JPH0266164A - 蒸発材料 - 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］ 本発明は蒸発材料に関し、さらに詳しくは、電子ビーム
、レーザビームなどの高エネルギー密度ビームを照射し
て蒸発物質を蒸発させて成膜する真空蒸着法、イオンブ
レーティング法などで用いられる蒸発材料に関する。

［従来の技術］ 従来より、電子ビームを蒸発材料に照射して蒸発粒子を
加熱蒸発させる成膜方法が知られている。

この成膜方法では、第９図に示すように、ハース１００
に設けられたルツボ１０１内に蒸発材料１０２をセット
し、電子銃フィラメント１０３から電子ビーム１０４を
放出し、その電子ビーム１０４を蒸発材料１０２に照射
し、蒸発粒子を加熱蒸発し、これにより成膜を行なうこ
とにしている。

［発明が解決しようとする課題１ ところで上記した従来の蒸発材料１０２では、蒸発加熱
が進行するにつれて第１０図に示すように蒸発材料１０
２の中央部のみが選択的に窪んでしまい、成膜の進行に
つれて窪み部１０５が形成される問題がある。このよう
に窪み部１０５が形成される理由は、必ずしも定かでは
ないが、電子ビーム１０４が蒸発材料１０２の中央部に
照射され易いこと、ルツボ１０１の周りが水冷されてお
り、蒸発材料１０２の周縁部の温度は蒸発材料１０２の
中央部よりも温度が低くなり、そのため蒸発材料１０２
の中央部が蒸発材料１０２の周縁部よりも溶融しやすく
なっていることに起因するなどと推察される。

上記のように蒸発材料１０２の中央部に窪み部１０５が
生じていると、蒸発粒子が指向性を帯びることになり、
その結果、基板等に成膜する際に、成膜が進行するにつ
れて基板における蒸発粒子の堆積速度が成膜初期に比べ
て増加する問題がある。

このように成膜時間が経過するにつれて成膜速度が増加
すると基板を移動させたときに基板上の薄膜の厚みがば
らつくなどの不都合が生じる。

ここで、第１１図及び第１２図に示すように基板１０７
の横方に膜厚モニター１０９を配置している場合を例に
とっで説明すると、蒸発材料１０２の蒸発面が平坦であ
る場合には、第１１図に示すように、膜厚モニター１０
９に向う蒸発粒子をａとし、基板１０７に向かう蒸発粒
子をｂとし、第１２図に示すように、蒸発材料１０２の
蒸発面に窪み部１０５が形成された場合、膜厚モニター
に向かう蒸発粒子をｂ′とベクトルで仮に表示したとす
る。コノ場合、（ｌｂｌ／ｆａｔ）＜（ｂ′ｌ／ｌａ−
ｌ）となり、窪み部１０５が形成されると基板１０７に
向う蒸発粒子の割合が増加することが判明した。即ち膜
厚モニター１０９を用いる成膜の際には、膜厚モニター
１０９上（７）成膜速度を一定にするため、つまり、１
ａｌ−１ａ′１の関係となるように膜厚モニター１０９
が電子ビーム１０４をコントロールする。そのため、よ
うに窪み部１０５が蒸発材料１０２の蒸発面に形成され
ていると、蒸発材料１０２に窪み部１０５が形成されて
いない成膜初期に比較して、基板１０７へ向かう蒸発粒
子の割合が増大するので、基板１０７への堆積速度が増
加する。これを第１３図にグラフ化して示ず。即ち、第
１３図では膜厚モニター１０９上での堆積速度が１秒間
当り１０オングストロームの一定堆積速度で堆積すると
設定した場合における基板１０７上で堆積された膜厚状
況をｒＸＪ印で示す。第１３図における特性線Ａ４．ｔ
Ｍ１積速度変化がないと仮定した場合における基板１０
７上での膜厚状況を示す。第１３図の「×」の印のよう
に、成膜時間が経過するにっれて特性線Ａからずれて堆
積速度が増加してしまつ。

ところで、特開昭６３−４４２３号公報には蒸発材料の
蒸発面側が断面円弧状で僅かながら膨出しているものが
開示されているが、これでは蒸発面全体が成膜初期から
円弧凸面であり、窪み部が形成されている場合と逆に蒸
発粒子は基板以外に分散され易くなる問題がある。

本発明は上記した従来の蒸発材料の実情に鑑みなされた
ものであり、その目的は、蒸発面に窪み部が生じること
を極力抑制でき、蒸発粒子の堆積速度を一定化するのに
有利な蒸発材料を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 永発明者は、イオンブレーティング法等で使用される蒸
発材料について鋭意研究を重ねた結果、ルツボ内に収納
されている蒸発物質からなる副蒸発部の蒸発面の中央部
に、蒸発物質からなる主蒸発部を段差を設けて突出させ
れば、蒸発材料の蒸発面に窪み部が形成されることを抑
制でき、従って蒸発粒子の堆積速度の一定化に有利であ
ることを知見し、かかる知見に基づき本発明を完成した
ものである。

