JPH02205684A - 膜を被覆する方法および被覆装置 - 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、建築用や自動車用などの熱線反射ガラスや断
熱ガラスの透明ガラス基体に被覆される膜を構成する光
学膜、とりわけ電気絶縁性を有する膜であっても大面積
のガラス基体に安定して膜を被覆する方法および被覆す
る装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より減圧された真空槽内で基体に膜を被覆する方法
としては、真空蒸着法や反応性スパッタリング法があっ
た。真空蒸着法は、減圧された真空槽内に設置したるつ
ぼに金属酸化物などの原料を入れ、その原料を電気的に
加熱するかあるいは電子線を照射することによって蒸発
させた分子を真空槽内に配置した基体上に付着させる方
法である。

また反応性スパッタリング法は、減圧された真空槽内に
陰極として金属を設置すると共に、この陰極と対向する
位置に基体を設置し、真空槽を陽極として、前記真空槽
内に酸素の如き反応性ガスもしくは反応性ガスと不活性
ガスを導入し、陰極に負の高電圧を印加してグロー放電
を生起させることによりプラズマを形成させ膜を形成す
る方法である。

［発明が解決しようとする課題〕 しかしながら真空蒸着法は、るつぼ中の原料を蒸発させ
るという原理から容易に類推できるように、通常は主と
して小さな面積の基体に被膜を形成するために利用され
る技術であり、建築用、自動車用といった大面積のガラ
ス等の基体に被膜を形成する方法としては、装置の大き
さからの制約があり、均一な膜厚分布を得にくいという
問題がある。また反応性スパッタリング法は陰極として
大面積の金属を利用し得るので、大面積の基体に膜を被
覆する上では制約はないが、金属表面が雰囲気中の酸素
の如き反応性ガスと結合し易いため、前記金属表面が電
気絶縁物の膜で覆われやすく、このため極端にスパッタ
リング速度が低下し、基体上に膜を被覆する速度が極め
て遅くなり、また放電が安定して持続できなくなるとい
う問題点があった。

とりわけシリコン酸化物被膜は、現在実用に供しうる被
膜材料の中で、最も低い屈折率を有する酸化物透明材料
であり、加えて非常に安定な光学特性と非常に優れた耐
候性をも具備している。しかし前述したように、従来技
術の方法では大面積の基体に高速かつ安定してシリコン
酸化物被膜を形成できないという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
あって、真空蒸着法によるものと同等以上の膜の被覆速
度を有し、かつ、反応性スパッタリング法と同様に減圧
された真空槽内で大面積の基体に均一な化合物膜を被覆
する方法およびその装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明にかかる方法は、減圧された雰囲気ガスが調節で
きる真空槽において、該真空槽の内部または壁に該真空
槽とは電気的に絶縁して加速型プラズマ電子ビーム源を
設置し、該電子ビーム源の陰極にアルゴンの如き不活性
ガスを導入し、かつ、陰極に電流を供給して発生する電
子を該電子ビーム源と対向して設置された陽極に引出す
ことにより、該電子ビーム源と該陽極との空間にプラズ
マを発生させ、該プラズマ中に基体上に被覆すべき膜の
成分の少くとも１つを含む原料ガスと反応性ガスとを導
入し、該プラズマ中で反応させ、該プラズマの近傍に設
置された基体表面に化合物膜を被覆する方法である。原
料としては蒸気圧が高く容易に気化できる揮発性化合物
あるいは常温で気体であるものが好んで用いられ、通常
有機金属化合物や水素化物が用いられる。たとえばシリ
コン酸化物の膜を基体に被覆する場合は、モノシランや
ジシランの如きシランガスやアルコキシシランを気化し
て用いることができるが、常温で気体でありかつプラズ
マ中で分解し易（シリコン酸化物の被膜速度が大きいシ
ランガスが好んで用いられる。本発明による方法によれ
ば原料ガスおよび反応ガスを適当に選ぶことによって前
記した酸化物膜のほかに窒化物膜や炭化物の如き化合物
膜を大面積の基体上に被覆することができる。

本発明にかかる加速型電子ビーム源から引出される電子
は数１０ｅＶ〜数１００ｅＶのエネルギーを有している
。第３図は電子エネルギーと気体の電離能率の関係を示
した図で、この図で推察されるように本発明にかかる方
法で発生するプラズマは、原料ガス中の膜、被覆成分お
よび反応ガス分子の電離能率が大きく、低圧力の雰囲気
ガス下で膜の被覆を行うことができ、通常１０−４〜１
Ｏ−２Ｔｏｒｒの圧力範囲に調節される。また導入する
原料ガスを反応性ガスの比率は、所望の膜の特性に応じ
て決められる。たとえば透明な金属酸化物の膜を基体に
被覆する場合は、酸素の導入量と金属を含むガスの導入
量の比率を膜中の金属と酸素の化学量論組成と同じにす
るか、または酸素をより多くする。

