JP2007231377A - 成膜治具及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着炉やスパッタ炉中において成膜対象物となる光学部品を保持するための成膜治具を精度確保が難しい切削加工以外の方法によって製造することにより高い寸法精度の確保を可能とした成膜治具を提供する。
【解決手段】成膜面２０ａを露出させた状態で成膜対象物２０を保持するための構造を有すると共に、真空炉内に設けた試料台に対して着脱自在に装着される金属製成膜治具１であって、成膜対象物を保持する凹所３、及び該所底部に設けられて成膜面を露出させる開口部４を有した治具本体２と、治具本体から側方へ突設されて試料台によって係止される被係止突起５と、から構成され、治具本体、及び該治具本体と一体の被係止突起は、凹所、及び開口部に対応する穴３ａ、４ａを夫々有した複数枚の金属薄板１０を積層一体化することによって構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は成膜対象物を保持して真空炉内に配置される成膜治具の改良に関し、特に従来のフライス盤による切削加工方法により製造された成膜治具の欠点を一挙に解消することができる成膜治具、及びその製造方法に関する。

従来、例えばプリズム等の光学部品の所定の面にミラー膜を真空蒸着によって成膜する場合には、成膜面以外の部分がマスクされた状態となるように蒸着治具（成膜治具）によって光学部品を保持し、この蒸着治具を真空蒸着炉内の天井部に設けた試料台に固定した状態で、この試料台の下方に対向配置されたヒータによって膜原料を加熱して蒸発させ、原料分子を蒸着治具から露出した状態にある成膜面に衝突、付着させて膜を形成させる。
スパッタによる成膜方法においても同様に成膜治具により保持した成膜対象物を真空炉内に保持した状態での成膜が行われる。

図４（ａ）及び（ｂ）は従来の蒸着治具の一例の構成を示す一部断面斜視図、及び正面縦断面図である。この蒸着治具１００は、アルミニウム、或いはステンレス等の金属板材をフライス盤によって所要形状に切削加工することにより製造される。蒸着治具１００は、成膜面を露出させた状態で蒸着対象物を保持するための構造を有すると共に、真空蒸着炉内に設けた試料台に対して着脱自在に装着される。

この蒸着治具１００は、三角柱状のプリズムの連結体１１０の一面（成膜面）１１０ａに対してミラー膜を蒸着によって成膜する際に使用するものであり、所要厚を有した矩形平板状の金属板材から成る治具本体１０１の上面にフライス盤を用いた切削によりプリズム連結体１１０を収納するための凹所１０２を複数本形成すると共に、凹所１０２の内底面には治具本体１０１の底面にまで貫通する開口部１０３を形成した構成を備えている。開口部１０３は凹所１０２内に着座したプリズム連結体１１０の成膜面１１０ａを露出させて原料分子を蒸着させるように構成されている。治具本体１０１の両側面には被係止突起１０５が突設されており、真空蒸着炉内の試料台１１５に設けた嵌合穴１１６内に治具本体１０１を嵌合する際にこの被係止突起１０５を嵌合穴１１６の周縁に係止することにより蒸着治具を試料台に固定する。
プリズム連結体１１０は、複数のプリズム個片を未分離状態で連結した状態にあり、分離前の状態にあるプリズム連結体に対して成膜等の必要な処理を施した後で個片に切断することにより個々のプリズムが製造される。

図５（ａ）はドーム状の試料台を備えた真空蒸着炉の概略構成図であり、この真空蒸着炉１２０は、炉内上部にドーム状の試料台１２１を備えると共に、その直下位置には蒸着原料１３１を加熱するためのヒータ１３０が配置されている。試料台１２１の適所には嵌合穴１２２が形成され、この嵌合穴１２２内に蒸着治具１００が（ｂ）のような状態で嵌合保持される。

