DE69012667T2

DE69012667T2 - Verfahren zum Zuleiten von Vakuumverdampfungsgut und Vorrichtung zu dessen Durchführung.

Info

Publication number: DE69012667T2
Application number: DE69012667T
Authority: DE
Inventors: Ryutarou Akutagawa; Isamu Inoue; Kayoko Kodama; Hidenobu Shintaku; Hirozo Takegawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1990-06-16
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2010-06-17
Also published as: DE69012667D1; EP0403987A3; EP0403987B1; EP0403987A2; US5098742A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts zu einer zu erwärmenden Position, um eine Dünnschicht auf einem Substrat zu bilden, und eine Vorrichtung dafür.
Um mittels Vakuumverdampfung eine Dünnschicht auf einer langen Folie zu bilden und eine funktionsschicht herzustellen, die als Material für einen Kondensator, ein Magnetband oder ähnliches dient, muß eine große Menge Dampf über eine lange Zeitspanne erzeugt werden. Zu diesem Zweck muß fortlaufend ein Vakuumverdampfungsgut zu einer zu erwärmenden Position zugeführt werden, wo sich beispielsweise ein Schmelztiegel befindet.
Herkömmlicherweise sind, wie nachfolgend aufgeführt, mehrere Verfahren für die fortlaufende Zufuhr von Vakuumverdampfungsgut angewendet worden.
Gemäß einem ersten Verfahren, wie es in "Thin Film Handbook" (veröffentlicht durch Ohm Publishing Co., Ltd. 1983, Seite 105), herausgegeben von der Japan Science Promotion Association, dargestellt ist, wird ein Vakuumverdampfungsgut in Form eines Drahtes einem Schmelztiegel zugeführt.
Dieses Verfahren ist anwendbar bei einem Vakuumverdampfungsgut aus leitfähigem Material, wie Al, Ni, oder Cu, aus dem leicht Drähte gebildet werden können. Eine Schwierigkeit bei diesem Verfahren ist, daß es sehr schwierig ist, aus einem spröden Material, wie Cr, einen Draht zu bilden. Daneben ist ein starres Material, etwa das Material einer Magnetschicht aus beispielsweise einer Co-Cr- oder Co-Cr-Ni-Legierung nicht spröde und könnte leicht in Drahtform gebracht werden, jedoch ist es nicht leicht zu verarbeiten, so daß hohe Herstellungskosten entstehen und das Verfahren praktisch nicht einsetzbar ist.
Aus der GB-A-1 122 577 ist ein zweites Verfahren bekannt, bei dem das Verdampfungsgut in Stangen- oder Drahtform in dafür geeigneten wassergekühlten Zuführrohren kontinuierlich oder intermittierend der im Schmelztiegel befindlichen Schmelze in einem Bereich unterhalb der Oberfläche der Schmelze zugeführt wird.
Die JP-A-63-000460 offenbart ein drittes Verfahren, bei dem ein stangenförmiges Dampfabscheidungsmaterial mit einem Kühlring gekühlt wird; das Material wird schrittweise gedreht und angehoben. Durch die Drehung des Materials wird die Materialoberseite gleichmäßig mit einem Elektronenstrahl zum Schmelzen gebracht.
Bei einem vierten Verfahren, das von der FR-A 1 364 210 her bekannt ist, wird ein von einer Zuführeinrichtung zugeführtes stangenförmiges Material mit einem Elektronenstrahl bestrahlt, um in einem Schmelztiegel zu schmelzen. Durch die Bestrahlung wird das stangenförmige Material erhitzt und zum Schmelzen gebracht.
Bei einem fünften Verfahren werden die vorerwähnten spröden und starren Materialien in Stangenform zugeführt.
Die Schwierigkeit bei der Zuführung eines Vakuumverdampfungsguts in Stangenform wird anhand der Figuren 1 bis 7 beschrieben. In Fig. 1 wird mit Bezugszeichen 1 ein in einem Schmelztiegel 2 untergebrachtes Vakuumverdampfungsgut bezeichnet, das durch Elektronenstrahlen, die beispielsweise in der durch den Pfeil (E) angezeigten Richtung verlaufen, erhitzt wird und schmilzt. Mit Bezugszeichen 3 ist ein zuzuführendes langes, stangenförmiges Vakuumverdampfungsgut bezeichnet (im folgenden als "Stangenmaterial" bezeichnet), und die Bezugszeichen 11, 12 und 13 bezeichnen Führungsrollen für das Stangenmaterial 3; mit 14 ist eine Antriebsrolle bezeichnet. Ein Motor 20 ist untergebracht entweder in einer nicht abgebildeten Vakuumkammer, so daß er die Antriebsrolle direkt antreibt, oder außerhalb, so daß er die Antriebsrolle 14 über eine bekannte Kraftübertragungseinheit antreibt. Die Antriebsrolle 14 wird vom Motor 20 entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben, und das Stangenmaterial 3 liegt wie bei einem Sandwich zwischen der Antriebsrolle 14 und der Transportrolle 11, so daß die Antriebsrolle 14 das Stangenmaterial 3 in der durch den Pfeil angezeigten Richtung A mit konstanter Geschwindigkeit von oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche her auf die Flüssigkeitsoberfläche 4 des geschmolzenen Vakuumverdampfungsguts 1 zu fördert. Mit den Bezugszeichen 15 und 16 sind Abdeckungen bezeichnet, die verhindern, daß verdampftes Vakuumverdampfungsgut 1 an den Rollen 11, 12, 13 und 14 haften bleibt.
Um über lange Zeit eine Dünnschicht 9 auf einem Substrat 8 zu bilden, das über dem Schmelztiegel 2 angebracht ist, wird das Stangenmaterial 3 zugeführt, um die durch Verdampfen verlorengegangene Menge des Vakuumverdampfungsguts 1 im Schmelztiegel 2 zu ersetzen.
Das Verhalten des oberen Endes 5 des Stangenmaterials 3 nach dessen Berührung mit der flüssigen Oberfläche 4 wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 5 beschrieben. Fig. 2 zeigt das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3, das soeben mit der flüssigen Oberfläche 4 in Berührung gekommen ist; dieser Zustand wird als Zustand a bezeichnet. 1m Zustand a beginnt das obere Ende 5 infolge der Wärmeaufnahme aus der flüssigen Oberfläche 4 zu schmelzen und schmilzt in eine Lösung 6 des Vakuumverdampfungsguts 1 hinein, wie mit dem Pfeil R für den Zustand b von Fig. 3 angezeigt. Zu diesem Zeitpunkt wird auf das obere Ende 5 in einer Richtung, die der Pfeilrichtung R entgegengesetzt ist, Wärme übertragen, wodurch sich das Schmelzen des oberen Endes 5 fortsetzt. Mit fortschreitender Schmelze vergrößert sich der Abstand g zwischen der flüssigen Oberfläche 4 und dem oberen Ende 5 des Stangenmaterials 3, so daß die Wärmeübertragung von der flüssigen Oberfläche 4 auf das obere Ende 5 schwierig wird. Infolgedessen verringert sich die Menge der Schmelze vom oberen Ende 5, wie in Fig. 4 für den Zustand c dargestellt, und die Menge der Lösung 6 nimmt ab. Dadurch wird das Schmelzen des oberen Endes 5 erschwert mit dem Ergebnis, daß es aufhört, wie in Fig. 5 als Zustand d dargestellt. Die Wölbung des oberen Endes 5 von Fig. 5 ist ein Tropfen 6A der Lösung 6.
In der Zwischenzeit wird das Stangenmaterial 3 kontinuierlich in der durch Pfeil A angezeigten Richtung zugeführt, jedoch ist die Schmelzgeschwindigkeit des oberen Endes 5 von Zustand a zu Zustand d höher als die Zuführgeschwindigkeit des Stangenmaterials. Dadurch entsteht ein Zwischenraum D, wie bei Zustand d gezeigt. Da das Stangenmaterial 3 kontinuierlich zugeführt wird1 wird der Zwischenraum D mit der Zeit klein, was zu Zustand a führt. Somit wiederholt sich der Zyklus. Das bedeutet, daß das Stangenmaterial 3, obwohl es kontinuierlich zugeführt wird, der flüssigen Oberfläche 4 intermittierend zugeführt wird.
