JP5238657B2

JP5238657B2 - ワーク反転ユニット

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Publication number: JP5238657B2
Application number: JP2009215173A
Authority: JP
Inventors: 肇倉▲はし▼
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: JP2011063845A

Description

本発明は、円形、角形等の板状に形成された被成膜物（ワーク）の表裏に、成膜物質を多層にコートする真空成膜装置に用いられるワーク反転ユニットに関する。

ガラス基板等の薄板基板や、半導体ウエハ等のワークの表面に成膜物質を積層するために真空成膜装置が用いられる。一般的な真空成膜装置は、真空ポンプによって真空状態にされたチャンバ内に、回転軸を中心に回転する略傘型の形状をした回転ドームや多角形の筒型をした回転ドラムなどのワーク保持盤が設けられ、チャンバ内に設けられた成膜物質発生源から放出された成膜物質が、ガラス板などのワークの表面に均一に付着されるようになっている。成膜物質発生源が複数設けられる場合は、それぞれ異なる成膜物質がシャッタ等によって順次に前記ワークに堆積され、前記ワークに多層に堆積された膜が形成される。ワーク保持盤には複数のワークが取り付けられ、回転軸を中心に回転することで１度に多数のワークに成膜を施すことができる。

ここで、ワークが前記ワーク保持盤に単に保持・固定された状態の場合は、ワークの片面にだけ成膜される。膜を両面に形成させる場合には、前記チャンバを開いて前記ワークを裏返した後に、再びチャンバ内を真空にしてから成膜しなければならず、手間と時間が掛かってしまう。この問題を解決するために、本出願人は、下記特許文献１に示される真空成膜装置を提案した。この真空成膜装置はチャンバ内の真空状態を保ったままで成膜物質をワークの表裏に堆積させることができる。

特許第４１４０２７０号公報

しかしながら、前記特許文献１記載の装置は真空中でワークの表裏に成膜することができるものではあるが、反転は１回のみであり成膜できるのは表裏それぞれ一回づつであるため、前述したような複数の成膜物質を多層にコートするには、１層をコートする毎にチャンバを開いて成膜姿勢をセットし直さなければならない。また、チャンバを開くためには真空状態を解除させなければならず、また、内部の温度も高温（例えば、１００〜４００℃）から常温近くにまで下げることになるので、ワークをセットし直した後は再び高温かつ真空にしなければならず、多くの時間がかかってしまう。

また、複数の異なる成膜物質を成膜させるとき、成膜物質によって（例えば、４００℃で成膜した次は１００℃で成膜するなど）成膜時の温度が異なることがあり、一方の面に連続して多層に成膜させた後に他方の面に連続して多層に成膜させる方法をとると、一方の面に成膜を施した段階でワークに反りが生じてしまう。特にワークが薄いガラス板の場合には、大きく反ってしまい使用に耐えないことがある。

本発明は、上記問題点に鑑み、大掛かりな装置を用いることなく、チャンバ内を真空状態に保ったままでワークを連続的に反転させて、表裏両面に交互に繰り返し成膜することで反りの生じない多層コートが簡単にできるワーク反転ユニットを提案するものである。

本発明によるワーク反転ユニットは、真空成膜装置のチャンバ内で回転するワーク保持盤に固定されて用いられ、成膜物質発生源から飛翔する成膜物質を堆積させる被成膜面が表裏に設けられたワークを着脱自在に保持するワークホルダと、ワーク保持盤に固定されるとともに前記ワークホルダを前記被成膜面の一方が成膜物質発生源に向けられる初期位置と他方の被成膜面が成膜物質発生源に向けられる反転位置とに回転自在に支持する支持枠と、前記ワーク保持盤の回転方向と平行な方向に移動自在に支持されて前記ワーク保持盤の加速又は減速に伴う慣性によって移動するウエイトを有し前記ウエイトの移動によって前記ワークホルダを前記初期位置と前記反転位置とに切り替える反転機構と、を備えたことを特徴とする。

前記支持枠は、前記ワークホルダに形成された位置決め突起と当接して前記ワークホルダを前記初期位置に保持する第１ストッパと、前記位置決め突起と当接して前記ワークホルダを前記反転位置に保持する第２ストッパとを有し、前記ウエイトをウエイト自身の重力によって前記位置決め突起を前記第１ストッパに押圧する第１位置と前記第２ストッパに押圧する第２位置とに移動自在に支持する。

前記反転機構は、前記ワークホルダを回転自在に軸支する一対の回転軸の一方に固定され前記ワークホルダと一体に回転する従動ギヤと、前記支持枠に回転自在に軸支されるとともに前記従動ギヤと噛合して前記ワークホルダを回転させる駆動ギヤと、一端側に前記駆動ギヤが固定され、他端側に前記ウエイトが固定されるアーム部材とを備えるようにしても良い。あるいは、前記ワークホルダを回転自在に軸支する一対の回転軸の一方に固定され前記ワークホルダと一体に回転するピニオンギヤと、前記ウエイトに設けられ前記ピニオンギヤと噛合して前記ワークホルダを回転させるラックギヤとを備えるようにしても良い。

前記反転機構は、前記ワークの表裏に多層に堆積される複数の成膜物質が交互に堆積されるように、前記ワーク保持盤の回転速度の急激な変化に応答して前記ワークホルダの反転を複数回繰り返すことができるようにすると良い。

本発明によるワーク反転ユニットは、真空成膜装置のチャンバ内を真空に保ったままで簡単にワークの連続反転ができるので、ワークの表裏両面に交互に繰り返し成膜することができ、条件の異なる複数の成膜物質を多層に成膜してもワークに反りが生じることがない。

