JPH0649630A

JPH0649630A - 真空蒸発材料及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0649630A
Application number: JP20568192A
Authority: JP
Inventors: Nobumasa Nanbu; 信政南部
Original assignee: RAIKU KK
Current assignee: RAIKU KK
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1994-02-22
Anticipated expiration: 2010-02-08
Also published as: JPH0711064B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電子ビーム照射により昇華して蒸発する真空
蒸発材料の形状を改良し、蒸発効率を高める。【構成】石英ブロック２０の蒸発面から底面に向けて
溝２１を縦横に入れ、蒸発面を溝２１によって隔てる。【効果】溝２１によって熱エネルギーが伝導して拡散
することがないので、蒸発面に電子ビームを照射する
と、熱容量が小さくなった角柱片２２ごとに蒸発が行わ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームの照射によ
って昇華して蒸発する真空蒸発材料及びその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】多層干渉薄膜や反射防止膜、さらには光
学フィルタや液晶用ガラスの表面保護膜などの光学薄膜
を形成するには真空蒸着法が用いられる。真空蒸着法に
は抵抗加熱方式と電子ビーム加熱方式とがあるが、抵抗
加熱方式では蒸発材料を加熱する金属スパイラル線やボ
ートが数回の使用により損傷することが多いため、量産
には電子ビーム加熱方式が適している。

【０００３】図５は電子ビーム加熱方式の蒸着装置を概
略的に示したもので、蒸着を行う前に真空槽３内は排気
装置４により高真空状態にされる。真空槽３の内部には
坩堝５が設置され、その中に蒸発材料６が載置されてい
る。電子銃７は集束された電子ビーム７ａを蒸発材料６
の表面に照射し、蒸発材料６を局部的に加熱する。な
お、蒸発材料６を効率的に蒸発させ、さらに蒸発の方向
が偏らないようにするために、回転機構８によって坩堝
５を回転させたり、あるいは電子銃７にビームスキャン
機能をもたせ、電子ビーム７ａを蒸発材料７の表面上で
走査することも行われている。真空槽３内には、さらに
坩堝５に対面するようにドーム９が設けられ、このドー
ム９にはレンズなどの光学部品１０が保持されている。

【０００４】排気装置４で真空槽３内を高真空にした
後、電子銃７を作動させることによって電子ビーム７ａ
が蒸発材料６の表面に照射される。蒸発材料６が電子ビ
ーム７ａによって加熱されると蒸発材料６は分子となっ
て蒸発する。高真空となった真空槽３内では分子の平均
自由行程が長くなっているから、蒸発分子は光学部品１
０の下面に容易に達し、蒸着膜を形成する。なお、符号
１２は光学的膜厚監視装置を表し、ドーム９に保持され
た試料１１の膜厚変化を光電検出して膜厚を監視するた
めのものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した電子ビーム加
熱方式の蒸着装置により、石英（ＳｉＯ₂），アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃），ジルコニア（ＺｒＯ₂）など、種々の
蒸発材料を蒸発させることができるが、中でも石英は低
屈折率物質として干渉薄膜への用途も広く、また物理的
化学的な耐性に富んでいることから各種の保護膜として
も多用されている。従来では、石英の蒸着には顆粒状石
英が蒸発材料として用いられているが、蒸発の方向性に
偏りがないという利点がある反面、単位体積あたりの分
子の蒸発密度が低い。したがって、多層膜形成のために
何度が繰り返して蒸発する場合や、膜厚が厚い蒸着膜を
形成する場合などには、多量の顆粒状石英を収容できる
ように大容積の坩堝を特別に用意しなければならず、さ
らに電子ビームの走査範囲を変更するなど面倒な処理が
必要であった。

【０００６】これを解決するために、顆粒状石英の代わ
りに棒状あるいは板状の石英ブロックを坩堝の大きさに
合わせて切断加工し、石英ブロックに電子ビームを照射
する手法も行われている。この手法によれば、単位体積
あたり充分な蒸発密度を得ることができるが、蒸発の方
向性に偏りが生じやすいという欠点がある。というの
は、石英ブロックは物理的，化学的に完全に等質である
とは言い難く、電子ビームが照射されている全範囲から
均一な蒸発が得にくいからである。

