JP2023084564A - 蒸着源及び蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】坩堝の開口部及びその周辺への蒸着材の析出が抑制され、安定的に蒸着材を拡散させることができる蒸着源、及びこのような蒸着源を備える蒸着装置を提供する。【解決手段】本発明は、開口部を有する坩堝と、電線が螺旋状に巻かれてなる、上記坩堝の周囲を覆うように配置されたコイルとを備える誘導加熱方式の蒸着源であって、上記コイルにおいて、上記坩堝の開口部側部分の周囲を覆う上記電線の間隔が、上記坩堝の他の部分の周囲を覆う上記電線の間隔よりも狭い、蒸着源である。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸着源及び蒸着装置に関する。

ディスプレイパネル、太陽電池等の金属電極配線、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）層、半導体層、その他の有機材料薄膜及び無機材料薄膜等は、真空蒸着法等の蒸着によって形成されることがある。このような蒸着を行う蒸着装置は、通常、常温で固体の蒸着材を加熱し、気化した蒸着材を基板表面に向けて噴射させる蒸着源（蒸発源等とも称される。）、及び基板を保持する基板保持部等から構成される。蒸着源は、蒸着材を収容する坩堝と、この蒸着材を直接又は間接に加熱し、気化させる加熱手段とを備える。蒸着源の加熱手段として誘導加熱を用いるものが知られている（特許文献１、２参照）。誘導加熱方式は、抵抗加熱方式に比べて、加熱効率が良く、熱応答性に優れる等の利点があるとされている。

特開２０１１－５２３０１号公報 特開２０２０－１７６２９８号公報

従来、誘導加熱に用いられるコイルは、電線が等間隔で螺旋状に巻かれた形状を有する。このため、コイルを用いた誘導加熱方式においては、コイルの中心部分が最も磁場が強くなり、この中心部分が最も加熱されやすくなる。坩堝の周囲を覆うようにコイルを配置し、誘導加熱により坩堝を加熱する場合、坩堝の開口部及びその周辺は、磁場が相対的に弱いことに加えて、開口していることにより、中心部分と比べて温度が低くなる。このため、坩堝内に収容された蒸着材が、加熱により気化し、坩堝外へ拡散される際、蒸着材の一部が坩堝の開口部及びその周辺に析出し易い。坩堝の開口部及びその周辺に析出した蒸着材は、蒸着材の拡散を妨げ、閉塞を招く場合もある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、坩堝の開口部及びその周辺への蒸着材の析出が抑制され、安定的に蒸着材を拡散させることができる蒸着源、及びこのような蒸着源を備える蒸着装置を提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、開口部を有する坩堝と、電線が螺旋状に巻かれてなる、上記坩堝の周囲を覆うように配置されたコイルとを備える誘導加熱方式の蒸着源であって、上記コイルにおいて、上記坩堝の開口部側部分の周囲を覆う上記電線の間隔が、上記坩堝の他の部分の周囲を覆う上記電線の間隔よりも狭い、蒸着源である。

上記坩堝の上記開口部側部分がくびれ部を有することが好ましい。

上記課題を解決するためになされた別の本発明は、当該蒸着源を備える蒸着装置である。

本発明によれば、坩堝の開口部及びその周辺への蒸着材の析出が抑制され、安定的に蒸着材を拡散させることができる蒸着源、及びこのような蒸着源を備える蒸着装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る蒸着源を示す模式的側面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る蒸着装置を示す模式図である。

以下、適宜図面を参照にしつつ、本発明の一実施形態に係る蒸着源及び蒸着装置について詳説する。

＜蒸着源＞
図１の蒸着源１０は、坩堝１１と、坩堝１１の周囲を覆うように配置されたコイル１２と、コイル１２に接続された電力供給装置１９とを備える。蒸着源１０は、誘導加熱方式の蒸着源である。

