特許 7530533 真空蒸着装置用の蒸着源及び真空蒸着方法

(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】2024-07-30

(45)【発行日】2024-08-07

(54)【発明の名称】真空蒸着装置用の蒸着源及び真空蒸着方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/24 20060101AFI20240731BHJP

【ＦＩ】

C23C14/24 N

C23C14/24 A

C23C14/24 D

C23C14/24 E

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2024061189

(22)【出願日】2024-04-05

【審査請求日】2024-04-05

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】弁理士法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】横山 礼寛

(72)【発明者】

【氏名】倉内 利春

【審査官】吉森 晃

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１３７１６５５２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５１７１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １４／２４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空チャンバ内に設置される坩堝と、当該坩堝を加熱する加熱手段とを備え、加熱された坩堝に銅からなる蒸着材料を連続的または間欠的に供給し、坩堝内で蒸着材料を溶解、蒸発させることで被蒸着物に対して銅膜を蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源において、
坩堝が、セラミックスまたはカーボンで構成されると共に、チタン、ジルコニウム及びバナジウムの少なくとも一種の金属元素からなる添加金属材料を含み、坩堝内で蒸着材料を溶解させると、蒸着材料の溶湯中に添加金属材料が溶け込むように構成したことを特徴とする真空蒸着装置用の蒸着源。

【請求項2】

前記添加金属材料が、帯状、線状または粒状のものであり、前記蒸着材料が溶解したときにその溶湯に触れるように、被蒸着物への蒸着に先立って坩堝に設けられることを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置用の蒸着源。

【請求項3】

前記坩堝に、前記被蒸着物への蒸着に先立って、前記添加金属材料に接触させた状態で銅材が設けられることを特徴とする請求項２記載の真空蒸着装置用の蒸着源。

【請求項4】

前記添加金属材料がチタンであり、前記坩堝が窒化ホウ素とホウ化チタンを主成分とする原料を焼結して構成される蒸着ボートであることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の真空蒸着装置用の蒸着源。

【請求項5】

真空チャンバ内に設置される坩堝を加熱し、当該坩堝に銅からなる蒸着材料を連続的または間欠的に供給し、坩堝内で蒸着材料を溶解、蒸発させることで被蒸着物に対して銅膜を蒸着するための真空蒸着方法において、
坩堝としてセラミックスまたはカーボンで構成されるものを用い、被蒸着物への蒸着に先立って、当該坩堝内に、チタン、ジルコニウム及びバナジウムの少なくとも一種の金属元素からなる添加金属材料を設ける工程を有し、蒸着材料が溶解したときにその溶湯に添加金属材料が溶け込むようにしたことを特徴とする真空蒸着方法。

【請求項6】

前記工程は、前記坩堝内に前記添加金属材料に接触させた状態で銅材を設けることを含むことを特徴とする請求項５記載の真空蒸着方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空チャンバ内に設置される坩堝と、当該坩堝を加熱する加熱手段とを備え、加熱された坩堝に銅からなる蒸着材料を連続または間欠的に供給し、坩堝内で蒸着材料を溶解、蒸発させることで被蒸着物に対して銅膜を蒸着するための真空蒸着装置用の蒸着源及び真空蒸着方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、銅（Ｃｕ）膜は、表示デバイスの電極または機能性薄膜、プリント配線板の配線や、光学特性や分子透過を制御する薄膜といった多種多様な用途に使用されている。Ｃｕ膜の成膜には、真空蒸着装置が利用され、真空蒸着装置の真空チャンバ内に設置される蒸着源としては、黒鉛性の坩堝とこの坩堝内に充填される蒸着材料を誘導加熱する加熱手段とを備えるものや、蒸着ボートとこの蒸着ボートに通電する電源とを備えるものが一般に用いられる（例えば、特許文献１，２参照）。そして、このように真空蒸着装置を用いて被蒸着物にＣｕ膜を成膜する際には、Ｃｕ膜の品質だけでなく、成膜速度（生産性）の向上も強く求められる。

