JP6765237B2 - 蒸着装置及び蒸発源 - Google Patents

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Description

本発明は、蒸着装置及び蒸発源に関するものである。
本出願人は自己の先願に係る特願２０１４−２６５９８１号において、蒸発源に設けられた複数の蒸発口部のうち、外側に位置する蒸発口部の開口端面を、蒸発源の長手方向外側に向くように傾斜させることで、蒸発口部を長手方向外側に広がって配設させなくても膜厚分布が均一で、成膜されたパターンにおける膜ボケが抑制された蒸着膜を得られるようにした真空蒸着装置を提案している。
本発明は、膜厚分布の均一性の更なる向上を図るべくなされたもので、蒸発粒子の入射角が大きく、均一な膜厚分布を実現でき、且つ、レート変動影響を受け難い蒸着装置及び蒸発源を提供するものである。
成膜材料が収容される容器と、前記容器の長手方向に沿って設けられる複数の蒸発口部とを有する蒸発源を備え、前記容器が前記長手方向と交差する交差方向に相対的に移動しながら前記複数の蒸発口部から前記成膜材料を放出することで、基板上の成膜有効範囲に蒸着膜を形成するように構成した蒸着装置であって、前記複数の蒸発口部は、前記長手方向において前記成膜有効範囲内に含まれるように設けられ、前記複数の蒸発口部のうち前記容器の長手方向端部近傍に設けられた少なくとも一対の外側蒸発口部は、前記長手方向において当該端部より外側に向くように傾斜する開口端面を有し、少なくとも１つの前記外側蒸発口部は、前記開口端面の中心からの法線が前記成膜有効範囲の外側に指向するように構成され、且つ、当該外側蒸発口部の開口端面から放出される成膜材料が最も厚く成膜される最大成膜点が前記長手方向において前記成膜有効範囲の外側に位置するように構成された膜厚分布調整用外側蒸発口部に設定され、前記長手方向において前記外側蒸発口部より中央側に位置するいずれかの前記蒸発口部は、前記長手方向において中央側を向くように傾斜する開口端面を有することを特徴とする蒸着装置に係るものである。
本発明は上述のように構成したから、蒸発粒子の入射角が大きく、均一な膜厚分布を実現でき、且つ、レート変動影響を受け難い蒸着装置及び蒸発源となる。
本実施例の概略説明正面図である。 別例の概略説明正面図である。 本実施例の要部の説明図である。 余弦則の概略説明図である。 ｎ値と最大成膜点の関係を説明する説明図である。 ｎ値と最大成膜点の関係を説明する説明図である。 垂直ノズルの例の概略説明正面図である。 内傾ノズルの例の概略説明正面図である。 外傾ノズルの例の概略説明正面図である。 蒸着装置の概略説明正面図である。 蒸着装置の概略説明側面図である。
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａによる最大成膜点Ｘが成膜有効範囲外となることで、膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａから放出されて形成される膜厚分布形状の緩やかな傾斜部分で膜厚分布範囲が形成されることになり、外側蒸発口部２ａの位置ずれ、角度ずれ、レートずれによる影響を可及的に小さくすることが可能となり、容器１の蒸発口部２ａ・２ｂから蒸発した成膜材料を放出して基板に蒸着膜を形成する際、均一な膜厚分布を形成し易くなる。
また、外側蒸発口部２ａの開口端面の中心からの法線が基板３の成膜有効範囲の外側に指向するため、基板３への最大入射角が大きくなり、成膜されたパターンにおける膜ボケが抑制できる。
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
本実施例は図１０，１１に図示したような蒸着装置に本発明を適用した例である。この蒸着装置は、減圧雰囲気を保持する真空槽20内で基板３に薄膜を形成させるために、成膜材料を放出する蒸発源25が基板３と対向する位置に配設され、蒸発源25から放出された蒸発粒子の蒸発レートをモニタする膜厚モニタ22と、真空槽20外に設けたモニタした蒸発粒子の量を膜厚に換算する膜厚計23と、換算された膜厚が所望の膜厚になるように成膜材料の蒸発レートを制御するために容器１を加熱するヒータ用電源24とを設けている。また、基板３と蒸発源25とを相対的に移動させる相対移動機構が設けられており、相対移動しながら成膜を行うことで、基板全面に渡って均一な膜厚の蒸着膜を形成することができる。
