JP2004269907A

JP2004269907A - 真空蒸着装置

Info

Publication number: JP2004269907A
Application number: JP2003058253A
Authority: JP
Inventors: Takao Tonoi; 孝夫御宿
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】坩堝と真空チャンバー間の真空シール性の低下を防止する。
【解決手段】真空チャンバー１の上部中央に基板４をセットした基板ホルダー５が、基板ホルダー５の下方に蒸発材料６を収容する凹部７を有する坩堝８が上下方向に移動可能にチャンバー底壁１Ｌに取り付けられている。第１円筒体１６の一端をチャンバー底壁１Ｌに取り付け、第１円筒体より少し径の大きい第２円筒体１７の他端部を坩堝８の上側面に取り付け、坩堝８を最大限上昇移動させた時に、第１円筒体１６の他端部と第２円筒体１７の一端部が重なる長さにこれらの円筒体を形成している。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、上下方向に移動可能な坩堝を備えた真空蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空蒸着装置は、光学レンズの反射防止膜等、幅広く成膜に使われている。
真空蒸着装置は、真空チャンバー内に置かれた蒸発材料を加熱蒸発させ、蒸発粒子を基板に付着させるもので、加熱方法には、抵抗加熱によって蒸発材料を加熱蒸発させる方法や、電子ビーム加熱により蒸発材料を加熱蒸発させる方法等があり、蒸着方法には、蒸発粒子をそのまま基板に付着させる方法や、蒸発粒子をイオン化して付着させる方法等がある。
図１は真空蒸着装置の１概略例を示したものである。
図中１は真空チャンバーで、排気通路２を通じて真空ポンプ３により排気されるように成っている。
真空チャンバー１の上壁中央には、基板４がセットされた基板ホルダー５が取り付けられている。
基板ホルダー５の下方のチャンバー底壁１Ｌには孔が開けられており、この孔に、蒸発材料６を収容するための凹部７が設けられた坩堝８が、真空チャンバー外に設けられた駆動機構９により、上下方向（基板に近づく方向及び基板から遠ざかる方向）に移動可能に取り付けられている。
１０は電子銃で、該電子銃は、ここからの電子ビームが偏向器（図示せず）により２７０゜偏向され、凹部７に収容された蒸発材料６を衝撃加熱する位置に配設されている。尚、電子銃１０と凹部７との間には、電子銃１０から発生し、偏向器（図示せず）で２７０゜偏向された電子ビームＥＢで蒸発材料上を走査させるための走査用コイル（図示せず）が設けられている。
１１は、凹部７からの蒸発粒子の基板ホルダー５方向への飛散を遮蔽することが出来るシャッターで、支持棒１２及び回転軸１３を介してモーター１４により回転可能に取り付けられている。
尚、前記坩堝８の上下移動を司る駆動機構９、シャッター１１の回転を司るモーター１４、真空ポンプ３、電子銃１０、偏向器（図示せず）及び走査コイル（図示せず）は制御装置（図示せず）の指令に従って作動する。
【０００３】
この様な構成の真空蒸着装置で基板上に成膜を行う場合、先ず、真空チャンバー１内を真空ポンプ３により真空排気する。
【０００４】
真空チャンバー１内が所定の真空度に達したら、電子銃１０を作動させる。この時、既に、モーター１４の作動によりシャッター１１は坩堝８と基板４との間、即ち、遮蔽位置に来ている。
【０００５】
電子銃１０の作動により、該電子銃からの電子ビームＥＢは偏向器（図示せず）により２７０゜偏向され、凹部７に収容されている蒸発材料６に当たる。そして、走査コイル（図示せず）の働きにより、電子ビームＥＢは該蒸発材料８上を走査する。尚、電子銃１０はフィラメント，グリッド及びアノードから成り、フィラメントから発生した電子ビームは、グリッドを介して一定の開き角でアノードを通過し、偏向器などの構造の工夫により、蒸発材料６の溶融面が所定の高さにある時に、その溶融表面上で一定の径のスポット状断面を成して当たるように成っている。この時のスポット径を基準スポット径と称す。
【０００６】
この電子ビームの衝撃により、蒸発材料は加熱され、やがて蒸発を始める。
