JP4908234B2 - 蒸発源及び蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸着源及び蒸発装置に係わり、特に、蒸発材料の温度を精度よく制御でき、冷却と加熱を短時間で行うことができる蒸発源及び蒸着装置に関する。また、本発明は、基板に蒸着膜を略一定の膜厚で成膜できる蒸着源及び蒸着装置に関する。

ガラス基板等の透明基板に有機ＥＬ薄膜を形成した有機ＥＬディスプレイは、次世代のフラットパネルディスプレイの有力候補の一つである。透明基板に有機ＥＬ薄膜を形成する技術の一つとして、有機ＥＬ薄膜を透明基板に蒸着する方法がある。
従来の蒸発源は、その熱源としてシーズヒータを用いている。このシーズヒータの熱は均熱板及び坩堝を介して有機ＥＬ材料である昇華材及び伝熱材としてのサーモボールに伝達されるようになっている。つまり、坩堝内には昇華材及びその昇華材に熱を伝えるためのサーモボールが収容されている。坩堝内にサーモボールを収容する理由は、昇華材が粉状の固体であって加熱されると所々昇華されていき、昇華された部分が空洞となると熱が伝わらなくなるため、その際に昇華材への伝熱をサーモボールによって補助するためである。

ところで、基板に有機ＥＬ薄膜を成膜する際、成膜レートを一定に保つのが好ましい。成膜レートを一定に保つためには、有機ＥＬ材料の蒸発速度を一定に保つことが好ましい。そのためには、蒸発速度が一定になるように、有機ＥＬ材料の温度を精度よく制御することが要求される。つまり、有機ＥＬ材料の温度を微調整しながらほぼ一定に保つことが要求される。
前述したように蒸発源の熱源として一般的なシーズヒータを用いると、ヒータから有機ＥＬ材料に熱を伝達するための坩堝、サーモボール、均熱板及びヒータ自身それぞれが熱容量を有するため、それらの熱容量の総量は非常に大きなものとなる。このため、ヒータの温度が変化してから有機ＥＬ材料の温度が変化するまでにかなりの時間が必要となる。このため、有機ＥＬ材料の温度を細かく制御する際に応答性よく制御することが困難となり、その結果、有機ＥＬ材料の温度を微調整しながら一定に保つことが困難となるから、有機ＥＬ薄膜の成膜速度を一定に保つことが困難であった。

また、蒸発源において蒸発材料が無くなったら補充する必要がある。この場合、蒸発源を冷却した後、蒸発源に蒸発材料を補充し、再び蒸発材料を所定温度まで上昇させるという操作を行うことになる。生産性を考慮すると、この操作も短時間で行うことが望ましい。しかし、上述したように熱容量の総量が非常に大きいため、蒸発源の冷却と加熱に要する時間がその熱容量に応じて長くなる。従って、従来の蒸発源では、冷却と加熱を短時間で行うことができなかった。

一方、透明基板に有機ＥＬ材料の蒸着膜を成膜して有機ＥＬ素子を作製する場合、蒸着膜を一定の膜厚で成膜することが要求される。小型の透明基板であれば、一定の膜厚で蒸着膜を成膜することも不可能ではないが、近年の透明基板は大型化されているため、その大型の透明基板に一定の膜厚で蒸着膜を成膜することは非常に困難である。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、蒸発材料又は昇華材料の温度を精度よく制御でき、冷却と加熱を短時間で行うことができる蒸発源及び蒸着装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、基板に蒸着膜を略一定の膜厚で成膜できる蒸着源及び蒸着装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る蒸着源は、蒸発材料又は昇華材料が収容される細長い容器と、
前記容器に収容される蒸発材料又は昇華材料を直接加熱して蒸発又は昇華させるハロゲンヒータと
を具備することを特徴とする。
尚、容器は、例えば石英製である。

