(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】2024-06-12
(45)【発行日】2024-06-20
(54)【発明の名称】真空成膜装置用の部品
(51)【国際特許分類】
C23C 14/24 20060101AFI20240613BHJP
H10K 50/10 20230101ALI20240613BHJP
H05B 33/10 20060101ALI20240613BHJP
【ＦＩ】
C23C14/24 T
H05B33/14 A
H05B33/10
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020036472
(22)【出願日】2020-03-04
(65)【公開番号】P2021138992
(43)【公開日】2021-09-16
【審査請求日】2023-01-12
(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】弁理士法人青莪
(72)【発明者】
【氏名】山本 晃平
【審査官】今井 淳一
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１８－５２１２１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１８－５３０６６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０２１１７０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２３Ｃ １４／２４
Ｈ１０Ｋ ５０／１０
Ｈ０５Ｂ ３３／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
真空雰囲気の真空チャンバ内で蒸着源から有機材料を気化または昇華させ、この気化または昇華した有機分子を成膜対象物表面に付着、堆積させて有機膜を成膜する際に、真空チャンバ内で蒸着源の周囲に配置されて、蒸着源より放出された前記有機分子がその表面に直接付着、堆積して有機膜が成長する真空成膜装置用の部品であって、母材と、有機分子が付着する母材表面に所定の膜厚で形成されるＡｇまたはＡｕからなる分子配向制御膜とを有し、分子配向制御膜表面に広がるｄ電子雲またはπ電子雲と分子配向制御膜に付着する有機分子のπ電子雲との相互作用により、有機分子の分子配向方位を接線方向に向けて有機膜を接線方向に成長させるように構成したことを特徴とする真空成膜装置用の部品。
【請求項2】
前記分子配向制御膜は、Ａｇ、Ａｕ、グラファイト及びグラフェンの中から選択されたものであることを特徴とする請求項１記載の真空成膜装置用の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、真空雰囲気の真空チャンバ内で有機材料を気化または昇華させ、この気化または昇華した有機分子を成膜対象物表面に付着、堆積させて有機膜を成膜する際に、真空チャンバ内に存してその表面に有機分子が付着、堆積して有機膜が成膜される真空成膜装置用の部品に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、所定の輪郭を持つガラス基板やシート状の樹脂製基板といった成膜対象物（以下、「基板」という）に対し真空蒸着法により有機膜を成膜するための真空成膜装置は例えば特許文献１で知られている。このものは、真空チャンバを備え、真空チャンバの底部には、成膜しようとする有機膜に応じて適宜選択される有機材料を収容する坩堝が配置されている。そして、真空チャンバ内を真空雰囲気とし、坩堝内の有機材料を加熱して気化または昇華させ、坩堝の放出開口から所定の余弦則に従い飛散される有機分子を基板表面に付着、堆積させ、所定の膜厚の有機膜が成膜される。このとき、例えば真空チャンバ内壁への着膜を防止する防着板や、真空チャンバ内に配置されて基板に対する有機材料の飛散範囲を規制する規制板（遮蔽手段）といった各種の部品表面にも、気化または昇華した有機分子が付着、堆積して有機膜が成膜される。防着板や規制板といった部品は、一般に、ステンレスやアルミニウムといった金属材料で製作されている。
【0003】
ここで、上記のようにして有機膜を成膜する際、有機材料（即ち、有機材料の坩堝からの飛散分布）によっては、部品表面の特定箇所に有機材料が付着、堆積して有機膜が局所的に成長（より詳しくは、部品表面に直交する方向に凸状にのびるように成長）する場合があることが判明した。特に、坩堝の放出開口近傍に位置する部品表面にて有機膜が局所的に成長し、この成長した有機膜により坩堝の放出開口から所定の余弦則に従い飛散される有機分子の飛散経路が遮られると、成膜レートや膜厚分布の低下を招くという問題が生じる。このような場合、上記部品を頻繁に交換すればよいが、これでは、真空成膜装置を長時間に亘って連続稼働させることができない。
【0004】
そこで、本願発明者は、鋭意研究を重ね、次のことを知見するのに至った。即ち、上記有機膜の成膜に利用される有機材料の中には、気化または昇華した有機分子が部品表面に付着したとき、有機分子の分子配向方位が部品表面と直交する方向（法線方向）となるものが多く、このような有機分子の場合には、比較的短時間で有機膜が法線方向に凸状にのびるように成長し易いことを知見するのに至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平７－９８８６２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、長時間に亘って連続稼働が可能な真空成膜装置用の部品を提供することをその課題とする。
