JP5171583B2 - Electron beam evaporation system - Google Patents
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Description
本発明は、電子ビームにより蒸着材料を蒸発させて薄膜を形成するための蒸着装置に関するものである。 The present invention relates to a vapor deposition apparatus for forming a thin film by evaporating a vapor deposition material with an electron beam.
電子ビームを用いた蒸着装置は、真空容器内に配置された坩堝内の蒸着材料に、所定の加速電圧で加速された電子ビームを照射し加熱することで、その材料を蒸発させ、そしてこの蒸発した蒸着材料を同真空容器内に配置された被蒸着部材例えば基板の表面に付着させて薄膜を形成するものである。 The vapor deposition apparatus using an electron beam evaporates the material by irradiating and heating an electron beam accelerated at a predetermined acceleration voltage to a vapor deposition material in a crucible arranged in a vacuum vessel. The deposited material is adhered to a deposition target member disposed in the vacuum vessel, for example, the surface of a substrate to form a thin film.
ところで、高速の電子が金属等の蒸着材料に衝突する際には、必ず、X線が発生するが、基板によってはX線が当たると悪影響を受けるという問題がある。
そこで、X線による蒸着材料に対する悪影響を抑制するため、蒸着材料に応じて電子ビームの加速電圧を制御する方法(特許文献1)や、電子ビームによる坩堝内の蒸着材料の加熱を基板と対向しない位置で行い、坩堝を基板と対向する位置に移動させて、予熱により基板表面への蒸着を行う方法(特許文献2)がある。
Therefore, in order to suppress the adverse effect on the vapor deposition material by X-rays, the method of controlling the acceleration voltage of the electron beam according to the vapor deposition material (Patent Document 1) and the heating of the vapor deposition material in the crucible by the electron beam are not opposed to the substrate. There is a method (Patent Document 2) in which deposition is performed on a substrate surface by preheating by moving the crucible to a position facing the substrate.
しかしながら、蒸着材料に応じて電子ビームの加速電圧を制御する方法によると、加速電圧の制御が複雑になるとともに、加速電圧を低下させるために加熱に時間を要し、蒸着速度が低下するという問題がある。 However, according to the method of controlling the acceleration voltage of the electron beam according to the vapor deposition material, the control of the acceleration voltage becomes complicated, and heating takes time to reduce the acceleration voltage, and the vapor deposition rate is reduced. There is.
また、予熱により基板表面への蒸着を行う方法では、基板のX線による影響は抑制できるが、予熱による蒸着では、やはり、蒸着速度が低下するという問題があった。
そこで、本発明は、蒸着速度を低下させることなくX線による悪影響を避け得る電子ビーム蒸着装置を提供することを目的とする。
In addition, in the method of performing deposition on the substrate surface by preheating, the influence of the X-rays on the substrate can be suppressed, but in the deposition by preheating, there is still a problem that the deposition rate is lowered.
Therefore, an object of the present invention is to provide an electron beam vapor deposition apparatus that can avoid the adverse effects of X-rays without reducing the vapor deposition rate.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る電子ビーム蒸着装置は、真空容器内に配置された坩堝内の蒸着材料に電子ビームを照射し、この電子ビームの照射により蒸発した蒸着材料を当該真空容器内に配置された被蒸着部材表面に付着させて薄膜を形成するための蒸着装置であって、
坩堝と被蒸着部材との間にX線遮蔽体を水平軸心回りで回転自在に配置するとともに、当該X線遮蔽体を加熱する加熱手段を具備し、
且つ上記X線遮蔽体を、坩堝の開口部からX線を被蒸着部材に照射した際に、X線によるX線遮蔽体の投影部分が被蒸着部材の少なくとも薄膜形成範囲以上となるような大きさにしたものである。
In order to solve the above problems, an electron beam vapor deposition apparatus according to
An X-ray shield is disposed between the crucible and the member to be vapor-deposited so as to be rotatable around the horizontal axis, and has heating means for heating the X-ray shield.
