説明

真空蒸着方法及び装置

【課題】低コストにて、真空蒸着による高品質な膜形成を実現することができる真空蒸着方法を提供すること。
【解決手段】真空容器内を排気して真空状態にする真空工程と、真空状態となった真空容器内で蒸発物質を加熱手段にて加熱して蒸発させる蒸発工程と、を有し、これにより、真空容器内に保持された被成膜体に蒸発物質を蒸着させる真空蒸着方法であって、上記真空工程は、蒸発物質の蒸発温度よりも高い蒸発温度を有する加熱物質を真空容器内で加熱手段にて加熱して当該真空容器内を加熱する容器内加熱工程を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、真空蒸着方法にかかり、特に、真空状態にて蒸発物質を蒸発させ、この蒸発した物質を被成膜体の表面に付着させて薄膜を形成する真空蒸着方法に関する。また、かかる方法を実現する真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【0002】
レンズなどの被成膜体の表面に薄膜を形成するための真空蒸着装置は、一般的に、真空容器と、当該容器内に設けられた蒸発源と、を備えており、被成膜体は、真空容器内の上方に設けられた保持具に保持される。そして、上記装置において、真空状態の容器内で蒸発物質を高温に加熱すると、当該蒸発物質が蒸発し、この蒸発した蒸発粒子を被成膜体に付着させる。これによって、被成膜体の表面に蒸発粒子が付着して凝縮し、薄膜を形成することができる。
【0003】
しかしながら、蒸発源から蒸発した蒸発粒子のうち、被成膜体に到達しなかったものは、真空容器の内壁に付着して、膜を形成する。すると、真空容器内の真空状態を解除した場合、つまり、当該容器内に所定のガスが存在するときに、容器の内壁の付着膜にガスが吸着されてしまう。そして、後の成膜時には、蒸発源が加熱され蒸発することによって真空容器内が加熱されると、内壁の付着膜に吸着されたガスが真空容器内に放出される。その結果、真空容器内の真空度が安定せず、また、真空容器内の残留気体の組成が変動してしまい、被成膜体への成膜の質が低下する、という問題が生じる。
【0004】
一方で、上記問題点を解決するための技術として、真空容器内の内壁のさらに内側に、傾斜した複数の羽板部材から成る防着部材を設けることが、下記特許文献1に開示されている。このように、真空容器の内壁の内側に設けた羽板部材を傾斜させておくことで、蒸発した蒸発物が内壁に付着することを抑制している。
【0005】
しかしながら、上記特許文献に開示されている構成は、真空容器の内壁にさらに複数の羽板部材を設ける必要があり、このため、部品点数が増加し構成が複雑となり、装置の製造コストが増加する、という問題が生じる。さらには、新たに装備した羽板部材自体にもガスが吸着する場合があり、上述同様に、かかる吸着ガスが成膜時に真空容器内に放出されると、依然として真空容器内の真空度が安定せず、被成膜体への成膜の質が低下する、という問題が生じる。
【0006】
【特許文献1】特開2006−111916号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
このため、本発明では、上記不都合を改善し、特に、低コストにて、真空蒸着による高品質な膜形成を実現することができる真空蒸着方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
そこで、本発明の一形態である真空蒸着方法は、
真空容器内を排気して真空状態にする真空工程と、真空状態となった真空容器内で蒸発物質を加熱手段にて加熱して蒸発させる蒸発工程と、を有し、これにより、真空容器内に保持された被成膜体に蒸発物質を蒸着させる真空蒸着方法であって、
上記真空工程は、蒸発物質の蒸発温度よりも高い蒸発温度を有する加熱物質を真空容器内で加熱手段にて加熱して当該真空容器内を加熱する容器内加熱工程を有する、
という構成を採っている。
【0009】
