JP2019214766A

JP2019214766A - 真空蒸着装置用の蒸着源

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Publication number: JP2019214766A
Application number: JP2018112499A
Authority: JP
Inventors: 昭彦高良; Akihiko Takara
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2038-06-13
Also published as: JP7078462B2

Abstract

【課題】蒸着に使用する蒸着物質の種類に応じて、加熱量の調整によって飛散分布を調整できる機能に加えて、更に蒸着粒子の飛散分布を調整できる機能を持つ真空蒸着装置用の蒸着源を提供する。【解決手段】真空チャンバ１内に配置されて被蒸着物Ｓｗに対して蒸着するための本発明の真空蒸着装置Ｄｍ用の蒸着源ＤＳは、蒸着物質３を収容する収容箱４１とこの蒸着物質を加熱する第１加熱手段５とを備え、被蒸着物に対向する収容箱の面４１ａに、加熱により昇華または気化した蒸着粒子３ａを噴射する噴射ノズル４２が設けられ、収容箱から被蒸着物に向かう方向を上として、噴射ノズルは、夫々が上方に向けて拡径する第１漏斗部材４２ａと第２漏斗部材４２ｂを備え、第１漏斗部材の下端が収容箱に取り付けられると共に、第２漏斗部材が第１漏斗部材に対して上下方向で近接離間可能に設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、真空チャンバ内に配置されて被蒸着物に対して蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源に関し、より詳しくは、噴射ノズルからの蒸着粒子の飛散分布が調整できるようにしたものに関する。

例えば有機ＥＬ素子の製造工程においては、真空雰囲気中で基板などの被蒸着物にアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ_３）や芳香族ジアミンなどの昇華性の材料（有機材料）を蒸着する工程があり、この蒸着工程には真空蒸着装置が広く利用されている。このような真空蒸着装置に用いられる蒸着源は例えば特許文献１で知られている。このものは、蒸着物質を収容する収容箱（ルツボ）と収容箱を加熱する加熱手段とを備える。また、被蒸着物に対向する収容箱の面には、収容箱の加熱により昇華または気化した蒸着粒子を噴射する噴射ノズルが固定配置されている。

近年、有機ＥＬ素子の製造に利用される有機材料として、多種多様なものが開発されており、このような有機材料を真空雰囲気中で加熱して昇華させる場合、有機材料ごとに昇華温度が異なる場合が多い。そのため、蒸着に使用する有機材料の種類に応じて、収容箱に対する単位時間当たりの加熱手段からの加熱量（加熱温度）を調整する必要がある。一方、収容箱の加熱により昇華した蒸着粒子（有機材料）が噴射ノズルから噴射されるとき、所定の余弦則に従ってその噴射口からドーム状に拡がりながら被蒸着物に向けて飛散するが、同じ有機材料でもその加熱量（加熱温度）によっては、収容箱内で昇華する蒸着粒子の量が変わることで蒸着粒子の飛散分布も変わる。また、異なる有機材料の場合、加熱量を適宜制御して収容箱内で昇華する蒸着粒子の量を一致させても、有機材料の種類によっては蒸着粒子の飛散分布が変わる。

このように蒸着粒子の飛散分布が蒸着物質（有機材料）の種類やその加熱量によって変化すると、例えば、被蒸着物の表面に蒸着したときにその膜厚の均一性が損なわれ、または、被蒸着物以外の部分に付着する蒸着粒子の量が増加して蒸着物質が無駄になるといった不具合が生じる。この場合、上記従来例の蒸着源では、加熱量の調整による飛散分布の調整しかできず、多種多様の有機材料の蒸着に対応できないという問題がある。

