JP2015074804A - Evaporation source, and vapor deposition apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸発源及びこれを用いた蒸着装置に関する。 The present invention relates to an evaporation source and a vapor deposition apparatus using the evaporation source.
近年、有機デバイスが新たな産業分野として注目されている。例えば、表示デバイスや照明デバイスとして有機ELが、有機ELや電子ペーパー、RFIDなどの駆動素子として有機トランジスタが、太陽電池として有機薄膜太陽電池などが開発されている。 In recent years, organic devices have attracted attention as a new industrial field. For example, an organic EL has been developed as a display device and a lighting device, an organic transistor as a driving element such as organic EL, electronic paper, and RFID, and an organic thin film solar cell as a solar cell.
特に、有機ELは、表示デバイスや照明デバイスの大型化とともに、製造基板サイズの大型化の要求があり、基板サイズは現状の第4.5世代製造ライン(ガラス基板寸法:730mm×920mm)から、基板寸法で2.9倍以上となる第5.5〜第6世代製造ライン(ガラス基板寸法は1300mm×1500mm〜1500mm×1800mm)へ拡大し、さらには第8世代製造ライン(ガラス基板寸法:2200mm×2500mm)にも及ぶ見込みである。また、有機薄膜太陽電池も、ロールトゥロール(R2R)による生産が始まりつつある。これらの有機デバイスの製造には、主に有機材料および金属材料の蒸着装置が用いられており、蒸着装置の大型化が進んでいる。 In particular, organic EL is required to increase the size of the manufacturing substrate size along with the increase in size of the display device and lighting device, the substrate size from the current 4.5th generation manufacturing line (glass substrate dimensions: 730 mm × 920 mm), Expanded to 5.5th to 6th generation production lines (glass substrate dimensions are 1300 mm x 1500 mm to 1500 mm x 1800 mm), which is more than 2.9 times the substrate dimensions, and further to the 8th generation production line (glass substrate dimensions: 2200 mm) × 2500 mm). Also, production of organic thin-film solar cells using roll-to-roll (R2R) is beginning. In the production of these organic devices, vapor deposition apparatuses for organic materials and metal materials are mainly used, and the size of the vapor deposition apparatus is increasing.
蒸着装置の大型化に伴い、そこで用いられる蒸発源の大型化も進んでいる。例えば有機材料の蒸着には、大型のリニア蒸発源や面蒸発源が用いられるようになってきている。また、マグネシウム、銀、アルミニウムなどの電極材料用の金属蒸発源も、大型のリニア蒸発源や大型の坩堝を備えた複数のポイント蒸発源が用いられるようになってきている。 Along with the increase in the size of the vapor deposition apparatus, the size of the evaporation source used therein is also increasing. For example, a large linear evaporation source or a surface evaporation source has been used for vapor deposition of organic materials. In addition, as a metal evaporation source for electrode materials such as magnesium, silver, and aluminum, a plurality of point evaporation sources including a large linear evaporation source and a large crucible have been used.
このような蒸発源の大型化に伴う新たな課題としては、蒸発源からの熱輻射の増大が挙げられる。熱輻射が増大すると、例えば有機蒸着の際に有機材料のパターニングに用いるメタルマスクが熱輻射により熱膨張し、パターニング位置精度が低下する問題が発生する。また、電極形成時の金属蒸着では、有機蒸着に比べ蒸着温度が高いため、高温度の熱輻射によって基板上の有機膜自体に熱劣化が生じるなどの問題が発生する。また、蒸発源の消費電力が大きくなり過ぎ、電源などの装置コスト増大や、電気代などのランニングコスト増大を招く。 As a new problem accompanying the increase in the size of the evaporation source, there is an increase in heat radiation from the evaporation source. When thermal radiation increases, for example, a metal mask used for patterning of an organic material during organic vapor deposition thermally expands due to thermal radiation, resulting in a problem that patterning position accuracy decreases. Moreover, since metal deposition at the time of electrode formation has a higher deposition temperature than organic deposition, there is a problem that the organic film itself on the substrate is thermally deteriorated due to high-temperature heat radiation. In addition, the power consumption of the evaporation source becomes too large, leading to an increase in apparatus costs such as a power source and an increase in running costs such as electricity bills.
そのため、蒸発源の坩堝などの加熱部は、蒸発材料が通過するノズル部を除き、熱輻射の赤外線を反射するリフレクタによって蒸発源内に閉じ込めるように設計される。赤外線を反射するリフレクタとしては、250〜400℃程度と比較的低温の有機蒸着用ではステンレス鋼板(以下、「ステンレス板」ともいう。)など、400〜1000℃程度の高温の金属蒸着用では高融点金属のモリブデン板などの金属板がよく用いられる。 Therefore, a heating unit such as a crucible of the evaporation source is designed to be confined in the evaporation source by a reflector that reflects infrared rays of heat radiation, except for a nozzle unit through which the evaporation material passes. As a reflector that reflects infrared rays, a stainless steel plate (hereinafter also referred to as a “stainless steel plate”) such as a stainless steel plate (hereinafter also referred to as a “stainless steel plate”) for organic deposition at a relatively low temperature of about 250 to 400 ° C. is high. A metal plate such as a melting point metal molybdenum plate is often used.
特許文献1には、蒸発源が発生する赤外線を反射する赤外線リフレクターとして、被加熱体側からAu膜又はPt膜、誘電体膜、基材の順に形成された多層構造を少なくとも含むものが開示されている。
特許文献1に記載の赤外線リフレクターの場合、不活性なAu(金)膜等を使用するため、リフレクターの基材との接着性が一般に非常に低いこと、基材へ拡散しやすいことなども課題である。そのため、特許文献1に記載のようにAuの薄膜を誘電体膜で挟んだ多層膜にするなど複雑なコーティング技術を必要とする。
In the case of the infrared reflector described in
本発明の目的は、蒸発源のリフレクタを構成する金属材料の酸化や窒化を防止し、蒸発源を長時間動作させても蒸発源の輻射赤外線に対して高い反射率を維持するリフレクタを提供し、長期間安定して蒸着できる蒸発源および蒸着装置を実現することにある。 An object of the present invention is to provide a reflector that prevents oxidation and nitridation of a metal material that constitutes a reflector of an evaporation source, and maintains a high reflectance with respect to the radiation infrared rays of the evaporation source even if the evaporation source is operated for a long time. Another object of the present invention is to realize an evaporation source and an evaporation apparatus that can stably deposit for a long period of time.
本発明のもうひとつの目的は、蒸発源の坩堝やノズルなどの加熱部の酸化や窒化の進行を防止し、蒸発源を長時間動作させても一定の輻射率を維持する坩堝を提供して長期間安定して蒸着できる蒸発源および蒸着装置を実現することにある。 Another object of the present invention is to provide a crucible that prevents the progress of oxidation and nitridation of a heating part such as a crucible or nozzle of an evaporation source and maintains a constant emissivity even when the evaporation source is operated for a long time. It is to realize an evaporation source and an evaporation apparatus that can stably deposit for a long period of time.
本発明は、蒸着材料を格納する坩堝と、この坩堝と接続され蒸着材料の蒸気が通過するノズルと、坩堝を加熱するヒーターと、坩堝及びヒーターを取り囲む複数枚の側面・背面部リフレクタと、ノズルの周りに配置された複数枚の前面部リフレクタとを備えた蒸発源において、側面・背面部リフレクタ及び前面部リフレクタは、基材と、基材の表面に設けた被膜とを含み、被膜は、ケイ素単体、酸化ケイ素若しくは窒化ケイ素、又は基材を構成する金属元素とケイ素との化合物を含むことを特徴とする。 The present invention relates to a crucible for storing a vapor deposition material, a nozzle connected to the crucible through which vapor of the vapor deposition material passes, a heater for heating the crucible, a plurality of side and back reflectors surrounding the crucible and the heater, and a nozzle In the evaporation source including a plurality of front surface reflectors disposed around the side surface / back surface reflector and the front surface reflector include a base material and a coating provided on the surface of the base material. It is characterized by containing a compound of silicon alone, silicon oxide or silicon nitride, or a metal element constituting the substrate and silicon.
