JP4535908B2 - 蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸着材料が蒸発されてなる蒸発材料を、被蒸着部材に蒸着させるための蒸着装置に関するものである。

例えば、有機ＥＬ材料を用いたパネルディスプレイは、有機材料などの蒸着材料がガラス基板などの被蒸着部材に蒸着されることにより形成されている。
通常、蒸着材料は坩堝で加熱され、この蒸発した蒸発材料は真空容器内に導かれるとともに当該真空容器内に配置された被蒸着部材の表面に放出されて蒸着（所謂、成膜）が行われている。

このような蒸着装置において、ガラス基板の表面に形成する膜厚の均一性を向上させようとすると、点状の蒸発源をガラス基板の表面から十分に離れた位置に配置する必要がある。

このため、成膜チャンバの容量が大きくなって減圧に要する時間が長くなるという問題が生じるほか、特に、高価な有機ＥＬ材料を用いる場合には、材料の利用効率である材料収率が極端に下がるという問題がある。

このような問題に対処する蒸着装置として、例えば特許文献１に開示されたものがある。
この特許文献１に開示された構成によると、真空容器である成膜チャンバ内に配置された坩堝で加熱されて蒸発した蒸発材料は、表面に多数の放出口が形成された放出部に移送部を介して供給されている。

すなわち、蒸発材料の移動距離を短くして、成膜チャンバ内の減圧を行う空間を小さくしつつ、広い面積に対応するために、管状の放出部を所定位置に配置し且つこの管状の放出部に複数のノズルを設けることにより、蒸発材料の放出口の分散が図られたものである。
特開２００４−２４９８６８

ところで、上記特許文献１において、膜厚の均一性の向上を図ろうとすると、同一の蒸着材料だけを使用するとともに、蒸発源での加熱温度および蒸発材料を放出するノズルまでの移送部における加熱温度などの条件についても、同一にした場合には、シミュレーションや試行錯誤により、最適なノズルの配置および開口径を決定し、これらの条件下で蒸着を行うことにより解決することができる。

しかしながら、例えば蒸着材料を変えた場合など、特に、有機ＥＬ材料については、その特性を維持するための加熱温度範囲が狭く、材料の種類が異なれば、全く、加熱温度範囲が異なってしまう場合もある。

このため、上述したように、シミュレーションや試行錯誤により決定した別材料におけるノズルの配置、開口径などの条件を用いることができなくなり、再度、シミュレーションや試行錯誤により、その材料に最適なノズルの条件を決定する必要がある。

すなわち、製作されたノズルを含んだ蒸発材料の放出部については、その蒸着材料特有のものとなり、したがって蒸着材料の種類を変える毎に、放出部を交換する必要が生じるという問題が発生する。

そこで、本発明は、蒸着材料の種類または加熱温度などの蒸着条件が変わったが場合でも、蒸発材料の放出部を交換することなく、被蒸着部材に形成される膜厚の均一性を維持し得る蒸着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の蒸着装置は、蒸着材料を加熱して蒸発材料を得るための蒸発源と、この蒸発源で得られた蒸発材料を、蒸着用容器内に配置された被蒸着部材に向かって放出する放出部材とを具備する蒸着装置であって、
上記放出部材に蒸発材料を放出する放出用ノズルを複数設け、
且つ上記各放出用ノズルの開口部をそれぞれ開閉自在なシャッタ部材を設けるとともに、これら各シャッタ部材の開閉動作を行う駆動部を制御する制御装置を設け、
さらに上記放出部材を、内部に蒸発材料の拡散室を有するとともに表面に複数の放出用ノズルが形成された放出用容器と、この放出用容器の拡散室内に蒸発源からの蒸発材料を移送する移送管とから構成したものである。

また、上記蒸着装置における各放出用ノズルの開口径を同一にするとともに、これら各放出用ノズルの開口端面から被蒸着部材の蒸着面までの鉛直距離を同一にしたものである。

さらに、上記蒸着装置における制御装置を、
蒸着材料の種類および加熱温度に応じてシャッタ部材の開閉周期を決定するためのデータテーブルを記憶する記憶部と、この記憶部にて決定された開閉周期を入力してシャッタ部材の駆動部を制御する制御部とから構成したものである。

