蒸気発生装置、蒸着装置、成膜方法
【課題】膜質の良い有機薄膜を成膜可能な装置と成膜方法を提供する。
【解決手段】載置部材２２の載置面２５は水平面から傾斜しており、加熱した載置面２５に蒸着材料３９を載置すると、蒸着材料３９は載置面２５上で広がるから、蒸着材料３９が短時間で蒸発し、蒸発室２１内部に蒸着材料３９の蒸気が発生する。蒸着材料３９は短時間で蒸発するから、蒸発速度が蒸着材料３９が熱分解されない。また、従来に比べて蒸気発生速度の安定するから、有機薄膜の膜厚が均一になる。
【解決手段】載置部材２２の載置面２５は水平面から傾斜しており、加熱した載置面２５に蒸着材料３９を載置すると、蒸着材料３９は載置面２５上で広がるから、蒸着材料３９が短時間で蒸発し、蒸発室２１内部に蒸着材料３９の蒸気が発生する。蒸着材料３９は短時間で蒸発するから、蒸発速度が蒸着材料３９が熱分解されない。また、従来に比べて蒸気発生速度の安定するから、有機薄膜の膜厚が均一になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸気発生装置と、該蒸気発生装置を用いた蒸着装置、及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は近年最も注目される表示素子の一つであり、高輝度で応答速度が速いという優れた特性を有している。有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に赤、緑、青の三色の異なる色で発色する発光領域が配置されている。発光領域は、アノード電極膜、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及びカソード電極膜がこの順序で積層されており、発光層中に添加された発色剤で、赤、緑、又は青に発色するようになっている。
ホール輸送層、発光層、電子輸送層等は一般に有機材料で構成されており、このような有機材料の膜の成膜には蒸着装置が広く用いられる。
【０００３】
図５の符号２０３は、従来技術の蒸着装置であり、真空槽２１１の内部に蒸着容器２１２が配置されている。蒸着容器２１２は、容器本体２２１を有しており、該容器本体２２１の上部は、一乃至複数個の放出口２２４が形成された蓋部２２２で塞がれている。
【０００４】
蒸着容器２１２の内部には、粉体の有機蒸着材料２００が配置されている。
蒸着容器２１２の側面と底面にはヒータ２２３が配置されており、真空槽２１１内を真空排気し、ヒータ２２３が発熱すると蒸着容器２１２が昇温し、蒸着容器２１２内の有機蒸着材料２００が加熱される。
有機蒸着材料２００が蒸発温度以上の温度に加熱されると、蒸着容器２１２内に、有機材料蒸気が充満し、放出口２２４から真空槽２１１内に放出される。
【０００５】
放出口２２４の上方にはホルダ２１０が配置されており、ホルダ２１０に基板２０５を保持させておけば、放出口２２４から放出された有機材料蒸気が基板２０５表面に到達し、ホール注入層やホール輸送層や発光層等の有機薄膜が形成される。有機材料蒸気を放出させながら、基板２０５を一枚ずつ放出口２２４上を通過させれば、複数枚の基板２０５に逐次有機薄膜を形成することができる。
【０００６】
しかし、複数枚の基板２０５に成膜するには、蒸着容器２１２内に多量の有機材料を配置する必要がある。実際の生産現場では、有機材料を２５０℃〜４５０℃に加熱しながら１２０時間以上連続して成膜処理を行うため、蒸着容器２１２内の有機蒸着材料２００は長時間高温に曝されることになり、蒸着容器２１２中の水分と反応して変質したり、加熱による分解が進行する。その結果、初期状態に比べて有機蒸着材料２００が劣化し、有機薄膜の膜質が悪くなる。
【０００７】
供給装置により、有機蒸着材料を所定量ずつ蒸発室に供給して加熱蒸発させれば、一度に多量の有機蒸着材料が加熱されることがないから、有機蒸着材料の劣化が防止される。
【０００８】
しかし、供給装置が有機蒸着材料を供給した直後には、蒸気発生量が瞬間的に増大し、膜厚むらの原因となる。
また、有機蒸着材料が二種類以上の材料の混合物（例えばホスト、ドーパント）の場合は、ホストとドーパントで蒸発速度に差が生じ、ホスト蒸気とドーパント蒸気との比率が、必ずしも、有機蒸着材料中の配合割合と一致せず、膜質も不均一になってしまう。
【特許文献１】特開平１０−１４０３３４号公報
【特許文献２】特開２００６−３０７２３９号公報
【特許文献３】特開２００７−７０６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、蒸気発生速度を均一にし、膜厚分布及び膜質分布を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は蒸着材料の蒸気を発生させる蒸気発生装置であって、蒸着材料が収容されるタンクと、前記タンクに接続された蒸発室と、前記タンクに収容された前記蒸着材料を、前記蒸発室へ移動させる供給装置と、前記蒸発室内部に配置された載置部材と、前記載置部材を加熱する加熱手段とを有し、前記載置部材は、前記蒸発室に移動した前記蒸着材料が載置される載置面を有し、前記載置面は水平面から傾斜した蒸気発生装置である。
本発明は蒸気発生装置であって、前記タンクを複数有し、前記供給装置は、前記各タンクに収容された前記蒸着材料を、同じ前記蒸発室にそれぞれ移動させる蒸気発生装置である。
本発明は蒸着装置であって、前記蒸気発生装置と、前記蒸発室に接続され、前記蒸発室内で発生した蒸気が供給される放出装置と、前記放出装置から内部空間に前記蒸気が放出される真空槽とを有する蒸着装置である。
本発明は、真空雰囲気中で蒸着材料の蒸気を発生させ、前記蒸気を基板表面に到達させ、薄膜を形成する成膜方法であって、前記蒸気の発生は、表面が水平面から傾いた載置部材を前記真空雰囲気で加熱し、前記載置部材の表面の下端よりも上方位置に前記蒸着材料を載置し、前記載置部材の表面上で、前記蒸着材料を前記下端に向けて移動させる成膜方法である。
【００１１】
本発明の蒸気発生装置は、真空槽内部に放出装置から蒸着材料の蒸気を発生させて、該真空槽内部に配置された基板の表面に蒸着材料の薄膜を形成するときの、蒸気を発生させる装置である。
載置面に載置された蒸着材料は一箇所にとどまらずに、滑落して載置面を下方に移動し、その結果、蒸着材料が載置面上に広がる。
【００１２】
その結果、蒸着材料と載置面との接触面積が大きくなり、蒸着材料は短時間で蒸発する。蒸着材料が、ホストとドーパントのような異なる成分の混合物の場合、接触面積が大きくなることで、各成分がそれぞれ短時間で蒸発するから、各成分の蒸発速度の差が小さい。
【発明の効果】
【００１３】
載置部材と蒸着材料の接触時間が短く、載置部材を従来よりも高温に加熱しても、蒸着材料は熱分解される前に蒸発する。しかも、蒸着材料が混合材料の場合、各成分の蒸発速度の差が従来より小さくなるから、有機薄膜の膜質が良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１の符号１は有機ＥＬ素子の製造装置の一例を示している。
製造装置１は複数の蒸着装置１０ａ〜１０ｃを有しており、ここでは、各蒸着装置１０ａ〜１０ｃは搬送室２に接続され、蒸着装置１０ａ〜１０ｃが接続された搬送室２には、搬入室３ａと、搬出室３ｂと、処理室６と、スパッタ室７と、マスク収容室８とが接続されている。マスク収容室８内部には複数のマスクが収容されており、蒸着装置１０ａ〜１０ｃやスパッタ室７内部に配置されたマスクと定期的に交換される。
【００１５】
真空排気系９により、搬送室２内部と、蒸着装置１０ａ〜１０ｃの内部と、処理室６内部と、スパッタ室７内部と、マスク収容室８内部と、搬入室３ａ内部と、搬出室３ｂ内部に真空雰囲気が形成される。
【００１６】
搬送室２の内部には搬送ロボット５が配置されている。表面上に下部電極が形成された基板は搬入室３ａに搬入され、該基板は搬送ロボット５によって真空雰囲気中を搬入室３ａから搬送室２へ搬入され、処理室６で加熱処理やクリーニング処理等の処理がされ、蒸着装置１０ａ〜１０ｃ内部で、電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層等の有機薄膜が形成され、スパッタ室７内部で上部電極が形成され、有機ＥＬ素子が得られる。得られた有機ＥＬ素子は搬出室３ｂから外部に搬出される。
【００１７】
発光層は３色の着色層（例えば赤、緑、青）を複数ずつ有する。各色の着色層は異なる領域上にそれぞれ形成されており、有機ＥＬ素子はフルカラー表示が可能である。
