JP2011026652A - 両面成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の両面へ同時に膜厚分布の均一性に優れた薄膜を形成する。
【解決手段】対向する一対のターゲット間の成膜空間に、光学素子１２を保持する保持手段４が配置される。保持手段４は、光学素子１２を保持するパレット１１と、パレット１１を保持するキャリア５と、キャリア５の外周部５ａのみを保持して回転駆動力を伝達するベース６と、を有する。駆動ギア８によってキャリア５を回転させて各パレット１１を公転させると同時に、各パレット１１の外周部１１ａをベース６の内周部６ａに接触させることによって、パレット１１を自転させる。このようにしてパレット１１を自公転させながら、光学素子１２の両面に同時にスパッタリング成膜を行なう。
【選択図】図２

Description

本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオなどに使用される光学素子の両面に単層もしくは多層の反射防止膜等を、均一かつ緻密に形成するための両面成膜装置に関するものである。

従来から広く用いられているスパッタ成膜装置とは、真空チャンバ内のアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス雰囲気中で、光学素子とターゲット間に高電圧を印加して薄膜の形成を行なう成膜装置である。中でも平行平板型のマグネトロンスパッタ成膜装置は、裏面側にマグネットを備えた平板状の薄膜の材料となるターゲットと、パレットに取り付けられた光学素子を対向配置し、光学素子とターゲット間に高電圧を印加してプラズマを発生させている。マグネットの磁界と電界による直交電磁界で集束した、密度の高いプラズマにより励起された粒子によって叩き出されたスパッタリング粒子を、光学素子上に堆積させることにより、薄膜の形成を行なう。

このような成膜装置では、薄膜の堆積速度が、一般的な各種蒸着装置やスパッタ装置等の堆積速度に比べて速く、しかも、他の装置に比べて簡便で、高速成膜や大面積成膜に有効であり、ターゲット寿命等に優れるという特徴がある。加えて、発生するプラズマが電磁界によりターゲット側で集束されるため、基板温度の上昇が少ないなどの特徴もあるため、各種磁気記録媒体や半導体集積回路素子等の成膜装置としても広く採用されている。

平行平板型のマグネトロンスパッタ成膜装置を利用して、被成膜対象である光学素子を自公転させながら前記光学素子の両面へ同時に成膜する装置としては、特許文献１に開示されたように、遊星回転機構を利用した成膜装置がある。

特開平０３−２３２９６４号公報

しかしながら、上記従来例では、ターゲットが遊星回転機構の外周にあり、光学素子とターゲットの距離が成膜中に一定の距離を維持できないため、光学素子の成膜面に薄膜のムラができる。さらに、光学素子とターゲットの間に回転太陽歯車と回転モータを繋ぐ軸があるため、ターゲットのスパッタリング粒子が光学素子に堆積する際に遮蔽物になり、光学素子の成膜面に薄膜のケラレが発生する。また、回転モータ軸に堆積したスパッタリング粒子が再スパッタリングされることにより、光学素子の成膜面に薄膜の抜けも発生する。以上のことから、従来例では、光学素子の両面に同時に成膜は可能であるが、成膜面に均一に薄膜を形成するのは困難である。

本発明は、光学素子の両面へ同時に、膜厚分布の均一性に優れた薄膜を形成することのできる両面成膜装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明の両面成膜装置は、互に対向する一対のターゲットと、前記一対のターゲットの間に光学素子を保持する保持手段と、を有し、前記一対のターゲットを用いたスパッタリングによって光学素子の両面に薄膜を形成する両面成膜装置において、前記保持手段は、前記一対のターゲットの間に光学素子を保持するパレットと、前記パレットを複数保持するキャリアと、前記キャリアの外周部において、転動体を介して前記キャリアを回転自在に支持するベースと、前記キャリアの外周部において、前記キャリアに回転駆動力を伝達する回転駆動手段と、を有し、前記ベースは、各パレットの外周部に接触する内周部を備えており、各パレットは、前記キャリアの回転により公転すると同時に、前記パレットの外周部が前記ベースに接触することによって自転するように構成されていることを特徴とする。

