(57)【要約】【課題】  本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、坩堝の開口部から溶湯があふれ出すのを抑制することの可能な蒸着用坩堝を提供することを課題とする。また、上記課題に加えて蒸着材料と坩堝を構成する材料との熱膨張率の違いによる坩堝の破損を抑制することのできる蒸着用坩堝を提供することを課題とする。【解決手段】  蒸着材料をおさめ加熱するための収容部と気化した蒸着材料が蒸着対象へ放出されるための開口部とを備え、前記開口部が縁にむかってその開口面積が大きくなっている蒸着用坩堝であって、前記坩堝の収容部の底部の厚みが、収容部の側面部の厚みと比較して大きいことを特徴とする蒸着用坩堝とした。【選択図】図２
2008075168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着材料をおさめ加熱するための収容部と気化した蒸着材料が蒸着対象へ放出されるための開口部とを備え、前記開口部が縁にむかってその開口面積が大きくなっている蒸着用坩堝であって、
前記坩堝の収容部の底部の厚みが、収容部の側面部の厚みと比較して大きいことを特徴とする蒸着用坩堝。
【請求項２】
前記坩堝の底部の厚みが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、且つ、前記収容部の側面部の厚みが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の蒸着用坩堝。
【請求項３】
前記坩堝の開口部の縁部の厚みが、該縁部を除いた開口部の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸着用坩堝。
【請求項４】
前記坩堝の開口部の縁部の厚みが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸着用坩堝。
【請求項５】
前記坩堝がセラミック及び金属からなる群から選択される材料にからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸着用坩堝。
【請求項６】
前記セラミック材料が酸化物、窒化物、炭化物、炭素からなる群から選択されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸着用坩堝。
【請求項７】
前記金属材料が融点が２０００℃以上の高融点金属からなる群から選択されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の記載の蒸着用坩堝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸着材料を納め加熱するための収容部と、気化した蒸着材料が蒸着対象へ放出されるための開口部とを備えた蒸着用坩堝及びその製造方法に関するものであり、特に、材料が導電性でありまた溶融時に大きな流動性を持つ場合の溶湯の過度の濡れ上がりの抑制と、坩堝内壁に介在するマイクロクラックが破壊起点になって起こる坩堝の破壊の抑制が可能な蒸着用坩堝に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜技術はエレクトロニクスをハード面で支えている最重要技術である。近年、エレクトロニクスを構成するデバイスの最小寸法はナノメートルの領域へと移行してきている。このようなデバイスを実現するには、材料は必然的に薄膜となり、材料作製に関してはナノメートルからオングストロームの制御性を必要とするようになってきている。一方、工業的には、生産性を損なわずに材料・デバイスを高度化せねばならず、原子レベルの制御性を有するとともに、十分な薄膜形成速度を有する技術が要求される。さらに、デバイスの機能の多様化が進むため、制御対象となる薄膜形成材料も、半導体、磁性体、絶縁体、酸化物、誘電体、金属、超誘電体など広範囲になってきている。
【０００３】
こうして積層される薄膜は例えば液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置等の表示デバイスの電極や機能性薄膜、プリント配線板の配線や、プリント配線板に作り込みで形成される受動素子のための抵抗皮膜や高誘電皮膜、光学特性や分子透過を制御するためのフィルム等を挙げることができる。
【０００４】
このように用いられる薄膜の形成方法は乾式法では真空蒸着法、プラズマ蒸着法の２つに大きく分けられる。このうちの一方法である真空蒸着法とはプラズマ蒸着法より前に実用化された成膜技術で、装置の構造が簡単、シャッターなどで膜厚制御が容易、高真空中で純度の高い成膜が行える、プラズマ蒸着法のようなプラズマによる試料の損傷がないといった特長があり、広く利用されている。
