(57)【要約】【課題】真空蒸着装置において、長時間に亘って蒸着レートを精度良く制御する。【解決手段】蒸着装置１は、坩堝３１の開口部３０の開口度を調整する開口度調整機構と、坩堝３１の温度を調整する坩堝温度調整機構と、予め設定された開口度閾値を記憶する記憶部６２と、開口度調整機構及び坩堝温度調整機構を制御して、被蒸着体２への蒸着材料３２の蒸着レートを予め入力された目標蒸着レートに維持する蒸着レート制御部６と、を備える。蒸着レート制御部６は、バルブ３６の開口度が記憶部６２に記憶された開口度閾値を超えたときに、坩堝３１の温度を上昇させ、且つ開口度を低下させる。これにより、再び蒸着レートが低下し始めた場合であっても、バルブ３６の開口度を大きくすることで、長時間に亘って蒸着レートを制御できる。また、開口度閾値以下の開口度で蒸着レートを制御するので、蒸着レートを精度良く制御することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する坩堝に充填された蒸着材料を加熱して蒸発させ、蒸発した蒸着材料を被蒸着体に蒸着させる真空蒸着装置であって、
前記坩堝の開口部の開口度を調整する開口度調整機構と、
前記坩堝の温度を調整する坩堝温度調整機構と、
予め設定された前記開口度の閾値である開口度閾値を記憶する記憶部と、
前記開口度調整機構及び坩堝温度調整機構を制御して、前記被蒸着体への蒸着材料の蒸着レートを予め入力された目標蒸着レートに維持する蒸着レート制御部と、を備え、
前記蒸着レート制御部は、前記開口度が前記記憶部に記憶された前記開口度閾値を超えたときに、前記坩堝の温度を上昇させ、且つ前記開口度を低下させることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項２】
前記蒸着レート制御部は、前記坩堝の温度が予め設定された上限設定温度を超えるときに、蒸着を停止させることを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着装置。
【請求項３】
前記蒸着レートを測定するセンサと、前記センサへの前記蒸着材料の付着を妨げるシャッタと、前記シャッタが閉状態であるとき蒸着を行った被蒸着体の処理枚数をカウントするカウンタと、を更に備え、
前記シャッタは、前記カウンタによりカウントされるた処理枚数が予め設定された処理枚数を超えたときに開状態となることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空蒸着装置。
【請求項４】
前記開口度が、前記蒸着レート制御部により蒸着レートを制御し得る所定の開口度基準値を超えた時間を測定するタイマと、
前記タイマにより測定された時間及び前記目標蒸着レートから蒸発総量を算出する算出部と、を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被蒸着体に蒸着材料を蒸着させて蒸着膜を成膜する有機ＥＬ素子の製造方法に用いられる真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、陽極及び陰極で挟持させた発光層が透明基板上に形成されたものであり、電極間に電圧印加されたとき、発光層にキャリアとして注入された電子及びホールの再結合により生成された励起子によって発光する。ＥＬ素子は、発光層の蛍光物質に有機物を用いた有機ＥＬ素子と、無機物を用いた無機ＥＬ素子に大別される。特に、有機ＥＬ素子は、低電圧で高輝度の発光が可能であり、蛍光物質の種類によって様々な発光色が得られ、また、平面状の発光パネルとしての製造が容易であることから、各種表示装置やバックライトとして用いられる。更に、近年では、高輝度に対応したものが実現され、これを照明器具に用いることが注目されている。
【０００３】
