JP5265407B2 - 真空蒸着方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ素子の有機膜を蒸着する技術に関し、特に実験用等の蒸着装置において複数の開口部を有するマスクを用いて蒸着を行う技術に関する。

従来、有機ＥＬ素子等の有機膜を形成する際には、真空槽内に基板を配置し、真空蒸着によって有機蒸着材料をマスクを介して基板上に堆積させるようにしている。
ところで、この種の真空蒸着を行う装置として、移動可能なシャッターを備えたマスク装置を用いたものが提案されている。
この技術では、複数の開口部を有するマスク本体に対してマスクシャッターを移動させ、マスク本体の開口部のうち所定のものを開口させて順次蒸着を行うことにより、一つの基板において異なる条件で成膜を行うようにしている。

しかし、このような技術の場合、マスクシャッターを移動させる駆動機構が真空槽内に固定され、このためマスク本体及びマスクシャッターを回転させることができない。
その結果、このような技術においては基板を回転させながら蒸着を行うことができず、膜厚分布を向上させることができない。また、膜厚分布の良い膜を形成しようとすると、基板のサイズが限定されてしまう。
さらに、このような技術では、行又は列の異なる開口部の領域を順次成膜することはできないという問題もある。
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、例えば以下のようなものがある。

特開２００２−２４１９２４号公報 特開２００２−３０５０８０号公報

本発明は、このような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、回転成膜が可能で膜厚分布を向上させることができ、また、マスク本体の任意の開口部を任意の順序で開口させて種々の条件で蒸着を行うことが可能な技術を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明は、真空槽内において、複数の開口部を有するマスクを介して成膜対象物上に蒸着を行う真空蒸着装置であって、前記マスクには、所定の基準配列方向に沿って複数の開口部の列が設けられたマスク本体と、前記マスク本体と一体的に設けられ当該マスク本体の前記複数の開口部の列と対応し前記基準配列方向に延びる複数のマスクシャッターとが設けられ、前記真空槽の外部から操作可能に構成され、当該真空槽内において前記マスクの前記複数のマスクシャッターをそれぞれ保持して前記基準配列方向に移動させる複数の保持駆動部を有するマスクシャッター移動機構と、前記成膜対象物を前記マスクと共に一体的に回転させる回転機構とを備えた真空蒸着装置を用いた真空蒸着方法であって、前記真空槽の内部に前記マスクシャッター移動機構の保持駆動部を配置し、前記複数のマスクシャッターのうちの所定のマスクシャッターを、対応する前記マスクシャッター移動機構の保持駆動部によって保持して前記基準配列方向に移動させ前記マスク本体の所定の開口部を開口させ、前記真空槽内部における前記マスクシャッター移動機構の保持駆動部による前記所定のマスクシャッターの保持を解除し、前記成膜対象物を前記マスクと共に一体的に回転させながら真空蒸着を行う工程を有するものである。
本発明において、前記マスクの複数のマスクシャッターは、二つの遮蔽部に分割され、当該二つの遮蔽部は、それぞれ独立して前記基準配列方向に移動するように構成されている場合にも効果的である。

本発明の場合、真空槽の外部から操作して真空槽内部にマスクシャッター移動機構の保持駆動部を配置し、複数のマスクシャッターのうちの所定のマスクシャッターを、対応するマスクシャッター移動機構の保持駆動部によって保持して基準配列方向に移動させマスクの所定の開口部を開口させる一方で、真空槽内部のマスクシャッター移動機構の保持駆動部による当該マスクシャッターの保持を解除して例えば保持駆動部を成膜対象物及びマスクシャッターの回転範囲から退避させ、成膜対象物とマスクを一体的に回転させるようにしたことから、回転成膜を行うことができ、これにより膜厚分布を向上させることができる。特に大きな基板において膜厚分布を向上させることができる。

