(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸発粒子を量的に安定発生させつつ、被成膜対象に低成膜レートで成膜する成膜レート制御方法、成膜レート制御機構、およびＥＢ−ＰＶＤ装置を提供する。【解決手段】蒸発源５と被成膜対象との間の経路内に複数の蒸発粒子通過口１３ａを有しかつその通過口のサイズが大小に可変制御することが可能となっている制御プレートを配置するステップと、この制御プレートにおける上記通過口のサイズ制御により蒸発源から被成膜対象への単位時間当たりの蒸発粒子通過量を制御して、被成膜対象に対する成膜レートを制御するステップとを含む。【選択図】図１
2011074474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発源と被成膜対象との間の経路内に複数の蒸発粒子通過口を設定する第１ステップと、
上記設定した複数の通過口のサイズを制御することにより蒸発源から被成膜対象への単位時間当たりの蒸発粒子通過量を制御して、被成膜対象に対する成膜レートを制御する第２ステップと、
を含むことを特徴とする電子ビーム物理蒸着装置における成膜レート制御方法。
【請求項２】
上記第１ステップでは、複数の蒸発粒子通過口を備えた制御プレートを上記経路内に１枚配置し、
上記第２ステップでは、上記制御プレートの蒸発粒子通過口のサイズ制御により成膜レートを制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記第１ステップでは、複数の蒸発粒子通過口を備えた制御プレートを上記経路内に少なくとも２枚配置し、
上記第２ステップでは、各制御プレートそれぞれの複数の蒸発粒子通過口の重なり制御により成膜レートを制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
蒸発源と被成膜対象との間の経路内に複数の蒸発粒子通過口を有しかつその通過口のサイズが大小に可変制御することが可能となっている制御プレートと、この制御プレートを駆動して上記各蒸発粒子通過口のサイズを制御する制御プレート駆動装置とを含む、ことを特徴とする電子ビーム物理蒸着装置における成膜レート制御機構。
【請求項５】
上記制御プレートが、少なくとも、複数の蒸発粒子通過口を有する２枚の制御プレートで構成され、各制御プレートそれぞれの蒸発粒子通過口の重なり調整により蒸発粒子通過量を制御可能としている、ことを特徴とする請求項４に記載の機構。
【請求項６】
上記制御プレートが、サイズ調整可能な蒸発粒子通過口を備える一枚の制御プレートで構成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の機構。
【請求項７】
蒸発源と、被成膜対象配置部と、上記請求項４ないし６のいずれかに記載の成膜レート制御機構とを含み、上記成膜レート制御機構は、上記蒸発源と被成膜対象配置部との間の経路内に配置されている、ことを特徴とする電子ビーム物理蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム物理蒸着（ＥＢ−ＰＶＤ）を用いて、被成膜対象に成膜する場合において、その成膜レート（成膜速度）を制御する方法、成膜レート制御機構、およびＥＢ−ＰＶＤ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＥＢ−ＰＶＤ装置は、周知されるように、高真空チャンバ内において高エネルギーの電子ビーム（ＥＢ)を蒸着原料に照射することで該蒸着原料を加熱蒸発気化させ、その蒸発気化により生成した蒸発粒子（成膜成分）を基板表面に蒸着させることにより成膜を行う装置である。
【０００３】
このＥＢ−ＰＶＤ装置においては、蒸着原料を蒸発源内に配置し、その蒸発源に電子ビームを照射して一定温度以上に加熱することで蒸発源内の蒸着原料を粒子状に蒸発気化させることで安定的に単位時間当たり一定量以上の蒸発粒子を発生させるようになっている。そのため、こうしたＥＢ−ＰＶＤ装置において、蒸発粒子の発生量を少なくして成膜レートを低く制御することはできず、成膜レートを低くする際には、蒸発源と基板との距離を長くし、蒸発粒子の基板表面への到達量を減らして成膜レートを低くするようにしている。なお、電子ビーム物理蒸着装置に関する特許文献を下記する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６３４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような成膜レートの低下方法では、蒸発源から蒸発気化した蒸発粒子が基板表面まで飛ぶ距離の限界あるいは飛ばせる機構上の制約により、より低成膜レートの達成にも限界が生じていた。なお、成膜レートを低くすることは、例えば基板表面に高精度に薄膜を成膜する場合に好ましい。
【０００６】
