JPWO2018025637A1 - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

マスクエフェクトを効果的に抑制しながら、蒸着物質の付着効率よく成膜することができる真空蒸着装置を提供する。
真空チャンバ１内に配置される蒸着源３と蒸着源に対して基板Ｓを一方向に相対移動させる移動手段とマスク材４とを備える。蒸着源と基板との相対移動方向をＸ軸方向、基板の幅方向をＹ軸方向とし、蒸着源の収容箱３１に、噴出ノズル３２がＹ軸方向に所定の間隔で列設される。Ｙ軸方向両端に夫々位置する噴出ノズル相互の間の間隔が、噴出ノズルと被成膜物との距離ＮＳに応じて基板の幅Ｗｓより短く設定される。Ｙ軸方向中央領域に位置する各噴出ノズルを主ノズル３２ｍ、それよりＹ軸方向各側の外方に位置する噴出ノズルを副ノズル３２ｓとして、主ノズルのノズル孔が基板Ｓに交差する孔軸３３を持ち、副ノズルのノズル孔が、主ノズルの孔軸に対してＹ軸方向外方に傾いた孔軸３４を持つ。

Description

本発明は、真空チャンバ内に配置される蒸着源と、この蒸着源に対して被成膜物を真空チャンバ内の一方向に相対移動させる移動手段とを備える真空蒸着装置に関する。

この種の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、矩形のガラス基板等の被成膜物の蒸着源に対する相対移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する被成膜物の幅方向をＹ軸方向として、蒸着源が蒸着物質を収容する収容箱を有し、収容箱の被成膜物との対向面には、蒸発した蒸発物質の噴出ノズル（筒状部材）がＹ軸方向に所定の間隔で列設されている（所謂ラインソース）。通常、Ｙ軸方向両端に夫々位置する噴出ノズル相互の間の間隔は被成膜物の幅より長く設定され、また、各噴出ノズルは、そのノズル孔の孔軸が被成膜物に交差するように設けられている。そして、真空雰囲気の真空チャンバ内で、収容箱を加熱してその内部の蒸着物質を昇華または気化させ、この昇華または気化した蒸着物質を各噴出ノズルから噴出させ、蒸着源に対して相対移動する被成膜物に付着、堆積させて所定の薄膜が成膜される。この場合、蒸着源と被成膜物との間に被成膜物に対する蒸着物質の付着範囲を制限するマスク材を介在させ、所定のパターンで被成膜物に成膜することも従来から知られている。

ここで、上記蒸着源では、真空雰囲気の真空チャンバ内に噴出ノズルから蒸着物質を噴出させたときの当該蒸着物質の指向性が弱く、孔軸に対して広い角度範囲で蒸着物質が真空チャンバ内に飛散していく。このため、被成膜物の蒸着源側に隙間を存してマスク材が介在されていると、被成膜物に到達するときの蒸着物質の付着角度によっては、マスク材で本来遮蔽されるべき領域まで蒸着物質が回り込んで被成膜物に付着し、マスク材の開口より大きな輪郭で成膜される（所謂マスクエフェクト）という問題がある（通常、上記蒸着源にて各噴出ノズルから蒸着物質を噴出させた場合、Ｙ軸方向一側の噴出ノズルから飛散した蒸着物質のうち、Ｙ軸方向他側に位置する被成膜物の部分に蒸着物質が付着するときの付着角度が最も小さくなる）。

このような問題の解決策として、被成膜物のＹ軸方向の幅（即ち、被成膜物における成膜範囲のＹ軸方向の幅）より広い範囲で噴出ノズルが列設された収容箱の対向面をＹ軸方向中央領域とこの中央領域両側の外郭領域とに区分し、各外郭領域の噴出ノズルをＹ軸方向外方に傾けることが例えば特許文献２で知られている。然し、この従来例の蒸着源では、両外郭領域の各噴出ノズルから噴出される蒸着物質の大半が被成膜物に到達せず、蒸着物質の付着効率が悪化するという問題がある。

