(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状蒸発材料を滞留させる滞留部と液状蒸発材料を蒸発させる蒸発部があり、滞留部と蒸発部の間は降下用開口を通じて液状蒸発材料が滞留部から蒸発部に向かって重力によって通過する構造であり、滞留部から蒸発部に通過した液状蒸発材料は蒸発部の筒状発熱体の内壁に接触しない状態で降下しながら周囲の放射熱によって気化し、該蒸発部の筒状発熱体の一部に蒸気の噴射用開口を設けて、蒸気を噴射させることを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記蒸発部に降下用柱状体を配置し、液状蒸発材料が該降下用柱状体の表面に接触して降下することを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項３】
請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体の表面に梨地状凹凸、らせん状溝、リング状の溝、又は垂直方向の溝を形成してあることを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項４】
請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体の形状は、正立の略円錐状又は倒立の略円錐状であることを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項５】
請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体は上下動が可能で、該降下用柱状体の頭部は、前記降下用開口を封鎖又は狭めることができる大きさ又は形状を有していることを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項６】
請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記蒸発部の噴射用開口に噴射部の筒状発熱体を連結し、該噴射部の筒状発熱体に噴射用開口を設けてあることを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項７】
請求の範囲第６項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記噴射部の噴射用開口の形状は、ノズル又はスリットであることを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項８】
請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記滞留部は、固体の蒸発材料を溶融・液化することを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記滞留部で溶融・液化した蒸発材料は、蒸着前又は蒸着中連続的に又は断続的に前記蒸発部へ供給されることを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項１０】
固体の蒸発材料を溶融する溶融部、液状蒸発材料を滞留させる滞留部及び液状蒸発材料を蒸発させる蒸発部からなり、溶融部と滞留部の内部は液状蒸発材料の補充用開口を通じて連結し、滞留部と蒸発部の内部は液状蒸発材料の降下用開口を通じて連結し、蒸発部は蒸気の噴射用開口を有し、蒸発部の液状蒸発材料は蒸発部の筒状発熱体の内壁に接触しない状態で降下することを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項１１】
請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体は回転可能であることを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項１２】
請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用開口の開口面積を調整して前記液状蒸発材料が前記蒸発部内に降下する量を調整する調整部を設けたことを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項１３】
請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体の頭部の形状は、平坦又は凹状であることを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項１４】
請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体の表面にらせん状溝を形成してあり、前記らせん状溝の上端部は前記降下用柱状体の頭部から突出していることを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【請求項１５】
請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体の表面に谷部と山部から構成されたらせん状溝を形成してあり、前記山部の上面の外径側近傍に凸部を形成してまたは前記山部の上面の高さが外径側で高くなるように形成して前記蒸発材料の流路を設けたことを特徴とする真空蒸着装置の蒸発源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本願発明は、加熱によって溶融され、その後気化（蒸気化）する物質を成膜する真空蒸着装置の蒸発源装置であって、その蒸発源装置のルツボの内外の圧力差によって蒸気が噴射現象を維持できる大きさの一つ以上の蒸気の噴射用開口を有する、いわゆる密封型蒸発源装置に関する。
【背景技術】  第１７図、第１８図により、従来の真空蒸着装置と密封型蒸発源装置（以下単に蒸発源装置と呼ぶ）を説明する（例えば特許文献１参照）。
第１７図は、真空蒸着装置の概要を示し、第１８図は、蒸発源装置の構成を示す。第１７図、第１８図は、夫々断面図である。なお第１７図、第１８図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
まず第１７図により真空蒸着装置を説明する。
第１７図において、１１は蒸発源装置、１２１は真空槽（室）、１２２は基板１２３の支持部材、１２４は蒸発源装置の支持部材である。蒸発源装置１１は、ルツボ１１１、加熱用コイル１１３を備え、ルツボ１１１は、固体の蒸発材料１１４を収容している。
加熱用コイル１１３によりルツボ１１１を加熱すると、蒸発材料１１４は、気化してノズル（噴射用開口）１１２から真空槽１２１へ噴射して基板１２３に蒸着膜を形成する。第１７図、第１８図（後述する）の蒸発源装置は、ルツボ１１１の加熱に加熱用コイルを用いているが、加熱方法には電子衝撃やその他の方法もある。しかしルツボ内に置いた蒸発材料をルツボの熱によって溶融・蒸発されることにおいては共通しているので、他の加熱方法には言及せずに、加熱用コイルを用いた例について説明する。
次に第１８図により蒸発源装置を説明する。
第１８図（ａ）の蒸発源装置１１のルツボ１１１には、固体の蒸発材料１１４が収容されている。加熱用コイル１１３に通電すると、加熱用コイル１１３は、発熱してルツボ１１１を加熱する。その際蒸発材料１１４の温度は、ルツボ１１１に接触している部分が一番高くなり、ルツボ１１１から離れるほど低くなる。蒸発材料１１４は、温度が上昇するとルツボ１１１の接触面から溶融し、次いで蒸発材料全体が液化する。液化した蒸発材料は、その後の加熱によって対流しつつ空間に接する面（図では蒸発材料１１４の最上面）から蒸発し、蒸発した蒸発材料は、ノズル（噴射用開口）１１２から基板１２３へ噴射される。