【０００５】
真空蒸着法にはいくつかのプロセスがある。まず、チャンバー全体を真空状態にして蒸着材料を加熱・溶融して溶湯とし、気化させる。なお、溶湯とは坩堝内にある溶融状態の蒸着材料を指す。次いで気体分子となった蒸着材料が被蒸着物（試料）に衝突、付着することで薄膜が形成される。坩堝及び蒸着材料を加熱・溶融する方法には抵抗加熱式、電子ビーム式、高周波誘導式、レーザ式などがある。蒸着材料分子が被蒸着物に達する前にチャンバー内の残存気体分子に衝突しないよう、また、気体分子自体が被蒸着物に衝突しないよう、プラズマ蒸着法（数Ｐａ）より高い真空度（１０−３〜１０−４Ｐａ）が必要となる。
【０００６】
加熱・溶融方法の中で、抵抗加熱式は装置の構造が簡単であることから、一般に広く用いられている。抵抗加熱式では蒸着材料が収容される容器に電流を流すことで抵抗熱を発生させ、その熱で蒸着材料（蒸着源）を加熱・溶融し気化する方法である。この容器が浅い、いわゆるボート型である場合は、多量の蒸着材料を容器に入れて加熱すると、溶湯が電極間をショートさせてしまい、ボートに電流が流れず容器内の蒸着材料に流れてしまい蒸着材料が全く蒸発しなくなる、もしくは一部ボートが露出した部分に電流が集中し、そこだけ焼き切れてしまうという問題がある。従って、工業的にはより多くの蒸着材料を仕込むことのできる坩堝を用い、その坩堝を、例えば坩堝外壁に設けたＴａ等のヒーター線材で加熱する方法が用いられている。ここで蒸着用坩堝とは蒸着材料を納める収容部が底部にあり、気化した蒸着材料が被蒸着物へ放出される開口部を上方に有する筒状の耐熱性容器をいう。
【０００７】
このような蒸着用坩堝において、その形状から大量の蒸着材料を仕込むことができるが、溶融時の流動性と濡れ上がり性の大きな蒸着材料を用いる際、溶融した蒸着材料が坩堝内壁を伝わって濡れ上がることや、突沸することで開口部から溢れ出すという問題があった。開口部から蒸着材料があふれてしまうと、蒸着材料が無駄になるばかりか、坩堝外壁を傷めたり、蒸着材料が導電性を有する場合は電熱線や熱伝対が溶湯で濡れ、特に電熱線においてはショートが発生し破損する懸念がある。
【０００８】
これを防ぐために坩堝の開口部を底部よりも狭くする方法（例えば特許文献１参照）が提案されてきた。
【特許文献１】特開平０８−２６９６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、開口部を狭くする方法では気化した蒸着材料の放出が妨げられるという弊害があり、また、流動性の高い溶湯が開口部からあふれ出すのを抑制するには不充分であった。さらに、開口部が狭いということは、坩堝の形成も難しいという問題があった。坩堝を型取りで形成する場合、型が再利用できなかったり、複数のパーツに分けた坩堝を接合する作業を要するなど、非効率的であった。
【００１０】
また、開口部からあふれなくても、濡れ上がり性の大きな蒸着材料を用いる際、加熱され溶湯となった蒸着材料が坩堝内壁に付着するため、この状態で温度の上下動を繰り返すことで、蒸着材料と坩堝を構成する材料との熱膨張率の違いから、坩堝表面に介在するマイクロクラックを起点として坩堝に亀裂破損が生じる懸念がある。特に、坩堝底部に形成されたＲ部に坩堝製造時の残留応力が集中するためマイクロクラックを形成しやすく、坩堝底部が破壊起点となる場合が多いことが問題となっている。
このように濡れ上がり性の大きな蒸着材料は、高温領域（１４００℃以上）で大きな流動性を獲得し、面内均一性の高い薄膜を効率よく形成することが可能であるが、その濡れ上がり性、流動性のために蒸着用坩堝へダメージを与えるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、坩堝の開口部から溶湯があふれ出すのを抑制することの可能な蒸着用坩堝を提供することを目的とする。
また、上記課題に加えて蒸着材料と坩堝を構成する材料との熱膨張率の違いによる坩堝の破損を抑制することのできる蒸着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】
【００１２】
本発明の課題を解決するためになされた第一の発明は、蒸着材料をおさめ加熱するための収容部と気化した蒸着材料が蒸着対象へ放出されるための開口部とを備え、前記開口部が縁にむかってその開口面積が大きくなっている蒸着用坩堝であって、前記坩堝の収容部の底部の厚みが、収容部の側面部の厚みと比較して大きいことを特徴とする蒸着用坩堝である。
【００１３】