上記本発明に係る蒸着源によれば、蒸発材料又は昇華材料をハロゲンヒータの輻射熱により直接加熱することができ、蒸発材料又は昇華材料とハロゲンヒータとの間の熱容量を小さくすることができる。このため、ハロゲンヒータへの入力電力が変化すると、蒸発材料又は昇華材料の温度もこの変化にすばやく追従する。従って、細長い容器内の蒸発材料又は昇華材料の温度を細かく制御し、一定の温度に精度よく保つことができる。また、蒸発材料又は昇華材料とハロゲンヒータとの間の熱容量を小さくしているため、蒸発源の冷却と加熱を短時間で行うことができる。

また、本発明に係る蒸着源において、前記ハロゲンヒータのフィラメントの巻密度は、蒸着成膜される膜厚が略一定になるように同一ハロゲンヒータ内において粗密が設けられていることも可能である。これにより、容器内の蒸発材料又は昇華材料を均一に加熱することができ、その結果、蒸発材料又は昇華材料の蒸気を容器の外部に均一に放出することができる。従って、基板に略一定の膜厚で蒸着膜を成膜することができる。

また、本発明に係る蒸着源においては、前記容器内に収容された蒸発材料又は昇華材料の露出面が略長方形であり、前記略長方形の長辺の長さが短辺の４倍以上であることが好ましい。

本発明に係る蒸着装置は、基板に蒸着膜を成膜する蒸着装置であって、
上述した蒸発源と、
前記蒸着源が収容された蒸着室と、
を具備することを特徴とする。
つまり、本発明に係る蒸着装置は、上述した蒸発源のいずれかを用いて基板に蒸着膜を成膜する装置である。

以上説明したように本発明によれば、蒸発材料の温度を精度よく制御でき、冷却と加熱を短時間で行うことができる蒸発源及び蒸着装置を提供することができる。また、他の本発明によれば、基板に蒸着膜を略一定の膜厚で成膜できる蒸着源及び蒸着装置を提供することができる。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態による蒸発源１００を用いた有機ＥＬ蒸着装置の構成を示す概念図である。この有機ＥＬ蒸着装置はフラットディスプレイパネルとなるガラス基板１に有機ＥＬ膜を蒸着するためのものであり、搬入用ロードロック１０、蒸着室２０及び搬出用ロードロック３０をこの順に連結した構成である。搬入用ロードロック１０と蒸着室２０の間、及び蒸着室２０と搬出用ロードロック３０の間それぞれにはシャッター４０が設置されている。

搬入用ロードロック１０、蒸着室２０及び搬出用ロードロック３０それぞれは内部に搬送ローラ２を備えているが、それぞれの搬送ローラ２が略同一の高さとなるようにそれぞれの高さが支持部材３によって調節されている。蒸着室２０の底面の一部は下に凸になっており、搬送ローラ２の下方に蒸発源１００を一つ又は搬送方向に複数並べて設置できるようになっている。蒸発源１００は略直方体形状であり、その長手方向が搬送ローラ２と略平行になるように設置されている。

図２は、図１に示す蒸発源１００の分解斜視図である。
蒸発源１００は、蒸発材料又は昇華材料の一例である有機ＥＬ材料４を収容する石英製の細長い容器１０２を備えている。この容器１０２は直方体の筐体の上面を取り除いた形状となっており、この上面は略長方形であって長辺の長さが短辺の長さの４倍以上となっている。このような細長い容器１０２とすることにより、大型の透明基板に蒸着膜を効率よく成膜することができる。容器１０２は石英製の支持治具１１０によって支持されている。このため、容器１０２を取り替えることにより蒸発源１００の有機ＥＬ材料４を簡単に交換することができる。支持治具１１０は、直方体の筐体の上面を取り除き、かつ側面１１０ｂ及び端面１１０ｃそれぞれの上端１１０ａを外側に向けて折り曲げた形状となっている。支持治具１１０は、蒸発源のケース１１２に上から嵌め込まれている。ケース１１２は、直方体の筐体の上面を取り除いた形状であり、側面及び端面それぞれの上端が支持治具１１０の上端１１０ａに当接することにより、支持治具１１０を支持している。