着色層が形成される領域には下部電極がそれぞれ位置する。上部電極に通電した状態で、選択した下部電極に通電すれば、選択した下部電極と、上部電極の間に位置する着色層が発光する。所望の場所にある所望の色の着色層を発光させることで、画像又は文字をフルカラー表示することができる。
【００１８】
有機薄膜の成膜に用いられる蒸着装置１０ａ〜１０ｃのうち、１又は２以上の蒸着装置１０ｂは本願発明の蒸着装置で構成されており、上記有機薄膜のうち、少なくとも１層は本発明の成膜方法により成膜される。
ここでは、発光層の成膜に用いられる蒸着装置１０ｂが本発明の蒸着装置で構成されている。
【００１９】
図２は本発明の蒸着装置１０ｂの一例を示す模式的な断面図であり、蒸着装置１０ｂは真空槽１１と、放出装置５０と、蒸気発生装置２０とを有している。
蒸気発生装置２０は蒸発室２１と、載置部材２２と、供給装置３１と、１又は２以上のタンク６０ａ〜６０ｃとを有している。
【００２０】
図４はタンク６０ａ〜６０ｃと、蒸発室２１の位置関係を示す模式的な平面図であり、ここでは、一つの蒸発室２１に対し、複数のタンク６０ａ〜６０ｃが設けられている。
タンク６０ａ〜６０ｃは異なる蒸着材料３９が収容される以外は同じ構成を有している。図２では、タンク６０ａ〜６０ｃの同じ部材には同じ符号を付して説明する。
【００２１】
各タンク６０ａ〜６０ｃは容器３２と、容器３２の開口に取り付けられた蓋部材３４とを有しており、蓋部材３４を開けると、外部からタンク６０ａ〜６０ｃに蒸着材料３９を供給可能に構成され、蓋部材３４を閉じるとタンク６０ａ〜６０ｃの内部空間が外部から遮断される。
【００２２】
ここでは、各タンク６０ａ〜６０ｃは蒸発室２１の上方に位置しており、各タンク６０ａ〜６０ｃの底面には開口が形成されている。蒸発室２１の天井にはタンク６０ａ〜６０ｃと同じ数の開口が形成されている。
【００２３】
供給装置３１は導入管４２と、回転軸３５と、回転手段４１とを有している。
導入管４２は、一端が各タンク６０ａ〜６０ｃの開口にそれぞれ気密に接続され、他端が蒸発室２１の各開口にそれぞれ気密に接続されている。従って、各タンク６０ａ〜６０ｃは、供給装置３１の導入管４２を介して同じ蒸発室２１にそれぞれ接続されている。
【００２４】
各回転軸３５は周囲に突条３６が螺旋状に形成されている。回転軸３５は、突条３６が形成された部分の少なくとも一部が導入管４２内部に位置するように、各導入管４２に１本ずつ挿通されている。
本発明で用いられる蒸着材料３９は粉体である。図２はタンク６０ａ〜６０ｃに粉体の蒸着材料３９を収容した状態を示している。
【００２５】
突条３６先端と導入管４２内壁面との間の隙間は蒸着材料３９の粒径（例えば粒径１００μｍ以上２００μｍ以下）よりも小さい。しかも、回転軸３５が静止した状態では、蒸着材料３９が溝に入り込まない程、突条３６間の溝の傾斜が緩やかになっている。従って、回転軸３５が静止した状態では、蒸着材料３９はタンク６０ａ〜６０ｃ内に留まる。
【００２６】
各回転軸３５は回転手段４１にそれぞれ接続されている。各回転軸３５は回転手段４１によって、その中心軸線を中心として導入管４２内部でそれぞれ回転する。
回転軸３５が回転すると、タンク６０ａ〜６０ｃに収容された蒸着材料３９が突条３６間の溝に入り込み、溝を通って導入管４２内部を下方へ移動し、溝の下端から蒸発室２１へ落下する。従って、回転軸３５を回転させることで、蒸着材料３９がタンク６０ａ〜６０ｃから蒸発室２１へ移動する。
【００２７】
回転手段４１は不図示の記憶装置を有しており、蒸着材料３９の量を記憶装置に設定しておけば、回転手段４１は設定量の蒸着材料３９が蒸発室２１に移動するよう、回転軸３５の回転量を制御するようになっている。従って、決められた量の蒸着材料３９を蒸発室２１に移動させることができる。
【００２８】
載置部材２２は平面形状が矩形や円形等の板状であって、表面を上側に向けた状態で、蒸発室２１の内部に配置されている。図２の符号２５は、上側に向けた表面である載置面を示している。
【００２９】
加熱手段２４はシースヒーター等であって、載置部材２２と蒸発室２１のいずれか一方又は両方に取り付けられている。電源２６から加熱手段２４に通電すると、加熱手段２４が発熱し、載置部材２２は加熱手段２４で直接加熱されるか、蒸発室２１からの輻射熱で加熱される。
載置部材２２はＳｉＣ等熱伝導性の高い物質で構成されているから、加熱により載置部材２２全体が昇温する。
【００３０】
蒸着材料３９が落下する供給装置３１の開口（ここでは突条３６間の溝の下端）は、載置面２５の下端よりも上方部分の真上に位置するから、蒸着材料３９は該開口から落下すると、載置面２５の下端よりも上方の載置場所に載置される。
【００３１】
図２の符号θは、載置面２５の水平面Ｈからの傾きを示す傾き角度である。
傾き角度θと、載置場所から載置面２５下端までの距離は、蒸着材料３９が載置場所に留まらずに重力によって載置面２５上を下方へ移動し、かつ、その蒸着材料３９が載置面２５の下端から零れ落ちないように設定されている。
【００３２】
従って、載置面２５が蒸着材料３９に接触する接触面積は、載置面２５が水平な場合に比べて広く、載置面２５を蒸着材料３９の蒸発温度以上に昇温させておけば、蒸着材料３９は熱伝導により加熱されて短時間で蒸発する。
【００３３】
蒸発室２１には配管７１の一端が接続され、配管７１の他端は放出装置５０に接続されている。配管７１の一端と他端の間にはバルブのような切替装置７０が設けられている。
切替装置７０を開状態にすると、蒸発室２１の内部空間が放出装置５０の内部空間に接続されて、蒸発室２１で発生した蒸気が放出装置５０へ移動する。逆に、切替装置７０を閉状態にすると、蒸発室２１の内部空間が放出装置５０の内部空間から遮断され、蒸発室２１で発生した蒸気が放出装置５０へ移動しなくなる。
【００３４】
放出装置５０は複数の供給管５２を有している。供給管５２は、基板ホルダ１５に保持される基板８１と略平行な平面内で、所定間隔を空けて配置されている。ここでは、各供給管５２は一端が同じ共通管５４にそれぞれ接続されており、放出装置５０へ移動した蒸気は、共通管５４を通って各供給管５２へ移動する。
【００３５】
各供給管５２には複数の第一の放出口５３が、供給管５２の長手方向に沿って所定間隔を空けて列設されている。供給管５２へ移動した蒸気は各第一の放出口５３からそれぞれ外部に放出される。
【００３６】
図２では、放出装置５０が放出槽５１を有しており、供給管５２は放出槽５１の内部に配置されている。放出槽５１は一部又は全部が真空槽１１内部に配置され、真空槽１１の内部に位置する部分に第二の放出口５５が形成されており、第一の放出口５３から放出された蒸気は、放出槽５１内部に充満してから、第二の放出口５５から真空槽１１の内部に放出される。
【００３７】
図３では放出槽５１が設けられておらず、各供給管５２の少なくとも第一の放出口５３が設けられた部分が真空槽１１内部に位置する。この場合、第一の放出口５３から放出される蒸気が、直接真空槽１１の内部に放出される。いずれにしろ、放出装置５０から蒸気が真空槽１１内部に放出される。
【００３８】
真空槽１１内部の放出装置５０と対面する位置には、基板ホルダ１５が配置されている。図２、３は基板ホルダ１５に基板８１が保持された状態を示している。
基板ホルダ１５に保持された基板８１と、放出装置５０の間にはマスク１６が配置されている。マスク１６は遮蔽板１８と、遮蔽板１８に設けられた開口１７とを有しており、放出装置５０から放出された蒸気は開口１７を通って基板８１に到達し、基板８１の開口１７と対面する部分に薄膜が成長する。
【００３９】
マスク１６と基板ホルダ１５のいずれか一方又は両方はアライメント手段６０に接続されている。アライメント手段６０は、基板ホルダ１５に保持された基板８１と、マスク１６のアライメントマークを観察しながら、マスク１６と基板ホルダ１５のいずれか一方又は両方を移動させ、マスク１６の開口１７が、基板８１表面の所定領域と対面するよう位置合わせすることができる。
【００４０】
次に、この蒸着装置１０ｂを用いて、２色以上（ここでは赤色、緑色、青色）の着色層からなる発光層を形成する工程について説明する。
赤、緑、青のうち、いずれか１色を第一の色、残りの二色のうち、一方の色を第二の色、他方の色を第三の色とする。主成分の有機材料（ホスト）に、添加剤であるドーパントが添加された第一〜第三の色の蒸着材料３９を用意する。第一〜第三の色の蒸着材料３９は少なくとも発光材料と着色剤をそれぞれ含有する。