また、上記容器内加熱工程は、真空容器内の排気を継続しつつ、真空容器内が予め定められたレベルの真空状態になったときに加熱物質を加熱する、という構成を採っている。また、容器内加熱工程は、加熱物質を蒸発させることなく加熱する、という構成を採っている。さらに、容器内加熱工程は、加熱手段による加熱箇所に加熱物質が収容された容器を位置させて当該加熱物質を加熱し、蒸発工程は、加熱箇所に蒸発物質が収容された容器を移動して位置させ、当該蒸発物質を加熱する、という構成を採っている。
【0010】
上記構成の発明によると、まず、真空容器内を排気して真空状態にする。このとき、蒸発物質の蒸発温度よりも高い蒸発温度を有する加熱物質を、後に蒸発物質を加熱する加熱手段を用いて真空容器内で加熱する。すると、加熱物質を加熱した輻射熱などで真空容器内が高温に加熱され、この熱で当該真空容器の内壁に吸着した不要ガスが放出される。そして、真空容器内に放出された不要ガスを排気して真空状態を維持する。その後、加熱物質に替えて蒸発物質を加熱して蒸発させることで、被成膜体に蒸着させ、成膜する。
【0011】
以上より、予め用意された加熱手段にて加熱物質を加熱して真空容器内を高温にすることで、既に真空容器の内壁に付着している不要ガスを放出して排気することができ、より望ましい真空状態にすることができる。つまり、この状態で蒸発物質を加熱しても、真空容器内に不要ガスが放出されず、望ましい真空状態で蒸着を実現することができる。また、加熱物質を蒸発させないで容器内を高温にするため当該加熱物質も消耗しない。その結果、内壁を他の部材で覆うなど大掛かりな構成を必要とせず、また蒸発物質を加熱する加熱手段を利用でき、さらに、消耗物質も少ないため、低コストにて被成膜体に対する高品質な成膜を実現することができる。
【0012】
また、本発明の他の形態である真空蒸着装置は、
真空容器と、この真空容器内を真空状態にする吸引手段と、真空容器内で被成膜体を保持する保持手段と、被成膜体に蒸着される蒸発物質を収容する蒸発物質収容部と、蒸発物質を加熱して蒸発させる加熱手段と、を備え、
蒸発物質を被成膜体に蒸着させるために加熱する前に加熱手段にて加熱する、蒸発物質の蒸発温度よりも高い蒸発温度を有する加熱物質を収容する加熱物質収容部を備えた、
という構成を採っている。
【0013】
また、蒸発物質収容部と加熱物質収容部とが形成され、これら各収容部を加熱手段による加熱箇所に移動させる物質収容部移動手段を備えた、という構成を採っている。そして、例えば、加熱物質収容部に収容される加熱物質は、蒸発温度が2500℃以上の物質である、あるいは、蒸発温度が3000℃以上の物質である、と望ましい。
【0014】
上述した構成の真空蒸着装置であっても、上記真空蒸着方法と同様に作用するため、上述した本発明の目的を達成することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明は、以上のように構成することにより、排気時に加熱物質を加熱して真空容器内を高温にすることで、既に真空容器の内壁に付着している不要ガスを放出して排気し、蒸着物質を加熱して蒸着する際に、より望ましい真空状態にすることができる。また、加熱物質を蒸発させないで容器内を高温にするため当該加熱物質も消耗しない。その結果、内壁を他の部材で覆うなど大掛かりな構成を必要とせず、消耗物質も少ないため、低コストにて被成膜体に対する高品質な成膜を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明である真空蒸着装置の構成及び動作を、以下、実施例にて詳細に説明する。なお、実施例では、蒸着対象物である被成膜体は、カメラやメガネのレンズであることとし、当該レンズに対して酸化アルミニウムなどの蒸発物質を蒸着させ、反射防止のための薄膜を成膜する場合を一例に挙げて説明する。但し、本発明における被成膜体は、レンズであることに限定されない。例えば、ポリカーボネイトにアルミを蒸着させてコンパクトディスクを製造する場合に用いてもよい。つまり、本発明の真空蒸着方法及び装置を、いかなる被成膜体に対する蒸着処理に利用してもよい。
