JP4848452B2

JP4848452B2 - 真空蒸着装置

Info

Publication number: JP4848452B2
Application number: JP2009297202A
Authority: JP
Inventors: 竜也平野; 敏郎小林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: JP2010150663A

Description

本発明は、真空蒸着装置に関するものである。

周知のように、真空蒸着法は、例えば、有機ＥＬ商品の製造過程において、主に低分子化合物を材料とする有機ＥＬ素子の薄膜を製造するために用いられている。この真空蒸着法は、真空チャンバ内において有機材料を収容した坩堝を設け、この坩堝をヒータ等で加熱することで有機材料を気化させて基板等に付着させて成膜ものである。

ところで、ヒータ配置の偏りや発熱量、真空チャンバ内の部材の配置により、坩堝内の有機材料の温度分布が偏ることがある。坩堝内の有機材料の温度分布が偏ると、有機材料が偏って気化するために基板に形成される薄膜が均一にならず、また、坩堝内に有機材料が偏った状態で大量に残存することになってしまう。

このような問題を解決した真空蒸着装置として、下記特許文献１のものがある。この真空蒸着装置は、高周波誘導加熱されない材質からなる坩堝内に、高周波誘導加熱される材質からなる多数の粒状混入物を収容し、この粒状混入物を高周波加熱することで有機材料を攪拌しながら加熱するものである。

特開２００４−３２３９１５号公報

しかしながら、従来の技術では、有機材料を加熱するために相当数の粒状混入物を必要とするので、有機材料の気化が進むと有機材料が粒状混入物の高さを下回ることとなり、粒状混入物の間に位置する有機材料が激しく加熱される。このため、有機材料が一定量を下回った場合には、新たに有機材料を追加したり、この有機材料を交換したりしなければならず、生産効率や経済性が悪いという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡素な構成で温度分布の均一化を図ることができ、材料の余分な充填を低減することができる真空蒸着装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明は、外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、前記坩堝の底部に分散配置され前記坩堝を支持すると共に、前記坩堝と前記真空チャンバの床部との間で伝熱する複数の支持部と、前記加熱源の発熱量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記坩堝内の前記蒸着材料が所定量以下となったことを条件として、前記加熱源による発熱調整を開始し、予め把握されている蒸発材料の温度分布を用いて、前記坩堝への加熱量が前記坩堝の位置に応じて異なるよう、該加熱源の発熱量を調整することを特徴とする。
この構成によれば、坩堝の底部に分散配置され、前記坩堝と前記真空チャンバの床部との間で伝熱する複数の支持部を備えるので、支持部近傍の坩堝内の蒸着材料の温度を低下させることができ、低温部分を故意に設けて坩堝内の蒸着材料の温度を調整することができる。つまり、低温部分を分散して配置させることで、蒸着材料の温度の均一化を図ることができる。さらに、温度分布が均一化されることにより、蒸着材料の気化量の偏差を小さくすることができるので、蒸着材料の減少を坩堝内の各部位で均一化することができ、蒸着材料の余分な充填を低減することが可能となる。

さらに、この構成によれば、加熱源が、前記坩堝への加熱量を前記坩堝の位置に応じて異ならせているので、蒸着材料が相対的に高温の部位の加熱量を小さくすると共に、蒸着材料が相対的に低温の部位の加熱量を小さくすることで、蒸着材料の温度の均一化を図ることができる。

また、この構成によれば、蒸着材料が所定量以下となったことを条件として発熱調整を開始するので、蒸着材料の総量が低下し温度分布の偏りが激しくなる領域のみで温度調整を行うので、必要最小限の制御で効果的に蒸着材料の温度の均一化を図ることができる。

