JP4181813B2 - 真空蒸着方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空雰囲気で蒸着材料を蒸発させると共に被蒸着体に蒸発物質を蒸着させるようにした真空蒸着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空蒸着装置は、真空チャンバー内に蒸着材料と被蒸着体とを配置し、真空チャンバー内を減圧した状態で、蒸着材料を加熱して蒸発させ、この蒸発させた物質を被蒸着体の表面に堆積させることによって蒸着を行なうようにしたものである。そして蒸発源の蒸着材料から蒸発した物質は蒸発源から法線方向に直進的に放出されるが、放出空間は真空に保たれているため蒸発物質は直進し、蒸発源と対向して配置される被蒸着体の表面に付着して蒸着される。
【０００３】
しかしこのように蒸発物質は蒸発源から法線方向に直進的に放出されるので、被蒸着体へ向かって進行しない蒸発物質が多く、このように被蒸着体へ向かって進行しない蒸発物質は被蒸着体の表面に付着しないものであり、蒸着の歩留まりが低くなると共に被蒸着体の表面への蒸着速度が遅くなるという問題がある。そこで、特開平４−４５２５９号公報や特開平９−２７２７０３号公報などに開示されているように、真空チャンバー内に配置した蒸発源の蒸着材料と被蒸着体が対向する空間を筒状体で囲むと共に筒状体を蒸着材料が再蒸発される温度で加熱し、蒸発源から蒸発した物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に蒸着させるようにした真空蒸着装置が提案されている。
【０００４】
図５はその一例を示すものであり、真空チャンバー１内に上下に開口する筒状体４が配設してあり、筒状体４にはヒーター１６が巻いてあって筒状体５を加熱できるようにしてある。この筒状体４の下端の開口部１７に面して蒸着材料２が配置してあり、ヒーター１８で加熱して蒸着材料２を蒸発させることができるようにしてある。筒状体４の上端の開口部９の上方には被蒸着体３が配置してあり、この開口部９はシャッター１２によって開閉できるようにしてある。
【０００５】
このものにあって、真空チャンバー１内を減圧すると共に蒸着材料２を加熱して蒸発させ、そしてシャッター１２を開くと、蒸着材料２から蒸発した物質が筒状体４内を飛翔して通過し、筒状体４の上端の開口部９を通って被蒸着体３の表面に付着し、被蒸着体３に蒸着材料２の蒸発物質を堆積させて蒸着を行なうことができるものである。そしてこのものでは、蒸着材料２と被蒸着体３が対向する空間が筒状体４で囲まれているので、蒸着材料２から発生する蒸発物質を筒状体４内に囲った状態で、この蒸発物質を筒状体４の内面で反射させながら被蒸着体３の方向へ進ませることができ、蒸着材料２から発生する蒸発物質の多くを被蒸着体３の表面に到達させることができるものであり、被蒸着体３に付着せずに逃げる量を少なくして歩留まり高く蒸着を行なうことができるものである。また筒状体４はヒーター１６で加熱されており、蒸発物質が筒状体４の内面に付着しても再加熱されて再蒸発し、この再蒸発した物質は被蒸着体３に到達して蒸着層を形成するものであり、筒状体４に蒸発物質が堆積して歩留まりが低下することを防ぐことができるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように加熱された筒状体４を用い、この筒状体４の開口部９に被蒸着体３を臨ませるように配置して蒸着を行なうにあたって、被蒸着体３には筒状体４の開口部９から直接作用する熱や、筒状体４からの輻射熱が作用し、被蒸着体３は温度上昇が生じ易い。そしてこのように被蒸着体３の温度が蒸着材料２の蒸発温度や、蒸着材料２の分解温度より高くなると、被蒸着体３への蒸着の歩留まりが大きく低下するおそれがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、蒸着の歩留まりが低下することなく被蒸着体への蒸着を行なうことができる真空蒸着方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る真空蒸着方法は、真空チャンバー１内に蒸着材料２及び被蒸着体３を配置すると共に蒸着材料２と被蒸着体３との間に蒸着材料２が蒸発される温度で内面が加熱された筒状体４を配置し、蒸着材料２を加熱して蒸発させ、蒸発させた物質を筒状体４内を通して被蒸着体３の表面に到達させることによって、被蒸着体３の表面に蒸着を行なうにあたって、被蒸着体３の蒸着面と反対側の表面に放熱部材５を付設することを特徴とするものである。
