JPH04276064A - 真空蒸着の液膜回収方法及びその装置 - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビームを用い
た表面加熱に基づく真空蒸着による液膜回収方法及びそ
の装置に係わり、蒸発物質のうち蒸着処理に与からなか
った無効蒸気を液膜化の後、円滑に輸送回収する真空蒸
着の液膜回収方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学機器の製造工程、半導体成膜
処理、機能性材料の開発等ではＣＶＤ、ＰＶＤ、ＭＢＥ
などに代表される様な真空蒸着による薄膜生成技術が一
般的に駆使されている。

【０００３】上記では当該物質または当該物質の組成原
材料を真空中で蒸気化して固体壁に蒸着させるものであ
り、物質を蒸発または昇華させるための手段としては、
ヒータ加熱、高周波加熱、ビーム加熱等があげられる。 このうちビーム加熱はレーザビーム、中性粒子ビーム、
荷電粒子ビームなどをエネルギドライバとするもので、
物質の表面のみを直接的かつ効率良く加熱するため、他
の方法にはない利点を多数有している。さらに、荷電粒
子ビームはレーザビームや中性粒子ビームと比較しても
エネルギ効率が高く、ビーム生成方法の簡便性からも一
般工学用途に適している。特に、電子ビームはビーム源
の生成、ビーム伝播・集束が容易であり、装置全体の価
格が廉価であるなどの理由により広く使用されている。 以下に荷電粒子ビームとして電子ビームを使用した真空
蒸着による液膜回収方法及びその装置の従来例を図４、
図５、図６を参照して説明する。

【０００４】図４は、従来の真空蒸着の液膜回収装置の
構成を模式的に示す斜視図であり、図５は図４における
Ｉ−Ｉ矢視断面図である。蒸着処理対象となる物質１は
、熱化学耐性を有する例えば坩堝などの蒸発用容器２の
内に装荷されている。この蒸発用容器２は、ほぼ真空状
態に維持された密封容器３の内底部に設置されている。 次に電子銃４から発射される電子ビーム５を、図示しな
い外部磁場コイルにより印加される直流磁場６により偏
向して、蒸発用容器２の内の物質１の表面に照射する。 電子ビーム５の照射を受けた物質１は、その蒸発温度以
上の高温に加熱され分子蒸気流７を生成する。一方、蒸
発用容器２の上方には、蒸着板８を配置して分子蒸気流
７ａの蒸着薄膜９をその表面上に成長させる。また、蒸
着板８の上に蒸着しなかった分子蒸気流７ｂは無効蒸気
となり、蒸着処理には与からない。そのため通常では蒸
気回収板１０を設置してこれらの無効蒸気を吸着回収し
ている。以上の様に、蒸気回収板１０の表面上には物質
１の蒸着膜１１が形成されるに至り、この蒸着膜１１も
蒸着膜８の成長と共にその厚さを増し、上記に述べたプ
ロセスとは別途の手段により外部に回収してやる必要が
生じる。

【０００５】図６は、図５の従来例の装置構成を示す断
面図において、蒸気回収板１０の上に吸着回収された蒸
着膜１１の挙動を説明する要部拡大図である。時間の経
過と共に蒸着膜１１の厚さが増加し、通常であると自身
の重さにより蒸着膜１１は蒸気回収板１０から剥離して
しまう。この様な剥落片１２は密封容器３の内底部、す
なわち蒸発用容器２のまわりに落下し、周辺機器の故障
の原因となる。さらに、これらの剥落片１２を定期的に
集めて除去してやる必要も生じる。そのため、これらの
弊害を防ぐため蒸気回収板１０上の蒸着膜１１が剥落し
ない程度の時間間隔で蒸気回収板１０を交換するのが一
般的である。或いは、この様な定期的な装置の一時停止
をせずに定常的な装置稼動を維持するためには、蒸着膜
１１を蒸気回収板１０に埋設される加熱ヒータ１３によ
り液化し、これを液膜１４として外部へ流動させるなど
の手段によらねばならない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】よって従来の真空蒸着
の液膜回収方法及びその装置においては、蒸気回収板１
０上の蒸着膜１１をなんらかの手段により外部に取り出
さなければ、様々な弊害が発生することは避けられない
。そのひとつの方法として、この蒸着膜１１を液化回収
する方法がある。まず、蒸着膜１１を蒸気回収板１０に
埋設されている加熱ヒータ１３により再び液化し、これ
を液膜１４として傾斜した蒸気回収板１０を伝って下方
に流動させる。このとき液膜１４の厚さなどの条件によ
り、液膜１４が蒸気回収板１０の端部１５に到達する前
に自重により剥離して落下する可能性も考えられる。こ
の場合、この様な液膜不安定性は技術的に制御すること
が困難であるので、不安定性が発生してから成長する前
段階で液膜１４を端部１５へ全て輸送することが必要と
なる。次に、端部１５へ集まった液膜１４はもはや行き
場がなくなり、該部から液滴１６となって下方へ落下す
ることになる。このとき液膜回収技術として、液膜１４
が液滴１６へ変化して蒸気回収板１０の端部１５から離
脱・滴下する箇所を予測することが要求されることは言
うまでもない。すなわち、端部１５の任意の場所で滴下
が起これば、これを回収することがまた困難となるから
である。しかるに、液滴１６が発生して滴下する場所は
ほとんど予測することは不可能であり、端部１５の全て
の箇所で滴下が起こり得ると考えなければならない。

