JP2008056952A - 斜方蒸着装置、斜方蒸着方法及び液晶装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広がりのある被蒸着物の基板に対して斜方蒸着する場合、簡単な装置により必要な基板表面の膜厚・蒸着角特性を有する斜方蒸着膜を基板面全体にわたって形成すること、特に膜厚を均一な状態で蒸着する。
【解決手段】基板２を蒸着源１に対して、基板面の法線が基板２の中心と蒸着源１の中心を結ぶ基準線に対し規定の角度をなすように傾斜させ、基板表面に蒸着を行う斜方蒸着装置である。基準線と交差し蒸着物質の蒸気が流通可能な蒸気流通面４に流通密度制御手段を設け、蒸気流通面４の各位置を通過する蒸気流は、蒸着源１から基板２までの距離が近いほど流通密度が小さく、遠いほど流通密度が大きくなるように制御される。流通密度制御手段は、蒸気流通面４において回転する膜厚調整板５_１である。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板表面に液晶配向膜等の斜方蒸着膜を形成するのに好適な斜方蒸着装置、該斜方蒸着装置を使用した斜方蒸着方法、及び該斜方蒸着方法にて形成した無機配向膜を有する液晶装置の製造方法に関する。

画像表示を行う液晶装置の製造において、基板表面に液晶配向膜等の蒸着膜が形成されている。基板等の被蒸着物の表面に蒸着膜を形成する方法として斜方蒸着法がある。斜方蒸着法は、蒸着物質を被蒸着物の表面に対し斜めに導入することで、被蒸着物の表面に所定方向に配向した蒸着物質の柱状構造物（カラム）を形成することが可能な蒸着方法である。具体的には、特許文献１に記載されているような所定の蒸着装置を用いて行われる。
特開平０８−１３６９３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている斜方蒸着法においては、被蒸着物である基板上の位置によって蒸着角θ及び膜厚Ｔが異なるという問題がある。

本発明の目的は、広がりのある被蒸着物の基板に対して斜方蒸着する場合、簡単な装置により必要な基板表面の膜厚・蒸着角特性を有する斜方蒸着膜を基板面全体にわたって形成すること、特に膜厚を均一な状態で蒸着することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、蒸着源と基板の間に、蒸着源から基板までの距離に応じて蒸気の流通密度に変化を与える流通密度制御手段を設置したものである。

本発明の斜方蒸着装置は、基板を蒸着源に対して、基板面の法線が前記基板の中心と前記蒸着源の中心を結ぶ基準線に対し規定の角度をなすように傾斜させ、基板表面に蒸着を行う斜方蒸着装置において、前記基準線と交差し蒸着物質の蒸気が流通可能な蒸気流通面に流通密度制御手段を設け、前記蒸気流通面の各位置を通過する蒸気流は、前記蒸着源から前記基板までの距離が近いほど流通密度が小さく、遠いほど流通密度が大きくなるように制御されることを特徴とする。

本発明により、蒸着源と基板との距離が基板の表面における位置によって著しく異なる斜方蒸着において、装置を巨大化させず簡単な装置により基板表面に均一な膜厚の斜方蒸着膜を形成することができる。

本発明の斜方蒸着装置を液晶装置の基板表面に無機配向膜を蒸着する場合に応用すれば、配向膜の配向特性である膜厚の不均一に起因する液晶の配向不良が生じにくい。さらに、このような液晶装置を表示装置として使用した場合、液晶の配向不良に起因するコントラストの低下が少ない高品位の画像を表示することができる。

以下、本発明の斜方蒸着装置、斜方蒸着方法、及び液晶装置の製造方法について、図面を参照しつつその実施形態を説明する。

本発明は、斜方蒸着においてプレチルト角の変動要因である蒸着角と膜厚のうち、膜厚という他方の要因を固定したものである。一方の要因である蒸着角に関しては、液晶装置において、これを一定にしなくても一対の基板の相対的な配置により実質的に蒸着角のばらつきの影響を除くことができる。まず、その理由を説明する。

互いに対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、各基板の液晶層側の表面に反射電極もしくは透明電極を有し、その表面に無機配向膜が形成された構成の液晶装置を形成する場合である。

