JP5045395B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空下で蒸着によって成膜を行うための成膜装置に関し、特にプラスチックレンズ等の光学素子のコーティングに適する成膜装置に関する。

真空成膜装置として、基板及び蒸着源を収納した真空室と、イオン化ガスを発生するイオン化ガス発生手段と、真空室及びイオン化ガス発生手段間に設けられた配管やバルブであるイオン化ガス供給手段とを備える（例えば特許文献１参照）。この真空成膜装置では、成膜前の減圧時に、イオン化ガスを真空室に導入することによって基板を除電し、基板表面から塵埃を除去する。
特開平２００１−２４７９５５号公報

しかし、上記のような真空成膜装置では、成膜後に真空室内を大気に開放して成膜後の基板を取り出す際に、イオン化ガスを真空室に導入することができず、塵埃が付着する可能性がある。特に、プラスチックレンズのコートでは、レンズを加熱した状態で真空蒸着を行うことが多く、一連の成膜が終了してスローリークを含む大気開放時に基板（レンズ）がまだ高温状態にあり、微塵が付着した後に固着しやすい。よって、成膜前に除電しただけでは不十分でレンズ表面すなわちコート上に微塵が付着して不良品となることが分かってきている。このような成膜後における微塵の付着は、真空室を大気に開放する際に、真空室内壁に付着した塵埃等が大気の導入にともなって帯電したレンズのコート上に引き寄せられることに原因すると考えられる。

そこで、本発明は、成膜後に微塵がレンズ等の成膜対象の表面に付着して不良品となることを防止できる成膜装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る成膜装置は、（ａ）成膜用の蒸着源と、（ｂ）成膜の対象であるワークを保持するホルダと、（ｃ）蒸着源とホルダとを収納する真空容器と、（ｄ）真空容器内を減圧する減圧装置と、（ｅ）真空容器内に配置され、真空容器内に導入された外気をイオン化するイオン化部とを備え、イオン化部は、真空容器の空気導入孔からホルダに保持されたワークに至る空気の経路上であって、空気導入孔に隣接して覆うように配置され、ワークは、成膜によってコーティングされるプラスチックレンズである。

上記成膜装置では、イオン化部が、真空容器内に配置され、真空容器内に導入された外気をイオン化するので、真空容器内を大気に開放する際に、真空容器内に導入された大気によってワークが帯電することを防止でき、真空容器内壁に付着した塵埃等の意図しないパーティクルが成膜後のワークに引き寄せられて膜上に付着することを防止できる。つまり、成膜後のワークの取り出し時に不良が発生することを防止できる。
上記成膜装置において、イオン化部が、真空容器の空気導入孔からホルダに保持されたワークに至る空気の経路上であって空気導入孔に隣接して覆うように配置されている。これにより、空気導入孔から導入された空気がワークに至る前にこれを効率よくイオン化できるので、ワークの除電とパーティクルの付着防止とがより確実になる。
上記成膜装置において、ワークが、成膜によってコーティングされるプラスチックレンズである。これにより、例えばレンズの表面に形成される反射防止膜その他の各種コーティングについて不良の発生を抑制することができる。

本発明の別の態様では、空気導入孔を介して真空容器内に外気を導入可能にするリーク部にはリークバルブをさらに備え、イオン化部が、リークバルブに連通する空気導入孔に近接して配置されている。この場合、リーク部に設けたリークバルブからの外気を所望の程度に直接イオン化した後に真空容器中に拡散させることができる。

本発明のさらに別の態様では、真空容器内に配置されホルダに固定されたワークを加熱する加熱装置をさらに備えることを特徴とする。この場合、加熱装置によってワークを加熱することによって膜質や密着性を確保できるが、真空容器内を大気に開放する際の空気の帯電性も増加する傾向が生じるので、イオン化部による外気のイオン化がより効果的なものとなる。

