JP4847496B2 - 蒸着源ユニット、蒸着方法、蒸着源ユニットの制御装置および成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸着法により被処理体上に成膜する成膜装置、蒸着源ユニット、蒸着方法および蒸着源ユニットの制御装置に関し、より詳しくは、成膜材料を気化させるための温度制御に関する。

近年、有機化合物を用いて発光させる有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を利用した有機ＥＬディスプレイが注目されている。有機ＥＬディスプレイに用いられる有機ＥＬ素子は、自発光し、反応速度が速く、消費電力が低い等の特徴を有しているため、バックライトを必要とせず、たとえば、携帯型機器の表示部等への応用が期待されている。

図３に示したように、有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に形成され、有機層を陽極（アノード）および陰極（カソード）にてサンドイッチした構造をしている。有機ＥＬ素子の陽極および陰極に電圧を印加すると、陽極からはホール（正孔）が有機層に注入され、陰極からは電子が有機層に注入される。注入されたホールおよび電子は有機層にて再結合し、このとき発光が生じる。

このようにして自発光する有機ＥＬ素子の製造工程では、蒸着法により各種有機膜を積層させることによって有機層が形成される。成膜中、材料容器の温度制御は、有機成膜材料の気化速度を左右する。このため、材料容器の温度制御は、被処理体上に形成する膜質を良好にし、有機ＥＬ素子の発光輝度を高め、素子の寿命を向上させるために重要である。特に、複数種類の有機成膜材料を搬送路に通して、搬送中に混合させながら被処理体に付着させる場合には、各成膜材料の気化速度により複数種類の成膜材料の混合比が左右されるため、膜質を大きく左右する。そのため、有機成膜では、±０．１℃という精密な温度制御が要求される。

たとえば、特許文献１に記載された蒸着源の温度制御方法では、材料容器の外部に設置されたヒーターを加熱することにより、材料容器を所望の温度に制御し、これにより、有機成膜材料の気化速度を制御する。気化された有機材料は、キャリアガスにより搬送され、被処理体に付着することにより有機膜が成膜される。

一般的な蒸着源は比較的構造が大きいため、材料容器に成膜材料を補充する際のメンテナンスを考慮すると、ヒーターの設置位置は、材料容器と別体に構成し、材料補充時には、ヒーターを残して、材料容器のみ持ち運ぶように装置構成したほうがよい。

特開２００４−２２０８５２号公報

しかしながら、材料容器とヒーター設置部材とを別体にすると、材料容器とヒーター設置部材との接触面に間隙が生じ、その間隙にて接触熱抵抗が生じる。特に、蒸着源内は真空状態に保持されている。このため、材料投入部材とヒーター設置部材との接触面に生じる隙間は真空であり、接触熱抵抗が大きく、熱伝導が悪い。

よって、材料容器を所望の温度に制御するために、ヒーター設置部材側に温度センサを取り付け、センサの検出温度に応じてヒーターを制御しても、ヒーターの熱は、接触面の間隙を移動する際、接触熱抵抗によりヒーター設置側から材料容器側に移動しづらい。

また、ヒーター設置部材の厚み分、ヒーターから材料容器までの距離が長くなる。このため、各部材を熱が伝わる際の熱抵抗が大きくなり、ヒーターの熱は、材料容器に伝わりづらくなる。さらに、ヒーターは蒸着源の周囲に設けられているため、放熱により熱の一部が外部に奪われる。このため、ヒーター設置側と材料容器側との間に温度差が生じてしまう。

これに対して、その温度差を測定し、前記温度差分の熱量を上乗せしてヒーターの出力熱量を制御することも考えられるが、上乗せする熱量の加減が難しく、材料容器を直接温度制御する場合に比べて精度が落ちることが多い。

温度センサを材料容器に取り付け、材料容器の温度を直接検出した結果に基づき、ヒーター設置側に設けられたヒーターを制御することも考えられる。しかしながら、これでは、センサがセンシングする部材と実際に制御されるヒーターの設置部材とが異部材になるため、検出温度に対するヒーターの温度制御が難しく、その精度が悪くなることも予想される。よって、これによっても材料容器の温度制御性を高めることは難しい。

以上の要因から、材料容器とヒーター設置部材とを別体にすると、ヒーター設置側と材料容器側との間に温度差が生じてしまったり、ヒーターの熱を変化させてから、実際に材料容器の温度が変化するまでの応答性が悪くなるという問題が生じやすく、このような材料容器の温度制御性の悪化は、成膜制御性に影響を与え、膜質を悪くする。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、成膜材料を収納した材料容器の温度制御性を高めるように構成された蒸着源ユニット、蒸着方法、蒸着源ユニットの制御装置および成膜装置を提供する。

すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、成膜材料が収納された材料容器を有する材料投入器と、中空の内部に前記材料投入器が装着される外部ケースと、前記材料投入器に設けられ、前記材料容器又は該材料容器に隣接して設けられた、キャリアガスを導入する流路を直接的に加熱する第１の加熱部材と、前記材料投入器が前記外部ケースに装着されることにより画定され、前記材料容器に収納された成膜材料のうち、前記第１の加熱部材の加熱により気化した成膜材料を搬送する搬送路と、を備えた蒸着源ユニットが提供される。

これによれば、たとえば、第１の加熱部材は、材料投入側に設けられ、材料容器を直接加熱する。たとえば、第１の加熱部材がヒーターの場合について説明すると、ヒーターの設置部材とヒーターの加熱対象部材とは、同じ材料投入器になる。よって、ヒーターの熱が材料容器に伝わる際、接触熱抵抗が生じない。

また、ヒーターから材料容器までの距離が短くなるので、ヒーターの熱が材料容器に伝わる際のトータルの熱抵抗や放熱もわずかになる。よって、ヒーターの熱が充分に材料容器まで伝わり、かつ、ヒーターの熱を変化させてから、実際に材料容器の温度が変化するまでの応答性が良好になる。この結果、材料容器の温度制御性が良くなり、成膜制御性を高め、加熱により気化した成膜材料により優れた特性を有する膜を成膜することができる。

なお、気化とは、液体が気体に変わる現象だけでなく、固体が液体の状態を経ずに直接気体に変わる現象（すなわち、昇華）も含む。

前記材料投入器は、さらにキャリアガスを導入する流路を有し、前記第１の加熱部材は、前記材料容器又は前記流路の少なくともいずれかに接触又は埋設して設けられてもよい。

これによっても、第１の加熱部材の熱が材料容器に伝わるときに接触熱抵抗が生じないため、熱伝導が良好に保たれる。また、外部ケースのキャリアガスを導入側からの放熱を効果的に防ぐことができる。この結果、第１の加熱部材の温度制御に実際の材料容器の温度がレスポンス良く追従し、成膜制御性が良くなり、良質な膜を成膜することができる。

前記材料投入器に取り付けられた第１の温度センサをさらに備え、前記第１の加熱部材は、前記第１の温度センサが検出した温度に応じて制御されてもよい。

これによれば、第１の温度センサと第１の加熱部材とはともに材料容器側に取り付けられる。よって。第１の温度センサにより検出された温度に応じて第１の加熱部材を制御する際、接触熱抵抗により生じる温度差分の熱量を上乗せしてヒーターの出力熱量を制御する必要がない。よって、材料容器の温度制御性が良くなり、成膜制御性を高め、良質な膜を成膜することができる。

前記外部ケースに設けられ、前記外部ケースを介して前記材料容器を間接的に加熱する第２の加熱部材と、前記外部ケースに取り付けられた第２の温度センサと、をさらに備え、前記第２の加熱部材は、前記第２の温度センサが検出した温度に応じて制御されてもよい。

これによれば、前記第１及び第２の加熱部材により蒸着源ユニット全体の温度の偏りをなくし、材料器の温度制御性を高めることができる。

前記第１の加熱部材は、前記材料容器を前記外部ケースの内部に入れ込んだ状態、又は前記材料容器及び前記キャリアガスの流路を前記外部ケースの内部に入れ込んだ状態にて前記材料容器を加熱してもよい。

前記第１の加熱部材は、前記材料投入器とともに前記外部ケースに着脱可能に装着されてもよい。

これによれば、第１の加熱部材を材料投入器とともに外部ケースから取り外すことができるため、成膜材料補充の際、メンテナンスを容易にすることができる。

また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、成膜材料が収納された材料容器を有する材料投入器を中空の外部ケース内に装着し、前記材料投入器に取り付けられた第１の温度センサにより前記材料投入器の温度を検出し、前記検出された材料投入器の温度に応じて前記材料投入器に設けられた第１の加熱部材を制御することにより、前記材料容器又は該材料容器に隣接して設けられた、キャリアガスを導入する流路を直接的に加熱し、前記材料容器に収納された成膜材料のうち、前記第１の加熱部材の加熱により気化された成膜材料を、前記装着された材料投入器と外部ケースとにより画定される搬送路に通して搬送させる蒸着方法が提供される。

前記外部ケースに取り付けられた第２の温度センサにより前記外部ケースの温度を検出し、
前記検出された外部ケースの温度に応じて前記外部ケースに設けられた第２の加熱部材を制御することにより、前記材料容器を間接的に加熱してもよい。

また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、前記蒸着源ユニットを制御する制御装置であって、前記第１の温度センサにより検出された温度を所定時間毎に取り込み、前記取り込んだ温度に応じて前記第１の加熱部材を制御する蒸着源ユニットの制御装置が提供される。

