(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に薄膜を形成する薄膜の製造装置であって、
真空槽と、
前記支持体を前記真空槽の内部に保持する手段と、
前記真空槽内に配置され、前記支持体の被蒸着面に向けて配置され、第１薄膜材料を保持する電子ビーム蒸発源と、
前記真空槽内に配置され、前記第１薄膜材料を電子ビーム加熱法により加熱し蒸発させるための電子ビームを放出する電子ビーム源と、
前記真空槽内に配置され、前記被蒸着面に向けて配置され、第２薄膜材料を抵抗加熱法により加熱し蒸発させるための抵抗加熱蒸発源とを備え、
前記電子ビーム源より放出された電子ビームが前記電子ビーム蒸発源に到達する経路と、前記抵抗加熱蒸発源と前記被蒸着面とを結ぶ線分とが交差するように、前記電子ビーム蒸発源と、前記電子ビーム源と、前記抵抗加熱蒸発源とが配置されていることを特徴とする薄膜の製造装置。
【請求項２】
前記被蒸着面上の前記薄膜の形成部分に反応性ガスを導入するためのノズルを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造装置。
【請求項３】
前記被蒸着面にバイアス電圧を印加するためのバイアス装置を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造装置。
【請求項４】
前記電子ビーム蒸発源と前記電子ビーム源と前記抵抗加熱蒸発源とが略同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の製造装置。
【請求項５】
前記請求項１〜４に記載の薄膜の製造装置を用いて薄膜を製造する薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記第１薄膜材料がＣｏ、前記第２薄膜材料がＬｉであることを特徴とする請求項５に記載の薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信時代の進展に伴い、薄膜の利用範囲がますます拡大している。これに伴い、薄膜の組成と、薄膜を製造するためのプロセスとについても日々開発がなされている。
【０００３】
代表的な薄膜の製造プロセスとして蒸着法がある。蒸着法を蒸発材料の加熱法からみると、抵抗加熱法と電子ビーム加熱法とが広く実施されている。
【０００４】
一方、薄膜に様々な特性を付与するために、異種材料を異なる蒸発源から同時に蒸発させて同一の被蒸着領域に付着させることにより、所望する組成の薄膜を形成することが出来る。この場合の各材料の加熱方法としては、全てを抵抗加熱法により加熱する方法、全てを電子ビーム加熱法により加熱する方法、抵抗加熱法と電子ビーム加熱法とを混在させる方法、が考えられる。
【０００５】
一般に、電子ビーム加熱法は、コスト高となり、設備は大がかりなものとなる。これに対して、抵抗加熱法は、簡便で低コストであるために工業的量産性に優れる。従って、抵抗加熱法を含むように組み合わせることが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、抵抗加熱法では、蒸着材料を加熱して得た蒸発原子を被蒸着面上に付着させるだけであるのに対して、電子ビーム加熱法では、加熱して得た蒸発原子が電子ビームによりイオン化され活性化される。このため、電子ビーム加熱法によって得た薄膜は、抵抗加熱法によって得た薄膜に比べて、結晶の大きさや緻密度において優れている。従って、異種材料からなる薄膜を形成する場合に、抵抗加熱法を含むように組み合わせると、例えば得られる薄膜の機械的強度が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、第１薄膜材料を電子ビーム加熱法により、第２薄膜材料を抵抗加熱法によりそれぞれ加熱し蒸発させて、第１薄膜材料と第２薄膜材料とを含む薄膜を形成する場合において、抵抗加熱法を用いることによる上記の問題を解決し、簡単かつ低コストに薄膜の機械的強度を改善することが可能な薄膜の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために以下の構成とする。
