JP7473892B2 - Evaporation source - Google Patents

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Description

本発明は、基板に薄膜を形成する際に使用される蒸着源に関する。 The present invention relates to a deposition source used in forming a thin film on a substrate.

基板面に薄膜を形成する装置として、真空環境において蒸着材料を加熱して蒸発させ、基板面に気化された蒸着材料を蒸着させて薄膜を形成する成膜装置がある。このような真空蒸着による薄膜形成技術は、例えば、特許文献１に示すように、有機物を蒸着させて有機薄膜を形成し、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Display:以下「有機ＥＬディスプレイ」という。）を製造することにも利用されている。有機ＥＬディスプレイのような大型の基板に蒸着材料を蒸着させるためには、均一な膜厚分布となることが必要であり、特許文献１に開示された真空成膜装置では、指向性の高いノズルを用いて蒸着処理を実行している。 As an apparatus for forming a thin film on a substrate surface, there is a film formation apparatus that heats and evaporates a deposition material in a vacuum environment, and then deposits the evaporated deposition material on the substrate surface to form a thin film. This type of thin film formation technology using vacuum deposition is also used to manufacture OLEDs (Organic Light Emitting Displays: hereinafter referred to as "organic EL displays") by depositing an organic substance to form an organic thin film, as shown in Patent Document 1, for example. In order to deposit a deposition material on a large substrate such as an organic EL display, a uniform film thickness distribution is required, and the vacuum film formation apparatus disclosed in Patent Document 1 performs the deposition process using a highly directional nozzle.

特開２００５－３３０５５１号公報JP 2005-330551 A

特許文献１に開示された成膜源では、加熱手段により加熱された蒸着材料が、微細な開口に仕切られた流路を備える整流部というノズルを通過して、ノズルの開口から噴射される。 In the film formation source disclosed in Patent Document 1, the deposition material heated by the heating means passes through a nozzle called a flow straightener, which has a flow path divided into fine openings, and is sprayed from the nozzle opening.

特許文献１の実施例１、２における整流部を形成する１つの流路（パイプ）のアスペクト比を算出すると、実施例１では２００、実施例２では５０と求められる。特許文献１の流路のアスペクト比は大きいので、蒸着材料を整流部から噴射させるときに、成膜源内部の圧力を低下させる必要があり、成膜レートが著しく低くなる。また、流路の開口の内径が小さいため、微細な開口内で蒸着材料が詰まる現象が発生する。アスペクト比は、ｌ／２ｒ（ｌはノズル長、ｒはノズル半径）で求められる値である。 The aspect ratio of one flow path (pipe) forming the straightening section in Examples 1 and 2 of Patent Document 1 is calculated to be 200 in Example 1 and 50 in Example 2. Because the aspect ratio of the flow path in Patent Document 1 is large, it is necessary to reduce the pressure inside the film formation source when the deposition material is sprayed from the straightening section, which significantly reduces the film formation rate. In addition, because the inner diameter of the opening of the flow path is small, the deposition material clogs the fine opening. The aspect ratio is a value calculated by l/2r (l is the nozzle length, and r is the nozzle radius).

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、蒸発した蒸着材料の指向性を確保しつつ、高い成膜レートを保持できる、蒸着源を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an object to provide a deposition source capable of maintaining a high film formation rate while ensuring the directionality of evaporated deposition material.

本発明に係る蒸着源は、
基板の表面に蒸着材料を噴射する噴出口を備えるノズルと、
前記ノズルと隣り合うノズルとの間に、前記ノズルの延びる方向と直交する方向にその法線方向を向けて配置され、前記噴出口から噴射された蒸着材料の噴射方向を制限する制限板と、を備え、
前記ノズルには、前記噴出口から見たとき当該ノズルの直径上に引かれた仮想線と平行である第１の方向に複数の孔が配列して形成され、
前記噴出口から見たとき、前記第１の方向は、前記制限板に対して所定の角度傾斜している。 The deposition source according to the present invention comprises:
a nozzle having an ejection port for ejecting a deposition material onto a surface of a substrate;
a limiting plate disposed between the nozzle and an adjacent nozzle with its normal direction facing a direction perpendicular to the extension direction of the nozzle, and limiting a spray direction of the deposition material sprayed from the spray port,
The nozzle has a plurality of holes arranged in a first direction parallel to an imaginary line drawn on a diameter of the nozzle when viewed from the nozzle outlet,
When viewed from the ejection port, the first direction is inclined at a predetermined angle with respect to the limiting plate.

前記複数の孔の列は、前記第１の方向と平行に複数配列され、隣り合う列同士の孔の中心は、互いにずれて配置されてもよい。 The plurality of rows of holes may be arranged parallel to the first direction, and centers of holes in adjacent rows may be shifted from each other.

複数の前記ノズルを備え、当該複数のノズルは、所定のピッチを隔てて第２の方向に配列され、
前記制限板は、前記第２の方向に配列された前記複数のノズルのそれぞれの間に設置されていてもよい。 A plurality of the nozzles are provided, the plurality of nozzles being arranged at a predetermined pitch in the second direction ;
The limiting plates may be disposed between each of the plurality of nozzles arranged in the second direction.

前記所定の角度は、２５度から３０度であってもよい。The predetermined angle may be between 25 degrees and 30 degrees.

本発明によれば、蒸発した蒸着材料の指向性を確保しつつ、高い成膜レートを保持できる、蒸着源を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an evaporation source capable of maintaining a high film formation rate while ensuring the directionality of evaporated evaporation material.

実施の形態に係る蒸着源ユニットの概念図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＸ－Ｘ’線で切断した断面図である。1A and 1B are conceptual diagrams of an evaporation source unit according to an embodiment, in which (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view taken along line X-X' in (a). 孔内での分子の動きを模式的に示す図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the movement of molecules within a pore. 孔を通過する分子の数を、孔から射出する分子の角度との関係で示したグラフである。1 is a graph showing the number of molecules passing through a hole versus the angle at which the molecule exits the hole. 孔の壁面に衝突後射出する分子の最大の射出角度とアスペクト比との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the maximum emission angle of a molecule emitted after colliding with the wall of a hole and the aspect ratio. 半値角度とアスペクト比との関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the half-value angle and the aspect ratio. （ａ）は、圧力の変化による分子の分布の状態を示すグラフであり、（ｂ）は、ノズル内を直接通過する分子の確率と成膜レートとの関係を示すグラフである。13A is a graph showing the distribution of molecules due to changes in pressure, and FIG. 13B is a graph showing the relationship between the probability of a molecule passing directly through the nozzle and the deposition rate. 単孔ノズルと多孔ノズルの半値角度と成膜レートとの関係を示すグラフである。1 is a graph showing the relationship between the half-value angle and the film formation rate for a single-hole nozzle and a multi-hole nozzle. 本実施の形態に係る蒸着源ユニットを備える成膜装置の概念図である。1 is a conceptual diagram of a film forming apparatus including an evaporation source unit according to an embodiment of the present invention. 複数の蒸着源ユニットから基板に向けて蒸着材料が噴霧されたときの状態を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which deposition materials are sprayed from a plurality of deposition source units toward a substrate. 複数の蒸着源ユニットから基板に向けて蒸着材料が噴霧されたときの成膜レートを示すグラフである。13 is a graph showing a film formation rate when a deposition material is sprayed from a plurality of deposition source units toward a substrate. 複数の蒸着源ユニットを備える蒸着源に制限板を取り付けた状態を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which a limiting plate is attached to an evaporation source including a plurality of evaporation source units. 制限板がある場合と制限板がない場合の成膜レートを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the film formation rates when there is a limiting plate and when there is no limiting plate. 制限板を用いて蒸着源を使用した場合のマスクシャドウの範囲を示す図であり、（ａ）～（ｃ）は、それぞれメタルマスク上の膜厚が異なる場合の結果を示す図である。1A to 1C are diagrams showing the range of a mask shadow when a vapor deposition source is used with a limiting plate, and FIG. 1C shows the results when the film thickness on the metal mask is different. （ａ）は、ノズルの孔が配置される列と制限板との角度の関係を示す図であり、（ｂ）は、制限板とノズルの孔の位置関係を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）（ｂ）に示すノズルを用いた蒸着源の成膜レートと蒸発分布を示す図である。FIG. 1A is a diagram showing the angular relationship between the row in which the nozzle holes are arranged and the limiting plate, FIG. 1B is a diagram showing the positional relationship between the limiting plate and the nozzle holes, and FIG. 1C is a diagram showing the film formation rate and evaporation distribution of a deposition source using the nozzles shown in FIG. 1A and FIG. （ａ）は、ノズルの孔が配置される列と制限板との角度の関係の他の例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すノズルを用いた蒸着源の成膜レートと蒸発分布を示す図である。FIG. 1A is a diagram showing another example of the relationship between the row in which the nozzle holes are arranged and the angle between the limiting plate, and FIG. 1B is a diagram showing the film formation rate and evaporation distribution of a deposition source using the nozzle shown in FIG. （ａ）は、ノズルの孔が配置される列と制限板との角度の関係の他の例を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すノズルを用いた蒸着源の成膜レートと蒸発分布を示す図である。FIG. 1A is a diagram showing another example of the relationship between the row in which the nozzle holes are arranged and the angle between the limiting plate, and FIG. 1B is a diagram showing the film formation rate and evaporation distribution of a deposition source using the nozzle shown in FIG. 蒸着源ユニットの変形例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a modified example of the deposition source unit.

