JP4952908B2 - 真空蒸着装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2では、溶かし込み工程で蒸着材料から発生した水分等が基板に付着してしまい、成膜段階において基板と蒸着材料Geとの付着強度が低下するのを防止するために、成膜前に真空槽外部で予め溶かし込みを行い、溶かし込みを完了した蒸着材料を真空槽内にセットして成膜を開始することを開示している。
ここで、測定手段が、真空槽の内圧を一定に保つ圧力コントローラ、及びガス吸排気手段における導入ガス流量を検出する流量モニタ手段からなり、工程(X)において、流量モニタ手段によって検出される導入ガス流量が所定値以上となるようにプラズマ発生電力量がフィードバックされるようにしてもよい。
また、測定手段が、ガス吸排気手段における導入ガス流量を一定に保つ流量コントローラ、及び真空槽の内圧を検出する圧力モニタ手段からなり、工程(X)において、圧力モニタ手段によって検出される圧力が所定値以下となるようにプラズマ発生電力量がフィードバックされるようにしてもよい。
さらに、工程(F)の前に、(E)真空槽を大気開放する工程、及び、工程(F)の後に、(G)ガス吸排気手段によって真空槽内を所定のガス雰囲気に設定及び維持する工程を含める構成とした。
また、プラズマ発生手段が、真空槽の内部に備えられたコイル及びコイルに高周波電圧を印加する高周波電源からなり、プラズマ発生量が高周波電源及び/又は導入ガス流量によって制御されるようにしてもよい。
また、加熱手段が、蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃からなり、工程(D)がプラズマ雰囲気において電子銃を照射して蒸着材料を融解する溶かし込み工程であってもよい。
ここで、測定手段が、真空槽の内圧を一定に保つ圧力コントローラ、及びガス吸排気手段における導入ガス流量を検出するガス流量モニタ手段からなり、フィードバック手段によって、ガス流量モニタによって検出される導入ガス流量が所定値以上となるようにプラズマ発生電力量がフィードバックされる構成とした。
また、測定手段が、ガス吸排気手段における導入ガス流量を一定に保つ流量コントローラ、及び真空槽の内圧を検出する圧力モニタ手段からなり、フィードバック手段によって、圧力モニタによって検出される圧力が所定値以下となるようにプラズマ発生電力量がフィードバックされる構成とした。
また、プラズマ発生手段が、真空槽が内部に備えられたコイル及びコイルに高周波電圧を印加する高周波電源及び/又は導入ガス流量からなり、プラズマ発生量が高周波電源によって制御される構成とした。
図1は本発明による第1の実施形態の真空蒸着装置を示す図である。接地された密閉容器から構成される真空槽2、真空ポンプなどの排気装置に接続され真空槽2内のガスを排気する排気口3、真空槽2内部にアルゴン(Ar)、酸素(O2)等の放電ガス、プロセスガス等、任意のガスを導入するガス導入口4及びそのバルブ4a、成膜対象となる基板5を保持する基板ドーム6、蒸着材料8を充填する坩堝9、坩堝9内の蒸着材料8に電子ビームを衝突させて蒸発温度まで加熱する電子銃10、並びに開閉可能に構成され蒸着開始前及び蒸着完了時に閉じ蒸着材料8を遮蔽するシャッタ11を具備する。
ここで、工程S202はプラズマ生成工程である。工程S202において、高周波電源13を起動して、給電部7を介して基板ドーム6に高周波電圧を印加すると共にニュートラライザ12から電子を放出し、プラズマを着火する。基板ドーム6と真空槽2との間に印加された高周波電圧は、ガス導入口4から導入したガスをイオン化し、真空槽2内にプラズマを発生させる。
