(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗体からなる抵抗加熱容器を有し、膜厚計からの検出信号で制御された電流を前記抵抗体に流し発熱させて蒸発材料を蒸発させ、前記抵抗加熱容器に設けた吹出し孔から蒸発粒子を放出する蒸発源において、
さらに、前記抵抗加熱容器は、蒸発材料を充填する絶縁性の材料容器を具備し、前記材料容器は下部開口部を有し、
前記下部開口部は、前記抵抗加熱容器の内部に位置し、前記下部開口部と前記抵抗体の間に隙間が形成されていることを特徴とする蒸発源。
【請求項２】
前記抵抗加熱容器は、板状抵抗体と上蓋抵抗体からなり、前記上蓋抵抗体に、前記材料容器が備えられると共に、前記吹出し孔が形成され、前記材料容器の前記下部開口部が、前記板状抵抗体に近づけて設けられていることを特徴とする請求項１記載の蒸発源。
【請求項３】
前記抵抗加熱容器は、前記材料容器を備えた上蓋抵抗体と、前記吹出し孔を有するボート状抵抗体と、前記上蓋抵抗体と前記ボート状抵抗体の間に設けられ前記蒸発粒子の通過孔を有する板状抵抗体とからなり、前記材料容器の前記下部開口部が前記板状抵抗体に近づけて設けられていることを特徴とする請求項１記載の蒸発源。
【請求項４】
抵抗体からなる抵抗加熱容器を有し、前記抵抗加熱容器に設けた吹出し孔から蒸発粒子を放出する蒸発源において、
さらに前記抵抗加熱容器は蒸発材料を充填する絶縁性の材料容器を具備し、前記材料容器は上部開口部を有し、前記上部開口部は、前記抵抗加熱容器の内部に設けられ、
かつ前記抵抗加熱容器は、前記吹出し孔を有する上蓋抵抗体と、前記材料容器を備えたボート状抵抗体と、前記上蓋抵抗体と前記ボート状抵抗体の間に設けられ前記蒸発粒子の通過孔を有する板上抵抗体とからなり、前記材料容器の前記上部開口部が前記板状抵抗体に近づけて設けられ、前記材料容器に、温調計からの検出信号で制御された電流で発熱し前記蒸発材料を蒸発させる発熱線が設けられた
ことを特徴とする蒸発源。
【請求項５】
前記材料容器は絶縁性を有するルツボであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸発源に関し、特に、真空容器内で高蒸気圧材料を蒸発させ基板に薄膜を形成する成膜装置に使用され、生産用装置に適した、抵抗加熱の原理を応用してなる蒸発源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高蒸気圧材料（有機ＥＬ用有機物等）を蒸発させて基板に成膜を行う成膜装置（蒸着装置）に使用される従来の蒸発源は、抵抗体を使用する抵抗加熱蒸発源と、ルツボの周囲に発熱線を巻いたセルタイプの蒸発源に大別される。従来の抵抗加熱蒸発源とセルタイプ蒸発源を図を参照して説明する。
【０００３】
図６は抵抗加熱蒸発源の代表的構成を示す。図６に示すごとく、成膜装置を形成する真空容器７１の中で、下方位置に抵抗加熱蒸発源７２が設けられ、上方位置にホルダ７３に支持された基板７４が配置される。ホルダ７３はリング形状であり、基板７４の下面が下方に臨み、この下面に、蒸発して下方から到来する高蒸気圧材料が成膜される。基板７４の近傍には、抵抗加熱蒸発源７２における材料の蒸発量を制御するための検出信号を出力する水晶振動子式膜厚計７５の検出器７６が配置される。抵抗加熱蒸発源７２から矢印７７のごとく放出された蒸発粒子は、基板７４の下面の他、膜厚計７５の検出器７６にも付着する。抵抗加熱蒸発源７２は、下側のボート状抵抗体７８と、上側の蓋状抵抗体７９と、両者の間に介設される板状抵抗体８０とからなり、３つの抵抗体は図示されるごとく重ね合わされ、両端部を電極部８１，８２で挟持され固定されている。ボート状抵抗体７８は蒸発材料８３を充填する容器として機能する。蓋状抵抗体７９と板状抵抗体８０には、蒸発材料８３の蒸発粒子が通過する吹出し孔７９ａ，８０ａが形成されている。抵抗加熱蒸発源７２の各抵抗体７８，７９，８０には電源８４から電極部８１，８２を介して電流が供給され、抵抗体が発熱する。