JP7129280B2 - ガスキャリア蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスキャリア蒸着装置に関するものである。本発明は、例えば有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）装置の機能層を構成する有機層の製膜に用いるガスキャリア蒸着装置として好適である。

近年、蛍光灯やＬＥＤに変わる照明装置として有機ＥＬ装置が注目され、多くの研究がなされている。また、ディスプレイ部材においても液晶方式やプラズマ方式に変わる方式として有機ＥＬ方式が注目され、製品化されている。ここで有機ＥＬ装置は、ガラス基板や透明樹脂フィルム等の基材に、有機ＥＬ素子を積層したものである。

また、有機ＥＬ素子は、一方又は双方が透光性を有する２つの電極を対向させ、この電極の間に有機化合物を含む発光層を積層したものである。有機ＥＬ素子は、電気的に励起された電子と正孔との再結合のエネルギーによって発光する。有機ＥＬ装置は、自発光デバイスであるため、ディスプレイ材料として使用すると高コントラストの画像を得ることができる。また、発光層の材料を適宜選択することにより、種々の波長の光を発光することができる。また蛍光灯に比べて厚さが極めて薄いため、設置場所の制約が少なく、かつ、面状で発光するため、指向性が強いＬＥＤに比べ、影ができにくい。

有機ＥＬ装置の代表的な層構成は、図３の通りである。図３に示される有機ＥＬ装置１００は、ボトムエミッション型と称される構成であり、ガラス基板１１０に、透明電極層１２０と、機能層１３０と、裏面電極層１４０が積層され、これらが封止部１５０によって封止されたものである。また、機能層１３０は、複数の有機化合物の薄膜が積層されたものである。代表的な機能層１３０は、正孔注入層１３１、正孔輸送層１３２、発光層１３３、及び電子輸送層１３４を有している。有機ＥＬ装置１００は、ガラス基板１１０上に、前記した層を順次製膜することによって製造される。

ここで上記した各層の内、透明電極層１２０は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電膜であり、主にスパッタ法あるいはＣＶＤ法によって製膜される。機能層１３０は、前記した様に複数の有機化合物の薄膜が積層されたものであり、各薄膜を真空蒸着法によって製膜することができる。裏面電極層１４０は、一般に、アルミニウム、銀等の金属薄膜であり、真空蒸着法によって製膜することができる。

このように、有機ＥＬ装置を製造する際には、その各層を構成する薄膜を製膜する工程に真空蒸着法が多用される。ここで真空蒸着法は、例えば特許文献１に開示された様な蒸着装置を使用して製膜する技術である。即ち蒸着装置は、一般に真空に保持された製膜室で、薄膜形成用材料の蒸気を基材上に吹き付け、当該材料の薄膜を基材上に製膜する装置である。製膜室は、例えばガラス基板等の基材を設置することができるもので、一般的な蒸発装置は、電気抵抗や電子ビームを利用した加熱装置と、薄膜形成用材料を入れる坩堝とによって構成されている。

即ち、特許文献１は、蒸発源を基材に対して相対移動させて行う蒸着において、所定の厚さの膜を高精度で成膜する為に、蒸着材料の放出口１１を有する蒸発源１０と、蒸発源１０及び基材５を収容して減圧状態を形成する蒸着室２０と、蒸発源１０を、放出口１１が基材５に対向するように支持して、往復動させる蒸発源移動手段３０と、往復動の開始位置における蒸着材料の蒸着速度を計測する第１の蒸着速度計測手段４１と、往復動の中
間位置における蒸着材料の蒸着速度を計測する第２の蒸着速度計測手段４２と、蒸発源移動手段３０、第１の蒸着速度計測手段４１、及び第２の蒸着速度計測手段４２と接続された蒸着量制御部５０とを含む蒸着装置１を開示する。

また、特許文献２は、具体的には、薄膜材料の成膜中の材料劣化を抑え、所望の蒸着速度で安定した膜厚が得られる蒸着装置に関し、真空室内に基材を設置し、材料ガス供給機構から供給された材料ガスに含まれる薄膜材料を基材に着膜させるガスキャリア蒸着装置であって、材料ガス供給機構は、エアロゾル供給機構が接続された気化部を含み、材料ガスは、気化部においてエアロゾル供給機構から供給されたエアロゾルに含まれる粉体が気化されてなる薄膜材料の蒸気を含み、エアロゾル供給機構が、エアロゾルから粉体を分離する粉体分離部、分離され回収された粉体を貯蔵する粉体貯蔵部、及び粉体貯蔵部から供給された粉体からエアロゾルを形成するエアロゾル形成部を含み、かつ、エアロゾル供給機構全体が、大気の流入から遮断可能に構成されてなるガスキャリア蒸着装置を開示する。即ち、特許文献２は、気化部である蒸発装置に薄膜形成用材料を定量供給し、蒸発装置において、その加熱装置または加熱されたキャリアガスによって薄膜形成用材料の一部または全部を蒸発させ、蒸発した材料を真空室である製膜室に移送し製膜する方法を開示する。ここで、供給された材料の全部を一気に蒸発させ、蒸発装置内に未蒸発の材料を滞留させない方法が、いわゆるフラッシュ蒸着、又は、フラッシュ蒸発と呼ばれる方法である。

特開２０１４－１２３５０５号公報 特開２０１５－１０１７７０号公報

特許文献１は、その明細書［０００３］で「このような有機ＥＬ素子の色度をはじめとする素子性能は、有機ＥＬ素子を構成する有機層の膜厚や、発光層に添加されるドーパントのような層成分の濃度に大きく左右される。有機層の膜厚や層成分の濃度の目標値からのずれは、キャリア再結合位置やキャリア輸送性に影響を与えるためである。そのため、有機ＥＬ素子の素子性能の向上を図るには、所定の膜厚からなり、層成分の濃度が所定の濃度となる有機層を高精度で成膜する必要がある。」旨指摘し、上述の如く製膜室内に、基材に対して相対移動する蒸着源を備える蒸着装置とすることで、高精度で成膜することを提案する。

