JPH09324261A - 真空蒸着装置とその膜厚制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 湯温低下やスプラッシュを発生させることな
く、蒸着材料をルツボに供給でき、かつ基板に蒸着され
た膜厚をモニターして膜厚分布を制御することができる
真空蒸着装置とその膜厚制御方法を提供する。 【解決手段】 基板１に対向した湯面１１ａを有する主
溶解プール１１と、主溶解プールに隣接され蒸着材料２
が供給されるようになった予備溶解プール１２とを有す
る真空蒸着用ルツボ１３と、予備溶解プールからの蒸発
物を遮るように基板と予備溶解プールとの間に位置する
スプラッシュカバー１４とを備える。主溶解プールと予
備溶解プールとは湯面より低い位置で連通している。ま
た、スプラッシュカバーの下端１４ａは主溶解プール又
は予備溶解プールの上方に位置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空蒸着装置とその膜
厚制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空蒸着装置は、真空中で金属を加熱し
て蒸発させ、蒸発金属を基板（鋼板）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高融点金属の蒸着
が可能であり、かつ蒸着速度が大きい等の長所を有して
いる。

【０００３】かかる従来の連続真空蒸着装置は、例えば
図４に示すように、入側と出側の真空シール装置、予備
加熱室、成膜室、等からなり、大気中でアンコイラーか
ら巻き戻された基板（ストリップ）を入側の真空シール
装置で真空中に通し、予備加熱室で予備加熱した後、成
膜室で成膜し、成膜後の基板を出側の真空シール装置で
大気圧中に取り出し、リコイラーで巻き取るようになっ
ている。

【０００４】成膜室には、電子ビームを放射する電子銃
と、溶解した蒸着材料を収容するルツボとを備え、電子
銃により電子ビームを放射し、磁界で電子ビームの方向
を曲げてルツボ内に当て、蒸着材料を加熱・蒸発させ、
蒸発金属を基板の表面に凝固させて被膜を作るようにな
っている。

【０００５】

【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、従来はルツボへ材料を供給する際に、湯温低
下やスプラッシュが発生し、蒸着不良や装置の故障を引
き起こすことがある問題点があった。すなわち、ルツボ
内の湯温が低下すると蒸気量が減少し、また温度分布が
著しい場合には蒸気濃度の分布ができて、基板の長手方
向及び幅方向に膜厚のむらが生じる。また、スプラッシ
ュが基板に付着すると、製品に不良品ができるだけでな
く、後続の出側真空シール装置のスリット部に噛み込
み、板切れを起こし、操業停止を余儀なくされるおそれ
があった。

【０００６】なお、蒸着材料の供給手段には、ワイヤ状
の形態で真空チャンバー内に連続的に供給する場合（連
続供給）と、例えばペレット状の形態で間欠的に供給す
る場合（間欠供給）とがある。上述した問題点は、連続
供給、間欠供給の両者に共通するが、特に間欠供給にお
いて顕著であった。

【０００７】一方、基板に蒸着された膜厚は、従来、渦
電流センサを使って膜厚を測定したり、蒸気の濃度を測
定して膜厚を間接的に得る手段が用いられている。しか
し、渦電流センサーを用いた場合には、上述したスプラ
ッシュによる悪影響が大きくて安定した膜厚モニターが
できず、このため膜厚分布を制御するのが困難であっ
た。また、レーザ光を使用した方式や原子吸光方式の蒸
気モニターは、測定技術が未だ確立されていない。

【０００８】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、湯
温低下やスプラッシュを発生させることなく、蒸着材料
をルツボに供給でき、かつ基板に蒸着された膜厚をモニ
ターして膜厚分布を制御することができる真空蒸着装置
とその膜厚制御方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板に
対向した湯面を有する主溶解プールと、該主溶解プール
に隣接され蒸着材料が供給されるようになった予備溶解
プールと、を有する真空蒸着用ルツボと、予備溶解プー
ルからの蒸発物を遮るように基板と予備溶解プールとの
間に位置するスプラッシュカバーと、を備え、前記主溶
解プールと予備溶解プールとは湯面より低い位置で連通
しており、前記スプラッシュカバーの下端は主溶解プー
ル又は予備溶解プールの上方に位置決めされている、こ
とを特徴とする真空蒸着装置が提供される。

【００１０】上記本発明の構成によれば、ルツボに予備
溶解プールを設け、この予備溶解プールの上にスプラッ
シュカバーを設けたので、連続供給又は間欠供給によ
り、ルツボの予備溶解プールへ材料を供給して、湯温低
下やスプラッシュが発生しても、主溶解プール内の溶湯
はほとんど変化せず、かつスプラッシュはスプラッシュ
カバーで遮られる。従って、ルツボ内の湯温が低下せず
蒸気量が変化しないので、蒸気濃度の分布ができず、膜
厚のむらが起きない。また、スプラッシュはスプラッシ
ュカバーで遮られ、その下端から主溶解プール又は予備
溶解プール内に滴下するので、不良品の発生や板切れ、
操業停止のおそれがなく、かつ蒸発材料を効率的に回収
することができる。

