JP2011162858A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成の大型化、複雑化を回避しつつ、三次元曲面形状の成膜領域に均一な膜質で蒸着膜を形成することができるワークの位置決め装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る位置決め装置１３は、回転対称な三次元曲面形状の成膜領域を有するワークを成膜するために用いられ、ワークＷを支持する支持体３０と、支持体３０を回転及び傾動させる回転機構及び傾動機構と、これら回転機構及び傾動機構を制御する制御部１６とを有する。上記回転機構は、ワークＷの回転対称軸ａｘ１の回り（θ方向）に支持体３０を回転させ、上記傾動機構は、蒸着粒子ｐ１の入射方向（Ｚ軸方向）と直交する軸ａｘ２の軸回り（ψ方向）に支持体３０を傾動させる。制御部１６は、ワークＷに対する蒸着粒子ｐ１の入射位置を調整するために、上記回転機構及び上記傾動機構を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転対称な三次元曲面上に蒸着膜を形成することが可能な位置決め装置に関する。

真空蒸着装置やスパッタリング装置に代表される物理的気相成長（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）装置において、蒸着膜の膜厚や膜構造を含む膜質の均一性は、蒸発源やターゲット等の成膜源と成膜対象物であるワークとの間の幾何学的な位置関係に強く依存する。このため、三次元曲面形状の成膜領域を有するワークに対しては、上記成膜領域に均一な膜質で蒸着膜を形成することは非常に困難であった。

一方、下記特許文献１には、試料を支持するステージを三次元方向に移動させるための３つの移動軸と、ステージを傾斜させる傾斜軸と、ステージを回転させる回転軸とを含む５軸駆動機構を有する三次元構造体の形成装置が記載されている。このような形成装置を用いて曲面形状の成膜領域に対して蒸着膜を形成することも考えられる。

特開２００２−３１７２７２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置は、ステージを５軸方向に駆動させる必要があるため、装置構成の大型化、複雑化を招くという問題がある。また、上記特許文献１には、三次元曲面形状の成膜領域に対して均一な膜質で蒸着膜を形成する手法については記載されていない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、装置構成の大型化、複雑化を回避しつつ、三次元曲面形状の成膜領域に均一な膜質で蒸着膜を形成することができるワークの位置決め装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る位置決め装置は、回転対称な三次元曲面形状の成膜領域を有するワークを成膜するために用いられる前記ワークの位置決め装置であって、支持体と、回転機構と、傾動機構と、制御部とを具備する。
上記支持体は、成膜源から上記成膜領域へ蒸着粒子が第１の方向から入射するように上記ワークを支持する。
上記回転機構は、上記ワークの回転対称軸の回りに上記支持体を回転させることが可能である。
上記傾動機構は、上記第１の方向と直交する第２の方向の軸回りに上記支持体を傾動させることが可能である。
上記制御部は、上記ワークに対する上記蒸着粒子の入射位置を調整するために上記回転機構及び上記傾動機構を制御する。

本発明の第１の実施形態に係る位置決め装置を有する成膜装置の概略構成を示す断面図である。 上記位置決め装置を示す要部の斜視図である。 上記位置決め装置の要部の詳細を示す斜視図である。 上記位置決め装置の要部の内部構造を示す斜視図である。 上記位置決め装置の要部の断面図である。 上記位置決め装置の一作用を説明する図である。 上記位置決め装置の他の作用を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置の側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置の正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る位置決め装置の要部の平面図である。

本発明の一実施形態に係る位置決め装置は、回転対称な三次元曲面形状の成膜領域を有するワークを成膜するために用いられる前記ワークの位置決め装置であって、支持体と、回転機構と、傾動機構と、制御部とを具備する。
上記支持体は、成膜源から上記成膜領域へ蒸着粒子が第１の方向から入射するように上記ワークを支持する。
上記回転機構は、上記ワークの回転対称軸の回りに上記支持体を回転させることが可能である。
上記傾動機構は、上記第１の方向と直交する第２の方向の軸回りに上記支持体を傾動させることが可能である。
上記制御部は、上記ワークに対する上記蒸着粒子の入射位置を調整するために上記回転機構及び上記傾動機構を制御する。

