JPS6376864A - 蒸着膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蒸着材を電子ビームで加熱し、基板表面に蒸着
膜を形成する蒸着膜形成装置に関するものでおる。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程等においては、基板表面に電極材
料等を蒸着形成するために蒸着膜形成装置が用いられる
。かかる蒸着膜形成装置を蒸着材の加熱方法により大別
すると、抵抗加熱法によるものと、高周波加熱法による
ものと、電子ビーム加熱法によるものとがおる。

抵抗加熱法による蒸着膜形成装置は、例えば第４図の構
成図に示すようになっている。タングステン、タンタル
、モリブデン等の金属でできたヒータ１のボート部には
、アルミニウム等の所望の金属が蒸着材２として載せら
れる。そして、このヒータ１は電源３に接続され、通電
されるようになっている。

電源３により通電されるとヒータ１はジュール熱にＪ、
り発熱し、これによって蒸着材２は８口熱されて温度が
上昇する。蒸着材２の温度が所定値を越えると蒸発が始
まり、これにＪ、って図示しない基板の表面に蒸着膜が
形成される。

高周波加熱法による蒸着膜形成装置については図示しな
いが、これは蒸着材を高周波電力により加熱するもので
ある。この方法によっても、蒸着材が所定値以上の温度
になると蒸発が始まり、図示しない基板の表面に蒸着膜
が形成される。

これらに対して電子ビーム加熱法による蒸着膜形成装置
は、例えば第５図の構成図に示すようになっている。冷
却装置として機能する箱体５の上面には凹部が形成され
、この凹部がるつは６をなしている。るつは６には所望
の金属等が蒸着材２として容れられ、従って蒸着材２は
るつぼ６を介して冷却水９により冷却されるようになっ
ている。

なお、この冷却はるつぼ６の溶融を防ぐとともに、るつ
ぼ６の材料（例えば銅）と蒸着材２の材料（例えばアル
ミニウム）との反応を抑えるためになされる。フィラメ
ント８は電子ビーム７を発生させるためのもので、この
フィラメント８には電源３から電力が供給される。

電源３からフィラメント８に電力が供給されると電子ビ
ーム７が発生し、この電子ビーム７はるつぼ６に容れら
れた蒸着材２に照射される。すると、蒸着材２は電子ビ
ーム７のエネルギーによって発熱され、温度が上昇する
。蒸着′ｖＪ２の温度が上昇して所定値を越えると蒸発
が始まり、これによって図示しない基板の表面に蒸着膜
が形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこれら従来装置では、以下に示すような種
々の問題がある。

まず、抵抗加熱によるものでは比較的高速の蒸着を行な
えるが、１回当りの蒸着量が少ない。これ（よ、蒸着材
を容れるためのボートの容量が小さいためで、このため
に蒸＠膜の膜厚を厚く形成する目的には適しない。また
、高周波加熱によるものでは装置が高価であり、従って
製造される製品（半導体装置等）のロス１〜上昇を招い
てしまう。

これに対して電子ビーム加熱によるものでは、１回当り
の蒸着量を多くすることができ、従って膜厚の比較的薄
い蒸着膜の形成に限らず、膜厚が１μ以上の厚い膜を形
成する場合にも有効に適用することができる。しかしな
がら従来の電子ビーム加熱による蒸着膜形成装置では、
蒸着材がるつぼを介して冷却されているため単位時間当
りに十分な量の蒸発を行うことができず、従って蒸着膜
の形成速度が遅い。また、冷却を上回る発熱を生じさせ
るために電子ビームを高エネルギーにすると、るつぼ内
の蒸着材から飛沫が出てしまう。

更に、蒸着膜の形成が低速度であると、蒸着に要する時
間は膜の厚さが大きければ大ぎいほど長くなり、その結
果基板の温度が蒸着中に上昇してしまう。基板の温度が
上昇するとそこに形成される蒸着膜には微小な凹凸が現
われ、いわゆる「曇り」が生じて良好な膜を得ることが
できない。

そこで本発明は、１回当りの蒸着ωを大きくすることが
でき、かつ蒸着膜の形成を高速に行なうことのできる蒸
着膜形成装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る蒸着膜形成装置は、るつぼに容れた蒸着材
を電子ビームで加熱する装置であって、当該るつぼには
蒸着材に混交して保温材が収容されていることを特徴と
する。

（作用〕 本発明に係る蒸着膜形成装置は以上のように構成される
ので、るつぼに容れられた蒸着材とそれに混交した保温
材とは電子ビームによって同時加熱され、それぞれの物
性値に従った熱ωを貯えるとともに、相互間で熱の授受
伝達を行うように働くので、電子ビームのエネルギーを
有効に＠着付゛に注入させる作用をなす。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図及び第２図を参照して本発明の
いくつかの実施例を説明する。なお、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符丹を付し、重複する説明を省
略する。

