JP7602937B2

JP7602937B2 - 気化装置及び蒸着装置

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Publication number: JP7602937B2
Application number: JP2021034969A
Authority: JP
Inventors: 快日月
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2024-12-19
Anticipated expiration: 2041-03-05
Also published as: JP2022135270A

Description

本発明は、キャリアガスを用いて薄膜形成材料を気化させる気化装置及びキャリアガスを用いて薄膜形成材料を気化させた薄膜形成ガスを含む製膜ガスによって蒸着する蒸着装置に関する。

従来から、基材上に有機ＥＬ素子が積層され、有機ＥＬ素子で発生した光を基材側から取り出すボトムエミッション型の有機ＥＬ装置が知られている。
ボトムエミッション型の有機ＥＬ装置３００の代表的な層構成は、図６のようなものであり、透明基板３０１上に透明電極層３０２、発光機能層３０３、及び裏面電極層３０４から構成される有機ＥＬ素子が積層されたものである。
この発光機能層３０３は、多層の有機化合物層が積層されて構成されており、例えば、図６のように透明電極層３０２側から裏面電極層３０４側に向けて順に正孔注入層３１０、正孔輸送層３１１、有機発光層３１２、電子輸送層３１３、及び電子注入層３１４が積層されたものがある。

ここで、有機ＥＬ装置３００は、透明電極層３０２がスパッタ法又はＣＶＤ法で形成され、残りの発光機能層３０３の各層３１０～３１４と裏面電極層３０４が真空蒸着法を用いて形成されることが多い。すなわち、有機ＥＬ装置３００の高性能化には、真空蒸着法を行う真空蒸着装置の高機能化が重要である。

有機ＥＬ装置３００の製造に使用される真空蒸着装置の一例としては、例えば、特許文献１に記載の蒸着装置がある。
特許文献１の蒸着装置は、蒸発室で粉体状の薄膜形成材料を加熱し、気化させて蒸気を生成し、キャリアガスで蒸気を製膜室まで流送し、製膜室内においてキャリアガスと蒸気の混合ガスを基材に対して吹き付ける構造となっている。

特開２０１６－９８４１７号公報

ところで、特許文献１の蒸着装置は、キャリアガスによって粉体状の薄膜形成材料を気化又は昇華させて蒸気とするため、キャリアガスの熱量が十分でない場合、薄膜形成材料が完全に気化せずに粉体のまま基材に到達し、基材上に粉体状の薄膜形成材料が付着して異常の原因となるおそれがある。

そこで、本発明は、固体状の薄膜形成材料を除去した薄膜材料ガスを供給できる気化装置及び基材に固体状の薄膜形成材料が付着することを防止できる蒸着装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するための本発明の一つの様相は、材料気化部と、材料供給部と、材料供給配管部と、キャリアガス供給部と、キャリアガス供給配管部と、ガス排出部と、第１フィルター部材を有し、前記材料供給部は、前記材料供給配管部を介して前記材料気化部の上部と接続され、固体状の薄膜形成材料を前記材料気化部に供給可能であり、前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガス供給配管部を介して前記材料気化部の下部と接続され、前記薄膜形成材料の沸点又は昇華点以上の温度のキャリアガスを前記材料気化部に供給可能であり、前記材料気化部は、前記キャリアガス供給部から供給された前記キャリアガスによって前記材料供給部から供給された前記薄膜形成材料を気化させて薄膜材料ガスを形成し、前記ガス排出部側に前記薄膜材料ガスを供給可能であり、前記第１フィルター部材は、前記材料気化部と前記ガス排出部の間に設けられ、前記材料気化部内の前記薄膜材料ガスの前記ガス排出部側への移動を許容し、かつ前記薄膜形成材料の前記ガス排出部側への移動を規制する、気化装置である。

ここでいう「気化」とは、液体が気体に変わる現象（蒸発、沸騰）だけではなく、固体が液体を経ずに直接気体に変わる現象（昇華）も含む。以下、同様とする。

本様相によれば、材料気化部とガス排出部の間に、薄膜材料ガスの移動を許容し、かつ薄膜形成材料の移動を規制する第１フィルター部材が設けられているため、ガス排出部から排出される薄膜材料ガスに薄膜形成材料が混ざることを防止できる。

好ましい様相は、前記材料気化部内、又は前記材料気化部と前記キャリアガス供給部との間に設けられ、前記材料気化部内の前記薄膜形成材料の前記キャリアガス供給部側への移動を規制する第２フィルター部材を備えることである。

本様相によれば、薄膜形成材料の移動を規制する第２フィルター部材が設けられているため、キャリアガス供給部側に薄膜形成材料が移動することを防止できる。

より好ましい様相は、前記第２フィルター部材は、前記材料気化部内を上下に仕切るように設けられており、前記材料気化部は、前記第２フィルター部材上で前記薄膜形成材料を気化して前記薄膜材料ガスを形成可能であることである。

本様相によれば、第２フィルター部材によってトラップされた薄膜形成材料を薄膜材料ガスに気化でき、より薄膜形成材料の残渣を少なくすることができる。

より好ましい様相は、記第２フィルター部材は、前記材料気化部内を上下に仕切るように設けられており、前記材料気化部は、前記第２フィルター部材と前記キャリアガス供給配管部との間に空間を有することである。

本様相によれば、第２フィルター部材と前記キャリアガス供給配管部との間に空間を有する。そのため、空間内で拡散された状態でキャリアガスを第２フィルター部材に通過させることができ、より効率的に薄膜形成材料を気化できる。

