JP2014173169A

JP2014173169A - 蒸発源装置

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Publication number: JP2014173169A
Application number: JP2013049258A
Authority: JP
Inventors: Keita Misawa; 啓太三澤; Shuji Maki; 修治牧; Yoshihito Kobayashi; 義仁小林; Yoshinari Kondo; 喜成近藤; Naohito Yamada; 尚人山田; Kazuhiro Watanabe; 一弘渡邊; Masahiro Yamazaki; 将大山崎; Eiichi Matsumoto; 栄一松本
Original assignee: Canon Tokki Corp
Current assignee: Canon Tokki Corp
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-09-22
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: WO2014142097A1; KR20150123809A; TW201506177A; TWI617683B; JP6250940B2; KR102013013B1

Abstract

【課題】例えば大型基板蒸着用のルツボにおいて優れた省エネルギー効果を発揮可能な蒸発源装置の提供。
【解決手段】蒸着材料１が収容されるルツボ本体２にルツボ開口部３を突設形成し、前記ルツボ本体２を加熱する本体加熱部４と前記ルツボ開口部３を加熱する開口部加熱部５とを備えた蒸発源装置であって、前記ルツボ開口部３の加熱開始時間を前記ルツボ本体２の加熱開始時間より遅らせ、且つ、前記ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達する前に前記ルツボ開口部３の加熱を開始するように、前記開口部加熱部５を制御する加熱制御部を設けて、前記ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達した際に、前記ルツボ開口部３の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達しているように構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、蒸発源装置に関するものである。

例えば、図１に図示したように、蒸着材料31が収容されるルツボ本体32に、このルツボ本体32に収容され加熱された前記蒸着材料31を噴出するノズル状のルツボ開口部33を突設形成し、前記ルツボ本体32を加熱する本体加熱部34と前記ルツボ開口部33を加熱する開口部加熱部35とを夫々設けた蒸発源装置がある。

このような蒸発源装置においては、ルツボ本体32で蒸発若しくは昇華した蒸着材料31がルツボ開口部33に付着することによる目詰まりを防止するため、このルツボ開口部33の温度を、ルツボ本体32の温度以上とした状態で蒸着を行っている。

具体的には、従来の蒸発源装置においては、例えば特許文献１に開示されるように開口部加熱部35による加熱を本体加熱部34による加熱より先に開始するように制御するか、若しくは、図２に図示したように、本体加熱部34と開口部加熱部35とが同時に加熱を開始するように制御することで、ルツボ開口部33の温度を、確実に蒸着材料31の溶融温度若しくは昇華温度以上とした状態で蒸着を行っている。図２中、曲線ａ１はルツボ本体32の温度、曲線ａ２は本体加熱部34の加熱出力、曲線ｂ１はルツボ開口部33の温度、曲線ｂ２は開口部加熱部35の加熱出力の時間に対する変化を夫々示す。

特開２００６−１８８７６３号公報

ところで、上述のように開口部加熱部を制御する場合、確実にルツボ開口部の温度を蒸着材料の蒸発温度若しくは昇華温度以上とした状態で蒸着を行うことが可能であるが、本発明者等は、近年の基板サイズの大型化により蒸発源が大型化し、それに伴いルツボ開口部数も増加しており、蒸発源を加熱する際の消費エネルギーの増加が問題となっていることから、上述の開口部加熱部の加熱制御に着目し、種々の検討の結果、以下の知見を得た。

即ち、ルツボ開口部は、通常ルツボ本体よりも熱容量が小さく、ルツボ本体に比し加熱時間は短くて良いと考えられ、よって、ルツボ本体の加熱開始時間よりもルツボ開口部の加熱開始時間を遅らせるか、若しくは、ルツボ本体の温度が蒸着材料の溶融温度若しくは昇華温度に達する以前は加熱出力を小さくしても、ルツボ開口部の温度をルツボ本体より高くした状態で蒸着を行えるのではないかと考えた。

