JP4454606B2 - 蒸発源 - Google Patents

Description

本発明は、蒸着装置のヒータ及びこれを採用した蒸発源に関し、より詳細には、るつぼの温度均一性を確保することによって基板に蒸着される材料の成膜厚さを一定にして、蒸着が施される素子の歩留まりと生産性を向上させることができるヒータ及びこれを採用した蒸発源に関するものである。

基板に薄膜を形成する方法としては、真空蒸着法（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）と、イオンプレーティング法（Ｉｏｎ−Ｐｌａｔｉｏｎ）及びスパッタリング法（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のような物理的気相成長法（ＰＶＤ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）と、ガス反応による化学的気相成長法（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などがある。

一般的に、半導体素子や有機電界発光素子、あるいは光学コーティングなどが必要とされるその他の多くの分野においては、真空蒸着法を使用して薄膜（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ）を形成しているが、真空蒸着法を利用する蒸発源として間接加熱方式または誘導加熱方式の蒸発源が広く使用されている。

前記間接加熱方式の蒸発源は、るつぼに収容された蒸着物質を所定の温度（例えば、Ａｌの場合は約１２００℃）に加熱して蒸着物質を蒸発させるので、通常、前記蒸着源には、前記るつぼを加熱するためのヒータが具備され、加熱されたるつぼから放出される蒸着物質を基板に噴射するためのノズル部が具備されている。

ところで、間接加熱方式の場合、スパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの場合に比べて大面積の蒸着が難しいという短所がある。したがって、大面積の蒸着のために多数の蒸発源を線形に配置したり、線形の蒸発源を使用したりする。

図１は従来の線形蒸発源の一例を概略的に示した斜視図であり、図２は従来の直方体形のるつぼを示した斜視図である。前記蒸発源１００は、略直方体形状のハウジング１１０と、前記ハウジング１１０の内部に設置されるるつぼ１２０と、このるつぼ１２０を加熱させるためのヒータ（図示せず）と、このヒータを囲む断熱部（図示せず）と、蒸着物質を外部に噴射させるための、前記るつぼ１２０に連通した噴射ノズル１４０が具備されたノズル部を含む。

前記るつぼ１２０内で蒸発した蒸着物質を噴射するための噴射ノズル１４０の先端には、蒸着物質の熱を遮断するための第１の熱遮断板１８０が設置されて、この第１の熱遮断板１８０の上部及び下部に、ハウジング１１０の周囲への蒸着物質の広がりと放射熱の拡散を防止するための第２の熱遮断板１９０が突設される。

また、蒸発源１００の一側面には前記噴射ノズル１４０から噴射された蒸着物質の蒸着の厚さを測定するための厚さ測定器１４２が設置される。

前記るつぼ１２０は最適の収容空間を有するように略直方体形状に形成されてハウジング１００に内蔵され、前記噴射ノズル１４０は基板の均一な成膜厚さを確保するための任意の間隔で配置されることが望ましい。

前記るつぼ１２０には蒸着物質が収容されるもので、このるつぼ１２０を加熱するためにるつぼ１２０の周辺にヒータが配置されるが、前記ヒータは必要に応じてるつぼ１２０の上面及び下面の両方に設置されることも、上面と下面のうちの一箇所に設置されることもできる。

図３は従来のヒータを示した斜視図である。

図３のように、前記ヒータ１３０は直方体形状のるつぼ１２０を加熱させるために使用されるもので、所定の幅、高さ及び長さを有して製作されるが、最低限るつぼ１２０の一面をカバーすることができる程度の大きさであればよく、必要に応じてるつぼ１２０が内部に収容可能に製作されることもできる。

また、前記ヒータ１３０に電気を印加させるためにヒータ１３０に接触させられる電線及び、この電線に電源を供給するための電源供給部が用意され、電源を安全に供給するために前記電源供給部の外郭を取り囲むようにケース（図示しない）が設置されることが望ましい。

このような従来のヒータ１３０は、図面から分かるように、一定のピッチ（Ｐｉｔｃｈ）間隔で蛇行した形状からなり、このような形状によれば、熱伝導及び抵抗等を考慮することにより単位面積当たり最大限の熱を発生させることができる。

しかし、前記のように同一のピッチ間隔で蛇行する形状のヒータ１３０の場合、前記ヒータ１３０に外部電源が印加されて発熱する過程で、るつぼ１２０全体が均一に加熱されることができず、中央部分の発熱量が両端部分より大きくなることにより、るつぼの中央部分での蒸発のみが円滑に行われ基板に蒸着される成膜厚さの均一性が悪化するという問題点があった。

