JP2009084680A

JP2009084680A - 蒸着方法及び蒸着装置

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Publication number: JP2009084680A
Application number: JP2008083198A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Mayuzumi; 良享黛
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】るつぼや冷却水が不要となり、構造を簡素化するとともに、投入エネルギを低減し、更に成膜時におけるスプラッシュの発生を防止する。
【解決手段】チャンバ１４内で基板１１に対向して設けられた蒸着材１３から粒子１７を蒸発させて基板表面に堆積させることにより基板表面に保護膜を形成する。上記蒸着材をチャンバ内で固体のまま露出した状態で宙に浮かせる。具体的には、蒸着材が中心に孔を有する円板である。先ず複数個の蒸着材を一本のロッドにそれぞれ孔を嵌入させることによって一列に配置させる。次に複数個の蒸着材を配置させたロッドをチャンバ内に挿入して水平に保持する。更にこのロッド先端に配置された蒸着材の外周面にビーム１６を照射して蒸着材から粒子を蒸発させ、ロッド先端に配置された蒸着材が消費されると次に配置された蒸着材をロッド先端に移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＡＣ型のプラズマディスプレイパネルに用いられる膜や、透明導電膜の成膜等に好適な蒸着材を蒸着する方法及び装置に関するものである。

従来、液晶（Liquid Crystal Display : ＬＣＤ）をはじめとして、各種の平面ディスプレイの研究開発と実用化はめざましく、その生産も急増している。カラープラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）についても、その開発と実用化の動きが最近活発になっている。ＰＤＰは、電極構造の点で金属電極がガラス誘電体層で覆われるＡＣ型と、放電空間に金属電極が露出しているＤＣ型とに分類されるが、ＡＣ型が主流である。このＡＣ型ＰＤＰでは、イオン衝撃のスパッタリングによりガラス誘電体層の表面が変質して放電開始電圧が上昇しないように、ガラス誘電体層表面に高い昇華熱を持つ保護膜をコーティングする必要がある。この保護膜は直接放電空間と接しているため、耐スパッタリング性の他に複数の重要な役割を担っている。即ち、保護膜に求められる特性は、放電時の耐スパッタリング性、高い二次電子放出能、絶縁性及び光透過率などである。これらの条件を満たす材料として、一般的にＭｇＯが挙げられ、このＭｇＯを蒸着材としてＭｇＯ膜を成膜する装置としてＰＶＤ装置が知られている（例えば、引用文献１参照。）。

このＰＶＤ装置は、金属製の水冷るつぼの内部で加熱対象を電磁力により浮揚して溶解するコールドクルーシブル法を、ＰＶＤ（蒸着、イオンプレーティング）技術に適用したものであり、冷却機構を有するるつぼと、るつぼの上部に位置する基板ホルダと、るつぼの外周に設けられた誘導加熱装置とを備える。またＰＶＤ装置は、るつぼと基板の中間において、るつぼで溶解されて発生した原料の蒸気をイオン化する高周波コイルを設けてイオンプレーティング装置としても用いられる。更に雰囲気ガス導入機構、真空引き機構又は加圧機構のいずれか一つを少なくとも備えることにより、種々の雰囲気、圧力に調整して成膜できる。このように構成されたＰＶＤ装置では、るつぼの周囲に配置した誘導コイルに交流電流（例えば、約１ｋＨｚの高周波）を印加すると交流磁界が発生し、るつぼとその内部の加熱対象（蒸着原料）にうず電流が誘起され、両者に斥力が働くため、加熱対象がるつぼ内で浮揚した状態になるとともに、誘起されたうず電流がジュール熱により加熱対象を溶融する。この結果、加熱対象がるつぼと非接触で溶解されるため、るつぼからの汚染を抑制できるようになっている。
特開平８−１０４９８１号公報（段落［０００２］、段落［０００５］、段落［０００７］）

しかし、上記従来の特許文献１に示されたＰＶＤ装置では、るつぼからの汚染を抑制できるけれども、るつぼや冷却水を必要とするため、装置の構造が複雑化する不具合があった。また上記従来の特許文献１に示されたＰＶＤ装置では、加熱対象（蒸着原料）を誘導コイルを用いた電磁力で浮揚させるとともに、加熱対象（蒸着原料）に誘起されたうず電流で発生するジュール熱により加熱対象を融解するため、極めて多くのエネルギを必要とする問題点もあった。

