JP3189038B2

JP3189038B2 - 真空成膜装置の材料供給装置

Info

Publication number: JP3189038B2
Application number: JP00433297A
Authority: JP
Inventors: 俊之酒見; 勝田中
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 2001-07-16
Anticipated expiration: 2017-01-14
Also published as: JPH10204624A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉状又は顆粒状の
蒸着材料を加熱蒸発させて基板上に膜を形成させる真空
成膜装置の材料供給装置に関し、蒸着材料をハースの貫
通孔を介して供給することができるようにした真空成膜
装置の材料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、真空成膜装置として真空蒸着装
置やイオンプレーティング装置が知られている。この様
な真空成膜装置では、ハース上に配置された蒸着材料に
熱を加えて蒸発させ、基板上に膜を形成させている。そ
して、蒸着材料の加熱源として、誘導加熱装置、電子
銃、プラズマ銃が知られている。

【０００３】そして、イオンプレーティング装置の加熱
源としては、例えば、圧力勾配型プラズマ源あるいはＨ
ＣＤプラズマ源又はＲＦ装置が知られている。このよう
なイオンプレーティング装置でプラズマビーム発生器
（プラズマ源）を備えたものでは、真空容器中に配置さ
れたハース（陽極）とプラズマビーム発生器との間でプ
ラズマビームを生成して、ハース上に載置された蒸着材
料を加熱蒸発させている。そして、蒸着材料からの蒸発
金属粒子はプラズマビームによって励起、イオン化さ
れ、この粒子が基板表面に付着して、基板上に膜が形成
される。

【０００４】このようなイオンプレーティング装置にお
いて、連続的にイオンプレーティングを行う場合、蒸着
材料を連続的にハースに供給する必要がある。このよう
なイオンプレーティング装置の材料連続供給装置として
は、例えば真空容器内にホッパを設け、該ホッパにシュ
ートを介して顆粒状の蒸着材料をハースの上方より供給
するものが知られている。

【０００５】このような装置では、ハース上の蒸着材料
に対して、その蒸着材料の温度より低温の蒸着材料が供
給されるため、ハース上の蒸着材料に温度変化が生じ、
成膜速度に悪影響を及ぼしていた。場合によっては、多
くの蒸着材料がハース上に供給された場合、ハース上の
蒸着材料の温度が大きく低下して成膜を一旦、中断する
ことがしばしばあった。

【０００６】また、粉状又は顆粒状の蒸着材料ではない
が、円柱状の蒸着材料をハースの下方より供給する装置
が例えば、特願平６−２７０９７２号に開示されてい
る。

【０００７】図３を参照して、この装置について概略説
明を行う。このイオンプレーティング装置は、気密性の
真空容器２１を備えており、この真空容器２１にはガイ
ド部２１ａを介してプラズマビーム発生器（例えば、圧
力勾配型プラズマ銃）２２が取り付けられている。ガイ
ド部２１ａの外側にはプラズマビームガイド用のステア
リングコイル２３が配設されている。プラズマビーム発
生器２２には、プラズマビーム収束用の第１中間電極２
４及び第２中間電極２５が同心的に配置されている。第
１中間電極２４には磁極軸がプラズマビーム発生器２２
の中心軸と平行になるようにして永久磁石２４ａが内蔵
され、第２中間電極２５にはコイル２５ａが内蔵されて
いる。

【０００８】プラズマビーム発生器２２には、第１及び
第２中間電極２４及び２５で規定される通路に繋がる絶
縁管（例えば、ガラス管）２６が備えられており、この
ガラス管２６内にはＭｏ筒２６ａが配置されている。そ
して、このＭｏ筒２６ａ内にはＴａパイプ２６ｂが配置
されている。Ｍｏ筒２６ａとＴａパイプ２６ｂで規定さ
れる空間はＬａＢ₆製の環状板２６ｃで隔離されてい
る。上述の絶縁管２６、Ｍｏ筒２６ａ、及びＴａパイプ
２６ｂの一端は導体板部２６ｄに取り付けられている。
この導体板部２６ｄに形成されたキャリアガス導入口２
６ｅからキャリアガスが導入され、このキャリアガスは
Ｔａパイプ２６ｂを通過する。

