(57)【要約】【課題】蒸着装置の坩堝の割れを防止する。【解決手段】本発明の蒸着装置は、減圧雰囲気で蒸着を行うための蒸着装置であって、蒸着材料を収容する絶縁性の坩堝１０と、坩堝１０に収容された蒸着材料を蒸発させる高周波誘電加熱手段２０と、坩堝１０と高周波誘電加熱手段２０との相対位置を変化させる位置制御手段３０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧雰囲気で蒸着を行うための蒸着装置であって、
蒸着材料を収容する絶縁性の坩堝と、
前記坩堝に収容された蒸着材料を蒸発させる高周波誘電加熱手段と、
前記坩堝と前記高周波誘電加熱手段との相対位置を変化させる位置制御手段と、を備えていることを特徴とする蒸着装置。
【請求項２】
前記坩堝が雰囲気を制御可能なチャンバの内側に設置可能とされ、前記位置制御手段が前記坩堝及び／又は前記高周波誘電加熱手段を移動する駆動手段と該駆動手段を制御する制御手段とを有しており、該制御手段が前記チャンバの外側に設置可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
【請求項３】
前記坩堝の振動を検出する振動センサを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸着装置。
【請求項４】
前記坩堝の加速度を検出する加速度センサを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の蒸着装置。
【請求項５】
前記蒸着材料が電極材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の蒸着装置。
【請求項６】
前記蒸着材料が配線材料であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸着装置を用いた蒸着法は、デバイスの製造過程における電極や配線パターン等の形成に広く用いられている。蒸着装置は、例えば導電性の蒸着材料を収容するセラミックス製の坩堝（るつぼ）と、坩堝に収容された蒸着材料を蒸発させる高周波誘電コイル（加熱手段）とを備えている。これを用いて成膜するには、例えば真空チャンバ内に、坩堝に蒸着材料が収容された蒸着装置を設置するとともに、蒸着装置の上方に被処理基板を配置する。そして、坩堝の蒸着材料を加熱して蒸発させ、気体となった蒸着材料を被処理基板に接触させてここに付着させる。これにより、蒸着材料からなる膜を被処理基板の表面に形成することができる。
【０００３】
ところで、蒸着装置にあっては、蒸着材料の加熱時あるいは冷却時に、坩堝に割れを生じることがある。特に蒸着材料が溶融した状態で割れを生じると、蒸着材料が坩堝から漏れ出し、坩堝周辺に配置された蒸着装置の筐体や加熱手段等に付着し凝固してしまう。これを修理・修復するためには、多大な労力や時間、費用を要してしまう。このような理由により、坩堝の割れを防止することが極めて重要である。
【０００４】
坩堝に割れを生じる原因としては、蒸着材料の加熱時や冷却時に坩堝の温度が不均一に上昇あるいは降下し、坩堝に熱応力を生じることや、溶融した蒸着材料が凝固する際に坩堝と蒸着材料との熱膨張係数の違いにより、坩堝が応力を受けること等が考えられている。坩堝の割れ対策として、割れを生じにくい坩堝が特許文献１に、坩堝の割れ防止方法が特許文献２に、それぞれ開示されている。特許文献１の坩堝は、アルミナからなる容器とその外側を覆う金属皮膜とからなっており、金属皮膜により割れ耐性が高められている。また、特許文献２の方法は、蒸着材料の冷却時に坩堝内の温度勾配を調整しており、熱膨張係数の違いによる割れを防止できるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−５６９８８号公報
