KR102549982B1 - 증발원 장치, 증착 장치, 및 증발원 장치의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 증착 레이트를 증착 시의 장기간에 걸쳐 안정되게 할 수 있는 기술을 제공한다.
[해결 수단] 증착 재료가 수용되는 용기와, 용기의 증착 재료의 방출구를 포함하는 상부 영역을 가열하는 제1 가열부와, 용기의 저부를 포함하는 하부 영역을 가열하는 제2 가열부를 가지는 가열 수단과, 가열 수단의 가열 출력을 제어하는 제어 수단을 구비하는 증발원 장치에 있어서, 제어 수단은, 증착 기간 동안의 제1 시점에 있어서의 제1 가열부의 가열 출력에 대하여, 증착 기간 동안의 제1 시점보다 뒤인 제2 시점에 있어서의 제1 가열부의 가열 출력을 크게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

증발원 장치, 증착 장치, 및 증발원 장치의 제어 방법 {EVAPORATION SOURCE APPARATUS, VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND CONTROL METHOD OF EVAPORATION SOURCE APPARATUS}

본 발명은, 증발원 장치, 증착 장치, 및 증발원 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

진공 증착에 사용되는 증발원 장치의 구성으로서, 도가니에 수용된 증착 재료를, 도가니의 주위에 배치된 히터 등의 가열 수단에 의해 가열하는 구성이 알려져 있다. 가열에 의해 도가니 내의 증착 재료로부터 증발 또는 승화된 물질은, 도가니 상부의 개구부를 통하여 도가니의 외부로 튀어나오고, 도가니의 상방에 배치된 기판의 증착면에 부착됨으로써, 기판에 박막을 형성한다. 도가니의 가열은, 돌비(突沸) 등에 기인하는 성막 불량을 회피하면서, 균일한 막 두께를 실현할 수 있도록 안정된 증착 레이트(성막 레이트)가 되도록 하는 제어가 요구된다.

특허문헌 1에는, 가열의 초기 단계, 즉, 가열 개시로부터 증착 재료가 고체 상태로부터 액체 상태로 용융할 때까지의 기간에서의 돌비의 발생을 억제하기 위한 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 기술에서는, 가열 수단을, 저부를 포함하는 도가니의 중단(中段)으로부터 하방을 가열하기 위한 보텀(bottom) 히터와, 도가니의 개구부를 포함하는 중단보다 상방을 가열하기 위한 톱 히터로 분할 배치하고, 각각 개별로 제어함으로써, 상기 초기 단계에서의 돌비를 억제하고 있다. 또한, 증착 재료의 증발이 안정된 후의 증착 시에는, 증착 레이트를 불안정하게 하는 도가니 개구부로의 재료의 응축·퇴적을 억제하기 위해, 도가니 내의 증착 재료의 상부가 그 하부보다도 고온이 되도록 각 히터의 온도를 제어하는 것이 기재되어 있다.

그러나, 증착 시간의 경과에 따라, 도가니 내의 증착 재료의 상면의 높이가 재료의 소비에 의해 서서히 낮아지게 되기 때문에, 재료 상면에서의 복사열이 서서히 약해지는 결과, 도가니의 개구부 부근의 온도가 서서히 저하되게 된다. 특허문헌 1에 기재된 기술과 같이, 증착 시의 히터 출력(히터에 공급하는 전력)을 일정하게 유지하는 제어에서는, 증착 시간이 경과함에 따라서 개구부로의 증착 재료의 응축·퇴적이 진행되어버려, 증착 시간의 후반에 있어서 증착 레이트가 불안정하게 되어버리는 경우가 있었다. 특히, 도가니의 개구부에 노즐 부재가 장착되는 구성에서는, 노즐 부재의 방출구로의 증착 재료의 응축·퇴적이 증착 레이트에 미치는 영향은 크고, 증착 레이트의 불안정화가 현저하게 나타나기 쉽다.

특허문헌 1: 일본특허공개 2019-031705호 공보

본 발명의 목적은, 증착 레이트를 증착 시의 장기간에 걸쳐서 안정되게 할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

상기 목적을 위하여, 본 발명의 증발원 장치는

증착 재료가 수용되는 용기와,

상기 용기의 상기 증착 재료 방출구를 포함하는 상부 영역을 가열하는 제1 가열부와, 상기 용기의 저부를 포함하는 하부 영역을 가열하는 제2 가열부를 가지는 가열 수단과,

상기 가열 수단의 가열 출력을 제어하는 제어 수단,

을 구비하는 증발원 장치에 있어서,

상기 제어 수단은, 증착 기간 동안의 제1 시점에서의 상기 제1 가열부의 가열 출력에 대하여, 증착 기간 동안의 상기 제1 시점보다 뒤인 제2 시점에서의 상기 제1 가열부의 가열 출력을 크게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 증착 레이트를 증착 시의 장기간에 걸쳐서 안정되게 할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증착 장치의 개략구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 증발원의 개략구성도이다.
도 3은 비교예의 가열 제어의 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 가열 제어의 설명도이다.
도 5는 유기 EL 표시장치의 구조를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태 및 실시예를 설명한다. 단, 이하의 실시 형태 및 실시예는 본 발명의 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것에 지나지 않고, 본 발명의 범위는 그들의 구성에 한정되지 않는다. 또한, 이하의 설명에서의, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 플로우, 제조 조건, 치수, 재질, 형상 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에 한정하는 취지의 것은 아니다.

