JP7036676B2

JP7036676B2 - 真空蒸着装置用の蒸着源

Info

Publication number: JP7036676B2
Application number: JP2018112501A
Authority: JP
Inventors: 昭彦高良
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2038-06-13
Also published as: JP2019214767A

Description

本発明は、互いに平行な２本の短辺と２本の長辺とで区画される矩形領域に対して真空雰囲気中で蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源に関する。

例えば有機ＥＬ素子の製造工程においては、真空雰囲気中で基板などの被蒸着物にアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ_３）や芳香族ジアミンなどの昇華性の材料（有機材料）を蒸着する工程があり、この蒸着工程には真空蒸着装置が広く利用されている。このような真空蒸着装置に用いられる蒸着源は例えば特許文献１で知られている。このものは、蒸着物質を収容する収容箱（ルツボ）と収容箱を加熱する加熱手段とを備える。また、被蒸着物に対向する収容箱の面には、収容箱の加熱により昇華または気化した蒸着粒子を噴射する噴射ノズルが固定配置されている。

ここで、有機ＥＬ素子の製造工程においては、被蒸着物たる基板としてガラス板や可撓性を持つフィルムが用いられ、このような基板としては、通常、長方形の輪郭を持つものが多い。一方、収容箱の加熱により昇華した蒸着粒子（有機材料）が、円形の輪郭を持つ噴射ノズルの噴射口から噴射されるとき、所定の余弦則に従ってその噴射口からドーム状に拡がりながら被蒸着物に向けて飛散するが、基板が長方形であると、基板以外にも蒸着物質が付着し、これでは、蒸着材料の無駄が多くなるという問題がある。

特開２０１５－２０９５５９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、矩形領域に対して蒸着物質の無駄なく蒸着することができる真空蒸着装置用の蒸着源を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、互いに平行な２本の短辺と２本の長辺とで区画される矩形領域に対して真空雰囲気中で蒸着するための本発明の真空蒸着装置用の蒸着源は、蒸着物質を収容する収容箱とこの蒸着物質を加熱する第１加熱手段とを備え、矩形領域に対向する収容箱の面に、加熱により昇華または気化した蒸着粒子を噴射する噴射ノズルが設けられ、噴射ノズルの孔軸が矩形領域の中心を通る位置に蒸着源が位置決め配置され、噴射ノズルから矩形領域に向かう方向を上として、噴射ノズルの蒸着粒子の噴射口は、互いに向かい合う夫々一対の第１凸壁と第２凸壁とを有して上下方向に凹凸を繰り返す花弁状のもので画成され、凹部の位置を基準にしてこの凹部からの高さを第１凸壁と第２凸壁とで相互に異ならせると共に、比較的高い第１凸壁を矩形領域の長辺の位相に、比較的低い第２凸壁を矩形領域の短辺の位相に合致させることを特徴とする。

本発明によれば、真空雰囲気中で加熱手段により蒸着物質を収容した収容箱を加熱すると、蒸着物質が昇華または気化し、この昇華または気化した蒸着粒子が噴射ノズルの噴射口から、所定の余弦則に従って被蒸着物に向けて飛散する。このとき、噴射口から矩形領域のうち長辺の方向に向けて拡がりながら飛散しようとするものが比較的高い第１凸壁によって所定範囲に規制される一方で、短辺の方向に向けて拡がりながら飛散しようとするものが比較的低い第２凸壁によって、長辺の方向に向けて飛散するものより広い所定範囲に規制される。このため、蒸着粒子が基板から外れて飛散することが可及的に抑制され、ひいては、蒸着物質の無駄なく蒸着することが可能になる。しかも、基板の対角線上に、第１凸壁と第２凸部との間の凹部が存在することで、対角線方においては蒸着粒子の飛散が規制されず、基板の四隅まで確実に蒸着粒子を付着させることができる。

ところで、蒸着物質を昇華または気化させるために収容箱を加熱したとき、収容箱からの伝熱で噴射ノズルも加熱されるが、その温度が低い場合、蒸着粒子が第１凸壁や第２凸壁に衝突してそのまま堆積する虞があり、このような場合には、蒸着物質が無駄になる。そこで、本発明においては、前記噴射ノズルを昇華または気化温度以上に加熱する第２加熱手段を更に備えることが好ましい。これによれば、第１凸壁や第２凸壁に衝突した蒸着粒子が付着しても、可及的速やかに再昇華または再気化して被蒸着物に向けて飛散するため、蒸着物質の無駄を抑制することができる。

