(57)【要約】【課題】均一な金属薄膜が形成されるようにソース容器内のソース量を常にほぼ一定に維持することができるソース量制御が可能な真空蒸着装置を提供する。【解決手段】真空蒸着装置は、チャンバー１００と、チャンバー１００内の上部に設けられる基板１３０と、基板１３０の直下に設けられ、内部にソース１１１が満たされるソース容器１１０と、ソース容器１１０の下面に取付けられた質量測定機１２０と、質量測定機１２０に接続されてソース容器１１０の質量の情報を受信する制御部１４０と、制御部１４０に接続され、ソース容器１１０の質量の情報に応じて制御部１４０で生成されたソース供給信号が伝達され、ソース容器１１０内にソース１１１を供給するソース供給機１５０とを含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーと、
前記チャンバー内の上部に設けられる基板と、
前記基板の直下に設けられ、内部にソースが満たされるソース容器と、
前記ソース容器の下面に取付けられた質量測定機と、
前記質量測定機に接続されて前記ソース容器の質量の情報を受信する制御部と、
前記制御部に接続され、前記ソース容器の質量の情報に応じて前記制御部で生成されたソース供給信号が伝達され、前記ソース容器内にソースを供給するソース供給機と、
を含むソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項２】
前記チャンバーは、内部が密閉され、真空状態に維持される箱状に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項３】
前記ソース容器は、自身で発熱する、または壁部材に電熱線が内蔵された発熱体として構成され、内部に満たされたソースが発熱による熱によって蒸発するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項４】
前記ソース容器と前記質量測定機との間には、前記ソース容器の発熱による熱が前記質量測定機に伝わらないようにするための断熱材が介在されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項５】
前記質量測定機は、前記ソース容器内のソースの質量の変動量をリアルタイムで測定できるロードセルまたは電子秤などで構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項６】
前記ソース供給機は、ワイヤー状のソースが巻かれたワイヤー供給機、または粉末状のソースを供給するパウダー供給機で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項７】
前記質量測定機を介して測定されたソース容器内のソースの質量の変化量がリアルタイムで測定されて制御部に送信され、前記制御部は、前記質量測定機から受信した質量の変化量の情報に応じて前記ソース供給信号を生成し、前記ソース供給機に送信してソースの供給が行われるように構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項８】
前記ソース供給機は、前記チャンバーの内部または外部に設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項９】
前記ソース容器と前記質量測定機、およびそれらの間に介在する断熱材は、前記質量測定機の外部要因による影響を最小化するためにチャンバー内部槽に囲まれていることを特徴とする請求項４に記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項１０】
チャンバーと、
前記チャンバー内の上部に設けられる基板と、
前記基板の直下に設けられ、内部にソースが満たされるソース容器と、
前記ソース容器の開口部を除いた上部を含む外部を覆うチャンバー内部槽と、
前記ソース容器の質量を測定するために前記チャンバー内部槽下部に結合された質量測定機と、
前記チャンバー内部槽の下面に支持され、その下端部に前記質量測定機が結合された断熱材と、
前記質量測定機に接続されて前記ソース容器の質量の情報を受信する制御部と、
前記制御部に接続され、前記ソース容器の質量の情報に応じて前記制御部で生成されたソース供給信号が伝達され、前記ソース容器内にソースを供給するソース供給機と、
を含むソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項１１】
前記断熱材は、前記チャンバーの壁部材を貫通して前記チャンバー内部槽の下面に垂直に結合されていることを特徴とする請求項１０に記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項１２】
