JP7303031B2

JP7303031B2 - 真空蒸着装置用の蒸着源

Info

Publication number: JP7303031B2
Application number: JP2019106770A
Authority: JP
Inventors: 晃平山本; 僚也北沢; 拓司山本
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2039-06-07
Also published as: JP2020200493A

Description

本発明は、真空蒸着装置用の蒸着源に関する。

この種の蒸着源を備えた真空蒸着装置は例えば特許文献１で知られている。このものでは、被蒸着物を矩形のガラス基板（以下、「基板」という）、基板の蒸着源に対する相対移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する基板の幅方向をＹ軸方向として、蒸着源は、蒸着材料を収容する収容箱と、収容箱の囲うように設けられた加熱手段とを有し、収容箱の基板との対向面（上面）には、筒状の放出開口（噴射ノズル）がＹ軸方向に間隔を存して列設されている（所謂ラインソース）。蒸着材料としては、固相から液相を経て気相に転移する気化性の材料や、固相から気相へ転移する昇華性の材料が広く利用される。

真空チャンバ内でガラス基板に対して所定の薄膜を蒸着する場合には、真空チャンバ内を大気雰囲気とした状態で、収容箱にその底面から所定の高さ位置まで例えば粉末状の蒸着材料を充填し（初期状態）、その後に、真空チャンバ内を所定圧力まで真空排気する。そして、真空雰囲気の真空チャンバ内で、収容箱に収容された蒸着材料を加熱手段により加熱して昇華または気化させ、この昇華または気化した蒸着材料を各放出ノズルから放出させ、所定の余弦則に従い各放出開口から放出された蒸着材料を、蒸着源に対してＸ軸方向に相対移動する基板に付着、堆積させて所定の薄膜が蒸着される。

ここで、粉末状の蒸着材料が充填された収容箱を加熱手段により加熱すると、主として収容箱の壁面から伝熱で蒸着材料が昇華または気化するが、このとき、充填された蒸着材料の上層部分からしか、昇華または気化した蒸着材料が収容箱の空間に放出されない。そして、収容箱内の蒸着材料が減少してくると、即ち、蒸着材料の上層部分の底面からの高さ位置が初期状態から低くなると、収容箱に残る蒸着材料に対する収容箱の壁面からの伝熱面積が減少し、蒸着材料に対する入熱量が低下する。このため、収容箱内での単位時間当たりの昇華量または気化量が少なくなり、これでは、一定の蒸着レートで被蒸着物表面に所定の薄膜を形成することができない。このような場合、収容箱の加熱温度を高くして入熱量を増加させればよいが、第２収容箱内での蒸着材料の減少に伴って熱容量が小さくなることで、蒸着材料が受ける熱負荷が大きくなって蒸着材料（特に、蒸着材料が有機材料であるような場合）が劣化する虞がある。

特開２０１４－７７１９３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、被蒸着物に対する蒸着に伴って収容箱内で蒸着材料が減少しても、収容箱内での単位時間当たりの昇華量または気化量を常時同等に保持することができる簡単な構成の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、真空チャンバ内に配置されて被蒸着物に対して蒸着するための本発明の真空蒸着装置用の蒸着源は、外容器と、この外容器内に設置される上面が開口した内容器と、外容器と内容器との間に設けられる加熱手段とを有し、内容器内に蒸着材料が収容されると共に、この収容された蒸着材料の上層部分が対面する外容器の上壁面に昇華または気化した蒸着材料を放出する放出開口が設けられ、内容器が、蒸着材料をその底面から所定高さ位置まで充填した場合を初期状態とし、加熱手段の作動により内容器壁面からの伝熱及び外容器の上面からの輻射で加熱されて、蒸着材料が昇華または気化することで蒸着材料の上層部分の底面からの高さ位置が初期状態より低くなると、これに伴って外容器の上面からの輻射を受ける上層部分の表面積が増加するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、被蒸着物に対する蒸着に伴って収容箱内で蒸着材料が減少することで、蒸着材料の上層部分の底面からの高さ位置が初期状態から低くなると、これに伴って、昇華または気化した蒸着材料が収容箱の空間に放出される上層部分の表面積が増加する構成を採用したため、蒸着材料に対する入熱量を殊更増加させることなく、しかも、収容箱の面に設けられる放出開口の形状や収容箱内に設けられることのある分散板に依らず、収容箱内での単位時間当たりの昇華量または気化量を常時同等に保持することができる。

