(57)【要約】【課題】本発明は、ノズルと蓋のレイアウトの自由度を高めるのが可能な、又は高レートの蒸着でも蒸着材料によるノズル詰まりや蒸着材料の供給口である蓋の固着を防ぐことが可能な蒸発源及び真空蒸着装置を提供することにある。【解決手段】蒸発源は、内部に蒸着材料を保持する保持部に蒸着材料を投入するための開口部と、開口部を塞ぐための蓋と、蒸着材料が蒸着対象物に放出するノズルと、蓋及びノズルを保持する筐体とを備えるルツボと、ルツボを加熱する加熱手段とを有し、加熱手段により、ルツボに対して局部的な加熱を行い、ルツボ内部のノズルに近い側に蒸着材料が凝縮する温度よりも温度の高い領域を形成し、高い領域より前記ノズルから遠い領域に蒸着材料が凝縮する温度よりも温度の低い領域を形成し、低い領域で蒸着材料を凝縮させる凝縮手段を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に蒸着材料を保持する保持部と、該保持部に前記蒸着材料を投入するための開口部と、該開口部を塞ぐための蓋と、前記蒸着材料が蒸発した蒸気を蒸着対象物に放出するノズルと、該蓋及び該ノズルを保持する筐体とを備えるルツボと、該ルツボを加熱する加熱手段と有し、真空チャンバ内で用いられる蒸発源において、
前記加熱手段により、前記ルツボに対して局部的な加熱を行い、前記ルツボ内部の前記ノズルに近い側に前記蒸着材料が凝縮する温度よりも温度の高い領域を形成し、前記高い領域より前記ノズルから遠い領域に前記蒸着材料が凝縮する温度よりも温度の低い領域を形成し、該低い領域で前記蒸着材料を凝縮させる凝縮手段を有することを特徴とする蒸発源。
【請求項２】
前記開口部は、前記筐体に設けられ、
前記凝縮手段は、前記ノズル側に向かって複数に分割された分割領域を有する前記蓋と、該分割領域のうち少なくとも１つは前記高い領域を形成し、該分割領域のうち少なくとも１つは前記低い領域を形成することを特徴とする請求項１記載の蒸発源。
【請求項３】
前記凝縮手段は、前記高い領域を形成する前記蓋と、前記筐体と一体となって又は前記筐体に固定された前記低い領域とを有し、
前記開口部は、前記高い領域を形成する前記蓋で塞がれることを特徴とする請求項１記載の蒸発源。
【請求項４】
前記ルツボは、前記保持部と前記蓋又前記筐体との間に前記開口部を有する前記蓋である中蓋を有し、
前記凝縮手段は、前記ノズル側に向かって複数に分割された分割領域を有する前記中蓋と、該分割領域のうち少なくとも１つは前記高い領域を形成し、該分割領域のうち少なくとも１つは前記低い領域を形成することを特徴とする請求項１記載の蒸発源。
【請求項５】
前記低い領域は、前記筐体と一体となって又は前記筐体に固定さていることを特徴とする請求項４記載の蒸発源。
【請求項６】
前記ルツボ又は前記中蓋は、Cu，Mo，Ta，W 、Tiのいずれかを含む高熱伝導金属材料又はセラミック材料で形成されることを特徴とする請求項４記載の蒸発源。
【請求項７】
前記加熱手段は、導電体で構成された前記ルツボの筐体と、該筐体、前記高い領域及び前記低い領域のうち少なくとも該筐体と前記高い領域に通電する通電手段とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の蒸発源。
【請求項８】
前記導電体又は前記高い領域に前記開口部を設けることを特徴とする請求項７記載の蒸発源。
【請求項９】
前記低い領域は、前記高い領域の材料と比べて、絶縁体又は伝導率の低い材料で形成することを特徴とする請求項７記載の蒸発源。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の蒸発源によって前記蒸着対象に前記蒸着材料を蒸着することを特徴とする真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
真空下で蒸着材料を加熱して蒸着粒子を発生させ、基板上に蒸着材料の膜を形成するための蒸発源及びその蒸発源を用いた真空蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）発光素子１０は、図２に示すように、基板５上に陽極１１、正孔注入層１２、正孔輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１５、電子注入層１６、陰極１７の順に膜形成し、陽極１１と陰極１７の間に電流を流すことにより発光するものである。また、正孔注入層１２から電子注入層１６については、有機化合物又は無機化合物を一層毎に真空蒸着より成膜し、陽極上１１に積層構造体を形成する。その後、マグネシウム・銀やアルミニウム等の金属膜を真空蒸着で形成し、陰極１７を設ける。以上のようにして有機ＥＬ発光素子１０を形成する。
