特許 7011521 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-18

(45)【発行日】2022-01-26

(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 20060101AFI20220119BHJP

【ＦＩ】

C23C14/24 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018079026

(22)【出願日】2018-04-17

(65)【公開番号】P2019183248

(43)【公開日】2019-10-24

【審査請求日】2021-03-10

(73)【特許権者】

【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】中村 寿充

(72)【発明者】

【氏名】岩澤 宏之

【審査官】宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２９１５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５２４７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１５７８６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／２４

(57)【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であって、
蒸着物質を収容する導電性の収容箱と、電源を有して収容箱への通電による発熱で収容箱内の蒸着物質を昇華または気化させる給電回路と、被蒸着物に対向する収容箱の部分に突設されて昇華または気化した蒸着物質を噴射する噴射ノズルとを備えるものにおいて、
噴射ノズルが突設された収容箱の部分に通電する給電回路は、電流の入力位置及び出力位置の異なる複数のもので構成さ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】

請求項１記載の真空蒸着装置用の蒸着源であって、前記収容箱が、一面を開口した箱部と、前記噴射ノズルが突設された収容箱の部分を構成して箱部の開口を着脱自在に閉塞する蓋部とを有するものにおいて、
箱部と蓋部との間に両者を電気的に縁切りする絶縁シールが介在され、箱部に少なくとも１個の前記給電回路が接続されていることを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。

【請求項3】

前記箱部または前記蓋部の少なくとも一方に、その板厚方向またはこれに直交する方向にくぼむくぼみ部が局所的に形成されていることを特徴とする請求項２記載の真空蒸着装置用の蒸着源。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の真空蒸着装置用の蒸着源であって、前記噴射ノズルが突設された前記収容箱の部分が鉛直方向上側に位置する姿勢で設置されるものにおいて、
前記収容箱の底壁は、互いに向かい合う側面からその中央領域に向けて鉛直方向下方に夫々傾斜する傾斜面を有することを特徴とする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、真空蒸着装置用の蒸着源に関する。

【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。このものでは、被蒸着物を矩形のガラス基板（以下、「基板」という）、基板の蒸着源に対する相対移動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する基板の幅方向を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する。被蒸着物に対向する収容箱の部分には、その外方に突出させて、昇華または気化した蒸着物質を噴射する筒状の噴射ノズルがＹ軸方向に間隔を存して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、収容箱に組み付けたシースヒータやハロゲンヒータ等の加熱手段で蒸発物質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物質を各噴射ノズルから噴射させ、蒸着源に対してＸ軸方向に相対移動する基板に付着、堆積させて所定の薄膜が成膜される。この場合、蒸着源と基板との間に、この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を介在させて所定のパターンで基板に成膜することも従来から知られている。

【0003】

一方、他形態に係る蒸着源として、内部に蒸着物質が収容されるタンク部（収容部）と、このタンク部上に配置され、一方向にのびる所定の幅で開口するスリット状の第１開口部を有するノズル部と、少なくとも前記第１開口部を露出させる第２開口部を有してタンク部及びノズル部の外壁を覆うように設けられた断熱部とを備え、タンク部とノズル部とを導電性材料で形成して単一の電源からの通電により発熱させるようにしたものが例えば特許文献２で知られている（例えば図３，４参照）。

【0004】

ここで、例えばメンテナンス性や構造の簡素化を考慮して、上記特許文献１のような構造を持つ蒸着源にも上記特許文献２記載の技術を適用すること、即ち、噴射ノズルを含む収容箱をカーボン等の導電性材料で形成し、単一の電源からの通電により収納箱自体を加熱し、蒸着物質を昇華または気化させて各噴射ノズルから噴射させることが考えられる。然し、これでは、収容箱に温度むらが生じることが判明した。例えば、各噴射ノズル相互の間だけでなく、いずれかの噴射ノズルにてその先端部と基端部との間に温度むらが発生している場合、昇華または気化した蒸着物質が噴射ノズル内を通って外部に飛散していくときにその一部が噴射ノズルの内壁面に衝突するが、比較的温度が低い内壁面に衝突した蒸着物質が再凝固して堆積したのでは、ノズル詰まりを招来する。また、蒸着物質が設置される収容箱の底部に温度むらが発生している場合、比較的温度が低い部分の蒸着物質が何時までも昇華または気化しないのでは、蒸着物質が残留してしまい、蒸着物質が無駄になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－７７１９３号公報

