JP4912599B2 - Deposition method - Google Patents
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Description
本発明は成膜技術に関し、特に、特定の成膜材料を用いて基板上に柱状結晶を成長させる技術に関する。 The present invention relates to a film forming technique, and more particularly to a technique for growing columnar crystals on a substrate using a specific film forming material.
従来より、放射線を吸収蓄積し、発光する蛍光体膜の成膜には蒸着法が用いられている。CsIやCsBrのようなハロゲン化Csを蛍光体膜の成膜材料に用いる場合には、柱状結晶で蛍光体膜を構成することが好ましい。 Conventionally, a vapor deposition method has been used to form a phosphor film that absorbs and accumulates radiation and emits light. When halogenated Cs such as CsI or CsBr is used as a material for forming the phosphor film, it is preferable to form the phosphor film with columnar crystals.
従来技術の成膜装置では、基板と蒸着源との間の距離を大きくして、柱状結晶を成長させていた。
しかしながら、基板と蒸着源との間の距離を大きいと蒸着効率が悪く、また近年基板の大型化に伴い、蒸着源と基板との間の距離も大きくなり、その結果、成膜装置が大型化するという問題があった。
However, if the distance between the substrate and the vapor deposition source is large, the vapor deposition efficiency is poor, and with the recent increase in size of the substrate, the distance between the vapor deposition source and the substrate also increases. There was a problem to do.
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、装置の大型化せずに、基板に対して概ね垂直に配置され、均一形状の柱状結晶膜を成膜可能にするものである。 The present invention was created in order to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and the object of the present invention is to arrange a columnar crystal film having a uniform shape that is arranged substantially perpendicular to the substrate without increasing the size of the apparatus. It is what makes the membrane possible.
本発明者等が鋭意検討を行った結果、本発明者等は、蒸気粒子の入射角度を20°以下にすれば、柱状結晶が基板表面に対して垂直に、かつ均一な形状で成長することを見出した。 As a result of intensive studies by the present inventors, the present inventors have found that if the incident angle of vapor particles is set to 20 ° or less, columnar crystals grow perpendicularly to the substrate surface and in a uniform shape. I found.
係る知見に基づいてなされた請求項1記載の発明は、蒸着源から真空雰囲気中に成膜材料の蒸気粒子を放出し、前記真空雰囲気に配置された基板の表面に前記蒸気粒子を到達させ、前記基板の表面に前記成膜材料の薄膜を形成する成膜方法であって、前記成膜材料として、CsIとCsBrのいずれか一方又は両方を用い、前記蒸気粒子が前記基板の表面に入射する方向と、前記基板表面の法線との成す角度を入射角度とすると、基板中心とは異なる位置を回転中心として前記基板を水平面内で回転させながら、前記蒸気粒子の放出を行い、前記入射角度が20°を超えて前記基板方向に飛行する前記蒸気粒子を、遮蔽部材に付着させると共に、前記回転中心が含まれる範囲の前記基板表面に前記蒸気粒子を到達させ、前記成膜材料の柱状結晶を前記基板表面に対して略垂直に成長させ、前記柱状結晶からなる薄膜を形成する成膜方法である。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の成膜方法であって、前記蒸気粒子を、前記基板の回転中心を含む成膜範囲に到達させる成膜方法である。
Invention of
A second aspect of the present invention is the film forming method according to the first aspect, wherein the vapor particles reach a film forming range including a rotation center of the substrate.
本発明は上記のように構成されており、遮蔽部材は入射角度を20°を超える蒸気粒子を遮蔽するので、基板表面には入射角度が20°以下の蒸気粒子が入射し、成膜材料の柱状結晶が基板表面に対して垂直に成長する。このように、本発明では基板と蒸着源との距離を大きくしなくても、入射角度を制限することで柱状結晶の膜を成膜可能なので、成膜装置が大型化しない。 The present invention is configured as described above, and the shielding member shields vapor particles having an incident angle of more than 20 °. Therefore, vapor particles having an incident angle of 20 ° or less are incident on the substrate surface. Columnar crystals grow perpendicular to the substrate surface. As described above, in the present invention, since the columnar crystal film can be formed by limiting the incident angle without increasing the distance between the substrate and the evaporation source, the film forming apparatus does not increase in size.
