JP2013189701A - 成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】成膜装置の各部品間における蒸着材料ガスの均熱性を向上させる。
【解決手段】成膜装置1000は、蒸着材料が収容される材料容器1100と、材料容器1100で蒸発した蒸着材料の蒸気を含むガスを輸送する輸送配管1200と、輸送配管1200を介して輸送された蒸着材料の蒸気を含むガスを噴射する蒸着ヘッド1300とを備える。また、成膜装置1000は、材料容器1100、輸送配管1200、及び蒸着ヘッド1300を加熱するヒータを備える。また、材料容器1100、輸送配管1200、蒸着ヘッド1300、及びヒータは、真空容器1400内に収容される。
【選択図】図10−1
【解決手段】成膜装置1000は、蒸着材料が収容される材料容器1100と、材料容器1100で蒸発した蒸着材料の蒸気を含むガスを輸送する輸送配管1200と、輸送配管1200を介して輸送された蒸着材料の蒸気を含むガスを噴射する蒸着ヘッド1300とを備える。また、成膜装置1000は、材料容器1100、輸送配管1200、及び蒸着ヘッド1300を加熱するヒータを備える。また、材料容器1100、輸送配管1200、蒸着ヘッド1300、及びヒータは、真空容器1400内に収容される。
【選択図】図10−1
Description
本発明の種々の側面及び実施形態は、成膜装置に関するものである。
近年、有機化合物を用いて発光させる有機エレクトロルミネッセンス(EL:Electro−Luminescence)素子を利用した有機ELディスプレイが注目されている。有機ELディスプレイに用いられる有機EL素子は、自発光し、反応速度が速く、消費電力が低い等の特徴を有しているため、バックライトを必要とせず、例えば、携帯型機器の表示部等への応用が期待されている。
有機EL素子は、ガラス基板上に形成され、有機層を陽極(アノード)および陰極(カソード)にてサンドイッチした構造をしている。有機EL素子の陽極及び陰極に電圧を印加すると、陽極からはホール(正孔)が有機層に注入され、陰極からは電子が有機層に注入される。注入されたホール及び電子は有機層にて再結合し、このとき発光が生じる。
ここで、有機EL素子をガラス基板上に成膜する成膜装置は、材料容器に収容された有機材料などの蒸着材料を加熱して蒸発させ、発生した蒸着材料の蒸気を輸送ガスと共に輸送路を介して蒸着ヘッドへ輸送する。そして、蒸着材料の成膜装置は、蒸着ヘッドから蒸着材料の蒸気を含むガス(以下、適宜、「蒸着材料ガス」という。)を噴射してガラス基板に付着させることにより、ガラス基板上に蒸着材料を成膜する。
特許文献1には、有機材料を収容する原料容器を複数備えており、これら複数の原料容器を選択的に有機EL分子供給状態にする成膜装置が開示されている。この成膜装置は、各原料容器内にヒータを設け、ヒータの加熱により有機材料を蒸発させることが開示されている。
ところで、従来の成膜装置は、蒸着材料の容器をヒータで加熱制御することによって蒸着材料の蒸発・温度制御を行うことは考慮されているが、容器、輸送路、蒸着ヘッドなどの成膜装置の各部品間における蒸着材料ガスの均熱性を向上させることについては考慮されていない。
本発明の一側面に係る成膜装置は、蒸着材料が収容される材料容器と、前記材料容器で蒸発した蒸着材料の蒸気を含むガスを輸送する輸送路と、前記輸送路を介して輸送された蒸着材料の蒸気を含むガスを噴射する蒸着ヘッドとを備える。また、成膜装置は、前記材料容器、前記輸送路、及び前記蒸着ヘッドを加熱する発熱体を備える。前記材料容器、前記輸送路、前記蒸着ヘッド、及び前記発熱体は、真空容器内に収容される。
本発明の種々の側面及び実施形態によれば、成膜装置の各部品間における蒸着材料ガスの均熱性を向上させることができる成膜装置が実現される。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。
図1は、一実施形態に係る成膜装置を模式的に示す図である。図1には、XYZ直交座標系が示されている。図1に示す成膜装置10は、基板Sを収容する処理室12を画成する処理容器11と、基板Sを保持するステージ14とを備える。基板Sの一方の面(成膜面)は例えば鉛直方向(Z方向)において下を向いている。即ち、成膜装置10はフェースダウン型の成膜装置である。ステージ14は、基板Sを保持する静電チャックを内蔵してもよい。なお、別の実施形態においては、成膜装置は、上に向いた成膜面に蒸着材料の蒸気を含むガスを吹き付ける型、即ち、フェースアップ型の成膜装置であってもよい。処理容器11には、管12gを介して真空ポンプ27が接続されており、当該真空ポンプ27により、処理室12内を減圧することができる。
成膜装置10は、蒸着材料の蒸気を含むガスGを基板Sに噴き付けるノズル18cを有する蒸着ヘッド16cを備える。成膜装置10は、更に、ノズル18cと同様の構造を有するノズル18a,18b,18d,18e,18fをそれぞれ有する蒸着ヘッド16a,16b,16d,16e,16fを備えてもよい。ノズル18a,18b,18d,18e,18fからは、ノズル18cから噴き出される蒸着材料とは別の蒸着材料であって、かつ、互いに異なる蒸着材料を噴き出してもよい。これにより、基板S上に複数種類の膜を連続的に蒸着させることができる。
蒸着ヘッド16a〜16fには、蒸着材料の蒸気を含むガスを供給するガス供給源20a〜20fがそれぞれ接続されている。例えば、ガス供給源20cからは、ガスGが蒸着ヘッド16cに供給される。ノズル18a〜18fの先端には例えば円形の噴射口が形成されている。当該噴射口から蒸着材料を含むガスが噴射される。ノズル18a〜18fの噴射口との対面位置には、蒸着材料を遮断可能なシャッター17a〜17fがそれぞれ配置されてもよい。図1において、シャッター17cが開いているので、ノズル18cの噴射口から噴き出されるガスGは基板Sに到達する。シャッター17a,17b,17d,17e,17fは閉じているので、ノズル18a,18b,18d,18e,18fの噴射口から噴き出されるガスは基板Sに到達しない。シャッター17a〜17fは、例えばY方向に沿った回転軸を中心に回転する。これにより、シャッター17a〜17fを、必要に応じてノズル18a〜18fの噴射口上に配置したり当該噴射口上から退避させたりすることができる。
成膜装置10は、Y方向と交差するX方向にステージ14を駆動する駆動装置22を備える。また、成膜装置10は、レール24を更に備え得る。レール24は処理容器11の内壁に取り付けられている。ステージ14は、例えば支持部14aによってレール24に接続されている。ステージ14及び支持部14aは、駆動装置22によってレール24上をスライドするように移動する。これにより、ノズル18a〜18fに対して相対的に基板SがX方向に移動する。基板Sは、X方向に移動することによって、ノズル18a〜18fの開口に順番に対面配置されることとなる。図1における矢印Aはステージ14の移動方向を示している。また、成膜装置10の処理容器11は、ゲートバルブ26a及び26bを有している。基板Sは、処理容器11に形成されたゲートバルブ26aを通って処理室12内に導入可能であり、処理容器11に形成されたゲートバルブ26bを通って処理室12外に搬出可能である。
図2は、一実施形態に係る蒸着ヘッドを示す斜視図である。図2に示すように、蒸着ヘッド16cは、一実施形態においては、複数の噴射口14cを有し得る。複数の噴射口14cからは、ガス供給源20cによって供給されたガスがZ方向の軸線中心に噴射される。これら噴射口14cは、ステージ14の移動方向(X方向)に交差する方向(Y方向)に配列され得る。
また、蒸着ヘッド16cには、ヒータ15が内蔵されている。一実施形態においては、ヒータ15は、蒸着ヘッド16cに蒸気として供給された蒸着材料が析出することがない温度まで、蒸着ヘッド16cを加熱する。
図3は、一実施形態に係る成膜装置を用いて製造され得る有機EL(Electro Luminescence)素子の完成状態の一例を示す図である。図3に示す有機EL素子Dは、基板S、第1層D1、第2層D2、第3層D3、第4層D4、及び、第5層D5を備え得る。基板Sは、ガラス基板のような光学的に透明な基板である。
基板Sの一主面上には、第1層D1が設けられている。第1層D1は、陽極層として用いられ得る。この第1層D1は、光学的に透明な電極層であり、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)のような導電性材料により構成され得る。第1層D1は、例えば、スパッタリング法により形成される。
第1層D1上には、第2層D2、第3層D3、及び第4層D4が順に積層されている。第2層D2、第3層D3、及び第4層D4は、有機層である。第2層D2は、ホール注入層で有り得る。第3層D3は、発光層を含む層であり、例えば、ホール輸送層D3a、青発光層D3b、赤発光層D3c、緑発光層D3dを含み得る。また、第4層D4は、電子輸送層であり得る。有機層である第2層D2、第3層D3、及び第4層D4を、成膜装置10を用いて形成し得る。
第2層D2は、例えば、TPD等により構成され得る。ホール輸送層D3aは、例えば、α−NPD等により構成され得る。青発光層D3bは、例えば、TPD等により構成され得る。赤発光層D3cは、例えば、DCJTB等により構成され得る。緑発光層D3dは、例えば、Alq3等により構成され得る。第4層D4は、例えば、LiF等により構成され得る。
第4層D4上には、第5層D5が設けられている。第5層D5は、陰極層であり、例えば、Ag、Al等により構成され得る。第5層D5は、スパッタリング法等により形成され得る。このような構成の有機EL素子Dは、更に、マイクロ波プラズマCVD等により形成されるSiNといった材料の絶縁性の封止膜によって封止され得る。
次に、ガス供給源20a〜20fの詳細について説明する。なお、ガス供給源20a〜20fは同様の構成を有し得るので、以下の説明においては、ガス供給源20cについて説明し、他のガス供給源についての説明を割愛する。図4は、一実施形態に係るガス供給源を模式的に示す図である。図4に示すように、ガス供給源20cは、輸送管L11,L21,L31と、輸送管(個別輸送管)L12,L22,L32と、輸送管(共通輸送管)L40と、第1蒸気発生部101と、第2蒸気発生部201と、第3蒸気発生部301と、第1収容容器120と、第2収容容器220と、第3収容容器320と、を備える。
第1蒸気発生部101は、第1収容容器120によって画成される収容室R1内に収容される。同様に、第2、第3蒸気発生部201,301は、第2、第3収容容器220,320によって画成される収容室R2,R3にそれぞれ収容される。即ち、第1〜第3蒸気発生部101〜301は、収容室R1〜R3内にそれぞれ独立して収容される。
第1蒸気発生部101は、隔壁102によって画成される蒸気発生室103を備える。蒸気発生室103内には、蒸着材料Xが入れられた容器104が配置される。第1蒸気発生部101には、ヒータ105が設けられている。ヒータ105は、容器104に入れられた蒸着材料Xを加熱する。これにより、第1蒸気発生部101内において、蒸着材料Xから当該蒸着材料Xを含む蒸気が発生する。容器104は、隔壁102及び第1収容容器120にそれぞれ設けられた取り出し口を介して、第1収容容器120外から蒸気発生室103内への搬入、及び、蒸気発生室103内から第1収容容器120外への搬出が可能となっている。
