KR20100084649A

KR20100084649A - 성막 방법 및 성막 장치

Info

Publication number: KR20100084649A
Application number: KR1020107010015A
Authority: KR
Inventors: 가즈요시 혼다; 유마 가미야마; 구니히코 베쇼; 도모후미 야나기; 야스하루 시노카와; 도시타다 사토
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-07-27
Also published as: JP4331791B2; CN101821422B; WO2009047879A1; JPWO2009047879A1; CN101821422A; US20100196623A1; KR101182907B1

Abstract

저비용으로 성막을 할 수 있는 성막 방법 및 성막 장치를 제공한다. 본 발명의 성막 방법은, (ⅰ) 박막의 고체 원료(51)를 용융해서 융액으로 하고, 그 융액(51a)을 응고시켜서 봉상체(51b)를 형성하여, 그 봉상체(51b)를 인출하는 공정과, (ⅱ) 봉상체(51b)의 일부를 용융시켜서 융액(증발원)(51d)에 공급하는 공정과, (ⅲ) 융액(증발원)(51d)을 이용하여 박막을 형성하는 공정을 포함한다. 그리고, 공정 (ⅰ) 및 (ⅱ) 및 (ⅲ)이 진공중에서 실행된다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM FORMING METHOD AND FILM FORMING APPARATUS}

본 발명은 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.

박막 기술은 디바이스의 고성능화 및 소형화에 널리 이용되고 있다. 박막 기술을 이용하여 디바이스를 박막화함으로써, 사용자의 편리성이 향상되는 동시에, 지구 자원의 보호나 소비 전력의 저감이라는 환경면에서의 이점이 얻어진다. 박막 기술중에서도, 박막 제조의 고효율화나 저비용화는 중요하다. 그 때문에, 현재 이것들의 실현을 향한 다양한 노력이 계속되고 있다.

박막 제조의 효율을 높이기 위해서는, 장시간 연속해서 성막하는 것이 유효하다. 예를 들면, 진공 증착법에 의한 박막 제조에 있어서는, 증발원에 연속적으로 원료를 공급하는 것이 유효하다.

증발원에의 원료의 공급 방법은 원료의 종류나 성막 조건을 고려해서 선택된다. 증발원에 원료를 연속적으로 공급하는 방법으로서는, 예를 들면, 입상(粒狀)의 원료를 증발원에 투입하는 방법, 봉상(棒狀)의 원료를 증발원으로 보내는 방법, 봉상의 원료를 증발원의 하방으로부터 주입하는 방법, 액상의 원료를 증발원으로 유입하는 방법을 들 수 있다.

증발원에 원료를 연속적으로 공급할 경우, 저온의 원료가 공급되는 것에 의해 증발원의 온도가 변동하기 쉽다. 그리고, 증발원의 온도의 변동은 원료의 증발 속도의 변동을 초래하여, 균일한 성막을 저해할 경우가 있다. 이러한 과제에 대하여, 용융한 원료를 증발원에 공급하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 2).

특허문헌 1의 방법에서는, 증착용의 도가니내의 원료의 소비에 따라서, 용융된 원료가 도가니에 공급된다. 또한, 특허문헌 2의 방법에서는, 봉상의 증발 원료의 선단을 가열에 의해 용융하여, 증발원에 공급하고 있다. 특허문헌 2에는, 증발 원료의 선단의 위치를 광 센서에 의해 연속적으로 검출하고, 그 검출 신호에 근거하여 증발 원료의 이송 속도를 조정하는 방법이 개시되어 있다.

한편, 증발 원료가 되는 봉상의 원료의 제조 방법에 대해서도, 다양한 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 융액상(融液狀)의 원료를 원료 저장소로부터 결정화실로 연속적 또는 불연속적으로 이송하여, 위에 있는 융액상을 유지하면서 재료를 응고시키고, 또한 응고된 재료를 하방으로 취출하는 방법이 개시되어 있다(특허문헌 3).

또한, 바닥이 없는 도가니내에서 실리콘을 도가니 내벽에 대하여 비접촉의 상태로 전자 유도에 의해 용해하여, 하방으로 하강하는 융액을 응고시켜서 봉상의 주괴로 하는 주조부를 구비하는 장치가 개시되어 있다(특허문헌 4). 이러한 장치는 해당 주조부의 하방에 세팅되고, 주조부로부터 하방으로 강하하는 주괴가 도입되어서 이것을 보온하는 통형상의 보온 용기를 구비한다.

일본 공개 특허 제 1987-177174 호 공보 일본 공개 특허 제 1990-47259 호 공보 일본 공개 특허 제 1987-56395 호 공보 일본 공개 특허 제 1995-138012 호 공보

봉상의 원료를, 그 선단으로부터 순차 용융해서 증발원에 공급하는 방법은, 증발원에 미치는 변동이 작은 점에서 우수한 방법이다. 그러나, 종래의 방법은 비용이 높다는 문제가 있었다.

고비용의 하나의 요인은 봉상 원료를 제조할 때에 많은 에너지가 필요하다는 것이다. 봉상 원료의 제조에는, 원료를 용융시키기 위한 에너지와, 봉상으로 성형한 원료를 냉각하기 위한 에너지가 필요하다. 저비용화에는, 이러한 에너지를 삭감할 필요가 있다. 특히, 융점이 1500℃ 이상인 원료를 이용할 경우나, 냉각시에 체적이 팽창하는 원료를 이용할 경우에는, 용융 및 냉각에 필요한 에너지가 커지기 때문에, 이러한 에너지를 무시할 수는 없다.

고비용의 다른 요인으로서, 봉상의 원료를 절단하는 비용 및 절단면을 청정화하는 비용을 들 수 있다. 경도가 높고 또한 깨지기 쉬운 원료(예를 들면 실리콘이나 게르마늄)의 경우, 절단 속도를 높이는 것이 어렵기 때문에, 절단에 필요한 비용이 특히 높아진다.

고비용의 다른 요인으로서, 원료의 사용 효율이 낮다는 것을 들 수 있다. 봉상 원료를, 그 선단으로부터 순차 용융해서 증발원에 공급할 경우, 봉상 원료의 종단부를 유지해서 봉상 원료를 이동시킨다. 이 경우, 유지부 부근의 원료는 용융시킬 수 없기 때문에, 원료의 이용 효율이 낮아진다는 문제가 있다. 특히, 봉상 원료의 길이가 짧을 경우(예를 들면, 1000㎜ 이하), 원료의 손실(loss)의 비율이 높아진다. 또한, 남은 원료를 다시 용융해서 봉상 원료로 성형하더라도, 재용융 및 성형에 필요한 비용이 생겨버린다.

이러한 상황에서, 본 발명의 목적의 하나는 저비용으로 성막을 할 수 있는 성막 방법 및 성막 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 성막 방법은, 박막을 형성하는 방법으로서, (ⅰ) 상기 박막의 원료의 고체를 용융해서 융액으로 하고, 상기 융액을 응고시켜서 봉상체(棒狀體)를 형성하고, 상기 봉상체를 인출하는 공정과, (ⅱ) 상기 봉상체의 일부를 용융시켜서 증발원에 공급하는 공정과, (ⅲ) 상기 증발원을 이용하여 상기 박막을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)의 공정이 진공중에서 실행된다.

또한, 본 발명의 「막」이란 거시적으로 보아서 막을 구성하고 있는 것도 포함된다. 예를 들면, 복수의 미소한 주상체(柱狀體)가 기재상에 조밀하게 형성되어 있어 전체적으로 보면 막형상인 구조도 막에 포함된다.

또, 본 발명의 성막 장치는, 진공중에서, 1차 원료로부터 2차 원료를 생성하고, 상기 2차 원료를 증발시켜서 기재상에 박막을 형성하는 성막 장치로서, 진공조와, 상기 진공조를 배기하는 배기 기구와, 상기 진공조내에 배치되고, 상기 2차 원료를 증발시키는 증발원과, 상기 1차 원료의 고체를 가열해서 융액으로 하는 제 1 가열 기구와, 상기 융액을 봉상체로 성형하는 용기와, 상기 봉상체를 인출하는 인출 기구와, 상기 봉상체의 일부를 용융시켜서 용융물을 상기 2차 원료로서 상기 증발원에 공급하는 제 2 가열 기구를 포함하는 2차 원료 공급 기구와, 상기 증발원으로부터 증발된 증발 입자가 퇴적하는 위치에 상기 기재를 반송하는 기재 반송 기구와, 상기 2차 원료 공급 기구에 상기 1차 원료의 고체를 보급하는 1차 원료 보급 기구를 구비한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 진공조내에 배치되어 있는 부재·장치에는, 진공조의 벽면의 내측에 배치되어 있는 부재·장치에 부가하여, 진공조의 벽면에 고정되어서 기능부가 감압하에 놓여 있는 부재·장치도 포함된다.

또한, 본 발명의 성막 방법 및 성막 장치는, 하나의 관점에서는, 증착 방법 및 증착 장치이다.