しかし、厚肉の金属ブロックをフライス盤を用いてドリル等によって切削加工した場合には、凹所１０２や開口部１０３の形状、寸法等の加工精度を高くすることができない。例えば、凹所１０２の幅寸法にバラツキがあると、凹所底面に着座したプリズム連結体１１０の成膜面１１０ａと開口部１０３との位置関係にバラツキが発生する。その結果、プリズム連結体１１０の凹所１０２内での着座姿勢や位置がずれたり、開口部１０３の形状がばらつき易くなり、プリズム連結体１１０の成膜面１１０ａに正しく蒸着されない虞が高まる。
上記の問題はスパッタによる成膜時に使用する成膜治具についても同様に当てはまる。

特許文献１には、ガラス基板にスパッタによって成膜する際にガラス基板を固定するために使用する固定治具をガラス基板と同じ絶縁材料によって構成することによって両者の材料の違いに起因して発生する誘起電位の不均一を解消する技術が開示されているが、この公報中には固定治具を切削治具を用いて切削加工する場合の不具合を解消する技術については一切開示されていない。
特開２００３−１９２３９０公報

以上のように蒸着、スパッタ等によって光学部品に対して所要の光学膜を成膜する場合に光学部品を保持するために使用する従来の成膜治具は、厚肉の金属ブロックを切削加工することによって形成されていたため、深い凹所や貫通した開口部の寸法精度にばらつきが発生し、その結果光学部品に形成される光学膜の成膜範囲、厚みなどにばらつきが発生するという不具合があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、蒸着炉やスパッタ炉中において成膜対象物となる光学部品を保持するための成膜治具を、厚肉の金属ブロックを切削加工方法により加工するという精度確保が困難な手法を用いずに加工することにより、高い寸法精度の確保を可能とした成膜治具を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る成膜治具は、成膜面を露出させた状態で成膜対象物を保持するための構造を有すると共に、真空炉内に設けた試料台に対して着脱自在に装着される金属製成膜治具であって、前記成膜対象物を保持する凹所、及び該凹所底部に貫通形成されて前記成膜面を露出させる開口部を有した治具本体と、前記治具本体から側方へ突設されて前記試料台によって係止される被係止突起と、から構成され、前記治具本体、及び前記被係止突起は、前記凹所、及び前記開口部に対応する穴を夫々有した複数枚の金属薄板を積層一体化することによって構成されていることを特徴とする。
成膜治具を、厚肉の金属ブロックを切削加工方法により加工するという精度確保が困難な手法を用いずに、個別に加工した金属薄板を接合することにより構成したので、高い寸法精度を確保することができる。

また、本発明の前記治具本体は、前記被係止突起を備えた外側部材と、前記凹所及び前記開口部を備えた内側部材と、から構成されており、前記外側部材を貫通する空所内に前記内側部材を嵌合させ、該空所内の段差上に内側部材の底面を着座させた構成を備えていることを特徴とする。
治具本体を外側部材と、外側部材内部に着脱される内側部材により構成し、内側部材に設けた凹所内に光学部品を収容するようにしたので、外側部材を共通使用すると共に、内側部材だけを収容する光学部品の形状、サイズの違いに合わせた構造のものを交換使用することができる。

また、前記金属薄板はフォトリソグラフィ加工、或いはエッチング加工によって製造され、各金属薄板間は熱圧着により一体化されていることを特徴とする。
また、前記金属薄板は切削加工によって製造され、各金属薄板間は熱圧着により一体化されていることを特徴とする。
また、本発明の成膜治具を製造する方法は、前記各金属薄板に前記穴を形成する工程と、前記穴を形成した各金属薄板を所要の順序にて積層し、熱圧着により一体化する工程と、を備えたことを特徴とする。

以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る成膜治具の外観斜視図、及び縦断面図である。
この成膜治具１は例えば真空蒸着炉内に配置される金属製の蒸着治具１であり、治具本体２の上面には成膜対象物としてのプリズム連結体２０を保持する細長い凹所３を複数列有すると共に、各凹所３の底部には凹所内底面に着座したプリズム連結体２０の成膜面２０ａを露出させる開口部４が治具底面まで貫通して形成されている。更に治具本体２の両側面からは、真空蒸着炉内の試料台に設けた嵌合穴内に治具本体２を嵌合する際にこの嵌合穴の周縁に係止するための被係止突起５が突設されている。

