(57)【要約】【課題】トーナメント状に分岐された蒸着材料ガスの流路から流出する蒸着材料ガスのコンダクタンスを向上すること。【解決手段】蒸着ヘッドは、多段のガス流路１０１ａ〜１０１ｄと、ノズル１０２とを備える。多段のガス流路１０１ａ〜１０１ｄは、蒸着材料の蒸気を含むガスを多段階に順次２方向に分岐させる。ノズル１０２は、基板Ｓを搬送するための搬送領域ＣＲに対向する複数の噴射口１０２ａを有し、多段のガス流路１０１ａ〜１０１ｄのうち最終段のガス流路１０１ｄによって２方向に分岐されたガスを搬送領域ＣＲで搬送される基板Ｓに向けて噴射口１０２ａより噴射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送管を介して輸送された蒸着材料の蒸気を含むガスを多段階に順次２方向に分岐させる多段のガス流路と、
基板を搬送するための搬送領域に対向する複数の噴射口を有し、前記多段のガス流路のうち最終段のガス流路によって２方向に分岐された前記ガスを前記搬送領域で搬送される前記基板に向けて前記噴射口より噴射するノズルと
を備えたことを特徴とする蒸着ヘッド。
【請求項２】
互いに隣接する前記噴射口の間隔は、前記噴射口の個数と、前記噴射口と前記基板との間の距離と、前記基板の幅とに基づいて選定されることを特徴とする請求項１に記載の蒸着ヘッド。
【請求項３】
前記噴射口の個数をｎ、前記噴射口と前記基板との間の距離をＧ、前記基板の幅をＬとすると、互いに隣接する前記噴射口の間隔ｄは、（Ｌ＋２．１２Ｇ）／ｎ≦ｄ≦０．８３Ｇを用いて選定されることを特徴とする請求項２に記載の蒸着ヘッド。
【請求項４】
前記噴射口の個数をｎ、前記噴射口と前記基板との間の距離をＧ、前記基板の幅をＬとすると、互いに隣接する前記噴射口の間隔ｄは、（Ｌ＋２．９２Ｇ）／ｎ≦ｄ≦０．７２Ｇを用いて選定されることを特徴とする請求項２に記載の蒸着ヘッド。
【請求項５】
前記噴射口と前記基板との間の距離Ｇは、２００ｍｍ以下に選定されることを特徴とする請求項３または４に記載の蒸着ヘッド。
【請求項６】
前記噴射口と前記基板との間の距離Ｇは、１００ｍｍ以下に選定されることを特徴とする請求項５に記載の蒸着ヘッド。
【請求項７】
前記噴射口の個数ｎは、１ｍ当たり１６〜３２個に選定されることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載の蒸着ヘッド。
【請求項８】
前記噴射口が形成された当該蒸着ヘッドの表面に対して前記噴射口以外の部分を覆うように設置され、当該蒸着ヘッドの表面を冷却する冷却板をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の蒸着ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、蒸着ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸着材料の成膜装置は、蒸気発生部で発生した蒸着材料（例えば、有機材料）の蒸気を輸送ガスと共に蒸着ヘッドへ輸送する。蒸着ヘッドはノズルを有しており、蒸着材料の蒸気を含むガス（以下、適宜、「蒸着材料ガス」という。）をノズルから噴射して基板に付着させることにより、基板上に蒸着材料を成膜する。蒸着材料は、例えば有機ＥＬ（Electro−Luminescence）素子などの有機材料である。
【０００３】
ここで、蒸着ヘッドは、蒸着材料ガスを分散させ、分散後の蒸着材料ガスをさらに拡散させる構造を有している場合がある。例えば、特許文献１では、蒸着ヘッドは、輸送されてきた蒸着材料ガスの流路を２方向に分岐させ、２方向に分岐された各蒸着材料ガスの流路をさらに２方向に分岐させるようなトーナメント状のガス流路を形成することが知られている。また、例えば、特許文献２では、蒸着ヘッドは、トーナメント状に形成された多段のガス流路のうち最終段のガス流路を一定の空間であるガス溜まりに連通させることが知られている。蒸着材料ガスは、トーナメント状に形成された多段のガス流路によって段階的に分岐・分散されて最終段のガス流路からガス溜まりへそれぞれ流出し、ガス溜まりにおいて拡散された後にノズルを介して基板に向けて噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１４４３８３号公報
