(57)【要約】【課題】蒸着材料の利用効率を向上させつつ、基板へのスプラッシュの付着を阻止することができる真空蒸着装置を提供する。【解決手段】本発明に係る真空蒸着装置において、蒸発源４０は、複数のチムニ（筒状部）４２を有し、これらチムニから蒸着材料の蒸気を放出することで、対向する基板Ｔ上に蒸着膜を形成する。チムニの先端部と基板との間の距離Ｌ１を１００ｍｍ以下とすることで、チムニの直上に位置する基板に対する蒸発物質の付着量を増加させる。これにより、蒸着レートが向上するとともに、蒸着材料の利用効率を高めることが可能となる。また、チムニを有することで、スプラッシュが基板へ到達することを効果的に阻止することが可能となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着室と、
第１の方向に長さ方向、第２の方向に幅方向及び第３の方向に厚み方向を有する基板を支持し、前記蒸着室内において前記基板を前記第１の方向に沿って搬送する搬送機構と、
蒸着材料を収容し前記基板と対向する基板対向面を有する容器と、前記容器の内部に設置され前記蒸着材料を加熱するヒータと、前記基板に向かって突出するように前記基板対向面に形成され、前記蒸着材料の蒸気を前記容器の内部から前記基板へ向けて放出する複数の筒状部とを含み、前記筒状部の先端部と前記基板との間における前記第３の方向に沿った距離が１００ｍｍ以下である蒸発源と
を具備する真空蒸着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記容器は、
開口部を有する容器本体と、
前記基板対向面を形成し、前記開口部を被覆する蓋部材とを有し、
前記複数の筒状部は、前記蓋部材に一体的に形成されている
真空蒸着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の真空蒸着装置であって、
前記蒸発源は、
前記第１の方向に平行に前記筒状部が第１の間隔をおいて配置された複数の第１の列群と、
前記第２の方向に平行に前記筒状部が第２の間隔をおいて配置された複数の第２の列群とを有する
真空蒸着装置。
【請求項４】
請求項３に記載の真空蒸着装置であって、
前記第２の列群は、前記第２の方向に関して、前記基板の幅寸法を越えて延在し、
前記第１の列群に属する前記筒状部のうち、前記第２の方向に関して前記基板の端部よりも外方側に位置する筒状部は、前記基板の端部に向かって傾いている
真空蒸着装置。
【請求項５】
請求項３に記載の真空蒸着装置であって、
前記第２の列群は、前記第２の方向に関して、前記基板の幅寸法を越えて延在し、
前記第１の列群に属する前記筒状部のうち、前記第２の方向に関して前記基板の端部よりも外方側に位置する筒状部は、残余の筒状部よりも大きい内径を有する
真空蒸着装置。
【請求項６】
請求項３に記載の真空蒸着装置であって、
前記第２の列群は、前記第２の方向に関して、前記基板の幅寸法を越えて延在し、
前記第１の列群に属する前記筒状部のうち、前記第２の方向に関して前記基板の端部よりも外方側に位置する筒状部は、残余の筒状部よりも大きい突出高さを有する
真空蒸着装置。
【請求項７】
請求項３に記載の真空蒸着装置であって、
前記第２の列群は、前記第２の方向に関して、前記基板の幅寸法を越えて延在し、
前記第１の列群に属する前記筒状部のうち、前記第２の方向に関して前記基板の端部よりも外方側に位置する筒状部は、前記第１の間隔よりも小さい第３の間隔をおいて配置されている
真空蒸着装置。
【請求項８】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記ヒータは、前記筒状部の軸心を通る軸線を挟むようにして配置された、前記第１の方向又は前記第２の方向に延在する複数の線状ヒータである
真空蒸着装置。
【請求項９】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記筒状部は円筒形状であり、前記第３の方向に沿った前記基板対向面からの前記筒状部の突出高さは、前記筒状部の内径よりも大きい
真空蒸着装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記容器の温度を検出する検出部と、前記検出部の出力に基づいて前記ヒータを制御するコントロールユニットとをさらに具備し、
前記コントロールユニットは、前記蒸着材料の湯面と前記容器の内部上面との間の距離が、前記筒状部の高さより小さくなるように前記ヒータの加熱温度を制御する
真空蒸着装置。
【請求項１１】
蒸着室と、
第１の方向に長さ方向、第２の方向に幅方向及び第３の方向に厚み方向を有する基板を支持し、前記蒸着室内において前記基板を前記第１の方向に沿って搬送する搬送機構と、
蒸着材料を収容し前記基板と対向する基板対向面を有する容器と、前記容器の内部に設置され前記蒸着材料を加熱するヒータと、前記基板対向面に形成され、前記蒸着材料の蒸気を前記容器の内部から前記基板へ向けて放出する複数の貫通孔とを含み、前記基板対向面と前記基板との間における前記第３の方向に沿った距離が１００ｍｍ以下である蒸発源と
を具備する真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着材料の蒸気を発生させ当該蒸気を基板に向けて放出する蒸発源を備えた真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型のガラス基板に対する金属膜、酸化膜、有機材料膜の成膜に真空蒸着法が広く用いられている。真空蒸着法は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等とともに知られる真空成膜法のひとつであり、真空排気された蒸着室の内部に、成膜されるべき基板と蒸発源を対向配置し、蒸発源から放出される蒸着材料の蒸気（蒸発物質）を基板上に堆積させて成膜する。