好ましい様相は、前記ガス排出部は、前記材料供給配管部の周囲を囲繞するように設けられていることである。

本様相によれば、よりコンパクト化が可能である。

好ましい様相は、前記材料気化部は、筒状であって、中心軸に対して直交する断面の開口面積が前記材料供給配管部の中心軸に対して直交する断面の開口面積よりも大きいことである。

本様相によれば、より薄膜形成材料にキャリアガスを晒すことができ、効率的に薄膜材料ガスを形成できる。

好ましい様相は、前記材料気化部は、円筒状であり、前記薄膜形成材料は、粉体状であり、以下の式（１）を満たすことである。

なお、Ｆは前記キャリアガスの流量［ｍ^３／ｓ］を表し、ｄは前記材料気化部の内径［ｍ］を表し、Ｄｐは前記薄膜形成材料の最大粒子径［ｍ］を表し、ｍは前記薄膜形成材料の重量［ｋｇ］を表し、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ^２］を表し、μは前記キャリアガスの粘性係数［Ｐａ・ｓ］を表す。

本様相によれば、より効率的に薄膜形成材料にキャリアガスを晒すことができる。

好ましい様相は、前記材料供給配管部は、前記材料供給部側から前記材料気化部側に向かって第１配管部と第２配管部を有し、前記第２配管部の内径は、前記第１配管部の内径よりも大きいことである。

本様相によれば、第２配管部の内径が第１配管部の内径よりも大きいため、薄膜形成材料が材料気化部側から材料供給部側に逆流しにくい。

好ましい様相は、前記材料供給部は、真空室内に、前記薄膜形成材料を一時的に貯留する材料供給装置と、前記材料供給配管部側に向かって前記薄膜形成材料を導入する材料導入部を有し、前記材料供給装置は、前記材料導入部の上方に材料排出部を有し、前記材料排出部から所定量の前記薄膜形成材料を排出可能であり、前記材料排出部から前記薄膜形成材料が前記材料導入部に向かって落下し、前記薄膜形成材料が前記材料導入部から前記材料供給配管部側に導入されることである。

本様相によれば、材料供給装置で貯留された薄膜形成材料と、材料導入部から材料供給配管部に導入される薄膜形成材料が真空室内で縁切りされるため、材料供給装置内と材料排出部との間で差圧が生じることがなく、安定した雰囲気で薄膜形成用材料を移送することが可能である。

本発明の一つの様相は、上記した気化装置と、製膜室と、前記気化装置と前記製膜室を接続する供給流路を有し、前記製膜室内で前記薄膜材料ガスを含む製膜ガスを基材に対して吹き付けて製膜する、蒸着装置である。

本様相によれば、基材に固体状の薄膜形成材料が付着することを防止できる。

本発明の気化装置によれば、固体状の薄膜形成材料を除去した薄膜材料ガスを供給できる。
本発明の蒸着装置によれば、基材に固体状の薄膜形成材料が付着することを防止できる。

本発明の第１実施形態の蒸着装置を模式的に示した構成図である。図１の気化装置の要部を模式的に示した断面図である。図１の材料供給部の要部を模式的に示した正面図である。図２の気化装置における薄膜形成材料、キャリアガス、及び薄膜材料ガスの流れを表す説明図である。本発明の第２実施形態の蒸着装置を模式的に示した構成図である。有機ＥＬ装置の代表的な層構成を示す断面図であり、理解を容易にするためにハッチングを省略している。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本発明の第１実施形態の蒸着装置１は、上述したような図６に示される有機ＥＬ装置３００の発光機能層３０３の各層３１０～３１４及び裏面電極層３０４の形成に好適に使用される真空蒸着装置である。

蒸着装置１は、図１のように、主に製膜部２と、気化部３を有している。
蒸着装置１は、気化部３の気化装置４０において有機材料を含む薄膜形成材料を気化又は昇華させて薄膜形成材料の蒸気（以下、薄膜材料ガスともいう）を生成し、製膜部２において薄膜材料ガスを含む製膜ガスを基材１００に吹き付けることで基材１００上に薄膜を形成する真空蒸着装置である。
製膜ガスは、少なくとも薄膜材料ガスを含有する蒸気含有ガスであり、具体的には、薄膜材料ガスにキャリアガスが混ざった混合ガスである。

製膜部２は、図１のように、製膜室１０内に基材保持部１１と蒸着ヘッド１２が配されている。
製膜部２は、蒸着ヘッド１２を介して、基材保持部１１に保持された基材１００に向かって製膜ガスを吹き付けることで基材１００上に所望の薄膜の製膜が可能となっている。

製膜部２は、図示しない排気系が接続されており、排気系によって製膜室１０内を排気し、製膜室１０内を実質的に真空状態とすることが可能となっている。

基材保持部１１は、基材１００を保持可能な部位であり、図示しないゲートを介して基材１００を製膜室１０に搬入及び搬出可能となっている。

蒸着ヘッド１２は、ガス放出口を有し、ガス放出口が基材保持部１１に保持された基材１００と対面し、ガス放出口から製膜ガスを基材１００に吹き付ける部位である。
蒸着ヘッド１２は、供給流路１５を介して気化部３の気化装置４０と接続されている。

供給流路１５は、図１のように、蒸着ヘッド１２と気化室５１を繋ぐ流路であり、蒸着ヘッド１２側から順に、第１供給経路２０と、第２供給経路２１と、第３供給経路２２によって構成されている。
第１供給経路２０の中途には、開閉弁２５が設けられており、第３供給経路２２には、開閉弁２６が設けられている。