本発明の課題を解決するためになされた第二の発明は、前記坩堝の底部の厚みが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、且つ、前記収容部の側面部の厚みが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の蒸着用坩堝である。
【００１４】
本発明の課題を解決するためになされた第三の発明は、前記坩堝の開口部の縁部の厚みが、該縁部を除いた開口部の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸着用坩堝である。
【００１５】
本発明の課題を解決するためになされた第四の発明は、前記坩堝の開口部の縁部の厚みが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸着用坩堝である。
【００１６】
本発明の課題を解決するためになされた第五の発明は、前記坩堝がセラミック及び金属からなる群から選択される材料にからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸着用坩堝である。
【００１７】
本発明の課題を解決するためになされた第六の発明は、前記セラミック材料が酸化物、窒化物、炭化物、炭素からなる群から選択されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸着用坩堝である。
【００１８】
本発明の課題を解決するためになされた第七の発明は、前記金属材料が融点が２０００℃以上の高融点金属からなる群から選択されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の記載の蒸着用坩堝である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の蒸着用坩堝は底部の厚みが厚くなるため熱伝導が低くなり、加熱部にかけられた温度よりも低くなる。そのため坩堝底部の収容部に納められた溶湯となった蒸着材料の粘度が高くなることで、溶湯の過剰な濡れ上がりを抑制することができる。
【００２０】
また、底部以外の開口部に至るまでの厚みが薄いため熱伝導が高くなり、加熱部にかけられた温度とほぼ同等の温度、すなわち底部にかかる温度よりも高くなる。そのため底部より濡れあがってきた溶湯の粘度が低くなることで溶湯が開口部に至るまでの坩堝内壁を速やかに濡れ上がり、開口部において溶湯の大部分が放出される。ここで、開口部の幅は底部の幅よりも広いため、蒸着材料の放出を妨げることもない。
【００２１】
また、底部の厚みが厚くなり底部の耐久性が増すことで、蒸着材料と坩堝を構成する材料との熱膨張率の違いから起こる坩堝の破壊において、マイクロクラックが多く介在する底部が破壊起点となることを抑制することができる。
【００２２】
さらに、開口部の縁部の厚みが、縁部以外の開口部の厚みよりも厚くなるため熱伝導が低くなり、開口部の縁にかかる温度が低くなる。そのため、開口部で放出しきれずに溶湯として残留した蒸着材料が開口部の縁部に達すると溶湯の温度が低下する。これによって羊頭の粘度が高くなり、開口部の縁部から溢れ出すことを抑制することができる。これによって蒸着材料の無駄、坩堝外壁の損傷を防ぐことができ、また蒸着材料が導電性材料である場合は坩堝本体や坩堝が納められているチャンバーの電気系統のショートを防ぐことができる。
【００２３】
また、本発明の坩堝は壁の厚みを部分的に変えることにより部分的な温度制御を行っているため特殊な加工が必要なく、製造が容易であり、また、開口部の幅が坩堝内部の幅よりも広くなっているため、坩堝内壁の型取りに使用した型を繰り返し使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の坩堝について説明する。
【００２５】
まず、従来の蒸着坩堝について説明する。図１は従来の坩堝の断面模式図である。図１（ａ）は坩堝の底部に蒸着材料を仕込み加熱状態におかれている従来の坩堝の断面模式図である。図１（ｂ）は、坩堝の底部に仕込まれた蒸着材料が溶融し、溶湯が内壁面を伝わって過剰に濡れ上がり開口部の縁から溢れ出して、電熱線からなる加熱部と接触している様子を示す断面模式図である。
【００２６】
図１（ａ）において、坩堝１の底部に仕込まれた蒸着材料２は加熱部３で加熱されることにより溶解し、溶湯２ｘが内壁面を伝わって濡れ上がり開口部に達したところで放出される。ここで、溶湯の源である底部を溶湯の供給部、溶湯が放出される開口部を溶湯の放出部としたときに放出部から放出される溶湯の量を超えて供給部から過剰な溶湯が供給される場合には、図１（ｂ）に示したように開口部の縁から溶湯２ｘが溢れ出してしまい、加熱部３である電熱線をぬらし、特にその導電性によって加熱部３の電熱線をショートさせてしまうという問題が発生する。