In addition, when the X-ray shield is irradiated to the member to be vapor-deposited from the opening of the crucible, the projection portion of the X-ray shield by X-rays is at least larger than the thin film formation range of the member to be vapor-deposited. That's what it was.
また、請求項2に係る電子ビーム蒸着装置は、請求項1に記載の蒸着装置におけるX線遮蔽体として、円柱体、円筒体、球体または球殻体を用いたものである。
さらに、請求項3に係る電子ビーム蒸着装置は、請求項1または2に記載の蒸着装置におけるX線遮蔽体に上下方向で貫通する貫通穴を形成するとともに、その回転軸心の両側に形成される一方側貫通穴部および他方側貫通穴部との投影面積が、互いに重ならないように、各貫通穴部の貫通方向を異ならせたものである。
An electron beam vapor deposition apparatus according to a second aspect uses a cylindrical body, a cylindrical body, a sphere, or a spherical shell as the X-ray shield in the vapor deposition apparatus according to the first aspect.
Furthermore, the electron beam vapor deposition apparatus according to
上記電子ビーム蒸着装置の構成によると、坩堝と被蒸着部材との間にX線遮蔽体を配置したので、坩堝内で発生するX線が被蒸着部材表面に到達するのを阻止することができるとともに、X線遮蔽体にて阻止された蒸発材料はX線遮蔽体の回転および内蔵されたヒータにより被蒸着部材側から再度蒸発されるため、蒸着速度を低下させることなく被蒸着部材をX線から保護することができる。 According to the configuration of the electron beam evaporation apparatus, since the X-ray shield is disposed between the crucible and the member to be evaporated, X-rays generated in the crucible can be prevented from reaching the surface of the member to be evaporated. At the same time, the evaporated material blocked by the X-ray shield is evaporated again from the deposition member side by the rotation of the X-ray shield and the built-in heater, so that the deposition member is X-rayed without reducing the deposition rate. Can be protected from.
以下、本発明の実施の形態に係る電子ビーム蒸着装置を図面に基づき説明する。
この電子ビーム蒸着装置は、例えば有機EL材料を用いたパネルディスプレイの表示部などを製造する際に用いられるものである。
Hereinafter, an electron beam evaporation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
This electron beam evaporation apparatus is used, for example, when manufacturing a display unit of a panel display using an organic EL material.
この電子ビーム蒸着装置は、図1および図2に示すように、真空ポンプ(図示せず)に接続されて所定の真空度に維持される真空容器1と、この真空容器1内に配置されるとともに有機EL材料などの蒸着材料が充填される坩堝2と、同じく真空容器1内に配置されて上記坩堝2内に充填された蒸着材料に電子ビームEBを照射するための電子ビーム照射器3とから構成されており、また真空容器1内の坩堝2の上方位置には、被蒸着部材である基板Kを保持し得る基板ホルダー4が設けられている。なお、電子ビーム照射器3は、電子ビーム発生部3aと、この電子ビーム発生部3aで発生された電子ビームEBを坩堝2内に導くためのビーム導入路3bとから構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the electron beam evaporation apparatus is connected to a vacuum pump (not shown) and maintained at a predetermined degree of vacuum, and is disposed in the
