特許 7430961 成膜装置及びこれに用いられる材料供給装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-05

(45)【発行日】2024-02-14

(54)【発明の名称】成膜装置及びこれに用いられる材料供給装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/24 20060101AFI20240206BHJP

【ＦＩ】

C23C14/24 D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023553073

(86)(22)【出願日】2023-05-18

(86)【国際出願番号】 JP2023018609

【審査請求日】2023-08-31

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390007216

【氏名又は名称】株式会社シンクロン

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】弁理士法人とこしえ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 友和

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 健

(72)【発明者】

【氏名】門脇 亘成

(72)【発明者】

【氏名】庄司 善紀

(72)【発明者】

【氏名】青山 貴昭

(72)【発明者】

【氏名】宮内 充祐

(72)【発明者】

【氏名】山口 剛

【審査官】▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０６１４８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１０５９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３３３９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１２４４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０７８５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０３３７１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１２７０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３２１７６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも成膜材料と被成膜物が設けられ、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記成膜材料を収容するハースライナと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記ハースライナに収容された前記成膜材料を加熱する加熱源と、
前記ハースライナに前記成膜材料を供給する材料供給器と、
前記ハースライナに収容された前記成膜材料の溶融面の高さを測定する高さ測定器と、
前記高さ測定器により測定された溶融面の高さに基づいて供給すべき前記成膜材料の質量を演算し、当該演算された質量の前記成膜材料を前記ハースライナに供給するよう前記材料供給器を制御する制御器と、を備え、
前記材料供給器は、前記成膜材料を収容するホッパと、前記ホッパに収容された前記成膜材料を前記ハースライナに搬送する搬送機構と、搬送途中の前記成膜材料の質量を測定するロードセルとを含み、
前記制御器は、前記ロードセルにより測定された質量が前記演算された質量に達したか否かを判断し、前記ロードセルにより測定された質量が前記演算された質量に達したときに前記成膜材料を前記ハースライナに供給する成膜装置。

【請求項2】

少なくとも成膜材料と被成膜物が設けられ、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記成膜材料を収容するハースライナと、
前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記ハースライナに収容された前記成膜材料を加熱する加熱源と、
前記ハースライナに前記成膜材料を供給する材料供給器と、
前記ハースライナに収容された前記成膜材料の溶融面の高さを測定する高さ測定器と、
前記高さ測定器により測定された溶融面の高さに基づいて供給すべき前記成膜材料の質量を演算し、当該演算された質量の前記成膜材料を前記ハースライナに供給するよう前記材料供給器を制御する制御器と、を備え、
前記材料供給器は、顆粒状の前記成膜材料に振動を印加して搬送するボウルフィーダと、前記ボウルフィーダから前記ハースライナへ搬送される途中の前記成膜材料の質量を逐次測定するロードセルと、を含み、
前記制御器は、前記ロードセルにより測定された質量が前記演算された質量に達するまで、前記ボウルフィーダを制御して顆粒状の前記成膜材料に振動を印加する成膜装置。

【請求項3】

前記材料供給器及び／又は前記高さ測定器は、前記成膜チャンバの内部に設けられている請求項１又は２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記成膜チャンバの内部において回転可能に設けられ、複数の前記ハースライナを同心円上に支持するハースホルダを備え、
複数の前記ハースライナのうち蒸発位置にある前記ハースライナに対し、前記加熱源により前記成膜材料を加熱し、
複数の前記ハースライナのうち前記蒸発位置とは異なる測定位置にある前記ハースライナに対し、前記高さ測定器により前記成膜材料の溶融面の高さを測定し、
複数の前記ハースライナのうち前記蒸発位置及び前記測定位置とは異なる給材位置にある前記ハースライナに対し、前記材料供給器により前記成膜材料を供給する請求項１又は２に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記材料供給器は、前記成膜材料を前記ハースライナに案内するノズルを含み、
前記ノズルは、鉛直方向に延在する円筒状のノズル本体と、当該ノズル本体の内部に設けられ、前記ノズル本体の上方から自然落下してきた顆粒状の前記成膜材料を分散させる分散部材と、を含む請求項１又は２に記載の成膜装置。

【請求項6】

成膜装置に用いられる材料供給装置において、
成膜材料を収容するホッパと、
前記ホッパに収容された前記成膜材料を前記成膜装置のハースライナに搬送する搬送機構と、
搬送途中の前記成膜材料の質量を測定するロードセルと、
制御器と、を含み、
前記制御器は、前記ロードセルにより測定された質量が所定の質量に達したか否かを判断し、前記ロードセルにより測定された質量が前記所定の質量に達したときに前記成膜材料を前記ハースライナに供給する材料供給装置。