本発明の目的は、るつぼや冷却水が不要となり、構造を簡素化できるとともに、投入エネルギを低減できる、蒸着方法及び蒸着装置を提供することにある。本発明の別の目的は、成膜時にスプラッシュの発生を防止できる、蒸着方法及び蒸着装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、チャンバ１４内で基板１１に対向して蒸着材１３を設け、蒸着材１３から粒子１７を蒸発させて基板１１表面に堆積させることにより基板１１表面に保護膜を形成する蒸着方法の改良である。その特徴ある構成は、蒸着材１３をチャンバ１４内で固体のまま露出した状態で宙に浮かせたところにある。この請求項１に記載された蒸着方法では、蒸着材１３を融解せずに固体のまま露出した状態で宙に浮かせたので、るつぼや冷却水が不要となって構造を簡素化できる。また蒸着材１３にビーム１６を照射するときに蒸着材１３が露出した状態であってしかも宙に浮いた状態であるため、蒸着材１３以外の部材にビーム１６が照射されない。このため蒸発した粒子１７に不純物が混入しないので、基板１１表面に粒子が堆積して形成された保護膜の純度の低下を防止できる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１〜図３に示すように、蒸着材１３が中心に孔１３ａ又は切欠き凹部を有する円板であって、複数個の蒸着材１３を一本のロッド２４にそれぞれ孔１３ａ又は切欠き凹部を嵌入させることによって一列に配置させ、複数個の蒸着材１３を配置させたロッド２４をチャンバ１４内に挿入して水平に保持し、この水平に保持したロッド２４先端に配置された蒸着材１３の外周面にビーム１６を照射して蒸着材１３から粒子１７を蒸発させ、このビーム１６の照射による熱でロッド２４先端の蒸着材１３がこの蒸着材１３の次に配置された蒸着材１３に結合されたとき蒸着材１３の位置を固定したままロッド２４の先端を次に配置された蒸着材１３まで引込め、上記ビーム１６の照射されている蒸着材１３が消費されて消失すると上記次に配置された蒸着材１３が上記消失した蒸着材１３の位置に至るように複数個の蒸着材１３を移動させることを特徴とする。この請求項２に記載された蒸着方法では、複数個の蒸着材１３を嵌入したロッド２４をチャンバ１４内に挿入することにより、蒸着材１３を融解せずに固体のまま露出した状態で宙に浮かせることができるので、るつぼや冷却水を必要とし構造が複雑化する従来のＰＶＤ装置と比較して、るつぼや冷却水が不要となって構造を簡素化できる。またロッド２４先端に配置された蒸着材１３の外周面にビーム１６を照射すると、蒸着材１３から粒子１７が蒸発してこの蒸着材１３が消費される。ここで上記ビーム１６の照射による熱でロッド２４先端の蒸着材１３がこの蒸着材１３の次に配置された蒸着材１３に結合される。このとき蒸着材１３の位置を固定したままロッド２４の先端を次に配置された蒸着材１３まで引込めるので、ビーム１６の照射されている蒸着材１３が消費されて消失しても、ロッド２４が消費されることはない。上記ビーム１６の照射されている蒸着材１３が消失すると、次に配置された蒸着材１３がこの消失した蒸着材１３の位置に至るように複数個の蒸着材１３を移動させる。このため蒸発した粒子１７に不純物が混入しないので、基板１１表面に粒子１７が堆積して形成された保護膜の純度の低下を防止できるとともに、ロッド２４の消耗を阻止できるので、ロッド２４を繰返し使用できる。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明であって、更に図１〜図３に示すように、蒸着材１３が中心に孔１３ａを有し、蒸着材１３へのビーム１６の照射中にロッド２４を蒸着材１３とともに回転させることを特徴とする。この請求項３に記載された蒸着方法では、ロッド２４の回転により蒸着材１３も回転するので、ビーム１６が蒸着材１３の外周面に均一に照射される。この結果、蒸着材１３が孔１３ａを中心に略均一に減少するので、安定して成膜できる。またビーム１６の蒸着材１３への照射時に蒸着材１３が加熱して蒸着材１３内部に熱歪みが発生するけれども、この熱歪みが蒸着材１３の孔１３ａで吸収されて蒸着材１３自体に熱応力が殆ど発生しないので、蒸着材１３が破損することはなく、スプラッシュの発生を防止できる。

請求項４に係る発明は、請求項２に係る発明であって、更に図５に示すように、蒸着材７３が中心に切欠き凹部７３ａを有し、蒸着材７３へのビームの照射中にロッド７３を蒸着材７３とともに揺動させることを特徴とする。この請求項４に記載された蒸着方法では、ロッド７４の揺動とともに蒸着材７３も揺動するので、ビームが蒸着材７３の外周面に均一に照射される。この結果、蒸着材７３が切欠き凹部７３ａを中心に略均一に減少するので、安定して成膜できる。またビームの蒸着材７３への照射時に蒸着材７３が加熱して蒸着材７３内部に熱歪みが発生するけれども、この熱歪みが蒸着材７３の切欠き凹部７３ａで吸収されて蒸着材７３自体に熱応力が殆ど発生しないので、蒸着材７３が破損することはなく、スプラッシュの発生を防止できる。

請求項５に係る発明は、図１及び図２に示すように、基板１１を保持する基板保持手段１２と、基板保持手段１２により保持された基板１１に対向して設けられた蒸着材１３と、基板保持手段１２と蒸着材１３とを収容するチャンバ１４と、蒸着材１３にビーム１６を照射することにより蒸着材１３から蒸発した粒子１７を基板１１表面に堆積させることにより基板１１表面に保護膜を形成する蒸発堆積手段１８とを備えた蒸着装置の改良である。その特徴ある構成は、蒸着材１３がチャンバ１４内で固体のまま露出した状態で宙に浮かせて保持する蒸着材保持手段２３を更に備えたところにある。この請求項５に記載された蒸着装置では、蒸着材１３を融解せずに固体のまま露出した状態で蒸着材保持手段２３により宙に浮かせて保持するので、るつぼや冷却水が不要となって構造を簡素化できる。また蒸着材１３に蒸発堆積手段１８によりビーム１６を照射するときに蒸着材１３が蒸着材保持手段２３により露出した状態であってしかも宙に浮いた状態に保持されているため、蒸着材１３以外の部材にビーム１６が照射されない。このため蒸発した粒子１７に不純物が混入しないので、基板１１表面に堆積して形成された保護膜の純度が低下するのを防止できる。