【０００７】図６はこの様子を模式的に表したものであ
るが、図示のように石英ブロック１５の蒸発面１５ａに
電子ビーム７ａを照射したとき、熱エネルギーが図中実
線で示したように石英ブロック１５内に不均一に伝導し
たり蓄積されてしまう。このため、電子ビーム７ａの照
射範囲の中に不均一な温度分布が生じ、蒸発が促進され
る部位と蒸発しにくい部位とが現れてしまい、照射エネ
ルギーに対する単位時間あたりの蒸発量が不安定になる
だけでなく、蒸発の方向性に偏りが生じてしまう。蒸発
の方向性に偏りが生じると膜厚の監視が極めて困難なも
のとなり、正確な膜厚制御が必要な多層干渉薄膜フィル
タでは、設計どおりの分光特性が得られず歩留りの低下
が避けられない。

【０００８】本発明は上記背景を考慮してなされたもの
で、単位体積あたりの蒸発密度が大きく、しかも蒸発の
方向性を安定に保つことができるブロック形態の真空蒸
発材料を提供し、またこの蒸発材料の製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するにあたり、ブロック形態をなす真空蒸発材料の蒸発
面を空間を隔てて複数の領域に区画した。このために
は、棒状あるいは板状にした蒸発材料を蒸発面に向かっ
て林立させてもよいが、ブロック状をした蒸発材料の蒸
着面から厚み方向（底面方向）に向かって溝を形成し、
この溝によって各領域を空間的に隔てることができる。
この区画により隔てられた領域の個数は最低２個である
が、溝を２方向から複数本ずつ形成して上面の区画個数
を増やすのが有利である。このような真空蒸発材料を簡
便に製造するには、真空蒸発材料をブロック状に整形し
た後、所定のピッチ間隔で配列した複数枚の薄刃で前記
ブロックの上面から一定の深さ位置まで切込みを入れれ
ばよい。上記のように電子ビームが照射される上面を溝
で区画しておくと、熱エネルギーの伝導による拡散を防
ぎ、区画された個々の領域の熱容量を小さくすることが
できる。

【００１０】

【実施例】図１は石英ブロックに本発明を適用した場合
の一例を示している。石英ブロック２０は、外径３０ｍ
ｍ、高さが２５ｍｍ程度の円柱形状となっている。な
お、これらの寸法は蒸着装置内の坩堝のサイズによって
適宜設定される。図中、上面が電子ビームが照射される
蒸発面となるが、この蒸発面は縦横に数ｍｍのピッチで
切り込んだ複数本の溝２１によって格子状に区画されて
いる。溝２１は底面から２ｍｍとなる深さ位置まで形成
されており、これにより石英ブロック２０は、根元側で
は一体に連なった数ｍｍ角の角柱片２２を多数本林立さ
せた形状となり、そのまま蒸発材料として用いられる。

【００１１】この蒸発材料の蒸発面に図２に示したよう
に電子ビーム７ａを照射すると、個々の角柱片２２は溝
２１によって区画されているため、電子ビーム７ａの照
射による熱エネルギーは周囲の角柱片に伝導することが
ない。したがって、個々の角柱片２２の蒸発面に照射さ
れた電子ビームの熱エネルギーは、角柱片２２ごとに有
効に利用されるようになる。そして、いずれかの角柱片
２２の一部に不均質な部位があったとしても、電子ビー
ムの照射による熱エネルギーはその角柱片２２の蒸発に
寄与するだけであるから、不均質な部位があってもそれ
に影響されずに蒸発が継続されるようになる。なお、電
子ビーム７ａを複数の角柱片２２に同時に照射すれば広
い蒸発面積が得られ、単位時間あたりの蒸発量を増やす
ことができるが、電子ビーム７ａを一個の角柱片２２に
照射する場合でも、熱エネルギーの伝導拡散がないので
蒸発量を安定に維持することができる。

