JP5658520B2 - 蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は蒸着装置に関し、さらに詳細には、蒸発装置によって蒸発された薄膜材料を蒸散させて前記基材に所定成分の膜を蒸着する蒸着装置に関する。本発明の蒸着装置は、生産工程におけるタクトタイムの短縮が可能なものである。

ＬＥＤ照明装置に代わる次世代の照明装置として、有機ＥＬ（Electro Luminescence）装置が注目され、多くの研究がなされている。
有機ＥＬ装置は、ガラス基板や透明樹脂フィルムの基材に、有機化合物等で構成される有機ＥＬ素子を積層したものである。有機ＥＬ素子は、複数の有機層から成り、真空蒸着法等によって成膜される。

真空蒸着法とは、真空に減圧した雰囲気の中で、材料に熱エネルギーを加えて蒸発させ、蒸発した材料を基板上に堆積させる方法である。有機ＥＬ素子の材料として用いられる有機化合物は、大気中に含まれる水分ですぐに劣化してしまう。そのため、有機ＥＬ素子は、真空雰囲気中で成膜され、封止される。

特許文献１には、有機ＥＬ素子の製造装置が開示されている。特許文献１に記載の有機ＥＬ素子の製造装置では、クラスタ方式での生産方法を採用することによって、有機ＥＬ素子の量産を可能としている。クラスタ方式とは、基板を振り分ける搬送室を中心に据え、搬送室の周囲に複数の成膜室を房状（クラスタ状）に配置した生産方式であり、各成膜室のタクトタイムの同期が容易であり、システムの拡張性にも優れている。

特開２００６−１３４８２５号公報

ところが、特許文献１に記載された有機ＥＬ素子の製造装置は、複数の成膜室への基板の出し入れをハンドリングロボットが行っているが、各成膜室にゲートバルブが設けられており、基板の出し入れを行う毎にゲートバルブの開閉が行われる。そのため、基板の出し入れに手間が掛かり、タクトタイム短縮のボトルネックとなっている。

上記した現状に鑑み、本発明は、生産工程におけるタクトタイムの短縮が可能な蒸着装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、基材を設置可能な真空室と、薄膜材料を蒸発させる蒸発装置とを有し、真空室内に基材を設置し、蒸発装置によって蒸発された薄膜材料を蒸散させて前記基材に所定成分の膜を蒸着する蒸着装置において、基材を回転又は円弧軌跡上を回動させて基材の向きを変更する姿勢変更手段と、複数の蒸発装置とこれに対応する複数の薄膜材料放出部を有し、前記薄膜材料放出部は、互いに対向する位置にあるものを含み、基材を囲む位置に配置されており、前記姿勢変更手段によって前記基材を各薄膜材料放出部に順次対向させ、各薄膜材料放出部から順次薄膜材料を蒸散させて基材に異なる薄膜材料を積層することが可能であり、基材の周囲にフードが設けられ、１つの薄膜材料放出部とフードによって小ブースを形成するものであって、前記フードは、前記基材の背面側に位置する部分と前記基材の側面側に位置する部分とを有することを特徴とする蒸着装置である。

本発明で採用する「蒸発装置とこれに対応する薄膜材料放出部」は、１つの真空室内に複数配置されており、基材を取り囲んでいる。複数の薄膜材料放出部同士は、ゲートバルブ等で遮断されておらず、同一空間にある。一方、基材は、姿勢変更手段によって、回転又は円弧軌跡上を回動可能である。つまり、姿勢変更手段で基材を回転又は回動させることによって、基材を次々と複数の薄膜材料放出部に対向させ、各薄膜材料放出部から蒸散される薄膜材料を順次積層することができる。

すなわち、従来掛かっていた各成膜室への基材の出し入れ時間、並びにゲートバルブ等の開閉時間は不要となり、基材を回転又は回動させる時間のみへと大幅に短縮することができる。
本発明の蒸着装置によれば、生産工程におけるタクトタイムの短縮が可能である。