特開２０１５−２０９５５９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、蒸着に使用する蒸着物質の種類に応じて、加熱量の調整によって飛散分布を調整できる機能に加えて、更に蒸着粒子の飛散分布を調整できる機能を持つ真空蒸着装置用の蒸着源を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、真空チャンバ内に配置されて被蒸着物に対して蒸着するための本発明の真空蒸着装置用の蒸着源は、蒸着物質を収容する収容箱とこの蒸着物質を加熱する第１加熱手段とを備え、被蒸着物に対向する収容箱の面に、加熱により昇華または気化した蒸着粒子を噴射する噴射ノズルが設けられ、収容箱から被蒸着物に向かう方向を上として、噴射ノズルは、夫々が上方に向けて拡径する第１漏斗部材と第２漏斗部材を備え、第１漏斗部材の下端が収容箱に取り付けられると共に、第２漏斗部材が第１漏斗部材に対して上下方向で近接離間可能に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、第１漏斗部材に第２漏斗部材を近接（上下方向で互いに重なり合う場合も含む）させた位置では、収容箱の加熱により昇華または気化した蒸着粒子が、主として、第１漏斗部材の通路を通り、これに連通する第２漏斗部材の通路を経て所定の余弦則に従ってドーム状に拡がりながら被蒸着物に向けて飛散する。他方で、第１漏斗部材から第２漏斗部材を離間させると、第１漏斗部材と第２漏斗部材との間に蒸着粒子の通過を許容する隙間が形成されることで、蒸着粒子が、第２漏斗部材の通路を経て被蒸着物に向けて飛散するものに加えて、上記隙間を経て所定の余弦則に従って被蒸着物に向けて飛散するようになる。このとき、上下方向で第１漏斗部材に対する第２漏斗部材の相対位置を変更して上記隙間の大きさを変えれば、蒸着粒子の飛散分布を変えることができる。このように本発明は、加熱手段の加熱量の調整による飛散分布の調整に加えて、第１漏斗部材に対する第２漏斗部材の相対位置に応じて飛散分布を更に調整することができ、結果として、多種多様の有機材料の蒸着に対応することが可能になる。

本発明において、前記第１漏斗部材に周方向に間隔を置いて複数の支柱が立設され、各支柱を介して第２漏斗部材が取り付けられていれば、上下方向で第１漏斗部材に対する第２漏斗部材の相対位置を変更できる構成が実現できる。この場合、第２漏斗部材の移動は、手動または例えばアクチュエータを用いて自動で行うことができる。

ところで、上記の如く、噴射ノズルを構成し、被蒸着物に対して蒸着すると、第２漏斗部材にも多くの蒸着粒子が付着、堆積することになる。このような場合、被蒸着物以外に蒸着粒子が付着して蒸着物質が無駄になるばかりか、蒸着中に、第２漏斗部材の下面に付着、堆積したもので、被蒸着物に向かう蒸着粒子の飛散分布が変化する虞もある。本発明においては、前記第２漏斗部材を蒸着物質の昇華または気化温度以上に加熱する第２加熱手段を備えることが好ましい。これによれば、収容箱内で昇華または気化した蒸着粒子が飛散する際に、第２漏斗部材の表面に付着しても、直ちに再気化または再昇華して被蒸着物に向けて飛散させることができ、上記不具合の発生を防止することができる。なお、第１漏斗部材は、収容箱に取り付けられているため、収容箱を加熱したときに伝熱で加熱されるため、第２漏斗部材と比較して蒸着粒子が付着、堆積し難いが、第２加熱手段により第１漏斗部材も加熱するようにしてもよい。

本発明の実施形態の蒸着源を備える真空蒸着装置を模式的に示す部分断面図。（ａ）は、本実施形態の蒸着源を第１漏斗部材に対する第２漏斗部材の相対位置を変えて示す拡大断面図、（ｂ）は、蒸着源の噴射ノズルの平面図。本実施形態の蒸着源を、第１漏斗部材に対する第２漏斗部材の相対位置を更に変えて示す拡大断面図。

以下、図面を参照して、被蒸着物を矩形の輪郭を持つ所定厚さのガラス基板（以下、「基板Ｓｗ」という）とし、基板Ｓｗの片面に蒸着する場合を例に本発明の真空蒸着装置用の蒸着源を説明する。以下においては、「上」、「下」といった方向を示す用語は、本実施形態の蒸着源の設置姿勢である図１を基準として説明する。