본 발명의 성막 방법 및 성막 장치에 따르면, 봉상체를 형성한 후 충분히 냉각하지 않더라도 다시 용융해서 박막을 형성할 수 있으므로, 봉상 원료를 제조할 때의 냉각 비용을 삭감할 수 있고, 또한 봉상체를 절단하지 않고 연속적으로 박막원료로서 공급할 수 있으므로, 봉상 원료를 절단하는 비용, 봉상 원료의 절단면을 청정화하는 비용 및 봉상 원료의 손실을 삭감할 수 있다. 그 때문에, 본 발명에 따르면, 저비용으로 성막을 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 용융된 박막 원료의 연속적 보충이 가능하기 때문에, 연속적으로 안정한 성막이 가능하다. 더욱이, 본 발명에서는 봉상 원료의 제조시에 저비점 불순물이나 공공(空孔; void)을 제거할 수 있으므로, 성막시의 스플래쉬(splash)를 억제할 수 있고, 또한 저순도의 원료로부터 고순도의 박막을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 봉상 원료의 제조로부터 성막까지를 일관적으로 진공하에서 실행하므로, 봉상 원료에 물 등이 부착되는 것을 방지할 수 있어, 물 등에 기인한 성막시의 스플래쉬를 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 성막 장치의 실시형태 1의 일부를 모식적으로 도시하는 (a) 상면도 및 (b) 측면도(일부 단면도),
도 2는 용융 영역의 오목부의 형상의 예를 도시하는 모식도,
도 3은 봉상체 및 증발용의 도가니에 대한 전자 빔의 조사 범위를 모식적으로 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 성막 장치의 실시형태 1을 모식적으로 도시하는 도면,
도 5는 융액을 상방으로부터 가열하는 동시에 하방으로부터 냉각할 때의, 수냉 구리 도가니로부터 인출 기구에 걸친 구성예를 도시하는 모식도,
도 6은 융액을 상방으로부터 가열하는 동시에 하방으로부터 냉각할 때의, 복합형 도가니로부터 인출 기구에 걸친 구성예를 도시하는 모식도,
도 7은 본 발명의 성막 장치의 실시형태 2의 일부를 모식적으로 도시하는 (a) 상면도 및 (b) 측면도(일부 단면도),
도 8은 회전 기구를 겸용하는 척 롤러의 일례를 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 예를 들어서 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다. 이하의 설명에서는, 특정 수치나 특정 재료를 예시할 경우가 있지만, 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 한, 다른 수치나 다른 재료를 적용해도 좋다.

[성막 방법]

본 발명의 성막 방법은 박막을 형성하는 방법으로서, 이하의 공정 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)을 포함한다.

공정 (ⅰ)에서는, 박막의 원료의 고체(1차 원료)를 용융해서 융액으로 하고, 그 융액을 응고시켜서 봉상체를 형성하여, 그 봉상체를 인출한다. 원료는 형성하는 박막에 따라서 선택된다. 또한, 후술하는 공정 (ⅲ)에 있어서 증발된 물질과 가스를 반응시켜서 박막을 형성할 경우, 용융되고 있는 원료는 박막을 구성하는 물질의 일부이어도 좋다.

형성되는 박막 및 그 원료는 본 발명의 방법을 적용할 수 있는 한 한정은 없다. 원료의 예로서는, 예를 들어 실리콘, 게르마늄 및 주석과 같은 14족 원소나, 그들을 포함하는 합금(예를 들면, 실리콘을 포함하는 합금), 코발트 등의 원소를 포함하는 자성 재료를 들 수 있다.

원료의 고체의 용융 방법으로서는, 예를 들어 원료의 고체에 전자 빔을 조사하는 방법을 들 수 있다. 전자 빔의 조사에 의한 가열은 단시간에 원료의 고체를 용융할 수 있고, 또한 불순물이 적은 막을 형성할 수 있다는 점에서 바람직하다. 또한, 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 한 다른 가열 방법을 이용해도 좋고, 예를 들어 저항 가열이나 고주파의 인가에 의한 가열을 이용해도 좋다.

융액으로부터의 봉상체의 인출은 통상 연속적으로 실행된다. 연속적으로 봉상체를 인출하는 것에 의해, 균질한 봉상체를 형성할 수 있다. 단, 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 한, 봉상체의 인출은 단속적으로 실행해도 좋다. 원료의 융액으로부터 봉상체를 인출하는 방법의 예에 대해서는, 후술한다.

봉상체의 크기에 한정은 없다. 일례의 봉상체는 길이가 400㎜ 내지 2000㎜의 범위에 있고, 길이 방향에 수직한 단면적이 3㎠ 내지 100㎠의 범위에 있다.

통상, 봉상체에 포함되는 불순물의 농도는 용융전의 고체 원료에 포함되는 불순물의 농도보다도 낮다. 이것은, 공정 (ⅰ)에서 고체 원료를 가열해서 용융할 때에, 비점이 낮은 불순물이 제거되기 때문이다. 또한, 통상 봉상체내의 공공의 비율은 용융전의 고체 원료내의 공공의 비율보다도 작다.

공정 (ⅱ)에서는, 공정 (ⅰ)에서 인출한 봉상체의 일부(예를 들면, 선단)를 용융시켜서 증발원에 공급한다. 여기에서는, 공정 (ⅰ)에서 융액으로부터 인출한 봉상체를 절단하지 않고, 봉상체를 인출하면서, 상기 융액과는 반대측에 위치하고 있는 상기 선단을 용융시켜, 생긴 융액을 증발원에 공급한다.

공정 (ⅱ)에서는, 전자 빔의 조사에 의해 봉상체의 일부를 용융시켜도 좋다. 또한, 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 한, 다른 가열 방법에 의해 봉상체를 용융시켜도 좋고, 예를 들어 저항 가열이나 고주파의 인가에 의한 가열을 이용해도 좋다.

공정 (ⅱ)에서는, 봉상체의 융액을 증발원에 적하(滴下)함으로써 증발원에 공급되어도 좋다. 이 때, 융액이 적하하는 위치는 증발원으로부터 원료가 증발하는 위치로부터 떨어져 있어도 좋다. 양자의 위치를 떨어지게 함으로써, 융액의 적하가 증발원에 미치는 영향을 저감할 수 있다.

공정 (ⅲ)에서는, 상기 증발원을 이용하여 박막을 형성한다. 구체적으로는, 증발원을 가열함으로써 원료를 증발시킨다. 증발된 원료가 기재상에 퇴적하는 것에 의해, 그 원료로 이루어지는 박막, 또는 그 원료를 포함하는 박막이 해당 기재상에 형성된다. 증발원의 가열은 예를 들어 전자 빔의 조사에 의해 실행할 수 있다. 또한, 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 한, 다른 가열 방법에 의해 증발원을 가열해도 좋고, 예를 들어 저항 가열이나 고주파의 인가에 의한 가열을 이용해도 좋다.

박막이 형성되는 기재의 재질 및 형상은 박막의 용도를 고려해서 선택된다. 기재의 예로서는, 예를 들어 금속의 시트, 합성 수지의 시트, 및 그들의 적층물을 들 수 있다.

본 발명의 성막 방법에서는, 공정 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)이 진공중에서 실행된다. 이러한 방법에서는, 융액으로부터 인출한 봉상체가 그대로 다시 용융되어서 증발원에 공급된다. 그 때문에, 본 발명의 방법에서는, 봉상체의 냉각이나 절단이 불필요하고, 봉상체의 손실도 없다. 여기에서, 진공은 원료에 포함되는 저비점 불순물을 공정 (ⅰ)에서 효율적으로 제거하기 위해서, 100Pa 이상, 1000Pa 이하의 압력이 바람직하다.

본 발명의 성막 방법에서는, 공정 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)이 동시에 (동시 병행해서) 실행되어도 좋다. 또한, 본 발명의 성막 방법에서는, 공정 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)이 동시에 또한 연속적으로 실행되어도 좋다. 연속적으로 성막을 실행할 경우에는, 통상 공정 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)은 동시에 또한 연속적으로 실행된다.

본 발명의 성막 방법은, 공정 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)이 하나의 진공조내, 또는 연결되어 있는 복수의 진공조내에서 실행되어도 좋다. 일례에서는, 공정 (ⅰ) 및 (ⅱ)가 하나의 진공조내에서 실행되어도 좋다.

본 발명의 성막 방법에서는, 공정 (ⅱ)에서 봉상체의 일부를 전자총에 의해 가열하고, 공정 (ⅲ)에서 증발원을 그 전자총에 의해 가열해도 좋다. 즉, 봉상체와 증발원을 하나의 전자총에 의해 가열해도 좋다. 이 경우, 하나의 전자총으로부터 출사된 전자 빔은 봉상체 및 증발원에 조사되도록 주사된다.

본 발명의 성막 방법에서는, 상기 (ⅰ)의 공정에 있어서, 도가니의 일단부로부터 상기 원료를 공급, 가열함으로써, 상기 원료를 용융해서 융액으로 하고, 계속해서 상기 도가니의 다른쪽 단부에서 냉각을 실행함으로써 상기 융액을 응고시켜서 봉상체를 형성할 때에, 상기 도가니를 통해서 하부로부터 상기 융액의 냉각을 실행하는 동시에, 상기 융액을 상부로부터 가열해도 좋다. 이에 의해, 봉상체의 하부로부터 상부를 향해서 일방향 응고를 실행할 수 있게 되기 때문에, 수축공(shrinkage cavity)의 억제나, 응력의 완화가 가능해져, 잔존 응력에 의한 봉상체의 균열을 억제할 수 있는 것 이외에, 도가니와 봉상체의 걸림을 억제할 수 있다.

본 발명의 성막 방법에서는, 상기 원료가 응고시에 체적 팽창을 수반하는 재료이면 좋고, 구체적으로는, 실리콘 또는 실리콘을 포함하는 합금이면 좋다.

본 발명의 성막 방법에서는, 상기 도가니가 냉각된 금속, 보다 구체적으로는, 상기 도가니가 냉각된 구리로 구성되면 좋다.

본 발명의 성막 방법에서는, 상기 도가니의 원료 공급측과 봉상체 형성측이 상이한 재료에 의해 구성되고, 원료 공급측의 도가니 재료와 상기 원료의 융액의 열전달률쪽이 봉상체 형성측의 도가니 재료와 상기 원료의 융액의 열전달률보다도 작아지도록 구성되면 좋다. 이 때, 상기 도가니의 원료 공급측이 흑연에 의해 구성되어도 좋고, 상기 도가니의 봉상체 형성측이 냉각된 금속으로 구성되어도 좋다.

본 발명에서는, 상기 봉상체의 응고 개시선이 상기 냉각된 금속상에 존재하면 좋다.

본 발명의 성막 방법에서는, 상기 도가니의 측면과 바닥면이 상이한 재료에 의해 구성되고, 측면의 도가니 재료와 상기 원료의 융액의 열전달률이 바닥면의 도가니 재료와 상기 원료의 융액의 열전달률보다도 작아지도록 구성되면 좋다.

상기 응고시의 융액 상부로부터의 가열 방법이 전자총에 의한 것이면 좋거나, 혹은 상기 응고시의 융액 상부로부터의 가열 방법이 저항 가열에 의한 것이어도 좋다. 상기 가열 용융시의 가열 영역과 상기 응고시의 가열 영역이 연속하여 있어도 좋다.

