JPH02250957A - 蒸着材料供給方法 - 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、基板に膜を形成する際に蒸着材料を被加熱位
置に供給する蒸着材料供給方法に関するものである。

従来の技術 例えば長尺フィルム上へ薄膜を形成してコンデンサや磁
気テープ等の素材となる機能性フィルムなどを、真空蒸
着などによって作成するためには長時間に亘って大量の
蒸気を発生させる必要がある。そのだめには蒸発るつぼ
などの被加熱位置において蒸着材料を連続的に供給する
ことが必要となってくる。その一つに例えば日本学術振
興会網ｒＫ９１Ｆ！ハンドブック」（昭和６８年発行、
オーム社刊、第１０５頁）に示されているように蒸着材
料を線材にしてるつぼへ供給する方法がある。

この方法は蒸着材料がＡｔ、Ｎｉ、Ｃｕのように延性材
料であれば容易に線材化して適用できるがＣｒのような
脆性材料では線材化は極めて困難である。また脆性材料
でなくとも例えば磁性膜材料であるＣｏ−Ｃｒ合金ある
いはＣｏ　−Ｃｒ　−Ｎ’　ｉ合金のような硬質の材料
は線材化できないことはないが加工性がよくないため、
加工費が高価になり、実用的ではない。

したがってこのような材料は棒材で供給することになる
。棒材で材料供給する場合の課題を第６図〜第１１図を
用いて説明する。第５図において、１はるつぼ２に収納
された蒸着材料で図示しない例えば公知の電子ビーム加
熱手段により加熱され溶融している。加熱溶融による蒸
発によってるつぼ２内の蒸着材料１が減少しないように
補なって長時間に亘って薄膜を形成するために、棒状供
給用蒸着材料（以下棒材と略す）３が図示しない例えば
公知の回転ローラにはさんで駆動する手段によシ一定速
度で矢印入方向に溶融した蒸着材料１の液面４に向って
送られる。

棒材３の先端６が液面４に接した後の先端５の挙動を第
６図〜第９図に基づいて説明する。

第６図は棒材３の先端６が液面に接した瞬間の図でこの
瞬間を状ａ−とする。この状態ａにおいて先端５は液面
４から熱を吸収して溶融を始め、溶液６となって第７図
に示す状態すの矢印Ｂのように蒸着材料１の溶液に溶け
こむ。この時矢印Ｂと逆方向に熱が先端６に伝わシ先端
６の溶融が進む。溶融が進むにつれて液面４と棒材３の
先端６の距離ｔが長くなるので液面４からの熱が先端６
に伝わりにくくなり、第８図の状態０のように先先端６
の溶融量が減少して前記溶液６の量が少なくなる。そう
するとますます先端６は溶融しにくくなってついには第
９図の状ｆｉｄのように溶融が停止する。

この間棒材３は前記矢印入方向に連続して送られている
がその速さよりも状ｆｉａから状態ｄまでの先端６の溶
融速度の方が速いので状態ｄのようにスキマＤが生じる
ことになる。そして時間が経過するにつれてスキマＤが
小さくなって状態ａとなり、順次以上のサイクルが返復
されることになる。すなわち棒材３の送りは連続であっ
ても液面４への棒材の供給は間欠的なものとなる。先端
６が液面４に溶は込んでいる間は液面４から熱を奪うの
で液面４の温度が低下する。そうすると蒸発速度が低下
することになシ、蒸発速度は第１０図に示すように時間
経過とともに周期的に変動することになる。

状Ｂａの距離りは棒材の径が太くなるほど大きくなる。

その理由は前記溶液６を略円筒状とした場合（円筒表面
積／円筒容積）が小さくなるので液面４から先端６へ溶
液６を通って伝わる熱量に対して円筒表面から輻射で逃
げる熱量の割合が少なくなってより長く溶融するためで
ある。したがって棒材の径が大きくなると第１０図の周
期Ｐ及び蒸発速度の変動幅Ｆ共に大きくなる。蒸発速度
が変動するとるつぼ２の上方を図示しない基板やフィル
ム等を移動させながら蒸着するいわゆる通過成膜する時
に通過方向の膜厚の変動が発生するという大きな問題が
あった。

この課題に対応するために従来は棒材を溶融した後るつ
ぼへ供給するという第１１図に示す方法が用いられるこ
とがある。第６図と同一構成要素は同番号にて説明する
。

第１１図において棒材３の先端５に公知の電子ビーム７
を照射して溶融し、その溶液６を液面に供給すると液面
４の温度が前例のように低下しないので蒸発速度が変動
することはない。したがってるつは２の上方で基板已に
紙面に垂直方向に通過成膜しても薄膜９の膜厚が変動す
ることはない。