この蒸発が安定したら、モーター１４の作動により、シャッター１１は坩堝８と基板４を結ぶライン上から大きく外れた位置に回転移動する。
該移動により、凹部７からの蒸発粒子は基板４に到達し、これらの表面に薄膜状に付着する。
【特許文献１】
特開平９−１４３６９７号公報
【特許文献２】
特開平６− ７３５４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、坩堝８に収容された蒸発材料６の蒸発が進んでいくと、該蒸発時間に応じて蒸発材料の溶融表面の高さが低くなる。すると、高さの変化につれて、その溶融表面上の電子ビームスポット径が基準スポット径に対して徐々に大きくなり、溶融表面上の電子ビームスポットが徐々にぼけてくる。
この様に溶融表面上での電子ビームがぼけてくると、溶融表面上での電子ビームの単位面積当たりのビーム量、即ち、電子密度が低下し、蒸発材料に対する衝撃力が弱くなり、蒸発材料の蒸発量が低下してくる。この結果、基板上での成膜に斑が発生し、成膜製品の質が悪化する。
【０００８】
そこで、蒸発時間に関係づけて、駆動機構９により坩堝８を基板方向に漸次上昇させ、蒸着時においては、常に、蒸発材料の溶融表面が所定の高さに維持されるように成している。
【０００９】
所で、坩堝８と接するチャンバー底壁１Ｌの孔部内面には、チャンバー１内の真空を維持するために、図２に示す様に、例えば、オーリング１５の如き真空シール手段が設けられており、このオーリング１５により真空シールされながら坩堝８は基板方向に移動させられる。図２の（ａ）は蒸発材料がたっぷり入っている初期の蒸着時の状態を示し、図２の（ｂ）は蒸発材料が可成り減ってきた終期の蒸着時の状態を示している。
【００１０】
この様な坩堝８の移動により、坩堝８が初期の蒸着時に底壁１Ｌの孔部内面と接していたシール面が真空チャンバー１内に移動するので、蒸発材料の蒸発粒子で蒸着されてしまう。
【００１１】
そして、坩堝８が元の所定位置に戻された時、シール面とオーリング１５との間に蒸着膜が介在することになり、真空シール性が低下する。しかも、この膜は一様に付いていないので、真空シール性の低下は著しい。
【００１２】
本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規な真空蒸着装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく真空蒸着装置は、蒸発材料を収容し、その一部が真空チャンバー壁にシールされた状態で支持された坩堝、蒸発材料を衝撃して蒸発材料を蒸発させるための電子ビームを発生する電子照射手段、及び蒸発粒子が膜状に付着させられる基板をセットした基板ホルダーを備え、坩堝を基板に近づく方向及び基板から離れる方向に移動可能に成した真空蒸着装置において、坩堝側面を筒状体で囲う様に成したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の態様の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図３は本発明の真空蒸着装置の一部概略例を示しており、図３の（ａ）は蒸発材料６がたっぷり入っている初期の蒸着時の状態を示し、図３の（ｂ）は蒸発材料６が可成り減ってきた終期の蒸着時の状態を示している。図中、前記図１及び２にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
【００１６】
図中１６は一端がチャンバー底壁１Ｌに取り付けられた第１円筒体、１７は他端部が坩堝８の上側面に取り付けられ、前記第１円筒体より少し径の大きい第２円筒体で、これらの円筒体は、坩堝８を最大限移動させた時（図３の（ｂ）に近い状態）に、前記第１円筒体１６の他端部と第２円筒体１７の一端部が重なる長さに形成されている。
【００１７】
尚、第１円筒体１６の他端部と第２円筒体の一端部に互いに向かい合う様な鍔を設けても良い。
【００１８】
この様な構成の円筒体が側面周囲に設けられた坩堝８を図１に示す如き真空蒸着装置に取り付けた場合を想定し、基板４上に成膜を行う動作について説明する。
先ず、真空チャンバー１内を真空ポンプ３により真空排気する。
【００１９】
