真空蒸着装置、電子銃及び真空蒸着方法
【課題】蒸発材料の、蒸着対象物に対向する対向面内で、蒸発流密度の分布を均一にすることができる真空蒸着装置、これに用いられる電子銃及びその蒸着方法を提供すること。
【解決手段】真空蒸着装置１００では、メインコントローラ１４及び／または電子銃ドライバ５９により、電子ビームＢが、蒸発材料１０の上面１０ａの外形にしたがって揺動するように、揺動コイル６２が制御される。これにより、電子ビームが、その上面１０ａ全体に均一に入射される。したがって、蒸発材料１０の上面１０ａからの蒸発流分布（蒸発流密度）を均一にすることができる。その結果、成膜レートの安定化を図ることができ、基板Ｗに形成される蒸着膜の膜厚分布を均一にすることができる。
【解決手段】真空蒸着装置１００では、メインコントローラ１４及び／または電子銃ドライバ５９により、電子ビームＢが、蒸発材料１０の上面１０ａの外形にしたがって揺動するように、揺動コイル６２が制御される。これにより、電子ビームが、その上面１０ａ全体に均一に入射される。したがって、蒸発材料１０の上面１０ａからの蒸発流分布（蒸発流密度）を均一にすることができる。その結果、成膜レートの安定化を図ることができ、基板Ｗに形成される蒸着膜の膜厚分布を均一にすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム蒸着を行う真空蒸着装置、これに用いられる電子銃及びその蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空蒸着法は、薄膜を効率良く形成する方法として、幅広い分野で用いられている。薄膜を形成する材料（蒸発材料、蒸着材料と呼ばれる。）を蒸発させるための加熱源として、電子ビーム、抵抗加熱、誘導加熱、イオンビーム等が用いられる。電子ビームによる加熱は、高融点金属や酸化物等、多くの材料に適用され、かつ、電子ビームによる加熱方式の場合、蒸発材料及びるつぼ等によるコンタミネーションが少ない。このような理由から、電子ビーム加熱方式は、電子装置に用いられる薄膜を形成する場合に用いられる場合が多い。
【０００３】
特許文献１に記載された、電子ビーム蒸着に用いられる電子銃装置は、偏向コイル（３）による電子ビーム（８）の軌道と、走査コイル（５）による電子ビーム（８）の軌道とを制御する制御装置（２１）を備えている。制御装置（２１）で設定される、これらの偏向コイル（３）及び走査コイル（５）の各電流値の組み合わせによって、電子ビームの照射対象となる蒸着材料（７）へ入射する電子ビーム（８）の入射角がそれぞれ決定される。このように電子ビームの入射角が制御されることにより、蒸着材料の溶け跡が平均化される（例えば、特許文献１の明細書段落[０００５]〜[０００９]及び[００３３]等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６３６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、電子ビーム蒸着を行う真空蒸着装置では、蒸発材料をできるだけ均一に蒸発させることが要求される。特に、蒸発材料の、基板等の蒸着対象物に対向する対向面内で、その対向面から発生する蒸発流密度の分布が不均一である場合、蒸着対象物に蒸着された膜の膜厚分布が不均一となり成膜レートが不安定となるおそれがある。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、蒸発材料の、蒸着対象物に対向する対向面内で、蒸発流密度の分布を均一にすることができる真空蒸着装置、これに用いられる電子銃及びその蒸着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る真空蒸着装置は、対象物保持機構と、材料保持機構と、電子銃と、制御部とを具備する。
前記対象物保持機構は、蒸着の対象物を保持する。
前記材料保持機構は、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向するように、蒸発材料を保持する。
前記電子銃は、電子ビームを発生する発生源と、前記発生した電子ビームを揺動させる揺動器とを有し、前記揺動する前記電子ビームを出射する。
前記制御部は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する。
【０００８】
本発明の一形態に係る電子銃は、蒸着の対象物を保持する対象物保持機構と、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向するように、蒸発材料を保持する材料保持機構とを備えた真空蒸着装置に用いられる電子銃である。
前記電子銃は、電子ビームを発生する発生源と、前記発生した電子ビームを揺動させる揺動器とを具備する。また、前記電子銃は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する制御部を備える。
【０００９】
本発明の一形態に係る真空蒸着方法は、所定位置で保持された蒸着の対象物に対向するように蒸発材料を保持することを含む。
発生した電子ビームを揺動させる揺動器を有する電子銃を用いて、前記電子ビームが前記蒸発材料に照射される。
前記保持された前記蒸発材料の、前記保持された対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームが揺動するように、前記電子銃の揺動器が制御される。
【発明の効果】
【００１０】
以上、本発明によれば、蒸発材料の、蒸着対象物に対向する対向面内で、蒸発流密度の分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、電子銃の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図３Ａ及びＢは、一方向（Ｘ軸方向）及びそれに直交する方向（Ｙ軸方向）を振幅方向とする、電子ビームの揺動パターンを示すそれぞれ示すグラフである。
【図４】図４は、この揺動パターンにしたがって揺動する電子ビームの、蒸発材料の上面での走査軌跡を模式的に示す図である。
【図５】図５Ａ〜Ｄは、実施例１に関連する写真である。
【図６】図６Ａは、参考実施例における電子銃の揺動パターンを示すグラフである。図６Ｂ〜Ｄは、参考実施例に関連する写真である。
【図７】図７は、スカルが形成された蒸発材料の断面を示す模式図である。
【図８】図８は、実施例１及び参考実施例において、Moの成膜レートが100オングストローム／秒に一定になるように設定された時の、蒸発時間と成膜レートとの関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第２の実施形態に係る真空蒸着装置を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に関連する本実験で得られた、電子銃への投入パワーと成膜レートとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、従来法による、蒸発材料への電子ビームの照射方法を示す図である。
【図１２】図１２は、各種の蒸発材料の融点及び沸点等の特性を示す表である。
【図１３】図１３は、上記実施例２と、参考実施例との比較であって、スプラッシュ（splash）の発生数を測定した結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、本発明の第３の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な図である。
【図１５】図１５は、本発明の第４の実施形態を説明するための図である。
【図１６】図１６は、本発明の第５の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第６の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図１８】図１８Ａ〜Ｃは、本発明の第７の実施形態に係る真空蒸着装置の構成及び動作を示す模式的な断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の第８の実施形態を説明するための図であり、電子ビームの照射方法を説明するための図である。
【図２０】図２０Ａ〜Ｃは、第８の実施形態に関連する実験のグラフ及び写真である。
【図２１】図２１は、本発明の第９の実施形態を説明するための図であり、蒸着処理を説明するための図である。
【図２２】図２２Ａ及びＢは、Ｘ及びＹ軸における、揺動コイルにより揺動される電子ビームの波形を示す図である。
【図２３】図２３は、水冷のるつぼに配置された材料に電子ビームが照射される様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上述のように、前記制御部は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する。電子ビームが、対象物に対向する対向面の外形にしたがって揺動器により揺動するので、電子ビームが、その対向面全体に均一に入射される。したがって、蒸発材料の対向面からの蒸発流分布を均一にすることができる。
【００１３】
前記制御部は、前記揺動器により揺動する前記電子ビームの各振幅を結ぶ包絡線が、前記蒸発材料の前記対向面の外形に沿うように、前記揺動器を制御してもよい。
【００１４】
前記材料保持機構は、前記蒸発材料を保持するハースを有してもよい。ハースは有底のハースであってもよい。あるいは、前記ハースは、前記蒸発材料を保持する穴部を有するリング状ハースであってもよい。前記ハースは、前記ハースを冷却する冷却部を有してもよい。
【００１５】
前記真空蒸着装置は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の側面の周りの少なくとも一部に、前記蒸発材料に非接触で配置されたリフレクタをさらに具備してもよい。これにより、蒸発材料の側面から輻射による放出されるエネルギーによる損出を抑えることができる。
【００１６】
前記真空蒸着装置は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の側面の周りの少なくとも一部に、前記蒸発材料に非接触で配置された冷却機構をさらに具備してもよい。冷却機構は、非接触で蒸発材料を冷却するので、蒸発材料に接触して冷却する方式に比べ、熱伝導によるエネルギーの損出をなくすことができる。
【００１７】
前記材料保持機構は、前記蒸発材料の下部を支持する支持部を有してもよい。その場合、前記真空蒸着装置は、前記支持部の下部に配置された加熱機構をさらに具備してもよい。これにより、支持部付近の温度と、例えばその支持部に対向するチャンバ付近の温度との差を少なくすることができる。したがって、蒸発材料及び支持部からチャンバ側への熱伝導によるエネルギーの損出を低減することができる。
【００１８】
前記真空蒸着装置は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料を昇降させる昇降機構をさらに具備してもよい。これにより、蒸発材料の対向面の高さ位置を一定に保つことができたり、後述するように複数の蒸発材料を連続的に供給できたり、様々なメリットが得られる。
【００１９】
前記昇降機構は、複数の蒸発材料のうち、前記材料保持機構により保持された第１の蒸発材料の下部で待機した第２の蒸発材料を保持して昇降させる機構を有してもよい。その場合、前記昇降機構は、前記第１の蒸発材料の下部に前記第２の蒸発材料の上部を接触させて前記第１の蒸発材料を押し上げることにより、前記第１の蒸発材料を上昇させる。これにより、複数の蒸発材料を連続的に処理することができ、蒸着処理の連続処理時間を延ばすことができる。これにより、対象物の生産性が向上する。
【００２０】
前記制御部は、前記蒸発材料の前記対向面の外形を形成するエッジ領域に囲まれた内部領域に入射する電子ビームのパワーまたはパワー密度より高い、パワーまたはパワー密度で、前記エッジ領域に前記電子ビームが入射するように、前記電子銃を制御してもよい。これにより、固化しやすい、蒸発材料の対向面のエッジ領域の蒸発を促進させることができる。
【００２１】
前記蒸発材料として、300℃以内の融点と沸点との差を持つ蒸発材料が用いられてもよい。例えば、前記蒸発材料としてモリブデンが用いられる。
【００２２】
前記蒸発材料は、円柱形状でなり、または、円錐形状の一部の形状でなっていてもよい。
【００２３】
前記電子銃は、ピアス式電子銃であってもよい。ピアス式電子銃によれば、揺動器による電子ビームの揺動の位置制御を高精度に行うことができる。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２５】
[第１の実施形態]
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る真空蒸着装置１００の構成を概略的に示す図である。
【００２７】
真空蒸着装置１００は、チャンバ１３、材料保持機構１５、昇降機構１１、メインコントローラ１４及び電子銃５０を備えている。
【００２８】
チャンバ１３は、真空に維持されることが可能に構成された真空チャンバであり、このチャンバ１３には図示しない真空ポンプが接続されている。
【００２９】
チャンバ１３が有するチャンバ壁１３ａの上部には、蒸着対象物としての基板Ｗを水平方向に搬送する搬送装置２０が搭載されている。搬送装置２０は、基板Ｗを保持することが可能な、水平方向に移動可能に構成されたキャリア２５を有する。キャリア２５は、対象物保持機構として機能する。チャンバ壁１３ａの上部には、開口部２６が形成され、この開口部２６を介して、キャリア２５に保持された基板Ｗが、チャンバ１３内に対向するようになっている。
【００３０】
なお、搬送装置２０は、キャリア２５により保持された基板Ｗへの蒸着処理が終了すると、次の処理のために、キャリア２５を水平移動させ、次の処理対象となる基板Ｗをキャリア２５で保持して開口部２６に対向させる。すなわち、この真空蒸着装置１００はインライン型の装置である。キャリア２５は複数設けられていてもよい。
【００３１】
基板Ｗは、ＦＰＤ（Flat Panel Display）またはソーラーパネル等に用いられるガラス基板である。あるいは、ＦＰＤとしては、例えば液晶、ＥＬ（Electro-Luminescence）、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）等がある。基板Ｗは、半導体デバイスに用いられる半導体基板であってもよい。
【００３２】
材料保持機構１５は、蒸発材料１０を保持し、搬送装置２０のキャリア２５により保持される基板Ｗに対向するように、チャンバ１３内の下部に配置されている。蒸発材料１０は、例えば円柱状を有する。材料保持機構１５は、例えばこの円柱状の蒸発材料１０の上部の側面を保持するリング状ハース１６と、蒸発材料１０の下部を保持して支持する支持部１７とを有する。
【００３３】
