JP5020650B2 - 蒸着装置、蒸着方法および蒸着装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸着装置、蒸着方法および蒸着装置の製造方法に関する。特に、蒸着装置内部のコンタミネーションに関する。

フラットパネルディスプレイなどの電子機器を製造する際、所定の成膜材料を気化させて、これにより生成された気体分子を被処理体に付着させることによって、被処理体を成膜する蒸着法が広く用いられている。このような技術を用いて製造した機器のうち、特に、有機ＥＬディスプレイは、自発光し、反応速度が早く、消費電力が少ない等の点において液晶ディスプレイより優れていると言われている。このため、今後、ますますの需要が見込まれるフラットパネルディスプレイの製造業界において、有機ＥＬディスプレイへの注目度は高く、これに伴い、有機ＥＬディスプレイを製造する際に用いられる上記技術も非常に重要になっている。

このような社会的背景から注目が集まっている上記技術は、蒸着装置によって具現化されるが、従来の蒸着装置では、１つの処理容器内に１つの蒸着源が納められていた（たとえば、特許文献１を参照。）。よって、従来の蒸着装置では、蒸着源から放出される気化分子を、マスクに通すことにより被処理体の所定の位置に気化分子を付着させ、これにより、被処理体上に所望の成膜を施していた。このため、被処理体上に一層の膜を形成するのに１つの処理容器が必要であった。

特開２０００−２８２２１９号公報

しかしながら、このように一層の膜を形成するために１つの処理容器が必要となると、複数層の膜を被処理体に形成するためには複数の処理容器が必要となり、フットプリントが大きくなる。この結果、工場の規模が大きくなるばかりでなく、被処理体を搬送中、その被処理体に汚染物が付着する可能性が高くなる。

一方、この問題を解消するために、１つの処理容器内に複数の蒸着源を配設し、各蒸着源により気化された成膜分子を被処理体に付着させることにより、被処理体上に連続的に複数の薄膜を形成することも考えられる。しかしながら、この場合には、隣り合う蒸着源から放出された成膜分子が、隣り合う蒸着源から放出された成膜分子に混入し合い（クロスコンタミネーション）、各層の膜質が悪くなる可能性がある。

上記問題を解消するために、本発明では、クロスコンタミネーションを低減させながら、同一処理容器内にて複数層の膜を連続的に形成する蒸着装置、蒸着方法および蒸着装置の製造方法が提供される。

すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、蒸着により処理容器内にて被処理体を成膜処理する蒸着装置であって、成膜材料を収納し、収納された成膜材料をそれぞれ気化させる複数の蒸着源と、前記複数の蒸着源にそれぞれ連結され、吹き出し口を有し、前記複数の蒸着源にて気化された成膜材料を前記吹き出し口からそれぞれ吹き出す複数の吹き出し機構と、前記複数の吹き出し機構のうち、隣り合う吹き出し機構の間に配置され、前記隣り合う吹き出し機構をそれぞれ仕切る１または２以上の隔壁と、を備えた蒸着装置が提供される。

ここで、気化とは、液体が気体に変わる現象だけでなく、固体が液体の状態を経ずに直接気体に変わる現象（すなわち、昇華）も含んでいる。

これによれば、複数の蒸着源にて気化された成膜材料（成膜分子）が、同一処理容器内に設けられた複数の吹き出し機構の吹き出し口からそれぞれ吹き出される。このとき、隣り合う吹き出し機構の間には、前記隣り合う吹き出し機構をそれぞれ仕切る１または２以上の隔壁が設けられている。これにより、各吹き出し口から吹き出された成膜材料が各隔壁を超えて隣の吹き出し口側へ飛来することを抑止しながら（すなわち、クロスコンタミネーションを抑止しながら）、気化された成膜材料により同一処理容器内にて被処理体に膜を連続的に形成することができる。これにより、隣り合う蒸着源から気化された成膜分子が、隣り合う蒸着源から気化された成膜分子に混入し（すなわち、クロスコンタミネーション）、各層の膜質を劣化させることを回避することができる。

これに加えて、かかる構成によれば、同一処理容器内にて連続成膜するため、搬送中に被処理体に汚染物が付着することを低減することができる。この結果、クロスコンタミネーションを抑止することにより各層の特性を良好に保ちつつ、被処理体上に付着した汚染物の数を少なくすることによりエネルギー界面制御性を高くして、エネルギー障壁を低くすることができる。この結果、有機ＥＬ素子の発光強度（輝度）を向上させることができる。また、同一の処理容器内にて被処理体に連続成膜が施されることによりフットプリントを小さくすることができる。

なお、各蒸着源に収納された成膜材料は、有機ＥＬ成膜材料または有機金属成膜材料であってもよく、前記蒸着装置は、有機ＥＬ成膜材料または有機金属成膜材料を有機材料として被処理体に有機ＥＬ膜または有機金属膜のいずれかを形成する装置であってもよい。

また、前記複数の吹き出し機構は、同一形状を有し、等間隔に平行して配置され、前記１または２以上の隔壁は、同一形状を有し、前記隣り合う吹き出し機構の間にて前記隣り合う吹き出し機構から等距離の位置に等間隔に平行して配置されていてもよい。

また、前記隣の吹き出し機構の面に対向する各隔壁の面は、前記隣の吹き出し機構の面より大きいほうがよい。これによれば、隔壁により各吹き出し機構の吹き出し口から吹き出された成膜材料が、隣の吹き出し機構側に飛来することを抑制することができる。