真空チャンバー１内が所定の真空度に達したら、電子銃１０を作動させる。この時、既に、モーター１４の作動によりシャッター１１は坩堝８と基板４との間、即ち、遮蔽位置に来ている。又、坩堝８の凹部７内に蒸発材料６が満たされており、その溶融表面が所定の高さ成るように駆動機構９は坩堝８を移動させている。
【００２０】
電子銃１０の作動により、該電子銃から発生した電子ビームＥＢは偏向器（図示せず）により２７０゜偏向され、凹部７に収容されている蒸発材料６の表面に当たる。そして、走査コイル（図示せず）の働きにより、電子ビームＥＢは該蒸発材料６上を走査する。この電子ビームの衝撃により、蒸発材料は加熱され、やがて蒸発を始め、この蒸発が安定したら、モーター１４の作動により、シャッター１１を坩堝８と基板４とを結ぶライン上から大きく外れた位置に回転移動させ、凹部７からの蒸発粒子を基板４の表面に薄膜状に付着させる。
この蒸着においては、蒸着時間と、蒸発材料の溶融表面の高さの変化との関係に基づいて、駆動機構９は坩堝８を上昇移動させ、常に、溶融表面の高さが所定の高さになるようにしている。
図３の（ａ）は蒸発材料６がたっぷり入っている初期の蒸着時の状態を示しており、坩堝８は移動しておらず、第２円筒体１７は第１円筒体１６に完全に覆っている。
図３の（ｂ）は、蒸着時間が経つに従って徐々に坩堝８を上昇させ、蒸発材料６が可成り減ってきた時、即ち、坩堝８が最大限移動させた時に近い状態を示しており、前記第１円筒体１６の他端部と第２円筒体１７の一端部が重なる状態となっている。
この様に、坩堝８の凹部７に収容された蒸発材料６の蒸着を行っている間、坩堝８の真空シール面（坩堝８が初期の蒸着時に底壁１Ｌの孔部内面と接していた面）を含む坩堝８の側面が第１円筒体１６と第２円筒体１７によって、蒸発粒子の付着から守られている。この結果、坩堝８が元の所定位置に戻された時、シール面とオーリング１５との間に蒸着膜が全く介在することが無く、真空シール性が悪化しない。
図４は本発明の真空蒸着装置の他の一部概略例を示しており、図４の（ａ）は蒸発材料６がたっぷり入っている初期の蒸着時の状態を示し、図４の（ｂ）は蒸発材料６が可成り減ってきた終期の蒸着時の状態を示している。
この例においては、３個の円筒体１８，１９，２０が使用されており、第１円筒体１８の一端部が真空チャンバー底壁１Ｌに取り付けられ、第３円筒体２０の他端部が坩堝８の側面上部に取り付けられ、第２円筒体１９は何処にも固定されておらず、第１円筒体１８の径より第２円筒体１９の径が大きく、第２円筒体の径より第３円筒体２０の径が大きく形成されている。又、第３円筒体２０の一端部と第２円筒体１９の他端部には互いに向き合う鍔が設けられ、第２円筒体１９の一端部と第１円筒体の他端部には互いに向き合う鍔が設けらており、坩堝８を最大限移動させた時（図４の（ｂ）に近い状態）に、第２円筒体１９の他端部が第３円筒体２０一端部と引っかかり合い、第２円筒体１９の一端部が第１円筒体１８の他端部と引っかかり合う様に構成されている。
尚、坩堝８を最大限移動させた時（図４の（ｂ）に近い状態）に第２円筒体１９の一端部が第１円筒体１８の他端部に重なればよいので、必ずしも引っかかり合う必要はなく、離れて向かい合った状態でも良い。又、坩堝８を最大限移動させた時（図４の（ｂ）に近い状態）に第２円筒体１９の一端部が第１円筒体１８の他端部に重なればよいので、第２円筒体１９の一端部と第１円筒体１８の他端部に鍔部を必ずしも設けなくても良い。
図４の（ａ）は蒸発材料６がたっぷり入っている初期の蒸着時の状態を示しており、坩堝８は移動しておらず、第１円筒体１８は第２円筒体１９で完全に覆われており、第２円筒体１９は第３円筒体２０で完全に覆われている。
図４の（ｂ）は、蒸着時間が経つに従って徐々に坩堝８を上昇させ、蒸発材料６が可成り減ってきた時、即ち、坩堝８が最大限移動させた時に近い状態を示して示しており、前記第１円筒体１８の他端部と第２円筒体１９の一端部が引っかかり合い、第２円筒体１９の他端部と第３円筒体２０の一端部が引っかかり合った状態に成っている。
この様に、坩堝８の凹部７に収容された蒸発材料６の蒸着を行っている間、坩堝８の真空シール面（坩堝８が初期の蒸着時に底壁の孔部内面と接していた面）を含む坩堝８の側面が第１円筒体１８，第２円筒体１９及び第３円筒体２０によって、蒸発粒子の付着から守られている。この結果、坩堝８が元の所定位置に戻された時、シール面とオーリング１５との間に蒸着膜が全く介在することが無く、真空シール性が悪化しない。
