JPH0625849A - 真空蒸着における膜厚制御方法 - Google Patents

真空蒸着における膜厚制御方法

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JPH0625849A
JPH0625849A JP20186992A JP20186992A JPH0625849A JP H0625849 A JPH0625849 A JP H0625849A JP 20186992 A JP20186992 A JP 20186992A JP 20186992 A JP20186992 A JP 20186992A JP H0625849 A JPH0625849 A JP H0625849A
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Mitsuru Takai
充 高井
Koji Kobayashi
康二 小林
Shunichi Yamanaka
俊一 山中
Toshiyuki Otsuka
俊幸 大塚
Masashi Higo
政志 比護
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 真空蒸着における膜厚を一定に制御するこ
と。 【構成】 るつぼに収容した金属または合金を電子ビー
ムで溶融させ、一定速度で供給されている基体フィルム
に、前記溶融した金属または合金から蒸発した金属蒸気
を蒸着させ、得られた蒸着金属の厚さtを間欠的または
連続的に測定し、その値を設定厚さt0 と比較して誤差
Δt=t−t0 を算出し、その値をフィードバック率5
0%以下で負帰還して電子ビームのエネルギーを制御し
目標範囲に蒸着膜厚を規制することを特徴とする、真空
蒸着における膜厚制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属の蒸着に関し、さら
に詳しくは蒸着膜厚の自動制御に関する。
【0002】
【従来の技術】真空室内において、電子銃から電子ビー
ムを発生させ、これをレンズにより絞ってスポットと
し、るつぼ内に収容された蒸発すべき金属に衝突させて
溶融これを溶融させ、溶融した高温度金属から金属蒸気
を蒸発させて基体に蒸着させる方法が行われている。こ
のような技術は特公平3−41897号、特公平3−3
8340号、特開昭59−178626、特開平3−1
26823号等に記載されている。
【0003】このような電子銃を使用する真空蒸着装置
では、電子銃から出た高エネルギー電子ビームをるつぼ
に向けて直進させる。るつぼは通常基体の幅方向に細長
く延びた長方形をしており、電子ビームはるつぼの金属
表面をほぼ均一に加熱する目的で偏向磁界または電界の
作用下にるつぼの長さ方向に走査される。例えば、斜め
配向型の蒸着金属磁気記録媒体を製造する場合には、C
oまたはCo合金金属を高純度マグネシア(MgO)製
のるつぼ(ボート)に収容し、電子銃から最大30kV
程度の加速電圧で電子ビームをるつぼに向けて直進させ
て金属に衝突させる。その際に、電子ビームをるつぼの
長さ方向に(場合により更に幅方向にも)走査させて金
属を均一に加熱する(特公平3−38340号)。
【0004】上記の従来の蒸着方法では、蒸着金属の基
体への十分な接着強度が確保できず、十分な耐久性のあ
る蒸着膜を提供できない。その原因は、電子ビームの電
力を約120〜150kW(30kVで4〜5A程度)
以上にすると、溶融金属表面から金属蒸気と共に飛び出
す電子と電子銃からの電子が互いに反発して電子の収束
ができず、実効電力を約100kW以上には出来ず、蒸
気速度を十分に向上させることができなかったからであ
る。なおここに実効電力とは蒸発速度が電子銃の電力に
依存して変化する範囲の電力である(例えば、100〜
150kW加えても蒸発速度が変化しない場合、最大実
効電力は100kWである)。ある。
【0005】電子銃の実効電力は、電子銃が放出する電
子ビームの軸線を前記長方形るつぼの中心と前記開口の
中心を結ぶ軸線とをほぼ直角に交差して配置し、前記電
子ビームを磁界によりほぼ直角に偏向して前記るつぼ内
に結像させるとことにより大幅に増大できることがわか
った。
【0006】このような装置は、より具体的には、蒸発
すべき金属を収容する細長い長方形るつぼ、前記るつぼ
内に指向する電子ビームを発生させるための電子銃、前
記るつぼに対向して設けられた回転ドラム、前記回転ド
ラムの面に沿ってプラスチック基体を送るための供給及
び巻取り手段、前記回転ドラムの面に沿って設けられ一
部が前記るつぼに対向した開口を有するマスク、及び前
記マスクを開閉するためのシャッタ部材よりなる真空蒸
着装置において実現できる。このような蒸着装置は、例
えばCoまたはCo合金をポリエステル(PET等)に