또, 본 발명의 성막 방법에서는, 상기 (ⅰ)의 공정에서 상기 봉상체를 회전시키면서 인출해도 좋다. 이 때, 상기 봉상체의 단면 형상이 대략 원형이면 좋다.

본 발명의 성막 방법에서는, 상기 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)의 공정이 하나의 진공조내, 또는 연결되어 있는 복수의 진공조내에서 실행되어도 좋다.

본 발명에서는, 상기 (ⅱ)의 공정에서 상기 봉상체로부터 상기 증발원으로의 공급을 상기 봉상체의 일부를 용융시켜서 생긴 융액의 적하에 의해 실행할 수 있다.

또한, 본 발명의 성막 방법에서는, 이온 플레이팅(ion plating)의 기술을 이용해도 좋다. 이 경우, 증발원으로부터 증발하는 입자를 이온화하는 동시에, 기재에 전압을 인가하여, 입자가 기재에 쿨롱력(Coulombic force)에 의해 끌어당겨지도록 한다. 이러한 성막 방법을 실시하는 성막 장치는 그것들을 실현하기 위한 장치를 포함한다. 예를 들면, 공지의 이온 플레이팅 장치에서 이용되는 이온화 장치 및 전원을 포함한다.

[성막 장치]

본 발명의 성막 장치는 진공중에서 기재상에 박막을 형성하기 위한 장치이다. 본 발명의 성막 장치에 따르면, 본 발명의 성막 방법을 용이하게 실시할 수 있다. 또한, 본 발명의 성막 방법에 대해서 설명한 사항은 본 발명의 성막 장치에 적용할 수 있기 때문에, 중복되는 설명을 생략할 경우가 있다.

본 발명의 성막 장치는 진공중에서 1차 원료로부터 2차 원료를 생성하고, 2차 원료를 증발시켜서 기재상에 박막을 형성하는 장치이다. 이러한 장치는, 진공조와, 배기 기구와, 증발원과, 2차 원료 공급 기구와, 기재 반송 기구와, 1차 원료 보급 기구를 구비한다.

배기 기구는 진공조를 배기한다. 진공조 및 배기 기구에 한정은 없고, 진공성막 장치에 일반적으로 사용되고 있는 진공조 및 배기 기구를 이용할 수 있다.

증발원은 진공조내에 배치된다. 증발원으로부터는, 2차 원료가 증발한다.

2차 원료 공급 기구는, 1차 원료의 고체를 가열해서 융액으로 하는 제 1 가열 기구와, 그 융액을 봉상체로 성형하는 용기와, 그 봉상체를 인출하는 인출 기구와, 봉상체의 일부를 용융시켜서 용융물을 2차 원료로서 증발원에 공급하는 제 2 가열 기구를 포함한다.

기재 반송 기구는, 증발원으로부터 증발된 증발 입자가 퇴적하는 위치로 기재를 반송한다. 이에 의해, 기재상에 박막이 형성된다.

1차 원료 보급 기구는 2차 원료 공급 기구에 1차 원료의 고체를 보급한다.

본 발명의 성막 장치는 필요에 따라서 다른 부재나 장치를 포함해도 좋다.

박막이 형성되는 기재는 띠형상의 기판이어도 좋다. 그 경우, 반송 기구는 기판을 송출하는 제 1 롤러와, 기판을 권취하는 제 2 롤러를 포함해도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 장척(長尺)의 기판상에 연속적으로 박막을 형성할 수 있다. 띠형상의 기판은 길이가 예를 들어 30m 내지 5000m의 범위에 있는 기판이다.

상기 용기는, 원료의 융액을 유지하는 융액 유지부와, 융액 유지부에 인접하는 성형부를 포함해도 좋다. 성형부에서는, 원료의 융액이 응고해서 봉상체로 된다.

상기 성형부에는 봉상체가 통과하는 홈이 형성되어 있어도 좋다. 그리고, 그 홈의 폭은 융액 유지부측으로부터 성형부측을 향해서 넓어져도 좋다.

제 1 가열 기구는 전자총을 포함해도 좋다. 또한, 제 2 가열 기구는 전자총을 포함해도 좋다. 이 경우, 제 2 가열 기구는 제 2 가열 기구의 전자총으로부터 출사되는 전자 빔을 봉상체에의 조사와 증발원에의 조사로 나누는 주사 기구를 포함해도 좋다. 그리고, 증발원에 공급된 원료를 제 2 가열 기구의 전자총을 이용하여 가열해도 좋다. 또한, 봉상체의 가열과 증발원에 공급된 원료의 가열을 다른 가열 장치로 가열해도 좋다. 주사 기구에는, 공지의 주사 기구를 사용할 수 있고, 예를 들어 유도 코일을 이용한 전자식의 주사 기구를 사용할 수 있다.

인출 기구는 봉상체를 요동하는 요동 기구를 포함해도 좋다. 봉상체를 요동하면서 인출하는 것에 의해, 봉상체가 용기에 부착되어 파손되는 것을 방지할 수 있다.

상기 제 1 가열 기구가 상기 용기의 상방에 마련되고, 상기 제 1 가열 기구에 의한 가열 영역의 종단부가 상기 봉상체의 응고 개시선보다도 봉상체 형성측에 설정되어 있어도 좋다.

상기 인출 기구가 상기 봉상체를 회전시키는 회전 기구를 포함해도 좋다. 이에 의해, 단면 형상이 대략 원형 등의, 표면 요철이 적은 봉상체의 형성이 가능해지기 때문에, 봉상체가 접히기 어렵고, 또한 봉상체를 균일하게 가열 용융할 수 있으므로, 봉상체의 공급에 있어서의 안정성을 향상시킬 수 있다.

[성막 방법 및 성막 장치의 실시형태 1]

본 발명의 성막 장치의 실시형태 1의 구성을 도 1에 모식적으로 도시한다. 또한, 도 1에서는, 진공조, 배기 기구, 기재 및 기재의 반송 기구의 도시를 생략하고 있다. 도 1(a)는 상면도이며, 도 1(b)는 측면도(일부 단면도)이다.

도 1의 성막 장치(10)는 도가니(용기)(11), 1차 원료 보급 기구(12), 전자총(13), 인출 기구(20), 반송 가이드(30) 및 증발 기구(40)를 포함한다. 인출 기구(20)는 척 롤러(21)와 캠 기구(22)를 포함한다. 반송 가이드(30)는 롤러(31)와 스프링 기구(32)를 포함한다. 롤러(31)는 스프링 기구(32)에 의해 이동 가능하게 지지되어 있다. 증발 기구(40)는 증발용의 도가니(41)와 전자총(42)을 포함한다. 또한, 전자총(42)은 2차 원료 공급 기구(35)의 가열 장치와 증발 기구(40)의 가열 장치를 겸하고 있다.

도가니(11)는 원료가 용융되는 용융 영역(11a)과, 원료가 성형되는 성형 영역(11b)을 구비한다. 도가니(11)는 각종의 내열재료로 형성할 수 있다. 도가니(11)의 재료로서는, 예를 들어 구리, 철, 니켈, 몰리브덴, 탄탈 및 텅스텐과 같은 금속이나 이들을 포함하는 합금, 알루미나(alumina), 마그네시아(magnesia) 및 칼시아(calcia; 산화칼슘)와 같은 산화물이나, 질화붕소, 탄소를 이용할 수 있다. 이들 재료를 조합시켜서 도가니(11)를 형성해도 좋다. 도가니(11)의 전형적인 일례는 수냉 구리 하스(hearth)이다. 수냉 구리 하스의 표면을 탄소재료(예를 들면, 흑연)로 구성해도 좋다. 용융 영역(11a)의 오목부[후술하는 오목부(11c)]의 표면에 10㎜ 내지 50㎜ 정도의 두께로 탄소재료를 배치함으로써, 용융 재료의 냉각 효율을 조정하여, 원료의 용융 효율을 높일 수 있다. 또한, 성형 영역(11b)의 홈[후술하는 홈(11g)]의 표면을 10㎜ 내지 30㎜ 정도의 두께의 탄소재료로 구성함으로써, 원료의 냉각 속도를 느리게 할 수 있으므로, 원료의 급냉에 의해 균열 등의 불량이 발생하는 경우에 특히 유효하다.

용융 영역(11a)에는, 1차 원료 보급 기구(12)로부터 고체 원료(51)가 보급된다. 고체 원료(51)의 형상에 한정은 없고, 예를 들어 입상, 괴상(塊狀), 봉상 또는 와이어 형상이어도 좋다. 1차 원료 보급 기구(12)에 있어서, 원료를 송출하는 방식으로서, 예를 들어 부품 피더(parts feeder) 방식, 바스켓(basket) 방식, 가압봉 방식, 또는 경사 슬라이딩 방식을 이용해도 좋다. 용융 영역(11a)에는, 용융된 원료가 유지되는 오목부(11c)가 형성되어 있다. 오목부(11c)의 평면 형상은 장방형이어도 좋고, 원형이어도 좋고, 이들의 조합이어도 좋고, 그 이외의 형상이어도 좋다. 오목부(11c)의 평면 형상이 원형 또는 타원형인 경우, 원료를 균일하게 용융시키기 쉽다는 이점이 있다.

또한, 오목부(11c)의 연직 방향의 단면 형상[도 1(b) 참조]은 장방형, 사다리꼴, 북형, 및 그것들의 바닥을 둥글게 한 형상이어도 좋다. 오목부(11c)의 연직 방향의 단면 형상은 윗변이 아랫변보다도 긴 사다리꼴[도 2(b) 및 (d) 참조]이나, 그 아랫변을 둥글게 한 형상[도 2(f) 참조]이어도 좋고, 그것들의 형상은 원료를 균일하게 용융시키기 쉽다는 이점을 갖는다.

도 2에 오목부(11c)의 형상의 예를 도시한다. 도 2(a), (c), (e) 및 (g)는 개구부의 평면 형상을 도시하고 있고, 도 2(b), (d), (f) 및 (h)는 연직 방향의 단면 형상을 도시하고 있다.

