収容する断熱容器と、
を有し、前記回転昇降台の昇降と回転により、前記主加熱機構内の前記主蒸着源を、他の主蒸着源と交換できるように構成されたことを特徴とする蒸着装置である。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の蒸着装置であって、前記主加熱機構は抵抗発熱体で構成されたことを特徴とする蒸着装置である
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸着装であって、所定の場所に位置する前記主蒸着源内に、前記真空雰囲気を維持したまま、蒸着材料を供給できる蒸着材料供給機構が設けられたことを特徴とする蒸着装置である。
【００１８】
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項記載の蒸着装置であって、前記４個以上の主蒸着源には、第一の有機材料が配置された第一の主蒸着源と、前記第一の有機材料とは異なる第二の有機材料が配置された第二の主蒸着源とが含まれる蒸着装置である。
【００１９】
本発明の上述の構成によると、内部を真空雰囲気にできる真空槽を有しており、その真空槽内には、昇降回転台と、加熱機構とが設けられている。
【００２０】
昇降回転台は、真空槽内の真空雰囲気を維持したまま、昇降と回転が可能に構成されており、複数の蒸着源が設けられている。また、加熱機構は、複数の蒸着源のうち、所定場所に位置する蒸着源を加熱できるように構成されている。
【００２１】
従って、各蒸着源内に蒸着材料を配置し、加熱機構で加熱すると、所定場所に位置する蒸着源から蒸気が放出されるので、その蒸気を真空槽内に搬入した基板表面に付着させると、薄膜を形成することが可能となる。
【００２２】
そして、蒸着源内の蒸着材料が消費されてしまった場合には、真空槽内の真空雰囲気を維持したまま、昇降回転台を昇降と回転させ、蒸着源を交換すると、蒸気の放出を再開することができるので、多数の基板に対し、連続的に薄膜を形成することが可能となる。
【００２３】
有機薄膜を形成する場合や、その有機薄膜表面に無機薄膜を形成する場合には、電子ビームが使用できないので、加熱機構は抵抗発熱体(加熱ヒータ)で構成するとよい。
【００２４】
また、蒸着材料が消費された蒸着源内に、真空槽の真空雰囲気を維持したまま、蒸着材料を供給できる蒸着材料供給機構を設けておくと、空になった蒸着源に新しい蒸着材料を供給することが可能となり、薄膜の連続形成時間が一層長くなる。
【００２５】
また、蒸着材料の消費量が少ない蒸着源を、回転昇降台とは異なる位置に設けておくと、消費量が多い蒸着材料を回転昇降台に設けられた蒸着源内に配置することが可能となり、従って、消費量が異なる蒸着材料の薄膜を連続形成することが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１〜図４の符号１は本発明の一実施形態の蒸着装置であり、図１、図３は内部正面図、図２、図４は内部側面図である。
【００２７】
この蒸着装置１は、上側の真空槽１０と、下側の真空槽１１とを有しており、下側の真空槽１１は、上側の真空槽１０の下部に気密に接続されている。上側の真空槽１０には、図示しない真空ポンプが接続されており、その真空ポンプによって真空排気すると、両方の真空槽１０、１１内が真空雰囲気にされるように構成されている。
【００２８】
下側の真空槽１１の内部には、断熱容器１２が配置されており、その断熱容器１２内には、カソード電極膜形成用の加熱機構５が１台と、電子注入層形成用の加熱機構６₁、６₂が２台固定されている。各加熱機構５、６₁、６₂は、円筒形形状の抵抗加熱ヒータで構成されており、各加熱機構５、６₁、６₂は、その中心軸線が鉛直方向に向けて配置されている。それらのうち、電子注入層形成用の加熱機構６₁、６₂の内部には、電子注入層形成用の蒸着源４₁、４₂が固定されている。
【００２９】
下側の真空槽１１の外部下方位置には、ベローズ２２と、昇降板２３と、固定板２４と、ガイドロッド３１₁、３１₂とが配置されており、ベローズ２２の上端部は、真空槽１１裏面の孔２０が存する位置に気密に固定されている(ガイドロッド３１₁、３１₂は、図２、図４では省略する)。
