JP2020002388A - 真空蒸着装置用の蒸着源 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で噴射ノズルのノズル詰まりを可及的に抑制することができる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蒸着源ＤＳは、蒸着物質４を収容する収容箱５１を備え、被蒸着物に対向する収容箱の面５１ａに、加熱により昇華または気化した蒸着物質を噴射する噴射ノズル５４１，５４２が突設されているものにおいて、噴射ノズルの外周に、ノズル先端から収容箱の面までのびる肉厚部５５，５６が形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、真空蒸着装置用の蒸着源に関し、より詳しくは、噴射ノズルのノズル詰まりを防止できるようにしたものに関する。

この種の蒸着源を備えた真空蒸着装置は例えば特許文献１で知られている。このものでは、被蒸着物を矩形のガラス基板（以下、「基板」という）、基板の蒸着源に対する相対移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する基板の幅方向をＹ軸方向として、蒸着源が蒸着物質を収容する収容箱を有し、収容箱の基板との対向面（上面）には、噴射ノズル（筒状部材）がＹ軸方向に間隔を存して列設されている（所謂ラインソース）。そして、真空雰囲気の真空チャンバ内で、収容箱に収容された蒸発物質を加熱して昇華または気化させ、この昇華または気化した蒸着物質を各噴射ノズルから噴射させ、蒸着源に対してＸ軸方向に相対移動する基板に付着、堆積させて所定の薄膜が成膜される。この場合、蒸着源と基板との間に、この基板に対する蒸着物質の付着範囲を制限するマスクプレートを介在させて所定のパターンで基板に成膜することも従来から知られている。

各噴射ノズルは、通常、そのノズル孔の孔軸が基板に平行な収納箱の対向面に対して直交する方向にまたは、この対向面に対してＹ軸方向に所定角で傾斜する方向に起立した姿勢で収容箱の対向面に突設され、真空蒸着時、収容箱の対向面に蒸着物質が付着、堆積しても、ノズル孔が閉塞されないようにしている。ここで、真空蒸着時、収容箱内の蒸着物質を加熱すると、収容箱自体も加熱されて昇温する。このとき、加熱された収容箱の対向面からの輻射熱で基板やマスクプレートも加熱される場合があり、これでは、基板とマスク材との熱膨張の差で精度よく所定のパターンで蒸着（成膜）できない虞がある。

上記問題の解決策として、収容箱の対向面に遮熱板を対向配置することが考えられる。このような遮熱板としては、内部に冷媒の循環通路が形成され、ノズル先端の挿通を許容する透孔が開設されたパネル部を持つものが一般に利用できる。そして、真空蒸着中、パネル部に冷媒を循環させて冷却することで、収容箱の対向面からの熱を遮断する。然し、上記のように遮熱板を設けると、真空蒸着中にノズル詰まりが発生し易いことが判明した。

そこで、本願の発明者らは、鋭意研究を重ね、蒸着物質を昇華または気化させる際に収容箱自体が加熱されたとき、上記遮熱板の存在により、噴射ノズル、特にノズル先端部と収容箱の対向面との間の温度差が大きくなることに起因していることを知見するのに至った。つまり、昇華または気化した蒸着物質が噴射ノズル内を通って外部に飛散していくとき、蒸着物質の一部が噴射ノズルの内壁面に衝突するが、上記温度差が大きく（即ち、ノズル先端部分の温度が比較的に低く）なると、その内壁面に衝突した蒸着物質が再凝固して堆積していくことでノズル詰まりを招来することを知見するのに至った。このような場合、例えば、噴射ノズルの周囲に加熱手段を設けて温度差を可及的に小さくすることも考えられるが、これでは、装置構成が複雑になったり、コスト高を招いたりする。

特開２０１４−７７１９３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、簡単な構成で噴射ノズルのノズル詰まりを可及的に抑制することができる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物質を噴射する噴射ノズルが突設され、噴射ノズルの外周に、ノズル先端から収容箱の面までのびる肉厚部が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、噴射ノズルの周囲に肉厚部を形成して熱容量を増加させたことで、真空蒸着時、特にノズル先端部と収容箱の対向面との間の温度差を可及的に小さくしてノズル先端部の温度低下を抑制することができる。このため、昇華または気化した蒸着物質が噴射ノズル内を通って外部に飛散していくとき、蒸着物質の一部が噴射ノズルの内壁面に衝突しても、その衝突した蒸着物質が再凝固せずに、その内壁面に衝突して散乱し、これを繰り返しながらノズル先端から外部に噴射されるようになる。その結果、ノズル詰まりを可及的に抑制することができる。この場合、噴射ノズルのノズル壁を部分的または全体的に肉厚にするだけだから、構成も簡単で済む。