尚、上記例は、３個の円筒体を使用する場合であるが、４個以上の円筒体を使用しても同様な効果が得られる。特に、坩堝が大型化等により蒸発材料を収容する凹部を深くし、坩堝の上下移動量を大きくした場合には、有効である。
この様に４個以上の円筒体を使用した場合には、Ｎ（Ｎ≧４）個の円筒体の内、１番目の円筒体の一端部が真空チャンバー底壁１Ｌに取り付けられ、Ｎ番目の円筒体の他端部が坩堝８の上部に取り付けられ、坩堝８が基板４に最も近づく様に移動した時（即ち、坩堝を最大上昇移動させた時）に１番目の円筒体の他端部と２番目の円筒体の一端部が重なり、Ｉ（３≦Ｉ＜Ｎ）番目の円筒体の一端部が（Ｉ−１）番目の円筒体の他端部と引っかかり合い、Ｉ番目の円筒体の他端部が（Ｉ＋１）番目の円筒体の一端部と引っかかり合う様に成す。尚、３個の円筒体を使用した場合と同様に、２番目の円筒体の一端部と１番目の円筒体の他端部に鍔部を必ずしも設けなくても良い。
図５は本発明の真空蒸着装置の他の一部概略例を示しており、図５の（ａ）は蒸発材料６がたっぷり入っている初期の蒸着時の状態を示し、図５の（ｂ）は蒸発材料６が可成り減ってきた終期の蒸着時の状態を示している。
この例においては、一端部が真空チャンバ底壁１Ｌに取り付けられ、他端部が坩堝上部に取り付けられた筒状の伸縮体２１が使用されている。この例では、伸縮体としてベローズが使用されている。
図５の（ａ）は蒸発材料６がたっぷり入っている初期の蒸着時の状態を示しており、坩堝８は移動しておらず、坩堝８の、伸縮体取り付け部以下の側面は筒状の伸縮体２１で完全に覆われておいる。又、図５の（ｂ）は、蒸着時間が経つに従って徐々に坩堝８を上昇させ、蒸発材料６が可成り減ってきた時、即ち、坩堝８が最大限移動させた時に近い状態を示して示しており、筒状の伸縮体２１が伸びているが、依然として坩堝８の、伸縮体取り付け部以下の側面は筒状伸縮体２１で完全に覆われている。
この様に、坩堝８の凹部７に収容された蒸発材料６の蒸着を行っている間、坩堝８の真空シール面（坩堝８が初期の蒸着時に底壁の孔部内面と接していた面）を含む坩堝８の側面が筒状伸縮体２１によって、蒸発粒子の付着から守られている。この結果、坩堝８が元の所定位置に戻された時、シール面とオーリング１５との間に蒸着膜が全く介在することが無く、真空シール性が悪化しない。
尚、前記例では、筒状伸縮体としてベローズを使用する例を示したが、ベローズの代わりに、薄い帯状の金属板を渦巻き状に巻き、全体として筒状になっているものを使用しても良い。
図６は本発明の真空蒸着装置の他の一部概略例を示しており、図６の（ａ）は蒸発材料６がたっぷり入っている初期の蒸着時の状態を示し、図６の（ｂ）は蒸発材料６が可成り減ってきた終期の蒸着時の状態を示している。
この例においては、上端と下端に鍔２２Ｕ，２２Ｄを持ち、坩堝側面との間に隙間が出来る程度の内径の円筒体２２の下端の鍔２２Ｄを真空チャンバー底壁１Ｌに固定している。
図６の（ａ）は蒸発材料６がたっぷり入っている初期の蒸着時の状態を示しており、坩堝８は移動しておらず、坩堝の８の側面は円筒体２２で完全に覆われておいる。又、図６の（ｂ）は、蒸着時間が経つに従って徐々に坩堝８を上昇させ、蒸発材料６が可成り減ってきた時、即ち、坩堝８が最大限移動させた時に近い状態を示しており、坩堝側面は円筒体２２で完全に覆われている。
この様に、坩堝８の凹部７に収容された蒸発材料６の蒸着を行っている間、坩堝８の真空シール面（坩堝８が初期の蒸着時に底壁の孔部内面と接していた面）を含む坩堝８の側面が円筒体２２によって、蒸発粒子の付着から守られている。この結果、坩堝８が元の所定位置に戻された時、シール面とオーリング１５との間に蒸着膜が全く介在することが無く、真空シール性が悪化しない。
尚、この例の場合には、円筒体２２と坩堝側面間の隙間から、僅かではあるが、蒸発粒子が入り込む恐れがある。
前記例は、蒸発粒子をそのままの状態で基板に付ける装置について取り上げたが、本発明は、基板と坩堝の間に高周波電極等の電極を配置して、蒸発粒子をイオン化し、イオン化した粒子（中性粒子も含む）を基板に付けるイオンプレーティング装置や、真空チャンバー内若しくはチャンバー外に別に設けたプラズマ源からの電子を蒸発粒子に衝突させて蒸発粒子をイオン化し、イオン化した粒子（中性粒子も含む）を基板に付ける装置等にも応用可能である。
