JP6566977B2 - 蒸着装置及び蒸着源 - Google Patents

Description

本発明は、真空蒸着装置などの蒸着装置、及びその蒸着源に関するものである。

真空蒸着装置は、一般的に、ポンプの排気で形成された真空環境の中で、蒸着源の加熱機構により蒸着材料を蒸発させて、蒸着対象である基板を蒸着する装置である。例えば、デジタルカメラの光学素子といった小さな基板は、ドーム状の基板ホルダの公転半径方向に並べて、その基板ホルダを公転させながら蒸着している。また、シンチレータの大きなパネル状の基板は、蒸着源の開口面に対して傾斜させて、自公転させながら蒸着している。こういった、ドーム状の基板ホルダに並べた基板の公転や、傾斜させた基板の自公転による軌跡で形成する空間は、円錐面から或る厚みをもった空間になる（本明細書では、この空間をドーム状空間とも称する）。現状では、このドーム状空間内で公転もしくは自公転する基板の膜厚分布を小さくすることを目的に、基板各位置に均一な量で蒸着するように、蒸着材料の蒸気を拡げている。そのため、蒸着材料が基板を蒸着した割合となる材料収率は極めて低くなり、蒸着膜と基板から成る製品の量産コストが高止まりしている。このような現状の問題に対して、例えば、蒸着源と、その上で円周状に配列する複数の基板と、の間に、複数のスリットを放射状に配列したマスクを設置し、そのマスクの各スリットを通過した蒸気を、公転により各基板が形成するドーム状空間に存在させる。そして、同時蒸着する基板の枚数を増やすことで、材料収率を高くする装置及び成膜方法が、特許文献１で開示されている。

特許第４８３５８２６号

しかしながら、スリットを配列したマスクを介した蒸着では、蒸気の大半が、スリットを通過できず、マスクを蒸着してしまうことがある。そのような技術状況で、同時蒸着する基板の枚数を増やすことは、材料収率を高めるという課題への根本的な解決にはなり難い。

上記課題に鑑み、本発明の一側面による蒸着源は、蒸着装置で用いられ、蒸着材料を収容する蒸着源であって、蒸着材料の蒸気が通る開口部を有し、前記開口部には、複数のスリット状開口が内端で繋がった形状の開口が１つだけ設けられていることを特徴とする。

また上記課題に鑑み、本発明の他の側面による蒸着装置は、基板を支持する支持部材と、上記の蒸着源と、を有する蒸着装置であって、前記支持部材は、前記基板の公転と自転のうちの少なくとも一方を行って、且つ前記蒸着源の開口部の面に対する前記基板の角度ないし配置を変更することができる。

本発明によれば、蒸着材料の材料収率を効果的に高めることができる。

本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す図。 本発明の一実施形態に係る蒸着源の構成を示す図。 蒸気の形状を評価する真空蒸着装置の構成を示す図。 本発明の一実施形態に係る蒸着源の開口の構成を示す図。 蒸着源の開口の構成に対する蒸気の曲がり角度を示す図。 本発明の一実施形態に係る蒸着源の開口における壁の幅を示す図。 蒸着源の開口の構成における形状と各寸法を示す図。 蒸気の曲げをシミュレーションした結果の図。 同じくシミュレーションした結果の図。 蒸気の曲げを評価する、等膜厚線上に図示した膜厚分布の実験結果の図。

本発明において、交差するスリット状開口の数、形状、交差角度、対称性等、壁の位置、高さ等は、要求される蒸着材料の蒸気の形状を実現すべく、後述する蒸気粒子による自己組織化の考え方と数値シミュレーションした結果などに基づいて適宜に設計できる。典型的には、後述する実施形態や実施例に示すように、蒸着源の３つのスリット状開口が各内端で結合した開口部はＹ形状とする。好ましくは、更に、Ｙ形状の開口の周囲の少なくとも一部に、その開口の縁に沿った壁を設ける。壁は、例えば、Ｙ形状の開口により規定される面（開口面）と同一面に対して垂直に取付けられる。そして、蒸着源を備える真空蒸着装置において、Ｙ形状の開口部におけるＩ部の直線状スリットの長手方向を、基板の公転半径の方向に一致させる。更に、Ｙ形状の開口部におけるＶ部の２つの直線状スリットを、Ｉ部より公転半径方向において外側に配置する。

