JP2013104084A - 電子ビーム蒸着用材料供給装置及び方法並びに電子ビーム蒸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発量に見合った材料を連続的に供給する。
【解決手段】加速した電子を照射し、加熱して蒸発させた坩堝６内の材料７を基板フィルム２の表面に付着させて薄膜を連続的に形成する際の前記材料７の連続的な供給制御を、坩堝６内の材料７の蒸発速度が一定になるように制御されているエミッション電流値を検出することで行う電子ビーム蒸着用材料供給装置である。前記坩堝６として、内面を底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成したものを使用する。
【効果】材料供給装置からの材料の供給量が自動的に制御され、蒸発量に見合った材料を供給できるので、長時間の運転が可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子ビームを用いた蒸着設備における材料の供給装置、及びこの供給装置を使用した材料の供給方法、並びに電子ビーム蒸着装置に関するものである。

電子ビームを用いた蒸着設備は、所定の電圧で加速された電子を、真空容器内に配置した坩堝内の材料に照射し加熱することで蒸発させ、この蒸発した材料を真空容器内に配置した被蒸着部材である基板の表面に付着させて薄膜を形成するものである。

このような電子ビームを用いた蒸着を、例えば巻き出しロールに巻き取られた基板が、各種ロールを経て巻き取りロールに巻き取られる過程で連続的に行う場合には、材料を連続的に供給する必要がある。

この材料を連続的に供給する装置として例えば特許文献１では、坩堝からの輻射熱で材料が溶解するように材料の供給量を制御するものが開示されている（特許文献１の段落００１０）。

この特許文献１に開示された装置は、材料の供給速度が速い場合は材料が溶解する前に湯面と接触してスプラッシュが発生し、逆に遅い場合は過度の溶解が起こって湯面以外の所に滴下するという課題を解決するものである。

ところで、蒸着を連続的に行うには、予め単位時間当たりの蒸発量を測定しておき、それに見合った材料を連続的に供給する必要がある。

しかしながら、特許文献１のように、スプラッシュの発生や湯面以外の所への滴下を解決するためだけの制御の場合、蒸発量に見合った材料を供給する場合の制御に比べて制御精度が悪いので、長時間の運転の場合は途中で供給量の調整が必要であった。また、成膜条件が変わると、その度に供給量の最適化が必要であった。

特開２０００−２０８３６４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１に開示された装置は、制御精度が悪いので長時間の運転の場合は途中で供給量の調整が必要であり、また、成膜条件が変わると、その度に供給量の最適化が必要であるという点である。

本発明の電子ビーム蒸着用材料供給装置は、
蒸発量に見合った材料を連続的に供給可能とするために、
加速した電子を照射し、加熱して蒸発させた坩堝内の材料を基板の表面に付着させて薄膜を連続的に形成する際の前記材料の連続的な供給制御を、坩堝内の材料の蒸発速度が一定になるように制御されているエミッション電流値を検出することで行う電子ビーム蒸着用材料供給装置であって、
前記坩堝として、内面を底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成したものを使用することを最も主要な特徴としている。

上記の本発明の電子ビーム蒸着用材料供給装置は、内面を底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成した坩堝を使用するので、次のように蒸発量に見合った材料を供給することができる。

すなわち、上記形状の坩堝を使用した場合、坩堝内の材料が蒸発して材料湯面が下がると、蒸発表面積が減少するためにエミッション電流値が増加する。エミッション電流値が増加すると、供給装置からの材料の供給量が増加して、坩堝内の材料湯面が上昇する。坩堝内の材料湯面が上昇すると、蒸発表面積が増加するためにエミッション電流値が減少する。エミッション電流値が減少すると、供給装置からの材料の供給量が減少して、坩堝内の材料湯面が下がる。

上記の繰り返しにより材料供給装置からの材料の供給量が自動的に制御され、蒸発量に見合った材料を供給できるので、長時間の運転が可能になる。これが本発明の電子ビーム蒸着用材料の供給方法である。

上記の本発明の電子ビーム蒸着用材料供給装置において、坩堝の内面に突起を更に設けた場合には、突起によってエミッション電流値が一時的に変動するので、この一時的な変動の検出を、例えば材料の供給量制御のためのトリガとすることができる。