前記質量測定機は、前記チャンバーの外部に設けられていることを特徴とする請求項１０または１１に記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項１３】
内部空間を仕切る横隔壁が形成されたチャンバーと、
前記チャンバー内の上部に設けられる基板と、
前記基板の直下に設けられ、内部にソースが満たされるソース容器と、
前記ソース容器の質量を測定するために前記ソース容器下部に結合された質量測定機と、
前記ソース容器の下面に支持され、その下端部に前記質量測定機が結合された断熱材と、
前記質量測定機に接続されて前記ソース容器の質量の情報を受信する制御部と、
前記制御部に接続され、前記ソース容器の質量の情報に応じて前記制御部で生成されたソース供給信号が伝達され、前記ソース容器内にソースを供給するソース供給機と、
を含むソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【請求項１４】
前記横隔壁は、内周縁部が前記ソース容器の開口部の上端に密着するように結合されていることを特徴とする請求項１３に記載のソース量制御が可能な真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソース量を制御可能な真空蒸着装置に関し、特に、半導体製造工程などにおける金属薄膜形成などに好適に用いることができる真空蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、薄膜形成の代表的な方法は、物理的方式を用いるＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式と化学的方式を用いるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式に分類される。
【０００３】
ＰＶＤ方式の薄膜形成方法は、ＣＶＤ方式に比べて作業条件が清潔で、真空状態で抵抗列や電子ビーム、レーザービームまたはプラズマを用いて固体状態の物質を気体に変化させ、基板に直接蒸着させる薄膜形成方法である。
【０００４】
このようなＰＶＤ方式の薄膜形成方法は真空蒸着法（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの薄膜形成方法に分類される。
【０００５】
最近では真空技術と装置製造技術の発達によって、蒸発蒸着技術が無反射コーティング、鏡フィルタ、サングラス、装飾用コーティング、陰極線チューブの製造、電子回路の形成など、広範囲の分野で用いられている。蒸発蒸着では、以下に説明する３つのステップを経て、蒸着対象物の表面に金属薄膜が形成される。
【０００６】
金属薄膜の形成過程では、固相または液相の蒸発材料が気相に相転位させられ、ソース（ｓｏｕｒｃｅ）から基板に気相の蒸発材料が移動し、基板上で気相の蒸発材料が凝縮するステップを経て、金属薄膜の形成が完了する。
【０００７】
このような真空蒸着法による蒸着装置は、工程が単純で蒸着速度が速く、装置の価格が安くて短時間に薄膜を形成できるため半導体工程をはじめとする電子部品製造工程で金属薄膜を形成する中心的な装置として用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように真空蒸着法に用いられる蒸着装置は熱蒸着機と電子ビーム蒸着機に類別されるが、熱蒸着機は、発熱体で生成された熱によってソースを加熱して蒸着が行われるようにする方式であり、電子ビーム蒸着機はハース（ｈｅａｒｔｈ）のようなソース容器に巻かれたソースを、加速された電子ビームによって電気エネルギから熱エネルギへの変換を行って、蒸発させることによって蒸着が行われるようにする方式である。
【０００９】
これら２種類の真空蒸着法では、薄膜形成原料のソース（ｓｏｕｒｃｅ）が、発熱体であるボートまたはるつぼなどのソース容器に一定量収容されている状態で蒸着工程が進められる。
【００１０】
この時、蒸着工程が進むにつれてソース容器内のソースが消費されるため、ソース容器内に一定量のソースが維持されるようにソースの再供給を行わなければならない。
【００１１】
もし、ソースの再供給が行われなければ、蒸着工程が進むほどソース容器内のソースの液位が変化することによって溶融ソースの液面の面積が変化し、これが、蒸着工程の変動要因となる。この変動要因によって、蒸着対象物の表面に蒸着した薄膜の厚さと均一性に影響が生じ、薄膜の物性の制御が難しくなる。
【００１２】
一方、量産用蒸着処理装置や大面積蒸着処理装置の場合には、蒸着面積が非常に大きいのでソース消費量が多いために、ソース消費に起因する変動要因によって大きな影響を受けやすいため、ソース容器内に一定量のソースを維持することの重要性が高くなる。