プリズム連結体２０を図示のように成膜面２０ａを下向きにして凹所３の内底面上に着座させた際に、開口部４から成膜面２０ａの少なくとも一部が露出した状態となり、下方に位置するヒータによって加熱されて蒸発した原料分子が開口部４内に進入して成膜面２０ａに付着するように構成されている。
なお、プリズム連結体２０は、未分離状態にある光学部品としてのプリズムの連結体であり、成膜等の処理完了後には図示しない切断治具上に移載されてカッタによって個片に分割される。
本発明の特徴的な構成は、治具本体２、及び治具本体と一体の被係止突起５を、凹所３、及び開口部４に対応する穴３ａ、４ａを夫々有した複数枚の金属薄板１０を積層一体化することによって構成した点にある。

図２はこの蒸着治具の分解斜視図であり、この蒸着治具１は、被係止突起５に相当する張出し部を両端縁に有すると共に、凹所３に相当する穴３ａを有した治具本体２に相当する部分を有した複数枚の第１の金属薄板１０ａと、第１の金属板群の下面に積層されると共に凹所３に相当する穴３ａを有した複数枚の第２の金属薄板１０ｂと、第２の金属板分の下面に積層されると共に開口部４に相当する穴４ａを有した複数枚の第３の金属薄板１０ｃと、から構成されている。

各金属薄板１０ａ、１０ｂ、１０ｃ間の接合面は熱圧着等によって全面的に密着して接合されている。
各金属薄板１０ａ、１０ｂ、１０ｃを接合したときには、第２と第３の金属薄板１０ｂ、１０ｃの外周輪郭が整合する一方で、第１の金属薄板１０ａは、被係止突起５に相当する部分が第２と第３の金属薄板から成る治具本体部分よりも側方へ突出するように構成されている。
各第１の金属薄板１０ａと各第２の金属薄板１０ｂに夫々貫通形成された穴３ａは同一寸法、同一形状となるように構成されているため、第１の金属薄板１０ａと第２の金属薄板１０ｂとが整合状態で接合されたときに互いに整合し合い、各金属薄板に形成した穴３ａによって内壁に段差のない凹所３を形成することとなる。

一方、各第３の金属薄板１０ｃに形成した穴４ａは同一寸法、同一形状となるように構成されているため、各第３の金属薄板１０ｃが整合状態で接合されたときに互いに整合し合い、各第３の金属薄板に形成した穴４ａによって内壁に段差のない開口部４を形成することができる。
各金属薄板１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃは、何れもステンレス等の金属薄板をフォトリソグラフィ技術、エッチング技術等によって精密加工することによって製造される。

なお、フライス加工等の切削加工によって各穴３ａ、４ａの形状、寸法をある程度高精度に加工できることを条件として、各各金属薄板１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃをフライス加工によって製造することも可能である。従来のように厚みのある金属ブロックに深い凹所や貫通した開口部を切削加工により形成するよりも、金属薄板を切削加工する方が個々の加工精度を確保しやすいからである。
つまり、フライス加工等の切削加工技術によって製造した金属薄板１０ａ〜１０ｃを熱圧着により一体化することによって蒸着治具１を製造してもよい。

上記何れの加工方法によって製造した蒸着治具（成膜治具）においても、形成される凹所３、及び開口部４の形状、寸法精度を十分に高く維持できるので、プリズム連結体を凹所３内に収納した蒸着治具１を蒸着炉内の試料台に保持した状態で蒸着を実施した際に、プリズム連結体２０の成膜面２０ａに対して最適な状態での成膜を実現することができる。
なお、本発明の成膜治具１は、各金属薄板１０ａ〜１０ｃに所要の穴３ａ、４ａを形成する工程と、各穴を形成した各金属薄板を所要の順序にて積層し、熱圧着により一体化する工程と、によって製造することができる。