【文献】特開２０１１－６０８６５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、以上の知見を基になされたものであり、通電により収納箱自体を加熱するときに、収容箱に温度むらが発生することを可及的に抑制できる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、真空チャンバ内に配置されて被蒸着物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、蒸着物質を収容する導電性の収容箱と、電源を有して収容箱への通電による発熱で収容箱内の蒸着物質を昇華または気化させる給電回路と、被蒸着物に対向する収容箱の部分に突設されて昇華または気化した蒸着物質を噴射する噴射ノズルとを備え、噴射ノズルが突設された収容箱の部分に通電する給電回路は、電流の入力位置及び出力位置の異なる複数のもので構成されることを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、抵抗を持つ導体としての収容箱に各給電回路により通電する（例えば直流電流を流す）と、そのときに生じるジュール効果で収容箱が発熱する。このとき、収容箱に対する各給電回路の入力位置及び出力位置や、各給電回路からの通電電流値を適宜設定すれば、噴射ノズルを含め収容箱を流れる電流の分布が適宜調整されて、収容箱に温度むらが発生することを可及的に抑制できる。

【0009】

本発明において、収容箱が、一面を開口した箱部と、前記噴射ノズルが突設された収容箱の部分を構成してこの箱部の開口を着脱自在に閉塞する蓋部とを有する場合、箱部と蓋部との間に両者を電気的に縁切りする絶縁シールが介在され、箱部に少なくとも１個の前記給電回路が接続されていることが好ましい。この場合、例えば蓋部にて、電源を有する給電回路が複数接続されていてもよい。これによれば、箱部と蓋部とを電気的に縁切りした上で、箱部と蓋部毎に電流の分布が適宜調整して温度むらが発生することを抑制でき、そのため、温度むらの発生に起因するノズル詰まりや蒸着物質の残留を防止でき、有利である。

【0010】

また、本発明において、前記箱部または前記蓋部の少なくとも一方に、その板厚方向またはこれに直交する方向にくぼむくぼみ部が局所的に形成されていることが好ましい。これによれば、くぼみ部が形成された箇所ではその断面積が小さくなることで抵抗が大きくなり、発熱量を局所的に増加させることができるため、これを比較的温度が低い部分に採用すれば、より一層温度むらが発生することを抑制でき、有利である。

【0011】

ところで、一般の真空蒸着装置用の蒸着源は、噴射ノズルが突設された収容箱の部分が鉛直方向上側に位置する姿勢で真空チャンバ内に設置される。このとき、収容箱の底壁が、互いに向かい合う側面からその中央領域に向けて鉛直方向下方に夫々傾斜する傾斜面を有していれば、例えば、蒸着物質の加熱時、金属材料のように液相を経て気相に転移するものであれば、液相になったものが傾斜面を伝って収容箱の中央領域に集められる。そして、いずれかの給電回路による通電でこの中央領域における発熱量を局所的に増加させておけば、最後まで蒸着物質を確実に気化させることができ、有利である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【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】（ａ）は、図１のＩＩａ―ＩＩａ線に沿う断面図、（ｂ）は、蓋部の箱部側から視た底面図。

【図3】変形例に係る収容箱の蓋部の平面図。

【図4】変形例に係る収容箱の箱部の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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Ｓｗ」という）とし、基板Ｓｗ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用の蒸着源ＤＳの実施形態を説明する。以下においては、「上」、「下」といった方向を指す用語は、図１に示す蒸着源の姿勢を基準とする。

【0014】

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。

【0015】

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。本実施形態では、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ようになっている。なお、マスクプレート３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３には、板厚方向に貫通する複数の開口３１が形成され、これら開口３１がない位置にて蒸着物質の基板Ｓｗに対する付着範囲が制限されることで所定のパターンで基板Ｓｗに成膜されるようになっている。マスクプレート３としては、インバー、アルミ、アルミナやステンレス等の金属製の他、ポリイミド等の樹脂製のものが用いられる。そして、真空チャンバ１の底面には、Ｘ軸方向に移動される基板Ｓｗに対向させて本実施形態の蒸着源ＤＳが設けられている。