【００４１】
第一〜第三の色の蒸着材料３９を別々のタンク６０ａ〜６０ｃに収容した後、蓋部材３４を閉じてタンク６０ａ〜６０ｃの内部空間を密閉する。
真空槽１１と各タンク６０ａ〜６０ｃには真空排気系９がそれぞれ接続されており、真空排気系９、８３を動作させ、真空槽１１と、各タンク６０ａ〜６０ｃと、蒸発室２１とを真空排気し、真空槽１１内部と、各タンク６０ａ〜６０ｃ内部と、蒸発室２１内部と、放出装置５０内部と、配管７１内部と、切替装置７０の内部を真空排気し、所定圧力（例えば１０-5Ｐａ）の真空雰囲気を形成する。
【００４２】
基板８１表面の第一〜第三の色の着色層を形成すべき領域と、それらの着色層の膜厚は予め決められている。予備試験を行って、決められた膜厚の成膜に必要な、第一〜第三の色の蒸着材料３９の量をそれぞれ求めておき、求めた量を回転手段４１にそれぞれ設定しておく。
【００４３】
真空槽１１の内部に基板８１を搬入し、基板ホルダ１５に保持させる。基板８１とマスク１５の位置合わせを行い、第一の色の着色層を形成すべき領域と、マスク１６の開口１７とを対面させる。
【００４４】
真空槽１１とタンク６０ａ〜６０ｃの真空排気を続けながら、蒸発室２１に接続された真空排気系８３のバルブを閉じ、設定された量の第一の色の蒸着材料３９を、該蒸着材料３９の蒸発温度以上に昇温させた載置面２５に載置して蒸気を発生させる。
【００４５】
蒸着材料３９を載置面２５に載置する前に蒸発室２１を予め放出装置５０に接続しておく。又は、蒸着材料３９を載置面２５に載置して蒸気を発生させた後に蒸発室２１を放出装置５０へ接続する。蒸発室２１に接続された真空排気系８３のバルブは閉じられているから、蒸発室２１内に発生した蒸気は放出装置５０へ移動し、放出装置５０から真空槽１１内部に放出される。
【００４６】
放出装置５０からの蒸気の放出が開始するまでには、上述したように位置合わせが終了し、マスク１６と基板８１は位置合わせされた状態で放出装置５０上に位置する。従って、放出装置５０から放出される蒸気は、基板８１表面の第一の色の着色層を形成すべき領域に到達し、該領域に第一の色の着色層が成長する。
【００４７】
載置面２５に載置された蒸着材料３９が全て蒸発し、蒸気が放出装置５０から放出されなくなるまで、基板８１とマスク１６を位置合わせした状態で放出装置５０上に配置しておく。
【００４８】
具体的には、蒸着材料３９を載置面２５に載置してから所定時間が経過するか、蒸発室２１の内部圧力が所定圧力以下になったら、成膜が終了したと判断する。成膜が終了した時には、基板８１表面の決められた領域に決められた膜厚の第一の色の着色層が形成される。
成膜が終了したら、蒸発室２１に接続された真空排気系８３のバルブを開け、蒸発室２１の内部を所定時間真空排気して残留蒸気を排出する。
【００４９】
残留蒸気を排出後、基板８１表面の、第一の色とは異なる色（例えば第二の色）の着色層を形成すべき領域と、開口１７とが対面するように位置合わせを行う。載置面２５に載置する蒸着材料３９の色を第一の色から他の色（第二の色）に変えた以外は、第一の色の着色層を成膜した工程と同じ工程で、第二の色の着色層を成膜する。
【００５０】
第二の色の着色層を形成後、残留蒸気の排出と、基板８１とマスク１６の位置合わせと、異なる色の着色層の成膜とを１回以上繰り返せば、３色以上の着色層を基板８１表面の異なる領域にそれぞれ成膜し、３色以上の着色層からなる発光層が形成される。
【００５１】
発光層が形成された基板８１を基板ホルダ１５から取り外して真空槽１１の外部に搬出し、発光層が形成される前の新たな基板８１を真空槽１１に搬入して基板ホルダ１５に保持させ、基板８１の交換を行う。
蒸発室２１の残留蒸気を排出してから、上述した工程で基板８１の表面に発光層を形成する。基板８１の交換と、発光層の形成とを繰り返せば、複数枚の基板８１に連続して発光層を形成することができる。
【００５２】
上述したように、一つの放出装置５０上で第一〜第三の色の着色層を連続して形成する方法は、着色層毎に放出装置５０を変える場合に比べて、基板８１の移動距離が短くてすむから、発塵が少ない。従って、塵が混入せず、膜質の良い発光層が得られる。
【００５３】
尚、少なくとも載置部材２２に蒸着材料３９を配置する時には、加熱手段６８に通電して、蒸気が通る経路（蒸発室２１、配管７１、切替装置７０、放出装置５０）を蒸着材料３９の蒸発温度以（例えば２００℃以上）上に加熱しておき、蒸気を発生させる間はその温度を維持することが望ましい。
【００５４】
放出装置５０を加熱する際には、輻射熱で基板８１やマスク１６が加熱される虞があるので、放出装置５０とマスク１６（又は基板８１）の間に冷却部材６７を配置し、放出装置５０からの輻射熱を基板８１側に到達しないようにする。
【００５５】
冷却部材６７のうち、放出装置５０の蒸気を放出する放出口（図２では第二の放出口５５、図３では第一の放出口５３）と対面する部分には、該放出口よりも大径の開口を設け、放出口から放出される蒸気が冷却部材６７に析出しないようにする。その開口の形状や放出口との位置関係は特に限定されず、一つの開口に一つの放出口を露出させてもよいし、一つの開口に二つ以上の放出口を露出させてもよい。
【００５６】
また、蒸気が通る経路を加熱すると同時に、各タンク６０ａ〜６０ｃと供給装置３１は、蒸着材料３９の蒸発温度未満（例えば２００℃未満）に維持することが望ましい。具体的には、断熱部材を設け、蒸発室２１等からの熱が供給装置３１やタンク６０ａ〜６０ｃに伝わらないようにする。断熱部材を設けるのと同時に、供給装置３１とタンク６０ａ〜６０ｃのいずれか一方又は両方を冷却手段で冷却すれば、より確実に蒸着材料３９の変質を防止できる。
【００５７】
供給装置３１の一部が蒸発室２１の内部空間と面すると、その部分に蒸気が析出するだけでなく、供給装置３１が蒸発室２１からの輻射熱で加熱されてしまう。従って、供給装置３１の蒸発室２１の内部空間と面する部分（ここでは回転軸３５の先端）を加熱板２８で覆うことが望ましい。加熱板２８は回転軸３５の先端に取り付けてもよいし、蒸発室２１の開口の内壁面に取り付けてもよい。
【００５８】
蒸発室２１の開口の内壁面に加熱板２８を取り付ける場合は、不図示の把持部材により、加熱板２８の外周の一部を内壁面に固定する。加熱板２８の外周と、蒸発室２１の開口内壁面との間には隙間が残るから、蒸着材料３９が蒸発室２１内へ落下するのが妨げられない。
【００５９】
加熱板２８の一部又は全部を断熱材料で構成し、加熱板２８の表面から裏面へ熱が伝わらないようにすれば、加熱板２８の蒸発室２１側の表面は輻射熱で加熱されても、回転軸３５側の裏面は加熱されない。
従って、加熱板２８の表面には蒸着材料３９の蒸気が析出せず、しかも、回転軸３５の先端は加熱されない。
【００６０】
更に、図２、図４に示したように、蒸発室２１の内部に邪魔板２７を配置してもよい。邪魔板２７は、供給装置３１の蒸着材料３９が落下する開口（ここでは、突条３６間の溝の下端）と、載置面２５の下端の間に配置され、該開口が載置面２５の下端と直接対面しないようになっている。
【００６１】
載置面２５の蒸着材料３９を載置すべき載置場所は設定されている。例えば、載置場所は蒸着材料３９が落下する開口の真下位置である。
邪魔板２７は表面が、蒸着材料３９を落下させる開口に向かって水平面から傾斜している。開口から落下する際に、載置場所よりも下方に向かって飛散する蒸着材料３９は、邪魔板２７表面に衝突し、該表面を滑り落ちて、載置面２５の載置場所に近い場所に落下する。
【００６２】
邪魔板２７を設ければ、蒸着材料３９が載置面２５から零れ落ちないから、邪魔板２７を設けない場合に比べて、載置面２５の載置場所から下端までの長さを短くすることが可能であり、蒸着装置１０ｂの小型化が可能である。
【００６３】
邪魔板２７の下端と載置面２５との間には隙間があり、載置場所と、その近くに落下した蒸着材料３９が、邪魔板２７で堰き止められないようになっている。従って、蒸着材料３９の広がりが阻害されず、蒸着材料３９は短時間で蒸発可能である。
【００６４】
邪魔板２７の形状は特に限定されず、飛散する蒸着材料３９が衝突する表面を有するものであれば、平面形状が円形、矩形等の板状であってもよいし、立方体、長方体や、錐体等であってもよい。
【００６５】
蒸発室２１内部に蒸気を発生させる間は、邪魔板２７を不図示の加熱手段で直接加熱するか、蒸発室２１からの輻射熱で間接的に加熱し、蒸着材料３９の蒸発温度にしておく。
【００６６】