［真空蒸着装置及び蒸着源の構成］
本発明の一実施形態である真空蒸着装置の構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、真空用チャンバ１００に、蒸着源１０１、基板ヒータ１０２、真空ポンプ１０４、蒸着対象である基板１０３を支持して自公転させる支持部材である冶具１０５、蒸着後の基板１０３を冷却するための冷却板１０６が設けられている。真空用チャンバ１００に対して、各部は図１に示す様に配置されている。

真空用チャンバ１００と真空ポンプ１０４によって、真空チャンバ１００内での到達圧力は、１×１０^−３Ｐａ以下にすることができる。また、Ｎ_２やＡｒなどの不活性ガスを真空用チャンバ１００内に流入でき、その不活性ガスの流量をマスフローコントローラ（不図示）で制御し、真空用チャンバ１００内の圧力を一定にできると良い。

蒸着源１０１の構成を、図２を用いて説明する。同図にて、ルツボ２００は、蒸着材料を投入するための円筒状の容器である。蒸着材料は、通常、円筒状の容器の内底面上に収容される。このルツボ２００は、高さに対して内径を小さくすると良い。そうすると、径方向に均一な蒸発面が得られ、蒸着中に真空環境へ流入する蒸気が、定常流れになる。また、ヒータ２０１で、ルツボ２００に投入した蒸着材料を加熱する。このヒータ２０１は、ルツボ２００の上部と下部に対して、独立して加熱、及びその制御ができると良い。これにより、蒸着材料の着膜による詰まりが生じやすい、ルツボ２００の上部や、後述する開口部２０３に対する冗長化（温度低下の防止）を担保できる。このヒータ２０１の周囲に、ヒータ２０１からの熱放射を反射するリフレクタ２０２が何層か設けられると、ヒータ２０１への投入電力を抑えられるので良い。

また、ルツボ２００の温度の制御は、ヒータ２０１やリフレクタ２０２に制御点を設けて行う。例えば、制御点に、熱電対の先端を接触させる。熱電対の先端を制御点で溶接しておくと、ルツボ２００の温度再現性が向上できて好ましい。但し、ルツボ２００とヒータ２０１の空間の温度と、ルツボ２００の温度と、の相関を正確に把握しているのであれば、その空間を制御点とし、熱電対の先端を非接触とさせても良い。

ルツボ２００には、開口部２０３を設けたフタ２０４を被せる。開口部２０３の構成については［開口の構成］で後述する。この開口部２０３の温度は、ヒータ２０１の加熱により、蒸着材料の融点以上にする。そうすると、蒸着材料の着膜による詰まりが開口部２０３で生じないので良い。更に、フタ２０４の縁には、フタ２０４への重り２０５を設置する。これは、ルツボ２００に投入した蒸着材料の加熱時において、その材料の蒸気圧で、フタ２０４が外れないようにするためである。この重り２０５は、熱伝導率と熱放射率が低く、ルツボ２００に投入した蒸着材料の加熱温度より大きな耐熱温度を有するセラミックスで作製することが好ましい。重り２０５の熱伝導率を低くするのは、重り２０５内にてルツボ２００に接した面から基板１０３側の面への熱伝導による熱流が小さくなり、重り２０５の基板１０３側の面を低温にできるためである。これに加えて、重り２０５の熱放射率を低くすることによって、重り２０５の基板１０３側の面から、基板１０３への熱放射による熱流を小さくできる。その結果、重り２０５により、基板１０３が高温になりにくくなるので、基板１０３の温度を基板ヒータ１０２の投入電力で制御しやすくなる。

図１に示すように、蒸着源１０１は、その開口部２０３の中心が、基板１０３を自公転させる冶具１０５の公転半径と略一致する箇所に来るように、公転軸１０５ａからずらして設置する。ここで、公転半径は、基板１０３の中心（冶具１０５の基板１０３を取付けるベース板の自転の中心でもある）から公転軸１０５ａへの垂直な距離とする。この公転半径と、蒸着源１０１の開口部２０３から基板１０３中心への公転軸１０５ａに平行な距離と、は、開口部２０３による蒸気が基板１０３の自公転軌跡で形成されるドーム状空間内に収まるように決定する。また、所望のタイミングで、融点に達した蒸着材料の蒸気を基板１０３に飛ばせるよう、図２に示すように、蒸着源１０１の開口部２０３の上に、蒸気を遮蔽できるシャッター２０６を設ける。

