(57)【要約】  【課題】  坩堝からの輻射熱の遮蔽を行いながら、蒸着レートの変動やスプラッシュの発生を招く付着物の落下を防止する蒸着装置を提供すること。  【解決手段】  排気装置２を備えた真空容器１と、蒸発材料７を収容する坩堝８と、蒸発材料７を溶融蒸発させる加熱装置と、蒸発した物質を付着させる基板４とを備えた蒸着装置であって、前記坩堝８の上部に開口部を有する複数の遮蔽板１３が相互に間隔を持って配置されており、前記遮蔽板１３の開口部の開口面積が基板４に近づくとともに拡大するよう構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気装置を備えた真空容器と、蒸発材料を収容する坩堝を設置する手段と、蒸発材料を溶融蒸発させる加熱装置と、蒸発した物質を付着させる基板を設置する手段とを備えた蒸着装置であって、前記坩堝の上部に開口部を有する複数の遮蔽板が相互に間隔を持って配置されており、前記複数の遮蔽板の各開口部の開口面積が基板に近いものほど大きくなる蒸着装置。
【請求項２】
前記遮蔽板の開口部が坩堝側端部および基板側端部を有し、前記基板側端部の開口面積が、坩堝側端部の開口面積よりも広い、請求項１に記載の蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸発材料を基板に蒸着させる蒸着装置に関し、特に蒸着装置に含まれる蒸発源の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大面積・高速の薄膜製造方法として、蒸着装置を用いた薄膜製造が一般に広く利用されている。この蒸着装置を用いた薄膜製造による蒸着膜を、より安定した品質の高い蒸着膜にするということが、製造コスト低減の観点などから重要となっている。
【０００３】
以下、従来の蒸着装置について、図面を用いて説明する。図６は、従来の蒸着装置の一例を示す構成図である。図７〜図９は、従来の蒸着装置に備わる蒸発源の一例を模式的に示す断面図である。
【０００４】
図６に示すように、従来の蒸着装置は、真空容器１の内部に、薄膜状の基板４が巻かれた巻き出しロール３、走行ローラ５ａおよび５ｂ、基板冷却ロール６、蒸発材料７が入った坩堝８、坩堝８を照射するための電子ビーム照射装置９、巻き取りロール１１、および、基板冷却ロール６と坩堝８の間に配置されたマスク１０を備えている。また、真空容器１の外部には、排気装置２を備えている。
【０００５】
真空容器１の内部は、排気装置２により真空排気されることで、所定の真空度に保持される。真空容器１内において、巻き出しロール３から基板４が、走行ローラ５ａ、基板冷却ロール６の順に、図６中の矢印の方向に走行する。基板４が基板冷却ロール６を通過する際、電子ビーム照射装置９により電子ビームを照射された坩堝８から、蒸発材料７を溶解・蒸発させることで、蒸発材料７を基板４に対して所定の角度範囲内で蒸着させる。その後、蒸着された基板４は、走行ローラ５ｂに導かれて、最終的には巻き取りロール１１により巻き取られる。
【０００６】
しかしながら、上記蒸着装置では、高融点材料の蒸着時に、蒸発源である坩堝８からの輻射熱が基板４に悪影響を与えるという問題が発生する場合がある。例えば、リチウムイオン二次電池用の電極を形成する場合、カーボン製坩堝（昇華点３３６７℃）に入れた蒸発材料のシリコン（融点１４１０℃）を電子ビームにて溶解・蒸発させることで、銅箔基板（融点１０８５℃）上にシリコンを蒸着させるのだが、このとき、前記溶解されたシリコンの溶湯ならびにカーボン坩堝８の表面は、約２０００℃の高温となる。このため、蒸発源と銅箔基板間の距離にもよるが、その輻射熱が銅箔基板を加熱し、形成された電極に皺が入る、形成された膜が剥離する、銅箔基板が破断するという問題が発生する場合がある。
【０００７】
上記問題の発生を低減するため、図７〜図９に示すように、坩堝８表面に遮蔽板１３を配置した蒸発装置が、順次提案されている。
【０００８】
図７の構成では、遮蔽板１３、および遮蔽板１３の上に冷却管１２を設置することで、坩堝８表面からの輻射熱の遮蔽はできるが、遮蔽板１３が薄いため、遮蔽板１３表面まで高温となり、前記遮蔽板１３表面からの輻射熱が無視できない。