また、前記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、前記蒸着源ユニットに設けられた前記第１の加熱部材の加熱により成膜材料を気化し、気化された成膜材料を前記搬送路に通して被処理体に蒸着させる成膜装置が提供される。

前記蒸着源ユニットは複数備えられ、それぞれ基幹搬送路に連結され、各蒸着源ユニットにてそれぞれ気化された成膜材料を前記各蒸着源ユニットにて画定された搬送路から前記基幹搬送路に通して、前記基幹搬送路にて混合させながら被処理体に蒸着させてもよい。

これによれば、複数の蒸着源ユニットを用いて複数種類の成膜材料を気化させて、搬送中に混合させながら被処理体まで搬送することができる。この場合、上記構成の蒸着源ユニットによれば、前記接触熱抵抗Ｒｂが生じず、前記熱抵抗Ｒｔが小さくなるため、材料容器の温度制御性が良くなり、各蒸着源ユニットでの気化速度（成膜速度に対応）を精度良く制御することができる。これにより、複数種類の成膜材料の混合割合を正確に制御することができ、被処理体に良質の膜を成膜することができる。この結果たとえば、有機成膜材料の成膜では、有機ＥＬ素子の発光輝度を高め、素子の寿命を向上させることができる。

以上説明したように、本発明に係る蒸着源ユニット、蒸着方法、蒸着源ユニットの制御装置および成膜装置によれば、成膜材料を収納した材料容器の温度制御性を高め、成膜速度を所望の速度に保つことにより、良質な膜を成膜することができる。

発明を実施するための形態

以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る蒸着源ユニットについて説明するにあたり、まず、各実施形態に係る蒸着源ユニットが利用される有機成膜装置を含んだ基板処理システム１０について、その概略構成を示した図１を参照しながら説明する。

（基板処理システム）
本実施形態にかかる基板処理システム１０は、複数の処理容器を有するクラスタ型装置であり、ロードロック室ＬＬＭ、搬送室ＴＭ、前処理室ＣＭおよび４つのプロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ４を有している。基板処理システム１０は、たとえば、図３の有機ＥＬ素子の製造に使用される。

ロードロック室ＬＬＭは、大気系から搬送されたガラス基板（以下「基板Ｇ」という）を、真空度の高いプロセスモジュールＰＭに搬送するために内部を減圧状態に保持する。基板Ｇ上には、予め陽極としてインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が形成されている。基板Ｇは、搬送室ＴＭの搬送アームＡｒｍを用いて前処理室ＣＭに搬送され、ＩＴＯ表面をクリーニングした後、プロセスモジュールＰＭ１に搬送される。

プロセスモジュールＰＭ１には、図２に示した蒸着機構２０が６つ並べて配置され、ＩＴＯ上に６層の有機層が連続成膜される。成膜後、基板Ｇは、プロセスモジュールＰＭ４に搬送され、スパッタリングにより基板Ｇの有機層上にメタル電極（陰極層）を形成する。さらに、基板Ｇは、プロセスモジュールＰＭ２に搬送され、配線用のパターンをエッチングにより形成し、再び、プロセスモジュールＰＭ４にてスパッタリングによりエッチング部分に金属配線を成膜し、最後に、プロセスモジュールＰＭ３に搬送され、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：気相成長法）により有機層を封止する封止膜を形成する。

（有機層の連続成膜）
つぎに、６層の有機層を連続成膜する機構について説明する。プロセスモジュールＰＭ１に設置された６つの蒸着機構２０は、すべて同一構造である。そこで、図２に示した蒸着機構２０の縦断面を参照しながら、一の蒸着機構２０についてのみ説明することにより、他の蒸着機構２０の説明を省略する。

蒸着機構２０は、矩形状の処理容器Ｃｈの内部に他の５つの蒸着機構２０とともに設置されている。処理容器Ｃｈの内部は、図示しない排気装置により所望の真空状態に保たれている。蒸着機構２０は、３個の蒸着源ユニット２００ａ〜２００ｃ及び吹き出し部３００を有していて、その間は基幹搬送路４００により連結されている。

蒸着源ユニット２００は、材料投入器２１０と外部ケース２２０とを有している。材料投入器２１０は、有機成膜材料を収納する材料容器２１０ａとキャリアガスを導入する流路２１０ｂとを有する。外部ケース２２０は、ボトル状に形成され、中空の内部に材料投入器２１０が着脱可能に装着されるようになっている。材料投入器２１０が外部ケース２２０に装着されると、有機成膜材料の気化分子を搬送する搬送路２１０ｃが画定される。

材料投入器２１０の端部には、図示しないガス供給源に接続され、ガス供給源から供給されるアルゴンガスを流路２１０ｂに導入する。アルゴンガスは、材料容器２１０ａに収納された成膜材料の有機分子を搬送するキャリアガスとして機能する。よって、キャリアガスは、アルゴンガスに限られず、ヘリウムガスやクリプトンガスなどの不活性ガスであればよい。