【００３０】
カソード電極膜形成用の加熱機構５の下方位置には、円盤状の回転昇降台７が配置されており、その回転昇降台７の裏面には、昇降ロッド２１の上端部が固定されている。昇降ロッド２１の下側は、真空槽１１の底面に開けられた孔２０から真空槽１１の外部に鉛直下向きに突き出され、ベローズ２２内に挿入されている。
【００３１】
ベローズ２２の下端部は、昇降板２３に気密に固定されており、昇降板２３は、下側の真空槽１１内の真空状態を維持したまま、上下移動できるように構成されている。また、昇降板２３の裏面には、回転板２７が回転可能に取り付けられており、該回転板２７には軸受け２６が設けられている。昇降ロッド２１の下端部は軸受け２６内に気密に挿入され、回転板２７に固定されている。
このような構成により、回転板２７を回転させた場合、真空槽１０、１１内の真空状態を維持したまま、昇降ロッド２１が昇降及び回転できるようになっている。
【００３２】
昇降板２３には、２本のパイプ３３₁、３３₂が設けられており、各パイプ３３₁、３３₂内には、ガイドロッド３１₁、３１₂が挿通されている。各ガイドロッド３１₁、３１₂の上端部は、下側の真空槽１１の裏面に固定されており、下端部は、固定板２４に固定されている。
【００３３】
固定板２４は、昇降板２３よりも下方位置に配置されており、ねじ軸４２の下端部が回転可能に挿入され(ねじ軸４２と後述のナット４３、ハンドル４４は、図１と図３には記載しない)、ハンドル４４が取り付けられている。
【００３４】
昇降板２３にはナット４３が設けられており、ナット４３内には、ねじ軸４２の上端部がねじ込まれている。従って、ハンドル４４によってねじ軸４２を回転させると、昇降板２３が、ガイドロッド３１₁、３１₂に沿って上下方向に昇降移動し、それに伴って、回転昇降台７が一緒に昇降移動する。他方、回転板２７を回転させると、回転昇降台７は昇降ロッド２１の回転軸線を中心として回転する。
【００３５】
回転昇降台７上には、その回転軸線を中心として、４台の蒸着源３₁〜３₄が同心円上に固定されており(図１、図３では３台の蒸着源３₁、３₂、３₄が見え、図２、図４では２台の蒸着源３₁、３₃が見える)、従って、各蒸着源３₁〜３₄は、回転昇降台７が昇降又は回転すると、一緒に昇降又は回転する。
【００３６】
図１、図２は、回転昇降台７が昇降する際、最上部に位置した場合を示しており、１台の蒸着源３₁が、カソード電極膜形成用の加熱機構５内に収容されている。図３、図４は、回転昇降台７が最下部に位置した場合を示しており、加熱機構５内からは蒸着源３₁は抜き取られている。
【００３７】
電子注入層形成用の蒸着源４₁、４₂と、カソード電極膜形成用の蒸着源３₁〜３₄とはカップ状の容器となっており、電子注入層形成用の蒸着源４₁、４₂内には、フッ化リチウム(ＬｉＦ)から成る蒸着材料が配置されており、また、カソード電極膜形成用の蒸着源３₁〜３₄内には、アルミニウム(Ａｌ)から成る蒸着材料が配置されている。
【００３８】
このような構成の蒸着装置１を用い、有機ＥＬ素子を製造する場合、回転昇降台７を上方で静止させ、加熱機構５内に１台の蒸着源３₁を収容させておく。その状態で真空槽１０、１１内を真空排気し、高真空雰囲気にする。このとき、カソード電極膜形成用の加熱機構５の上方に配置されたシャッター１３と、電子注入層形成用の蒸着源４₁、４₂の上方に配置されたシャッター１４とを閉じておき、各加熱機構５、６₁、６₂に通電し、フッ化リチウムとアルミニウムを加熱し、溶融させる。
【００３９】
各加熱機構５、６₁、６₂は、断熱容器１２内に位置しているので、各加熱機構５、６₁、６₂が発熱しても、真空槽１１が直接加熱されないようになっている。また、各蒸着源３₁〜３₄、４₁、４₂の底面には、平板リング状の断熱材９₁〜９₄、８₁、８₂がそれぞれ配置されており、カソード電極膜形成用の蒸着源３₁が加熱機構５内に収容された状態では、全ての加熱機構５、６₁、６₂の底部は、断熱材９₁、８₁、８₂によって塞がれており、加熱機構５、６₁、６₂から発生する熱で、回転板６や真空槽１１の底板等が加熱されないように構成されている。