【特許文献２】特開平９−１４３６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１、２に開示されている坩堝やあるいは割れ防止方法を用いても、坩堝の割れ対策が十分であるとは言い難い。すなわち、特許文献１の坩堝を用いれば、割れを生じる頻度を減らすことはできても、割れの原因を根本的に解決することはできないため、割れを完全に防止するという観点からは不十分である。また、特許文献２の方法によれば、蒸着材料の冷却時における坩堝の割れを防止することができるが、加熱時における割れを防止することが意図されていないため、これを期待することができない。蒸着材料が溶融した状態で坩堝に割れを生じた場合には、凝固した状態よりも大きな被害となると考えられ、加熱時における割れを防止できなければ割れ対策として不十分である。
【０００６】
本発明者は、坩堝の割れを防止すべく試行錯誤を重ねたところ、坩堝に収容された蒸着材料が不均一に加熱されると溶融した蒸着材料の液面に揺らぎを生じることを発見した。さらに、液面に揺らぎを生じた状態で蒸着を行うと、蒸着中や、蒸着後における蒸着材料の冷却時、次に蒸着を行う際における蒸着材料の加熱時等に坩堝に割れを生じやすいことを見出した。これは、蒸着材料と坩堝との接触面積が坩堝の周方向で不均一となることによって、蒸着材料から坩堝への熱伝達が不均一となることや、熱膨張係数の違いによる応力が不均一になることに起因すると考えられる。
【０００７】
このような坩堝の割れの原因を根本的に解決するには、坩堝内の蒸着材料を均一に加熱するようにすればよく、そのためには坩堝と加熱手段との相対位置を適切に設定することが有効であると考えられる。ところが、減圧雰囲気で蒸着を行う場合には、坩堝と加熱手段との相対位置を調整することが極めて困難である。つまり、溶融した蒸着材料の液面を観察しここに揺らぎを生じていた場合には、大気圧雰囲気に戻すとともに蒸着材料を冷却し、十分に安全に留意しつつ、坩堝あるいは加熱手段を移動させ、再び減圧雰囲気とし蒸着材料を加熱しなければならない。これを複数回数行って試行錯誤するためには、多大な時間と労力を必要とするため、現実的には坩堝の割れを良好に防止することができない。
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、坩堝の割れを良好に防止可能な蒸着装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の蒸着装置は、減圧雰囲気で蒸着を行うための蒸着装置であって、蒸着材料を収容する絶縁性の坩堝と、前記坩堝に収容された蒸着材料を蒸発させる高周波誘電加熱手段と、前記坩堝と前記高周波誘電加熱手段との相対位置を変化させる位置制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
このようにすれば、例えば坩堝に収容した蒸着材料を加熱する際に、坩堝と高周波誘電加熱手段との相対位置を位置制御手段により変化させることが可能となり、良好な作業性で坩堝と高周波誘電加熱手段との相対位置を適切に設定することができる。これにより、蒸着材料は均一に加熱されて溶融し、溶融した蒸着材料の液面に揺らぎを生じることがなくなる。したがって、溶融した蒸着材料と坩堝との接触面積が、坩堝の周方向で均一となり、蒸着材料から坩堝への熱伝達や熱膨張係数の違いによる応力が均一となる。よって、坩堝の割れが防止され、良好に蒸着を行うことが可能な蒸着装置となる。
【００１１】
また、前記坩堝が雰囲気を制御可能なチャンバの内側に設置可能とされ、前記位置制御手段が前記坩堝及び／又は前記高周波誘電加熱手段を移動する駆動手段と該駆動手段を制御する制御手段とを有しており、該制御手段が前記チャンバの外側に設置可能とされていることが好ましい。
このようにすれば、例えば真空蒸着等の処理中に前記坩堝と前記高周波誘電加熱手段との相対位置を変化させることが可能となり、適切な相対位置に設定する作業の効率を格段に高めることができる。
【００１２】
また、前記坩堝の振動を検出する振動センサを備えていることが好ましい。