【０００９】真空容器２１内には被処理物体としての基
板２７が搬送装置２８に支持されて配置されており、基
板２７には負バイアス用の直流電源が接続される。基板
２７に対向して真空容器２１の底面にはハース（陽極
部）２９が配置される。

【００１０】導体板部２６ｄには可変電源４０のマイナ
ス端が接続され、そのプラス端はそれぞれ抵抗器Ｒ１及
びＲ２を介して第１及び第２の中間電極２４及び２５に
接続されている。一方、ハース２９には電流計４１が接
続され、この電流計４１は可変電源４０、及び抵抗器Ｒ
１及びＲ２に接続される。さらに、電流計４１は抵抗器
Ｒ３及びＲ４を介して接地されるとともに真空容器２１
に接続されている。また、抵抗器Ｒ３に並列に電圧計４
２が接続されている（なお、抵抗器Ｒ３は電圧計測用の
標準抵抗器として用いられ、１Ｍオーム以上の抵抗を有
している）。

【００１１】さらに、基板２７の近傍において、基板２
７の外側には、支持板部材４３が配置され、この支持板
部材４３には膜厚計４４が配置されている。また、真空
容器２１の側壁にはＡｒガス等のキャリアガスを導入す
るためのガス導入口２１ｂが形成されると共に、真空容
器２１内を排気するための排気口２１ｃが形成されてい
る。

【００１２】上述のイオンプレーティング装置では、キ
ャリアガス導入口２６ｅからキャリアガスが導入される
と、第１中間電極２４とＭｏ筒２６ａとの間で放電が始
まる。これによって、プラズマビーム４５が生成され
る。このプラズマビーム４５はステアリングコイル２３
と磁石ケース３１内の永久磁石３１ｃにガイドされて、
陽極として用いられるハース２９及び磁石ケース３１に
到達する。

【００１３】ハース２９にプラズマビームが与えられる
と、ハース２９を貫通してハース２９の上面に達してい
る柱状の蒸着材料３９がジュール加熱されて蒸発する。
この蒸発金属粒子はプラズマビーム４５によって励起、
イオン化されて、基板２７の表面に付着し、基板２７上
に膜が形成される。

【００１４】なお、蒸着材料３９は、その支持部として
作用する押し上げ棒３５に搭載され、この押し上げ棒３
５は駆動機構３６により図中上下方向に駆動される。駆
動機構３６は、図示しない制御装置により電流計４１、
電圧計４２、膜厚計４４の測定結果及びその他のあらか
じめ定められた成膜条件に基づいて制御され、蒸着材料
３９が減少してもプラズマビーム発生器２２との間の距
離が一定になるようにしている。その結果、基板２７に
は均一な厚さで膜が形成される。このような制御動作に
ついては、ここでは詳しい説明は省略する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
イオンプレーティング装置では、蒸着材料が柱状であ
り、粉状又は顆粒状の蒸着材料を連続供給できない。

【００１６】そこで、本発明の課題は、粉状又は顆粒状
の蒸着材料をハースの下方より供給できる真空成膜装置
の材料供給装置を提供することにある。

【００１７】本発明はまた、蒸着材料の補充を装置の運
転を停止させることなく行うことができるような真空成
膜装置の材料供給装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、加熱源
と、真空容器内に配置されたハースとを有し、前記加熱
源により前記ハースに収納された蒸着材料を蒸発させ、
蒸発した物質を基板の表面に付着させることにより前記
基板上に膜を形成する真空成膜装置において、前記ハー
スには上下方向に延びる貫通孔が形成されており、該貫
通孔に接続されてその下方に延びる第１の筒状体を有し
て粉状又は顆粒状の蒸着材料を前記貫通孔内に供給する
供給手段を有し、該供給手段は、前記第１の筒状体と、
該第１の筒状体内に配置された第１のスクリュー機構
と、該第１のスクリュー機構を駆動する第１の回転駆動
機構と、前記第１の筒状体に形成された蒸着材料供給口
とから構成され、前記第１の筒状体の蒸着材料供給口に
補充手段を接続し、前記補充手段は、前記第１の筒状体
の前記蒸着材料供給口に、該第１の筒状体の延在方向と
は異なる角度をもって接続された第２の筒状体と、該第
２の筒状体内に配置された第２のスクリュー機構と、該
第２のスクリュー機構を駆動する第２の回転駆動機構
と、前記第２の筒状体に連結し前記粉状又は顆粒状の蒸
着材料を充填したホッパとから構成されていることを特
徴とする真空成膜装置の材料供給装置が提供される。

