JP4454387B2

JP4454387B2 - 蒸着装置

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Publication number: JP4454387B2
Application number: JP2004149834A
Authority: JP
Inventors: 鉄也井上; 博之大工; 和人鈴木
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: JP2005330537A

Description

本発明は、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気中で、たとえば有機ＥＬディスプレイなどの画像表示部を製造するための蒸着装置に関するものである。

近年、ディスプレイの薄型化が進み、この種のディスプレイとしては、液晶ディスプレイの実用化が非常に進んでいる。この液晶画面については、バックライトを必要とするもので、視野範囲、消費電力などの点で難点があり、最近、自発光性の有機ＥＬ方式のディスプレイが注目されている。

ところで、有機ＥＬディスプレイの基本構造は、ガラス基板上に、陽極（透明電極）を配置し、この上に、ホール輸送層および発光層が順番に配置され、さらに陰極が配置されたものであり、少なくとも前記発光層については、有機材料が蒸着により形成されている。

そして、基板上に蒸着により薄膜を形成する場合、真空容器内に有機材料の蒸発源を配置しておき、真空状態で蒸発源を加熱し、その蒸気を同じく真空容器内に配置された基板の表面に付着させることにより薄膜が形成されていた。

ところで、ディスプレイの大型化が促進され、また小型のものでも大型のガラス基板からダイシングして製造されることから、大型のガラス基板にも有機材料を均一に蒸着させることが重要となる。蒸発材料粒子などの希薄流体は、放出孔から放出されると、余弦則に従って広がってガラス基板表面に蒸着され、蒸着面の中央部で蒸着量が厚くなる傾向にある。

特許文献１には、一端側に移送部（小径管）が接続された放出部（大径管）に形成する放出孔の径を、一端側を小径に、他端側を大径に形成している。

また特許文献２は、蒸着室内で、回転式ウェハテーブルの下方に、２つの蒸着源を旋回移動式蒸着ボートを介して移動可能に配置したもので、ウェハテーブルに支持されるウェハの中心からずれた位置に蒸着源を移動させるようにしたものである。これにより、蒸着源から放出させた蒸発材料を、ウェハを回転させつつその表面に均一に蒸着させることができる。
特開２００２−２４９８６８特開２００２−１６７６６４（図２）

しかしながら、特許文献１では、被蒸着部材の蒸着面積が小さい場合には問題がないが、蒸着面積が大きくなるに従って放出部の長さが長尺となり、放出孔の径を変化させるだけでは、蒸発材料を均等に放出させることが困難となるおそれがある。

また特許文献２では、被蒸着部材は吸着具により保持されるが、被蒸着部材の蒸着面積が大きくなり、かつ回転されるとなると、被蒸着部材を保持・回転させる機構が大きくなるとともに、回転時の被蒸着部材の精度が要求され、設計の負担が増えることになる。
本発明は上記問題点を解決して、被蒸着材の広い被蒸着面に、より均一に蒸着可能な蒸着装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、蒸発された蒸発材料を被蒸着部材に付着させる蒸着装置において、前記被蒸着部材に対向して配置される蒸発材料通路出口に連通して、内部に拡散空間を有する放出用容器を設け、前記放出用容器の被蒸着部材側の所定位置に複数の放出孔を穿設し、放出用容器の拡散空間に、蒸発材料通路出口に対向して蒸発材料粒子を反射する反射部材を設け、放出容器を蒸発材料通路出口の中心を通る回転軸心周りに回転させる容器回転手段を設けたものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、反射部材に、蒸発材料通路出口に対向する中心部から外周側に向って、単位面積当りの開口面積が拡大するように配置された複数の調整用透孔を穿設したものである。

請求項３記載の発明は、蒸発された蒸発材料を被蒸着部材に付着させる蒸着装置において、前記被蒸着部材に対向して配置される蒸発材料通路出口に連通して、内部に拡散空間を有する放出用容器を設け、前記放出用容器の被蒸着部材側の所定位置に複数の放出孔を穿設し、放出用容器の拡散空間に、蒸発材料通路出口側の空間部と放出孔側の空間部とを区画し多数の透孔を有する分散透過板を配置し、前記分散透過板の蒸発材料通路出口に対向する部位に、蒸発材料粒子を反射する反射部を設け、放出容器を蒸発材料通路出口の中心を通る回転軸心周りに回転させる容器回転手段を設けたものである。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の構成において、反射部に、蒸発材料通路出口に対向する中心部から外周側に向って、単位面積当りの開口面積が拡大される配置された複数の調整用透孔を穿設したものである。