以下、本発明の一実施形態に係る成膜装置について、図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、本実施形態の成膜装置の構造を概念的に説明する側面図である。この成膜装置１００は、成膜用の蒸着源１０と、複数のワークＷを保持するホルダ２０と、ワークＷを加熱する加熱装置３０と、蒸着源１０やホルダ２０等を収納する真空容器４０と、真空容器４０内を減圧する減圧装置５０と、真空容器４０内に外気ＡＲを緩やかに導入するスローリーク部６０と、真空容器４０内に配置されて外部から導入された外気ＡＲをイオン化するイオン化部７０とを備える。なお、本成膜装置１００による成膜の対象となるワークＷは、射出成形により形成された小型のプラスチックレンズであり、例えば光ピックアップ装置の対物レンズとして用いられる。

蒸着源１０は、無機の成膜材料の真空蒸着を可能にするものであり、ルツボ部分１１と電子銃部分１２とを備える。ここで、ルツボ部分１１は、ワークＷ表面のコーティング用の蒸発物質を収容しており、電子銃部分１２は、ルツボ部分１１中の蒸発物質に対して電子線ＥＢを入射させる。これにより、電子線ＥＢでルツボ部分１１中の蒸発物質を加熱して溶かし、ルツボ部分１１から蒸発物質の蒸気ＥＭを上方に射出させることができる。なお、ルツボ部分１１は、単一に限らず複数とすることができ、複数の成膜材料をワークＷ表面にコーティングすることができ、成膜材料の変更によってワークＷ表面に多層のコーティングを形成することができる。

ホルダ２０は、複数のワークＷを蒸着源１０に対向する状態で蒸着源１０の上方に配置する。ホルダ２０は、一部拡大して示すように、各ワークＷの光学面９１を下方に露出させる開口２１を有している。この開口２１により、蒸着源１０からの蒸気ＥＭをワークＷの光学面９１上に入射させ蒸発物質を堆積させることができる。光学面９１上に堆積される堆積膜すなわち薄膜は、例えば反射防止膜とするが、フィルタ等の各種機能を有する光学薄膜とすることができる。なお、図示を省略するが、ホルダ２０は、真空容器４０内で姿勢を変更することができる。

加熱装置３０は、真空容器４０の下部側に配置された複数のハロゲンランプ３１を備えてなり、ハロゲンランプ３１からの熱線ＨＢをホルダ２０に支持されたワークＷの光学面９１及びその周辺に入射させることができ、成膜前、成膜中、又は成膜後において、ワークＷの光学面９１等を所望の温度に加熱することができる。なお、加熱装置３０は、各ハロゲンランプ３１を真空容器４０内で昇降させることができ、ハロゲンランプ３１からホルダ２０までの距離を調整できるようになっている。

真空容器４０は、その内部空間ＩＳにおいて、蒸着源１０を底部に支持し、ホルダ２０を上部に支持するとともに、加熱装置３０をホルダ２０に対向して下方に支持する。真空容器４０の側面には、内部空間ＩＳを開放したり密閉したりするための扉４１が設けられている。この扉４１には、不図示のヒンジや締め金具が付随して設けられている。なお、真空容器４０には、減圧装置５０やスローリーク部６０が接続されている。また、真空容器４０は、内部空間ＩＳのスローリーク部６０に近接した位置にイオン化部７０を支持している。

減圧装置５０は、ロータリーポンプ５１と油拡散ポンプ５２とを備え、これらロータリーポンプ５１及び油拡散ポンプ５２は、配管５３，５４、粗引きバルブ５５、及びメインバルブ５６を介して真空容器４０に接続されている。ここで、ロータリーポンプ５１は、真空容器４０の内部空間ＩＳを低度の真空に減圧することができ、油拡散ポンプ５２は、内部空間ＩＳを高度の真空に減圧することができる。配管５３，５４には、図示を省略するが、大気を内部空間ＩＳ等に導入するためのリークバルブ５８も設けられている。蒸着源１０による真空蒸着は、油拡散ポンプ５２によって内部空間ＩＳを高真空に減圧した状態で行われる。なお、減圧装置５０を、上記のような油拡散ポンプ５２等で構成する必要はなく、クライオポンプ等に置き換えることができる。

