特許 6771887 蒸発源および巻取式真空蒸着装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6771887

(24)【登録日】2020年10月2日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】蒸発源および巻取式真空蒸着装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/24 20060101AFI20201012BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/24 A

   C23C14/24 B

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-247915(P2015-247915)

(22)【出願日】2015年12月18日

(65)【公開番号】特開2017-110284(P2017-110284A)

(43)【公開日】2017年6月22日

【審査請求日】2018年10月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100117330

【弁理士】

【氏名又は名称】折居 章

(74)【代理人】

【識別番号】100160989

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 正好

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100168745

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 彩子

(74)【代理人】

【識別番号】100170346

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 望

(74)【代理人】

【識別番号】100176131

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100197398

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 絢子

(74)【代理人】

【識別番号】100197619

【弁理士】

【氏名又は名称】白鹿 智久

(72)【発明者】

【氏名】飯島 栄一

(72)【発明者】

【氏名】廣野 貴啓

【審査官】 今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−２９２６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１２４８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１４８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０７２００５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸発材料を収容可能な収容部と、前記収容部に収容された蒸発材料の蒸気を放出する円形状の開口部が形成された開口端部とを有するルツボと、
前記ルツボの周囲に配置され、前記ルツボに渦電流、または、前記ルツボ及び前記ルツボ内の導電性の前記蒸発材料に渦電流を発生させる誘導加熱用のコイルと、
前記開口部の外周側に前記開口端部に対向して配置され、断熱性を有する材料で構成され、前記コイルからの誘導磁束が形成する渦電流の流れる回路が前記ルツボにおいて前記コイルからの誘導磁束が形成する渦電流の流れる回路よりも高い抵抗値を有し、前記開口部の開口径よりも大きな内径を有する環状の板材で構成された第１のシールド部材と
を具備する蒸発源。

【請求項2】

請求項１に記載の蒸発源であって、
前記ルツボは、金属からなる
蒸発源。

【請求項3】

請求項１または２に記載の蒸発源であって、
前記開口部の外周側に前記第１のシールド部材を介して前記開口端部に対向して配置され、断熱性を有する材料で構成された環状の第２のシールド部材をさらに具備する
蒸発源。

【請求項4】

請求項３に記載の蒸発源であって、
前記第１のシールド部材は、前記第２のシールド部材と前記ルツボとの間に配置され、
前記第２のシールド部材は、前記第１のシールド部材よりも高い固有抵抗を有し、前記第２のシールド部材の開口部の開口径は、前記第１のシールド部材の開口部の開口径よりも大きな内径を有する板材で構成される
蒸発源。

【請求項5】

真空チャンバと、
フィルムを繰り出す巻出しローラと、前記巻出しローラから繰り出された前記フィルムを巻き取る巻取りローラとを有し、前記真空チャンバの内部に配置されたフィルム搬送機構と、
前記フィルム搬送機構により搬送される前記フィルムに蒸着膜を形成する蒸発源と
を具備し、
前記蒸発源は、
蒸発材料を収容可能な収容部と、前記収容部に収容された蒸発材料の蒸気を放出する開口部が形成された円形状の開口端部とを有するルツボと、
前記ルツボの周囲に配置され、前記ルツボに渦電流、または、前記ルツボ及び前記ルツボ内の導電性の前記蒸発材料に渦電流を発生させる誘導加熱用のコイルと、
前記開口部の外周側に前記開口端部に対向して配置され、断熱性を有する材料で構成され、前記コイルからの誘導磁束が形成する渦電流の流れる回路が前記ルツボにおいて前記コイルからの誘導磁束が形成する渦電流の流れる回路よりも高い抵抗値を有し、前記開口部の開口径よりも大きな内径を有する環状の板材で構成された第１のシールド部材と、を有する
巻取式真空蒸着装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘導加熱式の蒸発源およびこれを備えた巻取式真空蒸着装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、巻出しローラから連続的又は間欠的に送り出された長尺のベースフィルムを冷却用ローラに巻き付けながら、当該冷却用ローラに対向して配置された蒸発源からの蒸発物質をベースフィルム上に蒸着させ、蒸着後のベースフィルムを巻取りローラで巻き取る巻取式真空蒸着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

この種の巻取式真空蒸着装置を構成する蒸発源における蒸発物質の加熱には、誘導加熱による方法、抵抗加熱による方法および電子ビームの照射による方法などが使用される。巻取式真空蒸着装置に使用されるベースフィルムは、一般的には１０００ｍ以上の長尺フィルムを対象とするため、蒸発源に十分な蒸発物質を溜め込むか、蒸発源へ蒸発材料を供給することが必要となる。また、蒸発物質の蒸発必要温度によって適切な加熱方式が採用される。

【0004】

例えば、電子ビーム加熱式蒸発源は、ハース内に蒸発材料を溜め込むことが可能であり、蒸発材料の供給も可能なため、多くの物質の蒸発源として使用可能である。しかし、蒸発材料の加熱に高エネルギの電子線を使用するため、蒸発材料からの反射電子によりベースフィルムが帯電し、フィルム走行に支障をきたす場合がある。