【００１３】
しかし、現在の蒸着処理装置には、ソース量を一定に維持する装置的構成要素がなく、作業者による概略の予想でソースを注入するか、またはソース容器に残っているソース量を肉眼で把握して、補充分を満たさなければならない。このため、均一な薄膜厚さを維持することができるように正確にソース量を維持することが困難であるという問題点が指摘されている。
【００１４】
また、蒸着装置の作動中には、ソースを供給することが不可能であるため、蒸着装置内にソースを供給するためには、必ず蒸着工程を中断させた後にソースをソース容器に注入しなければならないという短所がある。
【００１５】
したがって、本発明は、従来の真空蒸着装置で提起されている上記の短所と問題点を解消するために創案されたものであり、均一な金属薄膜が形成されるようにソース容器内のソース量を常に一定に維持することができる、ソース量制御が可能な真空蒸着装置を提供することに発明の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の上述の目的は、チャンバーと、チャンバー内の上部に設けられる基板と、基板の直下に設けられたソース容器と、ソース容器の下面に取付けられた質量測定機と、質量測定機に接続されてソース容器の質量情報を受信する制御部と、制御部に接続されてソース容器の質量情報に応じたソース供給信号が伝達され、ソース容器内にソースを供給するソース供給機と、を含むソース量制御が可能な真空蒸着装置を提供することによって達成される。
【００１７】
チャンバーは、内部が密閉された箱状に構成され、内部が真空状態に維持されるようになっているのが好ましい。
【００１８】
チャンバー内に設けられる基板は、表面に金属薄膜を形成するための蒸着対象物として、半導体部品または有機エレクトロルミネッセンス素子などを生産するためのウェーハやパネルなどによって構成される。
【００１９】
また、基板の直下に設けられたソース容器は発熱体として構成することができ、発熱体の加熱温度によって、内部に満たされた液相のソースを気相に変化させ、気相となったソース粒子が基板の表面に蒸着するようにすることができる。
【００２０】
この時、ソース容器はその下部に結合された質量測定機によって、ソースを含む質量を測定され、質量変動がないソース容器内でソースが気相に変化することよって起こる質量変化の量、すなわちソース消費量がリアルタイムで測定される。
【００２１】
ここで、ソース容器と質量測定機との間に断熱材を介在させることで、発熱体として構成されたソース容器の発熱による熱が断熱材によって遮断され、質量測定機に熱が伝達されないようにするのが好ましい。
【００２２】
また、質量測定機は、ソース容器内に収容されたソースの質量変化をリアルタイムで測定できるロードセルまたは電子秤などで構成するのが好ましい。
【００２３】
一方、質量測定機によって測定されたソース容器の質量変化量は、リアルタイムで測定されて制御部に送信され、制御部は、質量測定機から受信した質量情報に応じてソース供給信号を生成し、チャンバーの内部または外部に設けられたソース供給機に送信する。
【００２４】
ソース供給機は、ワイヤー状のソースが巻かれたワイヤー供給機または粉末状のソースを供給するパウダー供給機で構成することができる。
【００２５】
このように構成された本発明の真空蒸着装置は、ソース容器内に満たされた液相のソースが蒸発させられ、その直上に設けられた基板の表面に蒸着による金属薄膜が形成される過程で、ソースが蒸発することによるソース消費量が、ソース容器に結合された質量測定機によってリアルタイムで測定され、質量測定機の測定情報に応じて制御部で生成されるソース供給信号がソース供給機に伝えられ、ソース容器に所定量のソースが供給されるようにすることにより、ソース容器内に常にほぼ均一な量のソースが維持されるようにすることによって、その直上に位置する基板の表面に一定の厚さの金属薄膜が形成されるようにすることに技術的特徴がある。
【発明の効果】
【００２６】
以上で説明した通り、本発明のソース量制御が可能な真空蒸着装置には、チャンバー内部に設けられたソース容器内のソース量を、質量測定機によってリアルタイムで測定し、測定された情報にしたがって常にほぼ一定に維持することによって、基板の表面に均一な厚さの金属薄膜を形成することができるという長所がある。
【００２７】
また、本発明には、質量測定機によってリアルタイムで測定された情報により、チャンバー内部または外部に設けられたソース供給機を介して、消費された量に応じてワイヤー状またはパウダー状のソースが直接供給されることによって、真空蒸着工程を中断することなくソースを供給することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明に係るソース量制御が可能な真空蒸着装置の前述の目的に対応する技術的構成をはじめとする作用効果に関する事項は、本発明の好ましい実施形態を示す図面を参照した以下の詳細な説明によって明確に理解することができる。