真空成膜装置の構成を示す模式図である。ワーク反転ユニットの斜視外観図である。ワークホルダの構成を示す分解斜視図である。ワーク反転ユニットの分解斜視図である。ウエイトの第１位置とワークホルダの初期位置との関係を説明する模式図である。ウエイトの第２位置とワークホルダの反転位置との関係を説明する模式図である。駆動ギヤユニットの分解斜視図である。各機能のタイムチャートを示す図である。ウエイトの移動によるワークホルダの初期位置への回転を説明する模式図である。ウエイトの移動によるワークホルダの反転位置への回転を説明する模式図である。ドームにブレーキを掛けてワークホルダを反転させる場合のタイムチャートを示す図である。ドームを加速してワークホルダを反転させる場合のタイムチャートを示す図である。別のワーク反転ユニットを示す斜視外観図である。ワークホルダの支持枠への取り付けを説明する分解斜視図である。反転機構の構成を説明する分解斜視図である。反転機構の断面図である。ウエイトとワークホルダの位置を説明する模式図である。ウエイトが第１位置にあるときに鋼球が傾斜面上に位置することを説明する模式図である。ウエイトの移動を説明する模式図である。ドームの減速によるワークホルダの反転を説明する模式図である。反転位置における被成膜面への成膜物質の堆積を説明する模式図である。初期位置に戻るワークホルダを説明する模式図である。筒状ドラムを備えた真空成膜装置の構成を示す模式図である。第３のワーク反転ユニットの斜視外観図である。反転機構の構成を説明する分解斜視図である。反転機構の断面図である。筒状ドラムを加速したときのウエイトとワークホルダの位置を説明する模式図である。ワークホルダの反転を説明する模式図である。第４のワーク反転ユニットの斜視外観図である。第４のワーク反転ユニットの分解図である。駆動ギヤユニットの分解斜視図である。

図１に示すように、真空成膜装置１０は、内部を真空にされたチャンバ（真空チャンバ）１２内に垂直軸１３の軸回りに回転する傘状の傾斜面１４を有するドーム（ワーク保持盤）１５が設けられ、本発明によるワーク反転ユニット３０が装着される装着孔（装着部）１６が傾斜面１４の傾斜（例えば、３５°）に沿って複数個形成される。ドーム１５は載置リング１８に固定され、３本の支持アーム１９でチャンバ１２の天板から回転自在に吊り下げられる。３本の支持アーム１９は、減速ギヤ装置（変速手段）２１とモータ２２とによって一定速度で回転されるとともに急激な加速と減速とが可能となっている。減速ギヤ装置２１はブレーキ装置（図示せず）を備える。ドーム１５の下部位置には成膜物質２４を飛翔させる成膜物質発生源２５が配置される。なお、モータ２２に電磁ブレーキ機能を備えたものを用いて、減速ギヤ装置２１のブレーキ装置を省略しても良い。

図２に示すように、ワーク反転ユニット３０は、ガラス板（ワーク）３１が固定されたワークホルダ３２と、ワークホルダ３２に回転力を与える反転機構４０と、それらを支持する支持枠３５とを有し、支持枠３５が装着孔１６に装着される。支持枠３５は、一対の回転軸３３，３４（図４参照）によってワークホルダ３２を回転自在に支持する。支持枠３５は、反転機構４０のウエイト４１の移動方向（矢印４２）が装着孔１６の移動方向（矢印４３）と同じ方向になるように、回転軸３３，３４（の中心線４４）が装着孔１６の移動方向と直行する向きに配置され、支持枠３５に設けられた取付アーム３６の取付孔３７にネジ３８が挿通されて傾斜面１４の傾斜に沿ってドーム１５に固定される。

図３に示すように、表裏に被成膜面４５，４６を有するガラス板３１はホルダベース５０とホルダカバー５１の間に着脱自在に保持され、ホルダカバー５１に形成された孔５２に挿通されたネジ５３がホルダベース５０に形成されたネジ孔５４と螺合してガラス板３１とホルダベース５０とホルダカバー５１とが一体となる。ホルダベース５０とホルダカバー５１の中央には被成膜面４５，４６をそれぞれ露呈させる開口５５，５６が形成され、成膜物質発生源２５から放出される成膜物質２４が被成膜面４５，４６に堆積されるようになされている。

図４に示すように、支持枠３５には回転軸３３，３４が挿通される軸支持孔５７，５８と、ホルダベース５０に形成された位置決め突起６０（図３参照）と係合してワークホルダ３２を初期位置（図５参照）で保持する第１ストッパ６１と、ワークホルダ３２が初期位置から１８０°回転した反転位置（図６参照）で位置決め突起６０と係合する第２ストッパ６２とが形成される。ホルダベース５０には、回転軸３３，３４が装着されるネジ孔６３，６４（図３参照）が形成される。回転軸３４には従動ギヤ７１が圧入され、従動ギヤ７１が１８０°回転するとワークホルダ３２が１８０°回転する。

反転機構４０は、ウエイト４１を有する駆動ギヤユニット７０と、回転軸３４に固定された従動ギヤ７１とからなり、ウエイト４１の移動によって従動ギヤ７１が回転する。駆動ギヤ７３と従動ギヤ７１は、支持部６６とネジ６７によって支持部６６に固定される支持板６８とで回転自在に挟持される。ワークホルダ３２は、開口５５を成膜物質発生源２５に向けた初期位置と開口５６を成膜物質発生源２５に向けた反転位置とに移動自在に保持される。