【特許文献２】特開２００２−１５０５５１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、トーナメント状に分岐された蒸着材料ガスの流路をガス溜まりに連通させた従来の構造では、ガス溜まりにおいて蒸着材料ガスの流れの抵抗が増大する。このため、従来の構造では、トーナメント状に分岐された蒸着材料ガスの流路から流出する蒸着材料ガスのコンダクタンスが劣化する恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る蒸着ヘッドは、多段のガス流路と、ノズルとを備える。多段のガス流路は、蒸着材料の蒸気を含むガスを多段階に順次２方向に分岐させる。ノズルは、基板を搬送するための搬送領域に対向する複数の噴射口を有し、前記多段のガス流路のうち最終段のガス流路によって２方向に分岐された前記ガスを前記搬送領域で搬送される前記基板に向けて前記噴射口より噴射する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の種々の側面及び実施形態によれば、トーナメント状に分岐された蒸着材料ガスの流路から流出する蒸着材料ガスのコンダクタンスを向上することができる蒸着ヘッドが実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施例に係る蒸着ヘッドの縦断面図である。
【図２】図２は、噴射口のピッチが任意の値として選定された場合に基板に形成される蒸着膜の膜厚と、基板の中心からの幅方向の距離との関係を示す図である。
【図３−１】図３−１は、波状変動現象の発生を抑えるための条件式の導出について説明するための図である。
【図３−２】図３−２は、波状変動現象の発生を抑えるための条件式の導出について説明するための図である。
【図４】図４は、膜厚低下現象の発生を抑えるための条件式の導出について説明するための図である。
【図５】図５は、噴射口のピッチと、基板に形成された蒸着膜の均一性との関係とを示す図である。
【図６−１】図６−１は、本実施例の変形例に係る蒸着ヘッドを噴射口が形成された表面側から見た状態を示す平面図である。
【図６−２】図６−２は、図６−１のＡ−Ａ線に沿った蒸着ヘッドの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本願の開示する蒸着ヘッドの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【実施例】
【００１０】
まず、本実施例に係る蒸着ヘッド１００の構成を説明する。図１は、本実施例に係る蒸着ヘッドの縦断面図である。図１に示す蒸着ヘッド１００は、紙面に垂直な方向に基板Ｓを搬送するための搬送領域ＣＲに対向して配置されるとともに、蒸着材料の蒸気を含むガス（以下、適宜、「蒸着材料ガス」という。）を発生する蒸気発生部１０と輸送管２０を介して接続されている。
【００１１】
蒸着ヘッド１００は、蒸着ヘッド容器内に形成された多段のガス流路１０１ａ〜１０１ｄを有する。多段のガス流路１０１ａ〜１０１ｄは、輸送管２０を介して蒸気発生部１０から輸送された蒸着材料ガスを多段階に順次２方向に分岐させる。具体的には、ガス流路１０１ａは、輸送管２０を介して輸送された蒸着材料ガスを２方向に分岐させる。ガス流路１０１ｂは、ガス流路１０１ａによって２方向に分岐された蒸着材料ガスを再び２方向に分岐させる。ガス流路１０１ｃは、ガス流路１０１ｂによって２方向に分岐された蒸着材料ガスを再び２方向に分岐させる。ガス流路１０１ｄは、ガス流路１０１ｃによって２方向に分岐された蒸着材料ガスを再び２方向に分岐させる。このように、蒸着ヘッド１００内の蒸着材料ガスの流路はトーナメント状に形成される。なお、この例では、多段のガス流路１０１ａ〜１０１ｄは、４段階であるが、１又は複数の任意の段数とすることができる。
【００１２】
また、蒸着ヘッド１００は、多段のガス流路１０１ａ〜１０１ｄのうち最終段のガス流路１０１ｄによって２方向に分岐された蒸着材料ガスを搬送領域ＣＲで搬送される基板Ｓに向けて噴射するノズル１０２を有する。ノズル１０２は、複数の噴射口１０２ａを有する。ノズル１０２は、最終段のガス流路１０１ｄによって２方向に分岐された蒸着材料ガスを搬送領域ＣＲで搬送される基板Ｓに向けて噴射口１０２ａより噴射する。噴射口１０２ａから噴射された蒸着材料ガスは基板Ｓに蒸着され、蒸着膜が形成される。
