JP7695087B2

JP7695087B2 - 蒸着源の製造方法

Info

Publication number: JP7695087B2
Application number: JP2021030732A
Authority: JP
Inventors: 政司梅原; 偉思張
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2025-06-18
Anticipated expiration: 2041-02-26
Also published as: JP2022131671A

Description

本発明は、蒸着源の製造方法に関する。

近年、ＡＲ、ＶＲまたはＭＲといった仮想世界を体験できる機器が盛んに開発されている。このような機器にて映像コンテンツを再生するモニタには、視野角が広い等の利点を持つ有機ＥＬディスプレイが注目され、このときの有機ＥＬディスプレイには、例えば２０００ｐｐｉ以上の精細度が求められている。このような有機ＥＬディスプレイの製造方法の一つとして、真空蒸着法により被処理基板の表面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の蛍光を発する有機発光層を高精細に分けて夫々蒸着することが知られている。被処理基板は、通常、ＰＤＬで微小な蒸着領域に区画され（一般に、ＲＧＢの各有機発光層で構成される単位素子のサイズは１インチ四方であり、所謂ピクセルピッチは１２μｍ程度である）、この区画された蒸着領域に各有機発光層を夫々蒸着することで、各素子内でのＲＧＢにじみ、輝度むらや混色を抑制している。

上記用途に利用できる真空蒸着装置は、例えば特許文献１で知られている。このものは、真空チャンバを備え、真空チャンバ内には、複数個の蒸着源が設けられている。蒸着源としては、蛍光に応じた固体の蒸着物質（有機材料）を充填する一方向に長手の収容箱を有し、被処理基板に対向する収容箱の上面には、その外方に突出させて筒状の放出ノズル（放出部）が間隔を存して複数本列設され（所謂リニアソース）、真空雰囲気の真空チャンバ内で加熱手段により収容箱内の蒸着物質を加熱すると、昇華または気化した蒸着物質が放出ノズルより所定の余弦則に従い放出される。このような蒸着源を用いて、区画された蒸着領域に有機発光層を蒸着する場合に、放出ノズル相互の間隔が大きいと、蒸着領域毎に、蒸着物質を入射させる放出ノズルの数や入射角が変化してしまう。このため、各蒸着領域における有機発光層の膜厚にばらつきが生じ易いという問題があり、これでは、各素子の性能が安定しない。このような場合、収容箱の上面に放出ノズルを互いに近接させて多数設ければよいが、設置スペースや強度を考慮すると、所定の口径を持つ放出ノズルを設ける数には限界がある。

特開２０１４－７７１９３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、被処理基板に対向する面に多数の放出部を互いに密集させて形成することができる蒸着源の製造方法を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、蒸着物質を充填する収容箱の上面に、この収容箱の加熱により気化または昇華した蒸着物質の通過を許容する複数個の放出部を所定のパターンで形成する工程を含む本発明の蒸着源の製造方法は、所定のパターンで形成される各放出部をエッチング範囲とし、収容箱の上面に、エッチング範囲を制限するマスクを設ける第１工程と、収容箱のエッチング範囲をマスク越しにエッチングして収容箱内の空間に達する複数個の透孔を形成する第２工程とを更に含むことを前提とする。

本発明によれば、例えば、真空蒸着装置の真空チャンバ内に配置したときに成膜対象物としての基板に対向する収容箱上面に、エッチングにより形成される透孔で各放出部が構成されるため、マスクパターンを適宜選択するだけで、微細な口径を持ち且つ互いに隣接するものの間隔を可及的に小さくした多数の放出部を収容箱上面に密集して形成することができる。ここで、第２工程のエッチングは、ドライエッチングだけでなく、ウェットエッチングも含まれるものとする。また、本発明において、前記第１工程は、収容箱の上面にマスク材層を形成する工程と、マスク材層の表面にレジストを塗布し、リソグラフィによりパターニングし、このパターニングしたレジストをマスクとして、エッチングによりマスク材層に、収容箱の上面に通じる開口を形成する工程とを含み、第２工程の後に、レジストパターンを除去する一方でマスク材層を除去せずに収容箱の上面に残すことを特徴とする。これにより、マスク材層の厚さだけ放出部を長くできるため、放出部から放出される蒸着物質の直進性を向上でき、有利である。

