JP5433920B2

JP5433920B2 - 真空蒸着装置および方法

Info

Publication number: JP5433920B2
Application number: JP2006047849A
Authority: JP
Inventors: 茂大谷
Original assignee: 株式会社昭和真空
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2026-02-24
Also published as: JP2007224376A

Description

本発明は電子ビーム蒸発による真空蒸着装置および方法全般に関する。

電子ビーム蒸発による真空蒸着装置は、電子ビームを出射する電子銃、磁場を形成しこれを電子ビームに印加する磁力制御用電磁石（以下、ポールピースと称す。）、および、蒸着材料を収容するルツボハースを備え、ポールピースにより集束および偏向した電子ビームを蒸着材料に入射させて加熱蒸発した蒸着物をワーク上に堆積させるものである。
ポールピースはルツボハースの上面に突出していることが一般的である為、ルツボハースから蒸発した蒸着物はワークのみならずポールピースに付着・堆積する。このポールピースへの蒸着物の堆積は軽減されなくてはならない。堆積物は蒸着処理の進行に伴い成長を続け、ワークへの蒸着物入射の遮蔽物と成り得る。これにより真空蒸着されるワークの不良品発生を誘発している。また、ポールピース表面の堆積物により磁場制御能力の低下も発生させている。このためポールピースは周期的にメンテナンス清掃する必要があり、メンテナンス時間を短縮するためにポールピースにカバーを設けるものが例えば特許文献１に開示される。

特許文献１は、電子源からルツボに向かう電子ビームの経路の途中に設け電子ビームに鎖交して磁界を印加し１８０度以上回転させるための磁性体のポールピースと、ルツボ内で電子ビームにより加熱した物質が対向して配置した基板に向かう開口を可及的に大きくした形状でポールピースを覆った非磁性体のカバーとを備える電子源装置である。非磁性体のカバーを設けることで、ポールピースに付着する物質を簡易かつ迅速に清掃し、かつ蒸着時の基板に対する開口を小さくしないようにするものである。
特開２００５−２００７１８号公報

従来の真空蒸着装置の電子ビーム蒸発源は、周期的なメンテナンスおよび大気開放を必要とする為に生産効率の低下となる問題が有った。特許文献１によりメンテナンスの作業時間を短縮することは可能であるが、メンテナンスの為の大気開放を省略することはできないため、連続蒸着処理能力に限界があり、生産効率に課題があった。
この発明は上記の問題点を解決するもので、連続蒸着処理能力の増大を可能とした真空蒸着装置および方法を提供する事を目的としている。

本発明の第１の側面は、電子ビーム蒸発源を搭載した真空蒸着装置であって、装置内の所定の部材を被装する防着カバー、及び防着カバーを移動させる駆動源を備えた真空蒸着装置である。ここで、防着カバーが複数の防着カバーかならなり、複数の防着カバーのうちの１つが蒸発源に対向する位置に配置され、蒸着源に対向する位置に配置される防着カバーが駆動源によって交換される構成とした。

上記において、防着カバーが、電子ビーム蒸発源からのビーム軌跡を決定する磁力制御用電磁石を被装するようにした。また、複数の防着カバーが、磁力制御用電磁石に固定される固定式防着カバー、及び固定式防着カバーを被装する少なくとも１つの可動式防着カバーからなる構成とした。さらに、駆動源の制御装置を備え、制御装置に予め入力された連続成膜処理終了後に防着カバーを交換するようにした。またさらに、磁力制御用電磁石を円周上に含むように可動式防着カバーが回転可能に設置され、可動式防着カバーが駆動源によって回転操作される構成とした。

本発明の第２の側面は、電子ビーム蒸発源、少なくとも１つが所定の部材を被装する複数の防着カバー、および少なくとも１つの防着カバーを移動させる駆動源を備えた真空槽による真空蒸着方法において、少なくとも、第１の防着カバーを蒸発源に対向させ所定の部材を被装するとともに、第２の防着カバーを蒸着源から遮蔽された位置に配置するステップ、蒸発源の蒸発を制御するステップ、及び所定の時間経過後に駆動源により第１及び／又は第２の防着カバーを移動させて第２の防着カバーを蒸発源に対向させるステップを含む真空蒸着方法である。

