(57)【要約】【課題】成膜品質の低下を引き起こす現象を発生させることなく、材料の供給を可能にする。【解決手段】材料１ｃを減圧成膜室６内に材料供給室３を経て供給する際、前記材料１ｃを加熱して該材料１ｃに含まれる水分を除去し、かつ前記材料１ｃの温度を該材料１ｃの吸湿が発生する温度以上かつ前記材料供給室３の耐熱温度以下に保つ。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を減圧成膜室内に材料供給室を経て供給する材料供給方法であって、前記材料を加熱して前記材料に含まれる水分を除去し、前記材料供給室に前記材料を供給する際に、前記材料の吸湿が発生する温度以上かつ前記材料供給室の耐熱温度以下に保つことを特徴とする材料供給方法。
【請求項２】
材料を加熱して前記材料に含まれる水分を除去する温度は、３００℃乃至１０００℃であることを特徴とする請求項１記載の材料供給方法。
【請求項３】
材料供給室に材料を供給する際の前記材料の温度は、１９０℃以上かつ前記材料供給室の耐熱温度以下であることを特徴とする請求項１または２記載の材料供給方法。
【請求項４】
材料は、金属ハロゲン化物，金属水酸化物，金属酸化物，金属硫化物のいずれかからなることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の材料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学薄膜あるいは表面保護膜の製造など、機能性薄膜を形成する減圧成膜技術に係り、特に材料を減圧成膜室内に供給する材料供給方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の減圧成膜方法として、例えば特許文献１に開示されたものを例示することができる。
【０００３】
図５（ａ）〜（ｄ）を参照して従来技術について説明すると、まず図５（ａ）に示すように、材料１０１ａをマッフル炉１０２に導入し、例えば５００℃に昇温することで水分を除去した材料１０１ｂとする。次に図５（ｂ）に示すように、水分が除去された材料１０１ｃを、１５０℃まで降温して材料供給室１０３に供給する。材料供給室１０３は、上下の開口部がそれぞれ開閉可能な蓋１０４，１０７によってシールされ、真空ポンプ１０５で排気されて真空となる（図５（ｃ））。
【０００４】
その後、材料１０１ｃは、真空ポンプ１０８で排気された減圧成膜室１０６のるつぼ１１０に材料投入用シューター１０９を介して導入される。この状態で電子銃１１１などのエネルギー源によって、材料１０１ｃを高エネルギー状態とすることにより、基板１１２に対する成膜が行われる。図５（ｄ）に示すように、材料１０１ｃは連続して供給される。
【０００５】
図６は図５における材料の温度変化および圧力変化の説明図である。まず領域ａではマッフル炉１０２にて所定の温度まで材料１０１ｂを昇温し、扱いやすい温度まで降温する。その後、領域ｂでは一定温度に保持し、領域ｃでは材料供給室１０３に供給する。その後、領域ｄでは真空引きを行った減圧成膜室１０６に導入される。
【０００６】
図５および図６に示すように、材料を事前に所定の温度に加熱することにより、材料に吸着された水分を除去することができる。このように水分を事前に除去することよって、減圧成膜室内への水分の導入を防ぐことができ、減圧成膜室内の圧力上昇、あるいは減圧成膜室内のガス成分の変化など、成膜品質の低下につながる現象を抑制することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１９９０５０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５および図６に示した従来の技術では、材料に吸着した水分が十分に除去できないという問題があった。すなわち、従来の技術では、大気中から真空チャンバである材料供給室１０３に材料を導入する際、再吸湿が発生していた。
【０００９】