本発明で採用する「フードと１つの薄膜材料放出部とで形成される小ブース」は、簡略の成膜室である。すなわち、ゲートバルブ等で遮断していないにも関わらず、１つの薄膜材料放出部と他の薄膜材料放出部とを分離することができる。その結果、１つの薄膜材料放出部から蒸散される薄膜材料が、他の薄膜材料放出部等に付着することを防止できる。
本発明の蒸着装置によれば、コンタミネーションの発生を抑制可能である。

請求項２に記載の発明は、前記薄膜材料放出部は、保温用ヒータが取り付けられた蒸散管を備えていることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置である。

請求項３に記載の発明は、薄膜材料放出部は、円周状に並べられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸着装置である。

基材を囲む複数の薄膜材料放出部は、円周状に配置することによって、多くの異なる薄膜材料放出部を並べることができる。その結果、多くの異なる薄膜材料を、基材に連続して積層させることができる。
本発明の蒸着装置によれば、生産工程におけるタクトタイムの短縮がより可能である。

請求項４に記載の発明は、薄膜材料放出部は、薄膜材料を蒸散させる開口部を複数有し、当該開口部が面状に分布していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸着装置である。

複数の開口部が面状に分布した薄膜材料放出部は、エリアソースと称される原料供給方式である。例えば、エリアソースの面積を基材と略同一とすることで、基材への成膜速度を上げることができる。
本発明の蒸着装置によれば、生産工程におけるタクトタイムの短縮がさらに可能である。

請求項５に記載の発明は、薄膜材料放出部は、薄膜材料を蒸散させる開口部を複数有し、当該開口部が線状に分布しており、基材の回転又は回動に伴って基材と薄膜材料放出部とが対向する位置が変化することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸着装置である。

複数の開口部が線状に分布した薄膜材料放出部は、リニアソースと称される原料供給方式である。例えば、リニアソースを基材の周囲に円弧状に配置することで、エリアソースに比べてはるかに多くの種類の薄膜材料放出部を並べることができる。そして、姿勢変更手段で基材を回転又は回動させることにより、線状の薄膜材料放出部を用いて面状に成膜することができる。
本発明の蒸着装置によれば、生産設備の集積率を向上可能である。

請求項６に記載の発明は、基材を一回だけ回転又は回動することによって基材に異なる薄膜材料を積層することが可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸着装置である。

基材は、回転又は回動する際に、周囲に配置された複数の薄膜材料放出部に順次対向していく。すなわち、基材を１周させるだけで、所望する複数の異なった薄膜材料を積層することができる。その結果、成膜工程が単純化される。
本発明の蒸着装置によれば、生産管理が容易となる。

請求項７に記載の発明は、基材を複数回に渡って回転又は回動することによって基材に異なる薄膜材料を積層することが可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸着装置である。

例えば、有機ＥＬ素子に用いられる有機材料は、真空蒸着時に高温となる。その結果、有機材料が積層された基材には熱が蓄積される。ところが、各有機層は、残留熱によりダメージを受ける恐れがある。そのため、１枚の基材に複数の有機層を成膜する際には、１層成膜する毎に基材を冷却することが好ましい。

本発明で採用する「基材を複数回に渡って回転又は回動することによって基材に異なる薄膜材料を積層する」という構成では、例えば、基材に１層成膜する毎に、成膜を伴わない回転を行うことで、基材を冷却することが可能である。
本発明の蒸着装置によれば、薄膜材料を複数積層した場合にでも、残留熱による成膜層の損傷を防止できる。

