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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumbedampfungsvorrichtung
zum Aufdampfen eines ersten und eines zweiten Aufdampfmaterials
auf eine Werkstück-Oberfläche, ein Vakuumbedampfungsverfahren
und einen damit erhaltenen bedampften Gegenstand.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Bei
einer Vakuumbedampfungsvorrichtung sind eine Bedampfungsquelle,
die ein Aufdampfmaterial aufnimmt, und ein Werkstück einander
gegenüber in einer Vakuumkammer angeordnet, wobei die Bedampfungsquelle
nach der Evakuierung der Vakuumkammer erhitzt, das Aufdampfmaterial
geschmolzen und das durch Verdampfung oder Sublimation vergaste
Aufdampfmaterial auf der Werkstück-Oberfläche
abgeschieden wird. Eine aufgedampfte Schicht, die auf diese Weise
auf der Werkstück-Oberfläche ausgebildet worden
ist, ist zum Herstellen z. B. von Funktionsschichten von organischen
Elektrolumineszenzelementen oder dergleichen geeignet. Insbesondere
wenn ein Grundmaterial, das das erste Haupt-Aufdampfmaterial ist,
mit einem Gastmaterial dotiert wird, das ein zweites Aufdampfmaterial
ist, das in Mikromengen verwendet wird, wird im Allgemeinen das
Verfahren der gemeinsamen Abscheidung verwendet, bei dem das Grundmaterial
und das Gastmaterial gleichzeitig in derselben Vakuumkammer aufgedampft
werden. Ein spezielles Verfahren zur gemeinsamen Abscheidung wird
in der
japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 2003-193217 beschrieben.
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Die
japanische Offenlegungsschrift
Nr. 2003-193217 beschreibt, dass in dem Fall, in dem das
Verhältnis des Gastmaterials zu dem Grundmaterial in der
aufgedampften Schicht auf etwa 1/100 festgelegt ist, die aufgedampfte
Schicht mit dem Sollverhältnis dadurch erhalten werden
kann, dass die Geschwindigkeit des Aufdampfens des Gastmaterials
auf die Werkstück-Oberfläche auf 1/100 der Geschwindigkeit
des Aufdampfens des Grundmaterials eingestellt wird.
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Wenn
das Verhältnis des Gastmaterials zu dem Grundmaterial in
der aufgedampften Schicht, die auf dem Werkstück ausgebildet
wird, klein ist, beispielsweise etwa 1/100 beträgt, ist
es dadurch, dass ein Schichtdicken-Überwachungsgerät
für das Gastmaterial näher an seiner Bedampfungsquelle
als ein Schichtdicken-Überwachungsgerät für
das Grundmaterial angeordnet wird, möglich, die scheinbare
Aufdampfgeschwindigkeit für das Gastmaterial zu erhöhen
und das Überwachen der Aufdampfgeschwindigkeit für
das Gastmaterial zu erleichtern. Wenn jedoch das Verhältnis
des Gastmaterials zu dem Grundmaterial sehr klein ist, beispielsweise
1/1000 oder kleiner, ist es auch dann, wenn das Schichtdicken-Überwachungsgerät
für das Gastmaterial nahe an seiner Bedampfungsquelle angeordnet
wird, schwierig, das Verhältnis des Gastmaterials oder
die Verteilung des Gastmaterials zu dem Grundmaterial mit hoher
Genauigkeit aufrechtzuerhalten, da die gemeinsame Abscheidungsbehandlung
in der Nähe der Nachweisgrenze des Überwachungsgeräts
(0,001 Å pro Sekunde) realisiert wird.
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Bei
der Konfiguration, die in der
japanischen
Offenlegungsschrift Nr. 2003-193217 beschrieben ist, wird
außer einer Abschirmplatte mit einer Öffnung in
Form eines Lochs oder eines Gitters auch ein als Werkstück
dienendes Substrat für die Bedampfung gedreht, wodurch
die ungleichmäßige Verteilung des Gastmaterials
verbessert wird, das als Schicht auf der Substrat-Oberfläche
ausgebildet wird. In der Vakuumkammer der Vakuumbedampfungsvorrichtung
müssen jedoch zwei Antriebsquellen untergebracht werden,
und der Mechanismus in der Vakuumkammer wird komplex. Insbesondere
ist es definitiv unerwünscht, dass ein Werkstück
angetrieben wird, das eine Oberfläche zum Ausbilden einer
aufgedampften Schicht hat, da Fremdstoffe, die von dem Antriebsmechanismus
in diesem Prozess erzeugt werden, an der Werkstück-Oberfläche
anhaften können.
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Es
ist auch ein anderes Verfahren als die in der
japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2003-193217 beschriebene
Technologie in Erwägung gezogen worden. Bei diesem Verfahren
wird die Aufdampfgeschwindigkeit für das Grundmaterial
dadurch gezielt erhöht, dass die Heiztemperatur der Bedampfungsquelle,
die das Grundmaterial enthält, erhöht wird, und
die Aufdampfgeschwindigkeit des Gastmaterials wird dadurch auf einem
minimal steuerbaren Niveau gehalten, dass die Heiztemperatur der
Bedampfungsquelle, die das Gastmaterial enthält, auf eine
minimal zulässige Grenze gesenkt wird. Bei diesem Verfahren
muss jedoch die Heiztemperatur für das Grundmaterial über
das notwendige Niveau hinaus erhöht werden, wodurch die
Gefahr einer Modifikation, wie etwa einer Zersetzung, des Grundmaterials
besteht.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Das
Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vakuumbedampfungsvorrichtung
und ein Vakuumbedampfungsverfahren zur Verfügung zu stellen,
die es ermöglichen, beim gleichzeitigen Aufdampfen von zwei
verschiedenen Aufdampfmaterialien auf ein Werkstück, wie
etwa ein Substrat, eine Schicht aus einem Gastmaterial auf einer
Werkstück-Oberfläche mit hoher Genauigkeit und
einer gleichmäßigeren Verteilung auch dann auszubilden,
wenn das Verhältnis des einen Aufdampfmaterials, das als
Gastmaterial dient, zu dem anderen Aufdampfmaterial, das als Grundmaterial
dient, extrem klein ist, beispielsweise 1/1000 oder kleiner.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen bedampften
Gegenstand zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Schicht
aus einem Gastmaterial auf einer Werkstück-Oberfläche
mit hoher Genauigkeit und einer gleichmäßigeren
Verteilung auch dann ausgebildet worden ist, wenn das Verhältnis
des Gastmaterials zu dem Grundmaterial extrem klein ist, beispielsweise
1/1000 oder kleiner.