Während das obere Ende 5 mit der flüssigen Oberfläche verschmilzt, nimmt es Wärme von der flüssigen Oberfläche 4 auf, so daß sich die Temperatur der flüssigen Oberfläche 4 verringert. Damit verringert sich die Verdampfungsgeschwindigkeit, und die Verdampfungsgeschwindigkeit schwankt zyklisch mit dem Zeitablauf, wie in Fig. 6 dargestellt. Der Zwischenraum D von Zustand d wird groß, wenn der Durchmesser des Stangenmaterials 3 groß wird. Der Grund dafür ist, daß - unter der Annahme, daß die Form der Lösung 5 im wesentlichen zylindrisch ist - das Verhältnis der Zylinderoberfläche zum Zylindervolumen mit zunehmendem Zylinderdurchmesser klein wird. Damit wird das Verhältnis der von der Zylinderoberfläche durch Strahlung abgegebenen Wärmemenge zu der von der flüssigen Oberfläche 4 über die Lösung 6 an das obere Ende 5 abgegebenen Wärmemenge klein, so daß es lange dauert, bis das obere Ende 5 schmilzt. Wenn der Durchmesser des Stangenmaterials deshalb groß wird, werden sowohl der Zyklus TL als auch die Schwankungsbreite HL der Verdampfungsgeschwindigkeit nach Fig. 6 groß.
Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren ist, daß infolge der Schwankung der Verdampfungsgeschwindigkeit in Verdampfungsrichtung keine gleichmäßige Schichtdicke entsteht, wenn ein Substrat 8, beispielsweise eine Folie, über den Schmelztiegel 2 bewegt wird, d.h. beim Bilden der Schicht während der Bewegung des Substrats 8.
Zur Beseitigung der vorstehend beschriebenen Schwierigkeit wird bei einem sechsten herkömmlichen Verfahren (Fig. 7) das Stangenmaterial dem Schmelztiegel zugeführt, nachdem es geschmolzen ist. Dieses Verfahren wird in Fig. 7 mit den gleichen Bezugszeichen für die entsprechenden Teile wie in Fig. 1 beschrieben. Bei Fig. 7 wird das obere Ende 5 zum Schmelzen des Stangenmaterials 3 mit Elektronenstrahlen bestrahlt, und anders als beim fünften Verfahren verringert sich die Temperatur der flüssigen Oberfläche 4 bei Zufuhr der Lösung 6 nicht, so daß die Verdampfungsgeschwindigkeit keinen Schwankungen unterliegt. Demgemäß hat eine Dünnschicht 9, die durch Hinwegführen des Substrats 8 über den Schmelztiegel 2 in senkrechter Richtung zur Blattoberfläche von Fig. 7 gebildet wird, keine unregelmäßige Dicke.
Es folgt eine Beschreibung betreffend die Voraussetzung für das Konstanthalten des Zusammensetzungsverhältnisses einer auf einem Substrat gebildeten Dünnschicht aus einer Legierung, wenn das Vakuumverdampfungsgut 1 aus einer Co-Cr-Legierung besteht, einem Material, das ebenso wie magnetisches Material aus Bestandteilen mit unterschiedlicher Verdampfungsgeschwindigkeit zusammengesetzt ist. Die Verdampfungsgeschwindigkeit von Cr ist drei bis vier Mal so groß wie die von Co, so daß unter der Annahme, daß der Cr-Gehalt einer zu bildenden Dünnschicht M sei und daß der Cr-Gehalt eines Dünnschichtmaterials 1 Y sei, M das Drei- bis Vierfache von Y betragen muß, d.h. M = (3 ~ 4)Y. Der Cr-Gehalt des an der flüssigen Oberfläche 4 erzeugten Dampfes entspricht M. Wenn also ein Material mit einem Cr-Gehalt M gleich einer verdampften Menge zugeführt werden kann, kann eine Dünnschicht mit dem Cr-Gehalt M kontinuierlich gebildet werden, wenn die Menge des Dünnschichtmaterials 1 im Schmelztiegel 2 konstant gehalten wird.
Beim Aufbau nach Fig. 7 jedoch bleibt die Lösung 6, die durch Bestrahlung des oberen Endes 5 des Stangenmaterials 3 (dieses hat den Cr-Gehalt M) mit den Elektronenstrahlen 7B gebildet wird, durch ihre Oberflächenspannung am oberen Ende 5 des Stangenmaterials 3 hängen und wird zum großen Tropfen 6B. Wenn der Tropfen 6B der Schwerkraft nicht mehr widersteht, fällt er auf die flüssige Oberfläche 4. Die Lösung 6 fällt in einem oder in zwei Tropfen 6C, wenn der am oberen Ende 5 des Stangenmaterials 3 verbleibende Tropfen 6C zu groß wird. Angenommen, der Durchmesser des Stangenmaterials sei Db, dann hat der Tropfen 6C bezogen auf die Länge des Stangenmaterials das Volumen Db/15, wenn der Tropfen klein ist, oder das Volumen einer Db/3 entsprechenden Säule, wenn die Lösung in zwei Tropfen 6C fällt. Wenn mit dem Tropfen 6C eine so groBe Menge mit einem Cr-Gehalt von M auf die flüssige Oberfläche 4 fällt, nimmt die Cr- Dichte auf der flüssigen Oberfläche 4 einen hohen Wert an, und der Cr-Gehalt in dem aus der flüssigen Oberfläche 4 gebildeten Dampf wird größer als M. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren ist, daß das Zusammensetzungsverhältnis der Bestandteile der Legierungsdünnschicht in Bewegungsrichtung des Substrats schwankt, wenn durch Vorbei führen des Substrats über dem Schmelztiegel eine Dünnschicht gebildet wird, weil der Tropfen 6C intermittierend fällt.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten zu beseitigen und ein neues Verfahren für die Zuführung eines Vakuumverdampfungsguts sowie eine Vorrichtung dafür zur Verfügung zu stellen.
Zur Lösung dieser und anderer Aufgaben wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Zuführung eines Vakuumverdampfungsmaterials zur Verfügung gestellt, bei dem man ein in einem Schmelztiegel befindliches erstes Vakuumverdampfungsgut bis zum Schmelzen erwärmt und, wenn sich eine dünne Schicht durch Anhaften von aus dem ersten Verdampfungsgut gebildetem Dampf an einem Substrat gebildet hat, ein zweites Vakuumverdampfungsgut, welches lang ist, in positiver Richtung mit einer mittleren Zuführungsgeschwindigkeit zuführt, indem man dessen Zuführrichtung abwechselnd zwischen der positiven Richtung und einer negativen Richtung hin- und herschaltet, wobei die Richtung, bei der sich das zweite Verdampfungsgut von oberhalb der flüssigen Oberfläche des ersten Verdampfungsguts auf das im Schmelztiegel geschmolzene erste Verdampfungsgut hin bewegt, die positive Richtung bedeutet und die Richtung, bei der sich das zweite Verdampfungsgut davon weg bewegt, die negative Richtung bedeutet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts zur Verfügung gestellt, die aufweist: eine Einrichtung zum Ausbilden einer dünnen Schicht durch Erwärmen und Schmelzen eines in einem Schmelztiegel enthaltenen ersten Vakuumverdampfungsguts und Anhaften des aus dem ersten Verdampfungsgut gebildeten Dampfes an einem Substrat; und eine Zuführungseinrichtung zum Zuführen eines zweiten Vakuumverdampfungsguts, welches lang ist, in einer Weise, daß das zweite Verdampfungsgut in positiver Richtung mit einer mittleren Geschwindigkeit zugeführt wird, indem man dessen Zuführrichtung abwechselnd zwischen der positiven Richtung und einer negativen Richtung hin- und herschaltet, wobei die Richtung, bei der sich das zweite Verdampfungsgut von oberhalb der flüssigen Oberfläche des ersten Verdampfungsguts auf das im Schmelztiegel geschmolzene erste Verdampfungsgut hin bewegt, die positive Richtung bedeutet und die Richtung, bei der sich das zweite Verdampfungsgut davon weg bewegt, die negative Richtung bedeutet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der bevorzugten Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich; es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau in teilweisem Schnitt, der das fünfte herkömmliche Verfahren zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts und eine Vorrichtung dafür darstellt;
Fig. 2, 3, 4 und 5 vergrößerte Ausschnitte, die das obere Ende des Verdampfungsguts und die flüssige Oberfläche der Lösung von Fig. 1 zeigen;
Fig. 6 ein graphische Darstellung der Schwankung der Verdampfungsgeschwindigkeit beim fünften herkömmlichen Verfahren zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts und der Vorrichtung dafür;
Fig. 7 eine schematische Darstellung in teilweisem Schnitt des sechsten herkömmlichen Verfahrens zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsmaterials und einer Vorrichtung dafür;
