JPS6299459A - 真空蒸着用蒸発源 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は広い範囲にわたって均一な膜厚の蒸着膜を形成
するため真空蒸着用蒸発源に関する。

〔従来技術とその問題点〕

最近、に空蒸着は工業的規模で薄膜を製造するための重
要な方法となっており、その利用分野は光学分野２表面
処理分野、′鑞子工業分野など広範囲にわたっている。

特に電子工業関連分野においては基本的な薄膜形成法の
一つとして重要視されてきているが、その際この分野で
は蒸着薄膜の膜厚、模賓が得られる部品あるいは装置の
特性や機能に大きく影響をおよぼすので、その均一性が
要望され、蒸着方法や蒸着装置に種々改良が加えられて
きている。

被蒸着物が大きくなり被蒸着基体面が広い場合、または
生産効率をあげるために多数の被蒸着物に一度に蒸着し
ようとする場合、広い範囲にわたって均一な蒸着膜を形
成することが必要となるが、これは雌しい問題である。

このような場合として、電子写真用セレン感光体の感光
層蒸着において行われてきた方法の一例を説明する。電
子写匍用セレン感光体は導電性基体としての円筒状アル
ミニウム基体と、その上にセＬ／７系材料（純Ｓｅ　、
　５ｓ−Ｔｅ合金、　Ｓｅ　−Ａｓ合金など）を真空蒸
着して形成された感光１＃とからなる。感光Ｉ−の真空
蒸着は一般的に第３図にその概念的要部断面図を示すよ
うな装置で行われ、円筒状の回転する軸２２に基体２３
を装着；〜、真空槽２１内をＩＰａ以下の高真空に保ち
、下方にある蒸発＃２４のボート２５に充填された蒸着
材料２７をヒーター２６で加熱して蒸発させ、基体２３
のトに感光層を形成する。その際、主意効率をあげるた
めに１第４図の斜視図に示すように真空槽内壁２８に取
りつけられた軸２２をできるだけ長くして一度に多数個
の基体を装着できるようにし、それに伴って蒸着＃２４
も長くしているのが通例である。ところが、一般的に蒸
着膜の膜厚は基体と蒸発源との距離。

角度に依存し、第４図に示すような軸の長さとほぼ等し
い長さの蒸発源では軸内で第５図に示すような膜厚分布
となり、軸の根本、先端と軸の両端に近づく程膜厚が薄
くなり、膜厚勾配が大きくな篩　　　　　　　　　　　
、・ る。そのため、軸の両酊、に近い部分に装着され感、°
（ 光１１を形成せしめられた感光体は軸の中央部に装着さ
れ感光１１１を形成せしめられた感光体に比べて感光層
の膜厚が薄くしかも均一でない。従ってその電子写真特
性において帯電電位が低くなり、かつ電位のばらつきも
大きくなり、得られる出力画１象においても画１象濃度
低下や濃度むらが発生することになる。

このような間頭点に対処するために、第６図のＨ１Ｍ図
に示すようにボート３１にいくつかの仕切り３２を設け
てボートをいくつかの区画に区切り、区ｎｊ＋７４σに
充填する蒸着材料の皆を調節して軸内の膜厚ばらつきを
低減さすことは知られている。

このような仕切りを設けたボートをヒーターでＪＪｎ熱
して蒸着材料を蒸発させた場合、各区画毎に受けるヒー
ターからのエネルギーのばらつきや各区画毎の蒸着材料
の噛の違いにより、ボートの区画毎に蒸発を終える時間
が異なってくる。仕切られた全区画に蒸着材料が残って
いるときは、ヒーターから受ける熱エネルギーはそれぞ
れ蒸着材料を蒸発させるエネルギーとして使われる為区
画間で大きなｉｔ差は生じないが、ある区画では蒸発を
終え他の区画では蒸着材料がまだ残っている状峠では、
ヒーターから受けるエネルギーは、蒸着材料が残ってい
る区画では蒸着材料の蒸発エネルギーとして使われ、蒸
着材料の蒸発を終えた区画では、蒸発エネルギーとして
消費されない為、区画間の熱伝導による緩和作用を考慮
しても区画間で大きな＠度差が生じてしまう。特に、蒸
着材料がある区画で蒸発を終える一関には、蒸着材料の
蒸発エネルギーとしての吸熱作用が急に失われる為、そ
の区画でけ１＠、激な＠変上昇を生ずる。Ｍ着材料のセ
レン系材料では蒸発後のボート中に５ｓＯａ　。