【００１９】

【００２０】

【００２１】本発明によればまた、加熱源と、真空容器
内に配置されたハースとを有し、前記加熱源により前記
ハースに収納された蒸着材料を蒸発させ、蒸発した物質
を基板の表面に付着させることにより前記基板上に膜を
形成する真空成膜装置において、前記ハースには上下方
向に延びる貫通孔が形成されており、該貫通孔に接続さ
れてその下方に延びる第１の筒状体を有して粉状又は顆
粒状の蒸着材料を前記貫通孔内に供給する供給手段を有
し、該供給手段は、前記第１の筒状体と、該第１の筒状
体内に配置された第１のスクリュー機構と、該第１のス
クリュー機構を駆動する第１の回転駆動機構と、前記第
１の筒状体に形成された蒸着材料供給口とから構成さ
れ、前記第１の筒状体の蒸着材料供給口に補充手段を接
続し、前記補充手段は、一端が前記第１の筒状体の蒸着
材料供給口に接続され、他端が斜め上方に配設された第
２の筒状体と、該第２の筒状体に連結し前記粉状又は顆
粒状の蒸着材料を充填したホッパとから構成されている
ことを特徴とする真空成膜装置の材料供給装置が提供さ
れる。

【００２２】なお、前記第２の筒状体の一部と、前記ホ
ッパとは真空容器外に配設されている。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の好まし
い実施の形態について説明する。ここでは、図３のイオ
ンプレーティング装置に適用した例について説明する。
はじめに、真空容器１内に配置されたハース２とその周
辺部分の構造について説明する。ハース２は略円柱形状
であり、その上面は凹形状となっている。ハース２の中
心部には、図中上下方向に延びる貫通孔２ａが形成され
ている。ハース２内には通路２ｂが形成されており、こ
の通路２ｂは図示しない冷却水循環用の配管に接続され
ている。

【００２４】ハース２の外周には、図示のように、補助
陽極を構成するための磁石ケース３が配置されている。
この磁石ケース３は中空リング状の上ケース３ａと、ド
ーナツ状の下ケース３ｂと、上ケース３ａ及び下ケース
３ｂの間に配置された環状の永久磁石３ｃ及び環状コイ
ル３ｄとを備えている。永久磁石３ｃは図中上下方向に
着磁されている。図示の例では、上側がＮ極、下側がＳ
極となっている。そして、上ケース３ａの中空部には冷
却水循環用の配管３ｅが接続されている。この配管３ｅ
は、真空容器１の外に導出されて冷却水の循環手段（図
示せず）に接続されている。

【００２５】磁石ケース３は絶縁板３ｆを介してハース
２の支持台２ｃ上に支持されている。そして、支持台２
ｃは支持部材２ｄによって真空容器１の底面に支持され
る。

【００２６】本形態では、上記のようなハース２に、粉
状又は顆粒状（以下、顆粒状と呼ぶ）の蒸着材料を連続
的に供給可能な手段を備えた点に特徴を有する。この手
段は、貫通孔２ａに接続されてその下方に延びる第１の
筒状体５を有して顆粒状の蒸着材料を貫通孔２ａ内に供
給する供給機構４と、第１の筒状体５の途中に形成され
た蒸着材料供給口に接続した第２の筒状体９を有して供
給機構４に顆粒状の蒸着材料を補充する補充機構８とを
備えている。

【００２７】供給機構４は、第１の筒状体５内に配置さ
れた第１のスクリュー６と、この第１のスクリュー６を
駆動する第１の回転駆動機構７とを含む。第１の筒状体
５の下部は、真空容器１１にシールして真空容器１の穴
１ａに接続され、第１の回転駆動機構７は真空容器１外
に設けられている。なお、第１の筒状体５は、ハース２
側とは絶縁体５ａを介して連結され、真空容器１との間
にも絶縁体５ｂが介在するようにしている。

