JP7026143B2 - 蒸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸着材料を蒸発させ、蒸着対象物に付着させる蒸着装置に関する。

蒸着材料を蒸発させ、蒸着対象物に付着させる蒸着装置は、有機ＥＬ（electro-luminescence）ディスプレイやイメージセンサ等の各種製品の製造に利用されている。蒸着装置は、チャンバ内に配置された蒸発源を備え、ディスプレイのパネル等の蒸着対象物が蒸発源に対向して配置される。

蒸発源は、固体又は液体である蒸着材料を収容可能であり、加熱機構を備える。加熱機構によって蒸着材料を加熱し、発生した蒸気を蒸着対象物に供給する。ここで、このような蒸発源では、蒸着材料の指向性が弱く、広い角度範囲で蒸着材料が飛散する。

蒸着対象物には、蒸着材料の付着領域を規定するマスクが配置されることが多いが、蒸着材料の飛散角度が大きいとマスクによって遮蔽されるべき領域に蒸着材料が付着し、付着領域の周縁が不鮮明となるマスクエフェクトが生じるおそれがある。

これに対し、例えば特許文献１には、蒸着材料が放出されるノズルの向き及び間隔を調整し、マスクエフェクトを抑制する真空蒸着装置が開示されている。

国際公開第２０１８／０２５６３７号

特許文献１に記載されているように、蒸着装置では蒸着材料の飛散角度が大きいことによる問題を解消することが求められている。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、蒸着材料の大きな飛散角度による影響を抑制することが可能な蒸着装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蒸着装置は、蒸発源と、支持機構と、制限板と、チャンバとを具備する。
上記蒸発源は、蒸着材料を収容し、上記蒸着材料を加熱する加熱機構を備える。
上記支持機構は、蒸着対象物を上記蒸発源に対向する位置で支持する。
上記制限板は、上記蒸発源と上記蒸着対象物の中点に対して上記蒸着対象物側に配置され、上記蒸着材料の飛散経路を制限する。
上記チャンバは、上記蒸発源、上記支持機構及び上記制限板を収容する。

この構成によれば、蒸発源から放出される蒸着材料の飛散角度を、制限板によって制限することができる。制限板を蒸発源と蒸着対象物の中点に対して蒸着対象物側に配置することにより、制限板による飛散角度の差異を抑制することが可能となる。

上記蒸発源と上記制限板は、互いの相対位置を維持したまま上記チャンバに対して移動可能に構成されていてもよい。

上記蒸発源及び上記制限板は上記チャンバに対して固定され、
上記支持機構は、上記チャンバに対して移動可能に構成されていてもよい。

上記制限板は、上記蒸発源及び上記制限板の移動方向に対して垂直な面に沿う板状部材であってもよい。

上記制限板は、上記支持機構の移動方向に対して垂直な面に沿う板状部材であってもよい。

上記蒸発源は、第１の蒸着材料を収容する第１の蒸発源と、第２の蒸着材料を収容する第２の蒸発源とを含んでもよい。

以上のように、本発明によれば蒸着材料の大きな飛散角度による影響を抑制することが可能な蒸着装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る蒸着装置の平面図である。 同蒸着装置の一部構成の斜視図である。 同蒸着装置が備える蒸発源の模式図である。 同蒸着装置が備える制限板の配置を示す模式図である。 同蒸着装置が備える制限板の配置を示す模式図である。 同蒸着装置の動作を示す模式図である。 同蒸着装置の動作を示す模式図である。 同蒸着装置の動作を示す模式図である。 比較例に係る蒸着装置における蒸着材料の飛散角度を示す模式図である。 比較例に係る蒸着装置により成膜された膜の膜厚分布を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る蒸着装置における蒸着材料の飛散角度を示す模式図である。 比較例に係る蒸着装置におけるチャンバの大きさを示す模式図である。 比較例に係る蒸着装置におけるチャンバの大きさを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る蒸着装置におけるチャンバの大きさを示す模式図である。 蒸着に用いられるマスクを示す断面図である 比較例に係る蒸着装置における共蒸着の態様を示す模式図である。 比較例に係る蒸着装置を用いた共蒸着により成膜された膜の蒸着材料毎の相対膜厚を示すグラフである。 比較例に係る蒸着装置を用いた共蒸着により成膜された膜の膜厚方向の膜厚分布を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る蒸着装置が備える制限板の他の構成を示す平面図である。

