JP3569933B2 - 連続真空蒸着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は連続真空蒸着装置に係わり、更に詳しくは、走行基板に真空中で連続的に蒸着するイオンプレーティング装置を含む連続真空蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空蒸着（ｖａｃｕｕｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、真空中で材料を加熱して蒸発させ、蒸着材料を基板（被処理材）の表面に凝固させて被膜を作る成膜プロセスである。かかる成膜プロセスにおいて蒸着材料を加熱するために電子ビームを用い薄板状の連続した走行基板に材料を蒸着させる連続真空蒸着装置が従来から知られている。この連続真空蒸着装置は、通常の湿式メッキでは扱えない窒化物、炭化物、酸化物などの蒸着が可能であり、２種以上の材料の合金被膜も容易にでき、かつ付着速度が大きい等の長所を有する。
【０００３】
かかる従来の連続真空蒸着装置は、例えば図７に示すように、連続して走行する薄板状の走行基板８と、電子ビーム６を放射する電子銃５と、溶解した被膜用材料４（蒸着材料）を収容するルツボ３と、走行基板及びルツボを内蔵し真空排気された真空チャンバー５０とを備え、電子銃５により電子ビーム６を放射し、図示しない磁界により電子ビーム６の方向を曲げてルツボ３内の材料を加熱して蒸発させ、蒸発材料を走行基板８の表面に凝固させて被膜を作るようになっている。
【０００４】
また、別の連続真空蒸着装置として、鋼板と亜鉛の密着性向上を目的し、アルミニウムと亜鉛の２層メッキを行う「真空蒸着亜鉛めっき装置」が開示されている（特開平４−８８１６３号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる従来の連続真空蒸着装置では、長期間の連続運転ができない問題点があった。すなわち、従来の連続真空蒸着装置は、図７に例示したように、真空チャンバー内に電子銃とルツボを内蔵した単一の蒸着ステーションからなるため、以下の問題点があった。
【０００６】
▲１▼電子銃の運転はカソードの寿命により中断され、このカソードの寿命は通常、電子銃の型式、容量、メーカ、等により異なるが、１００〜３００Ｈｒ程度であるため、連続真空蒸着の連続運転は数日から１０数日間が限界である。
▲２▼ルツボは常に高温に晒されているため、消耗が激しく、寿命は数日から２週間程度である。
【０００７】
▲３▼ルツボからの蒸発流はすべて走行基板に蒸着するわけではなく、無効蒸着物として、走行基板以外に堆積し、その厚さは例えば１週間で１００〜２００ｍｍ程度となり、この無効蒸着物を定期的（通常１週間に１度）に除去する必要がある。
上記３つの理由により従来の連続真空蒸着装置では数日〜２週間以上の長期間の連続運転が事実上できなかった。▲４▼また、これらのうち、いずれかの原因で不都合が生じると、交換や保守のため運転を１日程度中断する必要があり、生産性が極めて悪化する問題点があった。▲５▼更に、従来の連続真空蒸着装置のように１ケ所で蒸着させると、成膜速度（時間当たりの成膜膜厚）が大きくなり過ぎ、膜質が悪化する問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、長期間連続運転が可能な連続真空蒸着装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の真空チャンバー内にそれぞれ加熱装置とルツボを内蔵した互いに独立した複数の蒸着ステーションからなり、単一の走行基板が前記複数の真空チャンバー内を順次通過するように配置され、各蒸着ステーションのルツボは同一の蒸着材料を収容しており、かつ各蒸着ステーションの加熱装置は走行基板の同一面に蒸着材料を蒸着させるように配置され、前記各真空チャンバーは、走行基板が走行する本体部分と蒸着材料を蒸発させる蒸着部分とからなり、各蒸着ステーションはそれぞれ、他の蒸着ステーションに影響を与えることなく本体部分と蒸着部分とを真空遮断する真空遮断装置を備え、該真空遮断装置は、前記本体部分に取付けられかつ蒸着流が通過する矩形の開口を有するシール座と、該シール座の下面に密着するシールパッキンを備えたシャッタ板と、該シャッタ板をシール座に押付ける押付け装置と、前記開口を閉鎖する位置と開放する位置との間で前記シャッタ板を前記走行基板の走行方向に対して直行方向に移動させる移動装置と、前記開口の各辺に沿って設けられ該各辺に沿う回転軸を有し前記シャッタ板が前記開口を開放する位置にあるときに前記回転軸を中心に回転駆動されて前記シール座の下面に位置し蒸着時に該シール座の下面に蒸発流が付着するのを防止する複数の防着カバーとを有し、該複数の防着カバーは、隣接する防着カバーの一方が他方の端部を覆うことにより、相互に干渉しないように設けられている、ことを特徴とする連続真空蒸着装置。ことを特徴とする連続真空蒸着装置が提供される。