용융 영역(11a)에 공급된 고체 원료(51)는 전자총(13)으로부터 조사되는 전자 빔(13a)에 의해 가열되어서 용융된다. 또한, 고체 원료(51)의 가열은 전자총 이외의 방법으로 실행해도 좋고, 예를 들어 히터 가열이나 유도 가열로 실행해도 좋다. 유도 가열 및 전자 빔 가열은 단시간에 원료를 용융할 수 있다는 점에서 바람직하고, 전자 빔 가열이 특히 바람직하다.

전자총(13)은 직진 총 및 편향 총중 어느 것이어도 좋다. 직진 총은 전자총(42)으로의 자계적 영향이 작다는 이점을 갖는다. 단, 전자 빔(13a)의 궤도를 몇 번 정도 굴곡시켜도 좋다. 그 정도의 굴곡은 전자총(42)에 미치는 영향도 작고, 또한 전자총(13)의 경통 내부의 오염의 억제에 기여한다. 전자 빔(13a)의 가속 전압은 고체 원료(51)의 종류 및 투입 속도를 고려해서 설정된다. 일례에서는, 전자 빔(13a)의 가속 전압이 -8kV 내지 -30kV의 범위에 있고, 그 전력이 5kW 내지 100kW의 범위에 있다. 전력이 5kW 미만에서는, 원료의 용융 속도가 충분하지 않을 경우가 있다. 또한, 전력이 100kW를 초과하면, 고체 원료(51)의 비산이나 돌비(突沸)가 생길 경우가 있다.

오목부(11c)의 개구부(상면)의 면적은 제작하는 봉상체의 형상, 고체 원료(51)의 공급 속도, 가열원[전자총(13)]의 파워(power)를 고려해서 설정된다. 오목부(11c)의 개구부의 면적은 통상 500㎟ 이상 40000㎟ 이하이며, 예를 들어 1500㎟ 이상 15000㎟ 이하이다. 개구부의 면적이 500㎟ 미만이면, 1차 원료 보급 기구(12)로부터 공급되는 고체 원료(51)의 일부가 용융 영역(11a)으로부터 넘쳐흐르기 쉬워진다. 한편, 개구부의 면적이 40000㎟를 초과하면, 고체 원료(51)의 용융에 필요한 가열 에너지가 지나치게 커져서 경제적이지 못한 경우가 많다.

고체 원료(51)는 용융 영역(11a)에서 가열되어서 융액(51a)으로 된다. 이 때, 고체 원료(51)에 포함되는 저비점의 불순물 성분이 제거된다. 그 결과, 융액(51a)으로부터 형성되는 봉상체에 포함되는 저비점 불순물의 농도는 고체 원료(51)에 포함되는 저비점 불순물의 농도보다도 낮아진다. 그 때문에, 본 발명의 방법 및 장치에 따르면, 저렴한 원료(불순물 농도가 높은 원료)내의 저비점 불순물에 기인하는 성막시의 스플래쉬(splash)를 현저하게 억제할 수 있다. 그러한 효과는 예를 들어 #441 그레이드(grade)의 금속 실리콘과 같은 비교적 저렴한 원료를 이용할 경우에 얻어진다. #441 그레이드의 금속 실리콘은 실리콘의 대표적인 불순물인, 알루미늄, 철, 칼슘의 농도가 각각 최고 0.4wt%, 0.4wt%, 0.1wt%인 것을 가리킨다. 이들 불순물은 금속 실리콘의 용융 온도에서 저감·제거된다. 용융 영역(11a)의 가열을 전자 빔으로 실행하면, 융액(51a)이 대류에 의해 교반되는 동시에 융액(51a)의 표면의 일부가 고온이 되므로, 저비점 불순물을 효율적으로 제거할 수 있다.

전자 빔의 파워가 지나치게 높아서 융액(51a)의 표면이 지나치게 고온으로 되는 것은 원료의 증발이 현저해지기 때문에 바람직하지 못하다. 따라서, 융액(51a)의 표면 온도는 원료의 증발이 현저해지지 않는 범위에서 고온으로 하는 것이 바람직하다. 저비점 불순물의 제거에는, 융액(51a)을 고온으로 유지하는 시간의 길이도 중요하다. 고체 원료(51)에 금속 실리콘을 사용할 경우, 융액(51a)을 몇분 이상 고온으로 유지하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 용융 영역(11a) 및 성형 영역(11b)에서의 가열 시간은 몇분 이상이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 가열 시간은 이후에 기술하는 봉상체의 직경 및 인출 속도와, 용융 영역(11a) 및 성형 영역(11b)에 있어서의 가열 영역의 길이에 의해 조정할 수 있다. 예를 들면, 봉상체의 직경이 40㎜인 경우, 인출 속도를 5㎝/분으로 하고, 용융 영역(11a) 및 성형 영역(11b)에 있어서의 가열 영역의 길이의 합계를 10㎝ 내지 50㎝의 범위로 해도 좋다.

고체 원료(51)는 공공을 포함하는 경우가 있지만, 고체 원료(51)를 용융함으로써 공공을 포함하지 않는 융액(51a)으로 된다. 이러한 융액(51a)을 응고시켜서 봉상체로 함으로써, 봉상체에 포함되는 공공을 고체 원료(51)에 포함되는 공공보다도 적게 할 수 있다. 그 결과, 봉상체에 내포되는 가스를 저감할 수 있고, 그것이 성막시의 스플래쉬를 저감하는 효과를 초래한다. 금속 실리콘에는 공공이 많이 포함되기 때문에, 금속 실리콘을 이용하여 성막하는 경우, 저비점 불순물 및 공공에 의해 스플래쉬가 생기기 쉽다. 그러나, 본 발명에 따르면, 원료에 포함되는 공공 및 저비점 불순물을 저감할 수 있기 때문에, 스플래쉬의 저감에 현저한 효과를 얻을 수 있다.

용융 영역(11a)에서 용융된 고체 원료(51)는 융액(51a)이 된다. 고체 원료(51)의 공급에 따라, 융액(51a)의 일부가 순차적으로 성형 영역(11b)으로 이동한다. 성형 영역(11b)에는, 융액(51a)이 응고할 때에 봉상체로 되도록, 상면이 개방되어 있는 홈(11g)이 형성되어 있다. 융액(51a)의 일부는 성형 영역(11b)으로 이동하여, 온도의 저하와 함께 응고한다. 그 결과, 융액(51a)의 일부는 홈(11g)을 이동할 때에 봉상체(51b)로 성형된다. 또한, 봉상체(51b)를 형성할 수 있는 한, 원료[융액(51a)/봉상체(51b)]가 통과하는 영역의 형상에 한정은 없고, 예를 들어 관상이어도 좋다.

봉상체(51b)는 배출구(11h)로부터 인출되어, 증발용의 도가니(41)의 상방으로 이동된다. 봉상체(51b)를 배출구(11h)로부터 용이하게 인출하기 위해서, 홈(11g)은 배출구(11h)측이 넓어지는 역테이퍼 형상인 것이 바람직하다. 마찬가지로, 홈(11g)의 깊이는 배출구(11h)측에서 깊어지는 것이 바람직하다. 홈(11g)(또는 관)의 형상은 제작되는 봉상체(51b)의 형상, 고체 원료(51)의 공급 속도, 및 가열원의 파워를 고려해서 설정된다.

일례에서는, 홈(11g)의 단면[봉상체(51b)의 이동 방향에 대하여 수직인 단면]은 용융 영역(11a)과의 경계부에서 직경 20㎜ 내지 80㎜의 반원형 또는 원형이며, 배출구(11h)에서 직경 24㎜ 내지 90㎜의 반원형 또는 원형이다. 여기에서, 홈(11g)의 단면은 용융 영역(11a)측의 일단부로부터 타단부[배출구(11h)측]를 향해서 서서히 커지고 있다.

성형 영역(11b)의 일부에서, 원료[융액(51a)/봉상체(51b)]의 가열을 실행해도 좋다. 이러한 가열에 의해, 원료의 냉각 속도를 느리게 하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 가열에 의해, 융액(51a)을 성형 영역(11b)으로 스무스하게 이동시킬 수 있다. 또한, 이러한 가열은 성형 영역(11b)에서의 원료의 냉각 속도가 지나치게 빠른 것에 의한 봉상체(51b)의 균열, 휘어짐 및 공동의 발생을 억제한다.

성형 영역(11b)에서의 원료의 가열의 방법은 용융 영역(11a)에서의 가열의 방법과 동일해도 좋고 상이해도 좋다. 예를 들면, 용융 영역(11a)에서의 가열을 전자총(13)에 의해 실행하고, 성형 영역(11b)에서의 가열을 저항 히터에 의해 실행해도 좋다. 또한, 용융 영역(11a)에서의 가열과 성형 영역(11b)에서의 가열을 전자총(13)으로부터의 전자 빔을 나누는 것에 의해 실행해도 좋다.

성형 영역(11b)의 일부에서의 가열은 융액(51a)이 용융되고 있는 상태를 유지하도록 실행해도 좋다. 또한, 성형 영역(11b)의 일부에서의 가열은 성형 영역(11b)에서 응고된 원료가 다시 용융되도록 실행해도 좋다.

성막 장치(10)에서는, 원료의 융액(51a)이 상방(개방면측)으로부터 가열된다. 또한, 융액(51a)은 도가니(11)와의 접촉면으로부터 냉각할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 성막 방법 및 성막 장치에서는, 융액(51a)을 개방면(상방)으로부터 가열하는 동시에 용기측(하방)으로부터 냉각해도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 융액(51a)의 응고는 용기와의 접촉면으로부터 시작해서 개방면에서 완료된다. 즉, 융액(51a) 상면의 응고를 억제하여, 융액(51a) 하부로부터 상부를 향해서 일방향 응고를 실행함으로써, 응고시의 응력이나 그것에 따른 체적 변화의 도피 장소를 융액(51a) 상부에 확보하여, 잔존 응력에 의한 봉상체의 균열을 억제할 수 있다. 이에 부가하여, 봉상체와 도가니의 걸림을 완화할 수 있다. 또한, 이에 의해, 응고면에는 상방으로부터 항상 융액(51a)이 공급되기 때문에, 수축공의 억제도 기대할 수 있다. 본 태양은 원료가 실리콘이나 실리콘을 포함하는 합금 등의, 응고시에 체적 팽창을 수반하는 재료일 경우에 특히 유용하다.

