特開 2023-112784 蒸発源、成膜装置及び成膜方法

(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】P2023112784

(43)【公開日】2023-08-15

(54)【発明の名称】蒸発源、成膜装置及び成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/24 20060101AFI20230807BHJP

【ＦＩ】

C23C14/24 A

C23C14/24 C

【審査請求】有

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022014703

(22)【出願日】2022-02-02

(71)【出願人】

【識別番号】591065413

【氏名又は名称】キヤノントッキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菅原 由季

【テーマコード（参考）】

4K029

【Ｆターム（参考）】

4K029EA01

(57)【要約】

【課題】成膜特性のバラツキを抑制可能な蒸発源及び成膜装置を提供する。
【解決手段】第１方向Ｘに移動しながら基板に成膜する蒸発源３００であって、成膜材料を収容する第１材料室３２１と、第１連通部によって第１材料室３２１と連通し、第１材料室３２１に収容された成膜材料が加熱されることで蒸発又は昇華した材料を拡散して複数のノズル３３１ｂから噴射する第１拡散室３３１と、成膜材料を収容する第２材料室３２２と、第２連通部によって第２材料室３２２と連通し、第２材料室３２２に収容された成膜材料が加熱されることで蒸発又は昇華した材料を拡散して複数のノズル３３２ｂから噴射する第２拡散室３３２と、を備え、第１拡散室３３１と第２拡散室３３２は、第１方向Ｘに交差する第２方向Ｙに並んでいることを特徴とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に移動しながら基板に成膜する蒸発源であって、
成膜材料を収容する第１材料室と、
第１連通部によって前記第１材料室と連通し、前記第１材料室に収容された成膜材料が加熱されることで蒸発又は昇華した材料を拡散して、複数のノズルから噴射する第１拡散室と、
成膜材料を収容する第２材料室と、
第２連通部によって前記第２材料室と連通し、前記第２材料室に収容された成膜材料が加熱されることで蒸発又は昇華した材料を拡散して、複数のノズルから噴射する第２拡散室と、
を備え、
前記第１拡散室と前記第２拡散室は、前記第１方向に交差する第２方向に並んでいることを特徴とする蒸発源。

【請求項2】

前記第１方向の幅よりも前記第２方向の幅が広いことを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。

【請求項3】

前記第１材料室と前記第２材料室との間に、断熱機能を有する隔壁が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発源。

【請求項4】

間隔を空けて前記第１材料室側と前記第２材料室側にそれぞれ第１隔壁と第２隔壁が設けられることを特徴とする請求項３に記載の蒸発源。

【請求項5】

前記第１隔壁と前記第２隔壁との間に、電気配線の一部が配される配置スペースが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の蒸発源。

【請求項6】

前記第１拡散室に設けられる前記複数のノズルと前記第２拡散室に設けられる前記複数のノズルから噴射される材料によって基板に形成される薄膜の膜厚分布が一様となるように、各ノズルの配置と傾きが設定されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の蒸発源。

【請求項7】

前記第１拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第２拡散室に最も近い位置に配置されたノズルと、前記第２拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第１拡散室に最も近い位置に配置されたノズルとの間隔は、３８０ｍｍ以上４２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の蒸発源。

【請求項8】

前記第１拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第２拡散室に最も近い位置に配置されたノズルの鉛直方向に対する前記第２方向の傾きは５度以下であり、前記第２拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第１拡散室に最も近い位置に配置されたノズルの鉛直方向に対する前記第２方向の傾きは５度以下であることを特徴とする請求項６または７に記載の蒸発源。

【請求項9】

前記第１拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第２拡散室から最も遠い位置に配置されたノズルは、噴射させる材料の出口側の先端が前記第２拡散室から離れる方向に傾いており、前記第２拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第１拡散室から最も遠い位置に配置されたノズルは、噴射させる材料の出口側の先端が前記第１拡散室から離れる方向に傾いていることを特徴とする請求項６，７または８に記載の蒸発源。

【請求項10】

前記第１拡散室と前記第２拡散室は、それぞれ前記第２方向の中央で位置決めされて、
前記第２方向のうち両方向への熱膨張伸縮に伴う伸縮が可能に構成されており、
成膜時の環境温度での前記第１拡散室と前記第２拡散室の熱膨張の状態に基づいて、前記複数のノズルのそれぞれの配置と傾きが設定されていることを特徴とする請求項６，７，８または９に記載の蒸発源。

【請求項11】

断熱機能を有するケースに、前記第１材料室と前記第１拡散室と前記第２材料室と前記第２拡散室が収容されており、
前記第１材料室、前記第１拡散室、前記第２材料室、及び前記第２拡散室と、前記ケースの内壁面との間に、成膜材料を加熱する加熱体が設けられていることを特徴とする請求項１～１０のいずれか一つに記載の蒸発源。

【請求項12】

前記ケースの内壁面と前記加熱体との間に、熱を反射するリフレクタが設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の蒸発源。

【請求項13】

前記第２方向の両側に、基板に形成される膜の膜厚を測定するための膜厚モニタがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１～１２のいずれか一つに記載の蒸発源。

【請求項14】

前記第１拡散室から噴射される材料によって基板に形成される膜の膜厚を測定するための第１膜厚モニタと、
前記第２拡散室から噴射される材料によって基板に形成される膜の膜厚を測定するための第２膜厚モニタと、
を備え、
前記第１膜厚モニタの検出結果に基づいて前記第１材料室から噴射される材料による成膜制御が行われ、かつ前記第２膜厚モニタの検出結果に基づいて前記第２材料室から噴射される材料による成膜制御が行われることを特徴とする請求項１～１２のいずれか一つに記載の蒸発源。