リング状ハース（以下、単にハースという。）１６は、その穴部内で蒸発材料１０を保持する。ハース１６の平面で見た外形形状は、円形であってもよいし、三角以上の多角形、あるいはこれらの組み合わせの形状であってもよい。ハース１６の内部には、このハース１６を冷却する冷却部として、冷媒を通す冷媒流路１８が設けられている。冷媒流路１８は、例えばハース１６のリング形状に沿って形成されている。
【００３４】
冷媒としては、水やオイルが用いられる。冷却部としては、冷却ジャケットのようにハースの周囲に設けられる構成であってもよい。
【００３５】
ハース１６の材料としては、典型的には銅（Cu）が用いられるが、用いられる蒸発材料１０に応じて適宜変更可能である。蒸発材料１０としては、タングステン（W）、タンタル（Ta）、モリブデン（Mo）等が用いられるが、これらに限られない。Moは、例えばＦＥＡ（Field Emitter array）の電極を形成するための材料として用いられる。
【００３６】
材料保持機構１５の支持部１７は、昇降機構１１に接続されている。昇降機構１１による支持部１７の昇降動作により、ハース１６にその姿勢が保持された蒸発材料１０が昇降するように移動する。昇降機構１１は、例えばボールネジ、ラックアンドピニオン、あるいは流体圧シリンダ等の機構によって構成される。
【００３７】
支持部１７の材料は、用いられる蒸発材料１０と同じ材料であってもよい。これにより、操作ミス等により、蒸発材料１０を使いきった（蒸発材料１０をすべて蒸発させた）状態で、なおも電子銃５０から電子ビームＢが出射されても、電子ビームＢはその支持部１７に入射されるので、チャンバ１３内での汚染を防止することができる。
【００３８】
材料保持機構１５の一部を構成する部材として、例えば、ハース１６の下部に蒸発材料１０の側面の少なくとも一部を保持する別の保持部材が設けられていていてもよい。この保持部材として、例えば、昇降機構１１による蒸発材料１０の昇降時に、蒸発材料１０の移動をガイドするガイド部材が設けられていてもよい。
【００３９】
電子銃５０は、チャンバ１３の側部に接続されている。電子銃５０は、チャンバ１３内に電子ビームＢを出射する。出射された電子ビームＢは、その軌道がチャンバ１３内に設けられた偏向コイル１２により曲げられることにより、材料保持機構１５により保持された蒸発材料１０の上面に入射する。蒸発材料１０の上面（１０ａ）は、すなわち、キャリア２５に保持された基板Ｗに対向する対向面である。
【００４０】
メインコントローラ１４は、基本的にはＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のハードウェアを有するコンピュータにより構成される。
【００４１】
図２は、電子銃５０の構成を概略的に示す断面図である。
【００４２】
この電子銃５０は、ピアス式の電子銃５０である。電子銃５０は、電子ビームＢの進行方向の上流側から順に、フィラメント５５、カソード５６、ウェネルト５７、アノード５８及びビーム集束部６０を備える。また、電子銃５０は、電子銃ドライバ５９に接続されている。フィラメント５５にはフィラメント電源５３が接続されている。また、カソード５６はとフィラメント電源５３との間には、カソード電源５２が接続されている。
【００４３】
フィラメント５５、カソード５６、ウェネルト５７、アノード５８及びビーム集束部６０は、ケーシング６５内に収容されている。ケーシング６５内は真空ポンプ２２により真空排気可能となっている。ケーシング６５の一端部には開口部６５ａが形成されており、また、チャンバ壁１３ａの側壁の一部にも開口部１３ｂが形成されている。これらの開口部同士が接続されるように、ケーシング６５及びチャンバ壁１３ａが接続される。これにより、ケーシング６５内とチャンバ１３内とが連通する。
【００４４】
フィラメント電源５３によりフィラメント５５が通電することにより加熱され、これによりフィラメント５５は熱電子を発生する。カソード５６とフィラメント５５との間にはカソード電源５２により電場が形成され、フィラメント５５が発生した熱電子が加速してカソード５６に衝突する。この熱電子の衝突及びフィラメント５５からの輻射熱により、カソード５６が加熱され、カソード５６の表面から熱電子が放出されるようになっている。このように放出された熱電子が電子ビームＢとなる。フィラメント５５、カソード５６及びアノード５８は、電子ビームＢの発生源である。
【００４５】
カソード５６の周縁部に配置されたウェネルト５７（ビーム形成電極）は、カソード５６から放出される電子を電場で制御し、電子を集束させる。ウェネルト５７は例えばリング状に形成されている。カソード５６とアノード５８との間には、加速電源５１により電場が形成され、これにより、カソード５６からの熱電子がウェネルト５７を通ってアノード５８側へ加速するようになっている。
【００４６】
ビーム集束部６０は、筒状のフローレジスタ６３、このフローレジスタ６３の周囲に配置された集束コイル６１（フォーカスコイル）、及び、揺動コイル６２を有する。フローレジスタ６３及び集束コイル６１は、電子ビームＢのビーム径を形成する。ビーム径は、蒸発材料１０の上面１０ａの径より十分小さくなるように設定される。
【００４７】
揺動コイル６２は、電子ビームを所定の振幅範囲内で、電子ビームＢを揺動する揺動器として機能する。メインコントローラ１４は、揺動コイル６２に印加される電流または電圧を制御することで、揺動コイル６２が作る磁場を任意に制御し、これにより電子ビームＢを各種の揺動パターンで揺動させることができる。
【００４８】
電子銃ドライバ５９は、上記各電源５１〜５３、集束コイル６１及び揺動コイル６２等を駆動する。例えば、電子銃ドライバ５９は、メインコントローラ１４による制御信号に応じて、所定の電流または電圧を、集束コイル６１及び揺動コイル６２に加える。
【００４９】
揺動パターンの周波数や、２軸方向での周波数差等は、蒸発材料１０の融点、熱伝導率、溶解温度／蒸発温度の関係、あるいは、真空蒸着装置１００の連続運転時間等によって、適宜設定され得る。
【００５０】
なお、フィラメント５５の近傍には、イオンコレクタ５４が配置されている。電子銃５０からチャンバ１３に向かって電子ビームＢを照射すると、電子ビームＢがチャンバ１３の内部ガスと衝突してイオンを発生させる。そして発生したイオンの一部が、電子銃５０のカソード５６に向かって逆流する場合がある。イオンコレクタ５４は、このイオンを捕集する機能を有する。
【００５１】
以上のように構成された真空蒸着装置１００の動作を説明する。
【００５２】
上述したように、フィラメント電源５３、カソード電源５２及び加速電源５１から各部に電源が投入されることにより、電子銃５０は電子ビームＢを出射する。出射された電子ビームＢは、偏向コイル１２によって図１に示すように曲げられ、材料保持機構１５により保持された蒸発材料１０の上面１０ａに入射する。これにより、蒸発材料１０が加熱される。
【００５３】
メインコントローラ１４または電子銃ドライバ５９は、上記したように、揺動コイル６２が作る磁場を制御することにより、所定の揺動パターンにより電子ビームＢを揺動させる。この場合、メインコントローラ１４及び電子銃ドライバ５９のうち少なくとも一方は、制御部として機能する。電子ビームＢが照射された蒸発材料１０が所定温度になると溶解または昇華し、蒸発した蒸発材料１０が、対向する基板Ｗの表面に堆積して薄膜が形成される。
【００５４】
メインコントローラ１４は、昇降機構１１の動作を制御する図示しないドライバに制御信号を送ることにより、そのドライバは、支持部１７の昇降動作を制御する。例えばドライバは、支持部１７を待機位置（初期位置）に位置させたり、また、蒸着処理中において蒸発材料１０の上面１０ａを一定の高さに維持するように、その支持部１７の高さ位置を制御したりする。
【００５５】
後者の場合、ドライバは、蒸発材料１０の上面１０ａの高さ位置を一定に維持するために、定期的または連続的に、支持部１７の上昇動作を実行すればよい。その上昇動作の周期またはスピードは、例えばメインコントローラ１４が、成膜レート、電子ビームＢのパワー、あるいは蒸発材料１０の種類（材料種及びその大きさ等）等の条件に基づいて設定すればよい。メインコントローラ１４は、ユーザーがそれらの条件を、メインコントローラ１４に入力するためのプログラムを備えていてもよい。
【００５６】
ここで、図３Ａ及びＢは、一方向（Ｘ軸方向）及びそれに直交する方向（Ｙ軸方向）を振幅方向とする、電子ビームＢの揺動パターンを示すそれぞれ示すグラフである。すなわち、これらの振幅は、電子ビームＢの、蒸発材料１０の上面１０ａ上での振幅に相当する。これらの波形は、例えば三角波とされる。これらのグラフの横軸は時間である。
【００５７】
図４は、この揺動パターンにしたがって揺動する電子ビームの、蒸発材料１０の上面１０ａでの走査軌跡を模式的に示す図である。図３Ａ及びＢにおいて、Ｘ及びＹ軸方向は、図４に示した蒸発材料１０の上面１０ａの位置を決定する２次元座標のＸ及びＹ軸方向に一致している。図３Ａに示すように、この揺動パターンは、電子ビームＢが蒸発材料１０の上面１０ａの外形にしたがって動くようなパターンである。具体的には、電子ビームＢの揺動の各振幅を結ぶ包絡線が、蒸発材料１０の上面の外形に沿うように形成される。本実施形態では、蒸発材料１０は円柱状に形成され、その上面１０ａが円形なので、その包絡線は円形とされる。蒸発材料１０が四角柱の場合、包絡線は、その上面１０ａの四角形に合わせて、四角形に形成されるようにすればよい。
【００５８】
図３ＡとＢを比べると、Ｘ軸方向での揺動周波数に比べ、Ｙ軸方向での揺動周波数の方が小さくなっている。このようにすることで、図４に示すように、例えば１回目の電子ビームの走査軌跡（実線で示す）と、２回目の電子ビームの走査軌跡（破線で示す）とを２次元的に異なるように形成することができ、干渉を防ぐことができる。例えばＸ軸方向の揺動周波数を300〜700Hzとする場合、Ｙ軸方向の揺動周波数は100〜400Hzに設定される。
【００５９】
Ｘ軸方向での最大振幅値とＹ軸方向での最大振幅値は、同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００６０】
なお、図３Ａ、Ｂ及び図４では、説明を分かりやすくするため、電子ビームの軌跡を模式的に描いており、この図は周波数が比較的低い状態に対応している。揺動周波数が上記したような範囲の周波数（Ｘ軸方向：300〜700Hz、Ｙ軸方向：100〜400Hz）である場合、電子ビームの軌跡の形状は、後述の図５Ａの写真で示すような波形に対応する形状となる。
【００６１】
なお、揺動コイル６２による電子ビームの揺動パターンは、メインコントローラ１４が備えるファンクションジェネレータにユーザーにより設定されればよい。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る真空蒸着装置１００では、メインコントローラ１４及び／または電子銃ドライバ５９により、電子ビームＢが、蒸発材料１０の上面１０ａの外形にしたがって揺動するように、揺動コイル６２が制御される。これにより、電子ビームが、その上面１０ａ全体に均一に入射される。したがって、蒸発材料１０の上面１０ａからの蒸発流分布（蒸発流密度）を均一にすることができる。その結果、成膜レートの安定化を図ることができ、基板Ｗに形成される蒸着膜の膜厚分布を均一にすることができる。
【００６３】
参考説明として、図２３は、るつぼを示す断面図である。るつぼ９０１は、蒸発材料９０３を収容し、その蒸発材料９０３に電子ビームＢ１が照射される。なお、この図に示したるつぼ９０１は、水冷方式の冷却部９０２を有している。
【００６４】
（第１の実施形態に対応する実施例１と、参考実施例との比較）
本発明者は、この真空蒸着装置１００を使用して、以下の条件で基板Ｗに蒸着を行った。
【００６５】
＜本技術の実施例１（第１の実施形態に対応する実施例）の条件＞
・蒸発材料：Mo、直径50.8mm（２インチ）、高さ250mmの円柱形状
・ハース：材料はCu、水冷式
・電子銃：60kWのピアス式電子銃、加速電圧30kV、エミッション電流（カソード５６から放出される電流）2A
・揺動コイルの揺動周波数：Ｘ軸方向500Hz、Ｙ軸方向222Hz
・揺動コイルによる電子ビームの揺動パターン：各振幅を結ぶ包絡線が蒸発材料の上面の外形に沿うように形成されるパターン（図３Ａ、Ｂ及び図４参照）
・昇降機構により、蒸発材料の上面である蒸発面の高さを一定とした。
【００６６】
図５Ａは、実施例１において、メインコントローラ１４のファンクションジェネレータを用いて本発明者によって設定された、上記揺動周波数を持つ揺動パターンの波形を示す写真である。
【００６７】
図５Ｂは、実施例１において、揺動パターンで電子ビームが照射されている時の、蒸発材料１０の上面を示す写真である。本技術では、電子ビームが蒸発材料１０の上面の全面に均一に入射し、均一に発光しているのがわかる。
【００６８】
図５Ｃは、実施例１による蒸着処理後の蒸発材料１０の上面１０ａを示す写真である。また、図５Ｄは、蒸着処理後に、蒸発材料１０の側面及びその大きさを示した写真である。これらの図５Ｃ及びＤに示すように、蒸発材料１０の上面１０ａが、図６Ｃ（後述）に示す蒸発材料の上面と比べ、均一の面になっていることが分かる。
【００６９】
実施例１と対比される参考実施例として、本発明者は、上記第１の実施形態に係る真空蒸着装置１００を用い、上記実施例１の条件のうち、電子ビームの揺動パターンのみを変えて、基板Ｗに蒸着を行った。この参考実施例における揺動パターンの波形は、例えば時間軸で一定の振幅を持つ三角波である。Ｘ及びＹ軸方向における揺動周波数は、上記＜本技術の実施例１の条件＞の揺動周波数とそれぞれ同じである。
【００７０】
図６Ａは、その参考実施例における電子銃５０の揺動パターンを示すグラフである。この揺動パターンの波形は時間軸で一定の振幅を持つ。
【００７１】
図６Ｂ〜Ｄは、参考実施例として得られた結果を示す写真である。図６Ｂは、この揺動パターンで電子ビームが照射されている時の、蒸発材料の上面を示す写真である。時間軸で一定の振幅を持つ揺動パターンの場合、図６Ｂにおいて破線で囲まれる四角形の中にのみ電子ビームが照射される。このグレースケールの写真では分かりにくいが、四角形内の発光色と、四角形外の発光色とが異なっており、これは、四角形外の材料が溶解しにくくなっている状態にあるということである。
【００７２】
図６Ｃは、参考実施例による蒸着処理後の蒸発材料の上面を示す写真である。上述のように、電子ビームの照射範囲が四角形とされるので、その四角形内のみ蒸発材料が溶解した痕跡が見られ、その上面の外形を形成するエッジ部には、スカル（scull：残留した金属）がリング状に形成される。なお、図６Ｄは、蒸発材料の上面及びその上面の直径（単位：cm）を示した写真である。
【００７３】
図７は、このようにスカル１０１１が形成された蒸発材料１０１０の断面を示す模式図である。蒸発材料１０１０の上面からある程度溶解（溶解部１０１２）が進むと、このようにスカル１０１１が形成され、矢印で示すように斜め方向の材料の蒸発流が妨げられる。すなわち、スカル１０１１が形成されることにより蒸発する材料の拡散が妨げられる。これにより、広い範囲での蒸着が困難となる。また、スカル１０１１の径方向の厚さが薄い場合には、スカル１０１１が内側や外側に倒れるおそれがある。例えばスカル１０１１が内側に倒れると、スカル１０１１内で元々溶解している金属に、倒れた固体の金属が混じるので、蒸発面が不均一となる。その結果、蒸発レート及び成膜レートが不安定となる。
