(57)【要約】  【課題】柱状結晶膜を成膜する。  【解決手段】本発明の成膜装置１は、遮蔽部材５を有しており、入射角度θｘが２０°を超える蒸気は遮蔽部材５に付着し、入射角度が２０°以下の蒸気が基板１１表面に到達するように、遮蔽部材５の形状や位置と、蒸着源２０の位置が定められている。成膜材料２５にハロゲン化Ｃｓを用いた場合には、入射角度θｘが２０°以下であれば、基板１１表面に柱状結晶が成長するので、本発明によれば、基板１１と蒸着源２０との間の距離を大きくしなくても、柱状結晶の膜を成膜することができる。【選択図】図１
2006225733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、蒸着源と、基板ホルダとを有し、
前記蒸着源と前記基板ホルダはそれぞれ前記真空槽内部に配置され、
前記真空槽内部に真空雰囲気を形成し、前記基板ホルダに基板を保持させた状態で、前記蒸着源から成膜材料の蒸気粒子を放出させると、前記基板の表面に前記蒸気粒子が到達し、前記基板の表面に前記成膜材料の薄膜が形成される成膜装置であって、
前記基板ホルダと前記蒸着源との間に配置された遮蔽部材を有し、
前記蒸気粒子が前記基板ホルダに保持された前記基板表面に入射する方向と、前記基板表面の法線との成す角度を入射角度とすると、前記遮蔽部材には、２０°を超える入射角度で前記基板方向に飛行する前記蒸気粒子が付着するように構成された成膜装置。
【請求項２】
前記基板ホルダは回転軸に接続され、前記回転軸の回転によって前記基板ホルダが回転し、前記基板が水平面内で回転するように構成され、
前記遮蔽部材は、前記基板の回転中心を含む成膜範囲に前記蒸気粒子を到達させるように構成された請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
蒸着源から真空雰囲気中に成膜材料の蒸気粒子を放出し、前記真空雰囲気に配置された基板の表面に前記蒸気粒子を到達させ、前記基板の表面に前記成膜材料の薄膜を形成する成膜方法であって、
前記蒸気粒子が前記基板の表面に入射する方向と、前記基板表面の法線との成す角度を入射角度とすると、前記入射角度が２０°を超えて基板方向に飛行する前記蒸気粒子を遮蔽部材に付着させる成膜方法。
【請求項４】
前記基板を水平面内で回転させながら、前記蒸気粒子の放出を行う請求項３記載の成膜方法であって、
前記蒸気粒子を、前記基板の回転中心を含む成膜範囲に到達させる成膜方法。
【請求項５】
前記成膜材料として、ＣｓＩとＣｓＢｒのいずれか一方又は両方を用い、柱状結晶を前記基板表面に対して略垂直に成長させ、前記柱状結晶からなる薄膜を形成する請求項３又は請求項４のいずれか１項記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜技術に関し、特に、特定の成膜材料を用いて基板上に柱状結晶を成長させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、放射線を吸収蓄積し、発光する蛍光体膜の成膜には蒸着法が用いられている。ＣｓＩやＣｓＢｒのようなハロゲン化Ｃｓを蛍光体膜の成膜材料に用いる場合には、柱状結晶で蛍光体膜を構成することが好ましい。
【０００３】
従来技術の成膜装置では、基板と蒸着源との間の距離を大きくして、柱状結晶を成長させていた。
しかしながら、基板と蒸着源との間の距離を大きいと蒸着効率が悪く、また近年基板の大型化に伴い、蒸着源と基板との間の距離も大きくなり、その結果、成膜装置が大型化するという問題があった。
【特許文献１】特開２００２−１８１９９７号公報
【特許文献２】特開昭６１−１４２５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、装置の大型化せずに、基板に対して概ね垂直に配置され、均一形状の柱状結晶膜を成膜可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等が鋭意検討を行った結果、本発明者等は、蒸気粒子の入射角度を２０°以下にすれば、柱状結晶が基板表面に対して垂直に、かつ均一な形状で成長することを見出した。
