JPH01108363A - 蒸着材料の塊状体の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、真空中のルツボ内にめっき用の蒸着材料を
入れて、その蒸着材料を溶解手段によって溶解し、かつ
その溶解部を連続的にずらしつつ、蒸着材料を逐次溶着
させて連続する塊状体を製造する蒸発材料の塊状体の製
造方法、およびその方法を実施するための製造装置に関
する。

［従来の技術］ この種の蒸発材料の塊状体は、イオンブレーティング装
置や真空蒸着装置などの蒸着めっき装置における蒸発源
に使用されている。

まず、蒸発源を備えた蒸着めっき装置として、イオンブ
レーティング装置の構成例を第１０図により説明する。

チャンバｌ内には、真空状態のところに、例えば、窒素
や炭素等の反応ガス２が供給される。この反応ガス２に
は、放電を生じさせるためのアルゴン等の不活性ガスが
混合されている。

チャンバｌ内の底部には、蒸着材料３を所定の蒸気圧（
１０””−１０−’Ｔｏｒｒ）が得られるまで、温度で
いえば、融点よりも少し高い温度まで加熱して蒸発させ
、蒸発物質４にするための蒸発源５が設けである。

蒸発源５は、電子ビーム６を利用した、いわゆる電子ビ
ーム蒸発源であり、水冷されたルツボ７に蒸着材料３を
入れ、これに電子ビーム６を直接光てて加熱し、蒸発物
質４を得ている。

チャンバ１の側壁には、ルツボ７より電位が高い直流数
１！電極板８が設けである。

該直流放電電極板８は、モリブデン（Ｍｏ　）、タンタ
ル（Ｔａ　）　、タングステン（Ｗ）等で形成され、蒸
発源５から熱電子（ｅつ９を放出させて、前記反応ガス
２や、蒸発物質４に衝突させ、該反応ガス２や蒸発物質
４をイオン化し、あるいは励起するものである。

チャンバｌ内の上方には、めっきされる被蒸着基板１０
が配置されている。被蒸着基板ｌＯは、ルツボ７より電
位が低く、ヒータ１１によって加熱されるようになって
いる。

なお、蒸発源５と被蒸着基板ＩＯとの間には、開閉可能
なシャッタ１２が設けられている。また、ルツボ７と直
流放電電極板８との間、およびルツボ７と被蒸着基板Ｉ
Ｏとの間の各々に、直流電源１３．１４が接続されてい
る。また、図中、１５は真空排気である。

以上の構成において、電子ビーム６によって加熱された
蒸着材料３は、蒸発物質４となってチャンバｌ内に蒸発
する。このとき、蒸発源５から直流放電電極板８へ向け
て放出される熱電子（ｅ−）９が、蒸発物質４に衝突し
て、電子を弾き出し、正イオン化する。また、反応ガス
２も同様に熱電子９の衝突により正イオン化する。

これら正イオン化された蒸発物質４と反応ガス２は、電
位の低い被蒸着基板ｌＯに引かれて衝突する。そして、
蒸発物質４と反応ガス２が化合して蒸着膜を形成する。

このように、イオンブレーティング装置は、蒸発物質４
をイオン化するので、被蒸着基板！０に確実に付着し、
長期間使用しても剥離しない強固なめっきが得られる。

ところで、このようなイオンブレーティング装置におい
ては、蒸着面積が小さくて操業時間が例えば１〜２時間
程度と短い場合は、蒸着材料３が小さく、ルツボ７は単
に定位置に固定するだけでよかった。つまり、電子ビー
ム６が当たって蒸着材料３が溶解する蒸発位置は一定で
よかった。しかし、蒸着面積が大きくて操業時間が例え
ば１０時間以上と長い場合は、蒸着材料３を大きくし、
そして時間の経過とともに蒸着材料３の蒸発位置を連続
的にずらす必要が５ある。

