JPH03177563A - 蒸発源用坩堝 - 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、クラスタイオンビーム蒸着等に用い
られる蒸発源用坩堝の改良に関する従来の技術 従来、常温で固体状の物質を加熱蒸発させ蒸着基板上に
蒸着して薄膜の形成を行う真空蒸着、クラスタイオンビ
ーム蒸着等に用いる蒸着源装置は、第３図に示すような
構成を有していたすなわち、小孔２１を坩堝Ｍ２２の中
央部に形成した円筒状の坩堝（クヌーセンセル）２３と
、坩堝２３の外側に坩堝２３の側面と平行に設置され坩
堝２３の側面を加熱する電子ボンバード用熱陰極５から
構成されている。

坩堝２３はカーボン、タングステン等の単層構造を有す
るものが一般的である。電子ボンバード用熱陰極５はタ
ングステン、タンタル等の断面積が一様で均質な線材を
コイル状に成形したものであり、そのコイルの螺旋ピッ
チは一定である、６は熱陰極５に電圧を印加しこれを加
熱するための熱陰極加熱用電源、７は坩堝２３と熱陰極
５の間に電圧を印加して高温に加熱した熱陰極５から熱
電子を引き出し、その熱電子を坩堝２３に衝突させるこ
とにより坩堝２３を電子ボンバード加熱するための坩堝
加熱用電源である。

前記坩堝２３を用いた場合の製膜プロセスは次のように
なる。坩堝２３の内部に蒸着材料３を収容した後、坩堝
２３を設置した真空槽（図示せず）を所定の真空度に設
定し、坩堝２３を電子ボンバード法により加熱すること
で蒸着材料３を蒸発させる。この蒸着材料３の蒸気２４
は真空槽と坩堝２３内部の圧力差により小孔２工から図
中矢印方向に噴出し、この際断熱膨張して過冷却される
。このため蒸気２４は凝縮し、５００〜２０００個の原
子が互いに緩く結合した塊状原子集団のビームすなわち
クラスタビームとなり基板（図示せず）に衝突し、蒸着
膜が作製される。

発明が解決しようとする課題 前述のように、従来の蒸発源装置は坩堝２３の側壁を電
子ボンバード用熱陰極５により一様な流束で加熱するも
のであるため、坩堝２３の上部および下部は中央部と同
じ熱入力である。しかし、円筒状の坩堝２３には円形状
の上面部（坩堝蓋２２）および下面部が存在するため坩
堝２３中央部と比較して上部および下部からの放熱量は
大きくなる。したがって、坩堝２３の軸方向に沿って温
度分布が生じ、坩堝２３中央部で温度が高く、坩堝蓋２
２を含む上部および下部で温度が低下することになる。

このため、 （１）坩堝上面部の小孔付近の温度が低下し、蒸着材料
の蒸気が小孔付近で凝縮し、その凝集液が滴状で噴き出
すスピッティング状態を生し易い。そのため、蒸着膜が
膜質不良を生じ、小孔が閉塞する。

（２）坩堝内に収容した蒸着材料の量すなわち蒸着材料
の充填高さによって蒸着材料の温度が変化し、蒸発速度
が−様でなく蒸着速度も変化する。そのため、蒸着の安
定性が悪い。

（３）坩堝内に収容した蒸着材料の充填高さが低くなっ
た場合でも、蒸着速度を一定に保つためには、坩堝下部
の温度低下を補うために余分に加熱しなければならない
。そのため、加熱効率が悪い。

等の問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、坩堝の
軸方向に沿った温度分布を一様化することにより、安定
して高品質の蒸着膜を製膜できるとともに、加熱効率が
よい蒸発源用坩堝を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明による蒸発源装置は、側周面が−様な熱流束で加
熱され、上面部に小孔を形成してなる筒状の蒸発源用坩
堝において、坩堝の上部および下部の外表面を粗面にす
るとともに、前記粗面に導電性で低輻射率の薄膜を形成
するか、あるいは、上面部が多重構造の蓋からなり、各
蓋の間に隙間を形成し、かつ外側の蓋の小孔径を内側の
蓋の小孔径よりも大きくしたものである。