電子ビーム源に対向して設置される陽極は真空槽と電気
的に絶縁して設置してもよく、電気的に導通して設置し
てもよい。電気絶縁物の如き膜を基体に被膜する場合は
、プラズマを長時間一定に維持するためには、陽極は真
空槽と電気的に絶縁して設置する方が望ましい。

大面積の基体に膜厚を均一に、かつ、大きい被覆速度で
膜を被覆するには、電子ビーム源と陽極との空間に生起
されるプラズマの形状は、平坦な基体表面よりも大きい
面積を有するシート状であることが好ましく、さらにこ
のシート状のプラズマが膜を被覆すべき基体とほぼ平行
して高密度に閉じ込められていることが好ましい。プラ
ズマをシート状すなわち偏平な形状にするためには、真
空槽の外側または内側に電磁石または永久磁石を設置す
る方法を用いることができる。またシート状に閉じ込め
られたプラズマの両側に基体を配置して、同時に２つの
基体に膜を被覆することもできる。

本発明にかかる基体に膜を被覆する装置は、減圧された
雰囲気ガスが調節できる真空槽と、該真空槽の内部また
は壁に電気的に該真空槽と絶縁されて設置された加速型
プラズマ電子ビーム源と、該電子ビーム源に対向して該
真空槽内または壁に設置された陽極とを有し、さらに該
電子ビーム源と該陽極との間の減圧された雰囲気中に形
成されるプラズマ内にガスを導入する手段と、該プラズ
マ近傍に膜を被覆すべき基体を保持する手段とを有する
装置である。さらに該電子ビーム源と該陽極との間で発
生する該プラズマをシート状に形成するように永久磁石
または電磁石が、真空槽の外壁または内部に設けられる
。最適の磁場強度をもった永久磁石およびその配置を選
ぶことにより、または電磁石に印加する電力を調整する
ことにより、シート状の形に閉じ込められたプラズマを
形成することができる。基体を保持する手段としては、
基体を固定して保持してもよく、膜を被膜中に基体をシ
ート状のプラズマと平行に移動させる手段であってもよ
い。

〔作　用〕

本発明にかかる加速型電子ビーム源は、真空槽内にプラ
ズマを発生させるのに必要な電子を供給する。本発明の
プラズマは、プラズマ中の電子の被覆成分および反応性
ガスに対する電離能率が大きいので、低圧力で高密度の
プラズマとなり、膜の被覆速度を大ならしめる。真空槽
内または壁に設けられた磁石は、プラズマをシート状に
閉じ込めて形成させ、該シート状のプラズマにより、該
プラズマに平行に配置された基体に、膜厚の均一性が良
い被覆をおこなうことができる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は本発明を実施するために用いた真空装置の概略
断面図で、第２図はシート状プラズマと膜を被覆すべき
基体との位置関係を示す図である。

第１図において、真空槽１の槽内は真空ポンプ（図示せ
ず）により排気口１９から真空排気される。真空槽１の
上部には、不活性ガスを導入するためのＴａ製のバイブ
１１とＬａＢ、製の陰極板１２が一体になった複合電極
２、電極１３、電子ビーム加速電極３、および原料ガス
導入管４とからなる加速型プラズマ電子ビーム源５が電
気絶縁材１４を介して設置されている。複合陰極２、電
子ビーム加速電極３、電極１３は互に電気絶縁材１４に
より電気的に絶縁されており、電極１３には電源１５か
ら抵抗１６を介して負電圧が印加される。

印加された電力により陰極板１２は加熱され、熱電子が
放出される。この電子は抵抗１７．１８によりバイアス
電圧が印加された電子ビーム加速電極３により真空槽ｌ
内に引き出され、陽極６との間で大電流、高密度のプラ
ズマが形成される。このプラズマは、加速型プラズマ電
子ビーム源５と陽極６との間の真空槽１の外部に配置さ
れたマグネット８により、シート状のプラズマ７が形成
される。さらに真空槽１には反応ガス導入管９が取付け
られており、導入管９から酸素の如き反応ガスを導入す
ることができる。被覆されるべき基体１０は基体ホルダ
２０によりシート状プラズマ７に対して平行となるよう
に配置される。

前記した真空装置を用いた本発明の実施例を以下に具体
的に述べる。

実施例１ 真空槽１内を５　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒの圧力に排気し
た後、複合陰極２の↑ａバイブ１１から、キャリアガス
としてＡｒを導入し、加速型プラズマ電子ビーム源５内
部の圧力が約Ｉ　Ｔｏｒｒとなるように調節した。

