JP2003193221A

JP2003193221A - 真空蒸着膜の形成方法

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Publication number: JP2003193221A
Application number: JP2001390369A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takigawa; 浩史滝川; Tomonori Kubo; 智範久保; Toshio Miwa; 俊夫三輪
Original assignee: Itoh Optical Industrial Co Ltd
Current assignee: Itoh Optical Industrial Co Ltd
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】電子ビーム蒸着法において、合成樹脂基板上
に従来に比して、密着性の良好な真空蒸着膜を形成する
ことができる方法を提供すること。【構成】真空チャンバー１２内で蒸発源に電子ビーム
を投入（入射）させて、合成樹脂基板２８の上に真空蒸
着膜を形成する方法。ハース１４の上方近傍に正のバイ
アス電圧を印加した電子捕獲箱３０を配して、電子ビー
ムの反射電子の合成樹脂基板に対する到達量を低減させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、真空チャンバー内で蒸発源に電
子ビームを投入（入射）させて、合成樹脂基板上に真空
蒸着膜を形成する方法に関する。特に、有機ガラス等の
合成樹脂基板上に無機多層膜構成の光学薄膜を有する光
学要素を製造するのに好適な方法に関する。

【０００２】ここでは、光学要素を例にとり説明する
が、本発明の適用分野は、光学要素に限られるものでは
なく、種々の真空蒸着膜適用製品、例えば、半導体、液
晶、自動車パネルメータ等、さまざまな分野に適用でき
るものである。

【０００３】

【背景技術】光学要素における合成樹脂基板への光学薄
膜の作成は、通常、真空蒸着法、イオンプレーティン
グ、スパッタリング等、各種物理蒸着（ＰＶＤ）法にて
行っている。

【０００４】生産効率及び光学特性の再現性・制御性の
面から、真空チャンバー内で蒸発源に電子ビームを投入
（入射）させて蒸着膜（光学薄膜）を形成（成膜）させ
る、電子銃蒸発源を使用する真空蒸着法（以下「電子ビ
ーム蒸着法」という。）が広く普及している。

【０００５】しかし、この電子ビーム蒸着法は、合成樹
脂基板への光学薄膜は密着性が悪い。特に、有機ガラス
（プラスチックレンズ）の代表的材料であるポリメチル
メタクリレート（ＰＭＭＡ）に対してはセロハンテープ
（粘着テープ）による剥離試験で簡単に剥がれてしまう
ほど密着力が弱い。

【０００６】他方、抵抗蒸発源を用いた真空蒸着法（以
下「抵抗加熱蒸着法」という。）で合成樹脂基板上へ光
学薄膜を成膜すると、電子ビーム蒸着法より密着性の良
い膜が得られることは公知である（特開昭５１−５０７
４８号等参照）。

【０００７】なお、真空蒸着工程の前処理として有機コ
ーティング材料をディッピングやスピンコーティングで
塗布するハードコーティング処理は広く行われており、
電子ビーム蒸着法による光学薄膜の密着性を高めること
ができる。

【０００８】しかし、抵抗加熱蒸着法は、Ｗ・Ｍｏ等の
金属ボートの交換が定期的に必要で生産効率が悪く、ま
た膜質の制御・蒸着速度に関して不安定といった問題点
がある。また真空蒸着工程の前処理として有機コーティ
ング材料をディッピングやスピンコーティング等で塗布
するハードコーティング処理では均一な膜厚の塗膜を得
ることが困難である。このため、高い面精度が要求され
る光学レンズや液晶の前後に組みつけられる導光板、ま
た複雑な形状をしている基板に対しては適用することは
できなかった。

【０００９】

【発明の開示】本発明は上記にかんがみて、電子ビーム
蒸着法において、合成樹脂基板上に従来に比して、密着
性の良好な真空蒸着膜を形成することができる方法を提
供することを目的とする。