【００１１】
【作用】
上記本発明の構成によれば、本発明の連続真空蒸着装置 が互いに独立した複数の蒸着ステーションからなり、各真空チャンバーが本体部分と蒸着部分とから構成され、かつそれぞれの蒸着ステーションが本体部分と蒸着部分とを真空遮断する真空遮断装置を備え、真空遮断装置は、前記本体部分に取付けられかつ蒸着流が通過する矩形の開口を有するシール座と、該シール座の下面に密着するシールパッキンを備えたシャッタ板と、該シャッタ板をシール座に押付ける押付け装置と、開口を閉鎖する位置と開放する位置との間でシャッタ板を走行基板の走行方向に対して直行方向に移動させる移動装置と、開口の各辺に沿って設けられ該各辺に沿う回転軸を有しシャッタ板が開口を開放する位置にあるときに回転軸を中心に回転駆動されてシール座の下面に位置し蒸着時に該シール座の下面に蒸発流が付着するのを防止する複数の防着カバーとを有し、複数の防着カバーは、隣接する防着カバーの一方が他方の端部を覆うことにより、相互に干渉しないように設けられているので、（１）真空遮断装置により真空チャンバーの本体部分を蒸着部分から真空遮断することにより、加熱装置，ルツボ等の保守・点検或いは無効蒸着物の除去，等を、その他の蒸着ステーションによる真空蒸着を継続したまま、各蒸着ステーションについて順次行うことができる。また、（２）なんらかの原因である蒸着ステーションに不都合が生じても、真空遮断装置によりその蒸着ステーションの本体部分だけを蒸着部分から真空遮断することにより、その他の蒸着ステーションの運転をそのまま継続することができる。更に、（３）単一の走行基板が複数の真空チャンバー内を順次通過するように配置され、各ルツボが同一の蒸着材料を収容し、各加熱装置は走行基板の同一面に蒸着材料を蒸着させるように配置されているので、全体として大きい成膜速度を維持したまま各蒸着ステーションにおける成膜速度が小さくなり、良好な膜質を維持することができる。しかも、（４）回転駆動される複数の防着カバーにより蒸着時にシール面に蒸発流が付着しないようになっているので、シャッタ閉鎖時には真空チャンバーの本体部分を蒸着部分から確実に真空遮断することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明による連続真空蒸着装置の全体構成図である。この図において、本発明の連続真空蒸着装置は、複数の真空チャンバー内にそれぞれ加熱装置とルツボを内蔵した互いに独立した複数の蒸着ステーション２２（２２−１、２２−２、２２−３、．．．２２−ｎ、ｎは２以上の整数）からなる。また、単一の走行基板８が複数の真空チャンバー内を順次通過するように配置され、各蒸着ステーション２２のルツボは同一の蒸着材料を収容している。更に、各蒸着ステーションの加熱装置は走行基板８の同一面に蒸着材料を蒸着させるように配置されている。
【００１３】
各真空チャンバーは、走行基板８が走行する本体部分１と蒸着材料を蒸発させる蒸着部分２（２−１、２−２、２−３、．．．２−ｎ）とからなる。更に、各蒸着ステーション２２はそれぞれ、他の蒸着ステーションに影響を与えることなく本体部分１と蒸着部分２とを真空遮断する真空遮断装置３０を備えている。
【００１４】
図１において、各蒸着ステーション２２には独立してルツボ及び加熱装置が設けられている。この図における加熱装置は、電子銃であるが、本発明はこれに限定されず、例えば抵抗加熱装置、誘導加熱装置、等であってもよい。なお、以下の説明では、本発明の効果が最もでる電子銃による加熱について説明する。
【００１５】
複数の蒸着ステーション２２は、真空遮断装置３０により少なくとも１つの蒸着ステーション２２の本体部分１が蒸着部分２から真空遮断されている場合に、走行基板８に所望の成膜速度で蒸着できる十分な蒸着能力を有するように設定されている。すなわち、蒸着ステーション２２は少なくとも２台であり、好ましくは３台以上、例えば必要な電子銃出力が３００ＫＷの場合、従来では３００ＫＷ電子銃×１台だが、本発明の例では１００ＫＷ電子銃×４台を設けるのが良い（図１のｎ＝４）。
【００１６】
これにより、常時１００ＫＷ×３台で必要量をまかなうことができ、残り１台は休止することができる。すなわち、蒸着ステーション４ケ所のうち、不特定の３ケ所のみを稼働し、残り１ケ所を休止することができる。
【００１７】