本発明においては、前記内容器のいずれか１つの内側壁面がその底面側に向けて末広がりのテーパ面であれば、簡単な構成で上層部分の表面積が増加することが実現でき、有利である。

（ａ）は、本発明の実施形態の蒸着源を備える真空蒸着装置を説明する、一部を断面視とした部分斜視図、（ｂ）は、真空蒸着装置を正面側からみた部分断面図。図１（ｂ）に示す内容器５２の拡大斜視図。

以下、図面を参照して、被蒸着物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の片面に所定の薄膜を蒸着する場合を例に本発明の真空蒸着装置用の蒸着源ＤＳの実施形態を説明する。以下においては、「上」、「下」といった方向を示す用語は図１を基準として説明する。

図１（ａ）及び（ｂ）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）に真空排気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が真空チャンバ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。また、以下においては、蒸着源ＤＳに対する基板Ｓｗの相対移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する基板Ｓｗの幅方向をＹ軸方向とする。

基板搬送装置２によって搬送される基板Ｓｗと後述の蒸着源ＤＳとの間には、板状のマスクプレート３が設けられている。本実施形態では、マスクプレート３は、基板Ｓｗと一体に取り付けられて基板Ｓｗと共に基板搬送装置２によって搬送されるようになっている。なお、マスクプレート３は、真空チャンバ１に予め固定配置しておくこともできる。マスクプレート３には、板厚方向に貫通する複数の開口３１が形成され、これら開口３１がない位置にて蒸着材料の基板Ｓｗに対する付着範囲が制限されることで所定のパターンで基板Ｓｗに蒸着されるようになっている。マスクプレート３としては、インバー、アルミ、アルミナやステンレス等の金属製の他、ポリイミド等の樹脂製のものが用いられる。そして、真空チャンバ１の底面には、Ｘ軸方向に移動される基板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は収容箱５を有する。収容箱５は、外容器５１と、外容器５１内に設置される内容器５２とを備え、外容器５１内には、内容器５２の壁面をその全体に亘って覆うようにシースヒータ等の加熱手段５３が設けられている。外容器５１の上面（基板Ｓｗとの対向面）５１ａには、所定高さの筒体で構成される放出開口５４がＹ軸方向に所定の間隔で複数本（本実施形態では、６本）列設され、各放出開口５４から、昇華または気化した蒸着材料Ｍｖを所定の余弦則に従い、放出できるようにしている。

内容器５２は、図２に示すように、その上面が開口された切頭四角錐状のものである。即ち、内容器５２の各側壁５２ａ，５２ｂ（その内壁面を含む）が、その矩形の底面に向けて末広がりのテーパ面となっている。内容器５２には、真空チャンバ１内での基板Ｓｗに対する蒸着に先立って、粉末状や顆粒状の固体の蒸着材料４が収容される。そして、真空チャンバ１を真空排気した後、加熱手段５３を作動させると、主として各側壁５２ａ，５２ｂからの伝熱や、外容器５１の上面５１ａからの輻射で蒸着材料４が加熱され、蒸着材料４が昇華または気化するようになっている。蒸着材料４としては、基板Ｓｗ表面に蒸着しようとする薄膜に応じて選択され、固相から液相を経て気相に転移する気化性の材料や、固相から気相に転移する昇華性の材料が利用される。

上記真空蒸着装置Ｄｍにより基板Ｓｗの下面に所定の薄膜を蒸着するのに際しては、真空チャンバ１内の大気雰囲気中にて内容器５２に固体の蒸着材料４をその底面から所定高さ位置まで充填した後、図外の真空ポンプにより所定圧力まで真空排気する。次に、加熱手段５３を作動させて蒸着材料４を加熱すると、蒸着材料４が昇華または気化して外容器５１内に昇華雰囲気または気化雰囲気が形成され、真空チャンバ１内との圧力差で各放出開口５４から所定の余弦則に従い放出される。これに併せて、基板搬送装置２によって一枚の基板ＳｗがＸ軸方向に搬送される。これにより、収容箱５に対してＸ軸方向に相対移動する基板Ｓｗの下面に、各放出開口５４から所定の余弦則に従い放出された蒸着材料Ｍｖが付着、堆積して所定の薄膜が蒸着される。