【００１０】本発明に係る真空蒸着膜の形成方法は、上
記目的を下記構成により解決するものである。

【００１１】真空チャンバー内で蒸発源に電子ビームを
投入（入射）させて、合成樹脂基板上に真空蒸着膜を形
成する方法において、前記電子ビームの反射電子の合成
樹脂基板へ到達量を低減させるようにしたことを特徴と
する。

【００１２】即ち、反射電子の到達量を低減させること
により、後述の試験例で示す如く、基板上における薄膜
の密着性が、後述の実施例・比較例に示す如く増大す
る。

【００１３】具体的には、蒸発源近くに底壁と下方開口
の箱本体とからなる電子捕獲箱を配設し、箱本体と底壁
は真空蒸着室内で絶縁させた状態で正のバイアス電圧を
印加することにより、反射電子の到達量を低減させる。
通常、電子捕獲箱の底壁を、ハースカバーで形成するこ
とにより行う。

【００１４】そして、電子捕獲箱にさらに磁石を配して
反射電子を磁界により捕獲効率の高い方向へ偏向させる
ことが、反射電子の合成樹脂基板に対する到達量の低減
効率を増大させることができる。

【００１５】そして、上記各構成において、下記各構成
を1種又は２種以上組み合わせてさらに付加することに
より、反射電子の合成樹脂基板に対する到達量の低減効
率をさらに増大させることができる。

【００１６】ドームの下方に合成樹脂基板に向かう蒸発
粒子の通過を実質的に阻害しない開口を有するバイアス
電極をさらに配し、該バイアス電極に正または負のバイ
アス電圧を印加する構成としてもよい。これにより、正
又は負のバイアス電圧の印加により、それぞれ、電子捕
獲箱で捕獲できなかった反射電子がクーロン力（引力又
は斥力）により捕獲され又は跳ね返される。

【００１７】ドームに負のバイアス電圧を印加する構成
を付加してもよい。ドームに負のバイアス電圧を印加す
ることにより、基板まで到達した反射電子がクーロン力
（斥力）により跳ね返される。反射電子の合成樹脂基板
に対する到達量の低減効率をさらに増大させることがで
きる。

【００１８】上記各構成において、合成樹脂基板に対し
て、前処理として、さらにプラズマ処理を行うことが、
後述の試験例で示す如く、真空蒸着膜の合成樹脂基板に
対する密着性がさらに増大する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の真空蒸着膜の形成
方法について、具体的に説明をする。

【００２０】図１は本発明の真空蒸着膜の形成方法で使
用する真空蒸着装置の一例を示すモデル断面図であり、
図２は２−２線端面図を示す。

【００２１】真空チャンバー１２内に、チャンバー底壁
１２ａ側からチャンバー天井壁１２ｂに向かって、即
ち、下方から上方に向かって、ハ−ス（hearth：蒸着材
供給テーブル）１４、ハ−スカバー（反射電子遮蔽板）
１６及びドーム（基板取付け部材）２２が配設されてい
る。さらに、ハ−ス加熱部位（蒸発源配設部位）１４ａ
の斜め下方には、電子ビームを発生する電子銃２４が配
され、電子銃近傍に配された磁石２４ｂにより、電子ビ
ームが偏向されて蒸発源２６に投入（入射）するように
なっている。すなわち、蒸発源用の電子ビームは、電子
銃２４のフィラメント２４ａから発せられ、電子銃２４
に付属した偏向磁石２４ｂにより蒸着源２６に向かうよ
うに制御される。ドーム２２に対する合成樹脂基板２８
の取付けは基板ホルダー治具（図示せず）を用いて行
う。

