(57)【要約】【課題】真空蒸着装置において、ヒータに供給する電力の大きさの変化に対するリザーバの温度変化の応答速度を高める。【解決手段】本発明の真空蒸着用坩堝ＣＲは、蒸発材料を収容するリザーバＲＳＶと、前記リザーバＲＳＶの外側側面を被覆し且つ前記リザーバＲＳＶと比較して赤外線吸収率がより高い赤外線吸収層ＩＲＡＬとを具備したことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発材料を収容するリザーバと、前記リザーバの外側側面を被覆し且つ前記リザーバと比較して赤外線吸収率がより高い赤外線吸収層とを具備したことを特徴とする真空蒸着用坩堝。
【請求項２】
蒸発材料を収容するリザーバと、前記リザーバの外側側面のみを又は前記リザーバの外側側面及び外側底面のみを被覆し且つ前記リザーバと比較して赤外線吸収率がより高い赤外線吸収層とを具備したことを特徴とする真空蒸着用坩堝。
【請求項３】
前記リザーバは石英又は金属材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の坩堝。
【請求項４】
前記赤外線吸収層は黒色無機化合物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の坩堝。
【請求項５】
前記黒色無機化合物は酸化チタンを含有したことを特徴とする請求項４に記載の坩堝。
【請求項６】
前記外側側面の下部は、前記外側側面の上部と比較して、前記赤外線吸収層で被覆されている割合がより低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の坩堝。
【請求項７】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置された基板ホルダと、
前記真空チャンバ内に配置され、請求項１又は２に記載の坩堝とこれを加熱するヒータとを含んだ蒸発ユニットと、
前記真空チャンバ内に配置された膜厚センサと、
前記膜厚センサの出力に基づいて前記ヒータに供給する電力の大きさを制御するコントローラとを具備した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】
本発明は、真空蒸着装置及びこれに用いる坩堝に関する。
【背景技術】
【０００２】
平面表示装置の製造では、マスクを用いた真空蒸着法により絶縁基板上に薄膜を形成することがある。例えば、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置の製造では、特許文献１に記載されるように、各有機ＥＬ素子に対応した開口を有するマスクを用いた真空蒸着法により、有機ＥＬ素子の有機物層を形成することがある。
【０００３】
ところで、真空蒸着装置の多くは、カーボン製のリザーバを含んだ坩堝を使用している。カーボン製のリザーバには、熱容量が小さいという特徴がある。但し、このリザーバには、蒸発材料が有機材料である場合に溶融した蒸発材料がリザーバから染み出すという問題がある。
【０００４】
石英又は金属材料製のリザーバは、溶融した有機材料がリザーバから染み出すという問題を生じない。しかしながら、石英又は金属材料製のリザーバは、熱容量が大きく、しかも、放射による伝熱を生じ難い。そのため、リザーバの材料として石英又は金属材料を使用すると、カーボンを使用した場合と比較して、ヒータに供給する電力の大きさの変化に対するリザーバの温度変化の応答が鈍くなる。
【０００５】
