(57)【要約】【課題】短時間で均質な膜厚の薄膜を蒸着重合法により得ることにある。【解決手段】あらかじめ任意にコンピュータープログラムによりコース決定された軌道に沿って移動する可動体上に試料蒸発口が搭載されている蒸着用蒸発源、又は一平面内を回転可能な回転体１の回転面上に１個乃至数個の試料蒸発口１１が搭載され、試料蒸発口が回転体面の回転軌道上を移動するようにした蒸着用蒸発源、又は一平面内を回転可能な回転体１の回転面上の回転軌道上に沿って１個乃至数個の試料蒸発口１１が搭載され、試料蒸発口が回転体面の回転軌道上を移動するようにした蒸着用蒸発源、又は一平面内を回転可能な主回転体３の回転軌道上に沿って一平面内を回転可能な１個乃至数個の副回転体１２が設けられ、各々副回転体面上に試料蒸発口１１が搭載され、試料蒸発口が主回転体と副回転体の複合回転軌道上を移動するようにした蒸着用蒸発源。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらかじめ任意にコース決定された軌道に沿って移動する可動体上に試料蒸発口が搭載されていることを特徴とする蒸着用蒸発源。
【請求項２】
前記軌道がコンピュータープログラムによりコース決定されることを特徴とする請求項１記載の蒸着用蒸発源。
【請求項３】
蒸着重合装置に搭載する蒸着用蒸発源おいて、一平面内を回転可能な回転体の回転面上に１個乃至数個の試料蒸発口が搭載され、試料蒸発口が回転体面の回転軌道上を移動するようにしたことを特徴とする蒸着用蒸発源。
【請求項４】
蒸着重合装置に搭載する蒸着用蒸発源おいて、一平面内を回転可能な回転体の回転面上の回転軌道上に沿って１個乃至数個の試料蒸発口が搭載され、試料蒸発口が、回転体面の回転軌道上を移動するようにしたことを特徴とする蒸着用蒸発源。
【請求項５】
蒸着重合装置に搭載する蒸着用蒸発源おいて、一平面内を回転可能な主回転体の回転軌道上に沿って、一平面内を回転可能な１個乃至数個の副回転体が設けられ、各々副回転体面上に試料蒸発口が搭載され、試料蒸発口が主回転体と副回転体の複合回転軌道上を移動するようにしたことを特徴とする蒸着用蒸発源。
【請求項６】
前記回転体が、ターンテーブルであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸着用蒸発源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸着方式による薄膜製造技術及び薄膜製造装置等に使用する蒸発源に関する。さらに詳しくは、蒸着試料を蒸発させて、基材上で凝集、重合させることにより蒸着薄膜を得る蒸着重合法及び蒸着重合装置に使用する蒸発源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸着重合法は、蒸着試料として混和し難いモノマー物質から重合体薄膜を得たり、溶媒に難溶な重合体薄膜を得たりするのに有効な技術である。これまでに本技術に関わる発明は多数あり、こと成膜装置に限った範囲でも多数の特許文献があり、例えば特開昭６１−８６９７０号公報、特開平０５−６５６２７号公報、特開平０５−１３２７５９号公報など多数の特許公報がある。
【０００３】
その一方で、より厚い膜を得るための発明はなされていない。しかしながら、発明されない背景も充分に考えられ、そもそも、これは論理的に考えて困難なものである。
【０００４】
蒸着重合法は、気化させたモノマー物質を所定の基材上に凝集させることから始まるものであるから、短時間で厚膜を得るためには蒸発速度を向上させるか、蒸発したモノマーを効率よく基材上に凝集させるより無い。
【０００５】
蒸発速度を向上させるためには、蒸発源の試料蒸発口の蒸発面積を大きくするか、加熱温度を上げることで理論的に可能であるが、蒸発面積を徒に大きくすると、突沸を防ぎ難く、またスペース上の規制もある。各物質には分解点や沸点も存在し、温度を上げることにも限度がある。
