JP2018199842A - 基板及び基板の成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜の形成をより効率良く行うことができる基板の提供。【解決手段】成膜装置内において、表面に薄膜が形成される基板５０であって、少なくとも一面に薄膜の形成領域を有する基板本体５１と、基板本体５１に設けられる支持軸５２、５３であって、支持軸５２、５３を中心として基板本体５１が回転可能となる様に成膜装置内に装着される支持軸５２、５３とを備え、支持軸５２、５３の軸中心線は、基板本体５１の回転中心線Ａと一致する基板５０。支持軸５２、５３は、基板本体Ｈにおいて、回転中心線Ａと接っする２つの辺に夫々設けられる、基板５０。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、基板及び基板の成膜方法に関する。

従来、基板の表面に金属等の薄膜を形成する手法の１つとして、真空蒸着が用いられている。真空蒸着は、真空にした容器内において、蒸着材料を加熱により蒸発させて、基板の表面に蒸着材料の粒子を付着させるものである。この真空蒸着を行うための成膜装置においては、１バッチの処理でなるべく多くの基板面に成膜できるようにするため、複数の基板を保持可能な基板ホルダが用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。これら特許文献に記載された基板ホルダは、成膜装置内で反転させることができる。そのため、基板の両面に薄膜を形成する場合、成膜装置内の基板ホルダを反転させるために、成膜装置を一旦大気開放する手間が不要となる。

特開２００８−２４０１０５号公報 特開平５−２７１９３５号公報

上述した成膜装置を用いて基板に薄膜を形成すると、蒸着材料の粒子は、基板の表面だけなく基板ホルダにも付着する。蒸着材料が基板ホルダに付着すると、基板の表面に形成された薄膜の光学特性が変化したり、薄膜中に異物が混入したりするおそれがある。そのため、基板ホルダは、定期的に洗浄する必要がある。基板ホルダの洗浄には、サンドブラストと呼ばれる手法が一般的に用いられている。サンドブラストは、洗浄対象物の表面に圧縮空気と共にアルミナ、ガラスビーズ等の研磨材を吹き付けて、洗浄対象物の表面に付着した汚れ、被膜等を除去する手法である。

サンドブラストによる洗浄では、作業者の粉塵対策が必要となるうえ、洗浄後は、基板ホルダに残留した研磨剤を除去する作業が必要となる。特に、基板ホルダの隙間に入り込んだ研磨材を除去するには、基板ホルダを投入できる大型の超音波洗浄機が必要となるため、設備投資により多くの費用がかかる。
このように、従来の成膜処理においては、基板ホルダの洗浄に手間と時間がかかるだけでなく、大掛かりな設備も必要となっていたため、薄膜の形成をより効率良く行うことができるようにすることが求められている。

本発明の目的は、薄膜の形成をより効率良く行うことができる基板及び基板の成膜方法を提供することにある。

（１）本発明は、成膜装置内において、表面に薄膜が形成される基板（例えば、後述する基板５０）であって、少なくとも一面に薄膜の形成領域を有する基板本体（例えば、後述する基板本体５１）と、前記基板本体に設けられる支持軸（例えば、後述する支持軸５２及び５３）であって、前記支持軸を中心として前記基板本体が回転可能となるように成膜装置内に装着される支持軸と、を備える基板に関する。

（２） （１）の基板において、前記支持軸の軸中心線は、前記基板本体の回転中心線と一致してもよい。

（３） （２）の基板において、前記支持軸は、前記基板本体において、前記回転中心線と接する２つの辺（例えば、後述する辺５１ａ、５１ｂ）にそれぞれ設けられてもよい。

（４） （３）の基板において、前記基板本体の前記回転中心線と接する２つの辺のうちの一方の辺は、他方の辺よりも短くしてもよい。

（５） 本発明は、（１）〜（４）までのいずれかの基板を、その一方の面が粒子放出部と対向するように成膜室内に装着する工程と、前記粒子放出部から成膜材料の粒子を前記基板に向けて放出させ、前記基板の一方の面に薄膜を形成させる工程と、前記基板に設けられた支持軸を中心として前記基板本体を回転させて、前記基板の他方の面と前記粒子放出部とを対向させる工程と、前記粒子放出部から成膜材料の粒子を前記基板に向けて放出させ、前記基板の他方の面に薄膜を形成させる工程と、を備える基板の成膜方法に関する。