【００７４】
この点、上記実施例１によれば、スカル１０１１が形成されず、上述のように、電子ビームがその上面１０ａの全体に均一に入射される。したがって、蒸発材料１０の上面１０ａからの蒸発流分布を均一にすることができる。これによりスカル１０１１が形成される結果生じる問題も抑制することができる。
【００７５】
また、昇降機構１１により、蒸発材料１０の上面１０ａ、すなわち蒸発面の高さを一定に維持することができる。ハース１６が本実施形態のようにリング状ハースであって、また、そのハース１６が冷媒流路１８を有する場合に、仮に蒸発面の高さが一定に維持できない場合、次のような問題が起こる。すなわち、蒸発材料１０とハース１６との接触面積が変化することにより、冷媒流路１８を通る冷却水に奪われる熱量が変動し、蒸発レートが不安定となる。しかし、本実施形態では、昇降機構１１によりその蒸発材料１０の対向面の高さ位置が一定に保たれることにより、当該接触面積を一定に保ち、その蒸発材料１０とハース１６との間の熱伝導（例えば、単位時間当りの熱伝導量）を一定にすることができる。その結果、蒸発レートが安定となり、成膜レートを安定させることができる。
【００７６】
図８は、実施例１及び参考実施例において、Moの成膜レートが100オングストローム／秒に一定になるように設定された時の、蒸発時間と成膜レートとの関係を示すグラフである。具体的には、蒸発材料（Mo）の直上980mmの位置にＣＲＴＭ（水晶振動式膜厚モニタ）が設置され、そのＣＲＴＭにより得られるデータに基づいて、成膜レートが上記値となるように電子銃５０へのフィードバック制御が行われた。そのほかの条件は、以下の通りである。
【００７７】
測定時間：200分間
チャンバ１３内の圧力：2×10-4Pa
実施例１における電子銃への投入パワーの平均値：36kW
参考実施例における電子銃への投入パワーの平均値：40kW
【００７８】
図８から、本実施形態における成膜レートが、参考実施例におけるそれよりも安定していることが分かる。
【００７９】
[第２の実施形態]
【００８０】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る真空蒸着装置を示す図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施形態に係る真空蒸着装置１００が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００８１】
真空蒸着装置２００は、ハースが設けられていない点で、第１の実施形態に係る真空蒸着装置１００と異なり、それ以外の点では、真空蒸着装置１００と同様である。また。電子銃５０の揺動コイル６２による、電子ビームの揺動パターンも、上記第１の実施形態と同様である。
【００８２】
このように構成された真空蒸着装置２００は、第１の実施形態と同様の効果を奏する上、蒸発材料１０からハースへの熱伝導によるエネルギーの損失がない。このため、電子銃５０から投入した電子ビームのエネルギーを有効に使用することができる。このようにエネルギーの使用効率が高いというメリットの他、第２の実施形態によれば、ハースを使用しないことから、蒸発レート、蒸発流分布及び成膜レートがさらに安定する。
【００８３】
また、ハースやるつぼを使用しないので、冷却水等へのエネルギーの損失がなく、電子ビームのエネルギーを有効に使用することができるため、蒸発材料に投入するパワーを削減できる。これにより、チャンバ１３内の電子及びイオンの密度が減少し、基板Ｗへのダメージを小さくすることができる。また、チャンバ壁１３ａの温度上昇も抑えることができるため、チャンバ壁１３ａからのガスの放出による基板Ｗへのコンタミネーションも低減できる。さらに、ハースに使用される冷却水も必要ないので、冷却水用のチラーに使用する電力を少なくすることができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００８４】
以下、この第２の実施形態に対応する実施例２と、上記実施例１とを比較する。実施例２では、ハースが設けられていない点を除いて、上記実施例１の条件と同様の条件で、蒸着処理が行われた。
【００８５】
図１０は、本実験で得られた、電子銃５０への投入パワーと成膜レートとの関係を示すグラフである。本発明者は、蒸発材料１０の直上980mmの位置にガラス基板Ｗをセットし、そのガラス基板Ｗに蒸着された膜の膜厚を成膜時間で除算することにより、成膜レートを算出した。
【００８６】
実施例１における電子銃５０による電子ビームの発生のための投入パワーは、45kWであり、成膜レートは、138オングストローム／秒となった。実施例２では、138オングストローム／秒の成膜レートを得るために、電子銃５０による電子ビームの発生のための投入パワーは、28kWであった。つまり、蒸発材料１０がMoである場合に、同じ蒸発量を得るための投入パワーについて、実施例１と２を比べると、実施例２が実施例１の65%以下となる、という結果が得られた。すなわち、35％以上のエネルギー損失を防止することができた。この場合の、実施例１及び２におけるパワー消費は、それぞれ以下の通りである。
【００８７】
実施例１の場合は以下の通りである。
蒸発材料であるMoの蒸発に使用されたパワー：約2kW、
ハースの冷却水に奪われたパワー：約32kW、
Moの上面から輻射により放出したパワー：約6kW、
Moの下部から支持部へ熱伝導により奪われたパワー：約5kW
【００８８】
実施例２の場合は以下の通りである。
蒸発材料であるMoの蒸発に使用されたパワー：約2kW、
Moの上面から輻射により放出したパワー：約6kW、
Moの側面から輻射により放出したパワー：約14kW、
Moの下部から支持部へ熱伝導により奪われたパワー：約6kW
【００８９】
ちなみに、Moの融点は2890Kであり、Moの実用上十分な蒸発速度である10-5〜10-3（g・cm-2・s-1）を得るための温度は、2550〜3100Kである。
【００９０】
参考説明として、図１１は、ブロック法による蒸発材料への電子ビームの照射方法を示す図である。この方法では、蒸発材料９１０をブロックとして、その蒸発材料９１０の上面９１１ａの一部に電子ビームＢ２が照射されて溶解し、溶解しない周囲の部分はるつぼの機能を有する。しかしながら、この方法では、溶解しない周囲の部分を材料として使用しないため、蒸発材料９１０の使用効率が悪くなり、生産コストが高くなる。また、この方法では、蒸発材料９１０の一部を蒸発させるため、熱伝導率の小さい材料に限られ、また、蒸発材料９１０が少ない場合、湯漏れ（溶解した液体金属が下方に垂れ落ちること）が起こるおそれもある。
【００９１】
第２の実施形態に係る蒸着処理は、このブロック法に近いが、以下のようにして湯漏れ対策が行われる。すなわち、300℃以内の融点（溶解温度）と沸点（蒸発温度）との差を持つ材料が用いられる。これは、融点及び沸点の差が300℃より大きい場合、電子ビームでその材料を溶解途中でその液体量が多くなり、上記湯漏れが起こるおそれがあり、危険である。
【００９２】
図１２は、各種の蒸発材料の融点及び沸点等の特性を示す表である。第２の実施形態では、この表に挙げられた蒸発材料のうち、300℃以内の融点及び沸点の差を持つ材料（二重丸の印が付けられた材料）が用いられる。なお、上記したようなるつぼや、上記第１の実施形態に係るハース１６が用いられる蒸着処理の場合、湯漏れの問題も起こらないため、図１２に示す表のすべての材料を用いることができる。
【００９３】
図１３は、上記実施例２と、参考実施例との比較であって、スプラッシュ（splash）の発生数を測定した結果を示すグラフである。スプラッシュは、電子ビームが蒸発材料の上面の中央部に集中して入射し、その中央部の温度が高くなると、溶解した液体が飛散する現象である。また、その中央部の温度が高くなり、その上面の溶解した液体の内部から蒸発が起こる、スピッティング（spitting）が発生することもある。
【００９４】
この実験では、100オングストローム／秒、150オングストローム／秒の成膜レートにおけるスプラッシュの数が測定された。成膜レートは、蒸発材料（Mo）の直上980mmの位置にＣＲＴＭ（水晶振動式膜厚モニタ）が設置され、そのＣＲＴＭにより測定された。また、蒸発材料から10分間に飛び出すスプラッシュの数が監視され、１分間のスプラッシュ数に換算された。
【００９５】
図１３から、第２の実施形態に相当する実施例２では、参考実施例に比べ、スプラッシュの数が各成膜レートでの実験ごとに1/15、1/18にそれぞれ減少した。これは、参考実施例に比べ、同じ成膜レートを得るための電子ビームの投入パワーが減ったためである。また、本技術に特徴的な電子ビームの揺動パターン（図３及び４参照）により、蒸発材料の蒸発表面の温度が均一になったためである。また、本技術によれば、スピッティングの発生も抑制することができる。
【００９６】
スプラッシュ及びスピッティングの発生を抑制することにより、これに起因する、基板Ｗの欠陥（主にパーティクルによる欠陥）を減少させることができる。
【００９７】
なお、電子銃５０による電子ビームの発生のための投入パワーと成膜レートとの関係は、実施例２の場合、22kWで100オングストローム／秒、31kWで150オングストローム／秒となった。
【００９８】
[第３の実施形態]
【００９９】
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な図である。なお、これ以降の実施形態に係る図では、図１４に示すように真空蒸着装置３００を簡単に模式的に記載している。しかし、実際には、図１４以降に示した真空蒸着装置３００と、図９に示した真空蒸着装置１００とは、下記の異なる点として説明する部分以外では、同様の構成及び機能を有している。なお、昇降機構１１により蒸発材料１０が上昇可能であることを白矢印で示している。
【０１００】
第３の実施形態に係る真空蒸着装置３００は、蒸発材料１０の側面の周りに、蒸発材料１０に非接触で配置されたリフレクタ３１をさらに備える。リフレクタ３１は、円筒形状でもよいし、多角筒形状でもよい。あるいは、リフレクタ３１は、蒸発材料１０の側面の周りの一部に配置されていてもよい。リフレクタ３１は、蒸発材料１０の融点を考慮して適切な融点温度を有する材料が用いられる。
【０１０１】
リフレクタ３１が設けられることにより、蒸発材料１０の側面１０ｂからの輻射により放出されるパワー役14kWの約60%以上を低減することができ、エネルギーの損出を抑えることができる。また、これによりチャンバ１３の温度上昇を抑えることもできる。
【０１０２】
[第４の実施形態]
【０１０３】
図１５は、本発明の第４の実施形態を説明するための図である。
【０１０４】
本実施形態に係る装置としては、図９と同様の真空蒸着装置２００が用いられる。本実施形態では、蒸発材料２１０が円錐形状（の一部）を有する。蒸発材料２１０は、その支持部１７に違い側ほど、幅広に形成されている。蒸発材料２１０の側面２１０ｂが斜めに形成されているので、蒸発材料２１０の上面２１０ａの溶解した液体が、下方まで垂れ落ちることを抑制することができる。したがって、この蒸発材料２１０として、第１〜３の実施形態に係る装置に用いられる蒸発材料と比べて、より多くの材料を採用することができる。
【０１０５】
[第５の実施形態]
【０１０６】
図１６は、本発明の第５の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な断面図である。
【０１０７】
本実施形態に係る真空蒸着装置４００では、支持部１７に支持された蒸発材料１０の側面１０ｂの周りに、蒸発材料１０に非接触で配置された冷却機構３６が設けられている。冷却機構３６を支持する支持台３３の中央部には開口３３ａが形成されており、この開口３３ａを介して、支持部１７に保持された蒸発材料１０が、図示しない昇降機構１１により昇降可能とされている。
【０１０８】
冷却機構３６は、例えば支持台３３上に支持された円筒部材３５を有し、この円筒部材３５内に冷媒流路３４が設けられている。冷媒流路３４は例えば複数設けられている。冷媒流路３４は、蒸発材料１０の周りを周回するようにリング状に形成され、水、オイル、ガス等の冷媒を流通させる。冷媒流路３４は、入口と出口をそれぞれ１つずつ有するような１本のスパイラル状に形成されていてもよい。円筒部材３５の材料は、上記リフレクタ３１の材料が用いられればよい。
【０１０９】
このような構成によれば、冷却機構３６と蒸発材料１０とは直接接触しないため、熱伝導によるエネルギー損出をなくすことができる。また、チャンバ壁１３ａの温度上昇も抑えることができる。
【０１１０】
[第６の実施形態]
【０１１１】
図１７は、本発明の第６の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な断面図である。
【０１１２】
本実施形態に係る真空蒸着装置５００では、二重構造のリフレクタ１３１が蒸発材料１０の周囲に配置される他、支持台３３あるいは支持部１７の下部に、加熱機構３７が配置されている。加熱機構３７としては、セラミックヒータやカーボンヒータ等が用いられる。
【０１１３】
このような構成によれば、蒸発材料１０の上部と下部との温度差が低減されるので、蒸発材料１０の温度が安定する。その結果、蒸発レート及び成膜レートが安定になる。
【０１１４】
本実施形態に対応する装置での実験では、熱伝導により失われるエネルギー6kWの約50%である約3kWを低減できた。
【０１１５】
[第７の実施形態]
【０１１６】
図１８Ａは、本発明の第７の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な断面図である。
【０１１７】
本実施形態に係る真空蒸着装置６００では、複数の蒸発材料１０をストックするストック室４０が、チャンバ１３に接続されている。例えばこのストック室４０はチャンバ１３の下部に接続され、チャンバ１３内及びストック室４０内は、開口部４１を介して連通している。ストック室４０は真空状態を維持できるように、図示しない真空ポンプ等が接続されている。あるいは、チャンバ１３に接続された真空ポンプが、このストック室４０を真空排気するような構成であってもよい。
【０１１８】
真空蒸着装置６００は、ストック室４０で待機している蒸発材料１０を順に１つずつチャンバ１３に供給する図示しない供給機構が設けられている。供給機構は、例えばストック室４０内で待機している蒸発材料１０を開口部４１付近まで搬送する水平搬送部と、開口部４１を介して蒸発材料１０を上昇移動させる垂直搬送部とを有する。
【０１１９】
