JPS63464A - 真空薄膜形成装置 - 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〕 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、スパッタ、イオンブレー
ティ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１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（バキュームチャンバ）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ｓ２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信置空容器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っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕− 二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Ｓ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
九る。

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１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シワシワと放出されて被膜
中に不純物として介在し、被膜特性特に悪影響を与える
という問題点があった。

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った。

そこで、被加工物の入換え時に真空容器内の真空を破っ
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ってし
まうため、その効果があまり得られなかった。

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、被加工物にコーティ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呂す
ガス吹出口と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、ガス吹出口から不活
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、小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ってなされ
る。

したがって、真空容器内へ作業室内の空気が流入するの
が防止され９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で
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１Ｂ、を有し、
上端面に平行な細長い／Ｉｉ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ｔＪＮｍ１４は、枠部１３ａの一端に蝶着され、小
窓１３を閉じた時１図示しないロック手段によって枠部
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Ｉ
Ｅｉａを有するパイプ１６が本体１１．の内壁に沿って
配設され、大扉１２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ィーダを使用する。

この真空薄膜形成装置を使用す九ば、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１６．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１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
の遠隔操作によっ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ブ
レーティング装置の実施例を、第３図及び第４図によっ
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ットに無端状に張装したチ
ェーン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のチェーン２１と反対側に形成したボス
部３０ａに切欠溝３０ｂを設け、そこに板バネによるク
リップ３１を固着している。

そして、このクリップ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
本のロッド？Ｓ３ｂと、その各ロッド３５ｂ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３３
ｃとからなり、この各係止片３３ｃによって被加工物４
０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
明によるイオンブレーティ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。

このイオンブレーティング装置は、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ット２３．２４をそれ
ぞれ軸２３ａ、２４ａによって回転可能に設け、このス
プロケット２３゜２４にチェーン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、このチェーン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
領域に亘ってガイドレール２５゜２６を固設している。

したがって１図示しない駆動源によってスプロケット２
３．２４を矢示Ａ方向に回転させると。

チェーン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はそれぞれチェー
ン２１と同方向に移動しながら、ガイドレール２５．２
６に転接して矢示のように回転する。

それによって、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によって加熱され
るヒータ６ａから電子ビームを放出させ、それを図示し
ないマグネットによっ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
うになっている。

一方、高圧直流電源４４から、全て導電体であるスプロ
ケット２３．チェーン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、このようなイオンブレーティ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ｐ！Ａ１３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
計ケースをチャージした。

そして、第１図の排気装置５によって真空容器１１内を
Ｉ　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒ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６
ｂを電子ビームによって加熱し、チタンを蒸発させなが
ら、高圧直流電源４４によっ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１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（Ｔｉ　
Ｎ）被膜ができるイオンブレーティング条件を設定し、
３０分間の処理を行なった。

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１日の吹出口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１６．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１日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
った。

・この時は、真空容器１１内の圧力が作業室内の大気圧
よりも若干高くなっているため、窒素ガスが小窓１３か
ら少し吹出してくる状態であった。

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９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（
パーツフィーダ）１７を外部から遠隔操作して、蒸発源
６のるつぼ６ａに蒸発材（チタン）７を補給して、直ち
に次のイオンブレーティ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、イオンブレーティング操作を１繰返し
行なった結果、各回の排気工程における排気時間（真空
容器内の圧、力がＩ×１０″″’　Ｔｏｒｒに到達する
までの時間）を従来装置を使用した場合この表から明ら
かなように、この発明によるイオンブレーティング装置
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ブレーティン
グ時間と形成さ九る被膜の組成をオージェ（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。

したがって、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った。

なお、この発明をイオンブレーティ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ッ
チ式真空薄膜形成装置、例えば真空蒸着装置やスパッタ
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ブレーティング装置
における真空容器内の配置例を模式％式％ 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、イオンブレーティング時間と形
成される被膜の組成をオージェ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・・・バイブ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・・・被加工物第
１図 蒸発源　　蒸発材補給装置 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   き出すガス吹出口と、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たことを特徴とする真空薄膜
   形成装置。