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Eine
erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft
eine Vakuumbedampfungsvorrichtung mit einer Vakuumkammer, einer
ersten und einer zweiten Bedampfungsquelle, die in der Vakuumkammer
angeordnet sind, und Werkstück-Haltemitteln zum Halten,
in der Vakuumkammer, eines Werkstücks in einem unbeweglichen
Zustand, das eine Oberfläche hat, auf der ein erstes und
ein zweites Aufdampfmaterial abgeschieden sind, die von der ersten
und der zweiten Bedampfungsquelle zugeführt werden, wobei
die Vakuumbedampfungsvorrichtung Folgendes umfaßt: ein
Abschirmteil, das zwischen der ersten Bedampfungsquelle und dem
von den Werkstück-Haltemitteln gehaltenen Werkstück
angeordnet ist und bewirkt, dass die Aufdampfmenge des ersten Aufdampfmaterials
auf der Werkstück-Oberfläche kleiner als die Aufdampfmenge
des zweiten Aufdampfmaterials ist; einen Abschirmteil-Antriebsmechanismus,
der das Abschirmteil um eine erste Achslinie dreht und das Abschirmteil
in Bezug auf eine zweite Achslinie bewegt; und eine einzelne Antriebsquelle,
die das Abschirmteil über den Abschirmteil-Antriebsmechanismus
antreibt.
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Da
erfindungsgemäß das Abschirmteil zwischen der
erste Bedampfungsquelle und dem von den Werkstück-Haltemitteln
gehaltenen Werkstück angeordnet ist, wird die Menge des
ersten Aufdampfmaterials, die an der Werkstück-Oberfläche
anhaftet, gegenüber der des zweiten Aufdampfmaterials wesentlich
verringert. Und da das Abschirmteil um die erste Achslinie gedreht
wird und auch in Bezug auf die zweite Achslinie bewegt wird, wird
die Verteilung der Haftung des ersten Aufdampfmaterials an der Werkstück-Oberfläche gleichmäßiger.
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Bei
der Vakuumbedampfungsvorrichtung der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann das Abschirmteil mehrere Öffnungen
zum Durchleiten des ersten Aufdampfmaterials durch das Abschirmteil
haben. In diesem Fall kann die Dicke der Schicht, die an dem Substrat
anhaftet, leicht ungleichmäßig werden, wenn die
Gesamtsumme der Oberflächen der Öffnungen weniger
als 1% der Oberfläche des Abschirmteils beträgt.
Und wenn die Gesamtsumme der Oberflächen der Öffnungen
mehr als 50% der Oberfläche des Abschirmteils beträgt,
verschlechtert sich der Abschirmeffekt der Aufdampfmaterialien.
Daher sollte die Gesamtsumme der Oberflächen der Öffnungen
in einem Bereich von 1% bis 50% der Oberfläche des Abschirmteils
liegen.
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Darüber
hinaus sollte das Abschirmteil eine Scheibe sein, wobei die erste
Achslinie senkrecht zu der Oberfläche des Abschirmteils
durch dessen Mittelpunkt geht, die zweite Achslinie parallel zu
der ersten Achslinie ist und die Bewegung des Abschirmteils in Bezug
auf die zweite Achslinie eine Drehung des Abschirmteils um die zweite
Achslinie ist. In diesem Fall ist die Dicke des Abschirmteils nicht
besonders beschränkt, solange das Aufdampfmaterial von
anderen Teilen als den Öffnungen hindurchgeht.
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Eine
zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft
ein Vakuumbedampfungsverfahren, mit dem ein erstes und ein zweites
Aufdampfmaterial, die von einer in einer Vakuumkammer angeordneten
ersten und einer zweiten Bedampfungsquelle bereitgestellt werden
auf einer Oberfläche eines in der Vakuumkammer stationär
angebrachten Werkstücks abgeschieden werden, wobei das
Vakuumbedampfungsverfahren folgende Schritte aufweist: Anordnen
eines Abschirmteils, das einen Teil des von der ersten Bedampfungsquelle bereitgestellten
ersten Aufdampfmaterials abschirmt, zwischen der ersten Bedampfungsquelle
und dem Werkstück; und Bewegen des Abschirmteils in Bezug
auf zwei oder mehr Achslinien, die voneinander verschieden sind.
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Bei
dem Vakuumbedampfungsverfahren der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das Bewegen des Abschirmteils vorzugsweise
in einer Ebene durchgeführt, die die Oberfläche
des Abschirmteils enthält. In diesem Fall umfaßt
das Bewegen des Abschirmteils vorzugsweise einen Schritt des Drehens
um eine erste Achslinie und einen Schritt des Umlaufens um eine
zweite Achslinie, die zu der ersten Achslinie parallel ist. Wenn
die Drehzahlgeschwindigkeit des Abschirmteils um die erste und die
zweite Achslinie kleiner als 1 U/min ist, wird die Dicke der Schicht,
die an dem Substrat anhaftet, leicht ungleichmäßig.
