JP2007113112A - 薄膜蒸着装置及びそれを用いた薄膜蒸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直または水平蒸着方法を利用して薄膜を蒸着する際に、移動する蒸発源に形成された加熱部によりチャンバ内部に温度差が生じる現象を最小化することができる薄膜蒸着装置及びそれを用いた薄膜蒸着方法を提供する。
【解決手段】内部が真空状態に保持される真空チャンバと、前記真空チャンバ内に加熱部を有し、薄膜材料を収納する蒸発源と、前記蒸発源と対向するように配設された基板に対応する成膜部と、前記成膜部以外の位置に対応する防着部とを備える薄膜蒸着装置において、前記防着部は、前記加熱部で発生する熱吸収手段を有して、前記チャンバ内部の温度を均一に維持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜蒸着装置及びそれを用いた薄膜蒸着方法に関し、より詳細には、垂直または水平蒸着方法で薄膜を蒸着する際に、移動する蒸発源に形成された加熱部によりチャンバ内部に温度差が生じる現象を最小化することができる薄膜蒸着装置及びそれを用いた薄膜蒸着方法に関する。

次世代ディスプレイとして注目されている平板表示装置のうち、有機発光表示装置は、発光層に陰極と陽極を通じて注入された電子と正孔が再結合して励起子（ｅｘｉｔｏｎ）を形成し、形成された励起子からのエネルギーによって特定の波長の光が発生する現象を利用する自発光型ディスプレイ装置である。通常、有機発光表示装置の薄膜は、複数の機能層（ホール注入層、ホール伝達層、発光層、電子伝達層、電子注入層、バッフア層及びキャリアブロッキング層）などを有し、このような機能層の組み合せ及び配列などにより所望の性能を有する有機発光表示装置を製造する。

有機発光表示装置の基板上に薄膜を形成する一般的な方法としては、真空蒸着、イオンプレーティング及びスパッタリングのような物理気相蒸着法（ＰＶＤ）と、ガス反応による化学気相蒸着法（ＣＶＤ）などがある。

最も一般的な薄膜形成方法である真空蒸着法は、真空チャンバの下部に蒸発源と、その上部に成膜用基板を配置して薄膜を形成する方法である。真空蒸着法を用いる薄膜蒸着装置は、真空チャンバに連結されている真空排気系を有し、これを用いて真空チャンバの内部を一定の真空状態に保持した後、真空チャンバの下部に配設された少なくとも一つの薄膜材料を有する蒸発源から薄膜材料を蒸発させるように構成したものである。

以下、図を参照して従来技術による薄膜蒸着装置及びそれを用いた蒸着方法を具体的に説明する。

図１は、従来技術による薄膜蒸着装置を示す断面図である。

図１に示すように、従来の薄膜蒸着装置は、内部が真空状態に保持されるチャンバ１０内に蒸発源１４が移動可能に装着されている。前記蒸発源１４と対向する前記チャンバ１０内部には基板１１及びマスク１２が配置されており、前記基板１１の周囲領域にはＳＵＳ（ステンレス鋼）からなる防着板１３が配置されている。

なお、前記蒸発源１４には加熱部（図示せず）が形成されており、待機室で成膜用蒸発源１４が成膜のため前記チャンバ１０内に移動し、加熱部により加熱されて蒸着物質が気化し、前記基板１１に移動しながら成膜を行なう。ここで、基板１１を基準にして１Å／ｓ以下の蒸着率で基板１１に成膜を行なう場合、前記加熱部が形成されている前記蒸発源１４の移動位置によって前記チャンバ１０内部に温度差が生じる。

この結果、前記チャンバ１０内部の熱分布が不均一になって蒸着率が変動して、安定した成膜工程を実施することができず、蒸着厚さの制御が難しくなるという問題点がある。
米国特許出願公開２００５／００５６７９８Ａ１号明細書

本発明は、前記のような従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、垂直または水平蒸着方法を用いて薄膜を蒸着する際に、移動する蒸発源に形成された加熱部によりチャンバ内部に温度差が生じる現象を最小化することができる薄膜蒸着装置及びそれを用いた薄膜蒸着方法を提供することである。