図１を参照して、Ｄｍは、本実施形態の蒸着源ＤＳを備える真空蒸着装置である。真空蒸着装置Ｄｍは、真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１には、特に図示して説明しないが、排気管を介して真空ポンプが接続され、所定圧力（真空度）に真空引きして保持できるようになっている。また、真空チャンバ１の上部には基板搬送装置２が設けられている。基板搬送装置２は、蒸着面としての下面を開放した状態で基板Ｓｗを保持するキャリア２１を有し、図外の駆動装置によってキャリア２１、ひいては基板Ｓｗを真空チャンバ１内の一方向に所定速度で移動するようになっている。基板搬送装置２としては公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。そして、真空チャンバ１の底面には、基板Ｓｗに対向させて本実施形態の蒸着源ＤＳが設けられている。

蒸着源ＤＳは、モリブデン、チタン、ステンレスやカーボンなどの熱伝導が良く、高融点の材料から形成された、固体の蒸着物質３を収容する収容箱４１を有する。蒸着物質３としては、基板Ｓｗに成膜しようとする薄膜に応じて金属材料や有機材料が用いられ、有機材料としては、アルミキノリノール錯体（Ａｌｑ_３）や芳香族ジアミンなどが挙げられ、粉末状にしたものが充填されるようになっている。そして、収容箱４１の周囲に設けた第１加熱手段５によって蒸着物質３が昇華温度または気化温度まで加熱されるようになっている。第１加熱手段５としては、シースヒータやランプヒータ等の公知のものが利用できる。

収容箱４１の上面（基板Ｓｗとの対向面）４１ａには、昇華または気化した蒸着粒子３ａを噴射する噴射ノズル４２が、基板Ｓｗに平行に設置される収容箱４１の上面４１ａに直交する方向に起立した姿勢で立設されている。なお、本実施形態では、１本の噴射ノズル４２を設けた場合を例に説明するが、基板Ｓｗの面積や輪郭、基板Ｓｗへの蒸着時の膜厚分布の均一性等を考慮して、複数本の噴射ノズル４２を所定のパターンで収容箱４１の上面４１ａに設けることもできる。

図２及び図３も参照して、噴射ノズル４２は、第１漏斗部材４２ａと第２漏斗部材４２ｂを備える。下側に位置する第１漏斗部材４２ａは、下端を収容箱４１内に突出させた姿勢で上面４１ａに立設された第１の筒体４２１と、第１の筒体４２１の上端に連続して設けられる、上方に向けて拡径した逆截頭円錐状の第１の本体４２２とを有し、第１の筒体４２１が、収容箱４１内で昇華または気化した蒸着粒子３ａの第１通路４２３を構成するようになっている。収容箱４１内に突出した第１の筒体４２１の下端は、下方に向けて拡径され、収容箱４１内で昇華または気化した蒸着粒子３ａを第１通路４２３へと効率よく導くことができるようにしている。

上側に位置する第２漏斗部材４２ｂは、第１の筒体４２１の孔軸４２ｃと同一の孔軸を持つように配置される第２の筒体４２４と、第２の筒体４２４の上端に連続して設けられる、上方に向けて拡径した逆截頭円錐状の第２の本体４２５とを有し、第２の筒体４２４が、第１通路４２３を経た蒸着粒子３ａを基板Ｓｗに向けて飛散させる第２通路４２６を構成するようになっている。この場合、第２の筒体４２４の内径は、第１の筒体４２１より大きく設定され、孔軸４２ｃに沿って第２漏斗部材４２ｂを第１漏斗部材４２ａに近接させた位置では、第２の筒体４２４の下端が、第１の本体４２２の傾斜した上面に着座するようになっている（図１参照）。なお、第１及び第２の各筒体４２１，４２４の上下方向の長さや、第１及び第２の各本体４２２，４２５の孔軸４２ｃに対する傾斜角α１，α２は、例えば基板Ｓｗに蒸着したときの膜厚分布を考慮して適宜設定される。

