(57)【要約】本発明は、連続的に金属を供給して蒸発させるための、ＰＶＤ金属蒸着装置中の気化器本体の準備および動作に関する。気化器本体に適用される層構造が、未焼結状態である焼結可能な粉末材料とともに金属に供給され、原料の層構造の形態で気化器本体に加えられ、気化器本体を加熱することによって金属蒸着サイクル中に焼結融合される。層構造は、金属蒸着工程中に使用することができ、金属蒸着サイクルの後毎に金属蒸着装置中で直接更新することができる。
2008513598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化器本体、たとえばセラミック気化器本体を準備し、ＰＶＤシステム中で気化器本体を動作させるための方法において、少なくとも１層の層構造が該気化器本体上に堆積され、金属蒸着サイクルが実施され、該金属蒸着サイクルにおいて、該気化器本体がその電気抵抗によって加熱され、かつ該層構造上に供給される金属が液化されて蒸発するように、該気化器本体が電流によって動作するとともに連続的に金属が供給される方法であって、
該金属蒸着サイクルに先立ち、実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料、または低融点結合剤中に分散された実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料の原材料の層構造として該気化器本体上に堆積される、該気化器本体の動作によって消費可能な層構造が層構造として使用され、該気化器本体を加熱することによって該金属蒸着サイクル中に、気化器本体上に焼結されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記原材料の層構造の堆積が、前記気化器本体の空洞中への前記粉末材料の挿入によって実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記気化器本体が空洞を備え、空洞は、該空洞の残部が０．３〜３ｍｍ、たとえば０．５〜０．８ｍｍの深さを有するまで粉末材料が充填されている平坦で中空の矩形断面を有している、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記原材料の層構造が、形成済みプレートの形態で、または水やエチル・アルコールなど、蒸発可能な媒体が添加された懸濁液の形態で前記気化器本体上に堆積される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
いくつかの重ね合わされた層の原材料の層構造が使用される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
蒸発させる金属に適合され、
前記焼結可能な粉末材料、または低融点結合剤中の前記焼結可能な粉末材料の上側濡れ促進層と、下側の濡れ抑制および／または電気絶縁層とを備える原材料の層構造が使用される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記層構造全体の厚さが０．２〜１．５ｍｍ、たとえば０．６〜１．０ｍｍである、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記気化器本体からの消費された層構造の剥離が前記気化器本体の冷却によって促進されるように、前記気化器本体の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する該層構造が使用される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
主な成分として、ＴｉＢ２、ＢＮおよび／またはＡｌＮを備える混合セラミック、または主な成分としてＺｒＯ２およびＭｏを備えるセラミック金属混合物、または主な成分として炭素を備える材料の気化器本体が使用される、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記原材料の層構造が、第ＩＶ、第ＶおよびＩＶ亜族の高融点のホウ化物、炭化物、窒化物、もしくはシリサイド、または酸化ジルコニウム、またはこれら成分の少なくとも２つの安定した混合相、またはこれらの成分の少なくとも１つと窒化アルミニウムとの安定した混合相、またはモリブデン、タングステン、もしくはチタンの粉末材料の濡れ促進層を備える、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、高融点酸化物（酸化アルミニウム、酸化イットリウムなど）、チタン酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、またはこれらの成分の少なくとも２つの混合相の群の粉末材料が絶縁および／または濡れ抑制層として使用される、請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の原材料の層構造が、アルミニウム、銅、スズ、銀、金、またはこれら金属の少なくとも２つの混合物、またはこれら金属の少なくとも２つの合金の群の金属を蒸発させるために使用される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
スズが低融点結合剤として使用される、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
スズが、前記焼結可能な粉末材料と混合された、または圧縮成型された粉末材料として用いられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
スズが、分散された焼結可能な粉末材料を含む成型材料として用いられる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
最初の金属蒸着サイクルの完了時、前記消費された層構造が前記金属蒸着システム内で冷却された気化器本体から取り除かれ、次の金属蒸着サイクルの準備、および前記次の金属蒸着サイクル中に前記気化器本体を動作させるために新しい原材料の層構造と交換される、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
気化器本体、たとえばセラミック気化器本体を準備し、ＰＶＤ金属蒸着システム中で気化器本体を動作させるための方法において、少なくとも２つ層の層構造が該気化器本体上に堆積され、金属蒸着サイクルが実施され、該金属蒸着サイクルにおいて、該気化器本体がその電気抵抗によって加熱され、かつ該層構造上に供給される金属が液化されて蒸発するように、該気化器本体が電流によって動作するとともに連続的に金属が供給される方法であって、