【００２２】そして、本実施形態では、ハースカバー１
６の上に下方開口の箱本体１７が配されて、真空チャン
バー底壁１２ａの上に絶縁リング１５を介して、箱本体
１７とハースカバー１６とが蒸着室１２内で絶縁されて
いる。そして箱本体１７とハースカバー天井壁１６ｂと
で電子捕獲箱３０が形成されている。この電子捕獲箱３
０には、アースされた第一直流電源３２が接続されて５
００Ｖ以下のバイアス電圧を常に印加可能となってい
る。また、図２に示す如くハースカバー１６上に円形の
蒸着粒子通過穴１６ａの周縁に沿って、反射電子捕獲用
磁石（群）２５が配され、磁界により電子を捕獲効率の
高い方向へ偏向可能とされている。すなわち、図２で示
すこの反射電子捕獲用磁石群２５ａ、２５ａ・・・は、
反射電子のみに作用するように配置及び磁力を選定す
る。

【００２３】また、電子捕獲箱３０の上方には、ＲＦア
ンテナ１８が配され、合成樹脂基板２８をプラズマによ
り前処理（エッチング）して蒸着粒子の密着性を増大可
能とされている。このＲＦアンテナ１８のドーム２２と
の距離は、ＲＦプラズマの出力によるが、通常、１００
〜１０００ｍｍとする。ＲＦアンテナ１８はＲＦプラズ
マ発生器１９と接続されている。

【００２４】さらに、ＲＦアンテナ１８の上方でドーム
２２の直下には、金網状のバイアス電極２０が配されて
いる。このバイアス電極２０のドーム２２との距離は、
バイアス電圧の強さにもよるが、通常、１０〜１００ｍ
ｍとする。正の電極を印加して電子を捕獲するためであ
る。負の電極を印加すれば逆に電子を跳ね返し電子の基
板への到達量を低減させることができる。このバイアス
電極２０には、アースされた第二直流電源３４が接続さ
れて１００Ｖ以下の正又は負のバイアス電圧（図例では
正）を常に印加可能となっている。望ましいバイアス電
圧は、３０〜１００Ｖであり、密着性の見地からは高い
方がのぞましい。

【００２５】また、ドーム２２にも、アースされた第三
直流電源３６が接続されて負のバイアス電圧を常に印加
可能となっている。これにより、ドーム２２に向かって
くる電子を跳ね返し、結果的に、合成樹脂基板２８に対
する電子到達量を低減させることができる。このとき、
負のバイアス電圧は、−３０Ｖから−１００Ｖとする。
この場合も密着性の見地から高い方が望ましい。

【００２６】ここでは電源として直流電源を用いている
が、その他、直流パルス電源、ＲＦ電源についても電子
捕獲箱（電源３２）、金網状バイアス電極（電源３
４）、ドーム（電源３６）へのバイアス印加が可能であ
る。

【００２７】電子捕獲箱３０及び金網状バイアス電極２
０に正のバイアス電圧を印加する場合の電源３２、３４
においては、直流電源、直流パルス電源、ＲＦ電源の順
に望ましい。それらの順に、反射電子を捕獲するために
必要な保持時間を確保し易いためである。

【００２８】金網状バイアス電極２０に負のバイアス電
圧を印加する場合の電源３４においては、直流電源、直
流パルス電源、ＲＦ電源のいずれも、金網自体が負に帯
電するため、同程度の反射電子を跳ね返すための効果が
得られる。

【００２９】ドーム２２に負のバイアス電圧を印加する
場合の電源３６においては、直流電源が簡便であるが、
直流パルス電源、ＲＦ電源の方が、合成樹脂基板の表面
に負の電荷が誘起され易いため、同程度の反射電子を跳
ね返す効果が得やすい。

【００３０】また、当然、各第一・第二・第三の各直流
電源３２、３４、３６とそれぞれ電子捕獲箱３０、バイ
アス電極２０及びドーム２２とを接続する各第一・第二
・第三導線３３、３５、３７は、真空チャンバー１２通
過部位において絶縁接続端子３８、３８、３８を介して
接続されている。同様に、ＲＦプラズマ発生器１９とＲ
Ｆアンテナ１８とのＲＦ導線２１も、真空チャンバー１
２通過部位において絶縁接続端子３８を介して接続され
ている。

【００３１】上記構成の真空蒸着装置において、電子捕
獲箱３０の箱本体１７に対するバイアス電圧の印加及び
電子捕獲箱３０内の反射電子捕獲用磁石（群）２５以外
は必須ではない。

