JP4551996B2 - 蒸発装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬパネルなどの比較的大きな基板への蒸発を行うための蒸発装置の構成に関する。

従来より、各種基材上に膜形成のために蒸着装置が広く利用されており、この蒸着装置に用いられる蒸発源としては、ポイントソース（点型蒸発源）が主流であった。一方、有機ＥＬパネルなどでは、被蒸着板であるガラス基板等が比較的大型であり、この被蒸着板上に蒸着膜を、ばらつきなく均一にで蒸着するのは難しい。このため、ガラス基板を移動、回転させたり、または蒸発源を移動、回転させて膜厚の均一化を狙っている。しかし、この方法では、適用基板サイズに制約がある、中央部と端部での均一性が達成困難、シャドーイングの発生、等の問題がある。また、装置が全体として複雑化、大型化するという問題もあった。

一方、このようなポイントソースの欠点を補うものとして、リニアソース（長尺型蒸発源）が提案されている（特許文献１）。この装置では、基板の幅方向に長い蒸発源が、これと直交方向に移動することにより、膜の形成を行う。

このようなリニアソースによって、大型のガラス基板などにも、比較的均一な蒸着がやりやすくなる。

特開２００３−７４６４公報 米国特許第６２３７５２９Ｂ１公報

この特許文献１の構成では、蒸発物を収容する容器の上蓋を兼ねている薄板ヒーターに蒸発物放出用のノズルが設けられている。従って、ヒーター温度上昇時に、ヒーター自体の熱変形によるノズル形状の変化と考えられるガスの不均一排出が発生しやすい。また、薄板ヒーターが上蓋を兼ねているため、容器と上蓋との密閉性が十分行うことが難しく、その結果局所的なガス漏れが発生して、ノズルからの均一なガスの噴出が難しいという問題もあった。

本発明は、大きな基材表面に対して、均一な蒸着を行うのに適した蒸発装置を提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも一端が開放し、上部周面に軸方向に整列して設けられた複数の開口を有し、内部に蒸発材料を収容する中空容器と、この中空容器の開口端を閉じる蓋体と、中空容器の前記複数の開口が形成された軸方向の領域以外の周面全体を覆うとともに、前記複数の開口の部分が開放され、電力の供給によって発熱する板状のヒータと、を有し、前記中空容器は、前記ヒータの内側空間に対し、挿脱自在であるとともに、前記ヒータを上方側から覆い、下部側が固定部材によって閉じられる支持部材を一対設け、これによってヒータの両端部を支持することを特徴とする。

また、前記中空容器は、丸パイプ型であり、前記ヒータも同様の形状であることが好適である。

また、前記中空容器および前記蓋体は、前記蓋体の少なくとも一部が前記中空容器の内部に端部から挿入され、中空容器の内壁と蓋体の外周面を摺り合わせ接触することが好適である。

また、前記ヒータには、多数の開口が形成されていることが好適である。

また、前記中空容器の複数の開口は、中空容器の上部周面に設けられ、前記ヒータは、前記中空容器の複数の開口が形成された軸方向の領域以外の周面全体を覆うことが好適である。

パイプ状容器に直接開口を設けたため、ヒータに開口を設ける場合に比べ、開口の形状の変化などを少なくできる。また、パイプ状容器の内部を気密にすることが容易であり、均一な蒸着が容易となる。さらに、パイプ状容器をヒータ内部に挿入、脱出可能としているため、蒸発材料の入れ替え時にパイプ状容器をヒータをそのままに取り出すことができ、作業が容易になる。また、ヒータを上方側から覆い、下部側が固定部材によって閉じられる支持部材を一対設け、これによってヒータの両端部を支持することで、ヒータを確実に固定することができる。

また、中空容器とヒータを、丸パイプ型にすることで、両者の製造や位置決めが容易となる。

また、蓋体の少なくとも一部が前記中空容器の内部に端部から挿入され、中空容器の内壁と蓋体の外周面摺り合わせ接触することで、パイプ状容器の密閉が容易かつ確実に行える。

