フィラメント固定機構、発熱機構および蒸着装置
【課題】フィラメントと融着することなく、フィラメントを十分に固定することのできるフィラメント固定機構を提供する。
【解決手段】フィラメントの端部４ＡＴを挟んで対向配置された第１および第２の部材２０，３０と、フィラメントの端部４ＡＴと共に第１および第２の部材２０，３０の間に挟まれた押さえ板４０と、第２の部材３０を第１の部材２０に締結するボルト５０とを備える。第１の部材２０は、ボルト５０の締め付け方向と交差する方向に支柱部２１から突き出した腕部２２，２３を有する。第２の部材３０は、平板部３１の両端部に立設する鉤部３２，３３を有する。ボルト５０を締め付け方向に回転させることで、腕部２２，２３と鉤部３２，３３とが当接したのち、押さえ板４０と支柱部２１の接触領域２１Ｓとによってフィラメントの端部４ＡＴが十分強固に把持される。
【解決手段】フィラメントの端部４ＡＴを挟んで対向配置された第１および第２の部材２０，３０と、フィラメントの端部４ＡＴと共に第１および第２の部材２０，３０の間に挟まれた押さえ板４０と、第２の部材３０を第１の部材２０に締結するボルト５０とを備える。第１の部材２０は、ボルト５０の締め付け方向と交差する方向に支柱部２１から突き出した腕部２２，２３を有する。第２の部材３０は、平板部３１の両端部に立設する鉤部３２，３３を有する。ボルト５０を締め付け方向に回転させることで、腕部２２，２３と鉤部３２，３３とが当接したのち、押さえ板４０と支柱部２１の接触領域２１Ｓとによってフィラメントの端部４ＡＴが十分強固に把持される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定物質を被蒸着基板の表面に蒸着する蒸着装置、ならびに、そのような蒸着装置における蒸発源に用いられる発熱機構およびフィラメント固定機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種の電子デバイスや光学デバイスに含まれる薄膜構造を作製するにあたっては、物理的気相成長法（ＰＶＤ；Physical Vapor Deposition）や化学的気相成長法（ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition ）などの薄膜形成技術が用いられている。
【０００３】
物理的気相成長法としては、ターゲット（蒸発源）を加熱して気化・蒸発させる真空蒸着法、不活性ガスをグロー放電や高周波によってプラズマ化してターゲットをスパッタリング状態とするスパッタリング法、基板を高電位として、イオン化したターゲットを基板に堆積させるイオンプレーティング法等がある。スパッタリング法は、微細な膜厚の調節が可能であるが、堆積速度が遅く量産化に問題がある。イオンプレーティング法では、基板の温度が上昇するので基板材料が限定され、また、マスクによる微細加工ができないという問題を有する。
【０００４】
真空蒸着法は、加熱方法の違いにより、抵抗加熱法、高周波誘導加熱法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法などに分類される。近年では、金属のような導電体か不導体かを問わず蒸着による成膜が可能であることや、比較的精細な膜質の堆積が可能であることなどの特質を有することから、電子ビーム蒸着法が頻繁に用いられている。この電子ビーム蒸着法は、一般に、ターゲット物質（作製される薄膜の材料となる蒸着用物質）を電子ビームで叩いて物理的に加熱して溶融し、その一部を昇華させ、それを成膜対象となる被蒸着基板の表面に堆積させることで所望の物質からなる薄膜を形成する、というものである。電子ビームの発生は、タングステン（Ｗ）を主材料としたフィラメントに電流を流して熱電子を放出させることによって行われることが多い。このような電子ビーム蒸着を行う成膜装置については、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１３１７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなフィラメントは、一般に、その両端が一対の金属部材によって把持されることで通電されるようになっている。図８および図９に、フィラメントの端部を把持する、従来の固定具の一例を示す。図８は固定具の要部構成を表す斜視図であり、図９は図８に示したIX−IX切断線に沿った矢視方向の断面図である。この固定具は、フィラメント１５０の端部を挟んで対向する基部１１０および押さえ部材１２０と、押さえ部材１２０を基部１１０に固定する２本のボルト１４０とを備えている。基部１１０にはねじ穴１１１が２つ設けられており、押さえ部材１２０には２つのねじ穴１１１と各々対応する位置に２つの開口１２１が設けられている。開口１２１の内面の一部には、ボルト１４０の頭部の直径よりも小さな内径を有する係合部１２２が設けられている。ボルト１４０は開口１２１を貫通し、そのねじ部がねじ穴１１１と嵌合するようになっている。ここで、ボルト１４０を締め付け方向に回すことでボルト１４０の頭部が開口１２１の係合部１２２と係合するので、基部１１０と押さえ部材１２０とが締結されることとなる。この結果、基部１１０と押さえ部材１２０との間に挟まれたフィラメント１５０の端部が固定される。
【０００６】
しかしながら、図８および図９に示したような固定具では、２本のボルト１４０を互いに均等な力で締め付けることが困難である。このため、２本のボルト１４０による締結力の不均衡が生じやすく、場合によってはフィラメント１５０の端部と基部１１０の表面との接触が不十分となり、接触抵抗の増大を招くことがあった。また、一旦、適正かつ均等な力で２本のボルト１４０を締め付けた場合であっても、フィラメント１５０の発熱に伴いボルト１４０の膨張が生ずるので、蒸着作業を繰り返し行った場合にはボルト１４０による締結力が低下してしまい、接触抵抗の増大を招くことがあった。このようにフィラメントと固定具との接触面での接触抵抗が増大してしまうと、固定具が溶融し、フィラメントと融着してしまうおそれがあるため、改善が望まれていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、フィラメントと融着することなく、フィラメントを十分に固定することのできるフィラメント固定機構、ならびにそれを備えた発熱機構および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】