以下、本発明に係る蒸着源ユニット、蒸着源、蒸着源用ノズルの実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は説明のためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施の形態を採用することが可能であるが、これらの実施の形態も本発明の範囲に含まれる。 The following describes in detail the embodiments of the deposition source unit, deposition source, and deposition source nozzle according to the present invention with reference to the attached drawings. Note that the embodiments described below are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the present invention. Therefore, a person skilled in the art may adopt embodiments in which each or all of these elements are replaced with equivalents, and these embodiments are also within the scope of the present invention.

（実施の形態）
本発明の一実施の形態である蒸着源ユニットの全体構造について、図１を参照して説明する。図面において上下左右方向を定めるが、これらの用語は、本実施の形態を説明するために使用するものであり、本発明の実施の形態が実際に使用されるときの方向を限定するものではない。また、これらの用語によって特許請求の範囲に記載された技術的範囲を限定的に解釈させるべきでない。 (Embodiment)
The overall structure of an evaporation source unit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. Although up, down, left and right directions are defined in the drawings, these terms are used for describing the present embodiment and do not limit the directions when the embodiment of the present invention is actually used. Furthermore, these terms should not be used to limit the technical scope of the claims.

（蒸着源ユニットの構造）
図１は、本実施の形態に係る蒸着源ユニット１を模式的に示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＸ－Ｘ’線で切断した切断面を模式的に示す図である。 (Structure of deposition source unit)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic diagram of an evaporation source unit 1 according to the present embodiment, in which (a) is a top view and (b) is a diagram showing a schematic cross section taken along line XX' in (a).

本実施の形態に係る蒸着源ユニット１は、例えば、有機ＥＬディスプレイを製造する際に使用される。有機ＥＬディスプレイは、陽極と陰極の２つの電極の間に、電子輸送層、発光層、及び正孔輸送層を挟み込んで形成される。本実施の形態に係る蒸着源ユニットは、例えば、有機ＥＬディスプレイの電子輸送層、発光層、正孔輸送層、又は電極を、ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）基板上に蒸着するために使用される。 The deposition source unit 1 according to this embodiment is used, for example, when manufacturing an organic EL display. An organic EL display is formed by sandwiching an electron transport layer, a light-emitting layer, and a hole transport layer between two electrodes, an anode and a cathode. The deposition source unit according to this embodiment is used, for example, to deposit the electron transport layer, light-emitting layer, hole transport layer, or electrodes of the organic EL display onto a TFT (Thin Film Transistor) substrate.

蒸着源ユニット１は、図１（ｂ）に示すように、蒸着材料１０ａを収容する坩堝１０と、坩堝１０内の蒸着材料１０ａが図示しない加熱手段により加熱されることで蒸発した蒸着材料を噴射するノズル２０と、を備える。ノズル２０は、坩堝１０の上方向に延びて配置され、噴出口２１が蒸着源ユニットの上部に開口するように形成されている。ノズル２０は円筒形状であり、坩堝１０の配置された側と反対側に蒸着材料を噴射する噴出口２１が開口する。ノズル２０の内部には、ノズル２０が延びる方向と同一方向に延びる複数の孔２０ａが形成されている。複数の孔２０ａの各々の直径の長さは同一である。各々の孔２０ａの一方の開口２０ａｂは噴出口２１に開口し、他方の開口２０ａａは坩堝１０に開口する。蒸着材料１０ａとしては、発光層を形成するためのＡｌｑ３等が用いられる。坩堝１０内で加熱された蒸着材料１０ａは、蒸発して気体となり、坩堝１０の上方向に延びるノズル２０の複数の孔２０ａを通過して噴出口２１から噴出される。ノズル２０の延びる方向と蒸着材料１０ａの上昇方向とは同一方向であり、蒸発した蒸着材料１０ａは速やかに噴出される。 As shown in FIG. 1(b), the deposition source unit 1 includes a crucible 10 that contains a deposition material 10a, and a nozzle 20 that sprays the deposition material evaporated by heating the deposition material 10a in the crucible 10 by a heating means (not shown). The nozzle 20 is arranged to extend upward from the crucible 10, and the nozzle 21 is formed so as to open at the top of the deposition source unit. The nozzle 20 is cylindrical, and the nozzle 21 for spraying the deposition material opens on the side opposite to the side where the crucible 10 is arranged. Inside the nozzle 20, a plurality of holes 20a are formed that extend in the same direction as the nozzle 20 extends. The diameters of the plurality of holes 20a are the same. One opening 20ab of each hole 20a opens to the nozzle 21, and the other opening 20aa opens to the crucible 10. The deposition material 10a is Alq3 or the like, which is used to form a light-emitting layer. The deposition material 10a heated in the crucible 10 evaporates into a gas, passes through multiple holes 20a of the nozzle 20 that extends upward in the crucible 10, and is ejected from the ejection port 21. The extension direction of the nozzle 20 and the upward direction of the deposition material 10a are the same, and the evaporated deposition material 10a is quickly ejected.

図１（ａ）に示すように、ノズル２０を上面、すなわち噴出口２１から見たときに、複数の孔２０ａは、ノズル２０の直径上に引かれる仮想の線分２０ｂと平行に配列される。本実施の形態では、ノズル２０の直径上の線分２０ｂ上に、７個の孔２０ａが一列に配列される。そして、線分２０ｂと平行に、線分２０ｂの両外側に向かって配列される３列の列に沿って孔２０ａが並べられ、外側に向かって一列毎に、６個、５個、４個の孔２０ａが配列される。ノズル２０には、合計３７個の孔２０ａが形成されている。 As shown in FIG. 1(a), when the nozzle 20 is viewed from the top, i.e., from the nozzle outlet 21, the multiple holes 20a are arranged parallel to an imaginary line segment 20b drawn on the diameter of the nozzle 20. In this embodiment, seven holes 20a are arranged in a row on the line segment 20b on the diameter of the nozzle 20. The holes 20a are then arranged in three rows parallel to the line segment 20b, arranged toward both sides of the line segment 20b, with six, five, and four holes 20a arranged in each row toward the outside. A total of 37 holes 20a are formed in the nozzle 20.

直径上に引かれる仮想の線分２０ｂと平行に配列された孔２０ａは、隣り合う列の孔２０ａの中心が、ずれるように配列される。複数の孔２０ａをこのように配列させることにより、ノズル２０から噴出される蒸着材料の分子の分布を均等にすることができる。 The holes 20a are arranged parallel to an imaginary line segment 20b drawn on the diameter, and are arranged so that the centers of the holes 20a in adjacent rows are offset. By arranging multiple holes 20a in this way, it is possible to make the distribution of the molecules of the deposition material ejected from the nozzle 20 uniform.