なお、図１に示す構成では図示が煩雑になるため省略したが、実際の装置では、蒸着源１０１の周囲に膜厚センサを設置している。この膜厚センサで測定する膜厚レートが一定になるように、ルツボ２００内の蒸着材料を加熱するヒータ２０１の投入電力を膜厚コントローラー（不図示）で制御できると良い。

基板ヒータ１０２は、熱放射の熱流により基板１０３を加熱する。基板１０３の温度の測定方法は、冶具１０５の説明と併せて後述する。基板１０３の温度から、基板ヒータ１０２への投入電力を制御できるようにしている。

基板１０３を自公転させる冶具１０５は、図１に示すように、蒸着源１０１の開口面に対して基板１０３を傾けて、且つ公転軸１０５ａから公転半径分離れた位置に、取付けられるようになっている。更に、傾けた基板１０３の端が公転軸１０５ａに達しないようにすると良い。これにより、自公転する基板１０３を対面させて追加でき、各基板を同時に蒸着することができる。本実施形態では、冶具１０５に取付けられる基板１０３は、例えば、正方形もしくは長方形の薄板で、サイズは１辺が５００ｍｍ以下であり、厚さが０．７ｍｍ以下である。また、基板１０３の自公転に関し、自転速度は最大５８ｒｐｍ、公転速度は最大２０ｒｐｍまで設定することができる。支持部材である治具は、基板を自転又は公転させて、且つ蒸着源の開口部の面に対する基板の角度または姿勢を変更することができるものであってもよい。

冶具１０５は、図３（Ａ）に示すように、蒸着源の開口部３００の面と平行に、正方形もしくは長方形の薄板の基板３０１を設置することもできる。この基板３０１は、上述の基板１０３と同じサイズまで設置することができる。ここにおいて、基板３０１は公転軸３０２を中心に公転させられる。図３（Ａ）に記載されているＬ_１は、蒸着源の開口部３００と基板３０１の中心との間の公転軸３０２に平行な距離である。図３（Ｂ）は真上から見た基板３０１を図示している。図３（Ｂ）に記載されているＬ_３は、基板１０３の公転半径の方向であり、Ｌ_２は、その公転半径の方向に直角となる方向である。図３（Ｂ）中の３０３については、［実施例２］にて後述する。

図１の説明に戻って、基板１０３を自公転させる冶具１０５において、基板１０３を取付けるベース板は、基板１０３の取付けによる変形を許容値以下に抑えるだけの剛性を保ちつつ、孔を空けたりして質量を小さくすることが望ましい。これにより、ベース板の熱容量が小さくなるので、基板１０３の温度は、ベース板の温度による律速が低減される。そうなると、基板ヒータ１０２を用いて、基板１０３の所望温度を短時間で実現することができる。この基板１０３の温度は、基板１０３に接触させた熱電対により測定できることが望ましい。もしくは、基板１０３と共に自転しているベース板の裏面へ、熱電対の先端を数ｍｍまで近付けて、その裏面と基板１０３との温度相関から、基板１０３の温度を測定しても良い。また、このような熱電対を具備することが困難であれば、次のようにしてもよい。即ち、基板１０３にサーモラベルを貼り、基板ヒータ１０２による基板１０３の加熱時に、サーモラベルの温度を目視確認し、基板１０３を所望温度にするのに必要な、基板ヒータ１０２への投入電力と加熱時間を把握する事前検討を行っておく。この検討から把握した、基板ヒータ１０２への投入電力と基板１０３への加熱時間により、毎回、基板１０３を略所望温度にすることができる。

図１に示す冷却板１０６は、着膜による潜熱、及び基板ヒータ１０２の熱放射の熱流により高温となった基板１０３からの熱放射による熱流を吸収することで、基板１０３を冷却するものである。冷却板１０６は、真空用チャンバ１００内にて、基板１０３の下端から上方の真空用チャンバ１００の内壁を覆うように設置する。冷却板１０６は常に水冷しておき、蒸着時の基板１０３との温度差が大きくなるようにする。更に、冷却板１０６の面は、熱放射率が高く、蒸着材料に対して耐腐食性を有した材質を採用すると良い。また、真空用チャンバ１００の外壁面を水冷することで、その内壁の面温度と熱放射率を冷却板１０６と略同じにできるのであれば、冷却板１０６を設ける必要は無い。これは、真空蒸着装置のコストダウンに繋がるので良い。