【０００９】
図８の構成では、遮蔽板１３を厚くし、さらに遮蔽板１３の内部に冷却管１２を設置することで、冷却効果を高めている。このため、遮蔽板１３表面の温度上昇は抑えられ、前記遮蔽板１３表面からの輻射熱の遮蔽は十分である。しかしながら、蒸着が進むにつれ、
前記遮蔽板１３に接した蒸発粒子が、図８のように、付着物１４として遮蔽板１３上に付着する。前記付着物１４は、時間経過と共に遮蔽板１３上に堆積し、蒸発材料７の溶湯面上部の空間を塞いでいく。このため、蒸発材料７への電子ビーム照射領域が減少して蒸発量が減少し、蒸発粒子の基板への到達量も減少する。また、前記付着物１４が再び溶融し、坩堝８内に落下することにより、蒸着レートが変動したり、スプラッシュが発生したりする。
【００１０】
図９の構成では、遮蔽板１３を上方に突出する筒型とし、特にその筒型上端部の肉厚を薄くして遮蔽板１３の側面を急峻な角度にすることで、前記付着物１４の付着を低減している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、改良された図９の構成でも、前記付着物１４の落下に伴う蒸着レートの変動およびスプラッシュの発生という課題を依然として有している。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、坩堝からの輻射熱の遮蔽を行いながら、蒸着レートの変動やスプラッシュの発生を招く付着物の落下を防止する蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明の蒸着装置は、排気装置を備えた真空容器と、蒸発材料を収容する坩堝を設置する手段と、蒸発材料を溶融蒸発させる加熱装置と、蒸発した物質を付着させる基板を設置する手段とを備えた蒸着装置であって、前記坩堝の上部に開口部を有する複数の遮蔽板が相互に間隔を持って配置されており、前記複数の遮蔽板の各開口部の開口面積が基板に近いものほど大きくなる。
【００１４】
本構成によって、坩堝からの輻射熱の遮蔽を行いながら、付着物の落下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の蒸着装置によれば、坩堝の上部に開口部を有する複数の遮蔽板が相互に間隔を持って配置され、前記遮蔽板の開口部の開口面積が基板に近づくとともに拡大する構成であるため、遮蔽板側壁に形成される付着物が落下しても、下部に位置する遮蔽板の上表面に受け止められることで、付着物が坩堝内に落下することによる蒸着レートの変動や、スプラッシュの発生を防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明の蒸着装置によれば、複数の遮蔽板を用いる構成であるため、下部に位置する遮蔽板表面からの輻射熱を、その上部に位置する遮蔽板が吸収することで、前記上部に位置する遮蔽板表面からの輻射熱を、前記下部に位置する遮蔽板表面からの輻射熱よりも低減させることができ、さらには基板表面に到達する輻射熱を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
なお、本発明の実施の形態では、電子ビーム蒸着装置に適用した例を述べているが、これに限られることなく、本発明は、排気装置を備えた真空容器と、蒸発材料を収容する坩
堝と、蒸発材料を溶融・蒸発させる加熱装置と、蒸発した物質を付着させる基板とを備えた蒸着装置全般に適用され得る。また、本発明の実施の形態においては、蒸発源の構造以外の蒸着装置の基本的構成は、図６に示した従来の蒸着装置と同様であるため、以下、異なる点のみを説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１０は、本発明の実施の形態１における蒸着装置の概略断面図であり、図１は、図１０の蒸着装置の蒸発源付近の拡大断面図である。図２は、本発明の実施の形態１における蒸着装置に備わる遮蔽板の斜視図である。図１０、図１ならびに図２において、図７と同じ構成要素については同じ符号を用いる。
