JP5658525B2 - 蒸発装置及び蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は蒸発装置及び蒸着装置に関し、さらに詳細には、基材に薄膜材料を蒸着可能な蒸発装置及び蒸着装置に関する。本発明の蒸発装置及び蒸着装置は、長時間に亘る蒸着でもコンタミネーションの発生を抑制可能なものである。

ＬＥＤ照明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。

真空蒸着法において、蒸発源として、ヒータを備えた坩堝を用いることが多い。坩堝を用いる方法では、真空室等に設置された坩堝に予め有機材料を供給しておく。そして、真空室を真空状態にした後、ヒータで有機材料を加熱することで蒸着が行われる。このように、坩堝を用いた真空蒸着法は、簡素な構成で蒸着ができるという点で優れている。

しかし、坩堝を用いた真空蒸着法では、坩堝に大量の材料を仕込むことができないという欠点がある。これは、有機材料が高温に長時間晒されると、分解劣化されてしまうからである。そのため、坩堝内の材料がなくなる度に、真空室内を大気圧に戻して坩堝に材料を供給し、再度真空室内を真空状態にする必要があり、手間が掛かっていた。

特許文献１には、有機材料の蒸着方法および蒸着装置が開示されている。特許文献１に記載の蒸着装置では、粉体の有機材料を、回転する環状のベルトに載せて供給している。そしてベルトの一部を加熱装置で加熱して、有機材料を蒸発させている。この蒸着装置では、回転する環状のベルトに材料を供給し続けることで、長時間の連続蒸着が可能である。

特開平１０−３３０９２０号公報

ところが、特許文献１に記載の蒸着装置では、長時間の連続蒸着により、環状のベルトに有機材料の分解物や変成物が蓄積する恐れがある。これは、回転する１つのベルトを、使い続けることによって起こる問題である。分解物や変成物の発生によるコンタミネーションは、有機ＥＬ素子の膜質の低下を招いてしまう。なお、坩堝を用いた真空蒸着法においても、メンテナンスを行わずに１つの坩堝を使い続けると、同様の問題が発生する。

上記した現状に鑑み、本発明は、長時間に亘る蒸着でもコンタミネーションの発生を抑制可能な蒸発装置及び該蒸発装置を有した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本発明に関連する発明は、薄膜材料を保持する材料保持部を複数有し、さらに１又は２以上の前記材料保持部内の薄膜材料を加熱する加熱手段と、材料保持部に薄膜材料を供給する材料供給手段と、材料保持部を移動させる保持部移動手段を有し、１又は２以上の材料保持部を使用し、当該材料保持部に対して材料供給手段によって連続的に又は間欠的に薄膜材料を供給すると共に、当該材料保持部に供給された薄膜材料を加熱手段によって加熱して蒸発させ、一定要件を満足することを条件の一つとして保持部移動手段によって材料保持部を移動し、新たな材料保持部に交換することを特徴とする蒸発装置である。

請求項１に記載の発明は、薄膜材料を保持する材料保持部を複数有し、さらに１又は２以上の前記材料保持部が保持する薄膜材料を加熱する加熱手段と、材料保持部に薄膜材料を供給する材料供給手段と、材料保持部を移動させる保持部移動手段を有し、１又は２以上の材料保持部を使用し、前記１又は２以上の材料保持部に対して材料供給手段によって連続的に又は間欠的に薄膜材料を供給すると共に、当該１又は２以上の材料保持部に供給された薄膜材料を加熱手段によって加熱して蒸発させるものであり、前記加熱手段は、材料供給手段から前記１又は２以上の材料保持部に供給された薄膜材料を加熱し、交換時期が訪れることを条件の一つとして保持部移動手段によって前記１又は２以上の材料保持部が移動して、前記加熱手段が他の材料保持部に供給される薄膜材料を加熱することを特徴とする蒸発装置である。

本発明で採用する薄膜材料を保持する材料保持部は、複数設けられる。材料保持部は、保持部移動手段によって、移動させることができる。つまり、材料保持部を用いて蒸発を行い、一定要件を満足すると、新たな材料保持部に交換することができる。一定要件とは、任意に設定できる条件である。一般には、稼働時間や生産ロット数から条件設定されることが多いが、例えば、カメラで材料保持部を監視し、保持部が変色した場合や、薄膜材料の残留物が見受けられた場合に、材料保持部を交換するという条件を設定しても構わない。すなわち、分解物や変成物が発生する前に、材料保持部を交換する条件であれば良い。本発明の蒸発装置によれば、長時間に亘る蒸着でも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、前記材料保持部は、連続した長尺体の一部であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発装置である。

長尺体とは、例えば、シート状の板部材である。シート状の板部材は、例えば、ローラーで供給でき、別のローラーで巻き取ることが可能である。すなわち、連続した長尺体の一部を材料保持部とすることで、長時間の連続供給が容易となる。
本発明の蒸発装置によれば、長時間に亘る蒸着が容易である。