また、第１漏斗部材４２ａの第１の本体４２２上端には、水平方向にのびる第１のフランジ部４２２ａが形成され、第１のフランジ部４２２ａには、上下方向にのびる複数本（本実施形態では、周方向に１２０度間隔で３本）の支柱４２７が立設されている。第２漏斗部材４２ｂの第２の本体４２５の上端にもまた、水平方向にのびる第２のフランジ部４２５ａが形成され、第２のフランジ部４２５ａには、支柱４２７の挿通を可能とする透孔４２８が形成され、第２漏斗部材４２ｂが支柱４２７で案内されて第１漏斗部材４２ａに対して上下方向（近接離間方向）に移動自在としている。これにより、図１に示す姿勢から、図２（ａ）に示す第１漏斗部材４２ａから第２漏斗部材４２ｂが離間した位置では、第１漏斗部材４２ａの第１の本体４２２と、第２漏斗部材４２ｂの第２の筒体４２４及び第２の本体４２５との間に隙間４２９が形成される。そして、図３に示すように、第１漏斗部材４２ａから第２漏斗部材４２ｂを更に離間させた位置では、隙間４２９の大きさが変化する。本実施形態では、第１漏斗部材４２ａに対する第２漏斗部材４２ｂの相対位置の変更は手動で行うことができ、特に図示していないが、第１漏斗部材４２ａに対する第２漏斗部材４２ｂの相対位置を変更した後に、例えばストッパを用いてその位置で第２漏斗部材４２ｂを支柱４２７に保持できるようにしている。

上記真空蒸着装置Ｄｍを用いて基板Ｓｗに蒸着する場合、真空チャンバ１内に配置された収容箱４１に固体の蒸着物質３を収容した後、真空チャンバ１内を所定圧力まで真空引きし、噴射ノズル４２の対向する真空チャンバ１内の所定位置に基板搬送装置２によって基板Ｓｗを移送する。そして、真空雰囲気中で第１加熱手段５により収容箱４１、ひいては蒸着物質３を加熱し、収容箱４１内で蒸着物質３を昇華または気化させると、この昇華または気化した蒸着粒子３ａが、所定の余弦則に従ってその噴射口からドーム状に拡がりながら基板Ｓｗに向けて飛散し、基板Ｓｗの下面に蒸着される。このとき、第２の筒体４２４の下端が第１の本体４２２の傾斜した上面に着座した近接位置（図１参照）では、蒸着粒子３ａは、第１漏斗部材４２ａの第１の筒体４２１内の第１通路４２３を通り、これに連通する第２漏斗部材４２ｂの第２の筒体４２４内の第２通路４２６を経て所定の余弦則に従ってドーム状に拡がりながら基板Ｓｗに向けて飛散する。

次に、図１に示す姿勢から、図２（ａ）に示す第１漏斗部材４２ａから第２漏斗部材４２ｂが離間させた位置にすると、第１漏斗部材４２ａと第２漏斗部材４２ｂとの間に蒸着粒子３ａの通過を許容する隙間４２９が形成されることで、蒸着粒子３ａは、第１の通路４２３から第２の通路４２６を経て飛散するものに加えて、第１の通路４２３から隙間４２９を経て所定の余弦則に従って基板Ｓｗに向けて飛散するようになる。このとき、図３に示すように第１漏斗部材４２ａに対する第２漏斗部材４２ｂの相対位置を変更して隙間４２９の大きさを変えれば、蒸着粒子３ａの飛散分布を更に変化させることができる。

以上、説明したように本実施形態では、噴射ノズル４２が第１漏斗部材４２ａとこの第１漏斗部材４２ａに上下方向に近接離間可能に設けられる第２漏斗部材４２ｂとで構成されているため、第１加熱手段５の加熱量の調整による飛散分布の調整に加えて、第１漏斗部材４２ａに対する第２漏斗部材４２ｂの相対位置に応じて飛散分布を更に調整することができ、結果として、多種多様の有機材料の蒸着に対応することが可能になる。また、各支柱４２７を介して第２漏斗部材４２ｂを第１漏斗部材４２ａに取り付けているため、上下方向で第１漏斗部材４２ａに対する第２漏斗部材４２ｂの相対位置の変更も簡単に行うことができる。なお、本実施形態では、手動で第２漏斗部材４２ｂの位置を変えるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、特に図示して説明しないが、例えば公知の構造を有する空気式や電動式のアクチュエータを用いて真空雰囲気中にて自動で行うことができるように構成することもできる。