【0003】

成膜速度を向上させる（つまり、十分に速い成膜レートを得る）には、坩堝や蒸着ボートの表面にて蒸着材料が溶解して広範囲に濡れ拡がった溶湯を形成する必要がある。坩堝や蒸着ボートの表面に対する蒸着材料の濡れ性は、坩堝や蒸着ボートの表面と蒸着材料との反応性や、坩堝や蒸着ボートの表面の清浄性に依存することが知られている。ここで、蒸着ボートを用いてＣｕ膜を蒸着する場合、通常は、カーボン製のボートや、窒化ホウ素と蒸着ボートに導電性を付与するホウ化チタンとを含む原料を主成分とし、更に２種類程度の材料を添加したものを焼結したセラミックス製のボートが利用される。然し、これらのボートを用いてＣｕ膜を蒸着しようとすると、蒸着ボート表面に対するＣｕの濡れ性が悪く、広範囲に濡れ拡がった溶湯を形成することが難しいという問題があり、これでは、成膜速度を向上するには限界がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－２３３７６号公報

【文献】特開２０１８－１７６５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、以上の点に鑑み、広範囲に濡れ拡がった溶湯が形成されて比較的速い成膜速度でＣｕ膜を蒸着することができる真空処理装置用の蒸着源及び真空蒸着方法を提供することをその課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、真空チャンバ内に設置される坩堝と、当該坩堝を加熱する加熱手段とを備え、加熱された坩堝に銅からなる蒸着材料を連続的または間欠的に供給し、坩堝内で蒸着材料を溶解、蒸発させることで被蒸着物に対して銅膜を蒸着するための本発明の真空蒸着装置用の蒸着源は、坩堝が、セラミックスまたはカーボンで構成されると共に、チタン、ジルコニウム及びバナジウムの少なくとも一種の金属元素からなる添加金属材料を含み、坩堝内で蒸着材料を溶解させると、蒸着材料の溶湯中に添加金属材料が溶け込むように構成したことを特徴とする。本発明における「添加金属材料を含み」とは、チタン、ジルコニウムやバナジウムといった金属元素がイオン結合または共有結合した状態で坩堝に存在しないこと（言い換えると、Ｃｕの溶湯に溶け込む状態にあること）をいい、例えば添加金属材料の溶射により坩堝表面に金属元素が付着しているような状態も含む。

【0007】

本発明によれば、真空雰囲気の真空チャンバ内で坩堝に電流を流して所定温度に誘導加熱または抵抗加熱し、坩堝にその上方から銅（Ｃｕ）を連続的または間欠的に供給すると、坩堝内でＣｕが溶解し、この溶解したＣｕの溶湯中のものが蒸発してＣｕ膜が蒸着（成膜）される。このとき、蒸着材料の溶湯中に溶け込む添加金属材料により濡れ性が促進され、添加金属材料を含むＣｕ合金の溶湯として坩堝内で広範囲に濡れ拡がる。結果として、被蒸着物への成膜速度を飛躍的に向上させることができる。

【0008】

ここで、坩堝が、例えば、窒化ホウ素と蒸着ボートに導電性を付与するホウ化チタンとを含む原料を主成分としたものを焼結したセラミックス製のものである場合、坩堝に、蒸着材料のない状態で電力投入して高温（例えば、１５００℃）に加熱すると、ホウ素などの坩堝含有の元素や、酸素などの坩堝製造時に不回避的に混入している不純物が気相として放出される場合がある。本発明では、Ｃｕ合金の溶湯中に含まれるチタン、ジルコニウムやバナジウムといった金属元素が不純物ガスのゲッタリング材として機能し、不純物ガスとの反応で生ずる反応生成物は、蒸着時の坩堝の加熱温度（例えば、１４００℃～１７００℃の範囲）にてＣｕより非常に蒸気圧が低い（例えば、１／１００００以下）ことや、Ｃｕより蒸気圧が高い化合物（例えば、酸化ホウ素）の生成が抑制されることが相俟って、突沸の発生も効果的に抑制することができる。その上、金属元素自体もＣｕと比較して上記加熱温度における蒸気圧が非常に低いため、蒸着されるＣｕ膜中に金属元素や反応生成物が混入することはなく、突沸の発生が可及的に抑制されることと相俟ってＣｕ膜の品質も高く保持することができる。