この真空蒸着装置６００では、図１８Ｂに示すように、蒸発材料１０同士が接触している。このように蒸発材料１０同士が接触することにより、図示しない昇降可能な保持部材により保持された下側の蒸発材料１０２（第２の蒸発材料）が、材料保持機構の一部を構成する挟持機構３８（リング状ハースでもよい）により保持された上側の蒸発材料１０１（第１の蒸発材料）を支持している。図示しない垂直搬送部に設けられた保持部材が、下側の蒸発材料１０２を保持し、この保持された蒸発材料１０２が上昇することにより上側の蒸発材料１０１を押し上げる。これにより、電子ビームＢに照射されている、上側の蒸発材料１０１の上面の高さを一定に制御することができる。あるいは、当該上面の高さを一定に制御するのではなく、定期的に、昇降機構１１（図１参照）が下側の蒸発材料１０を上昇させてもよい。電子ビームの照射後に、図１８Ｃに示すように、挟持機構３８による上側の蒸発材料１０１の支持が解除されるようにしてもよい。
【０１２０】
このように、複数の蒸発材料１０を連続的に処理することができ、蒸着処理の連続処理時間を延ばすことができる。これにより、基板Ｗの生産性が向上する。
【０１２１】
以上、第２〜７の実施形態では、ハースが設けられていない構成を示したが、第１の実施形態のようにハース１６が設けられていてもよい。
【０１２２】
[第８の実施形態]
【０１２３】
図１９は、本発明の第８の実施形態を説明するための図であり、電子ビームの照射方法を説明するための図である。本実施形態で用いられる装置は、上記第１〜７に係る真空蒸着装置のうちどれでもよい。
【０１２４】
メインコントローラ１４は、蒸発材料１０の上面１０ａのうちエッジ領域１０ｅと、そのエッジ領域１０ｅ以外の領域であってそのエッジ領域ｅに囲まれた内部領域１０ｆとで、それらに入射する電子ビームのパワー密度（絞りパワー密度）を変える。具体的には、メインコントローラ１４は、集束コイル６１に加える電流または電圧を制御することにより、電子ビームのパワー密度を変えることができる。
【０１２５】
例えばメインコントローラ１４が、上記した第１の実施形態における三角波の揺動パターン（図３Ａ及びＢ）を用いて、電子ビームを揺動させるとする。この場合に、電子銃ドライバ５９は、三角波のうち、電子ビームが上面１０ａのうち内部領域１０ｆに入射する時は、そのパワー密度を第１の値に設定し、電子ビームがエッジ領域１０ｅに入射する時は、そのパワー密度を第１より高い第２の値に設定する。この第１及び第２の値の比は、適宜設計され得る。
【０１２６】
このようにパワー密度を上面１０ａの領域に応じて変更することにより、上面１０ａのうち、固化しやすいエッジ領域１０ｅの蒸発を促進させることができる。特に、ハースやるつぼ等を使用する場合、蒸発材料１０から、それらハースやるつぼへの熱伝導が増えるため、エッジ領域１０ｅが固化しやすくなる。したがって、本実施形態は、ハースやるつぼを使用する場合には特に有効である。
【０１２７】
図２０Ａは、ピアス式電子銃における、集束コイル６１（図２参照）の電流値と、電子ビームの直径との関係を示すグラフである。このグラフに関する実験では、電子ビームの電流値が400mA、電子ビームのパス長は700mmである。グラフは、集束コイル６１の電流値が2.5Aの時に、電子ビームの直径が小さい、つまり、最もパワー密度が大きいことを示している。
【０１２８】
図２０Ｂ及びＣは、この実験において集束コイル６１の電流値をそれぞれ1.0A、2.5Aとした時の、電子銃５０内部の電子ビームの様子を示す写真である。
【０１２９】
この第８の実施形態において、メインコントローラ１４は、パワー密度ではなく、蒸発材料１０の上面の内部領域１０ｆとエッジ領域１０ｅとで、それらに入射する電子ビームのパワー（ここではフィラメント電源５３の投入パワー）を変えてもよい。あるいは、メインコントローラ１４は、電子ビームのパワー及びパワー密度の両方を、それらの領域に応じて変えてもよい。
【０１３０】
[第９の実施形態]
【０１３１】
図２１は、本発明の第９の実施形態を説明するための図であり、蒸着処理を説明するための図である。本実施形態では、複数の蒸発材料１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄがチャンバ１３内に配置されている。図２１ではその平面図を表している。例えば４つの蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄが、四角形を作るように配置されている。４つの蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄの各中心座標は、A(x1,y1)、B(x2,y1)、C(x1,y2)、D(x2,y2)で表されている。１つの電子銃５０が電子ビームを出射して、所定時間ごとに電子ビームの方向を変えることにより、これら４つの蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄに電子ビームを所定時間ごとに順にそれぞれ照射する。本実施形態の場合、電子銃５０は、ピアス式電子銃が用いられる。
【０１３２】
このように離れた複数の蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄに電子ビームを照射するために、電子銃５０は、揺動コイル６２を制御することにより複数の方向に電子ビームをそれぞれ出射することができる。あるいは、複数の方向の各開き角度が大きい場合、電子銃５０は、揺動コイル６２を用いずに、別のコイルや別のビーム路を備えることにより、複数の方向に電子ビームを出射することができる。
【０１３３】
図２２Ａ及びＢは、Ｘ及びＹ軸における、揺動コイル６２により揺動される電子ビームの波形を示す図である。図２２Ａ及びＢに示した揺動パターンによれば、蒸発材料１０Ａ→１０Ｂ→１０Ｃ→１０Ｄの順に電子ビームが照射される。電子銃５０は、４番目の蒸発材料１０Ｄの照射が終了した後、１番目の蒸発材料１０Ａから順に再度照射処理を行う。
【０１３４】
また、蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄごとの上面での電子ビームの揺動パターンは、図３Ａ及びＢに示したパターンと同様であり、蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄの上面の外形にしたがって電子ビームが揺動する。なお、図２２Ａ及びＢでは、両軸での揺動の周波数が同じになっているが、これらは図３Ａ及びＢに示したように異なっていてもよい。
【０１３５】
蒸発材料の単位面積当りの蒸発量は、スプラッシュやスピッティングの発生により実用上制限されるため、成膜レートを上げるためには、蒸発材料の上面（蒸発面）の面積を大きくするか、または、本実施形態のように複数の蒸発材料を設置すればよい。
【０１３６】
本実施形態によれば、蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄごとに均一な蒸発流分布を発生させることができる。複数の蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄが用いられるので、成膜レートが向上し、処理時間も短縮される。なお、蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄはそれぞれ異なる材料として使用されてもよい。
【０１３７】
これらの蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄを保持する機構としては、上記した各実施形態の材料保持機構１５を採用することができる。例えば、これらの蒸発材料１０の設置間隔をできるだけ狭くした場合、第２の実施形態のように、ハースを使用しない形態を選択することにより、第１の実施形態のハース１６を使用する場合に比べ、当該設置間隔を狭くすることができる。設置間隔が狭いほど、基板Ｗへの蒸発流の入射角を一定（均一）に近づけることができる。
【０１３８】
[その他の実施形態]
【０１３９】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【０１４０】
上記各実施形態では、支持部１７を昇降する昇降機構１１はなくてもよい。この場合、例えば図２３に示したようなるつぼを使用してもよい。
【０１４１】
揺動パターンの形状は、三角波でなくてもよく、電子ビームが、蒸発材料１０の上面１０ａの外形にしたがって揺動する揺動パターンであれば、矩形波、のこぎり波、サイン波等、あるいはこれらの組み合わせ等、何でもよい。あるいは、揺動パターンは、上記のような往復動ではなく、蒸発材料１０の上面の外形に沿うようにして揺動するパターンであれば、例えばスパイラル状、あるいは、大きさの異なる何重ものサークル状（円形に限られない）のパターンであってもよい。
【０１４２】
上記各実施形態では、ピアス式電子銃が用いられたが、偏向式（トランスバース式）の電子銃等、他の方式の電子銃が用いられてもよい。
【０１４３】
基板Ｗを保持する保持機構として、搬送装置２０に設けられたキャリア２５を例に挙げたが、この保持機構は、搬送装置２０に設けられていなくてもよい。つまり、保持機構は、真空蒸着装置内のチャンバ１３内に備えられた保持機構であってもよい。
【０１４４】
上記第９の実施形態では、１つの電子銃５０が用いられたが、複数の電子銃が用いられてもよい。この場合、電子銃の数と蒸発材料の数とが一致していてもよいし、一致していなくてもよい。
【０１４５】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【０１４６】
１０、１０Ａ〜１０Ｄ、１０１、１０２、２１０…蒸発材料
１０ａ…上面（対向面）
１０ｂ…側面
１０ｅ…エッジ領域
１０ｆ…内部領域
１１…昇降機構
１４…メインコントローラ
１５…材料保持機構
１６…リング状ハース
１７…支持部
１８…冷媒流路
２５…キャリア
３１、１３１…リフレクタ
３６…冷却機構
３７…加熱機構
３８…挟持機構
５０…電子銃
６０…ビーム集束部
６１…集束コイル
６２…揺動コイル
６３…フローレジスタ
１００、２００、３００、４００、５００、６００…真空蒸着装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム蒸着を行う真空蒸着装置、これに用いられる電子銃及びその蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空蒸着法は、薄膜を効率良く形成する方法として、幅広い分野で用いられている。薄膜を形成する材料（蒸発材料、蒸着材料と呼ばれる。）を蒸発させるための加熱源として、電子ビーム、抵抗加熱、誘導加熱、イオンビーム等が用いられる。電子ビームによる加熱は、高融点金属や酸化物等、多くの材料に適用され、かつ、電子ビームによる加熱方式の場合、蒸発材料及びるつぼ等によるコンタミネーションが少ない。このような理由から、電子ビーム加熱方式は、電子装置に用いられる薄膜を形成する場合に用いられる場合が多い。
【０００３】
特許文献１に記載された、電子ビーム蒸着に用いられる電子銃装置は、偏向コイル（３）による電子ビーム（８）の軌道と、走査コイル（５）による電子ビーム（８）の軌道とを制御する制御装置（２１）を備えている。制御装置（２１）で設定される、これらの偏向コイル（３）及び走査コイル（５）の各電流値の組み合わせによって、電子ビームの照射対象となる蒸着材料（７）へ入射する電子ビーム（８）の入射角がそれぞれ決定される。このように電子ビームの入射角が制御されることにより、蒸着材料の溶け跡が平均化される（例えば、特許文献１の明細書段落[０００５]〜[０００９]及び[００３３]等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６３６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、電子ビーム蒸着を行う真空蒸着装置では、蒸発材料をできるだけ均一に蒸発させることが要求される。特に、蒸発材料の、基板等の蒸着対象物に対向する対向面内で、その対向面から発生する蒸発流密度の分布が不均一である場合、蒸着対象物に蒸着された膜の膜厚分布が不均一となり成膜レートが不安定となるおそれがある。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、蒸発材料の、蒸着対象物に対向する対向面内で、蒸発流密度の分布を均一にすることができる真空蒸着装置、これに用いられる電子銃及びその蒸着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る真空蒸着装置は、対象物保持機構と、材料保持機構と、電子銃と、制御部とを具備する。
前記対象物保持機構は、蒸着の対象物を保持する。
前記材料保持機構は、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向するように、蒸発材料を保持する。
前記電子銃は、電子ビームを発生する発生源と、前記発生した電子ビームを揺動させる揺動器とを有し、前記揺動する前記電子ビームを出射する。
前記制御部は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する。
【０００８】
本発明の一形態に係る電子銃は、蒸着の対象物を保持する対象物保持機構と、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向するように、蒸発材料を保持する材料保持機構とを備えた真空蒸着装置に用いられる電子銃である。
前記電子銃は、電子ビームを発生する発生源と、前記発生した電子ビームを揺動させる揺動器とを具備する。また、前記電子銃は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する制御部を備える。
【０００９】
本発明の一形態に係る真空蒸着方法は、所定位置で保持された蒸着の対象物に対向するように蒸発材料を保持することを含む。
発生した電子ビームを揺動させる揺動器を有する電子銃を用いて、前記電子ビームが前記蒸発材料に照射される。
前記保持された前記蒸発材料の、前記保持された対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームが揺動するように、前記電子銃の揺動器が制御される。
【発明の効果】
【００１０】
以上、本発明によれば、蒸発材料の、蒸着対象物に対向する対向面内で、蒸発流密度の分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、電子銃の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図３Ａ及びＢは、一方向（Ｘ軸方向）及びそれに直交する方向（Ｙ軸方向）を振幅方向とする、電子ビームの揺動パターンを示すそれぞれ示すグラフである。
【図４】図４は、この揺動パターンにしたがって揺動する電子ビームの、蒸発材料の上面での走査軌跡を模式的に示す図である。
【図５】図５Ａ〜Ｄは、実施例１に関連する写真である。
【図６】図６Ａは、参考実施例における電子銃の揺動パターンを示すグラフである。図６Ｂ〜Ｄは、参考実施例に関連する写真である。
【図７】図７は、スカルが形成された蒸発材料の断面を示す模式図である。
