JP2012246534A - 蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着材料の無駄な使用を防止し、基板表面に質の良い薄膜を形成する。
【解決手段】蒸着装置は、基板６を保持するホルダ１３と複数の容器１とエネルギー発生手段５と移動機構２と重量測定機構４とを備えている。複数の容器１は、基板６の表面に形成する薄膜の原料である蒸着材料を収容する。エネルギー発生手段５は、ホルダ１３に対して位置決めされており、容器１に収容された蒸着材料を気化させるエネルギーを発する。移動機構２は、複数の容器１から選択した一の容器１を、エネルギー発生手段５から発せられたエネルギーを付与できる蒸着ポジションへ移動させる。重量測定機構４は、容器１内の蒸着材料の重量を測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板の表面に薄膜を形成する蒸着装置に関する。

近年の技術の発展に伴い、基板に複数層の薄膜を形成する蒸着装置が実用化されている。特許文献１には、蒸着材料として昇華性材料または有機材料を用いる蒸着装置が開示されている。この蒸着装置は、蒸着材料が入れられる多数の蒸着ボードを備えている。蒸着装置は、各々の蒸着ボード内の蒸着材料を加熱するための電極ジグを備えている。薄膜が形成される基板は、これらの蒸着ボードに対向して配置される。蒸着材料が加熱されると、蒸着材料が昇華または蒸発し、基板の表面に蒸着材料からなる薄膜が形成される。特許文献１の図７に記載されているように、蒸着ボートおよび電極ジグは放射状に８つ配置されている。各々の蒸着ボードに収容された蒸着材料を順番に基板表面に堆積させることで、基板上に多層膜を形成することができる。

特許文献２には、蒸着材料を入れる複数の坩堝を備えた真空蒸着装置が開示されている。この真空蒸着装置は、内部を真空状態に維持することのできる真空チャンバを備えている。薄膜が形成される基板を支持する基板ホルダは、チャンバ内の坩堝に対向して設けられている。チャンバ内には、坩堝内の蒸着原料を加熱溶融して蒸発させる加熱手段として、電子ビームを発射する電子銃が設けられている。

特許文献２の図４〜図６に記載の蒸着装置は、４種類の蒸着原料をそれぞれ個別に収容する４個の坩堝と、蒸着原料を収容した所定の坩堝を所定の加熱位置（電子ビーム照射位置）に移動させる回転機構と、を備えている。１つの材料種の蒸着作業が完了したら、次に蒸着する蒸着原料を収容した坩堝を加熱位置に移動させて、連続して異なる材料種の蒸着作業を行うことができる。これにより、基板の表面に多層膜を形成することが出来る。

特許文献３には、チャンバと、蒸着物質が入れられた複数の坩堝とを備えた蒸着装置が開示されている。坩堝は回転（公転）移動可能に構成されている。この蒸着装置は、蒸着物質を収容した複数の坩堝のうちのいずれか一つを局所的に加熱する加熱部を具備する蒸発源を備えている。この加熱源は電子ビームの発生源であって良いことが記載されている。

特開２００６−２６５５７６号公報 特開２００６−０１６６２７号公報 特開２００７−３０２９９０号公報

特許文献１〜３に記載の蒸着装置では、各々の坩堝内に収容されている蒸着材料の残量を把握することができない。複数の蒸着材料を順番に基板の表面に堆積させている間に蒸着材料が枯渇することがある。しかしながら、容器内の蒸着材料の残量を把握できないため、蒸着材料の枯渇に気付かず、基板表面に薄膜を十分に形成できないことがある。特に、複数の蒸着材料を順番に基板表面に堆積する場合には、１つ容器内の蒸着材料の枯渇に気付かないまま、連続して他の容器内の蒸着材料を基板に蒸着してしまうことがある。この場合、当該他の容器に収容された蒸着材料を無駄に使用してしまう。また、蒸着材料の残量が把握できないため、蒸着材料の残量に応じて加熱量を調整できず、基板表面に形成される薄膜の質が劣化することがある。

本発明の蒸着装置は基板の表面に薄膜を形成する装置に関する。この蒸着装置は、基板を保持するホルダと複数の容器とエネルギー発生手段と移動機構と重量測定機構とを備えている。複数の容器は、基板の表面に形成する薄膜の原料である蒸着材料を収容する。エネルギー発生手段は、ホルダに対して位置決めされており、容器に収容された蒸着材料を気化させるエネルギーを発する。移動機構は、複数の容器から選択した一の容器を、エネルギー発生手段から発せられたエネルギーを付与できる蒸着ポジションへ移動させる。重量測定機構は、容器内の蒸着材料の重量を測定する。

