JPH01159370A - 蒸着装置及びその蒸発源装置、及び原料物質を蒸発させる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、真空状態の中で物質を蒸発させ且つ蒸発した
物質を基板上に蒸着する装置に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）真空状
態の中で物質を蒸着する装置は、電子ビームの作用によ
り原料物質が蒸発され又は昇華される蒸発源を含んでい
る。このような真空蒸着装置は、代表的には半導体装置
用の薄膜又は光学的な薄膜を製造する際に重要である。

この技術は、例えば、米国特許Ｎｏ、４５１６５２５に
開示されている。

典型的な蒸発源では、原料物質はるつぼ又は炉床内に配
置され、電子束が電場又は磁場の作用によって原料物質
上に向けられる。一般に、蒸発が進むにつれて原料物質
の高さが凌化するのを補償し、これによって原料物質を
最大限に使用するために、電子束の衝突位置を制御する
手段を設ける必要がある。例えば、米国特許Ｎｏ、　３
８８３６７９は、電子ビームが磁気的に案内され且つビ
ーム制御能力を高めるために磁気遮蔽を有する蒸発源を
開示している。公知の蒸発源は、米国特許Ｎｏ、　４０
６４３５２で開示されているように、照射される表面積
を増大させるために、電子ビームを原料物質を横切るよ
うに掃引する手段を含んでいる。ビームが原料物質上の
一定位置に維持される場合には、その物質は局部的に熱
くなって溶解し、そしてビームはｌ塊の物質に一点で貫
通する孔をあけるため、原料物質を十分に利用できず、
且つ蒸発源装置の炉床及び他の要素に損傷を与え得るこ
とが知られている。このことは、ビームが該原料物質を
横切るように掃引されない場合には該原料物質から炉床
への熱損失がその原因の一つを成し得、該熱損失により
該物質が一様に高温度になるのを防止されてしまう。蒸
発源及びこれに関連する真空装置に関しては、ソビエト
光学技術ジャーナル（ＳｏｖｉｅｔＪｏｕｒｎａｌ　ｏ
ｆ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の、１９
７６年、第４３巻、第１０番、第６１６頁〜６２８頁に
、アイイー・モリシェフ（ＩＥ　Ｍｏｒｉｃｈｅｖ）氏
等によって評論されている。モリシェフ氏等は、いくつ
かのタイプの蒸発源において電子ビームを制御し且つ合
焦する装置を開示していると共に、蒸発源の物質による
汚染の問題をも議論している。

要約すると、公知の蒸発源装置は、原料物質の汚染、及
び装置の複雑化及びコストを増大させる電子束を制御す
るための手段を必要とするというような欠点を有する。

従って、本発明の目的は、原料物質を蒸発する改良した
方法を提供することである。また、本発明の目的は、構
成及び作動が公知の蒸発源より簡単で、且つ原料物質の
利用が公知の蒸発源より改良された蒸発源装置を提供す
ると共に、このように改良した蒸発源装置を用いた蒸着
装置を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明の１つの態様によれば、回転対称な軸を持つ下向
きに先細の支持面を有する炉床を設け、該炉床内にある
量の原料物質を装入し、該原料物質を加熱して蒸発させ
ることから成り、前記支持面は、前記原料物質が前記支
持面により支持され且つ前記炉床の底部から離れた溶解
した小滴を形成するように、形成され且つ前記物質の量
が選択されることを特徴とする原料物質を蒸発させる方
法が提供される。

この方法においては、溶解した原料物質の小滴が略１つ
の線、例えば円形の線のみに沿って炉床と接触し、その
結果物質からの熱損失が低いレベルに制御され得る。こ
れによって、その小滴は、局部的な熱だけを受ける場合
でも溶解したままとなる。好ましくは、物質は、下方に
且つ前記軸に略沿って向けられる荷電粒子、好ましくは
電子の束の作用によって加熱される。電子の束に変えて
、この方法、例えば輻射ヒータ又はレーザーのような他
の熱源によって前記原料物質を加熱するようにしてもよ
い。

