(57)【要約】【課題】成膜対象物にダメージを与えずに薄膜を形成する。【解決手段】本発明の成膜装置１では、蒸着源６とＥＢガン３の周囲が、開口９を有する防着部材１６で覆われており、シャッター１５を閉じた状態では、その開口９がシャッター１５の板部１２で覆われ、防着部材１６の開口９付近の部分がシャッター１５の凸条１３で取り囲まれるようになっているので、シャッター１５を閉じた状態で電子ビーム２５を照射したときに、電子ビーム２５の照射により発生するエネルギー線が板部１２と開口９の端部との間から漏れたとしても、凸条１３により遮られるので、成膜対象物である基板１１ｂがダメージを受けない。【選択図】図３
2004131832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着源と、ＥＢガンと、基板ホルダと、シャッターとを有し、
前記蒸着源と、前記ＥＢガンの周囲は、開口を有する防着部材で覆われ、
前記基板ホルダは前記開口の上方に配置され、
前記シャッターは移動装置に取り付けられ、前記開口と前記基板ホルダの間の位置と、前記開口から離間した位置との間で移動可能にされ、
前記シャッターを前記開口と前記基板ホルダとの間の位置に配置した状態で、前記ＥＢガンにより前記蒸着源の蒸着材料に電子ビームを照射し、前記蒸着材料の蒸気を発生させると、該蒸気がシャッターに遮られ、前記基板ホルダに到達しないように構成された成膜装置であって、
前記シャッターは前記開口よりも大きい板状の板部と、前記板部の底面に取り付けられた凸条とを有し、
前記移動装置は前記シャッターを上下に移動可能にされ、
前記シャッターが前記開口上で下降すると、前記防着部材の前記開口付近の部分は、前記凸条で取り囲まれるように構成された成膜装置。
【請求項２】
蒸着材料に電子ビームを照射して前記蒸着材料の蒸気を発生させ、前記蒸着材料の上方位置に配置された成膜対象物に前記蒸気を到達させ、前記成膜対象物の表面に薄膜を形成する成膜方法であって、
前記蒸着材料の上方にシャッターを配置した状態で前記電子ビームを照射し、前記蒸気の放出を開始させた後、前記電子ビームの照射を停止し、次いで前記シャッターを前記蒸着材料の上方位置から、前記蒸気が前記成膜対象物へ到達するのを妨げない退避位置に退避させ、前記蒸気を前記成膜対象物に到達させる成膜方法。
【請求項３】
前記シャッターを、前記蒸着材料の上方位置に配置し、電子ビームを照射する工程と、前記シャッターを前記退避位置に退避させ、前記電子ビームを照射しない状態で、前記蒸気を前記成膜対象物に到達させる工程を繰り返し行い、前期基板表面に薄膜を形成する請求項２記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の成膜方法の技術分野に関し、特に、有機ＥＬ装置や半導体装置の電極膜を成膜する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電極膜のような金属膜の成膜方法には、蒸着材料を加熱して蒸気を発生させ、該蒸気を成膜対象物に到達させる蒸着法が用いられている。
蒸着法のうち、蒸着材料に電子ビームを照射して蒸気を発生させるＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ）蒸着法は、抵抗加熱法等他の加熱方法に比べて、加熱能力が高い、使用可能な蒸着材料の種類が多い、量産性が高い、純度の高い薄膜が得られるなどの種々の利点がある。
【０００３】
しかし、ＥＢ蒸着法で成膜を行うと、成膜中、蒸気の他に数ｋｅＶの非常に高いエネルギーを持った反跳電子や、数ｅＶ以上のエネルギーを持った２次電子や、イオンや、電子を材料に照射することによって発生する紫外線やＸ線等の種々のエネルギー線が発生する。
【０００４】
従って、有機ＥＬ装置や半導体装置の電極膜をＥＢ蒸着法で形成する場合、上述したような荷電粒子や電磁波等のエネルギー線により、成膜中に装置本体がダメージを受ける場合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、装置本体にダメージを与えずに薄膜を形成する技術を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、従来のＥＢ蒸着の成膜速度を調べたところ、例えば、図７に示すグラフのようにＥＢ照射を停止した時刻Ａを過ぎても成膜速度は直ちにゼロにならないことがわかった。その理由を調査したところ、余熱により蒸気の発生が続くためであることが判明した。
