JP2006111952A

JP2006111952A - 成膜装置

Info

Publication number: JP2006111952A
Application number: JP2004303054A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Oki; 保宜大木
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】より小型な構成でワークの姿勢を変化させること。
【解決手段】真空槽２内で基板Ｐの表面に成膜を行うものであって、自転運動する自転車１１と、基板Ｐを保持する基板保持部１２と、該基板保持部１２を自転車１１に連動可能に連結する連結部材１３とを有する自転機構３と、該自転機構３を揺動可能に支持する支持機構４と、自転車１１と接触する案内面を有する案内部材５とを備え、連結部材１３が、自転車１１が案内面に接触しうる所定の２点からの距離が異なる点で、自転車１１に連結されている成膜装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空槽内で基板表面に膜を成膜する成膜装置に関するものである。

従来、真空槽内で基板表面に膜を成膜する装置の中には、真空槽内に回転軸を配置し、回転軸の片端に摩擦車を設けると共に他端に被蒸着ワークを取り付け、摩擦車を真空槽内の円形走路上を走行させることで、回転軸を摩擦車の走行方向に公転させ、同時に回転軸が回転することから他端に取り付けられた被蒸着ワークが自転公転するようにしたものがあった。
しかし、被蒸着ワークが球状等で蒸発源に対するワークの姿勢が一定の場合、蒸着物質の入射角度が同一ワーク内で異なるため、均一な膜厚分布が得られないという問題があった。

そのような課題を解決するために、摩擦車が走行する走路を凹凸状の連続曲線からなる高低差をもつ環状走路とすることで、蒸発源に対するワークの姿勢を変化させ、均一な成膜を可能とする技術が特許文献１に記載されている。
特開平１０−２８７９７６号公報

しかしながら、被蒸着ワークの曲率が大きくなると、蒸発源に対するワークの姿勢をより大幅に変化させる必要がある。この場合、上記特許文献１記載の従来の装置では、摩擦車が走行する凹凸の変化をより大きくせねばならない。従って、環状走路を大型化、ひいては真空槽や装置全体をも大型化する必要性があった。

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、より小型な構成でワークの姿勢を変化させることができる成膜装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
請求項１に係る発明は、真空槽内で基板表面に成膜を行う成膜装置であって、自転運動する自転車と、前記基板を保持する基板保持部と、該基板保持部を自転車に連動可能に連結する連結部材とを有する自転機構と、該自転機構を揺動可能に支持する支持機構と、前記自転車と接触する案内面を有する案内部材とを備え、前記連結部材が、前記自転車が前記案内面に接触しうる所定の２点からの距離が異なる点で、自転車に連結されている成膜装置を提供する。

この発明に係る成膜装置においては、連結部材が、自転車が案内面に接触しうる所定の２点からの距離が異なる点で自転車に連結しているので、自転車の自転に伴って、連結部材と自転車との連結点と、自転車と案内面との接触点との距離が変化する。また、自転機構は、支持機構により支持されているので、連結部材は上記距離が変化すると、支持機構による支持部（支持ポイント）を支点として揺動運動する。
これにより、基板保持部には、支持部（支持ポイント）を支点とした揺動運動が発生する。従って、基板保持部に保持された基板（ワーク）にも支持部（支持ポイント）を支点とした揺動運動をさせることができる。よって、小型な構成で基板の姿勢を変化させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項1記載の成膜装置において、前記自転車が、円又は楕円である成膜装置を提供する。
この発明に係る成膜装置においては、自転車が円又は楕円であるので、自転車を案内面と接触した状態で自転運動させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２記載の成膜装置において、前記所定の２点からの距離が異なる点が、前記円又は楕円の中心から偏心した点である成膜装置を提供する。
この発明に係る成膜装置においては、連結部材を円形又は楕円の自転車の中心から偏心した位置に取り付けることで、自転車が案内面に接触しうる所定の２点からの距離が異なる点で連結部材を自転車に連結することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１記載の成膜装置において、前記自転機構を、前記真空槽内において所定の軸を中心に公転運動させる公転機構を備えている成膜装置を提供する。
この発明に係る成膜装置においては、公転機構による公転運動をさらに加えることができるので、真空槽内において基板に、より複雑な運動を行わせることができる。

請求項５に係る発明は、請求項１記載の成膜装置において、前記案内面が、平面である成膜装置を提供する。
この発明に係る成膜装置においては、案内面が平面であるので、自転車が同一平面上を回転する。

