WO2012099012A1 - 坩堝および蒸着装置 - Google Patents

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target substrate
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伸一 川戸
通 園田
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10Deposition of organic active material
    • H10K71/16Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering

Definitions

  • the present invention relates to a crucible and a vapor deposition apparatus for depositing a pattern of vapor deposition particles on a film formation substrate.
  • flat panel displays have been used in various products and fields, and further flat panel displays are required to have larger sizes, higher image quality, and lower power consumption.
  • an organic EL display device including an organic EL element using electroluminescence (hereinafter referred to as “EL”) of an organic material is an all-solid-state type, low voltage driving, high speed response, As a flat panel display excellent in terms of self-luminous property and the like, it is attracting a great deal of attention.
  • the organic EL display device has, for example, a configuration in which an organic EL element connected to a TFT is provided on a substrate made of a glass substrate or the like provided with a TFT (thin film transistor).
  • the organic EL element is a light emitting element that can emit light with high luminance by low-voltage direct current drive, and has a structure in which a first electrode, an organic EL layer, and a second electrode are stacked in this order. Of these, the first electrode is connected to the TFT. In addition, between the first electrode and the second electrode, as the organic EL layer, a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, a light emitting layer, a hole blocking layer, an electron transport layer, an electron injection layer The organic layer which laminated
  • organic EL elements including light emitting layers of red (R), green (G), and blue (B) are arranged and formed on a substrate as sub-pixels. A color image is displayed by selectively emitting light from these organic EL elements with a desired luminance using TFTs.
  • an organic EL display device In order to manufacture an organic EL display device, it is necessary to form a light emitting layer made of an organic light emitting material that emits light of each color in a predetermined pattern for each organic EL element. In addition, for a layer that does not require pattern formation for each organic EL element, a thin film is collectively formed on the entire pixel region constituted by the organic EL element.
  • a vacuum deposition method for example, a vacuum deposition method, an ink jet method, and a laser transfer method are known.
  • a vacuum deposition method is often used.
  • a mask also referred to as a shadow mask in which openings having a predetermined pattern are formed is used.
  • the deposition surface of the substrate to which the mask is closely fixed is opposed to the deposition source.
  • vapor deposition particles film forming material from the vapor deposition source are vapor deposited on the vapor deposition surface through the opening of the mask, thereby forming a thin film having a predetermined pattern.
  • Vapor deposition is performed for each color of the light emitting layer (this is called “separate vapor deposition”).
  • Patent Document 1 discloses a technique for allowing a vapor deposition material to efficiently reach a substrate to be processed and bringing the vapor deposition material to a state where the vapor deposition material is perpendicularly incident on the substrate to be processed. Yes.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the vapor deposition apparatus 100 described in Patent Document 1.
  • a substrate holder 119 that holds the substrate to be processed 120 and the mask 131 is disposed at an upper position in the vapor deposition chamber 111, and vapor deposition particles are directed toward the substrate to be processed 120 at a lower position in the vapor deposition chamber 111.
  • the vapor deposition source 112 to be supplied is arranged.
  • the mask 131 is overlaid at a predetermined position on the lower surface side (film formation surface side) of the substrate 120 to be processed.
  • the evaporation source 112 includes an evaporation crucible 140 loaded with an evaporation material.
  • the crucible 140 is disposed immediately below the center of the substrate to be processed 120, and vapor deposition is performed with the substrate to be processed 120 fixed.
  • the crucible 140 includes a heating container 141 loaded with a vapor deposition material, a vapor flow outlet 143a that ejects a vapor flow, and a cylindrical guide member 142 that surrounds the vapor flow discharge path and opens in the vapor flow discharge direction. And.
  • a steam flow outlet 143a is disposed at the focal point of the flight direction control concave curved surface 142d formed of a paraboloid that reflects the colliding vapor deposition particles in the emission direction.
  • the vapor deposition material heated in the heating container 141 is discharged as a vapor flow from the vapor flow outlet 143a and is deposited on the substrate 120 to be processed.
  • the discharge path of the steam flow is surrounded by the concave curved surface 142d for flight direction control.
  • the vapor deposition particles flying obliquely to the side are reflected by the flying direction control concave curved surface 142d and travel toward the substrate 120 to be processed.
  • the vapor flow is directed toward the substrate 120 to be processed with a small divergence angle, it is possible to prevent the vapor deposition particles from adhering to the inner wall of the vapor deposition chamber 111, so that the vapor deposition material can efficiently reach the substrate 120 to be processed. Can do. In addition, it is possible to approach the state in which the vapor deposition particles are perpendicularly incident on the substrate 120 to be processed.
  • the mask and the frame for holding it become huge and its weight increases, which makes it difficult to handle and may hinder productivity and safety.
  • the vapor deposition apparatus and its accompanying apparatus are similarly enlarged and complicated, the apparatus design becomes difficult and the installation cost becomes high.
  • a shadow mask smaller than the substrate is used, the deposition source and the shadow mask are integrated, and the gap between the shadow mask and the substrate is kept constant, either the integrated product or the substrate.
  • a method of forming an organic film pattern on the position of a predetermined substrate can be considered by performing vapor deposition while scanning.
  • a vapor deposition apparatus using the scan vapor deposition method will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration of a vapor deposition apparatus 200 using a scan vapor deposition method.
  • the vapor deposition apparatus 200 is an apparatus that deposits vapor deposition particles on the deposition target substrate 210, and includes a mask 220, a limiting plate 230, a shutter 240, and a crucible 250.
  • the deposition target substrate 210, the mask 220, the limiting plate 230, and the shutter 240 are supported by the frame 260, and the crucible 250 is placed on the support base 270.
  • the deposition target substrate 210 is supported by the movable support portion 261 of the frame 260.
  • the movable support portion 261 can be moved in the X-axis direction (the front side in the drawing) by a drive system including a stepping motor, a roller, a gear, and the like.
  • a drive system including a stepping motor, a roller, a gear, and the like.
  • the mask 220 and the limiting plate 230 are supported by the fixed support portions 262 and 263 of the frame 260, respectively.
  • the shutter 240 is supported by the movable support portion 264 of the frame 260.
  • the movable support portion 264 can be moved in the X-axis direction by the drive system, similarly to the movable support portion 261.
  • the driving system drives the movable support portion 264, the shutter 240 moves in the X-axis direction.
  • Each component of the vapor deposition apparatus 200 is accommodated in the chamber 280. Further, the inside of the chamber 280 is in a vacuum state by the vacuum pump mechanism 281.
  • a plurality of crucibles 250 are arranged in a direction (Y-axis direction) perpendicular to the moving direction of the deposition target substrate 210, and include a heater 251 and a container 252.
  • the container 252 stores a solid or liquid vapor deposition material.
  • the heater 251 heats the container 252
  • the vapor deposition material is vaporized into gas vapor deposition particles.
  • the vapor deposition particles are ejected from the opening 253 of the crucible 250 toward the deposition target substrate 210.
  • FIG. 17 is a perspective view showing the arrangement of the film formation substrate 210, the mask 220, the limiting plate 230, the shutter 240, and the crucible 250.
  • members that support the deposition target substrate 210, the mask 220, the limiting plate 230, the shutter 240, and the crucible 250 are omitted.
  • the deposition target substrate 210 is moved (scanned) in the X-axis direction during vapor deposition.
  • the mask 220 and the limiting plate 230 are fixed.
  • the vapor deposition particles injected from the opening 253 of the crucible 250 reach the deposition target substrate 210 through the opening 231 of the limiting plate 230 and the opening 221 of the mask 220.
  • the vapor deposition particles are ejected radially with a certain extent, but the spread of the vapor deposition particles is suppressed by passing through the opening 231 of the limiting plate 230.
  • a plurality of openings 221 of the mask 220 are formed at a predetermined interval.
  • a plurality of stripe-shaped film formation patterns are formed on the film formation substrate 210.
  • the shutter 240 is used as necessary in order to control the arrival of vapor deposition particles to the film formation substrate 210.
  • the shutter 240 is moved between the crucible 250 and the limiting plate 230 when the deposition unnecessary region of the deposition target substrate 210 passes over the mask 220. As a result, the vapor deposition particles do not reach the deposition target substrate 210, so that vapor deposition on the vapor deposition unnecessary region can be prevented.
  • the deposition target substrate 210 and the mask 220 are separated (so-called gap vapor deposition method). Therefore, when the flow of vapor deposition particles (vapor deposition flow) has a component in the oblique direction with respect to the normal direction of the film formation surface of the film formation substrate 210, it passes through the mask 220 and reaches the film formation substrate 210.
  • the angle of the deposition flow is oblique. In that case, there is a possibility that the film formation pattern is blurred or the film formation position is shifted. As a result, there arises a problem that the production yield is lowered and a high-definition organic EL panel cannot be formed.
