JP6222929B2 - Vacuum deposition equipment - Google Patents
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Description
本発明は、例えばガラス基板の表面に金属材料、有機材料などの蒸着材料を負圧下で蒸着させるための真空蒸着装置に関するものである。 The present invention relates to a vacuum deposition apparatus for depositing a deposition material such as a metal material or an organic material under a negative pressure on the surface of a glass substrate, for example.
例えば、有機EL材料を用いたパネルディスプレイは、有機材料などの蒸着材料がガラス基板などの被蒸着部材に蒸着されることにより形成されている。通常、蒸着材料を蒸発容器で加熱して蒸発させ、この蒸発した蒸着材料である蒸発材料が、真空容器内に導かれるとともに当該真空容器内に配置された被蒸着部材(基板)の表面に放出されて、蒸着が行われている。 For example, a panel display using an organic EL material is formed by evaporating an evaporation material such as an organic material on an evaporation target member such as a glass substrate. Normally, the evaporation material is heated and evaporated in an evaporation container, and the evaporation material, which is the evaporated evaporation material, is introduced into the vacuum container and released to the surface of a member to be evaporated (substrate) disposed in the vacuum container. The vapor deposition is performed.
このような蒸着装置として、一端側が原料供給源に接続されるとともに他端側で複数に分岐した供給管を、蒸発材料を放出する多数の開口が形成された供給端に接続し、上記供給管の分岐した部分に流量制御手段が設けられた構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この構成は、厚さの均一な蒸着膜を得ようとするものである。 As such a vapor deposition apparatus, one end side is connected to a raw material supply source, and a supply pipe branched into a plurality at the other end side is connected to a supply end in which a large number of openings for discharging the evaporation material are formed, and the supply pipe A configuration in which a flow rate control means is provided at the branched portion is disclosed (for example, see Patent Document 1). This configuration is intended to obtain a deposited film having a uniform thickness.
しかしながら、上記特許文献1に開示された蒸着装置は、供給管または導入管に分岐部を有するものであり、これが原因としてコンダクタンスが低下していた。このため、従来の上記蒸着装置では、蒸着材料の加熱においてコンダクタンスの低下分を考慮する必要があり、蒸着材料の加熱温度を高く設定しなければならなかった。したがって、従来の上記蒸着装置では、特に、分解温度が比較的低い蒸着材料、つまり加熱により劣化しやすい蒸着材料の真空蒸着に適しないという問題があった。
However, the vapor deposition apparatus disclosed in
そこで、本発明は、蒸着材料の加熱においてコンダクタンスの低下分を考慮する必要がなく、蒸着材料の加熱温度を低く設定できる真空蒸着装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a vacuum vapor deposition apparatus that can set the heating temperature of the vapor deposition material to be low without considering the decrease in conductance in the heating of the vapor deposition material.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る真空蒸着装置は、それぞれ蒸着材料を蒸発させて蒸発材料とする複数のるつぼと、これらるつぼの下流開口にそれぞれ接続されたバルブと、これらバルブから導入管を通じて蒸発材料を導入するとともに導入された蒸発材料を拡散させる拡散容器と、この拡散容器の内部で拡散された蒸発材料を基板に向けて放出する複数の放出孔とを備え、上記基板に真空下で蒸着を行う真空蒸着装置であって、
上記導入管の全てが分岐部を有しておらず、
蒸着レートが0.1Å/sec以上10Å/sec以下であり、
拡散容器の内部空間厚さ(D)が1m以下およびノズル間最大距離(L)が5m以下で、
且つ、拡散容器の内部空間厚さ(D)とノズル間最大距離(L)との関係が、以下の式(2)〜(3)
100×D≦80×L+244 ・・・(2)
100×D≦−0.25×L+4.75 ・・・(3)
のいずれかを満たすものである。
In order to solve the above problems, a vacuum vapor deposition apparatus according to
All of the above introduction pipes do not have a branch,
The deposition rate is 0.1 Å / sec or more and 10 Å / sec or less,
The internal space thickness (D) of the diffusion container is 1 m or less and the maximum distance between nozzles (L) is 5 m or less,
In addition, the relationship between the internal space thickness (D) of the diffusion container and the maximum distance (L) between the nozzles is expressed by the following equation:(2)~ (3)
100 × D ≦ 80 × L + 244 (2)
100 × D ≦ −0.25 × L + 4.75 (3)
One of the above is satisfied.