ケース１１２には、ハロゲンヒータ１２０ａ,１２０ｂ,１２０ｃ,１２０ｄ（以下ハロゲンヒータ１２０ａ等と記載）がそれぞれ複数配置されている。ハロゲンヒータ１２０ａ等は、支持治具１１０をケース１１２に嵌め込んだ際、支持治具１１０の外側に位置している。ハロゲンヒータ１２０ａ等からの放射熱（輻射熱）は石英製の支持治具１１０及び容器１０２を透過し、有機ＥＬ材料４に吸収される。すなわち、ハロゲンヒータ１２０ａは有機ＥＬ材料４を直接加熱して気化させる。このため、ハロゲンヒータ１２０ａ等を用いることにより、ヒータ１０５と有機ＥＬ材料４との間に熱を伝達するための物質が必要なくなる。従って、有機ＥＬ材料４の温度はハロゲンヒータ１２０ａ等への入力電力の変化に対してすばやく追従するようになる。よって、有機ＥＬ材料４の温度を精度よく一定に保つことができる。これに加えて、蒸発源の加熱と冷却を短時間で行うこともできる。

また、ハロゲンヒータ１２０ａ等は、支持治具１１０すなわち容器１０２の長手方向に沿って互いに異なる場所に配置されており、それぞれ両端部がケース１１２の両端面に固定されている。例えばハロゲンヒータ１２０ａは容器１０２の一方の側面に沿って配置され、ハロゲンヒータ１２０ｄは容器１０２の他方の側面に沿って配置され、ハロゲンヒータ１２０ｂ,１２０ｃそれぞれは容器１０２の底面に沿って配置される。このため、ハロゲンヒータ１２０ａ等は有機ＥＬ材料４の全体を加熱することができる。

また、ハロゲンヒータ１２０ａ,１２０ｄが動作せずにハロゲンヒータ１２０ｂ,１２０ｃが動作するようにもできるし、ハロゲンヒータ１２０ａ等がそれぞれ一つずつ動作するようにもできるのが好ましい。この場合、ハロゲンヒータ１２０ａ等は容器１０２の一部を加熱することもできるし、加熱の強度を調節することもできる。

有機ＥＬ材料４は、輻射熱により直接加熱されて気化し、容器１０２の外部に放出される。なお、容器１０２の長手方向の長さはガラス基板１（図１に図示）の幅（搬送ローラ２による搬送方向に直交する辺の長さ）より長くなっており、その両端それぞれはガラス基板１の両端それぞれより外側に位置している。このため、ガラス基板１底面は、搬送される過程で全面が有機ＥＬ材料４の蒸気にさらされ、全面に有機ＥＬ薄膜が蒸着される。なお、有機ＥＬ薄膜の膜厚はガラス基板１の搬送速度によって制御可能である。

また、容器１０２が石英製であるため、有機ＥＬ材料４が金属と反応しやすい場合でも有機ＥＬ材料４を蒸発させることができる。
尚、容器１０２は、熱源からの輻射熱を有機ＥＬ材料４に直接伝える材質であれば石英製ではなくてもよい。

図３は、ハロゲンヒータ１２０ａ等におけるフィラメント１２６の巻密度について説明する概念図である。フィラメント１２６の巻密度に変化がない場合、ハロゲンヒータ１２０ａは長手方向において容器１０２の外面を略均一に加熱する。しかし、有機ＥＬ材料４の底部及び側部を均一に加熱しても、長手方向において有機ＥＬ材料４が均一に加熱されない場合がある。この場合、有機ＥＬ材料４の蒸気が均一に外部に放出されないことになる。有機ＥＬ材料４の蒸気が均一に外部に放出されない場合、図３の点線で示すように、ガラス基板１に蒸着成膜される有機ＥＬ薄膜４ａの膜厚にばらつきが生じる。

このような場合、本実施の形態においてはハロゲンヒータ１２０ａ等のフィラメント１２６の巻密度に粗密を設けることにより、図３の実線で示すように有機ＥＬ薄膜４ａの膜厚が略一定になるようにする。
以下に巻密度の粗密の設け方の一例を示す。まず、フィラメント１２６の巻密度に変化がないハロゲンヒータ１２０ａ等を用いてガラス基板１に有機ＥＬ薄膜４ａを成膜する。次いで、成膜された有機ＥＬ薄膜４ａの膜厚のばらつきを測定する。次いで、有機ＥＬ薄膜４ａの膜厚が厚い領域に対向する部分（例えばハロゲンヒータ１２０ａ等の長手方向において同じ位置にある部分）においてフィラメント１２６の巻密度を粗くし、膜厚が薄い領域に対向する部分においてフィラメント１２６の巻密度を密にする。

