(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸発源から蒸着材料の飛散量の総和を増加させ、膜厚均一性を高め蒸着プロセスの高速化を可能とする真空蒸着装置を提供する。【解決手段】真空蒸着装置は、長手方向と垂直な方向に配置した基板に対向して蒸着材料を成膜する一方向に長い複数の坩堝２０ａ、２０ｂと、複数の坩堝２０ａ、２０ｂのうち最も外側にあるそれぞれの坩堝２０ａの、長手方向の側面のうちで外側にある面に配置したヒーター２１−５とを有する。【選択図】図５
2015067850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向と垂直な方向に配置した、基板に対向して蒸着材料を成膜する一方向に長い複数の坩堝と、
前記複数の坩堝のうち最も外側にあるそれぞれの坩堝の、前記長手方向の側面のうちで外側にある面に配置したヒーターと、を有することを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項２】
請求項１記載の真空蒸着装置において、
前記ヒーターの外側に、前記ヒーターから発生する熱を逃がさないように設置された断熱材と、
前記複数の坩堝、前記ヒーター、前記断熱材を収納するハウジングと、
を有することを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の真空蒸着装置において、前記蒸発源は更に、前記複数の坩堝は、ステンレスの熱膨張率以下の熱膨張率を有する金属または合金であることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の真空蒸着装置において、前記複数の坩堝の長手方向端部に、少なくとも１つのヒーターを備えたことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項５】
請求項４記載の真空蒸着装置において、前記複数の坩堝の前記長手方向端部に配置された前記ヒーターが、最も外側の坩堝よりも外側まで伸びていることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項６】
請求項４記載の真空蒸着装置において、前記複数の坩堝の前記長手方向端部に配置された前記ヒーターが、最も外側の坩堝よりも内側にあることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項７】
請求項３または請求項４記載の真空蒸着装置において、前記長手方向のヒーターが、前記長手方向で分割されていることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の真空蒸着装置において、前記複数の坩堝が、前記長手方向にも複数配置されていることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の真空蒸着装置において、前記複数の坩堝間における前記長手方向の側面の少なくとも一部分に金属またはセラミック部材を挟んで前記坩堝と前記金属または前記セラミック部材を密着させたことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項１０】
請求項９記載の真空蒸着装置において、前記金属またはセラミック部材は、前記複数の坩堝と同じ材質であることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の真空蒸着装置において、前記複数の坩堝を密着させたことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の真空蒸着装置において、前記複数の坩堝のうち少なくとも１つが、最も外側の坩堝のコンダクタンスより大きなコンダクタンスを持つことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項１３】
長手方向と垂直な方向に複数の材料室を持つ一方向に長い坩堝と、
前記の坩堝の前記長手方向の側面に配置したヒーターと、
を有することを特徴とする真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ（有機ＥＬディスプレイ）などの薄膜デバイスを大形基板に形成する際に、大型基板に対して材料蒸気を放出し成膜する蒸着坩堝及び真空蒸着装置に関する。また、本発明は有機ＥＬディスプレイに限らず、他のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、半導体装置、太陽電池等の分野に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイ装置のうち、有機ＥＬディスプレイ装置は、視野角が広いだけではなく、応答性も良いため、次世代のディスプレイとして注目されている。有機ＥＬディスプレイを構成する発光素子（有機ＥＬ素子）は、アノードとカソードの両電極にはさまれた有機膜の発光層からなる。発光効率を高めるため、さらに電子注入層、電子輸送層、正孔輸送層ならびに正孔注入層などの中間層を、選択的に挿入している。これらの電極、発光層、並びに中間層は、数［ｎｍ］から数百［ｎｍ］の薄膜である。この薄膜を形成する技術の１つが真空蒸着（以下、蒸着とする）である。