図５に示すように、ウエイト４１が第１位置にあるときは、ウエイト４１の荷重が矢印７２の方向に働いて駆動ギヤ７３に矢印７４の方向の回転力を与え、駆動ギヤ７３は従動ギヤ７１に矢印７５の方向の回転力を与える。従動ギヤ７１と連結されたワークホルダ３２は位置決め突起６０が第１ストッパ６１に押圧されて被成膜面４５を下に向けた初期位置に位置決めされる。図６に示すように、ウエイト４１が第２位置にあるときは、ウエイト４１の荷重が矢印７２の方向に働いて駆動ギヤ７３に矢印７７の方向の回転力を与え、駆動ギヤ７３は従動ギヤ７１に矢印７８の方向の回転力を与える。従動ギヤ７１と連結されたワークホルダ３２は位置決め突起６０が第２ストッパ６２に押圧されて被成膜面４６を下に向けた反転位置となる。

図７に示すように、駆動ギヤユニット７０は、駆動ギヤ７３と、両端に嵌合孔８１，８２が形成されたアーム部材８３と、駆動ギヤ７３と同じ厚さのスペーサ８４と、ウエイト４１によって構成される。駆動ギヤ７３に固定された軸８５の両側の根元部には嵌合部８６がそれぞれ形成され、駆動ギヤ７３にはアーム部材８３を固定するカシメ孔８７が形成される。アーム部材８３の一方の嵌合孔８１に嵌合部８６を嵌合させ、２つのアーム部材８３によって駆動ギヤ７３を両側から挟む。カシメ孔８７と２つのカシメ孔８８とにカシメ軸８９を連通させ、２つのアーム部材８３の一端側に駆動ギヤ７３を固定する。

ネジ９０は、ウエイト４１に形成された孔９１と、アーム部材８３の他端側の嵌合孔８２と、スペーサ８４に形成された孔９２と、２つ目のアーム部材８３の嵌合孔８２と、２つ目のウエイト４１に形成された孔９１とに順次に挿通され、ナット９３と螺合して、これらを固定する。このように構成された駆動ギヤユニット７０は、ウエイト４１の荷重（重力）によって駆動ギヤ７３を回転させ、位置決め突起６０を第１ストッパ６１又は第２ストッパ６２に当接させる。

次に、図８に示すタイムチャートを参考にしながら第１の実施形態である真空成膜装置１０によってガラス板３１に設けられた２つの被成膜面４５，４６に、複数の成膜物質２４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，・・・）を多層にコートする手順について説明する。図９に示すように、ガラス板３１が取り付けられたワーク反転ユニット３０がドーム１５の傾斜面１４に固定される。ウエイト４１が第１位置にセットされて、ドーム１５が図中右方向（図１では反時計回りの方向）に回転し加速される。このときウエイト４１には矢印９７の方向に慣性力が作用するが、ウエイト４１は第１位置のままであり、ワークホルダ３２は、位置決め突起６０が第１ストッパ６１に当接して被成膜面４５が下方を向いた前記初期位置に保持される。

ドーム１５は所定の速度に達するとその速度を保ったまま反時計方向に回転を続ける。ドーム１５の下部位置に配置された成膜物質発生源２５から成膜物質２４Ａ（最初に堆積させる成膜物質２４を２４Ａとする）が放射され、前記初期位置に保持されたワークホルダ３２の開口５５から露呈している被成膜面４５に成膜物質２４Ａが成膜される。

図１０に示すように、ドーム１５が急激に減速されると、ウエイト４１には矢印９８の方向に慣性力が働き、ウエイト４１が矢印７６のように移動して、駆動ギヤ７３を矢印７７の方向に回動させる。駆動ギヤ７３は従動ギヤ７１を矢印７８の方向に回動させ、ワークホルダ３２を反転させる。ワークホルダ３２は、位置決め突起６０が第２ストッパ６２に当接して前記初期位置から１８０°回転した反転位置に保持され被成膜面４６が下方に向けられる。ドーム１５は減速された速度で図中右方向（図１では反時計回りの方向）に回転を続け、成膜物質発生源２５から再び成膜物質２４Ａが放射され（図８参照）、開口５６を通して、被成膜面４６に成膜物質２４Ａが堆積される。こうして被成膜面４５と４６の両面に成膜物質２４Ａが堆積される。

図９に示すように、被成膜面４５，４６の両面への成膜物質２４Ａの堆積が済むと、ドーム１５は再度加速され、ウエイト４１は矢印９７の方向に慣性力が働いて矢印７９の方向に移動し、駆動ギヤ７３を矢印７４の方向に回動させる。駆動ギヤ７３は従動ギヤ７１を矢印７５の方向に回動してワークホルダ３２を反転させ初期位置とする。ワークホルダ３２は、位置決め突起６０が第１ストッパ６１に当接して前記初期位置に保持される。このとき、成膜物質発生源２５から放射される成膜物質２４は、別の成膜物質２４Ｂが選択される。成膜物質２４によっては成膜時の環境温度（チャンバ１２内の温度）が異なることがあり、成膜物質２４の選択に合わせてチャンバ１２内の温度を変更する。

ドーム１５は前記所定の速度で回転を続け、ガラス板３１の被成膜面４５を下に向けた初期位置に保持されたワークホルダ３２に向けて成膜物質発生源２５から成膜物質２４Ｂが放射される（図８参照）。成膜物質２４Ｂは開口５５を通して被成膜面４５に堆積される。被成膜面４５に成膜物質２４Ｂが堆積されるとドーム１５が再び減速し、ウエイト４１がワークホルダ３２を反転させて反転位置とし、被成膜面４６が成膜物質発生源２５の方向に向く。成膜物質発生源２５から成膜物質２４Ｂが放射され、開口５６を通して被成膜面４６に成膜物質２４Ｂが堆積される。こうして、成膜物質２４Ａが堆積された被成膜面４５，４６の上に成膜物質２４Ｂが重ねて堆積される。