본 발명은, 증발원 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히, 증착에 의해 피증착체에 박막을 형성하기 위한 증발원 장치 및 그 제어 방법에 적합하다. 본 발명은 또한, 제어 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램이나, 해당 프로그램을 저장한 기억 매체로서도 파악될 수 있다. 기억 매체는, 컴퓨터에 의해 판독 가능한 비일시적인 기억 매체여도 된다. 본 발명은, 예를 들면, 피증착체인 기판의 표면에 진공증착에 의해 원하는 패턴의 박막(재료층)을 형성하는 장치에 바람직하게 적용할 수 있다. 기판의 재료로는, 유리, 수지, 금속 등이 임의의 재료를 선택할 수 있다. 또한, 증발원 장치의 피증착체는, 평판상의 기판에 한정되지 않는다. 예를 들면, 요철이나 개구가 있는 기계부품을 피증착체로 해도 된다. 또한, 증착 재료로도, 유기 재료, 무기 재료(금속, 금속산화물 등) 등의 임의의 재료를 선택할 수 있다. 본 발명은, 특히, 금속 재료를 증착 재료로 해서 금속막을 성막하는 증발원 장치에 바람직하게 적용할 수 있다. 본 발명의 기술은, 구체적으로는, 유기전자 디바이스 (예를 들면, 유기 EL 표시장치, 박막태양전지), 광학 부재 등의 제조 장치에 적용 가능하다.

(실시예)

<증착 장치>

도 1은, 증착 장치(성막 장치)(1)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 증착 장치(1)는, 챔버(2)와, 증발원 장치(3)를 가진다. 챔버(2)의 내부는, 미도시의 진공펌프 등을 사용하여, 진공분위기 또는 질소 가스 등의 불활성 가스로 채워진 분위기가 되도록 구성되어 있다. 또한, 여기에서 말하는 진공이란, 통상의 대기압(전형적으로는 1023hPa)보다 낮은 압력의 기체로 채워진 상태를 말한다. 챔버(2)의 내부에는, 미도시의 기판보유지지 유닛에 의해 보유지지 된 피증착체인 기판(10)과, 마스크(22)와, 증발원 장치(3)가 설치된다. 기판보유지지 유닛은, 기판(10)을 재치하기 위한 수취 핑거 등의 지지구나, 기판을 압압하여 보유지지하기 위한 클램프 등의 압압구에 의해 기판(10)을 보유지지한다. 증발원 장치(3)는, 기판(10)에 증착시키는 물질의 재료(증착 재료)를 가열시키는 것으로, 해당 재료를 증발 또는 승화시킨다. 증발 또는 승화된 물질이, 챔버(2)의 내부에 설치된 기판(10)의 증착면 (증발원 장치(3)측의 표면)에 부착되어짐으로써, 기판(10)에 박막이 형성된다.

기판(10)은, 반송 로봇(미도시)에 의해 챔버(2) 내로 반송된 후, 기판보유지지 유닛에 의해 보유지지되며, 증착 시(성막 시)에는 수평면(XY평면)과 평행이 되도록 고정된다. 마스크(22)는, 기판(10) 상에 형성하는 소정의 박막 패턴에 대응하는 개구를 가지는 마스크이며, 예를 들면 메탈 마스크이다. 증착 시에는 마스크(22) 상에 기판(10)이 재치된다.

챔버(2) 내에는, 기타, 기판(10)의 온도상승을 억제하는 냉각판 (미도시)을 구비하고 있어도 된다. 또한, 챔버(2) 상에는, 기판(10)의 얼라인먼트를 위한 기구, 예를 들면 X방향 또는 Y방향의 액츄에이터나, 기판보유지지를 위한 클램프 기구용 액츄에이터 등의 구동 수단이나, 기판(10)을 촬상하는 카메라 (모두 미도시)를 구비하고 있어도 된다.

<증발원 장치>

증발원 장치(3)는, 증발원(30)과, 레이트 모니터(4)와, 제어부(5)를 포함한다. 증발원(30)은, 내부에 증착 재료(6)를 수용가능한 도가니(용기)(31)와, 가열을 행하기 위한 히터(32A, 32B)를 구비한다. 증발원(30)은, 히터(32A, 32B)의 가열 효율을 향상시키기 위한 보온재인 리플렉터를 구비해도 된다 (미도시). 그 밖에, 증발원(30)의 구성요소 전체를 격납할 수 있는 케이스, 셔터 등을 구비하고 있어도 된다 (모두 미도시). 또한, 성막을 균일하게 행하기 위해서 증발원(30)을 이동시키는, 증발원 구동기구를 구비해도 된다 (미도시). 또한, 도 1에서의 증발원(30)의 각 구성요소의 형상, 위치 관계, 사이즈 비는 예시에 불과하다. 또한, 제어부(5)에 대해서는, 본 명세서에서는 증발원 장치의 일부로서 파악하고 있지만, 증발원 장치와는 다른 것으로서 파악해도 된다.

제어부(5)는, 증발원 장치(3)의 제어, 예를 들면 가열의 개시나 종료의 타이밍 제어, 온도제어, 셔터를 설치할 경우는 그 개폐 타이밍 제어, 증발원 구동기구를 설치할 경우는 그 이동 제어 등을 행한다. 또한, 복수의 제어 수단을 조합하여 제어부(5)를 구성해도 된다. 복수의 제어 수단은 예를 들면, 가열 제어 수단, 셔터 제어 수단, 증발원 구동 제어 수단 등이다. 또한, 히터(32A, 32B)를 부위마다 제어 가능하게 했을 경우, 각각의 부위마다 가열 제어 수단을 설치해도 된다. 가열 제어에 대해서는, 나중에 별도 항을 마련하여 상술한다. 제어부(5)는, 기판(10)의 반송 및 얼라인먼트 제어 수단 등, 증발원 장치(3) 이외의 기구의 제어 수단을 겸하고 있어도 된다.

제어부(5)는, 예를 들면, 프로세서, 메모리, 스토리지, I/O, UI 등을 가지는 컴퓨터에 의해 구성 가능하다. 이 경우, 제어부(5)의 기능은, 메모리 또는 스토리지에 기억된 프로그램을 프로세서가 실행함으로써 실현된다. 컴퓨터로서는, 범용의 컴퓨터를 사용해도 되고, 임베디드형의 컴퓨터 또는 PLC(programmable logic controller)를 사용해도 된다. 혹은, 제어부(5)의 기능 일부 또는 전부를 ASIC나 FPGA와 같은 회로로 구성해도 된다. 또는, 증착 장치마다 제어부(5)가 설치되고 있어도 되고, 1개의 제어부(5)가 복수의 증착 장치를 제어해도 된다.