スローリーク部６０は、外気ＡＲを取り込む配管６１と、配管の経路中に設けられパーティクル（ここでは、塵埃、高分子等を含むものとする）の通過を阻止するフィルタ６２と、外気ＡＲを導入可能にするため開閉自在のリークバルブ６３と、真空容器４０内に臨む空気導入孔６４とを備える。真空蒸着による成膜終了後に、リークバルブ６３を僅かに開くと、真空容器４０の内部空間ＩＳ内に徐々に外気ＡＲが導入される。これにより、内部空間ＩＳ内に激しい気流が形成されることを防止できるので、真空容器４０の底部にたまった成膜材料（蒸着ミスト）等のパーティクルが舞い上がってワークＷの光学面９１すなわち膜面上に付着することをある程度抑制できる。

イオン化部７０は、スローリーク部６０のリークバルブ６３に連通する空気導入孔６４に近接して、真空容器４０内に配置されている。つまり、イオン化部７０は、内部空間ＩＳ内において、空気導入孔６４からホルダ２０に保持されたワークＷに至る導入空気ＬＡの経路上に配置されている。イオン化部７０を設けることによって、導入空気ＬＡは、ワークＷの表面に接する前にイオン化される。これにより、導入空気ＬＡがワークＷの表面に接して除電するので、ワークＷの表面上、特に光学面９１上にパーティクル等が引き寄せられて付着する確率を低減することができる。よって、スローリーク部６０による外気ＡＲの導入に伴って真空容器４０の底部に残留している蒸着ミスト等のパーティクルが舞い上がっても、ワークＷの光学面９１上に付着しにくくなり、成膜後のワークＷに成膜不良が発生することを防止することができる。イオン化部７０は、導入空気ＬＡを、例えば正負交互に周期的にイオン化するものであるが、具体的には、低周波コロナ放電式のイオン化装置、高周波コロナ放電式のイオン化装置等を用いることができる。また、電磁波を用いて導入空気ＬＡをイオン化することもできる。

ここで、低周波コロナ放電式のイオン化装置は、例えば商用周波数でコロナ放電させ、＋イオン及び−イオンをファンで送風する形式のものである。このようなイオン化装置の除電装置部分を、イオン化部７０としてスローリーク部６０に取付けることができる。なお、イオン化装置は、送風用のファンを通常備えるが、本実施形態の場合、スローリーク部６０からのスローリーク用エアすなわち導入空気ＬＡが送風機能を有するので、この導入空気ＬＡによって真空容器４０内にイオン化空気を充満させることができる。

また、高周波コロナ放電のイオン化装置は、例えば数１０Ｈｚ以上の周波数でコロナ放電させ、細かな＋イオン及び−イオンを送風する形式のものであり、例えば圧縮空気を使って対象物に噴きつける形式のものが多い。このようなイオン化装置の除電装置部分を、イオン化部７０としてスローリーク部６０に取付けることもできる。この場合も、スローリーク部６０からの導入空気ＬＡが送風機能を有するので、この導入空気ＬＡによって真空容器４０内にイオン化空気を充満させることができる。