坩堝１１は、気化させる蒸着材を収容する容器である。坩堝１１は、誘導加熱により加熱される。坩堝１１は、有底略円筒形状を有する。図１の坩堝１１においては、下側が底であり、上側が開口している。すなわち、坩堝１１は、上側先端に開口部１３を有する。また、坩堝１１の開口部１３の近傍には、くびれ部１４が形成されている。

ここで、坩堝１１において、中心軸Ａ（図１における坩堝１１の対称軸）に垂直な仮想面Ｂを境界として、開口部１３側を開口部側部分１５（図１における仮想面Ｂより上側部分）とする。一方、坩堝１１における開口部側部分１５以外を他の部分１６（図１における仮想面Ｂより下側部分）とする。開口部側部分１５は、坩堝１１の高さを基準として、例えば開口部１３（図１における上端）から１０～５０％までの部分とすることができる。坩堝１１の開口部側部分１５はくびれ部１４を有する。他の部分１６は、底側の部分である。他の部分１６は、主に蒸着材が収容される部分であってよい。但し、開口部側部分１５にまで、蒸着材が収容されていてもよい。

坩堝１１は、従来公知の誘導加熱方式の蒸着源の坩堝と同様の材料から形成される。坩堝１１を形成する材料としては、鉄、チタン、タンタル、タングステン、ステンレス等の金属、カーボン等の非金属等が挙げられる。坩堝１１を形成する材料としては、金属が好ましい。また、坩堝１１を形成する材料は、強磁性体材料であることが好ましく、強磁性体金属であることがより好ましい。

坩堝１１の高さとしては、例えば、３６ｍｍ以上１９０ｍｍ以下の範囲内であってよい。坩堝１１の直径（内径）としては、例えば、９ｍｍ以上４５ｍｍ以下の範囲内であってよい。この坩堝１１の直径（内径）は、他の部分１６又は底における直径（内径）であってよい。坩堝１１の直径（内径）に対するくびれ部１４の直径（内径）の比としては、例えば、０．１以上０．９以下の範囲内であってもよく、０．２以上０．７以下の範囲内であってもよい。坩堝１１の側壁の平均厚さとしては、例えば、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内であってよい。

坩堝１１を用いて蒸着を行う際は、坩堝１１内には蒸着材が収容される。蒸着材としては特に限定されず、有機ＥＬ層等を形成するための有機材料、半導体層、金属配線等を形成するための無機材料等が挙げられる。このように蒸着源１０は、有機蒸着及び無機蒸着のいずれにも好適に用いられる。

坩堝１１には、気化効率を考慮し、蒸着材と共に、熱的及び化学的に安定しており、かつ蒸着材よりも熱伝導率の高い粒状の伝熱媒体が収納されていてもよい。あるいは、粒状の伝熱媒体と、この伝熱媒体を被覆する蒸着材とで構成される複合材を坩堝１１に収納してもよい。また、坩堝１１には、誘導加熱により加熱される加熱媒体が、蒸着材と共に収容されていてもよい。

コイル１２は、坩堝１１の周囲を覆うように配置されている。コイル１２は、電線が螺旋状に巻かれてなる、円筒形状を有する。コイル１２は、坩堝１１の中心軸Ａと、コイル１２の中心軸Ａとが一致するように配置される。

コイル１２においては、坩堝１１の開口部側部分１５の周囲を覆う電線１７の間隔が、坩堝１１の他の部分１６の周囲を覆う電線１８の間隔よりも狭い。すなわち、図１の蒸着源１０においては、コイル１２は等間隔で電線が巻かれておらず、仮想面Ｂよりも上側の範囲では電線（電線１７）が密に巻かれており、仮想面Ｂよりも下側の範囲では電線（電線１８）が粗に巻かれている。