供給流路１５の開閉弁２５，２６の間には、排気流路３０を介して排気系３１が接続されており、排気流路３０の中途には、排気弁３２が接続されている。すなわち、排気流路３０は、第１供給経路２０に接続されており、第１供給経路２０を経て蒸着ヘッド１２内のガスを排気することが可能となっている。

気化部３は、薄膜材料ガスを含む蒸気含有ガスを発生させ、発生した蒸気含有ガスを製膜ガスとして製膜部２の蒸着ヘッド１２に供給するものである。
気化部３は、図１のように、気化装置４０と、ガス供給部４１を備えている。
気化装置４０は、図１，図２のように、主に気化室５１と、材料供給部５２と、ガス供給部５３，５４と、材料供給配管部５５と、ガス供給配管部５６と、第１フィルター部材５８と、第２フィルター部材５９を備えている。

気化室５１は、図２のように、円筒状であって上下方向に延びた鉛直直管であり、薄膜形成材料を気化又は昇華させて薄膜材料ガスを生成する部位である。

気化室５１は、円筒状であって、第１フィルター部材５８によって上下に区切られて、材料気化部６０と、ガス排出部６１を備えている。
材料気化部６０は、薄膜形成材料を瞬間的に気化又は昇華させるフラッシュ蒸発を行うことが可能な部位である。
材料気化部６０は、内部に内部空間６５を有しており、内部空間６５が第２フィルター部材５９によって上部空間６６と、下部空間６７に上下に分割されている。

上部空間６６は、第２フィルター部材５９の上部にあって、薄膜形成材料を気化して薄膜材料ガスを生成する気化空間である。
上部空間６６は、材料供給配管部５５と連通しており、第１フィルター部材５８を介してガス排出部６１と連通している。
下部空間６７は、第２フィルター部材５９の下部にある空間であり、ガス供給配管部５６と連通している。

材料気化部６０の内径ｄは、以下の式（１）を満たすように設けられている。

なお、Ｆはキャリアガスの流量［ｍ^３／ｓ］を表し、ｄは材料気化部６０の内径［ｍ］を表し、Ｄｐは薄膜形成材料の最大粒子径［ｍ］を表し、ｍは薄膜形成材料の重量［ｋｇ］を表し、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ^２］を表し、μはキャリアガスの粘性係数［Ｐａ・ｓ］を表す。
また、薄膜形成材料の最大粒径は、既知の開口径を有するふるいにかけて、開口径よりも径が大きい粒子を除外することで規定できる。

ガス排出部６１は、材料気化部６０の上部に設けられ、供給流路１５の開閉弁２６側に向かって薄膜材料ガスを排出する部位である。
ガス排出部６１は、上下方向に延び、上方側が閉塞した円筒状となっており、側面に第３供給経路２２が接続され、上面に第２配管部９１を挿通可能な挿通孔９５が形成されている。

材料供給部５２は、材料供給配管部５５を介して気化室５１の材料気化部６０に固体状の薄膜形成材料及びキャリアガスを定量的に供給する材料供給機構であり、薄膜形成材料を一時的に保管する保管容器でもある。
材料供給部５２は、ガス供給部５３から供給されたキャリアガスによって材料供給配管部５５を介して薄膜形成材料を材料気化部６０側に送り出すことが可能となっている。

材料供給部５２は、図３のように、真空室７０と、材料保管部７１と、材料供給装置７２と、材料導入部７３と、材料移送配管部７４と、ガス移送配管部７５を備えている。
真空室７０は、図示しない排気系が接続されており、排気系によって真空室７０内を排気し、真空室７０内を実質的に真空状態とすることが可能となっている。
材料保管部７１は、真空室７０の外部に設けられ、薄膜形成材料を保管する部位である。
材料供給装置７２は、所定量の薄膜形成材料を材料導入部７３に供給する装置であり、本体部８０と、材料受け部８１と、材料排出部８２を備えている。
本体部８０は、一時的に薄膜形成材料を保管する部位である。
材料受け部８１は、材料保管部７１から真空室７０内の雰囲気を介して薄膜形成材料を受け取り、受け取った薄膜形成材料を本体部８０内に導入する部位である。
材料排出部８２は、真空室７０内の雰囲気を介して本体部８０内の薄膜形成材料を定量的に材料導入部７３に排出する部位である。

材料導入部７３は、材料排出部８２から真空室７０内の雰囲気を介して薄膜形成材料を受け取り、受け取った薄膜形成材料を材料供給配管部５５内に導入する部位である。
材料移送配管部７４は、真空室７０の内外に延び、真空室７０の外部にある材料保管部７１内の薄膜形成材料を真空室７０の内部にある材料受け部８１に向かって移送する配管である。材料移送配管部７４の中途には、開閉弁８５が設けられている。
ガス移送配管部７５は、ガス供給部５３から供給されたキャリアガスを真空室７０内に導入する配管であり、ガス移送配管部７５の中途には、開閉弁８６が設けられている。

材料側ガス供給部５３は、材料供給部５２にキャリアガスを供給し、薄膜形成材料の気化室５１への供給量を調節する部位である。
材料側ガス供給部５３は、キャリアガスの供給源の下流側に熱交換器やマスフローコントローラーを備え、所定の温度で所定の流量のキャリアガスを材料供給部５２に供給可能となっている。
気化側ガス供給部５４（キャリアガス供給部）は、図２のように、気化室５１の材料気化部６０にキャリアガスを供給し、薄膜形成材料の気化量を調節する部位である。
気化側ガス供給部５４は、キャリアガスの供給源の下流側に熱交換器やマスフローコントローラーを備え、所定の温度で所定の流量のキャリアガスを材料気化部６０に供給可能となっている。
すなわち、気化側ガス供給部５４は、材料側ガス供給部５３で供給されるキャリアガスよりも高温のキャリアガスを供給可能となっており、薄膜形成材料の沸点又は昇華点以上の温度のキャリアガスを供給可能となっている。