Fig. 8 eine schematische Darstellung in teilweisem Schnitt des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts und der Vorrichtung dafür in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 9 das Muster der Zuführungsgeschwindigkeit eines Stangenmaterials gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine graphische Darstellung der Schwankungen der Verdampfungsgeschwindigkeit in einem Vergleich der vorliegenden Erfindung mit dem herkömmlichen Verfahren;
Fig. 11 eine vergrößerte Darstellung des oberen Endes des Verdampfungsguts und der flüssigen Oberfläche der Lösung zur Beschreibung der zweiten und der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 das Muster der Zuführungsgeschwindigkeit eines Stangenmaterials gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 einen schematischen Aufbau in teilweisem Schnitt einer Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 eine vergrößerte Darstellung der Transportrollen und des Verdampfungsguts von Fig. 13;
Fig. 15 einen schematischen Aufbau in teilweisem Schnitt einer Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16 einen schematischen Aufbau in teilweisem Schnitt eines Verfahrens zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 einen vergrößerten Ausschnitt in Richtung des Pfeiles U von Fig. 16;
Fig. 18 einen schematischen Aufbau in teilweisem Schnitt eines Verfahrens zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts gemäß der sechsten Ausführungsfform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 eine vergrößerte Ansicht des oberen Endes des Verdampfungsguts und der flüssigen Oberfläche der Lösung von Fig. 18;
Fig. 20 einen schematischen Aufbau in teilweisem Schnitt eines Verfahrens zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 21 einen schematischen Aufbau in teilweisem Schnitt eines Verfahrens zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Vor den weiteren Ausführungen sei darauf hingewiesen, daß in allen Zeichnungen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Es werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Abbildungen sind die Teile, die Teilen nach dem Stand der Technik entsprechen, mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.
Die Figuren 8 bis 11 zeigen die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 8 ist mit Bezugszeichen 20 ein Motor bezeichnet, der von einer Antriebsschaltung 21 angetrieben wird; der Motor 20 treibt die Antriebsrolle 14 an. Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Rechenschaltung zur Ermittlung des Geschwindigkeitsmusters des Motors 20 basierend auf der Vorgabe 24 für die mittlere Zuführgeschwindigkeit VAV des Stangenmaterials 3 und auf in einem Speicher 23 gespeicherten Daten, wobei das Rechenergebnis als Geschwindigkeitsvorgabe 25 in die Antriebsschaltung 21 eingespeist wird.
In Fig. 9 ist ein Beispiel für den Betrieb nach Maßgabe eines Geschwindigkeitsmusters dargestellt. In Fig. 9 bezeichnet die Zuführgeschwindigkeit v die Zuführgeschwindigkeit des Stangenmaterials 3 von Fig. 8; das Pluszeichen bezeichnet die Geschwindigkeit in der in Fig. 8 von Pfeil A angezeigten Richtung, und das Minuszeichen bezeichnet die Geschwindigkeit in der Richtung entgegengesetzt zu der von Pfeil A angezeigten Richtung. Das Geschwindigkeitsmuster ergibt eine trapezförmige Kurvenform in positiver und negativer Richtung. Um den Betrieb zu vereinfachen, ist die maximale Geschwindigkeit (Vmax) in positiver und in negativer Richtung dieselbe, und die Beschleunigung und die Verzögerung von 0 auf Vmax, nämlich die Winkel α&sub1;, α&sub2;, α&sub3; und α&sub4; sind miteinander identisch. Es sind die Übergangszeiten TFS und TBS zwischengeschaltet, so daß auf den in Fig. 8 abgebildeten Stangenmaterial-Zuführmechanismus mit seinen Rollen und dem Motor eine übermäßige Kraft einwirkt, wenn die Zuführgeschwindigkeit von der positiven Richtung zur negativen Richtung und umgekehrt wechselt; oder die Übergangszeiten sind als für die Durchführung des Vorgangs notwendige Zeit vorgesehen. Die Ubergangszeiten TFS und TBS müssen jedoch nicht unbedingt gegeben sein.
Der Bereich der trapezförmigen Kurvenform in positiver Richtung bezeichnet die Zuführstrecke F in der von Pfeil A bezeichneten Richtung. Der Bereich der trapezförmigen Kurvenform in negativer Richtung bezeichnet die Zuführstrecke B in der Richtung entgegengesetzt zu der vom Pfeil A bezeichneten Richtung. TFD und TBD bezeichnen die Nettozuführdauer in positiver bzw. in negativer Richtung. Im Vorstehenden kann die mittlere Zuführgeschwindigkeit VAV mit folgender Gleichung (1) ausgedrückt werden:
VAV = (F-B)/(TFD + TBD + TFS + TBS) .... (1)
TFD kann anhand von Gleichung (2) errechnet werden:
TFD = TBD + [(F-B)/Vmax] .. . . (2)
VAV wird so gewählt, daß ähnlich wie beim Stand der Technik das Vakuumverdampfungsgut 1 im Schmelztiegel 2 nicht verringert werden kann, d.h. daß die verdampfte Menge ersetzt werden kann.
Wenn das Stangenmaterial 3 nach dem Geschwindigkeitsmuster gemäß Fig. 9 bewegt wird, wobei die Strecke B gleich der Strecke K&sub1; (= D/sinθ&sub1;) von Fig. 5 ist oder größer, d.h., wenn das Stangenmaterial 3 in negativer Richtung bewegt wird, bis sich sein oberes Ende 5 von der flüssigen Oberfläche 4 trennt, befindet sich das Stangenmaterial 3 zum Zeitpunkt T&sub1; von Fig. 9 im Zustand a von Fig. 2, vorausgesetzt, daß das Stangenmaterial 3 zum Zeitpunkt 0 von Fig. 9 im Zustand d von Fig. 5 ist, und dann schmilzt das Stangenmaterial 3 mit der Lösung des Vakuumverdampfungsgut 1 während des Zeitablaufs von T&sub1; bis T&sub2; in Fig. 9, und zwar in der Reihenfolge Zustand b von Fig. 3, Zustand c von Fig. 4, Zustand d von Fig. 5. Es wird davon ausgegangen, daß das Geschwindigkeitsmuster so eingestellt wird, daß ein Zyklus TS des Geschwindigkeitsmusters beispielsweise 1/10 eines Zyklus TL beim Stand der Technik nach Fig. 6 entspricht. Die vom oberen Ende 5 aus der flüssigen Oberfläche 4 aufgenommene Wärmemenge wird mit der Verringerung der Schmelzmenge des Stangenmaterials 3 gering, so daß dann auch die Temperaturverringerung der flüssigen Oberfläche 4 gering ist. Folglich verringert sich auch die Verdampfungsgeschwindigkeit wenig. Die Verdampfungsgeschwindigkeit schwankt im Zyklus TS mit dem Ablauf der Zeit, wie in Fig. 10 dargestellt, jedoch kann erreicht werden, daß die Schwankungsbreite HS in etwa 1/10 der Breite HL nach dem Stand der Technik entspricht. Somit kann bei der Ausbildung der Schicht während der Vorbeiführung des Substrats die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke verbessert werden.
Wenn das Stangenmaterial aus mehreren Bestandteilen mit jeweils unterschiedlicher Verdampfungsgeschwindigkeit besteht, kann die Zuführmenge (F-B) des Stangenmaterials 3 durch leicht auf Db/100 ~ Db/150 pro Hin- und Herbewegung eingestellt werden, weil die Bewegung des Stangenmaterials 3 in den Zuführstrecken F und B ausgehend von einem Stangenmaterial-Durchmesser Db gesteuert wird. Bei dem in Abbildung 7 dargestellten dritten Beispiel des Standes der Technik kann das Vakuumverdampfungsgut 1, wie bereits erwähnt, ausgehend von der Tatsache, daß der Tropfendurchmesser zwischen Db/3 und Db/15 liegt, in einer Menge zugeführt werden, die um etwa eine Ziffer kleiner ist, so daß die Schwankung des im Dampf gegebenen Zusammensetzungsverhältnisses gering gehalten werden kann. Beim Ausbilden der Schicht während des Vorbeiführens des Substrats kann damit die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke verbessert werden.
