JP6021377B2 - 真空蒸着装置および真空蒸着装置におけるるつぼ交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空容器内で基板に蒸着材料を長時間にわたって連続して蒸着可能な真空蒸着装置および真空蒸着装置におけるるつぼ交換方法に関する。

蒸着材料を収容するるつぼは、蒸着材料が長時間加熱すると劣化が生じることから、蒸着（加熱）時間に対応して容量が決められており、長時間にわたって連続蒸着するためには、蒸着材料が少なくなった使用済みのるつぼと、新しい蒸着材料を収容した新規のるつぼとを交換する必要がある。

真空容器内に基板とるつぼが配置された蒸着装置では、るつぼを交換する際に、真空容器内を一旦大気に戻した後、交換後に真空容器内を真空にする必要があり、その間蒸着工程が停止されて時間のロスが発生する。

これを解消するものとして、本出願人は特許文献１を提案している。
この特許文献１には、所定の真空条件下で蒸着ノズルから蒸着材料を放出して基板に蒸着させる真空蒸着容器と、この真空蒸着容器の外部に配置されたるつぼを加熱して蒸着材料を発生させる２つの蒸発装置と、これら２つの２つの蒸発装置と蒸着ノズルとを接続する合流移送管とを具備した真空蒸着装置が開示されている。そして、２つの蒸発装置は、真空引き可能な真空容器にるつぼを出し入れ可能とし、真空容器内で昇降用シリンダ装置によりるつぼを昇降して放出管に接続し、加熱装置によりるつぼを加熱して発生した蒸着材料を、放出管から締切りおよび流量調整可能なニードルバルブを介して合流移送管に送り出し、蒸着ノズルから放出するものである。

特許第４５７０４０３号公報

しかしながら、２つの蒸発装置に交換用の真空容器とるつぼの昇降用シリンダが必要で大型化されることや、るつぼの交換時を真空容器内で行うため、交換作業と真空引き作業に時間がかかることなどの問題があった。

そこで、本発明は、蒸着を停止することなく、スムーズに蒸着材料を交換して連続蒸着することができ、蒸発装置の小型化が可能な真空蒸着装置および真空蒸着装置におけるるつぼ交換方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の真空蒸着装置は、所定の真空条件下で蒸着ノズルから蒸着材料を放出して基板に蒸着する真空蒸着容器と、蒸着材料を収容したるつぼおよび当該るつぼをそれぞれ加熱する蒸発用加熱装置とを有する少なくとも２つの蒸発装置と、当該各蒸発装置がそれぞれ分離可能に接続された移送管と、当該各移送管から放出された蒸着材料を合流させて蒸着ノズルに送り出す合流管と、前記移送管に設けられた連続蒸着操作部材とを具備し、
前記連続蒸着操作部材は、蒸発装置側から順に、前記移送管を締め切り可能な仕切り弁と、前記移送管に介在されて蒸着材料の流量調整可能な流量調整弁と、を有するとともに、蒸発装置と前記仕切り弁の間の前記移送管、当該移送管に接続された脱気管、前記仕切り弁および前記流量調整弁に加熱装置を有し、
前記連続蒸着操作部材を操作する連続蒸着制御器は、るつぼの交換時に、るつぼを交換する側で、前記流量調整弁の加熱を継続した状態で、前記蒸発用加熱装置をオフするとともに、前記移送管、前記脱気管および前記仕切り弁の前記加熱装置をオフし、前記仕切り弁を閉鎖して蒸発装置のるつぼを交換した後、前記脱気管に設置された脱気弁を開放し、前記脱気管から前記移送管内の空気を脱気して所定の真空条件とし、前記蒸発用加熱装置をオンして蒸発材料が蒸発しない予備加熱状態とし、前記加熱装置をオンして前記移送管、前記脱気管および前記仕切り弁の加熱を再開するように構成されたものである。