【００２８】一方、補充機構８は、水平に延びる第２の
筒状体９内に配置された第２のスクリュー１０と、この
第２のスクリュー１０を駆動する第２の回転駆動機構１
１と、第２の筒状体９の後端部に連結され顆粒状の蒸着
材料を充填したホッパ１２とを含む。第２の筒状体９の
途中を真空容器１にシールして、第２の筒状体９の一部
が真空容器１の穴１ｂを貫通して真空容器１外に導出さ
れ、第２の回転駆動機構１１及びホッパ１２は真空容器
１外に設けられている。第２の筒状体９も、第１の筒状
体５とは絶縁体９ａを介して連結され、真空容器１との
間にも絶縁体９ｂが介在するようにしている。なお、ホ
ッパ１２には蓋部材１２ａを設けて密封可能にし、排気
ポンプ１３により真空排気可能にしている。

【００２９】また、蒸着材料によっては微量の空気が真
空容器１内に侵入しても成膜に問題の無い場合があり、
このような場合、排気ポンプを省略しても良い。なぜな
らば、第２の筒状体９内には顆粒状の蒸着材料が圧縮さ
れて充満しているので、ホッパ１２内に大気があっても
これが真空容器１内に侵入することは少ない。

【００３０】また、蒸着材料の粒が比較的大きくて第２
の筒状体９内で圧縮充満していても機密性が悪い場合
は、ホッパ１２と第２の筒状体９との間に真空ゲートバ
ルブ１４を設けても良い。真空ゲートバルブ１４の閉動
作は、ホッパ１２内に蒸着材料が無くなった際に行う。
そして、蒸着材料をホッパ１２内に補充する。このよう
にすれば、ホッパ１２内に蒸着材料を連続供給すること
ができる。

【００３１】また、成膜の連続時間に対応するだけの蒸
着材料を収納できる大きさにホッパを製作すれば、真空
ゲートバルブ１４は不要である。

【００３２】補充機構８においては、間欠的あるいは連
続的に第２の回転駆動機構１１を駆動してホッパ１２内
の顆粒状の蒸着材料を第１の筒状体５の下方から上方に
送り込む。このことにより、蒸着材料の上端部の温度変
化が少なく安定した成膜作業を行うことができる。供給
機構４においては、前述（図３の説明）した制御装置に
より第１の回転駆動機構７が制御されて、ホッパ１２内
の顆粒状の蒸着材料の上端が常に一定になるような制御
が行われる。なお、ホッパ１２には、顆粒状の蒸着材料
のレベル検出装置や、一定レベル以下でアラームを発生
するような装置を設けることが好ましい。

【００３３】図２は本発明の他の実施の形態を示してい
る。この形態では、補充機構８´の構成を簡単にした点
が第１の実施の形態と異なる。それ故、第１の実施の形
態と同じ部分には同じ番号を付して説明は省略する。こ
の実施の形態では、補充機構８´を、第１の筒状体５の
途中に接続した第２の筒状体９´を斜め上方に延ばして
その途中を真空容器１にシールし、第２の筒状体９´の
一部を真空容器１の穴１ｂ´を貫通して真空容器１外に
導出している。そして、真空容器１外の第２の筒状体９
´の上端に、顆粒状の蒸着材料を充填したホッパ１２を
接続して成る。第２の筒状体９´が斜めになっているこ
とにより、顆粒状の蒸着材料はその重力作用により第１
の筒状体５内にすべり落ちる。したがって、第１の実施
の形態におけるスクリュー及びその回転駆動機構は不要
である。この例でも、ホッパ１２に排気ポンプ１３を設
けたり、顆粒状の蒸着材料のレベル検出装置や、一定レ
ベル以下でアラームを発生するような装置を設けること
が好ましい。第１の回転駆動機構７の制御は、第１の実
施の形態と同様である。

【００３４】なお、それぞれの実施の形態では、第１の
スクリュー６の下部及び回転駆動機構７や、ホッパ１
２、第２の筒状体９、９´の一部、第２の回転駆動機構
を真空容器１の外に設けているが、真空容器１内に設け
ても良い。しかしながら、前述したそれぞれの実施の形
態の例の方がベストである。

【００３５】また、蒸着材料が導電性材料の場合は、第
１及び第２のスクリュー６、１０を絶縁材料にするか、
又は、第１及び第２のスクリュー６、１０と第１、第２
の回転駆動機構７、１１とを絶縁材料を介して接続する
必要がある。

【００３６】更に、前述した実施形態では、イオンプレ
ーティング装置に適用した例で説明したが、真空蒸着装
置でも良い。また、加熱源としてプラズマビーム発生器
の例で説明したが、電子銃でも良く、また、ハースに誘
導加熱装置を設けても良い。