【実施例1】
【0017】
本発明の第1の実施例を、図1乃至図5を参照して説明する。図1は、真空蒸着装置の全体構成を示す構成図であり、図2は、その一部であるるつぼテーブルの構成を示す図である。図3は、真空蒸着装置の動作を示すフローチャートであり、図4乃至図5は、動作を示す説明図である。
【0018】
[構成]
本実施例における真空蒸着装置は、図1に示すように、内部で真空蒸着を行うチャンバー1(真空容器)と、被成膜体であるレンズ21を保持するレンズ保持具2(保持手段)と、チャンバー1内のガスを排出して真空状態にする真空ポンプ3(吸引手段)と、を備えている。また、上記レンズ21に蒸着させる蒸発物質4Aを収容するるつぼ4a(蒸発物質収容部)が形成されたるつぼテーブル4及びるつぼ駆動装置41(物質収容部移動手段)と、上記蒸発物質4Aを加熱する電子ビームBを照射する電子銃5及びEB電源51(加熱手段)と、るつぼの上方を覆うシャッター6及びシャッター駆動装置61と、を備えている。さらに、真空蒸着処理を実現するよう、真空蒸着装置の動作を制御するコントローラ7を備えている。
【0019】
そして、本実施例では、るつぼテーブル4上に、上述した蒸発物質4Aを収容するるつぼ4aの他に、少なくとも他の1つのるつぼ4b(加熱物質収容部)が形成されている。そして、このるつぼ4bには、上記蒸発物質4Aの蒸発温度よりも高い蒸発温度を有する加熱物質4Bが収容されている。
【0020】
ここで、本実施例では、被成膜体であるレンズ21に蒸着させる蒸発物質4Aは、酸化アルミニウム(Al)であり、真空中での蒸発温度は2000℃〜2200℃であるため、これよりも真空中における蒸発温度が高い物質、例えば、カーボン(C)(蒸発温度:3500℃)を、符号4bのるつぼ4bに収容する加熱物質4Bとして用いる。なお、加熱物質4Bとして用いる物質は、他の物質であってもよい。例えば、タングステン(W)(蒸発温度:3410℃)、タンタル(Ta)(蒸発温度:2990℃)、モリブデン(Mo)(蒸発温度:2620℃)などがあり、真空中において蒸発温度が2500℃以上であると望ましく、さらに真空中において蒸発温度が3000℃以上であるとなお望ましい。
【0021】
また、被成膜体であるレンズ21に蒸着させる蒸発物質4Aも上記酸化アルミニウム(Al)に限定されず、例えば、以下のようなものであってもよく、特に、真空中における蒸発温度が2500℃以下のものであると望ましい。二酸化ハフニウムアルミニウム(HfO)(蒸発温度:2500℃)、フッ化マグネシウム(MgF)(蒸発温度:1300〜1600℃)、二酸化ケイ素(SiO)(蒸発温度:1600〜2500℃)、Ta(蒸発温度:2000℃)、TiO(蒸発温度:1700〜2000℃)、Ti(蒸発温度:1800〜2000℃)、TiO(蒸発温度:2200℃)、ZrO(蒸発温度:2500℃)。これら蒸発物質を用いたとしても、上述した加熱物質4Bの方が真空中における蒸発温度が高い。
【0022】
また、本実施例において複数のるつぼ4a,4bが形成されたるつぼテーブル4は、回転軸を中心にるつぼ駆動装置41(物質収容部移動手段)にて駆動されて回転するよう構成されている。これにより、電子銃5から電子ビームBを照射可能な加熱箇所に、各るつぼ4a,4bを移動して位置させることができる。
【0023】
そして、上記コントローラ7は、演算装置を有するコンピュータにて構成されており、真空ポンプ3、シャッター駆動装置61、るつぼ駆動装置41、EB電源51、にそれぞれ接続されている。そして、これら各装置等の動作を制御することで、真空蒸着装置による蒸着作業を実行する。このコントローラ7による制御機能については、以下の動作説明時に詳述する。
【0024】
[動作]
次に、上記構成の真空蒸着装置の動作を、図3のフローチャート、及び、図4,5の説明図を参照して説明する。なお、図3は、主にコントローラ7の制御による装置の動作を図示しているが、一部、装置内で生じる現象も示している。