【０００３】
蒸発源としては、種々の方式が知られている。例えば下記特許文献１には、原料物質を収納するルツボと、原料物質を加熱して原料物質の蒸気を発生させる加熱素子と、原料物質の蒸気をルツボから基材に向けて放出する長方形状のスロットを有する煙突（チムニ）とを有する蒸発源が記載されている。このように蒸気の放出口が基板の幅方向に延在するように形成された蒸発源は、いわゆるラインソース（ライン形蒸発源）と呼ばれている。
【０００４】
また、近年においては、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ２）系の太陽電池の開発が進められている。ＣＩＧＳの代表的な製造方法は、多元蒸着法、セレン化法、ＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）法等が挙げられる。このうち、多元蒸着法及びＲＴＰ法においてはセレン（以下、「Ｓｅ」ともいう。）の蒸着プロセスが採用されている。Ｓｅを成膜するための真空蒸着装置の蒸発源には、主にラインソースが使用されている（下記非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５０２４９４号公報（段落[００３７]、図３Ａ〜Ｃ）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】化合物薄膜太陽電池の最新技術  Ｐ１〜１７、Ｐ９４〜１１４  シーエムシー出版  ２００７年６月３０日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
真空蒸着技術の分野においては、蒸着材料の利用効率の向上が求められている。例えば基板面内の膜厚分布を確保しようとした場合、基板端部近傍の蒸発レートを基板中央部に対して高くする必要があると同時に、基板端部の外側にも蒸気の放出口を設置する必要がある。しかしながら、蒸発源にラインソースを用いた場合、ラインソースは蒸気の指向性が低いため、蒸着材料の利用効率の向上が図れない。
【０００８】
また、ラインソースは、蒸気放出口が一方向に延びたスロット形状を有しているため、蒸着材料の溶解時に発生したスプラッシュが基板に到達しやすいという問題がある。基板へのスプラッシュの付着は膜特性の劣化を招くため、生産性低下の要因となる。したがって、スプラッシュの付着から基板を阻止する必要がある。そこで、基板を蒸発源から遠ざけることでスプラッシュの付着を阻止することも可能であるが、蒸発源から基板を遠ざけると蒸着材料の利用効率はさらに悪化してしまう。
【０００９】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、蒸着材料の利用効率を向上させつつ、基板へのスプラッシュの付着を阻止することができる真空蒸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空蒸着装置は、蒸着室と、搬送機構と、蒸発源とを具備する。
上記搬送機構は、第１の方向に長さ方向、第２の方向に幅方向及び第３の方向に厚み方向を有する基板を支持し、上記蒸着室内において上記基板を上記第１の方向に沿って搬送する。
上記蒸発源は、容器と、ヒータと、複数の筒状部とを含む。上記容器は、蒸着材料を収容し、上記基板と対向する基板対向面を有する。上記ヒータは、上記容器の内部に設置され、上記蒸着材料を加熱する。上記複数の筒状部は、上記基板に向かって突出するように上記基板対向面に形成され、上記蒸着材料の蒸気を上記容器の内部から上記基板へ向けて放出する。上記筒状部の先端部と上記基板との間における上記第３の方向に沿った距離は、１００ｍｍ以下である。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の他の形態に係る真空蒸着装置は、蒸着室と、搬送機構と、蒸発源とを具備する。
上記搬送機構は、第１の方向に長さ方向、第２の方向に幅方向及び第３の方向に厚み方向を有する基板を支持し、上記蒸着室内において上記基板を上記第１の方向に沿って搬送する。
上記蒸発源は、容器と、ヒータと、複数の筒状部とを含む。上記容器は、蒸着材料を収容し、上記基板と対向する基板対向面を有する。上記ヒータは、上記容器の内部に設置され、上記蒸着材料を加熱する。上記複数の筒状部は、上記基板対向面に形成され、上記蒸着材料の蒸気を上記容器の内部から上記基板へ向けて放出する。上記基板対向面と上記基板との間における上記第３の方向に沿った距離は、１００ｍｍ以下である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】上記真空蒸着装置における成膜室の内部の様子を示す概略斜視図である。
【図３】上記真空蒸着装置を構成する蒸発源の平面図である。
【図４】上記蒸発源の要部の断面図である。
【図５】上記蒸発源の要部の平面図である。
【図６】上記蒸発源を用いて成膜したときの基板の膜厚分布を示す一実験結果である。
【図７】比較例に係る蒸発源を用いて成膜したときの基板の膜厚分布を示す一実験結果である。
【図８】本発明の実施形態に係る蒸発源を用いて成膜したのとき基板の膜厚分布を示すシミュレーション結果である。