本発明は、発明者等の上記知見に基づき完成したもので、ルツボ開口部の加熱のための消費エネルギーを抑制して、例えば大型基板蒸着用のルツボにおいて優れた省エネルギー効果を発揮可能な蒸発源装置を提供することを目的としている。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

蒸着材料１が収容されるルツボ本体２に、このルツボ本体２に収容され加熱された前記蒸着材料１を噴出するルツボ開口部３を突設形成し、前記ルツボ本体２を加熱する本体加熱部４と前記ルツボ開口部３を加熱する開口部加熱部５とを備えた蒸発源装置であって、前記ルツボ開口部３の加熱開始時間を前記ルツボ本体２の加熱開始時間より遅らせ、且つ、前記ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達する前に前記ルツボ開口部３の加熱を開始するように、前記開口部加熱部５を制御する加熱制御部を設けて、前記ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達した際に、前記ルツボ開口部３の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達しているように構成したことを特徴とする蒸発源装置に係るものである。

また、蒸着材料１が収容されるルツボ本体２に、このルツボ本体２に収容され加熱された前記蒸着材料１を噴出するルツボ開口部３を突設形成し、前記ルツボ本体２を加熱する本体加熱部４と前記ルツボ開口部３を加熱する開口部加熱部５とを備えた蒸発源装置であって、前記ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達する前に前記ルツボ開口部３の加熱を開始するように、前記開口部加熱部５を制御する加熱制御部を設け、この加熱制御部は、前記ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に近づくにつれて前記開口部加熱部５の加熱出力を徐々に大きくしながら前記ルツボ開口部３を加熱するように構成して、前記ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達した際に、前記ルツボ開口部３の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達しているように構成したことを特徴とする蒸発源装置に係るものである。

また、前記ルツボ本体２の熱容量に比し前記ルツボ開口部３の熱容量が小さくなるように前記ルツボ開口部３の形状を設定して、前記本体加熱部４の消費エネルギーに比し前記開口部加熱部５の消費エネルギーが少なくなるように構成したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の蒸発源装置に係るものである。

また、前記ルツボ開口部３の突出先端側ほど熱容量が小さくなるように前記ルツボ開口部３の形状を設定したことを特徴とする請求項３記載の蒸発源装置に係るものである。

また、前記ルツボ開口部３は前記ルツボ本体２より熱伝導率が大きい材質から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発源装置に係るものである。

また、前記開口部加熱部５は、前記ルツボ開口部３の周囲に設けられるメッシュ状の円筒部材７と、この円筒部材７の周囲に設けられる加熱ヒータと、この加熱ヒータの周囲に設けられる熱反射部材９とを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蒸発源装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、ルツボ開口部の加熱のための消費エネルギーを抑制して、例えば大型基板蒸着用のルツボにおいて優れた省エネルギー効果を発揮可能な蒸発源装置となる。

蒸発源装置の概略説明断面図である。従来の温度制御パターンを示す概略説明図である。本実施例の温度制御パターンを示す概略説明図である。本実施例の概略説明断面図である。蒸発源装置の一構成例を示す概略説明断面図である。蒸発源装置の一構成例を示す概略説明断面図である。蒸発源装置の一構成例を示す概略説明断面図である。蒸発源装置の一構成例を示す概略説明断面図である。蒸発源装置の一構成例を示す概略説明断面図である。蒸発源装置の一構成例を示す概略説明断面図である。温度制御パターンの一例を示す概略説明図である。温度制御パターンの一例を示す概略説明図である。温度制御パターンの一例を示す概略説明図である。蒸発源装置の一構成例を示す要部の拡大概略説明断面図である。蒸発源装置の一構成例を示す分解説明斜視図である。蒸発源装置の一構成例を示す分解説明斜視図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

真空槽内に配置されたルツボにより基板に蒸着を行う際、ルツボ開口部３の加熱開始時間をルツボ本体２の加熱開始時間より遅らせ、且つ、ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達する前にルツボ開口部３の加熱を開始するように、開口部加熱部５を制御する。

