JP3172588B2 - 真空蒸着における原料金属溶融方法 - Google Patents

真空蒸着における原料金属溶融方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属の蒸着に関し、さら
に詳しくはるつぼの均一加熱方法に関する。
【0002】
【従来の技術】真空室内において、電子銃から電子ビー
ムを発生させ、これをレンズにより絞ってスポットと
し、るつぼ内に収容された蒸発すべき金属に衝突させて
これを溶融させ、溶融した高温度金属から金属蒸気を蒸
発させて基体に蒸着させる方法が行われている。このよ
うな技術は特公平3−41897号、特公平3−383
40号、特開昭59−178626、特開平3−126
823号等に記載されている。
【0003】このような電子銃を使用する真空蒸着装置
では、電子銃から出た高エネルギー電子ビームをるつぼ
に向けて直進させる。るつぼは通常基体の幅方向に細長
く延びた長方形をしており、電子ビームはるつぼの金属
表面をほぼ均一に加熱する目的で偏向磁界または電界の
作用下にるつぼの長さ方向に走査される。例えば、斜め
配向型の蒸着金属磁気記録媒体を製造する場合には、C
oまたはCo合金金属を高純度マグネシア(MgO)製
のるつぼ(ボート)に収容し、電子銃から最大30kV
程度の加速電圧で電子ビームをるつぼに向けて直進させ
て金属に衝突させる。その際に、電子ビームをるつぼの
長さ方向に(場合により更に幅方向にも)走査させて金
属を均一に加熱する(特公平3−38340号)。
【0004】上記の従来の蒸着方法では、蒸着金属の基
体への十分な接着強度が確保できず、十分な耐久性のあ
る蒸着膜を提供できない。その原因は、電子ビームの電
力を約120〜150kW(30kVで4〜5A程度)
以上にすると、溶融金属表面から金属蒸気と共に飛び出
す電子と電子銃からの電子が互いに反発して電子の収束
ができず、実効電力を約100kW以上には出来ず、蒸
気速度を十分に向上させることができなかったからであ
る。なおここに実効電力とは蒸発速度が電子銃の電力に
依存して変化する範囲の電力である(例えば、100〜
150kW加えても蒸発速度が変化しない場合、最大実
効電力は100kWである)。
【0005】電子銃の実効電力は、電子銃が放出する電
子ビームの軸線を前記長方形るつぼの中心と前記開口の
中心を結ぶ軸線とをほぼ直角に交差して配置し、前記電
子ビームを磁界によりほぼ直角に偏向して前記るつぼ内
に結像させるとことにより大幅に増大できることがわか
った。
【0006】このような装置は、より具体的には、蒸発
すべき金属を収容する細長い長方形るつぼ、前記るつぼ
内に指向する電子ビームを発生させるための電子銃、前
記るつぼに対向して設けられた回転ドラム、前記回転ド
ラムの面に沿ってプラスチック基体を送るための供給及
び巻取り手段、前記回転ドラムの面に沿って設けられ一
部が前記るつぼに対向した開口を有するマスク、及び前
記マスクを開閉するためのシャッタ部材よりなる真空蒸
着装置において実現できる。このような蒸着装置は、例
えばCoまたはCo合金をポリエステル(PET等)に
斜め蒸着して斜めの異方性を有する磁気記録媒体を製造
するのに使用できる。その際に、磁気特性を調整する目
的で蒸着中に酸素、二酸化炭素、窒素、アンモニア、ス
チレン等のガス、特に酸素を導入することが行われてい
る(特公平3−41897号)。すなわち、ガスはスリ
ット状の出口を有する供給ノズルから放出される。放出
されるガスの流量分布を一定に保持するためにガス供給
源とノズルの間に均圧タンクを使用することもある。
【0007】幅方向にも長さ方向にも一定の組成及び厚
さを有する蒸着膜を製造するには、蒸着源を構成するる
つぼ内の原料金属の全体が一定の温度に加熱されること
が重要である。通常は、るつぼの長手方向をX、幅方向
をYとしたとき、るつぼ中の原料金属をX方向の所定長
さにわたって電子ビームで直線状に走査するとか、図2
のようにX−Y方向にジグザグに走査する。あるいはま
た、特公平3−38340号に示されているように、電
子ビームをX方向には三角波偏向信号で一定速度で走査
し、Y方向には正弦波偏向信号で走査する。正弦波偏向
信号では走査の端部で走査速度が低下して過熱するの
で、それを緩和するために更にY方向の正弦波偏向の範
囲をXの関数として更に正弦波的に変調してY方向の加
熱を平均化する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の電子ビーム走査
方法はいずれも、るつぼ周部の放熱が中央部よりも大き
いことを考慮していない。特にX方向の偏向は三角波偏
向信号によるので、ビームの走査が一定速度になるた
め、端部で熱不足が生じて図3のように全体を一様に加
熱することはできない。これを補償するには、図3の温