本発明において、前記収容箱が前記蒸着物質を充填する箱部と、箱部の上端に着脱自在に取り付けられる蓋板部とで構成されるような場合、前記蓋板部をシリコン基板とすることが好ましく、前記第１工程は、シリコン基板上面にマスク材層を形成する工程と、マスク材層上にレジストを塗布し、リソグラフィによりパターニングし、このパターニングしたレジストをマスクとして、エッチングにより、シリコン基板上面に前記透孔に通じる開口を形成する工程とを含むものとすればよい。これによれば、所謂半導体装置の製造プロセスで一般に利用されているマスク材や、エッチング液またはエッチングガスを使用でき、有利である。しかも、収容箱の箱部を加熱してその内部に充填された蒸着物質を気化または昇華させる際に、シリコン基板は比較的熱伝導率が高いため、箱部からの伝熱で高温に加熱されて保持される。これにより、放出部としての各透孔を微細な口径に形成しても、そこに蒸着物質が詰まるといったことが可及的に防止される。マスク材層としては、シリコン酸化物層、シリコン窒化物層、シリコン酸窒化物層等のシリコン化合物層を好適に用いることができる。

他方、本発明において、前記第１工程は、前記シリコン基板を第１シリコン基板とし、第１シリコン基板上面に第２シリコン基板を貼り合わせ、これら貼り合わせた両シリコン基板を所定温度で加熱して接合する工程と、第２シリコン基板上にレジストを塗布し、リソグラフィによりパターニングする工程を含み、前記第２工程は、パターニングしたレジストをマスクとして、エッチングにより上下方向で互いに連通する透孔を形成する工程とを含むことができる。これによれば、第１シリコン基板と第２シリコン基板とを連通する透孔で各放出部が構成されるため、各シリコン基板の厚さだけ放出部を長くすることができ、有利である。この場合、シリコン基板の複数枚を更に接合するようにしてもよい。

また、本発明においては、前記収容箱の上面が複数のエリアに区画され、これら区画された各エリアに異なるパターンで前記放出部が設けられることが好ましい。これによれば、被処理基板の種類に応じて放出部を使い分けることが可能な蒸着源を製造できる。この場合、使用しない放出部は例えばシャッター機構で遮蔽するように構成すればよい。

蒸着源の構成要素としての収容箱を説明する断面図。（ａ）～（ｄ）は、第１の実施形態の蒸着源の構成要素としての蓋板部の製造方法を説明する断面図。（ａ）～（ｄ）は、第２の実施形態の蒸着源の構成要素としての蓋板部の製造方法を説明する断面図。第１の実施形態の製造方法を用いて製造した蒸着源を備える真空蒸着装置を説明する断面図。蓋板部から被処理基板への蒸着物質の入射方向を模式的に説明する断面図。蒸着源の変形例を説明する図。

以下、図面を参照して、真空蒸着法による蒸着（成膜）に利用される本発明の蒸着源の製造方法の第１の実施形態について説明する。以下においては、「上」、「下」といった方向を示す用語は、図１を基準とする。