また、本発明によれば、マスク本体の複数の開口部の列と対応し基準配列方向に延びる複数のマスクシャッターを設け、これらのうちの所定のマスクシャッターを、対応するマスクシャッター移動機構の保持駆動部によって保持して基準配列方向に移動させるようにしたことから、マスク本体の複数の開口部の列を各開口部毎に独立して開口させることができ、その結果、マスク本体の任意の開口部を任意の順序で開口させることができるので、種々の条件で蒸着を行うことが可能になる。

本発明において、複数のマスクシャッターが、それぞれ分割された第１及び第２の遮蔽部を有し、当該第１及び第２の遮蔽部は、それぞれ独立して基準配列方向に移動するように構成されている場合には、マスク本体の開口部を開口させる際に第１及び第２の遮蔽部を移動させる距離を一層小さくすることができ、マスク本体の開口部を一層迅速に開口させることができる。また、マスクを回転させる際の重心の偏りをより小さくすることができるので、バランスを崩すことなく円滑に回転成膜を行うことができる。

本発明によれば、従来技術ではできなかった回転成膜を行うことができるので、膜厚分布を向上させることができ、また、マスク本体の任意の開口部を任意の順序で開口させることができるので、種々の条件で蒸着を行うことができる。

本実施の形態の真空蒸着装置の内部を示す概略構成図 （ａ）：同真空蒸着装置のマスクの構成を蒸発源側から示す平面図（ｂ）：同真空蒸着装置のマスクシャッターの構成を蒸発源側から示す平面図 （ａ）（ｂ）：同実施の形態におけるマスクの開口部の開口動作の例を示す説明図 同実施の形態における蒸着動作を示す説明図 同実施の形態におけるマスクの開口部の開口動作の他の例を示す説明図

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は、本実施の形態の真空蒸着装置の内部を示す概略構成図、図２（ａ）
は、同真空蒸着装置のマスクの構成を蒸発源側から示す平面図、図２（ｂ）は、同真空蒸着装置のマスクシャッター部の構成を蒸発源側から示す平面図である。

図１に示すように、本実施の形態の真空蒸着装置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内の底部には、例えば有機ＥＬ素子の有機層形成用の蒸発材料を収容するための蒸発源３が設けられている。
一方、真空槽２内の上部には、成膜対象物である基板５０を保持し、回転させるための基板保持回転機構４が設けられている。

この基板保持回転機構４は、真空槽２内の上部に設けられた本体フレーム５を有している。この本体フレーム５は、真空槽２上に設けられたモータ６の回転軸６ａに連結され、真空槽２内において水平方向に回転駆動されるように構成されている。
本体フレーム５の回転中心部分にはマスク７が設けられている。

本実施の形態のマスク７は、複数の開口部８を有する平板状のマスク本体９が固定されて構成されている。このマスク本体９上には、例えばガラスからなる平板状の基板５０が装着される。ここで、マスク本体９及び基板５０は、水平方向に向けた状態で本体フレーム５に保持されるようになっている。
そして、本実施の形態のマスク７は、本体フレーム５の蒸発源３側の表面部分に、以下に説明するようなマスクシャッター１０が設けられている。

図２（ａ）に示すように、本明細書では、マスク本体９上に、４×４個の矩形状の開口部８が、所定ピッチｐで等間隔で行列状に設けられている場合を例にとって説明する。ここでは、Ｘ軸方向を基準配列方向とする。図２（ａ）に示す例では、基準配列方向であるＸ軸方向に４列の開口部８が設けられている。
なお、本明細書では、各列の開口部８について、図中左側から１番目、２番目、３番目、４番目と数えることにする。

図１に示すように、本実施の形態のマスクシャッター１０は、例えば金属製の板状の部材からなる一対の遮蔽部１１、１２から構成されている。
本例においては、図２（ｂ）に示すように、マスク本体９の一（上）端部から他（下）端部に向って、４列の開口部８に対応して、第１列のマスクシャッター１０Ａ、第２列のマスクシャッター１０Ｂ、第３列のマスクシャッター１０Ｃ、第４列のマスクシャッター１０Ｄが設けられている。