図９は、本発明の解決すべき課題を説明するための蒸着装置の概念図、図１０は、本発明の解決すべき課題を説明するための液晶装置の概念図である。

３１は蒸着源、３２は被蒸着物である基板、３３はカラム、３４はＶＡ液晶分子であり、蒸着角θ、膜厚Ｔ、成長角α、プレチルト角βとしている。

１０^−３〜１０^−６Ｐａ（パスカル）程度の真空中で蒸着源を抵抗あるいは電子ビームによって加熱し蒸着物質を蒸発させる。蒸着源の中心と基板の中心とを結ぶ基準線に対し基板面の法線のなす角が規定の角度θとなるようにセットされた基板に蒸着する。角度θは蒸着角である。これにより、基板表面に基板面の法線となす角α（成長角）のカラムを形成することが可能である。

このような斜方蒸着法を、例えば液晶の無機配向膜を形成するのに用いた場合、液晶分子を所定の角度β（プレチルト角）だけ傾斜させることが可能となる。例えば、蒸着物質としてＳｉＯ_２を用いた場合、蒸着角θが５５°〜７５°の範囲で蒸着すると、成長角αは３０°〜４０°となり、このような膜を垂直配向（ＶＡ）液晶の配向膜として使用した場合、プレチルト角βは０°〜３０°程度となる。

図１１は、本発明の解決すべき課題を説明するための蒸着装置の蒸着角、膜厚を説明する図である。

図１１に示すように基板の中心における蒸着角がθの場合、広がりのある基板において基板上の蒸着源から遠い場所では蒸着角はθ＋θ１に、基板上の蒸着源に近い場所では蒸着角はθ−θ２になることを見出した。これは、基板が点源に近い蒸着源と角度θに傾いた状態で蒸着され、基板の端面ほど蒸着源からの広がり角が大きくなるためである。

また、膜厚についても、基板の中心における膜厚がＴの場合、基板上の蒸着源から遠い場所では、膜厚はＴ−Ｔ１に、基板上の蒸着源に近い場所では、膜厚はＴ＋Ｔ２になることを見出した。これは、蒸着レートが蒸着距離の２乗に反比例するため、基板上の蒸着源から遠い場所では蒸着レートが遅くなり、基板上の蒸着源に近い場所では蒸着レートが速くなるためである。このように蒸着角や膜厚が基板の位置によって異なる場合、カラムの成長角や膜厚も位置によって異なるものとなる。このような蒸着膜を液晶の無機配向膜として用いた場合には、液晶分子のプレチルト角も基板面上の位置により異なってくる場合があることを見出した。

具体的には、基板上の蒸着源から遠い場所では蒸着角が大きくなることでプレチルト角は大きくなる場合があり、膜厚が薄くなることでプレチルト角は小さくなる場合があることを見出した。また、基板上の蒸着源に近い場所では、蒸着角が小さくなることでプレチルト角は小さくなる場合があり、膜厚が厚くなることでプレチルト角は大きくなる場合があることを見出した。膜厚と蒸着角は、互いに逆の方向にプレチルト角を変動させる複合要因となり、その結果、液晶層の電気光学的特性が位置によって変化する。液晶装置を製造した場合には表示画面全体にわたって一様なコントラストが得られなくなる場合があることを見出した。

この問題は蒸着角と膜厚というプレチルト角に対する二つの複合要因が複雑に作用するためであり、どちらか一方を固定することができれば問題は簡素化される。

一方の要因である蒸着角に関し、蒸着源が点源に近い蒸着装置において蒸着角を一定にすることが提案されている。蒸着源と基板等の被蒸着物との距離を長くすることで、被蒸着物の位置による蒸着源とのなす角度の差を相対的に小さくするという方法がある。それ以外に、有効蒸着領域をスリット等で狭め、被蒸着物を有効蒸着領域内で走査させる方法もある。しかし、装置の巨大化・複雑化、蒸着レートの低下など、いずれも量産装置としては課題が残されている。

そこで、他方の要因である膜厚に関し、基板上の被蒸着物の位置によらず均一な膜厚の斜方蒸着膜を得ることができれば、被蒸着物の位置による膜厚のばらつきが原因のプレチルト角の変動が回避されることを見出した。