上記ワークは、その回転対称軸を支持体の回転中心軸に整列させた状態で、支持体上に支持される。上記位置決め装置は、回転機構によって上記ワークをその回転対称軸の回りに回転させながら、第１の方向から上記成膜領域に蒸着粒子を入射させることで、蒸着粒子を成膜領域上の入射位置に堆積させる。傾動機構は、支持体を第２の方向の軸回りに傾動させることで、成膜領域に対する蒸着粒子の入射位置の半径位置を変化させる。制御部は、回転機構及び傾動機構によって、支持体の回転角度または回転速度、および、支持体の傾動角度または傾動速度を各々制御することで、蒸着粒子の入射位置を調整し、成膜領域全域に均一に蒸着粒子を入射させる。

したがって、上記位置決め装置によれば、成膜領域に均一な膜質で蒸着膜を形成することができる。また、少なくとも２軸方向にワークを回転及び傾動させるだけで目的とする成膜処理が可能であるため、装置構成の大型化及び複雑化を回避することができる。

上記回転機構は、上記第２の方向に沿って延びる第１の軸と、上記第１の軸をその軸回りに回転させる第１の駆動部と、上記第１の軸の回転を上記支持体の上記回転対称軸回りへの回転に変換する第１の変換部とを有してもよい。また、上記傾動機構は、上記支持体を回転自在に支持するベースと、上記ベースに結合され上記第１の軸と同心的な第２の軸と、上記第２の軸をその軸回りに回転させる第２の駆動部とを有してもよい。
これにより、回転機構及び傾動機構をコンパクトに構成でき、装置構成の小型化及び簡素化を図ることができる。

上記第１の駆動部は、上記第２の方向に直交する第３の方向に沿って延びる第３の軸と、上記第３の軸をその軸回りに回転させる第１の駆動源と、上記第３の軸の回転を上記第１の軸の回転に変換する第２の変換部とを有してもよい。また、上記第２の駆動部は、上記第３の軸と平行に延びる第４の軸と、上記第４の軸をその軸回りに回転させる第２の駆動源と、上記第４の軸の回転を上記第２の軸の回転に変換する第３の変換部とを有してもよい。
これにより、回転機構及び傾動機構の各々の駆動源の配置部位をほぼ同一の箇所に集約することができるので、装置構成の小型化及び簡素化を図ることができる。

上記位置決め装置は、上記第１の方向及び上記第２の方向に相互に直交する第３の方向に上記支持体を移動させる第１の移動機構をさらに具備してもよい。この場合、上記制御部は、上記成膜領域に対する上記蒸着粒子の入射角が一定に維持されるように上記第１の移動機構を制御する。
これにより、支持体の傾動による蒸着粒子の成膜領域に対する入射角の変化を防止できるので、成膜領域全域に対して均一性の高い成膜が可能となる。上記構成は特に、成膜領域を構成する三次元曲面が複数の曲率で形成されているような場合に顕著な効果を発揮し得る。

上記位置決め装置は、上記第１の方向に上記支持体を移動させる第２の移動機構をさらに具備してもよい。この場合、上記制御部は、上記成膜源と上記成膜領域との間の相対距離が一定に維持されるように上記第２の移動機構を制御する。
これにより、支持体の傾動による成膜源と成膜領域との間の相対距離の変化を防止でき、成膜領域全域に対して均一性の高い成膜が可能となる。上記構成は特に、成膜領域を構成する三次元曲面が複数の曲率で形成されているような場合に顕著な効果を発揮し得る。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る位置決め装置を備えた成膜装置の全体を概略的に示す断面図である。図１において、Ｘ軸方向は奥行き方向、Ｙ軸方向は幅方向、Ｚ軸方向は高さ方向を示している。

本実施形態の成膜装置１は、真空蒸着装置として構成されている。成膜装置１は、真空チャンバ１０と、蒸発源１２と、位置決め装置１３とを有する。真空チャンバ１０には真空ポンプ２１Ｐが接続されており、真空ポンプ２１Ｐにより真空チャンバ１０の内部は所定の真空圧力にまで排気されることが可能である。

蒸発源１２は、蒸着粒子ｐ１を生成する成膜源として構成される。蒸発源１２は、位置決め装置１３のステージ１４と対向するように真空チャンバ１０の底部に設置されている。蒸発源１２は、図示しない加熱源と蒸発材料（蒸着材料）を含み、上記加熱源によって上記蒸発材料を溶融し、蒸着粒子ｐ１を生成する。蒸着材料は特に限定されず、例えば金属、有機物等が蒸着材料として用いられる。上記加熱源には例えば抵抗加熱源が用いられるが、これに限定されず、誘導加熱源、電子ビーム加熱源、レーザ加熱源等の他の加熱源が用いられてもよい。

