JPH069014Y2 - 真空蒸着装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、複数種の蒸発物質を供給して、例えば光学
レンズの表面に複数の蒸着層を形成する真空蒸着装置に
関し、蒸発物質の供給を中断するためのシャッタ機構を
改良したものである。

（従来の技術） 従来の真空蒸着装置において、蒸発るつぼの近傍にシャ
ッタを設け、これで蒸発物質の飛翔経路を遮り、蒸発物
質の供給を中断することは公知である。シャッタは、加
熱開始から安定した蒸発状態が得られるまでの間、ある
いは、蒸着膜厚が所定値に達した場合等に使用され、成
膜作業中は、蒸着物質の飛翔領域外に退避操作されてい
る。

例えば、光学レンズにおいて、その表面に複数種の蒸着
物質を交互に幾重にも蒸着することがあるが、こうした
場合にも、上記と同様に一個のシャッタで各蒸発物質の
供給を制御していた。

（考案が解決しようとする課題） 通常、シャッタはステンレス板材やアルミニウム板材で
形成されるが、その熱膨張率は殆どの蒸発物質の熱膨張
率と異なっていることが多い。そのため、シャッタに付
着した蒸発物質が熱膨張差で剥離しやすく、加えてシャ
ッタの姿勢を切換えるときの発停衝撃が剥離を多発させ
ていた。

シャッタに付着した蒸着塊が剥離すること自体は、さほ
ど問題ではない。しかし、蒸着塊の剥離はシャッタの発
停時に起こりやすく、剥離片が蒸発るつぼに落ち込みや
すい点に問題がある。特に、複数種の蒸発物質を供給す
る真空蒸着装置では、剥離片に各種の蒸発物質が雑多に
含まれており、これが再蒸発されると、蒸着膜の純度を
阻害し、膜品位が損なわれてしまうのである。剥離片の
量によっては、蒸着膜が正常な機能を発揮できない場合
も起り得る。

また、複数種の蒸発物質を交互に幾重にも蒸着する場合
には、成膜に長時間を要し、その間にシャッタに多量の
蒸発物質が付着し、しかも、蒸着塊は加熱と冷却を交互
に何回も受けるため、成膜途中に剥離を生じる可能性が
高く、上記のような剥離片の混入を避ける必要上、真空
蒸着装置の連続運転時間に限界があった。さらに、比較
的短い時間間隔でシャッタのクリーニングを行わねばな
らず、保守作業が面倒な点でも不利があった。

この考案は上記に鑑み提案されたものであって、シャッ
タに付着した蒸着塊の剥離を阻止することにより、蒸着
塊が蒸発るつぼ内に落ち込むのを防止し、蒸着膜質を高
品位に維持できるようにすることを目的とする。

この考案の他の目的は、蒸着塊の剥離を阻止することに
よって、真空蒸着装置の連続運転時間の延長と、シャッ
タのクリーニング間隔の延長とを同時に実現し、全体と
して成膜処理の生産性を向上することにある。

（課題を解決するための手段） この考案では、蒸発物質を遮るためのシャッタを複数個
設け、これらを蒸発物質が異なるごとに使い分けて、蒸
発物質の供給制御を行う。また、個々のシャッタ板の遮
閉壁の形成素材を、対応する蒸発物質の熱膨張率に近似
した熱膨張率の材料で形成して、蒸着塊の剥離を阻止す
る。

具体的には、複数種の蒸発物質に対応して設けられる、
複数基の個別操作可能なシャッタでシッャタ機構を構成
し、シャッタは、それぞれ蒸発物質の飛翔経路を遮るシ
ャッタ板を有し、各シャッタ板の遮閉壁を、対応する蒸
発物質の熱膨張率と一致ないしは近似する熱膨張率を有
する材料で形成した。

（作用） 例えば、３種の蒸発物質に対応して３基のシャッタを設
ける場合、各シャッタを対応する蒸発物質の専用シャッ
タとして使用できるので、一連の成膜工程において、各
シャッタ板に付着する蒸着塊の量を少なくすることがで
きる。また、各蒸発物質と、各蒸発物質に対応するシャ
ッタ板の遮閉壁の形成材料との熱膨張率を、一致ないし
は近似させるので、個々のシャッタ板における熱膨張差
を解消あるいは抑止でき、全体として、蒸着塊の剥離を
効果的に阻止することができる。

（第１実施例） 第１図及び第２図は、この考案を電子ビーム式の真空蒸
着装置の適用した実施例を示す。

第１図において、真空蒸着装置は、隔壁１で区画された
真空室２の内部に、多数個の蒸着対象３を保持する基板
ホルダ４と、この基板ホルダ４に向って蒸発物質を照射
供給する電子ビーム式の蒸発源５と、蒸発源の供給を制
御するシャッタ機構６等を配置したものである。

基板ホルダ４はドーム状に形成されており、隔壁１の天
井壁に装着した駆動装置１１で回転駆動される。基板ホ
ルダ４の内面には、蒸発源５に指向して蒸着対象３が装
着してある。蒸着対象３は、光学レンズまたは反射鏡等
の光学ガラス、あるいは半導体基板等であって、その表
面に蒸着膜が多層に形成される。尚、基板ホルダ４を表
裏反転操作して、蒸着対象３の表裏に蒸着膜を形成する
ものでは、必ずしも蒸着膜が多層である必要はない。