도 5는 융액(51a)을 개방면(상방)으로부터 가열하는 동시에 용기측(하방)으로부터 냉각할 때의, 수냉 구리 도가니(11A)로부터 인출 기구(20)에 걸친 구성예를 도시하는 모식도이다.

도 5에서, 입상의 고체 원료(51)는 수냉 구리 도가니(11A)에 도 5의 좌단부로부터 공급되고, 전자총(13)에 의해 가열되어 융액(51a)이 되고, 도 5의 우측으로 진행함에 따라서 냉각되어 고체 상태의 봉상체(51b)가 되어, 인출 기구(20)에 의해 인출된다. 또, 도 5에서는 오목부(11c)를 마련하지 않고 있지만, 마련해도 좋다.

도 5에 있어서, 전자총(13)은 고체 원료(51)를 용융하는 동시에, 융액(51a)을 가열함으로써, 응고 방향, 응고 속도를 제어하는데 사용한다. 원료의 용융을 위해 원료 입구 부분에서는 가열 속도가 도가니로부터의 냉각 속도를 상회할 필요가 있지만, 봉상체 출구 부분에서는, 융액의 응고를 위해 가열 속도는 도가니로부터의 냉각 속도를 하회할 필요가 있다. 즉, 하나의 도가니내에서, 원료 입구 부분과 봉상체 출구 부분에서는 다른 출력으로 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 하부로부터 상방을 향한 일방향 응고를 확실하게 실행하기 위해서는, 원료 용융을 위한 가열 영역으로부터 융액 응고를 위한 가열 영역이 연속하고, 도중에 가열이 끊어지지 않는 것이 바람직하다. 이 때문에, 가열법으로서는 지향성이 높고, 상세한 출력 조정이 가능한 전자선 조사에 의한 가열이 적합하고, 가열원으로서 전자총을 마련하는 것이 바람직하다. 그러나, 전자총 대신에 히터를 마련함으로써, 저항 가열 등 다른 가열 수단에 의한 가열을 실행하는 것도 가능하다.

수냉 구리 도가니(11A)의 일단부로부터 투입된 고체 원료(51)는 전자총(13)의 출력을 조정함으로써, 수냉 구리 도가니(11A)내에서 가열·용융된다. 원료의 융액(51a)은 수냉 구리 도가니(11A)의 표면에 접촉함으로써 응고를 개시하지만, 이 때 전자총(13)에 의해 상방으로부터 융액(51a)이 가열되고 있기 때문에, 융액 상부의 응고 속도가 늦어지고, 봉상체(51b)는 하부로부터 상부를 향해서 일방향 응고성을 나타낸다. 이 때, 봉상체의 응고는 냉각된 도가니와 융액의 접점으로부터 시작되기 때문에, 도가니와 봉상체의 유착이 일어나기 쉽다. 그 때문에, 도가니 재료로서는 수냉 구리를 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서, 도가니 재료로서 수냉 구리를 사용한 것은, 열전도율이 매우 높은 구리를 수냉해서 사용했을 경우, 금속이나 반도체 원료의 융액과 접촉해도, 침식되기 어려워서 유착에 의한 봉상체와 도가니의 걸림을 억제할 수 있기 때문이다. 또한, 동일한 효과가 얻어지는 구리 이외의 철이나, 철강 등의 금속을 이용한 도가니나, 수냉 이외의 오일이나 가스에 의한 냉각을 실행하는 도가니도 사용할 수 있다. 융액 상부로부터 냉각을 실행하는 방법에서는, 봉상체 상부가 최후에 응고하기 때문에, 봉상체 상부에 응력이 집중하여, 변형함으로써, 도가니와의 걸림이나 봉상체의 균열이 발생하기 쉽지만, 하부로부터 상부를 향해서 일방향 응고를 실행하는 것에 의해, 개방된 상면에 응력을 풀어주는 것이 가능해져, 봉상체의 변형에 의한 균열이나 수축공, 도가니와의 걸림을 억제하는 것이 가능하다.

도 6은 융액(51a)을 개방면(상방)으로부터 가열하는 동시에 용기측(하방)으로부터 냉각할 때의, 복합형 도가니(11B)로부터 인출 기구(20)에 걸친 구성예를 도시하는 모식도이다.

도 5에서는 도가니는 하나의 재료에 의해 구성되어 있지만, 도 6에서는, 원료 공급측이 열전달률이 작은 재료로 구성되고, 봉상체 형성측이 열전달률이 큰 재료로 구성된 복합형의 도가니를 사용하는 점이 상이하다. 이러한 구성에 의해, 하나의 도가니 재료로 구성했을 경우에 비하여, 용융시의 과열량을 저감할 수 있고, 또한 봉상체 형성측의 냉각량을 크게 유지하는 것이 가능해진다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 본 태양에서는, 원료 공급측이 원료의 융액(51a)과의 열전달률이 작은 재료, 예를 들어 흑연 구성 부위(11Ba)로 형성되고, 이것에 접속되는 봉상체 형성측이 열전달률이 큰 재료, 예를 들어 수냉 구리 구성 부위(11Bb)로 형성된 복합형의 도가니(11B)를 사용하고 있다. 이 경우, 도 5에 도시한 수냉 구리 도가니(11A)를 이용할 경우에 비하여, 흑연 구성 부위(11Ba)에서의 냉각을 억제할 수 있으므로, 보다 작은 에너지에 의한 원료의 용융을 기대할 수 있고, 계속해서 수냉 구리 구성 부위(11Bb)에서 냉각을 실행하는 것에 의해 도 5와 동일하게 상향의 일방향 응고를 달성할 수 있다. 단, 흑연 구성 부위(11Ba)는 수냉되고 있지 않기 때문에, 가열되기 쉬워서, 흑연과 융액(51a)이 반응하여, 융액 응고시에 유착을 일으킬 가능성이 있으므로, 전자총(13)으로부터의 입열량과 봉상체(51b)의 인출 속도의 밸런스를 잡는 것에 의해, 봉상체의 응고 개시선(14)을 수냉 구리 구성 부위(11Bb)상에 유지하여, 융액의 응고에 의한 흑연과 봉상체의 유착을 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 흑연 구성 부위와 수냉 구리 구성 부위의 접속 부분의 간극에 융액이 인입해서 유착하는 것을 방지하기 위해서, 흑연 구성 부위와 수냉 구리 구성 부위는 외부로부터의 압박에 의해 밀착시키는 것이 바람직하다. 이 때, 수냉 구리 구성 부위와 흑연 구성 부위의 이음매에 단차가 생기면 도가니와 봉상체의 유착이나 걸림이 생기기 때문에, 이음매는 단차가 없는 평활한 면에 의해 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 도가니(11)의 측면과 바닥면에서 상이한 재질을 이용하여, 측면 재료와 원료의 융액(51a)의 열전달률이 바닥면과 원료의 융액(51a)의 열전달률보다 작아지도록 도가니를 구성함으로써, 측면으로부터의 횡방향 응고를 억제하여, 봉상체의 일방향 응고성을 향상시키는 것이 가능하다.

도 1의 설명으로 돌아간다. 봉상체(51b)는 인출 기구(20)에 의해 성형 영역(11b)으로부터 인출된다. 인출 기구(20)는 볼록부를 갖는 척 롤러(21)를 포함한다. 복수의 척 롤러(21)에서 봉상체(51b)를 협지(挾持; 끼워 유지함)하여, 척 롤러(21)를 회전시키는 것에 의해 봉상체(51b)를 이동시킬 수 있다. 봉상체(51b)를 협지하는 힘은 봉상체(51b)의 재질, 형상 및 인출 속도를 고려해서 설정된다. 그 힘은, 예를 들어 29.4N 내지 490N(3kgf 내지 50kgf)의 범위에 있어도 좋다. 협지력이 지나치게 작으면, 봉상체(51b)가 미끄러져서 봉상체(51b)를 원활하게 이동시킬 수 없는 경우가 있다. 한편, 협지력이 지나치게 크면, 봉상체(51b)의 변형이나 파괴가 생기는 경우가 있다.

봉상체(51b)의 측면의 형상은 일정하지 않는 경우가 많다. 그 때문에, 측면의 형상의 변화에 대응할 수 있도록, 척 롤러(21)는 스프링 등의 완충 기구에 의해 지지되어 있는 것이 바람직하다.

척 롤러(21)의 외주면에는, 복수의 볼록부가 형성되어 있다. 볼록부는 바늘형상, 원뿔형상, 각뿔형상, 원뿔대형상 또는 각뿔대형상이어도 좋다. 원뿔대형상 또는 각뿔대형상의 볼록부는 내구성이 높다는 이점을 갖는다. 또한, 톱니바퀴형상의 척 롤러도 내구성이 높다는 이점을 갖는다. 원뿔대형상의 볼록부는, 예를 들어 상면의 반경이 0.3㎜ 내지 2㎜, 바닥면의 반경이 0.5㎜ 내지 4㎜, 높이가 0.5㎜ 내지 5㎜의 범위에 있어도 좋다.

척 롤러(21)의 직경은 일정해도 좋고, 장소에 따라 변화시켜도 좋다. 봉상체(51b)를 협지하는 부분의 직경을 다른 부분의 직경보다도 작게 함으로써, 척킹성의 향상 및 봉상체(51b)의 사행(蛇行) 방지의 효과를 얻을 수 있다. 척 롤러(21)의 직경은 봉상체(51b)의 척킹 위치에서, 예를 들어 10㎜ 내지 70㎜의 범위에 있다. 척 롤러(21)의 직경이 지나치게 작으면, 척 롤러(21)가 구부러지는 경우가 있다. 또한, 척 롤러(21)의 직경이 지나치게 크면, 설비가 대형으로 되어서 설비 비용이 증대된다. 봉상체(51b)의 사행 방지에는, 척 롤러(21)의 척킹 위치에서의 직경을 가늘게 하고, 또한 복수조의 척 롤러(21)를 사용하는 것이 효과적이다.