第2、第3蒸気発生部201,301も、第1蒸気発生部101と同様に、隔壁202,302によって画成される蒸気発生室203,303と、ヒータ205,305と、をそれぞれ備える。また、第2、第3蒸気発生部201,301内にも、蒸着材料Xが入れられた容器204,304が配置される。第2、第3蒸気発生部201,301内においても、蒸着材料Xから当該蒸着材料Xを含む蒸気が発生する。容器204,304は、容器104と同様に、第2、第3収容容器220,320外から蒸気発生室203,303内への搬入、及び、蒸気発生室203,303内から第2,第3収容容器220,320外への搬出がそれぞれ可能となっている。第1〜第3蒸気発生部101,201,301内にそれぞれ配置される蒸着材料Xは、同種の蒸着材料であり得る。
第1〜第3蒸気発生部101,201,301には、輸送管L11,L21,L31がそれぞれ接続されている。輸送管L11,L21,L31は、キャリアガスとしてアルゴンガスを第1〜第3蒸気発生部101,201,301の蒸気発生室103,203,303内にそれぞれ輸送する。なお、アルゴンガスに替えて、他の不活性ガスを用いることもできる。また、第1〜第3蒸気発生部101,201,301には、輸送管L12の一端,L22の一端,L32の一端がそれぞれ接続されている。輸送管L12の他端,L22の他端,L32の他端は、輸送管L40に接続されている。輸送管L12,L22,L32は、蒸気発生室103,203,303内に導入されたアルゴンガス、及び蒸着材料Xの蒸気を、処理室12内に輸送する。輸送管L40は、輸送管L12,22,32によって処理室12内に輸送されたアルゴンガス及び蒸着材料Xの蒸気を、蒸着ヘッド16cに輸送する。即ち、第1〜第3蒸気発生部101,201,301で発生した蒸着材料Xの蒸気は、蒸気発生室103,203,303内に導入されたアルゴンガスと共に蒸着ヘッド16cへ輸送される。
輸送管L11には、第1蒸気発生部101に近い側から順に、バルブV102、断熱輸送管140、バルブV103、第1MFC(マスフローコントローラ)110、及びバルブV104が設けられている。バルブV102,V103,V104は、輸送管L11内のアルゴンガスの流れを選択的に遮断するために用いられる。第1MFC110は、輸送管L11内を流れるアルゴンガスの流量を制御する。
バルブV102及び断熱輸送管140は、第1収容容器120内における輸送管L11に設けられている。断熱輸送管140とバルブV102との間の輸送管L11、バルブV102、及び、バルブV102と第1蒸気発生部101との間の輸送管L11にはそれぞれ、ヒータ115a、115b、及び115cが取り付けられている。ヒータ115a、115b、及び115cにより、これらヒータが取り付けられた部分の温度を個別に制御することが可能である。また、これらヒータにより、アルゴンガスが蒸着材料Xの気化温度に対応する温度となるよう、収容室R1内において輸送管L11及びバルブV102を加熱することができる。
また、断熱輸送管140は、第1収容容器120外の輸送管L11と第1収容容器120内の輸送管L11との間での熱交換を抑制することができる。そのため、断熱輸送管140は、輸送管L11の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有している。例えば、輸送管L11は、ステンレス製であり、断熱輸送管140は、石英製であり得る。
輸送管L12には、第1蒸気発生部101に近い側から順に、断熱輸送管141、及びバルブV101が設けられている。バルブV101は、処理室12内において輸送管L12に設けられている。バルブV101は、輸送管L12から輸送管L40へのアルゴンガス及び蒸着材料Xの蒸気の供給を選択的に遮断するために用いられる。第1蒸気発生部101と断熱輸送管141との間の輸送管L12、及び、断熱輸送管141とバルブV101との間の輸送管L12にはそれぞれ、ヒータ(加熱部)125a及びヒータ(加熱部)125bが取り付けられている。ヒータ125a及びヒータ125bにより、これらヒータが取り付けられた部分の温度を個別に制御することが可能である。また、これらヒータにより、蒸着材料Xが析出することがない温度まで輸送管L12を加熱することができる。
また、断熱輸送管141は、第1収容容器120内において輸送管L12に設けられている。断熱輸送管141は、第1収容容器120外の輸送管L12と第1収容容器120内の輸送管L12との間での熱交換を抑制し得る。そのため、断熱輸送管141は、輸送管L12の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有している。例えば、輸送管L12は、ステンレス製であり、断熱輸送管141は、石英製であり得る。
また、輸送管L21にも、輸送管L11と同様に、第2蒸気発生部201に近い側から順に、バルブV202、断熱輸送管240、バルブV203、第2MFC210、及びバルブV204が設けられている。また、断熱輸送管240とバルブV202との間の輸送管L21、バルブV202、及び、バルブV202と第2蒸気発生部201の間の輸送管L21には、ヒータ215a、ヒータ215b、ヒータ215cがそれぞれ設けられている。バルブV202、断熱輸送管240、バルブV203、第2MFC210、バルブV204、ヒータ215a、ヒータ215b、ヒータ215cの構成及び機能は、バルブV102、断熱輸送管140、バルブV103、第1MFC110、バルブV104、ヒータ115a、ヒータ115b、ヒータ115cの機能及び構成と、それぞれ同様である。
また、輸送管L22にも、輸送管L12と同様に、第2蒸気発生部201に近い側から順に、断熱輸送管241、及びバルブV201が設けられている。また、第2蒸気発生部201と断熱輸送管241との間の輸送管L22、及び、断熱輸送管241とバルブV201との間の輸送管L22には、ヒータ(加熱部)225a及びヒータ(加熱部)225bがそれぞれ設けられている。断熱輸送管241、バルブV201、ヒータ225a、ヒータ225bの構成及び機能は、断熱輸送管141、バルブV101、ヒータ125a、ヒータ125bの構成及び機能とそれぞれ同様である。
また、輸送管L31にも、輸送管L11と同様に、第3蒸気発生部301に近い側から順に、バルブV302、断熱輸送管340、バルブV303、第3MFC310、及びバルブV304が設けられている。また、断熱輸送管340とバルブV302との間の輸送管L31、バルブV302、及び、バルブV302と第3蒸気発生部301の間の輸送管L31には、ヒータ315a、ヒータ315b、ヒータ315cがそれぞれ設けられている。バルブV302、断熱輸送管340、バルブV303、第3MFC310、バルブV304、ヒータ315a、ヒータ315b、ヒータ315cの構成及び機能は、バルブV102、断熱輸送管140、バルブV103、第1MFC110、バルブV104、ヒータ115a、ヒータ115b、ヒータ115cの機能及び構成と、それぞれ同様である。
また、輸送管L32にも、輸送管L32と同様に、第3蒸気発生部301に近い側から順に、断熱輸送管341、及びバルブV301が設けられている。また、第3蒸気発生部301と断熱輸送管341との間の輸送管L32、及び、断熱輸送管341とバルブV301との間の輸送管L32には、ヒータ(加熱部)325a及びヒータ(加熱部)325bがそれぞれ設けられている。断熱輸送管341、バルブV301、ヒータ325a、ヒータ325bの構成及び機能は、断熱輸送管141、バルブV101、ヒータ125a、ヒータ125bの構成及び機能とそれぞれ同様である。
輸送管L40には、当該輸送管L40を加熱するヒータ(加熱部)415が設けられている。ヒータ415は、蒸気となった蒸着材料Xが析出することがない温度まで、輸送管L40を加熱する。ヒータ125a〜b,225a〜b,325a〜b,415は、互いに独立して温度制御が可能となっている。
また、ガス供給源20cには、収容室R1〜R3を減圧する減圧機構500が備えられている。より詳細には、減圧機構500は、減圧配管L501,L511,L521,L531、バルブV107,V207,V307、ターボ分子ポンプ(TMP)501、及びドライポンプ(DP)502を備える。
減圧配管L511の一端は、収容室R1と連通するように第1収容容器120に接続される。同様に、減圧配管L521の一端,L531の一端は、収容室R2,R3と連通するように第2、第3収容容器220,320にそれぞれ接続される。減圧配管L511、L521、及びL531のそれぞれの他端は、減圧配管L501に接続される。この減圧配管L501は、ターボ分子ポンプ501及びドライポンプ502に接続されている。ターボ分子ポンプ501及びドライポンプ502の吸引作用により、減圧配管L501,L511を介して収容室R1が減圧され、減圧配管L501,L521を介して収容室R2が減圧され、減圧配管L501,L531を介して収容室R3が減圧される。
バルブV107,V207,V307は、減圧配管L511,L521,L531にそれぞれ設けられる。バルブV107,V207,V307の開閉により、収容室R1〜R3を独立して選択的に減圧することが可能である。収容室R1〜R3内を減圧することで、第1〜第3蒸気発生部101,201,301内の蒸着材料Xに水分等が付着することが抑制され得る。また、収容室R1〜R3の断熱効果が向上される。
一実施形態においては、成膜装置10は、QCM(Quartz Crystal Microbalance)センサ30を更に備え得る。QCMセンサ30は、処理室12内に配置される基板Sの近傍に設置され得る。QCMセンサ30は、蒸着ヘッド16cから噴き出された蒸着材料の量を測定する。
また、一実施形態においては、成膜装置10は、ガス排出系統(排出管)600を更に備え得る。ガス排出系統600は、第1〜第3蒸気発生部101,201,301からのガスを個別に且つ選択的に、蒸着ヘッド16cではなく外部へ排出する。具体的には、ガス排出系統600は、排出配管L601,L611,L621,L631、バルブV105,V205,V305、断熱配管142,242,342、及びヒータ155a〜c,255a〜c,355a〜cを備える。
排出配管L611は、断熱輸送管141と第1蒸気発生部101との間において輸送管L12から分岐されている。排出配管L611は、輸送管L12内を流れるアルゴンガスや蒸着材料Xの蒸気を、蒸着ヘッド16cではなく第1収容容器120外に導く。排出配管L611と同様に、排出配管L621,L631は、輸送管L22,L32からそれぞれ分岐されている。排出配管L621,L631は、輸送管L22,L32内を流れるアルゴンガスや蒸着材料Xの蒸気を、蒸着ヘッド16cではなく第2、第3収容容器220,320外にそれぞれ導く。
排出配管L611は、第1収容容器120外において排出配管L601に接続されている。同様に、排出配管L621は、第2収容容器220外において排出配管L601に接続されている。また、同様に、排出配管L631は、第3収容容器320外において排出配管L601に接続されている。排出配管L601は、第1〜第3収容容器120,220,320外に導かれたアルゴンガスや蒸着材料Xの蒸気を、蒸着ヘッド16cではなく成膜装置10の外部に排出する。
排出配管L611,L621,L631には、バルブV105,V205,V305がそれぞれ設けられている。バルブV105の開閉により、第1蒸気発生部101からのガスを、選択的に、輸送管L12及びL40を介して蒸着ヘッド16cに供給し、又は、排出配管L611及びL601を介して排出することができる。同様に、バルブV205の開閉により、第2蒸気発生部201からのガスを、選択的に、輸送管L22及びL40を介して蒸着ヘッド16cに供給し、又は、排出配管L621及びL601を介して排出することができる。また、同様に、第3蒸気発生部301からのガスを、選択的に、輸送管L32及びL40を介して蒸着ヘッド16cに供給し、又は、排出配管L631及びL601を介して排出することができる。