【０００３】
さらに、基板５上において、事前に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）９でアレイ回路を形成し、有機ＥＬ発光素子１０の各陽極１１と接続させれば、鮮明かつ高速応答に対応したディスプレイを製作可能である。なお、１８は、画素電極であり、
１９は、隣接する画素電極と絶縁性を保つ画素分離バンクである。
【０００４】
図１に示す本発明の実施形態を利用して一般的な真空蒸着方法の例を示す。真空蒸着装置１は、真空チャンバ２と、真空ポンプ３及び蒸発源４を備えている。真空チャンバ２は、密閉容器で、その中に蒸発源４と蒸着対象の基板５とを配置されている。真空チャンバ２の内部は、基板５に対して成膜する際には、10-3〜10-５Ｐａの真空度を保つように、真空ポンプ３によって真空排気される。また、蒸発源４では蒸着材料を加熱し、気化させ、基板５に対して吹きつけ、成膜する。この際、基板５の大形化に対しては、基板５を回転させる、あるいは基板５又は蒸発源４のいずれかを移動させて成膜を行う。
【０００５】
従来技術としては、蒸着材料を内部に封入したルツボはヒータにより加熱される。これにより、蒸着材料は蒸発し、ルツボの蓋に設けた蒸発口（本願のノズルに相当）から基板に向けて放出させる。この種の蒸発源では、蒸発した蒸着材料が蓋に設けた蒸発口で固まってしまい、塞がってしまう。特許文献１では、これを防ぐために、ルツボ外周面を加熱するヒータの外側面の熱を蓋に伝導させる被加熱部補助部と伝導加熱部を設け、蒸発口の温度を上昇させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１５８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、特許文献１を代表とするように、ルツボから蒸気を放出する際に、放出口のノズル周辺の温度を高めることにより、蒸着粒子の付着を防止する技術が一般的であった。これらの方法では、ルツボに材料を入れるために外す蓋の温度が高められ、蓋の内部表面に蒸発材料が凝縮・付着しないため蓋は固着しにくくなる。このため、蓋の取外しに支障が生じない。その半面、ルツボ外周面を加熱するヒータの外側面の熱を蓋に伝導させる被加熱部補助部と伝導加熱部を設けなければならず、蓋やノズルのレイアウトに制約が生じることが課題であった。
【０００８】
また、高レートの蒸着では、蓋の内側の空間において充満する蒸発材料は、蒸発時の温度を下回ると凝結し、壁面にしずくが付着しやすくなる。このため、単にノズルや蓋の温度を高めるだけでは、ノズル詰まりや蓋部の固着の課題は解決しない。
【０００９】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであって、第１の目的はノズルと蓋のレイアウトの自由度を高めるのが可能な蒸発源及びその蒸発源を用いた真空蒸着装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、高レートの蒸着でも蒸着材料によるノズル詰まりや蒸着材料の供給口である蓋の固着を防ぐことが可能な真空蒸着装置に使用する蒸発源及びその蒸発源を用いた真空蒸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも下記の特徴と有する。