上記真空蒸着装置によると、導入管でコンダクタンスが殆ど低下しないので、蒸着材料の加熱においてコンダクタンスの低下分を考慮する必要がなく、蒸着材料の加熱温度を低く設定できる。このため、特に、分解温度が比較的低い蒸着材料、つまり加熱により劣化しやすい蒸着材料の真空蒸着に対して有効である。 According to the vacuum vapor deposition apparatus, since the conductance hardly decreases in the introduction pipe, it is not necessary to consider the decrease in conductance in heating the vapor deposition material, and the heating temperature of the vapor deposition material can be set low. For this reason, it is particularly effective for vacuum deposition of a vapor deposition material having a relatively low decomposition temperature, that is, a vapor deposition material that is easily deteriorated by heating.
[実施の形態1]
以下、本発明の実施の形態1に係る真空蒸着装置を、図面に基づき説明する。
図1(a)に示すように、この真空蒸着装置1は、蒸着材料(例えばAlq3)Aを蒸発させる複数[図1(a)では2つ]のるつぼ2と、蒸発した蒸着材料Aである蒸発材料をるつぼ2からそれぞれ導入する複数本[図1(a)では2本]の導入管11と、これら導入管11で導入された蒸発材料を内部に配置された基板Kに導いて所定の真空度(負圧)で蒸着させる真空容器3と、この真空容器3の内部を所定の真空度(負圧)にする真空ポンプ(図示省略)とを具備する。また、この真空容器3には、導入管11で導入された蒸発材料を拡散させる拡散容器(マニホールドともいう)21と、下側に基板Kを固定した状態で保持する基板ホルダー31と、この基板ホルダー31の近傍で基板Kに対する蒸着レートを計測する水晶振動式膜厚計(QCMともいう)41とが配置されている。さらに、上記拡散容器21の基板対向面には、図1(a)および(b)に示すように、拡散させた蒸発容器を放出する放出孔23が前後左右に多数形成されるとともに、各放出孔23にノズル25が取り付けられている。なお、以下では、拡散容器21から見たるつぼ2の方向(図1上の左右方向)を左右方向という。
[Embodiment 1]
Hereinafter, the vacuum evaporation
As shown in FIG. 1A, this vacuum
上記各るつぼ2の下流開口には、蒸発材料の流量を制御するバルブ51がそれぞれ接続されている。また、上記導入管11は、真空容器3外の各バルブ51と真空容器3内の拡散容器21とを接続し、真空容器3の側壁3sを貫通して配置されている。さらに、上記拡散容器21は、蒸発材料を拡散させるための内部空間22が形成された直方体形状である。また、基板ホルダー31に保持された基板Kには、基板Kに生成させる蒸着膜を所望の範囲にするメタルマスクMが設けられる。
Valves 51 for controlling the flow rate of the evaporating material are respectively connected to the downstream openings of the
次に、本発明の要旨である導入管11および拡散容器21の詳細について説明する。
上記導入管11は、全長にわたって内径が一定の管である。したがって、上記導入管11は、導入する蒸発材料のコンダクタンスを低下させにくい構造である。
Next, details of the
The
上記拡散容器21は、その左右側面に、上記導入管11の内部と上記内部空間22とを連通する導入口24がそれぞれ形成されている。このため、上記拡散容器21は、導入口24から蒸発材料を導入し、導入された蒸発材料を上記内部空間22で拡散し、拡散させた蒸発材料を上記ノズル25から基板Kに向けて放出するように構成されている。この内部空間22も直方体形状であり、最も大きな面積を有する2面が基板対向面およびその反対面である。
The
上記拡散容器21は、拡散容器21の内部空間22の厚さをD、ノズル25のノズル間最大距離をLとすると、
100×D≧−1.22×L2+25L−0.51・・・(1)
を満たすものである。
The
100 × D ≧ −1.22 × L 2 + 25L−0.51 (1)
It satisfies.