第１列〜第４列のマスクシャッター１０Ａ〜１０Ｄは、それぞれ対となる、左遮蔽部１１Ａ及び右遮蔽部１２Ａ、左遮蔽部１１Ｂ及び右遮蔽部１２Ｂ、左遮蔽部１１Ｃ及び右遮蔽部１２Ｃ、左遮蔽部１１Ｄ及び右遮蔽部１２Ｄから構成されている。
ここで、左遮蔽部１１Ａ及び右遮蔽部１２Ａ、左遮蔽部１１Ｂ及び右遮蔽部１２Ｂ、左遮蔽部１１Ｃ及び右遮蔽部１２Ｃ、左遮蔽部１１Ｄ及び右遮蔽部１２Ｄは、同一の方向（ここではＸ軸方向）に延びる細長矩形形状に形成され、それぞれの幅がマスク本体９の各開口部８の幅より大きくなるように構成されている。

本発明の場合、特に限定されることはないが、各開口部８を任意の順序で確実に開口させる観点からは、第１列〜第４列のマスクシャッター１０Ａ〜１０Ｄにおいて、それぞれ対となる左遮蔽部１１Ａ及び右遮蔽部１２Ａ、左遮蔽部１１Ｂ及び右遮蔽部１２Ｂ、左遮蔽部１１Ｃ及び右遮蔽部１２Ｃ、左遮蔽部１１Ｄ及び右遮蔽部１２Ｄの長さを、Ｘ軸方向に関してマスク本体９の開口部８を（Ｘ軸方向の開口部数−１、本例では３個）以上同時に覆うことができる長さに設定することが好ましい。

また、第１列〜第４列のマスクシャッター１０Ａ〜１０Ｄにおいて、左遮蔽部１１Ａ〜１１Ｄ、右遮蔽部１２Ａ〜１２Ｄは、それぞれ例えば軸受け（図示せず）によってマスク本体９表面上に支持され、本体フレーム５に設けられたガイド部２７、２８（図１参照）に沿ってＸ軸方向（Ｘ₁方向又はＸ₂方向）に直線移動可能で、かつ、所定の位置で停止するように構成されている。

一方、図１に示すように、真空槽２の外部には、左遮蔽部１１、及び右遮蔽部１２をそれぞれ移動させるための第１及び第２のマスクシャッター移動機構２１、２２が、真空槽２を挟んで対応する位置に設けられている。
第１のマスクシャッター移動機構２１は、例えば直線棒状の左駆動部材２３を有し、また、第２のマスクシャッター移動機構２２は、例えば同様に直線棒状の右駆動部材２４を有している。

ここで、左駆動部材２３、右駆動部材２４は、上述した第１列〜第４列のマスクシャッター１０Ａ〜１０Ｄの数に応じて設けられている。
すなわち、本例では、図２（ｂ）に示すように、第１のマスクシャッター移動機構２１側に、第１列〜第４列の左駆動部材２３Ａ〜２３Ｄが設けられ、第２のマスクシャッター移動機構２２側に、第１列〜第４列の右駆動部材２４Ａ〜２４Ｄが設けられている。

ここで、第１列〜第４列の左駆動部材２３Ａ〜２３Ｄは、Ｘ軸方向に移動自在に構成され、それぞれの先端部に把持部（保持駆動部）２５（２５Ａ〜２５Ｄ）が設けられている。
そして、第１のマスクシャッター移動機構２１側の第１列〜第４列の左駆動部材２３Ａ〜２３Ｄは、真空シール３１を介して真空槽２内に挿入され、把持部２５Ａ〜２５Ｄが第１列〜第４列のマスクシャッター１０Ａ〜１０Ｄの左遮蔽部１１Ａ〜１１Ｄの外方側端部を把持又は把持解除するように構成されている。