また、本発明は、蒸着材料を格納する坩堝と、この坩堝と接続され蒸着材料の蒸気が通過するノズルと、坩堝を加熱するヒーターと、坩堝及びヒーターを取り囲む複数枚の側面・背面部リフレクタと、ノズルの周りに配置された複数枚の前面部リフレクタとを備えた蒸発源において、坩堝及びノズルは、基材と、基材の表面に設けた被膜とを含み、被膜は、ケイ素単体、酸化ケイ素若しくは窒化ケイ素、又は基材を構成する金属元素とケイ素との化合物を含むことを特徴とする。 The present invention also provides a crucible for storing a vapor deposition material, a nozzle connected to the crucible through which vapor of the vapor deposition material passes, a heater for heating the crucible, and a plurality of side and back surface reflectors surrounding the crucible and the heater, In the evaporation source including a plurality of front surface reflectors arranged around the nozzle, the crucible and the nozzle include a base material and a film provided on the surface of the base material. It contains silicon or silicon nitride, or a compound of a metal element constituting a base material and silicon.
本発明によれば、長期間安定して蒸着できる蒸発源および蒸着装置を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the evaporation source and vapor deposition apparatus which can be vapor-deposited stably for a long period of time are realizable.
本発明の特徴は、以下のとおりである。 The features of the present invention are as follows.
1.蒸発源の輻射赤外線を反射するリフレクタや、輻射赤外線を吸収する坩堝とノズルを構成する金属基材上に、基材の酸化および窒化を防止し、かつ、輻射赤外線波長域の透過率が高い表面コーティングを施す。 1. On the reflector that reflects the radiant infrared of the evaporation source, or on the metal substrate that constitutes the crucible and nozzle that absorbs the radiant infrared, a surface that prevents oxidation and nitridation of the substrate and has high transmittance in the radiant infrared wavelength region Apply coating.
2.上記表面コーティングにより形成した膜(被膜)は、酸素または窒素の拡散速度が、リフレクタの基材中の酸素および窒素の拡散速度より小さいものを用いる。 2. The film (film) formed by the above surface coating has a diffusion rate of oxygen or nitrogen smaller than the diffusion rate of oxygen and nitrogen in the reflector substrate.
3.上記表面コーティング膜は、酸化物または窒化物の生成自由エネルギーが、リフレクタの基材の酸化物または窒化物の生成自由エネルギーより大きいものを用いる。 3. The surface coating film has a higher free energy of formation of oxide or nitride than the free energy of formation of oxide or nitride of the reflector substrate.
4.上記表面コーティング膜の酸化膜や窒化膜の蒸発源の輻射赤外線に対する透過率がリフレクタの基材の酸化膜や窒化膜の透過率より高いものを用いる。 4). The surface coating film has an oxide film or nitride film whose evaporation source has a higher transmittance with respect to radiant infrared rays than the oxide film or nitride film of the reflector substrate.
5.上記の表面コーティング膜の材料として主にシリコンを用いる。 5. Silicon is mainly used as the material for the surface coating film.
6.上記の表面コーティング膜は、表面層がシリコンの酸化物若しくは窒化物又はそれらの複合化合物であり、リフレクタの基材との界面層が基材を構成する材料のシリサイドになっていてもよい。ここで、複合化合物とは、シリコン(ケイ素)、酸素、窒素等が化学結合して形成された物質をいう。 6). In the surface coating film, the surface layer may be an oxide or nitride of silicon or a composite compound thereof, and the interface layer with the base material of the reflector may be a silicide of a material constituting the base material. Here, the composite compound refers to a substance formed by chemical bonding of silicon (silicon), oxygen, nitrogen or the like.
7.上記表面コーティング膜(表面層及び界面層があってもよい。)の膜厚は25nm以上200nm以下(25〜200nm)である。 7). The film thickness of the surface coating film (there may be a surface layer and an interface layer) is 25 nm or more and 200 nm or less (25 to 200 nm).
8.上記の表面コーティング膜とリフレクタの基材との間に、リフレクタの基材より輻射赤外線の反射率が高い金属膜を挿入する。 8). Between the surface coating film and the base material of the reflector, a metal film having a higher reflectance of radiant infrared rays than the reflector base material is inserted.
9.上記の表面コーティング膜と坩堝、ノズルの基材との間に、基材より輻射赤外線の輻射率(=吸収率)が高い膜を挿入する。 9. Between the surface coating film and the base material of the crucible or nozzle, a film having a radiation infrared radiation rate (= absorption rate) higher than that of the base material is inserted.
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description shows specific examples of the contents of the present invention, and the present invention is not limited to these descriptions. Various modifications by those skilled in the art are within the scope of the technical idea disclosed in this specification. Changes and modifications are possible. In all the drawings for explaining the present invention, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof may be omitted.
図1は、代表的なリニア蒸発源の断面構造を示したものである。 FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a typical linear evaporation source.
本図において、リニア蒸発源は、蒸着材料(溶融液6)を格納する坩堝1、坩堝1と接続され蒸着材料(蒸気)が通過するノズル2、坩堝1を加熱するヒーター3、坩堝1及びヒーター3を取り囲む複数枚の側面・背面部リフレクタ4、ノズル2の周りに配置され、成膜の対象となる基板(図示せず)への熱輻射を抑制する複数枚の前面部リフレクタ5などで構成されている。条件によっては、側面・背面部リフレクタ4の周りを水冷するためのジャケット(図示せず)を設ける場合もある。側面・背面部リフレクタ4及び前面部リフレクタ5は、金属板からなる基材を有する。なお、本説明では、側面・背面部リフレクタ4は一体のものを用いているが、側面部リフレクタと背面部リフレクタが分離され、組み合わされている場合もある。
In this figure, the linear evaporation source includes a
側面・背面部リフレクタ4及び前面部リフレクタ5の金属板は、一般に赤外線の反射率を高めるために金属光沢を持つ鏡面状に仕上げられている。これにより、蒸発源内に赤外線を効率よく閉じ込め、蒸発源から基板への熱輻射を低減するとともに、坩堝1の加熱効率を高め、ヒーター3の消費電力を低減することが可能である。一方、坩堝1やノズル2は、ヒーターの発する赤外線や、リフレクタで反射される赤外線を効率よく吸収するために、表面を黒化処理して輻射率(=吸収率)を高くするのが好ましい。
The metal plates of the side / back surface reflector 4 and the
しかしながら、側面・背面部リフレクタ4や前面部リフレクタ5の金属板は、蒸発源の使用時間が長くなるとともに徐々に表面が変色(黒化)し、赤外線の反射率が低下してくる。これは、蒸発源が高温で用いられているため、チャンバ中にわずかに残留する酸素と反応して酸化膜を形成したり、蒸発材料の交換の際に蒸発源の冷却を速めるため、蒸発源がまだ高温の状態でチャンバ中に窒素を導入することで表面に窒化膜が形成されたりするためである。一方、坩堝1やノズル2は、金属基材そのままか、表面を予め酸化や窒化により黒化処理が施されている場合が多いが、金属基材そのままの場合はもとより、予め酸化や窒化されていても蒸発源が高温で用いられているため、酸化膜や窒化膜がさらに厚く形成されたりして輻射率が変動していく。また、モリブデン等、揮発性の高い酸化物を形成する金属の場合は、逆に真空中の高温で使用されると酸化膜が飛散し、輻射率の低い(=反射率の高い)金属表面が露出して坩堝1やノズル2の熱効率が悪くなる場合がある。
However, the metal plates of the side surface / back surface reflector 4 and the
なお、本明細書においては、側面・背面部リフレクタ4及び前面部リフレクタ5をまとめて「リフレクタ」と呼ぶ。
In the present specification, the side surface / back surface reflector 4 and the
図2Aは、有機蒸発源のリフレクタや坩堝、ノズルに用いるステンレスの使用前及び長期使用後の分光反射率並びに蒸発源加熱温度(300℃)における熱輻射(黒体輻射で近似)の分光放射輝度を示したものである。 Fig. 2A shows the spectral radiance before and after long-term use of stainless steel used for reflectors, crucibles, and nozzles of organic evaporation sources, and the spectral radiance of thermal radiation (approximate black body radiation) at the evaporation source heating temperature (300 ° C). Is shown.