【０００７】以上の通り、従来の液膜回収方法及びその
装置によれば液膜１４を集中的に回収することを断念せ
ざるを得ず、このための装置を新たに付加してやる必要
が生じる。この様な機能は、上記に述べた装置構成にお
いて、特に蒸気回収板１０及び端部１５の構造を複雑化
かつ大幅に拡張しなければ得られない。しかも、本件は
真空蒸着の液膜回収装置を安定的かつ恒常的に運転する
ためには不可欠なものであり、より簡便で平易な手法に
よることが希求されている。

【０００８】本発明は、上記の問題点を解決するために
発案されたものであり、物質の真空蒸着において発生す
る無効蒸気を蒸気回収板上に蒸着膜として吸着捕集のの
ち再度加熱して液化して液膜として流動させ、これを蒸
気回収端部に接して配置した柱状の樋の表面に凝集させ
てから該表面を伝って流下させ、さらにこの柱状の樋の
断面曲率を流下方向につれて変化させることにより該表
面に付着する液膜に作用する保持力を減少させ、以て液
膜が極長手方向を所定の輸送距離を流下ののち、樋の特
定箇所から離脱落下させる液膜回収方法及びその装置を
提供することを目的とする。 ［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段】本件第１番目の発明に係
わる液膜回収方法は、真空雰囲気内の耐熱性容器に収納
された物質を、外部印加の直流磁場により偏向された線
状の荷電粒子ビームの照射による表面加熱により蒸発せ
しめて分子蒸気流を生成し、この分子蒸気流を前記の耐
熱性容器の上部に配置された基板上に蒸着させて前記の
物質の薄膜を形成し、前記の基板上の蒸着に寄与しなか
った分子蒸気流においてはこれを無効蒸気として蒸気回
収板上に液化・凝縮させる真空蒸着の液膜回収方法にお
いて、蒸気回収板を傾斜させて凝縮面上に成長した液膜
を流下させて蒸気回収板端部に集め、該端部にはそれに
接する様に柱状の樋を設置してこの表面に液膜を付着捕
集し、この柱状の樋の長手方向を水平方向からわずかに
傾斜させて配置することにより表面に付着した液膜を樋
長手方向に流動させ、さらに柱状の樋の断面曲率をこの
流動方向につれて変化させて、液膜に作用する表面張力
に基づく保持力を調整しながら液膜を所定の箇所にて滴
下させて樋から離脱せしめるようにする。

【００１０】また、本件第２番目の発明に係わる液膜回
収装置は、荷電粒子ビームを偏向させる直流磁場発生装
置と、蒸着対象となる物質をこの荷電粒子ビームにより
加熱蒸発せしめる分子蒸気流生成装置と、この上部には
この物質の蒸着薄膜を形成する薄膜生成装置と、前記薄
膜生成装置にて処理されなかった分子蒸気流を回収する
蒸気回収装置とを備え、前記蒸気回収装置の回収端には
液膜流を捕集流動させ、流動方向につれてその断面曲率
を変化させることにより液膜を所定の膜離輸送ののち円
滑に滴下させる液膜輸送落下装置を備えた構成とする。

【００１１】

【作用】本発明に係わる液膜回収方法及びその装置によ
れば、真空蒸着の装置内部における無効蒸気を効率的か
つ集中的に回収することが可能となる。

【００１２】本発明では蒸気回収板上に蒸着した無効蒸
気を液化して膜状としこれを流動させる。この液膜は蒸
気回収板端部に集められ、自己の表面張力により柱状の
樋の表面に懸垂しながら樋長手方向を流下する。しかも
樋断面はこの液膜の自重を維持するに必要な曲率を有し
ており、液膜が樋から離脱落下する様な不安定性は抑制
される。そして、所定の距離だけ液膜を流下させたのち
は、樋断面曲率を変化させてこの液膜保持力を調整して
液膜を滴下回収する。