請求項５記載の発明は、請求項１または３記載の構成において、蒸発材料通路に、蒸発材料の流れを緩衝する緩衝部材を設けたものである。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の構成において、緩衝部材は、所定間隔をあけて配置されて多数の透孔が形成された複数の緩衝板からなり、これら緩衝板は、それぞれの透孔が位置ずれするように配置されたものである。

請求項１記載の発明によれば、反射部材により反射させて拡散し、蒸発材料通路出口と反対側の放出容器の内面に達する蒸発材料の密度を低減することができる。したがって、蒸発材料粒子の密度が集中するために、蒸発材料通路出口の反対側の放出容器の内面に放出孔を形成できないという制限を受けるところ、反射部材により放出孔の形成位置の制限がなくなる。これにより、蒸発材料粒子を被蒸着面に均一に蒸着させることができる任意位置に放出孔を穿設配置することができ、各放出孔から放出される蒸発材料を均等化して、より均一な蒸着膜厚を実現することができる。

請求項２記載の発明によれば、反射部材は、調整用透孔により中央部で蒸発材料粒子の透過率が小さく、外周部で大きくすることで、蒸発材料通路出口の反対側の蒸発材料粒子の密度を、他の拡散空間の部位と均等化することができる。これにより各放出孔から放出される蒸発材料をさらに均一化して、均一な厚みの蒸着膜の形成に寄与することができる。

請求項３記載の発明によれば、蒸発材料通路出口から空間部に放出された蒸発材料粒子が、放出用容器の内面と分散透過板とに反射されつつ拡散し、さらに分散透過板の透孔を介して放出孔側の空間部に通過しつつ拡散され、蒸発材料粒子の密度が均一化されて、旋回移動する放出孔から放出することができる。また分散透過板の反射部により、放出孔の形成位置の制限がなくなって、蒸発材料粒子を被蒸着面に均一に蒸着させるように放出孔を穿設配置することができ、蒸発材料を被蒸着面に均一な膜厚で蒸着させることができる。

請求項４記載の発明によれば、反射部に穿設した調整用透孔により、反射部の中央部で蒸発材料粒子の透過率が少なく、外周部で透過率を多くすることができ、反射部の放出孔側の空間部における蒸発材料粒子の密度をさらに均一化することができ、被蒸着面に均一な厚みの蒸着膜を形成することができる。

請求項５記載の発明によれば、蒸発材料通路に緩衝部材を設けたので、蒸発材料通路に蒸発材料が急速に流入することがあっても、これを緩衝して蒸発材料の流速を均一化することができ、被蒸着面への膜厚制御を適正に行うことができる。

請求項６記載の発明によれば、複数の緩衝板に多数の透孔を位置ずれして配置することにより、急速に流入する蒸発材料の緩衝効果が高い。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

［実施の形態１の基本構造］
図１，図２に示すように、蒸着用容器２内に、真空雰囲気中で被蒸着部材であるガラス基板Ｗの表面（下面）に、たとえば有機ＥＬ材料を蒸着する蒸着室１が設けられており、蒸着用容器２には、図示しない真空ユニットにより真空雰囲気にされる真空ポート４Ａと、被蒸着材であるガラス基板Ｗを出し入れ可能なゲートバルブ（仕切弁）付きの基板交換ポート４Ｂとが形成されている。蒸着用容器２の上部にはガラス基板Ｗを保持するワーク保持具３が設けられており、ワーク保持具３に保持されたガラス基板Ｗの下面（被蒸着面）に下方から蒸発材料を蒸着するアップブロータイプに構成されている。

