JP4285726B2

JP4285726B2 - 真空蒸着装置

Info

Publication number: JP4285726B2
Application number: JP2002223753A
Authority: JP
Inventors: 浩章飯田
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004060033A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特にクリーンルーム内で使用し、クリーンルームという清浄な雰囲気を蒸着装置のチャンバーを開ける時の排気で汚さないことを可能とした真空蒸着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
古今を問わずして圧電材料に電極の薄膜を形成する一般的な方法に「蒸着」があり、それを実現するのが一般に言われる真空蒸着装置である。真空蒸着装置とは、チャンバーと呼ばれるガラスでできた開口部を有したドーム状の釜で、このチャンバーの中を真空雰囲気にし、チャンバー内部に配置する蒸着物を被蒸着物に蒸着し薄膜を形成する手法のひとつである。
【０００３】
もう少し詳細について記述すると、真空蒸着装置は、およそ１×１０^−３〜１×１０^−５Ｐａ（パスカル＝Ｎ／ｍ^２）程度の圧力にまで真空排気ができるようなチャンバー容器内で蒸着を行う。そして、チャンバー内部には、蒸着物と被蒸着物を配置する。特に、圧電材料など蒸着物による薄膜の形成量を周波数に換算し読みとることで、蒸着量を監視（モニター）することもできる。
【０００４】
従って、蒸着物はヒータと呼ばれる発熱体（主にはモリブデン金属）の上に金、銀、アルミ、クロムなどの蒸着金属を載せて、これらの金属を真空雰囲気中で蒸発させることで、被蒸着物に蒸発金属を形成する。そのため、蒸着量は上述の方法で監視し、その監視に基づき蒸発量を制御するためにシャッターと呼ばれる蒸発を制御する機構が備わっているのが一般的な真空蒸着装置でもある。
【０００５】
実際の蒸着（蒸発）にはヒータに数十Ａという大きな電流を供給し、蒸着金属が蒸発する温度までヒータを加熱する必要がある。また同時に、蒸着で形成する薄膜の品質や剥離強度（被蒸着物に蒸着してできた薄膜の張り付き強度）を高めるためには、高真空環境での蒸着が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
昨今の圧電部品はＩＴ（情報技術）に裏付けられ代表するように、高精度で高密度の要求が強まっている。そして具体的に携帯端末を一例にすると、小型化と軽量化も要求課題として挙げられている。従って、携帯端末のクロック源である圧電材料（主には水晶振動子や水晶発振器）も極小型化、極軽量化の要求が高まっている現状にある。
【０００７】
これらの極小型化、極軽量化に加えて、クロック源としての発振精度、信頼度を向上し高精度化、高密度化に対応するために、最近ではクリーンルームと言ったクラス１０００以下と言う清浄雰囲気で水晶振動子の製造が行われている。
【０００８】
従って、クリーンルームの雰囲気の中で真空蒸着装置を用いて蒸着工程を行う必要が一般的な作業工程として取り込まれる状況にある。そのため、従来の技術で行われる蒸着工程では、クリーンルームの環境下にありながら、蒸着作業を行う度にクリーンルーム内の清浄雰囲気を汚していることになる。
【０００９】
ここで、真空蒸着装置による蒸着方法について、その動作的見知から見た説明を補足すると以下のようになる。
基本としては、真空雰囲気を実現するチャンバー容器の内部で蒸着を行うが、チャンバー内部を大気圧の状態から高真空の状態までに真空度を上げ、更には蒸着作業を終えて、チャンバー内部を大気圧の状態にまで戻す一連の作業が伴うことになる。
【００１０】
この一連のチャンバー内部の真空環境を実現するために、真空蒸着装置には、大きく分けて２種類の真空環境を得るためのポンプを備えている。ひとつは、大気圧から１×１０^−１〜１×１０^−２Ｐａまでの低真空環境を実現するロータリーポンプにより排気する。そして、その後の高真空環境を得るために油拡散ポンプにより蒸着環境である１×１０^−６〜１×１０^−７Ｐａという真空排気環境を実現するものである。
【００１１】
