JP2019189901A - 真空蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着物質が付着、堆積しても、昇華または気化した蒸着物質の被蒸着物に向かう飛散経路を遮ることが可及的に抑制されるようにした規制板を有する真空蒸着装置を提供する。【解決手段】本発明の真空蒸着装置ＤＭは、真空チャンバ１内に蒸着源４を備え、真空雰囲気中にてこの蒸着源で蒸着物質５を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被蒸着物に蒸着する。真空チャンバ内に設けた支持体６で片持ち支持されて、蒸着源から被蒸着物Ｓｗに向けて飛散する蒸着物質の飛散範囲を規制する規制板７を更に備え、規制板のうち蒸着源側を向く一方の面を下面７１、その他方を上面７２として、規制板の自由端に、下面と鈍角α１で且つ上面端部と鋭角α２で交差する傾斜面７３が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、真空チャンバ内に蒸着源を備え、真空雰囲気中にてこの蒸着源で蒸着物質を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被蒸着物に蒸着する真空蒸着装置に関し、より詳しくは、蒸着源から被蒸着物に向けて飛散する蒸着物質の飛散範囲を規制する規制板を更に備えるものに関する。

この種の真空蒸着装置は例えば特許文献１で知られている。このものは、真空チャンバを有し、真空チャンバの底部には、成膜しようとする薄膜に応じて適宜選択される蒸着物質が収容される蒸着源としてのルツボが配置されている。そして、真空雰囲気中の真空チャンバ内で一方向に所定速度で被蒸着物を移動させながら、蒸着源にて蒸着物質を加熱することで昇華または気化させ、この昇華または気化した、蒸着源から飛散する蒸着物質を被蒸着物に付着、堆積させて所定膜厚の薄膜が蒸着されるようにしている。このとき、真空チャンバ内で被蒸着物と蒸着源との間に位置させて規制手段（遮蔽手段）を設け、昇華または気化させた蒸着物質の被蒸着物への蒸着領域を規制するようにしている。規制手段としては、蒸着源の周囲に位置させて真空チャンバの底部に立設した支柱で片持ち支持される板状部材（規制板）が用いられる。

ここで、蒸着時に蒸着源から飛散した蒸着物質は、被蒸着物だけでなく、規制板のうち蒸着源側を向く一方の面やその側面にも付着、堆積するが、通常は、蒸着源に近い規制板の自由端側でその堆積量が最も多くなり易い。すると、規制板の一方の面から自由端に位置する規制板の側面にかけて蒸着物質が堆積し、この堆積物が昇華または気化した蒸着物質の被蒸着物に向かう飛散経路を遮るように膨出する。このため、この膨出した堆積物によって被処理物における蒸着領域が狭く制限されてしまうという不具合が生じる。このような場合、板状部材を頻繁に交換する必要が生じ、これでは、量産性が損なわれる。

特開平７−９８８６２号公報

本発明は、以上の点に鑑み、蒸着物質が付着、堆積しても、昇華または気化した蒸着物質の被蒸着物に向かう飛散経路を遮ることが可及的に抑制されるようにした規制板を有する真空蒸着装置を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、真空チャンバ内に蒸着源を備え、真空雰囲気中にてこの蒸着源で蒸着物質を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被蒸着物に蒸着する本発明の真空蒸着装置は、真空チャンバ内に設けた支持体で片持ち支持されて、蒸着源から被蒸着物に向けて飛散する蒸着物質の飛散範囲を規制する規制板を更に備え、規制板のうち蒸着源側を向く一方の面を下面、その他方を上面として、規制板の自由端に、下面と鈍角で且つ上面端部と鋭角で交差する傾斜面が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、真空チャンバ内で被蒸着物と蒸着源との間に位置させると共に、自由端側で昇華または気化させた蒸着物質の被蒸着物への蒸着領域を規制するように規制板を配置した状態で被蒸着物に対して蒸着すると、蒸着源から飛散した蒸着物質は、規制板のうち蒸着源側を向く規制板の一方の面及び傾斜面にも付着、堆積するが、規制板の側面が省略されるように傾斜面が形成されているため、この堆積物が昇華または気化した蒸着物質の被蒸着物に向かう飛散経路を遮るように膨出することが可及的に抑制される。その結果、堆積物によって被処理物における蒸着領域が狭く制限されるといった不具合が抑制され、規制板の交換頻度を上記従来例ものより大幅に少なくすることができる。

