JP6017799B2

JP6017799B2 - 電子ビーム蒸着装置

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Publication number: JP6017799B2
Application number: JP2012037670A
Authority: JP
Inventors: 山田　実; 実山田
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: JP2013173964A

Description

本発明は、電子ビームを用いた蒸着装置に関するものであり、例えば溶融材料を使用する場合であっても鉛直方向に保持した基板に当該材料を蒸着することが可能な電子ビーム蒸着装置に関するものである。本発明における鉛直方向とは、鉛直のみならず、鉛直と一定角度を有する傾斜状態を含むものである。

電子ビームを用いた蒸着装置は、所定の電圧で加速された電子を、真空容器内に配置した坩堝内の材料に上方から垂直に照射し加熱することで蒸発させ、この蒸発した材料を真空容器内に配置した被蒸着部材である基板の表面に付着させて薄膜を形成するものである。

この蒸着装置を構成する蒸発部１は、従来は、電子銃２、磁石３、ポールピース４、坩堝５等の構成要素を、図８に示すように水平に設置し、坩堝５内の材料６を上方向に蒸発させていた。一方、蒸発部１の上方に配置する基板７は、表面を下方に向けた状態で水平方向に保持していた。以下、表面を下方に向けた状態をフェイスダウンの状態という。

この蒸着装置は、多種類の材料に対して高速度の成膜が行えるので、多用途で使用されているが、基板の大型化に伴い、フェイスダウンの状態で基板を水平方向に保持するとたわみが発生する。たわみが発生すると、マスクやベースプレートへの基板の密着性が悪くなるので、蒸着精度や基板温度の制御が困難になる問題がクローズアップされてきた。

この問題を解決する一手段として、たわみが発生しないように鉛直方向に保持した基板に材料を蒸着する方法があるが、この方法は特にAlやCu等の溶融材料の場合は、実現が困難である。以下、鉛直方向に保持した基板に材料を蒸着する方法を、サイドデポジションでの蒸着方法という。

特開平７−２１１６４１号公報

本発明が解決しようとする問題点は、フェイスダウンの状態で基板を保持すると、基板の大型化に伴ってたわみが発生し、マスクやベースプレートへの密着性が悪くなって、蒸着精度や基板温度の制御が困難になるという点である。

本発明の電子ビーム蒸着装置は、
坩堝内に装入する材料が例えばAlやCu等の溶融材料であっても、サイドデポジションでの蒸着が可能なようにするために、
水平に配置された坩堝と、当該坩堝の下方に配置した電子銃から照射される加速した電子を坩堝内に導く偏向用磁石と、当該偏向用磁石に導かれて坩堝に入射した電子ビームにより発生する反射電子の軌道を含む坩堝近傍の電子の軌道を制御するポールピースとを有し、坩堝内に導かれた電子により坩堝内に装入した材料を加熱して蒸発させ、坩堝の側方に下端が位置するように鉛直方向に保持した基板の表面に付着させて薄膜を形成する電子ビーム蒸着装置において、
前記電子銃と、前記偏向用磁石と、前記ポールピースを前記基板方向に傾斜配置して、前記基板側の上方から坩堝内の材料に斜めに電子を照射すべく構成すると共に、
前記坩堝近傍で前記基板と離れた側に、基板に向けて傾斜状に延出する反射板を設けて蒸発した材料が基板方向に向くように構成したことを最も主要な特徴としている。

本発明において、「坩堝近傍で基板と離れた側に、基板に向けて傾斜状に延出する反射板」とは、坩堝の基板と離れた側から基板に向けて、反射板が坩堝から直接傾斜状に延出している場合のみならず、反射板が坩堝と間隔を存して傾斜状に取り付けられている場合を含むものである。