溶融した蒸着材料の液面に揺らぎを生じると坩堝に振動を生じるため、これを振動センサにより検出することにより、蒸着材料の加熱が不均一であるかを知ることが可能となる。したがって、坩堝の振動が最小となるように坩堝と高周波誘電加熱手段との相対位置を調整すれば、坩堝の割れを防止することができる。また、例えば溶融した蒸着材料の液面を観察してその揺らぎを検出する場合よりも、良好な作業性でしかも客観的に液面の揺らぎを検出することができるようになる。
【００１３】
また、前記坩堝の加速度を検出する加速度センサを備えていることが好ましい。
このようにすれば、溶融した蒸着材料の液面に揺らぎを生じることによる坩堝に振動を検出することができ、坩堝の割れを良好に防止することができるようになる。
【００１４】
また、前記蒸着材料が電極材料であってもよい。
一般に、電極材料等の導電材料を蒸着法で成膜する場合には、セラミックス製の坩堝を採用しこれが溶融した導電材料と反応しないようにする。セラミックス製の坩堝は、金属製の坩堝よりも割れを生じやすいが、本発明によれば坩堝の割れを良好に防止することができる。したがって、坩堝の割れによるプロセスの遅延や装置コストの増加等を生じることなく、良好に電極材料を蒸着することが可能となり、良好に電極を形成可能な蒸着装置となる。
【００１５】
また、前記蒸着材料が配線材料であってもよい。
このようにすれば、坩堝の割れによるプロセスの遅延や装置コストの増加等を生じることなく、良好に電極材料を蒸着することが可能となり、良好に配線を形成可能な蒸着装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。
【００１７】
図１は、本実施形態の蒸着装置１を模式的に示す側断面構成図である。図１に示すように、蒸着装置１は、蒸着材料を収容する絶縁性の坩堝１０と、坩堝１０内に収容された蒸着材料Ｍを加熱して蒸発させる誘電コイル（高周波誘電加熱手段）２０と、坩堝１０と誘電コイル２０との相対位置を変化させる位置制御手段３０と、を備えている。本実施形態では、坩堝１０、誘電コイル２０、及び位置制御手段３０は、箱状の筐体５０に内包されている。
【００１８】
誘電コイル２０は、筐体５０の側壁に固定されて筐体５０に対する相対位置が変化しないようになっている。位置制御手段３０は、駆動手段３１とこれを制御する制御手段３２とを備えている。駆動手段３１は、筐体５０の底面に固定されて筐体５０に対する相対位置が変化しないようになっている。また、駆動手段３１上にはステージ４０が設けられており、ステージ４０は駆動手段３１によってこの上を、筐体５０の底面に平行な２方向及び底面に直交する１方向の３方向に移動させることができるようになっている。ステージ４０は、この上に坩堝１０を設置することができるようになっている。すなわち、駆動手段３１は、坩堝１０が設置されたステージ４０を移動させることにより、坩堝１０と誘電コイル２０との相対位置を変化させることができるようになっている。また、制御手段３２は、ケーブル等を介して駆動手段３１と接続されており、駆動手段３１から離れた位置からこれを制御することができるようになっている。
【００１９】
本実施形態の蒸着材料Ｍは、配線材料や電極材料として用いられる導電材料であり、例えばアルミニウム等である。
坩堝１０は、ここでは、開口形状が略円形とされその内径が底面側に向うにつれて小さくなる有底円筒状のものである。また、窒化ホウ素（ＰＢＮ）、カーボン、石英、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等からなり、蒸着材料Ｍと反応しないようになっている。
誘電コイル２０は、ステージ４０に載置された坩堝１０の周囲をらせん状に囲んで配置されている。誘電コイル２０に電流を流すと磁界が発生し、この磁界が蒸着材料に渦電流を生じさせるようになっている。これにより、坩堝１０内に収容された蒸着材料Ｍを直接加熱するようになっている。
【００２０】