Beim obigen Beispiel wird das Geschwindigkeitsmuster mit einer trapezförmigen Kurvenform beschrieben, das Geschwindigkeitsmuster ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt. Es kann eine rechteckige Kurvenform, die die Steuerung vereinfacht, eine Sinuskurve zur allmählichen Beschleunigung und Verzögerung oder jede andere Kurvenform verwendet werden. Der Zyklus TS kann so festgelegt werden, daß die Schwankungsbreite HS der Verdampfungsgeschwindigkeit, die durch eine zulässige Schwankungsbreite der Schichtdicke bestimmt wird, zum Sollwert wird. Wenn der Durchmesser des Stangenmaterials groß wird, wird aus dem oben beschriebenen Grund tendenziell auch die Schwankungsbreite der Verdampfungsgeschwindigkeit groß, so daß der Zyklus TS klein gemacht werden muß.
Bei der Beschreibung des vorstehenden Beispiels ist die Strecke B gleich oder größer als die Strecke K&sub1; (= D/sinθ&sub1;) von Fig. 5, d.h. bei Zuführung des Stangenmaterials 3 in negativer Richtung, bis sich das obere Ende 5 von der flüssigen Oberfläche 4 trennt. Es ist zusätzlich möglich, das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3 in negativer Richtung zuzuführen, bis der Zustand c von Fig. 4 erreicht ist, d.h. bis zu dem Zustand, bei dem das obere Ende 5 mit der flüssigen Oberfläche 4 über eine schmaler gewordene Lösung 6 verbunden ist. In diesem Fall ist die Strecke B gleich der Strecke K&sub2;.
Bei diesem Vorgehen ist die Zeit, die erforderlich ist, damit der Zustand a von Fig. 2 über den Zustand b von Fig. 3 in den Zustand c von Fig. 4 übergeht, im Vergleich zum Stand der Technik sehr kurz, so daß die Menge des Stangenmaterials 3, die in einem Zyklus in die Lösung 6 hineinschmilzt, viel kleiner ist als beim Stand der Technik. Bei diesem Vorgehen sind das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3 und die flüssige Oberfläche 4 ständig über die Lösung 6 miteinander verbunden. Es kommt daher nicht zu Schwingungen der flüssigen Oberfläche 4, wenn das Stangenmaterial in negativer Richtung geführt wird, bis das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3 sich von der flüssigen Oberfläche 4 trennt, so daß die Vakuumverdampfung unter stabilen Bedingungen stattfindet.
Nachfolgend werden die zweite, die dritte und die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die für ein breiteres Spektrum von Vakuumverdampfungsbedingungen anwendbar sind, beschrieben.
Die zweite und die dritte Ausführungsform werden zweckmäßigerweise in den fällen angewendet, in denen die Wärmeenergie zum Erhitzen des Vakuumverdampfungsguts 1 im Vergleich zur Größe des Schmelztiegels 2 hoch ist. Bei dieser Bedingung wird das Vakuumverdampfungsgut 1 eine Lösung, deren Temperatur deutlich über dem Schmelzpunkt liegt. Wenn dann das Stangenmaterial 3 mit der flüssigen Oberfläche 4 in Kontakt kommt, schmilzt es leicht, so daß die geschmolzene Menge groß wird, und die Menge des Zuführmaterials, das infolge des Kontakts mit der flüssigen Oberfläche in die flüssige Oberfläche hineinschmilzt, übersteigt die Menge der Zufuhr des Zuführmaterials in Vorwärtsbewegung bei Zuführung einmal in positiver Richtung und einmal in negativer Richtung, d.h. bei einer Richtungsumkehr. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben, kommt daher das Zuführmaterial nicht in einer Menge mit der flüssigen Oberfläche in Kontakt, die für jeden Umkehrvorgang in etwa gleich groß ist. Somit schwankt die Vakuumverdampfungsgeschwindigkeit in einem vergleichsweise langen Zyklus.
Fig. 11 zeigt den Schmelzzustand des Stangenmaterials 3, das durch Hin- und Herbewegung zugeführt wird, wobei ein Vorgang in der Reihenfolge der Zustände f', g', h' ... p', q', f', g', h' wiederholt wird. Die Zustände f', h', j', ... entsprechen T&sub1; von Fig. 9, d.h. dem Zustand, bei dem das Stangenmaterial seine Vorwärtsbewegung vollendet hat. Die Zustände g', i', k', ... entsprechen T&sub2; von Fig. 9, d.h. dem Zustand, bei dem das Stangenmaterial seine Rückwärtsbewegung vollendet hat. Der Zustand ändert sich vom Zustand von Fig. 2 zum Zustand von Fig. 5, wenn das Stangenmaterial sich zurückbewegt, nachdem der Tropfen 6A mit der flüssigen Oberfläche 4 in Kontakt gekommen ist, d.h. wenn das Stangenmaterial sich vom Zustand f' in den Zustand g' oder vom Zustand h' in den Zustand i' bewegt. Zum besseren Verständnis ist die Wölbung des Tropfens 6A in Fig. 11 größer gezeichnet als in Fig. 5. Mit Me ist die Menge des Stangenmaterials 3 bezeichnet, die in der Zeitspanne von dem Zeitpunkt, zu dem das Stangenmaterial 3 in Kontakt mit der flüssigen Oberfläche 4 kommt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sich das Stangenmaterial 3 von der flüssigen Oberfläche 4 trennt, in die flüssige Oberfläche 4 hineinschmilzt. Wie in Fig. 11 dargestellt, wird angenommen, daß Me > (F - B), d.h. daß die Menge des Zuführmaterials, das infolge seines Kontakts mit der flüssigen Oberfläche in die flüssige Oberfläche hineinschmilzt, größer ist als der Betrag der Vorwärtsbewegung des Zuführmaterials bei Zuführung einmal in positiver Richtung und einmal in negativer Richtung, d.h. bei einer Hin- und Herbewegung. Da das Stangenmaterial 3 die Hin- und Herbewegung wiederholt, werden die in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Vorgänge wiederholt. Weil Me > (F - B) ist, nimmt das Ausmaß des Kontakts zwischen der flüssigen Oberfläche 4 und dem Stangenmaterial 3 allmählich ab, bis das Stangenmaterial 3 schließlich nicht mehr mit der flüssigen Oberfläche 4 in Kontakt kommt, wie als Zustand p' dargestellt. Bei großem Kontakt erhöht sich die Schmelzmenge, und die Temperatur der flüssigen Oberfläche 4 nimmt stark ab, so daß die Verdampfungsgeschwindigkeit niedrig wird. Mit abnehmendem Ausmaß des Kontakts verringert sich die Schmelzmenge, und die Temperatur steigt, so daß sich das Problem einer Schwankung der Verdampfungsgeschwindigkeit stellt, wie durch die Amplitude HA im Zyklus TA von Fig. 10 angezeigt. Wenn das Zuführmaterial aus mehreren Bestandteilen mit jeweils unterschiedlicher Verdampfungsgeschwindigkeit besteht, enthält das Zuführmaterial Stoffe mit einer Verdampfungsgeschwindigkeit, die, wie vorstehend beschrieben, höher ist als bei den Stoffen, die in der Lösung im Schmelztiegel enthalten sind. Wenn also die Menge des in die flüssige Oberfläche hineinschmelzenden Stangenmaterials sich, wie beschrieben, mit der Anderung des Ausmaßes des Kontakts zwischen dem Stangenmaterial und der flüssigen Oberfläche ändert, ändert sich das Zusammensetzungsverhältnis des aus der flüssigen Oberfläche erzeugten Dampfes mit dem Ergebis, daß das Zusammensetzungsverhältnis in Bewegungsrichtung schwankt, wenn die Schicht gebildet wird, während das Substrat vorbeigeführt wird.
Fig. 12 zeigt ein Muster für die Zuführgeschwindigkeit für das Stangenmaterial 3 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, mit dem dieses Problem gelöst werden soll; dieses Zuführgeschwindigkeitsmuster ist gekennzeichnet durch TBS > TFS.
