JPH10317136A - 両面同時成膜方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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、眼鏡レンズを平板状の基板
ホルダー３１に搭載して真空処理室１１内に導入し、該
真空処理室内において、以下の（ｉ）スパッタ工程と
（ｉｉ）変換工程と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
両面同時成膜方法。（ｉ）眼鏡レンズの両面側に設けら
れたスパッタ装置４１を用いてターゲットを眼鏡レンズ
にスパッタし、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。（ｉｉ）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６１。

Description

【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、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、該真空処理室内にお
いて、以下の（ｉ）スパッタ工程と（ｉｉ）変換工程と
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。 （ｉ）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眼鏡レンズにスパッタし、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 （ｉｉ）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、真空処理室内に配設され、眼鏡
レンズを搭載して水平方向に回転する円板状の基板ホル
ダーと、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を具え、上記基板
ホルダーを回転することにより、眼鏡レンズをスパッタ
源と反応性ガス供給源との間に交互に繰返し搬送し、眼
鏡レンズの両面に対して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、反応性ガス供給源により、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、基板ホルダーの回転により上記金属
系超薄膜の形成と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。２
７’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６
６、マッチングボックス６７、高周波（ＲＦ）電源６
９、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３
１”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３
３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８７，８
９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８
７，８９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８７，８
９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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神谷 肇 東京都新宿区中落合２丁目７番５号 ホー ヤ株式会社内 (72)発明者 松本 繁治 東京都品川区南大井３丁目２番６号 株式 会社シンクロン内 (72)発明者 菊池 和夫 東京都品川区南大井３丁目２番６号 株式 会社シンクロン内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 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、 該真空処理室内において、以下の（ｉ）スパッタ工程と
   （ｉｉ）変換工程と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）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眼鏡レンズにスパッタし、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 （ｉｉ）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
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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
   な略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。
5. 【請求項５】 前記スパッタ工程と変換工程とのガス分
   圧を雰囲気個々に制御する遮蔽板を、真空処理室内に設
   けて、スパッタ工程および変換工程を施す請求項１に記
   載の両面同時成膜方法。
6. 【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、 さらに、真空処理室に連設して、真空処理室を大気に曝
   すことなく真空処理室と連通可能な予備真空室を設け、
   この予備真空室と真空処理室との間で膜厚補正板の交換
   を行なう請求項１に記載の両面同時成膜方法。
7. 【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、 真空処理室内に配設され、眼鏡レンズを搭載して水平方
   向に回転する円板状の基板ホルダーと、 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を具え、上記基板ホルダー
   を回転することにより、眼鏡レンズをスパッタ源と反応
   性ガス供給源との間に交互に繰返し搬送し、眼鏡レンズ
   の両面に対して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、反応性ガス供給源により、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、基板ホルダーの回転により上記金属系超薄膜
   の形成と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。
8. 【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。
9. 【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。
10. 【請求項１０】 前記スパッタ装置のターケットを、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。
11. 【請求項１１】 前記スパッタ源と反応性ガス供給源と
    の間に遮蔽板を設け、スパッタ源におけるスパッタのガ
    ス分圧と、反応性ガス供給源による反応、変換時のガス
    分圧とを個別に制御するようにしたことを特徴とする請
    求項７に記載の両面同時成膜装置。
12. 【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；基板ホルダーとケ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；膜厚補正板を
    真空処理室と予備真空室との間で移送する移送手段とを
    設け；真空処理室を大気に曝すことなく、膜厚補正板の
    交換を可能とした請求項７に記載の両面同時成膜装置。