【０００８】
本発明のフィラメント固定機構は、フィラメントの端部を把持するものであって、以下の（Ａ１）〜（Ａ３）に示した各構成要件を備えるようにしたものである。
（Ａ１）フィラメントの端部と接する接触面を有する電極。
（Ａ２）フィラメントの端部を電極の接触面との間に挟み込むように配置された押さえ板。
（Ａ３）押さえ板におけるフィラメントの端部に対応する領域の少なくとも一部を接触面に向かうように押し付ける付勢手段。
ここで、「押さえ板におけるフィラメントの端部に対応する領域」とは、押さえ板のうち、付勢手段による付勢方向において投影した場合にフィラメントの端部と重なることとなる領域を意味する。
【０００９】
本発明の発熱機構は、フィラメントと、そのフィラメントの両端をそれぞれ把持するフィラメント固定機構とを備えるようにしたものである。フィラメント固定機構は、上記（Ａ１）〜（Ａ３）に示した各構成要件を有するものである。さらに、本発明の蒸着装置は、このような発熱機構を有する蒸発源を備えるようにしたものである。
【００１０】
本発明のフィラメント固定機構、発熱機構および蒸着装置では、付勢手段により、押さえ板におけるフィラメントの端部に対応する領域の少なくとも一部を接触面に向かうように押し付けることで、押さえ板と電極の接触面とでフィラメントの端部を把持するようにしたので、フィラメントの端部と電極の接触面との良好な接触状態が容易に実現される。
【００１１】
本発明のフィラメント固定機構、発熱機構および蒸着装置では、電極が、接触面を有する第１の部材と、フィラメントの端部および押さえ板を接触面との間に挟み込むように配置され、かつ、付勢手段を保持する第２の部材とを含むようにするとよい。その場合、第１および第２の部材は、付勢手段による付勢力によって互いに係合する係合部をそれぞれ有するようにする。また、係合部は、フィラメントを挟んで２組設けるようにすることで、良好な接触状態がより安定して維持される。また、第１の部材の係合部と、第２の部材における係合部とが互いに当接する当接面は、付勢手段による付勢方向に対して傾斜するようにすることが望ましい。そのような傾斜を有することで、付勢手段による付勢方向と直交する方向における第１の部材と第２の部材とのずれが生じにくくなる。
【００１２】
本発明のフィラメント固定機構、発熱機構および蒸着装置では、付勢手段として、例えばの一部に設けられた嵌合穴（ねじ穴）と嵌合するボルトを採用することができる。その場合、ボルトの先端部が、接触面と重複する領域に位置することとなる。
【００１３】
本発明のフィラメント固定機構、発熱機構および蒸着装置では、押さえ板とフィラメントの端部との接触領域と、電極の接触面とフィラメントの端部との接触領域とは、互いに等しいことが望ましい。こうすることで、電極の接触面とフィラメントの端部との接触領域の全てに亘ってより偏りの小さな応力が付与されることとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のフィラメント固定機構によれば、付勢手段により、押さえ板におけるフィラメントの端部に対応する領域の少なくとも一部を電極の接触面に向かうように押し付けることで、押さえ板と電極の接触面とでフィラメントの端部を把持するようにしたので、フィラメントの端部と電極の接触面との接触抵抗を確実に低減することができる。これにより、フィラメントとの融着を発生させることなく、フィラメントを機械的に十分、強固に固定することができる。
【００１５】
したがって、このようなフィラメント固定機構を用いた発熱機構によれば、より長時間に亘って安定した発熱を行うことができる。また、フィラメントの長寿命化を図ることもできる。さらに、このような発熱機構を搭載した蒸着装置によれば、より長時間に亘って安定した蒸着処理を行うことができるうえ、生産効率の向上を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明における実施の形態について、図面を参照して各々詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態としての電子ビーム蒸着装置の概略構成を表したものである。この電子ビーム蒸着装置は、蒸着処理容器１の内部に、坩堝２、坩堝冷却系３、電子銃４、シャッター５、モニタ６、ヒータ８、基板ホルダ９、真空度計測器１０およびホルダ回転機構１１を備えている。但し、ホルダ回転機構１１の一部は蒸着処理容器１の外部に設けられている。蒸着処理容器１の外側には、真空排気系１２と、制御回路系１３と、電源回路系１４とが設けられている。この電子ビーム蒸着装置は、坩堝２に収容された蒸着用物質１５（後出）を蒸発させ、それを基板ホルダ９に保持された被蒸着基板１６（後出）の表面に堆積させ、薄膜を形成するものである。
【００１８】
坩堝２は、蒸着用物質１５を収容するものであり、例えば酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウムまたは酸化硅素などによって構成されている。坩堝２は、その周囲の一部が坩堝冷却系３によって覆われている。坩堝冷却系３は、蒸着用物質１５に対する電子ビームの照射に伴う坩堝２の過度な温度上昇から守るために冷却するものであり、具体的には、例えばウォータジャケットのような水冷方式の冷却装置などが好適である。
【００１９】
電子銃４は、タングステン（Ｗ）を主材料としてなるフィラメント４Ａと、フィラメント４Ａを固定する一対の固定機構４Ｂと、電子放出用の穴を有すると共にフィラメント４Ａを覆うように設けられたガン部材４Ｃとを、その主要部として備えたものである。電子銃４は、外部の電源回路系１４から電力を供給されるとフィラメント４Ａが赤熱して熱電子を放出するように設定されている。この電子銃４から放出された熱電子は、例えば図示しない偏向ヨーク等によって電磁気的に飛程を制御されて坩堝２に収容された蒸着用物質１６へと照射される。蒸着用物質１５は、電子銃４からの熱電子の照射によって加熱され、溶融したのち徐々に蒸発（気化）する。蒸着用物質１５を収容した坩堝２と電子銃４とが本発明の蒸発源に相当する。