一方、第１列〜第４列の右駆動部材２４Ａ〜２４Ｄは、Ｘ軸方向に移動自在に構成され、それぞれの先端部に把持部（保持駆動部）２６（２６Ａ〜２６Ｄ）が設けられている。
そして、第２のマスクシャッター移動機構２２の第１列〜第４列の右駆動部材２４Ａ〜２４Ｄは、真空シール３２を介して真空槽２内に挿入され、把持部２６Ａ〜２６Ｄが第１列〜第４列のマスクシャッター１０Ａ〜１０Ｄの右遮蔽部１２Ａ〜１２Ｄの外方側端部を把持又は把持解除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、マスク本体９を介して基板５０上の所定の領域に蒸着を行う場合には、第１及び第２のマスクシャッター移動機構２１、２２を動作させて、以下に説明するように、第１〜第４列のマスクシャッター１０Ａ〜１０Ｄの左遮蔽部１１Ａ〜１１Ｄ並びに右遮蔽部１２Ａ〜１２Ｄのうち所定のものを把持してＸ軸方向へ移動させ、マスク本体９の開口部８のうち所定のものを開口させる。

図３（ａ）（ｂ）は、本実施の形態におけるマスクの開口部の開口動作の例を示す説明図、図４は、本実施の形態における蒸着動作を示す説明図、図５は、本実施の形態におけるマスクの開口部の開口動作の他の例を示す説明図である。
本例では、例えば、図３（ａ）に示す状態、すなわち、全ての開口部８が閉じられた状態から、図３（ｂ）に示すように、マスク本体９の第１列目で４番目の開口部８４Ａを開口させる場合を例にとって説明する。

この場合は、真空排気を行い真空槽２内の圧力を所定の値にした状態で、第２のマスクシャッター移動機構２２の第１列の右駆動部材２４Ａを動作させてその把持部２６Ａによって第１の右遮蔽部１２Ａを把持してＸ₂方向へ１ピッチｐ分移動させ、その先端部を第１列目で４番目の開口部８４Ａより第２のマスクシャッター移動機構２２側に位置させる。

その一方で、第１のマスクシャッター移動機構２１の第１列の左駆動部材２３Ａを動作させてその把持部２５Ａによって第１の左遮蔽部１１Ａを把持してＸ₂方向へ１ピッチｐ分移動させる。これにより、マスク本体９の第１列で４番目の開口部８４Ａのみを開口させることができる。

その後、第１及び第２のマスクシャッター移動機構２１、２２を動作させ、第１列の左右の駆動部材２３Ａ、２４Ａの把持部２５Ａ、２６Ａによる第１の左遮蔽部１１Ａ及び第１の右遮蔽部１２Ａの保持を解除し、第１列の左右の駆動部材２３Ａ、２４Ａの把持部２５Ａ、２６Ａをそれぞれ基板５０及び第１列のマスクシャッター１０Ａ（ここでは第１の右遮蔽部１２Ａ）の回転範囲から退避させる。

そして、基板保持回転機構４を所定の速度で回転させ（数ｒｐｍ程度）、さらに蒸発源３から蒸発材料を蒸発させる。これにより、図４に示すように、基板５０を回転させながら、基板５０上におけるマスク本体９の第１列で第４番目の開口部８４Ａに対応する領域の蒸着を行う。

その後、上述したマスク本体９の第１列で４番目の開口部８４Ａに対して斜め方向の開口部８、例えば、第２列で３番目の開口部８３Ｂを開口させる場合には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、第２のマスクシャッター移動機構２２の第２列の右駆動部材２４Ｂを動作させてその把持部２６Ｂによって第２列目の右遮蔽部１２Ｂを把持してＸ₂方向へ１ピッチｐ分移動させる。これによりマスク本体９の第２列で第３番目の開口部８３Ｂが開かれる。