図１を参照して、蒸着源ＥＶは、収容箱Ｓｂと加熱手段Ｈｔとを備え、蒸着源ＥＶの構成要素としての収容箱Ｓｂが、蒸着物質Ｅｍが充填される箱部１１とこの箱部１１の上端に着脱自在に取り付けられる蓋板部１２とで構成される。箱部１１は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）、チタン、タンタル、タングステン、モリブデンやカーボンといった耐熱性を持つ材料製であり、上面を開口した直方体形状または円筒状に成形したものである。箱部１１内には、上面開口から出入れ自在な内容器１３が格納されている。内容器１３もまた、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）、チタン、タンタル、タングステン、モリブデンやカーボンといった耐熱性を持つ材料製であり、箱部１１と同等の輪郭を持つように成形したものであり、箱部１１内に内容器１３を格納すると、箱部１１と内容器１３との間に所定の隙間が形成されるようにしている。この場合、内容器１３の下端には、箱部１１の下面に当接する脚片（図示せず）が設けられ、脚片で内容器１３が支持される。

箱部１１の内面には、加熱手段Ｈｔとしてのシースヒータが取り付けられ、シースヒータにより内容器１３を加熱できるようにしている。箱部１１と内容器１３の上面開口を塞ぐように取り付けられる蓋板部１２は、所定の板厚を持つシリコン基板で構成され、シリコン基板１２には、微細な口径を持ち且つ互いに隣接するものの間隔を可及的に小さくした多数の放出部としての透孔１４が密集して形成される。以下に、図２を参照して、第１の実施形態の蒸着源ＥＶの構成要素としての蓋板部１２の製造方法を具体的に説明する。

図２（ａ）に示すように、所定の板厚（例えば２００～８００μｍ）を持つ一枚のシリコン基板１２を準備し、シリコン基板１２の一方の面に、マスク材層２を形成する。マスク材層２としては、後述のエッチングの際にエッチング範囲を制限するマスクとして機能するものであれば、特に制限はないが、シリコン基板１２と同様、比較的高い熱伝導率を持つシリコン酸化物層、シリコン窒化物層やシリコン酸窒化物層といったシリコン化合物層を使用することができる。マスク材層２の形成には、ＣＶＤ法や反応性スパッタリング法などの公知の真空成膜処理が利用でき、特に、ＣＶＤ法はその成膜速度が速いため、有利である。なお、成膜条件としては、例えば半導体装置の製造過程における公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明は省略する。

ここで、マスク材層２として上記シリコン化合物膜を使用する場合、マスク材層２もまた、放出部の構成要素にできるため、マスク材層２の膜厚は、形成しようとする放出部の長さに応じて設定され、例えば５０～５００μｍの範囲に設定することができる。そして、マスク材層２の一方の面にレジスト３を塗布する。レジスト３の塗布には、例えば、公知のスピンコート法を利用することができる。なお、レジスト３の材質や塗布条件としては、上記同様、公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明は省略する。

次に、図２（ｂ）に示すように、リソグラフィ（技術）によりレジスト３を、形成しようとする放出部のパターンに応じてパターニングすることで、レジストパターン３ａを形成する。リソグラフィとしては、公知のフォトリソグラフィやＥＢリソグラフィを用いることができる。なお、露光装置、露光条件や露光後の現像条件としては、上記同様、公知のものが利用できるため、これ以上の説明を省略する。そして、レジストパターン３ａをマスクとしてマスク材層２をエッチングすることで、マスク材層２に透孔１４に連通する複数個の開口２ａが形成される（第１工程）。マスク材層２のエッチングには、マスク材層２の材質に応じて適宜選択されるエッチングガスを用いたドライエッチングまたはエッチング液を用いたウェットエッチングが利用できる。この場合、ドライエッチングによっては、形状の制御性よく異方性エッチングが可能なことから、マスク材層２の膜厚を厚くしたような場合には、有利である。また、ドライエッチングには、公知の反応性エッチング装置が利用され、マスク材層２をシリコン酸化物とした場合、エッチングガスとしては、ＣＦ_４ガス、ＣＨＦ_３ガス及びＣＯＦ_２ガスから選択される少なくとも１種が利用される。そして、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン３ａを除去する。レジストパターン３ａの除去には、公知のアッシング処理や薬液処理が利用できる。なお、アッシング装置、アッシング条件や薬液としては公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明は省略する。

