JP4430506B2

JP4430506B2 - 蒸着装置

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Publication number: JP4430506B2
Application number: JP2004299622A
Authority: JP
Inventors: 秀樹古森; 政夫住吉; 利夫田中; 三春川島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: US20060081188A1; US20070022957A1; JP2006111916A

Description

この発明は、例えば結晶ウエハなどの被成膜体の表面に薄膜を形成する場合などに好ましく用いることができる真空蒸着装置に関し、特に真空容器の内壁などに蒸発物が直接付着するのを防ぐ防着部材の改良に関する。

結晶ウエハなどの被成膜体（被成膜基板）の表面に薄膜を形成するための真空蒸着装置は、一般に、真空容器と真空容器内に設けられた蒸発源とを有している。そして被成膜基板は、真空容器内において蒸発源の上方に取外し可能に設けられた傘状の保持治具に保持されて、真空蒸着されるようになっている。蒸発源からの蒸発粒子（蒸発原子や蒸発分子など）の内、被成膜基板や保持治具に到達しなかったものが、真空容器の内壁などに直接付着するのを防ぐため、従来は、これら蒸発粒子を捕捉するための防着板からなる防着部材が、真空容器の内壁に沿って設けられている（例えば特許文献１参照。）。

特開２００３−５５７５４号公報（第１頁、図２）

上記のような従来の真空蒸着装置では、被成膜基板や傘状の保持治具に到達しなかった蒸発粒子は、防着板の広い範囲に膜として付着することになり、真空容器内に空気をリークしたときにこの膜にガス（主としてＨ_２Ｏ）が吸着されてしまう。この膜に吸着されたガスは、次の成膜時に蒸発源からの輻射熱などによって真空容器中に放出され、真空容器内の真空度が安定しなかったり、真空容器内の残留気体の組成が変動してしまい、成膜される薄膜の特性が変化してしまうという問題点があった。また、成膜、リークを何度も繰り返すにつれ、防着板に沿って堆積する膜も厚くなり、吸着ガスの量も増加していくため、防着板のホーニング直後と何度も成膜を行なった後とでは、被成膜基板に成膜される薄膜の膜質が変化し、成膜のバッチ間にばらつきが生じ、品質が一定しなくなるという問題点があった。

さらに、防着部材の表面に付着・堆積した膜が剥離してゴミとなり、真空容器内に飛散して被成膜基板の表面に付着し、不良発生の原因となるという問題点もあった。このような問題点を解決するためには、防着部材のホーニングあるいは交換周期の間隔を短くし、また真空容器内部をベーキングするなどの方法があるが、このような方法を実施するためには成膜を中断してかなりの時間を割かざるを得ず、結果として生産性が低下してしまうという問題点があった。

この発明は、上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、生産性を低下させることなく防着部材に吸着されたガスの再放出による成膜（薄膜）の品質低下を防ぎ、真空容器内の汚れを防ぎ、被成膜基板上へのゴミの付着による不良発生を防ぐことのできる真空蒸着装置を提供することを目的としている。

この発明による真空蒸着装置は、真空容器と、この真空容器内に設けられた蒸発源と、上記真空容器内に設けられ被成膜体をこの蒸発源に対向するように保持する保持治具と、上記真空容器の内壁に沿って設けられ上記蒸発源からの蒸発物が該真空容器の内壁に付着するのを防ぐ防着部材とを備えた真空蒸着装置において、上記防着部材は、上記蒸発源の側面部に対向する位置から上記保持治具の側面部に対向する位置に跨ってこれらの外周部を包囲すると共に上記真空容器の内壁から離間して設けられ、かつ該真空容器の中心部側から内壁に向けて斜め下方に傾斜した複数の羽板部材を用いて構成してなり、羽板部材は表面が鏡面状に形成されてなるものである。

この発明は、防着部材を、蒸発源の側面部に対向する位置から保持治具の側面部に対向する位置に跨ってこれらの外周部を包囲すると共に、真空容器の内壁から離間して設け、かつ該真空容器の中心部側から内壁に向けて斜め下方に傾斜した複数の羽板部材を用いて構成したことにより、生産性を低下させることなく、防着部材に吸着されたガスの再放出による成膜の品質低下や、真空容器内の汚れを防ぎ、被成膜基板上へのゴミの付着による不良発生を防ぐことができる。