【００２７】
さらに、加熱され溶湯２ｘとなった蒸着材料２が坩堝内壁に付着するため、この状態で温度の上下動を繰り返すことで、蒸着材料と坩堝を構成する材料との熱膨張率の違いから、坩堝表面に介在するマイクロクラックを起点として坩堝に亀裂破損が生じる懸念がある。特に、坩堝底部５に形成されたＲ部に坩堝製造時の残留応力が集中するためマイクロクラックを形成しやすく、坩堝底部５が破壊起点となるという問題が発生する。
【００２８】
これに対し、本発明の坩堝は収容部の底部の厚みが、収容部の側面部の厚みと比較して大きいことを特徴とする蒸着用坩堝である。図２に底部に蒸着材料を仕込み加熱状態におかれている本発明の坩堝の断面模式図を示した。図３に本発明の坩堝の断面模式図を示した。以下、図２、図３の本発明の坩堝の断面模式図をもとに説明する。
【００２９】
本発明の坩堝１は、収容部Ｘと開口部Ｙを有し、開口部Ｙは縁に向かってその開口面積が大きくなっている。すなわち開口部Ｙは末広がり形状となっている。本発明の坩堝１の収容部Ｘは、底部Ｘ１と側面部Ｘ２よりなる。そして、本発明の坩堝１は、収容部の底部の厚みＬ１が、収容部の側面部の厚みＬ２と比較して大きいことを特徴とする。また、開口部の縁部Ｙ１の厚みＬ３が、縁部を除いた開口部の厚みＬ４と比較して大きいことを特徴とする。
【００３０】
坩堝１の底部Ｘ１の厚みＬ１を厚くすることにより熱伝導が低くなり、底部Ｘ１にかかる温度が加熱部３と接している側面部Ｘ２の温度よりも低くなるため、底部Ｘ１における溶解状態の蒸着材料（溶湯３）の粘性が大きくなる。そのため底部Ｘ１からの過剰な溶湯の供給を抑制することができる。
【００３１】
また、側面部Ｘ２Ｘ１の温度は加熱部にかけられる温度とほぼ同等の温度になるため、底部から濡れあがってきた溶湯２ｘはこの部分において粘性が低くなり、速やかに開口部Ｙまで濡れ上がることができ、開口部にて放出される。
【００３２】
このように、底部の厚みＬ１を側面部の厚みＬ２よりも大きくすることにより、底部の温度を側面部の温度と比較して低く制御することができる。これにより、溶湯の供給を抑制し、開口部の温度を底部の温度よりも相対的に高く制御し溶湯の放出を促進することで、開口部の縁部Ｙ１から溶融状態の蒸着材料（溶湯２ｘ）が溢れ出してしまう問題を解決することができる。
【００３３】
また、開口部Ｙで放出しきれなかった溶湯については、開口部の縁部Ｙ１の厚みＬ３を縁部以外の開口部の厚みＬ４よりも厚くすることにより縁からの溢れ出しを防ぐことができる。すなわち、開口部の縁部の厚みＬ３を縁部以外の開口部の厚みＬ４よりも厚くすることにより開口部の縁部Ｙ１での温度を低くすることができ、これにより、開口部の縁部Ｙ１に達すると溶湯の温度は低下し粘度が高くなる。そして、溶湯の粘度が高くなることにより開口部の縁から溢れ出すことを抑制することができる。
【００３４】
さらに、収容部Ｘの底部Ｘ１の厚みＬ１が厚くなることで耐久性が増し、蒸着材料２と坩堝を構成する材料との熱膨張率の違いから起こる坩堝の破壊において、底部が破壊起点となることを抑制することができる。すなわち、底部の厚みを厚くすることにより、坩堝の使用回数を増やすことができる。
【００３５】
本発明の坩堝において、収容部Ｘの底部Ｘ１の厚みＬ１としては、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、収容部Ｘの側面部Ｘ２の厚みＬ２は０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。底部の厚みＬ１が０．１ｍｍに満たない場合、熱伝導が高くなり、底部Ｘ１における溶解状態の蒸着材料（溶湯２ｘ）の粘性が小さくなるため、底部Ｘ１から過剰な溶湯が供給されてしまうことがある。また、底部の厚みＬ１が１０ｍｍを超える場合、熱伝導が低くなりすぎてしまい、蒸着材料（溶湯２ｘ）の粘性が過度に高くなるため、底部Ｘ１から側面部Ｘ２へのの蒸着材料（溶湯２ｘ）の供給が不足状態となってしまうことがある。側面部の厚みＬ２が０．０１ｍｍに満たない場合、耐衝撃性が十分でなく、外部からの衝撃によって破壊されてしまうことがある。また、側面部の厚みＬ２が５ｍｍを超える場合、熱伝導が低くなり溶湯２ｘの粘性が大きくなるため、溶湯２ｘが側面部Ｘ２から速やかに開口部Ｙまで濡れ上がることができなくなってしまうことがある。
【００３６】