また、搬送レール８に沿って被蒸着体３を搬送して被蒸着体３を筒状体４の開口部９に面する位置と開口部９から外れる位置との間で移動させ、筒状体４の開口部９に面する位置に被蒸着体３を位置させたときに蒸着を行なうようにするにあたって、筒状体４の開口部９から外れる位置で被蒸着体３を保持する部分の搬送レール８に冷却機構１０を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項２の発明は、請求項１において、被蒸着体３と放熱部材５の間に可撓性と熱伝導性の高い密着部材６を介在させることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、放熱部材５として被蒸着体３と反対側の面に凹凸７を有するものを用いることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、搬送レール８に被蒸着体３の外側の位置において覆い１１を設けることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、筒状体４の開口部９をシャッター１２で開閉自在にしたことを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、筒状体４の外周を熱反射壁１３で囲うことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明を説明する参考例を示すものであり、真空チャンバー１の側面にはゲートバルブ２２を介して真空ポンプ２３が接続してある。真空チャンバー１内には筒状体４が配置してある。筒状体４は上面が開口部９となった角筒や円筒などで形成されるものであり、その外周にはシーズヒーターなどのヒーター２１を巻いて、筒状体４を加熱することができるようにしてある。この開口部９の上にはシャッター１２が設けてある。シャッター１２は端部の回動軸３２を中心にして水平回動自在にしてあり、シャッター１２を水平回動させることによって、開口部９を開閉することができるようにしてある。
【００１７】
筒状体４にはその底部に形成した一対の開口にそれぞれ坩堝２４，２４がはめ込んで取り付けてあり、坩堝２４に蒸着材料２が充填してある。図１の参考例では、蒸着材料２としてホスト蒸着材料２ａとゲスト蒸着材料２ｂを用い、個別に坩堝２４，２４に充填するようにしてある。坩堝２４には蒸着材料２を加熱するヒーター２５が内蔵してあり、この加熱温度は熱電対などで形成される温度センサー２７で検知することができるようにしてある。また筒状体４の側壁には側面開口部２６が形成してあり、この側面開口部２６内に面するように膜厚計２８が取り付けてある。膜厚計２８は水晶振動子膜厚計などで形成されるものであり、表面に蒸着して付着される膜の膜厚を自動計測することができるものである。図１の実施の形態は、ホスト蒸着材料２ａとゲスト蒸着材料２ｂを同時に蒸発させ、ホスト蒸着材料２ａに微量のゲスト蒸着材料２ｂをドーピングした状態で共蒸着することができるようにしたものであり、膜厚計２８でこのドーピング比率を検出すると共に各坩堝２４，２４のヒーター２５，２５による加熱温度を制御することができるようにしてある。
【００１８】
また、筒状体４の上方にはシャッター１２より上側において搬送レール８が水平に配置して設けてある。搬送レール８は図１（ｂ）（（ａ）を上から見た図）に示すように、筒状体４の一方の側方から筒状体４の近縁を横切って筒状体４の他方の側方へ至る一対のレール体８ａ，８ａから形成してあり、この一対のレール体８ａ，８ａに架け渡して搬送治具３３が設けてある。搬送治具３３はレール体８ａ，８ａの間の位置において蒸着用開口部３４を設けて枠状に形成されるものであり、筒状体４の一方の側方から筒状体４の開口部９の上方を横切って筒状体４の他方の側方へ至る範囲で、搬送レール８に沿ってレール体８ａ，８ａ上を移動させることができるようにしてある。ガラス板などで形成される被蒸着体３は、下面を蒸着用開口部３４に臨ませた状態でこの搬送治具３３の上に載置されるものであり、搬送治具３３を筒状体４の側方位置から筒状体４の開口部９の直上位置に移動させたときに蒸着を行なうようにしてある。
【００１９】
そして、被蒸着体３の上面には、図２（ａ）に示すように放熱部材５が載置するなどして付設してある。放熱部材５は被蒸着体３より熱伝導率が高く、また被蒸着体３より熱容量が小さいもので形成されるものである。例えば被蒸着体３がガラス材の場合、ガラス材は熱伝導率が０．７６Ｗ／ｍ・Ｋ、定圧比熱が０．８４Ｊ／ｇ・Ｋであるので、熱伝導率が１６Ｗ／ｍ・Ｋ、定圧比熱が０．４６Ｊ／ｇ・Ｋのステンレス鋼や、熱伝導率が３８６Ｗ／ｍ・Ｋ、定圧比熱が０．３８Ｊ／ｇ・Ｋの銅など、金属で放熱部材５を形成することができるものである。