【0005】

また、抵抗加熱式蒸発源は、抵抗体に電流を流して蒸発材料を加熱する構造であるため、比較的安価に構成することができるという利点がある。しかし、長尺のベースフィルムへの成膜を可能とするためには、蒸発源に蒸発材料を安定的に供給することができる材料供給機構が必要となり、しかもその供給形態としては、連続供給が可能なように蒸発材料をワイヤ状に加工する必要がある。このような要求に応えられる蒸発材料は、アルミニウムなどの特定の材料に限られてしまい、しかも、脱ガスされていないアルミニウムワイヤを供給し続けるため、アルミニウムに含まれるガス溜まりや抵抗体とアルミニウムとの連続的な接触などによりスプラッシュが発生し、高い成膜品質を維持することが困難である。

【0006】

これに対して、誘導加熱式蒸発源は、ルツボ内に十分な蒸発材料を溜め込むことが可能であるため、長尺のベースフィルムへの成膜にも十分に対応可能であり、また、種々の物質の蒸発にも適するという利点がある。このため、誘導加熱式蒸発源は、プラスチックフィルム、織物、ガラスフィルム、金属箔等のベースフィルム用の蒸発源として多くの分野で使用されている。

【0007】

一方、近年においては、予めアンダーコートが施されたベースフィルム、デバイスが形成されたベースフィルム、熱容量が非常に小さいベースフィルム、熱負荷に弱いベースフィルム、あるいは極薄のベースフィルムへの巻取蒸着の要求がますます増加している。このため、誘導加熱式蒸発源からの熱輻射によるベースフィルムの影響を小さくするため、ベースフィルムの入熱を抑え、熱負荷によるダメージを低減する技術が不可欠となっている。

【0008】

そこで、例えば特許文献２には、誘導加熱式蒸発源であって、蒸発材料を収容する容器と、その容器の周囲に配置された誘導コイルと、容器と誘導コイルとの間に配置された保温材と、容器の径よりやや大きな径の蒸着用孔が中央部に形成されたセラミック製の円盤体とを備え、当該円盤体で蒸発源から基板へ放出される熱を遮断する構造が開示されている。また、特許文献３には、蒸発源とフィルムとの間に、蒸発源からの輻射熱を遮蔽する冷却板を配置する連続蒸着フィルムの製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第３７９５５１８号公報

【特許文献2】特開２００５−３８６４６号公報

【特許文献3】特開平１１−３２３５５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献２に記載の蒸発源の構造では、容器が高周波誘導加熱されない材質で形成されたものであるため蒸発材料の加熱効率が悪く、したがって蒸発に要する電力消費量が大きくなるという問題がある。しかも、容器が円盤体の蒸着用孔を介して基板に対向しているため、容器から基板への熱輻射を遮断することができない。

【0011】

一方、特許文献３に記載の冷却板は、蒸発源からフィルムへの熱輻射を遮断することはできるものの、蒸発源からフィルムへ放出される蒸気流が冷却板により妨げられてしまうため、膜質の変化を招くおそれがある。例えば、蒸気流が通過する冷却板の開口部に蒸発物質が付着することで、開口部の大きさが経時的に変化し（狭くなり）、これにより安定した成膜レートを維持することができなくなる。その結果、フィルムに一定の膜質で安定に成膜することができなくなる。

【0012】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、蒸発源からの熱輻射を遮断しつつ、安定した成膜品質を確保することができる蒸発源及びこれを備えた巻取式真空蒸着装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蒸発源は、ルツボと、誘導加熱用のコイルと、第１のシールド部材とを具備する。
上記ルツボは、蒸発材料を収容可能な収容部と、上記収容部に収容された蒸発材料の蒸気を放出する開口部が形成された開口端部とを有する。
上記コイルは、上記ルツボの周囲に配置される。
上記第１のシールド部材は、上記開口部の外周側に上記開口端部に対向して配置され、断熱性を有する材料で構成される。

【0014】

上記蒸発源は、ルツボの開口部の外周側にルツボの開口端部に対向して配置された断熱性を有する第１のシールド部材を備えているため、開口部から放出される蒸発材料の蒸気流を阻害することなく、ルツボからの輻射熱を遮断することができる。

【0015】

上記開口部は、典型的には、円形状を有する。この場合、上記第１のシールド部材は、上記開口部の開口径よりも大きな内径を有する環状の板材で構成される。

【0016】

上記第１のシールド部材は、上記ルツボよりも高い固有抵抗を有する材料で構成されてもよい。
これにより、第１のシールド部材の誘導加熱による温度上昇を抑えて、第１のシールド部材による熱遮蔽機能を確保することができる。

【0017】

あるいは、上記第１のシールド部材において上記コイルからの誘導磁束が形成する渦電流の流れる回路は、上記ルツボにおいて上記コイルからの誘導磁束が形成する渦電流の流れる回路よりも高い抵抗値を有してもよい。