Ｔｏｏｔ　、　ＡａＩＩＯｓなどの蒸着材料の酸化物や
その他の微量不純物の酸化物などが粉末状に残るが、こ
のような残渣は蒸着材料の蒸発終了時に前述のような急
激な温度上昇があると、容易に飛散して感光層の表面に
付着し、あるいけ感光ｒ＠内部にはいって膜欠陥の原因
となる。このような膜欠陥は出方画像において白抜けや
黒点などいわゆるピンホールといわれる画像欠陥となり
画像品質を低下させる。

また、仕切りを設けたボートをヒーターで加熱して蒸着
材料を蒸発させる際のボート温度の制御方法は、通常仕
切られた複数個の区画の中の一区画を選んでその区画の
中に入れられている蒸着材料の温度を熱電対などで検出
してボートを加熱しているヒーターのパワーへフィード
バックをかけているが、前述のようにボートの区画毎に
蒸発を終える時間が異なってくることと、区画の中で蒸
発を終えた瞬間はヒーターのパワーを消費している吸熱
源が急に失われた状態と考えられるので、その区画だけ
急激な温度上昇が起こることのために、温度検出してフ
ィードバックをかけている区画の蒸着材料が他の区画よ
り先に蒸発を終えるか後になるかで区画毎の温度挙動が
大きく変わり、成膜速変の）変化、蒸着材料の構造の変
化などにより感光層の特性に大きく影響することになる
。温度制御を行っている区画が他の区画より先に蒸発を
終える場合と後に終える場合との各区画の温度とヒータ
ーパワーとの関係を第７図に示す蒸発源にてシュンレー
トして第８図に示す。第７図においてボート４１は仕切
り４２によって２個の区画４３゜４４に分けられ、区＋
１ｉｉ４３のみには温度制御用熱電対４６が取り付けら
れ、その温度を検知してヒーター４５の加熱パワーを祠
節し制御するようになっている。

第８図において、実線は区画４３の＠度１点線は区１面
４４の温変、一点鎖線はヒーターパワーを示し、人は区
画４４が蒸発を終了した時点、Ｂけ区画４３が蒸発を終
了した時点を示す。第８図（ａ）図は、温度制御を行っ
ている区画４３が温度制御していない区１而４４よりも
後で蒸発を終了する場合であって、区画４４が蒸発を終
えた時点Ａでけ、区画４３け蒸発中であり従ってヒータ
ーパワーにはフィードバックがかからない。そのため区
１ＩｆＩ７４４の温度は特徴に上昇し、区画４３が蒸発
を終ｒするＢ時点まで高幌の状轢が続く。一方第８図山
）図は温度制御を行っ−Ｃいる区画４３が制御していな
い区画４４よりも先に蒸発を終了する場合であって、区
画４３が蒸発を終了する時点Ｂで吸熱源である蒸着材料
が無くなるので区画４３の温度が急上昇しフィードバッ
クがかかつてヒーターパワーは減少する。そのとき、区
画４４はまだ蒸発が続いているので区＋６４４の温度は
低下してしまう。その結果、蒸発速Ｔ紺が遅くなり膜質
などが変化してしまうといった問題が生じる。

このような仕切り付きの蒸発源で蒸着材料の蒸発挙動を
コントロールするには、仕切りで分けられた区画毎に個
別に温度コントロールしなければならない。すなわち、
区画毎に温度を検出し、区画毎に個別のヒーターなどの
加熱源を設けてフィードバックをかけなければならない
。これは区画の数だけ制御系を準備しなければならず設
備コスト的に問題である。また各区画が互いに及ぼす影
響も考慮して制御ｉ〜なければならない。さらに、これ
らを実現しても、各区画で蒸発終了時に生じるｌ精度の
儲、上昇を防Ｉ卜するのは困難である。