しかしながら蒸着材料１が蒸気圧が相異なる成分から成
る例えば磁性膜材料であるＣｏ−Ｃｒ　合金が得られる
時の薄膜材料１のＣｒ含有量をＬとするとＴ）Ｌである
。また液面４から発生する蒸気のＣｒ含有量はＴに等し
い。したがって蒸発した量だけＣｒ含有量Ｔの材料を供
給してやればるつぼ２内の薄膜材料１の量を一定に保ち
つつＣｒ含有量Ｔの薄膜を連続して蒸着できることにな
る。

発明が解決しようとする課題 しかしながら第１１図の構成では電子ビーム７で溶融さ
れた溶液６のＣｒ含有量はＴで套るから溶液６から発生
する蒸気のＣｒ含有量はＴよりも多くなる。そうすると
基板８の向って右方に形成される薄膜９のＣｘ含有量は
溶液６に近いので多くなり、左方に形成される薄膜９の
Ｃｒ含有量はその逆に少なくなるため、基板８の全幅に
亘って一定組成の薄膜９が形成できないという大きな問
題があった。

そこで、本発明は真空蒸着する際に蒸着速度変動が小さ
く、また蒸気圧が相異なる複数の成分から成る薄膜を形
成する場合にも基板上にその面方向に成分の含有量差の
小さい薄膜を形成できる蒸着材料供給方法を提供するこ
とを目的とするものである。

課題を解決するための手段 そして上記課題を解決するため本発明は、棒材をるつぼ
に向って移送し、その棒材の先端が前記るつぼ内で溶融
された蒸着材料の液面に接する前に、前記先端部を棒材
の融点以下の温度に加熱することを特徴とするものであ
る。

作　　　用 本発明は上記した方法により、先端部が溶融された蒸着
材料の液面に接した時にその液面から奪う熱量を従来に
比較して小さくすることができる。

そうすると液面の温度低下が小さくなるので蒸発速度の
低下も小さくなる。その結果、通過成膜における膜厚の
減少が小さくなるので膜厚の均一性を向上させることが
できる。

また棒材が相異なる蒸気圧の複数の成分から構成されて
いる場合においても、従来のように棒材の先端部から蒸
気圧の高い成分が蒸着材料の液面からよシも高濃度で蒸
発することがなくなシ、液面に接してから溶融して蒸着
材料の溶液に拡散した後に蒸発するので、基板に形成さ
れた薄膜の面方向の成分の含有量の均一性を向上させる
ことができる。

実施例 以下、本発明の第１実施例を添付図面に基づいて説明す
る。第１図は本実施例を示す図で、従来と同一構成要素
は従来例と同一番号で示すものである。

第１図において、従来と同様に棒材３を矢印入方向に連
続的に送シつつその先端６を電子ビーム７にて加熱する
ものである。但しその加熱は先端６が棒材３の融点以下
の温度になるよう行なうものである。

そうすると先端６が液面４に接すると先端６はすでに加
熱されて温度が上っているので融点までちと少し温度上
昇するため熱量と融解熱を奪うだけであるから液面の温
度低下は小さい。したがって蒸発速度の低下も小さくな
るので通過成膜における膜厚の減少が小さくなり膜厚の
均一性を向上させることができる。

また第２図に示すように先端５が液面４に接すると先端
５は融けて溶液６となる。棒材３が前記した蒸気圧の相
異なる成分から成る例えばＣＯとＣｒの合金である場合
、前記したように溶液６中のｃｒの含有量は蒸着材料１
の溶液のそれよりも多いが溶液６は蒸着材料１中に矢印
Ｅに示すように拡散して薄められる。したがって溶液６
から直接蒸発するＣｘ含有量の多い蒸気の発生は少なく
なるので、第１図において基板８に形成される薄膜９の
向って右側の部分のＣｘ含有量の増加を抑制することが
でき、薄膜の幅方向の成分の含有量の均一性を向上させ
ることができる。

次に本発明の第２実施例について説明する。

第１図においてるつぼ２０寸法曹が大きくなると、Ｃｒ
の含有量の多い溶液６が蒸着材料１の左方まで十分拡散
しにくくなって蒸着材料１の右方と左方のＣＩの含有量
の差が大きくなる。そのため薄膜９の右方と左方のＣｒ
含有量の差が許容値を越えるような場合はるつぼ２の左
方からも棒材を供給すればよい。しかしながらこの場合
は左方の棒材を加熱する電子ビームも必要となり、液面
４の加熱も電子ビームで行なうとすれば合計３台の電子
ビームガンが必要となる。

