JPH0219460A - 真空蒸着方法およびそれを用いた真空蒸着装置 - 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、真空蒸着技術に関し、特に、半導体集積回路
装置の製造における低融点金属の蒸着によるはんだバン
ブの形成工程に適用して効果のある技術に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体集積回路装置の製造工程においては、
半導体基板の表面に真空蒸着によって被着された鉛や錫
などの低融点金属の膜をリフト・オフ法などによって選
択的に除去することにより、はんだバンブなどを形成す
る場合がある。

すなわち、所定の真空度に排気された蒸着室の内部に、
フォトレジストなどによって所定のパターンにマスクさ
れた半導体基板と低融点金属を加熱溶融させるルツボな
どからなる蒸着源とを収容し、ルツボ内で加熱溶融され
た低融点金属から発生する金属蒸気を半導体基板の表面
に付着させて数十ミクロン程度の比較的厚い蒸着膜を形
成する。

そして、半導体基板の表面をマスクしていたフォトレジ
ストを除去することにより、フォトレジストの表面に被
着した蒸着膜を除去して半導体基板の表面に選択的に蒸
着膜を残存させるものである。

ところで、従来、このような真空蒸着装置などにおいて
は、蒸着室の内部に設けられたルツボに蒸発物質を供給
する方法として、塊状や線状に加工された蒸発物質をベ
レットフィーダやワイヤフィーダなどの機構によって蒸
着室内に搬送したり、蒸着室の外部において溶融された
蒸発物質が落差によってルツボに流入するように構成し
流路の途中に設けられた弁の開閉によって蒸発物質の供
給および供給停止を制御することなどが行われていた。

なお、真空蒸着装置に関する公知技術としては特開昭５
３−９３１３５号公報に開示される技術がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記のように機械的な搬送機構を用いる蒸発
物質の供給方法では、いずれの場合もルツボからの輻射
熱を受ける蒸着室の内部や溶融金属の流路などの高温で
過酷な環境の中に搬送機構や弁などの複雑な可動機構を
設けることが必須であるため、動作の信頼性を確保する
ことが困難であり、故障が多発して真空蒸着装置の稼働
率が低下するという問題がある。

このことは、たとえば前記のリフト・オフ法によるはん
だバンブの形成などのように、要求される蒸着膜の厚さ
が数十ミクロンにも及び蒸発物質の消費量が大きく頻繁
に補給が必要となる用途においては工程の生産性の維持
・向上などの観点から特に重要な問題となるものである
。

そこで、本発明の目的は、蒸発源に対する蒸発物質の供
給動作の信頼性を確保して、稼働率を向上させることが
可能な真空蒸着技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願にふいて開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、以下の通りである。

すなわち、本発明の真空蒸着方法は、蒸着室の内部に被
蒸着物とともに収容された蒸発源に対する外部からの液
相の蒸発物質の供給および供給停止を、蒸着室と外部と
の圧力差によって制御するようにしたものである。

また、本発明の真空蒸着装置は、蒸発物質を保持する蒸
発源と被蒸着物とが収容され、蒸発物質の被蒸着物に対
する蒸着が行われる蒸着室と、溶融した蒸発物質が貯留
される貯留槽を収容する貯留室と、貯留槽にふける蒸発
物質の液面下に一端が没入され他端が蒸発源の側に接続
される管体と、蒸着室および貯留室をそれぞれ独立に所
望の真空度に排気する排気手段と、随時、貯留室に与圧
ガスを導入するガス導入手段とからなり、貯留室と蒸着
室との圧力差を制御することにより、管体を通じての貯
留槽に貯留された蒸発物質の蒸発源に対する供給および
供給停止が行われるようにしたものである。

〔作用〕

上記した真空蒸着方法によれば、たとえば、溶融した蒸
発物質自体の熱や蒸着源などからの輻射熱などによって
高温の過酷な環境となる蒸発物質の供給経路に、故障の
発生しやすい複雑な可動部を有する搬送機構や弁などを
設ける必要がなく、蒸着源に対する蒸発物質の供給動作
の信頼性が確保されるので、故障による作業中断の頻度
が大幅に減少し、真空蒸着作業における稼働率が向上す
る。

また、上記した真空蒸着装置によれば、たとえば、溶融
した蒸発物質自体の熱や蒸着源などからの輻射熱などに
よって高温の過酷な環境となる蒸発物質の供給経路に、
故障の発生しやすい機械的な可動部を有する搬送機構な
どを設ける必要がな（、蒸着源に対する蒸発物質の供給
動作の信頼性が確保されるので、故障による稼働停止の
頻度が減少し稼働率を向上させることができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である真空蒸着装置の要部
を示す説明図である。

