JPH0751749B2 - 真空薄膜形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、真空容器内に蒸発源と被加工物とを間隔を
置いて配設し、蒸発源からの蒸発物質を被加工物に付着
させて薄膜を形成する、蒸着，スパツタ，イオンプレー
テイング等の真空薄膜形成装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のこのようなバッチ式の真空薄膜形成装置は、例え
ば第５図にその外観を概略的に示すように、本体1aに扉
２を蝶着した真空容器（バキユームチヤンバ）１と、そ
の内部を真空にするための拡散ポンプ３及びロータリポ
ンプ４等による排気装置５からなる。

さらに、第６図に扉２を開放した状態を示すように、真
空容器１の内部には蒸発材料を蒸発させるるつぼ等の蒸
発源６と、図示は省略しているがこの蒸発源６の上方で
多数の被加工物を支持する機構等を備えている。

そして、被加工物の入換え時には、毎回真空容器１内を
大気圧に戻して第６図に示すように扉２を開放してい
る。

この扉２は、一般に被加工物の入換えだけでなく、蒸発
源６への蒸発材料の補給その他真空容器１の内部のメン
テナンスが全てできるように、真空容器１の縦断面の最
大寸法に近い大きなものとなつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来の真空薄膜形成装置においては、上述の
ように真空容器１内で被加工物に薄膜を形成した後、新
たな被加工物と入換える作業を行なう毎に大きな扉２を
開放するため、真空容器１の内壁や蒸発源６及び被加工
物支持機構等の内部構造物が直に作業室内の空気に晒さ
れる。

その結果、これらの内壁や内部構造物に堆積した蒸発物
質に空気中の水分等が吸着され、次回の真空排気時に排
出しにくいガスとなり、排気時間が長くかかるばかり
か、このガスが被膜形成中にもジワジワと放出されて被
膜中に不純物として介在し、被膜特性に悪影響を与える
という問題点があつた。

特に、装飾用にTiN被膜を形成する場合に、色が黒ずむ
ことがあつた。

そこで、被加工物の入換え時に真空容器内の真空を破つ
て大気圧にする手段として、真空容器内に窒素ガス等の
不活性ガスを導入しながら圧力を上げる方法もあるが、
扉を開けた状態では殆んど室内の空気と入れ替わつてし
まうため、その効果があまり得られなかつた。

この発明は、これらの問題点を解決して、真空容器内へ
の有害な湿気やガスの侵入を防止し、排気効率を高める
と共に、被加工物にコーテイングされる被膜の不純物を
少なくすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、この発明による真空薄膜形成装置は、真空容
器の略全体を大きく開閉する大扉に、被加工物入換え用
の小窓と、この小窓を開閉する小扉とを設け、真空容器
の内部に、不活性ガス又はドライエアを吹き出す多数の
吹出口を有するパイプと、上記蒸発源に蒸発材料を補給
する蒸発材補給装置とを配置し、上記パイプの各吹出口
から吹き出す不活性ガス又はドライエアにより真空容器
内の圧力を大気圧より高くして、上記小窓から被加工物
を入れ換えできるようにしたものである。

〔作 用〕

このように構成した真空薄膜形成装置は、被加工物の入
換え時に大扉を開ける必要はなく、上記パイプの吹出口
から不活性ガス又はドライエアを導入して真空容器内の
圧力を大気圧より高くした後、少扉のみを開放して小窓
から行なうことができる。

また、蒸発源への蒸発材の補給も大扉を開放することな
く、真空容器内に設けた蒸発材補給装置によつてなされ
る。

したがつて、真空容器内へ作業室内の空気が流入するの
が防止され、次回の排気を短時間で行なうことができ、
その後の薄膜形成時に有害なガスが放出されて被膜特性
に悪影響を及ぼすようなこともなくなる。

〔実 施 例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は、この発明の一実施例の外観の概略
及びその真空容器のみを大扉を開放して示す斜視図であ
り、第５図及び第６図と同じ部分には同一符号を付して
ある。

この真空薄膜形成装置の真空容器11も、本体11aにその
略全体を大きく開閉する大扉12を蝶着しているが、この
大扉12に、外方へ突出する枠部13aを有し、上端面に平
行な細長い小窓13と、この小窓13を開閉する小扉14とを
設けている。

この小扉14は、枠部13aの一端に蝶着され、小窓13を閉
じた時、図示しないロック手段によつて枠部13aにパツ
キン等のシール部材を介して密封固定される。

そして、この真空容器11の内部には、前述の従来例と同
様に蒸発源６と図示しない被加工物支持機構等が配置さ
れ、ガス供給管15から流入する不活性ガス（例えば窒
素:N₂）又はドライエアを吹き出す多数の吹出口16aを有
するパイプ16が本体11aの内壁に沿つて配設され、大扉1
2の下部に、蒸発源６に蒸発材料を補給する蒸発材補給
装置17を配置している。