【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、真空雰囲気の真空チャンバ内で蒸着源から有機材料を気化または昇華させ、この気化または昇華した有機分子を成膜対象物表面に付着、堆積させて有機膜を成膜する際に、真空チャンバ内で蒸着源の周囲に配置されて、蒸着源より放出された前記有機分子がその表面に直接付着、堆積して有機膜が成長する本発明の真空成膜装置用の部品は、母材と、有機分子が付着する母材表面に所定の膜厚で形成されるＡｇまたはＡｕからなる分子配向制御膜とを有し、分子配向制御膜表面に広がるｄ電子雲またはπ電子雲と分子配向制御膜に付着する有機分子のπ電子雲との相互作用により、有機分子の分子配向方位を接線方向に向けて有機膜を接線方向に成長させるように構成したことを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、有機膜が成膜される部品表面に分子配向制御膜が形成されていないもの（従来品）と比較して、部品表面に成膜される有機膜の凸状にのびるような成長が抑制され、倍以上の時間、真空成膜装置を連続稼働できることが確認された。これは、本来、気化または昇華した有機分子が部品表面に付着したとき、有機分子の分子配向方位が法線方向となるものであっても、母材表面（即ち、有機膜が成膜される面）にＡｇ、Ａｕ、グラファイトまたはグラフェンといった分子配向制御膜が存在すると、分子配向制御膜表面に広がるｄ電子雲またはπ電子雲と、その表面に付着する有機分子のπ電子雲との相互作用により、有機分子の分子配向方位が接線方向となり、これにより、有機膜が接線方向へと成長し易くなって、法線方向への有機膜の成長が抑制されることに起因すると考えられる。また、分子配向制御膜表面に成膜された有機膜は、従来品と比較して高密度となっているため、部品表面の有機膜からのパーティクルの発生もより抑制でき、連続稼働をより一層長くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】（ａ）は、本実施形態の真空蒸着装置の構成を説明する、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】図１（ｂ）の一点鎖線で囲う符号ＩＩの部分を拡大して示す断面及び、部品表面を更に拡大した拡大模式図であり、（ａ）は、母材表面に分子が法線方向に垂直配向した状態、（ｂ）は、分子配向制御膜表面に分子が接線方向に垂直配向した状態、（ｃ）は、分子配向制御膜表面に分子が接線方向に水平配向した状態を模式的に示す。
【図3】本発明の効果を示す実験で成膜された有機膜のＸ線回折スペクトル。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して、真空成膜装置を真空蒸着装置Ｄｍとし、また、真空チャンバ内に存してその表面にも有機分子が付着、堆積して有機膜が成膜される本発明の真空成膜装置用の部品を真空チャンバ内に配置される防着板ＭＰとし、そ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、本実施形態の防着板ＭＰを備える真空蒸着装置である。真空蒸着装置Ｄｍは、ガラス基板などの成膜対象物（以下「基板Ｓｗ」という）表面に対して真空蒸着法により有機膜を成膜するものであり、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、真空チャンバ１内を所定圧力（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、蒸着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が真空チャンバ１内の一方向に所定速度で移動できるようになっている。基板搬送装置２としては、公知のものを利用できるため、これ以上の説明は省略する。また、以下においては、後述の蒸着源５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５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材料の基板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に蒸着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ものの他、ポリイミド等の樹脂製のものが用いられる。
【0013】
また、真空チャンバ１内には、真空チャンバ１内壁への着膜を防止する板状の防着版ＭＰが配置され、本実施形態の真空蒸着装置Ｄｍ用の部品を構成する。防着版ＭＰとしては、ステンレスやアルミニウムなどの金属製のものが用いられ、後述の蒸着源５のＹ軸方向両端を覆うように真空チャンバ１の底面に配置されている。そして、真空チャンバ１の底面には、基板Ｓｗに対向させて蒸着源５が設けられている。
【0014】
蒸着源５は、蒸着物質としての有機材料６を収容する収容箱５１を有する。有機材料６としては、基板Ｓｗに成膜しようとする有機膜に応じて適宜選択され、顆粒状またはタブレット状のものが利用される。収容箱５１内には、金属製の坩堝５２が設けられ、坩堝５２内に有機材料６が充填されるようになっている。坩堝５２と収容箱５１の底壁との間には、坩堝５２の外壁面をその全体に亘って覆うようにシースヒータ等の加熱手段５３が設けられている。収容箱５１の上面（基板Ｓｗとの対向面）５１ａには、所定高さの筒体で構成される放出開口５４がＹ軸方向に所定の間隔で複数本（本実施形態では、６本）列設され、各放出開口５４から、気化または昇華した有機材料（以下、これを「有機分子６１」という）が所定の余弦則に従い放出されるようになっている。
【0015】