前述した目的を達成するための本発明に係る薄膜蒸着装置は、内部が真空状態に保持される真空チャンバと、前記真空チャンバ内に加熱部を有し、薄膜材料を収納する蒸発源と、前記蒸発源と対向するように配設された基板に対応する成膜部と、前記成膜部以外の位置に対応する防着部とを備えることを特徴とする薄膜蒸着装置であって、前記防着部は、前記加熱部で発生する熱吸収手段を有し、前記チャンバ内部の温度を均一に維持することを特徴とする。

さらに、本発明による薄膜蒸着方法は、真空チャンバ内に加熱部を有し、薄膜材料を収納する蒸発源を配設する工程と、前記蒸発源と対向するように基板を配置する成膜部を形成する工程と、前記成膜部以外の位置に前記加熱部で発生する熱を吸収する熱吸収手段を防着板の表面に配置した防着部を形成する工程と、前記蒸発源を移動しながら前記基板上に蒸着物質を蒸着する成膜工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、垂直または水平蒸着方法を用いて薄膜を蒸着する際に、移動する蒸発源に形成された加熱部によりチャンバ内部に温度差が生じる現象を防止するため、チャンバ内に熱を吸収することができる材質の防着板を配設して、蒸発源で発生する熱が防着板に吸収されてチャンバ内部の温度を均一に保持し、１Å／s以下の蒸着率で移動成膜時の蒸着率を安定化することができる。

以下、本発明の実施形態を示した添付図を参照して、本発明による薄膜蒸着装置及びそれを用いた薄膜蒸着方法を詳細に説明する。

図２は、本発明による薄膜蒸着装置を示した斜視図である。

図２に示すように、真空チャンバ２０には薄膜が形成されている基板２１と、前記基板２１と対向する位置に蒸発源２４が配設されている。前記蒸発源２４には蒸着率測定器２６が一体型に装着されている。前記基板２１と前記蒸発源２４の間にはマスク２２が配置され、前記基板２１と前記マスク２２はアライメントシステム（図示せず）により整列された状態で支持部２５に互いに密着して固定されている。そして、前記基板２１の周囲領域には防着板２３が配置されている。

また、マスク２２は、基板２１に形成しようとする薄膜に対応するパターンが形成されているパターン形成部（図示せず）と、マスクフレーム（図示せず）に溶接によって固定される固定部とで構成される。この時、チャンバ２０内部は、基板２１及びマスク２２が配設された位置に対応する成膜部Ｂと、前記成膜部Ｂ以外の位置に対応する防着部Ａに分けられる。

前記防着板２３は防着部Ａに形成されており、セラミック系物質からなるか、１０μm乃至１００μmの範囲の厚さに前記防着板外面に黒化層を形成して、前記加熱部で発生する熱を吸収するようにする。

前記蒸発源２４は移動手段の作動によって軸回転する駆動軸に移動可能に装着されており、前記駆動軸の回転方向に従ってチャンバ２０内で垂直上下方向に移動する。前記蒸発源２４は蒸着物質を収納し、前記蒸着物質を前記基板２１方向に噴射する噴射ノズル２７を有する。前記蒸発源２４については、後ほど図５を参照して詳細に説明する。

前記蒸着率測定器２６は、蒸発源２４と一体型に装着され、予定の蒸着率を保持するために設けられる。蒸着物質の蒸発程度を観測し、蒸発源２４と共に移動しながら蒸着率をリアルタイムで制御する。また、前記蒸発源２４の加熱部における全体の蒸着率が成膜工程に適するか否かを判断して制御できるように構成される。

垂直方向に作動する前記蒸発源２４において、前記基板２１に成膜される程度を調節するため、前記蒸発源２４の加熱部の発熱量を調節して、気化または昇華する蒸着物質の量を制御する方法が可能である。そして、気化または昇華する同一の蒸着物質の量に対し前記蒸発源２４の移動速度を調節して、単位時間当りに前記基板２１が前記蒸発源２４に露出する時間を調節することで、蒸着率を調節する方法も可能である。

図３は図２のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。

図３に示すように、基板３１上に薄膜を蒸着する方法は、真空チャンバ３０内に加熱部（図示せず）を有し、蒸着物質を収納する蒸発源３４を配設する。加熱部には前記蒸発源３４を加熱するため少なくとも一つの電気ヒータが設けられている。