請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明であって、更に図１〜図３に示すように、蒸着材１３が中心に孔１３ａ又は切欠き凹部を有する円板であって、蒸着材保持手段２３が、複数個の蒸着材１３の孔１３ａ又は切欠き凹部をそれぞれ嵌入させることによって複数個の蒸着材１３を一列に配置させる一本のロッド２４と、複数個の蒸着材１３を配置させたロッド２４をチャンバ１４内に挿入して水平に保持するロッド保持機構２６と、水平に保持されたロッド２４先端に配置された蒸着材１３の外周面に蒸発堆積手段１８によりビーム１６を照射して蒸着材１３から粒子を蒸発させたときであってビーム１６の照射による熱でロッド２４先端の蒸着材がこの蒸着材１３の次に配置された蒸着材１３に結合されたとき蒸着材１３の位置を固定したままロッド２４の先端を次に配置された蒸着材１３まで引込めるとともに上記ビームの照射されている蒸着材１３が消費されて消失したとき次に配置された蒸着材１３が上記消失した蒸着材１３の位置に至るように複数個の蒸着材を移動させる送り機構２７とを有することを特徴とする。この請求項６に記載された蒸着装置では、複数個の蒸着材１３を嵌入したロッド２４をロッド保持機構２６にてチャンバ１４内に挿入し水平に保持することにより、蒸着材１３を融解せずに固体のまま露出した状態で宙に浮かせることができるので、るつぼや冷却水を必要とし構造が複雑化する従来のＰＶＤ装置と比較して、るつぼや冷却水が不要となって構造を簡素化できる。またロッド２４先端に配置された蒸着材１３の外周面に蒸発堆積手段１８にてビーム１６を照射することにより蒸着材１３から粒子１７を蒸発させて蒸着材１３が消費される。このとき送り機構２７が蒸着材１３の位置を固定したままロッド２４の先端を次に配置された蒸着材１３まで引込めるので、ビーム１６の照射されている蒸着材１３が消費されて消失しても、ロッド２４が消費されることはない。そして上記ビーム１６の照射されている蒸着材１３が消失すると、次に配置された蒸着材１３がこの消失した蒸着材１３の位置に至るように送り機構２７により複数個の蒸着材１３が移動される。このため蒸発した粒子１７に不純物が混入しないので、基板１１表面に粒子１７が堆積して形成された保護膜の純度が低下するのを防止できるとともに、ロッド２４の消耗を阻止できるので、ロッド２４を繰返し使用できる。

請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明であって、更に図１〜図３に示すように、蒸着材１３が中心に孔１３ａを有し、蒸着材保持手段２３が、蒸着材１３へのビーム１６の照射中にロッド２４を蒸着材１３とともに回転させる回転機構を更に有することを特徴とする。この請求項７に記載された蒸着装置では、ロッド２４の回転機構による回転に伴って蒸着材１３も回転するので、ビーム１６が蒸着材１３の外周面に均一に照射される。この結果、蒸着材１３が孔１３ａを中心に略均一に減少するので、安定して成膜できる。またビーム１６の蒸着材１３への照射時に蒸着材１３が加熱して蒸着材１３内部に熱歪みが発生するけれども、この熱歪みが蒸着材１３の孔１３ａで吸収されて蒸着材１３自体に熱応力が殆ど発生しないので、蒸着材１３が破損することはなく、スプラッシュの発生を防止できる。

請求項８に係る発明は、請求項６に係る発明であって、更に図５に示すように、蒸着材７３が中心に切欠き凹部７３ａを有し、蒸着保持手段が、蒸着材７３へのビームの照射中にロッド７４を蒸着材とともに揺動させる揺動機構を更に有することを特徴とする。この請求項８に記載された蒸着装置では、蒸着材７３の揺動機構による揺動に伴ってロッド７４も揺動するので、ビームが蒸着材７３の外周面に均一に照射される。この結果、蒸着材７３が切欠き凹部７３ａを中心に略均一に減少するので、安定して成膜できる。またビームの蒸着材７３への照射時に蒸着材７３が加熱して蒸着材７３内部に熱歪みが発生するけれども、この熱歪みが蒸着材７３の切欠き凹部７３ａで吸収されて蒸着材７３自体に熱応力が殆ど発生しないので、蒸着材７３が破損することはなく、スプラッシュの発生を防止できる。

本発明によれば、チャンバ内で基板に対向する蒸着材を固体のまま露出した状態で宙に浮かせ、この蒸着材から粒子を蒸発させて基板表面に堆積させることにより基板表面に保護膜を形成するので、蒸着材を融解せず、るつぼや冷却水が不要となって構造を簡素化できる。また蒸着材にビームを照射するときに蒸着材が露出した状態であってしかも宙に浮いた状態であるため、蒸着材以外の部材にビームが照射されない。この結果、蒸発した粒子に不純物が混入しないので、基板表面に堆積した保護膜の純度が低下するのを防止できる。また蒸着材を誘導コイルを用いた電磁力で浮揚させたり、蒸着材に誘起されたうず電流で発生するジュール熱により蒸着材を融解するために、極めて多くのエネルギを必要とする従来のＰＶＤ装置と比較して、本発明では、蒸着材を融解せずに固体のまま宙に浮かせた状態でこの蒸着材から粒子を蒸発させるので、投入エネルギを低減できる。

また蒸着材が中心に孔等を有する円板であって、複数個の蒸着材を一本のロッドにそれぞれ孔等を嵌入させることによって一列に配置させ、複数個の蒸着材を配置させたロッドをチャンバ内に挿入して水平に保持し、このロッド先端に配置された蒸着材の外周面にビームを照射して蒸着材から粒子を蒸発させ、このビームの照射による熱でロッド先端の蒸着材がこの蒸着材の次に配置された蒸着材に結合されたとき蒸着材の位置を固定したままロッドの先端を次に配置された蒸着材まで引込め、更に上記ビームの照射されている蒸着材が消費されて消失すると上記次に配置された蒸着材が上記消失した蒸着材の位置に至るように複数個の蒸着材を移動させれば、蒸着材を融解せずに固体のまま露出した状態で宙に浮かせることができるので、るつぼや冷却水を必要とし構造が複雑化する従来のＰＶＤ装置と比較して、るつぼや冷却水が不要となって構造を簡素化できるとともに、ビームがロッドに照射されない。この結果、蒸発した粒子に不純物が混入しないので、基板表面に粒子が堆積して形成された保護膜の純度の低下を防止できるとともに、ロッドの消耗を阻止できるので、ロッドを繰返し使用できる。また蒸着材へのビームの照射中にロッドを蒸着材とともに回転させたり或いは揺動させれば、蒸着材が孔又は切欠き凹部を中心に略均一に減少するので、安定して成膜できるとともに、ビームの蒸着材への照射時に蒸着材内部に熱歪みが発生するけれども、この熱歪みが孔又は切欠き凹部により吸収されて蒸着材自体に熱応力が殆ど発生しない。この結果、蒸着材が破損することはないので、スプラッシュの発生を防止できる。

