蒸着装置のメンテナンス方法
【課題】蒸着時における真空度の制御性を向上するために、蒸着装置のメンテナンスを適切に行うことを目的とする。
【解決手段】排気手段１１を所定の減圧能力に保持した状態で、真空容器１０内を排気し、所定の排気時間経過後の真空容器１０内の圧力が基準圧力値よりも高い場合に、真空容器１０内の蒸着物の除去を行う。多数の基板に蒸着を行う蒸着装置において、メンテナンスのタイミングを最適化することで、真空度の変動による蒸着膜の特性のばらつきを抑え、歩留まりの向上を図る。
【解決手段】排気手段１１を所定の減圧能力に保持した状態で、真空容器１０内を排気し、所定の排気時間経過後の真空容器１０内の圧力が基準圧力値よりも高い場合に、真空容器１０内の蒸着物の除去を行う。多数の基板に蒸着を行う蒸着装置において、メンテナンスのタイミングを最適化することで、真空度の変動による蒸着膜の特性のばらつきを抑え、歩留まりの向上を図る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ等の蒸着対象物に対して反射防止膜等の蒸着を良好に行うための蒸着装置のメンテナンス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズや光学フィルム等の光透過性の基板の表面には、光の反射による見えにくさを解消するために、反射防止膜が施される。反射防止膜には、高い反射防止効果を得る構成として、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層して成膜された積層膜が広く用いられている。そしてこの積層膜は、入射光の波長帯域と、この波長帯域における高屈折率層及び低屈折率層の各屈折率とから個々の層の膜厚が設定されて、目的とする波長帯域の光に対して最も反射しにくい状態になるように構成される。
【０００３】
低屈折率層形成用の蒸着材料としては、二酸化珪素（ＳｉＯ２）がよく用いられている。二酸化珪素は膜の硬度が高いので、反射防止膜を形成する基板が例えば合成樹脂、すなわちプラスチックレンズ等のように表面が比較的柔らかく傷つきやすい場合に、その欠点を補うことができるという利点を有する。高屈折率層形成用の蒸着材料としては、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化二オブ（Ｎｂ２Ｏ５）などが用いられている（特許文献１参照）。
【０００４】
このような反射防止膜等の各種の光学機能膜の多くは一般的に蒸着により成膜される。一方、蒸着装置においては、蒸着材料が不要な箇所に飛散するため、これを定期的に取り除くメンテナンス作業が必要である。このようなメンテナンスを容易にするために、蒸着装置内の構造について各種の工夫がなされている（特許文献２及び３参照）。
特許文献２に記載の方法では、蒸着源を保持する電極に電極カバーを設けることで、電極に付着する蒸着物を取り除くメンテナンス作業を軽減するようにしている。
特許文献３に記載の方法では、蒸着対象物を湾曲面状として蒸着源を取り囲む形状とすることで、蒸着装置内の不要な箇所への蒸着材料の付着を抑え、メンテナンス時間を短縮することを可能としている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８４７７８号公報
【特許文献２】特開２００７−３１４８７７号公報
【特許文献３】特開２００５−２９８８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した反射防止膜の高屈折率層形成用の材料の中で、酸化ジルコニウム、いわゆるジルコニア（ＺｒＯ２）は、酸化タンタルや酸化ニオブ等と比較して安価であり、また蒸着により成膜する場合の成膜レートが高く、生産性に有利である。したがって、ジルコニアはコストの削減が可能な材料として有望である。
【０００７】
しかしながら、ジルコニアを真空蒸着で成膜する場合、成膜時の真空度が屈折率に大きく影響するという問題がある。このためジルコニアを高屈折率層として用いた反射防止膜は、反射防止効果にバラツキが生じやすかった。特に、大きな真空容器になるほど、すなわち一度の蒸着で大量の基板に蒸着を行う場合ほど、このような真空度の制御が困難となってしまい、生産性が損なわれてしまうという問題があった。
【０００８】
真空度を一定に保って蒸着膜の特性を良好に保持するには、蒸着装置内の定期的なメンテナンスが不可欠である。例えば特許文献２に記載されたような蒸着装置内の構造上の工夫を行うことによって、蒸着物が不要な箇所に付着することをある程度抑制することは可能であるが、蒸着回数が多くなるにつれ付着物は徐々に増加するので、真空度への影響は依然として残る。また、特許文献３に記載された方法は、基板の材料や形状が限定されるので、例えばレンズ基板への蒸着には適用することが難しい。特に、蒸着成分が金属酸化物や金属窒化物であると、金属と酸素や窒素との結合状態により蒸着表面にガスを吸着しやすい活性点が出現しやすく、吸着したガスが再放出されることにより真空度の変動を生じやすい。
【０００９】
また、上述したジルコニアのような安価な材料を用いて大量の基板に蒸着を行い、コスト削減や生産性の向上を図ろうとする場合は、一度に大量の基板の蒸着を行ういわゆるバッチ式の蒸着装置を用いることが望ましい。この場合に、装置の大気解放毎にメンテナンスを行うと生産性を損なう恐れがある。一方で、成膜時の真空度によって特性が左右される材料を蒸着するためには、蒸着装置内の真空度を適切に制御することが必要である。
【００１０】
