CN102758180A - 光学薄膜形成用炉缸内衬 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学薄膜形成用炉缸内衬，在将蒸镀材料附着在基板上而形成光学薄膜的炉缸内衬中，防止将来自电子枪的电子束照射于蒸镀材料而进行熔融/气化时所产生的暴沸(飞溅)。本发明的光学薄膜形成用炉缸内衬的特征在于，在从电子枪将电子束照射于蒸镀材料而在基板上形成光学薄膜的真空蒸镀装置的炉缸内衬(1)中，该炉缸内衬(1)的蒸镀材料收纳部(2)的截面形状为浅半圆形(球)状(碗状)。

Description

光学薄膜形成用炉缸内衬
技术领域
本发明涉及一种使用电子枪的真空蒸镀装置用的炉缸内衬(ハ一スライナ一)，特别涉及一种将炉缸内衬的蒸镀材料收纳部的截面形状像碗一样形成半圆状的光学薄膜形成用的炉缸内衬。
背景技术
光学过滤器通过将金属薄膜与电介质薄膜构成的光学薄膜在水晶、玻璃等的基板材料的表面上成膜而制造。
例如，如图5所示，使用真空蒸镀装置10，在其真空室11内的坩埚12的槽内，配置收纳有蒸镀材料的炉缸内衬1，对灯丝13施加高压电流，产生的电子束通过磁铁14a、14b感应至炉缸内衬1，间接地冷却炉缸内衬1的同时，使其内的蒸镀材料蒸发/气化，附着在真空室11内配置的基板15的表面上而形成薄膜。
尤其是，作为蒸镀材料的蒸发方法，在使用照射电子束的电子束蒸发源(电子枪)的情况下，如图6所示，例如，通过水冷冷却的铜制坩埚的内侧设置用隔热性高的材料(例如铜)制作的炉缸内衬，将蒸镀材料填充于该炉缸内衬，利用电子束照射来加热该蒸镀材料，而使其蒸发/气化。
通过使用这样的炉缸内衬，在清洁蒸镀后的污垢的情况下，因为坩埚的内部(槽)无污垢，使用后，仅将为比较小的部件的炉缸内衬从坩埚取出清洁即可，因此，真空蒸镀装置的清洁变得极为容易。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2010-255059号公报
发明内容
(发明要解决的问题)
先前以来，在利用真空蒸镀装置形成光学用薄膜的情况下，在真空蒸镀装置内的坩埚中，装填放入了蒸镀材料的无氧铜制的臼状的炉缸内衬(参照图7(a)、(b))，从电子枪照射电子束，将蒸镀材料熔融/气化，使薄膜附着在水晶、玻璃基板等的表面上，而形成光学薄膜。该现有例的臼形的炉缸内衬1c如图7(a)、(b)所示，具有臼形的外周面3c与内侧面4c，内侧面4c与底部2c连接形成，形成比较深的有底的蒸镀材料收纳部S。
这里，对在蒸镀材料中使用氧化钛(Ti3O5)的情况，说明现有技术的问题。首先，如图8所示，在真空蒸镀装置的旋转坩埚的槽部内放置炉缸内衬，从与坩埚的槽相对向配置的电子枪对收纳于炉缸内衬中的蒸镀材料(氧化钛)照射电子束使其熔化，而使气化的蒸镀材料附着(蒸镀)在水晶、玻璃基板的表面上。这里，如图5所示，坩埚通过冷却水被冷却至约40℃，因此，装入蒸镀材料的铜制的炉缸内衬与炉缸内衬内的蒸镀材料成为未熔化的状态。于是，一边向炉缸内衬补充因为成膜而减量的蒸镀材料，一边交替反复供给氧化钛(Ti3O5)与SiO2，在基板上形成TiO2和SiO2构成的、例如40～50层左右的光学薄膜。该炉缸内衬用于几十次成膜。
然而，通过经冷却水冷却的坩埚，放入其内侧的炉缸内衬也间接地被冷却，因此，即使其中的蒸镀材料的中央部熔化，其外周部未熔化而残留。因此，当通过电子束照射将蒸镀材料熔化时，未熔化的蒸镀材料落入熔化的蒸镀材料的部分，此时由于急剧熔融的蒸镀材料的温度变化，发生飞溅(暴沸)，在水晶基板等的表面上附着粉状及液状的蒸镀材料，成为产生不良产品的原因。
并且，当补充蒸镀材料并反复使用炉缸内衬时，在其中蒸镀材料反复熔融/固化，因而存在于炉缸内衬的下部的蒸镀材料(氧化钛：Ti3O5)脱氧，形成Ti2O3。该Ti2O3与Ti3O5相比，熔点约高200℃，因而即照射电子束也不熔化，成为粉状，该粉状部分的体积增加。当电子束照射于该粉状部分时，产生飞溅(暴沸)。