支持面が下向きに先細で且つ回転対称であるので、物質
の小滴が蒸発してより小さくなるにつれ、この小滴は前
記軸上に中心が合ったままで支持面上を下降する。さら
に、熱損失が少ないため、略軸方向に向けられた粒子の
ビームは前記小滴を効果的に加熱し続け、そのビームを
調節し又は掃引するための手段を設ける必要がない。こ
のように、本発明は、非常に構成が簡単で且つ効果的な
蒸発源装置を提供することができる。本発明の別の利点
は、原料物質と炉床との間の接触面積を小さくすること
により、不純物が炉床から原料物質に移動する通路が小
さくなり、その結果原料物質の汚染が減少する。

好ましくはこの方法は、自然の結合力の作用により前記
原料物質が略球状の形をとるようにさせること、及び該
原料物質を略球状の形に維持させようとする表面張力の
結合力が、該原料物質をその形からゆがめようとする重
力に打ち勝つように、該原料物質の量を選択することを
含む。好ましい実施例では、本発明の方法は、略球状の
溶解した原料物質塊を凹面形で、略円錐形の炉床によっ
て支持することを含む。

別の態様によれば、本発明は、下向きに先細の支持面を
有する、凹面形で略円錐形の炉床と、前記支持面により
支持された原料物質塊と、荷電粒子の束を発生し且つそ
の束を前記物質塊に向け、これによって該物質塊を加熱
して蒸発させる手段とを含み、前記物質塊は略球状であ
り、且つ前記炉床の底部から離れていることを特徴とす
る蒸発源装置を提供する。

昇華するというよりむしろ溶解する適当な物質に関して
；その原料物質は、荷電粒子（好ましくは電子）の束に
よって溶解され且つ溶解したときに略球状の形をとる。

この原料物質は、固形体のときに、略球状の形で蒸発源
装置内に装入される。

本発明は、支持面をほとんど湿らさない原料物質に対し
て特に有効であり、このような物質内には、溶解した物
質の隣り合う原子間の結合力があり、この結合力は溶解
した物質の原子と支持面を構成する原子との間の付着力
より大きい。蒸発源装置は、アルムニウム、銅、シリコ
ン及びニオブのような原料物質から蒸発物を作るのに特
に有効である。その炉床の支持面は、代表的には銅又は
モリブデン、又はその代わりに炭素から実質的に構成さ
れ、例えば、炉床は銅又はモリブデンから構成され、又
は別の例として、炭素ライナーを銅又はモリブデンの炉
床内に挿入してもよい。さらに、略化学的に不活性なラ
イナーを支持面に適用可能であり、代表的には窒化ホウ
素ライナーが支持面上に吹きかけることにより適用され
る。さらに、好ましくは冷却水により、炉床を冷却する
手段を設けてもよい。

好ましい実施例においては、蒸発源装置は、電子の束を
発生するために加熱されたフィラメントと、その電子を
原料物質の方へ向ける電場を発生する手段とを含む。好
ましくは、蒸発源装置は、内部に炉床及びフィラメント
が配置されたに導電性のあるかごを含み、該フィラメン
トはかごに対して一定の位置で固定されており、且つフ
ィラメント及びかごを炉床に対して、又はその代わりに
炉床をフィラメント及びかごに対して動かす手段が設け
られている。フィラメントと一方ではがごとの間、且つ
フィラメントと他方では炉床との間に電位差を与える手
段が設けられ、これによってフィラメントから出る電子
が加速されて炉床の方へ向けられる。蒸発源装置は、さ
らに電場を形成する別の部材を含み得、代表的にはフィ
ラメントと炉床との間に配置されるフィラメント遮蔽物
が設けられ、この遮蔽物は電子が炉床に向けて半径方向
に移動する（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ　ｔｒａｖｅ
ｌ）のを防止し、好ましくは電子はフィラメントから原
料物質に電場の作用により弧状の経路に沿って移動する
。