本実施形態の蒸発源１２は、蒸着粒子ｐ１をＺ軸方向へ指向性をもって出射することが可能に構成されている。このような機能を有する蒸発源は、例えば、Ｚ軸方向に開口軸を有するチムニ（煙突）を有する。あるいは、蒸発源として同軸型真空アーク蒸発源を用いてもよい。蒸発源１２は、ステージ１４に支持されたワークＷの表面（成膜領域）に対して蒸着粒子ｐ１を所定の入射角（α）で入射させる。入射角αの大きさは特に限定されないが、本実施形態では約９０度である。ここで、入射角αは、許容できる範囲で広がりをもっていてもよい。

（位置決め装置）
位置決め装置１３は、ステージ１４と駆動ユニット１５とを有する。ステージ１４は、ワーク（成膜対象物）Ｗを支持する支持体３０と、支持体３０を回転自在に支持するベース４０と、駆動ユニット１５の駆動力を支持体３０及びベース４０へ伝達する駆動力伝達ユニット５０とを有する。

ワークＷは、回転対称な三次元曲面形状の成膜領域を有する。本実施形態では、ワークＷとして、非球面（ドーム型）の表面と平坦な裏面とを有する、プラスチック、ガラス、セラミックス、金属等で形成された構造体が適用され、具体的には、光学レンズ等の光学素子が用いられる。本実施形態の成膜装置１は、当該構造体の曲面形状を有する表面部に所定の蒸着膜を形成する。

図２〜図５にステージ１４の詳細を示す。図２は、支持体３０、ベース４０、駆動力伝達ユニット５０を含むステージ１４の全体斜視図である。図３は、駆動力伝達ユニット５０の内部構造を示す斜視図である。図４は、支持体３０、ベース４０及び駆動力伝達ユニット５０の断面構造を示す斜視図である。図５は、支持体３０及びベース４０の断面図である。理解を容易にするため、図２〜図４は、ステージ１４の上下を反転して示す。

支持体３０は、円板状の支持面３１と、側周面３２とを有する略円筒形状に形成されている。ワークＷはその回転対称軸を支持体３０の中心軸に整列させた状態で、その平坦な裏面側を支持面３１に接触させている。以下の説明では、図３に示すように、ワークＷの回転対称軸及び支持体３０の中心軸をステージ１４の回転軸ａｘ１ともいい、当該回転軸ａｘ１の軸回りの方向（正逆の両方向を含む。）θ方向ともいう。

支持面３１には図示せずともワークＷを位置決め保持するチャッキング機構が設けられている。典型的には、チャッキング機構にはメカニカルチャック（クランプ機構）や静電チャックが用いられる。

支持体３０は、ベース４０に対して回転自在に支持されており、ワークＷをその回転対称軸のまわりに回転可能に構成されている。支持面３１の内面側には、後述するベース４０の軸部４３に回転自在に係合する内側円筒部３３が形成されている。内側円筒部３３の先端には、後述する回転伝達軸と係合する第１のベベルギヤ３３ａが形成されている。

ベース４０は、底部４１と円環状の側周部４２とを有する容器形状に形成されている。ベース４０の底部４１は、支持体３０の支持面３１と対向しており、その中心部には、支持体３０を回転自在に支持する軸部４３が形成されている。軸部４３は、支持体３０の回転軸ａｘ１に整列しており、ベアリング３４を介して支持体３０の内側円筒部３３と接続されている。ベース４０の側周部４２は、支持体３０の側周面３２の外側で所定の範囲にわたって当該側周面３２とオーバーラップしている。

駆動力伝達ユニット５０は、支持体３０をその回転軸ａｘ１の回りに回転させる回転伝達軸５１（第１の軸）と、ベース４０を蒸着粒子ｐ１の入射方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）の軸回りに傾動させる傾動伝達軸５２（第２の軸）と、これら回転伝達軸５１及び傾動伝達軸５２とを収容するケーシング５３とを有する。

図３及び図４に示すように、傾動伝達軸５２は、一端部がベース４０の側周部４２に固定された、側周部４２からＸ軸に沿って延びる中空軸で形成されている。したがって、傾動伝達軸５２がその軸回りに回転することで、支持体３０及びベース４０が当該軸回りに傾動させられる。以下の説明では、図３に示すように、傾動伝達軸５２の中心軸をステージ１４の傾動軸ａｘ２ともいい、当該傾動軸ａｘ２の軸回りの方向（正逆の両方向を含む。）をψ方向ともいう。