一方密封型ルツボは、内部に圧力を有しているが、ノズル１１２から外へ出ない蒸発気体は再び液体に戻り、ルツボ１１１内の空間では動的均衡状態が維持されている。この状態では、よほど加熱温度を制御しない限り、加熱の継続によって液体は沸騰状態に入り、ノズル１１２から液状の蒸発材料の飛散が発生する。これがスプラッシュと言われる現象であり、蒸発材料１１４の損失を招くばかりでなく、基板に衝突して蒸着膜を損傷し、また単位時間当たりの蒸発量も不安定になる。スプラッシュを防止するために加熱温度を抑制すると、蒸発量が減少するので噴射量が減り、成膜速度が遅くなる。しかし、成膜速度はコストに関係するから、少しでも蒸発量の減少を抑えてスプラッシュを防止するために、ルツボ内にスプラッシュ防止用のバリア（隔壁）を設ける手段がとられてきた。
第１８図（ｂ）は、蒸発源装置１１のルツボ１１１内にスプラッシュ防止用のバリア（隔壁）１１６１，１１６２を設けた例である。
第１８図（ｂ）のルツボ１１１内には、円筒状部材１１７２、バリア１１６２、円筒状部材１１７１、バリア１１６１を設け、底部に蒸発材料１１４を収容している。円筒状部材１１７１，１１７２、バリア１１６１，１１６２は、取外し可能の構造になっており、バリア１１６１には、２個の開口を形成し、バリア１１６２には、１個の開口を形成してある。
ルツボ１１１内には、蒸着作業の段取り段階で蒸発材料１１４を収容し、次いで適当な大きさの開口のあるバリア１１６２を円筒状部材１１７２の上に置き、円筒状部材１１７１、バリア１１６１を重ねて置く。蒸発材料１１４の沸騰した液体は、飛散しようとしてもバリア１１６２，１１６１に阻止されるため、ノズル１１２から飛散する（スプラッシュする）ことはない。バリア１１６２の開口は、蒸気の通過口であるから、ノズル１１２よりも大きく形成してある。ルツボ１１１内のバリアは、バリア１１６２のみであっても、スプラッシュがバリア１１６２の開口を通り抜けてノズル１１２から飛び出す確率は、バリア１１６２を設けない場合よりも小さくなるが、スプラッシュをさらに小さくしようとする場合には、２個の開口を設けたバリア１１６１を設ける。バリア１１６２の開口を通り抜けたスプラッシュは、バリア１１６１に衝突するので、ノズル１１２に到達する確率はさらに小さくなる。当然バリア１１６１，１１６２は、伝導熱によって高い温度に維持されているから、バリア１１６２，１１６１に接触したスプラッシュは蒸気化する。
ところで従来の密封型ルツボは、ノズルが唯一の外部への開口であるために、蒸発材料の供給は、段取り段階でルツボを分解することによって行われてきた。第１８図のルツボ１１１は、（ａ）、（ｂ）ともに夫々上下二つの部分からなり、上下の部分を嵌め合う構造になっている。蒸発材料１１４を収納或いは補充するときは、ルツボ１１１を加熱用コイル１１３等からなる加熱機構から取り出して上下の部分に分解し、下部のルツボに蒸発材料１１４を取り入れてから上部のルツボを嵌め合わせて一体化し、加熱機構に組み戻す。バリアを設置する場合には、上部下部のルツボを嵌め合わす前に前記のように円筒状部材１１７２、バリア１１６２、円筒状部材１１７１、バリア１１６１の順序に積み重ねる。
【特許文献１】特公平５−４１６９８号公報
【発明の開示】
前記のように、従来の密封型ルツボは、スプラッシュを発生しやすいから、スプラッシュを防止するため、ルツボ内にバリアを設ける方法が一般に採用されてきたが、そのバリアによってもスプラッシュを完全に防止することは困難である。何故ならば、所望の蒸発気体の噴射量を得ようとすると、バリアの蒸発気体の通過口をあまり小さくできないし、またバリアの個数を増やすこともできない。バリアの開口を小さくすることやバリアの個数を増やすことは、ルツボ内の気体の圧力を高めることにつながり、発生する蒸気の液体への戻り量が多くなるため、蒸発気体のノズルからの噴射量が少なくなる。即ち噴射量を増やすこととバリアの機能は相反するために、バリアを設ける方法は、スプラッシュ防止効果が確実でないことと、確実にしようとすれば噴射量が減少する問題がある。
一方第１８図のような密封型ルツボは、一般にそれほど大きくできないから、一度に大量の蒸発材料をルツボに取り入れることはできない。したがって蒸着時間を長く取れないし、大きな蒸発量を得ることが極めて難しくなる。
またルツボの大きさを抑制する理由は、ルツボの熱分布が関係している。第１８図のルツボの場合、側面は、加熱用コイルから直接熱を受けて加熱されるから高温になるが、ルツボの上面、即ちノズルのある領域は、側面から伝導熱を受けて温度が上昇するから、側面の温度を越えることはない。一般にノズルの位置は、ルツボの上面の中心にあるから、側面から最も離れた位置、即ち温度が最も低い位置に配置されている。このことは、ノズルの温度如何によっては、この位置で蒸気が液体に戻り、噴射が停止することを意味している。そのことが密封型ルツボの大きさを制約している理由である。第１８図の場合、ノズルを配置した領域は、壁で囲んでいる（円筒状に囲んでいる）が、この壁の目的は、ノズルの温度を下げない点にある。ノズルの温度を上げるために側面の温度を上げると、蒸発材料の沸騰が厳しくなり、スプラッシュが著しくなる。加熱機構を複雑にすれば、ノズルを配置した領域を強制加熱することもできるが、次に述べるように、操作が複雑になる。
即ちルツボに蒸発材料を取り入れる際、加熱機構からルツボを取り出し、ルツボを上部と下部に分解し、バリアや円筒状部材を外して下部のルツボの底部に蒸発材料を取り入れ、再びバリアや円筒状部材を組み込んで、下部のルツボに上部のルツボを嵌め込んで一体化する。一体化したルツボは、再び加熱機構に戻す。この一連の作業は、密封型ルツボ以外のルツボにはない作業で、密封型ルツボが使用されない理由の一つになっている。ルツボのノズルを配置した領域を強制加熱しようとすれば、その領域に加熱用コイルを配置するから、加熱機構からルツボを取り出す作業がますます複雑になる。その制約から、密封型ルツボは、蒸発量を引き上げ高速で成膜することが不可能とされてきた。
一方密封型ルツボによる蒸着は、大きな利点がある。即ち開放型ルツボによる蒸気の基板への並進速度は、その場の条件における音速であるのに対し、密封型ルツボのそれは、噴射力を得た分だけ超音速になる。これは、蒸気の運動エネルギーが大きいことであるから、蒸着膜の形成によい結果を与える。またクラスターイオンビーム技術は、高品質の気相成長膜を得る貴重な手段として知られてきたが、密封型ルツボが必要条件であるために、従来の密封型ルツボを用いるかぎりその技術の利点を発揮できなかった。しかし先に説明した従来の密封型蒸発源装置の問題点を解決できれば、蒸発量を引き上げて高速で成膜することが可能になり、さらにクラスターイオンビーム技術を応用して膜質の向上を期待できる。
そこで本願発明は、密封型蒸発源装置において、従来の密封型蒸発源装置の持つ欠陥、即ちスプラッシュを発生すること、蒸発量が不安定であること、大きな蒸発量を得難いこと、長時間の蒸発ができないこと、及び段取り時におけるルツボの取り扱いが煩わしいこと等を、解決することを目的とする。
課題を解決するための手段
本願発明は、その目的を達成するため、請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、液状蒸発材料を滞留させる滞留部と液状蒸発材料を蒸発させる蒸発部があり、滞留部と蒸発部の間は降下用開口を通じて液状蒸発材料が滞留部から蒸発部に向かって重力によって通過する構造であり、滞留部から蒸発部に通過した液状蒸発材料は蒸発部の筒状発熱体の内壁に接触しない状態で降下しながら周囲の放射熱によって気化し、該蒸発部の筒状発熱体の一部に蒸気の噴射用開口を設けて、蒸気を噴射させることを特徴とする。
請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記蒸発部に降下用柱状体を配置し、液状蒸発材料が該降下用柱状体の表面に接触して降下することを特徴とする。