以上の問題に鑑みて、本発明は、蒸着時における真空度の制御性を向上するために、蒸着装置のメンテナンスを適切に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、排気手段を所定の減圧能力に保持した状態で、真空容器内を排気し、所定の排気時間経過後の真空容器内の圧力が基準圧力値よりも高い場合に、真空容器内の蒸着物の除去を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、排気手段を所定の減圧能力に保持した状態で真空容器内を排気し、所定の排気時間経過後の真空容器内の圧力と基準圧力値とを比較することで、真空容器内の蒸着物の除去、すなわちメンテナンスを行うタイミングを決定する。このような基準でメンテナンスを行うことにより、蒸着装置内の蒸着物の付着量による真空度の変化を適切に捉えることができる。またこれにより、蒸着時の真空度を適切に制御することができるので、蒸着中の真空度によって特性の変動する材料を蒸着する場合において、特性の変動を抑えて蒸着膜を形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、蒸着装置のメンテナンスを行うタイミングを適切に選定しているので、蒸着時における真空度の制御を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
先ず、本発明の蒸着装置のメンテナンス方法の実施の形態について説明する前に、メンテナンスと蒸着装置内の圧力の時間経過との関係について調べた結果を説明する。蒸着装置の真空容器いわゆるチャンバーの内壁には、蒸着回数を重ねることによって蒸着膜が徐々に堆積される。通常、一回、ないしは一連の蒸着処理を行った後は真空容器を大気解放する。本発明者等は、このような蒸着処理と大気解放とを繰り返しているうち、蒸着により成膜する反射防止膜の分光特性が変化することに気づいた。そこで、メンテナンスの前後において、所定の真空度に達する排気時間がどの程度変化するかを測定した。この例においては、蒸着対象物を蒸着装置内に配置せずに測定を行った。この結果を図１に示す。
【００１５】
図１において、実線ａ１はメンテナンス前、すなわち真空容器内に蒸着膜が付着している状態で排気を行った場合を示す。一方実線ａ２は、メンテナンス後、すなわち真空容器内の蒸着膜を除去してクリーニングを行った後に排気した場合を示す。図１の結果から、メンテナンスの前は、実線ａ１で示すように、所定の圧力の例えば３．５×１０−５Ｔｏｒｒ（≒４．７×１０−３Ｐａ）に至るまでに約１０分の時間を要したことが分かる。これに対し、メンテナンス後の真空容器内が清浄な状態では、実線ａ２で示すように、５分程度で３．５×１０−５Ｔｏｒｒまで圧力が低下したことが分かる。これは、メンテナンス前は真空容器内に付着物が堆積し、表面が汚れている状態であることから、装置内部からのガス放出が多くなり、このため圧力の低下に時間を要したものと考えられる。メンテナンス後には蒸着による付着物からの放出ガスが低減することにより、排気速度が速くなっているといえる。
【００１６】
このような排気状態の違いがあると、例えば反射防止膜を成膜する際に基準分光値から反射率特性がずれてしまうという問題が生じる。これは、基準分光を測定したときの真空容器内の状態と、実際に蒸着を行う際の真空容器内の状態との違いによって、蒸着条件が変化してしまうためである。この様子を図２及び図３に示す。この例では、蒸着対象物である基板として眼鏡用のプラスチックレンズを用い、反射防止膜の低屈折率材料層としてはＳｉＯ２、高屈折率材料層としては金属酸化物であるＺｒＯ２（ジルコニア）を用いた。
【００１７】
図２は、メンテナンスの前に基準分光を合わせ、実際に反射防止膜を蒸着して反射率を測定した結果を示している。図２において、実線ｂ１は基準値であり、破線ｂ２は測定値であるから、両者はほぼ一致していることがわかる。
【００１８】
一方、図３は、メンテナンス前に真空度、成膜速度及び膜厚をパラメータとして基準分光を合わせておき、そのパラメータにより、メンテナンス後に蒸着した場合の反射率分光特性を示したものである。図３中実線ｃ１は基準値、破線ｃ２は測定値を示す。図３の結果から、測定値は基準分光よりも短波長側にシフトすることがわかる。これは、メンテナンス後には蒸着装置の真空容器内の付着物が取り除かれるので、排気速度が変化し、真空度や成膜速度も変化するため、結果的に屈折率や膜厚がずれてしまうものと考えられる。
【００１９】
このことから、蒸着装置の真空容器のメンテナンスを行うにあたって、そのタイミングを、圧力低下と排気時間の関係で決定することにより、設定した基準分光と実測値とのずれを抑制できることがわかる。そして、このようなタイミングでメンテナンスを行うことにより、基準分光との変位が少ない光学機能膜、例えば反射防止膜を作製することができると考えられる。
【００２０】
また、蒸着装置の真空容器内に設置する基板の数によって、このようなずれが生じるかどうかも検討した。以下の例においても、基板として眼鏡用のプラスチックレンズを用い、蒸着枚数を１枚とした場合と２００枚とした場合とで、それぞれ反射防止膜を蒸着により形成し、分光特性を測定した。この例においても反射防止膜の低屈折率材料層としてはＳｉＯ２、高屈折率材料層としてはＺｒＯ２を蒸着した。図４においては、１枚の例、図５においては２００枚の例を示し、図４及び図５中実線ｄ１及びｅ１はそれぞれの実測値、破線ｄ２及びｅ２はそれぞれの基準分光値を示す。
【００２１】
図４と図５の比較から明らかなように、基板２００枚を蒸着装置内に装着して一度に蒸着を行う場合（図５）は、１枚のみを蒸着する場合（図４）と比べて、分光特性が全体的に長波長側にシフトし、特に波長λが７００ｎｍ以上の波長帯域において基準分光値からより大きく反射率が低下してしまうことがわかる。反射率特性は、蒸着膜の屈折率ｎと膜厚ｄとの積（ｎｄ）に依存するが、この場合、基板の枚数が多くなることによって、屈折率ｎも膜厚ｄも共に大きくなっていると考えられる。