【００２０】
シャッター５は、坩堝２と基板ホルダ９に保持された被蒸着基板１６との間に配置され、坩堝２から被蒸着基板１６へ向かう蒸着用物質１５の通過を制御する開閉可能な部材である。すなわち、蒸着処理中には開状態となり、坩堝２から蒸発した気体状の蒸着用物質１５の通過を許可する一方、蒸着処理の前後においては、坩堝２からの気体状の蒸着用物質１５の通過を遮断するものである。シャッター５は、制御回路系１３と接続されており、開状態または閉状態とする指令信号が入力されることにより、駆動するようになっている。
【００２１】
モニタ６は、坩堝２から蒸発する蒸着用物質１５の蒸発レートを観測するものであり、例えば水晶の振動数の変化を利用した水晶モニタである。モニタ６では、センサ部（図示せず）が水晶によって構成されており、その表面への蒸着用物質１５の付着に伴う水晶の振動数変化に基づき蒸発レートを算出するようになっている。
【００２２】
ヒータ８は、例えば被蒸着基板１６の表面に形成される薄膜の耐久性向上を目的として、被蒸着基板１６を所定温度に加熱するものである。
【００２３】
基板ホルダ９は、蒸着用物質１５を堆積させる対象となる被蒸着基板１６を機械的に保持するものである。この電子ビーム蒸着装置では、基板ホルダ９が複数設けられており、それぞれに被蒸着基板１６が取り付けられている。
【００２４】
ホルダ回転機構１１は、蒸着処理の際、堆積物の位置的な偏りを回避するために基板ホルダ９を回転させるものである。ホルダ回転機構１１は、基板ホルダ９を支持する支持部１１Ａと、電動機などの駆動力源として機能する駆動部１１Ｃと、駆動部１１Ｃの動力を支持部１１Ａへ伝達する支軸１１Ｂとを有している。すなわち、各基板ホルダ９（および被蒸着基板１６）は、支軸１１Ｂを回転中心として公転するようになっている。
【００２５】
真空排気系１２は、排気管１２Ａから吸引を行い、蒸着処理容器１の内部を所定の真空度にまで真空化するためのものである。蒸着処理容器１の内部の真空度については、真空度計測器１０によって計測する。なお、蒸着処理容器１には、ガス導入口（図示せず）が設けられている。
【００２６】
制御回路系１３は、シャッター５へ指令信号を発し、シャッター５の開閉動作の制御を行う機能と、電源回路系１４へ指令信号を発し、坩堝２からの蒸着用物質１５の蒸発量を制御する機能と、真空排気系１２の制御を行う機能とを有している。
【００２７】
具体的には、制御回路系１３は、蒸着処理を開始するにあたり、真空排気系１２を駆動させることで蒸着処理容器１の内部を真空化したのち、電源回路系１４に指令信号を発することによりフィラメント４Ａへ電力を供給して熱電子を放出させ、蒸着用物質１５の蒸発を開始させるように機能する。また、制御回路系１３は、モニタ６からの蒸発レートのデータに基づき、電源回路系１４を介してフィラメント４Ａからの熱電子の放出量を調節することで、坩堝２からの蒸着用物質１５の蒸発レートを制御する機能をも有している。
【００２８】
続いて、図２および図３を参照して、固定機構４Ｂの構成について詳細に説明する。図２は固定機構４Ｂの全体構成を表す斜視図（組図）であり、図３は固定機構４Ｂの分解斜視図である。
【００２９】
固定機構４Ｂは、フィラメント４Ａの端部４ＡＴを挟んで対向配置され、互いに係合する係合部をそれぞれ有する第１および第２の部材２０，３０と、フィラメント４Ａの端部４ＡＴと共に第１および第２の部材２０，３０の間に挟まれた押さえ板４０と、第２の部材３０を第１の部材２０に締結するボルト５０とを備えている。これら第１および第２の部材２０，３０、押さえ板４０、ボルト５０は、いずれも例えば金属材料によって構成されている。図４〜図６は、第１の部材２０、第２の部材３０および押さえ板４０の各部品をそれぞれ表したものであり、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）が、第１の部材２０の平面図、側面図、正面図を順に表し、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）が、第２の部材３０の平面図、側面図、正面図を順に表し、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）が、押さえ板４０の平面図、側面図、正面図を順に表している。
【００３０】
第１の部材２０は、上面２１Ａを有する支柱部２１と、その上面２１Ａの側において支柱部２１を挟むように対向配置された腕部２２，２３と、上面２１Ａの反対側において支柱部２１を挟むように対向配置された脚部２４，２５とが一体となったものである。支柱部２１は、ボルト５０の締め付け方向（Ｚ軸方向）に延在する角柱状をなすものであり、その上面２１Ａの一部は、フィラメント４Ａの端部４ＡＴと接する接触領域２１Ｓ（図３参照）となっている。腕部２２，２３は、押さえ板４０がボルト５０によって付勢される方向（ボルト５０の締め付け方向）と交差する方向（Ｙ軸方向）に支柱部２１から突き出したものである。腕部２２，２３の上面２２Ａ，２３Ａは支柱部２１の上面２１Ａと共に共通の平面を構成している。腕部２２，２３における上面２２Ａ，２３Ａと反対側の面は、第２の部材３０の一部と当接する当接面２２Ｔ，２３Ｔとなっている。この当接面２２Ｔ，２３Ｔは、ボルト５０の締め付け方向に対して傾斜している。
【００３１】
第２の部材３０は、ほぼ中央にねじ穴３１Ｋを有すると共におおよそ平板状をなす平板部３１と、その平板部３１の両端部に立設する鉤部３２，３３とが一体となったものである。鉤部３２，３３は、腕部３２Ａ，３３Ａと、その先端に設けられた爪部３２Ｂ，３３Ｂとを有している。爪部３２Ｂ，３３Ｂは、第１の部材２０の当接面２２Ｔ，２３Ｔと当接する当接面３２Ｔ，３３Ｔを有している。これらの当接面２２Ｔ，２３Ｔおよび当接面３２Ｔ，３３Ｔは、傾斜角度が互いに一致していることが望ましい。
【００３２】