本発明は、蒸発源を電子ビーム照射で一定以上の温度に加熱して蒸発粒子を量的に安定発生させながら、蒸発源と被成膜対象との距離を長くするという手法を採らず、被成膜対象に低成膜レートで成膜することを可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電子ビーム物理蒸着装置において成膜レート制御方法は、蒸発源と被成膜対象との間の経路内に複数の蒸発粒子通過口を設定する第１ステップと、上記設定した複数の通過口のサイズを制御することにより蒸発源から被成膜対象への単位時間当たりの蒸発粒子通過量を制御して、被成膜対象に対する成膜レートを制御する第２ステップと、を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
上記複数の蒸発粒子通過口は制御プレートに設けることに限定されるものではなく、チャンバ自体に設けることでもよい。
【０００９】
本発明では、各蒸発粒子通過口のサイズを大小制御することにより、蒸発源から被成膜対象への単位時間当たりの蒸発粒子通過量を制御することができるので、低成膜レートとする場合は、上記蒸発粒子通過口を小さく制御することで可能となる。これにより、本発明では、蒸発源と被成膜対象との距離を長くするという手法を採らず、被成膜対象に低成膜レートで成膜することが可能となり、従来のような蒸発源と被成膜対象との距離延長により低成膜レートとしていた手法とは異なり、より精密な低成膜レート制御で被成膜対象への高精度な薄膜形成が可能となる。
【００１０】
好ましくは、上記第１ステップでは、複数の蒸発粒子通過口を備えた制御プレートを上記経路内に１枚配置し、上記第２ステップでは、上記制御プレートが備える複数の蒸発粒子通過口それぞれのサイズ制御により成膜レートを制御する。
【００１１】
また、好ましくは、上記第１ステップでは、複数の蒸発粒子通過口を備えた制御プレートを上記経路内に少なくとも２枚配置し、上記第２ステップでは、各制御プレートそれぞれの複数の蒸発粒子通過口の重なり制御により成膜レートを制御する。
【００１２】
本発明の電子ビーム物理蒸着装置において成膜レート制御機構は、蒸発源と被成膜対象との間の経路内に複数の蒸発粒子通過口を有しかつその通過口のサイズが大小に可変制御することが可能となっている制御プレートと、この制御プレートを駆動して上記それぞれのサイズを制御する制御プレート駆動装置とを含む、ことを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、上記制御プレートが、複数の蒸発粒子通過口を有する少なくとも２枚構成の制御プレートで構成され、各制御プレートそれぞれの蒸発粒子通過口の重なり調整により当該制御プレートでの蒸発粒子通過量を制御可能としている。
【００１４】
好ましくは、上記制御プレートが、サイズ調整可能な複数の蒸発粒子通過口を備える一枚の制御プレートで構成されている。
【００１５】
本発明のＥＢ−ＰＶＤ装置は、蒸発源と、被成膜対象配置部と、上記成膜レート制御機構とを含み、上記成膜レート制御機構は、上記蒸発源と被成膜対象配置部との間の経路内に配置されている、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、蒸発粒子を量的に安定発生させつつ、被成膜対象に低成膜レートで成膜することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるＥＢ−ＰＶＤ装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の成膜レート制御機構において第１制御プレートの平面構成を拡大して示す図、図２（ｂ）は図１の成膜レート制御機構において第２制御プレートの平面構成を拡大して示す図である。
【図３】図３は、図１の成膜レート制御機構における各制御プレートの蒸発粒子通過口の重なりを調整して成膜を説明するための図であり、図３（ａ）は重なり最大の場合を示し、図３（ｂ）は重なり中程度の場合を示し、図３（ｃ）は重なり無しの場合を示す図である。
【図４】図４は、成膜レート制御機構を構成する一対の制御プレートそれぞれの蒸発粒子通過口の例を示す図であり、図４（ａ）は蒸発粒子通過口が平面視円形の場合を示し、図４（ｂ）は蒸発粒子通過口が平面視矩形の場合を示す図である。
【図５】図５は、平面視矩形の蒸発粒子通過口を有する各制御プレートそれぞれの蒸発粒子通過口の重なりを示す図であり、図５（ａ）は重なり最大の場合を示し、図５（ｂ）は重なり中程度の場合を示し、図５（ｃ）は重なり無しの場合を示す図である。
【図６】図６は別の成膜レート制御機構を備えた本発明の他の実施の形態にかかるＥＢ−ＰＶＤ装置の概略構成を示す図である。
【図７】図７（ａ）は図６の成膜レート制御機構における制御プレートの平面構成を示す図、図７（ｂ）は図６の成膜レート制御機構における制御プレートの断面構成を示す図である。