【００１３】
ここで、噴射口１０２ａは、基板Ｓを搬送するための搬送領域ＣＲに対向している。換言すれば、多段のガス流路１０１ａ〜１０１ｄのうち最終段のガス流路１０１ｄと連通されたノズル１０２の噴射口１０２ａは、従来技術におけるガス溜まりのような一定の空間を搬送領域ＣＲとの間に介在させることなく、搬送領域ＣＲに直接対向している。このように、トーナメント状に形成された蒸着ヘッド１００内の蒸着材料ガスの流路のうち最終段の流路と連通するノズル１０２の噴射口１０２ａを基板の搬送領域と直接対向させることにより、蒸着材料ガスの流れの抵抗が低減される。
【００１４】
また、互いに隣接する噴射口１０２ａの間隔は、噴射口１０２ａの個数と、噴射口１０２ａと基板Ｓとの間の距離と、基板Ｓの幅とに基づいて選定される。具体的には、図１に示されるように、噴射口１０２ａの個数をｎ、噴射口１０２ａと基板Ｓとの間の距離（以下「ＴＳ（Target-Substrate）間距離」という）をＧ、基板Ｓの幅をＬとすると、互いに隣接する噴射口１０２ａの間隔（以下「噴射口１０２ａのピッチ」という）ｄは、以下の式（１）を用いて選定される。
【００１５】
（Ｌ＋Ｃ２Ｇ）／ｎ≦ｄ≦Ｃ１Ｇ      ・・・  （１）
ただし、Ｃ１、Ｃ２は、任意の定数
【００１６】
ここで、噴射口１０２ａの個数ｎと、ＴＳ間距離Ｇと、基板Ｓの幅Ｌとに基づいて噴射口１０２ａのピッチｄを選定する理由について具体的に説明する。図２は、噴射口のピッチが任意の値として選定された場合に基板Ｓに形成される蒸着膜の膜厚と、基板Ｓの中心からの幅方向の距離との関係を示す図である。図２において、縦軸は、基板Ｓに形成された蒸着膜の膜厚を規格化した値［-］を示し、横軸は、基板Ｓの中心からの距離［ｍｍ］を示す。図２に示すように、噴射口１０２ａのピッチｄが任意の値として選定された場合には、基板Ｓの中心部において、蒸着膜の膜厚が波状に変動する現象（以下「波状変動現象」という）が発生する。また、噴射口１０２ａのピッチｄが任意の値として選定された場合には、基板Ｓの幅方向の両端部における蒸着膜の膜厚が基板Ｓの中心部における蒸着膜の膜厚よりも小さくなる現象（以下「膜厚低下現象」という）が発生する。波状変動現象および膜厚低下現象は、蒸着膜の膜厚の均一性を低下させる要因となる。これらの点に鑑みて、本発明者らは、噴射口１０２ａの配置態様と、波状変動現象および膜厚低下現象の発生との因果関係について鋭意研究を重ねた。その結果、本発明者らは、噴射口１０２ａの個数ｎ、ＴＳ間距離Ｇおよび基板Ｓの幅Ｌを基にして噴射口１０２ａのピッチｄを選定した場合に、噴射口１０２ａから蒸着材料ガスが均一に噴射され、波状変動現象および膜厚低下現象の発生が抑えられるという知見を得た。したがって、本実施例では、波状変動現象および膜厚低下現象の発生を抑えるべく、噴射口１０２ａのピッチｄが、噴射口１０２ａの個数ｎと、ＴＳ間距離Ｇと、基板Ｓの幅Ｌとに基づいて選定される。
【００１７】
次いで、噴射口１０２ａのピッチｄの選定に用いられる上記式（１）の導出手法について説明する。式（１）は、波状変動現象の発生を抑えるための条件式と、膜厚低下現象の発生を抑えるための条件式とを用いて導き出される。
【００１８】
まず、波状変動現象の発生を抑えるための条件式について説明する。図３−１および図３−２は、波状変動現象の発生を抑えるための条件式の導出について説明するための図である。図３−１に示すように、ＴＳ間距離Ｇと比較して噴射口１０２ａのピッチｄが過大である場合には、波状変動現象が発生することが分かる。一方、図３−２に示すように、ＴＳ間距離Ｇと比較して噴射口１０２ａのピッチｄが十分に小さい場合には、波状変動現象の発生が抑えられることが分かる。すなわち、ＴＳ間距離Ｇに対する噴射口１０２ａのピッチｄの比ｄ／Ｇが、任意の定数の値よりも小さい場合に、波状変動現象の発生が抑えられる。したがって、任意の定数をＣ１とすると、以下の式（２）が成立する。
【００１９】
ｄ／Ｇ≦Ｃ１        ・・・（２）
【００２０】