その一方で、第１のマスクシャッター移動機構２１の第１列の左駆動部材２３Ａを動作させてその把持部２５Ａによって第１列の左遮蔽部１１Ａを把持してＸ₁方向へ１ピッチｐ分移動させる。さらに、第２のマスクシャッター移動機構２２の第１列の駆動部材２４Ａを動作させてその把持部２６Ａによって第１列の右遮蔽部１２Ａを把持してＸ₁方向へ２ピッチｐ分移動させる。

これにより、図５（ｂ）に示すように、マスク本体９の第１列で第４番目の開口部８４Ａが閉じられるとともに、第１列の左遮蔽部１１Ａ及び右遮蔽部１２Ａが初期状態に戻される。その結果、マスク本体９の第２列で第３番目の開口部８３Ｂのみを開口させることができる。

その後、上述したように、第１及び第２のマスクシャッター移動機構２１、２２を動作させ、第１のマスクシャッター移動機構２１の第１列の左駆動部材２３Ａの把持部２５Ａによる第１の左遮蔽部１１Ａの把持を解除するとともに、第２のマスクシャッター移動機構２２の第１列及び第２列の駆動部材２４Ａ、２４Ｂの把持部２５Ａ、２６Ｂによる第１及び第２の右遮蔽部１２Ａ、１２Ｂの把持を解除する。さらに、第１列の駆動部材２３Ａ、２４Ａの把持部２５Ａ、２６Ａ並びに第２列の駆動部材２４Ｂの把持部２６ＢＡをそれぞれ基板５０及び第２列のマスクシャッター１０Ｂ（ここでは第１の右遮蔽部１２Ｂ）の回転範囲から退避させる。
そして、上述したように、基板５０を回転させながら、基板５０上におけるマスク９の第２列で第３番目の開口部８３Ｂに対応する領域の蒸着を行う。

以上述べた本実施の形態によれば、真空槽２の外部から真空槽２内部に第１及び第２のマスクシャッター移動機構２１、２２の四つの把持部２５Ａ〜２５Ｄ、２６Ａ〜２６Ｄを挿入し、四つのマスクシャッター４Ａ〜４Ｄのうち所定のものを、対応するマスクシャッター移動機構２１、２２の保持駆動部２５、２６によって保持して基準配列（Ｘ軸）方向に移動させマスク本体９の開口部８のうち所定のものを開口させる一方で、真空槽２内部のマスクシャッター移動機構２１、２２の四つの把持部２５Ａ〜２５Ｄ、２６Ａ〜２６Ｄを真空槽２の外部に取り出し、基板５０とマスク７を一体的に回転させるようにしたことから、従来技術ではできなかった回転成膜を行うことができ、これにより膜厚分布を向上させることができる。特に大きな基板５０において膜厚分布を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、マスク本体９の四つの開口部８の列と対応し基準配列方向に延びる第１〜第４列のマスクシャッター１０Ａ〜１０Ｄを設け、これらのうちの所定のものを、対応するマスクシャッター移動機構２１、２２の四つの把持部２５Ａ〜２５Ｄ、２６Ａ〜２６Ｄのうちの所定のものによって保持して基準配列方向に移動させるようにしたことから、マスク本体９の四つの開口部８の列を各開口部８毎に独立して開口させることができ、その結果、マスク本体９の任意の開口部８を任意の順番で開口させることができるので、種々の条件で蒸着を行うことが可能になる。

特に、本実施の形態においては、第１から第４列のマスクシャッター１０Ａ〜１０Ｄが、それぞれ分割された左遮蔽部１１Ａ〜１１Ｄ及び右遮蔽部１２Ａ〜１２Ｄを有し、これら左遮蔽部１１Ａ〜１１Ｄ及び右遮蔽部１２Ａ〜１２Ｄは、それぞれ独立して基準配列方向に移動するように構成されていることから、マスク本体９の開口部８を開口させる際にマスクシャッター１０Ａ〜１０Ｄを移動させる距離を一層小さくすることができ、マスク本体９の開口部を一層迅速に開口させることができる。また、本実施の形態によれば、マスク７を回転させる際の重心の偏りを小さくすることができるので、バランスを崩すことなく円滑に回転成膜を行うことができる。