成膜材料の有機分子は、蒸着源ユニット２００の搬送路２１０ｃから基幹搬送路４００を通って吹き出し部３００に搬送され、バッファ空間Ｓに一時滞留してから、その上部に設けられた開口３１０より吹き出し部３００の外部に飛び出し、吹き出し部３００のすぐ上方の基板Ｇ上に蒸着する。

かかる構成の蒸着機構２０を６つ用いて６層連続成膜処理を実行した結果を図３に示す。これによれば、基板Ｇが、１〜６番目の蒸着機構２０の吹き出し部３００の上方をある速度で進行することにより、基板ＧのＩＴＯ上に順に、第１層のホール注入層、第２層のホール輸送層、第３層の青発光層、第４層の緑発光層、第５層の赤発光層、第６層の電子輸送層が形成される。このうち、第３層〜第５層の青発光層、緑発光層、赤発光層がホールと電子の再結合により発光する発光層である。また、有機層上のメタル層Ａｇは、前述したとおり、基板処理システム１０のプロセスモジュールＰＭ４にてスパッタリングにより成膜される。

（蒸着源ユニットの内部構成）
つぎに、以上に説明した本実施形態にかかる蒸着機構２０に設けられた蒸着源ユニット２００の内部構成について、図４の蒸着源ユニット２００の断面図を参照しながら説明する。

蒸着源ユニット２００の材料投入器２１０及び外部ケース２２０は、同一物質のステンレスから形成されている。よって、材料投入器２１０の材料容器２１０ａ、キャリアガスの流路２１０ｂ及び外部ケース２２０の熱伝導率λは同じである。ボトル形状の外部ケース２２０の底面側（図４では右端面）の開口から材料投入器２１０は挿入され、外部ケース２２０に装着することにより外部ケース２２０の内部は密閉される。外部ケース２２０の内部は、外部ケースの先端側（図４では左端面）の開口に連通する図示しないポンプにより排気され、所定の真空度に保たれている。

外部ケース２２０の周縁部には、外部ヒーター２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃが均等に巻かれている。材料投入器２１０の流路２１０ｂには、内部ヒーター２１０ｄが設置されている。

なお、内部ヒーター２１０ｄは、材料投入器２１０に設けられ、材料投入器２１０を加熱する第１の加熱部材に相当し、外部ヒーター２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃは、外部ケース２２０に設けられた、材料容器２１０ａを加熱する第２の加熱部材に相当する。

また、内部ヒーター２１０ｄは、材料容器２１０ａ又は流路２１０ｂの少なくともいずれかに接触又は埋設して設けられていてもよい。ただし、材料容器２１０ａ内に成膜材料を補充するとき、図５に示したように、内部ヒーター２１０ｄは、材料投入器２１０とともにスムーズに外部ケース２２０から取り外され、材料補充後、再び外部ケース２２０にスムーズに装着することができる位置に設置される必要がある。これにより、成膜材料の際のメンテナンスを容易にすることができる。

材料投入器２１０には、第１の温度センサとしての温度センサＢ５１０が取り付けられている。内部ヒーター２１０ｄは、温度センサＢ５１０が検出した温度Ｔｂに応じて制御装置６００により温度制御される。外部ケース２２０には、第２の温度センサとしての温度センサＡ５２０が取り付けられている。外部ヒーター２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃは、温度センサＡ５２０が検出した温度Ｔａに応じて制御装置６００により温度制御される。

制御装置６００は、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶領域であるメモリ６１０、各種制御を担う頭脳部分であるＣＰＵ６２０及び内部及ぶ外部とのインターフェース機能を有する入出力Ｉ／Ｆ６３０を有していて、バス６４０により接続されている。メモリ６１０には、各種データや図８（ａ）（ｂ）のテーブル、図７の温度制御処理を実行するためのプログラムが記憶されている。ＣＰＵ６２０は、メモリ６１０に格納されたデータやプログラムを用いて、センサの検出温度Ｔａ，Ｔｂから外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃ及び内部ヒーター２１０ｄに印加する電圧をそれぞれ求め、図示しない温調器に送信し、温調器は、送信された情報に基づき、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃ及び内部ヒーター２１０ｄに、それぞれ必要な電圧を印加する。これにより、材料容器２１０ａが所望の温度に制御され、成膜材料の気化速度が制御される。

なお、気化とは、液体が気体に変わる現象だけでなく、固体が液体の状態を経ずに直接気体に変わる現象（すなわち、昇華）も含む。また、制御装置６００による温度制御については後述する。

