JP4522141B2 - 有機蒸着方法及び有機蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、有機ＥＬ素子等を製造する際に、基板上に有機化合物の蒸着膜を形成するための技術に関する。

図４（ａ）は、従来の有機蒸着装置の正面側断面図、図４（ｂ）は、同有機蒸着装置の制御系の構成を示すブロック図である。
図４（ａ）（ｂ）に示すように、この有機蒸着装置１０１においては、真空槽１０２内において直線状の蒸発源１０３を幅方向へ移動させ、マスク１０４を介して基板１０５上に有機蒸発材料を蒸着させるように構成されている。

また、蒸発源１０３の待機位置の直上には防着部材１０６を挟んで膜厚センサ１０７が配設され、蒸発源１０３から蒸発される蒸気の蒸発レートを孔部１０８を介して検出するようになっている。

従来、この有機蒸着装置１０１では、以下の方法で蒸発レート（成膜速度）の制御を行っている。

まず、蒸発源１０３の脱ガス後、蒸着温度に到達するまでは、設定温度が一定となるように制御用の熱電対１０３ａで蒸発源１０３の温度をモニタし、ヒータ１０３ｂの制御部１１０にフィードバックする。

次いで、成膜段階では、待機位置において、膜厚センサ１０７によって検出された結果に基づき蒸発レートが一定となるように蒸発源１０３の温度を調整し、蒸発レートが安定した（設定したレート安定幅に入った）時点で、その時の温度をキープするようヒータ１０３ｂの制御部１１０にフィードバックしながら、蒸発源１０３を移動させて蒸着を行う。

蒸発源１０３を往復動させて待機位置に戻って来た後は、再び、蒸発レートが回復する（安定化幅に入る）まで蒸発源１０３の温度調整を行い、蒸発源１０３の温度が安定した時点で、次の成膜を行う。

しかしながら、このような従来技術においては、蒸発源１０３が基板１０５の下方を移動する際と待機位置に位置する際とにおいて温度条件に差が生じ、蒸発レートが変動するという問題があった。

本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、蒸発源の位置に起因する蒸発レートの変動を防止することによって精確な成膜速度の制御を達成可能な有機蒸着方法及び装置を提供することにある。

本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意努力を重ねた結果、以下の知見を得て本発明を完成させるに至った。
すなわち、図４（ａ）（ｂ）に示す従来技術においては、膜厚センサ１０７の下方に防着部材１０６が設置されており、熱的な観点でとらえると、蒸発源１０３がモニタ（防着部材１０６）の下方に位置する場合とスキャンして基板１０５の下方に位置する場合では、外乱の影響によって蒸発源１０３の上部即ち蒸気放出部分の輻射熱損失が変化し、蒸発材料の温度が微妙に変化していることが原因であると考えられる。

まず、蒸発源１０３が防着部材１０６の下方に位置する場合は、蒸発源１０３からの輻射熱により防着部材１０６の温度が徐々に上がって来るため、蒸発源１０３上部の輻射熱損失が小さくなっていき、この熱損失が減る分、防着部材１０６の温度が徐々に上がり、いずれ平衡状態（防着部材１０６が一番高い温度で安定している状態）に達することになる。

一方、平衡状態になった後、蒸発源１０３がスキャンを始めると、防着部材１０６の温度より基板１０５の温度の方が低いため輻射熱損失が防着部材１０６の下方に位置する場合に比べて大きくなり、このため蒸発源１０３の上部及び蒸発材料の温度が徐々に下がり、結果として蒸発レートが下がっているものと推定される。