すなわち、るつぼの中央部分の温度が左右両側の端部よりも高くなるため、蒸着時に基板の中央部は厚く蒸着されて両端部は薄く蒸着されるという問題点があった。

一方、従来のフレキシブルディスプレイ製造用フィルムトレイに関する技術を記載した文献としては、下記特許文献１等がある。
米国特開第２００４−１００３５３６６Ａ１号明細書

前記問題点を勘案して案出された本発明は、発熱体であるヒータの温度分布を均一にしてヒータの中央部と両端部との間の温度差を小さくすると共に、蒸着材料の蒸発を均一化させて基板に蒸着される材料の成膜厚さが均一になるヒータ及びこれを採用した蒸発源を提供することをその目的とする。

前記のような目的を達成するための蒸発源は、ハウジングと、前記ハウジングに内蔵されて蒸着物質を収容するるつぼと、前記るつぼを加熱するためにるつぼの上面と下面のうちの少なくとも一箇所に設置される板状のヒータであって、蛇行して伸びる長さ方向の中央部において蛇行する回数が蛇行して伸びる長さ方向の両端部において蛇行する回数よりも少なく、蛇行によって形成される間隙が前記中央部よりも前記両端部において狭くなるように形成されるヒータと、前記るつぼで蒸発された蒸着物質を基板へ噴射するための複数の噴射ノズルを含むノズル部と、が含まれてなり、前記複数の噴射ノズルは、前記蒸着物質が噴射される方向を含む面と前記ヒータが設置される面とが平行となるように、前記ヒータが蛇行して伸びる長さ方向に配列される。

前記のように構成された本発明によれば、ヒータ全体の温度分布を均一にしてヒータの中央部と両端部との間の温度差を小さくすると共に、蒸着材料蒸発を均一化して基板に蒸着される材料の成膜厚さを均一にする效果がある。

したがって、蒸着が施される素子の歩留まりと生産性を向上させることができるという效果がある。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野における通常の知識を持った者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は、その他のいろいろな形態で具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されない。

図４は本発明の一実施形態によるヒータを示した平面図であって、前記ヒータ２３０は直方体形状のるつぼを加熱させるために使用されるもので、所定の幅、高さ及び長さを有するが、最低限るつぼの一面をカバーすることができる程度の大きさであればよく、必要に応じてるつぼの上面及び下面にそれぞれ設置されることもでき、上面と下面のうちの少なくとも一箇所に設置されることもできる。

前記ヒータ２３０は平板状に形成されて、ヒータ２３０に電気を印加させるために設置される電源供給部（図示しない）によって前記るつぼ内部に充填された物質を加熱させて蒸発させる。

すなわち、前記ヒータ２３０全体の発熱量の分布が均一化することによって始めて、前記るつぼ内の蒸着物質に均一に熱が伝達されて均一に蒸発が行われる。その結果、基板に蒸着物質が均一に蒸着されるようになる。

しかし、通常の線形のヒータにおいては、ヒータの長さ方向の中央部分では温度が高く、両端部は温度が低くなり、このような傾向は温度が高くなるほど大きくなる。これは、発熱体であるヒータの両端部と連結されている電極部分へ熱量が流れ出ることが主な理由である。

これを解決するために線形のヒータの発熱量が中央部分よりも両端部で大きくなるようにして全体的な温度の均一性を確保することが必要である。このように両端部の発熱量を増加させることによって一定の温度均一性を得ることができる。

したがって、本発明のヒータ２３０は、図４に示したように、蛇行する部分のピッチ間隔を一定にせずに、ピッチ間隔を不均一にして、ヒータ２３０の発熱量が両端部でより大きくなるようにして全体的な温度の均一性を確保するような構成を有する。

すなわち、前記ヒータ２３０の中央部は蛇行する回数が少なくピッチ間隔ａが広くなるように形成され、両端部はピッチ間隔ｂが狭くなるように形成される。

ここで、前記中央部のピッチａの端部のピッチｂに対する割合であるａ／ｂが１．５〜５．０であることが望ましく、使用されるヒータ２３０の材質と特性に応じて前記範囲内で選択された割合を適用することができる。

また、本発明の一実施形態においては、前記中央部にピッチ間隔ａの蛇行部分が一箇所のみ形成されたが、本発明のヒータはこれに限定されず、前記中央部にピッチ間隔ａの蛇行部分が複数個形成されてもよいことは勿論である。