さらに、前記１または２以上の隔壁を、前記隣り合う吹き出し機構に設けられた吹き出し口から放射状に拡散される成膜材料のうち、各隔壁に遮られずに直進しながら被処理体まで到達した最長飛距離の成膜材料の到達位置が、前記隣り合う吹き出し機構から等距離にある被処理体上の位置よりも前記最長飛距離の成膜材料が吹き出された吹き出し口側に位置し、かつ、前記成膜材料の最長飛距離は、前記成膜材料の平均自由工程よりも短いという２つの条件を満たすように配置してもよい。

これによれば、上記２つの条件を満たすように、各隔壁の配置位置が特定される。１つ目の条件、すなわち、各隔壁に遮られずに直進しながら被処理体まで到達した最長飛距離の成膜材料の到達位置は、前記隣り合う吹き出し機構から等距離にある被処理体上の位置よりも前記最長飛距離の成膜材料が吹き出された吹き出し口側に位置するという条件が満たされることにより、隣の吹き出し口から吹き出される成膜分子中に混入するコンタミネーションはほとんどなくなる。これにより、各吹き出し口から吹き出された成膜分子のみから所望の特性の膜を被処理体上に連続的に形成することができる。

また、２つ目の条件、すなわち、前記成膜材料の最長飛距離は、前記成膜材料の平均自由工程よりも短いという条件も満たされることにより、各吹き出し口から吹き出され、放射状に拡散された成膜分子は、処理容器空間中を飛来中に消滅することなく、すべて被処理体まで到達することができる。これにより、被処理体に良質な膜を均一に形成することができる。

ここで、図６に示したように、平均自由工程は圧力に依存する。すなわち、平均自由工程は、圧力が低くなればなるほど長くなり、圧力が高くなればなるほど短くなる。また、吹き出し口近傍にて被処理体を徐々に移動させながら、被処理体上に連続的に膜を形成する場合、各隔壁と被処理体とのギャップがあまりにも小さいと被処理体が移動中に隔壁に衝突するおそれがある。そこで、被処理体が移動中に隔壁に衝突しない程度に各隔壁と被処理体とのギャップを保ちつつ、最長飛距離の成膜分子が被処理体まで到達できるために、処理容器内の圧力は、０．０１Ｐａ以下であることが好ましい。

また、前記各隔壁から被処理体までのギャップＧ、各吹き出し口から各隔壁上面までの高さＴ、前記各隔壁の厚みＤおよび各蒸着源の中心位置から各隔壁の中心位置までの距離Ｅが、Ｅ＜（Ｇ＋Ｔ）×Ｄ／２Ｇの式で表されるように各隔壁を位置づけることが好ましい。

図９に示したように、吹き出し口Ｏｐから放出された成膜分子は、放射状にそれぞれ直進する。なぜ、成膜分子が直進するかを説明すると、吹き出し口Ｏｐ内外の圧力は、たとえば、吹き出し口Ｏｐの内部（管内部）が７２〜７３Ｐａ、吹き出し口Ｏｐの外部（チャンバ内）が４×１０^−３Ｐａ程度であるため、成膜分子は、たとえば、２００ｍｍ×３ｍｍのスロット状の吹き出し口Ｏｐを介して、高圧の吹き出し口内部から外部に向けて１０^４倍程度の圧力差をもって一気に放出される。このような圧力差から、吹き出し口Ｏｐから放出された成膜分子は勢いよく「直進」する。よって、各隔壁に遮られずに直進しながら被処理体まで到達した最長飛距離の成膜材料の到達位置（吹き出し口から最長飛距離の成膜材料の到達位置までのｘ軸方向の距離Ｘ）は、隣り合う吹き出し機構から等距離にある被処理体の位置（吹き出し口から隣の隔壁の中心位置までのｘ軸方向の距離Ｅ）よりも小さいという条件が満たされれば、各吹き出し口Ｏｐから吹き出された成膜分子のほとんどは、放射状の拡散エリア内に納められ、隣の吹き出し口Ｏｐから吹き出される成膜分子中に混入されない。

この条件を式にて表すと次のようになる。
Ｅ＞Ｘ・・・（１）
上式（１）に各隔壁から被処理体までのギャップＧ、各吹き出し口から各隔壁上面までの高さＴ、前記各隔壁の厚みＤの位置関係を当てはめると、Ｅ＜（Ｇ＋Ｔ）×Ｄ／２Ｇの関係が導き出される。

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、蒸着により処理容器内にて被処理体を成膜処理する蒸着方法であって、複数の蒸着源に収納された成膜材料をそれぞれ気化させ、前記複数の蒸着源にそれぞれ連結された複数の吹き出し機構の吹き出し口から、前記複数の蒸着源にて気化された成膜材料をそれぞれ吹き出させ、前記複数の吹き出し機構のうち、隣り合う吹き出し機構の間に設けられ、前記隣り合う吹き出し機構をそれぞれ仕切る１または２以上の隔壁により、各吹き出し口から吹き出された成膜材料が各隔壁を超えて隣の吹き出し口側へ飛来することを抑止しながら、気化された成膜材料により被処理体に膜を連続的に形成する蒸着方法が提供される。

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、蒸着により処理容器内にて被処理体を成膜処理する蒸着装置の製造方法であって、成膜材料をそれぞれ気化させる複数の蒸着源にそれぞれ連結され、前記複数の蒸着源にて気化された成膜材料を吹き出し口からそれぞれ吹き出す複数の吹き出し機構を処理容器内にて等間隔に平行して配置し、１または２以上の隔壁を前記隣り合う吹き出し機構の間にて前記隣り合う吹き出し機構から等距離の位置に等間隔に平行して配置する蒸着装置の製造方法が提供される。

