专利名称：真空沉积方法和真空沉积用密封型蒸发源设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种真空沉积方法以及一种升华材料真空沉积用密封型蒸发源设备，它采用具有蒸发材料喷射开口(blast aperture)的密封加热容器。更具体地，本发明涉及一种真空沉积方法，其采用通过利用沉积室与加热容器之间的巨大压力差使蒸发材料发射和蒸发的系统。此外，本发明涉及一种真空沉积用密封型蒸发源设备。作为解释，蒸发材料、加热容器和相关的部件统称为“密封蒸发源”。
背景技术：
通常，并未利用蒸发室与加热室之间压力差的敞开型蒸发源已经广泛用作真空沉积的蒸发源。同时，很难找到将蒸发源称为密封型蒸发源的情况处于实际应用中，其中蒸发材料在巨大压力差下喷射和蒸发。
蒸发固体有两种方法。即，一种方法是使其中保持或放置待蒸发固体的容器电加热。另一种方法是直接照射电子束至固体上。这些方法一般称为敞开型蒸发源。然而，任一种方法都与下列方法不同在具有从沉积一侧的真空室分割出的体积的空间中存储蒸发气体以及在所得到的压力下将其作为气流喷射。在敞开型蒸发源的情况下，蒸发气体从蒸发源移动至容器外的沉积对象表面(以下仅称作“基底”)的平移运动速度通过由蒸发的加热温度所决定的各个分子的自由运动速度来定义，以及等于在该处条件下的音速。
另一方面，在密封型蒸发源的情况下，采用使保持固体的容器或其中放有固体的容器加热的蒸发源并且蒸发固体。将所述容器中的压力设定成远远大于沉积一侧的真空室中压力的值。因而，从细小的开口得到气体的喷射流。在这种情况下，平移运动速度由于其通过所得到的喷射速度增量来加速而变成超音速。
在敞开型蒸发源的情况下，如果基底处于水平以及将蒸发区域的任意点设定成中心轴，沉积在基底上的膜的厚度分布根据照射角度的变化显示光滑的凸圆形表面。在密封型蒸发源的情况下，假设当各个开口具有规定形状、小的开口区域和一定的通路距离时基底处于水平。沉积在基底上的膜的厚度分布方面，根据照射角度相对于充当中心轴的开口中的特定点的变化，充当气体粘性流的蒸气显示相对锐利的凸起圆形表面(实际上，投射形状与开口的壁面阻力有关以及扩散至阻力大的一侧)。
分子运动的速度影响沉积膜的质量。然而，在提供等于音速的平移运动速度的敞开型蒸发源与提供超音速的平移运动速度的密封型蒸发源的比较中，尽管仅仅在喷射方向上速度高，但是密封型蒸发源可以提供良好的膜质量。此外，密封型蒸发源提供具有尖锐凸起表面的膜。换句话说，具有狭窄方向性的蒸发材料至基底的喷射意味着在固定区域中厚膜形成速率快。另外，通过将电子照射至在喷出(或喷射)蒸气的绝热膨胀过程中产生的分子簇上以形成离子化的簇并在电场中加速该离子化的簇，可以提高膜质量。这公知为“电离聚束方法(Ionized Cluster Beam Method)”。密封型蒸发源的特性，如喷出蒸气的超音速特性、方向性、簇形成特性，应当更多地得到利用。然而，上述特性常常可以在实验中观察到，但是几乎没有见到应用实例。据认为理由如下(1)在以前的密封型蒸发源中，由于内部压力增加，随着蒸发气体的喷射，蒸发材料自身从喷射开口以高速溅射。这仅仅导致材料损失以及击中基底的溅射材料损害沉积膜的质量。换句话说，获得超音速平移速度的高内部压力造成高速材料溅射现象。
(2)由于未被喷出的蒸气在密封蒸发源的压力下在蒸发源内部再凝固，如果相同的温度条件和相同的可蒸发表面积是给定的，没有压力的敞开型蒸发源可以提供更大量的蒸发。
(3)在密封型蒸发源中，在准备步骤中难以通过细小的喷射开口将蒸发材料保持和放置在其内部。为此，必须在打开蒸发源之后，放入蒸发材料并密封。该过程需要下列步骤拆卸除了蒸发源用的容器以外的加热装置部分，以及移除安装在内部的材料溅射防止用障碍物(后面进行说明)。由此，与敞开型蒸发源相比，无法容易地操作密封型蒸发源。
(4)在密封型蒸发源中，更为困难的是在蒸发过程中再填充蒸发材料。相反地，由于敞开型蒸发源具有足够的空间，往往可以连续地供应蒸发材料。
接下来，这里将更详细地说明上述问题。首先，关于(1)中的材料溅射，不管敞开型和密封型，现有技术中有着一个重要的共同点，通过加热容器本身来得到蒸气。该共同点意味着经历蒸发材料通过传导热蒸发的步骤。在这种情况下，待保持或放置的蒸发材料的类型并不涉及通过热熔化蒸发的材料或者升华材料。接着，将研究通过传导热使材料蒸发和溅射的过程。
图11显示传统典型的敞开型蒸发源的实例。另外可参照由Thin-film 131committee in Japan Society for the Promotion of Science编写的“薄膜手册(Thin-Film Handbook)”第99和100页上显示的图2.75(a)和有关“外热式熔罐(Externally Heated Crucible)”的文章。
图12显示传统的密封型蒸发源的实例。可进一步参照日本专利公报No.2710670(尤其，参照作为传统技术显示的图4。在这种情况下，认为加热器(未示出)用电子轰击加热容器的侧面)。
在图11中所示的作为传统敞开型蒸发源的外热式熔罐100中，将高铝水泥制的内熔罐102(在这种情况下相当于加热容器)设置在具有热屏蔽的外熔罐101中。内熔罐102具有敞开顶部、底部和卷绕有加热钨线圈103的壁。放在加热容器102中的蒸发材料(图11中未示出)通过电加热钨线圈103而蒸发。
换句话说，在加热容器102或敞开型蒸发源中，没有示出蒸发材料。来自加热容器102壁的热量传递至其底部表面。同时，围绕该容器设置的热屏蔽熔罐101尽可能地防止产生的热量外部损失。因此，完全理解的是与蒸发源的内表面直接接触的蒸发材料通过传导热蒸发。
参照图12，作为传统的密封型蒸发源的蒸发产生熔罐110具有带底部的熔罐111(在这种情况下相当于加热熔罐)。加热容器111用所需量的蒸发材料114填充。熔罐111的顶部用在其中心具有喷嘴113的盖板112可拆卸地封闭。
由此，在加热容器111或密封型蒸发源中，由于除了上部空间以外，蒸发材料114与加热部分直接接触，蒸发材料因传导热而蒸发。
一般而言，需要蒸气可以存在于其中的空间以蒸发凝固的材料(固体、液体)。在图11中所示敞开型蒸发源的实例的说明中，与真空室没有压力分界的上部空间是蒸气存在区域。在蒸发源设备的情况下，由蒸发材料接受的热量在加热容器102的接触表面上提供最高的温度以及随着蒸发材料离开接触表面提供降低的温度。在接触表面区域中，由于即使当加热温度处于蒸发材料的蒸发温度时也没有蒸气存在于其中的空间自身，尽管温度逐渐增加，凝固材料(蒸发材料)也不蒸发(导致显热)。同时，将热量赋予位于远离接触表面区域的部分的蒸发材料。一段时间后，与空间交界的蒸发材料表面区域的温度达到蒸发温度，以致产生蒸发现象。