【請求項7】

顆粒状の前記成膜材料に振動を印加して搬送するボウルフィーダを含み、
前記ロードセルは、前記ボウルフィーダから搬送される前記成膜材料の質量を逐次測定し、
前記制御器は、前記ロードセルにより測定された質量が前記所定の質量に達するまで、前記ボウルフィーダを制御して顆粒状の前記成膜材料に振動を印加する請求項６に記載の材料供給装置。

【請求項8】

前記成膜材料を前記ハースライナに案内するノズルを含み、
前記ノズルは、
鉛直方向に延在する円筒状のノズル本体と、
当該ノズル本体の内部に設けられ、前記ノズル本体の上方から自然落下してきた顆粒状の前記成膜材料を分散させる分散部材と、を含む請求項６又は７に記載の材料供給装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成膜装置及びこれに用いられる材料供給装置に関し、特に真空蒸着方法を適用して好ましい成膜装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種の成膜装置として、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバと、成膜材料を収容するハースライナと、このハースライナに収容された成膜材料を加熱する加熱源と、ハースライナに供給するための成膜材料が充填される材料充填部を有し、仕切バルブを有する連通路を介して成膜チャンバに接続され、所定の圧力雰囲気に設定可能な材料供給チャンバと、ハースライナに供給する成膜材料の重量を計測する重量計測器と、を備えた成膜装置が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６９５９６８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来技術によれば、重量計測器によって、ハースライナに供給した成膜材料の重量を計測することができる。しかしながら、ハースライナに供給した成膜材料の重量がわかったとしても、その供給量が適切な量でない可能性もある。たとえば、供給時におけるハースライナの収容容積に対し、供給量が少な過ぎると成膜途中で材料が不足し、加熱源である電子ビームがハースライナを過熱し、これがパーティクル発生の要因となるおそれがある。また、供給量が多過ぎると材料がハースライナから溢れるおそれがあり、材料がハースライナから溢れてしまうと廃棄されるため、材料費が高くなるという問題がある。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、ハースライナの収容容積に対し適切な量の材料を供給できる成膜装置及びこれに用いられる材料供給装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、ハースライナに収容された成膜材料の溶融面の高さを測定し、当該測定された溶融面の高さに基づいて供給すべき成膜材料の質量を演算し、当該演算された質量の成膜材料をハースライナに供給するよう材料供給器を制御することによって上記課題を解決する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ハースライナに収容された成膜材料の溶融面の高さを測定することで、ハースライナの容積に対する成膜材料の不足容積を求め、当該不足容積と成膜材料の比重とから成膜材料の不足質量が求められる。この求められた不足質量の成膜材料がハースライナに供給されるように材料供給器を制御することで、ハースライナの収容体積に対し適切な量の材料を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施の形態に係る成膜装置を示す主要部の縦断面図を含むブロック図である。

【図2】図１の平面図である。

【図3A】図１の材料供給器の第１例を示す概略図である。

【図3B】図１の材料供給器の第２例を示す概略図である。

【図3C】図１の材料供給器の第３例を示す概略図である。

【図4A】図１のノズルに設けた分散部材を示す正面図である。

【図4B】図４ＡのIVB矢視図である。

【図4C】図４ＡのIVC矢視図である。

【図5】図１の高さ測定器を示す縦断面図である。

【図6】図１の制御器にて実行される主要な処理を示すフローチャートである。

【図7】図６のステップＳ４のサブルーチンを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る成膜装置１を示す主要部の縦断面図を含むブロック図、図２は、同じく平面図である。本発明の成膜装置は、典型的には真空蒸着装置として具現化することができるので、以下においては、真空蒸着法を用いた成膜装置１を本発明の一実施の形態として説明する。ただし、本発明の成膜装置は、真空蒸着法を用いた真空蒸着装置にのみ限定される趣旨ではなく、真空蒸着装置以外の成膜装置を含めた広い意味での成膜装置である。

【0010】

《成膜装置１全体の構成》
本実施形態の成膜装置１は、少なくとも成膜材料Ｍと被成膜物Ｓが設けられ、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバ２を備える。成膜チャンバ２には、仕切バルブ２１ａを介して排気装置２１が設けられ、仕切バルブ２１ａを開いて成膜チャンバ２の内部の気体を排気することで、成膜チャンバ２の内部を、たとえば蒸着処理に適した真空雰囲気に設定することができる。成膜チャンバ２の内部の圧力が低くなると、成膜材料Ｍの平均自由行程が大きくなり、また成膜材料の蒸発温度も下がるので、蒸着処理が促進される。なお、排気装置２１及び仕切バルブ２１ａは、制御器６からの指令信号により制御される。