本図に示すように、300℃の放射輝度(一点鎖線)は、波長5μm付近で極大となる。使用前のステンレスは、波長3μm以上で反射率が65%以上である(実線)。一方、使用後のステンレスの反射率は、波長10μm以下で特に低下し、波長5μmでは約40%となっている(破線)。ステンレスは、長期使用により表面酸化膜が形成されるためと考える。 As shown in the figure, the radiance at 300 ° C. (one-dot chain line) becomes a maximum near a wavelength of 5 μm. The stainless steel before use has a wavelength of 3 μm or more and a reflectance of 65% or more (solid line). On the other hand, the reflectance of stainless steel after use decreases particularly at a wavelength of 10 μm or less, and is about 40% at a wavelength of 5 μm (dashed line). Stainless steel is considered to be because a surface oxide film is formed by long-term use.
図2Bは、金属蒸発源のリフレクタや坩堝で用いるモリブデンの使用前及び長期使用後の分光反射率並びに蒸発源加熱温度(1000℃)における熱輻射(黒体輻射で近似)の分光放射輝度を示したものである。 FIG. 2B shows the spectral reflectance before and after the long-term use of molybdenum used in a reflector or crucible of a metal evaporation source, and the spectral radiance of thermal radiation (approximate black body radiation) at the evaporation source heating temperature (1000 ° C.). It is a thing.
本図に示すように、1000℃の放射輝度(一点鎖線)は、波長3μm付近で極大となる。使用前のモリブデンは、波長3μm以上で反射率が80%以上である(実線)。一方、使用後のモリブデンの反射率は、波長10μm以下で特に低下し、波長5μmでは約50%となっている(破線)。モリブデンは、繰り返しの窒素リークなどにより表面窒化膜が形成されるためと考える。 As shown in the figure, the radiance at 1000 ° C. (the one-dot chain line) becomes a maximum near a wavelength of 3 μm. Molybdenum before use has a wavelength of 3 μm or more and a reflectance of 80% or more (solid line). On the other hand, the reflectance of molybdenum after use particularly decreases at a wavelength of 10 μm or less, and is about 50% at a wavelength of 5 μm (broken line). Molybdenum is considered to be because a surface nitride film is formed by repeated nitrogen leaks.
図2A及び2Bから、反射率が低下する波長域と、蒸発源の使用温度における熱輻射放射輝度が強い波長域とが一致するため、ステンレスやモリブデンを用いたリフレクタは、表面の酸化又は窒化により、赤外線反射性能が大幅に低下してしまうことがわかる。一方、ステンレスやモリブデンを用いた坩堝、ノズルは、酸化又は窒化により赤外線吸収量が増加してしまい、温度変動要因になり得ることがわかる。 From FIGS. 2A and 2B, the wavelength range where the reflectance decreases and the wavelength range where the thermal radiation radiance is strong at the use temperature of the evaporation source coincide with each other. It can be seen that the infrared reflection performance is greatly reduced. On the other hand, crucibles and nozzles using stainless steel or molybdenum increase the amount of infrared absorption due to oxidation or nitridation, which can be a cause of temperature fluctuation.
図2A及び2Bに示す、測定した全波長域(1.6〜25μm)での全反射率(測定波長域の反射量積分値を輻射量積分値で割った値)を計算すると、300℃で使用したステンレスの熱輻射の全反射率は、使用前が80.8%であるのに対し長期使用後は59.4%に低下する。また、1000℃で使用したモリブデンの熱輻射の全反射率は、使用前に87.3%であるのに対し、長期使用後は47.3%に低下する。そのため、同じヒーターの出力では蒸発源のリフレクタでの熱損失が増加する。一方、坩堝やノズルの熱吸収は増加する。損失が上回る場合は蒸発源温度が下がるため、蒸着レートが徐々に低下してしまう。また、レート一定でヒーター出力をフィードバック制御する場合には、ヒーター3の消費電力が徐々に増大していく。吸収が上回る場合は蒸発源温度が上がるため、蒸着レートが徐々に増加してしまう。
2A and 2B, the total reflectance in the measured entire wavelength region (1.6 to 25 μm) (the value obtained by dividing the integrated amount of reflection in the measured wavelength region by the integrated amount of radiation) is calculated at 300 ° C. The total reflectance of the heat radiation of the stainless steel used is 80.8% before use, but decreases to 59.4% after long-term use. Moreover, the total reflectance of the heat radiation of molybdenum used at 1000 ° C. is 87.3% before use, but decreases to 47.3% after long-term use. Therefore, heat loss at the evaporation source reflector increases at the same heater output. On the other hand, the heat absorption of crucibles and nozzles increases. When the loss exceeds, the evaporation source temperature decreases, so the deposition rate gradually decreases. When the heater output is feedback-controlled at a constant rate, the power consumption of the
なお、400℃で使用したステンレスによる熱輻射の全反射率は、使用前が75.9%であるのに対し、長期使用後は54.8%に低下する。 In addition, the total reflectance of the heat radiation by the stainless steel used at 400 ° C. is 75.9% before use, but decreases to 54.8% after long-term use.
前面部リフレクタ5の反射率の低下は、成膜する基板への熱輻射の増大をもたらす。すなわち、輻射率は、キルヒホフの法則により、(輻射率)=1−(反射率)の関係があるため、反射率の低下した前面部リフレクタ5は、すなわち輻射率の増加した前面部リフレクタ5となる。蒸発源の蒸発材料が通過するノズル部の周りは、熱輻射を閉じ込めるための前面部リフレクタ5によって囲まれているが、その前面部リフレクタ5の輻射率が増加するため、対向する基板への熱輻射が増加してしまう。そのため、徐々に基板上に接するメタルマスクの温度が上昇し、熱膨張による位置精度低下が起きたり、基板上の有機膜が劣化したりする問題が発生してくる。
The decrease in the reflectance of the
<蒸発源のリフレクタの実施形態>
図1に示す側面・背面部リフレクタ4や前面部リフレクタ5の基材10には、金属板を用いる。基材10の材料としては様々なものが利用可能であるが、有機蒸発源など比較的低温(250〜400℃程度)の加熱で用いるものはステンレス板など、金属蒸発源など比較的高温(400〜1000℃程度)に加熱して用いるものにはモリブデン板などの高融点金属板などを用いる。板厚は様々に設定できるが、概ね0.1〜0.3mm程度の金属板を用いることが多い。これらの金属板は金属光沢を持つように鏡面加工され、できるだけ反射率の高い状態にしておくことが好ましい。
<Embodiment of the reflector of the evaporation source>
A metal plate is used for the
図3は、本発明のリフレクタの断面構造を示したものである。 FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the reflector of the present invention.
本図においては、リフレクタは、基材10の両面に被膜11(表面コーティング膜)を有する。被膜11は、シリコン(ケイ素単体)を用いたスパッタリング法などによって成膜する。
In this figure, the reflector has a film 11 (surface coating film) on both surfaces of the
図4は、本発明のリフレクタの他の例を示したものである。 FIG. 4 shows another example of the reflector of the present invention.
