JP5542610B2 - 真空蒸着装置 - Google Patents
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この場合、蒸着源からの気化物質は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せずに被蒸着体の表面に付着しない気化物質も多く、蒸着源の歩留まりが低くなり、被蒸着体の表面への蒸着速度が遅くなると共に、効率的にピンホール、ボイド等の欠陥が少なく均質な蒸着膜を得ることは困難であった。
また、特許文献2では、蒸発源から被蒸着体への気化物質の移動量を正確に制御することができ、筒状体からの輻射熱に左右されることなく、蒸着速度の制御を容易に行なうことができる真空蒸着装置を開示している。真空チャンバー内に蒸発源と被蒸着体とを配置すると共に蒸発源と被蒸着体の間の空間を蒸発源の物質が気化される温度で加熱された筒状体で囲み、蒸発源から気化した物質を、筒状体内に通して被蒸着体の表面に到達させて蒸着させるようにした真空蒸着装置となっている。蒸発源から気化した物質を開口部を通過させた後に、筒状体内を通して被蒸着体の表面に到達させるようにし、開口部の開口度を調整可能な開閉手段と、蒸発源から気化した物質を蒸着させてその蒸着厚みを計測する蒸着厚み計測手段と、蒸着厚み計測手段で計測される蒸着厚みに応じて開閉手段の開口度を調整する開閉制御手段とを備えている。
特許文献2の装置は、特許文献1の欠点を改良し、蒸発源から気化した物質は開口部を通過した後に筒状体内を通して被蒸着体に到達するものであり、蒸着厚み計測手段で計測された蒸着厚みに応じて、開口部の開口度を調整する開閉手段を開閉制御手段で制御することによって、気化物質が開口部を通過する量を制御することができ、筒状体からの輻射熱に左右されることなく、蒸発源から被蒸着体への気化物質の移動量を蒸着厚みに応じて制御し、蒸着速度の制御を容易に行なうことができるものである。
しかし、筒状体を使用するために、筒状体内を通過後の気化物質の拡散が制限され、蒸着源と被蒸着体との間の距離の調整が難く、更に、気化せずに蒸着源から飛散する少量の溶融金属により蒸着膜や被蒸着体に発生するピンホールやボイド等の欠陥についても解決策が不充分である。
また、坩堝等の加熱装置内での蒸着源の複雑な熱的挙動により引き起こされる蒸着源の気化速度及び濃度の変化についても対応が充分ではなく、効率良く均質な蒸着膜を形成するには無理がある。
この気化速度及び濃度の差異が許される範囲内であり、蒸着運転中に常に一定に持続されていれば良いが、坩堝内の溶融金属に影響を及ぼす挙動(チャンバー内の酸素分圧の変化、蒸着源となる金属の不純物、気化せずに蒸着源から飛散する少量の溶融金属等)により、この差異が許される範囲内を超えて度々変動すると、溶融金属の気化状態が大きく変化して、蒸着膜の均質性が損なわれ、蒸着レートが変動して生産効率も低下する。
これを避ける為には、前記金属円筒状体の上部に連続して同一材質の金属円錐筒状体を設けて、飛散された溶融金属の小粒を完全に捕捉し、再加熱して気化された状態として金属円錐筒状体と被蒸着体の間の空間に放出してやる必要があり、飛散された溶融金属の小粒を円錐筒状体にて完全に捕捉する為には、その溶融金属と濡れ性の良い材質にて金属円錐筒状体を作製することが重要となる。
これにより、蒸着源となる金属の気化の速度及び濃度のバランスが崩れずに、効率良く均質で欠陥のない金属蒸着膜を被蒸着体上に形成することができる。
Lが0.03D未満であると、円錐筒状体と被蒸着体の間の空間の距離が長くなり、気化した物質が気化状態を保てなくなって蒸着膜厚の均質性が低下し、飛散された溶融金属の小粒を円錐筒状体にて捕捉する機能も低下する。
Lが0.5Dを超えると、効果が飽和するばかりでなく、円錐筒状体が大きくなり、設備的なコストが増す。
円錐角度θが30°未満でも、円錐角度θが75°を超えても、飛散された溶融金属の小粒を完全に捕捉し気化する機能が低下する。
蒸着源の金属が、銀、アルミニウム、錫、銅からなるグループから選択された一種であり、金属円筒状体及び金属円錐筒状体の材質が、クロム、モリブデン、タングステンからなるグループから選択された一種の金属であると、金属円筒状体及び金属円錐筒状体と蒸発源の金属との濡れ性が最大限に発揮され、短時間で効率良く、均質で欠陥のない金属蒸着膜を被蒸着体上に形成できる。