真空蒸着装置では、通常、１回又は複数回の成膜毎に、膜厚モニタを用いて膜の成長速度，すなわち、蒸着レート，を測定し、この測定結果が目標値となるようにヒータに供給する電力の大きさを制御する。電力の大きさの変化に対するリザーバの温度変化の応答が鈍い場合、電力の大きさを変化させても蒸着レートは速やかには変化しない。そのため、蒸着レートの測定値に基づいてヒータに供給する電力の大きさを制御しても、蒸着レートを目標値とほぼ等しい値に維持することは難しい。したがって、石英又は金属材料製のリザーバを使用した場合、基板間で膜厚のばらつきを生じ易い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、真空蒸着装置において、ヒータに供給する電力の大きさの変化に対するリザーバの温度変化の応答速度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１側面によると、蒸発材料を収容するリザーバと、前記リザーバの外側側面を被覆し且つ前記リザーバと比較して赤外線吸収率がより高い赤外線吸収層とを具備したことを特徴とする真空蒸着用坩堝が提供される。
【０００８】
本発明の第２側面によると、蒸発材料を収容するリザーバと、前記リザーバの外側側面のみを又は前記リザーバの外側側面及び外側底面のみを被覆し且つ前記リザーバと比較して赤外線吸収率がより高い赤外線吸収層とを具備したことを特徴とする真空蒸着用坩堝が提供される。
【０００９】
本発明の第３側面によると、真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置された基板ホルダと、前記真空チャンバ内に配置され、第１又は第２側面に係る坩堝とこれを加熱するヒータとを含んだ蒸発ユニットと、前記真空チャンバ内に配置された膜厚センサと、前記膜厚センサの出力に基づいて前記ヒータに供給する電力の大きさを制御するコントローラとを具備したことを特徴とする真空蒸着装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、真空蒸着装置において、ヒータに供給する電力の大きさの変化に対するリザーバの温度変化の応答速度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同様または類似する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は、本発明の第１態様に係る真空蒸着装置を概略的に示す図である。図２は、図１の真空蒸着装置が含む蒸発ユニットを概略的に示す断面図である。図３は、図２の蒸発ユニットが含む坩堝を概略的に示す斜視図である。
【００１３】
図１の真空蒸着装置は、真空排気系に接続された真空チャンバＶＣを含んでいる。この真空チャンバＶＣは、典型的には、複数の真空チャンバで薄膜を順次成膜するマルチチャンバ型枚葉式装置に組み込まれる。
【００１４】
真空チャンバＶＣ内には、基板ホルダＨＬＤと膜厚センサＳＮＳと蒸発ユニットＥＵとが配置されている。
【００１５】
基板ホルダＨＬＤは、基板ＳＵＢを、その被成膜面が坩堝ＣＲと向き合うように着脱可能に支持している。この例では、基板ホルダＨＬＤは、マスクＭＳＫを支持するマスクホルダを兼ねている。
【００１６】
膜厚センサＳＮＳは、例えば、水晶板の両面に電極を配置した構造を含んでおり、後述するコントローラＣＮＴと共に水晶膜厚計を構成している。膜厚センサＳＮＳは、Ｘ方向に隣り合うように配置されている。典型的には、膜厚センサＳＮＳは、その検出部の高さが基板ＳＵＢの被成膜面の高さとほぼ等しくなるように配置される。
【００１７】
蒸発ユニットＥＵは、図２に示すように、坩堝ＣＲとヒータＨＴと蓋ＣＰとを含んでいる。
【００１８】
坩堝ＣＲは、リザーバＲＳＶと、その外側側面上に形成された赤外線吸収層ＩＲＡＬとを含んでいる。  
リザーバＲＳＶは、Ｙ方向に細長い形状を有している。リザーバＲＳＶは、蒸発材料ＥＭを収容する。リザーバＲＳＶは、石英又は金属材料からなる。
【００１９】
赤外線吸収層ＩＲＡＬは、リザーバＲＳＶと比較して赤外線吸収率がより高い材料からなる。そのような材料としては、例えば、酸化チタン（化学量論組成の二酸化チタンを除く）、亜酸化銅やメッキとしての黒クロム、黒ニッケル、スズ−ニッケルなどの黒色無機化合物を使用することができる。
【００２０】