蒸着材料３の蒸発位置をずらす方法としては、第１１図
および第１２図に表すように、ルツボ７を回転させる方
法が一般的である。

すなわち、ドーナツ状の塊状体に形成した蒸着材料３　
（通称「ルツボまんじゅう」）をルツボ７に載せ、そし
て操業中に、軸線０を中心としてルツボ７を繰り返し回
転させることにより、電子ビーム６の当たる位置、つま
り蒸発する溶解部Ａの位置を連続的にずらすようになっ
ている。したがって、溶解部Ａの位置は、蒸着材料３の
形状に沿うリング状の軌跡を描くようにしてずれていく
。そして、その軌跡はルツボ７の繰り返しの回転によっ
て順次重なっていき、蒸着材料３は除々に消費されてい
く。

従来より、ドーナツ状の塊状体の蒸着材料３をつくる場
合は、まずルツボ７に蒸着材料３の素材をリング状に入
れて、チャンバー１内を真空とし、そしてルツボ７を回
転させつつ電子ビーム６を当てて、蒸着材料３の素材を
順次溶着させている。

ただし、塊状体の製造時における電子ビーム６の強さは
、実際のめっき操業時よりも強い。したがって、めっき
操業時の方が蒸着材料３を溶解する深さが浅い。また、
めっき操業時は、水平方向の溶解範囲も同一か狭くする
のが普通である。

チャンバー１内にてドーナツ状の蒸着材料３の塊状体を
製造する具体的な方法としては、第３図および第４図に
表すような第１の製造方法と、第５図および第６図に表
すような第２の製造方法がある。

前者の第１の製造方法は、蒸着材料３の素材の追加と、
溶解を何回も繰り返す方法である。すなわち、まず第３
図（ａ）のようにルツボ７に蒸着材料３の素材３ａを入
れてからチャンバー１内を真空とし、モしてルツボ７を
回転させつつ電子ビーム６を当てて素材３ａを溶解して
、ドー九ツ状の蒸着材料３の第１層目をつくる。その後
、チャンバー１内の真空を破って一旦大気圧としてから
、同図（ｂ）のようにルツボ７に素材３ａを追加し、そ
してチャンバー１内を再び真空としてから、ルツボ７を
回転させつつ電子ビーム６を当てて素材３ａを溶解して
、ドーナツ−の蒸着材料３の第２層目をつくる。以降、
同様の作業を繰り返して、最終的には同図（、ｃ　）の
ように最上層の蒸着材料３をつくって完成する。このよ
うにして完成した蒸着材料３の塊状体は、第４図に表す
ように、その底面が平坦となってルツボ７の上面に均一
に接触することになる。

一方、後者の第２の製造方法は、少ない溶解回数によっ
て強引に蒸着材料３の塊状体をつくる方法である。すな
わち、第５図に表すようにルツボ７に蒸着材料３の素材
３ａを全量入れて、チャンバー１内を真空とし、モして
ルツボ７を回転させつつ電子ビーム６を当てて素材３ａ
をルング状に１回だけ溶解させて、蒸着材料３の塊状体
を製造する。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述した蒸着材料３の塊状体の製造方法の内、第！の製
造方法の場合は、素材３ａを追加する都度、チャンバー
１内の真空を破って大気圧に戻さなければならないため
、製造時間が長くかかるという問題がある。

一方、第２の製造方法の場合は、製造時間は短いものの
、第６図に表すように下側の素材３ａが完全に溶けない
ことがあり、そのために次のような問題を生じる。

■未溶解の部分が残って、蒸着材料３の塊状体の下面が
平坦とならない。そして、ルツボ７の上面に当たらない
部分、または当たりが少ない部分は、実際のめっき操業
に際して、ルツボ７からの冷却が不充分となって溶解時
に過熱することになる。

この結果、イオン化電流が増えて異常放電を発生し、操
業が不安定となる。

■また、実際のめっき操業に際して、蒸着材料３の塊状
体の過熱によって、通常よりも広い範囲にわたって溶解
した溶解部Ａが塊状体の端部から底面の隙間に入り込ん
だり、第７図および第８図に表すように下部にまで達す
ることがある。下部にまで達した溶解部Ａは、第８図に
表すように冷却固化して蒸着材料３の魂状体自体を持ち
上げ、塊状体の底面とルツボ７との間の隙間を広げて、
過熱を一層助長することになる。