請求項２記載の真空蒸着装置におけるるつぼ交換方法は、所定の真空条件下で蒸着ノズルから蒸着材料を放出して基板に蒸着する真空蒸着容器と、蒸着材料を収容したるつぼおよび当該るつぼをそれぞれ加熱する蒸発用加熱装置とを有する少なくとも２つの蒸発装置と、各蒸発装置にそれぞれ分離可能に接続された移送管と、当該各移送管から放出された蒸着材料を合流させて蒸着ノズルに送り出す合流管と、連続蒸着操作部材とを具備し、前記連続蒸着操作部材に、前記移送管に設けられて蒸着材料を締め切り可能な仕切り弁と、前記蒸発装置と前記仕切り弁の間の前記移送管に接続されて脱気弁が介在された脱気管と、前記仕切り弁と前記合流管の間の前記移送管に設けられて蒸着材料を流量調整可能な流量調整弁と、を有する真空蒸着装置において、前記るつぼを交換するに際し、
蒸着材料を供給していた一方の前記連続蒸着操作部材の前記仕切り弁および前記流量調整弁を閉鎖し、他方の前記連続蒸着操作部材の前記仕切り弁および前記流量調整弁を開放する材料入替ステップと、
一方の前記連続蒸着操作部材の前記移送管から前記蒸発装置を取り外し、前記るつぼを交換するるつぼ交換ステップと、
一方の前記連続蒸着操作部材の前記脱気弁を開放して前記移送管および前記蒸発装置内を真空引きする真空引きステップと、
一方の前記蒸発装置の前記るつぼを、蒸発材料が蒸発しない予備加熱状態まで加熱するとともに、前記蒸発装置と前記流量調整弁の間の前記移送管、前記仕切り弁および前記脱気管の加熱を再開する予熱ステップと、を行い、
前記材料入替ステップおよび前記るつぼ交換ステップにおいて、一方の前記蒸発装置の前記蒸発用加熱装置、前記蒸発装置と前記流量調整弁の間の前記移送管、前記仕切り弁および前記脱気管の加熱を停止するとともに、前記流量調整弁の加熱を維持するものである。

請求項１記載の蒸着装置によれば、移送管を仕切り弁で締め切り、移送管の入口から蒸着装置を外して大気に開放し、使用済みのるつぼを新規なるつぼと交換する。さらに蒸着装置を移送管に接続後、脱気弁を開けて脱気管から移送管内および蒸着装置内のるつぼを脱気するので、仕切り弁を開けて蒸着を開始した時に、真空蒸着容器内に大気が侵入せず改めて脱気を行う必要がない。また蒸発装置を、るつぼと蒸着加熱装置により簡単な構造にできるとともに、大気中でるつぼを脱着することができ、蒸発装置の小型化、交換作業の簡略化をはかることができる。またるつぼの交換時に、流量調整弁が高温状態で大気に晒されることがないので、流量調整弁の劣化を防止することができる。

また、るつぼ、移送管、仕切り弁および脱気管の温度低下を図ることで、るつぼの交換をスムーズに行うことができ、また仕切り弁が高温状態で大気に晒されることがなく、仕切り弁を含む上記各部材の腐食や劣化を大幅に軽減することができる。さらに合流管および流量調整弁が凝縮温度以上に保持されることで、蒸着材料が流量調整弁に凝縮し付着成長するのを未然に防止することができる。

請求項２記載の発明によれば、入替ステップで、仕切り弁および流量調整弁の開閉を切り替えることで、別の蒸発装置のるつぼから新しい蒸着材料を供給し、るつぼ交換ステップで、蒸着材料が無くなった使用済みるつぼと、蒸着材料が収容された新規なるつぼとを交換し、真空引きステップで、脱気管から移送管と蒸発装置内を真空引きして所定の真空条件とし、予熱ステップでるつぼを予熱温度に加熱することで、使用中のるつぼの蒸着材料が無くなっても、大気が混入することが無く、新規のるつぼに迅速に交換することができる。

さらにるつぼの交換時に、流量調整弁の加熱を維持することで、蒸着材料の凝縮、付着を未然に防止できるとともに、前記移送管、脱気管および仕切り弁の加熱を停止して温度を低下させることで、高温状態の仕切り弁を含む上記部材が大気に晒されるのを防止して、上記各部材の腐食や劣化を減少させることができる。

本発明に係る真空蒸着装置を示す概略構成図である。 真空蒸着装置のブロック図である。 るつぼ交換手順を示すフロー図である。 るつぼ交換動作１の説明図である。 るつぼ交換動作２の説明図である。 るつぼ交換動作３の説明図である。 るつぼ交換動作４の説明図である。 るつぼ交換動作５の説明図である。