本技術の実施形態に係る蒸着装置について説明する。

［蒸着装置の構成］
図１は、本実施形態に係る蒸着装置１００の構成を示す側面図であり、図２は、蒸着装置１００の一部構成の斜視図である。以下の図において相互に直交する三方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向とする。Ｘ方向及びＹ方向は例えば水平方向、Ｚ方向は例えば鉛直方向である。

これらの図に示すように、蒸着装置１００は、チャンバ１０１、支持機構１０２、蒸発源１０３及び制限板１０４を備える。

チャンバ１０１は、図示しない真空ポンプに接続され、内部を所定の圧力に維持する。支持機構１０２、蒸発源１０３及び制限板１０４はチャンバ１０１内に収容されている。

支持機構１０２は、チャンバ１０１内に配置され、蒸着対象物Ｓを支持する。支持機構１０２は、蒸着対象物Ｓを、蒸発源１０３に対向する位置と対向しない位置の間でＸ方向において移動させることが可能に構成されている。蒸着対象物Ｓは例えばディスプレイのパネルである。

蒸着対象物Ｓの表面には、マスクＭが設けられている。マスクＭには所定のパターンで開口が設けられ、蒸着対象物Ｓの表面に蒸着材料のパターンを形成する。なお、蒸着対象物Ｓの全面に蒸着を行う場合にはマスクＭは設けられなくてもよい。

蒸発源１０３は、チャンバ１０１内に配置され、蒸着対象物Ｓに蒸着材料を供給する。

図３は、蒸発源１０３の構造を示す断面図である。同図に示すように、蒸発源１０３は、収容箱１１１、加熱機構１１２及びノズル１１３を備える。

収容箱１１１は蒸着材料Ｒを収容する。蒸着材料Ｒは、金属や有機物等であり特に限定されない。収容箱１１１の内部空間には、蒸着材料Ｒの流れを均等にするための分散板等が設けられてもよい。

加熱機構１１２は、収容箱１１１の周囲に設けられ、蒸着材料Ｒを加熱し、蒸発させる。加熱機構１１２は、抵抗加熱又は誘導加熱等によって発熱するものとすることができる。

ノズル１１３は、収容箱１１１の内部空間に連通し、蒸発した蒸着材料Ｒを放出する。ノズル１１３は複数が設けられ、図２に示すように、複数のノズル１１３がＹ方向に沿って配列するものとすることができる。なお、ノズル１１３の数は特に限定されず、１つであってもよい。また、蒸発源１０３はノズル１１３を有さず、収容箱１１１の上面が開放された構造のものであってもよい。

図２に示すように、蒸着装置１００は、第１蒸発源１０３ａと第２蒸発源１０３ｂの２つの蒸発源１０３を備えるものとすることができる。第１蒸発源１０３ａと第２蒸発源１０３ｂはＸ方向に隣接し、互いに異なる蒸着材料Ｒを蒸着対象物Ｓに供給する。

制限板１０４は、蒸発源１０３と蒸着対象物Ｓの間に配置され、蒸着材料Ｒの飛散経路を制限する。図２に示すように、制限板１０４は、支持機構１０２の移動方向（Ｘ方向）に対して垂直な面（Ｙ－Ｚ平面）に沿う板状部材である。蒸着装置１００は、蒸発源１０３を挟んでＸ方向に対向する１対の制限板１０４を備える。

図４及び図５は、制限板１０４の位置を示す模式図であり、図４はＹ方向から見た図、図５はＸ方向から見た図である。これらの図に示すように、Ｘ－Ｚ平面上での蒸発源１０３と蒸着対象物Ｓの中点を点Ｐとし、即ち点Ｐと蒸発源１０３の距離Ｄ１と点Ｐと蒸着対象物Ｓの距離Ｄ２は等しいとする。

制限板１０４は、点Ｐに対して蒸着対象物Ｓ側に設けられ、即ち蒸発源１０３よりも蒸着対象物Ｓに近接して設けられている。

制限板１０４は、図示しない支持機構によってチャンバ１０１又は蒸発源１０３に支持され、蒸発源１０３に対する相対位置が固定されている。

［蒸着装置の動作について］
蒸着装置１００の動作について説明する。図６乃至図８は蒸着装置１００の動作を示す模式図である。

図６に示すように、蒸発源１０３において加熱機構１１２（図３参照）により蒸着材料Ｒを加熱し、蒸着材料をノズル１１３から放出させる。第１蒸発源１０３ａから放出される蒸着材料を蒸着材料Ｒ１とし、第２蒸発源１０３ｂから放出される蒸着材料を蒸着材料Ｒ２とする。