このように第２の製造方法によって製造した蒸着材料３
の塊状体の場合は、実際のめっき操業に際して、イオン
化電流が不安定となり、被蒸着基板ＩＯに均一で良好な
膜を生成することができない。

したがって、均一で良好な膜を生成する上からは、非効
率で製造時間がかかるという欠点はあるものの、第１の
製造方法を採用して、内部に空洞のない蒸着材料３の塊
状体をつくることが好ましい。

また、蒸着材料３の塊状体を製造する他の方法としては
、第９図に表すように、蒸着材料３の素材３ａを溶解さ
せつつ、逐次、素材３ａをシュート２０から投入して供
給する方法が考えられる。

この場合、投入される素材３ａは、例えば１辺２０１１
ｆｆ１１厚さ２Ｉｌｌａ程度のチップ材となる。それは
、蒸着材料３の塊状体の作り方としては蒸着材料のイン
ゴットから削り出したものが理想的ではあるものの、そ
の場合にはコストが極めて高くなって、現実的ではない
からである。しかし、チップ材の素材３ａを供給した場
合には、第９図に表すように、ルツボ７の縁部や、中心
部などの電子ビーム６が当たらない部分に投入したり、
また充填効率が悪かったりするため、結局は採用できな
い。

この発明は、このような事情を考慮してなされた乙ので
あり、内部に空洞がなくて、均一な形状の蒸着材料の塊
状体を効率良く、短時間で製造することができる蒸着材
料の塊状体の製造方法および装置を提供することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ 本願第１の発明の蒸着材料の塊状体の製造方法は、 真空中のルツボ内にめっき用の蒸着材料を入れて、その
蒸着材料を溶解手段によって溶解し、かつその溶解部を
連続的にずらしつつ、蒸着材料を逐次溶着させて連続す
る塊状体を製造する蒸発材料の塊状体の製造方法におい
て、 ルツボ内にて所定の軌跡を繰り返して描くように蒸着材
料の溶解部を連続的にずらしつつ、その溶解部のずれの
軌跡上でかつ現時点の溶解部から離れた位置に、粒状の
蒸着材料を供給することを特徴とする。

本願第２の発明の蒸着材料の塊状体の製造装置は、 真空中のルツボ内にめっき用の蒸着材料を入れて、その
蒸着材料を溶解手段によって溶解し、かつその溶解部を
連続的にずらしつつ、蒸着材料を逐次溶着させて連続す
る塊状体を製造する蒸発材料の塊状体の製造装置におい
て、 蒸着材料の溶解部がリング状の軌跡を繰り返し描いて連
続的にずれろように、溶解手段に対してルツボを相対的
に回転させる回転手段と、粒状の蒸着材料を貯蔵するホ
ッパーと、このホッパー内の粒状の蒸着材料を定潰ずつ
、前記溶解部の軌跡上でかつ現時点の溶解部から離れた
位置に供給する供給手段を備えたことを特徴とする。

［作用コ この発明は、蒸着材料の塊状体を製造するに際して、粒
状の蒸着材料を所定量ずつ投入しつつ、連続的に溶解す
ることにより、内部に空洞部がなく、長平方向における
断面積および形状が一定の塊状体を効率良く製造し、実
際のめっき操業に際して、膜の生成条件を一定に保って
均一で良好な膜をつくることを可能とする。

［実施例１ 以下、第１．第２の発明の一実施例を第１図および第２
図に基づいて説明する。なお、図中において、前述した
従来例と同様の部分には同一符号を付してその説明を省
略する。