電源８４から供給される電流の量は、膜厚計７５からの検出信号に基づき制御される。抵抗体７８，７９，８０が発熱すると、ボート状抵抗体７８に充填された蒸発材料８３は材料固有の温度で蒸発を開始する。蒸発材料８３の蒸発粒子は抵抗体８０，７９に形成された吹出し孔８０ａ，７９ａを通って抵抗加熱蒸発源７２の周囲の空間に放出される。こうして放出された蒸発粒子は前述のごとく基板７４の下面および検出器７６の下面に堆積する。上記の水晶振動子式膜圧計７５は、蒸発粒子が検出器７６に付着することにより発振周波数が変化することを利用して、蒸発量を制御する機器である。膜厚計７５は、検出器７６の蒸発粒子の付着量を監視しながら、所望の蒸発量になるように電源８４に信号ケーブルを介して信号を送り、電源８４の出力を変化させることで抵抗体７８〜８０の発熱量を変化させ、蒸発材料８３の蒸発量を制御する。
【０００４】
次に図７はセルタイプ蒸発源の代表的構成を示す。図７において、図６で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。図７に示すごとく、成膜装置を形成する真空容器７１の中で、下方位置にセルタイプ蒸発源８５が設けられ、上方位置にホルダ７３に支持された基板７４が配置される。ホルダ７３を介して基板７４の下面が下方に臨み、この下面に、蒸発して下方から到来する高蒸気圧材料が成膜される。セルタイプ蒸発源８５はルツボ８６と、ルツボ８６の下部周囲に巻かれた発熱線８７から構成され、電源８８から発熱線８７に電流を流すことでこの発熱線８７が発熱し、その輻射熱でルツボ８６の温度を上昇させることでルツボ８６内に充填された材料８３は材料固有の温度で蒸発を始める。ルツボ８６の材料が石英等の赤外波長を透過しやすい物質でできている場合は、発熱線８７からの輻射熱で直接に材料８３を加熱することとなる。蒸発粒子は、ルツボ８６の開口８６ａから蒸発源の周囲空間に矢印８９のごとく放出される。放出された蒸発粒子は、一部が基板７４の表面に到達する。蒸発量の制御は、ルツボ８６の外側に設置された熱電対による温調計９０でルツボ温度を監視し電源８８の出力を変化させることで行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の抵抗加熱蒸発源は、抵抗体の熱容量が小さく、抵抗体の電流値の変化に対する材料の温度変化の応答性がよく、蒸発量の制御性に優れている。その反面、このような特長を発揮させる観点から蒸発材料を充填するボート状抵抗体７８の形態が定められているので、蒸発材料を多く充填できず、このため長時間蒸発させることは難しく、生産装置には向いていないという欠点を有している。
【０００６】
一方、従来のセルタイプ蒸発源は、構造的に蒸発材料を大量に充填できるため、生産装置には向いているという特長を有する。しかし、蒸発材料が大量であるため熱容量が大きいことと、ルツボ外側からの熱輻射で材料の蒸発制御を行っていることで、発熱線８７を流れる電流値の変化に対する材料の温度変化の応答性が悪く、特に高い蒸発速度での制御が難しいという欠点を有している。さらにルツボ８６の外周部分の温度変化を監視しているために、ルツボ内の材料の量の変化に伴い、材料の温度が異なり、蒸発量が異なるという欠点を有している。
【０００７】
現在のところ蒸発源としては生産装置の適した材料の充填量の観点からセルタイプが主流である。しかしながら、上記欠点を有することから、さらに蒸発速度の制御性が高い蒸発源が望まれている。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題を解決することにあり、大量の蒸発材料を充填できて生産用成膜装置に適し、さらに有機物材料等の高蒸気圧材料で蒸発量の制御に優れた蒸発源を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る蒸発源は上記目的を達成するために次のように構成される。
