JP4921320B2

JP4921320B2 - 真空成膜装置

Info

Publication number: JP4921320B2
Application number: JP2007289287A
Authority: JP
Inventors: 竜也池尻
Original assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-11-07
Also published as: JP2009114502A

Description

本発明は、真空成膜装置に関し、詳細には基材に反射率の高い金属を成膜する真空成膜装置に関する。

近年、薄膜を応用した各種の製品が用いられている。これらの製品は、例えば真空成膜装置により基材に薄膜を成膜することによって製造されている。この真空成膜装置は、減圧可能な真空槽と、この真空槽内の蒸着空間上部に設けられ蒸発膜が形成される基材を保持する基材ホルダと、真空槽内に設けられ蒸発膜を形成するための蒸着材料を基板に向けて放出する複数の蒸着源とを備えたものが知られている。

上記真空成膜装置では、真空引きされた真空槽内で、複数の蒸着源に載置された蒸着材料を電子ビームの照射又は抵抗加熱によって蒸発させ、基板に成膜材料粒子を蒸着させることにより同基板上に薄膜が成膜されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。このような真空成膜装置を用いることで、１バッチで複数の成膜を行うことができ、生産効率を向上させることができる
特開２００６−９０８５１号公報

薄膜が形成された製品として、例えば自動車のランプに用いられるリフレクタがある。このリフレクタには光を反射させるためのアルミニウムの薄膜が成膜されており、当該リフレクタの性能が光の反射率によって評価されている。また、リフレクタには、アルミニウム以外にも複数の薄膜が成膜される。上記真空成膜装置でリフレクタ基材に成膜する場合、基材とアルミニウム蒸着源との距離が遠ければ、リフレクタの高い反射率を得ることができない。一方、高い反射率を得ることができるように基材と蒸着源との距離を近づければ、アルミニウム以外の他の蒸発材料の拡散範囲内に干渉することで薄膜の厚みの均一性が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、高い反射率を有し且つ均一性の高い薄膜を成膜することができる真空成膜装置を提供する。

上記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じた。

すなわち本発明の真空成膜装置は、減圧可能な真空槽と、この真空槽内の蒸着空間に設けられ蒸発膜が形成される基材を保持する基材ホルダと、前記真空槽内に設けられ前記蒸発膜を形成するための蒸着材料を前記基材に向けて放出する蒸着源と、を備えた真空成膜装置において、前記蒸着源は、前記真空槽内の蒸着空間の前記基材ホルダの下方に配置された下部蒸着源と、この下部蒸着源よりも前記基材ホルダに近い位置に配置された上部蒸着源と、よりなることを特徴とする。

上記本発明の真空成膜装置によれば、アルミニウムを上部蒸着源から放出させ、他の蒸着材料を通常位置に配置された下部蒸着源から放出させることができるので、基材に近い位置から放出されたアルミニウムにより高い反射率を得ることができ、且つ通常の位置から放出された他の蒸着材料で均一性の高い薄膜を得ることができる。

また、前記下部蒸着源から前記蒸着材料が放出されているときに、前記上部蒸着源を当該蒸着材料の拡散範囲外に退避させる退避機構を更に備えていることが好ましい。

この場合、下部蒸着源から放出される蒸着材料が上部蒸着源に干渉しないので、より均一な薄膜を成膜することができる。

更に、前記上部蒸着源は、前記真空槽の中心部と周辺部との間に渡って配置された複数の個別蒸着源よりなることが好ましい。

この場合、奥まった形状等、複雑な形状の基材の隅にまで蒸着材料を入り込ませることができる。

上記退避機構として、例えば前記複数の個別蒸着源を支持する前記中心部から前記周辺部に渡って延びるアームと、このアームを退避位置まで回動させる駆動部とを備えたものとすることができ、更に、当該アームには、前記各個別蒸着源を前記真空槽の内外方向に移動自在とする移動機構が設けられていることが好ましい。

このように、複数の個別蒸着源を内外方向に移動自在とすることで、より複雑な形状の基材に対応させることができる。

また、前記退避機構は、前記アームに前記駆動部から伝達される駆動力を所定値以下に制限するスリップ機構を更に備えていることが好ましい。

この場合、真空槽内で作業を行っている際、アームの回動中に誤って当該アームに当たってしまっても、駆動部の損傷を防止することができる。

上記の通り、本発明によれば、アルミニウムを上部蒸着源から放出させ、他の蒸着材料を通常位置に配置された下部蒸着源から放出させることができるので、基材に近い位置から放出されたアルミニウムにより高い反射率を得ることができ、且つ通常の位置から放出された他の蒸着材料で均一性の高い薄膜を得ることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る真空成膜装置の一実施形態を示す縦断面図であり、図２は、その横断面図である。この真空成膜装置１は、減圧可能な真空槽２と、この真空槽２内に設けられ基材３を保持する基材ホルダ４と、同真空槽２内に設けられ蒸発膜を形成するための蒸着材料を基材３に向けて放出する複数の蒸着源５とを備えている。