（熱伝導）
以上に説明したように、本実施形態に係る蒸着源ユニット２００では、外部ケース２２０に外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃを設けただけでなく、材料投入器２１０にも別途、内部ヒーター２１０ｄを設けた。そこで、蒸着源ユニット２００の材料投入器側にもヒーターを取り付けた場合（図４，５）と取り付けなかった場合（図１１、１２）との熱伝導の違いについて説明する。

まず、図１１、１２に示したように、外部ケース２２０にのみ外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃを取り付け、図４の内部ヒーター２１０ｄに該当する内部ヒーターが存在しない場合の熱伝導について説明する。

外部ケース２２０と材料容器２１０ａとの接触面には、図１０の範囲Ｅｘを拡大した図６に示したように間隙Ｇが存在する。よって、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃから出力された熱は、外部ケース２２０、外部ケース２２０と材料投入器２１０との接触面の間隙Ｇ、材料容器２１０ａの順に伝わる。このとき、外部ケース２２０、接触面の間隙Ｇ、材料容器２１０ａのそれぞれにて、熱抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃが生じる。

これら熱抵抗のうち、熱伝導を悪化させる第１の要因は、材料投入器２１０と外部ケース２２０の接触面の隙間Ｇにて生じる接触熱抵抗Ｒｂである。特に、蒸着源ユニット内は真空状態に保持されている。このため、隙間Ｇも真空となり、接触熱抵抗が大きく、熱伝導が悪い。

よって、材料容器２１０ａを所望の温度に制御するために、外部ケース側に温度センサＡを取り付け、温度センサＡの検出温度Ｔａに応じて外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃを制御しても、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃの熱は、接触面の間隙Ｇを移動する際、接触熱抵抗Ｒｂにより外部ケース側から材料容器側に移動しづらい。

熱伝導を悪化させる第２の要因は、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃの熱が外部ケース２２０及び材料投入器２１０を移動する際に生じる熱抵抗Ｒａ、Ｒｃである。熱抵抗Ｒａ（又はＲｃ）は、各部材の熱伝導率λ、各部材の厚さｌ、各部材の接触面積Ａにより次式から求められる。
熱抵抗Ｒａ（又はＲｃ）＝ｌ／（λ×Ａ）

ここで、外部ケース２２０と材料投入器２１０とは同一物質であるから、熱伝導率λは、温度が一定ならば一定値となる。また外部ケース２２０及び材料投入器２１０の接触面積は充分大きい。よって、外部ケース２２０の厚み分、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃから材料容器２１０ａまでの距離は長くなる。このため、熱抵抗Ｒｔ（＝Ｒａ＋Ｒｃ）は大きくなり、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃの熱は、材料容器２１０ａに伝わりづらくなる。

さらに、外部ケースの底面（図４では右端面）からの放熱も発生する。以上の要因から、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃのみでは、各ヒーターの熱が充分に材料容器２１０ａまで伝わらなかったり、各ヒーターの熱を変化させてから、実際に材料容器２１０ａの温度が変化するまでの応答性が悪かったりして、外部ヒーターと材料容器の間に温度差が生じる場合がある。有機成膜では、±０．１℃という精密な温度制御が要求されるから、外部ヒーターと材料容器の間の温度差による材料容器２１０ａの温度制御性の悪化は、成膜制御性に影響を与え、膜質を悪くする。

これに対して、温度センサＡを材料容器２１０ａに取り付け、材料容器２１０ａの温度を直接検出した結果に基づき、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃを制御することも考えられる。しかしながら、これでは、温度センサＡがセンシングする材料容器２１０ａと実際に制御される外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃが設置された外部ケース２２０とが異部材になるため、検出温度に対して、上記式にて表される熱抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃを考慮しながら外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃを温度制御することは難しく、その精度が悪くなることも予想される。よって、これによっても±０．１℃という精密な温度制御は困難である。

また、プロセスを停止し、待機している間、キャリアガスの供給を停止させ、外部ケースから気体分子が基幹搬送路側に流れていかないように図示しないバルブを閉めるため、蒸着源ユニット内部は密閉状態になる。一方、蒸着源ユニット２００内は、排気装置により真空引きされている。よって、待機中の蒸着源ユニット２００内部は、キャリアガスの供給がない分、プロセス中より高真空（減圧）状態になり、熱を伝えにくい状態となる。

このとき、外部ヒーター側と材料容器側とは熱的に平衡状態になろうとする。このため、ヒーター側からの熱が材料容器側に流れ込んでいき、蒸着源ユニット内部及び成膜材料の温度が徐々に上昇し、材料容器２１０ａに収納された成膜材料が高温状態にさらされ、後のプロセスに影響することになる。

これを解決するためには、外部ヒーター側と材料容器側との温度差を小さくする必要がある。その手段としては、外部ケース２２０の端面からの放熱を防ぎ、外部ヒーター側と材料容器側との温度差をなくすように所定位置にさらなるヒーターを設置することが考えられる。

