JPS62500110A - 真空中でフィルムを蒸着させるための蒸発器 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】

真空中でフィルムを蒸着させるための蒸発器発明の分野 本発明は広義には表面にコーティングを施す技術に関し、更に詳しくはフィルム の真空蒸着用蒸発器に関する。 発明の背景 フィルムの真空蒸着用蒸発器に課せられた主たる要求は、蒸発物質の再蒸発を保 証することによって、蒸発物質が基体上に蒸着するのに失敗して無駄になるのを 避けることと、基体の表面に蒸着せしめられる物質の広い範囲にわたって、フィ ルム厚さの均一性を保証することにある。 基体を蒸発器からかなりの距離隔てることによって、フィルムはより均一に蒸着 することができ、一方、蒸発物質の損失を減らすには、基体上に降りそこなった 気化した蒸発物質を回収することによって可能である。 一例として、基体上に衝突し損なった蒸発物質を回収するだめのチャンバ内に収 容された基体と、同じチャンバ内にこれがら離れて設置された坩堝からなる、基 体上に金属フィルムの真空蒸着を行うための装置が知られている。真空蒸着の工 程が終了すると、このチャンバの壁に堆積した蒸発物質は、ここから除去され、 再蒸発のために坩堝内に再び装填される。しかし、この装置に固有の欠点は、坩 堝と基体との距離がチャンバの寸法によって限定されるので、蒸着フィルムの厚 さが不均一になることである。その上、再使用のためにチャンバの壁から掻き落 とされた蒸発物質が、外部の不純物によって汚染される。このような不純物の源 の中には、チャンバの壁の清掃の際に堆積した蒸発物質と混合したチャンバの物 質と、基体が坩堝から離れているためにかなりの広さのチャンバの壁土に凝縮す る傾向にある真空チャンバの残留ガスとがある。もう一つの欠点は、チャンバの 清掃に要する多大の労力である。 １９８２年８月１９日に公開された日本特許出願筒５７−１３４５５５号（国際 分類Ｃ２３Ｃ１３１００，１３１０８）に開示された真空蒸着装置に提案された 、回収チャンバの壁に凝縮した物質の再蒸発によれば、チャンバの清掃作業は少 ない労働力で行うことができる。この装置は、真空中に坩堝型の蒸発源と、その 上方に配置された真空回収チャンバとからなり、該チャンバは基体の方へ移行す る蒸発物質の流れを封入する。この回収チャンバは坩堝内の蒸発物質の温度か、 回収チャンバの壁に堆積した物質を再蒸発させるのに充分な高さの温度まで加熱 することができる。従って、基体に衝突しなかった蒸発物質は、回収チャンバの 壁の上に凝縮し、この壁の高温のためにそこから再蒸発する傾向にある。 この装置は、回収チャンバが高温に加熱されているためと、坩堝から基体までの 長い距離によって決定される大きなサイズのために、回収チャンバからガスが過 剰に解放されるので、蒸着されるフィルムの高純度をも保証することができない 。同じ理由で、回収チャンバから放射される熱によって、基体も同じように限度 以上に加熱される。更に又、坩堝９回収チャンバ及び基体間の空隙を通って、か なりの蒸発物質が逸脱して損失となる。 蒸発物質の損失は、回収チャンバの温度を下げることによって少なくし得る。付 随する利点は基体の目立った過熱が減少することである。これらの利点は、真空 フィルム蒸着のための液相での再生装置（１９８２年９月２５日公開の日本特許 出［５７−１５５３６８号、国際分類Ｃ２３Ｃ１３１００，１３１０８参照）に よって実現されている。この装置は、蒸発物質を入れる坩堝と、その上方に設け られた基体の方へ同かう蒸気流を囲む回収チャンバとからなっている。チャンバ の下縁は坩堝の内部の上部領域を占めている。フィルムの堆積の際、蒸気回収チ ャンバは蒸発物質の溶解点よりも低くない温度に加熱され、一方、回収チャンバ 内に凝縮した液相の蒸発物質は、その壁を流れ下って坩堝内に帰る。しかし、真 空フィルム蒸着に使用される蒸発物質の殆どは、溶融点における蒸気圧で激しい 蒸発をもたらすので、このような液相再生は広い範囲の蒸発物質に対してかなり の損失をもたらす。このように、この装置においても蒸気は坩堝９回収チャンバ 、及び基体の間の空隙から逸脱する傾向を有する。 その上、蒸発物質の液相温度によって決まる回収チャンバの高温は、ガス抜けと 基体の望ましくない加熱を生じる。 蒸発物質の損失は、坩堝と蒸気回収チャンバとの間の空隙を無くすことによって 更に小さくすることができ、同様にフィルム蒸着の際の蒸気回収チャンへの温度 を蒸着物質の溶解点以下の温度まで大幅に下げることによっても小さくすること ができる。 回収チャンバの壁土に凝縮した蒸発物質は、その溶解点以上の温度まで周期的に 昇温することによって、流下する。付随する有利な効果としては、然気回収チャ ンへの壁からのガスの解放が減少することと、基体の温度が低下することである 。これらの利点は、１９７８年１１月１４日発行の米国特許第４１２５０８６号 （国際分１ｔ’ｆｆｃ２３ｃ１３１０８）に開示された金属フィルムの真空蒸着 装置において実現されている。この装置は、蒸発物質を収容するアルミナ製の坩 堝を具え、該蒸発物質内には蒸気通路用の孔を側壁に有するタングステン製の筒 が埋入されている。この孔に対面して蒸気の一部を通過させ、基体の上に蒸着さ せるためのもう一つの孔が配設されている。残りの蒸気は孔に隣接する坩堝の壁 上に蒸着する。この場合、坩堝の壁は蒸気流を一定プｊ向に向ける手段としての 機能を有する。この装置は坩堝と筒を加熱するだめの独立したヒータを有する。 筒の温度は、蒸発物質を蒸発させ、これを孔から脱出させることを保証するのに 充分な高レベルに維持されている。坩堝の温度は壁６ご凝縮した蒸発物質が流下 し、筒内に入り、そして蒸発するように周期的に上昇せしめられる。 