JP2014189807A

JP2014189807A - 蒸発源装置

Info

Publication number: JP2014189807A
Application number: JP2013063941A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Kondo; 喜成近藤; Kazuhiro Watanabe; 一弘渡邊; Yoshihito Kobayashi; 義仁小林; Keita Misawa; 啓太三澤; Shuji Maki; 修治牧; Naohito Yamada; 尚人山田; Masahiro Yamazaki; 将大山崎; Eiichi Matsumoto; 栄一松本
Original assignee: Canon Tokki Corp
Current assignee: Canon Tokki Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-06
Also published as: KR20210049951A; TWI654325B; KR102646510B1; WO2014156750A1; KR20220123757A; KR20150133183A; TW201510252A

Abstract

【課題】ルツボの細かい温度制御が可能で、より短時間でルツボの温度分布を最適化して均一な膜厚分布を有する薄膜を成膜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２にその長手方向に沿って主ヒータ３を設け、この主ヒータ３を設けた前記ルツボ２の少なくとも長手方向両端部に夫々補助ヒータ４を設け、前記ルツボ２の長手方向両端部を前記主ヒータ３及び補助ヒータ４で加熱制御し得るように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸発源装置に関するものである。

蒸着材料が収容されるルツボを備え、このルツボを加熱して蒸着材料を蒸発させて基板上に薄膜を成膜する蒸着装置においては、例えば、ルツボにその長手方向に沿ってライン状に複数の材料放出口を並設し、このルツボの長手と直交する方向に基板を移動させることで蒸着を行っている。

ところで、上記構成のルツボで蒸着を行う際には、ルツボの長手方向両端部ほど冷え易いことから、長手方向両端部ほど温度が低く中央付近ほど温度が高いムラのある温度分布となることが多い。

そのため、ルツボの中央付近と長手方向両端部とで材料放出口からの材料放出量に差異が生じ、従って、基板上に成膜される薄膜も、基板の両端側ほど膜厚が薄く中央付近ほど膜厚が厚いムラのある膜厚分布となる場合がある。

そこで、蒸着の際にルツボの長手方向における温度分布を均一化して基板上に成膜される薄膜の膜厚分布を均一化すべく、例えば、特許文献１に開示されるように、ルツボを複数領域に分割して夫々の領域についてルツボの温度制御を行う温度制御手段を備える技術、即ち、ルツボ長手方向に複数のヒータを並設してこれらを個別に温度制御する技術が提案されている。

具体的には、特許文献１には、冷え易いルツボの長手方向両端部の温度が中央付近と同温度となるように、長手方向両端部のヒータの出力を中央付近のヒータの出力より高くすることで、温度分布の改善を行う旨が開示されている。

しかしながら、複数のヒータをルツボ長手方向に並設し、これらを個別に温度制御する場合、全てのヒータを常温（２５℃程度）から蒸着温度（３５０℃以上）までコントロールする必要があり、それだけ出力が大きくなり細かい温度制御を行い難いという問題点がある。また、各ヒータのフィードバック制御（クローズループ制御）を行う場合、各ヒータが隣接するヒータの影響を受けるため、温度が集束し難いという問題点もある。なお、隣接するヒータから影響を受けない程度にヒータ同士を十分距離をおいて設置した場合には、ヒータ間のルツボ壁面が良好に加熱できなくなる。

特許第４０２６４４９号公報

本発明は、上述のような問題点を解決したもので、ルツボの細かい温度制御が可能で、より短時間でルツボの温度分布を最適化して均一な膜厚分布を有する薄膜を成膜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２にその長手方向に沿って主ヒータ３を設け、この主ヒータ３を設けた前記ルツボ２の少なくとも長手方向両端部に夫々補助ヒータ４を設け、前記ルツボ２の長手方向両端部を前記主ヒータ３及び補助ヒータ４で加熱制御し得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、前記主ヒータ３をオープンループ制御により加熱制御する主ヒータ制御部を設けたことを特徴とする請求項１記載の蒸発源装置に係るものである。