そこで、図４及び図５に示した本実施形態に係る蒸着源ユニット２００では、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃに加え、内部ヒーター２１０ｄが材料投入器２１０側に設けられ、材料容器２１０ａを直接加熱する。

これによれば、内部ヒーター２１０ｄの熱が材料容器２１０ａに伝わる際、接触熱抵抗Ｒｂが生じない。また、内部ヒーター２１０ｄから材料容器２１０ａまでの距離が短くなるので、熱抵抗Ｒｔは小さくなる。よって、内部ヒーター２１０ｄの熱が充分に材料容器２１０ａまで伝わり、かつ、内部ヒーター２１０ｄの熱を変化させてから、実際に材料容器２１０ａの温度が変化するまでの応答性が良好になる。

さらに、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃは、外部ケース２２０に巻かれているため、放熱よる熱の損失が生じるが、内部ヒーター２１０ｄによりこれを補うことができる。外部ケース２２０の端面からの放熱も防ぐことができる。これにより、外部ヒーター側と材料容器側との温度差をなくすことができる。この結果、材料容器２１０ａの温度制御性が良くなり、成膜制御性を高め、加熱により気化した成膜材料により優れた特性を有する膜を成膜することができる。なお、外部ケース２２０の径をＤφとすると、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃの径の公差は、Ｄφ０−Ｄφ０．０２（ｍｍ）となる。

（温度制御処理）
つぎに、制御装置６００により実行される温度制御処理について、図７に示した温度制御処理（ＰＩＤ制御処理）のフローチャートを参照しながら説明する。なお、図７の温度制御処理は所定時間経過毎に制御装置６００のＣＰＵ６２０により実行される。

制御装置６００は、ステップＳ７００から温度制御処理を開始し、ステップＳ７０５にて温度センサＡ、Ｂにより検出された温度Ｔａ、Ｔｂを取り込む。つぎに、制御装置６００は、ステップＳ７１０にて、予め定められた材料容器の設定温度Ｔｙと温度センサＡの検出温度Ｔａとの差分Ｔｄ１に、接触熱抵抗分の温度Ｔｄ’を上乗せした外部ヒーター制御温度Ｔｙ’に外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃをそれぞれ制御する。

たとえば、図８（ａ）に示した場合、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃの温度を、現在の温度に差分Ｔｄ１を加え、さらに、接触熱抵抗分の温度Ｔｄ’を上乗せした外部ヒーター制御温度Ｔｙ’に制御する。

つぎに、制御装置６００は、ステップＳ７１５にて、材料容器設定温度Ｔｙと温度センサＢの検出温度Ｔｂとの差分Ｔｄ２から内部ヒーター制御温度（材料容器設定温度Ｔｙ）に内部ヒーター２１０ｄを制御する。

たとえば、図８（ｂ）に示した場合、内部ヒーター２１０ｄの温度を、現在の温度に差分Ｔｄ２を加えた内部ヒーター制御温度（材料容器設定温度Ｔｙ）に制御する。その後、ステップＳ７９５にて本処理を終了する。

以上に説明した温度制御処理によれば、温度センサＡと外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃとにより、材料容器２１０ａを、接触熱抵抗分を考慮して間接的に温度制御するとともに、温度センサＢと内部ヒーター２１０ｄとにより、材料容器２１０ａを、接触熱抵抗分を考慮せずに直接的に温度制御する。これにより、材料容器２１０ａの温度制御性を高め、成膜速度を所望の速度に保ち、良質な有機膜を成膜することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る蒸着源ユニット２００について、図９、１０を参照しながら説明する。本実施形態に係る蒸着源ユニット２００では、第１実施形態に係る外部ケース２２０の長手方向の長さが、外部ケース２２０に取り付けられていた外部ヒーター２２０ｃ分だけ短くなっている。キャリアガスの流路２１０ｂの周縁には、図１０に示したように内部ヒーター２１０ｄが巻かれる。これにより、本実施形態では、材料投入器２１０の材料容器２１０ａのみ外部ケース２２０の内部に挿入された状態で外部ケース２２０の内部は密閉され、キャリアガスの流路２１０ｂは外部ケース２２０の外部に露出する。

これによっても、制御装置６００は、温度センサＡ、Ｂの検出温度Ｔａ、Ｔｂを取り込み、上記温度制御処理（図７）に基づいて、温度センサＡと外部ヒーター２２０ａ、２２０ｂとにより材料容器２１０ａを間接的に温度制御するとともに、温度センサＢと内部ヒーター２１０ｄとにより材料容器２１０ａを直接的に温度制御する。これにより、材料容器２１０ａの温度制御性を高め、成膜速度を所望の速度に保ち、良質な有機膜を成膜することができる。