図２〜図５は、１つの蒸着ステーション２２の作動を示す構成図であり、図２は真空遮断するためにシャッタ板（後述する）が待機位置よりルツボ上に移動しているところを示す図であり、図３は、シャッタ板がルツボ上に来て押付け装置によりシャッタ板を押し上げ本体部分１と蒸着部分２を真空的に遮断したところを示す図であり、図４は、通常の蒸着時にシャッタ板が待機しているところを示す図であり、図５は図４のＡ−Ａ線における断面図である。
【００１８】
図２〜図５において、ルツボ３に蒸着材料４を入れ、電子銃５より電子ビーム６を蒸着材料４に照射して蒸発させ、発生した蒸発流１０を走行基板８に蒸着させるようになっている。また、走行基板８はガイドローラ７を介して真空チャンバー内を連続的に走行する。すなわち、単一の走行基板８が複数の真空チャンバー内を順次通過するように配置されている。
【００１９】
これらの図において、真空遮断装置３０は、真空チャンバーの本体部分１に取付けられかつ蒸発流１０が通過する開口を有するシール座１１と、該シール座１１に密着するシールパッキン１５を備えたシャッタ板１４と、該シャッタ板１４をシール座１１に押付ける押付け装置２０と、前記開口を閉鎖する閉鎖位置と開放する待機位置との間をシャッタ板１４を移動させる移動装置３２と、からなる。
【００２０】
シール座１１は本体部分１の開口部に取り付けられ、その下面はシールパッキン１５が当たるシール面となっている。また、このシール面に蒸発流１０の一部が付着しないよう、防着カバー１２により、蒸着時は防御されるようになっている。防着カバー１２は回転中心軸１３を中心として回転できる。回転するとシール座１１の下面から防着カバー１２が外れる位置にくる。防着カバー１２は図５に示すようにシール座１１の各辺に沿って４ケ所に設けられている。
【００２１】
図５において、走行基板８の走行方向にある防着カバー１２ａは、走行基板８の走行方向に対し直角方向にある防着カバー１２ｂと干渉しないように、防着カバー１２ｂを防着カバー１２ａが覆うように設けてある。また、防着カバー１２ａ、１２ｂの回転中心軸１３も相互に干渉しないように、取付高さをずらしてある。更に、防着カバー１２は回転中心軸１３に取付けられており、回転中心軸１３を中心として回転する。回転中心軸１３は真空シール２５で真空シールされ、外部の図示しないアクチュエータにより駆動される。
【００２２】
図２、図５に示すように、シャッタ板１４は移動装置３２により走行基板８の走行方向に直角方向に移動可能に設けられている。移動装置３２は、車輪１７、レール１８、サポート１９等からなり、シャッタ板１４はサポート１９に取付られたレール１８上を車輪１７により移動する。車輪１７はシャッタ板１４のアーム１６に取付けられ、シャッタ板１４の上面には周辺に沿ってシールパッキン１５が埋め込まれている。
【００２３】
また、図３に示すように、シャッタ板１４はルツボ３の真上に来た後、押付け装置２０により押し上げることにより、シールパッキン１５がシール座１１面に当たり、真空的に真空チャンバーの本体部分１と遮断される。押付け装置２０は、例えば液圧シリンダ、電動シリンダ等がよい。
更に図４、図５に示すように、真空蒸着の操業時はシャッタ板１４は待機位置に引き込まれており、蒸着に支障がないようになっている。シャッタ板１４の移動はロッド２３が前後に移動することにより行われる。真空シール２４はロッド２３の真空シールである。
【００２４】
蒸着ステーション２２の大気開放は、真空排気９を止め、大気充圧弁２６より大気を充圧することにより行われる。この時、シャッタ板１４は大気圧によりシール座１１に押付けられるため、通常、押付け装置２０による押し上げをやめても、シャッタ板１４の自重により落下することはない。従って様々な保守・点検作業は蒸着ステーション２２を大気開放してこの状態で行うことができる。
【００２５】
上述した構成により、▲１▼所要電子銃容量が３００ＫＷの場合、例えば図６に示す操業パターン（横軸時間、縦軸各ステーションの運転） のように、合計１００ＫＷ×４台の電子銃を用い、４ケ所の蒸着ステーションを用い、常時３台を運転することにより、長期間（例えば１ケ月以上）の連続運転が可能となる、▲２▼４ケ所のうち１ケ所の蒸着ステーションは運転を停止しても影響がなく、停止している時に、カソードの交換、ルツボの保守・交換、無効蒸着物の除去作業が余裕をもってできる、▲３▼また、この間は停止している蒸着ステーションは、本体の真空チャンバーに対し真空的に遮断されているため、この蒸着ステーションを大気充圧しても、本体の連続運転になんら影響を与えない、▲４▼蒸着した膜質はゆっくり成膜するため良質な膜となるため、蒸着ステーションが１ケ所に比べて複数蒸着ステーションの方が成膜速度が小さく、より良質な膜質となる、▲５▼ある蒸着ステーションにおいて、ルツボからの蒸発量分布が何らかの原因で変動しても、複数（ｎケ所）の蒸着ステーションの場合、成膜した膜厚分布への影響が１／ｎの範囲内での変動で済む、等の効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、本発明の構成によれば、本発明の連続真空蒸着装置 