JP2011117073A - 蒸着源、それを備えた蒸着装置及び薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱による蒸着物質の変性を防止し、材料の利用効率を高めることができる蒸着源、それを備えた蒸着装置及び薄膜形成方法を提供する。
【解決手段】蒸着物質を冷却しながら保存し、前記保存された蒸着物質を加熱しながら供給する第１及び第２蒸着源部と、前記第１及び第２蒸着源部に接続され、前記第１または第２蒸着源から供給される蒸着物質が移動する移送部と、前記移送部に接続され、前記移送部を経て供給される蒸着物質を噴出するノズル部と、を含むことを特徴とする蒸着源。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱による蒸着物質の変性を防止し、材料の利用効率を高めることができる蒸着源、それを備えた蒸着装置及び薄膜形成方法に関する。

一般に、蒸着装置は各種の電子部品の薄膜蒸着などに用いられる。特に、半導体、ＬＣＤ、有機電界発光表示装置などの電子装置及び表示装置の薄膜形成に主に用いられる。

例えば、有機電界発光表示装置は、基板にアノード、有機薄膜及びカソードを積層して形成される有機発光層を含み、有機薄膜は主に熱蒸着工程により高真空チャンバの中で形成される。すなわち、高真空の蒸着チャンバ内の上部に基板を設け、下部に蒸着源を設け、蒸着源内のるつぼに収容されたパウダー状の有機物質を蒸発させて有機物気体が高真空下に広がり基板に付着し、有機気体が凝固しながら基板上に薄膜を形成する。

蒸着源は内部にるつぼがあり、周りに熱線装置が設けられていて熱線に電気が供給されると、熱線が抵抗加熱されて多量の輻射熱を放出することになるが、この赤外線輻射熱を利用してるつぼを加熱する。

蒸着源の一例である線形蒸着源は、蒸着源の大きさが基板大きさに対応できるように、長手方向に構成されて大面積を均一に蒸着することができる長所があるが、るつぼに収容される材料の量に制限があって維持補修周期が短く、基板に薄膜を形成する工程時間外にも、継続的に材料が消尽されて材料使用効率が低い。

上記の線形蒸着源の短所である材料使用効率を改善するために、蒸着ノズル部とるつぼとを分離し、その間に遮断用バルブを設けて基板に蒸着が行う場合のみに、バルブを開放して蒸着する方式が適用されていた。

しかし、バルブを開放して蒸着する方式を適用した場合、バルブが閉鎖されている間にるつぼ内部の圧力が増加して材料に変性が生じ、蒸着時に組成が変化した材料を基板に蒸着させることになり、装置の収率及び信頼性を低下させる原因となるという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、蒸着を行わないるつぼを冷却して蒸着物質の変性を防止し、材料の利用効率を高めることが可能な、新規かつ改良された蒸着源、それを備えた蒸着装置及び薄膜形成方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、蒸着物質を冷却しながら保存し、前記保存された蒸着物質を加熱しながら供給する第１及び第２蒸着源部と、前記第１及び第２蒸着源部に接続され、前記第１または第２蒸着源から供給される蒸着物質が移動する移送部と、前記移送部に接続され、前記移送部を経て供給される蒸着物質を噴出するノズル部と、を含むことを特徴とする蒸着源が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、チャンバ内に設けられた基板に薄膜を形成するための蒸着物質を供給する蒸着源を含む蒸着装置において、前記蒸着装置は、蒸着物質を冷却しながら保存し、前記保存された蒸着物質を加熱しながら供給する第１及び第２蒸着源部と、前記第１及び第２蒸着源部に接続され、前記第１または第２蒸着源から供給される蒸着物質が移動する移送部と、前記移送部に接続され、前記移送部を経て供給される蒸着物質を噴出するノズル部と、を含むことを特徴とする蒸着装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、蒸着源が設置されたチャンバ内に、前記蒸着源と対向するように基板を設置する工程と、蒸着物質が保存された第１るつぼを第１加熱部により加熱することで前記蒸着物質を加熱し、第２るつぼは第２冷却部により冷却する工程と、前記第１るつぼから供給される気化した前記蒸着物質が第１移送管及び第３移送管を経てノズル部に供給され、前記ノズル部に供給された前記蒸着物質を噴出して前記基板に薄膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする薄膜形成方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、蒸着物質を蒸着しない間は、気化された蒸着物質を冷却されたるつぼに保存することで、熱による蒸着材料の変性を防止することができ、材料の利用効率を高めることができる。

本発明の好適な実施形態に係る蒸着装置の構造を示す模式図である。 本発明の好適な実施形態に係る蒸着源の構造を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本発明の好適な実施形態に係る蒸着装置の構造を示す模式図であり、図２は本発明の好適な実施形態に係る蒸着源の構造を示す模式図である。

