(57)【要約】【課題】蒸着加工時に発生するガス成分を効果的に除去することにより、良好な蒸着加工を可能とする蒸着装置を提供する。【解決手段】被処理基板Ｘを収納するチャンバーと、チャンバー内を減圧する減圧手段と、チャンバー内に設けられ、蒸着材料ＤＭを収容する坩堝２１と、蒸着材料ＤＭを加熱する加熱手段２２，３０と、坩堝２１の周囲に設けられた補助排気口４６に接続され、該補助排気口４６から坩堝２１の周囲のガスＧを排気する排気手段と、を有し、蒸着材料ＤＭは、加熱によりガスＧを生成する陰イオンと、該ガスＧの分子の分子半径よりも小さい原子半径を有する金属原子の陽イオンと、の金属塩であり、補助排気口４６は、坩堝２１の高さ方向の上端に設けられた開口部２１ａよりも下方に設けられていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収納する真空容器と、
前記真空容器内を減圧する減圧手段と、
前記真空容器内に設けられ、蒸着材料を収容する収容器と、
前記蒸着材料を加熱する加熱手段と、
前記収容器の周囲に設けられた排気口に接続され、該排気口から前記収容器の周囲の気体を排気する排気手段と、を有し、
前記蒸着材料は、加熱により気体を生成する陰イオンと、該気体の分子の分子半径よりも小さい原子半径を有する金属原子の陽イオンと、の金属塩であり、
前記排気口は、前記収容器の高さ方向の上端に設けられた開口部よりも下方に設けられていることを特徴とする蒸着装置。  
【請求項２】
前記排気口は、前記収容器を取り囲むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蒸着装置。
【請求項３】
前記収容器の周囲には、複数の前記排気口が設けられ、
前記複数の排気口の各々から排気される気体の排気量が、少なくとも２以上の異なる排気量となるように制御されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸着装置。
【請求項４】
前記真空容器内の真空度を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された検出値に応じて、該検出値を前記真空容器内の真空度の設定値に近づけるように前記排気手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の蒸着装置。
【請求項５】
前記加熱手段は、前記収容器に設けられた抵抗加熱方式を採用する熱源であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸着装置を用いた蒸着法は、デバイスの製造過程における電極や配線パターン等の形成に広く用いられている。蒸着装置は、例えば導電性の蒸着材料を収容するセラミック製の坩堝（るつぼ）と、坩堝に収容された蒸着材料を蒸発させる熱源としての高周波誘電コイル（加熱手段）と、を有する蒸着源を備えている。これを用いて成膜するには、例えば真空チャンバー内に、蒸着材料が収容された蒸着源を設置するとともに、蒸着源に対向して被処理基板を配置する。そして、坩堝内の蒸着材料を加熱して蒸発させ、気体となった蒸着材料を被処理基板に接触させて表面に付着させる。これにより、蒸着材料からなる膜を被処理基板の表面に形成することができる。
【０００３】
このように、蒸着法では、チャンバー内を減圧することにより蒸着材料が気化または昇華しやすくなり、蒸着材料が有機材料または無機材料のいずれの材料であるかを問わず、融点が高温で取り扱いが困難な材料を成膜することが可能となる。
【０００４】
ところで、蒸着装置を用いた蒸着法の課題として、蒸着材料に吸着されている水分や酸素等に起因して、蒸着過程においてチャンバー内に無用のガス成分が発生し、真空度が低下するという現象が知られている。
【０００５】
蒸着過程において真空度が低下すると、同じ加熱温度であっても蒸着材料の蒸着量が異なり、成膜レートが変動してしまう。また、チャンバー中に発生したガス成分（不純物）が被処理基板表面に付着したり、気体となった蒸着材料がガス成分を巻き込みながら被処理基板表面に到達したりすることにより、成膜される膜の純度が低下し、当該膜を用いて形成する素子の特性に悪影響を及ぼすことが知られている。
【０００６】