【0018】

上記蒸発源は、第２のシールド部材をさらに具備してもよい。上記第２のシールド部材は、上記開口部の外周側に上記第１のシールド部材を介して上記開口端部に対向して配置され、断熱性を有する材料で構成される。
これにより、ルツボからの熱輻射の遮断機能をさらに高めることができる。

【0019】

上記第２のシールド部材は、上記第１のシールド部材よりも高い固有抵抗を有する材料で構成されてもよい。
これにより、第２のシールド部材の誘導加熱による温度上昇を抑えて、第２のシールド部材による熱遮蔽機能を確保することができる。

【0020】

本発明の一形態に係る巻取式真空蒸着装置は、真空チャンバと、フィルム搬送機構と、蒸発源とを具備する。
上記フィルム搬送機構は、フィルムを繰り出す巻出しローラと、上記巻出しローラから繰り出された上記フィルムを巻き取る巻取りローラとを有し、上記真空チャンバの内部に配置される。
上記蒸発源は、上記フィルム搬送機構により搬送される上記フィルムに蒸着膜を形成する。
上記蒸発源は、ルツボと、誘導加熱用のコイルと、第１のシールド部材とを有する。上記ルツボは、蒸発材料を収容可能な収容部と、上記収容部に収容された蒸発材料の蒸気を放出する開口部が形成された開口端部とを有する。上記コイルは、上記ルツボの周囲に配置される。上記第１のシールド部材は、上記開口部の外周側に上記開口端部に対向して配置され、断熱性を有する材料で構成される。

【0021】

上記巻取式真空蒸着装置において、蒸発源は、ルツボの開口部の外周側にルツボの開口端部に対向して配置された断熱性を有する第１のシールド部材を備えているため、開口部から放出される蒸発材料の蒸気流を阻害することなく、ルツボからの輻射熱を遮断することができる。これにより、フィルムの熱負荷によるダメージを抑えつつ、安定した成膜品質を確保することができる。

【発明の効果】

【0022】

以上述べたように、本発明によれば、蒸発源からの熱輻射を遮断しつつ、安定した成膜品質を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る巻取式真空蒸着装置の構成を示す概略縦断面図である。

【図2】上記巻取式真空蒸着装置における蒸発源の詳細を示す拡大断面図である。

【図3】上記蒸発源におけるルツボとシールド部材との関係を示す側断面図であり、Ａは、ルツボからシールド部材が分離した状態を示し、Ｂは、ルツボの開口端部にシールド部材が載置された状態を示している。

【図4】上記蒸発源におけるシールド部材の平面図である。

【図5】上記シールド部材の構成の変形例を示す概略側断面図である。

【図6】上記巻取式真空蒸着装置における蒸発源の配列形態を示す概略平面図である。

【図7】本発明の第２の実施形態に係る蒸発源の構成を示す概略縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

【0025】

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る巻取式真空蒸着装置（以下、蒸着装置という）の構成を示す概略縦断面図である。
なお、図において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は相互に直交する３軸方向を示しており、本実施形態ではＸ軸及びＹ軸は水平方向を、Ｚ軸は高さ方向をそれぞれ示す。

【0026】

［蒸着装置の全体構成］
蒸着装置１は、巻出しローラ２と、巻取ローラ３と、メインローラ４と、蒸発源６と、これらを収容する真空チャンバ７とを備える。

【0027】

（真空チャンバ）
真空チャンバ７は、密閉構造を有し、排気ラインＬを介して真空ポンプＰに接続される。これにより、真空チャンバ７は、その内部が所定の減圧雰囲気に排気又は維持可能に構成される。

【0028】

真空チャンバ７は内部に仕切板８を有する。当該仕切板８は、真空チャンバ７のＺ軸方向における略中央部に配置されており、所定の大きさの開口部を有する。当該開口部の周縁部は、所定の隙間を空けてメインローラ４の外周面に対向している。真空チャンバ７の内部は、仕切板８により、仕切板８よりＺ軸方向の上側にある搬送室９と、仕切板８よりＺ軸方向の下側にある成膜室１０とに区画される。

【0029】

成膜室１０には排気ラインＬが接続されている。したがって、真空チャンバ７の内部を排気する際には、まず、成膜室１０の内部が排気される。一方、上述のように仕切板８とメインローラ４との間には所定の隙間があるため、この隙間を通して搬送室９の内部も排気される。これにより、成膜室１０と搬送室９との間に圧力差が生じる。この圧力差により、後述する蒸発材料の蒸気流が搬送室９に侵入するのを防ぐことができる。
なお、本実施形態では、排気ラインＬを成膜室１０にのみ接続したが、搬送室９にも別の排気ラインを接続することにより、搬送室９と成膜室１０とを同時にあるいは独立して排気してもよい。

【0030】

（フィルム搬送機構）
巻出しローラ２、巻取りローラ３、メインローラ４、ガイドローラ５Ａ〜５Ｈは、フィルム搬送機構５０を構成する。巻出しローラ２、巻取りローラ３、及びメインローラ４は、それぞれ図示しない回転駆動部を備え、Ｘ軸に平行な軸まわりに回転可能に構成される。