斜め蒸着して斜めの異方性を有する磁気記録媒体を製造
するのに使用できる。その際に、磁気特性を調整する目
的で蒸着中に酸素、二酸化炭素、窒素、アンモニア、ス
チレン等のガス、特に酸素を導入することが行われてい
る(特公昭3−41897号)。すなわち、ガスはスリ
ット状の出口を有する供給ノズルから放出される。放出
されるガスの流量分布を一定に保持するためにガス供給
源とノズルの間に均圧タンクを使用することもある。
【0007】
【発明が解決使用とする課題】例えばCo及びCo合金
の磁性膜等の様に、蒸着膜の膜厚が変動するとその磁気
特性等の特性が大きく変わる。したがって一旦設定した
蒸着膜の膜厚は変動しない様に極力制御する必要があ
る。蒸着膜の厚さを一定に制御する方法には基体フィル
ムの送り速度の調整、シャッターの開口度の調整、及び
溶融金属の蒸発速度の調整が考えられる。しかし、送り
速度の制御はフィルム走行の安定性が失われるなどの点
で不都合であり、またシャッターの調整は最小入射角が
変動することによって磁気特性が変化してしまう点で不
都合である。したがって蒸発速度を電子ビームを調整す
ることにより変化させて蒸着膜の変動を補正することが
望ましい。
【0008】このような制御にはフィードバックが一般
的である。すなわち、実時間で膜厚を測定して基準値と
比較し、得られた誤差をフィードバックして電子ビーム
の駆動エネルギーを加減する。しかし、このようなフィ
ードバックでは制御に慣性があるので補正の行き過ぎ
(オーバーシュート)を生じ、蒸着膜厚が振動して膜厚
を目標範囲内の設定値に迅速に調整することができな
い。
【0009】したがって、本発明の目的は蒸着厚さの変
動の少ない蒸着膜を提供するための膜厚制御方法を提供
することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、るつぼに収容
した金属または合金を電子ビームで溶融させ、一定速度
で供給されている基体フィルムに、前記溶融した金属ま
たは合金から蒸発した金属蒸気を蒸着させ、得られた蒸
着金属の厚さtを間欠的または連続的に測定し、その値
を設定厚さt0 と比較して誤差信号Δt=t−t0 を算
出し、フィードバック率50%以下で負帰還して目標範
囲に蒸着膜厚を制御することを特徴とする。これによ
り、適度な減衰抵抗が導入されて設定値への迅速な調整
が可能となり、オーバーシュートの問題が解決される。
ただしフィードバック率が20%以下になると、減衰抵
抗が大き過ぎて設定値への修正に時間がかかり過ぎる。
フィードバック率が50%を超えると、オーバーシュー
トが大きくなる。
【0011】別法として、算出した誤差Δtが目標範囲
の30〜70%をはずれた時に負帰還をかける。これに
より、目標範囲から膜厚がはずれるおそれがなくなる。
30〜70%よりも狭い範囲で負帰還をかけるとオーバ
ーシュートが発生する。30〜70%よりも広い範囲で
負帰還をかけると膜厚が目標範囲を外れる。30%未満
では制御が過敏となりオーバーシュートを生じ、70%
を越えるとΔtが大となって制御が遅延しオーバーシュ
ートを生じる。
【0012】更に別法として、算出した誤差Δtの平均
値の負帰還を10〜30秒間隔で行う。この方法による
と、膜厚の瞬間的な変動には不感となり正しい制御が比
較的早く達成される。これより間隔が狭いと、オーバー
シュートが発生する機会が増える。これより間隔が広い
と制御が遅れ目標範囲からはずれることがある。なお、
上記の3つの方法は互いに組み合わせて使用することも
できる。
【0013】
【実施例の説明】以下図面を参照して本発明の実施例を
詳しく説明する。図1は本発明の蒸着装置1を示す。た
だし図示の部分は図示しない真空チャンバーに収容され
ており、所定の排気装置を有するものとする。3は矢印
の方向(またはその逆方向)に回転する回転ドラムで、
蒸着基体を構成するポリエステル等の基体フィルム5が
その周りにかけ通され、繰り出しロール9ら回転ドラム
3の周面を通って巻き取りロール7に巻き取られる。回
転ドラム3に近接して一部が開口したマスク11が設け
てあり、蒸着金属が所定の角度以外ではフィルム5に蒸
着しないようにしている。マスク11の外面(または内
面)に沿ってシャッタ13が設けてあり、蒸着の初期及
び終期に矢印の方向にスライドしてマスク11の開口を
遮蔽することにより不要な蒸着を防止する。マスク11
の開口の寸法は、回転ドラム3の軸線方向にはフィルム
5上に所定の蒸着幅が得られるように、回転ドラムの周
方向にはフィルム上に所定の蒸着角度θが得られるよう
に選択する。酸素等のガスを導入するためにガス供給ノ
ズル25をシャッタの13とマスク11の間に配置す
る。
【0014】マスク11の開口に対向して高純度マグネ
シア(MgO)製等のるつぼ15が配置され、その内部