【０００６】
係る知見に基づいてなされた請求項１記載の発明は、真空槽と、蒸着源と、基板ホルダとを有し、前記蒸着源と前記基板ホルダはそれぞれ前記真空槽内部に配置され、前記真空槽内部に真空雰囲気を形成し、前記基板ホルダに基板を保持させた状態で、前記蒸着源から成膜材料の蒸気粒子を放出させると、前記基板の表面に前記蒸気粒子が到達し、前記基板の表面に前記成膜材料の薄膜が形成される成膜装置であって、前記基板ホルダと前記蒸着源との間に配置された遮蔽部材を有し、前記蒸気粒子が前記基板ホルダに保持された前記基板表面に入射する方向と、前記基板表面の法線との成す角度を入射角度とすると、前記遮蔽部材には、２０°を超える入射角度で前記基板方向に飛行する前記蒸気粒子が付着するように構成された成膜装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の成膜装置であって、前記基板ホルダは回転軸に接続され、前記回転軸の回転によって前記基板ホルダが回転し、前記基板が水平面内で回転するように構成され、前記遮蔽部材は、前記基板の回転中心を含む成膜範囲に前記蒸気粒子を到達させるように構成された成膜装置である。
請求項３記載の発明は、蒸着源から真空雰囲気中に成膜材料の蒸気粒子を放出し、前記真空雰囲気に配置された基板の表面に前記蒸気粒子を到達させ、前記基板の表面に前記成膜材料の薄膜を形成する成膜方法であって、前記蒸気粒子が前記基板の表面に入射する方向と、前記基板表面の法線との成す角度を入射角度とすると、前記入射角度が２０°を超えて基板方向に飛行する前記蒸気粒子を遮蔽部材に付着させる成膜方法である。
請求項４記載の発明は、前記基板を水平面内で回転させながら、前記蒸気粒子の放出を行う請求項３記載の成膜方法であって、前記蒸気粒子を、前記基板の回転中心を含む成膜範囲に到達させる成膜方法である。
請求項５記載の発明は、請求項３又は請求項４のいずれか１項記載の成膜方法であって、前記成膜材料として、ＣｓＩとＣｓＢｒのいずれか一方又は両方を用い、柱状結晶を前記基板表面に対して略垂直に成長させ、前記柱状結晶からなる薄膜を形成する成膜方法である。
【０００７】
本発明は上記のように構成されており、遮蔽部材は入射角度を２０°を超える蒸気粒子を遮蔽するので、基板表面には入射角度が２０°以下の蒸気粒子が入射し、成膜材料の柱状結晶が基板表面に対して垂直に成長する。このように、本発明では基板と蒸着源との距離を大きくしなくても、入射角度を制限することで柱状結晶の膜を成膜可能なので、成膜装置が大型化しない。
【０００８】
尚、本発明で蒸気粒子とは、成膜材料が気化して発生した成膜材料の粒子のことであり、具体的には成膜材料の分子、成膜材料の原子、成膜材料の分子集団、または成膜材料の原子集団のことである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、成膜装置を大型化しなくても、柱状結晶の膜を成膜可能であり、成膜装置の製造コストが安くなる。さらに、基板に対して概ね垂直で、均一な形状の柱状結晶の膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１の符号１は本発明に用いる成膜装置の一例を示しており、成膜装置１は真空槽２と、蒸着源２０と、基板ホルダ７と、遮蔽部材５とを有している。基板ホルダ７は、真空槽２内部の天井側に配置されている。蒸着源２０は容器状であって、真空槽２内部の底壁上に配置されている。
【００１１】
蒸着源２０の開口２３は真空槽２の天井側に向けられており、その内部には予め成膜材料２５が配置され、蒸着源２０内で発生した成膜材料２５の蒸気粒子は開口２３から真空槽２内に放出されるようになっている。
【００１２】