請求の範囲第３項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体の表面に梨地状凹凸、らせん状溝、リング状の溝、又は垂直方向の溝を形成してあることを特徴とする。
請求の範囲第４項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体の形状は、正立の略円錐状又は倒立の略円錐状であることを特徴とする。
請求の範囲第５項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体は上下動が可能で、該降下用柱状体の頭部は、前記降下用開口を封鎖又は狭めることができる大きさ又は形状を有していることを特徴とする。
請求の範囲第６項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記蒸発部の噴射用開口に噴射部の筒状発熱体を連結し、該噴射部の筒状発熱体に噴射用開口を設けてあることを特徴とする。
請求の範囲第７項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第６項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記噴射部の噴射用開口の形状は、ノズル又はスリットであることを特徴とする。
請求の範囲第８項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記滞留部は、固体の蒸発材料を溶融・液化することを特徴とする。
請求の範囲第９項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第８項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記滞留部で溶融・液化した蒸発材料は、蒸着前又は蒸着中連続的に又は断続的に前記蒸発部へ供給されることを特徴とする。
請求の範囲第１０項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、固体の蒸発材料を溶融する溶融部、液状蒸発材料を滞留させる滞留部及び液状蒸発材料を蒸発させ、蒸気の噴射用開口を有する蒸発部からなり、溶融部と滞留部の内部は液状蒸発材料の補充用開口を通じて連結し、滞留部と蒸発部の内部は液状蒸発材料の降下用開口通じて連結し、蒸発部は蒸気の噴射用開口を有し、蒸発部の液状蒸発材料は蒸発部の筒状発熱体の内壁に接触しない状態で降下することを特徴とする。
請求の範囲第１１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体は回転可能であることを特徴とする。
請求の範囲第１２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用開口の開口面積を調整して前記液状蒸発材料が前記蒸発部内に降下する量を調整する調整部を設けたことを特徴とする。
請求の範囲第１３項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第２項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体の頭部の形状は、平坦又は凹状であることを特徴とする。
請求の範囲第１４項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体の表面にらせん状溝を形成してあり、前記らせん状溝の上端部は前記降下用柱状体の頭部から突出していることを特徴とする。
請求の範囲第１５項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置は、請求の範囲第１項に記載の真空蒸着装置の蒸発源装置において、前記降下用柱状体の表面に谷部と山部から構成されたらせん状溝を形成してあり、前記山部の上面の外径側近傍に凸部を形成してまたは前記山部の上面の高さが外径側で高くなるように形成して前記蒸発材料の流路を設けたことを特徴とする。
発明の効果
本願発明の蒸発源装置は、溶融した蒸発材料が、蒸発部の筒状発熱体内を、その内壁面と接触することなく降下するように構成してあるから、溶融した蒸発材料は、筒状発熱体の放射熱によってのみ加熱され、伝導熱によって加熱されることがないから、溶融した蒸発材料が顕熱化して沸騰することがない。即ち溶融した蒸発材料は、沸騰することなく気化するから、溶融状態の蒸発材料の一部が飛散する、いわゆるスプラッシュを発生することがない。
スプラッシュは、蒸発材料の損失の原因となるため、蒸発量が一定にならず、また基板に衝突して蒸着膜を損傷するが、本願発明の蒸発源装置は、スプラッシュを発生しないから、蒸着の歩留まりを大幅に向上させることができる。また本願発明の蒸発源装置は、スプラッシュを発生しないから、従来の密封型蒸発源装置のバリアを設ける必要がない。
本願発明の蒸発源装置は、溶融部、滞留部、蒸発部、噴射部に分け、各部別に温度制御ができるから、各部の温度を、各部に必要な温度に設定し、きめ細かく調節することができる。本願発明の蒸発源装置は、滞留部と蒸発部を備えれば蒸着が可能で、その場合には、蒸発部に噴射用開口を設ければよい。またその場合長時間安定した蒸着を行うには、滞留部の容積を大きくすればよい。
本願発明の蒸発源装置は、溶融部を設けて連続的に蒸発材料を補充することにより、滞留部の容積を小さくしても安定した蒸発材料の蒸気の発生が可能になる。この場合には、滞留部の容積を小さくすることにより、滞留部の消費エネルギーを小さくすることができる。
本願発明の蒸発源装置は、溶融部を設けて連続的に蒸発材料を補充することにより、滞留部の容積を小さくしても安定した蒸発材料の蒸気の発生が可能になる。この場合には、滞留部の容積を小さくすることにより、滞留部の消費エネルギーを小さくすることができる。
本願発明の蒸発源装置は、噴射部を設け、その噴射部に多数のノズルやスリットを形成できるから、蒸発材料の蒸気の噴射量を多くすることができる。その際、蒸発部の加熱温度と蒸発材料の蒸発面積が一定の場合、蒸発材料の蒸発量（発生する蒸気の量）も一定になり、動的均衡状態を維持する。そして発生する蒸気は、ノズルやスリットから噴射されるとともに、一部は凝縮して液体に戻るから、発生する蒸気の総量は、その噴射する蒸気と凝縮する蒸気の総量と同じになる。即ち噴射部のノズルやスリットを多くすると、噴射する蒸気の量も多くなるが、反面凝縮する蒸気の量が少なくなるから、結果として発生する蒸気の量は同じになる（飽和蒸気圧下における現象（作用））。したがって噴射部のノズルやスリットを多くして噴射する蒸気の量を多くしても、蒸発材料の蒸発量は一定であるから、蒸発材料の蒸発に要する加熱エネルギーは、噴射する蒸気の量を多くしても同じになり、少ない加熱エネルギーで大きな面積の基板に対して長時間安定した蒸着が可能になる。
本願発明の蒸発源装置は、蒸発部の筒状発熱体内に降下用柱状体を設けることにより、その降下用柱状体を設けない場合と比較して、溶融した蒸発材料が筒状発熱体内を降下する速度を遅くすることができる。その降下速度が遅くなれば、蒸発材料が放射熱を受ける時間が長くなるから、筒状発熱体の長さを短くすることができる。また降下用柱状体の表面に凹凸や溝を設けることにより蒸発材料の降下時間をさらに長くすることができ、また濡れ面積を大きくすることができるから、蒸発材料の降下量を大きくし、大きな蒸発量を得ることができる。
また降下用柱状体は、立体的であるから、平面状の蒸発源に比べて蒸発表面の面積を大きくすることができ、設置スペースを小さくできる。例えば、平面状蒸発源の場合、蒸発表面が円形で直径が５０ｃｍとすると、蒸発表面の面積は、約１９６２平方ｃｍになる。一方降下用柱状体の場合、円柱状で高さが４０ｃｍとすると、蒸発面の面積が平面状蒸発源と同じになる直径は、約１６ｃｍである。