しかしながら、基本的に真空室である製膜室内に、相対移動する蒸着源を設けた場合、特許文献１の如く蒸着源を移動可能とした場合には、真空室が極めて大容積のものとなり装置コストが嵩み、また、製膜速度が一定となるように蒸着源を安定的に制御することが困難となり、逆に基材を移動可能とした場合には、真空室が極めて大面積となり同様に装置コストが嵩み、いずれにしても、薄膜形成用材料が蒸着源の坩堝にて長時間高温に曝され劣化するという問題がある。

そこで、本発明の発明者らは、特許文献２の如く、コンパクトな安価装置を実現し、また、蒸着源たる独立した蒸発室とすることで材料蒸発を安定的に制御可能とし、更に、材料の高温劣化を生じない装置とすべく、蒸発装置から移送された材料蒸気を製膜室で基材上に着膜する蒸着方法につき鋭意検討した。その結果、このような蒸着方法では、高温となる後述する加熱ガス流送系での温度分布や温度低下が安定的に高精度で成膜する際障害となることに気付いた。

例えば、加熱ガス流送系は前記材料蒸気の移送量を支配的に制御するが、そこを流れるガスは、その配管内の圧力差によってその流量が多大な影響を受け、また、その様な局所的な圧力は、その配管の局所的配管壁の温度に支配されるガス体積によっても左右され、従ってそのような配管は製膜運転中にその温度プロファイルが一定に維持される必要がある。

また、このような加熱ガス流送系は、後述するように好ましくは蒸気含有ガス流送配管を含むが、薄膜形成用材料の蒸気を含む蒸気含有ガスは、その配管壁の温度が局所的にでも低下していれば、その場所で当該材料が液化又は固化し配管壁に付着等してしまうこととなり、製膜室への当該材料の供給量自体が直接的に大きく減少等変動したり、当該配管のコンダクタンスの変化により、前記流量が変動したりする可能性がある。

そこで本発明は、このような加熱ガス流送系を含むガスキャリア蒸着装置において、薄膜形成用材料の製膜室への定量供給の安定性、正確性を確保する為に、特定の均熱材適用配管を含む加熱ガス流送系を含むガスキャリア蒸着装置とすることで、圧力や流量の不安定性が抑制され、トラブルが少なく安定的、かつ、高度に制御された製膜が可能なガスキャリア蒸着装置を提供することを目的とする。

一方、上記特許文献２のガスキャリア蒸着装置は、本発明のガスキャリア蒸着装置と同様、製膜室に蒸発室から蒸気含有ガスを供給して製膜する蒸着製膜装置であり、特許文献１とは異なり、蒸発室と製膜室とが分離独立しているが、当該独立していることに起因し、蒸発室から製膜室へ蒸気含有ガスを流送する際、その配管での温度低下や温度分布に起因して、薄膜形成用材料蒸気の供給量の安定的精密制御性において改善の余地があった。

上記した課題を解決するための方策を種々検討し本発明を完成させた。

即ち本発明は、基材を保持可能な基材保持部を備える製膜室、薄膜形成用材料の蒸気を含む蒸気含有ガスを発生させる蒸発装置、ガス供給系、及び排気系を有し、該蒸気含有ガスを基材上に吹き付けることで、該薄膜形成用材料を、該基材上に着膜させるガスキャリア蒸着装置であって、加熱されたガスを流送する加熱ガス流送系を含み、かつ、該熱ガス流送系が、少なくとも一方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の均熱材が適用された均熱材適用配管を含む、ガスキャリア蒸着装置に関する。

このようなガスキャリア蒸着装置は、コンパクトな安価装置で、材料蒸発を安定的に制御可能で、材料の高温劣化を生じない装置でありながら、加熱ガス流送系の温度分布や温度低下が生じないので、安定的に高精度で製膜可能な装置となる。

また、前記均熱材は、前記一方向を含む平面内で熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、かつ、該平面の法線方向の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましく、このような熱伝導率に異方性を有する均熱材を適用することで、本発明に係る均熱材適用配管は、配管の流送方向に高度の均熱性を付与しつつ、配管への外部からの伝熱の影響を小さくできるので、温度分布や温度低下がより生じ難くない、より安定高精度で製膜できる。

また、前記均熱材適用配管は、金属製の内菅とその外壁に接して配されたシート状の該均熱材からなることが好ましく、入手し易く安価かつ完全な緊密性を有する金属製の汎用配管に、同様に入手し易い市販の均熱シートを、例えば配管にシートを巻き付けることで簡便に高性能の本発明に係る均熱材適用配管を作製できる。

また、前記シート状均熱材の法線方向は、前記流送の方向に垂直となるように前記適用がなされてなることが好ましく、より本発明に係る均熱性が高まる。

また、前記均熱材は、グラファイトシートであることが好ましく、より本発明に係る均熱性が高まると共に、本発明に係る均熱材適用配管は、これがおかれた外部雰囲気の温度の影響を受け難くなり、装置の制御性が高まる。

また、前記蒸発装置は、蒸発室、及び、該蒸発室に前記薄膜形成用材料を供給する材料供給系を備えることが好ましく、材料を蒸発する為に高温となる蒸発室に薄膜形成用材料を長時間保持することなく当該材料のごく一部を製膜室に供給することで、本発明に係る材料の高温劣化を防止可能となり、高品質の薄膜を形成できるガスキャリア蒸着装置となる。

即ち、前記材料供給系は、材料吐出部を含み、蒸発室への薄膜形成用材料の供給は、当該材料吐出部がらの薄膜形成用材料の吐出によりなされ、蒸発室では、該吐出された薄膜形成用材料が蒸気化され、かつ、このようにして生成した蒸気含有ガスが製膜室に供給されることとなる。