本発明の蒸着装置によれば、生産工程におけるタクトタイムの短縮が可能である。

本発明の実施形態に係る蒸着装置を示す斜視図である。 蒸着装置の動作を示す平面図であり、（ａ）はガラス基板の払い出し状態、（ｂ）は１つの成膜装置による蒸着状態、（ｃ）は他の成膜装置による蒸着状態である。 ガラス基板を囲むフードを示す斜視図である。 ガラス基板と薄膜材料放出部による小ブースを示す平面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る蒸着装置を示す図であり、（ａ）はガラス基板がオフセットされたインデックステーブルの斜視図、（ｂ）は複数の成膜装置に囲まれるインデックステーブルの平面図である。 ２枚のガラス基板がオフセットされたインデックステーブルを示す斜視図である。 本発明の実施形態の別の変形例に係る蒸着装置を示す斜視図である。 図７の蒸着装置の積層方法を示す平面図である。 図８の蒸着装置の一部拡大図である。 図７の蒸着装置における別の積層方法を示す概念図であり、１層目の積層状態である。 図７の蒸着装置における別の積層方法を示す概念図であり、２層目の積層状態である。 図７の蒸着装置における別の積層方法を示す概念図であり、３層目の積層状態である。

以下、本発明の蒸着装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明は、実施形態の理解を容易にするためのものであり、これによって、本発明が制限して理解されるべきではない。

図１に示す蒸着装置１は、有機ＥＬ素子等の薄膜素子を製造可能な装置である。蒸着装置１は、真空室２を有し、真空室内２には５台の成膜装置７と、１台の姿勢変更手段８と、１台の気体排出装置１０とを備えている。

真空室２は、公知のそれと同様に、ガラス基板（基材）２０を設置することができる広い空間９を有している。ガラス基板８は、図示しない基板設置台で支持されている。
真空室２は、気密性を有している。また、真空室２は、気体排出装置１０を備えており、空間９を高真空雰囲気に保つことができる。なお、気体排出装置１０は、ダクト１１と、バルブ１２と、真空ポンプ１３から構成されている。

姿勢変更手段８は、ガラス基板２０を垂直姿勢に支持したまま回転可能なものである。姿勢変更手段８は、公知のインデックステーブル１４から構成されている。ガラス基板２０は、インデックステーブル１４の略中央に配置されており、図示しない固定具でインデックステーブル１４に固定されている。
円形のインデックステーブル１４は、所望する角度や距離に応じて回転させることができる。インデックステーブル１４はモータ１５に連結されている。モータ１５は、図示しないＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）に接続されており、ＰＬＣからの指令信号で制御される。

成膜装置７は、ガラス基板２０に薄膜材料を積層させるためのものである。成膜装置７は、５台の成膜装置７ａ〜７ｅから構成されている。成膜装置７ａ〜７ｅは、姿勢変更手段８の周囲を取り囲むように配置されている。具体的には、インデックステーブル１４を６等分した内の５つの箇所に位置しており、成膜装置７ａ〜７ｅの順に反時計回りに隣接している。なお、残りの１つの箇所は、ガラス基板２０を姿勢変更手段８へ出し入れするための隙間２１である。

成膜装置７ａ〜７ｅは、各々蒸発装置３と、蒸気通路４と、制御バルブ５と、薄膜材料放出部６とを備えている。成膜装置７ａ〜７ｅは、図示しないＰＬＣに接続されており、ＰＬＣからの指令信号で制御される。

蒸発装置３は、公知の坩堝１６と気化用電気ヒータ１７によって構成されている。蒸発装置３の構造及び機能は、公知のそれと同一であり、坩堝１６内に薄膜材料を入れ、電気ヒータ１７で薄膜材料を溶融し、さらに気化させることができる。

蒸気通路４は、蒸発装置３から排出される薄膜材料の蒸気が通過する通路として機能するものである。蒸気通路４は、管から構成される。蒸気通路４の途中には、制御バルブ５が設けられており、蒸気の排出量を調整可能である。蒸気通路４は、薄膜材料放出部６に接続されている。

薄膜材料放出部６は、当業者の間で、エリアソースと称される原料供給方式を採用するものである。薄膜材料放出部６は、シャワープレートとも呼ばれている。薄膜材料放出部６の面積は、ガラス基板２０と同等か又はガラス基板２０以上の大きさである。成膜装置７ａ〜７ｅに設けられた各薄膜材料放出部６は、回転するガラス基板２０に対向可能なように配置されている。薄膜材料放出部６は、蒸散管１８を有している。