遮蔽部材５は真空槽２内部であって、開口２３よりも高く、基板ホルダ７よりも低い位置に配置されており、開口２３から放出された蒸気粒子の一部は遮蔽部材５に付着するが、他の一部は遮蔽部材５に付着せず、基板ホルダ７に保持された基板１１表面に到達するようになっている。
【００１３】
図１の符号Ｔは、蒸気粒子が基板１１に到達する範囲を示しており、成膜範囲Ｔの中には基板１１の縁が含まれるようになっている。
基板１１の粒子が入射する表面（成膜面１２）の法線Ｎと、蒸気粒子の入射方向との成す角度を粒子の入射角度とすると、図１の符号θａは基板１１の縁における入射角度を示している。
【００１４】
基板１１の縁は成膜範囲Ｔの外周であり、成膜範囲Ｔの内周側の端部は遮蔽部材５の位置及び形状と、蒸着源２０の位置によって定められる。符号θｂは成膜範囲Ｔの内周側の端部における入射角度を示しており、成膜範囲Ｔ上の入射角度θｘは、最大値がθａ又はθｂになる。
従って、成膜範囲Ｔにおける入射角度の最小値をθminとすると、入射角度θｘは下記（１）で表される。
【００１５】
式（１）：θmin≦θｘ≦θmax(θａ，θｂ）
上記式（１）中、θmaxはθａ、θｂのうちの大きいの方の値となる。ここでは、成膜範囲Ｔは開口２３の真上位置も含まれ、基板１１は水平に保持されるようになっているから、θminは成膜範囲Ｔの基板１１の真上位置であり、その値はゼロである。
【００１６】
本発明では遮蔽部材５と蒸着源２０の位置によって、θmax(θａ，θｂ）の大きさが定められている。従って、入射角度θｘはθmax(θａ，θｂ）以下になる。後述するようにこの成膜装置１ではθmax(θａ，θｂ）は２０°である。
【００１７】
基板ホルダ７裏面の中央位置には回転軸８が接続されている。回転軸８の回転軸線Ａは鉛直であって、基板１１の中心を回転軸線Ａ上に位置させた状態で、基板１１を基板ホルダ７に水平配置し、不図示のモータによって回転軸８を回転させると、基板１１は基板１１中心を中心として水平面内で回転する。
【００１８】
図１の符号Ａは基板１１が回転するときの基板１１の回転中心を示している。成膜範囲Ｔの内周側の端部は、回転中心Ａ上、又は回転中心Ａを超えた範囲に位置するようになっているので、開口２３から放出された粒子は、基板１１の端部から回転中心Ａまで、又は基板１１の端部から回転中心Ａを超えた範囲まで到達する。即ち、基板１１の回転中心Ａは成膜範囲Ｔに含まれるから、基板１１を回転させながら蒸気粒子の放出を行えば、基板１１の全表面に蒸気粒子が到達する。
【００１９】
次に、この成膜装置１を用いて蛍光体膜を成膜する工程について説明する。
真空槽２に接続された真空排気系９を動作させ、真空槽２内部に真空雰囲気を形成する。尚、真空槽２内部を真空排気をすると共に、真空槽２内部にＡｒガス、Ｘｅガス等の不活性ガスを導入して、真空雰囲気の圧力を１×１０-2Ｐａ以上１×１０-1Ｐａ以下に調整してもよい。
【００２０】
真空雰囲気を維持しながら、真空槽２内部に基板１１を搬入し、その基板１１を基板ホルダ７に保持させる。予め蒸着源２０に収容しておいた成膜材料２５を加熱すると成膜材料２５が気化し、成膜材料２５の蒸気粒子が発生する。
【００２１】
成膜材料２５は、ＣｓＩやＣｓＢｒのようなハロゲン化Ｃｓを主成分としており、遮蔽部材５は上記式（１）のθmaxが２０°になるように配置されている。上記式（１）は、開口２３のどの部分から出た蒸気粒子にも当てはまるようになっており、ハロゲン化Ｃｓの蒸気粒子の入射角度θｘを２０°以下にすれば、基板１１上には概ね垂直に柱状結晶の膜が成長する。
【００２２】
このとき、基板１１を回転させながら蒸気粒子の放出を行えば、基板１１表面全部に成膜材料の蒸気粒子が到達するので、基板１１表面の全部に柱状結晶の薄膜が形成される。
【００２３】
柱状結晶の膜は、例えば、画像情報読取装置の蛍光体膜に用いることができる。具体的には、柱状結晶膜の表面にＸ線のような放射線を照射すると、放射線が照射された柱状結晶がその放射線エネルギーの一部を吸収蓄積する。放射線エネルギーが蓄積された柱状結晶膜に、赤外線や可視光などの電磁波を照射すると、放射線エネルギーが蓄積された柱状結晶が発光する。例えば、この様な蛍光体膜を有する基板は、Ｘ線撮影のフィルムの代わりに繰り返し使用できる。