このとき、前記１または２以上の隔壁は、前記隣り合う吹き出し機構に設けられた吹き出し口から放射状に拡散される成膜材料のうち、各隔壁に遮られずに直進しながら被処理体まで到達した最長飛距離の成膜材料の到達位置が、前記隣り合う吹き出し機構から等距離にある被処理体上の位置よりも前記最長飛距離の成膜材料が吹き出された吹き出し口側に位置し、かつ、前記成膜材料の最長飛距離は、前記成膜材料の平均自由工程よりも短いという２つの条件を満たすように、各隔壁から被処理体までのギャップ、各隔壁の高さ、各隔壁の厚みおよび各隔壁の位置を定めて各隔壁を配置してもよい。

これによれば、隣り合う吹き出し機構をそれぞれ仕切る１または２以上の隔壁により、各吹き出し口から吹き出された成膜材料が各隔壁を超えて隣の吹き出し口側へ飛来することを抑止しながら、気化された成膜材料により被処理体に膜を連続的に形成する蒸着装置を製造することができる。

以上説明したように、本発明によれば、クロスコンタミネーションを低減させながら、同一処理容器内にて複数層の膜を連続的に形成することができる。

発明を実施するための形態

以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。

まず、本発明の一実施形態にかかる蒸着装置について、その要部斜視図である図１を参照しながら説明する。なお、以下では、本実施形態にかかる蒸着装置を用いて、順次、ガラス基板（以下、基板と称呼する。）上に有機層を含む６層を連続的に蒸着することにより有機ＥＬディスプレイを製造する方法を例に挙げて説明する。

（蒸着装置）
蒸着装置１０は、第１の処理容器１００および第２の処理容器２００から構成されている。第１の処理容器１００は、直方体の形状を有しており、第１〜第６の吹き出し機構１１０ａ〜１１０ｆを内蔵している。第１の処理容器１００の内部では、この６つの吹き出し機構１１０から吹き出された気体分子により、基板Ｗに連続的に成膜処理が施される。

各吹き出し機構１１０は、その長手方向が基板Ｗの幅と同等程度の長さを有し、形状および構造がすべて同一である。このように同一形状の６つの吹き出し機構１１０は、その長手方向が基板Ｗの進行方向に対して略垂直になるように互いに平行して等間隔に配置されている。

各吹き出し機構１１０は、その上部に、気化された成膜材料を一時的に溜めておくバッファー空間Ｓｐを有し、その下部に、気化された成膜材料を輸送する輸送機構Ｔｒを有している。各吹き出し機構１１０の上面は、フレームＦｒにより塞がれている。フレームＦｒは、その周縁にてネジ止めされている。フレームＦｒの中央には、幅が１ｍｍであるスリット状の開口が吹き出し口Ｏｐとして設けられていて、バッファー空間Ｓｐに溜まった成膜材料を吹き出し口Ｏｐから吹き出すようになっている。

各吹き出し機構１１０の間には、隣り合う吹き出し機構１１０をそれぞれ仕切る７枚の隔壁１２０が設けられている。７枚の隔壁１２０は、同一形状を有した平板であって、隣り合う吹き出し機構１１０の対向する面Ｆａから等距離の位置に等間隔に平行して配置されている。また、隣り合う吹き出し機構１１０の面Ｆａに対向する各隔壁１２０の側面は、隣り合う吹き出し機構１１０の面Ｆａより大きい。このようにして７つの隔壁１２０によって各吹き出し機構１１０を仕切ることにより、各吹き出し機構１１０の吹き出し口Ｏｐから吹き出される成膜材料の気体分子が、隣の吹き出し機構１１０の吹き出し口Ｏｐから吹き出される気体分子に混入することを防ぐようになっている。

基板Ｗは、第１の処理容器１００内の天井部にて、図３に示したスライド機構１３０ａに摺動可能に固定されたステージ１３０に静電吸着していて、第１の処理容器１００の天井面に沿ってｘ軸方向に摺動するようになっている。

第１の処理容器１００には、図３に示したＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）１４０が設けられている。以下に、ＱＣＭの簡単な原理について説明する。

水晶振動子表面に物質を付着させ、水晶振動体寸法、弾性率、密度等を等価的に変化させた場合、振動子の圧電気性質により以下の式で表される電気的共振周波数ｆの変化が起こる。
ｆ＝１／２ｔ（√Ｃ／ρ） ｔ：水晶片の厚み Ｃ：弾性定数 ρ：密度

この現象を利用し、水晶振動子の共振周波数の変化量により極めて微量な付着物を定量的に測定する。このように設計された水晶振動子の総称がＱＣＭである。上式に示したように、周波数の変化は、付着物質による弾性定数の変化と物質の付着厚みを水晶密度に換算したときの厚み寸法で決まるものと考えられ、この結果、周波数の変化を付着物の重量に換算することができる。

第２の処理容器２００は、略直方体の形状を有し、底部にて凹凸を有している。第２の処理容器２００には、第１〜第６の容器２１０ａ〜２１０ｆが内蔵されていて、各容器２１０内には、３つの蒸着源がそれぞれ配設されている。たとえば、第６の容器２１０ｆには、蒸着源２１０ｆ１、２１０ｆ２、２１０ｆ３が配設されている。各蒸着源は、形状および構造が同一であり、６つの連結管２２０ａ〜２２０ｆを介して第１〜第６の吹き出し機構１１０ａ〜１１０ｆとそれぞれ連結している。