ここで、本発明のように、噴射ノズルのノズル壁を部分的または全体的に肉厚にする場合、噴射ノズル自体が基板やマスクプレートに対する熱源にならないようにする必要がある。そこで、本発明において、前記噴射ノズルは、その孔軸が前記収容箱の面に対して直交する方向に起立した姿勢で突設されている場合、前記肉厚部が、前記噴射ノズルの外周をその起立方向全長に亘って囲い、ノズル先端から収容箱の面に向けて末広がりの傾斜面を持つことが好ましい。他方、前記噴射ノズルは、その孔軸が前記収容箱の面に対して傾斜した姿勢で突設されている場合、前記肉厚部が、前記噴射ノズルと前記収容箱との間の空間を埋めるリブで構成され、リブの端面が、前記ノズル先端を通る、収容箱の面に対する垂線上に位置するようにすることが好ましい。この場合、肉厚部としてのリブの厚さは、ノズル径と同等以下になっていればよい。

（ａ）は、本発明の実施形態の蒸着源を備える真空蒸着装置を説明する、一部を断面視とした部分斜視図、（ｂ）は、真空蒸着装置を正面側からみた部分断面図。 本実施形態の蒸着源の拡大断面図。

以下、図面を参照して、被成膜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の片面に所定の薄膜を成膜する場合を例に本発明の真空蒸着装置用の蒸着源の実施形態を説明する。以下においては、「上」、「下」といった方向を示す用語は図１を基準として説明する。

図１（ａ）及び（ｂ）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、成膜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。また、以下においては、蒸着源ＤＳに対する基板Ｓｗの相対移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する基板Ｓｗの幅方向をＹ軸方向とする。

基板搬送装置２によって搬送される基板Ｓｗと後述の蒸着源ＤＳとの間には、板状のマスクプレート３が設けられている。本実施形態では、マスクプレート３は、基板Ｓｗと一体に取り付けられて基板Ｓｗと共に基板搬送装置２によって搬送されるようになっている。なお、マスクプレート３は、真空チャンバ１に予め固定配置しておくこともできる。マスクプレート３には、板厚方向に貫通する複数の開口３１が形成され、これら開口３１がない位置にて蒸着物質の基板Ｓｗに対する付着範囲が制限されることで所定のパターンで基板Ｓｗに成膜されるようになっている。マスクプレート３としては、インバー、アルミ、アルミナやステンレス等の金属製の他、ポリイミド等の樹脂製のものが用いられる。そして、真空チャンバ１の底面には、Ｘ軸方向に移動される基板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。

図２も参照して、蒸着源ＤＳは、蒸着物質４を収容する収容箱５１を有する。蒸着物質４としては、基板Ｓｗに成膜しようとする薄膜に応じて適宜選択され、顆粒状またはタブレット状のものが利用される。この場合、収容箱５１の下部には、金属製の受け皿５２が設けられ、受け皿５２上に蒸着物質４が設置されるようになっている。受け皿５２と収容箱５１の底壁との間には加熱手段５３が設けられ、受け皿５２を介して蒸着物質４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。加熱手段５３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。なお、特に図示して説明しないが、収容箱５１内には分散板が設けられ、気化した蒸着物質４を後述の各噴出ノズルから略均等な流量で噴射できるようになっている。

収容箱５１の上面（基板Ｓｗとの対向面）５１ａには、所定高さの筒体で構成される、気化させた蒸着物質４を噴射する噴射ノズル５４_１，５４_２がＹ軸方向に所定の間隔で（本実施形態では、１０本）列設されている。本実施形態では、所謂マスクエフェクトを抑制しつつ、Ｙ軸方向に均等な膜厚で蒸着できるように、Ｙ軸方向で中央領域に位置する噴射ノズル５４_１は、その孔軸５４ａが基板Ｓｗに平行に設置される収容箱５１の上面５１ａに直交した姿勢で起立するように立設されている。一方、Ｙ軸方向で外郭領域に夫々位置する（４本の）噴射ノズル５４_２は、その孔軸５４ｂがＹ軸方向外方に傾く姿勢で起立するように立設されている。