도가니(31) 내부에 증착 재료(6)가 수용되고, 기판(10)의 마스크(22)로의 재치나 얼라인먼트 등의 준비가 완료하면, 제어부(5)의 제어에 의해 히터(32A, 32B)가 동작을 개시하고, 증착 재료(6)가 가열된다. 온도가 충분히 높아지면, 증착 재료(6)가 증발하여 기판(10)의 표면에 부착되고, 박막을 형성한다. 복수의 도가니에 다른 종류의 증착 재료를 수용해 둠으로써 공증착도 가능하다. 증착 레이트(성막 레이트)를 레이트 모니터(4) 등으로 측정하면서 제어를 행함으로써, 기판(10) 상에 원하는 두께를 가진 막을 형성하는 것이 가능하다. 막 두께 모니터(4)로서는, 증착 재료의 부착에 의한 수정진동자의 고유진동수 변화량에 기초하여 증착 레이트를 취득하는 수정 모니터를 사용할 수 있다. 일정한 두께로 성막하기 위해서, 예를 들면, 기판(10)을 회전시키거나, 증발원 구동기구에 의해 증발원(30)을 이동시키거나 하면서 증착을 행해도 된다. 또한, 기판의 크기에 따라서는, 복수의 증발원을 병행하여 가열하는 것도 바람직하다. 도가니(31)의 형상은 임의다. 또한, 증발원(30)의 형태도, 점 형상의 증발원, 선 형상의 증발원, 면 형상의 증발원의 어느 것이라도 상관없다.

후술하는 바와 같이, 어떤 종류의 증착 재료가 성막 된 기판 상에 다른 종류의 증착 재료를 성막함으로써, 복층 구조를 형성할 수 있다. 그 경우, 도가니 내의 증착 재료를 교환하거나, 도가니 자체를 다른 종류의 증착 재료가 수납된 것으로 교환하거나 해도 된다. 또한, 챔버 내에 복수의 증발원을 마련하여 교환하면서 사용해도 되고, 기판(10)을 현재의 증착 장치로부터 반출하여, 다른 종류의 증착 재료가 수납된 증발원을 구비하는 다른 증착 장치에 반입해도 된다.

도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 증발원(30)의 개략구성도이고, 증발원(30)의 개략구성에 대해서 단면적으로 나타내고 있다. 증발원(30)은, 기판(10)에 증착시키는 물질의 재료를 수용하는 도가니(31)와, 도가니(31)를 둘러싸도록 설치되고, 도가니(31)를 가열하는 가열체로서의 히터(32A, 32B)를 구비하고 있다. 또한, 히터(32A, 32B)를 둘러싸도록 설치되고, 열을 차단하는 차열구조체 (리플렉터)를 구비되는 경우도 있다. 도가니(31)를 가열하는 방식은 다양한 구성이 채용될 수 있다. 예를 들면, 통전가열 방식이 채용될 경우에는, 히터(32A, 32B)는, 통전되는 와이어를 구비한다. 또한, 고주파유도 가열방식이 채용될 경우에는, 히터(32A, 32B)는 가열 코일을 구비한다.

도가니(31)는, 용기 본체(310)과, 용기 본체(310)의 개구부에 장착되는 노즐 부재(330)와, 외장판(34)을 구비한다. 용기 본체(310)는, 증착 재료(6)가 수용되는 유저(有底) 원통부(311)와, 유저 원통부(311)의 상단에 설치되는 플랜지부(312)로 구성된다. 용기 본체(310)는, 질화붕소(PBN) 등의 재료에 의해 구성된다. 노즐 부재(330)는, Mo, Ta, W 등의 고융점의 금속재료에 의해 구성된다.

노즐 부재(330)는, 원통부(331)와, 원통부(331)의 하단으로부터 상방을 향하여 직경이 작아지도록 연장하는 노즐부(333)와, 원통부(331)의 상단에 설치되는 플랜지부(332)를 구비하고 있다. 원통부(331)는, 용기 본체(310)에 있어서의, 유저 원통부(311)측으로부터의 열을 충분히 받기 위한 수열용의 통 형상부로서의 역할을 하고 있다. 이 원통부(331)는, 용기 본체(310)의 내주면 (유저 원통부(311)의 내주면)을 따라 설치된다. 또한, 원통부(331)의 외경은, 유저 원통부(311)의 내경보다도 몇 % 작은 관계로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 원통부(331)의 외경을 60mm로 했을 경우에는, 유저 원통부(311)의 내경을 61mm 이상 62mm 이하로 설정하면 된다. 이에 의해, 수열기능을 유지하면서, 원통부(331)와 유저 원통부(311)가 문질러져 버리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 열팽창에 의해, 양자가 밀착해버려, 큰 응력이 발생해버리는 것을 억제할 수 있다.

노즐부(333)는, 증발 또는 승화된 증착 재료를 기판(10)을 향해서 방출하기 위한 역할을 하고 있다. 노즐부(333)의 선단에는, 증착 재료를 방출하는 방출구(333a)가 설치되어 있다. 노즐부(333)는, 상기와 같이, 원통부(331)의 하단으로부터 상방을 향해서 직경이 작아지도록 연장하는 테이퍼 형상의 부분에 의해 구성되어 있어, 방출구(333a)를 향해서 증착 재료를 안내하는 안내 벽으로서의 기능을 발휘한다. 이 노즐부(333)의 외주면 측에, 상기와 같이, 용기 본체(310)의 내주면에 따라 설치되는 수열용의 통 형상부로서의 원통부(331)가 설치된다. 또한, 도시의 예에서는, 노즐부(333)가 테이퍼 형상의 부분만으로 구성되는 경우를 나타내고 있지만, 본 발명은 그러한 형상에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 테이퍼 형상의 부분의 선단에 더욱 원통 형상의 부분을 설치해도 된다.