如果是那样的话，从固态至液态的材料相变中，由于存在于加热容器102内的对流运动，整个容器的热量倾向于均匀化。然而，在升华材料的情况下，由于不产生对流，难以使热量分布均匀化。在任何情况下，当过度升温或者减少温度的上升时间，与加热容器102或加热元件的加热区域直接接触的蒸发材料超过显热的极限而往空间蒸发。结果，发生蒸发材料的溅射。
在许多情况下，升华材料以粉末颗粒的形式使用，其易于沿着作为蒸发源的加热容器的内部形状移动。因此，蒸发材料猛烈溅射。更确切地说，该类型的蒸发材料溅射现象称为“飞溅”或“喷溅”，因而降低蒸发材料的加工收率。此外，轰击基底沉积表面的飞溅损害膜的表面和导致不稳定的蒸发量。
相比之下，由于在敞开型蒸发源中不存在内部压力，在温度的控制下和温度上升时间的控制下可以抑制材料的溅射。然而，在其中存在内部压力的密封型蒸发源中，在温度控制和温度上升时间的控制下无法充分防止材料的溅射。换句话说，在如图12中所示的密封型蒸发源的情况下，由于材料随着蒸气一起喷射，与敞开型蒸发源中的相比，喷射速度是显著的。因此，到达基底的喷射材料使膜质量劣化。
为了克服上述问题，密封型蒸发源采用充当防止蒸发材料溅射用手段的障碍物。图13显示在蒸发源加热容器的内部中构造溅射防止用障碍物的实例。
换句话说，在图13中所示的熔罐120中，加热容器121包括相互可分离的上部加热筒体122和下部筒体125。上部加热筒体122具有上电极123和形成在其中心的喷射开口或喷嘴124。下部加热筒体125具有下电极126以及在其底部包含升华蒸发材料129。通过使用分开的表面，可拆卸地以预定间隔安装上部挡板127和下部挡板128。上部挡板127具有通孔127a而下部挡板128具有通孔128a。通孔127a和128a以相对位置关系相互偏移。加热容器121自身通过经由电极123和126通电而电阻加热。
在具有上述构造的加热容器121的情况下，产生自经加热的蒸发材料129表面的蒸气放射状移动。然而，由于上部挡板127中的通孔127a和下部挡板128中的通孔128a是交错的，蒸气无法直线穿过。蒸气撞在挡板127、128上，从而任意地移动。换句话说，上述移动可抑制材料的溅射。
然而，在密封型蒸发源的情况下，障碍物结构不可避免地复杂化以完全抑制材料的溅射，以致蒸气经过的空间变窄。结果，蒸气再凝固比例变大但是喷射量减少。因此，由于沉积速率变小，实际上无法实现良好的蒸发源。
在先前的密封型蒸发源中，即使提高蒸发材料的进料容量以在长时间内提供沉积或者以获得高的蒸发速率，蒸发材料的溅射量按比例增加。因此，需要限制蒸发材料的类型、进料容量、加热温度、蒸发时间等。这是为什么密封蒸发源的应用还限于试验阶段的一个原因，它使得难以令密封蒸发源开始广泛的实际应用。
其次，至于(2)中的蒸发量，当在相同的温度条件下将空间的界面面积设定成相同的值时，敞开型蒸发源自然具有比密封型蒸发源中更大的单位时间的蒸发量。在敞开型蒸发源中，所有的蒸气以由现场条件决定的音速转移至真空室中。另一方面，在密封型蒸发源中，固定量的来自界面区域的蒸气再淀积在未蒸发的材料表面上然后转化成固态。蒸气仅仅在固定的动态平衡状态下以超音速从开口喷出。
至于(3)，在敞开型蒸发源中，如同从图11容易理解的那样，可以以没有变化的方式供给蒸发材料。然而，在密封的蒸发源中，如果具有喷射开口113的盖板112一旦没有移开或者形成在加热容器111罐体中的分离部分没有拆下，难以供给蒸发材料114。如果是那样的话，由于在蒸发源中不可避免地设置加热装置，因此不得不拆下该加热装置。此外，不得不拆下如图13中所示的设置在容器中的挡板。因此，敞开型蒸发源显然在操作上具有优势。
最后，至于(4)，在密封型蒸发源中，由于即使准备阶段包括拆卸操作，也不可能在蒸发过程中供给蒸发材料，如同在(3)中所述的。尽管蒸发材料可以从喷射开口供给，蒸气的喷射或固定喷射变得不可能。在敞开型蒸发源中，已知的是在蒸发过程中通过利用宽阔的敞开空间供给蒸发材料的情形。
关于(1)-(4)项，已经与敞开型蒸发源比较而说明了密封型蒸发源的问题和现实状况。然而，如果没有改进(1)-(4)项，特别是如果没有解决(1)的话，即使认识到蒸气的超音速平移速度或其他效果，也难以充分利用密封型蒸发源。
之前，已经简短描述了蒸发中的平移速度与沉积膜的质量有关。这里，所述移动速度取决于分子运动速度。而分子运动速度取决于温度。然而，即使在相同温度下，密封型蒸发源与敞开型蒸发源在平移速度上大大不同。接下来，将在水蒸气作为实例示出的情况下比较平移速度，其比热比是已知的。
也就是说，水分子的自由运动速度在100℃下是415m/sec。这转换成300m/sec的平移速度(音速)。当假设在密封型蒸发源的真空室中压力是8×10-3Pa，而蒸发源内的压力在100℃下是133Pa时，从喷射开口可以得到1179m/sec的平移速度。换句话说，在相同的温度下可以得到大约4倍于水蒸气速度的移动速度。因此，决定沉积膜质量的能量大相应的值。
水蒸气的例子适用于具有不同数值的其他分子。在这种情况下，提高沉积膜的质量并不仅仅由于分子的高移动速度。然而，分子移动速度是最重要的因素之一。在目前情况下，认为仅密封型蒸发源可以用蒸发源自身的能力来提高各分子的运动速度。
然而，因为密封的蒸发源由于先前所述的原因而目前无法广泛利用，采用敞开型蒸发源以提高沉积膜的质量。例如，敞开型蒸发源和氩离子辅助或者因溅射(sputtering)而淀积的组合在开放条件下可以获得相对优质的沉积膜。任一种方法都有助于提高离子的效果和分子运动速度。然而，即使通过两种方法可以得到优质的沉积膜，氩离子辅助方法需要昂贵的氩离子装置。溅射设备昂贵以及目标成本花费多。溅射设备不具有高的产率。
如上所述，密封型蒸发源具有(1)-(4)项中所述的不可避免的问题。然而，根据本发明，对于升华材料的蒸发如果能够解决(1)-(4)，可以得到与通过氩离子辅助或溅射形成的膜质量相等的沉积膜质量。在该突破中，可以实现沉积膜的优质、高产率和低生产成本以及促进“电离聚束”技术得到实际应用。
通常，蒸发源的加热容器不可避免地具有主动加热区域和被动加热区域。例如，在利用电阻加热的容器中，通电区域相当于主动加热区域而其他区域相当于被动加热区域，其主要通过来自主动加热区域的传导而加热。为此，主动加热区域的温度总是高于被动加热区域的温度。基本上，蒸发取决于主动加热区域的温度。加热区域的上述分类无疑不仅在电阻加热中可以看到，而且在其他加热方法中也可以看到。例如，在电子轰击中，待轰击的区域是主动加热区域而剩余区域相当于被动加热区域。