実施の形態１．
図１ないし図４は、この発明の実施の形態１に係る真空蒸着装置を説明するもので、図１は要部構成を模式的に示す縦断面図、図２は防着部材を斜坑ハニカム体構造に形成した場合の例を拡大して模式的に示す正面図、図３は防着部材をルーバー状マルチプレート構造に形成した場合の例を拡大して模式的に示す正面図、図４は羽板部材に対する堆積膜の付着部分と剥離の動作を模式的に説明する拡大断面図である。図に示すように、この真空蒸着装置は、図示しない排気手段に連通、接続された例えば概略四角形の筒状の真空容器１と、この真空容器１内の底部中央部に設けられた蒸発源２と、この蒸発源２に対向するように真空容器１内の中央より上方に取外し可能に設けられた例えば傘状ないしはドーム状に形成された保持治具３を備えている。

保持治具３は、例えば結晶ウエハなどの被成膜体としての被成膜基板８を蒸発源２に対向するように保持させるためのものであり、傘状ないしはドーム状となっているのは、蒸発粒子が保持治具３を通過して真空容器１の天井部に付着するのを防ぎ、また蒸発源２からの距離が保持治具３上の位置によらずほぼ一定となるようにするためである。被成膜基板８は、保持治具３の内面部に保持され、蒸発源２からの蒸発粒子流立体角の内側にあるようになっている。即ち、蒸発源２から見通したとき、保持治具３の形成する曲面の内側にあるようになっている。

一方、蒸発源２は、その上面が蒸発物質９を保持するるつぼ部となっており、電子ビームあるいは抵抗加熱などの公知の方法によって、図中細破線で示すように、蒸発物質９の蒸発粒子流９ａを一定の立体角内に発生させるものである。また、蒸発源２からの蒸発粒子流９ａを制御するためのシャッタ板５が、真空容器１の底面部を回転可能かつ気密を保持して貫通するシャッタ軸６の先端に取り付けられている。このシャッタ板５は上面側から見て扇形となっており、略その要に相応する部分に固定されたシャッタ軸６を回動させることにより、蒸発源２の直上にあたる位置と、蒸発源２の直上から外れた位置との間を交互に移動できるようになっている。

さらに、真空容器１内には防着部材４が、保持爪７によって真空容器１に対して取外し可能に設けられている。この防着部材４は、複数の羽板部材４１を用いて例えば図２に例示する斜坑ハニカム体構造に形成され、もしくは図３に例示するルーバー状マルチプレート構造に形成された筒状の部材であって、蒸発源２の側面部に対向する位置から保持治具３の側面部に対向する位置にまで跨ってこれら蒸発源２及び保持治具３の外周囲を包囲し、真空容器１の内壁１ａから所定の隙間ｔをあけて、間隙部（クリアランス）１０を有するように設けられ、かつ、隣接する羽板部材４１によって形成された内側から外側に向かう通路４２が、真空容器１の中心部側から真空容器１の内壁１ａ面に向けて斜め下方を臨むように傾斜して形成されている。

なお、上記羽板部材４１としては、例えばＳＵＳ（ステンレス）、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉなど合金を含む一般的な金属系の各種材料を特別な制限なく好ましく用いることができ、蒸発源に用いる材料によってはエンジニアリングプラスチックなども用いることができる。また、上記羽板部材４１をルーバー状構造に形成する場合、例えば螺旋状に積層保持することにより１枚の羽板部材で形成することもできる。なお、４２ａは防着部材４の内周面側に開口する通路４２の内側開口部、４２ｂは防着部材４の外周面側に開口する通路４２の外側開口部、９１は堆積膜の落下経路を示す。また、上記間隙部１０の隙間ｔの大きさは、例えば一般的な真空蒸着装置では０．５ｃｍ〜２ｃｍ程度の範囲内に選ばれるが、特に前記範囲に限定されるものではない。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。被成膜基板８を保持治具３に装着し、保持治具３ごと真空容器１内に保持爪７を用いて取り付ける。一方、蒸発源２には適宜に選択された所定の蒸発物質９を装填する。シャッタ軸６を操作してシャッタ板５が蒸発源２の直上にある状態（閉じた状態）にし、この真空容器１内を図示省略している排気手段により排気する。続いて蒸発源２を加熱して蒸発物質９からの蒸発粒子流９ａを発生させる。蒸発粒子流９ａの発生が安定したら、シャッタ軸６を操作して、シャッタ板５を蒸発源２の直上から逸れた位置（開いた状態）にし、被成膜基板８への成膜を開始する。

