JPH0813139A - 真空蒸着装置の電子ビーム照射方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子ビームの照射方法を最適化して１台の電
子銃でできるだけ幅広の走行基板に均一に金属を蒸着す
ることができる真空蒸着装置における電子ビームの照射
方法を提供する。 【構成】 連続して走行する薄板状の走行基板１と、電
子ビーム２を放射する電子銃３と、蒸着材料４を収容す
るルツボ５と、走行基板及びルツボを内蔵し真空排気さ
れた真空チャンバー６とを備え、電子ビームの照射位置
の蒸着材料の表面温度と、照射位置から最遠位置の蒸着
材料の表面温度との温度差ΔＴが許容範囲になるよう
に、電子ビームによる加熱特性、材料の伝熱特性、及び
真空中の放熱特性から電子ビームの照射位置の間隔Ｌを
算出し、この間隔で電子ビームを蒸着材料に照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空蒸着装置において
ルツボ内の金属材料（蒸着材料）に電子ビームを照射し
て加熱する照射方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空蒸着（vacuum vapor deposition)
は、真空中で金属を加熱して蒸発させ、蒸発金属を基板
（被処理材）の表面に凝固させて被膜を作る成膜プロセ
スである。かかる成膜プロセスにおいて蒸着用金属を加
熱するために電子ビームを用い薄板状の連続した走行基
板に金属を蒸着させる連続真空蒸着装置が従来から知ら
れている。この連続真空蒸着装置は、通常の湿式メッキ
では扱えない窒化物、炭化物、酸化物などの蒸着が可能
であり、かつ付着速度が大きい等の長所を有している。

【０００３】かかる従来の真空蒸着装置は、例えば図６
に示すように、連続して走行する薄板状の走行基板５１
と、電子ビーム５２を放射する電子銃５３と、溶解した
蒸着用金属５４（蒸着材料）を収容するルツボ５５と、
走行基板及びルツボを内蔵し真空排気された真空チャン
バー５６とを備え、電子銃５３により電子ビーム５２を
放射し、図示しない磁界により電子ビーム５２の方向を
曲げてルツボ５５内の金属を加熱・蒸発させ、蒸発金属
を走行基板５１の表面に凝固させて被膜を作るようにな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した真空蒸着装置
において、幅広の走行基板５１にできるだけ均一に金属
５４を蒸着させるためには、ルツボ５５内の金属表面を
できるだけ均一の温度に加熱する必要がある。しかし、
電子銃５３から放射される電子ビーム５２は間欠的であ
り（例えば１サイクル１００ｍｓの場合に３０回）、溶
融金属の加熱はスポット加熱となるため、照射位置の間
隔を広くしすぎると、溶融金属の表面温度が不均にな
り、蒸着膜の厚さ分布が悪化する問題点があった。ま
た、このため、逆に照射位置の間隔を狭くすると、１サ
イクル中の照射数に制約がある（例えば３０回）ため、
幅の広い走行基板の蒸着ができなくなる問題点があっ
た。更に、１サイクル中の照射数を増大させる（例えば
６０回／サイクル）と、１サイクルの時間が長くなり
（例えば２００ｍｓ）、照射位置の温度を一定に保持で
きなくなる問題点があった。

【０００５】かかる問題点を回避するため、特開昭６３
−２１９５７２号公報に開示されるように、矩形のルツ
ボの片側に複数の電子銃を配置し、反対側に複数のリニ
アコイルと極板を交互に配置して、ルツボ内の蒸着材料
を均一に加熱する手段が従来から提案されていた。しか
し、かかる手段では、電子銃を複数設置する必要があ
り、かつ電子ビームの照射方法が最適化されていないた
め、必ずしも均一に加熱できない問題点があった。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
電子ビームの照射方法を最適化して１台の電子銃ででき
るだけ幅広の走行基板に均一に金属を蒸着することがで
きる真空蒸着装置の電子ビーム照射方法を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、連続し
て走行する薄板状の走行基板と、電子ビームを放射する
電子銃と、蒸着材料を収容するルツボと、走行基板及び
ルツボを内蔵し真空排気された真空チャンバーとを備
え、電子銃により蒸着材料を蒸発させて走行基板に蒸着
させる真空蒸着装置の電子ビーム照射方法において、電
子ビームの照射位置の蒸着材料の表面温度と、照射位置
から最遠位置の蒸着材料の表面温度との温度差ΔＴが許
容範囲になるように、電子ビームによる加熱特性、材料
の伝熱特性、及び真空中の放熱特性から電子ビームの照
射位置の間隔Ｌを算出し、この間隔で電子ビームを蒸着
材料に照射する、ことを特徴とする真空蒸着装置の電子
ビーム照射方法が提供される。