【００２９】
まず、図１は、本発明の第一実施形態に係る真空蒸着装置の構成図であり、同図に示すように、本実施形態の真空蒸着装置は、概して、チャンバー１００と、チャンバー１００の内部の、蒸着対象物の直下に設けられたソース容器１１０、およびソース容器１１０の下部に結合された質量測定機１２０で構成されている。
【００３０】
ソース容器１１０内には主に液相からなるソース１１１が一定量満たされ、この液相のソース１１１がチャンバー１００の内部で加熱されて、または電子ビームなどの作用を及ぼされて蒸発し、蒸発した粒子はソース容器１１０の直上に設けられた蒸着対象物である基板１３０の表面に蒸着する。これによって基板１３０の表面に金属薄膜が形成される。
【００３１】
チャンバー１００は、内部空間が真空状態に維持される箱状に構成され、チャンバー１００の内部空間の上下部には各々蒸着対象物である基板１３０と、蒸着原料であるソース１１１が一定量満たされたソース容器１１０とが設けられている。
【００３２】
ソース容器１１０は発熱体として構成されており、自身で発熱が可能な材質によって構成するか、壁部材に電熱線を内蔵して発熱するようにすることができる。
【００３３】
また、ソース容器１１０には、内部に満たされたソース１１１の質量を含むソース容器１１０の質量を測定可能な質量測定機１２０が取付けられている。
【００３４】
質量測定機１２０は、ロードセルまたは電子秤などで構成可能であり、質量測定機１２０とソース容器１１０の下面との間に断熱材１１２を介在させることによって、発熱体として構成されたソース容器１１０の発熱による熱が質量測定機１２０に直接的に伝わらないようにすることが好ましい。
【００３５】
そして、ソース容器１１０と質量測定機１２０、およびソース容器１１０と質量測定機１２０との間に介在する断熱材１１２がチャンバー内部槽１６０に囲まれていることによって、チャンバー１００の内部の要因による質量測定機１２０への影響を最小化できるようになっている。
【００３６】
基板１３０は、半導体部品や有機エレクトロルミネッセンス素子を含む任意の電子部品を生産するためのウェーハやパネル、薄板またはフィルムなどであってよく、ソース容器１１０内に一定量満たされたソース１１１がソース容器１１０の発熱によって蒸発して気体となり、ソース容器１１０の直上部の基板１３０の表面に蒸着する。
【００３７】
この時、ソース１１１が気相になることによって、ソース容器１１０内のソース１１１が消費されてソース量の変動が生じる。ソース量のこの変動の量がソース容器１１０の下部に取付けられた質量測定機１２０によってリアルタイムで測定される。
【００３８】
すなわち、ソース容器１１０にソース１１１が満たされた状態で質量測定機１２０によってソース容器１１０の質量が測定されることによって、ソース容器１１０自体の質量が一定であることから、質量測定機１２０によって測定された質量の変動値によって、ソース容器１１０内のソース１１１の質量の変化量、すなわちソースの消費量が測定される。
【００３９】
一方、質量測定機１２０は、チャンバー１００の外部に設けられた制御部１４０と接続されている。制御部１４０には、質量測定機１２０から受信するソース容器１１０の質量変化量に関する情報、すなわちソース１１１の消費量の測定情報がリアルタイムで伝達される。
【００４０】
ソース容器１１０内のソース１１１の消費量の測定情報は制御部１４０でソース供給信号に変換され、チャンバー１００の内部または外部に設けられたソース供給機１５０に伝えられ、ソース供給機１５０は制御部１４０のソース供給信号に応じてソース容器１１０の内部にソース原料を供給する。
【００４１】
すなわち、制御部１４０に、ソース質量を含むソース容器１１０の質量に対して、すなわちソース変動量に対して、蒸着品質が低下しない程度となるように設定値が設定され、質量測定機１２０によってリアルタイムで測定されるソース容器１１０の重さの変動量、したがって、ソース変動量が、前述の設定値に達すると、制御部１４０によってソース供給信号がソース供給機１５０に送信されて、最初に設定されたソース量に達するまでソース供給機１５０によってソース１１１が補充される。
【００４２】
したがって、ソース容器１１０内に満たされたソース１１１は、制御部１４０を介して設定されるソース変動量の設定値に応じた範囲内で、常にほぼ均一なソース量に維持される。
【００４３】
この時、ソース供給機１５０は、ワイヤー状の固体のソースが巻かれたワイヤー供給機の形態、または粉末状のソースを供給するパウダー供給機の形態に構成することができる。