また、前記材料供給系は、前記材料吐出部以外に、薄膜形成用材料を保管する保管空間を有する材料保管容器を含むことが好ましく、前記材料吐出部は、薄膜形成用材料を、当該材料保管容器から受入れた後に、蒸発室に前記吐出することとなる。このような吐出により蒸発室に薄膜形成用材料を供給するので、高温となる蒸発室から前記材料保管容器への伝熱が防止され前述の高温劣化や、例えば好ましい態様である粉体で保管・供給される薄膜形成用材料の融着が防止され、さらに、蒸発室の圧力に影響されずに、安定的に一定量の材料の供給が可能となる。

また、前記蒸発室は、前記ガス供給系より加熱されたキャリアガスを導入可能で有り、かつ、粉体として前記吐出により供給された前記薄膜形成用材料が、該加熱キャリアガスによりフラッシュ蒸発され、該粉体として前記蒸発室の底に滞留しない状態で、前記蒸気化することが好ましく、前述の高温劣化が防止された状態で安定的に製膜可能なガスキャリア蒸着装置となる。

本発明のガスキャリア蒸着装置は、特定の加熱ガス流送系を含むので、その内壁の温度が、一定以上の温度に維持され、かつ、位置による温度分布が小さく維持されるので、圧力や流量の不安定性が抑制され、トラブルが少なく安定的、かつ、高度に制御された製膜が可能なガスキャリア蒸着装置となる。

本発明のガスキャリア蒸着装置１の構成図の一例である。 本発明のガスキャリア蒸着装置１の製膜室２０１を含む部分的構成詳細図の一例である 有機ＥＬ装置の一般的なデバイス構成を示す断面図である。 本発明のガスキャリア蒸着装置１の均熱材適用配管８１１の構成図の一例である。

以下本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、当業者の技術常識内で種々の変更が可能である。また、以下の記載において本発明に関し図１～図４における符号を付し説明するが、この符号の記載により本発明が何らの制限を受けるものではない。

（ガスキャリア蒸着装置１）
本発明のガスキャリア蒸着装置１は、蒸気含有ガスを基材上に吹き付けることで、薄膜形成用材料を基材上に着膜させる装置であって、製膜室２０１、蒸発装置３、ガス供給系６、排気系７、及び特定の加熱ガス流送系８を含み、一つまたは複数の蒸発装置３を含んでいても良く、図１では一つのみの蒸発装置３を含む例について示しているが、それぞれの蒸発装置の構造や系列数を限定するものではなく、製膜形成する薄膜製品や製膜する薄膜の種類、数に応じて、これらの要素を様々に組み合わせて構成することができ、その好適な適用例としては、例えば、有機ＥＬ装置のような、薄膜形成用材料の蒸気を基材上にて薄膜に製膜するデバイス薄膜製品の製膜が挙げられる。

本発明のガスキャリア蒸着装置１は、複数の高品質な薄膜を短いタクトタイムで製膜可能とする観点から、好ましくは複数の蒸発装置３を備える。

また、本発明のガスキャリア蒸着装置１は、後述する特定の加熱ガス流送系８を含むので、圧力や流量の不安定性が抑制され、トラブルが少なく安定的、かつ、高度に制御された製膜が可能なガスキャリア蒸着装置となる。

（ガス供給系６）
本発明ガス供給系６に係るガス供給系６は、アルゴンや窒素等の好ましくは不活性ガスであるキャリアガスや、クリーニング用のガス、あるいは、これらを任意の比率で混合した混合ガスを供給可能な設備であり、例えば、熱交換器を介すことで加熱されたキャリアガスを供給可能であり、他にも、冷却ガスや、脱気用ガス、押出し用ガスとして、各種ガスを供給可能できる。

（加熱ガス流送系８）
本発明に係る加熱ガス流送系８は、例えば、前述のガス供給系６から供給される、好ましくはアルゴンや窒素等に代表される不活性ガス等の、キャリヤガスや、その他のガス、本発明に係る蒸気含有ガス、これらの混合ガスであって、少なくとも、加熱されて室温を超える温度となっている加熱ガスを流送する経路であり、少なくとも、本発明に係る加熱されたキャリアガス、及び／又は、蒸気含有ガスを流送する経路であり、即ち少なくとも、本発明に係る蒸気含有ガスを流送する後述する蒸気含有ガス流送配管８１を含み、これを構成する要素としては、各種配管や、パイプ、仕切りバルブ（例えば、図中の５０１、５０２，５０３、５０４、５０５、５０６、５０７、５０８、５０９、５１１、５１２、５１３・・・）や、マスフローコントローラー（例えば、図中の３７１、３７２、３７３、３７４、３７５・・・）、熱交換器（例えば、図中の３６１、３６２、３６３・・・）等を含むことができる。

このような加熱ガス流送系８が、後述する特定の均熱材適用配管８１１を含むことが、本発明の特徴の一つである。

（均熱材適用配管８１１）
本発明に係る均熱材適用配管８１１は、少なくとも一方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料から構成された均熱材８１１Ｓが適用された配管である。

前記均熱材８１１Ｓとしては、少なくとも一方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料であれば使用でき、当該一方向を含む全方向の熱伝導率が同じ値である等方性の材料や、例えば、平面内の全方向の熱伝導率が同じ値であるが、当該平面の法線方向の熱伝導率が平面内の熱伝導率と異なる値である異方性の材料を用いることができ、好ましくは、均熱材適用配管８１１の流送の方向に平行な方向が、これと直角な方向に比べて、熱伝導率が大きい異方性の材料を用いることであり、より本発明に係る均熱性が高まる。

このような均熱材８１１Ｓの材料としては、３００Ｋで、等方性の熱伝導率：４００Ｗ／ｍ・Ｋを有する銅や、等方性の熱伝導率：２２０Ｗ／ｍ・Ｋを有するアルミニウムのような金属材料や、面内方向１０００Ｗ／ｍ／Ｋ、面厚方向５Ｗ／ｍ・Ｋの異方性の熱伝導率を有するグラファイトのような無機材料を用いることができる。

