JP2014109050A

JP2014109050A - 蒸着装置用蒸発源

Info

Publication number: JP2014109050A
Application number: JP2012263475A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Ito; 宜弘伊藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-12

Abstract

【課題】蒸着装置用蒸発源において、気化された蒸着材料が熱反射板に付着することに起因する不具合の発生を防止できるようにする。
【解決手段】蒸着装置用蒸発源１は、蒸着材料２を収容する筒形状の坩堝４と、蒸着材料２を気化する温度に加熱するヒータ５ａ，５ｂと、坩堝４及びヒータ５ａ，５ｂを内部に収容する本体部６とを備える。坩堝４は、蒸着材料２が配置される底部４ａと、底部４ａと対向して形成される開口部４ｂと、底部４ａ及び開口部４ｂを連接する側壁４ｃと、開口部４ｂ近傍の側壁４ｃに形成される括れ部４ｄとを有する。また、括れ部４ｄの側面において開口部４ｂから離間するように配置されて、括れ部４ｄの最大径Ｌ_maxより小さな口径の穴部７ｂを有する熱反射板７ａを備える。この構成により、蒸着装置用蒸発源１では、気化された蒸着材料２が熱反射板７ａに付着することに起因する不具合の発生を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）発光素子用の金属膜などを蒸着により形成するための蒸着装置用蒸発源に関する。

近年、薄型で、輝度や視野角の良い有機ＥＬ発光素子を光源とした有機ＥＬパネルが注目を浴びている。この有機ＥＬパネルは、定電流電源からの直流電圧を陽極及び陰極間に印加することによって、発光層に含まれる有機化合物の励起子を発生させ、この励起子が基底状態に戻るときに放射される光を外部に取り出すものである。

基板に有機ＥＬ素子の金属電極層などの薄膜を形成させる方法の一つに、抵抗加熱方式による真空蒸着装置がある。この種の蒸着装置の構成の一例を、図７を参照して説明する。

蒸着装置は、図７（ａ）に示すような蒸発源１０１を真空チャンバ内に備えている。蒸発源１０１は、蒸着材料１０２及び坩堝１０３を内部に収容した本体部１０４と、熱反射板１０５ａとを備える。坩堝１０３の外周には、蒸着材料１０２を気化させるように加熱するヒータ１０６が設けられる。熱反射板１０５ａ及び本体部１０４は、ヒータ１０６を加熱した際の坩堝保温性を高める機能と、ヒータ１０６からの輻射熱が基板１０７側に拡散することを抑制する機能がある。

そして、蒸発源１０１の作動時においては、真空チャンバ内を減圧させて真空雰囲気とし、ヒータ１０６により蒸着材料１０２を加熱気化し基板１０８の方向へ進み、基板１０７の一表面側に堆積して薄膜を形成する。

例えば電極材料のひとつであるAl電極材料を上記に示すような坩堝で蒸発させる際、Alとの反応を防ぐため、坩堝の材質としては金属系の材質ではなく、CやSiCなどのセラミックスを用いる場合がある。しかし、セラミックス坩堝はAlに対して濡れ性が高く、蒸発温度で加熱した際、溶解したAlが坩堝を這い上がり、坩堝から吹きこぼれてしまうようなトラブルが多く発生する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３２７１２５号公報

上記従来の蒸発源１０１においては、基板１０７への薄膜形成を繰り返していく内に、例えば、縁部１０４ａが加熱により変形し、この変形に伴い熱反射板１０５ａが変形されて坩堝１０３の開口部と熱反射板１０５ａとの幅が狭くなる現象が生じる。

この場合、図７（ｂ）に示すように、坩堝１０３の開口部と熱反射板１０５ａの間に気化された蒸着材料１０２（例えばAl材料）が固着し、また、気化された蒸着材料１０２が熱反射板１０５ａの裏面にまで回り込んで固着する。さらに、シャッターなど他の部材に堆積した蒸着材料１０２が熱反射板１０５ａに落下し、また、その蒸着材料１０２が熱反射板１０５ａの裏面側まで回り込むことがある。