如上所述，通过传导热蒸发倾向于容易使蒸发材料溅射，因为即使当蒸发材料接触表面达到蒸发温度时，对于所产生的蒸气也基本上没有空间。特别是，在密封型蒸发源中，由于高的内部压力，蒸发材料以更高的速度溅射。
为此，蒸发材料用辐射热而不是传导热来蒸发，或者将其保持在远离加热容器主动加热区域的被动加热区域中达到蒸发温度的位置上。结果，由于蒸发材料的表面充当与空间的界面以及仅在这样的区域中产生蒸发现象，理论上不会产生蒸发材料的溅射。然而，由于蒸发现象意味着在未蒸发的蒸发材料层中的潜热状态，处于保持(hold)状态下的蒸发材料的温度没有提高。
在重力空间中，在任何情况下，事实是除了气体以外的所有“物体”可以广义地保持、放置和固定在地上。可用沉积设备与蒸发源之间或蒸发材料与构成蒸发源的加热容器之间的关系来说明该事实。蒸发源牢固安装在沉积设备上。蒸发材料保持或放置在加热容器中。当所述相互关系从加热容器中的加热区域的观点来看时，绝对合理的是决定加热容器的被动加热区域作为固定至沉积装置的部分。此外，可以将蒸发材料以稳定状态完全保持或放置在加热容器的被动加热区域中。
也就是说，具有上述构造的蒸发源防止蒸发材料的物相变化。即，升华材料与固体至蒸气的变化无关以及可以维持静态稳定性。换句话说，可以从上述想法中找到防止材料溅射的方法。
即使将主动加热区域加热至足可蒸发的温度，也可以使被动加热区域相对容易地维持在蒸发温度以下。原因在于固定结构可以通过传导使产生的热量向另一区域减弱(sink)以及可以在该区域提供散热器。从而，可以使蒸发材料以稳定状态以及连续地保持或维持在被动加热区域中。
至于在先的蒸发源，尝试通过传导热蒸发，但是对蒸发源已经采取多种设计理念以维持该区域至蒸发温度。通过这样做，可以快速而平均地提高蒸发材料整体的温度。结果，可以极大提高蒸发效率。然而，如果以稳定状态保持待通过辐射热蒸发的升华蒸发材料，优选该保持位置远离提供蒸发温度的主动加热区域以及位于没有在蒸发温度下的被动加热区域中。换句话说，如果保持的位置处于蒸发温度下，不可能以稳定状态保持蒸发材料。
发明概述为解决上述项中描述的问题而进行本发明。
本发明的目的在于提供一种能够有效地使密封型蒸发源在升华材料范围中投入实际应用的技术。
本发明的一个方面中，一种蒸发升华或蒸发材料的真空沉积方法包含下列步骤制备具有喷射开口的气密型加热容器，在由于来自所述气密加热容器的传导热没有使蒸发材料蒸发的区域中保持蒸发材料，通过来自该加热容器的辐射热蒸发保持在所述区域中的蒸发材料，以及从所述喷射开口向在该加热容器外部的蒸发对象表面或基底喷射(emit)所得到的蒸气。
在本发明的真空沉积方法中，所述加热容器在由于来自该加热容器的传导热没有使所述蒸发材料蒸发的区域中具有供料口。从所述供料口提供的蒸发材料保持在由于来自加热容器的传导热没有使蒸发材料蒸发的区域中。待提供和保持的蒸发材料保持在经受辐射热的蒸发区域中，以便以不接触的状态面对(face)加热容器中处于可蒸发温度下的加热表面。
所述蒸发材料处于粉末颗粒状态以及从形成在加热容器中的供料口提供。待提供的蒸发材料保持在经受辐射热的蒸发区域中，以便以不接触的状态面对加热容器中处于可蒸发温度下的加热表面。
由于来自加热容器的加热表面的辐射热而产生的蒸发材料的蒸气在所述加热容器内的空间中进行热扰动运动(thermal disturbance motion)，同时部分蒸气再凝固在蒸发材料的表面上，从而以预定状态维持在固相。
所述蒸发材料是成型体(molded compact)，以及从形成在加热容器中的供料口提供，同时待提供的蒸发材料保持在经受辐射热的蒸发区域中，以便以不接触的状态面对加热容器中处于可蒸发温度下的加热表面。
通过经由所述供料口提供的粉末颗粒蒸发材料或成型体蒸发材料来维持形成于加热容器中的供料口的气密性。
通过部分再凝固的蒸气的固态相来维持形成于加热容器中的供料口的气密性。
按照蒸发材料因气体喷射造成的减少通过供料口将粉末颗粒蒸发材料提供至加热容器中。
在本发明的另一方面中，一种使升华蒸发材料蒸发的真空沉积用密封型蒸发源设备包含，具有喷射开口和具有用来自其内表面的辐射热使蒸发材料蒸发的区域的气密加热容器，以及将蒸发材料保持在用来自该加热容器的传导热没有使蒸发材料蒸发的区域中的支持体(holder)，由此所述喷射开口向该容器外部的蒸发对象表面喷射蒸气。
在本发明的真空沉积用密封型蒸发源设备中，所述加热容器在通过来自该加热容器的传导热没有使蒸发材料蒸发的区域中具有蒸发材料的供料口。待从所述供料口提供的蒸发材料保持在通过来自加热容器的传导热没有使蒸发材料蒸发的区域中。待提供和保持的蒸发材料保持在经受辐射热的蒸发区域中，以便以不接触的状态面对加热容器中处于可蒸发温度下的加热表面。
所述蒸发材料处于粉末颗粒状态以及从形成在加热容器中的供料口提供。待提供的蒸发材料保持在经受辐射热的区域中，以便以不接触的状态面对加热容器中处于可蒸发温度下的加热表面。
所述蒸发材料是成型体以及从形成在加热容器中的供料口提供。蒸发材料保持在经受辐射热的蒸发区域中以便以不接触的状态面对加热容器中处于可蒸发温度下的加热表面。
将蒸发材料供料口和支持体设置在由于来自所述加热容器的传导热没有使蒸发材料蒸发的位置上。
由于经由所述供料口提供的粉末颗粒蒸发材料或成型体蒸发材料来维持形成于加热容器中的供料口的气密性。
通过部分再凝固的蒸气的固态相来维持形成于加热容器中的供料口的气密性。
按照蒸发材料因气体喷射造成的减少通过供料口将粉末颗粒蒸发材料提供至加热容器中。
在本发明的真空沉积方法和气相沉积用密封型蒸发材料源设备中，可以在使用升华蒸发材料的真空沉积技术中采用密封型蒸发源。从而，可以显著改进沉积薄膜及其产率。与敞开型蒸发源相比，密封型蒸发源可以使蒸气的平移运动速度加快以及很大程度上可以有助于提高沉积薄膜的质量，从而实际证明多种非常优良的特性。
附图简要说明阅读以下的详细描述和附图时，本发明的这些和其他目的、特征和优点会变得更明显，其中图l是从概念上说明根据本发明第一实施方式的真空沉积用密封型蒸发源设备的示意性构造的纵向剖面侧视图；图2是从概念上说明根据本发明第一实施方式的密封型蒸发源设备的从上方看的俯视图；图3是从概念上说明根据本发明第一实施方式的密封型蒸发源设备的变型的纵向剖面侧视图；图4是从概念上说明根据本发明第一实施方式的密封型蒸发源设备的变型的从上方看的俯视图；图5是从概念上说明根据本发明第二实施方式的真空沉积用密封型蒸发源设备的示意性构造的纵向剖面侧视图；图6是从概念上说明图5中所示的密封型蒸发源设备运行一段时间后蒸发材料状况的纵向剖面侧视图；图7是从概念上说明沿着图6中所示的线7-7所得区域的横截面侧视图；图8是从概念上说明根据本发明第三实施方式的真空沉积用密封型蒸发源设备的示意性构造的纵向剖面侧视图；图9是从概念上说明根据本发明第三实施方式的密封型蒸发源设备的变型的纵向剖面侧视图；图10是从概念上说明根据本发明第四实施方式的真空沉积用密封型蒸发源设备的示意性构造的纵向剖面侧视图；图11是说明传统的真空沉积用敞开型蒸发源设备的横截面上的说明图；