［開口の構成］
本実施形態における開口部２０３の構成について、図４を用いて説明する。図４に示すように、開口部２０３は、３つのスリット状開口を組み合わせたＹ開口４００であり、Ｙ開口４００の一部の縁に沿って壁４０１、４０２が設けられている。以下に、それぞれを詳述する。

Ｙ開口４００は、矩形状のスリットを組み合わせている。このＹ開口４００を通過する蒸気の流れ形態は、中間流もしくは連続流となることが望ましい。そのような流れ形態であれば、Ｙ開口４００を構成する各スリットを通過した蒸気は、その蒸気を構成する粒子（以後、単に蒸気粒子とも称する）の密度が極めて高くなる。それによって、各スリットを通過した直後の蒸気粒子間で、頻繁に衝突し、そして散乱する。本実施形態を含む本発明では、こういった蒸気粒子の衝突と散乱、及び壁４０１、４０２による蒸気粒子の散乱方向の制約を用いて、Ｙ開口４００のある面に平行な面上で蒸気を曲げる。

その曲がった蒸気は、その形状を保ち、基板１０３に到達することができる。なぜなら、真空チャンバ１００内の圧力は、１×１０^−３Ｐａ以下であるため、蒸気粒子の平均自由行程は、極めて長くなるからである。この平均自由行程とは、蒸気粒子が衝突するまでに飛行する距離である。したがって、平均自由行程が極めて長いと、蒸気の形状を変化させる蒸気粒子間の衝突が大きく減少するので、その形状を保つことができる。

Ｙ開口４００を通過する流れ形態の判定は、クヌーセン数を用いて行えば良い。クヌーセン数は、蒸気粒子の平均自由行程を代表長さで割った値である。ここでは、Ａ．Ｇｕｔｈｒｉｅらと同様、この値が０．０１未満であれば連続流、１０より大きければ分子流、０．０１より大きく０．１未満であれば中間流であると、流れ形態を判定する（Ａ．Ｇｕｒｔｒｉｅ，ｅｔ ａｌ．，Ｖａｃｕｕｍ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｅｃｈｉｑｕｅｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ（１９４９）を参照）。なお、中間流は、連続流と分子流の両流れ形態の挙動を有する流れである。

クヌーセン数を求めるための、蒸気粒子の平均自由行程は、蒸着時のルツボ２００内が、前述したように蒸着材料の蒸気圧で飽和していると考えれば、その蒸気圧を用いて算出することができる。圧力からの平均自由行程の算出方法は、希薄気体関連の解説書（例えば、日本機械学会編、原子・分子の流れ、共立出版（１９９６））に記載されている。一方、代表長さは、本実施形態の構成でクヌーセン数が大きくなりやすい、Ｙ開口４００を構成するスリットの短手寸法で与えれば良い。短手寸法で与えた代表長さで、連続流もしくは中間流と判定されるようであれば、Ｙ開口４００を通過する蒸気全体もそのような流れ形態であると判定して良い。

このような判定方法を元に、Ｙ開口４００を構成するスリットの寸法は、蒸着材料の蒸気圧から算出する蒸気粒子の平均自由行程を考慮して、連続流もしくは中間流となるように決定する。なお、図４のＹ開口４００は、それを構成する３つのスリットの短手と長手の寸法が、スリット毎で等しくなるように組み合わせたが、Ｙ開口は、この組み合わせに限定されない。例えば、Ｙ開口４００の上半分（Ｙ開口におけるＶ部）のスリットの短手の寸法を、下半分（Ｙ開口におけるＩ部）の短手より大きくしても良い。但し、Ｙ開口４００の上半分に２つあるスリットの短手と長手の寸法は、それぞれ、互いに揃えることが必要ないし好ましい。そうすると、Ｙ開口４００面を真上から見た時の蒸気を、左右対称にできる。一方、左右対称でないと、基板１０３が自公転しているドーム状空間内に蒸気を収めにくくなる可能性が生ずる。更に、左右対称でない蒸気は、公転半径による円周に沿わせにくくなる。しかし、これらは、左右対称であれば、回避できる。左右対称な蒸気は、中心線を挟んで対称的な開口部により実現することができる。ただし、非対称的なものを排除するものではない。上述した様に、開口部の形態は、求められる蒸気の形状に応じて、種々に設計すればよい。即ち、開口部の各スリット状開口の幅、長さ、形状、交点箇所の形状、厚み、交差角度、壁の形成箇所、高さ、開口面に対する角度、各部の表面粗さ、等は種々に設計され得る。