【０００３】
真空蒸着は、材料に熱をかけて気化（蒸発若しくは昇華）させ、気化させた材料を真空中に設置した基板に付着させて、薄膜を形成する方法である。近年は、有機ＥＬディスプレイでは、発光層に蛍光のみで発光する材料だけでなく、燐光を用いて発光する材料も用いられている。そのため、蒸着技術に求められる要求も多くなっている。例えば、燐光材料では蛍光材料以上に熱分解し易い材料である。そのため、薄膜形成ができるだけ低温で高レートとなるような蒸発源が求められる。そこで、蒸発源となる蒸着材料を保管する坩堝の温度を均一化し、材料加熱の効率を高める必要がある。しかし、基板の大型化に伴う蒸発源の大型化で、温度均一化は益々難しくなっている。
【０００４】
図１は、従来の真空蒸着装置の概略を説明するための図である。
図１は、基板１０の下面に蒸着する場合を想定して、基板１０を水平に保持している。
図１において、真空チャンバ１００内には、基板１０、マスク１１、ノズル４０、及び膜厚センサー１２２が設置される。また、真空チャンバ１００の外部には、排気装置１１０、蒸発源制御装置１２０、及びヒーター電源１２１が設置される。
【０００５】
基板１０の被蒸着側にはマスク１１が設置してあり、基板１０の特定の部分のみに蒸着されるようにしている。また、蒸発源１は、基板１０とマスク１１にノズル４０が対向するように設置されている。蒸発源１内には蒸着材料が保持されており、加熱によって蒸発され、蒸発源１のノズル４０より外へと噴出される。噴出された材料蒸気は、ある分布を持って飛散し、マスク１１の開口部を通じて基板１０に到達し、堆積する。
蒸発してノズル４０を通った蒸着材料の分子が基板１０に到達されるまでに、大気分子などに邪魔されるのを防ぐために、基板１０、マスク１１、蒸発源１等は、真空チャンバ１００内に設置されている。そして、蒸着前には真空チャンバ１００内は、排気装置１１０を用いて真空に処される。
【０００６】
図２は、従来の蒸発源の一例の構成の概略を示す斜視図である。
蒸発源１は、その本体が４角柱（長方体）の形状を有し、その内部には４角柱（長方体）の形状坩堝２０を有する。坩堝２０の左右には加熱手段としてのヒーター２１を配置し、坩堝２０内に封入された蒸着材料３０を蒸着に適した所定の温度に加熱する。また、坩堝２０及びヒーター２１の左右及び前後には断熱部材２２ｂが設けられ、蒸発源１内の熱を外部に逃さず内側にこもるようにしている。さらに、断熱材（断熱機構）２２ｂの外周には遮熱のためのハウジング２３ｂがあり、断熱材２２ｂから漏れた熱が外部に影響を与えないようになっている。ハウジング２３ｂは、ノズル４０ｂ側が空いた枡状の構造であり、空いた面にはハウジング２３ａを設けて坩堝２０が密封された形状となっている。なお、坩堝２０側のノズルをノズル４０ｂと称し、ハウジング２３ａ側のノズルをノズル４０ａと称し、ノズル４０は、ノズル４０ａとノズル４０ｂとで構成される。
蒸発源１のノズル４０ａは、ハウジング２３ａの短辺方向の中央に、長手方向に、例えば、同じ形状寸法及び同一間隔で複数個設けられる。また、ハウジング２３ａの蒸発源１側には、断熱部材２２ａが断熱部材２２ｂと同じ目的で設けられている。なお、ハウジング２３ａと２３ｂを１つのハウジングとして表現する場合には、ハウジング２３と称する。同様に、断熱部材２２ａと２２ｂを１つの断熱部材として表現する場合には、断熱部材２２と称する。
このような構造によって、ノズル４０から気化した蒸着材料３０が噴出し、基板１０に堆積する。
【０００７】
上述したように、蒸着材料３０は、蒸発源１の中に設置している坩堝２０に封入されている。
坩堝２０は、ヒーター２１によって蒸着材料３０が気化する（蒸発または昇華する）温度まで加熱される。蒸発した蒸着材料３０、即ち、蒸気は、ノズル４０を通って外部へと噴出される。
坩堝２０とヒーター２１は高温となるため、その外側に断熱材２２を設置して蒸発源１の内部に熱を閉じ込めると共に、蒸発源１の外部への熱の影響を低減する。また、断熱材２２の外側には、坩堝２０、ヒーター２１、及び断熱材２２を納めるハウジング２３を設けることが一般的である。
尚、ハウジング２３は、それ自身の耐久性保護と、外部への熱影響遮断の観点から、水冷していることが多い。
【０００８】
図１、図２のような蒸着装置では、基板１０または蒸発源１を長手方向とは垂直となる方向に相対的に移動させることで、基板１０に均一な薄膜を形成する。このとき、蒸発源１からの蒸気噴出量を増やし、移動速度を上げることでより高速に基板１０に成膜することができる。
蒸発源１からの蒸気噴出量を増やすには、単純には坩堝２０の温度を上げることで達成できるが、有機ＥＬの蒸着材料３０は熱に弱く、高温にすると劣化し分解してしまう。
このような、一方向に長い蒸発源において、基板への蒸着速度を上げ生産性を向上させるためには、蒸発源の数を増やす方法が考えられる。従来では、複数の蒸着材料の混じった膜を作製するために、複数の蒸発源を用いていた（特許文献１、特許文献２）が、これに同種の蒸着材料をいれ、蒸着を行う方法がある。また、必要に応じて、コンダクタンスを大きくする方法（特許文献３）も考えられる。
【０００９】
