JP2017186603A - 蒸発源、真空蒸着装置および真空蒸着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】昇華性物質の加熱に際してスプラッシュを抑止しつつ、成膜レートおよび電力の使用効率を向上させ、さらに膜厚分布の変動を抑えることができる蒸発源、真空蒸着装置および真空蒸着方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る蒸発源６は、蒸発材料ＥＭを収容するルツボ６１と、誘導加熱コイル６２とを具備する。ルツボ６１は、一端が開口し他端が閉塞する収容部６１１を有する。誘導加熱コイル６２は、ルツボ６１の周囲に配置される。蒸発材料ＥＭは、昇華性物質で構成され、収容部６１１にルツボ６１の内周面から離間した状態で配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、蒸発材料、特に昇華性物質からなる蒸発材料の蒸発に用いられる誘導加熱式蒸発源およびこれを備えた真空蒸着装置、ならびに真空蒸着方法に関する。

従来、巻出しローラから繰り出された長尺のプラスチックフィルムの面にアルミニウム等の蒸発物質を蒸着させ、蒸着後のプラスチックフィルムを巻取りローラで巻き取る方式の真空蒸着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の巻取式真空蒸着装置における蒸発物質の加熱には、誘導加熱による方法、抵抗加熱による方法および電子ビームの照射による方法などが使用される。巻取式真空蒸着装置に使用されるベースフィルムは、一般的には１０００ｍ以上の長尺フィルムを対象とするため、蒸発源に十分な蒸発物質を溜め込むか、蒸発源へ蒸発材料を供給することが必要となる。また、蒸発物質の蒸発必要温度によって適切な加熱方式が採用される。

例えば、電子ビーム加熱式蒸発源は、ハース内に蒸発材料を溜め込むことが可能であり、蒸発材料の供給も可能なため、多くの物質の蒸発源として使用可能である。しかし、蒸発材料の加熱に高エネルギの電子線を使用するため、蒸発材料からの反射電子によりベースフィルムが帯電し、フィルム走行に支障をきたす場合がある。

また、抵抗加熱式蒸発源は、抵抗体に電流を流して蒸発材料を加熱する構造であるため、比較的安価に構成することができるという利点がある。しかし、長尺のベースフィルムへの成膜を可能とするためには、蒸発源に蒸発材料を安定的に供給することができる材料供給機構が必要となり、しかもその供給形態としては、連続供給が可能なように蒸発材料をワイヤ状に加工する必要がある。このような要求に応えられる蒸発材料は、アルミニウムなどの特定の材料に限られてしまい、しかも、脱ガスされていないアルミニウムワイヤを供給し続けるため、アルミニウムに含まれるガス溜まりや抵抗体とアルミニウムとの連続的な接触などによりスプラッシュが発生し、高い成膜品質を維持することが困難である。

これに対して、誘導加熱式蒸発源は、ルツボ内に十分な蒸発材料を溜め込むことが可能であるため、長尺のベースフィルムへの成膜にも十分に対応可能であり、また、種々の物質の蒸発にも適するという利点がある。このため、誘導加熱式蒸発源は、プラスチックフィルム、織物、ガラスフィルム、金属箔等のベースフィルム用の蒸発源として多くの分野で使用されている。

誘導加熱式蒸発源で蒸発可能な蒸発材料は、便宜上、溶解性物質と、昇華性物質とに分類される。溶解性物質としては、成膜に利用される所定の蒸気圧が得られる加熱温度よりも低い融点をもつ材料、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎが挙げられる。昇華性物質としては、その融点が上記所定の蒸気圧が得られる加熱温度よりも高い融点をもつ材料、例えば、Ｃｒ、ＳｉＯ、ＳｎＯ_２、ＺｎＳなどが挙げられる。

特許第５２１４２３１号公報

昇華性物質で構成される蒸発材料の加熱は、主として、ルツボの内側の表面（内周面）からの熱放射によって行われるため、蒸発材料の蒸発エリアはルツボの内径で決まる面積に限られる。また、蒸発材料がルツボ内に充填されていると、ルツボ内周面からの輻射熱などによって材料は一旦蒸発するが、その蒸発粒子のほとんどはルツボ内周面及び蒸発材料と衝突し、ルツボの開口部に達する蒸発粒子は僅かである。従って、蒸着に寄与する蒸発粒子は材料表面（上面）から蒸発するものが主体となるため、成膜速度が限定されてしまい、また、ルツボに供給した高周波電力が有効に蒸発に使用されないという問題がある。さらに、蒸発によって材料表面（上面）が減じる（下がる）ことで、蒸発粒子の指向性が変わり、膜厚分布が変動するという問題もある。

なお、成膜速度を上げるためには、昇華性物質の表面温度を上げる必要があるが、ＺｎＳ等の比較的熱伝導率が小さい材料の場合はスプラッシュの原因となり、Ｃｒ等の比較的蒸発に必要な温度が高い材料の場合はルツボに供給される高周波電力が過大となる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、昇華性物質の加熱に際してスプラッシュを抑止しつつ、成膜レートおよび電力の使用効率を向上させ、さらに膜厚分布の変動を抑えることができる蒸発源、真空蒸着装置および真空蒸着方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蒸発源は、ルツボと、誘導加熱コイルと、支持体とを具備する。
上記ルツボは、一端が開口し他端が閉塞する収容部を有する。
上記誘導加熱コイルは、上記ルツボの周囲に配置される。
上記支持体は、上記収容部に配置され、蒸発材料を上記ルツボの内周面から離間した状態で支持する。

上記蒸発源において、蒸発材料は、支持体を介して、ルツボの内周面から離間した状態で収容部に配置される。上記構成によれば、蒸発材料が昇華性物質で構成される場合、ルツボの内周面と蒸発材料の外周面との間の隙間を介して、蒸発材料の外周面から収容部の開口端部に向けて蒸発粒子が到達し易くなる。その結果、蒸着に寄与する蒸発粒子が増加するため成膜レートが向上し、材料の表面温度を過剰に上げる必要がないためスプラッシュも抑止される。また、誘導加熱コイルに供給される高周波電力が効率よく蒸発材料の蒸発に使用されるので電力の使用効率が向上する。さらに、蒸発材料の外周面から優先的に蒸発するため、材料の上面の低下がほとんどなく、従って蒸発粒子の指向性変化に伴う膜厚変動が抑えられる。