押さえ板４０は、その中央にボルト５０の先端と嵌合する円柱状の内面の溝４１が設けられた平板状の部材である。押さえ板４０の平面形状は、例えば第１の部材２０における上面２１Ａと同等の形状となっている。ボルト５０の先端が溝４１に収まることにより、押さえ板４０が所定の位置から水平方向において外れてしまうのを防ぐことができる。
【００３３】
このような部品からなる固定機構４Ｂは、第２の部材３０によって保持されたボルト５０を締め付け方向に回転させることにより、押さえ板４０が支柱部２１に向かう方向（−Ｚ方向）へ押し付けられる。この際、第２の部材３０の爪部３２Ｂ，３３Ｂは第１の部材２０の腕部２２，２３と係合し、当接面３２Ｔ，３３Ｔと当接面２２Ｔ，２３Ｔとが当接することとなるので、さらにボルト５０を締め付け方向に回転させることで、押さえ板４０と支柱部２１の上面２１Ａとによってフィラメント４Ａの端部４ＡＴを十分強固に把持することとなる。
【００３４】
このように、本実施の形態によれば、ボルト５０により、押さえ板４０における接触領域２１Ｓと対応する領域（フィラメントの端部４ＡＴに対応する領域）の一部を上面２１Ａに向かうように押し付けることで、押さえ板４０と上面２１Ａとでフィラメント４Ａの端部４ＡＴを把持するようにしたので、端部４ＡＴと上面２１Ａとの良好な接触状態が容易に実現される。よって、フィラメント４Ａと第１の部材２０との接触抵抗を確実に低減することができる。そのうえ、上面２１Ａの近傍における発熱を低減しつつ効率的な放熱も可能となる。これにより、固定機構４Ｂは、自らの各部材とフィラメント４Ａとの融着を発生させることなく、フィラメント４Ａを機械的に十分強固に固定することができる。
【００３５】
したがって、このような固定機構４Ｂを用いた発熱機構としての電子銃４によれば、より長時間に亘って安定した発熱を行うことができる。また、フィラメント４Ａの長寿命化を図ることもできる。さらに、このような電子銃４を搭載した本実施の形態の蒸着装置によれば、より長時間に亘って安定した蒸着処理を行うことができるうえ、生産効率の向上を図ることもできる。
【００３６】
ここで、押さえ板４０と端部４ＡＴとの接触領域と、接触面２１Ａにおける接触領域２１Ｓとが互いに一致する場合には、接触領域２１Ｓの全面に亘ってより偏りの小さな応力が付与されることとなるのでより好ましい。
【００３７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、電子銃を用いて蒸着用物質を加熱することで熱電子を取り出すようにしているが、本発明ではこれに限定されず、抵抗加熱方式や高周波誘導加熱法などを採用することもできる。
【００３８】
さらに、上記実施の形態では、電極を、互いに分割された第１および第２の部材２０，３０によって構成するようにしたが、本発明では、これに限定されるものではない。例えば図７に示した変形例のように、開口６０Ｋを有する一体化した基部６０としてもよい。但し、上記実施の形態のように、電極を第１の部材２０と第２の部材３０とに分割することで、上面２１Ａの平滑な状態を維持するための研磨や清掃の作業が容易となるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明における一実施の形態としての電子ビーム蒸着装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した固定機構の全体構成を表す斜視図（組図）である。
【図３】図１に示した固定機構の全体構成を表す分解斜視図である。
【図４】図１に示した固定機構を構成する第１の部材２０の構成を表す平面図、正面図および側面図である。
【図５】図１に示した固定機構を構成する第２の部材３０の構成を表す平面図、正面図および側面図である。
【図６】図１に示した固定機構を構成する押さえ板４０の構成を表す平面図、正面図および側面図である。
【図７】図１に示した固定機構の変形例における全体構成を表す斜視図である。
【図８】従来の固定機構の構成を表す斜視図である。
【図９】図８に示した従来の固定機構の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…蒸着処理容器、２…坩堝、３…坩堝冷却系、４…電子銃、４Ａ…フィラメント、４ＡＴ…端部、４Ｂ…固定機構、４Ｃ…ガン部材、５…シャッター、６…モニタ、８…ヒータ、９…基板ホルダ、１０…真空度計測器、１１…ホルダ回転機構、１２…真空排気系、１３…制御回路系、１４…電源回路系、１５…蒸着用物質、１６…被蒸着基板、２０…第１の部材、２１Ｓ…接触領域、３０…第２の部材、４０…押さえ板、５０…ボルト。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定物質を被蒸着基板の表面に蒸着する蒸着装置、ならびに、そのような蒸着装置における蒸発源に用いられる発熱機構およびフィラメント固定機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種の電子デバイスや光学デバイスに含まれる薄膜構造を作製するにあたっては、物理的気相成長法（ＰＶＤ；Physical Vapor Deposition）や化学的気相成長法（ＣＶＤ；Chemical Vapor Deposition ）などの薄膜形成技術が用いられている。
【０００３】
物理的気相成長法としては、ターゲット（蒸発源）を加熱して気化・蒸発させる真空蒸着法、不活性ガスをグロー放電や高周波によってプラズマ化してターゲットをスパッタリング状態とするスパッタリング法、基板を高電位として、イオン化したターゲットを基板に堆積させるイオンプレーティング法等がある。スパッタリング法は、微細な膜厚の調節が可能であるが、堆積速度が遅く量産化に問題がある。イオンプレーティング法では、基板の温度が上昇するので基板材料が限定され、また、マスクによる微細加工ができないという問題を有する。
【０００４】