また基板保持手段により保持された基板に対向して蒸着材を設け、この蒸着材を蒸着材保持手段により固体のまま露出した状態で宙に浮かせ、この状態の蒸着材から蒸発堆積手段により粒子を蒸発させてこの粒子を基板表面に堆積させることにより基板表面に保護膜を形成すれば、蒸着材を融解せず、るつぼや冷却水が不要となって構造を簡素化できる。また蒸発堆積手段により蒸着材にビームを照射するときに蒸着材が蒸着材保持手段により露出した状態であってしかも宙に浮いた状態に保持されるため、蒸着材以外の部材にビームが照射されない。この結果、蒸発した粒子に不純物が混入しないので、基板表面に堆積した保護膜の純度が低下するのを防止できる。

また蒸着材が中心に孔等を有する円板であって、複数個の蒸着材の孔等を一本のロッドにそれぞれ嵌入させることによって複数個の蒸着材を一列に配置させ、このロッドをロッド保持機構によりチャンバ内に挿入して水平に保持し、この水平に保持されたロッド先端に配置された蒸着材の外周面に蒸発堆積手段によりビームを照射して蒸着材から粒子を蒸発させたときであってビームの照射による熱でロッド先端の蒸着材がこの蒸着材の次に配置された蒸着材に結合されたときに、送り機構が蒸着材の位置を固定したままロッドの先端を次に配置された蒸着材まで引込めるとともに、上記ビームの照射されている蒸着材が消費されて消失したときに、次に配置された蒸着材が上記消失した蒸着材の位置に至るように複数個の蒸着材を移動させるように構成すれば、蒸着材を融解せずに固体のまま露出した状態で宙に浮かせることができるので、るつぼや冷却水を必要とし構造が複雑化する従来のＰＶＤ装置と比較して、るつぼや冷却水が不要となって構造を簡素化できるとともに、ビームがロッドに照射されない。この結果、蒸発した粒子に不純物が混入しないので、基板表面に粒子が堆積して形成された保護膜の純度の低下を防止できるとともに、ロッドの消耗を阻止できるので、ロッドを繰返し使用できる。更に蒸着材へのビームの照射中にロッドを蒸着材とともに回転機構により回転させたり或いは揺動機構により揺動させれば、蒸着材が孔又は切欠き凹部を中心に略均一に減少するので、安定して成膜できるとともに、ビームの蒸着材への照射時に蒸着材内部に熱歪みが発生するけれども、この熱歪みが孔又は切欠き凹部により吸収されて蒸着材自体に熱応力が殆ど発生しない。この結果、蒸着材が破損することはないので、スプラッシュの発生を防止できる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１に示すように、蒸着装置１０は、基板１１を保持する基板保持手段１２と、基板保持手段１２により保持された基板１１に対向して設けられた蒸着材１３と、基板保持手段１２と蒸着材１３とを収容するチャンバ１４と、蒸着材１３に電子ビーム１６を照射することにより蒸着材１３から蒸発した粒子１７を基板１１表面に堆積させることにより基板１１表面に保護膜を形成する蒸発堆積手段１８とを備える。チャンバ１４内は排気装置１９により所定の真空度まで減圧された後に、このチャンバ１４内にはガス導入口２１からＯ₂ガス、Ａｒガス、Ｎ₂ガス等が導入される。また基板保持手段１２は、下面に基板１１が接することにより基板１１を水平に保持する保持板１２ａと、チャンバ１４の上壁１４ａ中央からチャンバ１４内に鉛直下向きに挿入され保持板１２ａを支持する支軸１２ｂと、チャンバ１４の上壁１４ａ上面に取付けられ支軸１２ｂを回転可能に保持する回転機構１２ｃと、保持板１２ａに基板１１を密着させる吸着機構（図示せず）とを有する。吸着機構としては、バキュームによる吸引力、静電力、電磁力等を利用した機構が挙げられる。更に蒸発堆積手段１８は、この実施の形態では、電子ビーム蒸着手段であり、蒸着材１３外周面に電子ビーム１６を照射して加熱することにより、ＺｎＯ粒子、ＭｇＯ粒子、ＴｉＯ₂粒子、Ａｌ粒子、Ｔｉ粒子、ＴｉＡｌ粒子、Ｃｕ粒子、Ｃｒ粒子等の粒子１７を蒸発させて飛び出させ、この粒子１７を基板１１表面に堆積させて基板１１表面に保護膜を形成するように構成される。なお、蒸発堆積手段１８はチャンバ１４の底壁１４ｂ上にベース２２を介して取付けられ、この蒸発堆積手段１８の発した電子ビーム１６はチャンバ１４外方に設けられた磁界発生手段（図示せず）により蒸着材１３の外周面に向って曲げられるようになっている。

一方、蒸着材１３は蒸着材保持手段２３によりチャンバ１４内で固体のまま露出した状態であってしかも宙に浮いた状態で保持される。蒸着材１３は中心に円形の孔１３ａを有する円板に形成される（図１〜図３）。この蒸着材１３の外径は３０〜１００ｍｍの範囲内に形成され、孔径は５〜１０ｍｍの範囲内に形成され、厚さは５〜３０ｍｍの範囲内に形成されることが好ましい。ここで、蒸着材１３の外径を３０〜１００ｍｍの範囲内に限定したのは、３０ｍｍ未満では後述するロッド２４の外径が小さくなって材料全体の強度が低下し、またスプラッシュが発生し易くなり、１００ｍｍを超えると実際の製造工程において取扱いが困難となり、またロッド２４への負担が大きくなって破損し易くなるからである。また蒸着材１３の内径を５〜１０ｍｍの範囲内に限定したのは、５ｍｍ未満ではロッド２４の強度不足により支持が困難となり、１０ｍｍを超えると蒸着材１３の有効体積が減少してしまうからである。更に蒸着材１３の厚さを５〜３０ｍｍの範囲内に限定したのは、５ｍｍ未満では蒸着材１３の強度不足により蒸着材１３に割れやスプラッシュが発生し易くなり、３０ｍｍを超えると実際の製造工程において取扱いが困難となるからである。