材料供給配管部５５は、材料供給部５２と気化室５１を接続する接続配管であり、図２のように、材料供給部５２側から気化室５１側に向かって、第１配管部９０と、第２配管部９１を有している。
材料供給配管部５５は、第１配管部９０と第２配管部９１が開閉弁９２を介して接続されており、第２配管部９１の中途には流量調整弁９３が設けられている。
第２配管部９１の内径は、薄膜形成材料の流れ方向の上流側に位置する第１配管部９０の内径よりも大きく、第１配管部９０の内径の１．５倍以上３倍以下であることが好ましい。
第２配管部９１の内径は、薄膜形成材料の流れ方向の下流側に位置する気化室５１の内径ｄよりも小さく、気化室５１の内径は、第２配管部９１の内径の１．５倍以上３倍以下であることが好ましい。

開閉弁９２は、第１配管部９０の内部空間と第２配管部９１の内部空間を仕切る仕切り弁であり、例えば、ボール弁が使用できる。
流量調整弁９３は、第２配管部９１の内部空間を仕切り、薄膜形成材料の通過する流量を調整する弁であり、例えば、グローブ弁が使用できる。

ガス供給配管部５６（キャリアガス供給配管部）は、気化室５１の材料気化部６０と気化側ガス供給部５４を接続する接続配管であり、中途に開閉弁９７を有している。

第１フィルター部材５８は、図２のように、材料気化部６０とガス排出部６１の境界部分に設けられ、材料気化部６０とガス排出部６１を区画するフィルターである。
第１フィルター部材５８は、材料気化部６０内の薄膜材料ガスのガス排出部６１側への移動を許容し、かつ固体状の薄膜形成材料のガス排出部６１側への移動を規制する部材である。
第１フィルター部材５８は、円環状のシートであり、中央に開口部９６を備えている。
第１フィルター部材５８は、薄膜形成材料が実質的に通過不能な複数のガス通過孔が設けられている。
ここでいう「実質的に通過不能」とは、９９．９％以上のものが通過不能である状態をいう。すなわち、「薄膜形成材料が実質的に通過不能」とは、薄膜形成材料の９９．９％以上が通過不能である状態をいう。以下、同様とする。

第２フィルター部材５９は、材料気化部６０内に設けられ、材料気化部６０内の薄膜形成材料の気化側ガス供給部５４側への移動を規制する部材である。
第２フィルター部材５９は、円形状のシートであり、薄膜形成材料が実質的に通過不能な複数のガス通過孔が設けられている。

ここで、気化装置４０の各構成部位の位置関係について説明する。

気化装置４０は、図２のように、材料供給配管部５５の第２配管部９１の一部が気化室５１内に挿入されており、ガス排出部６１の挿通孔９５を通過して材料気化部６０内に位置している。
ガス排出部６１は、材料気化部６０の上部に接続され、第２配管部９１を囲繞するように設けられている。
気化室５１、第１配管部９０、及び第２配管部９１は、いずれも中心軸が同軸となっている。
気化室５１と第２配管部９１は、二重筒状となっており、材料気化部６０の内壁と第２配管部９１の外壁との間には隙間が形成され、当該隙間を閉塞するように第１フィルター部材５８が形成されている。
第２配管部９１は、第１フィルター部材５８の開口部９６に挿入されており、第１フィルター部材５８の縁部分が気化室５１の内壁によって保持されている。

ガス供給部４１は、図１のように、供給流路１５の開閉弁２５，２６の間に接続経路９８を介して接続され、蒸着ヘッド１２から放出される製膜ガスの総流量を調節し、製膜速度を調整する部位である。
ガス供給部４１は、キャリアガスの供給源の下流側に熱交換器やマスフローコントローラーを備え、接続経路９８を介して、所定の温度で所定の流量のキャリアガスを供給流路１５に供給可能となっている。

接続経路９８は、ガス供給部４１と供給流路１５を接続する接続配管であり、中途に開閉弁９９が設けられている。

薄膜形成材料は、キャリアガスで加熱することで薄膜材料ガスが発生するものである。本実施形態で使用する薄膜形成材料は、主に、有機ＥＬ装置３００の発光機能層３０３の各層３１０～３１４を構成する有機材料や裏面電極層３０４を構成する金属材料などの有機ＥＬ材料であり、常温で粉体状の固体材料である。

ガス供給部４１，５３，５４で供給されるキャリアガスは、所定の温度に加熱された加熱キャリアガスである。
キャリアガスの温度は、薄膜形成材料の沸点や昇華点、供給場所等によって適宜変更されるものであり、例えば、摂氏１００度以上摂氏７００度以下であることが好ましい。
キャリアガスは、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスであることが好ましく、窒素ガスであることがより好ましい。

排気系３１は、排気流路３０の内部空間からガスを排気するものであり、例えば、ドライポンプ、ＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）やＣＰ（クライオポンプ）等の真空排気ポンプが使用できる。

