(57)【要約】【課題】蒸気飛散分布を安定化させることにより、所望の膜厚の薄膜を得ることが可能な蒸着装置を提供すること。【解決手段】内部に前記被処理基板が配置されたチャンバ１２と、該チャンバ１２内部に配置され蒸着材料を収容する容器２１と、該蒸着材料を加熱する加熱手段３０と、蒸着材料の重量を測定する重量測定部４０と、容器２１に蒸着材料を供給する材料供給部５０と、重量測定部４０により測定された重量が所定の値に到達したとき、容器２１に所定量の蒸着材料を供給するように材料供給部５０を制御する制御部６０とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2009256743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板に蒸着材料を蒸着させる蒸着装置であって、
内部に前記被処理基板が配置されたチャンバと、
該チャンバ内部に配置され前記蒸着材料を収容する容器と、
該蒸着材料を加熱する加熱手段と、
前記蒸着材料の重量を測定する重量測定部と、
前記容器に前記蒸着材料を供給する材料供給部と、
前記重量測定部により測定された重量が所定の値に到達したとき、前記容器に所定量の前記蒸着材料を供給するように前記材料供給部を制御する制御部とを備えることを特徴とする蒸着装置。
【請求項２】
前記材料供給部が、
前記チャンバの外部に設けられ前記蒸着材料が充填された供給源と、
前記チャンバの内部で移動可能であるとともに、前記供給源内の蒸着材料を吐出させるノズル部と、
該ノズル部の先端に設けられ、前記制御部により開閉が制御された開閉部とを備え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】
前記容器から飛散された前記蒸着材料の飛散量を検出する検出手段と、
該検出手段により検出された前記飛散量に応じて前記被処理基板上の膜厚を算出する膜厚算出部とを備え、
前記所定の値が、前記膜厚算出部により算出された膜厚と、前記被処理基板に成膜される実際の膜厚との比が所定の値を超えたときの前記容器に収容されている蒸着材料の重量の値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸着装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記被処理基板に前記蒸着材料を蒸着している間に前記容器に収容されている蒸着材料の重量が前記所定の値を下回るか否かを判断し、前記所定の値を下回ることを予測して、前記被処理基板に蒸着材料を蒸着させる前に、前記材料供給部により前記容器に前記蒸着材料を供給することを特徴とする請求項３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。
【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高周波誘電コイル（加熱手段）とを備えている。これを用いて成膜するには、例えば真空チャンバ内に、坩堝に蒸着材料が収容された蒸着源を設置するとともに、蒸着源の上方に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ここに付着させる。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】
現在、真空蒸着法により被処理基板に蒸着材料を蒸着する際の最大の問題点として、成膜中に坩堝内の蒸着材料の充填量が減少することにより、坩堝内からの蒸気飛散分布に変化が生じる。そこで、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、被処理基板１０１の近傍にモニタ１０２を配置し、モニタ１０２により蒸着材料の蒸着量を検知する。図２（ａ）に示すように、坩堝１０３内の蒸着材料が減り始めた状態では、モニタ１０２により蒸着材料を検知することができるが、坩堝１０３内の蒸着材料が減るに従い、図２（ｂ）に示すように、蒸気飛散分布が徐々に狭くなる。これにより、モニタ１０２には一部の蒸着材料のみが検知され、図２（ｃ）に示すように、坩堝１０３内の蒸着材料がほとんどなくなると、モニタ１０２により蒸着材料は検知されなくなる。このように坩堝１０３内の蒸着材料が減少すると、初期設定のツーリング値では被処理基板１０１上に成膜された膜厚と、モニタ１０２で検知した膜厚との相関を正確に把握することができず、モニタ１０２で検知した表示膜厚と、実際の膜厚とに相違が生じ、所望の膜厚を得ることが困難である。なお、ここで扱うツーリング値とは、実際の膜厚とモニタ１０２で検知した膜厚との相関を取る係数のことであり、実際に被処理基板１０１に成膜された膜厚を確認する点において重要な係数である。
【０００４】