【図９】本発明に係る蒸発源を用いたときの成膜レートと比較例に係る蒸発源を用いたときの成膜レートを比較した図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る蒸発源の構成を示す要部断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る蒸発源の構成を示す要部断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る蒸発源の構成を示す要部の平面図及び断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る蒸発源の構成を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置は、蒸着室と、搬送機構と、蒸発源とを具備する。
上記搬送機構は、第１の方向に長さ方向、第２の方向に幅方向及び第３の方向に厚み方向を有する基板を支持し、上記蒸着室内において上記基板を上記第１の方向に沿って搬送する。
上記蒸発源は、容器と、ヒータと、複数の筒状部とを含む。上記容器は、蒸着材料を収容し、上記基板と対向する基板対向面を有する。上記ヒータは、上記容器の内部に設置され、上記蒸着材料を加熱する。上記複数の筒状部は、上記基板に向かって突出するように上記基板対向面に形成され、上記蒸着材料の蒸気を上記容器の内部から上記基板へ向けて放出する。上記筒状部の先端部と上記基板との間における上記第３の方向に沿った距離は、１００ｍｍ以下である。
【００１４】
上記真空蒸着装置において、蒸発源は、基板対向面に形成された複数の筒状部を有し、これら筒状部から蒸着材料の蒸気を放出することで、対向する基板上に蒸着膜を形成する。筒状部の先端部と基板との間の距離を１００ｍｍ以下とすることで、筒状部の直上に位置する基板に対する蒸発物質の付着量を増加させる。これにより、蒸着レートが向上するとともに、蒸着材料の利用効率を高めることが可能となる。筒状部の先端部と基板との間の距離が１００ｍｍを越えると、蒸着材料の利用効率の向上効果が小さくなる。また、上記距離の下限は、蒸着材料の種類、筒状部のアスペクト比（高さ／内径の比）、筒状部の配置間隔、蒸着室の真空度などに応じて決定され、例えば５ｍｍである。
【００１５】
また、上記真空蒸着装置によれば、筒状部の直上に位置する基板に対して膜厚分布が一様な領域を形成することができる。したがって、筒状部の配置間隔を最適化することによって、大型基板に対して膜厚の面内均一性を向上させることが可能となる。
【００１６】
さらに、上記筒状部によって蒸気の放出口を構成することにより、容器内で発生したスプラッシュを筒状部の内周面によって受け止めることができる。これにより、スプラッシュが基板へ到達することを効果的に阻止することが可能となる。
【００１７】
上記筒状部の形状は特に限定されず、例えば円筒形状とすることができる。当該筒状部の内径及び高さ（基板対向面からの突出高さ）は適宜設定可能である。この場合、筒状部の高さ寸法はその内径よりも大きくすることができる。これにより、スプラッシュの放出防止効果を高めることができるとともに、蒸着材料の蒸気の指向性をより一層向上させることができる。
【００１８】
上記容器は、開口部を有する容器本体と、上記基板対向面を形成し上記開口部を被覆する蓋部材とを有するように構成とすることができる。上記複数の筒状部は、上記蓋部材に一体的に形成することができる。
これにより、蒸発源の構成の簡素化を図りつつ、蒸着材料の利用効率の高い蒸発源を構成することが可能となる。
【００１９】
筒状部の配置形態は特に限定されない。本発明の一実施形態では、上記蒸発源は、複数の第１の列群と、複数の第２の列群とを有する。上記第１の列群は、上記第１の方向に平行に上記筒状部が第１の間隔をおいて配置される。上記第２の列群は、上記第２の方向に平行に上記筒状部が上記第２の間隔をおいて配置される。
このように、筒状部を基板対向面上にマトリックス状あるいはグリッド状に配置することによって、基板の表面に対して筒状部を均一に対向させることが可能となる。これにより、基板上の各点において成膜レートのバラツキを抑えられ、膜厚均一性に優れた成膜処理が実現可能となる。
【００２０】
上記第２の列群は、上記第２の方向に関して、上記基板の幅寸法を越えて延在してもよい。この場合、上記第１の列群に属する上記筒状部のうち、上記第２の方向に関して上記基板の端部よりも外方側に位置する筒状部（以下、「外側筒状部」ともいう。）は、上記基板の端部に向かって傾いていてもよい。
これにより、基板の端部領域の成膜レートを高めて、基板全面に対する膜厚の均一化を図ることが可能となる。
【００２１】
上記と同様の効果は、上記外側筒上部を以下のように構成することによっても得ることができる。すなわち、
（１）上記外側筒状部の内径を、それ以外の残余の筒状部の内径よりも大きくする。
（２）上記外側筒状部の高さを、それ以外の残余の筒状部の高さよりも大きくする。
（３）上記外側筒状部を、上記第１の間隔よりも小さい第３の間隔で配置させる。
【００２２】
上記ヒータは、複数の線状ヒータで構成することができる。上記線状ヒータは、上記第１の方向又は上記第２の方向に延在し、上記筒状部の軸心を通る軸線を挟むようにして配置される。
これにより、筒状部を介しての蒸気の放出を妨げることなく、容器内において蒸着材料を効率よく溶融または昇華させることができる。
【００２３】
上記真空蒸着装置は、上記容器の温度を検出する検出部と、上記検出部の出力に基づいて上記ヒータを制御するコントロールユニットとをさらに具備してもよい。上記コントロールユニットは、上記蒸着材料の湯面と上記容器の内部上面との間の距離が、上記筒状部の高さより小さくなるように上記ヒータの加熱温度を制御することができる。
これにより、筒状部の直上に位置する基板に対して膜厚分布が一様な領域を効率よく形成することができる。
【００２４】
本発明の他の実施形態に係る真空蒸着装置は、蒸着室と、搬送機構と、蒸発源とを具備する。