蒸着用容器２の下部には蒸発室５を形成する蒸発用容器６が設けられ、蒸発用容器６内に材料を加熱して蒸発させる加熱用電熱線（加熱手段）８ａを有する容器載置台８に材料収納容器７が収容されている。この蒸発用容器６には、材料収納容器７を交換するためのゲートバルブ（仕切弁）付きの容器交換ポート９と、図示しない真空ユニットにより真空雰囲気にされる真空ポート１０が設けられている。また蒸発用容器６には、上部に蒸発材料を放出・閉止または流量調整可能な開閉弁１２を介して接続部材１１が接続され蒸発材料通路１３が形成されている。

接続部材１１は、蒸発用容器６に接続された固定管体１１Ａと、この固定管体１１Ａに回転継手１１Ｂを介して回転自在に接続された回転管体１１Ｃとで構成されており、回転管体１１Ｃは蒸着容器２の底部の開口部に回転軸受１４を介して接続されるとともに、蒸着室１内に突出された上端部に放出用容器１５が固定されて回転管体１１Ｃの回転軸心Ｏを中心に回転自在に支持されている。

放出用容器１５は、平面視が矩形（または円形や多角形であってもよい）の箱体形で内部に拡散空間１６が形成され、底部中央部に貫設固定された回転管体１１Ｃに蒸発材料通路１３の出口１３ａが開口されている。また放出用容器１５でガラス基板Ｗに対向する上面板１５ａには、中央部（蒸発材料通路１３の出口１３ａの対向部位）を除く外周部の所定の対称位置に複数の放出孔１７が穿設されている。

この蒸着用容器２には、放出用容器１３を回転駆動する容器回転装置（容器回転手段）２１が設けられている。この容器回転装置２１は、蒸着室１内で回転管体１１Ｃに固定された従動プーリ（歯付きプーリ）２１ａと、蒸着用容器１３の底板に軸受を介して回転自在に貫通支持された駆動軸２１ｂを回転駆動する回転駆動装置（電動モータ）２１ｃと、前記駆動軸２１ｂに取り付けられた駆動プーリ（歯付きプーリ）２１ｄと、駆動プーリ２１ｄと従動プーリ２１ａとに巻張されたベルト（タイミングベルト）２１ｅとで構成されている。

またこの回転管体１１Ｃに設けられたスリップリング１１Ｄを介して放出用容器１５および回転管体１１Ｃの加熱用電熱線（加熱手段）１８に電源が供給され、蒸発材料の付着を防止している。

上記構成において、蒸発室５内で加熱用電熱線８ａにより材料収納容器１３内の材料が加熱され蒸発されると、蒸発材料通路１３の出口１３ａから放出用容器１５の拡散空間１６に導入される。この拡散空間では、蒸発材料粒子が放出用容器１５の内面に反射して効果的に拡散され、各放出孔１７から均一に放出されるとともに、容器回転装置２１により放出用容器１５が回転軸心Ｏを中心に回転されることから、一定位置から放出されるのに比較して、蒸発材料粒子が各放出孔１７から効果的に分散され、ガラス基板Ｗの表面に均一に蒸着される。

［実施の形態１］
この実施の形態１は、実施の形態１の基本構造において、放出用容器内に反射部材を設けたもので、図３〜図５を参照して説明する。なお、実施の形態１の基本構造と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

放出用容器１５には、蒸発材料通路１３の出口１３ａと放出用容器１５の上面板１５ａとの間（中間部）で、出口１３ａの対向位置に、出口１３ａとの間に所定距離をあけて反射面板（反射部材）３１Ａ〜３１Ｃを設けたもので、図３（ａ）〜（ｃ）に示す第１例では、反射面板３１Ａは、蒸発材料通路１３の出口１３ａの開口面よりやや大きい円板形状に形成され、複数の脚部材３２により支持されている。

また図４（ａ）〜（ｃ）に示す第２例は、出口１３ａの開口面の数倍（２〜４倍）の大きい径の大径の反射面板３１Ｂに形成され、複数の脚部材３２により支持されている。

さらに図５（ａ）〜（ｃ）に示す第３例は、開口面の数倍（２〜４倍）の大きい径の大径の反射面板３１Ｃで、かつ多数の調整用透孔３３が穿設されたものである。反射面板３１Ｃは複数の脚部材３２により支持されるとともに、調整用透孔３３は蒸発材料通路１３の出口１３ａに対向する中心部から外周側に向って、単位面積当りの前記調整用透孔３３の開口面積が順次拡大されるように形成されている。