本発明に係る均熱材適用配管８１１における、均熱材８１１Ｓの適用方法としては、配管やパイプそのものを均熱材８１１Ｓで構成する方法もあるが、入手し易く安価かつ完全な緊密性を有するステンレス鋼配管等の金属製の配管を内菅８１１Ｂとして、その周囲に、ブロック、プレート、シート等任意の形状の均熱材８１１Ｓを、接触配置することが、リーク等が無い高信頼性の装置を構成する観点から好ましく、より好ましくは、金属製の内菅８１１Ｂの外壁に接して、バルブや熱交換器等を含む接合部分を含めて形成される、凹凸部分や狭い空間にも簡便確実に取り付け可能であるシート状の均熱材８１１Ｓを、接触配置することであり、取り付け容易性の観点から、さらに好ましくは、帯状のシート状の均熱材８１１Ｓを、内菅８１１Ｂの外壁に接して巻き付けることである。

このような均熱材適用配管８１１は、加熱されたキャリアガスが流れる流路であれば、どこに採用しても高い効果を奏するが、加熱キャリアガスが生成される熱交換器から下流の後述する蒸発室３５１までの間を均熱化する為に採用されていることが好ましく、薄膜形成用材料蒸気からの配管内壁への材料付着や蒸気分圧の急激な変化が特に製膜安定性に影響がある蒸発室３５１から下流の後述する製膜室２０１までの間の蒸気含有ガス流送配管８１に採用されていることが好ましく、異なるヒーター同士の境界部など外気により冷却されやすく均熱化が困難な部分に採用されていることが好ましく、より好ましくは、少なくとも当該蒸気含有ガス流送配管８１に採用されている。

また、このような均熱材適用配管８１１は均熱材８１１Ｓの外側にシート状ヒーター、もしくは、リボン状ヒーターを含むことが好ましく、適切に温調することで、温度低下や温度不均一性等の本発明に係る抑制効果が高まると共に、装置のメンテナンス時に、当該均熱材適用配管８１１を過熱しながら排気系７で排気することで、デガスが可能となり、配管内部の清浄性維持が簡便に実施できる。

（蒸気含有ガス流送配管８１）
本発明に係る加熱ガス流送系８は、本発明に係る蒸気含有ガスを流送して後述する蒸発室３５１に供給する蒸気含有ガス流送配管８１を含む。

本発明に係る蒸気含有ガス流送配管８１は、好ましくは、その前記蒸発室３５１の下流側から排気系７により排気可能であり、より好ましくは、後述する製膜室２０１を介さず排気可能である。

（加熱キャリアガス）
本発明に係る加熱キャリアガスは、特に、蒸発室３５１にて薄膜形成用材料を蒸気化する加熱されたキャリアガスであり、具体的には例えば、１００℃～７００℃程度に、加熱された窒素ガス、アルゴンガス等であり、不活性ガスであることが好ましく、より好ましくは窒素ガスである。

図１においては、熱交換器３６２と下部材料移送管４１１を通じて、加熱キャリアガスと薄膜形成用材料が蒸発室３５１に供給され、ここで蒸気含有ガスが生成される。

前記熱交換器としては、スタティックミキサー型のガス配管を用いることが好ましく、配管内部のエレメントとキャリアガスが接触して加熱されるので、熱交換効率が向上できる。

なお、加熱キャリアガスと接触する各機器、配管、バルブ等は、その温度を維持する為、適宜必要なリボン状ヒーターやジャケットヒーター等によって加熱し、適切な制御方法で調温することが重要であり、特に、蒸気含有ガスを流送したり、これが逆流してくる部位については、蒸発した材料の固着、及び材料劣化を抑制するため、このような温調が重要である。

（製膜室２０１）
本発明に係る製膜室２０１は、基材を保持可能な基材保持部２２１、及び保持された当該基材に対して蒸気含有ガスを吹き付ける蒸着ヘッド２３１を有し、好ましくは、気密性を有し、排気系７に直接的、又は間接的に接続されており、より好ましくは、当該製膜室２０１内に、基材９の搬入、搬出の為のゲートバルブ２４１を有し、排気系７に直接的、に接続されており、さらに好ましくは、ガス供給系６に直接的、又は間接的に接続されており、特に好ましくは、ガス供給系６に直接的に接続されており、即ち、製膜室２０１単独でのガス導入、及び排気が可能であることが好ましい。

本実施形態では、基材９がゲートバルブ２４１を介して製膜室２０１内に導入され、基材保持部２２１に載置される。次に、蒸気含有ガスが蒸着ヘッド２３１を介して基材９に向かって吹き出されることで、製膜が実施される。蒸着ヘッド２３１の吹き出し部は適度な開孔パターンを有し、基材９の製膜面側に均一に蒸気含有ガスを吹き出す機構であることが好ましい。

（基材９）
本発明に係る基材９としては、ガラス基板や金属基板、半導体基板等が例示できる。好ましい実施態様としては、基材上には透明電極層１２０として、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明な導電性材料が形成されてなる。

（薄膜形成用材料）
本発明に係る薄膜形成用材料は、加熱により蒸気化し、該蒸気が冷却により基材９上に着膜可能であれば各種材料を使用できるが、常温で固体であり、かつ、粉体として本発明のガスキャリア蒸着装置に導入できる材料であることが、本発明の効果を十分に発揮せしめる観点から好ましく、例えば、有機ＥＬ素子を構成する有機ＥＬ材料等を挙げることができる。