【０００７】
従って、蒸着源を開口を有する防着部材で取り囲み、その開口をシャッターで覆った状態でＥＢ照射を行えば、ＥＢ照射により発生する荷電粒子や電磁波等のエネルギー線が成膜対象物に到達せず、また、電子ビームを停止した後にシャッターを開ければ、蒸気が成膜対象物に到達するので、成膜対象物がダメージを受けることなく成膜を行えると考えられる。
【０００８】
上記知見にもとづいてなされた請求項１記載の発明は、蒸着源と、ＥＢガンと、基板ホルダと、シャッターとを有し、前記蒸着源と、前記ＥＢガンの周囲は、開口を有する防着部材で覆われ、前記基板ホルダは前記開口の上方に配置され、前記シャッターは移動装置に取り付けられ、前記開口と前記基板ホルダの間の位置と、前記開口から離間した位置との間で移動可能にされ、前記シャッターを前記開口と前記基板ホルダとの間の位置に配置した状態で、前記ＥＢガンにより前記蒸着源の蒸着材料に電子ビームを照射し、前記蒸着材料の蒸気を発生させると、該蒸気がシャッターに遮られ、前記基板ホルダに到達しないように構成された成膜装置であって、前記シャッターは前記開口よりも大きい板状の板部と、前記板部の底面に取り付けられた凸条とを有し、前記移動装置は前記シャッターを上下に移動可能にされ、前記シャッターが前記開口上で下降すると、前記防着部材の前記開口付近の部分は、前記凸条で取り囲まれるように構成された成膜装置である。
請求項２記載の発明は、蒸着材料に電子ビームを照射して前記蒸着材料の蒸気を発生させ、前記蒸着材料の上方位置に配置された成膜対象物に前記蒸気を到達させ、前記成膜対象物の表面に薄膜を形成する成膜方法であって、前記蒸着材料の上方にシャッターを配置した状態で前記電子ビームを照射し、前記蒸気の放出を開始させた後、前記電子ビームの照射を停止し、次いで前記シャッターを前記蒸着材料の上方位置から、前記蒸気が前記成膜対象物へ到達するのを妨げない退避位置に退避させ、前記蒸気を前記成膜対象物に到達させる成膜方法である。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の成膜方法であって、前記シャッターを、前記蒸着材料の上方位置に配置し、電子ビームを照射する工程と、前記シャッターを前記退避位置に退避させ、前記電子ビームを照射しない状態で、前記蒸気を前記成膜対象物に到達させる工程を繰り返し行い、前期基板表面に薄膜を形成する成膜方法である。
【０００９】
本発明は上記のように構成されており、本発明の成膜装置の板部は、平面形状が開口よりも大きくなっているので、シャッターを開口上に配置すると、開口が板部で覆われるようになっている。
また、凸条は板部の裏面に配置されているので、シャッターを開口上に配置し、凸条が開口よりも上方に配置した状態で、シャッターを下降させれば、防着部材の開口付近が凸条で囲まれるようになっている。
【００１０】
少なくともシャッターの開口を覆う部分に鉛のようなＸ線吸収物質の膜を形成する、又は板部の膜厚を十分量に大きくしておけば、紫外線だけではなく、Ｘ線やγ線のような高エネルギー線を遮蔽することができる。
【００１１】
次に、本発明の成膜方法について説明する。
電子ビームを照射すると、蒸着材料の温度が上がり、終には全体が昇温するので、電子ビームの照射時間が長くなる程成膜速度が増加する。他方、電子ビームの照射を停止すると、温度が下がるため、成膜速度は徐々に低下する。
【００１２】
電子ビームの照射を停止した後、シャッターを開け、成膜を開始する場合には、成膜開始直後の成膜速度が大きくて、時間の経過につれて成膜速度が徐々に低下する。成膜速度がある速度よりも小さくなると、それ以上は薄膜が成長しなくなるので、シャッターを閉じて成膜作業を終了させる。
【００１３】
シャッターを開けてから閉じるまでが成膜時間であり、一般に成膜時間は装置等の条件で予め設定されるので、一定の成膜時間で膜厚を大きくするには、シャッターを開けたときの成膜速度が大きい程よい。
【００１４】