この状態で複合陰極２に２０Ａの電流を供給し、陰極を
加熱することにより５０Ａ／ａの大電流を取り出し、陽
極６との間でプラズマを生起させた。

この時のプラズマ７は、マグネット８によって、巾３０
　ｃｍｓ高さ１００ｃｍの大きさのシート状であった。

次に、原料ガス導入管４から原料ガスとして５ｉＨａガ
スを、反応ガス導入管９から酸素ガスを流量比１：１０
の割合で導入した。この時の真空槽１内の圧力は、３　
Ｘ　１０−３Ｔｏｒｒであった。このようにして、原料
ガスと反応ガスを１２０秒間導入し続け、１辺が３０ｃ
ｍのガラス基体１０上にシリコン酸化物被膜を形成させ
た後、ガス導入を停止し放電を終了させた。被覆中の放
電状態は、非常に安定であった。真空槽ｌ内を大気圧に
戻した後、真空槽１を開き被覆されたガラス基体１０を
取り出した。表面粗さ計によりシリコン酸化物被膜の厚
みを測定したところ約９５０人であった。

また、膜厚分布は３０Ｃ１１角の基板内で±２．０％以
内におさまっていた。

実施例２ 第２図に示すように、２つの３０ｃｍ角のガラス基板１
０をシート状プラズマ７の両側にプラズマと平行となる
ように配置し、実施例１と同じ手順で２つのガラス基体
１０上に、シリコン酸化物被膜を形成した。ガラス基体
１０をシート状プラズマ７の両側に配置した場合におい
ても放電は非常に安定であった。真空槽１内を大気圧に
戻した後、被覆されたガラス基体１０を取り出し、表面
粗さ計によりシリコン酸化物被膜の厚みを測定した。

その結果、一方のガラス基体上で約９３０人、他方のガ
ラス基体上で約９４０人のほぼ同じ厚みの透明なシリコ
ン酸化物被膜が得られることが判明した。また膜厚分布
は双方のガラス基体共、基体内で±２．０％以内におさ
まっていた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、膜厚分布がよい膜を高速で、かつ、大
面積の基体に被覆することができる。このため建築用や
自動車用の窓ガラスとして必要な熱線反射膜付きガラス
や断熱機能膜付きガラスの膜の被覆を能率よ〈実施する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに用いた装置の概略断面図
、第２図はシート状プラズマと膜を被覆すべき基体との
位置関係を示す図、第３図は電子エネルギーと電離能率
の関係を示す図である。 １・・・真空槽、２・・・複合電極、５・・・加速型プ
ラズマ電子ビーム源、６・・・陽極、７・・・シート状
プラズマ、８・・・マグネット、１０・・・基体、２０
・・・基体ホルダ。 第 ■ 図 第 図 電子時ルゼペｅＶ１ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）減圧された雰囲気ガスが調節できる真空槽を用いて
   基体に膜を被覆する方法において、該真空槽に該真空槽
   とは電気的に絶縁して加速型プラズマ電子ビーム源を設
   置し、該電子ビーム源に対向した位置に陽極を設置し、
   該電子ビーム源内で発生させた電子を、真空槽内に引出
   して、該電子ビーム源と該陽極との空間にプラズマを形
   成させ、該プラズマ中に基体に被覆すべき膜の成分の少
   くとも１つを含む原料ガスと反応性ガスとを導入し、該
   プラズマ近傍の該真空槽内に設置した基体に化合物膜を
   被覆する方法。 ２）該プラズマの形状がシート状であって、該プラズマ
   とほぼ平行に基体を真空槽内に配置する特許請求範囲第
   １項記載の方法。 ３）該膜が可視域で透明な酸化物の膜である特許請求範
   囲第１項または第２項記載の方法。 ４）該原料ガスが有機珪素化合物を含むガスで、該反応
   ガスが酸素であって、該酸化物がシリコン酸化物である
   特許請求範囲第１項乃至第３項のいずれかの項記載の方
   法。 ５）減圧された雰囲気ガスが調節できる真空槽と、該真
   空槽に電気的に絶縁されて設置された加速型プラズマ電
   子ビーム源と、該電子ビーム源に対向して該真空槽内ま
   たは壁に設置された陽極と、該電子ビーム源と該陽極と
   の間に形成されるプラズマ内に原料ガスと反応性ガスを
   導入する手段と、該プラズマの近傍に膜を被覆すべき基
   体を保持する手段とを有する基体に膜を被覆する装置。 ６）該プラズマが該電子ビーム源と該陽極との間で、シ
   ート状に形成するように磁石が設けられた特許請求範囲
   第５項記載の装置。