Und wenn die Drehzahlgeschwindigkeit des Abschirmteils um die erste
und die zweite Achslinie größer als 100 U/min
ist, kommt es zu Turbulenzen in der Dampfströmung der Bedampfungssubstanz
und die Bedampfungssubstanz erreicht das Substrat nicht. Daher sollte
die Drehzahlgeschwindigkeit des Abschirmteils um die erste und die
zweite Achslinie in einem Bereich von 1 U/min bis 100 U/min liegen.
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Wenn
die Geschwindigkeit des Aufdampfens (Abscheidungsrate) des ersten
Aufdampfmaterials auf die Werkstück-Oberfläche
kleiner als 0,0001 Å pro Sekunde ist, ist der Umfang der
Dotierung (dope amount) unzureichend, die Lichtemissionseffizienz
des ersten Aufdampfmaterials ist zu niedrig, und die gewünschte Lichtemission
kann nicht erzielt werden. Wenn hingegen die Geschwindigkeit des
Aufdampfens des ersten Aufdampfmaterials auf die Werkstück-Oberfläche
größer als 0,1 Å pro Sekunde ist, kommt
es zum Licht-Quenching, wodurch die Lichtemissionseffizienz verringert
wird. Daher sollte die Geschwindigkeit des Aufdampfens des ersten
Aufdampfmaterials auf die Werkstück-Oberfläche
in einem Bereich von 0,0001 Å pro Sekunde bis 0,1 Å pro
Sekunde liegen. Bevorzugt sollte die Aufdampfgeschwindigkeit 0,0005 Å pro
Sekunde bis 0,1 Å pro Sekunde betragen.
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Eine
dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht
in einem bedampften Gegenstand, der unter Verwendung der Vakuumbedampfungsvorrichtung
nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
oder mit dem Vakuumbedampfungsverfahren nach der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erhalten wird, wobei das Verhältnis
der Aufdampfmenge des ersten Aufdampfmaterials zu der Aufdampfmenge
des zweiten Aufdampfmaterials 1/1000 oder weniger beträgt.
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Die
erfindungsgemäße Vakuumbedampfungsvorrichtung
hat ein Abschirmteil, das zwischen der ersten Bedampfungsquelle
und dem von dem Werkstück-Halteteil gehaltenen Werkstück
angeordnet ist und bewirkt, dass die Aufdampfmenge des ersten Aufdampfmaterials
auf die Werkstück-Oberfläche kleiner als die Aufdampfmenge
des zweiten Aufdampfmaterials ist; einen Abschirmteil-Antriebsmechanismus,
der das Abschirmteil um eine erste Achslinie dreht und das Abschirmteil
in Bezug auf eine zweite Achslinie bewegt; und eine einzelne Antriebsquelle,
die das Abschirmteil über den Abschirmteil-Antriebsmechanismus
antreibt. Daher kann das erste Aufdampfmaterial auch dann gleichmäßig
auf der Werkstück-Oberfläche verteilt werden, wenn
die Aufdampfmenge des ersten Aufdampfmaterials viel kleiner als
die Aufdampfmenge des zweiten Aufdampfmaterials eingestellt wird.
Und da der Antriebsmechanismus und die Antriebsquelle gegenüber
denen der Vakuumbedampfungsvorrichtung, die in der
japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2003-193217 beschrieben
ist, vereinfacht werden können, können Unreinheiten,
die bei der Bedampfung entstehen, kontrolliert werden und eine aufgedampfte
Schicht von hoher Qualität kann auf der Werkstück-Oberfläche
ausgebildet werden.
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Wenn
das Abschirmteil mehrere Öffnungen zum Durchlassen des
ersten Aufdampfmaterials hat, kann das erste Aufdampfmaterial über
die Öffnungen zu dem Werkstück geführt
werden. Insbesondere kann, wenn die Gesamtsumme der Oberfläche
der Öffnungen 1% bis 50% der Oberfläche des Abschirmteils
beträgt, das Verhältnis des ersten Aufdampfmaterials,
das an der Werkstück-Oberfläche anhaftet, zu dem
zweiten Aufdampfmaterial eingestellt werden, und die Aufdampfmenge
des ersten Aufdampfmaterials auf die Werkstück-Oberfläche
kann wesentlich kleiner als die des zweiten Aufdampfmaterials sein.
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Der
Abschirmteil-Antriebsmechanismus kann einen einfacheren Aufbau haben,
wenn das Abschirmteil eine Scheibe ist, die erste Achslinie senkrecht
zu der Oberfläche des Abschirmteils durch dessen Mittelpunkt
geht, die zweite Achslinie parallel zu der ersten Achslinie ist
und die Bewegung des Abschirmteils in Bezug auf die zweite Achslinie
eine Drehung des Abschirmteils um die zweite Achslinie ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Vakuumbedampfungsverfahren
wird das Abschirmteil, das einen Teil des von der ersten Bedampfungsquelle
bereitgestellten ersten Aufdampfmaterials abschirmt, zwischen der
ersten Bedampfungsquelle und dem Werkstück angeordnet,
und das Abschirmteil wird in Bezug auf zwei oder mehr Achslinien
bewegt, die voneinander verschieden sind. Daher kann die Aufdampfmenge
des ersten Aufdampfmaterials auf die Werkstück-Oberfläche
wesentlich kleiner als die des zweiten Aufdampfmaterials sein. Außerdem
kann das erste Aufdampfmaterial gleichmäßig auf
der Werkstück-Oberfläche verteilt werden.