図８のタイムチャートに示すように、ドーム１５の加速と減速とを繰り返すことでウエイト４１に作用する慣性力を利用してワークホルダ３２を繰り返し反転させ、ガラス板３１の表裏両面に成膜物質２４Ａを堆積させた後に次の成膜物質２４Ｂを堆積させ、続いて成膜物質２４Ｃ、成膜物質２４Ｄ、と複数の成膜物質を重ねて多層コートすることができる。なお、被成膜面４５及び４６に、必ず同じ成膜物質を堆積させなければならないことはなく、全く異なる成膜物質を被成膜面４５と４６に堆積させても良い。例えば、被成膜面４５に成膜物質２４Ａを堆積させた後に被成膜面４６に成膜物質２４Ｂを堆積させ、被成膜面４５に成膜物質２４Ｃを堆積させた後に被成膜面４６に成膜物質２４Ｄを堆積させるようにしても良い。

次に、ドーム１５を一方向に回転させるのではなく正転と逆転とを交互に行い、正転・逆転を切り替えるときの減速によってウエイト４１に働く慣性でワークホルダ３２を回転させる場合について説明する。ドーム１５はモータ２２によって正転と逆転とが交互に行われる。このときの各部材のタイムチャートは図１１に示されるようになる。なお、ドーム１５の正転（反時計回りの方向）・逆転（時計周りの方向）の切替えをモータの正転・逆転によらず、減速ギヤ装置２１に出力軸の回転方向が正逆切替可能な構造のものを用いても良い。

図９に示すように、ドーム１５に装着されたワーク反転ユニット３０はウエイト４１が第１位置にセットされ、ドーム１５が図中右方向（反時計回りの方向、正転方向）に回転し加速される。所定の速度で正転方向に回転するドーム１５の下方から成膜物質２４Ａが前記初期位置に保持されたワークホルダ３２に向けて放射され、ワークホルダ３２に保持されたガラス板３１の被成膜面４５に成膜物質２４Ａが堆積される。被成膜面４５への堆積が済むと、ドーム１５はブレーキが掛かって減速された後に停止される。この減速時には、ウエイト４１に慣性力（矢印９８）が働く。ウエイト４１は作用した慣性力によって矢印７６の方向に移動して、駆動ギヤ７３及び従動ギヤ７１を介してワークホルダ３２を反転させ、ワークホルダ３２を反転位置に保持する（図１０参照）。

減速後停止したドーム１５は、直ちに逆転（図９の左方向、図１では時計回りの方向）し所定の速度で回転する。成膜物質発生源２５から再び成膜物質２４Ａが放射され、被成膜面４６に成膜物質２４Ａが堆積される。被成膜面４６への堆積が済むと、ドーム１５はブレーキが掛かって減速される。この減速時に慣性力（矢印９７）がウエイト４１に作用する。ウエイト４１が矢印７９の方向に移動して、駆動ギヤ７３及び従動ギヤ７１を矢印７４，７５の方向に回してワークホルダ３２を反転させ、ワークホルダ３２を初期位置に保持する（図９参照）。

減速後停止したドーム１５は、直ちに正転方向（図９の右方向）に所定の速度で回転を続ける。このとき、成膜物質発生源２５から放射される成膜物質２４は、別の成膜物質２４Ｂが選択され、成膜物質２４Ｂが被成膜面４５に堆積される。被成膜面４５への成膜が済むと、ドーム１５はブレーキが掛かって減速されウエイト４１が移動して、駆動ギヤ７３及び従動ギヤ７１を介してワークホルダ３２を反転させ、ワークホルダ３２を反転位置に保持する（図１０参照）。

減速後停止したドーム１５は、直ちに逆転方向に加速して回転、所定の速度で回転を続ける。成膜物質発生源２５から再び成膜物質２４Ｂが放射され、被成膜面４６に成膜物質２４Ｂが堆積される。被成膜面４６への堆積が済むと、ドーム１５はブレーキが掛かって減速されウエイト４１が移動して、駆動ギヤ７３及び従動ギヤ７１を介してワークホルダ３２を反転させ、ワークホルダ３２を初期位置に保持する（図９参照）。

被成膜面４５，４６の一方に堆積を施した後にドーム１５にブレーキを掛けてワークホルダ３２を反転させてガラス板３１の表裏両面に成膜物質２４Ａを堆積させ、成膜物質２４Ａを堆積させた後に次の成膜物質２４Ｂを堆積させ、続いて成膜物質２４Ｃ、と複数の成膜物質を次々と重ねて堆積させて多層コートを行うことができる。このように、ドーム１５を正転又は逆転させて、ブレーキを掛けたときのみガラス板３１を反転させるので、ドーム１５を強力に加速させる必要がなく、モータ２２に比較的パワーの小さいものを用いることができるというメリットがある。

また、ドーム１５を減速したときにガラス板３１を反転させるのではなく、ドーム１５を加速したときにガラス板３１を反転させるようにしても良い。この場合は減速ギヤ装置２１にブレーキ装置を必要としない。図１２のタイムチヤートに示すように、正転時及び逆転時における減速はブレーキ装置を備えていないので緩やかであり、ウエイト４１は減速時に作用する慣性力では移動せず、加速時に作用する慣性力でのみ移動する。

ウエイト４１は正転及び逆転の加速時に回転方向とは逆の方向に作用する慣性力によって、正転時には前記第１位置に、逆転時には前記第２位置に自動的に移動する。これによって、ワークホルダ３２はドーム１５の正転時には被成膜面４５を成膜物質発生源２５に向けた初期位置に保持され、逆転時には被成膜面４６を成膜物質発生源２５に向けた反転位置に保持されて、被成膜面４５，４６のそれぞれに成膜物質２４が堆積される。ドーム１５は正転と逆転を交互に繰り返すことで複数の成膜物質を被成膜面４５，４６の両方に順次に堆積させて多層コートすることができる。