傾動伝達軸５２の中空部には回転伝達軸５１が回転可能に収容されている。回転伝達軸５１は、傾動伝達軸５２と同心的に傾動軸ａｘ２に沿って延びており、回転伝達軸５１の一端部は、支持体３０及びベース４０の内部に臨んでいる。回転伝達軸５１の上記一端部には第２のベベルギヤ５１ａが形成されている。第２のベベルギヤ５１ａは、支持体３０の内側円筒部３３に形成された第１のベベルギヤ３３ａと係合している。これにより、回転伝達軸５１のψ方向の回転動力が支持体３０のθ方向への回転動力に変換される。これら第１及び第２のベベルギヤ３３ａ、５１ａは、回転伝達軸５１のψ方向の回転を支持体３０のθ方向への回転に変換する「第１の変換部」を構成する。

回転伝達軸５１の他端は、傾動伝達軸５２の他端側より外方へ所定長さにわたって突出しており、その突出した他端側の外周部には第１のウォームホイール５１ｂが一体的に取り付けられている。第１のウォームホイール５１ｂは、駆動ユニット１５の回転駆動軸６１に取り付けられた第１のウォームギヤ６１ｂに係合している。一方、傾動伝達軸５２の外周部には第２のウォームホイール５２ｂが一体的に取り付けられている。第２のウォームホイール５２ｂは、駆動ユニット１５の傾動駆動軸６２に取り付けられた第２のウォームギヤ６２ｂに係合している。回転駆動軸６１の第１のウォームギヤ６１ｂおよび傾動駆動軸６２の第２のウォームギヤ６２ｂは、駆動力伝達ユニット５０のケーシング５３に収容されている。

駆動力伝達ユニット５０のケーシング５３は、スライダ５５を介して一対のガイドレール７１に接続されている。スライダ５５は、ケーシング５３に固定されている。ガイドレール７１は、真空チャンバ１０の天板に対して基台７０（図１）を介して設置されており、ステージ１４の回転軸ａｘ１及び傾動軸ａｘ２にそれぞれ直交する方向（Ｙ軸方向）に所定距離にわたって延在している。駆動力伝達ユニット５０は、駆動ユニット１５の直動駆動軸６３に連結されており、駆動ユニット１５によりＹ軸方向に移動可能とされている。

駆動ユニット１５は、回転駆動軸６１（第３の軸）と、傾動駆動軸６２（第４の軸）と、直動駆動軸６３と、これら各駆動軸を駆動する駆動源部６４とを有する。図２に示すように、回転駆動軸６１、傾動駆動軸６２及び直動駆動軸６３は、Ｙ軸方向に沿ってそれぞれ直線的に延びており、各々の一端側は駆動力伝達ユニット５０に接続され、各々の他端側は駆動源部６４に接続されている。

図３に示すように、回転駆動軸６１には、第１のウォームホイール５１ｂと係合する第１のウォームギヤ６１ｂがボールスプライン軸受、スラスト軸受等を介して軸方向に移動自在に取り付けられている。傾動駆動軸６２には、第２のウォームホイール５２ｂと係合する第２のウォームギヤ６２ｂがボールスプライン軸受、スラスト軸受等を介して軸方向に移動自在に取り付けられている。これにより、回転駆動軸６１及び傾動駆動軸６２に対する駆動力伝達ユニット５０のＹ軸方向への相対移動が可能とされる。

また図２に示すように、直動駆動軸６３には、駆動力伝達ユニット５０のケーシング５３に接続される接続具６３ｂが取り付けられている。本実施形態では、直動駆動軸６３はボールネジ軸として構成され、接続具６３ｂはボールネジナットとして構成される。上記各駆動軸６１、６２、６３はそれぞれ真空チャンバ１０をＹ軸方向に気密に貫通して駆動源部６４に接続されている。

駆動源部６４は、図１に示すように、真空チャンバ１０の外壁面（大気側）に設置されている。駆動源部６４は、回転駆動軸６１をその軸回りに回転させることが可能な回転駆動源６４１（第１の駆動源）と、傾動駆動軸６２をその軸回りに回転させることが可能な傾動駆動源６４２（第２の駆動源）と、直動駆動軸６３をその軸回りに回転させることが可能な直動駆動源６４３とを含む。これら回転駆動源６４１、傾動駆動源６４２及び直動駆動源６４３には、例えば、モータがそれぞれ用いられる。直動駆動軸６３はプッシュロッドで構成されてもよく、この場合、直動駆動源６４３は流体圧シリンダで構成されてもよい。これらの駆動源は各々独立して真空チャンバ１０に設置されてもよいし、これらの一部あるいは全部が共通の駆動源としてモジュール化されていてもよい。