【０００６】
効率よく基材上に付着させるためには、基材温度を下げることで再蒸発を防止すること、反応槽壁を加熱して槽壁への付着を防止すること、蒸発源の試料蒸発口と基材との距離を小さくすることが挙げられる。しかし基材温度を下げることで、反応に必要な活性化エネルギーが充分に得られなくなる、槽壁の加熱に大量なエネルギーを要するなどがあり、また蒸発口と基材の距離を小さくするとモノマーが蒸発口から基材に達するまでに充分に混合せずにムラのある膜ができるなどの問題点が挙げられる。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６１−８６９７０号公報
【特許文献２】
特開平０５−６５６２７号公報
【特許文献３】
特開平０５−１３２７５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記蒸着重合法における従来の問題点について鋭意、検討ならびに実験を重ねることによりなされたものであり、本発明の課題は、これまで発明がなされなかった蒸着重合法による短時間で均質な膜厚及び膜質の蒸着重合された膜を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発明は、あらかじめ任意にコース決定された軌道に沿って移動する可動体上に試料蒸発口が搭載されていることを特徴とする蒸着用蒸発源である。
【００１０】
本発明の請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る蒸着用蒸発源において、前記軌道がコンピュータープログラムによりコース決定されることを特徴とする蒸着用蒸発源である。
【００１１】
本発明の請求項３に係る発明は、蒸着重合装置に搭載する蒸着用蒸発源おいて、一平面内を回転可能な回転体の回転面上に１個乃至数個の試料蒸発口が搭載され、試料蒸発口が回転体面の回転軌道上を移動するようにしたことを特徴とする蒸着用蒸発源である。
【００１２】
本発明の請求項４に係る発明は、蒸着重合装置に搭載する蒸着用蒸発源おいて、一平面内を回転可能な回転体の回転面上の回転軌道上に沿って１個乃至数個の試料蒸発口が搭載され、試料蒸発口が回転体面の回転軌道上を移動するようにしたことを特徴とする蒸着用蒸発源である。
【００１３】
本発明の請求項５に係る発明は、蒸着重合装置に搭載する蒸着用蒸発源おいて、一平面内を回転可能な主回転体の回転軌道上に沿って一平面内を回転可能な１個乃至数個の副回転体が設けられ、各々副回転体面上に試料蒸発口が搭載され、試料蒸発口が主回転体と副回転体の複合回転軌道上を移動するようにしたことを特徴とする蒸着用蒸発源である。
【００１４】
本発明の請求項６に係る発明は、上記請求項１乃至５のいずれか１項に係る蒸着用蒸発源において、前記回転体が、ターンテーブルであることを特徴とする蒸着用蒸発源である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく述べる。説明に用いる例や図は、発明を限定するものではなく、説明を理解する助けとなるように、典型的な一例を示すものである。
【００１６】
先ず、ここでいう蒸着重合法とは、モノマー物質を気化し、あるいは気体モノマーを蒸着系内に導入し、その蒸気（しばしば飽和蒸気）中に基材を曝露し、基材上もしくはその近傍にてモノマーを凝集、重合させることにより、基材上に重合体膜を設ける技術である。
【００１７】
ここでは、主に２種類以上のモノマーから均質な共重合体厚膜を得るための技術に重点をおいて述べる。前述のように、短時間で厚膜を得るためには、蒸発速度を向上させるか、蒸発したモノマーを効率よく，所定の基材上に凝集させるより無い。それぞれに対しては次のような問題点が挙げられる。
【００１８】