【図８】図８は、実施例１及び参考実施例において、Moの成膜レートが100オングストローム／秒に一定になるように設定された時の、蒸発時間と成膜レートとの関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第２の実施形態に係る真空蒸着装置を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に関連する本実験で得られた、電子銃への投入パワーと成膜レートとの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、従来法による、蒸発材料への電子ビームの照射方法を示す図である。
【図１２】図１２は、各種の蒸発材料の融点及び沸点等の特性を示す表である。
【図１３】図１３は、上記実施例２と、参考実施例との比較であって、スプラッシュ（splash）の発生数を測定した結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、本発明の第３の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な図である。
【図１５】図１５は、本発明の第４の実施形態を説明するための図である。
【図１６】図１６は、本発明の第５の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第６の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図１８】図１８Ａ〜Ｃは、本発明の第７の実施形態に係る真空蒸着装置の構成及び動作を示す模式的な断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の第８の実施形態を説明するための図であり、電子ビームの照射方法を説明するための図である。
【図２０】図２０Ａ〜Ｃは、第８の実施形態に関連する実験のグラフ及び写真である。
【図２１】図２１は、本発明の第９の実施形態を説明するための図であり、蒸着処理を説明するための図である。
【図２２】図２２Ａ及びＢは、Ｘ及びＹ軸における、揺動コイルにより揺動される電子ビームの波形を示す図である。
【図２３】図２３は、水冷のるつぼに配置された材料に電子ビームが照射される様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上述のように、前記制御部は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する。電子ビームが、対象物に対向する対向面の外形にしたがって揺動器により揺動するので、電子ビームが、その対向面全体に均一に入射される。したがって、蒸発材料の対向面からの蒸発流分布を均一にすることができる。
【００１３】
前記制御部は、前記揺動器により揺動する前記電子ビームの各振幅を結ぶ包絡線が、前記蒸発材料の前記対向面の外形に沿うように、前記揺動器を制御してもよい。
【００１４】
前記材料保持機構は、前記蒸発材料を保持するハースを有してもよい。ハースは有底のハースであってもよい。あるいは、前記ハースは、前記蒸発材料を保持する穴部を有するリング状ハースであってもよい。前記ハースは、前記ハースを冷却する冷却部を有してもよい。
【００１５】
前記真空蒸着装置は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の側面の周りの少なくとも一部に、前記蒸発材料に非接触で配置されたリフレクタをさらに具備してもよい。これにより、蒸発材料の側面から輻射による放出されるエネルギーによる損出を抑えることができる。
【００１６】
前記真空蒸着装置は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の側面の周りの少なくとも一部に、前記蒸発材料に非接触で配置された冷却機構をさらに具備してもよい。冷却機構は、非接触で蒸発材料を冷却するので、蒸発材料に接触して冷却する方式に比べ、熱伝導によるエネルギーの損出をなくすことができる。
【００１７】
前記材料保持機構は、前記蒸発材料の下部を支持する支持部を有してもよい。その場合、前記真空蒸着装置は、前記支持部の下部に配置された加熱機構をさらに具備してもよい。これにより、支持部付近の温度と、例えばその支持部に対向するチャンバ付近の温度との差を少なくすることができる。したがって、蒸発材料及び支持部からチャンバ側への熱伝導によるエネルギーの損出を低減することができる。
【００１８】
前記真空蒸着装置は、前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料を昇降させる昇降機構をさらに具備してもよい。これにより、蒸発材料の対向面の高さ位置を一定に保つことができたり、後述するように複数の蒸発材料を連続的に供給できたり、様々なメリットが得られる。
【００１９】
前記昇降機構は、複数の蒸発材料のうち、前記材料保持機構により保持された第１の蒸発材料の下部で待機した第２の蒸発材料を保持して昇降させる機構を有してもよい。その場合、前記昇降機構は、前記第１の蒸発材料の下部に前記第２の蒸発材料の上部を接触させて前記第１の蒸発材料を押し上げることにより、前記第１の蒸発材料を上昇させる。これにより、複数の蒸発材料を連続的に処理することができ、蒸着処理の連続処理時間を延ばすことができる。これにより、対象物の生産性が向上する。
【００２０】
前記制御部は、前記蒸発材料の前記対向面の外形を形成するエッジ領域に囲まれた内部領域に入射する電子ビームのパワーまたはパワー密度より高い、パワーまたはパワー密度で、前記エッジ領域に前記電子ビームが入射するように、前記電子銃を制御してもよい。これにより、固化しやすい、蒸発材料の対向面のエッジ領域の蒸発を促進させることができる。
【００２１】
前記蒸発材料として、300℃以内の融点と沸点との差を持つ蒸発材料が用いられてもよい。例えば、前記蒸発材料としてモリブデンが用いられる。
【００２２】
前記蒸発材料は、円柱形状でなり、または、円錐形状の一部の形状でなっていてもよい。
【００２３】
前記電子銃は、ピアス式電子銃であってもよい。ピアス式電子銃によれば、揺動器による電子ビームの揺動の位置制御を高精度に行うことができる。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２５】
[第１の実施形態]
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る真空蒸着装置１００の構成を概略的に示す図である。
【００２７】
真空蒸着装置１００は、チャンバ１３、材料保持機構１５、昇降機構１１、メインコントローラ１４及び電子銃５０を備えている。
【００２８】
チャンバ１３は、真空に維持されることが可能に構成された真空チャンバであり、このチャンバ１３には図示しない真空ポンプが接続されている。
【００２９】
チャンバ１３が有するチャンバ壁１３ａの上部には、蒸着対象物としての基板Ｗを水平方向に搬送する搬送装置２０が搭載されている。搬送装置２０は、基板Ｗを保持することが可能な、水平方向に移動可能に構成されたキャリア２５を有する。キャリア２５は、対象物保持機構として機能する。チャンバ壁１３ａの上部には、開口部２６が形成され、この開口部２６を介して、キャリア２５に保持された基板Ｗが、チャンバ１３内に対向するようになっている。
【００３０】
なお、搬送装置２０は、キャリア２５により保持された基板Ｗへの蒸着処理が終了すると、次の処理のために、キャリア２５を水平移動させ、次の処理対象となる基板Ｗをキャリア２５で保持して開口部２６に対向させる。すなわち、この真空蒸着装置１００はインライン型の装置である。キャリア２５は複数設けられていてもよい。
【００３１】
基板Ｗは、ＦＰＤ（Flat Panel Display）またはソーラーパネル等に用いられるガラス基板である。あるいは、ＦＰＤとしては、例えば液晶、ＥＬ（Electro-Luminescence）、ＦＥＤ（Field Emission Display）、ＳＥＤ（Surface-conduction Electron-emitter Display）等がある。基板Ｗは、半導体デバイスに用いられる半導体基板であってもよい。
【００３２】
材料保持機構１５は、蒸発材料１０を保持し、搬送装置２０のキャリア２５により保持される基板Ｗに対向するように、チャンバ１３内の下部に配置されている。蒸発材料１０は、例えば円柱状を有する。材料保持機構１５は、例えばこの円柱状の蒸発材料１０の上部の側面を保持するリング状ハース１６と、蒸発材料１０の下部を保持して支持する支持部１７とを有する。
【００３３】
リング状ハース（以下、単にハースという。）１６は、その穴部内で蒸発材料１０を保持する。ハース１６の平面で見た外形形状は、円形であってもよいし、三角以上の多角形、あるいはこれらの組み合わせの形状であってもよい。ハース１６の内部には、このハース１６を冷却する冷却部として、冷媒を通す冷媒流路１８が設けられている。冷媒流路１８は、例えばハース１６のリング形状に沿って形成されている。
【００３４】
冷媒としては、水やオイルが用いられる。冷却部としては、冷却ジャケットのようにハースの周囲に設けられる構成であってもよい。
【００３５】
ハース１６の材料としては、典型的には銅（Cu）が用いられるが、用いられる蒸発材料１０に応じて適宜変更可能である。蒸発材料１０としては、タングステン（W）、タンタル（Ta）、モリブデン（Mo）等が用いられるが、これらに限られない。Moは、例えばＦＥＡ（Field Emitter array）の電極を形成するための材料として用いられる。
【００３６】
材料保持機構１５の支持部１７は、昇降機構１１に接続されている。昇降機構１１による支持部１７の昇降動作により、ハース１６にその姿勢が保持された蒸発材料１０が昇降するように移動する。昇降機構１１は、例えばボールネジ、ラックアンドピニオン、あるいは流体圧シリンダ等の機構によって構成される。
【００３７】
支持部１７の材料は、用いられる蒸発材料１０と同じ材料であってもよい。これにより、操作ミス等により、蒸発材料１０を使いきった（蒸発材料１０をすべて蒸発させた）状態で、なおも電子銃５０から電子ビームＢが出射されても、電子ビームＢはその支持部１７に入射されるので、チャンバ１３内での汚染を防止することができる。
【００３８】
材料保持機構１５の一部を構成する部材として、例えば、ハース１６の下部に蒸発材料１０の側面の少なくとも一部を保持する別の保持部材が設けられていていてもよい。この保持部材として、例えば、昇降機構１１による蒸発材料１０の昇降時に、蒸発材料１０の移動をガイドするガイド部材が設けられていてもよい。
【００３９】
電子銃５０は、チャンバ１３の側部に接続されている。電子銃５０は、チャンバ１３内に電子ビームＢを出射する。出射された電子ビームＢは、その軌道がチャンバ１３内に設けられた偏向コイル１２により曲げられることにより、材料保持機構１５により保持された蒸発材料１０の上面に入射する。蒸発材料１０の上面（１０ａ）は、すなわち、キャリア２５に保持された基板Ｗに対向する対向面である。
【００４０】
メインコントローラ１４は、基本的にはＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のハードウェアを有するコンピュータにより構成される。
【００４１】
図２は、電子銃５０の構成を概略的に示す断面図である。
【００４２】
この電子銃５０は、ピアス式の電子銃５０である。電子銃５０は、電子ビームＢの進行方向の上流側から順に、フィラメント５５、カソード５６、ウェネルト５７、アノード５８及びビーム集束部６０を備える。また、電子銃５０は、電子銃ドライバ５９に接続されている。フィラメント５５にはフィラメント電源５３が接続されている。また、カソード５６はとフィラメント電源５３との間には、カソード電源５２が接続されている。
【００４３】
フィラメント５５、カソード５６、ウェネルト５７、アノード５８及びビーム集束部６０は、ケーシング６５内に収容されている。ケーシング６５内は真空ポンプ２２により真空排気可能となっている。ケーシング６５の一端部には開口部６５ａが形成されており、また、チャンバ壁１３ａの側壁の一部にも開口部１３ｂが形成されている。これらの開口部同士が接続されるように、ケーシング６５及びチャンバ壁１３ａが接続される。これにより、ケーシング６５内とチャンバ１３内とが連通する。
【００４４】
フィラメント電源５３によりフィラメント５５が通電することにより加熱され、これによりフィラメント５５は熱電子を発生する。カソード５６とフィラメント５５との間にはカソード電源５２により電場が形成され、フィラメント５５が発生した熱電子が加速してカソード５６に衝突する。この熱電子の衝突及びフィラメント５５からの輻射熱により、カソード５６が加熱され、カソード５６の表面から熱電子が放出されるようになっている。このように放出された熱電子が電子ビームＢとなる。フィラメント５５、カソード５６及びアノード５８は、電子ビームＢの発生源である。
【００４５】
カソード５６の周縁部に配置されたウェネルト５７（ビーム形成電極）は、カソード５６から放出される電子を電場で制御し、電子を集束させる。ウェネルト５７は例えばリング状に形成されている。カソード５６とアノード５８との間には、加速電源５１により電場が形成され、これにより、カソード５６からの熱電子がウェネルト５７を通ってアノード５８側へ加速するようになっている。
【００４６】
ビーム集束部６０は、筒状のフローレジスタ６３、このフローレジスタ６３の周囲に配置された集束コイル６１（フォーカスコイル）、及び、揺動コイル６２を有する。フローレジスタ６３及び集束コイル６１は、電子ビームＢのビーム径を形成する。ビーム径は、蒸発材料１０の上面１０ａの径より十分小さくなるように設定される。
【００４７】
揺動コイル６２は、電子ビームを所定の振幅範囲内で、電子ビームＢを揺動する揺動器として機能する。メインコントローラ１４は、揺動コイル６２に印加される電流または電圧を制御することで、揺動コイル６２が作る磁場を任意に制御し、これにより電子ビームＢを各種の揺動パターンで揺動させることができる。
【００４８】
電子銃ドライバ５９は、上記各電源５１〜５３、集束コイル６１及び揺動コイル６２等を駆動する。例えば、電子銃ドライバ５９は、メインコントローラ１４による制御信号に応じて、所定の電流または電圧を、集束コイル６１及び揺動コイル６２に加える。
【００４９】
揺動パターンの周波数や、２軸方向での周波数差等は、蒸発材料１０の融点、熱伝導率、溶解温度／蒸発温度の関係、あるいは、真空蒸着装置１００の連続運転時間等によって、適宜設定され得る。
【００５０】
なお、フィラメント５５の近傍には、イオンコレクタ５４が配置されている。電子銃５０からチャンバ１３に向かって電子ビームＢを照射すると、電子ビームＢがチャンバ１３の内部ガスと衝突してイオンを発生させる。そして発生したイオンの一部が、電子銃５０のカソード５６に向かって逆流する場合がある。イオンコレクタ５４は、このイオンを捕集する機能を有する。
【００５１】