本発明に係る真空蒸着装置によれば、簡素な構成で温度分布の均一化を図ることができ、材料の余分な充填を低減することができる。

本発明の第一参考例に係る真空蒸着装置Ａ１の概略構成図であって、図１（ａ）は、概略構成断面図であり、図１（ｂ）は、Ｐ矢視図である。本発明の第一参考例に係る真空蒸着装置Ａ１の動作図である。本発明の第二参考例に係る真空蒸着装置Ａ２の概略構成断面図である。本発明の第三参考例に係る真空蒸着装置Ａ３の概略構成断面図である。本発明の第一実施形態に係る真空蒸着装置Ａ４の概略構成断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の参考例及び実施の形態について説明する。
（第一参考例）
図１は、本発明の第一参考例に係る真空蒸着装置Ａ１を示す概略構成図である。
図１（ａ）に示すように、真空蒸着装置Ａ１は、真空チャンバ１と、この真空チャンバ１内に設けられて有機材料Ｍを収容する坩堝２と、この坩堝２を加熱して有機材料Ｍを気化させる加熱源３と、坩堝２の底部２ｃに分散配置され坩堝２を支持すると共に、坩堝２と真空チャンバ１の床部１ａとの間で伝熱する三つの支持部５とを備えている。

真空チャンバ１は、基板Ｂを外部より搬出入可能、かつ、減圧可能に構成されたものである。この真空チャンバ１内では、基板保持部（不図示）によって基板Ｂが上部に保持されるようになっている。

坩堝２は、一部の壁部が開放された細長箱型状のものであり、金属（例えば、チタンやステンレス鋼）で構成されている。この坩堝２は、支持部５を介して、真空チャンバ１の床部１ａに支持されており、長手方向を水平方向に向けると共に、収容穴２ａの開口部を基板保持部に保持された基板Ｂの板面に向けるように配置されている。
この坩堝２は、構造上の特性で長手方向の一端２ｂ側が低温になる傾向にある。

加熱源３は、具体的には、電気加熱式のヒータからなり、延在方向を坩堝２の短手方向に向けて、坩堝２の下方に複数配設されている。この加熱源３は、床部１ａ上に設けられた断熱シート４上に配設されている。

支持部５は、ブロック状に形成された部材であり、それぞれ床部１ａに立設している。
この支持部５は、坩堝２の長手方向に略等間隔で設けられており、坩堝２の短手方向の寸法と略同じ寸法の長辺を坩堝２の短手方向に向けて坩堝２を支持している。

次に、上記の構成からなる真空蒸着装置Ａ１の動作について、図２を用いて説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、基板保持部（不図示）によって真空チャンバ１内に搬入された基板Ｂは、真空チャンバ１内で上部に保持される。次に、真空チャンバ１内が減圧され、所定の真空度となる。

次に、加熱源３によって有機材料Ｍが収容穴２ａに収容された坩堝２が約２００〜４００℃に加熱される。なお、加熱源３は、断熱シート４を介しているので、上方の坩堝２に良好に輻射伝熱する。

この加熱源３によって坩堝２に加えられた熱は、収容穴２ａの有機材料に伝達されると共に、支持部５を介して床部１ａに伝達される。すなわち、有機材料Ｍに伝達された熱又は有機材料Ｍに伝達されるべきであった熱が、床部１ａに伝達される。このため、平面視で支持部５近傍の有機材料Ｍの温度が、他の部位と比べて低いものとなる。つまり、有機材料Ｍにおいて、温度が低い部位が略等間隔に三つ存在することとなる。

坩堝２が加熱されるに従って、有機材料Ｍが気化し（符号ｍで示す。）、基板Ｂの板面に付着する。坩堝２内においては、図２（ｂ）に示すように、相対的に高温の部位において有機材料Ｍが多く気化し、相対的に低温の部位において有機材料Ｍが少なく気化する。
そして、坩堝２には、図２（ｃ）に示すように、相対的に高温となっていた部位の有機材料Ｍが全て気化すると共に、相対的に低温となっていた部位に三つの有機材料Ｍの塊状となったＭが残存する。
このようにして、所定時間の蒸着により、基板Ｂの一方の板面に薄膜が均一に形成される。