Da TFS kurz ist, ist die Kontaktdauer zwischen der flüssigen Oberfläche und dem Stangenmaterial kurz, so daß die Menge des in die flüssige Oberfläche hineinschmelzenden Stangenmaterials reduziert werden kann, wenn beide miteinander in Kontakt sind. Da andererseits TBS lang ist, wird der Nenner der Gleichung (1) groß, so daß (F - B) der Gleichung (1), d.h. die Zuführmenge pro Hin- und Herbewegung des Stangenmaterials, erhöht werden kann. Durch den synergistischen Effekt ist daher die Menge des Zuführmaterials, die infolge von dessen Kontakt mit der flüssigen Oberfläche in die flüssige Oberfläche hineinschmilzt, nicht größer als die Vorwärtsbewegung des Zuführmaterials bei Zuführung einmal in positiver Richtung und einmal in negativer Richtung, d.h. bei einer Richtungsumkehr. Das bedeutet, daß bei jeder Hin- und Herbewegung eine in etwa gleiche Menge des Zuführmaterials mit der flüssigen Oberfläche in Kontakt kommt. Daher kann bei Ausbildung der Schicht während des Vorbeiführens des Substrats die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke und des Zusammensetzungsverhältnisses verbessert werden.
Die Figuren 13 und 14 zeigen einen Aufbau bzw. eine vergrößerte Darstellung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Lösung dieses Problems. Die Teile der Fig. 13 und 14, die mit den Teilen von Fig. 8 übereinstimmen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie bei Fig. 8. In den Figuren 13 und 14 ist mit dem Bezugszeichen 30 eine vom Motor 20 angetriebene Antriebsrolle bezeichnet; 31 bezeichnet eine Transportrolle zum Führen des Stangenmaterials 3. Die Bezugszeichen 32 und 33 bezeichnen Transportrollen zum Kühlen, die drehbar auf den Achsen 36 und 37 gelagert sind, die um die Kühlflüssigkeitskanäle 34 und 35 herum konstruiert sind. Die Transportrolle 33 zum Kühlen wird von einer Feder oder durch ihr Eigengewicht gegen die Transportrolle 32 zum Kühlen gedrückt (nicht abgebildet). Die Transportrollen 32 und 33 zum Kühlen sind trommelförmig, so daß sie auf einer großen Fläche mit dem Stangenmaterial 3 in Kontakt kommen, wodurch eine bessere Kühlung des Stangenmaterials 3 erreicht wird. Zwischen der Achse 36 und der Transportrolle 32 zum Kühlen sowie zwischen der Achse 37 und der Transportrolle 33 zum Kühlen wird als Schmiermittel, soweit erforderlich, Graphit oder Molybdändisulfid eingesetzt.
Bei dem Aufbau gemäß Fig. 13 bewegt sich das Stangenmaterial 3 von der flüssigen Oberfläche 4 weg, und sein oberes Ende 5 bleibt in der Position Re stehen, so daß das obere Ende 5 von den Transportrollen 32 und 33 gekühlt wird. Infolge der Kühlung wird das Stangenmaterial 3 auf die flüssige Oberfläche 4 zubewegt, und wenn es mit der flüssigen Oberfläche 4 in Kontakt kommt, kann die Temperatur des oberen Endes 5 nur schwer ansteigen, so daß die Menge des oberen Endes, die in die flüssige Oberfläche 4 hineinschmilzt, reduziert werden kann. Ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform kann damit beim Ausbilden der Schicht während des Vobeiführens des Substrats die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke und des Zusammensetzungsverhältnisses verbessert werden.
Diesmal wird, unter der Voraussetzung TBS > TFS ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform und wenn die Übergangszeit des Stangenmaterials 3 nach der Wegbewegung des Stangenmaterials 3 von der flüssigen Oberfläche 4 lang ist, das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3 von den Transportrollen 32 und 33 ausreichend gekühlt, so daß die Menge des Stangenmaterials 3, das in die flüssige Oberfläche 4 hineinschmilzt, in wirksamer Weise reduziert werden kann.
Beim vorstehenden Beispiel werden zwei Transportrollen as Kühlelemente benutzt, die mit dem Stangenmaterial 3 in Kontakt kommen, jedoch reicht auch eine Transportrolle zum Kühlen aus, wenn sie eine ausreichende Kühlleistung erbringt. Das Kühlelement muß nicht unbedingt in Drehung versetzt werden, es kann auch ein feststehendes wassergekühltes Element verwendet werden, wenn es keine Probleme mit der Reibung zwischen dem Kühlelement und dem Stangenmaterial 3 gibt.
Die vierte Ausführungsform ist in den Fällen zweckmäßig, in denen anders als bei der zweiten und der dritten Ausführungsform die Wärmeenergie zum Erwärmen des Vakuumverdampfungsguts 1 verglichen mit der Größe des Schmelztiegels 2 klein ist, oder als Schmelztiegel 2 statt eines Keramikbehälters ein Metallbehälter, beispielsweise aus Cu, verwendet wird, oder der Schmelzpunkt des Vakuumverdampfungsguts 1 hoch ist. In diesen fällen besteht das Vakuumverdampfungsgut 1 aus einer Lösung, deren Temperatur verglichen mit dem Schmelzpunkt nicht sehr hoch ist. Wenn dann das Stangenmaterial 3 mit der flüssigen Oberfläche 4 in Kontakt kommt, wird die Wärme der flüssigen Oberfläche 4 vom Stangenmaterial 3 absorbiert so daß die Temperatur der flüssigen Oberfläche 4 rasch sinkt und die Verdampfungsgeschwindigkeit drastisch abnimmt.
Fig. 15 zeigt den Aufbau der vierten Ausführungsform, die dieses Problem löst. In Fig. 15 werden mit Bezugszeichen 7C Elektronenstrahlen bezeichnet, mit denen das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3 bestrahlt wird. Bei diesem Aufbau bewegt sich das Stangenmaterial 3 von der flüssigen Oberfläche 4 weg, und sein oberes Ende 5 bleibt in der Position Re stehen und wird von den Elektronenstrahlen 7C erhitzt.
Bei infolge von Erhitzung angestiegener Temperatur wird das Stangenmaterial 3 auf die flüssige Oberfläche 4 zu bewegt und kommt so mit der flüssigen Oberfläche 4 in Kontakt mit dem Ergebnis, daß das obere Ende 5 nicht so viel Wärme aus der flüssigen Oberfläche 4 aufnimmt und die Temperatur der flüssigen Oberfläche 4 kaum absinken kann. Damit kann die Abnahme der Verdampfungsgeschwindigkeit reduziert werden. Somit kann beim Ausbilden der Schicht unter Vorbeiführen des Substrats die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke verbessert werden. Die vierte Ausführungsform ist auch dann zweckmäßig, wenn ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform TBS > TFS ist.
Anschließend werden die fünfte, die sechste und die siebte Ausführungsform erfindungsgemäßer Antriebsverfahren beschrieben. Die Figuren 16 und 17 zeigen den Aufbau bzw. eine vergrößerte Ansicht der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den Fig. 16 und 17 bezeichnen die Bezugszeichen 40, 41, 42, 43 und 44 Transportrollen zum Führen des Stangenmaterials 3, und Bezugszeichen 45 bezeichnet eine Antriebsrolle. Die jeweiligen Rollen berühren das Stangenmaterial 3 in einem Schnittwinkel β. In Fig. 16 sind die Transportrollen 40 und 41 teilweise unvollständig gezeichnet, um ihre Konstruktion sichtbar zu machen.
Die Antriebsrolle 45 wird vom Motor 20 in der durch den Pfeil G angezeigten Richtung angetrieben, und das Stangenmaterial 3 wird von der Antriebsrolle 45 und den Transportrollen 40 und 41 sandwichartig umfaßt und mit konstanter Geschwindigkeit in der von Pfeil A angezeigten Richtung auf die flüssige Oberfläche 4 des geschmolzenen Vakuumverdampfungsguts 1 zu bewegt, während es sich um seine Achse dreht. Unter der Annahme, daß der Durchmesser des Stangenmaterials 3 Db ist, beträgt die Zuführmenge des Stangenmaterials 3 pro Umdrehung τ x Db x tanβ.
Wenn das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3 mit der flüssigen Oberfläche 4 in Kontakt kommt, nimmt es, wie in Fig. 16 gezeigt, infolge der Drehung des Stangenmaterials 3 beim Schmelzen eine konische Oberfläche 46 an. Der Kontakt der konischen Oberfläche 46 mit der flüssigen Oberfläche 4 ist linienförmig. Bei dem in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Verfahren ist das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3, weil dieses nicht gedreht wird, flach, und der kontakt mit der flüssigen Oberfläche 4 ist flächenförmig. Weil beim linienförmigen Kontakt weniger Wärme aus der flüssigen Oberfläche 4 auf das obere Ende 5 übertragen wird als beim flächenförmigen Kontakt, ist die Menge des oberen Endes 5 des Stangenmaterials 3, die in die Lösung des Vakuumverdampfungsguts 1 hineinschmilzt, geringer. Infolgedessen ist ähnlich wie bei obiger Beschreibung die Temperaturabnahme der flüssigen Oberfläche gering, so daß die Abnahme der Verdampfungsgeschwindigkeit gering ist. Damit kann die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke verbessert werden.