しかし、金等の金属の蒸着する際、タングステン成分がそれＱこよって濡らされ 、両者間に機械的結合を生ずる。金とタングステンとの異なる熱膨張係数のため に、数回の加熱サイクルの後にタングステン筒の損傷が生ずる。その上、金はタ ングステンのシールの間を通過して漏洩し、装置を作動不能にする傾向がある。 筒の損傷及びシールからの蒸発物質の漏洩は、装置を蒸発物質によって濡れない 物質で作ることによって防止可能である。 １９８３年１１月１日発行の米国特許第４４１２５０８号（国際分類Ｃ２３Ｃ１ ３１０８）には、基体上にフィルムの真空蒸着を行う蒸発器の一例が開示されて いる。この蒸発器は円筒形のグラファイト製ハウジングと該ハウジングを二つの 平行なチャンバに分割する区画部材とを有する。この一つのチャンバ、特に照準 チャンバは蒸気流を基体上に蒸着させるように案内する手段としての機能を有し 、その側壁に蒸発物質の流れを基体上に衝突させるための孔を有している。他方 の蒸発チャンバは、同軸にグラファイト製の筒を具え、薬筒の側壁にも照準チャ ンバの孔と−・線−Ｆに並んだ蒸気通路用の孔が設けられている。この線はハウ ジングの軸に直角である。照準チャンバの下端は液状の蒸発物質を搬送するだめ の通路によって蒸発チャンバに連通している坩堝を形成し、前記筒内を高温に維 持するために筒には電流が滓、されているので、該１発チャンバ内で液状物質は タングステンの芯に沿って降下する。蒸気は筒の孔を通過した後、照準チャンバ に入り、そこで蒸気の一部は照準孔を通過して基体に衝突し、一方、残りの蒸気 は照準チャンバの壁に凝縮する。このチャンバは別個のヒータによって周期的に 加熱され、液状の金属が芯の方へ流れることを保証する。 この装置は金によって濡らされることのない物質、特にグラファイトによって作 られているので、金の蒸着にこの装置が使用される際にも耐用時間が長いと云う 特長がある。 フィルム蒸着の際、通常実用されている蒸着速度を得るように筒の小径孔（約０ ．５ｎ＋）から蒸気を吹き出すための条件下においては、流れが濃密又は濃密に 近くなる。従って、蒸気流強度分布は吹き出し条件に応じて、孔の中心線との角 度のコサインよりもむしろコサインの高次の乗べきに従って変化する。従って、 蒸着したフィルムは非常に不均一な厚さとなり、基体の表面積が大きい程その傾 向が強い。 更に、フィルム蒸着に使用される殆どの物質は溶解点において充分に激しく１発 するので、例え短時間でも照準チャンバの温度が溶解点以］二に上昇すると、照 準孔を通過する蒸気の方向性が不足し、蒸発物質の損失が増加する。 種々の参考文献によれば、フィルム蒸着に広く実用されている７１種の蒸発物質 が知られているじ隔壁技術ハンドブック”。 １−３７．１−３８．１−６６．１−６８頁、ジオン１．マイセル、ラインハル ト　グランス編、ニューヨーク、マグロウヒル社、　１９７０年発行参照）。そ の中で、２３種だけが溶解点で１０　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ以下の蒸気圧を有している 。１０　Ｔ　ｏ　ｒ　ｒにおいて物質は既に激しく蒸発することに留意すべきで ある（１−３６頁参照）。これはフィルム蒸着用の他の４８種の物質の損失は相 当のものであることを意味する。又、クローム、砒素。 成る種の酸化物及びテルル化物は、溶解点において数十、数百Ｔｏｒｒ又はそれ 以上に達する蒸気圧となる特長を有し、これらの物質を液状再生用に利用するこ とはできない。 前述の米国特許に開示されているように、蒸発チャンバ内の筒の最適直径は１． ５６　ｍ＊であることも考慮しなければならない。 筒の直径が大きい場合、薬筒に加えられる熱は坩堝と照準チャンバの温度を過剰 に上昇せしめ、蒸発物質の多大の損失をもたらす。逆に、そのような直径の筒は 、厚みの薄いフィルムしか生じない無視し得る程度の量の蒸発物質しか維持でき ず、照準チャンバ内の物質は後で筒に連続的に戻されるために液体に変換される 必要がある。この結果、照準チャンバを蒸発物質の溶解点以上の温度に上昇させ るためには、頻繁に、各蒸着サイクルの終了の度に、加熱が行われなければなら ない。もっと厚いフィルムを蒸着させる場合には、蒸着工程の全体にわたって照 準チャンバの温度を蒸発物質の溶解点以上に連続的に維持する必要がある。例え ば、照準チャンバ内の圧力が１０Ｔｏｒｒであれば、照準孔からの無方向吹き出 しによる照準チャンバ内で蒸発した蒸発物質損失は、７０％にも達する。 その上、安定した蒸着速度を得るために、筒内に封入された芯の端は坩堝の底部 全体を占める蒸発物質内に埋入される必要があり、このことは蒸発物質の封入量 を増大させる。それ故、初期に封入される蒸発物質の最小量は数十グラムに達す る。これは不当に高い費用をもたらす。なぜならば、実際に蒸発する量よりも漏 かに多量の貴重な且つ高価な物質を必要とし、又装置の正常な機能を維持するた めには、坩堝内にもバイパス管路にも蒸発物質が連続的に存在しなければならな いからである。 上述の装置は、蒸発及び照準チャンバの温度を正確に維持するために二つの別個 のヒータを具えている。さもなければ、例えば、照準チャンバの温度を正確に維 持することに失敗した場合には、該チャンバ内の蒸発物質を再使用のために蒸発 チャンバに回収する際に、該物質の損失が増大する。二つのヒータの必要性と、 それに伴う二つの温度制御システムの必要性のために、上述の装置の操作は非常 に複雑なものとなる。 発明の概要 本発明は、フィルムの真空蒸着のだめの蒸発器であって、基体上に衝突しなかっ た蒸発物質を再蒸発のために回収する際の＋ｉ失を防１１−シ、広い範囲の蒸発 物質を用いて大きな表面積の基体上に均一に分布したフィルム厚ざを保証する蒸 気の一定方向の流れを形成する手段を有する蒸発器を提供することを目的とする 。 