即ち、開口部加熱部５による加熱を本体加熱部４による加熱より先に開始するように制御したり、本体加熱部４と開口部加熱部５とが同時に加熱を開始するように制御したりするのではなく、開口部加熱部５による加熱を遅らせることで、後から加熱する分だけ開口部加熱部５の消費エネルギーを抑制することが可能となる。特に、大型基板蒸着用のルツボの場合、ルツボ開口部数が増加し、省エネルギー効果が大きくなる。

具体的には、図３に図示したルツボ開口部３の温度及び開口部加熱部５の加熱出力の変化を示す曲線Ｂ１及びＢ２のように、ルツボ本体２の温度変化を示す曲線Ａ１が蒸着材料１の昇華温度に達する少し前から加熱を開始し、曲線Ａ１が蒸着材料１の昇華温度に達した時点ではルツボ開口部３の温度が当該昇華温度以上となっているように開口部加熱部５の加熱出力制御を行う。曲線ｂ１及びｂ２は、図２から投影した従来の蒸発源装置のルツボ開口部33の温度及び開口部加熱部35の加熱出力の変化を示す。また、曲線Ａ２は本体加熱部４の加熱出力の変化を示す。

従って、図３において、従来の蒸発源装置の開口部加熱部35の加熱出力を示す曲線ｂ２と本発明の開口部加熱部５の加熱出力示す曲線Ｂ２で囲まれた領域Ｘの分だけ開口部加熱部５の消費エネルギーを抑制することが可能となる。

ここで、開口部加熱部５による加熱を遅らせても、通常、ルツボ開口部３の熱容量はルツボ本体２に比し小さく、それだけ加熱時間は短くて済み、よって、ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達した際に、ルツボ開口部３の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達しているようにしておくことは、容易に達成できる。

また、開口部加熱部５による加熱を遅らせるのではなく、例えば、開口部加熱部５による加熱出力を加熱開始時は小さく設定し、ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に近づくにつれて徐々に大きくなるように制御することで、当初の加熱出力を小さくした分だけ開口部加熱部５の消費エネルギーを抑制することが可能となる。また、この場合、徐々にルツボ開口部３を加熱でき、ルツボ全体の温度ムラが抑制される。

また、例えば、特にルツボ開口部３の熱容量が小さくなるようにルツボ開口部３の形状を設定したり、ルツボ開口部３の突出先端側に近いほど熱容量が小さくなるようにルツボ開口部３の形状を設定したり、ルツボ開口部３をルツボ本体２より熱伝導率が大きい材質で構成したりすることで、よりルツボ開口部３の加熱時間を短くすることが可能となり、それだけルツボ開口部３の加熱開始時間をルツボ本体２の加熱開始時間より遅らせて、一層消費エネルギーを抑制することが可能となる。

また、例えば、開口部加熱部５を、ルツボ開口部３の周囲に設けられるメッシュ状の円筒部材７と、この円筒部材の周囲に設けられる加熱ヒータと、この加熱ヒータの周囲に設けられる熱反射部材９とを備えた構成とした場合には、製造容易にしてルツボ開口部３をより効率的に加熱可能な開口部加熱部５となる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、蒸着装置の真空槽において例えば有機材料を基板に蒸着するために用いられる蒸発源装置である。

具体的には、本実施例は、蒸着材料１が収容されるルツボ本体２に、このルツボ本体２に収容され加熱された前記蒸着材料１を噴出するルツボ開口部３を突設形成し、前記ルツボ本体２を加熱する本体加熱部４と前記ルツボ開口部３を加熱する開口部加熱部５とを備えた蒸発源装置であって、前記ルツボ開口部３の加熱開始時間を前記ルツボ本体２の加熱開始時間より遅らせ、且つ、前記ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達する前に前記ルツボ開口部３の加熱を開始するように、前記開口部加熱部５を制御する加熱制御部を設けて、前記ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達した際に、前記ルツボ開口部３の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達しているように構成したものである。