次に、孔２０ａの特徴について説明する。孔２０ａは、ノズル２０から噴出した蒸発材料が基板に届くために、指向性を確保しつつも、充分な成膜レートを保つように設計することが必要である。 Next, the characteristics of the hole 20a will be explained. The hole 20a needs to be designed to ensure directionality so that the evaporated material ejected from the nozzle 20 can reach the substrate while maintaining a sufficient film formation rate.

指向性を確保しつつ、充分な成膜レートを保つ観点から、孔２０ａから噴射する蒸着材料の分布を考察する。蒸着材料分子の平均自由行程が極めて長く、分子相互の衝突が全くないとき、図２に示すように、孔２０ａから噴射する蒸着材料の分子には、坩堝１０側の開口２０ａａから入りノズル２０の噴射口２１側の開口２０ａｂまで、孔２０ａを直接通過して噴出する分子と、孔２０ａの壁面に衝突してから噴出される分子と、孔２０ａの壁面に衝突後、孔２０ａ内に戻る分子とがある。孔２０ａの壁面に衝突してから噴出される分子は、開口２０ａａから入り、孔２０ａの壁面に１又は複数回衝突し、開口２０ａｂを通過して孔２０ａから基板側に噴出する。孔２０ａ内に戻る分子は、開口２０ａａから入り、孔２０ａの壁面に１又は複数回衝突し、再び開口２０ａａを通過して坩堝１０内に戻る。図２では、孔２０ａを直接通過する分子の動きを直線で、壁面に衝突してから孔２０ａを通過する分子の動きを点線で、壁面に衝突してから孔２０ａ内に戻る分子の動きを一点破線で示す。これらの分子のうち、直接通過する分子と壁面に衝突してから通過する分子の数が多くなれば、充分な成膜レートが確保できる。なお、本実施の形態では、ノズル２０に形成された複数の孔２０ａを例に説明するが、上述した孔２０ａの特徴及び以下に説明する孔２０ａの特徴は、単孔ノズルにも同様に適用できる。すなわち、蒸着源ユニット１を構成する複数の孔２０ａの１つの孔２０ａに対応する単孔ノズルを備える蒸着源用ノズルにも適用することができる。 From the viewpoint of maintaining a sufficient film formation rate while ensuring directivity, the distribution of the deposition material injected from the hole 20a will be considered. When the mean free path of the deposition material molecules is extremely long and there is no collision between the molecules, as shown in FIG. 2, the molecules of the deposition material injected from the hole 20a include molecules that directly pass through the hole 20a from the opening 20aa on the crucible 10 side to the opening 20ab on the injection port 21 side of the inlet nozzle 20 and are ejected, molecules that collide with the wall of the hole 20a and are ejected, and molecules that return to the hole 20a after colliding with the wall of the hole 20a. The molecules that are ejected after colliding with the wall of the hole 20a enter from the opening 20aa, collide with the wall of the hole 20a one or more times, pass through the opening 20ab, and are ejected from the hole 20a to the substrate side. The molecules that return to the hole 20a enter from the opening 20aa, collide with the wall of the hole 20a one or more times, and return to the crucible 10 by passing through the opening 20aa again. In FIG. 2, the movement of molecules passing directly through the hole 20a is shown by straight lines, the movement of molecules passing through the hole 20a after colliding with the wall is shown by dotted lines, and the movement of molecules returning into the hole 20a after colliding with the wall is shown by dashed lines. If the number of molecules passing directly and the number of molecules passing through after colliding with the wall are increased, a sufficient film formation rate can be ensured. In this embodiment, the nozzle 20 is described using a plurality of holes 20a formed therein as an example, but the above-mentioned characteristics of the holes 20a and the following characteristics of the holes 20a can be similarly applied to a single-hole nozzle. That is, they can also be applied to a deposition source nozzle having a single-hole nozzle corresponding to one of the plurality of holes 20a constituting the deposition source unit 1.

孔２０ａから噴出される分子の分布を、図３に示す。これは、ノズル２０内の分子同士の衝突が無く、壁面とのみ衝突する場合で、噴射される分子の分布はノズル２０のアスペクト比によって決まり、ノズル２０の径や長さに依存しない、ノズル２０の大きさに比べて十分離れた距離での分布に相当する。図３において、横軸は、孔２０ａの開口２０ａｂから射出される分子の噴射角度を示し、縦軸は、孔２０ａの開口２０ａｂから射出される分子の数を示す。射出される分子の分布の種別として、孔２０ａを直接通過して開口２０ａｂから射出される分子の分布を白丸で示し、壁面に衝突してから開口２０ａｂから射出される分子の分布を白丸にバツ印で示し、孔２０ａを直接通過する分子と壁面に衝突してから孔２０ａを通過する分子の双方の合計の分布を二重丸で示した。また、図３において、壁面に衝突した後に孔２０ａ内に戻る分子を含め開口２０ａａを通過した全ての分子の分布を黒丸で示した。アスペクト比は２である。孔２０ａを通過する分子の分布は、アスペクト比が大きくなればなるほど狭くなる。また、全通過分子の指向性は、主に直接通過する分子によって形成されていることが分かる。 The distribution of molecules ejected from the hole 20a is shown in Figure 3. This is the case where there is no collision between molecules in the nozzle 20 and they only collide with the wall surface, and the distribution of the ejected molecules is determined by the aspect ratio of the nozzle 20, and does not depend on the diameter or length of the nozzle 20, and corresponds to a distribution at a distance sufficiently farther than the size of the nozzle 20. In Figure 3, the horizontal axis indicates the ejection angle of the molecules ejected from the opening 20ab of the hole 20a, and the vertical axis indicates the number of molecules ejected from the opening 20ab of the hole 20a. As types of distribution of the ejected molecules, the distribution of molecules that pass directly through the hole 20a and are ejected from the opening 20ab is shown by a white circle, the distribution of molecules that collide with the wall surface and then are ejected from the opening 20ab is shown by a white circle with a cross, and the total distribution of both molecules that pass directly through the hole 20a and molecules that pass through the hole 20a after colliding with the wall surface is shown by a double circle. In addition, in FIG. 3, the distribution of all molecules that passed through the opening 20aa, including those that return to the hole 20a after colliding with the wall surface, is shown by black circles. The aspect ratio is 2. The distribution of molecules that pass through the hole 20a becomes narrower as the aspect ratio increases. It can also be seen that the directionality of all passing molecules is mainly formed by the molecules that pass directly through.

アスペクト比と、壁面に衝突後射出する分子の最大となる角度との関係を図４に示す。図４のグラフの横軸は、孔２０ａのアスペクト比であり、縦軸は、壁面衝突後の分子の噴射角度分布においてピークとなる噴射角度を、最大となる角度としてプロットしたものである。壁面に衝突後射出する分子の最大となる角度は、小さいほど指向性が高く望ましい。図４に示すように、アスペクト比が２より小さいと最大となる角度は急峻に増加していることが分かる。したがって、アスペクト比は２以上であれば、壁面に衝突後、射出する分子の最大となる角度が小さいので、ノズル２０からの全射出量の指向性を効果的に高めることができる。アスペクト比が小さいと壁面に衝突する分子は少ないが、蒸発粒子の噴射角度分布のばらつきが大きくなる。 The relationship between the aspect ratio and the maximum angle at which the molecules are ejected after colliding with the wall is shown in FIG. 4. The horizontal axis of the graph in FIG. 4 is the aspect ratio of the hole 20a, and the vertical axis is a plot of the maximum angle, which is the peak in the distribution of the ejection angles of the molecules after colliding with the wall. The smaller the maximum angle at which the molecules are ejected after colliding with the wall, the higher the directivity, which is desirable. As shown in FIG. 4, when the aspect ratio is less than 2, the maximum angle increases sharply. Therefore, if the aspect ratio is 2 or more, the maximum angle at which the molecules are ejected after colliding with the wall is small, and the directivity of the total amount of ejection from the nozzle 20 can be effectively increased. When the aspect ratio is small, fewer molecules collide with the wall, but the variation in the ejection angle distribution of the evaporated particles increases.