各連結管２２０ａ〜２２０ｆには、第２の処理容器外（大気中）または第２の処理容器内（真空中）にて図示しないバルブがそれぞれ取り付けられていて、各バルブの開閉を操作することにより、各成膜材料（気体分子）を第１の処理容器１００に供給するか否かを制御するようになっている。

各蒸着源には、異なる種類の成膜材料が成膜の原料として納められていて、各蒸着源を、たとえば、２００〜５００℃程度の高温にすることにより、各種成膜材料を気化させるようになっている。

各蒸着源には、図示しないガス供給源から不活性ガス（たとえば、Ａｒガス）が供給される。供給された不活性ガスは、各蒸着源にて気化された成膜材料の有機分子を、連結管２２０を介して吹き出し機構１１０まで運ぶキャリアガスとして機能する。

各蒸着源には、その底壁にヒータが埋め込まれているとともに、その側壁にヒータ（ともに図示せず）が埋め込まれていて、第１の処理容器１００に内蔵されたＱＣＭ１４０から出力された信号に基づき、各成膜材料の気体分子の生成速度が求められ、求められた生成速度に基づき、底壁のヒータおよび側壁のヒータに印加する電圧が求められる。

ここで、温度が高くなればなるほど、付着係数は小さくなるという減速に基づくと、温度が高くなればなるほど、連結管等に物理的に吸着する気体分子の数が少なくなる。この原理を利用して、底壁に埋め込まれたヒータの温度より側壁に埋め込まれたヒータの温度を高くする。このようにして、蒸着源２１０の成膜材料が納められた部分近傍の温度より、蒸着源２１０のその他の部分の温度を高くすることにより、成膜材料が気化して気体分子となって吹き出し機構１１０側に飛来する間に蒸着源２１０や連結管２２０に付着する気体分子の数を少なくすることができる。これにより、より多くの気体分子を吹き出し機構１１０から吹き出させ、基板Ｗに付着させることができる。

また、第１の処理容器１００の内部および第２の処理容器２００の内部は、図示しない排気装置により所定の真空度まで減圧されるようになっている。

基板Ｗは、スライド機構１３０ａにより各吹き出し機構１１０ａ〜１１０ｆのわずかに上方を、第１の吹き出し機構１１０ａから第６の吹き出し機構１１０ｆに向けて所定の速度で移動する。これにより、基板Ｗには、第１〜第６の吹き出し機構１１０ａ〜１１０ｆからそれぞれ吹き出される異なる成膜材料によって、所望の異なる膜が６層積層されるようになっている。つぎに、この６層連続成膜処理時の蒸着装置１０の具体的動作について説明する。

（６層連続成膜処理）
図２は、蒸着装置１０を用いて６層連続成膜処理を実行した結果、基板Ｗに積層される各層の状態を示している。まず、基板Ｗが、第１の吹き出し機構１１０ａの上方をある速度で進行する際、第１の吹き出し機構１１０ａから吹き出された成膜材料が基板Ｗに付着することにより、基板ＷのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウムスズ）からなる透明電極上に第１層のホール輸送層が形成される。

このようにして、基板Ｗは、第１の吹き出し機構１１０ａ〜第６の吹き出し機構１１０ｆの上方を順に移動する。この結果、蒸着によりＩＴＯ上にホール輸送層、非発光層、発光層および電子輸送層が形成される。これにより、同一容器内にて基板Ｗ上に６層の有機層が連続的に成膜される。

（隔壁の形状および配置位置）
以上のようにして、１つの処理容器内に複数の蒸着源２１０を配設し、各蒸着源２１０により気化された成膜分子を基板Ｗに付着させることにより、基板Ｗ上に連続的に複数の異なる薄膜を形成する場合、隣り合う蒸着源２１０から気化された成膜分子が混ざり合い、各層の膜質が悪くなることが考えられる。

そこで、前述したように、各隔壁１２０は、隣り合う吹き出し機構の対向する面Ｆａより大きい側面を有する。これにより、各吹き出し口Ｏｐから吹き出された成膜分子が各隔壁１２０を超えて隣の吹き出し口Ｏｐ側へ飛来することを抑止する（すなわち、クロスコンタミネーションを抑止する）ことができる。

また、このように吹き出し機構の対向する面より大きい側面を有する平板状の隔壁１２０の高さ、厚さ、隔壁上面と基板Ｗとの距離（ギャップ）および隔壁１２０の配置位置を最適化することにより、さらに、各隔壁１２０を超えて隣の吹き出し口Ｏｐ側へ飛来する成膜分子（すなわち、コンタミネーション）の数を低減することができる。

（隔壁の形状および配置位置を最適化するための実験１）
そこで、発明者は、隔壁１２０の形状および配置位置の最適化を図るために次のような実験を重ねた。まず、実験の処理条件について説明する。本実施形態にかかる蒸着装置１０を簡略化した実験装置を図３に示す。このように、発明者は、蒸着装置１０の第１の処理容器１００の内部に吹き出し機構１１０および隔壁１２０を１つずつ内蔵し、第２の処理容器２００の内部に蒸着源２１０を内蔵した実験装置を製作した。また、発明者は、吹き出し機構１１０と蒸着源２１０とを連結管２２０により連結した。蒸着源２１０には、成膜材料としてＡｌｑ_３（ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｔｒｉｓ−８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）の有機材料を０．１ｇ収納した。

また、発明者は、吹き出し機構１１０内部の吹き出し口Ｏｐ付近に、キャリアガスとしてアルゴンガスを０．５ｓｃｃｍ供給した。また、発明者らは、基板Ｗを静電吸着するために、ステージ１３０に４ｋＶの高電圧ＨＶ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）を印可した。また、基板Ｗの裏面の圧力ＢＰ（Ｂａｃｋ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を高めステージの熱を放熱するために、基板Ｗの裏面に４０Ｔｏｒｒのアルゴンガスを供給した。