この結果、坩堝１０３の開口部と熱反射板１０５ａとが蒸着材料１０２で固着され、熱反射板１０５ａを坩堝１０３から外せなくなる。また、蒸着材料１０２が熱反射板１０５ａや縁部１０４ａに付着して坩堝１０３の外部に流出することで蒸発源１０１の地絡や故障原因となる。さらに、縁部１０４ａが金属部材などで形成されている場合には、付着した蒸着材料１０２と縁部１０４ａとが化学反応して、腐食生成した縁部１０４ａの金属片がメンテナンス作業の際などにおいて蒸発源１０１の内部に混入してしまい、蒸発源１０１の地絡や故障の原因となる場合がある。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、気化された蒸着材料が熱反射板に付着することに起因する不具合の発生を防止できるようにした蒸着装置用蒸発源を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る蒸着装置用蒸発源は、蒸着材料を収容する筒形状の坩堝と、前記蒸着材料を気化する温度に加熱するヒータと、前記坩堝及び前記ヒータを内部に収容する本体部と、を備える蒸着装置用蒸発源において、前記坩堝は、前記蒸着材料が配置される底部と、当該底部と対向して形成される開口部と、前記底部及び前記開口部を連接する側壁と、前記開口部近傍の側壁に形成される括れ部とを有し、前記括れ部の側面において前記開口部から離間するように配置されて、前記括れ部の最大径より小さな口径の穴部を有する熱反射板を備えることを特徴とする。

また、この蒸着装置用蒸発源の前記熱反射板は、前記括れ部の最小径となる位置よりも前記底部側の位置において、前記括れ部の側面に接するように支持されていることが好ましい。

また、この蒸着装置用蒸発源の前記熱反射板は、前記坩堝と一体に形成されていることが好ましい。

また、この蒸着装置用蒸発源は、前記括れ部の最大径より小さい口径となる穴部を有する追加熱反射板をさらに備え、前記追加熱反射板は、前記熱反射板より前記坩堝の開口部側において、当該熱反射板と離間するように配置されることが好ましい。

また、この蒸着装置用蒸発源の前記追加熱反射板は、その穴部が前記坩堝の括れ部の側面と離間するように配置されることが好ましい。

また、この蒸着装置用蒸発源の前記追加熱反射板の穴部の口径は、前記熱反射板の穴部の口径よりも大きいことが好ましい。

また、この蒸着装置用蒸発源の前記熱反射板は、２以上の小片に分割可能であることが好ましい。

また、この蒸着装置用蒸発源の前記熱反射板は、その穴部から外周に向かって下方に傾斜する傾斜部を有することが好ましい。

また、本発明に係る蒸着装置は、上記いずれかに記載の蒸着装置用蒸発源を備えることを特徴とする。

本発明に係る蒸着装置用蒸発源によれば、坩堝の括れ部の最大径より小さな口径の穴部を有する熱反射板を、当該坩堝の括れ部の側面に配置する。この熱反射板と坩堝の開口部とは離間するように配置されため、気化された蒸着材料が熱反射板と開口部との間に固着したり、坩堝の外部に流れ込むことを適切に防止でき、その結果、蒸着装置用蒸発源における不具合の発生を防止できる。

本発明の第１の実施形態に係る蒸着装置用蒸発源の断面構成図。本発明の第２の実施形態に係る蒸着装置用蒸発源の断面構成図。本発明の第３の実施形態に係る蒸着装置用蒸発源の断面構成図。同上実施形態の第１の変形例に係る蒸着装置用蒸発源の断面構成図。同上実施形態の第２の変形例に係る蒸着装置用蒸発源の断面構成図。（ａ）同上実施形態の第３の変形例に係る蒸着装置用蒸発源に備わる熱反射板の平面図、（ｂ）同上実施形態の第４の変形例に係る蒸着装置用蒸発源に備わる熱反射板の斜視図。（ａ）従来の蒸着装置用蒸発源の断面構成図、（ｂ）同上蒸着装置用蒸発源の作動停止後の断面構成図。

本発明の実施形態に係る蒸着装置用蒸発源について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る蒸着装置用蒸発源（以下、蒸発源と記載）について、図１を参照して説明する。本実施形態の蒸発源１は、高真空を保つ真空チャンバ内に配置され、熱保護板３と、蒸着材料２を投入するための坩堝４と、ヒータ５ａ，５ｂと、本体部６と、熱反射板７ａとを備える。真空チャンバには真空ポンプ（図示せず）が接続されており、また基板８を容易に交換できるように所定の搬入及び搬出機構（図示せず）が設けられている。