このような課題を解決するため、例えば、特許文献１に記載の蒸着装置では、チャンバー内に主蒸着源とは別に保持容器なるものを設け、保持容器内で蒸着材料に脱ガス処理を施した後に、主蒸着源に供給して蒸着に用いることとして、成膜中のガス成分の発生を抑制することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６３１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、装置構成が複雑化するためにメンテナンスの煩雑性が増加すること、操作が煩雑となるために蒸着工程のタクトタイムが伸び生産コストが高くなること、等の不具合が生じてしまう。
【０００９】
また、上記特許文献１の装置では、蒸着過程において蒸着材料自身が分解することでガス成分を発生させる場合には、真空度の低下やガス成分に起因する悪影響を防ぐことはできなかった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、蒸着加工時に発生するガス成分を効果的に除去することにより、真空度の低下を抑制し、良好な蒸着加工を可能とする蒸着装置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】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明の蒸着装置は、被処理基板を収納する真空容器と、前記真空容器内を減圧する減圧手段と、前記真空容器内に設けられ、蒸着材料を収容する収容器と、前記蒸着材料を加熱する加熱手段と、前記収容器の周囲に設けられた排気口に接続され、該排気口から前記収容器の周囲の気体を排気する排気手段と、を有し、前記蒸着材料は、加熱により気体を生成する陰イオンと、該気体の分子の分子半径よりも小さい原子半径を有する金属原子の陽イオンと、の金属塩であり、前記排気口は、前記収容器の高さ方向の上端に設けられた開口部よりも下方に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の蒸着装置で用いる蒸着材料は、加熱によって金属材料と共に気体（ガス成分）を発生する。生じる金属材料の金属原子の原子半径と、ガス成分の分子の分子半径と、を比較すると、金属材料の原子半径の方が小さいため、両者の平均自由行程を比較すると、金属材料よりもガス成分の方が相対的に短い平均自由行程となる。したがって、ガス成分の方が直進性が悪く、放出源である収容器近傍の空間に滞留しやすい。
【００１３】
ここで、本発明の蒸着装置には、収容器の周囲には排気口が設けられており、真空容器内の気体を外部に排気可能となっている。そのため、収容器近傍の空間に滞留しやすいガス成分の方が優先的に真空容器外へ排気されることとなる。また、排気口は収容器の開口部よりも下方に設けられているため、収容器から上方に放出される金属材料は補足されにくく、真空容器外へ排気されにくい。
【００１４】
そのためこの構成によれば、平均自由行程の差を利用することで、ガスを優先的に排気口から真空容器外へ排気することが可能となり、運転中の真空度の低下を抑制して良好な蒸着加工を可能とする蒸着装置を提供することができる。
【００１５】
本発明においては、前記排気口は、前記収容器を取り囲むように設けられていることが望ましい。
この構成によれば、収容器の近傍に滞留するガス成分を、空間的にムラ無く除去することが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記収容器の周囲には、複数の前記排気口が設けられ、前記複数の排気口の各々から排気される気体の排気量が、少なくとも２以上の異なる排気量となるように制御されていることが望ましい。
この構成によれば、収容器の近傍に滞留するガスの量に空間的に偏りがある場合でも、ガスの偏りに応じて排気口からの気体の排気量を異ならせて制御することで効率的にガスの除去が可能となる。
【００１７】
本発明においては、前記真空容器内の真空度を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された検出値に応じて、該検出値を前記真空容器内の真空度の設定値に近づけるように前記排気手段を制御する制御手段と、を有することが望ましい。
この構成によれば、真空容器内の真空度に応じたフィードバック制御が可能となるため、排気口からの過剰な排気や、排気不足による真空度の低下などの不具合を防止し、安定した運転が可能となる。
【００１８】
本発明においては、前記加熱手段は、前記収容器に設けられた抵抗加熱方式を採用する熱源であることが望ましい。
この構成によれば、蒸着材料に対して急激な加熱が困難であるために、加熱によって生じるガス成分が排気口からの排気量を超えて急激に増加することがなく、安定した運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る蒸着装置を示す説明図である。