該金属蒸着サイクルに先立ち、濡れ促進プレート材料の上層と、実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料の下側の電気絶縁および／または濡れ抑制層とを備える原材料の層構造として該気化器本体上に堆積される、該気化器本体の動作によって消費可能な層構造が層構造として使用され、該気化器本体を加熱することによって該金属蒸着サイクル中に、気化器本体上に焼結されることを特徴とする、方法。
【請求項１８】
前記原材料の層構造が、バスタブ状に形成された形状で前記気化器本体の空洞中に前記下層が挿入されることによって、または前記バスタブ状に形成された下層中に前記上層が挿入されることによって堆積され、したがって前記上層が、前記下層によってその下面において、またその周辺に沿って囲繞される、請求項６または請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記上層のプレート材料が、結合剤としてのスズ中の焼結可能であるが実質的に未焼結である粉末材料の形成済みプレートとして形成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ＰＶＤ金属蒸着システム用の電気的に動作可能な、たとえばセラミック気化器本体上に堆積するための、層構造としての形成済みプレートであって、
実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料、または低融点結合剤中に分散され、実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料である、請求項４から請求項８、請求項１０から請求項１５、または請求項１８のいずれかに記載の焼結可能な原材料の層構造を備える、形成済みプレート。
【請求項２１】
圧縮形成、たとえば加熱圧縮形成された状態である、請求項２０に記載の形成済みプレート。
【請求項２２】
前記低融点結合剤がスズとして用いられる、請求項２０または請求項２１に記載の形成済みプレート。
【請求項２３】
前記低融点結合剤がスズの成型材料として用いられる、請求項２０に記載の形成済みプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気化器本体、たとえばセラミック気化器本体の準備と、ＰＶＤ金属蒸着システム、たとえばフレキシブル基板を連続的にコーティングするための金属蒸着システムにおけるその動作とに関する。気化器本体の上面上に層構造が配置され、その層構造は、金属の融解された塊によって濡らされることができ、気化器本体の蒸発面を形成するために、気化器本体に沿ってその末端部まで距離を持って配置されて延在する。
【背景技術】
【０００２】
金属でフレキシブル基板をコーティングするための共通の方法は、ＰＶＤ（物理的気相成長）法による、いわゆる真空バンド金属蒸着である。たとえば、紙、プラスチック薄片および織物がフレキシブル基板として問題になり、金属として主にアルミニウムが使用される。コーティングされた基板は、包装および装飾の目的で、コンデンサの製造のために、および環境技術（絶縁）において広く使用される。
【０００３】
フレキシブル基板は、いわゆる金属蒸着システム中でコーティングされる。金属蒸着システム中では、コーティングされる基板は冷却されたロール上に誘導され、その間金属蒸気に曝され、該金属蒸気が薄い金属層として基板の表面上に凝固する。所要の一定蒸気流を生成するために、抵抗加熱された気化器本体が、たとえば、いわゆる気化器ボートの形態で使用され、直流電流によって約１４５０〜１６００℃まで加熱される。金属ワイヤが連続的に供給されて気化器ボートの表面上で液化され、約１０−４ｍｂａｒの真空下で蒸発する。主に使用される金属はアルミニウムである。
【０００４】
その気化器本体は通常、加熱圧縮形成されたセラミック材料から構成され、その主な成分は、二ホウ化チタンと窒化ホウ素および／または窒化アルミニウムである。この場合、二ホウ化チタンは電気伝導性の成分であり、窒化ホウ素および／または窒化アルミニウムは電気絶縁性の成分であり、それらは互いに混合されたとき、比熱抵抗が６００〜６，０００μＯｈｍ＊ｃｍになり、伝導性および非伝導性の成分がそれぞれ５０重量％（±１０重量％）の混合比であることが条件となる。
【０００５】
液体アルミニウムが金属蒸着工程中に気化器ボート上で腐食および浸食を引き起こし、それによって気化器ボートの有効耐用年数が限定される。アルミニウム・ワイヤが気化器ボート／蒸発面と接触するポイントの近傍中にある深い溝の破損（ｗａｓｈｏｕｔ）、および金属蒸着中に蒸発面全体にわたって最適に温度分布を制御することの困難さが、破壊（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）の典型的な理由である。さらに、濡れ、特に蒸発する金属による気化器ボートの最初の濡れが困難である。蒸発する金属の濡れ性能も最大蒸発速度（ｋｇ金属／時間単位）に影響する。
【０００６】
銅または銀による濡れは、二ホウ化チタンと窒化ホウ素の混合セラミックに対する両方の金属の濡れ特性が好ましくないので大きな困難を引き起こす。
この理由のため、従来技術では、金属がその上に供給される気化器本体の腐食および浸食をできるだけ避け、それによって気化器本体の耐用年数を増やし、使用される金属に応じて湿潤性を増進するために、気化器本体上に堆積される単層または複数層の層構造が言及されている。知られた層構造は、永続的なコーティングのために設計されている。
【０００７】
たとえば、独国特許発明第１９５  １６  ２３３号明細書に、元素の周期律表の第ＩＶ、第Ｖおよび第ＶＩ亜族の高融点のホウ化物、炭化物、窒化物、もしくはシリサイド、またはこれらの成分の安定した混合相、またはこれらの成分と窒化アルミニウムとの安定混合相の少なくとも１層を、また任意選択で高融点の酸化物の電気絶縁層を堆積することによって、ＰＶＤコーティング技術で使用するためのセラミックまたは金属性の気化器本体におけるコーティングの耐摩耗性を増加することが開示されている。このコーティングは、ＣＶＤ法、噴霧化工程（スパッタリング工程）およびイオン・メッキによって堆積され、３層の構造の場合、全厚さが１２μｍ〜４５μｍである。
【０００８】