ここで、蒸着源から飛散した蒸着物質が規制板に所定以上の厚さで堆積したとき、この堆積物が例えばパーティクルの発生源となる等の不具合が生じるため、所定の成膜時間を超えると、規制板を交換する必要がある。このとき、その都度、真空チャンバを大気開放して交換するのでは、量産性が損なわれる。本発明において、前記支持体が、前記蒸着源が設置される真空チャンバの壁面に立設された支柱で構成される場合、前記支柱に規制板の複数枚が取り付けられ、各規制板を蒸着物質の飛散範囲を制限しない退避位置に夫々移動させる移動手段を更に設ける構成を採用してもよい。また、前記支持体が回転軸を有し、この回転軸を回転駆動する駆動モータを設けられている場合、前記規制板の複数枚が回転軸回りに間隔を存して取り付けられている構成を採用してもよい。更に、前記支持体が複数本のローラとローラの周囲に無端状に巻き掛けられた搬送ベルトとを有する場合、前記規制板の複数枚が搬送ベルトに間隔を存して取り付けられている構成を採用してもよい。これにより、真空チャンバを大気開放して規制板を交換する頻度を少なくでき、高い量産性を達成することができる。

本発明の実施形態の規制板を備える真空蒸着装置を模式的に示す断面図。 （ａ）は従来例の規制板への蒸着物質の堆積を説明する拡大図、（ｂ）は本実施形態の規制板への蒸着物質の堆積を説明する拡大図。 図１に示す真空蒸着装置の一部を拡大して示す部分断面図。 複数枚の規制板を設ける場合の変形例を説明する図。 複数枚の規制板を設ける場合の他の変形例を説明する図。 複数枚の規制板を設ける場合の更に他の変形例を説明する図。

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）、蒸着物質５を、液相を経て気相に転移する金属等の材料とし、基板Ｓｗの一方の面に所定の薄膜を蒸着する場合を例に本発明の真空蒸着装置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、真空蒸着装置の設置姿勢を示す図１を基準にする。

図１を参照して、ＤＭは、本実施形態の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、蒸着源４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、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する図１中の上下方向をＺ軸方向とする。

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４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４が設けられている。

蒸着源４は蒸着物質５を収容する収容箱４１を有する。蒸着物質５としては、基板Ｓｗに成膜しようとする薄膜に応じて金属や樹脂等の材料から適宜選択され、顆粒状またはタブレット状のものが利用される。収容箱４１の下部には、金属製の受け皿４２が設けられ、受け皿４２上に蒸着物質５が設置されるようになっている。受け皿４２と収容箱４１の底壁との間には加熱手段（図示せず）が設けられ、受け皿４２を介して蒸着物質５が気化温度まで加熱されるようになっている。加熱手段としては、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、このような加熱手段は収容箱４１の外側に配置することもできる。なお、特に図示して説明しないが、収容箱４１内には、受け皿４２の上方に位置させて分散板が設けられ、気化した蒸着物質５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。

収容箱４１の上面（基板Ｓｗとの対向面）４１ａには、所定高さの筒体で構成される、気化した蒸着物質５を噴射する噴射ノズル４３ａ，４３ｂ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。この場合、Ｙ軸方向両端に位置する２本の噴射ノズル４３ａは、その孔軸がＺ軸方向に対して所定角度でＹ軸方向外方に傾斜するように立設され、それ以外の各噴射ノズル４３ｂは、Ｚ軸方向に沿って立設されている。なお、噴射ノズル４３ａ，４３ｂの本数及び相互間の間隔、傾斜させる噴射ノズル４３ａ，４３ｂの本数及びその傾斜角、各噴射ノズル４３ａ，４３ｂのノズル径や、上面４１ａからノズル先端までの高さは、例えば基板Ｓｗに蒸着したときのＹ軸方向の膜厚分布や、蒸着中の（上面４１ａに堆積したものによる）ノズル詰まりの回避を考慮して適宜設定される。