(解决技术问题的技术方案)
为了解决上述问题，本发明的特征在于，在从电子枪将电子束照射于蒸镀材料而在基板上形成光学薄膜的真空蒸镀装置的炉缸内衬中，该炉缸内衬的蒸镀材料收纳部的截面形状为浅半圆形状(碗状)。
并且，本发明的炉缸内衬的特征在于，形成所述炉缸内衬的材料的熔点在1200℃以上，并且导热率为350W/mK以下。
此外，本发明的炉缸内衬的特征在于，收纳蒸镀材料的内衬部与嵌入坩埚的槽部的锥形状的内衬部一体地形成，并且在被装入于坩埚的槽部的该内衬的底面形成截面形状为凹状的凹部，使得该坩埚与该底面及该锥形部的接触面积减少，减小炉缸内衬的冷却幅度。
此外，本发明的炉缸内衬的特征在于，具有所述蒸镀材料收纳部的内衬部与所述锥形状的内衬部被分成2部分，在使用时将两者一体地组合装入坩埚。
本发明涉及一种使用上述的炉缸内衬而形成光学薄膜的光学过滤器。
(发明的效果)
在使用使蒸镀材料附着于光学过滤器等基板上而形成光学薄膜的炉缸内衬时，能够防止将来自电子枪的电子束照射于蒸镀材料而进行熔融/气化时所产生的暴沸(飞溅)。
附图说明
图1示出本发明的光学薄膜形成用的炉缸内衬的实施例1(半圆形状的炉缸内衬)，(a)为其俯视图，(b)为其主视图。
图2示出本发明的光学薄膜形成用的炉缸内衬的实施例2(将半圆形状的炉缸内衬与锥形状的内衬部一体化)，(a)为其俯视图，(b)为(a)中示出的II-II箭头截面图。
图3示出本发明的光学薄膜形成用的炉缸内衬的实施例3(当将收纳蒸镀材料的内衬与放入坩埚的内衬分成2部分使用时，重叠两者)的部分截面。
图4示出使用本发明的光学薄膜形成用的炉缸内衬熔化蒸镀材料时，在熔化的蒸镀材料内产生对流的示意图。
图5示出用于光学薄膜形成的电子束真空蒸镀装置的示意图。
图6为在利用电子束真空蒸镀装置形成光学用薄膜的情况下，通过装入真空蒸镀装置内的臼型的坩埚、填充了放入该坩埚的槽部的蒸镀材料的炉缸内衬、以及电子束，将蒸镀材料熔融而进行光学薄膜的成膜的示意图。
图7示出现有例的炉缸内衬，(a)为其俯视图，(b)为其主视图。
图8示出在使用电子束的真空蒸镀装置内配设的具有多个收纳炉缸内衬的槽的坩埚的立体图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的光学薄膜形成用炉缸内衬的实施例。
[实施例1]
本发明的光学薄膜形成用炉缸内衬在利用真空蒸镀装置进行的光学薄膜的成膜中使用，其中，真空蒸镀装置使用朝向水晶基板、光学玻璃基板、磷酸玻璃、氟磷酸玻璃、铌酸锂基板等的电子束。这样，在这些基板的表面上，将作为高折射率材料的TiO2与作为低折射率材料的SiO2交替(例如40～50层左右)成膜，而形成光学薄膜。
此处，本发明的炉缸内衬用于使作为高折射率材料的金属类材料(Ti3O5、Ta2O5等)熔融/气化。这些高折射率的材料在起始材料的阶段为黑色，在成膜中将氧、离子、气体等导入起始材料，进行氧化反应，在基板上形成透明的光学薄膜(TiO2的氧化膜与SiO2)。
如图1所示，本发明的实施例1的炉缸内衬1构成为，将蒸镀材料的收纳部2形成截面形状具有浅半径R1(例如，19mm)的半圆形(球)状凹部(碗状)(例如，深度10.4mm)，在该收纳部2的外缘折弯形成厚度t(例如，0.3mm)的唇部3，并且向坩埚的槽(参照图8)装填而使用。通常，炉缸内衬1使用直径为35、40、或45mm的炉缸内衬。
该炉缸内衬1通常由熔点在1200℃以上、导热率在350W(mK)以下的材料例如从铜(Cu)通过冲压钻孔加工而制造。此外，根据蒸镀材料，也可以由钼(Mo)及钨(W)形成炉缸内衬1。