蒸着材料２は、基板８に蒸着させる金属電極材料であり、例えば、有機ＥＬ素子においては、反射率の高いAlやAgまたはそれらの合金などが用いられる。

坩堝４は、その断面が円筒状や角筒上などの筒形状に形成され、ヒータ５ａ，５ｂの加熱により気化された蒸着材料２を基板８側へ導流するための流路となる。この坩堝４は、蒸着材料２が配置される底部４ａと、基板８側に形成される開口部４ｂと、底部４ａと開口部４ｂとを連接する側壁４ｃと、開口部４ｂ近傍の側壁４ｃに形成される括れ部４ｄとを有して内部空間４ｅを形成する。なお、坩堝４は、例えば、窒化Al焼結体より成る構造体により構成されている。また、例えば熱保護板３が坩堝４を図中の上下方向に移動させる機能を有し、開口部４ｂの水平面から熱反射板７ａまでの高低差Ｈを自由に設定できる機能を有していても良い。

ヒータ５ａ，５ｂは、坩堝４の側壁４ｃの外部に設けられ、ヒータ５ａは坩堝中心部から下部全体を、ヒータ５ｂは坩堝中心部から上部全体を蒸着材料２が気化する温度以上で且つ十分な成膜温度が確保できる温度（例えば、１１００〜１４００℃程度）にまで加熱する。この際、所定の成膜速度を確保するためにヒータ５ａ、５ｂは異なる温度で成膜される場合もある。気化された蒸着材料２は坩堝４の内部空間４ｅを通って開口部４ｂから放出され、基板８の一表面側に堆積して薄膜を形成する。なお、ヒータ５ａ，５ｂは、例えば、タングステンやモリブデン等の高融点金属から成る抵抗体に電流を流してこれを発熱させることで蒸着材料２を加熱する。

本体部６は、坩堝４、及びヒータ５ａ，５ｂを収納し、これらヒータ５ａ，５ｂに用いる熱電対や電流導入端子が装着される。また、本体部６は、ヒータ５ａ，５ｂを加熱した際の坩堝保温性を高める機能と、ヒータ５ａ，５ｂからの輻射熱が外部に拡散することを抑制する機能をも有している。縁部６ａは本体部６の上面に配置され、熱反射板７ａを支持し、また、ヒータ５ａ，５ｂからの輻射熱が基板８側に拡散することを防止する。

熱反射板７ａは、ヒータ５ａ，５ｂからの輻射熱が基板８側に拡散することを防止するための部材であり、括れ部４ｄの側面に配置されて、括れ部４ｄの最大径Ｌ_maxより小さな口径の穴部７ｂを有する略ドーナツ形状を有している。この熱反射板７ａは、図中において坩堝４の開口部４ｂの水平面から例えば２〜３ｍｍ程度の高低差Ｈを有して離間するように、括れ部４ｄの側面に配置されている。この配置関係により、気化した蒸着材料２が熱反射板７ａと開口部４ｂとの間に付着することや、熱反射板７ａに付着した蒸着材料２が坩堝４の外部に流出することを適切に防止できる。

基板８は、蒸着作業を行うときに真空チャンバ内に坩堝４の底部４ａと対向するように配置され、例えば、ＩＴＯ（透明電極）膜が形成されたガラス基板であり、気化した蒸着材料２を蒸着させる。この基板８は、真空チャンバ内において、複数の蒸発源１の上方を、成膜順で通過するように所定の搬送速度で搬送されている。真空チャンバ内には、基板８を搬送する搬送ローラが設けられ、基板８は、蒸発源１の上方を通過する際に、蒸着材料２から気化した有機材料が基板８の一表面側に被着されることで多層膜が形成される。

なお、図示はしていないが、蒸着装置は、時間当たりの蒸着膜厚を計測する膜厚計測部なども備えている。この膜厚計測部は、ＣＰＵ及びメモリ等から成るコントローラに接続され、当該コントローラは膜厚計測部から受信した制御信号に応じてヒータ５ａ，５ｂの加熱温度を制御して蒸着材料２の蒸着速度を調整する。

次に、本実施形態に係る蒸発源１の動作に関して説明する。最初に、蒸発源１を作動させて基板８に蒸着材料２を蒸着するとき、まず、真空ポンプを用いて真空チャンバ内を真空状態に減圧する。次に、ヒータ５ａ，５ｂを作動させて坩堝４を加熱する。この際の加熱温度は蒸着材料２が気化される温度（例えば１１００〜１４００℃）に設定される。

そして、気化された蒸着材料２が坩堝４の内部空間４ｅに放出され、続いて、気化された蒸着材料２は坩堝４の開口部４ｂから放出され、所定の搬送速度で搬送されている基板８の一表面側に堆積して薄膜を形成する。

