JP2003166049A

JP2003166049A - 蒸着用ルツボ

Info

Publication number: JP2003166049A
Application number: JP2001362679A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakaguchi; 坂口　　健二; Yoshihiro Koshido; 義弘越戸
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】熱放射による伝熱量を低減して十分な断熱性
を得ることが可能であると共に、構成部材の破損を招く
危険性が低くて済む極めて簡素な構成とされて製造コス
トの大幅な低減を実現することができる蒸着用ルツボを
提供する。【解決手段】本発明に係る蒸着用ルツボ１は、蒸着材
料２を収納するハースライナ３と該ハースライナ３を保
持する冷却ハース４とを備えたものであって、前記ハー
スライナ３がその側面及び底面の外側に設けられた断熱
空間７，８を介して前記冷却ハース４内に保持される構
成であり、かつ、前記ハースライナ３は互いに切り離さ
れた複数の収納容器５，６からなる多重構造を有し、こ
れら収納容器５，６の相互間にも断熱空間９，１０が設
けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蒸着用ルツボに係
り、特には、そのハースライナの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＰＶＤ装置などによる真空蒸
着では、蒸着用ルツボを使用することが行われる。そし
て、一般に、電子ビームの照射によって加熱溶解される
蒸着材料を収納する蒸着用ルツボを設計するに際して
は、投入されるエネルギーを蒸着材料の溶解に有効利用
する必要があるため、冷却ハースのハース壁を通して冷
却媒体により奪われる熱量を少なくすることが重要とさ
れている。

【０００３】特開平１−１９８４６６号公報には、図６
で示すような構成とされた蒸着用ルツボ２１、つまり、
蒸着材料２２を収納するハースライナ２３と、このハー
スライナ２３を保持する冷却ハース２４とを備えてなる
蒸着用ルツボ２１が開示されている。そして、この蒸着
用ルツボ２１にあっては、低熱伝導物質からなるハース
ライナ２３の内面が蒸着材料２２よりも高融点の金属板
２５で内張りされている。

【０００４】蒸着用ルツボ２１では、低熱伝導物質から
なるハースライナ２３が冷却ハース２４内の冷却水２６
によって奪われる熱量を抑制するので、蒸着材料２２に
投入された電子ビームのエネルギーを蒸着材料２２の溶
解に有効利用することが可能となる。しかしながら、そ
の構成部材であるハースライナ２３と、冷却ハース２４
と、ハースライナ２３に内張りされた金属板２５との熱
膨張率が互いに異なるため、蒸着材料２２の温度上昇に
伴って冷却ハース２４によるハースライナ２３の拘束、
あるいは、ハースライナ２３による金属板２５の拘束が
発生しやすくなり、構成部材の破損を招く危険性が高い
という問題があった。

【０００５】また、特開平１−２７５７５０号公報に
は、別の構成とされた蒸着用ルツボ３１が開示されてい
る。すなわち、この蒸着用ルツボ３１は、図７で示すよ
うに、蒸着材料３２を収納したハースライナ３３がスペ
ーサ３４を介して冷却ハース３５で保持された構成を有
しており、ハースライナ３３と冷却ハース３５との間に
は、ハースライナ３３から冷却ハース３５ヘの熱伝導を
遮断する断熱空間３６が設けられている。

【０００６】このような構成とされた蒸着用ルツボ３１
であれば、ハースライナ３３の膨張が断熱空間３６で吸
収されるので、冷却ハース３５によってハースライナ３
３が拘束されて破損することは起こらない。ところが、
断熱空間３６を介したうえでハースライナ３３から冷却
ハース３５へと熱が放射されてしまうことを回避でき
ず、この熱放射による伝熱量が極めて大きくなることか
ら、十分な断熱性を得ることができないという不都合が
生じる。

【０００７】この点について具体的な説明をする。ま
ず、向かい合う面同士の間に物質が介在する場合の熱伝
導による伝熱量と、向かい合う面同士の間に物質が介在
しない場合の熱放射による伝熱量とは、それぞれ以下に
示す式１及び式２によって求められる。

【式１】熱伝導による伝熱量ｑ＝λ・（θ１−θ２）／Ｌ

【式２】熱放射による伝熱量ｑ＝ε・Ｃ・ｍ・（θ１^４−θ２^４）但し、ｑ：伝熱量、λ：面間に介在する物質の熱伝導
率、θ１，θ２：面の温度、Ｌ：面間距離、ε：放射
率、Ｃ：ステファン・ボルツマン定数、ｍ：形態係数で
ある。なお、ここでの形態係数ｍは、ハースライナ３３
と冷却ハース３５の形状により“１”として扱うことが
できる。

