(57)【要約】【課題】複数の蒸発源ユニットを用いた真空蒸着装置において、蒸発源ユニットの個数を増加させることなく蒸着膜厚の均一性を向上し、かつ、高速に成膜する真空蒸着装置を提供すること。【解決手段】長手方向（Ｘ方向）を有する蒸発源を、前記Ｘ方向および基板面に沿って垂直な方向（Ｚ方向）に基板と蒸発源を相対的に移動させる機構を有する真空蒸着装置において、前記蒸発源には蒸着材料が封入された複数の蒸発源ユニット３がＸ方向に所定の間隔をもって配置され、Ｚ方向へ複数回の走査を繰り返す際、往路と復路で前記蒸発源ユニット３をＸ方向に所定のピッチで移動させて成膜する。Ｚ方向への往路と復路の間のＸ方向への小さな移動により、蒸発源ユニット３の個数を増加することなく、膜厚均一性を向上することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、第１の方向に複数の蒸発源ユニットが配置された蒸発源が対向して配置された真空蒸着装置であって、
前記複数の蒸発源ユニットは前記第１の方向に間隔ｄをもって等間隔で配置され、
前記蒸発源は、前記基板の面に沿って、前記第１の方向と直角の方向に、前記基板に対して相対的に往復移動して、前記基板の面に蒸着膜を形成し、
前記蒸発源ユニットは、前記往復移動における往路と復路において、前記間隔ｄ以内の量、前記基板に対して相対的に前記第１の方向にずれる手段を有することを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項２】
前記蒸発源ユニットが、前記往復移動における往路と復路において、前記基板に対して相対的に前記第１の方向にずれる量は前記間隔ｄの１/２であ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】
基板と、第１の方向に複数の蒸発源ユニットが配置された蒸発源が対向して配置された真空蒸着装置であって、
前記複数の蒸発源ユニットは前記第１の方向に不等間隔で配置され、
前記蒸発源ユニット間隔は前記蒸発源の中央付近において最大間隔ｄ１であり、
前記蒸発源は、前記基板の面に沿って、前記第１の方向と直角の方向に前記基板に対して相対的に往復移動して、前記基板の面に蒸着膜を形成し、
前記蒸発源ユニットは、前記往復移動における往路と復路において、前記最大間隔ｄ１以内の量、前記基板に対して相対的に前記第１の方向にずれる手段を有することを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項４】
前記蒸発源ユニットが、前記往復移動における往路と復路において、前記基板に対して相対的に前記第１の方向にずれる量は前記最大間隔ｄ１の１/２であることを特徴とする請求項３に記載の真空蒸着装置。
【請求項５】
基板と、第１の方向に複数の蒸発源ユニットが配置された蒸発源が対向して配置された真空蒸着装置であって、
前記複数の蒸発源ユニットは前記第１の方向に間隔ｄをもって等間隔で配置され、
前記蒸発源は、前記基板の面に沿って、前記第１の方向と直角の方向に前記基板に対して相対的に移動して、前記基板の面に蒸着膜を形成し、
前記蒸発源ユニットは、前記第１の方向と直角の方向に前記基板に対して相対的に移動するさい、前記第１の方向にも前記間隔ｄ以内の量で往復運動をする手段を有することを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項６】
基板と、第１の方向に複数の蒸発源ユニットが配置された蒸発源が対向して配置された真空蒸着装置であって、
前記複数の蒸発源ユニットは前記第１の方向に不等間隔で配置され、
前記蒸発源ユニット間隔は前記蒸発源の中央付近において最大間隔ｄ１であり、
前記蒸発源は、前記基板の面に沿って、前記第１の方向と直角の方向に前記基板に対して相対的に移動して、前記基板の面に蒸着膜を形成し、
前記蒸発源ユニットは、前記第１の方向と直角の方向に前記基板に対して相対的に移動するさい、前記第１の方向にも前記最大間隔ｄ１以内の量で往復運動をする手段を有することを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項７】
前記蒸発源ユニットは、複数の坩堝から構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の真空蒸着装置。
【請求項８】
蒸発源ユニットに形成されている蒸発物質を放出するノズル数は、前記蒸発源の中央部より両端部において多いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の真空蒸着装置。
【請求項９】
蒸発源ユニットに形成されている蒸発物質を放出するノズルの径は、前記蒸発源の中央部より両端部において大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の真空蒸着装置。