また、Ｙ開口４００を構成するスリットの厚みは、蒸着時のルツボ２００内の蒸気圧から算出される平均自由行程未満にすることが望ましい。平均自由行程以上の厚みとすると、Ｙ開口４００面に垂直な方向に流速が増加するため、各スリットを通過した蒸気粒子間での衝突と散乱が減少する。これによって、蒸気が好適に曲がらない可能性が生じる。しかし、これは、スリットの厚みが、上述の平均自由行程未満であれば、生じにくいので良い。

図４に示した壁４０１、４０２は、Ｙ開口４００面において、同図に示すように上半分の２つのスリット（Ｙ開口におけるＶ部）の上側（公転半径方向の外側）と、下半分のスリット（Ｙ開口におけるＩ部）の下側（公転半径方向の内側）に取付ける。Ｙ開口４００面に対する壁４０１、４０２の角度は、９０°とすることが望ましい。しかし、この角度には限定されない。例えば、Ｙ開口４００の外側に向けて、壁４０１、４０２を傾斜させても良い。但し、壁４０１、４０２をＹ開口４００の内側に傾斜させる場合は、内側に大きく傾斜させないようにすることが望ましい。壁４０１、４０２を内側に大きく傾斜させると、壁４０１、４０２のそれぞれ根元の部分で、蒸気のよどみ（蒸気粒子の速度が略０（ゼロ）の空間）が生じる。このよどみと、Ｙ開口４００の３つのスリットを通過する主流と、における、蒸気粒子間の衝突と散乱が、３つのスリット間における衝突と散乱より支配的になると、後述する図５に示す蒸気の曲がる角度となる「なす角」５０４が、小さくなる可能性が生じる。こういったことを考慮し、［実施例１］で詳述する希薄気体力学を基づいた数値シミュレーションを用いて、「なす角」５０４が小さくならない、Ｙ開口４００面に対する壁４０１、４０２の角度の範囲を算出しておくことが望ましい。

また、図４に示したスリット縁部の壁４０１、４０２の面の表面粗さは、当然のことながら可能な限り小さくすることが望ましい。この表面粗さがあまりに大きいと、壁４０１、４０２の表面境界層と主流との、それぞれを構成する蒸気粒子間の衝突と散乱が、３つのスリット間における衝突と散乱より支配的になる。それによって、後述する図５に示す、蒸気の曲がる角度となる「なす角」５０４が小さくなる可能性が生じる。しかし、これは、壁４０１、４０２の表面粗さが小さいと、回避することができるので良い。

また、図５に示す上半分の２つのスリット５００と下半分のスリット５０１、壁５０２、５０３、スリット５００とスリット５０１とのなす角度と関連する角度５０４において、Ｙ開口を構成するスリット同一面を真上から見た蒸気は、次のようになる。即ち、その粒子間での衝突と散乱、及び壁５０２、５０３による散乱方向の制約によって、最終的に３つのスリットの交点を始点に、「なす角」５０４で示すθの直線方向（矢印の方向）に広くその直線に直角な方向に狭いといった指向性を有する。そして、前記同一面の垂直方向に流れる。つまり、Ｙ開口面を真上から見た蒸気は、３つのスリットの交点を起点に、図５の左下と右下へ向けて、左右対称に“へ”の字に曲がり、Ｙ開口面の垂直方向に流れる。

壁５０２、５０３の各部の寸法についても、蒸着材料の蒸気圧から算出する蒸気粒子の平均自由行程を考慮して、蒸着材料の蒸気が連続流もしくは中間流となるように決定することが好ましい。

本実施形態では、左右対称の“へ”の字状に曲がった蒸気は、基板１０３に到達する時に、公転半径の円周と略一致させる。更に、その蒸気が、基板１０３が自公転しているドーム状空間内に収まるように、蒸着源１０１の開口部２０３から基板１０３中心への公転軸１０５ａに平行な距離を調整する。この調整は、［実施例１］で後述する希薄気体力学に基づいた数値シミュレーションを元に行うと、効率的で望ましい。

また、図５に示した、上半分の２つのスリット５００の上側に取付けた壁５０２の両端は、スリット５００の短手の幅以上にするのが望ましい。例えば、図６（Ａ）に示すように、両端の壁の幅６００を、スリットの短手の幅６０１より大きくとっても良い。しかし、両端の壁の幅６００を、スリットの短手の幅６０１に対して過度に長くとると、両端の壁の表面境界層における蒸気粒子との衝突と散乱が、３つのスリット間の衝突と散乱より支配的になる恐れが出てくる。それによって、図５に示した蒸気の曲がる角度となる「なす角」θ５０４が小さくなる。このように、両端の壁によって、上述の「なす角」５０４が小さくなることを回避するのが望ましい。そのためには、［実施例１］で詳述する希薄気体力学に基づいた数値シミュレーションを用いて、上述の「なす角」５０４が小さくならない壁の幅６００の範囲を算出しておくことが望ましい。