本図においては、リフレクタは、基材10の片面に被膜11を有する。
In this figure, the reflector has a
基材10には、ステンレス板、モリブデン板等の金属板を用いる。これらの基材10の材質は例示であり、使用温度域で耐熱性のある(融点が使用温度域より十分高い)金属板(合金板を含む。)であれば、いかなる元素で構成されていてもよい。
As the
被膜11は、図3のように基材10の両面に行うのが好ましいが、図4のように片面だけでもよい。被膜11を片面だけ設ける場合には、被膜11を設けた面を蒸発源の加熱部に向けて用いる。図3及び4においては、被膜11の厚さは80nmとした場合を示しているが、これに限定されるものではなく、25〜200nm程度が望ましい。
The
被膜11を厚さ25〜200nm程度のシリコンで形成する理由は、以下のとおりである。
The reason why the
1.シリコンは、バンドギャップが約1.1eVの半導体であり、波長約1.4μm以上の赤外線領域での吸収が少なく(消衰係数〜0)、それより長波長の赤外線に対してほぼ透明である。すなわち、シリコンを用いれば、蒸発源が動作する温度領域(250℃〜1000℃)で発生する輻射赤外線スペクトル(黒体輻射で近似、ピーク波長は約2.5〜5μm)に対して透過率の高い被膜11を形成できる。
1. Silicon is a semiconductor having a band gap of about 1.1 eV, has little absorption in the infrared region with a wavelength of about 1.4 μm or more (extinction coefficient ˜0), and is almost transparent to infrared rays with longer wavelengths. . That is, if silicon is used, the transmittance of the radiation infrared spectrum (approximated by blackbody radiation, peak wavelength is about 2.5 to 5 μm) generated in the temperature range (250 ° C. to 1000 ° C.) where the evaporation source operates. A
2.シリコンは、酸化雰囲気及び窒化雰囲気において緻密な酸化膜や窒化膜を形成し、酸化や窒化の速度が時間に対して放物線則に従って低下する。このため、酸化種や窒化種の拡散速度が非常に遅い。また、シリコンは、酸化物や窒化物の生成自由エネルギー変化がFe、Cr、Moなどの金属より大きく、シリコンは酸素や窒素をゲッタリングする能力が高い。そのため、シリコンの被膜11を用いることで、側面・背面部リフレクタ4(前面部リフレクタ5)の基材10の酸化や窒化を防止できる。また、酸化及び窒化の速度が遅いため、被膜11の最低必要膜厚は薄くてよく、25nm以上あれば十分である。
2. Silicon forms a dense oxide film or nitride film in an oxidizing atmosphere and a nitriding atmosphere, and the rate of oxidation or nitridation decreases according to the parabolic law with respect to time. For this reason, the diffusion rate of oxidizing species and nitriding species is very slow. Silicon has a larger change in free energy of formation of oxides and nitrides than metals such as Fe, Cr and Mo, and silicon has a high ability to getter oxygen and nitrogen. Therefore, by using the
3.シリコンの酸化膜や窒化膜は、ワイドギャップの絶縁体であり、可視光から赤外線にかけての広い波長域にわたってほぼ透明である。したがって、シリコンの被膜11の表面が酸化され、又は窒化されても、輻射赤外線のスペクトルに対して高い透過率を持つ被膜11を維持できる。
3. Silicon oxide films and nitride films are wide-gap insulators and are almost transparent over a wide wavelength range from visible light to infrared light. Therefore, even if the surface of the
4.シリコンは、加熱されると基材10の金属板とシリサイド反応を起こし、シリサイドの界面層を形成する。このシリサイド層がシリコン(被膜11)と基材10との間の密着性を高め、基材10から剥がれにくい被膜11を形成する。また、シリサイドの酸化及び窒化の速度は、シリコンと大差なく、基材10への酸化種及び窒化種の拡散防止にも有効である。
4). When heated, the silicon causes a silicide reaction with the metal plate of the
5.被膜11の厚さを25〜200nmとすることで、被膜11内における光学干渉により生じる蒸発源の熱輻射スペクトル域での反射率低下を避け、蒸発源が動作する温度領域(250℃〜1000℃)で発生する輻射赤外線のスペクトルに対して透過率が高い被膜11を形成できる。
5. By setting the thickness of the
図5は、鏡面加工されたステンレス鋼板(SUS鋼)の基材にシリコン(Si)からなる被膜をスパッタリングしたリフレクタの分光正反射率を光学干渉の起き易い短波長域の波長400nm〜2500nmで測定した結果を示したものである。 FIG. 5 shows the spectral specular reflectance of a reflector obtained by sputtering a silicon (Si) coating on a mirror-finished stainless steel plate (SUS steel) at a wavelength of 400 nm to 2500 nm in a short wavelength range where optical interference easily occurs. The results are shown.
本図においては、被膜の厚さが49nm、67nm及び109nmの場合(図中、例えば、厚さ49nmの場合「Si49nm/SUS」と記載してある。)を示している。比較のため、被膜を設けていない鏡面加工されただけのステンレス鋼板(図中、「SUS」と記載してある。)も示している。また、300℃における放射輝度を破線で示している。 In this figure, the case where the thickness of the film is 49 nm, 67 nm, and 109 nm (in the figure, for example, “Si 49 nm / SUS” is described when the thickness is 49 nm) is shown. For comparison, a mirror-finished stainless steel plate (noted as “SUS” in the figure) without a coating is also shown. Further, the radiance at 300 ° C. is indicated by a broken line.
鏡面加工されただけのステンレス鋼板(SUS)の場合は、長波長になるに従って単調に反射率が増加する。これに対して、シリコンの被膜を形成したステンレス鋼板の場合は、シリコン膜内の光学干渉により、可視光から近赤外線までの領域のうち特に短波長側で反射率が振動する。シリコン膜内での光学干渉の影響により反射率が最も低下する低反射ピークの波長(反射率が極小となる波長)は、膜厚49nmの場合で波長約1200nm(1.2μm)、膜厚67nmの場合は波長約1900nm(1.9μm)、膜厚109nmの場合は波長約2500nm(2.5μm)となる。 In the case of a stainless steel plate (SUS) that has only been mirror-finished, the reflectance increases monotonously as the wavelength increases. On the other hand, in the case of a stainless steel plate on which a silicon film is formed, the reflectance vibrates particularly in the short wavelength side in the region from visible light to near infrared rays due to optical interference in the silicon film. The wavelength of the low reflection peak at which the reflectivity is the lowest due to the influence of optical interference in the silicon film (the wavelength at which the reflectivity is minimized) is about 1200 nm (1.2 μm) when the film thickness is 49 nm, and the film thickness is 67 nm. In this case, the wavelength is about 1900 nm (1.9 μm), and when the film thickness is 109 nm, the wavelength is about 2500 nm (2.5 μm).
一方、例えば300℃の熱輻射赤外線の短波長側の裾は約1400nm(1.4μm)であり、シリコンの膜厚が49nmの場合に最も反射率を高めることができる。 On the other hand, for example, the bottom of the short wavelength side of the thermal radiation infrared ray at 300 ° C. is about 1400 nm (1.4 μm), and the reflectance can be most enhanced when the film thickness of silicon is 49 nm.
図6は、金属基板上のSi薄膜の光学干渉による分光反射率をシミュレーションにより求めた結果並びに250℃及び400℃の熱輻射の放射輝度を示すグラフである。図中、反射率は実線で示し、放射輝度は破線で示している。ナノメートル単位の表示は、膜厚である。Si膜は、屈折率3.5の単層膜を仮定しており、現実のSi膜とは表面酸化の有無等の影響で若干反射特性が異なっているが、概ねの傾向は同様である。 FIG. 6 is a graph showing the results obtained by simulating the spectral reflectance due to optical interference of the Si thin film on the metal substrate and the radiance of thermal radiation at 250 ° C. and 400 ° C. In the figure, the reflectance is indicated by a solid line, and the radiance is indicated by a broken line. The display in nanometers is the film thickness. The Si film is assumed to be a single-layer film having a refractive index of 3.5, and the reflective characteristics are slightly different from the actual Si film due to the presence or absence of surface oxidation, but the general tendency is the same.