即ち、蒸着材料8の溶かし込みの際に真空槽2内にプラズマが生成されていればよく、溶かし込みの際に飛散した蒸着物質を、イオンによりアシストし、シャッタ11や防着板14等に緻密な膜として付着・堆積させればよい。これにより、シャッタ11や防着板14等に付着・堆積した膜が剥れて槽内を汚染する程度が下がり、膜が水分を吸着して放出する程度も少ない。また、プラズマ中のイオンが既に堆積した膜に衝突し、成膜工程前に槽内がクリーニングされるという効果も奏する。
本実施形態では、第1の実施形態にプラズマ発生による真空槽内のクリーニング(以下、「RFクリーニング」という)の工程を追加した。本実施形態に係る真空蒸着装置を図3に、その動作を図4に示す。
図3の装置では、蒸着材料8からの放出ガスの量を測定する測定手段16、及び測定手段によって測定された放出ガスの量に対してプラズマ発生量をフィードバックするためのフィードバック手段18が付加されている。なお、放出ガスとは、主に、真空槽の内壁、シャッタ11、防着板14等に付着した膜に起因するガスであって、この膜に吸着されたガス(主に水分子)がその後吸着状態を脱して浮遊しているガス(水分子を含む)を意味するものとする。
第1の実施形態においては、溶かし込み工程用のプラズマ発生手段と成膜工程用のプラズマ発生手段とを兼ねる構成として、基板ドーム6に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる構成を示したが、本実施形態では、成膜中にプラズマ発生が不要な場合を想定して、溶かし込み工程用に特化したプラズマ発生手段を設けたものを示す。
第4の実施形態では第3の実施形態で使用する基板よりも更に耐熱温度の低い基板を対象とする場合、即ち、蒸着源に設けたRFコイルによる放電であっても影響を受けるような基板を用いる場合に有効なものを示す。
準備工程S700において、基板5は真空槽2の外部に待機させておき、坩堝9に形成する膜に応じた蒸着材料8を充填しておく。そして、雰囲気調整工程S701において真空槽2内を所定のガス雰囲気に設定・維持し、プラズマ発生工程S702において、高周波電源13を起動して、高周波コイル19に高周波電圧を印加してプラズマを発生させる。プラズマ発生工程S702の開始と同時に溶かし込み工程S703を開始する。溶かし込み工程S703において、電子銃10から電子ビームを坩堝9内の蒸着材料8へ照射し、蒸着材料8の溶かし込みをプラズマ雰囲気中で行う。
図10は、APC(自動圧力コントローラ)を用いて真空槽内の圧力を一定にした場合の、成膜工程中の導入ガス流量の変化を示す図である。横軸は時間であり、原点を成膜工程の開始時、即ち、シャッタ11を開いた瞬間とする。図中の線Nは溶かし込み工程においてプラズマを発生させなかった場合であり、線RFは本発明のように溶かし込み工程においてプラズマを発生させた場合である。図示するように、線Nにおいては、成膜工程開始後に放出ガスが発生し、この放出ガスによる槽内の圧力上昇を抑えるため導入ガスの流入量が徐々に減少していくことを示している。これは、真空槽の壁面に堆積したボソボソなもろい膜が水分を吸着し、成膜時に蒸着源の輻射熱や蒸発物質の熱によってじわじわと放出されてくるためである。この放出ガスが膜内に混入して膜質の再現性劣化を誘発する。一方、線RFにおいては、成膜工程開始後に放出ガスがほとんど発生しないので導入ガスの流入量が多く安定していることを示している。プラズマ雰囲気中で溶かし込み工程を行うことにより、水分を吸着しにくい環境をつくり、また吸着した水分を効率よく放出させたため、変動がほとんど見られず、酸素分圧が安定した雰囲気を作り出せていることがわかる。また、これにより排気時間が短くなり、作業時間の短縮に貢献する。