上記実施の形態によれば、有機ＥＬ材料４をハロゲンヒータ１２０ａ等で直接加熱するようにしたため、ヒータと有機ＥＬ材料４との間に熱を伝達するための物質が必要なくなり、ヒータと有機ＥＬ材料４との間の熱容量を小さくすることができる。このため、容器１０２の温度がハロゲンヒータ１２０ａ等への入力電力の変化に対してすばやく追従するようになる。従って、有機ＥＬ材料４の温度を細かく調節することができるようになり、有機ＥＬ材料の温度を微調整しながらほぼ一定に保つことができるようになる。その結果、有機ＥＬ薄膜の成膜速度を一定に保つことが可能となる。

また、蒸発源において蒸発材料が無くなったとき、蒸発源を冷却し、蒸発源に蒸発材料を補充し、再び蒸発材料を所定温度まで上昇させるという操作を行う必要がある。この場合でも、ヒータと有機ＥＬ材料４との間の熱容量を小さくしているため、蒸発源の冷却と加熱を短時間で行うことができる。

また、上述した方法でハロゲンヒータ１２０ａ等のフィラメント１２６の巻密度に粗密を設けることにより、容器１０２の長手方向において有機ＥＬ材料４を均一に加熱することができ、その結果、有機ＥＬ材料４の蒸気を外部に均一に放出することができる。これにより、ガラス基板に略一定の膜厚で蒸着膜を成膜することができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えばＭＯＣＶＤ装置における有機金属材料の供給ユニットや、気相イオンプレーティングの蒸発源として用いることも可能である。

第１の実施形態に係る蒸発源１００を用いた有機ＥＬ蒸着装置の構成を示す概念図である。 蒸発源１００の分解斜視図である。 ハロゲンヒータ１２０ａ等におけるフィラメント１２６の巻密度について説明する概念図である。

符号の説明

１…ガラス基板
２…搬送ローラ
３…支持部材
４…有機ＥＬ材料
４ａ…有機ＥＬ薄膜
１０…搬入用ロードロック
２０…蒸着室
３０…搬出用ロードロック
４０…シャッター
１００…蒸発源
１０２…容器
１０５…ヒータ
１１０…支持治具
１１０ａ…上端
１１０ｂ…側面
１１０ｃ…端面
１１２…ケース
１２０ａ〜１２０ｄ…ハロゲンヒータ
１２６…フィラメント

Claims (5)

1. 蒸発材料又は昇華材料が収容される細長い容器と、
   前記容器の長手方向の一方の側面に該長手方向に沿って配置され、前記蒸発材料又は昇華材料を直接加熱して蒸発又は昇華させる第１のハロゲンヒータと、
   前記容器の長手方向の他方の側面に該長手方向に沿って配置され、前記蒸発材料又は昇華材料を直接加熱して蒸発又は昇華させる第２のハロゲンヒータと、
   を具備し、
   前記第１及び第２のハロゲンヒータそれぞれのフィラメントの巻密度は、蒸着成膜される膜厚が略一定になるように前記長手方向において粗密が設けられていることを特徴とする蒸発源。
2. 請求項１において、前記容器は石英製であることを特徴とする蒸発源。
3. 請求項１又は２において、前記容器の底面に前記長手方向に沿って配置された第３のハロゲンヒータをさらに具備することを特徴とする蒸発源。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記容器内に収容された蒸発材料又は昇華材料の露出面が略長方形であり、前記略長方形の長辺の長さが短辺の４倍以上であることを特徴とする蒸発源。
5. 基板に蒸着膜を成膜する蒸着装置であって、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の蒸発源と、
   前記蒸発源が収容された蒸着室と、
   を具備することを特徴とする蒸着装置。

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