【請求項１０】
請求項１および７に記載の蒸発源ユニットを構成する小型蒸発源の開口部は、中央部より両端部で、開口数あるいは開口面積が大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の真空蒸着装置。
【請求項１１】
前記蒸発源が、前記基板に対して相対的に移動するとは、前記基板が固定で前記蒸発源が移動することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の真空蒸着装置。
【請求項１２】
前記蒸発源が、前記基板に対して相対的に移動するとは、前記蒸発源が固定で前記基板が移動することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１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、真空蒸着によって薄膜を形成するための蒸発源及びこれを用いた真空蒸着装置に係り、特に大型の基板上に厚さが均一な薄膜を形成するのに有効な真空蒸着方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ表示装置や照明装置に用いられる有機ＥＬ素子は、一層または多層からなる有機層を上下から陽極と陰極の一対の電極で挟み込んだ構造で、電極に電圧を印加することにより陽極側から正孔が陰極側から電子がそれぞれ有機層に注入されそれらが再結合することにより発光する仕組みになっている。
【０００３】
この有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを積層した多層構造になっている。この有機層を形成する材料として高分子材料と低分子材料を用いたものがある。このうち低分子材料を用いる場合には、真空蒸着装置を用いて有機薄膜を形成する。
【０００４】
低分子系材料を用いた有機ＥＬ素子の主な製造方法である真空蒸着法は、ヒーターの抵抗加熱による輻射熱で蒸発源を加熱し、蒸発源に入れた材料を蒸発させ基板上に成膜する。カラー表示の有機ＥＬ素子を作成するには、異なる発光をする有機ＥＬ材料を画素ごとに分けて成膜する必要がある。
【０００５】
有機ＥＬデバイスの特性は各層の膜厚の影響を大きく受ける。例えば、有機層の厚さは薄ければ薄いほど、印加電圧を低くすることができるが、あまり薄いとショートや光の干渉問題が生じる。有機ＥＬ素子を形成する基板は年々大型化している。大型基板上に複数のパネルを制作する場合には、前記大型基板上に成膜される薄膜の膜厚分布を高精度に制御する必要がある。
【０００６】
従来、真空蒸着を用いて大型基板上に均一な膜厚分布で薄膜を成膜する方法として、「特許文献１」には、長手方向を有する蒸発源を、基板に沿って長手方向と垂直な方向に移動させる機構を含むことを特徴とする有機ＥＬ成膜装置が開示されている。
【０００７】
一方、無機材料や金属材料を真空蒸着により成膜する場合、蒸着材料を蒸発あるいは昇華するために数百℃から千℃前後の高温プロセスが要求される場合がある。このような場合、材料を格納する坩堝には、耐熱性や耐反応性に優れた材質（例えば、ＳＵＳ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＰＢＮ（Ｐｙｒｏｌｉｔｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）など）を使用する必要があるため、大型化による高コスト化が避けられない。また、大型基板に対応する長手方向を有する蒸発源を高温に加熱するための大電流を流すヒーターや電源が必要となるなどの課題も生じる。
【０００８】
このような場合に、リニア蒸発源を用いずに大型基板に均一な薄膜を高速に蒸着するには、例えば、下記のような複数個の坩堝からなる蒸発源を用いた有機ＥＬ成膜装置が開示されている。すなわち、「特許文献２」には、複数個の坩堝をそれぞれ蒸発源ガイドに沿って移動しながら蒸着を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−２６８０６８号公報）
【特許文献２】特開２００４−３５３０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ノズル（開口）から噴出する蒸気の放射分布は、材料を構成する分子同士の衝突の影響で、ノズル（開口）の形状のみで制御することは難しい。そのため坩堝の個数を抑えて低コスト化を図ると、高い膜厚均一性を維持することが困難となる。
【００１１】