ルツボ本体２には蒸着材料１が収容され、ルツボ本体２の天面、側面及び底面には、夫々本体加熱部４としてのシーズヒータをルツボ本体２の長手方向に沿って設けている。

ルツボ開口部３は、ルツボ本体２の天面に突設された円筒ノズル状であり、ルツボ本体２の長手方向に沿ってライン状に複数並設されている。このルツボ開口部３の周面には、開口部加熱部５としてのシーズヒータを巻回状態で設けている。なお、基板の被成膜面がルツボ本体２の天面のルツボ開口部３と対向するように夫々真空槽内に配置される。

本実施例においては、ルツボ開口部３は、その熱容量をより小さくするために、図４に図示したように、ルツボ本体２に比し十分肉薄な形状としている。具体的には、ルツボ本体２のいずれかの壁面の肉厚の１／４（本実施例では約１／５）以下の肉厚となるように設定している。なお、例えば図５に図示したように、ルツボ開口部３を肉薄形状とせずに、突出長を短くすることで熱容量を小さくするように構成しても良い。

また、ルツボ開口部３の突出先端側ほど熱容量が小さくなるように構成した場合には、より加熱時間を短くすることが可能となる。例えば、図６に図示したようにルツボ開口部３の内径を突出先端側ほど拡径する形状としたり、図７に図示したようにルツボ開口部３の外径を突出先端側ほど縮径する形状としたり、図８に図示したようにルツボ開口部の内径及び外径を突出先端側ほど縮径し且つ肉厚を一定とした形状としたり、図９に図示したようにルツボ加工部の内径及び外径を突出先端側ほど縮径し且つ突出先端側ほど肉薄になるような形状を採用できる。

また、ルツボ開口部３はルツボ本体２と別体として、ルツボ本体２より熱伝導率が大きい材質から成るものとしても良い。例えば、ルツボ本体２を例えばタンタルで構成し、ルツボ開口部３を例えばアルミニウム合金で構成する。具体的には、図１０に図示したように、ルツボ本体２の天面に高熱伝導率素材から成るルツボ開口部３を取り付ける構成としても良い。この場合、ルツボ開口部３の基端部にはフランジ部６を設けてフランジ部６をボルト等でルツボ本体２に取り付けるように構成する。

また、本体加熱部４及び開口部加熱部５は、夫々加熱制御部（図示省略）により加熱出力（電力）が制御されて、ルツボ本体２及びルツボ開口部３の温度制御を行う。例えば、一般的なＰＩＤ温度制御装置等を各加熱部に夫々設け、これらで予め設定した所定のパターンで各加熱部の加熱出力を夫々制御する。

本実施例においては、上述したように、図３に図示したようなパターンで本体加熱部４及び開口部加熱部５の加熱出力を制御する。即ち、ルツボ開口部３の温度及び開口部加熱部５の加熱出力の変化を示す曲線Ｂ１及びＢ２のように、ルツボ本体２の温度変化を示す曲線Ａ１が蒸着材料１の昇華温度に達する少し前から加熱を開始し、曲線Ａ１が蒸着材料１の昇華温度に達した時点ではルツボ開口部３の温度が当該昇華温度以上となっているように開口部加熱部５の加熱出力制御を行う。

蒸着に際し、開口部加熱部５の加熱開始時間は、本体加熱部４による加熱開始時間より遅ければいつでも良いが、消費エネルギー抑制効果を最大限得るために、可及的に遅くするのが望ましい。例えば、図１１に図示したように、加熱開始時間を遅らせることで急速加熱が必要となり一時的に加熱出力を大きくする必要があった場合、曲線Ｂ２及びｂ２で囲まれた領域Ｙの分だけ消費エネルギーが増加することになるが、領域Ｙは加熱開始時間を遅らせることで広くなった領域Ｘに比し十分小さく、容易に相殺できるためである。

なお、図１２及び１３に図示したように、開口部加熱部５の加熱出力を、徐々に大きくしながらルツボ開口部３を加熱するように加熱制御部を構成して、ルツボ本体２の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達した際に、ルツボ開口部３の温度が蒸着材料１の溶融温度若しくは昇華温度に達しているように構成しても良い。この場合、開口部加熱部５の加熱開始時間は、ルツボ開口部３の加熱開始時間以前であっても良い。また、図１２に示したのは制御間隔を粗く設定し段階的に加熱出力を大きくするパターンであり、図１３に示したのは制御間隔を細かくして連続的に加熱出力を大きくするパターンである。制御間隔を細かくする方が、オーバーシュートを可及的に小さくできるため、より好ましい。