【0025】
はじめに、作業者は、チャンバー1内のレンズ保持具2に、被成膜体であるレンズ21を取り付ける。その後、チャンバー1を閉め、真空化作業を開始する指令をコントローラ7に入力する。すると、真空ポンプ3にてチャンバー1内の排気が開始され(ステップS1、図4の矢印Y1参照)、所定レベル(例えば、10−4〜10−2Pa程度)の真空状態となる(ステップS2)。なお、本発明でいう真空状態とは、絶対真空状態でなくてもよく、所定レベルの減圧状態を含み、例えば、10−1Pa以下程度を真空状態としてもよい。
【0026】
続いて、真空状態のレベルに応じて自動的に、あるいは、作業者による指令に応じて、コントローラ7によりチャンバー1内の加熱制御が行われる。具体的には、まず、るつぼテーブル4を回転して、電子銃5による加熱箇所に蒸発物質4Aが収容されているるつぼ4aを位置させる。そして、シャッター6を閉じた状態で符号4aのるつぼ内の蒸発物質4Aに対して電子銃5から電子ビームBを出力し、蒸発物質4Aを加熱する(ステップS3)。このとき、蒸発物質4Aが蒸発温度に達しないようコントローラ7で加熱時間を制御し、蒸発物質4Aを予熱する。この加熱によって、蒸発物質4Aを蒸発させることなく、当該蒸発物質4Aに予め含まれている不要ガスを排出させる。なお、蒸発物質4Aを予熱する工程は実行されなくてもよく、また、実行される順序も上記順序に限定されない。
【0027】
ここで、上述した蒸発物質4Aの予熱時における加熱時間は、例えば、チャンバー1内の真空度に応じて決定され制御される。具体的には、蒸発物質4Aの加熱中にチャンバー1内の真空度が低下する場合もあるが、かかる加熱中に真空ポンプ3による排気(真空化作業)が継続して行われているため、徐々に真空度が高くなる。このため、真空度の状況を真空計により計測することで、設定された真空度に達した際に、コントローラ7にて加熱を停止する。あるいは、上記処理を実験にて実施して実験的にあるいは計算式にて加熱時間を決定し、コントローラ7に予め記憶しておき、かかる時間だけ加熱することで、蒸発物質4Aの予熱を行ってもよい。
【0028】
続いて、るつぼテーブル4を回転して、図4に示すように、電子銃5による加熱箇所に加熱物質4Bが収容されているるつぼ4bを位置させる。また、これに前後して、シャッター6を開いた状態にする(ステップS4、図4の矢印2参照)。そして、符号4bのるつぼ内の加熱物質4Bに対して電子銃5から電子ビームBを出力し、加熱する(ステップS5、図4の矢印Y3参照)。このとき、加熱物質4Bが蒸発温度に達しないようコントローラ7で加熱時間を制御する。
【0029】
その後、加熱物質4Bが、蒸発しない程度であり、例えば、蒸発物質4Aであれば蒸発したであろう温度といった所定の高温状態になるよう、予めコントローラ7に設定された加熱時間が経過するまで加熱する(ステップS5)。すると、加熱物質4Bの熱がチャンバー1内に伝達し、当該チャンバー1内部が高温状態となる。そして、チャンバー1の内壁11には、以前の蒸着作業によって蒸発粒子11aが付着して、この付着した蒸発粒子11aにさらに不要なガスが吸着しているが、この不要ガスGが、熱によってチャンバー1内に放出される(ステップS7、図4の矢印4参照)。このとき、真空ポンプ3による排気は継続されているため(図4の矢印1参照)、放出された不要ガスGも排気することができ、チャンバー1内を所定レベルの真空状態に維持することができる(ステップS8)。なお、加熱物質4Bを所定の高温状態まで加熱した後に所定のタイミングで、シャッター6を閉じるが(ステップS6)、このタイミングは図3に示すタイミングであることに限定されない。また、上記では、シャッター6を開いた状態で加熱物質4Bを加熱する場合を例示したが、ある程度の高温になった段階でシャッター6を開いてもよい。
【0030】