また、発明者らは、吹き出し機構１１０の中心軸から吹き出し機構１１０に対向する隔壁１２０の側面までのｘ軸方向の距離が６０ｍｍとなり、吹き出し口Ｏｐから隔壁１２０上面までの高さＴ（ｚ軸方向の距離）が７ｍｍとなるように隔壁１２０を配設した。その上で、発明者は、蒸着源２１０を２００℃に昇温した後、ステージ１３０と隔壁１２０の上面とのギャップＧを６ｍｍにするようにステージ１３０を上下させるとともに、ステージ１３０のスライド機構１３０ａをスライドさせて、吹き出し機構１１０の中心軸から基板Ｗの中心軸までのｘ軸方向の距離が１２１ｍｍになるように基板Ｗを移動させた。

その後、発明者は、蒸着源２１０の底部２１０ａの温度を３２０℃、蒸着源２１０の上部２１０ｂ、連結管２２０および吹き出し機構１１０の温度を３４０℃に設定し、各部の温度が設定温度に達したことを確認した。

蒸着源２１０に納められたＡｌｑ_３は気化され、成膜分子となって連結管２２０から輸送機構Ｔｒを通り、吹き出し口Ｏｐから第１の処理容器１００に放出された。このようにして放出されたＡｌｑ_３の成膜分子は、吹き出し口Ｏｐの内外部の圧力差により直進しながら放射状に拡散し、基板Ｗの下面に付着した。

その後、基板Ｗの下面の表面に付着した成膜材料（膜厚）を膜厚計により測定した。膜厚計の一例としては、光源から出力された光を被検体に形成された膜の上面と下面とに照射し、反射した２つ光の光路差により発生する干渉縞を捉え、これを解析して被検体の膜厚を検出する干渉計（たとえば、レーザ干渉計）やブロードの波長を照射して光のスペクトル情報から膜厚を算出する方法が挙げられる。その結果を図４のグラフＪ１に示す。その後、発明者は、ステージ１３０のスライド機構１３０ａをスライドさせて、吹き出し機構１１０の中心軸から基板Ｗの中心軸までのｘ軸方向の距離が１１１ｍｍになるように基板Ｗを移動させ、同様の実験を行った。その結果を図４のグラフＪ２に示す。

（実験１の結果）
実験の結果、図３の下方に基板Ｗの下面表面を示したように、吹き出し口Ｏｐから放射状に吹き出された成膜分子が最も遠くまで飛来したときに基板Ｗに付着するｘ軸方向の位置Ｍａｘより蒸着源側の面では、良質な膜が均一に形成された。また、図４に示したように、位置Ｍａｘから基板Ｗのほぼ中心までの面では、吹き出し機構１１０から離れれば離れるほど膜が薄くなることがわかった。一方、基板Ｗの中心付近より排気側の面では、膜厚はほぼ一様で、かつ、ほんのわずかに膜が形成された程度であった。

この結果に基づき、発明者は、次のような考察を行った。図５に示したように、吹き出し口Ｏｐから吹き出されたＡｌｑ_３の成膜分子は、放射状に拡散される。このとき、各成膜分子は、それぞれ直進する。吹き出し口Ｏｐから吹き出された成膜分子が拡散していく放射状のエリアのうち、一番外側を直線的に飛来した成膜分子Ｍｍが基板に付着するためには、成膜分子Ｍｍの最長飛距離が、成膜材料Ａｌｑ_３の平均自由工程よりも短い必要がある。ここで、基板Ｗと隔壁上部のギャップＧが６ｍｍ、吹き出し口Ｏｐから各隔壁１２０上面までの高さＴが７ｍｍ、吹き出し口Ｏｐから成膜分子Ｍｍが付着したｘ方向の距離Ｍｘが７０ｍｍであることから、成膜分子Ｍｍの最長飛距離は、７１．２（＝（Ｍｘ^２＋（Ｇ＋Ｔ）^２）^１／２）となる。

一方、平均自由工程ＭＦＰは、文献 真空技術講座１２の真空技術常用諸表（日刊工業新聞社１９６５）にも記載されているように、以下の式で表される。
ＭＦＰ＝３．１１×１０^−２４×Ｔ／Ｐ（δ）^２×１０００（ｍｍ）
ここで、Ｔは温度（Ｋ）、Ｐは圧力（Ｐａ）、δは分子直径（ｍ）である。

たとえば、上記文献（真空技術常用諸表）にも記載されているように、Ａｒガスの分子直径は、３．６７×１０^―１０（ｍ）であるから、Ａｒガスの平均自由工程ＭＦＰは、温度Ｔが５７３．１５（Ｋ）、圧力が０．０１（Ｐａ）のとき、１３２３．４（ｍｍ）となる。

図６には、球状であるＡｒガス、Ａｌｑ_３、α−ＮＰＤの成膜分子の平均自由工程が示されている。この表を見ると、気体分子の平均自由工程は、圧力に依存することがわかる。この表から、発明者は、蒸着装置１０の内部圧力を０．０１Ｐａ以下にすれば、Ａｒガス、Ａｌｑ_３、α−ＮＰＤの各平均自由工程は、１３２３．３（ｍｍ）、１０２．４（ｍｍ）、７９（ｍｍ）以上となるので、最長飛行距離が７１．２（ｍｍ）の成膜分子Ｍｍは、飛来中に消滅することなく基板に付着することができる。この結果、基板Ｗの蒸着源側の端部Ｉｎｔ（図５参照）から最長飛距離の成膜分子Ｍｍが到達する位置Ｍａｘまでの面内にて、有機膜が均一に形成されることをつきとめた。なお、上述したように平均自由工程は圧力に依存するから、たとえば、圧力を０．０１Ｐａより小さくすれば、平均自由工程はより長くなる。このようにして、圧力を制御することにより、最長飛距離の成膜分子Ｍｍを確実に基板まで到達させることができる。