【0011】

成膜チャンバ２の天井には、半導体ウェーハ、ガラス基板、プラスチック基板などの被成膜物Ｓを支持する被成膜物ホルダ２８が垂下して設けられている。特に限定する趣旨ではないが、本実施形態の被成膜物ホルダ２８は、成膜材料Ｍが蒸発するハースライナ２３と、それぞれの被成膜物Ｓとの距離がなるべく均等になるように、凹状の球面を有する板状部材で構成されている。また、同じく特に限定する趣旨ではないが、本実施形態の被成膜物ホルダ２８は、モータなどで構成されたホルダ駆動部２９により回転可能とされ、これによっても、それぞれの被成膜物Ｓに形成される膜の厚さがほぼ均等になる。なお、ホルダ駆動部２９は、制御器６からの指令信号により制御される。

【0012】

なお、成膜チャンバ２には、仕切バルブ７１を介してロードロックチャンバ（真空予備チャンバ）７が接続されている。このロードロックチャンバ７の内部も、ロードロックチャンバ７に設けられた排気装置（不図示）により、成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気に設定することができる。また、ロードロックチャンバ７には、扉（不図示）が設けられ、大気圧雰囲気である成膜装置１の外部とのアクセスは、当該扉を介して行うことができる。

【0013】

被成膜物ホルダ２８は、ホルダ駆動部２９の回転軸２９ａなどに対して着脱可能とされている。そして、成膜処理を行う場合には、成膜前の複数の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、図示しないロボットなどを用いて把持し、ロードロックチャンバ７から成膜チャンバ２に搬入し、ホルダ駆動部２９の回転軸２９ａに装着する。また、成膜処理を終了したら、ロードロックチャンバ７を成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気に設定したのち、仕切バルブ７１を開き、成膜後の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、図示しないロボットなどを用いて把持し、成膜チャンバ２からロードロックチャンバ７へ搬出する。このように、ロードロックチャンバ７を設けることにより、成膜チャンバ２の真空雰囲気を維持したまま、被成膜物Ｓを成膜チャンバ２に搬入したり、成膜チャンバ２から搬出したりすることができる。なお、本発明の成膜装置は、成膜処理を終了するたびに成膜チャンバ２を大気圧に戻し、複数の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を交換する、いわゆるバッチ式成膜装置にも適用することができる。

【0014】

成膜チャンバ２の内部の床面には、ハースホルダ２２が、軸２７を中心に回転自在に支持されている。このハースホルダ２２は、モータなどで構成されたハースホルダ駆動部２６と、図示しないロータリエンコーダにより、軸２７を中心に所定の回転角度でステッピング回転が可能とされている。

【0015】

ハースホルダ２２は、特に限定する趣旨ではないが、図１及び図２に示すように、８つのハースライナ２３を同心円上に支持する。同じく特に限定する趣旨ではないが、８つのハースライナ２３は、軸２７に対し、円周方向に等配角度で設けられている。

【0016】

ハースライナ２３は、成膜材料Ｍを投入して加熱溶融する、いわゆる溶解炉の坩堝であり、ハースブロックとか、単にハースとも称される。本実施形態のハースライナ２３は、特に限定する趣旨ではないが、たとえば銅、モリブデン、タングステンにより構成することができる。加熱源２４である電子銃からの電子ビームを、ハースライナ２３に収容した成膜材料Ｍの表面に照射して電子を入れると、ハースライナ２３に電流が流れ、ハースライナ２３が赤熱し、収容した成膜材料Ｍが蒸発可能な温度になる。なお、ハースホルダ２２は、特に限定する趣旨ではないが、銅製とされている。

【0017】

加熱源２４は、成膜チャンバ２の内部に設けられ、ハースライナ２３に収容された成膜材料Ｍを加熱して蒸発させる。加熱源２４としては、電子銃を用いた電子ビーム加熱のほか、抵抗加熱、高周波誘導加熱、レーザービーム加熱を用いることができる。図１に示す実施形態の成膜装置１の加熱源２４は、電子銃を用いた電子ビーム加熱であり、最も近接した位置にある１つのハースライナ２３（図２にハッチングで示す。以下、蒸発位置Ｐ１ともいう。）に対して、電子ビームが照射される。

【0018】

なお、本実施形態の成膜材料Ｍは、顆粒の形態でハースライナ２３に投入され、これが加熱源２４によりハースライナ２３内で溶解する。８つのハースライナ２３に投入する成膜材料Ｍの種類を全て同じ種類の成膜材料Ｍとしてもよく、全て異なる種類の成膜材料Ｍを投入してもよい。あるいは、８種類未満の成膜材料Ｍを８つのハースライナ２３に振り分けてもよい。