ここで１台の電子ビームガンで例えば左右の棒材と液面
を加熱する構成を前記と同一構成要素は同一番号にて第
３図において説明する。

１ｏは電子ビームガンのフィラメントである。

電子ビーム７を加速するだめの電極や偏向するだめの公
知の手段は省略しである。１１は図示しない偏向手段に
より偏向された電子ビーム７の照射軌跡で、黒塗シの太
線で示してあり、１台の電子ビームガンで左右の棒材３
と液面４を加熱するための偏向方法に特徴を有するもの
である。第３図にるつぼ２等の構成要素と位置を対応さ
せて記したグラフは、時間と共に変化する電子ビーム７
の照射位置を示すものであり、角度θが照射位置の移動
速度を表わすことになり０が大きいほど移動速度が大き
く加熱されにくいことになる。

液面４上の照射軌跡１１−１の両端部Ｑ−Ｒ間はＯ−０
間よりも移動速度を小さくしであるのは両端部をより強
く加熱して、図示しないがるつぼ２の上方に配した基板
のるつぼ２の長手方向の膜厚分布をより均一にするだめ
のものである。

Ｒ−３間は液面４がほとんど加熱されないように最大速
度としである。またＯ−０間、Ｓ−０間はそれぞれ所要
の蒸発速度及び加熱温度が得られるように速度を設定す
ればよい。

以上の電子ビームの偏向によって１台の電子ビムガンで
目的を達することができ経済性を向上させることができ
る。

さらにるつぼ２の第１図の寸法Ｗが大きくなった場合は
棒材３をるつは２の中央部にも配置すればよい。

るつぼ２の中央部に配置した棒材３の近傍の電子ビーム
の偏向方法の一例を本発明の第３実施例として第３図と
同一構成要素は同一番号にて第４図に示す。

１１−３はるつぼ中央部に配置した棒材３へのｖ−ｏｏ
−ｖ間の電子ビームの照射軌跡である。

前記と同様に照射位置の移動速度は所要の加熱温度が得
られるよう設定される。Ｒ−００−Ｒ間は液面４がほと
んど加熱されないことになるがＯ０位置上方の膜厚が不
足することがないように前記の場合と同様にＱ−Ｒ間が
Ｑ−０間よシも強く加熱されるように設定される。

したがってるつぼ２の長さにあまシ制限を受けることな
く本発明を実施することができる。

以上の実施例では、加熱手段に電子ビームを用いた例に
ついて説明してきたが、本発明はそれに限るものではな
くヒータ加熱や誘導加熱等の他の加熱手段を用いてもよ
い。

発明の効果 本発明は上記した方法により、通過成膜時の通過方向の
膜厚の均一性が良好でしかも相異なる蒸気圧の複数の成
分を含む蒸着材料の成膜においても薄膜の面方向の成分
の含有量の均一性の良好な成膜を可能とする材料供給を
、実現することができる。

したがって長時間に亘って良好な品質の成膜が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１．第２実施例における蒸着材料供
給方法を断面で示す正面図、第２図は第１図の要部拡大
図、第３図、第４図は本発明の第３実施例における蒸着
材料供給方法を斜視図で示す説明図、第６図は従来の蒸
着材料供給方法の一例を断面で示す正面図、第６図、第
７図、第８図。 第９図は第１図の要部を拡大して示す説明図、第１０図
は従来の蒸着材料供給方法における蒸着速度の経時変化
を示すグラフ、第１１図は従来の蒸着材料供給方法のそ
の他の例を断面で示す正面図である。 １・・・・・・蒸着材料、２・・・・・・るつぼ、３・
・・・・・棒材、７・・・・・・電子ビーム、８・・・
・・・基板、９・・・・・・薄膜。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第 図 第 図 第 図 第 図 状怨α 纂 図 第 図 状態す 集 図 第 区 第１０図 第１ １図 ？

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）るつぼに収納された蒸着材料を加熱して溶融し、
   その蒸着材料から発生する蒸気を基板に付着せしめて薄
   膜を形成する際に、棒状供給用蒸着材料を前記るつぼに
   向って移送し、前記棒状供給用蒸着材料の先端が前記る
   つぼ内で溶融された蒸着材料の液面に接する前に、前記
   先端部を棒状供給用蒸着材料の融点以下の温度に加熱す
   ることを特徴とする蒸着材料供給方法。
2. （２）るつぼに収納された蒸着材料と棒状供給材料の先
   端部とにそれぞれ所要の割合で電子ビームを偏向照射す
   ることを特徴とする請求項１記載の蒸着材料供給方法。