本願発明の蒸発源装置は、蒸発部や噴射部の筒状発熱体の底面を含む周面の任意の位置にノズル等の噴射用開口を設けることができるから、基板の設置場所を任意に選定でき、蒸着装置の設計の自由度が大きくなる。また２以上の方向に向けて噴射用開口を設けることもできる。
現在使用されている多くの物理的真空蒸着装置は、固体の蒸発材料を連続的に供給して、長時間蒸着を行えるようにすることを一つの目標にしているが、蒸発源装置に固体の蒸発材料を補充すると、温度が低下する等の理由により、安定した蒸着の妨げになっている。しかし本願発明の蒸発源装置の蒸発部は、固体の蒸発材料を補充する補充用開口と溶融した蒸発材料の降下用開口とを正反対の位置に配置してあるから、蒸発材料の補充に伴う温度変化を防止することができる。また溶融部を設けることにより、その温度変化を一層防止することができる。したがって本願発明の蒸発源装置は、固体の蒸発材料を連続的に補充しながら安定した蒸着を行うことが可能になる。
本願発明の蒸発源装置は、蒸発部の降下用柱状体を上下に移動することにより、滞留部の加熱容器の降下用開口を、封鎖状態から全開状態まで任意に調節して、降下用開口の開口面積を調節できるから、蒸発材料の蒸発量を容易に調節できる。したがって温度と関係なく蒸発条件を調整できる。そして降下用開口を完全に封鎖した状態で、各部の通電を停止して加熱を停止した後、再び蒸着を開始することもできる。したがって本願発明の蒸発源装置は、密封型蒸発源装置でありながら、開放型蒸発源装置と同じ操作が可能になり、従来の密封型蒸発源装置のように、ルツボの解体、蒸発材料の補充、ルツボの組立て等の煩わしい作業を必要としない。
本願発明の蒸発源装置は、溶融部を設けることにより、蒸発部に不要ガスが入り込むのを防止できる。通常蒸発材料を加熱すると不要ガスを発生するが、本願発明の蒸発源装置は、溶融部で固体の蒸発材料を溶融する際に不要ガスを除去できるから、不要ガスが蒸発部に持ち込まれることはない。
本願発明の蒸発源装置は、クラスターイオンビーム（ＩＣＢ）技術の実用化を促進できる。即ちクラスターイオンビーム技術は、イオンの作用を広い範囲で制御して期待する気相成長膜を得る技術として知られているが、密封型蒸発源装置の使用が必要条件であったため、実用化が進まなかったが、本願発明の蒸発源装置を用いることにより、クラスターイオンビーム技術の実用化を促進できる。
本願発明の蒸発源装置は、降下用柱状体を回転可能にすることにより、蒸発材料の流れのバラツキを打ち消すか、減少させることができる。
本願発明の蒸発源装置は、降下用開口の開口面積を調整して液状蒸発材料が蒸発部内に降下する量を調整する調整部を設けることにより、蒸発材料の蒸発量を調節できる。
本願発明の蒸発源装置は、降下用柱状体の頭部の形状を平坦又は凹状とすることにより、蒸発材料の降下面積を大きくできる。また、蒸発材料の降下距離を長くしなくても、液体の気化に到る時間が短くできる。
本願発明の蒸発源装置は、降下用柱状体の表面にらせん状溝を形成してあり、らせん状溝の上端部を降下用柱状体の頭部から突出させることにより、溶融した蒸発材料が、降下用柱状体の凹状部から流れ出す方向を規制できる。
本願発明の蒸発源装置は、降下用柱状体の表面に谷部と山部から構成されたらせん状溝を形成してあり、山部の上面に凸部を形成して蒸発材料の流路を設けることにより、蒸発材料の流れを規制することができる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本願発明の実施例１に係る蒸発源装置の断面を示す図である。
第２図は、本願発明の実施例２に係る蒸発源装置の断面を示す図である。
第３図は、本願発明の実施例３に係り、第２図の降下用柱状体の表面形状例を示す図である。
第４図は、本願発明の実施例４に係り、第２図、第３図の降下用柱状体の形状例を示す図である。
第５図は、本願発明の実施例５に係り、第２図の降下用柱状体を上下に移動する例を示す図である。
第６図は、本願発明の実施例６に係る蒸発源装置の断面を示す図である。
第７図は、本願発明の実施例７に係り、第６図の噴射部の噴射用開口例を示す図である。
第８図は、本願発明の実施例８に係る蒸発源装置の断面を示す図である。
第９図は、本願発明の実施例９に係る蒸発源装置の断面を示す図である。
第１０図は、本願発明の実施例１０に係る蒸発源装置の断面を示す図である。
第１１図は、本願発明の実施例１１に係り、蒸発源装置の全体構成の断面を示す図である。
第１２図は、本願発明の実施例１２に係る蒸発源装置の断面を示す図である。
第１３図は、本願発明の実施例１３に係る蒸発源装置の断面を示す図である。
第１４図は、本願発明の実施例１４に係り、第１２図の降下用柱状体を回転する例を示す図である。
第１５図は、本願発明の実施例１５に係る蒸発源装置の断面を示す図である。
第１６図は、本願発明の実施例１６に係り、第１５図の降下用柱状体の形状例を示す図である。
第１７図は、従来の真空蒸着装置の概要を示す図である。
第１８図は、従来の真空蒸着装置に設置するルツボの断面を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本願発明の蒸発源装置は、２つ以上の温度制御領域に分かれている。大きくは、２つの領域からなり、その１つは、溶融した蒸発材料を貯蔵・滞留する領域（滞留部）又は固体蒸発材料を溶融して貯蔵・滞留する領域（滞留部）であり、他の１つは、溶融した蒸発材料が気化する領域（蒸発部）である。さらに蒸気を噴射する領域（噴射部）、固体の蒸発材料を溶融する領域（溶融部）を有している。
第１図〜第１１図により本願発明の蒸発源装置の実施例を説明する。なお各図に共通の部分は、同じ符号を使用している。
【実施例１】  第１図は、実施例１の蒸発源装置の断面図を示す。
ルツボの加熱は、抵抗加熱方式を採用している。加熱方式は、電子ボンバード等の他の加熱方式を採用することもできる。
蒸発源装置は、溶融・液化した蒸発材料を貯蔵・滞留する滞留部２１、溶融・液化した蒸発材料を蒸発可能な温度まで加熱して蒸発させる蒸発部２２、蒸気を基板６１へ噴射する噴射用開口２２５からなる。
滞留部２１は、通電可能な筒状発熱体２１１とその内部に収容する電気絶縁体の加熱容器２１２によって構成されている。第１図の滞留部２１の構成は、溶融した蒸発材料３２が導電物質であることを前提にしているが、溶融した蒸発材料３２が電気絶縁体の場合には、筒状発熱体２１１のみであってもよい。
筒状発熱体２１１は、電極２１３，２１４を備え、両電極に電圧を印加すると電流が筒状発熱体２１１を流れて発熱する。筒状発熱体２１１の材料には、グラファイトを用いる。
加熱容器２１２は、筒状発熱体２１１の伝導熱によって温度が上昇し、内部の蒸発材料３２を一定の溶融状態に維持する。加熱容器２１２の材料には、セラミックを用いる。
筒状発熱体２１１は、上部に蒸発材料の補充用開口２１５を設けてある。蒸発材料は、補充用開口２１５から継続的或いは断続的に補充・供給されて、加熱容器２１２内に、常に一定量の溶融した蒸発材料３２が貯蔵・滞留されている。溶融状態の蒸発材料３２の温度は、蒸発材料３２の粘性の変動を大きくするため、その粘性を所定の範囲に保つ温度に維持する。
加熱容器２１２は、下部（底部）に、溶融した蒸発材料３２が降下するための降下用開口２１６を設けてある。加熱容器２１２の蒸発材料３２は、降下用開口２１６から蒸発部２２へ重力によって常に一定量降下する。その降下量は、降下用開口２１６の大きさで決まるが、温度によって粘性が異なり、表面張力も存在するので、その両者を考慮して所定の降下量になるように降下用開口２１６の大きさを設定する。また降下用開口２１６は、降下する蒸発材料３２が筒状発熱体２２１の内壁面に接触しないように配慮する。