本発明の目的は、ヒータを具え、蒸気の一定方向の流れを形成する手段と連通し た坩堝内に蒸発物質を入れて、９真空中でフィル１、蒸着を行うための蒸発器で あって、蒸気の一定方向の流れを形成するだめの前記手段が横断対称面を有する 筒としで構成され、核部の一端が前記坩堝に取りイ（けられていることを特徴と する蒸発器によって達成される。 前記筒は長さ方向に断面が変化していることが好ましい。 筒の中央部に少なくとも一つの環状くぼみが設けられ′？：いることが望ましい 。 前記蒸）ｈ器に！、一定方向蒸気流の強度の分布を補正するための手段４具えて いることが望ましい。 前記補正手段が、前記筒の対称面内に孔を有し、該筒内に取り付けられている隔 壁として構成されていることが好ましい。 前記補正手段が、前記主隔壁と実質的に同一な、孔を有する補助隔壁を具え、こ れらの隔壁は互いに離れて配置され且つ前記孔の周囲において互いに結合され、 一方、前記筒は互いに離れた二つの同一部分で作られ、又核部は、筒の対応する 前記部分にそれぞれ強固に結合された前記隔壁を収容していることが望ましい。 隔壁の孔は小径端で互いに結合された二つの円錐台の形に構成されていることが 望ましい。 蒸気流の強度の分布を補正するための前記手段が、環状孔を有し、対称面から等 距離にある前記筒の端部に取り付けられた二つの同一の隔壁として構成されこい ることが望ましい。 前記補正手段が、複数の孔を有する隔壁として構成され、該凡の幾何学的軸が相 互に、又前記筒の幾何学的軸に対して所定の角度をなし°ζ配置され、前記隔壁 は前記筒の内側にその対称面内に取りイ」けられていることが望ましい。 蒸発器は前記筒の内側に設置され六τ一定方向に向かう蒸気流の形状を補正する 手段を具えていることが望ましい。 前記蒸気流の形状を補正する手段は、蒸着されるフィルムの形状を１８、た孔を 有する二つの同一な隔壁と１７で構成され、４該隔壁は前記筒の端部に取りイ′ −，ｊげられ、且つ筒の対称面から等距離だけ離れて設置されていることが奸ま しい。 ｉｉＩ記蒸記法気流状を補正する手段は、断ｍｉ輸シ１肋＜ス着さｔ＋、るフィ ルムの形状をした切り欠きを有する同一ノズルとして構成され、該ノズルは筒の 対称面から等距離だけ雛れて前記筒の端部に取り付けられていることが望ましい 。 少な（とも筒の中央部分は蒸発物質によって濡れることのできるコーティングを 有することが好ましい。 蒸発器の各隔壁は蒸発物質によって濡れることのできるコーティングを有するこ とが好ましい。 蒸発器は、坩堝の内側に壁との間に空隙を保って設置された多孔性のインサート を有することが望ましく、このインサートは蒸発物質を収容し、その孔の全容積 は蒸発物質の容積より大きいことが好ましい。 前述の如く、本発明の蒸発器は基体と衝突しなかった蒸発物質を再使用のために 回収する際の蒸発物質の損失を少なくし、より均一なフィルム厚さの蒸着を保証 し、種々の形状、寸法の基体上への蒸着に関する蒸発物質の損失を減少させ、そ して隔壁技術に実用されるすべての蒸発物質の使用を可能にする。その上、この 提案された蒸発器は数十グラムの大量の蒸発物質を全部蒸発させるものから、ｌ ｎｖ以下のオーダの単一フィルムの蒸着に必要な最小量の蒸発までの広い坩堝負 荷の範囲にわたって用いられる。この蒸発器は構造的に簡単であり、製造、操作 が容易であり、改変を行うことなしに自動制御ユニットを含むすべての真空発生 ユニットと組み合わせることによって、静止及び運動する基体のいずれにも同様 に蒸着を行うことができる。 図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面を参照して、特定の実施例に基づいて更に詳細に説明され るであろう。 第１図は、本発明にかかる真空フィルム蒸着用蒸発器の部分側断面図、 第２図は、断面が変化している筒を有する本発明にかかる蒸発器の坩堝、 第３図は、筒の対称面内に設けられた隔壁を有する第２図と同様の図、 第４図は、主隔壁に孔の周囲において結合された補助隔壁と、遮熱板を有する第 ３図と同様の図、 第５図は、隔壁内の特殊形状の孔、遮熱板、及び筒端に取り付けられた補助隔壁 を有する第３図と同様の図、第６図は、筒端に環状の孔を有する隔壁を具えた本 発明にかかる蒸発器の変形、 第７図は、基体の中心に関して、第６図の蒸発器の有効放射表面の輪郭、 第８図は、基体の縁部に関して、第７図に示したのと同じ図、第９図は、隔壁の 内部を確保するための支持部材を有する第６図と同様の図、 第１０図は、第９図を上から見た図、 第１１図は、複数の孔を具えた隔壁を有する第３図と同様の図、 第１２図は、第１Ｉ図に示す隔壁の孔の拡大軸測投象図、第１３図は、特殊形状 の切り欠きを有する筒の一部の軸測投象図、 第１４図は、多孔性インサートを具えた坩堝の長手方向断面図である。 発明の実施の好適モード 第１図において、本発明にかかる真空中で薄いフィルムを蒸着するだめの蒸発器 は、ヒータ３によって作られた加熱域内に置かれた、蒸発物質２を入れた坩堝ｌ を具え、該坩堝１は、一端で坩堝１に取り付けられ且つ横方向の対称面５を有す る筒４として構成された蒸発物質の蒸気の一定方向の流れを形成１−るための手 段に連通している。前記筒４の上方には、筒４から脱物ｇ２の気化温度に等しい 温度まで熱せられている。筒４の上部の温度は１．そ、二が加熱域の外にあり、 又そこが熱を放散するので、蒸発物質２の溶解点より低い。この筒４の低温部に おＧ１ては、基体６上に衝突で悉ない蒸気流の周辺領域８は、固相Ｑ、二疑縮す る傾向にある。筒４の高低画部分の間の狭い過渡域においで蒸気は液相に凝縮し 、この液相は堆積の過程において筒の高温部に流れて再蒸発する。 十ｉＫのよ戸１こ、筒４は横方向の対称面５を有するので、繰り返されイ・蒸発 のノこめ１、こ筒４内に凝縮した＋！