続いて、蒸着装置１を使用した薄膜の製造方法の一例について説明する。

まず、必要に応じて材料保管部７１に薄膜形成材料を充填して密閉し、薄膜形成材料を脱気するとともに真空室７０内を真空排気して真空状態とする。
続いて、真空室７０内において、材料保管部７１に接続された材料移送配管部７４から材料受け部８１に薄膜形成材料を落下させ、薄膜形成材料を材料受け部８１から本体部８０に導入する。そして、本体部８０の下部に設けられた材料排出部８２から材料導入部７３に向かって所定量の薄膜形成材料を落下させて、薄膜形成材料を材料導入部７３から材料供給配管部５５に導入する。

材料供給配管部５５に薄膜形成材料が導入されると、材料側ガス供給部５３からキャリアガスが供給されて薄膜形成材料が下流側に押し出され、図４のように、薄膜形成材料Ａは、第１配管部９０、第２配管部９１の順に気化室５１の材料気化部６０に向かって移送され、材料気化部６０の上部から材料気化部６０内部に供給される。
ここで、材料気化部６０の下部では、気化側ガス供給部５４から薄膜形成材料の沸点又は昇華点以上の温度を有するキャリアガスＢがガス供給配管部５６を経て供給される。
材料気化部６０の上部から送り出されて落下する薄膜形成材料Ａは、材料気化部６０内において、材料気化部６０の下部から上方に向かって供給される高温のキャリアガスＢに晒されて加熱され、瞬間的に気化又は昇華して性状が変化し、薄膜材料ガスＣに変化して材料気化部６０の上部に向かって上昇する。
そして、上記にて生成された薄膜材料ガスＣは、材料気化部６０から第１フィルター部材５８を通過してガス排出部６１に至り、ガス排出部６１から供給流路１５に送り出される。

このようにして気化室５１で薄膜材料ガスが生成されると、薄膜材料ガスを供給流路１５に通過させ、製膜ガスとして製膜室１０内で蒸着ヘッド１２より基材１００上に吐出される。基材１００上に吐出された製膜ガスは、基材１００上で冷却され、析出することで薄膜が着膜する。

このとき、必要に応じて接続経路９８の開閉弁９９を開状態とし、ガス供給部４１から供給流路１５に所定の温度のキャリアガスを所定の流量で供給することもできる。こうすることで、気化装置４０のプロセス条件によらず、蒸着ヘッド１２から吐出されるキャリアガスの流量及び温度を一定とすることができる。この場合、製膜ガスは、気化室５１で生成された薄膜材料ガスとガス供給部４１から供給されたキャリアガスの混合ガスとなる。

第１実施形態の気化装置４０によれば、材料気化部６０において、気化側ガス供給部５４から供給された高温のキャリアガスによって材料供給部５２から供給された薄膜形成材料を気化させて薄膜材料ガスを形成し、薄膜材料ガスを第１フィルター部材５８に通過させてガス排出部６１から薄膜材料ガスを供給流路１５側に供給する。そのため、材料気化部６０からガス排出部６１に薄膜材料ガスを流すにあたって、薄膜材料ガスに含まれた粉末状の薄膜形成材料が第１フィルター部材５８で捕捉され、実質的に薄膜材料ガスのみがガス排出部６１に至る。その結果、ガス排出部６１から供給流路１５に排出される薄膜材料ガスに薄膜形成材料が混ざることを防止できる。

第１実施形態の気化装置４０によれば、材料気化部６０が第２フィルター部材５９によって上下に仕切られ、上部空間６６側から下部空間６７側への薄膜形成材料の移動が規制されている。そのため、気化側ガス供給部５４側に薄膜形成材料が移動することを防止できる。

第１実施形態の気化装置４０によれば、材料気化部６０は、第２フィルター部材５９上で捕捉された薄膜形成材料を気化して薄膜材料ガスを形成できるため、薄膜形成材料の残渣をより少なくすることができる。

第１実施形態の気化装置４０によれば、第２フィルター部材５９とガス供給配管部５６との間に下部空間６７を有するため、下部空間６７内で拡散された状態でキャリアガスを第２フィルター部材５９に通過させることができ、より効率的に薄膜形成材料を気化できる。

第１実施形態の気化装置４０によれば、ガス排出部６１が材料供給配管部５５の周囲を囲繞するように設けられているため、上下の高さを小さくすることができ、よりコンパクト化が可能である。

第１実施形態の気化装置４０によれば、第１フィルター部材５８は、気化室５１と材料供給配管部５５の第２配管部９１の間の隙間を閉塞する。そのため、薄膜材料ガスがガス排出部６１のどの部分から入っても、第１フィルター部材５８を通過することとなり、より確実に薄膜形成材料を捕集できる。

第１実施形態の気化装置４０によれば、材料気化部６０の中心軸に対して直交する断面の開口面積が材料供給配管部５５の中心軸に対して直交する断面の開口面積よりも大きい。そのため、材料供給配管部５５から落下した薄膜形成材料が材料気化部６０内で拡散された状態でキャリアガスに晒すことができ、効率的に薄膜材料ガスを形成できる。

第１実施形態の気化装置４０によれば、キャリアガスと材料気化部６０と薄膜形成材料の関係が以下の式（１）を満たすため、薄膜形成材料が材料供給配管部５５から逆流しにくく、薄膜形成材料を第２フィルター部材５９側に流すことができる。

なお、Ｆはキャリアガスの流量［ｍ^３／ｓ］を表し、ｄは材料気化部６０の内径［ｍ］を表し、Ｄｐは薄膜形成材料の最大粒子径［ｍ］を表し、ｍは薄膜形成材料の重量［ｋｇ］を表し、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ^２］を表し、μはキャリアガスの粘性係数［Ｐａ・ｓ］を表す。