本発明では、内面を底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成した坩堝を使用するので、材料供給装置からの材料の供給量が自動的に制御され、蒸発量に見合った材料を供給できるので、長時間の運転が可能になる。

（ａ）は電子ビーム蒸着設備に本発明の材料供給装置を設置した状態を示した概略構成図、（ｂ）は坩堝の拡大図である。 坩堝の第２の例を示す拡大図である。 坩堝の第３の例を示す拡大図である。

本発明では、蒸発量に見合った材料を連続的に供給するという目的を、内面を底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成した坩堝を使用することで実現した。

以下、本発明を実施するための形態を、図１を用いて詳細に説明する。
先ず、電子ビーム蒸着設備の概略構成について述べた後、この電子ビーム蒸着設備に設置する本発明の材料供給装置について説明する。

図１中の１は真空容器であり、この真空容器１の内部上方に、表面に薄膜を形成される基板フィルム２が配置されている。この基板フィルム２は、例えば巻き出しロール３ａに巻き取られ、アイドルロール３ｂ、張力制御ロール３ｃを経て冷却ロール３ｄに巻き回された後、張力制御ロール３ｃ、アイドルロール３ｂを経て巻き取りロール３ｅに巻き取られる。

４は前記冷却ロール３ｄの成膜範囲を除く下半分を覆う防着板であり、この防着板４で覆われない成膜範囲に、真空容器１の内部下方に配置した電子銃５より放出された電子の衝突により加熱蒸発した坩堝６内の材料７が蒸着して薄膜を形成する。なお、図１中の８は電子銃５より放出された電子の進路を曲げて、接地電位である坩堝６内に導く磁石である。

９は、坩堝６内の材料７に照射された後の反射電子や軌道をそれた電子が成膜範囲に入射し、基板フィルム２への材料７の蒸着を阻害することを防止するために、冷却ロール３ｄの成膜範囲と、電子銃５・坩堝６・磁石８の間に配置された磁石であり、例えば基板フィルム２の進行方向に所定の間隔を存した格子状となるように４個設置している。

１０は蒸発した坩堝６内の材料７が基板フィルム２に蒸着するまでの間に設けられる水晶振動式膜厚センサであり、前記蒸着材料が水晶振動子に付着することによる振動数の変化を測定することで基板フィルム２に形成される薄膜の厚みを求めるものである。

本発明は、上記構成の電子ビーム蒸着設備を用いて基板フィルム２に薄膜を連続的に形成するに際し、前記坩堝６内に蒸発量に見合った材料７を連続的に供給することができる材料供給装置１１であり、以下のような構成を採用している。

１２はワイヤ状に形成した前記材料７を巻き取るドラムであり、このドラム１２から巻き戻された材料７は、ガイド１３を通って坩堝６の上方に、図示省略したフィード装置により速度制御されて定量的に供給されるようになっている。

このような材料供給装置１１において、本発明では、坩堝６の内面形状を、図１（ｂ）に示すように、底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成したものを使用することを主要な特徴としている。

一例として、銅製の坩堝６内に、底部内径が２０mm、開口部内径が３０mm、深さが２０mmの、底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成したBN（窒化ホウ素）製のハースライナーを設置した場合の材料７の供給について説明する。

前記ハースライナー内に１０mm程度に切断したAlワイヤを予め装入しておき、この予め装入しておいたAlワイヤに電子ビームを照射し、ハースライナー内の７分目程度までAlの溶かし込みを行う。

この状態から、前記溶融したAlに加速電圧が２kV、エミッション電流が３００mAの電子ビームを照射し、Alの蒸発速度が一定になるまで待った後、Alワイヤを低速で連続供給した。なお、エミッション電流は、前記膜厚センサ１０の情報に基づいて坩堝６からの材料７の蒸発量が一定になるように制御されている。

このとき、ハースライナー内のAl湯面が下がると、Alの蒸発表面積が減少し、蒸着速度も減少するが、蒸着速度を一定に維持しようとするフィードバック制御が働いてエミッション電流が３００mAから増加する。このエミッション電流値の増加を検知し、Alワイヤの供給速度を上げる制御を行う結果、Al供給量が蒸発量を上回り、ハースライナー内のAl湯面は初期レベルに戻る。