上記構成の蒸着装置によれば、各々の容器内の蒸着材料の重量の測定結果から容器内の蒸着材料の残量を測定することができ、蒸着材料の無駄な使用を防止することができる。また、蒸着材料の残量に応じた適正な量のエネルギーを付与できるため、基板表面に質の良い薄膜を形成することができる。

第１の実施形態における蒸着装置の概略斜視図である。 蒸着装置に設けられた容器ホルダの概略斜視図である。 容器ホルダに保持された容器とその容器の重量を測定する重量測定機構とを示す概略断面図である。 容器ホルダに保持された容器とその容器内の蒸着材料を気化させるエネルギー発生手段とを示す概略断面図である。 蒸着装置に設けられた容器および重量測定機構の別の構成を示す概略断面図である。 第２の実施形態における蒸着装置の概略斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態の蒸着装置の概略斜視図である。蒸着装置は、複数の容器１、移動機構２、重量測定機構４、エネルギー発生手段５およびホルダ１３を備えている。これらの構成要素１，２，４，５，１３は、内部を減圧可能に構成されたチャンバ８内に設けられていることが好ましい。ホルダ１３は、薄膜が形成される基板６を、容器１に対向させた状態で保持する。

各々の容器１は、基板６の表面に形成する薄膜の原料である蒸着材料を収容する。基板６の表面に多層膜を形成する場合、各々の容器１には異なる蒸着材料が入れられる。

エネルギー発生手段５は、ホルダ１３に対して位置決めされており、容器１に収容された蒸着材料を気化させるエネルギーを発する。エネルギー発生手段５としては、容器１に高周波電圧を印加して容器１および容器１内の蒸着材料を加熱する加熱源や、容器１内の蒸着材料に向けて電子ビームを発する電子ビーム源などが用いられる。

蒸着材料は、エネルギー発生手段５からのエネルギーにより、蒸発および昇華等によって気化する物質であれば良い。蒸着材料は、減圧されたチャンバ８内で気化するものであれば良い。気化した蒸着材料は、ホルダ１３に保持されている基板６の表面に堆積する。これにより、基板６の表面に薄膜が形成される。

移動機構２は、複数の容器１から選択した一の容器１を、エネルギー発生手段５から発せられたエネルギーを付与できる蒸着ポジションへ移動させる。これにより、エネルギー発生手段５は、複数の容器１のうちの一の容器１に収容された蒸着材料を選択的に気化することができる。

本実施形態における移動機構２は、複数の容器１を円周上に配列して保持する容器ホルダである。この容器ホルダ２は、複数の容器１が配列した円の中心２ａ周りに回転自在に構成されている。

図２は容器１および容器ホルダ２の概略斜視図である。容器ホルダ２は、円周上に配列された複数の開口２ｂを有している。容器１は、蒸着材料を収容する収容部１ａと、収容部１ａから突出した突出部１ｂとを有している。この突出部１ｂが容器ホルダ２の開口２ｂに嵌められることによって、容器１は容器ホルダ２に保持される。複数の容器１は、容器ホルダ２の回転に伴って回転移動する。

容器ホルダ２の回転にともない、複数の容器１のうちのいずれか１つの容器１がエネルギー発生手段５からのエネルギーが供給される蒸着ポジションに配置される。容器ホルダ２の回転角を適宜調節することで、各々の容器１に収容された蒸着材料を、ホルダ１３に保持された基板６に対して同じ位置で気化することができる。これにより、基板６の表面に形成された多層膜の各層を均一に形成できる。

重量測定機構４は、容器１内の蒸着材料の重量を測定する。図３は、容器ホルダ２に保持された容器１と重量測定機構４の一例を示す概略断面図であり。この重量測定機構４は、容器１と容器１内の蒸着材料３との合計の重さを計測する重量計である。容器ホルダ２は、上下方向Ｓに移動可能に構成されている。容器ホルダ２が下方に移動して重量計４の上に置かれることで、蒸着材料３を含む容器１全体の重量が計測される。