【０００８】本発明の好ましい実施例によれば、前記蒸
着材料はアルミニウムであり、前記温度差ΔＴは１００
℃以下であり、前記照射位置の間隔Ｌは１００ｍｍ以内
である。更に、前記照射位置の間隔Ｌは７５ｍｍ以上で
ある、ことが好ましい。

【０００９】

【作用】上記本発明の方法によれば、電子ビームによる
加熱特性、材料の伝熱特性、及び真空中の放熱特性から
表面の最大温度差ΔＴが許容範囲になるように、電子ビ
ームの照射位置の間隔Ｌを算出し、この間隔で電子ビー
ムを蒸着材料に照射するので、電子ビームの照射を最適
化して１台の電子銃でできるだけ幅広の走行基板に均一
に金属を蒸着することができる。

【００１０】特に、蒸着材料がアルミニウムであり、均
一に金属を蒸着できる温度差ΔＴが１００℃以下であれ
ば、照射位置の間隔Ｌを１００ｍｍ以内かつ好ましくは
７５ｍｍ以上とすることにより、１台の電子銃で広幅の
蒸着を最適化してルツボ内の金属を均一に蒸発させるこ
とができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、各図において共通する部分には同
一の符号を付して使用する。図１は、本発明による方法
を適用する真空蒸着装置の構成図である。この図におい
て、真空蒸着装置１０は、連続して走行する薄板状の走
行基板１と、電子ビーム２を放射する電子銃３と、蒸着
材料４を収容するルツボ５と、走行基板１及びルツ５ボ
を内蔵し真空排気された真空チャンバー６とを備え、電
子銃３により蒸着材料４を蒸発させて走行基板に蒸着さ
せるようになっている。かかる構成は、図６に示した従
来の真空蒸着装置と同様である。

【００１２】図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図で
ある。図２に示すように、電子銃３から放射された電子
ビーム２は、図示しない磁界により幅方向及び下方に偏
向され、蒸着材料４の表面に間隔Ｌを隔てて照射される
ようになっている。電子ビーム２が照射される位置の蒸
着材料４の表面温度Ｔ1 は、最高温度であり、照射位置
から最遠位置（隣合う２つの照射位置の中間）の蒸着材
料の表面温度Ｔ2 は、最低温度となる。蒸着材料４がア
ルミニウムである場合、最低温度Ｔ2 を少なくとも溶融
温度（約６６０℃）以上にする必要があり、また、効率
的に蒸発させるためには、最高温度Ｔ1 を真空下の沸点
以上の約１３００℃前後にする必要がある。

【００１３】図３は、本発明の方法を示すフロー図であ
る。図３に示すように、本発明の方法は、均一な膜厚が
得られる電子ビームの照射位置の蒸着材料の表面温度Ｔ
1 と照射位置から最遠位置の蒸着材料の表面温度Ｔ2 と
の許容温度差を定める第１ステップ１２と、表面温度Ｔ
1 、Ｔ2 の温度差ΔＴが許容範囲になるように、電子ビ
ームによる加熱特性、材料の伝熱特性、及び真空中の放
熱特性から電子ビームの照射位置の間隔Ｌを算出する第
２ステップ１４と、この間隔Ｌで電子ビーム２を蒸着材
料４に照射する第３ステップ１６とからなる。なお、第
３ステップ１６における電子ビームの照射位置の間隔Ｌ
は、必ずしも一定である必要はなく、少なくとも第２ス
テップ１４で得られた間隔よりも小さければよい。

【００１４】蒸着材料４がアルミニウムである場合、第
１ステップ１２における許容温度差は１００℃以下であ
ることが実験からわかった。また、第２ステップ１４で
は、非定常熱伝導方程式（数１）と、要素内の温度分布
を示す有限要素式（数２）とから材料内の温度分布を算
出し、これから表面温度Ｔ1 、Ｔ2 の温度差ΔＴが許容
範囲になるように電子ビームの照射位置の間隔Ｌを算出
することができる。