１３質を回復させるために、筒の一端と他 端とを交互に坩堝内に嵌めることができる。 蒸発器内の熱（員失を防止するために、モリブデン等で作られた遮熱スクリーン ９が！コータ３を包んで設けられている。 坩堝１．筒４．及びヒータ３はグラフアイ１〜等で作られている。こ、二で述べ る例においてば、ヒータ３は、ヒータの下方に設けられた遮熱シ・−ルドｌＯ及 び電流供給用端子１１と一体的に作られている。これらの端子１１は、クランプ １３によって蒸発器を真空発生ユニッ１−（図示しない）の人口１２上に直接固 定するのにも用いられる。 第４図においでは、蒸気流の脱出角度を増加させるためＧこ、筒４はその長さ方 向に沿って変化する断面を有腰特Ｇこ小径端が相互に対面する円錐台の形状をな す二つの部分からなってし）る。このことによって、相当の表面積を有する基体 上に均一な厚さのフィルムを蒸着させることが可能になる。 筒４しま坩堝２に螺合によって取り付けられることができる。 このような構成例は高速度の蒸着（例えば１秒当たり数百オングストロームの） を行うのに好適である。なぜなら（よ、さもｔ

【いと筒４は蒸着される物質の蒸 気圧によって坩堝１から押し出されてしま・うからである。 別の例と１７では、筒４の断面積が端部において最小となるものも可能である。 この構成例においては５、筒４は面５Ｇこ関して対称でなげればならない。 筒４の中央部での温度勾配を改善するために、少なくとも一つの環状凹所１４が 設けられている（第１図及び第２図）、筒４の中央部における温度勾配の増加は 、高低側温度部間の過渡域の長さを短縮する。それに伴、って、過渡域の長さは 凹所１４の長ざよりも短くなるである・う。筒４がグラファイト又心ま耐火性金 属等の高熱伝導性物質で作られている場合には、凹所１４の設置は不可欠である 。 筒４が一つの環状凹所１４を有し、そしてそれが蒸発物質によって濡れない物質 で作られいる場合には、蒸発物質はこの凹所１４内に集積される傾向がある。な ぜならば、濡れ難さのために物質の流下が妨げられ、この領域からの蒸発速度が 凝縮速度より少なくなるからであるい凹所１４はそれ自体は、例え坩堝１内に筒 ４の他端を嵌め込λ、だ後であっても、加熱域から離れており、同様に蒸発物？ ｆを集積する。凹所１４に隣接する領域に集積された蒸発物質は筒４の中央部の 熱抵抗を低下させ、液相過渡域を拡張するので、溶解点のレベルにおける蒸気圧 がかなりあれば、該過渡域での蒸発物質の蒸発のために余分な損失を生ずる。こ の場合、ちっと多数のこのような凹所１４を設ける必要がある３１例藷ば、２木 の凹所（図示しない）を筒４の中央部に設け、上部凹所に到るまでの筒の下部を 加熱域内に設ければ、凝縮は上部凹所の加熱域とその上方、即ち対称面の上方領 域に限って発生ずる。筒の上下変更によって、全凝縮域が加熱域を占め、その上 に凝縮した物質は蒸発せしめられる。 第３図に示された蒸発器も、筒４の内側に薬筒４の対称面５に設げられた、孔１ ６を有する隔壁１５として構成された、蒸気の一定方向流７の強度分布を補正す るための手段を具えている。この例の筒４は、耐火性物質で作られたビン１９に よって相互に且つ前記隔壁１５に結合されている二つの部分１７．１８からなっ ている。該隔壁１５は筒４の下部１８と共に加熱域を占め、蒸発物質の蒸発温度 まで加熱される。バイブ４の上部１７は蒸着される物質の溶解点以丁の温度を有 する。このような筒４の構造においては、液相への凝縮が生ずる過渡域は存在し ない。 第４図に示される蒸発器の例においては、流れの強度を補正するための手段は、 主隔壁１５と実質的に同様な孔１６を具えた補助隔壁２０を有する。該隔壁１５ ．２０は間を隔てて分離され、孔１６の周囲で互いに結合されている。これと共 に、筒４は第３図に示されたものと同じく、互いに隔てられて隔壁１５．２０を 担持する二つの同じ部分１７，１．８を具えている。 隔壁１５は筒４の下部１８に強固に結合され、一方、隔壁２０は筒４の上部１７ に結合されている。筒４の中央部の温度勾配を増加させるための少なくとも一つ の熱シールド２１を隔壁１５．２０の間に設けることができる。温度勾配の増加 を助長するものとしては、半径方向における隔壁１５と２０の高い熱抵抗がある 。 隔壁１５と２０は筒４の高熱部１Ｂと低温部１７０間の過渡域内に存在し、それ によって液相の蒸発物質は隔壁１５の下面に凝縮し、凝縮した物質は筒４の下部 １８に流下してここで再蒸発する。しかし、上述の構造の液相凝縮域は、筒４の 高温部に対面しているので、この域からの蒸発は余分な損失を生じない。二つの 隔壁１５．２０の間に熱シールド２１を設けるのは、隔壁２０の上面に固相凝縮 を生じさせるためである。孔１６の軸に対して９０°に近い角度で配置された隔 壁の表面への蒸気の供給の強度は低いので、このようにして凝縮した蒸発物質の 層の厚さは無視し得る程度である。隔壁２０の上面に凝縮する蒸発物質の層が、 実質的に隔壁２０の熱抵抗に影響を及ぼさないのは、このような角度のためであ る。 筒４は、隔壁１５．２０及び熱シールド２１と同様に、耐火性金属シーｌ−で作 られ、坩堝１内に取り付けられるためにグラファイトリング２２．２３を具え、 これによって接触部分をシールすると共に筒４が坩堝１に接着することを防止し ている。 第５図に示すフィルム蒸着用蒸発器の例のように、筒４内に取り付けられた隔壁 １５は、断面形状が小径端面同士で結合された二つの円錐台２４．２５の形をし た孔１６を有して筒４の対称面５内に設けられることもできる。この特殊形状の 孔１６は、円筒形の孔に比べて、基体に向かう一定方向蒸気流の強度をより均一 化することができる。 熱シールド２６．２７が隔壁１５と筒４の両６Ｂ分１７．１８との間に介在して いる。上部シールド２６番よ、隔壁１５と筒４の上部１７間の圧力差を増加させ るのに役立−Ｘ）。