(57)【要約】【課題】蒸着工程用ノズル蒸発源において、特に、大面積の基板の製造時に基板に蒸着される物質層の厚さの均一性を向上させ、物質の蒸着率が時間の経過に伴って急激に減少することを防止し、蒸着物質の利用率を向上させるための蒸着工程用ノズル蒸発源を提供すること。【解決手段】蒸着工程用ノズル蒸発源は、化学物質の蒸発方向を決定する円錐状に配列されたノズル１１が設けられた挿入部１０と、上方が開口した円筒状に設けられ、上側に挿入部１０を挿入可能にする係止段が設けられた炉２０と、炉２０の外側に位置し、炉２０を加熱するためのフィラメント３０と、フィラメント３０の外側に位置し、熱損失を最小化するための反射板４０と、炉２０の内側に挿入され、フィラメント３０による熱が炉２０の内側まで伝達されるようにするための熱伝導部５０とを具える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学物質の蒸発方向を決定するものであり、垂直方向に下側と貫通する複数の蒸発管が内側に設けられ、該蒸発管と連結され、上側の外周に沿って円錐状に配列されたノズルが設けられている挿入部と、
上方が開口した円筒状に設けられ、上側に前記挿入部を挿入可能にする係止段が設けられた炉と、
前記炉の外側に位置し、炉を加熱するためのフィラメントとを具えることを特徴とする、
蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項２】
前記炉の内側には、前記炉の内側面と接触し、端部が中央側に向き、垂直に延びる複数のピンからなる熱伝導部が設けられ、前記ピンで囲まれた空間と炉の中央側に物質が載置される空間部が形成されている、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項３】
前記熱伝導部のピンが所定の間隔で設けられ、前記熱伝導部の形状が上側から見て放射対称の幾何学的図形をなす、請求項２の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項４】
前記熱伝導部が前記炉と一体に形成されている、請求項２の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項５】
前記挿入部の前記ノズルと蒸発源の中心線との角度Ａが０゜＜Ａ≦９０゜の範囲内にある、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項６】
前記挿入部が下側と貫通する複数の管形状のノズルからなり、前記管形状のノズルと蒸発源の中心線との角度Ａが０゜＜Ａ≦９０゜の範囲内で円錐状に配列されている、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項７】
前記挿入部の上側に円状の反射板をさらに具え、熱効率を向上させ、挿入部のノズルに化学物質が積層されるのを防止するようになっている、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項８】
前記挿入部の外周部を凹状に形成することにより前記蒸発管やノズルへの熱伝達を効率良く行い、蒸発管やノズルが蒸発物質の積層により閉塞されることを防止している、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項９】
前記挿入部の上側に所定の高さの柱によって設けられる遮断板がさらにあり基板の中央を向く化学物質の流れを調節可能にしている、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項１０】
前記挿入部の下面が上側に円錐状に窪んだ形状に形成されている、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項１１】
前記フィラメントが前記炉の上側に位置し前記炉の上部を加熱するようになっている、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項１２】
前記フィラメントを前記炉の上側と下側とに一定の比率で分布させ上下側の温度の均一性を維持するようになっている、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項１３】
前記係止段にねじ山を形成するかガスケットを用いて前記炉と前記挿入部との連結部分を密閉している、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項１４】
前記挿入部と炉の中央を貫通する円柱状の中空部を形成し前記中空部内に中央加熱部を設けて、前記フィラメントと中央加熱部をともに設けるか前記中央加熱部のみを設けて加熱するようにした、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項１５】
前記中空部の上側に、その上側が前記挿入部と同じ形状の小さい小型蒸発源をさらに設け、この小型蒸発源に他の物質を充填し、二つの物質を同時に蒸着可能にした、請求項１４の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項１６】