외장판(34)은, 중앙에 노즐부(333)를 통과시키는 관통공을 구비한 원판 형상부재이며, 노즐 부재(330)의 플랜지부(332)의 상면에 노즐부(333)를 둘러싸도록 얹혀지며, 노즐 부재(330)로부터의 열방출을 억제하는 보온 부재로서 기능을 가진다.

이상과 같이 구성되는 노즐 부재(333)에서의 플랜지부(332)가, 용기 본체(310)에서의 플랜지부(312)에 재치됨으로써, 용기 본체(310)의 개구부에 노즐 부재(330)가 장착된다. 나아가, 노즐 부재(330) 상에 외장판(34)이 장착된다.

본 실시예에 따른 증발원 장치(3)는, 도가니(31)를 가열하는 가열 수단으로서, 도가니(31)의 상부 영역에 대향하는 위치에 배치되는 상부 히터(32A), 도가니(31)의 하부 영역에 대향하는 위치에 배치되는 하부 히터(32B)를 포함한다. 또한, 「대향하는 위치」라고 하는 문언은 엄격하게 파악할 필요는 없고, 다소의 높이 방향의 위치 어긋남이 있더라도, 가열 대상위치의 온도에 영향을 줄 수 있으면 상관없다. 상부 히터(32A) 및 하부 히터(32B)는, 각각 제어부(5)에 의해 제어되는 전원을 가진다 (제어부(5)가 전원을 제어해서 히터 출력을 조정한다).

상부 히터(32A)의 가열 대상범위(가열 가능범위)가 되는 도가니(31)의 상부 영역에는, 적어도 다음의 영역이 포함된다. 즉, 용기 본체(310)의 유저 원통부(311)의 상단 측의 영역으로서, 적어도, 노즐 부재(330)의 원통부(331)가 겹친 영역과, 노즐 부재(330)의 적어도, 원통부(331), 방출구(333a)를 포함하는 노즐부(333) 전체이다.

하부 히터(32B)의 가열 대상범위(가열 가능범위)가 되는 도가니(31)의 하부 영역에는, 적어도 다음의 영역이 포함된다. 즉, 용기 본체(310)의 상부 히터(32A)의 대향 영역보다도 하부의 영역이며, 유저 원통부(311)의 저부를 포함하는 범위의 영역이다.

상부 영역과 하부 영역의 각각이 도가니의 높이 중에서 차지하는 비율은 반드시 특정한 범위에 한정되는 것이 아니라, 증발원마다 차이가 있어도 된다. 위에서 설명한 바와 같이, 증착 재료의 방출구(333a)를 포함하고 있으면 상부 영역이라 할 수 있다. 또한, 해당 상부 영역에 대응하는 위치에 설치되고, 해당 상부 영역을 가열 가능한 히터라면, 상부 히터라고 할 수 있다. 또한, 용기 저부를 포함하고 있으면 하부 영역이라 할 수 있다. 또한, 해당 하부 영역에 대응하는 위치에 설치되고, 해당 하부 영역을 가열가능한 히터라면, 하부 히터라고 할 수 있다. 또한, 도가니(31)의 높이 방향을, 상부 영역과 하부 영역 중 어느 하나로 분류해야 하는 것이 아니라, 양자 간에 중간부 영역을 하나이상 설정해도 된다.

제어부(5)는, 상부 히터(32A)와 하부 히터(32B)를, 각각 독립적으로 제어 가능하다. 제어 내용으로서는, 가열의 개시/종료나 온도 변경 등이 있다. 증착 재료(6) 및/또는 도가니(31)의 가열에 사용되는 히터(32A, 32B)나, 외장판(34)을, 「가열 수단」이라고도 부른다. 가열 수단 가운데, 히터는 가열원이며, 외장판(34)은 보온재라고 부를 수 있다. 또한, 가열의 타이밍이나 온도에도 사용되는 제어부(5)를, 증발원 장치(3)의 가열에 관한 「제어 수단」이라고도 부른다. 단 제어부(5)와는 별도로, 가열에 관한 제어 수단으로서 기능하는 온도 제어 유닛을 설치해도 상관없다. 상부 히터(32A), 하부 히터(32B)는, 각각 본 발명의 제1 가열부, 제2 가열부에 상당한다.

제어부(5)는, 가열 수단의 종류에 따른 방법으로 상부 히터(32A)와 하부 히터(32B) 각각을 제어한다. 예를 들면, 저항 가열식 히터를 사용할 경우는, 발열선으로의 통전을 제어한다. 보다 구체적으로는, 저항 가열식 히터의 전류밀도를 높이거나 낮추거나 함으로써, 온도를 높이거나 낮추거나 한다. 제어부(5)는, 사용자가 컴퓨터의 UI 등을 통하여 입력한 입력값이나, 장치구성 및 증착 재료에 관한 조건 (예를 들면, 히터의 성능, 용기의 형상이나 재질, 리플렉터의 배치나 특성, 기타 성막 장치의 특성, 증착 재료의 종류, 용기 내에 수용되는 증착 재료의 양) 등에 따라 제어 조건을 결정한다. 온도 센서(미도시)를 설치해 두고, 그 검출값을 제어에 사용하는 것도 바람직하다. 또한, 증착 재료나 장치 구성에 따른 바람직한 제어 조건을, 미리 메모리에 테이블이나 수식의 형식으로 저장해 두고, 제어부(5)에 참조시키는 것도 바람직하다.

