JP4509943B2

JP4509943B2 - グラジエント式光学薄膜形成装置及びその治具

Info

Publication number: JP4509943B2
Application number: JP2006007972A
Authority: JP
Inventors: 建銘黄
Original assignee: 亜洲光学股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2026-01-16
Also published as: US20060196423A1; TWI265202B; TW200632116A; JP2006241588A

Description

この発明は成膜装置に関し、特に基板上にグラジエント傾斜率及びグラジエント範囲の光学薄膜層を精確に形成する成膜装置並びにその治具に関する。

従来の成膜技術において、同一基板上に特定のグラジエント傾斜率及びグラジエント範囲の薄膜層を形成することは、難度の高い技術である。従来のグラジエント傾斜率及びグラジエント範囲の光学薄膜層を形成する方法は、基板の傾斜角度を調整するか、もしくは補正板の形状の違いを利用して基板上に成膜する薬剤の量の多寡を制御する。即ち、厚さを制御して、薄膜層の厚さを変更してスペクトル特性を変化させ、各種の異なるグラジエント効果の光学薄膜を形成する。

しかしながら、かかる方法は精確に膜厚を制御することができない。しかも、微細なグラジエント量の変化（１ｍｍ毎に精確に変化するグラジエント量）及び微小範囲のグラジエント量の変化（数ｍｍ）の光学フィルムについては、上述した方法で精確な膜厚の制御を行うことは難しい。

図１に図示するように、基板の傾斜角度を調整する従来の成膜装置５においては、基板５１を傾斜させてベース５２の上方に設置する。ベース５２上には薄膜材料源５３を設け、真空蒸着もしくはスパッタリングで基板５１上に薄膜層５４を形成する。基板５１を設置する位置は、ベース５２に対して平行でなく、所定の角度傾斜させる。

上述する技術は、薄膜層５４の厚さをベース５２と基板５１との距離の１．５〜１．９乗で反比例させて得る原理を利用する。よって、基板５１はベース５２に近い部分の膜厚が厚くなり、逆にベース５２から離れた部分は膜圧が薄くなる。

図２に、異なる形状の補正板を利用した成膜装置を開示する。図面によれば、薄膜形成装置９は、真空ポンプで気体を排気して真空状態にした真空室９０と、この真空室９０内の上部に設けられた成膜パラソル９１と、補正板９２と、薄膜材料源９３とを含んでなる。

成膜パラソル９１は動力源９４の軸心に軸支され、該動力源９４の駆動力で回転する。薄膜材料源９３は成膜パラソル９１に向かい合うように設けられ、補正板９２は成膜パラソル９１に近接した位置で、かつこの成膜パラソル９１と薄膜材料源９３との間に設けられる。補正板９２の外形と位置とを制御することによって、若干の基板の薄膜の厚さに影響を与えることができる。また、成膜パラソル９１のパラソル形状の本体には、基板９５を取り付けるための複数の成膜孔（図示しない）と、動力源９４に取り付けたベアリングに接続される取り付け孔９１０とを形成する。

上述する薄膜形成装置９の詳細な構造は、台湾実用新案公告第５４０５８５号に開示されている。

薄膜形成装置９によって薄膜を形成する場合、予め複数の基板９５を成膜パラソル９１に取り付け、動力源９４を駆動して成膜パラソル９１を回転させ、さらに、真空蒸着もしくはスパッタリングなどによって薄膜材料源９３の薄膜材料を基板９５上に沈着させる。

基板９５への蒸着（もしくはスパッタリング）を行って１層もしくは多層の膜を形成し、次いで、成膜が完了したこれらの基板９５を真空室９０から移動させ、再度同数の基板９５を真空室９０内に搬入し、同様に１回もしくは複数回蒸着を行って膜を形成する。

しかしながら、補正板９２と基板９５との間の距離が離れているため、基板９５上の薄膜の厚さを精確に制御することは難しい。

台湾実用新案出願第０９２２１２６６２号には、別の形式の薄膜形成装置が開示される。該薄膜形成装置は少なくとも２つの薄膜材料源と、該薄膜材料源にそれぞれ対応する２つの遮蔽板（補正板）ユニットとを含む。但し、その構造は図２に開示する装置とほぼ同様であって、その遮蔽板についても、薄膜のグラジエント傾斜率及びグラジエント範囲を精確に制御することは難しい。
台湾実用新案公告第５４０５８５号公報台湾実用新案出願第０９２２１２６６２号公報