【図８】図８（ａ）は成膜レート制御機構における制御プレートが単一枚の場合の制御プレートの平面構成を示す図、図８（ｂ）は成膜レート制御機構における制御プレートが単一枚の場合の他の制御プレート（蒸発粒子通過口が図８（ａ）のそれより小さい）の平面構成を示す図、図８（ｂ）は成膜レート制御機構における制御プレートが単一枚の場合のさらに他の制御プレート（蒸発粒子通過口が図８（ｂ）のそれより小さい）の平面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るＥＢ−ＰＶＤ装置における成膜レート制御方法を説明する。図１を参照して実施の形態のＥＢ−ＰＶＤ装置１は、高真空チャンバ３を備える。高真空チャンバ３内の下方には蒸発源５が配置されている。蒸発源５は、その内部に、図示略の蒸着原料が収納されている。蒸発源５は、その内部の蒸着原料に対して、図示略の電子ビーム照射機構から高エネルギーの電子ビームが照射されるようになっている。高真空チャンバ３内の上方には被成膜対象配置部６が設けられる。蒸発源５内の蒸着原料は、電子ビームの照射により、加熱蒸気化される。この加熱蒸気化された蒸着原料は蒸発粒子として矢印７で示すように被成膜対象配置部６に配置された基板９表面に蒸着する。
【００１９】
蒸発源５と、基板９との間の経路内には、２枚の第１、第２制御プレート１１，１３が上下重なり合うように配置される。この経路は、蒸発源５内で電子ビームにより加熱蒸気化された蒸着原料が蒸発粒子として被成膜対象である基板９の表面に向けて移動する経路である。
【００２０】
第１、第２両制御プレート１１，１３は、図２（ａ）（ｂ）で示すように、共に、平面視円形の穴により構成された蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａを複数有する。上記蒸発粒子は、第１、第２両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの重なり調整により当該両制御プレート１１，１３を基板９表面に向けて通過する量を制御されるようになっている。
【００２１】
両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａのサイズは同じであってもよいし、相違していてもよい。第２制御プレート１３は位置固定されている一方、第１制御プレート１１は上記経路を横切る方向に位置可変となっている。第１制御プレート１１は、制御プレート駆動機構１５により上記位置可変制御されるようになっている。この制御プレート駆動機構１５は、マイクロコンピュータ装置１７からの制御指令により、第１制御プレート１１を駆動制御することができるようになっている。マイクロコンピュータ装置１７は、例えば、基板９表面への成膜の膜厚に応じて蒸発粒子の蒸着量を制御する場合、膜厚と、その膜厚を高精度制御する場合の単位時間当たりの蒸着量と、その蒸着量に対応した蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａとの関係データを有し、外部からの膜厚データが入力されると、この入力に応答して、上記第１制御プレート１１を位置可変させるべく、制御プレート駆動機構１５を駆動制御するようになっている。
【００２２】
図３を参照して両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの重なり調整を説明する。図３（ａ）では、両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａが蒸発粒子通過方向において完全に重なって重なり面積が最大となると、単位時間当たりの蒸発粒子通過量は最大となる。図３（ｂ）では、両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａは蒸発粒子通過方向において半分で重なることで重なり面積が半分になると、単位時間当たりの蒸発粒子通過量は最大時（図３（ａ）の状態）の半分となる。図３（ｃ）では、両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａどうしが蒸発粒子通過方向において完全に重ならなくなって重なり面積ゼロとなると、単位時間当たりの蒸発粒子通過量はゼロとなる。なお、図解の都合で図３（ａ）ないし図３（ｃ）は完全重なり、半分重なり、重なりゼロの３つで図示説明したが、もちろん、上記両制御プレート１１，１３の重なり調整で、完全重なりから重なりゼロまでの間で種々の重なり状態を得ることができる。
【００２３】
この場合、両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａに、直径ばらつきや、配置位置にばらつきなど、製作精度が低い制御プレートを使用する場合では、蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａが、図３（ｃ）の重なりゼロの状態に制御できなくなる場合がある。これを避けるため、図示を略するが、蒸発粒子通過口が無い第３制御プレートを、蒸発源５と、基板９との間の蒸発粒子通過路上に進入退避可能とし、第１、第２制御プレート１１，１３を重なりゼロの状態に制御して、図３（ｃ）の重なりゼロを得ることができても、できなくても、当該第３制御プレートを上記蒸発粒子通過路上に進入させるようにして、重なりゼロの状態を得るようにしてもよい。
【００２４】
なお、図中では、両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの数は、図解の都合で１０数個程度で示されているが、蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの数はこの数に限定されない。