［実施例］
以下、本発明に係る真空蒸着装置および真空蒸着装置におけるるつぼ交換方法の実施例を図１〜図８に基づいて説明する。

（真空蒸着装置の構造）
この真空蒸着装置は、図１に示すように、蒸着室１１を形成する真空蒸着容器１０と、第１，第２るつぼ１２Ａ，１２Ｂを有する第１，第２蒸発装置１３Ａ，１３Ｂと、これら第１，第２蒸発装置１３Ａ，１３Ｂがそれぞれ分離可能に接続された第１，第２移送管１４Ａ，１４Ｂと、当該第１，第２移送管１４Ａ，１４Ｂからの蒸着材料を蒸着ノズル１５に送り出す合流管（マニホールド）１６と、第１，第２移送管１４Ａ，１４Ｂに設けられた第１，第２連続蒸着操作部材１７Ａ，１７Ｂとを具備している。

前記蒸着室１１には、保持具を介して保持された基板２１と、この基板２１に蒸着材料を放出して蒸着材料を蒸着する蒸着ノズル２２と、蒸着材料の蒸着レートを検出するレート検出器２３と、蒸着ノズル２２と基板２１の間に配置されて蒸着材料の供給および停止を切り替えるシャッター装置２４が配置されている。

合流管１６は、真空蒸着容器１０の外側下部に配置されるとともに、両端下部に開口された２つの導入口１６ｉと中央上部に開口された導出口１６ｏとを有し、真空蒸着容器１０の底壁に貫設された蒸着ノズル１５が導出口１６ｏに接続されている。

前記第１，第２蒸発装置１３Ａ，１３Ｂ、第１，第２移送管１４Ａ，１４Ｂ、合流管１６および第１，第２連続蒸着操作部材１７Ａ，１７Ｂは同一構造であるため、一方のみを説明する。

前記第１，第２蒸発装置１３Ａ，１３Ｂは、有底の筒状のるつぼ収容体３１Ａ,３１Ｂに、蒸着材料を収容した第１，第２るつぼ１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ収容され、るつぼ収容体３１Ａ,３１Ｂは、ねじ機構やクランプ機構などからなる接続機構３２，３２により移送管１４Ａ，１４Ｂの入口にそれぞれ接続・分離することができる。これらるつぼ収容体３１Ａ,３１Ｂには、第１，第２るつぼ１２Ａ，１２Ｂを介して蒸着材料を加熱し蒸発させる第１，第２蒸発用加熱装置３０Ａ，３０Ｂが設けられている。

第１，第２連続蒸着操作部材１７Ａ，１７Ｂは、第１，第２るつぼ１２Ａ，１２Ｂ側から順に、第１，第２移送管１４Ａ，１４Ｂから分岐されて脱気用真空ポンプ３７に接続され、かつ第１，第２脱気弁３３Ａ，３３Ｂが介在された第１，第２脱気管３４Ａ，３４Ｂと、第１，第２移送管１４Ａ，１４Ｂをそれぞれ締め切り可能な第１，第２仕切り弁（たとえばゲートバルブ）３５Ａ，３５Ｂと、第１，第２移送管１４Ａ，１４Ｂから合流管１６に送り出す蒸着材料の流量を調整可能な第１，第２流量調整弁（たとえばニードルバルブ）３６Ａ，３６Ｂとで構成されている。