蒸着室ｌの内部には、たとえば耐熱性のモリブデンなど
からなる複数のルツボ２（蒸発源）およびルツボ３　（
蒸発源）が設けられており、それぞれ当該ルツボ２およ
び３を取り囲むように配設された加熱体４右よび５によ
って所望の温度に加熱されるように構成されている。

ルツボ２および３の各々の内部には、加熱体４および５
によって所定の温度に加熱される溶融鉛６　（蒸発物質
）および溶融錫７（蒸発物質）が個別に保持されている
。

複数のルツボ２および３の開口部には、蒸着室ｌの外部
から駆動アーム８ａおよび９ａを介してそれぞれ独立に
操作される蓋体８および蓋体９が設けられており、この
蓋体８または９を随時開放することにより、ルツボ２お
よび３の各々の内部に保持された溶融鉛６または溶融錫
７が選択的に蒸着室１の内部空間に暴露されるように構
成されている。

蒸着室１の上部には、フランジ部１０を介して着脱自在
に蓋体１１が接続され、この蓋体１１の中央部には外部
から回転軸１２を介して回転される円板状の試料台１３
が下方の複数のルツボ２右よび３に対向する姿勢で設け
られている。

ルツボ２および３に対する試料台１３の対向面には、当
該試料台１３の回転によってルツボ２および３の直上部
を通過する円周位置に複数の半導体基板１４　（被蒸着
物）が装着されている。

この半導体基板１４の表面部は、たとえば、第２図に示
されるように、内部に所定の機能の半導体集積回路が形
成された基板１４ａの表面を覆う保護絶縁膜１４ｂと、
この保護絶縁膜１４ｂの一部を除去することによって露
出されたアルミニウムなどからなる外部接続層１１４ｃ
と、この外部接続電極１４ｃの上に被着され、クロム、
銅、金などからなる金属薄膜１４ｄとよりなる構造を有
しており、さらに、外部接続電極１４ｃに被着された金
属薄膜１４ｄ以外の保護絶縁膜１４ｂの表面をフォトレ
ジスト１４ｅによってマスクした状態のものである。

蒸着室１の内部において、前記試料台１３を含む蓋体１
１の側の空間と複数のルツボ２および３が位置される下
側の空間とを仕切る位置にはゲートバルブ１５が設けら
れており、複数のルツボ２右よび３が位置される下側の
空間および試料台１３が位置する蓋体１１の側の空間が
、それぞれ独立なルツボ室１ａおよびロード白ツク室１
ｂを構成しでいる。

ゲートバルブ１５に仕切られたルツボ室１ａおよびロー
ドロック室１ｂの各々は、真空配管１６゜弁Ｖ、および
真空配管１７．弁Ｖ２　を介して、たとえばＩ　Ｏ−’
Ｔｏｒｒ程度の到達真空度を実現することが可能なロー
クリポンプなどからなる粗引き真空ポンプＰ１　　に独
立に接続されている。

同様に、ルツボ室１ａおよびロードロツタ室１ｂは、真
空配管１８．弁ｖ３　および真空配管１９゜弁Ｖ４　を
介して、たとえば１０−＠Ｔｏｒｒ程度の到達真空度が
得られるクライオポンプなどの高真空排気ポンプＰ２　
に独立に接続されている。

この場合、蒸着室１の外部には貯留室２０が独立に設け
られ、この貯留室２０の内部には貯留槽２１が収容され
ている。

貯留槽２１は加熱体２２を備えており、内部には溶融鉛
６が貯留されている。

貯留室２０と蒸着室１との間には、一端が貯留槽２１に
貯留された溶融鉛６の液面下に没入され、他端部が溶融
鉛６を保持したルツボ２の上部に開口された管体２３が
設けられており、貯留室２０の内部の圧を蒸着室１の内
部の圧よりも大きくすることにより、貯留槽２１に貯留
されている溶融鉛６が管体２３を通じてルツボ２に送出
されるように構成されている。

管体２３の外周部には、たとえば線状の加熱体２４が巻
回されており、管体２３を通じて貯留槽２１からルツボ
２に供給される溶融鉛６の温度が低下することが防止さ
れている。

貯留室２０は、真空配管２５．弁Ｖ、を介して前記粗引
き真空ポンプＰ、　　と同様の粗引き真空ポンプＰ、が
接続され、さらに真空配管２６．弁Ｖを介して前記高真
空排気ポンプＰ、にも接続されている。