蒸散管１８は、気化した薄膜材料をガラス基板２０に蒸散させるためのノズルである。蒸散管１８は、縦７列、横５列の合計３５本が略面状に配置されている。蒸散管１８は、開口１９を有している。すなわち、蒸発装置３から排出された薄膜材料の蒸気は、蒸気通路４を経由して薄膜材料放出部６に至り、蒸散管１８から蒸散される。なお、蒸散管１８の外周面には、図示しない保温用ヒータが取り付けられている。

つぎに、蒸着装置１におけるガラス基板２０への薄膜材料の積層方法について、図２（ａ）〜２（ｃ）を用いて説明する。
図２（ａ）は、ガラス基板２０払い出し状態を示している。ガラス基板２０は、図示しないハンドリングロボットや搬送装置等で、成膜装置７ａと７ｅの隙間２１から姿勢変更手段８に払い出され、インデックステーブル１４に載置される。この時、成膜装置７ａ〜７ｅには、各々異なる種類の有機材料（薄膜材料）が仕込まれている。

図２（ｂ）は、成膜装置７ａによる蒸着状態を示している。インデックステーブル１４に載置されたガラス基板２０は、姿勢変更手段８によるインデックステーブル１４の回転に伴って、成膜装置７ａ（薄膜材料放出部６）に対向配置される。その状態において、成膜装置７ａからガラス基板２０へ気化した有機材料が蒸散され、１層目の有機層がガラス基板２０に積層される。１層目の有機層が積層されると、ガラス基板２０は姿勢変更手段８で回転され、成膜装置７ｂに対向配置される。

図２（ｃ）は、成膜装置７ｂによる蒸着状態を示している。成膜装置７ｂに対向配置されたガラス基板２０は、成膜装置７ｂからガラス基板２０へ気化した有機材料が蒸散され、２層目の有機層が積層される。
以降、前述と同様の手順で、ガラス基板２０は姿勢変更手段８で回転されて、成膜装置７ｃ〜７ｅへと順番に対向配置する。その結果、成膜装置７ｃ〜７ｅによってガラス基板２０に３層目〜５層目の有機層が積層される。

以上のように、蒸着装置１では、姿勢変更手段８を用いてガラス基板２０を回転させるだけで、成膜装置７ａ〜７ｅへと順番に対向配置させることができ、１層目〜５層目の有機層を積層することができる。成膜装置７ａ〜７ｅ同士は、従来のようにゲートバルブ等で遮断されておらず、同一の空間９内にあって、隣接している。すなわち、従来行われていた各成膜室へのガラス基板２０の出し入れ動作が無い。さらに、ゲートバルブ等を有していないので、従来行われていたゲートバルブ等の開閉動作も無い。その結果、ガラス基板２０の積層工程におけるタクトタイムを、従来に比べて大幅に短縮することができる。

図３は、ガラス基板２０の周囲にフード２５が設けられた状態を示す。フード２５は、ガラス基板２０よりも大きい板部材であり、平面視で略コ字状である。フード２５は、ガラス基板２０の背面と左右面の３方を覆っている。なお、フード２５は、インデックステーブル１４に固定されるものであり、ガラス基板２０を支持する固定具を兼ねている。

図４に示すように、薄膜材料放出部６（成膜装置７）にガラス基板２０が対向配置されると、薄膜材料放出部６とフード２５で、ガラス基板２０の４方が囲まれた状態となる。すなわち、薄膜材料放出部６とフード２５によって、小ブース２６が形成されている。小ブース２６は簡略の成膜室であり、薄膜材料放出部６から蒸散される有機材料は、小ブース２６の外へ飛散する恐れがない。そのため、蒸着装置１内でのコンタミネーションの発生を防止できる。