尚、本発明で蒸気粒子とは、成膜材料が気化して発生した成膜材料の粒子のことであり、具体的には成膜材料の分子、成膜材料の原子、成膜材料の分子集団、または成膜材料の原子集団のことである。 In the present invention, the vapor particles are particles of the film forming material generated by vaporization of the film forming material. Specifically, the molecules of the film forming material, the atoms of the film forming material, and the molecules of the film forming material. A group or an atomic group of film forming materials.
本発明によれば、成膜装置を大型化しなくても、柱状結晶の膜を成膜可能であり、成膜装置の製造コストが安くなる。さらに、基板に対して概ね垂直で、均一な形状の柱状結晶の膜を成膜することができる。 According to the present invention, a columnar crystal film can be formed without increasing the size of the film forming apparatus, and the manufacturing cost of the film forming apparatus is reduced. Further, it is possible to form a columnar crystal film that is substantially perpendicular to the substrate and has a uniform shape.
図1の符号1は本発明に用いる成膜装置の一例を示しており、成膜装置1は真空槽2と、蒸着源20と、基板ホルダ7と、遮蔽部材5とを有している。基板ホルダ7は、真空槽2内部の天井側に配置されている。蒸着源20は容器状であって、真空槽2内部の底壁上に配置されている。
蒸着源20の開口23は真空槽2の天井側に向けられており、その内部には予め成膜材料25が配置され、蒸着源20内で発生した成膜材料25の蒸気粒子は開口23から真空槽2内に放出されるようになっている。
The opening 23 of the
遮蔽部材5は真空槽2内部であって、開口23よりも高く、基板ホルダ7よりも低い位置に配置されており、開口23から放出された蒸気粒子の一部は遮蔽部材5に付着するが、他の一部は遮蔽部材5に付着せず、基板ホルダ7に保持された基板11表面に到達するようになっている。
The
図1の符号Tは、蒸気粒子が基板11に到達する範囲を示しており、成膜範囲Tの中には基板11の縁が含まれるようになっている。
基板11の粒子が入射する表面(成膜面12)の法線Nと、蒸気粒子の入射方向との成す角度を粒子の入射角度とすると、図1の符号θaは基板11の縁における入射角度を示している。
A symbol T in FIG. 1 indicates a range where the vapor particles reach the
Assuming that the angle formed by the normal line N of the surface (deposition surface 12) on which the particles of the
基板11の縁は成膜範囲Tの外周であり、成膜範囲Tの内周側の端部は遮蔽部材5の位置及び形状と、蒸着源20の位置によって定められる。符号θbは成膜範囲Tの内周側の端部における入射角度を示しており、成膜範囲T上の入射角度θxは、最大値がθa又はθbになる。
従って、成膜範囲Tにおける入射角度の最小値をθminとすると、入射角度θxは下記(1)で表される。
The edge of the
Therefore, when the minimum value of the incident angle in the film forming range T is θmin, the incident angle θx is expressed by the following (1).
式(1):θmin≦θx≦θmax(θa,θb)
上記式(1)中、θmaxはθa、θbのうちの大きいの方の値となる。ここでは、成膜範囲Tは開口23の真上位置も含まれ、基板11は水平に保持されるようになっているから、θminは成膜範囲Tの基板11の真上位置であり、その値はゼロである。
Formula (1): θmin ≦ θx ≦ θmax (θa, θb)
In the above formula (1), θmax is the larger value of θa and θb. Here, since the deposition range T includes the position directly above the
本発明では遮蔽部材5と蒸着源20の位置によって、θmax(θa,θb)の大きさが定められている。従って、入射角度θxはθmax(θa,θb)以下になる。後述するようにこの成膜装置1ではθmax(θa,θb)は20°である。
In the present invention, the size of θmax (θa, θb) is determined by the positions of the
基板ホルダ7裏面の中央位置には回転軸8が接続されている。回転軸8の回転軸線Aは鉛直であって、基板11の中心を回転軸線A上に位置させた状態で、基板11を基板ホルダ7に水平配置し、不図示のモータによって回転軸8を回転させると、基板11は基板11中心を中心として水平面内で回転する。
A
図1の符号Aは基板11が回転するときの基板11の回転中心を示している。成膜範囲Tの内周側の端部は、回転中心A上、又は回転中心Aを超えた範囲に位置するようになっているので、開口23から放出された粒子は、基板11の端部から回転中心Aまで、又は基板11の端部から回転中心Aを超えた範囲まで到達する。即ち、基板11の回転中心Aは成膜範囲Tに含まれるから、基板11を回転させながら蒸気粒子の放出を行えば、基板11の全表面に蒸気粒子が到達する。
1 indicates the center of rotation of the
次に、この成膜装置1を用いて蛍光体膜を成膜する工程について説明する。
真空槽2に接続された真空排気系9を動作させ、真空槽2内部に真空雰囲気を形成する。尚、真空槽2内部を真空排気をすると共に、真空槽2内部にArガス、Xeガス等の不活性ガスを導入して、真空雰囲気の圧力を1×10-2Pa以上1×10-1Pa以下に調整してもよい。
Next, a process for forming a phosphor film using the