図１及び図２に示すように、蒸着装置１は本体を有し、内部に基板Ｓが配置されたチャンバ５と基板Ｓに蒸着される蒸着物質を噴出する蒸着源１０とを含み、基板Ｓと蒸着源１０は互いに対向して設けられる。例えば、図１に示すように、基板Ｓがチャンバ５内部の上部に位置し、蒸着源１０がチャンバ５内部の下部に位置される。

チャンバ５は、図示しない真空ポンプによって内部が真空状態を保持するようになっている。

また、パターンが形成されたマスクＭが基板Ｓと蒸着源１０との間にさらに設けられ、マスクＭに形成されたパターンにより蒸着物質が基板Ｓに蒸着される。

蒸着源１０は、第１蒸着源部２０、第２蒸着源部３０、移送部４０及びノズル部５０を含む。

第１蒸着源部２０及び第２蒸着源部３０は蒸着物質を保存し、保存された蒸着物質を加熱または冷却させながら蒸着物質を交互に供給する。

すなわち、第１蒸着源部２０が蒸着物質を供給する場合には第２蒸着源部３０が蒸着物質を供給せず、第２蒸着源部３０が蒸着物質を供給する場合には第１蒸着源部２０が蒸着物質を供給しない。

工程環境によって、第１蒸着源部２０及び第２蒸着源部３０の両方に蒸着物質を保存することができ、または、いずれか１つだけに蒸着物質を保存し、他の１つには工程進行中に蒸着物質を移動させて保存することができる。

蒸着物質は、金属、有機物及び無機物からなる群から選択されたいずれか１つの物質とすることができ、例えば、有機電界発光素子の有機膜を形成するための物質とすることができる。

第１蒸着源部２０は、その内部に蒸着物質を保存する第１るつぼ２１、第１るつぼ２１に設けられた第１加熱部２２と第１冷却部２３を含み、第１加熱部２２は第１るつぼ２１に熱を供給して第１るつぼ２１を加熱し、第１冷却部２３は第１るつぼ２１から熱を奪って、第１るつぼ２１を冷却する。

よって、第１加熱部２２が第１るつぼ２１を加熱することで、第１るつぼ２１の内部に保存されている蒸着物質も加熱され、また、第１冷却部２３が第１るつぼ２１を冷却することで、第１るつぼ２１の内部に保存されている蒸着物質も冷却される。

また、第１蒸着源部２０には、第１るつぼ２１を移送部４０及び第２蒸着源部３０に接続する第１移送管２４と、第１移送管２４に設けられ、第１移送管２４を通過する蒸着物質の移動を制御する第１バルブ２５とが備えられている。

第１加熱部２２は加熱手段が第１るつぼ２１の周りを囲む形態とすることができ、加熱手段は熱線とすることができる。

また、第１冷却部２３は冷却手段が第１るつぼ２１の周りを囲む形態とすることができ、冷却手段としては冷却ガスまたは冷却水が流れる冷却ラインとすることができる。

このとき、第１るつぼ２１を効率的に加熱または冷却するために、第１加熱部２２と第１冷却部２３は重ならないように形成することが好ましい。

第２蒸着源部３０は、その内部に蒸着物質を保存する第２るつぼ３１、第２るつぼ３１に設けられた第２加熱部３２と第２冷却部３３を含み、第２加熱部３２は第２るつぼ３１に熱を供給して第２るつぼ３１を加熱し、第２冷却部３３は第２るつぼ３１から熱を奪って、第２るつぼ３１を冷却する。

よって、第２加熱部３２が第２るつぼ３１を加熱することで、第２るつぼ３１の内部に保存されている蒸着物質も加熱され、また、第２冷却部３３が第２るつぼ３１を冷却することで、第２るつぼ３１の内部に保存されている蒸着物質も冷却される。

また、第２蒸着源部３０には、第２るつぼ３１を移送部４０及び第１蒸着源部２０に接続される第２移送管３４と、第２移送管３４に設けられ、第２移送管３４を通過する蒸着物質の移動を制御する第２バルブ３５とが備えられている。

第２加熱部３２は、加熱手段が第２るつぼ３１の周りを囲む形態とすることができ、加熱手段は熱線とすることができる。

また、第２冷却部３３は、冷却手段が第２るつぼ３１の周りを囲む形態とすることができ、冷却手段は冷却ガスまたは冷却水が流れる冷却ラインとすることができる。

このとき、第２るつぼ３１を効率的に加熱または冷却させるために、第２加熱部３２と第２冷却部３３は重ならないように形成することが好ましい。

移送部４０は、第１蒸着源部２０、第２蒸着源部３０及びノズル部５０に接続され、第１蒸着源部２０または第２蒸着源部３０から提供される蒸着物質が移動する通路として、蒸着物質は移送部４０を経てノズル部５０に供給される。