【0016】

図２も参照して、蒸着源ＤＳは、蒸着物質４を収容する収容箱５を有する。収容箱５が、上面を開口した箱部５１と、箱部５１の上面開口を着脱自在に閉塞する板状の蓋部５２とを有し、箱部５１の底面に蒸着物質４が直接設置されるようになっている。この場合、箱部５１と蓋部５２は、カーボン等の導電性材料で形成され、箱部５１と蓋部５２の間には、両者を電気的に縁切りする絶縁シールとしての枠状の碍子５３が介在されている（この場合、碍子５３は収容箱５内を密閉する役割を果たすようになっている）。蒸着物質４としては、基板Ｓｗに成膜しようとする薄膜に応じて適宜選択（例えば、Ａｇ、Ｌｉ、ＭｇやＭｏＯ_３）され、顆粒状またはタブレット状の固形のものが利用される。なお、特に図示して説明しないが、箱部５１内には分散板が設けられ、昇華または気化した蒸着物質４を後述の各噴射ノズルから略均等な流量で噴射できるようになっている。

【0017】

蓋部５２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着物質４を噴射する噴射ノズル５４がＹ軸方向に所定の間隔で（本実施形態では、６本）列設されている。なお、例えば基板Ｓｗに蒸着したときのＹ軸方向の膜厚分布や、マスクボケの発生などの問題を防止するために、各噴射ノズル５４は、その孔軸が基板Ｓｗに平行に設置される蓋部５２の上面に対して３０度～６０度の範囲内の所定角度で傾斜されていてもよい。また、蓋部５２には、Ｙ軸方向の両側面から外方に突出させて前後一対の端子部５２ａ，５２ｂが夫々形成され、各対の端子部５２ａ，５２ｂには、直流電源６_１，６_２からの正負の出力ケーブル６１が夫々接続され、蓋部５２を含めて給電回路Ｐｃ１，Ｐｃ２を構成するようになっている。

【0018】

上記実施形態では、各噴射ノズル５４を含めて蓋部５２に温度むらが発生しないように前後一対の端子部５２ａ，５２ｂを２個設けて２個の給電回路Ｐｃ１，Ｐｃ２で通電するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、給電回路Ｐｃ１，Ｐｃ２により蓋部５２に通電して実際の温度分布を予め実験的に求め、この求めたものから、例えば、端子部の位置（電流の入力位置及び出力位置）や、給電回路の数を適宜設定して、蓋部５２を流れる電流の分布を調整することができる。他方で、電流の分布を調整するだけでは、例えば、蓋部５２に突設した所定長さの各噴射ノズル５４における温度むらの発生を抑制できない場合には、噴射ノズル５４が突出された蓋部５２の部分の板厚がその他の部分より薄くなるように、蓋部５２下面の所定位置には板厚方向にくぼむくぼみ部５５を凹設してもよい（図２参照）。これによれば、くぼみ部が５５形成された箇所ではその断面積が小さくなることで抵抗が大きくなり、発熱量を局所的に増加させることができる。

【0019】

他方、箱部５１もまた、Ｙ軸方向の両側面から外方に突出させて前後一対の端子部５１ａが形成され、一対の端子部５１ａには、直流電源６_３からの正負の出力ケーブル６１が接続され、蓋部５２のものとは異なる給電回路Ｐｃ３を構成するようになっている。この場合、上記同様、給電回路Ｐｃ３により箱部５１に通電して実際の温度分布を予め実験的に求め、この求めたものから、端子部の位置（電流の入力位置及び出力位置）や、給電回路の数を適宜設定して、箱部５１を流れる電流の分布を調整し、または、例えば、蒸着物質４が直接設置される箱部５１の底壁に温度むらが発生しているような場合には、箱部５１の底壁の断面積を局所的に小さくするようにしてもよい。なお、各直流電源６_１，６_２，６_３は真空チャンバ１外に設けられるものであり、それ自体は公知のものであるため、これ以上の説明は省略する。