The
真空雰囲気を維持しながら、真空槽2内部に基板11を搬入し、その基板11を基板ホルダ7に保持させる。予め蒸着源20に収容しておいた成膜材料25を加熱すると成膜材料25が気化し、成膜材料25の蒸気粒子が発生する。
The
成膜材料25は、CsIやCsBrのようなハロゲン化Csを主成分としており、遮蔽部材5は上記式(1)のθmaxが20°になるように配置されている。上記式(1)は、開口23のどの部分から出た蒸気粒子にも当てはまるようになっており、ハロゲン化Csの蒸気粒子の入射角度θxを20°以下にすれば、基板11上には概ね垂直に柱状結晶の膜が成長する。
The
このとき、基板11を回転させながら蒸気粒子の放出を行えば、基板11表面全部に成膜材料の蒸気粒子が到達するので、基板11表面の全部に柱状結晶の薄膜が形成される。
At this time, if the vapor particles are released while rotating the
柱状結晶の膜は、例えば、画像情報読取装置の蛍光体膜に用いることができる。具体的には、柱状結晶膜の表面にX線のような放射線を照射すると、放射線が照射された柱状結晶がその放射線エネルギーの一部を吸収蓄積する。放射線エネルギーが蓄積された柱状結晶膜に、赤外線や可視光などの電磁波を照射すると、放射線エネルギーが蓄積された柱状結晶が発光する。例えば、この様な蛍光体膜を有する基板は、X線撮影のフィルムの代わりに繰り返し使用できる。 The columnar crystal film can be used, for example, as a phosphor film of an image information reading apparatus. Specifically, when the surface of the columnar crystal film is irradiated with radiation such as X-rays, the columnar crystal irradiated with the radiation absorbs and accumulates part of the radiation energy. When the columnar crystal film in which the radiation energy is accumulated is irradiated with electromagnetic waves such as infrared rays and visible light, the columnar crystal in which the radiation energy is accumulated emits light. For example, a substrate having such a phosphor film can be used repeatedly instead of an X-ray film.
基板11の柱状結晶膜が形成された側の面の表面部分には不図示のセンサー部が設けられており、このセンサー部は柱状結晶の底壁から基板11表面に入射する発光光を受光する。
A sensor portion (not shown) is provided on the surface portion of the surface of the
柱状結晶は放射線を蓄積したものしか発光しないので、センサー部が発光した柱状結晶の位置情報や発光強度を電気信号として処理装置に伝え、処理装置がその位置情報と発光強度を処理し、表示装置に放射線の画像情報を表示する。 Since the columnar crystal emits only the radiation that accumulates radiation, the position information and emission intensity of the columnar crystal emitted by the sensor unit are transmitted to the processing device as an electrical signal, and the processing device processes the position information and the emission intensity, and the display device The radiation image information is displayed on the screen.
柱状結晶が基板11表面に対して斜めに成長すると、放射線の入射位置と、センサー部の受光位置がずれるため、位置情報に誤差が生じ、画像情報が不鮮明になるが、本発明によれば、柱状結晶が基板11表面に対して垂直に均一な形状で成長するので、位置情報に誤差が生じず、画像情報が鮮明に表示される。
When the columnar crystal grows obliquely with respect to the surface of the
上記工程で作成された柱状結晶膜を実施例の柱状結晶膜とし、実施例の柱状結晶膜と比較例の柱状結晶膜を走査型電子顕微鏡で観察し、柱状結晶の直径(コラム径)を測定した。また、成膜装置1から遮蔽部材5を取り除き、蒸気粒子の入射角度の制限を行わずに成膜したものを比較例の柱状結晶膜とし、この柱状結晶膜について、上記実施例と同じ方法で観察と、コラム径の測定を行った。
観察された実施例の柱状結晶膜の模式図を図3(a)に、比較例の柱状結晶膜の模式図を図3(b)に示し、測定されたコラム径を図4に示した。
The columnar crystal film created in the above process is used as the columnar crystal film of the example, and the columnar crystal film of the example and the columnar crystal film of the comparative example are observed with a scanning electron microscope, and the diameter (column diameter) of the columnar crystal is measured. did. Further, the shielding
FIG. 3A shows a schematic diagram of the columnar crystal film of the observed example, FIG. 3B shows a schematic diagram of the columnar crystal film of the comparative example, and FIG. 4 shows the measured column diameter.