さらに、これら蒸着材料を移送する時に蒸着材料が接触する通路や弁および真空蒸着容器１０には、蒸着材料が凝縮付着し成長するのを防止するために、蒸着材料の蒸発温度異常に加熱する電気ヒータなどの加熱装置がそれぞれ設けられている。すなわち、この加熱装置は、第１，第２移送管１４Ａ，１４Ｂ（第１，第２移送管１４Ａ，１４Ｂから脱気弁３３Ａ，３３Ｂまでの第１，第２脱気管３４Ａ，３４Ｂを含む）をそれぞれ加熱する第１，第２移送管加熱装置４１Ａ，４１Ｂと、第１，第２仕切り弁３５Ａ，３５Ｂをそれぞれ加熱する第１，第２仕切り弁加熱装置４２Ａ，４２Ｂと、第１，第２流量調整弁３６Ａ，３６Ｂをそれぞれ加熱する第１，第２流量調整弁加熱装置４３Ａ，４３Ｂと、合流管１６を加熱する合流管加熱装置４４と、蒸着ノズル２２を加熱するノズル加熱装置４５からなる。ここで真空蒸着容器１０の加熱装置は、省略している。また、図２に示すように、これら加熱装置３０Ａ，３０Ｂ、４１Ａ，４１Ｂ、４２Ａ，４２Ｂ、４３Ａ，４３Ｂ、４４、４５は、連続蒸着制御器４０により、レート検出器２３の検出値に基づいて、それぞれの操作器を介してオン−オフ制御される。またこの連続蒸着制御器４０により、第１，第２脱気弁３３Ａ，３３Ｂ、第１，第２仕切り弁３５Ａ，３５Ｂおよび第１，第２流量調整弁（たとえばニードルバルブ）３６Ａ，３６Ｂがそれぞれの操作器を介して操作される。

（るつぼ交換手順）
図３〜図７を参照して、連続蒸着のためのるつぼの交換手順を説明する。
［ＳＴＥＰ.１−３］「蒸着ステップ」−図４
第２るつぼ１２Ｂの蒸着材料が所定の真空条件下で基板２１に薄膜が蒸着される。この時、各加熱装置４１Ａ〜４３Ａ，４１Ｂ〜４３Ｂ，４４，４５はオン状態、第１連続蒸着操作部材１７Ａの各弁３４Ａ〜３６Ａは閉状態、第１，第２脱気弁３３Ａ，３３Ｂは閉状態にある。第２蒸発用加熱装置３０Ｂはオンされて蒸着材料が蒸発されており、これに対して第１蒸発用加熱装置３０Ａはオン状態であるが、蒸着材料が蒸発しない予備加熱状態にある。第２仕切り弁３５Ｂは開、第２流量調整弁３６Ｂは開とされて連続蒸着制御器４０により開度が制御されており、レート検出器２３で検出された蒸着レートが閾値より低下すると、第２流量調整弁３６Ｂの開度を大きくして適正な蒸着レートとなるように制御されている。

［ＳＴＥＰ．３−５］「材料入替ステップ」−図５
連続蒸着制御器４０において、レート検出器２３で検出された蒸着レートが閾値より低下し、第２流量調整弁３６Ｂが開放限となると、第２るつぼ１２Ｂの蒸着材料が無くなったと判断し、第１蒸発用加熱装置３０Ａを予備加熱状態から蒸発加熱状態として、第１るつぼ１２Ａの蒸発材料を蒸発させた後、第２流量調整弁３６Ｂおよび第２仕切り弁３５Ｂを閉じると同時に、第１流量調整弁３６Ａおよび第１仕切り弁３５Ａを開け、第１るつぼ１２Ａの蒸発材料を合流管１６から蒸着ノズル１５に供給する。これにより、蒸発材料が第２るつぼ１２Ｂから第１るつぼ１２Ａに切り替えられる。

［ＳＴＥＰ．６］「交換ステップ」−図５
第２蒸発用加熱装置３０Ｂをオフして第２るつぼ１２Ｂの加熱を停止し、さらに第２移送管加熱装置４１Ｂ、第２仕切り弁加熱装置４２Ｂをオフして加熱を停止し、温度を下げる。これは、第２蒸発装置１３Ｂのるつぼ収容体３１Ｂを第２移送管１４Ｂから外した時に、流入する低温の大気に第２仕切り弁加熱装置４２Ｂが晒されて、腐食や劣化など悪影響がでるのを極力少なくするためである。

［ＳＴＥＰ．７］「交換ステップ」−図６
るつぼ収容体３１Ｂを第２移送管１４Ｂから外し、蒸着材料がほとんど無くなった使用済みの第２るつぼ１２Ｂを有するるつぼ収容体３１Ｂと、蒸着材料を収容した新規な第２るつぼ１２Ｂを有するるつぼ収容体３１Ｂを交換し、るつぼ収容体３１Ｂを第２移送管１４Ｂに接続する。もちろん、第２るつぼ１２Ｂのみを交換することもできる。