また、独国特許発明第２５  ０３  ３７４号明細書に、アルミニウム蒸発用の炭素ボートを、耐熱性金属および／またはそれらの窒化物の保護層で完全にまたは部分的にコーティングし、したがって保護層の膨張挙動が炭素材料と適合し、蒸発工程中の保護層の剥がれのリスクが減少されることが開示されている。この目的のために、保護層は、フレームまたはプラズマ溶射法を使用して、あるいは化学気相堆積法によって堆積され、前もって基板表面を粗化することによって、可能な最も緊密な炭素基板への保護層の付着が目標となる。
【０００９】
独国特許出願公開第３１  １４  ４６７号明細書によれば、銅、鉄、ニッケルやこれら金属の合金などの金属の蒸発用の、耐火性の酸化物セラミックの気化器ボートに、タングステンおよび／またはモリブデンのコーティングを備えることによって、特に良好な付着特性を有する層を得ることもまた目標である。このコーティングは、焼結したタングステン粉末および／またはモリブデン粉末から加工された層に関する場合のように、局所的な剥がれを避けるため、フレーム溶射またはプラズマ溶射法を使用して堆積される。
【００１０】
本発明によれば、蒸発させる個々の金属との蒸発面の濡れを向上することによって、ＰＶＤ金属蒸着中に高蒸発速度が達成され、気化器本体または気化器ボートの耐久性を増加すること、またその電気制御を改善することが達成され、したがって例示のフレキシブル基板上に堆積される金属膜蒸気の品質が高められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の主題は、例示として気化器本体を準備し、ＰＶＤ金属蒸着システム中でそれを動作させるための方法であり、少なくとも１層の層構造が、金属蒸着用の蒸発面を形成するために気化器本体上に堆積され、金属蒸着サイクルが実施され、その金属蒸着サイクルにおいて、気化器本体は、該気化器本体がその電気抵抗によって加熱され、かつ層構造上に供給された金属が液化されて蒸発するように電流によって動作し、金属が連続的に供給される。本発明によれば、気化器本体の動作によって消費可能な層構造は、実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料の原材料の層構造として、金属蒸着サイクルに先立ち気化器本体上に堆積され、気化器本体を加熱することによって金属蒸着中に気化器本体上に焼結される層構造として使用される。
【００１２】
本発明の代替方法によれば、原材料の層構造が、低融点の結合剤中に実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料を含み、その焼結可能な粉末材料が用いられる。
この状況で、単粒および／または粒子集団および／または予備焼結された材料の粒状破片の適切な粒状材料を焼結可能な粉末材料として使用することができる。確実に気化器本体と層の間で十分良好に熱が伝達されるためには、気化器本体の材料構造と粉末材料の粒子構造の間に溶融ブリッジが生成され、それによって気化器本体上に粉末材料の焼結が主に起こることであり、溶融ブリッジは、適用可能であれば焼結を補助する材料のもの、および／または蒸発させる金属との反応から生じる生成物のものとすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
共通方法によるのとは違って、本発明では、１つまたは複数の層から構成され、気化器本体を浸食から保護するために堆積される層構造は、できる限り最も高い耐摩滅性および気化器本体の材料に永続的な付着が得られるようには設計されていないが、いわゆる犠牲コーティングとして、浸食から生じる摩滅によって、また浸食から生じる破壊によって金属蒸着工程中に消費されるが、その時までに、液化され蒸発する金属によって良好な濡れ性を有することになり、したがって蒸発密度に対応した、大きい良好で制御可能な蒸発速度が確保される。
【００１４】
原材料の層構造を形成する粉末材料は、気化器本体が加熱され、かつ／またはそれ自体も焼結される金属蒸着工程中に気化器本体上に焼結されるまで気化器本体上に焼結されないので、金属蒸着サイクルにとって十分良好な気化器本体への層構造の一時的な付着、および層構造の粒子間での一時的な付着が、蒸発させる金属に関して同時に高い濡れ性および収容能力で、また気化器本体と層構造の間での十分良好な熱伝達で生成される。金属蒸着サイクルの終了時、その継続期間が層構造の消費程度によって決定され、消費された層構造は、冷却された気化器本体から比較的容易に少なくとも部分的に除去することができ、少なくとも、消費された層構造が気化器本体の冷却によって気化器本体から剥がれたところで新しい原材料の層構造に置き換えられることができ、その後すぐに次の金属蒸着サイクルを開始することができる。消費された層構造は、たとえば、気化器本体を取り外さずに、金属蒸着システム中で除去されて交換される。したがって、そのようにして気化器本体は金属蒸着サイクル中で繰り返し再使用されることができ、長い耐久性という利点が得られる。
【００１５】
独国特許出願公開第２５  ３５  ５６９号明細書より、溶融金属によってコーティングの良好な濡れ性を得るために、炭化物で、またはタングステン金属、タンタル金属やモリブデン金属で、溶融金属と接触状態になるセラミック気化器本体の蒸発面をコーティングすることが基本的に知られている。
【００１６】
コーティングは、溶融塊からの溶射によって、蒸発コーティング法で、またはコーティング乾燥法でも堆積することができる。後者の方法では、蒸発可能な媒体中の個々の炭化物や金属の粉末の懸濁液が、たとえばブラシで堆積され、その後乾燥されて焼結される。乾燥は、たとえば６０℃〜２００℃で実施されなければならず、焼結は２００℃〜１，０００℃で実施されるべきである。しかし、独国特許出願公開第２５  ３５  ５６９号明細書には焼結の時点、場所および品質が言及されていない。さらに、実施例によれば、それは蒸発する金属の供給が連続的に行われる気化器本体のコーティングについての問題ではない。さらに、気化器本体のセラミック材料の良好な耐腐食性のため、２５〜３２２秒の比較的短い蒸発サイクルが想定されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
それとは対照的に、本発明は、蒸発する金属がワイヤの形態で連続的に供給され、層構造の材料および蒸発速度の大きさに応じて金属蒸着サイクルを３０〜９０分間持続することができる方法に関する。
【００１８】