この蒸発材補給装置17としては、例えば螺旋状のガイド
を有する振動式パーツフイーダを使用する。

この真空薄膜形成装置を使用すれば、被加工物の入換え
時に大扉12を開ける必要がなく、小扉14のみを開放すれ
ば、小窓13から被加工物の出し入れを行なうことができ
る。

その際、パイプ16の多数の吹出口16aから真空容器11内
に不活性ガス又はドライエアを吹き出して、内部の圧力
を作業室内の大気圧より高くしておけば、作業室内の空
気が真空容器11内に流入することは殆どない。

蒸発源６への蒸発材料の補給も、大扉12を閉じたまま蒸
発材補給装置17により、自動的にあるいは外部からの遠
隔操作によつて行なうことができる。

次に、真空容器11内で被加工物を支持するための機構の
一例と、その機構を使用したこの発明によるイオンプレ
ーテイング装置の実施例を、第３図及び第４図によつて
説明する。

第３図は被加工物支持機構20の要部を示す斜視図であ
り、後述する一対のスプロケツトに無端状に張装したチ
エーン21の連結ピン22に、ローラ30を間隔を置いてそれ
ぞれ回転自在に軸支している。

このローラ30のチエーン21と反対側に形成したボス部30
aに切欠溝30bを設け、そこに板バネによるクリツプ31を
固着している。

そして、このクリツプ31に支持軸32を着脱自在に挿着し
て、ローラ30と一体的に回転するようにし、この支持軸
32に複数個の被加工物取付具33を間隔を置いて固設して
いる。

被加工物取付具33は、支持軸32に嵌挿される円筒状の基
部33aと、この基部33aから放射状に延びる３本のロツド
33bと、その各ロツド33bの先端にそれぞれ固設された略
三角形状の板バネによる係止片33cとからなり、この各
係止片33cによつて被加工物40を点接触で支持する（特
開昭60−33350号公報参照）。

第４図は、この被加工物支持機構20を使用したこの発明
によるイオンプレーテイング装置の真空容器内の配置を
模式的に示す断面図であり、第１図乃至第３図と対応す
る部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省
略する。

このイオンプレーテイング装置は、真空容器11内の蒸発
源６の上方に前述した被加工物支持機構20を配設してい
るが、それは蒸発材料７の蒸発量に差が生じ易い方向に
間隔を置いて一対のスプロケツト23,24をそれぞれ軸23
a,24aによつて回転可能に設け、このスプロケツト23,24
にチエーン21を無端状に張装し、その連結ピン22（第３
図）を利用して多数のローラ30をそれぞれ回転自在に軸
支している。

そして、このチエーン21の上方走行部及び下方走行部の
下側に、それぞれローラ30を転接させるように所定領域
に亘つてガイドレール25,26を固設している。

したがつて、図示しない駆動源によつてスプロケツト2
3,24を矢示Ａ方向に回転させると、チエーン21の上方走
行部は矢示Ｂ方向に、下側走行部は矢示Ｃ方向に走行
し、各ローラ30はそれぞれチエーン21と同方向に移動し
ながら、ガイドレール25,26に転接して矢示のように回
転する。

それによつて、各支持軸32及び第３図に示した被加工物
取付具33もローラ30に同動して移動及び回転する。

蒸発源６として、この例では電子ビーム蒸発源（EBガ
ン）を使用しており、蒸発源電源43によつて加熱される
ヒータ6aから電子ビームを放出させ、それを図示しない
マグネツトによつて偏向して接地したるつぼ6b上の蒸発
材料７を照射させ、それを加熱して蒸発させるようにな
つている。

一方、高圧直流電源44から、全て導電体であるスプロケ
ツト23,チエーン21,ローラ30,支持軸32,及び被加工物支
持具33を介して、各被加工物40（第３図）に蒸発材料７
の蒸発粒子のイオン化極性と逆極性の高電圧を印加す
る。

さらに、被加工物支持機構20の上方には、被加工物を加
熱してその表面を活性化し、蒸発粒子の付着を促進する
ためのヒータ45が設けられている。

また、図示はしていないが、必要に応じて蒸発源６と被
加工物支持機構20との間にイオン化電極を設けて、蒸発
材料７の蒸発粒子のイオン化を促進させるようにしても
よい。

次に、このようなイオンプレーテイング装置を使用し
て、時計ケースに窒化チタン被膜を形成した場合の実験
例について説明する。

被加工物支持機構20における被加工物取付具33に第３図
に示すように被加工物40として時計ケースを取付けた支
持軸32を、小窓13から真空容器11内の各ローラ30間に装
着して被膜を形成すべき所定数の時計ケースをチヤージ
した。

そして、第１図の排気装置５によつて真空容器11内を１
×10^-5Torrまで排気した後、蒸発材料７としてチタン
（Ti）を装填した蒸発源６のるつぼ6bを電子ビームによ
つて加熱し、チタンを蒸発させながら、高圧直流電源44
によつて被加工物支持機構20を介して各時計ケースに印
加する電圧と、図示しないガス吹出口から真空容器11内
に反応ガスとして供給する窒素（N₂）ガスの量等を調整
して、窒化チタン（TiN）被膜ができるイオンプレーテ
イング条件を設定し、30分間の処理を行なつた。