第１図は本発明に係る蒸着膜形成装置の構成図でおる。

そしてこれが第５図の従来装置と異なる点は、断面凹状
のるつぼ６には蒸着材２に混交して保温材１０が収容さ
れていることである。るつぼ６の材料としては例えば銅
が用いられ、保温材１０の材料としては例えば窒化ホウ
素などの高沸点の無機化合物、炭素などの高沸点無機材
料が用いられる。

次に、上記実施例の装置の作用を説明する。

フィラメント８に対して電源３から通電がなされると、
フィラメント８は電子ビーム７をるつぼ６に向けて照射
する。ここで、るつぼ６には蒸着材２と混交して保温材
１０が収容されているので、蒸着材２と保温材１０とは
電子ビーム７により加熱され、それぞれの物性値（例え
ば比熱値、熱伝導率値等。）に応じてそれぞれ相互に熱
の伝達授受を行いながら温度上昇する。

このとき、例えば保温材１０の熱容量が蒸着材２の熱容
量より小さい場合には、保温材１０は蒸着材２とともに
電子ビーム７のエネルギーを吸収しながら、蒸着材２よ
り早く高温に加熱される。

その結果、保温材１０と蒸着材２との間には温度勾配が
生じ、保温材１０から蒸着材２へ熱の伝達が生じること
となる。即ち上記の場合には、保温ＩＩ　１０が有効な
熱のコレクターとして作用することになる。

次に、例えば保温材１０の熱伝導率値が蒸着材２の熱伝
導率値より大きい場合には、保温材１０は蒸着材２とと
もに電子ビーム７のエネルギーを吸収して温度上昇する
と共に、るつぼ６内で部分的に強弱がついて照射される
電子ビーム７のエネルギーを熱伝導率の形で平坦させる
こととなる。

即ち上記の場合には、保温材１０は電子ビーム７のエネ
ルギーを蒸着材２に周ねく分散させて注入させ、加熱を
均等化させる作用をすることになる。

なお、保温材１０の材料は蒸着材２の沸点よりも高い沸
点をもつ材料に選定できるので、蒸着材２を加熱してそ
の蒸着膜を形成する際に保温材１０による汚染を生じる
ことはない・ また、上記実施例の作用の説明では、２つの異なる作用
を別個なものとして、それぞれが単独に作用する如くに
して説明したが、実際には複合的に作用する場合が多い
。これらの複合の度合いは、蒸着材２と保温材１０との
それぞれの物性値の差異を適宜設定することにより、目
的にそったものにすることが可能でおる。

その結果、低い電子ビームのエネルギーで効率よく蒸着
材２を蒸発させることができるだけでなく、蒸着膜の成
長速度を飛躍的に高めることができる。また、電子ビー
ムのエネルギーは保温材１０によって分散されて蒸着材
２に注入されるので、電子ビームの加熱電力を高電力化
した場合にも、従来技術の如く蒸着材２の飛散を生じる
ようなことがない。また、高速蒸着による短時間の膜形
成によって電子ビームによる蒸着時の基板温度の上昇を
押えることが可能となるので、基板にいわゆる「曇り」
を生じることがない。

同時に、るつぼ６には保温材１０に混交して比較的多用
の蒸着材２を容れることができるので、１回当りの蒸着
量を多くすることができ、従って蒸着膜の形成において
膜の厚いものを高速に得ることができる。

第２図は本発明に係る保温材１０のいくつかの例を示す
ためのもので、るつぼ６の一部を切り欠いた斜視図でお
る。同図（ａ＞に示す例では、保温材１０ａは形状が球
形となっている。保温（Ａ１０ａを球形としたことによ
り、保温１４１０　ａの体積当りの比表面積は最小とな
る。このため、るつぼ６の凹部内で蒸着材２が溶融して
保温材１０ａが浮んだ場合にも、液面に占める保温材１
０ａの面積を最小にすることができる。その結果、液面
での蒸着材２が占める面積を大きくとれるので液面から
の蒸着材２の有効蒸発面積を大きくでき、従って大きな
膜成長速度を１昇ることができる。また、保温材１０ａ
を球形とすることにより、保温材１０ａがるつぼ６の内
壁に接触する面積を小ざくすることができ、林って保温
材１０ａからるつぼ６に逃げる熱損失を小さくすること
ができる。更に、保温材１０ａは曲面で覆われているの
で、るつぼ６内で蒸着材２の流動を妨げないなどの格別
の効果を有する。

第２図（ｂ）に示す例では、保温材１０ｂは形状が六面
体形状になっている。従って製造が容易であり、るつぼ
６内に保温材１０ｂを配設する場合の位置を安定して設
定することができる。なお、保温材１０ｂのるつぼ６の
内壁に当接する而を、るつぼ６の曲率に合わゼて円弧状
とすることもできる。