上記支持体は、上記蒸発材料を上記ルツボの底部から離間した状態で支持可能な網状部材で構成されてもよい。
これにより、蒸発材料が所定形状に成形できない材料であったり、粉粒状の材料であったりしても、ルツボの内周面から離間した状態で蒸発材料を安定に保持することが可能となる。

上記ルツボは、上記収容部の開口端部に設けられた環状部をさらに有していてもよい。この場合、上記環状部は、上記収容部の開口径よりも小さい内径を有する。
これにより、ルツボの内周面からの放射熱だけでなく、環状部からの放射熱によって蒸発材料を加熱することができるため、蒸発材料の蒸発エリアが増加し、成膜レートの更なる向上を図ることが可能となる。

上記ルツボは、上記収容部を部分的に遮蔽する遮蔽部をさらに有していてもよい。この場合、上記遮蔽部は、上記収容部の開口端部に支持され、上記収容部の開口径よりも小さい外径の板部を有する。
これにより、蒸発材料のスプラッシュの際に生じる飛沫が成膜対象物へ到達することがなくなるため、膜中にピンホールが生じることを効果的に抑えることができる。

上記遮蔽部は、上記構成に限られず、上記収容部の開口端部よりも内側に領域に形成された複数の貫通孔を有してもよい。

本発明の他の形態に係る蒸発源は、ルツボと、誘導加熱コイルと、蒸発材料とを具備する。
上記ルツボは、一端が開口し他端が閉塞する収容部を有する。
上記誘導加熱コイルは、上記ルツボの周囲に配置される。
上記蒸発材料は、上記収容部に上記ルツボの内周面から離間した状態で配置された昇華性物質で構成される。

上記蒸発源において、蒸発材料は、ルツボの内周面から離間した状態で収容部に配置されているため、ルツボの内周面と蒸発材料の外周面との間の隙間を介して、蒸発材料の外周面から収容部の開口端部に向けて蒸発粒子が到達し易くなる。その結果、蒸着に寄与する蒸発粒子が増加するため成膜レートが向上し、材料の表面温度を過剰に上げる必要がないためスプラッシュも抑止される。また、誘導加熱コイルに供給される高周波電力が効率よく蒸発材料の蒸発に使用されるので電力の使用効率が向上する。さらに、蒸発材料の外周面から優先的に蒸発するため、材料の上面の低下がほとんどなく、従って蒸発粒子の指向性変化に伴う膜厚変動が抑えられる。

上記蒸発材料は、上記ルツボの内径未満の外径を有する円柱状の成形体で構成されてもよい。

上記蒸発源は、網状部材をさらに具備してもよい。上記網状部材は、上記収容部に配置され、上記蒸発材料を収容する。この場合、上記蒸発材料は、粉粒体で構成されてもよい。

本発明の一形態に係る真空蒸着装置は、真空チャンバと、蒸発源とを具備する。上記蒸発源は、上記真空チャンバの内部に配置され、成膜対象物に蒸着膜を形成する。
上記蒸発源は、一端が開口し他端が閉塞する収容部を有するルツボと、上記ルツボの周囲に配置された誘導加熱コイルと、上記収容部に配置され、蒸発材料を上記ルツボの内周面から離間した状態で支持する支持体と、を有する。

上記真空蒸着装置は、フィルム搬送機構をさらに具備してもよい。上記フィルム搬送機構は、上記真空チャンバの内部に配置され、上記成膜対象物としてのフィルムを搬送する。
この場合、上記蒸発源は、上記フィルムの幅方向に沿って複数配列される。

本発明の一形態に係る真空蒸着方法は、一端が開口し他端が閉塞するルツボの内部に、昇華性物質からなる蒸発材料を上記ルツボの内周面から離間した状態で配置することを含む。
真空雰囲気下で、上記ルツボの周囲に配置された誘導加熱コイルに高周波電力が供給され、上記ルツボの側面からの放射熱によって上記蒸発材料が加熱される。
上記ルツボの開口端部に対向して配置された成膜対象物上に上記蒸発材料の蒸発粒子が堆積させられる。

以上述べたように、本発明によれば、昇華性物質の加熱に際してスプラッシュを抑止しつつ、成膜レートおよび電力の使用効率を向上させ、さらに膜厚分布の変動を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す概略側断面図である。 上記真空蒸着装置における蒸発源の詳細を示す拡大断面図である。 比較例に係る蒸発源を説明する要部の概略側断面図である。 本発明の一実施形態における蒸発源の他の構成を示す概略側断面図である。 本発明の一実施形態における蒸発源のさらに他の構成を示す概略側断面図である。 上記真空蒸着装置における蒸発源の配置例を説明する概略平面図である。 本発明の一実験例を説明する蒸発源の要部断面図である。 上記実験例の実験結果を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る蒸発源の要部の概略側断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る蒸発源の要部の概略側断面図及び平面図である。 上記蒸発源を用いた実験例の実験結果を示す図である。 第３の実施形態における蒸発源の要部の構成の変形例を示す概略側断面図及び平面図である。 第２の実施形態におけるルツボの構成の変形例を示す概略側断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る真空蒸着装置の構成を示す概略縦断面図である。
なお、図において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は相互に直交する３軸方向を示しており、本実施形態ではＸ軸及びＹ軸は水平方向を、Ｚ軸は高さ方向をそれぞれ示す。

［蒸着装置の全体構成］
真空蒸着装置１は、巻出しローラ２と、巻取ローラ３と、メインローラ４と、蒸発源６と、これらを収容する真空チャンバ７とを備える。真空蒸着装置１は、巻出しローラ２から連続的又は間欠的に送り出された長尺のベースフィルム（以下、フィルムＦともいう）をメインローラ４に巻き付けながら、当該メインローラ４に対向して配置された蒸発源６からの蒸発物質をフィルムＦ上に蒸着させ、蒸着後のフィルムＦを巻取りローラ３で巻き取る巻取式真空蒸着装置として構成される。