このような本発明に係る薄膜形成用材料は、本発明において好ましくは、例えば、図１に示すように、材料保管容器３１１より仕切りバルブ５０８、上部材料移送管４０１を通じて材料保持部４７１に補給され、材料保持部４７１内の薄膜形成用材料は、駆動部４９１を駆動させることにより、駆動動力が動力伝達機構４８１を通じて、材料移送部４６１に伝わり、該動力で材料移送部４６１が駆動することにより、材料移送部４６１、材料払出し部４５１、真空室３０１の内部雰囲気である材料受送経路４４１、材料下部受け部４３１、下部材料移送管４１１を通じて蒸発室３５１に移送され、蒸気化され、その後、薄膜形成用材料の蒸気を含む蒸気含有ガスとして製膜室２０１に供給され、基材９上に着膜する。

（蒸発装置３）
本発明に係る蒸発装置３は、薄膜形成用材料の蒸気を含む蒸気含有ガスを発生させ、発生させた蒸気含有ガスを製膜室２０１に供給する装置であり、少なくとも固体、又は液体の薄膜形成用材料を蒸発させることで薄膜形成用材料の蒸気を含む蒸気含有ガスを発生させる場所、即ち、薄膜形成用材料を蒸気化する場所である蒸発室３５１を含み、蒸発室３５１に薄膜形成用材料を、好ましくは粉体として、供給する材料供給系４を、好ましくは含む。

（蒸発室３５１）
本発明に係る蒸発室３５１は、薄膜形成用材料を蒸気化することで生成した蒸気含有ガスを、蒸気含有ガス移送部を介して、製膜室２０１に供給する。

前記蒸発室３５１は、ガス供給系６から、前述の加熱されたキャリアガスを導入可能であることが好ましく、好ましくは粉体として供給された薄膜形成用材料は、より好ましくは粉体として蒸発室３５１の底に滞留しない状態で、当該加熱キャリアガスからの伝熱により、フラッシュ蒸発される。

ここで、蒸発室３５１は、前記加熱キャリアガスと薄膜形成用材料との熱交換を効率よく行う観点から、らせん状の配管で構成されてることが好ましく、当該らせん状の配管は、その内周および外周から均一に加熱されるようシステム構成されていることがより好ましい。

さらに、蒸発室３５１は、これと配管やバルブを介して直結された排気系７により、単独で排気可能であることが好ましく、このようにすることで、例えば蒸発室３５１内部を加熱キャリアガスで個別にクリーニングすることが可能となるため、製膜された膜の中の不純物量が低く維持され、膜品質が高レベルで安定維持される。例えば、図１において、蒸発室３５１は、排気バルブ２１５を介し、排気系７に直結している。

またさらに、蒸発室３５１内の圧力は、材料蒸発効率を十分なものに維持せしめる観点から、制御可能であることが好ましく、この制御を可能とする為に、蒸気含有ガス移送部の経路に配された仕切りバルブは、図１おいては仕切りバルブ５１４は、開度調整が可能なものであることが好ましい。

（材料供給系４）
前記材料供給系４は、薄膜形成用材料を保管する保管空間を備える材料保管容器３１１、及び、当該材料保管容器３１１から薄膜形成用材料を受入れて、かつ、吐出により蒸発室に薄膜形成用材料を供給する材料吐出部５を含む。

（材料保管容器３１１）
前記材料保管容器３１１は、薄膜形成用材料を一時的に保管する容器であり、薄膜形成用材料を保管する保管空間を備え、好ましくは薄膜形成用材料を導入可能な材料導入機構３８１を有し、配管やバルブを介して直結された排気系７により、単独で排気可能である。

（材料吐出部５）
前記材料吐出部５は、前記材料保管容器３１１から薄膜形成用材料を受入れる材料供給装置３３１、及び、吐出により蒸発室３５１に薄膜形成用材料を供給する吐出口を少なくとも含み、高温となる蒸発室３５１からの熱を遮断する観点から、好ましくは内部を減圧保持可能な真空室３０１である。

即ち、前記材料供給装置３３１は、材料吐出部５である真空室３０１の内部に格納されていることが好ましく、前記吐出口は、蒸発室３５１の内部と連通し、当該蒸発室３５１に薄膜形成用材料を。好ましくは、粉体として、吐出する、好ましくは真空室３０１の内面の、より好ましくはその底面の孔であり、その場合、当該吐出口は、真空室３０１が有する材料下部受け部４３１に含まれ、このような、材料吐出部５を用いることで、いずれも後述する、材料保持部４７１に保持された薄膜形成用材料を、材料移送部４６１により、材料保持部４７１と材料払出し部４５１を等圧の状態で、移送することができるので、蒸発室３５１に供給される薄膜形成用材料の供給速度を安定させることができる。

（材料供給装置３３１）
前記材料供給装置３３１は、蒸発室３５１に定量的に薄膜形成用材料を供給する目的で本発明のガスキャリア蒸着装置に好ましく組み込まれる装置であり、前述したように好ましくは、真空室３０１内部に収容され、その場合より好ましくは、真空室３０１内で材料供給装置支持部３４１により支持される。

材料供給装置３３１が材料供給装置支持部３４１により支持される場合、当該材料供給装置支持部３４１が秤量機構を有することが好ましく、材料供給装置３３１が材料供給装置支持部３４１を介してのみ真空室３０１内で保持される機構であればより好ましく、材料供給装置３３１に保持されている薄膜形成用材料の重量を計測できるので、より正確に薄膜形成用材料の移送量を制御することが可能となり、基材９上に製膜される薄膜の膜厚の制御が容易となる。

このような材料供給装置３３１は、少なくとも、材料保管容器３１１より上部材料移送管４０１を介し、好ましくはさらに真空室３０１の内部雰囲気を介し、薄膜形成用材料を受入れ可能な材料上部受け部４２１、及び薄膜形成用材料を吐出口に払出し可能な材料払出し部４５１を有し、好ましくは、当該受け入れた薄膜形成用材料を一時的に保持する材料保持部４７１、及び材料保持部４７１に保持された薄膜形成用材料を、材料払出し部４５１に定量的に移送する材料移送部４６１を含む。