图12是说明传统的真空沉积用密封型蒸发源设备的横截面上的说明图；以及图13是说明传统的具有真空沉积障碍物的密封型蒸发源设备的横截面上的说明图。
优选实施方式的描述以下将通过参照图1-10来说明根据本发明第一至第四实施方式的真空沉积方法和真空沉积用密封型蒸发源设备。
在第一实施方式中，蒸发材料例如是以成型体或者特别是以任意形状形成的粉末颗粒升华材料。第一实施方式进一步显示如图1和2中所示的将升华材料手动供应至形成熔罐的加热筒体中的实例及其如图3和4中所示的变型。第二实施方式显示将粉末颗粒状的蒸发材料或升华材料连续供应至锥形加热筒体中的实例及其变型，如图5、6和7中所示。第三实施方式显示如图8中所示的将粉末颗粒状的蒸发材料或升华材料连续供应至加热筒体中的实例，及其如图9中所示的变型。在第四实施方式中，蒸发材料是成型体。使用加热筒体。成型体支持体与支持衬底(holding substrate)分开。如图10中所示简单地间歇提供蒸发材料。第四实施方式能够以不同于第二和第三实施方式中那样的方法来提供蒸发材料。
此外，在各个实施方式中将例如SiO(一氧化硅)作为升华蒸发材料。SiO非常广泛地用于眼镜镜片的表面保护膜、电子电路中的电绝缘膜、合成树脂膜的气体保护膜(在这种情况下其通过氧化转化成SiO2)、等等。至于升华蒸发材料，有无机物如Cr、Sn、Sr、Mg、SnO、ZnO、CdS、CdTe、PbS等和有机材料如相同类型的升华材料。
在各个实施方式中采用的加热系统是通过使作为制成加热容器的材料的石墨通电来产生高温的电阻加热系统。在该电阻加热系统中，相对简单地建立整个结构。作为构成材料的石磨是容易得到的和容易机械加工的。所述密封型蒸发源具有适合SiO或电绝缘材料的设备结构。然而，当使用导电性蒸发材料时，必须使设备结构与它适应。
实施方式1目前，当例如在眼镜镜片的表面上沉积SiO(蒸发材料)保护膜时，许多镜片布置在真空室上部部分之上而敞开型蒸发源设置在其下部部分。一般而言，通过电阻加热器使保护膜沉积在镜片表面上。在这种情况下，用新的镜片手动替换经沉积的镜片。此外，手动再填充蒸发材料。为了交换基底或作为沉积对象基底的眼镜镜片以及为了再填充蒸发材料，存在许多其他劳动。
至于SiO(或蒸发材料)，有多种材料如粉末颗粒或若干毫米的薄片、称为靶子的精密成型材料、不规则尺寸或形状的材料、以及其他。这些蒸发材料普遍由制造商在市场上销售。除了特定的制造商以外，其他制造商可用相对简单的设备从粉末制备成型制品。
如上所述，第一实施方式对应于图1-4中所示的真空沉积方法和真空沉积用密封型蒸发源设备。在该实施方式中，手动进行基底的替换和蒸发材料的再填充。
也就是说，图1是从概念上说明根据本发明实施方式1的真空沉积用密封型蒸发源设备的示意性构造的纵向剖面侧视图。图2是从概念上说明该真空沉积用密封型蒸发源设备的从上方看的俯视图。图3是从概念上说明该真空沉积用密封型蒸发源设备的变型的纵向剖面侧视图。图4是从概念上说明该真空沉积用密封型蒸发源设备的从上方看的俯视图。参照图1和2，预先将SiO(蒸发材料)成型为模制件。参照图3和4，蒸发材料处于粉末状态。可以任意地塑造各个蒸发材料，如以下所述的。
在图1和2中所示的各个构造中，根据第一实施方式的真空沉积用密封型蒸发源设备10包括加热容器11，其构成整体来看在横截面上圆柱形地形成的熔罐。加热容器11具有上部加热筒体12a和下部加热筒体12b，其可垂直分成两部分。在加热筒体12a、12b内部形成蒸发空间21。在上部加热筒体12a的上端形成电阻加热/通电用的凸缘状上电极13a以及在下部加热筒体12b的凸缘状下端形成电阻加热/通电用的凸缘状下电极13b。所述加热筒体12a和12b对应于主动加热区域A。各个其他区域对应于被动加热区域B。加热区域A和B各自用来自加热筒体12a、12b的热量来提高其温度。
在上部加热筒体12a的上部封闭部件(block section)的中心形成喷射所产生的蒸气的喷射开口或喷嘴14。在下部加热筒体12b中在内底部中心形成下凹支持体15，其支撑接下来将描述的蒸发材料成型体22。具有支持体15的下部加热筒体12b的下端保持并支撑在固定台16上。在固定台16中建立冷却管道17以从外部冷却筒体的下端。从而，加热筒体12a和12b的相应部分保持在不能蒸发的区域C中或者在通过来自加热容器11自身的传导热没有使蒸发材料蒸发的区域中。保护固定台16的外围部分免于高温。
在供入和保持之前，预先将蒸发材料如SiO以易于保持的所需形状成型从而形成成型体22，尽管并不总是需要粉末状升华蒸发材料SiO的预先成型。例如，可以将蒸发材料SiO在图1中所示的下凹支持体15中堆积至可能的高度。优选的是任意形状的蒸发材料SiO不与处于蒸发温度下的区域A接触。一旦将上部加热筒体12a与下部加热筒体12b分开之后，使成型体22的下端适合并保持在支持体15的中心。为此，从不能蒸发的区域C往下的部分没有达到蒸发温度。成型体22保持在稳定状态。
至于与上电极13a连接的电力馈线(power feeder)部件(未示出)，简化安装结构以使成型体22至加热容器11中的替换快速而简单地进行。因此，当替换或再填充成型体22时，不得不将所述电力馈线部件从上电极13a拆下。然而，由于省略了现有技术中采用的材料溅射防止用障碍物的拆卸，使工作简化并缩短工作时间。在第一实施方式中，发现可以在10分钟内完全替换成型体22。
蒸发空间21处于成型体22和作为主动加热区域A的加热容器11的内壁表面之间。成型体22从其表面自动蒸发同时一部分产生的蒸气量从具有细小开放区域的喷射开口14喷出。剩余量的蒸气再沉积在成型体22的表面上然后凝固。因此，不存在使材料溅射的因素。巧妙地避免了伴随着蒸气喷射的材料溅射现象。
可以保持成型体22以便加宽其待蒸发的表面。也就是说，如果由于传导热产生蒸发(与现有技术中的一致)，对应于上表面的整个水平面在严格意义上变成可能蒸发的区域。然而，在实施方式1中，没有与蒸发源接触的整个表面对应于可蒸发区域，如同从图1中显而易见的那样。现在假设所述加热容器是具有100mm内表面的圆柱形加热器以及保持在该加热容器中的蒸发材料通过传导热蒸发。表面积是7850mm2。例如，将实施方式1中的蒸发材料(粉末颗粒蒸发材料SiO)成型为柱状成型体22的形状。在这种情况下，如果高度是100mm的话其直径仅10mm从而得到相同的表面积。该实例计算意味着即使考虑到再凝固，图1中的结构也可以容易地增加可能蒸发的区域。换句话说，可以提高蒸发量。即，上述结构可以解决在项(1)和(2)中所述的密封型蒸发源的问题。