蒸着材料の種類と用いるＥＢガンの電力投入量と、電子ビームを照射したときの成膜速度の変化との関係は予め測定されており、設定された成膜時間で所望の膜厚の薄膜を得るためのシャッター開時の成膜速度は予め測定又は計算により求めることができる。従って、予め求めた照射時間だけ電子ビームの照射を行えば、所望膜厚の薄膜を得ることができる。
【００１５】
その他、開口の上方であって、基板ホルダの近傍に膜厚センサーを配置しておき、該膜厚センサーによって膜厚を測定しながら成膜を行えば、成膜時間や成膜速度を予め求めておかなくても、所望膜厚の薄膜を得ることができる。
【００１６】
膜厚の大きい薄膜を形成する場合は、１回のシャッターの開閉で形成される薄膜の膜厚を予め求めておき、１枚の基板に対してシャッターの開閉を繰り返して成膜を行えば、所望膜厚の薄膜を得ることができる。その場合も、照射時間をあらかじめ求めておけば、成膜速度を測定せずに、一定の成膜時間で所定膜厚の薄膜を形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１の符号１は本発明の成膜装置の一例を示している。この成膜装置１は、真空槽２と、蒸着源６と、ＥＢガン３と、防着部材１６と、シャッター１５と、基板ホルダ７とを有している。
【００１８】
防着部材１６は金属の薄板が円筒状に形成されて構成されており、筒の中心軸線を鉛直にして真空槽２の底壁に設置されている。即ち、防着部材１６の一方の開口は天井側に向けられ、他方は底壁に密着している。
図１の符号９は上側の開口を示しており、防着部材１６の上側の開口９付近は、中心部よりも小径にされている。
【００１９】
真空槽２外には真空ポンプ１９と、移動装置１７が設置されている。真空槽２には、棒状の指示軸１４が鉛直且つ気密に挿通されており、その下端部が移動装置１７に取り付けられ、真空槽２内の上端部には、棒状の腕部２１が水平に取り付けられている。
【００２０】
シャッター１５は円板状の板部１２を有しており、この板部１２は、腕部２１の先端に水平に取り付けられている。板部１２の下側の面の縁に沿った位置には、凸条１３が配置されている。即ち、凸条１３はリング状になっている。板部１２は開口９よりも大径の円盤であり、凸条１３のリングの内径は開口９よりも大きくされている。
【００２１】
移動装置１７は不図示の制御装置の信号に基づいて、支持軸１４を回転させ、又は上下させるように構成されており、支持軸１４を上方に移動させ、シャッター１５を防着部材１６よりも上方に位置させ、支持軸１４を回転させてシャッター１５を開口９の真上位置に配置した後、シャッター１５を下降させると、開口９が板部１２で覆われ、開口９がシャッター１５で塞がれた状態になる。この状態で開口９はシャッター１５によって閉じられており、防着部材１６の開口９付近の部分が凸条１３で取り囲まれた状態になる。
【００２２】
蒸着源６とＥＢガン３は防着部材１６の内側に配置されており、ＥＢガン３は、真空槽２外に配置された不図示の電源に接続されている。
真空ポンプ１９は真空槽２の防着部材１６で囲まれた空間と、防着部材１６の外側の空間の両方に接続されており、真空ポンプ１９を起動し、防着部材１６で囲まれた空間と外側の空間の両方を所定圧力まで真空排気した後、電源を起動し、ＥＢガン３から電子ビームを放射する。
【００２３】
図３は電子ビーム２５を放射した状態を示しており、電子ビーム２５は予め蒸着源６に配置された蒸着材料５に照射され、蒸着材料５が加熱される。蒸着材料５がその物性によって決まる一定温度以上の温度に昇温すると、蒸着材料５の蒸気が発生する。
【００２４】
蒸着源６は開口９直下に配置されており、発生した蒸気は開口９に向かって放出される。電子ビーム２５を照射している間中、紫外線やＸ線や電磁波のようなエネルギー線も放射されるが、開口９をシャッター１５で塞いでおけば、エネルギー線が板部１２で吸収又は反射される。更にエネルギー線が板部１２と防着部材１６の開口９端部から漏れた場合でも凸条１３で遮られるので、シャッター１５よりも上方の空間に侵入しないようになっている。
【００２５】
シャッター１５を閉じた状態から、凸条１３が開口９よりも上方に位置するまで、移動装置１７により支持軸１４を上方に移動させる。図４はその状態を示している。次いで、支持軸１４を回転させ、板部１２が開口９上から完全に退避され、開口９が板部１２によって遮られない退避位置まで移動させる。