まず、第２の発明の製造装置の構成について説明する。

本実施例の装置は、前述した従来例の場合と同様に、イ
オンブレーティング装置のルツボ７の上にて蒸着材料３
の塊状体を製造するための装置の一例である。

図において、２１は蒸着材料３の塊状体の素材となる粒
状蒸着材料であり、貯蔵ホッパー２２内に貯蔵されてい
る。粒状蒸着材料２１は、粒状である以外はその形状は
特定されず、例えば球、四角などの粒状であって乙よい
。貯蔵ホッパー２２の下端には、粒状蒸着材料２１を切
り出して排出する切り出し装置２３が備えられており、
切り出された粒状蒸着材料２Ｉは、投入シュート２４内
を滑ってルツボ７上に投入される。

粒状蒸着材料２Ｉの投入位置は、ルツボ７の回転にとも
なってずれる蒸着材料３の溶解部Ａの軌跡上、つまりド
ーナツ状の蒸着材料３に沿うリング状の軌跡上であって
、かつ現時点の溶解部Ａを避けた位置となっている。本
実施例の場合は、現時点の溶解部Ａの位置、つまり電子
ビーム６の照射位置から、ルツボ７の回転方向に１８０
゛ずれた位置が粒状蒸着材料２１の投入位置となってい
る。また、投入シュート２４は、第２図中の矢印方向に
角度が調整できるようになっており、これにより投入角
度可変式となっている。

次に、このような製造装置の作用とともに、第１の発明
の製造方法について説明する。

実際に蒸着材料３の塊状体を製造するに際しては、まず
チャンバー！内を真空状態とし、そしてルツボ７を回転
させ、かつ粉状蒸着材料２１をルツボ７上に連続的に投
入しつつ、電子ビーム６を当てて粒状蒸着材料２１を溶
解させる。粒状蒸着材料２Ｉの投入量は、電子ビーム６
によって充分に溶解される程度の量であり、切り出し装
置２３によって調整される。そして、ルツボ７が所定回
数回転する間に、ルツボ７上にて次第に蒸着材料３の塊
状体が生成される。ところで、溶解が進行して蒸着材料
３の塊状体が厚くなるにしたがい、粒状蒸着材料２１の
投入位置がずれてくることになる。そこで、投入シュー
ト２４の傾斜を調整して、投入位置を一定に保つ。

ところで、投入される粒状蒸着材料２Ｉは、それ自体が
粒状であるため、ルツボ７の上に一定の形を成すように
落ちる。しかも、粒、状蒸着材料２１の投入量は充分に
溶解される量であるため、ドーナツ状の蒸着材料３の塊
状体の断面積および形状は、その長手方向において一定
となる。これらの結果、内部に空洞がなく、底面が平坦
でルツボ７との間に隙間を生じない均一形状の蒸着材料
３の塊状体を製造できる。しかも、チャンバー１内を真
空状態に維持したまま製造するため、チャンバー１内を
繰り返し真空にしたり、大気圧にしたりする場合に比し
て、短時間での製造が可能となる。

このようにして製造した蒸着材料３の塊状体は、ルツボ
７との間に隙間を生じないため、実際のめっき操業に際
しては、ルツボ７からの冷却が一様となり、溶解が安定
して、イオン化電流が安定する。

この結果、非蒸着基板１０（第１Ｏ図参照）への膜の生
成が安定し、均一で良好な膜をつくることができる。

また、めっき操業の途中において、蒸着材料３の塊状体
の量が減った場合には、再び粒状蒸着材料２１を供給し
て、塊状体を大きくすることも可能である。また、何等
かの原因で塊状体の一部に凹部ができた場合には、その
凹部のみに粒状蒸着材料２１を補充することによって、
周方向における塊状体の形状を同断面積、同形状に維持
することが可能である。

［効果］ 以上説明したように、この発明は、蒸着材料の塊状体を
製造するに際して、粒状の蒸着材料を供給しつつ連続的
に溶解するから、粒状の蒸着材料を安定した形となるよ
うに所定量ずつ投入することができる。したがって、内
部に空洞部がなく、長手方向における断面積および形状
が一定の塊状体を製造することができる。このようにし
て製造した塊状体は、実際のめっき操業に際しては、膜
の生成条件を一定に保って均一で良好な膜をつくること
になる。

