JP2009280861A - 真空蒸着装置の放出部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】放出孔から放出される蒸着材料を被蒸着材に均一に蒸着する。
【解決手段】蒸発された蒸着材料が導入される分散容器１４に、当該分散容器１４に対向して配置される被蒸着材に向かって蒸着材料を放出する放出孔１を形成し、放出孔１の軸心上で放出孔１の入口面１ａから基板側に、入口面１ａの口径より小径で、かつ入口面１ａから外方に離れるほど大径となる錐形の反射面を有する倒立姿勢の反射部材５１を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、放出孔から蒸着材料を拡散放出して、基板などの被蒸着材に均一な膜厚を形成する真空蒸着装置の放出部構造に関する。

たとえば特許文献１には、蒸発源に接続された複数の移送管の先端部に、それぞれ複数の放出孔が一定間隔ごとに穿孔された放出部を、ガラス基板の蒸着面に対向して設けた発明が開示され、これにより、従来の点蒸発源に比較して放出分布範囲を広く確保し、ガラス基板と放出孔とを接近して配置することにより、蒸着材料の付着効率（利用効率、蒸着率、収率ともいう）を向上させている。
特開２００２−２４９８６８号公報

しかしながら、特許文献１の段落［００３１］に、付着効率の向上が数値で示されているが、膜厚の均一性の向上については放出孔の配置と分岐管の加熱が記載されているに過ぎない。近年、広い面積の基板に、より均一な膜厚を形成できる蒸着装置が望まれている。

本発明は上記問題点を解決して、放出孔から放出される蒸着材料を被蒸着材にさらに均一に蒸着できる真空蒸着装置の放出部構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、蒸発された蒸着材料が導入される分散容器に、当該分散容器に対向して配置される被蒸着材に向かって蒸着材料を放出する放出孔を形成した真空蒸着装置の放出部構造であって、放出孔の軸心上で放出孔の入口面から被蒸着材側に、入口面の口径より小径で、かつ入口面から外方に離れるほど大径となる錐形の反射面を有する倒立姿勢の反射部材を設けたものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、放出孔の入口面の口径：Ｄ、放出孔の入口面から反射部材の頂部までの距離：ｈ１とすると、ｈ１≧（２／３）Ｄとしたものである。

請求項３記載の発明は、蒸発された蒸着材料が導入される分散容器に、当該分散容器に対向して配置される被蒸着材に向かって蒸着材料を放出する放出孔を形成した真空蒸着装置の放出部構造であって、放出孔の軸心上で放出孔の入口面から分散容器の反被蒸着材側に、入口面の口径より小径で、かつ入口面に接近するほど小径となる錐形の反射面を有する正立姿勢の反射部材を設けたものである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、放出孔の入口面の口径：Ｄ、反射部材の底辺外径：Ｗ１とすると、Ｗ１≧（１／９）Ｄとしたものである。

請求項１記載の発明によれば、放出孔の入口面から被蒸着材側に、錐形で倒立姿勢の反射部材を設けることにより、放出孔の軸心部近傍に飛散経路を有する蒸着材料を反射して放出孔軸心部への蒸着材料の集中度を低下させ、これにより被蒸着材への蒸着分布を均一化することができる。

請求項２記載の発明によれば、放出孔の入口面から反射部材までの距離を、放出孔の入口面の口径の（２／３）倍以上とすることにより、被蒸着材への蒸着分布をより均一化することができる。

請求項３記載の発明によれば、放出孔の入口面から反被蒸着部材側に、錐形で正立姿勢の反射部材を設けることにより、放出孔の軸心部近傍に飛散経路を有する蒸着材料を反射して放出孔軸心部への蒸着材料の集中度を低下させ、これにより被蒸着材への蒸着分布を均一化することができる。

請求項４記載の発明によれば、反射部材の底辺の外径を、放出孔の入口面の口径の（１／９）倍以上とすることにより、被蒸着材への蒸着分布をより均一化することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［実施の形態１］
まず、本発明に係る放出部を有する真空蒸着装置を説明する。