【請求項15】

チャンバと、
前記チャンバ内に配される請求項１～１４のいずれか一つに記載の蒸発源と、
前記蒸発源を移動させる移動機構と、
を備えることを特徴とする成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸発源及び成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

基板に薄膜を形成する成膜装置においては、蒸発源を移動させながら成膜する技術が知られている。この技術によれば、大判の基板に対しても好適に薄膜を形成することができる。しかしながら、蒸発源の移動方向に交差（一般的には直交）する方向における蒸発源の幅が広いと、蒸発源に収容される成膜材料の加熱分布や気化された材料の圧力分布が不均一になり、成膜特性（膜厚等）にバラツキが生じ易くなってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２４４３号公報

【特許文献2】特開２０１５－６７８６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、成膜特性のバラツキを抑制可能な蒸発源及び成膜装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

【0006】

すなわち、本発明の蒸発源は、
第１方向に移動しながら基板に成膜する蒸発源であって、
成膜材料を収容する第１材料室と、
第１連通部によって前記第１材料室と連通し、前記第１材料室に収容された成膜材料が加熱されることで蒸発又は昇華した材料を拡散して、複数のノズルから噴射する第１拡散室と、
成膜材料を収容する第２材料室と、
第２連通部によって前記第２材料室と連通し、前記第２材料室に収容された成膜材料が加熱されることで蒸発又は昇華した材料を拡散して、複数のノズルから噴射する第２拡散室と、
を備え、
前記第１拡散室と前記第２拡散室は、前記第１方向に交差する第２方向に並んでいることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

以上説明したように、本発明によれば、成膜特性のバラツキを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施例に係る成膜装置の概略構成図である。

【図2】本発明の実施例に係る成膜装置の概略構成図である。

【図3】本発明の実施例１に係る蒸発源の模式的断面図である。

【図4】拡散室内における気化された材料の圧力分布の説明図である。

【図5】拡散室に設けられるノズルと成膜される膜厚との関係を示す図である。

【図6】本発明の実施例２に係る蒸発源の模式的断面図である。

【図7】本発明の実施例３に係る蒸発源の模式的断面図である。

【図8】本発明の実施例４に係る蒸発源の模式的断面図である。

【図9】本発明の実施例４（変形例１）に係る蒸発源の模式的断面図である。

【図10】本発明の実施例４（変形例２）に係る蒸発源の模式的断面図である。

【図11】本発明の実施例５に係る蒸発源の模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。以下の説明においては、蒸発源の移動方向を第１方向Ｘとし、第１方向Ｘに交差する方向を第２方向Ｙとする。なお、各実施例において、より具体的には、第２方向Ｙは、第１方向Ｘに直交し、かつ、成膜する基板の成膜面に平行な方向である。

【0010】

（実施例１）
図１～図５を参照して、本発明の実施例１に係る蒸発源と、この蒸発源を備える成膜装置について説明する。

【0011】

＜成膜装置＞
図１及び図２を参照して、本実施例に係る成膜装置１０について説明する。図１は本発明の実施例に係る成膜装置の概略構成図であり、正面側から見た構成を簡略的に示したものである。図２は本発明の実施例に係る成膜装置の概略構成図であり、上方から見た構成を簡略的に示したものである。なお、図１及び図２においては、主要な構成を透視して示している。

【0012】

本実施例に係る成膜装置１０は、真空蒸着を行う蒸着装置である。成膜装置１０は、チャンバ１００と、チャンバ１００の内部を真空（減圧雰囲気）にするための真空ポンプ２００と、チャンバ１００の内部に配される蒸発源３００とを備えている。蒸発源３００は、チャンバ１００の内部に配された基板Ｓに蒸着させる成膜材料を加熱することで、当該材料を蒸発又は昇華させる役割を担っている。この蒸発源３００によって蒸発または昇華された材料が、基板Ｓに付着することで、基板Ｓに薄膜が形成される。

【0013】

また、成膜装置１０は、蒸発源３００に電気や冷却液を供給するための大気ボックス４１０と、大気ボックス４１０の移動に伴って従動する第１大気アーム４２０及び第２大気アーム４３０とを備えている。大気ボックス４１０は、その内部が空洞により構成されており、第１大気アーム４２０及び第２大気アーム４３０の内部を通じて、チャンバ１００の外部と連通するように構成されている。そのため、大気ボックス２１０の内部は大気に曝された状態となっている。このような構成が採用されることで、チャンバ１００の外部に設けられた電源に接続される配線と、チャンバ１００の外部に設けられた冷却液供給装置に接続される冷却管を蒸発源３００に接続することができる。

【0014】

第１大気アーム４２０及び第２大気アーム４３０は、移動する大気ボックス４１０の空洞内に、配線及び冷却管を配するために設けられている。すなわち、第１大気アーム４２０及び第２大気アーム４３０は、その内部が空洞により構成され、かつ、大気ボックス４２０の移動に追随して動作するように構成されている。より具体的には、第２アーム４３０は、その一端がチャンバ１００の底板に対して回動自在に構成されている。そして、第１大気アーム４２０は、その一端が第２大気アーム４３０の他端に対して回動自在に軸支され、その他端が大気ボックス４１０に対して回動自在に軸支されている。

【0015】

また、成膜装置１０には、蒸発源３００を移動させる移動機構が設けられている。本実
施例に係る移動機構は、一対のガイドレール５２０と、大気ボックス４１０を貫く回転軸の両側に設けられる一対のギア５１０と、回転軸を回転させるモータなどの駆動源（不図示）とを備えている。一対のガイドレール５２０には、一対のギア５１０とそれぞれ噛み合うラックが設けられている。以上の構成により、駆動源によって回転軸を回転させることで、一対のガイドレール５２０に沿って、大気ボックス４１０と共に蒸発源３００を往復移動させることができる。