また、前記容器１と前記容器１に対向する位置に配設された基板３とは、前記容器１の長手方向と直交する方向に相対的に移動し、蒸発口部２から前記成膜材料を放出することで、基板３上に蒸着膜を形成するように構成している。
本実施例においては、成膜材料が収容される容器１と、この容器１に容器１の長手方向に沿って複数設けられる蒸発口部２ａ・２ｂとから成る蒸発源25を採用している。
具体的には、図１に図示したように、前記複数の蒸発口部２ａ・２ｂのうち外側に設けられた少なくとも一対の外側蒸発口部２ａは、夫々前記容器１の長手方向外側に向くように傾斜する開口端面を有している。
そして、少なくとも１つの前記外側蒸発口部２ａは、前記開口端面の中心からの法線が前記基板３の成膜有効範囲の外側に指向するように構成され、且つ、前記外側蒸発口部２ａの開口端面から放出された成膜材料が最も厚く成膜される最大成膜点Ｘが前記基板３の成膜有効範囲の外側に位置するように構成された膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａに設定されている。
具体的には、少なくとも最も外側に位置する一対の蒸発口部２ａを前記外側蒸発口部２ａとする。本実施例においては、最も内側の一組を内側蒸発口部２ｂ、内側蒸発口部２ｂ以外の蒸発口部２ａを全て外側蒸発口部２ａとし、全ての蒸発口部２ａ・２ｂは容器１の長手方向外側に向くように傾斜する開口端面を有する構成としている。
なお、本実施例の最も外側の外側蒸発口部２ａ以外の他の蒸発口部２ａ・２ｂは、上述の構成に限らず、長手方向内側を向くように傾斜する開口端面を有する構成としても良いし、容器１に垂直に立設された構成としても良い。また、内側蒸発口部２ｂのみを長手方向内側を向くように傾斜する開口端面を有する構成としたり、容器１に垂直に立設された構成としても良い。
また、本実施例においては、最も外側に位置する一対の外側蒸発口部２ａを夫々分布調整用外側蒸発口部２に設定している。
なお、図２に図示した別例のように、最も外側に位置する外側蒸発口部２ａだけでなく、これらと隣り合う外側蒸発口部２ａを膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａとしても良い。
また、蒸発口部２ａ・２ｂの配列範囲Ｗ１は基板３の容器１の長手方向における成膜有効範囲Ｗ２より狭い幅に設定されている（図３参照）。
膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａの開口中心の成膜有効範囲端からの距離（内側オフセット距離）ｂは、ｂ＝Ｗ２−Ｗ１÷２から得ることができる。また、基板３の成膜面を含む仮想平面上における蒸発口部２の開口端面からの法線と蒸発口部２の開口中心との距離ａは、基板・蒸発口部間の距離をＴ／Ｓとすると、ａ＝Ｔ／Ｓ×ｔａｎθから得ることができる。ここで、ａ＞ｂとなるように膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａの位置及び開口端面の傾斜角度を設定する。
また、膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａの成膜材料の蒸発角度分布は、具体的には下記式（１）に示す余弦則を満たすように構成されている。
ｃｏｓｎθ（ただし、ｎは３〜２０）・・・（１）
即ち、図４に図示したように、蒸発口部先端から放出される蒸発粒子の蒸発角度分布（放出角度分布）は、開口の法線方向を０°とする余弦則（ｃｏｓｎθ）に従う。このとき、ｎ値が大きい程指向性が高く、蒸発口部の開口の内径（Ｄ）と、高さ（Ｈ）の比、Ｈ／Ｄが大きい程、ｎ値が大きくなる傾向がある。このｎ値を３〜２０の間で適宜設定することで、最大成膜点の位置を調整する。
また、膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａは、内径と高さの比が１：２以上となるように設定している。