［ＳＴＥＰ．８］「真空引きステップ」−図７
第２脱気弁３３Ｂを所定時間、開放して、るつぼ収容体３１Ｂ、第２るつぼ１２Ｂおよび第２移送管１４Ｂ内を第２脱気管３４Ｂから真空引きし、所定の真空条件とする。

［ＳＴＥＰ．９］「予熱ステップ」−図８
第２蒸発用加熱装置３０Ｂをオン状態とし、蒸着材料が蒸発しない予備加熱状態とし、第２移送管加熱装置４１Ｂおよび第２仕切り弁加熱装置４２Ｂをオンして再度加熱する。

第１蒸発装置１３Ａの第１るつぼ１２Ａの蒸発材料が無くなると、上記と同様の手順で第１るつぼ１２Ａから第２るつぼ１２Ｂに切り替えればよい。
（実施例の効果）
上記実施例によれば、第２（第１）るつぼ１２Ｂ（１２Ａ）の交換時に第２（第１）移送管１４Ｂ（１４Ａ）を第２（第１）仕切り弁３５Ｂ（３５Ａ）で締め切り、第２（第１）移送管１４Ｂ（１４Ａ）の入口から、第２（第１）蒸発装置１３Ｂ（１３Ａ）のるつぼ収容体３１Ｂ（３１Ａ）を外して大気に開放し、使用済みの第２（第１）るつぼ１２Ｂ（１２Ａ）を新規な第２（第１）るつぼ１２Ｂ（１２Ａ）に交換し、るつぼ収容体３１Ｂ（３１Ａ）を第２（第１）移送管１４Ｂ（１４Ａ）の入口に接続する。そして第２（第１）脱気弁３３Ｂ（３３Ａ）を開けて第２（第１）脱気管３４Ｂ（３４Ａ）により、第２（第１）移送管１４Ｂ（１４Ａ）内および第２（第１）蒸発装置１３Ｂ（１３Ａ）内を脱気するので、第２（第１）仕切り弁３５Ｂ（３５Ａ）を開けて蒸着を開始した時に、真空蒸着容器１０内に大気が侵入せず改めて脱気を行う必要がない。また第１，第２蒸発装置１３Ａ，１３Ｂを、第１，第２るつぼ１２Ａ，１２Ｂと第１，第２蒸発用加熱装置３０Ａ,３０Ｂによる簡単な構造にできるとともに、大気中で第１，第２るつぼ１２Ａ，１２Ｂを第１，第２移送管１４Ａ，１４Ｂに脱着することができ、真空室内などで交換作業をするのに比較して、第２（第１）るつぼ１２Ｂ（１２Ａ）の交換作業の作業性をの向上をはかることができる。

また、第１（第２）るつぼ１２Ａ（１２Ｂ）を交換する際に、高温状態の第１（第２）仕切り弁３５Ａ（３５Ｂ）が大気に晒されることがなく、第１（第２）仕切り弁３５Ａ（３５Ｂ）の腐食や劣化を大幅に軽減することができる。さらに合流管１６および第１（第２）流量調整弁３６Ａ（３６Ｂ）が凝縮温度以上に保持されることで、蒸着材料が第１（第２）流量調整弁３６Ａ（３６Ｂ）に凝縮し付着成長するのを未然に防止することができる。

なお、前記実施例では、真空蒸着容器１０に対して、２つのるつぼ１２Ａ、１２Ｂを接続したが、るつぼを３個以上とすることもできる。

１０ 真空蒸着容器
１１ 蒸着室
１２Ａ，１２Ｂ 第１，第２るつぼ
１３Ａ，１３Ｂ 第１，第２蒸発装置
１４Ａ，１４Ｂ 第１，第２移送管
１５ 蒸着ノズル
１６ 合流管
１７Ａ，１７Ｂ 第１，第２連続蒸着操作部材
２１ 基板
２２ 蒸着ノズル
２３ レート検出器
３０Ａ，３０Ｂ 第１，第２蒸発用加熱装置
３１Ａ，３１Ｂ るつぼ収容体
３２ 接続機構
３３Ａ，３３Ｂ 第１，第２脱気弁
３４Ａ，３４Ｂ 第１，第２脱気管
３５Ａ，３５Ｂ 第１，第２仕切り弁
３６Ａ，３６Ｂ 第１，第２流量調整弁
４０ 連続蒸着制御器
４１Ａ，４１Ｂ 第１，第２移送管加熱装置（移送管の加熱装置）
４２Ａ，４２Ｂ 第１，第２仕切り弁加熱装置（仕切り弁の加熱装置）
４３Ａ，４３Ｂ 第１，第２流流量調整弁加熱装置（流量調整弁の加熱装置）
４４ 合流管加熱装置（合流管の加熱装置）
４５ ノズル加熱装置