【図２】本発明の蒸着装置の原理を説明する説明図である。
【図３】本発明の補助排気口の配置例を示す概略図である。
【図４】本発明の蒸着装置の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１〜図４を参照しながら、本発明の実施形態に係る蒸着装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。
【００２１】
図１は、本実施形態の蒸着装置１を示す説明図であり、図１（ａ）は概略斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａにおける矢視断面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、本実施形態の蒸着装置１は、チャンバー（真空容器）１０と、被処理基板Ｘを戴置する戴置部１２と、チャンバー１０の底部に配置され蒸着材料ＤＭを収容する蒸着源２０と、蒸着源２０を加熱する加熱部（加熱手段）３０と、チャンバー１０内から気体を排気する排気装置（減圧手段、排気手段）４０と、を備えている。
【００２３】
また、チャンバー１０の側壁には主排気口４２が設けられ、チャンバー１０の底部であって蒸着源２０の周囲には補助排気口（排気口）４６が設けられており、これらの排気口を介してチャンバー１０内の気体を排気しチャンバー１０内を減圧する構成となっている。以下、順に説明する。
【００２４】
チャンバー１０は、密閉可能に形成されている。戴置部１２は、チャンバー１０の天井側（図中上側）に設けられており、被処理基板Ｘを保持可能になっている。
【００２５】
蒸着源２０は、チャンバー１０の内部に配置され、坩堝（収容器）２１と、坩堝２１の外周を覆うように設けられ坩堝２１を加熱する加熱装置（加熱手段）２２と、を備えている。坩堝２１は、上部に開口部２１ａを有する円筒状の容器であり、内部に蒸着材料ＤＭが収容されている。加熱装置２２は、坩堝２１を介して蒸着材料ＤＭを加熱している。蒸着材料ＤＭは、蒸着過程においてガス成分を発生する材料である。蒸着材料ＤＭについて詳しくは後述する。
【００２６】
加熱装置２２および加熱部３０には、例えば電熱線等の抵抗加熱方式や、誘導加熱方式の加熱機構が設けられている。本発明では、抵抗加熱方式の加熱機構を好適に用いることができる。
【００２７】
排気手段４０は、チャンバー１０内の気体を排気するためのポンプ４１、ポンプ４１と主排気口４２とを接続する主排気ライン４３、ポンプ４１と補助排気口４６とを接続する補助排気ライン４７、を有している。また、主排気ライン４３、補助排気ライン４７には、それぞれ第１バルブ４４，第２バルブ４８がそれぞれ独立に設けられており、各バルブの開度によって各々の排気口からの単位時間あたりの排気量（排気速度）を制御可能となっている。
【００２８】
主排気口４２に接続された主排気ライン４３は、主として蒸着装置１の運転開始時および運転中に、チャンバー１０内を低い真空度に減圧する際の減圧手段として用いられ、補助排気口４６に接続された補助排気ライン４７は、主として蒸着源２０から発生するガス成分を排気するための排気手段として用いられる。
【００２９】
また、図１（ｂ）に示すように、蒸着装置１には、チャンバー１０の側壁に設けられた真空計（検出手段）５１と、真空計５１で検出するチャンバー１０内部の真空度に応じて、第２バルブ４８の開度をフィードバック制御する制御装置（制御手段）５２と、が接続されている。そのため蒸着装置１は、運転時に必要に応じて補助排気口４６からの排気量を変更可能な構成となっている。
【００３０】
例えば、蒸着装置１の運転時における真空度の設定値が１０−６Ｐａである場合に、運転を続けると、蒸着源２０から発生するガス成分によって真空度が低下する。この際、例えば、真空計５１が基準値を下回る真空度を検出した場合、例えば、検出値が設定値よりも１桁低い（１０−５Ｐａ）場合に、制御装置５２は第２バルブ４８の開度を大きくし、蒸着源２０から発生するガス成分をより多く排気することとすると良い。合わせて、真空計５１が基準値を上回る真空度を検出した場合に、制御装置５２は第２バルブ４８の開度を小さくし、補助排気口４６からの排気量を少なくすることとすると良い。
【００３１】
更に、制御装置５２は、第２バルブ４８の開度の制御を、真空計５１で測定する真空度の検出値と、運転時に置ける真空度の設定値との偏差、その積分、および微分の３つの要素によって行う、いわゆるＰＩＤ制御を行うこととしても良い。