真空槽２は、ステンレス等の金属材料製からなる略円筒形状に構成されており、アースされた状態でその中心軸が鉛直方向になるようにして設置されている。基材ホルダ４は、ステンレス等の金属材料製からなる上方へ窪んだドーム状に形成されており、蒸着空間１０の最上部に設けられている。この基材ホルダ４は、中心部から放射状に複数の基材３を保持できるようになっており、成膜面を下方へ向けた状態にして基材３を保持している。また、真空槽２の上部には基板回転機構６が設けられており、基材ホルダ４が当該基板回転機構６に保持されると共に自転可能となっている。

蒸着源５は、真空槽２内の蒸着空間１０下部に配置された下部蒸着源７と、この下部蒸着源７よりも基材ホルダ４に近い位置に配置された上部蒸着源８とよりなる。これら蒸着源５は、蒸着材料を上方に放出させ基材３上に薄膜を成膜させるものである。下部蒸着源７は、通常位置に配置されたものであり、電子銃加熱方式で蒸着させる第１蒸着源７Ａ（図２左側）と、抵抗加熱方式で蒸着させる第２蒸着源７Ｂ（図２右側）とからなる。第１蒸着源７Ａでは、材料容器に入れられた蒸着材料へ電子銃から電子を加速衝突させることで蒸着材料が加熱され、蒸発ガスを発生させるようになっている。第２蒸着源７Ｂでは、フィラメント等からなる材料容器が直接通電することにより蒸着材料が加熱され、蒸発ガスを発生させるようになっている。

上記第１、第２蒸着源７Ａ、７Ｂは、いずれも複数の材料容器が上面に設けられた円盤状のターンテーブル５０、５１を備える。ターンテーブル５０，５１が回転し所定位置で止まることで、選択された蒸着材料が加熱されるようになっている。これにより、基材３上に第１、第２蒸着源７Ａ、７Ｂから放出された各種の蒸発ガスが堆積し薄膜が形成される。なお、第１蒸着源７Ａには、高融点の蒸着材料が置かれ、第２蒸着源７Ｂには、低融点の蒸着材料が置かれる。

上部蒸着源８は、真空槽２の蒸着空間１０における上下方向略中央に配置されており、更に、下部蒸着源７から蒸着材料が放出されているときに、当該上部蒸着源８を当該蒸着材料の拡散範囲外に退避させる退避機構１１が設けられている。

図３は、図２のＡ−Ａ線断面図であり、図４は、図１のＢ−Ｂ線断面図であり、図５は、上部蒸着源８を上方から見た平面図である。退避機構１１は、真空槽２の中心部から周辺部に渡って延びるアームを構成する電極部６０と、当該電極部６０を回動させる回動機構１３とを備えている。回動機構１３は、電極部６０の下方に設けられ当該電極部６０を支持する支持部１４と、電極部６０を回動させる駆動部としてのモータ１５と、このモータ１５の上方に設けられたスリップ機構１６とを備えている。

図３に示すように、支持部１４は、電極部６０に繋がる第１軸部１８と、軸受２０を介して当該第１軸部１８を支持する円筒状のケーシング１９とを備えている。また、ケーシング１９の外周部には、支持部１４を真空槽２に固定している固定部１７が設けられている。第１軸部１８の下部には、円盤状の大歯車２１と、この大歯車２１に噛合する小歯車２２が設けられている。モータ１５は側面視で上記支持部１４の側方に配置されており、このモータ１５から上方へ突出する第２軸部２３にスリップ機構１６が設けられている。また、スリップ機構１６から上方へ突出する第３軸部２４に上記小歯車２２が固定されている。

スリップ機構１６は、トルクテンダと呼ばれている市販品が使用されており、伝達トルクを所定値以下に制限し、それにより電極部（アーム）６０に過負荷がかかったときにモータ１５に当該過負荷が伝わるのを阻止し、且つ当該過負荷がなくなったときに電極部（アーム）６０にモータ１５からの駆動力の伝達を復帰させるものである。具体的には、三木プーリ社製のＴＴ−０１タイプが使用されている。これにより、真空槽２内で作業を行っている際、電極部６０の回動中に誤って当該電極部６０に当たってしまっても、モータ１５の損傷を防止することができる。