真空蒸着法は、加熱方法の違いにより、抵抗加熱法、高周波誘導加熱法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法などに分類される。近年では、金属のような導電体か不導体かを問わず蒸着による成膜が可能であることや、比較的精細な膜質の堆積が可能であることなどの特質を有することから、電子ビーム蒸着法が頻繁に用いられている。この電子ビーム蒸着法は、一般に、ターゲット物質（作製される薄膜の材料となる蒸着用物質）を電子ビームで叩いて物理的に加熱して溶融し、その一部を昇華させ、それを成膜対象となる被蒸着基板の表面に堆積させることで所望の物質からなる薄膜を形成する、というものである。電子ビームの発生は、タングステン（Ｗ）を主材料としたフィラメントに電流を流して熱電子を放出させることによって行われることが多い。このような電子ビーム蒸着を行う成膜装置については、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１３１７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなフィラメントは、一般に、その両端が一対の金属部材によって把持されることで通電されるようになっている。図８および図９に、フィラメントの端部を把持する、従来の固定具の一例を示す。図８は固定具の要部構成を表す斜視図であり、図９は図８に示したIX−IX切断線に沿った矢視方向の断面図である。この固定具は、フィラメント１５０の端部を挟んで対向する基部１１０および押さえ部材１２０と、押さえ部材１２０を基部１１０に固定する２本のボルト１４０とを備えている。基部１１０にはねじ穴１１１が２つ設けられており、押さえ部材１２０には２つのねじ穴１１１と各々対応する位置に２つの開口１２１が設けられている。開口１２１の内面の一部には、ボルト１４０の頭部の直径よりも小さな内径を有する係合部１２２が設けられている。ボルト１４０は開口１２１を貫通し、そのねじ部がねじ穴１１１と嵌合するようになっている。ここで、ボルト１４０を締め付け方向に回すことでボルト１４０の頭部が開口１２１の係合部１２２と係合するので、基部１１０と押さえ部材１２０とが締結されることとなる。この結果、基部１１０と押さえ部材１２０との間に挟まれたフィラメント１５０の端部が固定される。
【０００６】
しかしながら、図８および図９に示したような固定具では、２本のボルト１４０を互いに均等な力で締め付けることが困難である。このため、２本のボルト１４０による締結力の不均衡が生じやすく、場合によってはフィラメント１５０の端部と基部１１０の表面との接触が不十分となり、接触抵抗の増大を招くことがあった。また、一旦、適正かつ均等な力で２本のボルト１４０を締め付けた場合であっても、フィラメント１５０の発熱に伴いボルト１４０の膨張が生ずるので、蒸着作業を繰り返し行った場合にはボルト１４０による締結力が低下してしまい、接触抵抗の増大を招くことがあった。このようにフィラメントと固定具との接触面での接触抵抗が増大してしまうと、固定具が溶融し、フィラメントと融着してしまうおそれがあるため、改善が望まれていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、フィラメントと融着することなく、フィラメントを十分に固定することのできるフィラメント固定機構、ならびにそれを備えた発熱機構および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】
【０００８】
本発明のフィラメント固定機構は、フィラメントの端部を把持するものであって、以下の（Ａ１）〜（Ａ３）に示した各構成要件を備えるようにしたものである。
（Ａ１）フィラメントの端部と接する接触面を有する電極。
（Ａ２）フィラメントの端部を電極の接触面との間に挟み込むように配置された押さえ板。
（Ａ３）押さえ板におけるフィラメントの端部に対応する領域の少なくとも一部を接触面に向かうように押し付ける付勢手段。
ここで、「押さえ板におけるフィラメントの端部に対応する領域」とは、押さえ板のうち、付勢手段による付勢方向において投影した場合にフィラメントの端部と重なることとなる領域を意味する。
【０００９】
本発明の発熱機構は、フィラメントと、そのフィラメントの両端をそれぞれ把持するフィラメント固定機構とを備えるようにしたものである。フィラメント固定機構は、上記（Ａ１）〜（Ａ３）に示した各構成要件を有するものである。さらに、本発明の蒸着装置は、このような発熱機構を有する蒸発源を備えるようにしたものである。
【００１０】
本発明のフィラメント固定機構、発熱機構および蒸着装置では、付勢手段により、押さえ板におけるフィラメントの端部に対応する領域の少なくとも一部を接触面に向かうように押し付けることで、押さえ板と電極の接触面とでフィラメントの端部を把持するようにしたので、フィラメントの端部と電極の接触面との良好な接触状態が容易に実現される。
【００１１】
本発明のフィラメント固定機構、発熱機構および蒸着装置では、電極が、接触面を有する第１の部材と、フィラメントの端部および押さえ板を接触面との間に挟み込むように配置され、かつ、付勢手段を保持する第２の部材とを含むようにするとよい。その場合、第１および第２の部材は、付勢手段による付勢力によって互いに係合する係合部をそれぞれ有するようにする。また、係合部は、フィラメントを挟んで２組設けるようにすることで、良好な接触状態がより安定して維持される。また、第１の部材の係合部と、第２の部材における係合部とが互いに当接する当接面は、付勢手段による付勢方向に対して傾斜するようにすることが望ましい。そのような傾斜を有することで、付勢手段による付勢方向と直交する方向における第１の部材と第２の部材とのずれが生じにくくなる。
【００１２】
本発明のフィラメント固定機構、発熱機構および蒸着装置では、付勢手段として、例えばの一部に設けられた嵌合穴（ねじ穴）と嵌合するボルトを採用することができる。その場合、ボルトの先端部が、接触面と重複する領域に位置することとなる。
【００１３】