  • the vapor deposition flow injected from the vapor flow outlet 143a is collimated (parallelized) to some extent, but the end of the substrate 120 to be processed. Increasing toward the portion, the light is incident obliquely with respect to the normal direction of the film formation surface. That is, the vapor deposition stream is not fully collimated.
  • Patent Document 1 when the technique of Patent Document 1 is applied to the vapor deposition apparatus 200 using the scan vapor deposition method, a high-definition film pattern can be obtained unless a sufficiently thick restriction plate 230 is used to collimate the vapor deposition flow. I can't. However, when the thickness of the restriction plate 230 is increased, the number of vapor deposition particles adhering to the wall surface of the opening 231 of the restriction plate 230 increases, and the utilization efficiency of the vapor deposition particles is reduced.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to realize a crucible and a vapor deposition apparatus capable of forming a film with high accuracy.
  • a crucible according to the present invention is a crucible including an opening for injecting vapor deposition particles to a deposition target substrate, provided at a position facing the opening, and the opening A first reflecting member that reflects the vapor deposition particles emitted from the first reflective member; and a second reflective member that reflects the vapor deposition particles reflected by the first reflective member toward the deposition target substrate.
  • a first reflecting member that reflects the vapor deposition particles emitted from the first reflective member
  • a second reflective member that reflects the vapor deposition particles reflected by the first reflective member toward the deposition target substrate.
  • the vapor deposition particles emitted from the opening are reflected by the first reflecting member, and then reflected by the second reflecting member toward the deposition target substrate. Since the first reflecting member is provided at a position facing the opening, and the second reflecting member has a concave curved surface with respect to the deposition target substrate, the vapor deposition particles reflected by the second reflecting member are not formed. It flows in a state parallel or nearly parallel to the normal direction of the film substrate. Therefore, it is possible to form a good vapor deposition film with little pattern abnormality such as blurring or misalignment of the film formation pattern. Therefore, a crucible capable of highly accurate film formation can be realized.
  • the vapor deposition apparatus according to the present invention is characterized by including the above-described crucible.
  • the crucible according to the present invention is a crucible including an opening for injecting vapor deposition particles to a deposition target substrate, provided at a position facing the opening, and injected from the opening.
  • the vapor deposition apparatus which concerns on this invention is equipped with the crucible which concerns on this invention. Therefore, there is an effect that a crucible and a vapor deposition apparatus capable of highly accurate film formation can be realized.
  • (A)-(c) is sectional drawing which shows an example of the horizontal support
  • FIG. 17 is a perspective view showing an arrangement of a film formation substrate, a mask, a limiting plate, a shutter, and a crucible in the vapor deposition apparatus shown in FIG. 16.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a vapor deposition apparatus 1 according to the present embodiment.
  • the vapor deposition apparatus 1 is an apparatus that deposits vapor deposition particles on the deposition target substrate 10 and includes a mask 20, a shutter 40, and a crucible 50.
  • the deposition target substrate 10, the mask 20, and the shutter 40 are supported by a frame 60, and the crucible 50 is placed on a support base 70.
  • the deposition target substrate 10 is supported by the movable support portion 61 of the frame 60.
  • the movable support 61 can be moved in the X-axis direction (the front side of the drawing) by a drive system including a stepping motor, a roller, a gear, and the like.
  • a drive system including a stepping motor, a roller, a gear, and the like.
  • the mask 20 is supported by the fixed support portion 63 of the frame 60. An opening corresponding to a pattern to be formed on the deposition target substrate 10 is formed in the mask 20. Note that the mask 20 may not be provided when a solid pattern is formed on the deposition target substrate 10.
  • the shutter 40 is supported by the movable support portion 64 of the frame 60.
  • the movable support portion 64 can be moved in the X-axis direction by the drive system, similarly to the movable support portion 61.
  • the drive system drives the movable support portion 64
  • the shutter 40 moves in the X-axis direction.
  • the shutter 40 is moved from the influence range of the vapor deposition flow only during vapor deposition.
  • Each component of the vapor deposition apparatus 1 is accommodated in the chamber 80. Further, the inside of the chamber 80 is in a vacuum state by the vacuum pump mechanism 81.
  • a plurality of crucibles 50 are arranged along a direction (Y-axis direction) perpendicular to both the relative movement direction (X-axis direction) of the deposition target substrate 10 and the normal direction (Z-axis direction) of the deposition target substrate 10.
  • the heater 51 and the container 52 are provided.
  • the container 52 stores a solid or liquid vapor deposition material. When the heater 51 heats the container 52, the vapor deposition material is vaporized to become vapor deposited particles. Thereby, the vapor deposition particles are ejected from the crucible 50 toward the deposition target substrate 10.
  • Each member other than the crucible 50 of the vapor deposition apparatus 1 is the same as that in the vapor deposition apparatus 200 shown in FIG. That is, the vapor deposition apparatus 1 has a configuration in which the crucible 250 is replaced with the crucible 50 and the limiting plate 230 is omitted in the vapor deposition apparatus 200.
  • vapor deposition particles from the crucible 50 are incident on the deposition target substrate 10 almost perpendicularly. That is, a vapor deposition flow substantially parallel to the normal direction of the deposition target substrate 10 is ejected from the crucible 50. Therefore, there is no need to provide a limiting plate for collimating the vapor deposition flow.
  • a configuration for injecting parallel vapor deposition flows will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the container 52 of the crucible 50
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view showing the configuration of the container 52
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing the configuration of the container 52. .
  • the container 52 includes a vapor deposition source unit 53, a first reflecting member unit 54, and a second reflecting member unit 55. These three members are joined by, for example, screw machining. Moreover, it is desirable that the temperature of each member can be adjusted independently.
  • the vapor deposition source unit 53 is a cylindrical container for storing vapor deposition material.
  • the first reflecting member unit 54 includes a focusing member 54a, a vertical column 54b, a horizontal column 54c, and an annular support 54d.
  • the horizontal strut 54c is formed so as to pass through the central portion of the annular support portion 54d and connect two locations on the inner peripheral portion.
  • One end of the vertical column 54b is connected to the midpoint of the horizontal column 54c and extends downward.
  • the other end of the vertical column 54b is connected to the focal member 54a.
  • the focusing member 54a corresponds to the first reflecting member described in the claims.
  • the second reflecting member unit 55 is a cylindrical member having an opening 55a and a paraboloid 55b formed therein.
  • the paraboloid 55b corresponds to the second reflecting member recited in the claims, and has a parabolic shape that is recessed with respect to the deposition target substrate 10.
  • the opening 55a is formed in a region including the apex of the paraboloid 55b.
  • the annular support portion 54 d of the first reflecting member unit 54 is placed on the outer periphery of the upper end of the second reflecting member unit 55.
  • the focal member 54a is supported at a position facing the opening 55a (directly above the opening 55a). More specifically, the focal member 54a is supported at a position including the focal point of the paraboloid 55b.
  • the focus member 54a is formed in a conical shape having a vertex on the opening 55a side.
  • At least the focal member 54a is kept at a temperature higher than the sublimation temperature or evaporation temperature (that is, the vaporization temperature) of the vapor deposition particles. Further, the surface of the rotating paraboloid 55b is also maintained at a temperature higher than the vaporization temperature of the vapor deposition particles.
  • the vapor deposition particles emitted from the opening 55a are completely elastically reflected by the focal member 54a toward the paraboloid 55b.
  • the focal member 54a is supported at a position including the focal point of the rotating parabolic surface 55b, the traveling direction of the vapor deposition particles reflected by the focal member 54a and further reflected by the rotating parabolic surface 55b is parabolic. According to the principle, it is almost perpendicular to the deposition target substrate 10. That is, a vapor deposition flow substantially parallel to the normal direction of the deposition target substrate 10 is ejected from the crucible 50.
  • the traveling direction of the vapor deposition particles reflected by the rotary paraboloid 55b is relative to the normal direction of the deposition target substrate 10. If they are completely parallel to each other, the vapor deposition particles do not reach the region facing the focal member 54a on the deposition target substrate 10. Therefore, the region is a region where no film is formed. However, in the case of scanning vapor deposition, there is no problem because vapor deposition is performed while the film formation target substrate 10 is relatively moved.
  • the focal member 54a and the rotating paraboloid 55b are preferably formed of a material that has high thermal conductivity and can be uniformly heated in order to reflect the vapor deposition particles completely elastically.
  • the material of the focal member 54a and the rotating paraboloid 55b simple substances such as aluminum nitride, silicon carbide, copper, gold, silver, molybdenum, nickel, and alloys thereof can be used.
  • the surfaces of the focal member 54a and the rotating paraboloid 55b may be formed of a plating film made of the above material.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the parabolic principle.
  • the focal member 54 a is formed so that the vapor deposition particles emitted from the opening 55 a do not directly radiate in the direction of the deposition target substrate 10. That is, by forming the maximum diameter of the focal member 54a sufficiently larger than the diameter of the opening 55a, all the vapor deposition particles emitted from the opening 55a are reflected by the focal member 54a. Further, the position of the focal member 54a is preferably close to the bottom of the paraboloid 55b.