さらに、アスペクト比と半値角度との関係を図５のグラフに示す。グラフの横軸は、孔２０ａのアスペクト比であり、縦軸は、半値角度である。半値角度は、半値幅を角度で表した値であり、半値幅とは、ノズルからの蒸発分布がピーク値の半分となる分布の幅であり、蒸発分布がどれだけ広がっているかを示す値である。半値角度が小さいほど指向性が高く、特に、図５に示すようにアスペクト比が２以下となると、半値角度が極端に大きくなるため、アスペクト比は２以上とすることが好ましいことが分かる。 The relationship between the aspect ratio and the half-value angle is shown in the graph of Figure 5. The horizontal axis of the graph is the aspect ratio of the hole 20a, and the vertical axis is the half-value angle. The half-value angle is the value obtained by expressing the half-value width as an angle. The half-value width is the width of the distribution where the evaporation distribution from the nozzle is half the peak value, and is a value that indicates how wide the evaporation distribution is. The smaller the half-value angle, the higher the directivity. In particular, when the aspect ratio is 2 or less as shown in Figure 5, the half-value angle becomes extremely large, so it is clear that it is preferable for the aspect ratio to be 2 or more.

一方、アスペクト比が大きくなると、ノズル２０内を直接通過する分子の数は減少するので、直接通過する分子の数を減少させずに、蒸着材料の指向性を向上させる必要がある。また、アスペクト比が大きいほどノズル２０のコンダクタンスが低下し成膜レートが低下する傾向にあるが、成膜レートは低下させずに指向性を向上させる必要がある。さらに、ノズル２０内での分子同士の衝突が多くなると直接通過する分子の数が減少し、指向性が低下する。本出願人は、平均自由行程とノズル長との関係から、孔２０ａを直接通過する分子の数を増やす適切な関係を見いだした。 On the other hand, as the aspect ratio increases, the number of molecules that pass directly through the nozzle 20 decreases, so it is necessary to improve the directionality of the deposition material without reducing the number of molecules that pass directly through. Also, as the aspect ratio increases, the conductance of the nozzle 20 decreases, and the film formation rate tends to decrease, but it is necessary to improve the directionality without reducing the film formation rate. Furthermore, as the number of molecules that pass directly through increases within the nozzle 20, the number of molecules that pass directly through decreases, and the directionality decreases. The applicant has found an appropriate relationship between the mean free path and the nozzle length to increase the number of molecules that pass directly through the hole 20a.

分子の平均自由行程（λ）は、一般に以下の式１で求められる。
λ＝３．１０８×１０－２４×Ｔ／ｄ２Ｐ（式１）
Ｔはノズル内の温度、ｄは分子直径、Ｐはノズル内圧力である。 The mean free path (λ) of a molecule is generally calculated by the following Equation 1.
λ=3.108× 10−24 ×T/ d2P (Equation 1)
T is the temperature inside the nozzle, d is the molecular diameter, and P is the pressure inside the nozzle.

平均自由行程λのときに、ノズル内を軸方向に進んだ分子が衝突せずに残る確率（Ｐ（ｘ））を、分子の自由行程ｘの確率分布関数とみなすと、Ｐ（ｘ）は、以下の式２により計算することができる。
Ｐ（ｘ）＝Ｎ／Ｎ０＝ｅｘｐ（－ｘ／λ）（式２） If the probability (P(x)) of a molecule traveling axially through a nozzle remaining without colliding when the mean free path is λ is regarded as the probability distribution function of the free path x of the molecule, P(x) can be calculated by the following Equation 2.
P(x)=N/N 0 =exp(−x/λ) (Equation 2)

図６（ａ）は式１、２を用いて、圧力が変わったときに、直接通過する分子が減衰することによって、噴射される分子の分布が変化することを計算したグラフである。長さ９ｍｍ、直径３ｍｍ、３７孔の多孔ノズルを用い、ノズル内の圧力勾配に対して、通過確率を積分して求めている。壁面に衝突してから射出する分子の分布は変化しないものとしている。圧力が高くなって、直接通過する分子の数が減衰すると中心部のピークが低下し、指向性が弱くなることが分かる。従って、式２によると、ノズル長を設計するにあたり、ノズル長が平均自由行程λの１／５以下であれば、分子の無衝突率が８０％以上となる。好ましくは、ノズル長が平均自由行程λの１／１０以下であれば、分子の無衝突率が９０％以上となる。したがって、そのようなノズル長を備える孔２０ａを設計することにより、孔２０ａの指向性は良くなる。具体的には、ノズル長を平均自由行程λの１／５以下として、式１において圧力、温度を決定する。 Figure 6(a) is a graph showing the change in distribution of injected molecules due to attenuation of molecules passing directly when pressure changes, using formulas 1 and 2. A multi-hole nozzle with a length of 9 mm, a diameter of 3 mm, and 37 holes is used, and the probability of passing is integrated with respect to the pressure gradient inside the nozzle. It is assumed that the distribution of molecules ejected after colliding with the wall does not change. It can be seen that when the pressure increases and the number of molecules passing directly attenuates, the peak in the center decreases and the directivity weakens. Therefore, according to formula 2, when designing the nozzle length, if the nozzle length is 1/5 or less of the mean free path λ, the collision-free rate of molecules is 80% or more. Preferably, if the nozzle length is 1/10 or less of the mean free path λ, the collision-free rate of molecules is 90% or more. Therefore, by designing a hole 20a with such a nozzle length, the directivity of the hole 20a is improved. Specifically, the nozzle length is set to 1/5 or less of the mean free path λ, and the pressure and temperature are determined in formula 1.

上述の平均自由行程λを算出するにあたり、式１において利用できるノズル内圧力について考察する。図６（ｂ）は、長さ９ｍｍ、直径３ｍｍ、３７孔の多孔ノズルを用い、直接通過する分子の確率を成膜レートとの関係で算出したグラフである。グラフにおいて、三角は図６（ａ）と同条件であり、ノズル内に圧力勾配があるものとして通過確率を算出しているが、四角はノズル内の圧力が一定であるものとして平均圧力を用いて通過確率を算出している。平均圧力はノズル入口圧力とノズル出口圧力を平均したもので、ノズル長の半分の位置におけるノズル内圧力に等しい。圧力勾配に対して通過確率を積分した結果（三角）と、平均圧力にて通過確率を算出した結果（四角）は一致しているため、平均自由行程λは平均圧力から算出してもよい。また、ノズル入口（２０ａａ）である坩堝１０内圧力を用いた場合の通過確率を丸で示す。圧力勾配に対して通過確率を積分した結果（三角）とノズル入口圧力にて通過確率を算出した結果（丸）は近似しているため、ノズル入口圧力を用いて平均自由行程λを求めてもよい。 In calculating the mean free path λ, the pressure inside the nozzle that can be used in Equation 1 will be considered. FIG. 6(b) is a graph showing the relationship between the probability of molecules passing directly and the deposition rate using a multi-hole nozzle with a length of 9 mm, a diameter of 3 mm, and 37 holes. In the graph, the triangles show the same conditions as in FIG. 6(a), and the passage probability is calculated assuming that there is a pressure gradient inside the nozzle, while the squares show the passage probability calculated using the average pressure assuming that the pressure inside the nozzle is constant. The average pressure is the average of the nozzle inlet pressure and the nozzle outlet pressure, and is equal to the nozzle pressure at half the nozzle length. The result of integrating the passage probability with respect to the pressure gradient (triangle) and the result of calculating the passage probability at the average pressure (square) are consistent, so the mean free path λ may be calculated from the average pressure. In addition, the passage probability when the pressure inside the crucible 10, which is the nozzle inlet (20aa), is used is shown by a circle. Because the result of integrating the passage probability with respect to the pressure gradient (triangle) is similar to the result of calculating the passage probability using the nozzle inlet pressure (circle), the mean free path λ can also be calculated using the nozzle inlet pressure.

本実施の形態では、孔２０ａを複数個備える多孔ノズルを使用し、成膜レートを向上させる。多孔ノズルであるノズル２０を使用したときの蒸発分布と、単孔ノズルの蒸発分布を、成膜レートとの関係で示したグラフを、図７に示す。図７のグラフにおいて、縦軸は半値角度であり、横軸は成膜レートである。 In this embodiment, a multi-hole nozzle with multiple holes 20a is used to improve the deposition rate. Figure 7 shows a graph showing the evaporation distribution when using nozzle 20, which is a multi-hole nozzle, and the evaporation distribution of a single-hole nozzle in relation to the deposition rate. In the graph of Figure 7, the vertical axis is the half-value angle, and the horizontal axis is the deposition rate.