【００２２】
また図４及び図５の結果から、蒸着する基板の枚数が多いときは、反射率等の光学特性の変動が顕著となることがわかる。これは、基板から放出されるガスが真空度に影響し、特にジルコニアのような蒸着時の真空度に特性が影響を受ける材料を蒸着する場合に、基板の枚数によっては特性のばらつきを生じさせてしまうものと考えられる。したがって、このように大量の基板を一度に蒸着する蒸着装置においては、そのメンテナンスのタイミングを適切に選定することが必要であるといえる。メンテナンスをタイミングよく行うことによって、蒸着膜の特性のばらつきを抑えて歩留まりの低下を確実に抑えることができ、生産性を格段に向上することが可能となる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態による蒸着装置のメンテナンス方法について説明する。この例においては、比較的大量の基板を一度に蒸着する蒸着装置において、眼鏡用のプラスチックレンズに反射防止膜を蒸着により形成する例について説明する。図６は、本発明の実施の形態に用いる蒸着装置の一例の概略構成を示す。この蒸着装置１は、真空容器（チャンバー）１０内に、蒸着物質を保持する蒸着源２と、電子銃３と、蒸着源２に対向して基板２０を保持する基板保持部材５が配置される。図示の例では、ドーム型の基板保持部材５を設けて、例えば眼鏡用のプラスチックレンズが比較的多数枚、例えば１００枚〜２００枚程度保持され、図示しない駆動機構により矢印ｒで示すように回転する構成とする。また基板保持部材５の上部、真空容器１０の内側に水晶膜厚計等の膜厚測定計６が設けられる。真空容器１０には排気手段１１が接続され、電子銃３に電源１２が接続される。
【００２４】
この蒸着装置１において蒸着を行う場合は、基板２０を基板保持部材５に装着した後、真空容器１０内に基板保持部材５を導入し、真空容器１０内を密閉して、排気手段１１により所定の真空度に排気する。そして、電源１２により所定の電圧を電子銃３に印加する。電子銃３から出射された電子は図示しない偏向電子ビーム機構によって矢印ｂで示すように蒸着源２に向かい、蒸着源２内の蒸着材料、例えばジルコニアに照射される。電子照射によって加熱された蒸着材料は、矢印ａで示すように基板保持部材５の内側に向かって飛散し、基板２０の表面に成膜される。
なお、蒸着装置１としては図６に示す例に限定されるものではなく、その他イオンアシスト法を利用した蒸着装置等、各種構成の蒸着装置を採用できる。
【００２５】
次に、このような蒸着装置を用いて反射防止膜を蒸着する工程を含むプラスチックレンズの表面処理工程に、本発明の実施の形態を適用した例について説明する。この例においては、図７にその一例の概略断面構成図を示すように、眼鏡用のプラスチックレンズより成る基板２０の両側の表面に、ハードコートの密着性を向上させて耐衝撃性を強化するプライマー層２１ａ及び２１ｂ、ハードコート２２ａ及び２２ｂ、高屈折率層としてジルコニアを含む反射防止膜２３ａ及び２３ｂ、更に撥水コート等の保護層２４ａ及び２４ｂをこの順に形成する例について説明する。
【００２６】
図８は、この実施の形態に係るメンテナンス方法を含む処理工程のフローチャートの一例である。図８に示すように、先ず、処方度数に対応して曲率等が設定されて成形されたレンズ用の基板２０を用意する（ステップＳ１）。次に、ポリウレタン等より成るプライマー層２１ａ、２１ｂを塗布等により形成する（ステップＳ２）。なお、プライマー層を設けない場合はもちろんこのステップＳ２は省略可能である。そして、ハードコート用組成液を基板２０にディッピング等により塗布する（ステップＳ３）。その後基板２０を例えば１２０℃、６０分間加熱して、ハードコート２２ａ、２２ｂを硬化する（ステップＳ４）。次に、ハードコート２２ａ、２２ｂを硬化した基板２０を水等の液体により例えば２０分間洗浄する（ステップＳ５）。
【００２７】
次に、基板２０に金属酸化膜等を蒸着する蒸着工程に入る（ステップＳ１０）。この蒸着工程では、先ず、基板２０を蒸着装置１の真空容器１０内に入れる（ステップＳ１１）。そして、真空容器１０内の空気を所定の減圧能力を有する排気手段によって排気する（ステップＳ１２）。続いて、予め選定した基準となる圧力値、例えば３．５×１０−５Ｔｏｒｒに達するまでの時間を測定する（ステップＳ１３）。そして、この基準圧力値に達する排気時間が、基準とする時間以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１４）。
【００２８】
ここで排気時間が基準時間の例えば１２分以下である場合は、所定の真空度に達した状態で、蒸着源２を電子照射等により加熱し、基板２０の表面に金属酸化膜の蒸着を行う（ステップＳ１５）。これにより、基板２０の一方の表面の反射防止膜２３ａを形成する。次に、必要に応じて撥水コート２４ａを形成する（ステップＳ１６）。なお、撥水コートを蒸着以外の方法で形成することも可能であり、その場合は蒸着装置での処理を終了して外部に搬出した後に撥水コート２４ａ、２４ｂを形成してもよい。
【００２９】
その後、続けて蒸着を行う基板２０があるかどうかを判断する（ステップＳ１７）。例えば基板２０のもう一方の表面に反射防止膜２３ｂを蒸着し、撥水コート２４ｂを形成する場合は、基板２０を例えば裏返すなどの作業を行って、蒸着する基板を用意し（ステップＳ１８）、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１７において、続けて蒸着する基板がないと判断された場合は、処理の終了（ステップＳ１９）となる。
【００３０】