さらに、この貯留室２０には、外部の図示しないガス供
給源に接続されるガス導入管２７が接続されており、ガ
ス導入管２７の途中に設けられた弁ｖ７　の開閉によっ
て、随時、外部から貯留室２０の内部に与圧ガス２８が
導入可能にされている。

また、ガス導入管２７には、流量制御弁Ｖ８　が設けら
れており、弁Ｖｔを開放する際に貯留室２０に流入する
与圧ガス２８の流量が所望の値に調整されるものである
。

以下、本実施例の真空蒸着装置における動作の一例を説
明する。

まず、貯留室２０の貯留槽２１．蒸着室１のルツボ２ふ
よびルツボ３の各々には、予め塊状の鉛および錫が投入
されている。

次に、粗引き真空ポンプＰ、およびＰ、を起動するとと
もに弁ｖ１　および弁Ｖ、を開くことにより、ルツボ室
１ａおよび貯留室２０の内部を３×１０−’Ｔｏｒｒ程
度の真空度まで排気する。

さらに弁Ｖ＋　およびＶ、を閉じたのち、高真空排気ポ
ンプＰ２　を起動するとともに弁ｖ３　およびＶ６を開
くことにより、ルツボ室１ａおよび貯留室２０の内部を
３　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ程度の高真空に排気する。

この状態で、貯留槽２１およびルツボ２．３を所定の温
度に加熱することで、貯留槽２１およびルツボ２には塊
状の鉛が溶解されて溶融鉛６が貯留された状態となると
ともに、ルツボ３においては溶融錫７が保持された状態
となる。

次に半導体基板１４に対する蒸着作業は以下のようにな
る。

まず、蒸着室１のロードロツタ室１ｂを構成する蓋体１
１を開放し、当該蓋体１１に装着された試料台１３に複
数の半導体基板１４を装着した後に蓋体１１を閉じる。

次に、真空配管１７の弁Ｖ、を開き、粗引き真空ポンプ
Ｐ１　　によって試料台１３が収容されるロードロツタ
室１ｂの内部を３　Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒ程度に排気し
た後弁Ｖ２　を閉じ、さらに真空配管１９の弁Ｖ、を開
いて高真空排気ポンプＰ、による排気を行うことでロー
ドロック室１ｂの内部をルツボ室１ａの内部とほぼ同一
の３　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ程度の高真空に排気する。

その後、ゲートパルプ１５を開放してロードロック室１
ｂとルツボ室１ａとを接続するとともに、複数の半導体
基板１４が固定された試料台１３を回転させながら、溶
融鉛６が保持されるルツボ２の側の蓋体８のみを開放し
、ルツボ２の内部で加熱される溶融鉛６から発生する鉛
の蒸気に複数の半導体基板１４の表面を曝して、半導体
基板１４の表面に対する鉛の蒸着を開始する。

そして、この状態をたとえば数時間維持することにより
、第３図に示されるように半導体基板１４の表面に数十
ミクロン程度の厚さに鉛の蒸着膜６ａを形成した後、溶
融鉛６を保持するルツボ２を蓋体８によって閉止し、蒸
着を停止する。

次に、溶融錫７が所定の温度に加熱されているルツボ３
の蓋体９を開放して錫の蒸気を蒸着室１の内部に発散さ
せ、すでに鉛の真空蒸着膜６ａが所定の厚さに形成され
ている半導体基板１４０表面を賜の蒸気に曝し、半導体
基板１４０表面に被着されている鉛の真空蒸着膜６ａの
上に対する錫の蒸着を開始する。

そして、前記の鉛の蒸着時間よりも短い所定の時間だけ
その状態を維持し、錫の真空蒸着膜７ａが数ミクロン程
度の厚さに形成された時点で蓋体９によってルツボ３を
閉止し蒸着操作を停止する。

次に、ゲートバルブ１５を閉止してロードロツタ室１ｂ
とルツボ室１ａとを遮断した後ロードロック室１ｂの内
部を大気圧に復帰させ、蓋体１１を開放して試料台１３
に固定されている複数の半導体基板１４を取り外し、新
たな半導体基板１４を装着した後に前述の一連の蒸着作
業を再開する。

ここで、比較的長時間の蒸着によって多量の溶融鉛６が
消費されるルツボ２に対する供給動作は次のようになる
。

まず、弁Ｖｓ　を閉じて高真空排気ポンプＰ２　による
貯留室２０の排気を停止するとともに、ガス導入管２７
に設けられた弁Ｖ、を開くことにより、流量制御弁Ｖ・
に予め設定されている開度に応じた流量で与圧ガス２８
を貯留室２０の内部に流入させる。

