(57)【要約】【課題】電子ビームの入射による材料の分解、変質を防止し、かつ均一な膜厚分布が得られ、しかも薄膜の成膜であっても蒸着速度の制御を容易に行えるようにする。【解決手段】加速した電子の照射により加熱して坩堝１内の材料２を蒸発させ、蒸発材料を基板の表面に付着させて薄膜を形成する電子ビーム蒸着装置である。坩堝１内の中心部に逆截頭錐形状の高融点金属ブロック１１を、坩堝１内に装入した材料２の表面より突出状に設置する。高融点金属ブロック１１に、蒸発源４から照射された電子ビーム５を入射して加熱する。【効果】坩堝内の材料が逆截頭錐形状の表面に回り込むように蒸発するので、基板の表面に形成する膜厚の均一性が向上する。【選択図】図１
2013174000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速した電子の照射により加熱して坩堝内の材料を蒸発させ、蒸発材料を基板の表面に付着させて薄膜を形成する電子ビーム蒸着装置であって、
前記坩堝内の中心部に逆截頭錐形状の高融点金属ブロックを、坩堝内に装入した材料の表面より突出状に設置し、
この高融点金属ブロックに、蒸発源から照射された電子ビームを入射して加熱するようにしたことを特徴とする電子ビーム蒸着装置。
【請求項２】
前記高融点金属ブロックの逆截頭錐形状のテーパは、１０〜２０°であることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項３】
前記高融点金属ブロックは逆截頭円錐形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項４】
前記高融点金属ブロックの、坩堝の上端面位置における直径は、坩堝の上端の内周面の直径の１／２以下で、１０mm以上であることを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項５】
前記高融点金属ブロックは、表面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項６】
前記高融点金属ブロックは、大径部側から内部に中空部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の電子ビーム蒸着装置。
【請求項７】
前記高融点金属ブロックと前記坩堝間に断熱材を介在させたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の電子ビーム蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビームを用いた蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム蒸着装置は、真空容器内に配置した坩堝内の材料に、所定の電圧で加速された電子を上方から垂直に照射することで、前記材料を加熱して蒸発させ、この蒸発した材料を真空容器内に配置した基板の表面に付着させて薄膜を形成するものである。
【０００３】
この電子ビーム蒸着装置は、電子ビームのエネルギーを効率良く熱エネルギーに変換することが可能なため、多種多様な材料に対して多用途で使用されている。
【０００４】
しかしながら、例えば、結合エネルギーの低い化合物材料等に電子ビームを照射すると、化合物が分解、変質するので、基板に蒸着する材料の組成が変化し、所望の膜特性が得られないと言う問題があった。
【０００５】
また、数nm以下の薄膜を成膜する場合、成膜速度の制御が難しいという問題もあった。
【０００６】
そこで、図５に示すように、坩堝１内の材料２の表面に高融点金属等の加熱体３を配置した蒸着装置が提案されている（特許文献１）。この蒸着装置では、蒸発源４から照射された電子ビーム５を加熱体３に入射して加熱し、加熱体３を介して材料２を間接加熱して蒸発させ、加熱体３に形成した例えば孔３ａから蒸発材料を放出する。
【０００７】
この特許文献１で提案された蒸着装置の場合、材料に電子ビームを直接入射せず、材料を間接加熱するので、材料の分解、変質を防止できる。また、材料を間接加熱するので成膜速度を低速に維持することができ、成膜速度の制御が容易であるという利点も有する。
【０００８】
しかしながら、特許文献１で提案された蒸着装置では、材料の表面に設けた加熱体の孔から蒸発材料を放出するので、坩堝上に静止した基板に対して均一な膜厚分布を得るのが困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−５６３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする問題点は、蒸発材料を坩堝内の材料の表面に配置した加熱体の孔から放出する場合、坩堝上に静止した基板に対して均一な膜厚分布を得るのが困難であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電子ビーム蒸着装置は、