ポールピースカバーを複数設けることにより、堆積物を各ポールピースカバーに分配することができ、連続蒸着処理能力の増大に効果を奏する。

以下、図１に示す真空蒸着装置に基づいて実施例を説明する。本発明は、例えば誘電体蒸着装置（光学業界向け装置および液晶配向膜蒸着装置）、金属膜蒸着装置（半導体向け電極膜形成装置）等に汎用可能であり、またこれに限らず全ての電子銃搭載装置において有効である。

図１の装置は、図示しない排気手段を備える成膜室１内部に電子ビーム蒸発源５を具備し、電子ビーム蒸発源５に対向する位置に順次ワーク４を供給して連続的に成膜処理を行うインライン式装置である。成膜室１には仕切りバルブ９を介して仕込室２および取出室３が連接し、仕込室２は成膜室１に未処理基板４′を供給し、取出室３は成膜室１から処理済基板４″を回収する。

電子ビーム蒸発源５は、電子ビームを出射するための電子銃１０、磁場を形成しこれを電子ビームに印加して集束および偏向させるためのポールピース１１、および、蒸着材料１２を収容するルツボハース１３により構成され、蒸発位置にルツボハース１３を自動供給する蒸着材料供給機構６、ワーク４に対して蒸着材料１２を遮蔽するシャッター機構７、および、ポールピース１１を被装するポールピースカバー機構８を付設する。

図２は電子ビーム蒸発源５およびこれに付設する各機構６〜８の概略平面図を示し、図中破線にて示す蒸発位置Ａに供給されたルツボハース１３に電子ビームを入射させて成膜を実施するものとする。
ポールピースカバー機構８は、ポールピース１１に取付け固定される固定式ポールピースカバー１４、固定式ポールピースカバー１４を被装可能な第１の可動式ポールピースカバー１５および第２の可動式ポールピースカバー１６、第１および第２の可動式ポールピースカバーを連結する回転駆動軸１７、回転駆動軸１７に接続する駆動源１８、駆動源１８に接続する制御装置１９、蒸発位置Ａを取り囲む遮蔽板２０、および、遮蔽板２０により蒸着物が飛来しない位置に設けられた第１乃至第３の退避ゾーン２１〜２３により構成される。

図３は第１および第２の可動式ポールピースカバー１５，１６の概略斜視図を示す。駆動源１８は回転駆動軸１７を昇降および回転するものとし、上昇させた回転駆動軸１７を所定角度回転させてから下降させ、第１および第２の可動式ポールピースカバー１５，１６の位置を移動させるものとする。駆動源１８は予備のポールピースカバーを蒸着物が飛来しない退避位置から順次供給する機構であればよく、回転駆動と昇降駆動の組み合わせに限られるものではない。第１および第２の可動式ポールピースカバー１５，１６は、ポールピース１１位置と第１乃至第３の退避ゾーン２１〜２３とを任意に移動可能であり、制御装置１９により位置制御される。実施例の可動式ポールピースカバーは、使用時においてポールピース１１位置に、使用前において第１の退避ゾーン２１に、使用後において第２の退避ゾーン２２または第３の退避ゾーン２３に配置されるものとする。また、ポールピースカバーは左側と右側に分かれており独立した駆動となるが動作は同時に行われるものとする。

以下、図４を参照にポールピースカバー機構８の動作について説明する。
まず、ポールピース１１に固定式ポールピースカバー１４を装着し、固定式ポールピースカバー１４に第１の可動式ポールピースカバー１５を被装し、第１の退避ゾーン２１に第２の可動式ポールピースカバー１６を位置させ、図４（ａ）に示す配置にて成膜室１内部を所望の真空度に維持する。電子銃１０から出射した電子ビームをポールピース１１が印加する磁界により集束して２７０度偏向させ、ルツボハース１３内に入射させて蒸着材料１２を加熱蒸発させる。本件は２７０度偏向型電子銃での実施例を記載しているが、１８０度偏向型電子銃等への応用も可能である。