【０００９】
本発明の薄膜の製造装置は、支持体上に薄膜を形成する薄膜の製造装置であって、
真空槽と、
前記支持体を前記真空槽の内部に保持する手段と、
前記真空槽内に配置され、前記支持体の被蒸着面に向けて配置され、第１薄膜材料を保持する電子ビーム蒸発源と、
前記真空槽内に配置され、前記第１薄膜材料を電子ビーム加熱法により加熱し蒸発させるための電子ビームを放出する電子ビーム源と、
前記真空槽内に配置され、前記被蒸着面に向けて配置され、第２薄膜材料を抵抗加熱法により加熱し蒸発させるための抵抗加熱蒸発源とを備え、
前記電子ビーム源より放出された電子ビームが前記電子ビーム蒸発源に到達する経路と、前記抵抗加熱蒸発源と前記被蒸着面とを結ぶ線分とが交差するように、前記電子ビーム蒸発源と、前記電子ビーム源と、前記抵抗加熱蒸発源とが配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の薄膜の製造方法は、前記薄膜の製造装置を用いた薄膜の製造方法である。
【００１１】
以上の本発明の薄膜の製造方法及び製造装置によれば、抵抗加熱法により加熱され蒸発された第２薄膜材料の蒸気流中に第１薄膜材料を加熱するための電子ビームが通過するので、第２薄膜材料の蒸発原子をイオン化することができる。その結果、形成される薄膜の特性を改善でき、その機械的強度を向上させることができる。また、第２薄膜材料の蒸発原子をイオン化するための新たな装置を必要としないので、構成が複雑化したり、コストが上昇したりすることがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の薄膜の製造装置の一実施の形態を示した概略構成図である。
【００１３】
巻き出しロール１２から巻き出された長尺の帯状の支持体２０が、巻き出し側ガイドロール１４を経て、矢印方向に回転する円筒状のキャンローラ１０の外周面に沿って搬送され、巻き取り側ガイドロール１６を経て巻き取りロール１８に巻き取られる。
【００１４】
キャンローラ１０の下部には、薄膜を形成するための第１薄膜材料を保持する電子ビーム蒸発源４２と、第２薄膜材料を抵抗加熱法により加熱し蒸発させるための抵抗加熱蒸発源４８と、電子ビーム蒸発源４２内の第１薄膜材料を電子ビーム加熱法により加熱し蒸発させるための電子ビーム４５を放出する電子ビーム源４４とがこの順に配置されている。なお、実際には、電子ビーム源４４からの電子ビーム４５を電子ビーム蒸発源４２内の第１薄膜材料に射突させるための磁界付与装置などが必要となるが、図示を省略している。
【００１５】
３０は真空槽、３２は真空槽３０の内部を仕切る隔壁、３４はキャンローラ１０の下部を露出させるために隔壁３２に設けられた開口、３６は真空槽３０内を所定の真空度に維持するための真空ポンプである。また、３８は蒸発原子流中に反応性ガスを導入するためのガスノズル、３９は巻き取り側ガイドロール１６にバイアス電圧を付与するバイアス装置である。
【００１６】
次に、以上のように構成された本発明の薄膜の製造装置の動作を説明する。
【００１７】
支持体２０をキャンローラ１０に沿って搬送させながら、電子ビーム蒸発源４２の第１薄膜材料と、抵抗加熱蒸発源４８内の第２薄膜材料とを、それぞれ加熱し蒸発させる。その結果、第１薄膜材料の蒸発原子と第２薄膜材料の蒸発原子とは開口３４内に露出した支持体２０上に付着して、第１薄膜材料と第２薄膜材料とからなる薄膜を形成することができる。
【００１８】
本発明では、抵抗加熱蒸発源４８を挟むように、電子ビーム蒸発源４２と電子ビーム源４４とが配置されている。従って、電子ビーム源４４からの電子ビーム４５は、抵抗加熱蒸発源４８から放出された第２薄膜材料の蒸気流中、及び電子ビーム蒸発源４２から放出された第１薄膜材料の蒸気流中を順に通過する。これによって、第２薄膜材料の蒸発原子及び第１薄膜材料の蒸発原子がともにイオン化される。このように、本発明では、従来イオン化されることがなかった抵抗加熱蒸発源４８からの第２薄膜材料の蒸発原子をもイオン化することができる。その結果、形成される薄膜の特性を改善でき、例えばその機械的強度を向上させることができる。