【０００８】そして、式１と式２とを比較した場合、式
１から求められる熱伝導の伝熱量は両面間の温度差に比
例するのに対し、式２から求められる熱放射の伝熱量は
両面間の温度を４乗した値に影響されるため、高温側の
面温度が高温になるほど伝熱量は飛躍的に増大する。す
なわち、チタン（Ｔｉ）などの高融点金属を溶解する場
合におけるハースライナ３３の外表面温度は高温とな
り、熱放射による伝熱量が飛躍的に増大するため、十分
な断熱性を得ることは困難となってしまう。

【０００９】また、リフトオフ工法で実施する蒸着に際
しては、（１）レジスト硬化を防止するために蒸着源か
らレジストへの熱放射をできるだけ小さくすることと、
（２）ウエハの全面にわたって蒸着粒子を基板垂直に近
い角度で入射させることとが重要となる。そして、これ
らの（１），（２）を実現するにあたっては、ウエハと
蒸着源との離間距離（ＴＳ距離）をできるだけ長くする
ことが効果的である。しかしながら、成膜レートはＴＳ
距離の２乗に反比例するため、蒸着源の温度をより高温
に保持する必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、実開平６−
４６２９３号公報には、上記した問題点を解消し得ると
される蒸着用ルツボ、つまり、図８で示すような構成の
蒸着用ルツボ４１が開示されている。すなわち、この蒸
着用ルツボ４１は、蒸着材料４２を収納したハースライ
ナ４３と、このハースライナ４３を保持する冷却ハース
４４との間に、収納用のハースライナ４３に比して低熱
伝導物質である断熱用のハースライナ４５を介在させて
おり、かつ、ハースライナ４３，４５同士間及びハース
ライナ４５と冷却ハース４４との間に緩衝材４６，４７
を設けたものである。

【００１１】この蒸着用ルツボ４１においては、緩衝材
４６，４７を設けているため、これら緩衝材４６，４７
の作用によってハースライナ４３から冷却ハース４４へ
の放熱量が低減する。また、その構成部材であるハース
ライナ４３，４５と、冷却ハース４４との熱膨張率が相
互に異なっている場合でも、これらの熱膨張が緩衝材４
６，４７によって吸収される結果、構成部材の破損を招
く危険性が低くて済むという利点も確保される。

【００１２】しかしながら、このような構成とされた蒸
着用ルツボ４１では、ハースライナ４３，４５同士間と
ハースライナ４５及び冷却ハース４４間とのそれぞれに
緩衝材４６，４７を設けておく必要があるため、その構
成が複雑となってしまう。また、複雑な構成であるがゆ
えに製造方法も複雑となることが避けられず、その結果
として製造コストが非常に高くなるという不都合が生じ
る。

【００１３】本発明は上記した不都合に鑑みて創案され
たものであり、熱放射による伝熱量を低減して十分な断
熱性を得ることが可能であると共に、構成部材の破損を
招く危険性が低くて済む極めて簡素な構成とされて製造
コストの大幅な低減を実現することができる蒸着用ルツ
ボの提供を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る蒸
着用ルツボは、蒸着材料を収納するハースライナと該ハ
ースライナを保持する冷却ハースとを備えてなるもので
あって、前記ハースライナがその側面及び底面の外側に
設けられた断熱空間を介して前記冷却ハース内に保持さ
れる構成であり、かつ、前記ハースライナは互いに切り
離された複数の収納容器からなる多重構造を有し、これ
ら収納容器の相互間にも断熱空間が設けられていること
を特徴とする。

【００１５】請求項２の発明に係る蒸着用ルツボは請求
項１に記載したものであり、前記ハースライナは、内外
一対の収納容器からなる二重構造を有していることを特
徴とする。

【００１６】請求項３の発明に係る蒸着用ルツボは請求
項１または請求項２に記載したものであり、蒸着材料は
Ｔｉなどの高融点金属であることを特徴とする。

【００１７】請求項４の発明に係る蒸着用ルツボは請求
項１〜請求項３のいずれかに記載したものであり、リフ
トオフ工法による蒸着時に使用されることを特徴とす
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係る蒸着用
ルツボの全体構成を示す側断面図、図２はハースライナ
を構成して外側に配置される収納容器の構成を示す側断
面図であり、図３はハースライナを構成して内側に配置
される収納容器の構成を示す側断面図である。また、図
４は収納容器の温度と放出熱量との関係を示す線図であ
り、図５は外側に配置される収納容器の変形例構成を示
す側断面図である。なお、図１中の符号１は、蒸着用ル
ツボを示している。

