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JP2014055342A - 成膜装置 - Google Patents

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An Zushi
庵 圖師
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Abstract

【課題】
蒸発レートの制御の安定化を図り、被成膜基板への蒸着中の実際の蒸着レートを一定に保つことによって膜厚の均一性を得ることが可能な蒸着装置及びその蒸着方法を提供することにある。
【解決手段】
被成膜基板を保持する基板保持機構と、該被成膜基板と対向する位置に設けられて該被成膜基板に蒸着する蒸発源と、該蒸発源を該被成膜基板に対し相対移動させる蒸発源移動機構と、を備えた成膜装置において、前記蒸発源移動機構が前記蒸発源を移動させる軌跡上に、該蒸発源から蒸発する成膜材料の量を制御する待機位置を有し、該待機位置の前方に設けられた防着部材の表面に該防着部材から放射される反射熱を制限する反射熱制限部材を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は蒸着により薄膜を形成する成膜装置に係り、特に有機EL素子を構成する有機ＥＬ膜や金属電極膜の成膜に好適な成膜装置に関する。
蒸着により成膜を行う成膜装置は、蒸着を行う材料を加熱し当該材料の蒸気を発生させる蒸発源と、該蒸発源からの蒸気により成膜を行う基板を保持する基板保持機構とを収容する蒸着チャンバを備える。蒸着チャンバは、成膜効率を上げるため、低圧雰囲気（一般的に真空雰囲気と呼称される）に維持される。成膜を行う基板は半導体ウェーハなどの小さい基板の場合、位置を固定した蒸発源により成膜を行っても、基板上の膜厚の均一性をある程度維持できる。
しかし、大面積表示パネル用の基板、例えば１ｍ×１ｍの基板に対し成膜を行う場合は、１つの蒸発源のみでは膜厚の均一性を維持できないので、複数の蒸発源を並べて用いたり、蒸発源を基板に対し相対移動させたりすることにより、膜厚の均一性を得ている。
蒸発源を基板に対して相対移動させる場合、通常、蒸発源からの蒸気の発生レートが一定になるように調整するための、蒸発源の待機位置を設ける。この待機位置で蒸発源の蒸発レートが所定値になったことを確認した後、蒸発源を基板方向へ移動させて基板への成膜を開始する。特許文献１では、蒸発源の輻射熱損失が、待機位置と基板位置で異なることにより、両者の蒸発レートが変動することを見出し、輻射熱損失を両者で同等とすべきとの知見が開示されている。
特開２００５−３２５４２５号公報
特許文献１では、蒸発源の蒸気放出部分近傍の輻射熱損失を待機時と成膜時において同等とするため、マスク（基板の蒸発源側に設け、所定位置のみに成膜を行うためのシャドウマスク）と同等の輻射率の材料からなる防着部材をマスクとほぼ同じ高さに配置することが開示されている。
しかし、防着部材をマスクとほぼ同じ高さに配置することは、蒸着チャンバ内のスペースの問題で実現が難しい場合がある。また、マスクと同等の輻射率の材料として、マスクと同じインバー材を用いることが提案されているが、この材料は高価であり、防着部材の材料として用いることは現実的には難しい。
本発明の目的は、防着部材の材料や位置に関係なく、待機時と成膜時で同等の蒸着レートを維持できる成膜装置を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明の構成は以下の通りである。
被成膜基板を保持する基板保持機構と、該被成膜基板と対向する位置に設けられて該被成膜基板に蒸着する蒸発源と、該蒸発源を該被成膜基板に対し相対移動させる蒸発源移動機構と、を備えた成膜装置において、前記蒸発源移動機構が前記蒸発源を移動させる軌跡上に、該蒸発源から蒸発する成膜材料の量を制御する待機位置を有し、該待機位置の前方に設けられた防着部材の表面に該防着部材から輻射される反射熱を制限する反射熱制限部材を備えたものである。
なお、本発明の成膜装置は、基材上に膜を形成する成膜装置であれば、適用できるが、特に成膜源が熱を発するようなもの、蒸着装置、スパッタリング装置、熱ＣＶＤ装置などに適用されることが好適である。
本発明によれば、蒸発レートの制御の安定化を図り、被成膜基板への蒸着中の実際の蒸着レートを一定に保つことによって膜厚の均一性を得ることが可能な蒸着装置及びその蒸着方法を提供することができる。
本発明の実施例に係る蒸着装置の概略構成図である。 本発明の実施例１に係る反射熱抑制部材の部分断面図である。 本発明の実施例１に係る反射熱抑制部材の斜視図である。 本発明の実施例２に係る反射熱抑制部材の斜視図である。 本発明の実施例３に係る反射熱抑制部材の斜視図である。 本発明の実施例３に係る反射熱抑制部材の部分断面図である。 本発明の実施例４に係る反射熱抑制部材の斜視図である。 本発明の実施例４に係る反射熱抑制部材の部分断面図である。