また、真空チャンバ１の底面には、蒸着源４のＹ軸方向両側に位置させて支持体としての支柱６が夫々立設され、その先端部には、上下方向で基板Ｓｗと蒸着源４との間に位置させて規制板７が片持ち支持されている。そして、真空雰囲気中の真空チャンバ１内で収容箱４１の受け皿４２上に設置した固体の蒸着物質５を加熱すると、蒸着物質５が液相を経て気相に転移し、この気化した蒸着物質５が各噴射ノズル４３ａ，４３ｂ内を通って基板Ｓｗに向けて飛散し、蒸着物質５が付着、堆積して蒸着される。このとき、規制板７により気化させた蒸着物質５の基板Ｓｗへの蒸着領域が規制され（つまり、Ｙ軸方向両端に位置する噴射ノズル４３ａと基板ＳｗのＹ軸方向両端とを結ぶ規制線ＲｌよりＹ軸方向への蒸着物質５の飛散が制限され）、例えば、基板ＳｗにおけるＹ軸方向に沿う膜厚分布を均等にできるようになっている。

ところで、蒸着時に蒸着源４から飛散した蒸着物質５は、基板Ｓｗの下面だけでなく、規制板７のうち蒸着源４側を向く下面やその側面にも付着、堆積するが、通常は、蒸着源４に近い規制板７の自由端側でその堆積量が最も多くなる。この場合、従来例の規制板７０では、図２（ａ）に示すように、その下面７０ａからＹ軸方向に位置する自由端側の側面７０ｂにかけて蒸着物質５が堆積し、この堆積物５１が、蒸着源４から飛散した蒸着物質５の基板Ｓｗに向かう飛散経路を遮るように（即ち、規制線Ｒｌを跨いでＹ軸方向内方まで）膨出する。このため、この膨出した堆積物５１によって基板Ｓｗにおける蒸着領域が狭く制限されてしまうという不具合が生じる。

そこで、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、規制板７の自由端に、規制板７のうち蒸着源４側を向くその下面７１と鈍角で且つ上面７２の端部と鋭角で交差する傾斜面７３を形成することとした（つまり、Ｙ軸方向に位置する規制板７の自由端側の側面が省略されるようにした）。この場合、規制板７の下面７１と傾斜面７３とが交差するときの角度α１が、５度〜４５度の範囲内であることが好ましい。これにより、蒸着源４から飛散した蒸着物質５は、規制板７の下面７１や傾斜面７３にも付着、堆積するが、この堆積物５１が、蒸着源４から飛散した蒸着物質５の基板Ｓｗに向かう飛散経路を遮るように（即ち、規制線Ｒｌを跨いでＹ軸方向内方まで）膨出することが可及的に抑制される。その結果、堆積物５１によって基板Ｓｗにおける蒸着領域が狭く制限されるといった不具合が抑制され、規制板７の交換頻度を上記従来例ものより大幅に少なくすることができる。

ところで、蒸着源４の噴射ノズル４３ａ，４３ｂから飛散した蒸着物質５が規制板７の下面７１や傾斜面７３に所定以上の厚さで堆積したとき、この堆積物５１が例えばパーティクルの発生源となる等の不具合が生じる。このため、所定の成膜時間を超えると、規制板７を交換する必要があるが、その都度、真空チャンバ１を大気開放して交換するのでは、量産性が損なわれる。本実施形態では、図３に示すように、支柱６の上端部に、同一形態を持つ複数枚の規制板７が片持ち支持されるようにしている。支柱６には、この支柱６から真空チャンバ１のＹ軸方向内方に向けて出没自在な支持竿８１を有する２個のアクチュエータ８ａ，８ｂが上下方向に間隔を存して設けられている。この場合、各アクチュエータ８ａ，８ｂは、規制板７の面積（つまり、Ｘ軸方向の長さ）に応じて、Ｘ軸方向に間隔を置いて複数設けることができ、また、支持竿８１の先端にＸ軸方向に長手のものを更に設けることもできる。各アクチュエータ８ａ，８ｂとしては、空気式や電動式など公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明は省略する。