上記構成により、モータ１５からの回転駆動力は、第２軸部２３、第３軸部２４、小歯車２２、大歯車２１、第１軸部１８へと伝わり、この第１軸部１８の上部に固定されている電極部６０を回動させる。モータ１５を駆動させることで、電極部６０を図２実線で示す蒸着位置２５から図２仮想線で示す退避位置２６まで回動させることができる。

図４及び図５に示すように、電極部６０は、真空槽２の蒸着空間１０の周辺部から中心部へ向かって延びるアームとしての２本の第１、第２横電極棒２７、２８と、第１、第２横電極棒２７，２８のぞれぞれの中途部を支える第１、第２縦電極棒２９，３０とからなる。第１横電極棒２７は第１縦電極棒２９に電気的に接続されており、第２横電極棒２８は第２縦電極棒３０に電気的に接続されている。

更に、これら第１、第２横電極棒２７．２８及び第１、第２縦電極棒２９，３０を取り囲むように防着部材３１が設けられている。防着部材３１の存在により、下部蒸着源７から放出された蒸着材料が第１、第２横電極棒２７，２８及び第１、第２縦電極棒２９，３０に付着するのを防止することができる。

図４の右側に位置するのが、第１縦電極棒２９であり、左側に位置するのが第２縦電極棒３０である。図５の上側に位置するのが、第１横電極棒２７であり、下側に位置するのが第２横電極棒２８である。このうち第１縦電極棒２９及び第１横電極棒２７が正極となっており、第２縦電極棒３０及び第２横電極棒２８が負極となっている。

図４に示すように第１縦電極棒２９の下端には、第２縦電極棒３０を横方向に超す位置まで延設された横方向に延びる第１ベース部材３２が設けられている。また、第２縦電極棒３０の下端には、第１ベース部材３２の上側で横方向に伸びる第２ベース部材３３が設けられている。第２ベース部材３３は、第１ベース部材３２の略半分の長さとなっている。第１ベース部材３２の中央部下側に支持部１４が配置されている。

また、第１縦電極棒２９と第１ベース部材３２、及び第２縦電極棒３０と第２ベース部材３３とは、いずれも電気的に接続されている。第２ベース部材３３の両端には、それぞれ円柱状の第１固定部材３４（図４左側）、及び第２固定部材３５（図４右側）が設けられている。また、これら第１、第２固定部材３４，３５の下端には、金属板からなる円盤部材３６が設けられている。

第１、第２固定部材３４，３５のうちの第１固定部材３４は第１ベース部材３２の一端部で受けられ、第２固定部材３５は第１ベース部材３２の中央部で受けられている。これにより第２ベース部材３３が下方から支持されている。両固定部材３４，３５の上部は、第２ベース部材３３に貫通して当該第２ベース部材３３に電気的に接続されている。また、両固定部材３４，３５の下部は、第１ベース部材３２に貫通している。また、両固定部材３４，３５と第１ベース部材３２との間に絶縁部材３７が介装されており、両固定部材３４，３５と第１ベース部材３２とは、互いに絶縁されている。これにより、第１ベース部材３２に繋がる第１縦電極棒２９、第１横電極棒２７と、第２ベース部材３３に繋がる第２縦電極棒３０、第２横電極棒２８とが、互いに絶縁されている。

支持部１４の両側には、電流を供給するための通電機構が設けられている。この通電機構は、第１縦電極棒２９、第１横電極棒２７に電流を供給する第１通電機構３８（図４右側）と、第２縦電極棒３０、第２横電極棒２８に電流を供給する第２通電機構３９（図４左側）とからなる。第１通電機構２８は、第１ベース部材３２の一端部の下側に配置されており、第２通電機構３９は、第１ベース部材３２の他端部の下側に配置されている。

第１通電機構３８の上部には、電気的接続をするための円盤状の第１当接部材４０が設けられており、第２通電機構３９の上部には、電気的接続をするための円柱状の第２当接部材４１が設けられている。第１当接部材４０の上端面４０ａは、第１ベース部材３２の下面に臨んでいる。第２当接部材４１の上端面４１ａは、第１固定部材３４の円盤部材３６の下面に臨んでいる。