この例では、赤外線吸収層ＩＲＡＬは、リザーバＲＳＶの外側側面上のみに形成されているが、リザーバＲＳＶの外側底面上にさらに形成されていてもよい。但し、赤外線吸収層ＩＲＡＬは、通常、リザーバＲＳＶの側壁上面上には形成しない。赤外線吸収層ＩＲＡＬをリザーバＲＳＶの側壁上面上に形成すると、蒸発ユニットからマスクＭＳＫや基板ＳＵＢへの赤外線放射が増加する可能性がある。
【００２１】
ヒータＨＴは、抵抗加熱ヒータであり、この例では、カーボン基材ＣＳと抵抗素子ＲＥとを含んでいる。  
カーボン基材ＣＳは、この例では、Ｙ方向に細長い略樋形状を有している。坩堝ＣＲは、カーボン基材ＣＳが形成している樋の中に配置されている。
【００２２】
抵抗素子ＲＥは、図示しない絶縁層を介して、カーボン基材ＣＳ上に配置されている。具体的には、抵抗素子ＲＥは、図示しない絶縁層を介して、カーボン基材ＣＳが形成している樋の外側側面上に配置されている。
【００２３】
蓋ＣＰは、リザーバＲＳＶの開口を塞いでいる。蓋ＣＰには、Ｙ方向に細長い１つの貫通孔が設けられているか、又は、Ｙ方向に並んだ複数の貫通孔が設けられている。蓋ＣＰに設けた貫通孔は、気化した蒸発材料ＥＭを吐出するノズルとしての役割を果たす。蓋ＣＰの材料としては、例えば、石英、金属材料、カーボンなどを使用することができる。
【００２４】
この真空蒸着装置は、図示しない移動機構とコントローラＣＮＴとをさらに含んでいる。
【００２５】
移動機構は、膜厚センサＳＮＳ及び基板ＳＵＢに対して、蒸発ユニットＥＵをＸ方向に相対移動させる。典型的には、移動機構は、蒸発ユニットＥＵをＸ方向に移動させる。
【００２６】
コントローラＣＮＴは、図示しない移動機構と膜厚センサＳＮＳとヒータＨＴとに接続されている。コントローラＣＮＴは、移動機構の動作を制御する。加えて、コントローラＣＮＴは、膜厚センサＳＮＳの出力に基づいてヒータＨＴの抵抗素子ＲＥに供給する電力の大きさを制御する。
【００２７】
この真空蒸着装置を用いた成膜は、例えば、以下の方法により行う。  
まず、蒸発材料ＥＭを収容した坩堝ＣＲをヒータＨＴと組み合わせ、坩堝ＣＲの開口を蓋ＣＰで塞ぐ。蒸発材料ＥＭは、典型的には、常温で固体の有機物である。蒸発材料ＥＭとしては、例えば、有機ＥＬ素子の発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層などが含む有機物を使用する。
【００２８】
次に、真空チャンバＶＣ内を真空とする。蒸発ユニットＥＵは、膜厚センサＳＮＳの下方に位置させておく。
【００２９】
次いで、抵抗素子ＲＥに電力を供給し、坩堝ＣＲを十分に昇温させる。坩堝ＣＲは、例えば５００℃以下に、典型的には３００℃乃至４００℃に昇温させる。これにより、坩堝ＣＲ内の蒸発材料ＥＭを気化させる。
【００３０】
坩堝ＣＲ内で気化した蒸発材料ＥＭは、蓋ＣＰに設けた貫通孔を通って膜厚センサＳＮＳに到達する。膜厚センサＳＮＳに到達した蒸発材料ＥＭは、膜厚センサＳＮＳの検出部に堆積する。
【００３１】
膜厚センサＳＮＳが水晶板の両面に電極を配置した構造を含んでいる場合、これに堆積した蒸発材料ＥＭの質量に応じて水晶板の固有振動数が変化する。また、蒸着レートは、この固有振動数の一定時間当たりの変化量から算出することができる。コントローラＣＮＴは、例えば、このような方法で、蒸発ユニットＥＵが膜厚センサＳＮＳの下方に位置している期間における蒸着レートを求め、この蒸着レートを利用して以下のフィードバック制御を行う。
【００３２】
すなわち、蒸着レートの測定値が目標値よりも小さい場合には抵抗素子ＲＥに供給する電力を増加させ、蒸着レートの測定値が目標値よりも大きい場合には抵抗素子ＲＥに供給する電力を減少させる。また、蒸着レートの測定値が目標値と等しい場合には、抵抗素子ＲＥに供給する電力は変化させず、一定に維持する。なお、抵抗素子ＲＥに供給する電力の増加量又は減少量は、例えば、蒸着レートの測定値と目標値との差に応じて決定する。
【００３３】