図７のグラフにおいて、丸は長さ６０ｍｍ、直径２０ｍｍの単孔ノズルの実測値を示し、四角は長さ６ｍｍ、直径２ｍｍ、６１孔の多孔ノズル、三角は長さ９ｍｍ、直径３ｍｍ、３７孔の多孔ノズルの実測値を示す。それぞれ、白抜きはノズル開口から距離２００ｍｍの位置における蒸発分布を、黒塗りはノズル開口から３００ｍｍの位置における蒸発分布を示す。単孔ノズル、多孔ノズルともにアスペクト比３のノズルを用いた。また、図中の線は図６（ａ）のような直接通過する分子の数が減衰することによって変化した分布の半値角度の計算値を示したもので、実線が直径３ｍｍの多孔ノズルの距離３００ｍｍ、一点鎖線が直径２ｍｍの多孔ノズルの距離３００ｍｍ、二点鎖線が直径２ｍｍの多孔ノズルの距離２００ｍｍ、細かい点線が単孔ノズルの距離３００ｍｍ、粗い点線が単孔ノズルの距離２００ｍｍの値である。実測値と計算値は良く一致しており、ノズル内で直接通過する分子の数が減衰することによって、半値角度が増加することを示している。単孔ノズル及び多孔ノズルともに、成膜レートが低い領域では半値角度は一定であるが、レートが上昇するに従い、あるレートから半値角度が大きくなるようになる。この半値角度が大きくなり始めるレートは、単孔ノズルの方が多孔ノズルよりも低く、多孔ノズルの方がより高いレートでも小さい半値角度が得られる。多孔ノズルを使用した場合のほうが、同じレートでも単孔ノズルより半値角度が小さく、指向性がよい。 In the graph of FIG. 7, the circles indicate the measured values of a single-hole nozzle with a length of 60 mm and a diameter of 20 mm, the squares indicate the measured values of a multi-hole nozzle with a length of 6 mm, a diameter of 2 mm, and 61 holes, and the triangles indicate the measured values of a multi-hole nozzle with a length of 9 mm, a diameter of 3 mm, and 37 holes. The white circles indicate the evaporation distribution at a distance of 200 mm from the nozzle opening, and the black circles indicate the evaporation distribution at a distance of 300 mm from the nozzle opening. Both the single-hole nozzle and the multi-hole nozzle were used with an aspect ratio of 3. The lines in the figure indicate the calculated values of the half-value angle of the distribution changed by attenuation of the number of molecules passing directly through as shown in FIG. 6(a), with the solid line indicating the distance of 300 mm for a multi-hole nozzle with a diameter of 3 mm, the dashed line indicating the distance of 300 mm for a multi-hole nozzle with a diameter of 2 mm, the dashed line indicating the distance of 200 mm for a multi-hole nozzle with a diameter of 2 mm, the fine dotted line indicating the distance of 300 mm for a single-hole nozzle, and the coarse dotted line indicating the distance of 200 mm for a single-hole nozzle. The measured and calculated values match well, indicating that the half-value angle increases as the number of molecules passing directly through the nozzle decreases. For both the single-hole nozzle and the multi-hole nozzle, the half-value angle is constant in the low deposition rate range, but as the rate increases, the half-value angle increases from a certain rate. The rate at which this half-value angle begins to increase is lower for the single-hole nozzle than for the multi-hole nozzle, and the multi-hole nozzle achieves a smaller half-value angle even at a higher rate. When using a multi-hole nozzle, the half-value angle is smaller and directionality is better than that of the single-hole nozzle even at the same rate.

（成膜装置）
次に、上述した蒸着源ユニット１を使用した成膜装置について説明する。図８に示すように、成膜装置１００は、真空チャンバ１１０内に、蒸着源１２０と、メタルマスク１３０とを備える。真空チャンバ１１０は、バルブ１１１を開閉して図示しない真空ポンプにより内部が減圧されている。 (Film forming equipment)
Next, a description will be given of a film forming apparatus using the above-mentioned deposition source unit 1. As shown in Fig. 8, the film forming apparatus 100 includes a deposition source 120 and a metal mask 130 in a vacuum chamber 110. The inside of the vacuum chamber 110 is depressurized by opening and closing a valve 111 using a vacuum pump (not shown).

蒸着源１２０は、複数の蒸着源ユニット１を備える。複数の蒸着源ユニット１は、一定の方向（第２の方向ともいう。）に、所定のピッチを隔てて一列に配列されている。各蒸着源ユニット１は、そのノズル２０の噴出口２１を上方に向けて配置される。蒸着源１２０の上方には、メタルマスク１３０と、基板１４０が配置され、蒸着源１２０と基板１４０の間に、メタルマスク１３０が配置される。メタルマスク１３０は、基板１４０に所定のパターンを形成するために用いられる。基板１４０は所定の搬送方向（図の背面または前面方向）、すなわち、蒸着源ユニット１が配列された方向と垂直の方向に搬送される。基板１４０が搬送されながら、蒸着源１２０により基板１４０の表面に蒸着膜が蒸着される。 The deposition source 120 includes a plurality of deposition source units 1. The deposition source units 1 are arranged in a line at a predetermined pitch in a certain direction (also called the second direction). Each deposition source unit 1 is arranged with the nozzle 20 of the nozzle 21 facing upward. A metal mask 130 and a substrate 140 are arranged above the deposition source 120, and the metal mask 130 is arranged between the deposition source 120 and the substrate 140. The metal mask 130 is used to form a predetermined pattern on the substrate 140. The substrate 140 is transported in a predetermined transport direction (back or front direction in the figure), that is, in a direction perpendicular to the direction in which the deposition source units 1 are arranged. While the substrate 140 is transported, a deposition film is deposited on the surface of the substrate 140 by the deposition source 120.

基板１４０の表面にメタルマスク１３０を介して蒸着膜１４０ａを蒸着する処理を、図９に示す。各ノズル２０から噴射された蒸着材料は、ノズル２０の中心位置から外側に広がるよう真空チャンバ１１０内に拡散される。ノズル２０から噴射された蒸着材料は、メタルマスク１３０の開口を通過して基板１４０に到達し、基板１４０上に蒸着膜１４０ａが形成される。 The process of depositing a deposition film 140a on the surface of a substrate 140 through a metal mask 130 is shown in FIG. 9. The deposition material sprayed from each nozzle 20 is diffused in the vacuum chamber 110 so as to spread outward from the center position of the nozzle 20. The deposition material sprayed from the nozzle 20 passes through the openings of the metal mask 130 and reaches the substrate 140, where a deposition film 140a is formed on the substrate 140.

このような蒸着源１２０を使用した場合、真空チャンバ１１０内に噴射された蒸着材料は、メタルマスク１３０があるため、基板１４０上への蒸着が妨げられる領域が生じる。すなわち、基板１４０に形成される蒸着膜１４０ａのパターンの外縁部分に十分に蒸着材料が到達しない、いわゆるマスクシャドウが発生する。例えば、図９に示すように、基板１４０とノズル２０との距離ｈを３００ｍｍとしたとき、ノズル２０からの蒸着材料の蒸着分布は、図１０に示すような分布となる。なお、図９において、ｔｍは、メタルマスク１３０の厚さ、ｔｆは、メタルマスク１３０上に蒸着した蒸着膜１３０ａの厚さである。 When such a deposition source 120 is used, the deposition material injected into the vacuum chamber 110 is prevented from being deposited on the substrate 140 in some areas due to the presence of the metal mask 130. That is, the deposition material does not sufficiently reach the outer edge of the pattern of the deposition film 140a formed on the substrate 140, resulting in a so-called mask shadow. For example, as shown in FIG. 9, when the distance h between the substrate 140 and the nozzle 20 is 300 mm, the deposition distribution of the deposition material from the nozzle 20 is as shown in FIG. 10. In FIG. 9, tm is the thickness of the metal mask 130, and tf is the thickness of the deposition film 130a deposited on the metal mask 130.