この発明は、薄膜のグラジエント傾斜率及びグラジエント範囲を精確に制御する薄膜形成装置並びにその治具を提供することを課題とする。

そこで、本発明者は従来の技術に見られる欠点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、グラジエント式薄膜形成装置に用いる治具フレームであって、少なくとも１つ以上の基板を収納するようになっており、該基板は、薄膜材料源の薄膜材料が付着して薄膜を形成する成膜面を備えており、基板の成膜面に近接した位置に遮蔽板が設けられており、該遮蔽板の高さ、厚さ、及び基板との間に形成される夾角によって薄膜層のグラジエント傾斜率及びグラジエントの範囲が決定されるようになっていることを特徴とするグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームによって課題を解決できる点に着眼し、かかる知見に基づいて本発明を完成させた。

以下、この発明について具体的に説明する。

請求項１に記載するグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームは、グラジエント式薄膜形成装置に用いる治具フレームであって、少なくとも１つ以上の基板を収納するようになっており、該基板は、薄膜材料源の薄膜材料が付着して薄膜を形成する成膜面を備えており、基板の成膜面に近接した位置に遮蔽板が設けられており、該遮蔽板の高さ、厚さ、及び基板との間に形成される夾角によって薄膜層のグラジエント傾斜率及びグラジエントの範囲が決定されるようになっている。

請求項２に記載するグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームは、請求項１における遮蔽板が、治具フレームの対向する両側辺上に回動自在に設けられている。

請求項３に記載するグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームは、請求項１もしくは請求項２における遮蔽板の高さの薄膜グラジエント範囲に対する影響がＨ＝Ｋ・Ｄであって、この場合、Ｈが遮蔽板の高さであって、Ｋが蒸着パラメーター、成膜パラソルの曲率、薄膜材料の種類などに関する定数であって、Ｄがグラジエント範囲の大きさである。

請求項４に記載するグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームは、請求項１もしくは請求項２における遮蔽板と基板との間に形成される夾角が、０度から１８０度の間である。

請求項５に記載するグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームは、請求項４における遮蔽板と基板との間に形成される夾角の最も好ましい角度が、４５度から１３０度の間である。

請求項６に記載するグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームは、請求項１における治具フレーム上に、少なくとも１つ以上の遮蔽板が設けられており、且つそれぞれの遮蔽板がいずれも独立した高さ、厚さ、及び基板に対する夾角を有する。

請求項７に記載するグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームは、請求項１、請求項２もしくは請求項６における治具フレームが、光学薄膜形成装置に用いられ、且つ該光学薄膜形成装置が真空蒸着もしくはスパッタリングを行うようになっている。

請求項８に記載するグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームは、請求項７における光学薄膜形成装置が真空室を備えており、且つ該真空室内に成膜パラソルが設けられている。

請求項９に記載するグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームは、請求項８における光学薄膜形成装置に設けられた成膜パラソルが、回転の中心軸を備えており、且つ該成膜パラソルが、動力源の駆動によって前記中心軸を回転軸として回転するようになっている。

請求項１０に記載するグラジエント式薄膜形成装置の治具フレームは、請求項９における光学薄膜形成装置の真空室底部に薄膜材料源が設けられている。

請求項１１に記載するグラジエント式光学薄膜形成装置の治具フレームは、請求項１０における光学薄膜形成装置の成膜パラソルに、少なくとも１つ以上の成膜孔が形成されており、当該治具フレームが成膜孔に設けられており、基板と遮蔽板とが成膜孔によって薄膜材料源に近接した薄膜表面を形成するようになっている。

本発明のグラジエント式光学薄膜形成装置は、グラジエント傾斜率及びグラジエント範囲を精確に制御することによって光学薄膜の品質を高めるという効果を有する。

この発明は、グラジエント式光学薄膜形成装置を提供するものであって、薄膜材料源と、該薄膜材料源の薄膜材料を付着させて薄膜を形成するための成膜面を有し、且つ該成膜面が薄膜材料源に向かい合っている少なくとも１つ以上の基板とを含んでなり、該基板の成膜面に近接した位置に、特定の高さ及び厚さを備えていて該基板との間に特定の夾角を有する遮蔽板が設けられており、該遮蔽板の高さ、厚さ、及び該基板との間に形成される夾角によって薄膜層のグラジエント傾斜率及びグラジエント範囲が制御されるという目的を実現した。係る構成の薄膜形成装置について、その構造と特徴を詳述するために具体的な実施例を挙げ、以下に説明する。

図３に開示するように、薄膜形成装置は真空ポンプで気体を排気して真空状態にした真空室１０と、この真空室１０内の上部に設けた成膜パラソル１１と、成膜パラソル１１上に取り付けられた治具フレーム２と、真空室１０の底部に設けられた薄膜材料源１３とを含んでなる。

