(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】P2023168142
(43)【公開日】2023-11-24
(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 20060101AFI20231116BHJP
【FI】
C23C14/24 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022079809
(22)【出願日】2022-05-13
(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】弁理士法人青莪
(72)【発明者】
【氏名】中村 寿充
【テーマコード(参考)】
4K029
【Fターム(参考)】
4K029BA62
4K029CA01
4K029DB06
4K029DB17
(57)【要約】
【課題】蒸着が実施される真空チャンバを大気開放することなく、蒸着材料の直接補充が可能で、補充後でも蒸着レートの安定性が損なわれ難い真空蒸着装置用の蒸着源の提供。
【解決手段】加熱手段Mtにより気化または昇華させた収容箱4内の蒸着材料Msを放出部42から放出させて真空チャンバ1内の被蒸着物Swに対して蒸着するための真空蒸着装置Dm1用の蒸着源DS
1は、収容箱の上側に、第1開閉扉5aを有する連通室2a,31と材料貯蔵室6aとが真空雰囲気を形成可能に設けられ、材料貯蔵室に、一部71aが連通室に突出するシュート71と、材料貯蔵室内への蒸着材料の投入を可能とする投入口61と、投入口を開閉自在に閉塞する第2開閉扉5bと、シュートを挿通して上下方向にのびる送出スクリュー72とが設けられ、シュートから突出する送出スクリューの部分に、上下方向に対して下方に傾斜してのびる拡散部材8aが設けられる。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
蒸着材料が充填される収容箱と収容箱を加熱する加熱手段とを備え、加熱手段により収容箱内の蒸着材料を気化または昇華させ、この気化または昇華した蒸着材料を収容箱に形成した放出部から放出させて真空チャンバ内に存する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、
収容箱の鉛直方向上側に、第1開閉扉を有する連通室と材料貯蔵室とが真空雰囲気の形成が可能な状態で設けられ、
材料貯蔵室に、一部が連通室に突出するシュートと、材料貯蔵室内への蒸着材料の投入を可能とする投入口と、投入口を開閉自在に閉塞する第2開閉扉と、シュートを挿通して上下方向にのびる送出スクリューとが設けられ、
シュートから突出する送出スクリューの部分に、上下方向に対して下方に傾斜してのびる拡散部材が設けられることを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。
【請求項2】
前記連通チャンバ内に、送出スクリューの下端より下方に位置させて分散部材が設けられ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。
【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、蒸着材料を気化または昇華させ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関し、より詳しくは、真空チャンバ内を大気雰囲気に戻すことなく、蒸着材料の供給を可能としたものに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、有機EL素子の製造工程においては、真空雰囲気中で被蒸着物としての基板に対して、α-NPDや2-TNATAといった固体の蒸着材料(有機材料)を気化または昇華させて被蒸着物表面に所定の薄膜を蒸着する工程があり、蒸着工程には、一般に、真空蒸着装置が利用される。このような真空蒸着装置に用いられる蒸着源としては、蒸着材料を収容する直方体状の収容箱を備え、収容箱のシート状の基材の部分との対向面(即ち、鉛直方向の上面)には、スリット状の放出部が設けられている(所謂ラインソース:例えば特許文献1参照)。被蒸着物に対して蒸着する場合には、収容箱内にインゴット状や顆粒状の蒸着材料を収容した後、真空雰囲気中にて加熱手段により収容箱内の蒸着材料を加熱(例えば、300℃)して気化または昇華(以下、単に「昇華」と称する)させる。そして、この昇華したものを真空チャンバ内との圧力差で放出開口から放出させ、被蒸着物表面に所定の薄膜が蒸着(成膜)される。
【0003】
