(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタにより、眼鏡レンズの両面に同時に成膜する方法であって、
前記眼鏡レンズを平板状の基板ホルダーに搭載して真空処理室内に導入し、
上側支持部材と、上端面から上方に突設されたチャッキング突起を有する下側支持部材と、をそれぞれ下方及び上方に駆動し、前記基板ホルダーの中心穴に前記チャッキング突起を嵌入するとともに、前記下側支持部材の上端面で前記基板ホルダーの下面を支持することで前記基板ホルダーを前記真空処理室内に導入されたときよりも高い位置で保持し、
該真空処理室内において、以下の（ｉ）回転工程（ｉｉ）、スパッタ工程、（ｉｉｉ）回転・移動工程、（ｉｖ）変換工程を繰り返すことにより、所望の膜厚の金属化合物薄膜を眼鏡レンズの両面に同時に形成することを特徴とする両面同時成膜方法。
（ｉ）前記保持された状態で前記基板ホルダーを回転する回転工程
（ｉｉ）前記眼鏡レンズの両面側に設けられたスパッタ装置を用いてターゲットを前記眼鏡レンズにスパッタし、前記眼鏡レンズの両面にそれぞれ金属ないしは金属の不完全反応物からなる金属系超薄膜を形成するスパッタ工程
（ｉｉｉ）前記基板ホルダーを回転させて前記スパッタされた前記眼鏡レンズを回転・移動させる回転・移動工程
（ｉｖ）前記回転・移動後の前記眼鏡レンズの前記金属系超薄膜と反応性ガスとを反応せしめて金属化合物の超薄膜に変換せしめる変換工程
【請求項２】
前記変換工程を、反応性ガスのプラズマに曝すことにより行なう請求項１に記載の両面同時成膜方法。
【請求項３】
前記変換工程を、反応性ガスのイオンビームを照射することにより行なう請求項１に記載の両面同時成膜方法。
【請求項４】
前記基板ホルダーを円板状としその中心を軸として真空処理室内で水平方向に回転せしめ、基板ホルダーの中心から外周部に向かって面積が拡がるような台形ないし扇形のターゲットをスパッタすることにより、眼鏡レンズに形成する薄膜の膜厚分布が均一になるようにした請求項１に記載の両面同時成膜方法。
【請求項５】
前記真空処理室に連設して真空処理室を大気に曝することなく連通可能な導入室を設け、前記真空処理室と前記導入室との間で前記基板ホルダーを搬送可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の両面同時成膜方法。
【請求項６】
前記基板ホルダーを円板状としその中心を軸として真空処理室内で水平方向に回転せしめ、基板ホルダーに搭載された眼鏡レンズとターゲットとの間に、眼鏡レンズに形成される薄膜の膜厚分布を均一とするためのマスキング部材として膜厚補正板を設け、
前記膜厚補正板は、前記基板ホルダーの上側と下側で異なる形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の両面同時成膜方法。
【請求項７】
スパッタにより、眼鏡レンズの両面に同時に成膜する装置であって、
真空処理室と、
該真空処理室内に外部から導入可能であり、前記眼鏡レンズを搭載して水平方向に回転し、中心穴が形成された円板状の基板ホルダーと、
該基板ホルダーの両面側にそれぞれ設けられたスパッタ装置および反応性ガス供給源と、
いずれも上下に駆動される上側支持部材及び上端面から上方に突設されたチャッキング突起を有する下側支持部材と、
前記上側支持部材及び前記下側支持部材をそれぞれ下方及び上方に駆動し、前記基板ホルダーの前記中心穴に前記チャッキング突起を嵌入するとともに、前記下側支持部材の上端面で前記基板ホルダーの下面を支持することで前記基板ホルダーを前記真空処理室内に導入されたときよりも高い位置で保持する手段と、
当該保持状態で前記基板ホルダーを回転することにより、前記眼鏡レンズを前記スパッタ源と前記反応性ガス供給源との間に交互に繰返し搬送する手段と、を備え、