回転駆動源６４１は、回転駆動軸６１を回転させることで、第１のウォームギヤ６１ｂ及び第１のウォームホイール５１ｂを介して回転伝達軸５１を回転させる。第１のウォームギヤ６１ｂ及び第１のウォームホイール５１ｂは、回転駆動軸６１の回転を回転伝達軸５１の回転に変換する「第２の変換部」を構成する。一方、傾動駆動源６４２は、傾動駆動軸６２を回転させることで、第２のウォームギヤ６２ｂ及び第２のウォームホイール５２ｂを介して傾動伝達軸５２を回転させる。第２のウォームギヤ６２ｂ及び第２のウォームホイール５２ｂは、傾動駆動軸６２の回転を傾動伝達軸５２の回転に変換する「第３の変換部」を構成する。

回転駆動源６４１、回転駆動軸６１及び上記第２の変換部は、回転伝達軸５１をその軸回りに回転させる「第１の駆動部」を構成し、傾動駆動源６４２、傾動駆動軸６２及び上記第３の変換部は、傾動伝達軸５２をその軸回りに回転させる「第２の駆動部」を構成する。また、上記第１の駆動部、回転伝達軸５１、上記第１の変換部は、支持体３０をθ方向に回転させることが可能な「回転機構を」構成し、上記第２の駆動部、傾動伝達軸５２及びベース４０は、支持体３０をψ方向へ傾動させることが可能な「傾動機構」を構成する。さらに、直動駆動源６４３、直動駆動軸６３、スライダ５５及びガイドレール７１は、Ｙ軸方向に支持体３０（ステージ１４）を移動させる「第１の移動機構」を構成する。

本実施形態の成膜装置１はさらに、駆動源部６４の駆動を制御する制御部１６を備えている。制御部１６は、ワークＷの成膜時に、ステージ１４の回転制御及び傾動制御を実行し、必要に応じてステージ１４の直線移動制御を実行する。すなわち、制御部１６は、ステージ１４上のワークＷに対する蒸着粒子ｐ１の入射位置を意図した位置に調整するために、上記回転機構、上記傾動機構及び上記第１の移動機構を制御する。また、制御部１６は、支持体３０の回転角度または回転速度および、支持体３０の傾動角度または傾動速度を調整するために上記回転機構および傾動速度の少なくとも一つを制御する。

（成膜装置の動作）
本実施形態の成膜装置１は以上のように構成される。次に、成膜装置１の動作を説明する。

図１に示すように、ワークＷはその三次元曲面形状の成膜領域（表面）を蒸発源１２側に向けてステージ１４の支持体３０上に設置される。このとき、ワークＷは、その回転対称軸が支持体３０の回転軸ａｘ１に整列するように支持体３０上に位置決めされる。成膜初期時、支持体３０の回転軸ａｘ１はＺ軸方向に平行に向けられており、ワークＷの成膜領域の中心（表面の頂点）が蒸発源１２の蒸着粒子ｐ１の出射位置と対向している。真空チャンバ１０は、所定の圧力にまで真空排気される。

次に、蒸発源１２に収容された蒸発材料を加熱することで、蒸発材料の蒸着粒子ｐ１を生成する。蒸発源１２からＺ軸方向に向けて出射された蒸着粒子ｐ１は、ワークＷの成膜領域に堆積する。

制御部１６は、回転駆動源６４１を駆動することで、支持体３０をθ方向へ回転させる。これにより、ワークＷはＺ軸回り（θ方向）に回転される。一方、制御部１６は、傾動駆動源６４２を駆動することで、支持体３０をθ方向へ回転させながらＸ軸回り（ψ方向）へ連続的に傾動させる。制御部１６は、支持体３０の傾動制御を、ワークＷに対する蒸着粒子ｐ１の入射位置が成膜領域の全面に到達するまで継続する。

以上のようにして、本実施形態においては、三次元曲面形状を有する成膜領域が成膜される。ワークＷのθ方向への回転制御及びψ方向への傾動制御を最適化することによって、成膜領域の全面に蒸着膜を形成することができる。