また蒸着材保持手段２３は、複数個の蒸着材１３の孔１３ａをそれぞれ嵌入させる一本のロッド２４（図２及び図３）と、このロッド２４をチャンバ１４内に挿入して水平に保持するロッド保持機構２６（図１）と、ロッド２４により保持された複数個の蒸着材１３とロッドとの位置関係を調整する送り機構２７（図２）とを有する。上記ロッド２４に複数個の蒸着材１３を嵌入させることにより、隣接する蒸着材１３が密着した状態で一列に配置される。このロッド２４の直径は蒸着材１３の孔径より僅かに小さく、例えば０．１〜３ｍｍ程度小さく形成される。またロッド保持機構２３はロッド２４の基端を保持するとともに、チャンバ１４下部に形成されたロッド挿入孔１４ｃからロッド２４をチャンバ１４内に挿入してこのロッドを水平に保持できるように構成される。ここで、ロッド２４をチャンバ１４内に水平に挿入したとき、ロッド２４の先端部が基板保持手段１２の支軸１２ｂの中心線の延長線上に位置するように構成される（図１及び図２）。送り機構２７は、ロッド２４をその長手方向に突出させた或いは引込めるロッド伸縮手段（図示せず）と、ロッド２４に嵌入された複数個の蒸着材１３のうち最もロッド２４基端側に配置された蒸着材１３の端面に接する当接板２７ａと、ロッド２４と平行に設けられ先端に当接板２７ａが固着されたシャフト２７ｂと、このシャフト２７ｂを当接板２７ａとともにその長手方向に突出させたり或いは引込めるシャフト伸縮手段（図示せず）とからなる（図２）。ここで、ロッド保持機構２６によりロッド２４がチャンバ１４内に水平に挿入された状態で、蒸発堆積手段１８の発した電子ビーム１６が磁界発生手段により曲げられ、この電子ビーム１６がロッド２４先端に配置された蒸着材１３の外周面に照射されるように構成される（図１及び図２）。更に蒸着材１３への電子ビーム１６の照射中にロッド２４を蒸着材１３とともに回転させる回転機構（図示せず）がロッド保持機構２６に内蔵される。

一方、電子ビーム１６の照射による熱でロッド２４先端の蒸着材１３がこの蒸着材１３の次に配置された蒸着材１３に結合されたとき、上記送り機構２７の当接板２７ａをロッド２４の最も基端側の蒸着材１３の端面に当接させて蒸着材１３をその位置に固定した状態で、送り機構２７のロッド伸縮手段によりロッド２４の先端が上記次に配置された蒸着材１３の内部に位置するまでロッド２４を引込めるように構成される。ここで、ロッド２４の先端は、蒸着材１３の幅をＷとするとき、次に配置された蒸着材１３の結合端面から０．１Ｗ〜０．８Ｗ、好ましくは０．２Ｗ〜０．５Ｗの長さだけ上記次に配置された蒸着材１３の内部に引込むように構成される。ここで、次にロッド２４先端が上記次に配置された蒸着材１３の内部に引込む長さを０．１Ｗ〜０．８Ｗの範囲内に限定したのは、０．１Ｗ未満では電子ビーム１６の照射されている蒸着材１３が消費されて外径が小さくなり消失直前に電子ビーム１６がロッド２４に照射されるおそれがあり、０．８Ｗを超えると蒸着材１３がロッド２４から脱落するおそれがあるからである。また上記電子ビーム１６の照射されている蒸着材１３が消費されて消失したときに、送り機構２７のロッド伸縮手段が上記次に配置された蒸着材１３が上記消失した蒸着材１３の位置に至るように複数個の蒸着材１３を移動させるように構成される。ロッド２４先端に配置された蒸着材１３が消失したことは、カメラ等で撮影した画像を画像識別センサにより検出してもよく、或いは重量センサにより検出してもよい。なお、図１中の符号２８は蒸発した粒子１７がチャンバ１４の側壁１４ｄ内面に付着するのを防止するステンレス製又はＮｉ基耐熱合金製の防着板である。また上記蒸着材保持手段２３は２セット用意され、一方の蒸着材保持手段２３のロッド２４をチャンバ１４に挿入してこのロッド２４に嵌入された複数個の蒸着材１３が全て無くなったときに、他方の蒸着材保持手段２３のロッド２４をチャンバ１４に挿入してこのロッド２４に嵌入された蒸着材１３に電子ビーム１６を照射する、即ち蒸着材保持手段２３を１セットずつ交互に用いるように構成されることが好ましい。更にコントローラ（図示せず）の制御入力には上記画像識別センサ又は重量センサの検出出力が接続され、コントローラの制御出力には蒸着材保持手段２３の回転機構及び送り機構２７と蒸発堆積手段１８とが接続される。

このように構成された蒸着装置１０を用いて蒸着材１３を基板１１に蒸着する方法を説明する。先ずチャンバ１４外でロッド保持機構２６により保持されたロッド２４に複数個の蒸着材１３を嵌入した後に、このロッド２４をロッド保持機構２６により保持したままチャンバ１４内に挿入して水平に保持する（図１）。これにより蒸着材１３を融解せずに固体のまま露出した状態で宙に浮かせることができるので、るつぼや冷却水を必要とし構造が複雑化する従来のＰＶＤ装置と比較して、るつぼや冷却水が不要となって構造を簡素化できる。次いで回転機構によりロッド２４を回転させる（図１及び図２）。この回転に伴って複数個の蒸着材１３も回転する。次にこの状態でロッド２４先端に配置された蒸着材１３の外周面に蒸発堆積手段１８にて電子ビーム１６を照射する（図２（ａ））。これによりロッド２４先端の蒸着材１３の外周面から粒子１７が蒸発するとともに、ロッド２４先端に位置する蒸着材１３とこの蒸着材１３に隣接する蒸着材１３とが発熱しこれらの蒸着材１３，１３の接触部分が融解して互いに結合される（図２（ｂ））。これらの蒸着材１３，１３の接触部分に溶着部２９が形成されて結合された後に、送り機構２７のシャフト伸縮手段が蒸着材１３の位置を固定したままロッド２４の先端を次に配置された蒸着材１３の内部に引込める（図２（ｃ））。この結果、電子ビーム１６の照射されている蒸着材１３が消費されて消失しても、ロッド２４の先端に電子ビーム１６が照射されることがないため、ロッド２４が消費されることはない。上記電子ビーム１６の照射されている蒸着材１３が消費されてその外径が小さくなる（図２（ｄ））。このときロッド２４の回転に伴う蒸着材１３の回転により、電子ビーム１６が蒸着材１３の外周面に均一に照射されるので、蒸着材１３が孔１３ａを中心に略均一に減少して蒸着材１３の直径が次第に小さくなり、安定して成膜できる。また電子ビーム１６の蒸着材１３への照射時に蒸着材１３が加熱して蒸着材１３内部に熱歪みが発生するけれども、この熱歪みは蒸着材１３の孔１３ａで吸収されて蒸着材１３自体に熱応力は殆ど発生しない。この結果、蒸着材１３が破損しないので、スプラッシュの発生を防止できる。