次に、図３（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る成膜治具の構成を示す斜視図、及び縦断面図である。
この成膜治具１を構成する治具本体は、外側部材３０と、内側部材４０とから構成されており、外側部材３０の上下を貫通する空所３１内に内側部材４０を嵌合させ、空所３１内の段差３２上に内側部材４０の底面を着座させた構成を備えている。
外側部材３０は、前記空所３１と、対向する２つの側面から夫々横方向へ突出した被係止突起３３とを有している。被係止突起３３は、図５に示した如き真空蒸着炉内の試料台に係止するための部材である。

内側部材４０は、外側部材４０の空所３１内壁に密着する外面形状を有すると共に、図示しないプリズム連結体を嵌合させる複数の凹所４１と、プリズム連結体底面を着座させる段差部４２と、プリズム連結体底面の成膜面を露出させるための貫通した開口部４３と、を有している。
内側部材４０は、成膜対象物としてのプリズム連結体等のサイズ、形状に違いに応じて異なった構造、サイズの凹所４１、段差部４２、開口部４３を有したものを用意し、外側部材４０の空所３１内に対して着脱自在に装着することができる。

この実施形態においても、内側部材３０、及び外側部材４０を複数の金属薄板５０を熱圧着により一体化した積層構造体とすることにより、より精度の高い成膜治具を得ることが可能となる。
この積層構造体としての成膜治具１を構成する各金属薄板５０としては、空所３１（段差部３２）、凹所４１（段差部４２）、開口部４３等を形成するための各穴を、フォトリソグラフィ技術、エッチング液を使用したエッチング、切削加工等によって貫通形成した金属薄板を使用することは上記実施形態の場合と同様である。

なお、上記実施形態では真空成膜方法の例として蒸着を挙げたが、本発明の成膜治具の構造、及びその製造方法は、蒸着のみならずスパッタその他の成膜技術の実施に際して必要とされる治具に適用することができる。

（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る成膜治具の外観斜視図、及び縦断面図である。 本発明の成膜治具の分解斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る成膜治具の構成を示す斜視図、及び縦断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は従来の蒸着治具の一例の構成を示す一部断面斜視図、及び正面縦断面図である。 （ａ）は従来の真空蒸着炉の概略構成説明図、（ｂ）は従来の蒸着治具の要部構成図である。

符号の説明

１…蒸着治具（成膜治具）、２…治具本体、３…凹所、３ａ…穴、４…開口部、４ａ…穴、５…被係止突起、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…金属薄板、２０…プリズム連結体、２０ａ…成膜面、３０…外側部材、３１…空所、３２…段差部、３３…被係止突起、４０…内側部材、４１…凹所、４２…段差部、４３…開口部、５０…金属薄板。

Claims (5)

1. 成膜面を露出させた状態で成膜対象物を保持するための構造を有すると共に、真空炉内に設けた試料台に対して着脱自在に装着される金属製成膜治具であって、
   前記成膜対象物を保持する凹所、及び該凹所底部に貫通形成されて前記成膜面を露出させる開口部を有した治具本体と、
   前記治具本体から側方へ突設されて前記試料台によって係止される被係止突起と、から構成され、
   前記治具本体、及び前記被係止突起は、前記凹所、及び前記開口部に対応する穴を夫々有した複数枚の金属薄板を積層一体化することによって構成されていることを特徴とする成膜治具。
2. 前記治具本体は、前記被係止突起を備えた外側部材と、前記凹所及び前記開口部を備えた内側部材と、から構成されており、前記外側部材を貫通する空所内に前記内側部材を嵌合させ、該空所内の段差上に内側部材の底面を着座させた構成を備えていることを特徴とする請求項１に記載の成膜治具。
3. 前記金属薄板はフォトリソグラフィ加工、或いはエッチング加工によって製造され、各金属薄板間は熱圧着により一体化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜治具。
4. 前記金属薄板は切削加工によって製造され、各金属薄板間は熱圧着により一体化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜治具。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の成膜治具を製造する方法であって、
   前記各金属薄板に前記穴を形成する工程と、
   前記穴を形成した各金属薄板を所要の順序にて積層し、熱圧着により一体化する工程と、を備えたことを特徴とする成膜治具の製造方法。

Images