Fig. 18 zeigt den Aufbau der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 18 ist mit Bezugszeichen 50 eine Drehführung bezeichnet, die eine Öffnung 51 hat, in der das Stangenmaterial 3 in seiner Längsrichtung gleitend geführt wird. Die Drehführung 50 ist in dem Lager 52 und dem Lagergehäuse 53 gelagert und wird von einem Motor 20A um die Drehachse 54 gedreht. Das Bezugszeichen 55 bezeichnet einen flansch, der verhindert, daß verdampftes Vakuumverdampfungsgut 1 auf die Innenseite der Abdeckungen 15 und 16 gelangt. Das Bezugszeichen 56 bezeichnet eine Zuführstange, die von einer nicht abgebildeten Einrichtung mit konstanter Geschwindigkeit in der mit dem Pfeil A angezeigten Richtung bewegt wird. Das Bezugszeichen 57 bezeichnet einen Drehkörper, der drehbar in einem Lager 58 gelagert ist, das die auf die Stange 56 ausgeübten Dreh- und Schubkräfte aufnehmen kann. Das hintere Ende 3B des Stangenmaterials 3 ist mit einem Bolzen 59 am Drehkörper 57 befestigt.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieses Aufbaus beschrieben.
Unter der Voraussetzung, daß das Stangenmaterial 3 durch die Stange 56 mit konstanter Geschwindigkeit in die durch den Pfeil A angezeigte Richtung gedrückt wird, während das Stangenmaterial 3 von der Drehführung 50 gedreht wird, beschreibt das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3 eine spiralförmige Bewegung. Wenn die Exzentrizität e des Stangenmaterials 3 gegenüber der Drehachse 54 gleich dem Radius des Stangenmaterials 3 oder größer ist, trennt sich das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3 von der flüssigen Oberfläche 4, wenn das Stangenmaterial 3 in die mit gestrichelten Linien angezeigte Position gebracht wird, nachdem es eine Halbdrehung von der in Fig. 18 mit durchgehenden Linien angezeigten Position aus ausgeführt hat. Wenn die Exzentrizität e gleich dem Radius des Stangenmaterials 3 oder kleiner ist, können das obere Ende 5 des Stangenmaterials 3 und die flüssige Oberfläche 4 über eine verschmälerte Lösung 6D ständig miteinander in Kontakt bleiben, wie in Fig. 19 dargestellt. Damit kann diese Ausführungsform eine Materialzufuhr entsprechend der ersten Ausführungsform bewerkstelligen, bei der das Geschwindigkeitsmuster nach Fig. 9 als Sinuskurve dargestellt ist, TFS - TBS = 0, der Zyklus TS der Drehzyklus der Drehführung 50 ist und (F - B) der Zuführbetrag der Stange 56 pro Umdrehung der Drehführung ist. Damit kann ein ähnlicher Vorteil erzielt werden wie mit der ersten Ausführungsform.
Fig. 20 zeigt den Aufbau der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Teile, die bei Fig. 20 dieselben sind wie bei Fig. 18, sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie bei Fig. 18. Das Bezugszeichen 60 bezeichnet ein Pendellager, dessen Umfangslinie mit der Öffnung 72 der Drehführung 70 verbunden ist. Das Stangenmaterial 3 wird in seiner Längsrichtung gleitend in der inneren Umfangsfläche der Öffnung 61 geführt. Damit entstehen auch dann keine Probleme, wenn die Drehachse der Drehführung 70 und das Stangenmaterial 3 nicht parallel zueinander sind. Mit 62 wird eine Zuführstange bezeichnet, die mit der zuvor beschriebenen Zuführstange 56 vergleichbar ist. Mit 63 ist ein Montageelement bezeichnet, in dem das hintere Ende 3B des Stangenmaterials 3 mit dem Bolzen 59 befestigt ist. Mit 65 ist eine bekannte Gelenkkupplung bezeichnet, bei der über einen Kreuzzapfen 66 ein mit zwei Enden versehener Arm 67 der Stange 62 mit einem mit zwei Enden versehenen Arm 68 des Montageelements 63 gekoppelt ist. Der Mittelpunkt X des Kreuzzapfens 66 muß nicht unbedingt in der Verlängerung der Drehachse der Drehführung 70 liegen.
Wenn bei diesem Aufbau die Drehführung 70 ähnlich wie bei Fig. 18 gedreht und die Stange 62 mit konstanter Geschwindigkeit in die von Pfeil A angezeigte Richtung bewegt wird, bewegt sich das Stangenmaterial 3 relativ zum Mittelpunkt X des Kreuzzapfens 66 der Gelenkkupplung 65 als Drehpunkt von deren Pendelbewegung, und das obere Ende 5 beschreibt relativ zu der Geraden 71, die durch Verbindung des Punktes X mit dem Drehmittelpunkt Z der Drehführung 70 gebildet wird, eine spiralförmige Bewegung in der mit Pfeil A angezeigten Richtung des Pendellagers 60, die als Mittellinie dient. Das heißt, die Richtung der Geraden 71 ist die Materialzuführrichtung. Wenn also die Drehführung 70 von der in Fig. 20 mit einer durchgehenden Linie eingezeichneten Position aus eine halbe Drehung ausführt, kommt das Stangenmaterial 3 in die mit gestrichelten Linien eingezeichnete Position, und es kann ähnlich wie bei dem Aufbau von Fig. 18 eine Materialzufuhr entsprechend der ersten Ausführungsform erfolgen und ein ähnlicher Vorteil erzielt werden.
Der Unterschied zwischen der fünften, der sechsten und der siebten Ausführungsform besteht darin, daß das Stangenmaterial 3 im ersten Fall eine Drehung um seine eigene Achse ausführt, im zweiten Fall sowohl eine Drehung um seine eigene Achse als auch eine Umdrehung um eine Achse ausführt und im dritten Fall eine Umdrehung um eine Achse ausführt. Bei den Fig. 16, 18 und 20 müssen die Winkel θ&sub2;, θ&sub3; und θ&sub4; jeweils ungleich 90º sein.
Fig. 21 zeigt den Aufbau der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Teile von Fig. 21, die mit Teilen von Fig. 18 identisch sind, tragen dasselbe Bezugszeichen wie bei Fig. 18. In Fig. 21 bezeichnet Bezugszeichen 80 ein Führungselement, in dem eine Öffnung 81 gebildet ist, die den schmalen Teil in der Mitte hat, so daß das Stangenmaterial 3 durch die Öffnung 81 geführt wird. Bezugszeichen 82 bezeichnet eine Zuführstange ähnlich der oben beschriebenen Zuführstange 56, deren oberes Ende eine drehbare Achse 84 trägt, auf der ein Kegelrad 83B befestigt ist. Bezugszeichen 85 bezeichnet eine Welle, an deren oberem Ende ein Kegelrad 83A angebracht ist, welches in das Kegelrad 83B eingreift. Die Welle 85 ist in dem Lager 86 gelagert und wird von dem Motor 20A angetrieben. Bezugszeichen 87 bezeichnet einen auf der Zuführstange 82 ausgebildeten Sitz, der das Lager 86 trägt. Bezugszeichen 88 bezeichnet einen Exzenterring, der an der Achse 84 befestigt ist und sich um die Achse 84 dreht und auf seinem Umfang einen Drehring 89 drehbar trägt. Bezugszeichen 59 bezeichnet den Bolzen zum Befestigen des hinteren Endes 3B des Stangenmate-rials 3 am Drehring 89. Somit bilden die Achse 84, der Exzenterring 88, der Drehring 89, das Stangenmaterial 3 und die Öffnung 81 eine Art Kurbeltrieb, so daß das Stangenmaterial 3 durch die Drehung der Achse 84 durch die Öffnung 81 hindurch geführt wird, so daß eine Hin- und Herbewegung mit einem Hub von 2 x R&sub1; erfolgt. Das Bezugszeichen R&sub1; bezeichnet den Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Achse 84 und dem Mittelpunkt des Exzenterrings 88.
Anschließend wird die Arbeitsweise dieser Konstruktion beschrieben.