その後、真空を維持したまま、基板，例えばガラス基板などの絶縁基板，ＳＵＢを真空チャンバＶＣ内に搬送する。真空チャンバＶＣでは、基板ＳＵＢは、その被成膜面が下方を向くように基板ホルダＨＬＤに支持させる。
【００３４】
続いて、蒸発ユニットＥＵを、Ｘ方向に一定の速度で移動させる。坩堝ＣＲ内で気化した蒸発材料ＥＭは、蓋ＣＰ及びマスクＭＳＫに設けた貫通孔を通って基板ＳＵＢの被成膜面上に堆積する。このようにして、基板ＳＵＢの一端から他端まで蒸発材料ＥＭを堆積させることにより、１枚目の基板ＳＵＢへの成膜を終了する。
【００３５】
次に、真空を維持したまま、成膜後の基板ＳＵＢを真空チャンバＶＣから搬出し、蒸発ユニットＥＵを膜厚センサＳＮＳの下方に移動させる。次いで、２枚目の基板ＳＵＢを真空チャンバＶＣに搬入すると共に、先のフィードバック制御を行う。その後、２枚目の基板ＳＵＢに対しても、１枚目の基板ＳＵＢに対して行ったのと同様の成膜を行う。３枚目以降の基板ＳＵＢは、これと同様の方法により処理する。
【００３６】
上記の通り、この真空蒸着装置では、石英又は金属材料からなるリザーバＲＳＶを使用している。そのため、蒸発材料ＥＭとして有機材料を使用した場合に、溶融した蒸発材料ＥＭがリザーバＲＳＶから染み出すという問題を生じない。
【００３７】
また、この真空蒸着装置では、石英又は金属材料からなるリザーバＲＳＶの外側側面に赤外線吸収層ＩＲＡＬを形成している。そのため、この真空蒸着装置は、赤外線吸収層ＩＲＡＬを省略したこと以外は同様の構造を有する真空蒸着装置と比較して、ヒータＨＴに供給する電力の大きさの変化に対するリザーバＲＳＶの温度変化の応答速度がより高い。したがって、この真空蒸着装置によると、基板ＳＵＢ間での膜厚のばらつきを生じ難い。
【００３８】
次に、本発明の第２態様について説明する。第２態様は、坩堝に異なる構造を採用すること以外は第１態様と同様である。
【００３９】
図４は、本発明の第２態様に係る真空蒸着装置で使用する坩堝を概略的に示す斜視図である。
【００４０】
蓋ＣＰは、上面がカーボン基材ＣＳで覆われていないため、通常、リザーバＲＳＶと比較して温度が低い。そのため、蓋ＣＰの下面には、蒸発材料ＥＭが付着し易い。
【００４１】
これに対し、図４の坩堝ＣＲでは、リザーバＲＳＶの外側側面の下部は、上部と比較して、赤外線吸収層ＩＲＡＬで被覆されている割合がより低い。そのため、リザーバＲＳＶの下部を過剰に高温とすることなく、蓋ＣＰの温度を十分に高めることができる。すなわち、本態様によると、第１態様で説明したのと同様の効果が得られるのに加え、蓋ＣＰの下面に蒸発材料ＥＭが付着するのを抑制することができる。
【００４２】
第１及び第２態様では、蒸発ユニットＥＵを移動させる構成を採用したが、その代わりに、基板ＳＵＢを移動させる構成を採用してもよい。また、第１及び第２態様に係る真空蒸着装置は、マルチチャンバ型枚葉式装置に組み込まれてもよく、インライン型バッチ式の製造装置に組み込まれてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１態様に係る真空蒸着装置を概略的に示す図。
【図２】図１の真空蒸着装置が含む蒸発ユニットを概略的に示す断面図。
【図３】図２の蒸発ユニットが含む坩堝を概略的に示す斜視図。
【図４】本発明の第２態様に係る真空蒸着装置で使用する坩堝を概略的に示す斜視図。
【符号の説明】
【００４４】
ＣＮＴ…コントローラ、ＣＰ…蓋、ＣＲ…坩堝、ＣＳ…カーボン基材、ＥＭ…蒸発材料、ＥＵ…蒸発ユニット、ＨＬＤ…基板ホルダ、ＨＴ…ヒータ、ＩＲＡＬ…赤外線吸収層、ＭＳＫ…マスク、ＲＥ…抵抗素子、ＲＳＶ…リザーバ、ＳＮＳ…膜厚センサ、ＳＵＢ…基板、ＶＣ…真空チャンバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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