邪魔板２７の個数も特に限定されず、蒸着材料３９が落下する開口一つに対し、一つ以上の邪魔板２７を設けてもよい。または、２個以上の該開口に対して１枚の邪魔板２７を設けてもよい。
【００６７】
加熱手段２４は載置部材２２を加熱可能であれば特に限定されない。例えば、載置部材２２を高抵抗の導電材料で構成し、載置部材２２の外側を取り囲むコイルに通電して蒸発室２１内部に電磁場を形成し、載置部材２２を誘導加熱してもよい。
【００６８】
載置部材２２の形状は板状に限定されず、載置面２５を有するのであれば、立方体、長方体、錐体等であってもよいが、載置部材２２の厚みが厚いと、加熱手段２４で加熱した時の熱応答性が低下するので、載置部材２２は板状が望ましい。
【００６９】
載置部材２２の構成材料は特に限定されないが、金属、合金、無機物等熱伝導率が高いものが望ましい。その中でも、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）は熱伝導率と機械的強度の両方に優れているので特に望ましい。
【００７０】
載置面２５の傾き角度θは特に限定されない。一例を述べると、蒸着材料３９が粒径１００μｍ以上２００μｍ以下の粉体の場合、傾き角度θは４５°以上６０°以下である。また、載置面２５の表面粗さを大きくしたり、載置面２５に筋状やメッシュ状の凹凸を設ければ、載置面２５から蒸着材料３９がより零れ落ち難くなる。
【００７１】
供給装置３１も特に限定されず、例えば、供給装置３１は移載部材と、移動手段とを有し、タンク６０ａ〜６０ｃの蒸着材料３９を移載部材に乗せ、移動手段により移載部材をタンク６０ａ〜６０ｃから、蒸発室２１へ移動させ、載置場所の真上位置で、蒸着材料３９を移載部材から落下させるようにしてもよい。
【００７２】
蒸着材料３９はホストやドーパント等の混合物に限定されない。例えば、蒸着材料３９の各成分を、別々のタンク６０ａ〜６０ｃに収容しておき、複数のタンク６０ａ〜６０ｃから各成分を同時に載置面２５に落下させて、複数成分を含有する蒸着材料３９の蒸気を発生させてもよい。
【００７３】
第一〜第三の色は赤、緑、青に限定されず、３原色であれば赤、黄、青であってもよい。また、着色層の色の数は３色に限定されず、２色以下であってもよいし、４色以上であってもよい。要するに本願発明の蒸着装置は、異なる色の着色層を、異なる領域に形成可能なものである。
【００７４】
また、着色層を同じ領域に積層してもよい。この場合、基板８１と放出装置５０の間にマスク１６を配置しないか、マスク１６を基板８１に対して相対的に静止させた状態で、着色層を積層させて発光層を形成する。該発光層を発光させると白色光が放出される。
【００７５】
白色光を放出する発光層を形成する場合は、着色層の色の種類は四色以上が望ましい。具体的には、赤色、緑色、青色、黄色の四色である。
着色層は、発光材料が含有された発光層を構成する場合に限定されず、発光層とは別に形成してもよい。
【００７６】
本発明の蒸着装置１０ｂは発光層だけでなく、ホール輸送層、ホール注入層、電子注入層、電子輸送層等、他の有機薄膜の成膜に用いることもできる。
ホール輸送層、ホール注入層、電子注入層、電子輸送層等、発光層以外の有機薄膜を成膜する際には、基板表面の成膜する領域を変える必要が無いから、基板８１と放出装置５０の間にマスク１６を配置しなくてもよく、又はマスク１６を配置する場合であっても、各層の成膜毎にマスク１６を移動させる必要がない。
【００７７】
一つの放出装置５０に複数の蒸気発生装置２０を接続してもよい。この場合、切替装置７０で所望の蒸気発生装置２０を放出装置５０に接続し、他の蒸気発生装置２０を放出装置５０から遮断できるようにすれば、所望の蒸気発生装置２０で発生した蒸気だけを、放出装置５０から放出させることができる。
【００７８】
１つの真空槽１１内部に１又は複数の放出装置５０を配置することができる。１つの真空槽１１内部に複数の放出装置５０を配置する場合、各放出装置５０から放出される蒸気が混合されないよう、放出装置５０同士の距離を十分に離すか、真空槽１１内部に蒸気の流れを遮蔽する遮蔽板を設けることが望ましい。
【００７９】
放出装置５０と、基板ホルダ１５のいずれか一方又は両方を揺動手段５８に接続してもよい。蒸気を放出している間、基板８１とマスク１６を相対的に静止させた状態で、該基板８１を放出装置５０に対して、水平面内で往復移動又は円運動させれば、基板８１表面に成長する有機薄膜の膜厚が均一になる。
【００８０】
基板ホルダ１５と放出装置５０との相対的な往復移動の方向は特に限定されないが、供給管５２と交差する方向に水平面内で相対的に移動させれば、基板８１表面の膜厚分布が均一になる。
供給管５２を放出槽５１の内部に配置する場合、第一の放出口５３が第二の放出口５５と対面しないようにすれば、第一の放出口５３から噴出される蒸気は、放出槽５１に充満してから真空槽１１に放出されるため、放出速度が安定する。
【００８１】
放出装置５０の蒸気を放出する放出口（図２では第二の放出口５５、図３では第一の放出口５３）が設けられた領域の面積を、基板８１よりも大面積にし、かつ、該放出口をその領域内で所定間隔を空けて分散配置しておけば、基板８１を放出装置５０上に位置させたまま、基板８１表面全部に亘って薄膜を形成することができる。この方法によれば、基板８１を搬送しながら成膜する必要がなく、真空槽１１内での基板８１の移動距離が短くなるので、基板８１搬送によるダストの発生量が少ない。
【００８２】
基板８１と放出装置５０の位置関係は特に限定されない。基板８１と放出装置５０の蒸気を放出する部分が対面するのであれば、基板８１を放出装置５０上に配置してもよいし、基板８１を放出装置５０の下方に配置してもよいし、基板８１を放出装置５０の側方に配置してもよい。
蒸発室２１を放出装置５０に接続して蒸気を移動させる際、蒸発室２１にパージガスを導入すれば、蒸気の供給効率が高くなる。
【００８３】
尚、決められた膜厚を成膜するのに要する蒸着材料３９の供給量は予備試験で求めておく。予備試験は、実際の成膜に用いるものと同じ蒸着材料３９をタンク６０ａ〜６０ｃに収容し、真空雰囲気の圧力、載置面２５の加熱温度等の成膜条件を、実際の製造の時と成膜条件と同じにし、放出装置５０上に基板８１（マスク１６使用するならばマスク１６と基板８１）とを配置したまま、蒸着材料３９を載置面２５に載置して蒸気を発生させ、薄膜を形成する。蒸着材料３９の落下量と、薄膜の膜厚との関係を求めれば、その関係から必要供給量が分かる。
蒸気発生装置２０の設置場所は特に限定されず、蒸気発生装置２０の一部又は全部を、放出装置５０と同じ真空槽１１内部に設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】製造装置の一例を説明するための平面図
【図２】本発明の蒸着装置の一例を説明する模式的な断面図
【図３】本発明の蒸着装置の他の例を説明する模式的な斜視図
【図４】タンクと載置部材の位置関係を説明する平面図
【図５】従来技術の蒸着装置を説明するための断面図
【符号の説明】
【００８５】
１０ｂ……蒸着装置 １１……真空槽 ２０……蒸気発生装置 ２１……蒸発室 ２２……載置部材 ２５……載置面 ３１……供給装置 ３９……蒸着材料 ５０……放出装置 ６０ａ〜６０ｃ……タンク ８１……基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸気発生装置と、該蒸気発生装置を用いた蒸着装置、及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は近年最も注目される表示素子の一つであり、高輝度で応答速度が速いという優れた特性を有している。有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に赤、緑、青の三色の異なる色で発色する発光領域が配置されている。発光領域は、アノード電極膜、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及びカソード電極膜がこの順序で積層されており、発光層中に添加された発色剤で、赤、緑、又は青に発色するようになっている。
ホール輸送層、発光層、電子輸送層等は一般に有機材料で構成されており、このような有機材料の膜の成膜には蒸着装置が広く用いられる。
【０００３】
図５の符号２０３は、従来技術の蒸着装置であり、真空槽２１１の内部に蒸着容器２１２が配置されている。蒸着容器２１２は、容器本体２２１を有しており、該容器本体２２１の上部は、一乃至複数個の放出口２２４が形成された蓋部２２２で塞がれている。