作用 上記のような構成によって得られる作用は次の通りであ
る。

真空中で高温に加熱された熱陰極に対して正電位にある
陽極（坩堝に相当する）を設置した場合、熱陰極から引
き出される熱電子の量すなわちエミッション電流値は、
陽極面積すなわち坩堝外表面積の増加とともに増加する
。坩堝の上部および下部の外表面を粗面化することによ
り、坩堝の上部および下部での表面積が増加し、その領
域に衝突する熱電子の量が増加する。

したがって、坩堝への熱入力が坩堝の中央部よりも上部
および下部で大きくなる。一方、粗面化した面に導電性
で低輻射率の薄膜を形成することにより、均一な受熱を
損わず、かつ坩堝の上部および下部の表面積が増加して
も、その領域からの輻射による熱損失を減少させること
ができる。

また、坩堝の上蓋を多重構造とし、各蓋の間に隙間を形
成し、かつ外側の蓋に形成した小孔径を、内側の蓋の小
孔径より大きくした場合、外側の蓋が熱シールドとなり
、内側の蓋の上面からの輻射による熱損失が減少する。

しかも、外側の蓋に形成した小孔径が内側の蓋の小孔か
ら噴出する蒸着材料の蒸気流の噴流径よりも大きくすれ
ば、外蓋の小孔部付近に噴出蒸気が凝縮することはない
。

以上のことから、坩堝２３中央部と比較して放熱量が大
きい上部および下部の温度低下が補償され、坩堝の温度
分布が軸方向に一様化する。

その結果、スピッティング状態が生じにくくなり、高品
質の蒸着膜が可能となり、小孔が閉塞することもなくな
る。さらに、安定して製膜することが可能となる。

実施例 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明のうち第１発明の一実施例の蒸発源坩堝
を使用した蒸発源装置を示す。Ａは直径２１ＩＩｌ程度
の小孔１を坩堝蓋２の中央部に形成したカーボン製の単
層構造を有する坩堝（クヌーセンセル）であり、この坩
堝Ａの内部に蒸着材料３を収容する０本実施例では、坩
堝蓋２を坩堝Ａ上部の外表面および坩堝Ａ下部の外表面
をサンドブラスト法により粗面化し、さらに粗面化した
表面にスパッタ法によりタングステン、タンタル等の導
電性を有する低輻射率の薄ｙ４を形成している。５は前
記坩堝Ａを加熱するための電子ボンバード用熱陰極であ
る。電子ボンバード用熱陰極５は線径が０８７〜１．０
ｍｍ範囲で−様な線径のタングステン線もしくはタンタ
ル線を、−様な螺旋径でコイル状に成形したものであり
、コイルの長さは坩堝Ａの長さより長くしている。線径
が−様であるため、熱陰極５の温度はその長さ方向に一
定である。そして、この熱陰極５を２本電気的に直列に
つなぎ、円筒型の坩堝Ａの中心軸と平行にして坩堝Ａの
外側に設置している。なお、直列につなぐ熱陰極５の数
を増加させることにより、容易に坩堝Ａへの熱入力を増
加させることができる。

６は熱陰極５に電圧を印加しこれを加熱するための熱陰
極加熱用電源、７は坩堝Ａと熱陰極５の間に電圧を印加
して高温に加熱された熱陰極５から熱電子を引き出し、
その熱電子を坩堝Ａに衝突させることにより坩堝Ａを電
子ボンバード加熱するための坩堝加熱用電源である。ま
た、８は坩堝Ａを支持する支持台、９は前記支持台８を
真空槽（図示せず）に固定する絶縁支持部材である。

前述のように、熱陰極の温度が一定であるため、熱電子
の引出し量は坩堝外表面積の増加とともに増加する。坩
堝の上部および下部の外表面を粗面化し、坩堝の上部お
よび下部での表面積を増加することにより、その領域に
衝突する熱電子の量、すなわち電子ボンバードによる熱
入力を増加させることができる。一方、粗面化した面に
導電性で低輻射率の薄膜を形成することにより、坩堝の
上部および下部の表面積が増加しても、その領域からの
輻射による熱損失が増加することはない。以上のことか
ら、坩堝の上部および下部で温度が低下することはなく
、坩堝の軸方向の温度分布の一様化を達成できる、その
結果、スピッティング状態を生じにくくなって、安定し
て高品質の製膜が可能となり、小孔が閉塞することもな
くなる。