また、前記ヒータに、多数の開口が形成されていることで、この開口の配置の調整によって、発熱の分布を調整することができ、好適なパイプ状容器の加熱が行える。

また、ヒータが、中空容器の複数の開口が形成された軸方向の領域以外の周面全体を覆うことで、パイプ状容器の内部の蒸発材料を全体として均一に加熱することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、実施形態に係る蒸発装置の端部の断面図である。円筒パイプ状の中空容器であるカートリッジ１０は石英で形成されている。図２に示すように、このカートリッジ１０は、細長く両端が開放されているカートリッジ本体１０ａと、その両端を閉塞する蓋体１０ｂから構成されている。蓋体１０ｂは、厚肉円盤状で、その径が一方側に向かって徐々に小さくなっている。また、蓋体１０ｂの外周に合致するように、カートリッジ本体１０ａの内径も先端部において徐々に内径が広がるように形成されている。なお、カートリッジ本体１０ａおよび蓋体１０ｂは、石英だけでなく、グラファイト、セラミック、金属など、高温真空下において、脱ガスがなく、また熱特性が装置仕様に合致しているものであればどのような材質でもよい。カートリッジは円筒状だけでなく、長方形、立方形などどのような形状でもよい。

そして、小径側からカートリッジ本体１０ａの端部に挿入することによって、カートリッジ本体１０ａの内壁と蓋体１０ｂの外周が摺り合わせ接触され、カートリッジ本体１０ａの端部を密閉している。なお、摺り合わせ接触されるカートリッジ本体１０ａの内壁と蓋体１０ｂの外周をすりガラスのように表面を粗にすることよって、脱着が容易でかつ密閉も確実に行える。また、カートリッジ本体１０ａの上部には、複数のノズル（開口）１０ｃが軸方向一列に整列して形成されている。このノズル１０ｃの間隔大きさなどは、必ずしも同一でなくてもよく、蒸発物の放出状態が均一になるように設定されている。例えば、中央部分の開口の径を端部に比べ大きくしたり、間隔を小さくすることで、中央部分の蒸発物の放出量を抑制し、全体として均一な蒸発物の放出が行われるようにしている。

カートリッジ１０のノズル形状、パターンは、要求により変更可能であることが好適である。このため、カートリッジ１０をカートリッジ本体１０ａにおいて、ノズル１０ｃが存在する部分を別部材として、組み合わせて形成するようにしてもよい。

また、蓋体１０ｂの外側面には、蓋体１０ｂのカートリッジ本体１０ａへの装着や、脱離の際の補助をするために、複数の穴が形成されている。この穴に治具などを挿入して蓋体１０ｂの装脱が容易に行える。また、蓋体１０ｂの内側面は、凹部が形成されており、カートリッジ１０の内部容積を確保して、蓋体１０ｂの外周面の面積を十分なものにしている。

このカートリッジ１０の外周をほぼ一定の間隔をおいて覆うようにヒータ１２が配置されている。このヒータ１２は、平板を下側から丸めた形状で、カートリッジ１０のノズル１０ｃが形成されている領域を開放するように、配置されている。また、ヒータ１２の底部に当たる部分は、上方に向けて折り曲げられて形成された軸方向の凸条１２ｃが形成されており、この凸条１２ｃの上端部分がカートリッジ１０の外周底部と接触している。なお、この凸条１２ｃが当接されるカートリッジ１０の底部分に凸条１２ｃに対応する凹条を設けておくことも好適である。

また、ヒータ１２は、それ自体に直接電流を流すことによって発熱するもので、タンタルやタングステンなどによって、形成されている。また、後述するように、このヒータ１２には、後述するように多数の穿孔が形成されており、この穿孔の形成具合によって、全域に渡り部分的な発熱量が調整可能になっている。

なお、ヒータ１２を複数の部分に分割し、それぞれ別々に電力供給を制御できるようにすることで、温度調整を行うことも好適である。

ヒータ１２の両端部には、これを上方から縛るようにして固定するリボン状のサポート１４が設けられている。このサポート１４の上部は、円弧状でこの円弧状部１４ａで、上端開口部を含めてヒータ１２を覆っている。また、サポート１４の両先端（下端）部１４ｂは、下方に伸びており、この部分が支持材１６によって、両端部が広がらないように固定されている。この支持材１６は、サポートの両先端を外側から保持する一対の抑え部材１６ａと、この一対の抑え部材１６ａの両方を貫通する軸材１６ｂと、この軸材１６ｂに結合され抑え部材１６ａを外方から抑えるワッシャ状の抑え１６ｃからなっている。また、支持材１６は、ベース板材１８上に載置されており、軸材１６ｂの両端がベース板材１８の直立部１８ａに固定されている。さらに、ベース板材１８はベース２０に固定されている。従って、ベースを移動することによって、蒸発装置全体を移動することができる。なお、サポート１４は、ヒータ１２と同一の材質で構成することが好適であるが、ステンレスなどで形成してもよい。また、支持材１６もステンレスなどの金属で構成することが好適である。