봉상체(51b)를 인출할 때에, 봉상체(51b)를 요동하면서 인출해도 좋다. 요동에 의해, 봉상체(51b)와 도가니(11)의 고착을 방지할 수 있고, 또한 봉상체(51b)와 도가니(11) 사이의 마찰을 저감할 수 있다. 봉상체(51b)의 요동은 성형 영역(11b)에 홈(11b)이 형성되어 있는 경우에 특히 유효하다. 요동 방향은, 예를 들어 상하 방향 및/또는 좌우 방향이다. 봉상체(51b)를 상하 방향으로 요동하면서 인출하는 것에 의해, 봉상체(51b)를 스무스하게 인출할 수 있다. 봉상체(51b)의 요동은, 예를 들어 인출 기구(20)중 봉상체(51b)를 협지하는 부분을 요동시키는 것에 의해 실행할 수 있다. 성막 장치(10)에서는, 척 롤러(21)가 캠 기구(22)에 의해 상하로 요동된다. 요동 폭은, 예를 들어 1㎜ 내지 10㎜의 범위에 있어도 좋다.

또한, 봉상체(51b)를 인출하는 기구 및 방법은 성막 장치(10)의 기구 및 방법에 한정되지 않는다. 예를 들면, 척 롤러(21)와는 다른 형상의 롤러를 사용해도 좋다. 또한, 척 롤러(21) 대신에, 척킹 부분이 슬라이딩하는 기구를 이용해도 좋다. 이 경우, 척킹 부분이 슬라이딩함으로써 봉상체(51b)가 인출된다.

봉상체(51b)는 일단 형성되어버리면, 융액(51a)으로부터 연속적으로 인출하는 것이 가능하다. 또한, 융액(51a)으로부터 최초로 봉상체(51b)를 형성할 때는, 미리 제작한 원료의 봉상체(51b)를 장치에 세팅하거나, 원료의 종결정을 이용하여 봉상체(51b)를 인출하면 좋다.

인출 기구(20)에 의해 인출된 봉상체(51b)는 반송 가이드(30)를 따라 반송된다. 반송 가이드(30)는 롤러(31) 및 스프링 기구(32)를 구비한다. 이들은 고정 포스트(post)나 고정 가이드 등에 의해 고정된다. 반송 가이드(30)를 이용함으로써, 봉상체(51b)의 사행의 방지, 척 기구를 지점으로 하는 응력에 의한 봉상체(51b)의 파손의 방지, 인출 기구(20)의 구동 부하의 저감이라는 효과를 얻을 수 있다. 롤러(31)는 스프링 기구(32)에 의해 이동 가능하게 되어 있다. 롤러(31)를 이동 가능하게 함으로써, 봉상체(51b)의 형상이나 위치의 변동에 대한 추종성이 향상되어, 봉상체(51b)의 반송을 안정하게 실행할 수 있다. 또한, 상황(설비의 형상에 대한 제약으로 반송 가이드를 마련할 여유가 없는 경우 등)에 따라서, 반송 가이드(30)를 생략해도 좋다. 또한, 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 한, 롤러(31)의 위치는 고정이어도 좋다.

봉상체(51b)는 도가니(41)의 상방을 향해서 이동된다. 봉상체(51b)의 선단부 부근에는, 전자총(42)으로부터 전자 빔(42a)이 조사된다. 전자 빔(42a)의 조사에 의해 봉상체(51b)의 선단부는 용융하여, 액적(51c)으로 되어 도가니(41)내로 적하한다. 전자 빔(42a)의 전력은 원료의 종류, 봉상체(51b)의 형상 및 반송 속도를 고려해서 설정된다. 전자 빔(42a)의 전력은, 예를 들어 5kW 내지 100kW 정도이다. 전자 빔(42a)의 전력이 5kW 미만이면, 봉상체(51b)의 용융 속도가 충분하지 않을 경우가 있다. 또한, 그 전력이 100kW를 초과하면, 액적(51c)이 도가니(41)의 앞에서 적하하는 경우가 있다.

봉상체(51b)의 절단 공정이나 냉각 공정을 불필요하게 하기 위해서, 및 봉상체(51b)를 유효하게 이용하기 위해서, 도가니(11)로부터 도가니(41)에 이르는 공간은 하나의 진공조내에 배치되는 것이 바람직하다. 한편, 1차 원료 보급 기구(12)는 도가니(11) 및 도가니(41)가 배치되는 진공조(제 1 진공조)에 연결된 제 2 진공조에 배치되어도 좋다. 이러한 2개의 진공조는 개폐 가능한 칸막이판으로 칸막이된다. 1차 원료 보급 기구(12)에 고체 원료(51)를 보급할 경우, 2개의 진공조를 칸막이판으로 차단하고, 1차 원료 보급 기구(12)가 배치된 제 2 진공조를 대기 개방해서 고체 원료(51)를 보급한다. 그 후, 제 2 진공조를 감압한 후, 칸막이판을 개방하여, 1차 원료 보급 기구(12)로부터 용융 영역(11a)으로 고체 원료(51)를 보급한다. 이러한 구성에 따르면, 도가니(11) 및 도가니(41)가 배치되는 제 1 진공조의 진공도를 저하시키는 일없이 고체 원료(51)를 보급하는 것이 가능하다.

도가니(41)에는, 고체 원료(51)의 융액(증발원)(51d)이 모인다. 융액(51d)은 전자총(42)으로부터의 전자 빔(42b)에 의해 가열되고, 그 일부가 증발한다. 증발된 입자가 기재상에 퇴적함으로써, 박막이 형성된다.

전자총(42)으로부터의 전자 빔은 주사 기구에 의해 전자 빔(42a 및 42b)으로 나누어지고, 각각 봉상체(51b)와 융액(51d)으로 조사된다. 하나의 전자총(42)을 이용하여 봉상체(51b)와 융액(51d)을 가열함으로써, 장치를 간소화할 수 있어, 장치 비용을 경감할 수 있다. 또한, 봉상체(51b)와 융액(51d)을 상이한 가열 기구에 의해 가열해도 좋다. 또한, 그것들은 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 한, 전자 빔의 조사 이외의 방법에 의해 가열해도 좋다.

도가니(41)에는, 융액(51d)을 모으는 오목부(41a)가 형성되어 있다. 오목부(41a)의 평면 형상은 목적으로 하는 성막에 따라서, 원형, 엽전형, 장방형, 도넛형 등 다양한 형상으로 할 수 있다. 도가니(41)는 내열성의 재료로 형성될 수 있고, 예를 들어 구리, 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐 등의 금속이나 이들을 포함하는 합금, 알루미나, 마그네시아, 칼시아 등의 산화물, 질화붕소, 탄소 등을 사용할 수 있다. 도가니(41)의 일례는 수냉 구리 하스이다.

권취식으로 대표되는 연속식의 진공 증착에 있어서, 성막의 폭보다도 긴 장방형 금형의 오목부(41a)가 형성된 도가니(41)를 이용해도 좋다. 그러한 도가니(41)는 두께가 균일한 막을 형성하는데 효과적이다.

전자 빔(42a 및 42b)의 조사 범위의 일례를 도 3에 도시한다. 봉상체(51b)에 조사되는 전자 빔(42a)의 조사 위치(61)는 융액(51d)에 조사되는 전자 빔(42b)의 주사 범위(62)로부터 떨어진 위치에 설정되어 있다. 그 때문에, 원료의 액적(51c)은 전자 빔(42b)의 주사 범위(62)로부터 떨어진 위치로 적하된다. 이러한 구성에 따르면, 액적(51c)이 연속적으로 공급되는 것에 의한 악영향[융액(51d)의 온도 변화 및 표면 진동 등]을 작게 할 수 있다. 그 결과, 균일성이 양호한 막을 형성할 수 있다. 또한, 도 3의 일례에서는, 주사 범위(62)의 길이는 성막의 폭(63)보다도 넓게 설정되어 있다.

성막 장치(10)의 전체를 도 4에 모식적으로 도시한다. 진공조(vacuum chamber; 71)는 내부 공간을 갖는 내압성의 챔버이다. 진공조(71)에는, 배기 수단(72)이 접속되어 있다. 배기 수단(72)은 진공조(71)의 내부를 성막에 적합한 감압 상태로 한다. 배기 수단(72)에는, 예를 들어 감압 펌프 등을 사용할 수 있다.

진공조(71)의 내부 공간에는, 도가니(11), 1차 원료 보급 기구(12), 인출 기구(20), 반송 가이드(30), 도가니(41), 송출 롤러(73), 반송 롤러(74a 내지 74c), 캔(75), 권취 롤러(76), 차폐판(77) 및 원료 가스의 도입관(78)이 배치되어 있다. 또한, 진공조(71)의 벽면에는, 전자총(13 및 42)이 고정되어 있다.

진공조(71)는 차폐판(77)에 의해 기판(80)이 반송되는 기판 반송 영역과, 고체 원료(51)가 처리되는 원료 처리 영역으로 나누어져 있다. 차폐판(77)중 도가니(41)의 상방의 영역에는, 개구(77a)가 형성되어 있다. 또한, 진공조(71)는 기판 반송 영역이 포함되는 진공조와, 2차 원료 공급 기구(35)가 포함되는 진공조가 연결된 진공조이어도 좋다. 그 경우, 개구(77a)에는, 개폐 가능한 칸막이판이 배치되고, 기판 반송 영역이 포함되는 진공조에도 배기 수단이 접속된다.

송출 롤러(73), 반송 롤러(74a 내지 74c), 캔(75) 및 권취 롤러(76)는 각각 회전 가능한 롤러이다. 이들은 기판(80)을 반송하는 반송 기구로서 기능한다. 송출 롤러(73)는 증발한 원료로 오염되지 않도록 캔(75)의 상방에 배치되어 있다. 송출 롤러(73)에는, 성막전의 기판(기재)(80)이 감겨 있다. 기판(80)은 띠형상의 기판이다.