なお本実施形態では、支持体３０のψ方向への傾動制御に付随して第１のベベルギヤ３３ａと第２のベベルギヤ５１ａとの間に位相差が生じるが、支持体３０のθ方向への回転制御時に上記位相差は補正される。

また、本実施形態の成膜装置１においては、支持体３０のθ方向への回転制御、ψ方向への傾動制御に加えて、Ｙ軸方向への直線移動制御を実行することにより、後述するように、ワークＷ対する蒸着粒子ｐ１の入射角度を一定に維持しながらの成膜が可能となる。これにより、成膜領域全域に均一な膜質（膜厚、膜構造、膜組成など）で蒸着膜を形成することができる。

例えば図６に示すように、ワークＷ１の成膜領域が、傾動軸ａｘ２を中心とする半径Ｒ１の球面で形成されている場合、ワークＷの傾斜角（ψ）の大きさに関係なく、成膜領域に対する蒸着粒子ｐ１の入射角を９０度とすることができる。これにより、成膜領域に対して安定に蒸着粒子を堆積させることができるので、所望の膜厚を有する蒸着膜を成膜領域全域において均一に形成することが可能となる。

一方、ワークＷの成膜領域が非球面で形成されている場合は、成膜領域内の各点において曲率半径が連続的に変化する。この場合、ワークＷの傾動角に応じて、ワークＷをＹ軸方向に移動させることで、ワークＷに対する蒸着粒子ｐ１の入射角の一定化を図ることができる。ワークＷのＹ軸方向への移動は、直動駆動源６４３によるステージ１４のガイドレール７１に沿った直線移動で制御される。

例えば、非球面形状の成膜領域を有するワークＷ２に対する制御例を図７（Ａ）、（Ｂ）に模式的に示す。成膜領域の中心をＡ１、中心Ａ１より外周側の任意の点をＡ２、Ａ２よりも外周側の任意の点をＡ３とし、Ａ１、Ａ２及びＡ３の各点における球心（球の中心）をそれぞれＣ１、Ｃ２及びＣ３とする。また、Ａ１、Ａ２及びＡ３の各点における球心までの距離（曲率半径）をそれぞれＲ１、Ｒ２及びＲ３とする。そこで、図７（Ａ）に示す状態から球心Ｃ１を中心としてワークＷ２をＸ軸回りに傾動させたとき、Ａ１〜Ａ３に入射する蒸着粒子ｐ１の入射角は相互に異なることになる。この場合、ワークＷ２の傾動角に応じてワークＷ２をＹ軸方向に移動させることで、図７（Ｂ）に示すように、蒸着粒子ｐ１が入射するワークＷ２の半径位置に関係なくワークＷ２に対して９０度の入射角で蒸着粒子ｐ１を入射させることが可能となる。ワークＷ２のＹ軸方向への移動量は、曲率半径Ｒ１〜Ｒ３及び傾動角の大きさで定まる。例えば、Ａ２に対して９０度の入射角で蒸着粒子ｐ１を入射させるためのワークＷ２のＹ軸方向への移動量Ｙ１は、（Ｒ２−Ｒ１）／ｔａｎψ１であり、同様にＡ３に対しては、（Ｒ３−Ｒ１）／ｔａｎψ２である。ここで、ψ１及びψ２は、蒸着粒子ｐ１の入射軸（Ｚ軸）に対するＡ２及びＡ３の傾動角を表す。

以上のように、本実施形態の成膜装置１によれば、θ軸、ψ軸及びＹ軸の３軸制御によって、成膜領域が球面の場合は勿論、非球面の場合であっても、成膜領域全域に対して蒸着膜を均一に形成することができる。これにより、装置構成の複雑化、大型化を抑制できるとともに、均一成膜のためのステージ１４の機構制御を容易化できる。

また、本実施形態によれば、回転伝達軸５１と傾動伝達軸５２とを同軸上に配置しているため、ステージ１４の駆動力伝達ユニット５０をコンパクトに構成でき、成膜装置１の小型化及び構成の簡素化を図ることができる。また、これら各伝達軸５１、５２をそれぞれ同一方向に配置することができるので、駆動源部６４の設計の容易化を図ることができる。

さらに、各伝達軸５１、５２への駆動力の伝達にウォームギヤ及びウォームホイールを含むギヤ機構を採用したので、駆動源部６４の配置部位を真空チャンバ１０の外壁面のほぼ同一の箇所に集約することが可能となる。これにより、成膜装置１の構成の更なる小型化及び簡素化を図ることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図８、図９及び図１０は、本実施形態の成膜装置における位置決め装置２３の構成を示す要部の側面図、正面図及び平面図である。各図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施形態の位置決め装置２３は、ステージ１４の駆動系の構成が上述の第１の実施形態と異なる。すなわち本実施形態の位置決め装置２３は、ステージ１４をＺ軸方向に移動させることが可能な第２の移動機構を備える。