また、真空状態を維持したまま、連続的に粒状の蒸着材
料を供給して塊状体を製造するから、蒸着材料を供給す
る都度、大気圧に戻す操作を繰り返す製造方法に比して
、製造時間を大幅に短縮して、製造効率を上げることが
できる。

また、めっき操業中において、粒状の蒸着材料を補給し
て溶解させることにより、塊状体が消費された分だけ、
速やかに補給して、より安定しためっき操業をすること
もできる。

また、塊状体の一部に凹部ができた場合には、その凹部
にのみに粒状の蒸着材料を供給して溶解することにより
、塊状体の形状を一定形状に保こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例を説明するた
めの図であり、第１図は要部の平面図、第２図は第１図
の■−■線に沿う断面図である。 第３図ないし第６図は第１の従来例を説明するための図
であり、第３図（ａ　）　、（ｂ　）　、（ｃ　）は蒸
着材料の塊状体の製造過程の説明図、第４図は第３図の
ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 第５図ないし第８図は第２の従来例を説明するための図
であり、第５図は蒸着材料の塊状体の製造過程の説明図
、第６図は第５図のＶＩ−ＶＩ線に沿う拡大断面図、第
７図はめっき操業中における塊状体の溶解情況の説明図
、第８図は第７図の■−■線に沿う断面図である。 第９図は第３の従来例を説明するための要部の断面図で
ある。 第１θ図は一般的なイオンブレーティング装置の概略構
成図である。 第１１図および第１２図は蒸着材料を回転させつつ蒸発
させるイオンブレーティング装置における蒸発源の説明
図であり、第１！図は蒸発源の平面図、第１２図は第１
１図の■−■線に沿う断面図である。 ｌ・・・・・・チャンバー、　　２・・・・・・反応ガ
ス、３・・・・・・蒸着材料、　４・・・・・・蒸発物
質、５・・・・・・蒸発源、　　６・・・・・・電子ビ
ーム、７・・・・・・ルツボ、　　８・・・・・・直流
数Ｎ電極板、９・・・・・・熱電子、　　１０・・・・
・・被蒸着基板、２１・・・・・・粒状蒸着材料（粒状
の蒸着材料）、２２・・・・・・貯蔵ホッパー、 ２３・・・・・・切り出し装置、 ２４・・・・・・投入シュート、　Ａ・・・・・・溶解
部。 第１図 第２図 ｔφＵ 第３図 第４図 第９図 第１０図 鴎 、　　第１２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空中のルツボ内にめっき用の蒸着材料を入れて
   、その蒸着材料を溶解手段によって溶解し、かつその溶
   解部を連続的にずらしつつ、蒸着材料を逐次溶着させて
   連続する塊状体を製造する蒸発材料の塊状体の製造方法
   において、 ルツボ内にて所定の軌跡を繰り返して描くように蒸着材
   料の溶解部を連続的にずらしつつ、その溶解部のずれの
   軌跡上でかつ現時点の溶解部から離れた位置に、粒状の
   蒸着材料を供給することを特徴とする蒸着材料の塊状体
   の製造方法。
2. （２）真空中のルツボ内にめっき用の蒸着材料を入れて
   、その蒸着材料を溶解手段によって溶解し、かつその溶
   解部を連続的にずらしつつ、蒸着材料を逐次溶着させて
   連続する塊状体を製造する蒸発材料の塊状体の製造装置
   において、 蒸着材料の溶解部がリング状の軌跡を繰り返し描いて連
   続的にずれるように、溶解手段に対してルツボを相対的
   に回転させる回転手段と、 粒状の蒸着材料を貯蔵するホッパーと、 このホッパー内の粒状の蒸着材料を定量ずつ、前記溶解
   部の軌跡上でかつ現時点の溶解部から離れた位置に供給
   する供給手段を備えたことを特徴とする蒸着材料の塊状
   体の製造装置。