一方、ステップＳ１４において、基準圧力値に達する時間が基準とする時間を超えていると判断した場合は、真空容器１０のメンテナンスを行う（ステップＳ２０）。すなわち一旦排気を停止し、容器１０内を大気解放して、蒸着材料の付着物の除去を行う。メンテナンス作業が終了した時点で、蒸着工程に戻るかどうか判断する（ステップＳ２１）。蒸着工程を再び行う場合はステップＳ１１に戻る。蒸着工程を行わない場合は、処理の終了（ステップＳ２２）となる。
【００３１】
図８に示す処理工程を経ることによって、蒸着装置の真空容器内の清浄状態を好ましく保持することができる。このようにして、蒸着対象物である基板上に成膜された蒸着膜は、メンテナンスの前後でその光学特性を均質に保つことが可能となる。一例として、ジルコニアを反射防止膜の高屈折率層として１００〜２００枚のレンズ基板上に蒸着する処理工程において、上述した基準となる時間及び圧力値に基づいてメンテナンスを行うことにより、ジルコニア膜の光学特性のばらつきを抑え、歩留まりの向上を図ることができた。また、その他の金属酸化物や金属窒化物を蒸着する場合においても、同様に膜質のばらつきを抑制することができた。
【００３２】
なお、上述の例においては基準圧力値に達する時間は１２分としたが、この時間は真空容器の体積、排気手段の種類や減圧能力、真空容器内に配置する基板の材質や状態、枚数（総体積）、更に目的とする真空度等の条件によって、予め選定しておくことが必要である。上記の例では真空容器内に眼鏡用のプラスチックレンズより成る基板を１００〜２００枚配置する例であり、メンテナンス直後では３．５×１０−５Ｔｏｒｒに達する時間が８〜９分であった。蒸着回数を重ねるにつれてこの真空度に到達する時間が長くなるが、この例では基準時間を１２分とすることで、メンテナンスを適切なタイミングで行うことができ、上述したように蒸着膜の光学特性のばらつきを抑え、歩留まりの低下を回避することができた。
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、蒸着装置のメンテナンスのタイミングを最適化することで、確実に蒸着装置内の真空度の変動を抑制でき、膜質のばらつきを抑えて蒸着膜を形成することが可能となる。特に、大量の蒸着対象物に対して蒸着を行うバッチ式の蒸着装置において、無駄なメンテナンス工程を省き、膜質のばらつきに起因する歩留まりの低下を抑えることで、生産性の向上を図ることができる。したがって、蒸着対象物としてプラスチック等のレンズを用いる場合は、安定した光学特性のレンズを生産性よく製造することが可能となる。
【００３４】
蒸着成分が金属酸化物や金属窒化物である場合においても、メンテナンスを適切に行うことで、真空度の変動を抑えることができる。
特に、蒸着材料としてジルコニアを蒸着する場合は、成膜時の蒸着環境の状態によって得られる層の屈折率が変動しやすいが、本発明を適用することにより、メンテナンスの前後においても膜質が保たれる。これにより、反射特性等がほぼ一定に保たれたジルコニア層を成膜することが可能となる。比較的安価な材料であるジルコニア膜を、大量のレンズへ実用的な歩留まりをもって一度に蒸着することが可能となるため、コストの低減化を図ることができる。
【００３５】
また、本発明においては、蒸着装置の真空容器のメンテナンス管理を排気時の時間で管理するという比較的簡易な方法であり、蒸着処理を含む工程管理の定型化が可能となる。
【００３６】
更に、メンテナンスのタイミングを最適化することで真空度のバラツキを抑えることができるので、真空度の変動がある場合に使用し難いとされる水晶膜厚計を利用することが可能となる。また、水晶振動子を利用した水晶膜厚計は光学式の膜厚測定計と比べて比較的安価であり、蒸着装置の設備コストを抑えることも可能となる。
【００３７】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】蒸着装置のメンテナンス前後の排気時間に対する真空度の変化を示す図である。
【図２】蒸着装置のメンテナンス前における蒸着膜の分光特性と基準分光値とを示す図である。
【図３】蒸着装置のメンテナンス後における蒸着膜の分光特性と基準分光値とを示す図である。
【図４】基板からのガス放出量の違いによる分光特性の変化を示す図である。
【図５】基板からのガス放出量の違いによる分光特性の変化を示す図である。
【図６】蒸着装置の一例の概略構成図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る反射防止膜の蒸着方法によって反射防止膜を形成した基板の一例の断面構成図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る反射防止膜の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１・・蒸着装置、２・・蒸着源、３・・基板、４・・電子銃、５・・基板保持部材、６・・膜厚測定計、１０・・真空容器、１１・・排気手段、１２・・電源、２０・・基板、２１ａ，２１ｂ・・下地層、２２ａ，２２ｂ・・ハードコート、２３ａ，２３ｂ・・反射防止膜、２４ａ，２４ｂ・・保護層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ等の蒸着対象物に対して反射防止膜等の蒸着を良好に行うための蒸着装置のメンテナンス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズや光学フィルム等の光透過性の基板の表面には、光の反射による見えにくさを解消するために、反射防止膜が施される。反射防止膜には、高い反射防止効果を得る構成として、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層して成膜された積層膜が広く用いられている。そしてこの積層膜は、入射光の波長帯域と、この波長帯域における高屈折率層及び低屈折率層の各屈折率とから個々の層の膜厚が設定されて、目的とする波長帯域の光に対して最も反射しにくい状態になるように構成される。