第１実施形態の気化装置４０によれば、材料供給配管部５５が材料供給部５２側から材料気化部６０側に向かって第１配管部９０と第２配管部９１を有し、第２配管部９１の内径が第１配管部９０の内径よりも大きい。そのため、第１配管部９０と第２配管部９１との間で流速差が生じ、薄膜形成材料が材料気化部６０側から材料供給部５２側に逆流しにくい。

第１実施形態の気化装置４０によれば、材料供給部５２は、真空室７０内で材料供給装置７２の材料排出部８２から材料導入部７３に薄膜形成材料が落下して、材料導入部７３から材料供給配管部５５に導入される。すなわち、材料供給装置７２で貯留された薄膜形成材料と、材料導入部７３から材料供給配管部５５に導入される薄膜形成材料が真空室７０内で縁切りされる。そのため、材料供給装置７２内と材料排出部８２との間で差圧が生じることがなく、安定した雰囲気で薄膜形成用材料を移送することが可能である。

第１実施形態の蒸着装置１によれば、気化装置４０によって固体状の薄膜形成材料を実質的に含まない薄膜材料ガスが供給されるので、基材１００に固体状の薄膜形成材料が付着することを防止できる。

第１実施形態の蒸着装置１によれば、材料供給部５２が定量的に薄膜形成材料を材料気化部６０に供給できるので、必要な量の材料のみを連続的に供給して、全量を気化させることで気化速度を安定させることができる。

第１実施形態の蒸着装置１によれば、材料気化部６０の上部に設けられた材料供給配管部５５から薄膜形成材料が第２フィルター部材５９上に落下し、材料気化部６０の下部に設けられたガス供給配管部５６から供給されたキャリアガスが第２フィルター部材５９によって均一な流れとなる。そのため、第２フィルター部材５９上で薄膜形成材料とキャリアガスが効率よく接触し、低温で気化することが可能となり、薄膜形成材料の劣化を抑えることができる。また、気化に時間が掛かる粒子径の大きな薄膜形成材料は、自重により落下し、第２フィルター部材５９上で気化が進むため、未気化の薄膜形成材料の発生を抑制できる。

続いて、本発明の第２実施形態の蒸着装置２００について説明する。なお、第１実施形態の蒸着装置１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

本発明の第２実施形態の蒸着装置２００は、図５のように、製膜部２と、複数の気化部３（３ａ，３ｂ）と、混合装置２０１で構成されている。
以下の説明においては、特に断りのない限り、気化部３ａ，３ｂを区別するために、気化部３ａに属する構成に「ａ」を付し、気化部３ｂに属する構成に「ｂ」を付する。

混合装置２０１は、各気化部３ａ，３ｂで種類の異なる薄膜形成材料から生成した薄膜材料ガスを混合する装置である。すなわち、混合装置２０１は、第１気化部３ａの気化装置４０ａで第１薄膜形成材料を蒸発させて発生した薄膜材料ガスと、第２気化部３ｂの気化装置４０ｂで第２薄膜形成材料を蒸発させて発生した薄膜材料ガスを混合する装置である。

混合装置２０１は、図５のように、製膜部２と気化部３ａ，３ｂを繋ぐ供給流路１５ａ，１５ｂの中途に設けられている。具体的には、混合装置２０１は、開閉弁２５の上流側であって、開閉弁２６ａ，９９ａ，２６ｂ，９９ｂの下流側に位置している。
供給流路１５ａは、供給経路２０，２０２，２０３ａ，２２ａで構成されており、供給流路１５ｂは、供給経路２０，２０２，２０３ｂ，２２ｂで構成されている。すなわち、供給経路２０，２０２は、供給流路１５ａ，１５ｂで共通の共通経路である。

続いて、蒸着装置２００における各気化部３ａ，３ｂで生成した薄膜材料ガスの流れについて説明する。

気化部３ａの気化装置４０ａで生成された第１薄膜材料ガスは、供給経路２２ａを通過し、供給経路２０３ａにてガス供給部４１ａから供給されるキャリアガスと合流して混合装置２０１に至る。
同様に気化部３ｂの気化装置４０ｂで生成された第２薄膜材料ガスは、供給経路２２ｂを通過し、供給経路２０３ｂにてガス供給部４１ｂから供給されるキャリアガスと合流し、混合装置２０１に至る。
そして、第１薄膜材料ガスと第２薄膜材料ガスは、混合装置２０１で混合され、製膜ガスとして供給経路２０２，２０を通過して蒸着ヘッド１２に至り、製膜室１０内で基材保持部１１に保持された基材１００に吹き付けられる。

第２実施形態の蒸着装置２００によれば、複数の気化部３ａ，３ｂを有し、各気化部３ａ，３ｂで生成した薄膜材料ガスを混合装置２０１で混合し、製膜ガスとして基材１００に吹き付ける。そのため、沸点又は昇華点が異なる複数の薄膜形成材料（例えば、有機材料と金属材料）で共蒸着する場合でも、それぞれ異なる気化部３ａ，３ｂで薄膜材料ガスとすることで、薄膜形成材料が劣化しにくい。

上記した実施形態では、製膜部２は一つの製膜室１０で構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。製膜部２は複数の製膜室１０で構成されていてもよい。複数の製膜室１０を設け、一つの気化部３から各製膜室１０に製膜ガスを供給することで、各製膜室１０で同時に基材１００の製膜を進めることができ、生産性を向上できる。