上記真空蒸着装置Ｄｍにより基板Ｓｗの下面に所定の有機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５２に固体の有機材料６をその底面から所定高さ位置まで充填した後、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、加熱手段５３を作動させて有機材料６を加熱すると、有機材料６が気化または昇華して収容箱５１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開口５４から有機分子６１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、収容箱５１に対してＸ軸方向に相対移動する基板Ｓｗの下面に、各放出開口５４から所定の余弦則に従い放出された有機分子６１が付着、堆積して所定の有機膜が蒸着される。
【0016】
上記のようにして有機膜を成膜する際、放出開口５４からみて所定の余弦則による直接の有機分子６１の付着（入射）を受ける防着板ＭＰ表面にも、気化または昇華した有機分子６１が付着、堆積して、有機膜６２が成膜される。ここで、図２（ａ）に示すように、防着版ＭＰを構成するステンレスやアルミニウムなどの母材（金属）Ｂｍ表面に付着した有機分子６１の分子配向方位が、防着板ＭＰ表面と直交する方向（法線方向）であると、有機膜６２は法線方向に凸状にのびるように成長していく。そして、成長した有機膜６２により収容箱５１の放出開口５４から飛散される有機分子６１の飛散経路が遮られると、成膜レートや膜厚分布の低下を招く。
【0017】
本実施形態では、少なくとも放出開口５４からみて所定の余弦則による直接の有機分子６１の付着（入射）を受ける母材（金属）Ｂｍとしての防着板ＭＰの表面に、分子配向制御膜Ｃｍを形成することとした。分子配向制御膜Ｃｍとしては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、グラファイト及びグラフェンの中から選択したものが用いられる。この場合、分子配向制御膜Ｃｍの形成方法としては、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や、インクを用いる塗布法などを利用でき、また、分子配向制御膜Ｃｍの膜厚は、所謂連続膜となっていれば、特に制限されるものではない。
【0018】
これにより、Ａｇ、Ａｕ、グラファイトまたはグラフェンといった分子配向制御膜Ｃｍが存在すると、分子配向制御膜Ｃｍ表面に広がるｄ電子雲またはπ電子雲と、その表面に付着する有機分子６１のπ電子雲との相互作用により、図２（ｂ）または図２（ｂ）に示すように、有機分子６１の分子配向方位が接線方向となり、これにより、分子配向制御膜Ｃｍ表面に成膜される有機膜６２が接線方向へと成長し易くなって、法線方向への有機膜６２の成長が抑制される。その結果、有機膜６２が成膜される防着板ＭＰ表面に分子配向制御膜Ｃｍが形成されていないもの（即ち、図２（ａ）に示す有機分子６１の分子配向方位が法線方向となるもの）と比較して、防着板ＭＰ表面に成膜される有機膜６２の凸状にのびるような成長が抑制されるため、倍以上の時間、真空蒸着装置Ｄｍを連続稼働することができる。また、分子配向制御膜Ｃｍ表面に成膜された有機膜６２は、分子配向制御膜Ｃｍが形成されていないものと比較して高密度となるため、防着板ＭＰ表面の有機膜６２からのパーティクルの発生もより抑制でき、連続稼働をより一層長くすることができる。
【0019】
次に、上記真空蒸着装置Ｄｍを用いて次の評価を行った。即ち、有機材料６としてアミン誘導体を用い、真空チャンバ１内を所定圧力（１０－５Ｐａ）まで真空排気した後、加熱手段５３を稼働させて有機材料６を昇華させ、５０時間、連続成膜した。このとき、放出開口５４の近傍に位置し、放出開口５４からみて所定の余弦則による直接の有機分子６１の付着（入射）を受ける防着板ＭＰの表面に２枚のシリコンウエハ（試料１、試料２）を貼付しておいた。そして、一方の試料２には、シリコンウエハ表面に１０ｎｍの膜厚で分子配向制御膜Ｃｍとして金膜を真空蒸着法により予め形成しておいた。
【0020】
図３には、試料１，２に成膜された有機膜６２をＸ線回折分析（ＸＲＤ）により評価した結果が示されている。これによれば、分子配向制御膜Ｃｍに対応するピーク、有機分子６１の分子配向方位が接線方向である有機膜６２に対応するピークが観察され、有機分子６１の分子配向方位が図２（Ｃ）に示す接線方向となっていることが確認された。また、試料１，２に成膜された有機膜６２の膜厚を測定したところ、試料１と比較して試料２は半分程度の膜厚であり、試料２の膜密度は試料１と比較して２倍程向上したことが確認された。
【0021】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態においては、真空成膜装置として真空蒸着装置Ｄｍを例に説明したが、これに限定されるものではなく、スパッタリング法、プラズマ重合法、蒸着重合法等の有機膜を成膜する方法により、基板Ｓｗに有機膜を成膜する際に、チャンバ内に存して有機分子が着膜する部品にも本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、真空成膜装置Ｄｍ用の部品として防着板ＭＰを例に説明したが、真空チャンバ１内に存して有機分子６１が着膜される部品であれば、マスクプレートや規制板等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【0022】
Ｄｍ…真空蒸着装置、Ｓｗ…基板（成膜対象物）、ＭＰ…防着板（部品）、Ｂｍ…母材金属、Ｃｍ…分子配向制御膜、１…真空チャンバ、６…有機材料、６１…有機分子、６２…有機膜。
【図1】
【図2】
【図3】