上記第２の移動機構は、ステージ１４をＹ軸方向に移動させるためのガイドレール７１を支持する基台７０を架台７２に対して昇降移動させる複数の昇降軸８１と、これら昇降軸８１を昇降駆動する昇降駆動源（図示略）とを有する。上記架台７２は、真空チャンバ１０の天板に設置されるが、当該天板で構成されていてもよい。また、上記昇降駆動源は、上記天板の外壁面（大気側）に配置される。昇降駆動源は、例えば、モータやシリンダ装置などで構成される。

本実施形態の位置決め装置２３は、上記昇降駆動源と同様、支持体３０の回転駆動源、傾動駆動源及びＹ軸方向への直動駆動源もそれぞれ真空チャンバ１０の天板の外壁面（大気側）に配置される。このため、Ｙ軸方向に延在する回転駆動軸６１、傾動駆動軸６２及び直動駆動軸６３へ上記回転駆動源、傾動駆動源及び直動駆動源の駆動力をそれぞれ伝達する回転軸部材６１０、傾動軸部材６２０及び直動軸部材６３０が設置されている。

図１０に示すように、基台７０には、回転駆動軸６１、傾動駆動軸６２及び直動駆動軸６３をそれぞれ回転自在に支持する軸支部材９１、９２、９３が固定されている。回転駆動軸６１の両端は軸支部材９１に支持されており、傾動駆動軸６２の両端は軸支部材９２に支持されており、直動駆動軸６３の両端は軸支部材９３に支持されている。回転軸部材６１０は、Ｚ軸方向に延在し、その下端部が一方の軸支部材９１内に配置されている。当該軸支部材９１は、回転軸部材６１０の回転駆動力を回転駆動軸６１へ伝達するギヤ機構６１０ｂを有している。同様に、傾動軸部材６２０は、Ｚ軸方向に延在し、その下端部が一方の軸支部材９２内に配置されている。当該軸支部材９２は、傾動軸部材６２０の回転駆動力を傾動駆動軸６２へ伝達するギヤ機構６２０ｂを有している。さらに、直動軸部材６３０は、Ｚ軸方向に延在し、その下端部が一方の軸支部材９３内に配置されている。当該軸支部材９３は、直動軸部材６３０の回転駆動力を直動駆動軸６３へ伝達するギヤ機構６３０ｂを有している。

ギヤ機構６１０ｂ、６２０ｂ、６３０ｂは、例えば、ウォームギヤ及びウォームホイールとの組み合わせによって構成される。これらギヤ機構６１０ｂ、６２０ｂ、６３０ｂは、回転軸部材６１０、傾動軸部材６２０及び直動軸部材６３０に対してＺ軸方向に摺動自在な、例えばボールスプライン等の軸受機構を含んでいる。なお、回転伝達軸５１による支持体３０の回転駆動機構、傾動伝達軸５２によるベース４０の傾動駆動機構、及び、直動駆動軸６３によるステージ１４の直動駆動機構は、上述の第１の実施形態と同様であるので、ここではその説明を省略する。

以上のように構成される位置決め装置２３によれば、ステージ１４をＹ軸方向だけでなくＺ軸方向にも移動させることができる。ステージ１４の昇降動作は、制御部１６（図１）によって制御される。制御部１６は、例えば、蒸発源１２とワークＷとの間の相対距離が一定に維持されるように上記昇降駆動源を制御する。図７（Ｂ）に示した例では、ワークＷの傾動制御に伴ってＹ軸方向に移動させたときに、蒸着粒子ｐ１の入射位置がＺ軸方向に変化する。制御部１６は、ワークＷの傾動角に応じて入射位置が一定となるようにワークＷを昇降させる。これにより、ワークＷの傾動による蒸発源１２と成膜領域との間の相対距離の変化を防止でき、成膜領域全域に対して均一性の高い成膜が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、ワークＷの成膜領域に対する蒸着粒子ｐ１の入射角を９０度としたが、これに限られず、９０度未満あるいは９０度超で蒸着粒子を入射させてもよい。本発明によれば、結晶配向を意図的に傾斜させた、いわゆる斜め蒸着処理にも容易に対応することができる。