これに対して例えば、坩堝の個数を増やして各坩堝間の間隔を狭くすることが考えられる。しかし、個々の坩堝には、ヒーターなどの加熱機構や冷却機構、シャッターや膜厚モニタなどが必要であり、安易に坩堝の個数を増やすことはコスト増加につながる。また耐熱性や耐反応性に優れた、例えば、ＰＢＮなどの高価な材質を坩堝に使用することは、コスト上問題となる。また坩堝を増やした分、大きな電流をヒーターに流すことが可能なヒーターや電源が必要になる。坩堝から基板への輻射熱も増加する。
【００１２】
本発明は、複数の坩堝あるいは蒸発源ユニットを用いた真空蒸着装置において、坩堝の個数やタクトタイムを増加することなく、大型基板に均一な薄膜を高速に成膜する真空蒸着装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の手段は、長手方向（Ｘ方向）を有する蒸発源を、基板面に沿って垂直な方向（Ｚ方向）に基板と相対的に移動させて蒸着する機構を有する真空蒸着装置において、前記蒸発源には蒸着材料が封入された複数の坩堝がＸ方向に所定の間隔で分散して設置され、Ｚ方向へ複数回の走査を繰り返す際、往路と復路で前記蒸発源をＸ方向にあるピッチだけ移動させて成膜することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明における第２の手段は、前記蒸発源をＺ方向に移動させるさい、基板面と平行で、かつ、移動方向と直角方向にも所定の振幅を持って往復移動させることによって成膜することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、Ｚ方向への走査と、往路と復路の間のＸ方向への小さな移動により、坩堝あるいは蒸発源の個数を増加することなく、均一な膜厚の蒸着膜を得ることが出来る。また、蒸発源ユニットの配置を長手方向に分散させており、Ｘ方向への移動ピッチが小さく済み、移動に要するタクトタイムをほとんど必要としない。また、蒸発源ユニットを長手方向に分散させて配置しているため、高温の蒸発源から基板やマスクへの熱輻射を分散させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の蒸発源と基板の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明における蒸発源ユニットの断面図である。
【図３】従来例における蒸発源ユニットの配置および蒸発源の移動経路を示す模式図である。
【図４】本発明における蒸発源ユニットの配置および蒸発源の移動経路を示す模式図である。
【図５】本発明による蒸着と従来例の蒸着による蒸着膜厚分布の比較を示すグラフである。
【図６】本発明による蒸着方法の他の例である。
【図７】本発明による蒸着方法のさらに他の例である。
【図８】本発明で使用される蒸発源ユニットの配置を示す例である。
【図９】本発明で使用される蒸発源ユニットの配置を示す他の例である。
【図１０】本発明で使用される蒸発源ユニットの配置を示すさらに他の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明にかかる真空蒸着装置の一例として、有機ＥＬデバイスの製造に適用した例を説明する。有機ＥＬデバイスの成膜装置は、陽極の上に正孔注入層や正孔輸送層、発光層（有機層）、陰極の下に電子注入層や電子輸送層など様々な材料の薄膜層を真空蒸着により多層積層して形成する装置である。本発明にかかる有機ＥＬデバイス成膜装置を図１を参照して説明すると、長手方向（Ｘ方向）を有する蒸発源を、基板面に沿って垂直な方向（Ｚ方向）に基板と相対的に移動させて蒸着する機構を有する真空蒸着装置である。そして、前記蒸発源には複数の蒸発源ユニットがＸ方向に所定の間隔で分散して設置されており、Ｚ方向へ複数回の走査を繰り返す際、往路と復路で前記蒸発源をＸ方向に所定のピッチだけ移動させて成膜することを特徴とする。
【００１８】
以下、実施例および図を用いて本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の蒸発源１と基板２との関係を、実施の形態に基づいて示す説明図である。図２は、図１の蒸発源ユニット３をＸ軸に対し垂直な面で切った断面図である。図３は、従来例における各蒸発源ユニット３の走査経路を示す模式図である。図４は、本発明の各蒸発源ユニット３の走査経路を示す模式図である。
（蒸発源の説明）
図１において、蒸発源１は、複数個の蒸発源ユニット３と、それらを保持および移動させる機構を有する蒸発源ホルダ４から構成される。前記蒸発源ホルダ４は長手方向（Ｘ方向）を有し、複数個の前記蒸発源ユニット３が前記Ｘ方向に所定の間隔で設置される。前記蒸発源ホルダ４は、前記Ｘ方向および基板面に沿って垂直な方向（Ｚ方向）に基板２と蒸発源１を相対的に移動させる機構を有する。
（蒸発源ユニットの配置）