【００１９】本実施の形態に係る蒸着用ルツボ１は、高
融点金属であるチタン（Ｔｉ）などの蒸着材料２を収納
するハースライナ３と、このハースライナ３を収納して
保持する水冷式の冷却ハース４とを備えている。そし
て、ここでのハースライナ３は互いに切り離された内外
一対の収納容器５，６からなる二重構造を有しており、
外側に配置される収納容器５は、その側面及び底面の外
側に設けられた真空層である断熱空間７，８を介して冷
却ハース４内に保持される構成となっている。

【００２０】また、ハースライナ３の内側に配置される
収納容器６は、実際に蒸着材料２を収納するものであ
り、収納容器５よりも一回りほど小さな外形状を有して
いる。そして、この収納容器６は、側面及び底面の外側
に設けられた真空層である断熱空間９，１０を介したう
え、外側に配置された収納容器５内に収納されている。
なお、冷却ハース４は銅（Ｃｕ）を用いて作製されたも
のであり、図１中の符号１１は冷却ハース４に供給され
る冷却水を示している。

【００２１】さらに、これら収納容器５，６の各々はカ
ーボン（黒鉛）を用いたうえでの有底筒形状、いわゆる
桶形状として作製されたものであり、ハースライナ３の
外側に配置される収納容器５の内外面に対してはその全
面にわたる金属コーティングが施されている。一方、ハ
ースライナ３の内側に配置される収納容器６の外面に対
しても、金属コーティングが施されている。なお、図１
〜図３中の符号１２は収納容器５に施された金属コーテ
ィング層、また、符号１３は収納容器６に施された金属
コーティング層を示しており、これらの金属コーティン
グ層１２，１３は、蒸着やスパッタリング、ＣＶＤやメ
ッキなどの方法で形成される。

【００２２】ところで、コーティング金属としては基本
的に蒸着材料（Ｔｉ）よりも高融点の金属を用いる必要
があり、具体的には、チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃ
ｒ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ），モリブ
デン（Ｍｏ），ジルコニア（Ｚｒ）などが用いられる。
なお、ハースライナ３の内側に配置されて蒸着材料２を
収納する収納容器６の内面については、蒸着材料２との
反応が生じることを防止する必要があるため、金属コー
ティング層が形成されていない。

【００２３】すなわち、これら収納容器５，６のそれぞ
れに対して金属コーティングを施している目的は、熱輻
射率を低減して反射率を大きくすることにあり、カーボ
ン自体の熱輻射率が０．７５以上であるのに対し、上記
した金属それぞれの熱輻射率は０．２以下となってい
る。なお、カーボンの反射率が約０％であるのに対し、
上記した金属の反射率は少なくとも１０〜９０％程度と
なる。

【００２４】つぎに、本実施の形態に係る構成とされた
蒸着用ルツボ１であれば、熱放射による伝熱量が低下す
る原理を説明する。まず、ハースライナ３を構成してい
る内側の収納容器６から外側の収納容器５へと向かって
放出される熱量をＱ１、外側の収納容器５から冷却ハー
ス４ヘ放出される熱量をＱ２とし、内側に配置された収
納容器６の温度をＴ１、冷却ハース４の温度をＴ２（Ｔ
１＞＞Ｔ２）とする。

【００２５】この時、外側に配置された収納容器５の温
度Ｔをパラメータとし、Ｑ１とＱ２を上記の式２に基づ
いて計算すると、図４で示すような関係が得られる。な
お、この図４における横軸は収納容器５の温度Ｔ
（℃）、縦軸はその放出熱量（任意単位）であり、図４
中のＱ１，Ｑ２は収納容器５が存在しない単一構造のハ
ースライナ３、つまり、内側の収納容器６のみが存在し
ているとした場合の収納容器６から冷却ハース４へと放
出される熱量で予め規格化されている。

【００２６】そして、図４で明らかとなる関係によれ
ば、ＴがＴ２に近い低温の時にはＱ１＞Ｑ２であるた
め、外側に配置された収納容器５の温度Ｔは上昇する。
一方、実際には起こり得ないが、ＴがＴ１に近い高温に
なった場合を仮定すると、Ｑ１＜Ｑ２となるため、収納
容器５の温度Ｔは低下することになる。従って、ハース
ライナ３の外側に配置された収納容器５の温度はＱ１＝
Ｑ２となる温度Ｔ０で安定する。なお、実際に計算を行
ってみたところ、Ｔ０は（Ｔ１−Ｔ２）の約８５％であ
った。