【０００４】
蒸着容器２１２の内部には、粉体の有機蒸着材料２００が配置されている。
蒸着容器２１２の側面と底面にはヒータ２２３が配置されており、真空槽２１１内を真空排気し、ヒータ２２３が発熱すると蒸着容器２１２が昇温し、蒸着容器２１２内の有機蒸着材料２００が加熱される。
有機蒸着材料２００が蒸発温度以上の温度に加熱されると、蒸着容器２１２内に、有機材料蒸気が充満し、放出口２２４から真空槽２１１内に放出される。
【０００５】
放出口２２４の上方にはホルダ２１０が配置されており、ホルダ２１０に基板２０５を保持させておけば、放出口２２４から放出された有機材料蒸気が基板２０５表面に到達し、ホール注入層やホール輸送層や発光層等の有機薄膜が形成される。有機材料蒸気を放出させながら、基板２０５を一枚ずつ放出口２２４上を通過させれば、複数枚の基板２０５に逐次有機薄膜を形成することができる。
【０００６】
しかし、複数枚の基板２０５に成膜するには、蒸着容器２１２内に多量の有機材料を配置する必要がある。実際の生産現場では、有機材料を２５０℃〜４５０℃に加熱しながら１２０時間以上連続して成膜処理を行うため、蒸着容器２１２内の有機蒸着材料２００は長時間高温に曝されることになり、蒸着容器２１２中の水分と反応して変質したり、加熱による分解が進行する。その結果、初期状態に比べて有機蒸着材料２００が劣化し、有機薄膜の膜質が悪くなる。
【０００７】
供給装置により、有機蒸着材料を所定量ずつ蒸発室に供給して加熱蒸発させれば、一度に多量の有機蒸着材料が加熱されることがないから、有機蒸着材料の劣化が防止される。
【０００８】
しかし、供給装置が有機蒸着材料を供給した直後には、蒸気発生量が瞬間的に増大し、膜厚むらの原因となる。
また、有機蒸着材料が二種類以上の材料の混合物（例えばホスト、ドーパント）の場合は、ホストとドーパントで蒸発速度に差が生じ、ホスト蒸気とドーパント蒸気との比率が、必ずしも、有機蒸着材料中の配合割合と一致せず、膜質も不均一になってしまう。
【特許文献１】特開平１０−１４０３３４号公報
【特許文献２】特開２００６−３０７２３９号公報
【特許文献３】特開２００７−７０６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、蒸気発生速度を均一にし、膜厚分布及び膜質分布を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は蒸着材料の蒸気を発生させる蒸気発生装置であって、蒸着材料が収容されるタンクと、前記タンクに接続された蒸発室と、前記タンクに収容された前記蒸着材料を、前記蒸発室へ移動させる供給装置と、前記蒸発室内部に配置された載置部材と、前記載置部材を加熱する加熱手段とを有し、前記載置部材は、前記蒸発室に移動した前記蒸着材料が載置される載置面を有し、前記載置面は水平面から傾斜した蒸気発生装置である。
本発明は蒸気発生装置であって、前記タンクを複数有し、前記供給装置は、前記各タンクに収容された前記蒸着材料を、同じ前記蒸発室にそれぞれ移動させる蒸気発生装置である。
本発明は蒸着装置であって、前記蒸気発生装置と、前記蒸発室に接続され、前記蒸発室内で発生した蒸気が供給される放出装置と、前記放出装置から内部空間に前記蒸気が放出される真空槽とを有する蒸着装置である。
本発明は、真空雰囲気中で蒸着材料の蒸気を発生させ、前記蒸気を基板表面に到達させ、薄膜を形成する成膜方法であって、前記蒸気の発生は、表面が水平面から傾いた載置部材を前記真空雰囲気で加熱し、前記載置部材の表面の下端よりも上方位置に前記蒸着材料を載置し、前記載置部材の表面上で、前記蒸着材料を前記下端に向けて移動させる成膜方法である。
【００１１】
本発明の蒸気発生装置は、真空槽内部に放出装置から蒸着材料の蒸気を発生させて、該真空槽内部に配置された基板の表面に蒸着材料の薄膜を形成するときの、蒸気を発生させる装置である。
載置面に載置された蒸着材料は一箇所にとどまらずに、滑落して載置面を下方に移動し、その結果、蒸着材料が載置面上に広がる。
【００１２】
その結果、蒸着材料と載置面との接触面積が大きくなり、蒸着材料は短時間で蒸発する。蒸着材料が、ホストとドーパントのような異なる成分の混合物の場合、接触面積が大きくなることで、各成分がそれぞれ短時間で蒸発するから、各成分の蒸発速度の差が小さい。
【発明の効果】
【００１３】
載置部材と蒸着材料の接触時間が短く、載置部材を従来よりも高温に加熱しても、蒸着材料は熱分解される前に蒸発する。しかも、蒸着材料が混合材料の場合、各成分の蒸発速度の差が従来より小さくなるから、有機薄膜の膜質が良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１の符号１は有機ＥＬ素子の製造装置の一例を示している。
製造装置１は複数の蒸着装置１０ａ〜１０ｃを有しており、ここでは、各蒸着装置１０ａ〜１０ｃは搬送室２に接続され、蒸着装置１０ａ〜１０ｃが接続された搬送室２には、搬入室３ａと、搬出室３ｂと、処理室６と、スパッタ室７と、マスク収容室８とが接続されている。マスク収容室８内部には複数のマスクが収容されており、蒸着装置１０ａ〜１０ｃやスパッタ室７内部に配置されたマスクと定期的に交換される。
【００１５】
真空排気系９により、搬送室２内部と、蒸着装置１０ａ〜１０ｃの内部と、処理室６内部と、スパッタ室７内部と、マスク収容室８内部と、搬入室３ａ内部と、搬出室３ｂ内部に真空雰囲気が形成される。
【００１６】
搬送室２の内部には搬送ロボット５が配置されている。表面上に下部電極が形成された基板は搬入室３ａに搬入され、該基板は搬送ロボット５によって真空雰囲気中を搬入室３ａから搬送室２へ搬入され、処理室６で加熱処理やクリーニング処理等の処理がされ、蒸着装置１０ａ〜１０ｃ内部で、電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層等の有機薄膜が形成され、スパッタ室７内部で上部電極が形成され、有機ＥＬ素子が得られる。得られた有機ＥＬ素子は搬出室３ｂから外部に搬出される。
【００１７】
発光層は３色の着色層（例えば赤、緑、青）を複数ずつ有する。各色の着色層は異なる領域上にそれぞれ形成されており、有機ＥＬ素子はフルカラー表示が可能である。
着色層が形成される領域には下部電極がそれぞれ位置する。上部電極に通電した状態で、選択した下部電極に通電すれば、選択した下部電極と、上部電極の間に位置する着色層が発光する。所望の場所にある所望の色の着色層を発光させることで、画像又は文字をフルカラー表示することができる。
【００１８】
有機薄膜の成膜に用いられる蒸着装置１０ａ〜１０ｃのうち、１又は２以上の蒸着装置１０ｂは本願発明の蒸着装置で構成されており、上記有機薄膜のうち、少なくとも１層は本発明の成膜方法により成膜される。
ここでは、発光層の成膜に用いられる蒸着装置１０ｂが本発明の蒸着装置で構成されている。
【００１９】
図２は本発明の蒸着装置１０ｂの一例を示す模式的な断面図であり、蒸着装置１０ｂは真空槽１１と、放出装置５０と、蒸気発生装置２０とを有している。
蒸気発生装置２０は蒸発室２１と、載置部材２２と、供給装置３１と、１又は２以上のタンク６０ａ〜６０ｃとを有している。
【００２０】
図４はタンク６０ａ〜６０ｃと、蒸発室２１の位置関係を示す模式的な平面図であり、ここでは、一つの蒸発室２１に対し、複数のタンク６０ａ〜６０ｃが設けられている。
タンク６０ａ〜６０ｃは異なる蒸着材料３９が収容される以外は同じ構成を有している。図２では、タンク６０ａ〜６０ｃの同じ部材には同じ符号を付して説明する。
【００２１】
各タンク６０ａ〜６０ｃは容器３２と、容器３２の開口に取り付けられた蓋部材３４とを有しており、蓋部材３４を開けると、外部からタンク６０ａ〜６０ｃに蒸着材料３９を供給可能に構成され、蓋部材３４を閉じるとタンク６０ａ〜６０ｃの内部空間が外部から遮断される。
【００２２】
ここでは、各タンク６０ａ〜６０ｃは蒸発室２１の上方に位置しており、各タンク６０ａ〜６０ｃの底面には開口が形成されている。蒸発室２１の天井にはタンク６０ａ〜６０ｃと同じ数の開口が形成されている。
【００２３】
供給装置３１は導入管４２と、回転軸３５と、回転手段４１とを有している。
導入管４２は、一端が各タンク６０ａ〜６０ｃの開口にそれぞれ気密に接続され、他端が蒸発室２１の各開口にそれぞれ気密に接続されている。従って、各タンク６０ａ〜６０ｃは、供給装置３１の導入管４２を介して同じ蒸発室２１にそれぞれ接続されている。