この電子束の経路は、明細書中で後に説明されるように
、炉床に対するかご及びフィラメントの位置を調節する
ことにより調節可能である。その代わりに、蒸発源装置
は、電子を原料物質の方へ向けるための磁場を発生する
手段を含み得る。

本発明の重要な利点は、炉床及び原料物質の新規な幾何
学的な形状により、原料特質のより効率的な蒸発及び利
用が、電子束を原料物質を横切るように掃引する手段を
設けることなく達成されることである。また、合焦のた
めの基準は従来の蒸発源装置より重要ではなく、最初に
一度合焦しておけば、作動中には合焦の調節をする必要
がない。

原料物質の量の選択は、その物質が略球状の形を維持し
ない体積の限界値によって、実施例では蒸着のために必
要とされる量及び蒸発源装置の実際の大きさの条件によ
って影響を受ける。物質の量の限界値は、その物質が最
も低い全位置エネルギーでその形を自然にとるというこ
とを考慮することによって決定され得る。表面張力は、
表面積に比例する表面位置エネルギーを生じさせ、且つ
これだけの影響によってその物質は半径ｒの球になる。

この表面位置エネルギー面積は、表面積に依存するため
にｒ′に比例する。この物質はその重量により重力の位
置エネルギーを持ち、このエネルギーは、密度及び体積
、即ちｒｌに比例する。

従って、ｒが増大するにつれ、重力の影響が表面張力の
影響を超えて増大する。好ましくは、原料物質は、４Ｔ
ＶＲｃ？Ｄ／３に略等しいにすぎない質量ｍを有する。

ここで、Ｄは溶解した原料物質の密度、Ｒｃは、その物
質の重量がその物質の形に対して表面張力が持つより大
きい影響を持つような臨界半径である。

原料物質の臨界量を、溶解したときに略球状の形を形成
する原料物質の最大量として規定することが仔細である
。炉床の大きさは、原料物質の臨界量を支持し又は収納
し得る大きさより大きい。

原料物質の量を測定するための手段を設けてもよい。し
かしながら、臨界量より多い原料物質の量を支持又は収
納するのに不十分な大きさを持つ略円錐形の炉床を設け
ることが特に仔細である。好ましくは、炉床は、その円
錐の頂点を中心に略３０°乃至５０’の範囲にある半角
を持った円錐である。蒸発源装置は、臨界量より少ない
原料物質の量を収納し、例えば我々は、容積が略！９５
龍″で且つ半角が略４０°の炉床内に収納され、溶解し
たときに略６５朋′の初期体積を有する原料物質の量を
与えることが特に仔細であることを発見した。この形状
は、アルミニウム、銅、シリコン又はニオブを蒸発させ
るのに仔細である。前記円錐がこれらの物質に関して臨
界量より少ない量を収納するいうことを我々は発見した
。臨界量は、原料物質上に形成される酸化層及び原料物
質と炉床の支持面との間の反応のような因子により影響
され、且つ従って、ある物質を蒸発させるために原料物
質及び炉床の最適寸法は上述した例によって異なり得る
。一般に、原料物質の臨界量は経験的に決定される。

本発明の別の態様によれば、回転対称の軸を持つ下向き
に先細の支持面を有する凹面形で且つ略円錐形の炉床を
設け、略球状の前記原料物質塊を、前記支持面によって
支持され、前記炉床の底部から離れ、且つ円形の線のみ
に略沿って前記支持面と接触するように炉床内に固形体
で装入し、荷電粒子、好ましくは電子の束を前記物質の
方向に全体に下方に向け、これによって前記物質を加熱
して蒸発させることから成る原料物質を蒸発させる方法
が提供される。該原料物質は昇華によって蒸発可能であ
り、このような物質は蒸発が進むにつれ溶解せず且つ球
状の形を維持しないが、この方法は、その物質から炉床
への熱損失が少なく且つ不純物が炉床から物質へ移動す
る際に通る接触する面積が少ないという利点を有する。