図1は本発明の真空蒸着装置1の一実施形態を示す概略図であり、真空チャンバー2は真空ポンプ22で排気することによって真空状態に減圧することができるようにしてある。この真空チャンバー2内の下部には、高周波誘導加熱装置3のコイル4にて加熱される蒸着源5が入れられた円形坩堝6と、円形坩堝6の内周面に外接して設置された金属円筒状体7とが設置される。金属円筒状体7の長さは、円形坩堝の開口部8から円形坩堝の底部9にまで達しない長さである。蒸着が施される被蒸着体10は、空間13を介して金属筒状体7の上方に配置される。図示されていない供給ロールより供給される被蒸着体10は、被蒸着体10の幅方向に設置された回転冷却ロール12上を移動しながら金属蒸着膜11を形成し、図示されていない巻取りロールより巻取られる。
蒸着源5は金属であれば特に限定はされないが、銀、アルミニウム、錫或いは銅であることが特に好ましい。金属筒状体7の材質は特に限定されないが、蒸着源5が銀、アルミニウム、錫或いは銅である場合は、これらの金属との濡れ性が良好なクロム、モリブデン或いはタングステンであることが好ましく、モリブデンであることが最も好ましい。被蒸着体10は特に限定されないが、適当な材質と厚みを有するプラスチックフィルムを使用することが好ましい。
次に、真空ポンプ22を作動させて真空チャンバー2内を真空状態に減圧し、コイル4を発熱させて円形坩堝6内の蒸着源5を加熱すると、蒸着源5は溶融及び蒸発して気化する。蒸着源5から発生するこの気化物質は、気化速度及び濃度の差異が良好な金属蒸着膜を形成する為の許容範囲内であり、運転中に一定に持続されれば良いが、円形坩堝6内の蒸着源5に影響を及ぼす挙動(チャンバー内の酸素分圧の変化、蒸着源となる金属の不純物、気化せずに蒸着源から飛散する少量の溶融金属等)により、この差異が許容範囲を超えて変動した場合には、気化状態が大きく変化し、蒸着膜11の形成が不安定となって均質性が低下し欠陥も増える。
この悪影響を緩和し、溶融金属の気化速度及び濃度のバランスを壊れない様にする為には、円形坩堝6内の蒸着源(溶融金属)5と濡れ性の良い金属円筒状体7を、円形坩堝6の内周面に外接して坩堝の開口部8から円形坩堝の底9にまで達しない長さに設置し、常に溶融金属の気化している界面14を金属筒状体7と接するようすれば良い。
金属円筒状体7により、気化の速度及び濃度のバランスが一定に保たれた気化物質は、金属円筒状体から空間13に均質に放出され、被蒸着体10に到達して金属蒸着膜11となり、均質で欠陥のない金属蒸着フィルム15が連続的に効率良く形成される。
図2は本発明の真空蒸着装置41の一実施形態を示す概略図であり、真空チャンバー42は真空ポンプ32で排気することによって真空状態に減圧することができるようにしてある。この真空チャンバー42内の下部には、高周波誘導加熱装置23のコイル24にて加熱される蒸着源25が入れられた円形坩堝26と、円形坩堝26の内周面に外接して設置された金属円筒状体27とが設置される。金属円筒状体27の長さは、円形坩堝の開口部34から円形坩堝26の底部29にまで達しないない長さである。金属円筒状体27の上端部には連続して金属円筒状体27と同材質にて一体成形された金属円錐筒状体28が設けられ、金属円錐筒状体28は高周波誘導加熱装置23のコイル24にて加熱される。金属円錐筒状体28の加熱温度は、蒸着源25から気化した物質が金属円錐筒状体28に付着しても再度蒸発等して気化し、且つ分解されない温度に設定される。
蒸着が施される被蒸着体30は、空間33を介して金属円錐筒状体28の上方に配置される。図示されていない供給ロールより供給される被蒸着体30は、被蒸着体30の幅方向に設置された回転冷却ロール32上を移動しながら金属蒸着膜31を形成し、図示されていない巻取りロールより巻取られる。
蒸着源25は金属であれば特に限定はされないが、銀、アルミニウム、錫或いは銅であることが特に好ましい。金属円筒状体27及び金属円錐筒状体28の材質は特に限定されないが、蒸着源5が銀、アルミニウム、錫或いは銅である場合は、これらの金属との濡れ性が良好なクロム、モリブデン或いはタングステンであることが好ましく、モリブデンであることが最も好ましい。被蒸着体30は特に限定されないが、適当な材質と厚みを有するプラスチックフィルムを使用することが好ましい。
円形坩堝26の開口部34と被蒸着体30との距離をDとしたとき、金属円錐筒状体28の斜面の長さLが0.03D〜0.5Dであり、金属円錐筒状体28の円錐角度θは30°〜75°に設定される。
Dは真空チャンバー42、円形坩堝26の内径、高周波誘導加熱装置23、蒸着源25から気化する物質の種類等の条件に応じて適切に選定されるが、Dが小さ過ぎると、円形坩堝26の開口部34より飛散された溶融金属の小粒36により被蒸着体30の表面にピンホールが発生し易くなり、Dが大き過ぎると、気化した物質が完全に被蒸着体30の表面に到達されない危険性が生じる。
Lが0.03D未満であると、金属円錐筒状体28の上端35と被蒸着体30の間の空間33の距離が長くなり、気化した物質が気化状態を保てなくなって金属蒸着膜31の膜厚の均質性が低下し、飛散された溶融金属の小粒36を金属円錐筒状体28にて捕捉する機能も低下する。
