特許 7503702 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】2024-06-12

(45)【発行日】2024-06-20

(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 20060101AFI20240613BHJP

【ＦＩ】

C23C14/24 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023502102

(86)(22)【出願日】2021-12-21

(86)【国際出願番号】 JP2021047233

(87)【国際公開番号】W WO2022181012

(87)【国際公開日】2022-09-01

【審査請求日】2023-02-13

(31)【優先権主張番号】P 2021027979

(32)【優先日】2021-02-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】梅原 政司

(72)【発明者】

【氏名】若松 宏典

(72)【発明者】

【氏名】中村 寿充

(72)【発明者】

【氏名】柳堀 文嗣

【審査官】宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５０１４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０１７０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０２４９９８（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、
蒸着物質が充填される坩堝と、坩堝の上面開口を塞ぐキャップ体と、坩堝とキャップ体との周囲に配置される誘導加熱コイルとを備え、キャップ体に加熱により気化または昇華した蒸着物質の通過を許容する放出部が設けられるものにおいて、
前記キャップ体は、前記放出部が設けられる蓋板部とこの蓋板部の外縁から下方に向けて立設した周壁部とを備え、周壁部の下端が前記坩堝の上端に着脱自在に嵌着され、周壁部の外表面に、上下方向または周方向にのびるように角部を持つ突条が複数本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】

前記キャップ体の周囲に位置する前記誘導加熱コイルの巻きピッチを前記坩堝の周囲に位置するものより小さく設定す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、誘導加熱方式で坩堝内の蒸着物質を加熱するものに関する。

【背景技術】

【0002】

この種の真空蒸着装置用の蒸着源は例えば特許文献１で知られている。このものは、蒸着物質が充填される坩堝と、坩堝の上面開口を塞ぐと共に加熱により気化または昇華した蒸着物質の通過を許容する放出ノズル（放出部）が設けられたキャップ体と、坩堝とキャップ体との周囲に配置される誘導加熱コイルとを備える。そして、真空雰囲気の真空チャンバ内で誘導加熱コイルに交流電流を通電すると、坩堝やキャップ体に誘導電流（渦電流）が流れるときの抵抗損失により発生するジュール熱で、坩堝やキャップ体が加熱され、坩堝の壁部からの伝熱やキャップ体からの輻射熱で坩堝内の蒸着物質が加熱される。

【0003】

ここで、坩堝内の蒸着物質を加熱したとき、坩堝内の蒸着物質は、放出ノズルを臨むその上層部分からしか気化または昇華しない。このため、キャップ体を含む坩堝の加熱時には、蒸着物質の上層部分のみを効率よく加熱しながら、坩堝内の下層部分に存する蒸着物質に過剰な熱負荷が加わって蒸着物質が熱劣化（有機材料の場合、熱分解や熱変性等）しないように、キャップ体の温度が高く、坩堝の下端に向かうに従い温度が低くなる温度勾配を持つことが望ましい（所謂トップヒート状態）。このような場合、シースヒータなどを利用した抵抗加熱方式のものでは、トップヒート状態を作り出し易いものの、誘導加熱方式のものでは、抵抗損失が誘導加熱コイルとの対向面積に応じて発生する。このため、対向面積が比較的大きい坩堝が優先的に加熱されることで、上層部分の蒸着物質が気化または昇華する温度に達するように坩堝全体を加熱すると、坩堝下部が過加熱状態（所謂ボトムヒート状態）となってしまうという問題がある。

【0004】

誘導加熱方式のものは、抵抗加熱式のものと比較して加熱の応答性がよく、しかも、蒸着終了後には短時間で放熱できるといった利点を有する。このため、キャップ体を含む坩堝をトップヒート状態にすることができる誘導加熱方式の蒸着源の開発が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００４－１３４２５０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、蒸着物質を充填した坩堝を誘導加熱方式で加熱すると、キャップ体を含む坩堝全体がトップヒート状態にな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、蒸着物質が充填される坩堝と、坩堝の上面開口を塞ぐキャップ体と、坩堝とキャップ体との周囲に配置される誘導加熱コイルとを備え、キャップ体に加熱により気化または昇華した蒸着物質の通過を許容する放出部が設けられ、前記キャップ体は、前記放出部が設けられる蓋板部とこの蓋板部の外縁から下方に向けて立設した周壁部とを備え、周壁部の下端が前記坩堝の上端に着脱自在に嵌着され、周壁部の外表面に、上下方向または周方向にのびるように角部を持つ突条が複数本設けられることを特徴とする。