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、マスク本体に四つの開口部８の列が設けられている場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、マスク本体に複数の開口部の列が設けられていれば、列の数は限定されるものではない。また、マスク本体の開口部の形状、大きさ、開口部間のピッチについては適宜変更することができる。

また、マスク本体の開口部を開口させる順番、数についても、上記実施の形態の例には限られるものではない。例えば、第１列目の開口部８について、第３番目→第４番目→第２番目→第１番目の順番で開口させ、順次回転させて蒸着を行うこともできる。この場合には、開口部８の数が１個→２個→３個→４個と増加することになる。

さらに、マスクシャッター移動機構、駆動部材、把持部を真空槽の側部に一つ設け、マスク本体の複数の開口部を開口させる際、一方の遮蔽部を移動させた後、基板保持回転機構を１８０°回転させ、他方の遮蔽部を移動させるように構成することもできる。このような構成によれば、より簡素な真空蒸着装置を提供することができる。
さらにまた、本発明は有機ＥＬ素子の有機膜を形成する場合のみならず、種々の蒸着膜を形成する場合に適用することができる。

ただし、本発明は、有機ＥＬ素子の有機膜を形成するための真空蒸着装置、特に実験用の真空蒸着装置を用いる場合に均質な膜質を形成することができる点で最も効果があるものである。

１…真空蒸着装置、２…真空槽、３…蒸発源、４…基板保持回転機構、５…本体フレーム、７…マスク、８…開口部、９…マスク本体、１０…マスクシャッター、１０Ａ〜１０Ｄ…第１列〜第４列のマスクシャッター、１１（１１Ａ〜１１Ｄ）…左遮蔽部、１２（１２Ａ〜１２Ｄ）…右遮蔽部、２１…第１のマスクシャッター移動機構、２２…第２のマスクシャッター移動機構、２３…左駆動部材、２３Ａ〜２３Ｄ…第１列〜第４列の左駆動部材、２４…右駆動部材、２４Ａ〜２４Ｄ…第１列〜第４列の右駆動部材、２５（２５Ａ〜２５Ｄ）…把持部（保持駆動部）、２６（２６Ａ〜２６Ｄ）…把持部（保持駆動部）、５０…基板（成膜対象物）

Claims (2)

1. 真空槽内において、複数の開口部を有するマスクを介して成膜対象物上に蒸着を行う真空蒸着装置であって、前記マスクには、所定の基準配列方向に沿って複数の開口部の列が設けられたマスク本体と、前記マスク本体と一体的に設けられ当該マスク本体の前記複数の開口部の列と対応し前記基準配列方向に延びる複数のマスクシャッターとが設けられ、前記真空槽の外部から操作可能に構成され、当該真空槽内において前記マスクの前記複数のマスクシャッターをそれぞれ保持して前記基準配列方向に移動させる複数の保持駆動部を有するマスクシャッター移動機構と、前記成膜対象物を前記マスクと共に一体的に回転させる回転機構とを備えた真空蒸着装置を用いた真空蒸着方法であって、
   前記真空槽の内部に前記マスクシャッター移動機構の保持駆動部を配置し、
   前記複数のマスクシャッターのうちの所定のマスクシャッターを、対応する前記マスクシャッター移動機構の保持駆動部によって保持して前記基準配列方向に移動させ前記マスク本体の所定の開口部を開口させ、
   前記真空槽内部における前記マスクシャッター移動機構の保持駆動部による前記所定のマスクシャッターの保持を解除し、
   前記成膜対象物を前記マスクと共に一体的に回転させながら真空蒸着を行う工程を有する真空蒸着方法。
2. 前記マスクの複数のマスクシャッターは、二つの遮蔽部に分割され、当該二つの遮蔽部は、それぞれ独立して前記基準配列方向に移動するように構成されている請求項１記載の真空蒸着方法。
   

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