【0031】

巻出しローラ２及び巻取りローラ３は、搬送室９内に配置され、それぞれの回転駆動部により図１の矢印で示す方向（時計回り）に所定速度で回転可能に構成される。なお、巻出しローラ２の回転方向はこれに限られず、メインローラ４に向かってフィルムを繰り出せる限り、どの方向に回転させてもよい。同様に、巻取りローラ３の回転方向も時計回りに限られず、メインローラ４からフィルムを巻き取れる限り、どの方向に回転させてもよい。

【0032】

メインローラ４は、フィルムＦの搬送経路において巻出しローラ２と巻取りローラ３との間に配置される。具体的には、メインローラ４のＺ軸方向における下部の少なくとも一部が、仕切板８に設けられた開口部を通して成膜室１０に臨むような位置に配置される。

【0033】

また、メインローラ４は、巻出しローラ２及び巻取りローラ３と同様に、回転駆動部により時計回りに所定速度で回転可能に構成される。さらに、メインローラ４は、鉄あるいはステンレス鋼等の金属材料で筒状に構成され、その内部に図示しない冷却媒体又は熱媒体の循環機構を備える。これにより、メインローラ４上のフィルムを所定温度に冷却又は加熱することが可能となる。メインローラ４の大きさは特に限定されないが、典型的には、軸方向の長さ（軸長）はフィルムＦの幅と同じかそれよりも長い。

【0034】

ガイドローラ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，及び５Ｄは、フィルムＦの搬送経路において巻出しローラ２とメインローラ４との間に配置され、フィルムＦの走行をガイドする。また、ガイドローラ５Ｅ，５Ｆ，５Ｇ，及び５Ｈは、フィルムＦの搬送経路において巻取りローラ３とメインローラ４との間に配置され、フィルムＦの走行をガイドする。各ガイドローラ５Ａ〜５Ｈは、典型的には、独自の回転駆動部を備えていないフリーローラにより構成されるが、少なくとも１つは、フィルムＦの張力を保持あるいは調整可能なテンションローラとして構成されてもよい。

【0035】

以上のようにして構成されるフィルム搬送機構５０により、真空チャンバ７内においてフィルムＦが所定の速度で搬送される。フィルム搬送機構５０はさらに、図示せずとも、フィルムＦの表面クリーニング、表面改質のための荷電ビーム照射装置（例えばイオンビーム照射装置、電子ビーム照射装置）、フィルムＦの帯電除去のためのイオンボンバード機構、フィルムＦの脱ガス、水分除去のためのヒータ機構、などを備えていてもよい。

【0036】

フィルムＦは、材料としてポリエチレンテレフタレートを含むが、これに限られない。その他の材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２等のポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリアリレート、又はアクリル樹脂等の透明な樹脂を用いることができる。また、フィルムＦは、織物、ガラスフィルム、金属箔等でもよい。

【0037】

フィルムＦの厚さは、特に限定されず、例えば、約１．２μｍ〜１００μｍである。また、フィルムＦの幅や長さについては特に制限はなく、用途に応じて適宜選択することができる。典型的には、フィルムＦには、１０００ｍ以上の長尺フィルムが用いられる。

【0038】

（蒸発源）
蒸発源６は、成膜室１０に配置され、フィルム搬送機構５０により搬送されるフィルムＦの表面に蒸着膜を形成する。本実施形態において蒸発源６は、図１に示すように、メインローラ４のＺ軸方向における直下の位置に配置され、真空チャンバ７の底部に設置された支持台６０の上に設置される。

【0039】

なお図示せずとも、成膜室１０（図１参照）には、蒸発源６から放出される蒸発材料ＥＭの蒸気が真空チャンバ７の内壁面や仕切板８への堆積を防止するための防着板や、メインローラ４上のフィルムＦに対する成膜領域を区画するためのマスク部材が適宜の位置に配置されてもよい。

【0040】

蒸発源６は、蒸発材料ＥＭを収容する容器としてのルツボ６１と、ルツボ６１の周囲に配置された誘導加熱用の誘導コイル６２と、シールド部材６３（第１のシールド部材）とを有する。

【0041】

誘導コイル６２は、真空チャンバ７の外部に設置された図示しない交流電源に電気的に接続される。蒸発源６は、誘導加熱方式により、メインローラ４上のフィルムＦの成膜面に堆積させる蒸発材料ＥＭの蒸気を生成する。

【0042】

蒸発材料ＥＭは特に限定されず、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、ＺｎＳ、ＳｉＯ等が挙げられる。また、蒸発源６は単数に限られず、複数用いられてもよい。この場合、フィルムＦの幅方向（Ｘ軸方向）に沿って直線的に又は千鳥足状に配列された複数の蒸発源が用いられる（図６参照）。