一般的な有機ＥＬ素子は、透光性を有する基板上に、ＩＴＯ等の透明電極、ホール注入層、ホール輸送層、有機発光層、電子輸送層、電子注入層、及び反射性電極等を積層させた構成となっている。これら有機ＥＬ素子を構成する各層は、一般的に、透明電極（陽極）がパターニング形成された基板に、有機発光層等を構成する蒸着材料を蒸着させて蒸着膜を成膜する真空蒸着装置を用いて作製される。真空蒸着装置は、真空チャンバ内に蒸着材料を含む蒸発源及び基板等の被蒸着体を配置し、減圧状態で蒸発源を加熱して蒸着材料を蒸発させ、この蒸発された蒸着材料を被蒸着体の表面に堆積させて、蒸着膜を成膜する（例えば、特許文献１参照）。このとき、所定時間あたりに被蒸着体の表面に堆積される蒸着材料の蒸着膜（以下、蒸着レート）は、蒸着材料が充填される蒸発源の坩堝の温度及び開口度を変化させることにより制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２９２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、坩堝の開口度を一定にした場合であっても、必ずしも蒸着レートは一定にならず、図６（ａ）に示すように、一般的に蒸着レートは経過時間と共に低下する。このとき、蒸着レートをレート規格幅に収まるように制御するには、図６（ｂ）に示すように、蒸着レートの低下を補うように、開口度を大きくする必要がある。しかしながら、開口度が１００％まで大きくすると、それ以上の蒸着レートの低下を抑制することができず、蒸着を停止する必要があり、蒸着可能時間が短くなってしまう。その結果、例えば、複数の被蒸着体を坩堝上に所定速度で搬送させながら蒸着を行なうインライン型蒸着装置においては、一度の蒸着工程で成膜できる被蒸着体の枚数が少なくなり、生産効率が低くなる。
【０００６】
また、図６（ｃ）に示すように、坩堝の開口度と蒸着レートとは必ずしも正比例せず、特に、開口度が大きくなると、蒸着レートは開口度の影響を受け難くなり、蒸着レートの制御性が悪くなる。その結果、蒸着レートを精度良く制御することができず、所望の膜厚の蒸着膜を得られないことがある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するものであり、長時間に亘って蒸着レートを精度良く制御することができ、所望の膜厚の蒸着膜を成膜することができる真空蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、開口部を有する坩堝に充填された蒸着材料を加熱して蒸発させ、蒸発した蒸着材料を被蒸着体に蒸着させる真空蒸着装置であって、前記坩堝の開口部の開口度を調整する開口度調整機構と、前記坩堝の温度を調整する坩堝温度調整機構と、予め設定された前記開口度の閾値である開口度閾値を記憶する記憶部と、前記開口度調整機構及び坩堝温度調整機構を制御して、前記被蒸着体への蒸着材料の蒸着レートを予め入力された目標蒸着レートに維持する蒸着レート制御部と、を備え、前記蒸着レート制御部は、前記開口度が前記記憶部に記憶された前記開口度閾値を超えたときに、前記坩堝の温度を上昇させ、且つ前記開口度を低下させることを特徴とする。
【０００９】
上記真空蒸着装置において、前記蒸着レート制御部は、前記坩堝の温度が予め設定された上限設定温度を超えるときに、蒸着を停止させることが好ましい。
【００１０】
上記真空蒸着装置において、前記蒸着レートを測定するセンサと、前記センサへの前記蒸着材料の付着を妨げるシャッタと、前記シャッタが閉状態であるとき蒸着を行った被蒸着体の処理枚数をカウントするカウンタと、を更に備え、前記シャッタは、前記カウンタによりカウントされる処理枚数が予め設定された処理枚数を超えたときに開状態となることが好ましい。
【００１１】
上記真空蒸着装置において、前記開口度が、前記蒸着レート制御部により蒸着レートを制御し得る所定の開口度基準値を超えた時間を測定するタイマと、前記タイマにより測定された時間及び前記目標蒸着レートから蒸発総量を算出する算出部と、を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、坩堝の開口部の開口度が開口度閾値を超えたときに、坩堝の温度を上昇させ、且つ開口度を低下させるので、坩堝の開口部の開口度を大きくすることで、長時間に亘って蒸着レートを制御できる。また、開口度閾値以下の開口度で蒸着レートを制御するので、蒸着レートを精度良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置の側断面図。