本発明は、内部に蒸着材料を保持する保持部と、該保持部に前記蒸着材料を投入するための開口部と、該開口部を塞ぐための蓋と、前記蒸着材料が蒸発した蒸気を蒸着対象物に放出するノズルと、該蓋及び該ノズルを保持する筐体とを備えるルツボと、該ルツボを加熱する加熱手段とを有し、真空チャンバ内で用いられる蒸発源において、前記加熱手段により、前記ルツボに対して局部的な加熱を行い、前記ルツボ内部の前記ノズルに近い側に前記蒸着材料が凝縮する温度よりも温度の高い領域を形成し、前記高い領域より前記ノズルから遠い領域に前記蒸着材料が凝縮する温度よりも温度の低い領域を形成し、該低い領域で前記蒸着材料を凝縮させる凝縮手段を有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記開口部は、前記筐体に設けられ、前記凝縮手段は、前記ノズル側に向かって複数に分割された分割領域を有する前記蓋と、該分割領域のうち少なくとも１つは前記高い領域を形成し、該分割領域のうち少なくとも１つは前記低い領域を形成することを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記ルツボは、前記保持部と前記蓋又前記筐体との間に前記開口部を有する前記蓋である中蓋を有し、前記凝縮手段は、前記ノズル側に向かって複数に分割された分割領域を有する前記中蓋と、該分割領域のうち少なくとも１つは前記高い領域を形成し、該分割領域のうち少なくとも１つは前記低い領域を形成することを特徴とする。
【００１３】
また、前記加熱手段は、導電体で構成された前記ルツボの筐体と、該筐体、前記高い領域及び前記低い領域のうち少なくとも該筐体と前記高い領域に通電する通電手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蓋にノズルを設ける設計上の制約から解放され、ノズルと蓋のレイアウトの自由度を高めることが可能な蒸発源及びその蒸発源を用いた真空蒸着装置を提供できる。その結果、特に水平方向へ蒸気を放出し、蒸着対象物に成膜を行うサイドデポタイプの蒸発源を実現しやすくなる。
また、本発明によれば、高レートの蒸着でも蒸着材料によるノズル詰まりや蒸着材料の供給口である蓋の固着を防ぐことが可能な蒸発源及びその蒸発源を用いた真空蒸着装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態を有する蒸発源と、その蒸発源を有する真空蒸着装置の例を示す図である。
【図２】有機ＥＬ素子の構造の模式図を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態である蒸発源においてルツボの蓋を３分割にした例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態である蒸発源を示し、中蓋を有する蒸発源に本発明を適用した例を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態である蒸発源を示し、ルツボ自体に通電する蒸発源に本発明を適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
(第１実施形態)
図１は、本発明の第１の実施形態を有する蒸発源４と、その蒸発源４を有する真空蒸着装置１の例を示す図である。真空蒸着装置1は真空チャンバ２の内部を真空排気するためのバルブ７と真空ポンプ３が接続されており、10-3〜10-5Paオーダの真空度が維持される。また、真空チャンバ２の内部には蒸発源４が納められ、蒸発源４から放出された蒸着材料２１の蒸気をガラス基板５等に吹き付ける。成膜速度の検出には、水晶振動子に蒸着材料を付着させて検出するレートセンサ２６を用いる。
【００１７】
図１の例では基板５を直立させ、蒸発源４は横方向に蒸気を放出する方式を示すが、蒸気の放出する方向と被蒸着対象の基板５の姿勢は変更しても構わない。
【００１８】
図３に蒸発源４の内部構造の詳細を示す。図３に示す蒸発源４は、図１に示す蒸発源４と、ルツボ２２に設けた蓋３０の構成が異なり、その他の構成は図１と同じである。
蒸発源４は蒸着材料２１を封入し、蒸気の噴出孔であるノズル３４を有するルツボ２２が収納されている。蒸発源４の内部にはルツボ２２を加熱するための加熱手段４４が設けられ、加熱手段４４の端子５０に通電することでルツボ２２及び蒸着材料２１を加熱する。また、蒸発源４の内部には、ルツボ２２及び加熱手段４４を取り囲むように断熱手段４３が設けられている。これにより、ルツボ２２の加熱の効率を向上できる。加熱手段４４は抵抗加熱方式、ランプ方式等、方式はいずれでもよい。
【００１９】
蒸着速度の制御は、図１に示すレートセンサ２６の検出値を一定に保つように加熱手段４４に供給する電力を調整する方法、蒸発源４に取り付けた熱電対２５での温度測定値を一定に保つ方法のいずれでもよく、所定時間経過後に基板への蒸気の供給を止めるまたは一定速度で蒸発源４又は基板５を走査させる方法などにより基板５に付着する膜厚を一定にすることができる。