以下、実施例に従って、図面等により説明する。以下の説明文は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの説明に限定されるものではない。従って、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更及び修正が可能である。
本発明の具体的な一実施例について図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例に係る蒸着装置の概略構成図である。
図１において、真空チャンバ１内には蒸発源２が設けられている。この蒸発源２に充填された成膜材料をヒーター（図示せず）で加熱して蒸発させるようになっている。蒸発によって発生する蒸発粒子２ａを蒸発源２に対向する基板保持機構３に保持された被成膜基板４に付着させて形成するものである。
蒸発粒子２ａを被成膜基板４に付着させるときは、蒸発源２を待機位置（図１の実線で示す位置）から被成膜基板４の対向面の少なくとも中央部（図１の点線で示す位置）へ膜厚センサー５とともに移動（矢印方向）するようになっている。蒸発源２は左方向及び右方向に動作することが可能であり、待機位置に戻ってきた後、膜厚センサー５によって検出された所定の値に安定するまで蒸発レートの温度制御を行う。
なお、蒸発源２でのヒータによる成膜材料の加熱は中央部（図１の点線で示す位置）であっても待機位置であっても常に加熱されているため、蒸発粒子２ａは常に飛散し続けている。
さらに、蒸発粒子の熱エネルギーを低下させることで跳ね返りを抑制するため図１に示すように防着部材６の背面には冷却機構８が設けられている。この冷却機構８は、いわゆる水冷装置であり防着部材６の背面に冷却水が循環する配管を熱的に接続させて構成されている。
さて、待機位置において、蒸発源２からの蒸発粒子２ａが被成膜基板４に到着あるいは付着できなかった蒸発粒子２ａを捕捉するために被成膜基板４の周辺には上述の防着部材６が対向して設けられている。
図１に示すように蒸着源２の待機位置から防着部材６までの距離は被成膜基板４までの距離と比較するとはるかに近い。そのため待機位置にある蒸発源２は、防着部材６からの反射熱によって影響を受ける。また、蒸着源２には、蒸発源２と一体で移動する膜厚センサー５が設けられているが、防着部材６からの反射熱は、この膜厚センサー５にも影響を及ぼす。
すなわち、膜厚センサー５は、水晶振動子の表面に形成される蒸着材料の量によって、共振周波数が変わる現象を利用して測定するものが一般的であるが、この共振周波数が、温度によってずれる現象が発生する。防着部材６からの反射熱の影響により、膜厚センサー５が、実際の膜厚と異なる膜厚として測定してしまうと、それを補正するため、蒸発源のヒータ温度を間違った方向に調整してしまうので、結果として、所定の蒸発レートでの成膜ができない恐れがある。
すなわち、待機位置で蒸発レートを制御したとしても、成膜時の蒸発レートが所定値と異なる可能性がある。
そのため本実施例では、この防着部材６に被成膜基板４の周辺の少なくとも一部に、蒸着源から放射される熱の反射を抑制する反射熱抑制部材７を設けたものである。
以下、反射熱抑制部材７の詳細を図２、図３を使って説明する。
図２は本発明の実施例１に係る反射熱抑制部材の部分断面図である。
図３は本発明の実施例１に係る反射熱抑制部材の斜視図である。
図２において、防着部材６上の反射熱抑制部材７はアルミ或いはステンレス板に複数の切り込みを入れ、この切り込みを立ち上げることによって羽根板部材７ａ（ルーバーともいう）としたものである。この羽根板部材７ａは約１０ｍｍ程度に立ち上げられて約４５度に傾斜している。
図２の矢印に示す蒸発源２からの熱線２ｂのように、反射熱抑制部材７に対して略垂直方向に熱線２ｂが照射されると、熱線２ｂは複数の羽根板部材７ａに衝突する。羽根板部材７ａに衝突した熱線２ｂは直角方向に屈折したり、羽根板部材７ａの傾斜に沿って流れたりする。
そのため防着部材６から蒸発源への反射熱は羽根部材がない場合に比べ大幅に低減することができる。なお、防着部材６から放射される熱としては、反射熱の他に、輻射熱と、蒸着粒子がある。前者は熱源と熱が伝わる先の温度差によって移動する熱量が異なってくるが、反射熱に比べるとその熱量は少ない。また、熱を帯びた蒸着粒子が移動すると熱の移送が起こるが、これも反射熱に比べて小さい。
本発明の反射熱抑制部材７は、これらの輻射熱、蒸着粒子による膜厚センサーへの影響低減効果も備える構造となっているが、記載の簡潔化のため、本明細書では“反射熱”抑制部材と称する。
図３において、上述したように防着部材６となる反射熱抑制部材７には複数の切り込みが設けられ、この切り込みを立ち上げることによって羽根板部材７ａが形成されている。本実施例では長方形である防着部材６の短手方向の辺と同じ方向に延びる羽根板部材７ａを複数設けたものである。