【００２７】さらに、この時、内側に配置された収納容
器６から外側に配置された収納容器５へと放出される熱
量は、外側の収納容器５が存在しないとした場合の１／
２になる。そして、外側に配置された収納容器５につい
ては、内側の収納容器６から流入する熱量と冷却ハース
４に放出される熱量とが互いに等しくなるため、その熱
量収支は零となる。そこで、内側の収納容器６から外部
の冷却ハース４へと流出する熱エネルギーは、ハースラ
イナ３が単一構造である場合、つまり、収納容器５が存
在しない場合の１／２であるといえる。

【００２８】ここで、仮に、ハースライナ３が三つの収
納容器を組み合わせた三重構造である場合には、最も内
側に配置された収納容器から冷却ハース４へと放出され
る熱量が当初の１／３となり、熱閉じ込め効率がさらに
よくなると考えられる。しかし、三重以上の多重構造を
採用した場合には、蒸着材料２を直接的に収納する収納
容器の容積が小さくなり、多量の蒸着材料２を収納しが
たくなるという弊害が生じる。但し、蒸着量が少なくて
よい場合は、さらに小さい同形状の収納容器を作製すれ
ばよいだけであり、その対応自体は非常に簡単となる。

【００２９】本実施の形態に係る蒸着用ルツボ１は、ハ
ースライナ３が内外一対の収納容器５，６からなる二重
構造を有し、かつ、これらの収納容器５，６が一体構造
ではなくて互いに切り離された構造とされている。そこ
で、蒸着材料２を収納してハースライナ３の内側に配置
された収納容器６から冷却ハース４へと熱放射される伝
熱量が、外側に配置された収納容器５が存在しない場合
の１／２にまで低減する。その結果、比較的低い電子ビ
ームパワーであっても高融点金属の蒸着が可能となり、
同時に、熱膨張率の差に起因した構成部材の破損を防止
することも可能となる。

【００３０】すなわち、本実施の形態に係る構成の蒸着
用ルツボ１を使用し、本発明の発明者らが高融点金属で
あるＴｉ（融点：１６７５℃）の蒸着実験を行ったとこ
ろ、蒸着装置における電子ビームパワーの上限値（２５
０ｍＡ×３ｋＶ＝７．５Ｗ）の約８０％の出力であって
も１ｎｍ／ｓｅｃの成膜レートが得られた。そして、ハ
ースライナ３を構成する収納容器５，６が互いに切り離
されており、これら両者の温度差に起因して発生する膨
張率の差による応力が蓄積されないため、破損の恐れも
ないことが確認されている。

【００３１】なお、例え、破損することがあったとして
も内側の収納容器６だけであり、蒸着材料２と直接には
接触していない外側の収納容器５が破損することはあり
得ない。従って、本実施の形態に係る構成とされた蒸着
用ルツボ１であれば、破損した収納容器６だけを交換す
ればよいことになり、収納容器５については半永久的に
使用可能となる結果、非常に経済的であるという利点が
確保される。また、万が一、収納容器５，６を交換する
必要が生じたとしても、これらはカーボン製であり、か
つ、簡単な形状を有するに過ぎないため、安価な費用で
作製できることは明らかである。

【００３２】これに対し、蒸着用ルツボ１の備えている
ハースライナ３が単層構造である場合、つまり、蒸着材
料２を収納する内側の収納容器６のみからなるハースラ
イナ３である場合には、電子ビームパワーを上限値に設
定しても、蒸着源温度が十分高くはならず、蒸着するこ
とが不可能であった。また、電源を交換して強制的に電
子ビームパワーを引き上げた場合には、蒸着開始可能と
なる以前の時点で単層構造のハースライナ３が破損する
ことも確認されている。

【００３３】さらに、リフトオフ工法で実施される蒸着
では、（１）蒸着源からレジストへの熱放射をできるだ
け小さくし、かつ、（２）ウエハの全面にわたって蒸着
粒子を基板垂直に近い角度で入射させることが重要とな
る。そして、これらの（１），（２）を実現するにはウ
エハと蒸着源との離間距離（ＴＳ距離）をできるだけ長
くすることが効果的であり、そのためには蒸着源の温度
をより高温に保持する必要がある。このような必要性に
対し、本実施の形態に係る構成の蒸着用ルツボ１であれ
ば、上記したように、ハースライナ３の内側に配置され
た収納容器６から冷却ハース４へと熱放射される伝熱量
が１／２程度にまで少なくなるので、蒸着源の温度をよ
り高温に保持し得ることも明らかである。