移送部４０は、第１蒸着源部２０及び第２蒸着源部３０とノズル部５０とを接続する第３移送管４１と、第３移送管４１に設けられ、第１蒸着源部２０または第２蒸着源部３０から提供される蒸着物質の移動を制御する第３バルブ４２とを備える。

したがって、第１蒸着源部２０の第１移送管２４及び第２蒸着源部３０の第２移送管３４と移送部４０の第３移送管４１とは互いに接続されている。

ノズル部５０は、移送部４０に接続され、移送部４０から提供される蒸着物質を外部に噴出する手段として、移送部４０に接続される本体部５１と本体部５１に設けられた１つまたは複数の噴出口５２を含む。

図１の蒸着装置１により蒸着物質を基板に蒸着して薄膜を形成する方法を説明する。この場合、第１蒸着源部２０が先に蒸着物質を供給することとして仮定し、また、第１蒸着源部２０は蒸着物質を保存していて、第２蒸着源部３０は蒸着物質を保存していないことに仮定する。勿論、このような仮定は実施形態を説明するためのものであって、本願発明がこれに限定されるものではない。

まず、基板Ｓがチャンバ５内部に位置すると、チャンバ５は真空ポンプにより真空状態となる。

蒸着物質を蒸着する準備が完了されると、第１蒸着源部２０は蒸着物質を、移送部４０を介してノズル部５０に供給し、第２蒸着源部３０は蒸着物質を供給しない。

上述によれば、第１加熱部２２が第１るつぼ２１を加熱すると、第１るつぼ２１に保存された蒸着物質は熱によって気化され、気化された蒸着物質は第１移送管２４を介して移動し、第１移送管２４を介して移動する蒸着物質は移送部４０の第３移送管４１を経てノズル部５０に供給される。

ノズル部５０は蒸着物質を基板Ｓに向けて噴出し、噴出された蒸着物質はマスクＭを介して基板Ｓに蒸着して薄膜を形成する。

この場合、第１蒸着源部２０の第１バルブ２５はオープンされ、第１移送管２４が開放され、移送部４０の第３バルブ４２もオープンされ、第３移送管４１が開放される。

しかし、第２蒸着源部３０の第２バルブ３５はクローズされて、第２移送管３４が閉鎖され、第２移送管３４を介して蒸着物質が移動することができない。

このとき、第２冷却部３３の動作により第２るつぼ３１を冷却することで、第２蒸着源部３０は冷却状態が維持される。

蒸着工程が終了されると、薄膜が形成された基板Ｓはチャンバ５内部から搬出され、薄膜を形成しようとする新たな基板Ｓがチャンバ５内部に搬入される。

このような基板の搬出入が行われている間は、蒸着工程の際にオープンされていた第１バルブ２５及び第３バルブ４２と、クローズされていた第２バルブ３５の状態が変わり、第１バルブ２５及び第２バルブ３５がオープン状態となり、第３バルブ４２はクローズ状態となる。

したがって、第１蒸着源部２０から供給される蒸着物質は、ノズル部５０に移動することができず、第２蒸着源部３０に移動する。

このとき、第２蒸着源部３０は冷却状態を維持しているので、熱により気化された蒸着物質は、第２るつぼ３１に粉末形態として保存される。

基板Ｓの搬出入工程が終了すると、搬入された基板Ｓに薄膜を形成するための蒸着工程が再び行われる。このとき、第１るつぼ２１に保存されている蒸着物質が十分残っていた場合は、第２バルブ３５をクローズして、第３バルブ４２をオープンにし、第１蒸着源部２０から移送部４０を経てノズル部５０に蒸着物質を供給する。

しかし、第１るつぼ２１に保存されている蒸着物質が基板Ｓに薄膜を形成するには不足であるか、または第１るつぼ２１が空である場合は、第１バルブ２５を閉鎖し、第２バルブ３５及び第３バルブ４２を開放する。

このとき、第１蒸着源部２０は、第１るつぼ２１を冷却させるために、第１加熱部２２の動作を止め、第２冷却部２３の動作を開始させる。また、第２蒸着源部３０は第２るつぼ３１を加熱させるために、第２冷却部３３の動作を止め、第２加熱部３２の動作を開始させる。