【００４０】
各加熱機構５、６₁、６₂により各蒸着源３₁〜３₄、４₁、４₂を加熱し、蒸着材料の脱ガスを行った後、所定温度まで降温させる。そして、蒸気放出を停止させた状態で、真空槽１０、１１内の真空雰囲気を維持したまま、上側の真空槽１０内に成膜対象の基板を搬入する。
【００４１】
搬入した基板は、図１、図２の符号２で示すように、真空槽１０内の天井側に配置した後、水平回転させる。この基板２の表面には、透明導電膜と有機薄膜とが予めその順序で形成されており、基板２表面に露出した有機薄膜が各蒸着源３₁〜３₄、４₁、４₂側に向けられている。
【００４２】
図５(ａ)は、基板２と、電子注入層形成用の蒸着源４₁、４₂と、カソード電極膜形成用の蒸着源３₁〜３₄との相対的な位置関係を示す模式的な平面図であり、このような配置により、基板２を水平回転させたときに、薄膜が均一に形成できるようになっている。
【００４３】
基板２を水平回転させた状態で電子注入層形成用の加熱機構６₁、６₂への通電量を増加させ、フッ化リチウム蒸気を発生させた後、シャッター１４を開けると、電子注入層形成用の蒸着源４₁、４₂から真空槽１０内にフッ化リチウム蒸気が放出され、基板２上の有機薄膜表面への電子注入層が形成され始める。
【００４４】
電子注入層が５Åの膜厚に形成されたところでシャッター１４を閉じ、電子注入層形成用の加熱機構６₁、６₂への通電量を減少させる。このとき、カソード電極膜形成用の加熱機構５への通電量を増加させ、アルミニウム蒸気を発生させた後、その加熱機構５上のシャッター１３を開けると、加熱機構５内の蒸着源３₁から真空槽１０内にアルミニウム蒸気が放出され、電子注入層表面へのカソード電極膜の形成が開始される。
【００４５】
カソード電極膜が１０００〜５０００Åの膜厚に形成されたところで、シャッター１３を閉じ、加熱機構５への通電量を減少させ、アルミニウム蒸気の放出を停止させる。
【００４６】
このように、基板２の有機薄膜表面に、電子注入層とカソード電極膜とが所定膜厚に形成された後、基板２の回転を停止させ、真空槽１０外に搬出し、未成膜の基板と交換する。未成膜の基板に対しては、上述したのと同様に電子注入層及びカソード電極膜を形成する。
【００４７】
そして、多数の基板に対し、電子注入層及びカソード電極膜を形成すると、電子注入層の材料であるフッ化リチウムは蒸着源４₁、４₂内に残っているのに対し、加熱機構５内に位置する蒸着源３₁では、蒸着材料であるアルミニウムが消費され、無くなってしまう。
【００４８】
この場合、アルミニウム蒸気の放出を行っていない蒸着源３₂〜３₄内にはアルミニウムが残っており、加熱機構５内の蒸着源３₁を他の蒸着源３₂〜３₄と交換するため、先ず、加熱機構５への通電を停止した状態で回転昇降台７を降下させ、図３、図４に示すように、加熱機構５内から空の蒸着源３₁を抜き出す。
【００４９】
その状態で回転昇降台７を回転させ、未使用のアルミニウムが配置されている蒸着源３₂〜３₃のうちの、いずれか１台の蒸着源を加熱機構５の下方位置まで移動させ、次いで、回転昇降台７を上昇させ、加熱機構５内にその蒸着源を収容させる。
このように、蒸着源の交換を行った後、加熱機構５に通電し、アルミニウムの脱ガスを行うとカソード電極膜を形成できる状態になり、電子注入層とカソード電極膜の長時間連続形成が可能になる。
【００５０】
以上説明した蒸着装置１では、電子注入層形成用の固定された蒸着源４₁、４₂と、回転昇降台７上に設けられた蒸着源３₁〜３₄を有していたが、本発明はそれに限定されるものではない。
【００５１】
図５(ｂ)は、本発明の他の蒸着装置の模式的な平面図であり、回転昇降台５７を有している。その回転昇降台５７上には、蒸着源５３₁〜５３₄が設けられており、２台の蒸着源５３₁、５３₃内には、１層目の有機薄膜を形成する蒸着材料が配置され、他の蒸着源５３₂、５３₄内には、２層目の有機薄膜を形成する蒸着材料が配置されている。
【００５２】