（真空チャンバ）
真空チャンバ７は、密閉構造を有し、排気ラインＬを介して真空ポンプＰに接続される。これにより、真空チャンバ７は、その内部が所定の減圧雰囲気に排気又は維持可能に構成される。

真空チャンバ７は内部に仕切板８を有する。仕切板８は、真空チャンバ７のＺ軸方向における略中央部に配置されており、所定の大きさの開口部を有する。当該開口部の周縁部は、所定の隙間を空けてメインローラ４の外周面に対向している。真空チャンバ７の内部は、仕切板８により、仕切板８よりＺ軸方向の上側にある搬送室９と、仕切板８よりＺ軸方向の下側にある成膜室１０とに区画される。

成膜室１０には排気ラインＬが接続されている。したがって、真空チャンバ７の内部を排気する際には、まず、成膜室１０の内部が排気される。一方、上述のように仕切板８とメインローラ４との間には所定の隙間があるため、この隙間を通して搬送室９の内部も排気される。これにより、成膜室１０と搬送室９との間に圧力差が生じる。この圧力差により、蒸発材料の蒸気流が搬送室９に侵入するのを抑えることができる。
なお、本実施形態では、排気ラインＬを成膜室１０にのみ接続したが、搬送室９にも別の排気ラインを接続することにより、搬送室９と成膜室１０とを同時にあるいは独立して排気してもよい。

（フィルム搬送機構）
巻出しローラ２、巻取りローラ３、メインローラ４、ガイドローラ５Ａ〜５Ｈは、成膜対象物としてのベースフィルムを搬送するフィルム搬送機構５０を構成する。巻出しローラ２、巻取りローラ３、及びメインローラ４は、それぞれ図示しない回転駆動部を備え、Ｘ軸に平行な軸まわりに回転可能に構成される。

巻出しローラ２及び巻取りローラ３は、搬送室９内に配置され、それぞれの回転駆動部により図１の矢印で示す方向（時計回り）に所定速度で回転可能に構成される。なお、巻出しローラ２の回転方向はこれに限られず、メインローラ４に向かってフィルムＦを繰り出せる限り、どの方向に回転させてもよい。同様に、巻取りローラ３の回転方向も時計回りに限られず、メインローラ４からフィルムＦを巻き取れる限り、どの方向に回転させてもよい。

メインローラ４は、フィルムＦの搬送経路において巻出しローラ２と巻取りローラ３との間に配置される。具体的には、メインローラ４のＺ軸方向における下部の少なくとも一部が、仕切板８に設けられた開口部を通して成膜室１０に臨むような位置に配置される。

また、メインローラ４は、巻出しローラ２及び巻取りローラ３と同様に、回転駆動部により時計回りに所定速度で回転可能に構成される。さらに、メインローラ４は、鉄あるいはステンレス鋼等の金属材料で筒状に構成され、その内部に図示しない冷却媒体又は熱媒体の循環機構を備える。これにより、メインローラ４上のフィルムを所定温度に冷却又は加熱することが可能となる。メインローラ４の大きさは特に限定されないが、典型的には、軸方向の長さ（軸長）はフィルムＦの幅と同じかそれよりも長い。

ガイドローラ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，及び５Ｄは、フィルムＦの搬送経路において巻出しローラ２とメインローラ４との間に配置され、フィルムＦの走行をガイドする。また、ガイドローラ５Ｅ，５Ｆ，５Ｇ，及び５Ｈは、フィルムＦの搬送経路において巻取りローラ３とメインローラ４との間に配置され、フィルムＦの走行をガイドする。各ガイドローラ５Ａ〜５Ｈは、典型的には、独自の回転駆動部を備えていないフリーローラにより構成されるが、少なくとも１つは、フィルムＦの張力を保持あるいは調整可能なテンションローラとして構成されてもよい。

以上のようにして構成されるフィルム搬送機構５０により、真空チャンバ７内においてフィルムＦが所定の速度で搬送される。フィルム搬送機構５０はさらに、図示せずとも、フィルムＦの表面クリーニング、表面改質のための荷電ビーム照射装置（例えばイオンビーム照射装置、電子ビーム照射装置）、フィルムＦの帯電除去のためのイオンボンバード機構、フィルムＦの脱ガス、水分除去のためのヒータ機構、などを備えていてもよい。

フィルムＦには、様々な種類のベースフィルムが適用可能である。フィルムＦは、材料としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含むが、これに限られない。その他の材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２等のポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリアリレート、又はアクリル樹脂等の透明な樹脂を用いることができる。また、フィルムＦは、織物、ガラスフィルム、金属箔等でもよい。

フィルムＦの厚さは、特に限定されず、例えば、約１．２μｍ〜２５０μｍである。また、フィルムＦの幅や長さについては特に制限はなく、用途に応じて適宜選択することができる。典型的には、フィルム幅が約３００ｍｍ〜４８００ｍｍ（主に約１５００ｍｍ〜約２５００ｍｍ）であり、搬送方向に沿った長さが１０００ｍ以上の長尺フィルムが用いられる。

（蒸発源）
蒸発源６は、成膜室１０に配置され、フィルム搬送機構５０により搬送されるフィルムＦの表面に蒸着膜を形成する。本実施形態において蒸発源６は、図１に示すように、メインローラ４のＺ軸方向における直下の位置に配置され、真空チャンバ７の底部に設置された支持台６０の上に設置される。

なお図示せずとも、成膜室１０（図１参照）には、蒸発源６から放出される蒸発材料ＥＭの蒸気が真空チャンバ７の内壁面や仕切板８への堆積を防止するための防着板や、メインローラ４上のフィルムＦに対する成膜領域を区画するためのマスク部材が適宜の位置に配置されてもよい。