【0008】

本発明によれば、真空雰囲気中の真空チャンバ内で誘導加熱コイルに交流電流を通電すると、坩堝やキャップ体に誘導電流（渦電流）が流れる。このとき、キャップ体の外面に角部を持つ突条を設けたことで、突条の角部（エッジ部）において抵抗損失が増大する。言い換えると、キャップ体に作用する磁束密度とキャップ体の材質とを同一したときの発熱量が、突条を設けない場合と比較して向上する。その結果、キャップ体を優先的に発熱させて、キャップ体を含む坩堝全体をトップヒート状態にすることができる。なお、本発明において、突条の「角部」といった場合、例えば、坩堝の長手方向に沿う突条の断面形状にて、突条が矩形の輪郭を持つ場合の他、抵抗損失を増加できる程度に丸みを帯びている（例えば、長円状の輪郭を持つ）ような場合も含む。

【0009】

また、本発明によれば、周壁部の外表面が凹凸を繰り返す形状になって渦電流が流れる距離が長くなることで抵抗損失がより一層増大され、キャップ体の発熱量を更に増大させてキャップ体を含む坩堝全体を確実にトップヒート状態にすることができる。

【0010】

ところで、キャップ体に突条を設けない場合に、キャップ体を含む坩堝をトップヒート状態とするため、キャップ体の周囲に位置する誘導加熱コイルの巻きピッチを前記坩堝の周囲に位置するものより小さく設定して、磁束密度に粗密を作り出すことが考えられるが、これでも、誘導加熱コイルに対向するキャップ体の対向面積が結局小さいため、トップヒート状態を作り出すまでには至らない。それに対して、本発明では、前記キャップ体の周囲に位置する前記誘導加熱コイルの巻きピッチを前記坩堝の周囲に位置するものより小さく設定しておけば、坩堝を流れる渦電流が小さくなるため、坩堝が加熱されることが抑制され、キャップ体を含む坩堝全体をより確実にトップヒート状態にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態の真空蒸着装置の構成を説明する部分斜視図。

【図2】本発明の第１実施形態の蒸着源の拡大断面図。

【図3】本発明の第１実施形態の変形例の部分拡大断面図。

【図4】本発明の第２実施形態の蒸着源の拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、被蒸着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の片面に蒸着して所定の薄膜を成膜する場合を例に本発明の蒸着装置用の蒸着源ＤＳ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。

【0013】

図１を参照して、Ｄｍは、本発明の第１実施形態の蒸着源ＤＳ_１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、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、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、公知のものを利用できるため、これ以上の説明は省略する。そして、真空チャンバ１の底面に、第１実施形態の蒸着源ＤＳ_１が基板Ｓｗの移動方向に間隔で複数個並設されている。

【0014】

図２も参照して、各蒸着源ＤＳ_１は、同一の構造を有し、開口３ａを上方に向けた姿勢で真空チャンバ１の底面に設置される有底円筒状の格納容器３を備える。そして、格納容器３内に坩堝４が格納されていると共に、格納容器３と坩堝４との間には誘導加熱コイル６が配置されている。

【0015】

坩堝４は、有底円筒状の形状を有し、格納容器３の下面に設置される。また、坩堝４には、その上面開口４ａを塞ぐように、キャップ体５が着脱自在に設けられる。キャップ体５は、複数の開口５１ａ（放出部５１ａ）が開設される蓋板部５１と、蓋板部５１の外縁から下方に向けて立設した周壁部５２とを備える。周壁部５２の下端には、上方に凹む凹部５２ａが形成され、この凹部５２ａに坩堝４の上端が嵌合することで、キャップ体５が坩堝４に着脱自在に嵌着されるようになっている（図２中、一点鎖線で囲う部分参照）。この場合、特に図示して説明しないが、坩堝４の上端には凸部が周方向に間隔を置いて設けられ、各凸部でキャップ体５の凹部５２ａに点接触するようになっている。坩堝４とキャップ体５とは、カーボン、グラファイト、チタン、ＳＵＳ、ボロンナイトライド（ＢＮ）等の導電性を有する材料や、ボロンナイトライド等のセラミックス材料の表面に金属膜やグラファイト膜を処理したもので構成される。