上記した実施形態では、材料供給部５２から材料供給配管部５５に対して薄膜形成材料とともにキャリアガスを供給していたが、本発明はこれに限定されるものではない。材料供給部５２から材料供給配管部５５に対して薄膜形成材料のみを供給してもよい。

上記した実施形態では、第２フィルター部材５９は、材料気化部６０内に設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。材料気化部６０と気化側ガス供給部５４の間の部分に設けてもよい。例えば、ガス供給配管部５６に第２フィルター部材５９を設けてもよい。

上記した実施形態では、気化室５１、第１配管部９０、及び第２配管部９１がいずれも円筒状であったが、本発明はこれに限定されるものではない。薄膜形成材料や薄膜材料ガス、キャリアガスが流れる形状であれば、他の形状であってもよい。例えば、多角筒状であってもよい。

上記した実施形態では、第１配管部９０の内径と第２配管部９１の内径を相違させていたが、本発明はこれに限定されるものではない。第１配管部９０の内径と第２配管部９１の内径は同じ大きさであってもよい。

上記した実施形態では、主に第２フィルター部材５９上で薄膜形成材料を気化させていたが、本発明はこれに限定されるものではない。薄膜形成材料を材料気化部６０内で浮遊させた状態で薄膜形成材料を気化させてもよい。この場合、第２フィルター部材５９を設けなくてもよい。

上記した実施形態は、本発明の技術的範囲に含まれる限り、各実施形態間で各構成部材を自由に置換や付加できる。

１，２００蒸着装置
１０製膜室
１５，１５ａ，１５ｂ供給流路
４０，４０ａ，４０ｂ気化装置
５２材料供給部
５４気化側ガス供給部（キャリアガス供給部）
５５材料供給配管部
５６ガス供給配管部（キャリアガス供給配管部）
５８第１フィルター部材
５９第２フィルター部材
６０材料気化部
６１ガス排出部
６７下部空間（空間）
７０真空室
７２材料供給装置
７３材料導入部
８２材料排出部
１００基材

Claims

材料気化部と、材料供給部と、材料供給配管部と、キャリアガス供給部と、キャリアガス供給配管部と、ガス排出部と、第１フィルター部材を有し、
前記材料供給部は、前記材料供給配管部を介して前記材料気化部の上部と接続され、固体状の薄膜形成材料を前記材料気化部に供給可能であり、
前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガス供給配管部を介して前記材料気化部の下部と接続され、前記薄膜形成材料の沸点又は昇華点以上の温度のキャリアガスを前記材料気化部の下部から上方に向かって供給可能であり、
前記材料気化部は、前記キャリアガス供給部から上方に向かって供給される前記キャリアガスによって前記材料供給部から供給されて落下する前記薄膜形成材料を気化させて薄膜材料ガスを形成し、前記ガス排出部側に前記薄膜材料ガスを供給可能であり、
前記第１フィルター部材は、前記材料気化部と前記ガス排出部の間に設けられ、前記材料気化部内の前記薄膜材料ガスの前記ガス排出部側への移動を許容し、かつ前記薄膜形成材料の前記ガス排出部側への移動を規制する、気化装置。
前記材料気化部は、筒状であって、中心軸に対して直交する断面の開口面積が前記材料供給配管部の中心軸に対して直交する断面の開口面積よりも大きい、請求項１に記載の気化装置。
材料気化部と、材料供給部と、材料供給配管部と、キャリアガス供給部と、キャリアガス供給配管部と、ガス排出部と、第１フィルター部材を有し、
前記材料供給部は、前記材料供給配管部を介して前記材料気化部の上部と接続され、固体状の薄膜形成材料を前記材料気化部に供給可能であり、
前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガス供給配管部を介して前記材料気化部の下部と接続され、前記薄膜形成材料の沸点又は昇華点以上の温度のキャリアガスを前記材料気化部に供給可能であり、
前記材料気化部は、前記キャリアガス供給部から供給された前記キャリアガスによって前記材料供給部から供給された前記薄膜形成材料を気化させて薄膜材料ガスを形成し、前記ガス排出部側に前記薄膜材料ガスを供給可能であり、
前記第１フィルター部材は、前記材料気化部と前記ガス排出部の間に設けられ、前記材料気化部内の前記薄膜材料ガスの前記ガス排出部側への移動を許容し、かつ前記薄膜形成材料の前記ガス排出部側への移動を規制するものであり、
前記材料気化部内、又は前記材料気化部と前記キャリアガス供給部との間に設けられ、前記材料気化部内の前記薄膜形成材料の前記キャリアガス供給部側への移動を規制する第２フィルター部材を備える、気化装置。
前記第２フィルター部材は、前記材料気化部内を上下に仕切るように設けられており、
前記材料気化部は、前記第２フィルター部材上で前記薄膜形成材料を気化して前記薄膜材料ガスを形成可能である、請求項３に記載の気化装置。
前記第２フィルター部材は、前記材料気化部内を上下に仕切るように設けられており、
前記材料気化部は、前記第２フィルター部材と前記キャリアガス供給配管部との間に空間を有する、請求項３又は４に記載の気化装置。
材料気化部と、材料供給部と、材料供給配管部と、キャリアガス供給部と、キャリアガス供給配管部と、ガス排出部と、第１フィルター部材を有し、
前記材料供給部は、前記材料供給配管部を介して前記材料気化部の上部と接続され、固体状の薄膜形成材料を前記材料気化部に供給可能であり、
前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガス供給配管部を介して前記材料気化部の下部と接続され、前記薄膜形成材料の沸点又は昇華点以上の温度のキャリアガスを前記材料気化部に供給可能であり、
前記材料気化部は、前記キャリアガス供給部から供給された前記キャリアガスによって前記材料供給部から供給された前記薄膜形成材料を気化させて薄膜材料ガスを形成し、前記ガス排出部側に前記薄膜材料ガスを供給可能であり、
前記第１フィルター部材は、前記材料気化部と前記ガス排出部の間に設けられ、前記材料気化部内の前記薄膜材料ガスの前記ガス排出部側への移動を許容し、かつ前記薄膜形成材料の前記ガス排出部側への移動を規制するものであり、
前記ガス排出部は、前記材料供給配管部の周囲を囲繞するように設けられている、気化装置。
材料気化部と、材料供給部と、材料供給配管部と、キャリアガス供給部と、キャリアガス供給配管部と、ガス排出部と、第１フィルター部材を有し、
前記材料供給部は、前記材料供給配管部を介して前記材料気化部の上部と接続され、固体状の薄膜形成材料を前記材料気化部に供給可能であり、
前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガス供給配管部を介して前記材料気化部の下部と接続され、前記薄膜形成材料の沸点又は昇華点以上の温度のキャリアガスを前記材料気化部に供給可能であり、
前記材料気化部は、前記キャリアガス供給部から供給された前記キャリアガスによって前記材料供給部から供給された前記薄膜形成材料を気化させて薄膜材料ガスを形成し、前記ガス排出部側に前記薄膜材料ガスを供給可能であり、
前記第１フィルター部材は、前記材料気化部と前記ガス排出部の間に設けられ、前記材料気化部内の前記薄膜材料ガスの前記ガス排出部側への移動を許容し、かつ前記薄膜形成材料の前記ガス排出部側への移動を規制するものであり、
前記材料気化部は、円筒状であり、
前記薄膜形成材料は、粉体状であり、
以下の式（１）を満たす、気化装置。