加”域を占める隔壁１５はその側面を通じて加熱されるので 、この目的のために大きな表面積を具えている。 隔壁１５を更に激しく加熱するために、ヒータ３　（第１図）の断面を減少させ て加熱域でのエネルギの解放をｉ曽カロ１″るようにし、でもよい。 フィルム蒸着の如何なる条件下にお（７）ても、固相凝４し；を常６ご筒の低温 部で起こり、蒸発は高温部で起こるの“で、筒４の＋構成は単一　のし・−夕を 用いている。この単一・ヒータの使用己ま所定の温度の制御と維持を簡華化し、 蒸発器の構造の複雑１生を減少１−る。 蒸気流の強度分布を補正するための手段は、そわ、ぞ１９．環４犬ＴＩ、３０． ３１を具えた内径Ｄ　１とり）径Ｄ２を有する丁つの実質的に同一の隔壁２８と ２９（第６図）として構成されて１７）る。δ亥隔壁２８．２９は対称面５から 等距離にある筒４の両？Ｊ尚に取り付けられている。筒４は隔壁２８．２９と同 じく耐火１生金属シートで作られ、これの坩堝１内への装着を便ならしめるため にグラファイトリング２２．２３を具えてし）る。 温度分布に関しては、この筒４は第１図のものと実質的に同様である。面３−２ 　（第６図）の下方には、筒４の高温部があり、ここから前回の蒸着サイクルの 際凝縮した蒸発物質が蒸発する。 従って、面３２における筒４の断面は基体６に衝突するべき蒸気流を放射する源 を表す。面３２の」二方では、蒸発物質は筒４の壁と隔壁２８上に凝縮し始める 。環状孔３０に限定されて、面３４上に縁が置かれた隔壁２日の内側表面は蒸気 流の一部を集め、それによって基体の中心部への蒸着速度を減少し７で基体の全 表面上に蒸着されたフィルムのより均一な厚さをもたらす。 隔壁２８の外側部分３５は面３６上６ご取りイ」けられている。 第７図と第８図には、第６図におけるＭ点とＮ点から見た有効放射表面が示され ている。この有効放射表面は、面３２（第６、　７．　８図）における筒４（第 ６図）の断面と面３４と３６（第６．７．８図）における隔壁２＋３（第６図） とによって形成されている。 第９図と第１０図は、蒸気の自由流通を許容するよ・うに小さく作られた支持部 材３７によ、で、筒４の端部に隔壁２８　（第６図）の内側部分３３を確保する ための一つの可能な方法を示す（図を判り易くするために隔壁２８の外側部５） ３５は示されていない）６陥壁の内側部分３３は、。直径Ｄ１の平らな円板状を なしている。環状孔３０（第６図）の外径Ｄ２は筒４の内径に等しく、この場合 には、隔壁の外側部分は省略され、筒４の上端が隔壁の外側部分としての機能を 有する。 蒸気流の強度分布を補正するための手段は、多数の孔３９（第１１図）を具えた 隔壁３８とし７て構成され、該孔の幾何学的軸（第１２図）は相互に、そして筒 ４（第１１図）の幾何学的軸に対して所定の角度をなして配列され、該隔壁は筒 ４の対称面内に取り付けられている。各孔３９　（第１２図）は、点線で示され た蒸気放射の強度の角度的分布４２をもたらす機能を有する。 孔３９の軸４０と筒４の軸４１　（第１１図）とのなす角βの値は、所定方向蒸 気流の脱出角α（第１１図）の範囲内に均一厚さのフィルム蒸着が可能な、全て の孔３９からの流れの強度分布を得るように選択される。 一般的には、角β（第１２図）は０°から５５゛までの範囲にあり、孔３９の幾 何学的軸４０は、筒４（第１１図）の幾何学的軸４１に対して異なった（図示し ない）角βで配置されている。後者の条件は、５５°に近い角β（第１２図）の 最大値において、特に好ましい。なぜならば、この場合、全ての孔３９の軸４０ が最大角度βで配置され、筒４（第１１図）の軸４１と一致する一定方向蒸気流 の強度は、基体６の中心への蒸着厚さが基体の縁部分へのそれよりも薄くなるよ うに、減少せしめられるからである。孔３９の幾つかの軸４０（第１２図）を筒 ４の軸４１に対して小さい角βで配置すると、該軸４１と一致する経路で脱出す る一定方向蒸気流の強度が増加し、基体６　（第１１図）の全表面に蒸着するフ ィルタ厚さを更に均一化することができる。 角βの最大値を５５゛以上に増加しても、角αは実質的に増加しない。 隣接する孔３９の軸間の角γの最大値は、これらの軸間を指向する蒸気流強度が 減少しないように決められることが望ましい。角βが固定値の場合、角Ｔは孔３ ９の数の増加に伴って減少する。 例えば、角βが４５°の場合、角αは３０”であり、筒径２Ｑｍｍ、基体までの 距離１５５Ｎならば、直径２００ｕｉの基体に蒸着させることが可能となる。 蒸発器は、筒４　（第５図）の内側に設けられた同一形状の隔壁４３．４４を有 する一定方向蒸気流の形状を補正する手段をも具えている。前記隔壁４３．４４ は蒸着されるべきフィルムと同じ形状の孔４５．４６を有する。これらの隔壁４ ３．４４は、筒４の対称面５から等距離にある筒４の両端に取り付けられている 。 例えば、長方形の基体６上へ蒸着を行う場合には、孔４５゜４６はこれに応じた 長方形をなしている。上方の孔４５から脱出する蒸気流は長方形断面をなし、基 体６上への均一厚さのフィルム蒸着を保証する。従って、蒸気流強度は基体６の 背後において急激に低下するので、蒸発物質の損失は最小になる。 移動する基体６上に蒸着する場合には、孔４５と４６の形状は基体６の移動経路 を考慮して選択される。これによって蒸着されるフィルムの形状が決定される。 例えば、回転する基体６（回転軸は基体６自身を通っていない）上に蒸着する場 合には、孔４５．４６の形状は、蒸着フィルムの厚さの均一性を保証するために 側辺が窪んでいる台形であることが好ましい。なぜならば、基体６の中央部は幾 分流れの強度の強い領域の下を移動するからである。 この蒸気流形状補正手段の別の例としては、筒４の対称面から等距離にある筒４ の両端に固定された同一形状のノズル４７（第１３図）がある。該ノズル４７は １着されるフィルムの形状に対応する特殊形状をした切り欠き４８を有する（下 部ノズルは示されていない）。 