这样，通过将炉缸内衬1的蒸镀材料的收纳部2形成截面形状为浅半圆形状(碗状)，与现有的相比，放入蒸镀材料的收纳部2的容量变小，从而能够削减每次的蒸镀材料的使用量。于是，当将电子束照射于收纳部2内的蒸镀材料而加热熔化时，由于蒸镀材料少、和构成炉缸内衬1的材料(例如铜)的熔点高而另一方面如前所述其导热低，从而在蒸镀材料熔化时，炉缸内衬1足够耐高温，同时，如图4所示，在熔化的蒸镀材料内产生对流，蒸镀材料整体均匀地熔化，从而不会出现蒸镀材料脱氧的状态(从Ti3O5形成Ti2O3)，防止暴沸(飞溅)，能够稳定地向光学基板形成光学薄膜。
在本发明的实施例1中，在将蒸镀材料收纳于炉缸内衬1之前，预先加热/熔融颗粒状的黑色的氧化钛(Ti3O5)，之后，填充至炉缸内衬1内，加热使其气化，在成膜中使其氧化，从黑色变为透明的状态，在基板的表面上形成由TiO2和SiO2构成的透明的光学薄膜。
此外，与现有的炉缸内衬相比，本发明的炉缸内衬1经由坩埚间接地被冷却，因此，能够通过电子束充分熔融蒸镀材料，能够防止暴沸(飞溅)。
此外，当使用本发明的炉缸内衬1时，由于在蒸镀材料熔融时难以产生暴沸(飞溅)，因此，与现有的真空蒸镀装置相比，能够将电子枪的输出电流减少例如100mA。
[实施例2]
本发明的实施例2的炉缸内衬1a使用与实施例1相同的材料，如图2所示，收纳蒸镀材料的截面形状为具有半径R2与上端缘部5a的半圆形的收纳部2a，与嵌入于坩埚部的槽部(参照图8)的锥形部分4a，以同一材料一体化并形成实心。然后，为了在其底面上形成截面形状具有半径R3的半圆形状的凹部7a，并且在凹部7a的外延部形成下端缘部6a(尾部)，通过铸造、磨削加工等进行制造。
通过这样构成炉缸内衬1a，如图2(b)所示，在减少炉缸内衬1的下端缘部6a与坩埚的槽部接触的面积的同时，在凹部7a与坩埚的槽的底面之间形成空间C，并且坩埚与炉缸内衬1的锥形部分4a的侧面不再直接接触，因此炉缸内衬1通过坩埚被过度地冷却的情况消失，能进行适度的蒸镀材料的加热/熔融、气化。此外，由于蒸镀材料的收纳部2a与锥形部分4a成为一体，消耗时的炉缸内衬1的交换变得容易。
[实施例3]
本发明的实施例3的炉缸内衬1如图3所示，分割为具有上述实施例1的半圆形截面形状的收纳蒸镀材料的内衬部分2与嵌入坩埚的有底的锥形状的内衬部分7这2部分而形成，通过与上述实施例1相同的材料制造两者。然后，在使用时，在将内衬2的唇部载置于将收纳蒸镀材料的内衬2装入坩埚的内衬7上而使两者成为一体之后，将其嵌入坩埚的槽(参照图8)，通过电子枪将电子束照射于蒸镀材料，进行加热/熔化并使其气化，从而在基板的表面上形成光学薄膜。

Claims (6)

1.一种光学薄膜形成用炉缸内衬，其特征在于，在从电子枪将电子束照射于蒸镀材料而在基板上形成光学薄膜的真空蒸镀装置的炉缸内衬中，该炉缸内衬的蒸镀材料收纳部的截面形状为浅半圆形状。
2.根据权利要求1所述的光学薄膜形成用炉缸内衬，其特征在于，形成所述炉缸内衬的材料的熔点在1200℃以上，并且导热率为350W/mK以下。
3.根据权利要求1所述的光学薄膜形成用炉缸内衬，其特征在于，收纳蒸镀材料的内衬部与装入坩埚的槽部的锥形状的内衬部以同一材料一体地形成，并且在被装入于坩埚的槽部的该内衬的底面形成凹部，由此减少该坩埚的槽部与该底面及该锥形部的接触面积。
4.根据权利要求3所述的光学薄膜形成用炉缸内衬，其特征在于，具有所述蒸镀材料收纳部的内衬部与所述锥形状的内衬部被分成2部分，在使用时将两者一体地组合装入坩埚的槽部。
5.一种光学过滤器，其特征在于，使用权利要求1至4中所述的炉缸内衬而在表面上形成光学薄膜。
6.一种方法，其特征在于，使用权利要求1至4中所述的炉缸内衬而在光学基板的表面上形成光学薄膜。
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