【0043】

図２は蒸発源６の詳細を示す拡大断面図、図３はルツボ６１の拡大断面図である。

【0044】

ルツボ６１は、カーボン、グラファイト、金属、ボロンナイトライド（ＢＮ）等の導電性を有する材料から構成される。ルツボ６１は、蒸発材料ＥＭを収容可能な収容部６１１と、収容部６１１に収容された蒸発材料ＥＭの蒸気を放出する開口部６１２が形成された開口端部６１３とを有する（図３参照）。ルツボ６１の形状は特に限定されず、本実施形態では有底の円筒形状に形成され、開口部６１２は、Ｚ軸方向から見たときに、収容部６１１の外径と略同一の開口径（内径）を有する円形に形成される。

【0045】

誘導コイル６２は、ルツボ６１の周囲に巻回されることで、Ｚ軸方向に沿ったコイル軸を有する。誘導コイル６２には、上記交流電源により、５０Ｈｚ〜１ＭＨｚの高周波が印加される。周波数は、蒸発材料ＥＭの種類、ルツボ６１のサイズ等により決定され、典型的には、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲に設定される。

【0046】

誘導コイル６２は、高周波電力が印加されることで、ルツボ６１に渦電流（誘導電流）を発生させ、そのジュール熱でルツボ６１を加熱（誘導加熱）する。ルツボ６１だけでなく、収容部６１１に収容された蒸発材料ＥＭも同時に誘導加熱されてもよい。加熱温度は特に限定されず、ルツボ６１からの熱伝達、熱輻射あるいは蒸発材料ＥＭの直接加熱によって蒸発材料ＥＭの蒸気圧が所定の圧力になる温度とされる。ここでいう所定の圧力は、蒸着装置の生産性を確保できる蒸発材料ＥＭの蒸発レートが得られる圧力に設定され、具体的には、０．１Ｐａ〜１０００Ｐａとされる。

【0047】

誘導コイル６２は、内部に冷却水が循環可能な水冷構造を備えていてもよい。また図２に示すように、蒸発源６は、ルツボ６１及び誘導コイル６２を一体保持するためと、ルツボ６１の断熱のための構造材６４，６５が設けられてもよい。構造材６４，６５は断熱性を有する材料で構成され、構造材６４は、支持台６０とルツボ６１の間に配置され、構造材６５は、誘導コイル６２の周囲に配置される。これら構造材６４，６５は、相互に一体的に構成されてもよい。なお図示せずとも、ルツボ６１と誘導コイル６２との間に、これらの間の断熱とルツボ６１の保護のための耐熱材がさらに設けられてもよい。

【0048】

ところで近年、予めアンダーコートが施されたベースフィルム、デバイスが形成されたベースフィルム、熱容量が非常に小さいベースフィルム、熱負荷に弱いベースフィルム、あるいは極薄のベースフィルムへの巻取蒸着の要求がますます増加している。このため、誘導加熱式蒸発源からの熱輻射によるベースフィルムの影響を小さくするため、ベースフィルムの入熱を抑え、熱負荷によるダメージを低減する技術が不可欠となっている。

【0049】

そこで本実施形態において蒸発源６は、シールド部材６３を備える。
図３は、ルツボ６１とシールド部材６３との関係を示す側断面図であり、Ａは、ルツボ６１からシールド部材６３が分離した状態を示し、Ｂは、ルツボ６１の開口端部６１３にシールド部材６３が載置された状態を示している。また、図４は、シールド部材６３の平面図である。

【0050】

シールド部材６３は、断熱性を有する材料で構成され、ルツボ６１の開口部６１２の外周側に、ルツボ６１の開口端部６１３に対向して配置される。シールド部材６３は、ルツボ６１の開口端部６１３にＺ軸方向に対向して配置されることで、ルツボ６１の開口端部６１３からメインローラ４上のフィルムＦへの熱輻射を遮断する機能を有する。

【0051】

シールド部材６３は、ルツボ６１の加熱温度（例えば１４００Ｋ以上）に対して耐熱性と熱遮断性を有する適宜の材料で構成され、例えば、水冷された金属、アルミナ、ジルコニア、マグネシア等の酸化物、あるいはイソライト等の複数の酸化物の混合物等で構成される。シールド部材６３は、ルツボ６１の開口端部６１３に接触するように載置されているが、適宜の支持機構を介して開口端部６１３に非接触で対向配置されてもよい。

【0052】

典型的には、シールド部材６３は、ルツボ６１よりも高い固有抵抗を有する材料で構成される。これにより、シールド部材６３の誘導加熱による温度上昇を抑えて、シールド部材６３による熱遮蔽機能を確保することができる。

【0053】

具体的に、ルツボ６１は、固有抵抗値９００〜１２５０μΩ・ｃｍのグラファイトで構成される。この場合、シールド部材６３は、アルミナ等の酸化物を主体とする高固有抵抗値（例えば１０^１４Ω・ｃｍ以上）を有する材料で構成される。