【００２０】
本実施形態の蒸着装置は、図１０および図１に示すように、排気装置２を備えた真空容器１と、蒸発材料７を収容する坩堝８を設置する手段と、蒸発材料７を溶融蒸発させる加熱装置９と、蒸発した物質を付着させる基板４を設置する手段とを備えている。巻き出しロール３より巻き出された基板４は、走行ローラ５ａ、基板冷却ロール６、走行ローラ５ｂを経由して、巻き取りロール１１に巻き取られる。この間、基板４は、基板冷却ロール６上で、冷却されながら、蒸発材料７より蒸発した蒸発原子が蒸着される。
【００２１】
図１に示す坩堝８は、例えばカーボン製であり、その内部に蒸発材料７を収容し、電子ビーム照射装置９により加熱・溶融させる。坩堝８の上部には、図２に示すように、坩堝８の開口縁と同一形状の開口部を有する３段の遮蔽板１３が配置されている。遮蔽板１３は、例えば銅製であり、相互に所定の間隔をもって、遮蔽板１３開口部の開口面積が基板４に近づくとともに拡大するよう構成されている。なお、前記３段の遮蔽板１３は、図示していないが、通常の支持機構により、坩堝８の表面と略平行に支持されている。
【００２２】
本発明の実施の形態１における蒸着装置の構成によれば、電子ビームを照射して蒸発材料７を加熱・溶融し、蒸発させる際、遮蔽板１３に堆積した付着物１４が落下しても、下部に位置する遮蔽板１３の上表面により受け止められることで、付着物１４が坩堝８内に落下することによる蒸着レートの変動や、スプラッシュの発生を防ぐことができる。
【００２３】
また、本発明の実施の形態１における蒸着装置では、複数の遮蔽板１３を用いることにより、下部に位置する遮蔽板１３表面からの輻射熱を、その上部に位置する遮蔽板１３が吸収することで、前記上部に位置する遮蔽板１３表面からの輻射熱を、前記下部に位置する遮蔽板１３表面からの輻射熱よりも低減させることができ、さらには基板４の表面に到達する輻射熱を低減させることができる。
【００２４】
本発明の実施の形態１における遮蔽板１３の設置基準は、以下の通りである。
【００２５】
遮蔽板１３の設置枚数は、蒸着時の坩堝８の表面温度、遮蔽板１３の厚み等から決まるのだが、坩堝８表面からの輻射熱を十分低減できる枚数があれば良い。必要以上の遮蔽板１３を設置しても、装置コスト、蒸着後の清掃作業等に負荷を与えるだけである。
【００２６】
各遮蔽板１３間の距離は、主として蒸着レート、蒸着時間から決まるのだが、所定の蒸着時間終了時に、付着物あるいは付着物の落下による堆積物が、各遮蔽板１３間を接続しないだけの距離があれば良い。例えば、蒸着レート４００ｎｍ毎秒の蒸発材料７を計８時間蒸着する場合、蒸着膜の厚さは、基板４が静止していたとして、約１１．５ｍｍとなるので、各遮蔽板１３間の距離は１５ｍｍもあれば十分である。
【００２７】
各遮蔽板１３の開口部サイズは、坩堝８の開口部とマスク１０の開口部のサイズから決まる。図１０に示すように、坩堝８の開口縁とマスク１０の開口縁を結んだ内部の領域が
、蒸発粒子の基板４への入射領域Ａとなる。各遮蔽板１３は、各々の設置高さにおいて、少なくとも前記入射領域Ａに接する開口部を持っている必要がある。これより小さいと、マスク１０で規定した基板４への蒸着領域を狭めてしまうためである。また、あまりに拡げてしまうと、坩堝８あるいは遮蔽板１３表面から基板４に到達する輻射熱が増大してしまうためである。したがって、遮蔽板１３の開口部サイズは、面積にして、前記入射領域Ａに接する開口部サイズの１．２５倍を限度とすべきである。
【００２８】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における蒸着装置に備わる蒸発源の断面図である。図３に示す本発明の実施の形態２の蒸発源は、実施の形態１と同様の構成であるので、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、以下には異なる部分のみを説明する。
【００２９】