に蒸着すべき原料金属17が装入されている。るつぼ1
5は必要な蒸着幅を得るのに十分なだけ回転ドラム3の
軸線方向に細長く伸びている。回転ドラムの面に沿って
移動する基体フィルムの幅Wは好ましくはるつぼを走査
する電子ビームの走査長lに対して上に述べた関係を有
するようにし、これにより蒸着膜の厚さを基体幅方向に
一定にすることができる。るつぼ15は所定の蒸着角度
θ(マスクの開口内の位置により若干変動する)が得ら
れるように配置される。るつぼ15に装入した原料金属
17は電子銃19から放出される電子ビーム21により
加熱される。本発明ででは電子銃19の電子ビーム21
の放出方向はるつぼ15とマスク11の開口を結ぶ線に
対してほぼ90度をなす方向に電子ビーム21を放出す
る。この電子ビームは図示しない適当なコンデンサレン
ズ、収束レンズ、及び偏向コイルによる磁界23の作用
により約90度曲げられると同時に小スポット状に収束
されて原料金属17に衝突する。実験によると、図1の
鎖線位置に配置された従来の直進型電子銃19’に比較
して、大幅な電力増大が達成できることが分かった。
【0015】最小入射角度θmin は用途により最適角度
は異なるが、特に磁気記録媒体としてCo、またはCo
−Ni合金をポリエチレンテレフタレート等のポリエス
テル等の基体フィルムに斜め蒸着して、磁化容易方向を
基体に対して斜めにとしたい場合には、最小入射角θmi
n を10°〜60°、好ましくは20°〜50°とす
る。Co合金としては特公平3−41897号等に記載
されたものがある。
【0016】図1の装置の具体的な動作例を挙げると次
の通りである。平均の最小入射角θmin を30度、るつ
ぼの液面と回転ドラム3の蒸着面の平均距離を約300
mm、マスクの開口幅を500mmとし、真空チャンバ
ーを1×10-5Torrに排気し、厚さ7μmのポリエ
チレンテレフタレートフィルム(PET)を100〜2
50m/minで走行させ、Co−Ni合金(80:2
0)のペレットをるつぼ15に間欠供給しながら、電子
銃19の駆動電力40kV×(3〜5A)=120〜2
00kWで溶融し、蒸着を行う。電子銃電力を一定に保
ちながらフィルム搬送速度を調整して蒸着膜厚を約18
00Åとする。また蒸着時にガス供給ノズル25導入す
る酸素主成分のガス料も適宜調整して同等の磁気特性が
得られるように成膜する。
【0017】次に、図2を参照する。蒸着膜の厚さは図
1の光センサ24により、蒸着膜の透過率を用いて測定
する。測定された厚さtは設定厚さt0 と比較して誤差
Δt=t−t0 を算出する。このような計算は例えばサ
ンプリング間隔1秒ごとに行う。その誤差値をそのまま
負帰還すると曲線Aのようにオーバーシュートを生じる
ので、本発明にしたがってフィードバック率50%以下
で負帰還する。負帰還信号は制御器25により電子銃1
9の電流調整または電圧調整することにより電子ビーム
のエネルギーを加減する。こうして、目標範囲に蒸着膜
厚を規制することができる。フィードバック率50%以
下ではオーバーシュートが抑制されて図2の曲線Bのよ
うな制御が得られる。なお、フィードバック率20%以
下では例えば、上に挙げた具体的な蒸着条件において、
目標範囲は1800ű7%であり、フィードバック率
50%では、オーバーシュートは生じなかった。
【0018】図3を参照する。この例では、誤差Δt=
t−t0 は目標範囲の30〜70%を外れた時に誤差Δ
tを負帰還して電子ビームのエネルギーを制御する。こ
の方法によると、前例に比して目標範囲を越えるおそれ
は実質的になくなる。例えば、上に挙げた具体的な蒸着
条件において、目標範囲は1800ű7%であり、±
2.1%をはずれた瞬間に負帰還をかけると常に目標範
囲に維持できた。また、フィードバック率50%では、
オーバーシュートは生じなかった。
【0019】図4を参照する。この例では、誤差Δtの
負帰還は10〜30秒ごとに行い、電子ビームのエネル
ギーを制御する。例えばサンプリングを1秒ごとに行い
誤差をただちに負帰還したのでは、測定誤差によるオー
バーシュートが生じる場合があるので、例えば所定数の
サンプル値を平均し、設定値とこの平均値の平均誤差を
算出し、これを負帰還して制御に使用する。この例によ
ると、オーバーシュートは回避でき、より安定な制御が
可能となる。例えば、上に挙げた具体的な蒸着条件にお
いて、目標範囲は1800ű7%であり、例えば10
回のサンプル値を平均し、10秒ごとに設定値と平均値
の平均誤差を算出し、負帰還をかけて電子銃の電力を調
整したところ、オーバーシュートを生じなかった。な
お、±2.1%をはずれない場合には負帰還をかけなく
て良い。また、フィードバック率50%以下にしても良
い。
【0020】以上について、具体的な例を表1に挙げ
る。なお、判定の項目で二重丸は安定が非常に高いも