電子ビームの入射による材料の分解、変質を防止し、かつ均一な膜厚分布が得られ、しかも薄膜の成膜であっても蒸着速度の制御を容易に行えるようにするために、
加速した電子の照射により加熱して坩堝内の材料を蒸発させ、蒸発材料を基板の表面に付着させて薄膜を形成する電子ビーム蒸着装置であって、
前記坩堝内の中心部に逆截頭錐形状の高融点金属ブロックを、坩堝内に装入した材料の表面より突出状に設置し、
この高融点金属ブロックに、蒸発源から照射された電子ビームを入射して加熱するようにしたことを最も主要な特徴としている。
【００１２】
本発明は、坩堝内の中心部に、坩堝内に装入した材料の表面より突出状に設置した逆截頭錐形状の高融点金属ブロックに、蒸発源から照射された電子ビームを入射して材料を間接加熱するので、材料が逆截頭錐形状の表面に回り込むように蒸発し、基板の表面に形成する膜厚の均一性が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、高融点金属ブロックに電子ビームを入射することで坩堝内の材料を間接加熱するに際し、坩堝内の材料が逆截頭錐形状の表面に回り込むように蒸発するので、基板の表面に形成する膜厚の均一性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電子ビーム蒸着装置の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の電子ビーム蒸着装置の第２の例の概略構成を示した図である。
【図３】本発明の電子ビーム蒸着装置の第３の例の概略構成を示した図である。
【図４】本発明の電子ビーム蒸着装置の第４の例の概略構成を示した図である。
【図５】特許文献１に記載された電子ビーム蒸着装置の概略構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明では、電子ビームの入射による材料の分解、変質を防止し、かつ均一な膜厚分布が得られ、しかも薄膜の成膜であっても蒸着速度の制御を容易に行えるようにするという目的を、坩堝内の中心部に、坩堝内に装入した材料の表面より突出状に設置した逆截頭錐形状の高融点金属ブロックに、蒸発源から照射された電子ビームを入射して材料を間接加熱することで実現した。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の電子ビーム蒸着装置を、その概略構成を示した図１を用いて説明する。
真空容器の内部下方に配置された材料２の蒸発源４は、前記材料２を装入する坩堝１の他に、図示省略したが、電子ビーム源である電子銃と、電子銃より放出された電子の進路を曲げて、接地電位である坩堝１内に電子ビーム５を導くための偏向用磁石が備えられている。
【００１７】
ところで、特許文献１に記載された発明では、坩堝１内に装入した材料２を間接加熱すべく、坩堝１に設置する加熱体３は、図５に示したように、リング状の平板形状のものを、坩堝１内の材料２の表面に配置していた。
【００１８】
しかしながら、このような加熱体３では、先に説明したように、坩堝１上に静止した基板に対して均一な膜厚分布を得るのが困難である。従って、本発明では、加熱体３を例えば逆截頭円錐形状とし、この加熱体３を坩堝１内の中心部に、材料２の表面より突出するように設置することとしている。以下、本発明では、逆截頭円錐形状の加熱体３を高融点金属ブロック１１という。
【００１９】
発明者の、調査結果によれば、坩堝１と基板間の距離（Ｔ／Ｓ）が２００〜１０００mmで、坩堝１の上端面の内周面の直径ｄ１が３０〜５０mm、成膜領域が直径１００〜５００mmの一般的な電子ビーム蒸着装置の場合、高融点金属ブロック１１の寸法などは以下の範囲とすることが望ましいことが分かっている。
【００２０】
高融点金属ブロック１１の逆截頭円錐のテーパ角度は１０〜２０°とすることが望ましい。前記テーパ角度が２０°を超えると、基板の中央部の膜厚が薄くなり、逆に１０°未満の場合は、基板の中央部の膜厚が厚くなって、膜厚の均一性が悪くなるからである。
【００２１】
また、坩堝１の上端面位置における高融点金属ブロック１１の横断面の直径ｄ２は、坩堝１の上端面の内周面の直径ｄ１の１／２以下にすることが望ましい。１／２より大きい場合は、蒸着膜の形成が高融点金属ブロック１１の周辺部に偏り、中心部分の膜厚が薄くなって膜厚の均一性が悪くなるからである。反対に小さくなりすぎると、高融点金属ブロック１１への電子ビーム５の照射が困難になって、電子ビーム５の一部が材料２に照射されることになるため、概ね１０mmを下限とする。
【００２２】
また、高融点金属ブロック１１の材料２の表面からの突出量の上限は、坩堝１の上端面の内周面の直径ｄ１の１／２以下にすることが望ましい。１／２より突出すると、蒸着膜の形成が高融点金属ブロック１１の周辺部に偏り、中心部分の膜厚が薄くなって膜厚の均一性が悪くなるからである。また、材料２への熱伝達効率も悪くなるからである。逆に、突出量の下限は、膜厚の均一性を考慮して、坩堝１内の材料２面と同一以上必要である。