次に上記電子ビーム１６の照射されていた蒸着材１３が消費されて消失したことを画像認識センサ又は重量センサが検出すると、コントローラは蒸発堆積手段１８を制御して電子ビーム１６の照射を停止するとともに、回転機構を制御してロッド２４の回転を停止する。そしてコントローラは送り機構２７のロッド伸縮手段を制御して、上記次に配置された蒸着材１３が上記消失した蒸着材１３の位置に至るように複数個の蒸着材１３を移動させる（図２（ｅ））。更にコントローラは蒸発堆積手段１８を制御して、電子ビーム１６を発生しロッド２４先端の蒸着材１３外周面に照射するとともに、回転機構を制御してロッド２４を回転させ蒸着材１３の回転を再開する。この結果、電子ビーム１６がロッド２４に全く照射されず、ロッド２４が全く消費されないので、蒸発した粒子１７に不純物が混入することはない。従って、基板１１表面に粒子１７が堆積して形成された保護膜の純度が低下するのを防止できるとともに、ロッド２４の消耗を阻止できるので、ロッド２４を繰返し使用できる。また蒸着材１３を残すことなく１００％使い切ることができるので、蒸着材１３の利用効率を向上できる。

＜第２の実施の形態＞
図４は本発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、蒸着材５３の孔５３ａが四角形状に形成されるとともに、ロッド５４の断面形状が蒸着材５３の孔５３ａに相応する四角形状に形成される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように構成された蒸着装置では、ロッド５４の蒸着材５３に対する空回りを防止できることを除いて、第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。

＜第３の実施の形態＞
図５は本発明の第３の実施の形態を示す。この実施の形態では、蒸着材７３が中心に切欠き凹部７３ａを有する円板である。本明細書において、切欠き凹部７３ａとは、蒸着材７３に形成された扇状切欠き７３ｂと、蒸着材７３の中心に形成された角形凹部７３ｃとを有し、上記扇状切欠き７３ｂと角形凹部７３ｃとが連通したものをいう。また蒸着材保持手段のロッド７４は蒸着材７３の切欠き凹部７３ａの角形凹部７３ｃに相応する角形に形成される。更に蒸着材保持手段は回転機構ではなく揺動機構を有する。この揺動機構は蒸着材７３へのビームの照射中にロッド７４を蒸着材７３とともに揺動させるように構成される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように構成された蒸着装置では、蒸着材７３の揺動機構による揺動に伴ってロッド７４も揺動するので、電子ビームが蒸着材７３の外周面に均一に照射される。この結果、蒸着材７３が切欠き凹部７３ａの角形凹部７３ｃを中心に略均一に減少するので、安定して成膜できる。また電子ビームの蒸着材７３への照射時に蒸着材７３が加熱して蒸着材７３内部に熱歪みが発生するけれども、この熱歪みが蒸着材７３の切欠き凹部７３ａで吸収されて蒸着材７３自体に熱応力が殆ど発生しない。この結果、蒸着材７３が破損することはなく、スプラッシュの発生を防止できる。上記以外の動作は第１及び第２の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。

＜第４の実施の形態＞
図６は本発明の第４の実施の形態を示す。図６において図１に示す部品と同一符号は同一部品を示す。この実施の形態では、蒸発堆積手段９８が蒸着材１３にプラズマビーム９６を照射するプラズマ蒸着手段である。この蒸発堆積手段９８の発したプラズマビーム９６はチャンバ１４外周面に設けられた磁界発生手段（図示せず）により蒸着材１３の外周面に向って曲げられるようになっている。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように構成された蒸着装置９０では、第１の実施の形態の蒸着装置と比べて投入エネルギ量が少なくて済むことを除いて、動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。