の、丸は安定度が良く支障のないもの、三角は発生がた
まにあり望ましくないもの、×印は安定性が良くないも
のである。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明はフィルム基体を
一定速度で供給しながら、膜厚の変動を抑制する優れた
方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法が適用される真空蒸着装置の概略
図である。
【図2】本発明の実施例による蒸着膜厚の制御を示す図
である。
【図3】本発明による他の実施例の蒸着膜厚の制御を示
す図である。
【図4】本発明による更に他の実施例の蒸着膜厚の制御
を示す図である。
【符号の説明】
1 蒸着装置 3 回転ドラム 5 基体フィルム 7 巻き取りロール 9 繰り出しロール 11 マスク 13 シャッタ 15 るつぼ 17 原料金属 19 電子銃 21 電子ビーム 23 偏向磁界 25 制御装置 27 膜厚センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 俊幸 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティー ディーケイ株式会社内 (72)発明者 比護 政志 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティー ディーケイ株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 るつぼに収容した金属または合金を電子
    ビームで溶融させ、一定速度で供給されている基体フィ
    ルムに、前記溶融した金属または合金から蒸発した金属
    蒸気を蒸着させ、得られた蒸着金属の厚さtを間欠的ま
    たは連続的に測定し、その値を設定厚さt0 と比較して
    誤差Δt=t−t0 を算出し、その値をフィードバック
    率50%以下で負帰還して電子ビームのエネルギーを制
    御し目標範囲に蒸着膜厚を規制することを特徴とする、
    真空蒸着における膜厚制御方法。
  2. 【請求項2】 るつぼに収容した金属または合金を電子
    ビームで溶融させ、一定速度で供給されている基体フィ
    ルムに、前記溶融した金属または合金から蒸発した金属
    蒸気を蒸着させ、得られた蒸着金属の厚さtを間欠的ま
    たは連続的に測定し、その値を設定厚さt0 と比較して
    誤差Δt=t−t0 を算出し、算出した誤差Δtが目標
    範囲の30〜70%を外れた時に誤差Δtを負帰還して
    電子ビームのエネルギーを制御することすることを特徴
    とする真空蒸着における膜厚制御方法。
  3. 【請求項3】 るつぼに収容した金属または合金を電子
    ビームで溶融させ、一定速度で供給されている基体フィ
    ルムに、前記溶融した金属または合金から蒸発した金属
    蒸気を前記基体フィルムに蒸着させ、得られた蒸着金属
    の厚さtを間欠的または連続的に測定し、その値を設定
    厚さt0 と比較して誤差Δt=t−t0を算出し、その
    平均値を10〜30秒ごとに負帰還して電子ビームのエ
    ネルギーを制御し目標範囲に蒸着膜厚を規制することを
    特徴とする、真空蒸着における膜厚制御方法。
  4. 【請求項4】 負帰還を誤差Δtが目標範囲の30〜7
    0%を外れた時に行う請求項1または3に記載の真空蒸
    着における膜厚制御方法。
  5. 【請求項5】 誤差の平均値を算出し、その負帰還を1
    0〜30秒ごとに行う請求項1または2に記載の真空蒸
    着における膜厚制御方法。
  6. 【請求項6】 負帰還をフィードバック率50%以下で
    行う請求項2または3に記載の真空蒸着における膜厚制
    御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006116587A (ja) * 2004-10-25 2006-05-11 Nissan Motor Co Ltd 微細凹部加工方法及び微細凹部加工装置
JP2007305718A (ja) * 2006-05-10 2007-11-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 金属化フィルムの製造装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006116587A (ja) * 2004-10-25 2006-05-11 Nissan Motor Co Ltd 微細凹部加工方法及び微細凹部加工装置
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