<가열 제어>

도 3, 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 증발원 장치(3)의 특징적인 가열 제어에 대해서 설명한다. 본 실시예에 따른 증발원 장치(3)는, 도가니(31)를 가열하는 가열 수단이 상부 히터(32A)와 하부 히터(32B)로 상하 분할된 듀얼 히터형의 증발원 장치에 있어서, 상부 히터(32A)의 가열 제어가, 종래에 행하여지던 제어와는 다른 것을 특징으로 한다. 이하에서는, 종래의 제어 내용과의 차이를 설명하기 위해서, 본 실시예의 제어 내용을, 종래의 제어를 행하는 비교예와 대비하여 설명한다.

도 3은, 비교예에서의 가열 제어를 설명하는 그래프이다. 그래프에는, (1)상부 히터의 출력 전류값, (2)하부 히터의 출력 전류값, (3)도가니의 상부 영역의 온도, (4)도가니의 하부 영역의 온도, (5)증착 재료의 증발 레이트의 증착 제어시에서의 시간 추이를 나타내고 있다. (1), (2)는, 각 히터로의 공급 전력으로부터 전류 검지 회로 등의 검지 수단에 의해 검지되는 전류값(A)의 시간 변화를 나타내고 있다. (3)은, 도 2에 나타내는 온도 검지 소자 Ta에 의해 검지 되는 온도(℃), (4)는, 도 2에 나타내는 온도 검지 소자 Tb에 의해 검지 되는 온도(℃)의 각각의 시간변화를 나타내고 있다. (5)는, 레이트 모니터(4)의 검지 결과로부터 취득되는 단위 시간당의 증착량(Å/s)의 시간 변화를 나타내고 있다.

비교예에 따른 증발원 장치는, 장치 구성 자체는 실시예와 마찬가지이지만, 가열 제어를 종래와 마찬가지의 제어를 행하는 구성으로 되어 있다. 즉, 하부 히터(32B)에 대해서는, 레이트 제어를 행하고, 상부 히터(32A)에 대해서는, 일정한 출력에 고정하는 제어를 행한다. 여기에서, 레이트 제어에서는, 레이트 모니터(4)에 의해 취득되는 증착 레이트의 모니터값(실측값)이 원하는 목표 레이트(이론값)와 일치하도록 제어 목표 온도가 적시 변경되어, 설정되는 제어 목표 온도에 따라 전원을 제어하여 히터(32A, 32B)로의 공급 전력량이 제어된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 가열 제어의 기간에는, 도가니와 증착 재료의 가열을 개시하고, 그들의 온도가 증착 처리를 개시할 수 있는 소정의 온도가 될 때까지 가열하는 준비 기간과, 도가니 내의 증착 재료의 용융 상태(승화 상태)가 안정되어, 실제로 기판에 증착이 행하여지는 증착 기간이 포함된다. 여기에서, 종래의 상부 히터(32A)의 출력(전력공급)을 일정하게 유지하는 제어에 있어서는, 증착 기간의 후기에, 증착 레이트가 불안정해지는 경우가 있다.

도 3에 나타낸 예에서는, 증착 기간 후기의, 증착 재료의 고갈에 의해 증착 기간이 종료하는 시점보다도 약 10시간 전의 시점 부근으로부터, 증착 레이트의 변동이 서서히 커지고, 증착 레이트가 불안정한 상태가 되어 가는 모습이 나타난다. 이것은, 노즐의 방출구 부근에 증착 재료가 부착된 것에 의한 것이며, 이렇게 증착 재료의 응축·퇴적이 진행하는 원인은, 본 발명의 발명자의 식견에 따르면, 다음과 같이 생각된다. 즉, 증착 시간의 경과에 따라, 도가니 내의 증착 재료의 상면(계면)의 높이가 재료의 소비에 의해 서서히 낮아지게 되므로, 증착 재료의 상면으로부터의 복사열이 서서히 약해지는 결과, 도가니의 방출구 부근의 온도가 서서히 저하된다. 그 때문에, 증발원의 노즐 방출구 부근에 증착 재료가 부착되기 쉬워져, 증착 시간이 경과함에 따라서 개구부로의 증착 재료의 응축·퇴적이 진행되어버린다고 생각된다.

이와 같이 노즐의 방출구에 응축·퇴적한 증착 재료는, 방출구로부터의 증착 재료의 방출량에 영향을 주기 때문에, 도 3에 나타낸 바와 같이, 증착 기간의 후기에 있어서 증착 레이트가 변동한다. 그 결과, 레이트 제어를 행하고 있는 하부 히터의 출력 전류값이, 증착 레이트의 변동에 맞춰서 크게 변동하고 있는 것도, 도 3에 나타난다. 또한, 도 3에 나타낸 제어에 있어서는, 증착 레이트의 변동이 지나치게 커졌기 때문에, 그때까지 고정 출력으로 제어하고 있던 상부 히터로의 투입 전력을 크게 하고, 노즐 방출구에 응축·퇴적한 증착 재료를 증발시키는 제어를 행하고 있다 (해당 제어는 종래의 제어와는 다른 실험적인 제어이다). 그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상부 히터의 출력 전류값이 증착 기간의 마지막에 일시적으로 상승하고 있다.

이와 같이, 히터 출력을 일정한 크기로 고정·유지하는 종래의 제어에서는, 증착 기간 동안의 장기간에 걸쳐 안정된 레이트 제어를 행하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 특히, 도가니의 개구부에 노즐 부재가 장착되는 구성에서는, 높이 방향으로 보았을 때 도가니의 증착 재료 수용부의 넓이보다도 방출구의 크기가 좁아지기 때문에, 방출구로의 증착 재료의 응축·퇴적이 증착 레이트에 미치는 영향이 크고, 증착 레이트의 불안정화가 현저하게 나타나기 쉽다.