次に、基板８の蒸着作業が終了して、蒸発源１の動作を止めるときには、ヒータ５ａ，５ｂの電源を止める。この際、熱反射板７ａは坩堝４の開口部４ｂから所定値以上の高低差Ｈで離間するように、括れ部４ｄの側面に配置されている。ヒータ５ａ，５ｂの電源を止めたとき、ヒータ５ａ，５ｂ及びこれに近接する坩堝４は高温状態にある。その一方、坩堝４の開口部４ｂは、ヒータ５ａ，５ｂから最も離れており、しかも熱反射板７ａによりヒータ５ａ，５ｂからの熱が伝わり難くなっているので、比較的早い段階で冷却される。そのため、気化した蒸着材料２は坩堝４の開口部４ｂ近傍に優先的に付着し、熱反射板７ａには付着し難くなる。従って、上述した熱反射板７の配置関係によれば、気化した蒸着材料２が熱反射板７ａと開口部４ｂとの間に再固着することが防止でき、再度過熱した場合に蒸着材料２が熱反射板７ａや縁部６ａの裏面にまで回り込むこと、熱反射板７ａに付着した蒸着材料２が坩堝４の外部に流出することを適切に防止できる。その結果、気化された蒸着材料２が熱反射板７ａや縁部６ａに付着することに起因する蒸発源１の地絡や故障などの不具合の発生を適切に防止できる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る蒸着装置用蒸発源について図２を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態に係る蒸発源１と同様の構成には同符号を付し、その詳細な説明は省略する（以下同様）。

本実施形態では、熱反射板７ａは、括れ部４ｄの最小径Ｌ_minとなる位置Ｎよりも底部４ａ側の位置において、括れ部４ｄの側面に接するように支持されている。この構成によれば、熱反射板７ａが、坩堝４の開口部４ｂから離れた位置に配置されるので、熱反射板７ａへの蒸着材料２の付着がより少なくなる。また、熱反射板７ａが括れ部４ｄの側面に接するので、これらの間に蒸着材料２が入り込み難くなり、蒸着材料２が熱反射板７ａの裏面にまで回り込むことや、熱反射板７ａに付着した蒸着材料２が坩堝４の側面に流出することを防止できる。従って、本実施形態では、気化された蒸着材料２が熱反射板７ａに付着することに起因する地絡や故障などの不具合の発生を適切に防止できる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る蒸着装置用蒸発源について図３を参照して説明する。図３に示すように、本実施形態において、蒸発源１は、熱反射板７ａが括れ部４ｄの側面に接するように支持されている。また、この熱反射板７ａに加えて熱反射板７ｃ（追加熱反射板）をさらに備えている。この熱反射板７ｃは、熱反射板７ａと所定距離（例えば１ｍｍ）以上離間するように、熱反射板７ａより開口部４ｂ側に配置されている。

熱反射板７ｃは、括れ部４ｄの最大径Ｌ_maxより小さな口径の穴部７ｄを有して略ドーナツ形状に形成されており、この穴部７ｄの口径は、熱反射板７ａの穴部７ｂの口径より大きくなり、蒸着材料２が坩堝４の側面に落ち込むことを適切に防止できる。

以上のように、本実施形態では、上記第１及び第２の実施形態の効果に加えて、熱反射板７ａが、付着した蒸着材料２が坩堝４の側部に流出することを確実に防止する。また、蒸着材料２と縁部６ａとが化学反応して、腐食した縁部６ａの金属片がメンテナンス作業の際などにおいて蒸発源１の内部に混入することも防止できる。さらに、熱反射板７ａと熱反射板７ｃとの間に蒸着材料２が流れ込む隙間を有する。このため、蒸着材料２が熱反射板７ａによって塞き止められることがなく、気化された蒸着材料２が熱反射板７ａ，７ｃに付着することに起因する蒸発源１の地絡や故障などの不具合の発生を適切に防止できる。さらに、熱反射板７ａ，７ｃが２重になっているため基板８への輻射熱をより低減することができる。また、気化した蒸着材料２は坩堝４の開口部４ｂ近傍により優先的に付着するようになるので、熱反射板７ａ，７ｃへの付着がさらに少なくなる。

なお、図３に示したように、縁部６ａの成す口径を、上記従来の蒸発源１０１の縁部１０４ａの成す口径よりも小さくすることで、蒸着材料２を縁部６ａの裏面側に確実に入り込ませないようにできる。