【００３２】即ち、合成樹脂基板上での反射電子が１０
０μＡ／ｃｍ²以下、好ましくは１０μＡ／ｃｍ²以下、
更に好ましくは限りなく０μＡ／ｃｍ²に制御すること
で、無機光学薄膜の密着が従来よりも向上する事実を見
出した。本発明は、蒸発源近くに設置した電子捕獲箱
（電子トラップ）３０を用いて、バイアス電圧＋５００
Ｖ以下とした。電子トラップにバイアス電圧を与えるこ
とで電子銃により蒸発源を加熱させる際に発生する反射
電子を引き込むことができる。また電子銃付近に、すな
わち、電子捕獲箱の底壁であるハースカバー１６上に磁
石２５を置くことでチャンバー１２内を基板２８に向か
って上方へ進む反射電子を巻き込むことができ、トラッ
プ効率が向上する。

【００３３】この方法で基板上の反射電子密度を測定し
た結果、２００μＡ／ｃｍ²以上から０μＡ／ｃｍ²まで
に抑制することができた。これは、電子銃投入電流値に
対して９０〜１００％の反射電子をトラップしたことに
なる。

【００３４】更に、蒸発前処理として、プラズマ処理に
よる前処理を行うことにより更に密着力を高めることが
できる。プラズマとしては、通常、ＲＦプラズマを使用
するが、直流プラズマ、パルスプラズマ等のＲＦプラズ
マ以外でも同様の効果を期待できる。

【００３５】ＲＦプラズマの場合、制御圧力１．０×１
０^-5〜１．０×１０^-3Torr（1.３３３×１０^-3〜1.３３
３×１０^-1Ｐａ）、出力５０〜１０００Ｗ、処理時間１
〜１５min、導入ガスはＡｒ等不活性ガス及びＯ₂等活性
ガスの条件で処理を行う。これにより合成樹脂基板表面
上で化学的、物理的性質が改質され、従来よりも無機光
学薄膜の密着を高めることができる。詳しくは例えばＰ
ＭＭＡでは導入ガスＮ ₂についてはＰＭＭＡ中にＣ−Ｎ
結合をもたらすように化学的に表面改質が進行し、物理
的には表面に微細な凹凸構造とし基材と無機物との接触
面積が増加することで密着性が向上する。

【００３６】なお、合成樹脂基板２０の成形材料は、Ｐ
ＭＭＡ等のアクリル系に限られず、下記ポリエステル系
樹脂、塩化ビニル系樹脂、ふっ素系樹脂、スチレン系樹
脂、オレフィン系樹脂、セルロース系樹脂さらにはウレ
タン系樹脂等、プラズマによりエッチング効果が得られ
るものなら特に限定されない。

【００３７】ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶ
Ｃ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ
エチレンナフタレート（ＰＥＮ）、アクリロニトリルブ
タジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリエチレン
（ＰＥ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等又、光
学薄膜の構造は、通常、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、
ＨｆＯ₂、ＳｉＯ₂及びＭｇＦ₂の群から選択される金属
酸化物の１種又は2種以上からなるものとする。

【００３８】以下、本発明を実施例・比較例に基づい
て、さらに、詳細に説明をする。

【００３９】いずれの実施例・比較例共に、真空蒸着膜
の形成は、下記仕様の電子ビーム蒸着装置を用いた。

【００４０】蒸着機：「ＢＭＣ１０５０−ＣＰ」シンク
ロン社製電子銃：出力０．６〜１．５ｋＷ（最大出力３ｋＷ）そして、同一材からなるＰＭＭＡ基板（三菱レーヨン社
製「アクリペット」の射出成形品：３０ｍｍφ×２ｍｍ
ｔ）をドーム２２の各Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄの各ゾーン上に図
３に示す如く取付けた。そして、下記４層構造（実施例
・比較例１）および５層構造（実施例・比較例２）にお
ける各層を、順に且つ、下記条件で真空蒸着（成膜）し
ての反射防止膜を形成した。

