JPS63143262A - 長尺物の成膜方法および成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、長尺物の成膜方法および成膜装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 上記のような成膜方法としては、真空容器内で膜材料を
蒸発源から蒸発させ、その蒸発物をそのまま被処理物の
表面に蒸着させる真空蒸着法や、膜材料の蒸発物を正イ
オン化し、この蒸発物を、負の電圧が印加された被処理
物の表面に付着させろイオンブレーティング法等が知ら
れている。いずれの方法においても、真空容器内に彼剋
理物を設置し、蒸発源から膜材料を蒸発させることにお
いては共通である。

ところで、これらの方法においては、通常被処理物に対
して蒸発源は一個でまがなっているが、被処理物が長尺
な場合は、蒸発物が被処理物の表面全体にいきわたらな
い場合があるため、被処理物の長手方向に１０って適数
個の蒸発源を設置し、これらの蒸発源から被処理物の表
面全体に蒸発物がいきわたるようにする方法がとられて
いる。

このような方法を実施する装置としては、第７図に示す
ようなものがある。この装置は、真空容器１内の上方に
被処理物Ｗ（この場合長尺円筒状のもの）を水平かつ軸
回りに回転自在に支持し、この被処理物Ｗの直下に、被
処理物Ｗの長手方向に沿って等間隔に電子銃を備えた蒸
発源２を複数個並べたものである。

この装置は、電子銃から電子ビームを膜材料に照射する
ことにより、蒸発源２から膜材料Ｐを蒸発させると同時
に、被処理物Ｗを回転させて、膜材料Ｐの蒸気を被処理
物Ｗの表面全体に蒸着して皮膜を形成するものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記装置により成膜した場合、被処理物Ｗの
表面に形成された皮膜の膜厚分布が、蒸発源２に最も近
い蒸発源２の直上部分を中心として、両側にいくにした
がい薄くなる傾向があることが判明した。

このため、膜厚分布の均一性を向上さけるには、各蒸発
源２の間隔を狭くして、多数の蒸発源２を並べるか、あ
るいは、各蒸発源２の間隔と、膜材料Ｐの蒸発量の相互
のバランス（蒸発比率）を制御するか、いずれかの手段
をとる必要があった。

しかし、前者は、蒸発源２を多く設置するためコスト高
であり、後者は制御が難しいという問題があった。

また、蒸発源２の電子銃から照射する電子ビームは、磁
界の作用によって膜材料Ｐに照射するようにされている
が、蒸発源２どうしが近すぎると、磁界が互いに干渉し
て電子ビームが的確に膜材料Ｐに照射しない場合があっ
た。また、これと同様に池のパラメータも相互干渉する
ことにより、操業の複雑化をきたし、さらに、これらの
要素により、処理時間が長い場合にはトラブルが発生し
ゃすかった。

さらに、蒸発源２は固定設置されているため、被処理物
Ｗの長さか任意に変わると、それぞれの蒸発源２の蒸発
量をそのつど調節する、すなわち、蒸発比率の計算を被
処理物の長さに合わせて行なう必要があった。しかし、
被処理物Ｗの長さによっては分布を均一にするには非常
に困錐な場合があった。

一問題点を解決するための手段］ 本発明の長尺物の成膜方法は、第１の工程として、膜材
料を蒸発させる蒸発源を前記被処理物に沿って移動させ
ることにより被処理物に蒸発物を蒸着させ、第２の工程
として、第１の工程で形成された皮膜の被処理物の長手
方向の膜厚分布を検出し、この検出結果にもとづいて、
蒸発源の移動速度を制御しながら次の成膜を行なうよう
にしたことを特徴としている。

また、本発明の長尺物の成膜装置は、被処理物に対して
二の被処理物の長平方向に移動自在に配設された蒸発源
と、この蒸発源を移動させる移動機構と、被処理物の膜
厚を検出する膜厚センサと、この膜厚センサのデータに
もとづいて被処理物の長手方向の膜厚分布を演算する演
算装置と、この演算装置の演算結果にもとづいて、前記
移動機構を制御して蒸発源の移動速度を調節する制御装
置とからなることを特徴としている。