기판(80)은 송출 롤러(73)로부터 송출되어, 반송 롤러(74a 및 74b)를 거쳐서 캔(75)으로 보내진다. 캔(75)의 내부에는, 냉각 수단(도시하지 않음)이 마련되어 있다. 냉각 수단에는, 예를 들어 냉각수의 순환에 의해 냉각을 실행하는 냉각 장치를 사용할 수 있다. 캔(75)의 외주면을 기판(80)이 주행할 때에, 증발원[융액(51d)]으로부터 날아온 원료의 입자가 기판(80)상에 퇴적하여, 박막이 형성된다. 또한, 고체 원료(51)와 가스를 반응시켜서 성막을 실행할 경우에는, 도입관(78)으로부터 가스가 도입된다. 권취 롤러(76)는 캔(75)의 상방에 배치되어 있다. 권취 롤러(76)는 구동 수단(도시하지 않음)에 의해 회전되어, 박막이 형성된 기판(80)을 권취한다.

캔(75)은 개구(77a)를 사이에 두고서 증발원[융액(51d)]의 상방에 배치되어 있다. 증발원에서 발생한 원료의 증기는 개구(77a)를 통해서 캔(75)상의 기판(80)에 도달한다. 기판(80)상에 원료가 퇴적함으로써, 기판(80)상에 박막이 형성된다. 차폐판(77)은, 도가니(41)로부터 날아오는 원료의 입자가 기판(80)에 도달하는 경로를, 개구(77a)를 통과하는 경로로만 한정한다.

도입관(78)은 필요에 따라서 설치된다. 일례에서는, 도입관(78)의 일단부가 도가니(41)의 상방에 배치되고, 타단부가 진공조(71)의 외부의 원료 가스 공급 수단(도시하지 않음)에 접속된다. 도입관(78)을 통해서, 산소 가스나 질소 가스 등이 공급된다. 이러한 가스를 공급함으로써, 증발원으로부터 날아오는 원료의 산화물, 질화물 또는 산질화물을 주성분으로 하는 박막을 형성할 수 있다. 원료 가스 공급 수단에는, 가스 봄베(bomb)나 가스 발생 장치 등을 적용할 수 있다.

본 발명의 성막 장치(10)에서는, 도가니(용기)(11), 전자총(13), 인출 기구(20), 반송 가이드(30) 및 전자총(42)이 2차 원료 공급 기구(35)로서 기능한다. 2차 원료 공급 기구(35)에 따르면 증발원에 원료를 연속적으로 공급할 수 있기 때문에, 본 발명의 성막 장치(10)에서는, 연속적으로 또한 안정적으로 박막을 형성할 수 있다. 통상, 성막 장치(10)에서는, 고체 원료(51)의 보급 및 용융, 봉상체(51b)의 인출, 봉상체(51b)의 용융, 융액(51d)의 가열에 의한 성막이 동시에 또한 연속적으로 실행된다. 단, 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 한, 그러한 공정은 동시에 실행되지 않아도 좋고, 단속적으로 실행되어도 좋다.

또한, 성막 장치(10)에서는, 캔(75)을 생략하는 것도 가능하다. 예를 들면, 2개의 반송 롤러 사이를 직선형으로 주행하고 있는 기판(80)의 일부에 박막을 형성해도 좋다. 2개의 반송 롤러의 위치에 따라, 원료의 입자가 기판(80)상에 날아오는 각도를 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 기판(80)의 표면에 대하여 원료의 입자를 거의 수직으로 입사시킬 수도 있고, 기판(80)의 표면에 대하여 원료의 입자를 비스듬하게 입사시킬 수도 있다 . 기판(80)의 표면에 대하여 원료 입자를 비스듬하게 입사시키는 성막법에 따르면, 자기 음영 효과에 의해 미소 공간을 포함하는 박막을 형성할 수 있다. 그 때문에, 이러한 성막법은, 예를 들어 높은 C/N의 자기 테이프의 형성이나, 사이클 특성이 우수한 전지의 부극(負極)의 형성에 유효하다.

본 발명의 성막 장치(10)에서는, 기판(80)으로서 장척의 구리박을 이용하고 고체 원료(51)로서 실리콘을 사용하는 것에 의해, 전지용의 장척의 부극(負極)을 얻을 수 있다.

실리콘 박막의 형성 방법의 일례에 대해서 설명한다. 이러한 일례에서는, #441 그레이드의 금속 실리콘이 3g/초의 속도로 1차 원료 보급 기구(12)로부터 도가니(11)로 공급된다. 금속 실리콘은 전자총(13)으로부터 50kW의 전자 빔을 조사함으로써 용융된다. 금속 실리콘의 융액으로부터, 6㎝/분의 속도로, 직경 50㎜ 정도의 부정형의 봉상체(51b)가 형성된다. 증착용의 도가니(41)의 상방에서, 봉상체(51b)의 선단에 전자총(42)으로부터 40kW의 전자 빔이 조사된다. 전자 빔의 조사에 의해 봉상체(51b)의 선단이 용융되어, 실리콘이 도가니(41)에 공급된다. 또한, 90kW의 전자 빔이 전자총(42)으로부터 도가니(41)로 조사된다. 도가니(41)에의 전자 빔의 조사에 의해, 기판상에 실리콘 박막이 형성된다.

또, 코발트를 포함하는 자기 테이프의 형성 방법의 일례에 대하여 설명한다. 이러한 일례에서는, 기판으로서 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하고, 고체 원료(51)로서 코발트를 사용한다. 도가니(41)로부터는, 코발트가 증발한다. 또한, 도입관(78)으로부터는, 산소 가스가 도입된다. 그 결과, 장척의 자기 테이프를 얻을 수 있다.

[성막 방법 및 성막 장치의 실시형태 2]

본 발명의 성막 장치의 실시형태 2의 구성을 도 7에 모식적으로 도시한다. 또한, 도 7에서는, 진공조, 배기 기구, 기재, 및 기재의 반송 기구의 도시를 생략하고 있다. 도 1(a)는 상면도이며, 도 1(b)는 측면도(일부 단면도)이다. 도 1과 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.

도 7에서는, 인출 기구(20)는 회전 기구(38)를 구비하고 있다. 회전 기구(38)에 의해 봉상체(51b)는 회전하고, 또한 척 롤러(21) 등에 의해 인출된다. 회전 기구(38)에는 롤러식, 톱니바퀴식 등의 방식을 이용할 수 있다. 예를 들면, 볼록부가 있는 봉상체 회전용 롤러(39)에 의해, 상하 좌우로부터 봉상체를 끼워넣으면서 회전할 수 있다. 끼워넣음 압력은, 제작하는 봉상체의 재질, 형상, 인출 속도에 따라 상이하지만, 예를 들어 3kgf 내지 50kgf이다. 끼워넣음 압력이 지나치게 작으면 미끄러짐이 생겨서 원활한 인출이 실행되지 않는 경우가 있고, 반대로 끼워넣음 압력이 지나치게 크면, 봉상체의 변형이나 파괴로 이어지는 경우가 있다. 봉상체는 완전 원주형상으로부터 벗어난 부정형인 측면을 가질 경우가 많으므로, 봉상체 회전용 롤러(39)의 끼워넣음 상태도 안정되기 어렵다. 여기에서 봉상체 회전용 롤러(39)의 끼워넣음 기구에 스프링 등에 의한 완충 기구를 마련하여 두는 것이 바람직하다. 톱니바퀴형상의 회전체를 봉상체에 가압하는 것에 의해서도 봉상체를 회전할 수 있다.

봉상체의 회전과 인출을 양립시키기 위해서, 필요에 따라서 예를 들어 봉상체의 회전운동과 수평운동을 위한 끼워넣음을 교대로 실행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 봉상체에 걸리는 비틀림 응력을 경감할 수 있고, 비틀림 응력에 의한 봉상체의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 회전과 인출을 양립하는 구동 기구로서, 도 8과 같이 봉상체에 대하여 경사 방향으로 구동하는 척 롤러를 사용함으로써 회전 기구를 겸용할 수도 있다.

봉상체의 회전수는 제작하는 봉상체의 재질, 형상, 인출 속도에 따라 상이하지만, 예를 들어 인출 속도 1㎝/분 내지 10㎝/분에 대하여 0.5rpm 내지 4rpm이다.

성형 영역(11b)의 홈(11g)의 단면 형상이 반원형인 경우, 봉상체의 회전에 따른 홈부에 순차적으로 간극이 생긴다. 이러한 간극에 용융 영역(11a)에서 용해된 원재료가 순차적으로 흘러들어가므로, 봉상체를 회전하면서 인출하는 것에 의해 단면 형상이 대략 원형인 봉상체를 얻을 수 있다.

도 1에서 얻어지는 봉상체의 상면은 형상이 규제되고 있지 않아, 요철이 많이 존재하지만, 도 7에서 얻어지는 단면 형상이 대략 원형인 봉상체는 표면 요철이 비교적 적어진다. 그 때문에, 인출 기구(20)나 반송 가이드(30)에 의해 봉상체가 파손되기 어렵다.

또, 도 7에서는, 봉상체의 단면 형상이 대략 원형이고, 또한 봉상체가 회전하고 있으므로, 봉상체의 선단부 부근에 균일하게 전자 빔(42a)을 조사하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 봉상체의 용융 잔류물이 발생하기 어렵고, 또한 용융 상태의 변동이 작아진다. 그 결과, 도가니(41)로 적하하는 액적의 적하 속도나 적하 위치가 안정되게 되어, 도가니(41)로부터의 증발 속도도 안정될 수 있다.