ここで、書籍名 薄膜光学（出版社 丸善株式会社 発行者 村田誠四郎 発行年月日 平成１５年３月１５日 発行 平成１６年４月１０日 第２刷発行）の記載によれば、基板上に入射した蒸発分子は、決してそのまま基板Ｗに付着して、降り積もるように膜を形成するわけではなく、入射した分子の一部は反射し、真空中に跳ね返される。また、表面に吸着した分子は表面上を動き回り、あるものは再び真空に飛び出し、あるものは基板Ｗのあるサイトにつかまって膜を形成する。

よって、基板Ｗに付着した成膜分子のうち、あるものは再び飛び出し、基板Ｗと隔壁上部のギャップＧの間を反射しながら進んでいき、基板Ｗと隔壁上面のいずれかの位置に再び付着する。このような分子の動きから、発明者は、最長飛距離の成膜分子Ｍｍが到達する位置Ｍａｘから基板Ｗの中心付近Ｃｎｔまでの面では、蒸着源側から離れるほど基板Ｗと隔壁上部のギャップＧの間を反射しながら進んでいく分子の割合が、基板Ｗと隔壁上部のギャップＧの間のいずれかに付着する分子Ｍの割合より少なくなるため、図３の下部および図４に示したように、膜厚が徐々に薄くなることを解明した。

さらに、発明者は、基板Ｗの蒸着源側の端部Ｉｎｔから基板Ｗの中心付近Ｃｎｔまでにほとんどすべての成膜分子が付着してしまい、基板Ｗの中心付近Ｃｎｔから基板Ｗの排気側の端部Ｅｘｔでは、基板Ｗと隔壁上部のギャップＧの間を反射しながら進んでいく分子Ｍがほとんどないため、図３の下部および図４に示したように、基板Ｗの中心付近Ｃｎｔから基板Ｗの排気側の端部Ｅｘｔまでの面には、ほとんど成膜分子は付着しないことを解明した。

（実験２）
発明者は、成膜分子の直進性をさらに証明するために、図７に示したように、ギャップＧを６ｍｍから２ｍｍにし、吹き出し機構１１０の中心から基板Ｗの中心までのｘ軸方向の距離が１１６ｍｍになるようにステージ１３０の位置を変更させた状態にて再度実験を行った。

（実験２の結果）
実験後、発明者が、基板Ｗの全面にＵＶ光を照射したところ、いずれからも光（ｈν）は発せられなかった。もし、Ａｌｑ_３の成膜分子が基板Ｗに付着していたら、照射したＵＶ光のエネルギーにより、成膜分子Ｍが励起状態となり、その後、成膜分子Ｍが基底状態に戻るときに光（ｈν）が発せられることから、発明者は、ギャップＧを６ｍｍから２ｍｍにし、吹き出し機構１１０の中心から基板Ｗの中心までのｘ軸方向の距離が１１６ｍｍになるようにステージ１３０の位置を変更した場合、図７の下部に示したように、基板Ｗに材料は付着していなかったと結論付けた。

ギャップＧを６ｍｍから２ｍｍに変更した場合、発明者は、基板Ｗに成膜分子が付着しなかった理由を、「成膜分子は直進する性質を有するためである」と考えた。具体的には、図８に示したように、発明者は、吹き出し口Ｏｐから吹き出された成膜分子のうち、直進しながら隔壁１２０に遮られずに最長距離を飛行した成膜分子Ｍｍの到達位置Ｍａｘが、基板Ｗの吹き出し機構側の端部Ｉｎｔよりも吹き出し機構側であったこと、および、ギャップＧが非常に小さいため、いずれかの位置に付着した成膜分子のうち、再び付着位置から離れ、基板Ｗと隔壁上面のギャップＧの間を進入する成膜分子Ｍが非常に少ないこと、さらに、基板Ｗと隔壁上面のギャップＧの間を進入する成膜分子の量が非常に少ないため、基板Ｗと隔壁上面とを反射しながらギャップ間を進んでいく分子Ｍはほとんど存在しないことが基板Ｗに成膜材料が付着しなかった理由であると結論付けた。

以上の実験から、発明者は、以下のように、隔壁１２０の形状および配置位置を最適化する関係を見いだした。すなわち、図９に示したように、吹き出し口Ｏｐから放出された成膜分子は、放射状にそれぞれ直進する。成膜分子が放射状に拡散されるエリアでは、基板Ｗに均一な膜が形成される。基板Ｗに付着した分子のうち、一部は、基板Ｗから離れて再び飛来し、基板Ｗと隔壁上面のギャップＧの間を進入する。ギャップＧの大きさによって、基板Ｗと隔壁上面のギャップＧの間を進入する分子の量は異なる。ギャップＧが２ｍｍのとき、基板Ｗと隔壁上面のギャップＧの間を進入する分子の量はほとんどなくなり、各吹き出し口Ｏｐから吹き出された成膜分子が、隣の吹き出し口Ｏｐから吹き出された成膜分子に混入し、膜質を劣化させるというクロスコンタミネーションの問題は生じない。したがって、基板Ｗと隔壁上部のギャップＧは、２ｍｍ以下が好ましい。