以Ｆ１電子写に用感光体の感光層のに空蒸着を例として
説明したが、このような問題はセレン系材料の蒸着に限
られるものではなく、一般に広い範囲にわ九って均一な
膜厚で均質な蒸着膜を形成しようとするとき常に起きて
くる問題である。

［発明の目的］ 本発明け、Ｆ−、述の問題点を解決して、真空蒸着用蒸
発源のボートの温度分布を均一にし広い範囲にわたって
均一な膜厚で、かつ均質な蒸着膜を形成することのでき
る真空蒸着用蒸発源を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕 本発明の目的は、真空蒸着用蒸発源のボートにヒートパ
イプを取り付け、ヒートパイプの優れた熱輸送機能を活
用して蒸着中のボートの局部的な急激な温度の変動を防
ぎ、ボートの／１１１分布を均一に保つことによって達
成される。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す図であって、第１図（
ａ）図は蒸発源の断面図、第１図（ｂ）図はその斜視図
である。ボート１１の底の外壁にヒートパイプ１２が溶
接で固着され、さらにそれを囲んでカバー１３が溶接さ
れている。ボート１１．カバー１３およびヒートパイプ
１２のコンテナの材質はステンレス鋼であり、ヒートパ
イプ内の作動液の種類はボートの使用温度により選択す
る。ボート１１は＠１図（ｂ）図に示すように仕切り板
１５により２個の区画１６゜１７に分けられており区画
１６には温度制御用の熱電対１８が取り付けられ、その
温Ｉｆを検知してヒータ−１４のパワーを制御するよう
になっている。この蒸発源を用いて蒸着材料を蒸発させ
たときのボートの各区画のｒＭ度とヒーターパワーの関
係を第２図Ｑこ示す。第２図において、実線は区画１６
の１も点線は区画１７の褐変、一点鎖線はヒーターパワ
ーを示し、Ａは区画１７が蒸発を終了した時点、Ｂは区
画１６が蒸発を終ｒした時点を示す。第２図ｒａ）図は
温度制御を行っている区画１６より区画１７の方が先に
蒸発分終了する場合であって、区画１６　、１７内の蒸
着材料が同時に蒸発して匹る状帽からＡ点で区画１７が
先に蒸発を終了すると、その瞬間区画１７では吸熱源が
急に失われた状傅になるので温度が＠、畝に上昇しよう
とする。ところがボート１１の底にはヒートパイプ１２
が俄り付けられており、このヒートパイプにより区ｌ＃
１７より区画１６へ急速に熱が輸送され区１１１ｉ７１
７の温度上昇を防ぐ。ヒートパイプの特徴は熱の輸送能
力が非常に高いというととで、鉄や鋼などの金属と比べ
て実効熱伝導率で数６倍にも達する。そのため、特に吸
熱量や発熱量が＠、激に変化したとき熱をすげやく輸送
して温度変化を抑えるのに有効である。このようにして
ヒートパイプにより吸熱源のなくなった区画１７より吸
熱源のある区画１６へ大量の熱が輸送されるがそれに応
じて区画１６の温度が上昇しようとするので区画１６の
熱電対１８がこれを検知しフィードバックされてヒータ
ーパワーが減少する。このサイクルによって、区画１６
　、１７の温度およびヒーターパワーは再び安定化する
が、ヒートパイプの優れた熱輸送能により安定化するま
での時間が極めて短かくてすみ、しかも、区＋１１１ｉ
　１６と区画１７の幅妾差も非常に小さくなる。次にＢ
点で区画１６も蒸発を完了するとボート温度が急激に上
昇しようとするが、ヒーターパワーヘフィードバックが
かかると同時にヒートパイプによって熱が区画１７へ輸
送され全体としてボート温度の変動は最小限に抑えられ
る。第２図（ｂ）図は＠変制御を行っている区画１６が
区画１７より先に蒸発を終了する場合であって、区画１
６　、１７内の蒸着材料が同時に蒸発している状轢から
Ｂ点で区画１６が先に蒸発を終了し吸熱源が失われた状
轢になり温度が急上昇しようとするが、ヒーターパワー
ヘフィードバックがかかると同時にヒートパイプにより
区画１６より区画１７へ熱が輸べされ温度上昇が小さく
抑えられる。さらにＡ点で区画１７が蒸発を終えると温
度が急激に上昇しようとするがヒートパイプの熱輸送に
よって区画１６へ熱が移動し区画１６の温度が上昇しよ
うとするのでフィードバックがかかりヒーターパワーが
減少する。ヒートパイプの熱輸送能力によってこのサイ
クルが迅速に行われ、吸熱源の急激な変化に対［７ても
全体としてボートの温度変動を最小限に抑えることがで
きる。