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Wenn
das Bewegen des Abschirmteils in einer Ebene durchgeführt
wird, die die Oberfläche des Abschirmteils enthält,
treten kaum Turbulenzen in der Dampfströmung des ersten
Aufdampfmaterials in der Vakuumkammer auf, und das erste Aufdampfmaterial
kann gleichmäßiger auf der Werkstück-Oberflache
verteilt werden. Insbesondere kann der Mechanismus zum Antreiben
des Abschirmteils einen einfachen Aufbau haben, wenn das Bewegen
des Abschirmteils das Drehen um eine erste Achslinie und das Umlaufen
um eine zu der ersten Achslinie parallele zweite Achslinie umfasst.
Und wenn die Drehgeschwindigkeit des Abschirmteils um die erste
Achslinie oder die Drehgeschwindigkeit des Abschirmteils um die
zweite Achslinie in einem Bereich von 1 U/min bis 100 U/min eingestellt
wird, treten kaum Turbulenzen in der Dampfströmung des
ersten Aufdampfmaterials in der Vakuumkammer auf, und das erste
Aufdampfmaterial kann gleichmäßiger auf der Werkstück-Oberfläche
verteilt werden.
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Wenn
die Geschwindigkeit des Aufdampfens des ersten Aufdampfmaterials
auf die Werkstück-Oberfläche in einem Bereich
von 0,001 Å pro Sekunde bis 0,005 Å pro Sekunde
eingestellt wird, kann die Aufdampfmenge des ersten Aufdampfmaterials
auf die Werkstück-Oberfläche wesentlich kleiner
als die des zweiten Aufdampfmaterials sein.
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Mit
dem erfindungsgemäßen bedampften Gegenstand kann
ein qualitativ hochwertiger bedampfter Gegenstand mit einer gleichmäßigen
Verteilung des ersten Aufdampfmaterials auch dann erhalten werden, wenn
das Verhältnis der Aufdampfmenge des ersten Aufdampfmaterials
zu der Aufdampfmenge des zweiten Aufdampfmaterials 1/2000 oder mehr
beträgt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine konzeptionelle Darstellung, die eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vakuumbedampfungsvorrichtung
schematisch darstellt.
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2 ist
eine Draufsicht eines Teils des Abschirmteil-Antriebsmechanismus
in der in 1 gezeigten Vakuumbedampfungsvorrichtung.
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3 ist
eine Schnittansicht entlang der Pfeile III-III von 2.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 anhand
einer Ausführungsform der Erfindung zum Ausbilden einer
Schicht auf einem Substrat aus einem organischen Elektrolumineszenzmaterial
(EL-Material) näher beschrieben.
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1 ist
eine konzeptionelle Darstellung der erfindungsgemäßen
Vakuumbedampfungsvorrichtung. Die planare Gestalt des Abschirmteil-Antriebsmechanismus
der Vorrichtung ist in 2 gezeigt, und die Schnittansicht
entlang den Pfeilen III-III ist in 3 gezeigt.
Eine Vakuumbedampfungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform
weist einen Behälter 12 mit einer Vakuumkammer 11 darin
und eine Vakuumpumpe auf (in der Figur nicht dargestellt), die so
mit dem Behälter 12 verbunden ist, dass sie mit
dem Inneren der Vakuumkammer 11 in Verbindung steht und
zum Aufrechterhalten eines vorgegebenen Vakuumgrads in der Vakuumkammer 11 dient.
Ein Substrat 13, das als Werkstück dient, kann
in den Behälter 12 eingebracht und aus diesem
herausgenommen werden. In dem Behälter ist eine Tür
(in der Figur nicht dargestellt) ausgebildet, die geöffnet
und geschlossen werden kann, um das Substrat 13, das ein
Werkstück ist, in den Behälter einzubringen oder
aus diesem herauszunehmen und das vorgenannte erste und zweite Aufdampfmaterial,
also ein Gastmaterial 14 und ein Grundmaterial 15,
an der ersten und der zweiten Bedampfungsquelle bereitzustellen, und über
diese Tür ist das Innere der Vakuumkammer 11 zugänglich.
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Eine
erste und eine zweite becherförmige Bedampfungsquelle 16, 17 sind
in einem vorgegebenen Abstand voneinander in dem Behälter 12 angeordnet,
und zwar im unteren Teil der Vakuumkammer 11. Das Gastmaterial 14 und
das Grundmaterial 15, die auf die Oberfläche des
Substrats 13 aufgedampft werden, werden in dieser ersten
bzw. zweiten Bedampfungsquelle 16, 17 aufgenommen.
In diese erste und zweite Bedampfungsquelle 16, 17 sind
Heizmittel (in der Figur nicht dargestellt) integriert, und das
Gastmaterial 14 und das Grundmaterial 15 werden
unabhängig voneinander mit diesen Heizmitteln auf eine
Temperatur erhitzt, bei der ihre Dämpfe erzeugt werden
können.
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Beispiele
für Materialien, die als das vorgenannte Gastmaterial 14 und
das vorgenannte Grundmaterial 15 bei der vorliegenden Ausführungsform
verwendet werden können, sind unter anderem organische
Stoffe, wie etwa organische EL-Materialien oder Materialien für
organische Solarzellen, und Metalle, wie etwa Lithium, Caesium und
Lithiumfluorid, sowie Legierungen, die mindestens eines davon enthalten.
Beispiele für die vorgenannten organischen EL-Materialien
sind unter anderem Aluminium-tris(8-Hydroxychinolinat) komplex (Alq3),
N,N'-bis(3-Methylphenyl)-(1,1'-diphenyl)-4,4'-diamin (TPD), 4,4'-bis[N-(1-Naphthyl)-N-phenylamino]biphenyl
(α-NPD), Chinacridon, Rubren, Oxadiazol, Bathocuproin und
Bathophenanthrolin. Beispiele für Materialien für
organische Solarzellen sind unter anderem Perylenderivate, Phthalocyaninderivate
und Chinacridonderivate. Das als Substrat 13 dienende Werkstück,
das bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird,
ist nicht besonders beschränkt, und hierfür können
Materialien wie Glas, Harze und Metalle verwendet werden.