ところで、収容箱に収容された蒸着材料を加熱により昇華させると、これに伴って蒸着材料自体は減少するので、蒸着材料を定期的に補充する必要がある。このとき、成膜工程を停止して真空チャンバを大気雰囲気に戻した状態でしか収容箱への蒸着材料の補充ができないのでは、著しく生産性が損なわれる。そこで、次の真空蒸着装置用の蒸着源が例えば特許文献2で知られている。このものは、真空チャンバ外に配置され、有機材料が充填されると共に加熱手段を有する昇華容器と、真空チャンバ内に配置され、昇華した蒸着材料を内部で拡散させると共にこの拡散されたものを放出する放出部(通路)が形成された拡散容器とを備え、両容器が流量調整弁を介設した所定長さの連通管で互いに連結されている。
【0004】
上記従来例のものでは、流量調整弁を閉弁すれば、真空チャンバ内と昇華容器とを雰囲気分離できるので、真空チャンバを殊更大気開放することなく、蒸着材料の補充は可能である。然し、昇華容器で昇華させた蒸着材料を比較的長さのある連通管を通して供給しているため、圧力損失などにより成膜(蒸着)レートが変動して不安定になる虞がある。しかも、内面に付着した蒸着材料が液化または固化しないように連通管を気化温度または昇華温度以上に加熱する機構が必要になる。このことから、本来的には、放出部を有する収容箱内に蒸着材料を直接補充ができる構成が望ましい。
【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2015-63724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、蒸着が実施される真空チャンバを大気開放することなく、蒸着材料の直接補充が可能で、補充後でも成膜レートの安定性が損なわれ難いようにした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、本発明は、蒸着材料が充填される収容箱と収容箱を加熱する加熱手段とを備え、加熱手段により収容箱内の蒸着材料を気化または昇華させ、この気化または昇華した蒸着材料を収容箱に形成した放出部から放出させて真空チャンバ内に存する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、収容箱の鉛直方向上側に、第1開閉扉を有する連通室と材料貯蔵室とが真空雰囲気の形成が可能な状態で設けられ、材料貯蔵室に、一部が連通室に突出するシュートと、この材料貯蔵室内への蒸着材料の投入を可能とする投入口と、投入口を開閉自在に閉塞する第2開閉扉と、シュートを挿通して上下方向にのびる送出スクリューとが設けられ、シュートから突出する送出スクリューの部分に、上下方向に対して下方に傾斜してのびる拡散部材が設けられることを特徴とする。この場合、前記連通チャンバ内に、送出スクリューの下端より下方に位置させて分散部材が設けられる構成を採用してもよい。
【0008】
以上によれば、第1開閉扉を閉じ、収容箱と材料貯蔵室とを雰囲気分離した状態で、材料貯蔵室を大気雰囲気にする。この状態で第2開閉扉を開けて材料貯蔵室内に蒸着材料を所定の充填率で充填する。このとき、例えば、送出スクリューの螺旋歯とシュートとの隙間を適宜設定しておけば、蒸着材料がシュート内に留められ(特に、昇華性の有機材料は凝集性があるため、留め易い)、連通室への落下を可及的に防止することができる。蒸着材料が充填されると、第2開閉扉を閉じて材料貯蔵室を気密保持した後、真空ポンプによりそれらの内部を所定圧力まで真空排気し、待機状態とする。これら一連の操作は、真空チャンバ内での被蒸着物への蒸着中に実施することができる。
【0009】
真空チャンバと同等の真空雰囲気にある収容箱内に蒸着材料を充填するときには、第1開閉扉を開けて連通室を介して材料貯蔵室内と収容箱とを連通する。この状態で、送出スクリューをその軸体回りに所定の回転数で回転させる。すると、シュート内の蒸着材料が順次送り出されると共に、拡散部材で蒸着材料が周方向に撒き散らされることで、収容箱内の底面に対してその全体に亘って満遍なく蒸着材料を堆積(充填)させることが可能になる。この場合、分散部材を設けておけば(分散部材自体を振動させるようにしてもよい)、より満遍なく蒸着材料を堆積させることが可能になる。
【0010】
ところで、シュートを介して蒸着材料を収容箱内に単に落とし込んだだけでは、収容箱内の底面に蒸着材料が富士山状に堆積する。このとき、蒸着材料が、例えば昇華性の材料であると、堆積した蒸着材料の表面部分からしか蒸着材料が昇華しないので、同一の熱量を加えたときの単位時間当たりの昇華量が少なくなり、ひいては、成膜レートが不安定になる。それに対して、本発明では、蒸着材料の補充を繰り返しても、常時、収収容箱内の底面に対してその全体に亘って満遍なく蒸着材料が堆積され、この堆積した蒸着材料の表面部分の面積を常時略一定にすることができる。このように本発明では、真空チャンバを殊更大気開放することなく、蒸着材料の補充が可能になる。そして、第1開閉扉を閉じて真空チャンバ内の蒸着を再開したとき(蒸着材料を補充した後)には、収容箱内の底面に対してその全体に亘って満遍なく蒸着材料が充填されているため、成膜レートの安定性が損なわれ難いものにできる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】本発明の実施形態の蒸着源を備える真空蒸着装置の一部拡大断面図。