が互いに独立した複数の蒸着ステーションからなり、各真空チャンバーが本体部分と蒸着部分とから構成され、かつそれぞれの蒸着ステーションが本体部分と蒸着部分とを真空遮断する真空遮断装置を備えているので、（１）真空遮断装置により真空チャンバーの本体部分を蒸着部分から真空遮断することにより、加熱装置，ルツボ等の保守・点検或いは無効蒸着物の除去，等を、その他の蒸着ステーションによる真空蒸着を継続したまま、各蒸着ステーションについて順次行うことができる。また、（２）なんらかの原因である蒸着ステーションに不都合が生じても、真空遮断装置によりその蒸着ステーションの本体部分だけを蒸着部分から真空遮断することにより、その他の蒸着ステーションの運転をそのまま継続することができる。更に、（３）単一の走行基板が複数の真空チャンバー内を順次通過するように配置され、各ルツボが同一の蒸着材料を収容し、各加熱装置は走行基板の同一面に蒸着材料を蒸着させるように配置されているので、全体として大きい成膜速度を維持したまま各蒸着ステーションにおける成膜速度が小さくなり、良好な膜質を維持することができる。しかも、（４）回転駆動される複数の防着カバーにより蒸着時にシール面に蒸発流が付着しないようになっているので、シャッタ閉鎖時には真空チャンバーの本体部分を蒸着部分から確実に真空遮断することができる。
【００２７】
従って、本発明の連続真空蒸着装置は、長期間連続運転が可能である優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による連続的真空蒸着装置の全体構成図である。
【図２】遮断するためにシャッタ板が待機位置よりルツボ上に移動しているところを示す図である。
【図３】シャッタ板がルツボ上に来て、押付け装置によりシャッタ板を押し上げ、真空チャンバー１と２を真空的に遮断したところを示す図である。
【図４】通常の蒸着時にシャッタ板が待機している状態を示す図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】４ケ所の蒸着ステーションで操業する場合の操業パターンを示す図である。
【図７】従来の連続的真空蒸着装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１ 真空チャンバーの本体部分
２ 真空チャンバーの蒸着部分
３ ルツボ
４ 蒸着材料
５ 電子銃
６ 電子ビーム
７ ガイドローラ
８ 走行基板
９ 真空排気
１０ 蒸発流
１１ シール座
１２ 防着カバー
１３ 回転中心軸
１４ シャッタ板
１５ シールパッキン
１６ アーム
１７ 車軸
１８ レール
１９ サポート
２０ 押付け装置
２１ 防着板
２２ 蒸着ステーション
２３ ロッド
２４ 真空シール
２５ 真空シール
２６ 大気充圧弁
３０ 真空遮断装置
３２ 移動装置
５０ 真空チャンバー

Claims (1)

1. 複数の真空チャンバー内にそれぞれ加熱装置とルツボを内蔵した互いに独立した複数の蒸着ステーションからなり、単一の走行基板が前記複数の真空チャンバー内を順次通過するように配置され、各蒸着ステーションのルツボは同一の蒸着材料を収容しており、かつ各蒸着ステーションの加熱装置は走行基板の同一面に蒸着材料を蒸着させるように配置され、前記各真空チャンバーは、走行基板が走行する本体部分と蒸着材料を蒸発させる蒸着部分とからなり、各蒸着ステーションはそれぞれ、他の蒸着ステーションに影響を与えることなく本体部分と蒸着部分とを真空遮断する真空遮断装置を備え、
   該真空遮断装置は、前記本体部分に取付けられかつ蒸着流が通過する矩形の開口を有するシール座と、該シール座の下面に密着するシールパッキンを備えたシャッタ板と、該シャッタ板をシール座に押付ける押付け装置と、前記開口を閉鎖する位置と開放する位置との間で前記シャッタ板を前記走行基板の走行方向に対して直行方向に移動させる移動装置と、前記開口の各辺に沿って設けられ該各辺に沿う回転軸を有し前記シャッタ板が前記開口を開放する位置にあるときに前記回転軸を中心に回転駆動されて前記シール座の下面に位置し蒸着時に該シール座の下面に蒸発流が付着するのを防止する複数の防着カバーとを有し、
   該複数の防着カバーは、隣接する防着カバーの一方が他方の端部を覆うことにより、相互に干渉しないように設けられている、ことを特徴とする連続真空蒸着装置。

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