次に、図２（ｄ）に示すように、開口２ａが形成されたマスク材層２をマスクとしてシリコン基板１２をエッチングする。これにより、シリコン基板１２に、レジストパターン３ａに応じた複数個の透孔１４が形成される（第２工程）。透孔１４の孔径は、例えば、１～１００μｍの範囲に設定することができる。シリコン基板１２のエッチングには、適宜選択されるエッチングガスを用いたドライエッチングまたはエッチング液を用いたウェットエッチングが利用できる。上記同様、ドライエッチングを用いることが有利である。

なお、マスク材層２として所定の板厚の所謂ハードマスクを用いることもでき、シリコン基板１２の一方の面にハードマスクを接着し、シリコン基板１２への透孔の形成後には、ハードマスクをそのまま利用することもできる。

以上によれば、例えば、真空蒸着装置の真空チャンバ内に蒸着源ＥＶを配置したときに被処理基板に対向する収容箱Ｓｂの蓋板部１２に、エッチングにより形成される透孔１４で構成される各放出部が形成されるため、マスク材層２に形成される開口２ａのパターンを適宜選択するだけで、微細な口径を持ち且つ互いに隣接するものの間隔を可及的に小さくした多数の放出部を収容箱Ｓｂの蓋板部１２に密集して形成することができる。しかも、第２工程の後にマスク材層２をそのまま残し、マスク材層２に形成した開口２ａとそれに連通する透孔１４とで放出部を構成するようにしたため、マスク材層２の厚さだけ、放出部を長くできるため、各放出部から放出される蒸着物質Ｅｍの直進性を向上でき、有利である。

次に、図３を参照して、第２の実施形態の蒸着源の構成要素としての蓋板部の製造方法を具体的に説明する。図３（ａ）に示すように、所定の板厚を持ち且つ同等の輪郭を持つ２枚のシリコン基板１２０を準備し、親水化処理を施した後、２枚のシリコン基板１２０，１２０を貼り合わせる。そして、この貼り合わせた２枚のシリコン基板１２０，１２０を真空加熱炉に格納した後、所定温度に加熱してシリコン酸化物層（図示せず）を介して接合する。

次に、図３（ｂ）に示すように、上記第１の実施形態と同様に、図中上側のシリコン基板（第２シリコン基板）１２０の一方の面にレジストパターン３ａを形成する。そして、図３（ｃ）に示すように、レジストパターン３ａをマスクとして両シリコン基板１２０，１２０を連続してエッチングすることで、両シリコン基板１２０，１２０を連通する透孔１４_１，１４_２を形成する。なお、エッチング方法としては、上記第１の実施形態と同様のものが利用できる。最後に、図３（ｄ）に示すように、上記第１の実施形態と同様の方法で、レジストパターン３ａを除去する。

以上によれば、２枚のシリコン基板１２０，１２０を接合し、両シリコン基板１２０，１２０を連通する透孔１４_１，１４_２で放出部を構成するようにしたため、各放出部から放出される蒸着物質Ｅｍの直進性を向上でき、有利である。なお、接合するシリコン基板１２０の枚数は２枚に限定されず、３枚以上接合してもよい。また、形成しようとする各放出部の長さに応じて、第２シリコン基板１２０を所定の板厚に研磨する工程を更に含ませることもできる。また、接合方法は、上記のものに限定されず、例えばＳＯＩ基板を接合する公知の方法を用いることができる。