図１において、前記蒸発源ユニット３は、前記Ｘ方向について所定の間隔に分散して設置される。本発明を用いることにより、蒸発源ユニット３の数を増やさなくとも、均一な薄膜を成膜することが出来る。蒸発源ユニット３の個数は、所定の基板サイズに所望の膜厚均一性を実現するのに必要な個数を配置すればよいのであるが、少ない個数では膜厚分布が不均一となる。しかし、個数を増やすと製作コスト、投入電力や制御性の観点から好ましくない。蒸発源ユニット３の個数は、２個以上２０個以下が望ましい。
【００２０】
各蒸発源ユニット３の間隔は、図８に示すように、例えば等間隔（距離α＝β＝γ）でよいが、必要に応じて非等間隔（距離α≠β、β≠γ）としてもよい。例えば、長手方向（Ｘ方向）の両端部で膜厚が小さくなることを防止するために、各蒸発源ユニット３の間隔を、中央部より両端部で間隔が狭くなるよう非等間隔にしてもよい。このように、目的に応じて、各蒸発源ユニット３の間隔を非等間隔にすることができる。
（蒸発源ユニットの構成）
図２において、各蒸発源ユニット３は、蒸着材料１３を封入する材料室、および、ノズル７から構成される坩堝６と、坩堝６を周囲から加熱するヒーター９と、ヒーター９の外周に前記坩堝６の保温性を向上するための一枚あるいは複数枚の熱遮蔽板１０と、ヒーター９からの輻射熱を蒸発源１の外部に漏らさないための冷却ボックス１１（周辺に冷却水を流す）と、坩堝６の開口（ノズル）７を開閉するための図示しない蒸着シャッターとから構成されている。なお、膜厚モニタ５は各蒸発源ユニット３に対応して配置されている。
【００２１】
また蒸発源１は、ノズル（開口）７から出る蒸気の放射角度を制限する角度制御板１２を有してもよい。前記角度制御板１２の設置個所は、蒸発源ホルダ４、あるいは冷却ボックス１１や坩堝６などの蒸発源ユニット３のどの部分に取り付けてあっても構わない。蒸発源ユニット３の構造は、図２に示した構造に限定されるものではない。また、坩堝６は、耐反応性や耐熱性に優れた材料（ＳＵＳ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＰＢＮ、グラファイトなど）で形成される。
【００２２】
図１における蒸発源ユニット３は、図８（ａ）に示すように１個のノズルを有する単一の坩堝６から構成されているものとして説明した。しかし、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示すように、各蒸着ユニット３が複数のノズルを有していてもよい。この場合、各蒸発源ユニット３が１個のノズルを有する複数の坩堝を有していてもよいし、各蒸発源ユニット３が1個の坩堝を有し、各坩堝が複数のノズルを有していてもよい。
（駆動の説明）
図４に本発明の蒸発源１の駆動方法を示す。すなわち、長手方向（Ｘ方向）を有する蒸発源１を、前記Ｘ方向および基板面に沿って垂直な方向（Ｚ方向）に基板２と蒸発源１を相対的に移動させる機構を有する真空蒸着装置において、前記蒸発源１には蒸着材料１３が封入された複数の蒸発源ユニット３がＸ方向に所定の間隔で分散して設置され、Ｚ方向へ複数回の走査を繰り返す際、往路と復路で前記蒸発源１をＸ方向に所定のピッチで移動させて成膜することを特徴としている。
【００２３】
図４に記載の真空蒸着装置において、往復間に行われるＸ方向への移動ピッチは、分散して配置された蒸発源ユニット３間のピッチ以内であることを特徴とする。例えば、蒸発源ユニット３が長手方向（Ｘ方向）に等間隔で配置されている場合、往路と復路で合計２回の走査を繰り返すのであれば、往復間に行われるＸ方向への移動ピッチは、蒸発源ユニット３の配置ピッチの半分程度にすればよい。この場合、蒸発源ユニット３が不等ピッチで配置されている場合は、Ｘ方向への移動ピッチは蒸発源ユニット３間の最大間隔の半分にすればよい。
【００２４】
同様に、往復で合計Ｎ回（Ｎは自然数）の走査を繰り返すのであれば、往復間に行われるＸ方向への移動ピッチは、坩堝あるいは蒸発源ユニット３の配置ピッチのＮ分の１程度にすればよい。ここで、Ｎは往路で１回、復路で１回と数え、往復では２回になる。例えば、図６は、Ｎ＝３の場合の蒸発源ユニット３の走査経路を示したものである。この場合、蒸発源ユニット３が不等間隔で配置されている場合は、蒸発源ユニット３間の最大間隔のＮ分の１程度にすればよい。
【００２５】
図７は、本発明において、均一な膜厚を得る他の方法である。図７に示した例では、前記蒸発源１の走査経路は、前記往復経路ではなく片道のみである。そのかわり、蒸発源ユニット３をＺ方向に移動させると同時に、Ｘ方向についても所定の量、往復移動させる。そうすると、図７に示すように、蒸発源ユニット３はｓｉｎカーブを描くように移動するので、均一な膜厚を得ることが出来る。
【００２６】