【0016】

以上のように、蒸発源３００は、一対のガイドレール５２０に案内されるように構成されており、第１方向Ｘに直線的に往復移動するように構成されている。そして、蒸発源３００を第１方向Ｘに移動させながら成膜材料を蒸発または昇華させることで、基板Ｓに薄膜を形成することができる。なお、蒸発源３００の往路及び復路のうちの少なくともいずれか一方の移動中に成膜を行うことができる。

【0017】

以上のように、本実施例における移動機構においては、いわゆるラックアンドピニオン機構を採用する場合を示した。ただし、大気ボックス４１０及び蒸発源３００を往復移動させるための移動機構については、ラックアンドピニオン機構に限定されることはなく、ボールねじ機構など、各種公知技術を採用し得る。

【0018】

また、本実施例に係る成膜装置１０においては、蒸発源３００における第２方向Ｙの両側に、基板Ｓに形成される膜の膜厚を測定するための膜厚モニタ６００がそれぞれ設けられている。膜厚モニタ６００は、膜厚モニタ６００に形成される膜の膜厚を測定してその膜厚を基に基板Ｓに形成される膜の膜厚を予測することにより、基板Ｓに形成される膜の膜厚を測定するものである。膜厚モニタ６００により測定される膜厚に基づいて、成膜量を制御する（例えば、蒸発源３００における成膜材料の加熱量を制御する）ことによって、基板Ｓに形成する薄膜の厚みを所望の厚みにすることができる。

【0019】

＜蒸発源＞
図３を参照して、本発明の実施例１に係る蒸発源３００について説明する。図３は本発明の実施例１に係る蒸発源の模式的断面図であり、蒸発源３００を第１方向Ｘに垂直な面で切断した断面を簡略的に示したものである。

【0020】

蒸発源３００は各種部材を収容するケース３１０と、ケース３１０の内部に設けられる第１材料室３２１及び第２材料室３２２と、同じくケース３１０の内部に設けられる第１拡散室３３１及び第２拡散室３３２とを備えている。

【0021】

ケース３１０は、底板部分と側板部分とを有するケース本体３１１と、ケース本体３１１の上方の開口部を塞ぐ蓋部３１２とを備えている。ケース本体３１１は、断熱機能を備えている。例えば、ケース本体３１１の内部に通路（流路）を形成しておき、この通路に冷却水などの冷却液を流すことで、断熱効果を発揮させることができる。このケース本体３１１に、第１材料室３２１及び第２材料室３２２と、第１拡散室３３１及び第２拡散室３３２が収容されている。

【0022】

第１材料室３２１及び第２材料室３２２は、いずれも成膜材料を収容するために用いられる室である。第１拡散室３３１は、第１材料室３２１に収容された成膜材料が加熱されることで蒸発又は昇華した材料を複数のノズル３３１ｂに至る前に拡散させて圧力分布を整え、複数のノズル３３１ｂへの流入量を調整するための室である。第１材料室３２１の天井部に設けられた貫通孔３２１ａと、第１拡散室３３１の底板部に設けられた貫通孔３３１ａとによって、第１連通部が形成されている。この第１連通部によって、第１材料室３２１と第１拡散室３３１とが連通することで、第１材料室３２１の室内で蒸発又は昇華した材料は、第１拡散室３３１の室内に導かれて拡散され複数のノズル３３１ｂからチャ
ンバ１００へ噴射される。第２拡散室３３２についても、第２材料室３２２に収容された成膜材料が加熱されることで蒸発又は昇華した材料を複数のノズル３３２ｂに至る前に拡散させて圧力分布を整え、複数のノズル３３２ｂへの流入量を調整ための室である。そして、第２材料室３２２に設けられた貫通孔３２２ａと、第２拡散室３３２に設けられた貫通孔３３２ａとによって、第２連通部が形成されている。この第２連通部によって、第２材料室３２２と第２拡散室３３２とが連通することで、第２材料室３２２の室内で蒸発又は昇華した材料は、第２拡散室３３２の室内に導かれて拡散され複数のノズル３３２ｂからチャンバ１００へ噴射される。

【0023】

そして、第１材料室３２１と第２材料室３２２は第２方向Ｙに並んでおり、第１拡散室３３１と第２拡散室３３２も第２方向Ｙに並んでいる。本実施例に係る蒸発源３００は、第１方向Ｘの幅よりも、第２方向Ｙの幅が広い（図２参照）。従って、第１材料室３２１と第２材料室３２２は蒸発源３００の長手方向に並んでおり、第１拡散室３３１と第２拡散室３３２も蒸発源３００の長手方向に並んでいるということもできる。

【0024】

また、蒸発源３００においては、第１材料室３２１、第１拡散室３３１、第２材料室３２２、及び第２拡散室３３２と、ケース本体３１１の内壁面との間に、成膜材料を加熱する加熱体３４０が設けられている。なお、特に図示はしないが、紙面手前側と奥側にも加熱体３４０が設けられている。すなわち、加熱体３４０は各室の外壁面を取り囲むように設けられている。加熱体３４０としては、シースヒータなど、通電により発熱する部材を好適に適用できる。この加熱体３４０によって、第１材料室３２１及び第２材料室３２２にそれぞれ収容された成膜材料が加熱されて蒸発又は昇華する。また、第１拡散室３３１及び第２拡散室３３２の室内において、蒸発又は昇華した材料が凝固してしまうことを抑制することができる。