【0019】

本実施形態の成膜装置１は、成膜チャンバ２の内部に、ハースライナ２３に成膜材料Ｍを供給する材料供給器３と、ハースライナ２３に収容された成膜材料Ｍの溶融面の高さｈ（図５参照）を測定する高さ測定器４と、を備える。また、高さ測定器４により測定された溶融面の高さｈに基づいて供給すべき成膜材料Ｍの質量を演算し、当該演算された質量の成膜材料Ｍをハースライナ２３に供給するように材料供給器３を制御する制御器６を備える。なお、本実施形態では、成膜装置１を制御する制御器６と材料供給器３を制御する制御器６とを一つの制御器で構成したが、別の制御器で構成し、互いに信号を送受信するようにしてもよい。

【0020】

《材料供給器３の構成》
図３Ａは、本実施形態の材料供給器３の第１例を示す図、図３Ｂは、本実施形態の材料供給器３の第２例を示す図、図３Ｃは、本実施形態の材料供給器３の第３例を示す図である。また、図４Ａは、ノズルに設けた分散部材を示す正面図、図４Ｂは図４ＡのIVB矢視図、図４Ｃは図４ＡのIVC矢視図である。

【0021】

本実施形態の材料供給器３は、図２に示す平面図において、蒸発位置Ｐ１とは異なる位置Ｐ３（以下、給材位置Ｐ３ともいう。）にある１つのハースライナ２３に成膜材料Ｍを供給するように設置されている。また、図２に矢印で示すように、ハースホルダ２２が反時計回りに回転する場合に、本実施形態の高さ測定器４は、蒸発位置Ｐ１とは異なる位置であって給材位置Ｐ３より回転方向の上流側の位置Ｐ２（以下、測定位置Ｐ２ともいう。）にある１つのハースライナ２３に対し、その成膜材料Ｍの溶融面の高さｈを測定するように設置されている。

【0022】

なお、高さ測定器４による溶融面の測定位置Ｐ２と材料供給器３による給材位置Ｐ３との位置関係について、ハースホルダ２２の回転方向に対して測定位置Ｐ２が給材位置Ｐ３の上流側の近くにある方が、溶融面の高さｈを測定してから成膜材料Ｍを給材するまでのハースホルダ２２の回転距離が少なくなるという利点がある。ただし、これに限定する趣旨ではなく、蒸発位置Ｐ１以外の位置であれば測定位置Ｐ２と給材位置Ｐ３を任意に設定することができる。

【0023】

本実施形態の第１例に係る材料供給器３は、図３Ａに示すように、ホッパ３１と、ボウルフィーダ３２と、計測供給機構３３と、ノズル３４とを備える。ホッパ３１は、顆粒状とされた成膜材料Ｍが収容されるタンクであり、下部の開口部にシャッター（不図示）が設けられ、このシャッターを開くことで顆粒状の成膜材料Ｍがボウルフィーダ３２に自重落下する。成膜処理を開始する前の準備工程では成膜チャンバ２が大気雰囲気とされているので、この準備工程において、十分な量の顆粒状の成膜材料Ｍをホッパ３１に投入しておく。

【0024】

ボウルフィーダ３２は、ホッパ３１からボウル３２１の内部へ投入された顆粒状の成膜材料Ｍを振動させることで、当該顆粒状の成膜材料Ｍを、ボウル３２１の内部に形成された螺旋状の案内路（不図示）を移動させながらシュート３２２へ向かって搬送する装置である。本実施形態のボウルフィーダ３２は圧電素子などの振動体を含み、振動体をＯＮしている間は顆粒状の成膜材料Ｍがシュートへ向かって搬送され、振動体をＯＦＦすると顆粒状の成膜材料Ｍの搬送が停止する。この振動体のＯＮ／ＯＦＦは、制御器６により行われる。

【0025】

本実施形態の計測供給機構３３は、基台３３１に設けられたロードセル３３２と、シュート３２２から供給される顆粒状の成膜材料Ｍを一時的に保持する受け皿３３３と、この受け皿３３３から顆粒状の成膜材料Ｍが零れるのを防止するために成膜装置１側に固定された仕切板３３４と、を備える。本実施形態の計測供給機構３３は、ボウルフィーダ３２から供給される顆粒状の成膜材料Ｍを受け皿３３３で受けながらロードセル３３２で質量を計測し、所定の質量になったときにボウルフィーダ３２からの供給を停止する信号を出力する機能を有する。

【0026】

ロードセル３３２は、受け皿３３３と、当該受け皿３３３に供給された顆粒状の成膜材料Ｍの質量を検知し、これを電気信号として制御器６へ出力する、質量センサとして機能する。ロードセル３３２と受け皿３３３は、図示しないダンプ機構により二点鎖線の矢印で示す方向に回動し、受け皿３３３に供給された顆粒状の成膜材料Ｍをノズル３４の開口壁３４１の内部へ落下させる。