また、前記補助ヒータ４をクローズループ制御により加熱制御する補助ヒータ制御部を設け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、前記補助ヒータ４を３つ以上の領域に分けて設けると共に、いずれかの領域の補助ヒータ４をオープンループ制御により加熱制御し、残りの領域の補助ヒータ４をクローズループ制御により加熱制御するように前記補助ヒータ制御部を構成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、前記蒸着材料１の成膜レートを計測する膜厚モニタ５により計測された成膜レートに応じて前記補助ヒータ４の加熱制御を行うように前記補助ヒータ制御部を構成したことを特徴とする請求項３，４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、前記ルツボ２の長手方向に沿って複数台設けられる前記膜厚モニタ５により計測された成膜レートに応じて前記補助ヒータ４の加熱制御を行うように前記補助ヒータ制御部を構成したことを特徴とする請求項３，４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、前記ルツボ２の長手方向に沿って複数台設けられる前記膜厚モニタ５により計測された成膜レートに応じて前記各補助ヒータ４の加熱制御を個別に行うように前記補助ヒータ制御部を構成したことを特徴とする請求項３，４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、前記補助ヒータ４は前記ルツボ２に収容される蒸着材料１の露出面と対向する該ルツボ２の壁面を加熱する位置に設けたことを特徴とする請求項１〜７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、前記主ヒータ３は前記ルツボ２の長手と直交する方向に複数並設されていることを特徴とする請求項１〜８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、前記蒸着材料１が成膜される基板の被成膜面と対向する前記ルツボ２の面に材料放出口６を設け、加熱された蒸着材料１の温度以上にこの材料放出口６を加熱する放出口用補助ヒータを備えたことを特徴とする請求項１〜９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２に前記材料放出口６を複数設けたことを特徴とする請求項１０記載の蒸発源装置に係るものである。

また、前記ルツボ２の長手方向両端部側ほど前記材料放出口６からの材料放出量が多くなるように該ルツボ２を構成したことを特徴とする請求項１０，１１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２の長手方向両端部側ほど開口面積が大きくなるように前記材料放出口６を構成したことを特徴とする請求項１２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、ルツボの細かい温度制御が可能で、より短時間でルツボの温度分布を最適化して均一な膜厚分布を有する薄膜を成膜可能な蒸発源装置となる。

本実施例の概略説明図である。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図である。蒸発源装置の一構成例を示す概略説明図である。

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２により基板に蒸着を行う際、主ヒータ３によりルツボ２の長手方向全体を加熱すると共に、補助ヒータ４によりルツボ２の長手方向両端部を補助的に加熱する。

即ち、主ヒータ３による加熱のみではルツボ２の長手方向両端部が中央付近に比し温度が低くなる場合、補助ヒータ４によりルツボ２の長手方向両端部が中央付近と同温度になるように補助的に加熱する。

従って、ルツボ２の長手方向における温度分布を均一化して、基板上に成膜される薄膜の膜厚分布を均一化することが可能となる。

ここで、本発明では、主ヒータ３がルツボ２の長手方向全体の蒸着温度付近までの加熱を担う。そのため、補助ヒータ４は主ヒータ３により加熱された温度をベースに加熱すればよく、例えばルツボ２の長手方向両端部の中央付近との温度差分だけ加熱すればよく、それだけ出力が小さくて済み、精度の良い温度制御が可能となる。例えば、蒸着温度が３５０℃で、主ヒータ３によりルツボ２の中央付近が３５０℃、長手方向両端部が３２０℃まで加熱される場合、補助ヒータ４は３２０℃から３５０℃まで加熱すればよく、常温（２５℃程度）から３５０℃まで加熱する場合に比し、より細かく精度の良い温度制御が可能となり、より短時間でルツボ２の温度分布を最適化することができる。

また、主ヒータ３によりルツボ長手方向全体が加熱されるため、補助ヒータ４をクローズループ制御により加熱制御する構成とした場合でも、補助ヒータ４同士を十分距離をおいて設置することができ補助ヒータ４同士で影響を与え合うことがなく、一層良好な温度制御が可能となる。

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７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２にその長手方向に沿って主ヒータ３を設け、この主ヒータ３を設けた前記ルツボ２の長手方向両端部に夫々補助ヒータ４を設け、前記ルツボ２の長手方向両端部を前記主ヒータ３及び補助ヒータ４で加熱し得るように構成したものである。