特開２０１０−２７０３６３号公報 特開２０１４−７７１９３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、マスクエフェクトを効果的に抑制しながら、蒸着物質の付着効率よく成膜することができる真空蒸着装置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る蒸着源と、この蒸着源に対して被成膜物を真空チャンバ内の一方向に相対移動させる移動手段とを備え、蒸着源と被成膜物との間に介在されて蒸着源で蒸発させた蒸着物質の被成膜物に対する付着範囲を制限するマスク材を更に有する本発明の真空蒸着装置は、蒸着源に対する被成膜物の相対移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する被成膜物の幅方向をＹ軸方向として、蒸着源が蒸着物質を収容する収容箱を有し、この収容箱の被成膜物との対向面に、昇華または気化させた蒸発物質の噴出ノズルがＹ軸方向に所定の間隔で列設され、Ｙ軸方向両端に夫々位置する噴出ノズル相互の間の間隔が、噴出ノズルの先端と被成膜物との間の距離に応じて被成膜物の幅より短く設定され、収容箱の対向面のＹ軸方向中央領域に位置する各噴出ノズルを主ノズル、当該中央領域よりＹ軸方向各側の外方に位置する少なくとも１個の噴出ノズルを副ノズルとして、主ノズルのノズル孔が被成膜物に交差する孔軸を持つと共に、副ノズルのノズル孔が、主ノズルの孔軸に対してＹ軸方向外方に傾いた孔軸を持つことを特徴とする。

本発明によれば、噴出ノズルの先端と被成膜物との間の距離に応じてＹ軸方向両端の噴出ノズル間の間隔を被成膜物の幅より短くする構成を採用することで、被成膜物の基板Ｙ軸方向のいずれの部分においても、所定の付着角度以下の蒸着物質が被成膜物まで到達せず、その結果、マスクエフェクトを効果的に抑制することができる。ここで、このようにＹ軸方向両端の噴出ノズル間の間隔を被成膜物の幅より短くする構成を採用した場合、特に、Ｙ軸方向両側に位置する被成膜物の部分に付着する蒸着物質の量が減少してしまう。そこで、副ノズルのノズル孔が、主ノズルの孔軸に対してＹ軸方向外方に傾いた孔軸を持つ構成を採用し、副ノズルから噴出される蒸着物質の範囲を基板Ｙ軸方向外方にシフトさせておけば、Ｙ軸方向両側に位置する被成膜物の部分に付着する蒸着物質の量が増加でき、基板Ｙ軸方向全長に亘って略均一な膜厚で成膜することができる。この場合、副ノズルの孔軸を傾ける構成を採用しても、噴出ノズル間の間隔が被成膜物の幅より短いため、上記従来例のように付着効率が悪化するものではない。このように本発明によれば、マスクエフェクトを効果的に抑制しながら、蒸着物質の付着効率よく成膜することができる。

ところで、蒸着物質の種類が変わると、当該蒸着物質の飛散分布も変化する場合がある。このような場合でも、Ｙ軸方向両側に位置する被成膜物の部分に付着する蒸着物質の量を増加させ、被成膜物の基板Ｙ軸方向全長に亘って確実に均一な膜厚で成膜するために、前記副ノズルのノズル孔の孔径を前記主ノズルのノズル孔の孔径より大きくする構成を採用してもよい。他方、前記Ｙ軸方向中央領域よりＹ軸方向各側の外方に前記副ノズルが複数設けられている場合には、副ノズルのノズル孔の孔径をＹ軸方向外方に向かうに従い大きくしてもよく、また、副ノズル相互の間隔を主ノズル相互の間隔より短くしてもよい。

（ａ）は、本発明の実施形態の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。 従来例に係る真空蒸着装置における蒸着物質の被成膜物への付着を説明する図。 図２の一点鎖線で囲う部分を拡大した図。 本実施形態の真空蒸着装置と従来例のものとで夫々成膜したときの膜厚の変化を説明するグラフ。 基板と蒸着源との配置関係を説明する図。 （ａ）及び（ｂ）は、蒸着源の変形例を説明する図。

以下、図面を参照して、被成膜物を矩形の輪郭を持つ所定厚さのガラス基板（以下、「基板Ｓ」という）とし、基板Ｓの片面に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、真空蒸着装置ＤＭは真空チャンバ１を備える。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、成膜面としての下面を開放した状態で基板Ｓ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Ｓ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が、本実施形態では、基板搬送装置２が、後述の蒸着源に対して真空チャンバ１内の一方向に基板Ｓを相対移動させる移動手段を構成する。以下においては、蒸着源に対する基板Ｓの相対移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する基板Ｓの幅方向をＹ軸方向とする。

