特開 2022-66943 真空蒸着装置用の蒸着源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022066943

(43)【公開日】2022-05-02

(54)【発明の名称】真空蒸着装置用の蒸着源

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/24 20060101AFI20220422BHJP

【ＦＩ】

C23C14/24 A

C23C14/24 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020175566

(22)【出願日】2020-10-19

(71)【出願人】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】特許業務法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】北沢 僚也

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 一也

【テーマコード（参考）】

4K029

【Ｆターム（参考）】

4K029AA09

4K029AA24

4K029BA62

4K029BB03

4K029CA01

4K029DB06

4K029DB12

4K029DB13

4K029DB18

4K029HA02

4K029HA03

4K029HA04

4K029JA01

4K029KA01

(57)【要約】

【課題】蒸着中における被処理基板やマスクプレートの温度上昇を抑制することができる真空蒸着装置用の蒸着源を提供する。
【解決手段】真空チャンバ内に配置されて被処理基板に対して蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源ＤＳは、蒸着材料Ｖｍが充填される容器４１と、この容器内の蒸着材料を加熱する加熱手段４３とを備え、容器に、加熱によりこの容器内で気化または昇華した蒸着材料の放出を可能とする放出部４４を有し、加熱手段による蒸着材料の加熱に伴って加熱されることで、被処理基板に対して熱線を放射する容器部分４１ａ，４４ａ，４４ｂに、この容器の母材より低い放射率の低放射率層Ｌｅを設けた。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空チャンバ内に配置されて被処理基板に対して蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源であって、
蒸着材料が充填される容器と、この容器内の蒸着材料を加熱する加熱手段とを備え、容器に、加熱によりこの容器内で気化または昇華した蒸着材料の放出を可能とする放出部を有するものにおいて、
加熱手段による蒸着材料の加熱に伴って加熱されることで、被処理基板に対して熱線を放射する容器部分に、この容器の母材より低い放射率の低放射率層を設けたことを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。

【請求項2】

請求項１記載の真空蒸着装置用の蒸着源であって、前記放出部が、前記被処理基板に対向する前記容器の上面に突設した放出ノズルで構成され、この放出ノズルを加熱する他の加熱手段を備えるものにおいて、
前記容器部分を放出ノズルの内面とし、放出ノズルの内面に低放射率層を設けたことを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。

【請求項3】

前記低放射率層は、この容器部分の表面に直接成膜した金膜で構成され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。

【請求項4】

前記低放射率層は、前記容器の表面を所定範囲内の表面粗さに加工することで構成され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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空チャンバ内に配置されて被処理基板に対して蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源に関し、より詳しくは、蒸着中における被処理基板やマスクプレートの温度上昇が抑制されるようにしたものに関する。

【背景技術】

【0002】

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。このものは、真空チャンバの底部に蒸着源が配置され、蒸着源は、蒸着材料が充填される容器とこの容器内の蒸着材料を加熱する加熱手段とを備える。容器の上面には、気化または昇華した蒸着材料の放出を可能とする放出ノズル（放出部）が一方向に所定間隔で複数本列設されている。そして、真空雰囲気の真空チャンバ内で、容器内の蒸着材料を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所定の余弦則に従い放出させ、蒸着源に対して相対移動する被処理基板に付着、堆積させて所定の薄膜が蒸着（成膜）される。このとき、容器上面の周囲または各放出ノズルの周囲には、通常、シースヒータなどの加熱手段が配置され、放出ノズルも加熱することで、蒸着時のノズル詰まりを可及的に防止している。また、蒸着に際しては、蒸着源と被処理基板との間にこの被処理基板に対する蒸着物質の付着範囲を制限するマスクプレート（即ち、板厚方向に貫通する開口が所定のマスクパターンで複数形成されたもの）を介在させることで、所定の成膜パターンで被処理基板に蒸着することも従来から知られている。

【0003】

ここで、容器や放出ノズルの加熱時、熱線の放射により被処理基板やマスクプレートも加熱されて被処理基板とマスクプレートとが熱膨張する場合がある。このとき、熱膨張量に差が生じると、（被処理基板に対して各開口が位置ずれして）所定の成膜パターンで精度よく蒸着できないという問題を招来する。そこで、本願発明者らは、容器の上面に対向させて、放出ノズルが挿通する透孔を開設した遮熱板を配置し、放出ノズルのみが熱源となるようにして、蒸着中、被処理基板やマスクプレートが加熱されることを抑制することを提案している（例えば、特許文献２参照）。