ここで、蒸着材料４が昇華または気化するとき、内容器５２に充填された蒸着材料４の上層部分Ｍｐからしか、昇華または気化した蒸着材料Ｍｖが外容器５１内の空間に放出されない。そして、内容器５２内の蒸着材料４が減少してくると、即ち、蒸着材料４の上層部分Ｍｐの底面からの高さ位置が初期状態から低くなると、充填された蒸着材料４に対する内容器５２の壁面からの伝熱面積が減少することに加えて、外容器５１の上面５１ａからの距離も長くなることで、蒸着材料４に対する入熱量が低下する。このため、外容器５１内での単位時間当たりの昇華量または気化量が少なくなり、これでは、一定の蒸着レートで基板Ｓｗ表面に所定の薄膜を蒸着することができない。

それに対して、上記実施形態では、蒸着材料４が昇華または気化することで、蒸着材料４の上層部分Ｍｐの底面からの高さ位置が初期状態から低くなると、これに伴って、内容器５２の各側壁５２ａ，５２ｂが末広がりのテーパ面となっているため、上層部分Ｍｐの表面積が増加する。その結果、蒸着材料４に対する入熱量を殊更増加させることなく、しかも、外容器５１の放出開口５４の形状や、この外容器５１内に、各放出開口５４から蒸着材料Ｍｖを略均等に放出されるために設けられることのある分散板（図示せず）に依らず、外容器５１内での単位時間当たりの昇華量または気化量を常時同等に保持することができる。その上、簡単な構成で上層部分Ｍｐの表面積が増加することが実現でき、有利である。

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、被蒸着物をガラス基板とし、基板搬送装置２によりガラス基板を一定の速度で搬送しながら蒸着するものを例に説明したが、真空蒸着装置Ｄｍの構成は、上記のものに限定されるものではない。例えば、被蒸着物をシート状の基材とし、駆動ローラと巻取りローラとの間で一定の速度で基材を移動させながら基材の片面に蒸着するような装置にも本発明は適用できる。また、真空チャンバ１内に基板Ｓｗとマスクプレート３を一体として固定し、蒸着源ＤＳに公知の構造を持つ駆動手段を付設して、基板Ｓｗに対して蒸着源を相対移動させながら蒸着するような装置にも本発明は適用できる。即ち、基板Ｓｗと蒸着源ＤＳを相対的に移動させれば、基板Ｓｗと蒸着源ＤＳのいずれか、もしくは両方を移動させてもよい。更に、外容器５１に放出開口５４を一列で設けたものを例に説明したが、複数例設けることもできる。

また、上記実施形態では、収容箱５を外容器５１と内容器５２とで構成したものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、上面を開口した坩堝に対して本発明を適用することができる。また、内容器５２を切頭四角錐状のもので構成したものを例に説明したが、全ての側壁をテーパ面とする必要はなく、蒸着材料の昇華または気化に伴って、上層部分Ｍｐの表面積が連続してまたは段階的に増加すれば、その形状は問わない。

Ｄｍ…真空蒸着装置、ＤＳ…真空蒸着装置用の蒸着源、Ｓｗ…基板（被蒸着物）、１…真空チャンバ、４…蒸着材料、Ｍｐ…蒸着材料４の上層部分、Ｍｖ…昇華または気化した蒸着材料、５…収容箱、５１ａ…被蒸着物に対向する収容箱５の面（外容器５１の上面）、５２ａ，５２ｂ…収容箱５の内側壁面、５４…放出開口。

Claims

真空チャンバ内に配置されて被蒸着物に対して蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源において、
外容器と、この外容器内に設置される上面が開口した内容器と、外容器と内容器との間に設けられる加熱手段とを有し、内容器内に蒸着材料が収容されると共に、この収容された蒸着材料の上層部分が対面する外容器の上壁面に昇華または気化した蒸着材料を放出する放出開口が設けられ、
内容器が、蒸着材料をその底面から所定高さ位置まで充填した場合を初期状態とし、加熱手段の作動により内容器壁面からの伝熱及び外容器の上面からの輻射で加熱されて、蒸着材料が昇華または気化することで蒸着材料の上層部分の底面からの高さ位置が初期状態より低くなると、これに伴って外容器の上面からの輻射を受ける上層部分の表面積が増加するように構成したことを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。
前記内容器のいずれか１つの内側壁面がその底面側に向けて末広がりのテーパ面であ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。