成膜装置10では、輸送管L12とバルブV105との間の排出配管L611、バルブV105、及び、バルブV105と断熱配管142との間の排出配管L611に、ヒータ155a、ヒータ155b、及び155cがそれぞれ設けられている。同様に、輸送管L22とバルブV205との間の排出配管L621、バルブV205、及び、バルブV205と断熱配管242との間の排出配管L621に、ヒータ255a、ヒータ255b、及び255cがそれぞれ設けられている。また、同様に、輸送管322とバルブV305との間の排出配管L631、バルブV305、及び、バルブV305と断熱配管342との間の排出配管L631に、ヒータ355a、ヒータ355b、及び355cがそれぞれ設けられている。かかる構成により収容室R1、R2、R3において排出配管L611、L621、L631の内部それぞれに、蒸着材料Xが析出することを抑制し得る。
また、第1収容容器120外の排出配管L611と第1収容容器120内の排出配管L611との間には、断熱配管142が設けられている。断熱配管142は、第1収容容器120外の排出配管L611と第1収容容器120内の排出配管L611との間での熱交換を抑制する。同様に、第2収容容器220外の排出配管L621と第2収容容器220内の排出配管L621との間には、断熱配管242が設けられており、当該断熱配管242は、第2収容容器220外の排出配管L621と第2収容容器220内の排出配管L621との間での熱交換を抑制する。同様に、第3収容容器320外の排出配管L631と第3収容容器320内の排出配管L631との間には、断熱配管342が設けられており、当該断熱配管342は、第3収容容器320外の排出配管L631と第3収容容器320内の排出配管L631との間での熱交換を抑制する。例えば、排出配管L611、621、及び631はステンレス製であり、断熱配管142,242,342は、石英製であり得る。
また、一実施形態においては、成膜装置10は、収容室R1〜R3内にパージガスを導入するガス導入系統(ガス導入路)700を更に備え得る。このガス導入系統700は、導入配管L701,L711,L721,L731、及びバルブV106,V206,V306を備える。導入配管L701には、窒素ガス(パージガス)が導入され得る。なお、窒素ガスに替えて、他のガスを用いることもできる。導入配管L711の一端は、収容室R1と連通するように第1収容容器120に接続される。導入配管L711の他端は導入配管L701に接続される。同様に、導入配管L721,L731の一端は、収容室R2,R3と連通するように第2、第3収容容器220,320にそれぞれ接続される。導入配管L721,L731の他端は、導入配管L701に接続される。
導入配管L711,L721,L731は、導入配管L701を流れる窒素ガスを収容室R1〜R3内にそれぞれ導く。バルブV106,V206,V306は、導入配管L711,L721,L731にそれぞれ設けられる。バルブV106の開閉により、導入配管L701を流れる窒素ガスを、選択的に、導入配管L711を介して収容室R1内に導入するか、又は遮断することができる。同様に、バルブV206の開閉により、導入配管L701を流れる窒素ガスを、選択的に、導入配管L721を介して収容室R2内に導入するか、又は遮断することができる。同様に、バルブV306の開閉により、導入配管L701を流れる窒素ガスを、選択的に、導入配管L731を介して収容室R3内に導入するか、又は遮断することができる。
また、一実施形態においては、ヒータによって加熱される輸送管L12,L11、排出配管L611にそれぞれ設けられるバルブV101,V102,V105として、高温耐熱バルブを用いてもよい。同様に、ヒータによって加熱される輸送管L22,L21、排出配管L621にそれぞれ設けられるバルブV201,V202,V205として、高温耐熱バルブを用いてもよい。同様に、ヒータによって加熱される輸送管L32,L31、排出配管L631にそれぞれ設けられるバルブV301,V302,V305として、高温耐熱バルブを用いてもよい。
高温耐熱バルブの一実施形態について説明する。図5は、一実施形態に係る高温耐熱バルブの断面図である。以下の説明では、方向を示す用語として、ボンネット902に対して前方部材901が位置する方向を示すため「一端」との語を用い、その反対方向を示す用語として「他端」との語を用いる。図5に示す高温耐熱バルブYは、円筒状の弁箱905を有している。弁箱905は、前方部材901、中央のボンネット902、及び後方部材903を有している。弁箱905は中空になっている。弁箱905の内部に弁体910が収容されている。高温耐熱バルブYを加熱するためのヒータ950が、前方部材901及びボンネット902に埋設されている。
弁体910は、弁体頭部910aと、弁体身部910bと、弁軸910cと、ベローズ925と、を備えている。弁体頭部910aと弁体身部910bとは、弁軸910cにより連結されている。具体的には、棒状に形成された弁軸910cは、中空の弁体身部910bの内孔を貫通している。弁軸910cの一端が弁体頭部910aの中央に設けられた凹部910a1に嵌め込まれている。前方部材901には、輸送管の往路900a1及び復路900a2が形成されている。また、前方部材901内における往路900a1の開口縁に、弁体頭部910aが当接される弁座面900a3が設けられている。
弁体身部910bの後方部材903側の外周面に設けられた突出部910b1は、ボンネット902の内周面に設けられた環状の凹部905a1に挿入されている。凹部905a1に突出部910b1が挿入された状態において、弁体身部910bがその長手方向に摺動可能な空間が凹部905a1内に設けられている。凹部905a1内における弁体身部910bが摺動可能な空間には、耐熱性の緩衝部材915が配置される。緩衝部材915として、例えば、金属製ガスケットを用いることができる。緩衝部材915は、中空のボンネット902の内孔における前方部材901側の減圧環境と、後方部材903側の大気圧環境とを分離する。
ベローズ925の一端は弁体頭部910aに溶接され、ベローズ925の他端は弁体身部910bの他端側の外周面に溶接されている。
後方部材903は、弁軸910cを当該弁軸910cの軸方向に移動させる駆動部930を備える。駆動部930が弁軸910cを一端側に移動させることで、弁体頭部910aが弁座面900a3に当接する。反対に、駆動部930が弁軸910cを他端側に移動させることで、弁体頭部910aと弁座面900a3との間に隙間が形成される。
この弁体910では、弁体身部910bと弁体頭部910aとが分離されているので、弁体身部910bと弁軸910cとのクリアランス(隙間)を制御することにより、開閉動作時の弁体910の中心位置のずれを補正することができる。また、弁体頭部910aの凹部910a1には、弁軸910cが挿入された状態で遊び910a2が設けられている。これにより、弁体頭部910aの軸の軸方向の微少なずれを調整することができる。これにより、弁体頭部910aを、前方部材901の弁座面900a3に偏りなく当接させることができる。このため、弁体頭部910aと弁座面900a3との密着性を高め、リークを防ぐことができる。また、高温耐熱バルブYを高温状態或いは低温状態にて使用することで金属の熱膨張の影響が生じたとしても、弁体910の分離構造によりその影響を吸収できる。これにより、開閉時の弁体部分のリークを効果的に防ぐことができる。
上述した高温耐熱バルブYを、バルブV101,V102,V105,V201,V202,V205,V301,V302,V305に適用し得る。
また、ガス供給源20cは、各バルブV101,V102,…,第1〜第3MFC110〜310、ヒータ105,205,305を制御する制御部を備える。図6は、一実施形態に係る制御部を示すブロック図である。図6に示す制御部800は、例えば、CPU(中央処理装置)及びメモリを有する計算装置であり得る。制御部800は、MFC制御部810、バルブ制御部820、及びヒータ制御部830を備える。
一実施形態においては、MFC制御部810は、QCMセンサ30の測定結果に基づいて、第1〜第3MFC110,210,310の制御を行ってもよい。具体的には、MFC制御部810は、第1〜第3MFC110,210,310に対し、流量を制御するための制御信号を送出する。蒸着ヘッド16cから噴き出された蒸着材料の量が少ない場合、MFC制御部810は、第1〜第3MFC110,210,310を制御して、輸送管L11,L21,L31を流れるアルゴンガスの量を増加させる。反対に、蒸着ヘッド16cから噴き出された蒸着材料の量が多い場合、MFC制御部810は、第1〜第3MFC110,210,310を制御して、輸送管L11,L21,L31を流れるアルゴンガスの量を減少させる。このように、蒸着ヘッド16cから噴き出される蒸着材料の量は、第1〜第3蒸気発生部101,201,301に供給されるアルゴンガスの量によって増減する。
バルブ制御部820は、バルブV101〜V107,V201〜V207,及びV301〜V307の開閉を制御する。具体的には、バルブ制御部820は、バルブV101〜V107,V201〜V207,及びV301〜V307に対し、バルブの開閉を制御する制御信号を送出する。
第1蒸気発生部101で発生した蒸着材料Xの蒸気を蒸着ヘッド16cへ輸送する場合、バルブ制御部820は、バルブV101,V102,V103,V104を開状態(流通状態)に制御する。第1蒸気発生部101内の蒸着材料Xを交換する場合、バルブ制御部820は、バルブV101,V102,V103,V104を閉状態(遮断状態)に制御する。収容室R1内を減圧する場合、バルブ制御部820は、バルブV107を開状態に制御する。一方、収容室R1内を減圧しない場合、バルブ制御部820は、バルブV107を閉状態に制御する。蒸気発生室103内のアルゴンガスや蒸気をガス排出系統600を介して排出する場合、バルブ制御部820は、バルブV105を開状態に制御する。一方、蒸気発生室103内のアルゴンガスや蒸気を排出しない場合、バルブ制御部820は、バルブV105を閉状態に制御する。収容室R1内にガス導入系統700を介して窒素ガスを導入する場合、バルブ制御部820は、バルブV106を開状態に制御する。一方、収容室R1内に窒素ガスを導入しない場合、バルブ制御部820は、バルブV106を閉状態に制御する。
同様に、第2蒸気発生部201で発生した蒸着材料Xの蒸気を蒸着ヘッド16cへ輸送する場合、バルブ制御部820は、バルブV201,V202,V203,V204を開状態に制御する。第2蒸気発生部201内の蒸着材料Xを交換する場合、バルブ制御部820は、バルブV201,V202,V203,V204を閉状態に制御する。収容室R2内を減圧する場合、バルブ制御部820は、バルブV207を開状態に制御する。一方、収容室R2内を減圧しない場合、バルブ制御部820は、バルブV207を閉状態に制御する。蒸気発生室203内のアルゴンガスや蒸気をガス排出系統600を介して排出する場合、バルブ制御部820は、バルブV205を開状態に制御する。一方、蒸気発生室203内のアルゴンガスや蒸気を排出しない場合、バルブ制御部820は、バルブV205を閉状態に制御する。収容室R2内にガス導入系統700を介して窒素ガスを導入する場合、バルブ制御部820は、バルブV206を開状態に制御する。一方、収容室R2内に窒素ガスを導入しない場合、バルブ制御部820は、バルブV206を閉状態に制御する。