【0004】

ところで、近年では、被処理基板に蒸着しようとする成膜パターンの微細化がより一層進んでおり、これに伴い、マスクプレートに形成する開口の幅もより一層狭くなっている（開口幅が数μｍ以下）。このような場合、熱線の放射によりマスクプレートが加熱されると、マスクプレートに形成した各開口が歪む場合があり、これでは、高精度（言い換えると、所謂マスクボケなし）に蒸着することができない虞がある。このため、蒸着時に、被処理基板やマスクプレートの温度上昇を如何に抑制するかが重要な問題となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４－７７１９３号公報

【特許文献2】特開２０１９－１６７５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、以上の点に鑑み、蒸着中における被処理基板やマスクプレートの温度上昇を可及的に抑制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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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処理基板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、蒸着材料が充填される容器と、この容器内の蒸着材料を加熱する加熱手段とを備え、容器に、加熱によりこの容器内で気化または昇華した蒸着材料の放出を可能とする放出部を有し、加熱手段による蒸着材料の加熱に伴って加熱されることで、被処理基板に対して熱線を放射する容器部分に、この容器の母材より低い放射率の低放射率層を設けたことを特徴とする。本発明では、前記放出部が、前記被処理基板に対向する前記容器の上面に突設した放出ノズルで構成され、この放出ノズルを加熱する他の加熱手段を備える場合、前記容器部分を放出ノズルの内面とし、放出ノズルの内面に低放射率層を設ける構成を採用することができる。

【0008】

ここで、本発明者らは、鋭意研究を重ね、仮に、上記容器の上面に対向させて放出ノズルが挿通する透孔を開設した遮熱板を配置し、放出ノズルのみが熱源となるようにしても、被処理基板やマスクプレートが加熱されることにとって、特に、放出ノズルの内面や外面からの熱放射の影響が無視できないことを知見するのに至った。そこで、本発明では、主として被処理基板に対して熱線を放射する、放出ノズルの内面及び外面や容器の上面といった容器部分に低放射率層を設け、被処理基板やマスクプレートへ向けての熱線の放熱量を減少させる構成を採用することで、蒸着中における被処理基板やマスクプレートの温度上昇を可及的に抑制することができる。この場合、前記低放射率層は、この容器部分の表面に直接成膜した金膜で構成することができる。これによれば、金膜は、耐熱性に優れており、また蒸着材料との反応性に乏しいため、耐久性に優れた低放射率層を得ることができる。一方で、前記低放射率層は、前記容器の表面を所定範囲内の表面粗さに加工することで構成してもよい。これによれば、容器や放出ノズルと同じ母材（金属）を用いて、熱線を放射する容器部分の表面のみの放射率をより低いものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】（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2】本実施形態の蒸着源の拡大断面図。

【図3】蒸着源の遮熱板の温度分布を示す図。

【図4】蒸着源の変形例の遮熱板の温度分布を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、被処理基板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の片面に対して真空蒸着法により所定の薄膜を蒸着（成膜）する場合を例に本発明の真空蒸着装置用の蒸着源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。

【0011】

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、成膜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。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。

【0012】

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。マスクププレート３は、インバー、アルミ、アルミナやステンレス等の金属製またはポリイミド等の樹脂製の薄板で構成され、板厚方向に貫通する開口３１が所定のマスクパターンで複数形成されている（これにより、蒸着時、開口３１がない位置にて蒸着材料Ｖｍの基板Ｓｗへの付着が制限されることで基板Ｓｗに、マスクパターンに対応する成膜パターンで所定の薄膜が蒸着される）。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が、真空チャンバ１に予め固定配置しておくこともできる。そして、真空チャンバ１の底面には、搬送される基板Ｓｗに対向させて蒸着源ＤＳが設けられている。

【0013】

図２も参照して、蒸着源ＤＳは、蒸着材料Ｖｍを収容する金属製の容器４１を有する。容器４１内には金属製の坩堝４２が格納され、坩堝４２内に蒸着材料Ｖｍが充填されるようになっている。坩堝４２と容器４１との間には、坩堝４２の外壁面をその全体に亘って覆うように加熱手段としてのシースヒータ４３が設けられ、坩堝４２を介して蒸着材料Ｖｍを気化温度または昇華温度まで加熱できる。蒸着材料Ｖｍとしては、基板Ｓｗに成膜しようとする薄膜に応じて金属材料や有機材料が適宜選択され、顆粒状またはタブレット状のものが利用される。容器４１の上面（基板Ｓｗとの対向面）４１ａには、放出部としての放出ノズル４４がＹ軸方向に所定間隔で複数本（本実施形態では８本）列設されている。