【００１９】
抵抗加熱蒸発源４８からの第２薄膜材料の蒸気流中を電子ビーム４５が通過するように、電子ビーム蒸発源４２と電子ビーム源４４と抵抗加熱蒸発源４８とが配置されていれば、これらの配置は図１に示すものに限定されない。但し、図１のように、電子ビーム蒸発源４２と電子ビーム源４４と抵抗加熱蒸発源４８とが略同一平面上に配置されていると、電子ビーム４５が第１薄膜材料の蒸気流中及び第２薄膜材料の蒸気流中を通過させやすくなるので好ましい。
【００２０】
第１，第２薄膜材料は特に限定されず、例えばＬｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃｒなどを用いることができる。形成される薄膜としては、例えば、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＰＯＮ等を例示できる。例えば、第１薄膜材料としてＣｏを、第２薄膜材料としてＬｉを用いることができる。
【００２１】
支持体２０としては、金属箔や樹脂シートが使用される。金属箔としては、ステンレス鋼、銅、ニッケルなどからなる箔を使用することができる。樹脂シートとしては、例えばポリエチレンテレフタレートからなるシートを使用することができる。
【００２２】
また、薄膜材料として金属などを用いる場合には、薄膜形成時に、巻き取り側ガイドロール１６にバイアス装置３９を用いて負電圧（バイアス電圧）を印加することが好ましい。巻き取り側ガイドロール１６は、支持体２０の薄膜が形成された側の面に接触している。従って、導電性を有する薄膜を介して開口３４内にある支持体２０の被蒸着面にも同様の負のバイアス電圧が付与される。この結果、電子ビーム４５によってイオン化された蒸発原子のイオン（例えば金属イオン）が被蒸着面に高エネルギー状態で付着するので、形成される薄膜の強度、緻密度、結晶性などを向上させることができる。なお、被蒸着面にバイアス電圧を印加することができれば、その手段は図１に示す構成に限定されない。例えば、キャンローラ１０にバイアス電圧を印加しても良く、あるいは、支持体２０を導電性材料で構成してこの支持体２０にバイアス電圧を印加しても良い。また、バイアス電圧の極性はイオン化された蒸発原子と逆極性であれば良く、上記のような負極性に限定されない。
【００２３】
また、薄膜の形成時に、ガスノズル３８から反応性ガスを薄膜形成領域に向けて導入することにより、反応蒸着を行なうことができる。本発明では、抵抗加熱蒸発源４８からの第２薄膜材料の蒸発原子もイオン化されるので、反応性ガスとの反応が改善さる。反応性ガスとしては特に限定されないが、酸素、窒素などを用いることができる。
【００２４】
【実施例】
（実施例１）
図１の製造装置を用いて支持体２０上にＮｉ−Ｃｒ薄膜を形成した。形成方法は以下の通りである。
【００２５】
水冷されたキャンローラ１０に沿って、支持体２０として厚さ２０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを走行させた。電子ビーム蒸発源４２内のＣｒを電子ビーム源４４からの電子ビーム４５で加熱するとともに、抵抗加熱蒸発源４８内のＮｉを抵抗加熱した。このとき、ガスノズル３８からの反応性ガスの供給は行なわず、また、バイアス装置３９によるバイアス電圧の印加も行なわなかった。
【００２６】
以上により、Ｎｉ８０％、Ｃｒ２０％の厚さ５μｍのＮｉ−Ｃｒ薄膜を支持体２０上に形成した。
【００２７】
（比較例１）
図２の製造装置を用いて支持体２０上にＮｉ−Ｃｒ薄膜を形成した。図２の装置は、電子ビーム蒸発源４２、電子ビーム源４４、及び抵抗加熱蒸発源４８の配置が異なる以外は図１の装置と同様である。図１の装置と同様の構成要素には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。図２の装置では、電子ビーム源４４からの電子ビーム４５は、抵抗加熱蒸発源４８からの薄膜材料の蒸気流中を通過することなく、電子ビーム蒸発源４２に達する。従って、抵抗加熱蒸発源４８からの蒸発原子がイオン化されることはない。