上記のように製造した蒸着源ＥＶは、次のように真空蒸着装置に適用することができる。即ち、図４に示すように、蒸着源ＥＶを備える真空蒸着装置Ｄｍは、真空排気可能な真空チャンバＣｖを備え、真空チャンバＣｖの上部には、その蒸着面を下方に向けた姿勢で被処理基板Ｓｗを保持する回転体４が設けられている。回転体４には、特に図示して説明しないが、静電チャック用の電極が埋設され、電極に電圧を印加したときの静電気力により被処理基板Ｓｗを吸着保持できる。また、回転体４には、真空チャンバＣｖの上壁を貫通してのび、モータ４１により中心軸線Ｃｌ回りに回転する回転軸４１ａが連結されている。なお、被処理基板Ｓｗへの蒸着時、その蒸着面にはマスクプレートＭｐが取り付けられ、蒸着範囲が制限されるようにしている。そして、被処理基板Ｓｗに対向させて真空チャンバＣｖの下部には、上記蒸着源ＥＶが設けられている。蒸着源ＥＶは、中心軸線Ｃｌから径方向（図４中、左側）にオフセットさせて設置されている。オフセット量ｄは、蓋板部１２や被処理基板Ｓｗの直径、蒸着源ＥＶと被処理基板Ｓｗとの間の距離Ｌ等を考慮して適宜設定される。

上記真空蒸着装置Ｄｍにより被処理基板Ｓｗの蒸着面がＰＤＬ（Ｐｄ）により区画された各蒸着領域Ｒｄに有機発光層Ｌｅを蒸着するのに際しては、真空雰囲気中の真空チャンバＶｃ内で加熱手段Ｈｔにより内容器１３に充填された蒸着物質Ｅｍを加熱する。すると、収容箱内で気化または昇華した蒸着物質Ｅｍが各透孔１４及び各開口２ａを通して所定の余弦則に従い、被処理基板Ｓｗに向けて放出される（図５参照）。このとき、図５中に矢印で示すように、蒸着領域Ｒｄに複数個の放出部から蒸着物質Ｅｍが入射するため、有機発光層Ｌｅを均一な膜厚で蒸着できる。しかも、蒸着領域Ｒｄ毎に、蒸着物質Ｅｍを入射させる放出部の数や入射角度が其れ程変化することがないため、各蒸着領域Ｒｄにおける有機発光層Ｌｅの膜厚ばらつきを可及的に抑制することができる。さらに、蓋板部１２を構成するシリコン基板やマスク材層２を構成するシリコン化合物層は比較的熱伝導率が高いため、箱部１１からの伝熱で高温に加熱されて保持される。これにより、各放出部を構成する透孔１４や開口２ａを微細な口径に形成しても、各透孔１４や各開口２ａに蒸着物質Ｅｍが詰まるといったことが可及的に防止される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、蓋板部１２の全面に亘って同一の孔径及びピッチで放出部としての透孔１４が形成されているが、図６に示すように、蓋板部１２を複数（本変形例では２つ）のエリアＲ１，Ｒ２に区画し、各エリアＲ１，Ｒ２に異なるパターン（異なる孔径またはピッチ）で放出部１４ａ，１４ｂを形成し、例えば被処理基板Ｓｗの種類に応じて放出部１４ａ，１４ｂを使い分けることができるように構成してもよい。この場合、蓋板部１２と被処理基板Ｓｗとの間にシャッター板５を介在させ、シャッター板５に連結されたピストンロッド５１ａをアクチュエータ５１により駆動し、シャッター板５を一方向（図６中の左右方向）に移動させることで、使用しないエリアＲ２の放出部１４ｂを遮蔽することができる。なお、図６においては、理解し易いように、放出部１４ａ，１４ｂが大きく図示されている。また、エリアの数は３つ以上でもよく、エリアの数や形状に応じてシャッター板を含めたシャッター機構を構成すればよい。

また、上記実施形態では、回転体４で保持された被処理基板Ｓｗを回転する場合を例に説明したが、これに限定されず、被処理基板Ｓｗを一方向に搬送するような場合にも、本発明を適用することができる。この場合、複数個の収容箱Ｓｂを並設することで略線状の蒸着源を構成することが好ましい。