蒸発源６は、蒸発材料ＥＭを収容する容器としてのルツボ６１と、ルツボ６１の周囲に配置された誘導加熱コイル６２とを有する。

誘導加熱コイル６２は、真空チャンバ７の外部に設置された図示しない高周波電源に電気的に接続される。蒸発源６は、誘導加熱方式により、ルツボ６１に収容された蒸発材料ＥＭを加熱し、蒸発材料ＥＭの蒸気を生成して、メインローラ４上のフィルムＦの成膜面に蒸着膜を形成する。

蒸発源６は単数に限られず、複数用いられてもよい。この場合、フィルムＦの幅方向（Ｘ軸方向）に沿って直線的に又は千鳥足状に複数の蒸発源６が配列される（図６参照）。

図２は、蒸発源６の詳細を示す拡大断面図である。

ルツボ６１は、カーボン、グラファイト、金属、ボロンナイトライド（ＢＮ）等の導電性を有する材料から構成される。ルツボ６１は、蒸発材料ＥＭを収容可能な収容部６１１と、収容部６１１に収容された蒸発材料ＥＭの蒸気を放出する開口部６１２が形成された開口端部６１３とを有する。ルツボ６１の形状は特に限定されず、本実施形態では有底の円筒形状に形成される。これにより、一端が開口し他端が閉塞する収容部６１１が構成され、開口部６１２は、メインローラ４（Ｚ軸上方）から見たときに、収容部６１１の外径と略同一の開口径（内径）を有する円形に形成される。

誘導加熱コイル６２は、ルツボ６１の周囲に配置される。誘導加熱コイル６２は、ルツボ６１の周囲に巻回され、Ｚ軸方向に沿ったコイル軸を有する。誘導加熱コイル６２には、上記高周波電源により、５０Ｈｚ〜１ＭＨｚの高周波電力が印加される。周波数は、蒸発材料ＥＭの種類、ルツボ６１のサイズ等により決定され、典型的には、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲に設定される。

誘導加熱コイル６２は、上記高周波電源より高周波電力が印加されることで、ルツボ６１に渦電流（誘導電流）を発生させ、そのジュール熱でルツボ６１を加熱（誘導加熱）する。ルツボ６１だけでなく、収容部６１１に収容された蒸発材料ＥＭも同時に誘導加熱されてもよい。加熱温度は特に限定されず、ルツボ６１から蒸発材料ＥＭへの熱伝達、熱輻射あるいは蒸発材料ＥＭの直接加熱によって蒸発材料ＥＭの蒸気圧が所定の圧力になる温度とされる。ここでいう所定の圧力は、蒸着装置の生産性を確保できる蒸発材料ＥＭの蒸発レートが得られる圧力に設定され、具体的には、０．１Ｐａ〜１０００Ｐａとされる。

誘導加熱コイル６２は、内部に冷却水が循環可能な水冷構造を備えていてもよい。また図２に示すように、蒸発源６は、ルツボ６１及び誘導加熱コイル６２を一体保持するためと、ルツボ６１の断熱のための構造材６４，６５が設けられてもよい。構造材６４，６５は断熱性を有する材料で構成され、構造材６４は、支持台６０とルツボ６１の間に配置され、構造材６５は、誘導加熱コイル６２の周囲に配置される。これら構造材６４，６５は、相互に一体的に構成されてもよい。なお図示せずとも、ルツボ６１と誘導加熱コイル６２との間に、これらの間の断熱とルツボ６１の保護のための耐熱材がさらに設けられてもよい。

蒸発材料ＥＭは特に限定されず、例えば、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ｃｒ（クロム）、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＳｉＯ（一酸化珪素）、ＳｎＯ_２（二酸化スズ）等が挙げられる。本実施形態では、蒸発材料ＥＭとして、Ｃｒ、ＺｎＳ、ＳｉＯ及びＳｎＯ_２等の昇華性物質からなる蒸発材料が用いられる。

誘導加熱式蒸発源における昇華性物質からなる蒸発材料の加熱は、主として、ルツボの内側の表面（内周面）からの熱放射によって行われる。このため、蒸発材料ＥＭの蒸発エリアはルツボ６１の内径や深さで決まる面積に限られる。

ここで、蒸発材料ＥＭがルツボ６１内に充填されていると、ルツボ６１の内周面からの輻射熱などによって材料は一旦蒸発するが、その蒸発粒子のほとんどはルツボ内周面及び蒸発材料と衝突するため、ルツボ６１の開口部６１２に達する蒸発粒子は僅かである。その結果、蒸着に寄与する蒸発粒子は、図３に示すように蒸発材料ＥＭで被覆されていないルツボ６１の内周面からの輻射熱を受ける材料表面（上面）からの蒸発粒子が主体となるため、成膜速度が限定されてしまう。また、ルツボ６１に供給した高周波電力が有効に蒸発に使用されず、さらに蒸発によって材料表面が減じる（下がる）ことで、蒸発粒子の指向性が変わり、膜厚分布が変動するという問題が生じる。

一方、成膜速度を上げるためには、昇華性物質の表面温度を上げる必要があるが、ＺｎＳ等の比較的熱伝導率が小さい材料の場合は表面からのスプラッシュの原因となり、Ｃｒ等の比較的蒸発に必要な温度が高い材料の場合はルツボに供給される高周波電力が過大となる。

そこで本実施形態では、図２に示すように、蒸発材料ＥＭがルツボ６１の内周面から離間した状態で収容部６１１に配置される。これにより、蒸発材料ＥＭの外周面から収容部６１１の開口端部６１３に向けて蒸発粒子が到達し易くなる。その結果、蒸着に寄与する蒸発粒子が増加するため成膜レートが向上し、蒸発材料ＥＭの表面温度を過剰に上げる必要もないためスプラッシュも抑止される。また、誘導加熱コイル６２に供給される高周波電力が効率よく蒸発材料ＥＭの蒸発に使用されるので、電力の使用効率が向上する。さらに、蒸発材料ＥＭはその外周面から優先的に蒸発するため、蒸発材料ＥＭの上面の低下がほとんどなく、従ってフィルムＦ上の蒸着膜の膜厚変動が抑えられることになる。