材料吐出部５が真空室３０１である場合に、材料上部受け部４２１は、当該真空室３０１の機密性を維持した状態で、材料保管容器３１１から順に、上部材料移送管４０１、真空室３０１の内部雰囲気を介して、薄膜形成用材料を受け入れることが好ましく、材料下部受け部４３１は、当該真空室３０１の機密性を維持した状態で、材料払出し部４５１から、真空室３０１の内部雰囲気を介して、薄膜形成用材料を受け入れることが好ましい。

材料供給装置３３１は、好ましくはさらに、材料移送部４６１を駆動するための駆動部４９１、及び駆動部４９１より材料移送部４６１に動力を伝達する動力伝達機構４８１を有する。

この場合、前記材料払出し部、及び前記吐出口との間の薄膜形成用材料が流通する当該真空室内３０１の空間を材料送受経路４４１としたとき、材料受送経路４４１の経路断面積は、真空室３０１内面の当該断面の面積の１／１０以下であれば、材料保持部４７１と材料払出し部４５１とを均圧に維持することが容易であり好ましい。

前記吐出口は、好ましくは、下部材料移送管４１１を通じて蒸発室３５１の内部と連通し、蒸発室３５１に薄膜形成用材料を、好ましくは、粉体として、吐出する。

前記材料下部受け部４３１は、材料供給装置３３１より払い出された薄膜形成用材料を効率よく受け入れる観点から、好ましくは、真空室３０１の内側に大開口し、吐出口を小開口とする漏斗状であり、当該吐出口は前記下部材料移送管４１１の材料吐出部５側の入り口であり、この場合、真空室３０１の内部雰囲気を介して薄膜形成用材料は材料下部受け部４３１に向かって吐出される。

さらに好ましくは、ガス供給系６よりキャリアガスの一部を真空室３０１に供給することができる構造であれば、材料移送配管４１１内で薄膜形成用材料が付着することを抑えられ、また、蒸発室３５１で発生する蒸気含有ガスが、真空室３０１に逆流することを防ぐことができ、真空室３０１の汚染が防止できることを通じ、製膜された薄膜の品質が高いレベルで維持され易くなる。

さらに好ましくは、排気系７により、真空室３０１を個別に排気可能とする構造であれば、内部に保管された薄膜形成用材料から脱離した水分等の不純物ガスを排気することが容易となる。

（排気系７）
本発明に係る排気系７は、ドライポンプ等の真空排気ポンプや、これと製膜室２０１や蒸発装置３、ガス供給系６等とを接続する配管やバルブ等から構成され、接続される設備の用途に応じて、適切な真空排気ポンプを選択する必要があり、それぞのれの設備が個別の排気系７を備えることが好ましい。

このような排気系７に係るバルブとして、図１には、排気バルブ２１３、２１４、２１５が例示されており、これらの各々を通じて材料保管容器３１１、材料吐出部５、及び蒸発室３５１を個別に排気可能な好ましい例となっており、排気バルブ２１１、２１２も例示されており、これらの各々を通じて製膜室２０１、及び蒸気含有ガス供給系を個別に排気可能な好ましい例となっており、このような排気系７は、１つのポンプにより切り替えて複数を排気しても良く、個別のポンプにより排気してもよく、このような排気バルブは、ポンプ性能を十分に発揮せしめ、到達真空度を高め高品質の薄膜を製膜する観点から、仕切りバルブよりコンダクタンスが大きいものであることが好ましい。

またさらに、製膜室２０１、蒸発装置３にそれぞれ単独の排気系７を接続する方が、製膜室２０１と蒸発装置３を個別に排気することができるため好ましい。このような装置構成とすることで、例えば、薄膜形成用材料の蒸発が不安定な間は仕切りバルブ２１２を通じて排気系７に流送し、前記蒸発が安定した後に、仕切りバルブ５１４を通じて蒸着ヘッド２３１へ流送することができる。

またさらに、製膜室２０１と排気系７を繋ぐ排気バルブ２１１は、開度コントロールが可能なバルブである方が、製膜室内部の圧力調整により製膜速度等をコントロールできるため好ましい。

製膜室２０１は、ドライポンプ、ＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）やＣＰ（クライオポンプ）を用いて、製膜室２０１内を高真空排気できることが好ましく、例えば製膜室内部の残留水分等を除去可能となり、薄膜の品質向上の観点から好ましい。

（製膜方法）
以下本発明のガスキャリア蒸着装置を用いた製膜方法の具体例を説明する。

まず、材料導入機構３８１を介して材料保管容器３１１に薄膜形成用材料を適量充填し密閉する。なお共蒸着を実施する場合、事前に使用する薄膜形成用材料同士の重量比率を調整する方が好ましい。次に、排気バルブ２１３を開け、排気系７を用いて材料保管用器３１１を真空排気し、材料脱気を実施する。なお、排気バルブ２１３は、排気時に材料保管容器３１１内の急激な圧力変動によって内部の薄膜形成用材料が舞上ることを抑制するため、開度調整が可能であり、減圧速度をコントロールできる方が好ましい。

真空排気は、ドライポンプ、ターボ分子ポンプ、もしくはクライオポンプを用いて高真空排気を実施し、有機ＥＬデバイス等の特性低下に繋がる残留水分等を極力除去することが好ましい。材料脱気は、加熱機構を用いて、材料保管容器３１１を薄膜形成用材料の分解劣化に影響しない範囲で加熱することで、脱気に要する時間を短縮することができる。