なお、本実施例において、最大成膜点とは、膜厚分布の頂点を意味し、この膜厚分布の頂点は、基板の成膜された分布形状において接線の傾きが０°になる地点である。
例えば、図５に図示したように、Ｔ／Ｓが４００ｍｍ、θが３０°の場合、ｎ値が３，５，１０及び２０とした場合の膜厚分布を比較すると、最大成膜点は、ｎ値が大きい程、基板の成膜面を含む仮想面と法線との交点に近づき、ｎ値が小さい程、膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａの直上位置に近づくことが分かる。また、ｎ値が小さいと、分布傾斜が緩やかとなり、膜厚分布誤差に対する感度が低くなり、膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａの位置ずれ、角度ずれ、レートずれによる影響が小さくなる。
また、図６に図示したように、θが４０°の場合には、３０°の場合に比べて最大成膜点が外側にシフトする。また、基板の成膜面を含む仮想面と法線との交点からの内側オフセット量が３０°の場合に比べて大きくなる。
更に、Ｔ／Ｓが３００ｍｍの場合には、４００ｍｍの場合に比べて基板の成膜面を含む仮想面と法線との交点からの内側オフセット量が小さい傾向があり、この傾向はｎ値が小さい程顕著となる。また、４００ｍｍの場合の方が最大成膜点は外側にシフトする。
以上の傾向を踏まえてＴ／Ｓ、θ、ｎ値等を調整し、最大成膜点Ｘの位置を設定する。
また、本実施例は、最も外側の外側蒸発口部２ａを、容器１の長手方向外側に向くように傾斜する開口端面を有する構成とした上で、この外側蒸発口部２ａを、前記膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａに設定しているが、最も外側の蒸発口部が、容器１に垂直に立設された蒸発口部（垂直ノズル）や、容器１の長手方向内側を向くように傾斜する開口端面を有する蒸発口部（内傾ノズル）である場合、以下の問題点がある。なお、図７〜９において本実施例と対応する部分には’付きの同一符号を付した。
即ち、垂直ノズル、内傾ノズルいずれの場合も、図７及び図８に図示したように、本実施例と同様に膜厚分布調整用外側蒸発口部に設定することは可能であるが、最も外側に位置する蒸発口部２ａ’と成膜有効範囲端とを結んだ最大入射角αが小さくなってしまう問題点がある（最大入射角が小さいとパターンボケ量が大きくなる原因となる。）。
また、図９に図示したように、本実施例と同様、最も外側の外側蒸発口部２ａ’を容器１’の長手方向外側に向くように傾斜する開口端面を有する構成（外傾ノズル）とした上で、最大成膜点Ｘ’が成膜有効範囲の内側となるように構成した場合には、最大入射角αを大きくできるメリットはあるが、成膜有効範囲内の膜厚分布均一性を確保し難くなり、レート変動の影響を受け易くなる等、デメリットが大きい。
従って、最も外側の外側蒸発口部２ａを、容器１の長手方向外側に向くように傾斜する開口端面を有する構成とした上で、この外側蒸発口部２ａを、前記膜厚分布調整用外側蒸発口部２ａに設定する必要があると考えられる。
なお、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
１ 容器
２ａ・２ｂ 蒸発口部
３ 基板

Claims (12)

  1. 成膜材料が収容される容器と、前記容器の長手方向に沿って設けられる複数の蒸発口部とを有する蒸発源を備え、前記容器が前記長手方向と交差する交差方向に相対的に移動しながら前記複数の蒸発口部から前記成膜材料を放出することで、基板上の成膜有効範囲に蒸着膜を形成するように構成した蒸着装置であって、
    前記複数の蒸発口部は、前記長手方向において前記成膜有効範囲内に含まれるように設けられ、前記複数の蒸発口部のうち前記容器の長手方向端部近傍に設けられた少なくとも一対の外側蒸発口部は、前記長手方向において当該端部より外側に向くように傾斜する開口端面を有し、少なくとも１つの前記外側蒸発口部は、前記開口端面の中心からの法線が前記成膜有効範囲の外側に指向するように構成され、且つ、当該外側蒸発口部の開口端面から放出される成膜材料が最も厚く成膜される最大成膜点が前記長手方向において前記成膜有効範囲の外側に位置するように構成された膜厚分布調整用外側蒸発口部に設定され、