蒸着源１０においては、坩堝１１の開口部側部分１５の周囲にコイル１２の電線が密に配置されているため、コイル１２に電流を流した際、開口部側部分１５の磁場が、他の部分１６よりも強くなる。換言すれば、開口部側部分１５の磁束密度が、他の部分１６よりも高くなる。このため、コイル１２に電流を流し誘導加熱を行った際、坩堝１１の開口部側部分１５は他の部分１６よりも温度が高くなりやすく、気化した蒸着材の開口部１３及びその周辺への析出が抑制され、安定的に蒸着材を拡散させることができる。なお、開口部１３及びその周辺とは、開口部側部分１５の一部又は全部であってよい。

例えば、開口部側部分１５の周囲を覆う電線１７の間隔（隣り合う電線の中心間の距離）は、他の部分１６の周囲を覆う電線１８の間隔（隣り合う電線の中心間の距離）の１／４以上３／４以下が好ましく、１／３以上２／３以下がより好ましい。

上述のように、坩堝１１の開口部側部分１５にはくびれ部１４が形成されている。すなわち、開口部側部分１５には、径が細い部分が存在する。本発明者らの知見によれば、坩堝１１の開口部側部分１５にくびれ部１４を設けることで、蒸着材の量や加熱の程度等によらず蒸着材の拡散が均一に生じる等の利点が得られる。一方で、開口部側部分にこのようなくびれ部を有する従来の坩堝においては、蒸着材が特にこのくびれ部に析出し易く、閉塞を招きやすい。そのため、くびれ部を有する坩堝が用いられた蒸着源に本発明を適用した場合、坩堝の開口部及びその周辺（くびれ部等）への蒸着材の析出が抑制できるという利点を特に顕著に得ることができる。

電力供給装置１９は、コイル１２と接続しており、通常、コイル１２に交流電流を供給する。電力供給装置１９は商用電源等と接続し、通常、所定の周波数の交流を発生する。電力供給装置１９からコイル１２へ供給する電流の周波数は、特に限定されず、坩堝１１を形成する材料等に応じて設定することができ、例えば数１０～数１００ｋＨｚの範囲とすることができ、１００～６００ｋＨｚの範囲内であってもよく、３００～５００ｋＨｚの範囲内であってもよい。

蒸着源は、例えば、蒸着材収容室と拡散室とを有する構成とするものであってもよい。この場合、蒸着材収容室の中に、蒸着材が収容された坩堝が、その周囲がコイルで覆われた状態で配置される。拡散室には、蒸着材が噴射される噴射ノズルが連結されていてよい。このような蒸着源においては、加熱により気化した坩堝内の蒸着材は、蒸着材収容室から拡散室に移動する。拡散室に移動した気体状の蒸着材は、噴射ノズルから噴射される。噴射ノズルは、例えば拡散室の上面に配置されていてよい。蒸着材収容室と拡散室とは一体となっていてもよく、別体となっていてもよい。蒸着源は、電源供給装置や、蒸着材の流路に設けられたバルブ等により、蒸着材の放出量を制御可能に構成されていてよい。

＜蒸着装置＞
図２の蒸着装置２０は、蒸着源１０、基板保持部２１及び真空チャンバ２２を備える。蒸着源１０のうちの少なくとも坩堝１１及びコイル１２、並びに基板保持部２１は、真空チャンバ２２内に配置される。電力供給装置１９は、真空チャンバ２２の外に配置されていてよい。

蒸着源１０（コイル１２が周囲を覆うように配置された坩堝１１）は、真空チャンバ２２内の下方に配置される。坩堝１１内には、固体状の蒸着材Ｘが収容される。

基板保持部２１は、真空チャンバ２２内の上方に配置される。基板保持部２１には、蒸着を行う対象となる基板Ｙが、下向きに配置される。基板Ｙを構成する材料は、樹脂、金属、酸化物等、特に限定されない。