次に、別のワーク反転ユニット１１０を真空成膜装置１０に取り付けた場合ついて説明する。図１３に示すように、ワーク反転ユニット１１０は、ガラス板３１が固定されたワークホルダ３２と、ワークホルダ３２に回転力を与える反転機構１１２と、それらを支持する支持枠１１５とを有する。支持枠１１５は、反転機構１１２のウエイト１１３の移動方向（矢印１１４）が装着孔１６の移動方向（矢印４３）と同じ方向となるように前記装着孔１６に固定される。

図１４に示すように、支持枠１１５には回転軸３３，１１８が挿通される軸支持孔５７，５８と、ホルダベース５０に形成された位置決め突起６０と係合してワークホルダ３２を初期位置（図１７参照）で保持する第１ストッパ６１と、ワークホルダ３２が初期位置から１８０°回転した反転位置（図２１参照）で位置決め突起６０と係合する第２ストッパ６２とが形成される。回転軸３３は軸支持孔５７に挿通されてホルダベース５０に形成されたネジ孔６４に固定され、回転軸１１８は軸支持孔５８及びピニオンギヤ１２０に挿通されてホルダベース５０に形成されたネジ孔６３に固定される。回転軸１１８に設けられたリブ状のキー１１９がピニオンギヤ１２０の軸孔１２１に形成されたキー溝と係合し、ピニオンギヤ１２０と回転軸１１８とホルダベース５０とが一体となって回転する。

図１５及び図１６に示すように、反転機構１１２は、ウエイト１１３とウエイト１１３に形成されたラックギヤ１２５とウエイト１１３を収容するガイドケース１２６とウエイト１１３をすべり易くするための鋼球１２８から構成される。ウエイト１１３に形成された長溝１３０を支持枠１１５に形成されたレール部１１６に嵌合させる。ウエイト１１３は、鋼球１２８を収容する２つの穴部１３１を有し、穴部１３１の深さは鋼球１２８の直径より浅く、鋼球１２８の一部が穴部１３１の底面１３２より突出する。鋼球１２８が穴部１３１に挿入されたウエイト１１３を、ガイドケース１２６の収容部１４０に収容させる。

ガイドケース１２６の下部には取付部１３７が形成され、取付部１３７に設けられた取付孔１３８に挿通されたネジ１３５が支持枠１１５に形成されたネジ孔１３６と螺合して、ガイドケース１２６が支持枠１１５に固定される。ウエイト１１３は長溝１３０がレール部１１６にガイドされ、鋼球１２８を介して収容部１４０の下面１４１上に直進移動自在に載置される。ラックギヤ１２５はピニオンギヤ１２０と係合し、ウエイト１１３の移動をピニオンギヤ１２０に伝達してワークホルダ３２を回転させる。下面１４１は中央に平面部１４２を、その両端に傾斜面１４３を有する。

複数の成膜物質２４を多層コートする手順について、図８に示すタイムチャートを参考にしながら説明する。図１７に示すように、ドーム１５が図中右方向（図１では反時計回りの方向）に回転するとウエイト１１３には矢印９７の方向に慣性力が作用する。ウエイト１１３は矢印９７の方向に移動して第１位置となり、ラックギヤ１２５及びピニオンギヤ１２０（図１５参照）を介してワークホルダ３２を反時計方向に回転させる。ワークホルダ３２は位置決め突起６０が支持枠１１５の第１ストッパ６１に当接してガラス板３１の被成膜面４５が下方に向いた初期位置に保持される。ドーム１５は回転を続け成膜物質発生源２５から前記成膜物質２４Ａが放射され、初期位置に保持されたワークホルダ３２の開口５５から露呈している被成膜面４５に成膜物質２４Ａが堆積される。

図１８に示すように、ウエイト１１３は第１位置にあるときは鋼球１２８の１つが一方の傾斜面１４３に位置する。傾斜面１４３にある鋼球１２８にはウエイト１１３の自重が加わり、その分力によって傾斜方向に移動する力が発生する。この力によって、ドーム１５が一定の速度で回転しウエイト１１３に慣性力が働かなくなった状態でも、ウエイト１１３は矢印９７の方向に力を受け続け、ラックギヤ１２５を介してピニオンギヤ１２０に回転力を与える。

図１９に示すように、ドーム１５が図中右方向に回転中に急激に減速されると、ウエイト１１３には矢印９８の方向に慣性力が働く。この慣性力によってウエイト１１３が矢印９８の方向に移動して、一方の傾斜面１４３にあった鋼球１２８が平面部１４２に移る。図２０に示すように、ウエイト１１３はラックギヤ１２５とピニオンギヤ１２０を介してワークホルダ３２を矢印１４５の方向に回動させる。図２１に示すように、ウエイト１１３が移動して別の鋼球１２８が他方の傾斜面１４３に達すると、ワークホルダ３２は位置決め突起６０が第２ストッパ６２に当接して初期位置から１８０°回転した反転位置に保持され被成膜面４６が下方に向けられる。ドーム１５は減速された速度で回転を続け、成膜物質発生源２５から再び成膜物質２４Ａが放射され、開口５６を通して、被成膜面４６に成膜物質２４Ａが堆積される。こうして被成膜面４５と４６の両面に成膜物質２４Ａが堆積される。