【0027】

なお、受け皿３３３は、底面と、連続する３つの側面とを有する「ちり取り」形状とされ、１つの側面が開口しているので、図３Ａに示す原位置で顆粒状の成膜材料Ｍが投入されると、開口した側面から成膜材料Ｍが零れるおそれがある。そのため、受け皿３３３が原位置にある場合に、開口した側面を覆って成膜材料Ｍが零れるのを防止する仕切板３３４が、成膜装置１側に固定されている。そして、ロードセル３３２と受け皿３３３が二点鎖線の矢印で示す方向に回動すると、位置が固定された仕切板３３４と、受け皿３３３との隙間から、成膜材料Ｍがノズル３４に向かって落下する。

【0028】

ノズル３４は、給材位置Ｐ３の直上に位置するように成膜装置１側に固定されている。本実施形態のノズル３４は、筒状本体の上端に、筒状本体の内部より大きい開口面積を有する開口壁３４１が形成され、これにより受け皿３３３から落下する顆粒状の成膜材料Ｍがノズル３４の上端の周囲に零れるのを防止する。

【0029】

また、本実施形態のノズル３４には、分散部材３４２が設けられている。図４Ａは、ノズルに設けた分散部材を示す正面図、図４Ｂは図４ＡのIVB矢視図、図４Ｃは図４ＡのIVC矢視図である。本実施形態の分散部材３４２は、一対の側板３４２Ａ，３４２Ａと、これらに連続する背板３４２Ｂと、一対の側板３４２Ａ，３４２Ａに形成され、ノズル３４に固定するための切欠き３４２Ｃと、一対の側板３４２Ａ，３４２Ａの下端に設けられ、上方に向かう円錐面を有する分散体３４２Ｄとを備える。

【0030】

本実施形態の分散部材３４２は、図４ＢのIVB矢視図（平面図）に示すように、分散体３４２Ｄがノズル３４の略中心に位置するようにノズル３４に装着されている。受け皿３３３から落下してきた顆粒状の成膜材料Ｍは、ノズル３４の筒状本体を通過して下端の開口部からハースライナ２３へ落下するが、この際に、顆粒状の成膜材料Ｍができる限りハースライナ２３の開口部に満遍なく分散させる必要がある。本実施形態の分散部材３４２をノズル３４に設けることで、図３Ａの正面図に示すように、上方から落下してきた顆粒状の成膜材料Ｍは、分散体３４２Ｄの円錐面に当たることでその廻りの３６０度方向に分散するので、ハースライナ２３の開口部に満遍なく供給することができる。

【0031】

図３Ｂは、本実施形態の材料供給器３の第２例を示す図であり、図３Ａに示す第１例に係る材料供給器３のボウルフィーダ３２に代えて、受け皿３３５とダンプ機構３３６を設けた形態である。すなわち、本実施形態の第２例に係る材料供給器３は、図３Ｂに示すように、ホッパ３１と、受け皿３３５と、当該受け皿３３５を回動させるダンプ機構３３６と、計測供給機構３３と、ノズル３４とを備える。本例のホッパ３１は、上述した第１例と同様、顆粒状とされた成膜材料Ｍが収容されるタンクであり、下部の開口部にシャッター（不図示）が設けられ、このシャッターを開くことで顆粒状の成膜材料Ｍがボウルフィーダ３２に自重落下する。成膜処理を開始する前の準備工程では成膜チャンバ２が大気雰囲気とされているので、この準備工程において、十分な量の顆粒状の成膜材料Ｍをホッパ３１に投入しておく。

【0032】

本例の受け皿３３５は、ホッパ３１に投入された顆粒状の成膜材料Ｍを受容し、所定のタイミングで、ダンプ機構３３６により二点鎖線の矢印で示す方向に回動し、受け皿３３５に供給された顆粒状の成膜材料Ｍを下段の受け皿３３３へ落下させる。

【0033】

本例の計測供給機構３３は、基台３３１に設けられたロードセル３３２と、シュート３２２から供給される顆粒状の成膜材料Ｍを一時的に保持する受け皿３３３と、この受け皿３３３から顆粒状の成膜材料Ｍが零れるのを防止するために成膜装置１側に固定された仕切板３３４と、を備える。本例の計測供給機構３３は、ボウルフィーダ３２から供給される顆粒状の成膜材料Ｍを受け皿３３３で受けながらロードセル３３２で質量を計測し、所定の質量になったときにボウルフィーダ３２からの供給を停止する信号を出力する機能を有する。本例の計測供給機構３３は、上述した第１例と同様であるため、同一の構成に同一の符号を付し、その説明をここに援用する。

【0034】

本例のノズル３４は、給材位置Ｐ３の直上に位置するように成膜装置１側に固定されている。本例のノズル３４は、筒状本体の上端に、筒状本体の内部より大きい開口面積を有する開口壁３４１が形成され、これにより受け皿３３３から落下する顆粒状の成膜材料Ｍがノズル３４の上端の周囲に零れるのを防止する。また、本例のノズル３４にも、上述した分散部材３４２が設けられている。本例のノズル３４は、上述した第１例と同様であるため、同一の構成に同一の符号を付し、その説明をここに援用する。