この時、貯留槽２１に貯留された溶融鉛６の液面は与圧
ガス２８によって加圧され、加圧された溶融鉛６は管体
２３を通じて与圧ガス２８の流入流量に応じた所定の流
量で流出し、図示しないタイマなどによって設定された
所定の時間が経過した換弁Ｖ、を閉じることにより、貯
留槽２１に貯留されていた溶融鉛６の一部が適量だけル
ツボ２に供給される。

さらに、弁Ｖ、を開き粗引き真空ポンプＰ、によって貯
留室２０の内部を３　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ程度に排気
した換弁Ｖ、を閉じ、さらに弁Ｖ６　を開き高真空排気
ポンプＰ２　によって３　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ程度の
高真空に排気することにより、蒸着室１のルツボ室１ａ
と貯留室２０とを同一の真空度にすることで貯留槽２１
からルツボ２への溶融鉛６の供給動作が完了する。

このように、本実施例の場合には、貯留室２０と蒸着室
１との間の圧力差を制御することで、貯留室２０の内部
に設けられた貯留槽２１に貯留された溶融鉛６の蒸着室
１の内部に設けられたルツボ２に対する供給および供給
停止が制御されるので、ルツボ２からの輻射熱や溶融鉛
６の熱などによって高温の過酷な通境となる管体２３や
蒸着室■の内部などに機械的な可動部を有する弁や搬送
機構を設ける必要がなく、保守管理や故障による作業中
断の頻度が大幅に減少し、外部から蒸着室１のルツボ２
に対する溶融鉛６の供給動作の信頼性を格段に向上させ
ることができる。

これにより、真空蒸着装置の稼働率が大幅に向上する。

また、機械的に可動部がないので、溶融鉛６の供給およ
び供給停止の動作の応答性を向上させることができる。

一方、ロードロック室１ｂから取り出され、第３図に示
されるように、数十ミクロンの厚さの鉛の真空蒸着膜６
ａの上にさらに数ミクロンの厚さの錫の真空蒸着膜７ａ
が形成された半導体基板１４は、たとえば所定の薬液に
浸漬されることによってフォトレジスト１４ｅが剥離さ
れ、フォトレジス）１４ｅの表面に被着していた鉛の真
空蒸着膜６ａおよび錫の真空蒸着膜７ａも同時に除去（
リフト・オフ）されて、第４図に示されるように、外部
接続電極１４Ｃに被着された金属薄膜１４ｄの上のみに
所定の高さの鉛の真空蒸着膜６ａおよび錫の真空蒸着膜
７ａが選択的に残存した状態となる。

その後、この半導体基板１４を所定の温度に加熱して外
部接続電極１４ｃの上に金属薄膜１４ｄを介して被着さ
れた所定の高さの鉛の真空蒸着膜６ａおよび錫の真空蒸
着膜７ａを溶融状態にすることで、融合した鉛の真空蒸
着膜６ａおよび錫の真空蒸着膜７ａの表面張力によって
第５図に示されるように球状を呈する鉛−錫合金のはん
だバンブ１４ｆが形成される。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、上記の実施例の説明では、蒸発物質の一例と
して溶融鉛および溶融錫を用いる場合について説明した
が、それに限らず、他の低融点金属などいかなる物質で
あってもよい。

また、被蒸着物としては半導体基板などに限らず、他の
いかなるものであってもよい。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、本発明の真空蒸着方法は、蒸着室の内部に被
蒸着物とともに収容された蒸発源に対する外部からの液
相の蒸発物質の供給および供給停止を、前記蒸着室と外
部との圧力差によって制御するので、たとえば、溶融し
た蒸発物質自体の熱や蒸着源などからの輻射熱などによ
って高温の過酷な環境となる蒸発物質の供給経路に、故
障の発生しやすい複雑な可動部を有する搬送機構や弁な
どを設ける必要がなく、蒸着源に対する蒸発物質の供給
動作の信頼性が確保されるので、故障による作業中断の
頻度が減少して真空蒸着作業における稼働率が向上する
。