図２２に示すように、被成膜面４５，４６の両面への成膜物質２４Ａの成膜が済むと、ドーム１５は再度加速され、ウエイト１１３には矢印９７の方向に慣性力が作用する。これによってウエイト１１３は矢印９７の方向に移動する。ウエイト１１３はラックギヤ１２５とピニオンギヤ１２０を介してワークホルダ３２を矢印１４６の方向に回動させる。ウエイト１１３により鋼球１２８の１つが一方の傾斜面１４３に到達するまで移動すると、位置決め突起６０が第１ストッパ６１に当接して初期位置に保持され被成膜面４５が下方に向けられる。このとき、成膜物質発生源２５から放射される成膜物質２４は、別の成膜物質２４Ｂが選択される。

ドーム１５は所定の速度で回転を続け、ガラス板３１の被成膜面４５を下に向けた初期位置に保持されたワークホルダ３２に向けて成膜物質発生源２５から成膜物質２４Ｂが放射される（図１７参照）。成膜物質２４Ｂは開口５５を通して被成膜面４５に堆積される。被成膜面４５に成膜物質２４Ｂが堆積されるとドーム１５が再び減速し、ウエイト１１３がワークホルダ３２を反転させて（図２０参照）反転位置とし、被成膜面４６が成膜物質発生源２５の方向に向く。成膜物質発生源２５から成膜物質２４Ｂが放射され、被成膜面４６に成膜物質２４Ｂが堆積される（図２１参照）。こうして、成膜物質２４Ａが堆積された被成膜面４５，４６の上に成膜物質２４Ｂが重ねて堆積される。

また、前述したようにドーム１５を一方向に回転させるのではなく正転と逆転とを交互に行い、正転・逆転を切り替えるときの減速によってウエイト１１３に働く慣性でワークホルダ３２を回転させるようにしても良い。このときの各部材の動作状態を示すタイムチャートは図１１に示されるようになる。ドーム１５は正転方向（図１７参照、図中右方向）に回転し成膜物質２４Ａがガラス板３１の被成膜面４５に堆積された後に減速され、ウエイト１１３に慣性力（矢印９８）が働く（図１９参照）。ウエイト１１３は作用した慣性力によって矢印９８の方向に移動して、駆動ギヤ７３及び従動ギヤ７１を介してワークホルダ３２を矢印１４５の方向に反転させ（図２０参照）、ワークホルダ３２を反転位置に保持する。

減速後停止したドーム１５は、直ちに逆転方向に加速して回転、所定の速度で（図２１参照、図中左方向に）回転を続ける。成膜物質発生源２５から再び成膜物質２４Ａが放射され、被成膜面４６に成膜物質２４Ａが堆積される。被成膜面４６への堆積が済むと、ドーム１５は減速され、慣性力（矢印９７）によってウエイト１１３が矢印９７の方向に移動し、ワークホルダ３２は矢印１４６の方向に反転し初期位置に保持される（図２２参照）。減速後停止したドーム１５は、直ちに正転方向に加速して所定の速度で回転を続ける。このとき、成膜物質発生源２５から放射される成膜物質２４は、別の成膜物質２４Ｂが選択され、被成膜面４５に堆積される。

ドーム１５は正転と逆転とを繰り返し、被成膜面４５，４６の一方に成膜を施した後にブレーキを掛けてワークホルダ３２を反転させ、ガラス板３１の表裏両面に成膜物質２４Ａを堆積させる。成膜物質２４Ａを成膜させた後に次の成膜物質２４Ｂを堆積させ、続いて成膜物質２４Ｃ、と複数の成膜物質を次々と重ねて堆積させて多層コートを行う。

また、ドーム１５を減速したときにガラス板３１を反転させるのではなく、ドーム１５を加速したときにガラス板３１を反転させるようにしても良い。図１２のタイムチヤートに示すように、正転時及び逆転時における減速はブレーキ装置を備えていないので緩やかであり、ウエイト１１３は減速時に作用する慣性力では移動せず、加速時に作用する慣性力で移動する。

ウエイト１１３は正転及び逆転の加速時に回転方向とは逆の方向に作用する慣性力によって、正転時には前記第１位置に移動してワークホルダ３２を前記初期位置に保持し、被成膜面４５を成膜物質発生源２５に向けて成膜物質を堆積させる。また、逆転時には前記第２位置に移動してワークホルダ３２を前記反転位置に保持し、被成膜面４６を成膜物質発生源２５に向けて成膜物質を堆積させる。ドーム１５は正転と逆転を交互に繰り返すことで複数の成膜物質を被成膜面４５と被成膜面４６の両面に順次に堆積させて多層コートすることができる。

次に、ワーク保持盤として筒状ドラムを備えた真空成膜装置１５０に装着する場合の第３のワーク反転ユニット１６０について説明する。図２３に示すように、筒状ドラム１５１は複数個の矩形の装着面１５２を内側にして筒状に配列され、垂直軸１５３の軸回りに回転する。それぞれの装着面１５２にはワーク反転ユニット１６０が装着される装着孔（装着部）１５６が複数個形成されている。筒状ドラム１５１は、載置台１５７に回転自在に固定され、台座１５８に内蔵された減速ギヤ装置２１及びモータ２２によって一定速度で回転されるとともに急激な加速と減速とが可能である。筒状ドラム１５１の側方位置には成膜物質２４を飛翔させる成膜物質発生源１５５が配置される。