そして、前記蒸発源３４と対向するように基板３１を配置して成膜部を形成し、前記成膜部以外の位置に、前記蒸発源３４の前記加熱部で発生する熱を吸収する熱吸収手段を、防着板３３の表面に配置しつつ防着部を形成する。前記防着部に形成された熱吸収手段は、前記防着板３３表面に黒化処理を施すか、前記防着板３３をセラミック系物質で形成する。このように、黒化処理したり、セラミック系物質からなる前記防着板３３がチャンバ内部の熱を吸収することで、前記蒸発源３４が移動する領域である成膜部の温度と、前記基板３１の周囲領域である防着部の温度を均一にすることができる。

最後に、前記蒸発源３４を移動しながら前記基板３１上に蒸着物質を蒸着する。前記基板３１上に蒸着物質を蒸着する成膜工程では、蒸着率測定器３６を利用して蒸着物質の蒸発程度を観測し、前記蒸発源３４と共に移動しながら蒸着率を実時間で制御する。

また、前記基板が真空チャンバ内に装着された状態で、前記加熱部により加熱されて気化または昇華した蒸着物質が前記基板に噴射されて蒸着する。このように、前記蒸着物質を加熱して気化または昇華させて直ちに前記基板に蒸着物質を蒸着できる理由は、有機発光素子に使用される蒸着物質である有機物の昇華性が高く、２００℃乃至４００℃の低い温度で気化するためである。前記蒸着源から気化または昇華した蒸着物質は、前記基板に移動して吸着、蒸着、再蒸発などの連続的過程を経て前記基板に固体化して薄膜を形成する。

図４は、本発明の一実施形態による基板及び防着板の構造を示す平面図である。

図４に示すように、成膜部である基板４０の周囲領域に沿って防着板４１が配置された防着部が形成されている。前記防着板４１は１つからなるのではなく、４つに分割されて構成されている。本発明では、前記防着板４１に黒化処理を施して熱を吸収できるようにし、前記黒化処理は、リン酸塩被膜処理、化成被膜処理及びクロメート処理のうちのいずれか一つによって行なう。

そして、前記防着板４１に黒化処理は１０μm乃至１００μmの範囲の厚さに形成する。また、前記防着板４１はセラミック系物質からなり、前記加熱部で発生する熱を吸収する。

前記リン酸塩被膜処理は、金属表面に腐食液（リン酸塩）による化学的または電気化学的反応によって金属表面に腐食生成物層（リン酸塩被膜）を形成する処理である。そして、クロメート処理は、クロム酸または重クロム酸塩を主成分とする溶液中にクロメート処理をしようとする物質を入れて防錆被膜を形成する処理である。

図５は、本発明による蒸発源を示す斜視図である。

図５に示すように、本発明による蒸発源は、蒸着物質が収容されているるつぼ５１と、前記るつぼ５１を加熱する加熱部５４で構成される。なお、気化または昇華した前記蒸着物質を噴射する少なくとも一つの噴射ノズル５５と、前記るつぼ５１から前記噴射ノズル５５まで気化された蒸着物質を導く誘導路５２を備えている。そして、前記加熱部５４とるつぼ５１の外部を覆うハウジング５０の間にはリフレクタ５３が備えられ、前記るつぼ５１には前記誘導路５２の熱が基板方向に輻射されるのを防止するための防熱板５６がさらに備えられる。

前記るつぼ５１は、基板に蒸着される蒸着物質を収納し、材質は蒸着物質の特性と酸化特性などを考慮して熱伝導に優れた材質からなる必要があり、その材質としては、グラファイト（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢＮ、石英（Ｑｕａｒｔｚ）などの熱伝導度が高いセラミックやＴｉまたはステンレススチールのような金属などからなる群より選ばれたいずれか一つの物質が使用される。

前記加熱部５４は、前記るつぼ５１を加熱するために設けられた少なくとも一つのヒータ（図示せず）を備え、前記ヒータが加熱されることによって前記るつぼ５１も加熱されて一定の温度になると蒸着物質が蒸発し始める。そして、気化または昇華した前記蒸着物質を基板方向に転換する役割を果たす前記誘導路５２の熱が基板方向に輻射されるのを防止するため、前記るつぼ５１には防熱板５６が形成される。前記噴射ノズル５５は、気化または昇華した蒸着物質を基板に均一に噴射する。