【0054】

あるいは、シールド部材６３において誘導コイル６２からの誘導磁束が形成する渦電流の流れる回路は、ルツボ６１において誘導コイル６２からの誘導磁束が形成する渦電流の流れる回路よりも高い抵抗値を有するように構成されてもよい。誘導加熱方式では、ルツボ６１の内部よりもその外周面側の方が、渦電流密度が高く、シールド部材６３の内周側よりも外周側の方が、渦電流密度が高い。このため、これらルツボ６１およびシールド部材６３の外周側を比較して、前者よりも後者の方が、電気抵抗が高くなるように、各々の形状あるいは厚さ、あるいは材料等を選定するようにしてもよい。例えば、シールド部材６３を水冷された金属等の導電性材料で構成しつつ、誘導コイル６２から発生する誘導磁束による渦電流密度が高い領域を電気絶縁性の材料で構成するようにしてもよい。

【0055】

シールド部材６３は、図３Ａ，Ｂおよび図４に示すように、ルツボ６１の開口部６１２を外部へ露出させる円形の通孔部６３１を有する。つまり、本実施形態のシールド部材６３は、図３Ａに示すように、ルツボ６１の開口部６１２の開口径Ｄ１よりも大きな内径Ｄ２を有する円環状の板材で構成される。シールド部材６３の内径Ｄ２がルツボ６１の内径（Ｄ１）よりも大きく形成されることで、開口部６１２から放出される蒸発材料ＥＭの蒸気流Ｖｍ（図２参照）を阻害することなく、安定した成膜レートを維持することができる。

【0056】

例えば、仮に、シールド部材６３の内径がルツボ６１の内径よりも小さいと、蒸発材料ＥＭの蒸気流が当該シールド部材６３の内周部に接触し、これにより蒸気流が乱れてフィルムＦへの成膜レートが低下する原因となる。また、シールド部材６３の内周部に接触した蒸気が当該内周部に堆積することで、シールド部材６３の内径が徐々に小さくなり、これにより更に蒸気流が乱される原因となる。その結果、安定した成膜レートを維持することができなくなり、フィルムＦに一定の膜質で成膜することができなくなる。
これに対して本実施形態によれば、このような問題を回避することができるため、フィルムＦに一定の膜質で安定に成膜することができる。

【0057】

シールド部材６３の内径Ｄ２（通孔部６３１の開口径）は、図３Ａに示すように、ルツボ６１の開口部６１２の開口径Ｄ１より大きく、かつ、ルツボ６１の開口端部６１３の外径Ｄ３より小さい大きさに設定される。シールド部材６３の内径Ｄ２が開口部６１２の開口径Ｄ１以下の場合、開口部６１２から放出される蒸発材料の蒸気流を乱すおそれがある。また、シールド部材６３の内径Ｄ２が開口端部６１３の外径Ｄ３以上の場合、シールド部材６３を開口端部６１３に対向配置させることができなくなり、開口端部６１３からの熱輻射を抑えられなくなる。

【0058】

典型的には、シールド部材６３の内径Ｄ２は、開口端部６１３の外径Ｄ３と内径（開口部６１２の開口径Ｄ１）との差の半分以下の大きさに設定される。これにより、シールド部材６３がない場合と比較して、開口端部６１３からの全熱輻射量の半分以上を遮蔽することが可能となる。なお、シールド部材６３の外径Ｄ４は、典型的には、ルツボ６１の開口端部６１３の外径よりも大きく設定される。

【0059】

シールド部材６３の厚さは、ルツボ６１の開口端部６１３からメインローラ４上のフィルムＦへの熱輻射を抑制しつつ、蒸気流Ｖｍを阻害しない厚さであれば特に限定されず、シールド部材６３の構成材料、ルツボ６１のサイズや加熱温度等に応じて適宜決定可能であり、例えば、数ｍｍ〜数十ｍｍの厚さとされる。

【0060】

さらに、上述のように、シールド部材６３は、ルツボ６１の開口端部６１３の上に直接載置される。この場合、ルツボ６１の開口端部６１３に対向するシールド部材６３の表面（以下、対向面ともいう）は粗いほど好ましく、これによりルツボ６１からの熱伝導によるシールド部材６３の発熱を抑えることができる。このような観点から、シールド部材６３は、酸化物粉末の焼結体等のように比較的表面粗さの大きな成形体で構成されてもよい。

【0061】

あるいは、図５に示すように、シールド部材６３の上記対向面に、ルツボ６１の開口端部６１３と接触する複数の脚部６３２が設けられてもよい。このような構成によれば、より少ない接触面積でシールド部材６３をルツボ６１の開口端部６１３に載置させることができるため、ルツボ６１からシールド部材６３への熱伝導が抑えられる。

【0062】

（コントローラ）
本実施形態の蒸着装置１は、真空チャンバ７の外部に設置されたコントローラ１１をさらに備える（図１参照）。コントローラ１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを含むコンピュータ等により構成され、蒸着装置１の各部を統括的に制御する。コントローラ１１は、例えば、真空ポンプＰの動作の制御、各ローラの回転駆動及び位置制御、蒸発源６における蒸発材料ＥＭの蒸発量の制御等を行う。