【００２４】
各回転軸３５は周囲に突条３６が螺旋状に形成されている。回転軸３５は、突条３６が形成された部分の少なくとも一部が導入管４２内部に位置するように、各導入管４２に１本ずつ挿通されている。
本発明で用いられる蒸着材料３９は粉体である。図２はタンク６０ａ〜６０ｃに粉体の蒸着材料３９を収容した状態を示している。
【００２５】
突条３６先端と導入管４２内壁面との間の隙間は蒸着材料３９の粒径（例えば粒径１００μｍ以上２００μｍ以下）よりも小さい。しかも、回転軸３５が静止した状態では、蒸着材料３９が溝に入り込まない程、突条３６間の溝の傾斜が緩やかになっている。従って、回転軸３５が静止した状態では、蒸着材料３９はタンク６０ａ〜６０ｃ内に留まる。
【００２６】
各回転軸３５は回転手段４１にそれぞれ接続されている。各回転軸３５は回転手段４１によって、その中心軸線を中心として導入管４２内部でそれぞれ回転する。
回転軸３５が回転すると、タンク６０ａ〜６０ｃに収容された蒸着材料３９が突条３６間の溝に入り込み、溝を通って導入管４２内部を下方へ移動し、溝の下端から蒸発室２１へ落下する。従って、回転軸３５を回転させることで、蒸着材料３９がタンク６０ａ〜６０ｃから蒸発室２１へ移動する。
【００２７】
回転手段４１は不図示の記憶装置を有しており、蒸着材料３９の量を記憶装置に設定しておけば、回転手段４１は設定量の蒸着材料３９が蒸発室２１に移動するよう、回転軸３５の回転量を制御するようになっている。従って、決められた量の蒸着材料３９を蒸発室２１に移動させることができる。
【００２８】
載置部材２２は平面形状が矩形や円形等の板状であって、表面を上側に向けた状態で、蒸発室２１の内部に配置されている。図２の符号２５は、上側に向けた表面である載置面を示している。
【００２９】
加熱手段２４はシースヒーター等であって、載置部材２２と蒸発室２１のいずれか一方又は両方に取り付けられている。電源２６から加熱手段２４に通電すると、加熱手段２４が発熱し、載置部材２２は加熱手段２４で直接加熱されるか、蒸発室２１からの輻射熱で加熱される。
載置部材２２はＳｉＣ等熱伝導性の高い物質で構成されているから、加熱により載置部材２２全体が昇温する。
【００３０】
蒸着材料３９が落下する供給装置３１の開口（ここでは突条３６間の溝の下端）は、載置面２５の下端よりも上方部分の真上に位置するから、蒸着材料３９は該開口から落下すると、載置面２５の下端よりも上方の載置場所に載置される。
【００３１】
図２の符号θは、載置面２５の水平面Ｈからの傾きを示す傾き角度である。
傾き角度θと、載置場所から載置面２５下端までの距離は、蒸着材料３９が載置場所に留まらずに重力によって載置面２５上を下方へ移動し、かつ、その蒸着材料３９が載置面２５の下端から零れ落ちないように設定されている。
【００３２】
従って、載置面２５が蒸着材料３９に接触する接触面積は、載置面２５が水平な場合に比べて広く、載置面２５を蒸着材料３９の蒸発温度以上に昇温させておけば、蒸着材料３９は熱伝導により加熱されて短時間で蒸発する。
【００３３】
蒸発室２１には配管７１の一端が接続され、配管７１の他端は放出装置５０に接続されている。配管７１の一端と他端の間にはバルブのような切替装置７０が設けられている。
切替装置７０を開状態にすると、蒸発室２１の内部空間が放出装置５０の内部空間に接続されて、蒸発室２１で発生した蒸気が放出装置５０へ移動する。逆に、切替装置７０を閉状態にすると、蒸発室２１の内部空間が放出装置５０の内部空間から遮断され、蒸発室２１で発生した蒸気が放出装置５０へ移動しなくなる。
【００３４】
放出装置５０は複数の供給管５２を有している。供給管５２は、基板ホルダ１５に保持される基板８１と略平行な平面内で、所定間隔を空けて配置されている。ここでは、各供給管５２は一端が同じ共通管５４にそれぞれ接続されており、放出装置５０へ移動した蒸気は、共通管５４を通って各供給管５２へ移動する。
【００３５】
各供給管５２には複数の第一の放出口５３が、供給管５２の長手方向に沿って所定間隔を空けて列設されている。供給管５２へ移動した蒸気は各第一の放出口５３からそれぞれ外部に放出される。
【００３６】
図２では、放出装置５０が放出槽５１を有しており、供給管５２は放出槽５１の内部に配置されている。放出槽５１は一部又は全部が真空槽１１内部に配置され、真空槽１１の内部に位置する部分に第二の放出口５５が形成されており、第一の放出口５３から放出された蒸気は、放出槽５１内部に充満してから、第二の放出口５５から真空槽１１の内部に放出される。
【００３７】
図３では放出槽５１が設けられておらず、各供給管５２の少なくとも第一の放出口５３が設けられた部分が真空槽１１内部に位置する。この場合、第一の放出口５３から放出される蒸気が、直接真空槽１１の内部に放出される。いずれにしろ、放出装置５０から蒸気が真空槽１１内部に放出される。
【００３８】
真空槽１１内部の放出装置５０と対面する位置には、基板ホルダ１５が配置されている。図２、３は基板ホルダ１５に基板８１が保持された状態を示している。
基板ホルダ１５に保持された基板８１と、放出装置５０の間にはマスク１６が配置されている。マスク１６は遮蔽板１８と、遮蔽板１８に設けられた開口１７とを有しており、放出装置５０から放出された蒸気は開口１７を通って基板８１に到達し、基板８１の開口１７と対面する部分に薄膜が成長する。
【００３９】
マスク１６と基板ホルダ１５のいずれか一方又は両方はアライメント手段６０に接続されている。アライメント手段６０は、基板ホルダ１５に保持された基板８１と、マスク１６のアライメントマークを観察しながら、マスク１６と基板ホルダ１５のいずれか一方又は両方を移動させ、マスク１６の開口１７が、基板８１表面の所定領域と対面するよう位置合わせすることができる。
【００４０】
次に、この蒸着装置１０ｂを用いて、２色以上（ここでは赤色、緑色、青色）の着色層からなる発光層を形成する工程について説明する。
赤、緑、青のうち、いずれか１色を第一の色、残りの二色のうち、一方の色を第二の色、他方の色を第三の色とする。主成分の有機材料（ホスト）に、添加剤であるドーパントが添加された第一〜第三の色の蒸着材料３９を用意する。第一〜第三の色の蒸着材料３９は少なくとも発光材料と着色剤をそれぞれ含有する。
【００４１】
第一〜第三の色の蒸着材料３９を別々のタンク６０ａ〜６０ｃに収容した後、蓋部材３４を閉じてタンク６０ａ〜６０ｃの内部空間を密閉する。
真空槽１１と各タンク６０ａ〜６０ｃには真空排気系９がそれぞれ接続されており、真空排気系９、８３を動作させ、真空槽１１と、各タンク６０ａ〜６０ｃと、蒸発室２１とを真空排気し、真空槽１１内部と、各タンク６０ａ〜６０ｃ内部と、蒸発室２１内部と、放出装置５０内部と、配管７１内部と、切替装置７０の内部を真空排気し、所定圧力（例えば１０-5Ｐａ）の真空雰囲気を形成する。
【００４２】
基板８１表面の第一〜第三の色の着色層を形成すべき領域と、それらの着色層の膜厚は予め決められている。予備試験を行って、決められた膜厚の成膜に必要な、第一〜第三の色の蒸着材料３９の量をそれぞれ求めておき、求めた量を回転手段４１にそれぞれ設定しておく。
【００４３】
真空槽１１の内部に基板８１を搬入し、基板ホルダ１５に保持させる。基板８１とマスク１５の位置合わせを行い、第一の色の着色層を形成すべき領域と、マスク１６の開口１７とを対面させる。
【００４４】
真空槽１１とタンク６０ａ〜６０ｃの真空排気を続けながら、蒸発室２１に接続された真空排気系８３のバルブを閉じ、設定された量の第一の色の蒸着材料３９を、該蒸着材料３９の蒸発温度以上に昇温させた載置面２５に載置して蒸気を発生させる。
【００４５】
蒸着材料３９を載置面２５に載置する前に蒸発室２１を予め放出装置５０に接続しておく。又は、蒸着材料３９を載置面２５に載置して蒸気を発生させた後に蒸発室２１を放出装置５０へ接続する。蒸発室２１に接続された真空排気系８３のバルブは閉じられているから、蒸発室２１内に発生した蒸気は放出装置５０へ移動し、放出装置５０から真空槽１１内部に放出される。
【００４６】
放出装置５０からの蒸気の放出が開始するまでには、上述したように位置合わせが終了し、マスク１６と基板８１は位置合わせされた状態で放出装置５０上に位置する。従って、放出装置５０から放出される蒸気は、基板８１表面の第一の色の着色層を形成すべき領域に到達し、該領域に第一の色の着色層が成長する。
【００４７】
載置面２５に載置された蒸着材料３９が全て蒸発し、蒸気が放出装置５０から放出されなくなるまで、基板８１とマスク１６を位置合わせした状態で放出装置５０上に配置しておく。