（真空蒸着装置の第１形態）
この真空蒸着装置１０は、単一の蒸着材料を蒸着するものであって、図６に示すように、真空蒸着室１１の中央下部に加熱装置（図示せず）を有する蒸発容器１２が配置され、蒸発容器１２内に、蒸着材料を収容するるつぼ１３が配置されている。そして蒸発容器１２の上面から伸びる移送ダクト１４が底壁を貫通して真空蒸着室１１内に導入され、真空蒸着室１１内の底部に配置された中空状面形の分散容器１５の底面中央部に接続されている。また真空蒸着室１１内の天部に、分散容器１５に対向して固定式の保持具（図示せず）に保持された被蒸着材である基板Ｐが配置されている。この分散容器１５は、所定の厚みを有する正方形または長方形の中空箱体形で、基板Ｐに対向する上部の放出面の所定位置に、放出孔１を有する放出部が設けられている。

（真空蒸着装置の第２形態）
この真空蒸着装置２０は、単一の蒸着材料を蒸着するものであって、図７に示すように、真空蒸着室２１の中央下部に加熱装置（図示せず）を有する蒸発容器２２が配置され、蒸発容器２２内に、蒸着材料を収容するるつぼ２３が配置されている。そして蒸発容器２２の上面から伸びる移送ダクト２４が底壁を貫通して真空蒸着室２１内に導入され、真空蒸着室２１内の底部に幅方向に配置された中空状ライン形の分散容器２５の下面中央部に接続されている。分散容器２５は、所定の厚みで幅方向に長い中空箱体形で、基板Ｐに対向する上部の放出面に幅方向に所定間隔ごとに、放出孔１を有する放出部が設けられている。さらに真空蒸着室２１内の天部には、被蒸着材である基板Ｐを保持して長さ方向に移動させる可動式保持具（図示せず）が配置され、分散容器２５の放出孔１から放出される蒸着材料が、可動式保持具により移動される基板Ｐ下部の蒸着面に蒸着される。

（真空蒸着装置の第３形態）
この真空蒸着装置３０は、３種類の蒸着材料を一度に基板Ｐの蒸着面に蒸着するもので、図８に示すように、真空蒸着室３１の中央下部に加熱装置（図示せず）を有する３つの蒸発容器３２Ａ〜３２Ｃがそれぞれ配置され、蒸発容器３２Ａ〜３２Ｃ内に、それぞれ蒸着材料が収容されたるつぼ３３Ａ〜３３Ｃが配置されている。真空蒸着室３１の底部には、所定隙間をあけて上下３段に中空箱体状で面形の上段分散容器３５Ａおよび中段分散容器３５Ｂならびに下段分散容器３５Ｃが設置されており、各蒸発容器３２Ａ〜３２Ｃの上面からそれぞれ伸びる移送ダクト３４Ａ〜３４Ｃが底壁を貫通して真空蒸着室３１内に導入され、移送ダクト３４Ｃは直接上段分散容器３５Ｃの底面中央部近傍に接続され、また移送ダクト３４Ｂは下段分散容器３５Ｂを貫通して中段分散容器３５Ｂの底面中央部近傍に接続され、さらに移送ダクト３４Ａは下段分散容器３５Ｃおよび中段分散容器３５Ｂをそれぞれ貫通して上段分散容器３５Ａの底面中央部近傍に接続されている。

各分散容器３５Ａ〜３５Ｃは、所定の厚みを有する正方形または長方形の箱体形で、上段の分散容器３５Ａ上部の放出面の所定位置に、放出孔１を有する放出部が設けられている。これら複数の放出孔１のうち、上段分散容器３５Ａに連通される放出孔１は、その上面板に直接開口されて上段分散容器３５Ａ内の蒸着材料を放出する。また中段分散容器３５Ｂに連通される放出孔１に、中段分散容器３５Ｂの上面板から上段分散容器３５Ａを貫通する中段接続ノズル３６Ｂを介して接続されて中段分散容器３５Ｂ内の蒸着材料を放出する。さらに下段分散容器３５Ｃに連通する放出孔１は、下段分散容器３５Ｃの上面板から中段分散容器３４Ｂおよび上段分散容器３５Ａを貫通する下段接続ノズル３６Ｃを介して接続されて下段分散容器３５Ｃ内の蒸着材料を放出する。