然而，当蒸发过程在图1所示状况下继续时，成型体22根据其蒸发量逐渐变细和降低以及其表面积缩小。必然地，由于单位时间的蒸发量减小，不得不用新的成型体或者新的蒸发材料SiO来替换当前的成型体22以继续蒸发操作。至于改进的说明，以下将会描述实施方式2-4。
为了参考，以下将具体提供实施方式1中各个构成元件的实际尺寸。即，加热筒体11的加热筒体12a和12b具有25mm的有效内径和300mm的高度。喷射开口14的直径是1mm以及其侧面长度是1mm。柱状成型体22具有12mm外径和250mm高度。围绕着成型体22限定出具有13mm环形宽度的蒸发空间21。在这种情况下，加热筒体12a和12b内的表面温度控制在1400℃。通过用得到的辐射热来加热成型体22，最大的蒸发速率变成30/sec。
所产生的蒸气在蒸发空间21中造成热扰动运动。在预定压力下，蒸气从喷嘴状的喷射开口14向布置在设有加热容器11的真空沉积室中的离喷射开口14的距离是600mm的沉积对象基底(未示出)喷射。从而，得到预定的圆形沉积膜，其具有向基底表面中心急剧增加的膜厚度。成型体22通过从各个加热筒体12a、12b的内表面辐射的热量从其前端表面逐渐蒸发。由于成型体22没有与蒸发温度下的其他表面接触，成型体22保持在蒸发空间21中的时候处于稳定状态。结果，蒸发材料完全没有溅射。在除了喷射开口14正上方的部分以外的部分中设置厚度传感器(未示出)。
在实施方式1的密封型蒸发源10中，加热容器11在360°的所有水平方向上加热由蒸发材料SiO形成的成型体22。该结构据说是理想的加热方法。在这种情况下，已经采用一个喷射开口或喷嘴14，但是可以形成多个喷射开口。在这样的加热方法中，各自具有宽阔面积的多个喷嘴开口可以提供充足的蒸气喷射量。如果没有通过传导热使蒸发材料SiO蒸发，成型体22的形状或数量应当不加限制。在这种情况下，无法规定喷射开口14的开口形状、开口面积和数量，而是通过蒸气量与加热容器11中的压力之间的相对关系来确定。然而，如果加热容器11中的压力促进所需的蒸气再凝固的话，那些因素是任意的。可以将蒸发材料SiO的粉末颗粒堆积在支持体15上。如果蒸发材料不是升华性的，其成型体由于液化而无法维持形状。结果，该蒸发材料可能与加热容器11接触而受到传导热。
目前，没有规定喷射开口或喷嘴14的位置。然而，形成开口的区域对应于可以设定至蒸发温度以下的前述的被动加热区域B。在这种情况下，由于凝固的蒸气可能堵塞喷射开口14，必须设定维持开放状态的温度。
在第一实施方式中，以垂直状态安装加热容器11。然而，可以使成型蒸发材料SiO通过精巧的设计水平地或倾斜地保持，例如通过在材料两端支撑它。
以下通过参照图3和4来说明图1和2中所示的第一实施方式的变型。在第一实施方式中采用由蒸发材料SiO形成的成型体22。然而，所述变型将蒸发材料SiO作为粉末颗粒23使用。手动补充粉末颗粒23。
在图3和4的结构中，作为第一实施方式的变型的密封型蒸发源设备30具有构成接近矩形的熔罐的加热容器31。由可拆卸地封闭容纳粉状蒸发材料SiO粉末颗粒23的矩形筒体及其下端的支持壳体32以及可拆卸地封闭支持壳体32上端的加热板33形成加热容器31。在支持筒体32内形成蒸发空间41。形成加热板33的一组上电极33a和下电极33b界定出主动加热区域A。在加热板33的中心形成喷射开口或喷嘴34以喷射所产生的蒸气。
支持壳体23的下端固定和支撑在固定台或底座36上以便形成用于粉末颗粒23的支持物。埋在固定台36中的冷却管道37在外部冷却支持壳体32的下端。因而，支持壳体32和固定台36各自的相应部分维持成不能蒸发的区域C。冷却管道37使固定底座36的外围部分避免高热量。结果，支持壳体32的内表面充当被动加热区域B。与第一实施方式相似，尽可能地简化与加热板32各个电极33a和33b连接的电力馈线(未示出)的安装结构，从而便于快速和简单地将粉末颗粒23再填充至支持筒体32中。
在该变型的结构中，从电极33a和33b拆下电力馈线。然后，一旦打开加热板33，将粉末颗粒23再填充至支持壳体32内部中同时平整化。如同从图3中明显的，使粉末颗粒23的高度或厚度与固定台36的上边缘高度匹配，或者与通过传导热不能蒸发的区域C的上限匹配。此后，将加热板33设成原始的封闭状态。使对应于电极33a的电力馈线和对应于电极33b的电力馈线与加热板33相连并提供电力。从而，使加热板33进行电阻加热。即使在该变型中，也已经确认在10分钟内完全再填充粉末颗粒23。
为了参考，具体列举在第一实施方式的变型中各个构成元件的实际尺寸。即，固定台36的内表面(或支持壳体32的底部表面)尺寸，或者粉末颗粒23用的支持物的内部尺寸，是100mm×90mm。将粉末颗粒23装入和保持在3mm的厚度。在这种情况下，喷射开口34具有1mm直径以及其侧面是1mm。界定蒸发空间41的加热板33的内表面与保持和铺置的粉末颗粒23的上表面之间的距离是12mm。在这种情况下，控制加热板33至1400℃的表面温度以及辐射热使粉末颗粒23加热。从而，像第一实施方式一样，得到30/sec的最大蒸发速率。
在这种情况下，所产生的蒸气在蒸发空间41中造成热扰动运动。在预定压力下，蒸气从喷嘴状的喷射开口34喷射至离喷射开口34距离600mm处的蒸发对象基底(未示出)的表面上。圆形的预定沉积膜朝着基底表面的中心急剧变厚。粉末颗粒23包含在蒸发空间41内部以及处于稳定状态，因为与其他蒸发温度下的表面没有接触。结果，完全没有产生材料溅射。在这种情况下，在除了喷射开口34正上方区域以外的区域中设置厚度传感器(未示出)。
实施方式2第二实施方式涉及如图5-9中所示的真空沉积方法以及对应于该真空沉积方法的密封型蒸发源设备。该实施方式可以实际应用于连续生产充足长度气体阻挡膜的情况。从而，例如，通过在将SiO喷射至合成树脂膜如聚酯膜上的时候提供氧气而沉积SiO。
图5是从概念上说明根据本发明第二实施方式的真空沉积用密封型蒸发源设备的示意性构造的纵向剖面侧视图。图6是从概念上说明图5中所示的密封型蒸发源设备运行一段时间后的状况的纵向剖面侧视图。图7是示意性地说明沿着图6中直线7-7所得部分的横截面图。
在图5-7的各个构造中，根据第二实施方式的真空沉积用密封型蒸发源设备50包括形成熔罐的由上部加热筒体52a和下部加热筒体52b构成的加热容器51。上部加热筒体52a从高度h的部分向上逐渐变细。下部加热筒体52b是能够与上部加热筒体52b的下端可拆卸地组合的笔直部分。在各个加热筒体52a和52b中形成蒸发空间61。