ステージ４０は、駆動手段３１上に設けられた支持台４１と、支持台４１上に設けられた載置テーブル４２と、載置テーブル４２上に設けられた断熱材４３と、を備えている。また、載置テーブル４２の下面側には、坩堝１０の振動を断熱材４３及び載置テーブル４２を介して検出する振動センサ６０が設けられている。断熱材４３は箱状となっており、この内側に坩堝１０を着脱可能に設置することができるようになっている。これにより坩堝１０へ蒸着材料の搬入する作業や、坩堝１０内側の付着物を洗浄する作業等を効率よく行うことができる。
【００２１】
断熱材４３は断熱性を有しており、これを介して加熱時における蒸着材料の熱が載置テーブル４２等に伝わらないようになっている。断熱材４３上と筐体５０上との間には、坩堝１０上を開口させてカバー５１が設けられている。これにより、蒸発した蒸着材料Ｍが断熱材４３と筐体５０との間に入り込んで誘電コイル２０等に付着することが防止されている。
【００２２】
次に、本実施形態の蒸着装置１を用いて蒸着材料を成膜する方法を説明する。なお、説明は、有機ＥＬ装置の製造過程において共通電極を形成する方法に基づいて行う。有機ＥＬ装置は、薄膜トランジスタや配線等が形成されたＴＦＴ基板上に、ＩＴＯ等からなる画素電極、有機ＥＬ材料からなる発光層、アルミニウム等からなる共通電極等が順に形成されたものである。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｄ）は、蒸着装置１を用いた蒸着法による成膜方法を模式的に示す断面工程図である。
まず、図２（ａ）に示すように、蒸着装置１本体を真空チャンバＣ内に設置する。真空チャンバＣは、その内側に被処理基板を搬入するためのエアロックや、その内側において被処理基板を移動させる移動手段等を備えたものである。また、その内側の雰囲気を制御可能とされている。前記したように位置制御手段３０の制御手段３２は駆動手段３１とケーブルを介して接続されており、この制御手段３２を真空チャンバＣの外側に配置しておく。そして、設置された蒸着装置１本体の坩堝１０に蒸着材料Ｍとしてアルミニウムを収容した後、真空チャンバＣ内を減圧するとともに誘電コイル２０により蒸着材料Ｍを加熱して、蒸着材料Ｍを溶融する。
【００２４】
前記のように坩堝１０は、蒸着材料の搬入や洗浄等における作業性を確保するために、ステージ４０に対して着脱可能に固定できるようになっている。着脱を行うと、ステージ４０に対する坩堝１０の相対位置が着脱前とずれてしまうことがある。ステージ４０と坩堝１０との相対位置がずれると、誘電コイル２０と坩堝１０との相対位置も変わってしまい、これが適切な相対位置にならない場合もある。このような場合には、図２（ａ）に示したように、溶融した蒸着材料Ｍの液面に揺らぎを生じてしまう。
【００２５】
次に、溶融した蒸着材料Ｍの液面に揺らぎを検出し、図２（ｂ）に示すように、検出結果に基づいて位置制御手段３０によりステージ４０を移動させ、坩堝１０と誘電コイル２０との相対位置を調整する。ここでは、載置テーブル４２の下面側に設けられた振動センサ６０により坩堝１０の振動を検出してこれが最小となるように、真空チャンバＣの外側に設置した制御手段３２により駆動手段３１を制御してステージ４０を移動させて、坩堝１０と誘電コイル２０との相対位置を調整する。
【００２６】
このようにすれば、溶融した蒸着材料Ｍの液面に揺らぎを客観的に、かつ効率よく検出することができる。また、真空チャンバＣ内を減圧雰囲気とし、かつ蒸着材料を加熱した状態のまま坩堝１０と誘電コイル２０との相対位置を調整することができる。これにより、例えば真空チャンバ内を大気圧雰囲気に戻しかつ蒸着材料を冷却した後に、手動で坩堝１０と誘電コイル２０の相対位置を調整する場合よりも、作業性が格段に改善される。以上のようにして、図２（ｂ）に示したように、溶融した蒸着材料Ｍの液面に揺らぎをなくすことができる。
【００２７】
次に、例えば真空チャンバＣ内に前記エアロックを通して被処理基板１００を搬入し、前記移動手段によりこれを移動させて、坩堝１０の上方に被処理基板１００を配置する。被処理基板１００は、例えば前記ＴＦＴ基板上に画素電極や発光層が形成されたものであり、ここでは、発光層が形成された側が坩堝１０側となるように被処理基板１００を配置する。