本発明の電子ビーム蒸着装置は、坩堝に対して、電子銃と偏向用磁石を基板方向に傾斜配置すると共に、坩堝近傍で基板と離れた側に、基板に向けて傾斜状に延出する反射板を設けるので、蒸発した材料は反射板で反射して基板方向に向かう。従って、坩堝内に装入する材料が例えばAlやCu等の溶融材料であっても、サイドデポジションでの蒸着が可能になる。

上記の本発明の電子ビーム蒸着装置において、反射板を、傾斜角度を変化可能なように構成した場合は、基板の上下方向の膜厚分布を均一にすることができる。

また、坩堝を、水平方向への回転が可能なように構成した場合は、基板の左右方向の膜厚分布を均一にすることができる。この場合、坩堝と反射板は同じ方向に同速度で回転することは言うまでもないが、その際、反射板の回転は、坩堝と一体に形成することで行う場合と、坩堝と別の機構により回転する場合のどちらでも良い。

本発明では、坩堝内に装入する材料が例えばAlやCu等の溶融材料であっても、サイドデポジションでの蒸着が可能となるので、大型の基板であっても保持に際してたわみが発生せず、マスクやベースプレートへの基板の密着性が良好に保て、蒸着精度の悪化を防ぐことができる。

本発明の電子ビーム蒸着装置の概略構成を示した図である。本発明の電子ビーム蒸着装置を構成する反射板の傾斜角度θとエミッション電流との関係の一例を示した図である。本発明の電子ビーム蒸着装置を構成する反射板の傾斜角度を変更する機構の一例を説明する図である。本発明の電子ビーム蒸着装置を構成する反射板の傾斜角度を変更する機構の他の例を説明する図である。本発明の電子ビーム蒸着装置を構成する坩堝の回転角度とエミッション電流との関係の一例を示した図である。本発明の電子ビーム蒸着装置の他の例の概略構成を示した図である。本発明の電子ビーム蒸着装置の更に他の例の概略構成を示した図である。従来の電子ビーム蒸着装置の概略構成を示した図である。

本発明では、サイドデポジションでの蒸着が可能なようにするという目的を、坩堝に対して、電子銃と偏向用磁石を基板方向に傾斜配置し、坩堝近傍で基板と離れた側に、基板に向けて傾斜状に延出する反射板を設けることで実現した。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
本発明の電子ビーム蒸着装置は、図１に示したような構成を有している。

１１は真空容器の内部下方に配置された材料１２の蒸発部である。この蒸発部１１は、電子ビーム源である電子銃１３と、電子銃１３より放出された電子の衝突により加熱蒸発する前記材料１２を装入する坩堝１４と、坩堝１４近傍における電子軌道を制御（例えば、坩堝１４への電子ビーム入射により発生する反射電子の飛散方向を制御する等）するための磁石を有するポールピース１５と、電子銃１３より放出された電子の進路を曲げて、接地電位である坩堝１４内に導くための偏向用磁石１６とから構成されている。

前記蒸発部１１において、前記電子銃１３からの坩堝１４（材料１２の表面）までの電子ビームの偏向角は特に限定されないが、電子銃１３が蒸着材料や粉塵等の影響を受けず、かつ、電子ビームの偏向角の制御が可能な範囲として、２２５°〜３１５°とするのが好ましい。

前記本発明例では、水平に設置した坩堝１４内の材料１２に斜め上方から電子を照射し易くするために、少なくとも電子を放出して坩堝１４に導くための、電子銃１３、ポールピース１５、偏向用磁石１６を、真空容器の内部上方に、鉛直方向に保持した基板１７に向けて傾斜配置したことが特徴である。

加えて、本発明では、坩堝１４内、本発明例のように坩堝１４内にハースライナー１８を設置する場合は、ハースライナー１８の前記基板１７と離れた側に、反射板１９を、基板１７に向けて傾斜状に、例えばハースライナー１８から直接延出すべく設けたことが特徴である。

この反射板１９は、蒸発した材料１２を基板１７に向けて反射するためのものであるため、蒸発した材料１２が反射板１９に当った際に反射板１９に付着しないように加熱されている。