発明者らは、外部ヒーター２２０ａ、２２０ｂ及び内部ヒーター２１０ｄを装着した本実施形態に係る蒸着源ユニット２００を用いた場合（図９）と、外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃを装着し、内部ヒーターを装着していない蒸着源ユニットを用いた場合（図１１）との温度制御について比較して実験した。その結果を、図１３及び図１４に示す。図１３は、図９の蒸着源ユニット２００を用いた場合の温度制御結果であり、図１４は、図１１の比較例に係る蒸着源ユニットを用いた場合の温度制御結果である。

まず、上記実験結果を得るために実験中の処理容器Ｃｈの内部の状態を説明する。図２に示した基板Ｇは、図示しない静電チャック機構により載置台に静電吸着されている（チャック）。蒸着処理中、基板Ｇは静電吸着されたままバックヘリウムを流すことにより冷却される。蒸着処理後、基板Ｇの静電吸着は解除される（デチャック）。

デチャック時、静電吸着により載置台と基板Ｇとの間に拘束されていた上記ガスが解放され、処理容器内に入り込む。これにより、処理容器Ｃｈの内部の圧力は高くなる。この結果、図１４に示したように、デチャック直後、処理容器内の温度（Ｍｏｎ１）及び材料温度（Ｍｏｎ２）は、約１℃上昇する。これに対しては、処理容器内及び材料の温度を定常状態に戻すように、図１１の温度センサＡが検出した温度Ｔａにより外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃの制御温度を変更するが、図１４の実験結果によれば、処理容器内の温度（Ｍｏｎ１）及び材料温度（Ｍｏｎ２）がほぼ定常状態に戻るまでに５分程度かかった。つまり、基板Ｇを剥がす度に処理室内の温度が変動し、安定した有機膜の蒸着に悪影響を与えていた。

一方、本実施形態に係る蒸着源ユニット２００によれば、図９に示した温度センサＡが検出した温度Ｔａにより、外部ヒーター２２０ａ，２２０ｂの制御温度を変更するだけでなく、温度センサＢが検出した温度Ｔｂにより、内部ヒーター２１０ｄの制御温度を変更する。内部ヒーター２１０ｄの温度制御では、前述したように接触熱抵抗分を考慮しない直接的な温度制御が可能である。このため、リアルタイムな温度コントロールにより、図１３の実験結果によれば、デチャック後処理容器内の圧力が上昇しても、処理容器内の温度（Ｍｏｎ１）及び材料温度（Ｍｏｎ２）は、ほぼ定常状態を維持したまま良好な温度制御を実現できていた。

以上に説明した各実施形態によれば、ヒーターの配置位置により熱抵抗を小さくし、これによって成膜材料を収納した材料容器の温度制御性を高めることができる。この結果、成膜速度を所望の速度に管理することができ、良質な膜を成膜することができる。

上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、蒸着源ユニットの実施形態を成膜材料の蒸着方法の実施形態とすることができる。

また、前記蒸着源ユニットの実施形態を用いて、温度センサＢにより検出された温度Ｔｂを所定時間毎に取り込み、前記取り込んだ温度Ｔｂに応じて内部ヒーターを温度制御する蒸着源ユニットの制御装置を実現することができる。

さらに、前記蒸着源ユニットを有機成膜装置に複数設けることにより、各蒸着源ユニットに設けられた内部ヒーターを用いて有機成膜材料を気化し、気化された成膜材料を搬送路に通して基板Ｇまで搬送することにより、材料容器の温度制御性を高め、複数種類の成膜材料の混合割合を正確に制御することができ、基板Ｇに良質の膜を成膜することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、上記実施形態では、外部ケース側に外部ヒーター２２０ａ〜２２０ｃを設けた上で、材料投入器２１０側にも別途、内部ヒーター２１０ｄを設けた。しかしながら、本発明に係る蒸着源ユニットでは、材料投入器側に加熱部材を設ければよく、外部ケース側の加熱部材は設けても、設けなくてもよい。

本発明に係る成膜装置の成膜材料にパウダー状（固体）の有機ＥＬ材料を用いてもよい。また、成膜材料に主に液体の有機金属を用い、気化させた成膜材料を５００〜７００℃に加熱された被処理体上で分解させることにより、被処理体上に薄膜を成長させるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）に用いることもできる。

本発明の各実施形態に係るクラスタ型の基板処理システムの概略構成図である。 同実施形態に係る蒸着機構を模式的に示した図である。 同実施形態に係る成膜装置により形成される有機ＥＬ素子を示した図である。 第１実施形態に係る蒸着源ユニットの縦断面図である。 第１実施形態に係る外部ケース及び材料投入器の斜視図である。 接触熱抵抗を説明するための図である。 温度制御処理を示したフローチャートである。 検出温度Ｔａ、Ｔｂと材料容器の設定温度との関係を説明するためのグラフである。 第２実施形態に係る蒸着源ユニットの縦断面図である。 第１実施形態に係る外部ケース及び材料投入器の斜視図である。 一比較例として示した蒸着源ユニットの縦断面図である。 一比較例として示した外部ケース及び材料投入器の斜視図である。 第２実施形態に係る蒸着源ユニットを用いた温度制御の実験結果である。 比較例の蒸着源ユニットを用いた温度制御の実験結果である。