かかる知見に基づいてなされた請求項１記載の発明は、所定の成膜対象物が収容される真空槽と、前記真空槽内において待機位置と成膜位置との間を移動するように構成され、所定の有機蒸発材料を蒸発させるための蒸発源と、前記待機位置において前記蒸発源から蒸発する蒸気の蒸発レートを測定するための蒸発量モニターとを備え、前記蒸発量モニターにおいて得られた結果に基づいて前記蒸発源における蒸発レートを制御しつつ、前記有機蒸発材料を前記成膜対象物に蒸着させるように構成された有機蒸着装置であって、前記蒸発源と前記蒸発量モニターの間に、当該有機蒸発材料を通過させるための開口部を有する板状の防着部材が固定されるとともに、当該防着部材の前記成膜対象物側の面で前記開口部を除く水平面上に冷却部が設けられているものである。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記防着部材が、前記成膜対象物のマスクと同等の輻射率の材料からなるものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記待機位置における前記蒸発源と前記防着部材との距離が、前記成膜位置における前記蒸発源と前記マスクとの距離に等しいものである。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記冷却部が、液冷によるものである。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の発明において、前記防着部材の開口部が、前記蒸発量モニターの直下の位置に設けられたモニター用開口部と、前記成膜位置における前記蒸発源の移動範囲の上方に設けられた成膜用開口部とを有し、前記モニター用開口部と前記成膜用開口部とが同一平面内に設けられ、前記防着部材を静止した状態で前記蒸発源が前記モニター用開口部の下方と前記成膜用開口部の下方との間を移動するように構成されているものである。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の有機蒸着装置を用いて有機材料の蒸着を行う方法であって、真空中で前記蒸発源内の前記有機蒸発材料を蒸発させ、前記蒸発源を待機させながら当該有機蒸発材料の蒸発レートを測定し、その測定結果に基づいて前記蒸発源における蒸発レートを制御しつつ前記蒸発源を移動させながら成膜対象物に対して蒸着を行う際、前記蒸発源の蒸気放出部分近傍の輻射熱損失が、待機時と成膜時において同等となるようにしたものである。

本発明においては、蒸発源の蒸気放出部分近傍の輻射熱損失が待機時と成膜時において同等となるようにしたことから、成膜の際に蒸発源の蒸気放出部分及び蒸発材料の温度変化が阻止され、その結果、蒸発レートに変動が生じないので、成膜速度の精確な制御が可能になる。

本発明の場合、蒸発源の蒸気放出部分近傍の輻射熱損失を待機時と成膜時において同等にするためには、防着部材に温度調整手段を持たせるとよい。

この場合、温度調整手段としては、例えば、水冷等の液冷による冷却部を設けることがあげられる。

また、防着部材を成膜対象物のマスクと同等の輻射率の材料からなるものから構成し、待機位置における蒸発源と防着部材との距離が、成膜位置における蒸発源とマスクとの距離に等しくなるように構成することによって、蒸発源の蒸気放出部分近傍の輻射熱損失を待機時と成膜時においてより近づけることが可能になる。

本発明によれば、成膜の際に蒸発源の蒸気放出部分及び蒸発材料の温度変化が阻止することができ、これにより蒸発レートの変動を防止して成膜速度の精確な制御を行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明に係る有機蒸着装置の好ましい実施の形態の正面側断面図、図１（ｂ）は、同実施の形態の制御系の構成を示すブロック図である。
また、図２は、同実施の形態の防着部材の平面図、図３は、同実施の形態の蒸発源の動作を示す説明図である。

図１に示すように、本実施の形態の薄膜形成装置１は、図示しない真空排気系に接続された真空槽２を有し、この真空槽２内の下方には蒸発源３が配設されている。

本実施の形態の場合、蒸発源３は、水平方向に延びる細長形状の容器３０を有し、この容器３０内に図示しない有機系の蒸着材料（例えばＡｌｑ３）が収容されている。

ここで、蒸発源３の容器３０には、熱電対３１とヒータ３２が設けられている。これら熱電対３１とヒータ３２は制御部２０に接続され、熱電対３１によって容器３０の温度を検出してフィードバックすることによって容器３０を一定の温度に調整するようになっている。

一方、真空槽２内の上部には、基板ホルダー４が設けられ、この基板ホルダー４に、蒸着膜を形成すべき基板（成膜対象物）５が固定されている。そして、基板５の下方近傍には、マスク６が設けられている。