真空チャンバ２２により、蒸着を行う空間は適切な真空度に維持できる。すなわち、蒸着装置２０は、真空蒸着装置であってよい。真空チャンバ２２には、真空チャンバ２２内の気体を排出させて、真空チャンバ２２内の圧力を低下させる真空ポンプ、真空チャンバ２２内に一定の気体を注入して、真空チャンバ２２内の圧力を上昇させるベンティング手段などが備えられていてもよい。

蒸着装置２０は、従来の蒸着装置（例えば、従来の真空蒸着装置）と同様の方法により使用することができる。当該蒸着装置２０によれば、蒸着を行う際の坩堝１１の開口部及びその周辺への蒸着材Ｘの析出を抑制することができる。このため当該蒸着装置２０によれば、長時間にわたる蒸着を安定的に行うことができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、坩堝の形状は特に限定されず、円筒形以外の形状であってもよい。また、坩堝は、開口部側部分にくびれ部が無い形状であってもよい。

蒸着源に用いられるコイルは、例えば電線の間隔が３段階以上に異なるものであってものよい。このような場合であっても、坩堝の開口部側部分の周囲を覆う電線の間隔が、坩堝の他の部分の周囲を覆う電線の間隔よりも狭ければよい。

以下、実施例を挙げて、本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
開口部側部分にくびれ部を有する、容量２ｃｍ^３の略円筒形状のチタン製の坩堝を準備した。この坩堝の開口部側部分の周囲を覆う電線の間隔が、上記坩堝の他の部分の周囲を覆う電線の間隔の１／２となるようなコイルを作製した。上記坩堝とコイルとを用いて、実施例１の蒸着源を組み立てた。

＜実施例２＞
容量が５ｃｍ^３であること以外は実施例１で用いた坩堝と同様の坩堝を準備した。この坩堝を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の蒸着源を組み立てた。

＜比較例１＞
電線の間隔が均等であるコイルを用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の蒸着源を組み立てた。

＜比較例２＞
電線の間隔が均等であるコイルを用いたこと以外は実施例２と同様にして、比較例２の蒸着源を組み立てた。

［評価］
実施例１、２及び比較例１、２のそれぞれの蒸着源について、坩堝内に蒸着材を収容し、誘導加熱を行うことで蒸着材を気化させた。蒸着材にはＡｌｑ３（トリス（８－キノリノラト）アルミニウム）を用い、誘導加熱は周波数３５０ｋＨｚの交流電流をコイルに流すことにより行った。比較例１、２の各蒸着源においては、開口部の周辺に蒸着材が徐々に析出し、最終的に閉塞が生じたが、実施例１、２の各蒸着源においては、開口部の周辺への蒸着材の析出は生じなかった。

本発明の蒸着源及び蒸着装置は、ディスプレイパネルや太陽電池等の金属電極配線、半導体層、有機ＥＬ層、その他の有機材料薄膜や無機材料薄膜等の成膜に好適に用いることができる。

１０ 蒸着源
１１ 坩堝
１２ コイル
１３ 開口部
１４ くびれ部
１５ 開口部側部分
１６ 他の部分
１７ 坩堝の開口部側部分の周囲を覆う電線
１８ 坩堝の他の部分の周囲を覆う電線
１９ 電力供給装置
２０ 蒸着装置
２１ 基板保持部
２２ 真空チャンバ
Ａ 中心軸
Ｂ 中心軸Ａに垂直な仮想面
Ｘ 蒸着材
Ｙ 基板

Claims (3)

1. 開口部を有する坩堝と、
   電線が螺旋状に巻かれてなる、上記坩堝の周囲を覆うように配置されたコイルと
   を備える誘導加熱方式の蒸着源であって、
   上記コイルにおいて、上記坩堝の開口部側部分の周囲を覆う上記電線の間隔が、上記坩堝の他の部分の周囲を覆う上記電線の間隔よりも狭い、蒸着源。
2. 上記坩堝の開口部側部分がくびれ部を有する請求項１に記載の蒸着源。
3. 請求項１又は請求項２に記載の蒸着源を備える蒸着装置。

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