ここで、上記第２加熱手段として例えばシースヒータを用い、これを噴射ノズルの周囲に配置して加熱することが考えられるが、これでは、シースヒータからの輻射熱で被蒸着物としての基板やその表面に付着、堆積したものも加熱されてダメージを受ける虞がある。本発明においては、前記噴射ノズルは、収容箱の上面からのびる筒状の基端部を更に備え、この基端部上に前記噴射口が形成されていることが好ましい。このような構成を採用すれば、基端部の周囲に、収容箱の上面を覆うように遮蔽板を設けることが可能になり、その結果、収容箱の上面と遮蔽板との間に第２加熱手段を配置したりでき、ひいては、蒸着中に、第２加熱手段や収容箱からの輻射熱で被蒸着物やその下面に蒸着したものが熱でダメージを受けるといった不具合を防止でき、有利である。

本発明の実施形態の蒸着源を備える真空蒸着装置を模式的に示す部分断面図。本実施形態の蒸着源によって矩形領域に蒸着する様子を示す、蒸着源のＹ軸方向から視た拡大断面図。本実施形態の蒸着源によって矩形領域に蒸着する様子を示す、蒸着源のＸ軸方向から視た拡大断面図。本実施形態の蒸着源によって蒸着する場合、矩形領域に対する蒸着範囲を説明する図。従来例の蒸着源によって蒸着する場合、矩形領域に対する蒸着範囲を説明する図。

以下、図面を参照して、互いに平行な２本の短辺と２本の長辺とで区画される被蒸着物としての矩形領域を矩形の輪郭を持つ所定厚さのガラス基板（以下、「基板Ｓｗ」という）とし、基板Ｓｗの片面に蒸着して所定の薄膜を成膜する場合を例に本発明の真空蒸着装置用の蒸着源を説明する。以下においては、基板Ｓｗの長辺Ｓｗ１方向をＸ軸方向、その短辺Ｓｗ２方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する鉛直方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向における「上」、「下」といった方向を示す用語は、本実施形態の蒸着源の設置姿勢である図１を基準として説明する。

図１を参照して、Ｄｍは、本実施形態の蒸着源ＤＳを備える真空蒸着装置である。真空蒸着装置Ｄｍは、真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１には、特に図示して説明しないが、排気管を介して真空ポンプが接続され、所定圧力（真空度）に真空引きして保持できるようになっている。また、真空チャンバ１の上部には基板搬送装置２が設けられている。基板搬送装置２は、蒸着面としての下面を開放した状態で基板Ｓｗを保持するキャリア２１を有し、図外の駆動装置によってキャリア２１、ひいては基板Ｓｗを真空チャンバ１内の一方向に所定速度で移動するようになっている。基板搬送装置２としては公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。そして、真空チャンバ１の底面には、基板Ｓｗに対向させて本実施形態の蒸着源ＤＳが設けられている。

蒸着源ＤＳは、モリブデン、チタン、ステンレスやカーボンなどの熱伝導が良く、高融点の材料から形成された、固体の蒸着物質３を収容する収容箱４を有する。収容箱４の上面（基板Ｓｗとの対向面）４ａには、昇華または気化した蒸着粒子３ａを噴射する単一の噴射ノズル５がＺ軸方向に起立した姿勢で立設されている。蒸着物質３としては、基板Ｓｗに蒸着して成膜しようとする薄膜に応じて金属材料や有機材料が用いられ、有機材料としては、アルミキノリノール錯体（Ａｌｑ_３）や芳香族ジアミンなどが挙げられ、粉末状にしたものが充填されるようになっている。そして、収容箱４の周囲に設けた第１加熱手段６によって蒸着物質３が昇華温度または気化温度まで加熱されるようになっている。第１加熱手段６としては、シースヒータやランプヒータ等の公知のものが利用できる。

噴射ノズル５は、図２～図４にも示すように、収容箱４の上面４ａからＺ軸方向上方にのびる円筒状の基端部５１と、基端部５１の上端に連続して設けられ、上方に向けて拡径する傾斜壁部５２と、傾斜壁部５２の上端に連続して設けられ、Ｚ軸に沿ってのびる円筒状の起立壁部５３とで構成されている。この場合、基端部５１の孔軸５１ａが基板Ｓｗの中心Ｓｗｏを通る位置に蒸着源ＤＳが位置決め配置されるようになっている。また、基端部５１の下端は、収容箱４内に突出され、この突出した下端部５４がＺ軸方向下方に向けて拡径されて、収容箱４内で昇華または気化した蒸着粒子３ａを基端部５１の内部通路へと効率よく導くことができるようにしている。