【０００３】
低屈折率層形成用の蒸着材料としては、二酸化珪素（ＳｉＯ２）がよく用いられている。二酸化珪素は膜の硬度が高いので、反射防止膜を形成する基板が例えば合成樹脂、すなわちプラスチックレンズ等のように表面が比較的柔らかく傷つきやすい場合に、その欠点を補うことができるという利点を有する。高屈折率層形成用の蒸着材料としては、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化二オブ（Ｎｂ２Ｏ５）などが用いられている（特許文献１参照）。
【０００４】
このような反射防止膜等の各種の光学機能膜の多くは一般的に蒸着により成膜される。一方、蒸着装置においては、蒸着材料が不要な箇所に飛散するため、これを定期的に取り除くメンテナンス作業が必要である。このようなメンテナンスを容易にするために、蒸着装置内の構造について各種の工夫がなされている（特許文献２及び３参照）。
特許文献２に記載の方法では、蒸着源を保持する電極に電極カバーを設けることで、電極に付着する蒸着物を取り除くメンテナンス作業を軽減するようにしている。
特許文献３に記載の方法では、蒸着対象物を湾曲面状として蒸着源を取り囲む形状とすることで、蒸着装置内の不要な箇所への蒸着材料の付着を抑え、メンテナンス時間を短縮することを可能としている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８４７７８号公報
【特許文献２】特開２００７−３１４８７７号公報
【特許文献３】特開２００５−２９８８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した反射防止膜の高屈折率層形成用の材料の中で、酸化ジルコニウム、いわゆるジルコニア（ＺｒＯ２）は、酸化タンタルや酸化ニオブ等と比較して安価であり、また蒸着により成膜する場合の成膜レートが高く、生産性に有利である。したがって、ジルコニアはコストの削減が可能な材料として有望である。
【０００７】
しかしながら、ジルコニアを真空蒸着で成膜する場合、成膜時の真空度が屈折率に大きく影響するという問題がある。このためジルコニアを高屈折率層として用いた反射防止膜は、反射防止効果にバラツキが生じやすかった。特に、大きな真空容器になるほど、すなわち一度の蒸着で大量の基板に蒸着を行う場合ほど、このような真空度の制御が困難となってしまい、生産性が損なわれてしまうという問題があった。
【０００８】
真空度を一定に保って蒸着膜の特性を良好に保持するには、蒸着装置内の定期的なメンテナンスが不可欠である。例えば特許文献２に記載されたような蒸着装置内の構造上の工夫を行うことによって、蒸着物が不要な箇所に付着することをある程度抑制することは可能であるが、蒸着回数が多くなるにつれ付着物は徐々に増加するので、真空度への影響は依然として残る。また、特許文献３に記載された方法は、基板の材料や形状が限定されるので、例えばレンズ基板への蒸着には適用することが難しい。特に、蒸着成分が金属酸化物や金属窒化物であると、金属と酸素や窒素との結合状態により蒸着表面にガスを吸着しやすい活性点が出現しやすく、吸着したガスが再放出されることにより真空度の変動を生じやすい。
【０００９】
また、上述したジルコニアのような安価な材料を用いて大量の基板に蒸着を行い、コスト削減や生産性の向上を図ろうとする場合は、一度に大量の基板の蒸着を行ういわゆるバッチ式の蒸着装置を用いることが望ましい。この場合に、装置の大気解放毎にメンテナンスを行うと生産性を損なう恐れがある。一方で、成膜時の真空度によって特性が左右される材料を蒸着するためには、蒸着装置内の真空度を適切に制御することが必要である。
【００１０】
以上の問題に鑑みて、本発明は、蒸着時における真空度の制御性を向上するために、蒸着装置のメンテナンスを適切に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、排気手段を所定の減圧能力に保持した状態で、真空容器内を排気し、所定の排気時間経過後の真空容器内の圧力が基準圧力値よりも高い場合に、真空容器内の蒸着物の除去を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、排気手段を所定の減圧能力に保持した状態で真空容器内を排気し、所定の排気時間経過後の真空容器内の圧力と基準圧力値とを比較することで、真空容器内の蒸着物の除去、すなわちメンテナンスを行うタイミングを決定する。このような基準でメンテナンスを行うことにより、蒸着装置内の蒸着物の付着量による真空度の変化を適切に捉えることができる。またこれにより、蒸着時の真空度を適切に制御することができるので、蒸着中の真空度によって特性の変動する材料を蒸着する場合において、特性の変動を抑えて蒸着膜を形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、蒸着装置のメンテナンスを行うタイミングを適切に選定しているので、蒸着時における真空度の制御を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
先ず、本発明の蒸着装置のメンテナンス方法の実施の形態について説明する前に、メンテナンスと蒸着装置内の圧力の時間経過との関係について調べた結果を説明する。蒸着装置の真空容器いわゆるチャンバーの内壁には、蒸着回数を重ねることによって蒸着膜が徐々に堆積される。通常、一回、ないしは一連の蒸着処理を行った後は真空容器を大気解放する。本発明者等は、このような蒸着処理と大気解放とを繰り返しているうち、蒸着により成膜する反射防止膜の分光特性が変化することに気づいた。そこで、メンテナンスの前後において、所定の真空度に達する排気時間がどの程度変化するかを測定した。この例においては、蒸着対象物を蒸着装置内に配置せずに測定を行った。この結果を図１に示す。