【００３２】
このように補助排気口４６からの排気量を変更することで、蒸着源２０から発生するガス成分を効率的に排気することができる。
【００３３】
このような蒸着装置１を用いると、坩堝２１内の蒸着材料ＤＭは、加熱装置２２及び加熱部３０で加熱されることで気化または昇華し、金属材料Ｍが基板１１に蒸着されることで、蒸着膜Ｘａが成膜される。
【００３４】
このような蒸着装置１を用いると、蒸着源２０から発生するガス成分は、図２に示すような原理により補助排気口４６から効率的に排気される。図２は、本発明の蒸着装置の原理を説明する説明図である。ここでは、本実施形態の蒸着装置１を例に挙げて説明する。
【００３５】
蒸着材料ＤＭは、加熱し蒸着する工程において、ガスを発生させながら蒸着が進行する材料である。具体的には、蒸着膜Ｘａを形成する金属材料Ｍの陽イオンと、加熱により分解しガス成分を生成する陰イオンと、の金属塩を用いる。蒸着材料として大気中で安定な金属塩を用いることにより、蒸着膜の材料である金属材料Ｍが空気や水分と反応するような場合にも、大気中での取り扱いが容易となり操作性が向上する。
【００３６】
本発明の蒸着装置１では、蒸着材料ＤＭから生成する金属材料Ｍの原子半径をＤ１とし、蒸着材料ＤＭから生成するガス（気体）Ｇの分子を半径Ｄ２の剛体球と考えた場合（ガスＧの分子半径がＤ２）、Ｄ１＜Ｄ２という関係を満たすような蒸着材料ＤＭを用いることができる。本実施形態では蒸着材料ＤＭとしてＣｓ２ＣＯ３を用いる。すなわち、発生する金属材料ＭはＣｓであり、発生するガスＧは二酸化炭素である。
【００３７】
ここで、発明の理解のために、発生する金属材料ＭおよびガスＧについての平均自由行程を考える。ここでの「平均自由行程」とは、発生する分子（ガス）や金属原子が、散乱源（発生したガスや金属原子または排気されていない空気など、チャンバー１０内の原子または分子）による散乱で妨害されること無く進むことのできる距離の平均値のことである。
【００３８】
平均自由行程λは、系中の散乱源の密度をｎ、自身の原子半径または分子半径をｄ、としたときに次式１の一般式で表すことができる。分子半径については、分子を構成する原子間の結合長と、分子の最外部に位置する原子のファンデルワールス半径と、の和により概算することができる。本実施形態においては、二酸化炭素を構成するＣ−Ｏ間距離と、酸素原子のファンデルワールス半径と、の和から算出できる。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
上式１より、平均自由行程は、金属材料Ｍの原子半径、またはガスＧの分子半径をｄの２乗に反比例することが分かる。発生する金属材料ＭおよびガスＧが上述のような関係を満たす場合には、金属材料ＭはガスＧよりも長い平均自由行程を示すこととなる。これは、金属材料Ｍは、蒸着源からひとたび放出されるとガスＧよりも長く直進することを示しており、金属材料ＭのほうがガスＧよりも被処理基板Ｘに到達しやすいことを示すと考えることができる。
【００４１】
すなわち、図２（ａ）に示すように、蒸着源２０から放出される金属材料Ｍは、蒸着源２０に対向して配置される被処理基板Ｘに向けて直進しやすく、逆に蒸着源２０近傍での存在確率が低いと考えることができる。したがって、金属材料Ｍは良好に被処理基板Ｘに到達し、蒸着膜Ｘａを形成しやすいことが分かる。
【００４２】
反対に、平均自由行程が金属材料Ｍよりも相対的に短いガスＧは、散乱源に衝突して進行方向が変化しやすいことを示しており、図２（ｂ）に示すように、ガスＧのほうが蒸着源２０近傍に滞留しやすい、すなわち蒸着源２０近傍での存在確率が高いことを示すと考えられる。
【００４３】
ここで、本発明の蒸着装置１には、蒸着源２０の周囲を囲むように補助排気口４６が設けられており、補助排気口４６を介してチャンバー内の気体、特に蒸着源２０の周囲の気体をチャンバー１０の外部へ排気している。図中に符号Ｆで示す歪曲した矢印は、補助排気口４６への気流を示している。
【００４４】
発生する金属材料ＭおよびガスＧは、上述のように蒸着源２０近傍での存在確率が異なるため、気流Ｆに対して、蒸着源２０近傍での存在確率が低い金属材料Ｍよりも、蒸着源２０近傍での存在確率が高いガスＧの方が影響を受け易く、補助排気口４６からは相対的にガスＧの方が多く排気される。
【００４５】