【0025】

更に、蒸発源３００においては、ケース本体３１１の内壁面と加熱体３４０との間に、熱を反射するリフレクタ３５０が設けられている。なお、特に図示はしないが、紙面手前側と奥側にもリフレクタ３５０が設けられている。また、第１拡散室３３１の外壁面と蓋部３１３との間、及び第２拡散室３３２の外壁面と蓋部３１３との間にもリフレクタ３５０が設けられている。以上の構成により、加熱体３４０からの熱がケース３１０に伝わることを抑制できるため、各室を効率的に加熱することができ、かつケース３１０の外部に熱が逃げることを抑制することができる。

【0026】

＜本実施例に係る蒸発源及び成膜装置の優れた点＞
本実施例に係る蒸発源３００においては、第１拡散室３３１と第２拡散室３３２が、第２方向Ｙに並ぶように構成されている。これにより、単一の拡散室により構成される蒸発源を採用した場合に比べて、蒸発源３００に収容される成膜材料の加熱分布、及び気化された材料の圧力分布をより均一化することができる。これにより、成膜特性のバラツキを抑制することができる。従って、成膜する基板Ｓの大判化に伴って、蒸発源３００の長手方向の長さを長くする必要が生じても、成膜特性のバラツキを抑制することができる。

【0027】

ここで、気化された材料の圧力分布の均一化について、図４を参照して、より詳しく説明する。図４は拡散室内における気化された材料の圧力分布の説明図であり、蒸発源を簡略的に示した模式的断面図である。上述のように、蒸発源は、材料室３２０と、拡散室３３０と、材料室３２０と拡散室３３０とを連通する連通部３３０ａとを備えている。また、拡散室３３０の上部には複数のノズル３３５が設けられている。

【0028】

基板Ｓに形成される薄膜の膜厚は、レート（単位時間当たりの成膜厚さ（成膜速度））により決まる。複数のノズルにおいて、各々のノズルにより形成される薄膜のレートが不均一の場合、基板Ｓに形成される薄膜の膜厚分布が異なってしまう。この膜厚分布を一様
にするためには、各々のノズルにより形成される薄膜のレートをより均一にする必要がある。また、品質を向上させ、汎用性を高めるためには、広いレート範囲で膜厚分布を一様にすることができることが望ましい。

【0029】

材料室３２０において気化された材料は、連通部３３０ａを通って、拡散室３３０へと流れていく。拡散室３３０における材料の圧力分布は、主として、拡散室３３０の室内の形状寸法と、連通部３３０ａの寸法及び配置と、複数のノズル３３５の形状寸法及び配置に依存する。図４に示す例においては、拡散室３３０の長手方向の中央付近の圧力が最も高く、長手方向の両側に向かうにつれて圧力が小さくなる。圧力の高い付近に設けられたノズルから噴射される材料の量は多くなり、圧力が低い付近に設けられたノズルから噴射される材料の量は少なくなるため、中央付近と両側付近の圧力差を小さくするのが望ましい。

【0030】

本願発明者は次のような知見を得ている。レートを高くするために圧力を高くするほど圧力差は小さくなり、レートを低くするために圧力を低くするほど圧力差が大きくなる。また、拡散室３３０の長手方向の幅Ｗが長いほど、圧力差が大きくなり易く、拡散室３３０の流路面積（室内の高さＨや幅により決まる）が狭いほど圧力差が大きくなり易い。

【0031】

そのため、大判の基板Ｓに対して、単一の拡散室により構成される蒸発源を用いて、広いレート範囲で膜厚分布を一様にするのは難しい。また、膜厚分布を一様にすることが可能なレートの範囲が狭くなるため、汎用性も低い。これに伴い、複数種類の蒸発源が必要となる。

【0032】

これに対して、本実施例においては、上記の通り、第１拡散室３３１と第２拡散室３３２が第２方向Ｙに並ぶように構成したことで、個々の拡散室内において圧力差が大きくなってしまうことを抑制することができる。従って、大判の基板Ｓに対しても、広いレート範囲で膜厚分布を一様にすることができる。また、第１拡散室３３１と第２拡散室３３２に気化された材料を供給するための材料室（第１材料室３２１及び第２材料室３２２）が別々に設けられているので、各拡散室に供給される材料の量が異なってしまうことも抑制することができる。

【0033】

上記の通り、第１拡散室３３１に設けられる複数のノズル３３１ｂと第２拡散室３３２に設けられる複数のノズル３３２ｂから噴射される材料によって基板Ｓに形成される薄膜の膜厚分布が一様となるように、各ノズルの配置と傾きが設定される。

【0034】

図５を参照して、複数のノズルの配置及び傾きについて、より詳細に説明する。図５は拡散室に設けられるノズルと成膜される膜厚との関係を示す図である。図５の（ａ）から（ｄ）においては、それぞれ、下方に第１拡散室Ｐと第２拡散室Ｑを簡略的に示しており、上方に第２方向Ｙの位置に対する基板Ｓに形成される膜厚の厚さを示している。なお、便宜上、膜厚の分布を分かり易くするために、縮尺については第２方向Ｙに対する膜厚の厚みを強調するようにしている。

【0035】

図５（ａ）は、第１拡散室Ｐに設けられた複数のノズルＰＮと第２拡散室Ｑに設けられた複数のノズルＱＮが、いずれも鉛直方向に対して傾きがないように設けられる場合を示している。ノズルが鉛直方向に対して傾いていない場合には、基板Ｓに形成される薄膜については、ノズルの真上の位置で最も膜厚が厚くなり、真上の位置から離れるにつれて膜厚は徐々に薄くなる。複数のノズルＰＮ，ＱＮの配置を適宜設定することによって、各ノズルによって形成される膜厚を一様にすることができ、膜厚全体の厚みを一定にすることが可能となる。第１拡散室Ｐと第２拡散室Ｑの第２方向Ｙの幅や所望のレート範囲等にも因るが、複数のノズルについて、隣り合う間隔を全て等しくしたり、連通部に近いほど隣
り合うノズルの間隔を広くして、連通部から離れるにつれて隣り合うノズルの間隔を狭くすることで、膜厚全体の厚みを一定にすることができる。