真空チャンバ内にて、光学素子を自公転させながらその両面に同時に単層もしくは多層のスパッタリング薄膜を成膜できる。遊星回転機構を用いた場合のように、モータ軸等の遮蔽物が成膜空間に存在せず、同一スパッタリング条件下で、同時に両面にスパッタリング成膜されるため、光学素子の両面に同質かつ同一厚みの均一な薄膜を効率良くしかも低コストにて成膜できる。

一実施例による両面成膜装置を説明するための模式図である。 図１の両面成膜装置の保持手段のみを示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は背面図である。 図２の保持手段を示す断面図である。

図１に示すように、一対のターゲット１、２を用いた両面成膜装置であるスパッタリング成膜装置において、ターゲット１、２により作られる成膜空間３に置かれた保持手段４に、図２に示すキャリア５が保持される。キャリア５は、ベース６に支持された転動体であるキャリアガイド７を介して回転自在に支持され、外周部５ａに螺合する回転駆動手段である駆動ギア８によって回転駆動力を伝達される。キャリア５は、パレット１１を複数保持するパレット保持用穴５ｂを有し、各パレット１１には、光学素子１２が複数保持される。各パレット１１は、パレットガイド１３を介してキャリア５のパレット保持用穴５ｂに保持される。

キャリア５は、ベース６にキャリアガイド７を介して保持され、ベース６に備えられた駆動ギア８からキャリア５の外周部５ａに回転駆動力が伝達されて、キャリア５が回転する。これによって、各パレット１１が公転すると同時に、キャリア５が回転することで、ベース６の内周部６ａとパレット１１の外周部１１ａとの接触により、各パレット１１が自転する。そして、パレット１１が自転と公転をしている間に、スパッタリング成膜用の不活性ガスが成膜空間３へ供給され、対向するターゲット１、２と各パレット１１の間に高電圧を印加してスパッタリング成膜が行なわれる。

図３に示すように、各パレット１１は、光学素子１２を保持して、矢印Ａで示す正面側と矢印Ｂで示す背面側の両面に同時に薄膜を形成する。キャリア５は、ベース６のキャリア保持用穴６ｂに保持され、ベース６の内周部６ａとパレット１１の外周部１１ａが接触することで、キャリア５の回転に伴ってパレット１１が自転する。このために、パレット１１の外周部１１ａには回転力を伝達可能な歯車形状が必要であり、また、パレット１１の自転をガイドするため、パレットガイド１３に係合するガイド溝１１ｂのような形状を備えることが必要である。

キャリア５は、パレット１１を複数保持できることが必要である。そして、光学素子１２の両面同時に薄膜を形成することから、パレット１１を保持するための貫通穴であるパレット保持用穴５ｂが設けられる。キャリア５の外周部５ａのみを保持するベース６から駆動ギア８による回転駆動力を伝達するために、キャリア５の外周部５ａには歯車形状が必要である。また、キャリア５は、キャリア５の回転をガイドするためのキャリアガイド７に係合するガイド溝５ｃを備えることが必要である。

ベース６は、両面同時に薄膜を形成することから、キャリア５を保持するための貫通穴であるキャリア保持用穴６ｂを有する。パレット１１の外周部１１ａとベース６の内周部６ａが接触してパレット１１が自転することから、ベース６の内周部６ａには、キャリア５の外周部５ａの歯車形状に螺合して回転力を伝達可能な歯車形状が形成される。なお、キャリア５の外周部５ａに回転駆動力を伝達する駆動ギア８をベース６に備える代わりに、キャリア５に回転駆動力を伝達する機構をベース６の近傍に配置してもよい。