【図２】同真空蒸着装置の基本動作フローを示す図。
【図３】（ａ）は同真空蒸着装置における蒸着レートの経時変化を示す図、（ｂ）同装置の坩堝の開口度の経時変化を示す図。
【図４】同真空蒸着装置の別の動作フローを示す図。
【図５】同真空蒸着装置の更に別の動作フローを示す図。
【図６】（ａ）は従来の真空蒸着装置における蒸着レートの経時変化を示す図、（ｂ）同装置の坩堝の開口度の経時変化を示す図、（ｃ）は開口度と蒸着レートの相関関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置（以下、蒸着装置）について、図１乃至図５を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の蒸着装置１は、基板等の被蒸着体２に蒸着される蒸着材料を蒸発させる蒸発源３と、蒸発源３及び被蒸着体２の間の空間を囲う筒状体４と、を備える。この蒸着装置１は、室内を減圧状態にすることができるチャンバ室（不図示）内に配置されている。なお、このチャンバ内には、蒸発源３上に被蒸着体を搬送する搬送機構（不図示）が設けられる。
【００１５】
筒状体４は、上端に開口部４１を有し、この開口部４１に対向するように被蒸着体２が搬送される。筒状体４の下端には、蒸発源３が配置され、蒸発源３の配置されていない部分は筒状体４の底部４２を成す。筒状体４の外周面には、シーズヒータ等から構成される筒状体ヒータ（以下、ヒータ４３）が巻き付けられ、このヒータ４３により、筒状体４内が加熱される。また、筒状体４の底部４２には、筒状体４内の温度を測定するための温度センサ４４が設けられ、温度センサ４４の測定情報は、ＣＰＵやメモリ等から構成される筒状体温度制御器４５に出力される。筒状体温度制御器４５は、温度センサ４４の測定情報を受けて電源部（不図示）からヒータ４３に供給される電力量を制御することにより、筒状体４内の温度を調節する。
【００１６】
また、筒状体４は、その側壁に側面開口部４６を有し、この側面開口部４６に面するように膜厚計５（センサ）が設けられている。膜厚計５は、水晶振動子膜厚計等から構成され、側面開口部４６から放出された蒸着材料がその表面に付着した膜の膜厚を自動測定する。また、膜厚計５は、測定された膜厚データを後述する蒸着レート制御部６に出力する。側面開口部４６と膜厚計５との間には、膜厚計５による測定時に開状態となり、非測定時には閉状態となるシャッタ７が設けられており、非測定時に膜厚計５の表面に蒸着材料が付着することを防止する。なお、図１では、シャッタ７が閉じられた構成を例示する。
【００１７】
蒸発源３は、開口部３０を有する坩堝３１内に蒸着材料３２が充填され、坩堝３１の周辺部に設けられた蒸発源ヒータ３３により蒸着材料３２を加熱して蒸発させるものである。坩堝３１は、その開口部３０側が筒状体４の底部４２と同じ高さになるように、筒状体４に取り付けられる。蒸着材料３２には、任意の材料が用いられ、例えば、有機半導体材料等の有機材料が好適に用いられる。
【００１８】
坩堝３１の周辺部には、蒸発源ヒータ３３が配されている。また、坩堝３１には、その温度を測定するための温度センサ３４が設けられ、温度センサ３４の測定情報は、蒸発源温度制御器３５に出力される。蒸発源ヒータ３３、温度センサ３４及び蒸発源温度制御器３５が、坩堝温度調整機構として機能する。蒸発源温度制御器３５は、蒸着レート制御部６に接続される。蒸着レート制御部６は、温度センサ３４の測定情報を受けて電源部（不図示）から蒸発源ヒータ３３に供給する電力量を制御することにより、坩堝３１内の温度を調節する。
【００１９】
また、坩堝３１の開口部３０には、その開口面積を可変とするバルブ３６が設けられる。バルブ３６の開閉は、バルブ制御器３７によって制御される。これらバルブ３６及びバルブ制御器３７は、開口度調整機構として機能する。バルブ制御器３７は、蒸着レート制御部６に接続され、蒸着レート制御部６から受信したバルブ制御情報に従ってバルブ３６を開閉する。
【００２０】
