JPH07138739A

JPH07138739A - 真空蒸着装置

Info

Publication number: JPH07138739A
Application number: JP28217993A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nakada; 諭中田; Masaru Yamaguchi; 優山口; Masanobu Yamamoto; 真伸山本; Katsumi Takahashi; 克實高橋
Original assignee: SHINKU KAGAKU KENKYUSHO KK; Sony Corp
Current assignee: SHINKU KAGAKU KENKYUSHO KK; Sony Corp
Priority date: 1993-11-11
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 1995-05-30

Abstract

(57)【要約】【目的】超高真空下で蒸着することが可能で品質の高い
成膜が可能な真空蒸着装置を提供する。【構成】成膜室１と蒸発室２とがゲートバルブ８により
開閉自在に仕切られた真空容器Ｃと、前記真空容器内を
排気する真空ポンプと、前記成膜室１に配置された基板
５に所定の薄膜を成膜するための第１の成膜手段３と、
ゲッタ作用を有する薄膜を前記蒸発室２に成膜するため
の第２の成膜手段４とを有する。真空容器Ｃはアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金からなり、真空容器内を１
×１０^-5Ｐａ以下の超高真空として蒸着を行う。第２の
成膜手段４は、蒸着源を加熱する電子銃を有し、ゲッタ
作用を有する薄膜はクロムＣｒ、チタンＴｉである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超高真空下での蒸着が
可能な真空蒸着装置に関し、特に蒸発室の真空容器内の
真空度を高めることができる真空蒸着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の真空蒸着装置における成膜時の圧
力は１×１０^-3〜１×１０^-4Ｐａ程度である。これは真
空容器がガラス製もしくはステンレス製であり超高真空
を得るために必要な容器のベーキングが不可能かあるい
は困難であったこと、また到達真空度がそれほど高くな
い真空ポンプが採用されていたこと、さらには真空シー
ルに十分な配慮がなされていなかったこと等による。ま
た、蒸発源から放出される多量のガスにより超高真空状
態（例えば１×１０^-5Ｐａ以下）が維持できないことも
理由の一つとして考えられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の真空蒸着装置で
は、成膜時の圧力を１×１０^-3〜１×１０^-4Ｐａ程度に
しか維持できず、このような圧力下では、僅か１秒程度
で基板表面が残留ガス分子で覆われてしまうため、蒸着
された薄膜は結晶性、欠陥等の点で不十分なものとなっ
ている。そのため、従来の真空蒸着装置においては真空
度の改善が大きな課題であり各方面で種々の検討が進め
られている。本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、超高真空下で蒸着すること
が可能で品質の高い成膜が可能な真空蒸着装置を提供す
ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の真空蒸着装置は、成膜室と蒸発室とがバル
ブにより開閉自在に仕切られた真空容器と、前記真空容
器内を排気する真空ポンプと、前記成膜室に配置された
基板に所定の薄膜を成膜するための第１の成膜手段と、
ゲッタ作用を有する薄膜を前記蒸発室に成膜するための
第２の成膜手段とを有することを特徴としている。この
場合、前記真空容器をアルミニウムまたはアルミニウム
合金から構成し、前記真空容器内を１×１０^-5Ｐａ以下
の超高真空で蒸着を行うことが好ましい。また、前記第
２の成膜手段は蒸着源を加熱する電子銃を有することが
好ましく、前記ゲッタ作用を有する薄膜はクロムＣｒま
たはチタンＴｉであることが好ましい。

【０００５】

【作用】真空容器をアルミニウムまたはアルミニウム合
金から作製すると、比較的低温（１２０℃程度）のベー
キングを数時間行うことで簡便に１×１０^-5Ｐａ以下の
超高真空が得られ、この圧力下で電子ビーム加熱による
蒸着を行うと結晶性に優れ欠陥のない薄膜を得ることが
できる。また、ゲッタ作用のある薄膜を真空容器内部に
形成すると、この薄膜が真空容器中の残留ガスや放出ガ
スを吸着し、到達圧力が低くなって良好な真空状態を実
現することができる。