【００１２】角柱片２２は、その根元部分で一体に連結
されているため、この蒸発材料の取り扱いは簡単で、単
に坩堝の所定位置にセットするだけでよい。また、この
蒸発材料を用い、電子銃のビーム加速電圧を７ｋＶ、エ
ミッション電流を６０ｍＡで蒸発させたところ、１ｎｍ
／ｓｅｃの蒸着レートが得られた。数回の繰り返し実験
を行った結果では、エミッション電流に±５％程度のバ
ラツキが生じたが、溝２１を形成しないままの石英ブロ
ックを蒸発材料に用いた場合にはエミッション電流が９
０ｍＡ〜１５０ｍＡの範囲で変動し、蒸着レートについ
ても同一エミッション電流のもとでも３倍以上のバラツ
キが生じた。

【００１３】なお、石英を蒸発するにあたり、従来の石
英ブロックを収容した坩堝を常時回転させ、しかも電子
ビームの焦点を特別に操作しながら高電力で電子銃を作
動させることによって蒸発の方向性を安定に維持し、か
つ充分な蒸発量を確保することも可能ではあるが、石英
以外の材料を含む多層膜の形成のためには、別仕様の電
子銃をもつ蒸着装置がさらに必要になり、設備費用の増
大や製造行程の複雑化を避けることができない。この
点、溝２１により蒸発面を複数の領域に区画した図１の
蒸発材料を用いれば、現有の蒸着装置をそのまま利用
し、蒸発の方向性に偏りがなく効率的な蒸着を行うこと
ができる。また、溝２１のピッチをさらに細かくし、角
柱片２２ごとの熱容量を小さくして蒸発効率をさらに高
めることもできるが、図３に示したように石英ブロック
２０の蒸発面に一方向だけから溝２１を形成し、壁状の
突出片２４を林立させるようにしてもよい。

【００１４】蒸発面を溝２１で区画した蒸発材料の製造
行程について図４を参照して説明する。まず、外径３０
ｍｍの円柱ロッドとして供給される石英を長さ２５ｍｍ
ごとに切断して石英ブロック２０を作る。この石英ブロ
ック２０を２５個用意し、縦横１５０ｍｍの台盤２５上
に５行５列のマトリクス状に並べ、それぞれ底面を接着
剤あるいは蜜蝋で固定する。しかる後、台盤２５をスラ
イシングマシンの固定台に位置決めしてマグネット等に
より固定する。

【００１５】次に、厚さ０．１ｍｍに薄刃仕上げされた
ダイヤモンドカッター２６が４ｍｍ間隔で配列されたマ
ルチカッター２８を駆動し、紙面に垂直な方向に掃引し
ながら石英ブロック２０の上面から２３ｍｍの深さ位置
まで垂直に下降させる。これにより、各石英ブロック２
０には一方向の溝２１が形成され、図３に示した形態の
蒸発材料が得られる。したがって、この形状ままで用い
る場合には、各石英ブロック２０を台盤２５から外して
充分に洗浄すれば、乾燥の後にすぐに使うことができ
る。さらに図１に示した形状の蒸発材料にするには、マ
ルチカッター２８の掃引方向を９０°変え、同様に上面
から２３ｍｍの深さ位置まで溝２１を切り込み、その後
で各々を台盤２５から取り外し、洗浄，乾燥を行えばよ
い。

【００１６】図１あるいは図３に示した形状の蒸発材料
を製造するには、その他の方法を採ることもできる。例
えば、棒状あるいは板状の石英材料を所定サイズにして
から軟化点まで加熱し、これにプレス加工を施して図１
や図３の形状にする方法、さらには溶融した石英材料を
ダイレクトに金型に入れて角柱片２２や壁状の突出片２
４を林立させた形状に成型する方法がある。その他に
も、細い角柱状，円筒状にした石英材料や薄い板状にし
た石英材料を、基板となる石英板の上に林立するように
一方の端面を溶着あるいは接着する方法もある。なお、
セラミックや高融点金属等の非蒸発物質で作った専用の
固定板を前記石英基板代わりに用いてもよく、この場合
には固定板を含めて蒸発材料として取り扱うのが簡便で
ある。

【００１７】さらに最近では石英を効率的、かつ均一的
に蒸発させるために、模式的に図７に示した構造のもの
が用いられている。この蒸発装置は、水冷電極３０を回
転軸３１により回転させ、電子銃３３からの電子ビーム
３３ａを偏向磁界により屈曲させて水冷電極３０の上面
にセットされた石英ブロックに照射する構造となってい
る。この蒸発装置に適した蒸発材料に本発明を適用する
ことも可能である。この場合には、水冷電極３０の外径
に対応した外径１００ｍｍ、厚み２０ｍｍ程度のディス
ク状の石英ブロック３５に、その蒸発面から厚み方向に
向かって溝３６を格子状に刻み込んで蒸発材料とする。