図3(a)、(b)を比較すると明らかなように、遮蔽部材5で入射角度θxを20°以下に制限した実施例では、基板11表面に対して略垂直方向に成長した柱状結晶15が、基板11表面の全領域で見られた。これに対し、入射角度θxを制限しなかった比較例では、蒸着源20から離れた位置を通過する時に、成膜材料が斜めに入射するため、基板11の端部で柱状結晶が斜めに成長しており、入射角度θxを20°以下に制限することで、柱状結晶を基板11表面に対して垂直に成長することが確認された。
3A and 3B, in the embodiment in which the incident angle θx is limited to 20 ° or less by the shielding
図4の横軸は基板11の回転中心からの距離を示し、縦軸はコラム径を示している。尚、コラム径は柱状結晶の基板11側の面(底壁面)の直径のことである。図4から明らかなように、実施例の柱状結晶膜は、比較例に比べてコラム径が小さく、コラム径のばらつきも殆どなかった。これに対し、比較例はコラム径が大きく、基板の端部側ほどコラム径が大きくなる傾向があった。
The horizontal axis in FIG. 4 indicates the distance from the rotation center of the
コラム径が大きいほど、センサー部が受光する範囲も大きくなるので、画像にぼけが生じやすく、コラム径が異なると、同じ強度のX線が入射した場合であっても、柱状結晶毎に発光強度が異なってしまうので、正確な画像情報が読み取れない。上述したように、本発明により成膜された柱状結晶膜はコラム径が小さく、かつコラム径のばらつきも少ないので、鮮明な画像情報を読取可能な画像情報読取装置を得ることができる。 The larger the column diameter, the larger the range of light received by the sensor unit, so the image is more likely to be blurred. If the column diameter is different, even if X-rays with the same intensity are incident, the emission intensity for each columnar crystal Therefore, accurate image information cannot be read. As described above, since the columnar crystal film formed according to the present invention has a small column diameter and a small variation in the column diameter, an image information reading apparatus capable of reading clear image information can be obtained.
基板11の形状や大きさは特に限定されないが、例えば、一辺の長さが500mm以下の正方形形状の基板を用いることができる。
基板11と蒸着源20の位置関係は、入射角度θxが20°以下になるのであれば、特に限定されないが、一般的には開口23から基板11表面までの高さが300mm以上700mm以下であり、基板11の回転中心から開口23の中心までのX軸方向の距離は、200mm以上350mm以下である。
The shape and size of the
The positional relationship between the
以上は基板11表面に設けられたセンサー部で、柱状結晶の発光光を受光する場合について説明したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基板にセンサー部を設けず、柱状結晶膜上に発光光を受光するセンサーを配置し、電磁波等で柱状結晶膜を発光させて、センサーでその発光光を受光してもよい。
The above is a description of the case where the sensor portion provided on the surface of the
成膜材料に用いるハロゲン化Csの種類も限定されるものではない。ハロゲン化Csは1種類を単独で成膜材料に用いてもよいし、2種類以上を混合して成膜材料に用いてもよい。更に、成膜材料にドーパントや添加剤を添加することもできる。 The type of halogenated Cs used for the film forming material is not limited. One type of halogenated Cs may be used alone as a film forming material, or two or more types may be mixed and used as a film forming material. Further, a dopant or an additive can be added to the film forming material.