本発明によれば、基板への薄膜の形成をより効率良く行うことができる基板及び基板の成膜方法を提供することができる。

成膜装置１の構成を説明する図である。 本発明に係る基板５０の第１の形態を示す平面図である。 図２Ａに示す基板５０の側面図である。 第２の形態の基板１５０を示す斜視図である。 第３の形態の基板２５０を示す斜視図である。 第４の形態の基板３５０を示す斜視図である。 第５の形態の基板４５０を示す斜視図である。 第５の形態の基板４５０の切断予定位置を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付した図面は、いずれも模式図であり、理解しやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。また、図面においては、部材等の断面を示すハッチングを適宜に省略する。
本明細書等において、形状、幾何学的条件、これらの程度を特定する用語、例えば、「平行」、「方向」等の用語については、その用語の厳密な意味に加えて、ほぼ平行と見なせる程度の範囲、概ねその方向とみなせる範囲を含む。
本明細書等においては、基板の長手方向をＸ（Ｘ１−Ｘ２）方向とし、幅方向をＹ（Ｙ１−Ｙ２）方向とする。また、基板のＸ−Ｙ平面と直交する厚み方向をＺ（Ｚ１−Ｚ２）方向とする。なお、基板のＸ（Ｘ１−Ｘ２）方向は、後述する回転中心線Ａと平行な方向である。

（成膜装置）
図１は、成膜装置１の構成を説明する図である。成膜装置１は、例えば、基板としてのレンズ等の光学部品の表面に、真空蒸着により光学薄膜（例えば、反射防止膜）を形成する装置である。
図１に示すように、成膜装置１は、成膜室１０と、基板駆動部２０と、蒸着部（粒子放出部）３０と、排気部４０と、を備える。

成膜室１０は、密閉された内部空間を備え、真空蒸着により基板５０の両面に光学薄膜を形成するための筐体である。成膜室１０は、天井部１０ａに基板駆動部２０を備え、床面部１０ｂに蒸着部３０を備える。また、図示していないが、成膜室１０は、天井部１０ａに、作業者が基板５０を出し入れするための開閉部を備える。この開閉部を開くことにより、成膜室１０の内部を大気開放することができる。また、開閉部を閉じることにより、成膜室１０の内部を密閉することができる。後述する排気部４０による空気の排出は、開閉部を閉じて、成膜室１０の内部を密閉した状態で行われる。

基板駆動部２０は、被成膜物となる基板５０を支持し且つ回転させるための装置である。基板駆動部２０には、基板５０に設けられた支持軸５２及び５３（後述）が装着される。基板駆動部２０は、駆動部本体２１と、支持部２２と、を備える。駆動部本体２１は、基板５０の一方の支持軸５２を支持すると共に、モータ及びギア機構等（不図示）により、基板５０を回転させる。支持部２２は、基板５０の他方の支持軸５３を回転自在に支持する。

基板駆動部２０には、複数の基板５０が装着される。図１では、そのうちの２枚の基板５０を図示している。基板駆動部２０は、基板５０の一方の面の成膜が完了すると、基板５０が１８０°反転するように、基板５０を回転させる。これにより、未成膜の他方の面は、蒸着部３０と対向するため、成膜室１０を大気開放することなしに、他方の面への成膜を行うことができる。基板駆動部２０における基板５０の回転は、制御部（不図示）により制御される。

なお、基板駆動部２０として、一般的な成膜装置で使用される基板ホルダの駆動機構を用いることができる。その場合、後述する基板５０の支持軸５２及び５３の形状、配置等を、使用する駆動機構に合わせて変更すればよい。このように、本実施形態の基板５０は、一般的な成膜装置で使用される基板ホルダの駆動機構にも適用できるため、既存の設備を有効に利用することができる。

蒸着部３０は、蒸着材料をヒータ（不図示）の加熱により、もしくは電子銃（不図示）からの電子ビーム照射により蒸発させて、蒸着材料の粒子を基板５０に向けて放出する装置である。蒸着部３０において、蒸着材料の粒子Ｐは、粒子放出口３１から基板５０に向けて放出される。
排気部４０は、成膜室１０内を高真空状態にする装置である。排気部４０は、真空ポンプ（不図示）を駆動して成膜室１０の内部から空気を排出することにより、成膜室１０内を高真空状態にする。なお、図示していないが、成膜装置１は、外部の空気を成膜室１０内に導入する給気部を備える。