本発明に係る成膜装置によれば、基板保持部に保持された基板（ワーク）に支持部（支持ポイント）を支点とした揺動運動をさせることができるので、より小型な構成で基板の姿勢を変化させることができる。

以下、本発明に係る成膜装置の第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態の成膜装置１は、図１に示すように、真空槽２内で基板Ｐの表面に成膜を行うものであって、自転機構３と、該自転機構３を揺動可能に支持する支持アーム（支持機構）４と、後述する自転車１１と接触する案内面を有する案内部材５とを備えている。

上記真空槽２内には、膜材料１０、上記自転機構３及び上記案内部材５が配置されている。自転機構３は、支持ポイント（支持部）である点Ａにおいて上記支持アーム４に揺動運動可能に支持されている。
また、自転機構３は、図２に示すように、自転運動可能な自転車１１と、成膜対象物である基板Ｐを保持する基板保持部１２と、該基板保持部１２を自転車１１に運動可能に連結している連結部材１３とから構成されている。

上記案内部材５は、図１に示すように、真空槽２内に固定され、自転車１１と接触する案内面を有している。このとき、自転機構３の重心と点Ａとの相対位置関係によっては、自転車１１を案内部材５に押圧する押圧手段が必要になる場合があるが、ここでは仮に相対位置関係が適切であるとして説明を省略する。

更に、連結部材１３は、自転車１１が案内部材５の案内面に接触しうる部分のうち、所定の２点からの距離が異なる点Ｌで、自転車１１に連結している。
即ち、自転車１１の自転により、自転車１１と案内面との接触点から、自転車１１と連結部材１３との連結点である連結点Ｌへの距離が変動するように構成されている。この連結点Ｌは、次のように設定することができる。例えば、自転車１１が円形である場合は、図３に示すように、自転車１１の中心を避けて（中心から偏心させて）連結点Ｌを設定する。このように構成することにより、自転車１１が案内部材５の案内面に接触しうる部分のうち所定の２点（Ｍ、Ｎ）から連結点Ｌへの距離が異なることになる。

こうように構成された成膜装置１により、基板Ｐに成膜を行う場合について以下に説明する。
まず、基板保持部１２に成膜対象物となる基板Ｐを取り付ける。ここで、基板Ｐの例としては、図４に示すように、例えば、（ａ）方形平板、（ｂ）円形平板、（ｃ）凸面基板、（ｄ）凹面基板、（ｅ）角柱等があるが、これらに限定されるものではない。
次に、真空槽２を密閉し、図示しないポンプ等の手段を用いて所定の圧力まで真空槽２内を減圧して、成膜を開始する。本実施形態では、膜材料１０を電子銃等の手段で加熱し、基板Ｐに向けて蒸発させる真空蒸着により成膜を行うこととする。

蒸着が開始すると、自転機構３は、モータやギア等からなる図示しない動力機構により、自転運動を開始する。ここで、連結部材１３は、自転車１１が案内部材５の案内面に接触しうる部分のうち所定の２点からの距離が異なる点Ｌで、自転車１１と連結している。よって、自転車１１の自転により、自転車１１と案内面との接触点から自転車１１と連結部材１３との連結点である連結点Ｌへの距離が変動する。従って、連結部と自転車１１とが連結する点Ｌは、図５に示すように点Ａを支点として上下方向に揺動されることになる。
即ち、連結部及び基板保持部１２を介して、基板保持部１２に保持された基板Ｐにも、点Ａを支点とした揺動運動をさせることができる。これにより、小型な装置構成でワークの姿勢を変化させることができる。

次に、上記第１実施形態の第１の変形例を、図６を参照して説明する。
本変形例は、第１実施形態に比べて、円形状の自転車１１の径を増加させ、また、連結点Ｌの中心からの偏心量を増加させている。このように構成することで、自転車１１が案内面との接触する点から連結点Ｌへの距離の変動幅を増加させることができる。
なお、本変形例では、変動幅の増加は、円形状の自転車１１の径を増加させることと、連結点Ｌの中心からの偏心量を増加させることとを同時に行っているが、少なくとも一方を行えば、変動幅を増加させることが可能である。

このような構成にすることで、簡単な構成でさらに大きな揺動範囲を得ることができ、より複雑な形状の成膜対象物に対しても成膜を行うことができる。なお、自転車１１の回転方向における案内部材５の幅は、自転車１１の幅及び傾きによる接触位置のズレを考慮して十分な大きさを有していることが望ましい。