一方、ギャップが６ｍｍ以下であっても、隔壁１２０の形状および配置位置をつぎの２つ条件を満足するように最適化すれば、クロスコンタミネーションの問題は問題とならない程度となる。なお、つぎの２つの条件は、基板Ｗと隔壁上部のギャップＧが２ｍｍ以下の場合であっても満たされる必要がある。

１つ目は、成膜材料の最長飛距離は、成膜材料の平均自由工程よりも短いという条件である。これにより、各吹き出し口Ｏｐから吹き出され、放射状の拡散エリア内に拡散された成膜分子のうち、各隔壁１２０に遮られない成膜分子は、第１の処理容器１００の空間中を飛来中に消滅することなく、すべて基板Ｗまで到達することができる。これにより、基板Ｗに良質な膜を均一に形成することができる。

そして、２つ目は、各隔壁１２０に遮られずに直進しながら基板Ｗまで到達した最長飛距離の成膜材料Ｍｍの到達位置（吹き出し機構１１０の中心位置から成膜材料Ｍｍの到達位置までのｘ軸方向の距離Ｘ）は、隣り合う吹き出し機構１１０から等距離にある基板Ｗの位置（吹き出し機構１１０の中心位置から隣の隔壁１２０の中心位置までのｘ軸方向の距離Ｅ）よりも小さいという条件である。

これにより、各吹き出し口Ｏｐから吹き出された成膜分子のほとんどは、放射状の拡散エリア内に納められ、隣の吹き出し口Ｏｐから吹き出される成膜分子中に混入されない。これにより、各吹き出し口Ｏｐから吹き出された成膜分子のみから所望の特性の膜を基板Ｗ上に連続的に形成することができる。

この２つ目の条件を式にて表すと次のようになる。
Ｅ＞Ｘ・・・（１）

ここで、隔壁１２０の厚みをＤとすると、３角形の比例関係から、
（Ｇ＋Ｔ）／Ｔ＝Ｘ／（Ｅ−Ｄ／２）・・・（２）
となる。

式（２）を式（１）に代入すると、
Ｘ＝（Ｇ＋Ｔ）（Ｅ−Ｄ／２）／Ｔ＜Ｅ・・・（３）
となる。

さらに、式（３）を変形すると、
Ｅ＜（Ｇ＋Ｔ）×Ｄ／２Ｇ・・・（４）
となる。

このようにして求められた式（４）を満たすように、各隔壁１２０から基板ＷまでのギャップＧ、各吹き出し口Ｏｐから各隔壁１２０上面までの高さＴ、各隔壁１２０の厚みＤおよび各蒸着源２１０（吹き出し機構１１０）の中心位置から各隔壁の中心位置までの距離Ｅを定めることにより、上述したクロスコンタミネーションを問題とならない程度まで減少させることができる。これにより、各層の特性を良好に保ちながら、同一処理容器内にて連続的に有機膜を形成することができる。

この結果、同一処理容器内にて連続成膜するため、搬送中に基板Ｗに汚染物が付着することを低減することができる。この結果、クロスコンタミネーションを抑止しながら、基板Ｗ上に付着した汚染物の数を少なくすることによりエネルギー界面制御性を高くし、エネルギー障壁を低くすることができる。この結果、有機ＥＬ素子の発光強度（輝度）を向上させることができる。また、同一の処理容器内にて基板Ｗに連続成膜が施されることによりフットプリントを小さくすることができる。

なお、以上に説明した各実施形態における蒸着装置１０にて成膜処理することが可能なガラス基板のサイズは、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ以上である。たとえば、蒸着装置１０は、７３０ｍｍ×９２０ｍｍ（チャンバ内の径：１０００ｍｍ×１１９０ｍｍ）のＧ４．５基板サイズや、１１００ｍｍ×１３００ｍｍ（チャンバ内の径：１４７０ｍｍ×１５９０ｍｍ）のＧ５基板サイズを連続成膜処理することができる。また、蒸着装置１０は、直径が、たとえば２００ｍｍや３００ｍｍのウエハを成膜処理することもできる。すなわち、成膜処理が施される被処理体には、ガラス基板やシリコンウエハが含まれる。

上記実施形態において、各部の動作はお互いに関連しており、互いの関連を考慮しながら、一連の動作として置き換えることができる。そして、このように置き換えることにより、蒸着装置の発明の実施形態を蒸着方法の実施形態とすることができる。

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説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、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、そ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。

たとえば、上記実施形態にかかる蒸着装置１０では、成膜材料にパウダー状（固体）の有機ＥＬ材料を用いて、基板Ｗ上に有機ＥＬ多層成膜処理を施した。しかし、本発明にかかる蒸着装置は、たとえば、成膜材料に主に液体の有機金属を用い、気化させた成膜材料を５００〜７００℃に加熱された被処理体上で分解させることにより、被処理体上に薄膜を成長させるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相成長法）に用いることもできる。このように、本発明にかかる蒸着装置は、有機ＥＬ成膜材料または有機金属成膜材料を原料として蒸着により被処理体に有機ＥＬ膜または有機金属膜を形成する装置として用いてもよい。

また、本発明にかかる蒸着装置は、必ずしも吹き出し機構１１０（吹き出し口Ｏｐ）と蒸着源２１０とが連結管２２０にて連結されている構造を有していなくてもよく、たとえば、吹き出し機構１１０が存在せず、蒸着源２１０に設けられた吹き出し口から成膜分子を放出する構造であってもよい。また、本発明にかかる蒸着装置は、必ずしも第１の処理容器１００と第２の処理容器２００とが別体となっている必要はなく、１つの処理容器内にて連続成膜するように構成されていてもよい。