【００２０】
このとき、被蒸着体３の表面に放熱部材５を密着させて伝熱効率を高めるために、被蒸着体３と放熱部材５の間に密着部材６を介在させるのが好ましい。この密着部材６としては被蒸着体３や放熱部材５より可撓性が高く、且つ被蒸着体３より熱伝導性が高いものが用いられるものである。このような密着部材６としては、例えば可撓性黒鉛シート（市販品として東洋炭素社製「パーマ・フォイルＰＦ−３８Ｓ」などを例示できる）や、金属粒入り繊維布などを用いることができ、被蒸着体３の上面に密着部材６を載置すると共にこの上に放熱部材５を載置することによって、被蒸着体３に密着部材６を介して放熱部材５を載置することができるものである。また密着部材６として導電性ペーストを用い、放熱部材５の被蒸着体３の側の面に塗布して硬化させ、層構成にして使用するようにしてもよい。
【００２１】
しかして、上記のように形成される真空蒸着装置を用いて、ガラス基板などの被蒸着体３に蒸着材料２を蒸着するにあたっては、まず、筒状体４の上面の開口部９をシャッター１２で閉じた状態で、真空ポンプ２３を作動させて真空チャンバー１内を真空状態に減圧すると共にヒーター２１を発熱させて筒状体４を加熱しておく。筒状体４の加熱温度は、蒸着材料２の蒸発物質が筒状体４の内面に付着しても再度蒸発し、筒状体４の内面に堆積しない温度に設定されるものである。またシャッター１２を閉じた状態で、ヒーター２５を加熱して坩堝２４内の蒸着材料２を蒸発させるようにしてある。
【００２２】
そして、上面に放熱部材５を付設した被蒸着体３を搬送治具３３の上に載置し、シャッター１２を回動して筒状体４の開口部９を開いた後に、搬送治具３３を筒状体４の側方位置から筒状体４の開口部９の直上位置に移動させて、被蒸着体３を開口部９の直上に位置させるものであり、蒸着材料２の蒸発物質は筒状体４内を飛翔した後、開口部９を通過して、被蒸着体３の蒸着用開口部３４内に臨む下面に到達し、蒸着材料２を被蒸着体３の下面に堆積させて蒸着させることができるものである。
【００２３】
ここで、上記のように被蒸着体３を筒状体４の開口部９の直上に位置させると、被蒸着体３に筒状体４の開口部９から熱が直接作用し、また被蒸着体３を筒状体４の側方位置に待機させているときにも筒状体４からの輻射熱が作用し、被蒸着体３は温度上昇が生じ易いが、被蒸着体３の上面には放熱部材５が付設してあるので、この熱は放熱部材５から放熱され、被蒸着体３が高温に加熱されることを防ぐことができる。従って、被蒸着体３の温度が蒸着材料２の蒸発温度や、蒸着材料２の分解温度より高くなることを防いで、被蒸着体３への蒸着の歩留まりが低下することを防止することができるものである。
【００２４】
被蒸着体３の蒸着面と反対側の表面に付設される放熱部材５としては、図２（ａ）のような平板状のものの他、図２（ｂ）のような被蒸着体３と反対側の上面にフィン形状の凹凸７を設けたものを用いることもできる。このように放熱部材５に凹凸７を設けることによって、表面積を大きくして放熱効果を高めることができ、また上方への風の流れをつくって吸収熱を逃すこともでき、被蒸着体３が高温に加熱されることを一層効率良く防ぐことができるものである。
【００２５】
図３は本発明の実施の形態を示すものであり、筒状体４の上方にシャッター１２より上側において搬送レール８が水平に配置して設けてある。搬送レール８は筒状体４の一方の側方から筒状体４の開口部９上を横切って筒状体４の他方の側方へ至るように配置してあり、搬送レール８の開口部９の直上部分には蒸着用開口部３５が形成してある。この搬送レール体８の上面には搬送治具３３が設けてある。搬送治具３３は蒸着用開口部３４を設けて枠状に形成されるものであり、筒状体４の一方の側方から筒状体４の開口部９の上方を横切って筒状体４の他方の側方へ至る範囲で、搬送レール８の上を移動させることができるようにしてある。ガラス板などで形成される被蒸着体３は、下面を蒸着用開口部３４に臨ませた状態でこの搬送治具３３の上に載置されるものであり、搬送治具３３を筒状体４の側方位置から筒状体４の開口部９の直上位置に移動させたときに蒸着を行なうようにしてある。
【００２６】
この搬送レール８にあって、筒状体４の一方の側方や他方の側方に突出している部分は待機ステージ８ａ，８ｂとなるものであり、各待機ステージ８ａ，８ｂの下面には冷却機構１０が設けてある。冷却機構１０は例えば循環水冷管等の水冷ジャケットなどを具備して形成されるものである。また搬送レール８の長手方向の両端、すなわち各待機ステージ８ａ，８ｂの端縁に立ち上がり片３７，３７が立設してあり、立ち上がり片３７，３７の上端間に覆い１１が架け渡して設けてある。この覆い１１は図３（ａ）のように搬送レール８の上面の全面を平行に覆うように配置されるものであり、搬送レール８と覆い１１の間は両側端縁において図３（ｂ）（（ａ）を側面から見た図）のように開口している。その他の構成は図１のものと同じである。