蒸発部２２は、通電可能な筒状発熱体２２１、噴射用開口２２５からなり、筒状発熱体２２１は、電極２１４（筒状発熱体２１１の電極を共用する），２２２を備えている。両電極に電圧を印加すると電流が筒状発熱体２２１を流れて発熱する。筒状発熱体２２１の材料には、グラファイトを用いる。
滞留部２１の筒状発熱体２１１と蒸発部２２の筒状発熱体２２１を流れる電流は、別々に制御できるようにし、滞留部２１の温度は、蒸発材料３２が溶融した状態を維持できる温度に設定し、蒸発部２２の温度は、蒸発材料３２が蒸発する温度に設定する。
加熱容器２１２の蒸発材料３２は、降下用開口２１６から筒状発熱体２２１内へ降下するが、その際、筒状発熱体２２１内の温度が蒸発材料３２の蒸発温度に達していないときは、蒸発材料３２が降下するときの形状は、粘性と表面張力によって水平方向（降下方向に垂直な方向）の断面が円形の柱状になる。しかし筒状発熱体２２１内の温度が蒸発材料３２の蒸発温度に達しているときは、筒状発熱体２２１内の蒸発材料３２は、筒状発熱体２２１からの放射熱によって表面から瞬時に蒸発を開始し、その断面は徐々に小さくなって、倒立した円錐形になる。蒸発した蒸気は、蒸発空間２２３内に充満する。この過程では、溶融状態の蒸発材料３２は、蒸発可能な高い温度を受けても潜熱状態を維持するので、筒状発熱体２２１内を降下する蒸発材料３２が蒸発することはない。また筒状発熱体２２１内では気化と再液化の動的均衡状態が発生している。なお筒状発熱体２２１の高さは、蒸発材料３２が噴射用開口２２５に到達するまでに気化してしまう高さに設定する。その場合、降下用開口２１６が小さく、蒸発材料３２の降下量が少なければ、筒状発熱体２２１の高さは低くなる。
発生した蒸気は、噴射用開口２２５から基板６１へ向かって噴射されるので、基板６１は、噴射用開口２２５の真下に配置する。第１図の噴射用開口２２５の部分を封鎖して、後述するように、噴射用開口２２５を筒状発熱体２２１の側面に配置した場合には、基板６１を立てて設置することもできる。第１２図、第１３図の従来密封型の蒸発源装置や開放型の蒸発源装置では、このような配置は不可能である。
ここで蒸発材料の補充について説明する。
滞留部２１の加熱容器２１２の溶融した蒸発材料３２は、蒸発部２２の筒状発熱体２２１へ降下するにつれて減少するから、その減少分を補充するのが望ましい。溶融した蒸発材料３２を補充しない場合、供給する電力量が一定ならば滞留部２１の筒状発熱体２１１の温度が徐々に上昇するため、溶融した蒸発材料３２は、粘度が小さくなり降下が速くなる。その結果溶融した蒸発材料３２は、重力の影響が小さくなって相殺もされるが、降下量が大きくなる。したがって加熱容器２１２から筒状発熱体２２１へ降下する蒸発材料３２の量を一定に維持するには、加熱容器２１２に滞留する蒸発材料３２を一定に維持するため減少した分を補充する必要がある。
また滞留部２１の加熱容器２１２に滞留する蒸発材料３２を使い切る以上の蒸着を行う場合、即ち加熱容器２１２の容積以上の蒸発材料３２が必要な場合には、蒸着中に加熱容器２１２に蒸発材料３２を補充する必要がある。
加熱容器２１２の温度は、補充される蒸発材料の温度の影響を受けるが、第１図の場合、降下用開口２１６は、補充用開口２１５と正反対の位置に配置してあるから、補充される蒸発材料の温度の影響を受け難い位置にある。しかし補充用開口２１５と降下用開口２１６を正反対の位置に配置した場合でも、加熱容器２１２の容積が小さいときは、加熱容器２１２の温度は、補充材料の温度の影響を敏感に受けて温度が下がり、その結果加熱容器２１２から筒状発熱体２２１へ降下する蒸発材料３２の降下量が減少し、蒸発量が減少する。そこで加熱容器２１２の容積を大きくすれば、蒸発材料の補充による温度低下を低減できる。そしてその場合には、固体の蒸発材料を補充用開口２１５から加熱容器２１２へ直接補充することもできる。あるいは補充用開口２１５を降下用開口２１６からできるだけ遠くに配置することによりその温度低下の影響を減らすこともできる。
また滞留部２１の所定位置に熱電対等の温度検出手段を設置し、その温度検出手段の検出温度に基づいて、加熱容器２１２に供給する電力量を制御することにより、加熱容器２１２に固体の蒸発材料を補充した場合にも、加熱容器２１２の蒸発材料３２の温度を略一定に維持することができ、ひいては蒸発部２２において、長時間安定した蒸発量を得ることができる。
【実施例２】  第２図は、実施例２の蒸発源装置の断面図を示す。
第１図の場合は、筒状発熱体２２１内を降下する蒸発材料３２の降下速度は、蒸発材料３２の粘性と重力によって決まるから、蒸発材料３２の蒸発量を増やすため、蒸発材料３２の降下量を増やすと、蒸発材料３２が完全に蒸発するまでの降下時間が長くなる。降下時間を長くするには、筒状発熱体２２１を高くする必要がある。そこで蒸発源装置の製作や取扱いを容易にするため、筒状発熱体２２１の高さを高くすることなく、蒸発材料３２の降下時間を長くすることが求められる。
第２図の蒸発源装置は、その要求を適えるため蒸発材料３２の降下速度を遅くする手段を設けてある。
第２図の蒸発源装置は、筒状発熱体２２１の内部に降下用柱状体２２４を設け、筒状発熱体２２１の底部を底面部材２２６で塞ぎ、筒状発熱体２２１の側面に噴射用開口２２５を設けてある。降下用柱状体２２４の上下可動軸２２７は、底面部材２２６に嵌めてある。
降下用柱状体２２４は、その外壁面が筒状発熱体２２１の内壁面に接触しないように配置してある。かつ降下用柱状体２２４に垂直な面の全方向において、筒状発熱体２２１の内壁面と降下用柱状体２２４の外周面との距離が等しくなるように配置して、筒状発熱体２２１の放射熱が降下用柱状体２２４の外周面に均一に到達するように配置するのが望ましい。
降下用柱状体２２４の細い先端は、降下用開口２１６に接近し、降下用開口２１６から流れ出た蒸発材料３２に接触している。降下用柱状体２２４の先端は、加熱容器２１２内へ入り込むようにすることもできる。降下用柱状体２２４には、アルミナ、セラミック等を用いる。
加熱容器２１２の降下用開口２１６から流れ出た蒸発材料３２は、降下用柱状体２２４の表面を伝って降下する。蒸発材料３２の降下速度は、降下用柱状体２２４の表面の接触抵抗によって抑制されるため、空間を降下する場合よりも遅くなる。また蒸発材料３２は、降下用柱状体２２４の表面に拡散するから、放射熱を受ける面積が大きくなり、蒸発が容易になる。降下用柱状体２２４の表面温度は、蒸発材料３２が溶融状態を維持できる温度である。
【実施例３】  第３図は、第２図の降下用柱状体２２４の実施例を示す。
第３図は、降下用柱状体の４種類の表面形状を示す。降下用柱状体は、その表面形状によって溶融した蒸発材料の降下速度や濡れ面積（拡散面積）が変わる。
第３図（ａ）の降下用柱状体は、表面に小さな凹凸を形成するか、或いは表面を梨地状に形成し、第３図（ｂ）の降下用柱状体は、表面にらせん状の溝を形成し、第３図（ｃ）の降下用柱状体は、表面に水平のリング状溝を形成し、第３図（ｄ）の降下用柱状体は、表面に垂直方向（降下用柱状体の軸方向）の溝を形成してある。
第３図（ａ）〜（ｄ）の降下用柱状体は、いずれも表面に凹凸を設けることによって、蒸発材料の降下速度を遅くすることができ、また濡れ面積を大きくすることにより蒸発材料に対する放射熱の効果を大きくすることができる。降下用柱状体の表面形状は、前記の例に限らず、他の形状の凹凸であってもよい。
蒸発材料は、種類によって溶融状態の粘性や蒸気化するまでの時間が異なるから、いずれの表面形状とするかは、蒸発材料の種類に応じて適宜選択すればよい。
第３図の降下用柱状体の頭部の形状は、円錐状の例について説明したが、半球状或いは平らであってもよい。
【実施例４】  第４図は、第２図、第３図の降下用柱状体の実施例を示す。
第２図、第３図の降下用柱状体は、頭部（先端部）を除く本体部分の形状を円柱状に形成してあるが、第４図の降下用柱状体は、正立の略円錐形或いは倒立の略円錐形に形成してある。