【0009】

本願発明者らの鋭意研究によれば、例えば、坩堝としてのカーボン製やセラミックス製の蒸着ボートに、上記金属元素を含む所定厚さで帯状の添加金属材料を敷設し、真空雰囲気の真空チャンバ内で蒸着ボートに通電して上記温度範囲に加熱しても、添加金属材料は殆ど溶解しない。一方、蒸着ボートに蒸着材料としてＣｕを供給して溶解させ、この溶解したＣｕの溶湯が添加金属材料に触れると、特段、真空チャンバ内の圧力や蒸着ボートの加熱温度を変更することなく（つまり、添加金属材料が溶解する温度まで加熱することなく）、添加金属材料が溶解して溶湯中に添加金属材料が溶け込むことを知見するのに至った。そこで、本発明では、添加金属材料が、帯状、線状または粒状のものであり、蒸着材料が溶解したときにその溶湯に触れるように、被蒸着物への蒸着に先立って坩堝に設けられる構成を採用することができる。これによれば、既存の坩堝を利用し、帯状、線状や粒状の添加金属材料を坩堝に予め設けておけば、蒸着時に広範囲に濡れ拡がった溶湯を形成することが簡単に実現でき、しかも、突沸の発生を可及的に抑制することができる。また、蒸着を繰り返すことで仮に金属元素が枯渇してくると、溶湯の濡れ拡がりが不十分となり球状になっていく虞があるが、このような場合には、坩堝に追加の添加金属材料を設けるだけで、常時、広範囲に濡れ拡がった溶湯を維持でき、有利である。

【0010】

ところで、蒸着開始当初には、溶解したＣｕの溶湯を速やかに添加金属材料に触れさせる必要があり、これには、例えば、蒸着ボートに大電流を流し、これにより発生するジュール熱で蒸着ボートを高温に加熱することになるが、これでは、蒸着ボートの耐久性を確保できない虞がある。本発明では、坩堝に、被蒸着物への蒸着に先立って、添加金属材料に接触させた状態で銅材（例えば、蒸着材料と同等の純度を有して帯状、線状の銅材または粒状に成形したもの）を設けることが好ましい。例えば、坩堝の加熱に伴って加熱されるように坩堝に銅材を予め敷設しておけば、蒸着材料の供給に先立って蒸着ボートに電流を流して加熱していくと、比較的融点の低いＣｕが先ず溶解し、この溶解したＣｕ溶湯中に添加金属材料が溶け込むことにより蒸着ボート内で広範囲に濡れ拡がったＣｕ合金の溶湯を形成することができる。これにより、蒸着開始当初に蒸着ボートに大電流を流すといったことを不要にでき、有利である。そして、Ｃｕ合金の溶湯が広範囲に濡れ拡がったことを確認した後に、蒸発材料の供給を開始すれば、十分に速い成膜レートで安定して蒸着することができる。なお、銅に所定の重量割合で添加金属材料を添加して帯状、線状または粒状に成形したものを予め製作し、これを設けるようにしてもよい。

【0011】

本発明においては、添加金属材料がチタンであり、坩堝が窒化ホウ素とホウ化チタンを主成分とする原料を焼結して構成される蒸着ボートであることが好ましい。ここで、Ｃｕとチタン（Ｔｉ）との二元系状態図からすると、上記温度範囲では、Ｃｕの溶湯に溶け込むＴｉの重量比が最大約６０ｗｔ％である。そのため、蒸着中におけるＣｕの溶湯の体積を基準に、敷設すべき添加金属材料の重量を設定すればよい。一方で、突沸の発生を抑制する金属元素の枯渇を防止する目的でそれ以上の重量で添加金属材料を敷設しても、Ｃｕの溶湯中でのスラグの発生が見られず、また、金属元素としてのチタンはそれ以外の金属元素と比較して上記温度範囲での蒸気圧は高いものの、成膜されたＣｕ膜中に、Ｔｉやこれとの反応生成物（酸化チタン等）が混入してその品質を低下させるといった不具合も見られないことが確認された。更に、添加する金属元素としてＴｉを選択すれば、Ｔｉとの反応で生じる反応生成物は、主として蒸着ボートの含有成分であるホウ化チタンとなり、これがＣｕの濡れ拡がる蒸着ボートの面を覆うことで、Ｃｕより蒸気圧が高い化合物（例えば、酸化ホウ素）の生成がより抑制され、突沸の発生をより一層抑制することができる。