ところで、第２漏斗部材４２ｂを第１漏斗部材４２ａから上方に離間させて第１漏斗部材４２ａと第２漏斗部材４２ｂとの間に蒸着粒子３ａの通過を許容する隙間４２９が形成された状態で蒸着すると、第２漏斗部材４２ｂにも多くの蒸着粒子３ａが付着、堆積することになる。このような場合、基板Ｓｗ以外に蒸着粒子３ａが付着して蒸着物質が無駄になるばかりか、蒸着中に、例えば第２漏斗部材４２ｂの下面に付着、堆積したもので基板Ｓｗに向かう蒸着粒子３ａの飛散分布が変化する虞もある。そこで、真空チャンバ１内には、特に、第２漏斗部材４２ｂが離間位置にあるとき、第２漏斗部材４２ｂを蒸着物質の昇華または気化温度以上に加熱する第２加熱手段６が設けられている。第２加熱手段６としては、シースヒータやランプヒータ等の公知のものが利用できる。

これにより、離間位置にある第２漏斗部材４２ｂを第２加熱手段６により蒸着物質の昇華または気化温度以上に加熱することで、蒸着粒子３ａが第２漏斗部材４２ｂの表面に付着しても、直ちに再気化または再昇華して基板Ｓｗに向けて飛散させることができ、上記不具合の発生を防止することができる。なお、第１漏斗部材４２ａは、収容箱４１に取り付けられているため、第１加熱手段５により収容箱４１を加熱したときに伝熱で加熱されるため、第２漏斗部材４２ｂと比較して蒸着粒子が付着、堆積し難いが、特に、第１の本体４２２が所定温度まで昇温しない場合も考えられる。このため、第２加熱手段６により第１漏斗部材４２ａも加熱するようにすることが好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、第１漏斗部材４２ａと第２漏斗部材４２ｂが第１及び第２の各筒体４２１，４２４を持つものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、これらを省略して第１及び第２の各本体４２２，４２５が中央孔を有する形態としてもよい。なお、上記実施形態のように、第１漏斗部材４２ａが第１の筒体４２１を持つ場合、第１の本体４２２の下方で第１の筒体４２１を囲って且つ収容箱４１の上面４１ａを覆うように遮蔽板（図示せず）を設けることができ、蒸着中に収容箱４１からの輻射熱で基板Ｓｗやその下面に蒸着したものがダメージを受けるといった不具合を防止でき、有利である。

また、上記実施形態では、第１及び第２の各本体４２２，４２５が孔軸４２ｃに対して所定の角度で傾斜させたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、第１及び第２の各本体４２２，４２５の下面を湾曲させた湾曲面として形成してもよい。また、上記実施形態では、第２漏斗部材４２ｂを所定の位置に保持する支柱４２７を第１漏斗部材４２ａに設けるものを例に説明したが、第１漏斗部材４２ａに対して第２漏斗部材４２ｂを上下方向の所定の位置に保持できるものであれば、これに限定されるものではない。

Ｄｍ…真空蒸着装置、ＤＳ…真空蒸着装置用の蒸着源、Ｓｗ…基板（被蒸着物）、１…真空チャンバ、３…蒸着物質、３ａ…蒸着粒子、４１…収容箱、４１ａ…被蒸着物Ｓｗに対向する収容箱４１の面、４２…噴射ノズル、４２ａ…第１漏斗部材、４２ｂ…第２漏斗部材、４２７…支柱、５…第１加熱手段、６…第２加熱手段。

Claims

真空チャンバ内に配置されて被蒸着物に対して蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源であって、
蒸着物質を収容する収容箱とこの蒸着物質を加熱する第１加熱手段とを備え、被蒸着物に対向する収容箱の面に、加熱により昇華または気化した蒸着粒子を噴射する噴射ノズルが設けられるものにおいて、
収容箱から被蒸着物に向かう方向を上として、噴射ノズルは、夫々が上方に向けて拡径する第１漏斗部材と第２漏斗部材を備え、第１漏斗部材の下端が収容箱に取り付けられると共に、第２漏斗部材が第１漏斗部材に対して上下方向で近接離間可能に設けられることを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。
前記第１漏斗部材に周方向に間隔を置いて複数の支柱が立設され、各支柱を介して第２漏斗部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置用の蒸着源。
前記第２漏斗部材を蒸着物質の昇華または気化温度以上に加熱する第２加熱手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空蒸着装置用の蒸着源。