該切り欠き４８の形状は、３木の案内線、即ち筒４の軸４１゜孔１６の外周及び 基体６の外周に一敗ずろフィルムの外周に沿って１木の直線を連続的に動かり、 て得られる面と、７ノズル４７の表面との交差線によって形成される。 、二のような、ノズル４７を具えた筒４から脱出する一定方向蒸気浦は、基体６ の面内でその形状に順応し、それにら、て蒸発物質の損失が少なくなる。 その上、筒４　（第１図）の内面の少な・（とも中央部はには、大全物質によ、 、って濡らされることのできる耐火性物質製のコーティング５０が設けられでい る。これによって、凹所１４の近傍の過渡域から再蒸発の）１−め乙二加熱域内 の高温部までの液相の流れが円泪に行われる。筒４の内面全体が蒸発物質で濡れ ることのできる物質によって被覆されてもよい。、二のような装置の場合、筒４ を取り替えて内面に堆積しまた物質を溶融する際に、４労発物質は坩堝１′上で 滴下（ｔずζ、ご筒４の表面で蒸発する１、筒４の内面が濡れ可能な層で被覆さ れていない場合には、筒Δの表面に凝縮（７た蒸発物質の滴はそこから剥がれて 、坩堝１に落下する際に飛びｌ１ｌｉ、す、蒸着したフィルムに傷を生ずる。 各隔壁１５（第３．４．５図）、２０　（第４図）、２８及び２９（第６図）、 ３８（第１１図＞、４３　（第５図）及び４４は、蒸発物質によって濡らされる ことのできる物質５０（第３図にのみ示す）で被覆されてもよい。例えば、隔壁 １５　（第４図）と２０が蒸発物質によって濡れ可能なコーティングを持ってい る場合には、下部隔壁１５から筒４の下方部分１８までの液相流下が非常に円滑 になる。この点の証明は次ぎのように行われる。銀の蒸着のためにモリブデン又 はタングステン製の隔壁１５と２０がニオブによ、って被覆される。隔壁４３　 （第５図）七４４が蒸発１１！７Ｊ質に濡れる物質で被覆される場合、これらの 隔壁１−に凝縮し、た蒸発物質はそれが溶解した後ｔ）その上に保持されたまま であり、坩堝１に落下し、て飛沫を生ずることがなくなる。蒸発物質で濡れ可能 なコーティング５０を有する隔壁１５（第３図）を設けることＧこよって、隔壁 ］、５１．１凝縮した蒸発物質の滴が蒸発温度まで加熱されない場合とか、滴を 加熱する過程において４、隔壁の実質的なＷ量のために、滴の昇温速度が坩堝内 で加熱されている蒸発物質のそれよりも遅い場合に、該滴の蒸気流Ｃコ、よる剥 がれ落ちや搬送の可能性が無くなる。 坩堝１内に設置された筒４は坩堝の流通断面を減少させると共に５、飽和蒸気に 達するまでのｆ気圧を与える。このことは蒸発工程を変化させ、飛沫が蒸着する べき物質の流れに入る可能性を増加させる。更に筒４内での蒸気流の断面減少は 、蒸着速度にも影響を与えるので、所望のフィルム蒸着速度を維持するためには 坩堝１の温度を」二げな＆Ｊれｌ′Ａ：ならず、これによって飛沫発生の可能性 が再び増加する。この欠点を解決するために、坩堝の壁に対して空間を隔てて坩 堝１内の支持部材５１に取り付けられた多孔性インサー１−５３（第１４図）を 具えた蒸発器が提案されている。このインサート内の空隙には、蒸着される蒸発 物質の量に等しいか、それよりも多い蒸発物質が充満されている。蒸発物質を収 容するための凹所５４がインサート５３内に設けられている。溶融した蒸発物質 はインサート５３の空隙を占有し、飛沫を生じる可能性のある蒸発物質の厚い層 の形成を防止する。 このインサート５３の採用によって、蒸発物質はインサートの空隙の全表面に薄 い層となって含まれ、蒸着されるべき蒸発物質は毛管作用と濡れによってそこを 占有する。このような広い蒸発表面は、フィルム蒸着の速度を増加させるために も役立ぢ、この目的のためにインサート５３は粒状セラミックスで作られること が好ましい。 本発明のフィルムの真空蒸着用蒸発器は次のように用いられる。 蒸着されるべき物質、即ち蒸発物質２（第１図）は、筒４を外した状態で坩堝１ 内に装填され、その後で筒４は坩堝１上に嵌められる。基体６を設置した後、真 空チャンバ（図示しない）内に低圧の作業環境が作られる。次いでヒータ３が通 電され、蒸発物質２は蒸発点まで昇温される。蒸気は筒４に入って一定方向流７ となり、基体６に衝突する。基体６に達しなかった蒸気の一部は、筒４の低温部 上に凝縮する。 所定厚さのフィルムが基体６上に７着した後、ヒータ３は通電を中止される。そ して必要に応じて、坩堝１に蒸発物質を補給した後、筒４は上下逆にされて基体 ６に達しなかった蒸発物質の堆積した方の端部を下にして、坩堝１に嵌められる 。この蒸発物質は次の蒸着サイクルにおいて、坩堝１内の物質と同様に使用され る。 変化する断面を有する筒４（第２図）を具えた蒸発器も実質的に同じように作動 する。この装置によれば、流れの大きな脱出角度が保証され、大きな表面積の基 体を被覆することが可能である。しかし、蒸着作業が長剣いた場合、凹所１４の 上方の筒４の低温部に凝縮する蒸発物質の層のために、筒４の断面積が減少し、 蒸気流の形状に好ましくない変化を生じる。そこで、このような筒４は薄いフィ ルムの蒸着に用いることが有利である。 筒４の対称面内に設置された、孔１６を有する隔壁１５（第３図）を具えた蒸発 器も同じように作動する。蒸発物質の一定方向流の脱出角度は、孔１６と筒４の 直径の比と、筒４の長さとによって決定される。第３図に示す蒸発器においては 、孔１６の直径を広い範囲で変えることができる（さもなければ別の隔壁を使用 する）。これによって、孔１６から脱出する蒸気流の強度のコサイン分布を得る ことができ、筒４内に隔壁を有しない蒸発器（第１．２図）の場合に比し、基体 上へのより均一な厚さのフィルム蒸着を与える。 その上、凝縮する蒸気は筒４の上方部分１７（第３図）の内面に同相でのみ堆積 する。このため、実用上、全ての物質、特に溶解した後の蒸気圧が大気圧を越え る大部分の硫化物等の、固相から蒸発する物質のフィルムを蒸着させることを可 能にする。 