【
図2】(a)及び(b)は、分散部材を説明する平面図及び断面図。
【
図3】
図1に示す蒸着源にて蒸着材料の供給状態を説明する図。
【
図4】変形例に係る蒸着源を備える真空蒸着装置を示す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して、蒸着材料を昇華性の有機材料Msとし、成膜面を水平方向に向けた起立姿勢の基板Swに対して所定の有機膜を成膜(蒸着)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、「上」、「下」といった方向を示す用語は、真空チャンバへの蒸着源の設置姿勢で示す
図1を基準にする。
【0013】
図1を参照して、本実施形態の蒸着源DS
1を備える真空蒸着装置Dm1は、所謂サイドデポ式のものであり、被蒸着物としての基板Swが設置される真空チャンバ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)に真空排気して真空雰囲気を形成することができる。また、真空チャンバ1の外側壁には格納チャンバ2が設けられ、格納チャンバ2内に本実施形態の蒸着源DS
1が設けられている。格納チャンバ2内は、耐熱性を有し且つ熱伝導率が低い材料で構成される仕切板3で上下二室2a,2bに雰囲気分離され、仕切板3の下面に、その上面に開口41を持つ収容箱4が取り付けられ、収容箱4の周囲に配置される加熱手段Htと共に蒸着源DS
1を構成する。
【0014】
収容箱4は、ステンレス鋼(SUS304等)、チタン、タンタル、タングステン、モリブデンやカーボンといった熱伝導が良く、高融点の材料(耐熱性を有する)から形成されている。収容箱4の側面には、放出通路42aを有する筒状の放出部42が凸設され、放出部42が真空チャンバ1及び格納チャンバ2に夫々形成した取付孔11,21に嵌挿されている。加熱手段Htとしては、シースヒータやランプヒータ等の公知のものが利用でき、また、誘導加熱コイルで構成することができる。仕切板3には、開口41の輪郭に一致して上下方向に貫通する連通孔31が形成され、連通孔31をその上方から閉塞する第1開閉扉5aが設けられている。第1開閉扉5aとしては、スライド式や揺動式など公知のものが利用でき、その閉じ姿勢では、第1開閉扉5aより上方に位置する格納チャンバ2内の上室2aと収容箱4内とを雰囲気分離し、その開き姿勢では、連通孔31と上室2aとで連通室が構成されるようにしている。
【0015】
格納チャンバ2の上側には、補充用の有機材料Msの貯蔵を可能とする材料貯蔵室6aを画成する材料貯蔵チャンバ6が連設されている。格納チャンバ2及び材料貯蔵チャンバ6には、排気管Ppを介して真空ポンプPuが接続され、それらの内部を所定圧力に真空排気することができる。また、材料貯蔵チャンバ6の上壁には、その内部に有機材料Msを投入するための投入口61が設けられ、投入口61をその上方から閉塞する第2開閉扉5bが設けられている。第2開閉扉5bとしては、上記第1開閉扉5aと同様、スライド式や揺動式など公知のものが利用でき、その閉じ姿勢では、材料貯蔵室6a内を気密保持する。そして、材料貯蔵室6a内に材料貯蔵供給ユニット7が配置されている。
【0016】
材料貯蔵供給ユニット7は、材料貯蔵室6a内に固定配置されるシュート71と、シュート71内に配置される送出スクリュー72とを備える。シュート71は、漏斗状の輪郭を有し、その下端側に位置する筒状の送出部71aは、格納チャンバ2と材料貯蔵チャンバ6とを区画する壁面部分に形成され、連通孔31と同一の孔軸Haを持つ透孔22に挿通して上室2aへと突出している。送出スクリュー72は、孔軸Ha回りに回転自在な回転軸72aと、回転軸72aの周囲に等ピッチで形成される螺旋歯72bとを有し、送出部71a内に位置する螺旋歯72bの部分は、送出部71a内面に所定の隙間を持って挿通するように設計されている。これにより、有機材料Msを充填したとき、有機材料Msがシュート71内に留められ(特に、昇華性の有機材料Msは凝集性があるため、留め易い)、上室2aへの落下が可及的に抑制される。
【0017】