一方、図５に示した下半分のスリット５０１の下側に取付けた壁５０３の幅は、下半分のスリット５０１の短手の幅以上にするのが望ましい。例えば、図６（Ｂ）に示すように、壁５０３に該当する壁の幅６０２は、上述した下半分のスリットの短手の幅６０３より大きくすることが望ましい。但し、壁の幅６０２によって「なす角」θで曲がった蒸気を遮ることが無いようにすることが望ましい。つまり、壁の幅６０２は、「なす角」θの直線６０４近傍まで長くとらないことが望ましい。

本実施形態によれば、例えば、ドーム状空間内で公転もしくは自公転する基板に対して、その公転半径による円周にほぼ沿い、ドーム状空間に満足できる程度に十分に収まる蒸気の形状を実現することができ、材料収率を効果的に高めることができる。特に、自公転している基板に対しては、自公転による基板上の膜厚を均一にする作用が、公転半径による円の略全周で生じるので、膜厚分布を小さくすることもできる。

［実施例］
前述した真空蒸着装置にて、本発明者は、シンチレータ用の或る基板に対して、その傾ける角度、基板の公転半径と自公転速度、そのような基板に対する蒸着源の配置、及びその開口面に平行な面上での、「なす角」５０４で表される蒸気の曲げ角度を検討した。その結果、上述の曲げ角度は、６３°にすると、冶具１０５で自公転している或る基板に対して、材料収率を高め、且つ、膜厚分布を小さくできることを見出した。そこで、実施例では、上述した蒸気の曲げ角度を目標とした。

以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
［実施例１］
本実施例では、希薄気体力学に基づいた数値シミュレーションで、蒸着源のＹ開口４００面による蒸気の曲げ角度を検証した。その数値シミュレーションでは、図４に示す３つのスリットを組み合わせたＹ開口４００、壁４０１、４０２、ルツボ２００をモデル化した。その時のＹ開口４００の形状と寸法は、図７に示す（単位はｍｍ）。同図に示すように、スリットによる「なす角」（上述の「なす角」５０４に該当）は６３°とした。また、ルツボの内径はφ７９とした。

この数値シミュレーションでは、モデルを微小体積に分割する。微小体積内で蒸気粒子が流れる方向の寸法は、その平均自由行程未満で与えることが望ましい。この微小体積毎に、蒸気粒子の衝突と散乱を計算する。そのアルゴリズムは、前述した解説書等（日本機械学会編、「原子・分子の流れ」、共立出版（１９９６）や保原ら、「数値流体力学」、東京大学出版（１９９１））を参照した。

また、モデル化したルツボ２００の底面から、蒸着材料の蒸気粒子を湧き出させた。本実施例では、蒸着材料に、シンチレ−タの一般的な蒸着材料であるＣｓＩ（ヨウ化セシウム）を採用した。そして、上述した湧き出し面からの流束の値は、ルツボ２００内がＣｓＩの蒸気圧で飽和するようにして決定した。湧き出し面の蒸気粒子の速度分布は、Ｃｏｓｉｎｅ分布で与えた。また、それに従う蒸気粒子の初期温度は、ＣｓＩの融点以上とした。モデル化したＹ開口４００の壁面、ルツボ２００の壁面は、蒸気粒子が拡散反射するようにした。更に、その壁面の温度は、ＣｓＩの融点以上で与えた。

上述したモデルでの蒸気の曲げを数値シミュレーションした結果の例を図８−１と図８−２に示す。図８−１（Ａ）は、Ｙ開口４００同一面上の蒸気粒子の密度分布を示している。当然であるが、同図は、Ｙ開口４００内での蒸気粒子の密度が高い結果となっている。図８−１（Ｂ）、図８−２（Ｃ）、図８−２（Ｄ）は、順に、Ｙ開口４００同一面から垂直に１０ｍｍ、３０ｍｍ、９０ｍｍの高さにおける、Ｙ開口４００面に平行な面での蒸気粒子の密度分布である。図８−１（Ｂ）は、３つのスリットを通過した蒸気粒子間の衝突と散乱により、蒸気の形状が徐々に形成されていく途中経過を示す結果である。そして、図８−２（Ｃ）は、蒸気の形状が、最終的に左右対称な“へ”の字状になり、曲がっているのが分かる結果である。