両面同時に膜厚分布の均一性に優れた薄膜を形成するために、ターゲット１、２の中心とパレット１１の公転中心が一致することが必要である。

図１〜３に示す装置において、φ１４の凹面と凸面を両面に持つ光学素子１２を８個、同一円周上に並ぶように各パレット１１に保持させる。次にパレット１１を４枚、キャリア５にパレットガイド１３を介して保持させる。そしてキャリア５をベース６にキャリアガイド７を介して保持させる。

その後、真空チャンバの真空度が５×１０^−４Ｐａに到達するまで真空ポンプで真空排気し、ターゲットホルダ１ａ、２ａに保持されたターゲット１、２により作られた成膜空間３に、スパッタリング成膜用の不活性ガスのＡｒガスを供給する。

次に、ベース６に備えられた駆動ギア８からキャリア５の外周部５ａに回転駆動力が伝達されて、キャリア５がベース６のキャリア保持用穴６ｂ内で回転することで、キャリア５に保持されたパレット１１が公転する。それと同時に、キャリア５が回転することで、ベース６の内周部６ａとパレット１１の外周部１１ａとの接触により、各パレット１１がキャリア５のパレット保持用穴５ｂ内で自転する。

駆動ギア８からキャリア５に伝達される回転駆動力は、キャリア５を回転数１５ｒｐｍで回転させる回転駆動力である。パレット１１の自転の回転数は、公転の１回転中に最低１回転以上必要であるが、整数倍では光学素子１２が同じ軌道を通過して膜厚分布が均一にならない。しかし、光学素子１２の膜厚分布を測定するため、成膜終了後に光学素子１２が元の位置に戻らなければならない。そこで、本実施例では、パレット１１の公転が１回転した時に自転が４．５回転するように、互に螺合するパレット１１の外周部１１ａとベース６の内周部６ａの歯車の歯数を設定した。

そして、対向するターゲット１、２とパレット１１の間に７００〜１ｋＶＡの高電圧を高周波電源から印加して、スパッタリング成膜にて光学素子１２に反射防止膜の成膜を行なった。

成膜終了後に、４枚のパレット１１に保持されている３２個の光学素子１２の凹面と凸面の薄膜の膜厚を測定した。その結果、光学素子１２の凹面と凸面それぞれにおいて、光学素子１２同士の膜厚分布に差が見られず、膜厚分布が均一であると言う結果が得られた。また、３２個全ての光学素子１２において、反射防止膜のケラレや抜けは発生しなかった。

本実施例によれば、光学素子の両面に１度の真空引きの後同時に単層もしくは多層のスパッタリング薄膜を成膜できる。しかも、スパッタリング条件が同一条件下で、同時に両面にスパッタリング成膜されるため、光学素子の両面に同質で同一厚みの均一な薄膜を、ケラレや抜けのない高品質にて効率良く成膜できる。

５ キャリア
５ａ、１１ａ 外周部
６ ベース
６ａ 内周部
７ キャリアガイド
８ 駆動ギア
１１ パレット
１２ 光学素子
１３ パレットガイド

Claims (2)

1. 互に対向する一対のターゲットと、
   前記一対のターゲットの間に光学素子を保持する保持手段と、を有し、
   前記一対のターゲットを用いたスパッタリングによって光学素子の両面に薄膜を形成する両面成膜装置において、
   前記保持手段は、
   前記一対のターゲットの間に光学素子を保持するパレットと、
   前記パレットを複数保持するキャリアと、
   前記キャリアの外周部において、転動体を介して前記キャリアを回転自在に支持するベースと、
   前記キャリアの外周部において、前記キャリアに回転駆動力を伝達する回転駆動手段と、を有し、
   前記ベースは、各パレットの外周部に接触する内周部を備えており、
   各パレットは、前記キャリアの回転により公転すると同時に、前記パレットの外周部が前記ベースに接触することによって自転することを特徴とする両面成膜装置。
2. 前記ベースの内周部と前記パレットの外周部には、互に螺合する歯車形状が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の両面成膜装置。

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