【００１３】以上の通り、本発明は従来の液膜回収方法
及びその装置に対して容易に実施することができ、目的
とする様な無効蒸気を安定的かつ恒常的に、しかも集中
的に液化回収することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、真空蒸着
における物質の液化回収工程を例にとり、図面に従って
説明する。図１は本発明に係わる真空蒸着の液膜回収装
置の一実施例の構成を模式的に示す斜視図であり、図２
は図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。図３は図
２の装置構成を示す断面図において、蒸着液膜の回収プ
ロセスを示す要部拡大図であり、それぞれ本技術従来例
の構成を示す図４、図５及び図６に対応するものである
。尚、図４、図５及び図６に示す従来例と同一の構成要
素、部品には同一の番号を付している。

【００１５】液膜回収装置は、物質１を収納した蒸発用
容器２と、蒸発用容器２に収納された物質１に電子銃４
から発射する電子ビーム５を照射して物質１を加熱蒸発
せしめ、分子蒸気流７を生成する蒸気流生成装置１７と
が備えられている。その蒸気流生成装置１７の上方には
薄膜生成装置１８があり、蒸着板８の表面に分子蒸気流
７ａが蒸着して蒸着薄膜９が成長する。一方、蒸着板８
上の成膜処理に関与しない無効蒸気となる分子蒸気流７
ｂは蒸気回収装置１９により回収される。蒸気回収板１
０の内部には加熱ヒータ１３が埋設されており、該表面
に付着した分子蒸気流７ｂの蒸着膜１１を液化する。こ
の液膜１４は、蒸気回収板１０との漏れ性や液膜自身の
表面張力により膜状を維持し、蒸気回収板１０に沿って
重力により下方に流動する。この様に下向き面に懸垂し
ながら流下する液膜１４は液膜輸送落下装置２０に導か
れ、蒸気回収板１０の端部１５に接する様に配置されて
いる柱状の樋２１に到達し、遂には樋２１の下側表面２
１ａに懸垂するかたちで凝集する。この樋２１は一般に
は任意形状の断面を有する柱状構造でかまわないが、下
側表面２１ａの曲率が懸垂液膜２２を保持する条件を満
足することが必要である。

【００１６】図４は、本発明における蒸気回収板１０の
端部１５及び樋２１の構成を示す要部断面図であり、液
化回収プロセスに係わる液膜挙動を説明するものである
。ここでは樋２１は半径ｒの円形断面を有するものとし
ており、下側表面２１ａの曲率ｋは半径ｒの逆数として
与えられる。従って、懸垂液膜２２の厚さδ＜＜ｒとす
ると、この下側表面２２ａは樋２１の下側表面２１ａの
曲率ｋとほぼ等しい曲率を有するものと考えられる。よ
って、ヤング・デュプレの法則に従って懸垂液膜２２に
は単位表面積当たり（１）式の通りの保持力が上向きに
作用する。ここで、σｓは液膜の表面張力である。 　　　　　　ｆ１　＝σｓ　ｋ＝σｓ　／ｒ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（１）これに対して液膜の自重が単位面積当たり（２）
式の通りに作用する。 　　　　　　ｆ２　＝ρｇδ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　（２）

【００１７】すなわち、懸垂液膜２２が樋
２１に付着したままの状態を維持する条件として（３）
式を得ることができる。ここで、ρは液膜の質量密度、
ｇは重力加速度である。 　　　　　　ｆ１　＞ｆ２　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（３）

【００１８】よって（３）式の条
件が満足されるならば、懸垂液膜２２は樋２１の下側表
面２１ａに付着しながら樋２１長手方向を流下していく
、この過程では蒸気回収板１０からの液膜１４が側方か
ら絶えず流れ込み、懸垂液膜２２は徐々に成長していく
。加えて、樋２１の断面半径を流下方向につれて減少さ
せる。これらに起因して懸垂液膜２２の膜厚δは急激に
増加し、樋２１の所定箇所において懸垂液膜２２が（３
）式を満足しなくなり、該部にて懸垂液膜２２が下側表
面２１ａから離脱しはじる様になる。すなわち、懸垂液
膜２２が液滴１４となり滴下することにより、円滑に液
膜回収を行うことができることになる。

【００１９】本実施例では、蒸気回収板１０の傾斜下方
端部１５に接する様に、長手傾斜方向の断面曲率が増加
、すなわち断面半径が減少する柱状の樋２１を配置して
いる。 これにより樋２１に付着する懸垂液膜２２を上流箇所で
は保持するが、下流箇所では遂にこれを保持だきなくな
り滴下ののち回収する。