以上のように構成された真空蒸着装置１００の動作を説明する。
【００５２】
上述したように、フィラメント電源５３、カソード電源５２及び加速電源５１から各部に電源が投入されることにより、電子銃５０は電子ビームＢを出射する。出射された電子ビームＢは、偏向コイル１２によって図１に示すように曲げられ、材料保持機構１５により保持された蒸発材料１０の上面１０ａに入射する。これにより、蒸発材料１０が加熱される。
【００５３】
メインコントローラ１４または電子銃ドライバ５９は、上記したように、揺動コイル６２が作る磁場を制御することにより、所定の揺動パターンにより電子ビームＢを揺動させる。この場合、メインコントローラ１４及び電子銃ドライバ５９のうち少なくとも一方は、制御部として機能する。電子ビームＢが照射された蒸発材料１０が所定温度になると溶解または昇華し、蒸発した蒸発材料１０が、対向する基板Ｗの表面に堆積して薄膜が形成される。
【００５４】
メインコントローラ１４は、昇降機構１１の動作を制御する図示しないドライバに制御信号を送ることにより、そのドライバは、支持部１７の昇降動作を制御する。例えばドライバは、支持部１７を待機位置（初期位置）に位置させたり、また、蒸着処理中において蒸発材料１０の上面１０ａを一定の高さに維持するように、その支持部１７の高さ位置を制御したりする。
【００５５】
後者の場合、ドライバは、蒸発材料１０の上面１０ａの高さ位置を一定に維持するために、定期的または連続的に、支持部１７の上昇動作を実行すればよい。その上昇動作の周期またはスピードは、例えばメインコントローラ１４が、成膜レート、電子ビームＢのパワー、あるいは蒸発材料１０の種類（材料種及びその大きさ等）等の条件に基づいて設定すればよい。メインコントローラ１４は、ユーザーがそれらの条件を、メインコントローラ１４に入力するためのプログラムを備えていてもよい。
【００５６】
ここで、図３Ａ及びＢは、一方向（Ｘ軸方向）及びそれに直交する方向（Ｙ軸方向）を振幅方向とする、電子ビームＢの揺動パターンを示すそれぞれ示すグラフである。すなわち、これらの振幅は、電子ビームＢの、蒸発材料１０の上面１０ａ上での振幅に相当する。これらの波形は、例えば三角波とされる。これらのグラフの横軸は時間である。
【００５７】
図４は、この揺動パターンにしたがって揺動する電子ビームの、蒸発材料１０の上面１０ａでの走査軌跡を模式的に示す図である。図３Ａ及びＢにおいて、Ｘ及びＹ軸方向は、図４に示した蒸発材料１０の上面１０ａの位置を決定する２次元座標のＸ及びＹ軸方向に一致している。図３Ａに示すように、この揺動パターンは、電子ビームＢが蒸発材料１０の上面１０ａの外形にしたがって動くようなパターンである。具体的には、電子ビームＢの揺動の各振幅を結ぶ包絡線が、蒸発材料１０の上面の外形に沿うように形成される。本実施形態では、蒸発材料１０は円柱状に形成され、その上面１０ａが円形なので、その包絡線は円形とされる。蒸発材料１０が四角柱の場合、包絡線は、その上面１０ａの四角形に合わせて、四角形に形成されるようにすればよい。
【００５８】
図３ＡとＢを比べると、Ｘ軸方向での揺動周波数に比べ、Ｙ軸方向での揺動周波数の方が小さくなっている。このようにすることで、図４に示すように、例えば１回目の電子ビームの走査軌跡（実線で示す）と、２回目の電子ビームの走査軌跡（破線で示す）とを２次元的に異なるように形成することができ、干渉を防ぐことができる。例えばＸ軸方向の揺動周波数を300〜700Hzとする場合、Ｙ軸方向の揺動周波数は100〜400Hzに設定される。
【００５９】
Ｘ軸方向での最大振幅値とＹ軸方向での最大振幅値は、同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００６０】
なお、図３Ａ、Ｂ及び図４では、説明を分かりやすくするため、電子ビームの軌跡を模式的に描いており、この図は周波数が比較的低い状態に対応している。揺動周波数が上記したような範囲の周波数（Ｘ軸方向：300〜700Hz、Ｙ軸方向：100〜400Hz）である場合、電子ビームの軌跡の形状は、後述の図５Ａの写真で示すような波形に対応する形状となる。
【００６１】
なお、揺動コイル６２による電子ビームの揺動パターンは、メインコントローラ１４が備えるファンクションジェネレータにユーザーにより設定されればよい。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る真空蒸着装置１００では、メインコントローラ１４及び／または電子銃ドライバ５９により、電子ビームＢが、蒸発材料１０の上面１０ａの外形にしたがって揺動するように、揺動コイル６２が制御される。これにより、電子ビームが、その上面１０ａ全体に均一に入射される。したがって、蒸発材料１０の上面１０ａからの蒸発流分布（蒸発流密度）を均一にすることができる。その結果、成膜レートの安定化を図ることができ、基板Ｗに形成される蒸着膜の膜厚分布を均一にすることができる。
【００６３】
参考説明として、図２３は、るつぼを示す断面図である。るつぼ９０１は、蒸発材料９０３を収容し、その蒸発材料９０３に電子ビームＢ１が照射される。なお、この図に示したるつぼ９０１は、水冷方式の冷却部９０２を有している。
【００６４】
（第１の実施形態に対応する実施例１と、参考実施例との比較）
本発明者は、この真空蒸着装置１００を使用して、以下の条件で基板Ｗに蒸着を行った。
【００６５】
＜本技術の実施例１（第１の実施形態に対応する実施例）の条件＞
・蒸発材料：Mo、直径50.8mm（２インチ）、高さ250mmの円柱形状
・ハース：材料はCu、水冷式
・電子銃：60kWのピアス式電子銃、加速電圧30kV、エミッション電流（カソード５６から放出される電流）2A
・揺動コイルの揺動周波数：Ｘ軸方向500Hz、Ｙ軸方向222Hz
・揺動コイルによる電子ビームの揺動パターン：各振幅を結ぶ包絡線が蒸発材料の上面の外形に沿うように形成されるパターン（図３Ａ、Ｂ及び図４参照）
・昇降機構により、蒸発材料の上面である蒸発面の高さを一定とした。
【００６６】
図５Ａは、実施例１において、メインコントローラ１４のファンクションジェネレータを用いて本発明者によって設定された、上記揺動周波数を持つ揺動パターンの波形を示す写真である。
【００６７】
図５Ｂは、実施例１において、揺動パターンで電子ビームが照射されている時の、蒸発材料１０の上面を示す写真である。本技術では、電子ビームが蒸発材料１０の上面の全面に均一に入射し、均一に発光しているのがわかる。
【００６８】
図５Ｃは、実施例１による蒸着処理後の蒸発材料１０の上面１０ａを示す写真である。また、図５Ｄは、蒸着処理後に、蒸発材料１０の側面及びその大きさを示した写真である。これらの図５Ｃ及びＤに示すように、蒸発材料１０の上面１０ａが、図６Ｃ（後述）に示す蒸発材料の上面と比べ、均一の面になっていることが分かる。
【００６９】
実施例１と対比される参考実施例として、本発明者は、上記第１の実施形態に係る真空蒸着装置１００を用い、上記実施例１の条件のうち、電子ビームの揺動パターンのみを変えて、基板Ｗに蒸着を行った。この参考実施例における揺動パターンの波形は、例えば時間軸で一定の振幅を持つ三角波である。Ｘ及びＹ軸方向における揺動周波数は、上記＜本技術の実施例１の条件＞の揺動周波数とそれぞれ同じである。
【００７０】
図６Ａは、その参考実施例における電子銃５０の揺動パターンを示すグラフである。この揺動パターンの波形は時間軸で一定の振幅を持つ。
【００７１】
図６Ｂ〜Ｄは、参考実施例として得られた結果を示す写真である。図６Ｂは、この揺動パターンで電子ビームが照射されている時の、蒸発材料の上面を示す写真である。時間軸で一定の振幅を持つ揺動パターンの場合、図６Ｂにおいて破線で囲まれる四角形の中にのみ電子ビームが照射される。このグレースケールの写真では分かりにくいが、四角形内の発光色と、四角形外の発光色とが異なっており、これは、四角形外の材料が溶解しにくくなっている状態にあるということである。
【００７２】
図６Ｃは、参考実施例による蒸着処理後の蒸発材料の上面を示す写真である。上述のように、電子ビームの照射範囲が四角形とされるので、その四角形内のみ蒸発材料が溶解した痕跡が見られ、その上面の外形を形成するエッジ部には、スカル（scull：残留した金属）がリング状に形成される。なお、図６Ｄは、蒸発材料の上面及びその上面の直径（単位：cm）を示した写真である。
【００７３】
図７は、このようにスカル１０１１が形成された蒸発材料１０１０の断面を示す模式図である。蒸発材料１０１０の上面からある程度溶解（溶解部１０１２）が進むと、このようにスカル１０１１が形成され、矢印で示すように斜め方向の材料の蒸発流が妨げられる。すなわち、スカル１０１１が形成されることにより蒸発する材料の拡散が妨げられる。これにより、広い範囲での蒸着が困難となる。また、スカル１０１１の径方向の厚さが薄い場合には、スカル１０１１が内側や外側に倒れるおそれがある。例えばスカル１０１１が内側に倒れると、スカル１０１１内で元々溶解している金属に、倒れた固体の金属が混じるので、蒸発面が不均一となる。その結果、蒸発レート及び成膜レートが不安定となる。
【００７４】
この点、上記実施例１によれば、スカル１０１１が形成されず、上述のように、電子ビームがその上面１０ａの全体に均一に入射される。したがって、蒸発材料１０の上面１０ａからの蒸発流分布を均一にすることができる。これによりスカル１０１１が形成される結果生じる問題も抑制することができる。
【００７５】
また、昇降機構１１により、蒸発材料１０の上面１０ａ、すなわち蒸発面の高さを一定に維持することができる。ハース１６が本実施形態のようにリング状ハースであって、また、そのハース１６が冷媒流路１８を有する場合に、仮に蒸発面の高さが一定に維持できない場合、次のような問題が起こる。すなわち、蒸発材料１０とハース１６との接触面積が変化することにより、冷媒流路１８を通る冷却水に奪われる熱量が変動し、蒸発レートが不安定となる。しかし、本実施形態では、昇降機構１１によりその蒸発材料１０の対向面の高さ位置が一定に保たれることにより、当該接触面積を一定に保ち、その蒸発材料１０とハース１６との間の熱伝導（例えば、単位時間当りの熱伝導量）を一定にすることができる。その結果、蒸発レートが安定となり、成膜レートを安定させることができる。
【００７６】
図８は、実施例１及び参考実施例において、Moの成膜レートが100オングストローム／秒に一定になるように設定された時の、蒸発時間と成膜レートとの関係を示すグラフである。具体的には、蒸発材料（Mo）の直上980mmの位置にＣＲＴＭ（水晶振動式膜厚モニタ）が設置され、そのＣＲＴＭにより得られるデータに基づいて、成膜レートが上記値となるように電子銃５０へのフィードバック制御が行われた。そのほかの条件は、以下の通りである。
【００７７】
測定時間：200分間
チャンバ１３内の圧力：2×10-4Pa
実施例１における電子銃への投入パワーの平均値：36kW
参考実施例における電子銃への投入パワーの平均値：40kW
【００７８】
図８から、本実施形態における成膜レートが、参考実施例におけるそれよりも安定していることが分かる。
【００７９】
[第２の実施形態]
【００８０】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る真空蒸着装置を示す図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施形態に係る真空蒸着装置１００が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００８１】
真空蒸着装置２００は、ハースが設けられていない点で、第１の実施形態に係る真空蒸着装置１００と異なり、それ以外の点では、真空蒸着装置１００と同様である。また。電子銃５０の揺動コイル６２による、電子ビームの揺動パターンも、上記第１の実施形態と同様である。
【００８２】
このように構成された真空蒸着装置２００は、第１の実施形態と同様の効果を奏する上、蒸発材料１０からハースへの熱伝導によるエネルギーの損失がない。このため、電子銃５０から投入した電子ビームのエネルギーを有効に使用することができる。このようにエネルギーの使用効率が高いというメリットの他、第２の実施形態によれば、ハースを使用しないことから、蒸発レート、蒸発流分布及び成膜レートがさらに安定する。
【００８３】
また、ハースやるつぼを使用しないので、冷却水等へのエネルギーの損失がなく、電子ビームのエネルギーを有効に使用することができるため、蒸発材料に投入するパワーを削減できる。これにより、チャンバ１３内の電子及びイオンの密度が減少し、基板Ｗへのダメージを小さくすることができる。また、チャンバ壁１３ａの温度上昇も抑えることができるため、チャンバ壁１３ａからのガスの放出による基板Ｗへのコンタミネーションも低減できる。さらに、ハースに使用される冷却水も必要ないので、冷却水用のチラーに使用する電力を少なくすることができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００８４】
以下、この第２の実施形態に対応する実施例２と、上記実施例１とを比較する。実施例２では、ハースが設けられていない点を除いて、上記実施例１の条件と同様の条件で、蒸着処理が行われた。
【００８５】
図１０は、本実験で得られた、電子銃５０への投入パワーと成膜レートとの関係を示すグラフである。本発明者は、蒸発材料１０の直上980mmの位置にガラス基板Ｗをセットし、そのガラス基板Ｗに蒸着された膜の膜厚を成膜時間で除算することにより、成膜レートを算出した。
【００８６】
実施例１における電子銃５０による電子ビームの発生のための投入パワーは、45kWであり、成膜レートは、138オングストローム／秒となった。実施例２では、138オングストローム／秒の成膜レートを得るために、電子銃５０による電子ビームの発生のための投入パワーは、28kWであった。つまり、蒸発材料１０がMoである場合に、同じ蒸発量を得るための投入パワーについて、実施例１と２を比べると、実施例２が実施例１の65%以下となる、という結果が得られた。すなわち、35％以上のエネルギー損失を防止することができた。この場合の、実施例１及び２におけるパワー消費は、それぞれ以下の通りである。
【００８７】
実施例１の場合は以下の通りである。
蒸発材料であるMoの蒸発に使用されたパワー：約2kW、
ハースの冷却水に奪われたパワー：約32kW、
Moの上面から輻射により放出したパワー：約6kW、
Moの下部から支持部へ熱伝導により奪われたパワー：約5kW
【００８８】
実施例２の場合は以下の通りである。
蒸発材料であるMoの蒸発に使用されたパワー：約2kW、
Moの上面から輻射により放出したパワー：約6kW、
Moの側面から輻射により放出したパワー：約14kW、
Moの下部から支持部へ熱伝導により奪われたパワー：約6kW
【００８９】
ちなみに、Moの融点は2890Kであり、Moの実用上十分な蒸発速度である10-5〜10-3（g・cm-2・s-1）を得るための温度は、2550〜3100Kである。
【００９０】