成膜パラソル１１は動力源１４の軸心に軸支され、該動力源１４の駆動力によって回転する。薄膜材料源１３は真空室１０の底部に設けられていて、成膜パラソル１１に向かい合っていて、好ましくは、成膜パラソル１１と同一垂直中心線上には設けられていない。また、成膜パラソル１１の本体には複数の成膜孔が形成されており、治具フレーム２が、成膜パラソル１１の対応する成膜孔内に固定されている。

治具フレーム２には、ほぼ矩形の基板２３が収納されている。基板２３の成膜面２３１に、薄膜材料源１３の薄膜材料で薄膜を形成する。基板２３の４つの側辺には枠２１が接している。また、枠２１の対向する短辺２１１上には遮蔽板２２が回動自在に設けられている。この遮蔽板２２は基板２３の成膜面２３１側に設けられていて、所定の高さ及び厚さを有し、かつ基板２３に対して所定の角度で傾斜させられる。

治具フレーム２を成膜パラソル１１に固定すると、基板２３は、成膜パラソル１１の、薄膜材料源１３から離れた外部表面に位置し、遮蔽板２２は成膜パラソル１１の成膜孔を貫通する。また、基板２３の成膜面２３１は成膜孔に向かい合っており、薄膜材料源１３から放出された薄膜材料が基板２３の成膜面２３１に至る。

この発明による薄膜形成装置によって薄膜形成の工程を実施する場合、動力源１４を駆動して成膜パラソル１１を回転させ、さらに、真空蒸着もしくはスパッタリングによって薄膜材料源１３の薄膜材料を基板２３の成膜面２３１上に沈着させる。蒸着（もしくはスパッタリング）で成膜面２３１に１層もしくは多層の膜を形成した後、成膜が完了した治具フレーム２を真空室１０から移動させ、再度同数の治具フレーム２を真空室１０内に搬入し、同様に１回もしくは複数回蒸着を行って膜を形成する。

この発明の装置においては、治具フレーム２上の遮蔽板２２と基板２３とが比較的に接近しているため、真空蒸着、スパッタリングもしくはイオンで成膜を助成する場合、遮蔽板２２の高さ、厚さ、及び基板２３に対する角度を変化させることによって、基板２３に沈着する薬剤量の多寡を制御することができる。このため基板２３上のそれぞれの部位の薄膜層の厚さを変化させ、さらに、薄膜層の厚さの変更によってスペクトル特性をも変化させることができ、ひいては各種異なるグラジエント効果を有する光学薄膜を形成することができる。

遮蔽板２２の存在によって、薄膜材料源２３の異なる位置から薄膜材料を放出させて成膜面２３１に沈着する量を変化させることができる。このため、基板２３の薄膜層の厚さにグラジエントの変化が生ぜしめられ、かつ成膜パラソル１１の回転にしたがって薄膜材料１３が相対的に移動させられて薄膜層にグラジエント範囲が広がり、グラジエント率にも変化が生じる。故に、薄膜層のグラジエント範囲及びグラジエント率などのパラメータの要求に基づき適宜な治具フレームを設計することによって、薄膜層のグラジエント範囲及びグラジエント率を精確に制御するという目的が達成される。

遮蔽板の角度、高さ及び厚さ、並びに薄膜層のグラジエント範囲及びグラジエント率に対する影響について、以下に説明する。

遮蔽板２２の高さ（Ｈ）については、遮蔽板２２の高さが高くなるにつれてグラジエント領域も広がり、遮蔽板２２の高さが低くなるにつれてグラジエント領域も狭くなる。また、遮蔽板２２の高さはグラジエントの傾斜率に影響を与える。即ち、Ｈ＝Ｋ・Ｄとなる。この場合、Ｋは蒸着パラメータ、成膜パラソルの曲率、及び薄膜材料の種類に関連し、Ｄはグラジエント領域の大きさを表わす。

また、遮蔽板２２と枠２１（基板２３）とによって形成される夾角をθとする。夾角θは０°〜１８０°の間の任意の角度であって、実際にこの発明を実施する場合、好ましくは４５°≦θ≦１３５°の範囲内とする。係る角度はグラジエント領域の大きさ及びグラジエント角度に影響を与える。高さが同様の遮蔽板２２について言えば、│９０−θ│が大きくなるにつれて、グラジエント領域も広がる。例えば、同様に高さが２２ｍｍの遮蔽板で薄膜を形成する場合、遮蔽板の傾斜角度がθ＝９０°の場合、そのグラジエント範囲は６．３ｍｍとなる。また、傾斜角度をθ＝７０°とした場合、そのグラジエント範囲は８．５ｍｍとなる。