【００４１】＜４層構造＞第１層・・・ＺｒＯ₂（膜厚：２２．５ｎｍ）、ＥＢ条件：２５０ｍＡ、加速電圧：６ｋＶ第２層・・・ＳｉＯ₂（膜厚：３０．０ｎｍ）、ＥＢ条件：１００ｍＡ、加速電圧：６ｋＶ第３層・・・ＺｒＯ₂（膜厚：７８．５ｎｍ）、ＥＢ条件：２５０ｍＡ、加速電圧：６ｋＶ第４層・・・ＳｉＯ₂（膜厚：９２．５ｎｍ）、ＥＢ条件：１００ｍＡ、加速電圧：６ｋＶ＜５層構造＞第１層・・・ＳｉＯ₂（膜厚：４１．０ｎｍ）、ＥＢ条件：１００ｍＡ、加速電圧：６ｋＶ第２層・・・ＺｒＯ₂（膜厚：２３．５ｎｍ）、ＥＢ条件：２５０ｍＡ、加速電圧：６ｋＶ第３層・・・ＳｉＯ₂（膜厚：３２．０ｎｍ）、ＥＢ条件：１００ｍＡ、加速電圧：６ｋＶ第４層・・・ＺｒＯ₂（膜厚：７５．０ｎｍ）、ＥＢ条件：２５０ｍＡ、加速電圧：６ｋＶ第５層・・・ＳｉＯ₂ （膜厚：９３．０ｎｍ）、ＥＢ条件：１００ｍＡ、加速電圧：６ｋＶ＜実施例１＞複数の基板を前記の如く蒸着ドームにセッ
トし、真空ポンプにより３×１０^-5torrまで排気する。

【００４２】次に蒸着前処理として、酸素（Ｏ₂）を２
×１０^-4Ｔorrの圧力になるまで導入し、ＲＦ３００Ｗ
のプラズマ雰囲気に晒す処理を、無し、１分、５分、１
０分、１５分の５条件で行った。その後上記構成の反射
防止膜を真空蒸着により形成した。

【００４３】真空蒸着の際、電子捕獲箱の箱本体１７に
１００Ｖの正のバイアス電圧を蒸着直前から蒸着終了に
至るまでの間かけ続けた。また、反射電子トラップ効率
を高めるため、図２に示す如く複数個の反射電子捕獲用
磁石要素２５ａを配置した。磁石要素は、出力６７ｍＴ
のフェライト磁石（４０×２５×１０ｍｍ）を用いた。

【００４４】＜比較例１＞実施例１において、反射防止
膜の形成のための真空蒸着を、箱本体１７にバイアス電
圧をかけず、且つ、磁石２５を設けずに行った。

【００４５】＜実施例２＞実施例１において、反射防止
膜の構造を５層構造としたものである。

【００４６】＜比較例２＞実施例２において、反射防止
膜の形成のための真空蒸着を、箱本体１７にバイアス電
圧をかけず、且つ、磁石２５を設けずに行った。

【００４７】＜密着性評価試験＞上記実施例・比較例の
光学薄膜についてテープ剥離評価試験により成膜密着性
評価を行った。評価方法は、ニチバン製セロハンテープ
を１５ｍｍの長さで蒸着膜面上に貼り、素早く垂直に引
き剥がすことを１０回行って、下記基準により評価し
た。

【００４８】 ◎：１０回目まで剥がれなし、 ○：６回目以降一部剥がれ、 △：１回目以降一部剥がれ、 ×：１回目全面剥がれそれらの結果を、表１（実施例１）、表２（比較例
１）、表３（実施例１）、表４（比較例２）に示す。

【００４９】実施例１・２では、プラズマ前処理を行っ
た場合は、勿論、プラズマ前処理を行わなくてもある程
度の密着性を示すことが分かる（前処理時間が極端に短
い：１分の場合より良好である。）。それに対して、比
較例１・２では、安定した密着性を得難いことが分か
る。