要するに、チャンバー容器内部を大気圧から高真空時については大きな問題は無いものの、高真空環境から大気圧に戻し、チャンバー内部の蒸着物や被蒸着物を取り出すためにチャンバーを開閉する際に、チャンバー内部に浮遊する蒸着金属がクリーンルーム内に拡散し、結果的にはクリーンルーム内を汚してしまうという課題を秘めている。
【００１２】
そこで本発明は、クリーンルームで使用されるチャンバー内に蒸着物と被蒸着物を設置し、該被蒸着物に該蒸着物より薄膜形成する真空蒸着装置において、該チャンバー開口部内壁および／または外壁に複数本のガス噴出用ノズルを該チャンバーの全周にわたり間隔をあけて配置し、該チャンバーの開口部周囲の該真空蒸着装置側には、該チャンバー内の大気を吸引し、該クリーンルーム外に排気する取り込み口を備えたことを特徴とする真空蒸着装置である。ここでチャンバー開口部内壁および／または外壁にガス噴出用ノズルからＮ_２のクリーンエアーが用いられる。そして被蒸着物としては圧電材料である。
【００１３】
このように本発明では、チャンバー容器内部を大気圧から高真空にし、高真空環境から大気圧に戻し、チャンバー内部の蒸着物や被蒸着物を取り出すためにチャンバーを開閉する際に、チャンバー内部に浮遊する蒸着金属（パーティクル、塵埃など）がクリーンルーム内に拡散し、結果的にはクリーンルーム内を汚さぬように、チャンバーを開ける際にチャンバー内部環境をチャンバー開口部内壁および／または外壁にガス噴出用のノズルを配し、そこからＮ_２などのクリーンエアーを噴射させることにより、いわゆるエアーカーテンのような作用をするように工夫したものである。
【００１４】
前述の工夫により、蒸着作業を終えチャンバー内部の蒸着物や被蒸着物を取り出す時のチャンバー内部の浮遊物のクリーンルーム内への拡散を阻止することが可能となり課題を解決するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従ってこの発明の実施例を説明する。なお、各図において同一の符号は同様の対象を示すものとする。
図１は本発明一実施例である真空蒸着装置４の概念図である。真空蒸着装置４は排気系としてロータリポンプＲＰと拡散ポンプＤＰとで構成されており、この２つのポンプにより低真空環境（ロータリポンプＲＰで実現）から高真空環境（拡散ポンプＤＰで実現）へとチャンバー１内部の気圧を変化させ高真空環境を得ることができる。そして、チャンバー１内部の真空状態（真空度）はガイスラー真空計Ｇ（７〜１０ｃｍ離した電極間の放電形状を視る）やペニング真空計などで高真空度具合を測定する。
【００１６】
そして、本発明の特徴であるチャンバー１の開口部２内壁にガス噴出用のノズル３を配置しＮ_２などのクリーンエアーを噴射し、そしてチャンバーの開口部周囲の真空蒸着装置側には、チャンバー内の大気を吸引する取り込み口５を備えることで、チャンバー１を開けたときにチャンバー１内部ガスの遮蔽板（カーテン効果）を形成し、更にはチャンバー内の大気を吸引することで浮遊する蒸着金属の拡散を抑えることにより、真空蒸着装置４を設置する環境がクリーンルーム内であった場合の、クリーンルーム内への浮遊物の拡散を改善することができる。
【００１７】
図２は本発明のチャンバーに注目し、その構造を説明する側面図と平面図である。本発明のチャンバー１構造を側面図とチャンバー１の開口部２側から見た平面図により説明する。図２（ａ）はチャンバー１の側面図であり、図２（ｂ）はノズル３の配置を示すためにチャンバー１の開口部２側から見た平面図である。図２に示すようにチャンバー１の開口部２内壁には、例えばステンレス性のパイプをチャンバー１の開口部２内壁に沿って配置したものである。なお、ノズル３の配置については図示しないチャンバー１の開口部２外壁に配置しても構わない。
【００１８】
ここでは説明するために便宜上、パイプをノズル３と表現し、例えばチャンバー１の開口部２内壁に１５°間隔でノズル３を配置し説明するものである。また、ノズル３の配管については図示しないが、ノズル３からは例えばＮ_２などのクリーンエアーを噴射する仕組みとなっている。そして、このノズル３からガスを噴射するタイミングとしては、１サイクルの蒸着作業が終わり、チャンバー１内部の（図示しない）蒸着物、被蒸着物を取り出すときにチャンバー１を開口するときに数秒ガスを噴射するものである。
【００１９】
図３にはチャンバー１を開口するときのガス噴射の概念を示したものである。上述の内容から分かるように、チャンバー１開口部２内壁に配置するノズル３からのガスの噴射により、また更に、チャンバー内の大気を吸引する取り込み口５によりチャンバー１を開口したときのチャンバー１内部に浮遊する蒸着金属をチャンバー１外部に拡散させないように、ベルジャ内の浮遊物を真空蒸着装置４の排気系に戻してクリーンルーム外へ排気したことで課題を解決するものである。