［作用　］ 本発明の長尺物の成膜方法および装置によれば、まず、
第１の工程で、蒸発源を被処理物の長手方向に沿って移
動させることにより皮膜を被処理物表面に形成する。次
の第２の工程では、第１の工程で形成された皮膜の厚さ
を膜厚センサで検出し、この検出結果にもとづいて制御
装置が演算し、被処理物の長手方向の膜厚分布を推定す
る。そして、制御装置が、演算結果から求められた膜厚
分布に対応して、蒸発源の移動速度を適宜変化させる。

すなわち、膜厚が薄い部分は遅く、また、厚い部分は速
くというように速度を調節する。これを繰り返すことに
より、＠厚はしだいに均一化していく。

［実施例； 以下、第１図ないし第６図を参照して本発明の一実施例
を説明する。

第１図は、本発明の成膜方法を実施し得るに好適な成膜
装置の概略構成を示す図であり、まずこの装置について
説明する。

この図において符号１０は真空容器であり、この容器１
０の中の上方には、長尺円筒状の被処理物Ｗが水平かつ
軸まわりに回転可能に支持されている。この被処理物Ｗ
の下には、蒸発源１１が配置されている。この蒸発源１
１は、ふたつのルツボ１２．１２　　と、電子銃（図示
略）とからなり、ルツボ１２．１２　　内・に充填され
た膜材料Ｐに対して電子銃から電子ビームを照射するこ
とにより、膜は料Ｐを加熱して蒸発させるものである。

この蒸発源１１によれば、膜材料Ｐの蒸発状態は、蒸発
源ｉｔの上に示した実線（イ）のごとく、ふたつのルツ
ボｌ　２，１２　　を組み合わせたことにより、均一な
分布の幅が広く得られるようになっている。

この蒸発源１１は、真空容器ｌＯを貢通しているダクト
１３の先端に取り付けられており、このダクト１３は他
端に連結された移動機構１４によって、図中矢印（ロ）
で示すように、被処理物Ｗの長さ方向に沿って往復移動
できるようになっている。

ダクト１３の内部には、蒸発源１１に高圧電源を供給す
るケーブル１５が収納されており、また、真空容器１０
のダクトＩ３の貫通部には、シール材が装着されている
。

前記移動機構１４は、駆動装置１６と、この駆動装置１
６によって起動、停止および回転数が制御されるモータ
１７と、ダクト１３の長手方向に沿って配され減速機構
１８を介してモータ１７によって回転させられるボール
ねじ１９とからなり、このボールねじ１９に、ダクト１
３の他端に突設された板２０のめねじ大がはめられてい
る。そして、モータ１７が回転すると、ボールねじ１９
によってその回転は直線連動に変換され、ダクト１３は
被処理物Ｗの長手方向にそって移動し、これとともに、
蒸発源１１は、真空容器１０内で被処理物Ｗの長手方向
に沿って移動できるようになっている。

上記構成によれば、被処理物Ｗを回転させながら、移動
機構１４によって蒸発源１１を被処理物Ｗに沿って移動
させると同時に、ケーブル１３から蒸発源ｌＩに高圧電
源を供給して膜材料Ｐを蒸発させれば、被処理物Ｗの表
面全体に皮膜が形成される。

そして、本装置においては、形成された皮膜の被処理物
Ｗの長手方向の膜厚分布を検出し、この結果にもとづい
て、蒸発源１１の移動速度を変えて膜厚分布が均一にな
るよう移動機構１４を適宜制御する機構が備えられてい
る。

この機構は、蒸着した膜材料の膜厚を検出する水晶発振
式等の膜厚センサ２１・・・と、この膜厚センサ２１・
・・のデータにもとづいて、被処理物Ｗの長手方向の膜
厚分布を演算するとともに、この演算結果にもとづいて
蒸発源１１の移動速度を調節するデータ処理装置（制御
装置）２２とからなっている。