Wenn die Zuführstange 82 mit konstanter Geschwindigkeit in die von Pfeil A angezeigte Richtung bewegt wird, während die Welle 85 vom Motor 20 A angetrieben wird, dreht die Welle 85 den Exzenterring 88 über die Kegelräder 83A und 83B und bewegt das Stangenmaterial 3 auf die flüssige Oberfläche 4 zu, während das Stangenmaterial 3 eine Hin- und Herbewegung ausführt. Somit kann diese Konstruktion eine Materialzufuhr entsprechend der ersten Ausführungsform bewerkstelligen, bei der das Geschwindigkeitsmuster durch die Sinuskurve in Fig. 9 dargestellt wird und TFS = TBS = 0. Es kann daher ein ähnlicher Vorteil erzielt werden wie bei der ersten Ausführungsform. Das Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, daß sie anders als die fünfte, die sechste und die siebte Ausführungsform auch dann eingesetzt werden kann, wenn θ&sub5; = 90º.
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde von einem Material ausgegangen, das stangenförmig ist, und davon, daß die Anzahl der Stangen eins beträgt. Das Material kann jedoch auch die Form eines Vierkantstabs, einer Platte usw. haben, vorausgesetzt es ist lang, und die Anzahl der Formteile kann größer eins sein.
Statt mit einer Antriebsrolle können das Stangenmaterial 3 oder die Zuführstangen 56, 62 und 82 auch mit einer Kette, einem Riemen oder einem Seil, die in das Stangenmaterial 3 eingreifen, oder aber mit einer Zuführschnecke zugeführt werden.
Wenn die Breite W des Schmelztiegels 2 von Fig. 8 groß ist, kann eine gleichmäßige Zufuhr zum Schmelztiegel 2 über dessen gesamte Breite erreicht werden, indem man an mehreren Stellen eine Zuführeinrichtung, wie vorstehend beschrieben, vorsieht. Die Schwankungen in der Verdampfungsgeschwindigkeit und -zusammensetzung der Stangenmaterialien, die durch den Kontakt des Stangenmaterials mit der flüssigen Oberfläche und sein Schmelzen bewirkt werden, können dadurch verringert werden, daß der Kontakt der einzelnen Stangenmaterialien mit der flüssigen Oberfläche zeitversetzt erfolgt. ferner ist es möglich, die Ausführungsformen 1 bis 8 in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zuführen von Vakuumverdampfungsgut kommt es, wie vorstehend beschrieben, zum Schmelzen, wenn das obere Ende des Vakuumverdampfungsguts, nachdem es in der positiven Richtung bewegt worden ist, mit der flüssigen Oberfläche des Vakuumverdampfungsguts in Kontakt kommt, und das Zuführmaterial wird in die negative Richtung bewegt, bevor es lange Zeit schmilzt, mit dem Ergebnis, daß das obere Ende des Zuführmaterials sich von der flüssigen Oberfläche trennt oder mit ihr über eine verengte Lösung verbunden bleibt. Auf diese Weise schmilzt keine große Menge des Zuführmaterials in die Lösung hinein. Da die Temperaturverringerung der flüssigen Oberfläche gering wird, wird daher auch die Verdampfungsgeschwindigkeit gering. Ergebnis davon ist, daß beim Ausbilden der Schicht während des Vorbeiführens des Substrats die Abnahme der Schichtdicke gering wird, so daß die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke verbessert werden kann.
Wenn das Zuführmaterial mehrere Bestandteile mit jeweils unterschiedlicher Verdampfungsgeschwindigkeit aufweist, kann das Zuführmaterial in einer gegenüber dem bekannten Verfahren um einen Faktor geringeren Menge zugeführt werden, so daß die Schwankung des im Dampf enthaltenen Zusammensetzungsverhältnisses klein gehalten werden kann. Ergebnis davon ist eine Verbesserung in der Gleichmäßigkeit des Zusammensetzungsverhältnisses in Bewegungsrichtung des Substrats beim Ausbilden der Schicht während des Vorbeiführens des Substrats.
Gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts ermöglicht die vorstehend beschriebene Konstruktion eine Materialzufuhr mit der bei den Ausführungsformen angegebenen überlegenen Eigenschaft.
Entsprechend dem Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts wird, wenn die Temperatur der flüssigen Oberfläche des Vakuumverdampfungsguts hoch ist, die Temperatur des oberen Endes des Zuführmaterials gesenkt, indem dieses in der Umgebung seines oberen Endes gekühlt wird, so daß die Temperatur des Zuführmaterials nur schwer ansteigen kann, wenn das Zuführmaterial mit der flüssigen Oberfläche in Kontakt kommt, und die Menge des Zuführmaterials, die in die flüssige Oberfläche hineinschmilzt, reduziert werden kann. Die Menge des Zuführmaterials, die infolge des Kontakts des Zuführmaterials mit einer flüssigen Oberfläche in die flüssige Oberfläche hineinschmilzt, übersteigt daher nicht den Betrag der Vorwärtsbewegung des Zuführmaterials bei der Bewegung einmal in positiver Richtung und einmal in negativer Richtung, d.h. bei einer Hin- und Herbewegung. Das bedeutet, daß das Zuführmaterial bei jeder Hin- und Herbewegung in etwa demselben Umfang mit der flüssigen Oberfläche in Kontakt kommt. Daher kann beim Ausbilden der Schicht während des Vorbeiführens des Substrats die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke und des Zusammensetzungsverhältnisses verbessert werden.
Wenn dagegen die Temperatur der flüssigen Oberfläche des Verdampfungsguts niedrig ist, kann die Temperatur des oberen Endes des Zuführmaterials erhöht werden, indem das Zuführmaterial in der Umgebung des oberen Endes erwärmt wird, so daß das obere Ende des Zuführmaterials nicht so viel Wärme aus der flüssigen Oberfläche aufnimmt, wenn es mit dieser in Kontakt kommt, und die Temperatur der flüssigen Oberfläche kaum absinkt. Wenn die Verringerung der Verdampfungsgeschwindigkeit klein ist, kann daher beim Ausbilden der Schicht während der Vorbeiführung des Substrats die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke verbessert werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau der Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts schmilzt das obere Ende des Zuführmaterials beim Kontakt mit der Lösung in kegelförmiger Gestalt, wenn das Zuführmaterial um seine Achse gedreht wird, und das Zuführmaterial kommt nur auf einer kleinen Fläche mit der Lösung in Kontakt, so daß es unmöglich ist, daß eine große Menge Zuführmaterial auf einmal in die Lösung hineinschmilzt. Da die Verringerung der Schichtdicke beim Ausbilden der Schicht während des Vorbeiführens des Substrats gering ist, kann daher die Gleichmäßigkeit der Schichtdicht verbessert werden. Ferner kann, auch wenn das Zuführmaterial aus mehreren Bestandteilen mit jeweils unterschiedlicher Verdampfungstemperatur besteht, die Gleichmäßigkeit des Zusammensetzungsverhältnisses in Bewegungsrichtung des Substrats beim Ausbilden der Schicht während des Vorbeiführens des Substrats verbessert werden.
Wenn das Zuführmaterial um eine Achse gedreht wird, die zu der vorbeschriebenen Achse einen vorgegebenen Abstand hat, wird unter der Voraussetzung, daß die Richtung, bei der sich das Zuführmaterial auf das im Schmelztiegel geschmolzene Vakuumverdampfungsgut zu bewegt, die positive Richtung ist und die Richtung, bei der sich das Zuführmaterial davon weg bewegt, die negative Richtung ist, das Zuführmaterial in positiver Richtung mit mittlerer Geschwindigkeit zugeführt, indem die Zuführrichtung abwechselnd zwischen der positiven Richtung und der negativen Richtung hin- und hergeschaltet wird. In diesem Fall kann daher ebenfalls der vorbeschriebene Vorteil erzielt werden.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts kann die Materialzufuhr erfolgen, und der vorbeschriebene Vorteil kann ebenfalls erzielt werden.