真空蒸着室３１内の天部に、固定式の保持具３７に保持された被蒸着材である基板Ｐが配置され、上段分散容器３５Ａの各放出孔１から放出される蒸着材料が基板Ｐに蒸着される。

（真空蒸着装置の第４形態）
第４形態の真空蒸着装置４０は、第３形態における各移送ダクト３４Ａ〜３４Ｃを上段、中段、下段分散容器３５Ａ〜３５Ｃの側端部にそれぞれ接続したもので、図９を参照して説明する。他の部材は同一に構成されるため、第３形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

側端部に移送ダクト３４Ａ〜３４Ｃがそれぞれ接続された各分散容器３５Ａ〜３５Ｃ内に、これら移送ダクト３４Ａ〜３４Ｃの出口から放出される蒸着材料を、分散容器３５Ａ〜３５Ｃの中央部にそれぞれ案内するインナーマニホールド４１Ａ〜４１Ｃが設けられている。各インナーマニホールド４１Ａ〜４１Ｃは、分散容器３５Ａ〜３５Ｃの底部で移送ダクト３４Ａ〜３４Ｃの接続部から各分散容器３５Ａ〜３５Ｃの中央部にわたって配置されたダクトにより形成され、分散容器３５Ａ〜３５Ｃの中央部に出口４１ａ〜４１ｃが開口されている。これにより、蒸着材料を各分散容器３５Ａ〜３５Ｃ内に均一に分散させて、各放出孔１からそれぞれ蒸着材料を均一に放出することができる。

（放出部の第１の実施の形態）
次に上記真空蒸着装置１０，２０，３０，４０に設けられて本発明に係る放出部の第１の実施の形態を図１〜図３を参照して説明する。

図１（ａ）に示すように、分散容器１５，２５，３５Ａに設けられた放出部は、上面板５２に形成された放出孔１と、放出孔１の軸心上に配置された倒立姿勢の反射部材５１とで構成されている。前記放出口１は、距離ｈ１（図では上面板５２の厚みＨ分）の円柱形に形成されている。また反射部材５１は、基準面である入口面１ａから距離ｈの位置に頂部が配置されている。

もちろん、図１（ｂ）に示すように、放出孔１を、薄い板厚の上面板６２に立設された円筒部材６２ａにより距離ｈ１の円柱形に形成してもよい。
この反射部材５１は、下端が頂部となる倒立姿勢の無底円錐形で、錐形の錐辺外周面が反射面に構成され、頂角βは図では９０°で示されている。この頂角βは７５°〜１０５°の範囲が好適値であり、さらにβ＝６０°〜１２０°の範囲も有効である。また、図示していないが、反射部材５１は、たとえば上面板５２に立設されて放出孔１の軸心から放射方向に配置される支持板により取り付けられている。

次に図２に、この反射部材５１による分散効果をシミュレーションにより求めたグラフを示す。ここで、放出孔１の口径Ｄ＝９ｍｍ、距離Ｈ＝６ｍｍとし、この反射部材５１を、頂部が放出孔１の出口面に接するように、ｈ１＝Ｈ＝６ｍｍに配置し、その底辺外径Ｗ１を、ケース１ではＷ１＝（１／９）Ｄ＝１ｍｍ、ケース２ではＷ１＝（５／９）Ｄ＝５ｍｍ、ケース３ではＷ１＝Ｄ＝９ｍｍと変化させ、膜厚分布および蒸着材料の付着個数を求めている。ここで、この（ａ）のグラフは、膜厚分布の最大値を１として縦軸を計算したもので、（ａ）および（ｂ）のグラフとも、横軸は、放出孔１の軸心からの半径ｘと、放出孔１から基板Ｐまでの距離Ｌとの比（ｘ／Ｌ）で示している。

放出孔１から放出される蒸着材料の希薄流は、反射部材５１を有しない基本ケースに示すように、放出孔１の軸心を中心として、cos^ｎθ（コサイン則）による分布を示し、中心の軸心付近が最も蒸着材料の放出が多く、軸心から離れるに従って減少していく分布を示す。しかし、本発明では、軸心上に反射部材５１を配置して、軸心近傍の飛散経路に沿って飛散される蒸着材料を反射することにより、蒸着分布の均一化を向上させている。