膜厚センサ２１・・・は、真空容器１０の中であって、
被処理物Ｗの上方近傍に被処理物Ｗの長子方向に沿って
等間隔に複数個（この場合５個）配置されたセンサ部２
１ａ・・・と、このセンサ部２１ａ・・・の信号が入力
されるモニタ２１ｂ・・・からなるものである。この膜
厚センサ２１・・・によれば、センサ部２１ａ・・・の
直下部分における膜厚に関する情報をセンサ部２１ａ　
・・が検出し、その検出信号から各モニタ２１ｂ・・・
が、膜厚データを算出、表示するようになっている。

そして、この膜厚データは前記データ処理装置２２に入
力されるとともに、このデータ処理装置２２が各入力値
にもとづいて、被処理物Ｗの長手方向の膜厚分布を推定
演算するようになっている。

そして、このデータ処理装置２２からは、演算された膜
厚分布にもとづいて、膜厚分布が被処理物Ｗの長子方向
に均一になるよう、蒸発源１１の移動速度を適宜制御す
る信号が移動機構１４の駆動装置１６に送られるように
なっている。

移動速度を適宜制御するということは、膜厚が薄い部分
は遅くして蒸着速度を大きくし、また、厚い部分は速く
して蒸着速度を下げるようにすることである。

なお、蒸発源１１の位置は、移動機構１４のモータ１７
に接続されたエンコーダ等の位置検出器２３によって検
出され、これが電気信号に変換されてデータ処理装置２
２に送られるようになっている。データ処理装置２２に
は、蒸発源１１の移動範囲における位置−速度マツプが
記憶されており、これによって、データ処理装置２２は
駆動装置１６に対して膜厚分布に対応した速度指令信号
を出力できるようになっている。

次いで、上記装置の作用を、第２図の運絵順序を示すフ
ローチャートにしたがい順を追って説明する。

■まず、本装置を運転する前に、予め被処理物Ｗの長さ
に応じた蒸発源１１の移動速度パターンを求めておく必
要がある。ここでは、被処理物Ｗの長さが最長２０００
ｍまでの範囲を例に説明する。

膜厚分布の度あいを次式 ％式％ 膜厚分布の平均値　　　　　　（％） ｄ　ｍａｘ　；膜厚の最大値 ｄ　ｍ１ｆｌ：膜厚の最小値 で定義し、その値を１０５以内におさえる事を条件に数
値計算を行った結果、第３図に示すように、被処理物Ｗ
の長さＬ　（ｍｍ）に応じた基本速度パターンが得られ
た。

速度の絶対値、ｖｌ、■、をどれ位にするかは、蒸発源
１１と被処理物Ｗとの距離、ｌ往復当り成膜する膜厚、
イオン化プロセスがある場合（イオンブレーティング法
による）は放電パラメータとの兼合いで決まる蒸発速度
などの諸条件によって決定される。また、第３図に示し
た速度パターンは被処理物Ｗの両端で適当な時間停止さ
せて補われる膜厚を重ね合わせて均一になるようなバク
ーンである。

■移動機構１４の駆動装置１６を制御することにより、
上記の基本速度パターン通りに蒸発源ｌｌを１往復移動
させながら、被処理物Ｗの表面への蒸着を行なう（第２
図中５ｔ−Ｓ４）。この際、蒸発源１１の蒸発速度、す
なわち蒸発源１１の加熱状態は一定に保ったままの状態
にしておく。

このように蒸発源１１を移動させながら蒸着させても、
蒸発源１１からの蒸発量は指向性をもっており、膜厚分
布はそれらの重ね合わ什の結果であるため皮膜の膜厚分
布は完全に均一なものとはならない。その分布を次のご
とく推定する。

なお、第１図においては、被処理物Ｗの長さは最長の２
０００（ｍｍ）のものを示しているが、被処理物Ｗがこ
れより短い場合は、第１図における左端の膜厚センサ２
１のセンサ部２１ａに、その被処理物〜Ｖの端部を揃え
て被処理物Ｗを配置するようにする。