【００２６】
図５はその状態のシャッター１５と開口９との位置関係を示す相対的な断面図であり、この状態では、シャッター１５は空けられ、発生した蒸気は開口９から天井側に向けて飛ぶ。
基板ホルダ７は開口９真上位置に配置されており、成膜対象物である基板を成膜面を開口９側に向けた状態で、基板ホルダ７に保持させた場合には、開口９から放出された蒸気が基板に到達し、その表面に薄膜が成長するようになっている。
【００２７】
シャッター１５が開けられた状態では、電子ビーム２５の照射は停止しているので、エネルギー線が発生せず、基板がダメージを受けないようになっている。この成膜装置１を用いて複数の基板を連続して成膜処理する工程について説明する。
【００２８】
図２の符号１１ａは後述する工程で成膜処理が終了した基板を示しており、同図の符号２２ａは基板１１ａ表面に形成された薄膜を示している。
真空槽２には不図示の搬出入室が接続され、真空槽２と搬出入室内は予め所定圧力の真空雰囲気が形成されており、搬出入室に配置された不図示の搬送ロボットによって、成膜が終了した基板１１ａを基板ホルダ７から搬出入室へ搬送し、搬出入室で未処理の基板と交換し、該基板を真空槽２内へ搬入し、成膜面を下側へ向けた状態で基板ホルダ７に保持させる。
【００２９】
図３は未処理の基板１１ｂが基板ホルダ７に保持された状態を示している。
このとき、シャッター１５は閉じられた状態で電子ビーム２５が照射され、蒸着材料５が加熱されている。
【００３０】
照射時間と、成膜速度との関係は予め求められており、電子ビーム２５の照射開始から予め設定された照射時間が経過するまで照射すると、所定量の蒸気が放出される。電子ビーム２５が照射されている間はシャッター１５は閉じられているので、蒸気は基板１１ｂには到達しない。
【００３１】
照射時間経過後、電子ビーム２５の照射を停止し、シャッター１５を開けると、蒸気は基板１１ｂに到達し、その表面に薄膜が成長する。薄膜の成長速度と時間との関係はあらかじめ求められており、シャッター１５を開けた時刻から、予め設定された成膜時間が経過し、蒸気放出量が低下したときにシャッター１５を閉じ、電子ビーム２５の照射を再開する。
【００３２】
電子ビーム２５を一定時間照射し、蒸着材料５から所定量の蒸気が放出されるようになると電子ビーム２５の照射を停止し、シャッター１５を開け、成膜を行う。基板１１ｂを同じ位置に置いたまま、上記のように電子ビーム２５の照射を停止した状態での成膜を繰り返し行い、所望膜厚に達する回数が終了したところで、シャッター１５を閉じ、電子ビーム２５の照射を開始した後、基板１１ｂを真空槽２から搬出入室へ搬出する。
【００３３】
電子ビーム２５により蒸着材料５を加熱している間に、未処理の基板を真空槽２内に搬入して基板ホルダ７により保持させ、加熱により所定量の蒸気が放出したところで、電子ビーム２５を停止してシャッター１５を開け、新しい未処理の基板に対して成膜を開始する。このように、１枚ずつ基板を繰り返し処理すると、複数枚の基板に所望膜厚の薄膜を連続して形成することができる。
【００３４】
上述した成膜工程における、電子ビーム２５の照射を開始した時間と、電子ビームの照射を停止する時間と、成膜速度との関係を図４に示す。
図６の符号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は電子ビームの照射を開始した照射開始時間を示し、符号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は電子ビームの照射を終了した照射終了時間を示している。
【００３５】
照射終了時間Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３後は、蒸気の放出量が低下し、成膜速度が低下する。成膜速度がある程度遅くなると、それ以上成膜を続けても、薄膜の成長が極端に遅くなり、成膜効率が低くなる。成膜速度がゼロになる前の時間を照射開始時間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とし、加熱を開始すれば、照射時間も短くてすみ、全体の作業時間が短縮するこができる。
【００３６】