前記眼鏡レンズの両面に対して前記スパッタ装置によって金属ないし金属の不完全反応物からなる金属系超薄膜をスパッタにより形成し、ついで、前記反応性ガス供給源により、前記金属性超薄膜と反応性ガスとを反応せしめて金属化合物の超薄膜に変換せしめ、前記基板ホルダーの回転により前記金属系超薄膜の形成と前記金属化合物の超薄膜への変換を繰り返すことによって所望の膜厚の薄膜を形成するようにしたことを特徴とする両面同時成膜装置。
【請求項８】
前記反応性ガス供給源としてプラズマ源を用いる請求項７に記載の両面同時成膜装置。
【請求項９】
前記反応性ガス供給源としてイオンビーム発生源を用いる請求項７に記載の両面同時成膜装置。
【請求項１０】
前記スパッタ装置のターゲットを、対向する基板ホルダーの中心から外周部に向かって面積が拡がるような台形ないし扇形のターゲットとした請求項７に記載の両面同時成膜装置。
【請求項１１】
前記真空処理室に連設して真空処理室を大気に曝することなく連通可能な導入室を設け、前記真空処理室と前記導入室との間で前記基板ホルダーを搬送可能とされていることを特徴とする請求項７に記載の両面同時成膜装置。
【請求項１２】
さらに、前記真空処理室に連設して、真空処理室を大気に曝することなく連通可能な予備真空室と；基板ホルダーとターゲットとの間に設けられ、眼鏡レンズに形成される薄膜の膜厚分布を均一とするためのマスキング部材としての膜厚補正板と；を設け；前記膜厚補正板は、前記基板ホルダーの上側と下側で異なる形状とされていることを特徴とする請求項７に記載の両面同時成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼鏡レンズの両面に薄膜を同一真空室内で同時に成膜する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
眼鏡レンズには反射防止膜、保護膜などの薄膜が形成されており、その場合に両面に反射防止膜等の薄膜を形成する必要がある。反射防止膜等の薄膜の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ法などがあるが、いずれの場合においても、まず片面に薄膜を形成し、ついでその裏面に再度薄膜を形成することになる。一般的な方法としては、片面に薄膜を形成後に一旦真空室から取り出し、再度、裏面に膜形成がされるように眼鏡レンズ（基板）を裏返してセットしなおし、再び真空室内で膜成形を行なう方法があるが、操作が頻雑であり、生産性も悪い。また、眼鏡レンズの片面に薄膜形成後に、真空室内で眼鏡レンズを反転させて真空雰囲気を破ることなく両面に真空蒸着する装置も知られている。しかしながら、この反転蒸着装置は、反転機構が複雑となり、装置コストの上昇や生産性の低下を招く。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、反転機構を必要とすることなく、眼鏡レンズの両面に反射防止膜等の薄膜を同時にスパッタリングにより形成することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の両面同時成膜方法は、スパッタにより、眼鏡レンズの両面に同時に成膜する方法であって、前記眼鏡レンズを平板状の基板ホルダーに搭載して真空処理室内に導入し、上側支持部材と、上端面から上方に突設されたチャッキング突起を有する下側支持部材と、をそれぞれ下方及び上方に駆動し、前記基板ホルダーの中心穴に前記チャッキング突起を嵌入するとともに、前記下側支持部材の上端面で前記基板ホルダーの下面を支持することで前記基板ホルダーを前記真空処理室内に導入されたときよりも高い位置で保持し、該真空処理室内において、以下の（ｉ）回転工程（ｉｉ）、スパッタ工程、（ｉｉｉ）回転・移動工程、（ｉｖ）変換工程を繰り返すことにより、所望の膜厚の金属化合物薄膜を眼鏡レンズの両面に同時に形成することを特徴とする両面同時成膜方法。
（ｉ）前記保持された状態で前記基板ホルダーを回転する回転工程