以上のようにして、チャンバー1内を真空にする真空工程が実行されつつ、同時に、チャンバー1内を加熱して不要ガスGを取り除く容器内加熱工程が実行される。なお、この容器内加熱工程は、後述するように、後の蒸発工程にて少なくとも蒸発物質4Aを蒸発(蒸着)させる前に実行すればよい。つまり、チャンバー1の内壁11に吸着している不要なガスをチャンバー1内に放出させて排気する処理は、遅くとも蒸発物質4Aを蒸発させる直前までに終了していればよく、その順序は、上述した蒸発物質4Aを予熱する工程(ステップS3)の後であることに限定されない。
【0031】
続いて、真空状態を維持して、蒸着を行う蒸発工程を行う。まず、コントローラ7にてるつぼ駆動装置41が制御され、るつぼテーブル4が回転し(ステップS9、図5の矢印Y11参照)、蒸発物質4Aが収容されたるつぼ4aの位置が電子銃5による加熱箇所に移動される。このとき、シャッター6は図1に示すように元の位置に戻されており、加熱箇所にある蒸発物質4Aの上方に位置している。
【0032】
続いて、コントローラ7からの指令により、符号4aのるつぼ内の蒸発物質4Aに対して電子銃5から電子ビームBを照射し、加熱する(ステップS10、図5の矢印Y12参照)。その後、るつぼ4a内、つまり、蒸発物質4Aの温度が蒸発する温度に達するよう加熱する。例えば、予め蒸発するために必要な加熱時間をコントローラ7にて設定しておき、この設定された時間に達するまで加熱する。そして、設定された加熱時間が経過することで蒸発物質4Aが蒸発状態になると(ステップS11)、コントローラ7はシャッター駆動装置61の動作を制御してシャッター6を回転させて開き(ステップS12、図5の矢印Y13参照)、蒸発物質4A上から退避させる。すると、るつぼ4aから蒸発物質4Aが蒸発して蒸発粒子がチャンバー1内に飛散し(図5の矢印Y14参照)、かかる蒸発粒子が上方に位置するレンズ21に蒸着する(ステップS13)。これにより、レンズ21に蒸着した蒸着粒子によって成膜することができる。
【0033】
以上のように、本発明によると、排気時に加熱物質(カーボン等)を加熱してチャンバー1(真空容器)内を高温にすることで、既にチャンバー1の内壁11に付着している不要ガスを放出させて排気することができ、より望ましい真空状態にすることができる。従って、その後、蒸発物質を加熱しても、チャンバー1内に不要ガスが残存していないため放出されず、望ましい真空状態で蒸着を実現することができる。また、加熱物質を蒸発させないでチャンバー1内を高温にするため当該加熱物質も消耗しない。その結果、内壁11を他の部材で覆うなど大掛かりな構成を必要とせず、また、蒸発物質を加熱すべく予め設けられている電子銃5を利用することができ、さらに、消耗物質も少ないため、低コストにてレンズ21等の被成膜体に対する高品質な成膜を実現することができる。
【0034】
なお、上述した加熱物質や蒸発物質の加熱制御は、上述した方法に限定されない。例えば、るつぼ回転テーブル4に、各るつぼ4a,4b内の温度を計測可能な温度センサを、コントローラ7に接続して設ける。そして、各るつぼ4a,4b内の温度をコントローラ7にて検出して、この検出温度に応じて電子銃5による加熱制御、あるいは、シャッター6の開閉制御を行ってもよい。具体的には、所定の時間間隔にて各るつぼ4a,4bの温度を検出し、上述した容器内加熱工程時には、加熱物質4Bが蒸発温度に達しないよう加熱制御したり、蒸発工程時には、蒸発物質4Aが蒸発温度に達するまで加熱制御する。
【0035】
また、上記では、蒸発物質4Aや加熱物質4Bを加熱する加熱手段として、電子銃5を一例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、加熱手段として抵抗加熱源を装備し、当該抵抗加熱源にて蒸発物質4Aや加熱物質4Bを加熱してもよい。また、さらに異なる加熱手段を装備して各物質を加熱してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0036】
本発明は、真空蒸着にてレンズなどに薄膜を成膜する装置として利用することができ、産業状の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】真空蒸着装置の全体構成を示す構成図である。
