JP2004183100A - 蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の、垂直方向に整列された範囲に蒸着を施すための蒸着装置であって、溶融るつぼ２に充填された材料を溶融し、蒸発させるための加熱装置を備えており、溶融るつぼ２から垂直方向に流出する蒸気を基板に向かって水平方向に変向するための変向装置を有している形式のものを改良して、溶融るつぼから流出し、鉛直方向に上昇する蒸気が、粒子のこん棒状の分配を伴って変向され、これにより、一様な分配が生じるようにし、固定粒子が蒸発器から被覆すべき基板に達することができないようにする。
【解決手段】変向装置が、溶融るつぼ２に上方から載置された、上側で閉鎖可能なノズル管３として形成されており、該ノズル管３が、周面に水平方向の蒸気出口８を有しており、かつ溶融るつぼ２の加熱装置１１から独立した加熱装置１０を有しているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は基板の、垂直方向に整列された範囲に蒸着を施すための蒸着装置において、直立した溶融るつぼが配置されており、この溶融るつぼが、溶融るつぼ内に充填された材料を溶融し、蒸発させるための加熱装置を備えており、前記蒸着装置が、溶融るつぼから垂直方向に流出する蒸気を基板に向かって水平方向に変向するための変向装置を有している形式のものに関する。

前記の形式の蒸着装置が、ドイツ連邦共和国特許公告第１７９６１６６号明細書の対象となっている。この明細書による蒸着装置では、蒸発させたい材料が電子衝撃によって蒸発させられる。変向装置は、溶融るつぼの上方に配置された、蒸発のために使用される電子システムの電極によって形成されている。この公知の蒸着装置において不利なのは、水平方向に流出する蒸気が、蒸気粒子の分配に関連して均一化されることができず、非常に大きい横断面を介して基板の方へ流れてしまうことである。さらに、このことが変向装置の被覆につながり、これによって変向装置の作用が低下する危険性が生じる。この公知の蒸着装置は電子衝撃による加熱装置に基づいているので、比較的わずかな出力しか有していない。

米国特許第４，８８０，９６０号明細書による蒸着装置も既に公知であるが、この蒸着装置では、溶融るつぼの代わりに、直立した比較的長いシリンダが使用されており、このシリンダの上側の端部は閉鎖されており、シリンダの長さ全体にわたって電気的な抵抗加熱装置によって加熱されている。このシリンダは蒸気出口として周面に窓を有しており、この窓の外側はふるいによってカバーされており、これにより、シリンダ内に上方から装入された蒸発させたい材料が直接的に窓を介して外側へ流出することができないようになっている。このシリンダの外側は、複数の反射薄板（熱放射線を反射させるための薄板）によって同心的に取り囲まれており、これらの反射薄板は、蒸気の通過のために蒸気通過窓を有している。

この公知の蒸着装置はマグネシウムの蒸発に使用される。マグネシウムは、真空で約５００℃の温度で昇華するという特性を有している。それ故、米国特許第４，８８０，９６０号明細書によれば、このマグネシウムが連続的に０．３〜２．５ｍｍの粒度を有する粉末の形で上方からシリンダ内に装入される。落下の間に、この粉末は熱放射に基づいて蒸気に変化し、この蒸気がシリンダの蒸気出口を介してシリンダから流出する。シリンダ内にはこのシリンダの長さ全体にわたって粉末が存在しているので、蒸気出口はふるいによってカバーされていなければならない。なぜならば、さもなければ固体粒子が蒸気と共に蒸着装置から流出してしまい、基板に到達する恐れがあるからである。このようなふるいの装置は確かに粉末の流出を阻止するはずである。しかし実際には、粒子の流出を完全に阻止できるわけではない。なぜならば、基本的にふるいはメッシュ幅よりも大きい固体粒子しか残留させることができず、装入された粒子は蒸発器によって完全に蒸発せしめられる程度に小さくなる。このような微細な固体粒子は、ふるいを通って被覆すべき基板にまで達する恐れがある。
ドイツ連邦共和国特許公告第１７９６１６６号明細書 米国特許第４，８８０，９６０号明細書

そこで本発明の課題は、冒頭で述べた形式の蒸着装置を改良して、溶融るつぼから流出し、鉛直方向に上昇する蒸気が、粒子のこん棒状の分配をもって変向され、これにより、一様な分配が生じるようにし、固定粒子が蒸発器から被覆すべき基板に達することができないようにすることである。

この課題を解決した本発明の手段によれば、変向装置が、溶融るつぼに上方から載置された、上方の端部で閉鎖可能なノズル管として形成されており、このノズル管が周面に水平方向の蒸気出口を有しており、ノズル管が溶融るつぼの加熱装置から独立した加熱装置を有している。