加えて、蒸着レートが0.1Å/sec以上10Å/sec以下であり、拡散容器21の内部空間22の厚さ(D)が1m以下で且つ、ノズル25のノズル間最大距離(L)が5m以下で、
100×D≦80×L+244 ・・・(2)
100×D≦−0.25×L+4.75 ・・・(3)
を満たすものである。
In addition, the deposition rate is 0.1 Å / sec or more and 10 Å / sec or less, the thickness (D) of the
100 × D ≦ 80 × L + 244 (2)
100 × D ≦ −0.25 × L + 4.75 (3)
It satisfies.
ところで、図示しないが、るつぼ2には蒸着材料Aを加熱して蒸発させるためのヒータ(例えばシースヒータである)が設けられている。また、バルブ51、導入管11、拡散容器21およびノズル25には、図示しないが、内部を通過する蒸発材料が冷却されて付着するのを防ぐためのヒータ(例えばシースヒータである)がそれぞれ設けられている。
Although not shown, the
以下、上記真空蒸着装置1の作用について説明する。
まず、各るつぼ2に蒸着材料Aを投入し、真空容器3の内部を真空ポンプで所定の真空度(負圧)にしておく。そして、全てのバルブ51を閉じて、るつぼ2、バルブ51、導入管11、拡散容器21およびノズル25をヒータで加熱する。るつぼ2内の蒸着材料Aが加熱されると、この蒸着材料Aが蒸発する。その後、1つのバルブ51を開けることで、そのるつぼ2からの蒸発した蒸着材料A(つまり蒸発材料)は、コンダクタンスが殆ど低下することなくバルブ51および導入管11を通過し、拡散容器21に導入される。そして、蒸発材料は、拡散容器21の内部空間22で拡散し、ノズル25から基板Kに向けて放出される。放出された蒸発材料により蒸着が行われ、基板Kに蒸着膜を生成していく。また、基板Kの近傍で蒸着レートが水晶振動式膜厚計41により計測され、蒸着レートが所望の値になるように、バルブ51により蒸発材料の流量を適宜制御する。所望の厚さの蒸着膜が生成されると、上記バルブ51を閉じるとともに他の1つのバルブ51を開け、同様にして、上記蒸着膜に重ねて他の蒸着膜を生成していく。
Hereinafter, the operation of the
First, the vapor deposition material A is put into each
ここで、蒸着レート、内部空間22の厚さ(D)およびノズル25のノズル間最大距離(L)が上記の通りであるから、内部空間22の蒸発材料は、蒸着膜の膜厚均一性が±3%以内となるようにノズル25から放出される。
Here, since the vapor deposition rate, the thickness (D) of the
このように、上記実施の形態1に係る真空蒸着装置1によると、導入管11でコンダクタンスが殆ど低下しないので、蒸着材料Aの加熱においてコンダクタンスの低下分を考慮する必要がなく、蒸着材料Aの加熱温度を低く設定できる。このため、特に、分解温度が比較的低い蒸着材料、つまり加熱により劣化しやすい蒸着材料の真空蒸着に対して有効である。
As described above, according to the vacuum
また、蒸着膜の膜厚均一性を±3%以内とすることができる。
[シミュレーション]
以下、上記実施の形態1における式(1)〜(3)を導出するに至ったシミュレーションについて説明する。
Further, the film thickness uniformity of the deposited film can be within ± 3%.
[simulation]
Hereinafter, the simulation that led to deriving the equations (1) to (3) in the first embodiment will be described.