上記の構成によると、放出部材に蒸発材料を放出する放出用ノズルを複数設けるとともに、これら各放出用ノズルの開口部をそれぞれ開閉自在なシャッタ部材を設け、さらにこれら各シャッタ部材の開閉動作を制御し得る制御装置を設けたので、蒸着材料の種類が変わった場合でも、その開口径、ノズル長さなどに基づく形状比率に拘わらず、シャッタ部材の開閉周期を制御することで、放出部材を交換することなく、被蒸着部材に形成される膜厚の均一性を維持することができる。

また、蒸発材料を放出用容器内の拡散室を経由して放出用ノズルから放出するようにしたので、放出前での蒸発材料の均一化を図ることができる。
また、各放出用ノズルの開口径を同一にするとともに、これら各放出用ノズルの開口端面から被蒸着部材の蒸着面までの鉛直距離を同一にしたので、放出用容器内で拡散された蒸発材料が、略、同一条件で各放出用ノズルを経由して放出されるため、蒸着材料の種類や加熱温度を変えて蒸着を行う場合でも、例えばシミュレーションの実施や試行錯誤による膜厚の均一性の実現条件、すなわちシャッタ部材の開閉周期を求めるに際しての負担を軽減することができる。

さらに、シャッタ部材の開閉動作の制御装置に、蒸着材料および加熱温度に応じてシャッタ部材の開閉周期を選択するためのデータテーブルを具備させたので、例えば蒸着材料の種類および加熱温度を入力するだけで、これらの条件に合う各シャッタ部材における開閉周期を求めることができる、したがって開閉周期の決定操作の簡略化を図り得るとともに、確認済みの膜厚の均一性を容易に再現することができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る蒸着装置を、図１〜図４に基づき説明する。
本実施の形態においては、有機ＥＬディスプレイの表示部を製造する場合、すなわち有機材料をガラス基板の表面に蒸着させる場合について説明する。

この蒸着装置は、図１〜図３に示すように、ガラス基板（被蒸着部材）１が、その蒸着面が下方となるように配置される蒸着用容器（蒸着室ともいう）２と、この蒸着用容器２内で且つガラス基板１の下方に配置されて有機材料の蒸発（以下、有機材料を蒸着材料といい、蒸発した有機材料を蒸発材料という）が行われる坩堝（蒸発源）３と、上記蒸着用容器２に接続されて当該容器内の空気を排出して真空下（所定の真空度下）にするための排気装置４と、上記蒸着用容器２内で且つ坩堝３の上部に配置されて蒸発材料をガラス基板１の被蒸着面（図面上では下面である）全体に亘ってほぼ均一に放出するための放出用ノズル５が複数個例えば８個具備された放出部材６と、この放出部材６における各放出用ノズル５を開閉自在なシャッタ部材７と、これら各シャッタ部材７の開閉動作を制御する制御装置８とから構成されている。なお、図１において、シャッタ部材７については、仮想線にて示している。

上記坩堝３には、蒸着材料を加熱して蒸発材料を得るためのヒータ１１が具備されている。
また、上記放出部材６は、水平断面形状がガラス基板１と同様の矩形状にされた蒸発材料の拡散室１３を有するとともにその表面に上述した複数個の放出用ノズル５が形成された放出用容器１４と、この放出用容器１４の下面に接続されるとともに下部内に坩堝３が収納された円筒状の移送管（移送部）１５とから構成されている。

なお、上記各放出用ノズル５は、例えば所定高さ（Ｌ）でもって設けられるとともに、これら各放出用ノズル５の開口部５ａの形状は所定径（２ｒ）でもって円形にされている。

また、上記シャッタ部材７は、例えば放出用ノズル５の直ぐ傍の位置で放出用容器１４側に軸受などの支持部１６を介して回転自在に挿通・支持された回転支持棒１７と、この回転支持棒１７の上端部に取り付けられて放出用ノズル５の開口部５ａを開閉し得る板状シャッタ１８と、上記回転支持棒１７の下端に連結されて上記板状シャッタ１８を放出用ノズル５の開口部５ａの開放位置と閉鎖位置との間で揺動させるモータ（駆動部）１９とから構成されている。なお、これら各モータ１９については、蒸着用容器２内に配置してもよく、また蒸着用容器２外に配置してもよい。