【0012】

更に、上記課題を解決するために、真空チャンバ内に設置される坩堝を加熱し、当該坩堝に銅からなる蒸着材料を連続的または間欠的に供給し、坩堝内で蒸着材料を溶解、蒸発させることで被蒸着物に対して銅膜を蒸着するための本発明の真空蒸着方法は、坩堝としてセラミックスまたはカーボンで構成されるものを用い、被蒸着物への蒸着に先立って、当該坩堝内に、チタン、ジルコニウム及びバナジウムの少なくとも一種の金属元素からなる添加金属材料を設ける工程を有し、蒸着材料が溶解したときにその溶湯に添加金属材料が溶け込むようにしたことを特徴とする。この場合、添加金属材料に接触させた状態で銅材を更に設けておくことが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態の蒸着源を備えるインライン式の真空蒸着装置の構成を説明する断面図。

【図2】（ａ）は、図１に示す蒸着源の拡大平面図、（ｂ）は、その拡大断面図。

【図3】（ａ）は、変形例の蒸着源の拡大平面図、（ｂ）は、その拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、坩堝を蒸着ボート、加熱手段をこの蒸着ボートに通電してジュール熱で加熱する電源とし、また、被蒸着物を矩形のガラス基板（以下、「基板Ｓｇ」という）として真空雰囲気の真空チャンバ内で銅（Ｃｕ）からなるワイヤ状の蒸着材料Ｅｍを連続して供給しながら蒸発させて基板Ｓｇの成膜面にＣｕ膜を蒸着する場合を例に本発明の真空蒸着装置用の蒸着源ＢＳ及び真空蒸着方法の実施形態を説明する。以下において、上、下といった方向を示す用語は、蒸着源ＢＳの設置姿勢である図１を基準とする。

【0015】

図１を参照して、インライン式の真空蒸着装置Ｅｓは真空チャンバ１を備え、真空チャンバ１には、図示省略の排気管を介して真空ポンプが接続され、その内部を所定圧力（真空度）に真空排気して真空雰囲気を形成できる。この場合、蒸着時の真空チャンバ１内が、１×１０^－２Ｐａ～５×１０^－４Ｐａの圧力範囲に維持されるようにしている。真空チャンバ１の上方空間には基板搬送装置２が設けられている。基板搬送装置２は、成膜面としての下面を開放した状態で基板Ｓｇを保持するキャリア２１を有し、図外の駆動装置によってキャリア２１、ひいては基板Ｓｇを真空チャンバ１内の一方向に所定速度で搬送できる。基板搬送装置２としては、既知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。そして、一方向に搬送される基板Ｓｇに対向させて真空チャンバ１の下方空間には本実施形態の蒸着源ＢＳが設けられている。

【0016】

図２も参照して、蒸着源ＢＳは、セラミックス製の蒸着ボート３を備える。蒸着ボート３は、平坦な内底面を持つ凹部３１ａを有するボート本体３１を備え、凹部３１ａの長手方向（図１中、左右方向）両側に夫々延出するボート本体３１の部分で電極取付板部３１ｂが構成されるようにしている。蒸着ボート３としては、窒化ホウ素（ＢＮ）と導電性を付与するホウ化チタン（ＴｉＢ_２）とを主成分とし、これらを所定の重量比で含有する原料を焼結したものが利用される。この場合、濡れ性を付与するために窒化アルミニウムや炭化タングステンなどの金属化合物を添加することもできる。焼結方法としては既知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。