図３によって、蒸発源の数を増やす真空蒸着装置の従来例を説明する。図３は、蒸発源の数を増やす真空蒸着装置における蒸発源の従来例の構成の概略を示す斜視図である。図３の蒸発源１−３は、従来の蒸発源の一例であった図２の蒸発源１を長手方向と垂直な方向に３個（３列）配置した構成である。このように、複数個（複数列）を長手方向と垂直な方向に配置することによって、高レート化（蒸着レートの高速化）を行った。
【００１０】
図３の蒸発源１−３は、図２で説明した構成の蒸発源１を３個並べた構成となっている。このため、ハウジング２３ａを３個並べたハウジング２４ａと、ハウジング２３ｂを３個並べたハウジング２４ｂが、３個の仕切りの中に３組のルツボ２０、ヒーター２１、断熱材２２、及びノズル４０（ノズル４０ａとノズル４０ｂ）を密封した形状となっている。
そして、図２と同様に、坩堝２０内に蒸着材料３０が封入されている。坩堝２０はそれぞれ、主に外側に設置したヒーター２１で加熱され、蒸着材料３０を気化させ、気化された蒸着材料３０は、坩堝２０に設けられたノズル４０を通して外部に噴出される。
坩堝２０とヒーター２１は、外部への熱影響軽減と自身の保温を目的に、断熱材２２で覆われている。
このように、坩堝２０、ヒーター２１、断熱材２２ｂはハウジング２４に収められていても良い。その場合、ハウジング蓋２４ａとハウジング容器２４ｂのように、中の坩堝２０が取り出し易い構造になっていることが多い。ハウジング２４は、外部への熱影響を遮断するため、水冷の配管が設置され、冷却されていても良い。
【００１１】
図３は、図２の従来の蒸発源１を、長手方向と垂直な方向に３列並べた構造をしている。並べる蒸発源の列が増えれば増えるほど、全体としての蒸着レートは大きくなり、高速に蒸着処理を行うことができる。
【００１２】
図４によって、コンダクタンスを大きくする真空蒸着装置の従来例を説明する。図４は、コンダクタンスを大きくする真空蒸着装置における蒸発源の従来例の構成の概略を示す斜視図である。
上述したように、図３の蒸発源１−３では、従来の蒸発源１を、長手方向とは垂直の方向に複数列並べた構造をしている。しかし、蒸発源を収めるスペースも大きくなる。また、図３の従来例では、坩堝３個に対してヒーターを３組準備しているため、ヒーターに電圧をかけるための電源や、ヒーターの制御をする制御系も３組必要になる。
【００１３】
図４は図３の改良例である。図３が蒸発源そのものを３列並べた構造であるのに対し、図４の蒸発源１−４は蒸発源そのものを１つとし、坩堝２０−４を長手方向と垂直な方向に長くすることで、ノズル４０の数を増やし、全体として蒸着レートを高くする。尚、断熱部材２２−４（２２−４ａ、２２ｂ）及びヒーター２１−４を坩堝２０−４の大きさに合わせて変更しても良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−１５２３２６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１０８１３７号公報
【特許文献３】特開２００３−２９７５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、蒸発源を増やす方法では、複数の蒸発源を準備するコストがかかると共に、蒸発源を置くスペースができるように真空装置自体を拡張する必要がある。
また、ノズルのコンダクタンスを高める方法では、坩堝の基板への露出面積が増えるため、基板やマスクの温度が上昇し、材料劣化や熱膨張による蒸着位置ずれを起こす可能性がある。
その際、蒸着する有機材料は熱伝導率が小さいため、坩堝内の材料に温度分布が生じ、面内での膜厚均一性を悪化させる一因となる。
本発明は、上記の課題を解決するものであり、蒸発源から蒸着材料の飛散量の総和を増加させ、膜厚均一性を高め蒸着プロセスの高速化を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の問題を解決するために、本発明の代表的な手段は以下の通りである。
本発明の真空蒸着装置は、長手方向と垂直な方向に配置した、基板に対向して蒸着材料を成膜する一方向に長い複数の坩堝と、前記複数の坩堝のうち最も外側にあるそれぞれの坩堝の、前記長手方向の側面のうちで外側にある面に配置したヒーターと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複数の坩堝を蒸発源移動方向に並べることで、蒸発源から蒸着材料の飛散量の総和を増加させ、蒸着プロセスの高速化を可能とし、基板面内の膜厚均一性を悪化させることなくより高速に成膜することができる。従って、短時間でより多くの被蒸着基板を生産することが可能となり、蒸着装置としての生産性の向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来の真空蒸着装置の概略を説明するための図である。
【図２】従来の蒸発源の一例の構成の概略を示す斜視図である。
【図３】従来の蒸発源の一例の構成の概略を示す斜視図である。
【図４】従来の蒸発源の一例の構成の概略を示す斜視図である。
【図５】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す斜視図である。
【図６】図５の蒸発源の水平に切った断面図である。
【図７】図４の実施例と図５の実施例の長手方向の温度分布を比較したシミュレーション結果を説明するための図である。
【図８】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。