同様に、第3蒸気発生部301で発生した蒸着材料Xの蒸気を蒸着ヘッド16cへ輸送する場合、バルブ制御部820は、バルブV301,V302,V303,V304を開状態に制御する。第3蒸気発生部301内の蒸着材料Xを交換する場合、バルブ制御部820は、バルブV301,V302,V303,V304を閉状態に制御する。収容室R3内を減圧する場合、バルブ制御部820は、バルブV307を開状態に制御する。一方、収容室R3内を減圧しない場合、バルブ制御部820は、バルブV307を閉状態に制御する。蒸気発生室303内のアルゴンガスや蒸気をガス排出系統600を介して排出する場合、バルブ制御部820は、バルブV305を開状態に制御する。一方、蒸気発生室303内のアルゴンガスや蒸気を排出しない場合、バルブ制御部820は、バルブV305を閉状態に制御する。収容室R3内にガス導入系統700を介して窒素ガスを導入する場合、バルブ制御部820は、バルブV306を開状態に制御する。一方、収容室R3内に窒素ガスを導入しない場合、バルブ制御部820は、バルブV306を閉状態に制御する。
ヒータ制御部830は、第1〜第3蒸気発生部101,201,301に備えられたヒータ105,205,305のオン/オフ(加熱状態/非加熱状態)を制御する。具体的には、ヒータ制御部830は、ヒータ105,205,305に対し、ヒータのオン/オフを制御する制御信号を送出する。
次に、バルブ制御部820及びヒータ制御部830における処理の流れについて説明する。バルブ制御部820及びヒータ制御部830は、第1蒸気発生部101で発生した蒸気を蒸着ヘッド16cに供給する経路と、第2蒸気発生部201で発生した蒸気を蒸着ヘッド16cに供給する経路と、第3蒸気発生部301で発生した蒸気を蒸着ヘッド16cに供給する経路と、を順次切り替える。即ち、バルブ制御部820及びヒータ制御部830は、第1〜第3蒸気発生部101,201,301の何れかで発生した蒸着材料Xの蒸気を含むガスが、常時、蒸着ヘッド16cに供給されるように、各部の制御を行う。
図7は、一実施形態に係るMFC制御部及びバルブ制御部が行う処理の流れを示す図である。図7においては、横軸に時間軸をとり、縦軸にバルブやヒータの制御状態を示している。また、図8は、一実施形態に係る第1〜第3蒸気発生部の状態を示す図である。図8においては、横軸に時間軸をとり、縦軸に各蒸気発生部の温度を示している。まず、時刻t1においてヒータ制御部830は、ヒータ105を加熱状態(オン)に制御し、他のヒータは非加熱状態(オフ)に制御する。また、時刻t1においてバルブ制御部820は、バルブV102〜V105,V107,V207,V307を開状態に制御し、他のバルブを閉状態に制御する。ヒータ105が加熱状態となることで、第1蒸気発生部101内で蒸着材料Xの蒸気が発生し始める。バルブV102〜105が開状態であるため、第1蒸気発生部101内で発生した蒸着材料Xの蒸気がアルゴンガスによって輸送されてガス排出系統600から排出される。蒸着材料Xの加熱開始直後は、十分な量の蒸気が発生していない等の場合があり得る。このため、加熱開始直後の蒸気をガス排出系統600から排出する。また、バルブV107,V207,V307が開状態であるため、収容室R1〜R3内が減圧される。
第1蒸気発生部101内の蒸着材料Xが所望の温度まで加熱された時刻t2において、バルブ制御部820は、バルブV101を開状態に制御し、バルブV105を閉状態に制御する。これにより、第1蒸気発生部101内で発生した蒸着材料Xの蒸気がアルゴンガスによって蒸着ヘッド16cへ輸送され、蒸着ヘッド16cから基板Sへ向けて噴射される。バルブV105が閉状態に制御されることで、ガス排出系統600を介した第1蒸気発生部101内のガスの排出が停止される。
第1蒸気発生部101内の蒸着材料Xが蒸発により少なくなり交換時期となるよりも所定時間前の時刻t3において、ヒータ制御部830はヒータ205を加熱状態(オン)に制御する。また、時刻t3においてバルブ制御部820は、バルブV202〜V205を開状態に制御する。一実施形態においては、第1蒸気発生部101内の蒸着材料Xの残り量を、蒸着材料Xの加熱開始からの経過時間に基づいて推測したり、レーザ光線等を用いて測定したりし得る。バルブV202〜V205が開状態であるため、第2蒸気発生部201内で発生した蒸着材料Xの蒸気がアルゴンガスによって輸送されてガス排出系統600から排出される。使用する直前に第2蒸気発生部201内の蒸着材料Xの加熱を開始するため、加熱による蒸着材料Xの劣化が防止しされ得る。
第1蒸気発生部101内の蒸着材料Xが蒸発により少なくなり交換時期となる時刻t4において、バルブ制御部820は、バルブV101〜V104,V107,V205を閉状態に制御し、バルブV106,V201を開状態に制御する。また、時刻t4においてヒータ制御部830は、ヒータ105を非加熱状態(オフ)に制御する。バルブV201が開状態に制御され、バルブV101が閉状態に制御されることで、第2蒸気発生部201で発生した蒸着材料Xの蒸気がアルゴンガスによって蒸着ヘッド16cへ輸送される。バルブV106が開状態に制御されることで、第1蒸気発生部101の収容室R1内に窒素ガスが導入される。これにより、第1蒸気発生部101の温度をすばやく低下させ得る。第1蒸気発生部101内の温度が低下した後、容器104を取り出し、新たな蒸着材料Xが入れられた容器104を第1蒸気発生部101内に搬入する。
第2蒸気発生部201内の蒸着材料Xが蒸発により少なくなり交換時期となるよりも所定時間前の時刻t5において、ヒータ制御部830はヒータ305を加熱状態(オン)に制御する。また、時刻t5においてバルブ制御部820は、バルブV302〜V305を開状態に制御する。バルブV302〜V305が開状態であるため、第3蒸気発生部301内で発生した蒸着材料Xの蒸気がアルゴンガスによって輸送されてガス排出系統600から排出される。
第2蒸気発生部201内の蒸着材料Xが蒸発により少なくなり交換時期となる時刻t6において、バルブ制御部820は、バルブV201〜V204,V207,V305を閉状態に制御し、バルブV206,V301を開状態に制御する。また、時刻t6においてヒータ制御部830は、ヒータ205を非加熱状態(オフ)に制御する。バルブV301が開状態に制御され、バルブV201が閉状態に制御されることで、第3蒸気発生部301で発生した蒸着材料Xの蒸気がアルゴンガスによって蒸着ヘッド16cへ輸送される。バルブV206が開状態に制御されることで、第2蒸気発生部201の収容室R2内に窒素ガスが導入される。これにより、第2蒸気発生部201の温度をすばやく低下させ得る。第2蒸気発生部201内の温度が低下した後、容器204を取り出し、新たな蒸着材料Xが入れられた容器204を第2蒸気発生部201内に搬入する。
第3蒸気発生部301内の蒸着材料Xが蒸発により少なくなり交換時期となるよりも所定時間前の時刻t7において、ヒータ制御部830はヒータ105を加熱状態(オン)に制御する。また、時刻t7においてバルブ制御部820は、バルブV102〜V105,107を開状態に制御し、バルブV106を閉状態に制御する。バルブV102〜V105が開状態であるため、第1蒸気発生部101内で発生した蒸着材料Xの蒸気がアルゴンガスによって輸送されてガス排出系統600から排出される。
第3蒸気発生部301内の蒸着材料Xが蒸発により少なくなり交換時期となる時刻t8において、バルブ制御部820は、バルブV301〜V304,V307,V105を閉状態に制御し、バルブV306,V101を開状態に制御する。また、時刻t8においてヒータ制御部830は、ヒータ305を非加熱状態(オフ)に制御する。バルブV101が開状態に制御され、バルブV301が閉状態に制御されることで、第1蒸気発生部101で発生した蒸着材料Xの蒸気がアルゴンガスによって蒸着ヘッド16cへ輸送される。バルブV306が開状態に制御されることで、第3蒸気発生部301の収容室R3内に窒素ガスが導入される。これにより、第3蒸気発生部301の温度をすばやく低下させ得る。第3蒸気発生部301内の温度が低下した後、容器304を取り出し、新たな蒸着材料Xが入れられた容器304を第3蒸気発生部301内に搬入する。
時刻t8以降において、バルブ制御部820及びヒータ制御部830は、上述した時刻t2以降の処理を繰り返し行う。
以下、成膜装置の作用効果について説明する。以下において、ガス供給源20a〜20fの構成について言及する場合、ガス供給源20cを代表させ、ガス供給源20cの図面参照符号を用いて説明する。上述の成膜装置10では、同種の蒸着材料Xの蒸気を発生する第1〜第3蒸気発生部101,201,301が蒸着ヘッド16cに接続されている。従って、ガス供給源20cにおいて、一つの蒸気発生部の蒸着材料Xを交換している期間であっても、他の蒸気発生部から蒸着ヘッド16cに蒸着材料Xの蒸気を含むガスを供給することができる。故に、この成膜装置10によれば、スループットが高められる。
また、ガス供給源20cの第1〜第3蒸気発生部101,201,301は、個別に減圧可能であり互いに分離された収容室R1〜R3にそれぞれ収容されている。従って、例えば、第1蒸気発生部101の蒸着材料Xの交換時に当該第1蒸気発生部101の温度を低下させても、当該温度の低下が第2、第3蒸気発生部201,301の温度に影響することを抑制することができる。故に、成膜プロセスのスループットが高められる。また、第1蒸気発生部101を使用中にその温度が第2、第3蒸気発生部201,301に影響することを抑制できるので、長時間の加熱による蒸着材料Xの劣化を抑制することができる。更に、断熱輸送管141,241,341を備えると、蒸着ヘッド16cから蒸気発生室103,203,303への伝熱をより抑制することができるので、蒸着材料Xの劣化を抑制することができる。
また、一実施形態においては、収容室R1〜R3への窒素ガスの供給を個別に制御可能なガス導入系統700を備え得る。これにより、蒸着材料Xの交換を行う第1〜第3蒸気発生部101,201,301の温度をより早く低下させることができる。
また、一実施形態においては、輸送管L12,L22,L32は、第1〜第3蒸気発生部101,201,301にそれぞれ接続されており収容室R1〜R3においてそれぞれ延在する。輸送管L40は、輸送管L12,L22,L32に連通し且つ処理室内において延在して蒸着ヘッド16cに接続する。このように、減圧可能な収容室R1〜R3内に輸送管L12,L22,L32が延在しているので、輸送管L12,L22,L32の温度の変動を抑制することができる。その結果、輸送管L12,L22,L32内における蒸着材料Xの析出を抑制することができる。また、輸送管L12,L22,L32の温度を必要以上に高める必要がないので、蒸着材料Xの品質劣化を抑制することができる。
また、一実施形態においては、処理室12と収容室R1〜R3とが分離されているので、収容室R1〜R3内のヒータ115a〜c,125a〜b,155a〜c,215a〜c,225a〜b,255a〜c,315a〜c,325a〜b,355a〜cから発生するガスが処理室12内に流入することを抑制し得る。
また、一実施形態においては、輸送管L12,L22,L32に接続するガス排出系統600を備えているので、例えば、第1蒸気発生部101における蒸着材料Xの交換前に、第2蒸気発生部201において蒸着材料Xの蒸気を含むガスの生成を開始して、当該ガスをガス排出系統600に排出しておくことができる。その結果、例えば、蒸着ヘッド16cにガスを供給する蒸気発生部を、蒸着材料Xの交換が行われる第1蒸気発生部101から、第2蒸気発生部201に効率的に切り替えることが可能である。
また、一実施形態においては、バルブV101,V102,V105,V201,V202,V205,V301,V302,V305として高温耐熱バルブを用いることで、例えば、300度以上といった高温のガスの通過又遮断を切り替えることができる。
また、一実施形態においては、一つのガス供給源に設けられた複数の蒸気発生部において、異なる蒸着材料の蒸気を発生させてもよい。図9は、一実施形態に係るドーパント材料の蒸気とホスト材料の蒸気とを発生させるガス供給源を模式的に示す図である。なお、図9に示すガス供給源20cは、図4を用いて説明したガス供給源20cに対して第4蒸気発生部401が追加されている。以下、新たに追加された構成のみ説明する。ガス供給源20cは、輸送管L41,L42と、第4蒸気発生部401と、第4収容容器420と、を更に備える。