なお、Ｆは前記キャリアガスの流量［ｍ^３／ｓ］を表し、ｄは前記材料気化部の内径［ｍ］を表し、Ｄｐは前記薄膜形成材料の最大粒子径［ｍ］を表し、ｍは前記薄膜形成材料の重量［ｋｇ］を表し、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ^２］を表し、μは前記キャリアガスの粘性係数［Ｐａ・ｓ］を表す。
材料気化部と、材料供給部と、材料供給配管部と、キャリアガス供給部と、キャリアガス供給配管部と、ガス排出部と、第１フィルター部材を有し、
前記材料供給部は、前記材料供給配管部を介して前記材料気化部の上部と接続され、固体状の薄膜形成材料を前記材料気化部に供給可能であり、
前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガス供給配管部を介して前記材料気化部の下部と接続され、前記薄膜形成材料の沸点又は昇華点以上の温度のキャリアガスを前記材料気化部に供給可能であり、
前記材料気化部は、前記キャリアガス供給部から供給された前記キャリアガスによって前記材料供給部から供給された前記薄膜形成材料を気化させて薄膜材料ガスを形成し、前記ガス排出部側に前記薄膜材料ガスを供給可能であり、
前記第１フィルター部材は、前記材料気化部と前記ガス排出部の間に設けられ、前記材料気化部内の前記薄膜材料ガスの前記ガス排出部側への移動を許容し、かつ前記薄膜形成材料の前記ガス排出部側への移動を規制するものであり、
前記材料供給配管部は、前記材料供給部側から前記材料気化部側に向かって第１配管部と第２配管部を有し、
前記第２配管部の内径は、前記第１配管部の内径よりも大きい、気化装置。
材料気化部と、材料供給部と、材料供給配管部と、キャリアガス供給部と、キャリアガス供給配管部と、ガス排出部と、第１フィルター部材を有し、
前記材料供給部は、前記材料供給配管部を介して前記材料気化部の上部と接続され、固体状の薄膜形成材料を前記材料気化部に供給可能であり、
前記キャリアガス供給部は、前記キャリアガス供給配管部を介して前記材料気化部の下部と接続され、前記薄膜形成材料の沸点又は昇華点以上の温度のキャリアガスを前記材料気化部に供給可能であり、
前記材料気化部は、前記キャリアガス供給部から供給された前記キャリアガスによって前記材料供給部から供給された前記薄膜形成材料を気化させて薄膜材料ガスを形成し、前記ガス排出部側に前記薄膜材料ガスを供給可能であり、
前記第１フィルター部材は、前記材料気化部と前記ガス排出部の間に設けられ、前記材料気化部内の前記薄膜材料ガスの前記ガス排出部側への移動を許容し、かつ前記薄膜形成材料の前記ガス排出部側への移動を規制するものであり、
前記材料供給部は、真空室内に、前記薄膜形成材料を一時的に貯留する材料供給装置と、前記材料供給配管部側に向かって前記薄膜形成材料を導入する材料導入部を有し、
前記材料供給装置は、前記材料導入部の上方に材料排出部を有し、前記材料排出部から所定量の前記薄膜形成材料を排出可能であり、
前記材料排出部から前記薄膜形成材料が前記材料導入部に向かって落下し、前記薄膜形成材料が前記材料導入部から前記材料供給配管部側に導入される、気化装置。
請求項１～９のいずれか１項に記載の気化装置と、製膜室と、前記気化装置と前記製膜室を接続する供給流路を有し、
前記製膜室内で前記薄膜材料ガスを含む製膜ガスを基材に対して吹き付けて製膜する、蒸着装置。