  • the focal member 54a is small, it is known that the opening 55a is clogged when the vapor deposition material is deposited. Therefore, the practical size of the focusing member 54a is preferably 0.5 mm to 10 mm. When the size of the focal member 54a increases, the parallelism of the vapor deposition flow decreases. However, by reducing the size of the paraboloid 55b sufficiently larger than the size of the focal member 54a, it is possible to suppress the decrease in parallelism. In the present embodiment, the diameter of the opening 55a is 2 mm. The maximum diameter of the paraboloid 55b is 50 mm.
  • a straight line (a broken line arrow in FIG. 2) connecting the end of the maximum diameter portion of the focal member 54a and the portion closest to the end on the outer periphery of the opening 55a intersects the paraboloid 55b.
  • the focal member 54a is formed.
  • a straight line connecting an arbitrary part on the outer periphery of the opening 55a and a part closest to the arbitrary part among the parts closest to the film formation substrate 10 of the paraboloid 55b is a focal member 54a.
  • the focal member 54a is formed so as to intersect with. Thereby, it is possible to prevent the vapor deposition particles not reflected by the focal member 54a from reaching the film formation substrate 10 without colliding with the paraboloid 55b.
  • FIG. 6 is a graph showing the film thickness distribution of vapor deposition particles in the conventional crucible and the crucible according to the present embodiment.
  • the thick line indicates the film thickness distribution of the vapor deposition particles in the conventional crucible
  • the thin line indicates the film thickness distribution of the vapor deposition particles in the crucible according to the present embodiment.
  • a crucible having an opening with a diameter of 2 mm and a length of 25 mm was used as the crucible.
  • an alkali-free glass substrate was used as a film formation substrate, and Alq3 was used as a vapor deposition material.
  • the distance between the alkali-free glass substrate and the opening was 125 mm, the film formation rate was 0.1 nm / sec, and the degree of vacuum in the chamber was 10 ⁇ 3 Pa or less.
  • a film was formed on an alkali-free glass substrate so that the central film thickness was 100 nm, and the film thickness distribution on the substrate was measured in percentage with the central film thickness as 100%.
  • the film thickness distribution indicated by the broken line has a greater degree of decrease in film thickness with respect to the distance from the film formation center than the film thickness distribution indicated by the solid line. That is, the crucible according to the present embodiment injects the vapor deposition particles more parallel to the normal direction of the deposition target substrate than the conventional crucible.
  • the N value is a value that quantitatively indicates the film formation state (scattering / diffusion state in the chamber) unique to the material.
  • the derivation of the N value will be described.
  • the vapor deposition rate R sp ( ⁇ ) on the spherical surface having the radius L 0 is expressed by the following equation, where the vapor deposition rate directly above the vapor deposition source is R 0 .
  • the deposition amount per unit time (deposition rate) R ( ⁇ ) on the substrate at an angle ⁇ with respect to the direction directly above the deposition source is:
  • the performance of the vapor deposition source itself is an N value.
  • the component “+3” is a geometric component.
  • the conventional crucible has an N value of 1.5
  • the crucible according to the present embodiment has an N value of 14.0.
  • the shape of the horizontal support 54c shown in FIGS. 3 and 4 will be described. It is preferable that the cross section of the horizontal support 54c has a shape elongated in the traveling direction of the vapor deposition flow so that the vapor deposition flow is not affected. On the other hand, it is necessary to form a horizontal thickness of the horizontal column 54c so that the temperature is transmitted to the focus member 54a.
  • FIGS. 10A to 10C are cross-sectional views showing an example of the horizontal support 54c.
  • the cross section of the horizontal support column 54c is elongated in the vertical direction (the direction in which the vapor deposition flow proceeds).
  • the horizontal width is 1 mm and the vertical width is 5 mm.
  • the cross-sectional shapes shown in FIGS. 10B and 10C are tapered downward.
  • the vapor deposition particles flow from the bottom to the top of the drawing, in the example shown in FIGS. 10A and 10B, the vapor deposition particles are reflected on the bottom surface of the horizontal column 54c to cut the vapor deposition particles toward the deposition target substrate. Therefore, the film formation efficiency is lowered.
  • the vapor deposition particles are hardly reflected on the horizontal support column 54c, so that it is possible to suppress a decrease in film formation efficiency. Therefore, among the forms shown in FIGS. 10A to 10C, the form shown in FIG. 10C is the most desirable.
  • the limiting plate for collimating the vapor deposition flow is not provided, but a limiting plate may be provided when a minute oblique component of the vapor deposition particles becomes a problem. Even in the case where the limiting plate is provided, the vapor deposition flow is substantially parallel to the normal direction of the deposition target substrate, so that the vapor deposition particles hardly adhere to the limiting plate.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the crucible container 52 ′ according to the present embodiment.
  • the container 52 ' has a configuration in which the first reflecting member unit 54 is replaced with the first reflecting member unit 54' in the container 52 shown in FIG.
  • the first reflecting member unit 54 ' is configured by replacing the focusing member 54a with the focusing member 54a' in the first reflecting member unit 54.
  • the focus member 54a according to the first embodiment has a conical shape
  • the focus member 54a 'according to the present embodiment has a flat plate shape. Therefore, the vapor deposition particles injected from the opening 55a are repelled toward the vapor deposition source unit 53 to some extent.
  • the amount of vapor deposition particles released is reduced, and the film formation rate is likely to be lowered.
  • the focus member 54a ' has a simpler shape than the focus member 54a, the apparatus cost can be reduced.
  • a straight line (broken line arrow in FIG. 11) connecting the end of the maximum diameter portion of the focal member 54a ′ and the portion closest to the end on the outer periphery of the opening 55a intersects with the paraboloid 55b.
  • a focal member 54a ' is formed. For this reason, also in this embodiment, collimation of a vapor deposition flow is possible to some extent.
  • FIG. 12 is a graph showing the film thickness distribution of vapor deposition particles in the conventional crucible and the crucible according to the present embodiment.
  • the thick line indicates the film thickness distribution of the vapor deposition particles in the conventional crucible
  • the thin line indicates the film thickness distribution of the vapor deposition particles in the crucible according to the present embodiment.
  • Measurement conditions such as the crucible, the film formation substrate, and the evaporation material used are the same as those in the first embodiment.
  • the conventional crucible has an N value of 1.5, whereas the crucible according to the present embodiment has an N value of 7.6. That is, also in the crucible according to the present embodiment, unnecessary spread of the vapor deposition film on the deposition target substrate can be suppressed.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of the crucible container 52 ′′ according to the present embodiment.
  • the container 52 ′′ is the same as the second reflecting member unit 55 ′ in the container 52 shown in FIG. The configuration is replaced with.
  • the second reflecting member unit 55 ′ has a configuration in which a cylindrical extension 55 c is further provided in the second reflecting member unit 55.
  • the cylindrical extension 55c is a cylindrical member that extends from the outer periphery of the opening 55a toward the focal member 54a. That is, the end of the cylindrical extension portion 55 c becomes an injection port for vapor deposition particles supplied from the vapor deposition source unit 53.
  • the cylindrical extension portion 55c can be formed by Ni-coating a cylinder cut from a pure copper member.
  • the structure of the apparatus is slightly more complicated than that of the first embodiment, but the focal region can be further narrowed because the injection port of the vapor deposition particles is closer to the focal member 54a. For this reason, the traveling direction of the vapor deposition particles reflected by the focal member 54 a and the rotating paraboloid 55 b can be made more parallel to the normal direction of the deposition target substrate 10.
  • a straight line (broken arrow in FIG. 13) connecting the end of the maximum diameter portion of the focal member 54a and the portion closest to the end on the outer periphery of the cylindrical extension 55c intersects the paraboloid 55b.
  • FIG. 14 is a graph showing the film thickness distribution of vapor deposition particles in a conventional crucible and a crucible according to the present embodiment.
  • the thick line indicates the film thickness distribution of the vapor deposition particles in the conventional crucible
  • the thin line indicates the film thickness distribution of the vapor deposition particles in the crucible according to the present embodiment.
  • the measurement conditions such as the crucible, the film formation substrate, and the vapor deposition material used are the same as those in the first and second embodiments.
  • the conventional crucible has an N value of 1.5, whereas the crucible according to this embodiment has an N value of 20.5. That is, in the crucible according to the present embodiment, a practically sufficient N value is obtained.
  • each of the second reflecting members has a parabolic shape.
  • the second reflecting member does not have to be completely parabolic, and may be a concave curved surface close to a parabolic shape.
  • Vapor deposition may be performed without relative movement.
  • a structure in which a plurality of crucibles are provided at a position facing the deposition film forming surface of the deposition target substrate may be used, or the crucibles may be arranged in a row or in a matrix.
  • vapor deposition may be performed using one or a few crucibles.
  • a plurality of crucibles are arranged along a direction perpendicular to both the relative movement direction of the deposition target substrate and the normal direction of the deposition target substrate. It may be slightly deviated from the direction perpendicular to the scanning direction of the film formation substrate.