上記の実施形態3〜4では成膜準備工程におけるプラズマ生成を省力したが、本発明による効果とプラズマによる基板昇温への影響等を加味し、適宜選択すればよい。また、熱伝導率の低い材料等、溶かし込み工程のできない蒸着材料であっても、成膜直前の材料加熱時、即ち本発明における成膜準備工程において、プラズマを生成することにより本発明の効果を得ることができる。
上記の実施形態ではプラズマ生成手段としてRF放電を用いたが、イオンガン等を用いてもよい。この場合、溶かし込みと同時に、真空槽の壁面やシャッタ、防着板等に直接イオンビームを照射すればよい。また、クリーニング工程S404についても、RF放電に限らずイオンガン等を用いてもよい。
2.真空槽
3.排気口
4.ガス導入口
5.基板
6.基板ドーム
7.給電部
8.蒸着材料
9.坩堝
10.電子銃
11.シャッタ
12.ニュートラライザ
13.高周波電源
14.防着板
15.制御手段
16a.APC(自動圧力コントローラ)
16b.ガス流量モニタ手段
17a.MFC(マスフローコントローラ)
17b.圧力モニタ手段
18.フィードバック手段
19.高周波コイル
Claims (14)
- ガス吸排気手段を有する真空槽、該真空槽内部に配置された基板保持手段、該基板保持手段に対向配置され加熱手段を備える蒸着源、該蒸着源を開閉するシャッタ、プラズマ発生手段、並びに該ガス吸排気手段、該加熱手段、該プラズマ発生手段及び該シャッタを制御する制御手段からなる真空蒸着装置の制御方法であって、
(A)前記蒸着源に蒸着材料を充填し、前記基板保持手段に基板を設置する工程、
(B)前記ガス吸排気手段によって前記真空槽内を所定のガス雰囲気に設定及び維持する工程、
(C)前記プラズマ発生手段によって前記真空槽内にプラズマ雰囲気を生成する工程、及び
(D)前記プラズマ雰囲気において前記加熱手段を用いて前記蒸着材料を予め融解しておく溶かし込み工程
を備え、少なくとも所定の期間にわたって前記工程(C)及び(D)が同時に行われ、
さらに、
(E1)前記工程(D)で溶融した後に固体化した蒸着材料を加熱する工程、及び
(E2)前記シャッタを開いて成膜を開始する工程
を備える制御方法。
- 請求項1記載の制御方法であって、前記真空蒸着装置が、前記真空槽の内圧を一定に保つ圧力コントローラ、及び前記ガス吸排気手段における導入ガス流量を検出する流量モニタ手段をさらに備え、
前記工程(C)において、前記流量モニタ手段によって検出される導入ガス流量が所定値以上となるように前記プラズマ発生電力量がフィードバックされる制御方法。
- 請求項1記載の制御方法であって、前記真空蒸着装置が、前記ガス吸排気手段における導入ガス流量を一定に保つ流量コントローラ、及び前記真空槽の内圧を検出する圧力モニタ手段をさらに備え、
前記工程(C)において、前記圧力モニタ手段によって検出される圧力が所定値以下となるように前記プラズマ発生電力量がフィードバックされる制御方法。
- ガス吸排気手段を有する真空槽、該真空槽内部に配置された基板保持手段、該基板保持手段に対向配置され加熱手段を備える蒸着源、該蒸着源を開閉するシャッタ、プラズマ発生手段、並びに該ガス吸排気手段、該加熱手段、該プラズマ発生手段及び該シャッタを制御する制御手段からなる真空蒸着装置の制御方法であって、
(A)前記蒸着源に蒸着材料を充填する工程、
(B)前記ガス吸排気手段によって前記真空槽内を所定のガス雰囲気に設定及び維持する工程、
(C)前記プラズマ発生手段によって前記真空槽内にプラズマ雰囲気を生成する工程、及び
(D)前記プラズマ雰囲気において前記加熱手段を用いて前記蒸着材料を予め融解しておく溶かし込み工程
を備え、少なくとも所定の期間にわたって前記工程(C)及び(D)が同時に行われ、
さらに、
(F)前記基板保持手段に基板を設置する工程、