이에 대해, 본 실시예에 따른 증발원 장치는, 상술한 노즐 방출구 부근에서의 증착 재료의 부착을 장기적으로 억제하기 위해, 도가니 내의 증착 재료의 소비에 따른 계면 하강에 의한 복사열 감소분을 보충하도록, 상부 히터(32A)의 출력을 서서히 올리는 제어를 행한다. 이에 의해, 노즐 방출구 부근의 온도 저하가 억제되어, 노즐 방출구 부근에서의 증착 재료의 응축·퇴적이 억제되어, 증착 기간의 장기간에 걸쳐 안정된 레이트 제어가 가능해진다.

도 4는, 본 실시예에서의 가열 제어를 설명하는 그래프이다. 그래프의 읽는 법은 도 3의 그래프와 마찬가지이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는, 증착 기간을 크게 3개의 기간으로 구분하고, 기간마다 개별의 가열 제어를 행한다. 증착 기간 전체로는, 상부 히터(32A)의 출력이 서서히 증가하는 제어가 된다.

구체적으로는, 출력 전류값(공급 전력)의 제어를, 증착 기간에서의 증착 개시시로부터의 경과 시간에 따라서 나눈 3개의 기간마다, 고정 제어, 상승 비율 소(小)제어, 상승 비율 대(大)제어로 한다. 예를 들면, 상부 히터(32A)의 가열 출력의 크기는, 상승 비율 소(小)의 제어 기간인 기간 B(제1 기간)의 임의의 시점(제1 시점)보다도, 해당 시점보다도 후의, 상승 비율 대(大)의 제어기간인 기간 C(제2 기간)의 임의의 시점(제2 시점)쪽이 커진다. 또한, 상부 히터(32A)의 가열 출력의 단위 시간당의 상승량도, 미리 설정된 타이밍 및 상승량에 따라, 기간 B에서의 상승량 (제1 상승량)보다도, 기간 C에서의 상승량 (제2 상승량)이 커진다. 한편, 증착 개시로부터 소정의 기간(제3 기간)인 기간 A의 동안에는, 미리 설정된 크기로 유지된다.

예를 들면, 증착 개시시의 출력 전류값이 18.5A, 종료 시의 출력 전류값이 21A의 경우에는, 다음과 같이 제어한다.

「기간 A(0∼5시간)」: 18.5A를 유지한다.

「기간 B(5∼20시간)」: 3시간 경과마다 0.1A씩 상승시킨다 (18.5A→19A).

「기간 C(20∼40시간)」: 30분간 경과마다 0.05A씩 상승시킨다 (19A→21A).

출력 전류값의 상승 비율, 최종적인 도달 온도 등은, 예를 들면, 예비실험 결과나 시뮬레이션 결과를 바탕으로 결정할 수 있고, 상술한 제어량은 어디까지나 일 예이다. 즉, 장치의 사양 등에 따라 미리 설정된 타이밍, 상승 비율에 따라, 출력 전류값이 제어된다. 출력 전류값은, 실시예에서는 스텝 형상으로 상승시키고 있지만, 재료의 증착 레이트에 영향을 끼치지 않는 한에 있어서는, 스텝 형상으로 한정하지 않고 임의의 제어가 가능하다. 일시적으로 출력이 하강하는 부분이 포함되는 것과 같은 제어라도, 노즐 방출구 부근에서의 증착 재료의 응축·퇴적이 억제되도록, 전체적으로 상승하는 제어이면 된다. 증착 기간의 후기에서의 도가니 내의 증착 재료의 계면(표면)로부터의 복사열의 작용의 저하를 보충할 수 있도록, 노즐 방출구로의 가열을 강화하는 제어라면, 여기에 예시한 제어 내용에 한정되는 것이 아니다.

상술한 바와 같이, 상부 히터(32A)의 전류값을 올리는 방법을 램프 형상(경사 형상)으로서 서서히 상승시키는 것에 대해, 하부 히터(32B)는 종래와 마찬가지의 레이트 제어로 한다. 이에 의해, 나아가 증착 레이트를 안정시킬 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 가열 제어에 따르면 증착 레이트를 증착 기간의 동안, 장기간에 걸쳐 안정시키는 것이 가능해진다.

예를 들면, 출력 전류값의 상승량을 증착 레이트가 저하된 것을 검지하고 이에 따라 크게 하는 제어 등도 가능하지만, 원래 증착 레이트의 변화를 검지한 시점에서 제품불량이 된다. 따라서, 증착 레이트가 저하되지 않도록 상부 히터(32A)의 출력을 제어할 필요가 있다. 한편, 증착 개시시부터 (증착 재료의 상면이 상부 히터(32A)에 가까운 상태에서) 상부 히터(32A)의 출력을 지나치게 올리면, 증착 재료 상부로의 영향이 커지고, 증착 레이트가 급변할 수 있다. 그 때문에, 상부 히터(32A)의 출력은 서서히 상승시키는 것이 바람직하다.

<기타>

본 실시예에서는, 증착 기간의 구분을 3개라고 하고 있으나, 4개 이상의 보다 세밀한 구분으로 해도 된다. 또한, 본 실시예에서는, 가열 수단을 상부·하부의 2계통으로 구분했지만, 이 외의 구분 방법이라도 상관없다. 용기의 사이즈나 상정되는 증착 재료의 수용량에 따라 보다 세밀한 제어를 할 수 있도록, 계통을 늘려도 된다. 도가니의 구성으로는, 본 실시예의 상기 구성에 한정되지 않고, 예를 들면, 내측 도가니와 외측 도가니의 이중 구조로 해도 된다. 또한, 노즐을 대신하여, 중판(中板)을 구비하는 구성으로 해도 된다. 증발한 증착 재료를 통과시키는 관통공을 복수 구비한 중판을 구비하는 구성에 있어서도, 노즐과 마찬가지로, 중판에 증착 재료가 부착되기 쉽다는 과제가 있어, 본 발명을 적용함으로써, 본 실시예와 마찬가지의 효과를 얻는 것이 가능하다.