【００２０】以上、懸垂液膜２２を樋２１の長手流下方
向に輸送させた後、所定の箇所にて懸垂液膜２２を意図
的に滴下回収することが可能であり、この滴下箇所は樋
２１の断面曲率の増加率を制御することにより自在に調
整することが容易である。また従来の液膜回収装置に対
して抜本的な装置構成の変更を必要としない。

【００２１】次に本発明のもうひとつの実施例について
以下に説明する。樋２１の下側表面２１ａに付着する懸
垂液膜２２は、樋２１の上流箇所では（３）式を満足し
ており、滴下せずに膜状となって下側表面２１ａ上を流
動する。しかるに、液膜回収量によっては膜厚δが変化
せず、樋２１の下流箇所においても（３）式の条件を充
分維持し続ける場合がある。この様な場合は、樋２１の
断面半径を長手流下方向につれ逆に増加させる。これに
より表面張力による保持効果を減少させ、所定の下流箇
所にて（３）式の条件が満足されなくなる。この様な施
策によっても懸垂液膜２２を滴下回収することが可能で
ある。

【００２２】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係わる真空蒸
着の液膜回収方法及びその装置によれば、蒸気回収板端
部に柱状の樋を配置し、該表面に無効蒸気を液膜状に凝
集させる。液膜はこの樋表面に保持されながら樋長手方
向に流動するが、このまま樋表面を伝いながら輸送され
る。さらに液膜化された無効蒸気は、輸送量に基づき設
定された樋断面曲率の変化率で規定される滴下箇所にて
液滴状となり、ここで滴下回収される。従って、液膜回
収装置における液膜輸送を効率的に行い、また滴下回収
を集中的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる真空蒸着の液膜回収方法を実施
する液膜回収装置の構成を模式的に示す斜視図。

【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視視断面図。

【図３】図２における装置構成を示す要部断面図におい
て、液化回収プロセスの液膜挙動を説明する要部拡大図
。

【図４】従来の真空蒸着の液膜回収装置の構成を模式的
に示す斜視図。

【図５】図４におけるＩ−Ｉ矢視断面図。

【図６】図５の装置構成を示す断面図において、液化回
収プロセスの液膜挙動を説明する要部拡大図。

【符号の説明】

１…物質　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　２…蒸発用容器３…密封容器　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４…電子銃５
…電子ビーム　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　６…直流磁場７，７ａ，７ｂ…分子蒸気流　　　
　　　　　　　８…蒸着板９…蒸着薄膜　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　１０…蒸気回収板
１１…蒸着膜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　１２…剥落片１３…加熱ヒータ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　１４…液膜１５
…端部　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１６…液滴１７…分子蒸気流生成装置　　
　　　　　　　　　　　　１８…薄膜生成装置 １９…蒸気回収装置　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　２０…液膜輸送落下装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　真空雰囲気内の耐熱性容器に収納され
   た物質を、外部印加の直流磁場により偏向された線状の
   荷電粒子ビームの照射による表面加熱により蒸発せしめ
   て分子蒸気流を生成し、この分子蒸気流を前記耐熱性容
   器の上部に配置された基板上に蒸着させて前記物質の薄
   膜を形成し、前記基板上の蒸着に寄与しなかった分子蒸
   気流においてはこれを無効蒸気として蒸気回収板上に液
   化・凝縮させる真空蒸着の液膜回収方法において、蒸気
   回収板を傾斜させて凝縮面上に成長した液膜を流下させ
   て蒸気回収板端部に集め、該端部にはそれに接する様に
   柱状の樋を設置してこの表面に液膜を付着捕集し、この
   柱状の樋の長手方向を水平方向からわずかに傾斜させて
   配置することにより表面に付着した液膜を樋長手方向に
   流動させ、さらに柱状の樋の断面曲率をこの流動方向に
   つれて変化させて、液膜に作用する表面張力に基づく保
   持力を調整しながら液膜を所定の箇所にて滴下させて樋
   から離脱せしめることを特徴とする真空蒸着の液膜回収
   方法。
2. 【請求項２】　　荷電粒子ビームを偏向させる直流磁場
   発生装置と、蒸着対象となる物質をこの荷電粒子ビーム
   により加熱蒸発せしめる分子蒸気流生成装置と、この上
   部にはこの物質の蒸着薄膜を形成する薄膜生成装置と、
   前記薄膜生成装置にて処理されなかった分子蒸気流を回
   収する蒸気回収装置とを備え、前記蒸気回収装置の回収
   端には液膜流を捕集流動させ、流動方向につれてその断
   面曲率を変化させることにより液膜を所定の距離輸送の
   のち円滑に滴下させる液膜輸送落下装置を備えたことを
   特徴とする真空蒸着の液膜回収装置。