第１の蒸発源（請求項１に対応）は、抵抗体からなる抵抗加熱容器を有し、膜厚計からの検出信号で制御された電流を抵抗体に流し発熱させて蒸発材料を蒸発させ、抵抗加熱容器に設けた吹出し孔から蒸発粒子を放出するように構成され、さらに、抵抗加熱容器は、蒸発材料を充填する絶縁性の材料容器を具備し、材料容器は下部開口部を有し、下部開口部は、抵抗加熱容器の内部に位置し、下部開口部と抵抗体の間に隙間が形成されている。
本発明に係る蒸発源では、抵抗加熱型の蒸発源の構成をベースとして容積の大きい材料容器を付設することより多量の蒸発材料を蒸発させることができ、生産装置として適した構成を有する。さらに材料容器に充填された多量の蒸発材料が材料容器の外側へ出るとき、その一部が抵抗体に接触し、部分的に蒸発を発生させる。これによって多量の蒸発材料を偏ることなく、蒸発させることが可能となる。さらに抵抗加熱蒸発源の構造を利用するため、蒸発量に高い制御を行うことが可能となる。
第２の蒸発源（請求項２に対応）は、上記第１の構成において、上記抵抗加熱容器が板状抵抗体と上蓋抵抗体からなり、上蓋抵抗体に材料容器が備えられると共に吹出し孔が形成され、材料容器の下部開口部が板状抵抗体に近づけて設けられるように構成される。蒸発材料が充填された材料容器は逆さに配置され、材料容器の下部開口部は、板状抵抗体に接近させて設けられる。材料容器内の蒸発材料は下方に移動し、もっとも下側に位置する蒸発材料が板状抵抗体に接触する。
第３の蒸発源（請求項３に対応）は、上記第１の構成において、抵抗加熱容器が、材料容器を備えた上蓋抵抗体と、吹出し孔を有するボート状抵抗体と、上蓋抵抗体とボート状抵抗体の間に設けられ蒸発粒子の通過孔を有する板状抵抗体とからなり、材料容器の下部開口部が板状抵抗体に近づけて設けられるように構成される。この構成によれば、多量の蒸発材料を充填できる材料容器を備え、生産装置に適したデポダウン構造の蒸発源が実現される。
第４の蒸発源（請求項４に対応）は、抵抗体からなる抵抗加熱容器を有し、抵抗加熱容器に設けた吹出し孔から蒸発粒子を放出する蒸発源において、さらに抵抗加熱容器は蒸発材料を充填する絶縁性の材料容器を具備し、材料容器は上部開口部を有し、上部開口部は、抵抗加熱容器の内部に設けられ、かつ抵抗加熱容器は、吹出し孔を有する上蓋抵抗体と、材料容器を備えたボート状抵抗体と、上蓋抵抗体とボート状抵抗体の間に設けられ蒸発粒子の通過孔を有する板状抵抗体とからなり、材料容器の上部開口部が板状抵抗体に近づけて設けられ、材料容器に、温調計からの検出信号で制御された電流で発熱し蒸発材料を蒸発させる発熱線が設けられるように構成される。この蒸発源は、抵抗加熱の構造とセルタイプの構造を組み合わせ、多量の蒸発材料を用意して生産装置に適し、かつ蒸発材料の蒸発量の制御を高めることができる。
第５の蒸発源（請求項５に対応）は、上記の各構成において、材料容器は絶縁性を有するルツボであることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図３は本発明に係る蒸発源の第１の実施形態を示す。図１は上方斜めから見た容器部分の外観を示し、図２は内部構造を示し、図３は図２におけるＡ−Ａ線断面の図を示している。この実施形態による蒸発源は抵抗加熱蒸発源を応用した構成を有している。蒸発源の容器１１は、底部を形成する板状抵抗体１２と、上蓋抵抗体１３とから構成される抵抗加熱容器である。板状抵抗体１２では中央部に仕切り壁１４が形成されている。上蓋抵抗体１３には、従来の抵抗加熱蒸発源の蓋状抵抗体と同じ形態を有し、かつ長手方向の一方の側に上方向に立てた姿勢で長形の材料容器１５が設けられている。板状抵抗体１２と上蓋抵抗体１３は、電流を流すと熱を発する高融点金属（タングステン、モリブデン等）で作製され、材料容器１５は例えば絶縁性のある石英で形成されている。図２に示されるごとく材料容器１５の上端は閉じられており、下端は開いている。下端の開口部は材料容器１５内に蒸発材料１６を充填する口として、および蒸発させるときの蒸発材料１６が取り出される口として使用される。