    前記長手方向において前記外側蒸発口部より中央側に位置するいずれかの前記蒸発口部は、前記長手方向において中央側を向くように傾斜する開口端面を有することを特徴とする蒸着装置。
  2. 前記膜厚分布調整用外側蒸発口部の少なくとも１つは、前記長手方向において最も端部に位置する外側蒸発口部であることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
  3. 前記膜厚分布調整用外側蒸発口部は、前記長手方向において最も端部に位置する外側蒸発口部及びこれと隣り合う外側蒸発口部であることを特徴とする請求項２に記載の蒸着装置。
  4. 前記長手方向において最も中央部に位置する一組の蒸発口部は、夫々前記長手方向において中央側を向くように傾斜する開口端面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸着装置。
  5. 前記膜厚分布調整用外側蒸発口部の成膜材料の蒸発角度分布が、下記式（１）
    ｃｏｓｎθ（ただし、ｎは３〜２０）・・・（１）
    を満たすように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸着装置。
  6. 前記膜厚分布調整用外側蒸発口部は、内径と高さの比が１：２以上に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の蒸着装置。
  7. 成膜材料が収容される容器と、前記容器の長手方向に沿って設けられる複数の蒸発口部とを有する蒸発源を備え、前記容器が前記長手方向と交差する交差方向に相対的に移動しながら前記複数の蒸発口部から前記成膜材料を放出することで、基板上の成膜有効範囲に蒸着膜を形成するように構成した蒸着装置における前記蒸発源であって、
    前記複数の蒸発口部は、前記長手方向において前記成膜有効範囲内に含まれるように設けられ、前記複数の蒸発口部のうち前記容器の長手方向端部近傍に設けられた少なくとも一対の外側蒸発口部は、前記長手方向において当該端部より外側に向くように傾斜する開口端面を有し、少なくとも１つの前記外側蒸発口部は、前記開口端面の中心からの法線が前記成膜有効範囲の外側に指向するように構成され、且つ、当該外側蒸発口部の開口端面から放出される成膜材料が最も厚く成膜される最大成膜点が前記長手方向において前記成膜有効範囲の外側に位置するように構成された膜厚分布調整用外側蒸発口部に設定され、
    前記長手方向において前記外側蒸発口部より中央側に位置するいずれかの前記蒸発口部は、前記長手方向において中央側を向くように傾斜する開口端面を有することを特徴とする蒸発源。
  8. 前記膜厚分布調整用外側蒸発口部の少なくとも１つは、前記長手方向において最も端部に位置する外側蒸発口部であることを特徴とする請求項７に記載の蒸発源。
  9. 前記膜厚分布調整用外側蒸発口部は、前記長手方向において最も端部に位置する外側蒸発口部及びこれと隣り合う外側蒸発口部であることを特徴とする請求項８に記載の蒸発源。
  10. 前記長手方向において最も中央部に位置する一組の蒸発口部は、夫々前記長手方向において中央側を向くように傾斜する開口端面を有することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の蒸発源。
  11. 前記膜厚分布調整用外側蒸発口部の成膜材料の蒸発角度分布が、下記式（１）
    ｃｏｓｎθ（ただし、ｎは３〜２０）・・・（１）
    を満たすように構成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の蒸発源。
  12. 前記膜厚分布調整用外側蒸発口部は、内径と高さの比が１：２以上に設定されていることを特徴とする請求項１１に記載の蒸発源。
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