また、例えば、補助排気口４６が開口部２１ａと同じ高さにあるとすれば、開口部２１ａから上方に放出される金属材料Ｍも、気流Ｆの影響を受けて排気されることが考えられるが、本発明の補助排気口４６は、開口部２１ａよりも下方に設けられている。そのため、上方に放出される金属材料Ｍは気流Ｆの影響を受けにくく、チャンバー１０の外へ排気されにくい。
【００４６】
すなわち、蒸着材料ＤＭからは、金属材料ＭおよびガスＧが生じるが、平均自由行程の差によって両者は分離され、補助排気口４６を介して、蒸着源２０の周囲に滞留しやすいガスＧを優先的にチャンバー外へ排気することができる。そのため、金属材料Ｍを用いた蒸着膜Ｘａの形成を阻害することなく、運転中の真空度の低下を防止することが可能となる。
【００４７】
以上のような構成の蒸着装置１によれば、蒸着源２０から発生するガスＧを補助排気口４６から優先的に排気することができ、発生するガスＧに起因する悪影響を抑制して、良好な蒸着を行うことができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、真空計５１はチャンバー１０の側壁に設けることとしているがこれに限らない。例えば、真空計５１を蒸着源２０近傍に配置し、蒸着源２０近傍の真空度を測定することとしても良い。その場合には、金属材料Ｍの蒸着を阻害しないように、例えば、蒸着源２０の周囲であって開口部２１ａよりも下方に設けることとすることが望ましい。
【００４９】
また、本実施形態においては、補助排気口４６の配置について一例を示したが、これに限らない。補助排気口４６は、蒸着源２０の周囲を囲み、蒸着源２０の上部の開口部２１ａよりも下方に配置していることとすれば良い。
【００５０】
図３には、補助排気口４６の配置例を示す。例えば、図３（ａ）に示す、蒸着装置１が備える補助排気口４６のように、１つの連続した開口部を有する補助排気口４６が、蒸着源２０の下方に配置されている加熱部３０の周囲に設けられていても良く、図３（ｂ）に示すように、加熱部３０の一部を貫通して設けられていても良い。
【００５１】
更に、補助排気口４６は、１つの連続した開口部であることも必要とはせず、図３（ｃ）に示すように、複数の補助排気口４６が蒸着源２０の周囲を囲んで設けられていても構わない。この場合には、各補助排気口４６から均等に同量の排気量で排気する事としても良く、補助排気口４６毎に排気量を異ならせ、排気量に分布を持たせることとしても良い。
【００５２】
例えば、図４に示すように、運転中に主排気口４２からの排気を続けていると、蒸着源２０近傍に滞留するガスＧが、主排気口４２からの排気気流に引かれ、主排気口４２側に（矢印Ｖ１の方向に）偏ることが考えられる。そのような場合、補助排気口４６Ａ，Ｂの各々に別体に接続された第２バルブ４８Ａ，Ｂの開度を制御し、蒸着源２０を挟んで主排気口４２とは反対側に設けられた補助排気口４６Ａからの排気量よりも、蒸着源２０と主排気口４２との間に設けられた補助排気口４６Ｂからの排気量の方が多くなるように調整する。このようにすることで、補助排気口４６Ｂ側に偏って滞留するガスＧを効率的に排気することが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態では、補助排気口４６はチャンバー１０の底部に設けられることとしたが、例えば、側壁から延びるノズル状の排気ラインを設け、端部を蒸着源２０の周囲を囲むように配置して補助排気口として用いることとしても構わない。
【００５４】
また、本実施形態では、補助排気口４６は蒸着源２０の周囲を取り囲んで設けられていることとしたが、蒸着源２０を取り囲むことなく、例えば図３（ｃ）で示したような補助排気口４６を１つだけ設けることとしても、発生するガスＧの排気は可能であり、真空度の低下を防ぐことができる。
【００５５】
また、本実施形態では、主排気ライン４３と補助排気ライン４７とは、共通するポンプ４１に接続されていることとしたが、それぞれ別々に設ける事としても良い。
【００５６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…蒸着装置、１０…チャンバー（真空容器）、２１…坩堝（収容器）、２１ａ…開口部、２２…加熱装置（加熱手段）、３０…加熱部（加熱手段）、４０…排気装置（減圧手段、排気手段）、４６…補助排気口（排気口）、５１…真空計（検出手段）、５２…制御手段、ＤＭ…蒸着材料、Ｇ…ガス（気体）、Ｘ…被処理基板、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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