【００１５】
図１において、実線ａ１はメンテナンス前、すなわち真空容器内に蒸着膜が付着している状態で排気を行った場合を示す。一方実線ａ２は、メンテナンス後、すなわち真空容器内の蒸着膜を除去してクリーニングを行った後に排気した場合を示す。図１の結果から、メンテナンスの前は、実線ａ１で示すように、所定の圧力の例えば３．５×１０−５Ｔｏｒｒ（≒４．７×１０−３Ｐａ）に至るまでに約１０分の時間を要したことが分かる。これに対し、メンテナンス後の真空容器内が清浄な状態では、実線ａ２で示すように、５分程度で３．５×１０−５Ｔｏｒｒまで圧力が低下したことが分かる。これは、メンテナンス前は真空容器内に付着物が堆積し、表面が汚れている状態であることから、装置内部からのガス放出が多くなり、このため圧力の低下に時間を要したものと考えられる。メンテナンス後には蒸着による付着物からの放出ガスが低減することにより、排気速度が速くなっているといえる。
【００１６】
このような排気状態の違いがあると、例えば反射防止膜を成膜する際に基準分光値から反射率特性がずれてしまうという問題が生じる。これは、基準分光を測定したときの真空容器内の状態と、実際に蒸着を行う際の真空容器内の状態との違いによって、蒸着条件が変化してしまうためである。この様子を図２及び図３に示す。この例では、蒸着対象物である基板として眼鏡用のプラスチックレンズを用い、反射防止膜の低屈折率材料層としてはＳｉＯ２、高屈折率材料層としては金属酸化物であるＺｒＯ２（ジルコニア）を用いた。
【００１７】
図２は、メンテナンスの前に基準分光を合わせ、実際に反射防止膜を蒸着して反射率を測定した結果を示している。図２において、実線ｂ１は基準値であり、破線ｂ２は測定値であるから、両者はほぼ一致していることがわかる。
【００１８】
一方、図３は、メンテナンス前に真空度、成膜速度及び膜厚をパラメータとして基準分光を合わせておき、そのパラメータにより、メンテナンス後に蒸着した場合の反射率分光特性を示したものである。図３中実線ｃ１は基準値、破線ｃ２は測定値を示す。図３の結果から、測定値は基準分光よりも短波長側にシフトすることがわかる。これは、メンテナンス後には蒸着装置の真空容器内の付着物が取り除かれるので、排気速度が変化し、真空度や成膜速度も変化するため、結果的に屈折率や膜厚がずれてしまうものと考えられる。
【００１９】
このことから、蒸着装置の真空容器のメンテナンスを行うにあたって、そのタイミングを、圧力低下と排気時間の関係で決定することにより、設定した基準分光と実測値とのずれを抑制できることがわかる。そして、このようなタイミングでメンテナンスを行うことにより、基準分光との変位が少ない光学機能膜、例えば反射防止膜を作製することができると考えられる。
【００２０】
また、蒸着装置の真空容器内に設置する基板の数によって、このようなずれが生じるかどうかも検討した。以下の例においても、基板として眼鏡用のプラスチックレンズを用い、蒸着枚数を１枚とした場合と２００枚とした場合とで、それぞれ反射防止膜を蒸着により形成し、分光特性を測定した。この例においても反射防止膜の低屈折率材料層としてはＳｉＯ２、高屈折率材料層としてはＺｒＯ２を蒸着した。図４においては、１枚の例、図５においては２００枚の例を示し、図４及び図５中実線ｄ１及びｅ１はそれぞれの実測値、破線ｄ２及びｅ２はそれぞれの基準分光値を示す。
【００２１】
図４と図５の比較から明らかなように、基板２００枚を蒸着装置内に装着して一度に蒸着を行う場合（図５）は、１枚のみを蒸着する場合（図４）と比べて、分光特性が全体的に長波長側にシフトし、特に波長λが７００ｎｍ以上の波長帯域において基準分光値からより大きく反射率が低下してしまうことがわかる。反射率特性は、蒸着膜の屈折率ｎと膜厚ｄとの積（ｎｄ）に依存するが、この場合、基板の枚数が多くなることによって、屈折率ｎも膜厚ｄも共に大きくなっていると考えられる。
【００２２】
また図４及び図５の結果から、蒸着する基板の枚数が多いときは、反射率等の光学特性の変動が顕著となることがわかる。これは、基板から放出されるガスが真空度に影響し、特にジルコニアのような蒸着時の真空度に特性が影響を受ける材料を蒸着する場合に、基板の枚数によっては特性のばらつきを生じさせてしまうものと考えられる。したがって、このように大量の基板を一度に蒸着する蒸着装置においては、そのメンテナンスのタイミングを適切に選定することが必要であるといえる。メンテナンスをタイミングよく行うことによって、蒸着膜の特性のばらつきを抑えて歩留まりの低下を確実に抑えることができ、生産性を格段に向上することが可能となる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態による蒸着装置のメンテナンス方法について説明する。この例においては、比較的大量の基板を一度に蒸着する蒸着装置において、眼鏡用のプラスチックレンズに反射防止膜を蒸着により形成する例について説明する。図６は、本発明の実施の形態に用いる蒸着装置の一例の概略構成を示す。この蒸着装置１は、真空容器（チャンバー）１０内に、蒸着物質を保持する蒸着源２と、電子銃３と、蒸着源２に対向して基板２０を保持する基板保持部材５が配置される。図示の例では、ドーム型の基板保持部材５を設けて、例えば眼鏡用のプラスチックレンズが比較的多数枚、例えば１００枚〜２００枚程度保持され、図示しない駆動機構により矢印ｒで示すように回転する構成とする。また基板保持部材５の上部、真空容器１０の内側に水晶膜厚計等の膜厚測定計６が設けられる。真空容器１０には排気手段１１が接続され、電子銃３に電源１２が接続される。