【０００６】特に本発明の真空蒸着装置では、真空容器
をバルブによって成膜室と蒸発室とに仕切り、かつ蒸発
室内にゲッタ作用を有する薄膜を成膜するための第２の
成膜手段を設けているので、基板を交換する場合にはバ
ルブを閉塞して蒸発室内の超高真空状態を維持しなが
ら、基板を交換したのちに再びバルブを開いて次の蒸着
を行う。このようにすると、少なくとも蒸発室内の超高
真空が維持され蒸発源が大気にさらされることなく次の
蒸着時の放出ガスが圧倒的に減少するので超高真空を維
持することができる。また、２回目以降の蒸着を行う場
合には、蒸発室におけるベーキングからゲッタ薄膜の成
膜までの工程を省略することができ、そのまま所定の薄
膜を成膜することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例を示す構成図、図２は
本発明の他の実施例を示す構成図、図３はＣｒ，Ｔｉ，
Ｍｏのゲッタ作用を観察した結果を示すグラフ、図４は
本実施例の真空蒸着装置を用いてクロムＣｒの１回目の
蒸着を行った場合の真空度の観察結果を示すグラフ、図
５は図４に引き続きクロムＣｒの２回目の蒸着を行った
場合の真空度の観察結果を示すグラフ、図６は本実施例
の真空蒸着装置を用いて３回蒸着を行った場合の真空度
の観察結果を示すグラフである。

【０００８】電子ビーム蒸着装置まず本実施例の真空蒸着装置は、図１に示すようにアル
ミニウムまたはアルミニウム合金からなる真空容器Ｃを
有しており、この真空容器内はゲートバルブ８によって
二室１，２に仕切られている。一方の蒸発室２にはその
底部に坩堝一体式の電子銃３，４（第１の成膜手段３、
第２の成膜手段４）が２基配置されており、他方の成膜
室１には被蒸着体である基板５が配置される。

【０００９】蒸発室２の内部には、さらにゲッタ膜生成
板６が設けられており、後述するゲッタ膜生成用電子銃
４からのゲッタ膜を生成する目的と、蒸発室内壁を保護
する目的を有している。このゲッタ膜生成板６は、ベー
キングを可能とするか、および／または冷却可能とする
ことが好ましい。本実施例では、後述する真空容器Ｃと
同様にアルミニウムまたはアルミニウムに銅、シリコ
ン、マンガン、マグネシウム、亜鉛、クロム等が数％程
度混入されたアルミニウム合金から作製されている。ま
た、蒸発室２の内部には、成膜用電子銃３とゲッタ膜生
成用電子銃４とを仕切る仕切り板１０が設けられてい
る。

【００１０】成膜室１と蒸発室２との間に設けられたゲ
ートバルブ８は、成膜室１に配置された基板５を交換す
る際に蒸発室２の真空度を維持するために当該蒸発室２
を密閉する閉塞位置と、成膜室１内に基板５を投入した
のち成膜室用扉（不図示）を閉めたのち、蒸着を行うた
めに成膜室１と蒸発室２とを連通させる開放位置とに作
動する。具体的な構造は特に限定されないが、真空シー
ルに留意して蒸発室２の真空度を維持させる必要があ
る。

【００１１】真空容器Ｃは、アルミニウムまたはアルミ
ニウムに銅、シリコン、マンガン、マグネシウム、亜
鉛、クロム等が数％程度混入されたアルミニウム合金か
らなる板を、いわゆる黒皮のまま溶接して作製されてい
る。本実施例では厚さ約３０ｍｍのアルミニウム合金板
（商品名Ａ６０６１−Ｔ６）を使用した。溶接後、真空
容器内部には、いわゆるＧＢＢ−ＥＸ加工が施されてい
る。このＧＢＢ−ＥＸ加工は、アルゴンと酸素の混合高
圧ガスで微細なガラスビーズを金属表面に吹きつけ、表
面の汚染を取り除くと同時に、均一で稠密な酸化膜を金
属表面に形成し、真空容器としたときに表面からのガス
の放出を少なくするための表面処理技術である。このよ
うな加工を行うことで、真空容器の内壁からの放出ガス
量を大幅に減少させることができる。真空容器の表面処
理としては、上述したＧＢＢ−ＥＸ加工が好ましいが、
アルコールを冷却剤として容器に加工するＥＬ加工やア
ルゴンと酸素を含むガスを吹きつけ、冷却しながら容器
加工するＥＸ加工等を採用してもよい。これらの技術
は、高真空を得る上で大きな障害となる切削油を使用し
ないことから、本実施例の真空容器に適用することが可
能であるが、ＧＢＢ−ＥＸ加工はＥＬ，ＥＸ両加工法に
比べ、通常数回必要な加工が１回で済むという利点があ
る。