第4蒸気発生部401は、第4収容容器420によって画成される収容室R4内に収容される。第4蒸気発生部401は、隔壁402によって画成される蒸気発生室403を備える。蒸気発生室403内には、蒸着材料Zが入れられた容器404が配置される。第4蒸気発生部401には、ヒータ405が設けられている。ヒータ405は、容器404に入れられた蒸着材料Zを加熱する。これにより、第4蒸気発生部401内において、蒸着材料Zから当該蒸着材料Zを含む蒸気が発生する。
輸送管L41,L42の構成は、輸送管L11,L12の構成と同様である。また、輸送管L41に設けられたバルブV402、断熱輸送管440、バルブV403、第4MFC410、バルブV404、及びヒータ415a〜cの構成は、輸送管L11に設けられたバルブV102、断熱輸送管140、バルブV103、第1MFC110、バルブV104、及びヒータ115a〜cの構成と同様である。また、輸送管L42に設けられた断熱輸送管441、バルブV401、及びヒータ(加熱部)425a〜bの構成は、輸送管L12に設けられた断熱輸送管141、バルブV101、及びヒータ125a〜bの構成と同様である。また、排出配管L641、排出配管L641に設けられたバルブV405、断熱配管442、及びヒータ455a〜cの構成は、排出配管L611、バルブV105、断熱配管142、及びヒータ155a〜cの構成と同様である。また、導入配管L741、及び、導入配管L741に設けられたバルブV406の構成は、導入配管L711、及び、バルブV106の構成と同様である。また、減圧配管L541、及び、減圧配管L541に設けられたバルブV407の構成は、減圧配管L511、及び、バルブV107の構成と同様である。
第1〜第3蒸気発生部101,201,301内に配置される蒸着材料Xには、同種のホスト材料が用いられる。第4蒸気発生部401内に配置される蒸着材料Zには、ドーパント材料が用いられる。
なお、一実施形態においては、収容室R4内にQCMセンサ30aを配置してもよい。この場合、輸送管L42を流れる蒸着材料Zの蒸気をQCMセンサ30aに当て、QCMセンサ30aによって蒸着材料Zの量を測定する。この測定結果に基づいて、第4MFC410は第4蒸気発生部401に送るアルゴンガスの流量を制御し得る。
第1〜第3蒸気発生部101,201,301内の蒸着材料Xは、上述の実施形態のように、順次交換される。
この一実施形態においては、ガス供給源20cが、ドーパント材料の蒸気を発生する第4蒸気発生部401と、同種のホスト材料の蒸気を発生する第1〜第3蒸気発生部101,201,301とを備え得る。ホスト材料はドーパント材料より多量に使用される。従って、ドーパント材料用の蒸気発生部の数よりホスト材料用の蒸気発生部の数を多くすることで、ホスト材料の品質低下を抑制しつつ、当該ホスト材料をドーパント材料の量よりも多量に供給することができる。
なお、図9を用いて説明した実施形態において、ドーパント材料の蒸気を発生する蒸気発生部は一以上であってもよい。この場合にも、ホスト材料の蒸気を発生する蒸気発生部の数は、ドーパント材料の蒸気を発生する蒸気発生部の数より多くすることができる。
なお、上記各実施形態では、ガス供給源20a〜20fの全てが、図4,図9を用いて説明したように複数の蒸気発生部を備えるものとしたが、ガス供給源20a〜20fのうち少なくとも一つのガス供給源が複数の蒸気発生部を備えていればよい。また、ガス供給源に設けられる蒸気発生部の数も、図4、図9を用いて説明したように3つ或いは4つに限定されるものではなく、2つ以上であればよい。
以下、実施例1について説明する。以下の実施例1は、上記各実施形態の装置構成が前提となっている。
実施例1は、図4のヒーター415、225などの配管の温度制御に関するヒーター構造の実施例である。また、実施例1は、カートリッジヒーターを挟んでSUS配管を外側から取り囲むCu製ヒートブロックの黒色メッキに関する内容である。また、実施例1は、SUS配管の表面とヒートブロック内面の表面を黒色メッキにすることにより、輻射熱の伝達率を高めてSUS配管の温度分布を均一にするものである。また、実施例1は、ヒートブロック外側をNiメッキで輻射率の低いものとする。これが上位概念である。以下のそれぞれの構造もこの内容が含まれる。この内容は、例えば図10−2に開示される。
また、実施例1は、材料容器の底部に凹凸を設けて表面積を増加させヒーター側面を黒色メッキとする。図10−3の円形状の皿の下部に凹凸がある構造である。対応するヒーター側のCuブロック側にも凹凸形状がある。これにより熱伝達率が向上し高温の制御が容易となる。
また、実施例1は、蒸着ヘッド部も外側から蒸着材料が流れるSUS部分の温度を同様に輻射熱で温度制御する構造である。ただし、ノズル部分には異なる材料を混合するような構造がありそれぞれ温度が異なる。例えば図10−10等に示すように、温度の干渉を制御するためにガス供給部の間に水の壁を設ける構造である。また、例えば図10−9に示すように、蒸着ヘッド部先端部の輻射熱が蒸着マスクに伝播するとマスクの変形などの問題となるため防着板を水冷して蒸着ヘッド部からの熱がマスク側に影響しないようにする構成である。
また、実施例1は、有機EL材料を投入する材料容器の形状、材料容器が設置される蒸発材輸送路隔壁形状及びその表面状態、そしてヒータ熱伝達部材の材質及び表面状態をそれぞれの熱伝達率を考慮し、効率UP・均熱性・伝達率向上を図ったものである。
実施例1によれば、材料容器(有機材料)・輸送路の温度均熱性が高い為、蒸発制御が容易になる。また、実施例1によれば、温度制御性が高い為、最低限必要な温度に抑えられ、材料劣化そして不要な部分へのデポも抑制される。また、実施例1によれば、ヒータへの投入電力を効率よく有機材料に伝えられる。また、加熱・冷却時間が短縮でき、材料の無駄(材料使用効率)が省ける(メンテナンス時間も短縮できる)。
実施例1について、以下、具体的に説明する。
まず、従来技術について説明する。従来技術の有機EL蒸着装置においては材料容器及び輸送路・接ガス部の温度制御性が膜質・成膜速度安定性・メンテナンス性等に大きな影響を及ぼす。実施例1は、温度制御性に優れる有機EL蒸着装置の各部加熱構造を開示するものである。
従来の容器・輸送路等は真空中においてヒータで囲う基本的な構造であるが、各部材間の熱伝達制御が不十分であり、ヒータ設定に対する温度制御速度、均一性、ヒータ電力効率等十分とは言えなかった。
これに対して、実施例1の内容について、以下、さらに具体的に説明する。
1.温度が高く(200℃〜)なってくると大気中では断熱が困難となる。接触・空気対流熱伝達等により大きな熱流れが生じ、結果、温度分布の変動が発生し、電力効率が悪化する。従って、加熱源(ヒータ)及び被加熱物を全て真空チャンバ内に構成する。
この点について詳細に説明する。図10−1は、第1実施例の成膜装置の全体構成の概要を示す図である。図10−1に示すように、成膜装置1000は、材料容器1100、輸送配管1200、及び蒸着ヘッド1300を備える。材料容器1100は、蒸着材料を収容する容器である。輸送配管1200は、材料容器1100で蒸発した蒸着材料の蒸気を含むガスを輸送する輸送路であり、例えばSUSで形成される。蒸着ヘッド1300は、輸送配管1200を介して輸送された蒸着材料ガスを基板1500へ向けて噴射する。
図10−1に示すように、材料容器1100、輸送配管1200、及び蒸着ヘッド1300はそれぞれ、均熱ブロック1110,1210,1310に覆われている。均熱ブロック1110,1210,1310は、例えば輸送配管1200の材質(SUS)より熱伝導率が高い材質(例えば、Cu)で形成される。図10−1には図示していないが、成膜装置1000は、材料容器1100、輸送配管1200、及び蒸着ヘッド1300をそれぞれ加熱するヒータなどの発熱体(加熱源)を備える。ヒータは、例えば、均熱ブロック1110,1210,1310に埋め込まれて、材料容器1100、輸送配管1200、及び蒸着ヘッド1300をそれぞれ加熱する。
言い換えれば、均熱ブロック1110,1210,1310は、材料容器1100、輸送配管1200、及び蒸着ヘッド1300を加熱する発熱体を覆って設けられる。材料容器1100、輸送配管1200、及び蒸着ヘッド1300を加熱する発熱体は、真空容器1400に収容される。なお、基板1500も真空容器1400に収容される。
本実施例の成膜装置1000は、材料容器1100、輸送配管1200、蒸着ヘッド1300、及びこれらの部品を加熱する発熱体が真空容器1400内に収容されるので、材料容器1100、輸送配管1200、及び蒸着ヘッド1300間の均熱性を向上することができる。なお、本実施例では、材料容器1100と蒸着ヘッド1300との間を輸送配管1200で結ぶガスフロー蒸着装置を示したが、これには限られない。例えば、材料容器1100で蒸発した蒸着材料の蒸気を含むガスを蒸着ヘッド1300へ輸送する輸送路(輸送経路)を有するガスフロー蒸着装置にも同様に適用することができる。
2.加熱源(ヒータ)⇒蒸発材輸送路隔壁⇒材料容器への熱伝達は輻射熱伝達が基本となるよう温度差のある部分との接触を廃し、唯一部品を支える支柱等は点接触(及び支柱の断面最小・一定距離確保)とし、また素材も低熱伝導材構成とする。(例:SUS材等
)
)
3.ヒータ⇒輸送路への伝熱を均一にする為、ヒータを熱伝導に優れた材料に接触させることによりその部材内において高速熱伝導・均熱となる。(均熱ブロック:例Cu等)
4.輸送路材料が熱伝導率の低い材料(例:SUS)であったとしても輸送路の外面を全て前出の均熱ブロックで隙間無く囲うことにより、外部との熱移動が均熱ブロックとの輻射のみとなる為、輸送路は均熱となる。
この点について詳細に説明する。図10−2は、輸送配管の構成の概要を示す図である。図10−2は、輸送配管1200、及び輸送配管1200の周囲に設けられる部品の断面図である。
図10−2に示すように、均熱ブロック1210は、輸送配管1200の周囲を覆って設けられる。また、均熱ブロック1210は、ヒータ1220の周囲を覆って設けられる。輸送配管1200の配管外周面には、間隔を空けて複数の突起1202が形成されており、複数の突起1202と均熱ブロック1210の内面とが接触している。言い換えれば、輸送配管1200は、突起1202によって均熱ブロック1210に点接触で支持されている。均熱ブロック1210は、例えば輸送配管1200よりも熱伝導率が高い材質(例えば、Cu)で形成されているため、ヒータ1220からの熱を効率よく輸送配管1200に伝熱することができる。
ここで、均熱ブロック1210は、輸送配管1200と対向する内面1212が、均熱ブロック1210の真空容器1400側の外面1214より放射率が高く形成される。例えば、均熱ブロック1210の内面1212は、黒色ニッケルメッキによって放射率が0.8〜0.9程度に形成される。また、均熱ブロック1210の外面1214は、ニッケルメッキによって放射率が0.1〜0.2程度に形成される。
このように、均熱ブロック1210の内面1212の放射率を、均熱ブロック1210の外面1214の放射率より高く形成することによって、ヒータ1220から均熱ブロック1210を介して輸送配管1200へ効率よく輻射熱を伝熱することができる。
また、輸送配管1200は、均熱ブロック1210と対向する外面1204が、均熱ブロック1210の真空容器1400側の外面1214より放射率が高く形成される。例えば、輸送配管1200の外面1204は、黒色ニッケルメッキによって放射率が0.8〜0.9程度に形成される。