【0017】

真空チャンバ下壁１ａの内面には、長手方向に間隔を存して絶縁材料で構成される２個の支持台４，４が設置されている。支持台４，４の上面には、導電性の良い銅などの金属で構成される左右一対の電極クランプ５，５が夫々設置され、ボート本体３１の各電極取付板部３１ｂをその長手方向両側から押し付けることによって蒸着ボート３を着脱自在に保持することができる。そして、蒸着ボート３の保持状態では、ボート本体３１の底面が水平となる姿勢で蒸着ボート３が真空チャンバ下壁１ａの内面から所定の高さ位置に設置される。

【0018】

真空チャンバ１内には、凹部３１ａに対してワイヤ状の蒸着材料Ｅｍを連続して供給するための材料供給手段６が設けられている。材料供給手段６は、真空チャンバ１内に配置される防着板１１の蒸着源ＢＳと背向する側に設置される筐体６１を有する。筐体６１内には、繰出ローラ６２と、繰出ローラ６２を回転駆動するモータ６３と、上下一対のガイドローラ６４，６４とが格納されている。蒸着源ＢＳ側に位置する筐体６１の側壁には突出管部６１ａが形成され、突出管部６１ａが防着板１１に形成した透孔１１ａを挿通するようにして筐体６１が真空チャンバ１内に設置される。突出管部６１ａの先端には、下方に向けて湾曲させた先端部分を持つ所定長さのガイド管６５が取り付けられ、ワイヤ状の蒸着材料Ｅｍを凹部３１ａに向けて案内するようにしている。蒸着材料Ｅｍは、成膜しようとするＣｕ膜の品質に応じた純度を有するＣｕをΦ１ｍｍ～５ｍｍの外径に成形したものであり、繰出ローラ６２に予め巻回される。そして、繰出ローラ６２に巻回されたワイヤ状の蒸着材料Ｅｍの先端Ｅｍ１を引き出して上下一対のガイドローラ６４，６４の間を通し、突出管部６１ａ内の空間からガイド管６５内を挿通させる。ガイド管６５から突出する蒸着材料Ｅｍの先端部Ｅｍ１を凹部３１ａの長手方向中央領域でその内底面にその上方から当接するようにしてワイヤ状の蒸着材料Ｅｍが準備される。

【0019】

本実施形態の真空蒸着法により真空雰囲気の真空チャンバ１内で基板Ｓｇの下面にＣｕ膜を蒸着する場合、真空チャンバ１外に設置される電源Ｐｓによって電極クランプ５，５を介して両電極取付板部３１ｂ，３１ｂの間に通電する。これにより、ボート本体３１がジュール熱で加熱される。このときの投入電力は、基板Ｓｇの下面にＣｕ膜を蒸着するときの成膜レートに応じて設定される。本実施形態では、高い成膜レートが安定して得られる１４００℃～１７００℃の温度範囲に蒸着ボート３が加熱できるように、９ｋＷ～１４ｋＷの範囲に設定される。なお、１４００℃より低い温度では、ワイヤ状の蒸着材料Ｅｍを効率よく溶融させて高い成膜レートを安定して得ることができない一方で、１７００℃を超えると、周辺温度が高くなり過ぎることでワイヤ状の蒸着材料Ｅｍが軟化してガイド管６５内で詰まるなどして、円滑に連続して供給できない虞がある。そして、蒸着ボート３が所定温度に達すると、モータ６３により繰出ローラ６２を回転駆動してワイヤ状の蒸着材料Ｅｍを繰り出す。これにより、凹部３１ａ内で蒸着材料Ｅｍが溶解し、この溶解したＣｕの溶湯中の蒸着材料Ｅｍが蒸発することで、一方向に移動する基板Ｓｇの下面にＣｕ膜が蒸着される。ワイヤ状の蒸着材料Ｅｍの供給速度は、成膜レートに応じて、例えば、７ｇ／ｍｉｎ～１７ｇ／ｍｉｎの範囲に設定される。このとき、蒸着ボート３の表面に対するＣｕの濡れ性が悪いので、十分に速い成膜レートを得るために、蒸着材料Ｅｍが溶解して比較的広範囲に濡れ拡がった溶湯を形成する必要がある。また、蒸着ボート３が上記温度範囲に加熱されると、蒸着ボート３含有のホウ素や蒸着ボート３の製造時に不回避的に含まれた酸素などの不純物が気相として放出されるため、蒸着中、不純物ガスの放出で突沸が発生しないようにしておく必要もある。