本図から、Siの膜厚が厚くなるに従って、反射率が極小となる波長の値が大きくなる傾向があることがわかる。そして、膜厚が200nmの場合、反射率が極小となる波長は2100nmである。一方、250℃及び400℃の熱輻射の放射輝度は、波長2000nm以下では無視できる程度に小さい。 From this figure, it can be seen that as the film thickness of Si increases, the value of the wavelength at which the reflectance is minimized tends to increase. When the film thickness is 200 nm, the wavelength at which the reflectance is minimized is 2100 nm. On the other hand, the radiance of thermal radiation at 250 ° C. and 400 ° C. is negligibly small at wavelengths of 2000 nm or less.
よって、Siの膜厚を200nm以下とすれば、光学干渉の影響により反射率が最も低下する低反射ピークの波長を、250〜400℃の熱輻射の放射輝度の裾より短波長側にすることができる。したがって、好ましいSi膜厚は25〜200nmである。 Therefore, if the film thickness of Si is set to 200 nm or less, the wavelength of the low reflection peak at which the reflectivity is the lowest due to the influence of optical interference is set to a shorter wavelength side than the radiance tail of heat radiation at 250 to 400 ° C. Can do. Therefore, a preferable Si film thickness is 25 to 200 nm.
図7は、膜厚49nmのシリコン膜をステンレス板の基材上に形成したリフレクタを、600℃の空気雰囲気中で2時間加熱焼成した場合に、焼成の前後で分光正反射率を波長400nm〜2500nmで測定し、比較したものである。 FIG. 7 shows that when a reflector having a 49 nm-thick silicon film formed on a stainless steel substrate is heated and baked in an air atmosphere at 600 ° C. for 2 hours, the specular specular reflectance before and after baking is from 400 nm to 400 nm. Measured at 2500 nm and compared.
600℃の焼成処理は、有機用の蒸発源の使用条件(真空中、250〜400℃)より相当に過酷な酸化条件であり、加速試験として行った。 The calcination treatment at 600 ° C. was an oxidative condition that was considerably more severe than the conditions for using an organic evaporation source (in vacuum, 250 to 400 ° C.), and was performed as an accelerated test.
本図から、リフレクタの分光正反射率の変化が小さく、酸化が防止できていることが分かる。また、特に坩堝からの熱輻射スペクトルが増加する長波長側で、ステンレス鋼板(SUS鋼)のみに近い、高い反射率を得ることができている。 From this figure, it can be seen that the change in the specular regular reflectance of the reflector is small and that oxidation can be prevented. Moreover, the high reflectance close | similar only to a stainless steel plate (SUS steel) has been acquired especially in the long wavelength side where the thermal radiation spectrum from a crucible increases.
図8は、膜厚49nmのシリコン膜をステンレス板の基材上に形成したリフレクタを600℃の空気雰囲気中で2時間加熱焼成した場合に、焼成の前後で分光拡散反射率を波長1.6μm〜25μmで比較したものである。なお、図中、250℃及び400℃における放射輝度を破線で示している。 FIG. 8 shows a case where a reflector having a 49 nm-thickness silicon film formed on a stainless steel substrate is heated and baked in an air atmosphere at 600 ° C. for 2 hours, and the spectral diffuse reflectance before and after baking is 1.6 μm in wavelength. Comparison is made at ˜25 μm. In the figure, the radiance at 250 ° C. and 400 ° C. is indicated by broken lines.
拡散反射率は、積分球を用いて測定したものである。ステンレス板のみのリフレクタに比べると、膜厚49nmのシリコン膜をステンレス板の基材上に形成したリフレクタは、短波長側でやや反射率が低下しているが、600℃の空気雰囲気中で2時間加熱焼成の前後で反射率は殆ど変化していない。 The diffuse reflectance is measured using an integrating sphere. Compared with a reflector made only of a stainless steel plate, a reflector in which a silicon film having a film thickness of 49 nm is formed on a stainless steel plate substrate has a slightly lower reflectance on the short wavelength side, but it is 2 in an air atmosphere at 600 ° C. The reflectance hardly changes before and after the time heating and baking.
本図に示す測定した全波長域(1.6〜25μm)での全反射率を計算すると、ステンレス板のリフレクタの400℃における熱輻射に対する全反射率は、75.9%である。これに対し、膜厚49nmのシリコン膜をステンレス板の基材上に形成したリフレクタの焼成前の全反射率は72.5%、600℃の空気雰囲気中で2時間加熱焼成した後の全反射率は71.4%であり、反射率の低下は非常に軽微である。 When the total reflectance in the measured whole wavelength region (1.6 to 25 μm) shown in this figure is calculated, the total reflectance with respect to thermal radiation at 400 ° C. of the reflector of the stainless steel plate is 75.9%. On the other hand, the total reflectance before firing of the reflector formed by forming a 49 nm-thick silicon film on a stainless steel substrate is 72.5%, and the total reflection after heating and firing in an air atmosphere at 600 ° C. for 2 hours. The rate is 71.4%, and the decrease in reflectance is very slight.
図9は、鏡面加工されたモリブデン板(Mo)の基材の上にシリコンからなる被膜をスパッタリングしたリフレクタの分光正反射率を測定した結果を示したものである。図中、反射率は実線で示し、放射輝度(1000℃)は破線で示している。ナノメートル単位の表示は、シリコンの膜厚である。膜厚の範囲は、49nm〜109nmである。波長の範囲は、400nm〜2500nmである。鏡面加工されただけのモリブデン板の分光正反射率の結果もあわせて示している。 FIG. 9 shows the results of measuring the specular reflectance of a reflector obtained by sputtering a coating made of silicon on a mirror-finished molybdenum plate (Mo) substrate. In the figure, the reflectance is indicated by a solid line, and the radiance (1000 ° C.) is indicated by a broken line. The display in nanometers is the silicon film thickness. The range of the film thickness is 49 nm to 109 nm. The wavelength range is 400 nm to 2500 nm. The results of specular reflectance of a molybdenum plate that has been mirror-finished are also shown.
本図において、鏡面加工されただけのモリブデン板は、長波長になるに従って単調に反射率が増加する特性を示す。一方、シリコンの被膜をモリブデン板の基材上にスパッタリングしたリフレクタは、シリコン膜内の光学干渉により、特に可視光から近赤外線領域の短波長側で反射率が振動する。シリコン薄膜内での光学干渉の影響により反射率が最も低下する低反射ピークの波長は、膜厚49nmの場合で波長約1300nm(1.3μm)、膜厚69nmの場合は波長約1900nm(1.9μm)、膜厚109nmの場合は波長約2200nm(2.2μm)となる。1000℃に加熱された蒸発源からの熱輻射スペクトル(黒体輻射で近似)のピークは、ウィーンの変位則に従って約2200nm(2.2μm)であり、熱輻射スペクトルの高波長側の裾は約900nm(0.9μm)となる。よって、厚さの薄い被膜を用いた方が、効率良く熱輻射を反射することが可能である。 In this figure, the molybdenum plate that has only been mirror-finished exhibits the characteristic that the reflectance increases monotonously as the wavelength increases. On the other hand, a reflector in which a silicon film is sputtered onto a molybdenum plate base material vibrates at a short wavelength side from the visible light to the near-infrared region due to optical interference in the silicon film. The wavelength of the low reflection peak at which the reflectance is most lowered due to the influence of optical interference in the silicon thin film is about 1300 nm (1.3 μm) when the film thickness is 49 nm, and about 1900 nm (1. 9 μm) and a film thickness of 109 nm, the wavelength is about 2200 nm (2.2 μm). The peak of the thermal radiation spectrum (approximated by blackbody radiation) from an evaporation source heated to 1000 ° C. is about 2200 nm (2.2 μm) according to the Wien's displacement law, and the tail on the high wavelength side of the thermal radiation spectrum is about It becomes 900 nm (0.9 μm). Therefore, it is possible to reflect heat radiation more efficiently by using a thin film.