本発明のフィラメント固定機構、発熱機構および蒸着装置では、押さえ板とフィラメントの端部との接触領域と、電極の接触面とフィラメントの端部との接触領域とは、互いに等しいことが望ましい。こうすることで、電極の接触面とフィラメントの端部との接触領域の全てに亘ってより偏りの小さな応力が付与されることとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のフィラメント固定機構によれば、付勢手段により、押さえ板におけるフィラメントの端部に対応する領域の少なくとも一部を電極の接触面に向かうように押し付けることで、押さえ板と電極の接触面とでフィラメントの端部を把持するようにしたので、フィラメントの端部と電極の接触面との接触抵抗を確実に低減することができる。これにより、フィラメントとの融着を発生させることなく、フィラメントを機械的に十分、強固に固定することができる。
【００１５】
したがって、このようなフィラメント固定機構を用いた発熱機構によれば、より長時間に亘って安定した発熱を行うことができる。また、フィラメントの長寿命化を図ることもできる。さらに、このような発熱機構を搭載した蒸着装置によれば、より長時間に亘って安定した蒸着処理を行うことができるうえ、生産効率の向上を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明における実施の形態について、図面を参照して各々詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態としての電子ビーム蒸着装置の概略構成を表したものである。この電子ビーム蒸着装置は、蒸着処理容器１の内部に、坩堝２、坩堝冷却系３、電子銃４、シャッター５、モニタ６、ヒータ８、基板ホルダ９、真空度計測器１０およびホルダ回転機構１１を備えている。但し、ホルダ回転機構１１の一部は蒸着処理容器１の外部に設けられている。蒸着処理容器１の外側には、真空排気系１２と、制御回路系１３と、電源回路系１４とが設けられている。この電子ビーム蒸着装置は、坩堝２に収容された蒸着用物質１５（後出）を蒸発させ、それを基板ホルダ９に保持された被蒸着基板１６（後出）の表面に堆積させ、薄膜を形成するものである。
【００１８】
坩堝２は、蒸着用物質１５を収容するものであり、例えば酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウムまたは酸化硅素などによって構成されている。坩堝２は、その周囲の一部が坩堝冷却系３によって覆われている。坩堝冷却系３は、蒸着用物質１５に対する電子ビームの照射に伴う坩堝２の過度な温度上昇から守るために冷却するものであり、具体的には、例えばウォータジャケットのような水冷方式の冷却装置などが好適である。
【００１９】
電子銃４は、タングステン（Ｗ）を主材料としてなるフィラメント４Ａと、フィラメント４Ａを固定する一対の固定機構４Ｂと、電子放出用の穴を有すると共にフィラメント４Ａを覆うように設けられたガン部材４Ｃとを、その主要部として備えたものである。電子銃４は、外部の電源回路系１４から電力を供給されるとフィラメント４Ａが赤熱して熱電子を放出するように設定されている。この電子銃４から放出された熱電子は、例えば図示しない偏向ヨーク等によって電磁気的に飛程を制御されて坩堝２に収容された蒸着用物質１６へと照射される。蒸着用物質１５は、電子銃４からの熱電子の照射によって加熱され、溶融したのち徐々に蒸発（気化）する。蒸着用物質１５を収容した坩堝２と電子銃４とが本発明の蒸発源に相当する。
【００２０】
シャッター５は、坩堝２と基板ホルダ９に保持された被蒸着基板１６との間に配置され、坩堝２から被蒸着基板１６へ向かう蒸着用物質１５の通過を制御する開閉可能な部材である。すなわち、蒸着処理中には開状態となり、坩堝２から蒸発した気体状の蒸着用物質１５の通過を許可する一方、蒸着処理の前後においては、坩堝２からの気体状の蒸着用物質１５の通過を遮断するものである。シャッター５は、制御回路系１３と接続されており、開状態または閉状態とする指令信号が入力されることにより、駆動するようになっている。
【００２１】
モニタ６は、坩堝２から蒸発する蒸着用物質１５の蒸発レートを観測するものであり、例えば水晶の振動数の変化を利用した水晶モニタである。モニタ６では、センサ部（図示せず）が水晶によって構成されており、その表面への蒸着用物質１５の付着に伴う水晶の振動数変化に基づき蒸発レートを算出するようになっている。
【００２２】
ヒータ８は、例えば被蒸着基板１６の表面に形成される薄膜の耐久性向上を目的として、被蒸着基板１６を所定温度に加熱するものである。
【００２３】
基板ホルダ９は、蒸着用物質１５を堆積させる対象となる被蒸着基板１６を機械的に保持するものである。この電子ビーム蒸着装置では、基板ホルダ９が複数設けられており、それぞれに被蒸着基板１６が取り付けられている。
【００２４】
ホルダ回転機構１１は、蒸着処理の際、堆積物の位置的な偏りを回避するために基板ホルダ９を回転させるものである。ホルダ回転機構１１は、基板ホルダ９を支持する支持部１１Ａと、電動機などの駆動力源として機能する駆動部１１Ｃと、駆動部１１Ｃの動力を支持部１１Ａへ伝達する支軸１１Ｂとを有している。すなわち、各基板ホルダ９（および被蒸着基板１６）は、支軸１１Ｂを回転中心として公転するようになっている。
【００２５】
真空排気系１２は、排気管１２Ａから吸引を行い、蒸着処理容器１の内部を所定の真空度にまで真空化するためのものである。蒸着処理容器１の内部の真空度については、真空度計測器１０によって計測する。なお、蒸着処理容器１には、ガス導入口（図示せず）が設けられている。
【００２６】
制御回路系１３は、シャッター５へ指令信号を発し、シャッター５の開閉動作の制御を行う機能と、電源回路系１４へ指令信号を発し、坩堝２からの蒸着用物質１５の蒸発量を制御する機能と、真空排気系１２の制御を行う機能とを有している。
【００２７】
具体的には、制御回路系１３は、蒸着処理を開始するにあたり、真空排気系１２を駆動させることで蒸着処理容器１の内部を真空化したのち、電源回路系１４に指令信号を発することによりフィラメント４Ａへ電力を供給して熱電子を放出させ、蒸着用物質１５の蒸発を開始させるように機能する。また、制御回路系１３は、モニタ６からの蒸発レートのデータに基づき、電源回路系１４を介してフィラメント４Ａからの熱電子の放出量を調節することで、坩堝２からの蒸着用物質１５の蒸発レートを制御する機能をも有している。
【００２８】