【0035】

図３Ｃは、本実施形態の材料供給器３の第３例を示す図であり、図３Ａに示す第１例に係る材料供給器３のシュート３２２に代えてボウルフィーダノズル３２３を設け、受け皿３３３及びそのダンプ機構に代えて、リニアフィーダ３３７とリニアフィーダノズル３３８を設けた形態である。すなわち、本実施形態の第３例に係る材料供給器３は、図３Ｃに示すように、ホッパ３１と、ボウルフィーダ３２と、計測供給機構３３と、ノズル３４とを備える。本例のホッパ３１は、上述した第１例と同様、顆粒状とされた成膜材料Ｍが収容されるタンクであり、下部の開口部にシャッター（不図示）が設けられ、このシャッターを開くことで顆粒状の成膜材料Ｍがボウルフィーダ３２に自重落下する。成膜処理を開始する前の準備工程では成膜チャンバ２が大気雰囲気とされているので、この準備工程において、十分な量の顆粒状の成膜材料Ｍをホッパ３１に投入しておく。

【0036】

ボウルフィーダ３２は、ホッパ３１からボウル３２１の内部へ投入された顆粒状の成膜材料Ｍを振動させることで、当該顆粒状の成膜材料Ｍを、ボウル３２１の内部に形成された螺旋状の案内路（不図示）を移動させながらボウルフィーダノズル３２３へ向かって搬送する装置である。本実施形態のボウルフィーダ３２は圧電素子などの振動体を含み、振動体をＯＮしている間は顆粒状の成膜材料Ｍがボウルフィーダノズル３２３へ向かって搬送され、振動体をＯＦＦすると顆粒状の成膜材料Ｍの搬送が停止する。この振動体のＯＮ／ＯＦＦは、制御器６により行われる。

【0037】

本例の計測供給機構３３は、リニアフィーダ３３７に設けられたロードセル３３２と、ボウルフィーダノズル３２３から供給される顆粒状の成膜材料Ｍを一時的に保持するリニアフィーダノズル３３８と、を備える。本例の計測供給機構３３は、ボウルフィーダ３２から供給される顆粒状の成膜材料Ｍをリニアフィーダノズル３３８で受けながらロードセル３３２で質量を計測し、所定の質量になったときにボウルフィーダ３２からの供給を停止する信号を出力する機能を有する。

【0038】

ロードセル３３２は、リニアフィーダノズル３３８と、当該リニアフィーダノズル３３８に供給された顆粒状の成膜材料Ｍの質量を検知し、これを電気信号として制御器６へ出力する、質量センサとして機能する。リニアフィーダ３３７を作動させてリニアフィーダノズル３３８を振動させることにより、リニアフィーダノズル３３８に供給された顆粒状の成膜材料Ｍをノズル３４の開口壁３４１の内部へ落下させる。

【0039】

《高さ測定器４の構成》
図５は、本実施形態の高さ測定器４を示す縦断面図である。本実施形態の高さ測定器４は、図５に示すように、カメラを内蔵したレーザ変位センサ４１と、配線管４３とともにレーザ変位センサ４１を気密に取り囲むケーシング４２と、を備える。ケーシング４２の底面には、レーザ光が透過するとともにカメラの視界を確保する開口部４２１が形成され、ここに気密状態を保持するガラス板４２２が設けられている。そして、レーザ変位センサ４１の配線４４は、配線管４３を介して成膜チャンバ２の外部へ導出されるので、成膜チャンバ２の内部を真空状態にしても、レーザ変位センサ４１及びその配線４４は、大気圧雰囲気で使用することができる。

【0040】

カメラを内蔵したレーザ変位センサ４１は、測定位置Ｐ２にあるハースライナ２３の開口部に向かってレーザ光を照射し、その反射光を受光することでハースライナ２３の溶融面の高さｈを測定する。ここでいう溶融面の高さｈとは、ハースライナ２３の底面から溶融面までの距離をいうものとする。すなわち、測定位置Ｐ２におけるハースライナ２３の底面の位置とレーザ変位センサ４１の高さ位置とは既知であるため、レーザ変位センサ４１の測定値から溶融面の高さｈを算出することができる。

【0041】

なお、本発明の高さ測定器には、図５に示すレーザ変位センサ４１を用いたもの以外にも、他の光学的手段を用いて溶融面の高さｈを測定するもの、カメラなどを用いて取得した画像データから溶融面の高さｈを測定するもの、接触子が溶融面に接触することで溶融面の高さｈを測定する接触式変位センサなどが含まれる。