本実施例においては、図１，２に図示したように、収容された蒸着材料１の露出面と対向するルツボ２の天面には、主ヒータ３としてのシーズヒータを、ルツボ２の長手方向に沿って一端部から他端部にわたって設け、ルツボ２長手方向全体を加熱できるように構成している。また、ルツボ２の天面にして長手方向両端部には、この両端部を夫々加熱する補助ヒータ４としてのシーズヒータを夫々１つずつ設けている。

主ヒータ３は、主ヒータ制御部により加熱出力（電力）がオープンループ制御されてルツボ２が所定の蒸着温度となるような所定の加熱出力に制御される。また、補助ヒータ４は、補助ヒータ制御部により加熱出力がクローズループ制御されてルツボ２の長手方向両端部が所定の蒸着温度となるように制御される。

補助ヒータ４のクローズループ制御は、例えば、図１に図示したように、真空槽内に、ルツボ２の長手方向に沿って水晶振動子式膜厚モニタ５を複数設け、各膜厚モニタ５で測定される蒸着レートが一定となるように補助ヒータ４の加熱出力を制御することで行うことができる。ルツボ２の長手方向に複数の膜厚モニタ５を並設することで、基板の膜厚分布を一層正確に予測することが可能となる。なお、膜厚モニタ５は、基板７への成膜を遮らない位置に設けるのが好ましい。

具体的には、膜厚モニタ５は、ルツボ２の長手方向中央付近の上方位置及びルツボ２の長手方向両端部の上方位置に夫々設け、補助ヒータ４は各膜厚モニタ５で測定した蒸着レートに応じて個別に制御するように補助ヒータ制御部を構成する（若しくは補助ヒータ４毎に補助ヒータ制御部を設ける。）。なお、図１中、（ａ）は蒸発源装置の概略図、（ｂ）は補助ヒータＯＦＦ時の分布概要図、（ｃ）は補助ヒータＯＮ時の分布概要図である。

従って、主ヒータ３によりルツボ２が概ね所定の温度となるように加熱した上で、補助ヒータ４により冷え易いルツボ２の長手方向両端部が所定の蒸着温度となるように補助加熱することで、ルツボ２の長手方向中央付近ほど高く長手方向両端部ほど低かった温度分布を均一化することが可能となり、均一な膜厚分布を有する薄膜を成膜可能となる。

即ち、補助ヒータ４は、主ヒータ３により加熱された温度をベースに加熱すればよく、例えば、ルツボ２の長手方向両端部を、長手方向中央付近との温度差分だけ加熱すればよく、それだけ補助ヒータ４の出力が小さくて済み、精度の良い温度制御が可能となる。

また、ルツボ２の天面には円筒ノズル状の材料放出口６が、ルツボ２の長手方向に沿ってライン状に複数並設されている。この材料放出口６の周囲には、図示しないが放出口を加熱する放出口用補助ヒータとしてのシーズヒータを巻回状態で設けている。材料放出口６は、蒸着時には、放出口用補助ヒータにより加熱された蒸着材料１の温度（蒸着温度）以上の温度となるように加熱される。なお、基板７の被成膜面がルツボ２の天面の材料放出口６と対向するように夫々真空槽内に配置される。

また、ルツボ２の長手方向両端部側ほど前記材料放出口６からの材料放出量が多くなるように該ルツボ２を構成してもよい。具体的には、ルツボ２の長手方向両端部側ほど開口面積が大きくなるように材料放出口６を構成してもよい。この場合、膜厚分布をより一層均一化し易くなる。また、ルツボ２の天面に限らず、ルツボ２の側面若しくは底面に主ヒータ３及び補助ヒータ４を設ける構成としてもよいし、ルツボ２の２以上の面にわたって主ヒータ３及び補助ヒータ４を設ける構成としてもよい。

また、補助ヒータ４をルツボ２の長手方向両端部だけでなく、３か所以上の領域に分けて設けてもよい。また、３か所以上に設ける場合には、オープンループ制御されるものとクローズループ制御されるものとを混在させてもよい。