  • the concave curved surface is a rotary paraboloid and the first reflecting member is located at a focal point of the rotary paraboloid.
  • the traveling direction of the vapor deposition particles reflected by the second reflecting member can be made substantially parallel to the normal direction of the deposition target substrate.
  • a straight line connecting an arbitrary portion on the outer periphery of the opening and a portion closest to the arbitrary portion of the concave curved surface closest to the deposition target substrate is formed. It is preferable that the first reflecting member intersects the first reflecting member.
  • the size of the first reflecting member is small, a part of the vapor deposition particles from the opening may reach the deposition target substrate without being reflected by the first reflecting member.
  • the first reflecting member is formed in a conical shape having a vertex on the opening side.
  • the vapor deposition particles reflected by the first reflecting member almost face the second reflecting member and do not return to the opening, so that the film forming rate and productivity can be improved.
  • the first reflecting member is formed in a flat plate shape facing the opening.
  • the shape of the first reflecting member is simple, the apparatus cost can be reduced.
  • the crucible includes a cylindrical extension extending from the outer periphery of the opening to the first reflecting member side.
  • the focal region can be further narrowed down. For this reason, the advancing direction of the vapor deposition particles reflected by the first reflecting member and the second reflecting member can be made more parallel to the normal direction of the film formation substrate.
  • the temperature of the first reflecting member is preferably equal to or higher than the vaporization temperature of the vapor deposition particles.
  • the vapor deposition particles adhere to the first reflection member, and it becomes difficult to make the vapor deposition flow parallel.
  • the vapor deposition particles collide completely with the first reflecting member and are reflected at the same angle as the incident angle to the collision surface of the first reflecting member. Can be easily achieved.
  • the temperature of the second reflecting member is preferably equal to or higher than the vaporization temperature of the vapor deposition particles.
  • the vapor deposition particles adhere to the second reflection member, and it becomes difficult to make the vapor deposition flow parallel.
  • the vapor deposition particles collide with the second reflecting member completely and are reflected at the same angle as the incident angle to the collision surface of the first reflecting member. Can be easily achieved.
  • the vapor deposition apparatus includes any one of the above crucibles.
  • a plurality of the crucibles are provided at positions facing the vapor deposition film forming surface of the deposition target substrate.
  • a vapor deposition mask for forming a vapor deposition film pattern on the film formation substrate is provided between the second reflective member of the crucible and the film formation substrate. It is preferable.
  • the vapor deposition mask for forming a vapor deposition film pattern on the film formation substrate between the second reflective member of the crucible and the film formation substrate, and the vapor deposition It is preferable to include a limiting plate for bringing the traveling direction of the particles closer to the normal direction of the deposition target substrate.
  • the traveling direction of the vapor deposition particles reflected by the second reflecting member further approaches the normal direction of the film formation substrate, so that the vapor deposition flow can be further collimated.
  • the vapor deposition apparatus further includes a moving unit that moves the deposition target substrate relative to the crucible.
  • the deposition substrate is large, when forming a deposition film with the deposition substrate stationary, a deposition source area that is almost the same size as the deposition substrate is required, and a large number of crucibles are required. Thus, there is a problem that the device cost increases.
  • the deposition target substrate is conveyed in-line and vapor deposition is performed, so that the number of crucibles can be reduced. Thereby, apparatus cost can be reduced.
  • a plurality of the crucibles are arranged along a direction perpendicular to both the relative movement direction of the deposition target substrate and the normal direction of the deposition target substrate. Is preferred.
  • the alignment between the crucible and the deposition target substrate becomes easy. Further, the vapor deposition apparatus can be reduced in size.