所望の蒸発レートとなった時点でシャッター機構７を開き、電子ビーム蒸発源５に対向配置するワーク４に成膜を開始する。遮蔽板２０により退避ゾーン２１にて待機する使用前の第２の可動式ポールピースカバー１６には蒸着物が付着しないように工夫され、また、固定式ポールピースカバー１４は第１の可動式ポールピースカバー１５に被装されているため、ルツボハース１３から蒸発した蒸着物は第１の可動式ポールピースカバー１５にのみ堆積する。連続蒸着処理により第１の可動式ポールピースカバー１５に堆積した蒸着物が成長を続け不良品発生や磁場制御能力低下を誘発する前に、ポールピースカバーの交換動作を行う。交換するタイミングは制御装置１９の自動プログラム内にて設定・管理する。例えば予め入力された連続蒸着処理時間を超過する直前に交換する等、装置使用者が任意に設定すればよい。

交換時は、駆動源１８により第１および第２の可動式ポールピースカバー１５，１６を上方に移動させ、所定角度回転駆動した後下方に移動させる。第１および第２の可動式ポールピースカバー１５，１６は同一の駆動源に接続されているため、使用後の第１の可動式ポールピースカバー１５が電子銃側の第２の退避ゾーン２２に移動すると同時に使用前の第２の可動式ポールピースカバー１６がポールピース１１上に移動し固定式ポールピースカバー１４を被装する。この状態を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示す配置にて蒸着処理し、第２の可動式ポールピースカバー１６に蒸着物を堆積させ、制御装置１９の自動プログラム内にて設定・管理された交換タイミングとなった時点で再度交換動作に入る。

二度目の交換動作では、駆動源１８を操作して第１の可動式ポールピースカバー１５を第３の退避ゾーン２３に、第２の可動式ポールピースカバー１６を第２の退避ゾーン２２に移動して、図４（ｃ）に示す状態に配置する。図４（ｃ）に示す配置にて蒸着処理し、固定式ポールピースカバー１４に蒸着物を堆積させ、制御装置１９の自動プログラム内にて設定・管理された交換タイミングとなった時点で成膜室１を開放し、メンテナンス作業により各ポールピースカバー１４〜１６に付着した堆積物を除去する。
また、できるだけ多くの付着堆積量を可動式ポールピースカバーで付着するようにすれば固定式ポールピースカバー１４のメンテナンスサイクルを長くすることができ、さらには、全ての付着堆積量を可動式ポールピースカバーで付着するようにすれば、固定式ポールピースカバー１４のメンテナンスは不要となる。

上記構成により、連続蒸着処理により発生する付着物はポールピース本体ではなくポールピースカバーに付着堆積する事になる。ポールピースカバーは複数の予備を有しており、連続蒸着処理中に大気開放する事無く真空を保持した状態で切換え可能としている。ポールピースカバーの切換えにより堆積物はポールピース周辺部より取り除かれ、連続蒸着処理能力の増大が可能と成る。

実施例は、１枚の固定式ポールピースカバーと２枚の可動式ポールピースカバーを備えることにより、連続蒸着処理における蒸着物の付着量を３等分することができる。装置が安定稼動可能なポールピースへの付着堆積量が判明しているならば、連続処理能力が３倍となることになる。連続処理数が決まっているならば、ポールピースへの付着堆積量を３分割でき、電子銃性能低下を防ぎ蒸着装置の稼動安定化を計る事が出来る。自動切換え用可動式ポールピースカバーの点数は適宜選択すればよく、点数を増大させるほど蒸着物を分散させることが可能となるため、電子銃安定稼働時間の延長に貢献する。また、蒸着材料の供給を確保する自動供給機構と合わせて蒸着装置へ搭載する事により装置の稼動時間を延長し、生産性の向上および作業効率の向上に効果を奏する。

また、本発明はルツボハースからの蒸着物が堆積する位置をカバーするものであればポールピースカバーに限らず応用可能である。例えばポールピースカバー機構と同様動作の駆動源をルツボハースの蒸発位置のカバーに採用すればよい。一例として、図５はルツボハースの蒸発位置Ａをカバーするルツボハースカバー２４を示す。成膜室内部に複数のルツボハースカバー２４を搭載し、ポールピースカバー機構８同様に回転駆動軸１７を用いてこれを自動切換えすることにより、最も付着物が多いルツボハース周囲の付着堆積量を分散させる事ができる。また１８０度偏向型電子銃を採用する場合には、図５に示すルツボハースカバー２４により、ルツボハースと同一の平面内に配置されるポールピースを同時にカバーすることができる。