本発明に係る原材料の層構造を空洞がない気化器本体上に堆積することができるが、気化器本体は、本発明の他の実施形態では空洞を備えており、その中に原材料の層構造を形成する未焼結粉末材料が挿入される。たとえば、空洞の断面は平坦で中空の矩形であり、空洞は、残る空洞が０．３〜３ｍｍ、たとえば０．５〜０．８ｍｍの深さを有するまで粉末材料で充填され、したがって溶融塊の広がりが制限される。
【００１９】
原材料の層構造は、適用可能の場合、異なる粉末物質のいくつかの層中の粉末材料に、水やエチル・アルコールなどの蒸発可能な液体が添加されることによって、湿潤状態で堆積することができる。次いで、層構造は、たとえば気化器本体中を流れる直流電流によって達成される気化器本体の加熱に先立ち、および／または加熱の開始時に、金属蒸着システムの真空および温度の影響下で乾燥される。しかし、本発明の例示の実施形態では、単一層または複数層で形成済みの、たとえば圧縮形成やわずかに予備焼結もされた粉末材料のプレートの形態で、原材料の層構造を気化器本体上に堆積することも可能である。また、この場合、気化器本体は空洞を備えることができ、その中にプレートが挿入される。
【００２０】
本発明に係る層構造は、単一層、またはいくつかの重ね合わせた層から構成されることができる。単一層の構造では、焼結可能な粉末材料は、追加の結合剤を含まない、または含んで用いられることができる。また、いくつかの重ね合わせた層の使用のため、焼結粉末材料は、それぞれ低融点結合剤とともに、または低融点結合剤なしで、両方の層中で用いられることができ、あるいは結合剤は、層の１つだけに、たとえば上層だけに含まれる。
【００２１】
本発明は、液体金属に関して層構造の収容能力を高め、それによって大きい蒸発速度の達成を可能にするため、比較的厚い単一層または複数層の層構造を用いることも可能である。それによって、本発明による層構造全体の厚さは０．２〜１．５ｍｍ、たとえば０．６〜１．０とすることができる。
【００２２】
従来技術では、できる限り最上の付着性を得るために、気化器本体上に堆積された層構造の熱膨張挙動を、気化器本体の基板材料に対してできるだけ正確に適合させることが目標であるが、本発明によれば、金属蒸着サイクル中に使用される層構造の剥離や剥がれが、金属蒸着サイクルの終了時に気化器本体の冷却によって助長されるように、特に気化器本体の基板材料と接触している層において、気化器本体の熱膨張率と異なる熱膨張率を有する層構造を使用することが有利になることができる。冷却によって剥離されない層構造の残留物を一般に、ブラシではらう、またはこすることによって容易に除去することができ、これは金属蒸着システム自体内で実施されることもできる。
【００２３】
本発明によれば、たとえば、主にＴｉＢ２とＢＮおよび／またはＡｌＮから構成される混合セラミック、または主にＺｒＯ２およびＭｏから構成されるセラミック・金属混合体、または主に炭素から構成される材料が、電気的に加熱される気化器本体および特に気化器ボートの基本材料として使用される。
【００２４】
本発明によれば、単一層または複数層の構造では、層構造は、元素の周期律表の第ＩＶ、第Ｖおよび第ＶＩ亜族の高融点のホウ化物、炭化物、窒化物、もしくはシリサイド、たとえば二ホウ化チタン、またはこれらの成分の少なくとも２つの安定した混合相、またはこれらの成分の少なくとも１つと窒化アルミニウムとの安定混合相、またはモリブデン、タングステン、チタンや酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の層を含み、その層は、層構造の上部面上にむき出しで横たわり、蒸発する金属に対して適合するように濡れ性を助長する。層構造がいくつかの層から構成される場合、たとえば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）および酸化イットリウムなどの高融点酸化物、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、もしくはケイ酸ジルコニウム、またはこれらの成分の２つ以上の混合相の群の濡れ抑制および／または電気絶縁層が、気化器本体と接触している最下層として、または中間層として堆積される。
【００２５】
アルミニウムを蒸発させるために、たとえば元素の周期律表の第ＩＶ、第Ｖおよび第ＶＩ亜族の高融点のホウ化物、炭化物、窒化物、もしくはシリサイド、たとえば二ホウ化チタン、またはこれらの成分の少なくとも２つの安定した混合相、またはこれらの成分の少なくとも１つと窒化アルミニウムとの安定混合相、または酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の濡れ可能なコーティングを含んだ単一または複数層の構造を気化器本体上に使用することができる。最下層が濡れ抑制的または絶縁性である複数層の構造の場合、この最下層は、たとえば窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、高融点酸化物（酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や酸化イットリウムなど）、チタン酸アルミニウム、もしくはケイ酸ジルコニウム、またはこれらの成分の少なくとも２つの混合相の群のものである。
【００２６】
銅、スズ、銀、または金を蒸発させるために、単一または複数層の構造が気化器本体上に堆積され、たとえば、タングステン、モリブデン、もしくはたとえばチタン、またはこれらの成分の混合物の濡れ可能な層を含み、複数層の構造では、たとえば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、高融点酸化物（酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や酸化イットリウムなど）、チタン酸アルミニウム、もしくはケイ酸ジルコニウム、またはこれらの成分の混合相の濡れ抑制的または絶縁性の最下層や中間層を含む。
【００２７】
本方法の既に言及した変形では、実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料の原材料の層構造が低融点結合剤中に加えられ、それで焼結可能な粉末材料が用いられ、結合剤自体は、焼結可能な粉末材料と混合された粉末材料として供給されることができる。その混合物は、圧縮形成、特に加熱圧縮形成されることができる。しかし、結合剤は、結合剤から成型構造を形成するように結合剤と融合することができ、その中に焼結可能な粉末材料が、均等または不均等な分布で組み込まれる。
【００２８】