前記挿入部が炉に一体型に形成されるか、又は炉の中間部分と下方部分とに分けて連結されている、請求項１の蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項１７】
化学物質の蒸発方向を決定するものであり、垂直中心線に対して５〜９０゜の角度で傾斜したノズルが設けられた挿入部と、
上方が開口した円筒型に形成され、上側に前記挿入部を挿入可能にする係止段が設けられた炉と、
前記炉の外側に位置し、炉を加熱するためのフィラメントとを具えたことを特徴とする、
蒸着工程用ノズル蒸発源。
【請求項１８】
請求項１７の蒸発源又は従来の点型蒸発源を用いて薄膜を蒸着させる方法において、
基板の中心、又はこの中心に隣合い前記挿入部のノズルを基板の外側向きに位置させるステップ１と、
前記基板を回転させながら蒸発源を加熱して基板に物質を蒸着させるステップ２とを含むことを特徴とする、
蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着工程用ノズル蒸発源及び蒸着方法に関し、特に、半導体素子及び平板ディスプレイ素子等の製造のための蒸着工程で使用される蒸発源に関するもので、蒸着工程において蒸発源内の物質を基板に蒸着させるに当たり、蒸発する物質を基板に均一に蒸着させ、炉内部の物質に熱を均一に加えるようにする蒸着工程用ノズル蒸発源及び蒸着方法に関する。
【０００２】
より詳しくは、大面積の基板の製造の際に、基板に蒸着される物質層の厚さの均一性を向上させ、物質の蒸着率が時間の経過に伴って急激に減少することを防止し、蒸着物質の利用率を高めるための蒸着工程用の円錐状に配列したノズル蒸発源に関する。
【背景技術】
【０００３】
蒸着工程は、半導体素子の製造や平板ディスプレイ素子の製造に広く使用されている方法で、半導体素子及び平板ディスプレイ素子の製造に使用される化学物質を基板にコーティングするために、化学物質が入っている炉を加熱して化学物質を表面から蒸発させ、炉の上方に設けられた基板に蒸着させることにより、基板上に化学物質からなる薄い層を形成する方法であり、このとき、蒸着率の調整や効率の良い蒸着のために、蒸着工程は、一般に真空容器内で行われる。
【０００４】
前記蒸着工程において最も重要となる部分は、前述のような化学物質に熱を加えて物質の蒸発を行わせる蒸発源であり、この蒸発源は、炉と、加熱部と、開口部とからなる。
【０００５】
前述のような蒸発源としては、点型蒸発源、線型蒸発源等があり、このうち、最も広く使用されているのが点型蒸発源である。
点型蒸発源の従来の構造は、図１に示すように、化学物質を受け入れるための下側が閉塞された円筒型の炉１の上部に、ヒョウタン形に狭くなる一方でさらに広くなる開口部２が設けられており、炉１の外方にはこの炉１を加熱するための加熱部３が設けられ、前記開口部２には化学物質が広く拡散されるようにノズル部４をさらに設けてもよい。
【０００６】
このようにして、基板５から前記点型蒸発源を所定の間隔を保持したまま、前記加熱部３を加熱して物質を蒸着させている。
前述のような構造の点型蒸発源は、製造が容易であることから、広く使用されてきたが、大面積の基板の製造には使用しにくいという欠点があった。
【０００７】
半導体素子の基板は、大面積化しつつあり、特に、平板ディスプレイ素子の場合、テレビ画面の大型化や生産性の向上のために、大面積の基板を製造できる蒸着装置が必要となっている。大面積の基板を製造可能な蒸着装置を構成するためには、様々な技術的な問題を解決しなければならないが、このうち、大面積の基板製造用蒸発源の開発は、最も重要な問題といえる。
【０００８】
前記点型蒸発源を大面積の基板の製造に使用する場合、一例として、３７０ｍｍ×４７０ｍｍの大きさの基板に薄膜の厚さの均一性が５％以内に維持されるように蒸着するためには、点型蒸発源を基板から１ｍ程度離さなければならず、装置が大型化し、蒸着物質の利用率が非常に低くなるという問題点があった。
【０００９】
前記問題点を改善するために、図２に示すように、基板５を蒸発源の中心から偏らせて配置したり、基板５を回転させたりするが、このような方法によっても従来の点型蒸発源の問題点はそれほど改善されない。
【００１０】
また、前記点型蒸発源を大面積の基板の製造に使用する場合、炉１を大きくし、化学物質を受け入れる炉１の容積を大きくすべきであるが、炉１が大きくなると、炉１の熱が炉内部の中央にある化学物質まで伝達されにくくなり、図３に示すように、炉１の内壁に近い化学物質６のみが先に蒸発され、化学物質６が炉１の内部に多く残っているにも拘らず、蒸着率が著しく低下するため、化学物質６を頻繁に充填しなければならないという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ノズル蒸発源において、特に、大面積の基板の製造時に基板に蒸着される物質層の厚さの均一性を向上させ、物質の蒸着率が時間の経過に伴って急激に減少することを防止し、蒸着物質の利用率を向上させるための蒸着工程用ノズル蒸発源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源は、化学物質の蒸発方向を決定するものであり、垂直方向に下側と貫通する複数の蒸発管が内側に設けられ、これらの蒸発管と連結され、上側の外周に沿って円錐状に配列されたノズルが設けられる挿入部と、上方が開口した円筒状に設けられ、上側に前記挿入部を挿入可能にする係止段が設けられた炉と、前記炉の外側に位置し、炉を加熱するためのフィラメントと、前記フィラメントの外側に位置し、熱損失を最小化するための反射板と、前記炉の内側に挿入され、前記フィラメントによる熱が炉の内側まで伝達されるようにするための熱伝導部とを具えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