図１０において、横軸は蒸着膜１４０ａの中心を０としたときの蒸着膜１４０ａでの位置を示し、縦軸は成膜レートを示す。図からわかるように、蒸着膜１４０ａの外縁部分には、蒸着材料が充分に蒸着しないマスクシャドウが形成されている。図の例では、マスクシャドウが約５μｍ（０．００５ｍｍ）の幅で発生する。 In FIG. 10, the horizontal axis indicates the position on the deposition film 140a when the center of the deposition film 140a is set as 0, and the vertical axis indicates the deposition rate. As can be seen from the figure, a mask shadow is formed on the outer edge of the deposition film 140a, where the deposition material is not sufficiently deposited. In the example shown, the mask shadow has a width of about 5 μm (0.005 mm).

マスクシャドウが発生する領域をできるだけ小さくするために、本出願人は、図１１に示す制限板１２１を、ノズル２０とノズル２０との間に配置することが有効であることを見いだした。本実施の形態では、ノズル２０の中心位置と隣り合うノズル２０の中心位置との間の距離を１ピッチ（Ｐ）と定義する。図中、ｈｓは制限板１２１の高さ、ｔｓは制限板１２１の厚さ、ｗはメタルマスク１３０の開口幅、ｔｍはメタルマスク１３０の厚さ、ｔｆはメタルマスク３００上に蒸着した蒸着膜１３０ａの厚さ、ｈは基板とノズルとの距離を示す。 In order to minimize the area where a mask shadow occurs, the applicant has found that it is effective to place a limiting plate 121 shown in Fig. 11 between the nozzles 20. In this embodiment, the distance between the center position of a nozzle 20 and the center position of an adjacent nozzle 20 is defined as one pitch (P). In the figure, hs is the height of the limiting plate 121, ts is the thickness of the limiting plate 121, w is the opening width of the metal mask 130, tm is the thickness of the metal mask 130, tf is the thickness of the deposition film 130a deposited on the metal mask 300, and h is the distance between the substrate and the nozzle.

制限板１２１は、一列に並んだノズル２０の間の、Ｐ／２の位置に配置される。制限板１２１の板面は、複数のノズル２０が並んだ方向（第２の方向）に対して垂直に配置される。制限板１２１がノズル２０の間に配置されることで、ノズル２０から射出された蒸着材料が制限板１２１に当たり、蒸着材料の分布を狭くして、マスクシャドウが発生する領域を狭くすることができる。具体的な蒸着分布の結果を図１２に示す。 The limiting plate 121 is disposed at a position P/2 between the nozzles 20 arranged in a row. The plate surface of the limiting plate 121 is disposed perpendicular to the direction in which the nozzles 20 are arranged (the second direction). By disposing the limiting plate 121 between the nozzles 20, the deposition material ejected from the nozzles 20 hits the limiting plate 121, narrowing the distribution of the deposition material and narrowing the area where a mask shadow occurs. Specific deposition distribution results are shown in Figure 12.

図１２は、制限板１２１をノズル２０間に配置したときの、ノズル２０単体の蒸着材料の蒸着分布を示す。図１２に示すグラフは、直径３ｍｍ、長さ９ｍｍの孔が３７個形成されたノズル２０を使用したときの成膜レートをノズル２０の位置との関係で示す。横軸は、ノズル２０の中心直上の位置を０としたときの基板１４０上の位置を示し、縦軸は、成膜レートを示す。制限板１２１がない場合を実線で示し、制限板１２１がある場合を白丸で示した。制限板１２１がある場合には制限板１２１がない場合に比べて、ノズル２０の噴出口２１から噴射された蒸着材料のうち、噴射角度の大きい蒸着材料が制限板１２１に遮蔽され、基板方向に到達していないことが分かる。 Figure 12 shows the deposition distribution of the deposition material of the nozzle 20 alone when the limiting plate 121 is placed between the nozzles 20. The graph shown in Figure 12 shows the deposition rate in relation to the position of the nozzle 20 when a nozzle 20 with 37 holes of 3 mm diameter and 9 mm length is used. The horizontal axis shows the position on the substrate 140 when the position directly above the center of the nozzle 20 is set to 0, and the vertical axis shows the deposition rate. The case without the limiting plate 121 is shown with a solid line, and the case with the limiting plate 121 is shown with a white circle. It can be seen that when the limiting plate 121 is present, the deposition material with a large ejection angle among the deposition materials ejected from the ejection port 21 of the nozzle 20 is blocked by the limiting plate 121 and does not reach the substrate direction, compared to when the limiting plate 121 is not present.

ノズル２０間に制限板１２１を配置したときの、基板１４０上に形成される蒸着膜１４０ａの成膜レートを図１３（ａ）～（ｃ）に示す。横軸は蒸着膜１４０ａの中心を０としたときの蒸着膜１４０ａでの位置を示し、縦軸は成膜レートを示す。蒸着源１２０は、９個のノズル２０を、ピッチ（Ｐ）８０ｍｍで配列して構成される。制限板１２１として、高さｈが９０ｍｍ、厚さｔｓが１.５ｍｍの板を用いた。図１３（ａ）は、メタルマスク１３０上の堆積膜厚ｔｆが０μｍ、（ｂ）は２μｍ、（ｃ）は４μｍの場合の成膜レートを示す。図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、メタルマスク１３０上の堆積膜厚ｔｆが、２μｍ以下であれば、マスクシャドウの範囲は、２μｍ以下に抑制することができる。 13(a) to (c) show the deposition rate of the deposition film 140a formed on the substrate 140 when the limiting plate 121 is disposed between the nozzles 20. The horizontal axis shows the position on the deposition film 140a when the center of the deposition film 140a is set to 0, and the vertical axis shows the deposition rate. The deposition source 120 is configured by arranging nine nozzles 20 at a pitch (P) of 80 mm. As the limiting plate 121, a plate with a height h of 90 mm and a thickness ts of 1.5 mm was used. FIG. 13(a) shows the deposition rate when the deposition film thickness tf on the metal mask 130 is 0 μm, (b) shows 2 μm, and (c) shows 4 μm. As shown in FIGS. 13(a) and (b), if the deposition film thickness tf on the metal mask 130 is 2 μm or less, the range of the mask shadow can be suppressed to 2 μm or less.

制限板１２１をノズル２０間に配置することで、マスクシャドウの範囲を減少させることができるが、ノズル２０に形成された複数の孔２０ａの配列の仕方により、蒸着材料の分布にバラツキがあることが分かった。図１４（ａ）は、ノズル２０内の複数の孔２０ａの配列を示す図である。ノズル２０には、直径３ｍｍ、長さ９ｍｍの孔２０ａが３７個形成されている。図１４（ａ）では、ノズル２０の輪郭は示していない。以下の図１５（ａ）、図１６（ａ）でも同様にノズル２０の輪郭は示していない。 By placing the limiting plate 121 between the nozzles 20, the range of the mask shadow can be reduced, but it was found that the distribution of the deposition material varies depending on the arrangement of the multiple holes 20a formed in the nozzle 20. Figure 14(a) is a diagram showing the arrangement of multiple holes 20a in the nozzle 20. The nozzle 20 has 37 holes 20a with a diameter of 3 mm and a length of 9 mm. The outline of the nozzle 20 is not shown in Figure 14(a). Similarly, the outline of the nozzle 20 is not shown in the following Figures 15(a) and 16(a).

複数の孔２０ａは、ノズル２０の直径上の仮想の線分２０ｂと平行に配列されている。線分２０ｂが延びる方向ａ（以下、孔２０ａの配列方向も方向ａとして示す。）と、制限板１２１の延びる方向ｂとは、同一である。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、制限板１２１と孔２０ａが配置される方向は同一である。また、ノズル２０の並ぶ方向ｃと制限板１２１の板面とは垂直に配置されている。なお、方向ａを第１の方向ともいう。 The multiple holes 20a are arranged parallel to an imaginary line segment 20b on the diameter of the nozzle 20. The direction a in which the line segment 20b extends (hereinafter, the arrangement direction of the holes 20a will also be referred to as direction a) is the same as the direction b in which the limiting plate 121 extends. That is, as shown in FIG. 14(b), the direction in which the limiting plate 121 and the holes 20a are arranged is the same. Also, the direction c in which the nozzles 20 are arranged is perpendicular to the plate surface of the limiting plate 121. The direction a is also referred to as the first direction.