【図９】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。
【図１０】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。
【図１１】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。
【図１２】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。
【図１３】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。
【図１４】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。
【図１５】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。
【図１６】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。
【図１７】本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の一実施形態について、図面等を用いて説明する。
なお、以下の説明は、本発明の一実施形態を説明するためのものであり、本願発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素若しくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であり、これらの実施形態も本願発明の範囲に含まれる。
また、本書では、既に説明した図１乃至図４を含め、以降の各図の説明において、共通な機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、説明を省略する。
更に、以下の実施例において、本発明の真空蒸着装置の構成は、従来技術で説明した図１の真空蒸着装置と同一である。従来技術と異なるところは、真空蒸着装置に用いる蒸発源が、以下の実施例１乃至実施例１１に示す構成となるところである。
【実施例１】
【００２０】
図４に示した従来例では、一般に有機ＥＬの蒸着材料は熱伝導率が小さいため、坩堝２０−４内に広がる蒸着材料３０に温度分布ができ、その温度差（最高温度と最低温度との差）も大きい。温度差は長手方向で顕著となるので、長手方向に蒸発量の差が生じ、ノズル４０から噴出する流量も分布を持つようになり、長手方向の膜厚均一性が悪化する可能性がある。
図５によって、本発明の真空蒸着装置の第１の実施例を説明する。図５は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す斜視図である。
図５の蒸発源１−５において、ハウジング２６（２６ａ、２６ｂ）の中には、１組のヒーター２１−５と、複数の坩堝２０、断熱材２２−５（２２−５ａ、２２）が収められている。１組のヒーター２１−５は、一番外側の坩堝２０ａの更に外側に設置されており、長手方向に伸びている。中央の坩堝２０ｂの両側面には外側の坩堝２０ａが近接し、ヒーター２１−５は配置されていない。ヒーター２１−５から放出される熱は、断熱部材２２−５及び両側面の坩堝２０ａからの反射や輻射によって伝達される。
各坩堝２０ａ、２０ｂ内の蒸着材料３０は加熱され、坩堝２０のノズル４０ｂとハウジング２６ａのノズル４０ａを通って、マスク１１の開口部を通って、基板１０に到達する。なお、ノズル４０ａとノズル４０ｂの組み合わせをノズル４０と称する。
尚、断熱部材２２−５（２２−５ａ、２２ｂ）及びヒーター２１−５を坩堝２０の数に合わせて変更しても良い。
【００２１】
図６は、図５の蒸発源１−５を水平に切った断面図である。図６は、図５において、底面と垂直な断面で、ヒーター２１−５と蒸着材料３０を通る面で切断し、蒸発源１−５のノズル４０方向から見た図を示している。また、断熱材２２−５としては、金属の板５枚を重ねたリフレクタを想定し、図中に記載した。
それぞれの坩堝２０ａ、２０ｂ同士は、所定の隙間をおいて配置され、温度による寸法変化を吸収するようにしている。そして、ハウジング２６の底部と坩堝２０ａ、２０ｂの底部には、位置決め用のピンと穴を設けて、位置決めがし易いようにしている。
【００２２】
図７によって、本発明における図５の蒸発源１−５の温度分布解析結果について説明する。図７は、図４の従来例と図５の実施例の長手方向の温度分布を比較したシミュレーション結果を説明するための図である。
比較のため、図４についても、図６の断面図と同様の断面図の断面をモデルとし、熱解析シミュレーションを行った。温度分布図７０１は図４の断面図の断面（図４の断面モデル）についての熱分布を示し、温度分布図７０２は図６の断面図の断面（図５の断面モデル）についての熱分布を示す。坩堝の幅は３００［ｍｍ］、坩堝の長さは１０２４［ｍｍ］である。
温度グラフ７２１は、図４の断面モデルの坩堝２０内長手方向における坩堝２０の中央部分の直線（ａ）を横軸にとって、縦軸が直線（ａ）の各位置（単位：［ｍｍ］）に対する温度（単位：［℃］）を示している。また、温度グラフ７２２は、図５の断面モデルの外側の坩堝２０ａ内長手方向における坩堝２０ａの中央部分の直線（ｂ）を横軸にとって、縦軸が直線（ｂ）の各位置（単位：［ｍｍ］）に対する温度（単位：［℃］）を示している。さらに、温度グラフ７２３は、図５の断面モデルの内側の坩堝２０ｂ内長手方向における坩堝２０ｂの中央部分の直線（ｃ）を横軸にとって、縦軸が直線（ｃ）の各位置に対する温度（単位：［℃］）を示している。
