JPH03183762A

JPH03183762A - 真空蒸着装置

Info

Publication number: JPH03183762A
Application number: JP1321969A
Authority: JP
Inventors: Sanpei Ezaki; 江崎　賛平; Kunihiko Yoshino; 邦彦吉野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1989-12-12
Publication date: 1991-08-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えば、表示素子や面光源として使用される
薄膜ＥＬ素子の発光層や絶縁層、センサーに使用される
強誘電性薄膜、半導体薄膜などの製造に有用な真空蒸着
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、薄膜ＥＬ素子の発光層や絶縁層を成膜する方法の
！つとして、分子線エピタキシー法があり、この方法に
使用される製造装置は、概ね第４図に示す構造を有する
。

この装置は、薄膜の構成元素を独立に加熱蒸発できる複
数の蒸発源を備えている。各蒸発源は、唯一のセルを備
えているにすぎない。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、薄膜ＥＬ素子の発光層の形成に於いては、母体
の化学量論比と結晶性を良くすることと、活性中心の不
純物（例えばＭｎ）を母体（例えばＺｎ５）結晶中に均
一に分散させることが重要とされている。

そのためには、発光層を構成する各成分元素の基板への
到達量の比が、基板全面に渡って、一定値であり、しか
も、この値を発光層の形成過程中に、各元素毎に独立に
制御できることが必要である。

従来の装置（第４図参照）では、各元素を異なる位置に
設けた各蒸発源より蒸発させるので、基板への各元素の
到達量の比が基板の場所によって異なるという問題点を
有していた。

これは、各蒸発源セルから発する蒸気流の強度分布がセ
ル毎に異なるからである。この結果、薄膜堆積過程の間
、化学量論比を満足する結晶の生成に対して過剰な蒸気
成分が基板表面から再蒸発しない限りは、基板の場所に
よって、形成される薄膜の化学組成が、異なるという問
題点が生まれるのである。

従って、本発明の目的は、複数の元素又は化合物を蒸発
物質として蒸着する場合に、（１）所望の化学量論比を
満たした結晶性の良い多元化合物、又は（２）不純物を
均一にドープした結晶性の良い多元化合物、又は（３）
所要の化学組成の多元化合物、又は（４）厚さ方向に化
学組成を意図的に変化させた多元化合物の薄膜を大面積
基板上に均一に製作することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、「真空室、該真空室を周囲から隔離するため
のチャンバー、真空室上部に配置された基板支持体及び
真空室底部に配置された蒸発源からなる真空蒸着装置に
於いて、前記蒸発源が、蒸発物質を配置する複数のセル及びそれ
らのセルの上に隣接する共通の中間室からなり、各セルと中間室とは、各セルの上部に開けられた連通小
孔でそれぞれ連通しており、中間室は、上部に小孔を有しており、各セルは、独立の加熱源をそれぞれ有しており、各セル
及び中間室は、それらのハウジングと兼用していてもよ
い断熱手段で分離されており、そして、中間室は、中間室加熱源を有していることを特徴とする
真空蒸着装置」を提供する。

〔作用〕

本発明の装置では、セル（小部屋）は、例えば、２〜ｌ
Ｏ個設けられ、各セルは水平方向に寄せ集まっている。

そして、各セルの上に隣接して共通の中間室がある。

各セルに設けられた独立の加熱源は、各蒸発物質の蒸気
分圧を独立に制御するためにあり、それにより、各セル
から蒸発した各蒸発物質は、セルの上部（天井）に設け
られた連通小孔を通って中間室に入る。

各セル及び中間室は、相互の熱干渉を防止するため、そ
れらを構成するハウジングと兼用していてもよい断熱手
段で分離されている。

中間室に入った各蒸発物質の蒸気は、ここで他の蒸発物
質の蒸気と均一に混ざり合う。中間室内に充満した蒸気
のハウジングへの付着（凝縮）を防ぐために、中間室加
熱源があり、これにより中間室のハウジング内面の温度
を、必要に応じて、各セル内に於ける各蒸発物質の蒸発
温度以上に保つ。

均一に混ざった蒸気は、中間室上部の小孔を通って真空
室に入り、真空室を上昇して基板に到達する。基板に到
達すると、そこで凝縮（固化）堆積し、薄膜を形成する
。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。

〔実施例〕

第１図は、本実施例の真空蒸着装置の縦断面を示す概念
図である。

この装置は、第１図に示すように、大きく分けて、真空
室１１該真空室を周囲から隔離するためのチャンバー２
、真空室上部に配置された基板支持体３及び真空室底部
に配置された蒸発源４からなる。その外、図示していな
いが、排気口５の先に排気系がある。