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Ein
Abschirmteil 18 zum Verringern der Abscheidungsmenge des
Gastmaterials 14 auf die Oberfläche des Substrats 13 in
Bezug auf die Abscheidungsmenge des Grundmaterials 15 ist
zusammen mit seinem Antriebsmechanismus 19 direkt über
der ersten Bedampfungsquelle 16 angeordnet.
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Das
Abschirmteil 18 in der vorliegenden Ausführungsform
hat eine scheibenähnliche Form, und mehrere Öffnungen 20 zum
Durchleiten des Gastmaterials 14 sind in einer gitterartigen
Konfiguration mit einem vorgegebenen Abstand in dem Abschirmteil
angeordnet. Die Dicke des Abschirmteils 18, der Durchmesser
der Öffnungen 20 und der Abstand zwischen den Öffnungen
müssen entsprechend dem Verhältnis der Aufdampfmenge
des Gastmaterials 14 zu der Aufdampfmenge des Grundmaterials 15 geändert
werden, die auf die Oberfläche des Substrats 13 aufzudampfen
sind, und das Verwenden einer Zufallsanordnung der Öffnungen 20 ist
ebenfalls effektiv. Die Form der Öffnungen 20 ist
nicht auf die runde Form beschränkt, sondern die Öffnungen
können jede Form haben, wenn sie einen Durchlassbereich
in einer Form bilden, die das Durchlassen des Gastmaterials 14 durch
die Öffnungen gestattet. Die Gesamtsumme der Oberfläche
der Öffnungen 20 bezogen auf die Oberfläche
des Abschirmteils 18, das heißt, der Öffnungsanteil,
wird in einem Bereich von 1% bis 50% eingestellt.
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Der
Abschirmteil-Antriebsmechanismus 19 in der vorliegenden
Ausführungsform hat eine Grundplatte 22 mit einem
darin ausgebildeten Rundloch 21, ein Antriebsrad (drive
gear) 23, das an der Grundplatte 22 neben dem
Rundloch drehbar angebracht ist, und ein Antriebsrad (driven gear) 24,
das so untergebracht ist, dass es in einem Zustand des Eingriffs
mit dem Antriebsrad 23 in Bezug auf die Grundplatte 22 gedreht
werden kann. Das Antriebsrad 23 ist mit einem Antriebsmotor 25 verbunden,
und das Antriebsrad 23 kann mit einer gewünschten Drehzahlgeschwindigkeit
angetrieben werden. In dem Abtriebsrad 24 ist ein Außermitteloch
(eccentric hole) 26 ausgebildet, in das das Abschirmteil 18 drehbar
eingepasst ist, und ein Mittelpunkt O2 (der
der zweiten Achslinie in der vorliegenden Erfindung entspricht)
des Außermittelochs 26 ist in Bezug auf einen Drehmittelpunkt
O1 (der der ersten Achslinie in der vorliegenden
Erfindung entspricht) des Abtriebsrads 24 versetzt. In
diesem Fall wird die Größe der Versetzung, das
heißt, die Außermittigkeit des Mittelpunkts O2 des Außermittelochs 26,
vorzugsweise so eingestellt, dass seine Beziehung mit dem Anordnungsabstand
der Öffnungen 20 durch eine irrationale Zahl dargestellt
wird. Ein Flanschteil 27, der an der Innenseite radial übersteht, ist
an dem unteren Endteil des Lochs 21 der Grundplatte 22 ausgebildet,
und ein innerer Zahnradteil 28, der Zähne mit
der gleichen Form wie die des Abtriebsrads 24 hat, ist
an der Innenperipheriefläche des Lochs 21 zwischen
dem Flanschteil 27 und dem Abtriebsrad 24 ausgebildet.
Ein röhrenförmiger Teil 29, der drehbar
in das Außermitteloch 26 des Abtriebsrads 24 eingepasst
werden kann, ist in dem vorgenannten Abschirmteil 18 ausgebildet,
und eine ringförmige Sicherungsscheibe 31 ist
mittels mehrerer Schrauben 30 an der distalen Stirnseite
des röhrenförmigen Teils 29 befestigt,
wodurch verhindert wird, dass das Abschirmteil 18 aus dem Außermitteloch 26 des
Abtriebsrads 24 herausgezogen wird. Ein äußerer
Zahnradteil 32, der mit einem Teil des an der Grundplatte 22 ausgebildeten
inneren Zahnradteils 28 in Eingriff ist, ist an der Außenperipheriefläche
des Abschirmteils 18 ausgebildet, und aufgrund dieses äußeren
Zahnradteils kann das Abschirmteil 18 entsprechend der
Drehung des Abtriebsrads 24 eine komplexe Umlaufbewegung
in Bezug auf den inneren Zahnradteil 28 ausführen,
während es entlang dem Flanschteil 27 gleitet.
