JPS63203760A - ガラス基板面への無機質膜の形成方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガラス基板面上への硬質無機膜形成方法及び
装置に関するものである。

［従来の技術］ ガラス上への硬質類ｓｓｉ形成方法として、従来より各
種物理蒸着法（ＰＶＤ法）や、各種化学的蒸着法（ＣＶ
Ｄ法）が知られているが、ＣＶＤ法は一般に基板を５０
０℃前後に加熱する必要があり、しかも大面積での膜厚
の面内均一性に問題があるなど、加熱しにくい大面積ガ
ラス基板への光学的な用途を目的としたコーティング方
法としては、不向きであった。一方、ＰｖＤ法には、真
空蒸着法やイオンブレーティング、スパッタ法があるが
大面積のガラス基板へのコーティング方法としては、再
現性、均一性、制御性、生産性などから、主にスパッタ
法が試みられてきた。

しかしながら、非常に硬度の大きな無機膜を形成すると
いう目的には、現在の真空蒸着法も、イオンブレーティ
ング法も、スパッタ法も充分ではなかった。

これに対し、アーク蒸着法は１通常の真空蒸着（熱的蒸
発）法やスパッタ法とは異なる第３の物理的薄膜形成手
段として開発されたものであり、従来の方法では得られ
ない非常に硬くて、緻密な硬質被膜（例えばＴｉＮ１ｉ
）が得られるという特徴を有している。特に切削工具へ
の超硬ｙＡ（例えばＴｉＮ膜）形成方法として最も有望
とされており、最近では、生産にも使われ始めている。

アーク蒸着法で主に試みられているのはＴｉＮ膜であり
、Ｔｉを出発原料として、高密度窒素プラズマ中でＴｉ
Ｎ膜を合成する。これは、アーク放電が、Ｔｉターゲッ
トと接地されているアークチャンバー、との間で生じ、
Ｔｉターゲットの極小部分に電流集中が起こるため、局
所的に高温になり瞬時にＴｉがプラズマ化する。そして
、金属の様な電導性基板の場合には、直流的に負にバイ
アスされた基板にＴｉの正イオンと、アーク放電中で生
成した正のＮ◆イオン、が引き寄せられ、基板上でＴｐ
とＮ４が反応し、ＴｉＮ膜が生成するとされている。Ｔ
ｉも窒素も、イオン化されることで化学的反応性が増大
しており、しかも、直流電圧印加による加速によって得
られる高い運動エネルギーにより、非常に緻密で、硬い
、バルクのＴｉＮに近い膜が得られるとされている。蒸
発するＴｉのほぼ１００％がイオン化しており、通常の
グロー放電を用いるイオンブレーティングやスパッタよ
り、１桁も２桁もイオン化率が大きく、よって、はるか
に優れた膜が得られるとされている。

しかしながら、これまで上記用途のＴｉＮ　Ｍの厚みは
数ルから数十ルとかなり厚く、しかも金属基体を主体と
して用途も限られており、光学的用途を目的としての大
面積のガラス板上へのアーク蒸着法による薄膜（膜厚；
数十人〜数千人）形成はまだ試みられていなかった。

一方ガラス基板面上に硬度の大きな膜を形成するには、
もともとバルクの状態で大きな硬度を示す酸化物、窒化
物、炭化物、硼化物、ＢＮ。

Ｂａｄ、ダイヤモンドなどのバルク特性を薄膜で実現す
るのが最適である。しかしながら、これらの材料は、高
融点材料でもあり、低温の基板にバルクに近い特性を有
した膜を形成することは、従来の真空蒸着法やスパッタ
法では、困難であった。最近、様々なイオンブレーティ
ング法が開発され、より硬い、より緻密な、膜の形成が
試みられてはいるが、いまだ不充分であった。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明は、従来法では困難であった大面積のガラス基板
面への硬度の大きな硬質被膜の形成方法及びその装置を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の目的に基づき研究の結果、発明された
ものであり、その第１の発明の要旨は、真空室内におい
てガラス基板を水平方向に移動させながら無機質膜形成
用蒸発材料をアーク放電によって蒸発させ、上記ガラス
基板上に無機質膜を蒸着させることを特徴とするガラス
基板面への無機質膜の形成方法に関するものであり、第
２の発明の要旨は真空室内において、無機質膜形成用蒸
発材料を蒸発させてガラス基板上に無機質膜を蒸着させ
る真空蒸着装置において、無機質膜形成用蒸発材料を蒸
発させるための蒸発源としてアーク放電源を設けるとと
もに、ガラス基板のａｍに直流電圧印加用又は高周波印
加用の電極板を配したことを特徴とするガラス基板面へ
の無機質膜形成装置に関するものである。