真空チャンバ１の底面側には、Ｘ軸方向に移動される基板Ｓに対向させて蒸着源３が設けられている。蒸着源３は、基板Ｓに成膜しようとする薄膜に応じて適宜選択される蒸着物質Ｖｍを収容する収容箱３１を有し、この収容箱３１の基板Ｓとの対向面には、所定高さの筒体で構成される、昇華または気化させた蒸発物質Ｖｍの噴出ノズル３２がＹ軸方向に所定の間隔（本実施形態では、等間隔）で列設されている。なお、特に図示して説明しないが、収容箱３１には蒸着物質Ｖｍを加熱する加熱手段が付設されると共に、その内部には分散板が設けられ、収容箱３１を加熱してその内部の蒸着物質Ｖｍを昇華または気化させ、この昇華または気化した蒸着物質を各噴出ノズル３２から略均等に噴出できるようになっている。

また、基板搬送装置２によって搬送される基板Ｓと蒸着源３との間に介在させて板状のマスクプレート（マスク材）４が設けられている。本実施形態では、マスクプレート４は、基板Ｓと一体に取り付けられ、基板Ｓ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４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４には、板厚方向に貫通し、矩形の輪郭を保つ複数の開口４１が形成されている。これにより、蒸着源３からの蒸着物質Ｖｍの基板Ｓに対する付着範囲が制限され、所定のパターンで基板Ｓに成膜することができる。マスクプレート４としては、アルミ、アルミナやステンレス等の他、ポリイミド等の樹脂製のものが用いられる。各開口４１の輪郭や個数は基板Ｓに成膜しようとするパターンに応じて適宜選択され、各開口４１は例えばレーザー加工機により形成される。この場合、各開口４１の内面は、加工の特性上、蒸着源３側から板厚方向に先細りなテーパ面４１ａと、末広がりなテーパ面４１ｂとが連続したものになってしまう（一般に、マスクプレート４の板面とテーパ面４１ａとのなす角度θｍが４０度〜５５度の範囲となる：図３参照）。

ところで、図２に示すように、従来例の蒸着源Ｐ１では、収容箱Ｐ２の上面に列設された各噴出ノズルＰ３のうちＹ軸方向両端に夫々位置するものの相互の間の間隔Ｗｐは、基板Ｓの幅Ｗｓより長く設定され、また、各噴出ノズルＰ３はそのノズル孔の孔軸Ｐ４が基板Ｓに交差するようになっていた。このため、各噴出ノズルＰ３から真空雰囲気の真空チャンバ１内に蒸着物質Ｖｍを噴出させると、蒸着物質Ｖｍの指向性が弱いため、孔軸Ｐ４に対して広い角度範囲で蒸着物質が真空チャンバ１内に飛散し、マスク材４の各開口４１を通って所定の付着角度θｖで蒸着物質Ｖｍが基板Ｓに付着する。このとき、図３に示すように、例えば、Ｙ軸方向一端に位置するマスクプレート４の開口４１の直上に位置する基板Ｓの部分では、特にＹ軸方向他側の各噴出ノズルＰ２から、付着角度θｖが上記角度θｍより小さい所定の付着角度範囲のものがマスクプレート４で本来遮蔽されるべき領域まで回り込んで付着する一方で、付着角度θｖが上記角度θｍより大きい所定の付着角度範囲のものしか基板Ｓの部分には到達しない。その結果、マスクプレート４の各開口４１直上に位置する基板Ｓの（成膜）部分の膜厚分布をみた場合、図４中、一点鎖線で示すように、成膜しようとする膜厚を基準膜厚（ｍｍ）とすると、当該基準膜厚で成膜される範囲Ｔｄが開口４１のＹ軸方向の幅Ｍｄより狭い範囲となり、しかも、Ｙ軸方向の幅Ｍｄを超えた範囲Ｔｕまで蒸着物質Ｖｍが付着してしまう（所謂、マスクエフェクト）。

そこで、本実施形態では、噴出ノズル３２の先端と基板Ｓとの間の距離ＮＳに応じてＹ軸方向両端の噴出ノズル３２間の間隔Ｗｎを基板Ｓの幅Ｗｓより短くする構成を採用した（図１（ａ）及び（ｂ）参照）。この場合、噴出ノズル３２の先端と基板Ｓとの間の距離ＮＳと、Ｙ軸方向両端の噴出ノズル３２間の間隔Ｗｎとは、上述したようにマスクプレート４の各開口４１がテーパ面４１ａと４１ｂとが連続した内面を持つ場合、例えばマスクプレート４の板面とテーパ面４１ａとのなす角度θｍを基に次のように設定することができる。