次に、上記第１実施形態の第２の変形例を、図７を参照して説明する。
本変形例は、案内部材５に対する点Ａの高さが、第１実施形態に比べて低い位置になるように構成している。このとき、自転機構３は、図７に示すように、下向きを中心とした揺動範囲を有することになる。即ち、案内部材５と支点Ａとの相対的な高さを変化させることで、形状に応じた所望の揺動範囲を与えることができる。
なお、これについては、最初から所定の相対的な高さ関係を持つように装置を構成しても良いし、案内部材５と支持アーム４との少なくとも一方に相対高さ調整のための機構を設けるようにしても良い。

次に、上記第１実施形態の第３の変形例を、図８を参照して説明する。
本変形例は、自転車１１と基板保持部１２とが、支持点Ａに対して同じ側に位置するように構成されている。これにより、基板Ｐ及び基板保持部１２の質量を、自転車１１と案内部材５とを接触させるために利用することができるので、上述したような自転機構３の重心と点Ａとの相対位置関係を適切に設定したり、押圧手段を付加したりする必要性が無くなる。

次に、上記第１実施形態の第４の変形例を、図９及び図１０を参照して説明する。
本変形例は、第１実施形態における自転車１１の形状を楕円にしたものである。図９では、連結点Ｌを楕円の中心に設定しているが、実際にはどの点に設定しても、自転車１１が案内部材５の案内面に接触しうる部分のうちの所定の２点（Ｍ’、Ｎ’）から、連結点Ｌへの距離を異ならせることができる。
従って、図１０に示すように、基板Ｐを揺動させることが可能となる。また、特に、図９に示すように、連結点Ｌを楕円の中心に設定した場合には、１回の自転で２回の揺動を行うことができる。

次に、本発明に係る成膜装置１の第２実施形態を、図５、図１１及び図１２を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態の成膜装置２０においては、図１１に示すように、自転機構３が支持アーム４を介して公転機構２１に連結されており、公転機構２１によって自転機構３を、真空槽２内において軸Ｘ（所定の軸）を中心に（軸に）公転運動させることができる。
また、本実施形態においては、案内部材５は、図１２に示すように、真空槽２内に固定され、軸Ｘを中心とした環状部材となっている。この案内部材５は、自転車１１と接触することで自転機構３の公転運動を案内すると共に、該公転運動に伴って生じる摩擦により、自転車１１を回転させることができる案内面を有している。

このように構成された成膜装置２０により基板Ｐに成膜を行う場合について、以下に説明する。
まず、基板保持部１２に成膜対象物となる基板Ｐを取り付ける。次に、真空槽２を密閉し、図示しないポンプ等の手段を用いて所定の圧力まで真空槽２内を減圧して、成膜を開始する。本実施形態では、膜材料１０を電子銃等の手段で加熱し、基板Ｐに向けて蒸発させる真空蒸着により成膜を行うこととする。

蒸着が開始すると、公転機構２１により支持アーム４が軸Ｘを中心として回転する。自転機構３は、支持アーム４と接続されているので、支持アーム４の回転に伴って、軸Ｘを中心とした公転運動を開始する。更に、自転機構３の自転車１１が、案内部材５との摩擦により回転運動（自転運動）するので、連結部材１３及び基板保持部１２も公転運動とは異なる第２の回転運動を開始することとなる。

ここで、連結部材１３は、第１実施形態と同様に、自転車１１が案内部材５の案内面に接触しうる部分のうち所定の２点（Ｍ、Ｎ）から距離が異なる点Ｌで自転車１１と連結しているので、連結部と自転車１１とが連結する点Ｌは、図５に示すように点Ａを支点として上下方向に揺動させることになる。即ち、連結部、基板保持部１２及び該基板保持部１２に保持された基板Ｐも、点Ａを支点とした揺動運動することになる。
従って、基板Ｐは、真空槽２内で公転運動、自転運動及び揺動運動をすることになるので、さらに複雑な揺動運動をすることになる。従って、複雑形状の基板Ｐにも、所望の成膜を行うことが可能になる。
なお、自転車１１の自転は、案内面との摩擦によるものでなくても構わない。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、成膜方法を真空蒸着方法として説明を行ったが、所定の場所から膜材料１０を発散させ、基板Ｐ上に堆積させる様々な成膜装置、例えば、スパッタリング方法や、噴霧により基板Ｐ上をコーティングする塗装装置等にも利用できる。
また、成膜対象物となる基板Ｐの形状を特に限定するものではないが、蒸発源からの距離が被成膜面内で異なる面を持つもの、複雑な形状の表面上に略均一に成膜を行うことが要求されるレンズやプリズム等の光学部品に成膜を行う場合に、本発明が有効であることは言うまでもない。