また第１例〜第３例とも、放出用容器１５の上面板１５ａに形成された複数の放出孔１７は、中央部（反射面板３１Ａ〜３１Ｃの蒸発材料通路１３の出口１３ａの反対面）を含めて所定位置に穿設されている。

実施の形態１の基本構造においては、蒸発材料通路１３の出口１３ａから拡散空間１６に放出された蒸発材料粒子は、蒸発材料粒子の密度が出口１３ａの回転軸心Ｏ上に集中するため、この部位に放出孔１７を形成すると、他の部位の放出孔１７に比べて多量の蒸発材料粒子が放出され、出口１３ａの対向部位に放出孔１７を形成できないという制限を受ける。しかし、この実施の形態１では、反射部材３１Ａ〜３１Ｃにより、蒸発材料通路１３の出口１３ａから放出された高密度の蒸発材料粒子を反射させることで、出口１３ａに対向する部位に形成された放出孔１７からの蒸発材料粒子の放出量を制限することができる。つまり拡散空間１６を放出用容器１５の内壁面で反射し迂回された蒸発材粒子が、出口１３ａに対向する部位に形成された放出孔１７に達するため、他の放出孔１７と同等の条件になるので、放出孔１７の形成位置の制限がなくなり、放出用容器１５の上面板１５ａに形成する放出孔１７を任意位置に穿設配置するとともに、容器回転装置２１により放出容器１５を回転軸心Ｏ周りに回転させることにより、蒸発材料粒子をガラス基板Ｗの被蒸着面に均一に蒸着させることができる。

また第３例の反射面板３１Ｃによれば、中央部を通過する蒸発材料粒子の透過率が小さく、外周側ほど調整用透孔３３を介して蒸発材料粒子の透過率を大きくすることで、反射面板３１Ｃによる蒸発材料通路１３の出口１３ａの反対側における蒸発材料粒子の密度を、他の拡散空間１６の部位と均一化することができ、各放出孔１７から放出される蒸発材料粒子量を均一化するとともに、容器回転装置２１により放出容器１５を回転軸心Ｏ周りに回転させることにより放出された蒸発材料粒子量を効果的に拡散し、ガラス基板Ｗの表面に均一な厚みの蒸着膜を形成することができる。

［実施の形態２］
この実施の形態２は、実施の形態１の基本構造において、放出用容器１５内の分散空間を区画する反射部材を設けたもので、図６および図７を参照して説明する。なお、先の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

放出用容器１５の拡散空間１６には、拡散空間１６を上下、すなわち放出孔１７が形成された上面板１５ａ側の上部空間１６ｕと、蒸発材料通路１３の出口１３ａ側の下部空間１６ｄとに区画する分散透過板（反射部材）４１Ａ，４１Ｂが設けられている。

第１例の分散透過板４１Ａは、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、出口１３ａに対向する部位に出口１３ａの開口面の数倍（２〜４倍）の大きい径の反射部４２Ａが形成され、この反射部４２Ａは調整用透孔４３を有しない板状に形成されている。反射部４２Ａ以外の分散透過板４１Ａには、一定ピッチで均一に調整用透孔４３が形成されたいわゆるパンチングメタル状に形成されている。

第２例の分散透過板４１Ｂは、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、出口１３ａに対向する部位に出口１３ａの開口面の数倍（２〜４倍）の大きい径の反射部４２Ｂが形成され、この反射部４２Ｂに調整用透孔４４が形成されている。これら調整用透孔４４は、蒸発材料通路１３の出口１３ａに対向する回転軸心Ｏから外周側に向って、単位面積当りの前記調整用透孔４４の開口面積が順次拡大されるように形成されている。反射部４２Ｂ以外の分散透過板４１Ｂには、一定ピッチで調整用透孔４３が多数形成されたいわゆるパンチングメタル状に形成されている。