【００４８】
具体的には、蒸着材料３９を載置面２５に載置してから所定時間が経過するか、蒸発室２１の内部圧力が所定圧力以下になったら、成膜が終了したと判断する。成膜が終了した時には、基板８１表面の決められた領域に決められた膜厚の第一の色の着色層が形成される。
成膜が終了したら、蒸発室２１に接続された真空排気系８３のバルブを開け、蒸発室２１の内部を所定時間真空排気して残留蒸気を排出する。
【００４９】
残留蒸気を排出後、基板８１表面の、第一の色とは異なる色（例えば第二の色）の着色層を形成すべき領域と、開口１７とが対面するように位置合わせを行う。載置面２５に載置する蒸着材料３９の色を第一の色から他の色（第二の色）に変えた以外は、第一の色の着色層を成膜した工程と同じ工程で、第二の色の着色層を成膜する。
【００５０】
第二の色の着色層を形成後、残留蒸気の排出と、基板８１とマスク１６の位置合わせと、異なる色の着色層の成膜とを１回以上繰り返せば、３色以上の着色層を基板８１表面の異なる領域にそれぞれ成膜し、３色以上の着色層からなる発光層が形成される。
【００５１】
発光層が形成された基板８１を基板ホルダ１５から取り外して真空槽１１の外部に搬出し、発光層が形成される前の新たな基板８１を真空槽１１に搬入して基板ホルダ１５に保持させ、基板８１の交換を行う。
蒸発室２１の残留蒸気を排出してから、上述した工程で基板８１の表面に発光層を形成する。基板８１の交換と、発光層の形成とを繰り返せば、複数枚の基板８１に連続して発光層を形成することができる。
【００５２】
上述したように、一つの放出装置５０上で第一〜第三の色の着色層を連続して形成する方法は、着色層毎に放出装置５０を変える場合に比べて、基板８１の移動距離が短くてすむから、発塵が少ない。従って、塵が混入せず、膜質の良い発光層が得られる。
【００５３】
尚、少なくとも載置部材２２に蒸着材料３９を配置する時には、加熱手段６８に通電して、蒸気が通る経路（蒸発室２１、配管７１、切替装置７０、放出装置５０）を蒸着材料３９の蒸発温度以（例えば２００℃以上）上に加熱しておき、蒸気を発生させる間はその温度を維持することが望ましい。
【００５４】
放出装置５０を加熱する際には、輻射熱で基板８１やマスク１６が加熱される虞があるので、放出装置５０とマスク１６（又は基板８１）の間に冷却部材６７を配置し、放出装置５０からの輻射熱を基板８１側に到達しないようにする。
【００５５】
冷却部材６７のうち、放出装置５０の蒸気を放出する放出口（図２では第二の放出口５５、図３では第一の放出口５３）と対面する部分には、該放出口よりも大径の開口を設け、放出口から放出される蒸気が冷却部材６７に析出しないようにする。その開口の形状や放出口との位置関係は特に限定されず、一つの開口に一つの放出口を露出させてもよいし、一つの開口に二つ以上の放出口を露出させてもよい。
【００５６】
また、蒸気が通る経路を加熱すると同時に、各タンク６０ａ〜６０ｃと供給装置３１は、蒸着材料３９の蒸発温度未満（例えば２００℃未満）に維持することが望ましい。具体的には、断熱部材を設け、蒸発室２１等からの熱が供給装置３１やタンク６０ａ〜６０ｃに伝わらないようにする。断熱部材を設けるのと同時に、供給装置３１とタンク６０ａ〜６０ｃのいずれか一方又は両方を冷却手段で冷却すれば、より確実に蒸着材料３９の変質を防止できる。
【００５７】
供給装置３１の一部が蒸発室２１の内部空間と面すると、その部分に蒸気が析出するだけでなく、供給装置３１が蒸発室２１からの輻射熱で加熱されてしまう。従って、供給装置３１の蒸発室２１の内部空間と面する部分（ここでは回転軸３５の先端）を加熱板２８で覆うことが望ましい。加熱板２８は回転軸３５の先端に取り付けてもよいし、蒸発室２１の開口の内壁面に取り付けてもよい。
【００５８】
蒸発室２１の開口の内壁面に加熱板２８を取り付ける場合は、不図示の把持部材により、加熱板２８の外周の一部を内壁面に固定する。加熱板２８の外周と、蒸発室２１の開口内壁面との間には隙間が残るから、蒸着材料３９が蒸発室２１内へ落下するのが妨げられない。
【００５９】
加熱板２８の一部又は全部を断熱材料で構成し、加熱板２８の表面から裏面へ熱が伝わらないようにすれば、加熱板２８の蒸発室２１側の表面は輻射熱で加熱されても、回転軸３５側の裏面は加熱されない。
従って、加熱板２８の表面には蒸着材料３９の蒸気が析出せず、しかも、回転軸３５の先端は加熱されない。
【００６０】
更に、図２、図４に示したように、蒸発室２１の内部に邪魔板２７を配置してもよい。邪魔板２７は、供給装置３１の蒸着材料３９が落下する開口（ここでは、突条３６間の溝の下端）と、載置面２５の下端の間に配置され、該開口が載置面２５の下端と直接対面しないようになっている。
【００６１】
載置面２５の蒸着材料３９を載置すべき載置場所は設定されている。例えば、載置場所は蒸着材料３９が落下する開口の真下位置である。
邪魔板２７は表面が、蒸着材料３９を落下させる開口に向かって水平面から傾斜している。開口から落下する際に、載置場所よりも下方に向かって飛散する蒸着材料３９は、邪魔板２７表面に衝突し、該表面を滑り落ちて、載置面２５の載置場所に近い場所に落下する。
【００６２】
邪魔板２７を設ければ、蒸着材料３９が載置面２５から零れ落ちないから、邪魔板２７を設けない場合に比べて、載置面２５の載置場所から下端までの長さを短くすることが可能であり、蒸着装置１０ｂの小型化が可能である。
【００６３】
邪魔板２７の下端と載置面２５との間には隙間があり、載置場所と、その近くに落下した蒸着材料３９が、邪魔板２７で堰き止められないようになっている。従って、蒸着材料３９の広がりが阻害されず、蒸着材料３９は短時間で蒸発可能である。
【００６４】
邪魔板２７の形状は特に限定されず、飛散する蒸着材料３９が衝突する表面を有するものであれば、平面形状が円形、矩形等の板状であってもよいし、立方体、長方体や、錐体等であってもよい。
【００６５】
蒸発室２１内部に蒸気を発生させる間は、邪魔板２７を不図示の加熱手段で直接加熱するか、蒸発室２１からの輻射熱で間接的に加熱し、蒸着材料３９の蒸発温度にしておく。
【００６６】
邪魔板２７の個数も特に限定されず、蒸着材料３９が落下する開口一つに対し、一つ以上の邪魔板２７を設けてもよい。または、２個以上の該開口に対して１枚の邪魔板２７を設けてもよい。
【００６７】
加熱手段２４は載置部材２２を加熱可能であれば特に限定されない。例えば、載置部材２２を高抵抗の導電材料で構成し、載置部材２２の外側を取り囲むコイルに通電して蒸発室２１内部に電磁場を形成し、載置部材２２を誘導加熱してもよい。
【００６８】
載置部材２２の形状は板状に限定されず、載置面２５を有するのであれば、立方体、長方体、錐体等であってもよいが、載置部材２２の厚みが厚いと、加熱手段２４で加熱した時の熱応答性が低下するので、載置部材２２は板状が望ましい。
【００６９】
載置部材２２の構成材料は特に限定されないが、金属、合金、無機物等熱伝導率が高いものが望ましい。その中でも、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）は熱伝導率と機械的強度の両方に優れているので特に望ましい。
【００７０】
載置面２５の傾き角度θは特に限定されない。一例を述べると、蒸着材料３９が粒径１００μｍ以上２００μｍ以下の粉体の場合、傾き角度θは４５°以上６０°以下である。また、載置面２５の表面粗さを大きくしたり、載置面２５に筋状やメッシュ状の凹凸を設ければ、載置面２５から蒸着材料３９がより零れ落ち難くなる。
【００７１】
供給装置３１も特に限定されず、例えば、供給装置３１は移載部材と、移動手段とを有し、タンク６０ａ〜６０ｃの蒸着材料３９を移載部材に乗せ、移動手段により移載部材をタンク６０ａ〜６０ｃから、蒸発室２１へ移動させ、載置場所の真上位置で、蒸着材料３９を移載部材から落下させるようにしてもよい。
【００７２】
蒸着材料３９はホストやドーパント等の混合物に限定されない。例えば、蒸着材料３９の各成分を、別々のタンク６０ａ〜６０ｃに収容しておき、複数のタンク６０ａ〜６０ｃから各成分を同時に載置面２５に落下させて、複数成分を含有する蒸着材料３９の蒸気を発生させてもよい。
【００７３】
第一〜第三の色は赤、緑、青に限定されず、３原色であれば赤、黄、青であってもよい。また、着色層の色の数は３色に限定されず、２色以下であってもよいし、４色以上であってもよい。要するに本願発明の蒸着装置は、異なる色の着色層を、異なる領域に形成可能なものである。