低融点結合剤は、たとえば高い熱伝導率を有する材料であり、たとえば溶融状態であっても焼結可能な粉末材料と反応しないようなものが選択され、したがって基本的にはどのような反応生成物も形成しない。
【００２９】
本方法のこの変形では、低融点結合剤を含んだ層は、たとえば形成済みプレートとして形成される。
結合剤は気化器本体の加熱中に溶解され、したがってその中に分散された焼結可能な粉末材料は、焼結で形成された粉末材料が気化器本体と良好に熱接触するように浮遊および沈殿する。加熱温度が高くなると、結合剤は完全に蒸発し、焼結工程中に能動的な役割を果たさない。
【００３０】
結合剤としてスズ、拘束スズ（ｂｏｕｎｄｅｄ  ｔｉｎ）やスズ合金を加えると有利であるが、不純物が現れるおそれがある。例示の実施形態として、スズは、その２３０℃の融点とその１，２００℃〜１，４００℃の蒸発温度の間の間隔が大きく、したがって焼結可能な粉末材料を焼結するために、溶融スズの良好な熱伝達率から焼結可能な粉末材料が迅速で均一に加熱されるという利点が得られるので、この観点で結合剤として有利である。
【００３１】
本方法の第２の変形では、本発明は、ＰＶＤ金属蒸着システム中で、気化器本体、たとえばセラミック気化器本体を準備し、それを動作させるための方法にも関し、その方法では、少なくとも２つの層の層構造が気化器本体上に堆積され、金属蒸着サイクルが実施され、その金属蒸着サイクルにおいて、気化器本体は、該気化器本体がその電気抵抗によって加熱され、その層構造上に供給される金属が液化されて蒸発するように電流によって動作し、連続的に金属が供給される。また、本方法のこの第２の変形では、気化器本体の動作によって消費可能な層構造は、濡れ促進プレート材料の上層と、実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料の下側の電気絶縁および／または濡れ抑制層とからなる原材料の層構造として金属蒸着サイクルの前に気化器本体上に堆積される、または気化器本体を加熱することによって金属蒸着サイクル中に気化器本体上に焼結される、層構造として使用される。
【００３２】
本方法のこの第２の変形では、上層として大変均質なプレートを使用することができ、それは、たとえば濡れ促進材料の１つから製作され、さらに上記に述べた方法の他の変形で言及されており、また、下層は、本方法の第１の変形について述べた組成の、濡れ抑制的および／または電気絶縁性の粉末材料からなる。
【００３３】
しかし、このプレート材料を、焼結可能なしかし未焼結である粉末材料の原材料の層構造としても形成することも可能であり、たとえば結合剤としてのスズ中に含めて用いることができる。
【００３４】
したがって、上記に述べた特徴は、層構造の上層としての大変均質なプレートの使用に対して適合するようになされたとき、本方法の第２の変形に使用されることができる。
本方法のすべての変形において、複数層の原材料の層構造は、上層が下層によって下面でその周辺に沿って囲繞されるように、気化器本体の空洞中にバスタブ状の形態で下層を挿入することによって、また、そのバスタブ状の下層中に上層を挿入することによって、堆積することができる。これによって、気化器本体を加熱する電流が、大きい程度で層構造中を流れないようにもされる。
【００３５】
本発明は、ＰＶＤ金属蒸着システム中で動作するための気化器本体にも関し、本発明に係る原材料の層構造が気化器本体上に堆積される。原材料の層構造で予備被覆されたその気化器本体は、たとえば、その最初の濡れのために有利であり、予備被覆されて乾燥され、適用可能な場合、予備焼結された状態で顧客に納入されることができる。
【００３６】
さらに、本発明は、ＰＶＤ金属蒸着システム用の電気的に動作可能な例示のセラミック気化器本体上に堆積するために、形成済みプレートの形の焼結可能な原材料の層構造に関する。実質的に未焼結状態の焼結可能な粉末材料、または低融点結合剤中にあり、そこでは焼結可能な粉末材料が分散された実質的に未焼結状態の焼結可能な粉末材料の本発明による単一または複数層の原材料の層構造が、この形成済みプレートから形成される（以下で、「原材料の粉末プレート」ともいう）。
【００３７】
本発明の例示の実施形態では、形成済みプレートは、本方法の第１の変形に関して上記に既に述べたように、結合剤中にあり実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料を含んだ層構造として用いられる。これに関し、たとえばスズが結合剤として使用され、粉末成分として焼結粉末との混合物で用いられることができ、圧縮成型、たとえば加熱圧縮成型することができ、それによって形成済みプレートを形成する。有利にも、スズは、粉末成分としてよりも成型成分として用いられることができ、焼結粉末が、より均一の、またはそうでもない分布で成型される。
【００３８】
形成済みプレートは、たとえば単一層のプレートとして形成され、焼結可能な粉末材料は、蒸発する金属の濡れを助長し、本発明による方法に関して上記に述べたように構成される材料または混合材料である。しかし、形成済みプレートは２層の構造を有することもでき、下層が、濡れ抑制的および／または電気絶縁性に形成され、薄いコーティングとして上層の下面上に、または原材料の粉末スズ・プレートの下面および側面上に堆積される（たとえば懸濁液として被覆される）。
【００３９】
プレートは、たとえば、それぞれの気化器本体に適合するように、適切な大きさに形成または切断されることでき、気化器本体は、たとえば空洞なしで、またはそれを備えていることから、プレートを気化器本体の最初の動作のために気化器本体上に直接置くことができ、または気化器本体を繰り返して動作させるために、前の動作で消費／使用された層構造を取り外した後、気化器本体上にプレートを置くことができる。
【００４０】
原材料の粉末プレートを形成するための結合剤としてのスズの使用による例示の利点は、スズが大変大きな融点と蒸発点の間隔を含む。すなわちスズは、低融点と比較的高い沸点温度を有するという事実に立ち戻る。スズの沸騰温度が、原材料の粉末の焼結温度より高いことから、原材料粉末は、焼結工程の前に、およびその開始時では、スズの溶融塊中に縣濁した形で用いられる。それによって、蒸発面への、または気化器ボートの空洞中での原材料の粉末粒子の付着／保持が確保される。さらに原材料の粉末粒子は、蒸発面から時期早々に運び去られないようになる。さらにスズの溶融塊は、熱伝達および熱分散に関し優れた特性を有する。
【００４１】
さらにスズは、焼結可能な原材料粉末に関し中性である。すなわちスズは原材料粉末と反応しない。