即ち、図５を参照して、基板ＳのＹ軸方向両端から、基板Ｓの成膜面に対して上記角度θｍで傾斜してのびる斜線５ａ，５ｂを夫々ひく。すると、両斜線５ａ，５ｂは基板Ｓの中心を通る垂線上の点Ａｐで交錯し、更に、基板ＳのＹ軸方向両端を通る垂線上の点Ｂｐ、Ｃｐで夫々交錯する。そして、点Ａｐから、点Ｂｐ、Ｃｐを結ぶ基板Ｓに平行な線５ｃまでの間に、Ｙ軸方向中央領域に位置する噴出ノズル３２の先端が位置するように距離ＮＳが設定され、これに応じて、Ｙ軸方向両端に位置する噴出ノズル３２の先端が両斜線５ａ，５ｂ上に位置するように、間隔Ｗｎが設定される。

ここで、上述のようにＹ軸方向両端の噴出ノズル３２間の間隔Ｗｎを基板の幅Ｗｓより短くする構成を採用した場合、特に、Ｙ軸方向両側に位置する基板Ｓの部分に付着する蒸着物質Ｖｍの量が減少してしまう。そこで、図１及び図５に示すように、収容箱３１の対向面のＹ軸方向中央領域に位置する各噴出ノズル３２を主ノズル３２ｍ、当該中央領域よりＹ軸方向各側の外方に位置する少なくとも１個（本実施形態では、夫々２個）の噴出ノズル３２を副ノズル３２ｓとして、主ノズル３２ｓのノズル孔が基板Ｓに交差する孔軸３３を持つと共に、副ノズル３２ｓのノズル孔が、主ノズル３２ｍの孔軸３３に対してＹ軸方向外方に傾いた孔軸３４を持つようにした。この場合、副ノズル３２ｓを構成する噴出ノズル３２の本数、孔軸３４の傾斜角度は、上記距離ＮＳや間隔Ｗｎに応じて、Ｙ軸方向両側に位置する基板Ｓの部分に対する蒸着物質Ｖｍの付着量を考慮して適宜設定される。

以上の実施形態によれば、基板ＳのＹ軸方向のいずれの部分においても、所定の付着角度θｖ以下の蒸着物質Ｖｍが基板Ｓに到達せず、その結果、図４中に実線で示すように、基準膜厚で成膜される範囲Ｔｄを開口４１のＹ軸方向の幅Ｍｄと同等に近づけることができ、しかも、Ｙ軸方向の幅Ｍｄを超えて蒸着物質Ｖｍが付着する範囲Ｔｕを可及的に短くでき、その結果、マスクエフェクトを効果的に抑制することができる。しかも、副ノズル３２ｓのノズル孔が、主ノズル３２ｍの孔軸３３に対してＹ軸方向外方に傾いた孔軸３４を持つ構成を採用しため、副ノズル３２ｓから噴出される蒸着物質Ｖｍの範囲を基板ＳのＹ軸方向外方にシフトしてＹ軸方向両側に位置する基板Ｓの部分に付着する蒸着物質Ｖｍの量が増加でき、基板ＳのＹ軸方向全長に亘って均一な膜厚で成膜できる。この場合、副ノズル３２ｓの孔軸３４を傾ける構成を採用しても、Ｙ軸方向両端の噴出ノズル３２間の間隔Ｗｎが基板Ｓの幅より短いため、上記従来例のように付着効率が悪化するものではない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、収容箱３１の上面にて主ノズル３２ｍと副ノズル３２ｓとが等間隔となるように各噴出ノズル３２を列設しているが、これに限定されるものではない。例えば、図６（ａ）に示すように、変形例に係る蒸着源３０ａでは、収容箱３１０の上面にて、副ノズル３２０ｓ相互の間隔を主ノズル３２０ｍ相互の間隔より短くし、副ノズル３２０ｓのノズル孔の孔径を主ノズル３２０ｍのノズル孔の孔径より大きくすると共に、副ノズル３２０ｓのノズル孔の孔径をＹ軸方向外方に向かうに従い大きくすることができる。これにより、蒸着物質Ｖｍの種類に応じてＹ軸方向両側に位置する基板Ｓの部分に付着する蒸着物質の増加量を適宜調節してＹ軸方向全長に亘ってより確実に均一な膜厚で成膜することができる。なお、蒸着物質Ｖｍの種類によっては、副ノズル３２０ｓ相互の間隔を主ノズル３２０ｍ相互の間隔より短くすること、副ノズル３２０ｓのノズル孔の孔径を主ノズル３２０ｍのノズル孔の孔径より大きくすること、副ノズル３２０ｓのノズル孔の孔径をＹ軸方向外方に向かうに従い大きくすることのいずれかのみを採用することもできる。