図５（ａ），５（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例に掛かる蒸着装置３０を示すものである。なお、蒸着装置３０において、蒸発装置１と共通する構成部品については、同一符号で表しており、説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、蒸着装置３０が備えるインデックステーブル３１は、前述のインデックステーブル１４よりも大きい。そのため、インデックステーブル３１では、ガラス基板２０はインデックステーブル３１の中心３１ａ付近ではなく、円弧３１ｂに近い箇所にオフセットして配置される。すなわち、モータ１５でインデックステーブル３１を回転させると、ガラス基板２０は円弧３１ｂに沿って回動する。換言すると、ガラス基板２０は円弧３１ｂの軌跡上を回動する。

図５（ｂ）に示すように、蒸着装置３０において、成膜装置７は７台の成膜装置７ａ〜７ｇから構成されている。成膜装置７ａ〜７ｇは、インデックステーブル３１の円周３１ｃ状に並べられている。成膜装置７ａ〜７ｅには、各々異なる種類の有機材料（薄膜材料）が仕込まれている。つまり、ガラス基板２０を円弧３１ｂに沿って回動させることにより、成膜装置７ａ〜７ｇにて７層の有機層を連続的に積層することができる。

なお、図６に示すように、インデックステーブル３１には、２枚のガラス基板２０を載置しても良い。或いは、インデックステーブル３１に載せることが可能な限り、ガラス基板２０を載置しても構わない。

図７は、本発明の実施形態の別の変形例に掛かる蒸着装置４０を示すものである。なお、蒸着装置４０において、蒸発装置１及び３０と共通する構成部品については、同一符号で表しており、説明を省略する。

図７に示すように、蒸着装置４０が備える成膜装置４１は、１９台の成膜装置４１ａ〜４１ｓから構成されている。成膜装置４１ａ〜４１ｓには、各々異なる種類の有機材料（薄膜材料）が仕込まれている。成膜装置４１ａ〜４１ｓは、各々薄膜材料放出部４２を備えている。
薄膜材料放出部４２は、当業者の間で、リニアソースと称される原料供給方式を採用するものである。薄膜材料放出部４２の高さは、ガラス基板２０の高さと同等か又はガラス基板２０以上である。薄膜材料放出部４２は、縦５列の蒸散管１８を有している。

図８に示すように、インデックステーブル３１を回転させ、ガラス基板２０を成膜装置４１ａ〜４１ｓの順番に対向配置させていく。この時、ガラス基板２０は途中で停止させず、一定速度で回転させる。この状態において、回転するガラス基板２０に、成膜装置４１ａ〜４１ｓから順番に有機材料を蒸散させる。

ここで、蒸着装置４０における有機材料の積層方法を、図９に記載の成膜装置４１ａ〜４１ｄを用いて説明する。図９において、ガラス基板２０は、成膜装置４１ａから成膜装置４１ｄの方向へと移動する。ガラス基板２０が成膜装置４１ａの前を通過すると、成膜装置４１ａから蒸散された有機材料が、１層目の有機層５１としてガラス基板２０に積層される。積層された有機層５１は、一定速度で移動するガラス基板２０に伴って、隣接する成膜装置４１ｂの方へ移動する。有機層５１が成膜装置４１ｂの前を通過すると、成膜装置４１ｂから蒸散された有機材料が、２層目の有機層５２として有機層５１の上に積層される。

以降、前述と同様に、有機層５２が成膜装置４１ｃを通過して、３層目の有機層５３が積層され、有機層５３が成膜装置４１ｄを通過して、４層目の有機層５４が積層される。
すなわち、蒸着装置４０では、ガラス基板２０を１回転させるだけで、成膜装置４１ａ〜４１ｄによって１９層の有機層を成膜することができる。