以上説明したように、本参考例によれば、坩堝２の底部２ｃに分散配置され、坩堝２と真空チャンバ１の床部１ａとの間で伝熱する複数の支持部５を備えるので、支持部５近傍の坩堝２内の有機材料Ｍの温度を低下させることができ、坩堝２内の有機材料の温度を調整することができる。
すなわち、本来であれば、坩堝２の構造特性上、一端２ｂ側が低温に偏るものであるために、低温部が一端２ｂ側に一つ形成されるために、温度分布に偏りが生ずる。しかしながら、真空蒸着装置Ａ１によれば、低温部分を故意に設けて三つに分散させることができるので、有機材料Ｍの温度の均一化を図ることができる。
さらに、温度分布が均一化されることにより、有機材料Ｍの気化量が均一化するので、有機材料Ｍの減少が坩堝２内の各部位で略等しいものとなり、有機材料Ｍの余分な充填を低減することが可能となる。

なお、上述した構成に代えて、支持部５近傍で加熱源３による坩堝２の加熱量を大きくする構成としてもよい。このようにすることで、支持部５から離間して床部１ａへの伝熱が無い部位と、支持部５の近傍で床部１ａに伝熱される部位とにおけるそれぞれの有機材料Ｍの温度差が小さくなる。これにより、有機材料Ｍの温度の均一化をより図ることができる。
また、加熱源３は、坩堝２の下方だけでなく、側方や上方にもあってもよい。このような構成で坩堝２全体を暖めることにより、坩堝２内の材料付着を防ぐことができる。
また、加熱源３は、坩堝２の長手方向に向けて設置してもよい。すなわち、坩堝２を加熱することができれば、加熱源３の設置方向は問わない。

（第二参考例）
続いて、本発明の第二参考例について説明する。
図３は、本発明の第二参考例に係る真空蒸着装置Ａ２を示す概略構成図である。なお、以下の説明においては、図１〜３と同様の構成要素のものについては、同一の符号を付し、説明を省略する。

図３に示すように、真空蒸着装置Ａ２は、三つの支持部５（５ａ〜５ｃ）の床部１ａへの伝熱量がそれぞれ他の支持部５と異なるように構成されている。
一端２ｂ側の支持部５ａは、熱伝導に方向性のある伝熱阻害部材６を介して床部１ａに立設されている。この伝熱阻害部材６は、支持部５ａから床部１ａへの熱伝達を阻害するものであり、例えば、カーボンシートやステンレス鋼板を用いることができる。

支持部５ａに隣接する支持部５ｂは、支持部５ａ及び支持部５ｃと比べて、断面積（伝熱方向に直交する断面）が小さく構成されている。
支持部５ｂに隣接する支持部５ｃは、上記第一実施形態の支持部５と同一のものである。なお、支持部５ａの断面積は、支持部５ｃと略等しく構成されている。
このような構成により、熱伝達率の大きさは、支持部５ａ＜支持部５ｂ＜支持部５ｃの順となっている。

このような構成によれば、上述したように、坩堝２に構造上の特性で長手方向の一方側が低温になる傾向があったとしても、支持部５ａから床部１ａへの伝熱量が最小となり、支持部５ｂ，３ｃの順に大きくなるので、有機材料Ｍの各部位における温度の差分を小さいものとすることができる。これにより、蒸着材料の温度の均一化をさらに図ることができる。

なお、上述した構成に代えて、支持部５を他のものと熱伝導率の異なる材料で構成して、伝熱量を変化させる構成にしてもよい。また、伝熱阻害部材６を用いた上で断面積を変化させてもよいし、これに加えて熱伝達率の異なる材料で構成してもよい。