更に、筒４の上方部分１７における凝縮域は、孔１６から取り外されるので、例 え数十μｍの厚さのフィルムが堆積した場合であっても、その上に形成される１ 発物質の層は、基体に衝突する蒸気流の強度の分布に目立った影響を及ぼさなし Ａ。 第４図に示す蒸発器も同じようＱこ作動する。蒸気流強度を補正する手段は、主 たる隔壁１５と同じ構造を有し、孔１６の周囲においてこれと接続されている補 助隔壁２０を具えてし）る。 筒４の上方部分１７と隔壁２０の殆ど全上面Ｑこ固相の堆積力く起こる。液相の 蒸発物質は隔壁１５の下側に凝縮し、筒４のＦ方部分１８へｄｆ下してそこで蒸 発する。 、−のよ・うな筒４を具えた蒸発器は、第３図の蒸発器よりも適用し得る蒸発物 質の範囲は狭いけれども、これと同様の効果的な蒸気流強度を保証する。しかし 、第４図に示す筒４は構造的に簡単であり、例えばグラファイト等で一つの、ユ ニ・ノドとじて製造される。その他の利点は、第３図に示す筒構造４Ｇこ使用さ れた細いピン１９等の結合手段を要しなし）ことである。 ？ｇ　５　Ｕの蒸発器は第３図のものと同じように作動する。差異は、特殊形状 の孔１６　（第５図）を−通過する際、流体力学の法則によって蒸気流が加速さ れて音速に達することである。その−し、この蒸発器は蒸気流強度の分布が均一 な特長を有する。 上部熱シールド２６は隔壁１５と筒の上方部分】７との間の温度差を増加させる 。とにあり、これは金等の高蒸発温度の物質を蒸着させるのに重要な点である。 下部熱シーツ１ノド２７　＋、：ｔ、筒４が反対端から坩堝１内に嵌め込まれた 後におし）でのみ機能する。 上部隔壁４３は、蒸着されるべきフィルムの形状に従った形状を有する孔４５を 具え、この孔は一定方向蒸気流の断面を基体６の形に対応させるように補正する 。この蒸発器は蒸発物質を隔壁４３と笥４の上方部分１７に固相で凝縮させる。 同時に、下部隔壁４４及び筒４の下方部分１８上に凝縮した蒸発物質は再蒸発せ しめられる。筒４の他端を坩堝１内に置き換えた後、隔壁４３と筒４の部分１７ とは加熱域内の低い位置を占め、その上に凝縮した蒸発物質を蒸発させる。 第６図の蒸発器も叙」−のように作動する。筒４はぞの両端に、それぞれ環状孔 ３０と３１を有する隔壁２８と２９を取り付けられてい７：−、（、斗一部隔壁 ２８は、第５図の隔壁４３のよらに、いくりかの蒸発物質を収集し、筒４　（第 ６図）を坩堝１内に逆向きに挿入した後に加熱域を占有し、その十に凝縮された 蒸発物質を蒸発する。この蒸発器は５、隔壁２８（第６図）の形状と配置に、よ って、基体６０表面領域を通過する蒸発物質流の強度分布の補正を可能にする７ 、 第′１図のハンチング部分Ｓ。ば、基体６の中心Ｍ点（第６図）から見た有効放 射表面を表す。基体６の中心におけるフィルム蒸着の速度は、この領域Ｓ、の面 積に比例しでいる。 放射源（第７図の輪郭３２）のかなりの部分は、隔壁２８の内側部分３３　（第 ゛１図の輪郭３４）の影になっている。基体６の縁の部分における点Ｎに対する 有効放射表面は第８図の面積Ｓｏで描′かれている。放射源（輪郭３２）は隔壁 ２８の外側部分３５（第６図）（第８図の輪郭３〔ｊ）の影となり始め、この影 の面積はＳ、（第８図）で示されでいる。しかし、放射源の影の面積は隔壁２８ の内側部分；）３　（第６図）によって同時にＳ、だけ減らされる。筒４と隔壁 ２８の寸法の関係を適当に選択することによって、基体の中央部と縁部に対する 有効放射面積を等しくできるだけでなく、基体の縁部に対する余白部分を提供し 、放射源の自然コサイン法則を補償して均一な厚さのフィルム蒸着を保証するこ とも可能である。 隔壁２８と２９の中心に孔（図示しない）を設け、基体６における有効放射表面 の面積を変化させる法則を、コサインに反比例する法則に益々近づけることもで きる。このことによって、蒸着フィルムの厚さを更に均一にすることができる。 第９図、１０図に示した、筒４の両端に環状スロットを有する隔壁を具えたｙ発 器の変形も今まで述べたものと実質的に同様に作動する。この変形においては、 面３６が、隔壁の外側部分として機能する筒４の上端面の高さにある。環状孔３ ０は第６図に示されたものと同様に配置され、有効放射面の、変化の性格は第７ ．８図について述べたものと同じである。支持部材３７　（第９．１０図）は蒸 発物質の自由な流れを阻害しない。 第１１図においては、蒸発器の筒４に、多数の孔３９を有する隔壁３８が固定さ れている。蒸発物質は固相で筒４の上方部分１７に凝縮する。加熱域を占有する 隔壁３８は蒸発温度まで加熱されているので、蒸発物質はその上に全く凝縮せず 、蒸着されるべき物質の蒸気は隔壁３８の孔３９を自由に通過する。 これらの孔３９は筒４の軸４１に対して角β（第１２図）で配列されているので 、液孔３９は蒸発物質をその幾何学的軸４０に沿って導き、高度に均一な強度の 蒸気流を形成して基体上に蒸着させる。 特殊形状の切り欠き４８を有するノズル４７を具えた第１３図に提案された蒸発 器は、基体上に蒸着されるフィルムの形状に応じた形の孔４５．４６を有する隔 壁４３と４４を筒４の両端に具えた第５図の装置と実質的に同じ作用を有する。 特殊形状の切り欠き４８を具えたノズル４７（第１３図）は、蒸発物質の一定方 向流の断面輪郭を基体」二に蒸着されるフィルムの形状に従うように修正する。 このノズル４７は筒４の等直径におけるフィルム形状に対応する形をした孔４５ を有する隔壁４３（第５図）と比べて、基体の外での蒸気流強度の急激な低下を 保証する。 第１４図に提案された蒸発器は次のように作動する。 蒸着物質は多孔質インサート５３の凹所５４内に充填される。 真空チャンバ内に所定の低圧が作られてから、多孔質インサート５３を具えた坩 堝は該坩堝を占有した蒸発物質と共に加熱され、蒸発物質は溶解してインサート ５３の開放された空隙内に侵入する。