このようなノズル２０を、ピッチ（Ｐ）６５ｍｍで、一列に９個並べた蒸着源１２０を用いた蒸着分布と成膜レートを図１４（ｃ）に示す。図１４（ｃ）において、白丸が蒸着分布を示し、黒丸が成膜レートを示す。図１５（ｂ）、図１６（ｂ）におけるグラフも同様である。制限板１２１の長さｈｓは７５ｍｍ、厚さｔｓは１．５ｍｍ、ノズル２０の先端から基板面までの距離ｈは、３００ｍｍである。孔２０ａは、図１４（ａ）に示すように配列され、蒸着材料が制限板１２１に衝突すると図１４（ｃ）に示すように階段状の蒸着分布となる。この配列での蒸着材料の分布率は、２．９％である。 FIG. 14(c) shows the deposition distribution and the film formation rate using the deposition source 120 in which nine such nozzles 20 are arranged in a row with a pitch (P) of 65 mm. In FIG. 14(c), the white circles indicate the deposition distribution, and the black circles indicate the film formation rate. The same is true for the graphs in FIG. 15(b) and FIG. 16(b). The length h s of the limiting plate 121 is 75 mm, the thickness t s is 1.5 mm, and the distance h from the tip of the nozzle 20 to the substrate surface is 300 mm. The holes 20a are arranged as shown in FIG. 14(a), and when the deposition material collides with the limiting plate 121, a step-like deposition distribution is obtained as shown in FIG. 14(c). The distribution rate of the deposition material in this arrangement is 2.9%.

このような階段状の分布をなだらかにするために、ノズル２０の孔２０ａの配列方向ａと制限板１２１の方向ｂにより形成される角度を変更すると、階段状の分布を改善できることが分かった。図１５、１６にその一例を示す。 In order to smooth out this stepped distribution, it was found that the step-like distribution could be improved by changing the angle formed by the arrangement direction a of the holes 20a of the nozzles 20 and the direction b of the limiting plate 121. An example is shown in Figures 15 and 16.

図１５（ａ）において使用したノズル２０は、図１４（ａ）で用いたノズル２０と同様に、直径３ｍｍ、長さ９ｍｍの孔が３７個形成されたノズルである。ノズル２０の孔２０ａの配列方向ａは、制限板１２１の延びる方向ｂと平行ではなく、図１５（ａ）に示すように３０度傾いた孔２０ａの配列となっている。 The nozzle 20 used in FIG. 15(a) is a nozzle with 37 holes, each 3 mm in diameter and 9 mm in length, similar to the nozzle 20 used in FIG. 14(a). The arrangement direction a of the holes 20a of the nozzle 20 is not parallel to the direction b in which the limiting plate 121 extends, but is inclined at 30 degrees as shown in FIG. 15(a).

このようなノズル２０を、ピッチ（Ｐ）６５ｍｍで、一列に９個並べた蒸着源１２０を用いた場合の蒸着分布と成膜レートを図１５（ｂ）に示す。制限板１２１の長さｈｓは７５ｍｍ、厚さｔｓは１．５ｍｍ、ノズル２０の先端から基板面までの距離ｈは、３００ｍｍである。この配列での蒸着材料の分布率は、２．１％であった。 15B shows the deposition distribution and film formation rate when using the deposition source 120 in which nine such nozzles 20 are arranged in a row with a pitch (P) of 65 mm. The length hs of the limiting plate 121 is 75 mm, the thickness ts is 1.5 mm, and the distance h from the tip of the nozzle 20 to the substrate surface is 300 mm. The distribution rate of the deposition material in this arrangement was 2.1%.

図１６（ａ）において使用したノズル２０は、図１４（ａ）で用いたノズル２０と同様に、直径３ｍｍ、長さ９ｍｍの孔が３７個形成されたノズルである。ノズル２０の孔２０ａの配列方向ａは、制限板１２１の延びる方向ｂと平行ではなく、図１６（ａ）に示すように２５度傾いた孔２０ａの配列となっている。 The nozzle 20 used in FIG. 16(a) is a nozzle with 37 holes, each 3 mm in diameter and 9 mm in length, similar to the nozzle 20 used in FIG. 14(a). The arrangement direction a of the holes 20a of the nozzle 20 is not parallel to the direction b in which the limiting plate 121 extends, but is inclined at 25 degrees as shown in FIG. 16(a).

このようなノズル２０を、ピッチ（Ｐ）６５ｍｍで、一列に９個並べた蒸着源１２０を用いた蒸着分布と成膜レートを図１６（ｂ）に示す。制限板１２１の長さｈｓは７５ｍｍ、厚さｔｓは１．５ｍｍ、ノズル２０の先端から基板面までの距離ｈは、３００ｍｍである。この配列での蒸着材料の分布率は、１．１％であった。このように、ノズル２０の孔２０ａの配列方向ａを制限板１２１の延びる方向ｂに対して傾斜させると、蒸着材料の分布が改善されることがわかった。 FIG. 16B shows the deposition distribution and film formation rate using the deposition source 120 in which nine such nozzles 20 are arranged in a row with a pitch (P) of 65 mm. The length hs of the limiting plate 121 is 75 mm, the thickness ts is 1.5 mm, and the distance h from the tip of the nozzle 20 to the substrate surface is 300 mm. The distribution rate of the deposition material in this arrangement was 1.1%. Thus, it was found that the distribution of the deposition material was improved by inclining the arrangement direction a of the holes 20a of the nozzle 20 with respect to the extension direction b of the limiting plate 121.

本実施の形態によれば、孔２０ａのアスペクト比を２以上とし、ノズル長を平均自由行程の１／５以下としたので、ノズル２０の指向性を向上させることができるとともに、成膜レートも良好に保持することができる。 In this embodiment, the aspect ratio of the hole 20a is set to 2 or more, and the nozzle length is set to 1/5 of the mean free path or less, so that the directionality of the nozzle 20 can be improved and the deposition rate can be maintained at a good level.

本実施の形態によれば、複数のノズル２０を所定の方向（第２の方向）に配列した蒸着源１２０により、有機ＥＬディスプレイ等の大型基板の表面を、均一に成膜することができる。 According to this embodiment, a deposition source 120 having multiple nozzles 20 arranged in a predetermined direction (second direction) can uniformly form a film on the surface of a large substrate such as an organic EL display.

本実施の形態によれば、複数のノズル２０の間に、制限板１２１を配置したので、基板１４０上にマスクシャドウが発生する範囲を小さくすることができる。 In this embodiment, the limiting plate 121 is placed between the multiple nozzles 20, so the area where the mask shadow occurs on the substrate 140 can be reduced.

本実施の形態によれば、制限板１２１を、複数のノズル２０が配置された方向（第２の方向）と、その板面が垂直となるように配置したので、基板１４０に噴射された蒸着材料を満遍なく拡散することができる。 In this embodiment, the limiting plate 121 is positioned so that its plate surface is perpendicular to the direction in which the multiple nozzles 20 are arranged (the second direction), so that the deposition material sprayed onto the substrate 140 can be evenly diffused.

本実施の形態によれば、ノズル２０を、複数の孔２０ａが配列された配列方向ａ（第１の方向）と制限板１２１が配置された方向ｂとを、所定の角度を持つよう配置したので、蒸着材料の分布のむらを軽減することができる。 In this embodiment, the nozzle 20 is arranged so that the arrangement direction a (first direction) in which the multiple holes 20a are arranged and the direction b in which the limiting plate 121 is arranged form a predetermined angle, thereby reducing unevenness in the distribution of the deposition material.