【００２７】
そしてこのものにあって、上面に放熱部材５を付設した被蒸着体３を搬送治具３３の上に載置し、搬送治具３３を待機ステージ８ａ（あるいは８ｂ）から筒状体４の開口部９の直上の蒸着用開口部３５の位置に移動させて、被蒸着体３を開口部９の直上に位置させると、蒸着材料２の蒸発物質は筒状体４の開口部９から蒸着用開口部３５，３４を通して被蒸着体３の下面に到達し、蒸着材料２を被蒸着体３の下面に堆積させて蒸着させることができるものである。
【００２８】
ここで、被蒸着体３は筒状体４の開口部９の直上に位置して蒸着を受けているときだけでなく、搬送レール８の待機ステージ８ａ（あるいは８ｂ）で待機しているときも、筒状体４からの輻射熱で被蒸着体３は加熱作用を受けるおそれがある。そこで、図３の実施の形態では、搬送レール８の待機ステージ８ａ，８ｂに冷却機構１０を設け、待機ステージ８ａ，８ｂで待機している被蒸着体３を冷却機構１０で冷却することができるようにしてあり、被蒸着体３が高温に加熱されることを防ぐようにしてある。また、被蒸着体３を搬送レール８の待機ステージ８ａ，８ｂに待機させているときに、筒状体４の開放状態になっている開口部９から熱が放射されると、この熱が真空チャンバー１の天井面で反射されて被蒸着体３に作用し、被蒸着体３が加熱されるおそれがある。そこで、図３の実施の形態では、搬送レール８を覆うように覆い１１を設け、待機ステージ８ａ，８ｂに待機している被蒸着体３に真空チャンバー１の天井面で反射された熱が作用することを防止し、被蒸着体３が高温に加熱されることを防ぐようにしてある。
【００２９】
図４は本発明の他の実施の形態を示すものであり、筒状体４の側面の外周を全周に亘って熱反射壁１３で囲うようにしてある。熱反射壁１３はステンレス材などで内面側を鏡面状に形成してあり、外面側に断熱材などを設けてある。またこの熱反射壁１３は筒状体４の外面との間に一定厚みの空間を介して囲むようにしてあり、筒状体４が角筒状に形成される場合には相似形の角筒状に、筒状体４が円筒状に形成される場合には相似形の円筒状に形成されるものである。その他の構成は図１や図３のものと同じである。
【００３０】
筒状体４はヒーター２１を設けて加熱されるように形成してあるために、筒状体４は側面などの外面からも放熱しており、この放熱によって被蒸着体３が加熱されるおそれがある。そこで図４の実施の形態では、筒状体４の外周を熱反射壁１３で囲うことによって、筒状体４の側面などの外面から出る熱を熱反射壁１３で反射させ、この熱が真空チャンバー１内で放熱されて被蒸着体３に作用することを防止し、被蒸着体３が高温に加熱されることを防ぐようにしてある。
【００３１】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る真空蒸着方法は、真空チャンバー内に蒸着材料及び被蒸着体を配置すると共に蒸着材料と被蒸着体との間に蒸着材料が蒸発される温度で内面が加熱された筒状体を配置し、蒸着材料を加熱して蒸発させ、蒸発させた物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させることによって、被蒸着体の表面に蒸着を行なうにあたって、被蒸着体の蒸着面と反対側の表面に放熱部材を付設するようにしたので、被蒸着体に筒状体の熱が作用しても、この熱を放熱部材で放熱して被蒸着体が高温に加熱されることを防ぐことができるものであり、被蒸着体の温度が蒸着材料の蒸発温度や分解温度より高くなることを防いで、被蒸着体への蒸着の歩留まりが低下することを防止することができるものである。
また、搬送レールに沿って被蒸着体を搬送して被蒸着体を筒状体の開口部に面する位置と開口部から外れる位置との間で移動させ、筒状体の開口部に面する位置に被蒸着体を位置させたときに蒸着を行なうようにするにあたって、筒状体の開口部から外れる位置で被蒸着体を保持する部分の搬送レールに冷却機構を備えるようにしたので、被蒸着体を筒状体の開口部から外れる位置において搬送レール上に待機させているときに、冷却機構で被蒸着体を冷却することができ、筒状体からの熱で待機中の被蒸着体が高温に加熱されることを防止することができるものである。
【００３２】
また請求項２の発明は、請求項１において、被蒸着体と放熱部材の間に可撓性と熱伝導性の高い密着部材を介在させるようにしたので、被蒸着体の熱を密着部材を介して放熱部材に効率高く伝熱して放熱することができ、被蒸着体の熱の放熱効果を高く得ることができるものである。