上記蒸発源２の上方は被成膜基板８を装着した保持治具３が天蓋状に覆い、蒸発源２の側面外方向及び斜め上方向は防着部材４が蒸発源２の側面部に対向する位置から保持治具３の周面部に対向する位置に跨って設けられているので、蒸発源２からの蒸発粒子粒９ａは、防着部材４の内側開口部４２ａ付近の両端矢印Ｄで示す壁面部、保持治具３、及び保持治具３に装着された被成膜基板８の何れかに必ず到達し、被成膜基板８の表面に薄膜が形成される。被成膜基板８上に所定の厚さの薄膜が形成されたら、シャッタ板５を閉じた状態とし、蒸発源２の加熱を停止し、真空容器１内に大気をリークして、被成膜基板８を保持治具３ごと真空容器１から取り出す。続けて次のバッチの成膜を行なうときは、以上の動作を繰り返せばよい。

上記実施の形態１において、蒸発源２からの蒸発粒子流９ａの内、防着部材４の内側開口部４２ａから通路４２内に進入した蒸発粒子は、この羽板部材４１の表面のＤ部（図４）にトラップされ遮られる。遮られた蒸発粒子は、防着部材４がなかったとすれば保持治具３や被成膜基板８以外の部分、即ち真空容器１の内壁１ａに付着したはずのものであって、このため防着部材４を設けたことにより、真空容器１の内壁１ａへの膜の堆積が防がれ、真空容器１の内壁１ａ部からの吸着ガスの放出が抑えられ、安定した真空度、ガス組成の下で真空蒸着を行なえるようになると共に、真空容器１の内壁１ａ部に付着する膜が減少してほとんどなくなるので、この内壁１ａ部からの膜の剥離・飛散が防がれ、剥離した膜の被成膜基板８への付着が防止される。

一方、防着部材４の内側開口部４２ａを形成する羽板部材４１の表面のＤ部に付着し、堆積膜化した蒸発粒子は、一定量の膜厚に達すると自然剥離するが、本発明の防着部材４の構造では隣接する羽板部材４１によって形成された通路４２が真空容器１の内壁１ａに対し斜め下方に傾斜して臨んでおり、且つ防着部材４と真空容器１の内壁１ａに間隙部（クリアランス）１０が設けられているため、図４の一点鎖線９１で模式的に示すように外側開口部４２ｂの方向、即ち真空容器１の内壁１ａ面に対し斜め下方に沿って落下し、防着部材４と真空容器１の内壁１ａの間隙部１０の底部に集塵される。したがって、蒸発粒子流側への剥離膜飛散が防がれ、剥離した膜の被成膜基板８への付着が防止されることとなり、プロセス及び品質への悪影響が最小限に抑えられる。

さらに、本発明の防着部材４の構造では、羽板部材４１の薄板化が可能となる。したがって、蒸着開始から蒸着完了に至る過程における、主に蒸発源２からの輻射熱による防着部材４の温度変化で羽板部材４１が歪易くなり、表面のＤ部を中心に付着した蒸発粒子の堆積膜が剥離し易くなる。さらにまた、防着部材４を構成する羽板部材４１や、羽板部材４１を保持している支持体（図示省略）に形状記憶合金を用いることも好ましく、その場合には上記輻射熱による温度変化で、防着部材４の構成部材をより大きく歪ませることができ、堆積膜化した蒸発粒子の剥離を一層高めることができる。