ルツボ６１の内周面からの蒸発材料ＥＭの離間距離は特に限定されず、少なくとも、ルツボ６１の内周面からの熱放射を受けて生成される蒸発材料ＥＭの外周面からの蒸発粒子が、ルツボ６１の内周面に阻害されることなく、ルツボ６１の開口部６１２に到達し得る大きさの隙間が形成されていればよい。また、ルツボ６１の内周面からの蒸発材料ＥＭの離間距離は、蒸発材料ＥＭの全周にわたって均一である場合に限られず、不均一であってもよい。さらに、蒸発材料ＥＭの外周面が全周にわたってルツボ６１の側周面から離間していることが好ましいが、蒸発材料ＥＭの外周面がルツボ６１の側周面に部分的に接触していても構わない。

蒸発材料ＥＭの形状も、円柱形状、角柱形状、錐体形状等の定形の立体形状に限られず、不定形のバルク形状であってもよい。

蒸発材料ＥＭをルツボ６１の内周面から離間した状態で収容部６１１に配置する方法としては、蒸発材料ＥＭをルツボ６１の内径未満の外径を有する円柱状の成形体で構成する方法がある。成形体としては、インゴットでもよいし、焼結体であってもよい。この種の材料としては、例えばＺｎＳ等の成形が可能な材料が挙げられる。

あるいは、図４に模式的に示すように、蒸発材料ＥＭをルツボ６１の内周面から離間した状態で支持することが可能に構成された支持体６３が用いられてもよい。支持体６３は、例えば、収容部６１１の底部に配置され、蒸発材料ＥＭを収容することが可能な網状部材で構成される。この構成は、蒸発材料ＥＭが粉粒体などのように、単独ではルツボ６１の内周面から離間した状態で安定に配置することができない場合に有用であり、例えば、蒸発材料ＥＭとして、一定形状に成形できない、あるいは成形が困難、あるいは成形に過大なコストが必要とされる物質、あるいは、成形ができたとしても成形体からの放出ガスが問題となる物質などが適用される。このような材料としては、例えばＣｒ等が挙げられる。なお当該構成は、ＺｎＳ等のように成形が比較的容易な物質にも勿論適用可能である。

支持体６３としての網状部材は、例えばＭｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）等の高融点金属で構成されたメッシュないしは網状の容器で構成され、蒸発材料ＥＭを部分的にルツボ６１の内周面に露出させることができれば、その形態は特に限定されない。

また、支持体６３が袋状に構成されることで、蒸発材料ＥＭとルツボ６１の底部との接触を回避でき、これにより蒸発材料ＥＭの下面から蒸発する粒子をも効率よくルツボ６１の開口部６１２へ導くことができる。また、蒸発材料ＥＭがルツボ６１の構成材料と反応しやすい材料であれば、両者の接触による反応を阻止することができる。

なお、蒸発材料ＥＭとルツボ６１の底部との接触を回避する他の手段として、例えば図５Ａ，Ｂに示すように、蒸発材料ＥＭの下面とルツボ６１の底部との間に、ルツボ６１の底部から蒸発材料ＥＭを離間させる複数の脚部６６が設けられてもよい。これらの脚部６６は、独立した部材として構成されてもよいし、蒸発材料ＥＭが成形体で構成される場合はその一部として構成されてもよいし、ルツボ６１あるいは支持体６３の一部として構成されてもよい。

なお、支持体６３は、上述した網状部材に限られず、蒸発材料ＥＭをルツボ６１の内周面から離間した状態で安定に保持できる構成であればいずれの構成も採用可能であり、例えば、収容部６１１に配置された台座や治具、収容部６１１の底部に設けられた凹部等で支持体が構成されてもよい。

（コントローラ）
本実施形態の真空蒸着装置１は、真空チャンバ７の外部に設置されたコントローラ１１をさらに備える（図１参照）。コントローラ１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを含むコンピュータ等により構成され、真空蒸着装置１の各部を統括的に制御する。コントローラ１１は、例えば、真空ポンプＰの動作の制御、各ローラの回転駆動及び位置制御、蒸発源６における蒸発材料ＥＭの蒸発量の制御等を行う。

［蒸着装置の動作］
次に、以上のようにして構成される真空蒸着装置１の典型的な動作について説明する。

まず、ＺｎＳ等の昇華性物質からなる蒸発材料ＥＭが、蒸発源６におけるルツボ６１の内部（収容部６１１）に、ルツボ６１の内周面から離間した状態で配置される。次に真空ポンプＰにより、成膜室１０内が排気され、これにより真空チャンバ７の内部が所定の圧力まで減圧される。巻出しローラ２、巻取りローラ３、及びメインローラ４は、各々の回転軸のまわりに図１中矢印で示す方向（時計回り）にそれぞれ所定の速度で回転駆動される。

巻出しローラ２から巻き出されたフィルムＦは、ガイドローラ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，及び５Ｄによって走行をガイドされながら、所定の抱き角でメインローラ４の外周面に巻回される。そして、フィルムＦは、メインローラ４による冷却作用（又は加熱作用）を受けながら、蒸発源６の直上を通過した後、ガイドローラ５Ｅ，５Ｆ，５Ｇ，及び５Ｈを介して巻取りローラ３に巻き取られる。

蒸発源６においては、図示しない高周波電源から誘導加熱コイル６２に高周波電力が供給されることで、ルツボ６１が所定温度に加熱される。ルツボ６１の内部に収容された蒸発材料ＥＭは、主として、ルツボ６１の内周面からの放射熱により加熱される。蒸発材料ＥＭは昇華性物質で構成されるため、融点に達する前に所定の蒸気圧でもって蒸発し、これにより、ルツボ６１の開口部６１２からメインローラ４に向かう蒸気流Ｖｍが形成される（図２参照）。蒸気流Ｖｍは、メインローラ４の周面に所定速度で搬送されるフィルムＦの表面（成膜面）に付着、堆積する。これにより、フィルムＦの成膜面に所定厚みの蒸着膜が形成される。