【００１２】この真空容器Ｃの前面には、図示はしない
が、成膜室１の開閉操作を行う成膜室用扉と、蒸発室２
の開閉操作を行う蒸発室用扉がそれぞれ独立して設けら
れている。これらの扉によっても成膜室１と蒸発室２と
のそれぞれは真空シールされており、この真空シールに
はＯリングシールが採用されている。本実施例で用いら
れるＯリングシールとしては、フッ素系エラストマー
（いわゆるバイトン）やニトリルゴム（ＮＢＲ）、クロ
ロプレンゴム、シリコーンゴム等を例示することがで
き、特にフッ素系エラストマー製のＯリングシールが最
適である。一般にステンレスからなる超高真空用の真空
容器では、高温でのベーキングが必要となるため、真空
シールにはメタルシールが採用されている。これに対し
て、本実施例では低温のベーキングで足りるため、ゴム
製Ｏリングの使用が可能となり超高真空容器の開閉を極
めて簡便に行うことができる。

【００１３】一方、排気系と接続するためのフランジ
（不図示）は、アルミニウム合金（商品名２２１９−Ｔ
８５２）からなり、ガスケットもアルミニウム製であ
る。そして、これらフランジやガスケットを介して排気
系が接続されるが、本実施例では蒸発室２と成膜室１と
を１×１０^-5Ｐａ以下の超高真空とするために、両室の
それぞれにターボ分子ポンプとロータリポンプにより構
成された２系統の排気系（不図示）が独立して接続され
ている。なお、ターボ分子ポンプは、磁気浮上型、アル
ミニウム製のもので、到達圧力が低く、かつ水素の圧縮
比が高いものを採用した。

【００１４】また、真空容器Ｃの周囲には、蒸発室２と
成膜室１とをそれぞれ独立して約１２０℃のベーキング
を行うことができるようにシート型ヒータ（不図示）が
貼りつけられている。アルミニウムまたはアルミニウム
合金からなる真空容器は比較的低温でのベーキングを数
時間行うことによって簡便に超高真空を得ることがで
き、生産性等の点で非常に有利である。基板５は、膜厚
分布を良好にするために、上述した成膜室１内で蒸着ソ
ース（電子銃と一体的に形成された坩堝に収容される蒸
着材料）３の上方を往復運動するようになっている。こ
こで、基板５と蒸着源（換言すれば電子銃）３との間の
ゲッタ膜生成板６には、膜厚分布と蒸着物の入射方向を
制御するためのスリット状の開口部９が開設されてい
る。なお、図１における「７」は成膜用電子銃３または
ゲッタ膜生成用電子銃４からの蒸着物がゲートバルブ８
に付着するのを防止するためのシャッタであり、このシ
ャッタ７は蒸着を行う場合にのみ開放されるようになっ
ている。

【００１５】蒸発室に配置された２基の電子銃３，４の
うち、一方の電子銃４はゲッタ膜生成板６にゲッタ膜を
蒸着させるために蒸着源を加熱するための蒸発源であ
り、蒸着源としてはゲッタ作用（気体分子を吸着する作
用）を有するＣｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｖ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ等を例示でき、特に本実
施例の場合にはＣｒ，Ｔｉが好ましい。また、蒸発室２
に配置される他の電子銃３は、基板５に目的とする蒸着
物を蒸着させるために蒸着源（例えばＣｕ等）を加熱す
る蒸発源である。図３はＣｒ，Ｔｉ，Ｍｏのゲッタ作用
を確認するために真空容器内における真空度を観察した
結果を示すグラフであり、ゲッタ膜を成膜しない場合
（グラフのプロット○）では１×１０^-8〜１×１０^-9Ｔ
ｏｒｒ（１×１０^-6〜１×１０^-7Ｐａ）程度であるのに
対し、クロム膜Ｃｒ（グラフのプロット●）、チタン膜
Ｔｉ（グラフのプロット◆）、モリブデン膜Ｍｏ（グラ
フのプロット■）を成膜した場合には、それより１桁真
空度が高い１×１０^-9〜１×１０^-10Ｔｏｒｒ（１×１
０^-7〜１×１０^-8Ｐａ）となる。

【００１６】このように蒸発室２内にゲッタ作用を有す
る薄膜を蒸着するための蒸発源４を設けることで、目的
とする膜を基板５に成膜する前、あるいは成膜と同時に
ゲッタ膜をゲッタ膜生成板６に形成することができるの
で、上述したゲッタ作用によって到達圧力を低圧化し、
残留ガスや放出ガスの少ない清浄な真空状態を実現する
ことができる。特に本実施例では、蒸発室２と成膜室１
とをゲートバルブ８で仕切っているので、一度低圧化さ
れた蒸発室２の真空状態は、基板５を交換する場合にも
維持することができる。