ここで、真空蒸着時、加熱手段５３により収容箱５１内の蒸着物質４を加熱すると、収容箱５１自体も加熱されて昇温する。このとき、加熱された収容箱５１の上面５１ａからの輻射熱で基板Ｓｗやマスクプレート３も加熱される場合があり、これでは、基板Ｓｗとマスクプレート３との熱膨張の差で精度よく所定のパターンで蒸着（成膜）できない虞がある。本実施形態では、収容箱５１の上面５１ａには遮熱板６が対向配置されている（図２参照）。この場合、遮熱板６は、内部に冷媒の循環通路（図示せず）が形成されたパネル部６１と、パネル部６１を、収容箱５１の上面５１ａに平行に且つそこから所定の高さ位置に支持する支持脚（図示せず）とで構成されている。

パネル部６１は、その主面が収容箱５１の上面５１ａと同等の面積を持つように形成され、また、パネル部６１の所定位置には、収容箱５１の上面５１ａに支持脚を介して設置するとき、ノズル先端部の挿通を許容する上下方向の透孔６２，６３が開設されている。支持脚の高さは、真空蒸着時、収容箱５１の上面５１ａに付着、堆積したものによって噴射ノズル５４_１，５４_２が閉塞されないように、ノズル先端部がパネル部６１から上方に突出するように適宜設定される。そして、真空蒸着中には、パネル部６１の循環通路に冷媒を循環させて所定温度に冷却することで、基板Ｓｗから蒸着源ＤＳをみたとき、ほぼ噴射ノズル５４_１，５４_２のノズル先端のみが熱源となるようにし、基板Ｓｗやマスクプレート３の昇温を可及的に抑制している。なお、特に図示して説明しないが、熱線を反射する複数枚のリフレクター板を収容箱５１の上面５１ａとパネル部６１との間に更に設けるようにしてもよい。

ところで、上記の如く、遮熱板６を設けると、各噴射ノズル５４_１，５４_２、特にノズル先端部と収容箱５１の上面５１ａとの間の温度差が大きくなることに起因してノズル詰まりを招来する虞があるため、これを可及的に抑制する必要がある。本実施形態では、各噴射ノズル５４_１，５４_２の外周に、ノズル先端から収容箱５１の上面５１ａまでのびる肉厚部５５，５６を形成することとした。具体的には、Ｙ軸方向の中央領域に位置する噴射ノズル５４_１について（即ち、その孔軸５４ａが収容箱５１の上面５１ａに対して直交する方向に起立した姿勢で突設されている場合）、肉厚部５５は、噴射ノズル５４_１の外周をその起立方向全長に亘って囲い、ノズル先端から収容箱５１の上面５１ａに向けて末広がりの傾斜面５５ａを持つように形成されている。この場合、肉厚部５５の上部を含む噴射ノズル５４_１のノズル先端部分が透孔６２を挿通してパネル部６１から上方に突出するようにしている。

一方、Ｙ軸方向の外郭領域に夫々位置する噴射ノズル５４_２について（即ち、その孔軸５４ｂが収容箱５１の上面５１ａに対して傾斜した姿勢で突設されている場合）、肉厚部５６は、噴射ノズル５４_２と収容箱５１との間の空間を埋めるリブ５６で構成され、リブ５６の端面５６ａが、噴射ノズル５４_２のノズル先端を通る、収容箱５１の上面５１ａに対する垂線５６ｂ上に位置するようにしている。この場合、リブ５６の厚さは、ノズル径と同等以下に設定されている。なお、肉厚部５５，５６は、噴射ノズル５４_１，５４_２と一体に形成されるが、肉厚部５５，５６を噴射ノズル５４_１，５４_２と別体で形成した後に、噴射ノズル５４_１，５４_２と合体させることもでき、このような場合、ノズル先端部と収容箱５１の上面５１ａとの間の温度差が可及的に小さくなるように、肉厚部５５，５６の材質を変えるようにしてもよい。

以上の実施形態によれば、噴射ノズル５４_１，５４_２の周囲に肉厚部５５，５６を形成して熱容量を増加させたことで、真空蒸着時にノズル先端部と収容箱５１の上面５１ａとの間の温度差を可及的に小さくしてノズル先端部の温度低下を抑制することができる。このため、昇華または気化した蒸着物質４が噴射ノズル５４_１，５４_２内を通って外部に飛散していくとき、蒸着物質４の一部が噴射ノズル５４_１，５４_２の内壁面に衝突しても、その衝突した蒸着物質４が再凝固せずに、その内壁面に衝突して散乱し、これを繰り返しながらノズル先端から外部に噴射されるようになる。その結果、ノズル詰まりを可及的に抑制することができる。この場合、噴射ノズル５４_１，５４_２のノズル壁を部分的または全体的に肉厚にするだけだから、構成も簡単で済み、その上、肉厚部５５，５６の大部分が遮熱板６で遮蔽されるため、肉厚部５５，５６を含む噴射ノズル５４_１，５４_２自体が基板Ｓｗやマスクプレート３に対する熱源になることが抑制され、有利である。