【００３７】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば顆粒状の蒸着材料をハースの下方より供給することが
でき、しかも、蒸着材料をハースの下方より供給するこ
とで、安定した成膜作業を行うことができる。また、真
空容器内への蒸着材料の補充を装置の運転を停止させる
ことなく行うことができるので、従来のように蒸着材料
の補充のたびに装置の運転を停止して、真空容器の大気
開放、真空排気の作業を行う必要が無く、運転効率を大
幅に向上させることができる。

【００３８】更に、補充手段の第２の筒状体内に第２の
スクリュー機構を設けたものでは、流動性の悪い蒸着材
料であっても確実に供給手段に送り込むことができると
共に、気密性の良い蒸着材料であれば、ホッパ内を真空
ポンプで真空引きする必要も無い。

【００３９】加えて、気密性の悪い蒸着材料であって
も、ホッパと第２の筒状体との間に真空ゲートバルブを
設けて、ホッパに設けた真空ポンプを使用すれば、装置
の運転を停止させることなくホッパに蒸着材料を連続的
に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す縦断面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す縦断面図であ
る。

【図３】本発明が適用されるイオンプレーティング装置
の構造を示す縦断面図である。

【符号の説明】

２、２９ハース３、３１磁石ケース３ｆ、５ａ、５ｂ、９ａ、９ｂ絶縁体４供給機構５第１の筒状体６第１のスクリュー７第１の回転駆動機構８補充機構９第２の筒状体１０第２のスクリュー１１第２の回転駆動機構１２ホッパ１３排気ポンプ３９蒸着材料

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱源と、真空容器内に配置されたハー
スとを有し、前記加熱源により前記ハースに収納された
蒸着材料を蒸発させ、蒸発した物質を基板の表面に付着
させることにより前記基板上に膜を形成する真空成膜装
置において、前記ハースには上下方向に延びる貫通孔が
形成されており、該貫通孔に接続されてその下方に延びる第１の筒状体を
有して粉状又は顆粒状の蒸着材料を前記貫通孔内に供給
する供給手段を有し、該供給手段は、前記第１の筒状体と、該第１の筒状体内
に配置された第１のスクリュー機構と、該第１のスクリ
ュー機構を駆動する第１の回転駆動機構と、前記第１の
筒状体に形成された蒸着材料供給口とから構成され、前記第１の筒状体の蒸着材料供給口に補充手段を接続
し、前記補充手段は、前記第１の筒状体の前記蒸着材料供給
口に、該第１の筒状体の延在方向とは異なる角度をもっ
て接続された第２の筒状体と、該第２の筒状体内に配置
された第２のスクリュー機構と、該第２のスクリュー機
構を駆動する第２の回転駆動機構と、前記第２の筒状体
に連結し前記粉状又は顆粒状の蒸着材料を充填したホッ
パとから構成されていることを特徴とする真空成膜装置
の材料供給装置。
【請求項２】加熱源と、真空容器内に配置されたハー
スとを有し、前記加熱源により前記ハースに収納された
蒸着材料を蒸発させ、蒸発した物質を基板の表面に付着
させることにより前記基板上に膜を形成する真空成膜装
置において、前記ハースには上下方向に延びる貫通孔が形成されてお
り、該貫通孔に接続されてその下方に延びる第１の筒状体を
有して粉状又は顆粒状の蒸着材料を前記貫通孔内に供給
する供給手段を有し、該供給手段は、前記第１の筒状体と、該第１の筒状体内
に配置された第１のスクリュー機構と、該第１のスクリ
ュー機構を駆動する第１の回転駆動機構と、前記第１の
筒状体に形成された蒸着材料供給口とから構成され、前記第１の筒状体の蒸着材料供給口に補充手段を接続
し、前記補充手段は、一端が前記第１の筒状体の蒸着材料供
給口に接続され、他端が斜め上方に配設された第２の筒
状体と、該第２の筒状体に連結し前記粉状又は顆粒状の
蒸着材料を充填したホッパとから構成されていることを
特徴とする真空成膜装置の材料供給装置。
【請求項３】請求項１あるいは２記載の材料供給装置
において、前記第２の筒状体の一部と、前記ホッパとが
真空容器外に配設されていることを特徴とする真空成膜
装置の材料供給装置。