さらに、上記制御装置８は、上記各モータ１９を制御する制御部２１と、蒸着材料の種類および坩堝３での加熱温度に基づき、上記シャッタ部材７の動作周期すなわち板状シャッタ１８の開閉周期を決定し得るデータテーブルが記憶された記憶部２２とから構成されている。

そして、上記各放出用ノズル５における開口部５ａの形状および寸法については同一にされており、具体的には、開口径（穴径）、開口部の高さおよびその平面視形状については同一にされているため、板状シャッタ１８の開閉周期（開閉時間でもある）により、蒸発材料の放出量を容易に制御することができる。

すなわち、通常、開口部である穴から蒸発した蒸発材料（粒子である）の蒸着パターンは、理論的には、その穴径（２ｒ）と穴の高さ（開口部の高さである）Ｌとの形状比率（ｒ／Ｌ）で決まり（正確に言うと、この形状比率で補正されたｃｏｓθ則に従ったパターンとなる）、また穴からの蒸発量は穴径により決まるため、膜厚の均一性を保つには、各穴からの蒸発量と形状比率（ｒ／Ｌ）とを考慮する必要がある。

簡単に説明すれば、各放出用ノズル５の開口部５ａにおける形状比率（ｒ／Ｌ）を固定しておき、板状シャッタ１８の開放時間で蒸発量すなわち蒸着量を制御するようにしたものである。

次に、蒸着動作について説明する。
まず、坩堝３内に所定の蒸着材料を充填した後、蒸着用容器２内にガラス基板１を挿入して保持具（図示せず）により所定位置に保持させ、そして排気装置４により蒸着用容器２内を所定の真空状態にする。なお、ガラス基板１を準備室（図示せず）にて所定の真空状態で保持しておき、このガラス基板１を準備室から蒸着用容器２内に移動させて保持するようにしてもよい。

次に、坩堝３をヒータ１１により所定温度まで加熱し、蒸着材料を蒸発させる。
坩堝３で蒸発した蒸発材料は、移送管１５を介して放出用容器１４の拡散室１３内に入り、ここで拡散されて各放出用ノズル５から蒸着用容器２内に放出され、そしてガラス基板１の下面である被蒸着面に蒸着されて成膜が行われる。

この蒸着時においては、制御装置８の記憶部２２に記憶されたデータテーブルから、当該蒸着材料の種類、加熱温度、および放出用ノズル５での形状比率（ｒ／Ｌ）に基づき、板状シャッタ１８の開閉周期が求められ、この求められた開閉周期でもって制御部２１によりモータ１９が制御される。

例えば、図１のノズル符号（ａ）〜（ｄ）にて示す放出用ノズル５（ａ）〜５（ｄ）については、板状シャッタ１８が１００秒間開放されるとともに、ノズル符号（ｅ）〜（ｈ）にて示す放出用ノズル５（ｅ）〜５（ｈ）については、板状シャッタ１８が３０秒間開放される。これを、タイムチャートで示すと、図４のようになる。

この開閉周期で制御すると、ガラス基板１に蒸着された膜厚の均一性は、±３％以下の範囲内に収まっていた。この場合の開口径は１０ｍｍ、形状比率は１、開口部５ａの開口端面からガラス基板１の蒸着面までの距離は３００ｍｍ、またガラス基板１の有効寸法は２５０ｍｍである。

このように、各放出用ノズル５の開口部５ａの形状、寸法および形状比率が同一となるようにしたので、それぞれの開口部５ａにおける各板状シャッタ１８による開閉周期を、予め、求められたデータテーブルを参照して決定するようにしたので、膜厚の均一性を良好に維持することができる。

したがって、蒸着材料の種類に応じて、坩堝３および放出部材６を取り替える必要がないので、取り替えによる作業時間を軽減することができるとともに、蒸着材料の種類毎に応じて、放出部材６を準備しておく必要がないので、経済的である。