なお、ワークＷは、成膜の際に例えば４０〜１００℃程度に加熱されており、導入空気ＬＡがイオン化されていない場合、導入空気ＬＡとの間で摩擦性の帯電が生じやすくなると考えられる。このため、スローリーク部６０による導入空気ＬＡによって形成される気流によって蒸着ミスト等のパーティクルが舞い上がったり、真空容器４０の扉４１の開放後に流入する外部空気に伴って塵埃が舞い込んだりした場合、ワークＷの光学面９１上の堆積膜上にパーティクルが引き寄せられて付着してしまう。特に、成膜直後のワークＷの光学面９１上にパーティクルが付着した場合、かかるパーティクルが弱く溶着する現象が生じ、パーティクルの除去も困難になると考えられる。以上のような現象を具体的に説明すると、例えば温度２５℃で湿度５０％の外気ＡＲが内部空間ＩＳに導入され、導入空気ＬＡとして例えば温度８０℃に急加熱されると、その湿度は数％に低下する。このように低湿度で乾燥した導入空気ＬＡは、ワークＷ表面を帯電させやすくなるものと考えられ、比較的高温の光学面９１上に静電的に吸引されて付着したパーティクルは、静電気と熱の両方の影響で強固に付着して外観不良になる。付着量が多くなると光学性能への影響もでる。よって、本実施形態のように、導入空気ＬＡをイオン化することで、パーティクルがワークＷの光学面９１上に付着して汚れ不良の原因となることを効果的に防止できる。ここで、真空容器４０内の真空度を十分に高く保った状態でワークＷを十分に冷却すれば、上記のような乾燥空気よる帯電の効果を低減できるとも考えられるが、冷却に要する時間を長くすることは、一般に成膜処理のスループットを低下させることになってしまう。

図２は、図１の成膜装置１００の制御系を説明するブロック図である。なお、成膜装置１００を主に手動で動作させる場合、以下に説明する制御系は不要となる。

成膜装置１００の制御系は、蒸着源１０を動作させる蒸着源駆動部８２と、加熱装置３０を動作させる加熱装置駆動部８３と、減圧装置５０を動作させる減圧装置駆動部８４と、イオン化部７０を動作させるイオン化部駆動部８５と、スローリーク部６０のリークバルブ６３、減圧装置５０、バルブ５５，５６等を動作させるバルブ駆動部８６と、不図示の温度計、真空計等を動作させるセンサ駆動部８７と、ホルダ２０を水平面内で回転させるホルダ回転駆動部８８と、これらの動作を統括的に制御する制御部８１とを備える。

図３は、図１、２に示す成膜装置１００の動作を説明するフローチャートである。予め、真空容器４０内のホルダ２０上に複数のワークＷをセットし蒸着源１０に蒸発物質をセットした状態として、扉４１を閉止してある。まず、制御部８１の制御下で減圧装置５０を動作させ真空容器４０の内部空間ＩＳを高真空に減圧する（ステップＳ１２）。そして、真空容器４０内の減圧後又はこれと平行して、制御部８１の制御下で加熱装置３０を動作させワークＷを成膜に必要な温度まで昇温する（ステップＳ１３）。次に、制御部８１の制御下で蒸着源１０を動作させ、成膜材料をワークＷ表面にコーティングする（ステップＳ１４）。この際、ホルダ回転駆動部８８を介してホルダ２０回転させることで、ホルダ２０上のワークＷの位置を成膜中変化させることができ、多数のワークＷの均一な成膜が可能になる。次に、制御部８１の制御下で蒸着源１０や加熱装置３０等の動作を停止させることで、成膜材料の蒸着を停止しワークＷを徐々に冷却する（ステップＳ１５）。その後、ワークＷがある程度冷却した段階で、制御部８１の制御下でスローリーク部６０の動作を開始させ、真空容器４０内を徐々に外気圧に戻し始める（ステップＳ１６）。この際、制御部８１の制御下でイオン化部７０を動作させており、導入空気ＬＡをワークＷ表面に接する前にイオン化する。これにより、ワークＷ表面の帯電を防止して舞い上がったパーティクル等がワークＷ表面すなわち光学面９１上に付着する現象を抑えることができる。なお、スローリーク部６０の動作の途中から、減圧装置５０に付随する不図示の他のリークバルブを動作させることもでき、この場合もイオン化部７０を経た導入空気ＬＡによってワークＷ表面の帯電を一定レベル以下に抑制することができる。最後に、制御部８１は、真空容器４０内の気圧が外気圧に達したことを検出した場合、これをオペレータに表示することによって真空容器４０の扉４１の開放を許可する（ステップＳ１７）。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の成膜装置１００によれば、イオン化部７０が、真空容器４０内に配置され、真空容器４０内に導入される導入空気ＬＡをイオン化するので、真空容器４０内を大気に開放する際に、導入空気ＬＡによってワークＷが帯電することを防止でき、真空容器４０内壁に付着した塵埃等の意図しないパーティクルが成膜後のワークＷに引き寄せられて堆積膜上に付着することを防止できる。つまり、成膜後のワークＷの取り出し時に製品不良が発生することを防止できる。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、イオン化部７０をスローリーク部６０の空気導入孔６４に隣接して配置しているが、空気導入孔６４から離れて配置することができる。つまり、導入空気ＬＡがワークＷの成膜側の光学面９１上に達するまでの経路上にイオン化部７０を配置すれば、導入空気ＬＡのイオン化によって堆積膜上にパーティクル等が付着する確率を低減することができる。なお、イオン化部７０の真空容器４０中への設置は、一箇所にこだわらず、複数箇所としてもよい。