本実施形態では、蒸発材料ＥＭがルツボ６１の内周面から離間した状態で収容部６１１に配置されるため、ルツボ６１の内周面と蒸発材料ＥＭの外周面との間の隙間を介して、蒸発材料ＥＭの外周面から収容部６１１の開口端部６１３に向けて蒸発粒子が到達し易くなる。その結果、蒸着に寄与する蒸発粒子が増加するため成膜レートが向上する。しかも、蒸発材料ＥＭの表面温度を過剰に上げる必要もないため、スプラッシュが抑止され、これにより蒸着膜中のピンホールの発生を低減することができる。

従って本実施形態によれば、蒸発材料ＥＭが、ＺｎＳ等の比較的熱伝導率が小さい昇華性物質で構成される場合にはスプラッシュを抑制しつつ成膜レートの向上を図ることができ、Ｃｒ等の比較的蒸発に必要な温度が高い昇華性物質で構成される場合には、所望とする成膜レートを実現することができる。

また、本実施形態によれば、蒸発材料ＥＭの蒸発エリアが広くなるため、誘導加熱コイル６２に供給される高周波電力が効率よく蒸発材料ＥＭの蒸発に使用される。これにより電力の使用効率が改善し、省エネ効果を向上させることができる。さらに、蒸発材料ＥＭはその外周面から優先的に蒸発するため、蒸発材料ＥＭの上面の低下がほとんどなくなり、従って蒸発粒子の指向性変化による蒸気流Ｖｍ（図２参照）の変動が抑えられる。これにより、フィルムＦ上の蒸着膜の膜厚変動を抑えることができる。

さらに本実施形態によれば、ルツボ６１の開口部６１２が収容部６１１の断面積と略同等の比較的広い開口径を有するため、蒸発源６とフィルムＦとの距離を大きくすることなく、フィルムＦの成膜面に、膜厚均一性に優れた蒸着膜を形成することができる。また、蒸発源６とフィルムＦとの距離が短くなることで、フィルムＦへの蒸発材料の付着効率が高まって成膜レートが向上し、さらに装置全体の大型化を抑制することが可能となる。

一方、幅広のフィルムＦに対しては、フィルムＦの幅方向（Ｘ軸方向）に複数の蒸発源６を直線的に、又は図６に示すように千鳥足状に配列することによって、フィルムＦの幅方向に均一な膜厚の蒸着膜を比較的容易に形成することができる。例えば、ルツボ６１の内径（開口径）が１１５ｍｍ、深さが１１０ｍｍ、フィルムＦとルツボ６１との対向距離が２５０〜２９０ｍｍ、フィルムＦの幅が２５００ｍｍである場合、フィルムＦの幅方向に１６個のルツボ６１を１５５〜１６５ｍｍピッチで配列することで、フィルムＦに形成される蒸着膜の膜厚分布を±３〜５％に抑えることができる。

［実験例］
以下、本発明者らにより行われた実験例について説明する。

図７に示すように、内径（開口径）１１５ｍｍ、深さ１１０ｍｍのルツボ６１と、外径１０５ｍｍ、高さ９０ｍｍの円柱状に成形されたＺｎＳからなる蒸発材料ＥＭとを用い、蒸発材料ＥＭをルツボ６１の内周面から離間した状態で収容部６１１に配置した蒸発源を準備した。ルツボ６１は、固有抵抗値が９００〜１２５０μΩ・ｃｍのグラファイト製とし、ルツボ６１とベースフィルムとの距離は２７０ｍｍとした。

一方、比較例として、ＺｎＳからなる蒸発材料ＥＭをルツボ６１の内部に充填した蒸発源を準備した（図３参照）。

そして、本実験例および比較例に係る蒸発源各々を真空チャンバにセットし、誘導加熱コイルに高周波電力を印加して蒸発材料ＥＭを加熱蒸発させ、メインローラ上のＰＥＴ製のベースフィルムにＺｎＳ膜を成膜した（図２参照）。そして、各蒸発源について、誘導加熱コイルへ投入した周波数９．９ｋＨｚの高周波電力と成膜速度（ダイナミックレート）との関係を測定した。その結果を図８に示す。

比較例に係る蒸発源の場合、材料の加熱はルツボ６１の内周面のうち、蒸発材料ＥＭで被覆されていない開放された表面からの熱放射によって行われる（図３参照）。従って、蒸発材料ＥＭの蒸発エリアは、ルツボ６１の内径によって決定される面積に限られ、誘導加熱コイルに高周波電力６ｋＷを導入したときのダイナミックレートは、５３００ｎｍ・ｍ／ｍｉｎであった（図８参照）。

ここで、ダイナミックレートが５３００ｎｍ・ｍ／ｍｉｎであるということは、ベースフィルムを１００ｍ／ｍｉｎで走行させた場合、５３ｎｍの薄膜が形成されることを意味する。言い換えれば、５０ｎｍの薄膜を形成するため、ダイナミックレート５３００ｎｍ・ｍ／ｍｉｎの蒸発源を使用した場合のベースフィルムの走行速度は、１０６ｍ／ｍｉｎになる。

これに対して、本実験例に係る蒸発源（図７）を使用した場合、蒸発材料ＥＭの蒸発エリアは蒸発材料ＥＭの外周面のほぼ全域にわたり、誘導加熱コイルに比較例と同一の高周波電力６ｋＷを導入したときのダイナミックレートは、２０３００ｎｍ・ｍ／ｍｉｎであった（図８参照）。これは、比較例に係る蒸発源の約３．８倍となる。

従って本実験例では、５０ｎｍの薄膜を形成しようとする場合、ベースフィルムの走行速度は４０６ｍ／ｍｉｎになる。また、比較例と同じダイナミックレート５３００ｎｍ・ｍ／ｍｉｎを得るための投入電力は、図８から約４．５ｋＷであり、約２５％の省エネルギとなる。投入電力が少なくて済むことから、ベースフィルムへの入熱量も少なくなり、ベースフィルムの熱ダメージのリスクも軽減できると同時に、メインローラへの熱負荷も少なくなりメインローラの冷却機構の負荷も低減できるため、装置全体の省エネルギ効果はより一層大きくなる。