【００１７】次に作用を説明する。まず、成膜室１の成
膜室用扉を開いて成膜室内に基板５をセットするととも
に、蒸発室２の蒸発室用扉を開いて２つの電子銃３，４
に蒸着源をセットする。ついで、成膜室用扉と蒸発室用
扉を閉めて両室１，２を密閉したのちシート型ヒータを
用いて両室１，２およびゲッタ膜生成板６を約１２０℃
でベーキングする。この状態で真空ポンプを作動させな
がら目的とする成膜用蒸着源を電子銃３で加熱すること
により蒸着源から放出されるガスを除去したのち、ゲッ
タ膜生成用蒸着源を電子銃４で加熱して蒸発室２内に設
けられたゲッタ膜生成板６にゲッタ膜を成膜する。この
状態からゲートバルブ８を開いて成膜室１と蒸発室２と
を連通させたのち、シャッタ７を開いて成膜用蒸着源を
電子銃３で加熱することにより目的とする蒸着膜を基板
５に形成する。

【００１８】このようにして目的とする蒸着膜を基板５
に形成すると、まずゲートバルブ８を閉めて成膜室１と
蒸発室２とを密閉区画することにより、蒸発室２の超高
真空状態を維持する。そして、成膜室１の扉を開いて成
膜された基板５を取り出し、次に蒸着する基板５と交換
したのち成膜室用扉を閉める。この場合、蒸発室２内は
超高真空に保たれているので、ベーキングを行うのは成
膜室１のみで足り、蒸発室２のベーキングは省略でき
る。成膜室１のみのベーキングを行ったのち、ゲートバ
ルブ８を開いて成膜室１と蒸発室２とを連通させたの
ち、シャッタ７を開いて成膜用蒸発源を電子銃３で加熱
することにより目的とする蒸着膜を新たに投入された基
板５に形成する。このような手順で順次基板５を交換し
て蒸着を行う。

【００１９】図４はクロムＣｒ成膜時の圧力変化を示す
グラフであるが、成膜開始とともに圧力が１×１０^-6Ｔ
ｏｒｒ（１×１０^-4Ｐａ）程度まで上昇するものの、ゲ
ッタ膜生成板６に成膜されたクロム膜Ｃｒのゲッタ作用
が働いて蒸着途中から圧力が急速に減少することが観察
される。また、図５は上述した蒸着に引き続き、再度ク
ロムＣｒの蒸着を行った場合の圧力を観察した結果を示
すグラフであり、蒸発源からの放出ガスが減少したこと
と、ゲッタ膜生成板６に成膜されたクロム膜Ｃｒによる
ゲッタ作用により、図４の場合に比べて約半桁低い圧力
で蒸着が実現できた。

【００２０】ゲッタ膜の成膜による減圧効果を確認する
ために、１回目および２回目の銅Ｃｕの蒸着ではクロム
Ｃｒのゲッタ膜を成膜せず、次にゲッタ膜生成板６にク
ロム膜Ｃｒを成膜したのち３回目の銅Ｃｕの蒸着を行っ
て、それぞれの圧力を観察した。この結果を図６に示
す。１回目（グラフの■プロット）は蒸発源からの放出
ガスが大きいが、２回目（グラフの▲プロット）の蒸着
では１回目に比べて約１桁圧力が低くなっている。さら
に、クロム膜成膜後に行った３回目（グラフの■プロッ
ト）の銅Ｃｕの蒸着では、２回目に比べてさらに１桁圧
力が下がっておりクロム膜のゲッタ作用の有効性が確認
できた。

【００２１】ＭＢＥ装置図２はＭＢＥ装置の一例を示す図であり、このＭＢＥ装
置においても真空容器Ｃはアルミニウムあるいはアルミ
ニウム合金で形成されている。ＭＢＥ装置においては、
所定の物質を蒸発させるための加熱源であるクヌードセ
ン・セル（第１の成膜手段）３が真空容器Ｃの蒸発室２
の底部に設置されるが、このクヌードセン・セル３より
蒸発する蒸発物はその入射領域が限られることになる。
したがって、蒸発室２に仕切り板を設けることなく蒸発
室２の内壁にゲッタ膜生成板６を設ける。また、この蒸
発室２には、通常のクヌードセン・セルとは異なり、比
較的広角度に蒸着を行うことができる第２の成膜手段
（例えば電子銃）４をゲッタ膜の蒸発源として設ける。
これによって、所定の膜を成膜する直前にゲッタ膜を生
成することができる。