【００３４】ところで、本実施の形態においては、蒸着
用ルツボ１の備えるハースライナ３が内外一対の収納容
器５，６からなる二重構造であるとしているが、このよ
うな構成に限定されず、例えば、側面及び底面それぞれ
の外側に設けられた断熱空間７，８を介して冷却ハース
４内に保持されるハースライナ３が、互いに切り離され
た複数の収納容器からなる多重構造を有しており、か
つ、これら収納容器の相互間にも断熱空間が設けられた
構成であってもよい。また、蒸着材料２がＴｉに限られ
ることはなく、Ｔｉ以外の高融点金属であってもよいこ
とは勿論である。

【００３５】さらに、本実施の形態では、カーボンから
なる収納容器５の全面にわたって金属コーティングを施
すとしているが、図５で示すように、ハースライナ３の
外側に配置される収納容器５自体をＴｉやＣｒなどのよ
うな高融点の金属によって直接的に作製してもよい。こ
のようにすれば、カーボン製の収納容器５に対する金属
コーティングが不要となる。なお、ハースライナ３の内
側に配置されて蒸着材料を収納する収納容器６について
は、蒸着材料との反応を防止する必要があるので、この
収納容器６をコーティング金属と同等の金属で直接的に
作製すべきでないことは当然である。

【００３６】

【発明の効果】請求項１または請求項２の発明に係る蒸
着用ルツボは、ハースライナがその側面及び底面の外側
に設けられた断熱空間を介して冷却ハース内に保持され
る構成であり、かつ、このハースライナが互いに切り離
された複数の収納容器からなる多重構造、または、内外
一対の収納容器からなる二重構造を有し、これら収納容
器の相互間にも断熱空間を設けたものとなっている。そ
のため、熱放射による伝熱量を低減することが可能とな
り、十分な断熱性を得ることができる。また、伝熱量が
低減する結果、極めて簡素な構成であるにも拘わらず、
構成部材の破損を招く危険性が低くて済むことになり、
製造コストの大幅な低減を実現することができるという
効果が得られる。

【００３７】請求項３の発明に係る蒸着用ルツボであれ
ば、Ｔｉなどの高融点金属である蒸着材料を極めて効率
的に蒸着することが可能になる。さらに、請求項４の発
明に係る蒸着用ルツボによれば、リフトオフ工法による
蒸着時の蒸着源を十分な高温に保持することが容易にな
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る蒸着用ルツボの全体構成を
示す側断面図である。

【図２】本実施の形態に係るハースライナを構成して内
側に配置される収納容器の構成を示す側断面図である。

【図３】本実施の形態に係るハースライナを構成して外
側に配置される収納容器の構成を示す側断面図である。

【図４】本実施の形態に係るハースライナを構成して外
側に配置される収納容器の温度と放出熱量との関係を示
す線図である。

【図５】本実施の形態に係るハースライナを構成して外
側に配置される収納容器の変形例構成を示す側断面図で
ある。

【図６】従来の形態に係る第１の蒸着用ルツボの全体構
成を示す側断面図である。

【図７】従来の形態に係る第２の蒸着用ルツボの全体構
成を示す側断面図である。

【図８】従来の形態に係る第３の蒸着用ルツボの全体構
成を示す側断面図である。

【符号の説明】

１蒸着用ルツボ２蒸着材料３ハースライナ４冷却ハース５収納容器６収納容器７断熱空間８断熱空間９断熱空間１０断熱空間１１冷却水１２金属コーティング層１３金属コーティング層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸着材料を収納するハースライナと該ハ
ースライナを保持する冷却ハースとを備えてなる蒸着用
ルツボであって、前記ハースライナがその側面及び底面の外側に設けられ
た断熱空間を介して前記冷却ハース内に保持される構成
であり、かつ、前記ハースライナは互いに切り離された
複数の収納容器からなる多重構造を有し、これら収納容
器の相互間にも断熱空間が設けられていることを特徴と
する蒸着用ルツボ。
【請求項２】前記ハースライナは、内外一対の収納容
器からなる二重構造を有していることを特徴とする請求
項１に記載の蒸着用ルツボ。
【請求項３】蒸着材料は、高融点金属であることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸着用ルツ
ボ。
【請求項４】リフトオフ工法による蒸着時に使用され
ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記
載の蒸着用ルツボ。