なお、上記第１〜第４の実施の形態では、電子ビーム又はプラズマビームを磁界発生手段により曲げたが、磁界発生手段を比較的高い位置に設置すれば、電子ビーム又はプラズマビームを磁界発生手段により曲げなくてもよい。また、上記第１〜第４の実施の形態では、ロッドに嵌入した蒸着材をチャンバの側壁からチャンバ内に挿入したが、ロッドに嵌入した蒸着材をチャンバの底壁又は上壁からチャンバ内に挿入してもよい。また、上記第１〜第４の実施の形態では、基板を回転させた状態で基板に粒子を堆積させ保護膜を形成したが、基板を固定した状態で蒸着材を移動させて、基板に粒子を堆積させ保護膜を形成したり、或いは基板を所定の位置にセットして保護膜の厚さ分布を意図的に付けるようにしてもよい。更に、上記第１の実施の形態では、蒸着材の孔の形状及びロッドの断面形状を円形に形成し、上記第２の実施の形態では、蒸着材の孔の形状及びロッドの断面形状を四角形に形成したが、三角形状、五角形状又はその他の多角形状、或いはノッチ付の円形に形成してもよい。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図４に示すように、直径３０ｍｍ及び厚さ１５ｍｍの円板状であって中心に一辺８．０ｍｍの正方形状の孔５３ａが形成されたＭｇＯタブレット５３を次の方法で作製した。なお、本実施例において、直径１０ｍｍ程度までの蒸着材をペレットと呼び、直径５０ｍｍ程度までの蒸着材をタブレットと呼ぶ。先ずＭｇＯ粉末とバインダと有機溶媒とを湿式ボールミルを用い、湿式混合してスラリーを調製した。調製したスラリーを噴霧乾燥し、得られた混合造粒粉末を１０００ＭＰａの圧力で加圧成形した後、１３００℃の温度で焼結し、ＭｇＯタブレット５３を作製した。得られたＭｇＯタブレット５３は、相対密度が９５％である多結晶ＭｇＯのタブレットであった。次にガラス基板（無アルカリガラス）上に、上記ＭｇＯタブレット５３を用いて電子ビーム蒸着法により、膜厚２００ｎｍのＭｇＯ膜を成膜した。具体的には、電子ビーム蒸着装置の一辺７．８ｍｍの正方形断面を有するＣｕ製のロッド５４に上記ＭｇＯタブレット５３の孔５３ａを嵌入し、この状態でＭｇＯタブレット５３の外周面に、到達真空度２．６６×１０^-4Ｐａ、酸素分圧１．３３×１０^-2の雰囲気において、加速電圧１０ｋＶ、ビームスキャンエリア約２０ｍｍφの電子ビームを照射して加熱することにより行った。

＜実施例２＞
直径３０ｍｍ及び厚さ１５ｍｍの円板状であって中心に一辺８．０ｍｍの正方形状の孔が形成されたＭｇＯタブレットに代えて、図５に示すように、直径３０ｍｍ及び厚さ１５ｍｍの円板状であって中心角９０度の扇状切欠き７３ｂ及び一辺８．０ｍｍの正方形の角形凹部７３ｃからなる切欠き凹部７３ａが形成されたＺｎＯタブレット７３を実施例１と同様の方法で作製した。このＺｎＯタブレット７３を用いて、実施例１と同様に電子ビーム蒸着法により、膜厚２００ｎｍのＺｎＯ膜を成膜した。
＜実施例３＞
直径３０ｍｍ及び厚さ１５ｍｍの円板状であって中心に一辺８．０ｍｍの正方形状の孔が形成されたＭｇＯタブレットに代えて、直径３０ｍｍ及び厚さ１５ｍｍの円板状であって中心に一辺８．０ｍｍの正方形状の孔が形成されたＴｉＡｌタブレットを実施例１と同様の方法で作製した。このＴｉＡｌタブレットを用いて、実施例１と同様に電子ビーム蒸着法により、膜厚２００ｎｍのＴｉＡｌ膜を成膜した。
＜実施例４＞
直径３０ｍｍ及び厚さ１５ｍｍの円板状であって中心に一辺８．０ｍｍの正方形状の孔が形成されたＭｇＯタブレットに代えて、直径３０ｍｍ及び厚さ１５ｍｍの円板状であって中心角９０度の扇状切欠き及び一辺８．０ｍｍの正方形の角形凹部からなるＣｕタブレットを実施例１と同様の方法で作製した。このＣｕタブレットを用いて、実施例１と同様に電子ビーム蒸着法により、膜厚２００ｎｍのＣｕ膜を成膜した。
＜実施例５＞
直径３０ｍｍ及び厚さ１５ｍｍの円板状であって中心に一辺８．０ｍｍの正方形状の孔が形成されたＭｇＯタブレットに代えて、直径３０ｍｍ及び厚さ１５ｍｍの円板状であって中心に一辺８．０ｍｍの正方形状の孔が形成されたＡｌタブレットを実施例１と同様の方法で作製した。このＡｌタブレットを用いて、実施例１と同様に電子ビーム蒸着法により、膜厚２００ｎｍのＡｌ膜を成膜した。

＜比較例１＞
直径１０ｍｍ及び厚さ３ｍｍの孔のないＭｇＯペレットを次の方法で作製した。先ずＭｇＯ粉末とバインダと有機溶媒とを湿式ボールミルを用い、湿式混合してスラリーを調製した。調製したスラリーを噴霧乾燥し、得られた混合造粒粉末を１０ＭＰａの圧力で加圧成形した後、１３００℃の温度で焼結し、ＭｇＯペレットを作製した。得られたＭｇＯペレットは、相対密度９７％（気孔率３％）の多結晶ＭｇＯのペレットであった。次にガラス基板（無アルカリガラス）上に、上記ＭｇＯペレットを用いて電子ビーム蒸着法により、膜厚２００ｎｍのＭｇＯ膜を成膜した。具体的には、直径５０ｍｍ、深さ２５ｍｍの電子ビーム蒸着装置のＣｕ製のハースに仕込まれた上記ＭｇＯペレットに、到達真空度２．６６×１０^-4Ｐａ、酸素分圧１．３３×１０^-2の雰囲気において、加速電圧１０ｋＶ、ビームスキャンエリア約４０ｍｍφの電子ビームを照射して加熱することにより行った。

＜比較例２＞
比較例１のＭｇＯ粉末をＺｎＯ粉末に代えて、比較例１と同様の方法で直径１０ｍｍ及び厚さ３ｍｍの円板状のＺｎＯペレットを作製した。このＺｎＯペレットを用いて、比較例１と同様に電子ビーム蒸着法により、膜厚２００ｎｍのＺｎＯ膜を成膜した。
＜比較例３＞
比較例１のＭｇＯ粉末をＴｉＡｌ粉末に代えて、比較例１と同様の方法で直径１０ｍｍ及び厚さ３ｍｍの円板状のＴｉＡｌペレットを作製した。このＴｉＡｌペレットを用いて、比較例１と同様に電子ビーム蒸着法により、膜厚２００ｎｍのＴｉＡｌ膜を成膜した。
＜比較例４＞
比較例１のＭｇＯ粉末をＣｕ粉末に代えて、比較例１と同様の方法で直径１０ｍｍ及び厚さ３ｍｍの円板状のＣｕペレットを作製した。このＣｕペレットを用いて、比較例１と同様に電子ビーム蒸着法により、膜厚２００ｎｍのＣｕ膜を成膜した。
＜比較例５＞
比較例１のＭｇＯ粉末をＡｌ粉末に代えて、比較例１と同様の方法で直径１０ｍｍ及び厚さ３ｍｍの円板状のＡｌペレットを作製した。このＡｌペレットを用いて、比較例１と同様に電子ビーム蒸着法により、膜厚２００ｎｍのＡｌ膜を成膜した。