本発明の一実施形態にかかる蒸着装置の要部斜視図である。 同実施形態にかかる６層連続成膜処理により形成される膜を説明するための図である。 実験１に使用するために同実施形態にかかる蒸着装置を簡略化した実験装置を示した図である。 実験１の結果を示す図である。 実験１の成膜状態を説明するための図である。 平均自由工程の圧力依存性を示す表である。 実験２に使用するために同実施形態にかかる蒸着装置を簡略化した実験装置の内部位置を変更した図である。 実験２の成膜状態を説明するための図である。 ギャップＧ、高さＴ、各隔壁の厚みＤおよび各蒸着源の中心位置から各隔壁の中心位置までの距離Ｅの関係を説明するための図である。

符号の説明

１０ 蒸着装置
１００ 第１の処理容器
１１０、１１０ａ〜１１０ｆ 吹き出し機構
１２０ 隔壁
１３０ ステージ
１４０ ＱＣＭ
２００ 第２の処理容器
２１０、２１０ａ〜２１０ｆ 蒸着源
２２０、２２０ａ〜２２０ｆ 連結管
Ｏｐ 吹き出し口

Claims (8)

1. 蒸着により処理容器内にて被処理体を成膜処理する蒸着装置であって、
   成膜材料を収納し、収納された成膜材料をそれぞれ気化させる複数の蒸着源と、
   前記複数の蒸着源にそれぞれ連結され、吹き出し口を有し、前記複数の蒸着源にて気化された成膜材料を前記吹き出し口からそれぞれ吹き出す複数の吹き出し機構と、
   前記複数の吹き出し機構のうち、隣り合う吹き出し機構の間に配置され、前記隣り合う吹き出し機構をそれぞれ仕切る１または２以上の隔壁とを備え、
   前記１または２以上の隔壁は、
   前記隣り合う吹き出し機構に設けられた吹き出し口から放射状に拡散される成膜材料のうち、各隔壁に遮られずに直進しながら被処理体まで到達した最長飛距離の成膜材料の到達位置が、前記隣り合う吹き出し機構から等距離にある被処理体上の位置よりも前記最長飛距離の成膜材料が吹き出された吹き出し口側に位置し、かつ、前記成膜材料の最長飛距離は、前記成膜材料の平均自由工程よりも短いという２つの条件を満たすように配置される蒸着装置。
2. 前記複数の吹き出し機構は、
   同一形状を有し、等間隔に平行して配置され、
   前記１または２以上の隔壁は、
   同一形状を有し、前記隣り合う吹き出し機構の間にて前記隣り合う吹き出し機構から等距離の位置に等間隔に平行して配置される請求項１に記載された蒸着装置。
3. 各隔壁と該各隔壁に隣接する吹き出し機構との互いに対向する面は、
   前記各隔壁の面が前記隣接する吹き出し機構の面より大きい請求項２に記載された蒸着装置。
4. 前記処理容器内の圧力は、０．０１Ｐａ以下である請求項１に記載された蒸着装置。
5. 前記各隔壁は、
   前記各隔壁から被処理体までのギャップＧ、各吹き出し口から各隔壁上面までの高さＴ、前記各隔壁の厚みＤおよび各蒸着源の中心位置から前記各隔壁の中心位置までの距離Ｅの関係が、Ｅ＜（Ｇ＋Ｔ）×Ｄ／２Ｇとなるように配置される請求項１に記載された蒸着装置。
6. 前記蒸着装置は、
   有機ＥＬ成膜材料または有機金属成膜材料を有機材料として被処理体に有機ＥＬ膜または有機金属膜のいずれかを形成する請求項１に記載された蒸着装置。
7. 蒸着により処理容器内にて被処理体を成膜処理する蒸着方法であって、
   複数の蒸着源に収納された成膜材料をそれぞれ気化させ、
   前記複数の蒸着源にそれぞれ連結された複数の吹き出し機構の吹き出し口から、前記複数の蒸着源にて気化された成膜材料をそれぞれ吹き出させ、
   前記複数の吹き出し機構のうち、隣り合う吹き出し機構の間に設けられ、前記隣り合う吹き出し機構をそれぞれ仕切る１または２以上の隔壁であって、前記隣り合う吹き出し機構に設けられた吹き出し口から放射状に拡散される成膜材料のうち、各隔壁に遮られずに直進しながら被処理体まで到達した最長飛距離の成膜材料の到達位置が、前記隣り合う吹き出し機構から等距離にある被処理体上の位置よりも前記最長飛距離の成膜材料が吹き出された吹き出し口側に位置し、かつ、前記成膜材料の最長飛距離は、前記成膜材料の平均自由工程よりも短いという２つの条件を満たすように配置された前記１または２以上の隔壁により、各吹き出し口から吹き出された成膜材料が各隔壁を超えて隣の吹き出し口側へ飛来することを抑止しながら、気化された成膜材料により被処理体に膜を連続的に形成する蒸着方法。
8. 前記各隔壁から被処理体までのギャップＧ、各吹き出し口から各隔壁上面までの高さＴ、前記各隔壁の厚みＤおよび各蒸着源の中心位置から前記各隔壁の中心位置までの距離Ｅの関係が、Ｅ＜（Ｇ＋Ｔ）×Ｄ／２Ｇとなるように前記１または２以上の隔壁を配置する請求項７に記載された蒸着方法。

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