また、以上の実施形態では、第１のウォームギヤ６１ｂ及び第１のウォームホイール５１ｂを用いて、回転駆動軸６１の回転を回転伝達軸５１の回転に変換し、第２のウォームギヤ６２ｂ及び第２のウォームホイール５２ｂを用いて、傾動駆動軸６２の回転を傾動伝達軸５２の回転に変換していたが、これに限られるわけではなく、複数のベベルギヤを用いてもよい。
また、駆動源伝達ユニット５０は、直動駆動軸６３によりＹ軸方向に移動可能とされているが、これに限られるわけではなく、回転駆動軸や傾動駆動軸にボールスプラインを取り付けることにより、Ｙ軸方向へ移動させてもよい。

また、以上の実施形態では、成膜装置として真空蒸着装置を例に挙げて説明したが、これに限られず、スパッタ装置等の他の成膜装置にも本発明は適用可能である。この場合、成膜源には、スパッタリングターゲットが用いられる。

さらに、以上の実施形態では、支持体３０の回転駆動源、傾動駆動源等を真空チャンバ１０の外部（大気側）に配置したが、これらの一部又は全部をチャンバ内に配置しても構わない。また、回転駆動系や傾動駆動系の構成も上述の例に限定されず、装置の仕様に応じて適宜変更されてもよい。

１…成膜装置
１０…真空チャンバ
１２…蒸発源
１３、２３…位置決め装置
１４…ステージ
１５…駆動ユニット
１６…制御部
３０…支持体
４０…ベース
５０…駆動力伝達ユニット
５１…回転伝達軸
５２…傾動伝達軸
６１…回転駆動軸
６２…傾動駆動軸
６３…直動駆動軸
８１…昇降軸
ｐ１…蒸着粒子
Ｗ…ワーク
ａｘ１…回転軸
ａｘ２…傾動軸

Claims (6)

1. 回転対称な三次元曲面形状の成膜領域を有するワークを成膜するために用いられる前記ワークの位置決め装置であって、
   成膜源から前記成膜領域へ蒸着粒子が第１の方向から入射するように前記ワークを支持する支持体と、
   前記ワークの回転対称軸の回りに前記支持体を回転させることが可能な回転機構と、
   前記第１の方向と直交する第２の方向の軸回りに前記支持体を傾動させることが可能な傾動機構と、
   前記ワークに対する前記蒸着粒子の入射位置を調整するために前記回転機構及び前記傾動機構を制御する制御部と
   を具備する位置決め装置。
2. 請求項１に記載の位置決め装置であって、
   前記回転機構は、前記第２の方向に沿って延びる第１の軸と、前記第１の軸をその軸回りに回転させる第１の駆動部と、前記第１の軸の回転を前記支持体の前記回転対称軸回りへの回転に変換する第１の変換部とを有し、
   前記傾動機構は、前記支持体を回転自在に支持するベースと、前記ベースに結合され前記第１の軸と同心的な第２の軸と、前記第２の軸をその軸回りに回転させる第２の駆動部とを有する
   位置決め装置。
3. 請求項２に記載の位置決め装置であって、
   前記第１の駆動部は、前記第２の方向に直交する第３の方向に沿って延びる第３の軸と、前記第３の軸をその軸回りに回転させる第１の駆動源と、前記第３の軸の回転を前記第１の軸の回転に変換する第２の変換部とを有し、
   前記第２の駆動部は、前記第３の軸と平行に延びる第４の軸と、前記第４の軸をその軸回りに回転させる第２の駆動源と、前記第４の軸の回転を前記第２の軸の回転に変換する第３の変換部とを有する
   位置決め装置。
4. 請求項１に記載の位置決め装置であって、
   前記第１の方向及び前記第２の方向に相互に直交する第３の方向に前記支持体を移動させることが可能な第１の移動機構をさらに具備し、
   前記制御部は、前記成膜領域に対する前記蒸着粒子の入射角が一定に維持されるように前記第１の移動機構を制御する
   位置決め装置。
5. 請求項１に記載の位置決め装置であって、
   前記第１の方向に前記支持体を移動させることが可能な第２の移動機構をさらに具備し、
   前記制御部は、前記成膜源と前記成膜領域との間の相対距離が一定に維持されるように前記第２の移動機構を制御する
   位置決め装置。
6. 請求項１に記載の位置決め装置であって、
   前記三次元曲面形状は、非球面の形状である
   位置決め装置。

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