蒸発源４は、第２図に示す如く水平方向に寄せ合わされ
た４つのセル６と、第３図に示す如くその上に隣接して
共通の中間室７とからなる。

各セル６と中間室７は、ハウジング８で囲まれ、互いに
分離されている。ハウジング８の周囲には、更に断熱手
段９としての断熱性の壁が配設されている。断熱手段９
の材料としては、例えば、断熱手段の厚さ方向に垂直な
方向に平行にＴａ又はＭｏ又はＷの薄板を互いに一定距
離を保って複数枚重ねた構造のものが使用される。

各セル６の上部（天井）には、中間室７に通じる連通小
孔１０がそれぞれ開けられている。

中間室７の上部（天井）にも、真空室１に通じる小孔１
１が１個開けられている。この小孔１１は、場合により
複数設けてもよい。

各セル６の周辺には、ハウジング８と断熱手段９との開
に、各セルの温度を独立に制御できる加熱源１２として
、例えば、抵抗発熱体又は高周波コイルが捲かれている
。

中間室７の周辺にも、ハウジング８と断熱手段９との間
に中間室加熱源１３として、例えば、抵抗発熱体又は高
周波コイルが捲かれている。

また、基板支持体３の内部又は背後には、基板を加熱す
るための基板加熱手段１４と、基板支持体３の下には、
シャッタ１５が配設されている。

尚、図示していないが、基板Ｓとシャッタ１Ｓとの間に
邪魔板があり、また、基板支持体３は、回転手段で蒸着
中に回転させることができ、両者によって、膜厚ムラを
除去する。この技術自体は公知である。

〔機能説明〕

実施例の装置の機能を次に説明する。

第１のセル６に、例えば、薄膜ＥＬ素子の発光層を構成
する亜鉛、カルシウム、ストロンチウム等の元素の硫化
物又はセレン化物から選択した１種の物質、第２のセル
６に、イオウ又はセレンから選択した１種の物質、そし
て、第３、第４のセル６に、希元素或いは希元素の弗化
物又は塩化物又は臭化物又は沃化物又は硫化物選択した
各１種の物質を、それぞれ配置した後、排気系を作動さ
せて真空室１を真空にする。

その上で、各セルに専用の加熱源１２を作用させて、蒸
発速度を各セルごとに制御する。

その結果、各セル６から発生した蒸気は、各セル上部の
連結小孔１０を通って中間室７に入る。

中間室７では、各セルから発生した蒸気が、混ざり合う
。そして、混ざった蒸気の一部は、中間室上部の小孔口
１を通って真空室１に噴出する。

小孔ＩＩの内径は小さいので、各セルから発生した蒸気
がストレートに真空室１に噴出することはなく、中間室
７内部で循環・徘徊し、均一に混合されることになる。

中間室７の圧力は、蒸発源の寸法、蒸発物質の種類、加
熱源のパワー、小孔１１の寸法に依存するが、おおよそ
ｌｏ−２〜１０ｔｏｒｒの範囲である。

中間室７に一旦入った蒸気は、分子運動により一部は元
のセル６に戻り、一部は他のセル６に入る。他のセル６
に入った蒸気は、その蒸気の蒸発温度よりも低い温度の
セルに入る場合に、ハウジング８内面及びセル内の蒸着
物質上面及び連通小孔口０の内面に付着する量が問題に
なる。

この場合、このセルに対する連結小孔１０の内径を充分
に小さくしておけば、蒸着が終了するまでの間に侵入し
て付着する異物の総量を、後者のセルから発する蒸気純
度の低下及び蒸気量の変化を無視できるほどに、充分に
小さくすることができる。

従って、−数的に言えば、連通小孔１０の直径は、セル
の大きさ、中間室の大きさ、蒸着物質の種類などにもよ
るが、２〜４０ｍｍが好ましい。

これらの場所に付着しなかったか、−度付着して再蒸発
した蒸気は、再び連通小孔１０を通って中間室７に入り
、他の蒸気と混ざり合う。

そして、混ざった蒸気は、小孔１１を通って、真空室７
に噴出する。

しかし、一部の蒸気は、再び連通小孔１０を通って元の
セル６又は別のセル６に戻る。

このような過程を繰り返すことによって中間室に於ける
各蒸気成分に対する分圧はある一定値に安定し、蒸気の
混合が完了する。

安定した段階で、シャッター１４を開くと、基板上に、
蒸発物質が堆積を始め、薄膜（発光層）が形成される。

このとき形成される薄膜の化学組成は、基板に到達する
各蒸気成分（物質そのもの又はその分解物の分子もしく
は原子からなる）の噴出強度の比率に依存し、これは各
セルの温度に依存する。