【0042】

《制御器６の構成及び動作フロー》
制御器６は、高さ測定器４により測定された溶融面の高さｈに基づいて供給すべき成膜材料の質量を演算し、当該演算された質量の成膜材料Ｍをハースライナ２３に供給するよう材料供給器３を制御する。すなわち、レーザ変位センサ４１により測定位置Ｐ２にあるハースライナ２３の溶融面の高さｈが算出されるので、そのハースライナ２３に残った成膜材料Ｍの容積が算出できる。たとえば、ハースライナ２３が一様な円筒形状の容器である場合は、溶融面の高さｈと容積は比例するので、この関係を用いて溶融面の高さｈから残った成膜材料Ｍの容積を算出することができる。また、たとえば、ハースライナ２３が一様な形状の容器ではない場合には、予め溶融面の高さｈに対する容積の関係を求めておき、この関係を用いて溶融面の高さｈから残った成膜材料Ｍの容積を算出すればよい。そして、残りの成膜材料Ｍが少なくなった場合には、不足する材料の容積と材料の比重とから不足する材料の質量を求め、材料供給器３を制御することで、不足する重量の顆粒状の成膜材料Ｍをそのハースライナ２３に供給する。

【0043】

次に、本実施形態の成膜装置１を用いた成膜処理の概要を説明する。図６は、本実施形態の成膜装置１の制御器６にて実行される主要な処理を示すフローチャートである。まず、成膜処理を開始する場合には、ステップＳ１において、成膜チャンバ２の仕切バルブ２１ａを開いて排気装置２１により排気することで、成膜チャンバ２の内部を所定の真空雰囲気とする。

【0044】

次いで、ステップＳ２において、成膜前の複数の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、図示しないロボットなどを用いて把持し、ロードロックチャンバ７に搬入したのち、当該ロードロックチャンバ７の内部を成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気にする。そして、仕切バルブ７１を開き、成膜前の複数の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、ロボットなどを用いてロードロックチャンバ７から成膜チャンバ２に搬入し、ホルダ駆動部２９の回転軸２９ａに装着したのち、ロードロックチャンバ７の仕切バルブ７１を閉じる。なお、成膜開始時のステップＳ１とＳ２の順序を逆にしてもよい。

【0045】

次いで、ステップＳ３において、ハースホルダ駆動部２６を駆動し、蒸着すべき成膜材料Ｍが収容されたハースライナ２３を蒸着位置Ｐ１に移動する。そして、ホルダ駆動部２９を駆動して被成膜物ホルダ２８を所定の定速で回転させながら、加熱源２４を駆動し、蒸発位置Ｐ１にあるハースライナ２３を加熱し、成膜材料Ｍを蒸発させる。これにより、蒸発した成膜材料Ｍが、被成膜物Ｓに蒸着して膜を形成することになる。

【0046】

続くステップＳ４にて、成膜材料Ｍの供給（補給）が必要か否かを判定する。成膜チャンバ２の真空状態を維持したまま成膜処理を連続して行ったり、成膜材料Ｍの種類を交換したりする場合には、成膜材料の供給が必要となるため、図７を参照して説明する材料供給を行ったのち、ステップＳ５へ進む。

【0047】

図７は、図６のステップＳ４の材料供給のサブルーチンを示すフローチャートである。まず、ステップＳ４０１において、ハースホルダ駆動部２６を駆動して給材すべきハースライナ２３を測定位置Ｐ２に移動する。続くステップＳ４０２において、レーザ変位センサ４１からそのハースライナ２３の溶融面にレーザ光を照射し、反射光を受光することで、溶融面の高さｈに相当する測定値を高さ測定器４から入力する。

【0048】

本実施形態の成膜装置１においては、各ハースライナ２３における適切な溶融面の高さｈが予め設定されており、たとえば下限値を有する基準値が設定されている。ステップＳ４０３において、高さ測定器４から入力した溶融面の高さｈの測定値が、予め設定された基準値内にあるか否か（下限値以上か否か）を判定し、溶融面の高さｈの測定値が基準値内にある場合はステップＳ４０４へ進み、正常処理とするとともに材料供給の必要はないので、材料供給の処理を終了する。

【0049】

これに対し、高さ測定器４から入力した溶融面の高さｈの測定値が基準値内にない場合は、そのハースライナ２３には成膜材料Ｍが残っていないか又は僅かな量しか残っていないことになるので、ステップＳ４０５へ進み、高さ測定器４から入力した溶融面の高さｈの測定値から、供給すべき成膜材料Ｍの給材量を算出する。たとえば、高さ測定器４から入力した溶融面の高さｈの測定値から、供給すべき成膜材料Ｍの容積を求め、供給すべき成膜材料Ｍの容積と成膜材料Ｍの比重から、供給すべき成膜材料Ｍの質量を算出することができる。