また、ルツボ開口部３の周囲にシーズヒータを直接巻回状態に設けるのではなく、ルツボ開口部３の周囲にメッシュ状の円筒部材７を設け、この円筒部材７の周囲にシーズヒータ８を巻回状態に設け、このシーズヒータ８の周囲に円筒状の熱反射部材９を設ける構成としても良い。また、メッシュ状の円筒部材７は、図１５に図示したような円形窓10を多数並設する構成や、図１６に図示したような方形窓11を多数並設する構成など、シーズヒータの熱をルツボ開口部３に良好に伝達できる構成であれば自由に設定できる。

この場合、熱反射部材９を設けることで、シーズヒータ８により一層効率的にルツボ開口部３を加熱することが可能となる。また、シーズヒータ８を熱反射部材９の内面に取り付ける場合に比し、シーズヒータ８をメッシュ状の円筒部材７に被嵌して一体化することは容易であり、それだけ開口部加熱部５の製造及び配置が容易となる。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１蒸着材料
２ルツボ本体
３ルツボ開口部
４本体加熱部
５開口部加熱部

Claims

蒸着材料が収容されるルツボ本体に、このルツボ本体に収容され加熱された前記蒸着材料を噴出するルツボ開口部を突設形成し、前記ルツボ本体を加熱する本体加熱部と前記ルツボ開口部を加熱する開口部加熱部とを備えた蒸発源装置であって、前記ルツボ開口部の加熱開始時間を前記ルツボ本体の加熱開始時間より遅らせ、且つ、前記ルツボ本体の温度が蒸着材料の溶融温度若しくは昇華温度に達する前に前記ルツボ開口部の加熱を開始するように、前記開口部加熱部を制御する加熱制御部を設けて、前記ルツボ本体の温度が蒸着材料の溶融温度若しくは昇華温度に達した際に、前記ルツボ開口部の温度が蒸着材料の溶融温度若しくは昇華温度に達しているように構成したことを特徴とする蒸発源装置。
蒸着材料が収容されるルツボ本体に、このルツボ本体に収容され加熱された前記蒸着材料を噴出するルツボ開口部を突設形成し、前記ルツボ本体を加熱する本体加熱部と前記ルツボ開口部を加熱する開口部加熱部とを備えた蒸発源装置であって、前記ルツボ本体の温度が蒸着材料の溶融温度若しくは昇華温度に達する前に前記ルツボ開口部の加熱を開始するように、前記開口部加熱部を制御する加熱制御部を設け、この加熱制御部は、前記ルツボ本体の温度が蒸着材料の溶融温度若しくは昇華温度に近づくにつれて前記開口部加熱部の加熱出力を徐々に大きくしながら前記ルツボ開口部を加熱するように構成して、前記ルツボ本体の温度が蒸着材料の溶融温度若しくは昇華温度に達した際に、前記ルツボ開口部の温度が蒸着材料の溶融温度若しくは昇華温度に達しているように構成したことを特徴とする蒸発源装置。
前記ルツボ本体の熱容量に比し前記ルツボ開口部の熱容量が小さくなるように前記ルツボ開口部の形状を設定して、前記本体加熱部の消費エネルギーに比し前記開口部加熱部の消費エネルギーが少なくなるように構成したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の蒸発源装置。
前記ルツボ開口部の突出先端側ほど熱容量が小さくなるように前記ルツボ開口部の形状を設定したことを特徴とする請求項３記載の蒸発源装置。
前記ルツボ開口部は前記ルツボ本体より熱伝導率が大きい材質から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発源装置。
前記開口部加熱部は、前記ルツボ開口部の周囲に設けられるメッシュ状の円筒部材と、この円筒部材の周囲に設けられる加熱ヒータと、この加熱ヒータの周囲に設けられる熱反射部材とを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蒸発源装置。