従って、これらの温度を適当に制御することによって所
定の化学量論比の薄膜を得ることができ、かつ、活性中
心の濃度を自由に制御することができる。

各蒸気成分は、中間室７上部の１つの小孔１１を共有し
て噴出するので、各蒸気成分の噴出強度分布は、小孔１
１から真空室１を望む大きな立体角に渡って同一である
。

この意味からも、小孔１１の内径は、比較的小さいこと
が好ましく、セルの大きさ、中間室の大きさ、蒸発物質
の種類などにもよるが、一般に１〜２０ｍｍ程度が好ま
しく、長さ（高さ）も、ｌ〜２０ｍｍ程度が好ましい。

この結果、発光層を大面積基板に対しても化学量論比を
一定に保って結晶性を良く製作することができ、かつ活
性中心を、大面積基板に対しても、薄膜の拡がり方向と
厚み方向の双方に対して均一に分散させることができる
。

〔応用例〕

実施例の装置を用いてＥＬ素子の発光層を製作した。

４つのセル６にそれぞれＺｎＳ、Ｓ、ＭｎＳ、Ｍｎをセ
ットした。

そして、排気系を作動させて真空室１を真空にした後、
各セルに専用の加熱源１２を作用させて、蒸発速度を各
セルごとに制御し、充分時間を置いてから、シャッター
１を開け、蒸着を開始したところ、やがて、基板（Ｓ）
上に良好な発光層が形成された。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、発生する各蒸気成分の強
度比を広い角度に渡り所定の値に保ち、また、その値を
蒸着中に自由にコントロールできるので、大面積基板に
対して、等しい膜厚で、均一に、（１）所望の化学量論
比を満たした結晶性の良い薄膜、（２）結晶中心に不純
物（ＥＬの場合は活性中心）を均一に分散させた薄膜、
（３）任意の化学組成の薄膜、（４）厚さ方向に化学組
成を徐々に変化させた薄膜を製作することができる。

これをを、薄膜ＥＬ素子の発光層に限って言えば、大面
積基板に対しても、化学量論比を一定に保ち、かつ活性
中心を基板の拡がり方向と膜の厚み方向の両方に対して
均一に分散させるこεができる。そのため、ＥＬ素子を
効率良く高輝度に発光させることができる。

従って、本発明の装置は、特に薄膜ＥＬ素子の発光層（
例えば、ＺｎＳ：ＭｎやＳｒＳ　：　Ｃｅ）の外、強誘
電体（例えば、ＢａＴｉ０．、ＰｂＴｉＯｓ、ＰＺＴな
ど）薄膜、半導体（例えば、ＧａＡｓ５ＧａＰ、　Ｇａ
ＡＩＰなど）薄膜、酸化物超電導薄膜、光学用任意屈折
率誘電体（例えば、ＺｒｘＴＬ−ｘＯｔ、　０　＜　Ｘ
　＜　１　）薄膜、傾斜機能性薄膜（例えば、ＺｒＯ＊〜（ＺｒＯ＊）ｘＮｉ＋−ｘ　〜Ｎｉ、　０　
＜　ｘ　＜　１　）などの製造に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本実施例にかかる真空蒸着装置の縦断面を示
す概念図である。第２図は、第１図の装置のセルの水平断面を示す概念図
である。第３図は、第１図の装置の蒸着源の縦断面を示す概念図
である。第４図は、従来の装置の縦断面を示す概念図である。〔主要部分の符号の説明〕１−・・・・・・・−真空室２−・・・・−・・・・・チャンバー３・・−・・・・・−・・・基板支持体４−・・・・・
・・・・・・蒸発源５−・−・・・・−・・排気口６−・−・・−・・セルフ・−・−・・・−・−中間室８−・・・・−・ハウジング９・、−・・・・・−断熱手段１０−・・・・・−・・・連通小孔１１−・・・−・−・−・小孔１２−・−・・・・−・・・・加熱源１３・・−・・・・・−・中間室加熱源１４・・−・・
−・基板加熱手段１５−・・・−・・・シャッタＳ・・−・・・・・−・・・・基板

Claims

【特許請求の範囲】真空室、該真空室を周囲から隔離するためのチャンバー
、真空室上部に配置された基板支持体及び真空室底部に
配置された蒸発源からなる真空蒸着装置に於いて、前記蒸発源が、蒸発物質を配置する複数のセル及びそれ
らのセルの上に隣接する共通の中間室からなり、各セルと中間室とは、各セルの上部に開けられた連通小
孔でそれぞれ連通しており、中間室は、上部に小孔を有しており、各セルは、独立の加熱源をそれぞれ有しており、各セル及び中間室は、それらのハウジングと兼用してい
てもよい断熱手段で分離されており、そして、中間室は、中間室加熱源を有していることを特徴とする真空蒸着装置。