【0036】

図５（ｂ）は、第１拡散室Ｐに設けられた複数のノズルと第２拡散室Ｑに設けられた複数のノズルのうち、外側のノズルが鉛直方向に対して外側に傾くように設けられる場合を示している。すなわち、第１拡散室Ｐに設けられた複数のノズルのうち第２拡散室Ｑから最も遠い位置に配置されたノズルＰＮ１と２，３番目に遠い位置に配置されたノズルは、噴射させる材料の出口側の先端が第２拡散室Ｑから離れる方向に傾いている。また、第２拡散室Ｑに設けられた複数のノズルのうち第１拡散室Ｐから最も遠い位置に配置されたノズルＱＮ１と２，３番目に遠い位置に配置されたノズルは、噴射させる材料の出口側の先端が第１拡散室Ｐから離れる方向に傾いている。

【0037】

ノズルが鉛直方向に対して傾いている場合には、基板Ｓに形成される薄膜については、ノズルの真上の位置よりもノズル先端の傾いた方向にずれた位置で最も膜厚が厚くなり、当該部分から離れるに従って膜厚は徐々に薄くなる。そのため、各ノズルによって形成される膜厚を一様にして、膜厚全体の厚みを一定にするためには、傾けるノズルについては、内側に配置する必要がある。つまり、図５（ａ）に示す構成に比べて、ノズルＰＮ１等については、第２拡散室Ｑ側に配置させ、ノズルＱＮ１等については、第１拡散室Ｐ側に配置させる必要がある。従って、第１拡散室Ｐ及び第２拡散室Ｑの第２方向Ｙの幅を、図５（ａ）に示す構成に比べて短くすることができる。これに伴い、拡散室内において、気化された材料の圧力分布をより一層均一化することができる。また、蒸発源をより小型化することも可能となる。

【0038】

図５（ｃ）は、第１拡散室Ｐに設けられた複数のノズルと第２拡散室Ｑに設けられた複数のノズルを、全て鉛直方向に対して外側に傾くように設けられる場合を示している。このような構成を採用すれば、図５（ｂ）に示す構成と同様に、第１拡散室Ｐ及び第２拡散室Ｑの第２方向Ｙの幅を短くすることができる。しかしながら、このような構成を採用した場合には、第１拡散室Ｐに設けられた複数のノズルのうち第２拡散室Ｑに最も近い位置に配置されたノズルＰＮ２と、第２拡散室Ｑに設けられた複数のノズルのうち第１拡散室Ｐに最も近い位置に配置されたノズルＱＮ２との距離を短くする必要がある。この距離は、ノズルの傾きを大きくするほど、短くしなければならない。従って、第１拡散室Ｐと第２拡散室Ｑとの間の間隔を狭くする必要がある。そのため、断熱効果を図る目的や後述のように配線等の配置スペースを設けたい場合には、当該間隔が制限されてしまうため、図５（ｃ）の構成を採用することができないこともある。

【0039】

図５（ｄ）は、図５（ｂ）に示す構成において、最も内側に配されたノズルを鉛直方向に対して内側に傾くように設けられる場合を示している。すなわち、図５（ｂ）に示す構成において、第１拡散室Ｐに設けられた複数のノズルのうち第２拡散室Ｑに最も近い位置に配置されたノズルＰＮ２は、噴射させる材料の出口側の先端が第２拡散室Ｑに近づく方向に傾いている。また、第２拡散室Ｑに設けられた複数のノズルのうち第１拡散室Ｐに最も近い位置に配置されたノズルＱＮ２は、噴射させる材料の出口側の先端が第１拡散室Ｐに近づく方向に傾いている。

【0040】

以上のような構成を採用することで、図５（ｂ）に示す構成に比べて、第１拡散室Ｐ及び第２拡散室Ｑの第２方向Ｙの幅をより一層短くすることができる。しかしながら、ノズルＰＮ２とノズルＱＮ２の傾きを大きくすると、ノズルＰＮ２から噴射される材料がノズルＱＮ２を汚し、ノズルＱＮ２から噴射される材料がノズルＰＮ２を汚してしまう。従って、これらのノズルの傾きは、ノズルが汚されない範囲にするのが望ましい。

【0041】

以上を考慮すると共に、経験則及び実験結果によれば、第１拡散室Ｐに設けられた複数
のノズルのうち第２拡散室Ｑに最も近い位置に配置されたノズルＰＮ２と、第２拡散室Ｑに設けられた複数のノズルのうち第１拡散室Ｐに最も近い位置に配置されたノズルＱＮ２との間隔は、３８０ｍｍ以上４２０ｍｍ以下の範囲で設定するとよい。

【0042】

また、上記のノズルＰＮ２の鉛直方向に対する第２方向Ｙの傾きは５度以下にするとよい。同様に、上記のノズルＱＮ２の鉛直方向に対する第２方向Ｙの傾きは５度以下にするとよい。