【００１８】水冷電極３０を回転させながら電子ビーム
３３ａを照射すると、蒸発が進むにしたがって蒸発面か
ら厚み方向に向かって、図中に斜線を施して表したよう
にリング状の窪みが形成されてゆく。そして、溝３６を
入れた石英ブロック３５を蒸発材料として用いたときに
は、リング状の窪みの底面は凹凸がなく滑らかな面とな
っており、蒸発の方向性が均一かつ安定に維持されてい
ることが分る。なお、従来の溝なしの石英ブロックを蒸
発材料にして用いた場合には、リング状の窪みの底面に
多数の凹凸が現れることが多く、必ずしも蒸発の方向性
が安定に維持されてはいなかった。したがって本発明の
蒸発材料は、図７のような蒸発装置に対しても全く同様
の効果を発揮するものである。

【００１９】本発明蒸発材料の特徴は、図１，図３，図
７に示したように、少なくとも電子ビームが照射される
蒸発面側が溝２１，３６等により複数に区画され、底面
に向かって角柱片２２や突出片２４のような柱状，壁状
の複数の突出片があればよく、溝２１，３６のピッチ間
隔、あるいは石英ブロック２０，３５の形状やサイズに
ついては、電子ビームの径，蒸着装置の構造に対応して
適宜設定すればよい。また、突出片の蒸着面側の形状も
四角形に限定されるものではない。さらに本発明は、電
子ビームの照射により完全に溶融することなく昇華し、
あるいは昇華に近い状態で蒸発する材料に適用可能であ
り、石英以外にもシリコン等の金属材料や、アルミナや
ジルコニアのように粉末焼結材料にも適用できる。

【００２０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明を用いた
真空蒸発材料によれば、電子ビームが照射される蒸発面
が空間を隔てて複数の領域に区画され、各々の領域ごと
に熱容量を小さくすることかできるから、電子ビームに
よって与えられる熱エネルギーが蒸発材料そのものの伝
導により周囲に拡散されることがなく、各領域ごとに効
率的な蒸発を行うことができる。さらに、領域ごとに蒸
発効率が向上される結果、局部的に蒸発しない部位が生
じることもなく、蒸発の方向性も安定に維持されるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いた蒸発材料の一例を示す斜視図で
ある。

【図２】図１の蒸発材料に電子ビームを照射したときの
説明図である。

【図３】本発明を用いた蒸発材料の他の例を示す説明図
である。

【図４】マルチカッターを用いた本発明蒸発材料の製造
工程を示す説明図である。

【図５】真空蒸着装置の構成を示す概略図である。

【図６】従来のブロック状蒸発材料に電子ビームを照射
したときの説明図である。

【図７】本発明を用いた蒸発材料のさらに他の例を示す
斜視図である。

【符号の説明】

６蒸発材料７ａ，３３ａ電子ビーム１５，２０，３５石英ブロック２１，３６溝２２角柱片２４突出片２８マルチカッター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームの照射により蒸発するブロッ
ク状の真空蒸発材料において、電子ビームが照射される
蒸発面を空間を隔てて複数の領域に区画したことを特徴
とする真空蒸発材料。
【請求項２】電子ビームの照射により蒸発するブロッ
ク状の真空蒸発材料において、電子ビームが照射される
蒸発面から厚み方向に溝を形成し、この溝により蒸発面
を複数の領域に区画したことを特徴とする真空蒸発材
料。
【請求項３】前記溝を２方向から複数本ずつ形成し、
蒸発面を格子状に区画したことを特徴とする請求項１記
載の真空蒸発材料。
【請求項４】電子ビームの照射により蒸発する真空蒸
発材料を所定形状のブロックに整形した後、所定のピッ
チ間隔で配列した複数枚の薄刃で前記ブロックの一面か
ら一定の深さ位置まで切込みを入れることを特徴とする
真空蒸発材料の製造方法。