上述した成膜装置１において、真空蒸着により基板５０の両面に光学薄膜を形成する手順は、以下の通りとなる。
まず、成膜室１０の開閉部（不図示）を開けて、成膜室１０内を大気開放する。成膜室１０の開閉部を開ける際には、排気部４０による空気の排出を停止すると共に、給気部（不図示）により外部の空気を成膜室１０内に導入して、成膜室１０内を大気圧とする。
次に、基板駆動部２０に基板５０を装着する。このとき、基板５０の一方の面（蒸着予定面）と、蒸着部３０の粒子放出口３１とが対向するように基板５０を装着する。

次に、成膜室１０の開閉部を閉じて、成膜室１０の内部を密閉する。そして、給気部から外部の空気が成膜室１０内に導入されないようにすると共に、排気部４０により成膜室１０内の空気を排出して、成膜室１０内を高真空状態とする。
次に、蒸着部３０のヒータを加熱して、もしくは電子銃から電子ビームを蒸着材料に照射して、蒸着材料の粒子Ｐを、粒子放出口３１から基板５０に向けて放出する。これにより、基板５０の一方の面に、蒸着材料の粒子Ｐが成膜される。そして、基板５０の一方の面への成膜が完了すると、基板駆動部２０を駆動し、基板５０を１８０°回転させる。これにより、基板５０が反転して、未成膜の他方の面が、蒸着部３０と対向するため、基板５０の他方の面に、蒸着材料の粒子Ｐが成膜される。

基板５０の他方の面への成膜が完了した段階で、蒸着部３０のヒータを止める。もしくは電子銃からの電子ビーム照射を止める。これにより、蒸着材料の粒子Ｐが、粒子放出口３１から放出されないようになる。次に、給気部から外部の空気を成膜室１０内に導入して、成膜室１０内を大気圧とする。そして、開閉部を開いて、成膜室１０内を大気開放する。これにより、両面に蒸着材料の薄膜が形成された基板５０を、成膜室１０から取り出すことができる。この後、基板５０に設けられた支持軸５２及び５３（後述）をダイシングして切り離すことにより、両面に蒸着材料の薄膜が形成された光学部品を得ることができる。

（第１の形態）
次に、上記成膜装置１に装着される基板５０の構成例について説明する。
図２Ａは、本発明に係る基板５０の第１の形態を示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す基板５０の側面図である。
図２Ａに示すように、基板５０は、基板本体５１、支持軸５２及び５３を備える。光学部品としての基板５０は、例えば、ガラス、プラスチック等の光透過性を有する部材により形成されている。本実施形態において、基板本体５１、支持軸５２及び５３は、一体に形成されている。

基板本体５１は、蒸着部３０から放出された蒸着材料の粒子が付着する部分である。第１の形態において、基板本体５１は、第１面Ｆ１と、この第１面Ｆ１と反対側の第２面Ｆ２とを備える。第１の形態の基板本体５１において、第１面Ｆ１及び第２面Ｆ２は、それぞれ平坦面である。本実施形態の基板本体５１において、第１面Ｆ１及び第２面Ｆ２の全面は、成膜領域となる。

なお、基板５０において、第１面Ｆ１と第２面Ｆ２とは、互いに反対面となる。そのため、基板５０において、一方の面が第１面Ｆ１であれば、他方の面は第１面Ｆ１とは反対側の第２面Ｆ２となり、一方の面が第２面Ｆ２であれば、他方の面は第２面Ｆ２とは反対側の第１面Ｆ１となる。

第１の形態の基板本体５１は、回転中心線Ａと接する２つの辺５１ａ、５１ｂのうち、Ｘ２側の辺５１ａがＸ１側の辺５１ｂよりも短く形成されている。すなわち、第１の形態の基板本体５１は、図２Ａに示す平面視において、全体が台形となるように形成されている。このように、基板本体５１の全体を台形にすると、天井部１０ａが傘型（又はドーム型）に形成された成膜装置１（図１参照）に基板５０を装着した場合に、天井部１０ａに余分なスペースが生じないため、基板本体５１の表面に蒸着材料の粒子をより効率良く付着させることができる。

支持軸５２及び５３は、基板５０の長手方向（Ｘ方向）の２辺に設けられた棒状の部材である。支持軸５２は、基板本体５１のＸ２側の辺５１ａに設けられている。支持軸５３は、基板本体５１のＸ１側の辺５１ｂに設けられている。支持軸５２及び５３の軸中心線は、基板本体５１の回転中心線Ａと一致している。