板状抵抗体１２と上蓋抵抗体１３は図２に示されるごとく重ね合わされて使用され、容器１１が形成される。上蓋抵抗体１３に設けられた材料容器１５は、その下端の開口部が板状抵抗体１２に接近し、重ね合わせたときには所望の隙間が形成されるようになっている。また材料容器１５の長さは充填しようとする蒸発材料１６の量に対応させて決められる。板状抵抗体１２と上蓋抵抗体１３を重ね合わせて蒸発源の容器１１を形成したとき、材料容器１５は、板状抵抗体１２の仕切り壁１４の一方の側（図２中左側）に位置するように構成されている。また上蓋抵抗体１３には、仕切り壁１４を境として材料容器１５とは反対側の部分に、蒸発材料１６から蒸発した粒子が容器１１の周囲空間に放出されるための例えば１つの吹出し孔１７が形成されている。板状抵抗体１２の仕切り壁１４と上蓋抵抗体１３との間には隙間１８が形成されている。蒸発粒子は、矢印１９に示されるごとく移動して吹出し孔１７から放出されることになる。仕切り板１４を設けた理由は、蒸発粒子の通路のコンダクタンスを小さくして圧力勾配をつけることにある。圧力勾配がつけられると、蒸発粒子の拡散が顕著になる。
【００１２】
図２に示されるように、重ね合わされた板状抵抗体１２と上蓋抵抗体１３は、その両端が重ね合わされ、電極部２０，２１によって固定される。電極部２０，２１は各々２枚の板材を重ねてネジ等で固定する構造を有し、それにより上記両端を挟み込み、固定する。図に示すように板状抵抗体１２と上蓋抵抗体１３は各々の周縁部が接触した状態に保持されるが、板状抵抗体１２の上で溶融し蒸発する蒸発材料１６が外部に漏れないように両者は密閉した状態で保持されている。この密閉状態を作るために、板状抵抗体１２あるいは上蓋抵抗体１３の縁部に折返し部を設けることも好ましい。
【００１３】
上記構成を有する蒸発源は、図６で説明した従来の成膜装置と同様な装置に使用される。すなわち蒸発源の板状抵抗体１２と上蓋抵抗体１３には、電極部２０，２１を介して電源２２から電流が供給される。板状抵抗体１２と上蓋抵抗体１３に電流が流れると、材料容器１５に充填された多量の蒸発材料１６のうち、板状抵抗体１２に接触する最下位に位置する蒸発材料の部分から溶融し蒸発する。蒸発した粒子は矢印１９のごとく移動し、吹出し孔１７から周囲の空間に放出される。容器１１の上蓋抵抗体１３の吹出し孔１７から放出された蒸発粒子は上昇し、図６で示されたように基板７４の下面に付着し成膜される。蒸発源における蒸発材料１６の蒸発量の制御は従来と同じであり、水晶振動子式薄膜計からの検出信号に基づき抵抗体に流す電流量を調整することにより制御される。本実施形態による蒸発源によれば、多くの蒸発材料を充填することができ、かつ下部の蒸発材料から次第に蒸発するように構成したため、長時間の連続成膜が可能になり、生産装置への利用が可能であると共に、蒸発量の適切に制御することができ、さらに低電力で蒸発を行うことができる。
【００１４】
上記実施形態において、材料容器１５の上部を開口し、蒸発材料１６を適宜に供給できる構造を設けることも可能である。
【００１５】
図４を参照して本発明に係る蒸発源の第２の実施形態を説明する。この実施形態は第１実施形態の変形例であり、図４は上記図２に対応する図である。この実施形態による蒸発源は、下方に蒸発粒子を放出するデポダウン構造を有している。図４において、前述の実施形態で説明された要素と同一の要素には同一の符号を付している。蒸発源の容器（抵抗加熱容器）３１は、上側の上蓋抵抗体３２と、容器の下側部分を形成するボート状抵抗体３３と、その中間に位置する板状抵抗体３４とから構成される。上蓋抵抗体３２と板状抵抗体３４の基本的形態は第１実施形態のものと似ている。ボート状抵抗体３３の基本的形態は従来技術のものと似ている。上蓋抵抗体３２にはそのほぼ中央の位置に前述した材料容器１５が設けられている。板状抵抗体３４の両側に蒸発粒子の通路としての少なくとも２つの孔３５が形成されている。ボート状抵抗体３３のほぼ中央に少なくとも１つの吹出し孔３６が形成されている。材料容器１５に多量の蒸発材料１６が充填されている点、蒸発材料１６の下側部分から部分的に蒸発する点は、第１実施形態と同じである。さらにその他の構成については第１実施形態で説明した構成と同じである。