【0014】

各放出ノズル４４の周囲には、他の加熱手段としてのシースヒータ４５が設けられている。そして、シースヒータ４３により気化温度または昇華温度まで加熱されて、容器４１内で気化または昇華した蒸着材料Ｖｍが、各放出ノズル４４から所定の余弦則に従い放出される。このとき、シースヒータ４５により各放出ノズル４４を夫々加熱することで、気化または昇華された蒸着材料Ｖｍが放出ノズル４４の内面４４ａに再付着して凝縮または凝固するのを防止することができる。なお、放出ノズル４４の本数、各放出ノズル４４のノズル径や、上面４１ａから放出ノズル４４の先端までの高さは、例えば基板Ｓｗに蒸着したときのＹ軸方向の膜厚分布を考慮して適宜設定することができる。

【0015】

また、容器４１の上面４１ａには、角柱状の支持枠５ａを介してその全面を覆う遮熱板５が対向配置されている。遮熱板５は、耐熱性の高い材料、例えば、ステンレス製である。遮熱板５には、その板厚方向に貫通して各放出ノズル４４の挿通を夫々許容する透孔５１ａが開設され、容器４１の上面４１ａへの遮熱板５の取付状態で各放出ノズル４４の先端部が遮熱板５の上面から僅かに突出するようにしている。また、容器４１の上面４１ａと遮熱板５の下面との間の空間には、２枚のリフレクター板６１，６２が上下方向に間隔を存して設けられ、容器４１の上面４１ａから放射される熱線を反射して遮熱板５が加熱されるのを防止することができる。この場合、遮熱板５の下方に冷却手段を配置して遮熱板５を所定温度以下に維持されるようにしてもよい。なお、本実施形態では、遮熱板５及びリフレクター板６１，６２を備えるものを例に説明するが、遮熱板５やリフレクター板６１，６２自体は省略することもできる。

【0016】

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坩堝４２に蒸着材料Ｖｍを充填した後、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、シースヒータ４３を作動させて蒸着材料Ｖｍを加熱すると、蒸着材料Ｖｍが気化または昇華して容器４１内に気化雰囲気または昇華雰囲気が形成され、真空チャンバ１内との圧力差で各放出ノズル４４から気化または昇華した蒸着材料Ｖｍが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によって基板ＳｗがＸ軸方向に搬送される。これにより、容器４１に対してＸ軸方向に相対移動する基板Ｓｗの下面に、各放出ノズル４４から所定の余弦則に従い放出された気化または昇華した蒸着材料Ｖｍが付着、堆積して所定の有機膜が蒸着（成膜）される。このとき、シースヒータ４５により各放出ノズル４４を夫々加熱しているため、特に、放出ノズル４４の内面４４ａや外面４４ｂから放射される熱で基板Ｓｗやマスクプレート３が可及的に加熱されないようにしておく必要がある。

【0017】

本実施形態では、放出ノズル４４の内面４４ａ及び外面４４ｂのその全体に亘って、並びに、容器４１の上面４１ａ全体に亘って、容器４１の母材（金属）より低い放射率の低放射率層Ｌｅを設けた（図２参照）。低放射率層Ｌｅとしては、例えば、Ａｕ、Ｃｕ、ＴｉＮ等の中から選択した金属または金属化合物の薄膜（膜厚が、例えば、１～２０μｍ）を用いることができ、より好ましくは、直接成膜した金膜が用いられる。金膜は、耐熱性に優れ、蒸着材料Ｖｍとの反応性に乏しいため、耐久性に優れた低放射率層Ｌｅを得ることができる。低放射率層Ｌｅの成膜方法としては、メッキ法、真空蒸着法やスパッタリング法といった物理的成膜法またはＣＶＤ法などを利用できる。一方で、低放射率層Ｌｅとして、放出ノズル４４の内面４４ａや外面４４ｂ、容器４１の上面４１ａの表面を所定範囲内の表面粗さ（例えば、Ｒａ３μｍ以下）に加工（研磨）して構成することもできる。この場合、容器４１や放出ノズル４４と同じ母材（金属）を用いて、熱線を放射する容器部分の表面のみの放射率をより低いものとすることができる。表面粗さの加工方法としては、電解研磨法や化学研磨法といった研磨方法や切削加工などを利用できる。

【0018】

以上の実施形態によれば、基板Ｓｗに対して熱線を放射する容器部分として放出ノズル４４の内面４４ａ、外面４４ｂ及び容器４１の上面４１ａ全体に亘って、低放射率層Ｌｅを設けたことで、基板Ｓｗやマスクプレート３へ向けての熱線の放熱量が減少し、蒸着中における基板Ｓｗやマスクプレート３の温度上昇を可及的に抑制することができる。