【００２３】
計算条件としては、図５の断面モデルの外周部（ハウジング２６ｂの内壁を想定）を室温、ヒーター２１−５を５００［℃］とし、坩堝２０内にはＡｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）が充填されていると考えた。坩堝２０とハウジング２６ｂの間は真空とし、輻射熱を計算した。図７の温度分布図７０２は、熱解析シミュレーションの結果である。
図４の断面モデルとしては、図５の蒸発源１−５の坩堝２０と肉厚が等しく、蒸着材料３０を充填できる場所の断面積も図５と等しくなるように蒸発源を設定した。また、温度分布の比較場所としては、図４の断面モデルでは坩堝２０中央部（直線（ａ））、図５の構造ではヒーター側の坩堝２０ａ中央部（直線（ｂ））と中央の坩堝２０ｂ中央部（直線（ｃ））をとった。その結果、図４の構造では中央と端部の温度差が１８［℃］であったのに対し、図５の構造ではヒーター側の坩堝２０ａが９［℃］、中央部の坩堝２０ｂが８［℃］と温度差が改善された。
【００２４】
坩堝内長手方向に温度差がある場合、坩堝内材料の蒸気の圧力は、長手方向高温部で高く、長手方向低温部で低くなる。これは、発生した材料蒸気がノズルに到達するまでの距離が坩堝の長手方向より短いため、坩堝内で完全に圧力均一化が行われないからである。また、高温部で発生した高圧蒸気が低温部に移動したときに、低温部の飽和蒸気量を超えた場合、析出が始まり蒸気圧力は飽和蒸気圧以上にはならない。
この長手方向の坩堝内の蒸気分布は、ノズルから噴出する材料蒸気の量に影響し、基板に堆積する膜厚分布の形状を決定する。また、材料の蒸発量も温度差と圧力分布に依存する。このため、長手方向で蒸着材料の消費に偏りが生じ、高温部の残材料が低温部に比べて少なくなる。
従って、高温部の材料がなくなるまでを連続稼働が可能な時間と定義すると、封入した材料に対して使用できる材料の割合が低く、蒸着材料が無駄になる。また、温度差が大きい場合には、低温部での析出の影響があるため、同じ温度でも温度差が小さい場合に比べて、ノズルから噴出する蒸気の量が少なくなる。そのため、より高温にする必要があり、蒸着材料の劣化や分解のリスクが高くなる。温度差の改善は、これらのリスクの低減を見込めるものであり、蒸着プロセスにとって好ましい。
【００２５】
上述の実施例１によれば、坩堝２０ａ、２０ｂの長手方向の温度差を小さくすることができ、ノズルから噴出する流量も均一になり、長手方向の膜厚均一性が良くなる。
また、図３の従来例に較べ、長手方向と垂直な方向にコンパクトな構成とすることができる。また更に、ヒーターと制御系も一組で良い。
実施例１では、図５に示すように、坩堝２０を３個（３列）並べた実施例を示している。しかし、坩堝の数を増やせば蒸着速度は向上する。従って、要求される蒸着速度（蒸着レート）に応じて、坩堝の数を自由に変えて良いことは勿論のことである。
【００２６】
なお、実施例１の坩堝において、坩堝が他の部材と接触すると、坩堝ひいては蒸着材料の温度差（または温度分布）が想定と異なってしまう。このため、坩堝は、膨張し難い低膨張率の金属または合金が好ましい。実用上、重要な坩堝材質としては、チタン、チタン合金とステンレスが挙げられる。
【実施例２】
【００２７】
図８によって、本発明の真空蒸着装置の第２の実施例を説明する。図８は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。図８の蒸発源１−８は、図５の蒸発源１−５のヒーター２１−５に対して、ヒーター２１−５の長手方向端部に、短手方向に伸びるヒーター２１−８ｂを追加したヒーター２１−８を設けたものである。
図８において、蒸発源１−８は、ハウジング２７内に、坩堝２０の長手方向に伸びるヒーター２１−５と、その垂直方向で、坩堝２０の長手方向端部に短手方向に設置されるヒーター２１−８ｂの２種類のヒーター２１−８を備える。
長手方向のヒーター２１−５と、短手方向に伸びて長手方向端部に設置されたヒーター２１−８ｂの制御系は、同じでも良いし、違っていても良い。また、制御温度についても、図示しない温度測定用の熱電対の位置にもよるが、同じでも良いし、違っていても良い。
【００２８】
実施例１の図７の説明では、図５及び図６の構成にすることによって、図２または図４の構成よりも坩堝２０の長手方向における温度差が低減することについて言及した。しかし、坩堝２０の長手方向端部にはヒーターが存在しないため、坩堝２０中央部に比べどうしても冷えてしまう。この冷却部分を無くすためには、長手方向端部にも補助的にヒーター２１−８ｂを設けるのが効果的である。長手方向端部にヒーター２１−８ｂを置くことによって、坩堝２０間の隙間を通じて輻射熱を内側の坩堝に伝える効果もある。
【００２９】
実施例２によれば、実施例１の効果に加え、さらに温度差を小さくするように改善することができる。
【実施例３】
【００３０】