一方、ハースライナー内のAl湯面が上昇すると、Alの蒸発表面積が増加し、蒸着速度も増加するが、蒸着速度を一定に維持しようとするフィードバック制御が働いてエミッション電流が３００mAから減少する。このエミッション電流値の減少を検知し、Alワイヤの供給速度を下げる制御を行う結果、Alワイヤの供給量が蒸発量を下回り、ハースライナー内の湯面は初期レベルに戻る。

上記の繰り返しにより、ハースライナー内のAl湯面はハースライナー内の６分目から８分目の範囲内で制御され、Al材料の枯渇やハースライナーからのオーバーフロー無しに、長時間のAl連続供給による自動運転が可能になる。
なお、上記湯面の制御は、事前に材料７の蒸発量における、蒸発表面積（湯面位置）とエミッション電流との関係を把握（計測）しておき、その値に基づいて行われる。
これが本発明の電子ビーム蒸着用材料の供給方法である。

上記本発明において、材料７の蒸発表面積の変化が顕著となるようにして材料７の供給量を制御し易くするためには、坩堝６の内面に形成する逆末広がりのテーパを大きくすれば良いが、大きくし過ぎると蒸着速度の変化が顕著になるため、蒸着速度変動の許容範囲内でテーパの大きさを変化させることが必要である。望ましいテーパ角は、例えば９°〜３０°の範囲である。

また、上記本発明の材料供給装置１１において、図２に示すように、坩堝６の内面に突起６ａを更に設けた場合には、前記制御に際し、この突起６ａ部によって材料７の蒸発表面積が変動し、エミッション電流値が一時的に変動することになる。従って、この一時的な変動の検出を、例えば材料７の供給量制御のためのトリガとすれば、より狭い範囲での制御が可能になる。突起６ａ部の形状や面積は、表面積の変動量に応じて適宜設定するものである。

材料の枯渇やハースライナーからのオーバーフロー無しに、長時間の連続供給による自動運転が可能になる上記本発明の材料供給装置１１を備えた本発明の電子ビーム蒸着装置を使用した場合は、長時間の連続的な薄膜形成が可能になる。

本発明は、前記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば材料７の蒸着表面積の変化が顕著となるようにして材料７の供給量を制御し易くするために、図３に示すように、坩堝６の内面のテーパの大きさを不連続に変化させたものでも良い。しかしながら、このようにする場合は、テーパの不連続部で蒸着速度の変化が顕著になるので、蒸着速度変動の許容範囲内でテーパの大きさを変化させることが必要である。

また、上記の例では、坩堝６に設置するハースライナーの内面を底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成したものについて説明したが、ハースライナーを設置しない場合は坩堝６の内面を底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成することは言うまでもない。

２ 基板フィルム
５ 電子銃
６ 坩堝
６ａ 突起
７ 材料
１１ 材料供給装置
１２ ドラム
１３ ガイド

Claims (4)

1. 加速した電子を照射し、加熱して蒸発させた坩堝内の材料を基板の表面に付着させて薄膜を連続的に形成する際の前記材料の連続的な供給制御を、坩堝内の材料の蒸発速度が一定になるように制御されているエミッション電流値を検出することで行う電子ビーム蒸着用材料供給装置であって、
   前記坩堝として、内面を底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成したものを使用することを特徴とする電子ビーム蒸着用材料供給装置。
2. 前記坩堝の内面に突起を更に設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム蒸着用材料供給装置。
3. 加速した電子を照射し、加熱して蒸発させた坩堝内の材料を基板の表面に付着させて薄膜を連続的に形成する際の前記材料の連続的な供給制御を、
   内面を底部から開口端にかけて逆末広がりのテーパ状に形成した坩堝内の材料湯面の昇降に伴って増減する蒸発表面積に起因するエミッション電流値の増減により行うことを特徴とする電子ビーム蒸着用材料供給方法。
4. 請求項１又は２に記載の電子ビーム蒸着用材料供給装置を備えたことを特徴とする電子ビーム蒸着装置。

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