<유기전자 디바이스의 제조 방법의 구체예>

본 실시예의 증발원 장치를 구비하는 증착 장치(성막 장치)를 사용한 유기전자 디바이스의 제조방법의 일 예를 설명한다. 이하, 유기전자 디바이스의 예로서 유기 EL 표시장치의 구성 및 제조방법을 예시한다. 먼저, 제조하는 유기 EL 표시장치에 대해서 설명한다. 도 5(a)는 유기 EL 표시장치(60)의 전체도, 도 5(b)은 1화소의 단면구조를 나타내고 있다.

도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 유기 EL 표시장치(60)의 표시 영역(61)에는, 발광소자를 복수 구비하는 화소(62)가 매트릭스 형상으로 복수 배치되고 있다. 상세한 것은 나중에 설명하지만, 발광소자의 각각은, 한 쌍의 전극에 끼워져 있는 유기층을 구비한 구조를 가지고 있다. 또한, 여기에서 말하는 화소란, 표시 영역(61)에 있어서 원하는 색의 표시를 가능하게 하는 최소 단위를 가리키고 있다. 컬러 유기 EL 표시장치의 경우, 서로 다른 발광을 나타내는 제1 발광소자(62R), 제2 발광소자(62G), 제3 발광소자(62B)의 복수의 부화소 조합에 의해 화소(62)가 구성되어 있다. 화소(62)는, 적색(R) 발광소자와 녹색(G) 발광소자와 청색(B) 발광소자의 3종류의 부화소의 조합으로 구성되는 경우가 많지만, 이에 한정되지 않는다. 화소(62)는 적어도 1종류의 부화소를 포함하면 되고, 2종류 이상의 부화소를 포함하는 것이 바람직하고, 3종류 이상의 부화소를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 화소(62)를 구성하는 부화소로서는, 예를 들면, 적색(R) 발광소자와 녹색(G) 발광소자와 청색(B) 발광소자와 황색(Y) 발광소자의 4종류의 부화소의 조합이어도 된다.

도 5(b)는, 도 5(a)의 A-B선에서의 부분 단면 모식도이다. 화소(62)는, 피증착체인 기판(63) 상에, 제1 전극(양극)(64)과, 정공수송층(65)과, 적색층(66R)·녹색층(66G)·청색층(66B) 중 어느 하나와, 전자수송층(67)과, 제2 전극(음극)(68)과을 구비하는 유기 EL 소자로 구성되는 복수의 부화소를 가지고 있다. 이들 중, 정공수송층(65), 적색층(66R), 녹색층(66G), 청색층(66B), 전자수송층(67)이 유기층에 해당한다. 적색층(66R), 녹색층(66G), 청색층(66B)은, 각각 적색, 녹색, 청색을 발하는 발광소자(유기 EL 소자라고 기술하는 경우도 있다)에 대응하는 패턴으로 형성되어 있다. 또한, 제1 전극(64)은, 발광소자마다 분리하여 형성되어 있다. 정공수송층(65)과 전자수송층(67)과 제2 전극(68)은, 복수의 발광소자(62R)(62G)(62B)에 걸쳐 공통으로 형성되고 있어도 되고, 발광소자마다 형성되어 있어도 된다. 즉, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 정공수송층(65)이 복수의 부화소 영역에 걸쳐 공통의 층으로서 형성된 위에 적색층(66R), 녹색층(66G), 청색층(66B)이 부화소 영역마다 분리되어 형성되고, 나아가 그 위에 전자수송층(67)과 제2 전극(68)이 복수의 부화소 영역에 걸쳐 공통의 층으로서 형성되어 있어도 된다. 또한, 근접한 제1 전극(64)의 사이에서의 쇼트를 막기 위해서, 제1 전극(64)사이에 절연층(69)이 설치되어 있다. 또한, 유기 EL층은 수분이나 산소에 의해 열화하기 때문에, 수분이나 산소로부터 유기 EL 소자를 보호하기 위한 보호층(70)이 설치되어 있다.

다음으로, 유기 EL 표시장치의 제조방법의 예에 대해서 구체적으로 설명한다.

먼저, 유기 EL 표시장치를 구동하기 위한 회로(미도시) 및 제1 전극(64)이 형성된 기판(63)을 준비한다.

제1 전극(64)이 형성된 기판(63)의 위에 아크릴수지(포토레지스트)를 스핀 코팅에 의해 형성하고, 아크릴수지를 포토리소그래피법에 의해, 제1 전극(64)이 형성된 부분에 개구가 형성되도록 패터닝하여 절연층(69)을 형성한다. 이 개구부가, 발광소자가 실제로 발광하는 발광 영역에 해당한다.

절연층(69)이 패터닝된 기판(63)을 제1 증착 장치에 반입하고, 기판보유지지 유닛에서 기판을 보유지지하고, 정공수송층(65)을, 표시 영역의 제1 전극(64)의 위에 공통되는 층으로서 성막한다. 정공수송층(65)은 진공 증착에 의해 성막된다. 실제로는 정공수송층(65)은 표시 영역(61)보다도 큰 사이즈로 형성되기 때문에, 고정밀 마스크는 불필요하다. 여기에서, 본 스텝에서의 성막이나, 이하의 각 레이어의 성막에 있어서 사용되는 증착 장치는, 상기 실시예에 따른 증발원 장치를 구비하고 있다. 증발원 장치가 상기 실시예의 구성을 가지고, 상기 실시예에 기재된 가열 제어를 행함으로써, 안정된 증착 레이트(성막 레이트)로 성막할 수 있다.

다음으로, 정공수송층(65)까지가 형성된 기판(63)을 제2 증착 장치에 반입하고, 기판보유지지 유닛에서 보유지지한다. 기판과 마스크와의 얼라인먼트를 행하고, 기판을 마스크의 위에 재치하고, 기판(63)의 적색을 발하는 소자를 배치하는 부분에, 적색을 발하는 발광층(66R)을 성막한다.