【００２４】
この蒸着装置１において蒸着を行う場合は、基板２０を基板保持部材５に装着した後、真空容器１０内に基板保持部材５を導入し、真空容器１０内を密閉して、排気手段１１により所定の真空度に排気する。そして、電源１２により所定の電圧を電子銃３に印加する。電子銃３から出射された電子は図示しない偏向電子ビーム機構によって矢印ｂで示すように蒸着源２に向かい、蒸着源２内の蒸着材料、例えばジルコニアに照射される。電子照射によって加熱された蒸着材料は、矢印ａで示すように基板保持部材５の内側に向かって飛散し、基板２０の表面に成膜される。
なお、蒸着装置１としては図６に示す例に限定されるものではなく、その他イオンアシスト法を利用した蒸着装置等、各種構成の蒸着装置を採用できる。
【００２５】
次に、このような蒸着装置を用いて反射防止膜を蒸着する工程を含むプラスチックレンズの表面処理工程に、本発明の実施の形態を適用した例について説明する。この例においては、図７にその一例の概略断面構成図を示すように、眼鏡用のプラスチックレンズより成る基板２０の両側の表面に、ハードコートの密着性を向上させて耐衝撃性を強化するプライマー層２１ａ及び２１ｂ、ハードコート２２ａ及び２２ｂ、高屈折率層としてジルコニアを含む反射防止膜２３ａ及び２３ｂ、更に撥水コート等の保護層２４ａ及び２４ｂをこの順に形成する例について説明する。
【００２６】
図８は、この実施の形態に係るメンテナンス方法を含む処理工程のフローチャートの一例である。図８に示すように、先ず、処方度数に対応して曲率等が設定されて成形されたレンズ用の基板２０を用意する（ステップＳ１）。次に、ポリウレタン等より成るプライマー層２１ａ、２１ｂを塗布等により形成する（ステップＳ２）。なお、プライマー層を設けない場合はもちろんこのステップＳ２は省略可能である。そして、ハードコート用組成液を基板２０にディッピング等により塗布する（ステップＳ３）。その後基板２０を例えば１２０℃、６０分間加熱して、ハードコート２２ａ、２２ｂを硬化する（ステップＳ４）。次に、ハードコート２２ａ、２２ｂを硬化した基板２０を水等の液体により例えば２０分間洗浄する（ステップＳ５）。
【００２７】
次に、基板２０に金属酸化膜等を蒸着する蒸着工程に入る（ステップＳ１０）。この蒸着工程では、先ず、基板２０を蒸着装置１の真空容器１０内に入れる（ステップＳ１１）。そして、真空容器１０内の空気を所定の減圧能力を有する排気手段によって排気する（ステップＳ１２）。続いて、予め選定した基準となる圧力値、例えば３．５×１０−５Ｔｏｒｒに達するまでの時間を測定する（ステップＳ１３）。そして、この基準圧力値に達する排気時間が、基準とする時間以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１４）。
【００２８】
ここで排気時間が基準時間の例えば１２分以下である場合は、所定の真空度に達した状態で、蒸着源２を電子照射等により加熱し、基板２０の表面に金属酸化膜の蒸着を行う（ステップＳ１５）。これにより、基板２０の一方の表面の反射防止膜２３ａを形成する。次に、必要に応じて撥水コート２４ａを形成する（ステップＳ１６）。なお、撥水コートを蒸着以外の方法で形成することも可能であり、その場合は蒸着装置での処理を終了して外部に搬出した後に撥水コート２４ａ、２４ｂを形成してもよい。
【００２９】
その後、続けて蒸着を行う基板２０があるかどうかを判断する（ステップＳ１７）。例えば基板２０のもう一方の表面に反射防止膜２３ｂを蒸着し、撥水コート２４ｂを形成する場合は、基板２０を例えば裏返すなどの作業を行って、蒸着する基板を用意し（ステップＳ１８）、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１７において、続けて蒸着する基板がないと判断された場合は、処理の終了（ステップＳ１９）となる。
【００３０】
一方、ステップＳ１４において、基準圧力値に達する時間が基準とする時間を超えていると判断した場合は、真空容器１０のメンテナンスを行う（ステップＳ２０）。すなわち一旦排気を停止し、容器１０内を大気解放して、蒸着材料の付着物の除去を行う。メンテナンス作業が終了した時点で、蒸着工程に戻るかどうか判断する（ステップＳ２１）。蒸着工程を再び行う場合はステップＳ１１に戻る。蒸着工程を行わない場合は、処理の終了（ステップＳ２２）となる。
【００３１】
図８に示す処理工程を経ることによって、蒸着装置の真空容器内の清浄状態を好ましく保持することができる。このようにして、蒸着対象物である基板上に成膜された蒸着膜は、メンテナンスの前後でその光学特性を均質に保つことが可能となる。一例として、ジルコニアを反射防止膜の高屈折率層として１００〜２００枚のレンズ基板上に蒸着する処理工程において、上述した基準となる時間及び圧力値に基づいてメンテナンスを行うことにより、ジルコニア膜の光学特性のばらつきを抑え、歩留まりの向上を図ることができた。また、その他の金属酸化物や金属窒化物を蒸着する場合においても、同様に膜質のばらつきを抑制することができた。
【００３２】
なお、上述の例においては基準圧力値に達する時間は１２分としたが、この時間は真空容器の体積、排気手段の種類や減圧能力、真空容器内に配置する基板の材質や状態、枚数（総体積）、更に目的とする真空度等の条件によって、予め選定しておくことが必要である。上記の例では真空容器内に眼鏡用のプラスチックレンズより成る基板を１００〜２００枚配置する例であり、メンテナンス直後では３．５×１０−５Ｔｏｒｒに達する時間が８〜９分であった。蒸着回数を重ねるにつれてこの真空度に到達する時間が長くなるが、この例では基準時間を１２分とすることで、メンテナンスを適切なタイミングで行うことができ、上述したように蒸着膜の光学特性のばらつきを抑え、歩留まりの低下を回避することができた。