図２４に示すように、第３のワーク反転ユニット１６０は筒状ドラム１５１の内側に垂直に取り付けられる。ワーク反転ユニット１６０は、ガラス板３１が固定されたワークホルダ３２と、ワークホルダ３２に回転力を与える反転機構１６２と、それらを支持する支持枠１１５とを有する。支持枠１１５は、反転機構１６２のウエイト１６３の移動方向が装着孔１５６の移動方向（筒状ドラム１５１の回転方向）と同じ方向となるように固定される。支持枠１１５及びワークホルダ３２はワーク反転ユニット１１０と同じであるから同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図２５及び図２６に示すように、反転機構１６２は、ウエイト１６３とウエイト１６３に形成されたラックギヤ１２５とワークホルダ３２に固定されたピニオンギヤ１２０とを備える。支持枠１１５には、ワークホルダ３２が位置決め突起６０を第１ストッパ６１に当接させた初期位置に位置決めされて組み付けられる。ウエイト１６３の長溝１６６を支持枠１１５に形成されたレール部１１６に嵌合させ、ラックギヤ１２５をワークホルダ３２に固定されたピニオンギヤ１２０に係合させる。ウエイト１６３はウエイト１６３に形成された穴部１６７に挿入された鋼球１２８とともにガイドケース１７０に収容される。

ガイドケース１７０には取付部１７１が形成され、取付部１７１に設けられた取付孔１７２に挿通されたネジ１３５が支持枠１１５に形成されたネジ孔１３６と螺合して、ガイドケース１７０が支持枠１１５に固定される。ウエイト１６３は長溝１６６がレール部１１６にガイドされ、鋼球１２８によって収容部１７３の下面１７４上に直進移動自在に載置される。穴部１６７の深さは鋼球１２８の直径より浅く、鋼球１２８の一部が穴部１６７の底面１６８より突出する。ラックギヤ１２５はウエイト１６３の移動をピニオンギヤ１２０に伝達してワークホルダ３２を回転させる。下面１７４は中央に平面部１７５を、その両端に傾斜面１７６を有し、その機能は前記下面１４１における平面部１４２、傾斜面１４３と同じである。

第３のワーク反転ユニット１６０は筒状ドラム１５１の内側に取り付けられるため、ウエイト１６３及びガイドケース１７０は水平に配置されるがワークホルダ３２は垂直に配置される点がワーク反転ユニット１１０と異なるが、ガラス板３１への成膜物質２４の堆積の方法（手順）はワーク反転ユニット１１０を備えた真空成膜装置１０と同じである。

例えば、図８に示されたタイムチャートに従って成膜が行われる場合は、図２７に示すように、筒状ドラム１５１が図中右方向（図２３では反時計回りの方向）に回転するとウエイト１６３には矢印９７の方向に慣性力が作用する。ウエイト１６３は矢印９７の方向に移動して第１位置となり、ラックギヤ１２５及びピニオンギヤ１２０を介してワークホルダ３２を反時計方向に回転させる。ワークホルダ３２は位置決め突起６０が支持枠１１５の第１ストッパ６１に当接してガラス板３１の被成膜面４５が下方に向いた初期位置に保持される。筒状ドラム１５１は回転を続け、成膜物質発生源１５５から成膜物質２４Ａが放射され、初期位置に保持されたワークホルダ３２の開口５５から露呈している被成膜面４５に成膜物質２４Ａが堆積される。

筒状ドラム１５１が急激に減速されると、ウエイト１６３には矢印９８の方向に慣性力が働く。この慣性力によってウエイト１６３が矢印９８の方向に移動する。ウエイト１６３はラックギヤ１２５とピニオンギヤ１２０を介してワークホルダ３２を矢印１４５の方向に回動させる。図２８に示すように、ウエイト１６３が前方へ移動すると、ワークホルダ３２は位置決め突起６０が第２ストッパ６２に当接して初期位置から１８０°回転した反転位置に保持され被成膜面４６が下方に向けられる。筒状ドラム１５１は減速された速度で回転を続け、成膜物質発生源２５から再び成膜物質２４Ａが放射され、被成膜面４６に成膜物質２４Ａが堆積される。

筒状ドラム１５１が再度加速されると、ウエイト１６３には矢印９７の方向に慣性力が作用し、ウエイト１６３は矢印９７の方向に移動してワークホルダ３２を回転させて初期位置に保持する。成膜物質発生源２５からは別の成膜物質２４Ｂが飛散され、被成膜面４５に成膜物質２４Ｂが堆積される。このように筒状ドラム１５１の加速と減速とを繰り返すことでウエイト１６３に作用する慣性力を利用してワークホルダ３２を繰り返し反転させ、ガラス板３１の表裏両面に成膜物質２４Ａを堆積させた上に次の成膜物質２４Ｂを堆積させ、続いて成膜物質２４Ｃ、と複数の成膜物質を重ねて多層コートすることができる。

また、ドーム１５を正転・逆転させ、正転・逆転を切り替えるときの減速あるいは加速によってウエイト１１３に働く慣性でワークホルダ３２を回転させるようにしても良い。このときの各部材の動作状態を示すタイムチャートは図１１あるいは図１２に示されるようになる。

次に、筒状ドラム１５１に装着する別の（第４の）ワーク反転ユニット１９０について説明する。図２９に示すように、ワーク反転ユニット１９０は、反転機構１９１以外はワーク反転ユニット３０と同じであり、反転機構１９１はウエイト１９３が固定された駆動ギヤユニット１９２と、ワークホルダ３２を回転させる傘歯従動ギヤ１９６を備える。支持枠１９５は、駆動ギヤユニット１９２と、傘歯従動ギヤ１９６と、ガラス板３１が固定されたワークホルダ３２とを支持する。支持枠１９５は、ウエイト１９３の移動方向が装着孔１５６の移動方向（矢印４３）と同じ方向になるように筒状ドラム１５１の内側からネジ３８によって装着孔１５６に固定される。