式（２）から、噴射口１０２ａのピッチｄは、以下の式（３）で表すことができる。以下の式（３）が、波状変動現象の発生を抑えるための条件式に相当する。
【００２１】
ｄ≦Ｃ１Ｇ        ・・・（３）
【００２２】
続いて、膜厚低下現象の発生を抑えるための条件式について説明する。図４は、膜厚低下現象の発生を抑えるための条件式の導出について説明するための図である。図４に示すように、噴射口１０２ａの個数ｎと噴射口１０２ａのピッチｄとの乗算値であるノズル全長ｎｄから、膜厚低下現象の発生する基板Ｓの蒸着膜の幅（以下「肩ダレ幅」という）Ｃ２Ｇ（Ｃ２は任意の定数）を減算した値（ｎｄ−Ｃ２Ｇ）よりも基板Ｓの幅Ｌが小さい場合に、膜厚低下現象の発生が抑えられる。したがって、以下の式（４）が成立する。
【００２３】
Ｌ≦ｎｄ−Ｃ２Ｇ        ・・・（４）
【００２４】
式（４）から、噴射口１０２ａのピッチｄは、以下の式（５）で表すことができる。以下の式（５）が、膜厚低下現象の発生を抑えるための条件式に相当する。
【００２５】
ｄ≧（Ｌ＋Ｃ２Ｇ）        ・・・（５）
【００２６】
そして、波状変動現象の発生を抑えるための条件式である式（３）と、膜厚低下現象の発生を抑えるための条件式である式（５）とから、噴射口１０２ａのピッチｄの選定に用いられる式（１）が導き出される。このように、噴射口１０２ａのピッチｄの選定に用いられる式（１）は、波状変動現象の発生を抑えるための条件式と膜厚低下現象の発生を抑えるための条件式とから導き出される。このため、噴射口１０２ａのピッチｄを式（１）を用いて選定することにより、波状変動現象および膜厚低下現象の両方の発生を抑えることができ、結果として、蒸着膜の膜厚の均一性を向上することができる。
【００２７】
また、噴射口１０２ａのピッチｄは、好ましくは、以下の式（６）、より好ましくは、以下の式（７）を用いて選定される。
【００２８】
（Ｌ＋２．１２Ｇ）／ｎ≦ｄ≦０．８３Ｇ      ・・・  （６）
【００２９】
（Ｌ＋２．９２Ｇ）／ｎ≦ｄ≦０．７２Ｇ      ・・・  （７）
【００３０】
噴射口１０２ａのピッチｄの選定に用いられる上記式（６）および式（７）の導出手法について具体的に説明する。式（６）および式（７）は、噴射口１０２ａのピッチｄと基板Ｓに形成された蒸着膜の均一性との関係および式（１）を用いて導き出される。図５は、噴射口１０２ａのピッチｄと、基板Ｓに形成された蒸着膜の均一性との関係とを示す図である。図５において、横軸は、噴射口１０２ａのピッチｄ［ｍｍ］を示し、縦軸は、基板Ｓに形成された蒸着膜の均一性［％］を示す。ここで、蒸着膜の均一性［％］は、１００×（蒸着膜の膜厚の最大値−蒸着膜の膜厚の最小値）／（蒸着膜の膜厚の平均値）で表される。また、図５に示す例では、噴射口１０２ａの個数ｎが６４個であり、ＴＳ間距離Ｇが２００ｍｍであり、基板Ｓの幅Ｌが２２００ｍｍであるものとする。
【００３１】
図５に示すように、蒸着膜の均一性が３％以下の範囲に収まる場合には、噴射口１０２ａのピッチｄは、４１〜１６５ｍｍとなる。すなわち、式（１）において、噴射口１０２ａのピッチｄの下限値（Ｌ＋Ｃ２Ｇ）／ｎ＝４１となり、上限値Ｃ１Ｇ＝１６５となる。したがって、Ｃ２＝（４１×ｎ−Ｌ）／Ｇ＝（４１×６４−２２００）／２００＝２．１２が得られる。また、Ｃ１＝１６５／２００＝０．８３が得られる。そして、Ｃ１＝０．８３およびＣ２＝２．１２を式（１）に適用することによって、噴射口１０２ａのピッチｄの選定に用いられる式（６）が導き出される。このように、噴射口１０２ａのピッチｄの選定に用いられる式（６）は、蒸着膜の均一性が３％以下の範囲に収まるように、導き出される。このため、噴射口１０２ａのピッチｄを式（６）を用いて選定することにより、蒸着膜の均一性を精度良く調整することができ、結果として、蒸着膜の膜厚の均一性を向上することができる。
【００３２】