また、上記実施形態では、成膜前の減圧中において真空容器４０内の帯電防止を行っていないが、図１に示すように、イオン化ガス発生装置９３を設け、これが発生したイオン化ガスを真空容器４０内に導入することにより、成膜前の減圧時にワークＷを除電し、ワークＷ表面から塵埃を除去することができる。

また、上記実施形態では、ワークＷがプラスチック製のレンズであるとしたが、ワークＷは、レンズに限らず様々な光学素子とすることができ、またその材料も、プラスチックに限らずガラスその他の無機材料とすることもできる。

また、上記実施形態では、スローリーク部６０に付随してイオン化部７０を設けたが、通常のリーク部に付随してイオン化部７０を設けることもできる。

また、上記実施形態では省略したが、蒸着源１０とホルダ２０との間に蒸気ＥＭ等がホルダ２０やワークＷ表面に入射することを必要なタイミングで阻止する開閉シャッタを設けることもできる。

また、上記実施形態では、蒸着源１０を電子線ＥＢで加熱するが、他の加熱法で蒸着源１０を加熱することもできる。

本実施形態の成膜装置の構造を概念的に説明する側面図である。 図１の成膜装置の制御系を説明するブロック図である。 図１等に示す成膜装置の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０…蒸着源、 １１…ルツボ部分、 ２０…ホルダ、 ２１…開口、 ３０…加熱装置、 ３１…ハロゲンランプ、 ４０…真空容器、 ５０…減圧装置、 ５１…ロータリーポンプ、 ５２…油拡散ポンプ、 ６０…スローリーク部、 ６１…配管、 ６２…フィルタ、 ６３…リークバルブ、 ６４…空気導入孔、 ７０…イオン化部、 ８１…制御部、 ８２…蒸着源駆動部、 ８３…加熱装置駆動部、 ８４…減圧装置駆動部、 ８５…イオン化部駆動部、 １００…成膜装置、 ＥＢ…電子線、 ＥＭ…蒸気、 ＩＳ…内部空間、 ＬＡ…導入空気、 Ｗ…ワーク

Claims (3)

1. 成膜用の蒸着源と、
   成膜の対象であるワークを保持するホルダと、
   前記蒸着源と前記ホルダとを収納する真空容器と、
   前記真空容器内を減圧する減圧装置と、
   前記真空容器内に配置され、前記真空容器内に導入された外気をイオン化するイオン化部と、
   を備え、
   前記イオン化部は、前記真空容器の空気導入孔から前記ホルダに保持されたワークに至る空気の経路上であって、前記空気導入孔に隣接して覆うように配置され、
   前記ワークは、成膜によってコーティングされるプラスチックレンズであることを特徴とする成膜装置。
2. 前記空気導入孔を介して前記真空容器内に外気を導入可能にするリーク部にはリークバルブをさらに備え、
   前記イオン化部は、前記リークバルブに連通する前記空気導入孔に近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記真空容器内に配置され前記ホルダに固定されたワークを加熱する加熱装置をさらに備えることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の成膜装置。

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