インサート５３の空隙の容積は装填された 物質の容積に等しいか、又はこれよりも大きいので、蒸発物質はインサート５３ の空隙を占有し、蒸発するに従ってインサートの表面に上昇する。このようにし て蒸発した物質は筒４に沿って強制的に基体の方へ向けられる。この多孔質イン サート５３は大きな蒸発表面を提供し、その結果、少ない量の蒸発物質でより安 定したフィルム蒸着速度を得ることができる。 その上、インサート５３の全表面から均一に蒸発するばかりでなく、蒸発物質は 均一な断面強度を有する流れを形成し、これによって均等に分布した筒からの脱 出流を保証する。 産業上の利用性 本発明の金、プラチナ、銀、バラジュウム等の貴金属フィルムの真空蒸着用の蒸 発器は、例えばＩＣ回路、ＵＨＦＨＦ回線９種重子部品の金属鍍金、プリント回 路及びテープの製造・及び光学的゛コーティングを行うエレクＩ・ロニ゛クス、 光、音響９通イ３及び電気工学の分野に利用する、２とができる。 ｌ／ツノ／ノｌど／／／、１ ｍ２　需π

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ヒータ（３）を具え、蒸気の一定方向の流れを形成する手段と連通した坩堝 （１）内に蒸発物質（２）を入れて、真空中でフィルム蒸着を行うための蒸発器 であって、蒸気の一定方向の流れを形成するための前記手段が横断対称面を有す る筒（４）として構成され、該筒（４）の一端が前記坦堝（１）に取り付けられ ていることを特徴とする蒸発器。 ２．前記筒（４）は長さ方向に断面が変化していることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載された蒸発器。 ３．前記筒（４）の中央部には少なく共一つの環状凹所（１４）が設けられてい ることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載された蒸発器。 ４．前記筒（４）内に、一定方向蒸気流（７）の強度の分布を補正するための手 段を具えていることを特徴とする請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１ 項に記載された蒸発器。 ５．前記蒸気流強度分布補正手段が、前記筒（４）の対称面（５）内に孔（１６ ）を有し、該筒（４）内に取り付けられている隔壁（１５）として構成されてい ることを特徴とする請求の範囲第４項に記載された蒸発器。 ６．前記蒸気流強度分布補正手段が、前記主隔壁（１５）と実質的に同一な、孔 （１６）を有する補助隔壁（２０）を具え、これらの隔壁（１５，２０）は互い に離れて配置され且つ前記孔（１６）の周囲において互いに結合され、一方、前 記筒（４）は互いに離れた二つの同一部分（１７，１８）で作られ、又該筒（４ ）は、筒（４）の対応する前記部分（１７，１８）にそれぞれ強固に結合された 前記隔壁（１５，２０）を収容していることを特徴とする請求の範囲第５項に記 載された蒸発器。 ７．隔壁（１５）の孔（１６）は小径端で互いに結合された二つの円錐台（２４ ，２５）の形に構成されていることを特徴とする請求の範囲第５項に記載された 蒸発器。 ８．蒸気流の強度の分布を補正するための前記手段が、環状孔（３０，３１）を 有し、対称面（５）から等距離にある前記筒（４）の端部に取り付けられた二つ の同一の隔壁（２８，２９）として構成されていることを特徴とする請求の範囲 第４項に記載された蒸発器。 ９．前記蒸気流強度分布補正手段が、複数の孔（３９）を有する隔壁（３８）と して構成され、該孔の幾何学的軸（４０）が相互に、又前記筒（４）の幾何学的 軸（４１）に対して所定の角度をなして配置され、前記隔壁（３８）は前記筒（ ４）の内側にその対称面（５）内に取り付けられていることを特徴する請求の範 囲第４項に記載された蒸発器。 １０．蒸発器が前記筒（４）の内側に設置された一定方向に向かう蒸気流（７） の形状を補正する手段を具えていることを特徴とする請求の範囲第１項から第９ 項までのいずれか１項に記載された蒸発器。 １１．前記蒸気流（７）の形状を補正する手段は、蒸着されるフィルムの形状を した孔（４５，４６）を有する二つの同一な隔壁（４３，４４）として構成され 、該隔壁は前記筒（４）の端部に筒の対称面（５）から等距離だけ離れて設置さ れていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載された蒸発器。 １２．前記蒸気流（７）の形状を補正する手段は、断面輪郭が蒸着されるフィル ムの形状をした切り欠き（４８）を有する同一ノズル（４７）として構成され、 該ノズル（４７）は筒（４）の対称面（５）から等距離だけ離れて前記筒の端部 に取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載された蒸発器 。 １３．少なくとも筒（４）の中央部分は蒸発物質によって濡れることのできるコ ーティング（５０）を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第３項まで のいずれか１項に記載された蒸発器。 １４．蒸発器の各隔壁（１５，２０，２８，２９，３８，４３，４４）は蒸発物 質によって濡れることのできるコーティング（５０）を有することを特徴とする 請求の範囲第５，６，７，８，９又は１１項のいずれか１項に記載された蒸発器 。 １５．蒸発器は、坩堝（１）の内側に壁との間に空隙（５２）を保って設置され た多孔質のインサート（５３）を有することが望ましく、このインサート（５３ ）は蒸発物質（２）を収容し、その孔の全容積は蒸発物質の容積より大きいこと を特徴とする請求の範囲第１項から第１４項までのいずれか１項に記載された蒸 発器。