そして、上記真空容器1内の坩堝2の上方位置、すなわち坩堝2と基板ホルダー4との間には、X線Rを遮蔽するX線遮蔽体11が配置されている。
このX線遮蔽体11としては例えば円柱体が用いられる。また、その材料としては、X線を遮蔽し得る材料、例えばタングステン等の高原子番号の材料が用いられる。この材料によると、X線が10keV以下の低いエネルギーを有する場合、数百μm程度の厚みで十分な遮蔽効果が得られるため、例えば肉厚が1mm程度の薄肉の円筒状遮蔽部を円柱状の本体部の表面に貼り付ければよい。なお、後でX線遮蔽体の変形例について説明するが、X線遮蔽体として円筒体を用いる場合には、肉厚が1mm程度にされた円筒体を用いればよい。
An
For example, a cylindrical body is used as the
また、上記X線遮蔽体11は、その両端の支持軸部11aが軸受部材12を介して水平軸心a回りで回転自在に支持されるとともに回転駆動装置(図示せず)により、所定の回転速度でもって回転されるようにされており、さらに当該X線遮蔽体11には加熱手段としてのヒータ13が内蔵されており、X線遮蔽体11を所定温度に、すなわち蒸着材料の融点以上の温度に加熱し得るようにされている。勿論、図示しないが、ヒータ13には電気配線が接続されるとともに温度制御部が設けられている。
The
また、X線遮蔽体11は、図3に示すように、坩堝2の開口部2aからX線Rを基板ホルダー4に保持された基板Kに照射した際に、X線Rによる当該X線遮蔽体11の投影部分が基板Kの少なくとも薄膜形成範囲以上となるように、好ましくは薄膜形成範囲に略一致するような大きさにされている。
Further, as shown in FIG. 3, the
なお、基板Kへの熱影響を避ける必要がある場合は、X線遮蔽体11(特に、基板Kと対向する面)は上記薄膜形成範囲を満たすことを前提に最小限度の大きさ(面積)にするのが望ましい。 When it is necessary to avoid the thermal influence on the substrate K, the X-ray shield 11 (particularly, the surface facing the substrate K) has a minimum size (area) on the assumption that the thin film formation range is satisfied. It is desirable to make it.
また、X線遮蔽体の形状は、基板Kの形状と相似する断面形状(正確には、水平断面形状または投影形状において)とするのが望ましく、基板Kの形状が長方形である場合には、X線遮蔽体として円筒体(または、角柱体)が用いられる。したがって、後述するが、基板Kが円形であれば球体が用いられる。 Further, the shape of the X-ray shield is preferably a cross-sectional shape similar to the shape of the substrate K (more precisely, in a horizontal cross-sectional shape or a projected shape), and when the shape of the substrate K is a rectangle, A cylindrical body (or prismatic body) is used as the X-ray shield. Therefore, as will be described later, if the substrate K is circular, a sphere is used.
ここで、X線遮蔽体11の横断面における幾何学的な寸法について説明すると、X線遮蔽体11の幅W1と基板Kにおける薄膜形成範囲(図面では基板の幅としている)W2との比率が、坩堝2の中心C(または蒸着材料の表面)からX線遮蔽体11の中心Dまでの鉛直距離H1と坩堝2の中心Cから基板K表面までの鉛直距離H2との比率に等しくなるようにされている。つまり、W1/W2=H1/H2の関係(相似関係)が成り立つようにされている。なお、X線遮蔽体11の軸心方向つまり長手方向についても、図4に示すように、同様の関係にされている。すなわち、X線遮蔽体11の長さL1と基板Kにおける薄膜形成範囲(図面では基板の長さとしている)L2との比率が、坩堝2の中心CからX線遮蔽体11の中心Dまでの鉛直距離H1と坩堝2の中心Cから基板K表面までの鉛直距離H2との比率に等しくなるように(L1/L2=H1/H2)されている。
Here, the geometric dimension in the cross section of the
したがって、基板Kの表面に蒸着材料の薄膜を形成する場合、基板ホルダー4に基板Kを保持させるとともに、坩堝2内に蒸着材料を充填した後、真空ポンプにより所定の真空度に保ち、さらに当該X線遮蔽体11を所定速度(比較的、ゆっくりと)でもって回転させるとともに、ヒータ13によりその表面を蒸着材料の融点以上の温度に維持する。