上記説明したようにこの発明の実施の形態１によれば、次のような効果が得られる。
１）生産性を低下させることなく、真空容器の内壁１ａへの膜の堆積が防がれ、真空容器の内壁１ａ部からの吸着ガスの放出が抑えられ、安定した真空度、残留気体の組成の下で真空蒸着を行なうことができて、成膜される薄膜の特性が安定する。
２）真空容器の内壁１ａ部に付着する膜が減少してほとんどなくなるので、この内壁部からの膜の剥離・飛散が防がれ、剥離した膜の被成膜基板８への付着が防止される。
３）防着部材４壁面にトラップされた蒸発粒子の堆積膜が剥離・離脱しても、剥離堆積膜は防着部材４と真空容器１の内壁１ａの間隙部（クリアランス）１０に落下するため、プロセス・品質への悪影響が最小限に抑えられる。
４）さらに、本発明の防着部材４の構造では、防着部材４を構成する羽板部材４１の薄板化が可能となる。したがって、蒸着開始から蒸着完了に至る過程における、主に蒸発源２からの輻射熱による防着部材４の温度変化で羽板部材４１が歪易くなり、該羽板部材４１に付着した蒸発粒子の堆積膜が剥離し易くなる。
５）成膜、リークを繰り返しても羽板部材４１に堆積する膜は厚くならず、吸着ガスの放出量が増加することはない。
結果的に、防着部材４の交換・メンテ周期の延長化やメンテ後真空到達真空引き時間の短縮ができ、稼働率・生産性向上を図ることができる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による真空蒸着装置の要部構成を模式的に示す縦断面図である。この実施の形態２では、防着部材４に歪を与えるための歪付与手段１１として、該防着部材４を加熱するヒータ等の加熱手段、及び／または防着部材４を振動させる超音波素子等の加振手段（何れも詳細図示省略）を設けたものである。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２では、被成膜基板８への成膜完了後、大気解放前にヒータ等の加熱手段、及び／または超音波素子等の加振手段からなる歪付与手段１１を動作させ、防着部材４に物理的（熱的あるいは機械的）な歪を作用させることにより、防着部材４を構成する羽板部材４１等の躯体を積極的に歪ませ、防着部材４壁、即ち羽板部材４１の表面に付着した蒸発粒子の堆積膜がより剥離し易くなる。これにより、常に蒸発粒子の堆積膜が少ない状態を維持できるので、吸着ガスが減少し、成膜プロセスに良い効果をもたらすことができる。

このように実施の形態２によれば、成膜完了後、大気解放前に歪付与手段１１を動作させて羽板部材４１の表面に付着した蒸発粒子の堆積膜を前広に除去することにより、羽板部材４１の表面に堆積する膜の状態管理ができ、しかるに、成膜と、リークを繰り返しても、吸着ガスの放出量がより一層簡便に管理できる。したがって吸着ガスの減少にさらに効果がある。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３になる真空蒸着装置に用いる羽板部材の表面状態を説明するもので、（ａ）は一般的な防着部材（防着板）ないしは羽板部材４１、（ｂ）は実施の形態３に用いた鏡面仕上げを行った羽板部材４１Ａをそれぞれ模式的に拡大して示す横断面図である。この実施の形態３では、防着部材４の構成材の全表面を鏡面仕上げとしたこと以外は上記実施の形態１、または２と同様であるので説明を省略する。

上記のように、この実施の形態３の真空蒸着装置では、防着部材４の構成材の全表面が鏡面仕上げとなっているため、蒸発粒子堆積膜の羽板部材４１Ａ表面へのアンカー効果が著しく低下し、堆積膜がより剥離し易いものとなる。したがって、実施の形態１、２に比べ、防着部材４の表面への堆積膜残さ（残留分）が減少し、吸着ガスの減少にさらに効果がある。なお、上記説明では、羽板部材４１Ａなど防着部材４の構成材の全表面を鏡面仕上げとした場合について説明したが、羽板部材４１Ａにおける図４のＤ部を含む面、即ち、羽板部材４１Ａの表裏２面の内、蒸発源を臨む側の面のみを鏡面仕上げとしたものでも相応の効果が得られる。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４になる真空蒸着装置の要部構成を模式的に示す縦断面図である。この実施の形態４は、真空容器１の内壁１ａ面と防着部材４との間隙部（クリアランス）１０の底部２０に、図示しない真空排気手段に連通する開口部２１を設け、且つ該開口部２１の下流側、即ち開口部２１と上記真空排気手段との間にフィルタ２３を設けたものである。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態４の真空蒸着装置では、真空容器１の内壁１ａ面と防着部材４との間隙部（クリアランス）１０の底部２０に集塵された、防着部材４表面からの堆積膜の剥離片を真空容器１の外部へ排出し、フィルタ２３にトラップさせることができる。なお、上記堆積膜剥離片を排出する場合は、バッチ交換直後の真空容器１内圧力が大気圧に近い時、もしくはプロセス中のときは水分（Ｈ_２Ｏ）を含まない例えば窒素ガス、ドライ空気等で真空容器１内の圧力を例えば０．１〜０．０５ＭＰａ程度にして行なうことが望ましい。