【0050】

続くステップＳ４０６において、ハースホルダ駆動部２６を駆動して給材すべきハースライナ２３を給材位置Ｐ３に移動し、ステップＳ４０７において材料供給器３を作動させる。次のステップＳ４０８では、材料供給器３により顆粒状の成膜材料Ｍを供給しながらその重量をロードセル３３２により計測し、ステップＳ４０５にて算出した重量（給材量）に達したら、ステップＳ４０９へ進み、計量して所定の給材量であることが確認された成膜材料Ｍをハースライナ２３へ供給する。これとともに材料供給器３を停止させる。このステップＳ４０８において、何らかの原因によりロードセル３３２の計測値がステップＳ４０５にて算出した給材量に達しなかった場合には、ステップＳ４１３へ進み、異常処理を実行したのち材料供給の処理を終了する。

【0051】

ステップＳ４１０では、ハースホルダ駆動部２６を駆動し、ステップＳ４０９にて給材したハースライナ２３を再び測定位置Ｐ２に移動し、続くステップＳ４１１において、レーザ変位センサ４１からそのハースライナ２３の溶融面にレーザ光を照射し、反射光を受光することで、溶融面の高さｈに相当する測定値を高さ測定器４から入力する。そして、ステップＳ４１２において、高さ測定器４から入力した溶融面の高さｈの測定値が、予め設定された基準値内にあるか否か（下限値以上か否か）を判定し、溶融面の高さｈの測定値が基準値内にある場合は、材料供給の処理を終了する。これに対し、ステップＳ４１２において、高さ測定器４から入力した溶融面の高さｈの測定値が、予め設定された基準値内にない場合はステップＳ４０６へ戻り、ステップＳ４０６～Ｓ４１１の処理を再度実行する。

【0052】

図６に戻り、ステップＳ５において、成膜処理が終了したか否かを判定し、継続する場合はステップＳ３へ戻り、被成膜物ホルダ２８に装着された複数の被成膜物Ｓに所定膜厚の蒸着膜が形成されるまで成膜処理を継続する。ステップＳ５において、成膜処理が終了したと判定したらステップＳ６へ進み、ロードロックチャンバ７を成膜チャンバ２と同じ真空雰囲気に設定したのち、仕切バルブ７１を開き、成膜処理を終了した複数の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、ロボットなどを用いて把持し、成膜チャンバ２からロードロックチャンバ７へ搬出する。その後、仕切バルブ７１を閉じたのち、ロードロックチャンバ７を大気圧雰囲気に戻し、成膜後の被成膜物Ｓが装着された被成膜物ホルダ２８を、図示しない扉を介して外部へ搬出する。これにより成膜処理が終了する。

【符号の説明】

【0053】

１…成膜装置
２…成膜チャンバ
２１…排気装置
２１ａ…仕切バルブ
２２…ハースホルダ（hearth holder）
２３…ハースライナ（hearth liner）
２４…加熱源
２６…ハースホルダ駆動部
２７…軸
２８…被成膜物ホルダ
２９…ホルダ駆動部
３…材料供給器
３１…ホッパ
３２…ボウルフィーダ
３２１…ボウル
３２２…シュート
３２３…ボウルフィーダノズル
３３…計測供給機構
３３１…基台
３３２…ロードセル
３３３…受け皿
３３４…仕切板
３３５…受け皿
３３６…ダンプ機構
３３７…リニアフィーダ
３３８…リニアフィーダノズル
３４…ノズル
３４１…開口壁
３４２…分散部材
３４２Ａ…側板
３４２Ｂ…背板
３４２Ｃ…切欠き
３４２Ｄ…分散体
４…高さ測定器
４１…レーザ変位センサ
４２…ケーシング
４２１…開口部
４２２…ガラス板
４３…配線管
４４…配線
６…制御器
７…ロードロックチャンバ（load lock chamber）
７１…仕切バルブ
Ｍ…成膜材料
Ｓ…被成膜物
Ｐ１…蒸発位置
Ｐ２…測定位置
Ｐ３…給材位置

【要約】

ハースライナの収容体積に対し適切な量の材料を供給するため、少なくとも成膜材料（Ｍ）と被成膜物（Ｓ）が設けられ、所定の成膜雰囲気に設定可能な成膜チャンバ（２）と、前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記成膜材料を収容するハースライナ（２３）と、前記成膜チャンバの内部に設けられ、前記ハースライナに収容された成膜材料を加熱する加熱源（２４）と、前記ハースライナに前記成膜材料を供給する材料供給器（３）と、前記ハースライナに収容された成膜材料の溶融面の高さを測定する高さ測定器（４）と、前記高さ測定器により測定された溶融面の高さに基づいて供給すべき成膜材料の質量を演算し、当該演算された質量の成膜材料を前記ハースライナに供給するよう前記材料供給器を制御する制御器（６）と、を備える。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】