蒸着レート制御部６は、後述する開口度閾値といったユーザの操作情報を入力するための入力部６１と、入力部６１によって入力された情報等を記憶する記憶部６２と、上記蒸発源温度制御器３５及びバルブ制御器３７の駆動を制御する制御部６３と、を備える。制御部６３は、バルブ３６の開口度が、所定の値となるように、バルブ制御器３７に対して所定の制御信号を出力し、バルブ３６の開口度の制御により、被蒸着体２に蒸着させる蒸着材料３２の蒸着レートを制御する。また、蒸着レート制御部６は、蒸着を行なった被蒸着体２の処理枚数をカウントするカウンタ６４と、バルブ３６の開口度が後述する開口度閾値を超えた時間を測定するタイマ６５と、を備える。
【００２１】
次に、蒸着装置１の動作例について、上述した図１に加えて、図２及び図３を参照して説明する。図２は、蒸着装置１の基本動作フローを示す。まず、ユーザが、蒸着レート制御部６の入力部６１を用いて目標蒸着レートと、バルブ３６の開口度閾値を入力する。目標蒸着レートは、被蒸着体２に蒸着する蒸着膜の規定膜厚、及び搬送機構による被蒸着体２の搬送速度を考慮して決定される。開口度閾値は、坩堝３１の開口部の口径や容積等によって異なるが、開口度が７０％以上になると、上記図６（ｃ）に示したように、蒸着レートが開口度の影響を受け難くなるので、通常は６０〜７０％に設定される。
【００２２】
次に、蒸発源ヒータ３３を駆動させて坩堝３１を蒸着材料３２が蒸発する温度まで加熱し、バルブ３６の開口度を徐々に高める。なお、バルブ３６を予め僅かに開口させておくことで、蒸発材料３２の突沸を抑制することができる。坩堝３１の開口部３０から放出され蒸着材料３２が、筒状体４に充満されると、膜厚計５が蒸着レートを経時的に測定する。蒸着レート制御部６は、膜厚計５により測定された蒸着レートを参照しながら、バルブ３６の開口度及び坩堝温度を制御し、蒸着レートを上昇させる。そして、蒸着レートが所望のレート規定幅に到達すると、搬送機構により被蒸着体２が搬送されて、この被蒸着体２に対する蒸着を開始する。
【００２３】
蒸着が開始されると、蒸着レート制御部６は、図３（ａ）に示すように、蒸着レートがレート規定幅に収まるように、バルブ３６の開口度を制御する。上記図６（ａ）に示したように、通常、蒸着レートは経過時間と共に低下するので、蒸着レート制御部６は、バルブ３６の開口度を大きくすることで、蒸着レートがレート規格幅内に収まるように、蒸着レートを制御することができる。
【００２４】
そして、バルブ３６の開口度が、記憶部６２に記憶された開口度閾値を超えると、蒸着レート制御部６は、図３（ｂ）に示すように、坩堝３１の温度を上昇させ、且つバルブ３６の開口度を低下させる。上昇させる温度幅は、蒸着材料３２に応じて設定される。これにより、再び蒸着レートが低下し始めた場合であっても、バルブ３６の開口度を大きくすることで、長時間に亘って蒸着レートがレート規格幅内に収まるように、蒸着レートを制御することができる。そのため、例えば、複数の被蒸着体を坩堝上に所定速度で搬送させながら蒸着を行なうインライン型蒸着装置においては、一度の蒸着工程で蒸着を行なえる被蒸着体２の枚数が多くなり、生産効率を向上させることができる。
【００２５】
また、開口度閾値を設定しているので、蒸着レートが開口度の影響を受け難い、比較的大きな開口度を避けて蒸着を行なうので、開口度の調整による蒸着レートの制御性が良くなる。そのため、蒸着レートをレート規格幅内で精度良く制御することができ、この蒸着レートで蒸着を行なうことで、被蒸着体２に所望の膜厚の蒸着膜を成膜することができる。
【００２６】
ただし、この手順を繰り返していると、段階的に坩堝３１の温度が高くなる。そのため、蒸着が所定時間継続されると、坩堝３１の温度が、蒸着材料３２の機能特性を劣化させる程度にまで高くなる虞がある。そこで、蒸着レート制御部６は、蒸発源３の温度を測定する温度センサ３４の検出値を定期的に検知し、坩堝３１の温度が、所定の上限設定温度を超えたとき、蒸着を停止する。これにより、蒸着材料３２の機能特性を劣化させることなく、長時間に亘って蒸着レートを精度良く制御することができる。
【００２７】