（第三参考例）
続いて、本発明の第三参考例について説明する。
図４は、本発明の第三参考例に係る真空蒸着装置Ａ３を示す概略構成図である。

図３に示すように、真空蒸着装置Ａ３は、坩堝１２が同一の伝熱量を有する二つの支持部５ｄに支持されており、この二つの支持部５ｄに挟まれた領域で加熱源３の間隔が広くされると共に、この領域の外側で加熱源３の間隔が狭くされている。すなわち、二つの支持部５ｄに挟まれた領域においては、坩堝１２の加熱量が小となっており、この両側で加熱量が大となっている。
このような構成によれば、坩堝１２に構造上の特性で長手方向の両方側が低温になる傾向があったとしても、この両方側の加熱量を大とし、中央付近を小とするので、有機材料Ｍの温度の均一化を図ることができる。

（第一実施形態）
続いて、本発明の第一実施形態について説明する。
図５は、本発明の第一実施形態に係る真空蒸着装置Ａ４を示す概略構成図である。
真空蒸着装置Ａ４は、加熱源３の発熱量を制御する制御部７を備えている。この制御部７には、有機材料Ｍが坩堝１２の内部で所定量以下となる時間に対応する情報が記憶されている。そして、制御部７は、蒸着開始後、この時間が経過したことを認識すると、各加熱源３の発熱量を調整するようになっている。
すなわち、所定時間が経過すると、坩堝１２内の有機材料Ｍの温度分布が均一化されるようになっている。

この構成によれば、有機材料Ｍの総量が低下し温度分布の偏りが激しくなる領域のみで温度調整を行うので、必要最小限の制御で効果的に有機材料Ｍの温度の均一化を図ることができる。
なお、上述した構成に代えて、有機材料Ｍの総量を検出するセンサ等により制御を開始する構成としてもよい。

なお、上述した比較例及び実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述した実施の形態の構成と同様にして、予め有機材料Ｍの高温部を計測等により把握しておき、この高温部近傍の底部２ｃに支持部５を設ければ、この高温部が低温化するように調整することができる。なお、蒸着後に坩堝２に残存する有機材料Ｍの位置からでも高温部を推測することが可能である。
同様に、予め有機材料Ｍの温度分布を計測等により把握しておき、この温度分布を調整するために支持部５の断面積、伝熱阻害部材６の材料等を変更してもよい。

また、上述した実施の形態では、坩堝２の壁部の一部が開放されている坩堝２について本発明を適用したが、蒸気噴出し用の開口部を持つ坩堝についても本発明を適用することができる。同様に、壁部の一部に小開口部を複数穿設した坩堝についても本発明を適用することができる。
さらに、上述した実施の形態では、金属で構成した坩堝２について本発明を適用したが、金属に代えて非金属（例えば、グラファイト、石英）で構成した坩堝についても本発明を適用することができる。

１…真空チャンバ
１ａ…床部
２，１２…坩堝
２ｃ…底部
３…加熱源
５（５ａ〜５ｄ）…支持部
６…伝熱阻害部材
７…制御部
Ｂ…基板
Ｍ，ｍ…有機材料（蒸着材料）
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４…真空蒸着装置

Claims

外部より搬入される被蒸着体を収容可能な真空チャンバと、
該真空チャンバ内に設けられて蒸着材料を収容する坩堝と、
該坩堝を加熱して前記蒸着材料を気化させる加熱源と、
前記坩堝の底部に分散配置され前記坩堝を支持すると共に、前記坩堝と前記真空チャンバの床部との間で伝熱する複数の支持部と、
前記加熱源の発熱量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記坩堝内の前記蒸着材料が所定量以下となったことを条件として、前記加熱源による発熱調整を開始し、予め把握されている蒸発材料の温度分布を用いて、前記坩堝への加熱量が前記坩堝の位置に応じて異なるよう、該加熱源の発熱量を調整することを特徴とする真空蒸着装置。
前記加熱源は、前記坩堝への加熱量が加熱場所に応じて異なるよう、前記真空チャンバー内の配置密度が変えられていることを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着装置。