すなわち本発明の蒸発材料は、特開昭６３−４４２３号
公報の蒸発材料とは異なり、保持部に保持され蒸発物質
を基材とする副蒸発部と、ｎ１蒸発部の蒸発面側にこれ
のほぼ中央部に副蒸発部に対して少なくとも一段の段差
を有して突出配設され蒸発物質を基材とする主蒸発部と
で構成されていることを特徴とするものである。

さらに本発明の蒸発材料について説明を加える。

副蒸発部および主蒸発部は、蒸発物質を基材としている
。ここで副蒸発部および主蒸発部は蒸発物質からのみ作
製されていてもよいし、あるいは、他の物質例えば不可
避の不純物などを含有していてもよい。蒸発物質として
は、昇華性をもつものを採用でき、例えば、二酸化珪素
（Ｓｉｎｇ）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　　Ｔｉｎ　　Ｑ
ｘｉｄｅ）さらには、アルミニウム、銅、金などがあり
、殊に昇華性をもつＩ　Ｔｏに酸化珪素とすることがで
きる。

副蒸発部は保持部に保持される。保持部としては、ルツ
ボ、ボートなどを採用できる。

副蒸発部は通常、円盤状、角板状とすることができる。

主蒸発部は通常、円柱状、角柱状とすることができる。

主蒸発部と副蒸発部とは一体的に形成された一体タイブ
としてもよいし、あるいは、ｎ１蒸発部に孔を形成し、
その孔に主蒸発部を嵌合保持することにした分割タイプ
としてもよい。分割タイプの場合には、主蒸発部が蒸発
消耗しても、副蒸発部をそのままにした状態で、主蒸発
部のみを新たに交換することができる。そのため、蒸発
物質の節約に有利である。

ところで副蒸発部を円盤状とし、主蒸発部を円柱状とし
た場合には、主蒸発部の外径をｄ３とし、主蒸発部の高
さをｈ２としたときに、ルツボの深さをＨｌとし、ルツ
ボの内径をＤｌとしたときに、主Ｍ発部の外径ｄ３は、 （０，２０１≦ｄ３≦０．８０１）の関係であることが
望ましく、主蒸発部の高さｈ２は、（ｈ２−Ｈｌ）の関
係であることが望ましい。

このとき主蒸発部の外径ｄ３が小さすぎると、主蒸発部
の蒸発消耗が速くなって成膜を艮時間行なうことが困難
となり、一方、主蒸発部の外径ｄ３が大きづぎると主蒸
発部の周縁部がルツボなどの壁面に 近ずきすぎ、主蒸発部の中央部に窪み部が形成され易く
なる不都合が生じる。

［作用］ 前述したように電子ビーム等の高エネルギー密度ビーム
を照射する場合には、蒸発材料の中央部が選択的に蒸発
する傾向にある。しかし本発明の蒸発材料では、主蒸発
部がｎ１蒸発部に対して段差を有して突出している構成
であるため、主蒸発部の蒸発面が順次消耗し、蒸発材料
に窪み部が生じることは極力抑制される。

［実施例］ 以下本発明の蒸発材料の一実施例について第１図〜第６
図を参照してより具体的に説明する。

（実施例の構成） 本実施例の蒸発材料Ｗは第１図および第２図に示すよう
に、孔１０をもつｌｌ１ｔＪ蒸発部１と、副蒸発部１の
孔１０に同軸的に嵌合保持された主蒸発部３とで構成さ
れている。

副蒸発部１および主蒸発部３は、１１発物質としての二
酸化珪素（Ｓｉｎｇ）から形成されている。

６ｇＩ蒸発部１は、その上面および下面が平坦な円盤状
をなしている。主蒸発部３はその上面が平坦な円柱状を
なしている。ここで副蒸発部１の外径ｄ１は３９ｍｍで
あり、ルツボ８２の内径Ｄ１（４Ｑｍｍ）とほぼ等しい
。ｎ１蒸発部１の内径ｄ２は２０．５ｍｍである。副蒸
発部１の高さｈｌは５ｍｍであり、ルツボ８２の深さｔ
−１１（１５ｍｍ＞よりも低く設定されている。主蒸発
部３の直径ｄ３は２０ｍｍであり、副蒸発部１の内径ｄ
２よりも若干小さく設定されている。主蒸発部３の高さ
ｈ２はルツボ８２の深さＨｌとほぼ等しく設定されてい
る。