【0019】

上記効果を確認するため、上記真空蒸着装置Ｄｍを用いて次の評価を行った。即ち、蒸着物質ＶｍとしてＡｌｑ_３：トリス（８－ヒドロキシキノリナート）アルミニウムを坩堝４２に充填し、真空チャンバ１内を所定圧力（１０^－５Ｐａ）まで真空排気した後、シースヒータ４３，４５により蒸着温度（約４００℃）まで昇温し、シミュレーションにより遮熱板５の温度分布を評価した。この場合、放出ノズル４４が形成された容器４１をチタン製とし、所定粒径の粒子を用いたブラスト処理のみを施したものを従来品、この従来品の放出ノズル４４の内面４４ａ、外面４４ｂ及び容器４１の上面４１ａ全体に亘って低放射率層Ｌｅとして、１５０ｎｍの膜厚で金膜を物理的成膜法により予め成膜したものを発明品１、２０ｎｍの膜厚でＴｉＮ膜を物理的成膜法により予め成膜したものを発明品２とした。

【0020】

図３は、遮熱板５の基板Ｓｗとの対向面の温度分布を示す。これによれば、従来品では、図３（ｃ）に示すように、放出ノズル４４が存する、遮熱板５の長手方向に沿う中央領域が比較的高温（中点における温度が９４℃）になり、その外周縁部との間に４０℃以上の温度差が生じていることが確認された。このような中央領域と外周縁部の間の温度差は、放出ノズル４４自体から放射される熱線の放熱量が大きくなることで生じる。それに対して、発明品１では、図３（ａ）に示すように、中点における温度が５７℃であり、表面温度が従来品より４０℃程度低くなり、しかも、遮熱板５の長手方向に沿う中央領域とその外周縁部との間の温度差も小さくできることが確認された。同様に、発明品２では、図３（ｂ）に示すように、中点における温度が６９℃であり、表面温度が従来品より２５℃程度低くなり、同様に、遮熱板５の長手方向に沿う中央領域とその外周縁部との間の温度差も小さくできることが確認された。即ち、発明品１及び発明品２では、放出ノズル４４自体から放射される熱線の放熱量が小さいことを示している。これらの結果から、基板Ｓｗに対して熱線を放射する容器部分として放出ノズル４４の内面４４ａ、外面４４ｂ及び容器４１の上面４１ａ全体に亘って、低放射率層Ｌｅを設けたことで、基板Ｓｗやマスクプレート３へ向けての熱線の放熱量が減少し、蒸着中における基板Ｓｗやマスクプレート３の温度上昇を可及的に抑制できたことが判る。

【0021】

次に、従来品の放出ノズル４４の内面４４ａ、外面４４ｂ及び容器４１の上面４１ａを電解研磨法によりその表面を表面粗さＲａ３μｍ以下に加工したもの発明品３とし、上記と同条件で他の実験を行った。図４は、放出ノズル４４を含む、遮熱板５の基板Ｓｗとの対向面の温度分布を示す。これによれば、中点における温度が７６℃であり、表面温度が従来品より２０℃程度低くなり、しかも、遮熱板５の長手方向に沿う中央領域とその外周縁部との間の温度差も従来品より小さくできることが確認された。即ち、発明品３では、上記発明品１及び発明品２と同様に、放出ノズル４４自体から放射される熱線の放熱量が小さいことを示している。これらの結果から、放出ノズル４４の内面４４ａ、外面４４ｂ及び容器４１の上面４１ａを電解研磨法によりその表面を表面粗さＲａ３μｍ以下に加工したことで、基板Ｓｗやマスクプレート３へ向けての熱線の放熱量が減少し、蒸着中における基板Ｓｗやマスクプレート３の温度上昇を可及的に抑制できることが判る。

【0022】

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、基板Ｓｗに対して熱線を放射する容器部分として、放出ノズル４４の内面４４ａ及び外面４４ｂのその全体に亘って並びに、容器４１の上面４１ａ全体に亘って低放射率層Ｌｅを設けたものを例に説明したが、基板Ｓｗに対して熱線を放射する容器部分はこれらに限定されず、放出ノズル４４の内面４４ａ、外面４４ｂ、容器４１の上面４１ａの各部分のみに、または、各部分の部分的に、低放射率層Ｌｅを設けてもよい。また、遮熱板５及びリフレクター板６１，６２を備える場合、基板Ｓｗに対して熱線を放射する容器部分として、遮熱板５やリフレクター板６１，６２の上面に低放射率層Ｌｅを設けもよい。

【符号の説明】

【0023】

Ｄｍ…真空蒸着装置、ＤＳ…蒸着源、Ｌｅ…低放射率層、Ｓｗ…基板（被処理基板）、Ｖｍ…蒸着材料、１…真空チャンバ、４１…容器、４１ａ…容器の上面（被処理基板に対して熱線を放射する容器部分）、４３…シースヒータ（加熱手段）、４４…放出ノズル（放出部）、４４ａ…放出ノズルの内面（被処理基板に対して熱線を放射する容器部分）、４４ｂ…放出ノズルの外面（被処理基板に対して熱線を放射する容器部分）、４５…シースヒータ（他の加熱手段）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】