つまり、図６における領域ａにて材料から水分を除去することができるが、領域ｃにおいて材料を材料供給室に導入する前に、材料供給室のシール機構に加熱による損傷を与えないように、材料の温度を降温させる必要があった。そのため、降温中に大気中の水分と材料とが反応して、減圧成膜室に導入される際に材料が吸湿していた。そして、これが原因して成膜品質の低下を引き起こす現象が発生していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点に鑑み、成膜品質の低下を引き起こす現象を発生させることなく、材料の供給を行うことができる材料供給方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る材料供給方法は、材料を減圧成膜室内に材料供給室を経て供給する材料供給方法であって、前記材料を加熱して前記材料に含まれる水分を除去し、前記材料供給室に前記材料を供給する際に、前記材料の吸湿が発生する温度以上かつ前記材料供給室の耐熱温度以下に保つことを特徴とする。
【００１２】
また、前記材料を加熱して該材料に含まれる水分を除去する温度は、３００℃乃至１０００℃であることが望ましい。
【００１３】
また、前記材料供給室に材料を供給する際の前記材料の温度は、１９０℃以上かつ前記材料供給室の耐熱温度以下であることが望ましい。
【００１４】
また、前記材料は、金属ハロゲン化物，金属水酸化物，金属酸化物，金属硫化物のいずれであってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の材料供給方法に係る実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１６】
図１（ａ）〜（ｄ）において、１ａ，１ｂ，１ｃは材料、２は材料１ｂを大気環境中で加熱するマッフル炉、３は材料供給室、４，７は、パッキング４ａ，７ａなどからなる真空シール機構を具備し、材料供給室３の上下の開口部を開閉する開閉部材である蓋体、５は材料供給室３に設けられた真空ポンプ、６は減圧成膜室、８は減圧成膜室６に設けられた真空ポンプ、９は材料１ｃをるつぼ１０に投入する材料投入用シューター、１１は電子銃、１２は薄膜処理対象の基板、１３は材料供給室３における下部の蓋体７に設けられて材料１ｂを受ける断熱部材である。
【００１７】
本実施形態では、まず図１（ａ）に示すように、材料１ａをマッフル炉２に導入し、例えば５００℃に昇温することで水分を除去した材料１ｂとする。次に図１（ｂ）に示すように、水分が除去された材料１ｃを材料供給室３に導入する。このとき、材料供給室３内には断熱部材１３が設置されているため、蓋体４，７におけるパッキング４ａ，７ａなどからなる真空シール機構を損傷させることなく、材料１ｃを高温のまま材料供給室３に導入することができる。そして材料供給室３は、蓋体４，７によって上下の開口部がシールされ、かつ真空ポンプ５で排気されて真空となる（図１（ｃ））。
【００１８】
その後、材料１ｃは、真空ポンプ８で排気された減圧成膜室６のるつぼ１０に材料投入用シューター９を介して導入される。この状態で電子銃１１などのエネルギー源によって、材料１ｃを高エネルギー状態とすることにより、基板１２に対する成膜が行われる。なお、図１（ｄ）に示すように、材料１ｃは連続して供給される。
【００１９】
図２は図１における材料の温度変化および圧力変化の説明図である。まず領域ａではマッフル炉２にて所定の温度まで材料１ｂを昇温し、扱いやすい温度まで降温する。その後、領域ｂでは一定温度に保持し、領域ｃでは材料供給室３に供給する。その後、領域ｄでは真空引きを行った減圧成膜室６に導入される。ここで、領域ｂおよびｃでは、断熱部材１３によって真空シール機構が断熱されて保護されるため、材料１ｃを２５０℃という高温に保ったまま材料供給室３に導入することができる。
【００２０】
図３は図１および図２に示した材料供給装置による材料供給法によって減圧成膜処理を行った際の減圧成膜室６内における圧力変化を従来例と比較して示した説明図である。
【００２１】
図３における（ａ）は図５に示す従来例の装置構成によって、材料を１５０℃まで降温した後、電子ビームを照射して成膜を開始したときの減圧成膜室の圧力変化を示している。この図３における（ａ）では成膜を開始してから０．５時間は圧力の上昇が観察されている。このことは、材料に水分が吸着していたために、電子ビームの照射とともに材料が高温となり水分を放出したことによる現象と考えられる。
【００２２】
一方、図３における（ｂ）は、図１および図２による材料の供給装置と方法によって材料を２５０℃まで降温した後、成膜を行ったときの成膜時の圧力変化を示しているが、圧力の上昇は大きくなく、また短時間で圧力が一定となっている。このことから、図１および図２による材料の供給装置および方法を用いることによって、材料を吸湿させることなく減圧成膜室に導入することができると考えられる。