図８−２（Ｄ）は、同図（Ｃ）での蒸気の形状を保っているのが分かる結果である。蒸気の形状を保てたのは、この高さ（９０ｍｍの高さ）で、既に蒸気粒子の平均自由行程が長いからである。前述したように、蒸気の形状をこのまま保ち、基板１０３に到達することができると考えられる。また、蒸気の曲げ角度は、図８−２（Ｄ）にて、蒸気粒子の密度が高い領域の左右にある先端と、中心線の交点を結ぶ線分から評価した。その結果、曲げ角度は、図８−２（Ｄ）に示すように、６３°になることが分かった。これは、図７に示したスリットによる「なす角」と良く一致する。

以上の結果から、本実施例の開口の構成により、Ｙ開口４００面を真上から見た蒸気が、所望通りに曲げられることを確認できた。

このように、蒸着源の開口以外の外部作用を用いることなく、基板１０３を蒸着する蒸気粒子の集団によって、自己組織化的に、蒸気を所望形状（左右対称な“へ”の字状の曲げ等）に形成させたのが、本発明の一側面の重要な特徴である。この自己組織化は、自然科学における自己組織化を指しており、それは、組織を構成する粒子間の動的な相互作用と、その相互作用する粒子の空間場による駆動力と、で生じる現象である。この蒸着の系での自己組織化は、粒子間の動的な相互作用を、ポテンシャルを考慮した衝突で考えると良い。この衝突を、希薄気体力学では、蒸気粒子径と、その粒子間の相対速度で定義される衝突断面積で考えている。一方で、前記駆動力を、蒸気粒子の密度場による勾配で形状を変化させようとする力で考えると良い。但し、ここでの駆動力は、力学的な力ではなく、上述のようなポテンシャルエネルギで表現可能なパラメータで扱う力のことをいう。こうした蒸気粒子による自己組織化と、それを維持するのに十分な時間に粒子を供給することを可能とするスリットの配置によって、蒸着時は、常に蒸気を、上述のように左右対称な“へ”の字状に曲げることができる。

本実施例によっても、ドーム状空間内で公転もしくは自公転する基板に対して、その公転半径による円周にほぼ沿い、ドーム状空間に満足できる程度に十分に収まる蒸気の形状を実現することができ、材料収率を効果的に高めることができる。特に、自公転している基板に対しては、自公転による基板上の膜厚を均一にする作用が、公転半径による円の略全周で生じるので、膜厚分布を小さくすることもできる。

［実施例２］
本実施例では、蒸気の曲げ角度を実施形態で説明した真空蒸着装置を用いて検証した。まず、蒸着源１０１の開口部２０３は、［実施例１］の図７と同じ形状及び寸法とした。また、蒸気の曲げ角度を評価するための基板は、図３（Ａ）に示した基板３０１のように設置した。その基板は、正方形で、一辺が５００ｍｍであり、厚さが０．５ｍｍのフロートガラスを採用した。また、同図（Ａ）のＬ_１が５５５ｍｍとなるように基板３０１を設置した。蒸着源の開口部３００は、図７のＹ開口における下半分（Ｉ部）のスリットの長手方向と同図（Ｂ）に示すＬ_３の方向が一致するようにした。更に、図７の上半分（Ｖ部）のスリットの壁の裏面（外側の面）は、同図（Ｂ）の３０３の方向に向くように配置した。

次に、蒸気の曲げ角度を評価する流れを説明する。まず、蒸着源１０１のルツボ２００に、［実施例１］と同じ蒸着材料のＣｓＩ（ヨウ化セシウム）を、後述するマイクロメータで測定可能な膜厚となる分だけ投入した。そして、真空ポンプ１０４で、真空用チャンバ１００内の圧力を１．０×１０^−３Ｐａ以下にした。それから、蒸着源のヒータ２０１で、ルツボ２００の加熱を開始し、ルツボ２００の温度が融点以上に達したら、シャッター２０６を開けて、上述した基板３０１に該当する基板を蒸着した。蒸着終了後、その基板を冷却板１０６で、十分に冷却してから大気解放し、真空用チャンバ１００から蒸着された基板を取出した。次に、図３（Ｂ）に示した蒸着された基板３０１の公転半径方向Ｌ_３、及びその方向と直角になる方向Ｌ_２の両方向に５０ｍｍ間隔で平行にとって形成する格子状の測定点を設けて、その各測定点の膜厚をマイクロメータで測定した。