図10は、Si膜の金属基板上のSi薄膜の光学干渉による分光反射率をシミュレーションにより求めた結果、及び1000℃の熱輻射の放射輝度を比較した結果である。シミュレーションにおいては、Si膜は、屈折率3.5の単層膜を仮定しており、現実のSi膜とは表面酸化の有無等の影響で若干反射特性が異なっているが、概ねの傾向は同様である。 FIG. 10 shows the result of comparison of the spectral reflectance due to optical interference of the Si thin film on the Si film metal substrate by simulation and the radiance of thermal radiation at 1000 ° C. In the simulation, the Si film is assumed to be a single layer film with a refractive index of 3.5, and the reflection characteristics are slightly different from the actual Si film due to the presence or absence of surface oxidation, etc. It is the same.
このシミュレーションによれば、Si膜厚を70nm程度以下とすれば、光学干渉の影響により反射率が最も低下する低反射ピークの波長を、1000℃の熱輻射の放射輝度の裾より短波長側にすることができる。したがって、Si膜の酸化及び窒化の速度を考慮すると、好ましいSi膜厚は25〜70nmである。 According to this simulation, when the Si film thickness is about 70 nm or less, the wavelength of the low reflection peak at which the reflectance decreases most due to the influence of optical interference is set to a shorter wavelength side than the bottom of the radiance of 1000 ° C. thermal radiation. can do. Therefore, considering the oxidation and nitridation rates of the Si film, the preferable Si film thickness is 25 to 70 nm.
図11は、膜厚49nmのシリコン膜をモリブデン板の基材上に形成したリフレクタ板を1000℃の窒素雰囲気中で2時間加熱焼成した場合に、焼成の前後における分光正反射率を波長400nm〜2500nmで比較したものである。 FIG. 11 shows the spectral regular reflectance before and after firing for 400 hours when a reflector plate in which a silicon film with a film thickness of 49 nm is formed on a base material of molybdenum plate is heated and fired in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 2 hours. Comparison is made at 2500 nm.
上記の焼成処理(1000℃)は、材料交換の際の真空チャンバの窒素リークにおいて高温の蒸発源を急冷する状態を模したものであり、実際よりも高い温度における加速試験である。 The firing process (1000 ° C.) simulates a state in which a high-temperature evaporation source is rapidly cooled due to a nitrogen leak in a vacuum chamber during material exchange, and is an accelerated test at a temperature higher than the actual temperature.
本図から分かるように、1000℃の窒素雰囲気中で2時間加熱焼成したリフレクタ板の分光正反射率は、焼成前に比べ短波長側の反射率が向上している。これは1000℃の高温のためシリコンの窒化が進み、窒化シリコンが比較的多く形成されることでシリコンより屈折率が低下し(屈折率はシリコンの3.5と窒化シリコンの1.9の中間となる。)、光学干渉が抑制されるためである。また、高い反射率が得られているのは基材のモリブデンの窒化までは起こっていないためであり、窒素の拡散は十分抑制されている。 As can be seen from this figure, the specular reflectance of the reflector plate fired and fired in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 2 hours is improved in the reflectance on the short wavelength side as compared with that before firing. This is because the silicon nitridation proceeds at a high temperature of 1000 ° C., and a relatively large amount of silicon nitride is formed, so that the refractive index is lower than that of silicon (the refractive index is intermediate between silicon 3.5 and silicon nitride 1.9) This is because optical interference is suppressed. Further, the high reflectivity is obtained because nitridation of molybdenum of the base material does not occur, and the diffusion of nitrogen is sufficiently suppressed.
図12は、鏡面加工されたモリブデン板の基材、並びに基材の上に膜厚49nmのシリコンからなる被膜をスパッタリングしたリフレクタ板及びこのリフレクタ板を1000℃の窒素雰囲気中で2時間加熱焼成したものの分光拡散反射率を波長1.6μm〜25μmで測定し、比較したものである。 FIG. 12 shows a mirror-finished base material of molybdenum plate, a reflector plate obtained by sputtering a 49 nm-thickness silicon film on the base material, and this reflector plate heated and fired in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 2 hours. The spectral diffuse reflectance of the product was measured at wavelengths of 1.6 μm to 25 μm and compared.
モリブデン板の基材に比べると、膜厚49nmのシリコン膜をモリブデン板の基材上に形成したリフレクタは、短波長側でやや反射率が低下しているが、焼成の前後で反射率はほとんど変化していない。本図に示す測定した全波長域(1.6〜25μm)での全反射率を計算すると、モリブデン板の基材の1000℃の熱輻射に対する全反射率87.3%である。これに対し、膜厚49nmのシリコン膜をモリブデン板の基材上に形成したリフレクタの焼成前の全反射率は83.3%、1000℃の窒素雰囲気中で2時間加熱焼成した後の全反射率は83.7%であり、反射率の低下は非常に軽微である。 Compared to the base material of the molybdenum plate, the reflector formed with a 49 nm thick silicon film on the base material of the molybdenum plate has a slightly lower reflectivity on the short wavelength side, but the reflectivity is almost the same before and after firing. It has not changed. When the total reflectance in the measured whole wavelength region (1.6 to 25 μm) shown in this figure is calculated, it is 87.3% of the total reflectance with respect to 1000 ° C. thermal radiation of the base material of the molybdenum plate. On the other hand, the total reflectance before firing of the reflector in which the silicon film having a film thickness of 49 nm is formed on the substrate of the molybdenum plate is 83.3%, and the total reflection after heating and firing in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 2 hours. The rate is 83.7%, and the decrease in reflectivity is very slight.
以上の結果から、蒸発源で使用し、高温度の状態を経た被膜の構造は、成膜の当初の状態から変化することがわかる。 From the above results, it can be seen that the structure of the film used in the evaporation source and subjected to the high temperature state changes from the initial state of the film formation.
表1は、シリコン被膜の効果をまとめて示したものである。 Table 1 summarizes the effects of the silicon coating.
本表において、使用後(加熱後)については、SUS鋼を基材としたリフレクタは、空気雰囲気中600℃で2時間加熱焼成したものであり、モリブデンを基材としたリフレクタは、窒素雰囲気中1000℃で2時間加熱焼成したものである。 In this table, after use (after heating), the reflector based on SUS steel was fired and fired at 600 ° C. for 2 hours in an air atmosphere, and the reflector based on molybdenum was in a nitrogen atmosphere. Heat-fired at 1000 ° C. for 2 hours.
本表から、SUS鋼及びモリブデンはともに、加熱により20%以上反射率が低下することがわかる。これに対して、シリコン被膜を設けた場合、反射率は、加熱前後でほぼ同等である。 From this table, it can be seen that the reflectance of both SUS steel and molybdenum decreases by 20% or more by heating. On the other hand, when a silicon film is provided, the reflectance is almost the same before and after heating.
図13は、高温度の状態を経た被膜の更に詳細な構造を示したものである。 FIG. 13 shows a more detailed structure of the coating that has undergone a high temperature state.