＜第２の実施形態＞
図９は、本発明の第２の実施形態に係る蒸発源におけるルツボの構成を示す概略側断面図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態のルツボ１６１は、一端が開口し他端が閉塞する収容部６１１を有するルツボ本体６１０と、収容部６１１（ルツボ本体６１０）の開口端部６１３に設けられた環状部６１４とを有する。ルツボ本体６１０および環状部６１４は、カーボン、グラファイト、金属あるいはＢＮ（ボロンナイトライド）等の導電性材料で構成される。環状部６１４は、収容部６１１の開口径よりも小さい内径の開口部６１４ａを有する。

本実施形態においても上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に本実施形態においては、誘導加熱コイルへの高周波電力の投入時においてルツボ本体６１０だけでなく、環状部６１４も同様に加熱される。その結果、収容部６１１内の蒸発材料ＥＭは、環状部６１４の裏面からの放射熱を受けて加熱蒸発される。これにより、蒸発材料ＥＭの蒸発エリアがさらに増加するため、成膜レートの更なる向上を図ることが可能となる。

環状部６１４は、典型的には、ルツボ本体６１０とは別部材で構成されるが、ルツボ本体６１０と一体的に形成されてもよい。環状部６１４がルツボ本体６１０とは別部材で構成されることにより、収容部６１１への蒸発材料ＥＭの収容作業が容易となる。

また、環状部６１４の開口部６１４ａの内径は、ルツボ本体６１０の開口部６１２の内径よりも小さければ特に限定されず、好適には、収容部６１１に配置される蒸発材料ＥＭの外径よりも小さい内径を有する。これにより、蒸発材料ＥＭの上面外周側へ環状部６１４からの放射熱を効率よく照射することができる。

さらに、環状部６１４の開口部６１４ａの形状は円形に限られず、蒸発材料ＥＭの平面形状等に応じて、矩形その他の幾何学的形状を任意に採用することが可能である。

＜第３の実施形態＞
図１０Ａ，Ｂは、本発明の第３の実施形態に係る蒸発源におけるルツボの構成を示す概略側断面図および平面図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態におけるルツボ２６１は、一端が開口し他端が閉塞する収容部６１１を有する導電性材料で構成されたルツボ本体６１０と、収容部６１１を部分的に遮蔽する遮蔽部６１５とを有する。

遮蔽部６１５は、収容部６１１の開口径よりも小さい外径の板部６１５ａを有する。板部６１５ａは、支持部６１５ｄを介して収容部６１１（ルツボ本体６１０）の開口端部６１３に支持される。支持部６１５ｄは、板部６１５ａを支持する複数のアーム部６１５ｂと、複数のアーム部６１５ｂを開口端部６１３上で支持する外周部６１５ｃとを有する。板部６１５ａは、典型的には、円盤形状を有し、収容部６１１に配置された蒸発材料ＥＭの中央部を部分的に遮蔽する。外周部６１５ｃは、図示するように複数のアーム部６１５ｂを共通に支持する円環形状を有するが、これに限られず、各アーム部６１５ｂを個々に支持する複数の部分円弧で構成されてもよい。

遮蔽部６１５は、ルツボ本体６１０と同様な導電性材料で構成されてもよいし、ルツボ本体６１０よりも導電率の低い（抵抗率の高い）導電性材料で構成されてもよいし、あるいはアルミナ、ジルコニア、マグネシア等の非導電性材料で構成されてもよい。また、遮蔽部６１５を金属製としたとき、金属材料は、蒸発材料ＥＭと反応しない材料が好ましく、蒸発材料ＥＭがＺｎＳの場合、ＴａやＷ、Ｍｏ等の高融点金属が好ましい。さらに、遮蔽部６１５は、単層構造に限られず、多層構造であってもよい。多層構造で構成される場合、各層の材料はそれぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。

遮蔽部６１５がルツボ本体６１０と同様な導電性材料で構成されることにより、ルツボ本体６１０だけでなく遮蔽部６１５をも加熱することができるため、遮蔽部６１５への蒸着物質の堆積を抑制することができるとともに、第２の実施形態と同様に蒸発材料ＥＭの蒸発エリアを増加させて成膜レートの向上を図ることができる。また、遮蔽部６１５がルツボ本体よりも導電率が低い材料あるいは非導電性材料で構成されることにより、遮蔽部６１５を熱シールドとして機能させることができ、これによりベースフィルムへの入熱量の低減を図ることができる。

本実施形態においても、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に本実施形態によれば、遮蔽部６１５の板部６１５ａが蒸発材料ＥＭの一部を遮蔽するように配置されることにより、スプラッシュで発生した蒸発材料ＥＭの飛沫がベースフィルムへ付着して膜中に粗大なピンホールを生じさせることを抑えることができる。

図１１は、図３に示した比較例に係る蒸発源と、本実施形態の蒸発源とを用いてベースフィルム上に５０ｎｍのＺｎＳ膜を成膜し、膜中のピンホールの数を測定したときの実験結果である。ピンホールサイズが大、中、小のそれぞれについて測定した結果、いずれのサイズにおいても比較例に係る蒸発源に比べて、本実施形態（実験例）に係る蒸発源は、ピンホールの数を約１／３０〜１／１００に抑えられることが確認された。

なお、遮蔽部６１５は、図１０Ａ，Ｂに示したような板部６１５ａおよび複数のアーム部６１５ｂを有する形態だけに限られず、例えば、パンチメタルやメッシュシールドのような複数の孔が面内に形成された板材で構成されてもよい。このような構成においても、上述と同様の作用効果を得ることができる。