第４図（ａ）は、降下用柱状体を正立の円錐形にし、第４図（ｂ）は、倒立の円錐形にした例である。第４図（ａ）の降下用柱状体は、下部ほど拡散面積（濡れ面積）が大きくなるから、溶融した蒸発材料は、降下するにしたがって薄くなり、かつ放射熱を受ける面積が広くなる。一方第４図（ｂ）の降下用柱状体は、下部ほど拡散面積（濡れ面積）が小さくなるから、溶融した蒸発材料は、降下するにしたがって収束するが、蒸発材料は、降下するにしたがって気化し、残存量が少なくなるから厚みが厚くなることはない。
【実施例５】  第５図は、第２図の降下用柱状体２２４を上下に移動する例を示す。
第５図（ａ）は、降下用柱状体２２４が最下部まで下がった状態を示し、第５図（ｂ）は、降下用柱状体２２４が最上部まで上がった状態を示す。
第５図（ａ）の場合、溶融した蒸発材料３２は、加熱容器２１２の降下用開口２１６から流れ出し、降下用柱状体２２４の表面を伝って降下する。一方第５図（ｂ）の場合、降下用柱状体２２４の先端は、降下用開口２１６を塞いで、溶融した蒸発材料３２が降下用開口２１６から流れ出すのを停止している。降下用柱状体２２４の上下に移動する位置を、第５図（ａ）と第５図（ｂ）の間で調節することにより、溶融した蒸発材料３２が加熱容器２１２から筒状発熱体２２１へ流入する量を調節することができる。溶融した蒸発材料３２の流入量を調節することにより、蒸発材料３２の蒸発量を調節できる。
降下用柱状体２２４は、上下可動軸２２７を、駆動機構（図示せず）、例えばウォームとウォーム歯車やネジ機構、或いはカム機構を組み合わせることによって上下に移動することができる。
なお降下用柱状体２２４の先端の形状は、前記したように半球状或いは平らであってもよい。
【実施例６】  第６図は、第２図の蒸発部２２の側面に噴射部を設けた蒸発源装置の実施例を示す。
第６図の蒸発源装置は、筒状発熱体２２１の側面に水平の噴射部２３を設けてある。
噴射部２３は、通電可能な筒状発熱体２３１、噴射用開口２３４からなり、筒状発熱体２３１は、電極２３２，２３３を備えている。両電極に電圧を印加すると電流が筒状発熱体２３１に流れて発熱する。噴射部２３は、滞留部２１、蒸発部２２と独立して加熱温度を制御できるから、筒状発熱体２３１の温度を独自に所定の温度に設定できる。筒状発熱体２３１の材料には、グラファイトを用いる。
蒸発部２２の蒸発空間２２３に充満した蒸発材料の蒸気は、筒状発熱体２３１へ移動し、筒状噴射用開口２３４から基板６１に向かって噴射される。
第６図の噴射用開口２３４は、筒状発熱体２３１の真上（筒状発熱体２３１の軸と直交する上方向）に向いているが、真下、斜め上、斜め下に向けることもできる。即ち第６図の場合には、噴射用開口２３４を、筒状発熱体２３１の周囲の全方向に向けることができるから、基板６１の設置場所を任意に設定できる。
【実施例７】  第７図は、第６図の噴射部２３の筒状発熱体２３１の噴射用開口例を示す。
第７図（ａ−１），（ａ−２）は、筒状発熱体２３１に２個のノズル２３５を設けた例であり、第７図（ａ−２）は、第７図（ａ−１）のＸ１方向の平面図である。
第７図（ｂ−１），（ｂ−２）は、筒状発熱体２３１に２個のスリット２３６を設けた例であり、第７図（ｂ−２）は、第７図（ｂ−１）のＸ２方向の平面図である。
噴射用開口をノズル２３５にするか、スリット２３６にするかは、蒸発材料の蒸気の噴出量や加工の容易さを考慮して選定する。ノズル２３５やスリット２３６の個数は、２個に限らず、基板に向けられる蒸気の総噴射量を考慮して選定する。ノズル２３５やスリット２３６の開口面積も同様である。第７図のノズル２３５やスリット２３６は、筒状発熱体２３１の軸方向に平行するように並置してあるが、筒状発熱体２３１の軸方向と直交するように並置することもできる。
第６図の蒸発部２２の蒸気の量が十分得られる場合には、筒状発熱体２３１を長くし、多数のノズル２３５やスリット２３６を設けることもできる。
【実施例８】  第８図は、粒状又は粉状の蒸発材料の溶融部を設けた蒸発源装置の実施例を示す。
第８図の蒸発源装置は、滞留部２１の上部に溶融部２４を配置してある。
溶融部２４は、上部が広く下部が狭い構造（漏斗状）で、蒸発材料の補充用開口２１５を介して滞留部２１の加熱容器２１２に連結されている。溶融部２４は、通電可能な筒状発熱体２４１とその内部に収容する加熱容器２４２によって構成されている。筒状発熱体２４１の材料には、グラファイトを用い、加熱容器２４２の材料には、セラミックを用いる。第８図の滞留部２４の構成は、溶融した蒸発材料３２が導電物質であることを前提にしているが、溶融した蒸発材料３２が電気絶縁体の場合には、筒状発熱体２４１のみであってもよい。
溶融部２４の筒状発熱体２４１と滞留部２１の筒状発熱体２１１は、別体であってもよいし、或いは一体であってもよい。いずれの場合も、電極２１３，２１４は、筒状発熱体２４１と筒状発熱体２１１に共通に設けるが、筒状発熱体２４１と筒状発熱体２１１に別々に設けることもできる。
加熱容器２４２は、筒状発熱体２４１からの伝導熱によって加熱される。筒状発熱体２４１は、上部が広く下部が狭くなっているから、下部ほど電気抵抗が大きくなり、加熱温度は下部ほど上昇する。
滞留部２１の加熱容器２１２の溶融した蒸発材料３２は、蒸発部２２の筒状発熱体２２１へ降下するにつれて減少するから、その減少分を補充するのが望ましい。
そこで第８図の蒸発源装置は、粒状又は粉状の蒸発材料３３を、蒸発材料の補充用開口２４３から加熱容器２４２へ供給し、加熱容器２４２内で溶融し、溶融した蒸発材料３２を、補充用開口２１５から加熱容器２１２へ補充する。補充用開口２４３から補充する蒸発材料３３の量は、加熱容器２１２の蒸発材料３２の減少量と略同じに設定する。
滞留部２１の加熱容器２１２の温度は、補充用開口２１５から補充される蒸発材料の温度の影響を受け易いが、第８図の場合、加熱容器２１２の蒸着材料３２は、加熱容器２４２から溶融した状態で供給されるから、蒸発材料３３の補充による影響を受けない。
【実施例９】  第９図は、線状又は帯状の蒸発材料の溶融部を設けた蒸発源装置の実施例を示す。
第９図の蒸発源装置は、溶融部２４の上部に、銅の線状又は帯状の蒸発材料３１を巻いたドラム４１を配置してある。溶融部２４、滞留部２１、蒸発部２２の構成は、第８図の蒸発源装置と同じである。
ドラム４１は、溶融部２４の上部に配置した架台（図示せず）に装着され、駆動機構（図示せず）により所定の速度で回転して、蒸発材料３１を繰り出す。繰り出された蒸発材料３１は、プーリ４２、摩擦車４３等を介して蒸発材料の補充用開口２４３から加熱容器２４２内へ供給され、加熱容器２４２に接触して溶融し、液状の蒸発材料３２になる。
蒸発材料３１がドラム４１から繰り出される速度は、蒸着の当初、溶融した蒸発材料３２が加熱容器２１２へ降下する量よりも多くなるように設定し、加熱容器２４２内に溶融した蒸発材料３２が所定量溜まると（所定の高さになると）、その後は、加熱容器２４２に滞る量と加熱容器２１２へ降下する量とがバランスするように前記の繰り出し速度を設定する。
【実施例１０】  第１０図は、第８図の蒸発源装置において、銅の粒状又は粉状の蒸発材料を溶融部へ供給するホッパーを設けた蒸発源装置の実施例を示す。
第１０図の蒸発源装置は、溶融部２４の上部にホッパー５１を配置してある。溶融部２４、滞留部２１、蒸発部２２の構成は、第８図の蒸発源装置と同じである。
ホッパー５１は、粒状又は粉状の蒸発材料３３を貯蔵している。回転機構５３によってホッパー５１内のスクリュウ５２を所定の速度で回転すると、蒸発材料３３は、溶融部２４の加熱容器２４２へ落下する。スクリュウ５２の回転速度を変えることにより、加熱容器２４２へ落下する蒸発材料３３の量を制御できる。
【実施例１１】  第１１図は、本願発明の実施例に係る蒸発源装置の全体的構成を示す。なお真空蒸着装置として一般的に必要な、例えば、真空槽（室）、蒸発源装置の固定手段、熱シールド手段、電流供給手段等は、省略してある。