添付図面に、断面が中空の矩形である平坦な空洞２を有する典型的な気化器ボートの形態で気化器本体１の例示の実施形態を概略的に示す。図１の実施形態では、空洞２の両側面、およびその前方および後方の面における空洞２の終端面が平面状であり、空洞の底部に対して垂直に形成される。対照的に、図２の実施形態では、空洞の横方向の終端面が図１に一致しているが、前方および後方の終端面は斜め外側になり、底部に向けて傾斜し、底部への切り替わり点で平らな縁部を備える。これによって、主に空洞２から消費されたコーティングをくずにして捨てる、またははらい出すことが容易になる。
【００４２】
図３、４に、それぞれ空洞に挿入された原材料の層構造３を含んだ、図１、２の実施形態を示す。それぞれの空洞２の深さは、残る空洞４が層構造の上に残るような、それぞれの層構造３の厚さに対して調整される。
【００４３】
図５の実施形態に、気化器本体１の空洞中に挿入された単一層の層構造３を示し、図６、６Ａの実施形態では、上側の濡れ促進層ａおよび下側の濡れ抑制および／または電気絶縁層ｂを有する複数層の構造３が、気化器本体１の空洞中に挿入される。
【実施例１】
【００４４】
樋＝気化器ボートの空洞は、深さ１ｍｍ、長さ１００ｍｍおよび幅２２ｍｍであり、気化器ボートは二ホウ化チタン−窒化ホウ素から構成され、寸法が１５０×３０×１０ｍｍ（図１）であり、以下に示す複数層の構造を備えていた（図６）。
ａ）下層ｂ：
下層ｂは、空洞の底部の表面全体を覆う、窒化ホウ素の粉末の水性懸濁液の薄い（約０．１ｍｍ）の膜の形態で、ブラシによって気化器ボートの樋（＝空洞）の底部上に堆積され、次いで大気に曝して短く予備乾燥された。
ｂ）上層ａ：
第２の層ａは、二ホウ化チタンの粉末の水性懸濁液として厚さ０．５ｍｍで、最初の窒化ホウ素のコーティングｂの表面全体上に均一に堆積され、大気に曝され、および／または後で金属蒸着システムの真空および温度の影響下で乾燥された。
【００４５】
次いで、準備された気化器ボートが、金属蒸着システム中において真空下で、約１，４５０〜１，６００℃の温度まで加熱された。このために、堆積された層構造を含んだ気化器ボートは、気化器ボート中に電流を流すことによって加熱された。
【００４６】
次いで、アルミニウム・ワイヤが加熱された層構造上に連続的に供給された。
結果：
層構造上のアルミニウムの最初の濡れは均一であり、表面の上すべてにわたっており、蒸発速度を比較可能なランイン（ｒｕｎ−ｉｎ）の、しかし被覆されていない気化器ボートの蒸発速度の１．５倍を超えるまで増大することができた。アルミニウムは、該アルミニウムのレーキが局所的に形成されることなく、すなわちスプラッシュが形成されず、電気制御に関して比較的少ない労力で均一に蒸発した。層構造は、蒸発速度に応じて、３０〜６０分間、アルミニウムの溶融塊の腐食および浸食による損傷に耐えた。
【００４７】
フレキシブル基板の金属蒸着の完了後、連続的なワイヤの供給が停止され、層構造を含んだ気化器ボートの電力が、アルミニウムを完全に蒸発させるために約２分間維持されて消費された。次いで、電力が０ｋｗに戻され、それによって層構造を含んだ気化器ボートが急速に冷却された。たいていの場合、層構造は気化器ボートから完全に離れた。冷却によって剥がれたコーティングの部分は小さい機械的な力で困難なく除去されることができ、すぐに気化器ボートを再び被覆して動作させることができ、比較的良好な結果が得られた。
【実施例２】
【００４８】
スズの結合剤中の焼結可能な粉末材料のプレートの形成および適用
７０重量％の二ホウ化チタン（ｄ９０＜５０μｍ）と３０重量％のスズ（ｄ９０＜６０μｍ）との粉末混合物がターボ・ミキサ中で乾式混合された。この混合物が、高さ×幅×長さの寸法が０．５×２６×１００ｍｍのプレートに加熱可能なプレスを使用して３００℃で加熱圧縮成型され、その後加圧成型型中で冷却されて型から取り外された。
【００４９】
この加圧工程中に、スズは、溶解して焼結可能な粉末をその中に埋め込んだ。焼結可能な粉末は変化せずにそのままである、すなわち粉末は、このような低温度では互いに焼結されず、スズとのどのような反応生成物も形成しない。冷却中に、原材料の粉末スズ・プレートが生成された。
【００５０】
焼結可能な濡れ促進粉末材料（＝原材料の粉末）およびスズの、その方法で形成されたプレートは、単一層の構造を有する。
焼結可能な濡れ促進原材料粉末とスズとのこのプレートは、二ホウ化チタン−窒化ホウ素から構成された、１５０×３０×１０ｍｍの寸法および１００×２６×３ｍｍの空洞寸法を有する気化器ボートの空洞中に入れられる（図１）。次いで、そのように準備された気化器ボートは、金属蒸着システム中で１０分以内に１，４５０〜１６００℃まで加熱された。そうするために、焼結可能な濡れ促進原材料粉末およびスズの堆積されたプレートを含んだ気化器ボートが、気化器ボート中に電流を流すことによって加熱された。
【００５１】
加熱工程中、スズは約２３０℃の温度で溶解し始め、原材料粉末Ｓｎの懸濁液が生成され、それは気化器本体と良好な熱的接触を確立した。約６００℃で、濡れ促進粉末が液体スズの近傍で焼結し始めた。液体スズは、焼結工程中では能動的な役割を果たさなかった。焼結工程が約１，４００℃で完了した。金属蒸着システム中の真空に応じて、スズは約１２００〜１４００℃の温度で完全に蒸発した。
【００５２】
焼結された耐腐食性の濡れ促進コーティングが残され、次いでその上にアルミニウム・ワイヤが連続して送られた。
濃度／層の厚さ／粒度など：
スズ原材料の粉末混合物中のスズ粉末の濃度：１０〜５０重量％（たとえば、２０〜４０重量％）
スズ粉末の粒度：ｄ９０＝２０〜２００μｍ（たとえば、４０〜８０μｍ）
プレート厚さ：０．２〜１．５ｍｍ（たとえば、０．４〜１．０ｍｍ）
図７、９および９ａに示す実施形態では、２層の層構造３が気化器本体１の空洞中に挿入され、気化器本体１は、図７、９ａに例示するように、空洞の終端面の上をすべて覆っている、バスタブ状の濡れ抑制および／または電気絶縁層ｂと、バスタブ状の層ｂによって形成された槽中に受け入れられる、上側の濡れ促進層ａとを含む。層ｂのバスタブ形状によって、特に電気絶縁性の層材料のため、濡れ促進層が気化器本体１の空洞の終端壁から周囲の側面において絶縁もされ、それによって電流が、濡れ促進層ａ上に堆積された蒸発材料中、なかなか流れないようにできるという利点を有する。
【００５３】
図８、８ａに、この時点で、濡れ抑制および／または電気絶縁層ｂだけがバスタブ形状で空洞中に挿入され、次いで、その上に濡れ促進層ａが堆積される、準備工程中の気化器本体１を示す。