例えば図１２Ａ，Ｂに、パンチメタルで構成された遮蔽部６１５Ａの構成例を示す。遮蔽部６１５Ａは、収容部６１１の開口端部６１３に載置される。遮蔽部６１５Ａは、開口端部６１３よりも内側の領域に複数の貫通孔６１５ｅを有する板状の部材で構成され、収容部６１１に配置された蒸発材料ＥＭの表面（上面）を部分的に遮蔽する。貫通孔６１５ｅの数は特に限定されず、収容部６１１の開口径や蒸発材料ＥＭの種類等に応じて適宜設定可能である。各貫通孔６１５ｅはそれぞれ同一径で形成されるが、領域ごとに異なる径で形成されてもよい。また、貫通孔６１５ｅは円形に限られず、楕円形や矩形等で形成されてもよいし、領域ごとに異なる形状で形成されてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、蒸発材料ＥＭとして、ＺｎＳ、Ｃｒ等を例に挙げて説明したが、これに限られず、ＳｉＯやＳｎＯ_２等の他の昇華性物質からなる蒸発材料が用いられてもよい。また、ルツボ６１のサイズや形状も上述の例に限られず、種々のサイズあるいは形状のルツボにも、本発明は適用可能である。

また、蒸発源６を構成するルツボの開口端部６１３からの放射熱からベースフィルムを保護するため、開口端部６１３に熱シールド板が配置されてもよい。図１３は、第２の実施形態に係るルツボ１６１（図９）において、環状部６１４の直上に環状の熱シールド板６１６が配置された例を示している。熱シールド板６１６としては、例えば、ルツボ本体６１０よりも高い固有抵抗を有する材料で構成される。これにより、ルツボ１６１の開口端部からの熱放射を抑制し、ベースフィルムの入熱量を低減することができる。このような構成は、上述の第１の実施形態あるいは第３の実施形態にも同様に適用可能である。

さらに以上の実施形態では、蒸発源６として、巻取式真空蒸着装置における蒸発源に本発明を適用した例について説明したが、これに限られず、例えば、半導体基板やガラス基板上への蒸着膜を形成することが可能なバッチ式あるいはインライン方式の蒸着装置における蒸発源にも、本発明は適用可能である。

１…真空蒸着装置
２…巻出しローラ
３…巻取りローラ
４…メインローラ
６…蒸発源
７…真空チャンバ
６１，１６１，２６１…ルツボ
６１１…収容部
６１２…開口部
６１３…開口端部
６１４…環状部
６１５，６１５Ａ…遮蔽部
６１６…熱シールド板
５０…フィルム搬送機構
６２…誘導加熱コイル
６３…支持体
６６…脚部
ＥＭ…蒸発材料
Ｆ…フィルム

Claims (12)

1. 一端が開口し他端が閉塞する収容部を有するルツボと、
   前記ルツボの周囲に配置された誘導加熱コイルと、
   前記収容部に配置され、蒸発材料を前記ルツボの内周面から離間した状態で支持する支持体と
   を具備する蒸発源。
2. 請求項１に記載の蒸発源であって、
   前記支持体は、前記蒸発材料を前記ルツボの底部から離間した状態で支持可能な網状部材で構成される
   蒸発源。
3. 請求項１又は２に記載の蒸発源であって、
   前記ルツボは、前記収容部の開口端部に設けられた環状部をさらに有し、
   前記環状部は、前記収容部の開口径よりも小さい内径を有する
   蒸発源。
4. 請求項１又は２に記載の蒸発源であって、
   前記ルツボは、前記収容部を部分的に遮蔽する遮蔽部をさらに有し、
   前記遮蔽部は、前記収容部の開口端部に支持され、前記収容部の開口径よりも小さい外径の板部を有する
   蒸発源。
5. 請求項１又は２に記載の蒸発源であって、
   前記ルツボは、前記収容部を部分的に遮蔽する遮蔽部をさらに有し、
   前記遮蔽部は、前記収容部の開口端部よりも内側に領域に形成された複数の貫通孔を有する
   蒸発源。
6. 一端が開口し他端が閉塞する収容部を有するルツボと、
   前記ルツボの周囲に配置された誘導加熱コイルと、
   前記収容部に前記ルツボの内周面から離間した状態で配置された昇華性物質からなる蒸発材料と
   を具備する蒸発源。
7. 請求項６に記載の蒸発源であって、
   前記蒸発材料は、前記ルツボの内径未満の外径を有する円柱状の成形体で構成される
   蒸発源。
8. 請求項６に記載の蒸発源であって、
   前記収容部に配置され、前記蒸発材料を収容する網状部材をさらに具備し、
   前記蒸発材料は、粉粒体で構成される
   蒸発源。
9. 請求項６〜８のいずれか１つに記載の蒸発源であって、
   前記蒸発性材料は、Ｃｒ、ＺｎＳ、ＳｉＯ及びＳｎＯ_２のいずれかで構成される
   蒸発源。
10. 真空チャンバと、
    前記真空チャンバの内部に配置され、成膜対象物に蒸着膜を形成する蒸発源と
    を具備し、
    前記蒸発源は、
    一端が開口し他端が閉塞する収容部を有するルツボと、前記ルツボの周囲に配置された誘導加熱コイルと、前記収容部に配置され、蒸発材料を前記ルツボの内周面から離間した状態で支持する支持体と、を有する
    真空蒸着装置。
11. 請求項１０に記載の真空蒸着装置であって、
    前記真空チャンバの内部に配置され、前記成膜対象物としてのベースフィルムを搬送するフィルム搬送機構をさらに具備し、
    前記蒸発源は、前記ベースフィルムの幅方向に沿って複数配列される
    真空蒸着装置。
12. 一端が開口し他端が閉塞するルツボの内部に、昇華性物質からなる蒸発材料を前記ルツボの内周面から離間した状態で配置し、
    真空雰囲気下で、前記ルツボの周囲に配置された誘導加熱コイルに高周波電力を供給し、前記ルツボの側面からの放射熱によって前記蒸発材料を加熱し、
    前記ルツボの開口端部に対向して配置された成膜対象物上に前記蒸発材料の蒸発粒子を堆積させる
    真空蒸着方法。