【0020】

上記蒸着源ＤＳを用いて基板Ｓｗ表面に成膜するのに際しては、箱部５１内に所定の蒸着物質４、例えばＡｇやＭｇといった金属材料を収容した後、碍子５３を介在させた状態で蓋部５２を取り付けて、その内部を密閉する。次に、真空チャンバ１を所定圧力まで真空引きすると、給電回路Ｐｃ１～Ｐｃ３の各直流電源６_１，６_２，６_３により箱部５１と蓋部５２に通電する。すると、抵抗を持つ導体としての箱部５１に通電したときに生じるジュール効果で箱部５１が発熱し、伝熱でその内部の蒸着物質４が所定温度（例えば８００℃～１４００℃）に加熱されて液相を経て気化する。このとき、箱部５１と別の給電回路Ｐｃ１，Ｐｃ２から通電により蓋部５２自体も発熱し、その通電電流を適宜設定することで、各噴射ノズル５４を含めその全体が箱部５１と同等で略均等な温度になる。そして、気化した蒸着物質が各噴射ノズル５４から噴射され、マスクプレート３越しに基板Ｓｗ表面に付着、堆積し、所定のパターンで成膜される。

【0021】

以上の実施形態によれば、収容箱５の箱部５１と蓋部５２とに、複数の給電回路Ｐｃ１～Ｐｃ３から夫々通電することと、蓋部５２だけでも複数の給電回路Ｐｃ１，Ｐｃ２から夫々通電して電流分布を調整していることと、くぼみ部５５が形成された箇所にて発熱量を局所的に増加させることとが相俟って、箱部５１と蓋部５２毎に、ひいては収容箱５に温度むらが発生することを可及的に抑制でき、温度むらの発生に起因するノズル詰まりや蒸着物質の残留を確実に防止できる。

【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、収容箱５を箱部５１と蓋部５２とで構成し、碍子５３を介在されて組み付け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、収容箱を一体ものとすることができる。この場合、複数の給電回路を収容箱に通電して実際の温度分布を予め実験的に求め、この求めたものから、端子部の位置（電流の入力位置及び出力位置）や、給電回路の数を適宜設定すればよい。また、上記実施形態では、各給電回路Ｐｃ１～Ｐｃ３の電源として直流電源６_１，６_２，６_３を用い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、所定周波数の交流電源を用いることもできる。

【0023】

また、上記実施形態では、給電回路Ｐｃ１～Ｐｃ３からの通電による発熱時、蓋部５２下面の所定位置には板厚方向にくぼむくぼみ部５５を凹設して局所的に発熱量を増加させるものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、変形例に係る蓋部５２０では、板厚方向に直交する方向（即ち、蓋部５２０の長手方向の側面からその内方に向け）くぼむ他のくぼみ部５５０を局所的に形成するようにしてもよい。また。くぼみ部は、箱部または蓋部の少なくとも一方に形成されていればよい。

【0024】

更に、上記実施形態では、箱部５１として、蒸着物質４が直接設置される底壁が平坦な略直方体状のものを例に説明したが、これに限定されるものでない。例えば、図４に示すように、変形例に係る箱部５１０では、その底壁が、互いに向かい合う側面（例えば、箱部５１０の長手方向の側面）からその中央に向けて鉛直方向下方に夫々傾斜する傾斜面５１１で形成されている。これによれば、例えば、蒸着物質４の加熱時、金属材料のように液相を経て気相に転移するものであれば、液相になったものが傾斜面５１１を伝って箱部５１０の中央領域に集められる。そして、給電回路による通電でこの中央領域における発熱量を局所的に増加させておけば、最後まで蒸着物質４を確実に気化させることができ、有利である。

【0025】

また、上記実施形態では、被成膜物をガラス基板Ｓｗとし、基板搬送装置２によりガラス基板Ｓｗ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Ｄｍ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Ｓｗとマスクプレート３を一体として固定し、蒸着源ＤＳに公知の構造を持つ駆動手段を付設して、基板Ｓｗに対して蒸着源ＤＳ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Ｓｗと蒸着源ＤＳを相対的に移動させれば、基板Ｓｗと蒸着源ＤＳ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５に噴射ノズル５４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。

【符号の説明】

【0026】

ＤＳ…真空蒸着装置用の蒸着源、Ｄｍ…真空蒸着装置、Ｓｗ…基板（被蒸着物）１…真空チャンバ、４…蒸着物質、５…収容箱、５１、５１０…箱部、５２、５２０…蓋部、５３…碍子（絶縁シール）、５５…くぼみ部、５４…噴射ノズル、５１１…傾斜面、６_１～６_３…直流電源（電源）、Ｐｃ１～Ｐｃ３…給電回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】