  • the present invention can be applied not only to vapor deposition of vapor deposition particles in the manufacture of an organic EL display device but also to vapor deposition of vapor deposition particles to any film formation target.
  • Vapor deposition apparatus 10 Film-forming substrate 20
  • Mask vapor deposition mask
  • shutter 50 crucible 51 heater 52 container 52 ′ container 52 ”container
  • deposition source unit 54 first reflecting member unit 54 ′ first reflecting member unit
  • focusing member 54a ′ focusing member
  • 54b vertical column
  • 54c horizontal column
  • second reflecting member unit 55 ′
  • Second reflecting member unit 55a Opening 55b Paraboloid 55c
  • Cylindrical extension 60
  • Fixed support 64 Movable support 70 Support base 80 Chamber 81 Vacuum pump mechanism

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Abstract

 本発明に係る坩堝(50)は、被成膜基板に対し蒸着粒子を射出する開口部(55a)と、開口部(55a)に対向する位置に設けられ、開口部(55a)から射出される蒸着粒子を反射する焦点部材(54a)と、焦点部材(54a)によって反射された蒸着粒子を被成膜基板に向けて反射する回転放物面(55b)とを備える。

Description

坩堝および蒸着装置
 本発明は、被成膜基板に蒸着粒子のパターンを成膜するための坩堝および蒸着装置に関するものである。
 近年、様々な商品や分野でフラットパネルディスプレイが活用されており、フラットパネルディスプレイのさらなる大型化、高画質化、低消費電力化が求められている。
 そのような状況下、有機材料の電界発光(Electroluminescence;以下、「EL」と記す)を利用した有機EL素子を備えた有機EL表示装置は、全固体型で、低電圧駆動、高速応答性、自発光性等の点で優れたフラットパネルディスプレイとして、高い注目を浴びている。
 有機EL表示装置は、例えば、TFT(薄膜トランジスタ)が設けられたガラス基板等からなる基板上に、TFTに接続された有機EL素子が設けられた構成を有している。
 有機EL素子は、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素子であり、第1電極、有機EL層、および第2電極が、この順に積層された構造を有している。そのうち、第1電極はTFTと接続されている。また、第1電極と第2電極との間には、上記有機EL層として、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層等を積層させた有機層が設けられている。
 フルカラーの有機EL表示装置では、一般的に、赤(R)、緑(G)、青(B)の各色の発光層を備えた有機EL素子がサブ画素として基板上に配列形成される。TFTを用いて、これら有機EL素子を選択的に所望の輝度で発光させることによりカラー画像表示を行う。
 有機EL表示装置を製造するためには、各色に発光する有機発光材料からなる発光層を有機EL素子ごとに所定パターンで形成する必要がある。また、有機EL素子ごとにパターン形成が必要ない層については、有機EL素子で構成される画素領域全面に対して、一括して薄膜形成を行う。
 発光層を所定パターンで形成する方法としては、例えば、真空蒸着法、インクジェット法、レーザ転写法が知られている。例えば、低分子型有機EL表示装置(OLED)では、真空蒸着法が用いられることが多い。
 真空蒸着法では、所定パターンの開口が形成されたマスク(シャドウマスクとも称される)が使用される。マスクが密着固定された基板の被蒸着面を蒸着源に対向させる。そして、蒸着源からの蒸着粒子(成膜材料)を、マスクの開口を通して被蒸着面に蒸着させることにより、所定パターンの薄膜が形成される。蒸着は発光層の色ごとに行われる(これを「塗り分け蒸着」という)。
 下記の特許文献1には、被処理基板に対して蒸着材料を効率よく到達させることができ、かつ、被処理基板に対して蒸着材料が垂直に入射する状態に近づけるための技術が開示されている。
 図15は、特許文献1に記載の蒸着装置100の構成を示す断面図である。蒸着装置100は、蒸着室111内の上方位置に、被処理基板120およびマスク131を保持する基板ホルダ119が配置され、蒸着室111内の下方位置に、被処理基板120に向けて蒸着粒子を供給する蒸着源112が配置された構成である。マスク131は、被処理基板120の下面側(被成膜面側)の所定位置に重ねられる。
 蒸着源112は、蒸着材料が装填された蒸着用の坩堝140を備えている。坩堝140は、被処理基板120の中心の真下位置に配置されており、被処理基板120を固定した状態で蒸着を行う。坩堝140は、蒸着材料が装填される加熱容器141と、蒸気流を噴出する蒸気流噴出口143aと、蒸気流の放出経路を囲むとともに蒸気流の放出方向に向けて開口する筒状ガイド部材142とを備えている。筒状ガイド部材142の内周面は、衝突した蒸着粒子を放出方向に向けて反射する放物面からなる飛翔方向制御用凹曲面142dの焦点位置に蒸気流噴出口143aが配置されている。
 上記の構成では、加熱容器141内で加熱された蒸着材料は、蒸気流噴出口143aから蒸気流となって放出され、被処理基板120に堆積する。その際、蒸気流の放出経路は飛翔方向制御用凹曲面142dで囲まれている。このため、斜め側方に飛翔した蒸着粒子は、飛翔方向制御用凹曲面142dで反射して被処理基板120に向かう。従って、蒸気流は、小さな発散角をもって被処理基板120に向かうので、蒸着粒子が蒸着室111の内壁に付着することを防止できるので、被処理基板120に対して蒸着材料を効率よく到達させることができる。また、被処理基板120に対して蒸着粒子が垂直に入射する状態に近づけることができる。
日本国公開特許公報「特開2008-163365号公報(2008年7月17日公開)」
 このような従来の塗り分け蒸着法では、基板が大きくなればそれに伴ってマスクも大型化する必要がある。しかしながら、マスクを大きくすると、マスクの自重撓みや伸びにより、基板とマスクとの間に隙間が生じ易い。しかも、その隙間の大きさは、基板の被蒸着面の位置によって異なる。そのため、高精度なパターンニングを行うのが難しく、蒸着位置のズレや混色が発生して高精細化の実現が困難である。
 また、マスクを大きくすると、マスクやこれを保持するフレーム等が巨大になってその重量も増加するため、取り扱いが困難になり、生産性や安全性に支障をきたすおそれがある。また、蒸着装置やそれに付随する装置も同様に巨大化、複雑化するため、装置設計が困難になり、設置コストも高額になる。
 そのため、従来の塗り分け蒸着法では大型基板への対応が難しく、例えば、60インチサイズを超えるような大型基板に対しては量産レベルで塗り分け蒸着できる方法が実現できていない。
 上記の問題を解決する方法として、基板よりも小さなシャドウマスクを用い、蒸着源とシャドウマスクを一体化した状態で、シャドウマスクと基板との隙間を一定に保ちながら、その一体化物あるいは基板のいずれかを走査しながら蒸着することで、所定の基板の位置に有機膜をパターン形成する方法(スキャン蒸着法)が考えられる。スキャン蒸着法を用いた蒸着装置について、図16および図17を参照して説明する。
 図16は、スキャン蒸着法を用いた蒸着装置200の構成を示す断面図である。蒸着装置200は、被成膜基板210に蒸着粒子の成膜を行う装置であり、マスク220、制限板230、シャッタ240、坩堝250を備えている。被成膜基板210、マスク220、制限板230およびシャッタ240は、フレーム260によって支持されており、坩堝250は、支持台270に載置されている。
 より詳細には、被成膜基板210は、フレーム260の可動支持部261に支持されている。可動支持部261は、ステッピングモータ、コロおよびギア等で構成される駆動システムによってX軸方向(図面手前方向)に移動可能となっている。駆動システムが可動支持部261を駆動することにより、被成膜基板210はX軸方向に移動する。
 マスク220および制限板230は、フレーム260の固定支持部262・263にそれぞれ支持されている。
 シャッタ240は、フレーム260の可動支持部264に支持されている。可動支持部264は、可動支持部261と同様に、駆動システムによってX軸方向に移動可能となっている。駆動システムが可動支持部264を駆動することにより、シャッタ240はX軸方向に移動する。
 蒸着装置200の各構成部材は、チャンバ280内に収容される。また、真空ポンプ機構281によって、チャンバ280の内部は真空状態となっている。
 坩堝250は、被成膜基板210の移動方向と垂直な方向(Y軸方向)に複数配置されており、加熱ヒータ251と、容器252とを備えている。容器252には、固体または液体の蒸着材料が貯留されている。加熱ヒータ251が容器252を加熱することにより、蒸着材料は気化して気体の蒸着粒子となる。蒸着粒子は、坩堝250の開口部253から被成膜基板210に向かって射出される。
 図17は、被成膜基板210、マスク220、制限板230、シャッタ240および坩堝250の配置を示す斜視図である。なお、同図では、被成膜基板210、マスク220、制限板230、シャッタ240および坩堝250を支持する部材は省略されている。
 被成膜基板210は、蒸着時にX軸方向に移動(走査)される。一方、マスク220および制限板230は、固定されている。坩堝250の開口部253から射出された蒸着粒子は、制限板230の開口部231およびマスク220の開口部221を通って被成膜基板210に達する。
 一般に、蒸着粒子はある程度の広がりを持って放射状に射出されるが、制限板230の開口部231を通ることにより、蒸着粒子の広がりが抑制される。