重量測定機構４により、蒸着材料３の残量を自動的に見積もることができ、基板６への薄膜の形成中に蒸着材料の残量を把握することができる。これにより、蒸着材料の無駄な使用を防止することができる。特に、ある容器１内の蒸着材料が枯渇したことを直ぐに把握することができるため、他の容器１内の蒸着材料を無駄に使用することもなくなる。また、蒸着材料の残量を把握することで、蒸着材料の残量に応じた適正な量のエネルギーを付与できるため、基板６の表面に質の良い薄膜を形成することができる。

重量測定機構４は、ホルダ１３に対して位置決めされている。重量測定機構４は、１つの容器１が蒸着ポジションにあるときに、複数の容器１のうちの少なくとも１つの容器１の重量を測定可能な位置に設けられている。

図１に示す例では、蒸着中の蒸着材料を収容する容器１に隣接する容器１の下に重量測定機構４が配置されている。これにより、重量測定機構４は、蒸着終了直後の容器１の重量を測定することができる。可能であれば、重量測定機構４は、蒸着中の容器１の重量を測定することが出来る位置に存在していても良い。

エネルギー発生手段５は、容器１に接触しない状態で容器１に収容された蒸着材料３を加熱する非接触式の加熱手段であって良い。このような非接触式の加熱手段を用いれば、容器１および容器ホルダ２はエネルギー発生手段５に干渉することなく移動できるという利点がある。また、エネルギー発生手段５を容器１とともに移動させる必要が無いため、エネルギー発生手段５に電力を供給する配線などを容易に引き回すことが出来る。さらに、容器１ごとにエネルギー発生手段５を設ける必要が無いという利点もある。

図４は、エネルギー発生手段５としての非接触式の加熱手段の一例を示している。各々の容器１は突出部１ｂを有している。エネルギー発生手段５としての加熱手段は、複数の容器のうちの一の容器１の突出部１ｂを挟んで配置された一対の電極を有する。この電極は、高周波電圧によって突出部１ｂを介して容器１を加熱する。図４に示すように、一対の電極５は、容器１の移動を妨げないように、容器１の移動方向Ｔに交差する方向から、容器１の突出部１ｂを挟んで配置される。

図４では、非接触式の加熱手段として、高周波電圧を利用するものを例示したが、加熱方式は、赤外線、電子ビーム、ヒートポンプレーザおよびマイクロ波などであってもよい。これらの加熱手段は、蒸着材料の残量に応じて当該蒸着材料を適正な温度で加熱できるものであることが好ましい。

上記の蒸着装置を用いた蒸着方法の一例について説明する。始めに、各々の容器１に蒸着材料３を入れ、チャンバ８内を減圧する。次に、蒸着材料３が入れられた容器１を、ホルダ１３に保持された基板６に正対するポジション、つまりエネルギー発生手段５からのエネルギーを付与できる蒸着ポジションに移動させる。このポジションで、エネルギー発生手段５により蒸着材料３を気化して、基板６の表面にその蒸着材料３から成る薄膜を形成する。

次に、移動機構２により容器１を移動させて、別の容器１を蒸着ポジションに移動させる。そして、エネルギー発生手段５によりこの容器１内の蒸着材料３を気化して、基板６の表面にその蒸着材料３から成る薄膜を形成する。これらの動作を繰り返して、基板６の表面に多層膜を形成することが出来る。

重量測定機構４、蒸着中の蒸着材料を収容する容器１に隣接する容器１、つまり蒸着終了直後の容器１の重量を測定する。これにより、重量測定機構４は、蒸着終了直後の容器１の重量から蒸着材料の残量を検知することができる。

図５は、蒸着装置に備えられた容器および重量測定機構の別の構成を示している。図５において、容器１１は、移動機構２に保持される被保持部１１ｄと、ばね１１ｃを介して被保持部１１ｄの上に配置され、蒸着材料３を収容する収容部１１ａと、を有する。ばね１１ｃは、収容部１１ａおよび収容部１１ａに収容されている蒸着材料３の重量に応じて伸縮する。これにより、収容部１１ａの、被保持部１１ｄからの高さは、収容部１１ａ内の蒸着材料３の重量に応じて変化する。

重量測定機構は、収容部１１ａの被保持部１１ｄからの高さを計測するセンサ１２である。このセンサ１２によって測定された収容部１１ａの高さに基づいて、収容部１１ａ内の蒸着材料３の重量を算出することができる。