蒸着開始前には図６に示すように蒸着対象物Ｓは蒸発源１０３から離間した待機位置に位置している。蒸着材料Ｒ１及びＲ２が所定の温度に到達すると、支持機構１０２を駆動し、図７に示すように蒸着対象物Ｓを蒸発源１０３に対向する位置に移動させる。

蒸着材料Ｒ１及びＲ２はノズル１１３から蒸着対象物Ｓに向かって飛散し、蒸着対象物Ｓに付着する。また、一部はマスクＭによって遮蔽され、パターニングされる。この際、蒸着材料Ｒ１及びＲ２の飛散経路は、後述するように制限板１０４によって制限される

図８に示すように、蒸着対象物Ｓが終端位置に到達すると、支持機構１０２は蒸着対象物Ｓを図６に示す待機位置に戻す。

蒸着材料Ｒ１及びＲ２は、蒸着対象物Ｓの待機位置（図６）から終端位置（図８）への往路と終端位置（図８）から待機位置（図６）への復路の両方で蒸着対象物Ｓに蒸着される。

これにより、蒸着対象物Ｓの表面に蒸着材料Ｒ１及びＲ２からなる膜が成膜される。なお、蒸着材料Ｒ１とＲ２は化学結合を生じてもよく、混合されてもよい。

［制限板による効果について］
制限板１０４による効果について、比較例との比較の上で説明する。図９は、比較例に係る蒸着装置３００を示す模式図である。同図に示すように、蒸着装置３００は、蒸発源３０３及び制限板３０４を備える。蒸発源３０３は、蒸着材料を収容する収容箱３１１及びノズル３１３を備え、制限板３０４はノズル３１３の近傍に配置されている。

蒸着材料を加熱すると、蒸着材料は制限板３０４によって飛散経路を制限され、図９に示すように角度範囲Ｈ１で飛散すると想定される。蒸着対象物Ｓにおいて角度範囲Ｈ１で飛散した蒸着材料が到達する領域をストレート領域Ｌ１として示す。

図１０は、蒸着装置３００による蒸着対象物Ｓの膜厚分布を示すグラフである。同図に示すように、蒸着対象物Ｓの中央部（図中左側）からストレート領域Ｌ１までは制限板３０４がない場合と同様の膜厚となる。

しかしながら、実際には角度範囲Ｈ１の外側（図中右側）においても蒸着材料の付着が生じる。これは、図９において角度範囲Ｈ２で示すように、ノズル３１３の制限板３０４とは反対側から放出された蒸着材料が付着したものである。図９及び図１０において角度範囲Ｈ２で飛散した蒸着材料が到達する領域をクロス領域Ｌ２として示す。

図１０に示すように、制限板３０４を設けることにより、ストレート領域Ｌ１までは所定の膜厚とすることができるが、クロス領域Ｌ２にも周縁に向かって膜厚が急減する膜が形成される。

一方、図１１は、本発明に係る蒸着装置１００による蒸着の態様を示す模式図である。同図に示すように、制限板１０４が蒸着対象物Ｓに近接して設けられているため、ストレート領域Ｌ１とクロス領域Ｌ２はほとんど同一の領域となる。なお、図９及び図１１ではそれぞれ一つの蒸発源について示すが、蒸発源が二つの場合も同様に本発明の構造ではストレート領域Ｌ１とクロス領域Ｌ２をほぼ一致させることができる。

図１２及び図１３は、蒸着装置３００におけるチャンバ３０１のサイズを示す模式図である。図１２は、蒸着前の蒸着対象物Ｓの待機位置を示す。同図に示すように、待機位置は、蒸着対象物Ｓに角度範囲Ｈ２で飛散する蒸着材料が到達しないように、蒸発源３０３から離間した位置とする必要がある。

また、図１３は、蒸着開始時の蒸着対象物Ｓの位置を示す。上記のようにクロス領域Ｌ２では所望の膜厚とならないため、角度範囲Ｈ１で飛散する蒸着材料が到達する位置を蒸着開始位置とする必要がある。

このように、蒸着装置３００においては、蒸着開始前に蒸着材料が付着しないように、蒸着対象物Ｓを蒸発源３０３から離間させておく必要があり、その分チャンバ３０１のサイズを大きくする必要がある。