また、反射板１９の水平線に対する傾斜角度θは、坩堝１４と基板１７との相対距離Ｌ1や基板の鉛直方向の長さＬ2によって適宜決定するものである。

このような構成の本発明の電子ビーム蒸着装置では、斜め上方から電子を照射された坩堝１４内の材料１２は、蒸発後、反射板１９に当って反射して流動方向を変更し、鉛直方向に保持した基板１７の表面に薄膜を形成することになる。

つまり、水平に設置した坩堝１４に対して、少なくとも電子銃１３と偏向用磁石１６を基板１７方向に傾斜配置し、坩堝１４（発明例ではハースライナー１８）の近傍で、基板１７と離れた側に、基板１７に向けて傾斜状に延出する反射板１９を設ける本発明では、坩堝１４内に装入する材料１２が例えばAlやCu等の溶融材料であっても、サイドデポジションでの蒸着が可能になる。

その際、基板１７の鉛直方向の上下端部に比べて中央部分の膜厚が厚くなるので、反射板１９の前記傾斜角度θを変化できるように構成し、反射板１９の前記傾斜角度θを変化しつつ、エミッション電流を変化させて蒸着することが望ましい。

例えば図１の場合では、水平方向（基板１７側）への蒸着粒子の数（蒸着量）が最大となる傾斜角度θ（例えば４５°付近）ではエミッション電流を最低にし、逆に蒸着粒子の数が最少となる傾斜角度θ（例えば６５°付近）に行くほどエミッション電流を最大とする（図２参照）。但し、反射板１９の傾斜角度θとエミッション電流との関係は基板１７と坩堝１４との距離に応じて異なることは言うまでもない。

ところで、反射板１９の傾斜角度θを変化させる可動機構としては、例えば図３に示すようなものを採用する。

反射板１９は、例えば坩堝１４から離反した側の端面が前記傾斜角θを変更できるように揺動すべく坩堝１４側の端面はヒンジ２０を介して、前記坩堝１４から離反した側の端面側はリンク機構２１を介して坩堝１４の近傍に取り付ける。そして、前記リンク機構２１を、これを伸縮するための軸２２を介して、蒸着装置外に設けたモータ２３に接続することで、反射板１９を所定の傾斜角θに設定できるようにする。

上記の通り、反射板１９の傾斜角度θとエミッション電流値に応じて蒸着量は変化するため、予め、各エミッション電流値と反射板１９の傾斜角度θにおける蒸着量の関係を事前に計測しておく。そして、実際の成膜時には、例えば基板１７全体が均一な膜厚分布になるように（基板１７全体の蒸着量が一定になるように）、シーケンサ２４から蒸発部１１のコントローラ２５に指令を出してエミッション電流値を、シーケンサ２４からモータ２３のコントローラ２６に指令を出して反射板１９の傾斜角度θを制御する。

反射板１９を傾斜させるための機構は、図３に示した構成に限定されず、図４のように、反射板１９の可動軸２７にモータ２３を直結させたものであっても良い。

なお、上記制御に限らず、基板１７近傍に配置した膜厚センサー（図示せず）の値に応じて、基板１７全体の蒸着量が一定になるように、エミッション電流値、反射板１９の傾斜角度θを制御しても良い。また、反射板１９を可動させずに傾斜角度θを一定とし、基板１７側もしくは蒸発部１１側を鉛直方向に移動させても良い。

また、同様な考え方により、坩堝１４と反射板１９を水平方向に回転させながらエミッション電流を変化させれば、基板１７の横方向の付着量を均一化することができる。

例えば、坩堝１４と反射板１９を、軸方向の中心軸ｃ（図３、図４参照）を回転中心として、例えば図３に示す例では紙面手前から奥方向に回転させることで、基板１７の水平方向（図３では紙面手前から奥方向、図４では紙面上下方向）の膜厚分布を均一化することができる。坩堝１４と反射板１９の回転角度は、坩堝１４の図３の位置を０°とした場合、例えば±１５°とされ、基板１７への蒸着量が最大となる０°でエミッション電流値を最小とし、＋１５°、−１５°に行くにしたがってエミッション電流値が大となるように制御することで、基板１７の水平方向の膜厚分布が均一化される（図５参照）。