次に、本実施例で使用するイオンブレーティング装置を
第６図を参照して説明する。第６図に示すようにこのイ
オンブレーティングＷｆｆｉは１図示しない排気装置に
接続された真空容器７２と、真空容器７２内にプラズマ
発生用あるいは反応用ガスを導入するバルブ７０を有す
るガス導入管７１と、真空容器７２内に配置されたＲＦ
コイル７３と、真空容器７２内に配置された電子銃フィ
ラメント７４と、真空容器７２内に配置され陰極となる
基板支持台７５と、基板支持台７５に接続された加速用
直流電源７６と、ＲＦコイル７３に接続されたマツチン
グボックス７８およびＲＦ電源７９と、真空容器７２内
に配置された膜厚モニター８０と、真空容器７２内に配
置されたシャッタ８１とを備えている。この膜厚モニタ
ー８０は、水晶振動子を主構成要素としている。膜厚モ
ニタ８０に成膜されると、その膜厚の厚みに応じて水晶
振動子の撮動数が変化するので、この変化層から膜厚モ
ニター８０に堆積された膜厚を検出することができる。

次に本実施例に係る蒸発材料Ｗを用いてイオンブレーテ
ィングする場合について説明する。

まず上記した蒸発材料Ｗの副蒸発部１をルツボ８２の底
壁に保持し、さらにその副蒸発部１の孔１０に主蒸発部
３を嵌合し、そのルツボ８２を、第６図に示すように、
真空容器７２内にセットし、かつ基板保持部７５に基板
８３を保持する。その状態で、真空容器７２内を排気し
て５Ｘ１０−３ｐａに真空引きし、プラズマ発生用のガ
スとして酸系を４　Ｘ　１０−２Ｐ　ａの圧力となるよ
うに真空容器７２内に導入する。そして、ＲＦコイル７
３に３００Ｗの高周波電力を導入して真空容器７２内で
プラズマを発生させる。そして加速用直流電源７６に一
５００Ｖをバイアス電圧を印加する。

電子銃フィラメント７４から電子ビーム８５を放射し、
第３図に示すように、その電子ビーム８５を主蒸発部３
の上端面に照射し、これを加熱蒸発させる。加熱蒸発し
た蒸発粒子はイオン化され加速されながら基板８３に到
達し、基板８３上で堆積し、基板８３上で成膜が行なわ
れる。なお本実施例ではルツボ８２を水冷しつつ加熱蒸
発を行なう。

ここで本実施例では、電子ビーム８５のスポット径は、
主蒸発部３の上端面に対応する大きさに設定されている
。

そして、膜厚モニター８０で堆積速度を１秒間当り１０
オングストロームとなるように電子ビーム８５を制御し
て、成膜を行なう。このとき、主蒸発部３の消耗する状
態を第５図に模式的に示す。

第５図に示すように、主蒸発部３はその表面が平坦を維
持したまま順次消耗していく。

このとき、基板８３に堆積した膜厚の堆積速度と成膜時
間との関係を第７図に示す。第７図の特性線Ｂに示すよ
うに、基板８３における堆積速度は成膜時間が経過して
もほぼ一定であり、第１３図に示す従来と異なり増加は
しなかった。

（実施例の効果） 本実施例では、前述したように、主蒸発部３の表面を平
坦を維持したまま順次消耗させることができるので、蒸
発材料Ｗの蒸発面に窪み部が形成されることを極力抑制
することができ、従って成膜の際における蒸発粒子の堆
積速度を一定に維持するのに有利である。

さらに本実施例では第２図に示すように、ルツボ８２の
底壁８２ａを副蒸発部１で覆っているので、電子ビーム
８５の一部がルツボ８２の底！１！８２ａに達すること
を極力抑止することができ、ルツボ８２の底壁８２ａを
溶かすといった問題を改善できる。故に基板８３上に成
膜された薄膜がルツボ８２の物質によって汚染される問
題を改善できる。

さらに本実施例では、主蒸発部３の上部が加熱消耗した
場合でも、主蒸発部３を副蒸発部１の孔１０から外して
主蒸発部３を新しいものと交換できるので、副蒸発部１
を何度も使用することができ、蒸発物質を節約するのに
有利である。

加えて本実施例では、副蒸発部１の孔１０に主蒸発部３
を嵌合保持するので、主蒸発部３を交換した場合であっ
ても、副蒸発部１の中央部の一定の位置に主蒸発部３を
常に配置することができる。

更に本実施例では、主蒸発部３の上面は平坦面であるた
め、蒸発粒子の分散を抑υ１するのに有利である。この
点特開昭６３−４４２３＠公報の蒸発材料では蒸発面が
平坦でなく僅かながら膨出する円弧凸面のため、成膜初
期から蒸発粒子がターゲットから外れて分散する傾向に
あるのと異なる。