このように、輸送配管1200の外面1204の放射率を、均熱ブロック1210の外面1214の放射率より高く形成することによって、ヒータ1220から均熱ブロック1210を介して輸送配管1200へ効率よく輻射熱を伝熱することができる。
5.また真空チャンバ内とはいえ、チャンバ熱と均熱ブロックとの間に温度差が有る場合、均熱ブロックからチャンバ壁に比較的大きな熱量が輻射放熱する為、均熱ブロックの外側面のみ低放射率の表面処理を行う。また、チャンバ壁間に遮熱板(リフレクター)を設けることにより更なる効率向上も図れる。
この点について詳細に説明する。図10−2に示すように、均熱ブロック1210と真空容器1400との間には、熱を遮蔽する熱遮蔽板1230が設けられる。熱遮蔽板1230を設けることにより、ヒータ1220で発生した熱が均熱ブロック1210の外部へ伝熱されるのを抑制することができる。その結果、熱遮蔽板1230を設けることにより、ヒータ1220から均熱ブロック1210を介して輸送配管1200へ効率よく熱を伝熱することができる。
6.均熱ブロック⇔輸送路間の輻射熱伝達効率を向上させる為には、互いの部品が凸凹のフィン形状をして、且つ向き合う面積が最大となるような配置構成とする。(輻射伝熱∝形態係数:表面積)
7.また上記フィン形状の表面(フィン形状で無い場合も)を両者高放射率となるような表面処理を行うことにより、熱伝達率を向上させる。
8.同様に上記フィン形状による表面積UP及び表面放射率コントロールは輸送路⇔材料容器間でも成り立つ。
この点について詳細に説明する。ここでは、一例として、材料容器1100と、材料容器1100を覆う均熱ブロック1110との間の輻射熱伝達効率を向上させるために、材料容器1100と均熱ブロック1110との間で、互いの対向面に凹凸が形成される例を示す。図10−3は、材料容器の構成の概要を示す図である。
図10−3に示すように、材料容器1100は、均熱ブロック1110に覆われており、均熱ブロック1110には、ヒータ1120が埋め込まれる。材料容器1100は、例えばSUSで形成される。均熱ブロック1110は、例えばCuで形成される。ヒータ1120で発生した熱は、均熱ブロック1110を介して材料容器1100に輻射伝熱され、材料容器1100内に収容された有機材料を加熱/蒸発させる。
ここで、図10−3に示すように、材料容器1100と均熱ブロック1110は、互いに対向する面に凹凸が形成されている。より具体的には、材料容器1100の下面には、凹凸1102が形成され、均熱ブロック1110の、材料容器1100の下面に対向する面には、凹凸1112が形成される。これにより、材料容器1100及び均熱ブロック1110は、それぞれに形成された凹凸1102,1112が互いにかみ合うように配置される。
このように、材料容器1100と均熱ブロック1110の互いに対向する面に凹凸を形成することにより、互いに対向する面の表面積を増加させることができる。その結果、ヒータ1120から均熱ブロック1110を介して材料容器1100へ伝熱される輻射熱の熱量を増加させることができるので、効率よく材料容器1100を加熱することができる。なお、均熱ブロック1110と真空容器1400との間には、熱遮蔽板1130が設けられる。これにより、ヒータ1120で発生した熱が均熱ブロック1110の外部へ伝熱されるのを抑制することができるので、より一層、ヒータ1120から均熱ブロック1110を介して材料容器1100へ効率よく熱を伝熱することができる。
なお、上記の例では、材料容器1100と均熱ブロック1110の互いに対向する面に凹凸を形成する例を示したが、これには限られない。例えば、輸送配管1200と均熱ブロック1210の互いに対向する面に凹凸を形成することもできるし、蒸着ヘッド1300と均熱ブロック1310の互いに対向する面に凹凸を形成することもできる。
9.低圧下におかれた有機材料も一般的に低熱伝導物なので、材料容器に内面をフィン形状あるいは仕切りを設け、有機材料との接触面積を増大させる(材料粒間伝熱距離を短縮させる)ことにより投入した材料内での均熱性が向上し、安定した蒸発量が得られる。
この点について詳細に説明する。図10−4,10−5は、材料容器の変形例を示す図である。図10−4に示すように、材料容器1100は、材料容器1100の蒸着材料を収容する空間1106を格子状に仕切る仕切り板1104を有する。仕切り板1104を設けることにより、空間1106は複数の小空間に仕切られる。
仕切り板1104は、材料容器1100と同様に、ヒータ1120からの熱によって加熱される。蒸着材料は、材料容器1100内で、材料容器1100の底面及び側面からの熱で加熱されるだけではなく、仕切り板1104からの熱によっても加熱される。このように、仕切り板1104を設けることにより、蒸着材料との接触面積を増大させることができるので、蒸着材料内での均熱性が向上し、安定した蒸発量を得ることができる。
また、図10−5に示すように、材料容器1100は、材料容器1100の蒸着材料を収容する空間1106を円状に仕切る仕切り板1108を有することもできる。仕切り板1108を設けることにより、空間1106は複数の小空間に仕切られる。
仕切り板1108は、材料容器1100と同様に、ヒータ1120からの熱によって加熱される。蒸着材料は、材料容器1100内で、材料容器1100の底面及び側面からの熱で加熱されるだけではなく、仕切り板1108からの熱によっても加熱される。このように、仕切り板1108を設けることにより、蒸着材料との接触面積を増大させることができるので、蒸着材料内での均熱性が向上し、安定した蒸発量を得ることができる。
10.上記輻射率制御方法は幾つか候補があるが、必要機能を満たす必要がある。
(1)有機材料は水分・酸素等があると高温中で劣化が進行しやすい為、脱ガス特性に優れる事。即ち、表面粗度を荒らす方法、溶射等膜中に多くの表面積(気泡)を含むものは特性上良くない。
(2)有機材料によっては400℃程度の加熱が必要とするものもあり、その温度域においても耐熱劣化の無い表面処理が必要。
(3)反応性においても有機材料に影響を与え難い安定性のあるものが望まれる。
今回の例においては上記条件を満たす、耐熱Ni系のメッキを選択し、その放射率は均熱ブロック内面・輸送路外面及び材料容器との対面フィン部は高放射率(>ε0.8)、ブロック外面は低放射率(<ε0.2)としている。
(1)有機材料は水分・酸素等があると高温中で劣化が進行しやすい為、脱ガス特性に優れる事。即ち、表面粗度を荒らす方法、溶射等膜中に多くの表面積(気泡)を含むものは特性上良くない。
(2)有機材料によっては400℃程度の加熱が必要とするものもあり、その温度域においても耐熱劣化の無い表面処理が必要。
(3)反応性においても有機材料に影響を与え難い安定性のあるものが望まれる。
今回の例においては上記条件を満たす、耐熱Ni系のメッキを選択し、その放射率は均熱ブロック内面・輸送路外面及び材料容器との対面フィン部は高放射率(>ε0.8)、ブロック外面は低放射率(<ε0.2)としている。
11.材料容器とそれを囲う輸送路との温度分離
輸送路≧材料容器(材料)が基本的な温度設定となるが、大きく輸送路の温度を上昇させると材料劣化のリスクが高まりまた、温度が逆転すると、輸送路に蒸発した有機材が再凝着し蒸発速度安定性・デポ等問題となる。よって、材料容器と輸送路の温度は独立して制御できることが重要である。また、材料使用効率と輸送路へのデポ問題対策の両立として、装置立上時は輸送路の温度は先に設定値に上げておき、容器のみ蒸発を抑制させる為、温度を設定温度から下げておく。立ち下げ時は先に容器温度を材料蒸発温度以下に下げてから、輸送路温度を下降させる。これが出来れば、無駄な材料浪費を抑えられ、且つ容器へのデポが無い(立ち下げ解放後のメンテナンス容易)運用が可能となる。
輸送路≧材料容器(材料)が基本的な温度設定となるが、大きく輸送路の温度を上昇させると材料劣化のリスクが高まりまた、温度が逆転すると、輸送路に蒸発した有機材が再凝着し蒸発速度安定性・デポ等問題となる。よって、材料容器と輸送路の温度は独立して制御できることが重要である。また、材料使用効率と輸送路へのデポ問題対策の両立として、装置立上時は輸送路の温度は先に設定値に上げておき、容器のみ蒸発を抑制させる為、温度を設定温度から下げておく。立ち下げ時は先に容器温度を材料蒸発温度以下に下げてから、輸送路温度を下降させる。これが出来れば、無駄な材料浪費を抑えられ、且つ容器へのデポが無い(立ち下げ解放後のメンテナンス容易)運用が可能となる。
必要なハード構成として
(1)容器材料用ヒータと輸送路用ヒータの独立構成
(2)輸送路隔壁の温度分離(輸送路の一部であるが材料容器に面した部分とそれ以外の部分との熱伝導率が低くなるよう、断面積を小さく、また距離をとり、温度差が付けられる構造とする)
(3)均熱ブロック〜材料容器間熱伝達率は6,7,8等の手段で向上させられ、昇温時にはヒータへの熱量制御にて温度上昇制御(時間)は可能であるが、降温時にはレスポンスよく温度を下げる手法(放熱経路)が無いため、均熱ブロックに流体が通過できる流路を設け、低温流体をパイプから流し熱交換させることにより、材料容器の温度降下短縮が可能となる。(この場合、均熱ブロック・輸送路・材料容器を構成上必要以上の体積にしないことも重要)ここで熱媒体を液体とすると熱交換効率は高いが、高圧蒸気となり安全確保の為には回路構成にコスト上昇を招く為、気体を選択した。
(1)容器材料用ヒータと輸送路用ヒータの独立構成
(2)輸送路隔壁の温度分離(輸送路の一部であるが材料容器に面した部分とそれ以外の部分との熱伝導率が低くなるよう、断面積を小さく、また距離をとり、温度差が付けられる構造とする)
(3)均熱ブロック〜材料容器間熱伝達率は6,7,8等の手段で向上させられ、昇温時にはヒータへの熱量制御にて温度上昇制御(時間)は可能であるが、降温時にはレスポンスよく温度を下げる手法(放熱経路)が無いため、均熱ブロックに流体が通過できる流路を設け、低温流体をパイプから流し熱交換させることにより、材料容器の温度降下短縮が可能となる。(この場合、均熱ブロック・輸送路・材料容器を構成上必要以上の体積にしないことも重要)ここで熱媒体を液体とすると熱交換効率は高いが、高圧蒸気となり安全確保の為には回路構成にコスト上昇を招く為、気体を選択した。
この点について詳細に説明する。図10−6は、材料容器の変形例を示す図である。上記のように、材料容器1100と輸送配管1200の温度は独立して制御できることが望まれる。そこで、材料容器1100を加熱するヒータ1120と、輸送配管1200を加熱するヒータ1220とを、別々にオンオフ制御することも考えられる。この場合、ヒータ1120とヒータ1220とのオンオフ制御のタイミング等が複雑になるおそれがある。
そこで、図10−6に示すように、材料容器1100を覆う均熱ブロック1110には、放熱媒体を通流可能な放熱流路1114を形成することができる。このように放熱流路1114を形成することによって、ヒータ1120とヒータ1220とを同時にオンオフ制御しながら、材料容器1100と輸送配管1200の温度制御を独立に行うことができる。
例えば降温時には、ヒータ1120とヒータ1220とを同時にオフ制御するとともに、放熱流路1114に放熱媒体を通流させる。これによって、材料容器1100の熱は、均熱ブロック1110を介して放熱媒体に奪われるので、輸送配管1200より先に材料容器1100の温度を下げることができる。
ここで、均熱ブロック1110に放熱流路1114を形成する場合、材料容器1100から輸送配管1200へ至る熱流路の熱抵抗を小さくすることが望ましい。すなわち、図10−3の材料容器1100を比較対象とすると、比較対象の材料容器1100では、材料容器1100から輸送配管1200へ至るまでの熱流路1105の体積が比較的大きい。このため、比較例では、材料容器1100と輸送配管1200との間の熱抵抗が小さいので、材料容器1100と輸送配管1200との間で熱が比較的大きく移動しやすい。その結果、比較例では、例えば降温時に、材料容器1100の温度を輸送配管1200の温度より先に下降させ難くなる。