（変形例１）
本実施形態の第１の変形例について図４を参照して説明する。本変形例１において、熱反射板７ａは、坩堝４と一体に形成されている。この構成により、上記第３の実施形態と同様の効果を奏すると共に、蒸発源１のメンテナンス時の工程を簡略化できる。

（変形例２）
本実施形態の第２の変形例について図５を参照して説明する。本変形例２において、熱反射板７ａは、その穴部７ｂから外周に向かって下方に傾斜する傾斜部７ｅを有している。この構成により、上記第２の実施形態と同様の効果を奏すると共に、熱反射板７ａと熱反射板７ｃとの離間された隙間に流れ込んだ蒸着材料２を、傾斜部７ｅの傾きにより効率的に外部に流出する。従って、気化された蒸着材料２が熱反射板７ａなどに付着することに起因する蒸発源１の地絡や故障などの不具合の発生を適切に防止できる。

（変形例３）
本実施形態の第３の変形例について図６（ａ）を参照して説明する。本変形例３において、熱反射板７ａは、２つの小片に分割されている。この構成により、上記第３の実施形態と同様の効果を奏すると共に、熱反射板７ａの穴部７ｂの口径が、坩堝４の開口部４ｂの口径よりも小さくても、熱反射板７ａの取り付けが可能になるので、蒸発源１のメンテナンス時の工程を簡略化できる。

（変形例４）
本実施形態の第４の変形例について図６（ｂ）を参照して説明する。本変形例４において、２つの小片に分割された熱反射板７ａの上面には、蒸着材料２が流れ込む複数の溝部７ｆが形成されている。この構成により、上記第３の実施形態と同様の効果を奏すると共に、熱反射板７ｄの上面に流れ込む蒸着材料２を、より外部に流出し難くする。

なお、本発明に係る蒸発源１は、有機ＥＬ素子の金属電極膜を蒸着により成膜する蒸着装置に好適に用いられるものであるが、有機膜以外の蒸着膜の成膜にも適宜に用いられ得る。また、上記各実施形態では、気化した蒸着材料２が上方向に進んで基板８に堆積するよう構成された例を示したが必ずしもこの構成に限られない。また、熱反射板７ａのみでなく熱反射板７ｃを小片に分割することも考え得る。

１蒸着装置用蒸発源
２蒸着材料
４坩堝
４ａ底部
４ｂ開口部
４ｃ側壁
４ｄ括れ部
４ｅ内部空間
５ａ，５ｂヒータ
６本体部
６ａ縁部
７ａ熱反射板
７ｃ熱反射板（追加熱反射板）
７ｂ，７ｄ穴部
７ｅ傾斜部
７ｆ溝部
８基板

Claims

蒸着材料を収容する筒形状の坩堝と、前記蒸着材料を気化する温度に加熱するヒータと、前記坩堝及び前記ヒータを内部に収容する本体部と、を備える蒸着装置用蒸発源において、
前記坩堝は、前記蒸着材料が配置される底部と、当該底部と対向して形成される開口部と、前記底部及び前記開口部を連接する側壁と、前記開口部近傍の側壁に形成される括れ部とを有し、
前記括れ部の側面において前記開口部から離間するように配置されて、前記括れ部の最大径より小さな口径の穴部を有する熱反射板を備える、ことを特徴とする蒸着装置用蒸発源。
前記熱反射板は、前記括れ部の最小径となる位置よりも前記底部側の位置において、前記括れ部の側面に接するように支持されている、ことを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置用蒸発源。
前記熱反射板は、前記坩堝と一体に形成されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸着装置用蒸発源。
前記括れ部の最大径より小さい口径となる穴部を有する追加熱反射板をさらに備え、
前記追加熱反射板は、前記熱反射板より前記坩堝の開口部側において、当該熱反射板と離間するように配置される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の蒸着装置用蒸発源。
前記追加熱反射板は、その穴部が前記坩堝の括れ部の側面と離間するように配置される、ことを特徴とする請求項４に記載の蒸着装置用蒸発源。
前記追加熱反射板の穴部の口径は、前記熱反射板の穴部の口径よりも大きい、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の蒸着装置用蒸発源。
前記熱反射板は、２以上の小片に分割可能である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の蒸着装置用蒸発源。
前記熱反射板は、その穴部から外周に向かって下方に傾斜する傾斜部を有する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の蒸着装置用蒸発源。
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の蒸着装置用蒸発源を備えることを特徴とする蒸着装置。