【0043】

ここで、拡散室は環境温度に応じて、特に長手方向である第２方向Ｙに熱膨張伸縮によって伸縮する。そこで、第１拡散室Ｐと第２拡散室Ｑは、それぞれ第２方向Ｙの中央で位置決めされて、第２方向Ｙの両方の方向への熱膨張伸縮に伴う伸縮が可能となるように各々構成されるのが望ましい。その上で、成膜時の環境温度での第１拡散室Ｐと第２拡散室Ｑの熱膨張伸縮の状態に基づいて、複数のノズルのそれぞれの配置と傾きを設定するとよい。なお、ノズルとリフレクタ３５０との間には、これらが突き当たってしまわないようにクリアランスを設ける必要がある。このクリアランスは、拡散室の熱膨張収縮の量を考慮して設定しなければならない。そのため、拡散室を位置決めした位置から離れた位置に設けられるノズルほど、クリアランスを大きく設定しなければならない。上記の通り、拡散室を第２方向Ｙの中央の位置で位置決めすることで、一方の側面で位置決めした場合に比べて、中央から離れた位置のノズルについてもクリアランスを最小限にすることが可能となる。これにより、ノズルが冷えてしまうことを抑制することができ、凝固した材料がノズルに付着してしまうことを抑制することができる。

【0044】

また、第２方向Ｙにおける加熱分布及び気化された材料の圧力分布の均一化を図るために、蒸発源３００は、第２方向Ｙの幅の中心の面に対して対称構造とすると好適である。特に、ケース本体３１１の形状及び寸法、各室の内壁面の形状及び寸法、複数のノズル３３１ｂと複数のノズル３３２ｂの配置、第１連通部と第２連通部の配置、加熱体３４０の配置、及びリフレクタ３５０の配置は、上記面に対して対称にするのが望ましい。

【0045】

更に、上記の通り、本実施例に係る成膜装置１０においては、蒸発源３００における第２方向Ｙの両側に、膜厚モニタ６００がそれぞれ設けられている。一方の膜厚モニタ（第１膜厚モニタ）は、第１拡散室３３１から噴射される材料によって基板Ｓに形成される膜の膜厚を測定するために用いられる。また、他方の膜厚モニタ（第２膜厚モニタ）は、第２拡散室３３２から噴射される材料によって基板Ｓに形成される膜の膜厚を測定するために用いられる。そして、第１膜厚モニタの検出結果に基づいて第１拡散室３１１から噴射される材料による成膜制御が行われ、かつ第２膜厚モニタの検出結果に基づいて第２拡散室３３２から噴射される材料による成膜制御が行われると好適である。このような制御を行うことで、より確実に、膜厚全体の厚みを一定にすることができる。

【0046】

以上の本実施例に係る蒸発源及び成膜装置の優れた点において説明した内容については、以下の各実施例においても同様である。

【0047】

（実施例２）
図６には、本発明の実施例２が示されている。本実施例においては、第１連通部と第２連通部の配置が実施例１と異なる場合の構成を示す。その他の構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

【0048】

図６は本発明の実施例２に係る蒸発源の模式的断面図であり、蒸発源３００Ａを第１方向Ｘに垂直な面で切断した断面を簡略的に示したものである。

【0049】

上記実施例１で説明した通り、蒸発源３００においては、第１材料室３２１と第１拡散室３３１とを連通させる第１連通部と、第２材料室３２２と第２拡散室３３２とを連通させる第２連通部とが設けられている。成膜材料の加熱分布や気化された材料の圧力分布を均一化して、成膜特性のバラツキを効果的に抑制するために、これら第１連通部と第２連通部を配置する最適な位置は、加熱体３４０の配置構成などによって変わり得る。

【0050】

上記実施例１においては、第１連通部と第２連通部は、蒸発源３００における第２方向Ｙの幅方向の中心に片寄った位置に設けられている。これに対して、本実施例に係る蒸発源３００においては、第１連通部は第１材料室３２１における第２方向Ｙの幅方向の中心に設けられ、第２連通部は第２材料室３２２における第２方向Ｙの幅方向の中心に設けられている。

【0051】

以上のように構成される本実施例に係る蒸発源３００Ａにおいても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。

【0052】

（実施例３）
図７には、本発明の実施例３が示されている。本実施例においては、ケースに関する構成が実施例１と異なる場合の構成を示す。基本的な構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

【0053】

図７は本発明の実施例３に係る蒸発源の模式的断面図であり、蒸発源３００Ｂを第１方向Ｘに垂直な面で切断した断面を簡略的に示したものである。

【0054】

本実施例においては、第１材料室３２１と第２材料室３２２との間に、断熱機能を有する隔壁３１１ａが設けられている。なお、本実施例においては、この隔壁３１１ａは、第１拡散室３３１と第２拡散室３３２との間も遮るように設けられている。また、この隔壁３１１ａは、ケース３１０Ｂにおけるケース本体３１１に一体的に設けられている。隔壁３１１ａに断熱機能を持たせるための構成は、ケース本体３１１において説明した通りである。

【0055】

そして、隔壁３１１ａと第１材料室３２１及び第１拡散室３３１との間には加熱体３４０が設けられ、加熱体３４０と隔壁３１１ａとの間にはリフレクタ３５０が設けられている。同様に、隔壁３１１ａと第２材料室３２２及び第２拡散室３３２との間には加熱体３４０が設けられ、加熱体３４０と隔壁３１１ａとの間にはリフレクタ３５０が設けられている。

【0056】

以上のように構成される本実施例に係る蒸発源３００Ｂにおいても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。また、本実施例の場合には、第１材料室３２１及び第１拡散室３３１は、四方の側面から加熱され、かつ、第２材料室３２２及び第２拡散室３３２も、四方の側面から加熱される。従って、蒸発源３００Ｂにおける第２方向Ｙの長さが長い場合に、効率的に成膜材料を加熱することができる。なお、図７においては、第１連通部は第１材料室３２１における第２方向Ｙの幅方向の中心に設けられ、第２連通部は第２材料室３２２における第２方向Ｙの幅方向の中心に設けられる場合を示している。しかしながら、第１連通部と第２連通部の位置は、上記の通り、適宜設定することができる。

【0057】

（実施例４）
図８～図１０には、本発明の実施例４が示されている。本実施例においては、ケースに関する構成が実施例１と異なる場合の構成を示す。基本的な構成および作用については実施例１と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