すなわち、図２によれば、放出孔１の口径Ｄと反射部材５１の底辺外径Ｗ１とが等しいケース３の場合が均一性が最も良く、分布集中度が大幅に低減されている。ケース１の場合でも、基本ケースに比べて、効果が小さいながらも、僅かに均一性が改善されているが、ケース２の場合には、分布集中度がより効果的に低減されていることがわかる。このように、反射部材５１の頂部が放出孔１の出口面（ｈ＝Ｄ）に接するように配置した状態で、反射部材５１の効果が確認されるとともに、反射部材５１の底辺外径が、Ｗ１＝（１／９）Ｄから、Ｗ１＝（１／５）Ｄ、Ｗ１＝Ｄと大きくなるほど、分布集中度を低減させることができることが確認できた。そして、上記グラフから、実用的な均一性を確保できる反射部材５１は、入口面１ａから反射部材５１までの距離：ｈ１が、放出孔１の口径Ｄの（２／３）倍以上［ｈ１≧（２／３）Ｄ］が望ましいことがわかった。

また図３に、他の条件で反射部材５１による効果をシミュレーションにより求めたグラフを示す。この反射部材５１は、底辺外径Ｗ１＝（５／９）Ｄ＝５ｍｍとし、配置位置ｈを、ケース４のｈ１＝（１／３）Ｄ＝３ｍｍ、ケース５のｈ１＝（２／３）Ｄ＝６ｍｍ、ケース６のｈ１＝Ｄ＝９ｍｍとなるように、放出孔１の軸心上で変化させ、膜厚分布および蒸着材料の付着個数を求めている。ここで、図３の（ａ）および（ｂ）の横軸と縦軸は図２と同様に表されている。

図３によれば、ケース５を中心に、ケース４とケース６とが近い均一性を示し、基本ケースよりいずれも優れた均一性が得られることがわかった。またケース４とケース６とを比較すると、ケース６の方が若干優れており、均一性のピークはｈ＝７ｍｍ近傍にあると推測される。これにより、反射部材５１の有効性が確認された。また、反射部材５１の配置位置は、出口面からその上部近傍に設置すればよいことがわかった。

上記実施の形態によれば、放出孔１の軸心上で入口面１ａから基板Ｐ側に、錐辺外周部を反射面とする反射部材５１を倒立姿勢で配置することにより、放出孔１の軸心部近傍に飛散経路を有する蒸着材料を反射して軸心部への蒸着材料の集中度を低下させ、これにより基板Ｐへの蒸着分布を均一化することができる。

また、放出孔１の入口面１ａから反射部材５１までの距離ｈ１を、放出孔１の入口面１ａの口径Ｄの（２／３）倍以上とすることにより、基板Ｐへの蒸着分布をより均一化することができる。

なお、図１（ｃ）（ｄ）は放出孔１に開放テーパ部５２ｃ，６２ｃを形成した変形例を示する。この放出孔１は、入口面１ａから距離ｈ２の直筒部５２ｂ，６２ｂと、直筒部５２ｂ，６２ｂの上縁部から開放角αで出口面１ｂほど拡径される距離ｈ３の漏斗状の開放テーパ部５２ｃ，６２ｃとにより形成されている。これら変形例は、第１の実施の形態に比較して基板Ｐへの蒸着分布の均一性が向上される傾向が変わらず、反射部材５１により同様の作用効果が得られることが確認されている。ここで、開放テーパ部５２ｃ，６２ｃの軸心に対する傾斜角αは、図では、たとえば６０°で示しているが、４５°≦α≦７５°が好適値である。

（放出部の第２の実施の形態）
次に上記真空蒸着装置１０、２０に設けられた本発明に係る放出部の第２の実施の形態を図４，図５を参照して説明する。なお、第１の実施の形態と同一部材には、同一符号を付して説明を省略する。