（ｉｉ）前記眼鏡レンズの両面側に設けられたスパッタ装置を用いてターゲットを前記眼鏡レンズにスパッタし、前記眼鏡レンズの両面にそれぞれ金属ないしは金属の不完全反応物からなる金属系超薄膜を形成するスパッタ工程
（ｉｉｉ）前記基板ホルダーを回転させて前記スパッタされた前記眼鏡レンズを回転・移動させる回転・移動工程
（ｉｖ）前記回転・移動後の前記眼鏡レンズの前記金属系超薄膜と反応性ガスとを反応せしめて金属化合物の超薄膜に変換せしめる変換工程
【０００５】
また、本発明の両面同時成膜装置は、スパッタにより、眼鏡レンズの両面に同時に成膜する装置であって、真空処理室と、該真空処理室内に外部から導入可能であり、前記眼鏡レンズを搭載して水平方向に回転し、中心穴が形成された円板状の基板ホルダーと、該基板ホルダーの両面側にそれぞれ設けられたスパッタ装置および反応性ガス供給源と、いずれも上下に駆動される上側支持部材及び上端面から上方に突設されたチャッキング突起を有する下側支持部材と、前記上側支持部材及び前記下側支持部材をそれぞれ下方及び上方に駆動し、前記基板ホルダーの前記中心穴に前記チャッキング突起を嵌入するとともに、前記下側支持部材の上端面で前記基板ホルダーの下面を支持することで前記基板ホルダーを前記真空処理室内に導入されたときよりも高い位置で保持する手段と、当該保持状態で前記基板ホルダーを回転することにより、前記眼鏡レンズを前記スパッタ源と前記反応性ガス供給源との間に交互に繰返し搬送する手段と、を備え、前記眼鏡レンズの両面に対して前記スパッタ装置によって金属ないし金属の不完全反応物からなる金属系超薄膜をスパッタにより形成し、ついで、前記反応性ガス供給源により、前記金属性超薄膜と反応性ガスとを反応せしめて金属化合物の超薄膜に変換せしめ、前記基板ホルダーの回転により前記金属系超薄膜の形成と前記金属化合物の超薄膜への変換を繰り返すことによって所望の膜厚の薄膜を形成するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明で用いられる装置の実施例を示す縦断面図、図２は図１の線Ａ−Ａに沿った断面図（平面図）である。なお、頻雑を避けるために遮蔽板５１等の一部の部材は図２で省略してある。また、図３は、基板ホルダー３１および眼鏡レンズ３３に対してターゲット４３ならびに誘導結合型プラズマ発生装置６１の位置関係を示す斜視図である。なお、煩雑を避けるために基板ホルダー３１の下面側の上記各部材のみを示し、他は省略してある。
さらに、図４はこの実施例における基板ホルダーの回転機構を、図５は基板ホルダーおよび膜厚補正板の搬送機構を示す。
両面同時成膜装置は、導入室８３、真空処理室１１、予備処理室８５とから構成される。
図１、図２および図３に示すように、基板としての眼鏡レンズ３３を多数搭載した基板ホルダー３１が真空処理室１１内で処理され、眼鏡レンズ３３に反射防止膜が形成される。
【０００７】
眼鏡レンズ３３（基板）を搭載した円板状の基板ホルダー３１は回転機構２１により回転され、スパッタ装置による眼鏡レンズ３３に対する金属系超薄膜の形成と、誘導結合型プラズマ発生装置６１（反応性ガス供給源）による酸化物薄膜等への金属化合物薄膜への変換が繰り返されて超薄膜が繰り返して堆積され、所望の膜厚の薄膜が形成される。
まず、眼鏡レンズを搭載した基板ホルダー３１はキャリア８１に乗せられて導入室８３に入れられ、この導入室８３が真空排気される。ついで、ゲートバルブ１７を開とし、同じく真空排気された真空処理室１１に基板ホルダー３１がキャリア８１と共に、搬送ローラ１３により搬送される。
【０００８】