一方、図１４は、蒸着装置１００におけるチャンバ１０１のサイズを示す模式図である。上記のように蒸着装置１００では角度範囲Ｈ１で飛散する蒸着材料の到達位置と角度範囲Ｈ２で飛散する蒸着材料の到達位置がほぼ一致する。このため同図に示すように、蒸着開始前の蒸着対象物Ｓの待機位置を蒸発源１０３に接近させることができ、チャンバ１０１のサイズの縮小が可能である。

さらに、蒸着装置１００では、マスクによるパターンのにじみを抑制することが可能である。図１５は、マスクＭ（図１参照）の拡大断面図である。同図に示すように、マスクＭは、蒸発源１０３側の開口５０１に向かって開口面積が拡大するテーパ部５０２と蒸着対象物Ｓ側の開口５０３に向かって開口面積が拡大するテーパ部５０４を有する。

これらのテーパ部は、マスクＭの作製時に形成されるものである。テーパ部５０２及びテーパ部５０４の傾斜角度θは５５°程度が一般的である。ここで、蒸着装置３００では、上記のように角度範囲Ｈ２の広い角度範囲で入射する蒸着材料が存在するため、同図に示すように蒸着材料Ｒがテーパ部５０２あるいはテーパ部５０４を介して斜めに蒸着対象物Ｓに入射し、開口５０３より広い位置に付着する。

これにより、蒸着膜のパターンが不鮮明となり、パターンの精度が低下する。特に、ディスプレイの高解像化等に伴いパターンの微細化が進むとパターンの不鮮明化はより大きな問題なる。

これに対し、蒸着装置１００では上記のように、角度範囲Ｈ２は制限板１０４によって所定の角度以下に制限されるため、広い角度範囲で入射する蒸着材料がほとんど存在せず、パターンの不鮮明化を抑制することが可能である。

また、蒸着装置３００では、２つの蒸発源３０３を用いて２種の蒸着材料を同時に蒸着（共蒸着）する場合、膜における蒸着材料の濃度分布が不均一となるという問題がある。

図１６は蒸着装置３００による共蒸着の態様を示す模式図である。同図に示すように、蒸発源３０３ａからは第１蒸着材料Ｒ１が放出され、蒸発源３０３ｂからは第２蒸着材料Ｒ２が放出される。

図１７は、蒸着装置３００による共蒸着により成膜された膜の膜厚分布を示すグラフであり、蒸着対象物Ｓは蒸発源３０３に対して静止させた状態で成膜されている。同図に示すように、成膜領域の右端では第１蒸着材料Ｒ１の膜厚が第２蒸着材料Ｒ２の膜厚より大きく、左端では第２蒸着材料Ｒ２の膜厚が第１蒸着材料Ｒ１の膜厚より大きくなっている。これは、上述のように蒸着装置３００では広い角度範囲である角度範囲Ｈ２で蒸着対象物Ｓに入射する蒸着材料が存在するためである。

図１８は、蒸着対象物Ｓを蒸発源３０３に対して一往復させた場合の膜厚方向の第１蒸着材料Ｒ１（ドーパント）の濃度分布を示すグラフである。同図に示すように、膜の蒸着対象物Ｓ側（図中左端）と蒸発源３０３側（図中右端）では第１蒸着材料Ｒ１の濃度が高く、中央部では第１蒸着材料Ｒ１の濃度が小さくなっている。

このように、蒸着装置３００では、制限板３０４による角度範囲Ｈ１と角度範囲Ｈ２の差異により、２種類の蒸着材料の濃度分布が不均一となるという問題がある。

これに対し、蒸着装置１００では、制限板１０４による角度範囲Ｈ１と角度範囲Ｈ２の差異がほとんどないため、蒸着材料の濃度分布を均一とすることが可能である。

さらに、蒸着装置１００では、制限板１０４へ付着するの蒸着材料の量を低減することが可能である。蒸着装置３００においては、ノズル３１３の近傍に制限板３０４が配置されるため、蒸着中に蒸着材料が制限板３０４に付着する。この制限板３０４に付着した蒸着材料は蒸着対象物Ｓに到達せず、無駄となってしまう。

さらに、蒸着の進行と共に制限板３０４に付着した蒸着材料の体積が増加し、単位時間当たりの付着量も増加していくため、蒸着対象物Ｓに到達する蒸着材料が次第に減少し、蒸着対象物Ｓの一往復で成膜される膜厚が継時的に変化する。

なお、制限板３０４を加熱すると蒸着材料の付着を防止することができるが、制限板３０４が熱源となり、マスクＭや蒸着対象物Ｓに熱変形等の影響が生じるため、制限板３０４の加熱も困難である。したがって、制限板３０４への蒸着材料の付着は避けられない。