符号の説明

１０ 基板処理システム
２０ 蒸着機構
２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ 蒸着源ユニット
２１０ 材料投入器
２１０ａ 材料容器
２１０ｂ 流路
２１０ｃ 搬送路
２１０ｄ 内部ヒーター
２２０ 外部ケース
２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ 外部ヒーター
３００ 吹き出し部
３１０ 開口
４００ 基幹搬送路
５１０ 温度センサＢ
５２０ 温度センサＡ
６００ 制御装置

Claims (12)

1. 成膜材料が収納された材料容器を有する材料投入器と、
   中空の内部に前記材料投入器が装着される外部ケースと、
   前記材料投入器に設けられ、前記材料容器又は該材料容器に隣接して設けられた、キャリアガスを導入する流路を直接的に加熱する第１の加熱部材と、
   前記材料投入器が前記外部ケースに装着されることにより画定され、前記材料容器に収納された成膜材料のうち、前記第１の加熱部材の加熱により気化した成膜材料を搬送する搬送路と、を備えた蒸着源ユニット。
2. 前記第１の加熱部材は、前記材料容器又は前記流路の少なくともいずれかに接触又は埋設して設けられる請求項１に記載された蒸着源ユニット。
3. 前記材料投入器に取り付けられた第１の温度センサをさらに備え、
   前記第１の加熱部材は、前記第１の温度センサが検出した温度に応じて制御される請求項１または請求項２のいずれかに記載された蒸着源ユニット。
4. 前記外部ケースに設けられ、前記外部ケースを介して前記材料容器を間接的に加熱する第２の加熱部材と、
   前記外部ケースに取り付けられた第２の温度センサと、をさらに備え、
   前記第２の加熱部材は、前記第２の温度センサが検出した温度に応じて制御される請求項３に記載された蒸着源ユニット。
5. 前記第１の加熱部材は、前記材料容器を前記外部ケースの内部に挿入した状態、又は前記材料容器及び前記キャリアガスの流路を前記外部ケースの内部に挿入した状態にて前記材料容器を加熱する請求項１〜４のいずれかに記載された蒸着源ユニット。
6. 前記第１の加熱部材は、前記材料投入器とともに前記外部ケースに着脱可能に装着される請求項１〜５のいずれかに記載された蒸着源ユニット。
7. 前記第１の加熱部材は、ヒーターである請求項１〜６のいずれかに記載された蒸着源ユニット。
8. 成膜材料が収納された材料容器を有する材料投入器を中空の外部ケース内に装着し、
   前記材料投入器に取り付けられた第１の温度センサにより前記材料投入器の温度を検出し、
   前記検出された材料投入器の温度に応じて前記材料投入器に設けられた第１の加熱部材を制御することにより、前記材料容器又は該材料容器に隣接して設けられた、キャリアガスを導入する流路を直接的に加熱し、
   前記材料容器に収納された成膜材料のうち、前記第１の加熱部材の加熱により気化された成膜材料を、前記装着された材料投入器と外部ケースとにより画定される搬送路に通して搬送させる蒸着方法。
9. 前記外部ケースに取り付けられた第２の温度センサにより前記外部ケースの温度を検出し、
   前記検出された外部ケースの温度に応じて前記外部ケースに設けられた第２の加熱部材を制御することにより、前記材料容器を間接的に加熱する請求項８に記載された蒸着方法。
10. 前記請求項３〜７のいずれかに記載された蒸着源ユニットの制御装置であって、
    前記第１の温度センサにより検出された温度を所定時間毎に取り込み、
    前記取り込んだ温度に応じて前記第１の加熱部材を制御する蒸着源ユニットの制御装置。
11. 前記請求項１〜７のいずれかに記載された蒸着源ユニットに設けられた第１の加熱部材を加熱することにより前記材料容器に収納された成膜材料を気化し、気化された成膜材料を前記搬送路に通して搬送させ、被処理体に蒸着させる成膜装置。
12. 前記蒸着源ユニットは複数備えられ、
    各蒸着源ユニットの搬送路は、基幹搬送路に合流し、
    前記各蒸着源ユニットにてそれぞれ気化した成膜材料を前記各蒸着源ユニットの搬送路から前記基幹搬送路に通して、前記基幹搬送路にて混合させながら被処理体に蒸着させる請求項１１に記載された成膜装置。

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