また、上述した成膜材料の蒸気粒子の入射角度θxを20°以下に制限できるのであれば、真空槽2内に蒸着源20を2つ以上配置してもよい。また、蒸着源20の開口23の形状や数も特に限定されず、蒸気粒子の入射角度θxを20°以下に制限できるのであれば、開口23を2つ以上設け、2つ以上の開口23から同時に蒸気粒子を放出することもできる。
Further, two or more
更に、上述した成膜材料25が収容された蒸着源20と一緒に、異なる種類の成膜材料が収容された他の蒸着源を、同じ真空槽2内部に配置することも可能である。具体的には、他の蒸着源に柱状結晶膜の副資材、具体的にはTlIのようなハロゲン化Tl、を配置し、主材であるハロゲン化Csの蒸気粒子と一緒に、副資材の蒸気粒子を発生させれば、ハロゲン化Csと副資材とを有する柱状結晶を得ることができる。
Furthermore, it is also possible to arrange another vapor deposition source containing different kinds of film deposition materials in the
副資材の収容された他の蒸着源の、遮蔽部材5や基板11に対する位置関係は特に限定されるものではなく、主材の蒸着源20と同様に、遮蔽部材5で副資材蒸気粒子の一部が遮蔽部材5に付着するように配置してもよいし、副資材の蒸気粒子が遮蔽部材5に付着しないように配置してもよい。また、副資材の添加量が少ない場合には、副資材の蒸気の発生は、主材の蒸気の発生と同時である必要もない。
The positional relationship of the other vapor deposition source in which the secondary material is accommodated with respect to the shielding
遮蔽部材5の配置方法も特に限定されるものではなく、図1に示すように板状の遮蔽部材5を立設してもよいし、図2に示すように板状の遮蔽部材5を水平配置してもよい。また、遮蔽部材5の形状は板状に限定されず、湾曲した形状であってもよい。また、遮蔽部材5に蒸気粒子が通過する貫通孔を設け、入射角度θxが20°以下になる蒸気粒子がその貫通孔を通るようにしてもよい。
The arrangement method of the shielding
以上は、基板11を水平配置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、蒸気粒子の入射角度θxが20°以下に制限できるのであれば、基板11を斜めに配置してもよい。尚、基板11を斜めに配置した時には、入射角度θxは、真上ではなく、基板11の表面に対して垂直方向に入射したときにゼロとなる。
The above is a description of the case where the
基板11の回転中心Aは基板11中心から外れていてもよく、その場合も成膜範囲Tに回転中心が含まれるようにすれば、基板11表面に全て薄膜を形成することができる。
以上は、基板11表面全部に柱状結晶の膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、基板11表面の一部だけに柱状結晶の膜を形成してもよい。
The rotation center A of the
The case where the columnar crystal film is formed on the entire surface of the
1……成膜装置 2……真空槽 5……遮蔽部材 7……基板ホルダ 8……回転軸 11……ターゲット 15……柱状結晶 20……蒸着源 23……開口 25……成膜材料
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記成膜材料として、CsIとCsBrのいずれか一方又は両方を用い、
前記蒸気粒子が前記基板の表面に入射する方向と、前記基板表面の法線との成す角度を入射角度とすると、
基板中心とは異なる位置を回転中心として前記基板を水平面内で回転させながら、前記蒸気粒子の放出を行い、
前記入射角度が20°を超えて前記基板方向に飛行する前記蒸気粒子を、遮蔽部材に付着させると共に、前記回転中心が含まれる範囲の前記基板表面に前記蒸気粒子を到達させ、
前記成膜材料の柱状結晶を前記基板表面に対して略垂直に成長させ、前記柱状結晶からなる薄膜を形成する成膜方法。 The vapor particles of the film forming material are released from the vapor deposition source into the vacuum atmosphere, the vapor particles reach the surface of the substrate disposed in the vacuum atmosphere, and the thin film of the film forming material is formed on the surface of the substrate. A membrane method,
As the film forming material, one or both of CsI and CsBr are used,
When the angle formed between the direction in which the vapor particles are incident on the surface of the substrate and the normal line of the substrate surface is an incident angle,
While rotating the substrate in a horizontal plane with a position different from the substrate center as the rotation center, the vapor particles are released,
Wherein said vapor particles incident angle to fly in the substrate direction beyond 20 °, Rutotomoni adhered to the shielding member, allowed to reach the vapor particles on the substrate surface in a range that includes the rotational center,
A film forming method for growing a columnar crystal of the film forming material substantially perpendicularly to the surface of the substrate to form a thin film made of the columnar crystal.
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