基板ホルダー３１は、図４に示すように真空処理室１１内で回転機構２１により保持される。回転機構２１は、油圧シリンダー等により上下に駆動される上側支持部材２３と下側支持部材２５とにより基板ホルダー３１を保持し、モータ２９により回転する。基板ホルダー３１の位置決めは、基板ホルダー３１の中心穴にチャッキング突起２７を嵌入することにより行なう。２７’は、キャリア８１に搭載された基板ホルダー３１が導入室８３から真空処理室１１に搬入されてくる際のチャッキング突起の位置（高さ）、または、キャリアに搭載された基板ホルダー３１が真空処理室１１から予備真空室８５に搬出される際のチャッキング突起の位置を示す。一方、２７”および３１”は、回転機構２１により基板ホルダー３１を支持後にキャリア８１が導入室８３に戻る際の位置、あるいは、薄膜形成後に基板ホルダー３１を回収すべくキャリア８１が予備真空室８５から搬入される際の、チャッキング突起および基板ホルダーの位置を示す。
【０００９】
真空排気された真空処理室１１内においては、前述の通り超薄膜の繰り返し堆積が行なわれ、この詳細な技術内容については、特公平８−１９５１８号公報、特開平８−１７６８２１号公報に記載されている。
スパッタ装置は、スパッタ電極４１、ターゲット４３、スパッタ電源４５、マスフロー４７、スパッタガスボンベ４９、遮蔽板５１とから構成されている。
一方、誘導結合型プラズマ発生装置６１は、高周波（ＲＦ）放電室６３、高周波（ＲＦ）コイル６５、内部磁場コイル６６、マッチングボックス６７、高周波（ＲＦ）電源６９、遮蔽板７１から構成されている。
遮蔽板５１，７１は、ターゲット４３をスパッタするためにアルゴンを導入して真空度、ガス分圧をするスパッタ雰囲気と、酸素ガスなどの反応性ガスの導入により得られるプラズマ雰囲気とを分離し、個別に制御する目的で設置されている。特に、ターゲット４３のアルゴン雰囲気に酸素が混入することにより酸素分圧が高まると、ターゲット４３の表面層で酸化膜が形成され、ターゲット４３表面での異常放電が多くなる。このためスパッタ動作が不安定になり、かつ、薄膜へのダメージを生じることになるが、上記の遮蔽板５１，７１は、スパッタ雰囲気とプラズマ雰囲気とを、ガスの種類、ガス分圧、ガス圧力（真空度）に関して雰囲気的に区切り、個別に制御することにより上記の不都合を防止する。
【００１０】
回転機構２１により基板ホルダー３１が回転するとスパッタ装置の前面でターゲット４３がスパッタされ、基板ホルダー３１の眼鏡レンズ３３上に超薄膜が形成される。このとき、マスフロー４７を介してスパッタガスボンベよりアルゴンガスなどのスパッタガスが導入され、スパッタ雰囲気が調整される。ここで、最終的にＳｉＯ2 薄膜を形成する場合を例に挙げて説明すると、金属Ｓｉをターゲット４３としてＳｉの超薄膜を眼鏡レンズ（基板）上に形成する。ついで、この眼鏡レンズは回転機構２１により回転・移動され誘導結合型プラズマ発生装置６１の前面で、反応性ガスボンベ７５からマスフロー７３を介して導入した酸素のプラズマに曝され、金属ＳｉがＳｉＯ2 に変換され、ＳｉＯ2 の超薄膜が形成される。基板ホルダー３１を回転してこの操作を繰り返すことにより、ＳｉＯ2 の超薄膜が複数層堆積され、最終的に所望の膜厚のＳｉＯ2 薄膜が得られる。なお、本発明における「超薄膜」とはこのように、超薄膜が複数回堆積されて最終的な薄膜となることから、この最終的な薄膜との混同を防止するために用いた用語であり、最終的な薄膜よりも十分に薄いという意味である。
【００１１】
本発明ではこのように、ＳｉＯ2 ではなく金属Ｓｉとしてスパッタできるので、スパッタ速度を速めることができ、効率的である。また、ターゲット４３としてＳｉＯ2 をスパッタした場合でも、スパッタにより形成された薄膜はＳｉＯｘ（ｘ＜２）と酸素の欠損が見られるが、本発明によればプラズマ源からの反応性ガスにより酸素の欠損が補なわれ、安定したＳｉＯ2 薄膜を形成できる。
また、図１および図２では、基板ホルダー３１の両面側にそれぞれ１個のターゲット４３，４３を設けた場合を示したが、ターゲット４３を基板ホルダー３１の両面側にそれぞれ複数個設けることができる。この具体例としては、チタン（Ｔｉ）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔａ（タンタル）などのターゲットをＳｉターゲットと併用して、ＳｉＯ2 膜とＴｉＯ2 膜、ＺｒＯ2 膜またはＴａ2 Ｏ5 膜との積層膜を形成して多層反射防止膜を製造する場合が挙げられる。