【００１６】
本実施形態によれば、デポダウン構造の抵抗加熱蒸発源を実現できると共に、さらに前述の第１実施形態と同等の効果を発揮させることができる。すなわち大量の蒸発材料を充填でき、長時間の連続成膜ができ、生産装置へ利用できると共に、蒸発量の適切に制御することができる。
【００１７】
前述の第１および第２の実施形態による構造は有機物材料等の昇華性物質で特に有効である。また材料容器１５と板状抵抗体１２の間の隙間、あるいは材料容器１５と板状抵抗体３４の間の隙間を調整することにより、溶融する材料１６においても表面張力の効果で流れ出すことなく同じ効果が得られる。
【００１８】
次に図５を参照して本発明に係る蒸発源の第３の実施形態を説明する。この実施形態による蒸発源は、抵抗加熱蒸発源の構造とセルタイプ蒸発源の構造を組み合わせて構成される。図５は蒸発源の構成と蒸発を制御するシステムの構成を示している。なお図５において、前述の各実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。
【００１９】
成膜装置を形成する真空容器４１において、下方位置に本実施形態による蒸発源４２が設けられ、上方位置にリング形状のホルダ４３に支持された基板４４が配置される。ホルダ４３上の基板４４は、その下面が下方に臨み、この下面に高蒸気圧材料が成膜される。基板４４の近傍には、蒸発源４２における材料の蒸発量を制御するための検出信号を出力する水晶振動子式膜厚計４５の検出器４６が配置される。蒸発源４２から放出された蒸発粒子は基板４４の下面と検出器４６の検出面に付着する。
【００２０】
蒸発源４２の抵抗加熱容器は、上側の上蓋抵抗体４７と、下側のボート状抵抗体４８と、両者の間に介設される板状抵抗体４９とからなり、３つの抵抗体は図示されるごとく重ね合わされ、両端部を前述の電極部２０，２１で挟持され固定されている。ボート状抵抗体４８は、そのほぼ中央位置に多量の蒸発材料１６を充填できる材料容器１５が設けられる。材料容器１５は開口部が上側に位置するように使用される。また上蓋抵抗体４７と板状抵抗体４９には、蒸発材料１６からの蒸発粒子が通過する吹出し孔５０，５１が形成されている。蒸発源４２の各抵抗体４７，４８，４９には電源５２から電極部２０，２１を介して電流が供給され、発熱が生じる。電源５２から供給される電流の量は、膜厚計４５からの検出信号に基づき制御される。各抵抗体４７，４８，４９を図示のごとく組み付けた状態で、材料容器１５の上端開口部と板状抵抗体４９の間には所望の隙間が形成されている。
【００２１】
材料容器１５は、必要とされる蒸発材料１６を収容する十分な容積を有し、例えば石英で作られている。材料容器１５に関する構成には、さらにセルタイプの蒸発源の構成が付加される。すなわち材料容器１５はルツボとして機能し、その下部には発熱線５３が巻かれている。発熱線５３は電源５４に接続され、電源５４から発熱線５３に電流を流すことでこの発熱線５３が発熱し、その輻射熱で材料容器１５の温度を上昇させることで材料容器１５内に充填された蒸発材料１６は材料固有の温度で蒸発する。また材料容器１５は赤外波長を透過しやすい石英で作られているので、発熱線５３からの輻射熱で直接に蒸発材料１６は加熱される。蒸発粒子は、材料容器１５の上端開口部から放出される。材料容器１５からの蒸発量の制御は、材料容器１５の外部に設置された熱電対による温調計５５で温度を監視し電源５４の出力を変化させることで行われる。
【００２２】