【００２０】
図３（ａ）には取り込み口５を簡易的に図示しているが、取り込み口５はチャンバー１の開口部２周囲を被うように配置したものであり、チャンバー１開口部２内壁に配置するノズル３からのガスの噴射を全て吸引しクリーンルーム環境外へと排気するものである。なお、ここでの排気については真空蒸着装置４の排気系と合わせても、また個別に取り込み口５だけの排気であっても問題は無い。また図３（ｂ）に示すように、取り込み口５はベルジャ１開口部２内壁に位置する真空蒸着装置４本体に単に排気口用の孔を設けても良い。
【００２１】
従って当然ながら、真空蒸着装置４の排気はクリーンルーム外へと排気がなされる排気となっている。図３ではチャンバー１内に浮遊するものを図３の矢印で示すガスの噴射により、チャンバー１の開口部２内壁の円周状にエアーカーテン効果とチャンバー１内の大気を吸引することを奏することで浮遊する蒸着金属をチャンバー１外部への拡散を阻止できる。
【００２２】
図４は真空蒸着装置４の排気系を説明する概念図であり、同時に一連の真空蒸着を行うための排気系を説明する。図中の排気系にハッチングされているところが、実際には真空排気環境になっている部分を示す。図４（ａ）はロータリポンプＲＰにより低真空（一般に言う荒引き）環境を実現する状態を示すものである。この状態では真空蒸着装置４の排気系は、ロータリポンプのバルブＲＶを開け、メインバルブＭＶとフォアバルブＦＶを閉めた状態でロータリポンプＲＰから排気を行う。（ベントバルブＶＶとパイロットバルブＰＬＶは閉状態）
【００２３】
次に図４（ｂ）のように高真空環境を実現するために、ロータリポンプのバルブＲＶを閉めメインバルブＭＶを開けて拡散ポンプからの排気を行うことで、チャンバー１内は高真空の環境となる。この高真空の状態でチャンバー１内では蒸着作業が展開されるわけであるが、蒸着作業が終終わるとロータリポンプのバルブＲＶとメインバルブＭＶを閉めてチャンバー１近くにあるベントバルブＶＶを開けることでチャンバー１内が徐々に大気圧に近づく。
【００２４】
そして、チャンバー１を開けるときになって初めて本発明の特徴であるチャンバー１開口部２内壁のノズル３からガスを噴射し、チャンバー１とクリーンルーム環境を遮断する作用を奏するものである。
【００２５】
なお、本発明の実施例ではロータリポンプと拡散ポンプによる真空蒸着装置の概念で説明したが、拡散ポンプに代えてクライオポンプであっても、また他の機構で高真空環境を得る場合や、他の手法での蒸着装置（例えば電子ビーム蒸着装置、スパッタ蒸着装置など）であっても同様に作用することは言うまでもない。そして、ノズルとしてステンレス性のパイプを配置したチャンバー１の構造を示しているが、ノズルの材質や配置、本数に制限されるものでは無い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明により、従来の蒸着工程では、クリーンルームの環境下にありながら、蒸着作業を行う度にクリーンルーム内の清浄雰囲気を汚している現状を改善でき、そして更には、製品品質の向上と安定化をも実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空蒸着装置の概念図である。
【図２】本発明のチャンバーに注目し、その構造を説明する側面図と平面図である。
【図３】本発明のチャンバーに配置されたノズルからの噴射と大気吸引の取り込み口との概念図である。
【図４】真空蒸着装置によるチャンバー内を真空環境にする動作を説明する概念図である。
【符号の説明】
１チャンバー
２開口部
３ノズル
４真空蒸着装置
５取り込み口

Claims

クリーンルームで使用されるチャンバー内に蒸着物と被蒸着物を設置し、該被蒸着物に該蒸着物より薄膜形成する真空蒸着装置において、該チャンバー開口部内壁および／または外壁に複数本のガス噴出用ノズルを該チャンバーの全周にわたり間隔をあけて配置し、該チャンバーの開口部周囲の該真空蒸着装置側には、該チャンバー内の大気を吸引し、クリーンルーム外に排気する取り込み口を備えたことを特徴とする真空蒸着装置。
請求項１記載のガスとはＮ_２のクリーンエアーであることを特徴とする真空蒸着装置。
請求項１記載の被蒸着物とは圧電材料であることを特徴とする真空蒸着装置。