Mit anderen Worten, wenn das Antriebsrad 23 beim Antreiben
gedreht wird, führt das Abschirmteil 18 eine Drehbewegung
um seine Mittelachslinie O2 und eine Umlaufbewegung
um die Mittelachslinie O1 des Abtriebsrads 24,
die parallel zu der Mittelachslinie O2 des
Abschirmteils 18 ist, entlang der Oberfläche des
Flanschteils 27 aus. In diesem Fall sollte der effektive
Durchmesser des äußeren Zahnradteils 32 des
Abschirmteils 18 in Bezug auf den effektiven Durchmesser
des Abtriebsrads 24 so eingestellt werden, dass eine zu
große Differenz zwischen der Drehgeschwindigkeit des Abschirmteils 18 und
der Drehgeschwindigkeit des Abtriebsrads 24 (Umlaufgeschwindigkeit
des Abschirmteils 18) vermieden wird, und die Einstellungen
sollten so sein, dass die Drehgeschwindigkeit des Abschirmteils 18 um
die beiden Achslinien O1, O2 auf
einen Bereich von 1 U/min bis 100 U/min begrenzt sind.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform wird erfindungsgemäß die
zweite Achslinie O1 parallel zu der Achslinie
O2 des Drehmittelpunkts des Abschirmteils 18 eingestellt,
das eine scheibenförmige Gestalt hat, und das Abschirmteil 18 wird
dazu gebracht, um die zweite Achslinie O1 umzulaufen,
aber es ist offensichtlich möglich, die zweite Achslinie
in der Richtung einzustellen, die mit der der ersten Achslinie O2 übereinstimmt, sodass sich das
Abschirmteil 18 entlang der zweiten Achslinie hin- und
herbewegt. In diesem Fall führt das Abschirmteil 18 eine
komplexe Bewegung aus, die eine Drehbewegung um die erste Achslinie
und eine lineare Hin- und Herbewegung entlang der zu der zweiten
Achslinie parallelen Richtung umfasst.
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Die
Drehbewegung und die Umlaufbewegung können unter Verwendung
von zwei Antriebsmotoren unabhängig voneinander gesteuert
werden.
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In
dem oberen Teil der Vakuumkammer
11 sind Werkstück-Haltemittel
33 zum
Halten des Substrats
13 in einem ortsfesten Zustand angeordnet,
auf dem das Gastmaterial
14 und das Grundmaterial
15 abgeschieden
werden sollen, die von der ersten und der zweiten Bedampfungsquelle
16,
17 bereitgestellt
werden. Die Werkstück-Haltemittel
33 können
jede Konfiguration haben, wenn sie keine nachteilige Wirkung auf
das Substrat
13 während der Bedampfungsoperation
haben und sie das Substrat
13 mit guter Stabilität
halten können. Da es bei der vorliegenden Ausführungsform
nicht erforderlich ist, das Substrat
13 während
der Bedampfungsoperation wie in der Erfindung der
japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2003-193217 zu
bewegen, können die Werkstück-Haltemittel
33 einen
einfachen Aufbau haben, und die nachteilige Wirkung, die durch die Verunreinigungen
entsteht, die von ihrem Antriebsmechanismus erzeugt werden, kann
dadurch minimiert werden, dass das Substrat
13 angetrieben
wird. In diesem Fall erreicht das von der ersten Bedampfungsquelle
16 zugeführte
Gastmaterial
14 die Oberfläche des Substrats
13 über
das Abschirmteil
18, und das von der zweiten Bedampfungsquelle
17 zugeführte
Grundmaterial
15 erreicht direkt die Oberfläche
des Substrats
13. Daher wird das Grundmaterial
15 auf
der Oberfläche des Substrats
13 in einer größeren
Menge als das Gastmaterial
14 abgeschieden. Die Positionen
der ersten und der zweiten Bedampfungsquelle
16,
17,
des Abschirmteils
18 und der Werkstück-Haltemittel
33 sollten
entsprechend eingestellt werden, sodass das Gastmaterial
14 und das
Grundmaterial
15 gleichmäßig über
die Oberfläche des Substrats
13 verteilt werden.
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In
der Nähe des Abschirmteil-Antriebsmechanismus 19 zwischen
der vorgenannten ersten Bedampfungsquelle 16 und dem Abschirmteil-Antriebsmechanismus 19 ist
ein Schichtdickensensor 34 für ein Gastmaterial
angeordnet, der zum Ermitteln des Anteils des von der ersten Bedampfungsquelle 16 zugeführten
Gastmaterials 14 dient, das heißt, der Schichtdicke
des Gastmaterials 14, das über die Öffnungen 20 des
Abschirmteils 18 auf dem Substrat 13 abgeschieden
wird. Und in der Nähe der Werkstück-Haltemittel 33 zwischen
der vorgenannten zweiten Bedampfungsquelle 17 und den Werkstück-Haltemitteln 33 ist
ein Schichtdickensensor 35 für ein Grundmaterial
angeordnet, der zum Ermitteln der Masse des von der zweiten Bedampfungsquelle 17 zugeführten
Grundmaterials 15 dient, das heißt, der Schichtdicke
des Grundmaterials 15, das auf dem Substrat 13 abgeschieden
wird. Detektionssignale von diesen Schichtdickensensoren 34, 35,
die Quarzoszillatoren oder dergleichen verwenden, werden an eine
Rechen- und Verarbeitungsvorrichtung (in der Figur nicht dargestellt)
ausgegeben, wobei der Betrieb der Heizmittel für die erste
und die zweite Bedampfungsquelle 16, 17 oder die
Drehzahlgeschwindigkeit des Antriebsrads 23 rückkopplungsgesteuert
werden, und wobei die Steuerung so durchgeführt wird, dass
die Bedampfung mit der gewünschten Geschwindigkeit erfolgt.