【0063】

［蒸着装置の動作］
次に、以上のようにして構成される蒸着装置１の典型的な動作について説明する。

【0064】

真空ポンプＰにより、成膜室１０内が排気され、これにより真空チャンバ７の内部が所定の圧力まで減圧される。巻出しローラ２、巻取りローラ３、及びメインローラ４は、各々の回転軸のまわりに図１中矢印で示す方向（時計回り）にそれぞれ所定の速度で回転する。フィルムＦは、巻出しローラ２により、時計回りに連続的又は間欠的に巻き出される。

【0065】

巻出しローラ２から巻き出されたフィルムＦは、ガイドローラ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，及び５Ｄによって走行をガイドされながら、所定の抱き角でメインローラ４の外周面に巻回される。そして、フィルムＦは、メインローラ４による冷却作用（又は加熱作用）を受けながら、蒸発源６の直上を通過した後、ガイドローラ５Ｅ，５Ｆ，５Ｇ，及び５Ｈを介して巻取りローラ３に巻き取られる。

【0066】

蒸発源６においては、図示しない交流電源から誘導コイル６２に交流電流が供給されることで、ルツボ６１が所定温度に加熱される。ルツボ６１の内部に収容された蒸発材料ＥＭは、ルツボ６１からの熱伝導あるいは熱輻射、あるいは誘導コイル６２から発生する誘導磁束に起因する渦電流損失（ジュール熱）により加熱され、蒸発し、これにより、ルツボ６１の開口部６１２からメインローラ４に向かう蒸気流Ｖｍが形成される（図２参照）。蒸気流Ｖｍは、メインローラ４の周面に所定速度で搬送されるフィルムＦの表面（成膜面）に付着、堆積し、これにより、フィルムＦの成膜面に所定厚みの蒸着膜が形成される。

【0067】

本実施形態において、蒸発源６は、図３Ａ，Ｂに示すように、ルツボ６１の開口端部６１３に対向配置されたシールド部材６３を備えているため、蒸発材料ＥＭの蒸発温度以上に加熱されたルツボ６１の開口端部６１３からフィルムＦへの熱輻射が効果的に遮蔽される。これにより、フィルムＦの熱負荷によるダメージが低減するため、歩留りの向上を図ることが可能となる。

【0068】

特に本実施形態によれば、シールド部材６３によってフィルムＦの入力が抑えられるため、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムは勿論、これよりも熱負荷に対して弱いＯＰＰ（二軸延伸ポリプロピレン）フィルムやＣＰＰ（無軸延伸ポリプロピレン）フィルム等への成膜にも、皺などの熱変形を引き起こすことなく、安定に成膜することが可能となる。

【0069】

さらに本実施形態によれば、シールド部材６３の内径Ｄ２がルツボ６１の開口部６１２の開口径Ｄ１よりも大きく形成されているため、開口部６１２から放出される蒸発材料ＥＭの蒸気流Ｖｍを阻害することなく、メインローラ４上のフィルムＦへ到達させることができる。これにより、安定した成膜レートを維持することができるため、フィルムＦに一定の膜質で薄膜を形成することができるとともに、歩留りの向上を図ることが可能となる。

【0070】

さらに、図６に示すように、フィルム幅方向（Ｘ軸方向）に沿って複数の蒸発源６を直線的に又は千鳥足状に配列させることにより、フィルムＦの幅方向にわたって均一な膜質の薄膜を形成することが可能となる。したがって、Ｙ軸方向に搬送されるフィルムＦの全域に対して、均一な膜質の薄膜を安定に形成することが可能となる。

【0071】

［実験例］
以下、本発明者らにより行われた実験例について説明する。

【0072】

蒸発材料ＥＭとしてアルミニウムを用い、フィルムＦとして厚さ１２μｍのＰＥＴフィルムの表面に厚さ４０ｎｍのアルミニウム膜を成膜した。ルツボ６１は、固有抵抗値が９００〜１２５０μΩ・ｃｍのグラファイト製とし、内径（開口部６１２の開口径Ｄ１）が１１５ｍｍ、外径（開口端部６１３の外径Ｄ３）が１３５ｍｍのものを用いた。蒸発源６とフィルムＦとの距離は２７０ｍｍ、誘導コイル６２へ印加する高周波電力の周波数は９．９ｋＨｚとした。アルミニウムの蒸発温度は約１７５０Ｋ、ルツボ６１の温度は１９００Ｋとした。

【0073】

上記条件において、ルツボ６１に収容したアルミニウム表面からの放射熱量とルツボ６１の上部（開口端部６１３）からの放射熱量とを加えたメインローラ４上でのフィルムＦへの熱量を測定したところ、蒸発源にシールド部材６３を設置しないときの熱量を１００としたとき、ルツボ６１に上記構成のシールド部材６３を設置したときのフィルムＦへの熱量は６５であった。このことから、ルツボ６１にシールド部材６３を設置することにより、シールド部材６３を設置しない場合と比較して、蒸発源６からフィルムＦへの輻射による熱負荷を、３５％低減されることが確認された。