本実施例では、ボートの仕切られた区画が２個であるが
、数多くの区画に仕切られている場合でもヒートパイプ
は同様にその優れた熱輸送機能を発揮し非常に有効であ
る。

〔発明の効宋〕

本発明によれば、配空蒸着用蒸発源のボートにヒートパ
イプを取り付ける。かくして、ヒートパイプの優れた熱
輸送機能を利用して蒸着中のボートの局部的な急激な温
度の変動を防ぎ、例えば非常に長いボートのような場合
でもボートの温１ｉ分布を均一に保つことができ蒸着材
料の蒸発挙動を一定に保つことができるので、広い範囲
にわたって均一な膜１ゾで、かつ均質な蒸着膜を形成す
ることが可能となる。

また、ボートに仕切りを設けて多数の区画に分け、各区
画への蒸着材料の充填瞼を１ｉ１節して蒸着膜厚の均一
化をはかる場合、各区画毎に蒸着材料の蒸発終了時点が
異なるために生ずる各区画の温度の変動をヒートパイプ
の働きによって抑えることができ、さらにヒートパイプ
の大きな熱輸送能力により、区画内で蒸着材料が蒸発し
終る際に生ずる急激な温度上昇を緩和して蒸発残渣の飛
散を防ぎ蒸着膜の欠陥を少なくすることができる。

さらに、上述のように多数の区画に仕切られたボートに
お込ても、ヒートパイプを設けるととにより、区画毎に
個別に温度制御を行わなくても区画間の温度ばらつきを
小さく抑えるととができるので、ボート温度の制御方法
も簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蒸発源の一実施例を示す図で、第１図
（ａ）図はその横断面図、第１図（ｂ）図は斜視図であ
る。第２図は第１図に示した蒸発源を用いて蒸着を行っ
た場合のボートの各区画の温度とヒーターパワーの径過
を示す線図である。第３図は従来の蒸箒装峰の概念的要
部断面図、第４図はその支持軸と蒸発源の部分の斜視図
、第５図は第４図の支持軸に装着された基体上に形成さ
れた蒸着膜の嗅厚分布を示す線図である。第６図は仕切
りによって多数の区画に分けられたボートを示す斜視図
である。第７図は従来技術の説明に用いられた２個の区
画に仕切られたボートを有する蒸発源の斜視図であり、
第８図は第７図に示した蒸発源を用いて蒸着を行った場
合のボートの各区画の温度とヒーターパワーの径僅を示
す線図である。 １１・・・ボート、１２・・・ヒートパイプ、１４・・
・ヒータ因＠晴歓・Ｂ　−ｈ−文ひ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）蒸着材料を収容するボートと該蒸着材料を加熱する
   加熱源とを具備する真空蒸着用蒸発源において、前記ボ
   ートにヒートパイプを取りつけたことを特徴とする真空
   蒸着用蒸発源。 ２）特許請求の範囲第１項記載の蒸発源において、ボー
   トが細長い形状であり、かつボートが仕切りにより複数
   個の区画に分けられており、そのすべての区画にまたが
   つてヒートパイプを取りつけたことを特徴とする真空蒸
   着用蒸発源。