【００１２】
誘導結合型プラズマ発生装置６１は、酸素ガス、窒素ガスなどの反応性ガスをマスフロー７３を介して反応性ガスボンベ７５から真空処理室１１内に導入して酸素ガスのプラズマを発生するものである。本発明では、このようなプラズマ発生源に替えて、イオン銃のようなイオン源を用いて反応性ガスを発生せしめることもできる。
また、誘導結合型プラズマ発生装置６１の開口部に配置された内部磁場コイル６６は、プラズマ源の軸に対して軸対称かつ基板面に発散するような磁速密度分布を持たせることにより、基板面での酸化反応などの反応領域の広さをコントロールすることができる。
さらに、誘導結合型プラズマ発生装置６１は、基板ホルダー３１の上面と下面で対向して配設することでもできるし、位置的にずらして設置することもできる。基板ホルダー３１の上面側と下面側のターゲット４３についても同様である。
以上のように本発明では、眼鏡レンズの両面に同時に成膜することができる。
【００１３】
成膜終了後に、基板ホルダーは図４の３１”の位置に移動し、真空排気された予備真空室８５内に予め待機していたキャリア８１が、ゲートバルブ１５を介して搬送ローラ１３により真空処理室１１に搬入されて、基板ホルダー３１を搭載し、予備真空室８５内に移送して外部に取り出される。本発明では、このように、真空処理室１１を大気に曝することなく成膜できる。
本発明においては、同一の真空処理室１１内で同一の基板ホルダー３１に多数の眼鏡レンズ３３を搭載してスパッタにより薄膜を形成するために、これら多数の眼鏡レンズ３３に対して均一の薄膜を形成すること、すなわち膜厚補正することが必要となる。膜厚補正をする方法としては種々の方法があるが、以下の３つの方法が代表的である。
【００１４】
（１）図２および図３に見られるように、基板ホルダー３１に搭載された眼鏡レンズ３３においては、回転軸側と外周側とでは線速度が異なる。したがって、回転軸側と外周側とで眼鏡レンズ３３とターゲット４３とが対向している時間を同一にするように、円板状の基板ホルダー３１を、その中心軸を中心として真空処理室１１内で水平方向に回転せしめ、基板ホルダー３１の中心から外周部に向かって面積が拡がるような台形ないし扇形のターゲット４３をスパッタする。これにより、基板ホルダー３１の中心軸側と外周側とに搭載された眼鏡レンズ３３がスパッタされる時間が均一化され、形成される薄膜の膜厚が均一となる。
【００１５】
（２）ターゲット４３の下に設置される磁石の強度および配置を調整する。これにより、スパッタされるターゲットの部位に対する基板の膜厚の分布を調整できる。したがって、ターゲット４３を眼鏡レンズ３３とが対向する時間が中心軸側と外周側とで異なっても、形成される薄膜の膜厚を均一化することができる。具体的には、磁石によってターゲット上に形成される磁場の状態を調整して、電子の閉じ込め領域を制御し、スパッタされるターゲット面の位置およびスパッタ速度分布を調整する。図６は、この磁石配置の一例を示し、ターゲットの下面に磁石（Ｓ極）４４および磁石（Ｎ極）４６を配置している。４２はヨークを示す。
【００１６】
（３）膜厚補正板８７を用いる。膜厚補正板８７によりターゲット４３と眼鏡レンズ３３との間を部分的に覆い、覆った部分の薄膜形成速度を低下させることにより、基板ホルダー３１の直径方向における膜厚分布を均一とする。通状の角形のターゲットを用いるとすれば、線速度が遅い中心軸側を、膜厚補正板８７，８９により、より大きくマスキングする。
図７は、台形のターゲット４３を用いることにより、基板ホルダー３１を直径方向の膜厚分布を調整し、さらに膜厚補正板８７，８９により補正する状態を示す斜視図であり、煩雑を避けるために、膜厚補正に関する部材以外は省略してある。なお、膜厚補正板８７，８９は、図７に示すように異なった形でもよいし、同一の形でもよい。