【００７４】
また、着色層を同じ領域に積層してもよい。この場合、基板８１と放出装置５０の間にマスク１６を配置しないか、マスク１６を基板８１に対して相対的に静止させた状態で、着色層を積層させて発光層を形成する。該発光層を発光させると白色光が放出される。
【００７５】
白色光を放出する発光層を形成する場合は、着色層の色の種類は四色以上が望ましい。具体的には、赤色、緑色、青色、黄色の四色である。
着色層は、発光材料が含有された発光層を構成する場合に限定されず、発光層とは別に形成してもよい。
【００７６】
本発明の蒸着装置１０ｂは発光層だけでなく、ホール輸送層、ホール注入層、電子注入層、電子輸送層等、他の有機薄膜の成膜に用いることもできる。
ホール輸送層、ホール注入層、電子注入層、電子輸送層等、発光層以外の有機薄膜を成膜する際には、基板表面の成膜する領域を変える必要が無いから、基板８１と放出装置５０の間にマスク１６を配置しなくてもよく、又はマスク１６を配置する場合であっても、各層の成膜毎にマスク１６を移動させる必要がない。
【００７７】
一つの放出装置５０に複数の蒸気発生装置２０を接続してもよい。この場合、切替装置７０で所望の蒸気発生装置２０を放出装置５０に接続し、他の蒸気発生装置２０を放出装置５０から遮断できるようにすれば、所望の蒸気発生装置２０で発生した蒸気だけを、放出装置５０から放出させることができる。
【００７８】
１つの真空槽１１内部に１又は複数の放出装置５０を配置することができる。１つの真空槽１１内部に複数の放出装置５０を配置する場合、各放出装置５０から放出される蒸気が混合されないよう、放出装置５０同士の距離を十分に離すか、真空槽１１内部に蒸気の流れを遮蔽する遮蔽板を設けることが望ましい。
【００７９】
放出装置５０と、基板ホルダ１５のいずれか一方又は両方を揺動手段５８に接続してもよい。蒸気を放出している間、基板８１とマスク１６を相対的に静止させた状態で、該基板８１を放出装置５０に対して、水平面内で往復移動又は円運動させれば、基板８１表面に成長する有機薄膜の膜厚が均一になる。
【００８０】
基板ホルダ１５と放出装置５０との相対的な往復移動の方向は特に限定されないが、供給管５２と交差する方向に水平面内で相対的に移動させれば、基板８１表面の膜厚分布が均一になる。
供給管５２を放出槽５１の内部に配置する場合、第一の放出口５３が第二の放出口５５と対面しないようにすれば、第一の放出口５３から噴出される蒸気は、放出槽５１に充満してから真空槽１１に放出されるため、放出速度が安定する。
【００８１】
放出装置５０の蒸気を放出する放出口（図２では第二の放出口５５、図３では第一の放出口５３）が設けられた領域の面積を、基板８１よりも大面積にし、かつ、該放出口をその領域内で所定間隔を空けて分散配置しておけば、基板８１を放出装置５０上に位置させたまま、基板８１表面全部に亘って薄膜を形成することができる。この方法によれば、基板８１を搬送しながら成膜する必要がなく、真空槽１１内での基板８１の移動距離が短くなるので、基板８１搬送によるダストの発生量が少ない。
【００８２】
基板８１と放出装置５０の位置関係は特に限定されない。基板８１と放出装置５０の蒸気を放出する部分が対面するのであれば、基板８１を放出装置５０上に配置してもよいし、基板８１を放出装置５０の下方に配置してもよいし、基板８１を放出装置５０の側方に配置してもよい。
蒸発室２１を放出装置５０に接続して蒸気を移動させる際、蒸発室２１にパージガスを導入すれば、蒸気の供給効率が高くなる。
【００８３】
尚、決められた膜厚を成膜するのに要する蒸着材料３９の供給量は予備試験で求めておく。予備試験は、実際の成膜に用いるものと同じ蒸着材料３９をタンク６０ａ〜６０ｃに収容し、真空雰囲気の圧力、載置面２５の加熱温度等の成膜条件を、実際の製造の時と成膜条件と同じにし、放出装置５０上に基板８１（マスク１６使用するならばマスク１６と基板８１）とを配置したまま、蒸着材料３９を載置面２５に載置して蒸気を発生させ、薄膜を形成する。蒸着材料３９の落下量と、薄膜の膜厚との関係を求めれば、その関係から必要供給量が分かる。
蒸気発生装置２０の設置場所は特に限定されず、蒸気発生装置２０の一部又は全部を、放出装置５０と同じ真空槽１１内部に設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】製造装置の一例を説明するための平面図
【図２】本発明の蒸着装置の一例を説明する模式的な断面図
【図３】本発明の蒸着装置の他の例を説明する模式的な斜視図
【図４】タンクと載置部材の位置関係を説明する平面図
【図５】従来技術の蒸着装置を説明するための断面図
【符号の説明】
【００８５】
１０ｂ……蒸着装置 １１……真空槽 ２０……蒸気発生装置 ２１……蒸発室 ２２……載置部材 ２５……載置面 ３１……供給装置 ３９……蒸着材料 ５０……放出装置 ６０ａ〜６０ｃ……タンク ８１……基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着材料の蒸気を発生させる蒸気発生装置であって、
蒸着材料が収容されるタンクと、
前記タンクに接続された蒸発室と、
前記タンクに収容された前記蒸着材料を、前記蒸発室へ移動させる供給装置と、
前記蒸発室内部に配置された載置部材と、
前記載置部材を加熱する加熱手段とを有し、
前記載置部材は、前記蒸発室に移動した前記蒸着材料が載置される載置面を有し、
前記載置面は水平面から傾斜した蒸気発生装置。
【請求項２】
前記タンクを複数有し、
前記供給装置は、前記各タンクに収容された前記蒸着材料を、同じ前記蒸発室にそれぞれ移動させる請求項１記載の蒸気発生装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸気発生装置と、
前記蒸発室に接続され、前記蒸発室内で発生した蒸気が供給される放出装置と、
前記放出装置から内部空間に前記蒸気が放出される真空槽とを有する蒸着装置。
【請求項４】
真空雰囲気中で蒸着材料の蒸気を発生させ、
前記蒸気を基板表面に到達させ、薄膜を形成する成膜方法であって、
前記蒸気の発生は、表面が水平面から傾いた載置部材を前記真空雰囲気で加熱し、前記載置部材の表面の下端よりも上方位置に前記蒸着材料を載置し、前記載置部材の表面上で、前記蒸着材料を前記下端に向けて移動させる成膜方法。
【請求項１】
蒸着材料の蒸気を発生させる蒸気発生装置であって、
蒸着材料が収容されるタンクと、
前記タンクに接続された蒸発室と、
前記タンクに収容された前記蒸着材料を、前記蒸発室へ移動させる供給装置と、
前記蒸発室内部に配置された載置部材と、
前記載置部材を加熱する加熱手段とを有し、
前記載置部材は、前記蒸発室に移動した前記蒸着材料が載置される載置面を有し、
前記載置面は水平面から傾斜した蒸気発生装置。
【請求項２】
前記タンクを複数有し、
前記供給装置は、前記各タンクに収容された前記蒸着材料を、同じ前記蒸発室にそれぞれ移動させる請求項１記載の蒸気発生装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の蒸気発生装置と、
前記蒸発室に接続され、前記蒸発室内で発生した蒸気が供給される放出装置と、
前記放出装置から内部空間に前記蒸気が放出される真空槽とを有する蒸着装置。
【請求項４】
真空雰囲気中で蒸着材料の蒸気を発生させ、
前記蒸気を基板表面に到達させ、薄膜を形成する成膜方法であって、
前記蒸気の発生は、表面が水平面から傾いた載置部材を前記真空雰囲気で加熱し、前記載置部材の表面の下端よりも上方位置に前記蒸着材料を載置し、前記載置部材の表面上で、前記蒸着材料を前記下端に向けて移動させる成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−８４６７６（Ｐ２００９−８４６７６Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９９０４３（Ｐ２００７−２９９０４３）
【出願日】平成１９年１１月１９日（２００７．１１．１９）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１９日（２００７．１１．１９）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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