上記搬送機構は、第１の方向に長さ方向、第２の方向に幅方向及び第３の方向に厚み方向を有する基板を支持し、上記蒸着室内において上記基板を上記第１の方向に沿って搬送する。
上記蒸発源は、容器と、ヒータと、複数の貫通孔とを含む。上記容器は、蒸着材料を収容し、上記基板と対向する基板対向面を有する。上記ヒータは、上記容器の内部に設置され、上記蒸着材料を加熱する。上記複数の貫通孔は、上記基板対向面に形成され、上記蒸着材料の蒸気を上記容器の内部から上記基板へ向けて放出する。上記基板対向面と上記基板との間における上記第３の方向に沿った距離は、１００ｍｍ以下である。
【００２５】
上記真空蒸着装置において、蒸発源は、基板対向面に形成された複数の貫通孔を有し、これら貫通孔から蒸着材料の蒸気を放出することで、対向する基板上に蒸着膜を形成する。基板対向面と基板との間の距離を１００ｍｍ以下とすることで、貫通孔の直上に位置する基板に対する蒸発物質の付着量を増加させる。これにより、蒸着レートが向上するとともに、蒸着材料の利用効率を高めることが可能となる。
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置を示す概略図である。本実施形態の真空蒸着装置１は、インライン式の真空蒸着装置として構成されている。
【００２８】
真空蒸着装置１は、仕込み室１１と、第１のバッファ室１２と、成膜室１３と、第２のバッファ室１４と、取出し室１５とを備える。これらの各室１１〜１５は、第１〜第４のゲートバルブＧ１〜Ｇ４を介して接続されている。真空蒸着装置１は、後述するように、仕込み室１１から第１のバッファ室１２、成膜室１３、第２のバッファ室１４及び取出し室１５の順で基板を搬送し、取出し室１５から成膜処理した基板を外部へ取り出すことが可能に構成されている。装置内における基板の搬送には、典型的には、基板を保持するキャリアと、当該キャリアを搬送する機構を含む搬送機構が用いられる。なお、上記搬送機構として、基板のみを各室間で搬送する機構が採用されてもよい。
【００２９】
仕込み室１１は、第１の真空バルブ２１を介して第１の真空ポンプ３１と接続されている。仕込み室１１に搬送された基板は、仕込み室１１が真空ポンプ３１によって所定の真空度にまで排気された後、第１のゲートバルブＧ１を介して第１のバッファ室１２へ搬送される。仕込み室１１には、基板を脱ガスするための加熱機構が設置されてもよい。
【００３０】
第１のバッファ室１２は、第２の真空バルブ２２を介して第２の真空ポンプ３２と接続されており、所定の真空度に維持されている。第１のバッファ室１２に基板が搬送された後、第１のバッファ室１２は成膜室１３と同等の真空度（例えば１０−３Ｐａ台）にまで更に排気される。その後、基板は、第２のゲートバルブＧ２を介して成膜室１３へ搬送される。第１のバッファ室１２は、仕込み室１１と成膜室１３との間を高真空雰囲気によって分離する機能を有する。また、第１のバッファ室１２には、基板を脱ガスするための加熱機構が設置されてもよい。
【００３１】
成膜室１３は、第３の真空バルブ２３を介して第３の真空ポンプ３３と接続されており、所定の真空度（例えば５〜８×１０−３Ｐａ）に維持されている。成膜室１３に搬送された基板は、成膜室１３において成膜処理が行われる。基板は、成膜室１３において、真空蒸着法によって成膜される。成膜処理が施された基板は、第３のゲートバルブＧ３を介して、第２のバッファ室１４へ搬送される。なお、成膜処理の詳細については後述する。
【００３２】
第２のバッファ室１４は、第４の真空バルブ２４を介して第４の真空ポンプ３４と接続されており、成膜室１３と同等の真空度に維持されている。第２のバッファ室１４に搬送された基板は、続いて、第４のゲートバルブＧ４を介して取出し室１５へ搬送される。第２のバッファ室１４は、成膜室１３と取出し室１５との間を高真空雰囲気によって分離する機能を有する。
【００３３】
取出し室１５は、第５の真空バルブ２５を介して第５の真空ポンプ３５と接続されており、独立して真空排気可能に構成されている。取出し室１５は、第２のバッファ室１４から基板が搬送される際は所定の真空度に維持されており、基板が搬送された後はゲートバルブＧ４が閉塞された状態で大気圧に調整される。これにより、成膜済みの基板が取出し室１５から装置の外部へ取り出される。
【００３４】
真空蒸着装置１の構成は上記の例に限られず、要求されるタクトタイム、真空処理の種類等に応じて適宜変更することが可能である。例えば、タクトタイムが遅い場合は、第１のバッファ室１２及び第２のバッファ室１４を設置しなくてもよい。また、タクトタイムが早い場合は、第１のバッファ室１２及び第２のバッファ室１４に加え、成膜室１３の前段及び後段に更にバッファ室を増設してもよい。
【００３５】
次に、成膜室１３の構成について説明する。成膜室１３は、真空蒸着法によって基板を成膜する蒸着室として構成されている。
【００３６】
図２は成膜室１３の内部の様子を示している。成膜室１３は、蒸発源４０を備える。蒸発源４０は、成膜室１３の底部に設置されており、基板Ｔは上記搬送機構によって蒸発源４０の直上を通過する。
【００３７】
基板Ｔは、典型的には、ガラス基板で構成されている。図２において、基板Ｔは、Ｘ軸方向に長さ方向、Ｙ軸方向に幅方向、Ｚ軸方向に厚さ方向を有する矩形状に形成されている。基板Ｔは、矢印Ａで示すようにＸ軸方向に搬送される。
【００３８】
上記搬送機構の構成は特に限定されず、例えば、基板Ｔを支持するキャリアの周縁部を支持する支持部と、この支持部を成膜室１３のＸ軸方向に移動させる駆動部などを含む。上記支持部は、ローラでもよいし、クランプであってもよい。なお、図２及び図３において、基板Ｔを支持するキャリアの図示は省略されている。