このような本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源によれば、大面積の基板の製造時に基板に蒸着される物質層の厚さの均一性を向上させ、物質の蒸着率が時間の経過に伴って急激に減少することを防止し、蒸着物質の利用率を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態を、添付図面に基づいて詳しく説明する。
図４は、本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の炉を示す断面図であり、図５は、本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の第１実施形態を示す断面図である。本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源は、化学物質の蒸発方向を決定するものであり、垂直方向に下側と貫通する複数の蒸発管が内側に設けられ、これらの蒸発管と連結され、上側の外周に沿って円錐状に配列したノズル１１が設けられる挿入部１０と、上方が開口した円筒型に設けられ、上側に前記挿入部１０を挿入可能にする係止段２１が設けられた炉２０と、前記炉２０の外側に位置し、炉２０を加熱するためのフィラメント３０と、前記フィラメント３０の外側に位置し、熱損失を最小化するための反射板４０と、前記炉２０の内側に挿入され、前記フィラメント３０による熱が炉２０の内側まで伝達されるようにするための熱伝導部５０とを具えている。
前記係止段２１には、蒸発物質の漏れを防止するために、図示しないねじ山を形成したり、ガスケットを用いて連結部位を密閉することができる。
【００１５】
図６は、図４のＡ−Ａ’線断面図であり、本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の熱伝導部の一例を示している。
すなわち、前記熱伝導部５０には、前記炉２０の内側面と接触し、端部が中央側を向いて垂直に延びている複数のピン５１があり、前記ピン５１で囲まれた空間と炉２０の中央側に物質が載置される空間部５２ａ，５２ｂを形成することにより、炉２０の外側のフィラメント３０から伝達されてくる熱が炉２０の内側にある化学物質にも効率良く伝達される。
【００１６】
図６に示す熱伝導部５０は、前記炉２０の中央側の空間部５２ａは、ほぼ６角形をなし、前記ピン５１で囲まれる空間部５２ｂは、ほぼ８角形をなすようになっており、前記空間部５２ａ，５２ｂは、互いに連結されている形態であるが、図７及び図８に示すような様々な形態の熱伝導部であってもよい。
【００１７】
すなわち、図７に示すように、前記空間部５２ａ，５２ｂがほぼ円状をなすようにピン５１が形成されたり、図８に示すように、前記ピン５１の構造が中央側を向いている壁構造をなし、前記ピン５１で囲まれた空間部５２はほぼ三角形の構造となるものであってもよい。
【００１８】
しかし、前記熱伝導部５０の構造は、前記図６乃至図８に示すような構造に限定されず、様々な実施の形態が可能であることはいうまでもない。
また、場合によっては、前記熱伝導部５０を炉２０と一体に形成するのが熱伝導効率の点で好ましい。
【００１９】
図９は、本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の挿入部の第１実施形態を示す断面図であり、図１０は、図９のＢ−Ｂ’線断面図である。前記挿入部１０の構造は、垂直方向に下側と連通する複数の蒸発管１２が設けられ、前記ノズル１１は、この蒸発管１２の外側から挿入部１０の上部まで連結される円錐状に均一に形成されることが好ましい。
【００２０】
また、前記挿入部１０の上側には円状の反射板１３をさらに設けることにより、熱効率を向上させ、挿入部１０のノズルに化学物質が積層されることを防止するようにするのが好ましい。
場合によっては、前記円状の反射板１３は、複数層形成してもよい。
前記円状の反射板１３の上側には、所定の高さの柱６１によって設けられる遮断板６０をさらに具え、基板の中央に向かう化学物質の流れを調節可能にしてもよい。
【００２１】
図１１は、前記蒸着工程用ノズル蒸発源の挿入部の第２実施形態を示す断面図である。
すなわち、前記挿入部１０を形成するに当たり、挿入部１０の外周部１０ａを凹状に設けることにより、蒸発管１２やノズル１１に熱がさらに効率良く伝達されるようにし、蒸発管１２やノズル１１に物質が積層されることをより効率的に防止することが可能となる。