【００１５】

【数１】

【００１６】

【数２】

【００１７】図４は、図３に基ずく本発明の方法によ
り、蒸着材料４がアルミニウムである場合のコンピュー
タ解析による「照射箇所からの距離と表面温度との関係
図」である。この図から明らかなように、照射位置の間
隔Ｌが７５ｍｍの場合には照射位置とその中間点（距離
３７．５ｍｍ）との温度差は約２０℃であり、ルツボ内
の金属をほぼ均一に加熱・蒸発させることができるが、
間隔Ｌが１５０ｍｍの場合には照射位置とその中間点
（距離７５ｍｍ）との温度差は約２００℃以上であり、
均一な加熱ができないことがわかる。

【００１８】図５は、図３及び図４から求めた解析結果
であり、照射間隔と温度差の関係を示している。この図
において、×印は解析点であり、直線は２点を結んだも
のである。この図から、蒸着材料４がアルミニウムであ
る場合に、温度差ΔＴを１００℃以下にするには、照射
位置の間隔Ｌを１００ｍｍ以内とするのがよく、かつ電
子ビームの照射方法を最適化して１台の電子銃でできる
だけ幅広の走行基板に均一に金属を蒸着するには、照射
位置の間隔Ｌを７５ｍｍ以上にするのがよいことがわか
る。

【００１９】上述したように、本発明の方法によれば、
電子ビームによる加熱特性、材料の伝熱特性、及び真空
中の放熱特性から表面の最大温度差ΔＴが許容範囲にな
るように、電子ビームの照射位置の間隔Ｌを算出し、こ
の間隔で電子ビームを蒸着材料に照射するので、電子ビ
ームの照射方法を最適化して１台の電子銃でできるだけ
幅広の走行基板に均一に金属を蒸着することができる。

【００２０】特に、蒸着材料がアルミニウムであり、均
一に金属を蒸着できる温度差ΔＴが１００℃以下であれ
ば、照射位置の間隔Ｌを１００ｍｍ以内かつ好ましくは
７５ｍｍ以上とすることにより、１台の電子銃で広い幅
の蒸着を最適化してルツボ内の金属を均一に蒸発させる
ことができる。なお、本発明は、上述した実施例に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更でき
ることは勿論である。

【００２１】

【発明の効果】上述したように本発明の真空蒸着装置に
おける電子ビームの照射方法は、電子ビームの照射方法
を最適化して１台の電子銃でできるだけ幅広の走行基板
に均一に金属を蒸着することができる、優れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法を適用する真空蒸着装置の構
成図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。

【図３】本発明の方法を示すフロー図である。

【図４】本発明の方法によるアルミニウムのコンピュー
タ解析による「照射箇所からの距離と表面温度との関係
図」である。

【図５】本発明による照射間隔と温度差の関係図であ
る。

【図６】従来の真空蒸着装置の全体構成図である。

【符号の説明】

１ 走行基板 ２ 電子ビーム ３ 電子銃 ４ 蒸着材料 ５ ルツボ ６ 真空チャンバー １０ 真空蒸着装置 １２ 第１ステップ １４ 第２ステップ １６ 第３ステップ ５１ 走行基板 ５２ 電子ビーム ５３ 電子銃 ５４ 蒸着材料 ５５ ルツボ ５６ 真空チャンバー Ｔ1 表面の最高温度 Ｔ2 表面の最低温度 ΔＴ 温度差 Ｌ 電子ビームの照射位置の間隔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 昭博 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内 (72)発明者 木間塚 明彦 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続して走行する薄板状の走行基板と、
   電子ビームを放射する電子銃と、蒸着材料を収容するル
   ツボと、走行基板及びルツボを内蔵し真空排気された真
   空チャンバーとを備え、電子銃により蒸着材料を蒸発さ
   せて走行基板に蒸着させる真空蒸着装置の電子ビーム照
   射方法において、 電子ビームの照射位置の蒸着材料の表面温度と、照射位
   置から最遠位置の蒸着材料の表面温度との温度差ΔＴが
   許容範囲になるように、電子ビームによる加熱特性、材
   料の伝熱特性、及び真空中の放熱特性から電子ビームの
   照射位置の間隔Ｌを算出し、この間隔で電子ビームを蒸
   着材料に照射する、ことを特徴とする真空蒸着装置にお
   ける電子ビームの照射方法。
2. 【請求項２】 前記蒸着材料はアルミニウムであり、前
   記温度差ΔＴは１００℃以下であり、前記照射位置の間
   隔Ｌは１００ｍｍ以内である、ことを特徴とする請求項
   １に記載の真空蒸着装置における電子ビームの照射方
   法。
3. 【請求項３】 前記照射位置の間隔Ｌは７５ｍｍ以上で
   ある、ことを特徴とする請求項２に記載の真空蒸着装置
   における電子ビームの照射方法。