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Um
die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu ermitteln, wurde unter
Verwendung der vorstehend beschriebenen Vakuumbedampfungsvorrichtung 10 und
von Konfigurationen, die nachstehend in Beispielen 1 und 2 beschrieben
werden, ein organisches EL-Material auf der Oberfläche
des Substrats 13 abgeschieden, und die Dotiermaterialmenge
D(%) des Gastmaterials 14 in Bezug auf das Grundmaterial 15 und
die Streuung Δ(%) der Schichtdickenverteilung des Gastmaterials 14 wurden
berechnet. Zum Vergleich wurde in einem Vergleichsbeispiel 1 das
gleiche organische EL-Material abgeschieden, ohne das vorgenannte
Abschirmteil 18 umlaufen zu lassen, und die Dotiermaterialmenge
D(%) des Gastmaterials 14 in Bezug auf das Grundmaterial 15 sowie
die Streuung Δ(%) der Schichtdickenverteilung des Gastmaterials 14 wurden
in der gleichen Weise berechnet. In einem Vergleichsbeispiel 2 wurde
das gleiche organische EL-Material abgeschieden, ohne das Abschirmteil 18 zu
verwenden, und die Dotiermaterialmenge D(%) und die Streuung Δ(%)
wurden berechnet.
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Die
Dotiermaterialmenge D des Gastmaterials 14 in Bezug auf
das Grundmaterial 15 wird durch Dg = (tg/th) × 100
dargestellt, wobei tg für die Schichtdicke
des Gastmaterials 14 steht, die aufgrund der Daten des Schichtdickensensors 34 für
ein Gastmaterial ermittelt wird, und th für
die Schichtdicke des Grundmaterials 15 steht, die aufgrund
der Daten des Schichtdickensensors 35 für ein
Grundmaterial ermittelt wird. Darüber hinaus wird die Streuung Δ der
Schichtdickenverteilung für das Gastmaterial 14 in
der Ausführungsform mit der Gleichung Δ = {(Dmax – Dmin)/Dmax}max × (1/2)
durch Abtasten von Abschnitten an 16 Stellen auf der Oberfläche
des Substrats 13 und durch Ermitteln einer Stelle mit einer
höchsten Dotiermaterialmenge Dmax und
einer Stelle mit einer niedrigsten Dotiermaterialmenge Dmin von den 16 Stellen auf der Oberfläche
des Substrats 13 mittels Flüssigchromatographie
bestimmt.
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Beispiel 1
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Als
Abschirmteil 18 wurde ein Blech aus nichtrostendem Stahl
mit einem Öffnungsanteil, das heißt, einem Anteil
der Gesamtsumme der Oberflächen der Öffnungen 20 an
der Oberfläche des Abschirmteils 18, von 10% verwendet.
Darüber hinaus wurde Rubren (5,6,11,12-Tetraphenylnapthacen)
als Gastmaterial 14 verwendet, und Aluminium-tris(8-Hydroxychinolat)
komplex (Alq3) wurde als Grundmaterial 15 verwendet. Als Substrat 13 wurde
eine Glasplatte mit einer quadratischen Form mit einer Kantenlänge
von 50 nun und einer Dicke von 0,7 mm verwendet.
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Als
Heizmittel für die erste und die zweite Bedampfungsquelle 16, 17 wurden
Widerstandsheizmittel verwendet, das Gastmaterial 14 und
das Grundmaterial 15 wurden auf eine Temperatur von 300°C
erhitzt, die Bedampfungsgeschwindigkeit für das Gastmaterial 14,
die aufgrund der Daten von dem Schichtdickensensor 34 für
ein Gastmaterial festgelegt worden war, wurde auf 0,1 Å/s
eingestellt, und die Bedampfungsgeschwindigkeit für das
Grundmaterial 15, die aufgrund der Daten von dem Schichtdickensensor 35 für
ein Grundmaterial festgelegt worden war, wurde auf 0,1 Å/s
eingestellt, wobei der Vakuumgrad in der Vakuumkammer 11 auf
10–5 Pa gehalten wurde. Die Drehzahlgeschwindigkeit
des Abschirmteils 18 wurde auf 10 U/min eingestellt, seine
Umlaufgeschwindigkeit wurde auf 7 U/min eingestellt, und es wurde
eine aufgedampfte Schicht erhalten, in der das Grundmaterial 15 mit
0,1% Gastmaterial 14 dotiert war. Im Beispiel 1 wurden
das direkte und das umgekehrte Drehen der Umlaufbewegung durch Umkehren
des Betriebs des Antriebsmotors 25 immer dann wiederholt,
wenn der äußere Zahnradteil 32 des Abschirmteils 18 eine
Umdrehung gemacht hatte.
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Beispiel 2
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Als
Abschirmteil 18 wurde ein Blech aus nichtrostendem Stahl
mit einem Öffnungsanteil von 5% verwendet. Darüber
hinaus wurde Rubren (5,6,11,12-Tetraphenylnapthacen) als Gastmaterial 14 verwendet,
und Aluminium-tris(8-Hydroxychinolat) komplex (Alq3) wurde als Grundmaterial 15 verwendet.
Als Substrat 13 wurde eine Glasplatte mit einer quadratischen
Form mit einer Kantenlänge von 50 mm und einer Dicke von
0,7 mm verwendet.