まず、蒸発速度を向上させるためには、蒸発源にある蒸発口の蒸発面積を大きくするか、加熱温度を上げることで理論的に可能であるが、蒸発面積を徒に大きくすると突沸を防ぎ難く、またスペース上の規制もある。各物質には分解点や沸点も存在し、温度を上げることにも限度がある。
【００１９】
効率よく基材上にモノマー蒸気を付着させるためには、基材温度を下げることで再蒸発を防止すること、反応槽壁を加熱して槽壁への付着を防止すること、蒸発口と基材との距離を小さくすることが挙げられる。しかし基材温度を下げることで、反応に必要な活性化エネルギーが充分に得られなくなり、また槽壁の加熱に大量なエネルギーを要するなどがあり、また蒸発口と基材の距離を小さくすると、モノマーが蒸発口から基材に達するまでに充分に混合せずに、ムラのある膜ができるなどの問題点が挙げられる。
【００２０】
そこで本発明では、蒸発源に設ける蒸発口と基材間距離を縮めることで成膜レートを稼ぎつつも、均質な膜を得るための方法である。
【００２１】
蒸発源に設けた蒸着試料の蒸発口を、１ヶ所に固定せずに随時移動させることで、モノマーの混合雲を形成する。最も簡便な方法としては、図１、図３（ａ）に示すように、ターンテーブルなどの駆動回転軸２を中心に回転する回転体１上に、その回転軌道上に沿って取り付け固定状態で、蒸着試料加熱用熱源とともに搭載した１個乃至複数個の蒸発口１１に蒸着試料Ｖとして各種モノマーを設置固定して、主回転体１を回転させることで、強制的に各種モノマーの混合雲（蒸気）を形成でき、蒸着用基材Ｓ面には均質な混合雲による良好な混合効率（限りなく同率）による重合蒸着膜を形成することができる。
【００２２】
また図２、図３（ｂ）に示すように、ターンテーブルなどの主駆動回転軸４を中心に駆動回転する主回転体３上に、その回転軌道上に沿って１個乃至複数個の駆動モータ１４にて回転する副駆動回転軸１３を中心に駆動回転する副回転体１２を設け、各々副回転体１２に、蒸着試料加熱用熱源とともに取り付け固定状態で搭載した蒸発口１１に、蒸着試料Ｖとして各モノマーを設置固定して、主回転体３と副回転体１２とを同時に回転させることで強制的に混合雲を形成でき、また主回転体３の公転運動し、蒸発口１１が遊星運動を行うので、蒸着用基材Ｓ面には、より一層均質な混合雲による、より一層良好な混合効率（限りなく同率）の重合蒸着膜を形成することができる。
【００２３】
また図示しないが、蒸着用蒸発源として、例えばコンピュータ制御機構によりアーム移動動作するロボットアーム（所定の高さの水平面内をＸ−Ｙ方向に自在に移動可能なスカラー型アームなど）のアーム先端部に、蒸着試料加熱用熱源とともに試料蒸発口１１を取り付け固定して搭載し、その都度コンピュータープログラム等によりコース決定された軌道に沿ってアームを移動させることにより強制的に混合雲を形成できる。
【００２４】
また図示しないが、蒸着用蒸発源として、例えば所定の平面形状（リニア、リング、サークル形状、又はそれらの組み合わせ形状）のガイド溝やガイドレールの軌道に沿って駆動移動する可動体上に、蒸着試料加熱用熱源とともに試料蒸発口１１を取り付け固定して搭載し、その都度コンピュータープログラム等によりコース決定された軌道に沿ってアームを移動させることにより強制的に混合雲を形成できる。
【００２５】
蒸発源に設ける蒸発口１１の移動速度については、本発明においては特に限定をするものではないが、その蒸着加工時の真空度、すなわちモノマー気体粒子の平均自由行程距離に応じて設定する。ここで、気体分子が他の気体分子に１度衝突してから、次に衝突するまでの飛行距離を自由行程という。そして、自由行程の平均値を平均自由行程という。
【００２６】