蒸発源５は、複数種の蒸発物質を個別に蒸発させ供給で
きるように構成されている。詳しくは、電子銃７に隣接
してターンテーブル状の蒸発るつぼ８を設け、その上面
に複数個（図では６個）のるつぼ穴９を形成し、複数種
の蒸発物質を各るつぼ穴９に収容している。さらに、蒸
発るつぼ８の全体を軸受１０で回転自在に支持し、これ
を隔壁１の外面に設けた駆動装置１１で回転操作可能と
し、任意のるつぼ穴９を電子銃７のビーム照射位置に位
置させられるようにしている。照射対象外のるつぼ穴９
への蒸発物質の混入を防ぐために、蒸発るつぼ８の上面
はカバー１２で覆われている。第２図に示すように、カ
バー１２の板面には、電子銃７のビーム照射位置に対応
して台形状の切欠１３が形成してある。尚、６個のるつ
ぼ穴９には、３種の蒸発物質が積層順に２個所ずつ収め
てある。つまり、径方向に対向する一対のるつぼ穴９に
は、同じ蒸着物質が収容されている。

第２図において、シャッタ機構６は個別操作可能な３基
のシャッタ１５で構成されている。３基のシャッタ１５
は同じ構造に形成され、照射対象となっているるつぼ穴
９を中心にして、その周囲に等角度間隔おきに配置して
ある。第１図に示すように、各シャッタ１５は、隔壁１
を上下に貫通するシャッタ軸１６と、この軸１６を正逆
方向に回転操作するロータリアクチュエータ１７と、シ
ャッタ軸１６にアーム１８を介して同行回転可能に装着
されるシャッタ板１９等で構成されている。シャッタ板
１９は丸盆状に形成されており、開口面を下向きにして
アーム１８にビス２１で固定してある。シャッタ板１９
の熱歪を逃がすために、アーム１８に形成されるビス穴
の一方は長穴２２として形成してある。

上記のロータリアクチュエータ１７を駆動すると、シャ
ッタ板１９はシャッタ軸１６に同行して水平回動し、そ
の内面の遮閉壁２０が、蒸発物質の飛翔経路の全てを遮
る使用姿勢と、シャッタ板１９の全体が前記飛翔経路か
ら完全に退避する待機姿勢とに切換え操作される。上記
の各シャッタ１５は３種の蒸着物質に対応して設けられ
ており、それぞれが同一種の蒸発物質の供給を制御する
ためにのみ使用される。

既に説明したように、各シャッタ１５は同一構造に形成
されるが、各シャッタ板１９はそれぞれ異なる材料で形
成されている。つまり、対応する蒸発物質の熱膨張率と
一致ないしは近似する熱膨張率を有する素材で、各シャ
ッタ板１９を形成しているのである。例えば、蒸発物質
がＡｌ_２Ｏ_３（５〜７×１０^−６／℃以下、括弧内の数
値は熱膨張率を示す）、ＺｎＳ（６×１０^−６／℃）、
ＺｒＯ_２（６×１０^−６／℃）の場合にはシャッタ板１
９をハステロイＡ（３×１０^−６／℃ Ｍｏ２０，Ｆｅ
２０，Ｎｉ６０を含むもの）とする。また、蒸発物質が
Ｃｒ（７×１０^−６／℃）、ＣｅＦ_３（１１．５×１０
^−６／℃）の場合には、シャッタ板１９をクロムステン
レス鋼（１１×１０^−６／℃）とする。また、蒸発物質
がＡｕ（１４×１０^−６／℃）、Ａｇ（１９×１０^−６
／℃）の場合にはシャッタ板１９を１８−８ステンレス
鋼（１７×１０^−６／℃）とする。尚、シャッタ板１９
に使う材料としては、他に、アンバ（１．２×１０^−６
／℃ Ｆｅ６４，Ｎｉ３６を含むもの）、アルミニウム
（２３×１０^−６／℃）、溶融石英（０．５５×１０
^−６／℃）などがある。

次に、各シャッタ１５の使用態様を説明する。

第１層目の蒸着膜を形成するとき、所定のるつぼ穴９を
電子銃７の照射位置に位置させ、さらに、前記るつぼ穴
９に収容された蒸着物質と対応するシャッタ板１９を、
使用姿勢に切換えた状態で蒸発を開始する。そして、蒸
発状態が安定した後にシャッタ板１９を待機姿勢に戻
し、所定の膜厚が得られるまで成膜を行う。

膜厚が所定値に達したら、前記シャッタ板１５を再び使
用姿勢に切換え、同時に電子銃７のビーム発振を停止し
て、蒸発るつぼ８を回転させ、第２層目の蒸発物質が収
められたるつぼ穴９を照射位置に位置させる。