これに対して、図10−6では、材料容器1100と輸送配管1200との間の熱流路1107の体積を小さくしている。これにより、材料容器1100と輸送配管1200との間の熱抵抗を大きくすることができるので、材料容器1100と輸送配管1200との間の熱の移動を比較的抑えるができる。その結果、例えば降温時に、放熱流路1114に放熱媒体を通流させて、材料容器1100の温度を輸送配管1200の温度より先に下降させることができる。
12.各部温度モニター
均熱ブロック(Cu部材)は接触モニター(熱電対など)にてヒータによる温度制御可能。輸送路(&材料容器)温度は長時間経過後には、ほぼ均熱ブロック温度と同等となるが、昇降温時には大きく温度が乖離する為、均熱ブロックと輸送路隔壁には独立した温度モニター(熱電対など)を設ける。また、減圧下の為、T.C先端を測定部に押し付ける構造(スプリング等)が望ましい。
均熱ブロック(Cu部材)は接触モニター(熱電対など)にてヒータによる温度制御可能。輸送路(&材料容器)温度は長時間経過後には、ほぼ均熱ブロック温度と同等となるが、昇降温時には大きく温度が乖離する為、均熱ブロックと輸送路隔壁には独立した温度モニター(熱電対など)を設ける。また、減圧下の為、T.C先端を測定部に押し付ける構造(スプリング等)が望ましい。
この点について詳細に説明する。図10−7は、輸送配管における温度測定の構成の概要を示す図である。図10−7に示すように、輸送配管1200の温度を測定する温度モニタ1206と、均熱ブロック1210の温度を測定する温度モニタ1216は、別々に設けられる。
図10−7に示すように、輸送配管1200の温度を測定する温度モニタ1206は、均熱ブロック1210の外側から、スプリング1208のばね力によって輸送配管1200の方に押圧される。これにより、温度モニタ1206は、その先端が輸送配管1200に押し付けられる。その結果、温度モニタ1206は、より精密に輸送配管1200の温度を測定することができる。
また、図10−7に示すように、均熱ブロック1210の温度を測定する温度モニタ1216は、均熱ブロック1210の外側から、スプリング1218のばね力によって均熱ブロック1210の方に押圧される。これにより、温度モニタ1216は、その先端が均熱ブロック1210に押し付けられる。その結果、温度モニタ1216は、より精密に均熱ブロック1210の温度を測定することができる。
13.均熱ブロックと輸送路の構成
輸送路に熱伝導の悪い部材を使用した場合、各部で異なった独立温度制御が可能な反面、均熱ブロックとの接触状態がコントロールされていないと個別均熱ブロック域内でも輸送路に温度分布が生じる為、輸送路〜均熱ブロック間に一定の間隔を設けることにより、均熱ブロック内温度均一性&均熱ブロック間独立温度設定が可能となる。
輸送路に熱伝導の悪い部材を使用した場合、各部で異なった独立温度制御が可能な反面、均熱ブロックとの接触状態がコントロールされていないと個別均熱ブロック域内でも輸送路に温度分布が生じる為、輸送路〜均熱ブロック間に一定の間隔を設けることにより、均熱ブロック内温度均一性&均熱ブロック間独立温度設定が可能となる。
14.蒸着ヘッド周りの熱制御
蒸着ヘッド周りも均熱ブロック及び輸送路の構成や表面処理手法は前述と基本的に同じである。(材料容器部分とは異なり高い温度制御性能の必要ない部分はフィン形状省略)基板と相対する加熱部分(蒸着ヘッド面等)は、マスクから基板へと輻射熱伝達するが、その伝熱量を最小に抑制することが重要である。マスク及び基板が成膜中に温度上昇すると線膨張差によりズレが生じるため精細な蒸着が困難となる。また、蒸着ヘッド側は放熱により熱流れ・温度分布発生につながり、温度制御性が低下する。ノズル部へのデポ等の問題も発生する。
蒸着ヘッド周りも均熱ブロック及び輸送路の構成や表面処理手法は前述と基本的に同じである。(材料容器部分とは異なり高い温度制御性能の必要ない部分はフィン形状省略)基板と相対する加熱部分(蒸着ヘッド面等)は、マスクから基板へと輻射熱伝達するが、その伝熱量を最小に抑制することが重要である。マスク及び基板が成膜中に温度上昇すると線膨張差によりズレが生じるため精細な蒸着が困難となる。また、蒸着ヘッド側は放熱により熱流れ・温度分布発生につながり、温度制御性が低下する。ノズル部へのデポ等の問題も発生する。
必要ハード構成として
(1)遮熱板:リフレクター(表面放射率の低い部材)を両者間に設け、蒸着噴出を遮らない範囲で開口面積を最小となるような形状とする。(例えばノズル孔が小さく多数であるならエリア開口、比較的大きな小数孔の場合は孔部分のみ開口等)表面粗さは使用する有機材料の飽和蒸気圧を考慮し、デポする温度域になる場合、鏡面処理は避ける必要性が有る。
(2)(1)の代わりに水冷等温度制御された仕切板を設けて開口面積を最小とする。(温度制御仕切板を直接水冷するとメンテナンスが困難となる為、水冷ブロックに必要な熱伝達量を確保出来る接触面を最適化したボルト固定方法を採用している)その仕切板は有機材がデポする為、表面状態を容易に剥離しないよう鏡面は避けることが望ましい。
(3)遮熱板を複数枚重ねて構成することにより更に熱伝達が抑制される。また(2)との併用も効果的である。
(4)ノズル孔周りの開口露出面は低放射率部材を使用・あるいは低放射率表面処理を実施する。(ノズル材質は熱伝導性に優れるCu,表面処理は耐熱低放射率Ni系メッキを採用)
(1)遮熱板:リフレクター(表面放射率の低い部材)を両者間に設け、蒸着噴出を遮らない範囲で開口面積を最小となるような形状とする。(例えばノズル孔が小さく多数であるならエリア開口、比較的大きな小数孔の場合は孔部分のみ開口等)表面粗さは使用する有機材料の飽和蒸気圧を考慮し、デポする温度域になる場合、鏡面処理は避ける必要性が有る。
(2)(1)の代わりに水冷等温度制御された仕切板を設けて開口面積を最小とする。(温度制御仕切板を直接水冷するとメンテナンスが困難となる為、水冷ブロックに必要な熱伝達量を確保出来る接触面を最適化したボルト固定方法を採用している)その仕切板は有機材がデポする為、表面状態を容易に剥離しないよう鏡面は避けることが望ましい。
(3)遮熱板を複数枚重ねて構成することにより更に熱伝達が抑制される。また(2)との併用も効果的である。
(4)ノズル孔周りの開口露出面は低放射率部材を使用・あるいは低放射率表面処理を実施する。(ノズル材質は熱伝導性に優れるCu,表面処理は耐熱低放射率Ni系メッキを採用)
その他
蒸着ヘッド近傍チャンバ壁は有機材料噴出方向以外であっても若干の拡散によるデポが生じ易い。従って防着板を設け運用することがあるが、その防着板の温度分布及び温度変化量を設計考慮しておくことも必要である。蒸着ヘッド周り防着板は蒸着ヘッドからの輻射伝熱にて受熱する。温度分布があるとデポする領域としない領域が発生する可能性がある。また、温度の時間的変化がある場合は、防着板温度が低いときデポ発生、時間経過及びデポにより表面放射率が変化し温度上昇するとデポ物が再蒸発する現象が予想される。結果蒸着速度の安定性が損なわれ、また膜質的にも不純物混入劣化、パーティクル等のリスクが高まる。
蒸着ヘッド近傍チャンバ壁は有機材料噴出方向以外であっても若干の拡散によるデポが生じ易い。従って防着板を設け運用することがあるが、その防着板の温度分布及び温度変化量を設計考慮しておくことも必要である。蒸着ヘッド周り防着板は蒸着ヘッドからの輻射伝熱にて受熱する。温度分布があるとデポする領域としない領域が発生する可能性がある。また、温度の時間的変化がある場合は、防着板温度が低いときデポ発生、時間経過及びデポにより表面放射率が変化し温度上昇するとデポ物が再蒸発する現象が予想される。結果蒸着速度の安定性が損なわれ、また膜質的にも不純物混入劣化、パーティクル等のリスクが高まる。
必要ハード構成として
蒸着ヘッド周りのチャンバ隔壁部に有機蒸発物が回り込にくい仕切板を構成
蒸着ヘッド周り防着板は蒸着ヘッドから受熱してもデポ物が再放出されないよう、冷却された構造とする。
蒸着ヘッド周りのチャンバ隔壁部に有機蒸発物が回り込にくい仕切板を構成
蒸着ヘッド周り防着板は蒸着ヘッドから受熱してもデポ物が再放出されないよう、冷却された構造とする。
ここで、蒸着ヘッド1300の構成について詳細に説明する。図10−8,図10−9は、蒸着ヘッドの構成の概要を示す図である。図10−8は、蒸着ヘッド1300及び蒸着ヘッド1300の周辺の部品の平面図であり、図10−9は、蒸着ヘッド1300及び蒸着ヘッド1300の周辺の部品の縦断面図である。
図10−8,10−9に示すように、蒸着ヘッド1300は、周囲を均熱ブロック1310で覆われている。均熱ブロック1310の内部には、ヒータ1320が埋め込まれている。蒸着ヘッド1300は、例えばSUSで形成される。均熱ブロック1310は、例えばCuで形成される。なお、均熱ブロック1310は、複数の均熱ブロックの部材をボルト1312で固定することにより形成される。ヒータ1320で発生した熱は、均熱ブロック1310を介して蒸着ヘッド1300へ輻射伝熱される。
また、均熱ブロック1310と真空容器1400との間には、熱遮蔽板1330が設けられている。熱遮蔽板1330を設けることにより、ヒータ1320で発生した熱が均熱ブロック1310の外部へ伝熱されるのを抑制することができるので、より一層、ヒータ1320から均熱ブロック1310を介して蒸着ヘッド1300へ効率よく熱を伝熱することができる。
また、図10−9に示すように、蒸着ヘッド1300と基板1500との間には、熱遮蔽板1330−1,1330−2が設けられる。より具体的には、熱遮蔽板1330−1,1330−2は、蒸着ヘッド1300の蒸着材料の蒸気を含むガスを噴射する噴射口1302を含む噴射面1304に対向して設けられ、熱を遮蔽する。また、熱遮蔽板1330−1,1330−2は、噴射口1302から噴射された蒸着材料の蒸気を含むガスの噴射経路1306に開口1332が形成されている。噴射口1302から噴射された蒸着材料ガスは、熱遮蔽板1330−1,1330−2の開口1332を通過して、基板1500に蒸着される。
15.共蒸着を行う蒸着ヘッド間の熱干渉防止
2set以上の蒸着ヘッドから同時に混合蒸着を行う共蒸着の場合で、それぞれの蒸着ヘッドの制御温度が異なる組合せの場合、近傍にある異なる温度の部材の干渉影響を受け、温度分布が生じ易い。特に冷却側の高精度温度制御機能は複雑となりやすい為、蒸着ヘッドの温度制御はヒータにて加熱側のみ、冷却は周辺への放射に依存して行っている場合が一般的である。よって、他蒸着ヘッドより高温設定の蒸着ヘッドはヒータにて温度制御可能であるが、低温側の蒸着ヘッドは高温側の蒸着ヘッドより輻射受熱し、設定値より温度上昇し、制御が困難となり易い。
2set以上の蒸着ヘッドから同時に混合蒸着を行う共蒸着の場合で、それぞれの蒸着ヘッドの制御温度が異なる組合せの場合、近傍にある異なる温度の部材の干渉影響を受け、温度分布が生じ易い。特に冷却側の高精度温度制御機能は複雑となりやすい為、蒸着ヘッドの温度制御はヒータにて加熱側のみ、冷却は周辺への放射に依存して行っている場合が一般的である。よって、他蒸着ヘッドより高温設定の蒸着ヘッドはヒータにて温度制御可能であるが、低温側の蒸着ヘッドは高温側の蒸着ヘッドより輻射受熱し、設定値より温度上昇し、制御が困難となり易い。
必要ハード構成として
設定温度の異なる蒸着ヘッド間に、低温側の蒸着ヘッド設定温度以下に温度制御された仕切板を設けることにより温度干渉を防止する。(実施例では水冷構造のSUS板を採用している。)これにより、高温側の蒸着ヘッドも低温側の蒸着ヘッドも両者加熱側の温度制御のみとなり、ヒータ制御のみで所定の温度制御が可能となる。また、仕切板の表面放射率はデポ物が剥離しにくい範囲で低いほうがヒータ効率は高くなる。