このシミュレーションでは、図2に示すように、上記実施の形態1に係る内部空間22(直方体形状)を近似したものとして、直径がDtである円柱形状の内部空間とした。また、このシミュレーションでは、放出孔23tを左右方向に2つとし、これら放出孔23tのピッチをLtとした。
In this simulation, as shown in FIG. 2, a cylindrical internal space having a diameter of Dt is used as an approximation of the internal space 22 (cuboid shape) according to the first embodiment. In this simulation, two
上記のような内部空間22tおよび放出孔23tが形成された拡散容器21tにおいて、導入する蒸発材料の流量レートQ、内部空間22tの直径Dt、および放出孔23のピッチLtを様々に変化させた場合の、放出孔23tから放出される蒸発材料の流量比q1/q2を算出した。
When the flow rate Q of the evaporation material to be introduced, the diameter Dt of the
図3(a)にはLtを小さな値に設定した結果を示し、図3(b)にはLtを大きな値に設定した結果を示す。図3(a)に示すように、Ltが小さな値の場合、Dtが小さければ蒸着レート(流量レートQに基づく)が比較的低い領域で流量比が安定し、Dtが大きければ蒸着レート(流量レートQに基づく)が比較的高い領域で流量比が安定する。また、図3(b)に示すように、Ltが大きな値の場合も同様に、Dtが小さければ蒸着レート(流量レートQに基づく)が比較的低い領域で流量比が安定し、Dtが大きければ蒸着レート(流量レートQに基づく)が比較的高い領域で流量比が安定する。なぜなら、Dtが小さければ、蒸発材料の蒸着レートが所定値以下で、その蒸発材料は分子流となる一方、Dtが大きければ、蒸発材料の蒸着レートが他の所定値以上で、その蒸発材料は粘性流となるからである。これに対して、Dtが小さく蒸着レートが上記所定値を超える場合、または、Dtが大きく蒸着レートが上記他の所定値未満の場合、蒸発材料は分子流と粘性流とが混在した状態となるので、蒸着レートを変動させると流量比も大きく変動する。上記シミュレーション結果から、蒸着レートに関係なく流量比が0.94以上となるDtとLtとの関係式が得られた。この関係式が上記式(1)となる。この上記式(1)が満たされるDt−Ltの範囲を図4のハッチングに示す。なお、流量比が0.94以上であれば、蒸着膜の膜厚均一性が±3%以内となる。 FIG. 3A shows the result of setting Lt to a small value, and FIG. 3B shows the result of setting Lt to a large value. As shown in FIG. 3 (a), when Lt is a small value, Dt (based on the flow rate rate Q) is less if the deposition rate is the flow rate ratio is stabilized at a relatively low region, the larger the Dt evaporation rate (flow rate The flow ratio is stable in a region where the rate Q is relatively high. Similarly, as shown in FIG. 3B, when Lt is large, similarly, if Dt is small, the flow rate ratio is stabilized and Dt is large in a region where the deposition rate ( based on the flow rate Q) is relatively low. If the deposition rate ( based on the flow rate Q) is relatively high, the flow rate ratio is stabilized. This is because, the smaller the Dt, the evaporation rate of the evaporation material is equal to or less than a predetermined value, while the evaporation material comprising a molecular flow, the greater the Dt, at a deposition rate of the evaporation material is other than the predetermined value, the evaporation material This is because it becomes a viscous flow. On the other hand, when Dt is small and the vapor deposition rate exceeds the predetermined value, or when Dt is large and the vapor deposition rate is less than the other predetermined value, the evaporation material is in a state in which molecular flow and viscous flow are mixed. Therefore, when the deposition rate is changed, the flow rate ratio is also greatly changed. From the above simulation results, a relational expression between Dt and Lt was obtained in which the flow rate ratio was 0.94 or more regardless of the deposition rate. This relational expression is the above expression (1). The range of Dt−Lt that satisfies the above equation (1) is shown by hatching in FIG. If the flow rate ratio is 0.94 or more, the film thickness uniformity of the deposited film is within ± 3%.