また、上記実施形態では、基板Ｓに平行な収容箱３１の上面に各噴出ノズル３２を列設し、副ノズル３２ｓの孔軸を傾けるものを例に説明したが、蒸着源３の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、図６（ｂ）に示すように、他の変形例に係る蒸着源３０ｂでは、収容箱３１１の上面を傾斜した斜面を持つ凸状に形成し、基板Ｓに平行な収容箱３１１の天井部に主ノズル３２１ｍを設けると共に、斜面に副ノズル３２１ｓを設けるようにしてもよい。もしくは、副ノズル３２１ｓが、中央領域より外方毎に、Ｙ軸に沿って複数設けられ、かつ、Ｙ軸方向外方に向かって徐々に大きな傾きを有する構成にしてもよい。

更に、上記実施形態では、被成膜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成膜するものを例に説明したが、真空蒸着装置の構成は、上記のものに限定されるものではない。例えば、被成膜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成膜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Ｓとマスクプレート４を一体として固定し、蒸着源に公知の構造を持つ駆動手段を付設して、基板Ｓに対して蒸着源を相対移動させながら成膜することにも本発明は適用できる。即ち、基板Ｓと蒸着源３を相対的に移動させれば、基板Ｓと蒸着源３のいずれか、もしくは両方を移動させてもよい。更に、収容箱３１に噴出ノズル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。

ＤＭ…真空蒸着装置、１…真空チャンバ、２…基板搬送手段（移動手段）、３…蒸着源、３１…収容箱、３２…噴出ノズル、３２ｍ…主ノズル、３２ｓ…副ノズル、３３，３４…孔軸、４…マスクプレート（マスク材）、Ｓ…基板（被成膜物）、ＮＳ…ノズル先端と基板との距離、Ｖｍ…蒸着物質、Ｗｎ…Ｙ軸両端に位置するノズル相互の間の間隔、Ｗｓ…基板の幅。

Claims (4)

1. 真空チャンバ内に配置される蒸着源と、この蒸着源に対して被成膜物を真空チャンバ内の一方向に相対移動させる移動手段とを備え、蒸着源と被成膜物との間に介在されて蒸着源で蒸発させた蒸着物質の被成膜物に対する付着範囲を制限するマスク材を更に有する真空蒸着装置であって、
   蒸着源に対する被成膜物の相対移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する被成膜物の幅方向をＹ軸方向として、蒸着源が蒸着物質を収容する収容箱を有し、この収容箱の被成膜物との対向面に、昇華または気化させた蒸発物質の噴出ノズルがＹ軸方向に所定の間隔で列設されるものにおいて、
   Ｙ軸方向両端に夫々位置する噴出ノズル相互の間の間隔が、噴出ノズルの先端と被成膜物との間の距離に応じて被成膜物の幅より短く設定され、
   収容箱の対向面のＹ軸方向中央領域に位置する各噴出ノズルを主ノズル、当該中央領域よりＹ軸方向各側の外方に位置する少なくとも１個の噴出ノズルを副ノズルとして、主ノズルのノズル孔が被成膜物に交差する孔軸を持つと共に、副ノズルのノズル孔が、主ノズルの孔軸に対してＹ軸方向外方に傾いた孔軸を持つことを特徴とする真空蒸着装置。
2. 前記副ノズルのノズル孔の孔径を前記主ノズルのノズル孔の孔径より大きくしたことを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置。
3. 請求項２記載の真空蒸着装置であって、前記Ｙ軸方向中央領域よりＹ軸方向各側の外方に前記副ノズルが複数設けられているものにおいて、
   副ノズルのノズル孔の孔径をＹ軸方向外方に向かうに従い大きくしたことを特徴とする真空蒸着装置。
4. 請求項１または請求項３記載の真空蒸着装置であって、前記Ｙ軸方向中央領域よりＹ軸方向各側の外方に前記副ノズルが複数設けられているものにおいて、
   副ノズル相互の間隔を主ノズル相互の間隔より短くしたことを特徴とする真空蒸着装置。

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