また、好ましい実施例では、前記蒸発源装置の前記原料
物質は、昇華により蒸発可能であり、且つ荷電粒子束の
作用によって加熱され且つその結果蒸発される。

本発明はまた、内部に基板が配置される真空容器と、上
で規定した少なくとも１つの蒸発源装置とを含む蒸着装
置を提供する。さらに、このような装置は、複数の蒸発
源装置又はその炉床を含み、１つの物質の使用可能量を
増加でき、又はいくつかの原料物質を蒸着のために用意
できるという利点を有する。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に示すように、ある量の原料物質４８が、凹面形
で円錐形の炉床２１の支持面（下向きに先細になってい
る）６１上に該炉床の底部６５から離れて支持されてい
る。炉床２１の成す半角６２は略４０°である。好まし
い実施例では、炉床２１は銅から成り、且つ支持部６Ｉ
は窒化ホウ素で被覆されている。窒化ホウ素は、特にア
ルミニウム、銅又は金のような原料物質に対して原料物
質４８と炉床２１の物質との間の反応を防１１ニするの
に有利であるが、窒化ホウ素は蒸発源の作用に関して必
須ではなく、むしろある物！！ｔ（例えば炭素で裏張り
した炉床を用いる場合）に対しては不必要になり得る。

　第２図には、真空容器４内に配置された蒸発源アセン
ブリ２と基板３とを有する蒸着装置ｌが概略的に示され
ている。蒸発源２は取付フランジ５上に仔細に取付けら
れ、このフランジ５を、同軸のパイプ７及び８から成る
冷却水供給管６、マニピュレータ・アーム９、貫通端子
１１を介して高張力線１０、貫通端子１４及び１５を介
してフィラメント供給線１２及び１３が夫々貫通してい
る。アーム９は、マニピュレータ１６の一部で、このマ
ニピュレータ１６はさらに部材１７．１８．１９を有し
ている。第２のマニピュレータ２０が基板３を保持する
ために設けられ、且つフランジ２７に取付けられている
。

蒸発源アセンブリ２は冷却水パイプ８上に取付けられた
炉床２１を有している。パイプ８はスリーブ２２を貫通
し、且つ３つの絶縁部材がスリーブ２２を台座２３に連
結するために設けられている。その１つの絶縁部材２４
が第２図で示されており、他の２つも同様に配されてい
る。すなわち、３つの絶縁部材はスリーブ２２の周囲に
略１２０°の間隔で配置されている。マニピュレータ１
６は、スリーブ２２を矢印２５で示されるように移動さ
せるために用いられ、このようにしてスリーブ２２はパ
イプ８に対して動かされ従って台座２３が炉床２１に対
して動かされる。ブシュ３３がスリーブ２２とパイプ８
との間の軸受を成している。また第２図には、かご２６
と、炉床２１の周囲に周方向に配置されたフィラメント
３５を通る部分とが示されている。これらの要素には第
３図を参照して明細書中で後に詳細に説明される。蒸発
した物質５４は図示されるように出口孔５５を通って蒸
発源アセンブリ２から出る。

また、フランジ２９に取（；Ｊけられたセンサ２８と、
アナライザ３０とを有する膜厚モニタが設けられている
。制御部３１は、膜厚モニタの出力に応答して電源供給
部３２を介して蒸発源アセンブリ２を制御する。また、
この装置は、容器４内を必要とされる高真空又は超高真
空状態に維持するために真空ポンプ及びその関連装置を
備えている。

第３図には、第２図に対して略９０″に切った蒸発源ア
センブリ２の断面が示されている。この図には、パイプ
７．８、炉床２１、台座２３、フィラメントリード線１
２及び１３、及びスリーブ２２の一部が再び示されてい
る。この図には、フィラメント３５が２つの導電性支持
部材３６及び３７に２点で溶着されている様子が示され
ている。