図９によって、本発明の真空蒸着装置の第３の実施例を説明する。図９は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。図９の蒸発源１−９のヒーター２１−９は、図８の蒸発源１−８のヒーター２１−８の長手方向端部のヒーター２１−８ｂに対して、長手方向端部のヒーター２１−９ｂの長さを坩堝２０の短手方向の長さ（坩堝と坩堝間の隙間の合計）Ｌｃより長くしたものである（Ｈｂ＞Ｌｃ）。
即ち、図９の蒸発源１−９のハウジング２８に示すように、坩堝２０の長手方向端部のヒーター２１−５の長さＨｂを、坩堝２０の短手方向の端から端までの長さＬｃより長くする。図８に示す坩堝２０は、ヒーター２１−５と２１−８ｂの隙間から放射冷却によって冷え易い。坩堝２０が外側から見えないようにして、隙間を無くすことによって放射冷却を少なくする。このために、ヒーター２１−９ｂの長さを長くしておく。このような構成は、保温の点から見て効果的である。坩堝２０から外側が見えないようにするためには、少なくともヒーター２１−９ｂの長さＨｂを坩堝端部より伸ばしてやる必要がある。
なお、短手方向のヒーター２１−９ｂを長くする代わりに、長手方向のヒーターを長くして、坩堝２０が外側から見えないようにしても良いことは勿論のことである。
【００３１】
実施例３によれば、実施例１乃至実施例２の効果に加え、温度差を更に小さくすることができる。
【実施例４】
【００３２】
図１０によって、本発明の真空蒸着装置の第４の実施例を説明する。図１０は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。図１０の蒸発源１−１０のハウジング２９内のヒーター２１−１０は、図９の蒸発源１−９のヒーター２１−９の長手方向端部のヒーター２１−９ｂに対して、長手方向端部のヒーター２１−１０ｂを内側の坩堝２０のみをカバーするように限定して設けたものである。尚、図１０の実施例では、３個の坩堝２０を並べたものであるが、４個の坩堝を並べた場合には、例えば内側の２個の坩堝にのみをカバーするように限定して設ける。また、５個の坩堝を並べた場合には、例えば内側の３個の坩堝にのみをカバーするように限定して設ける。
【００３３】
上述のように、図１０の実施例が図９の実施例と異なる点は、ヒーター２１−１０ｂの長さを内側の坩堝２０のみに掛かるように限定したことである。
図７の熱解析結果によれば、内側の坩堝２０の長手方向端部が良く冷えることが判っている。そこで、補助的なヒーター２１−１０ｂによって内側の坩堝の長手方向端部のみを暖める構成にすることで、効率よく坩堝を暖めることができる。その上、内側の坩堝２０の長手方向端部のみにヒーター２１−１０ｂの範囲を限定することで、内側の坩堝２０を外側の坩堝２０から独立して制御できるパラメータを持つことができる。この点で、補助的なヒーター２１−１０ｂの長さＨｂは、最外の坩堝までの長さＬＩＣより短いほうが良い。即ち、補助的なヒーター２１−１０ｂの長さＨｂは、最も外側の坩堝２０よりも内側にあるようにする。さらにそのためには、ヒーター２１−５の制御系と、補助的なヒーター２１−１０ｂの制御系は、本実施例に関しては分離するのが好ましい。
【００３４】
実施例４によれば、実施例３の効果に対して、更に温度差が小さくなり、より均一にすることができる。
また、実施例４によれば、ヒーターの制御系を２つ以上に分離することが可能となり、より細かく制御することにより、更に温度差を小さくすることができる。
【実施例５】
【００３５】
図１１によって、本発明の真空蒸着装置の第５の実施例を説明する。図１１は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図である。図１１の蒸発源１−１１のハウジング３１内のヒーター２１−１１は、図６の蒸発源１−５のヒーター２１−５に対して、中央部で２つに分割し、隙間を開けたヒーター２１−１１としたものである。
図１１の実施例は、実施例１の図７の熱解析において、坩堝長手方向の温度差を解析した結果、長手方向中央部の温度が高くなっていた。そこで、長手方向の中央部で分割し、隙間を開ける。
【００３６】
実施例５によれば、蒸発源構成で、温度差を小さくするように改善するために長手方向のヒーター２１−１１を分割したことによって、坩堝長手方向の中央部の温度を下げ、温度差を小さくして、より均一にすることができる。
ヒーター２１−１１は坩堝長さと設定温度に応じて、２分割でも３分割でも良く、分割場所も限定されない。温度差が無く、温度分布が平坦になるように分割するのが好ましい。
【実施例６】
【００３７】
図１２によって、本発明の真空蒸着装置の第６の実施例を説明する。図１２は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図であり、坩堝を長手方向に複数配置した例を示す。
図１２の実施例では、蒸発源１−１２のハウジング３２内に、坩堝２０−１２を長手方向にも複数配置している。
【００３８】
実施例６によれば、各坩堝２０−１２の大きさを小さくすることができ、重量を低減することができる。この結果、坩堝の持ち運びを容易とする。この際、長手方向中央に隙間を作るように複数配置すれば、坩堝の長手方向の温度差が小さいと考えられる。
また、実施例６の図１２では、ヒーター２１−１２の長さを坩堝２０−１２の長手方向に合わせている。しかし長手方向中央部以外に隙間ができるように坩堝２０−１２を配置することによって、実施例１乃至実施例５のように、ヒーターの位置を工夫することで坩堝長手方向の温度差を小さくして、より均一にすることができる。