【図2】図1に開示したるつぼテーブルの構成を示す図である。
【図3】真空蒸着装置の動作を示すフローチャートである。
【図4】真空蒸着装置の動作を示す説明図であり、事前加熱処理時の様子を示す。
【図5】真空蒸着装置の動作を示す説明図であり、蒸着処理時の様子を示す。
【符号の説明】
【0038】
1 チャンバー
2 レンズ保持具
3 真空ポンプ
4 るつぼテーブル
5 電子銃
6 シャッター
7 コントローラ
11 内壁
21 レンズ
41 るつぼ駆動装置
51 EB電源
61 シャッター駆動装置
4a,4b るつぼ
4A 蒸発物質
4B 加熱物質


【特許請求の範囲】
【請求項1】
真空容器内を排気して真空状態にする真空工程と、真空状態となった前記真空容器内で蒸発物質を加熱手段にて加熱して蒸発させる蒸発工程と、を有し、これにより、前記真空容器内に保持された被成膜体に蒸発物質を蒸着させる真空蒸着方法であって、
前記真空工程は、前記蒸発物質の蒸発温度よりも高い蒸発温度を有する加熱物質を前記真空容器内で前記加熱手段にて加熱して当該真空容器内を加熱する容器内加熱工程を有する、
ことを特徴とする真空蒸着方法。
【請求項2】
前記容器内加熱工程は、真空容器内の排気を継続しつつ、前記真空容器内が予め定められたレベルの真空状態になったときに前記加熱物質を加熱する、
ことを特徴とする請求項1記載の真空蒸着方法。
【請求項3】
前記容器内加熱工程は、前記加熱物質を蒸発させることなく加熱する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の真空蒸着方法。
【請求項4】
前記容器内加熱工程は、前記加熱手段による加熱箇所に前記加熱物質が収容された容器を位置させて当該加熱物質を加熱し、
前記蒸発工程は、前記加熱箇所に前記蒸発物質が収容された容器を移動して位置させ、当該蒸発物質を加熱する、
ことを特徴とする請求項1,2又は3記載の真空蒸着方法。
【請求項5】
真空容器と、この真空容器内を真空状態にする吸引手段と、前記真空容器内で被成膜体を保持する保持手段と、前記被成膜体に蒸着される蒸発物質を収容する蒸発物質収容部と、前記蒸発物質を加熱して蒸発させる加熱手段と、を備えた真空蒸着装置であって、
前記蒸発物質を前記被成膜体に蒸着させるために加熱する前に前記加熱手段にて加熱する、前記蒸発物質の蒸発温度よりも高い蒸発温度を有する加熱物質、を収容する加熱物質収容部を備えた、
ことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項6】
前記蒸発物質収容部と前記加熱物質収容部とが形成され、これら各収容部を前記加熱手段による加熱箇所に移動させる物質収容部移動手段を備えた、
ことを特徴とする請求項5記載の真空蒸着装置。
【請求項7】
前記加熱物質収容部に収容される前記加熱物質は、真空中において蒸発温度が2500℃以上の物質である、
ことを特徴とする請求項5又は6記載の真空蒸着装置。
【請求項8】
前記加熱物質収容部に収容される前記加熱物質は、真空中において蒸発温度が3000℃以上の物質である、
ことを特徴とする請求項5又は6記載の真空蒸着装置。
【請求項9】
前記加熱物質収容部に収容される前記加熱物質は、カーボン、タングステン、タンタル、モリブデンのいずれかである、
ことを特徴とする請求項5,6,7又は8記載の真空蒸着装置。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2009−41071(P2009−41071A)
【公開日】平成21年2月26日(2009.2.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−207460(P2007−207460)
【出願日】平成19年8月9日(2007.8.9)
【出願人】(507270193)株式会社真空技研 (1)
【Fターム(参考)】