参考説明として、図１１は、ブロック法による蒸発材料への電子ビームの照射方法を示す図である。この方法では、蒸発材料９１０をブロックとして、その蒸発材料９１０の上面９１１ａの一部に電子ビームＢ２が照射されて溶解し、溶解しない周囲の部分はるつぼの機能を有する。しかしながら、この方法では、溶解しない周囲の部分を材料として使用しないため、蒸発材料９１０の使用効率が悪くなり、生産コストが高くなる。また、この方法では、蒸発材料９１０の一部を蒸発させるため、熱伝導率の小さい材料に限られ、また、蒸発材料９１０が少ない場合、湯漏れ（溶解した液体金属が下方に垂れ落ちること）が起こるおそれもある。
【００９１】
第２の実施形態に係る蒸着処理は、このブロック法に近いが、以下のようにして湯漏れ対策が行われる。すなわち、300℃以内の融点（溶解温度）と沸点（蒸発温度）との差を持つ材料が用いられる。これは、融点及び沸点の差が300℃より大きい場合、電子ビームでその材料を溶解途中でその液体量が多くなり、上記湯漏れが起こるおそれがあり、危険である。
【００９２】
図１２は、各種の蒸発材料の融点及び沸点等の特性を示す表である。第２の実施形態では、この表に挙げられた蒸発材料のうち、300℃以内の融点及び沸点の差を持つ材料（二重丸の印が付けられた材料）が用いられる。なお、上記したようなるつぼや、上記第１の実施形態に係るハース１６が用いられる蒸着処理の場合、湯漏れの問題も起こらないため、図１２に示す表のすべての材料を用いることができる。
【００９３】
図１３は、上記実施例２と、参考実施例との比較であって、スプラッシュ（splash）の発生数を測定した結果を示すグラフである。スプラッシュは、電子ビームが蒸発材料の上面の中央部に集中して入射し、その中央部の温度が高くなると、溶解した液体が飛散する現象である。また、その中央部の温度が高くなり、その上面の溶解した液体の内部から蒸発が起こる、スピッティング（spitting）が発生することもある。
【００９４】
この実験では、100オングストローム／秒、150オングストローム／秒の成膜レートにおけるスプラッシュの数が測定された。成膜レートは、蒸発材料（Mo）の直上980mmの位置にＣＲＴＭ（水晶振動式膜厚モニタ）が設置され、そのＣＲＴＭにより測定された。また、蒸発材料から10分間に飛び出すスプラッシュの数が監視され、１分間のスプラッシュ数に換算された。
【００９５】
図１３から、第２の実施形態に相当する実施例２では、参考実施例に比べ、スプラッシュの数が各成膜レートでの実験ごとに1/15、1/18にそれぞれ減少した。これは、参考実施例に比べ、同じ成膜レートを得るための電子ビームの投入パワーが減ったためである。また、本技術に特徴的な電子ビームの揺動パターン（図３及び４参照）により、蒸発材料の蒸発表面の温度が均一になったためである。また、本技術によれば、スピッティングの発生も抑制することができる。
【００９６】
スプラッシュ及びスピッティングの発生を抑制することにより、これに起因する、基板Ｗの欠陥（主にパーティクルによる欠陥）を減少させることができる。
【００９７】
なお、電子銃５０による電子ビームの発生のための投入パワーと成膜レートとの関係は、実施例２の場合、22kWで100オングストローム／秒、31kWで150オングストローム／秒となった。
【００９８】
[第３の実施形態]
【００９９】
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な図である。なお、これ以降の実施形態に係る図では、図１４に示すように真空蒸着装置３００を簡単に模式的に記載している。しかし、実際には、図１４以降に示した真空蒸着装置３００と、図９に示した真空蒸着装置１００とは、下記の異なる点として説明する部分以外では、同様の構成及び機能を有している。なお、昇降機構１１により蒸発材料１０が上昇可能であることを白矢印で示している。
【０１００】
第３の実施形態に係る真空蒸着装置３００は、蒸発材料１０の側面の周りに、蒸発材料１０に非接触で配置されたリフレクタ３１をさらに備える。リフレクタ３１は、円筒形状でもよいし、多角筒形状でもよい。あるいは、リフレクタ３１は、蒸発材料１０の側面の周りの一部に配置されていてもよい。リフレクタ３１は、蒸発材料１０の融点を考慮して適切な融点温度を有する材料が用いられる。
【０１０１】
リフレクタ３１が設けられることにより、蒸発材料１０の側面１０ｂからの輻射により放出されるパワー役14kWの約60%以上を低減することができ、エネルギーの損出を抑えることができる。また、これによりチャンバ１３の温度上昇を抑えることもできる。
【０１０２】
[第４の実施形態]
【０１０３】
図１５は、本発明の第４の実施形態を説明するための図である。
【０１０４】
本実施形態に係る装置としては、図９と同様の真空蒸着装置２００が用いられる。本実施形態では、蒸発材料２１０が円錐形状（の一部）を有する。蒸発材料２１０は、その支持部１７に違い側ほど、幅広に形成されている。蒸発材料２１０の側面２１０ｂが斜めに形成されているので、蒸発材料２１０の上面２１０ａの溶解した液体が、下方まで垂れ落ちることを抑制することができる。したがって、この蒸発材料２１０として、第１〜３の実施形態に係る装置に用いられる蒸発材料と比べて、より多くの材料を採用することができる。
【０１０５】
[第５の実施形態]
【０１０６】
図１６は、本発明の第５の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な断面図である。
【０１０７】
本実施形態に係る真空蒸着装置４００では、支持部１７に支持された蒸発材料１０の側面１０ｂの周りに、蒸発材料１０に非接触で配置された冷却機構３６が設けられている。冷却機構３６を支持する支持台３３の中央部には開口３３ａが形成されており、この開口３３ａを介して、支持部１７に保持された蒸発材料１０が、図示しない昇降機構１１により昇降可能とされている。
【０１０８】
冷却機構３６は、例えば支持台３３上に支持された円筒部材３５を有し、この円筒部材３５内に冷媒流路３４が設けられている。冷媒流路３４は例えば複数設けられている。冷媒流路３４は、蒸発材料１０の周りを周回するようにリング状に形成され、水、オイル、ガス等の冷媒を流通させる。冷媒流路３４は、入口と出口をそれぞれ１つずつ有するような１本のスパイラル状に形成されていてもよい。円筒部材３５の材料は、上記リフレクタ３１の材料が用いられればよい。
【０１０９】
このような構成によれば、冷却機構３６と蒸発材料１０とは直接接触しないため、熱伝導によるエネルギー損出をなくすことができる。また、チャンバ壁１３ａの温度上昇も抑えることができる。
【０１１０】
[第６の実施形態]
【０１１１】
図１７は、本発明の第６の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な断面図である。
【０１１２】
本実施形態に係る真空蒸着装置５００では、二重構造のリフレクタ１３１が蒸発材料１０の周囲に配置される他、支持台３３あるいは支持部１７の下部に、加熱機構３７が配置されている。加熱機構３７としては、セラミックヒータやカーボンヒータ等が用いられる。
【０１１３】
このような構成によれば、蒸発材料１０の上部と下部との温度差が低減されるので、蒸発材料１０の温度が安定する。その結果、蒸発レート及び成膜レートが安定になる。
【０１１４】
本実施形態に対応する装置での実験では、熱伝導により失われるエネルギー6kWの約50%である約3kWを低減できた。
【０１１５】
[第７の実施形態]
【０１１６】
図１８Ａは、本発明の第７の実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す模式的な断面図である。
【０１１７】
本実施形態に係る真空蒸着装置６００では、複数の蒸発材料１０をストックするストック室４０が、チャンバ１３に接続されている。例えばこのストック室４０はチャンバ１３の下部に接続され、チャンバ１３内及びストック室４０内は、開口部４１を介して連通している。ストック室４０は真空状態を維持できるように、図示しない真空ポンプ等が接続されている。あるいは、チャンバ１３に接続された真空ポンプが、このストック室４０を真空排気するような構成であってもよい。
【０１１８】
真空蒸着装置６００は、ストック室４０で待機している蒸発材料１０を順に１つずつチャンバ１３に供給する図示しない供給機構が設けられている。供給機構は、例えばストック室４０内で待機している蒸発材料１０を開口部４１付近まで搬送する水平搬送部と、開口部４１を介して蒸発材料１０を上昇移動させる垂直搬送部とを有する。
【０１１９】
この真空蒸着装置６００では、図１８Ｂに示すように、蒸発材料１０同士が接触している。このように蒸発材料１０同士が接触することにより、図示しない昇降可能な保持部材により保持された下側の蒸発材料１０２（第２の蒸発材料）が、材料保持機構の一部を構成する挟持機構３８（リング状ハースでもよい）により保持された上側の蒸発材料１０１（第１の蒸発材料）を支持している。図示しない垂直搬送部に設けられた保持部材が、下側の蒸発材料１０２を保持し、この保持された蒸発材料１０２が上昇することにより上側の蒸発材料１０１を押し上げる。これにより、電子ビームＢに照射されている、上側の蒸発材料１０１の上面の高さを一定に制御することができる。あるいは、当該上面の高さを一定に制御するのではなく、定期的に、昇降機構１１（図１参照）が下側の蒸発材料１０を上昇させてもよい。電子ビームの照射後に、図１８Ｃに示すように、挟持機構３８による上側の蒸発材料１０１の支持が解除されるようにしてもよい。
【０１２０】
このように、複数の蒸発材料１０を連続的に処理することができ、蒸着処理の連続処理時間を延ばすことができる。これにより、基板Ｗの生産性が向上する。
【０１２１】
以上、第２〜７の実施形態では、ハースが設けられていない構成を示したが、第１の実施形態のようにハース１６が設けられていてもよい。
【０１２２】
[第８の実施形態]
【０１２３】
図１９は、本発明の第８の実施形態を説明するための図であり、電子ビームの照射方法を説明するための図である。本実施形態で用いられる装置は、上記第１〜７に係る真空蒸着装置のうちどれでもよい。
【０１２４】
メインコントローラ１４は、蒸発材料１０の上面１０ａのうちエッジ領域１０ｅと、そのエッジ領域１０ｅ以外の領域であってそのエッジ領域ｅに囲まれた内部領域１０ｆとで、それらに入射する電子ビームのパワー密度（絞りパワー密度）を変える。具体的には、メインコントローラ１４は、集束コイル６１に加える電流または電圧を制御することにより、電子ビームのパワー密度を変えることができる。
【０１２５】
例えばメインコントローラ１４が、上記した第１の実施形態における三角波の揺動パターン（図３Ａ及びＢ）を用いて、電子ビームを揺動させるとする。この場合に、電子銃ドライバ５９は、三角波のうち、電子ビームが上面１０ａのうち内部領域１０ｆに入射する時は、そのパワー密度を第１の値に設定し、電子ビームがエッジ領域１０ｅに入射する時は、そのパワー密度を第１より高い第２の値に設定する。この第１及び第２の値の比は、適宜設計され得る。
【０１２６】
このようにパワー密度を上面１０ａの領域に応じて変更することにより、上面１０ａのうち、固化しやすいエッジ領域１０ｅの蒸発を促進させることができる。特に、ハースやるつぼ等を使用する場合、蒸発材料１０から、それらハースやるつぼへの熱伝導が増えるため、エッジ領域１０ｅが固化しやすくなる。したがって、本実施形態は、ハースやるつぼを使用する場合には特に有効である。
【０１２７】
図２０Ａは、ピアス式電子銃における、集束コイル６１（図２参照）の電流値と、電子ビームの直径との関係を示すグラフである。このグラフに関する実験では、電子ビームの電流値が400mA、電子ビームのパス長は700mmである。グラフは、集束コイル６１の電流値が2.5Aの時に、電子ビームの直径が小さい、つまり、最もパワー密度が大きいことを示している。
【０１２８】
図２０Ｂ及びＣは、この実験において集束コイル６１の電流値をそれぞれ1.0A、2.5Aとした時の、電子銃５０内部の電子ビームの様子を示す写真である。
【０１２９】
この第８の実施形態において、メインコントローラ１４は、パワー密度ではなく、蒸発材料１０の上面の内部領域１０ｆとエッジ領域１０ｅとで、それらに入射する電子ビームのパワー（ここではフィラメント電源５３の投入パワー）を変えてもよい。あるいは、メインコントローラ１４は、電子ビームのパワー及びパワー密度の両方を、それらの領域に応じて変えてもよい。
【０１３０】
[第９の実施形態]
【０１３１】
図２１は、本発明の第９の実施形態を説明するための図であり、蒸着処理を説明するための図である。本実施形態では、複数の蒸発材料１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ及び１０Ｄがチャンバ１３内に配置されている。図２１ではその平面図を表している。例えば４つの蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄが、四角形を作るように配置されている。４つの蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄの各中心座標は、A(x1,y1)、B(x2,y1)、C(x1,y2)、D(x2,y2)で表されている。１つの電子銃５０が電子ビームを出射して、所定時間ごとに電子ビームの方向を変えることにより、これら４つの蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄに電子ビームを所定時間ごとに順にそれぞれ照射する。本実施形態の場合、電子銃５０は、ピアス式電子銃が用いられる。
【０１３２】
このように離れた複数の蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄに電子ビームを照射するために、電子銃５０は、揺動コイル６２を制御することにより複数の方向に電子ビームをそれぞれ出射することができる。あるいは、複数の方向の各開き角度が大きい場合、電子銃５０は、揺動コイル６２を用いずに、別のコイルや別のビーム路を備えることにより、複数の方向に電子ビームを出射することができる。
【０１３３】
図２２Ａ及びＢは、Ｘ及びＹ軸における、揺動コイル６２により揺動される電子ビームの波形を示す図である。図２２Ａ及びＢに示した揺動パターンによれば、蒸発材料１０Ａ→１０Ｂ→１０Ｃ→１０Ｄの順に電子ビームが照射される。電子銃５０は、４番目の蒸発材料１０Ｄの照射が終了した後、１番目の蒸発材料１０Ａから順に再度照射処理を行う。
【０１３４】
また、蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄごとの上面での電子ビームの揺動パターンは、図３Ａ及びＢに示したパターンと同様であり、蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄの上面の外形にしたがって電子ビームが揺動する。なお、図２２Ａ及びＢでは、両軸での揺動の周波数が同じになっているが、これらは図３Ａ及びＢに示したように異なっていてもよい。
【０１３５】