【００２０】
本実施形態では、ルツボ２２の上部に蓋３０を設けている。ルツボ２２に蒸着材料２１を投入する時は、蓋３０は開けられ開口部を形成する。基板５に蒸着材料２１を蒸着する時は、開口部は蓋３０で塞がれる。本実施形態では、また、蓋３０は加熱手段４４に近い側３１と遠い側３２とで構成する少なくとも２段階を有する。図１では、２段階に分割した蓋３０を示し、図３では３段階に分割した蓋３０を示している。
【００２１】
この分割により、加熱手段４４に隣接して加熱された蓋３１の熱は、蓋３１と蓋３２の間での熱伝導が阻害されるため、加熱手段４４に最も近い蓋３１が最も高温になり、遠くなるほど温度が低くなる。即ち、蓋３１に蒸着材料２１が凝縮する温度よりも温度の高い領域が、蓋３２に蒸着材料２１が凝縮する温度よりも温度の低い領域が、それぞれ形成される。この結果、蓋３２では、蒸着材料の凝結５５が発生し易くなる。図３では、蓋３２ｂは、蓋３２ａとの間でも熱伝導が阻害されるため、凝結５５の密度が示すように、さらに蒸着材料の凝結５５が発生し易くなる。なお、蓋３２を蓋３１と比べて熱伝導率の低い素材で構成してもよい。
【００２２】
蓋３２における凝結により、ルツボ２２内の過剰な蒸気が除去されるため、ノズル３４及び蓋３１では、蒸着中に蒸着材料の凝結５５の発生が起こりにくくなる。この作用を促進するため、蓋３２周辺又はルツボ２２後部からハウジング２７に対して蒸着に支障が生じない範囲で、熱リークを起こさせる部材を連結させてもよい。
【００２３】
本実施形態では、蓋３１と蓋３２が共に取り外せるのは、新規の場合と、蒸着材料２１が枯渇した場合のみで、それ以外の場合は蒸着材料２１の凝結５５したものが固化し、蓋３２はルツボ２２と接着されてしまう。しかし、ノズル側の蓋３１については取外し可能で、開口部が形成されるので、この開口部から材料の追加投入が可能となる。
【００２４】
例えば、有機物以外にAgなどの蒸発する蒸着材料を用いた場合、蓋にノズルを設けている従来方式では、蒸着材料の凝結５５の位置が制御できないため、蓋の貼り付きが生じやすかった。しかし、本発明では蓋の一部は必ず脱着が可能になり、材料の蒸着材料２１の追加投入を常に行うことができる。
また、ノズル３４と蓋３０を分離し、位置関係の自由度を増やすことができるようになる。
【００２５】
以上の説明では、蓋３０を蓋３１と蓋３２の領域に分割したが、蓋３２をルツボ２２の筐体２２ｆと一体となって又は筐体２２ｆに固定して形成してもよい。
【００２６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、蓋３２に蒸着材料の凝結５５を発生させる方法を示した。図４は、本発明の第２実施形態である蒸発源を示し、ルツボ２２の内部にオリフィス３９を持つ中蓋３３を有する蒸発源に本発明を適用した例を示す図である。第２実施形態は、中蓋の一部に蒸着材料の凝結５５を発生させ、第１実施形態と同様な効果を得る方法を示す。
第１実施形態での説明と重複する部分は割愛する。
【００２７】
中蓋３３を設置する場合、例えばCu，Mo，Ta，W、Ｔｉなどの高熱伝導金属材料でルツボ２２及び中蓋３３を形成すると、ルツボ２２内の蒸着中の温度はほぼ均一になりやすい。しかし、加熱手段４４の電力を低下させ、降温させる際には、特に中蓋３３はルツボ２２と接触する周辺部から蒸着材料の凝結５５が発生し、これが常温で固着化し、中蓋３３がルツボ２２に貼りつく原因となる。
【００２８】
そこで、第２の実施形態では、中蓋３３に対して、蒸着材料２１が凝縮する温度よりも温度の高い領域である中央部３７と、蒸着材料２１が凝縮する温度よりも温度が低い領域である周辺部３８とに分割し、特に温度が低くなる加熱手段４４から遠い周辺部３８で積極的に凝結５５を発生させた。
【００２９】
これにより、中蓋３３と蒸着材料２１との間の空間で蒸気圧の低下が発生し、中央部の温度が下がりにくい中蓋３７は乾燥状態を保つことが可能となる。また、中蓋３３のオリフィス３９から放出された蒸気の圧力は低下するので、適切なオリフィスの設定により、蓋３０、ノズル３４でも凝結５５は発生しなくなる。このため、オリフィス３９で蒸気の通過を絞り込めば、蓋３０の分割を行わなくても、蓋３０がルツボ２２に固着しないよい条件も作り出すことができる。
【００３０】