以上は、電子ビーム２５の照射を停止した後、非常に短い間にシャッター１５を開ける場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、電子ビーム２５の照射を停止してから一定時間を経過し、エネルギー線が完全に消滅した後にシャッター１５を開けることもできる。
【００３７】
以上はシャッター１５を閉じ、非常に短い間に電子ビーム２５の照射を開始する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、シャッター１５を閉じ始めてから、一定時間を経過し、シャッター１５が完全に閉じた後に、電子ビーム２５の照射を開始することもできる。
【００３８】
また、以上は成膜が終了した基板１１ｂを基板ホルダ７から搬出する前に、電子ビーム２５の照射を開始する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、成膜が終了した基板１１ｂを基板ホルダ７から搬出するときに電子ビーム２５の照射を開始する、未処理の基板を搬入するときに電子ビーム２５の照射を開始する、又は未処理の基板を基板ホルダ７に保持させた後、電子ビーム２５の照射を開始することもできる。
【００３９】
以上はシャッター１５を閉じた後、成膜が終了した基板１１ｂを搬出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、電子ビーム２５の照射が停止している状態であれば、シャッター１５を開けたまま基板１１ｂを搬出してもよい。
【００４０】
以上は、基板１１ｂを基板ホルダ７に保持したまま、シャッター１５の開閉と、電子ビームの照射を繰り返し、１枚の基板１１ｂに対して成膜を複数回繰り返す場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１回の成膜工程で十分量の膜厚が確保できるのであれば、１回のシャッター１５の開閉で成膜工程を終了させ、基板１１を真空槽２外へ搬出することもできる。また、移動装置１７により、支持軸１４を上下させるのと同時に回転させ、シャッター１５をらせん状に移動させる場合も本発明には含まれる。
【００４１】
蒸着材料５としては、アルミニウムのような金属材料や、酸化マグネシウム、酸化カルシウムのような金属酸化物等種々のものを用いることができる。
また、酸素のような反応ガスを蒸着源６の近傍位置に供給しながら電子ビームを放射すれば、蒸着材料の酸化物の薄膜を形成することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の成膜装置を用いれば、成膜時に紫外線等のエネルギー線を成膜対象物から遮断することができる。従って、本発明の成膜装置を用いて、有機ＥＬ装置の電極膜や、半導体の保護膜等を成膜する場合、紫外線や電磁波等によって成膜時に装置にダメージが生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成膜装置を説明する断面図
【図２】成膜処理が終了した状態を説明する断面図
【図３】電子ビームを照射している状態を説明する断面図
【図４】シャッターを上方に移動させた状態を説明する断面図
【図５】シャッターを水平面内で移動させた状態を説明する断面図
【図６】電子ビームの照射開始の時間と、照射停止の時間と、成膜速度との関係を示すグラフ
【図７】従来のＥＢ蒸着の成膜速度と時間との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１……成膜装置　　２……真空槽　　３……ＥＢガン　　５……蒸着材料　　６・・・・・・蒸着源　　７……基板ホルダ　　９……開口　　１１……成膜対象物（基板）　　１２……板部　　１３……凸条　　１５……シャッター　　１６……防着部材
【図１】
2004131832.tif 000003
【図２】
2004131832.tif 000004
【図３】
2004131832.tif 000005
【図４】
2004131832.tif 000006
【図５】
2004131832.tif 000007
【図６】
2004131832.tif 000008
【図７】
2004131832.tif 000009