【0016】

また、図２中、一点鎖線で囲う部分はキャップ体５の周壁部５２を拡大したものであり、キャップ体５の周壁部５２の外表面には、突条５２ｂが上下方向に等間隔で複数個形成され、凹凸を繰り返す形状としている。各突条５２ｂは、例えば、周壁部５２に対するザグリ加工によって断面矩形の輪郭を有するように形成され、その周面全長に亘って連続するようにしている。この場合、突条５２ｂの数、突条５２ｂの周壁部５２の外表面からの高さｈと上下方向の幅ｗは、蒸着物質Ｖｍを加熱するときの温度、周壁部５２の面積、誘導加熱コイル６との間の距離（誘導加熱コイル６に接触させない）や、加工性等を考慮して適宜設定され、例えば、高さｈは１００μｍ以上、幅ｗは０．１～１０ｍｍの範囲に設定される。

【0017】

坩堝４内には、内坩堝部４１が格納されている。内坩堝部４１は、耐熱性を有し且つ比較的熱伝導率が小さい材料、例えば、セラミックス、チタン、ＳＵＳ製である。そして、内坩堝部４１に蒸着物質Ｖｍが充填される。蒸着物質Ｖｍとしては、基板Ｓｗに成膜しようとする薄膜に応じて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。なお、本実施形態では、内坩堝部４１を備え、内坩堝部４１に蒸着物質Ｖｍを充填するものを例に説明するが、坩堝４内に内坩堝部４１を設けず、坩堝４に蒸着物質Ｖｍを充填するようにしてもよい。

【0018】

坩堝４とキャップ体５との周方向全体に亘って覆うように所定の巻きピッチで巻回された誘導加熱コイル６は、図外の交流電源に電気的に接続されている。そして、交流電源により真空雰囲気の真空チャンバ１内で誘導加熱コイル６に交流電流を通電すると、坩堝４やキャップ体５に誘導電流（渦電流）が流れるときの抵抗損失により発生するジュール熱で、坩堝４やキャップ体５が加熱される。本実施形態では、誘導加熱コイル６の巻きピッチは、キャップ体５の周囲に位置するものＰｈ１が、坩堝４の周囲に位置するものＰｈ２より小さく設定される。

【0019】

以上によれば、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場合、真空雰囲気中の真空チャンバ１内で誘導加熱コイル６に交流電源を通電すると、坩堝４及びキャップ体５に誘導電流（渦電流）が流れる。このとき、キャップ体５の外面に角部を持つ突条５２ｂを設けたことで、突条５２ｂの角部（エッジ部）において抵抗損失が増大し、キャップ体５に作用する磁束密度とキャップ体５の材質とを同一したときの発熱量が、突条５２ｂを設けない場合と比較して向上する。その結果、キャップ体５を優先的に発熱させて、キャップ体５を含む坩堝全体をトップヒート状態にすることができる。

【0020】

また、本発明によれば、キャップ体５の周壁部５２の外表面に、周方向にのびる複数本の突条５２ｂを設けたことで、渦電流が流れる距離が長くなることで抵抗損失がより一層増大され、キャップ体５の発熱量を更に増大させてキャップ体５を含む坩堝全体を確実にトップヒート状態にすることができる。しかも、キャップ体５の周囲に位置する誘導加熱コイル６の巻きピッチＰｈ１を坩堝４の周囲に位置するものＰｈ２より小さく設定したことで、坩堝４を流れる渦電流が小さくなるため、坩堝４が加熱されることが抑制され、キャップ体５を含む坩堝全体をより確実にトップヒート状態にすることができる。