又、前記例では、蒸発材料を収容するための凹部が１個設けられた坩堝を使用した真空蒸着装置を示したが、複数の凹部を有し、坩堝を回転させることによって電子ビームで加熱される蒸発材料を収容する凹部を電子ビーム照射位置に移動させることが出来る坩堝を使用した真空蒸着装置にも本発明は応用できることはいうまでもない。この場合、坩堝が回転しても、図３及び図４においては坩堝に取り付けられた円筒体だけが同期して回転するので真空シール効果に何ら支障はない。又、図６においては坩堝が回転しても、円筒体は回転せず、この場合も真空シール効果に何ら支障はない。又、図５に示すの場合には、筒状伸縮体の他端部を坩堝の上部に取り付ける時に、坩堝の取り付け面の周辺に近い同一半径ラインに沿って環状の溝を掘り、その溝内に溝の径より小さいが、該溝の開口から抜けない大きさの径を有する球状体をはめ込み、この球状体に筒状伸縮体の他端部の先端と接続すれば、坩堝が回転しても、溝内で球状体が滑り、筒状伸縮体は回転せず、この場合も真空シール効果に何ら支障は起きない。
又、前記図３，４及び６に示す筒体は必ずしも円筒形状のものでなくとも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空蒸着装置の一概略例を示したものである。
【図２】従来の真空蒸着装置の一部概略例を示したものである。
【図３】本発明の真空蒸着装置の一部概略例を示したものである。
【図４】本発明の真空蒸着装置の他の一部概略例を示したものである。
【図５】本発明の真空蒸着装置の他の一部概略例を示したものである。
【図６】本発明の真空蒸着装置の他の一部概略例を示したものである。
【番号の説明】
１…真空チャンバー
２…排気通路
３…真空ポンプ
４…基板
５…基板ホルダー
６…蒸発材料
７…凹部
８…坩堝
９…駆動機構
１０…電子銃
１１…シャッター
１２…支持棒
１３…回転軸
１４…モーター
１Ｌ…チャンバー底壁
１５…オーリング
１６…第１円筒体
１７…第２円筒体
１８…第１円筒体
１９…第２円筒体
２０…第３円筒体
２１…筒状伸縮体
２２…円筒体
２２Ｕ，２２Ｄ…鍔

Claims

蒸発材料を収容し、その一部が真空チャンバー壁にシールされた状態で支持された坩堝、蒸発材料を衝撃して蒸発材料を蒸発させるための電子ビームを発生する電子照射手段、及び蒸発粒子が膜状に付着させられる基板をセットした基板ホルダーを備え、坩堝を基板に近づく方向及び基板から離れる方向に移動可能に成した真空蒸着装置において、坩堝側面を筒状体で囲う様に成したことを特徴とする真空蒸着装置。
筒状体は２つの筒状体から成り、一方の筒状体の一端部が真空チャンバー壁に取り付けられ、他方の筒状体の他端部が坩堝の上部に取り付けられており、坩堝が基板に最も近づく様に移動した時に、一方の筒状体の他端部と他方の筒状体の一端部が重なるように成した請求項１記載の真空蒸着装置。
筒状体は３個の筒状体から成り、１番目の筒状体の一端部が真空チャンバー壁に取り付けられ、３番目の他端部が坩堝の上部に取り付けられており、坩堝が基板に最も近づく様に移動した時に１番目の筒状体の他端部と２番目の筒状体の一端部が重なり、２番目の筒状体の他端部が３番目の一端部と引っかかり合う様に成した請求項１記載の真空蒸着装置。
筒状体はＮ（Ｎ≧４）個の筒状体から成り、１番目の筒状体の一端部が真空チャンバー壁に取り付けられ、Ｎ番目の筒状体の他端部が坩堝の上部に取り付けられており、坩堝が基板に最も近づく様に移動した時に１番目の筒状体の他端部と２番目の筒状体の一端部が重なり、Ｉ（３≦Ｉ＜Ｎ）番目の筒状体の一端部が（Ｉ−１）番目の筒状体の他端部と引っかかり合い、Ｉ番目の筒状体の他端部が（Ｉ＋１）番目の筒状体の一端部と引っかかり合う様に成した請求項１記載の真空蒸着装置。
筒状体は、一端部が真空チャンバー壁に取り付けられ、他端部が坩堝上部に取り付けられた伸縮部材から成る請求項１記載の真空蒸着装置。
筒状体はベローズから成る請求項５記載の真空蒸着装置。
筒状体は帯状の金属板を渦巻き状に巻いたものから成る請求項５記載の真空蒸着装置。
筒状体は、坩堝側面との間に隙間が出来るように、一端部が真空チャンバー壁に取り付けられている請求項１記載の真空蒸着装置。