本図に示すように、基材10上に成膜されたシリコン膜(被膜11)は、大気中でのメンテナンスや真空チャンバ中で加熱された際の残留酸素との反応によって酸化されたり、高温の状態で窒素リークされ、窒化されたりする。このため、被膜11の外側には、Siの酸化物若しくは窒化物又はそれらの複合化合物の表面層12が形成される。一方、基材10側の界面層13は、高温での使用により基材10の金属とシリコンが反応して形成されたシリサイドの層である。また、表面層12と界面層13との間には、残存したシリコンからなる中間層14が形成される。このように、被膜11には、概ね3層からなる構造を自然に形成される。
As shown in this figure, the silicon film (coating 11) formed on the
なお、上述の例では、リフレクタの基材として金属板のステンレス板やモリブデン板を用いたものを示したが、上記の条件を満たせば他の金属板でも構わない。例えば、タンタル、タングステン、ニオブ、チタン、ニッケル、クロムやそれらの合金も使用可能である。 In the above example, a stainless steel plate or a molybdenum plate is used as the reflector base material, but other metal plates may be used as long as the above conditions are satisfied. For example, tantalum, tungsten, niobium, titanium, nickel, chromium, and alloys thereof can be used.
また、リフレクタの基材の金属板とシリコン膜との間に銅など、基材の金属より赤外線の反射率の高い金属薄膜を設けることにより、リフレクタの反射率を更に高めることも可能である。 In addition, it is possible to further increase the reflectivity of the reflector by providing a metal thin film having a higher infrared reflectivity than the base metal such as copper between the metal plate of the base material of the reflector and the silicon film.
<蒸発源の坩堝、ノズルの実施形態>
図1に示す坩堝1やノズル2の基材10には、金属板を用いる。基材10の材料としては様々なものが利用可能であるが、有機蒸発源など比較的低温(250〜400℃程度)の加熱で用いるものはステンレスやチタンなど、金属蒸発源など比較的高温(400〜1000℃程度)に加熱して用いるものにはモリブデンなどの高融点金属などを用いる。板厚は様々に設定できるが、概ね10〜20mm程度の板厚の金属を用いることが多い。板材のみでなく、金属ブロックから削り出しで製作する場合もある。これらの金属はそのままでも使用可能であるが、赤外線を効率よく吸収するため、表面を黒化処理して輻射率(=吸収率)を高くするのが好ましい。具体的には、図2Aや図2Bのステンレスやモリブデンのように表面を酸化あるいは窒化して表面を黒化しておくことが有効である。
<Embodiment of crucible and nozzle of evaporation source>
A metal plate is used for the
坩堝1やノズル2では、黒化したステンレスやモリブデンの上に、実施例1と同じく、被膜11(表面コーティング膜)を形成する。被膜11は、シリコン(ケイ素単体)を用いたスパッタリング法などによって成膜する。この膜は実施例1記載のように短波長域では光学干渉が生じるが、輻射赤外線の波長域ではほぼ透明であり、下地の黒化したステンレスやモリブデンの輻射率、例えば図2Aや図2Bで示される輻射率をほぼ維持することができる。
In the
図2Aや図2Bを元に計算すると、全吸収率=全輻射率=1−全反射率の関係が成り立つことから、300℃でステンレスを使用した際の坩堝やノズルの輻射率(=吸収率)は、ステンレス金属そのままの場合の19.2%(100−80.8%)から、黒化処理することで40.6%(100−59.4%)に向上する。1000℃でモリブデンを使用した際の坩堝やノズルの輻射率(=吸収率)は、モリブデン金属そのままの場合の12.7%(100−87.3%)から、黒化処理することで52.7%(100−47.3%)に向上する。すなわち、吸収率が高く熱効率のよい坩堝1、ノズル2が得られ、蒸発源の消費電力を削減できる。また、この被膜は、実施例1と同様の酸化や窒化防止効果により、下地の黒化膜のさらなる酸化や窒化を防止して輻射率の変動が抑えられるため、経時変化が少なく安定した蒸発源を得ることができる。
When calculating based on FIG. 2A and FIG. 2B, the relationship of total absorptivity = total emissivity = 1−total reflectivity is established, so that the emissivity of crucibles and nozzles when using stainless steel at 300 ° C. (= absorptivity) ) Is improved from 19.2% (100-80.8%) in the case of stainless steel as it is to 40.6% (100-59.4%) by blackening treatment. The emissivity (= absorption rate) of the crucible or nozzle when using molybdenum at 1000 ° C. is from 12.7% (100 to 87.3%) in the case of the molybdenum metal as it is, by performing blackening treatment. Improve to 7% (100-47.3%). That is, the
また、坩堝1やノズル2の基材の金属板とシリコン膜との間に、サーメット膜(金属ナノ粒子を分散した酸化膜、窒化膜)など、基材の酸化や窒化による黒化膜より赤外線の輻射率(=吸収率)のより高い薄膜を設けることにより、坩堝やノズルの輻射率を更に高めることも可能である。
In addition, a cermet film (an oxide film or a nitride film in which metal nanoparticles are dispersed), such as a cermet film, between the metal plate and the silicon film of the base material of the
また、本実施例は坩堝やノズルに黒化処理等を施した例を示したが、黒化処理等を施さない金属基材に直接被覆しても、実施例1と同様に輻射率変動を抑え、経時変化が少なく安定した蒸発源を得ることができる。 Moreover, although the present Example showed the example which performed the blackening process etc. to the crucible and the nozzle, even if it coat | covers directly on the metal base material which does not perform a blackening process etc., a radiation rate fluctuation | variation is carried out similarly to Example 1. It is possible to obtain a stable evaporation source with little change over time.
<蒸着装置の実施形態>
図14は、本発明の有機リニア蒸発源及び金属蒸発源を備えた有機EL製造用のクラスタ型の蒸着装置の例を示したものである。
<Embodiment of vapor deposition apparatus>
FIG. 14 shows an example of a cluster type vapor deposition apparatus for producing an organic EL provided with an organic linear evaporation source and a metal evaporation source according to the present invention.