【0058】

図８～図１０は本発明の実施例４に係る蒸発源の模式的断面図であり、それぞれ、蒸発源３００Ｃ，Ｃ１，Ｃ２を第１方向Ｘに垂直な面で切断した断面を簡略的に示したものである。

【0059】

本実施例においても、実施例３と同様に、第１材料室３２１と第２材料室３２２との間に、断熱機能を有する隔壁が設けられている。ただし、本実施例においては、間隔を空けて第１材料室３２１側と第２材料室３２２側にそれぞれ第１隔壁３１１ｂと第２隔壁３１１ｃが設けられている。本実施例においても、これら第１隔壁３１１ｂ及び第２隔壁３１１ｃは、第１拡散室３３１と第２拡散室３３２との間も遮るように設けられている。また、これら第１隔壁３１１ｂ及び第２隔壁３１１ｃは、ケース３１０Ｃにおけるケース本体３１１に一体的に設けられている。

【0060】

そして、第１隔壁３１１ｂと第１材料室３２１及び第１拡散室３３１との間には加熱体３４０が設けられ、加熱体３４０と第１隔壁３１１ｂとの間にはリフレクタ３５０が設けられている。同様に、第２隔壁３１１ｃと第２材料室３２２及び第２拡散室３３２との間には加熱体３４０が設けられ、加熱体３４０と第２隔壁３１１ｃとの間にはリフレクタ３５０が設けられている。

【0061】

以上のように構成される本実施例に係る蒸発源３００Ｃにおいても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。また、本実施例の場合には、実施例３と同様に、第１材料室３２１及び第１拡散室３３１は、四方の側面から加熱され、かつ、第２材料室３２２及び第１拡散室３３２は、四方の側面から加熱される。従って、蒸発源３００Ｃにおける第２方向Ｙの長さが長い場合に、効率的に成膜材料を加熱することができる。

【0062】

なお、図８においては、第１連通部と第２連通部が、蒸発源３００Ｃにおける第２方向Ｙの幅方向の中心に片寄った位置に設けられる場合の構成を示している。しかしながら、第１連通部と第２連通部の最適な配置位置が、加熱体３４０の配置構成などにより変わることは上述の通りである。図９には、第１連通部が第１材料室３２１における第２方向Ｙの幅方向の中心に設けられ、第２連通部が第２材料室３２２における第２方向Ｙの幅方向の中心に設けられる蒸発源３００Ｃ１（変形例１）について示している。また、図１０には、第１連通部と第２連通部が、蒸発源３００Ｃ２における第２方向Ｙの幅方向の両側に片寄った位置に設けられる蒸発源３００Ｃ２（変形例２）について示している。

【0063】

また、本実施例に係る蒸発源３００Ｃ，３００Ｃ１，３００Ｃ２においては、第１隔壁３１１ｂと第２隔壁３１１ｃとの間の空間を、電気配線の一部等が配される配置スペースとして利用することもできる。例えば、加熱体３４０を加熱するために電気を供給するための電気配線６２０の一部や、ケース本体３１１、第１隔壁３１１ｂ及び第２隔壁３１１ｃに設けられる通路に冷却液を送るための配管６１０の一部を、上記の配置スペースに配することができる。なお、図８～図１０に示すように、第１隔壁３１１ｂと第２隔壁３１１ｃとの間に形成する配置スペースを塞ぐ蓋部３１１ｄを、１隔壁３１１ｂと第２隔壁３１１ｃに連結するように設けることで、電気配線６２０や配管６１０が露出しないようにするのが望ましい。

【0064】

（実施例５）
図１１には、本発明の実施例５が示されている。本実施例においては、上記実施例４に示す構成において、ケース、材料室、及び拡散室の構成が異なる場合の構成を示す。基本的な構成および作用については実施例１及び実施例４と同一なので、同一の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。

【0065】

図１１は本発明の実施例５に係る蒸発源の模式的断面図であり、蒸発源３００Ｄを第１方向Ｘに垂直な面で切断した断面を簡略的に示したものである。

【0066】

上記各実施例においては、材料室の第２方向Ｙの幅の方が、拡散室の第２方向Ｙの幅よりも広く、両者の間に段差が設けられる構成を示した。これに対応して、上記各実施例においては、ケース本体３１１の側面にも段差が設けられる構成が採用されている。

【0067】

これに対し、本実施例に係る蒸発源３００Ｄの場合には、材料室の第２方向Ｙの幅と、拡散室の第２方向Ｙの幅が等しく構成されており、両者の間には段差が設けられない。また、これに伴い、本実施例に係るケース３１０Ｄにおいては、ケース本体３１１の側面には段差が設けられない。

【0068】

また、本実施例の場合には、一つの筐体の内部に、連通部としての開口部３６１を有する中板３６０を設けることによって、第１材料室３２１Ｘと第１拡散室３３１Ｘ、及び第２材料室３２２Ｘと第２拡散室３３２Ｘを形成する構成を採用している。

【0069】

以上のような構成を採用することで、他の実施例の場合に比べて、蒸発源の製造をより容易にすることが可能となる。

【0070】

なお、連通部の最適な配置位置が、加熱体３４０の配置構成などにより変わることは上述の通りであり、開口部３６１の配置については、図１１に示す構成に限定されることはない。