その結果である、基板内の膜厚を等膜厚線上に図示した膜厚分布を図９に示す。同図にて、中心線以外で、等膜厚線にほぼ直角に交わるように線を引き、その線から曲げ角度を評価した。その結果、同図に示すように、蒸気の曲げ角度は、略６６°になることが分かった。この結果は、Ｙ開口近傍の曲げ角度を数値シミュレーションで検証した［実施例１］の曲げ角度と一致する。更に、目標とした曲げ角度とも一致することが確認できた。

本実施例によっても、上記実施形態や実施例１と同様な効果的を奏することができた。

１０１・・蒸着源、１０３・・基板、１０５・・支持部材（治具）、２０３・・開口部、４００・・開口、４０１、４０２・・壁

Claims (15)

1. 蒸着装置で用いられ、蒸着材料を収容する蒸着源であって、
   蒸着材料の蒸気が通る開口部を有し、前記開口部には、複数のスリット状開口が内端で繋がった形状の開口が１つだけ設けられていることを特徴とする蒸着源。
2. 前記開口は、３つの直線状のスリット状開口が内端で繋がった形状を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸着源。
3. 前記開口は、中心線を挟んで対称的であることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸着源。
4. 前記開口部は、Ｙ形状を有することを特徴とする請求項２または３に記載の蒸着源。
5. 前記開口部は、前記開口の縁の一部に沿って壁を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蒸着源。
6. 蒸着装置で用いられ、蒸着材料を収容する蒸着源であって、
   蒸着材料の蒸気が通る開口部を有し、
   前記開口部には、３つの直線状のスリット状開口が内端で繋がったＹ形状の開口と、前記開口の縁の一部に沿った壁と、を有しており、
   前記壁は、前記Ｙ形状の開口のＶ部である２つのスリット状開口の外側の縁と、前記Ｙ形状の開口のＩ部である１つのスリット状開口の外側の縁とに設けられていることを特徴とする蒸着源。
7. 前記Ｙ形状の開口のＶ部である２つのスリット状開口の外側の縁に設けられた壁は、前記スリット状開口の幅より長く設けられていることを特徴とする請求項６に記載の蒸着源。
8. 前記Ｙ形状の開口のＩ部である１つのスリット状開口の外側の縁に設けられた壁は、前記スリット状開口の幅より長く設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の蒸着源。
9. 前記壁は、前記開口部の前記開口が設けられた面に対する角度が９０°であることを特徴とする請求項５から８の何れか１項に記載の蒸着源。
10. 前記開口と前記壁の各部の寸法は、蒸着材料の蒸気圧から算出する蒸気粒子の平均自由行程を考慮して、蒸着材料の蒸気が連続流もしくは中間流となるように決定されていることを特徴とする請求項５から９の何れか１項に記載の蒸着源。
11. 基板を支持する支持部材と、請求項１から５の何れか１項に記載の蒸着源と、を有する蒸着装置であって、
    前記支持部材は、前記基板の公転と自転のうちの少なくとも一方を行って、且つ前記蒸着源の開口部の面に対する前記基板の角度ないし配置を変更することができることを特徴とする蒸着装置。
12. 前記支持部材は、前記基板を公転することを特徴とする請求項１１に記載の蒸着装置。
13. 基板を支持する支持部材と、請求項６から８の何れか１項に記載の蒸着源と、を有する蒸着装置であって、
    前記支持部材は、前記基板の公転と自転のうちの少なくとも一方を行って、且つ前記蒸着源の開口部の前記開口が設けられた面に対する前記基板の角度ないし配置を変更することができ、
    前記Ｙ形状の開口のＩ部の１つのスリット状開口の長手の方向が、前記基板の公転半径の方向に一致することを特徴とする蒸着装置。
14. 前記Ｙ形状の開口のＶ部である２つのスリット状開口を、公転半径における外側に配置することを特徴とする請求項１３に記載の蒸着装置。
15. 前記壁は、前記Ｙ形状の開口部のＶ部である２つのスリット状開口の外側の縁に設けられた壁を有し、該壁を公転半径における外側に配置することを特徴とする請求項１４に記載の蒸着装置。