続いて、図２および図３を参照して、固定機構４Ｂの構成について詳細に説明する。図２は固定機構４Ｂの全体構成を表す斜視図（組図）であり、図３は固定機構４Ｂの分解斜視図である。
【００２９】
固定機構４Ｂは、フィラメント４Ａの端部４ＡＴを挟んで対向配置され、互いに係合する係合部をそれぞれ有する第１および第２の部材２０，３０と、フィラメント４Ａの端部４ＡＴと共に第１および第２の部材２０，３０の間に挟まれた押さえ板４０と、第２の部材３０を第１の部材２０に締結するボルト５０とを備えている。これら第１および第２の部材２０，３０、押さえ板４０、ボルト５０は、いずれも例えば金属材料によって構成されている。図４〜図６は、第１の部材２０、第２の部材３０および押さえ板４０の各部品をそれぞれ表したものであり、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）が、第１の部材２０の平面図、側面図、正面図を順に表し、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）が、第２の部材３０の平面図、側面図、正面図を順に表し、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）が、押さえ板４０の平面図、側面図、正面図を順に表している。
【００３０】
第１の部材２０は、上面２１Ａを有する支柱部２１と、その上面２１Ａの側において支柱部２１を挟むように対向配置された腕部２２，２３と、上面２１Ａの反対側において支柱部２１を挟むように対向配置された脚部２４，２５とが一体となったものである。支柱部２１は、ボルト５０の締め付け方向（Ｚ軸方向）に延在する角柱状をなすものであり、その上面２１Ａの一部は、フィラメント４Ａの端部４ＡＴと接する接触領域２１Ｓ（図３参照）となっている。腕部２２，２３は、押さえ板４０がボルト５０によって付勢される方向（ボルト５０の締め付け方向）と交差する方向（Ｙ軸方向）に支柱部２１から突き出したものである。腕部２２，２３の上面２２Ａ，２３Ａは支柱部２１の上面２１Ａと共に共通の平面を構成している。腕部２２，２３における上面２２Ａ，２３Ａと反対側の面は、第２の部材３０の一部と当接する当接面２２Ｔ，２３Ｔとなっている。この当接面２２Ｔ，２３Ｔは、ボルト５０の締め付け方向に対して傾斜している。
【００３１】
第２の部材３０は、ほぼ中央にねじ穴３１Ｋを有すると共におおよそ平板状をなす平板部３１と、その平板部３１の両端部に立設する鉤部３２，３３とが一体となったものである。鉤部３２，３３は、腕部３２Ａ，３３Ａと、その先端に設けられた爪部３２Ｂ，３３Ｂとを有している。爪部３２Ｂ，３３Ｂは、第１の部材２０の当接面２２Ｔ，２３Ｔと当接する当接面３２Ｔ，３３Ｔを有している。これらの当接面２２Ｔ，２３Ｔおよび当接面３２Ｔ，３３Ｔは、傾斜角度が互いに一致していることが望ましい。
【００３２】
押さえ板４０は、その中央にボルト５０の先端と嵌合する円柱状の内面の溝４１が設けられた平板状の部材である。押さえ板４０の平面形状は、例えば第１の部材２０における上面２１Ａと同等の形状となっている。ボルト５０の先端が溝４１に収まることにより、押さえ板４０が所定の位置から水平方向において外れてしまうのを防ぐことができる。
【００３３】
このような部品からなる固定機構４Ｂは、第２の部材３０によって保持されたボルト５０を締め付け方向に回転させることにより、押さえ板４０が支柱部２１に向かう方向（−Ｚ方向）へ押し付けられる。この際、第２の部材３０の爪部３２Ｂ，３３Ｂは第１の部材２０の腕部２２，２３と係合し、当接面３２Ｔ，３３Ｔと当接面２２Ｔ，２３Ｔとが当接することとなるので、さらにボルト５０を締め付け方向に回転させることで、押さえ板４０と支柱部２１の上面２１Ａとによってフィラメント４Ａの端部４ＡＴを十分強固に把持することとなる。
【００３４】
このように、本実施の形態によれば、ボルト５０により、押さえ板４０における接触領域２１Ｓと対応する領域（フィラメントの端部４ＡＴに対応する領域）の一部を上面２１Ａに向かうように押し付けることで、押さえ板４０と上面２１Ａとでフィラメント４Ａの端部４ＡＴを把持するようにしたので、端部４ＡＴと上面２１Ａとの良好な接触状態が容易に実現される。よって、フィラメント４Ａと第１の部材２０との接触抵抗を確実に低減することができる。そのうえ、上面２１Ａの近傍における発熱を低減しつつ効率的な放熱も可能となる。これにより、固定機構４Ｂは、自らの各部材とフィラメント４Ａとの融着を発生させることなく、フィラメント４Ａを機械的に十分強固に固定することができる。
【００３５】
したがって、このような固定機構４Ｂを用いた発熱機構としての電子銃４によれば、より長時間に亘って安定した発熱を行うことができる。また、フィラメント４Ａの長寿命化を図ることもできる。さらに、このような電子銃４を搭載した本実施の形態の蒸着装置によれば、より長時間に亘って安定した蒸着処理を行うことができるうえ、生産効率の向上を図ることもできる。
【００３６】
ここで、押さえ板４０と端部４ＡＴとの接触領域と、接触面２１Ａにおける接触領域２１Ｓとが互いに一致する場合には、接触領域２１Ｓの全面に亘ってより偏りの小さな応力が付与されることとなるのでより好ましい。
【００３７】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、電子銃を用いて蒸着用物質を加熱することで熱電子を取り出すようにしているが、本発明ではこれに限定されず、抵抗加熱方式や高周波誘導加熱法などを採用することもできる。
【００３８】
さらに、上記実施の形態では、電極を、互いに分割された第１および第２の部材２０，３０によって構成するようにしたが、本発明では、これに限定されるものではない。例えば図７に示した変形例のように、開口６０Ｋを有する一体化した基部６０としてもよい。但し、上記実施の形態のように、電極を第１の部材２０と第２の部材３０とに分割することで、上面２１Ａの平滑な状態を維持するための研磨や清掃の作業が容易となるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明における一実施の形態としての電子ビーム蒸着装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した固定機構の全体構成を表す斜視図（組図）である。