【００５４】
層ａの堆積後、層ｂの周囲の側面において形成され、終端面を有する、残された空洞４が、上記の実施例で述べたように残されている。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】気化器本体を示す斜視図。
【図２】気化器本体を示す斜視図。
【図３】気化器本体を示す斜視図。
【図４】気化器本体を示す斜視図。
【図５】気化器本体を示す断面図。
【図６】気化器本体を示す断面図。
【図６ａ】気化器本体の一部を拡大して示す断面図。
【図７】気化器本体を示す断面図。
【図８】気化器本体を示す斜視図。
【図８ａ】気化器本体の一部を拡大して示す斜視図。
【図９】気化器本体を示す斜視図。
【図９ａ】気化器本体の一部を拡大して示す斜視図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図８ａ】
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【図９】
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【図９ａ】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月14日(2006.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化器本体、たとえばセラミック気化器本体を準備し、ＰＶＤシステム中で気化器本体を動作させるための方法において、少なくとも１層の層構造が該気化器本体上に堆積され、金属蒸着サイクルが実施され、該金属蒸着サイクルにおいて、該気化器本体がその電気抵抗によって加熱され、かつ該層構造に供給される金属が蒸発するように、該気化器本体が電流によって動作するとともに連続的に金属が供給される方法であって、
該金属蒸着サイクルに先立ち、実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料、または低融点結合剤中に分散された実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料の原材料の形成済みプレート状の層構造として該気化器本体上に堆積される、該気化器本体の動作によって消費可能な層構造が層構造として使用され、該気化器本体を加熱することによって該金属蒸着サイクル中に、気化器本体上に焼結されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記原材料の層構造の堆積が、前記気化器本体の空洞中への前記粉末材料のプレートの挿入によって実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記気化器本体が空洞を備え、空洞は、該空洞の残部が０．３〜３ｍｍ、たとえば０．５〜０．８ｍｍの深さを有するまで粉末材料のプレートが充填されている平坦で中空の矩形断面を有している、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記使用された原材料の層構造が、いくつかの重ね合わされた層からなる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
蒸発させる金属に適合され、
前記使用された原材料の層構造が、焼結可能な粉末材料、または低融点結合剤中の前記焼結可能な粉末材料の上側濡れ促進層と、下側の濡れ抑制および／または電気絶縁層とからなる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記使用された層構造全体の厚さが０．２〜１．５ｍｍ、たとえば０．６〜１．０ｍｍである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記気化器本体からの消費された層構造の剥離が前記気化器本体の冷却によって促進されるように、前記使用された層構造が前記気化器本体の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記使用された気化器本体が、主な成分として、ＴｉＢ２、ＢＮおよび／またはＡｌＮを備える混合セラミック、または主な成分としてＺｒＯ２およびＭｏを備えるセラミック金属混合物、または主な成分として炭素を備える材料からなる、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記原材料の層構造が、第ＩＶ、第ＶおよびＩＶ亜族の高融点のホウ化物、炭化物、窒化物、もしくはシリサイド、または酸化ジルコニウム、またはこれら成分の少なくとも２つの安定した混合相、またはこれらの成分の少なくとも１つと窒化アルミニウムとの安定した混合相、またはモリブデン、タングステン、もしくはチタンの粉末材料の濡れ促進層を備える、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、高融点酸化物（酸化アルミニウム、酸化イットリウムなど）、チタン酸アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、またはこれらの成分の少なくとも２つの混合相の群の粉末材料が絶縁および／または濡れ抑制層として使用される、請求項５から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の原材料の層構造が、アルミニウム、銅、スズ、銀、金、またはこれら金属の少なくとも２つの混合物、またはこれら金属の少なくとも２つの合金の群の金属を蒸発させるために使用される、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
スズが低融点結合剤として使用される、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
スズが、前記焼結可能な粉末材料と混合された、または圧縮成型された粉末材料として用いられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
スズが、分散された焼結可能な粉末材料を含む成型材料として用いられる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