請求項３に記載の発明は、前記材料保持部は、独立した坩堝であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発装置である。

坩堝は、簡素な構成で蒸発ができるという点で優れている。
本発明の蒸発装置によれば、簡素な構成とすることができる。

請求項４に記載の発明は、加熱した材料保持部で生じた薄膜材料の蒸気を集めるための蒸気回収フードを有し、前記蒸気回収フードは、前記材料保持部を挟んで、加熱手段の上方に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蒸発装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸発装置を有することを特徴とする蒸着装置である。

請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸発装置を有した蒸着装置は、長時間に亘る蒸着でもコンタミネーションの発生を抑制可能である。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の蒸発装置を有する蒸着装置であって、薄膜材料の蒸気を放出する薄膜材料放出部と、蒸気通路を有し、前記蒸気通路は、蒸発装置から排出される薄膜材料の蒸気が通過する通路であって、その端部は、前記薄膜材料放出部に接続されており、前記加熱手段によって加熱された薄膜材料は、蒸気となって、蒸気回収フードを経由して蒸気通路に回収され、薄膜材料放出部から放出されることを特徴とする蒸着装置である。

本発明の蒸発装置及び蒸着装置によれば、長時間に亘る蒸着でもコンタミネーションの発生を抑制可能である。

本発明の実施形態に係る蒸着装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る蒸発装置の構造を示す概念図である。 材料保持部および保持部移動手段を示す斜視図である。 成膜時における蒸発装置の動作状態を示す概念図であり、（ａ）は薄膜材料供給状態、（ｂ）は薄膜材料蒸発状態、（ｃ）は残留物検知状態、（ｄ）は材料保持部交換状態である。 本発明の別の実施形態に係る蒸発装置を示す斜視図である。 成膜時における別の蒸発装置の動作状態を示す概念図であり、（ａ）は薄膜材料供給状態、（ｂ）は薄膜材料蒸発状態、（ｃ）は残留物検知状態、（ｄ）は材料保持部交換状態である。 箔状の材料保持部を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は保持部移動手段に実装された状態を示す平面図である。

以下は、本発明の蒸発装置及び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に蒸発装置３と、蒸気通路４，５と、薄膜材料放出部６と、制御バルブ７と、気体排出装置１０とを有している。

真空室２は、公知のそれと同様に、ガラス基板（基材）８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とを有している。

蒸気通路４，５は、後述する蒸発装置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４，５は、管から構成される。蒸気通路４，５の間には、制御バルブ７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５の上方側の端部は、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は、蒸散管１４を有している。

蒸散管１４は、気化した薄膜材料をガラス基板８に蒸散させるためのノズルである。蒸散管１４は、縦４列、横４列の合計１６本が略面状に配置されている。蒸散管１４は、孔１５を有しており、ガラス基板８に対向している。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４，５を経由して薄膜材料放出部６に至り、蒸散管１４から蒸散される。なお、蒸散管１４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。

図２に示すように、蒸発装置３は、材料保持部２１と、加熱手段２２と、保持部移動手段２３と、材料供給手段２４と、蒸気回収フード２５と、カメラ２６とを有している。

材料保持部２１は、図３に示すように、連続した長尺体３０の一部であり、一定の長さＬで区分されている。すなわち、材料保持部２１は、材料保持部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ・・・というように連続したものである。材料保持部２１は、幅Ｗを有した板体や箔状体等で構成されている。材料保持部２１は、タングステンやモリブデン、及びタンタル等の溶融し難い金属で構成されることが好ましい。

保持部移動手段２３は、２つの巻芯２７，２８を有している。巻芯２７，２８は、図示しないモータに連結されている。巻芯２７，２８には、長尺体３０が各々ロール３１，３２状に巻かれている。図示しないモータで、巻芯２７，２８を同期させて時計回りに回転させると、長尺体３０はロール３１から供給され、ロール３２に回収される。すなわち、長尺体３０の動作に伴って、材料保持部２１が図３の矢印の方向に左から右へと移動する。なお、図示しないモータは、図示しないＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）に接続されている。

材料供給手段２４は、粉体の薄膜材料を材料保持部２１に供給するための装置である。材料供給手段２４は、公知の粉体供給フィーダや粉体供給ホッパー等で構成されることが好ましい。材料供給手段２４は、図２に示すように、本体３３と、供給バルブ３４と、供給管３５を有している。本体３３内には、粉体の薄膜材料が充填されている。供給バルブ３４は、薄膜材料の供給量を調整するためのバルブである。供給バルブ３４は、本体３３と、供給管３５の間に位置している。供給管３５は、薄膜材料を材料保持部２１に供給するための管である。供給管３５の先端部は、材料保持部２１の天面に近接している。なお、供給バルブ３４は、図示しないＰＬＣに接続されている。