図７において、蒸発源ユニット３がＸ方向に往復運動する量は、蒸発源ユニット３の間隔と等しくなっている。但し、この量は略略等しければよい。また、蒸発源ユニット３が不等間隔で配置されている場合は、蒸発源ユニット３がＸ方向に往復運動する量は、蒸発源ユニット３の最大間隔と等しくなっていることが望ましい。
【００２７】
以上は基板２に対して蒸発源ユニット３を移動させるとして説明したが、蒸発源ユニット３を蒸発源１を固定して、基板２を移動させてもよい。また、基板２または、蒸発源１の移動距離を小さくするために、基板２および蒸発源１を同時に移動させてもよい。
（計算例）
図５に示す実線は、本発明によって、図４に示した複数個（４個）の蒸発源ユニット３から構成される蒸発源１を、長手方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｚ方向）に移動し、往路と復路の間に蒸発源１をＸ方向へ蒸発源ユニット半ピッチ分だけ移動して成膜した場合の、Ｘ方向に対する膜厚分布を示したものである。
【００２８】
一方、図５のドットで示した往路のみにより成膜された薄膜、あるいは、破線で示した復路のみにより成膜された薄膜は、蒸発源ユニット３間の間隔が大きいためその間の膜厚が薄くなり、基板全体の膜厚分布に不均一が生じている。しかし、図８の実線で示した往路と復路の重ね合わせにより得られた膜厚分布は、往路あるいは復路のみにより成膜された膜厚分布に対して、膜厚均一性が大きく改善されている。
【００２９】
このように複数個の蒸発源ユニット３を長手方向（Ｘ方向）に分散して配置し、Ｚ方向への走査間に蒸発源１をＸ方向へ所定のピッチで移動し成膜することで、蒸発源ユニット３の個数を増やさず、タクトタイムへの影響を小さく抑え、膜厚均一性を大きく向上することができる。
【００３０】
なお、本実施例１では、各蒸発源ユニット３の構造や温度などはすべて同等なものとして取り扱った具体例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、個々の蒸発源ユニット３の温度をヒーター９への投入電力を個別に制御することも可能である。その投入電力は、例えば熱電対で測定した坩堝温度、あるいは膜厚センサーで測定した蒸着速度によって個別にフィードバック制御をすることで、長手方向（Ｘ方向）の両端部での蒸発源ユニット３の蒸着速度が中央部に対して大きくなるように調節して、膜厚分布をさらに均一化することができる。
【００３１】
この他に、基板２の中央と周辺における膜厚差を小さくする方法として次のようなものがある。例えば、図９に示すように、長手方向（Ｘ方向）の両端部の蒸発源ユニット３では、ノズル（開口）７の径を中央部における蒸発源ユニット３のノズルの径を大きくする。あるいは、図１０に示すように、長手方向（Ｘ方向）の両端部の蒸発源ユニット３では、ノズル（開口）７の数を中央部における蒸発源ユニット３のノズルの数よりも多くする。さらに、長手方向（Ｘ方向）の両端部の蒸発源ユニット３では、ノズル（開口）７の深さを中央部における蒸発源ユニット３のノズルの深さよりも小さくすることも出来る。
【００３２】
なお、本実施例１では、本発明の実施の具体例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々変形することが可能である。すなわち、本実施例１で説明した真空蒸着装置を構成する一連の構成要素の材質、形状、動作機構等は、必ずしもこれに限定されるものではなく、各構成要素の機能を同様に確保することが可能な限り、自由に変更可能である。例えば、固定した基板２に対して蒸発源１を移動させても、固定した蒸発源１に対して基板２を移動させてもよく、基板２は水平に設置しても垂直に設置しても、あるいは斜めに設置してもよい。水平あるいは斜めに設置する場合には、塵などが成膜面に積もらないよう、成膜面を下側にするのが好ましい。尚、本実施例は金属電極材料に限らず、無機材料や有機ＥＬ材料等、他の材料の真空蒸着にも用いることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・蒸発源      ２・・・基板            ３・・・蒸発源ユニット        ４・・・蒸発源ホルダ    ５・・・膜厚モニタ        ６・・・坩堝            ７・・・ノズル（開口）    ９・・・ヒーター        １０・・・熱遮蔽板          １１・・・冷却ボックス    １２・・・角度制御板        １３・・・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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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