最初の金属蒸着サイクルの完了時、前記消費された層構造が前記金属蒸着システム内で冷却された気化器本体から取り除かれ、次の金属蒸着サイクルの準備、および前記次の金属蒸着サイクル中に前記気化器本体を動作させるために新しい原材料の層構造と交換される、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
気化器本体、たとえばセラミック気化器本体を準備し、ＰＶＤ金属蒸着システム中で気化器本体を動作させるための方法において、少なくとも２つ層の層構造が該気化器本体上に堆積され、金属蒸着サイクルが実施され、該金属蒸着サイクルにおいて、該気化器本体がその電気抵抗によって加熱され、かつ該層構造上に供給される金属が液化されて蒸発するように、該気化器本体が電流によって動作するとともに連続的に金属が供給される方法であって、
該金属蒸着サイクルに先立ち、濡れ促進プレート材料の上層と、実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料の下側の電気絶縁および／または濡れ抑制層とを備える原材料の層構造として該気化器本体上に堆積される、該気化器本体の動作によって消費可能な層構造が層構造として使用され、該気化器本体を加熱することによって該金属蒸着サイクル中に、気化器本体上に焼結されることを特徴とする、方法。
【請求項１７】
前記原材料の層構造が、バスタブ状に形成された形状で前記気化器本体の空洞中に前記下層が挿入されることによって、または前記バスタブ状に形成された下層中に前記上層が挿入されることによって堆積され、したがって前記上層が、前記下層によってその下面において、またその周辺に沿って囲繞される、請求項５または請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記上層のプレート材料が、結合剤としてのスズ中の焼結可能であるが実質的に未焼結である粉末材料の形成済みプレートとして形成される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ＰＶＤ金属蒸着システム用の電気的に動作可能な、たとえばセラミック気化器本体上に堆積するための、層構造としての形成済みプレートであって、
実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料、または低融点結合剤中に分散され、実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料である、請求項１、請求項４から請求項７、請求項９から請求項１４、または請求項１７のいずれかに記載の焼結可能な原材料の層構造を備える、形成済みプレート。
【請求項２０】
圧縮形成、たとえば加熱圧縮形成された状態である、請求項１９に記載の形成済みプレート。
【請求項２１】
前記低融点結合剤がスズとして用いられる、請求項１９または請求項２０に記載の形成済みプレート。
【請求項２２】
前記低融点結合剤がスズの成型材料として用いられる、請求項１９に記載の形成済みプレート。
【請求項２３】
気化器本体、たとえばセラミック気化器本体を準備し、ＰＶＤシステム中で気化器本体を動作させるための方法において、少なくとも１層の層構造が該気化器本体上に堆積され、金属蒸着サイクルが実施され、該金属蒸着サイクルにおいて、該気化器本体がその電気抵抗によって加熱され、かつ該層構造に供給される金属が蒸発するように、該気化器本体が電流によって動作するとともに連続的に金属が供給される方法であって、
該金属蒸着サイクルに先立ち、スズの低融点結合剤中に分散された実質的に未焼結状態である焼結可能な粉末材料の原材料の層構造として該気化器本体上に堆積される、該気化器本体の動作によって消費可能な層構造が層構造として使用され、該気化器本体を加熱することによって該金属蒸着サイクル中に、気化器本体上に焼結されることを特徴とする、方法。
【請求項２４】
スズが、前記焼結可能な粉末材料と混合された、または圧縮成型された粉末材料として、または鋳込み材料が、該鋳込み材料中に分散された焼結可能な粉末材料を含有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記原材料の層構造が、水またはエチルアルコールなどの蒸発可能な媒体によって懸濁された状態で気化器本体上に堆積される、請求項２３または請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記原材料の層構造を堆積する工程が、気化器本体の空洞に粉末材料を挿入することにより行われる、請求項２３から請求項２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記気化器本体が空洞を備え、空洞は、該空洞の残部が０．３〜３ｍｍ、たとえば０．５〜０．８ｍｍの深さを有するまで粉末材料のプレートが充填されている平坦で中空の矩形断面を有している、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記原材料の層構造として、請求項４から請求項７、および請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の層構造が使用される、請求項２３から請求項２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
蒸発させる金属に適合され、原材料の層構造として、いくつかの重ね合わされた層からなり、スズの低融点結合剤中の前記焼結可能な粉末材料の上側濡れ促進層と、下側の濡れ抑制および／または電気絶縁層とを有する原材料の層構造が使用され、前記原材料の層構造を堆積する工程が、前記上層が、前記下層によってその下面において、またその周辺に沿って囲繞されるように、バスタブ状に形成された形状で前記気化器本体の空洞中に前記下層が挿入されることによって、または前記バスタブ状に形成された下層中に前記上層が挿入されることによって行われる、請求項２３から請求項２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
最初の金属蒸着サイクルの完了時、前記消費された層構造が前記金属蒸着システム内で冷却された気化器本体から取り除かれ、次の金属蒸着サイクルの準備、および前記次の金属蒸着サイクル中に前記気化器本体を動作させるために新しい原材料の層構造と交換される、請求項２３から請求項２９のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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