この蒸着装置は汎用の溶融るつぼを有しており、この溶融るつぼ内に、所定の大きさの固体粒子を装入することができる。すなわち、まず溶融物が生じ、次いでこの溶融物によって、発生させたい蒸気が形成されるような大きさの固体粒子が装入される。それ故、微粒子が蒸気と共に基板に達する恐れはない。本発明によれば、蒸気発生の機能と基板への蒸気放出の機能とは互いに分離されている。互いに独立した加熱装置によって、溶融るつぼとノズル管とが互いに独立して加熱可能なので、蒸着装置の運転時にノズル管内の温度が溶融るつぼ内の温度よりも常に約１００℃から２００℃高くなるように設定することができ、これにより、ノズル管内の蒸気の凝縮、ひいてはノズル管に被覆層が生じる恐れはない。汎用の溶融るつぼの使用によって、本発明による蒸着装置は、多くの種々異なる材料、例えばＡｌ，Ａｇ，Ｃｒの溶融及び蒸発のために適している。

本発明のさらに別の構成により、溶融るつぼの範囲及びノズル管の範囲に、それぞれ溶融るつぼの加熱装置及びノズル管の加熱装置の出力を制御するための温度センサが設けられている場合、特に有利である。これにより、ノズル管及び溶融るつぼ内の温度を最適に制御する可能性が生じ、このことは同時に所要エネルギの軽減に役立つ。なぜならば、一方の構成部分内の低すぎる温度を除外するために、他方の構成部分内に不要に高い温度を発生させる必要がなくなるからである。

ノズル管の溶融るつぼへの固定装置は特に簡単に形成されており、ノズル管の下側の端部に設けられた減径部が溶融るつぼ内に係合するようになっている。

本発明の別の有利な構成では、ノズル管の上側の端部が円錐台形の減径部を有しており、この減径部が同軸線的な充填開口を備えており、この充填開口内に、上方から、昇降可能なプラグが挿入可能になっている。このようなプラグは二重機能を有している。すなわち、一方では、このプラグは充填開口のための閉鎖部材であり、これにより、蒸発装置の運転の間に、蒸気が専らノズル管の蒸気出口からのみ流出するようになっており、他方では、このプラグはノズル管の上側の端部を、溶融るつぼに対して同軸線的に整列されるように保持する。

ノズル管が、複数の反射薄板によって同心的に取り囲まれており、これらの反射薄板が、蒸気出口の範囲に蒸気通過窓を有している場合、溶融るつぼ及びノズル管の加熱装置の熱放出は溶融るつぼとノズル管とに向けられる。

反射薄板が外側を蒸発器ケーシングによって取り囲まれており、この蒸発器ケーシングが外側に冷却管を有しており、かつ蒸気通過窓及び蒸気出口の範囲に蒸気放出開口を有している場合、本発明の蒸着装置は熱的に閉じられたシステムを形成しているので、蒸着装置はこの蒸着装置を収容する被覆室を熱放射によって負荷しない。このような構成により、断熱材料による蒸着装置の断熱が不要となるので、蒸着装置は耐高真空性になる。なぜならば、断熱材料が存在しないからである。すなわち、断熱材料は大きな内側表面を有しており、この内側表面から吸着されたガスが運転時に脱着され、真空室に到達し、被覆材料を不純化してしまう恐れがある。

冷却管がノズル管の範囲でメアンダ状に整列されており、蒸発装置の長手方向に延びる長い管区分を有していて、これらの管区分が交互に上側と下側でそれぞれ短い管区分によって互いに結合されている場合、冷却管は蒸気通過窓の自由な横断面を妨害することはない。

ケーシングのための冷却管は、溶融るつぼの範囲でつるまき線状に蒸発器ケーシングの周りに延びる形で、特に効果的に配置することができる。

本発明の別の構成により、ノズル管に設けられた蒸気出口が、互いに上下に重なり合うように配置された複数の孔により形成されている場合、この蒸気出口は、十分に高い蒸発速度による一様な蒸気流出を可能にし、これにより、蒸気は信頼性良く基板に届けられる。

溶融るつぼ及びノズル管が黒鉛から成っている場合、これらの溶融るつぼ及びノズル管は銀又はその他の高い温度で溶融する金属の蒸発に最適に形成されている。

本発明は種々異なる実施態様を許容する。本発明の基本原理をさらに明確化するために、実施例の１つを次に図面につき説明する。

図１に長手方向横断面図で示した蒸発装置は蒸発器ケーシング１を有しており、この蒸発器ケーシング１内には、黒鉛から成る溶融るつぼ２が直立して配置されている。上方からこの溶融るつぼ２内に、同じく黒鉛から成るノズル管が係合する。このノズル管３の下側の端部は減径部４を有しており、この減径部４によって、ノズル管３は上方から溶融るつぼ２内に係合する。上側の端部にノズル管３は円錐台形の減径部５を備えており、この減径部５は同軸線的な充填開口６を有しており、この充填開口６内には、上方からプラグ７が係合する。これにより、プラグ７はノズル管３の上側の端部をセンタリングし、ノズル管３の減径部４を溶融るつぼ２に対して押圧する。