（変形例）
本実施の形態では、蒸着源ユニット１において、坩堝１０の上方向に延びるノズル２０が配置されると説明したが、ノズル２０の配置は他の配置でもよい。例えば、図１７に示すように、蒸着源ユニット３０において、ノズル３００は、坩堝２００の側部、例えば左方向にずらして配置させてもよい。ノズル３００は、左方向に延び、ノズル３００の噴出口３０１は、蒸着源ユニット３０の側面に開口する。ノズル３００には、ノズル３００の延びる方向と同一方向に延びる複数の孔３００ａが形成されている。坩堝２００で加熱された蒸着材料２００ａは上昇したのち、蒸着源ユニット３０内で方向変換されて、上昇方向と垂直に延びるノズル３００から噴出される。このような位置にノズル３００を配置することにより、蒸発した蒸着材料２００ａは、蒸着源ユニット３０内で充分に拡散されてノズル３００から噴出するので、噴出口３０１から均等に噴出される。また、蒸着源ユニット１の設計上の自由度を増すことができる。 (Modification)
In the present embodiment, the nozzle 20 extending in the upward direction of the crucible 10 is disposed in the deposition source unit 1, but the nozzle 20 may be disposed in another manner. For example, as shown in FIG. 17 , in the deposition source unit 30, the nozzle 300 may be disposed on the side of the crucible 200, for example, shifted to the left. The nozzle 300 extends to the left, and an ejection port 301 of the nozzle 300 opens on the side surface of the deposition source unit 30. The nozzle 300 has a plurality of holes 300a extending in the same direction as the nozzle 300 extends. The deposition material 200a heated in the crucible 200 rises, is changed in direction within the deposition source unit 30, and is ejected from the nozzle 300 extending perpendicular to the upward direction. By disposing the nozzle 300 at such a position, the evaporated deposition material 200a is sufficiently diffused in the deposition source unit 30 and ejected from the nozzle 300, and is ejected evenly from the ejection port 301. In addition, the degree of freedom in designing the deposition source unit 1 can be increased.

本実施の形態では、ノズル２０は、ノズル２０の延びる方向と同一方向に延びて形成された複数の孔２０ａを備える多孔ノズルであると説明した。ノズル２０内に孔２０ａを形成するのではなく、孔２０ａの替わりに、細いチューブ状の管を複数束ねてノズル２０としてもよい。 In this embodiment, the nozzle 20 is described as a multi-hole nozzle having a plurality of holes 20a formed to extend in the same direction as the extension direction of the nozzle 20. Instead of forming holes 20a in the nozzle 20, the nozzle 20 may be formed by bundling a plurality of thin tube-shaped pipes instead of the holes 20a.

本実施の形態では、蒸着源１２０は、蒸着源ユニット１を一列に並べて配列して形成したと説明したが、蒸着源１２０は、蒸着源ユニット１を複数列並べて配列して形成してもよい。 In this embodiment, the deposition source 120 is described as being formed by arranging the deposition source units 1 in a row, but the deposition source 120 may be formed by arranging the deposition source units 1 in multiple rows.

本実施の形態では、ノズル２０に形成された複数の孔２０ａは、直径上に引かれる仮想の線分２０ｂと平行に配列されると説明したが、ノズル２０の噴出口２１にランダムに配置してもよい。 In this embodiment, the multiple holes 20a formed in the nozzle 20 are described as being arranged parallel to the imaginary line segment 20b drawn on the diameter, but they may also be arranged randomly at the nozzle outlet 21 of the nozzle 20.

本実施の形態では、基板１４０の移動方向は、蒸着源１２０の複数の蒸着源ユニット１が配列される方向と垂直であると説明したが、蒸着源ユニット１の配列方向と同一であってもよい。 In this embodiment, the movement direction of the substrate 140 is described as being perpendicular to the direction in which the deposition source units 1 of the deposition source 120 are arranged, but it may be the same as the arrangement direction of the deposition source units 1.

本実施の形態では、ノズル２０に形成される孔２０ａを３７個として説明したが、それ以外の個数でもよい。 In this embodiment, the nozzle 20 is described as having 37 holes 20a, but any other number may be used.

本実施の形態では、図１４～図１６において、ノズル２０のピッチ、制限板１２１の高さ、制限板１２１の厚さ、ノズル２０の先端から基板までの距離は同一の条件で説明した。これらの値は、蒸着分布をなだらかにするために、適宜変更することができる。 In this embodiment, the pitch of the nozzle 20, the height of the limiting plate 121, the thickness of the limiting plate 121, and the distance from the tip of the nozzle 20 to the substrate are explained under the same conditions in Figures 14 to 16. These values can be changed as appropriate to smooth the deposition distribution.

本実施の形態では、蒸着源ユニット１を使用する基板として、有機ＥＬディスプレイを例に説明したが、他のあらゆる基板にも使用でき、太陽電池に使用される光吸収膜を生成するためにも使用することができる。 In this embodiment, an organic EL display has been described as an example of a substrate using the deposition source unit 1, but it can also be used for any other substrate, and can also be used to generate light absorbing films for use in solar cells.

本発明は、基板表面に蒸着材料を蒸着させる蒸着源ユニット、蒸着源、蒸着源用ノズルに利用することができる。 The present invention can be used in deposition source units, deposition sources, and deposition source nozzles that deposit deposition materials onto a substrate surface.

１ 蒸着源ユニット
１０ 坩堝
１０ａ 蒸着材料
２０ ノズル
２０ａ 孔
２０ｂ 線分
２０ａａ、２０ａｂ 開口
２１ 噴出口
３０ 蒸着源ユニット
１００ 成膜装置
１１０ 真空チャンバ
１１１ バルブ
１２０ 蒸着源
１２１ 制限板
１３０ メタルマスク
１３０ａ 蒸着膜
１４０ 基板
１４０ａ 蒸着膜
２００ 坩堝
２００ａ 蒸着材料
３００ ノズル
３０１ 噴出口
３００ａ 孔 1 Evaporation source unit 10 Crucible 10a Evaporation material 20 Nozzle 20a Hole 20b Line segments 20aa, 20ab Opening 21 Spout 30 Evaporation source unit 100 Film forming apparatus 110 Vacuum chamber 111 Valve 120 Evaporation source 121 Limiting plate 130 Metal mask 130a Evaporation film 140 Substrate 140a Evaporation film 200 Crucible 200a Evaporation material 300 Nozzle 301 Spout 300a Hole

Claims (4)

基板の表面に蒸着材料を噴射する噴出口を備えるノズルと、a nozzle having an ejection port for ejecting a deposition material onto a surface of a substrate;
前記ノズルと隣り合うノズルとの間に、前記ノズルの延びる方向と直交する方向にその法線方向を向けて配置され、前記噴出口から噴射された蒸着材料の噴射方向を制限する制限板と、を備え、a limiting plate disposed between the nozzle and an adjacent nozzle with its normal direction facing a direction perpendicular to the extension direction of the nozzle, and limiting a spray direction of the deposition material sprayed from the spray port,
前記ノズルには、前記噴出口から見たとき当該ノズルの直径上に引かれた仮想線と平行である第１の方向に複数の孔が配列して形成され、The nozzle has a plurality of holes arranged in a first direction parallel to an imaginary line drawn on a diameter of the nozzle when viewed from the nozzle outlet,
前記噴出口から見たとき、前記第１の方向は、前記制限板に対して所定の角度傾斜している、When viewed from the ejection port, the first direction is inclined at a predetermined angle with respect to the limiting plate.
蒸着源。Evaporation source. 前記複数の孔の列は、前記第１の方向と平行に複数配列され、隣り合う列同士の孔の中心は、互いにずれて配置された、
請求項１に記載の蒸着源。 The rows of the holes are arranged parallel to the first direction, and the centers of the holes in adjacent rows are shifted from each other.
The deposition source according to claim 1 . 前記所定の角度は、２５度から３０度である、The predetermined angle is between 25 degrees and 30 degrees.
請求項１に記載の蒸着源。The deposition source according to claim 1 . 複数の前記ノズルを備え、当該複数のノズルは、所定のピッチを隔てて第２の方向に配列され、
前記制限板は、前記第２の方向に配列された前記複数のノズルのそれぞれの間に設置された、
請求項１に記載の蒸着源。 A plurality of the nozzles are provided, the plurality of nozzles being arranged at a predetermined pitch in the second direction ;
The limiting plate is installed between each of the plurality of nozzles arranged in the second direction.
The deposition source according to claim 1 .
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