【0020】

本実施形態では、チタン、ジルコニウム及びバナジウムの少なくとも一種の金属元素からなり且つ０．５ｍｍ～２ｍｍの範囲の厚さで帯状に成形した添加金属材料７を準備する。そして、蒸着ボート３の加熱により蒸着材料Ｅｍが溶解したときにその溶湯に触れて蒸着材料Ｅｍの溶湯中に添加金属材料７が溶け込むように、蒸着に先立って、添加金属材料７を凹部３１ａの内底面に設けることとした（本実施形態の真空蒸着法にて、坩堝に添加金属材料７を設ける工程）。具体的には、蒸着材料Ｅｍの先端部Ｅｍ１が接する凹部３１ａ内底面部分の近傍に位置させて、その長手方向両側に２枚の添加金属材料７を敷設している（図２参照）。この場合、Ｃｕと各金属元素の二元系状態図から上記温度範囲にてＣｕの溶湯中に溶かし込み可能な各金属元素の重量比を得て、蒸着中における凹部３１ａ内でのＣｕの溶湯の体積を基準に、敷設すべき帯状の添加金属材料７の重量を設定すればよい。但し、長時間に亘って基板Ｓｇへの蒸着を繰り返したときに、金属元素の枯渇を防止する目的でそれ以上の重量で添加金属材料７を設けることもできる。

【0021】

以上によれば、真空雰囲気の真空チャンバ１内で蒸着ボート３を加熱し、蒸着ボート３の凹部３１ａにその上方から蒸着材料ＥｍとしてのＣｕを連続的または間欠的に供給すると、凹部３１ａ内でＣｕが溶解し、この溶解したＣｕの溶湯中のものが蒸発してＣｕ膜が蒸着（成膜）される。このとき、蒸着材料Ｅｍの溶湯中に溶け込む添加金属材料７により濡れ性が促進され、添加金属材料７を含むＣｕ合金の溶湯として蒸着ボート３の凹部３１ａ内底面で広範囲に濡れ拡がる。これにより、成膜レートを飛躍的に向上させることができる。このとき、凹部３１ａの内底面に添加金属材料７を設ければ済むため、蒸着ボート３としても既存のものを利用することができる。そして、仮に金属元素が枯渇してくると、蒸着ボート３の凹部３１ａに追加の添加金属材料７を設けるだけで、常時、広範囲に濡れ拡がった溶湯を維持できる。また、加熱により蒸着ボート３含有のホウ素や不回避的に混入している酸素といった不純物が気相として溶湯中に放出されても、この不純物ガスとゲッタリング材として機能する金属元素とが反応する。不純物ガスとの反応で生ずる反応生成物は、上記温度範囲にて蒸着材料ＥｍとしてのＣｕより非常に蒸気圧が低いことや、Ｃｕより蒸気圧が高い化合物（例えば、酸化ホウ素）の生成が抑制されることが相俟って、突沸の発生が可及的に抑制することができる。その上、蒸着されるＣｕ膜中に金属元素や反応生成物が混入することはなく、突沸の発生が可及的に抑制されることと相俟ってＣｕ膜の品質も高く保持することができる。