図１２は、一対の基板を貼り合わせた液晶装置の概念図、図１３は、液晶装置の蒸着角依存自己補正のグラフである。

図１２のように互いに対向する基板３２に形成されたカラム３３の配向を互いに向き合うように貼り合わせる。膜厚が一定の場合、基板３２中心付近は蒸着角θで形成された成長角αのカラム同士が向き合うことで液晶はプレチルト角βになる。基板の両端付近は蒸着角θ+θ１、θ−θ２で形成された成長角α＋α１、α−α２のカラム同士が向き合うことになる。これにより、プレチルト角は、蒸着角θ＋θ１で形成された成長角α＋α１同士が向き合った場合のプレチルト角β＋β１と、蒸着角θ−θ２で形成された成長角α−α２同士が向き合った場合のプレチルト角β−β２の平均値付近に収束する。

具体的には、図１３のように基板３２中心からの距離によらずプレチルト角はβに近い値に自己補正される。このように、互いに対向する基板に形成されたカラムの配向を互いに向き合うように貼り合わせることにより、プレチルト角に対する二つの変動要因である膜厚と蒸着角のうち、蒸着角の影響は緩和可能である。

したがって、被蒸着物の位置によらず均一な膜厚の斜方蒸着膜を得ることができれば、被蒸着物の位置による膜厚のばらつきが原因のプレチルト角の変動が回避される。そして、上述のような一対の基板の配置により、一様な画像コントラストを有する液晶装置の実現につながる。

次に、各実施形態に共通の概要について説明する。

前述したように、斜方蒸着の場合、広がりのある被蒸着物の基板を蒸着源に対して一定角度傾けた状態で蒸着するため、基板の位置によって蒸着源との距離が著しく異なる。このため、蒸着源からの流通密度が一定だと逆に基板の位置による膜厚のばらつきが大きくなってしまう。そこで、流通密度制御手段により、蒸着源と基板との間に設定された蒸気流通面の各位置を通過する蒸気流の流通密度を、蒸着源から基板までの距離に応じて制御する。すなわち蒸着源から基板までの距離が近いほど流通密度を小さく、蒸着源から基板までの距離が遠いほど流通密度を大きくするように制御する。それにより、基板の位置によらず均一な膜厚の斜方蒸着膜を得る。

そして、得られた斜方蒸着膜を無機配向膜として使用した液晶装置の製造において、互いに対向する基板に形成されたカラムの配向を互いに向き合うように貼り合わせることで、基板の位置による膜厚・蒸着角のばらつきが原因のプレチルト角の変動が回避される。

（蒸着装置）
図１は、各実施形態、特に実施形態１，２に共通の蒸着装置の構造を示す概念図である。実施形態３〜５では、基板と基板支持部の代わりに基板を複数固定した基板ホルダとなる。

蒸着装置１０は、蒸着室６と蒸着室６を真空にするための真空ポンプ７を備え、蒸着室６内において、蒸着物質の蒸気を生じさせる蒸着源１と、被蒸着物の基板２とを備えている。基板２は、基板支持部３により支持され、基板面の法線が基板２の中心と蒸着源１の中心とを結ぶ基準線に対し規定の角度（蒸着角θ）傾斜させている。蒸着源１と基板２との間で基準線と交差し、蒸着物質の蒸気が流通する蒸気流通面４において、蒸気流通面４を通過する単位時間・単位面積あたりの蒸気の流通密度を制御することが可能な流通密度制御手段５がある。

（蒸着方法）
この場合の蒸着方法は、まず基板支持部３に基板２を規定の角度（蒸着角θ）でセットし、次に真空ポンプ７を作動させ蒸着室６内部を真空にし、さらに加熱装置（図示略）によって蒸着源１を加熱し蒸着源１から蒸気を生じせしめる。蒸着源１から基板２に向かう蒸気は、蒸気流通面４において流通密度制御手段５により、蒸着源１と基板２の距離が近い領域に到達する蒸気流は流通密度を小さく、蒸着源１と基板２の距離が遠い領域に到達する蒸気流は流通密度を大きく制御される。基板２の位置によらず一定の膜厚の斜方蒸着膜を形成する。