図３０に示すように、支持枠１９５は駆動ギヤユニット１９２を取り付ける取付部２００を除いて支持枠３５と同じであり、ワークホルダ３２（図３参照）は軸支持孔５７，５８に挿通される回転軸３３，２０１によって回転自在に取り付けられる。回転軸２０１は傘歯従動ギヤ１９６が固定され、傘歯従動ギヤ１９６が１８０°回転するとワークホルダ３２も１８０°回転する。傘歯従動ギヤ１９６は傘歯駆動ギヤ１９４と噛合し、ウエイト１９３によってワークホルダ３２を反転させる。ウエイト１９３によるワークホルダ３２の反転については、説明を省略する。

図３１に示すように、駆動ギヤユニット１９２は、ウエイト１９３と傘歯駆動ギヤ１９４と両端に嵌合孔２０６，２０７が形成されたアーム部材２０５とによって構成される。ネジ２０８は、ウエイト１９３に形成された孔２０９と嵌合孔２０７とに挿通されナット９３と螺合して、これらを固定する。ウエイト１９３が固定されたアーム部材２０５は傘歯駆動ギヤ１９４に形成された溝２１０と嵌合される。回転軸１９８は、傘歯駆動ギヤ１９４に形成された孔２１１と嵌合孔２０６とに挿通された後に、先端部分２１２が取付部２００に形成された軸支持孔２０２と嵌合し、ネジ部がワッシャ２０３を挟んでナット９３と噛合し、取付部２００に固定される（図３０参照）。

前述のワーク反転ユニット３０，１１０，１６０，１９０はいずれもワーク（ガラス板３１）を取り付けるドーム１５又は筒状ドラム１５１を回転駆動させるものであるが、ガラス板３１が真空チャンバ内で一方向の前後に直進移動するように構成されたワーク取付部材にワーク反転ユニット３０，１１０，１６０，１９０を取り付けて、図８又は図１１又は図１２に示されるタイムチャートのように制御してガラス板３１を繰返し反転させるようにしても良い。

１０，１５０真空成膜装置
１２チャンバ（真空チャンバ）
１３，１５３垂直軸
１４傾斜面
１５ドーム（ワーク保持盤）
１６，１５６装着孔（装着部）
１８載置リング
１９３本の支持アーム
２１減速ギヤ装置（変速手段）
２２モータ
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ成膜物質
２５，１５５成膜物質発生源
３０，１１０，１６０，１９０ワーク反転ユニット
３１ガラス板（ワーク）
３２ワークホルダ
３３，３４，１１８，１９８，２０１回転軸
３５，１１５，１９５支持枠
３６取付アーム
３７取付孔
４０，１１２，１６２，１９１反転機構
４１，１１３，１６３，１９３ウエイト
４５，４６被成膜面
５０ホルダベース
５１ホルダカバー
５５，５６開口
５７，５８，２０２軸支持孔
６０位置決め突起
６１第１ストッパ
６２第２ストッパ
６６支持部
６８支持板
７０，１９２駆動ギヤユニット
７１従動ギヤ
７３駆動ギヤ
８３，２０５アーム部材
１１６レール部
１２０ピニオンギヤ
１２５ラックギヤ
１２６，１７０ガイドケース
１２８鋼球
１３０，１６６長溝
１３１，１６７穴部
１３２，１６８底面
１３７，１７１，２００取付部
１３８，１７２取付孔
１４０，１７３収容部
１４１，１７４下面
１４２，１７５平面部
１４３，１７６傾斜面
１５１筒状ドラム（ワーク保持盤）
１５２装着面
１５７載置台
１５８台座
１９４傘歯駆動ギヤ
１９６傘歯従動ギヤ

Claims

成膜物質発生源から飛翔する成膜物質を堆積させる被成膜面が表裏に設けられたワークを着脱自在に保持するワークホルダと、
真空チャンバ内で回転するワーク保持盤に固定されるとともに、前記ワークホルダを前記被成膜面の一方が成膜物質発生源に向けられる初期位置と他方の被成膜面が成膜物質発生源に向けられる反転位置とに回転自在に支持する支持枠と、
前記ワーク保持盤の回転方向と平行な方向に移動自在に支持されて前記ワーク保持盤の加速又は減速に伴う慣性によって移動するウエイトを有し、前記ウエイトの移動によって前記ワークホルダを前記初期位置と前記反転位置とに切り替える反転機構と、
を備えたことを特徴とするワーク反転ユニット。
前記支持枠は、前記ワークホルダに形成された位置決め突起と当接して前記ワークホルダを前記初期位置に保持する第１ストッパと、前記位置決め突起と当接して前記ワークホルダを前記反転位置に保持する第２ストッパとを有することを特徴とする請求項１記載のワーク反転ユニット。
前記ウエイトは、自身の重力によって前記位置決め突起を前記第１ストッパに押圧する第１位置と、前記第２ストッパに押圧する第２位置とに移動自在とされたことを特徴とする請求項２記載のワーク反転ユニット。
前記反転機構は、前記ワークホルダを回転自在に軸支する一対の回転軸の一方に固定され前記ワークホルダと一体に回転する従動ギヤと、前記支持枠に回転自在に軸支されるとともに前記従動ギヤと噛合して前記ワークホルダを回転させる駆動ギヤと、一端側に前記駆動ギヤが固定され、他端側に前記ウエイトが固定されるアーム部材と、を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のワーク反転ユニット。
前記反転機構は、前記ワークホルダを回転自在に軸支する一対の回転軸の一方に固定され前記ワークホルダと一体に回転するピニオンギヤと、前記ウエイトに設けられ前記ピニオンギヤと噛合して前記ワークホルダを回転させるラックギヤと、を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のワーク反転ユニット。
前記反転機構は、前記ワークの表裏に多層に堆積される複数の成膜物質が交互に堆積されるように、前記ワーク保持盤の回転速度の急激な変化に応答して前記ワークホルダの反転を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のワーク反転ユニット。