第１１図の蒸発源装置は、蒸発材料３１を巻いたドラム４１、溶融部２４、滞留部２１、蒸発部２２、噴射部２３からなり、溶融部２４と滞留部２１の内部は、蒸発材料の補充用開口２１５を通じ、また滞留部２１と蒸発部２２の内部は蒸発材料の降下用開口２１６を通じて連結されている。各部の構成は、前記各実施例で説明した通りである。
溶融部２４、滞留部２１、蒸発部２２、噴射部２３の筒状発熱体２４１，２１１，２２１，２３１の材料には、グラファイトを用い、抵抗加熱によって蒸発材料を加熱する。グラファイトは、入手し易く、加工も容易である。溶融部２４、滞留部２１の加熱容器２４２，２１２の材料には、セラミックを用い、蒸発部２２の降下用柱状体２２４の材料には、アルミナ、セラミックを用いる。降下用柱状体２２４の表面は、梨地等の凹凸が施されている。噴射部２３の筒状発熱体２３１には、基板６１へ気化した蒸発材料を噴射するノズル２３５を２個設けてある。
線状又は帯状の蒸発材料３１は、例えば、銀、アルミニウム、金、銅等の金属、金属シリコン等の無機材料、或いは有機材料等を用いることができる。粒状又は粉状の蒸発材料についても同様である。
ここで蒸発材料３１が銅線の場合の各部の特性と第１１図の蒸発源装置の操作について説明する。
銅は、融点は１０８４℃、約１トル（１３３Ｐａ）の蒸気圧を得るための温度は１６１７℃である。降下用柱状体２２４のアルミナやセラミックは、銅が蒸発して気化する温度に耐え、銅との化学反応もなく、電気絶縁体であるから、降下用柱状体２２４の材料として適している。
蒸発材料３１の銅線は、ドラム４１から連続的に或いは断続的に繰り出され、溶融部２４の加熱容器２４２へ供給される。
溶融部２４、滞留部２１、蒸発部２２、噴射部２３は、各部の筒状発熱体２４１，２１１，２２１，２３１の電極２１３と２１４、２１４と２２２、２３２と２３３に電圧を印加すると、それらの筒状発熱体に電流が流れて発熱し、各部において必要な温度に加熱される。例えば溶融部２４と滞留部２１は、銅の溶融温度１０８４℃に、蒸発部２２と噴射部２３は、銅の気化温度１６１７℃に加熱する。
蒸着作業は、前もって蒸発材料３１を巻いたドラム４１を架台（図示せず）に装着し、降下用柱状体２２４を上昇させて、加熱容器２１２の降下用開口２１６を塞ぎ、真空槽（図示せず）を所定の真空度まで排気する。真空槽の真空度が所定値に達すると、溶融部２４、滞留部２１の筒状発熱体２４１，２１１に通電して加熱し、所定の温度（銅の溶融温度１０８４度、銅の気化温度１６１７℃）まで昇温する。所定の温度に達すると、ドラム４１を駆動して蒸発材料３１を繰り出す。なおドラム４１の回転速度は、予め蒸発材料３１の溶融速度、降下速度、蒸発速度を確認しておき、それらを考慮して蒸発材料３１の繰り出しに必要な速度に設定する。
繰り出された蒸発材料３１は、溶融部２４の加熱容器２４２の蓋部２４４の開口から加熱容器２４２内へ供給されて溶融し、溶融した蒸発材料３２は、補充用開口２１５から滞留部２１の加熱容器２１２へ供給され、加熱容器２１２に滞留する。加熱容器２１２の蒸発材料３２が、所定量になると、蒸発部２２、噴射部２３の筒状発熱体２１１，２３１に通電して銅の気化温度まで加熱する。次いで降下用柱状体２２４を所定の位置まで下げて加熱容器２１２の降下用開口２１５を開く。加熱容器２１２の蒸発材料３２は、降下用開口２１５から流れ出し、降下用柱状体２２４の表面を伝って降下する。その降下の過程で蒸発材料３２は、筒状発熱体２２１の放射熱を受け取って蒸発し、蒸発材料３２の蒸気が、蒸発空間２２３に充満し、噴射部２３の筒状発熱体２３１にも充満して圧力が上昇する。圧力が十分高くなると、蒸発材料３２の蒸気がノズル２３５から基板６１へ向かって噴射される。以後蒸発材料３１の供給量と溶融した蒸発材料３２の蒸発量とは、均衡するから、安定した蒸気の噴射を継続できる。なお降下用柱状体２２４の上下動は、上下可動軸２２７を上下駆動部２５１により上下させて行う。
本実施例は、この状態でスプラッシュを発生することなく蒸気の噴射を続けることができた。また蒸発材料３１から発生する不要なガスは、溶融部２４において取り除かれるから、ノズル２３５から噴射される蒸気には含まれない。
蒸着を停止するときは、まずドラム４１の蒸発材料３１の繰り出しを停止する。その繰り出しが停止することにより、溶融部２４と滞留部２１の溶融した蒸発材料３２は、なくなっているか、ごく少量残るのみであるから、温度が降下して生じる熱収縮の差に起因する破損を防止できる。次いで降下用柱状体２２４を上昇させて、加熱容器２１２の降下用開口２１６を塞ぐ。この状態で所定時間（例えば２０秒間）加熱を継続すると、蒸発部２２に残った蒸発材料３２は噴射してしまうため、前記と同様に熱収縮の差に起因する破損を防止できる。その後各部の筒状発熱体の通電を停止する。
次の蒸着作業を開始するときは、ドラム４１に残った蒸発材料３１の量を確認し、必要な場合には補充して、前記の手順で開始する。
本実施例の蒸発源装置は、従来の第１２図、第１３図の密封型蒸発源装置のように、蒸発材料の補充の際、ルツボを分解して蒸発材料を補充し、再度ルツボを組み立てる等の作業が必要でないから、蒸着作業の段取りは、簡単になり短時間で終了できる。また本実施例の蒸発源装置は、蒸発材料の蒸発量が画期的に大きくなり、かつ蒸発材料を連続的に補充できるから、大量の蒸着を連続的に高速で行うことが可能になる。第１１図の蒸着源装置を数個並置すれば、さらに大量高速の蒸着が可能になる。
本実施例の蒸発源装置の場合、蒸発部２２の蒸発材料３２は、筒状発熱体２２１の内面に接触することなく、降下用柱状体２２４の表面を伝って降下するから、筒状発熱体２２１によって直接加熱されることなく（伝導熱によって加熱されることなく）、筒状発熱体２２１の放射熱によって加熱される。また蒸発材料３２は、降下用柱状体２２４の表面を膜状になって降下する。したがって降下用柱状体２２４の表面を降下する蒸発材料３２は、局部的に急激に加熱されることなく均一に加熱されて表面から蒸発し、蒸発空間２２３へ放出される。したがって蒸発材料３２が蒸発するとき、蒸発材料３２の一部が液状のまま蒸発空間２２３へ飛散し、いわゆるスプラッシュを発生することがない。
また蒸発部２２の蒸発材料３２は、降下用柱状体２２４の表面に広がって降下するから、表面積が大きくなり、かつ降下速度が遅くなるから、蒸発量が大きくなる。また蒸発材料３２の降下速度が遅くなるから、筒状発熱体２２１を短くすることができ、蒸発源装置を小型化できる。
【実施例１２】  第１２図は、第２図の降下用柱状体のかわりに滞留部に降下用開口の開口面積を調節する調節部を設けた蒸発源装置の断面図を示す。
第１２図（ａ）は、調節部が最上部まで上がった状態を示し、第１２図（ｂ）は、調節部が最下部まで下がった状態を示す。
第１２図の蒸発源装置は、滞留部２１の内部に、降下用開口２１６を間に挟んで降下用柱状体２２４と対向する開閉調節弁（調節部）７１を設けてある。降下用柱状体２２４は、底面部材２２６に固定してある。開閉調節弁７１には、溶融物質に反応せず、また溶融温度にたえる材質を選択するが、例えば溶融物質が銅ならば、アルミナが使える。開閉調節弁７１は、降下用開口２１６を封鎖又は狭めることができる大きさ又は形状を有しており、上下に移動して、降下用開口２１６の開口面積を調整する。
第１２図（ａ）の場合、溶融した蒸発材料３２は、加熱容器２１２の降下用開口２１６から流れ出し、降下用柱状体２２４の表面を伝って降下する。一方第１２図（ｂ）の場合、開閉調整弁７１の先端は、降下用開口２１６を塞いで、溶融した蒸発材料３２が降下用開口２１６から流れ出すのを停止している。開閉調整弁７１の上下に移動する位置を、例えば第１２図（ａ）と第１２図（ｂ）の間で調節することにより、溶融した蒸発材料３２が加熱容器２１２から筒状発熱体２２１へ流入する量を調節することができる。溶融した蒸発材料３２の流入量を調節することにより、蒸発材料３２の蒸発量を調節できる。