この問題を解決するために、ルツボから発生された蒸気の蒸気流分布を安定化させる蒸着用ルツボが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の蒸着用ルツボは、ルツボ容器と、ルツボ容器の開口部の径に比べて径の小さい首部とを備え、開口部の径を二段階とすることで、成膜レートを常に一定に保つことができ、被処理基板に均一な膜厚を成膜することができる。
【特許文献１】特開２００４−１５２６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の蒸着用ルツボでは、ルツボ内の蒸着材料の残量の減少に伴う蒸気飛散分布への考慮がされていないため、蒸気飛散分布を安定化させるのは不十分である。その結果、基板全体にわたって所望の膜厚の薄膜が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、蒸気飛散分布を安定化させることにより、所望の膜厚の薄膜を得ることが可能な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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の蒸着装置は、被処理基板に蒸着材料を蒸着させる蒸着装置であって、
内部に前記被処理基板が配置されたチャンバと、該チャンバ内部に配置され前記蒸着材料を収容する容器と、該蒸着材料を加熱する加熱手段と、前記蒸着材料の重量を測定する重量測定部と、前記容器に前記蒸着材料を供給する材料供給部と、前記重量測定部により測定された重量が所定の値に到達したとき、前記容器に所定量の前記蒸着材料を供給するように前記材料供給部を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る蒸着装置では、加熱手段により、容器を加熱し坩堝に収容された蒸着材料を蒸発させる。蒸発された蒸着材料は容器から飛散して被処理基板に蒸着される。被処理基板に蒸着を続けている間、重量測定部により容器の重量を測定し、制御部により重量測定部において測定された重量に基づいて、材料供給部により容器に所定の量の蒸着材料を供給するように制御する。
このように、容器に収容されている蒸着材料の残量に応じて容器に蒸着材料が供給されるため、容器から飛散される蒸着材料の蒸気飛散分布を常に一定に保つことが可能となる。このように、蒸気飛散分布を安定化させることにより、例えば、成膜中に被処理基板に蒸着された蒸着膜を算出する膜厚算出部により算出される膜厚と、前記被処理基板に成膜される実際の膜厚との相違を抑制することが可能となる。したがって、被処理基板上に所望の膜厚の薄膜を得ることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の蒸着装置は、前記材料供給部が、前記チャンバの外部に設けられ前記蒸着材料が充填された供給源と、前記チャンバの内部で移動可能であるとともに、前記供給源内の蒸着材料を吐出させるノズル部と、該ノズル部の先端に設けられ、前記制御部により開閉が制御された開閉部とを備えることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る蒸着装置では、容器に蒸着材料を供給する際、ノズル部がチャンバの内部を移動し、容器の開口部に配置される。そして、制御部により、開閉部が開かれ、供給源から蒸着材料がノズル部を介して容器に供給される。このように、ノズル部を移動させて容器に蒸着材料を供給することにより、蒸着している間は、容器から飛散される蒸着材料にノズル部がかからない位置に配置させることが可能となる。したがって、被処理基板全体にわたって、被処理基板上に所望の膜厚の薄膜を得ることが可能となる。
【００１１】
また、本発明の蒸着装置は、前記容器から飛散された前記蒸着材料の飛散量を検出する検出手段と、該検出手段により検出された前記飛散量に応じて前記被処理基板上の膜厚を算出する膜厚算出部とを備え、前記所定の値が、前記膜厚算出部により算出された膜厚と、前記被処理基板に成膜される実際の膜厚との比が所定の値を超えたときの前記容器に収容されている蒸着材料の重量の値であることが好ましい。
【００１２】
ここで、容器から蒸着材料が飛散し、ある程度減っても問題はない。そこで、本発明に係る蒸着装置では、検出手段により、容器から飛散された蒸着材料の飛散量を検出し、膜厚算出部により、飛散量に応じて被処理基板上の膜厚を算出される膜厚と、被処理基板に成膜される実際の膜厚とが異なるときに、制御部により、材料供給部から容器に蒸着材料を供給するように制御する。したがって、材料供給部からの容器への蒸着材料の供給の回数を最低限に抑えることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の蒸着装置は、前記制御部は、前記被処理基板に前記蒸着材料を蒸着している間に前記容器に収容されている蒸着材料の重量が前記所定の値を下回るか否かを判断し、前記所定の値を下回ることを予測して、前記被処理基板に蒸着材料を蒸着させる前に、前記材料供給部により前記容器に前記蒸着材料を供給することが好ましい。