발광층(66R)의 성막과 마찬가지로, 제3 증착 장치에 의해 녹색을 발하는 발광층(66G)을 성막하고, 나아가 제4 증착 장치에 의해 청색을 발하는 발광층(66B)을 성막한다. 발광층(66R)(66G)(66B)의 성막이 완료된 후, 제5 증착 장치에 의해 표시 영역(61)의 전체에 전자수송층(67)을 성막한다. 전자수송층(65)은, 3색의 발광층(66R)(66G)(66B)에 공통의 층으로서 형성된다.

전자수송층(65)까지가 형성된 기판을 증착 장치로 이동하여, 제2 전극(68)을 성막하고, 그 후 플라스마 CVD장치로 이동하여 보호층(70)을 성막하여, 유기 EL 표시장치(60)가 완성된다.

3…증발원 장치, 6…증착 재료, 31…도가니, 32A, 32B…히터, 5…제어부

Claims (16)

1. 증착 재료가 수용되는 용기와,
   상기 용기의 상기 증착 재료의 방출구를 포함하는 상부 영역을 가열하는 제1 가열부와, 상기 용기의 저부를 포함하는 하부 영역을 가열하는 제2 가열부를 가지는 가열 수단과,
   상기 가열 수단의 가열 출력을 제어하는 제어 수단,
   을 구비하는 증발원 장치로서,
   상기 제어 수단은, 증착 기간 중의 적어도 일부의 기간 동안 상기 제1 가열부의 가열 출력을 서서히 크게 함으로써, 증착 기간 중의 제1 시점에서의 상기 제1 가열부의 가열 출력에 대하여, 증착 기간 중의 상기 제1 시점보다 뒤이며 상기 적어도 일부의 기간에 포함되는 제2 시점에서의 상기 제1 가열부의 가열 출력을 크게 하고,
   상기 제어 수단은, 상기 제1 가열부의 가열 출력을 서서히 크게 할 때의 단위 시간당의 상기 가열 출력의 상승량을, 증착 기간 중의 제1 기간에 있어서, 제1 상승량으로 상승시키고, 증착 기간 중의 상기 제1 기간보다 뒤인 제2 기간에 있어서, 상기 제1 상승량보다도 큰 제2 상승량으로 상승시키는 것을 특징으로 하는 증발원 장치.
2. 제1항에 있어서,
   높이 방향으로 보았을 때에, 상기 방출구의 외경은, 상기 용기의 상기 증착 재료의 수용부의 외경보다도 작은 것을 특징으로 하는 증발원 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 용기는, 용기 본체와, 상기 용기 본체의 개구부에 장착되는, 상기 방출구가 설치된 노즐 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발원 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 노즐 부재는,
   상기 방출구와, 상기 방출구를 향해서 상기 증착 재료를 안내하는 안내벽을 가지는 노즐부와,
   상기 노즐부의 외주에 있어서 상기 용기 본체의 내주면을 따라 설치되는 수열용의 통 형상부,
   를 가지는 것을 특징으로 하는 증발원 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   증착면으로의 상기 증착 재료의 증착 레이트를 취득하는 취득 수단을 더 구비하고,
   상기 제어 수단은, 상기 증착 레이트가 소정의 값을 유지하도록, 상기 제2 가열부의 가열 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 증발원 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제어 수단은, 증착 개시로부터 미리 설정된 기간 동안, 상기 제1 가열부의 가열 출력을 소정의 크기로 유지하는 것을 특징으로 하는 증발원 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제어 수단은, 증착 기간 중의 상기 제1 기간보다 이전인 제3 기간에 있어서, 상기 제1 가열부의 가열 출력을 소정의 크기로 유지하는 것을 특징으로 하는 증발원 장치.
10. 챔버와,
    상기 챔버 내에 구비되고, 또한 상기 챔버 내에 설치된 기판의 증착면에 증착을 행하는 청구항 1에 기재된 증발원 장치와,
    상기 증착면으로의 상기 증착 재료의 증착 레이트를 모니터 하는 레이트 모니터,
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 증착 장치.
11. 증착 재료가 수용되는 용기의 상기 증착 재료의 방출구를 포함하는 상부 영역을 가열하는 제1 가열부와, 상기 용기 저부를 포함하는 하부 영역을 가열하는 제2 가열부를 가지는 증발원 장치의 제어 방법으로서,
    증착 기간 중의 제1 시점에서의 상기 제1 가열부의 가열 출력을 제1 출력으로 제어하고,
    증착 기간 중의 적어도 일부의 기간 동안 상기 제1 가열부의 가열 출력을 서서히 크게 함으로써, 증착 기간 중의 상기 제1 시점보다 뒤이며 상기 적어도 일부의 기간에 포함되는 제2 시점에서의 상기 제1 가열부의 가열 출력을 상기 제1 출력보다도 큰 제2 출력으로 제어하고,
    상기 제1 가열부의 가열 출력을 서서히 크게 할 때의 단위 시간당의 상기 가열 출력의 상승량을, 증착 기간 중의 제1 기간에 있어서, 제1 상승량으로 상승시키고, 상기 제1 기간보다 뒤인 제2 기간에 있어서, 상기 제1 상승량보다도 큰 제2 상승량으로 상승시키는 것을 특징으로 하는 증발원 장치의 제어 방법.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제11항에 있어서,
    상기 제2 가열부의 가열 출력을, 증착면으로의 상기 증착 재료의 증착 레이트가 소정의 값을 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 증발원 장치의 제어 방법.
15. 제11항에 있어서,
    증착 개시로부터 미리 설정된 기간 동안, 상기 제1 가열부의 가열 출력을 소정의 크기로 유지하는 것을 특징으로 하는 증발원 장치의 제어 방법.
16. 제11항에 있어서,
    증착 기간 중의 상기 제1 기간보다 이전인 제3 기간에 있어서, 상기 제1 가열부의 가열 출력을 소정의 크기로 유지하는 것을 특징으로 하는 증발원 장치의 제어 방법.

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