【００２３】
このような逆截頭円錐形状の高融点金属ブロック１１を、坩堝１内の中心部に、材料２の表面より突出するように設置した場合、材料２は高融点金属ブロック１１により間接的に加熱されるので、材料２の分解、変質が防止でき、また低速の成膜が可能になって薄膜の成膜等、微小な成膜精度が要求される場合の制御が容易になるのに加えて、以下の効果を奏する。
【００２４】
すなわち、本発明では、高融点金属ブロック１１により間接加熱された材料２は、逆截頭円錐の表面に回り込むように蒸発し、相対的に坩堝１の上方に設置した基板の周辺部に成膜されやすくなって、全体の膜厚分布が均一化する。
【００２５】
本発明は、前記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００２６】
例えば、図２に示すように、高融点金属ブロック１１の表面に突起１１ａを付けるか表面を凹ませ、すなわち表面を凹凸状にして表面積を増大させることで、材料２の加熱効率を向上させても良い。
【００２７】
また、図３に示すように、高融点金属ブロック１１の大径部側から内部に中空部１１ｂを形成し、この中空部１１ｂに電子ビーム５を照射するようにすれば、高融点金属ブロック１１全体を均一加熱できるので、材料２への加熱むらが減少し、材料２の一部のみが過度に加熱されるのを防止できる。
【００２８】
また、図４に示すように、高融点金属ブロック１１と坩堝１の間に断熱材１２を介在させ、高融点金属ブロック１１の熱が坩堝１に直接伝わらないようにすれば、坩堝１自体の加熱が抑制され、材料２が過度に加熱されることなく、図１〜図３に示した例よりもさらに低速での成膜が可能になる。特に、数nm以下の薄膜の成膜等、微小な成膜精度が要求される場合に、制御が容易になる。
【００２９】
ちなみに、本発明の効果を確認するために結合エネルギーの低いフッ化物材料としてLiFを用いて電子ビーム蒸着を行った結果について説明する。
【００３０】
坩堝は、開口径が３０mmのTa材製ハースライナーを内部に設けたものを使用した。また、高融点金属ブロックはTa材製で、底面の直径は１０mm、上面の直径は１５mmの逆截頭円錐形のものを、LiF材料の表面から１０mm突出させた。また、ハースライナーと高融点金属ブロック間に厚さが０．１mmのTa製の円筒を断熱材として介在させた。
【００３１】
上記の条件で、高融点金属ブロックに加速電圧が２kV、エミッション電流が２００mAの電子ビームを照射したところ、LiF材料は高融点金属ブロックを介して間接的に加熱され、坩堝の上端から６００mm上方に設置された基板に成膜した。
【００３２】
成膜された膜の特性を評価するため、Alq3を発光材料、α‐NPDをホール輸送材料とする有機EL素子（ITO/α-NPD/Alq3/LiF/Al）を作成し、初期の素子特性を評価した。その際、抵抗加熱蒸着法でLiFを蒸着したときの特性と比較した。その結果、両者の特性は劣化なく一致した。また、基板における直径が２００mmの範囲の膜厚分布は±５％であった。
【００３３】
一方、LiF材料に直接電子ビームを照射する従来の電子ビーム蒸着法で、上記と同じ加速電圧、エミッション電流、坩堝１と基板間の距離（Ｔ／Ｓ）でLiFを成膜した時の特性も確認したが、従来の電子ビーム蒸着法でLiFを成膜した場合は、顕著な劣化が見られた。また、基板における直径が２００mmの範囲の膜厚分布は±１０％であった。
【００３４】
また、本発明における成膜速度は、LiF材料に直接電子ビームを照射した場合と比較して１／１０以下となり、制御し易くなった。
【００３５】
なお、本発明で採用する高融点金属ブロック１１の形状は、逆截頭円錐形状のものについて説明したが、逆截頭角錐形状でも良い。但し、逆截頭角錐形状の場合は、その辺が多く円錐形状に近い方が良いことは言うまでもない。
【００３６】
また、高融点金属ブロックとしては、Ta材以外にも、Mo、Wなど、電子ビームの照射による加熱に耐えうる材料であれば、特に限定されず、さらに熱伝導性の高い材料であることが望ましい。
【００３７】
さらに、上記の例では坩堝１に直接材料２を装入している例について説明したが、本発明の効果を確認するために行った実験のように、坩堝１にハースライナーを設置し、このハースライナーに材料２を装入するものでも良い。
【符号の説明】
【００３８】
１    坩堝
２    材料
４    蒸発源
５    電子ビーム
１１    高融点金属ブロック
１１ａ    突起
１１ｂ    中空部
１２    断熱材
【図１】
2013174000.tif 000003
【図２】
2013174000.tif 000004
【図３】
2013174000.tif 000005
【図４】
2013174000.tif 000006
【図５】
2013174000.tif 000007