なお、反応ガスの吹出口として不活性ガス吹出し用パイ
プ16の吹出口16aを兼用するようにしてもよい。

その後、15分間の冷却工程を経過した後、パイプ16の吹
出口16aから窒素ガスを吹き出して真空容器11内を大気
圧より若干高くした後、このパイプ16に供給する窒素ガ
スの流量を適量に調整した。

この状態で、小扉14のみを開けて小窓13から、窒化チタ
ン被膜形成済の時計ケースを取付けた被加工物取付具33
を支持軸32ごとローラ30から取り外して、被加工物取付
具33に新たな時計ケースを取付けた支持軸32をローラ30
に装着して被加工物の入れ換えを行なつた。

この時は、真空容器11内の圧力が作業室内の大気圧より
も若干高くなつているため、窒素ガスが小窓13から少し
吹出してくる状態であつた。

被加工物（時計ケース）の入れ換え終了後、窒素ガスの
吹出しを止め、小扉14を閉めて、図示しないのぞき窓か
ら真空容器11の内部を観ながら、蒸発材補給装置（パー
ツフイーダ）17を外部から遠隔操作して、蒸発源６のる
つぼ6bに蒸発材料（チタン）７を補給して、直ちに次の
イオンプレーテイングを行なうための排気工程を開始し
た。

このようにして、イオンプレーテイング操作を繰返し行
なつた結果、各回の排気工程における排気時間（真空容
器内の圧力が１×10^-5Torrに到達するまでの時間）を従
来装置を使用した場合と比較して次表に示す。

この表から明らかなように、この発明によるイオンプレ
ーテイング装置を使用すれば、排気時間が大幅に短縮さ
れる。

第７図は従来装置を使用した場合のイオンプレーテイン
グ時間と形成される被膜の組成をオージエ（Auger）法
で分析した強度比との関係を示す線図、第８図はこの発
明による装置を使用した場合の同様な線図であり、この
図から明らかなように、この発明による装置を使用した
場合には被膜の不純物である酸素の介在量が大幅に減少
することが確認された。

したがつて、被加工物の表面に形成された窒化チタン被
膜が黒ずむようなことは全くなかつた。

なお、この発明をイオンプレーテイング装置に適用した
場合について具体的に説明したが、これに限るものでは
なく、真空容器中で被加工物に被膜を形成する他のバツ
チ式真空薄膜形成装置、例えば真空蒸着装置やスパツタ
装置等に適用しても同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明による真空薄膜形成
装置を使用すれば、１回の薄膜形成処理を終了した後、
真空容器内の圧力を高め、大扉は閉じたまま小扉のみを
開けて小窓から被加工物の入換え作業を行なうことがで
きるので、その作業中に真空容器内が作業室の湿気を含
んだ大気に晒されることが回避される。

そのため、次回の排気時間が大幅に短縮されると共に、
その後の薄膜形成工程において、形成される被膜中に酸
素等の不純物が介在して被膜特性を悪化させるような問
題もなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の外観の概略を示す斜視
図、 第２図は同じくその真空容器のみを大扉を開放して示す
斜視図、 第３図は被加工物支持機構の具体例の要部のみを示す斜
視図、 第４図はこの発明を適用したイオンプレーテイング装置
における真空容器内の配置例を模式的に示す断面図、 第５図は従来の真空薄膜形成装置の外観の概略を示す斜
視図、 第６図は同じくその真空容器のみを扉を開放して示す斜
視図、 第７図及び第８図はそれぞれ従来装置とこの発明による
装置を使用した場合の、イオンプレーテイング時間と形
成される被膜の組成をオージエ法で分析した強度比との
関係を示す線図である。 ５……排気装置、６……蒸発源、７……蒸発材料、11…
…真空容器、12……大扉、13……小窓、14……小扉、16
……パイプ、16a……不活性ガス吹出口、17……蒸発材
補給装置、20……被加工物支持機構、40……被加工物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器内に蒸発源と被加工物とを間隔を
   置いて配置し、前記蒸発源からの蒸発物質を前記被加工
   物に付着させて薄膜を形成する真空薄膜形成装置におい
   て、 前記真空容器の略全体を大きく開閉する大扉に、前記被
   加工物入れ換え用の小窓と、この小窓を開閉する小扉と
   を設け、 前記真空容器の内部に、不活性ガス又はドライエアを吹
   き出す多数の吹出口を有するパイプと、前記蒸発源に蒸
   発材料を補給する蒸発材補給装置とを配置し、 前記パイプの各吹出口から吹き出す不活性ガス又はドラ
   イエアにより前記真空容器内の圧力を大気圧より高くし
   て、前記小窓から被加工物を入れ換えできるようにした
   ことを特徴とする真空薄膜形成装置。