センサ１２は、光学センサなどの非接触式のセンサであることが好ましい。センサ１２が非接触式であれば、容器１および容器ホルダ２がセンサ１２に干渉することなく移動させ易いという利点がある。また、図３で説明したように、容器１および容器ホルダ２の上下方向Ｓの移動が不要になるという利点もある。

図５に示す容器１１は突出部１１ｂを有している。この突出部１１ｂは凹部を有しており、この凹部内に上記ばね１１ｃが嵌めこまれている。この突出部１１ｂは、図４に示すものと同様に、エネルギー発生手段としての一対の電極に挟まれる部分であって良い。

図６は、第２の実施形態における蒸着装置の概略斜視図である。第２の実施形態では、容器１を保持する容器ホルダ２２は、複数の容器１を直線上に配列して保持する。この容器ホルダ２２は、複数の容器１が配列した直線Ｔに沿ってスライド自在に構成されている。この場合でも、各々の容器１に収容された蒸着材料を、ホルダ１３に保持された基板６に対して同じ位置で気化することができる。これにより、基板６の表面に形成された多層膜の各層を均一に形成できる。蒸着装置のその他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、それらの説明は省略する。

以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。

例えば、上記の第１の実施形態または第２の実施形態では、容器は回転移動またはスライド移動自在に構成されている。これに限らず、容器は任意の曲線軌道に沿って移動自在に構成されていて良い。

図１および図６では、エネルギー発生手段は、１つのみ示されているが、容器ホルダに保持された幾つかまたは全部の容器の位置に応じて複数配置されていて良い。また、重量計も、容器ホルダに保持された幾つかまたは全部の容器の位置に応じて複数配置されていても良い。

１，１１ 容器
１ａ，１１ａ 収容部
１ｂ，１１ｂ 突出部
２，２２ 容器ホルダ（移動機構）
３ 蒸着材料
４ 重量測定機構
５ エネルギー発生手段
６ 基板
８ チャンバ
１１ｃ ばね
１１ｄ 被保持部
１２ センサ
１３ ホルダ

Claims (8)

1. 基板の表面に薄膜を形成する蒸着装置であって、
   前記基板を保持するホルダと、
   前記基板の表面に形成する薄膜の原料である蒸着材料を収容する複数の容器と、
   前記ホルダに対して位置決めされ、該容器に収容された前記蒸着材料を気化させるエネルギーを発するエネルギー発生手段と、
   前記複数の容器から選択した一の容器を、前記エネルギー発生手段から発せられたエネルギーを付与できる蒸着ポジションへ移動させる移動機構と、
   前記容器内の前記蒸着材料の重量を測定する重量測定機構と、を備えた蒸着装置。
2. 前記重量測定機構は、前記ホルダに対して位置決めされており、前記蒸着ポジションにおいて前記複数の容器のうちの少なくとも１つの容器の重量を測定可能な位置に設けられている、請求項１に記載の蒸着装置。
3. 前記重量測定機構は、前記蒸着材料と前記容器の合計の重さを計測する重量計を有する、請求項１または２に記載の蒸着装置。
4. 前記容器は、前記移動機構に保持される被保持部と、ばねを介して前記被保持部の上に配置され前記蒸着材料を収容する収容部と、を有し、
   前記重量測定機構は、前記収容部の前記被保持部からの高さを計測し、前記収容部の高さから前記収容部内の蒸着材料の重量を算出する、請求項１または２に記載の蒸着装置。
5. 前記エネルギー発生手段は、前記容器に接触しない状態で前記容器に収容された前記蒸着材料を加熱する非接触式の加熱手段である、請求項１から４のいずれか１項に記載の蒸着装置。
6. 各々の前記容器は突出部を有しており、
   前記加熱手段は、前記蒸着ポジションにおいて前記一の容器の前記突出部を挟んで配置され、高周波電圧によって前記突出部を介して前記容器を加熱する一対の電極を有している、請求項５に記載の蒸着装置。
7. 前記移動機構は、前記複数の容器を円周上に配列して保持する容器ホルダを有し、
   前記容器ホルダは、前記複数の容器が配列した円の中心周りに回転自在に構成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の蒸着装置。
8. 前記移動機構は、前記複数の容器を直線上に配列して保持する容器ホルダを有し、
   前記容器ホルダは、前記複数の容器が配列した直線に沿ってスライド自在に構成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の蒸着装置。

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