図４（ａ）に示すように、この分散容器１５，２５に形成された放出孔１は、距離Ｈ（ここでは上面板５２の厚み分）の円柱形に形成されており、放出孔１の軸心上で、基準面である入口面１ａに一致する位置から下方（反基板Ｐ側）に距離ｈ４に頂部が位置する正立姿勢の反射部材６１が設けられている。もちろん、図４（ｂ）に示すように、放出孔１を、薄い板厚の上面板６２に立設された円筒部材６２ａにより形成してもよい。

この反射部材６１は、上端が頂部となる正立姿勢の無底円錐形で、錐形の錐辺外周面が反射面に構成されており、頂角βは図では９０°で示されているが、頂角βは、７５°〜１０５°の範囲が好適値であり、またβ＝６０°〜１２０°も有効である。また、図示していないが、反射部材６１はたとえば上面板５２から垂下されて放出孔１の軸心を中心とする放射方向に配置された支持板により取り付けられている。

ここで、図５に、この反射部材６１による分散効果をシミュレーションにより求めたグラフを示す。ここでは、比較のために、円板状の反射板と円錐状の反射部材６１を用いた。円板状の反射板を用いた円板ケース１は、反射板の外径を１ｍｍとし、放出孔１，１Ａ〜１Ｃの基準となる入口面１ａからの距離ｈ４＝−（１／３）Ｄ＝−３ｍｍとした（「−」は反基板Ｐ側を示す）。また同円板ケース２は、反射板の外径を１ｍｍとし、入口面１ａからの距離ｈ４＝−（１／９）Ｄ＝−１ｍｍとした。さらに同円板ケース３は、反射板の外径を（１／３）Ｄ＝３ｍｍとし、入口面１ａからの距離ｈ４＝−３ｍｍとした。また反射部材６１を用いた円錐ケースでは、底辺外径Ｄ＝５ｍｍで第１の実施の形態と同様に形成され、ｈ２＝−（１／３）Ｄ＝−３ｍｍの位置に配置した。ここで、放出孔１の口径Ｄ＝９ｍｍ、距離Ｈ＝６ｍｍである。またここで、図３の（ａ）および（ｂ）の横軸と縦軸は図２と同様に表されている。

図５によれば、円板状の反射板を用いた円板ケース１〜３の場合、入口面１ａからの距離ｈ４を変化させても、基本ケースとほぼ同じであり、膜厚分布にあまり変化がない。しかし、円錐ケースの場合、放出部の第１形態に示した底辺外径Ｗ１＝５ｍｍ、ｈ１＝６ｍｍの均一性にまで及ばないものの、基本ケースに比較して、均一性を改善することができた。

上記実施の形態によれば、放出孔１の入口面１ａから内側に、錐形の反射部材６１を正立姿勢で設けることにより、放出孔１の軸心部近傍に飛散経路を有する蒸着材料を反射して軸心部への蒸着材料の集中度を低下させ、これにより基板Ｐへの蒸着分布を均一化することができる。

また反射部材６１の底辺の外径Ｄを、放出孔１の入口１ａ面の口径Ｄの（１／９）倍以上とすることにより、基板Ｐへの蒸着分布をより均一化することができる。
なお、図４（ｃ）（ｄ）は放出孔１を放出孔１に開放テーパ部５２ｃ，６２ｃを形成した変形例を示し、入口面１ａから距離ｈ２の直筒部５２ｂ，６２ｂと、直筒部５２ｂ，６２ｂの上縁部から開放角αで出口面１ｂほど拡径される距離ｈ３の漏斗状の開放テーパ部５２ｃ，６２ｃを形成している。これら変形例は、第１の実施の形態に比較して基板Ｐへの蒸着分布の均一性が向上される傾向が変わらず、反射部材６１により同様の作用効果が得られることが確認されている。ここで、開放テーパ部５２ｃ，６２ｃの軸心に対する傾斜角αは、図では、たとえば６０°で示しているが、４５°≦α≦７５°が好適値である。