基板５０において、支持軸５２は、基板駆動部２０（図１参照）の駆動部本体２１に装着される。一方、支持軸５３は、基板駆動部２０の支持部２２に装着される。駆動部本体２１に装着された支持軸５２は、モータ等から伝達された回転力により回転中心線Ａを中心として回転する。支持部２２に装着された支持軸５３は、支持軸５２が回転すると、基板本体５１と共に回転する。

上述した本実施形態の基板５０は、支持軸５２及び５３を備えるため、成膜装置１に装着することにより、成膜室１０の内部で基板本体５１を支持しつつ、回転（反転）させることができる。これによれば、一般的な成膜装置で使用される基板ホルダが不要となるため、蒸着材料の付着した基板ホルダの洗浄工程を削減できる。したがって、本実施形態の基板５０を用いることにより、薄膜の形成をより効率良く行うことができる。

本実施形態の基板５０を用いることにより、基板ホルダの洗浄が不要となるため、成膜装置内の清浄度、薄膜の品質等を、より高いレベルで維持できる。
本実施形態の基板５０は、基板ホルダ用いることなしに成膜装置１に装着できるため、１バッチの処理で成膜できる基板５０の面積を増やすことができる。したがって、薄膜を形成した光学部品の生産性をより向上させることができる。
本実施形態の基板５０は、成膜後の基板本体５１から支持軸５２及び５３をダイシングして切り離すことにより、薄膜の形成された個別の光学部品を得ることができる。そのため、本実施形態の基板５０によれば、基板ホルダの形状に制約されることなく、様々な形状の光学部品を形成できる。

次に、本実施形態における基板５０の他の形態（第２〜第４の形態）について、図面を参照しながら説明する。
以下、先に説明した実施形態と同じ構成要件には、同じ符号又は下２桁に同じ符号を付して説明する。また、第２〜第４の形態においては、基板５０の形状を四角形（長方形、正方形等）とした例を示すが、第２〜第４の形態において、基板５０の形状は、第１の形態と同じく台形であってもよいし、他の形状であってもよい。

（第２の形態）
図３は、第２の形態の基板１５０を示す斜視図である。
図３に示すように、第２の形態の基板１５０は、基板本体１５１の第１面Ｆ１が凸面となり、第２面Ｆ２が凹面となるように形成されている。なお、図示していないが、第２の形態において、基板１５０の第１面Ｆ１を凸面とし、第２面Ｆ２を平坦面としてもよいし、基板１５０の第１面Ｆ１を凹面とし、第２面Ｆ２を平坦面としてもよい。

（第３の形態）
図４は、第３の形態の基板２５０を示す斜視図である。
図４は、第３の形態の基板２５０を、第２面Ｆ２側（Ｚ２側）から見たときの斜視図である。図４では、基板２５０に設けられる支持軸５２及び５３（図２Ａ等参照）の図示を省略している。

図４に示すように、第３の形態の基板２５０において、基板本体２５１は、トーリック面を有する。トーリック面とは、１つの断面では凸面となり、その断面と直交する断面では凹面となる面をいう。第３の形態の基板２５０は、図４に示すように、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ方向の断面では凸面２５１ａとなり、Ｘ方向の断面では凹面２５１ｂとなるように形成されている。なお、第３の形態の基板２５０において、Ｙ方向の断面では凹面となり、Ｘ方向の断面では凸面となるように形成してもよい。

（第４の形態）
図５は、第４の形態の基板３５０を示す斜視図である。
図５は、第４の形態の基板３５０を、第２面Ｆ２側（Ｚ２側）から見たときの斜視図である。図５では、基板３５０に設けられる支持軸５２及び５３（図２Ａ等参照）の図示を省略している。

図５に示すように、第４の形態の基板３５０において、基板本体３５１は、シリンドリカル面を有する。シリンドリカル面とは、１つの断面では凸面又は凹面となり、その断面と直交する断面では平面となる面をいう。図５では、Ｘ−Ｙ平面において、Ｙ方向の断面では凸面３５１ａとなり、Ｘ方向の断面では平面３５１ｂとなるように形成されている。なお、第４の形態の基板３５０において、Ｙ方向の断面では凹面となり、Ｘ方向の断面では平面となる構成としてもよい。