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、蒸着装置のメンテナンスのタイミングを最適化することで、確実に蒸着装置内の真空度の変動を抑制でき、膜質のばらつきを抑えて蒸着膜を形成することが可能となる。特に、大量の蒸着対象物に対して蒸着を行うバッチ式の蒸着装置において、無駄なメンテナンス工程を省き、膜質のばらつきに起因する歩留まりの低下を抑えることで、生産性の向上を図ることができる。したがって、蒸着対象物としてプラスチック等のレンズを用いる場合は、安定した光学特性のレンズを生産性よく製造することが可能となる。
【００３４】
蒸着成分が金属酸化物や金属窒化物である場合においても、メンテナンスを適切に行うことで、真空度の変動を抑えることができる。
特に、蒸着材料としてジルコニアを蒸着する場合は、成膜時の蒸着環境の状態によって得られる層の屈折率が変動しやすいが、本発明を適用することにより、メンテナンスの前後においても膜質が保たれる。これにより、反射特性等がほぼ一定に保たれたジルコニア層を成膜することが可能となる。比較的安価な材料であるジルコニア膜を、大量のレンズへ実用的な歩留まりをもって一度に蒸着することが可能となるため、コストの低減化を図ることができる。
【００３５】
また、本発明においては、蒸着装置の真空容器のメンテナンス管理を排気時の時間で管理するという比較的簡易な方法であり、蒸着処理を含む工程管理の定型化が可能となる。
【００３６】
更に、メンテナンスのタイミングを最適化することで真空度のバラツキを抑えることができるので、真空度の変動がある場合に使用し難いとされる水晶膜厚計を利用することが可能となる。また、水晶振動子を利用した水晶膜厚計は光学式の膜厚測定計と比べて比較的安価であり、蒸着装置の設備コストを抑えることも可能となる。
【００３７】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】蒸着装置のメンテナンス前後の排気時間に対する真空度の変化を示す図である。
【図２】蒸着装置のメンテナンス前における蒸着膜の分光特性と基準分光値とを示す図である。
【図３】蒸着装置のメンテナンス後における蒸着膜の分光特性と基準分光値とを示す図である。
【図４】基板からのガス放出量の違いによる分光特性の変化を示す図である。
【図５】基板からのガス放出量の違いによる分光特性の変化を示す図である。
【図６】蒸着装置の一例の概略構成図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る反射防止膜の蒸着方法によって反射防止膜を形成した基板の一例の断面構成図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る反射防止膜の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１・・蒸着装置、２・・蒸着源、３・・基板、４・・電子銃、５・・基板保持部材、６・・膜厚測定計、１０・・真空容器、１１・・排気手段、１２・・電源、２０・・基板、２１ａ，２１ｂ・・下地層、２２ａ，２２ｂ・・ハードコート、２３ａ，２３ｂ・・反射防止膜、２４ａ，２４ｂ・・保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着装置における真空容器内の蒸着物の除去を行う蒸着装置のメンテナンス方法であって、
排気手段を所定の減圧能力に保持した状態で前記真空容器内を排気し、
所定の排気時間経過後の前記真空容器内の圧力が基準圧力値よりも高い場合に、前記真空容器内の蒸着物の除去を行う
ことを特徴とする蒸着装置のメンテナンス方法。
【請求項２】
請求項１記載の蒸着装置のメンテナンス方法において、
蒸着対象物に成膜する成分が、金属酸化物及び又は金属窒化物であることを特徴とする蒸着装置のメンテナンス方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の蒸着装置のメンテナンス方法において、
蒸着対象物に成膜する成分が、酸化ジルコニウムであることを特徴とする蒸着装置のメンテナンス方法。
【請求項１】
蒸着装置における真空容器内の蒸着物の除去を行う蒸着装置のメンテナンス方法であって、
排気手段を所定の減圧能力に保持した状態で前記真空容器内を排気し、
所定の排気時間経過後の前記真空容器内の圧力が基準圧力値よりも高い場合に、前記真空容器内の蒸着物の除去を行う
ことを特徴とする蒸着装置のメンテナンス方法。
【請求項２】
請求項１記載の蒸着装置のメンテナンス方法において、
蒸着対象物に成膜する成分が、金属酸化物及び又は金属窒化物であることを特徴とする蒸着装置のメンテナンス方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の蒸着装置のメンテナンス方法において、
蒸着対象物に成膜する成分が、酸化ジルコニウムであることを特徴とする蒸着装置のメンテナンス方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１９７２７５（Ｐ２００９−１９７２７５Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４０２４２（Ｐ２００８−４０２４２）
【出願日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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