【００３９】
蒸発源４０は、成膜すべき蒸着材料を収容し、蒸着材料の蒸気（蒸発物質）を基板Ｔの表面に堆積させる。基板Ｔが蒸発源４０に対して相対的に移動することで、基板Ｔのほぼ全面が成膜される。以下、蒸発源４０の詳細について説明する。
【００４０】
図２に示すように、蒸発源４０は、容器４１と、容器４１の上面に形成された複数のチムニ４２（筒状部）とを有する。容器４１は、内部空間を有する直方形状の箱で構成されており、Ｘ軸方向に長さ方向、Ｙ軸方向に幅方向、Ｚ軸方向に高さ方向を有する。容器４１は、基板Ｔよりも短い長さ寸法を有し、基板Ｔよりも大きな幅寸法を有する。容器４１の内部空間には、蒸着材料と、この蒸着材料を加熱溶解するヒータ４３（図４）が収容されている。容器４１の上面４１ａは、基板Ｔと対向する基板対向面を構成し、ＸＹ平面に平行に形成されている。
【００４１】
チムニ４２は、容器４１の上面４１ａの複数箇所に形成されている。チムニ４２は、基板Ｔに向かって突出するように容器４１の上面４１ａに形成されている。チムニ４２の形状は円筒形状であるが、これに限られず、多角筒形状であってもよい。チムニ４２は、容器４１の内部空間と蒸着室１３との間を連通させ、蒸着材料の蒸気を基板Ｔに向けて放出する。
【００４２】
図３は、蒸発源４０をＺ軸方向から見た概略平面図である。本実施形態において、蒸発源４０は、第１の列群と第２の列群とを有する。第１の列群を構成する各列ｘ１〜ｘ９は、Ｘ軸方向に複数のチムニ４２が間隔ａをあけて等間隔に配置されてなり、これらの列ｘ１〜ｘ９がＹ軸方向に配列されることで、上記第１の列群が形成される。第２の列群を構成する各列ｙ１〜ｙ３は、Ｙ軸方向に複数のチムニ４２が間隔ｂをあけて等間隔に配置されてなり、これらの列ｙ１〜ｙ３がＸ軸方向に配列されることで、上記第２の列群が形成される。間隔ａ及びｂは、それぞれ同一の値であってもよいし、異なる値であってもよい。上記のように、チムニ４２が規則的に配置されることによって、基板Ｔに対して均一な分布でチムニ４２を対向させることができ、これにより膜厚の均一性を高めることが可能となる。
【００４３】
図４は、蒸発源４０をＹＺ平面で切断したときの要部の拡大断面図である。図５は、図４に示した蒸発源の平面図である。
【００４４】
蒸発源４０の容器４１は、開口部４１１ａを有する容器本体４１１と、上記基板対向面（容器４１の上面４１ａ）を形成し開口部４１１ａを被覆する蓋部材４１２とを有する。これにより、蒸発源４０の構成の簡素化を図りつつ、蒸着材料の利用効率の高い蒸発源を構成することが可能となる。
【００４５】
容器本体４１１は、Ｍｏ等の高融点金属材料からなり、その内部空間に蒸着材料５０を収容する。蓋部材４１２もＭｏ等の高融点金属材料からなり、容器本体４１１の内部空間を閉塞する板状部材で構成される。蓋部材４１２の面内には複数の貫通孔が形成されており、これらの貫通孔に、所定の高さ（Ｈ）及び所定の内径（Ｄ）を有するチムニ４２がそれぞれ設けられている。チムニ４２は、蓋部材４１２と一体形成されてもよいし、別部材として構成されてもよい。チムニ４２は、蓋部材４１２と同一の材料で構成されているが、勿論これに限られない。また、容器本体４１１及び蓋部材４１２は、蒸着材料を加熱する温度、及び、高温で蒸着材料に対して耐性を有する材料であればよく、高融点金属のほかに、ステンレススチール、アルミニウム、セラミックス等を使用してもよい。
【００４６】
チムニ４２の高さＨ及び内径Ｄの大きさは特に限定されない。本実施形態において、チムニ４２の高さＨは、内径Ｄよりも大きく形成されており、例えば、Ｈ＝６ｍｍ、Ｄ＝４ｍｍである。この場合、チムニ４２の配置間隔（ａ、ｂ）を例えば４０ｍｍとすることができる。蒸発源４０は、チムニ４２の先端部と基板Ｔとの間の距離（Ｚ軸方向に沿った距離）Ｌ１が１００ｍｍ以下となるように、成膜室１３に設置されている。
【００４７】
距離Ｌ１の下限は、蒸着材料の種類、筒状部のアスペクト比（高さ／内径の比）、筒状部の配置間隔、蒸着室の真空度などに応じて決定され、例えば５ｍｍである。距離Ｌ１が５ｍｍ以下の場合、基板Ｔの撓みなどにより、基板Ｔと接触するおそれがある。
【００４８】
蒸着材料５０は特に限定されず、真空蒸着法によって成膜可能な金属材料、金属酸化物材料、有機材料が用いられる。本実施形態ではＳｅが用いられる。なお、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｔｅ、Ｂａ等の比較的低融点の物質を効率よく成膜することが必要なプロセスにも、本発明は適用可能である。
【００４９】
蒸着材料５０を溶解または昇華するヒータ４３は、蒸着材料５０の表面と蓋部材４１２との間に複数設置されている。図５は、容器４１の要部平面図である。ヒータ４３は、線状ヒータからなり、Ｘ軸方向に沿って容器４１を貫通するように設置されている。ヒータ４３の両端部４３ａは、容器４１の外側に突出しており、図示しない電力供給源を備えたコントロールユニットに接続されている。
【００５０】
図４及び図５に示すように、ヒータ４３は、チムニ４２の軸心を通る軸線を挟むようにＹ軸方向に配列されており、各々のヒータ４３の間隔はほぼ同等に設定されている。これにより、容器４１内の均熱性が高まり、温度分布を生じさせることなく蒸着材料５０を一様に加熱することが可能となる。また、チムニ４２の直下にヒータ４３が位置しないため、ヒータ４３によって蒸気の放出が阻害されることはない。
【００５１】
蒸発源４０は、さらに、ヒータ４３の温度を検出するセンサ４４を備えている。センサ４４は熱電対で構成され、ヒータ４３に隣接して容器４１の内部に設置されている。センサ４４は、上記コントロールユニットに接続されており、当該コントロールユニットは、センサ４４の出力に基づいてヒータ４３の温度を制御する。