【００１４】
本発明に係る蒸着装置では、制御部が蒸着中に所定の値を下回ることを予測して、被処理基板に蒸着材料を蒸着させる前に、材料供給部により容器に蒸着材料を供給する。したがって、被処理基板に蒸着材料を蒸着している最中に所定の値を下回るのを防ぐことができるため、例えば、膜厚算出部に算出される膜厚と、被処理基板に成膜される実際の膜厚との相違をより確実に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る蒸着装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
［一実施形態］
図１は、本実施形態の蒸着装置を示す要部断面図である。
本実施形態に係る蒸着装置１は、図１に示すように、基板（被処理基板）１１の表面１１ａに蒸着膜２を蒸着形成する装置であり、チャンバ１２と、基板保持部１３と、蒸着源２０と、電子天秤（重量測定部）４０と、材料供給部５０と、モニタ（膜厚算出部）５５と、制御部６０とを備えている。
チャンバ１２は、外部との間を密閉可能に形成されており、図示しないポンプ等の減圧装置によって内部が減圧可能になっている。基板保持部１３は、チャンバ１２の天井側（図中上側）に設けられており、基板１１を保持可能になっている。
【００１７】
蒸着源２０は、チャンバ１２の内部に配置され蒸着材料が収容された坩堝（容器）２１と、坩堝２１を加熱する加熱装置（加熱手段）３０とを備えており、蒸着材料が基板１１に蒸着される。加熱装置３０は、坩堝２１の外周を覆うように設けられており、例えば電熱線等の加熱機構が設けられている。
坩堝２１は、外周部２７と底部２８とを有する円筒状の容器であり、上部は開口部２９になっている。
【００１８】
電子天秤４０は、チャンバ１２の底面１２ａに配置されており、上面に坩堝２１が載置されている。この電子天秤４０は、坩堝２１の重さ（坩堝２１単体の重さと蒸着材料の量との和）を測定するものである。また、電子天秤４０は、信号線４１を介してチャンバ１２の外部に設けられた重量モニタ４２に接続されており、電子天秤４０により測定された質量が表示される。重量モニタ４２は制御部６０に接続されており、電子天秤４０により測定された値は、重量モニタ４２を介して制御部６０に常に送られるようになっている。
【００１９】
材料供給部５０は、坩堝２１に蒸着材料を補充（供給）するものであり、供給源５１と、ノズル部５２と、開閉部５３とを備えている。供給源５１は、チャンバ１２の外部に設けられており、蒸着材料が充填されている。ノズル部５２は、チャンバ１２の内部で移動可能であるとともに、供給源５１とチャンバ１２の内部とを連通させるものである。すなわち、ノズル部５２は、坩堝２１に蒸着材料を供給するときに、坩堝２１の開口部２９に位置するように移動し、それ以外のときは、坩堝２１から飛散される蒸着材料にかからない位置に移動する。
開閉部５３は、ノズル部５２の先端５２ａに設けられており、制御部６０により開閉が制御されている。具体的には、制御部６０により、坩堝２１内に補充する蒸着材料の量に応じた期間、開閉部５３が開かれ、蒸着材料を坩堝２１に補充した後、開閉部５３が閉じられる。
【００２０】
また、モニタ５５は、基板１１近傍の表面１１ａ側に設けられており、坩堝２１から飛散された蒸着材料の飛散量を検出する検出手段（図示略）を有し、検出手段により検出された飛散量に応じて基板１１上の膜厚を算出し表示する。
【００２１】
次に、坩堝２１内部の蒸着材料の減少によるモニタ５５により表示される膜厚（以下、表示膜厚という）と、実際に蒸着されている蒸着膜２の膜厚（以下、実膜厚という）との関係について表１を参照して説明する。
表１の「初期充填量に対する重量比」とは、蒸着前（初期）に坩堝２１に充填されている蒸着材料の充填量（初期充填量）に対する時間の経過とともに坩堝２１内に残留している蒸着材料の重量の比を以下に示す。
【００２２】
【表１】
2009256743.tif 000003
【００２３】
表１から、初期充填量に対する重量比が１００％のときは、実膜厚／表示膜厚は１であり、８０％のときは、実膜厚／表示膜厚は１であり、実際の蒸着膜２の膜厚とモニタ５５により表示された膜厚とは変わらないことが分かる。そして、初期充填量に対する重量比が５０％まで減少すると、実膜厚／表示膜厚は１．１であり、モニタ５５により表示される膜厚の方が実際の蒸着膜２の膜厚より厚くなり、実際の蒸着膜２の膜厚とモニタ５５により表示された膜厚とがズレていることが分かる。
【００２４】
制御部６０は、供給源５１と重量モニタ４２に接続されており、電子天秤４０により測定された重量に基づいて、供給源５１から蒸着材料を補充するタイミング及び補充する蒸着材料の量を制御する。具体的には、初期充填量に対する重量比が、例えば、６０％（所定の値）に到達したとき、制御部６０により、材料供給部５０が坩堝２１に蒸着材料を補充し始め、初期充填量になるまで蒸着材料を補充するように制御される。
【００２５】