先ず、加熱機構５５a、５５b内に、１層目の蒸着源５３₁、５３₃をそれぞれ収容させ、加熱機構５５a、５５bを発熱させ、基板５２を回転させた状態で、１層目の有機化合物蒸気を放出させる。１層目の有機薄膜が、基板５２上の透明導電膜表面に所定膜厚で形成された後、回転昇降台５６を昇降及び回転させ、他の蒸着源５３₂、５３₄を加熱機構５５a、５５b内に収容させ、２層目の有機化合物蒸気を放出させる。そして、２層目の有機薄膜が、１層目の有機薄膜表面に所定膜厚に形成された後、基板の交換を行うと、有機薄膜の連続形成が可能になる。
【００５３】
上記は、４個の蒸着源５３₁〜５３₄を用い、２層の有機薄膜を形成する場合について説明したが、１層の有機薄膜を形成してもよい。即ち、加熱機構５５a、５５b内の蒸着源５３₁、５３₃内の蒸着材料が消費された場合、回転昇降台５６の昇降及び回転により、加熱機構５５a、５５b内の蒸着源５３₁、５３₃を他の蒸着源５３₂、５３₄と交換し、同じ有機化合物蒸気を放出させることができる。
【００５４】
また、図５(ｂ)の場合は、回転昇降台５７上に蒸着源を４個しか配置しなかったが、多数個配置し、有機蒸着材料が消費されてしまった場合、同じ蒸着材料が配置されている他の蒸着源を加熱機構５５a、５５b内に収容させるようにしてもよい。
このように、本発明の蒸着装置は、電子注入層、カソード電極又は有機薄膜の他、種々の薄膜形成に使用することが可能である。
【００５５】
なお、下側の真空槽１１に、蒸着材料供給機構を設けておき、蒸着材料が消費された蒸発源が、所定の場所に移動されたときに、蒸着材料供給機構によって新しい蒸着材料を供給できるようにしておくと、更に多くの基板に対し薄膜を連続形成することが可能となる。
【００５６】
【発明の効果】
真空雰囲気を維持したまま蒸着源を交換できるので、長時間の連続運転が可能になる。
複数の蒸着源内に、それぞれ異なる蒸着材料を配置しておくと、真空雰囲気を維持したまま、多数種類の薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例の蒸着装置の内部構成を示す正面図(回転昇降台を上昇させた場合)
【図２】その蒸着装置の内部構成を示す側面図(回転昇降台を上昇させた場合)
【図３】その蒸着装置の内部構成を示す正面図(回転昇降台を降下させた場合)
【図４】その蒸着装置の内部構成を示す側面図(回転昇降台を降下させた場合)
【図５】(ａ)：蒸着源の配置の一例を説明するための平面図 (ｂ)：蒸着源の配置の他の例を説明するための平面図
【図６】有機ＥＬ素子の断面図
【符号の説明】
１……蒸着装置５……加熱機構７……回転昇降台１０、１１……真空槽３₁〜３₄……回転昇降台に設けられた蒸着源４₁、４₂……他の蒸着源

Claims

内部を真空雰囲気にできる真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、前記真空雰囲気を維持したまま昇降と回転が可能に構成された回転昇降台と、
前記回転昇降台に設けられ、有機材料が収容される４個以上の主蒸着源と、
前記真空槽内であって前記回転昇降台とは異なる位置に配置された副蒸着源と、
前記４個以上の主蒸着源のうちの蒸発位置に位置する前記主蒸着源を収容し、加熱する主加熱機構と、
前記副蒸着源を収容し、加熱する副加熱機構と、
前記主加熱機構と前記副加熱機構を収容する断熱容器と、
を有し、
前記回転昇降台の昇降と回転により、前記主加熱機構内の前記主蒸着源を、他の主蒸着源と交換できるように構成されたことを特徴とする蒸着装置。
前記主加熱機構は抵抗発熱体で構成されたことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
所定の場所に位置する前記主蒸着源内に、前記真空雰囲気を維持したまま、蒸着材料を供給できる蒸着材料供給機構が設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸着装置。
前記４個以上の主蒸着源には、第一の有機材料が配置された第一の主蒸着源と、
前記第一の有機材料とは異なる第二の有機材料が配置された第二の主蒸着源とが含まれる請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の蒸着装置。