【００５２】
また、蒸発源４０の容器４１の温度を検出する放射温度計４５（検出部）が成膜室１３の外部に設置されている。放射温度計４５は上記コントロールユニットに接続されており、当該コントロールユニットは放射温度計４５の出力に基づいてヒータ４３による蒸着材料５０の加熱温度を制御する。本実施形態では、容器４１の温度から蒸着材料５０の液面の高さを検出し、ヒータ４３による蒸着材料の加熱温度を制御する。上記コントロールユニットは、図４において、蒸着材料５０の表面（湯面）と容器４１の蓋部材４１２の内面との間の距離Ｌ２がチムニ４２の高さＨより小さくなるように、蒸着材料５０の液面の高さを制御する。
【００５３】
本実施形態の蒸発源４０は、以上のように構成される。次に、蒸発源４０の作用について説明する。
【００５４】
蒸発源４０の容器４１に収容された蒸着材料（Ｓｅ）は、ヒータ４３によって、その融点（約２１７℃）以上の温度（例えば２３０℃〜２８０℃）に加熱されることで溶解する。一方、基板Ｔは、蒸発源４０の直上領域をＸ軸方向に沿って一定の速度で搬送される。蒸着材料５０の蒸気（蒸発物質）は、チムニ４２から放出され、チムニ４２の先端部に対向する基板Ｔの表面に堆積する。このようにして、蒸発源４０は、その直上を通過する基板Ｔの表面を順次成膜する。
【００５５】
通常、基板に付着しなかった蒸着材料は、蒸着室（チャンバ）の内壁面、防着板、排気系を構成する各種構造体（マニホールド、バルブ、コールドトラップ、真空ポンプ等）に付着する。これらに付着した蒸着材料は、パーティクルの発生源となるおそれがあるため、装置の稼動を定期的に停止させてクリーニングを実行する必要がある。蒸着材料の付着量が多い場合、クリーニングを頻繁に実施する必要があるため、装置の稼働率が低下する。また、バルブ類に付着した蒸着材料は、バルブのシート面の異物となり、リークの原因となる。さらに、コールドトラップや真空ポンプに付着した蒸着材料は、これらの排気性能を低下させる可能性がある。そして、蒸着材料に環境負荷が比較的高いＳｅが用いられる場合、排気系を通過した蒸着材料を捕獲するためのトラップ機構が必要となる。
【００５６】
本実施形態の蒸発源４０は、チムニ４２を備えているため、容器４１から放出される蒸着材料５０の蒸気の指向性が高まり、基板Ｔに効率よく蒸気を付着させることができる。これにより、蒸着材料の利用効率を高めることができる。この効果は、蒸発源と基板との間の距離（以下、「Ｅ／Ｓ距離」ともいう。）が小さいほど顕著に得られる。
【００５７】
図６は、内径４ｍｍ、高さ６ｍｍのチムニを備えた蒸発源を用いて基板を成膜したときの、チムニひとつあたりの膜厚分布を示す実験結果である。（Ａ）はＥ／Ｓ距離が１００ｍｍ、（Ｂ）はＥ／Ｓ距離が５０ｍｍ、（Ｃ）はＥ／Ｓ距離が３０ｍｍのときの実験結果である。ここでの「Ｅ／Ｓ距離」は、チムニの先端部から基板までの距離とした。横軸の「蒸発源直上」の位置は、チムニの軸心位置である。縦軸は、膜厚の最大値を１としたときの膜厚を表している。図６に示すように、Ｅ／Ｓ距離が小さくなるほど、蒸発源の直上位置における膜厚の一定領域（平坦部）が周辺位置へ広がることがわかる。上記膜厚の一定領域（平坦部）は、Ｅ／Ｓ距離が８０ｍｍ以下で発生するものと推察される。蒸着材料の液面高さ（Ｌ２）を制御することによっても、上記膜厚の一定領域（平坦部）を制御することも可能である。また、Ｅ／Ｓ距離が小さくなるほど、蒸発源の直上位置とその周辺位置との間の膜厚分布の勾配が大きくなることがわかる。これは、蒸発源から放出される蒸気が蒸発源の直上位置へ高い指向性をもって放出されることを意味している。
【００５８】
比較として、チムニを備えていない蒸発源を用いて基板を成膜したときの、膜厚分布を図７に示す。蒸気の放出口は、蒸発源を構成する容器の上面に形成した直径４ｍｍの丸穴とした。（Ａ）はＥ／Ｓ距離が１００ｍｍ、（Ｂ）はＥ／Ｓ距離が５０ｍｍ、（Ｃ）はＥ／Ｓ距離が３０ｍｍのときの実験結果である。ここでの「Ｅ／Ｓ距離」は、上記容器の上面と基板との間の距離とした。図７に示すように、チムニなしの蒸発源においても、図６に示す実験結果と同様な傾向が認められたが、その効果が小さいことがわかる。すなわち、蒸発源の直上付近に現れる膜厚の一定領域（平坦部）が、図６の結果からではＥ／Ｓ距離が５０ｍｍ以下で顕在化するのに対して、図７の結果からでは同距離では認められなかった。また、Ｅ／Ｓ距離が１００ｍｍの場合で対比すると、図６（Ａ）の方が図７（Ａ）に比べて、蒸発源の直上位置とその周辺位置との間の膜厚分布の勾配が大きい。このことからも、チムニを設けることで、蒸気の指向性が向上し、蒸着材料の利用効率が高まることが明らかである。
【００５９】
以上のように、本実施形態によれば、蒸着材料の利用効率を高めることができるので、蒸着に必要な蒸着材料の量を従来よりも少なくすることができる。これにより、材料コストの低減を図ることができる。また、基板以外の部位に付着する蒸着材料の量を低減できるので、クリーニングに要する費用の削減を図ることができるとともに、ポンプの性能低下を抑制することができる。さらに、排気系を通過した蒸着材料を捕獲するためのトラップ機構を簡素化することも可能となる。
【００６０】
また、本実施形態の蒸発源４０によれば、上記構成のチムニ４２を多数備えているので、図６（Ｂ）に示したような膜厚の一定領域（平坦部）を利用して、基板Ｔ上に均一な膜厚で蒸着材料を蒸着させることが可能である。図８は、Ｅ／Ｓ距離が５０ｍｍ、チムニ４２の配置間隔（図３における間隔ｂ）を４０ｍｍとしたときの、基板Ｔの膜厚分布のシミュレーション結果を示している。図６（Ｂ）の膜厚分布を基板の幅方向に重ね合わせることで、基板Ｔに対してほぼ一様な膜厚を蒸着することが可能なことが確認できる。この例における膜厚分布及び蒸着材料の利用効率（基板への付着効率）を算出したところ、膜厚分布は±０．６％以下、利用効率は８９．６％であった。なお、付着効率は、図８において、「有効範囲」の付着量を「ｅ１」、当該「有効範囲」の両側に示される「基板以外に付着する蒸発物質」の量を「ｅ２」及び「ｅ３」とて、（ｅ１÷（ｅ１＋ｅ２＋ｅ３））×１００（％）とした。