起立壁部５３には、その頂点５５ａを基板Ｓｗの対角線上に位置させて、Ｚ軸方向下方に向けてのびる略Ｖ字状の切欠き（本実施形態の凹部）５５が形成されている。これにより、噴射ノズル５のＺ軸方向上端には、互いに向かい合うように、比較的長い円弧状の輪郭を夫々持つ一対の第１凸壁５３ａ，５３ａと、比較的短い円弧状の輪郭を夫々持つ第２凸壁５３ｂ，５３ｂとが形成され、上下方向に凹凸を繰り返す花弁状のもので蒸着粒子３ａの噴射口５０が画成されるようになる。また、切欠き５５の位置、例えばその頂点５５ａを基準とし、頂点５５ａからのＺ軸方向の高さを第１凸壁５３ａ，５３ａと第２凸壁５３ｂ，５３ｂとで相互に異ならせている。そして、真空チャンバ１内への設置姿勢では、比較的高い第１凸壁５３ａ，５３ａを長辺Ｓｗ１の位相に、比較的低い第２凸壁５３ｂ，５３ｂを短辺Ｓｗ２の位相に合致させるようにしている（図４参照）。なお、第１凸壁５３ａ，５３ａと第２凸壁５３ｂ，５３ｂとの高さは、蒸着物質３の種類や、基板Ｓｗの長辺Ｓｗ１及び短辺Ｓｗ２の長さに応じて適宜設定され、また、切欠き５５の頂点５５ａの位置やその周方向の幅は、蒸着物質３の種類や基板Ｓｗの対角線の長さに応じて適宜設定される。

上記真空蒸着装置Ｄｍを用いて基板Ｓｗに蒸着する場合、真空チャンバ１内に配置された収容箱４に固体の蒸着物質３を収容した後、真空チャンバ１内を所定圧力まで真空引きし、噴射ノズル５の対向する真空チャンバ１内の所定位置に基板搬送装置２によって基板Ｓｗを移送する。そして、真空雰囲気中で加熱手段６により収容箱４、ひいては蒸着物質３を加熱し、収容箱４内で蒸着物質３を昇華または気化させると、この昇華または気化した蒸着粒子３ａが、所定の余弦則に従ってその噴射口５０からドーム状に拡がりながら基板Ｓｗに向けて飛散し、基板Ｓｗの下面に蒸着される。

ここで、図５を参照して、従来例のように噴射ノズルＰｎが円筒状のもので構成されていると、基板Ｓｗの以外の図５中ハッチングで示す範囲まで蒸着粒子３ａが付着し、これでは、蒸着物質の無駄が多くなる。それに対して、本実施形態のように噴射ノズル５が構成されていると、基板Ｓｗのうち長辺Ｓｗ１方向に向けて拡がりながら飛散しようとするものが比較的高い第１凸壁５３ａ，５３ａによって所定範囲（具体的には、両長辺Ｓｗ１間の基板Ｓｗの縦幅に応じた範囲）に規制される一方で、短辺Ｓｗ２方向に向けて拡がりながら飛散しようとするものが比較的短い第２凸壁５３ｂ，５３ｂによって、長辺Ｓｗ１方向に向けて飛散するものより広い所定範囲（具体的には、両短辺Ｓｗ２間の基板Ｓｗの横幅に応じた範囲）に規制される。このため、蒸着粒子３ａが基板Ｓｗから外れて飛散することが可及的に抑制され、ひいては、蒸着物質の無駄なく蒸着することが可能になる。しかも、基板Ｓｗの対角線上に所定長さの切欠き５５が存在することで、対角線方向においては蒸着粒子３ａの飛散が規制されず、基板Ｓｗの四隅まで確実に蒸着粒子３ａを付着させることができ、有利である。