Lが0.5Dを超えると、効果が飽和するばかりでなく、金属円錐筒状体28が大きくなり、設備的なコストが増す。
円錐角度θが30°未満でも、円錐角度θが75°を超えても、飛散された溶融金属の小粒36を完全に捕捉し気化する機能が低下する。円錐角度θとは、金属円錐筒状体28の上端35の半径方向に対する内周の斜面の傾き角度をいう。
この悪影響を緩和し、溶融金属の気化速度及び濃度のバランスを壊れない様にする為には、円形坩堝26内の蒸着源(溶融金属)25と濡れ性の良い金属円筒状体27を、円形坩堝26の内周面に外接して坩堝の開口部34から円形坩堝の底部29にまで達しない長さに設置し、常に溶融金属の気化している界面38を金属筒状体27と接するようにすれば良い。金属円筒状体27により、気化の速度及び濃度のバランスが一定に保たれた気化物質は、金属円筒状体27から金属円錐筒状体28を通して、被蒸着体30の間の空間33に円錐状の広がりを持って均質に放出され、被蒸着体30の幅方向に広がりながら表面に到達して金属蒸着膜31となり、欠陥のない均質な金属蒸着フィルム39が連続的に効率良く形成される。
また、坩堝26の開口部34より蒸着源25から飛散し蒸着膜31にピンホールを形成する少量の溶融金属小粒36は、金属円錐筒状体28に捕捉され、再加熱されて気化状態として被蒸着体の間の空間33に放出されるので、蒸着膜31のピンホールは皆無となる。
蒸着膜厚は、4点計測法による膜抵抗測定器により表面抵抗値を測定し、その値を膜厚換算して求めた。
蒸着膜厚の測定箇所は、蒸着膜の1000mm、2000mm、3000mm、4000mmの中心点とその上下40mmの地点の計12箇所である。
ピンホールの有無は、試料フィルムの裏側から紫外光をあて、10倍の拡大鏡にて目視観察し、紫外光が透過して見える部分をピンホールとした。ピンホールが皆無であったものを◎、ピンホールが10個以内のものを○、ピンホールが10個以上のものを×とした。
比較例として、モリブデン製の円筒状体を使用しない場合と、モリブデン製の円筒状体を黒鉛円形坩堝底に着けた場合の同様な測定結果を示す。
蒸着膜厚は、4点計測法による膜抵抗測定器により表面抵抗値を測定し、その値を膜厚換算して求めた。
蒸着膜厚の測定箇所は、蒸着膜の1000mm、2000mm、3000mm、4000mmの中心点とその上下60mmの地点の計12箇所である。
ピンホールの有無は、試料フィルムの裏側から紫外光をあて、10倍の拡大鏡にて目視観察し、紫外光が透過して見える部分をピンホールとした。ピンホールが皆無であったものを◎、ピンホールが10個以内のものを○、ピンホールが10個以上のものを×とした。
2 真空チャンバー
3 高周波誘導加熱装置
4 コイル
5 蒸着源
6 円形坩堝
7 金属円筒状体
8 坩堝開口部
9 坩堝底部
10 被蒸着体
11 金属蒸着膜
12 回転冷却ロール
13 空間
14 溶融金属の気化している界面
15 金属蒸着フィルム
22 真空ポンプ
23 高周波誘導加熱装置
24 コイル
25 蒸着源
26 円形坩堝
27 金属円筒状体
28 金属円錐筒状体
29 坩堝底部
30 被蒸着体
31 金属蒸着膜
32 回転冷却ロール
33 空間
34 坩堝開口部
35 金属円錐筒状体上端
36 溶融金属の小粒
38 溶融金属の気化している界面
39 金属蒸着フィルム
41 真空蒸着装置
42 真空チャンバー
Claims (2)
- 真空チャンバー内に蒸着される金属を含有する円形坩堝と被蒸着体とを配置し、円形坩
堝から気化した金属を被蒸着体の表面に蒸着させるようにした真空蒸着装置において、円
形坩堝の開口部から当該円形坩堝の底部にまで達しない長さを有する当該円形坩堝の内周
面に外接した金属円筒状体を設け、当該金属円筒状体の上部に連続して当該金属円筒状体と同材質にて一体成形された当該円形坩堝より気化した金属が気化状態を保つ温度に加熱された金属円錐筒状体を設け、当該気化した金属が当該金属円錐筒状体を通過した後に、被蒸着体の間の空間に放出されて当該被蒸着体の表面に蒸着され、当該坩堝の開口部と当該被蒸着体との距離をDとしたとき、当該円錐筒状体の内斜面の長さLが0.03D〜0.5Dであり、当該円錐筒状体の円錐角度θが30°〜75°であることを特徴とする真空蒸着装置。 - 当該蒸着される金属が銀、アルミニウム、錫、銅からなるグループから選択された一種
であり、当該金属円筒状体及び金属円錐筒状体の材質がクロム、モリブデン、タングステ
ンからなるグループから選択された一種の金属であることを特徴とする請求項1に記載の真空蒸着装置。
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