図３に示すように、遮蔽板１３は、その開口端部の断面形状が、坩堝８側端部よりも基板４側端部の方が開口面積が広い傾斜部１５を備えるように構成されている。なお、図３では、傾斜部１５を全面にわたって傾斜させている。しかし、複数の遮蔽板１３の一部の遮蔽板に傾斜部を設けても、それなりに効果がある。また、一枚の遮蔽板においても、開口端部の一部に傾斜部１５を設けた場合も、それなりの効果はある。
【００３０】
本発明の実施の形態２における蒸着装置の構成によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する他、遮蔽板１３の開口端部への付着物１４の形成を遅らせることができ、前記開口端部に堆積する付着物１４によって行く手を遮られる蒸発粒子を減少させることができる。その結果、長時間、より安定した品質の高い蒸着膜を形成することができる。
【００３１】
なお、本発明の実施の形態１、２においては、角柱型の坩堝を用い、坩堝材料としてカーボンを用いたが、所望の蒸発材料を収容でき、加熱装置による溶解・蒸発を安定かつ安全に行うことができるものであれば、その形状および材料は任意である。
【００３２】
また、本発明の実施の形態１、２においては、加熱装置として電子ビーム照射装置を用いたが、所望の蒸発材料を加熱・溶解できるのであれば、抵抗加熱、誘導加熱等、他の加熱装置を用いても良い。
【００３３】
また、本発明の実施の形態１、２においては、銅製の遮蔽板を用いたが、所望の輻射熱低減効果を発揮できるのであれば、他の材料を用いても良い。さらに、輻射熱低減効果を高めるため、前記遮蔽板の内部あるいは基板側表面に、水や冷媒等を流す冷却管を備えても良い。
【００３４】
また、本発明の実施の形態１、２においては、遮蔽板１３開口部の形成を、遮蔽板１３に穴を開ける形態で記述したが、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、複数枚の板を組み合わせて開口部を形成しても良い。あるいは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、遮蔽板１３の開口部を井桁構造としても良い。井桁構造においても、本発明の実施の形態１、２と同様に、上部に位置する遮蔽板１３からの再溶融落下物を、下部に位置する遮蔽板１３で受け止め、坩堝８内への再溶融落下物による蒸発状態の急変、蒸着レートの変動、およびスプラッシュの発生を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明にかかる蒸着装置は、坩堝の上部に開口部を有する複数の遮蔽板を有し、坩堝からの輻射熱の遮蔽を行いながら、付着物の落下を防止することができる蒸着装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１における蒸着装置に備わる蒸発源の断面図
【図２】本発明の実施の形態１における蒸着装置に備わる遮蔽板の斜視図
【図３】本発明の実施の形態２における蒸着装置に備わる蒸発源の断面図
【図４】（ａ）本発明に係る開口部構造の一例を示す斜視図  （ｂ）本発明に係る開口部構造の一例を示す斜視図
【図５】（ａ）本発明に係る開口部構造の一例を示す断面図  （ｂ）（ａ）の斜視図
【図６】従来の蒸着装置の一例を示す構成図
【図７】従来の蒸着装置に備わる蒸発源の一例を示す断面図
【図８】従来の蒸着装置に備わる蒸発源の一例を示す断面図
【図９】従来の蒸着装置に備わる蒸発源の一例を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態１における蒸着装置の断面図
【符号の説明】
【００３７】
１  真空容器
２  排気装置
３  巻き出しロール
４  基板
５ａ、５ｂ  走行ローラ
６  基板冷却ロール
７  蒸発材料
８  坩堝
９  電子ビーム照射装置
１０  マスク
１１  巻き取りロール
１２  冷却管
１３  遮蔽板
１４  付着物
１５  傾斜部
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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