本実施形態は、上記で示した高熱伝導金属に限らず他の金属やセラミックを用いてルツボ２２及び中蓋３３を形成してもよい。
【００３１】
なお、温度を低くする低い領域は、筐体と一体となって又は筐体に固定して設けてもよい。また、ノズル３４から又は専用の材料供給手段で蒸着材料２１を供給する場合は、ルツボ２２の筐体２２ｆに蓋３０を設けなくてもよい。
【００３２】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態である蒸発源を示す図である。第３実施形態は、紙面の奥行方向に伸びる長尺な蒸発源４に適用した例を示す。第１、第２実施形態での説明と重複する部分は割愛する。
【００３３】
長尺な蒸発源では、１個又は複数のノズル３４毎に、第１、第２実施形態のような加熱手段４４をルツボ２２の外部に設けた場合、蒸発源が複雑になり、配線も多数となり大変である。
【００３４】
従って、第３実施形態では、加熱手段をルツボ２２の筐体２２ｆで構成し、筐体２２ｆに通電する。第３実施形態では、ルツボ２２と、温度の高い領域である蓋３１は金属・カーボン等の導電体で製作し、温度の低い領域である蓋３２は絶縁体で製作する。
【００３５】
ルツボ２２の奥行方向の両端に電流を導入する端子５０を設け、その両端の端子５０に電流を流し、ルツボ２２と蓋３１で発熱させる。これにより、蒸発源内部の蒸着材料２１は加熱され、蒸発する。一方、絶縁体の蓋３２では、熱伝導のみで温度上昇するため、周辺よりも温度が低くなる。即ち、蓋３１には蒸着材料が凝縮する温度よりも温度の高い領域が、蓋３２には蒸着材料が凝縮する温度よりも温度の低い領域が、それぞれ形成される。
さらに周辺との温度差の拡大を図るために、絶縁体の蓋３２を熱伝導率が小さいセラミック材料等で製作することが望ましい。
【００３６】
このような構成によって、絶縁体の蓋３２で積極的に蒸着材料の蒸気の凝結５５を起こさせ、ルツボ２２内部での蒸気圧を低下させることができ、ノズル３４を始め、導体の蓋３１での蒸着材料の凝結５５の発生が低減する。
【００３７】
上記説明では蒸発源４は、紙面の奥行方向に伸びる長尺タイプとしたが、奥行き方向の長さが、ノズル方向の長さと同程度である蒸発源であってもよい。
【００３８】
上記の第３実施形態では、第１実施形態のタイプを例に説明したが、第２実施形態のタイプにも適用できる。
【００３９】
本実施形態において、蓋の一部は必ず脱着が可能になり、材料の蒸着材料２１の追加投入を常に行うことができる。
また、ノズル３４と蓋３０を分離し、位置関係の自由度を増やすことができるようになる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は記述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形及び変更が可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１：真空蒸着装置                      ２：真空チャンバ
３：真空ポンプ                        ４：蒸発源
５：基板（ガラス基板）                ７：バルブ
９：ＴＦＴ                            １０：有機ＥＬ発光素子
２１：蒸着材料                        ２２：ルツボ
２５：熱電対                          ２６：レートセンサ
２７：ハウジング                      ３０：ルツボの蓋
３１：ルツボの蓋（高温）              ３２：ルツボの蓋（低温）
３３：中蓋                            ３４：ノズル
３６：段差                            ３７：ルツボの中蓋（高温）
３８：ルツボ中蓋（低温）              ３９：オリフィス
４３：断熱手段                        ４４：加熱手段
５０：端子                            ５５：凝縮した蒸着材料
【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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