上記実施の形態２によれば、放出用容器１５の拡散空間１６に上部空間１６ｕと下部空間１６ｄとに区画する分散透過板４１Ａ，４１Ｂを設けたので、蒸発材料通路１３の出口１３ａから放出された蒸発材料粒子は、下部空間１６ｄで分散透過板４１Ａと放出用容器１５の内面に反射されつつ透孔４３を介して上部空間１６ｕに導入され拡散される。また蒸発材料通路１３の出口１３ａに対向する部位は反射部４２Ａ，４２Ｂにより蒸発材料粒子の透過が制限されるので、上部空間１６ｕ内で蒸発材料粒子の密度がより均一化される。このように均一な密度で蒸発材料粒子を保持した上部空間１６ｕ内から放出孔１７を介して蒸発材料粒子をガラス基板Ｗに向って均一に放出するとともに、容器回転装置２１により放出容器１５を回転軸心Ｏ周りに回転させるので、放出孔１７から均等に放出された蒸発材料粒子をガラス基板Ｗの表面に蒸着させて均一な膜厚の蒸着膜を形成することができる。

また第２例によれば、反射部４２Ｂで中央部で通過する蒸発材料粒子の透過率を少なくするとともに、外周側ほど調整用透孔４４を介して通過する蒸発材料粒子の透過率を多くすることで、反射部４２Ｂの上部空間１６ｕ側における蒸発材料粒子の密度を他の拡散空間１６の部位と均等化し、各放出孔１７からの蒸発材料粒子の放出量を均一化することができるとともに、容器回転装置２１により放出容器１５を回転軸心Ｏ周りに回転させることで、放出された蒸発材料粒子を効果的に拡散してガラス基板Ｗの表面に均一な厚みの蒸着膜を形成することができる。

［実施の形態３］
この実施の形態３は、実施の形態１または２における蒸着装置において、図８および図９に示すように、ガラス基板Ｗに対向して配置される蒸発材料通路１３の出口１３ａに連通して、内部に拡散空間１６を有する放出用容器１５を設け、前記放出用容器１５の被蒸着部材側の所定位置に複数の放出孔１７を穿設し、前記蒸発材料通路１３に単数または複数の緩衝板（緩衝部材）８１Ａ，８１Ｂを配置したものである。なお、実施の形態１および２と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

すなわち、蒸発用容器６から開閉弁１２を介して放出容器１６に連通する接続部材１１，１１Ｅにより形成される蒸発材料通路１３に、単数または複数（図では２枚）の緩衝板８１Ａ，８１Ｂを所定間隔をあけて配置されている。前記緩衝板８１Ａ，８１Ｂは、多数の透孔８２Ａ，８２Ｂがそれぞれ形成されたパンチングメタル状に形成されるが、できれば図示したように、透孔８２Ａ，８２Ｂが位置ずれして形成されるほうが緩衝効果が高く、図９では上段の緩衝板８１Ａの透孔８２Ａは外周部に多く分布され、下段の緩衝板８１Ｂの透孔８２Ｂは中央部に多く分布されて緩衝効果を向上させている。

これは、ガラス基板Ｗの交換時などで蒸発材料を放出しないまま加熱を続けていると、蒸発用容器６内の気圧が上昇する。この高圧の状態で開閉弁１２を開放すると、一気に蒸発材料が蒸発材料通路１３、放出用容器１５を介して蒸着用容器２に放出され、ガラス基板Ｗへの膜厚制御が困難になるという問題がある。このため、緩衝板８１Ａ，８１Ｂを蒸発材料通路１３に配置することで、蒸発材料の高速流を効果的に緩衝してガラス基板Ｗに蒸着される膜厚を良好に制御することができる。

なお、緩衝板８１Ａ，８１Ｂの透孔８２Ａ，８２Ｂは、たとえば均等に分布させた同一形状のものでもよく、緩衝板８１Ａ，８１Ｂを回転して透孔８２Ａ，８２Ｂを位置ずれさせることにより、同様の作用効果を奏することができる。