以下１本発明を更に詳細に説明する。

本発明において、Ｓａ質膜を形成するガラス基板として
は、使用目的に応じてソーダライムシリケートガラス、
アルミノシリケートガラス、硼硅酸塩ガラス、リチウム
アルミノシリケートガラス、石英ガラスなどが使用され
る。

又、ガラス基板面上に形成される高い硬度を有する無機
質膜としては、使用目的に応じて各種の無機質からなる
薄膜、例えば、酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、硼化物
膜、硅化物膜、８４Ｇ、　８Ｎ、ダイヤモンド、又は炭
素、硼素、硅素の少なくとも２種を含む例えば多元化物
膜１例えば、酸化窒化物膜、炭化硼化物膜、窒化硼化物
、窒化硅素膜、炭化硅素膜、あるいは上記各種物質の複
合膜などが選ばれる。

例えば、熱線反射ガラスや反射鏡として使用する場合に
は、無機質膜として、酸化物、窒化物、炭化物などの無
機質が選ばれ１反射防止ガラスとして使用する場合には
、無機質膜として、酸化物などの無機質が選ばれ、又フ
ォトマスクブランクスとして使用する場合には、無機質
膜として、窒化物、炭化物、酸化物、硅化物又はこれら
の多元化物が使用され、又ガラス磁気ディスクとして使
用する場合には、無機質膜として、フェライトなどが使
用され、又、導電性ガラスとして使用する場合には、無
機質膜とじて導電性の酸化物などが使用される。

なお、本発明においては、本発明により形成される異種
の無機質膜を複数層積層してもよいし、あるいは又、未
発明により形成される無機質膜と、スパッター法、真空
蒸着法あるいはイオングレーティング法により形成され
る種々の膜とを積層してもよい。

例えば、スパッター法により１００人のＴｉ１ｌを形成
し、この膜に窒素イオン注入処理を施し、更にこの上に
アーク蒸着法により１０００人のＴｉＮ膜を形成すれば
、付着力硬度の優れたＴｉＮ反射膜（ゴールド色）を得
ることができる。

次に本発明を第１図に従って説明する。第１図に示した
ガラス基板面への無機質膜形成装置はインライン式のも
のを示した例である。第１図において、ガラス基板２は
水平方向に直線的に移動し、その上方に配置された無機
質膜形成用蒸発源としてのアーク蒸着源１の下を通過す
る時に移動しながら無機質膜が蒸着により形成される。

この際、無機質膜形成用蒸発源はアーク放電によって蒸
発され、いわゆるアーク蒸着法により膜形成される。３
は、移動するガラス基板の裏面に配された裏面電極板を
示し、アーク放電によって蒸発された蒸発粒子がイオン
加速されるようにしたものである。膜の厚さは。

ガラス基板の移動スピード、アーク蒸発速度（アーク源
への投入電力）によって決まる。これらガラス基板の移
動スピードとアーク蒸発速度並びに、圧力やその他の条
件が時間的に一定であれば、ガラス基板の進行方向で均
一な膜厚分布が得られる。進行方向と直角の横方向の膜
厚の均一性は点ソースとしてのアーク蒸発源を必要に応
じて、複数個横方向に並べることによって、達成される
０以上のような方法によって、大面積のガラス基板への
均一な膜形成が可能となる。

ガラスなどの絶縁性基板に対し、イオンの加速を行なう
場合には、チャージアップが問題となる。したがって、
その解決手段としては、高周波バイアスを用いる方法、
直流バイアスで同時にチャージアップ防止用グリッドを
用いる方法、直流バイアスで、熱電子による中和を行な
う方法などを採用することができる。

本発明においては、第２図に示すように、ガラス基板表
面に金属膜イオン、窒素圧イオンを引き寄せ、ガラス基
板近傍に、高密度のプラズマを形成するために、ガラス
基板の裏側に直流電圧、又は高周波印加のための裏面電
極板３を配置することができる。なお、ガラスの表面に
あらかじめ電導性波Ｊｌｌ（例えば金属膜）をコートで
きる場合には、基板バイアスはこの電導性被膜を基板ホ
ルダーと電気的に接続することによっても可能になる。