また、蒸発材料を放出用容器１４内の拡散室１３を経由して放出用ノズル５から放出させるようにしたので、放出前での蒸発材料の均一化を図ることができる。
また、各放出用ノズル５の開口径を同一にするとともに、これら各放出用ノズル５の開口端面から被蒸着部材の蒸着面までの鉛直距離を同一にしたので、放出用容器１４内で拡散された蒸発材料が、略、同一条件で各放出用ノズル５を経由して放出されるため、蒸着材料の種類や加熱温度を変えて蒸着を行う場合でも、例えばシミュレーションの実施や試行錯誤による膜厚の均一性の実現条件、すなわちシャッタ部材の開閉周期を求めるに際しての負担を軽減することができる。

さらに、シャッタ部材７の開閉動作の制御装置８に、蒸着材料および加熱温度に応じてシャッタ部材７の開閉周期（シャッタ部材の開閉動作）を選択するためのデータテーブルを具備させたので、例えば蒸着材料の種類および加熱温度を入力するだけで、これらの条件に合う各板状シャッタ１８の開閉周期を求めることができ、したがって開閉周期の決定操作の簡略化を図り得るとともに、確認済みの膜厚の均一性を容易に再現することができる。

ところで、上記実施の形態においては、蒸着材料が１種類である場合について説明したが、蒸着材料の種類が複数である場合にも適用することができる。
例えば、３種類の場合を図５および図６に示す。なお、図６は、放出用ノズルの配置状態を示すもので、蒸着材料の種類（Ａ，Ｂ，Ｃ）に応じて、白丸、黒丸、破線による丸で区別している。

この蒸着装置３１においては、例えば蒸着用容器３２内に、それぞれ異なる種類の蒸着材料が充填された３個の坩堝３３（３３Ａ〜３３Ｃ）が配置されるとともに、それぞれの蒸着材料の種類に対応して放出用容器３４（３４Ａ〜３４Ｃ）が配置され、そして各坩堝３３で蒸発した蒸発材料を各放出用容器３４に導く移送管３５（３５Ａ〜３５Ｃ）が設けられたものである。

勿論、各放出用容器３４の上面の各所定位置には、それぞれ放出用ノズル３６（３６Ａ〜３６Ｃ）が設けられるとともに、各放出用ノズル３６の開口部３７（３７Ａ〜３７Ｃ）の開口端面が同一平面内に位置するようにされており（このことは、各放出用ノズルの開口端面とガラス基板の表面である被蒸着面との距離が同一であることを意味している）、さらにこれら各放出用ノズル３６の開口部３７を開閉自在なシャッタ部材３８がそれぞれ配置されている。勿論、これら各シャッタ部材３８は、板状シャッタ３９と、この板状シャッタ３９を回転支持棒４０を介して回転させるモータ（図示せず）とから構成されるとともに、制御装置（図示せず）により各モータが制御され、各板状シャッタ３９の開閉周期がそれぞれ制御されている。

なお、図５においては、各シャッタ部材３８は各放出用ノズル３６の開口部３７の開口端面より少し下方に配置された水平支持板４１上に支持するように図示しているが、例えば放出用容器３４などにも支持することができ、またモータについては、上記水平支持板４１の下面または蒸着用容器３２の外部に配置してもよい。

この構成によると、ガラス基板４２の被蒸着面に、同時に、２種類以上の材料からなる共蒸着膜を複数層でもって積層させることができる。
例えば、第１坩堝３３Ａに充填された第１蒸着材料と第２坩堝３３Ｂに充填された第２蒸着材料とを、それぞれの放出用ノズル３６Ａ、３６Ｂから同時に放出させて、ガラス基板４２の蒸着面に共蒸着させる。

次に、第２坩堝３３Ｂに充填された第２蒸着材料と第３坩堝３３Ｃに充填された第３蒸着材料とを、それぞれの放出用ノズル３６Ｂ、３６Ｃから同時に放出させて、ガラス基板４２の蒸着面に共蒸着させる。