本発明に係る蒸着装置の実施の形態１の基本構造を示す全体縦断面図である。同蒸着室の放出容器を示す斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る蒸着装置の実施の形態１の第１例を示し、（ａ）は放出容器を示す分解斜視図、（ｂ）は反射板の平面図、（ｃ）は反射板の配置部の側面断面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る蒸着装置の実施の形態１の第２例を示し、（ａ）は放出容器を示す分解斜視図、（ｂ）は反射板の平面図、（ｃ）は反射板の配置部の側面断面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る蒸着装置の実施の形態１の第３例を示し、（ａ）は放出容器を示す分解斜視図、（ｂ）は反射板の平面図、（ｃ）は反射板の配置部の側面断面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る蒸着装置の実施の形態２の第１例を示し、（ａ）は放出容器を示す分解斜視図、（ｂ）は反射板の平面図、（ｃ）は反射板の配置部の側面断面図である。（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る蒸着装置の実施の形態２の第２例を示し、（ａ）は放出容器を示す分解斜視図、（ｂ）は反射板の平面図、（ｃ）は反射板の配置部の側面断面図である。本発明に係る蒸着装置の実施の形態３を示し、緩衝板を実施の形態１に設けた全体縦断面図である。同緩衝板を示す蒸発材料通路の説明図である。

Ｏ回転軸心
Ｗガラス基板
１蒸着室
２蒸着用容器
５蒸発室
７材料収納容器
１１Ｃ回転管体
１１Ｅ固定管体
１３蒸発材料通路
１３ａ出口
１５放出用容器
１６拡散空間
１６ｕ上部空間
１６ｄ下部空間
１７放出孔
２１容器回転装置
３１Ａ反射面板
３１Ｂ反射面板
３１Ｃ反射面板
３３調整用透孔
４１Ａ，７１Ａ分散透過板
４１Ｂ，７１Ｂ分散透過板
４２Ａ，４２Ｂ反射部
４３透孔
４４調整用透孔
８１Ａ，８１Ｂ緩衝板
８２Ａ，８２Ｂ透孔

Claims

蒸発された蒸発材料を被蒸着部材に付着させる蒸着装置において、
前記被蒸着部材に対向して配置される蒸発材料通路出口に連通して、内部に拡散空間を有する放出用容器を設け、
前記放出用容器の被蒸着部材側の所定位置に複数の放出孔を穿設し、
放出用容器の拡散空間に、蒸発材料通路出口に対向して蒸発材料粒子を反射する反射部材を設け、
放出容器を蒸発材料通路出口の中心を通る回転軸心周りに回転させる容器回転手段を設けた
ことを特徴とする蒸着装置。
反射部材に、蒸発材料通路出口に対向する中心部から外周側に向って、単位面積当りの開口面積が拡大するように配置された複数の調整用透孔を穿設した
ことを特徴とする請求項１記載の蒸着装置。
蒸発された蒸発材料を被蒸着部材に付着させる蒸着装置において、
前記被蒸着部材に対向して配置される蒸発材料通路出口に連通して、内部に拡散空間を有する放出用容器を設け、
前記放出用容器の被蒸着部材側の所定位置に複数の放出孔を穿設し、
放出用容器の拡散空間に、蒸発材料通路出口側の空間部と放出孔側の空間部とを区画し多数の透孔を有する分散透過板を配置し、
前記分散透過板の蒸発材料通路出口に対向する部位に、蒸発材料粒子を反射する反射部を設け、
放出容器を蒸発材料通路出口の中心を通る回転軸心周りに回転させる容器回転手段を設けた
ことを特徴とする蒸着装置。
反射部に、蒸発材料通路出口に対向する中心部から外周側に向って、単位面積当りの開口面積が拡大される配置された複数の調整用透孔を穿設した
ことを特徴とする請求項３記載の蒸着装置。
蒸発材料通路に、蒸発材料の流れを緩衝する緩衝部材を設けた
ことを特徴とする請求項１または３記載の蒸着装置。
緩衝部材は、所定間隔をあけて配置されて多数の透孔が形成された複数の緩衝板からなり、これら緩衝板は、それぞれの透孔が位置ずれするように配置された
ことを特徴とする請求項５記載の蒸着装置。