【００４４】
次に、図２は、本発明の第二実施形態に係る真空蒸着装置の構成図であって、同図に示すように本実施形態の真空蒸着装置は、四角の箱状のチャンバー１００内の上下部に基板１３０とソース容器１１０とがそれぞれ設けられ、ソース容器１１０がチャンバー内部槽１６０に囲まれて、断熱材１１２によって支持され、断熱材１１２の下端部にソース容器１１０の重さを測定するための質量測定機１２０が結合された構成を有している。
【００４５】
この時、ソース容器１１０とこれを囲んでいるチャンバー内部槽１６０を支持する断熱材１１２は、チャンバー１００の壁部材を貫通してチャンバー内部槽１６０の下面に垂直に結合し、断熱材１１２の下端部に結合された質量測定機１２０はチャンバー１００の外部に配置されている。
【００４６】
チャンバー１００の外部に結合された質量測定機１２０は、第一実施形態と同様に、ソース供給機１５０と接続された制御部１４０にソース容器１１０でのソース消費量の情報を伝達する。
【００４７】
このような技術的構成を有する本実施形態は、ソース容器１１０とその内部に満たされたソース１１１の質量変動量をリアルタイムで測定する質量測定機１２０がチャンバー１００の外部に配置されることによって、質量測定機１２０が発熱体として構成されたソース容器１１０の発熱の影響を受けにくいため、熱の影響による質量測定の誤差を低減することができる。
【００４８】
本実施形態において、第一実施形態の構成と重複する技術的構成については具体的な説明を省略し、同一の技術的構成要素には同一の名称と符号を付与している。
【００４９】
一方、図３は、本発明の第三実施形態に係る真空蒸着装置の構成図であって、同図に示すように本実施形態の真空蒸着装置は、四角い箱状のチャンバー１００内の上下部に基板１３０とソース容器１１０とがそれぞれ設けられ、チャンバー１００の内部空間の、ソース容器１１０が設けられた部分が横隔壁１０１によって仕切られた構造を有している。
【００５０】
横隔壁１０１は、その内周縁部がソース容器１１０の開口部の上端に密着するように結合しており、ソース容器１１０は、第二実施形態と同じように、チャンバー１００の外部に設けられた質量測定機１２０の上部に垂直に結合された断熱材１１２によって支持されている。
【００５１】
この時、チャンバー１００の外部に結合された質量測定機１２０は、第一実施形態と同様に、ソース供給機１５０と接続された制御部１４０にソース容器１１０でのソース消費量の情報を伝達する。
【００５２】
このような技術的構成を有する本実施形態は、第一実施形態および第二実施形態とは異なり、チャンバー１００内の横隔壁１０１によって仕切られた空間内にソース容器１１０が設けられることによって、設けられていない場合にはソース容器１１０またはチャンバー内部槽１６０の外壁に堆積するソースが、横隔壁１０１の上面に堆積するようになり、それによって、ソース容器１１０の質量変化を最小化することができる。
【００５３】
すなわち、ソース容器１１０内で気相になったが上部の基板１３０の表面に蒸着しないソース１１１が、ソース容器１１０またはチャンバー内部槽１６０の外部に付着するのを防止することによって、ソース容器１１０内でのソース消費量の測定時の外部要因による測定誤差の発生を最小化することができる。
【００５４】
本実施形態において、第一実施形態の構成と重複する技術的構成については具体的な説明を省略したが、同一の技術的構成要素には同一の名称と符号を付与した。
【００５５】
上述した本発明の好ましい実施形態は、例示の目的のために開示するものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載する本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に記載する本発明に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第一実施形態に係る真空蒸着装置の構成図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る真空蒸着装置の構成図である。
【図３】本発明の第三実施形態に係る真空蒸着装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１００      チャンバー
１１０      ソース容器
１１１      ソース
１１２      断熱材
１２０      質量測定機
１３０      基板
１４０      制御部
１５０      ソース供給機
１６０      チャンバー内部槽
【図１】
2009149968.tif 000003
【図２】
2009149968.tif 000004
【図３】
2009149968.tif 000005