ところで、蒸着物質３を昇華または気化させるために収容箱４を加熱したとき、収容箱４からの伝熱で噴射ノズル５も加熱されるが、その温度が低い場合、蒸着粒子３ａが第１凸壁５３ａ，５３ａや第２凸壁５３ｂ，５３ｂに衝突してそのまま堆積する虞があり、このような場合には、蒸着物質が無駄になる。本実施形態では、図１中に仮想線で示すように、噴射ノズル５を昇華または気化温度以上に加熱する第２加熱手段７を更に備えるようにしてもよい。この場合、第２加熱手段７としては、シースヒータやランプヒータ等の公知のものが利用できる。これにより、第１凸壁５３ａ，５３ａや第２凸壁５３ｂ，５３ｂに衝突した蒸着粒子３ａが付着しても、可及的速やかに再昇華または再気化し基板Ｓｗに向けて飛散するため、蒸着物質の無駄を抑制することができる。

他方、上記の如く、第２加熱手段７で噴射ノズル５を加熱する場合、第２加熱手段７からの輻射熱で基板Ｓｗやその表面に付着、堆積したものも熱ダメージを受けないようにする必要がある。本実施形態では、図１中に仮想線で示すように、収容箱４の上面４ａを覆うように、噴射ノズル５が挿通する開口を持つ遮蔽板８を設け、収容箱４の上面４ａと遮蔽板８との間に第２加熱手段７を配置している。この場合、遮蔽板８を冷却する冷却手段を設けてもよい。これにより、蒸着中に、第２加熱手段７や収容箱４からの輻射熱で基板Ｓｗやその下面に蒸着したものが熱でダメージを受けるといった不具合を防止できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、被蒸着物の矩形領域として矩形のガラス基板Ｓｗを用い、単一の噴射ノズル５を備える蒸着源ＤＳにより蒸着する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、円形の輪郭を持つ基板内の矩形領域に蒸着するような場合にも本発明は適用できる。また、大面積の基板に蒸着するような場合には、基板をマトリックス状の矩形領域に夫々分け、各矩形領域に対応させて収容箱に複数本の噴射ノズル５を列設しておけばよい。

また、上記実施形態では、噴射ノズル５の起立壁部５３に切欠き５５を設けて噴射ノズル５の噴射口５０を区画するものを例に説明したが、蒸着粒子３ａが基板Ｓｗから外れて飛散することが可及的に抑制されるものであれば、その形態は問わない。例えば、起立壁部５３の輪郭は、矩形や長円状の輪郭を持つものであってもよく、また、起立壁部５３自体が上方に向けて拡径するものでもよい。更に、上記実施形態では、Ｖ字状の切欠き５５で凹部を形成するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、起立壁部５３の輪郭に応じてスリット状にしてもよい。

Ｄｍ…真空蒸着装置、ＤＳ…真空蒸着装置用の蒸着源、Ｓｗ…基板（矩形領域）、Ｓｗ１…長辺、Ｓｗ２…短辺、１…真空チャンバ、３…蒸着物質、３ａ…蒸着粒子、４…収容箱、４ａ…収容箱４の上面、５…噴射ノズル、５０…噴射口、５１…基端部、５３ａ…第１凸壁、５３ｂ…第２凸壁、５５…切欠き（凹部）、６…第１加熱手段、７…第２加熱手段。

Claims

互いに平行な２本の短辺と２本の長辺とで区画される矩形領域に対して真空雰囲気中で蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源であって、
蒸着物質を収容する収容箱とこの蒸着物質を加熱する第１加熱手段とを備え、矩形領域に対向する収容箱の面に、加熱により昇華または気化した蒸着粒子を噴射する噴射ノズルが設けられるものにおいて、
噴射ノズルの孔軸が矩形領域の中心を通る位置に蒸着源が位置決め配置され、噴射ノズルから矩形領域に向かう方向を上として、噴射ノズルの蒸着粒子の噴射口は、互いに向かい合う夫々一対の第１凸壁と第２凸壁とを有して上下方向に凹凸を繰り返す花弁状のもので画成され、凹部の位置を基準にしてこの凹部からの高さを第１凸壁と第２凸壁とで相互に異ならせると共に、比較的高い第１凸壁を矩形領域の長辺の位相に、比較的低い第２凸壁を矩形領域の短辺の位相に合致させることを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。
前記噴射ノズルを昇華または気化温度以上に加熱する第２加熱手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置用の蒸着源。
前記噴射ノズルは、収容箱の上面からのびる筒状の基端部を更に備え、この基端部上に前記噴射口が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空蒸着装置用の蒸着源。