なお、上記実施例では複数の可動式ポールピースカバー全てを同時に移動させる構成を示したが、これらを個々に移動させる構成を用いてもよい。例えば、ポールピースに固定式ポールピースカバー及び複数の可動式ポールピースカバーを重ねて被装させておき、蒸着源に対向する最も外側の可動式ポールピースカバーに堆積物が付着してきたら、その最も外側の可動式ポールピースカバーを除去しこれを繰り返すような構成、即ち、外側に被装された可動式ポールピースカバーから順次除去していくような構成を用いてもよい。この場合、除去した可動式ポールピースカバーを蒸着源から退避させるスペースはなくてもよい。

本発明防着カバーは連続処理用装置や厚膜処理用装置、多層膜形成用装置において特に有効であり、蒸着処理能力の飛躍的な拡大に著しく貢献する。

本発明真空蒸着装置概略断面図本発明蒸発源概略平面図可動式ポールピースカバー概略斜視図ポールピースカバー動作説明図ポールピースカバー動作説明図ポールピースカバー動作説明図蒸発位置カバー動作説明図

符号の説明

1 成膜室
2 仕込室
3 取出室
4 ワーク
5 電子ビーム蒸発源
6 蒸着材料供給機構
7 シャッター機構
8 ポールピースカバー機構
9 仕切りバルブ
10 電子銃
11 ポールピース
12 蒸着材料
13 ルツボハース
14 固定式ポールピースカバー
15 可動式ポールピースカバー
16 可動式ポールピースカバー
17 回転駆動軸
18 駆動源
19 制御装置
20 遮蔽板
21 退避ゾーン
22 退避ゾーン
23 退避ゾーン
24 ルツボハースカバー

Claims

電子ビーム蒸発源を搭載した真空蒸着装置であって、
該電子ビーム蒸発源からのビーム軌跡を決定する磁力制御用電磁石を被装する複数の防着カバー、及び
該複数の防着カバーを移動させる駆動源
を備え、
前記複数の防着カバーが第１及び第２の防着カバーを備え、前記蒸発源に対向する第１の位置に配置された前記第１の防着カバーが前記磁力制御用電磁石を被装する場合に、前記蒸発源から遮蔽板によって遮蔽される第２の位置に前記第２の防着カバーが配置されるように構成され、
前記第２の可動式防着カバーが前記駆動源による回転及び昇降操作によって前記第２の位置から前記第１の位置に移動されるように構成されたことを特徴とする真空蒸着装置。
請求項１記載の真空蒸着装置であって、
前記複数の防着カバーが、該磁力制御用電磁石に固定される固定式防着カバー、及び該固定式防着カバーを被装する少なくとも１つの可動式防着カバーからなることを特徴とする真空蒸着装置。
請求項２記載の真空蒸着装置であって、
前記駆動源の制御装置を備え、該制御装置に予め入力された連続成膜処理終了後に該防着カバーを交換することを特徴とする真空蒸着装置。
請求項１に記載の真空蒸着装置において、前記駆動源が前記複数の防着カバーを同時に移動させるように構成された真空蒸着装置。
電子ビーム蒸発源、該電子ビーム蒸発源からのビーム軌跡を決定する磁力制御用電磁石を少なくとも１つが被装する複数の防着カバー、および複数の防着カバーを移動させる駆動源を備えた真空槽による真空蒸着方法において、
第１の防着カバーを該蒸発源に対向する第１の位置に配置して該磁力制御用電磁石を被装するとともに、第２の防着カバーを該蒸着源から遮蔽板によって遮蔽された第２の位置に配置するステップ、
該蒸発源の蒸発を制御するステップ、及び
所定の時間経過後に該駆動源の回転及び昇降操作により該第２の防着カバーを前記第２の位置から前記第１の位置に移動させて該第２の防着カバーを該蒸発源に対向させるステップ
を含む真空蒸着方法。