有機EL製造装置は、概略、各種有機層を成膜する有機クラスタ20と金属クラスタ40とを連結した構成である。有機クラスタ20は、カセット21及びロード室22、並びにロード室22と基板中継室23を介して連結されたロボット室24を中心とし、ロボット室24の両脇にホール注入層蒸着室25、ホール輸送層蒸着室26、赤発光層蒸着室27、緑発光層蒸着室28、青発光蒸着室29、ホールブロッキング層蒸着室30、電子輸送層蒸着室31及び電子注入層蒸着室32が配置された構成としている。
The organic EL manufacturing apparatus generally has a configuration in which an
各室は、ゲートバルブ33で仕切られ、搬送ロボット34によって基板の受け渡しを行う。各有機蒸着室には基板受け渡し部35が2箇所あり、左右上下に走査可能な有機リニア蒸発源36によって、一枚は蒸着中に、もう一枚はマスクのアライメントを行えるようにすることで、タクトを倍増できる構成となっている。
Each chamber is partitioned by a
有機クラスタ20においてTFT基板上に電子輸送層まで形成された基板は、基板中継室23に送られ、金属クラスタ40の金属蒸着室41で金属リニア蒸発源42や金属ポイント蒸発源43を用いてMg−Ag合金などが成膜される。その後、基板中継室23からアンロード室44に送られ、封止工程へと搬送されていく。
The substrate formed up to the electron transport layer on the TFT substrate in the
図15は、図14の有機クラスタ20を構成する有機蒸着室(「蒸着チャンバ」ともいう。)の一例を模式的に示したものである。
FIG. 15 schematically shows an example of an organic vapor deposition chamber (also referred to as a “deposition chamber”) constituting the
本図においては、基板51を略垂直に立てた状態で成膜するサイドデポジッション方式の例を示している。
This figure shows an example of a side deposition method in which a film is formed with the
有機蒸着室50は、概略、処理真空チャンバ52(単に「真空チャンバ」ともいう。)、ロボットチャンバ(図示せず)との間に真空を維持するためにゲートバルブ33、基板受け渡し部35、基板51を略垂直に立てるための駆動部53、メタルマスク54、水平方向に配置された有機リニア蒸発源36などで構成されている。有機リニア蒸発源36は、基板51の水平方向の辺より長く直列に配置し、基板51の高さ方向に走査することで基板51の全面に成膜するスキャン方式である。有機リニア蒸発源36は、共蒸着や積層蒸着ができるように上下に多段に組み合わせられたものを用いる場合もある(図示せず)。
In general, the organic
図16は、図15の有機リニア蒸発源36の断面構造を示したものである。
FIG. 16 shows a cross-sectional structure of the organic
有機リニア蒸発源36の蒸着温度は250〜400℃程度であることから、側面・背面部リフレクタ4や前面部リフレクタ5の基材10にはステンレス板(SUS)を用い、膜厚50nmのシリコンの被膜11を用いた。これにより、長期の生産活動での長時間蒸着や、材料交換のための大気暴露の繰り返しによって側面・背面部リフレクタ4や前面部リフレクタ5が酸化されるのを防止し、蒸着レートの変動が少なく安定した生産をすることができる。また、有機リニア蒸発源36内にヒーター3からの赤外線を閉じ込め、かつ、前面部リフレクタ5からの熱輻射も抑えて、有機リニア蒸発源36から基板やメタルマスクへの熱輻射を低減する。これにより、メタルマスクの熱膨張を抑え、高い精度のパターニング蒸着を安定して行うことが可能である。
Since the vapor deposition temperature of the organic
図17は、図14の金属クラスタ40中の金属蒸着室(「蒸着チャンバ」ともいう。)を模式的に示したものである。
FIG. 17 schematically shows a metal deposition chamber (also referred to as “deposition chamber”) in the
本図においては、基板51を略垂直に立てた状態で成膜するサイドデポジッション方式の例を示している。
This figure shows an example of a side deposition method in which a film is formed with the
金属蒸着室41は、概略、処理真空チャンバ52(単に「真空チャンバ」ともいう。)、ロボットチャンバ(図示せず)との間に真空を維持するためにゲートバルブ33、基板受け渡し部35、基板51を略垂直に立てるための駆動部53、パネルごとに金属膜をパターニングするフレームマスク57、水平方向に配置された金属リニア蒸発源58や、複数のポイント蒸発源を水平方向に並べた金属ポイント蒸発源59などで構成されている。
The metal
金属リニア蒸発源58は、基板51の水平方向の辺より長く配置し、基板51の高さ方向に走査することで基板51の全面に成膜するスキャン方式である。金属ポイント蒸発源59は、複数のポイント蒸発源を基板51の水平方向の辺より長く並べて配置し、基板51の高さ方向に走査することで基板51の全面に成膜するスキャン方式である。これらの金属リニア蒸発源58や金属ポイント蒸発源59は、例えば、マグネシウムと銀の共蒸着や、その上に銀を積層蒸着することができるように上下に多段に組み合わせた構成としてもよい。
The metal
金属リニア蒸発源58の断面構造は、図16と基本的に同様である。また、金属ポイント蒸発源59も、断面構造は図17に示すとおりであるが、紙面の奥行き方向は短く、複数の金属ポイント蒸発源59が奥行き方向に並べた配置された構造となっている。
The cross-sectional structure of the metal
金属リニア蒸発源58は、例えば、マグネシウムを蒸着する場合に用いられ、蒸着温度が400℃程度であることから、側面・背面部リフレクタや前面部リフレクタの基材にはステンレス板(SUS)を用い、膜厚50nmのシリコンの被膜を用いる。一方、金属ポイント蒸発源59は、例えば、銀の蒸着に用いられ、蒸着温度が1000℃を超えることから、側面・背面部リフレクタや前面部リフレクタの基材にはモリブデン板(Mo)を用い、膜厚50nmのシリコンの被膜を用いる。これにより、長期の生産活動での長時間蒸着や、材料交換のための大気暴露の繰り返しによって側面・背面部リフレクタや前面部リフレクタが酸化されるのを防止し、蒸着レートの変動が少ない安定した生産をすることができる。
The metal
また、蒸発源内のヒーターからの赤外線を閉じ込め、かつ前面部リフレクタからの熱輻射も抑えて蒸発源から基板51やフレームマスク57への熱輻射を低減する。これにより、基板51上の有機膜の劣化を抑えて安定して行うことが可能である。
In addition, infrared radiation from the heater in the evaporation source is confined, and heat radiation from the front reflector is also suppressed, so that heat radiation from the evaporation source to the
また、金属リニア蒸発源58や金属ポイント蒸発源59は、有機リニア蒸発源に比べ高温で動作させることから、材料交換のための冷却に非常に時間を要する。本発明の側面・背面部リフレクタや前面部リフレクタを用いれば、窒化に対して耐性が十分あることから、金属リニア蒸発源58や金属ポイント蒸発源59がまだヒーターを切って間もない高温の状態であっても、金属蒸着チャンバ52を窒素リークすることが可能である。窒素ガスが導入されることで、熱伝導や対流伝導による伝熱により、真空状態のまま金属リニア蒸発源58や金属ポイント蒸発源59を熱輻射のみで放熱するより大幅な冷却時間の短縮を可能とすることができる。そのため、材料交換の時間を短縮し、蒸着装置の生産性を向上させることが可能である。
Further, since the metal
本発明の蒸発源および蒸着装置によれば、蒸発源を長時間動作させてもヒーター電力の増大や基板への熱輻射増加を防止でき、低消費電量で安定した蒸着を長期間行うことができる。また、材料交換時の蒸発源の冷却速度を高め、生産性を向上させることができる。 According to the evaporation source and the evaporation apparatus of the present invention, even if the evaporation source is operated for a long time, an increase in heater power and an increase in heat radiation to the substrate can be prevented, and stable evaporation with a low power consumption can be performed for a long time. . Moreover, the cooling rate of the evaporation source at the time of material exchange can be increased, and productivity can be improved.
1:坩堝、2:ノズル、3:ヒーター、4:側面・背面部リフレクタ、5:前面部リフレクタ、10:基材、11:被膜、12:表面層、13:界面層、14:中間層、20:有機クラスタ、21:カセット、22:ロード室、23:基板中継室、24:ロボット室、25:ホール注入層蒸着室、26:ホール輸送層蒸着室、27:赤発光層蒸着室、28:緑発光層蒸着室、29:青発光蒸着室、30:ホールブロッキング層蒸着室、31:電子輸送層蒸着室、32:電子注入層蒸着室、33:ゲートバルブ、34:搬送ロボット、35:基板受け渡し部、36:有機リニア蒸発源、40:金属クラスタ、41:金属蒸着室、42:金属リニア蒸発源、43:金属ポイント蒸発源、44:アンロード室、50:有機蒸着室、51:基板、52:処理真空チャンバ、53:駆動部、54:メタルマスク、57:フレームマスク、58:金属リニア蒸発源、59:金属ポイント蒸発源。 1: crucible, 2: nozzle, 3: heater, 4: side and back reflector, 5: front reflector, 10: base material, 11: coating, 12: surface layer, 13: interface layer, 14: intermediate layer, 20: organic cluster, 21: cassette, 22: load chamber, 23: substrate relay chamber, 24: robot chamber, 25: hole injection layer deposition chamber, 26: hole transport layer deposition chamber, 27: red light emitting layer deposition chamber, 28 : Green light emitting layer deposition chamber, 29: Blue light emitting deposition chamber, 30: Hole blocking layer deposition chamber, 31: Electron transport layer deposition chamber, 32: Electron injection layer deposition chamber, 33: Gate valve, 34: Transfer robot, 35: Substrate delivery unit, 36: organic linear evaporation source, 40: metal cluster, 41: metal evaporation chamber, 42: metal linear evaporation source, 43: metal point evaporation source, 44: unload chamber, 50: organic evaporation chamber, 51: Substrate, 52 Processing vacuum chamber, 53: driver, 54: metal mask 57: the frame mask, 58: metal linear evaporation source, 59: a metal point evaporation source.
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