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Als
Heizmittel für die erste und die zweite Bedampfungsquelle 16, 17 wurden
Widerstandsheizmittel verwendet, das Gastmaterial 14 und
das Grundmaterial 15 wurden auf eine Temperatur von 300°C
erhitzt, die Drehzahlgeschwindigkeit des Abschirmteils 18 wurde
auf 20 U/min eingestellt, und seine Umlaufgeschwindigkeit wurde
auf 10 U/min eingestellt, sodass die Bedampfungsgeschwindigkeit
für das Gastmaterial 14, die aufgrund der Daten
von dem Schichtdickensensor 34 für ein Gastmaterial
festgelegt worden war, auf 0,1 Å/s eingestellt wurde, und
die Bedampfungsgeschwindigkeit für das Grundmaterial 15,
die aufgrund der Daten von dem Schichtdickensensor 35 für
ein Grundmaterial festgelegt worden war, ebenfalls auf 0,1 Å/s
eingestellt wurde, wobei der Vakuumgrad in der Vakuumkammer 11 auf
10–5 Pa gehalten wurde. Dadurch
wurde eine aufgedampfte Schicht erhalten, in der das Grundmaterial 15 mit
0,05% Gastmaterial 14 dotiert war. Das Verhältnis der
Drehgeschwindigkeit und der Umlaufgeschwindigkeit wurde durch Ändern
des Verhältnisses des Teilkreisdurchmessers (pitch circle
diameter) des Abschirmteils 18 und des Abtriebsrads 24 eingestellt,
und die Umlaufoperation wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel
1 durchgeführt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Als
Abschirmteil 18 wurde ein Blech aus nichtrostendem Stahl
mit einem Öffnungsanteil, das heißt, einem Anteil
der Gesamtsumme der Oberflächen der Öffnungen 20 an
der Oberfläche des Abschirmteils 18, von 10% verwendet.
Darüber hinaus wurde Rubren (5,6,11,12-Tetraphenylnapthacen)
als Gastmaterial 14 verwendet, und Aluminium-tris(8-Hydroxychinolat)
komplex (Alq3) wurde als Grundmaterial 15 verwendet. Als Substrat 13 wurde
eine Glasplatte mit einer quadratischen Form mit einer Kantenlänge
von 50 mm und einer Dicke von 0,7 mm verwendet.
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Als
Heizmittel für die erste und die zweite Bedampfungsquelle 16, 17 wurden
Widerstandsheizmittel verwendet, das Gastmaterial 14 und
das Grundmaterial 15 wurden auf eine Temperatur von 300°C
erhitzt, sodass die Bedampfungsgeschwindigkeit für das
Gastmaterial 14, die aufgrund der Daten von dem Schichtdickensensor 34 für
ein Gastmaterial festgelegt worden war, auf 0,1 Å/s eingestellt
wurde, und die Bedampfungsgeschwindigkeit für das Grundmaterial 15,
die aufgrund der Daten von dem Schichtdickensensor 35 für
ein Grundmaterial festgelegt worden war, auf 1 Å/s eingestellt
wurde, wobei der Vakuumgrad in der Vakuumkammer 11 auf
10–5 Pa gehalten wurde. Es wurde
eine Anordnung verwendet, bei der das Abschirmteil 18 durch In-Betrieb-Setzen
des Antriebsmotors 25 an einer Eingriffposition des äußeren
Zahnradteils 32 des Abschirmteils 18 und des Antriebsrads 23 nur
zum Drehen veranlasst wurde. Die Drehzahlgeschwindigkeit des Abschirmteils 18 wurde
auf 10 U/min eingestellt, und es wurde eine aufgedampfte Schicht
erhalten, in der das Grundmaterial 15 mit 0,1% Gastmaterial 14 dotiert
war.
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Vergleichsbeispiel 2
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Unter
den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass
kein Abschirmteil 18 verwendet wurde und die Einstellungen
so waren, dass die Bedampfungsgeschwindigkeit für das Gastmaterial 14,
die aufgrund der Daten von dem Schichtdickensensor 34 für
ein Gastmaterial festgelegt worden war, auf 0,01 Å/s eingestellt
wurde, wurde eine aufgedampfte Schicht auf einer Glasplatte ausgebildet.
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Die
erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
| Dotiermaterialmenge
des Gastmaterials (%) | Schicht |
| 1.
Mal | 2.
Mal | 3.
Mal | 4.
Mal | 5.
Mal | 6.
Mal | Standardabweihung | Dickenungleichmäßigk.
des Gastmaterials |
Bsp.
1 | 0,113 | 0,101 | 0,118 | 0,115 | 0,103 | 0,091 | 0,01 | ±3% |
Bsp.
2 | 0,049 | 0,051 | 0,052 | 0,049 | 0,048 | 0,05 | 0,013 | ±3 |
Vergleichsb.
1 | 0,101 | 0,12 | 0,113 | 0,093 | 0,099 | 0,116 | 0,011 | ±5% |
Vergleichsb.
2 | 0,078 | 0,114 | 0,146 | 0,12 | 0,088 | 0,135 | 0,026 | ±5% |
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, wurde nachgewiesen, dass durch Ausbilden einer
Schicht unter Verwendung der vorliegenden Erfindung eine aufgedampfte
Schicht mit einer Dicke, die gleichmäßiger ist,
und einer Streuung der Dotiermaterialmenge des Gastmaterials 14 ausgebildet
werden kann, die kleiner als bei Verwendung der herkömmlichen
Technologie ist. Außerdem wurde nachgewiesen, dass dadurch,
dass dem Abschirmteil 18 eine komplexe Bewegung verliehen
wird, auch die Streuung der Dicke des Gastmaterials 14 verringert
werden kann. Die vorliegende Erfindung sollte als Erfindung aufgefasst
werden, die auf dem in ihren Ansprüchen beschriebenen Gegenstand
beruht, und außer dem in den vorstehenden Ausführungsformen
beschriebenen Gegenstand können zahlreiche Änderungen
oder Modifikationen implementiert werden, die Bestandteil des Konzepts
der vorliegenden Erfindung sind. Mit anderen Worten, der gesamte
Gegenstand in den vorstehenden Ausführungsformen beschränkt
die vorliegende Erfindung nicht, er enthält zahlreiche
Merkmale, die keine direkte Beziehung zu der vorliegenden Erfindung
haben, und er kann entsprechend der Anwendung oder dem Gegenstand
beliebig geändert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2003-193217 [0002, 0003, 0005, 0006, 0017, 0036]