 マスク220の開口部221は、所定の間隔で複数形成されている。これにより、被成膜基板210には、複数のストライプ状の成膜パターンが形成される。
 シャッタ240は、蒸着粒子の被成膜基板210への到達を制御するために、必要に応じて用いられる。被成膜基板210の蒸着不要領域がマスク220上を通過しているときに、シャッタ240を坩堝250と制限板230との間に移動させる。これにより、被成膜基板210に蒸着粒子が到達しなくなるので、蒸着不要領域への蒸着を防止することができる。
 ここで上記の構成では、被成膜基板210をマスク220に対して相対移動させるために、被成膜基板210とマスク220とは離間している(いわゆるギャップ蒸着法)。そのため、蒸着粒子の流れ(蒸着流)が被成膜基板210の成膜面の法線方向に対し斜め方向成分を有している場合、マスク220を通過して被成膜基板210に到達する蒸着流の角度が斜めとなる。その場合、成膜パターンのボケや成膜位置のズレが生じてしまうおそれがある。その結果、生産歩留まりが低下する、高精細な有機ELパネルを形成することができないといった問題が生ずる。
 この点、図15に示す特許文献1の蒸着装置100では、蒸気流噴出口143aから射出された蒸着流は、ある程度のコリメート化(平行化)が図られているものの、被処理基板120の端部に向かうほど、成膜面の法線方向に対して斜め方向に入射する。すなわち、蒸着流は充分にコリメート化されていない。
 そのため、特許文献1の技術をスキャン蒸着法を用いた蒸着装置200に適用した場合、蒸着流をコリメート化するために十分に厚い制限板230を用いなければ、高精細な成膜パターンを得ることができない。しかしながら、制限板230の厚みを大きくすると、制限板230の開口部231の壁面に付着する蒸着粒子が増加するため、蒸着粒子の利用効率が低下してしまう。
 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、高精度の成膜が可能な坩堝および蒸着装置を実現することにある。
 上記の課題を解決するために、本発明に係る坩堝は、被成膜基板に対し蒸着粒子を射出する開口部を備える坩堝であって、前記開口部に対向する位置に設けられ、前記開口部から射出された蒸着粒子を反射する第1反射部材と、前記第1反射部材によって反射された蒸着粒子を前記被成膜基板に向けて反射する第2反射部材とを備え、前記第2反射部材は、前記被成膜基板に対して凹曲面を有していることを特徴としている。
 上記の構成によれば、開口部から射出された蒸着粒子は、第1反射部材によって反射された後、さらに第2反射部材によって被成膜基板に向けて反射される。第1反射部材は開口部に対向する位置に設けられ、第2反射部材は被成膜基板に対して凹曲面を有しているため、第2反射部材によって反射された蒸着粒子は、被成膜基板の法線方向に対して平行または平行に近い状態で流れる。よって、成膜パターンのボケや位置ズレ等のパターン異常が少ない良好な蒸着膜を形成することができる。したがって、高精度の成膜が可能な坩堝を実現することができる。
 本発明に係る蒸着装置は、上記の坩堝を備えることを特徴としている。
 上記の構成によれば、高精度の成膜が可能な蒸着装置を実現することができる。
 以上のように、本発明に係る坩堝は、被成膜基板に対し蒸着粒子を射出する開口部を備える坩堝であって、前記開口部に対向する位置に設けられ、前記開口部から射出された蒸着粒子を反射する第1反射部材と、前記第1反射部材によって反射された蒸着粒子を前記被成膜基板に向けて反射する第2反射部材とを備え、前記第2反射部材は、前記被成膜基板に対して凹曲面を有している。また、本発明に係る蒸着装置は、本発明に係る坩堝を備えている。したがって、高精度の成膜が可能な坩堝および蒸着装置を実現できるという効果を奏する。
本発明の実施形態1に係る蒸着装置の構成を示す断面図である。 上記蒸着装置の坩堝の容器の構成を示す拡大断面図である。 図2に示す容器の構成を示す拡大斜視図である。 図2に示す容器の構成を示す分解斜視図である。 パラボラ原理を説明するための図である。 従来の坩堝および実施形態1に係る坩堝における、蒸着粒子の膜厚分布を示すグラフである。 N値の導出を説明するための図である。 N値の導出を説明するための図である。 N値の導出を説明するための図である。 (a)~(c)はそれぞれ、焦点部材を支持するための水平支柱の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態2に係る坩堝の容器の構成を示す断面図である。 従来の坩堝および実施形態2に係る坩堝における、蒸着粒子の膜厚分布を示すグラフである。 本発明の実施形態3に係る坩堝の容器の構成を示す断面図である。 従来の坩堝および実施形態3に係る坩堝における、蒸着粒子の膜厚分布を示すグラフである。 従来の蒸着装置の構成を示す断面図である。 スキャン蒸着法を用いた蒸着装置の構成を示す断面図である。 図16に示す蒸着装置における、被成膜基板、マスク、制限板、シャッタおよび坩堝の配置を示す斜視図である。
 〔実施形態1〕
 本発明の第1の実施形態について図1~図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
 図1は、本実施形態に係る蒸着装置1の構成を示す断面図である。蒸着装置1は、被成膜基板10に蒸着粒子の成膜を行う装置であり、マスク20、シャッタ40、坩堝50を備えている。被成膜基板10、マスク20およびシャッタ40は、フレーム60によって支持されており、坩堝50は、支持台70に載置されている。
 より詳細には、被成膜基板10は、フレーム60の可動支持部61に支持されている。可動支持部61は、ステッピングモータ、コロおよびギア等で構成される駆動システムによってX軸方向(図面手前方向)に移動可能となっている。駆動システムが可動支持部61を駆動することにより、被成膜基板10はX軸方向に移動する。
 マスク20は、フレーム60の固定支持部63に支持されている。マスク20には、被成膜基板10に成膜するパターンに対応する開口が形成されている。なお、被成膜基板10にベタパターンを形成する場合は、マスク20を設けなくてもよい。
 シャッタ40は、フレーム60の可動支持部64に支持されている。可動支持部64は、可動支持部61と同様に、駆動システムによってX軸方向に移動可能となっている。駆動システムが可動支持部64を駆動することにより、シャッタ40はX軸方向に移動する。シャッタ40は、蒸着時のみ蒸着流の影響範囲から移動させる。
 蒸着装置1の各構成部材は、チャンバ80内に収容される。また、真空ポンプ機構81によって、チャンバ80の内部は真空状態となっている。
 坩堝50は、被成膜基板10の相対移動方向(X軸方向)と被成膜基板10の法線方向(Z軸方向)との両方に垂直な方向(Y軸方向)に沿って複数配置されており、加熱ヒータ51と、容器52とを備えている。容器52には、固体または液体の蒸着材料が貯留されている。加熱ヒータ51が容器52を加熱することにより、蒸着材料は気化して気体の蒸着粒子となる。これにより、蒸着粒子は、坩堝50から被成膜基板10に向かって射出される。
 蒸着装置1の坩堝50以外の各部材は、図16に示す蒸着装置200におけるものと同様である。すなわち、蒸着装置1は、蒸着装置200において、坩堝250を坩堝50に置き換え、制限板230を省略した構成である。
 蒸着装置1では、坩堝50からの蒸着粒子が被成膜基板10にほぼ垂直に入射するようになっている。すなわち、坩堝50から、被成膜基板10の法線方向に対しほぼ平行な蒸着流が射出される。そのため、蒸着流のコリメート化のための制限板を設ける必要がない。以下、平行な蒸着流を射出するための構成について、図2~図4を参照して説明する。
 図2は、坩堝50の容器52の構成を示す拡大断面図であり、図3は、容器52の構成を示す拡大斜視図であり、図4は、容器52の構成を示す分解斜視図である。
 容器52は、蒸着源ユニット53、第1反射部材ユニット54および第2反射部材ユニット55を備えている。これらの3つの部材は、例えばねじ加工により接合される。また、各部材は、温度をそれぞれ独立に調整可能であることが望ましい。
 蒸着源ユニット53は、蒸着材料を貯留するための円筒形容器となっている。
 図3および図4に示すように、第1反射部材ユニット54は、焦点部材54a、鉛直支柱54b、水平支柱54cおよび環状支持部54dを備えている。
 水平支柱54cは、環状支持部54dの中心部を通り内周部分の2箇所を結ぶように形成されている。鉛直支柱54bは、一端が水平支柱54cの中点に接続されており、下方に延びている。鉛直支柱54bの他端は、焦点部材54aに接続されている。焦点部材54aは、特許請求の範囲に記載の第1反射部材に相当する。
 また、第2反射部材ユニット55は、内部に開口部55aおよび回転放物面55bが形成された円筒形部材である。回転放物面55bは、特許請求の範囲に記載の第2反射部材に相当し、被成膜基板10に対して窪んだパラボラ形状を有している。開口部55aは、回転放物面55bの頂点を含む領域に形成されている。
 図3に示すように、第1反射部材ユニット54の環状支持部54dは、第2反射部材ユニット55の上端外周部分に載置される。このとき、焦点部材54aは、開口部55aに対向する位置(開口部55aの真上)に支持される。より具体的には、焦点部材54aは、回転放物面55bの焦点を含む位置に支持される。また、焦点部材54aは、開口部55a側に頂点を有する円錐形状に形成されている。
 第1反射部材ユニット54のうち、少なくとも焦点部材54aは、蒸着粒子の昇華温度または蒸発温度(すなわち気化温度)よりも高い温度に保たれる。また、回転放物面55bの表面も、蒸着粒子の気化温度よりも高い温度に保たれる。
 これにより、図2および図3に示すように、開口部55aから射出される蒸着粒子は、焦点部材54aによって回転放物面55bに向かって完全弾性反射される。ここで、焦点部材54aは、回転放物面55bの焦点を含む位置に支持されているので、焦点部材54aによって反射され、さらに回転放物面55bによって反射された蒸着粒子の進行方向は、パラボラ原理により、被成膜基板10に対してほぼ垂直となる。すなわち、坩堝50から、被成膜基板10の法線方向に対しほぼ平行な蒸着流が射出される。
 なお、図2および図3に示すように、蒸着粒子は焦点部材54aによって反射されるため、回転放物面55bによって反射された蒸着粒子の進行方向が被成膜基板10の法線方向に対して完全に平行な場合、被成膜基板10上の焦点部材54aに対向する領域には蒸着粒子は到達しない。そのため、当該領域は成膜されない領域となるが、スキャン蒸着放では、被成膜基板10を相対移動させながら蒸着を行うため、問題とならない。