【図３】図１に示した固定機構の全体構成を表す分解斜視図である。
【図４】図１に示した固定機構を構成する第１の部材２０の構成を表す平面図、正面図および側面図である。
【図５】図１に示した固定機構を構成する第２の部材３０の構成を表す平面図、正面図および側面図である。
【図６】図１に示した固定機構を構成する押さえ板４０の構成を表す平面図、正面図および側面図である。
【図７】図１に示した固定機構の変形例における全体構成を表す斜視図である。
【図８】従来の固定機構の構成を表す斜視図である。
【図９】図８に示した従来の固定機構の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…蒸着処理容器、２…坩堝、３…坩堝冷却系、４…電子銃、４Ａ…フィラメント、４ＡＴ…端部、４Ｂ…固定機構、４Ｃ…ガン部材、５…シャッター、６…モニタ、８…ヒータ、９…基板ホルダ、１０…真空度計測器、１１…ホルダ回転機構、１２…真空排気系、１３…制御回路系、１４…電源回路系、１５…蒸着用物質、１６…被蒸着基板、２０…第１の部材、２１Ｓ…接触領域、３０…第２の部材、４０…押さえ板、５０…ボルト。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントの端部を把持するフィラメント固定機構であって、
前記フィラメントの端部と接する接触面を有する電極と、
前記フィラメントの端部を前記接触面との間に挟み込むように配置された押さえ板と、
前記押さえ板における前記フィラメントの端部に対応する領域の少なくとも一部を前記接触面に向かうように押し付ける付勢手段と
を備えたことを特徴とするフィラメント固定機構。
【請求項２】
前記電極は、前記接触面を有する第１の部材と、前記フィラメントの端部および押さえ板を前記接触面との間に挟み込むように配置され、かつ、前記付勢手段を保持する第２の部材とを含み、
前記第１および第２の部材は、前記付勢手段による付勢力によって互いに係合する係合部をそれぞれ有する
ことを特徴とする請求項１記載のフィラメント固定機構。
【請求項３】
前記フィラメントを挟んで２組の前記係合部が設けられていることを特徴とする請求項２記載のフィラメント固定機構。
【請求項４】
前記付勢手段は、前記第２の部材の一部に設けられた嵌合穴と嵌合するボルトであり、
前記ボルトの先端部が、前記フィラメントの端部に対応する領域に位置する
ことを特徴とする請求項２または請求項３記載のフィラメント固定機構。
【請求項５】
前記第１の部材の係合部と、前記第２の部材における係合部とが互いに当接する当接面は、前記付勢手段による付勢方向に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項記載のフィラメント固定機構。
【請求項６】
前記押さえ板と前記フィラメントの端部との接触領域と、前記電極の接触面と前記フィラメントの端部との接触領域とは、互いに等しい
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項記載のフィラメント固定機構。
【請求項７】
フィラメントと、
前記フィラメントの両端部をそれぞれ把持する請求項１から請求項６のいずれか１項記載のフィラメント固定機構と
を備えた発熱機構。
【請求項８】
請求項７記載の発熱機構を有する蒸発源を備えたことを特徴とする蒸着装置。
【請求項１】
フィラメントの端部を把持するフィラメント固定機構であって、
前記フィラメントの端部と接する接触面を有する電極と、
前記フィラメントの端部を前記接触面との間に挟み込むように配置された押さえ板と、
前記押さえ板における前記フィラメントの端部に対応する領域の少なくとも一部を前記接触面に向かうように押し付ける付勢手段と
を備えたことを特徴とするフィラメント固定機構。
【請求項２】
前記電極は、前記接触面を有する第１の部材と、前記フィラメントの端部および押さえ板を前記接触面との間に挟み込むように配置され、かつ、前記付勢手段を保持する第２の部材とを含み、
前記第１および第２の部材は、前記付勢手段による付勢力によって互いに係合する係合部をそれぞれ有する
ことを特徴とする請求項１記載のフィラメント固定機構。
【請求項３】
前記フィラメントを挟んで２組の前記係合部が設けられていることを特徴とする請求項２記載のフィラメント固定機構。
【請求項４】
前記付勢手段は、前記第２の部材の一部に設けられた嵌合穴と嵌合するボルトであり、
前記ボルトの先端部が、前記フィラメントの端部に対応する領域に位置する
ことを特徴とする請求項２または請求項３記載のフィラメント固定機構。
【請求項５】
前記第１の部材の係合部と、前記第２の部材における係合部とが互いに当接する当接面は、前記付勢手段による付勢方向に対して傾斜している
ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項記載のフィラメント固定機構。
【請求項６】
前記押さえ板と前記フィラメントの端部との接触領域と、前記電極の接触面と前記フィラメントの端部との接触領域とは、互いに等しい
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項記載のフィラメント固定機構。
【請求項７】
フィラメントと、
前記フィラメントの両端部をそれぞれ把持する請求項１から請求項６のいずれか１項記載のフィラメント固定機構と
を備えた発熱機構。
【請求項８】
請求項７記載の発熱機構を有する蒸発源を備えたことを特徴とする蒸着装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２５１４３１（Ｐ２００８−２５１４３１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９３３２５（Ｐ２００７−９３３２５）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
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