上記の様に実施の形態４によれば、真空容器１内の堆積膜剥離片を適宜真空容器１の外部に排出することで、集塵された堆積膜剥離片からの吸着ガス放出の悪影響を最小限にすることができる。また、上記底部２０にヒータ等の加熱手段（図示省略）を設け、堆積膜剥離片を加熱するように構成することも好ましく、その場合には特に大気開放時の真空容器１内の堆積膜剥離片に例えばＨ_２Ｏなどのガスが吸着するのを防止できるので、蒸着プロセス中の吸着ガス放出を著しく抑えることができる。

ところで、上記実施の形態の説明では、防着部材を斜坑ハニカム構造、またはルーバー状マルチプレート構造とした場合について説明したが、これらのみに限定されるものではない。また、真空容器１として概略四角形の筒状のものを用いた場合について説明したが、これに限定されるものでないことは言うまでもない。

この発明の実施の形態１に係る真空蒸着装置の要部構成を模式的に示す縦断面図である。図１に示す防着部材を斜坑ハニカム体構造に形成した場合の例を拡大して模式的に示す正面図である。図１に示す防着部材をルーバー状マルチプレート構造に形成した場合の例を拡大して模式的に示す正面図である。図１に示す真空蒸着装置の羽板部材に対する堆積膜の付着部分と剥離の動作を模式的に説明する拡大断面図である。この発明の実施の形態２による真空蒸着装置の要部構成を模式的に示す縦断面図である。この発明の実施の形態３になる真空蒸着装置に用いる羽板部材の表面状態を模式的に拡大して示す横断面図である。この発明の実施の形態４になる真空蒸着装置の要部構成を模式的に示す縦断面図である。

符号の説明

１真空容器、１ａ内壁、２蒸発源、３保持治具、４防着部材、４１、４１Ａ羽板部材、４２通路、４２ａ内側開口部、４２ｂ外側開口部、５シャッタ板、６シャッタ軸、７保持爪、８被成膜体（被成膜基板）、９蒸発物質、９ａ蒸発粒子流、１０間隙部（クリアランス）、１１歪付与手段、２０底部、２１開口部、２３フィルタ。

Claims

真空容器と、この真空容器内に設けられた蒸発源と、上記真空容器内に設けられ被成膜体をこの蒸発源に対向するように保持する保持治具と、上記真空容器の内壁に沿って設けられ上記蒸発源からの蒸発物が該真空容器の内壁に付着するのを防ぐ防着部材とを備えた真空蒸着装置において、上記防着部材は、上記蒸発源の側面部に対向する位置から上記保持治具の側面部に対向する位置に跨ってこれらの外周部を包囲すると共に上記真空容器の内壁から離間して設けられ、かつ該真空容器の中心部側から内壁に向けて斜め下方に傾斜した複数の羽板部材を用いて構成されてなり、
上記羽板部材は、表面が鏡面状に形成されてなることを特徴とする真空蒸着装置。
真空容器と、この真空容器内に設けられた蒸発源と、上記真空容器内に設けられ被成膜体をこの蒸発源に対向するように保持する保持治具と、上記真空容器の内壁に沿って設けられ上記蒸発源からの蒸発物が該真空容器の内壁に付着するのを防ぐ防着部材とを備えた真空蒸着装置において、上記防着部材は、上記蒸発源の側面部に対向する位置から上記保持治具の側面部に対向する位置に跨ってこれらの外周部を包囲すると共に上記真空容器の内壁から離間して設けられ、かつ該真空容器の中心部側から内壁に向けて斜め下方に傾斜した複数の羽板部材を用いて構成されてなり、
上記防着部材と上記真空容器の内壁との間隙部底部に加熱手段を設けたことを特徴とする真空蒸着装置。
上記羽板部材は、ルーバー状のマルチプレート構造に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空蒸着装置。
上記羽板部材は、斜坑ハニカム体構造に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空蒸着装置。
上記羽板部材は、形状記憶合金を用いたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の真空蒸着装置。
上記防着部材に対して歪を付与するための歪付与手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の真空蒸着装置。
上記防着部材と上記真空容器の内壁との間隙部底部に設けられた真空排気装置に連通する開口部と、この開口部と上記真空排気装置との間に設けられたフィルタを備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに記載の真空蒸着装置。