遮蔽板２２の厚さは、非薄膜形成領域の大きさに影響を与える。即ち、遮蔽板２２の厚さが増すにつれて非薄膜形成領域が広がる。

成膜パラソル１１の異なる回転数の基板２３は、薄膜材料源１３に対する角度がそれぞれ異なる。故に、成膜パラソル１１の位置に対して遮蔽板２２の高さと前記夾角を調整することによって、薄膜を形成し、同等の効果を有するレンズを製造できるようにしなければならない。

したがって上述した遮蔽版の角度、高さ、厚さ、及び成膜パラソルの回転数などの要素の影響を考慮することによって、所定のグラジエント傾斜率及びグラジエント範囲のグラジエント式薄膜を設計することができる。グラジエント傾斜率及びグラジエント範囲は、最小１ｍｍ毎の精確な変化のグラジエント量が得られるように設定されている。

図５に、この発明における治具フレームの他の実施例を開示する。図面によれば、治具フレーム３は、基板３３と、基板３３を取り巻く枠３１と、配列された複数の遮蔽板３２とを含んでなる。治具フレーム３は、所定のグラジエント傾斜率及びグラジエント範囲のグラジエント変化式薄膜を製造するために用いられる。実施例におけるそれぞれの遮蔽版３２は、それぞれ別個の高さ、厚さ、及び基板３３との間に形成される夾角を備えている。実際に生産を行う場合、人的要素もしくは機械などの要素によって所定の角度が変化しないように、前記夾角を固定してもよい。

以上はこの発明の好ましい実施例であって、この発明の実施の範囲を限定するものではない。よって、当業者のなし得る修正もしくは変更であって、この発明の精神の下においてなされ、この発明に対して均等の効果を有するものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に属するものとする。

従来の薄膜形成装置の構造を示した説明図である。従来の他の薄膜形成装置の構造を示した説明図である。この発明による薄膜形成装置の構造を示した説明図である。この発明における治具フレームの構造を示した説明図である。他の実施形態による治具フレームの構造を示した説明図である。

符号の説明

１０真空室
１１成膜パラソル
１３薄膜材料
１４動力源
２、３治具フレーム
２１、３１枠
２１１側辺
２２、３２遮蔽板
２３、３３基板
２３１、３３１成膜面

Claims

グラジエント式薄膜形成装置に用いる治具フレームであって、少なくとも１つ以上の基板を収納するようになっており、該基板は、薄膜材料源の薄膜材料が付着して薄膜を形成する成膜面を備えており、基板の成膜面に近接した位置に遮蔽板が設けられており、該遮蔽板の高さ、厚さ、及び基板との間に形成される夾角によって薄膜層のグラジエント傾斜率及びグラジエントの範囲が決定されるようになっており、
前記遮蔽板が、当該治具フレームの対向する両側辺上に複数あり且つこれらが回動自在に設けられていることを特徴とするグラジエント式薄膜形成装置の治具フレーム。
前記遮蔽板と基板との間に形成される夾角が、０度から１８０度の間であることを特徴とする請求項１に記載のグラジエント式薄膜形成装置の治具フレーム。
前記遮蔽板と基板との間に形成される夾角の最も好ましい角度が、４５度から１３０度の間であることを特徴とする請求項２に記載のグラジエント式薄膜形成装置の治具フレーム。
前記遮蔽板が独立した高さ、厚さ、及び基板に対する夾角を有することを特徴とする請求項１に記載のグラジエント式薄膜形成装置の治具フレーム。
当該治具フレームが光学薄膜形成装置に用いられ、且つ該光学薄膜形成装置が真空蒸着もしくはスパッタリングを行うことを特徴とする請求項１又は４のいずれか１項に記載のグラジエント式薄膜形成装置の治具フレーム。
前記光学薄膜形成装置が真空室を備えており、且つ該真空室内に成膜パラソルが設けられていることを特徴とする請求項５に記載のグラジエント式薄膜形成装置の治具フレーム。
前記光学薄膜形成装置に設けられた成膜パラソルが、回転の中心軸を備えており、且つ該成膜パラソルが、動力源の駆動によって前記中心軸を回転軸として回転するようになっていることを特徴とする請求項６に記載のグラジエント式薄膜形成装置の治具フレーム。
前記光学薄膜形成装置の真空室底部に薄膜材料源が設けられていることを特徴とする請求項７に記載のグラジエント式薄膜形成装置の治具フレーム。
前記光学薄膜形成装置の成膜パラソルに、少なくとも１つ以上の成膜孔が形成されており、当該治具フレームが成膜孔に設けられており、基板と遮蔽板とが成膜孔によって薄膜材料源に近接した薄膜表面を形成することを特徴とする請求項８に記載のグラジエント式薄膜形成装置の治具フレーム。