【００１７】
また、スパッタを繰り返すことによりターゲット４３の消耗状態が変化し、これによりスパッタされるターゲット４３の量が変化し、本来達成されていた膜厚分布（付着膜厚の均一化）が変動する場合がある。このような場合は図５に示すように、ゲートバルブ１５を開とし、予じめ真空排気した予備真空室８５に膜厚補正板８７，８９回収し、新たな状況に適合した膜厚補正板と交換し、この新たな膜厚補正板８７，８９をローラ１３により真空処理室１１を導入する。このようにすることによって、真空処理室１１を大気に曝すことなく、膜厚補正板８７，８９の交換を行なうことができる。
【００１８】
図８は、具体的なシーケンスを示すフローチャートである。
膜厚補正板８７，８９の交換に際しては、真空処理室１１における成膜作業を一旦停止し、ゲートバルブ１５を開として、予じめ真空排気されている予備真空室８５に膜厚補正板８７，８９を移送する。そして、膜厚補正板８７，８９が完全に予備真空室８５に移送されたことを位置センサー９３，９３で確認し（図５参照）、ゲートバルブ１５を閉とし、予備真空室８５を大気に開放する。ついで、新たな膜厚補正板８７，８９を予備真空室８５に入れ、予備真空室８５を真空排気したのち、ゲートバルブ１５を開とし、新たな膜厚補正板８７，８９を真空処理室１１内に移送する。そして、位置センサー９１，９１により膜厚補正板８７，８９が真空処理室１１内の所定位置に配置されたのちゲートバルブ１５を閉とし、再び成膜処理を再開する。このようにして、真空処理室１１を大気に曝することなく、膜厚分布の均一化を維持して成膜を連続的に行なうことができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、複雑な反転機構を必要とすることなく、眼鏡レンズの両面に反射防止膜等の薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられる装置の実施例を示す縦断面である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿った断面図（平面図）である。
【図３】基板ホルダーとターゲットおよび誘導結合型プラズマ発生装置との位置関係を示す説明斜視図である。
【図４】基板ホルダーの回転機構を示す説明図である。
【図５】基板ホルダーおよび膜厚補正板の搬送機構を示す説明図である。
【図６】ターゲット背面の磁石配置を示す配明図であり、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】ターゲット、基板ホルダー、膜厚補正板の位置関係を示す説明斜視図である。
【図８】膜厚補正板の交換操作のシーケンスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１  真空処理室
１３  搬送ローラ
１５，１７  ゲートバルブ
２１  回転機構
２３  上側支持部材
２５  下側支持部材
２７  チャッキング突起
２９  モータ
３１  基板ホルダー
３３  眼鏡レンズ（基板）
４１  スパッタ電極
４２  ヨーク
４３  ターゲット
４４  磁石（Ｓ極）
４５  スパッタ電源
４６  磁石（Ｎ極）
４７  マスフロー
４９  スパッタガスボンベ
５１  遮蔽板
６１  誘導結合型プラズマ発生装置
６３  高周波（ＲＦ）放電室
６５  高周波（ＲＦ）コイル
６６  内部磁場コイル
６７  マッチングボックス
６９  高周波（ＲＦ）電源
７１  遮蔽板
７３  マスフロー
７５  反応性ガスボンベ
８１  キャリア
８３  導入室
８５  予備真空室
８７，８９  膜厚補正板
９１  位置センサ
９３  位置センサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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