設定温度の異なる蒸着ヘッド間に、低温側の蒸着ヘッド設定温度以下に温度制御された仕切板を設けることにより温度干渉を防止する。(実施例では水冷構造のSUS板を採用している。)これにより、高温側の蒸着ヘッドも低温側の蒸着ヘッドも両者加熱側の温度制御のみとなり、ヒータ制御のみで所定の温度制御が可能となる。また、仕切板の表面放射率はデポ物が剥離しにくい範囲で低いほうがヒータ効率は高くなる。
この点について、詳細に説明する。図10−10は、Post−Mix蒸着ヘッドの構成の概要を示す図である。図10−10に示すように、蒸着ヘッド1300は、ホスト蒸着材料の蒸気を含むホストガスを噴射するホストヘッド1300−1と、ドーパント蒸着材料の蒸気を含むドーパントガスを噴射するドーパントヘッド1300−2とを有する。
ホストヘッド1300−1には、輸送配管1200−1を介して、ホスト蒸着材料の蒸気を含むホストガスが輸送される。ホストヘッド1300−1は、輸送配管1200−1を介して輸送されたホストガスを噴射する。なお、ホストガスは、ドーパントガスより高音(例えば380℃程度)に加熱されてホストヘッド1300−1に輸送される。
一方、ドーパントヘッド1300−2には、輸送配管1200−2を介して、ドーパント蒸着材料の蒸気を含むドーパントガスが輸送される。ドーパントヘッド1300−2は、輸送配管1200−2を介して輸送されたドーパントガスを噴射する。ホストヘッド1300−1及びドーパントヘッド1300−2から噴射されたホストガス及びドーパントガスは、各ヘッドから噴射された後に、混合された状態で基板1500に蒸着される。なお、ドーパントガスは、ホストガスより低温(例えば230℃程度)に加熱されてドーパントヘッド1300−2輸送される。
ここで、ホストヘッド1300−1とドーパントヘッド1300−2との間には、ドーパントヘッド1300−2の温度より低い温度に制御された低温部材1340が設けられる。低温部材1340は、例えば内部に冷却媒体(例えば、水)を通流可能に形成される。このように、ホストヘッド1300−1とドーパントヘッド1300−2との間に低温部材1340を設けることにより、ホストヘッド1300−1からの輻射熱は低温部材1340に伝熱する。したがって、ドーパントヘッド1300−2がホストヘッド1300−1からの輻射熱によって温度上昇することを抑制することができる。また、ホストヘッド1300−1及びドーパントヘッド1300−2共に、輻射熱が低温部材1340に伝熱するので、ホストヘッド1300−1及びドーパントヘッド1300−2共に、加熱側の温度制御のみで、温度調整を行うことができる。
10…成膜装置、11…処理容器、12…処理室、16a〜16f…蒸着ヘッド、20
a〜20f…ガス供給源、101,201,301,401…第1〜第4蒸気発生部、1
20,220,320,420…第1〜第4収容容器、125a,125b,225a,
225b,325a,325b,415,415a,415b…ヒータ(加熱部)、60
0…ガス排出系統(排出管)、700…ガス導入系統(ガス導入路)、L12,L22,
L32,L42…輸送管(個別輸送管)、L40…輸送管(共通輸送管)、V101,V
201,V301,V401…バルブ、S…基板、1000…成膜装置、1100…材料容器、1110,1210,1310…均熱ブロック、1114…放熱流路、1120,1220,1320…ヒータ、1130,1230,1330…熱遮蔽板、1200…輸送配管、1202…突起、1206,1216…温度モニタ、1208,1218…スプリング、1300…蒸着ヘッド、1300−1…ホストヘッド、1300−2…ドーパントヘッド、1302…噴射口、1304…噴射面、1306…噴射経路、1340…低温部材、1400…真空容器、1500…基板。
a〜20f…ガス供給源、101,201,301,401…第1〜第4蒸気発生部、1
20,220,320,420…第1〜第4収容容器、125a,125b,225a,
225b,325a,325b,415,415a,415b…ヒータ(加熱部)、60
0…ガス排出系統(排出管)、700…ガス導入系統(ガス導入路)、L12,L22,
L32,L42…輸送管(個別輸送管)、L40…輸送管(共通輸送管)、V101,V
201,V301,V401…バルブ、S…基板、1000…成膜装置、1100…材料容器、1110,1210,1310…均熱ブロック、1114…放熱流路、1120,1220,1320…ヒータ、1130,1230,1330…熱遮蔽板、1200…輸送配管、1202…突起、1206,1216…温度モニタ、1208,1218…スプリング、1300…蒸着ヘッド、1300−1…ホストヘッド、1300−2…ドーパントヘッド、1302…噴射口、1304…噴射面、1306…噴射経路、1340…低温部材、1400…真空容器、1500…基板。
Claims (26)
- 蒸着材料が収容される材料容器と、
前記材料容器で蒸発した蒸着材料の蒸気を含むガスを輸送する輸送路と、
前記輸送路を介して輸送された蒸着材料の蒸気を含むガスを噴射する蒸着ヘッドと、
前記材料容器、前記輸送路、及び前記蒸着ヘッドを加熱する発熱体と、
を備え、
前記材料容器、前記輸送路、前記蒸着ヘッド、及び前記発熱体は、真空容器内に収容される
ことを特徴とする成膜装置。 - 前記輸送路の材質より熱伝導率が高い材質で形成され、前記発熱体を覆う均熱ブロック
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。 - 前記均熱ブロックは、前記輸送路を覆って配置される
ことを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。 - 前記均熱ブロックは、前記輸送路と対向する内面が、前記真空容器側の外面より放射率が高く形成される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記輸送路は、前記均熱ブロックと対向する外面が、前記均熱ブロックの前記真空容器側の外面より放射率が高く形成される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記輸送路は、前記均熱ブロックと対向する外面に凹凸が形成され、
前記均熱ブロックは、前記輸送路と対向する内面に凹凸が形成され、
前記輸送路及び前記均熱ブロックは、それぞれに形成された凹凸形状が互いにかみ合うように配置される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記輸送路は、SUSで形成される
ことを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。 - 前記均熱ブロックは、Cuで形成される
ことを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。 - 前記輸送路は、前記均熱ブロックと対向する外面に突起が形成され、
前記輸送路は、前記突起によって前記均熱ブロックに点接触で支持される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記均熱ブロックと前記真空容器との間に設けられ、熱を遮蔽する熱遮蔽部材を
さらに備えることを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記均熱ブロックは、前記材料容器を覆って配置される
ことを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。 - 前記均熱ブロックは、前記材料容器と対向する内面が、前記真空容器側の外面より放射率が高く形成される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記材料容器は、前記均熱ブロックと対向する外面が、前記均熱ブロックの前記真空容器側の外面より放射率が高く形成される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記材料容器は、前記均熱ブロックと対向する外面に凹凸が形成され、
前記均熱ブロックは、前記材料容器と対向する内面に凹凸が形成され、
前記材料容器及び前記均熱ブロックは、それぞれに形成された凹凸形状が互いにかみ合うように配置される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記材料容器は、SUSで形成される
ことを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。 - 前記材料容器は、前記均熱ブロックと対向する外面に突起が形成され、
前記材料容器は、前記突起によって前記均熱ブロックに点接触で支持される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記材料容器を加熱する第1の発熱体と、前記輸送路を加熱する第2の発熱体とを、それぞれ独立に加熱制御する加熱制御部を
さらに備えることを特徴とする請求項11に記載の成膜装置。 - 前記材料容器を覆う均熱ブロックの内部に形成され、放熱媒体を通流させる冷却管と、 前記冷却管における前記放熱媒体の通流タイミング及び通流量を制御する冷却制御部を
さらに備えることを特徴とする請求項11に記載の成膜装置。 - 前記均熱ブロックは、前記蒸着ヘッドを覆って配置される
ことを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。 - 前記均熱ブロックは、前記蒸着ヘッドと対向する内面が、前記真空容器側の外面より放射率が高く形成される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記蒸着ヘッドは、前記均熱ブロックと対向する外面が、前記均熱ブロックの前記真空容器側の外面より放射率が高く形成される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記蒸着ヘッドは、前記均熱ブロックと対向する外面に凹凸が形成され、
前記均熱ブロックは、前記輸送路と対向する内面に凹凸が形成され、
前記蒸着ヘッド及び前記均熱ブロックは、それぞれに形成された凹凸形状が互いにかみ合うように配置される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記蒸着ヘッドは、SUSで形成される
ことを特徴とする請求項2に記載の成膜装置。 - 前記蒸着ヘッドは、前記均熱ブロックと対向する外面に突起が形成され、
前記蒸着ヘッドは、前記突起によって前記均熱ブロックに点接触で支持される
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。 - 前記蒸着ヘッドの前記蒸着材料の蒸気を含むガスを噴射する噴射口を含む噴射面に対向して設けられ熱を遮蔽するとともに、前記噴射口から噴射された蒸着材料の蒸気を含むガスの噴射経路に開口が形成された熱遮蔽部材を
さらに備えることを特徴とする請求項19に記載の成膜装置。 - 前記蒸着ヘッドは、ホスト蒸着材料の蒸気を含むホストガスを噴射するホストヘッドと、ドーパント蒸着材料の蒸気を含むドーパントガスを噴射するドーパントヘッドとを有し、
前記ホストヘッドと前記ドーパントヘッドとの間に設けられ、前記ドーパントヘッドの温度より低い温度に制御された低温部材を
さらに備えることを特徴とする請求項19に記載の成膜装置。
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