【0022】

また、添加金属材料としてチタン（Ｔｉ）を選択し、Ｔｉの枯渇を防止する目的でそれ以上の重量で添加金属材料７を敷設した場合でも、Ｃｕの溶湯中でのスラグの発生は見られず、また、金属元素としてのチタンはそれ以外の金属元素と比較して上記温度範囲での蒸気圧は高いものの、成膜されたＣｕ膜中に、Ｔｉやこれとの反応生成物（酸化チタン等）が混入してその品質を低下させるといった不具合も見られないことが確認された。しかも、Ｔｉとの反応で生じる反応生成物は、主として蒸着ボート３の含有成分であるホウ化チタンとなり、これがＣｕ合金として濡れ拡がる凹部３１ａの内底面を覆うことで、Ｃｕより蒸気圧が高い化合物（例えば、酸化ホウ素）の生成がより抑制され、突沸の発生をより一層抑制することができる。

【0023】

以上の効果を確認するために、図１に示す真空蒸着装置Ｅｓを用いて次の実験を行った。即ち、真空チャンバ１内で蒸着ボート３から所定距離離した直上位置に一辺が２００ｍｍの正方形のステンレス基板を取り付け、次の蒸着条件でＣｕを連続的に１時間蒸着し、成膜レートと突沸発生量とを確認する実験を行った。評価用蒸着ボート３として、主原料としてのＢＮ、ＴｉＢ_２と、添加材としてのＡｌＮやＷＣを所定の重量比で混合して焼結したものを用いた（外形寸法：３８ｍｍ×１５０ｍｍ×厚さ９ｍｍ）。

【0024】

蒸着条件としては、蒸着ボートに投入する電力を１４ｋＷ（蒸着ボートの加熱温度が約１６００℃）とし、また、Ｃｕ製の蒸着材料Ｅｍの外形を２ｍｍとして２０ｇ／ｍｉｎの供給速度で繰出ローラ６１から蒸着材料Ｅｍを繰り出すようにし、蒸着中の真空チャンバ１内の圧力は５×１０^ー３Ｐａに維持されるようにした。そして、発明実験として、夫々重量が１．８ｇである帯状のチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びバナジウム（Ｖ）の３種類の添加金属材料７を夫々準備し、蒸着に先立って、各添加金属材料７を蒸着材料Ｅｍが溶解したときにその溶湯に触れるように蒸着ボート３の凹部３１ａに敷設することとした。比較実験として、添加金属材料７を敷設することなく、上記同一の蒸着条件で蒸着をした。

【0025】

表１は、ステンレス基板に０．５ｍｍ以上で付着したときの最大成膜レートと突沸付着数との測定結果を示す。なお、突沸付着数は１０倍の拡大鏡を用いて測定した。これによれば、比較実験では、１０００個以上の突沸が付着することが確認された。それに対して、発明実験では、いずれの添加金属材料７でも突沸付着数を飛躍的に低減できることが確認された。また、加熱された蒸着ボート３の凹部３１ａに蒸着材料Ｅｍを供給したときの凹部３１ａ内底面でのＣｕの濡れ性を目視で確認したところ、比較実験では、蒸着材料Ｅｍの先端部Ｅｍ１が接する凹部３１ａ内底面部分で球状になって濡れ拡がっていないのに対して、発明実験では、いずれの添加金属材料７でも凹部３１ａ内底面略全面に亘って蒸着材料Ｅｍが濡れ拡がっていることが確認でき、比較実験と比べて約５倍の高い成膜レートが得られていることが確認できた。更に、ＸＲＦによりＣｕ膜中におけるＴｉ及びＺｒの各金属元素の混入を確認したところ、いずれの元素とも検出限界以下であることが確認された。