＜比較試験及び評価＞
実施例１〜５のタブレット及び比較例１〜５のペレットを用いた成膜時に発生したスプラッシュ数を測定した。このスプラッシュ数の測定は、電子ビームを照射したときに飛散する蒸着材の数をデジタルビデオで撮影して数えた。その結果を表１に示す。なお、上記スプラッシュ数の測定は５回ずつ行い、表１にはそれらの平均値を示した。また表１には、蒸着材の材質、直径、厚さ及び切欠きの有無とハースの材質も記載した。

表１から明らかなように、比較例１〜５のペレットでは、スプラッシュが１．６〜６．６個発生したのに対し、実施例１〜５のタブレットでは、スプラッシュは全く発生しなかった。これは、比較例１〜５のペレットでは、成膜条件によってハースの材質がコンタミ（contamination：汚染）となってスプラッシュが発生したのに対し、実施例１〜５のタブレットでは、割れ等が発生せず、結果としてスプラッシュが全く発生しなかったものと考えられる。

本発明第１実施形態の蒸着装置を示す断面構成図である。消費した蒸着材をロッド先端から離脱させる手順を示す図１のＡ部拡大断面図である。図２のＢ−Ｂ線断面図である。本発明第２実施形態を示す図３に対応する断面図である。本発明第３実施形態を示す図３に対応する断面図である。本発明第４実施形態を示す図１に対応する断面構成図である。

符号の説明

１０，９０蒸着装置
１１基板
１２基板保持手段
１３，５３，７３蒸着材
１３ａ，５３ａ孔
１４チャンバ
１６電子ビーム
１７蒸発した粒子
１８，９８蒸発堆積手段
２３蒸着材保持手段
２４，５４，７４ロッド
２６ロッド保持機構
２７送り機構
７３ａ切欠き凹部
９６プラズマビーム

Claims

チャンバ内で基板に対向して蒸着材を設け、前記蒸着材から粒子を蒸発させて前記基板表面に堆積させることにより前記基板表面に保護膜を形成する蒸着方法において、
前記蒸着材を前記チャンバ内で固体のまま露出した状態で宙に浮かせたことを特徴とする蒸着方法。
蒸着材が中心に孔又は切欠き凹部を有する円板であって、
複数個の前記蒸着材を一本のロッドにそれぞれ前記孔又は前記切欠き凹部を嵌入させることによって一列に配置させ、
複数個の前記蒸着材を配置させたロッドを前記チャンバ内に挿入して水平に保持し、
前記水平に保持したロッド先端に配置された蒸着材の外周面にビームを照射して前記蒸着材から粒子を蒸発させ、
前記ビームの照射による熱で前記ロッド先端の蒸着材がこの蒸着材の次に配置された蒸着材に結合されたとき前記蒸着材の位置を固定したまま前記ロッドの先端を前記次に配置された蒸着材まで引込め、
前記ビームの照射されている蒸着材が消費されて消失すると前記次に配置された蒸着材が前記消失した蒸着材の位置に至るように複数個の前記蒸着材を移動させる請求項１記載の蒸着方法。
蒸着材が中心に孔を有し、蒸着材へのビームの照射中にロッドを前記蒸着材とともに回転させる請求項２記載の蒸着方法。
蒸着材が中心に切欠き凹部を有し、蒸着材へのビームの照射中にロッドを前記蒸着材とともに揺動させる請求項２記載の蒸着方法。
基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段により保持された基板に対向して設けられた蒸着材と、前記基板保持手段と前記蒸着材とを収容するチャンバと、前記蒸着材にビームを照射することにより前記蒸着材から蒸発した粒子を前記基板表面に堆積させて前記基板表面に保護膜を形成する蒸発堆積手段とを備えた蒸着装置において、
前記蒸着材が前記チャンバ内で固体のまま露出した状態で宙に浮かせて保持する蒸着材保持手段を更に備えたことを特徴とする蒸着装置。
蒸着材が中心に孔又は切欠き凹部を有する円板であって、
蒸着材保持手段が、
複数個の前記蒸着材の前記孔又は前記切欠き凹部をそれぞれ嵌入させることによって複数個の前記蒸着材を一列に配置させる一本のロッドと、
複数個の前記蒸着材を配置させたロッドを前記チャンバ内に挿入して水平に保持するロッド保持機構と、
前記水平に保持されたロッド先端に配置された蒸着材の外周面に蒸発堆積手段によりビームを照射して前記蒸着材から粒子を蒸発させたときであって前記ビームの照射による熱で前記ロッド先端の蒸着材がこの蒸着材の次に配置された蒸着材に結合されたとき前記蒸着材の位置を固定したまま前記ロッドの先端を前記次に配置された蒸着材まで引込めるとともに前記ビームの照射されている蒸着材が消費されて消失したとき前記次に配置された蒸着材が前記消失した蒸着材の位置に至るように複数個の前記蒸着材を移動させる送り機構と
を有する請求項５記載の蒸着装置。
蒸着材が中心に孔を有し、蒸着材保持手段が、蒸着材へのビームの照射中にロッドを前記蒸着材とともに回転させる回転機構を更に有する請求項６記載の蒸着装置。
蒸着材が中心に切欠き凹部を有し、蒸着保持手段が、蒸着材へのビームの照射中にロッドを前記蒸着材とともに揺動させる揺動機構を更に有する請求項６記載の蒸着装置。