支持部材３６は端子及びピラー３８．３９．４０及び４
１を介してフィラメントリード線１３に電気的に接続さ
れ、支持部材３７は同様に端午及びピラー４２．４３．
４４及び４５を介してフィラメントリード線１２に接続
されている。セラミック製の絶縁部材４６及び４７が、
ピラー３９及び４３を、即ちフィラメント３５を台座２
３から絶縁している。かご２６（第２図を参照）は、外
側遮蔽格子６４、内側遮蔽格子４９、及び図示されるよ
うな出口孔５５を有する遮蔽板３４を有している。

第３図で示されるように、フィラメント遮蔽部材５０は
、遮蔽部材４９．６４及び３４と共に台座２３に電気的
に接続されている。作動時には（アース電位に対して）
略−１０ｋＶの電圧が線ｌＯ及び接続部材（第２図を参
照）によって台座２３に印加される。フィラメント３５
もアース電位に対して略−１０ｋＶの電位にバイアスさ
れ且つリード線１２．１３を介して印加される略２０Ａ
の電流により加熱される。バイブ８（ステンレス製）と
接触している炉床２１は、略アース電位にある。蒸発さ
れるべき原料物質４８は、図示されるように炉床２１内
に配置されている。印加電圧は、電子束６３を、５２及
び５３で示されるような弧状の経路に沿って原料物質４
８の方へ偏向する電場を作る。物質４８の蒸発又は昇華
によって作られる蒸発物５４は、遮蔽板３４の孔５５を
通って蒸発源アセンブリ２から出る。炉床２１は、矢印
５６〜６０によって示されるようにバイブ７及び８を通
って流れる冷却水により冷却される。

作動時に、電子束６３は、台座２３の位置、即ち炉床２
１及び物質４８に対するフィラメント３５及びかご２６
の位置を変えるようにマニピュレータ１６を使用するこ
とにより最初に物質４８上に合焦される。

我々は、本発明により作られた炉床を用いた場合には、
蒸発源アセンブリ２の作動中に前記合焦位置を実質的に
変更する必要がほとんどないことを発見した。炉床が回
転対称な形状であるため、球状の原料物質が消費される
につれ、該物質は対称な軸上に位置したままで下方に移
動し、その間該物質は炉床とほとんど線接触したままで
且つ炉床の底部から離れたままである。これによって熱
損失が実質的に減少する。（昇華するというよりむしろ
）溶解する原料物質は、掃引し又は電子束の合点を調節
する必要無しに溶解したままである。

このような物質は略蒸発過程に亘って略球状の形状をと
り、又はその形状のままである。熱損失が少ないのは、
クロム、テルルのような昇華する原料物質を蒸発させる
際に有利である。路線接触を維持する際における別の利
点は、炉床及び支持面から原料物質へ汚染物が通る通路
が小さいことである。

（発明の効果） 以上詳述したように１本発明によれば、原料物質を蒸発
する改良した方法を提供することができ、また、構成及
び作動が公知の蒸発源より簡単で、且つ原料物質の利用
が公知の蒸発源より改良された蒸発源装置を提供するこ
とができ、さらにこのように改良した蒸発源装置を用い
た蒸着装置を提供することができる。

本発明に係る原料物質を蒸発させる方法又は蒸発源装置
によれば、溶解した原料物質の小滴が略１つの線、例え
ば円形の線のみに沿って炉床と接触し、その結果物質か
らの熱損失が低いレベルに制御され得るので、その小滴
は、局部的な熱だけを受ける場合でも溶解したままとな
る。

また、本発明に係る原料物質を蒸発させる方法又は蒸発
源装置によれば、支持面が下向きに先細で且つ回転対称
であるので、物質の小滴が蒸発してより小さくなるにつ
れ、この小滴は回転対称な軸上に中心が合ったままで支
持面上を下降する。