ガラス基板の裏側に配置する裏面電極板３としては、Ｓ
ＯＳ、　ＡＩ、　Ｃｕなどの金属からなる電極が用いら
れる。なお、この場合は、裏面電極板がガラス基板より
わずかに離れて配置され（例えば〜１層層程度）、アー
ク源と対向し、静止している様に設けられているまた、
前述のように、直流加速の場合にはチャージアップ防止
のために、第２図に示すようにガラス基板のアーク源側
に、金属細線などからなるグリッド４を設けることも有
効である。この場合、グリッドの金属細線の間隔は２ｃ
ｍ以下が適当である。これ以上間隔があくと、チャージ
アップ防止の効果はなくなる。また。

このグリッドは、ガラス基板の裏面電極と電気的に等電
位にあることが有効である。金属細線は、その膜厚分布
への影響がでることのないように、ガラス基板の進行方
向と直角の方向に張ることが有効である。

アーク蒸着時の圧力は、通常１Ｏ−２Ｔｏｒｒ台である
が、ガラス基板上への光学的用途を目的とした膜形成の
場合は、１０−’Ｔｏｒｒ台、好ましくは５Ｘ　１０１
ＴｏｒｒＮＩＸ　１０−２Ｔｏｒｒが有効である。これ
以上圧力が高いと、ガスによる散乱の影響のためにバル
クに近い特性を有した膜が出来にくくなり、また、これ
以上圧力が低いとアーク放電の持続が困難になる。

［作用］ 本発明においては、ガラス基板を移動させながら、ガラ
ス基板にアーク蒸着法により無機質膜を形成することに
より、大面積ガラス基板への均一な膜形成が可能となり
、しかも、ガラス基板の送りスピードやアーク蒸発源へ
の投入パワーを変えることにより膜厚のコントロールが
可能となり、しかも、目的とする光学膜用の数百人前後
の薄膜形成が可能となる。

しかも、従来の方法に比べ、アーク蒸着法は、膜の堆積
スピードが大きいという特徴もあり、スパッタ法以上の
生産スピードが得られることも有利な点である。ガラス
基板の移動方向での膜厚の均一性は、ガラス基板の送り
スピードやアーク蒸発源への投入パワーを一定にするこ
とで確保でき、又、ガラス基板の移動方向と直角の方向
の均一性は、マスクを使用すること゛によって改良する
ことができる。これも第１．２図に示した様なインライ
ン型の装置の１つの特徴である。

アーク蒸発源は、上下左右いずれの方向からもコート可
能であり、コートの方向を規定するものではないが大面
積ガラス基板の場合は、扱いが容易であるという点から
、アーク源が上で、基板が下になる配置が好ましい。

グリッドの作用は、ガラス基板へのイオン衝撃によって
発生する２次電子がそのグリッドの負電位によって押し
戻されることで、チャージアップを低減すると考えられ
る。

［実施例］ 実施例１ ３０ｃｍ角のガラス基板を用意し、市販の中性洗剤→流
水→エタノール→Ｎ２乾燥という手順で洗浄した。この
ガラス基板をインライン型の第１図に示したアーク蒸着
装置にセットし、　ｌ×１Ｏ−５Ｔｏｒｒまで排気し、
ついでＮ２ガスを導入した。　　ＩＸ　１０１Ｔｏｒｒ
台でアーク放電を開始した後、圧力を２Ｘ　１Ｏ−３Ｔ
ｏｒｒにコントロールした。

蒸発源としてのターゲット物質はＴｉを使用した。この
状態でアーク蒸着ゾーンは高密度のプラズマで満たされ
る０次いでガラス基板を３０ｃｍ７分で移動させ、アー
ク蒸着ゾーンを通過させた。その結果５００人程鹿の金
色の反射色を示すＴｉＮ薄膜がガラス上に得られた。蒸
発源は１ケであるので、進行方向と直角の方向の膜厚均
一性を確保するため、マスクを用いた。その結果、　３
０ｃｍ角のガラス基板で±１０％以内の膜厚均一性を有
していた。なお、ガラス基板裏面電極への加速電圧は一
５０Ｖであった。