前記実施例では、タングステン、タンタル等の線材を−
様な螺旋径でコイル状に成形した電子ボンバード用熱陰
極の場合を示したが、タンタル、カーボン等のリボン状
板材を短冊状もしくは螺旋状に成形した電子ボンバード
用熱陰極、または抵抗加熱用ヒータを用いた熱輻射によ
る坩堝を加熱する場合にも適用できる。

第２図は本発明のうち第２発明の蒸発源用坩堝の一実施
例を示す。本実施例では、坩堝Ｂの上蓋を外蓋１０と内
ＩＥＩＩの二重構造とし、外蓋１０と内蓋１１の間に僅
かな隙間１２を形成し、かつ外ｌ１１０に形成した小孔
１３の径を、内Ｍ１１の小孔１４から噴出する蒸発材料
３の蒸気流の噴流径よりも大きくしている。

坩堝Ｂの上面部を前記のような二重構造とすることによ
り、外蓋１０は内蓋１１の熱シールドとなる。そのため
、高温である内蓋１１の上面から低温である真空槽もし
くは基板への熱輻射はなくなり、内１１１からの熱輻射
は内ＩＥＩＩより比較的高温である外蓋１０への熱輻射
のみとなる。その結果、内蓋１１の上面からの輻射によ
る熱損失が減少する。しかも、外蓋１０に形威した小孔
１３の径を内Ｍ１１の小孔１４から噴出する蒸着材料３
の蒸気流の噴流径よりも大きくすれば、外蓋１０の小孔
１３付近に噴出蒸気が凝縮することはない以上のことか
ら、坩堝Ｂ内部の蒸気が断熱膨張しながら噴出する小孔
１４付近での温度低下が補償される。その結果、スピッ
ティング状態が生じにくくなり、また小孔１４が閉塞す
ることもなくなり、安定した高品質の蒸着膜の作製が可
能となる。

発明の効果 以上のように本発明による蒸発源坩堝は、側周面が−様
な熱流束で加熱され、上面部に小孔を形成してなる筒状
の蒸発源用坩堝において、坩堝の上部および下部の外表
面を粗面にするとともに、前記粗面に導電性で低輻射率
の薄膜を形成するか、あるいは、上面部が多重構造の蓋
からなり、外蓋の間に隙間を形威し、かつ外側の蓋の小
孔径を内側の蓋の小孔径よりも大きくしたものであるた
め、坩堝の軸方向に沿った温度分布を一様化することが
可能となり、安定して高品質の蒸着膜が作製できるとと
もに、小孔が閉塞することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の一実施例の蒸発源用坩堝を使用した
蒸発源装置の説明図、第２図は第２発明の一実施例の蒸
発源用坩堝を使用した蒸発源装置の説明図、第３図は従
来の蒸発源用坩堝を使用した蒸発源装置の説明図である
。 Ａ　、　Ｂ　−−−−−−−−−−−−−−−−−一坩
堝１．１３．１４・・・−・−・−小孔 ４−−−−−−・−−−−−・−・−・−−−−−−−
一低輻射率薄膜１０−・−−−一− −・・−・−・−・−外蓋 １ 内蓋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）側周面が一様な熱流束で加熱され、上面部に小孔
   を形成してなる筒状の蒸発源用坩堝において、坩堝の上
   部および下部の外表面を粗面にするとともに、前記粗面
   に導電性で低輻射率の薄膜を形成した蒸発源用坩堝。
2. （２）側周面が一様な熱流束で加熱され、上面部に小孔
   を形成してなる筒状の蒸発源用坩堝において、上面部が
   多重構造の蓋からなり、各蓋の間に隙間を形成し、かつ
   外側の蓋の小孔径を内側の蓋の小孔径よりも大きくした
   蒸発源用坩堝。
3. （３）外側の蓋に形成した小孔径を、内側の蓋の小孔か
   ら噴出する蒸発物質の蒸気流の噴流径よりも大きくした
   請求項２記載の蒸発源用坩堝。