この状態で第１層目用のシャッタ板１９を待機姿勢に戻
すとともに、第２層目の蒸着物質に対応するシャッタ板
１９を使用姿勢に切換える。次いで、電子銃７を再起動
し、蒸発物質が安定した後に、シャッタ板１９を待機姿
勢に戻し、所定の膜厚が得られるまで成膜を続行する。

第３層目の成膜時にも、上記と同様にしてるつぼ穴９の
選定とシャッタ板１９の入れ換えを行い成膜を行う。

以上説明したように、各蒸着物質ごとにシャッタ板１９
で供給制御を行うと、一連の成膜工程において、各シャ
ッタ板１９に対する蒸着塊の付着量を低減でき、剥離が
発生し始める迄の時間を延長できる。また、各蒸着物質
を蒸発させるときには、それ専用のシャッタ板１９で供
給制御を行うので、蒸着塊に種類の異なる蒸着物質が含
まれることがなく、たとえ、剥離片がるつぼ穴９内に落
ち込むことがあっても、蒸着膜の膜質が損われることを
抑止できる。

さらに、各蒸着物質とほぼ同値の熱膨張率を有する材料
でシャッタ板１９を形成することにより、シャッタ板１
９とこれに付着した蒸着塊の熱膨張差による剥離を解消
でき、前述した蒸着塊の付着量を低減されることと相俟
って、蒸着塊の剥離を長期にわたって阻止することがで
きる。

（第２実施例） 第１実施例と同じ真空蒸着装置によって、光学レンズ
（蒸着対象）３の表面に外乱光や紫外光の入射を阻止す
る干渉コーティング層を形成した。これでは、屈接率が
大小に異なる金属化合物であるフッ化マグネシウムと硫
化亜鉛を交互に７層ずつ蒸着して干渉コーティング層と
した。この場合、形成された膜が、その膨張率に異方性
を示して一定しないので、その時点で膜の示す膨張率と
一致ないしは近似する熱膨張率を有する材料のシャッタ
板１９を適宜選択して使用している。

（変形例） 上記の実施例では、所定材料でシャッタ板１９の全体を
形成するようにしたが、必ずしもその必要はない。例え
ば、シャッタ板１９を金属あるいは耐火材で形成し、そ
の内面に所定材料をメッキ、溶射、鋳込み等により固定
し、遮閉壁２０のみを各蒸着物質に対応した所定材料で
形成することもできる。

シャッタ１５は２個以上であれば何個設けてあってもよ
い。シャッタ１５の設置基数が多い場合には、シャッタ
板１９の遮閉高さ位置を上下にずらすことにより、真空
室２の断面積を拡大することなく、容易にシャッタ１５
を設置できる。

シャッタ１５と蒸着物質とは、必ずしも１対１で対応し
ている必要はない。例えば、２種の熱膨張率が近似する
蒸着物質に対して、これらを一個のシャッタで供給制御
することもできる。

この考案は、基板ホルダ４の構造やその駆動形態とは無
関係に各種の真空蒸着装置に適用できる。例えば、プラ
ネタリ型や反転式の基板ホルダを備えた真空蒸着装置に
も広く適用することができる。

（考案の効果） 以上説明したように、この考案では複数基の個別操作可
能なシャッタでシャッタ機構を構成し、蒸着物質の違い
に応じてシャッタを使い分け、シャッタ板に対する蒸着
塊の付着量を減少できるようにした。さらに、各シャッ
タにおけるシャッタ板の遮閉壁を、対応する蒸着物質と
同値ないしは近似する値の熱膨張率を有する材料で形成
して、熱膨張差による剥離を解消できるようにした。

従って、この考案の真空蒸着装置によれば、長期にわた
って蒸着塊の剥離を阻止することができるので、成膜時
に蒸着塊が蒸発るつぼ内に落ち込み、膜品質が低下され
ることを解消し、蒸着膜質を高品位に維持することがで
きる。また、蒸着塊が剥離し始めるまでの時間を、従来
装置に比べて格段に延長できるので、真空蒸着装置の連
続運転可能な時間を拡大でき、しかも、シャッタ板のク
リーニング間隔を拡大できるので、全体として真空蒸着
装置の稼働率を向上し、その生産性を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの考案の実施例を示し、第１図は
真空蒸着装置の概略構造を示す縦断面図、第２図は第１
図におけるＡ−Ａ線断面図である。 ２……真空室、３……蒸着対象、５……蒸着源、６……
シャッタ機構、１５……シャッタ、１９……シャッタ
板、２０……遮閉壁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数種の蒸着物質を個別に蒸発供給する蒸
   発源と、必要時にのみ蒸発物質の飛翔経路を遮って、蒸
   発物質の供給制御を行うシャッタ機構とを備えている真
   空蒸着装置であって、 複数種の蒸発物質に対応して設けられる、複数基の個別
   操作可能なシャッタでシッャタ機構を構成し、 シャッタは、それぞれ蒸発物質の飛翔経路を遮るシャッ
   タ板を有し、各シャッタ板の遮閉壁が、対応する蒸発物
   質の熱膨張率と一致ないしは近似する熱膨張率を有する
   材料で形成されていることを特徴とする真空蒸着装置。