さらに材料容器１５の上端開口部から放出された蒸発粒子は、矢印５６のごとく、板状抵抗体４９の吹出し孔５１および上蓋抵抗体４７の吹出し孔５０を通過して外部の周囲空間へ放出される。このとき抵抗体４７，４８，４９は発熱状態にある。こうして放出された蒸発粒子は前述のごとく基板４４の下面および膜厚計４５の検出器４６の検出面に堆積する。水晶振動子式膜圧計４５は、蒸発粒子が検出器４６に付着することにより発振周波数が変化することを利用して、蒸発量を制御する。この膜厚計４５は、検出器４６における蒸発粒子の付着量を監視しながら、所望の蒸発量になるように電源５２に信号を送り、電源５２の出力を変化させることで抵抗体４７，４８，４９の発熱量を変化させ、蒸発材料１６の蒸発量を制御する。
【００２３】
上記第３の実施形態によれば、材料容器１５に充填された蒸発材料１６は発熱線５３の発熱作用に基づきその固有の温度で蒸発を始める。蒸発材料１６からの蒸発粒子は材料容器１５の上側にあるボート状抵抗体４８と板状抵抗体４９の表面に付着するが、これらの抵抗体からの熱を受けて再度蒸発し、矢印５６のごとく移動して上蓋抵抗体４７の吹出し孔５０から外部の空間へ放出される。放出された蒸発粒子は基板４４や検出器４６に付着する。水晶振動子式膜圧計４５は得られた情報に基づき電源５２に信号を送り、その出力を変化させることで、抵抗体４７，４８，４９の発熱量を変化させ、蒸発量を制御する。蒸発量を抵抗体に直接電流を流すことによる温度変化で制御しているため、蒸発速度の変化に対する応答性がよく、さらに材料容器１５内に多くの材料を充填できるため、生産装置での利用に適している。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、抵抗体からなる抵抗加熱容器と多量の蒸発材料を充填できる材料容器を組み合わせて構成し、かつ蒸発材料を蒸発させるとき一部の蒸発材料が抵抗体に接触するように構成したため、長時間安定して蒸発材料を蒸発させることができ、また蒸発量の制御を有効に行うことができる。従って生産装置に適した蒸発源を実現することができる。さらにデポダウン構造の蒸発源を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸発源の第１実施形態を示し、上方斜めから見た容器部分の外観図である。
【図２】第１実施形態による蒸発源の内部構造を示す縦断面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による蒸発源の内部構造を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による蒸発源の構造および装置の全体を示す構成図である。
【図６】従来の抵抗加熱蒸発源の構成図である。
【図７】従来のセルタイプ蒸発源の構成図である。
【符号の説明】
１１                  容器（抵抗加熱容器）
１２                  板状抵抗体
１３                  上蓋抵抗体
１５                  材料容器
１６                  蒸発材料
１７                  吹出し孔
２０，２１            電極部
３１                  容器（抵抗加熱容器）
３２                  上蓋抵抗体
３３                  ボート状抵抗体
３４                  板状抵抗体
４１                  真空容器
４２                  蒸発源
４４                  基板
４６                  検出器
４７                  上蓋抵抗体
４８                  ボート状抵抗体
４９                  板状抵抗体
５３                  発熱線
【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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