また、本発明の真空蒸着装置は、蒸発物質を保持する蒸
発源と被蒸着物とが収容され、前記蒸発物質の前記被蒸
着物に対する蒸着が行われる蒸着室と、溶融した前記蒸
発物質が貯留される貯留槽を収容する貯留室と、前記貯
留槽における前記蒸発物質の液面下に一端が没入され、
他端が前記蒸発源の側に接続される管体と、前記蒸着室
および前記貯留室をそれぞれ独立に所望の真空度に排気
する排気手段と、随時、前記貯留室に与圧ガスを導入す
るガス導入手段とからなり、前記貯留室と前記蒸着室と
の圧力差を制御することにより、前記管体を通じての前
記貯留槽に貯留された前記蒸発物質の前記蒸発源に対す
る供給および供給停止が行われる構造であるため、ｔこ
とえば、溶融した蒸発物質自体の熱や蒸着源などからの
輻射熱などによって高温の過酷な環境となる蒸発物質の
供給経路に、故障の発生しやすい機械的な可動部を有す
る搬送機構などを設ける必要がなく、蒸着源に対する蒸
発物質の供給動作の信頼性が確保されるので、故障によ
る稼働停止の頻度が減少し稼働率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である真空蒸着装置の要部を
示す説明図、 第２図は真空蒸着前の半導体基板の状態を示す一部拡大
断面図、 第３図は真空蒸着後における半導体基板の状態を示す一
部拡大断面図、 第４図はフォトレジストが除去された状態の半導体基板
の一部拡大断面図、 第５図は加熱処理によって真空蒸着膜からはんだバンブ
が形成された状態の半導体基板の一部拡大断面図である
。 １・・・蒸着室、１ａ・・・ルツボ室、１ｂ・・・ロー
ドロツタ室、２．３・・・ルツボ（蒸発源）、４．５・
・・加熱体、６・・・溶融鉛（蒸発物質）、６ａ・・・
鉛の真空蒸着膜、７・・・溶融１（蒸発物質）、７ａ・
・・錫の真空蒸着膜、８．９・・・蓋体、８ａ、９ａ・
・・駆動アーム、１０・・・フランジ部、１１・・・蓋
体、１２・・・回転軸、１３・・・試料台、１４・・・
半導体基板（被蒸着物）、１４ａ・・・基板、１４ｂ・
・保護絶縁膜、１４ｃ・・・外部接続電極、４ｄ・・・
金属薄膜、１４ｅ・・・フォトレジト、１４ｆ・・・は
んだバンブ、１５・・・ゲトバルブ、１６．１７．１８
．１９，２５．２・・・真空配管、２０・・・貯留室、
２１・・貯留槽、２２・・・加熱体、２３・・・管体、
４・・・加熱体、２７・・・ガス導入管、２８・・与圧
ガス、■１〜Ｖ７　　・・・弁、■８　　・・流量制御
弁。 代理人　弁理士　筒　井　大　和 第 図 Ｌ 第 図 １ム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸着室の内部に被蒸着物とともに収容された蒸発源
   に対する外部からの液相の蒸発物質の供給および供給停
   止を、前記蒸着室と外部との圧力差によって制御するよ
   うにしたことを特徴とする真空蒸着方法。 ２、前記蒸着物質が低融点金属であり、半導体集積回路
   装置の製造におけるリフト・オフ法によるはんだバンプ
   の形成工程に用いられる請求項１記載の真空蒸着方法。 ３、蒸発物質を保持する蒸発源と被蒸着物とが収容され
   、前記蒸発物質の前記被蒸着物に対する蒸着が行われる
   蒸着室と、溶融した前記蒸発物質が貯留される貯留槽を
   収容する貯留室と、前記貯留槽における前記蒸発物質の
   液面下に一端が没入され、他端が前記蒸発源の側に接続
   される管体と、前記蒸着室および前記貯留室をそれぞれ
   独立に所望の真空度に排気する排気手段と、随時、前記
   貯留室に与圧ガスを導入するガス導入手段とからなり、
   前記貯留室と前記蒸着室との圧力差を制御することによ
   り、前記管体を通じての前記貯留槽に貯留された前記蒸
   発物質の前記蒸発源に対する供給および供給停止が行わ
   れるようにしたことを特徴とする真空蒸着装置。 ４、前記ガス導入手段から前記貯留室に導入される前記
   与圧ガスの流量を調整することにより、前記管体を介し
   て前記貯留槽から前記蒸発源に供給される前記蒸発物質
   の流量が制御されるようにした請求項３記載の真空蒸着
   装置。 ５、前記蒸着物質が低融点金属であり、半導体集積回路
   装置の製造におけるリフト・オフ法によるはんだバンプ
   の形成工程に用いられる請求項３記載の真空蒸着装置。