次に、各部に設置したヒーターで各部を所定温度に昇温する。設定温度は、装置の運用方法や特徴に合わせて適宜設定すればよい。

次に、仕切りバルブ５０８、及び上部材料移送管４０１を通じて、材料保管容器３１１から材料供給装置３３１に薄膜形成用材料を移送する。なお、事前に、排気バルブ２１４を介して排気系７により真空室３０１の圧力を材料保管容器３１１と同等程度にすることで、薄膜形成用材料を移送する際、材料保管容器３１１と真空室３０１の圧力差によって薄膜形成用材料が舞上り、真空室３０１内を汚染することを抑制できるため好ましい。

この場合に、上部材料移送管４０１内で材料詰まりが発生する場合には、仕切りバルブ５０３、５１１を通じてガス供給系６より押出し用ガスを供給し、圧送することができ、また、この場合に、材料供給装置支持部３４１が秤量機構であれば、材料供給装置３３１に供給される薄膜形成用材料の供給量を制御できる。

次に、ゲートバルブ２４１を介して、製膜室２０１に基材９を投入し、基材支持機構２２１に載置する。また、基材保持部２２１内に冷媒を流通させ（２５１）基材９の冷却を実施する。冷媒には例えばエチレングリコール等が用いられる。

次にＭＦＣ３７３及び熱交換器３６２等で、キャリアガスを所定流量および温度に制御して蒸発室３５１等に供給し、この熱交換器３６２で加熱されたキャリアガスにより、蒸発室３５１内において、薄膜形成用材料を加熱し蒸気化する。この場合においては、本発明に係る加熱ガス流送系８は、ガス供給系６から供給されたキャリアガスを加熱する熱交換器３６２を含め、これより下流で、少なくとも製膜室２０１を含む全範囲のガスの流路に対応する概念である。

そして、蒸発室３５１内において発生した薄膜形成用材料の蒸気は、キャリアガスと共に、従って、このような加熱キャリアガスを含む蒸気含有ガスは前記加熱ガス流送系８の一部を介して、製膜室２０１に供給されることとなるが、このような蒸発室３５１を含め、これより下流で蒸気含有ガスを流送する少なくとも製膜室２０１を含む全範囲のガス流路に対応する概念が、本発明に係る蒸気含有ガス流送配管８１である。

本実施態様においては、熱交換器３６２下流側の配管接続部から、仕切りバルブ５１２及びＴ型接続配管部分を含み、蒸発室３５１上流側の配管接続部までのＳＵＳ配管につき、これを内菅８１１Ｂとして、この内菅８１１Ｂの外壁に接して、均熱材８１１Ｓとして帯状のグラファイトシートを巻き付け、更にその外側にリボン状ヒーターを巻き付け、熱交換器３６２による設定加熱温度と同程度の温度に保温した。

また、本実施態様においては、蒸発室３５１下流側の配管接続部から、仕切りバルブ５１４、Ｔ型接続配管部分、及び仕切りバルブ５１０を含んで、製膜室２０１上流側の配管接続部までのＳＵＳ配管につき、これを内菅８１１Ｂとして、この内菅８１１Ｂの外壁に接して、均熱材８１１Ｓとして帯状のグラファイトシートを巻き付け、更にその外側にリボン状ヒーターを巻き付けて、蒸発室３５１の設定加熱温度と同程度の温度に保温した。

また、ＭＦＣ３７２でキャリアガスを所定流量に制御して、仕切りバルブ５０５、５０９を通じて蒸発室３５１に供給することで、このキャリアガスに随伴して材料吐出部５から蒸発室３５１に薄膜形成用材料が供給されることとなる。この場合、ＭＦＣ３７２で制御されるキャリアガス流量は、蒸発室３５１で蒸発した薄膜形成用材料の蒸気を含む蒸気含有ガスの逆流を抑える程度の少量でよい。

次に、材料供給装置３３１より、所定の供給速度で薄膜形成用材料を、材料送受経路４４１、下部材料移送管４１１を通じて蒸発室３５１に供給する。この場合、仕切りバルブ５０９を、例えばボールバルブとすることで、下部材料移送管４１１を通る薄膜形成用材料が移送管内で詰まることなく、全量を蒸発室３５１に供給可能であるため好ましい。

この場合、例えば、蒸発装置３５１に供給された薄膜形成用材料を全量蒸発させることが可能なキャリアガスの流量、温度、等の諸条件とすることで、薄膜形成用材料の供給速度で、製膜速度を制御することができる。薄膜形成用材料の供給速度は、材料供給装置３３１の機構により制御することもできるが、好ましくは、秤量機構を有する材料供給装置支持部３４１を用いることで、より正確に、所定の供給速度に制御できる。

また、蒸発室３５１等の内部の圧力は、例えば仕切りバルブ５１４等の開度を調整し、１００００Ｐａ程度に調整することで、能率的に材料蒸発を実施することができる。

このようにして、蒸発装置３で発生した薄膜形成用材料の蒸気を含む蒸気含有ガスは、キャリアガスと共に、蒸着ヘッド２３１より吐出され、基材９上で冷却され析出することで着膜する。

この場合、蒸着ヘッド２３１から吐出されるキャリアガスの流量および温度により、基材９への着膜効率及び着膜分布が変化する。

蒸発装置３のプロセス条件によらず、蒸着ヘッド２３１から吐出されるキャリアガスの流量及び温度を一定とする場合には、バイパスキャリアガス流送部８より、マスフローコントローラー３７４及び熱交換器３６３で、キャリアガスの流量及び温度を適宜制御して製膜室２０１に流送することで実施できる。

また、基材９への着膜量を精密にコントロールする場合には、最初は、薄膜形成用材料の蒸気含有ガスを排気バルブ２１２を通して排気系７に流送し、薄膜形成用材料の蒸発速度安定後に蒸着ヘッド２３１へ流送する方法が好ましい。