勿論、この蒸着に際しては、各シャッタ部材３８が、正確には、各板状シャッタ３９が、そこからの蒸発量が一定となるように、それぞれ制御されている。
例えば、有機ＥＬ発光素子を製造する際の発光層の蒸着時に、まず、第１蒸着材料（アルミニウム錯体などのホスト材料）と第２蒸着材料（青色ドーパント）とを共蒸着させて青色発光層を形成し、次に、第１蒸着材料と第３蒸着材料（赤色ドーパント）とを共蒸着させることにより、白色発光層を形成することができる。なお、図７に、各放出用ノズル３６の開口部３７（３７Ａａ〜３７Ａｈ，３７Ｂａ〜３７Ｂｈ，３７Ｃａ〜３７Ｃｈ）を開閉する板状シャッタ３９の開閉周期のタイムチャートを示しておく。

また、実施の形態においては、蒸着装置として、一個の坩堝で蒸発された蒸発材料を複数の放出用ノズルに導き放出するように説明したが、例えば坩堝毎に放出用ノズルを対応させるようにしてもよい。

すなわち、図８に示すように、蒸着用容器５１内に、複数の坩堝５２を配置するとともに、これら各坩堝５２毎に、放出部材５３としての移送管（筒状体とも言える）５４を配置するとともにこれら各移送管５４の上端開口部を放出用ノズル５５とするものである。なお、図８中、５６はシャッタ部材で、上記実施の形態と同様に、板状シャッタ５７、回転支持棒５８およびモータ５９により構成されるとともに、これら各シャッタ部材５６の板状シャッタ５７については、制御装置により、その開閉周期が制御されている。

この構成においても、上述した実施の形態と同様の効果が得られる。

本発明の実施の形態に係る蒸着装置の概略構成を示す斜視図である。 同蒸着装置の要部断面図である。 同蒸着装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。 同蒸着装置におけるシャッタ部材の開閉周期を示すタイムチャートである。 同蒸着装置の変形例の概略構成を示す要部断面図である。 同蒸着装置の変形例の概略構成を示す要部平面図である。 同変形例に係る蒸着装置におけるシャッタ部材の開閉周期を示すタイムチャートである。 同蒸着装置の他の変形例の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ ガラス基板
２ 蒸着用容器
３ 坩堝
４ 排気装置
５ 放出用ノズル
５ａ 開口部
６ 放出部材
７ シャッタ部材
８ 制御装置
１３ 拡散室
１４ 放出用容器
１５ 移送管
１７ 回転支持棒
１８ 板状シャッタ
１９ モータ
２１ 制御部
２２ 記憶部
３１ 蒸着装置
３２ 蒸着用容器
３３ 坩堝
３４ 放出用容器
３５ 移送管
３６ 放出用ノズル
３７ 開口部
３８ シャッタ部材
３９ 板状シャッタ
４０ 回転支持棒
５１ 蒸着用容器
５２ 坩堝
５３ 放出部材
５４ 移送管
５５ 放出用ノズル
５６ シャッタ部材
５７ 板状シャッタ
５８ 回転支持棒
５９ モータ

Claims (3)

1. 蒸着材料を加熱して蒸発材料を得るための蒸発源と、この蒸発源で得られた蒸発材料を、蒸着用容器内に配置された被蒸着部材に向かって放出する放出部材とを具備する蒸着装置であって、
   上記放出部材に蒸発材料を放出する放出用ノズルを複数設け、
   且つ上記各放出用ノズルの開口部をそれぞれ開閉自在なシャッタ部材を設けるとともに、これら各シャッタ部材の開閉動作を行う駆動部を制御する制御装置を設け、
   さらに上記放出部材を、
   内部に蒸発材料の拡散室を有するとともに表面に複数の放出用ノズルが形成された放出用容器と、
   この放出用容器の拡散室内に蒸発源からの蒸発材料を移送する移送管と
   から構成したことを特徴とする蒸着装置。
2. 各放出用ノズルの開口径を同一にするとともに、これら各放出用ノズルの開口端面から被蒸着部材の蒸着面までの鉛直距離を同一にしたことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
3. 制御装置を、
   蒸着材料の種類および加熱温度に応じてシャッタ部材の開閉周期を決定するためのデータテーブルを記憶する記憶部と、
   この記憶部にて決定された開閉周期を入力してシャッタ部材の駆動部を制御する制御部と
   から構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸着装置。

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