開閉調整弁７１は、その他端を、駆動機構（図示せず）、例えばウォームとウォーム歯車やネジ機構、或いはカム機構を組み合わせることによって上下に移動することができる。
なお開閉調整弁７１の先端の形状は、円錐状の例について説明したが、半球状或いは平らであってもよい。
また、開閉調整弁７１の移動する上限の位置は、第１２図（ａ）では滞留部２１の蒸発材料３２の中にある例を示したが、滞留部２１の蒸発材料３２の外にあっても、滞留部２１の外部にあってもよい。
【実施例１３】  第１３図は、第１図の滞留部に降下用開口の開口面積を調節する調節部を設けた蒸発源装置の実施例を示す。
第１３図の蒸発源装置は、滞留部２１の内部に、降下用開口２１６と対向する開閉調節弁（調節部）７１を設けてある。
開閉調節弁７１の上下に移動する位置を調節することにより、溶融した蒸発材料３２が加熱容器２１２から筒状発熱体２２１へ流入する量を調節することができる。溶融した蒸発材料３２の流入量を調節することにより、蒸発材料３２の蒸発量を調節できる。
【実施例１４】  第１４図は、第１２図の降下用柱状体を回転させた蒸発源装置の実施例を示す。
第１４図の蒸発源装置は、降下用柱状体２２４に回転軸２２８を設けてある。回転軸２２８は、底面部材２２６に嵌めてある。
降下用柱状体２２４は、回転軸２２８を、駆動機構（図示せず）によって回転することができる。
第１４図の場合、溶融した蒸発材料３２は、加熱容器２１２の降下用開口２１６から流れ出し、降下用柱状体２２４の表面を伝って降下する。その際、降下用柱状体２２４をゆっくり３６０度回転させれば、降下用柱状体２２４の中心軸が降下用開口２１６の中心軸からずれていた場合や、降下用柱状体２２４の中心軸が降下用開口２１６の中心軸から見て傾いていた場合でも、蒸発材料３２の流れのバラツキを打ち消すか、減少させることができる。降下用柱状体２２４の回転速度は、遠心力によって蒸発材料３２が表面から離れないように低く抑制しなければならない。
なお、他の実施例の降下用柱状体２２４についても、上下移動だけでなく回転させることができる。
【実施例１５】  第１５図は、第２図の降下用柱状体のかわりに、他の降下用柱状体を設けた蒸発源装置の断面図を示す。第１５図では、溶融した蒸発材料３２と発生した蒸気の図示を省略してある。また、降下用柱状体２２４は、底面部材２２６に固定してある。
第１５図の蒸発源装置は、降下用柱状体２２４の表面にらせん状の溝（凸部）２６１を形成している。このらせん状の溝は、降下用柱状体２２４の表面に形成された谷部と山部より構成されており、その山部をらせん状の溝２６１として図示している。また、降下用柱状体２２４の頭部の形状を凹状（中が窪んでいる状態）に形成している。すなわち、降下用柱状体２２４の頭部に凹状部（滞留部）２１９を形成している。この凹状部２１９は、降下用開口２１６に対向している。さらに、降下用柱状体２２４の表面のらせん状の溝２６１の上端部を、降下用柱状体２２４の頭部から降下用開口２１６の側へ突出させている。
第１５図の場合、溶融した蒸発材料は、加熱容器２１２の降下用開口２１６から流れ出し、降下用柱状体２２４の頭部の凹状部２１９に滞留する。滞留した蒸発材料は、凹状部２１９に満ち溢れると、そこから外部へ流れ出し、蒸発材料の流入量を調節することにより、降下用柱状体２２４の表面のらせん状の溝２６１に沿って降下する。
第１５図の場合、降下用柱状体２２４のらせん状の溝２６１を、降下用柱状体２２４の頭部から降下用開口２１６の側へ突出させているため、溶融した蒸発材料が、降下用柱状体２２４の凹状部２１９から流れ出す方向を規制できる。
また、らせん状の溝２６１を頭部から突出させる代わりに、降下用柱状体２２４の凹状部２１９の一部（外周部）に切り欠きを形成して、その切り欠きから溶融した蒸発材料を流出させることにより、溶融した蒸発材料の流れ出す方向を規制することができる。
なお降下用柱状体２２４の頭部の形状は、凹状の例について説明したが、平ら（すなわち、平坦部を形成している）であってもよい。また、降下用柱状体２２４の頭部の表面は、平滑な例について説明したが、ナシ地等であってもよい。
ここで、降下用柱状体の頭部の形状について、さらに説明を加える。
例えば第２図の場合のように、（液状の蒸発材料を降下させる）降下用開口の大きさを０から最大まで調整するうえでは、降下用柱状体の頭部の形状は円錐状または半球状（総称して凸状）が望ましい。しかし、全ての場合に降下用開口の大きさを調整しなければならないわけではない。すなわち、降下用開口は、一定の大きさで実用上差し支えない場合も多い。その場合は、降下用柱状体の頭部の形状が平坦ないし凹状の方が降下面積を大きくしやすい。
また、降下用柱状体の頭部の形状が凸状では、降下する液状の蒸発材料（液体）が中心から外れやすく、従って液体が降下用柱状体の一部に偏って降下する。その結果、液体の降下速度が速くなり、その分降下距離を長くとる必要がある。しかし降下用柱状体の頭部の形状が平坦ないし凹状では、液体の降下表面が薄く広がりやすく、降下速度も遅れるので、降下距離を長くしなくてもよく、液体の気化に到る時間が短い。
【実施例１６】  第１６図は、第１５図の降下用柱状体２２４の実施例である。
第１６図（ａ）は、第１５図の降下用柱状体２２４の部分拡大断面図を示す。
第１６図（ｂ）〜第１６図（ｄ）は、第１６図（ａ）の降下用柱状体２２４の変形例を示しており、降下用柱状体２２４はらせん状の溝（らせん状の溝の凸部）２６２，２６３，２６４の形状によって溶融した蒸発材料の流れを規制する。
第１６図（ａ）のらせん状の溝２６１は、長方形等の方形の断面形状を有している。
これに対して、第１６図（ｂ）のらせん状の溝２６２は、Ｌ字形（逆Ｌ字形）の断面形状を有し、第１６図（ｃ）のらせん状の溝２６３は、平行四辺形又はひし形の断面形状を有し、第１６図（ｄ）のらせん状の溝２６４は、鍵爪形の断面形状を有し、いずれも降下用柱状体２２４との間に溶融した蒸発材料３２の流路（凹部）２６５を形成している。
第１６図（ｂ）〜（ｄ）の降下用柱状体は、いずれもらせん状の溝の断面形状を特殊な形状にすることによって、蒸発材料の流れを規制することができる。
なお第１６図の降下用柱状体のらせん状の溝の断面形状は、蒸発材料の流れを規制することができれば、他の断面形状であってもよい。例えば、蒸発材料３２の流路は、らせん状の溝を凹字状に形成する等により、らせん状の溝のみに形成することもできる。
ここで、らせん状の溝の断面形状について、さらに説明を加える。
液状の蒸発材料（液体）の流動性が大きい場合、その降下距離を長くとる一つの方法は、降下用柱状体のらせん状の溝に沿って降下させることである。しかし物質の運動は、特別に障害がない場合は直線状であり、液体がらせん状の溝に沿って降下する場合は遠心力として作用する。このため、らせん状の溝に沿って降下する液体は、らせん状の溝から脱落する場合がある。これを避ける方法は、らせん状の溝（山部）の外側を、降下する液体が溝から落下しないように、内側よりも相対的に高くすることである。すなわち、らせん状の溝を構成する山部の上面の外径側近傍に凸部を形成するか、または、山部の上面の高さが外径側で高くなるように形成することである。この形状は色々考えられるが、降下用柱状体の軸径やピッチ等を考慮した上で、加工上経済的な方法を採用すればよい。
なお、山部の上面の外径側近傍とは、その上面の最外部分だけでなく、その最外部分から内側に入った場所、例えば中間部分等を含むものである。
また、らせん状の溝の山部断面は、上面，側面，下面を有しており、そのうち降下用柱状体の頭部方向にある面を上面、筒状発熱体の内表面に対面する面を側面、降下用柱状体の底面部材の方向にある面を下面と呼んでいる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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