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、被成膜物をガラス基板Ｓｗとし、基板搬送装置２によりガラス基板Ｓｗを一定の速度で搬送しながら成膜するものを例に説明したが、真空蒸着装置の構成は、上記のものに限定されるものではない。例えば、被成膜物をシート状の基材とし、駆動ローラと巻取りローラとの間で一定の速度で基材を移動させながら基材の片面に成膜するような装置にも本発明は適用できる。また、真空チャンバ１内に基板Ｓｗとマスクプレート３を一体として固定し、蒸着源に公知の構造を持つ駆動手段を付設して、基板Ｓｗに対して蒸着源を相対移動させながら成膜することにも本発明は適用できる。即ち、基板Ｓｗと蒸着源ＤＳを相対的に移動させれば、基板Ｓｗと蒸着源ＤＳのいずれか、もしくは両方を移動させてもよい。更に、収容箱５１に噴射ノズル５４_１，５４_２を一列で設けたものを例に説明したが、複数例設けることもできる。

また、上記実施形態では、噴射ノズル５４_１，５４_２は、収容箱５１の上面５１ａに突設されているが、金属のブロックに穴をあけることで作成してもよい。また、噴射ノズル５４_１，５４_２は、上面５１ａに対して全周を溶接して固定されるのが好ましく、これによれば、上面５１ａから噴射ノズル５４_１，５４_２への熱の伝達を良くすることができる。また、噴射ノズル５４_１，５４_２の肉厚部５５，５６の最大の厚さは、ノズル穴の内径よりも大きい厚さにすることが好ましい。これによれば、加熱されている収容箱５１からの伝熱面積が大きくなり、かつ熱容量が大きくなるため、遮熱板６が冷却されている場合でも、ノズル穴内壁面の温度が低下することを抑制できる。

また、上記実施形態では、各噴射ノズル５４_１の肉厚部５５として、ノズル先端から収容箱５１の上面５１ａに向けて末広がりの傾斜面５５ａを持つように形成し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、例えば、パネル部６１の下方に位置する肉厚部５５の部分を筒状に形成して、その体積を増加させるようにしてもよい。一方、各噴射ノズル５４_２の肉厚部５６としてリブ５６で構成す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、これに加えて、パネル部６１の下方に位置する各噴射ノズル５４_２の外周に他の肉厚部を形成するようにしてもよい。

ＤＳ…真空蒸着装置用の蒸着源、Ｄｍ…真空蒸着装置、Ｓｗ…基板（被蒸着物）、１…真空チャンバ、４…蒸着物質、５１…収容箱、５１ａ…被蒸着物に対向する収容箱の面、５４_１，５４_２…噴射ノズル、５４ａ，５４ｂ…孔軸、５５…肉厚部、５５ａ…末広がりの傾斜面、５６…リブ（肉厚部）、５６ａ…リブの端面、５６ｂ…垂線。

Claims (3)

1. 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物質を噴射する噴射ノズルが突設されているものにおいて、
   噴射ノズルの外周に、ノズル先端から収容箱の面までのびる肉厚部が形成されることを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。
2. 請求項１記載の真空蒸着装置用の蒸着源であって、前記噴射ノズルは、その孔軸が前記収容箱の面に対して直交する方向に起立した姿勢で突設されているものにおいて、
   前記肉厚部が、前記噴射ノズルの外周をその起立方向全長に亘って囲い、ノズル先端から収容箱の面に向けて末広がりの傾斜面を持つことを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。
3. 請求項１記載の真空蒸着装置用の蒸着源であって、前記噴射ノズルは、その孔軸が前記収容箱の面に対して傾斜した姿勢で突設されているものにおいて、
   前記肉厚部が、前記噴射ノズルと前記収容箱との間の空間を埋めるリブで構成され、リブの端面が、前記ノズル先端を通る、収容箱の面に対する垂線上に位置するようにしたことを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。

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