下方に位置する第１アクチュエータ８ａは、最下段に位置する規制板７のみを支持し、この状態では、規制板７の自由端が、規制線Ｒｌ上に位置するようになっている。また、第１アクチュエータ８ａより上方に位置する支柱６の部分は、Ｙ軸方向外方に向けて傾斜され、この傾斜させた支柱６の部分に第２アクチュエータ８ｂが設けられている。第２アクチュエータ８ｂの支持竿８１は、複数枚の規制板７が重ねられた状態で支持し、この状態では、各規制板７の自由端が規制線Ｒｌ上から所定間隔を存するようにＹ軸方向外方にオフセットされ、蒸着源４から飛散した蒸着物質５の基板Ｓｗに向かう飛散経路を遮らないようになっている（図１参照）。そして、第１アクチュエータ８ａで支持された最下段に位置する規制板７に所定以上の堆積物５１が形成されると、第１アクチュエータ８ａの支持竿８１が没入位置に移動され、その規制板７が支柱６に案内されて真空チャンバ１の底面（退避位置）まで移動される。

次に、第１アクチュエータ８ａの支持竿８１を突出位置（図３に示す状態）に移動させた後、第２アクチュエータ８ｂの支持竿８１を没入位置に移動させると、第２アクチュエータ８ｂで支持された規制板７のうち最下段のものが下降して第１アクチュエータ８ａで支持される（成膜位置）。本実施形態では、支柱６に設けられる各アクチュエータ８ａ，８ｂが各規制板７を蒸着物質の飛散範囲を制限しない退避位置に夫々移動させる移動手段を構成する。以降、この操作が繰り返されて、最上段に位置する規制板７に所定以上の堆積物５１が形成されるまで長時間にわたって規制板７により気化させた蒸着物質５の基板Ｓｗへの蒸着領域が規制される。これにより、堆積物５１に起因した規制板７自体の交換頻度を少なくできることと相俟って、真空チャンバ１を大気開放して各規制板７を交換する頻度を少なくでき（メンテナンスサイクルを長くでき）、高い量産性を達成することができる。

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、蒸着源４として、収容箱４１の上面４１ａに噴射ノズル４３を列設したもの（所謂ラインソース）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、蒸着源４がルツボで構成されるような場合も本発明は適用可能である。また、上記実施形態では、蒸着源４のＹ軸方向両側に規制板７を配置して蒸着物質５の基板Ｓｗへの蒸着領域を規制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い。特に図示して説明しないが、例えば上記蒸着源４にて収容箱４１の上面４１ａに支柱を立設し、上記と同様にしてこの支柱に複数枚の規制板を設け、いずれかの噴射ノズル４３ａ，４３ｂからの蒸着物質５の飛散範囲を規制するものにも本発明は適用できる。

また、上記実施形態では、規制板７を片持ち支持する支持体として支柱６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、例えば、真空チャンバ１の内側壁で規制板７を支持することができ、そのような場合には真空チャンバ１の内側壁に移動手段が設けられる。また、移動手段として２個のアクチュエータ８ａ，８ｂを用いるものを例に説明したが、所定以上の堆積物５１が形成された規制板７を支柱６に沿って退避位置に移動できるものであれば、その形態は問わない。