 なお、焦点部材54aおよび回転放物面55bは、蒸着粒子を完全弾性反射させるため、熱伝導性が高く、均一に高温化できる材料で形成されることが好ましい。たとえば、焦点部材54aおよび回転放物面55bの材料として、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、銅、金、銀、モリブデン、ニッケル等の単体、それらの合金を用いることができる。また、焦点部材54aおよび回転放物面55bの表面を、前記材料によるメッキ膜で形成してもよい。
 図5は、パラボラ原理を説明するための図である。図中横方向をY軸、縦方向をZ軸とすると、回転放物面をYZ平面で切った断面は、下方に凸の放物線となる。ここで、放物線をZ=aYとすると、焦点の座標(Y,Z)は(0、1/(4a))となる。
 Z軸に平行に入射し、回転放物面で完全弾性反射した蒸着粒子は、すべて焦点を通過する。すなわち、焦点から射出され、回転放物面で完全弾性反射した蒸着粒子の進行方向は、Z軸に平行となる。
 図2に示すように、焦点部材54aは、開口部55aから放出される蒸着粒子が直接被成膜基板10の方向に放射しないように形成される。すなわち、焦点部材54aの最大直径を開口部55aの直径よりも充分に大きく形成することにより、開口部55aから放出される全ての蒸着粒子が焦点部材54aに反射される。また、焦点部材54aの位置は回転放物面55bの底部に近いことが好ましい。
 焦点部材54aは、理論上は小さい方が好ましいが、蒸着材料の蒸着時に開口部55aが小さいと目詰まりを起こすことが知られている。そのため、焦点部材54aの実用上のサイズは0.5mm~10mmが好ましい。焦点部材54aのサイズが大きくなると蒸着流の平行度が低下するが、回転放物面55bのサイズを、焦点部材54aのサイズより充分大きくすることで、平行度の低下を抑制可能である。本実施形態では、開口部55aの直径を2mmとしている。また、回転放物面55bの最大直径を50mmとしている。
 なお、焦点部材54aのサイズを小さくすると、開口部55aから射出された蒸着粒子の一部は、焦点部材54aによって反射されない。この場合、焦点部材54aの最大直径部分の端部と、開口部55aの外周上で当該端部に最も近い部分とを結ぶ直線(図2の破線矢印)が、回転放物面55bと交わるように、焦点部材54aを形成する。換言すれば、開口部55aの外周上の任意の部分と、回転放物面55bの被成膜基板10に最も近い部分のうち前記任意の部分に最も近い部分とを結ぶ直線が、焦点部材54aと交差するように、焦点部材54aを形成する。これにより、焦点部材54aによって反射されなかった蒸着粒子が、回転放物面55bに衝突せずに被成膜基板10に達することを防止できる。
 続いて、従来の蒸着装置と本実施形態に係る蒸着装置との比較例について説明する。
 図6は、従来の坩堝および本実施形態に係る坩堝における、蒸着粒子の膜厚分布を示すグラフである。同図において、太線は、従来の坩堝における蒸着粒子の膜厚分布を示しており、細線は、本実施形態に係る坩堝における蒸着粒子の膜厚分布を示している。
 坩堝としては、直径2mm、長さ25mmの開口部を有する坩堝を用いた。また、被成膜基板として無アルカリガラス基板を使用し、蒸着材料としてAlq3を使用した。無アルカリガラス基板と開口部との距離は125mmであり、成膜レートを0.1nm/secとし、チャンバ内の真空度を10-3Pa以下とした。さらに、無アルカリガラス基板上に中心膜厚が100nmとなるように成膜し、中心膜厚を100%として百分率で基板上の膜厚分布を測定した。
 実線と破線とを比較すると、破線で示す膜厚分布のほうが、成膜中心からの距離に対する膜厚の減少度合いが、実線で示す膜厚分布よりも大きいことが分かる。すなわち、本実施形態に係る坩堝のほうが、従来の坩堝に比べ、蒸着粒子を被成膜基板の法線方向に対し、より平行に射出している。
 なお、膜厚分布は、N値で評価可能であることが知られている。N値とは、材料固有の成膜状態(チャンバ内での飛散/拡散状態)を定量的に示す値である。以下、N値の導出について説明する。
 図7および図8に示すように、平面上の点蒸着源を考える場合、その蒸着流密度の分布Φ(α)は、Lambert余弦則によって、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
となる。しかしながら、実際には、蒸着表面が平面でなかったり、開口部の壁などの影響により、分布は制限される。
 図7に示す蒸着源直上方向に対する角度αが極端に大きくなく、蒸着源が十分小さい場合は、蒸着源からの、蒸着流密度の分布Φ(α)は、次の式で近似できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 従って、例えば半径Lの球面上における蒸着速度Rsp(α)は、蒸着源直上での蒸着速度をRとすると、次式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 これを、被成膜基板上のレートに置き換える場合、距離の増大分cosαと角度修正分cosαtとが掛けられることになる。
 よって、蒸着源直上方向に対する角度αの位置の基板上での、単位面積、単位時間当たりの蒸着量(蒸着速度)R(α)は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
となる。ここで、蒸着源そのものの性能がN値となる。なお、「+3」の成分は、幾何成分によるものである。
 よって、図9に示すように、蒸着源直上方向に対する角度θの位置の基板上での膜厚をt、蒸着源直上の基板上での膜厚をtとすると、N値は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
から導出される。
 ここで、図6に示す測定結果において、従来の坩堝は、N値が1.5であるのに対し、本実施形態に係る坩堝は、N値が14.0であった。このように、本実施形態に係る坩堝では、被成膜基板における蒸着膜の不要な広がりを大きく抑制することが可能となっている。
 続いて、図3および図4に示す水平支柱54cの形状について説明する。水平支柱54cの断面は、蒸着流に影響が出ないように、蒸着流の進行方向に細長い形状であることが好ましい。一方、水平支柱54cの水平方向の厚みを、焦点部材54aに温度が伝わる程度の厚みに形成する必要がある。
 図10の(a)~(c)はそれぞれ、水平支柱54cの一例を示す断面図である。いずれの例においても、水平支柱54cの断面は、縦方向(蒸着流の進行方向)に細長く形成されている。
 水平支柱54cのサイズに関し、図10の(a)に示す例では、横幅が1mm、縦幅が5mmとなるように形成している。図10の(b)および(c)に示す断面形状では、下方に向かってテーパー状に形成されている。蒸着粒子は図面の下方から上方へ流れるが、図10の(a)および(b)に示す例では、水平支柱54cの底面において蒸着粒子を反射して、被成膜基板に向かう蒸着粒子をカットしてしまうため、成膜効率が低下する。
 その点、図10の(c)に示す断面形状では、水平支柱54cにおいて蒸着粒子がほとんど反射されないので、成膜効率の低下を抑制することができる。そのため、図10の(a)~(c)に示す形態の中では、図10の(c)に示す形態が最も望ましい。
 本実施形態では、蒸着流のコリメート化を図るための制限板を設けていなかったが、蒸着粒子の微小な斜め成分が問題となる場合は、制限板を設けてもよい。制限板を設けた場合であっても、蒸着流は被成膜基板の法線方向に対しほぼ平行であるので、蒸着粒子は制限板にほとんど付着しない。
 〔実施形態2〕
 本発明の第2の実施形態について図11および図12に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 図11は、本実施形態に係る坩堝の容器52’の構成を示す断面図である。容器52’は、図2に示す容器52において、第1反射部材ユニット54を第1反射部材ユニット54’に置き換えた構成である。第1反射部材ユニット54’は、第1反射部材ユニット54において、焦点部材54aを焦点部材54a’に置き換えた構成である。
 実施形態1に係る焦点部材54aは、円錐形状であったが、本実施形態に係る焦点部材54a’は、平板形状となっている。そのため、開口部55aから射出される蒸着粒子は、ある程度蒸着源ユニット53の方へはじき返される。
 これにより、実施形態1の構成に比べ、蒸着粒子が放出される量が少なくなるため、成膜レートは低下しやすくなる。しかしながら、焦点部材54a’は、焦点部材54aに比べ、形状が簡易であるため、装置コストの低減が可能となる。また、焦点部材54a’の最大直径部分の端部と、開口部55aの外周上で当該端部に最も近い部分とを結ぶ直線(図11の破線矢印)が、回転放物面55bと交わるように、焦点部材54a’が形成されている。このため、本実施形態においても、蒸着流のコリメート化はある程度可能である。
 図12は、従来の坩堝および本実施形態に係る坩堝における、蒸着粒子の膜厚分布を示すグラフである。同図において、太線は、従来の坩堝における蒸着粒子の膜厚分布を示しており、細線は、本実施形態に係る坩堝における蒸着粒子の膜厚分布を示している。使用した坩堝、被成膜基板、蒸着材料などの測定条件は、実施形態1におけるものと同一である。
 図12に示す測定結果において、従来の坩堝は、N値が1.5であるのに対し、本実施形態に係る坩堝は、N値が7.6であった。すなわち、本実施形態に係る坩堝においても、被成膜基板における蒸着膜の不要な広がりは抑制できている。
 〔実施形態3〕
 本発明の第3の実施形態について図13および図14に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態1にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
 図13は、本実施形態に係る坩堝の容器52”の構成を示す断面図である。容器52”は、図2に示す容器52において、第2反射部材ユニット55を第2反射部材ユニット55’に置き換えた構成である。第2反射部材ユニット55’は、第2反射部材ユニット55において、さらに筒状延長部55cを設けた構成である。
 筒状延長部55cは、開口部55aの外周から焦点部材54a側に延びる筒型部材である。すなわち、筒状延長部55cの端部が、蒸着源ユニット53から供給される蒸着粒子の射出口となる。筒状延長部55cは、純銅部材から筒状に削り出したものにNiコートすることで形成可能である。
 上記の構成は、実施形態1に比べ、装置構造が若干複雑になるが、蒸着粒子の射出口が焦点部材54aにより近接しているので、さらに焦点領域を絞ることが可能となる。このため、焦点部材54aおよび回転放物面55bによって反射された蒸着粒子の進行方向を、被成膜基板10の法線方向に対して、より平行にすることができる。
 また、焦点部材54aの最大直径部分の端部と、筒状延長部55cの外周上の当該端部に最も近い部分とを結ぶ直線(図13の破線矢印)が、回転放物面55bと交わるように、焦点部材54aを形成する。これにより、焦点部材54aによって反射されなかった蒸着粒子が、回転放物面55bに衝突せずに被成膜基板10に達することを防止できる。