【0071】

また、本実施例で示した構成（材料室と拡散室との間に段差がない構成）については、実施例４に限らず、実施例１～３にも応用可能である。

【符号の説明】

【0072】

１０…成膜装置 １００…チャンバ ２００…真空ポンプ ３００，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｃ１，３００Ｃ２，３００Ｄ…蒸発源 ３１０，３１０Ｂ，３１０Ｃ，３１０Ｄ…ケース ３１１…ケース本体 ３１１ａ…隔壁 ３１１ｂ…第１隔壁 ３１１ｃ…第２隔壁 ３１１ｄ…蓋部 ３１２……蓋部 ３２１ａ，３２２ａ，３３１ａ，３３２ａ…貫通孔 ３３１ｂ，３３２ｂ…ノズル ３４０…加熱体 ３５０…リフレクタ
４１０…大気ボックス ４２０…第１大気アーム ４３０…第２大気アーム ５１０…ギア ５２０…ガイドレール ６００…膜厚モニタ ６１０…配管 ６２０…電気配線 Ｓ…基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2022-11-14

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に移動しながら基板に成膜する蒸発源であって、
成膜材料を収容する第１材料室と、
第１連通部によって前記第１材料室と連通し、前記第１材料室に収容された成膜材料が加熱されることで蒸発又は昇華した材料を拡散して、複数のノズルから噴射する第１拡散室と、
成膜材料を収容する第２材料室と、
第２連通部によって前記第２材料室と連通し、前記第２材料室に収容された成膜材料が加熱されることで蒸発又は昇華した材料を拡散して、複数のノズルから噴射する第２拡散室と、
を備え、
前記第１拡散室と前記第２拡散室は、前記第１方向に交差する第２方向に並んでいることを特徴とする蒸発源。

【請求項2】

前記第１方向の幅よりも前記第２方向の幅が広いことを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。

【請求項3】

前記第１材料室と前記第２材料室との間に、断熱機能を有する隔壁が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸発源。

【請求項4】

間隔を空けて前記第１材料室側と前記第２材料室側にそれぞれ第１隔壁と第２隔壁が設けられることを特徴とする請求項３に記載の蒸発源。

【請求項5】

前記第１隔壁と前記第２隔壁との間に、電気配線の一部が配される配置スペースが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の蒸発源。

【請求項6】

前記第１拡散室に設けられる前記複数のノズルと前記第２拡散室に設けられる前記複数のノズルから噴射される材料によって基板に形成される薄膜の膜厚分布が一様となるように、各ノズルの配置と傾きが設定されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の蒸発源。

【請求項7】

前記第１拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第２拡散室に最も近い位置に配置されたノズルと、前記第２拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第１拡散室に最も近い位置に配置されたノズルとの間隔は、３８０ｍｍ以上４２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の蒸発源。

【請求項8】

前記第１拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第２拡散室に最も近い位置に配置されたノズルの鉛直方向に対する前記第２方向の傾きは５度以下であり、前記第２拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第１拡散室に最も近い位置に配置されたノズルの鉛直方向に対する前記第２方向の傾きは５度以下であることを特徴とする請求項６または７に記載の蒸発源。

【請求項9】

前記第１拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第２拡散室から最も遠い位置に配置されたノズルは、噴射させる材料の出口側の先端が前記第２拡散室から離れる方向に傾いており、前記第２拡散室に設けられた前記複数のノズルのうち前記第１拡散室から最も遠い位置に配置されたノズルは、噴射させる材料の出口側の先端が前記第１拡散室から離れる方向に傾いていることを特徴とする請求項６，７または８に記載の蒸発源。

【請求項10】

前記第１拡散室と前記第２拡散室は、それぞれ前記第２方向の中央で位置決めされて、前記第２方向のうち両方向への熱膨張伸縮に伴う伸縮が可能に構成されており、
成膜時の環境温度での前記第１拡散室と前記第２拡散室の熱膨張の状態に基づいて、前記複数のノズルのそれぞれの配置と傾きが設定されていることを特徴とする請求項６，７，８または９に記載の蒸発源。

【請求項11】

断熱機能を有するケースに、前記第１材料室と前記第１拡散室と前記第２材料室と前記第２拡散室が収容されており、
前記第１材料室、前記第１拡散室、前記第２材料室、及び前記第２拡散室と、前記ケースの内壁面との間に、成膜材料を加熱する加熱体が設けられていることを特徴とする請求項１～１０のいずれか一つに記載の蒸発源。

【請求項12】

前記ケースの内壁面と前記加熱体との間に、熱を反射するリフレクタが設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の蒸発源。

【請求項13】

前記第２方向の両側に、基板に形成される膜の膜厚を測定するための膜厚モニタがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１～１２のいずれか一つに記載の蒸発源。

【請求項14】

前記第１拡散室から噴射される材料によって基板に形成される膜の膜厚を測定するための第１膜厚モニタと、
前記第２拡散室から噴射される材料によって基板に形成される膜の膜厚を測定するための第２膜厚モニタと、
を備え、
前記第１膜厚モニタの検出結果に基づいて前記第１材料室から噴射される材料による成膜制御が行われ、かつ前記第２膜厚モニタの検出結果に基づいて前記第２材料室から噴射
される材料による成膜制御が行われることを特徴とする請求項１～１２のいずれか一つに記載の蒸発源。

【請求項15】

チャンバと、
前記チャンバ内に配される請求項１～１４のいずれか一つに記載の蒸発源と、
前記蒸発源を移動させる移動機構と、
を備えることを特徴とする成膜装置。

【請求項16】

請求項１５に記載の成膜装置を用いて基板に成膜する、
ことを特徴とする成膜方法。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0001】

本発明は、蒸発源、成膜装置及び成膜方法に関する。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0004】

本発明の目的は、成膜特性のバラツキを抑制可能な蒸発源、成膜装置及び成膜方法を提供する。

【手続補正5】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0010】

（実施例１）
図１～図５を参照して、本発明の実施例１に係る蒸発源と、この蒸発源を備える成膜装置及び成膜方法について説明する。