図３に示すように、本実施の形態の場合、マスク６には、基板５上に所定の薄膜を蒸着するための複数の素子パターン６０が形成されている。

そして、蒸発源３は、容器３０に形成されたスリット状の蒸発口３３の幅方向に水平移動し、基板５及びマスク６の全面に対して相対的に往復動するように構成されている。

真空槽２内の上部の基板の近傍には、蒸発源３の蒸発レートを測定するための膜厚センサ（蒸発量モニター）５０が設けられている。

この膜厚センサ５０は、基板５の側方で、後述する待機位置に位置する蒸発源３の上方に配設されている。そして、この膜厚センサ５０は上記制御部２０に接続されている。

さらに、蒸発源３と膜厚センサ５０との間で基板５及びマスク６の下方近傍には、防着部材７が設けられている。

図２に示すように、この防着部材７は、水平に配置される板状の部材からなるもので、その基板５に対応する部分には、蒸着材料を通過させるための開口部（成膜用開口部）７０が設けられている。

また、防着部材７の膜厚センサ５０の直下には、蒸着材料を通過させるための孔部（モニター用開口部）７１が設けられている。

本発明の場合、防着部材７の材料は特に限定されることはないが、蒸発レートを安定させる観点からは、マスク６と同等の輻射率の材料からなるもの、特にエミッシビティを近づける観点からは、マスク６と同一の材料からなるものを採用することが好ましい。

このような材料としては、例えば、インバー（Ｆｅ−３６％Ｎｉ）やこれに類するニッケル−コバルト系合金があげられる。

また、本実施の形態の場合は、防着部材７の高さをマスク６とほぼ同じ高さに配置することによって、待機位置における蒸発源３と防着部材７の距離が、成膜位置における蒸発源３とマスク６の距離とほぼ等しくなるように構成されている。

さらに、防着部材７上には、防着部材７の温度を調整するための冷却部８が設けられている。

本実施の形態の冷却部８は、防着部材７の表面に例えば金属製のパイプを配置し、このパイプ内を水を循環させることによって防着部材７を冷却するように構成されている。

このような構成を有する本実施の形態においては、まず、基板５を真空槽２内に搬入し、図１（ａ）に示すように、蒸発源３が待機位置に位置している状態でヒータ３２への通電を行い、蒸着材料４０の蒸発を開始するとともに、冷却部８のパイプ内を水を循環させて防着部材７の冷却を行う。

そして、蒸発源３の蒸発口３３から流出する蒸着材料の蒸発レートを膜厚センサ５０によって検出し、その値が所定の値に安定した時点で蒸発源３を基板５下方の成膜位置に向って移動させる。

この移動の直後に、蒸発源３のヒータ３２の温度を制御して蒸着材料の温度を所定の温度に保持し、これにより蒸着材料の蒸発レートを一定の値に制御して成膜を行う。

そして、蒸発源３の蒸発口３３が基板５の全面を横切った後、蒸発源３を待機位置に向って移動させる。この場合、蒸発源３の蒸発口３３が基板５の全面を横切るまで上記蒸発源３のヒータ３２の温度制御を行う。

そして、蒸発源３の蒸発口３３が基板５の全面を横切った後、ヒータ３２への通電を停止する。

その後、基板５を真空槽２から搬出し、新たな基板５を真空槽２内へ搬入して上述した工程を繰り返す。

以上述べたように本実施の形態においては、マスク６と同等の輻射率の材料からなる防着部材７をマスク６とほぼ同じ高さに配置するとともに、防着部材７を冷却してマスク６の温度に近づけるようにしたことから、蒸発源３の蒸気放出部分近傍の輻射熱損失を待機時と成膜時において容易に同等とすることができる。
その結果、成膜の際に蒸発源３の蒸気放出部分及び蒸発材料の温度変化を阻止することができるので、蒸発レートの変動を防止して成膜速度の精確な制御が行うことができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、防着部材７をマスク６とほぼ同じ高さに配置するようにしたが、待機位置における蒸発源３と防着部材７の距離と成膜位置における蒸発源３とマスク６の距離とがほぼ等しくなるようにすれば、防着部材７の位置を変更することも可能である。