製膜終了後は、材料供給装置３３１を停止し、適宜バルブを閉めるとよい。

本発明のガスキャリア蒸着装置１を用い、材料保管容器３１１に複数種類の薄膜形成用材料を混合して充填すれば、一つの蒸発装置３であっても複数種類の薄膜形成用材料を用いた共蒸着膜を製膜可能である。また、例えば図３に示した機能層１３０のような多層積層膜であっても、機能層１３０を形成する層の種類に応じた数の蒸発装置３を設置すれば、本発明のガスキャリア蒸着装置１台で全ての層を製膜可能である。

このような本発明のガスキャリア蒸着装置として、図１に示す装置を用いて、加熱キャリアガスの温度が４５０℃、加熱キャリアガス中に含有される薄膜形成材料の濃度が約２００μｇ／ｓｃｃｍ、製膜室２０１内部の圧力が２００Ｐａ、基材９の表面温度が７０℃、の条件で薄膜を製膜したところ、絶対的な着膜効率が０．６と算出できる蒸着において、熱交換器３６２下流側の配管接続部から蒸発室３５１上流側の配管接続部までのＳＵＳ配管８１１Ｂの外壁に接して、面内方向１０００Ｗ／ｍ／Ｋ、面厚方向５Ｗ／ｍ・Ｋの異方性の熱伝導率を有する厚み３０μｍ、幅１００ｍｍの帯状のグラファイトシート８１１Ｓを巻き付け、更にその外側に、厚み２ｍｍ、幅２ｃｍのリボン状ヒーターを巻き付け、熱交換器３６２による設定加熱温度と同じ４５０℃に維持するべく温度調節し、また、蒸発室３５１下流側の配管接続部から製膜室２０１上流側の配管接続部までのＳＵＳ配管８１１Ｂの外壁に接して、面内方向１０００Ｗ／ｍ／Ｋ、面厚方向５Ｗ／ｍ・Ｋの異方性の熱伝導率を有する厚み３０μｍ、幅１００ｍｍの帯状のグラファイトシート８１１Ｓを巻き付け、更にその外側に、厚み２ｍｍ、幅２ｃｍのリボン状ヒーターを巻き付け、蒸発室３５１の設定加熱温度と同じ４５０℃に維持するべく温度調節したところ、室温が２７℃を中心にプラス５度、マイナス５度で変動した場合でも、同条件での１時間の製膜において製膜速度は、相対誤差１０％以内に収まった。

１．ガスキャリア蒸着装置
３．蒸発装置
４．材料供給系
５．材料吐出部
６．ガス供給系
７．排気系
８．加熱ガス流送系
８１．蒸気含有ガス流送配管
８１１．均熱材適用配管
８１１Ｓ．均熱材
８１１Ｂ．金属製内菅
９．基材
１０１．有機ＥＬ装置
１１１．ガラス基板
１２１．透明電極層
１３１．機能層
１４１．裏面電極層
１５１．封止部
２０１．製膜室
２１１．排気バルブ
２２１．基材保持部
２３１．蒸着ヘッド
２４１．ゲートバルブ
３０１．真空室
３１１．材料保管容器
３３１．材料協供給装置
３４１．（材料供給装置）支持部
３５１．蒸発室
３６１．熱交換器
３８１．材料導入機構
４０１．上部材料移送管
４１１．下部材料移送管
４２１．材料上部受け部
４３１．材料下部受け部
４４１．材料送受経路
４５１．材料吐出部
４６１．材料移送部
４７１．材料保持部
４８１．動力伝達機構
４９１．駆動部
５０１．仕切りバルブ
５１１．仕切りバルブ
５２１．仕切りバルブ
６０１．駆動側シャフト
６１１．被駆動側シャフト
７０１．排気バルブ
７１１．マスフローコントローラー
７２１．熱交換器

Claims (6)

1. 基材を保持可能な基材保持部を備える製膜室、薄膜形成用材料の蒸気を含む蒸気含有ガスを発生させる蒸発装置、ガス供給系、及び排気系を有し、該蒸気含有ガスを基材上に吹き付けることで、該薄膜形成用材料を、該基材上に着膜させるガスキャリア蒸着装置であって、
   加熱されたガスを流送する加熱ガス流送系を含み、かつ、
   該加熱ガス流送系が、均熱材が適用された均熱材適用配管を含み、
   前記均熱材適用配管が、
   金属製の内菅の外壁に接して、該均熱材である帯状のグラファイトシートを巻き付けてなり、かつ、
   該グラファイトシートの法線方向が、前記流送の方向に垂直となるように前記適用がなされ、さらに、
   該グラファイトシートが、その平面内で熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、かつ、該平面の法線方向の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、ガスキャリア蒸着装置。
2. 前記均熱材適用配管が、前記巻き付けたグラファイトシートの外側に、リボン状ヒーターを巻き付けてなる、請求項１に記載のガスキャリア蒸着装置。
3. 前記均熱材適用配管が、外気により冷却されやすい部分である、前記加熱ガス流送系に含まれる、前記蒸気含有ガスを流送する、蒸気含有ガス流送配管に採用されている、請求項２に記載のガスキャリア蒸着装置。
4. 前記部分が、異なるヒーター同士の境界部を含む、請求項３に記載のガスキャリア蒸着装置。
5. 前記蒸発装置が、蒸発室、及び、該蒸発室に前記薄膜形成用材料を供給する材料供給系を備え、
   該材料供給系が、材料吐出部を含み、
   該供給が、該材料吐出部からの前記薄膜形成用材料の吐出によりなされ、
   該蒸発室が、該吐出された前記薄膜形成用材料を蒸気化し、かつ、前記蒸気含有ガスを前記製膜室に供給する、請求項１～４のいずれかに記載のガスキャリア蒸着装置。
6. 前記蒸発室が、前記ガス供給系より加熱されたキャリアガスを導入可能で有り、かつ、
   粉体として前記吐出により供給された前記薄膜形成用材料が、該加熱キャリアガスによりフラッシュ蒸発され、該粉体として前記蒸発室の底に滞留しない状態で、前記蒸気化する、請求項５に記載のガスキャリア蒸着装置。
   

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