そして、カートリッジ１０の内部には、蒸発材料Ｍが収容され、これが加熱されて蒸発物が開口１２ａから放出される。

図３には、蒸発装置の端部の構成を示してある。このように、ヒータ１２の端部がサポート１４によって、外方から抑えられ、サポート１４の下端が、支持材１６（図においては軸材１６ｂのみが見えている）を介しベース板材１８の直立部１８ａによって支持されている。なお、図に示すように、ヒータ１２には、多数の穿孔１２ｂが形成されている。

そして、サポート１４の上端部には、締結用のボルト２２が設けられ、このボルト２２によって、サポート１４とヒータ１２が接続されている。また、サポート１４の上部には、側方（図における左方）に伸びる短冊状の延長部１４ｃが形成されており、この延長部１４ｃの端部には、他端が電極２４に接続された接続板２６の一端が重ねられている。そして、接続板２６とサポート１４の延長部１４ｃがボルト２６ａとナット２６ｂによって締め付けら固定されている。接続板２６は、ヒータ１２と同一の材料で構成されるのが、好適であるが、金や、銅などの良導体で構成してもよい。また、この接続板２６は、フレキシブルな構成となっており、温度変化によるヒータ１２などの膨張を吸収する役目も果たしている。

図には、蒸発装置の左側のみを示したが、右側も同様の構成であり、これによって一対の電極からサポート１４を介しヒータに電流を供給することができ、ヒータ１２に所定の電流を流して発熱させることができる。

さらに、サポート１４には、その中間部分に穴１４ｄを有し、側方へ伸びる一対の舌部１４ｅが設けられている。そして、図４に示すように、この穴１４ｄに、ピン２８を貫通挿入することで、カートリッジ１０を両端側から抑えることができる。ピン２８は、ヘアピン状の形状で、円弧状の基部２８ａから一対の脚部２８ｂが伸びる形状を有している。基部２８ａを持って、挿入した後、舌部１４ｅを貫通した先端部を折り曲げることにより、固定が確実になる。

また、ヒータ１２の要部（例えば、両端および中央の３カ所）には、温度測定用の熱電対３０が取り付けられている。この熱電対３０は、図５に示すように、ヒータ側に取り付けた外方に向けて突出するスタッド３２に取り付けられる。すなわち、熱電対３０は、先端が接続された一対の導電体からなる線材部３０ａと、この線材部３０ａの先端部に取り付けられたリング部３０ｂとからなっている。一方、ヒータ１２に取り付けられるスタッド３２は、図６に示すように、基部３２ａから伸びる円筒状の柱部３２ｂからなっており、この柱部３２ｂに貫通孔３２ｃが形成されている。そこで、図７に示すように、熱電対３０のリング部３０ｂを柱部３２ｂに引っかけ、この状態で、貫通孔３２ｃにピン３４を挿通することで、熱電対３０をスタッド３２に固定することができる。

このような蒸発装置は、真空蒸着に利用される。例えば、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ）パネルの作成の際には、ガラス基板上に薄膜トランジスタなどを含む回路を形成した後、その上に、有機ＥＬ素子を形成する。この有機ＥＬ素子は、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層などの有機材料の層を有し、これら有機層は、真空蒸着で形成される。通常ガラス基板がかなり大きく、この大部分に対し、有機材料を均一に蒸着したいという要求がある。本実施形態の蒸発装置は、このような有機ＥＬパネルにおける有機層の蒸着に適している。

このような真空蒸着において、カートリッジ１０内に蒸発材料Ｍが収容された状態で、蒸発装置が真空チャンバ内に設置される。この蒸着装置に対向して基板が配置され、蒸着装置を移動することで、基板の全面に対し、蒸着が行われる。なお、基板側を移動してもよい。

すなわち、一対の電極２４から、それぞれサポート１４を介しヒータ１２に電流を流すと、この電流によって、ヒータ１２が発熱する。なお、ヒータ１２には、多数の穿孔１２ｂが形成されており、これによって、全体としての発熱の具合が調整されている。