次に、以上の構成からなる本実施形態の蒸着装置１を用いて、基板１１に蒸着膜２を形成する方法について説明する。
まず、基板１１の表面１１ａが蒸着源２０に対向するように基板１１を基板保持部１３に保持する。坩堝２１に蒸着材料を所定量収容する。
【００２６】
次いで、加熱装置３０によって、坩堝２１を加熱すると、坩堝２１の開口部２９から蒸着材料が蒸発する。このようにして、蒸着材料は、基板１１の表面１１ａに付着して蒸着膜２が形成される。
ここで、基板１１に蒸着を続けている間、電子天秤４０により坩堝２１の重量を測定する。測定された重量は、信号線４１を介して重量モニタ４２に送られる。制御部６０は、常に重量モニタ４２により測定された重量から初期充填量に対する重量比を表示する。この値が６０％になると、制御部６０により、材料供給部５０のノズル部５２を坩堝２１の開口部２９に位置するように移動させる。そして、制御部６０により、開閉部５３を開けて、坩堝２１内部の蒸着材料が初期充填量になるように、供給源５１から蒸着材料を補充する。
このように、坩堝２１内の初期充填量に対する蒸着材料の重量の比が５０％にならないように、材料供給部５０により、坩堝２１に蒸着材料を補充する。
【００２７】
本実施形態に係る蒸着装置１では、材料供給部５０により、坩堝２１内の蒸着材料の重量が６０％以下にならないように、蒸着材料を補充するため、坩堝２１から飛散される蒸着材料の蒸気飛散分布を常に一定に保つことが可能となる。このように、蒸気飛散分布を安定化させることにより、モニタ５５により表示される膜厚と、基板１１に成膜される実際の膜厚との相違を抑制することが可能となる。
【００２８】
また、ノズル部５２がチャンバ１２の内部を移動可能であるため、基板１１を成膜している間は、坩堝２１から飛散される蒸着材料にかからない位置にノズル部５２を移動させることが可能である。
また、初期充填量に対する重量比が６０％に到達したとき、坩堝２１内に蒸着材料を補充したため、材料供給部５０から坩堝２１への蒸着材料の供給の回数を最低限に抑えることが可能となる。
【００２９】
なお、初期充填量に対する重量比が５０％であるときに、モニタ５５により表示される膜厚と、基板１１に成膜される実際の膜厚とにズレが生じたが、この値は蒸着装置１によって異なるものであり、装置に応じて適宜変更される。
また、初期充填量に対する重量比が６０％になったときに、材料供給部５０により坩堝２１内に蒸着材料を補充したが、これに限るものではなく、重量比が６０％以下であっても、実膜厚と表示膜厚との相違が生じない重量比のところで坩堝２１に蒸着材料を充填すれば良く、また、重量比が８０％や７０％であるときであっても良い。
また、材料供給部５０の構成はこれに限るものではなく、例えば、供給源５１がチャンバ１２内に配置されている構成であっても良い。
また、膜厚算出部として、飛散量に応じて基板１１上の蒸着膜２を算出するものを用いたが、モニタ５５を基板１１の近傍に設けたが、これに限るものではなく、基板１１に蒸着されている蒸着膜２の膜厚が計測可能な手段であれば良い。さらに、モニタ５５は１つではなく、基板１１の大きさに応じて適宜モニタ５５の個数を増やすことが可能である。
また、容器として坩堝２１を挙げて説明したが、これに限るものではなく、材料供給部５０により蒸着材料を供給可能な形状のものであれば良い。
【００３０】
また、基板１１に蒸着材料を蒸着している最中に、初期充填量に対する重量比が６０％を下回った場合は、蒸着を中止し、材料供給部５０により、坩堝２１に蒸着材料を補充しても良い。
さらに、基板１１に蒸着材料を蒸着している間に、重量比が、例えば６０％を下回るか否かの判断を行う機能を制御部６０が有していても良い。制御部６０は、１枚の基板のｎ蒸着中に重量比が６０％を下回ると予測した場合、基板１１に蒸着材料を蒸着する前に材料供給部５０により坩堝２１に蒸着材料を補充する。この構成では、基板１１に蒸着材料を蒸着している最中に、初期充填量に対する重量比が６０％を下回るのを防止することができる。これにより、モニタ５５により表示される膜厚と、実際に蒸着されている蒸着膜２の膜厚との相違をより確実に抑えることが可能となる。
また、初期充填量に対する重量比に応じて、坩堝２１に蒸着材料を補充したが、重量モニタ４２により表示された質量が所定の値に到達したときに、坩堝２１に蒸着材料を補充しても良い。
【００３１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る蒸着装置を示す正面図である。
【図２】容器内の蒸着材料の残量に応じた蒸気飛散分布の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…蒸着装置、１２…チャンバ、２１…坩堝、３０…加熱装置（加熱手段）、４０…電子天秤（重量測定部）、５０…材料供給部、５１…供給源、５２…ノズル部、５３…開閉部、５５…モニタ（膜厚算出部）、６０…制御部
【図１】
2009256743.tif 000004
【図２】
2009256743.tif 000005