度分布に逆比例する偏向速度を設定すれば良いことが容
易に想像できる。
【0009】しかしながら、このような滑らかに変化す
る偏向信号を生成するには、コンピュータを使用して約
200点程度の偏向速度を設定することが必要になる。
しかし、単一の電子銃を使用した場合、電子ビームの収
束は偏向角度により変わるので、収束レンズ等の条件設
定をその都度やり直す必要がある。制御の遅れを生じさ
せないためには制御速度を上げる必要があり、コンピュ
ータを大型にするなどの処置が必要になる。
【0010】したがって、本発明の目的は単純な偏向手
段によって電子ビームによる一様な加熱を実現できる電
子線走査方法を用いた原料金属の溶融方法を提供するこ
とを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の真空蒸着におけ
る原料金属溶融方法は、X方向に延びた長方形のるつぼ
内に蒸発すべき原料金属を収容し、該原料金属に収束し
た電子ビームをX方向またはX−Y方向に繰り返し偏向
させながら照射して該金属を溶融させる方法において、
前記電子ビームを走査するためのX方向の走査速度をる
つぼの端部程遅く、中心部程速くなるように5〜13個
階段状に変え、前記階段状の走査速度部分の走査長を
るつぼの端部程短かく、中心部程長くし、X方向の電子
ビームの走査長と基体の幅Wの関係を/W≧1.3
としたことを特徴とする。本発明によると、電子ビーム
のX方向の偏向速度は数点で済み、偏向速度に合わせた
収束レンズの修正等の他の条件設定も対応した回数で済
む利益が得られ、制御が安価迅速になる。例えば、るつ
ぼの長手方向の寸法を0.8mとしたとき、速度は最大
で13、通常は5でも十分な効果が得られる。この
場合に、図3から分かるように、るつぼの中央部では温
度変化が緩いから精密な制御が必要でないので、端部で
走査長を短く中央部で長くすると、加熱の均一性を損な
わないで数を減らすことができる。次に、るつぼ内が
均一加熱が達成されても、るつぼのX方向の長さがフィ
ルム基体の幅に対して十分に長くなければ基体の縁部の
膜厚が減少する。したがって、X方向の電子ビーム走査
長をとし、基体の幅をWとしたき、/W≧1.3と
することにより、基体に蒸着される金属膜の基体の幅方
向の膜厚を一定にする。
【0012】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳しく
説明する。図1は本発明の蒸着装置1を示す。ただし図
示の部分は図示しない真空チャンバーに収容されてお
り、所定の排気装置を有するものとする。3は矢印の方
向(またはその逆方向)に回転する回転ドラムで、蒸着
基体を構成するポリエステル等の基体フィルム5がその
周りにかけ通され、繰り出しロール9ら回転ドラム3の
周面を通って巻き取りロール7に巻き取られる。回転ド
ラム3に近接して一部が開口したマスク11が設けてあ
り、蒸着金属が所定の角度以外ではフィルム5に蒸着し
ないようにしている。マスク11の外面(または内面)
に沿ってシャッタ13が設けてあり、蒸着の初期及び終
期に矢印の方向にスライドしてマスク11の開口を遮蔽
することにより不要な蒸着を防止する。マスク11の開
口の寸法は、回転ドラム3の軸線方向にはフィルム5上
に所定の蒸着幅が得られるように、回転ドラムの周方向
にはフィルム上に所定の蒸着角度θが得られるように選
択する。酸素等のガスを導入するためにガス供給ノズル
25をシャッタ13とマスク11の間に配置する。
【0013】マスク11の開口に対向して高純度マグネ
シア(MgO)製等のるつぼ15が配置され、その内部
に蒸着すべき原料金属17が装入されている。るつぼ1
5は必要な蒸着幅を得るのに十分なだけ回転ドラム3の
軸線方向に細長く伸びている。回転ドラムの面に沿って
移動する基体フィルムの幅Wは好ましくはるつぼを走査
する電子ビームの走査長に対して上に述べた関係を有
するようにし、これにより蒸着膜の厚さを基体幅方向に
一定にすることができる。るつぼ15は所定の蒸着角度
θ(マスクの開口内の位置により若干変動する)が得ら
れるように配置される。るつぼ15に装入した原料金属
17は電子銃19から放出される電子ビーム21により
加熱される。本発明では電子銃19の電子ビーム21の
放出方向はるつぼ15とマスク11の開口を結ぶ線に対
してほぼ90度をなす方向に電子ビーム21を放出す
る。この電子ビームは図示しない適当なコンデンサレン
ズ、収束レンズ、及び偏向コイルによる磁界23の作用
により約90度曲げられると同時に小スポット状に収束
されて原料金属17に衝突する。実験によると、図1の
鎖線位置に配置された従来の直進型電子銃19’に比較
して、大幅な電力増大が達成できることが分かった。
【0014】最小入射角度θminは用途により最適角