【００２８】
このような装置を用いて実施例１と全く同一の条件でＮｉ８０％、Ｃｒ２０％の厚さ５μｍのＮｉ−Ｃｒ薄膜を支持体２０上に形成した。
【００２９】
［評価］
実施例１及び比較例１の薄膜の剥離強度を測定した。
【００３０】
測定方法は以下の通りである。薄膜に剃刀にて２ｍｍ間隔で格子状の切り込みを入れる。次いで、薄膜に粘着テープ（「スコッチテープ」住友３Ｍ社の登録商標）を貼り付けた後、粘着テープをゆっくり引き剥がしていく。そのときに、支持体２０から剥離された薄膜の個数（母数を１００とする）を求めた。
【００３１】
結果は、実施例１が剥離個数が１３であったのに対して、比較例１が４５であった。
【００３２】
実施例１では、抵抗加熱法により蒸発したＮｉ原子が電子ビームによってイオン化されるために、剥離強度が向上したと考えられる。
【００３３】
（実施例２）
図１の製造装置を用いて支持体２０上にＬｉＣｏ−Ｏ薄膜を形成した。形成方法は以下の通りである。
【００３４】
水冷されたキャンローラ１０に沿って、支持体２０として厚さ１０μｍのステンレス鋼からなるシートを走行させた。電子ビーム蒸発源４２内のＣｏを電子ビーム源４４からの電子ビーム４５で加熱するとともに、抵抗加熱蒸発源４８内のＬｉを抵抗加熱した。そして、ガスノズル３８から酸素ガスを供給することで反応蒸着を行なった。バイアス装置３９によるバイアス電圧の印加は行なわなかった。
【００３５】
以上により、Ｃｏ：Ｌｉ＝１：１の厚さ２μｍのＬｉＣｏ−Ｏ薄膜を支持体２０上に形成した。
【００３６】
（比較例２）
図２の製造装置を用いて実施例２と全く同一の条件でＣｏ：Ｌｉ＝１：１の厚さ２μｍのＬｉＣｏ−Ｏ薄膜を支持体２０上に形成した。
【００３７】
［評価］
実施例２及び比較例２の薄膜の引っ掻き強度を測定した。
【００３８】
測定方法は以下の通りである。水平面上に薄膜が形成された支持体を固定し、薄膜上に半径１５μｍの触針を荷重を付与して接触させ、触針を振幅１０μｍ、振動数３０Ｈｚで振動させる。触針に付与する荷重を徐々に増加させていき、薄膜に破壊傷が生じたときの荷重を引っ掻き強度とした。
【００３９】
結果は、実施例２が５ｇであったのに対して、比較例２が２ｇであった。
【００４０】
実施例２では、抵抗加熱法により蒸発したＬｉ原子が電子ビームによってイオン化されるために、引っ掻き強度が向上したと考えられる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、抵抗加熱法により加熱され蒸発された第２薄膜材料の蒸気流中に第１薄膜材料を加熱するための電子ビームが通過するので、第２薄膜材料の蒸発原子をイオン化することができる。その結果、形成される薄膜の特性を改善でき、その機械的強度を向上させることができる。また、第２薄膜材料の蒸発原子をイオン化するための新たな装置を必要としないので、構成が複雑化したり、コストが上昇したりすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の薄膜の製造装置の一実施の形態を示した概略構成図である。
【図２】  従来の薄膜の製造装置の一例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１０  キャンローラ
１２  巻き出しロール
１４  巻き出し側ガイドロール
１６  巻き取り側ガイドロール
１８  巻き取りロール
２０  支持体
３０  真空槽
３２  隔壁
３４  開口
３６  真空ポンプ
３８  ガスノズル
３９  バイアス装置
４２  電子ビーム蒸発源
４４  電子ビーム源
４５  電子ビーム
４８  抵抗加熱蒸発源
【図１】
0004181332.tif 000002
【図２】
0004181332.tif 000003