（実施形態１）
図２は、実施形態１の蒸着装置の構造を示す図である。

図１の概念図における流通密度制御手段５の具体的な構造である膜厚調整板５_１を示している。膜厚調整板５_１は回転軸８_１を中心に回転する。

図３は、膜厚調整板の具体的な構造を示す。図３（ａ）は遮蔽部のフィンの数が２個の例、図３（ｂ）は３個の例を示している。

回転軸８_１に近いほど非遮蔽部（開口部）１２に対する遮蔽部１３の割合が小さく、回転軸８_１から遠いほど非遮蔽部１２に対する遮蔽部１３の割合が大きく形成されている。図２における蒸着源１と基板２の距離が遠いほど単位時間・単位面積あたりに蒸気流通面４を通過する蒸気の流通密度を大きく、距離が近いほど単位時間・単位面積あたりに蒸気流通面４を通過する蒸気の流通密度を小さく制御することが可能である。図３における遮蔽部のフィンの数は図では２もしくは３個だが、その形状・数は限定されるものではない。また、非遮蔽部１２は、径方向に連続的に流通密度を減少させるように変化しているが、径方向に段階的に変化させてもよい。

（実施形態２）
図４は、実施形態２の蒸着装置の構造を示す図である。

図１の概念図における流通密度制御手段５の具体的な構造である膜厚調整板５_２はを示している。膜厚調整板５_２は回転軸８_２を中心に回転する。

図５は、膜厚調整板の具体的な構造を示す。図５（ａ）は遮蔽部のフィンの数が２個の例、図５（ｂ）は３個の例である。

回転軸８_２に近いほど非遮蔽部２３に対する遮蔽部２２の割合が大きく、回転軸８_２から遠いほど非遮蔽部２３に対する遮蔽部２２の割合が小さく形成されている。図４における蒸着源１と基板２の距離が遠いほど単位時間・単位面積あたりに蒸気流通面４を通過する蒸気の流通密度を大きく、距離が近いほど単位時間・単位面積あたりに蒸気流通面４を通過する蒸気の流通密度を小さく制御することが可能である。図５における遮蔽部のフィンの数は図では２もしくは３個だが、その形状・数は限定されるものではない。また、非遮蔽部２３は、径方向に連続的に流通密度を増加させるように変化しているが、径方向に段階的に変化させてもよい。

（実施形態３）
図６は、実施形態３の蒸着装置の構造を示す図である。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は側面図である。

流通密度制御手段である膜厚調整板５_３は蒸着室に固定されており、複数の基板２は基板ホルダ１１_１に中心から放射状に保持される。基板ホルダ１１_１は回転軸９_１を中心に回転し、各基板２において規定の角度（蒸着角θ）は一定に保たれる。基板ホルダ１１_１には回転軸９_１に近くなるほど蒸着源１と基板２との距離が遠くなり、回転軸９_１から遠くなるほど蒸着源１と基板２との距離が近くなるように基板２がセットされている。膜厚調整板５_３は、回転軸９_１に近いほど遮蔽率が小さくなり回転軸９_１から遠いほど遮蔽率が大きくなるように形成されている。基板ホルダ１１_１及び膜厚調整板５_３の形状・数は限定されるものではない。また、膜厚調整板５_３は、その非遮蔽部が一方向（回転軸９_１の方向）に連続的に蒸気流通密度を増加させるように変化しているが、一方向に段階的に変化させてもよい。

（実施形態４）
図７は、実施形態４の蒸着装置の構造を示す図である。図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は側面図である。

流通密度制御手段である膜厚調整板５_４は蒸着室に固定されており、複数の基板２は基板ホルダ１１_２に中心から放射状に保持される。基板ホルダ１１_２は回転軸９_２を中心に回転し、各基板２において規定の角度（蒸着角θ）は一定に保たれる。基板ホルダ１１_２には回転軸９_２に近くなるほど蒸着源１と基板２との距離が近くなり、回転軸９_２から遠くなるほど蒸着源１と基板２との距離が遠くなるように基板２がセットされている。膜厚調整板５_４は、回転軸９_２に近いほど遮蔽率が大きくなり回転軸９_２から遠いほど遮蔽率が小さくなるように形成されている。基板ホルダ１１_２及び膜厚調整板５_４の形状・数は限定されるものではない。また、膜厚調整板５_４は、その非遮蔽部が一方向（回転軸９_２の方向）に連続的に流通密度を減少させるように変化しているが、一方向に段階的に変化させてもよい。