在上部加热筒体52a的上端形成在电阻加热中导电用的凸缘状上电极53a以及在下部加热筒体52b的下端形成在电阻加热中导电用的凸缘状下电极53b。在这种情况下，锥形的上部加热筒体52a沿着向上所处区域增加其电阻值，以致温度上升。通过电极53a通电的加热筒体52a和通过电极53b通电的加热筒体52b对应于主动加热区域A。其余区域对应于被动加热区域B。主动加热区域A的温度通过来自加热筒体52a和52b的热量提高。
在上部加热筒体52a的上部终端(dead end)的中心形成喷射开口或喷嘴54。就是说，在下部加热筒体52b下端的中心形成蒸发材料供应开口。提供蒸发材料如SiO并且形成和保持成长体62用的蒸发材料供应管58以及可旋转地将蒸发材料送入进料管58用的进料螺杆59与所述供应开口相连。在与第一实施方式中差不多相似的方法中，下部加热筒体52b的下端固定在固定台56上。在固定台56中建立冷却管道57以从外部强制冷却筒体的下端。从而，包括加热筒体12的蒸发材料进料管道58和进料螺杆59保持作为不能蒸发的区域C。
在实施方式2的构造中，在没有粉末蒸发材料SiO存在于蒸发空间61中时将加热容器51加热直至可蒸发的温度。参照图5，向上朝着蒸发空间61稍微升起粉末蒸发材料SiO。然而，在加热起始时升起部分的存在并非必然需要的。当图5的状态变成图6的状态时进行相应的操作。
换句话说，当加热容器51达到蒸发温度时，进料螺杆59开始转动推进。进料螺杆59经由相当于第一实施方式中的支持体15的蒸发材料供应管58朝着可蒸发区域逐渐向上推进。在图5的状态中，升起的蒸发材料SiO的上面部分处于因加热而加压的蒸发空间61中。蒸发材料SiO通过来自加热容器51的内表面或主动加热区域A的辐射热开始蒸发。至于如此产生的蒸气，其部分在蒸发空间61中的高压下从喷射开口54向外喷出，如同在第一实施方式中所述那样。剩余部分再凝固至向上推进的蒸发材料SiO的表面上然后固化。这一情况持续着。
蒸气在蒸发材料SiO表面上再凝固现象是密封型蒸发源特有的，而是在敞开型蒸发源中没有见到或非常罕见。蒸气再凝固意味着在向上推进的蒸发材料SiO的表面上产生具有一定硬度和强度的外层膜。不断向上推进的蒸发材料SiO的粉块由于该坚固的外部覆盖物而不会完全崩塌。此外，由于再凝固即刻且连续地进行，蒸发材料作为预定的生长体62以柱状连续生长，如图5中用虚线和图6中用实线所示的。
为了经由蒸发材料供应管58通过进料螺杆59平稳地推进和供入粉状蒸发材料SiO，直接受到给送力的粉块必须可自由移动。因此，传导至蒸发材料供应管58的热量必须控制在使经过的蒸发材料SiO蒸发的温度以下。
也就是说，如果在进料过程中蒸发材料SiO由于传导热而蒸发，蒸气瞬时再凝固在邻近区域上，这会打断蒸发材料SiO的自由移动。因此，需要不能蒸发的区域C以避免上述的再凝固。
在进料过程中，蒸发材料SiO的表面积在连续的柱生长中逐渐增加，蒸发量提高。当生长体62达到一高度时，蒸发材料SiO的增长量或进料量与来自喷射开口的蒸气喷射量平衡。因此，生长体62成型为具有预定高度的近似锥形，同时维持预定形状。从而，连续产生差不多恒定的蒸发量。在这种情况下，不会产生材料的溅射。在该状态下，在熔罐中的恒定温度下，单位时间的三种因素的总量，即，喷射流的蒸气量加上熔罐中的蒸气量以及加上再凝固的蒸气量，等于单位时间的蒸发量。因此在熔罐中存在平衡蒸气压。也就是说，得到恒定的蒸气喷射。因而，通过该密封型蒸发源设备，长时间的稳定的真空沉积变成可能。
上述原理意味着有效地利用了在描述密封型蒸发源的问题的项(2)中的再凝固。此外，即使所述再凝固导致来自生长体62的单位面积的蒸发量减小，也可以通过使蒸发材料SiO以柱状生长来使蒸发表面积变大。因而，减小的量可以完全得到补偿。由于不需要考虑蒸发材料的溅射，可以提高加热温度。结果，可以得到比敞开型蒸发源更大的蒸发量。
在第二实施方式中的密封型蒸发源各个构成元件的规格中，上部加热筒体52a下端的内径是25mm以及下部加热筒体52b下端的内径是25mm。上部加热筒体52a的喷射开口54的内径是20mm。整个加热容器51的高度是350mm。蒸发材料进料管58和进料螺杆59由钼制成。蒸发材料供应管28的内径是11mm。进料螺杆59的齿顶直径(crest diameter)是10.5mm。喷射开口54的喷嘴直径是1mm以及其侧壁长度是1mm。因而，环境温度可以控制在1400℃而不可能蒸发的区域C的温度可以控制在1200℃。至于在该状态下的沉积操作，在开始供入蒸发材料SiO以后20分钟蒸气喷射量增加，但是然后稳定至固定的蒸发值。在这种情况下，蒸发速率是30/sec。
实施方式3第三实施方式对应于在第二实施方式中将容器加热的变化。
图8是从概念上说明根据第三实施方式的真空沉积用密封型蒸发源设备的示意性构造的纵向剖面侧视图。图9是从概念上说明该密封型蒸发源设备的变型的纵向剖视图。
在图8中所示的密封型蒸发源设备70中，加热容器71具有笔直的筒体，与第二实施方式中所示的锥形容器不同。加热容器71由可垂直分开的上部加热筒体72a和下部加热筒体72b构成。其他构成元件与实施方式2中的那些一致。在这种情况下，将同样的数字标在图8和9中所示的共同的构成元件上。
在第三实施方式的密封型蒸发源中，主要尺寸与第二实施方式中的那些基本上一致。然而，构成加热容器71的上部加热筒体72a和下部加热筒体72b具有25mm直径并且是笔直形状。蒸发条件和蒸发结果一般与第二实施方式中的那些一致。
接下来，将叙述加热容器71的筒体变化的理由。在第二实施方式的锥形加热容器51中，上部加热筒体52a向上逐渐变细以使得电阻值逐渐增加。这种方法是有道理的。也就是说，由于上部加热筒体52a的相应部分处的传导热不能蒸发的区域C维持在低温下。邻近喷射开口54的蒸发量可以有效增加。然而，在实际情况中，即使整个加热容器51处于均匀温度下，柱状生长体62以在喷射开口54附近具有顶点的近似圆锥的形状生长。由此，当蒸发空间61中的蒸气处于热扰动运动状态时，邻近喷射开口54的蒸气倾向于容易喷出。
在图8中所示的第三实施方式中，密封型蒸发源设备70具有笔直的加热容器71。加热容器71可以分成上部加热筒体72a和下部加热筒体72b。这主要是加工的必要性和便利操作所需要的。各个筒体具有固定厚度。在这种情况下，在加热容器71中至少邻近喷射开口74的区域必须在蒸发温度下。然而，由于在上电极和下电极之间的主动加热区域A具有相同的电阻值，当上部例如是1400℃时，下部也变成1400℃。在这种状态下，蒸发材料SiO的生长体暴露于高温辐射热下以致蒸发量增加。此外，来自喷射开口74的蒸气喷射量也与增加的蒸发量成比例地增加。蒸发材料SiO的进料量可以由于增加的蒸气喷射量而增加。