従って、熱損失が少なく、前記略軸方向に向けられた粒
子のビームは前記小滴を効果的に加熱し続け、そのビー
ムを調節し又は掃引するための手段を設ける必要がない
。

また１本発明に係る原料物質を蒸発させる方法又は蒸発
源装置によれば、原料物質と炉床との間の接触面積を小
さくすることにより、不純物が炉床から原料物質に移動
する通路が小さくなり、その結果原料物質の汚染が減少
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は炉床上に支持された〃；（料物質塊を示す図、
第２図は本発明による蒸発源装置を含む蒸着装置を示す
図、そして第３図は蒸発源装置を詳細に示す図である。 １・・・蒸着装置、２・・・蒸発源装置、３・・・基板
、４・・・真空容器、２１・・・炉床、４８・・・原料
物質、６１・・・支持面、６３・・・電子束（荷電粒子
の束）、６５・・・炉床の底部。 出願人　　ヴイジー　インスツルメンツグループ　リミ
テッド 代理人　弁理士　渡　部　敏　彦 ＦＩＧ、　１゜ ＦＩＧ、２゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転対称な軸を持つ下向きに先細の支持面を有する
   炉床を設け、該炉床内にある量の原料物質を装入し、該
   原料物質を加熱して蒸発させることから成り、前記支持
   面は、前記原料物質が前記支持面により支持され且つ前
   記炉床の底部から離れた溶解した小滴を形成するように
   、形成され且つ前記物質の量が選択されることを特徴と
   する原料物質を蒸発させる方法。 ２、前記溶解した原料物質の小滴が略１つの線のみに沿
   って前記炉床と接触することを特徴とする請求項１記載
   の方法。 ３、前記原料物質が略球状の溶解した小滴を形成するよ
   うに前記原料物質の量を選択し、前記小滴を凹面形で、
   略円錐形の炉床によって支持することを含むことを特徴
   とする請求項１又は２記載の方法。 ４、回転対称な軸を持つ下向きに先細の支持面を有する
   凹面形で且つ略円錐形の炉床を設け、略球状の前記原料
   物質塊を、前記支持面によって支持され、前記炉床の底
   部から離れ、且つ円形の線のみに略沿って前記支持面と
   接触するように前記炉床内に固形体で装入し、前記物質
   を加熱して蒸発させることから成ることを特徴とする原
   料物質を蒸発させる方法。 ５、前記原料物質は昇華によって蒸発可能であることを
   特徴とする請求項４記載の方法。６、荷電粒子の束を略
   下向きで且つ略前記軸に沿って前記原料物質の方へ向け
   ることによって前記原料物質を加熱して蒸発させること
   を含むことを特徴とする上記のいずれかの請求項記載の
   方法。 ７、下向きに先細の支持面を有する凹面形で且つ略球状
   の炉床と、前記支持面により支持された原料物質塊と、
   荷電粒子の束を発生し且つその束を前記物質塊に向け、
   これによって該物質を加熱して蒸発させる手段とを含み
   、前記物質塊は略球状であり、且つ前記炉床の底部から
   離れていることを特徴とする蒸発源装置。 ８、前記原料物質は前記荷電粒子の束によって溶解され
   且つ溶解したときに略球状の形をとることを特徴とする
   請求項７記載の蒸発源装置。 ９、前記溶解した原料物質は、前記支持面をほとんど湿
   らさないことを特徴とする請求項８記載の蒸発源装置。 １０、前記原料物質は、昇華によって蒸発可能で、且つ
   前記荷電粒子の束によって加熱され且つその結果蒸発さ
   れることを特徴とする請求項７記載の蒸発源装置。 １１、前記原料物質は１つの線のみに略沿って前記支持
   面と接触することを特徴とする請求項７乃至１０のいず
   れかに記載の蒸発源装置。 １２、前記略円錐形の炉床は、その円錐の頂点を中心に
   、略３０゜乃至５０゜の範囲内の半角を有することを特
   徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載の蒸発源装
   置。 １３、真空容器と、該容器内に設けられ、請求項７乃至
   １２のいずれかによる少なくとも１つの蒸発源装置と、
   前記蒸発された原料物質が向けられる基板とを含むこと
   を特徴とする蒸着装置。