（実施形態５）
図８は、実施形態５の蒸着装置の構造を示す図である。に示す。図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は側面図である。

流通密度制御手段である膜厚調整板５_５以外は、実施形態４と同様である。

膜厚調整板５_５は回転軸８_３を中心に回転する。膜厚調整板５_５は、回転軸８_３に近いほど遮蔽率が小さくなり回転軸８_３から遠いほど遮蔽率が大きくなるように形成されている。基板ホルダ及び膜厚調整板の形状・数は限定されるものではない。また、膜厚調整板５_５は、その非遮蔽部が径方向に連続的に流通密度を減少させるように変化しているが、径方向に段階的に変化させてもよい。

各実施形態、特に実施形態１，２に共通の蒸着装置の構造を示す概念図 実施形態１の蒸着装置の構造を示す図 実施形態１の蒸着装置が有する膜厚調整板を示す図、図３（ａ）は遮蔽部のフィンの数が２個の例、図３（ｂ）は３個の例 実施形態２の蒸着装置の構造を示す図 実施形態２の蒸着装置が有する膜厚調整板を示す図、図５（ａ）は遮蔽部のフィンの数が２個の例、図５（ｂ）は３個の例 実施形態３の蒸着装置の構造を示す図、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図 実施形態４の蒸着装置の構造を示す図、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図 実施形態５の蒸着装置の構造を示す図、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図 蒸着装置の概念図 液晶装置の概念図 蒸着装置の蒸着角、膜厚を説明する図 一対の基板を貼り合わせた液晶装置の概念図 液晶装置の蒸着角依存自己補正のグラフ

符号の説明

１…蒸着源
２…基板
３…基板支持部
４…蒸気流通面
５…流通密度制御手段
５_１，５_２，５_３…膜厚調整板
６…蒸着室
７…真空ポンプ
８_１，８_２，８_３…回転軸
９_１，９_２，９_３…回転軸
１０…蒸着装置
１１_１，１１_２，１１_３…基板ホルダ
１２，２２…遮蔽部
１３，２３…非遮蔽部

Claims (6)

1. 基板を蒸着源に対して、基板面の法線が前記基板の中心と前記蒸着源の中心を結ぶ基準線に対し規定の角度をなすように傾斜させ、基板表面に蒸着を行う斜方蒸着装置において、
   前記基準線と交差し蒸着物質の蒸気が流通可能な蒸気流通面に流通密度制御手段を設け、前記蒸気流通面の各位置を通過する蒸気流は、前記蒸着源から前記基板までの距離が近いほど流通密度が小さく、遠いほど流通密度が大きくなるように制御されることを特徴とする斜方蒸着装置。
2. 前記基板を複数固定した基板ホルダを有し、前記基板ホルダは、前記複数の基板における前記規定の角度を保ちながら回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の斜方蒸着装置。
3. 前記流通密度制御手段は、前記蒸気流通面において固定された膜厚調整板であり、前記膜厚調整板は、一方向に連続的又は段階的に流通密度を変化させる非遮蔽部を有することを特徴とする請求項２に記載の斜方蒸着装置。
4. 前記流通密度制御手段は、前記蒸気流通面において回転可能な膜厚調整板であり、前記膜厚調整板は、その径方向に連続的又は段階的に流通密度を変化させる非遮蔽部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の斜方蒸着装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の斜方蒸着装置を用いた蒸着方法であって、前記基板に対し、前記蒸着源から前記蒸気流通面を介して蒸着物質を蒸着させることを特徴とする斜方蒸着方法。
6. 互いに対向する一対の基板間に液晶層が挟持され、該一対の基板の液晶層側表面に反射電極又は透明電極を有し、前記反射電極又は前記透明電極の液晶層側の表面に無機配向膜が形成された液晶装置の製造方法であって、請求項５に記載の斜方蒸着方法によって前記基板の表面に前記無機配向膜を蒸着形成することを特徴とする液晶装置の製造方法。

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