蒸発材料の単位面積当りの蒸発量は、スプラッシュやスピッティングの発生により実用上制限されるため、成膜レートを上げるためには、蒸発材料の上面（蒸発面）の面積を大きくするか、または、本実施形態のように複数の蒸発材料を設置すればよい。
【０１３６】
本実施形態によれば、蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄごとに均一な蒸発流分布を発生させることができる。複数の蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄが用いられるので、成膜レートが向上し、処理時間も短縮される。なお、蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄはそれぞれ異なる材料として使用されてもよい。
【０１３７】
これらの蒸発材料１０Ａ〜１０Ｄを保持する機構としては、上記した各実施形態の材料保持機構１５を採用することができる。例えば、これらの蒸発材料１０の設置間隔をできるだけ狭くした場合、第２の実施形態のように、ハースを使用しない形態を選択することにより、第１の実施形態のハース１６を使用する場合に比べ、当該設置間隔を狭くすることができる。設置間隔が狭いほど、基板Ｗへの蒸発流の入射角を一定（均一）に近づけることができる。
【０１３８】
[その他の実施形態]
【０１３９】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【０１４０】
上記各実施形態では、支持部１７を昇降する昇降機構１１はなくてもよい。この場合、例えば図２３に示したようなるつぼを使用してもよい。
【０１４１】
揺動パターンの形状は、三角波でなくてもよく、電子ビームが、蒸発材料１０の上面１０ａの外形にしたがって揺動する揺動パターンであれば、矩形波、のこぎり波、サイン波等、あるいはこれらの組み合わせ等、何でもよい。あるいは、揺動パターンは、上記のような往復動ではなく、蒸発材料１０の上面の外形に沿うようにして揺動するパターンであれば、例えばスパイラル状、あるいは、大きさの異なる何重ものサークル状（円形に限られない）のパターンであってもよい。
【０１４２】
上記各実施形態では、ピアス式電子銃が用いられたが、偏向式（トランスバース式）の電子銃等、他の方式の電子銃が用いられてもよい。
【０１４３】
基板Ｗを保持する保持機構として、搬送装置２０に設けられたキャリア２５を例に挙げたが、この保持機構は、搬送装置２０に設けられていなくてもよい。つまり、保持機構は、真空蒸着装置内のチャンバ１３内に備えられた保持機構であってもよい。
【０１４４】
上記第９の実施形態では、１つの電子銃５０が用いられたが、複数の電子銃が用いられてもよい。この場合、電子銃の数と蒸発材料の数とが一致していてもよいし、一致していなくてもよい。
【０１４５】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【０１４６】
１０、１０Ａ〜１０Ｄ、１０１、１０２、２１０…蒸発材料
１０ａ…上面（対向面）
１０ｂ…側面
１０ｅ…エッジ領域
１０ｆ…内部領域
１１…昇降機構
１４…メインコントローラ
１５…材料保持機構
１６…リング状ハース
１７…支持部
１８…冷媒流路
２５…キャリア
３１、１３１…リフレクタ
３６…冷却機構
３７…加熱機構
３８…挟持機構
５０…電子銃
６０…ビーム集束部
６１…集束コイル
６２…揺動コイル
６３…フローレジスタ
１００、２００、３００、４００、５００、６００…真空蒸着装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着の対象物を保持する対象物保持機構と、
前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向するように、蒸発材料を保持する材料保持機構と、
電子ビームを発生する発生源と、前記発生した電子ビームを揺動させる揺動器とを有し、前記揺動する前記電子ビームを出射する電子銃と、
前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する制御部と
を具備する真空蒸着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記制御部は、前記揺動器により揺動する前記電子ビームの各振幅を結ぶ包絡線が、前記蒸発材料の前記対向面の外形に沿うように、前記揺動器を制御する
真空蒸着装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の真空蒸着装置であって、
前記材料保持機構は、前記蒸発材料を保持するハースを有する
真空蒸着装置。
【請求項４】
請求項３に記載の真空蒸着装置であって、
前記ハースは、前記蒸発材料を保持する穴部を有するリング状ハースである
真空蒸着装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の真空蒸着装置であって、
前記ハースは、前記ハースを冷却する冷却部を有する
真空蒸着装置。
【請求項６】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の側面の周りの少なくとも一部に、前記蒸発材料に非接触で配置されたリフレクタをさらに具備する真空蒸着装置。
【請求項７】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の側面の周りの少なくとも一部に、前記蒸発材料に非接触で配置された冷却機構をさらに具備する真空蒸着装置。
【請求項８】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記材料保持機構は、前記蒸発材料の下部を支持する支持部を有し、
前記真空蒸着装置は、前記支持部の下部に配置された加熱機構をさらに具備する
真空蒸着装置。
【請求項９】
請求項１から８のうちいずれか１項に記載の真空蒸着装置であって、
前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料を昇降させる昇降機構をさらに具備する真空蒸着装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の真空蒸着装置であって、
前記昇降機構は、複数の蒸発材料のうち、前記材料保持機構により保持された第１の蒸発材料の下部で待機した第２の蒸発材料を保持して昇降させる機構を有し、前記第１の蒸発材料の下部に前記第２の蒸発材料の上部を接触させて前記第１の蒸発材料を押し上げることにより、前記第１の蒸発材料を上昇させる
真空蒸着装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の真空蒸着装置であって、
前記制御部は、前記蒸発材料の前記対向面のエッジ領域に囲まれた内部領域に入射する電子ビームのパワーまたはパワー密度より高い、パワーまたはパワー密度で、前記エッジ領域に前記電子ビームが入射するように、前記電子銃を制御する
真空蒸着装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の真空蒸着装置であって、
前記蒸発材料として、300℃以内の融点と沸点との差を持つ蒸発材料が用いられる
真空蒸着装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の真空蒸着装置であって、
前記蒸発材料としてモリブデンが用いられる
真空蒸着装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のうちいずれか１項に記載の真空蒸着装置であって、
前記蒸発材料は、円柱形状でなり、または、円錐形状の一部の形状でなる
真空蒸着装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のうちいずれか１項に記載の真空蒸着装置であって、
前記電子銃は、ピアス式電子銃である
真空蒸着装置。
【請求項１６】
蒸着の対象物を保持する対象物保持機構と、
前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向するように、蒸発材料を保持する材料保持機構とを備えた真空蒸着装置に用いられる電子銃であって、
電子ビームを発生する発生源と、
前記発生した電子ビームを揺動させる揺動器と、
前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する制御部と
を具備する電子銃。
【請求項１７】
所定位置で保持された蒸着の対象物に対向するように蒸発材料を保持し、
発生した電子ビームを揺動させる揺動器を有する電子銃を用いて、前記電子ビームを前記蒸発材料に照射し、
前記保持された前記蒸発材料の、前記保持された対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する
真空蒸着方法。
【請求項１】
蒸着の対象物を保持する対象物保持機構と、
前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向するように、蒸発材料を保持する材料保持機構と、
電子ビームを発生する発生源と、前記発生した電子ビームを揺動させる揺動器とを有し、前記揺動する前記電子ビームを出射する電子銃と、
前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する制御部と
を具備する真空蒸着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記制御部は、前記揺動器により揺動する前記電子ビームの各振幅を結ぶ包絡線が、前記蒸発材料の前記対向面の外形に沿うように、前記揺動器を制御する
真空蒸着装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の真空蒸着装置であって、
前記材料保持機構は、前記蒸発材料を保持するハースを有する
真空蒸着装置。
【請求項４】
請求項３に記載の真空蒸着装置であって、
前記ハースは、前記蒸発材料を保持する穴部を有するリング状ハースである
真空蒸着装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の真空蒸着装置であって、
前記ハースは、前記ハースを冷却する冷却部を有する
真空蒸着装置。
【請求項６】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の側面の周りの少なくとも一部に、前記蒸発材料に非接触で配置されたリフレクタをさらに具備する真空蒸着装置。
【請求項７】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の側面の周りの少なくとも一部に、前記蒸発材料に非接触で配置された冷却機構をさらに具備する真空蒸着装置。
【請求項８】
請求項１に記載の真空蒸着装置であって、
前記材料保持機構は、前記蒸発材料の下部を支持する支持部を有し、
前記真空蒸着装置は、前記支持部の下部に配置された加熱機構をさらに具備する
真空蒸着装置。
【請求項９】
請求項１から８のうちいずれか１項に記載の真空蒸着装置であって、
前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料を昇降させる昇降機構をさらに具備する真空蒸着装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の真空蒸着装置であって、
前記昇降機構は、複数の蒸発材料のうち、前記材料保持機構により保持された第１の蒸発材料の下部で待機した第２の蒸発材料を保持して昇降させる機構を有し、前記第１の蒸発材料の下部に前記第２の蒸発材料の上部を接触させて前記第１の蒸発材料を押し上げることにより、前記第１の蒸発材料を上昇させる
真空蒸着装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のうちいずれか１項に記載の真空蒸着装置であって、
前記制御部は、前記蒸発材料の前記対向面のエッジ領域に囲まれた内部領域に入射する電子ビームのパワーまたはパワー密度より高い、パワーまたはパワー密度で、前記エッジ領域に前記電子ビームが入射するように、前記電子銃を制御する
真空蒸着装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の真空蒸着装置であって、
前記蒸発材料として、300℃以内の融点と沸点との差を持つ蒸発材料が用いられる
真空蒸着装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の真空蒸着装置であって、
前記蒸発材料としてモリブデンが用いられる
真空蒸着装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のうちいずれか１項に記載の真空蒸着装置であって、
前記蒸発材料は、円柱形状でなり、または、円錐形状の一部の形状でなる
真空蒸着装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のうちいずれか１項に記載の真空蒸着装置であって、
前記電子銃は、ピアス式電子銃である
真空蒸着装置。
【請求項１６】
蒸着の対象物を保持する対象物保持機構と、
前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向するように、蒸発材料を保持する材料保持機構とを備えた真空蒸着装置に用いられる電子銃であって、
電子ビームを発生する発生源と、
前記発生した電子ビームを揺動させる揺動器と、
前記材料保持機構に保持された前記蒸発材料の、前記対象物保持機構に保持された前記対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する制御部と
を具備する電子銃。
【請求項１７】
所定位置で保持された蒸着の対象物に対向するように蒸発材料を保持し、
発生した電子ビームを揺動させる揺動器を有する電子銃を用いて、前記電子ビームを前記蒸発材料に照射し、
前記保持された前記蒸発材料の、前記保持された対象物に対向する対向面の外形にしたがって、前記電子ビームを揺動させるように、前記電子銃の揺動器を制御する
真空蒸着方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図５】
【図６】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図５】
【図６】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−１１２８９４（Ｐ２０１３−１１２８９４Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３２１２（Ｐ２０１１−２６３２１２）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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