ちなみに、図１の構成の本発明の電子ビーム蒸着装置と、図８の構成の従来の電子ビーム蒸着装置を使用して、以下の条件で３００mm×３００mmのガラス基板上にAlを蒸着して、膜厚分布を測定したところ、両者の膜厚分布はほぼ一致し、±２０％であった。

これにより、本発明によれば、坩堝内に装入する材料がAlやCu等の溶融材料であっても、従来のフェイスダウンの状態と同様の膜厚分布で、サイドデポジションで蒸着できることが判明した。従って、本発明によれば、大型の基板であってもたわみが発生せず、マスクやベースプレートへの密着性が悪くなることもなく、小型の基板と同様の精度で成膜することができるようになる。

（蒸着条件）
・加速電圧：２kV
・エミッション電流：２７０mA
・ビーム偏向角：２７０°
・反射板の傾斜角度：５５°

さらに、膜厚分布を改善するために、図１の構成の本発明の電子ビーム蒸着装置における反射板の傾斜角度が４５°〜６５°の間を、５°／秒の角速度で往復させた。その際、反射板の傾斜角度が４５°の時はエミッション電流が２４０mA、傾斜角度が６５°の時はエミッション電流が３００mAとなるように、３秒で２４０mAから３００mAとなるようにリニアに変化させた。その結果、膜厚分布は±１０％と向上した。

本発明は、前記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば、基板１７への付着量の分布は、反射板１９の前記傾斜角度θの変化に限らず、坩堝１４内の材料１２への電子の照射角度や基板１７の上下方向の保持位置によっても調整することができる。

また、図１では坩堝１４をポールピース１５より上方の位置に配置しているが、図６に示すように、坩堝１４をポールピース１５より下方の位置に配置してもよい。また、基板１７の上下方向長さが大きい場合、図７に示すように、例えば図１の電子ビーム蒸着装置を鉛直方向に複数（図７では２台）設けても良い。

１１蒸発部
１２溶融材料
１３電子銃
１４坩堝
１５ポールピース
１６偏向用磁石
１７基板
１８ハースライナー
１９反射板

Claims

水平に配置された坩堝と、当該坩堝の下方に配置した電子銃から照射される加速した電子を坩堝内に導く偏向用磁石と、当該偏向用磁石に導かれて坩堝に入射した電子ビームにより発生する反射電子の軌道を含む坩堝近傍の電子の軌道を制御するポールピースとを有し、坩堝内に導かれた電子により坩堝内に装入した材料を加熱して蒸発させ、坩堝の側方に下端が位置するように鉛直方向に保持した基板の表面に付着させて薄膜を形成する電子ビーム蒸着装置において、
前記電子銃と、前記偏向用磁石と、前記ポールピースを前記基板方向に傾斜配置して、前記基板側の上方から坩堝内の材料に斜めに電子を照射すべく構成すると共に、
前記坩堝近傍で前記基板と離れた側に、基板方向に傾斜状に延出する反射板を設けて蒸発した材料が基板方向に向くように構成したことを特徴とする電子ビーム蒸着装置。
前記反射板は、傾斜角度を変化可能なように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム蒸着装置。
前記坩堝と反射板は、坩堝の軸方向の中心軸を回転中心として夫々が回転可能なように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム蒸着装置。
前記坩堝は、坩堝の軸方向の中心軸を回転中心として回転が可能なように構成され、前記反射板は、前記坩堝の回転により一体に回転することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム蒸着装置。