【００５０】上記から本発明において、プラズマ前処理
する場合は、出力にもよるが、７〜１３分、特に、約１
０分が望ましいことが分かる。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】

【表３】

【００５４】

【表４】

【００５５】＜外観評価試験＞上記実施例・比較例の光
学薄膜について、外観評価を行った。なお、評価基準
は、目視により下記基準により評価をした。

【００５６】ＯＫ：クラックなし、クラック：クラック
ありそれらの結果を、表５（実施例１）、表６（比較例
１）、表７（実施例１）、表８（比較例２）に示す。

【００５７】実施例１・２では、プラズマ前処理を行っ
た場合は、勿論、プラズマ前処理の有無に関係なくクラ
ックが発生しなかったのに対し、４層構造の比較例１で
は、前処理時間が短い（１・５分）と、ほとんどのゾー
ンにおいてクラックが発生した。５層構造の比較例２で
は、前処理時間が短い（１分）又は長い（１０分、１５
分）と、クラックが発生しやすいことが分かる。

【００５８】

【表５】

【００５９】

【表６】

【００６０】

【表７】

【００６１】

【表８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空蒸着膜の形成方法で使用する真空
蒸着装置の一例を示すモデル断面図

【図２】図１の２−２線端面図

【図３】実施例・比較例における基板の配置状態を示す
断面図と平面図

【符号の説明】

１２真空チャンバー１６ハースカバー１７電子捕獲箱本体１８ＲＦアンテナ１９ＲＦプラズマ発生器２０金網状バイアス電極２２ドーム（基板取付け部材）２４電子銃２５磁石２５ａ磁石要素２８合成樹脂基板３０電子捕獲箱

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三輪俊夫愛知県蒲郡市宮成町３−19 伊藤光学工業株式会社内Ｆターム(参考） 2K009 BB11 CC03 DD03 DD04 DD09 4K029 AA11 AA24 BA01 BA16 BA17 BA35 BA43 BD09 CA01 DB21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空チャンバー内で蒸発源に電子ビーム
を投入（入射）させて、合成樹脂基板上に真空蒸着膜を
形成する方法において、前記電子ビームの反射電子の前記合成樹脂基板に対する
到達量を低減させるようにしたことを特徴とする真空蒸
着膜の形成方法。
【請求項２】蒸発源近くに底壁と下方開口の箱本体と
からなる電子捕獲箱を配設し、前記箱体と前記底壁を真
空蒸着室内で絶縁させた状態で正のバイアス電圧を印加
することを特徴とする請求項１記載の真空蒸着膜の形成
方法。
【請求項３】前記電子捕獲箱の底壁をハースカバーで
形成することを特徴とする請求項２記載の真空蒸着膜の
形成方法。
【請求項４】前記電子捕獲箱内にさらに磁石を配して
反射電子を磁界により捕獲効率の高い方向へ偏向させる
ことを特徴とする請求項２又は３記載の真空蒸着膜の形
成方法。
【請求項５】ドーム（基板取付け部材）の下方に前記
合成樹脂基板に向かう蒸発粒子の通過を実質的に阻害し
ない開口を有するバイアス電極を配し、該バイアス電極
に正又は負のバイアス電圧を印加することを特徴とする
請求項２記載の真空蒸着膜の形成方法。
【請求項６】前記ドームに負のバイアス電圧を印加す
ることを特徴とする請求項２記載の真空蒸着膜の形成方
法。
【請求項７】前記合成樹脂基板に対して、前処理とし
て、さらにプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項
１、２、３、４、５又は６記載の真空蒸着膜の形成方
法。
【請求項８】前記合成樹脂基板として有機光学基材を
使用し、蒸発源を1種又は２種以上の金属酸化物あるい
は金属単体とし反応ガスとして酸素を導入することによ
り金属酸化物からなる光学薄膜を形成することを特徴と
する請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の真空蒸
着膜の形成方法。