ＥＶ…蒸着源、Ｓｂ…収容箱、Ｅｍ…蒸着物質、Ｓｗ…被処理基板、１１…箱部、１２…蓋板部（収容箱の上面），シリコン基板、１２０…シリコン基板、１４，１４_１，１４_２，１４ａ，１４ｂ…透孔（放出部）、１２０…シリコン基板、２…マスク，マスク材層、２ａ…開口（放出部）、３…レジスト、３ａ…レジストパターン（パターニングしたレジスト）、Ｒ１，Ｒ２…エリア。

Claims

蒸着物質を充填する収容箱の上面に、この収容箱の加熱により気化または昇華した蒸着物質の通過を許容する複数個の放出部を所定のパターンで形成する工程を含む蒸着源の製造方法であって、
所定のパターンで形成される各放出部をエッチング範囲とし、収容箱の上面に、エッチング範囲を制限するマスクを設ける第１工程と、収容箱のエッチング範囲をマスク越しにエッチングして収容箱内の空間に達する複数個の透孔を形成する第２工程とを更に含み、
第１工程は、収容箱の上面にマスク材層を形成する工程と、マスク材層の表面にレジストを塗布し、リソグラフィによりパターニングし、このパターニングしたレジストをマスクとして、エッチングによりマスク材層に、収容箱の上面に通じる開口を形成する工程とを含み、
第２工程の後に、レジストパターンを除去する一方でマスク材層を除去せずに収容箱の上面に残すことを特徴とする蒸着源の製造方法。
請求項１記載の蒸着源の製造方法であって、前記収容箱が前記蒸着物質を収容する箱部と、箱部の上端に着脱自在に取り付けられる蓋板部とで構成されるものにおいて、
前記蓋板部をシリコン基板としたことを特徴とする蒸着源の製造方法。
蒸着物質を充填する収容箱の上面に、この収容箱の加熱により気化または昇華した蒸着物質の通過を許容する複数個の放出部を所定のパターンで形成する工程を含む蒸着源の製造方法であって、
所定のパターンで形成される各放出部をエッチング範囲とし、収容箱の上面に、エッチング範囲を制限するマスクを設ける第１工程と、収容箱のエッチング範囲をマスク越しにエッチングして収容箱内の空間に達する複数個の透孔を形成する第２工程とを更に含み、
収容箱が蒸着物質を収容する箱部と、箱部の上端に着脱自在に取り付けられる蓋板部とで構成され、蓋板部をシリコン基板とし、
第１工程は、シリコン基板上面にマスク材層を形成する工程と、マスク材層上にレジストを塗布し、リソグラフィによりパターニングし、このパターニングしたレジストをマスクとして、エッチングにより、シリコン基板上面に通じる開口を形成する工程とを含むことを特徴とする蒸着源の製造方法。
蒸着物質を充填する収容箱の上面に、この収容箱の加熱により気化または昇華した蒸着物質の通過を許容する複数個の放出部を所定のパターンで形成する工程を含む蒸着源の製造方法であって、
所定のパターンで形成される各放出部をエッチング範囲とし、収容箱の上面に、エッチング範囲を制限するマスクを設ける第１工程と、収容箱のエッチング範囲をマスク越しにエッチングして収容箱内の空間に達する複数個の透孔を形成する第２工程とを更に含み、
収容箱が蒸着物質を収容する箱部と、箱部の上端に着脱自在に取り付けられる蓋板部とで構成され、蓋板部をシリコン基板とし、
第１工程は、シリコン基板を第１シリコン基板とし、第１シリコン基板上面に第２シリコン基板を貼り合わせ、これら貼り合わせた両シリコン基板を所定温度で加熱して接合する工程と、第２シリコン基板上にレジストを塗布し、リソグラフィによりパターニングする工程を含み、第２工程は、パターニングしたレジストをマスクとして、エッチングにより上下方向で互いに連通する透孔を形成する工程とを含むことを特徴とする蒸着源の製造方法。
前記収容箱の上面が複数のエリアに区画され、これら区画された各エリアに異なるパターンで前記放出部が設けられることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の蒸着源の製造方法。