■蒸発源１１が１回往復してＳ４まで進むと、Ｓ５にて
各膜厚センサ２１・・・から膜厚データがとり込まれ、
これらのデータにもとづいてデータ処理装置２２が最小
２乗近似によって、被処理物Ｗの長さに応じた次数の近
似式を算出する。（第４図に被処理物Ｗの長さに応じた
膜厚データ数と近似次数を示す）。

■第５図（ｉ）（ｉｉ）に近似計算を行った結果の一例
を示す。（ｉ）は被処理物Ｗの長さが２０００（ｍｍ）
の場合、（１１）は被処理物Ｗの長さが１６５０（ｍｍ
）の場合を示している。この図でわかるように、５個の
膜厚センサ２１のデータからでは、膜厚分布の細かい部
分の推定は不可能である。従って、この推定分布から分
布の均一性を評価できるのは、長手方向の分布の傾きで
ある。実際も、分布が重ね合わ仕の結果である事から、
ある部分だけ膜厚か上下している事は無く、分布の全体
の傾きを監視しておけばよい。

分布の傾きは、推定分布の近似式から被処理物Ｗの長さ
を４分割した位置の５点の値を使って最１１１２乗近似
により１次式を算出する。その数値計算の１例を第５図
（ｉｉｉ）に示す。この図は、第５図（ｉｉ）をもとに
して１次式を求めたもので、↓て指し示す位置が、被処
理物Ｗの長さを４分割した位置の５点であり、この５点
から上記方法によって太い実線で示す１次式が算出され
ている。

これらのデータ処理によって分布の推定がされると６６
に進み、次式によって基本速度パターンを修正して往復
移動速度の制御を行なう。

Ｖ″（Ｘ）　＝　ＶＦ（Ｘ）Ｘ　Ａ　’（Ｘ）Ｘ　Ｉ３
　″（ｔ　）Ｖ”（Ｘ）　；　Ｘの位置におけるｎ回目
往復の移動速度ｖ＋−（ｘ）　；　ｘの位置における基
本速度パターンＡ　”（Ｘ）＝　Ｋ　ＡＸ　（ｇ”−’
（ｘ）　−Ｄ　ｍｎ−”）／　ｄｍ″−’　（２）Ｂｒ
′＝ＫａＸｄｍｎ−’／Ｄｉ’　　　　　　　　（３）
ＤＩＩｌｘ；Ｘ回目往復後の膜厚分布の平均値ｄｎ＋″
″：Ｘ回目往復時に成膜した量ｇ（ｘ）　；　Ｘ回目往
復後の膜厚分布の１次近似式％式％ ここで膜厚分布の平均値Ｄｉは、推定膜厚分布を積分し
、彼処理物長で除してやる事により求め、往復ごとに成
膜した量ｄｍは、 ｄｍｘ＝　Ｄ　ｍ”　−Ｄ　ｍ”−’ によって求める。

面記（１）式の意味は、予め求めである速度パターンＶ
Ｆ（Ｘ）に対し、膜厚分布の傾きを補正する因子Ａ　（
ｘ）と、ｌ往復当りの成膜量を一定に保つ（１回目往復
時の成膜量に保つ）因子Ｂにより修正を加えて、膜厚を
補ないたい場合は速度を遅く、膜厚を薄くしたい場合は
速度を速くする事を意味する。

■データ処理装置２２から移動機構１４の駆動装置１６
に速度指令信号が与えられ、駆動装置１６は、モータ１
７との閉ループ制御によって指令速度になるようモータ
１７の回転数を制御する。

■上記■〜■を繰り返し運転し、膜厚があらかじめ設定
した膜厚に到達したとＳ７で判断されると運転が終了さ
れる。

第６図は、上記運転を繰り返したことにより、４回目の
操作によって、略水平な１次式を得られるまでになった
ことを示している。

以上のように、本装置においては、ｌ往復ごとに形成さ
れる皮膜の膜厚分布を膜厚センサ２１およびデータ処理
装置２２によって検出し、この検出結果にもとづいてデ
ータ処理装置２２が蒸発源ＩＩの移動速度を制御するこ
とによって、被処理物Ｗの長手方向の膜厚が均一にする
ことができるようになっている。