一般に圧力が高いと分子密度が高くなるので、衝突までの距離は短くなり、平均自由行程は短くなる。逆に圧力が低いと分子密度が低くなるので、衝突までの距離が長くなり、平均自由行程は長くなる。また、被蒸着体（蒸着基材）がシート状であって、蒸着基材を巻き出し巻き取り式で送行させながら蒸着を行うのであれば、加工速度が大きいほど、蒸発口１１の移動速度を大きくすることが望ましい。但し、これら蒸発口１１の移動速度は、真空度やモノマー粒子の径によって異なるものであり、一義的に、ここで定められる性質のものではない。
【００２７】
さらに蒸発口１１の移動速度によっては、それ相応の慣性力、遠心力等が掛かるため、モノマー物質が飛散したりすることが考えられる。そのため、蒸発源である蒸発口１１の蒸着試料容器１１ａ（モノマー容器）には、回転体の水平面に対して適度な傾斜を与えるなどの工夫を適宜講ずるとよい。
【００２８】
これら技術により、短時間で厚膜形成するために蒸着すべき基材面と蒸発源である蒸発口との距離を短くしても、均質な混合雲を得ることができ、短時間で均質な厚膜形成が可能となる。
【００２９】
【実施例】
以下に、本発明の具体的実施例について説明する。
下記の実施内容にて、実施例１〜２、比較例１〜２について実験を行った。
【００３０】
＜実施内容＞
モノマー物質（蒸着試料Ｖ）として、（Ａ）４，４’−ジアミノメチレンジフェニル（化１）  と（Ｂ）４，４’−ジイソシアン酸メチレンジフェニル（化２）  を用い、通常の真空蒸着装置の真空チャンバー内に本発明の蒸着用蒸発源を取り付けて、蒸着重合法にて蒸着基材（被蒸着体：例えばポリエステル基材、厚さ２５μｍ）上に、ポリ尿素樹脂（化３）  の薄膜を得る実験を行った。なお、上記モノマー物質（Ａ）と（Ｂ）とによりポリ尿素樹脂の薄膜を得る重合反応化学式を化１に示す。
【００３１】
【化１】
2004307880.tif 000003
【００３２】
【化２】
2004307880.tif 000004
【００３３】
【化３】
2004307880.tif 000005
【００３４】
【化４】
2004307880.tif 000006
【００３５】
アミンとイソシアネートからポリ尿素樹脂を得ることは蒸着重合法では典型的な例であり、また、モノマー相互の平均自由行程の差を小さくするために、互いに似通った主骨格を有するモノマーを選定した。
【００３６】
尚、蒸着装置の真空チャンバー内圧を９×１０−３（Ｐａ）〜２×１０−２（Ｐａ）に、蒸発熱源の温度を１５０℃（化１）〜８５℃（化２）に設定し、蒸着基材とモノマー物質（蒸発口：蒸着試料Ｖ）間の距離を垂直距離として１５０ｍｍに固定して行った。成膜時間は１分間とした。距離３００ｍｍにおいて、ほぼ均質に成膜できることを確認した条件にて、各モノマーの温度設定を行った。反応槽は拡散ポンプによって減圧された雰囲気とした。
【００３７】
＜実施例１＞
図１に示す本発明の蒸発源の機構を用いて、蒸発口１１を蒸着基材面に対して平行な面内にて回転移動させてポリ尿素樹脂（化４）  の薄膜の成膜を行った。
【００３８】
＜実施例２＞
図２に示す本発明の蒸発源の機構を用いて、蒸発口１１を蒸着基材面に対して平行な面内にて回転移動させてポリ尿素樹脂（化４）  の薄膜の成膜を行った。
【００３９】
＜比較例１＞
図１に示す本発明の蒸発源の機構を用いて、且つ蒸発口１１を蒸着基材面に対して回転させずにポリ尿素樹脂（化４）  の薄膜の成膜を行った。
【００４０】
＜比較例２＞
蒸着基材とモノマー物質（蒸発口：蒸着試料Ｖ）間の距離を垂直距離として３００ｍｍに固定して行った以外は、比較例１と同様にして成膜の成膜を行った。
【００４１】
＜評価＞
幅１０ｃｍに亘り、２ｃｍ刻みで、実施例１〜２及び比較例１〜２にて成膜された薄膜の膜質と膜厚を測定観察した。膜質の観察には、ＡＴＲ法（ＫＲＳ−５使用）によるＦＴ−ＩＲ（日本分光（株）製）を採用し、上記モノマー物質（Ａ）、（Ｂ）のうちいずれのモノマーが過剰（過剰率％）に堆積しているか否かを確認した。その結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2004307880.tif 000007