このような本発明のヒータ２３０は、ヒータ２３０の発熱部の面積を調節することによりるつぼの温度均一性の問題を解決し、蒸着による成膜厚さの均一性を確保することができる。

また、図５は本発明の他の実施形態におけるヒータを示した平面図であって、前記ヒータ３３０の蛇行部分のピッチ間隔は両端部から中央部に向かって漸次的に広くなっている。

すなわち、両端部から中央部に向かってピッチ間隔が順次変更され、中央部のピッチＰ１が一番広く形成され、端部のピッチＰ３が一番狭く形成され、中央部と端部との間の部分のピッチＰ２が、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３になるように形成される構成となっている。

このような本発明の他の実施形態においても、ヒータ３３０の発熱部の面積を調節することによってるつぼの温度均一性の問題を解決し、蒸着による成膜厚さの均一性を確保することができる。

図６は従来のヒータに対するシミュレーション結果を示してグラフで、図７は本発明のヒータに対するシミュレーション結果を示したグラフである。図面から分かるように、同一のピッチ間隔を有する従来のヒータ１３０の場合、るつぼの最高温度（Ｔ_ｍａｘ）が１１６４℃で、最低温度（Ｔ_ｍｉｎ）が１０５１℃であり、温度差が１１３℃で均一度が５．１％である一方、中央部のピッチａを端部のピッチｂより広く形成した本発明の場合、最高温度（Ｔ_ｍａｘ）が１１２５℃で、最低温度（Ｔ_ｍｉｎ）が１０６０℃であり、温度差が６５℃で均一度は２．９％であった。ここで、均一度とは、「（最高温度−最低温度）／（最高温度＋最低温度）×１００」をいう。

このように本発明のヒータ２３０によれば、従来のヒータ１３０に比べて、るつぼの最高温度と最低温度との差を約１／２に低減し、均一度も２．９％になり非常に均一な温度分布が得られた。

したがって、本発明のヒータによれば、温度均一性等の性能の向上を期待することができ、これにより蒸着材料の蒸発を均一化させて基板に蒸着される材料の成膜厚さを均一にすることができる。

前記のように構成された本発明によれば、ヒータの温度分布を均一にすることによってヒータの中央部と両端部との間の温度差を小さくすると共に蒸着材料の蒸発を均一化させて、基板に蒸着される材料の成膜厚さを均一にさせるという效果がある。

したがって、蒸着が施される素子の歩留まりと生産性を向上させることができる效果がある。

以上、本発明の望ましい実施形態について説明したが、本発明は、これら限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲の中で種々変形して実施することが可能であり、また、それらも本発明の範囲に属することは明白である。

従来の蒸発源の一例を概略的に示した斜視図である。 従来のるつぼを単独で示した斜視図である。 従来のヒータを示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるヒータを示した平面図である。 本発明の他の実施形態によるヒータを示した平面図である。 従来のヒータに対するシミュレーション結果を示したグラフである。 本発明のヒータに対するシミュレーション結果を示したグラフである。

符号の説明

１００ 蒸発源、
１１０ ハウジング、
１２０ るつぼ、
１３０ 従来のヒータ、
１４０ 噴射ノズル、
１４２ 厚さ測定器、
１８０ 第１の熱遮断板、
１９０ 第２の熱遮断板、
２３０、３３０ ヒータ。

Claims (3)

1. ハウジングと、
   蒸着物質を収容し、前記ハウジングに内蔵されるるつぼと、
   前記るつぼを加熱するために前記るつぼの上面と下面のうちの少なくとも一箇所に設置される板状のヒータであって、蛇行して伸びる長さ方向の中央部において蛇行する回数が蛇行して伸びる長さ方向の両端部において蛇行する回数よりも少なく、蛇行によって形成される間隙が前記中央部よりも前記両端部において狭くなるように形成されるヒータと、
   前記るつぼで蒸発させられた蒸着物質を基板へ噴射するための複数の噴射ノズルを含むノズル部と、を含み、
   前記複数の噴射ノズルは、前記蒸着物質が噴射される方向を含む面と前記ヒータが設置される面とが平行となるように、前記ヒータが蛇行して伸びる長さ方向に配列される蒸発源。
2. 前記中央部の間隙の寸法ａの、前記両端部の間隙の寸法ｂに対する割合であるａ／ｂが１．５〜５．０であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発源。
3. 前記ヒータの間隙は、前記ヒータの両端部から中央部に向かって漸次的に広くなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸発源。