Claims

1. Verfahren zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts, bei dem man ein in einem Schmelztiegel (2) untergebrachtes erstes Vakuumverdampfungsgut (3) bis zum Schmelzen erwärmt und, wenn sich eine dünne Schicht (9) durch Anhaften von aus dem ersten Verdampfungsgut (1) gebildetem Dampf an einem Substrat (8) gebildet hat, ein zweites Vakuumverdampfungsgut (3), welches lang ist, auf eine flüssige Oberfläche (4) des ersten Verdampfungsguts (1) zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß man das zweite Verdampfungsgut (3) in positiver Richtung (A) mit einer mittleren Zuführungsgeschwindigkeit zuführt, indem man dessen Zuführrichtung abwechselnd zwischen der positiven Richtung und einer negativen Richtung hin- und herschaltet, wobei die Richtung, bei der sich das zweite Verdampfungsgut (3) von oberhalb der flüssigen Oberfläche (4) des ersten Verdampfungsguts (1) auf das im Schmelztiegel (2) geschmolzene erste Verdampfungsgut (1) hin bewegt, die positive Richtung bedeutet und die Richtung, bei der sich das zweite Verdampfungsgut (3) davon weg bewegt, die negative Richtung bedeutet.

2. Verfahren zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach Anspruch 1, wobei sich der Winkel, der von der flüssigen Oberfläche (4) des ersten Verdampfungsguts (1) bezüglich der Zuführungsrichtung gebildet wird, in der das zweite Verdampfungsgut (3) von oberhalb der flüssigen Oberfläche (4) auf die flüssige Oberfläche (4) zugeführt wird, von 90º unterscheidet und man das zweite Verdampfungsgut (3) um dessen Achse rotiert.

3. Verfahren zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach Anspruch 1, wobei sich der Winkel, der von der flüssigen Oberfläche (4) des ersten Verdampfungsguts (1) bezüglich der Zuführungsrichtung gebildet wird, in der das zweite Verdampfungsgut (3) von oberhalb der flüssigen Oberfläche (4) auf die flüssige Oberfläche (4) zugeführt wird, von 90º unterscheidet und man das zweite Verdampfungsgut (3) in vorbestimmter Entfernung von dessen Achse um eine Achse rotiert.

4. Verfahren zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei man eine Drehvorrichtung (80-89) auf die flüssige Oberfläche (4) des im Schmelztiegel (2) untergebrachten ersten Verdampfungsguts (1) zuführt, wobei die Drehvorrichtung (80-89) eine Hin- und Herbewegung des zweiten Verdampfungsguts (3) verursacht, bei der sich dieses von oberhalb der flüssigen Oberfläche (4) auf das im Schmelztiegel (2) geschmolzene erste Verdampfungsgut (1) hin und vom ersten Verdampfungsgut (1) weg bewegt.

5. Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend

einen Schmelztiegel (2);

eine Einrichtung (8) zum Ausbilden einer dünnen Schicht (9);

eine Einrichtung zum Erhitzen und Schmelzen eines ersten Vakuumverdampfungsguts (1), welches in dem Schmelztiegel (2) untergebracht ist; und

eine Zuführungseinrichtung (11-14, 20) zum Zuführen eines zweiten Vakuumverdampfungsguts (3), welches lang ist, auf eine flüssige Oberfläche (4) des ersten Vakuumverdampfungsguts (1); gekennzeichnet durch

eine Betriebseinrichtung (22), die die Zuführungseinrichtung (11-14, 20) steuert durch abwechselndes Schalten von dessen Zuführungsrichtung zwischen einer positiven Richtung und einer negativen Richtung, so daß das zweite Vakuumverdampfungsgut (3) in positiver Richtung mit einer mittleren Zuführungsgeschwindigkeit zugeführt wird, wobei die Richtung, bei der sich das zweite Vakuumverdampfungsgut (3) von oberhalb der flüssigen Oberfläche (4) auf die flüssige Oberfläche (4) des ersten Vakuumverdampfungsguts (1) hin bewegt, die positive Richtung bedeutet und die Richtung, bei der sich das zweite Vakuumverdampfungsgut (3) davon weg bewegt, die negative Richtung bedeutet.

6. Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die Betriebseinrichtung (22), auf der Grundlage der Vorgabe (24) für die mittlere Zuführungsgeschwindigkeit (VAV) des zweiten Vakuumverdampfungsguts (3), gemäß folgender Gleichung arbeitet:

(VAV) = (F - B)/(TFD + TBD + TFS + TBS)

wobei F: Zuführungsmenge in positiver Richtung;

B: Zuführungsmenge in negativer Richtung, B > 0;

TFD: Netto-Zuführungsdauer in positiver Richtung;

TFS: Übergangszeit bei Zuführung in positiver Richtung, TFS ≥ 0;

TBD: Netto-Zuführungsdauer in negativer Richtung;

TBS: Übergangszeit bei Zuführung in negativer Richtung, TBS ≥ 0; und

daß die Zuführungseinrichtung das zweite Vakuumverdampfungsgut (3) nach dem jeweils von der Betriebseinrichtung (22) errechneten Wert antreibt, die Antriebseinrichtung das zweite Vakuumverdampfungsgut (3) mit dem jeweils berechneten Wert antreibt.

7. Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß TBS > TFS.

8. Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch die Betriebseinrichtung (22) sowohl in positiver als auch in negativer Richtung betrieben wird, der Wechsel der Zuführungsgeschwindigkeit von einer trapezförmigen Kurve entsprechend einer Maximalgeschwindigkeit (VMAX) dargestellt wird und auf der Vorgabe für die mittlere Zuführungsgeschwindigkeit (VAV) des zweiten Vakuumverdampfungsguts (3) basiert, TFD der Gleichung gemäß folgender Gleichung berechnet wird:

TFD = TBD + [(F-B)/VMAX],

wobei die Beschleunigungs- und Verlangsamungsgeschwindigkeit miteinander identisch sind

und die Antriebseinrichtung das zweite Vakuumverdampfungsgut (3) mit dem jeweils berechneten Wert antreibt.

9. Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch die Betriebseinrichtung (22) sowohl in positiver als auch in negativer Richtung betrieben wird, der Wechsel der Zuführungsgeschwindigkeit von einer rechteckförmigen Kurve entsprechend einer Maximalgeschwindigkeit (VMAX) dargestellt wird und auf der Vorgabe für die mittlere Zuführungsgeschwindigkeit (VAV) des zweiten Vakuumverdampfungsguts (3) basiert, TFD der Gleichung gemäß folgender Gleichung berechnet wird:

TFD = TBD + [(F-B)/VMAX], und

die Antriebseinrichtung das zweite Vakuumverdampfungsgut (3) mit dem jeweils berechneten Wert antreibt.

10. Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine Wärmesteuereinrichtung (7C, 32, 33) zum Verändern der Temperatur in der Nähe des oberen Endes des zweiten Vakuumverdampfungsguts aufweist, welches von oberhalb der flüssigen Oberfläche (4) auf die flüssige Oberfläche zugeführt wird.

11. Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Kühleinrichtung (32, 33) zum Kühlen des zweiten Vakuumverdampfungsguts (3) in der Nähe des oberen Endes (5) ist, welches von oberhalb der flüssigen Oberfläche auf die flüssige Oberfläche (4) zugeführt wird.

12. Vorrichtung zum Zuführen eines Vakuumverdampfungsguts nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Heizeinrichtung (7C) zum Erhitzen des zweiten Vakuumverdampfungsguts (3) in der Nähe des oberen Endes (5) ist, welches von oberhalb der flüssigen Oberfläche (4) auf die flüssige Oberfläche (4) hin zugeführt wird.