また、本発明の坩堝において、開口部Ｙの縁部Ｙ１の厚みＬ３は０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。縁部の厚みＬ３が０．１ｍｍに満たない場合、熱伝導が高くなり、溶湯２ｘの粘性が大きくなるため、開口部Ｙで蒸発しきれなかった溶湯２ｘが縁部から溢れ出してしまうことがある。また、縁部の厚みが１０ｍｍを超える場合、開口部Ｙで蒸発した蒸着材料が厚い縁の形状によって遮断され、基板に蒸着した際に形成された蒸着層の膜厚分布が崩れてしまうことがある。
【００３７】
本発明の坩堝はその構造に大きな特徴を有するため、坩堝本体を構成する材料としては、耐熱性にすぐれ、一般的に蒸着用の坩堝の製造に用いられる材料であれば用いることができる。例えば、酸化物、窒化物、炭化物、炭素からなる群から選択されるセラミック、もしくはモリブデン、タンタル、タングステンなどの高融点金属材料からなる群から選択される。セラミックとしては、例えばカーボン等を挙げることができる。高融点金属とは、例えばモリブデン（融点２６２０℃）、タンタル（融点２９９０℃）、タングステン（融点３４００℃）等を挙げることができる。なかでも、耐加工性に優れ、蒸着物と化合物形成しにくいため、モリブデンが好ましい。
【００３８】
また、本発明の坩堝は、型取り方法、切削方法により製造することが出来る。
【００３９】
底部からそれ以外の開口部に至るまでの厚みの変化は、角をつくらず曲線的に変化することが好ましい。角を形成すると、そこに坩堝内壁に付着した蒸着材料による残留応力が集中し、亀裂破損の起点になるからである。
【００４０】
本発明の蒸着用坩堝で蒸着可能に加熱することのできる蒸着材料には、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｕ等の材料を用いることが出来るが、中でも、Ａｌといった濡れ上がりの性の大きな材料に対して好適に使用することができる。また、加熱部としては、電熱線が用いられる。
【実施例】
【００４１】
図３の本発明の坩堝において、底部の厚みＬ１＝３．０ｍｍ、側面部の厚みＬ２＝１．５ｍｍ、縁部の厚みＬ３＝４．０ｍｍ、縁部を除いた開口部の厚みＬ４＝１．５ｍｍであり、坩堝の高さＨ１＝１３０ｍｍ、底部の高さＨ２＝５０ｍｍ、開口部の高さＨ３＝１０ｍｍであり、開口部の外径Ｗ１＝５０ｍｍ、収容部の側面部の内径Ｗ２＝３５ｍｍ、開口部の縁部の幅Ｗ３＝２．０ｍｍである蒸着坩堝を用意した。なお、この蒸着坩堝の材質はカーボンであり、型取り方法により作製した。
【００４２】
蒸着材料として、Ａｌを用い、蒸着坩堝に３０ｇ入れ、真空度３×１０−４Ｐａ、加熱温度１５００℃にてガラス基板上にＡｌからなる薄膜を１５０ｎｍの厚みで形成した。これらの作業を繰り返したところ、８０回まで繰り返しガラス基板上にＡｌからなる薄膜を形成することができた。
【００４３】
（比較例１）
図３の坩堝において、底部の厚みＬ１＝側面部の厚みＬ２＝縁部の厚みＬ３＝縁部を除いた開口部の厚みＬ４＝１．５ｍｍであり、坩堝の高さＨ１＝１３０ｍｍ、底部の高さＨ２＝５０ｍｍ、開口部の高さＨ３＝１０ｍｍであり、開口部の外径Ｗ１＝５０ｍｍ、収容部の側面部の内径Ｗ２＝３５ｍｍである蒸着坩堝を用意した。なお、この蒸着坩堝の材質はカーボンであり、型取り方法により作製した。蒸着材料として、Ａｌを用い、蒸着坩堝に３０ｇ入れ、真空度３×１０−４Ｐａ、加熱温度１５００℃にてガラス基板上にＡｌからなる薄膜を１５０ｎｍの厚みで形成した。ただし、試料交換の際に、坩堝の開口部の縁部において一部、蒸着材料が溢れ出している様子が確認された。また、３０回繰り返しガラス基板上に薄膜を形成したところで、坩堝の底部に小さなキズが確認され、これ以上蒸着することが出来なくってしまった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来のるつぼを説明する断面図である。
【図２】図２は底部に蒸着材料を仕込み加熱状態におかれている本発明の坩堝の断面模式図である。
【図３】図３は本発明の坩堝の断面模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：るつぼ
２：蒸着材料
２ｘ：溶湯（蒸着材料）
３：加熱部（電熱線）
Ｘ：坩堝の収容部
Ｘ１：底部
Ｘ２：側面部
Ｙ：坩堝の開口部
Ｙ１：縁部
Ｌ１：底部の厚み、
Ｌ２：側面部の厚み
Ｌ３：縁部の厚み
Ｌ４：縁部を除いた開口部の厚み
Ｈ１：坩堝の高さ
Ｈ２：底部の高さ
Ｈ３：開口部の高さ
Ｗ１：開口部の外径
Ｗ２：側面部の内径
Ｗ３：開口部の縁部の幅
【図１】
2008075168.tif 000003
【図２】
2008075168.tif 000004
【図３】
2008075168.tif 000005