[리튬 이온 2차 전지용 부극의 제조]

전술한 바와 같이, 본 발명의 성막 방법 및 성막 장치는 2차 전지의 극판(極板)의 제조에 적용할 수 있고, 구체적으로는 리튬 이온 2차 전지의 부극의 제조에 적용할 수 있다. 이 경우, 성막의 원료에는, 부극 활물질(活物質)을 구성하는 원료를 이용할 수 있다. 부극 활물질을 구성하는 원료로서는, 실리콘이나 주석을 이용할 수 있고, 전형적으로는 금속 실리콘이나 실리콘 합금을 사용할 수 있다. 또한, 기재(기판)에는, 도전성을 갖는 기재가 이용된다. 예를 들면, 기재로서, 구리박(두께가 예를 들어 5㎛ 내지 30㎛)이나, 구리 박막(두께가 예를 들어 0.2㎛ 내지 20㎛)이 증착된 고분자 필름[예를 들면, PET, PEN, PPS(폴리페닐렌 설파이드), 폴리아미드, 폴리이미드 필름]을 사용할 수 있다. 또한, 표면에 요철을 형성한 금속박(예를 들면, 구리박)을 이용해도 좋다.

기재상에 형성되는 부극 활물질층의 두께는 예를 들어 5㎛ 내지 30㎛이다. 부극 활물질층은 기재의 한쪽면 또는 양쪽면에 형성된다.

부극 활물질층은 증발원에 실리콘을 사용하는 동시에 산소 가스를 도입함으로써 형성해도 좋다. 또한, 부극 활물질층은 실리콘에 부가하여 리튬을 포함해도 좋다. 리튬은 실리콘과의 공증착(共蒸着) 등에 의해 부극 활물질층에 첨가될 수 있다.

리튬 이온 2차 전지의 부극을 제조할 경우, 기재의 법선 방향에 대한, 증발원으로부터 날아오는 증발 입자의 기재로의 입사 방향의 각도를 10° 내지 80°의 범위로 해도 좋다. 또한, 이러한 각도를, 기재의 진행 방향에 대한 경사 각도를 정(正)으로 하여, +10° 내지 +80°의 범위의 각도와 -10° 내지 -80°의 범위의 각도로 일정 시간마다 변화시켜도 좋다. 또한, 원료 입자의 입사 방향이란, 원료입자 전체의 입사 방향의 평균이며, 예를 들어 전자 빔(42a)의 조사 범위의 중앙부와 개구(77a)의 중앙부를 연결하는 방향으로 대표된다.

원료 입자의 입사 방향에 대하여 기재의 표면의 각도를 변화시키는 것에 의해, 기재의 표면상에 주상 또는 지그재그형상으로 원료를 퇴적시키는 것이 가능하다. 이러한 기술은 예를 들어 국제 공개 제 WO 2007/052803 호나 제 WO 2007/015419 호에 개시되어 있다. 원료 입자의 입사 방향에 대하여 기재의 표면의 각도를 변화시키는 방법으로서는, 예를 들어 반송 롤러의 위치를 변화시키는 방법이나, 원료 입자의 입사 각도가 상이한 2개의 증착 영역을 마련하는 방법을 들 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태로서 예를 들어서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 본 발명은 안정된 성막이 필요한 다양한 디바이스에 적용할 수 있고, 예를 들어 콘덴서(condenser), 센서, 태양 전지, 광학막, 방습막, 도전막 등에 적용할 수 있다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명은 성막 장치 및 성막 방법에 이용할 수 있다.

10 : 성막 장치 11 : 도가니(용기)
11a : 용융 영역 11b : 성형 영역
11c : 오목부 11g : 홈
11h : 배출구 11A : 수냉 구리 도가니
11B : 복합형 도가니 11Ba : 흑연 구성 부위
11Bb : 수냉 구리 구성 부위 12 : 1차 원료 보급 기구
13 : 전자총(제 1 가열 기구) 13a, 42a, 42b : 전자 빔
14 : 응고 개시선 20 : 인출 기구
21 : 척 롤러 22 : 캠 기구(요동 기구)
30 : 반송 가이드 31 : 롤러
32 : 스프링 기구 35 : 2차 원료 공급 기구
38 : 회전 기구 39 : 봉상체 회전용 롤러
40 : 증발 기구 41 : (증발용)도가니
41a : 오목부 42 : 전자총(제 2 가열 기구)
51 : 고체 원료 51a : 융액
51b : 봉상체 51c : 액적(융액)
51d : 융액(증발원) 71 : 진공조
72 : 배기 수단 73 : 송출 롤러
74a, 74b, 74c : 반송 롤러 75 : 캔
76 : 권취 롤러 77 : 차폐판
77a : 개구 78 : 도입관
80 : 기판

Claims

박막을 형성하는 방법에 있어서,
(ⅰ) 상기 박막의 원료의 고체를 용융해서 융액으로 하고, 상기 융액을 응고시켜서 봉상체를 형성하여, 상기 봉상체를 인출하는 공정과,
(ⅱ) 상기 봉상체의 일부를 용융시켜서 증발원에 공급하는 공정과,
(ⅲ) 상기 증발원을 이용하여 상기 박막을 형성하는 공정을 포함하며,
상기 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)의 공정이 진공중에서 실행되는
성막 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)의 공정이 동시에 실행되는
성막 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (ⅱ)의 공정에서 상기 봉상체의 상기 일부를 전자총에 의해 가열함으로써 용융시키고,
상기 (ⅲ)의 공정에서 상기 증발원을 상기 전자총에 의해 가열함으로써 증발시키는
성막 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (ⅰ)의 공정에 있어서, 도가니의 일단부로부터 상기 원료를 공급, 가열함으로써, 상기 원료를 용융해서 융액으로 하고, 계속해서 상기 도가니의 다른쪽 단부에서 냉각을 실행함으로써 상기 융액을 응고시켜서 봉상체를 형성할 때에, 상기 도가니를 통해서 하부로부터 상기 융액의 냉각을 실행하는 동시에, 상기 융액을 상부로부터 가열하는
성막 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 원료가 응고시에 체적 팽창을 수반하는 재료인
성막 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 원료가 실리콘 또는 실리콘을 포함하는 합금인
성막 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 도가니가 냉각된 금속으로 구성되어 있는
성막 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 도가니가 냉각된 구리로 구성되어 있는
성막 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 도가니의 원료 공급측과 봉상체 형성측이 상이한 재료에 의해 구성되고, 원료 공급측의 도가니 재료와 상기 원료의 융액의 열전달률쪽이 봉상체 형성측의 도가니 재료와 상기 원료의 융액의 열전달률보다도 작아지도록 구성되어 있는
성막 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 도가니의 원료 공급측이 흑연에 의해 구성되어 있는
성막 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 도가니의 봉상체 형성측이 냉각된 금속으로 구성되어 있는
성막 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 봉상체의 응고 개시선이 상기 냉각된 금속상에 존재하는
성막 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 도가니의 측면과 바닥면이 상이한 재료에 의해 구성되고, 측면의 도가니 재료와 상기 원료의 융액의 열전달률이 바닥면의 도가니 재료와 상기 원료의 융액의 열전달률보다도 작아지도록 구성되어 있는
성막 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 응고시의 융액 상부로부터의 가열 방법이 전자총에 의한 것인
성막 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 응고시의 융액 상부로부터의 가열 방법이 저항 가열에 의한 것인
성막 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 가열 용융시의 가열 영역과 상기 응고시의 가열 영역이 연속하여 있는
성막 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (ⅰ)의 공정에서 상기 봉상체를 회전시키면서 인출하는
성막 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 봉상체의 단면 형상이 대략 원형인
성막 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)의 공정이 하나의 진공조내, 또는 연결되어 있는 복수의 진공조내에서 실행되는
성막 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (ⅱ)의 공정에서 상기 봉상체로부터 상기 증발원으로의 공급을, 상기 봉상체의 일부를 용융시켜서 생긴 융액의 적하에 의해 실행하는
성막 방법.
진공중에서, 1차 원료로부터 2차 원료를 생성하여, 상기 2차 원료를 증발시켜서 기재상에 박막을 형성하는 성막 장치에 있어서,
진공조와,
상기 진공조를 배기하는 배기 기구와,
상기 진공조내에 배치되고, 상기 2차 원료를 증발시키는 증발원과,
상기 1차 원료의 고체를 가열해서 융액으로 하는 제 1 가열 기구와, 상기 융액을 봉상체로 성형하는 용기와, 상기 봉상체를 인출하는 인출 기구와, 상기 봉상체의 일부를 용융시켜서 용융물을 상기 2차 원료로서 상기 증발원에 공급하는 제 2 가열 기구를 포함하는 2차 원료 공급 기구와,
상기 증발원으로부터 증발된 증발 입자가 퇴적하는 위치에 상기 기재를 반송하는 기재 반송 기구와,
상기 2차 원료 공급 기구에 상기 1차 원료의 고체를 보급하는 1차 원료 보급 기구를 구비하는
성막 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 기재는 띠형상의 기판이며,
상기 반송 기구는 상기 기판을 송출하는 제 1 롤러와, 상기 기판을 권취하는 제 2 롤러를 포함하는
성막 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 용기는 상기 원료의 융액을 유지하는 융액 유지부와, 상기 융액 유지부에 인접하는 성형부를 포함하고,
상기 성형부에서는, 상기 융액이 응고해서 봉상체가 되는
성막 장치.
제 23 항에 있어서,
상기 성형부에는 상기 봉상체가 통과하는 홈이 형성되어 있고,
상기 홈의 폭은 상기 융액 유지부측으로부터 상기 성형부측을 향해서 넓어지는
성막 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 제 1 가열 기구가 전자총을 포함하는
성막 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 제 2 가열 기구가 전자총을 포함하는
성막 장치.
제 26 항에 있어서,
상기 제 2 가열 기구는 상기 전자총으로부터 출사되는 전자 빔을 상기 봉상체에의 조사와 상기 증발원에의 조사로 나누는 주사 기구를 포함하고,
상기 증발원을 상기 전자총을 이용하여 가열하는
성막 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 인출 기구가 상기 봉상체를 요동하는 요동 기구를 포함하는
성막 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 제 1 가열 기구가 상기 용기의 상방에 마련되고,
상기 제 1 가열 기구에 의한 가열 영역의 종단부가 상기 봉상체의 응고 개시선보다도 봉상체 형성측에 설정되어 있는
성막 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 인출 기구가 상기 봉상체를 회전시키는 회전 기구를 포함하는
성막 장치.