【００２２】なお、以上説明した実施例は、本発明の理
解を容易にするために記載されたものであって、本発明
を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施例に開示された各要素は、本発明の技術
的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨で
ある。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、真空
容器をバルブによって成膜室と蒸発室とに仕切り、かつ
蒸発室内にゲッタ作用を有する薄膜を成膜するための第
２の成膜手段を設けている。その結果、少なくとも蒸発
室内の超高真空が維持されるので蒸発源を大気にさらす
ことがなく、したがって簡便に超高真空下での蒸着を行
うことができる。また、２回目以降の蒸着を行う場合に
は、蒸発室におけるベーキングからゲッタ薄膜の成膜ま
での工程を省略することができ、そのまま所定の薄膜を
成膜することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図３】Ｃｒ，Ｔｉ，Ｍｏのゲッタ作用を観察した結果
を示すグラフである。

【図４】本実施例の真空蒸着装置を用いてクロムの１回
目の蒸着を行った場合の真空度の観察結果を示すグラフ
である。

【図５】図４に引き続き２回目のクロムの蒸着を行った
場合の真空度の観察結果を示すグラフである。

【図６】本実施例の真空蒸着装置を用いて銅の３回蒸着
を行った場合の真空度の観察結果を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｃ…真空容器１…成膜室２…蒸発室３…成膜用蒸発源（第１の成膜手段）４…ゲッタ膜生成用蒸発源（第２の成膜手段）５…基板６…ゲッタ膜生成板７…シャッタ８…ゲートバルブ９…開口部

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【手続補正書】

【提出日】平成６年２月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】蒸発室２の内部には、さらにゲッタ膜生成
板６が設けられており、後述するゲッタ膜生成用電子銃
４からのゲッタ膜を生成する目的と、蒸発室内壁を保護
する目的を有している。このゲッタ膜生成板６は、ベー
キングを可能とするか、および／または冷却可能とする
ことが好ましい。本実施例では、真空溶解によって作ら
れた放出ガスの少ないステンレスの板から作製されてい
る。また、蒸発室２の内部には、成膜用電子銃３とゲッ
タ膜生成用電子銃４とを仕切る仕切り板１０が設けられ
ている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】次に作用を説明する。まず、成膜室１の成
膜室用扉を開いて成膜室内に基板５をセットするととも
に、蒸発室２の蒸発室用扉を開いて２つの電子銃３，４
に蒸着源をセットする。ついで、成膜室用扉と蒸発室用
扉を閉めて両室１，２を密閉したのち成膜室、蒸着室を
真空に排気し、次いでシート型ヒータを用いて両室１，
２およびゲッタ膜生成板６を約１２０℃でベーキングす
る。この状態で真空ポンプを作動させながら目的とする
成膜用蒸着源を電子銃３で加熱することにより蒸着源か
ら放出されるガスを除去する。次にヒータを切り、温度
が常温になってから、ゲッタ膜生成用蒸着源を電子銃４
で加熱して蒸発室２内に設けられたゲッタ膜生成板６に
ゲッタ膜を成膜する。この状態からゲートバルブ８を開
いて成膜室１と蒸発室２とを連通させたのち、シャッタ
７を開いて成膜用蒸着源を電子銃３で加熱することによ
り目的とする蒸着膜を基板５に形成する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本真伸東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者高橋克實茨城県つくば市竹園１丁目６番地１号財団法人真空科学研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成膜室と蒸発室とがバルブにより開閉自在
に仕切られた真空容器と、前記真空容器内を排気する真
空ポンプと、前記成膜室に配置された基板に所定の薄膜
を成膜するための第１の成膜手段と、ゲッタ作用を有す
る薄膜を前記蒸発室に成膜するための第２の成膜手段と
を有することを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項２】前記真空容器がアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金からなり、前記真空容器内を１×１０^-5Ｐａ
以下の超高真空で蒸着を行うことを特徴とする請求項１
に記載の真空蒸着装置。
【請求項３】前記第２の成膜手段は、蒸着源を加熱する
電子銃を有することを特徴とする請求項１または２に記
載の真空蒸着装置。
【請求項４】前記ゲッタ作用を有する薄膜は、クロムＣ
ｒまたはチタンＴｉであることを特徴とする請求項３に
記載の真空蒸着装置。