【００２４】
基板１１の柱状結晶膜が形成された側の面の表面部分には不図示のセンサー部が設けられており、このセンサー部は柱状結晶の底壁から基板１１表面に入射する発光光を受光する。
【００２５】
柱状結晶は放射線を蓄積したものしか発光しないので、センサー部が発光した柱状結晶の位置情報や発光強度を電気信号として処理装置に伝え、処理装置がその位置情報と発光強度を処理し、表示装置に放射線の画像情報を表示する。
【００２６】
柱状結晶が基板１１表面に対して斜めに成長すると、放射線の入射位置と、センサー部の受光位置がずれるため、位置情報に誤差が生じ、画像情報が不鮮明になるが、本発明によれば、柱状結晶が基板１１表面に対して垂直に均一な形状で成長するので、位置情報に誤差が生じず、画像情報が鮮明に表示される。
【実施例】
【００２７】
上記工程で作成された柱状結晶膜を実施例の柱状結晶膜とし、実施例の柱状結晶膜と比較例の柱状結晶膜を走査型電子顕微鏡で観察し、柱状結晶の直径（コラム径）を測定した。また、成膜装置１から遮蔽部材５を取り除き、蒸気粒子の入射角度の制限を行わずに成膜したものを比較例の柱状結晶膜とし、この柱状結晶膜について、上記実施例と同じ方法で観察と、コラム径の測定を行った。
観察された実施例の柱状結晶膜の模式図を図３（ａ）に、比較例の柱状結晶膜の模式図を図３（ｂ）に示し、測定されたコラム径を図４に示した。
【００２８】
図３（ａ）、（ｂ）を比較すると明らかなように、遮蔽部材５で入射角度θｘを２０°以下に制限した実施例では、基板１１表面に対して略垂直方向に成長した柱状結晶１５が、基板１１表面の全領域で見られた。これに対し、入射角度θｘを制限しなかった比較例では、蒸着源２０から離れた位置を通過する時に、成膜材料が斜めに入射するため、基板１１の端部で柱状結晶が斜めに成長しており、入射角度θｘを２０°以下に制限することで、柱状結晶を基板１１表面に対して垂直に成長することが確認された。
【００２９】
図４の横軸は基板１１の回転中心からの距離を示し、縦軸はコラム径を示している。尚、コラム径は柱状結晶の基板１１側の面（底壁面）の直径のことである。図４から明らかなように、実施例の柱状結晶膜は、比較例に比べてコラム径が小さく、コラム径のばらつきも殆どなかった。これに対し、比較例はコラム径が大きく、基板の端部側ほどコラム径が大きくなる傾向があった。
【００３０】
コラム径が大きいほど、センサー部が受光する範囲も大きくなるので、画像にぼけが生じやすく、コラム径が異なると、同じ強度のＸ線が入射した場合であっても、柱状結晶毎に発光強度が異なってしまうので、正確な画像情報が読み取れない。上述したように、本発明により成膜された柱状結晶膜はコラム径が小さく、かつコラム径のばらつきも少ないので、鮮明な画像情報を読取可能な画像情報読取装置を得ることができる。
【００３１】
基板１１の形状や大きさは特に限定されないが、例えば、一辺の長さが５００ｍｍ以下の正方形形状の基板を用いることができる。
基板１１と蒸着源２０の位置関係は、入射角度θｘが２０°以下になるのであれば、特に限定されないが、一般的には開口２３から基板１１表面までの高さが３００ｍｍ以上７００ｍｍ以下であり、基板１１の回転中心から開口２３の中心までのＸ軸方向の距離は、２００ｍｍ以上３５０ｍｍ以下である。
【００３２】
以上は基板１１表面に設けられたセンサー部で、柱状結晶の発光光を受光する場合について説明したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基板にセンサー部を設けず、柱状結晶膜上に発光光を受光するセンサーを配置し、電磁波等で柱状結晶膜を発光させて、センサーでその発光光を受光してもよい。
【００３３】