Therefore, when forming a thin film of vapor deposition material on the surface of the substrate K, the substrate holder 4 is held by the substrate K, the
そして、電子ビーム照射器3を作動させて電子ビームEBを坩堝2内に照射し、蒸着材料を加熱する。蒸着材料が溶融温度以上に加熱されると蒸発が行われ、この蒸発した蒸着材料すなわち蒸発材料Mの一部はX線遮蔽体11の周囲を通過して上昇し基板Kの表面に付着する。勿論、さらにその一部の蒸発材料MはX線遮蔽体11の周囲に沿うように上昇してその上方に回り込み、基板Kの中央部分にも付着する。
Then, the
ところで、坩堝2の上方位置には、X線遮蔽体11が配置されているため、蒸発材料Mの多くはX線遮蔽体11の表面に付着する。しかし、このX線遮蔽体11は溶融温度以上に加熱されるとともにゆっくりと回転されているため、このX線遮蔽体11に付着した蒸発材料Mはその回転により上側に移動しながら再度蒸発されて、基板Kの中央部分の表面に付着し堆積することになる。すなわち、X線遮蔽体11があっても、X線遮蔽体11から再度蒸発した蒸発材料Mにより、基板Kへの蒸着は十分に行われる。
By the way, since the
そして、このとき、蒸着材料に照射された電子ビームによりX線Rが発生するが、X線遮蔽体11が配置されているため、その投影面積に等しい基板K(正確には、薄膜形成領域)に対しては、X線Rが遮蔽される。
At this time, the X-ray R is generated by the electron beam irradiated to the vapor deposition material. However, since the
図3および図4に基板K位置でのX線の検出強度分布を示す。これらの図から分かるように、X線遮蔽体11による投影部分ではX線の強度が著しく低下しているのが分かる。すなわち、基板KはX線遮蔽体11により遮蔽されて、X線から保護されているのが分かる。
3 and 4 show the detected intensity distribution of X-rays at the substrate K position. As can be seen from these drawings, it can be seen that the X-ray intensity is significantly reduced in the projection portion by the
このように、坩堝と基板との間に、X線遮蔽体を配置したので、坩堝内で発生するX線が基板表面に到達するのをX線遮蔽体にて阻止することができるとともに、このX線遮蔽体にて阻止された蒸発材料は、X線遮蔽体の回転および内蔵されたヒータにより、基板側で再度蒸発されるため、蒸着速度を低下させることなく、基板をX線から保護することができる。 As described above, since the X-ray shield is disposed between the crucible and the substrate, the X-ray generated in the crucible can be prevented from reaching the substrate surface by the X-ray shield, Since the evaporated material blocked by the X-ray shield is evaporated again on the substrate side by the rotation of the X-ray shield and the built-in heater, the substrate is protected from X-rays without reducing the deposition rate. be able to.
特に、X線遮蔽体を配置することによりX線の抑制を図り得る他に、電子ビームを用いることによる利点も多くある。すなわち、電子ビーム蒸着によると、高融点金属や酸化物の融点の高い材料に対応することができるとともに抵抗加熱に比べて熱コントロール性に優れている。さらに、遮蔽体に付着する蒸着材料は少なく且つ熱容量が小さいため、遮蔽体への投入電力が少なくて済む。 In particular, the X-ray can be suppressed by arranging the X-ray shield, and there are many advantages by using an electron beam. That is, the electron beam evaporation can cope with a material having a high melting point of a refractory metal or oxide, and has excellent thermal controllability compared to resistance heating. Further, since the vapor deposition material adhering to the shield is small and the heat capacity is small, the input power to the shield is small.