【００２５】
また、制御プレート１１，１３を通過して基板９表面に到達する蒸発粒子の粗密は、基板９表面全体に対する均一な成膜に影響するので、その成膜の程度に応じて蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの数を設定することが好ましい。
【００２６】
蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの平面視形状は、図４（ａ）で示すように円形であってもよいし、図４（ｂ）で示すように矩形であってもよい。
【００２７】
両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａのサイズは、同じであってもよいし、相違していてもよい。両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａのサイズが相違している場合、例えば図５（ａ）ないし（ｃ）で示すように蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの平面視形状を例えば矩形とする。第１制御プレート１１の通過口１１ａは、第２制御プレート１３の通過口１３ａよりも大きい。そして、図５（ａ）では、両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの重なりが最大の場合、図５（ｂ）では、両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの重なりが中の場合、図５（ｃ）では、両制御プレート１１，１３それぞれの蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの重なりが全く無い場合を示す。この蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａが矩形の場合、重なり調整で蒸発粒子通過口１１ａ，１３ａの重なり制御の変化が直線的になりその制御が容易になる。
【００２８】
以上説明したように本実施の形態の方法では、蒸発源と基板表面との間の経路内に２枚の制御プレートを上下に重なり合うように配置するステップと、少なくとも第２制御プレートを位置可変して、それぞれの蒸発粒子通過口の重なりを調整するステップとを含み、これらステップにより、両制御プレートによる蒸発源から被成膜対象への単位時間当たりの蒸発粒子通過量を制御して、被成膜対象に対する成膜レートを制御することができる。これにより、本実施の形態では、蒸発源と被成膜対象との距離を長くするという手法を採らず、被成膜対象に低成膜レートで成膜することが可能となり、従来のような蒸発源と被成膜対象との距離延長により低成膜レートとしていた手法とは異なり、より低成膜レートすることが可能となり、被成膜対象への高精度な薄膜形成が可能となる。
【００２９】
図６および図７を参照して本発明の他の実施の形態を説明する。図６は、同実施の形態にかかるＥＢ−ＰＶＤ装置の概略構成、図７（ａ）は制御プレートの平面構成、図７（ｂ）は制御プレートの断面構成を示す図である。これらの図に示す実施の形態では、制御プレート１９が単一枚で構成されている。この制御プレート１９が備える蒸発粒子通過口１９ａは、そのサイズが調整可能となっている。例えば、この蒸発粒子通過口１９ａは、シャッタ２１が設けられていて、このシャッタ２１が駆動されることで、蒸発粒子通過口１９ａのサイズを大小に制御可能となっている。こうした場合の蒸発粒子通過口１９ａの大小制御は、マイクロコンピュータ装置によりシャッタ駆動制御することで可能となる。
【００３０】
図８を参照して本発明の他の実施の形態を説明すると、この実施の形態では、蒸発粒子通過口のサイズや数が相違する制御プレートを準備する。例えば図８（ａ）で示す制御プレート２３では蒸発粒子通過口２３ａのサイズは大きく、また、その数は少ない。図８（ｂ）で示す制御プレート２５では蒸発粒子通過口２５ａのサイズは中で、また、その数は中である。図８（ｃ）で示す制御プレート２７では蒸発粒子通過口２７ａのサイズは最小で、また、その数は最大である。こうした各制御プレート２３−２７を基板表面に対する成膜レートに応じて使い分けることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１    ＥＢ−ＰＶＤ装置
３    高真空チャンバ
５    蒸発源
６    被成膜対象配置部
９    基板
１１    第１制御プレート
１１ａ  蒸発粒子通過口
１３    第２制御プレート
１３ａ  蒸発粒子通過口
【図１】
2011074474.tif 000003
【図２】
2011074474.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011074474.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011074474.tif 000008
【図７】
2011074474.tif 000009
【図８】
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