【００２２】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、図１１の部分拡大図であり、前記ノズル１１は、図１２（ａ）に示すように、長手方向に均一な幅を有するか、図１２（ｂ）に示すように、長手方向にその幅が増加するものであってもよい。
【００２３】
図１３乃至図１５は、本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源のさらなる実施形態を示す断面図である。
図１３は、本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の第２実施形態を示し、挿入部１０や炉２０の中央を貫通する円柱状の中空部７０を設け、前記中空部７０内に中央加熱部３１を設けている。前記フィラメント３０と中央加熱部３１をともに設けたり、前記中央加熱部３１のみを設けることもできる。
【００２４】
また、図１４は、図１３の実施形態を応用した本発明の第３実施形態を示し、図１３の中央の中空部７０の上側に、その上側が前記挿入部と同じ形状を有する小さい小型蒸発源８０をさらに設け、この小型蒸発源８０に他の物質を受け入れ、二つの物質を同時に蒸着させる工程に適用可能にしたものである。
このとき、前記中央の小型蒸発源８０とその外郭の大きい円錐状に配列したノズル蒸発源の間には、熱的相互干渉を防ぐために、冷却部（図示せず。）を構成してもよい。
【００２５】
また、図１５に示すように、中空部７０を形成する円柱の直径をさらに大きくし、大面積の基板の製造時に発生し得る影効果を最小化することができる。
すなわち、蒸着工程における基板の製造の際には、基板に蒸着形態を決定するために、一般に基板の下側に蒸着形態に沿って製造された薄いマスクを密着させた状態で蒸着工程を進めるが、従来の点型蒸発源の場合、基板の縁部には蒸発物質の流れが偏った形で到達するために、マスクの影効果が発生することがある。  
【００２６】
しかし、図１５に示すように、直径の大きい円柱を形成すると、基板の全ての部分に蒸発物質が垂直に近く到達するため、大面積の基板の製造時に発生し得る影効果を最小化することができる効果が得られる。
また、前述のように、中空部７０を大きくする場合には、フィラメント３０を物質が受け入れられる部分２２の両側に設けることが好ましい。
【００２７】
一方、前記挿入部１０は、炉２０と一体に設けてもよく、場合によっては、炉２０の中間部と下部とを分けて連結されるようにすることもできる。
【００２８】
以下、前記図４乃至図１５を参照して本発明の作用・効果を説明する。
先ず、本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源全体の作動原理を説明する。
前記炉２０を加熱するためのフィラメント３０は、図５に示すように、炉２０の上方に位置するのが好ましいが、これは、炉２０の上方に位置した前記挿入部１０の蒸発管１２やノズル１１を、蒸発物質が蒸発する炉２０の下方よりも熱くして、蒸発管１２やノズル１１が蒸発物質の積層により閉塞することを防止するためである。
【００２９】
また、前記炉２０の上側と下側が均一に加熱されるようにするために、前記フィラメント３０を、所定の比率で炉２０の下側に設けてもよい。
また、化学物質が表面から均一に蒸発させられるようにするため、化学物質が充填されている部分の炉２０の外面を直接加熱せず、炉２０の上部を加熱し、挿入部１０を構成する物質から発生する輻射熱を利用して蒸発させるが、輻射熱が均一に広がるようにするために、挿入部１０の下面は、上方に窪んでいる円錐状に形成するのが好ましい。
【００３０】
前記挿入部１０の上方には遮断板６０を設けて、本発明の点型蒸発源を使用した蒸着工程時に、遮断板６０の大きさを調節して中央を向く蒸発物質の流れを調節する。これにより、蒸着薄膜の均一性をさらに調節し、蒸着薄膜の均一性をより高めることが可能となる。
【００３１】
以下、前記挿入部１０を用いて蒸着薄膜の均一性を確保できる動作原理を説明する。
従来の点型蒸発源の場合、蒸発物質は、一点から出て上方に半球状に四方に広がっていくと考えられ、半球の中央部が半球の外郭部よりも蒸発物質の流れが少し多くなる。また、実際に蒸着が行われる基板は、平らな面であり、基板の中央から外郭に行くほど、蒸発源との距離が遠くなり、蒸発物質の流れの方向と基板面との角度が大きくなるため、中央から外郭に行くほど、蒸着薄膜の厚さは薄くなる。
【００３２】
本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の場合、挿入部１０のノズル１１を、基板の外郭方向に向いて円錐状に形成しているため、蒸発物質の流れは、基板の外郭部がさらに多くなり、蒸発源と基板との距離や蒸発物質の流れ方向と基板面との角度による影響は、基板の中央部をより厚くすることから、前記二つの効果が相殺され、基板全体として蒸着薄膜の厚さの均一性を維持することが可能となる。
【００３３】
このとき、円錐状に配列したノズルと蒸発源の中心線との角度Ａは、基板との距離や使用物質等によって、０゜＜Ａ≦９０゜の範囲の適切な角度を選択することができる。