さらに、上記シミュレーション結果から、蒸着レートが0.1Å/sec以上10Å/sec以下の範囲内において流量比が0.94以上となるDtとLtとの関係式が得られた。この関係式が、拡散容器21の内部空間22の厚さ(D)が1m以下およびノズル25のノズル間最大距離(L)が5m以下の条件で、上記式(2)および(3)となる。
Furthermore, from the above simulation results, a relational expression between Dt and Lt was obtained in which the flow rate ratio was 0.94 or more within the range of the deposition rate of 0.1 Å / sec to 10 Å / sec. This relational expression becomes the above expressions (2) and (3) under the condition that the thickness (D) of the
したがって、蒸着レートが0.1Å/sec以上10Å/sec以下であり、内部空間22の厚さ(D)が1m以下およびノズル25のノズル間最大距離(L)が5m以下の条件で、上記(1),(2)または(3)のいずれかを満たせば、流量比が0.94以上、すなわち、蒸着膜の膜厚均一性が±3%以内となるように蒸発材料から放出される。これらが満たされるDt−Ltの範囲を図5のハッチングに示す。
Therefore, the above conditions are satisfied under the conditions that the vapor deposition rate is 0.1 Å / sec or more and 10 Å / sec or less, the thickness (D) of the
なお、上記シミュレーションの値は、蒸発分子の平均自由行程と分散容器の壁面間距離とにより略決定されるものであるから、内部空間22tが円柱形状の拡散容器21tに限られず、直方体形状など他の形状の拡散容器にも適用できる。
Note that the value of the above simulation is substantially determined by the mean free path of the evaporated molecules and the distance between the wall surfaces of the dispersion container. Therefore, the
以下、上記実施の形態1をより具体的に示した実施例について説明する。
この実施例では、図1の通り、るつぼ2が2つ、導入管11が2本の真空蒸着装置1を使用した。また、一方のるつぼ2内の蒸着材料A(A1)をα−NPDとし、他方のるつぼ2内の蒸着材料A(A2)をAlq3とした。ここで、ノズル25のノズル間最大距離(L)が1.0m、内部空間22の厚さ(D)が0.25mの拡散容器21を用いた。
Hereinafter, examples that more specifically illustrate the first embodiment will be described.
In this embodiment, as shown in FIG. 1, a vacuum
上記真空蒸着装置1を用いて、1.0Å/secの蒸着レートで、基板Kにα−NPDの蒸着膜を生成し、この蒸着膜に重ねてAlq3の蒸着膜を生成した。これら蒸着膜の膜厚均一性を、いずれも±3%以内とすることができた。
Using the
また、この工程において、蒸着材料Aの加熱温度が、α−NPDで280℃、Alq3で340℃となり、従来の分岐部を有する導入管11が具備された真空蒸着装置1に比べて、いずれも5℃低下させることができた。
Further, in this process, the heating temperature of the vapor deposition material A is 280 ° C. for α-NPD and 340 ° C. for
[実施の形態2]
本実施の形態2に係る真空蒸着装置1は、上記実施の形態1に係る真空蒸着装置1と異なり、共蒸着を行い得るものである。
[Embodiment 2]
Unlike the
以下、本実施の形態2に係る真空蒸着装置1について図6に基づき説明するが、上記実施の形態1と異なる拡散容器21、導入管11および水晶振動式膜厚計41の配置に着目して説明するとともに、上記実施の形態1と同一の構成については、同一番号を付してその説明を省略する。なお、以下では、図6(a)上の左右方向を左右方向といい、図6(b)上の左右方向を前後方向という。
Hereinafter, the vacuum
図6に示すように、この真空蒸着装置1は、真空容器3の内部に拡散容器21が複数段(図6では3段)に重なって配置されている。上段の拡散容器21Hには、その左側下面の前後方向に複数本[図6(b)では2本]の導入管11が接続されている。中段の拡散容器21Mには、その右側下面の前後方向に複数本[図6(b)では2本]の導入管11が接続されている。下段の拡散容器21Lには、その中側下面の前後方向に複数本[図6(b)では2本]の導入管11が接続されている。また、上記導入管11と同数のるつぼ2およびバルブ51が、真空容器3の下方に配置されている。このため、全ての導入管11は、真空容器3の底壁3bを貫通して略垂直に配置されている。さらに、各拡散容器21の後面には、図6(b)に示すように、各内部空間22の蒸発材料の一部を検出用に放出する検出ノズル26が取り付けられている。また、これら検出ノズル26の後方には、当該検出ノズル26で放出された蒸発材料に基づいて各拡散容器21H,21M,21Lによる蒸着レートを検出する水晶振動式膜厚計41がそれぞれ配置されている。
As shown in FIG. 6, in this vacuum
以下、上記真空蒸着装置1の作用について上記実施の形態1と異なる点について説明する。