【００１１】また、本発明によれば、主溶解プールと予
備溶解プールを有する真空蒸着用ルツボと、予備溶解プ
ールからの蒸発物を遮るように基板と予備溶解プールと
の間に位置するスプラッシュカバーと、蒸着部より下流
側の基板直下に幅方向に複数配置された渦電流センサ
と、該渦電流センサの出力により電子銃の出力を調整す
る制御装置とを備え、スプラッシュカバーにより基板へ
のスプラッシュの付着を防止し、渦電流センサにより蒸
着された膜厚の幅方向分布を計測し、制御装置により膜
厚を一定に制御する、ことを特徴とする真空蒸着装置の
膜厚制御方法が提供される。

【００１２】すなわち、基板の幅方向及び長手方向の膜
厚分布を目標膜厚にするために、基板直下に設けた渦電
流センサの測定値が目標値となるよう電子銃の出力を調
整する。また、膜厚コントローラ（制御装置）は、予め
目標の膜厚分布が入力されていて、目標値と測定値に差
が生じた場合、電子銃の出力及び電子ビームの照射時間
を調整するための信号をビームコントローラに与える。

【００１３】この方法により、スプラッシュカバーによ
り基板へのスプラッシュの付着を防止しながら、渦電流
センサにより基板に蒸着された膜厚を直接モニターして
膜厚分布を制御することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
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
発明による真空蒸着装置の全体構成図である。この図に
示すように、本発明の真空蒸着装置１０は、真空蒸着用
ルツボ１３とスプラッシュカバー１４を備えている。な
お、この図において、１は走行基板、２はワイヤ状の蒸
着材料、３は成膜室、４は蒸着材料供給装置であり、連
続した基板１を真空状態に保持した成膜室３内の上部を
水平に通過させるようになっている。また、成膜室３に
は、電子ビーム５を放射する電子銃６と、図示しない磁
場発生装置を備え、磁界で電子ビーム５の方向を曲げて
ルツボ１３内に当て、蒸着材料を加熱・蒸発させ、蒸発
金属を基板１の表面に凝固させて被膜を作るようになっ
ている。

【００１５】図１に示すように、真空蒸着用ルツボ１３
は、基板１に対向した湯面１１ａを有する主溶解プール
１１と、主溶解プール１１に隣接し蒸着材料供給装置４
から蒸着材料２が供給されるようになった予備溶解プー
ル１２とを有する。主溶解プール１１と予備溶解プール
１２とは湯面１１ａより低い位置で連通している。すな
わち、この図において、主溶解プール１１と予備溶解プ
ール１２は隔壁１３ａで仕切られており、この隔壁１３
ａの上端が定常状態における湯面１１ａより低く設定さ
れている。

【００１６】この構成により、蒸着材料供給装置４から
予備溶解プール１２内に連続的に供給される蒸着材料２
により、予備溶解プール１２内で既に溶融している蒸着
材料の湯面１２ａが上がり、供給された蒸着材料２の量
に相当する溶融蒸着材料が予備溶解プール１２から主溶
解プール１１へ流れる。この溶融蒸着材料は既に予備溶
解プール１２内で溶融し昇温されているので、主溶解プ
ール１１内の湯温はほとんど変化せず、従って、蒸気量
が変化しないので、蒸気濃度の分布ができず、膜厚のむ
らが起きない。また、供給された蒸着材料２は、溶融蒸
着材料との接触により予備溶解プール１２内で徐々に加
熱され溶融する。

【００１７】図１において、スプラッシュカバー１４
は、予備溶解プール１２からの蒸発物３を遮るように基
板１と予備溶解プール１２との間に位置決めされてい
る。また、このスプラッシュカバー１４の下端１４ａ
は、主溶解プール１１又は予備溶解プール１２の上方に
位置決めされている。なお、この図において、スプラッ
シュカバー１４は、成膜室３に固定しているが、本発明
はこれに限定されず、ルツボ１３を囲む金属部に取り付
けてルツボ１３の一部として形成してもよい。

【００１８】上述した構成により、ルツボ１３の予備溶
解プール１２へ材料２を供給して、スプラッシュが発生
しても、スプラッシュはスプラッシュカバー１４で遮ら
れ、その下端１４ａから主溶解プール１１又は予備溶解
プール１２内に滴下するので、不良品の発生や板切れ、
操業停止のおそれがなく、かつ蒸発材料を効率的に回収
することができる。