【0074】

また、メインローラ４の内部を循環する冷媒の温度を−１５℃にして、メインローラ４上のフィルムＦの表面温度を測定したところ、ルツボ６１にシールド部材６３を設置しなかった場合では５０℃〜５５℃であったのに対して、ルツボ６１にシールド部材６３を設置した本実施形態に係る蒸発源６の場合では、４５℃〜５０℃であった。当該蒸発源６によって、フィルムＦに熱ダメージを与えることなく４０ｎｍのアルミニウム膜を堆積させることが可能な搬送速度は、１２００ｍ／ｍｉｎであった。
さらに、フィルムＦとしてポリプロピレンフィルムを用いて同様にアルミニウム膜を蒸着させたところ、ルツボ６１にシールド部材６３を設置しなかった場合と比較して、ルツボ６１にシールド部材６３を設置した場合では、歩留りが５０％以上向上したことが確認された。

【0075】

＜第２の実施形態＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係る蒸発源を示す概略縦断面図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

【0076】

本実施形態の蒸発源１６は、第１のシールド部材１６３と、第２のシールド部材１６４とを有する。第１のシールド部材１６３は、上述の第１の実施形態におけるシールド部材６３と同様の構成を有する。第２のシールド部材１６４は、ルツボ６１の開口部６１２の外周側に、第１のシールド部材１６３を介してルツボ６１の開口端部６１３に対向して配置される。第２のシールド部材１６４は、第１のシールド部材１６３と同様に、断熱性を有する材料で構成される。

【0077】

本実施形態においては、第１のシールド部材１６３とメインローラ４（フィルムＦ）との間に、断熱性を有する第２のシールド部材１６４がさらに配置されているため、ルツボ６１からフィルムＦへの熱輻射の遮断機能をさらに一層、高めることができる。

【0078】

第２のシールド部材１６４は、第１のシールド部材１６３と同様に、円環状の板材で構成され、ルツボ６１の開口部６１２を露出させる円形の通孔部１６４１を有する。通孔部１６４１の直径は、第１のシールド部材１６３の通孔部１６３１の直径以上の大きさとされる。これにより、ルツボ６１の開口部６１２から放出される蒸発材料ＥＭの蒸気流を乱さずに、フィルムＦへ到達させることができる。

【0079】

第２のシールド部材１６４は、第１のシールド部材１６３に接触状態で載置される。これにより、第１および第２のシールド部材１６３，１６４のトータル厚みを小さくすることができるため、各シールド部材１６３，１６４の通孔部１６３１，１６４１の直径を必要以上に大きくすることなく、蒸気流が阻害されないようにすることができる。なお、これに限られず、適宜の支持機構を介して、第２のシールド部材１６４を第１のシールド部材１６３の上に非接触で対向配置させてもよい。また、図７において第２のシールド部材１６４の下面に、第１のシールド部材１６３の上面と接触する複数の脚部が設けられてもよい。

【0080】

また、第２のシールド部材１６４は、第１のシールド部材１６３よりも高い固有抵抗を有する材料で構成されてもよい。これにより、誘導コイル６２から発生する誘導磁束によって第２のシールド部材１６４が第１のシールド部材１６３よりも誘導加熱されにくくなり、これにより第２のシールド部材１６４の温度上昇を抑えて、第２のシールド部材１６４による熱遮蔽機能を確保することができる。

【0081】

以上のように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0082】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

【0083】

例えば以上の実施形態では、シールド部材６３，１６３，１６４がルツボ６１の開口端部６１３に対向する円環状の板材で構成されたが、シールド部材６３，１６３，１６４は、ルツボ６１の開口端部６１３だけでなく、ルツボ６１の外周面をも被覆することが可能な概略円筒状に形成されてもよい。

【0084】

また、ルツボ６１は円筒形状のものに限られず、角筒状であってもよいし、開口部６１２も円形に限られない。この場合、シールド部材６３，１６３，１６４もルツボ６１の開口端部６１３の形状に対応するように、その形状を適宜変更してもよい。

【0085】

さらに以上の実施形態では、蒸発源６として、巻取式真空蒸着装置における蒸発源に本発明を適用した例について説明したが、これに限られず、例えば、半導体基板やガラス基板上への蒸着膜を形成することが可能なバッチ式あるいはインライン方式の蒸着装置における蒸発源にも、本発明は適用可能である。

【符号の説明】

【0086】

１…蒸着装置
２…巻出しローラ
３…巻取りローラ
４…メインローラ
６，１６…蒸発源
７…真空チャンバ
６１…ルツボ
６１１…収容部
６１２…開口部
６１３…開口端部
６２…誘導コイル
６３，１６３…（第１の）シールド部材
１６４…第２のシールド部材
ＥＭ…蒸発材料
Ｆ…フィルム
Ｖｍ…蒸気流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】