加熱手段２２は、図２に示すように、公知の気化用電気ヒータで構成されている。加熱手段２２は、材料保持部２１の下側に位置しており、材料保持部２１を底面側から加熱するものである。

蒸気回収フード２５は、材料保持部２１で生じた薄膜材料の蒸気を、集めるためのダクトである。蒸気回収フード２５は、材料保持部２１を挟んで、加熱手段２２の上方に配置されている。蒸気回収フード２５は、蒸気通路４に連通している。

カメラ２６は、材料保持部２１を監視するためのカラー画像センサカメラである。カメラ２６は、色の識別及び形状の識別が可能である。すなわち、カメラ２６は、材料保持部２１の変色や、薄膜材料の残留物を検出可能である。なお、カメラ２６は、図示しないＰＬＣに接続されている。

ここで、蒸発装置３の材料保持部２１の交換方法について、図４を用いて説明する。
図４（ａ）では、材料供給手段２４から材料保持部２１ａ上に供給された粉体の薄膜材料４０が、加熱手段２２によって加熱される。加熱された薄膜材料４０は、蒸気となって、蒸気回収フード２５を経由して蒸気通路４に回収される。

図４（ｂ）では、材料保持部２１ａ上の薄膜材料４０が蒸散されて無くなっている。この状態において、材料供給手段２４から薄膜材料４０を供給すると、図４（ａ）の状態となる。すなわち、図４（ａ），４（ｂ）を繰り返すことで、蒸着を連続して行うことができる。

図４（ｃ）では、材料保持部２１ａ上に、残留物４１が生じている。残留物４１は、カメラ２６で検出される。カメラ２６で検出した信号は、図示しないＰＬＣに送られる。ＰＬＣでは、一定要件を満足することを条件の一つとして材料保持部２１ａの移動が必要と判断する。

この場合においては、残留物４１の発生を条件としており、ＰＬＣにて材料保持部２１ａの交換が必要と判断される。なお、一定要件として、蒸発装置又は蒸着装置の稼働時間や蒸着積算時間、有機ＥＬ素子の生産ロット数等を条件に用いても構わない。

そして、ＰＬＣより「移動」の指令信号が、保持部移動手段２３に送られる。「移動」の指令信号に基づいて、保持部移動手段２３が図示しないモータを回転させると、巻芯２７，２８は同期して時計回りに回転する。

その結果、材料保持部２１ａが左から右へと移動して、図４（ｄ）の状態に至る。図４（ｄ）では、材料保持部２１ｂが加熱手段２２の上側に位置している。すなわち、残留物４１が付着した材料保持部２１ａが、新しい材料保持部２１ｂに交換されている。そして、同様の手順で蒸着を行い、ロール３１から材料保持部２１（長尺体３０）が供給できなくなるまで蒸着が可能である。

前述の図４（ａ）〜４（ｄ）のサイクルによると、蒸着中に残留物４１を検出すると、材料保持部２１を新しいものに交換することができる。このことにより、残留物４１が、分解物や変成物へと変化することを防止できる。すなわち、蒸発装置３では、長時間に亘る蒸着でもコンタミネーションの発生を抑制できる。

図５は、本発明の別の実施形態に係る蒸発装置５０を示す。なお、図５において、蒸発装置３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において、蒸発装置５０は、材料保持部５１と、加熱手段５２と、保持部移動手段５３と、材料供給手段２４と、蒸気回収フード２５と、カメラ２６とを有している。

材料保持部５１は、公知の坩堝５４で構成されている。坩堝５４には、公知の気化用電気ヒータで構成された加熱手段５２が内蔵されている。
材料保持部５１は、６つの材料保持部５１ａ〜５１ｆを有しており、円形の保持部移動手段５３上に位置している。

保持部移動手段５３は、公知のインデックステーブルから構成されている。すなわち、円形のテーブル５５を６等分したものであり、各インデックスに材料保持部５１ａ〜５１ｆが配置されている。保持部移動手段５３は、図示しないモータに連結されており、図５の矢印の方向である反時計回りに回転可能である。なお、図示しないモータは、図示しないＰＬＣに接続されている。

ここで、蒸発装置５０の材料保持部５１の交換方法について、図６を用いて説明する。なお、図６においては、蒸気通路４及び蒸気回収フード２５の図示を省略している。
図６（ａ）では、材料供給手段２４から材料保持部５１ａ内に供給された粉体の薄膜材料４０が、加熱手段５２によって加熱される。

図６（ｂ）では、材料保持部５１ａ内の薄膜材料４０が蒸散されて無くなっている。この状態において、材料供給手段２４から薄膜材料４０を供給すると、図６（ａ）の状態となる。すなわち、図６（ａ），６（ｂ）を繰り返すことで、蒸着を連続して行うことができる。