【００２８】
そして、図２（ｃ）に示すように、蒸着材料Ｍを蒸発させ、気体となった蒸着材料を被処理基板１００の発光層側に接触させる。気体となった蒸着材料は、被処理基板１００の発光層側に接触して凝固し、ここに蒸着材料からなる膜が形成される。溶融した蒸着材料Ｍの液面に揺らぎをなくしているので、溶融した蒸着材料Ｍの液面は、坩堝１０の周方向（ここでは円周に沿う方向）で均一な高さとなる。したがって、蒸着材料Ｍと坩堝１０との接触面積は前記周方向で均一となり、蒸着材料Ｍから坩堝１０への熱伝達も周方向で均一となる。よって、坩堝１０の温度は周方向で均一となり周方向の熱応力が小さくなるので、加熱時における坩堝１０の割れが防止される。
【００２９】
このような成膜を所定の時間行うことにより、図２（ｄ）に示すように、被処理基板１００の発光層側（坩堝１０側）に、蒸着材料（アルミニウム）からなり所定の厚さの共通電極１１０を形成する。そして、前記エアロックを通して被処理基板１００を真空チャンバＣの外側に搬出する。なお、このようにして形成された膜を適宜パターニングして、補助配線等の配線とすることもできる。
【００３０】
以上のように蒸着を行った後、誘電コイル２０に流す電流を漸次小さくして蒸着材料Ｍの加熱を緩やかにし、蒸着材料Ｍの温度を漸次低下させる。前記のように溶融した蒸着材料Ｍの液面に揺らぎをなくしているので、蒸着材料Ｍは均一に放熱され、液面に揺らぎを生じることなく凝固する。したがって、坩堝１０と蒸着材料Ｍとの熱膨張係数の違いにより坩堝１０に働く応力が坩堝１０の周方向で均一となり、蒸着後の冷却時における坩堝１０の割れが防止される。また、凝固した蒸着材料Ｍはその表面が平坦となっているので、次に蒸着を行う際にこれを均一に加熱することが容易化され、坩堝１０の割れが良好に防止される。
【００３１】
本発明の蒸着装置にあっては、坩堝１０と誘電コイル２０との相対位置を良好に調整することが可能となっているので、坩堝１０に収容された蒸着材料Ｍを均一に加熱することができる。したがって、溶融した蒸着材料Ｍの液面に揺らぎを生じることが防止され、過熱時や冷却時等において坩堝１０に働く応力がその周方向で均一となる。よって、坩堝１０の割れが防止され、坩堝１０の割れによるプロセスの遅延や装置コストの増加等を生じることなく良好に成膜することが可能な蒸着装置となっている。
本発明の蒸着装置を用いれば、例えば有機ＥＬ装置等のデバイスを製造する際に、電極や配線等を効率よく、かつ低コストで形成することが可能となる。
【００３２】
なお、前記実施形態では、坩堝１０の振動を検出する手段として振動センサ６０を採用したが、加速度センサを採用してもよい。例えば、載置テーブル４２の下面側に、この面に沿う方向の加速度を検出する加速度センサを設けるようにしてもよく、異なる２方向以上の加速度を検出するように２つ以上の加速度センサを設けるようにしてもよい。また、振動センサや加速度センサを設ける位置としては、誘電コイル２０の影響を受けにくい場所であればよく、例えば支持台４１の外壁等に設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の蒸着装置を模式的に示す側断面構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、成膜方法を模式的に示す断面工程図である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・蒸着装置、１０・・・坩堝、２０・・・誘電コイル（高周波誘電加熱手段）、３０・・・位置制御手段、３１・・・駆動手段、３２・・・制御手段、４０・・・ステージ、５０・・・筐体、６０・・・振動センサ、Ｍ・・・蒸着材料、Ｃ・・・真空チャンバ（チャンバ）
【図１】
2009138244.tif 000003
【図２】
2009138244.tif 000004