度は異なるが、特に磁気記録媒体としてCo、またはC
o−Ni合金をポリエチレンテレフタレート等のポリエ
ステル等の基体フィルムに斜め蒸着して、磁化容易方向
を基体に対して斜めにしたい場合には、最小入射角θm
inを10°〜60°、好ましくは20°〜50°とす
る。Co合金としては特公平3−41897号等に記載
されたものがある。
【0015】図1の装置の具体的な動作例を挙げると次
の通りである。平均の最小入射角θminを30度、る
つぼの液面と回転ドラム3の蒸着面の平均距離を約30
0mm、マスクの開口幅を500mmとし、真空チャン
バーを1×10−5Torrに排気し、厚さ7μmのポ
リエチレンテレフタレートフィルム(PET)を100
〜250m/minで走行させ、Co−Ni合金(8
0:20)のペレットをるつぼ15に間欠供給しなが
ら、電子銃19の駆動電力40kV×(3〜5A)=1
20〜200kWで溶融し、蒸着を行う。電子銃電力を
一定に保ちながらフィルム搬送速度を調整して蒸着膜厚
を約1800Åとする。また蒸着時にガス供給ノズル2
5導入する酸素主成分のガス量も適宜調整して同等の磁
気特性が得られるように成膜する。
【0016】次に図4により本発明の走査方法を説明す
る。Aはるつぼの長手に相当するX方向と、走査速度分
布の関係を示し、Aは適正速度分布、Bは本発明の適正
階段状の速度分布を示す。曲線Aは図3の一定速度で
走査した場合の温度分布から容易に導くことができ、あ
るいは実験的に定めることができる。なお、Y方向にも
制御することが必要な場合もあるが、これは先に述べた
従来の方法によれば良い。曲線Aは中央部で平坦であ
り、るつぼの両端ほど急峻であるから、それに近似する
階段状折れ線は図4のBで近似することができる。
【0017】例えば、るつぼの内のり寸法を0.8m×
0.08mとした時、次のように長手方向に走査速度と
走査長を割りつけると一様な温度分布とすることができ
た。 走査長(m) 走査速度(m/秒) 0.00〜0.10 8.4 0.10〜0.25 11.2 0.25〜0.55 16.9 0.55〜0.70 11.2 0.70〜0.80 8.4
【0018】この条件で、図1に関して述べた動作例に
おける寸法関係で、一定幅は0.60mであった。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、最小の
制御で、るつぼの温度を一様にすることができる。また
均一蒸着は長手方向の長さを十分大きくすることにより
容易に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用する蒸着装置の例を示す図であ
る。
【図2】電子ビームによるるつぼの走査方法の従来例を
示す図である。
【図3】電子ビームを一定速度で走査させた場合のるつ
ぼ内の温度分布を示す図である。
【図4】本発明の走査方法を説明する図である。
【符号の説明】
1 蒸着装置 3 回転ドラム 5 基体フィルム 7 巻き取りロール 9 繰り出しロール 11 マスク 13 シャッタ 15 るつぼ 17 原料金属 19 電子銃 21 電子ビーム 23 偏向磁界 25 ガス供給ノズル 30 るつぼ 32 溶融金属
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 俊幸 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティ ーディーケイ株式会社内 (72)発明者 宮崎 真司 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティ ーディーケイ株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−250957(JP,A) 特開 昭59−178626(JP,A) 特開 平5−106028(JP,A) 特開 平4−289170(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X方向に延びた長方形のるつぼ内に蒸発
    すべき原料金属を収容し、該原料金属に収束した電子ビ
    ームをX方向またはX−Y方向に繰り返し偏向させなが
    ら照射して該金属を溶融させる方法において、前記電子
    ビームを走査するためのX方向の走査速度をるつぼの端
    部程遅く、中心部程速くなるように5〜13個の階段
    に変え、前記階段状の走査速度部分の走査長をるつぼの
    端部程短かく、中心部程長くし、X方向の電子ビームの
    走査長と基体の幅Wの関係を/W≧1.3としたこ
    とを特徴とする、真空蒸着における原料金属溶融方法。
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