そして、ヒータ１２の発熱によって、カートリッジ１０の蒸発材料Ｍが蒸発し、ノズル１０ｃから放出され、蒸着が行われる。この時、カートリッジ１０には、ノズル１０ｃ以外に開放部分はなく、従ってカートリッジ１０内部は気体圧力が上昇して、蒸発物はノズル１０ｃが噴出し、これによって好適な蒸着が達成される。特に、ノズル１０ｃは、石英などによって形成されたカートリッジ１０に形成されており、加熱による変形が少なく、安定した蒸着が可能である。なお、ノズル１０ｃのサイズや、間隔などを調整しておくことによって、より均一な蒸着が行える。また、ヒータ１２は、カートリッジ１０のほぼ全面を覆っており、カートリッジ１０の全体を均一に加熱することができる。

そして、蒸発材料Ｍの入れ替えの際には、少なくとも一つのサポート１４に挿入されているピン２８を引き抜く。そして、カートリッジ１０をヒータ１２の内部を軸方向に移動させてヒータ１２内部から引き抜く。そして、蓋体１０ｂを外し、蒸発材料Ｍを充填する。ここで、ノズル１０ｃから蒸発材料Ｍがこぼれ落ちる可能性がある場合には、ノズル１０ｃのある部分のカートリッジ１０の内壁に適合する形状の細長い板材を用意し、この板材によって、ノズル１０ｃの内側を閉じた状態で、蒸発材料Ｍを充填するとよい。また、この場合、カートリッジ１０の閉じられている一端側を下側として、上側の開放端から蒸発材料Ｍを充填するとよい。

そして、充填が終了した場合には、開放端側から蒸発材料Ｍを押して、ある程度固めた後、板材を引き抜き、ついで蓋体１０ｂを挿入してカートリッジ１０の開放端を閉じる。そして、カートリッジ１０をヒータ１２内に挿入し、ピン２８を挿入して入れ替えを終了する。

このように、本実施形態によれば、入れ替えの際の作業が非常に簡単であり、蓋体１０ｂにより、カートリッジ１０内空間の確実な密封が可能である。また、カートリッジ１０は、ヒータ１２と別であり、カートリッジ１０のクリーニングも容易に行える。

また、熱電対３０の取り付け取り外しも、ピン３４の脱着によって行うことができ、その作業が容易になっている。

実施形態に係る蒸発装置の端部の断面図である。 カートリッジ１０の構成を示す図である。 蒸発装置の端部の構成を示す図である。 サポート１４の構成を示す図である。 熱電対３０の構成を示す図である。 スタッド３２の構成を示す図である。 熱電対３０の固定状態を示す図である。

符号の説明

１０ カートリッジ（中空容器）、１０ａ カートリッジ本体、１０ｂ 蓋体、１０ｃ ノズル、１２ ヒータ、１２ａ 開口、１２ｂ 穿孔、１２ｃ 凸条、１４ サポート、１４ａ 円弧状部、１４ｂ先端部、１４ｃ 延長部、１４ｄ 穴、１４ｅ 舌部、１６ 支持材、１６ａ 抑え部材、１６ｂ 軸材、１６ｃ 抑え、１８ ベース板材、１８ａ 直立部、２０ ベース、２２ ボルト、２４ 電極、２６ 接続板、２６ａ ボルト、２６ｂ ナット、２８ ピン、２８ａ 基部、２８ｂ 脚部、３０ 熱電対、３０ａ 線材部、３０ｂ リング部、３２ スタッド、３２ａ 基部、３２ｂ 柱部、３２ｃ 貫通孔、３４ ピン、Ｍ 蒸発材料。

Claims (4)

1. 少なくとも一端が開放し、上部周面に軸方向に整列して設けられた複数の開口を有し、内部に蒸発材料を収容する中空容器と、
   この中空容器の開口端を閉じる蓋体と、
   中空容器の前記複数の開口が形成された軸方向の領域以外の周面全体を覆うとともに、前記複数の開口の部分が開放され、電力の供給によって発熱する板状のヒータと、
   を有し、前記中空容器は、前記ヒータの内側空間に対し、挿脱自在であるとともに、
   前記ヒータを上方側から覆い、下部側が固定部材によって閉じられる支持部材を一対設け、これによってヒータの両端部を支持することを特徴とする蒸発装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記中空容器は、丸パイプ型であり、前記ヒータも同様の形状であることを特徴とする蒸発装置。
3. 請求項１または２に記載の装置において、
   前記中空容器および前記蓋体は、前記蓋体の少なくとも一部が前記中空容器の内部に端部から挿入され、中空容器の内壁と蓋体の外周面を摺り合わせ接触することを特徴とする蒸発装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置において、
   前記ヒータには、多数の開口が形成されていることを特徴とする蒸発装置。

Images