回転軸72aは、材料貯蔵室6aに設けた支持フレーム72cの軸受72dで軸支されている。回転軸72aの上端にはプーリ72eが取り付けられている。プーリ72eと、材料貯蔵チャンバ6の上壁に配置される駆動モータMtの回転軸Maに取り付けられたプーリ72fとの間にはベルトMvが巻き掛けられ、モータMtを回転駆動すると、送出スクリュー72が所定の回転数で回転駆動される。また、送出部71aから下方に突出する回転軸72aの部分には、上下方向に対して下方に傾斜してのびる所定面積の板状部材で構成される拡散部材8aが取り付けられ、回転軸72aの回転に伴って孔軸Ha回りに回動して、送出部71aから送り出される有機材料Msを周方向に振り分ける役割を果たすようにしている。
【0018】
上室2a内で送出部71aの下方には、連通孔31に対峙させて所定の面積で板状の輪郭を持つ分散部材8bが配置されている。分散部材8bは、
図2(a)及び(b)に示すように、例えば、ステンレス鋼(SUS304等)、チタン、タンタル、タングステン、モリブデンやカーボンといった耐熱性の材料製で円柱状または角柱状の輪郭を持つ線材81a,81bを、矩形の網目82が形成されるように格子状に組み付けたもので構成される。また、各線材81a,81bの交点に位置する分散部材8bの部分の下面には、下方に向けて拡径する切頭円錐体83が設けられている。これにより、送出部71aから送り出されて拡散部材8aで拡散された有機材料Msを更に分散させて収容箱4内へ送る役割を果たすようになる。以下に、
図3も参照して、材料貯蔵供給ユニット7による材料Msの補充を説明する。
【0019】
第1開閉扉5aを閉じ、収容箱4と、上室2a及び材料貯蔵室6aとを雰囲気分離した状態で、上室2a及び材料貯蔵室6aを大気雰囲気にする。この状態で第2開閉扉5bを開けて材料貯蔵室6aのシュート71内に有機材料Msを所定の充填率で充填する。このとき、例えば、送出スクリュー72の螺旋歯72bとシュート71との間の隙間によって、有機材料Msがシュート71内に留められ(特に、昇華性の有機材料Msは凝集性があるため、留め易い)、上室2aへの落下を可及的に防止することができる。有機材料Msが充填されると、第2開閉扉5bを閉じて上室2a及び材料貯蔵室6aを気密保持した後、真空ポンプPuによりそれらの内部を所定圧力まで真空排気し、待機状態とする。これら一連の操作は、真空チャンバ1内での基板Swへの蒸着中に実施することができる。
【0020】
真空チャンバ1と同等の真空雰囲気にある収容箱4内に有機材料Msを充填するときには、一旦、成膜を中止する(即ち、加熱手段Htによる加熱を停止し、真空チャンバ1内の真空排気は維持する)。そして、第1開閉扉5aを開けて上室2a及び連通孔31を介して材料貯蔵室6a内と収容箱4とを連通させる。この状態で、駆動モータMtにより送出スクリュー72をその回転軸72a回りに所定の回転数(例えば、5rpm~100rpm)で回転させる。すると、シュート71内の有機材料Msが順次送り出されると共に、拡散部材8aで有機材料Msが周方向に撒き散らされ、分散部材8bで更に分散されることで(この場合、メッシュ部材8b自体を振動させるようにしてもよい)、収容箱4内の底面に対してその全体に亘って満遍なく有機材料Msが堆積されるようになる。シュート71内の有機材料Msが全て収容箱4内に送り出されると、駆動モータMtを停止した後、第1開閉扉5aを再び閉じ、加熱手段Htによる加熱を再開する。併せて、上室2a及び材料貯蔵室6aを大気雰囲気に戻し、上記に従い、次に補充しようとする有機材料Msが準備される。
【0021】
以上によれば、有機材料Msの補充を繰り返しても、常時、収容箱4内の底面に対してその全体に亘って満遍なく有機材料Msが堆積され、この堆積した有機材料Msの表面部分の面積を常時略一定にすることができる。これにより、真空チャンバ1を殊更大気開放することなく、有機材料Msの補充が可能になる。そして、有機材料Msが収容箱4の底面に対してその全体に亘って満遍なく充填されているため、第1開閉扉5aを閉じて真空チャンバ1内で成膜(蒸着)を再開したとき(有機材料Msを補充した後)でも、成膜レートの安定性が損なわれ難いものにできる。
【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、螺旋歯72bと送出部71a内面との隙間で有機材料Msがシュート71内に留められるように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、例えば、螺旋歯72bの下方に蓋板(図示せず)を設けるようにしてもよい。また、上記実施形態では、真空蒸着が実施される真空チャンバ1に連設した格納チャンバ2内に収容箱4を配置し、所謂サイドデポ式で成膜(蒸着)するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、また、上記実施形態では、シュート71を固定配置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い。
【0023】
同一の部材、要素に同一の符号を付した