成膜材料に用いるハロゲン化Ｃｓの種類も限定されるものではない。ハロゲン化Ｃｓは１種類を単独で成膜材料に用いてもよいし、２種類以上を混合して成膜材料に用いてもよい。更に、成膜材料にドーパントや添加剤を添加することもできる。
【００３４】
また、上述した成膜材料の蒸気粒子の入射角度θｘを２０°以下に制限できるのであれば、真空槽２内に蒸着源２０を２つ以上配置してもよい。また、蒸着源２０の開口２３の形状や数も特に限定されず、蒸気粒子の入射角度θｘを２０°以下に制限できるのであれば、開口２３を２つ以上設け、２つ以上の開口２３から同時に蒸気粒子を放出することもできる。
【００３５】
更に、上述した成膜材料２５が収容された蒸着源２０と一緒に、異なる種類の成膜材料が収容された他の蒸着源を、同じ真空槽２内部に配置することも可能である。具体的には、他の蒸着源に柱状結晶膜の副資材、具体的にはＴｌＩのようなハロゲン化Ｔｌ、を配置し、主材であるハロゲン化Ｃｓの蒸気粒子と一緒に、副資材の蒸気粒子を発生させれば、ハロゲン化Ｃｓと副資材とを有する柱状結晶を得ることができる。
【００３６】
副資材の収容された他の蒸着源の、遮蔽部材５や基板１１に対する位置関係は特に限定されるものではなく、主材の蒸着源２０と同様に、遮蔽部材５で副資材蒸気粒子の一部が遮蔽部材５に付着するように配置してもよいし、副資材の蒸気粒子が遮蔽部材５に付着しないように配置してもよい。また、副資材の添加量が少ない場合には、副資材の蒸気の発生は、主材の蒸気の発生と同時である必要もない。
【００３７】
遮蔽部材５の配置方法も特に限定されるものではなく、図１に示すように板状の遮蔽部材５を立設してもよいし、図２に示すように板状の遮蔽部材５を水平配置してもよい。また、遮蔽部材５の形状は板状に限定されず、湾曲した形状であってもよい。また、遮蔽部材５に蒸気粒子が通過する貫通孔を設け、入射角度θｘが２０°以下になる蒸気粒子がその貫通孔を通るようにしてもよい。
【００３８】
以上は、基板１１を水平配置する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、蒸気粒子の入射角度θｘが２０°以下に制限できるのであれば、基板１１を斜めに配置してもよい。尚、基板１１を斜めに配置した時には、入射角度θｘは、真上ではなく、基板１１の表面に対して垂直方向に入射したときにゼロとなる。
【００３９】
基板１１の回転中心Ａは基板１１中心から外れていてもよく、その場合も成膜範囲Ｔに回転中心が含まれるようにすれば、基板１１表面に全て薄膜を形成することができる。
以上は、基板１１表面全部に柱状結晶の膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、基板１１表面の一部だけに柱状結晶の膜を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の成膜装置の一例を説明する断面図
【図２】本発明の成膜装置の他の例を説明する断面図
【図３】（ａ）実施例の柱状結晶膜と、（ｂ）比較例の柱状結晶膜を模式的に示す断面図
【図４】柱状結晶のコラム径と、基板の回転中心からの距離との関係を示すグラフ
【図５】回析強度と、基板ホルダー中心からの距離の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００４１】
１……成膜装置    ２……真空槽    ５……遮蔽部材    ７……基板ホルダ    ８……回転軸    １１……ターゲット    １５……柱状結晶    ２０……蒸着源    ２３……開口    ２５……成膜材料
【図１】
2006225733.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006225733.tif 000005
【図４】
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【図５】
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