然而，通常有待维持在相对低的温度下的传导热可能使不蒸发区域C的温度提高。由于这往往可能达到蒸发温度，不得不强制冷却不蒸发的区域C。为此，在正常情况下，使流经冷却管道的冷却水的温度降低或提高其流量。这可以抑制不蒸发区域C温度的过度增加。
在图9中所示的第三实施方式的变型中，密封型蒸发源设备80的加热容器81由可相互分离的上部加热筒体82a和下部加热筒体82b构成。上部加热筒体82a的壁厚度比下部加热筒体82b的薄。在这种情况下，由于下部加热筒体82a的电阻值小于下部加热筒体82b的，下部加热筒体82b的主动加热区域A的电阻值低于上部加热筒体82a的电阻值。
也就是说，在图9中所示的结构中，邻近喷射开口54的上面部分处于高温下，下面部分可以维持在低温下，在该温度下没有因传导热而产生蒸发。然而，由于辐射热影响遍及蒸发空间，在蒸发效率方面没有大的差别。
在设备结构中，笔直的筒体可以比锥形容器更容易地设计和制作，而图8的构造对于温度控制是优选的。筒体的温度通过连续蒸发过程中的热散逸而下降，如先前所述的那样。一种方法在于采用可以预先设定处于高温下的必要部分的结构，例如从而形成图5和9中所示形状的加热容器。在另一种方法中，例如在图8所示的形状中，形成设备的整个高度以使得稍微升高。
实施方式4第四实施方式涉及如图10中所示的真空沉积方法和真空沉积用密封型蒸发源设备。
图10是从概念上说明根据本发明第四实施方式的沉积用密封型蒸发源设备的构造的纵向剖面侧视图。在第四实施方式中，第一实施方式中的替换和供给蒸发材料SiO的成型体22的操作能够以简单的间歇操作进行。同样的数字标在与第一实施方式中相同的元件上。以下仅说明有关的元件。
在第四实施方式中，加热容器的尺寸和基本的蒸发条件与第一实施方式中的那些基本相同，从而导致相同的蒸发结果。
在图10中所示的根据第四实施方式的真空沉积用密封型蒸发源设备中，从设备上可分离地安装对应于第一实施方式中生长块22的蒸发材料SiO的成型体91以及对应于第一实施方式中支持体15的一对支持体92a和92b，所述支持体各自固定成型体91的底部。替换操作用的操作杆93a与支持体92a的下端相连以及替换操作用的操作杆93b与支持体92b的下端相连。在第四实施方式中，蒸发材料SiO限制性地仅作为以预定形状成型和生产的成型体91使用，而不是以粉末状态使用。此外，在第四实施方式中，对应于第一实施方式中加热容器11的加热容器可垂直分成对应于第一实施方式中的上部加热筒体12a和下部加热筒体12b的两个筒体。这仅仅是由于加工的必要性而进行的，不必如第一实施方式中那样补充蒸发材料SiO。
这里将具体描述第四实施方式的操作。支持体92a和92b预先固定成型体91。在沉积操作的装配阶段中，例如将支持体92a放置在加热筒体内以固定成型体91从设备主体的下部安装孔94中突出的部分，如图10中所示。为了确定地进行快速安装，支持体92a和92b的外表面稍微成锥形以及与下部安装孔94的内表面可滑动地接触。另外，当操作杆93a和93b以安装状态临时装配至结构上时，防止固定成型体91的支持体92a和92b掉落。此外，可以更多地使传导热散逸。
用如此附装的成型体91，在装入沉积对象基底并抽空沉积室后，以与第一实施方式中相似的方式，连续进行所需的加热和沉积。
如同所述的和图10详细显示的那样，完全用过的支持体92a能够简单地用新的支持体92b替换，在这种情况下，大约是2分钟内。替换操作有效地手动进行。然而，必要的话，例如可以使用多个成型体支持体。从而，可以自动地替换成型体。例如，间歇地水平旋转的传送装置将各个支持体传送至加热容器下的安装位置然后室使其垂直移动。
在第一至第四实施方式中所示的密封型蒸发源中，除了根据第一实施方式在图3和4中所示的那些以外，使用圆柱形加热容器。水平截面上的圆形允许来自360°的所有方向上的辐射热均匀地放射。最理想的是由于辐射热而加热和蒸发的蒸发材料的成型体或生长体具有圆形横截面。从而，蒸发量相对变大。加热容器与蒸发材料的成型体或生长体可以具有不同的横截面。类似地，最适宜的是将蒸发材料的成型体或生长体保持或送入在加热容器水平横截面的中心处。可以将蒸发材料保持或送入至不同的位置。
在涉及第二实施方式的图5和6中显示锥形的加热容器。在涉及第三实施方式的图8和9中显示笔直的加热容器。参照图9，筒体的下部具有大的厚度。因而，以蒸发材料经由其加热和蒸发的温度分布适合于蒸发的方式有差别地制成加热筒体。也就是说，在图5和6的情况下，加热筒体呈锥形以使得下部内表面的加热温度比上部内表面的加热温度低。在图8的情况下，在整个内表面上加热温度相等。在图9的情况下，将具有较大壁厚度的一侧保持在低的加热温度。
在任一情况下，基本要求在于所述加热容器或筒体必须具有在合适的部分界定出的不能蒸发的区域C。其他基本要求在于激励蒸发材料的蒸发以及容易将产生的蒸气流引向喷射开口。上述圆形构造可以满足上述的要求。在其他情况下，例如优选的是将加热温度可控制地抑制至足以使蒸发材料蒸发的最小极限以及使必要区域的体积扩大以具有热能容限(margin)。
至于第二实施方式中的结构，已经详细说明了从蒸发材料供应管的上端将蒸发材料向上推进至蒸发空间中然后使蒸气成长为生长体的过程。然而，进一步加以说明。即，当蒸发材料的粉末颗粒例如在一定条件下压缩或者存在阻止其他自由运动的任意条件时，一组粉末颗粒在该影响下具有某种可成型性。然而，超过该影响范围，该组粉末颗粒具有非常不稳定的成型性并且缺乏再现性和时间上的一致性。当生长体的表面通过蒸气再凝固而固化并因此生长时，再现性和时间一致性是感到满意的，以致有效实现生长。换句话说，来自生长体表面的蒸发，一定量蒸气至该生长体表面上的再凝固(没有再凝固的蒸气从喷射开口喷出)，表面上蒸气的再蒸发，以及一定量蒸气至生长体表面上的再凝固，在蒸发材料的加热和蒸发过程中重复。在这些现象中，由于密封型蒸发源中蒸气压力的存在，也就是说，在蒸气一侧，由于热扰动运动的存在以及由于通过辐射热原则上不表明显热的蒸发材料的温度，生长体增长。各现象伴随的柱状生长仅在密封型蒸发源中是可能的。
图12和13显示仅用构成加热容器的元件实现密封状态的体系。然而，当蒸发材料以辐射热蒸发时，蒸发材料自身可以维持其密封性，因为该蒸发材料在加热容器内并非在运动中。也就是说，参照图5中所示的第二实施方式，由于蒸发材料的粉末颗粒之间存在非常微小的空间，在实际应用中一组粉末颗粒可以足够地阻隔气体。蒸气在生长体表面上的再凝固意味着空间界面处的粉末颗粒之间的间隔被填满。这可实现密封性。此外，当蒸发材料是成型体时，通过图10中所示的第四实施方式的体系足以密封该空间。然而，即使固定底座与成型体直接接触，在该区域中也没有产生因传导热引起的蒸发。因此，通过蒸气的再凝固来阻断空间，不管存在或不存在少许空间或间隙。