ここで、より具体的な動作例として、バルブ３６の開口度閾値として６０％を設定し、坩堝温度３１０℃でＡｌｑ３を連続蒸着するケースについて説明する。このケースでは、蒸着初期には、バルブ３６の開口度３０％付近で所望の蒸着レートを得ることできる。しかし、時間が経過すると坩堝３１内の蒸着材料３２の状態が変化することにより、蒸着レート制御部６は、開口度を３０％よりも大きくすることにより、所望の蒸着レートに制御する。この場合、数十時間後には、バルブ開度６０％を越えなければ、所望の蒸着レートに制御できない、そこで、坩堝温度を２℃上げて、開口度を調整することにより、所望の蒸着レートを制御することができる。蒸着材料３２の分解温度に達するまで、坩堝温度の段階的な上昇とバルブ３６の開口度の制御により、長時間に亘って蒸着レートを制御することができる。
【００２８】
次に、蒸着装置１の別の動作例について、上述した図１に加えて、図４に示すフローを参照して説明する。この動作例では、まず、上記目標蒸着レート及び開口度閾値の入力と併せて、一度の蒸着工程で蒸着する設定処理枚数を入力する。そして、坩堝３１の温度及びバルブ３６の開口度を制御して、蒸着レートがレート規定幅に到達すると、シャッタ７を閉状態とし、蒸着レートを測定せずに、蒸着を行なう。カウンタ６４は、蒸着した被蒸着体２の処理枚数をカウントし、カウンタ６４によりカウントされた処理枚数が、予め設定された処理枚数を超えたときに、再びシャッタ７を開状態とし、蒸着レートを測定する。そして、蒸着レート制御部６は、蒸着レートがレート規定幅に収まるように、バルブ３６の開口度を制御し、その後、再びシャッタ７を閉状態とする。
【００２９】
この動作例によれば、膜厚計５を動作時間を短くし、蒸着レートを測定するときだけシャッタ７を開状態にするので、膜厚計５に付着する蒸着材料３２を減らすことができる。その結果、膜厚計５の周波数の変化量が少なくなり、周波数に起因する蒸着ズレを抑制することができる。
【００３０】
次に、蒸着装置１の更に別の動作例について、上述した図１に加えて、図５に示すフローを参照して説明する。この動作例では、タイマ６５が、バルブ３６の開口度が、蒸着レート制御部６により蒸着レートを制御し得る所定の開口度基準値を超えた時間を測定する。この開口度基準値は、装置の大きさや坩堝３１の設定温度等により異なるが、通常、０〜１０％に設定される。そして、制御部６３（算出部）は、タイマ６５により測定された時間及び目標蒸着レートとの乗算により蒸着材料３２の蒸発総量を算出する。また、材料投入量から上記蒸発総量を減算することにより、坩堝３１内の蒸着材料３２の材料残量を算出することができる。蒸着レート制御部６には、ディスプレイやランプ、スピーカー等の報知手段が設けられており、材料残量が所定の規定値以下になると、その旨をユーザに報知する。ユーザは、この報知を受けて、蒸着材料３２を補充する、又は蒸着を停止することができる。これにより、坩堝３１内の材料不足に起因する蒸着レートのバラツキを抑制することができる。
【００３１】
なお、本発明は、上述した実施形態に限らず種々の変形が可能である。上記実施形態では、蒸発源３が１個である蒸着装置１の構成に基づいて説明したが、１個の筒状体４に対して複数の蒸発源３が設けられた構成であってもよく、その場合、上述した蒸着レートの制御が、各蒸発源３の坩堝３１に対して行われる。また、蒸着装置１では、バルブ３６の開口度が開口度閾値を越える毎に、坩堝３１の温度を段階的に上昇させるので、坩堝３１の温度が高くなると、被蒸着体２に対する坩堝３１からの輻射熱も大きくなる。そこで、筒状体４の開口部４１よりも被蒸着体２側には、例えば、輻射熱拡散板（不図示）を設けることが好ましい。
【符号の説明】
【００３２】
１    蒸着装置（真空蒸着装置）
２    被蒸着体
３    蒸発源
３０    開口部
３１    坩堝
３２    蒸着材料
３３    蒸発源ヒータ（坩堝温度調整機構）
３４    温度センサ（坩堝温度調整機構）
３５    蒸発源温度制御器（坩堝温度調整機構）
３６    バルブ（開口度調整機構）
３７    バルブ制御器（開口度調整機構）
５    膜厚計（センサ）
６    蒸着レート制御部
６２    記憶部
６３    制御部（算出部）
６４    カウンタ
６５    タイマ
７    シャッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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