ところで、上記実施の形態においては、X線遮蔽体を円柱体として説明したが、例えば図5および図6に示すようには、X線遮蔽体21として円筒形状の、つまり円筒体を用いるとともに、その軸心方向に沿うスリット22を所定角度おきに複数個形成したものでもよい。但し、これら各スリット22は、互いに一直線上に並ばないように、例えば120度おきに3箇所に形成される。言い換えれば、互いの交差角度は90度および180度以外の値にされている。これは、X線RがX線遮蔽体11を通過するのを防止するためである。
In the above embodiment, the X-ray shield has been described as a cylindrical body. For example, as shown in FIGS. 5 and 6, a cylindrical shape, that is, a cylindrical body is used as the
なお、上記スリット22を一般的な言い方で表現すると(図5のスリット22Aと22Bとについて説明すると)、X線遮蔽体21に上下方向で貫通するスリット(貫通穴)22A,22Bを形成するとともに、その回転軸心の両側に形成される一方側のスリット(貫通穴部)22Aおよび他方側のスリット(貫通穴部)22Bとの投影面積が互いに重ならないように、各スリット(貫通穴部)22A,22Bの貫通方向が異なるようにされている。
When the
また、図7に示すように、基板の形状が円形である場合には、X線遮蔽体31として、球状のもの、つまり球体が用いられ、さらに図8に示すように、X線遮蔽体41として、所定厚さの球殻状のもの、つまり球殻体を用いるとともに、スリット42を所定角度おきに複数個形成したものでもよい。勿論、これら各スリット42についても、互いに一直線上に並ばないようにされている。
As shown in FIG. 7, when the substrate has a circular shape, a spherical material, that is, a sphere, is used as the
さらに、上記実施の形態においては、X線遮蔽体を配置することによる基板へのX線による影響の抑制について述べたが、有機EL材料などでは、X線と同様に入射電子ビームの散乱線(反射電子)による影響も大きい課題となっている。その場合、X線遮蔽体とその他の構成部材(支持軸部、回転駆動装置、ヒータ)と絶縁したうえで、X線遮蔽体を接地することで反射電子が基板方向に散乱することを防ぎ、基板への反射電子による影響を抑制することができる。例えば、図2に示すX線遮蔽体11と支持軸部11aおよびヒータ13とを絶縁するとともに、X線遮蔽体11をアースに接続すればよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the suppression of the influence of the X-rays on the substrate by arranging the X-ray shield has been described. However, in the case of an organic EL material or the like, the scattered rays ( The influence of reflected electrons) is also a major issue. In that case, after insulating the X-ray shield from other components (support shaft, rotary drive device, heater), grounding the X-ray shield prevents the reflected electrons from being scattered in the direction of the substrate, The influence of reflected electrons on the substrate can be suppressed. For example, the
EB 電子ビーム
K 基板
R X線
1 真空容器
2 坩堝
3 電子ビーム照射器
3a ビーム発生部
3b ビーム導入路
4 基板ホルダー
11 X線遮蔽体
21 X線遮蔽体
22 スリット
31 X線遮蔽体
41 X線遮蔽体
42 スリット
EB Electron beam K
Claims (3)
坩堝と被蒸着部材との間にX線遮蔽体を水平軸心回りで回転自在に配置するとともに、当該X線遮蔽体を加熱する加熱手段を具備し、
且つ上記X線遮蔽体を、坩堝の開口部からX線を被蒸着部材に照射した際に、X線によるX線遮蔽体の投影部分が被蒸着部材の少なくとも薄膜形成範囲以上となるような大きさにしたことを特徴とする電子ビーム蒸着装置。 A thin film is formed by irradiating a vapor deposition material in a crucible arranged in a vacuum vessel with an electron beam, and depositing the vapor deposition material evaporated by the irradiation of the electron beam on the surface of a vapor deposition member arranged in the vacuum vessel. A vapor deposition apparatus for
An X-ray shield is disposed between the crucible and the member to be vapor-deposited so as to be rotatable around the horizontal axis, and has heating means for heating the X-ray shield.
In addition, when the X-ray shield is irradiated to the member to be vapor-deposited from the opening of the crucible, the projection portion of the X-ray shield by X-rays is at least larger than the thin film formation range of the member to be vapor-deposited. An electron beam evaporation apparatus characterized by that.
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