この羽根板部材７ａは、蒸発源からの熱を反射させることにより、防着部材６の表面温度上昇を抑制し、熱を拡散させるため複数設けられている。また、反射熱抑制部材７の形状は図２、図３に示すように、蒸発源２への熱反射を抑制するため蒸発源２の表面に対し複数の羽根板部材７aを斜めに傾斜させている。或いは場合によっては垂直姿勢としても良い。また平行姿勢とした構造でも可能である。
反射熱抑制部材７の材質は、真空中で使用する一般的なもので、かつ、脱ガスの無いステンレスを使用している。またアルミニウムを使用することも可能である。
このように本実施例によれば、蒸発源２からの熱による防着部材６からの反射熱を大幅に低減することができる
図４は本発明の実施例２に係る反射熱抑制部材の斜視図である。
図４において、上述したように防着部材６には複数の切り込みが設けられ、この切り込みを立ち上げることによって羽根板部材７ａが形成されている。本実施例では長方形である防着部材６の長手方向の辺と同じ方向に延びる羽根板部材７ａを複数設けたものである。
本実施例によれば、羽根板部材７ａの向きを変更しただけで実施例１と同等の効果を得ることができる。
図５は本発明の実施例３に係る反射熱抑制部材の斜視図である。
図６は本発明の実施例２に係る反射熱抑制部材の部分断面図である。
図５において、反射熱抑制部材７をバッフル９で構成したものである。本実施例によるバッフル９は金属板の押し出し成形によって複数の突起部を形成したものである。この突起部は略台形形状となっているため、平面部と傾斜面との組み合わせ形状を得ることができる。
図６において、矢印に示す蒸発源２からの熱線２ｂのように、反射熱抑制部材７に対して略垂直方向に熱線２ｂが照射されると、熱線２ｂは複数のバッフル９に衝突する。バッフル９の平面部に衝突した熱線２ｂは直角方向に屈折したり、バッフル９の傾斜面部に沿って流れたりする。そのため防着部材６からの反射熱は膜厚センサー５避ける方向に拡散するため熱影響を大幅に低減することができる。
このように本実施例によれば、平面部と傾斜面部を備えたバッフル９によって蒸発源２からの熱による防着部材６からの反射熱を大幅に低減することができる。
図７は本発明の実施例４に係る反射熱抑制部材の斜視図である。
図８は本発明の実施例２に係る反射熱抑制部材の部分断面図である。
図７において、反射熱抑制部材７を格子板１０で構成したものである。本実施例による格子板１０は金属板の押し出し成形によって複数の開口部１０ａを形成したものである。開口部１０ａと開口部１０ａとの間は桟１０ｂが形成されている。なお、この開口部１０ａは正方形であっても長方形であっても構わない。
図８において、矢印に示す蒸発源２からの熱線２ｂのように、反射熱抑制部材７に対して略垂直方向に熱線２ｂが照射されると、熱線２ｂは複数の開口部１０ａ間の桟１０ｂに衝突する。桟１０ｂに衝突した熱線２ｂは直角方向に屈折したり、開口部１０ａを貫通して流れたりする。そのため防着部材６からの反射熱は膜厚センサー５避ける方向に拡散するため、膜厚センサー５に対する熱影響を大幅に低減することができる。
なお、有機EL素子の成膜するための装置に限定するものではなく、蒸着法によって発光層等の有機膜や電極用金属膜を形成する蒸着装置と蒸着方法にも有効なものである。
このように本実施例によれば、開口部１０ａと桟１０ｂによって蒸発源２からの熱による防着部材６からの反射熱を大幅に低減することができるため膜厚センサー５に熱影響を低減することができる。そのため、膜厚センサー５による膜厚の検出を正確に行うことができる。
１…真空チャンバ、
２…蒸発源、
２ａ…蒸発粒子、
３…基板保持機構、
４…被成膜基板、
５…膜厚センサー、
６…防着部材、
７…反射熱抑制部材、
７a…羽根板部材、
８…冷却機構、
９…バッフル、
１０…格子板、
１０ａ…開口部、
１０ｂ…桟。

Claims (4)

  1. 被成膜基板を保持する基板保持機構と、
    該被成膜基板と対向する位置に設けられて該被成膜基板に蒸着する蒸発源と、
    該蒸発源を該被成膜基板に対し相対移動させる蒸発源移動機構と、を備えた成膜装置において、
    前記蒸発源移動機構が前記蒸発源を移動させる軌跡上に、該蒸発源から蒸発する成膜材料の量を制御する待機位置を有し、該待機位置の前方に設けられた防着部材の表面に該防着部材から放射される反射熱を制限する反射熱制限部材を備えたことを特徴とする成膜装置。
  2. 請求項１に記載の成膜装置において、
    前記反射熱制限部材は、防着部材の基材表面から突出して設けられた複数の反射熱反射部材であることを特徴とする成膜装置。
  3. 請求項２に記載の成膜装置において、
    前記反射熱反射部材は、前記防着部材の基材表面から所定角度で突出した板材が並んで配置されているものであることを特徴とする成膜装置。
  4. 請求項１に記載の成膜装置において、
    前記反射熱抑制部材は格子板により構成されていることを特徴とする成膜装置。
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