この方法で得られたＴｉＮ膜は、耐久性にもすぐれ、高
い赤外反射性能を示し、また耐擦傷性もすぐれていた。

実施例２ ６０ｃ量角のガラス基板を用意し、市販の中性洗剤→流
水→エタノール→Ｎ２乾燥という手順で洗浄した。この
ガラス基板を基板の移動機構のついた第　図の様なイン
ライン型のアーク蒸着装置にセットした。これを　ＩＸ
　１Ｏ−５Ｔｏｒｒまで排気し、ついでＮ２ガスを導入
したｍ　　ＩＸ　１Ｏ−２Ｔｏｒｒ台でＺｒをターゲッ
トとして、アーク放電を開始し、圧力を２Ｘ　１Ｏ−３
Ｔｏｒｒにコントロールした。

ついでガラス基板裏面位置に、アーク蒸発源と対向させ
て、配置した金属電極板に一５００Ｖを印加し、また基
板のアーク蒸発源側、ガラス基板位こより　ＩＣＣ隔隔
、　　１ｃｍ間隔で金属細線をガラス基板の移動方向と
直角方向に張ったチャージアップ防止用グリッドに、同
じ＜−５００Ｖを印加し、その条件下でガラス基板を移
動させ、アーク蒸着ゾーンを通過させた。搬送スピード
は３０ｃｍ／分である。その結果、５００人の金色の反
射色を呈したＺｒＮ薄膜が得られた。なお、膜形成時、
ガラス基板の加熱は行なわなかった。

アーク蒸発源は、２ケセツトされており、ガラス基板の
進行方向と直角方向の膜厚均一性は、マスクにより確保
した。その結果、ガラス基板全体で±ｌＯ％以内の膜厚
均一性が得られた。得られたＺｒＮ薄膜は、電気抵抗も
１０−５Ωａｍ台と低く、高赤外反射率〉８０％を示し
た。

［発明の効果］ 本発明による効果は以下の通りである。

ｌ）大面積のガラス基板に均一な膜を容易に形成できる
。

２）ＴｉＮ、　ＺｒＮなとの高硬度、高融点の無機質膜
をバルクに近い特性を有した状態で形成できる。

３）絶縁性のガラス基板にも加速効果が得られ、付着力
も強くできる。

４）他の手法（例えばスパッタ法、イオン注入法など）
との組み合わせが可能である０例えばスパッタ膜形成、
イオン注入処理、アーク蒸着膜形成の組合せが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、本発明のインライン型の無機質膜形
成装置の具体例を模式的に示したものである０図におい
て、（１）はアーク蒸発源を、（２）はガラス基板を、
（３）は裏面電極板を、（４）はチャージアップ防止用
グリッドを示す。 一゛；・°。 で 第１図 第２図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空室内においてガラス基板を水平方向に移動さ
   せながら無機質膜形成用蒸発材料をアーク放電によって
   蒸発させ、上記ガラス基板上に無機質膜を蒸着させるこ
   とを特徴とするガラス基板面への無機質膜の形成方法。
2. （２）無機質膜が、酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、
   硅化物、Ｂ＿４Ｃ、ＢＮ、ダイヤモンドの少なくとも一
   種を含む無機質からなることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のガラス基板面への無機質膜の形成方法。
3. （３）真空室内の圧力を５×１０＾−＾４Ｔｏｒｒ〜１
   ×１０＾−＾２Ｔｏｒｒとした条件下で蒸着することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガラス基板面へ
   の無機質膜の形成方法。
4. （４）移動するガラス基板の裏側に直流電圧印加用電極
   板を配するとともに、基板の蒸発源側にガラス基板の移
   動方向と直交する金属細線グリッドを配し、上記直流電
   圧印加用電極板と金属細線グリッドとを等電位の状態に
   おいて無機質膜を蒸着させることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のガラス基板面への無機質膜の形成方
   法。
5. （５）真空室内において無機質膜形成用蒸発材料を蒸発
   させてガラス基板上に無機質膜を蒸着させる真空蒸着装
   置において、無機質膜形成用蒸発材料を蒸発させるため
   の蒸発源としてアーク放電源を設けるとともに、移動す
   るガラス基板の裏側に直流電圧印加用又は高周波印加用
   の電極板を配したことを特徴とするガラス基板面への無
   機質膜形成装置。
6. （６）基板の蒸発源側にガラス基板の移動方向と直交す
   る金属細線グリッドを配したことを特徴とする特許請求
   の範囲第５項記載のガラス基板面への無機質膜形成装置
   。
7. （７）ガラス基板とアーク放電源との間に中和用熱電子
   発生フィラメントを配したことを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載のガラス基板面への無機質膜形成装置。