基板Kの近傍で複数の拡散容器21H,21M,21Lによる全体の蒸着レートが水晶振動式膜厚計41により計測され、拡散容器21H,21M,21Lの後方で当該拡散容器21H,21M,21Lによる各蒸着レートが水晶振動式膜厚計41によりそれぞれ計測される。そして、全体の蒸着レートおよび拡散容器21H,21M,21Lの各蒸着レートが所望の値になるように、バルブ51により蒸発材料の流量を適宜制御する。
Hereinafter, the difference of the operation of the vacuum
In the vicinity of the substrate K, the entire deposition rate by the plurality of
このように、上記実施の形態2に係る真空蒸着装置1によると、実施の形態1に係る真空蒸着装置1と同様に、蒸着材料Aの加熱温度を低く設定できるとともに、蒸着膜の膜厚均一性を±3%以内とすることができる。また、複数の拡散容器21が配置されているので、拡散容器21ごとに種類の異なる蒸発材料を導入することで、共蒸着を行うことができる。
Thus, according to the
ところで、上記実施の形態1および2では、導入管11が略水平または略垂直であるとして図示したが、これに限定されるものではない。
さらに、上記実施の形態1および2では、拡散容器21が、その基板対向面にノズル25を取り付けたものとして説明したが、ノズル25を取り付けずに、放出孔23から蒸発材料を直接放出するものであってもよい。
In the first and second embodiments, the
Further, in the first and second embodiments described above, the
また、上記実施の形態1では、真空蒸着装置1が複数のるつぼ2を具備するものとして説明したが、1つのるつぼ2を具備するものであってもよい。
また、上記実施の形態1における複数のるつぼ2内の蒸着材料Aを異なるものA(A1,A2)としてもよく、同一であってもよい。同一とすることで、蒸着材料Aの加熱温度を一層低く設定できる。
In the first embodiment, the vacuum
Further, the vapor deposition materials A in the plurality of
また、上記実施の形態1および2では、拡散容器21の内部空間の厚さ(D)として高さについて図示したが、これは基板対向面とその反対面との間隔であればよい。すなわち、内部空間の厚さ(D)は、拡散容器21の上面が基板対向面だと上下面間隔であり、拡散容器21の左面または右面が基板対向面だと左右面間隔である。
In the first and second embodiments, the height is illustrated as the thickness (D) of the internal space of the
K 基板
A 蒸着材料
2 るつぼ
11 導入管
21 拡散容器
22 内部空間
23 放出口
24 導入口
K substrate A
Claims (1)
上記導入管の全てが分岐部を有しておらず、
蒸着レートが0.1Å/sec以上10Å/sec以下であり、
拡散容器の内部空間厚さ(D)が1m以下およびノズル間最大距離(L)が5m以下で、
且つ、拡散容器の内部空間厚さ(D)とノズル間最大距離(L)との関係が、以下の式(2)〜(3)
100×D≦80×L+244 ・・・(2)
100×D≦−0.25×L+4.75 ・・・(3)
のいずれかを満たすことを特徴とする真空蒸着装置。 A plurality of crucibles each for evaporating vapor deposition material to evaporate material, valves connected to respective downstream openings of these crucibles, diffusion that introduces the evaporative material from these valves through the introduction pipe and diffuses the introduced evaporative material A vacuum deposition apparatus comprising a container and a plurality of discharge holes for discharging the evaporated material diffused inside the diffusion container toward the substrate, and performing deposition on the substrate under vacuum,
All of the above introduction pipes do not have a branch part ,
The deposition rate is 0.1 Å / sec or more and 10 Å / sec or less,
The internal space thickness (D) of the diffusion container is 1 m or less and the maximum distance between nozzles (L) is 5 m or less,
And the relationship between the internal space thickness (D) of the diffusion container and the maximum distance (L) between the nozzles is expressed by the following equations (2) to (3).
100 × D ≦ 80 × L + 244 (2)
100 × D ≦ −0.25 × L + 4.75 (3)
Any one of the above is satisfied.
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