図１から判るように、ノズル管３の左側には蒸気出口８が設けられており、この蒸気出口８は、互いに上下に重なり合うように配置された複数の孔９によってノズル管３の壁に形成されている。ノズル管３を加熱するためには、電気的な加熱装置１０が用いられ、溶融るつぼ２の加熱のためには、この加熱装置１０から独立した加熱装置１１が設けられている。プラグ７の範囲に設けられた温度センサ１２は、ノズル管３の加熱装置１０を制御するために用いられる。これに対応して、溶融るつぼ２の加熱装置１１を制御するためには、溶融るつぼ壁の温度が温度センサ１３によって測定される。

蒸発器ケーシング１の外側に沿って、冷却管１５が延びている。これらの冷却管１５は溶融るつぼ２の範囲では環状の螺旋を形成している。ノズル管３の範囲では、これらの冷却管１５はノズル管３の長手方向に延びる真っ直ぐな管範囲を有している。

図２は、どのようにして長手方向に延びる管区分１６，１６′が、下側の範囲で、周方向に延びる短い管区分１７によって互いに結合されているのかを示している。長手方向に延びる管区分１６は、交互に上側と下側でこのような短い管区分１７によって結合されているので、図１に示したノズル管３の範囲にはメアンダ状の管延在部が生じる。図２からさらに判るように、蒸発器ケーシング１には蒸気放出開口１８が設けられている。これらの蒸気放出開口１８の後方には反射薄板１４が対応する蒸気通過窓１９を有している。

本発明による蒸発装置の垂直方向横断面図である。

本発明による蒸発装置の斜視図である。

符号の説明

１ 蒸発器ケーシング、 ２ 溶融るつぼ、 ３ ノズル管、 ４ 減径部、 ５ 減径部、 ６ 充填開口、 ７ プラグ、 ８ 蒸気出口、 ９ 孔、 １０ 加熱装置、 １１ 加熱装置、 １２ 温度センサ、 １３ 温度センサ、 １４ 反射薄板、 １５ 冷却管、 １６ 管区分、 １７ 管区分、 １８ 蒸気放出開口、 １９ 蒸気通過窓、

Claims (10)

1. 基板の、垂直方向に整列された範囲に蒸着を施すための蒸着装置であって、直立した溶融るつぼ（２）が配置されており、該溶融るつぼ（２）が、溶融るつぼ（２）に充填された材料を溶融し、蒸発させるための加熱装置を備えており、前記蒸着装置が、溶融るつぼ（２）から垂直方向に流出する蒸気を基板に向かって水平方向に変向するための変向装置を有している形式のものにおいて、変向装置が、溶融るつぼ（２）に上方から載置された、上側で閉鎖可能なノズル管（３）として形成されており、該ノズル管（３）が、周面に水平方向の蒸気出口（８）を有しており、かつ溶融るつぼ（２）の加熱装置（１１）から独立した加熱装置（１０）を有していることを特徴とする、基板の、垂直方向に整列された範囲に蒸着を施すための蒸着装置。
2. 溶融るつぼ（２）の範囲及びノズル管（３）の範囲に、それぞれ溶融るつぼ（２）の加熱装置（１１）の出力を制御するための温度センサ（１３）とノズル管（３）の加熱装置（１０）の出力を制御するための温度センサ（１２）とが設けられている、請求項１記載の蒸着装置。
3. ノズル管（３）の下側の端部に設けられた減径部（４）が、溶融るつぼ（２）内に係合する、請求項１又は２記載の蒸着装置。
4. ノズル管（３）の上側の端部に円錐台形の減径部（５）が設けられており、該減径部（５）が同軸線的な充填開口（６）を有しており、該充填開口（６）内に、上方から、昇降可能なプラグ（７）が挿入可能になっている、請求項１から３までのいずれか１項記載の蒸着装置。
5. ノズル管（３）が、複数の反射薄板（１４）によって同心的に取り囲まれており、該反射薄板（１４）が、蒸気出口（８）の範囲に蒸気通過窓を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の蒸着装置。
6. 反射薄板（１４）が、外側を蒸発器ケーシング（１）によって取り囲まれており、該蒸発器ケーシング（１）が外側に冷却管（１５）を有しており、かつ蒸気通過窓及び蒸気出口の範囲に蒸気放出開口を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の蒸着装置。
7. 冷却管（１５）が、ノズル管（３）の範囲でメアンダ状に整列されており、蒸発装置の長手方向に延びる長い管区分（１６，１６′）を有しており、該管区分（１６，１６′）が、交互に上側と下側でそれぞれ短い管区分（１７）によって互いに結合されている、請求項６記載の蒸着装置。
8. 冷却管（１５）が、溶融るつぼ（２）の範囲でつるまき線状に蒸発器ケーシング（１）の周りに延びている、請求項６記載の蒸着装置。
9. ノズル管（３）に設けられた蒸気出口（８）が、互いに上下に重なり合うように配置された複数の孔（９）によって形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の蒸着装置。
10. 溶融るつぼ（２）とノズル管（３）とが黒鉛から成っている、請求項１から９までのいずれか１項記載の蒸着装置。

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