【実施例７】
【００３９】
図１３によって、本発明の真空蒸着装置の第７の実施例を説明する。図１３は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図であり、坩堝２０を長手方向に複数配置した例を示す。図１３の実施例は、実施例１の図６と比較して、蒸発源１−１３のハウジング３３の中の複数列の坩堝２０において、各坩堝２０の間の隙間に、金属又はセラミック部材からなる伝熱部材５０を挟んでいるところが異なる。
このような蒸発源１−１３構成で、坩堝間の熱応答性と、坩堝長手方向の温度差とを改善したものである。
【００４０】
図６に示した蒸発源１−５においては、坩堝２０ａはヒーター２１−５と対向しているので、ヒーター２１−５の発熱温度に対する坩堝２０ａの熱応答性は高い。しかし、中央の坩堝２０ｂのように、ヒーター２１−５の間に別の坩堝がある場合には、ヒーター２１−５の温度を上げると、まずヒーター２１−５に直接面している坩堝２０ａの温度が上がる。その後に、該当する中央の坩堝２０ｂ（ヒーターに直接面していない坩堝）が輻射にて暖まるので、熱応答性が遅い。一方、坩堝間に伝熱部材５０を挟んだ場合には、伝熱にて中央の坩堝に熱が伝わるため、熱応答性は速くなる。
【００４１】
図１３によれば、電熱部材５０に近接する坩堝２０間で熱が伝導するように設けたことで、熱応答性が高まる。従って、ヒーター２１−５に直接面していない中央（内側）の坩堝２０に、早く熱が伝わり、ヒーター２１−５から出力される熱に対して坩堝２０の熱応答性が高まる。
尚、伝熱部材５０は、全ての坩堝間に挟んでも良いし、一部の坩堝間に挟んでも良い。また、挟む坩堝間または挟む場所（長手方向の場所）によって電熱部材の材質を適宜変えても良い。
電熱部材５０の材質は、主に、鉄、チタン、銅、アルミニウム、タンタル、モリブデン、タングステン等の金属やそれらの合金（ステンレス等）や、アルミナ、ジルコニア、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどのセラミックスである。
【００４２】
実施例７による伝熱部材５０は、分割されている坩堝２０の熱応答性を向上させる。伝熱部材５０が坩堝間に挟まれていない場合には、ヒーター２１−５の熱は輻射により中央の坩堝に伝わる。
上述したように、実施例７によれば、実施例１乃至実施例６の効果に加え、熱応答性が良くなる。
なお、伝熱部材５０は、坩堝２０と同じ材質にしても良い。その場合、伝熱部材５０の熱膨張率が坩堝２０と同じとなるため、温度変化による坩堝２０と伝熱部材５０の密着性を気にしなくても良い。
【実施例８】
【００４３】
図１４によって、本発明の真空蒸着装置の第８の実施例を説明する。図１４は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図であり、坩堝２０を長手方向に複数配置した例を示す。図１４の実施例は、蒸発源１−１４のハウジング３４の中の複数列の坩堝２０において、実施例７の図１３の伝熱部材５０を挟む位置が長手方向全てであるのに対して、長手方向の一部とした実施例である。
尚、挟む場所（長手方向の場所）によって電熱部材５０の材質を適宜変えても良い。また、図１４の実施例では、長手方向の２箇所であるが、１箇所でも３箇所以上でも良い。
また、好ましくは、図１４に示すように、坩堝長手方向両端部に設ける。
このような蒸発源構成で、坩堝間の熱応答性と、坩堝長手方向の温度差とを改善したものである。
【００４４】
図７で説明したように、坩堝端部では冷え易く、そのために坩堝長手方向の温度差が大きくなり易い。
そこで、上述したように、図１４は、伝熱部材５０を、坩堝２０の一部のみに接触させ、坩堝長手方向の両端部を伝熱部材５０で接触させる。これにより、ヒーター２１−５に直接面していない中央（内側）の坩堝２０において長手方向中央部では、坩堝２０間は輻射で熱のやり取りを行うため熱は伝わり難い。逆に、長手方向端部では伝熱部材５０を介して伝熱により熱のやり取りを行うため、熱は伝わり易い。そのため、内側の坩堝の熱が逃げ易い端部に、中央部より多くの熱が与えられるため、坩堝内の温度差が小さくなる。
【００４５】
図１４では、ヒーター２１に近い側の坩堝２０と、ヒーター２１に面していないまたはヒーター２１から遠い、内側の坩堝２０の接触部を共に端部とした。しかし、ヒーター側に近い坩堝２０の接触部をより長手方向中央部に持ってくることも可能である。その際、ヒーター側に近い坩堝２０からは中央部の熱が奪い取られる為、長手方向で均熱化するという効果も加わる。
実施例８によれば、坩堝２０の長手方向の均熱化に更に効果がある。また、更なる均熱化のため、実施例８に実施例２や実施例５と組み合わせると効果的である。
【実施例９】
【００４６】
図１５によって、本発明の真空蒸着装置の第９の実施例を説明する。図１５は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図であり、坩堝２０を長手方向に複数配置した例を示す。図１５の実施例は、実施例７の図１３と比較して、蒸発源１−１５のハウジング３５の中の複数列の坩堝２０において、各坩堝２０の間の隙間に伝熱部材５０を挟む代わりに、坩堝同士をぴったりと接触させているところが異なる。