第１、第２通電機構３８，３９は、図示しないアクチュエータにより駆動されて上下方向に昇降自在となっている。図４は、両通電機構３８，３９が下降している状態を示している。第１通電機構３８が上昇して第１当接部材４０が第１ベース部材３２に当接すると、当該第１通電機構３８との電気的接続が行われ、当該第１通電機構３８から第１縦電極棒２９、第１横電極棒２７に電流が供給される。第２通電機構３９が上昇して第２当接部材４１が第１固定部材３４の円盤部材３６に当接すると、当該第２通電機構３９との電気的接続が行われ、当該第２通電機構３９から第２縦電極棒３０、第２横電極棒２８に電流が供給される。

第１、第２横電極棒２７，２８には、上部蒸着源８が設けられている。この上部蒸着源８は、両電極棒２７，２８の長手方向に所定間隔をおいて配設された第１〜第６の個別蒸着源８ａ〜８ｆからなる。つまり、真空槽２の中心部と周辺部との間に渡って第１〜第６の個別蒸着源８ａ〜８ｆが配設されている（図１及び図２参照）。各個別蒸着源８ａ〜８ｆは抵抗加熱方式となっており、中央部がバスケット状に巻かれたフィラメント４２が両横電極棒２７，２８間を渡っている。バスケット状部４２ａが材料容器となっており、粒状又はフレーク状等の固体である蒸着材料が当該バスケット状部４２ａに置かれる。従って、第１横電極棒２７と第２横電極棒２８に電圧がかけられ、各フィラメント４２に電流が通ると当該各フィラメント４２が発熱し、各バスケット状部４２ａから溶融した蒸着材料が放出され蒸発される。

第１、第２横電極棒２７，２８には、各個別蒸着源８ａ〜８ｆを長手方向（内外方向）に移動自在とする移動機構４３が設けられている。図６は、図５のＣ−Ｃ線断面図であり、図７は、図６の側面図である。移動機構４３は、図６に示すように両横電極棒２７，２８を内外から挟持する内部材４４と外部材４５とを備えている。内部材４４の上端面４４ａには、ねじ穴４４ｂが形成されている。また、中央部に貫通孔を有する押さえ部材４６が、当該押さえ部材４６と上記上端面４４ａとの間にフィラメント４２の端部を挟んだ状態でねじ４７によって固定されている。

外部材４５には、上下に所定間隔をあけて二つの貫通孔４５ａが形成されており、内部材４４には、当該二つの貫通孔４５ａを貫通したねじ４８が螺合するねじ穴４４ｃが形成されている。各横電極棒２７，２８を内部材４４と外部材４５で挟持した状態で、二つのねじ４８を締め付けると、内部材４４がその箇所で固定される。そして、二つのねじ４８を緩めると、内部材４４及び外部材４５が長手方向にスライド可能となる。これにより、第１〜第６の個別蒸着源８ａ〜８ｆを、真空槽２の中心部と周辺部との間の任意の位置に位置決めすることができる。なお、真空成膜装置１には、基板回転機構６、下部蒸着源７、上部蒸着源８、退避機構１１等の動作を制御するための制御装置１０１が設けられている（図１参照）。

次に、上記真空成膜装置１を用いて基材３に薄膜を成膜する手順を説明する。下部蒸着源７の第１、第２蒸着源７Ａ、７Ｂに各種の蒸着材料を置き、上部蒸着源８の第１〜第６蒸着源８ａ〜８ｆにアルミニウム蒸着材料を置く。真空槽２内を所定の真空度とし、図２の仮想線で示す退避位置２６で第１、第２縦電極棒２９、３０及び第１、第２横電極棒２７，２８を停止させ、第１〜第６蒸着源８ａ〜８ｆを退避させておく。

まず、抵抗加熱方式の第２蒸着源７Ｂから、蒸着材料を基材３に向けて放出し、その薄膜を形成する。第２蒸着源７Ｂの加熱を止め、モータ１５を駆動させて第１、第２縦電極棒２９、３０及び第１、第２横電極棒２７，２８を図２の実線で示す蒸着位置２５まで移動させて、第１〜第６蒸着源８ａ〜８ｆを蒸着位置までもってくる。

第１通電機構３８及び第２通電機構３９を上昇させて電気的接続を行い、当該第１、第２通電機構３８，３９から第１〜第６蒸着源８ａ〜８ｆの各フィラメント４２へ電流を流す。各フィラメント４２は発熱し、各バスケット状部４２ａに置いたアルミニウム蒸着材料を基材３へ向けて放出し、基材３へその薄膜を形成する。