また、本実施形態は、以下のような変形を加えることが可能である。
例えば、基板保持部１２が複数の基板Ｐを保持できるようになっていても構わないし、自転機構３が真空槽２内に複数設けられていても構わない。また、自転車１１の形状は、摩擦面と接触させた状態で回転させることが容易である円や楕円に類する形状や、ギア等による嵌合駆動系であることが望ましい。また、案内部材５の案内面は、軸Ｘと垂直に交わっていなくても構わない。更に、膜材料１０は、軸Ｘに対して偏心した位置にあっても本発明の効果を妨げることはない。

本発明に係る成膜装置の第１実施形態の構成図である。図１に示す成膜装置の自転機構の構成図である。図１に示す成膜装置の自転車と連結部材との関係を示す図である。図１に示す成膜装置で使用される基板の一例を示す図であって、（ａ）は方形平板、（ｂ）は円形平板、（ｃ）は凸面基板、（ｄ）は凹面基板、（ｅ）は角柱の場合である。図１に示す成膜装置により、基板を点Ａを支点として揺動運動させている状態を示す図であって、（ａ）は自転車が案内面と所定の２点のうち点Ｎで接触している状態、（ｂ）は点Ｍで接触している状態を示す図である。本発明に係る成膜装置の第１実施形態の第１の変形例を示す図であって、図１に示す成膜装置に比べて自転車及び偏心量が増加している成膜装置により、基板を点Ａを支点として揺動運動させている状態を示すものであり、（ａ）は自転車が案内面と所定の２点のうち点Ｎで接触している状態、（ｂ）は点Ｍで接触している状態を示す図である。本発明に係る成膜装置の第１施形態の第２の変形例を示す図であって、図１に示す成膜装置に比べて点Ａの高さが低い成膜装置により、基板を点Ａを支点として揺動運動させている状態を示すものであり、（ａ）は自転車が案内面と所定の２点のうち点Ｎで接触している状態、（ｂ）は点Ｍで接触している状態を示す図である。本発明に係る成膜装置の第１施形態の第３の変形例を示す図であって、図１に示す成膜装置に比べて自転車と基板保持部とが同一側に位置している成膜装置により、基板を点Ａを支点として揺動運動させている状態を示す図である。本発明に係る成膜装置の第１実施形態の第４変形例を示す図であって、自転車と連結部材との関係を示す図である。図９に示す成膜装置により、基板を点Ａを支点として揺動運動させている状態を示す図であって、（ａ）は自転車が案内面と所定の２点のうち点Ｎ’で接触している状態、（ｂ）は点Ｍ’で接触している状態を示す図である。本発明に係る成膜装置の第２実施形態の構成図である。図１１に示す断面矢視Ｂ−Ｂ図である。

符号の説明

Ｐ基板
Ｍ、Ｎ、Ｍ’、Ｎ’ 所定の２点
Ｘ所定の軸
１、２０成膜装置
２真空槽
３自転機構
４支持アーム（支持機構）
５案内部材
１１自転車
１２基板保持部
１３連結部材
２１公転機構

Claims

真空槽内で基板表面に成膜を行う成膜装置であって、
自転運動する自転車と、前記基板を保持する基板保持部と、該基板保持部を自転車に連動可能に連結する連結部材とを有する自転機構と、
該自転機構を揺動可能に支持する支持機構と、
前記自転車と接触する案内面を有する案内部材とを備え、
前記連結部材は、前記自転車が前記案内面に接触しうる所定の２点からの距離が異なる点で、自転車に連結されていることを特徴とする成膜装置。
請求項1記載の成膜装置において、
前記自転車は、円又は楕円であることを特徴とする成膜装置。
請求項２記載の成膜装置において、
前記所定の２点からの距離が異なる点は、前記円又は楕円の中心から偏心した点であることを特徴とする成膜装置。
請求項１記載の成膜装置において、
前記自転機構を、前記真空槽内において所定の軸を中心に公転運動させる公転機構を備えていることを特徴とする成膜装置。
請求項１記載の成膜装置において、
前記案内面は、平面であることを特徴とする成膜装置。