【００２３】
図４は、従来例の方法と本実施形態の方法によって、それぞれ材料を供給した際の材料の重量変化を熱重量分析（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｇｒａｖｉｔｙ：ＴＧ）にて行った分析の結果を示す説明図である。
【００２４】
図４における（ａ）の従来例では、昇温によって減少した材料の重量が、降温されて２００℃以下になると急激に増加している。このことは、この材料が２００℃以下では吸湿することを示している。
【００２５】
ここで、吸湿の発生は、材料の重量が１０％以上増加することで、吸湿が発生したと判断している。
【００２６】
一方、図４における（ｂ）の本実施形態では、昇温によって減少した重量は保たれたままとなっている。このことから、吸湿が起こる温度以下に材料を降温しなければ吸湿は起こらず、成膜品質を低下させる不良現象が発生しないことが分かる。
【００２７】
また、このようにして様々な材料を調査した結果、吸湿が発生する温度は２５０℃以下の物質がほとんどであり、材料を減圧するまでの間は２５０℃以上に保つことにより、吸湿はほとんど起こらないと考えられる。また、装置構成の観点からすると、パッキング４ａ，７ａの耐熱温度として２００℃程度のものが多く、１９０℃での吸湿が顕著でないことから、１９０℃以上の温度に材料を保つことで吸湿を低減させることが可能となる。一方、材料から水分を除去するための温度は、それより高い３００℃以上であることが望ましいが、マッフル炉２の耐久性の観点から１０００℃以下にて処理を行うことが望ましい。
【００２８】
前記本実施形態において、減圧成膜室６の圧力は、通常成膜を行うことが可能な１０−５Ｐａ以上であればよいが、吸湿性という観点からすれば高圧力では水分が存在するため、１Ｐａ以下の圧力にて成膜を行うことが望ましい。
【００２９】
また、本実施形態では、材料の減圧成膜室６への導入のための材料供給室が１段の構成についてのみ述べたが、材料の降温は１Ｐａ以下の圧力にて行われれば吸湿が発生しないため、材料供給室３にヒータなどを設置して２段階降温にするなど、減圧成膜室６と接していなくても１Ｐａ以下で材料を導入することができるような構成であればよく、温度が２５０℃以上に保たれていればよい。
【００３０】
また、本実施形態で述べた材料としては、塩化カルシウム，水酸化ナトリウム，酸化マグネシウム，硫化ナトリウムなど吸湿性のある材料であれば効果が得られ、金属ハロゲン化物，金属水酸化物，金属酸化物，金属硫化物などいずれにも適用可能である。
【００３１】
また、本実施形態において２５０℃という高温の材料を材料供給室３に投入するため、材料供給室３のパッキング４ａ，７ａなどからなる真空シール機構は２００℃乃至３００℃の耐熱性を有すればなおよく、そのために真空シール機構、それを具備する蓋体４，７を適宜冷却することが効果的である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の材料供給方法によれば、材料を減圧成膜室に供給する前の材料における吸湿を防ぐことができるため、成膜時に発生する成膜品質低下を引き起こす圧力上昇、成膜室への水分導入などの不具合を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の材料供給方法に係る実施形態の構成を説明するための説明図
【図２】本実施形態における材料における温度変化−圧力変化の説明図
【図３】本実施形態における減圧成膜室内における圧力変化を従来例と比較して示した説明図
【図４】従来例の方法と本実施形態の方法によって、それぞれ材料を供給した際の材料の重量変化をＴＧにて行った分析の結果を示す説明図
【図５】従来例の材料供給方法に係る実施形態の構成を説明するための説明図
【図６】従来例の材料における温度変化−圧力変化の説明図
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ  材料
２  マッフル炉
３  材料供給室
４，７  蓋体
５，８  真空ポンプ
６  減圧成膜室
９  材料投入用シューター
１０  るつぼ
１１  電子銃
１２  基板
１３  断熱部材
【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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