第１通電機構３８及び第２通電機構３９を下降させ、第１〜第６蒸着源８ａ〜８ｆからの蒸着材料の放出を止める。モータ１５を駆動させて、第１、第２横電極棒２７，２８を回動させ退避位置２６まで戻す。次に、電子銃加熱方式の第１蒸着源７Ａから、蒸着材料を基材３に向けて放出し、その薄膜を形成する。この蒸着手順を１サイクルとし、このサイクルを繰り返して基材３上に薄膜を成膜して終了する。

上記本実施形態の真空成膜装置１によれば、アルミニウムを上部蒸着源８から放出させ、他の蒸着材料を通常位置に配置された下部蒸着源７から放出させることができるので、基材３に近い位置から放出されたアルミニウムにより高い反射率を得ることができ、且つ通常の位置から放出された他の蒸着材料で均一性の高い薄膜を得ることができる。

また、下部蒸着源７から蒸着材料が放出されているときに、上部蒸着源８を当該蒸着材料の拡散範囲外に退避させる退避機構１１を備えているので、下部蒸着源７から放出される蒸着材料が上部蒸着源８に干渉しない。これにより薄膜の均一性を向上させることができる。

更に、上部蒸着源８は、真空槽２の中心部と周辺部との間に渡って配置された複数の個別蒸着源８ａ〜８ｆよりなるため、例えば自動車のリフレクタ等の、奥まった形状を有する基材の隅にまで蒸着材料を入り込ませることができ、基材ホルダ４の各所に取り付けられた複数の基材の全てにおいて均一性の高い薄膜を成膜することができる。また、各個別蒸着源８ａ〜８ｆを内外方向に移動自在とする移動機構４３が設けられているので、より複雑な形状の基材に対応させることができる。また、真空槽２内を所定の真空度にしたままで、上部蒸着源８及び下部蒸着源７のどちらからの蒸着材料も放出させることができるので、段取り替えの回数を減らすことができる。これにより、汎用性が格段に向上すると共に、製品の品質を向上させることができ、且つ製造コストを抑えることができる。

なお、上記実施形態は例示であり制限的なものではなく、本発明はあらゆる真空成膜装置に適用することができる。例えば、上部蒸着源の個別蒸着源の数を増減してもよく、上部蒸着源の上方方向の位置を変更してもよい。また、上部蒸着源及び下部蒸着源の加熱方式を変更してもよい。下部蒸着源の数を増減させてもよい。

本発明は、例えば真空成膜装置に適用することができる。

本発明の一実施形態に係る真空成膜装置の縦断面図である。図１の真空成膜装置の横断面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。図２のＢ−Ｂ線断面図である。上部蒸着源が設けられた横電極棒等を示す平面図である。図５のＣ−Ｃ線断面図である。図６の側面図である。

符号の説明

１真空成膜装置
２真空槽
３基材
７下部蒸着源
８上部蒸着源
８ａ〜８ｆ個別蒸着源
１０蒸着空間
１１退避機構
１５モータ（駆動部）
１６スリップ機構
２７第１横電極棒
２８第２横電極棒
２９第１縦電極棒
３０第２縦電極棒
３８第１通電機構
３９第２通電機構
４３移動機構

Claims

減圧可能な真空槽と、この真空槽内の蒸着空間に設けられ蒸発膜が形成される基材を保持する基材ホルダと、前記真空槽内に設けられ前記蒸発膜を形成するための蒸着材料を前記基材に向けて放出する蒸着源と、を備えた真空成膜装置において、
前記蒸着源は、前記真空槽内の蒸着空間の前記基材ホルダの下方に配置された下部蒸着源と、この下部蒸着源よりも前記基材ホルダに近い位置に配置された上部蒸着源と、よりなっている真空成膜装置であって、
前記下部蒸着源から前記蒸着材料が放出されているときに、前記上部蒸着源を当該蒸着材料の拡散範囲外に退避させる退避機構を更に備え、
前記上部蒸着源は、前記真空槽の中心部と周辺部との間に渡って配置された複数の個別蒸着源よりなり、
前記退避機構は、前記複数の個別蒸着源を支持する前記中心部から前記周辺部に渡って延びるアームと、このアームを退避位置まで回動させる駆動部とを備え、前記アームには、前記各個別蒸着源を前記真空槽の内外方向に移動自在とする移動機構が設けられていることを特徴とする真空成膜装置。
前記退避機構は、前記アームに前記駆動部から伝達される駆動力を所定値以下に制限するスリップ機構を更に備えている請求項１に記載の真空成膜装置。