また、蒸着装置４０では、ガラス基板２０を複数回に渡って回転又は回動させて有機材料を積層させることも可能である。図１０〜１２に記載の成膜装置４１ａ〜４１ｃを用いて説明する。
図１０（ａ）において、インデックステーブル３１を一定速度で回転させると、ガラス基板２０は成膜装置４１ａの前を通過していく。この時、成膜装置４１ａからガラス基板２０に有機材料（薄膜材料）６０が蒸散される。その結果、図１０（ｂ）に示すように、ガラス基板２０の上に、１層目の有機層６１が積層される。インデックステーブル３１は回転を続け、図１１（ａ）に示すように、ガラス基板２０は２週目の回転を迎える。

図１１（ａ）において、ガラス基板２０は、成膜装置４１ｂの前を通過していく。この時、成膜装置４１ｂからガラス基板２０に有機材料６０が蒸散される。その結果、図１１（ｂ）に示すように、ガラス基板２０の上に、２層目の有機層６２が積層される。インデックステーブル３１は回転を続け、図１２（ａ）に示すように、ガラス基板２０は３週目の回転を迎える。

図１２（ａ）において、ガラス基板２０は、成膜装置４１ｃの前を通過していく。この時、成膜装置４１ｃからガラス基板２０に有機材料６０が蒸散される。その結果、図１２（ｂ）に示すように、ガラス基板２０の上に、３層目の有機層６３が積層される。複数の有機層が積層されたガラス基板２０は、有機ＥＬ素子７０と成る。

前述のように、蒸着装置４０では、ガラス基板２０が１周回転する毎に、有機層を１層、積層することができた。
このほか、ガラス基板２０への有機材料６０の蒸散は、３周に１回の割合や、１０周に１回の割合等、任意に設定可能である。なお、積層を伴わない空打ち回転においては、ガラス基板２０が回転する間、ガラス基板２０を冷却することができ、残留熱によって有機層６１〜６３が損傷されることを防止できる。

以上のように、本発明の蒸着装置１，３０，４０によれば、生産工程におけるタクトタイムの短縮が可能である。

１，３０，４０ 蒸着装置
２ 真空室
３ 蒸発装置
６，４２ 薄膜材料放出部
８ 姿勢変更手段
１９ 開口
２０ ガラス基板（基材）
２５ フード
２６ 小ブース
６０ 有機材料（薄膜材料）

Claims (7)

1. 基材を設置可能な真空室と、薄膜材料を蒸発させる蒸発装置とを有し、真空室内に基材を設置し、蒸発装置によって蒸発された薄膜材料を蒸散させて前記基材に所定成分の膜を蒸着する蒸着装置において、
   基材を回転又は円弧軌跡上を回動させて基材の向きを変更する姿勢変更手段と、複数の蒸発装置とこれに対応する複数の薄膜材料放出部を有し、前記薄膜材料放出部は、互いに対向する位置にあるものを含み、基材を囲む位置に配置されており、
   前記姿勢変更手段によって前記基材を各薄膜材料放出部に順次対向させ、各薄膜材料放出部から順次薄膜材料を蒸散させて基材に異なる薄膜材料を積層することが可能であり、
   基材の周囲にフードが設けられ、１つの薄膜材料放出部とフードによって小ブースを形成するものであって、
   前記フードは、前記基材の背面側に位置する部分と前記基材の側面側に位置する部分とを有することを特徴とする蒸着装置。
2. 前記薄膜材料放出部は、保温用ヒータが取り付けられた蒸散管を備えていることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
3. 薄膜材料放出部は、円周状に並べられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸着装置。
4. 薄膜材料放出部は、薄膜材料を蒸散させる開口部を複数有し、当該開口部が面状に分布していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸着装置。
5. 薄膜材料放出部は、薄膜材料を蒸散させる開口部を複数有し、当該開口部が線状に分布しており、基材の回転又は回動に伴って基材と薄膜材料放出部とが対向する位置が変化することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸着装置。
6. 基材を一回だけ回転又は回動することによって基材に異なる薄膜材料を積層することが可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸着装置。
7. 基材を複数回に渡って回転又は回動することによって基材に異なる薄膜材料を積層することが可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸着装置。

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