このような蒸発源構成で、坩堝２０同士を接触させて坩堝間の熱応答性と、坩堝長手方向の温度差とを改善したものである。
【００４７】
図１５の蒸発源１−１５は、ハウジング３５内の各坩堝２０間の熱の伝導を、伝熱とするため、坩堝２０同士をぴったりと接触させて、坩堝２０間の熱応答性と、坩堝長手方向の温度差とを改善したものである。これにより、内側の坩堝２０の熱応答性と保温性を向上させることができる。
尚、接触に関しては、蒸着温度に上げたときの坩堝部材の熱膨脹率を考慮することが重要である。例えば、蒸着温度より所定温度低い温度で、熱膨張によって坩堝２０同士が接触するように設計する。
【００４８】
実施例９によれば、分割されている坩堝２０の熱応答性を向上させることができる。尚、全ての坩堝２０同士を接触させず、一部の坩堝２０間では、隙間を開けるようにしても良い。また、隙間を開けた坩堝２０間に、実施例７または実施例８を適用しても良い。
上述したように、実施例９によれば、実施例１乃至実施例６の効果に加え、熱応答性が良くなる。
【実施例１０】
【００４９】
図１６によって、本発明の真空蒸着装置の第１０の実施例を説明する。図１６は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す斜視図である。図１４の実施例は、実施例１の変形例であり、坩堝２０毎にノズルのコンダクタンスを変動させて材料消費速度を改善した例を示す。
図５は、蒸発源１−５のハウジング２６の中の複数列の坩堝がすべて同じ坩堝２０であった実施例であり、ノズル４０を構成するノズル４０ａとノズル４０ｂもすべて同じ穴径である。これに対して、本実施例（図１６）の蒸発源１−１６は、ハウジング３６の中の複数列の坩堝２０のうち、ヒーター２１−５に直接面している坩堝２０と、ヒーター２１−５に直接面していない坩堝２０−１６で構成される。更に、坩堝２０−１６のノズル４０−１６ｂのノズル径は、ノズル４０ｂの穴径より大きい。同様に、ハウジング３６ａのノズル４０−１６ａのノズル径は、ノズル４０ａの穴径より大きい。
【００５０】
図７で説明したように、ヒーター２１−５が坩堝長手方向の外側のみに設置されている場合には、内側（中央）の坩堝２０−１６は、他の坩堝２０に比べて温度が下がる。そのため、中央の坩堝２０−１６から噴出する材料の量は、他の坩堝に比べて少なくなる。そこで、図１６の実施例では、温度の低くなりそうな坩堝２０−１６のノズル径を拡張することでコンダクタンスを調整し、内側の坩堝２０−１６と外側の坩堝２０で材料蒸気の噴出量をあわせることができるようにしたものである。
これにより、実施例１０によれば、坩堝毎の材料消費量を揃え、充填材料の材料利用効率を上げることで、材料充填を行うメンテナンスまでの時間を長くすることができる。
【実施例１１】
【００５１】
図１７によって、本発明の真空蒸着装置の第１１の実施例を説明する。図１７は、本発明の真空蒸着装置における蒸発源の一実施例の構成の概略を示す断面図であり、坩堝を長手方向に複数配置した例を示す。
実施例９の図１５に示す蒸発源１１−１５のハウジング３５の中の坩堝が複数列の坩堝２０で構成されるのに対して、図１７の実施例の場合も蒸発源１−１７は、ハウジング３７の中は、１つの坩堝２０−１７で構成されている。
即ち、図１５は、蒸発源１−１５のハウジング３５の中の複数の坩堝２０が、坩堝２０同士をぴったりと接触させているのに対して、実施例１１は坩堝２０−１７を一体化構成しているものである。
【００５２】
このように、坩堝間の密着性を向上させるため、坩堝同士を溶接するか、または１つの坩堝母材から、材料室を長手方向とは垂直方向に、複数作製することにより、密着性を高めた複数の坩堝２０−１７として使用することができる。
この結果、図１７の蒸発源構成で、坩堝同士を接触させて坩堝間の熱応答性と、坩堝長手方向の温度差とを改善したものである。
これによって、実施例１１によれば、実施例１０に比べて、更に、坩堝間の熱応答性と、坩堝長手方向の温度差とを改善できる。
【符号の説明】
【００５３】
１、１−３〜１−５、１−８〜１−１７：蒸発源、  １０：基板、  １１：マスク、  ２０、２０−４、２０−１２、２０−１６、２０−１７：坩堝、  ２１，２１−４、２１−５、２１−８、２１−８ｂ、２１−９、２１−９ｂ、２１−１０、２１−１０ｂ、２１−１１、２１−１２：ヒーター、  ２２、２２ａ、２２ｂ、２２−４、２２−４ａ、２２−５、２２−５ａ：断熱部材、  ２３、２３ａ、２３ｂ、２４、２４ａ、２４ｂ、２５、２５ａ、２５ｂ、２６、２６ａ、２６ｂ、２７〜２９、３１〜３６、３６ａ、３７：ハウジング、  ３０：蒸着材料、  ４０、４０ａ、４０ｂ、４０−１６ａ、４０−１６ｂ：ノズル、  ５０：電熱部材、  １００：真空チャンバ、  １１０：排気装置、  １２０：蒸発源制御装置、  １２１：ヒーター電源、  １２２：膜厚センサー、  ７０１、７０２：温度分布図、  ７２１〜７２３：温度グラフ。
【図１】
2015067850.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2015067850.tif 000017
【図１６】
2015067850.tif 000018
【図１７】
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