(57)【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と、
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と、
を備えた、
ことを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項６】
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３０００℃以上の物質である、
ことを特徴とする請求項５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、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又は７記載の真空蒸着装置。
【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（Ａｌ２Ｏ３）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（Ａｌ２Ｏ３）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（ＨｆＯ２）（蒸発温度：２５００℃）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）（蒸発温度：１３００〜１６００℃）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）（蒸発温度：１６００〜２５００℃）、Ｔａ２Ｏ５（蒸発温度：２０００℃）、ＴｉＯ（蒸発温度：１７００〜２０００℃）、Ｔｉ２Ｏ３（蒸発温度：１８００〜２０００℃）、ＴｉＯ２（蒸発温度：２２００℃）、ＺｒＯ２（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
【図１】
0004931729.tif 000002
【図２】
0004931729.tif 000003
【図３】
0004931729.tif 000004
【図４】
0004931729.tif 000005
【図５】
0004931729.tif 000006