一方で、図５に示すように、蒸着膜の均一性が１％以下の範囲に収まる場合には、噴射口１０２ａのピッチｄは、４３．５〜１４３ｍｍとなる。すなわち、式（１）において、噴射口１０２ａのピッチｄの下限値（Ｌ＋Ｃ２Ｇ）／ｎ＝４３．５となり、上限値Ｃ１Ｇ＝１４３となる。したがって、Ｃ２＝（４３．５×ｎ−Ｌ）／Ｇ＝（４３．５×６４−２２００）／２００＝２．９２が得られる。また、Ｃ１＝１４３／２００＝０．７２が得られる。そして、Ｃ１＝０．７２およびＣ２＝２．９２を式（１）に適用することによって、噴射口１０２ａのピッチｄの選定に用いられる式（７）が導き出される。このように、噴射口１０２ａのピッチｄの選定に用いられる式（７）は、蒸着膜の均一性が１％以下の範囲に収まるように、導き出される。このため、噴射口１０２ａのピッチｄを式（７）を用いて選定することにより、蒸着膜の均一性をより精度良く調整することができ、結果として、蒸着膜の膜厚の均一性を一層向上することができる。
【００３３】
また、ＴＳ間距離Ｇは、２００ｍｍ以下、好ましくは、１００ｍｍ以下に選定される。すなわち、ＴＳ間距離Ｇを、２００ｍｍ以下、好ましくは、１００ｍｍ以下とすることによって、噴射口１０２ａから噴射された蒸着材料ガスを基板に対して効率良く蒸着することができ、蒸着材料ガスの使用効率を向上することができる。
【００３４】
また、噴射口１０２ａの個数ｎは、１ｍ当たり１６〜３２個に選定される。すなわち、噴射口１０２ａの個数ｎを、１ｍ当たり１６〜３２個とすることによって、噴射口１０２ａから噴射された蒸着材料ガスを基板に対して効率良く蒸着することができ、蒸着材料ガスの使用効率を向上することができる。
【００３５】
本実施例の蒸着ヘッドによれば、トーナメント状に形成された蒸着ヘッド内の蒸着材料ガスの流路のうち最終段の流路と連通するノズル１０２の噴射口１０２ａを基板Ｓの搬送領域ＣＲと直接対向させることにより、蒸着材料ガスの流れの抵抗を低減することができる。その結果、本実施例の蒸着ヘッドによれば、トーナメント状に分岐された蒸着材料ガスの流路から流出する蒸着材料ガスのコンダクタンスを向上することができる。
【００３６】
また、本実施例の蒸着ヘッドによれば、噴射口１０２ａの個数ｎ、ＴＳ間距離Ｇおよび基板Ｓの幅Ｌを基にして噴射口１０２ａのピッチｄを選定することにより、噴射口１０２ａから蒸着材料ガスを均一に噴射することができる。その結果、本実施例の蒸着ヘッドによれば、基板Ｓに形成される蒸着膜の波状変動現象および膜厚低下現象の両方の発生を抑えることができるので、基板Ｓに形成される蒸着膜の均一性を向上することができる。ひいては、蒸着材料の使用効率も向上することができる。
【００３７】
次に、本実施例の変形例に係る蒸着ヘッド１００の構成を説明する。図６−１は、本実施例の変形例に係る蒸着ヘッドを噴射口が形成された表面側から見た状態を示す平面図である。図６−２は、図６−１のＡ−Ａ線に沿った蒸着ヘッドの縦断面図である。
【００３８】
図６−１および図６−２に示すように、本実施例の変形例の蒸着ヘッド１００では、噴射口１０２ａが形成された蒸着ヘッド１００の表面１００ａに対して噴射口１０２ａ以外の部分を覆うように冷却板１１０が設置される。冷却板１１０は、例えばＳＵＳ（Steel  Use  Stainless）板であり、噴射口１０２ａが形成された蒸着ヘッド１００の表面１００ａを冷却する。
【００３９】
本実施例の変形例の蒸着ヘッドによれば、冷却板１１０を設けることによって、噴射口１０２ａが形成された蒸着ヘッド１００の表面１００ａを冷却することができる。その結果、本実施例の変形例の蒸着ヘッドによれば、噴射口１０２ａから噴射される蒸着材料ガスの過度な温度上昇を抑えることができるので、基板Ｓに形成される蒸着膜の均一性を一層向上することができる。
【００４０】
なお、本実施例の変形例では、蒸着ヘッド１００の表面１００ａに対して冷却板１１０を設置する例を示したが、さらに、冷却板１１０の内部に、冷却媒体を流すための流路を設けることもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  蒸気発生部
２０  輸送管
１００  蒸着ヘッド
１００ａ  表面
１０１ａ〜１０１ｄ  ガス流路
１０２  ノズル
１０２ａ  噴射口
１１０  冷却板
Ｓ  基板
ＣＲ  搬送領域
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
2013245364.tif 000009
【図６−２】
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