【0021】

上記効果を確認するため、上記蒸着源ＤＳ_１を用いて次の評価を行った。即ち、坩堝４及びキャップ体５としてチタン製のものを用いて、キャップ体５の周壁部５２に、周壁部５２の外表面からの高さｈが１００μｍ、上下方向の幅ｗが２．０ｍｍの突条５２ｂを、周方向全体に亘って複数本の突条を設けて、坩堝４及びキャップ体５の抵抗損失を評価した。このとき、キャップ体５の周囲に位置する誘導加熱コイル６の巻きピッチＰｈ１を１０ｍｍ、坩堝４の周囲に位置する誘導加熱コイル６の巻きピッチＰｈ２を３０ｍｍに設定し、２００ｋＨｚの周波数で２０Ａを通電した。なお、比較実験として、キャップ体５の周壁部に突条を設けないものを用いて、坩堝４及びキャップ体５の抵抗損失を評価した。

【0022】

比較実験では、坩堝４の抵抗損失が８．４Ｗ／ｍ^３、キャップ体５の抵抗損失が４．２Ｗ／ｍ^３であり、キャップ体５の抵抗損失が坩堝４の抵抗損失よりも小さい。それに対し、発明実験では、坩堝４の抵抗損失が３．２Ｗ／ｍ^３、キャップ体５の抵抗損失が８．６Ｗ／ｍ^３であり、キャップ体５の抵抗損失が坩堝４の抵抗損失よりも大きくなり、トップヒート状態となることが確認された。

【0023】

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。上記第１実施形態の蒸着源ＤＳ_１では、周壁部５２の外表面に、上下方向（坩堝４の長手方向）に沿う突条５２ｂの断面形状にて、矩形の輪郭を持つと共に周方向にのびる突条５２ｂを複数個設けたものを例に説明したが、突条５２ｂを設ける位置は、これに限定されるものではなく、例えば、突条を蓋板部５１の外表面に設けることもできる。また、突条の形状は、誘導電流（渦電流）が流れるときの抵抗損失を増大させることができると共に、一定以上長さを有していれば、これに限定されるものではなく、例えば、突条５２ｂの形状を、抵抗損失を増加できる程度に丸みを帯びている断面形状としてもよい。

【0024】

即ち、同一の部材または要素につき同一の符号を付した図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、変形例に係る蒸着源では、突条の断面形状が、抵抗損失を増加させる程度に丸みを帯びた長円形状（図３（ａ）中の突条５２ｃ）や、面取り面を有する断面略五角形状（図３（ｂ）中の突条５２ｄ）であってもよい。これらの角部の形状でも、周壁部５２の外表面が凹凸を繰り返す形状になり、渦電流が流れる距離が長くなることで抵抗損失が増大され、キャップ体５の発熱量を増大させることができる。

【0025】

また、上記第１実施形態の蒸着源ＤＳ_１では、周壁部５２の周方向に複数の突条５２ｂがのびるものを例に説明したが、突条のパターンはこれに限定されない。同一の部材または要素につき同一の符号を付した図４を参照して、第２実施形態に係る蒸着源ＤＳ_２では、周壁部５２の上下方向に各突条５２ｅがのびるパターンで複数の突条を設けた。なお、図４中、一点鎖線で囲う部分はキャップ体５の周壁部５２を上方から見た拡大図である。また、周方向にのびる各突条５２ｂと上下方向にのびる各突条５２ｅとが交差する格子状のパターンや、周壁部５２の母線回りに螺旋状のパターンで設けることもできる。

【0026】

また、上記第１実施形態では、誘導加熱コイル６の巻きピッチを、キャップ体５の周囲に位置するものＰｈ１を坩堝４の周囲に位置するものＰｈ２より小さく設定したものを例に説明したが、これに限定されず、誘導加熱コイル６の巻きピッチを、キャップ体５の周囲に位置するものと坩堝４の周囲に位置するものとで同じ巻きピッチで設定してもよい。

【符号の説明】

【0027】

Ｄｍ…真空蒸着装置、ＤＳ_１，ＤＳ_２…蒸着源、Ｓｗ…基板（被蒸着物）、Ｖｍ…蒸着物質、１…真空チャンバ、４…坩堝、４ａ…上面開口、５…キャップ体、５１…蓋板部、５１ａ…放出部、５２…周壁部、５２ｂ～５２ｅ…突条、６…誘導加熱コイル、Ｐｈ１…キャップ体の周囲に位置する誘導加熱コイルの巻きピッチ、Ｐｈ２…坩堝の周囲に位置する誘導加熱コイルの巻きピッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】