図６（ｃ）では、材料保持部５１ａ内に、残留物４１が生じている。カメラ２６で残留物４１を検出すると、図示しないＰＬＣにて、材料保持部５１ａの移動が必要と判断する。そして、ＰＬＣより「移動」の指令信号が、保持部移動手段５３に送られる。「移動」の指令信号に基づいて、保持部移動手段５３が図示しないモータを回転させると、テーブル５５は反時計回りに回転する。

その結果、テーブル５５の回転に伴って材料保持部５１ａが左に移動して、図６（ｄ）の状態に至る。図６（ｄ）では、材料保持部５１ｂが材料供給手段２４とカメラ２６の間に位置している。すなわち、残留物４１が付着した材料保持部５１ａが、新しい材料保持部５１ｂに交換されている。そして、同様の手順で蒸着を行い、材料保持部５１ｆに交換時期が訪れるまで蒸着が可能である。

前述の図６（ａ）〜６（ｄ）のサイクルによると、蒸着中に残留物４１を検出すると、材料保持部５１を新しいものに交換することができる。このことにより、残留物４１が、分解物や変成物へと変化することを防止できる。すなわち、蒸発装置５０では、長時間に亘る蒸着でもコンタミネーションの発生を抑制できる。

上記の蒸発装置５０において、材料保持部５１として公知の坩堝５４を用いたが、図７（ａ）に示す箔状の材料保持部６１を用いても構わない。材料保持部６１は、「ボート形」と呼ばれる公知の加熱蒸着源用ヒータである。すなわち、材料保持部６１は、ヒータと保持部の両方を兼ね備えたものであり、略中央部に窪み６２を有している。

図７（ｂ）に示すように、６つの材料保持部６１ａ〜６１ｆをテーブル５５（保持部移動手段５３）上に配置している。材料保持部６１ａから順番に蒸着を実施し、材料保持部６１ａに交換時期が訪れると、材料保持部６１ｂに交換する。そして、同様の手順で蒸着を行い、材料保持部６１ｆに交換時期が訪れるまで蒸着が可能である。なお、図７（ｂ）においては、材料供給手段２４と、カメラ２６と、蒸気通路４及び蒸気回収フード２５の図示を省略している。

以上のように、本発明の蒸発装置３，５０及び蒸着装置１によれば、長時間に亘る蒸着でもコンタミネーションの発生を抑制できる。

１ 蒸着装置
３，５０ 蒸発装置
２１，２１ａ〜２１ｃ，５１，５１ａ〜５１ｆ，６１，６１ａ〜６１ｆ 材料保持部
２２，５２ 加熱手段
２３，５３ 保持部移動手段
２４ 材料供給手段
３０ 長尺体
４０ 薄膜材料
５４ 坩堝

Claims (6)

1. 薄膜材料を保持する材料保持部を複数有し、
   さらに１又は２以上の前記材料保持部が保持する薄膜材料を加熱する加熱手段と、材料保持部に薄膜材料を供給する材料供給手段と、材料保持部を移動させる保持部移動手段を有し、
   １又は２以上の材料保持部を使用し、前記１又は２以上の材料保持部に対して材料供給手段によって連続的に又は間欠的に薄膜材料を供給すると共に、当該１又は２以上の材料保持部に供給された薄膜材料を加熱手段によって加熱して蒸発させるものであり、
   前記加熱手段は、材料供給手段から前記１又は２以上の材料保持部に供給された薄膜材料を加熱し、
   交換時期が訪れることを条件の一つとして保持部移動手段によって前記１又は２以上の材料保持部が移動して、前記加熱手段が前記材料供給手段から他の材料保持部に供給される薄膜材料を加熱することを特徴とする蒸発装置。
2. 前記材料保持部は、連続した長尺体の一部であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発装置。
3. 前記材料保持部は、独立した坩堝であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発装置。
4. 加熱した材料保持部で生じた薄膜材料の蒸気を集めるための蒸気回収フードを有し、
   前記蒸気回収フードは、前記材料保持部を挟んで、加熱手段の上方に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の蒸発装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸発装置を有することを特徴とする蒸着装置。
6. 請求項４に記載の蒸発装置を有する蒸着装置であって、
   薄膜材料の蒸気を放出する薄膜材料放出部と、蒸気通路を有し、
   前記蒸気通路は、蒸発装置から排出される薄膜材料の蒸気が通過する通路であって、その端部は、前記薄膜材料放出部に接続されており、
   前記加熱手段によって加熱された薄膜材料は、蒸気となって、蒸気回収フードを経由して蒸気通路に回収され、薄膜材料放出部から放出されることを特徴とする蒸着装置。

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