【００４３】
＜評価結果＞
蒸着基材とモノマー物質（蒸発口：蒸着試料Ｖ）間の距離１５０ｍｍに設定して行った実施例１、２及び比較例１では、膜厚はいずれも約２．  ５μｍあり、成膜に要した時間に比較して厚い膜厚が得られ、短時間で良好な厚さのポリ尿素樹脂（化４）  の薄膜が得られた。
【００４４】
また、膜質（モノマー物質（Ａ）、（Ｂ）の過剰率）は、比較例１よりも実施例１、２の方が均質であり、実施例１、２にて蒸発口１１を回転移動させて蒸着することにより、モノー物質（Ａ）、（Ｂ）の蒸気の均質な混合雲が得られ、蒸発口（蒸着試料Ｖ）と基材との間の距離を１５０ｍｍに短く設定しても、均質な膜厚が得られることが判った。
【００４５】
蒸着基材とモノマー物質（蒸発口：蒸着試料Ｖ）間の距離３００ｍｍに設定して行った比較例２では、ポリ尿素樹脂（化４）  の薄膜の膜質は比較的均質に得られるものの膜厚が薄く、良好な薄膜は得られなかった。
【００４６】
結果として、良好な厚さの膜厚を得るためには、蒸着基材とモノマー物質（蒸発口：蒸着試料Ｖ）間の距離を狭めることが有効であり、且つ均質な膜を得るためには、本発明のような機構を取り入れることが必要であることが判った。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の蒸着用蒸発源は、コンピュータープログラム制御機構によりコース決定された軌道に沿って移動する可動体上に試料蒸発口を搭載した蒸着用蒸発源、又は一平面内を回転可能な回転体の回転面上に１個乃至数個の試料蒸発口が搭載され、試料蒸発口が回転体面の回転軌道上を移動するようにした蒸着用蒸発源、又は一平面内を回転可能な回転体の回転面上の回転軌道上に沿って１個乃至数個の試料蒸発口が搭載され、試料蒸発口が回転体面の回転軌道上を移動するようにした蒸着用蒸発源、又は一平面内を回転可能な主回転体の回転軌道上に沿って一平面内を回転可能な１個乃至数個の副回転体が設けられ、各々副回転体面上に試料蒸発口が搭載され、試料蒸発口が主回転体と副回転体の複合回転軌道上を移動するようにした蒸着用蒸発源である。
【００４８】
本発明の蒸着用蒸発源を真空蒸着装置に搭載することにより、蒸着処理中において真空加熱している蒸着試料を載置した蒸発源に設けた試料蒸発口を、蒸着基材（被蒸着体）に対して１ヶ所に固定せずに随時移動させることができ、また蒸着基材に対して平行な面内にて随時移動させることができるものである。
【００４９】
そのために蒸着基材面に重合形成するための２乃至複数種の蒸着用試料の加熱蒸気を、強制的に蒸着基材面に対して均質な混合雲として形成でき、蒸着重合法において膜厚レートを稼ぐために蒸発源の蒸発口（蒸着試料）と基材との間の距離を狭めた場合でも従来よりも均質な重合膜を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蒸着用蒸発源の一実施例における構造を説明する斜視図。
【図２】本発明の蒸着用蒸発源の他の実施例における構造を説明する斜視図。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は本発明の蒸着用蒸発源と、蒸着用蒸発源の回転面に平行に配置した蒸着用基材との配置の一例を説明する側面図。
【符号の説明】
１…回転体  ２…主駆動回転軸  ３…主回転体  ４…駆動回転軸
１１…蒸発口  １２…副回転体  １３…副駆動回転軸  １４…駆動モータ
Ｖ…蒸着用試料  Ｓ…蒸着用基材
【図１】
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【図２】
2004307880.tif 000009
【図３】
2004307880.tif 000010