なお、第２図（ａ）、（ｂ）の例では保温材１０ａは一
個だけとして示されているが、複数個の保温材１０ａを
るつぼ６に容れることもできる。

また、保温材１０の形状は第２図のものに限られず、例
えば四面体状やペレット状にするなどしてもよい。更に
、保温材１０ａ、’Ｊｏｂの材料は窒化ホウ素に限られ
ず、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの
高沸点無機化合物、あるいは、炭素、タングステン、タ
ンタル、モリブデン、白金などの高沸点無機材料を用い
ることができる。

また、図には示されていないが、るつぼ６の凹部に保温
部材を内股し、この保温部材の内面を凹部となし、該保
温部材の内面凹部に蒸着材２に混交した保温材１０を収
容することもできる。これによると、蒸着材２と保温材
１０とは直接にるつぼ６に接触しないので、るつぼ６の
水冷却による熱損失が少なくなり、従って電子ビームに
よる蒸着材２と保温材１０との加熱を効果的に行うこと
ができる。

本発明者は以上説明した本発明の効果を確認するため、
下記の実験を行なった。まず、窒化ホウ素を用いて第２
図（ａ）に示す形状の保温材を製作した。ここで、保温
材の直径は５＃とじ、るつぼは内径を２５ｍ、深さを１
０ｍとした。蒸着材としてはアルミニウムを用い、径が
数層の粒状アルミニウムを１ＣＣだけ保温材とともにる
つぼに容れた。そして、３ＫＷの電力で電子ビームを照
射し、２０ｃｍ離れた位置のシリコン基板にアルミニウ
ムを蒸着した。

その結果、シリコン基板の表面には３μＴｒＬ／分の速
度で膜厚１０μｍのアルミニウム膜を形成することがで
きた。

さらに本発明者は、第４図に示す従来の抵抗加熱法によ
る蒸着膜形成装置と、第５図に示す保温材を用いない従
来の電子ビーム加熱法による蒸着膜形成装置とについて
アルミニ１クム膜の形成実験を行ない、本発明に係る保
温材を用いた蒸着膜形成装置によって得られた結果との
比較を行なった。

上記比較結果の例を第３図に示す。同図から明らかなよ
うに、本発明の如くに保温材を蒸着材に混交して用いる
ようにすれば、１回当りの蒸１を多くしながら蒸着速度
を大きくすることができる。なお、従来技術によって保
温材を用いずに電子ビーム加熱法で形成した膜は、＠肴
膜面に曇りが現れている。これは長時間の蒸着によって
基板が２００’Ｃ〜２５０’Ｃに加熱されてしまい、そ
の為にアルミニウム膜の１部が結晶化したものと考えら
れる。本発明によって形成した膜は、膜の成長速度が格
段に早いので短時間の蒸着によって厚い膜が得られる。

その結果、基板がるつぼから受ける輻射熱も激減し、ア
ルミニウム膜の結晶化が生じないので曇りのない優れた
蒸着材を形成することができる。

（発明の効果〕 以上、詳細に説明したように本発明によれば、るつぼに
は蒸着材に混交して保湿材を収容するようにしたので、
るつぼの中に容れた比較的多量の蒸＠材を蒸発させるこ
とができ、従って１回当りの蒸発ｍを多くすることがで
きる。また、保温材を介して電子ビームのエネルギーが
有効に蒸着材に注入されるので、高速に蒸着を行うこと
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る蒸着膜形成装置の構成
図、第２図は本発明装置に用いられる保温材のいくつか
の例の斜視断面図、第３図は従来装装置および本発明装
置による実験結果を示す図、第４図は抵抗加熱法による
従来装置の構成図、第５図は電子ビーム加熱法による従
来装置の構成図である。 １・・・ヒータ、２・・・蒸着材、３・・・電源、６・
・・るつぼ、７・・・電子ビーム、８・・・フィラメン
ト、１０、１０８．１０ｂ−・・保温材。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　刷本発明装置の構
成図 第　　ｌ　　図 （ａ） （ｂ）１０ｂ 本発明に係る保温部材の斜視図 側２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、るつぼに容れた蒸着材を電子ビームで加熱し、基板
   表面に蒸着膜を形成する蒸着膜形成装置において、 前記るつぼには前記蒸着材に混交して保温材が収容され
   ていることを特徴とする蒸着膜形成装置。 ２、前記保温材の沸点が、前記蒸着材の沸点よりも高温
   度である特許請求の範囲第１項記載の蒸着膜形成装置。 ３、前記保温材の熱容量が、混交する前記蒸着材の熱容
   量よりも小である特許請求の範囲第１項記載の蒸着膜形
   成装置。 ４、前記保温材は、炭素、タングステン、タンタル、モ
   リブデン、白金などの高沸点無機材料、又は窒化ホウ素
   、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの高
   沸点無機化合物からなる特許請求の範囲第１項記載の蒸
   着膜形成装置。