【００６１】
一方、本実施形態によれば、蒸発源４０を上述のように構成したことにより、以下の効果を奏することができる。
【００６２】
蒸着材料の蒸気を複数のチムニ４２を介して基板Ｔへ到達させるようにしているので、従来のラインース型の蒸発源に比べて、蒸発源で発生したスプラッシュが基板に到達することを防止することができる。したがって、Ｅ／Ｓ距離を従来よりも小さく設定したとしても、スプラッシュの付着による成膜不良を防ぐことが可能となる。スプラッシュの付着防止効果は、チムニ４２の高さＨが大きいほど、あるいは、チムニ４２の内径Ｄが小さいほど顕著に得られる。
【００６３】
蒸発源４０はチムニ４２を備えているので、蒸発源４０から放出される蒸着材料の蒸気のコンダクタンスが低下し、蒸発源４０の内部と外部との間に圧力差をもたせることができる。これにより、蒸発源４０内部の高圧化及び均一化を実現でき、蒸着レートを向上させることができるとともに、チムニ４２毎の蒸気放出量のバラツキを抑制することができる。したがって、大型基板に対しても均一な膜厚で成膜することができる。また、通常のクヌーセンセルを用いた蒸着に比べて、蒸発源の内部の圧力を高く設定することができる。
【００６４】
図７（Ａ）に示した蒸発源と図６（Ｂ）に示した蒸発源を使用し、２３０℃〜２８０℃の温度範囲における成膜レートを測定した結果を図９に示す。図６（Ｂ）の構成による蒸発源の方が図７（Ａ）の構成による蒸発源に比べ、約４倍の成膜レートが得られることが分かった。チムニを設置し、Ｅ／Ｓ距離を近づけた蒸発源の構成の方が、成膜レートを同じとした場合、蒸発源の温度を低温化でき、また、蒸発源の温度を同じとした場合、成膜時間を短縮できる。以上のことから、本発明に係る蒸発源を使用した場合、基板の温度上昇を抑えることが可能となり、特に低融点物質の成膜において基盤からの再蒸発を防止することができる。また、蒸発源の温度を低くすることができるため、スプラッシュの発生を効果的に抑えることが可能となる。
【００６５】
さらに、本実施形態においては、上記コントロールユニットによって、蒸着材料５０の表面（湯面）と容器４１の蓋部材４１２の内面との間の距離Ｌ２がチムニ４２の高さＨより小さくなるように、蒸着材料５０の液面（湯面）の高さが制御される。これにより、チムニ４２の直上に位置する基板に対して膜厚分布が一様な領域を効率よく形成することが可能となる。
【００６６】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態による蒸発源の構成を示している。なお、上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
本実施形態の蒸発源４０Ａは、基板Ｔの幅方向の端面Ｔａよりも外方側に位置する列ｘ１及びｘ９（図では列ｘ９のみ示す。）に属するチムニ４２ａが、基板Ｔの端面Ｔａに向かって傾いて形成されている点で、第１の実施形態と異なる。本実施形態によれば、チムニ４２ａによって基板Ｔの端面Ｔａに向かう蒸気の指向性を高めることができるため、当該端面Ｔａに付着する蒸発物質の量を増加させることができる。これにより、基板の端面Ｔａ領域の成膜レートが高まり、基板Ｔの中央側と端面側とで膜厚の均一化を図ることができるとともに、蒸着材料の利用効率の更なる向上を図ることができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態による蒸発源の構成を示している。なお、上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施形態の蒸発源４０Ｂは、基板Ｔの幅方向の端面Ｔａよりも外方側に位置する列ｘ１及びｘ９(図では列ｘ９のみ示す。)に属するチムニ４２ｂが、それ以外の残余のチムニ４２の内径及び高さが大きく形成されている点で、第１の実施形態と異なる。本実施形態によれば、チムニ４２ａによって基板Ｔの端面Ｔａに向かう蒸気の指向性を高めることができるため、当該端面Ｔａに付着する蒸発物質の量を増加させることができる。これにより、基板の端面Ｔａ領域の成膜レートが高まり、基板Ｔの中央側と端面側とで膜厚の均一化を図ることができるとともに、蒸着材料の利用効率の更なる向上を図ることができる。なお、上述の効果は、チムニ４２ｂの内径及び高さのいずれか一方のみを他のチムニ４２のそれよりも大きく形成することによっても、得ることができる。
【００７０】
（第４の実施形態）
図１２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第４の実施形態による蒸発源の構成を示している。なお、上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
本実施形態の蒸発源４０Ｃは、基板Ｔの幅方向の端面Ｔａよりも外方側に位置する列ｘ１及びｘ９(図では列ｘ９のみ示す。)に属するチムニ４２ｃが、それ以外の他の列（ｘ１〜ｘ８）に属するチムニ４２よりも小さい間隔ｃ（＜ａ）で配置され、当該他の列に属するチムニ４２よりも数多く配置されている点で、第１の実施形態と異なる。本実施形態によれば、チムニ４２ａによって基板Ｔの端面Ｔａに向かう蒸気の指向性を高めることができるため、当該端面Ｔａに付着する蒸発物質の量を増加させることができる。これにより、基板の端面Ｔａ領域の成膜レートが高まり、基板Ｔの中央側と端面側とで膜厚の均一化を図ることができるとともに、蒸着材料の利用効率の更なる向上を図ることができる。