図4に示すように、変形例に係る蒸着源DS
2を備える真空蒸着装置Dm2では、所謂デポアップ式での成膜が可能であり、しかも、シュート71が可動に構成されている。即ち、真空蒸着装置Dm2の真空チャンバ10の底部には、上下方向に対して直交する方向に局所的に膨出させた膨出空間10aが設けられ、膨出空間10a内に収容箱40が配置されている。収容箱40の側面には、基板Swの処理面に沿って(
図4中、右方向に)のびる筒体40aが設けられ、筒体40aの上面には、間隔を存して複数の放出ノズル40bが突設されている。この場合、筒体40aも独立して加熱できるように加熱手段Htを構成することが望ましい。
【0024】
膨出空間10aを画成する真空チャンバ10の上壁部10bは、耐熱性を有し且つ熱伝導率が低い材料で構成され、その中央部には、開口41の輪郭に一致して上下方向に貫通する連通孔101が開設されて連通室を構成する。そして、連通孔101をその上方から閉塞する第1開閉扉5aが設けられている。真空チャンバ10の上壁部10bには格納チャンバ20が連設され、その内部には、材料貯蔵供給ユニット70が設けられている。材料貯蔵供給ユニット70は、略筒状の容器本体701aと容器本体701aの下面に連続して設けられるシュート701bとで構成される材料貯蔵容器701を有し、材料貯蔵室701cを区画する。材料貯蔵容器701内には送出スクリュー72が挿設されている。この場合、容器本体701aの上面開口には蓋板701dが取り付けられ、蓋板701dに設けた駆動モータMtに送出スクリュー72の回転軸72aが連結されている。回転軸72aは蓋板701dの軸受701eで軸支されている。格納チャンバ20内には、例えば単軸ロボットで構成される昇降機構90が設けられ、材料貯蔵容器701を所定のストローク値で上下動できる。格納チャンバ20の上壁には、材料貯蔵容器701内に有機材料Msを投入するための投入口201が設けられ、投入口201をその上方から閉塞する第2開閉扉5bが設けられている。
【0025】
以上によれば、第1開閉扉5aを閉じ、収容箱40と材料貯蔵室701cとを雰囲気分離した状態で、材料貯蔵室701cを大気雰囲気にする。この状態で第2開閉扉5bを開け、例えば手作業で材料貯蔵容器701内に有機材料Msを所定の充填率で充填する。有機材料Msが充填されると、第2開閉扉5bを閉じて材料貯蔵室701cを気密保持した後、図外の真空ポンプPuによりその内部を所定圧力まで真空排気し、待機状態とする。これら一連の操作は、上記同様、真空チャンバ10内での基板Swへの蒸着中に実施することができる。真空チャンバ10と同等の真空雰囲気にある収容箱4内に有機材料Msを充填するときには、一旦、成膜を中止する(即ち、加熱手段Htによる加熱を停止し、真空チャンバ10内の真空排気は維持する)。そして、第1開閉扉5aを開けて連通孔11を介して材料貯蔵室701cと収容箱40とを連通させる。
【0026】
次に、昇降機構90により材料貯蔵容器701をシュート701bの下端が収容箱40内に突入する高さ位置まで下降させる。そして、駆動モータMtを回転駆動し、送出スクリュー72をその回転軸72a回りに所定の回転数で回転させる。すると、シュート701b内の有機材料Msが順次送り出されると共に、拡散部材8aで有機材料Msが周方向に撒き散らされ、収容箱40内の底面全体に亘って満遍なく有機材料Msが堆積される。シュート701b内の有機材料Msが全て収容箱40内に送り出されると、駆動モータMtを停止した後、昇降機構90により材料貯蔵容器701をシュート701bの下端が材料貯蔵室701c内に位置する高さ位置まで上昇させた後、第1開閉扉5aを再び閉じ、加熱手段Htによる加熱を再開する。併せて、材料貯蔵室701cを大気雰囲気に戻し、上記に従い、次に補充しようとする有機材料Msが準備される。
【0027】
また、上記実施形態では、分散部材8bとして、円柱状または角柱状の線材81a,81bを格子状に組み付けると共に切頭円錐体83を設けたものを例に説明したが、拡散部材8aで周方向に撒き散らされた有機材料Msを更に分散できるものであれば、これに限定されるものではない。例えば、
図5に示すように、断面V字状のアングル材80a,80bの複数本をその頂点を上側にした姿勢で格子状に組み付けて分散部材80を構成してもよい。この場合、切頭円錐体83は省略することができる。
【符号の説明】
【0028】
DS1,DS2…蒸着源、Dm1,Dm2…真空蒸着装置、Ht…加熱手段、Ms…有機材料(蒸着材料)、Sw…基板(被蒸着物)、1,10…真空チャンバ、2a…上室(連通室)、31,101…連通孔(連通室)、4,40…収容箱、42…放出部、5a…第1開閉扉、5b…第2開閉扉、6a,701c…材料貯蔵室、61…投入口、71,701b…シュート、72…送出スクリュー、8a…拡散部材、8b,80…分散部材。