［他の実施例］ 本発明の蒸発材料の他の実施例を第８図に示す。

第８図に示す実施例に係る蒸発材料Ｗ１は、基本的には
、第１図〜第６図に示した実施例に係る蒸発材料Ｗと同
じ構成である。ただし、第８図に示す実施例では、主蒸
発部３と副蒸発部１とは一体的に形成されている。第８
図に示す実施例においても、前記した実施例と同様の作
用効果が得られる。

上記した各実施例では、第１図および第２図に示したよ
うに、更には第８図に示すように、副蒸発部１の周側面
１ｃ、主蒸発部３の周側面３ｃは、これらの軸方向とほ
ぼ平行であるが、これに限らず、副蒸発部１の周側面、
主蒸発部３の周側面をこれらの軸心に対して傾斜させる
構成としてもよい。例えば、第１４図に示す他の実施例
のように、副蒸発部７の孔７０を区画する内周面７０ｄ
を円錐状とするとともに、主蒸発部８の周側面８Ｃを円
錐面状にしてもよい。この場合には、主蒸発部８を副蒸
発部７の孔７０に嵌合する際に、主ＷＳ発部８の円錐面
状の周側面８Ｇと副蒸発部７の孔７０を区画する円錐面
状の内周面７０ｄとを密着させるのに有利である。

上記した第１図〜第７図に示す実施例では、主蒸発部３
の蒸発物質の純度と副蒸発部１の蒸発物質の純度とは同
じであるが、これに限らず、例えば蒸発粒子の発生に大
いに寄与丈る主蒸発部３の蒸発物質の純度を副蒸発部１
の蒸発物質の純度よりも高めてもよい。この場合には、
純Ｉｍの高い主蒸発部３が集中的に加熱蒸発することに
なるので、成膜の汚染防止に右利である。

また上記した実施例では、第１図および第２図に示すよ
うに副蒸発部１と主蒸発部３との間には一段階の段差の
みが形成されているものであるが、これに限らず場合に
よっては二段階としてもよい。

さらに上記した第１図〜第７図に示す実施例では、電子
ビーム８５の照射によって蒸発材料Ｗを加熱蒸発さＶる
場合に適用したものであるが、これに限らず、真空容器
内でレーザビームを蒸発材料に照射して蒸発材料を加熱
蒸発させる場合に適用してもよいものである。

その他、本発明の蒸発材料は、上記しかつ図面に示した
実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しな
い範囲内で適宜変更して実施し１ｑるものである。

［発明の効果］ 本発明の蒸発材料によれば、前述したように、主蒸発部
の表面を平坦を維持したまま順次加熱蒸発させ消耗させ
（ｑるので、従来とは異なり、蒸発材料の中央部に窪み
部が形成される問題を極力改善することができる。従っ
て、成膜の際における蒸発粒子の堆積速度を一定にする
のに有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の一実施例を示し、第１図は嵌
込む前の状態の副蒸発部および主蒸発部の斜視図であり
、第２図は副蒸発部の孔に主蒸発部を嵌合した状態を示
す断面図であり、第３図は副蒸発部の孔に主蒸発部を嵌
合した状態で電子ピムを照射させている状態の要部の概
略断面図であり、第４図は副蒸発部の孔に主蒸発部を嵌
合した状態の平面図であり、第５図は主蒸発部の表面が
順次消耗していく状態を模式的に示した断面図であり、
第６図はイオンブレーティング装置の概略構成図であり
、第７図は本実施例の蒸発材料を用いた場合の成膜時間
と膜厚との関係を示すグラフである。 第８図は本発明の他の実施例を示し、ルツボ内に蒸発材
料を保持した状態の断面図である。 第９図〜第１３図は従来の技術を示し、第９図は電子銃
フィラメントから放出された電子ビームで蒸発材料を加
熱蒸発させている状態の概略構成図であり、第１０図は
蒸発材料に窪み部が形成された状態の断面図であり、第
１１図は蒸発材料の蒸発面が平坦な状態の蒸発粒子の分
布を示す概略構成図であり、第１２図は蒸発材料の蒸発
面に窪み部が形成された場合における蒸発粒子の分布を
示す概略構成図であり、第１３図は従来における成膜時
間と膜厚との関係を示すグラフである。第１４図は本発
明の他の実施例を示し、副蒸発部に主蒸発部を嵌合保持
した状態の断面図である。 図中、１は副蒸発部、１０は孔、３は主蒸発部をそれぞ
れ示す。 特許出願人　　トヨタ自動車株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 保持部に保持され蒸発物質を基材とする副蒸発部と、 前記副蒸発部の蒸発面側にこれのほぼ中央部に前記副蒸
   発部に対して少なくとも一段の段差を有して突出配設さ
   れ蒸発物質を基材とする主蒸発部とで構成されているこ
   とを特徴とする蒸発材料。