したがって、第２加熱部３２の動作開始により第２るつぼ３１は加熱され、第２るつぼ３１に保存されていた蒸着物質が気化され、移送部４０を介してノズル部５０に供給される。ノズル部５０は第２蒸着部３０から供給された蒸着物質を基板Ｓに向けて噴出し、噴出された蒸着物質はマスクＭを介して基板Ｓに蒸着され、薄膜が形成される。

このように、蒸着物質の供給を第１蒸着源部２０と第２蒸着源部３０から交互に行う蒸着方法は、一方の蒸着源部に保存されている蒸着物質が消尽したり、薄膜を形成するのに不足したりする場合に、他方の蒸着源部から蒸着物質を供給することが繰り返し行われる。

したがって、蒸着物質を供給しない間に、気化した蒸着物質を保存するるつぼを冷却することで、熱による蒸着材料の変性を防止することができ、材料の利用効率を高めることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 蒸着装置
５ チャンバ
１０ 蒸着源
２０ 第１蒸着源部
２１ 第１るつぼ
２２ 第１加熱部
２３ 第１冷却部
２４ 第１移送管
２５ 第１バルブ
３０ 第２蒸着源部
３１ 第２るつぼ
３２ 第２加熱部
３３ 第２冷却部
３４ 第２移送管
３５ 第２バルブ
４０ 移送部
４１ 第３移送管
４２ 第３バルブ
５０ ノズル部
５１ 本体部
５２ 噴出口
Ｓ 基板
Ｍ マスク

Claims (28)