前記リフレクタ５３は、前記加熱部５４とハウジング５０の間に備えられ、一つ以上の複数個で形成されることが望ましく、前記加熱部５４に近接して配置されて前記加熱部５４及び前記るつぼ５１から放出される高温の熱を反射する。また、前記リフレクタ５３は、前記加熱部５４を覆うように配置されて、前記加熱部５４及び前記るつぼ５１の熱が外部に逃げるのを遮断し、前記ハウジング５０は、図示されていないが、内壁と外壁に分けられた二重壁構造を有し、冷却水が流入及び排出する空間を形成する。

以上の実施形態では、有機発光表示装置を例に挙げて説明したが、薄膜を蒸着するすべてのディスプレイに適用することができる。また、蒸着物質が有機物である場合について説明したが、金属物質の場合にも適用可能であり、蒸着物質を蒸着する際に蒸着源を移動させてもよく、または基板を移動しながら蒸着することも可能である。

以上、本発明の好適な実施形態について図示し説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求している本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば誰でも種々の変形実施が可能であることはもとより、そのような変更は、本発明の特許請求の範囲に含まれることは自明である。

従来技術による薄膜蒸着装置を示す断面図である。 本発明による薄膜蒸着装置を示す斜視図である。 図２のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による基板及び防着板の構造を示す平面図である。 本発明による蒸発源を示す斜視図である。

符号の説明

２０、３０ チャンバ
２１、３１、４０ 基板
２２、３２ マスク
２３、３３、４１ 防着板
２４、３４ 蒸発源
２６、３６ 蒸着率測定器
Ａ 防着部
Ｂ 成膜部

Claims (13)

1. 内部が真空状態に保持される真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内に加熱部を有し、薄膜材料を収納する蒸発源と、
   前記蒸発源と対向するように配設された基板に対応する成膜部と、
   前記成膜部以外の位置に対応する防着部とを備える薄膜蒸着装置において、
   前記防着部は、前記加熱部で発生する熱吸収手段を有して、前記チャンバ内部の温度を均一に維持することを特徴とする薄膜蒸着装置。
2. 前記防着部は、防着板で構成されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
3. 前記熱吸収手段は、前記防着板の外面に形成される黒化層であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
4. 前記黒化層は１０μm乃至１００μmの範囲の厚さに形成されることを特徴とする請求項３に記載の薄膜蒸着装置。
5. 前記熱吸収手段は、セラミック系物質からなることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
6. 前記基板と前記蒸発源との間にはパターンが形成されたマスクがさらに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
7. 前記加熱部は、前記蒸発源を加熱するために設けられた少なくとも一つの電気ヒータであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
8. 前記基板上の蒸着結果をモニターリングできる蒸着率測定モニタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
9. 真空チャンバ内に加熱部を有し、薄膜材料を収納する蒸発源を配設する工程と、
   前記蒸発源と対向するように基板を配置する成膜部を形成する工程と、
   前記成膜部以外の位置に前記加熱部で発生する熱を吸収する熱吸収手段を防着板の表面に配設する防着部を形成する工程と、
   前記蒸発源を移動しながら前記基板上に蒸着物質を蒸着する成膜工程とを有することを特徴とする薄膜蒸着方法。
10. 前記防着部を形成する工程において、前記防着部の熱吸収手段を前記防着板の外面に黒化処理を施して形成することを特徴とする請求項９に記載の薄膜蒸着方法。
11. 前記熱吸収手段を形成する工程において、リン酸塩被膜処理、化成被膜処理及びクロメート処理のうちのいずれか一つで前記黒化処理を施すことを特徴とする請求項１０に記載の薄膜蒸着方法。
12. 前記熱吸収手段を形成する工程において、１０μm乃至１００μmの範囲の厚さに前記黒化処理を施すことを特徴とする請求項１０に記載の薄膜蒸着方法。
13. 前記成膜工程において、蒸着率測定モニタを利用して薄膜厚さを制御することを特徴とする請求項９に記載の薄膜蒸着方法。
    

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