【００１９】図２は、間欠供給の場合を示す部分構成図
である。マンガン，クロム等のワイヤ状に成形するのが
困難な材料の場合に、この図に示すように、粒状（例え
ばペレット状）の蒸発材料を底が開閉自在なちょう番構
造となった材料供給用バット７内に充填し、これを直動
シリンダ等で水平にスライドさせることにより、予備溶
解プール１２へ間欠的に供給することができる。この場
合にも、供給量に相当する既に溶融した蒸着金属が主溶
解プール１１に流れ込むので、図１に示した連続供給の
場合と同様に、主溶解プール１１内の湯温の変化を抑制
し、膜厚のむらを防止することができる。またスプラッ
シュをスプラッシュカバー１４で遮り、不良品の発生等
を防止しかつ蒸発材料を効率的に回収することができ
る。なお、その他の構成は、図１と同様である。

【００２０】図３は、別の実施形態を示すルツボ断面図
である。図３（Ａ）のルツボ１３は、主溶解プール１１
と予備溶解プール１２の間の隔壁がなく、予備溶解プー
ル１２の底が浅く、かつその底が平らに形成されてい
る。また、図３（Ｂ）のルツボ１３は、同様に主溶解プ
ール１１と予備溶解プール１２の間の隔壁がなく、予備
溶解プール１２の底が浅く、かつその底が主溶解プール
１１側に傾斜して形成されている。

【００２１】これらのルツボ１３の場合にも、主溶解プ
ール１１と予備溶解プール１２とは湯面１１ａより低い
位置で連通しており、図１のルツボ１３と同様に、主溶
解プール１１内の湯温の変化を抑制し、膜厚のむらを防
止することができる。

【００２２】図１において、本発明の真空蒸着装置１０
は、更に、蒸着部より下流側の基板直下に幅方向に複数
配置された渦電流センサ１６と、この渦電流センサ１６
の出力により電子銃６の出力を調整する制御装置１８と
を備えている。本発明の方法によれば、基板１の直下の
幅方向に渦電流センサ１６を複数個配置して膜厚を測定
し、その信号をコントローラ（制御装置１８）に入力す
るようにしておく。コントローラ１８は、予め目標の膜
厚分布が入力されていて、目標値と測定値に差が生じた
場合、電子銃の出力及び電子ビームの照射時間を調整す
るための信号をビームコントローラ１８ａに与える。従
って、この方法により、スプラッシュカバー１４により
基板１へのスプラッシュの付着を防止しながら、渦電流
センサ１６により基板１に蒸着された膜厚を直接モニタ
ーして膜厚分布を制御することができる。

【００２３】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
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。

【００２４】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、蒸着
材料投入時に発生するルツボ内材料の温度低下及びスプ
ラッシュの基板への付着が防止でき、かつ基板の幅方向
及び長手方向の膜厚が制御できる。従って、本発明の真
空蒸着装置とその膜厚制御方法は、湯温低下やスプラッ
シュを発生させることなく、蒸着材料をルツボに供給で
き、かつ基板に蒸着された膜厚をモニターして膜厚分布
を制御することができる、等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による真空蒸着装置の全体構成図であ
る。

【図２】間欠供給の場合を示す部分構成図である。

【図３】別の実施形態を示すルツボ断面図である。

【図４】従来の連続真空蒸着装置の構成図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 蒸着材料 ３ 成膜室 ４ 蒸着材料供給装置 ５ 電子ビーム ６ 電子銃 ７ 材料供給用バット １０ 真空蒸着装置 １１ 主溶解プール １１ａ 湯面 １２ 予備溶解プール １２ａ 湯面 １３ 真空蒸着用ルツボ １３ａ 隔壁 １４ スプラッシュカバー １４ａ 下端 １６ 渦電流センサ １８ 制御装置 １８ａ ビームコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 毛利 元治 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横浜エンジニアリ ングセンター内 (72)発明者 松田 至康 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横浜エンジニアリ ングセンター内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に対向した湯面を有する主溶解プー
   ルと、該主溶解プールに隣接され蒸着材料が供給される
   ようになった予備溶解プールと、を有する真空蒸着用ル
   ツボと、 予備溶解プールからの蒸発物を遮るように基板と予備溶
   解プールとの間に位置するスプラッシュカバーと、を備
   え、 前記主溶解プールと予備溶解プールとは湯面より低い位
   置で連通しており、 前記スプラッシュカバーの下端は主溶解プール又は予備
   溶解プールの上方に位置決めされている、ことを特徴と
   する真空蒸着装置。
2. 【請求項２】 主溶解プールと予備溶解プールを有する
   真空蒸着用ルツボと、予備溶解プールからの蒸発物を遮
   るように基板と予備溶解プールとの間に位置するスプラ
   ッシュカバーと、蒸着部より下流側の基板直下に幅方向
   に複数配置された渦電流センサと、該渦電流センサの出
   力により電子銃の出力を調整する制御装置とを備え、 スプラッシュカバーにより基板へのスプラッシュの付着
   を防止し、渦電流センサにより蒸着された膜厚の幅方向
   分布を計測し、制御装置により膜厚を一定に制御する、
   ことを特徴とする真空蒸着装置の膜厚制御方法。