【００７２】
（第５の実施形態）
図１３は、本発明の第５の実施形態による蒸発源の構成を示している。なお、上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７３】
本実施形態の蒸発源６０は、容器本体６１１の開口部６１１ａを閉塞する蓋部材６１２に複数の貫通孔６２が形成されている。これら複数の貫通孔６２は、蒸着材料の蒸気を容器６１の内部から基板Ｔへ向けて放出する。本実施形態において、蓋部材６１２の厚み（Ｖ）は、容器本体６１１に収容された蒸着材料５０の湯面から蓋部材６１２の内面までの距離（Ｌ２）よりも大きく形成されている。すなわち、貫通孔６２は、上述の第１の実施形態に係るチムニ４２（筒状部）としての機能を有する。
【００７４】
上述のように構成される蒸発源６０は、蓋部材６１２の上面（基板対向面）が、基板Ｔに対して距離Ｌ１だけ離間する位置に、蒸着室内に設置される。距離Ｌ１は、１００ｍｍ以下に設定されており、例えば５０ｍｍである。距離Ｌ１の下限は、蒸着材料の種類、筒状部のアスペクト比（高さ／内径の比）、筒状部の配置間隔、蒸着室の真空度などに応じて決定され、例えば５ｍｍである。距離Ｌ１が５ｍｍ以下の場合、基板Ｔの撓みなどにより、基板Ｔと接触するおそれがある。
【００７５】
以上のように構成される本実施形態の蒸発源６０においても、第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。すなわち、本実施形態によれば、蒸着材料の利用効率を高めることができ、蒸着に必要な蒸着材料の量を従来よりも少なくすることができる。これにより、材料コストの低減を図ることができる。
【００７６】
上述したように、貫通孔６２はチムニ４２と同等の機能を有するため、上述したようなチムニ４２の配置例、構成例をそのまま、当該貫通孔６２に対しても適用することができる。すなわち、貫通孔６２は、図３に示したように、容器の蓋部材に対してグリッド状に配置されてもよい。また、図１０〜図１２に示したように、基板Ｔの端面Ｔａより外方側に位置する貫通孔６２の軸心を斜めに傾斜したり、内径や深さを大きくしたり、配置間隔を狭めたりすることができる。
【００７７】
さらに、上述の第１の実施形態と同様に、容器６１の温度を検出する放射温度計４５の出力に基づいて、ヒータ４３による蒸着材料５０の加熱温度を制御するコントロールユニットを備えてもよい。蒸着材料５０の表面（湯面）と蓋部材６１２の内面との間の距離Ｌ２が貫通孔６２の深さＶより小さくなるように、蒸着材料５０の液面の高さを制御することで、貫通孔６２の直上に位置する基板Ｔに対して膜厚分布が一様な領域を効率よく形成することができる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００７９】
例えば以上の実施形態では、真空蒸着装置として、インライン式の真空蒸着装置を例に挙げて説明したが、これに代えて、バッチ式の真空蒸着装置にも本発明は適用可能である。また、仕込み室と取出し室とを共通の室とし、当該室と成膜室（蒸着室）との間で基板を搬送する、いわゆるインターバック式の真空蒸着装置にも、本発明は適用可能である。
【００８０】
以上の実施形態では、蒸発源に対して基板を移動させながら成膜する通過成膜方式を例に挙げて説明したが、これに限られず、蒸発源に対して基板を静止（停止）させて成膜する固定成膜方式にも本発明は適用可能である。
【００８１】
以上の実施形態では、蒸発源として複数のチムニを基板の幅方向及び搬送方向にそれぞれ平行な列群で構成したが、チムニの配列形態はこの例に限られない。例えば、基板の幅方向及び搬送方向にそれぞれ交差する方向に複数のチムニを配置させてもよい。
【００８２】
さらに、図１０〜１２に示した実施形態では、基板Ｔの端面よりも外方に位置するチムニ４２ａ〜４２ｃについて上述の構成を適用したが、Ｅ／Ｓ距離、膜厚分布の仕様等に応じて、隣接する他の列に属するチムニにも同様な構成を適用することが可能である。また、図１０〜図１２に示した構成を適宜組み合わせて、再外列のチムニ列ｘ１、ｘ９を構成してもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１…真空蒸着装置
１３…成膜室
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、６０…蒸発源
４１、６１…容器
４１１、６１１…容器本体
４１２、６１２…蓋部材
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ…チムニ
４３…ヒータ
５０…蒸着材料
６２…貫通孔
【図１】
2010270363.tif 000003
【図２】
2010270363.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010270363.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010270363.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010270363.tif 000012
【図１１】
2010270363.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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