一般而言，在密封型蒸发源中，用一些部件的装配来建立体系。换句话说，部件的装配导致存在于部件之间界面中的空间。在图10所示的第四实施方式中，固定蒸发材料成型体用的支持体可滑动地与加热容器底部固定底座中的下部安装孔配合以及可拆卸地与之连接。参照图10，支持体以锥形配合方式与加热容器的底部紧密相连。然而，优选的是配合状态相对宽松以进行可拆卸的操作或者在两者之间存在少许空间或间隙。这样的空间可能使密封性能劣化。由于传导热将外围部分保持在不可能蒸发的温度，所产生的蒸气立即以热扰动运动迁移至空间中，以致该空间以再凝固来填充。也就是说，有效保持了密封性。
即使提供相同量的热能，例如固定量的电能，当蒸发材料以柱状长高时加热容器的发热温度下降。这是由于蒸发材料吸收加热容器的热量这一事实。结果，由于蒸发量和喷射量都减少，必须使加热容器的温度补偿减少的量。对于温度补偿，在加热容器中设置探温器如热电偶以测量降低的温度。通过这样做，更多地提供能量用于温度补偿。例如，在电阻加热系统中提高源电流。
如上所述，由于以粉末状态连续提供的蒸发材料使得能够长时间的沉积操作。在该体系中，由于仅用辐射热来加热相对少量的蒸发材料的蒸发表面，必需的热能显著变少。结果，可以建立节约能源的设备。这些根据本发明的密封型蒸发源设备未曾存在。
显然，在上述教导的启发下本发明的许多变型和改动是可能的。由此应当理解的是在所附权利要求的范围内，除了具体描述的以外都可实践本发明。
权利要求
1.一种使升华蒸发材料蒸发的真空沉积方法，其包含下列步骤制备具有喷射开口的气密型加热容器；将所述蒸发材料保持在由于来自所述气密型加热容器的热传导没有使所述蒸发材料蒸发的区域中；通过来自所述加热容器的辐射热使保持在所述区域中的所述蒸发材料蒸发；以及从所述开口向所述加热容器外的沉积对象表面喷射所得到的蒸气。
2.权利要求1中所述的真空沉积方法，其中所述加热容器在由于从所述加热容器传导的热量没有使所述蒸发材料蒸发的区域中具有供料开口；其中从所述供料开口提供的所述蒸发材料保持在由于从所述加热容器传导的热量没有使所述蒸发材料蒸发的区域中；以及其中待提供和保持的所述蒸发材料保持在受到所述辐射热的蒸发区域中，以致以不接触的状态面对所述加热容器中处于可蒸发温度下的加热表面。
3.权利要求2中所述的真空沉积方法，其中所述蒸发材料处于粉末颗粒状态以及从形成于所述加热容器中的供料开口提供；以及其中待提供的所述蒸发材料保持在受到所述辐射热的蒸发区域中，以致以不接触的状态面对所述加热容器中处于可蒸发温度下的所述加热表面。
4.权利要求3中所述的真空沉积方法，其中由于来自所述加热容器加热表面的辐射热而产生的所述蒸发材料的蒸气在所述加热容器内的空间中进行热扰动运动，同时部分的所述蒸气再凝固至所述蒸发材料的表面上，从而维持预定状态下的固相。
5.权利要求2中所述的真空沉积方法，其中所述蒸发材料是成型体以及从形成于所述加热容器中的供料开口提供；以及其中待提供的蒸发材料保持在受到所述辐射热的蒸发区域中，以致以不接触的状态面对处于可蒸发温度下的所述加热容器中的所述加热表面。
6.权利要求3或5中所述的真空沉积方法，其中形成于所述加热容器中的所述供料开口的气密性通过经由所述供料开口提供的所述粉末颗粒蒸发材料或所述成型体蒸发材料维持。
7.权利要求2、3和5中任一项所述的真空沉积方法，其中形成于所述加热容器中的所述供料开口的气密性通过所述部分再凝固的蒸气的固态相维持。
8.权利要求3中所述的真空沉积方法，其中当所述加热容器中所述蒸发材料的所述喷射减少时，将所述粉末颗粒蒸发材料提供至所述供料开口。
9.一种升华蒸发材料的真空沉积用密封型蒸发源设备，其包含气密性加热容器，其具有喷射开口和具有用来自其内表面的辐射热使所述蒸发材料蒸发的区域；和支持体，用于将所述蒸发材料保持在由于所述加热容器的传导热没有使所述蒸发材料蒸发的区域中；由此所述喷射开口向所述容器外的蒸发对象表面喷射所产生的蒸气。
10.权利要求9中所述的真空沉积用密封型蒸发源设备，其中所述加热容器在通过来自所述加热容器的传导热没有使所述蒸发材料蒸发的区域中具有蒸发材料的供料开口；其中待从所述供料开口提供的所述蒸发材料保持在通过来自所述加热容器的传导热没有使所述蒸发材料蒸发的区域中；以及其中待提供和保持的所述蒸发材料保持在受到所述辐射热的蒸发区域中，以致以不接触的状态面对所述加热容器中处于可蒸发温度下的加热表面。
11.权利要求10中所述的真空沉积用密封型蒸发源设备，其中所述蒸发材料处于粉末颗粒状态以及从形成于所述加热容器中的供料开口提供；以及其中待提供的所述蒸发材料保持在受到所述辐射热的区域中，以致以不接触的状态面对所述加热容器中处于可蒸发温度下的所述加热表面。
12.权利要求10中所述的真空沉积用密封型蒸发源设备，其中所述蒸发材料是成型体以及从形成于所述加热容器中的供料开口提供；以及其中所述蒸发材料保持在受到所述辐射热的蒸发区域中，以致以不接触的状态面对处于可蒸发温度下的所述加热容器的所述加热表面。
13.权利要求9-10中任一项所述的真空沉积用密封型蒸发源设备，其中将所述蒸发材料供料开口和所述支持体设置在由于来自所述加热容器的传导热没有使所述蒸发材料蒸发的位置中。
14.权利要求10-12中任一项所述的真空沉积用密封型蒸发源设备，其中形成于所述加热容器中的所述供料开口的气密性由于通过所述供料开口提供的所述粉末颗粒蒸发材料或所述成型体蒸发材料而得以维持。
15.权利要求10-12中任一项所述的真空沉积用密封型蒸发源设备，其中形成于所述加热容器中的所述供料开口的气密性通过所述部分再沉积的蒸气的固态相维持。
16.权利要求11中所述的真空沉积用密封型蒸发源设备，其中当所述加热容器中所述蒸发材料的喷射减少时，将所述粉末颗粒蒸发材料提供至所述供料开口。
全文摘要
提供一种真空沉积方法。在使升华蒸发材料(22)蒸发的真空沉积中，气密型加热容器(11)具有喷射开口(14)和具有用来自其内表面的辐射热使所述蒸发材料蒸发的区域。支架(15)将蒸发材料保持在由于从加热容器(11)传递的热量没有使蒸发材料蒸发的区域中。从而，所产生的蒸气从喷射开口(14)喷射至该容器外的沉积对象表面上。
文档编号C30B23/06GK1946868SQ20058000935
公开日2007年4月11日 申请日期2005年1月21日 优先权日2004年1月22日
发明者高木俊宣, 中村宏毅, 渡辺宽, 福田辰男 申请人:电离组传送技术株式会社, 双叶电子工业株式会社