例えば、図３に図示したように、ルツボ２の長手方向で５つの領域に分け、各領域に１つずつ計５つの補助ヒータ４を設ける構成としてもよい。この場合、各補助ヒータ４と対向するように５つの膜厚モニタ５を設け、補助ヒータ４は各膜厚モニタ５で測定した蒸着レートに応じて個別に制御するように構成する。また、図３中Ａの位置にクローズループ制御の補助ヒータ４を設け、これを挟むようにオープンループ制御の補助ヒータ４を設けてクローズループ制御の補助ヒータ４とオープンループ制御の補助ヒータ４とを交互に配置することで、可及的にクローズループ制御の補助ヒータ４同士で影響を与え合わないようにしている。

このような構成とすることで、図３（ｂ）に図示したような若干複雑な膜厚分布でも、クローズループ制御の補助ヒータ４による補助加熱で、図３（ｃ）に図示したように故意に局所的に昇温して温度分布を最適化して、膜厚分布を均一化することが可能となる。

更に、図４（ｂ）に図示したように成膜範囲が狭い場合には、成膜に必要な領域を必要な分だけ昇温して温度分布を最適化し、図４（ｃ）に図示したように成膜範囲が丁度収まる範囲で膜厚分布を均一化することも可能となり、蒸着に用いる材料の使用量を抑制することで、所謂収率を改善することが可能となる等、ルツボ２の温度制御をより細かく行うことが可能となる。

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
３主ヒータ
４補助ヒータ
５膜厚モニタ
６材料放出口

Claims

蒸着材料が収容されるルツボにその長手方向に沿って主ヒータを設け、この主ヒータを設けた前記ルツボの少なくとも長手方向両端部に夫々補助ヒータを設け、前記ルツボの長手方向両端部を前記主ヒータ及び補助ヒータで加熱制御し得るように構成したことを特徴とする蒸発源装置。
前記主ヒータをオープンループ制御により加熱制御する主ヒータ制御部を設けたことを特徴とする請求項１記載の蒸発源装置。
前記補助ヒータをクローズループ制御により加熱制御する補助ヒータ制御部を設け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。
前記補助ヒータを３つ以上の領域に分けて設けると共に、いずれかの領域の補助ヒータをオープンループ制御により加熱制御し、残りの領域の補助ヒータをクローズループ制御により加熱制御するように前記補助ヒータ制御部を構成したことを特徴とする請求項３記載の蒸発源装置。
前記蒸着材料の成膜レートを計測する膜厚モニタにより計測された成膜レートに応じて前記補助ヒータの加熱制御を行うように前記補助ヒータ制御部を構成したことを特徴とする請求項３，４のいずれか１項に記載の蒸発源装置。
前記ルツボの長手方向に沿って複数台設けられる前記膜厚モニタにより計測された成膜レートに応じて前記補助ヒータの加熱制御を行うように前記補助ヒータ制御部を構成したことを特徴とする請求項３，４のいずれか１項に記載の蒸発源装置。
前記ルツボの長手方向に沿って複数台設けられる前記膜厚モニタにより計測された成膜レートに応じて前記各補助ヒータの加熱制御を個別に行うように前記補助ヒータ制御部を構成したことを特徴とする請求項３，４のいずれか１項に記載の蒸発源装置。
前記補助ヒータは前記ルツボに収容される蒸着材料の露出面と対向する該ルツボの壁面を加熱する位置に設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の蒸発源装置。
前記主ヒータは前記ルツボの長手と直交する方向に複数並設されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蒸発源装置。
前記蒸着材料が成膜される基板の被成膜面と対向する前記ルツボの面に材料放出口を設け、加熱された蒸着材料の温度以上にこの材料放出口を加熱する放出口用補助ヒータを備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の蒸発源装置。
前記ルツボに前記材料放出口を複数設けたことを特徴とする請求項１０記載の蒸発源装置。
前記ルツボの長手方向両端部側ほど前記材料放出口からの材料放出量が多くなるように該ルツボを構成したことを特徴とする請求項１０，１１のいずれか１項に記載の蒸発源装置。
前記ルツボの長手方向両端部側ほど開口面積が大きくなるように前記材料放出口を構成したことを特徴とする請求項１２記載の蒸発源装置。