(H1)前記工程(D)で溶融した後に固体化した蒸着材料を加熱する工程、及び
(H2)前記シャッタを開いて成膜を開始する工程
を備える制御方法。
- 請求項4記載の制御方法において、
前記工程(F)の前に、(E)前記真空槽を大気開放する工程、及び
前記工程(F)の後に、(G)前記ガス吸排気手段によって前記真空槽内を所定のガス雰囲気に設定及び維持する工程
を含む制御方法。
- 請求項1から請求項5いずれか一項に記載の制御方法において、前記プラズマ発生手段が、基板ドームからなる前記基板保持手段及び該基板ドームに高周波電圧を印加する高周波電源からなり、プラズマ発生量が該高周波電源及び/又は導入ガス流量によって制御される制御方法。
- 請求項1から請求項5いずれか一項に記載の制御方法において、前記プラズマ発生手段が、前記真空槽の内部に備えられたコイル及び該コイルに高周波電圧を印加する高周波電源からなり、プラズマ発生量が該高周波電源及び/又は導入ガス流量によって制御される制御方法。
- 請求項1から請求項5いずれか一項に記載の制御方法において、前記加熱手段が、前記蒸着材料に電子ビームを照射する電子銃からなり、前記工程(D)が、
(d)前記プラズマ雰囲気において前記電子銃を照射して前記蒸着材料を融解する溶かし込み工程
である制御方法。
- 請求項1から請求項8いずれか一項に記載の制御方法において、前記工程(D)において顆粒状の蒸着材料が溶融されることを特徴とする制御方法。
- ガス吸排気手段を有する真空槽、該真空槽内部に配置された基板保持手段、該基板保持手段に対向配置され蒸着材料がセットされる蒸着源、及び前記蒸着材料を溶融加熱する加熱手段からなる真空蒸着装置であって、さらに、
前記真空槽内でプラズマを発生させるプラズマ発生手段、及び
前記プラズマ発生手段及び前記加熱手段の動作状態を制御する制御手段
を備え、
前記制御手段が前記加熱手段及び前記プラズマ生成手段を制御して、前記加熱手段が、第1の動作状態において、前記蒸着材料を予め融解して固体化させておき、該第1の動作状態の後の第2の動作状態において、固体化した該蒸着材料を加熱し、少なくとも前記加熱手段が該第1の動作状態にある間は、前記プラズマ発生手段も動作状態にあるように構成されたことを特徴とする真空蒸着装置。
- 請求項10記載の真空蒸着装置であって、
前記真空槽の内圧を一定に保つ圧力コントローラ、及び
前記ガス吸排気手段における導入ガス流量を検出するガス流量モニタ手段
をさらに備え、
フィードバック手段によって、該ガス流量モニタによって検出される導入ガス流量が所定値以上となるように前記プラズマ発生電力量がフィードバックされる真空蒸着装置。
- 請求項10記載の真空蒸着装置であって、
前記ガス吸排気手段における導入ガス流量を一定に保つ流量コントローラ、及び
前記真空槽の内圧を検出する圧力モニタ手段
をさらに備え、
フィードバック手段によって、該圧力モニタによって検出される圧力が所定値以下となるように前記プラズマ発生電力量がフィードバックされる真空蒸着装置。
- 請求項10から請求項12いずれか一項に記載の真空蒸着装置において、前記プラズマ発生手段が、基板ドームからなる前記基板保持手段及び該基板ドームに高周波電圧を印加する高周波電源からなり、プラズマ発生量が該高周波電源及び/又は導入ガス流量によって制御される真空蒸着装置。
- 請求項10から請求項12いずれか一項に記載の真空蒸着装置において、前記プラズマ発生手段が、前記真空槽が内部に備えられたコイル及び該コイルに高周波電圧を印加する高周波電源からなり、プラズマ発生量が該高周波電源及び/又は導入ガス流量によって制御される真空蒸着装置。
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