本発明に係る真空蒸着装置の放出部の第１の実施の形態を示し、（ａ）は第１の実施の形態を示す縦断面図、（ｂ）は第１の実施の形態の変形例を示す縦断面図、（ｃ）は第１の実施の形態の変形形態を示す縦断面図、（ｄ）は変形形態の変形例を示す縦断面図である。 第１の実施の形態における反射部材の底辺外径の変化による膜厚分布を示し、（ａ）は縦軸に膜厚分布、横軸に放出孔の軸心からの半径と放出孔から基板までの距離との比を示したグラフ、（ｂ）は縦軸に蒸着材料の付着個数、横軸に放出孔の軸心からの径と放出孔から基板までの距離との比を示したグラフである。 第１の実施の形態における反射部材の配置位置の変化によるの膜厚分布を示し、（ａ）は縦軸に膜厚分布、横軸に放出孔の軸心からの径と放出孔から基板までの距離との比を示したグラフ、（ｂ）は縦軸に蒸着材料の付着個数、横軸に放出孔の軸心からの径と放出孔から基板までの距離との比を示したグラフである。 本発明に係る真空蒸着装置の放出部の第２の実施の形態を示し、（ａ）は第２形態を示す縦断面図、（ｂ）は第２の実施の形態の変形例を示す縦断面図、（ｃ）は第２の実施の形態の他の変形形態を示す縦断面図、（ｄ）は他の変形形態の変形例を示す縦断面図である。 第２の実施の形態において、平板と錐形の反射部材を配置した時の膜厚分布を示し、（ａ）は縦軸に膜厚分布、横軸に放出孔の軸心からの径と放出孔から基板までの距離との比を示したグラフ、（ｂ）は縦軸に蒸着材料の付着個数、横軸に放出孔の軸心からの径と放出孔から基板までの距離との比を示したグラフである。 本発明に係る放出部を有する真空蒸着装置の第１形態を示す概略斜視図である。 本発明に係る放出部を有する真空蒸着装置の第２形態を示す概略斜視図である。 本発明に係る放出部を有する真空蒸着装置の第３形態を示す側面図である。 本発明に係る放出部を有する真空蒸着装置の第４形態を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は分散容器の縦断面図である。

符号の説明

１ 放出孔
Ｐ 基板
１０，２０，３０，４０ 真空蒸発装置
１１，２１，３１ 真空蒸発室
１２，２２，３２Ａ〜３２Ｃ 蒸発容器
１３，２３，３３Ａ〜３３Ｃ るつぼ
１４，２４，３４Ａ〜３４Ｃ 移送ダクト
１５，２５，３５Ａ〜３５Ｃ 分散容器
３６Ｂ 中段接続ノズル
３６Ｃ 下段接続ノズル
５１，６１ 反射部材
５２，６２ 上面板
５２ａ 円筒部材
５２ｂ 筒部
５３ｃ 開放テーパ部

Claims (4)

1. 蒸発された蒸着材料が導入される分散容器に、当該分散容器に対向して配置される被蒸着材に向かって蒸着材料を放出する放出孔を形成した真空蒸着装置の放出部構造であって、
   放出孔の軸心上で放出孔の入口面から被蒸着材側に、入口面の口径より小径で、かつ入口面から外方に離れるほど大径となる錐形の反射面を有する倒立姿勢の反射部材を設けた
   ことを特徴とする真空蒸着装置の放出部構造。
2. 放出孔の入口面の口径：Ｄ、放出孔の入口面から反射部材の頂部までの距離：ｈ１とすると、
   ｈ１≧（２／３）Ｄとした
   ことを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置の放出部構造。
3. 蒸発された蒸着材料が導入される分散容器に、当該分散容器に対向して配置される被蒸着材に向かって蒸着材料を放出する放出孔を形成した真空蒸着装置の放出部構造であって、
   放出孔の軸心上で放出孔の入口面から反被蒸着材側に、入口面の口径より小径で、かつ入口面に接近するほど小径となる錐形の反射面を有する正立姿勢の反射部材を設けた
   ことを特徴とする真空蒸着装置の放出部構造。
4. 放出孔の入口面の口径：Ｄ、反射部材の底辺外径：Ｗ１とすると、
   Ｗ１≧（１／９）Ｄとした
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空蒸着装置の放出部構造。

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