上述したトーリック面、シリンドリカル面において、凸面、凹面は、球面曲面であってもよいし、非球面曲面であってもよい。これら各曲面は、例えば、ガラスモールド、射出成型等の手法により形成することができる。その際に、回転中心線と一致する方向に支持軸を設けることにより、本実施形態の基板として構成することができる。

（第５の形態）
図６Ａは、第５の形態の基板４５０を示す斜視図である。図６Ｂは、第５の形態の基板４５０の切断位置を示す斜視図である。

図６Ａに示すように、第５の形態の基板４５０は、基板本体４５１の第１面Ｆ１に、凸面４５１ａと平面４５１ｂ（Ｘ方向に延在する細長い平坦面）とが交互に形成され、第２面Ｆ２の全面に平面４５１ｃが形成されている。なお、図示していないが、第５の形態の基板４５０において、基板本体４５１の第１面Ｆ１に、凹面と平面とが交互に形成され、第２面Ｆ２の全面に平坦面が形成される構成としてもよい。このように、第５の形態の基板４５０では、凸面、凹面、平面を適宜に組み合わせた形状とすることができる。

第５の形態の基板４５０は、成膜後に、支持軸５２及び５３を基板本体４５１からダイシングにより切り離すことにより、例えば、レンチキュラーレンズシートとして形成することができる。
また、第５の形態の基板４５０は、図６Ｂに示すように、Ｘ方向及びＹ方向にダイシングして、個片化された光学部品として形成することもできる。図６Ｂにおいて、ＤＬ１は、基板本体４５１のＹ方向における切断予定位置を示すダイシングラインである。また、ＤＬ２は、基板本体４５１のＸ方向における切断予定位置を示すダイシングラインである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形、変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
本実施形態において、基板本体に形成される光学薄膜は、反射防止膜に限らず、例えば、１つの波長の範囲に対して所定の反射率又は透過率を有する薄膜であってもよいし、その他の光学的な特性を有する薄膜であってもよい。
本実施形態において、基板に形成される曲面は、ガラスモールド、射出成型等の手法により形成されたものに限らず、ガラスの研磨加工により形成されたものであってもよい。
本実施形態においては、真空蒸着により薄膜が形成される基板を例として説明したが、これに限らず、スパッタリングにより薄膜が形成される基板であってもよい。

本実施形態においては、基板本体と支持軸とを一体に形成した基板について説明したが、これに限定されない。基板本体に支持軸を接合することにより基板を構成してもよい。また、本実施形態では、基板本体の２つの辺に支持軸を設けた例について説明したが、これに限定されない、基板本体を１つの支持軸で安定して支持することができれば、支持軸を、例えば、基板駆動部側にのみ設けた構成としてもよい。

本実施形態では、基板本体を１つの板状部材により形成する例について説明したが、これに限定されない。基板本体を複数に分割し、各基板本体を支持軸で連結する構成としてもよい。その場合、各基板本体は、同一の形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。例えば、基板本体を２つに分割した場合に、一方の基板本体をトーリック面（図４参照）とし、他方の基板本体をシリンドリカル面（図５参照）としてもよい。

５０，１５０，２５０，３５０，４５０：基板、５１，１５１，２５１，３５１，４５１：基板本体、５２，５３：支持軸

Claims (5)

1. 成膜装置内において、表面に薄膜が形成される基板であって、
   少なくとも一面に薄膜の形成領域を有する基板本体と、
   前記基板本体に設けられる支持軸であって、前記支持軸を中心として前記基板本体が回転可能となるように成膜装置内に装着される支持軸と、
   を備える基板。
2. 前記支持軸の軸中心線は、前記基板本体の回転中心線と一致する、
   請求項１に記載の基板。
3. 前記支持軸は、前記基板本体において、前記回転中心線と接する２つの辺にそれぞれ設けられる、
   請求項２に記載の基板。
4. 前記基板本体において、前記回転中心線と接する２つの辺のうちの一方の辺は、他方の辺よりも短い、
   請求項３に記載の基板。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の基板を、その一方の面が粒子放出部と対向するように成膜室内に装着する工程と、
   前記粒子放出部から成膜材料の粒子を前記基板に向けて放出させ、前記基板の一方の面に薄膜を形成させる工程と、
   前記基板に設けられた支持軸を中心として前記基板本体を回転させて、前記基板の他方の面と前記粒子放出部とを対向させる工程と、
   前記粒子放出部から成膜材料の粒子を前記基板に向けて放出させ、前記基板の他方の面に薄膜を形成させる工程と、
   を備える基板の成膜方法。

Images