【００３３】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、放熱部材として被蒸着体と反対側の面に凹凸を有するものを用いるようにしたので、放熱部材の表面積を大きくして放熱効果を高めることができ、被蒸着体が加熱されることを防止する効果を高く得ることができるものである。
【００３５】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、搬送レールに被蒸着体の外側の位置において覆いを設けるようにしたので、筒状体からの熱が真空チャンバーで反射されて搬送レール上の被蒸着体に作用することを、覆いによって防ぐことができるものであり、被蒸着体が高温に加熱されることを防止できるものである。
【００３６】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、筒状体の開口部をシャッターで開閉自在にしたので、蒸着を行なわないときには筒状体の開口部をシャッターで閉じることができ、筒状体の開口部から放射される熱で被蒸着体が加熱されることを防ぐことができるものである。
【００３７】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、筒状体の外周を熱反射壁で囲うようにしたので、筒状体の外面から出る熱を熱反射壁で反射して、この熱が真空チャンバー内に放熱されることを防ぐことができるものであり、この熱で被蒸着体が高温に加熱されることを防ぐことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を説明するための参考例を示すものであり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は一部の平面図である。
【図２】 被蒸着体と放熱部材の実施の形態を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ正面図である。
【図３】 本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は一部の側面断面図である。
【図４】 本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は一部の正面断面図、（ｂ）は一部の平面図である。
【図５】 従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 真空チャンバー
２ 蒸着材料
３ 被蒸着体
４ 筒状体
５ 放熱部材
６ 密着部材
７ 凹凸
８ 搬送レール
９ 開口部
１０ 冷却機構
１１ 覆い
１２ シャッター
１３ 熱反射壁

Claims (6)

1. 真空チャンバー内に蒸着材料及び被蒸着体を配置すると共に蒸着材料と被蒸着体との間に蒸着材料が蒸発される温度で内面が加熱された筒状体を配置し、蒸着材料を加熱して蒸発させ、蒸発させた物質を筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させることによって、被蒸着体の表面に蒸着を行なうにあたって、被蒸着体の蒸着面と反対側の表面に放熱部材を付設し、被蒸着体を搬送して被蒸着体を筒状体の開口部に面する位置と開口部から外れる位置との間で移動させる搬送レールに、筒状体の開口部から外れる位置で被蒸着体を保持する部分において冷却機構を備え、搬送レールに沿って被蒸着体を搬送して、筒状体の開口部に面する位置に被蒸着体を位置させたときに蒸着を行なうことを特徴とする真空蒸着方法。
2. 被蒸着体と放熱部材の間に可撓性と熱伝導性の高い密着部材を介在させることを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着方法。
3. 放熱部材として被蒸着体と反対側の面に凹凸を有するものを用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空蒸着方法。
4. 搬送レールに被蒸着体の外側の位置において覆いを設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空蒸着方法。
5. 筒状体の開口部をシャッターで開閉自在にしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の真空蒸着方法。
6. 筒状体の外周を熱反射壁で囲うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の真空蒸着方法。

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