Claims (2)

1. 所定の真空条件下で蒸着ノズルから蒸着材料を放出して基板に蒸着する真空蒸着容器と、蒸着材料を収容したるつぼおよび当該るつぼをそれぞれ加熱する蒸発用加熱装置とを有する少なくとも２つの蒸発装置と、当該各蒸発装置がそれぞれ分離可能に接続された移送管と、当該各移送管から放出された蒸着材料を合流させて蒸着ノズルに送り出す合流管と、前記移送管に設けられた連続蒸着操作部材とを具備し、
   前記連続蒸着操作部材は、蒸発装置側から順に、前記移送管を締め切り可能な仕切り弁と、前記移送管に介在されて蒸着材料の流量調整可能な流量調整弁と、を有するとともに、蒸発装置と前記仕切り弁の間の前記移送管、当該移送管に接続された脱気管、前記仕切り弁および前記流量調整弁に加熱装置を有し、
   前記連続蒸着操作部材を操作する連続蒸着制御器は、るつぼの交換時に、るつぼを交換する側で、前記流量調整弁の加熱を継続した状態で、前記蒸発用加熱装置をオフするとともに、前記移送管、前記脱気管および前記仕切り弁の前記加熱装置をオフし、前記仕切り弁を閉鎖して蒸発装置のるつぼを交換した後、前記脱気管に設置された脱気弁を開放し、前記脱気管から前記移送管内の空気を脱気して所定の真空条件とし、前記蒸発用加熱装置をオンして蒸発材料が蒸発しない予備加熱状態とし、前記加熱装置をオンして前記移送管、前記脱気管および前記仕切り弁の加熱を再開するように構成された
   ことを特徴とする真空蒸着装置。
2. 所定の真空条件下で蒸着ノズルから蒸着材料を放出して基板に蒸着する真空蒸着容器と、蒸着材料を収容したるつぼおよび当該るつぼをそれぞれ加熱する蒸発用加熱装置とを有する少なくとも２つの蒸発装置と、各蒸発装置にそれぞれ分離可能に接続された移送管と、当該各移送管から放出された蒸着材料を合流させて蒸着ノズルに送り出す合流管と、連続蒸着操作部材とを具備し、前記連続蒸着操作部材に、前記移送管に設けられて蒸着材料を締め切り可能な仕切り弁と、前記蒸発装置と前記仕切り弁の間の前記移送管に接続されて脱気弁が介在された脱気管と、前記仕切り弁と前記合流管の間の前記移送管に設けられて蒸着材料を流量調整可能な流量調整弁と、を有する真空蒸着装置において、前記るつぼを交換するに際し、
   蒸着材料を供給していた一方の前記連続蒸着操作部材の前記仕切り弁および前記流量調整弁を閉鎖し、他方の前記連続蒸着操作部材の前記仕切り弁および前記流量調整弁を開放する材料入替ステップと、
   一方の前記連続蒸着操作部材の前記移送管から前記蒸発装置を取り外し、前記るつぼを交換するるつぼ交換ステップと、
   一方の前記連続蒸着操作部材の前記脱気弁を開放して前記移送管および前記蒸発装置内を真空引きする真空引きステップと、
   一方の前記蒸発装置の前記るつぼを、蒸発材料が蒸発しない予備加熱状態まで加熱するとともに、前記蒸発装置と前記流量調整弁の間の前記移送管、前記仕切り弁および前記脱気管の加熱を再開する予熱ステップと、を行い、
   前記材料入替ステップおよび前記るつぼ交換ステップにおいて、一方の前記蒸発装置の前記蒸発用加熱装置、前記蒸発装置と前記流量調整弁の間の前記移送管、前記仕切り弁および前記脱気管の加熱を停止するとともに、前記流量調整弁の加熱を維持する
   ことを特徴とする真空蒸着装置におけるるつぼ交換方法。

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