1. 蒸着物質を冷却しながら保存し、前記保存された蒸着物質を加熱しながら供給する第１及び第２蒸着源部と、
   前記第１及び第２蒸着源部に接続され、前記第１または第２蒸着源から供給される蒸着物質が移動する移送部と、
   前記移送部に接続され、前記移送部を経て供給される蒸着物質を噴出するノズル部と、
   を含むことを特徴とする蒸着源。
2. 前記第１及び第２蒸着源部のうちの１つは保存された前記蒸着物質を加熱し、他の１つは保存された前記蒸着物質を冷却することを特徴とする請求項１に記載の蒸着源。
3. 前記第１蒸着源部は、
   前記蒸着物質を保存する第１るつぼと、
   前記第１るつぼに設けられる第１加熱部及び第１冷却部と、
   前記第１るつぼを前記移送部及び前記第２蒸着源部に接続する第１移送管と、
   前記第１移送管に設けられる第１バルブと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸着源。
4. 前記第２蒸着源部は、
   前記蒸着物質を保存する第２るつぼと、
   前記第２るつぼに設けられる第２加熱部及び第２冷却部と、
   前記第２るつぼを前記移送部及び前記第１蒸着源部に接続する第２移送管と、
   前記第２移送管に設けられる第２バルブと、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の蒸着源。
5. 前記移送部は、
   前記第１蒸着源部、前記第２蒸着源部及び前記ノズル部に接続される第３移送管と、
   前記第３移送管に設けられる第３バルブと、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の蒸着源。
6. 前記ノズル部は、
   前記移送部に接続する本体部と、
   前記本体部に設けられる１つまたは複数の噴出口と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸着源。
7. 前記第１、第２及び第３バルブは、それぞれ前記第１、第２及び第３移送管を開閉することを特徴とする請求項５に記載の蒸着源。
8. 蒸着工程が行われる間に、前記第１及び第２移送管のうちの１つと前記第３移送管は開放されることを特徴とする請求項５に記載の蒸着源。
9. 蒸着工程が終了したら、前記第１及び第２移送管は開放され、前記第３移送管は閉鎖されることを特徴とする請求項５に記載の蒸着源。
10. チャンバ内に設けられた基板に薄膜を形成するための蒸着物質を供給する蒸着源を含む蒸着装置において、
    前記蒸着装置は、蒸着物質を冷却しながら保存し、前記保存された蒸着物質を加熱しながら供給する第１及び第２蒸着源部と、
    前記第１及び第２蒸着源部に接続され、前記第１または第２蒸着源から供給される蒸着物質が移動する移送部と、
    前記移送部に接続され、前記移送部を経て供給される蒸着物質を噴出するノズル部と、
    を含むことを特徴とする蒸着装置。
11. 前記第１及び第２蒸着源部のうちの１つは保存された前記蒸着物質を加熱し、他の１つは保存された前記蒸着物質を冷却することを特徴とする請求項１０に記載の蒸着装置。
12. 前記基板と前記蒸着源との間に、パターンが形成されたマスクをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の蒸着装置。
13. 前記第１蒸着源部は、
    前記蒸着物質を保存する第１るつぼと、
    前記第１るつぼに設けられる第１加熱部及び第１冷却部と、
    前記第１るつぼと前記移送部及び前記第１るつぼと前記第２蒸着源部を接続する第１移送管と、
    前記第１移送管に設けられる第１バルブと、
    を備えることを特徴とする請求項１０に記載の蒸着装置。
14. 前記第２蒸着源部は、
    前記蒸着物質を保存する第２るつぼと、
    前記第２るつぼに設けられる第２加熱部及び第２冷却部と、
    前記第２るつぼと前記移送部及び前記第２るつぼと前記第１蒸着源部を接続する第２移送管と、
    前記第２移送管に設けられる第２バルブと、
    を備えることを特徴とする請求項１３に記載の蒸着装置。
15. 前記移送部は、
    前記第１蒸着源部、前記第２蒸着源部及び前記ノズル部に接続する第３移送管と、
    前記第３移送管に設けられる第３バルブと、
    を含むことを特徴とする請求項１４に記載の蒸着装置。
16. 前記ノズル部は
    前記移送部に接続される本体部と、
    前記本体部に設けられる１つまたは複数の噴出口と、
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の蒸着装置。
17. 前記第１、第２及び第３バルブは、それぞれ前記第１、第２及び第３移送管を開閉することを特徴とする請求項１５に記載の蒸着装置。
18. 蒸着工程が行われる間に、前記第１及び第２移送管のうちの１つと前記第３移送管は開放されることを特徴とする請求項１５に記載の蒸着装置。
19. 蒸着工程が終了したら、前記第１及び第２移送管は開放され、前記第３移送管は閉鎖されることを特徴とする請求項１５に記載の蒸着装置。
20. 蒸着源が設置されたチャンバ内に、前記蒸着源と対向するように基板を設置する工程と、
    蒸着物質が保存された第１るつぼを第１加熱部により加熱することで前記蒸着物質を加熱し、第２るつぼは第２冷却部により冷却する工程と、
    前記第１るつぼから供給される気化した前記蒸着物質が第１移送管及び第３移送管を経てノズル部に供給され、前記ノズル部に供給された前記蒸着物質を噴出して前記基板に薄膜を形成する工程と、
    を含むことを特徴とする薄膜形成方法。
21. 前記基板に薄膜を形成する工程が終了すると、薄膜が形成された基板を搬出し、薄膜を形成する新たな基板を搬入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の薄膜形成方法。
22. 前記基板を搬出入する間に、気化した前記蒸着物質は前記第１移送管及び第２移送管を経て前記第２るつぼに移動され、前記第２るつぼに保存されることを特徴とする請求項２１に記載の薄膜形成方法。
23. 前記基板を搬出入する間は、前記第１移送管に設けられる第１バルブ及び前記第２移送管に設けられる第２バルブは開放され、前記第３移送管に設けられる第３バルブは閉鎖されることを特徴とする請求項２２に記載の薄膜形成方法。
24. 前記基板の搬出入の終了後、前記第１るつぼに保存された蒸着物質が薄膜を形成するのに十分であれば、前記第１るつぼから供給される前記蒸着物質は前記第１移送管及び前記第３移送管を経てノズル部に供給され、前記供給された前記蒸着物質を前記ノズル部が噴出して前記新たな基板に薄膜を形成することを特徴とする請求項２２に記載の薄膜形成方法。
25. 前記新たな基板に薄膜を形成する間は、前記第１移送管に設けられる第１バルブ及び前記第３移送管に設けられる第３バルブは開放され、前記第２移送管に設けられる第２バルブは閉鎖されていることを特徴とする請求項２４に記載の薄膜形成方法。
26. 前記基板の搬出入の終了後、前記第１るつぼに保存された蒸着物質が消尽または薄膜を形成するのに不十分である場合は、前記第２冷却部による前記第２るつぼの冷却を中止し、第２加熱部を用いて前記第２るつぼを加熱することで、前記第２るつぼに保存された蒸着物質を加熱し、また前記第１加熱部による前記第１るつぼの加熱を中止し、第１冷却部により前記第１るつぼを冷却させることを特徴とする請求項２２に記載の薄膜形成方法。
27. 前記第２加熱部を用いた加熱により前記第２るつぼに保存された蒸着物質が気化し、前記第２移送管及び前記第３移送管を経て前記ノズル部に供給され、前記供給された前記蒸着物質を前記ノズル部が噴出して前記新たな基板に薄膜を形成することを特徴とする請求項２６に記載の薄膜形成方法。
28. 前記新たな基板に薄膜を形成する間は、前記第１バルブは閉鎖され、前記第２及び第３バルブは開放されることを特徴とする請求項２７に記載の薄膜形成方法。
    

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