【００３４】
また、挿入部１０の上面に位置した円状の反射板１３は、複数枚重ねて設け、反射率を高めることにより、熱効率を良くするとともに、挿入部１０のノズル１１が炉２０の上部よりも温度が低くなり、ノズル１１に蒸着物質等が積層されてノズル１１が閉塞する現象を防止することができる。
【００３５】
本発明のノズル１１や炉２０は、高密度カーボン、セラミック、又は、真空内の高温で容易に昇華しないモリブデン、タングステン、タンタル、チタニウム等の材料で製造することが可能であり、その他の様々な合金を使用することも可能である。
【００３６】
図１６は、本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の第５実施形態を示す図である。本発明の第５実施形態は、図１６及び図１８に示すように、基板の外郭方向に向いて傾斜したノズル９０を挿入部１０に設け、蒸発源を基板５の中央又は中央付近に位置させ、基板を回転させながら蒸着工程を行う。すなわち、ノズルが一方にのみ偏っているが、基板５を回転させることにより、円錐状に配列したノズルが形成されているものと同じ効果をもたらす。
【００３７】
また、ノズルの偏っている形態は、図１６の非対称ノズル９０の他にも、図１７に示すような、偏っているノズル９１を含み、蒸発物質の噴出方向を調節できるいずれの構造を使用してもよい。ノズル９０，９１の垂直中心線Ａに対して偏った角度は、５〜９０゜の範囲内であればよく、基板５の高さと基板の中央との距離等を考慮して、蒸着される薄膜の均一度が最大になる角度であればよい。
【００３８】
以上のように、図面を参照して上記実施の形態を詳細に説明してきたが、本発明は、これに限定されるものでなく、このような本発明の基本的な技術的思想を逸脱しない範囲内で、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとっては、他の多くの変更が可能であろう。また、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により解釈されるべきであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の蒸着工程用点型蒸発源の一例を示す概略図。
【図２】従来の蒸着工程用点型蒸発源の他の使用例を示す概略図。
【図３】従来の蒸着工程用点型蒸発源の炉の内部状態を示す概略図。
【図４】本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の炉を示す断面図。
【図５】本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の第１実施形態を示す断面図。
【図６】図４のＡ−Ａ’線断面図であり、本発明の熱伝導部の第１実施形態を示す断面図。
【図７】図４のＡ−Ａ’線断面図であり、本発明の熱伝導部の第２実施形態を示す断面図。
【図８】図４のＡ−Ａ’線断面図であり、本発明の熱伝導部の第３実施形態を示す断面図。
【図９】本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の挿入部の第１実施形態を示す断面図。
【図１０】図９のＢ−Ｂ’線断面図。
【図１１】本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の挿入部の第２実施形態を示す断面図。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、図１１のＢ部分を示す拡大図。
【図１３】本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の第２実施形態を示す断面図。
【図１４】本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の第３実施形態を示す断面図。
【図１５】本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の第４実施形態を示す断面図。
【図１６】本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の第５実施形態を示す断面図。
【図１７】本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の第６実施形態を示す断面図。
【図１８】本発明の蒸着工程用ノズル蒸発源の第５実施形態を用いた蒸着方法を示す概略図。
【符号の説明】
【００４０】
１０：挿入部
１１，９０，９１：ノズル
１２：蒸発管
２０：炉
２１：係止段
３０：フィラメント
４０：反射板
５０：熱伝導部
６０：遮蔽板
７０：中空部
８０：小型蒸発源
【図１】
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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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