これに対し、蒸着装置１００では、制限板１０４は蒸発源１０３から離間して設けられているため、蒸着装置３００に比較して制限板１０４への蒸着材料の付着量が圧倒的に少ない。これにより、無駄になる蒸着材料の量を抑制し、材料利用効率を向上させることができる。さらに、膜厚の継時的変化も抑制されるため、膜品質の向上を実現することが可能である。

［蒸着装置の他の構成］
本実施形態に係る蒸着装置１００の構成は上述のものに限られない。例えば、上記構成においては蒸発源１０３及び制限板１０４の位置はチャンバ１０１に対して固定され、支持機構１０２がチャンバ１０１に対して移動することによって成膜されるとした。

一方、これとは逆に、支持機構１０２はチャンバ１０１に対して固定され、蒸発源１０３と制限板１０４がチャンバに対してＸ方向に移動可能に構成されてもよい。この場合、蒸発源１０３と制限板１０４は互いの相対位置が固定されていればよく、蒸発源１０３と制限板１０４は直接接続され、あるいはそれぞれの駆動機構によって相対位置を保ったまま移動可能に構成されてもよい。

この構成では、制限板１０４は、蒸発源１０３及び制限板１０４の移動方向（Ｘ方向）に対して垂直な面（Ｙ－Ｚ平面）に沿う板状部材とすることができる。

また、制限板１０４は、蒸着対象物Ｓの移動方向（Ｘ方向）において蒸発源１０３の両側に１対が配置されるとしたが、これに限られない。図１９は他の構成を有する制限板１０４を示す平面図であり、蒸発源１０３及び制限板１０４をＺ方向から見た図である。同図に示すように、制限板１０４は、Ｚ方向から見て蒸発源１０３を囲むように設けられてもよい。

さらに、蒸着装置１００では、典型的には蒸発源１０３は鉛直下方に配置され、支持機構１０２が鉛直上方に配置される。しかしながら、蒸着装置１００はこの配置に限られず、支持機構１０２が鉛直下方に配置され、蒸発源１０３が鉛直上方に配置されてもよい。また、蒸発源１０３と支持機構１０２が水平方向に配置されてもよい。

１００…蒸着装置
１０１…チャンバ
１０２…支持機構
１０３…蒸発源
１０４…制限板
１１１…収容箱
１１２…加熱機構
１１３…ノズル
Ｓ…蒸着対象物
Ｍ…マスク
Ｒ…蒸着材料

Claims (3)

1. 蒸着材料を収容し、前記蒸着材料を加熱する加熱機構を備える蒸発源と、
   蒸着対象物を前記蒸発源に対向する位置で支持する支持機構と、
   前記蒸発源と前記蒸着対象物の中点に対して前記蒸発源側に配置されず前記蒸着対象物側に配置され、前記蒸発源から第１の角度範囲で蒸着材料が飛散して前記蒸着対象物に到達する領域であるストレート領域と、前記蒸発源から前記第１の角度範囲よりも広い第２の角度範囲で蒸着材料が飛散して前記蒸着対象物に到達する領域であるクロス領域とがほぼ一致するように、前記蒸着材料の飛散経路を制限する制限板と、
   前記蒸発源、前記支持機構及び前記制限板を収容するチャンバと
   を具備し、
   前記蒸発源と前記制限板との相対位置は固定されており、前記蒸発源及び前記制限板と前記支持機構との相対位置が変化可能に、前記蒸発源及び前記制限板、又は前記支持機構が移動可能に構成され、
   前記制限板は、前記蒸発源及び前記制限板、又は前記支持機構の移動方向に対して垂直な面に沿う板状部材であり、
   前記蒸発源は、第１の蒸着材料を収容する第１の蒸発源と、第２の蒸着材料を収容する第２の蒸発源とを含み、
   前記制限板は、前記第１の蒸発源及び前記第２の蒸発源を挟んで、前記移動方向に沿って対向して一対設けられ、該一対の制限板の間には制限板が位置しない
   蒸着装置。
2. 請求項１に記載の蒸着装置であって、
   前記蒸発源と前記制限板は、互いの相対位置を維持したまま前記チャンバに対して移動可能に構成されている
   蒸着装置。
3. 請求項１に記載の蒸着装置であって、
   前記蒸発源及び前記制限板は前記チャンバに対して固定され、
   前記支持機構は、前記チャンバに対して移動可能に構成されている
   蒸着装置。

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