また、上述の実施の形態においては、防着部材７に冷却部のみを設けるようにしたが、本発明はこれに限られず、必要に応じて温度調整用のヒータ等を設けることも可能である。

さらに、防着部材７のみならず、蒸発源３の輻射熱損失に影響を及ぼす部分に上記防着部材７と同様の温度調整手段を設けることも可能である。

さらにまた、本発明は有機ＥＬ素子の有機薄膜を形成するための装置に限られず、種々の蒸着装置に適用することができる。ただし、本発明は有機蒸発材料を用いて有機ＥＬ素子の有機薄膜を形成する場合に特に有効なものである。

（ａ）：本発明に係る有機蒸着装置の好ましい実施の形態の正面側断面図 （ｂ）：同実施の形態の制御系の構成を示すブロック図 同実施の形態の防着部材の平面図 同実施の形態の蒸発源の動作を示す説明図 （ａ）：従来の有機蒸着装置の正面側断面図 （ｂ）：同有機蒸着装置の制御系の構成を示すブロック図

符号の説明

１…真空蒸着装置 ２…真空槽 ３…蒸発源 ５…基板（成膜対象物） ６…マスク ７…防着部材 ３０…容器 ３１…熱電対 ３２…ヒータ ５０…膜厚センサ（蒸発量モニター）

Claims (6)

1. 所定の成膜対象物が収容される真空槽と、
   前記真空槽内において待機位置と成膜位置との間を移動するように構成され、所定の有機蒸発材料を蒸発させるための蒸発源と、
   前記待機位置において前記蒸発源から蒸発する蒸気の蒸発レートを測定するための蒸発量モニターとを備え、
   前記蒸発量モニターにおいて得られた結果に基づいて前記蒸発源における蒸発レートを制御しつつ、前記有機蒸発材料を前記成膜対象物に蒸着させるように構成された有機蒸着装置であって、
   前記蒸発源と前記蒸発量モニターの間に、当該有機蒸発材料を通過させるための開口部を有する板状の防着部材が設置固定されるとともに、
   当該防着部材の前記成膜対象物側の面で前記開口部を除く水平面上に冷却部が設けられている有機蒸着装置。
2. 前記防着部材が、前記成膜対象物のマスクと同等の輻射率の材料からなる請求項１記載の有機蒸着装置。
3. 前記待機位置における前記蒸発源と前記防着部材との距離が、前記成膜位置における前記蒸発源と前記マスクとの距離に等しい請求項２記載の有機蒸着装置。
4. 前記冷却部が、液冷によるものである請求項１乃至３のいずれか１項記載の有機蒸着装置。
5. 前記防着部材の開口部が、前記蒸発量モニターの直下の位置に設けられたモニター用開口部と、前記成膜位置における前記蒸発源の移動範囲の上方に設けられた成膜用開口部とを有し、前記モニター用開口部と前記成膜用開口部とが同一平面内に設けられ、前記防着部材を静止した状態で前記蒸発源が前記モニター用開口部の下方と前記成膜用開口部の下方との間を移動するように構成されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の有機蒸着装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項記載の有機蒸着装置を用いて有機材料の蒸着を行う方法であって、
   真空中で前記蒸発源内の前記有機蒸発材料を蒸発させ、前記蒸発源を待機させながら当該有機蒸発材料の蒸発レートを測定し、その測定結果に基づいて前記蒸発源における蒸発レートを制御しつつ前記蒸発源を移動させながら成膜対象物に対して蒸着を行う際、前記蒸発源の蒸気放出部分近傍の輻射熱損失が、待機時と成膜時において同等となるようにした有機蒸着方法。

Images