なお、上記方法は、被処理巻長の最大値が大きくなった
場合にも同槌なステップをふむことによって、拡張する
事が可能である。また、本実施例では、長尺物の被処理
物Ｗについて行なったが、小さな工具等が多数配置され
、全体として円筒状を形成している場合にも適用できる
。

；発明の効果〕 以上説明したように、本発明の長尺物の成膜方法および
装置によれば、以下のような効果を奏する。

■従来のように、固定された蒸発源を複数個使った場合
の問題点は、単一蒸発源を移動させながら成膜するンス
テムによって解決できる。ひとつの蒸発源を用いる事に
より装置コストの低減化が可能であるし、たとえば、蒸
発源に高圧機器である電子銃を使う場合でも、相互パラ
メータの制御ら不用であり、移動速度のみに注目して制
御すれば良い。また、被処理巻長が変わる場合も容易に
対応でき蒸発材料の効率的な使用か可能である。

■蒸発源を移動さけて成膜させる場合には、蒸発源から
の蒸発量に指向性があるため、完全に均一な膜厚分布を
得る事は不可能である。しかし、分布の偏差を極力をお
さえ、長手方向の膜厚分布の傾きをフラットにする最適
な移動パターンと両端停止時間の組合せを実現する事に
より、全体的に均一な分布が得られる。

■長手方向の膜厚分布に傾きができｆこ場合、次回の往
復でその傾きを解消するような制御を行う事により、蒸
発速度に変動が生じた場合にも、自動的にそれを補うこ
とが可能となり、全運転操作の自動化を実現できる。

■−往復毎に成膜する量を一定に保つように制御するこ
とにより、成膜した全体の膜質の均一化が可能であると
共に、往復回数によって操業時間の目安がつけられるの
で、時間の有効利用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図は装置全体の概略構成図、第２図は装置の運
転の流れを示すフローチャート、第３図は被処理物の長
さに応じた蒸発源の移動速度パターンを示す図、第４図
は膜厚を推定するための近似式を算出する際の、被処理
物の長さに応じた膜厚データ数と近似次数の関係を示す
図、第５図（ｉ）（ｉｉ）（山）はそれぞれ膜厚を推定
する際の近似式の計算結果をグラフ化した図、第６図は
シミュレーション計算結果の一例を示す図、第７図は従
来の装置を示す側面図である。 １１・・・・・蒸発源、Ｉ４・・・・・移動機構、２１
・・・・膜厚センサ、２２・・・・・データ処理装置（
制御装置）、Ｐ・・・＠材料、Ｗ・・・・・被処理物。 出願人　石川島播磨重工業株式会社 第８図 第６図 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）長尺な被処理物に対し、膜材料を蒸発させその蒸
   発物を前記被処理物に蒸着させることにより表面に皮膜
   を形成する長尺物の成膜方法であって、第１の工程とし
   て、膜材料を蒸発させる蒸発源を前記被処理物に沿って
   移動させることにより被処理物に蒸発物を蒸着させ、第
   ２の工程として、第１の工程で形成された皮膜の被処理
   物の長手方向の膜厚分布を検出し、この検出結果にもと
   づいて、蒸発源の移動速度を制御しながら次の成膜を行
   なうようにしたことを特徴とする長尺物の成膜方法。
2. （２）長尺な被処理物に対してこの被処理物の長手方向
   に移動自在に配設された蒸発源と、この蒸発源を移動さ
   せる移動機構と、被処理物の膜厚を検出する膜厚センサ
   と、この膜厚センサのデータにもとづいて被処理物の長
   手方向の膜厚分布を演算する演算装置と、この演算装置
   の演算結果にもとづいて、前記移動機構を制御して蒸発
   源の移動速度を調節する制御装置とからなることを特徴
   とする長尺物の成膜装置。