図４に示す変形例では、Ｘ軸方向に間隔を存して２本の板状の支柱６０が真空チャンバ１に立設され、両支柱６０には、複数本の回転軸６１がＺ軸方向に間隔を存して軸支され、各回転軸６１に規制板７が揺動自在に取り付けられている。そして、規制板７に所定以上の堆積物５１が形成されると、移動手段としての駆動モータＤｍで回転軸６１を回転駆動させて、各規制板７を真空チャンバ１の内側壁に重なる位置（退避位置）に夫々移動できるようにしている。この場合、堆積物５１が形成された各規制板７を真空チャンバ１の内側壁に沿って重ねることができるように、各回転軸６１は、Ｚ軸方向上方に向かうに従い、Ｙ軸方向内方に向けて偏心されている。また、未使用の規制板７が蒸着源４から飛散した蒸着物質５の基板Ｓｗに向かう飛散経路を遮らないように規制板７のＹ軸方向の長さは、Ｚ軸方向上方に向かうに従い、短くなるように設定されている。

また、図５に示す他の変形例では、真空チャンバ１内にＸ軸方向にのびる単一の回転軸９０が設けられ、回転軸９０の周囲に、周方向に間隔を置いて複数枚の規制板７が設けられている。そして、一の規制板７に所定以上の堆積物５１が形成されると、移動手段としての駆動モータＤｍで回転軸９０を所定角だけ回転駆動させて、次の規制板７により、蒸着物質５の基板Ｓｗへの蒸着領域が規制されるようにしている。

更に、図６に示す更に他の変形例では、真空チャンバ１内にＹ軸方向に間隔を置いてＸ軸方向にのびる少なくとも２個のローラ９１と、各ローラ９１の周囲に無端状に巻き掛けられた搬送ベルト９２とを備え、搬送ベルト９２に間隔をおいて複数枚の規制板７を設けている。そして、一の規制板７に所定以上の堆積物５１が形成されると、図示省略のモータでローラ９１を間欠的に回転駆動させて、次の規制板７により、蒸着物質５の基板Ｓｗへの蒸着領域が規制されるようにしている。

ＤＭ…真空蒸着装置、１…真空チャンバ、４…蒸着源、５…蒸着物質、５１…蒸着物質の堆積物、６…支柱（支持体）、７…規制板、７１…規制板の下面、７２…規制板の上面、７３…傾斜面、８ａ、８ｂ…アクチュエータ（移動手段）、９１…ローラ、９２…搬送ベルト、Ｄｍ…駆動モータ、Ｓｗ…基板（被成膜物）。

Claims (4)

1. 真空チャンバ内に蒸着源を備え、真空雰囲気中にてこの蒸着源で蒸着物質を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被蒸着物に蒸着する真空蒸着装置であって、
   真空チャンバ内に設けた支持体で片持ち支持されて、蒸着源から被蒸着物に向けて飛散する蒸着物質の飛散範囲を規制する規制板を更に備えるものにおいて、
   規制板のうち蒸着源側を向く一方の面を下面、その他方を上面として、規制板の自由端に、下面と鈍角で且つ上面端部と鋭角で交差する傾斜面が形成されていることを特徴とする真空蒸着装置。
2. 請求項１記載の真空蒸着装置であって、前記支持体が、前記蒸着源が設置される真空チャンバの壁面に立設された支柱で構成されるものにおいて、
   前記支柱に規制板の複数枚が取り付けられ、各規制板を蒸着物質の飛散範囲を制限しない退避位置に夫々移動させる移動手段を更に設けたことを特徴とする真空蒸着装置。
3. 請求項１記載の真空蒸着装置であって、前記支持体が回転軸を有し、この回転軸を回転駆動する駆動モータを設けたものにおいて、
   前記規制板の複数枚が回転軸回りに間隔を存して取り付けられていることを特徴とする真空蒸着装置。
4. 請求項１記載の真空蒸着装置であって、前記支持体が複数本のローラとローラの周囲に無端状に巻き掛けられた搬送ベルトとを有するものにおいて、
   前記規制板の複数枚が搬送ベルトに間隔を存して取り付けられていることを特徴とする真空蒸着装置。

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