【表1】

【0026】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術思想の範囲を逸脱しない限り、種々の変形が可能である。上記実施形態では、蒸着ボート３内で蒸着材料Ｅｍを溶解させると、溶湯中にチタン、ジルコニウム、及びバナジウムの少なくとも一種の金属元素が含まれるように、基板Ｓｇへの蒸着に先立って蒸着ボート３の凹部３１ａに帯状に成形した添加金属材料７を敷設するものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、蒸着材料Ｅｍの先端部Ｅｍ１が接する凹部３１ａ内底面部分を含む所定範囲に金属元素からなる添加金属材料７を予め溶射するようにしてもよく、また、添加金属材料７は、所定の線径や粒径に成形した線状または粒状のものであってもよい。また、上記実施形態では、蒸着材料Ｅｍをワイヤ状とし、これを蒸着ボート３に供給するものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、蒸着材料Ｅｍを粒状とし、これを定期的（完結的）に坩堝に投入するようなものにも本発明は広く適用することができる。更に、上記実施形態では、坩堝をセラミックス製の蒸着ボートとしたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、誘導加熱により加熱される黒鉛性の坩堝（特に、その内面にＰＢＮがコーティングされているもの）にも、本発明は適用することができる。

【0027】

次に、上記実施形態と同様の部材、部位には上記と同一の符号を付している図３（ａ）及び（ｂ）を参照して、変形例の真空蒸着装置用の蒸着源ＢＳについて説明する。このものでは、蒸着ボート３の凹部３１ａに、蒸着に先立って、添加金属材料７に接触させた状態で銅材８が敷設されている。銅材８としては、蒸着材料Ｅｍと同等の純度を有して帯状、線状の銅材または粒状に成形したものが利用される。具体的には、蒸着材料Ｅｍと同等の純度を持つ銅を１ｍｍ～３ｍｍの範囲の厚さで帯状に成形した銅材８と、上述したようにチタン、ジルコニウム及びバナジウムの少なくとも一種の金属元素からなり且つ０．５ｍｍ～２ｍｍの範囲の厚さで帯状に成形した添加金属材料７とを準備し、蒸着材料Ｅｍの先端部Ｅｍ１が接する凹部３１ａ内底面部分の周囲に位置させて、銅材８と添加金属材料７とが順次積層されるように敷設している。このときの銅材８に対する添加金属材料７の重量割合は、上記実施形態と同様に、蒸着中における凹部３１ａ内でのＣｕの溶湯の体積を基準に設定され、例えば、１／５に設定される。

【0028】

蒸着時には、蒸着材料Ｅｍの蒸着ボート３への供給に先立って、蒸着ボート３に電流を流して加熱していくと、比較的融点の低い銅材８が先ず溶解し、この溶解したＣｕ溶湯中に添加金属材料７が溶け込むことにより蒸着ボート３内の凹部３１ａ内底面で広範囲に濡れ拡がったＣｕ合金の溶湯が形成される。これにより、溶解したＣｕの溶湯を速やかに添加金属材料７に触れさせるために、蒸着開始当初に蒸着ボート３に大電流を流すといったことを不要にできる。そして、Ｃｕ合金の溶湯が広範囲に濡れ拡がったことを確認した後に、蒸発材料Ｅｍの供給を開始すれば、十分に速い成膜レートで安定して蒸着することができる。なお、銅に所定の重量割合で添加金属材料を添加して帯状、線状または粒状に成形したものを予め製作し、これを敷設するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0029】

ＢＳ…真空蒸着装置用の蒸着源、Ｅｍ…蒸着材料（ワイヤ状の銅）、Ｅｓ…真空蒸着装置、Ｓｇ…基板（被蒸着物）、１…真空チャンバ、３…蒸着ボート（坩堝）、７…添加金属材料、８…銅材。

【要約】

【課題】広範囲に濡れ拡がった溶湯が形成されて比較的速い成膜速度でＣｕ膜を蒸着することができる真空処理装置用の蒸着源を提供する。
【解決手段】真空チャンバ１内に設置される蒸着ボート３と、蒸着ボートに通電する電源Ｐｓとを備える。加熱された蒸着ボートに銅からなる蒸着材料Ｅｍを連続的または間欠的に供給して蒸着材料を溶解、蒸発させることで被蒸着物に対して銅膜を蒸着する。蒸着ボートが、セラミックスまたはカーボンで構成されると共に、チタン、ジルコニウム及びバナジウムの少なくとも一種の金属元素からなる添加金属材料７を含み、蒸着ボートで蒸着材料を溶解させると、蒸着材料の溶湯中に添加金属材料が溶け込むように構成した
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】