 図14は、従来の坩堝および本実施形態に係る坩堝における、蒸着粒子の膜厚分布を示すグラフである。同図において、太線は、従来の坩堝における蒸着粒子の膜厚分布を示しており、細線は、本実施形態に係る坩堝における蒸着粒子の膜厚分布を示している。使用した坩堝、被成膜基板、蒸着材料などの測定条件は、実施形態1および2におけるものと同一である。
 図14に示す測定結果において、従来の坩堝は、N値が1.5であるのに対し、本実施形態に係る坩堝は、N値が20.5であった。すなわち、本実施形態に係る坩堝では、実用上充分なN値が得られている。
 〔付記事項〕
 上記では、第2反射部材がいずれもパラボラ形状を有していたが、完全にパラボラ形状である必要はなく、パラボラ形状に近い凹曲面であってもよい。
 また、上記では、被成膜基板を相対移動させながら蒸着を行うスキャン蒸着法を用いた例について説明したが、被成膜基板が比較的小さい場合は、被成膜基板を蒸着源に対して相対移動させずに蒸着を行ってもよい。その場合、被成膜基板の蒸着膜形成面と対向する位置に、坩堝を複数備える構成としてもよく、坩堝を一列またはマトリクス状に配置してもよい。また、被成膜基板が小さい場合は、1または少数の坩堝によって蒸着を行ってもよい。
 また上記では、複数の坩堝が、被成膜基板の相対移動方向と被成膜基板の法線方向との両方に垂直な方向に沿って複数配置されていたが、坩堝の配置方向が、被成膜基板の走査方向に垂直な方向から多少ずれていてもよい。
 <要点概要>
 以上のように、本発明の実施形態に係る坩堝では、前記凹曲面は、回転放物面であり、前記第1反射部材は、前記回転放物面の焦点に位置することが好ましい。
 上記の構成によれば、第2反射部材によって反射された蒸着粒子の進行方向を、被成膜基板の法線方向に対してほぼ平行とすることができる。
 本発明の実施形態に係る坩堝では、前記開口部の外周上の任意の部分と、前記凹曲面の前記被成膜基板に最も近い部分のうち前記任意の部分に最も近い部分とを結ぶ直線が、前記第1反射部材と交差することが好ましい。
 第1反射部材のサイズが小さいと、開口部からの蒸着粒子の一部が、第1反射部材によって反射されることなく、被成膜基板に到達してしまうおそれがある。これに対し、上記の構成によれば、開口部から直接被成膜基板に到達する蒸着粒子をなくすことができるので、蒸着膜のパターンボケや位置ズレを防止することができる。
 本発明の実施形態に係る坩堝では、前記第1反射部材は、前記開口部側に頂点を有する円錐形状に形成されていることが好ましい。
 上記の構成によれば、第1反射部材によって反射された蒸着粒子は、ほとんど第2反射部材に向かい、開口部に戻ることはないので、成膜レートおよび生産性の向上を図ることができる。
 本発明の実施形態に係る坩堝では、前記第1反射部材は、前記開口部に対向する平板形状に形成されていることが好ましい。
 上記の構成によれば、第1反射部材の形状が簡易であるため、装置コストの低減が可能となる。
 本発明の実施形態に係る坩堝では、前記開口部の外周から前記第1反射部材側に延びる筒状延長部を備えることが好ましい。
 上記の構成によれば、蒸着粒子の射出口が第1反射部材により近接しているので、さらに焦点領域を絞ることが可能となる。このため、第1反射部材および第2反射部材によって反射された蒸着粒子の進行方向を、被成膜基板の法線方向に対して、より平行にすることができる。
 本発明の実施形態に係る坩堝では、前記第1反射部材の温度は前記蒸着粒子の気化温度以上であることが好ましい。
 第1反射部材の温度が蒸着粒子の気化温度よりも低い場合、蒸着粒子が第1反射部材に付着し、蒸着流の平行化を図ることが難しくなる。これに対し、上記の構成によれば、蒸着粒子は、第1反射部材に完全弾性衝突し、第1反射部材の衝突面への入射角度と同じ角度で反射されるので、蒸着流の平行化を容易に図ることができる。
 本発明の実施形態に係る坩堝では、前記第2反射部材の温度は前記蒸着粒子の気化温度以上であることが好ましい。
 第2反射部材の温度が蒸着粒子の気化温度よりも低い場合、蒸着粒子が第2反射部材に付着し、蒸着流の平行化を図ることが難しくなる。これに対し、上記の構成によれば、蒸着粒子は、第2反射部材に完全弾性衝突し、第1反射部材の衝突面への入射角度と同じ角度で反射されるので、蒸着流の平行化を容易に図ることができる。
 本発明の実施形態に係る蒸着装置は、上記のいずれかの坩堝を備える。
 上記の構成によれば、高精度の成膜が可能な蒸着装置を実現することができる。
 本発明の実施形態に係る蒸着装置では、前記被成膜基板の蒸着膜形成面と対向する位置に、前記坩堝を複数備えることが好ましい。
 上記の構成によれば、より大型の被成膜基板への成膜に対応することができる。
 本発明の実施形態に係る蒸着装置では、前記坩堝の第2反射部材と前記被成膜基板との間に、前記被成膜基板に蒸着膜のパターンを形成するための蒸着マスクを備えていることが好ましい。
 上記の構成によれば、平行化された蒸着流が蒸着マスクを通過して被成膜基板に到達するので、画素単位の細かいパターンを形成することができる。
 本発明の実施形態に係る蒸着装置では、前記坩堝の第2反射部材と前記被成膜基板との間に、前記被成膜基板に蒸着膜のパターンを形成するための蒸着マスクと、前記蒸着粒子の進行方向を前記被成膜基板の法線方向に近づけるための制限板とを備えていることが好ましい。
 上記の構成によれば、第2反射部材によって反射された蒸着粒子の進行方向がさらに被成膜基板の法線方向に近づくため、蒸着流のさらなる平行化を図ることができる。
 本発明の実施形態に係る蒸着装置では、前記坩堝に対して前記被成膜基板を相対移動させる移動手段を備えることが好ましい。
 特に被成膜基板が大型であると、被成膜基板を静止させて蒸着膜を形成する場合、被成膜基板のサイズとほぼ同じ大きさの蒸着源領域が必要となり、多数の坩堝が必要となり、装置コストが増大するという問題がある。これに対し、上記の構成によれば、被成膜基板をインライン搬送させて蒸着を行うので、坩堝の個数を減らすことができる。これにより、装置コストを低減することができる。
 本発明の実施形態に係る蒸着装置では、前記坩堝は、前記被成膜基板の相対移動方向と前記被成膜基板の法線方向との両方に垂直な方向に沿って複数配置されていることが好ましい。
 上記の構成によれば、坩堝と被成膜基板とのアライメントが容易になる。また、蒸着装置を小型にすることができる。
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 本発明は、有機EL表示装置の製造における蒸着粒子の蒸着だけでなく、あらゆる被成膜対象への蒸着粒子の蒸着に適用できる。
 1   蒸着装置
10   被成膜基板
20   マスク(蒸着マスク)
40   シャッタ
50   坩堝
51   加熱ヒータ
52   容器
52’  容器
52”  容器
53   蒸着源ユニット
54   第1反射部材ユニット
54’  第1反射部材ユニット
54a  焦点部材
54a’ 焦点部材
54b  鉛直支柱
54c  水平支柱
54d  環状支持部
55   第2反射部材ユニット
55’  第2反射部材ユニット
55a  開口部
55b  回転放物面
55c  筒状延長部
60   フレーム
61   可動支持部
63   固定支持部
64   可動支持部
70   支持台
80   チャンバ
81   真空ポンプ機構

Claims (14)

  1.  被成膜基板に対し蒸着粒子を射出する開口部を備える坩堝であって、
     前記開口部に対向する位置に設けられ、前記開口部から射出された蒸着粒子を反射する第1反射部材と、
     前記第1反射部材によって反射された蒸着粒子を前記被成膜基板に向けて反射する第2反射部材とを備え、
     前記第2反射部材は、前記被成膜基板に対して凹曲面を有していることを特徴とする坩堝。
  2.  請求項1に記載の坩堝において、
     前記凹曲面は、回転放物面であり、
     前記第1反射部材は、前記回転放物面の焦点に位置することを特徴とする坩堝。
  3.  請求項1または2に記載の坩堝において、
     前記開口部の外周上の任意の部分と、前記凹曲面の前記被成膜基板に最も近い部分のうち前記任意の部分に最も近い部分とを結ぶ直線が、前記第1反射部材と交差することを特徴とする坩堝。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載の坩堝において、
     前記第1反射部材は、前記開口部側に頂点を有する円錐形状に形成されていることを特徴とする坩堝。
  5.  請求項1~3のいずれか1項に記載の坩堝において、
     前記第1反射部材は、前記開口部に対向する平板形状に形成されていることを特徴とする坩堝。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載の坩堝において、
     前記開口部の外周から前記第1反射部材側に延びる筒状延長部を備えることを特徴とする坩堝。
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載の坩堝において、
     前記第1反射部材の温度は前記蒸着粒子の気化温度以上であることを特徴とする坩堝。
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の坩堝において、
     前記第2反射部材の温度は前記蒸着粒子の気化温度以上であることを特徴とする坩堝。
  9.  請求項1~8のいずれか1項に記載の坩堝を備えることを特徴とする蒸着装置。
  10.  請求項9に記載の蒸着装置において、
     前記被成膜基板の蒸着膜形成面と対向する位置に、前記坩堝を複数備えることを特徴とする蒸着装置。
  11.  請求項9または10に記載の蒸着装置において、
     前記坩堝の第2反射部材と前記被成膜基板との間に、前記被成膜基板に蒸着膜のパターンを形成するための蒸着マスクを備えていることを特徴とする蒸着装置。
  12.  請求項9または10に記載の蒸着装置において、
     前記坩堝の第2反射部材と前記被成膜基板との間に、
     前記被成膜基板に蒸着膜のパターンを形成するための蒸着マスクと、
     前記蒸着粒子の進行方向を前記被成膜基板の法線方向に近づけるための制限板とを備えていることを特徴とする蒸着装置。
  13.  請求項9~12のいずれか1項に記載の蒸着装置において、
     前記坩堝に対して前記被成膜基板を相対移動させる移動手段を備えることを特徴とする蒸着装置。
  14.  請求項13に記載の蒸着装置において、
     前記坩堝は、前記被成膜基板の相対移動方向と前記被成膜基板の法線方向との両方に垂直な方向に沿って複数配置されていることを特徴とする蒸着装置。
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