JP2006089794A - イオン加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基材ホルダの着脱が容易であり、かつ成膜中に反転駆動される基材ホルダに対して高周波電力及びバイアス電圧を高い供給品質及び印加品質において安定に供給及び印加することが可能なイオン加工装置を提供する。
【解決手段】 その内部で電力を用いて基材へのイオン加工を行うための導電性の真空チャンバ１と、前記真空チャンバの内部に配設され前記基材が装着される導電性の基材ホルダ８と、前記真空チャンバの内部に前記電力を導入しかつ前記基材ホルダを回動自在に支持するための電力導入体５と、前記基材ホルダを前記真空チャンバの内部で反転させるための反転構造９と、前記電力導入体に電気的に接続され該電力導入体に前記電力を供給するための電源１６，１７とを備えるイオン加工装置１００であって、前記電力を前記電力導入体から前記基材ホルダに供給するための給電構造１０１を有し、前記電源から前記電力導入体を介して前記真空チャンバの内部に導入される前記電力が前記反転構造により反転可能な前記基材ホルダに対して前記給電構造を介して実質的に供給される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空中で成膜するイオン加工装置に関し、特に、高周波電力を供給してプラズマを発生させることで基材の表面に薄膜を成膜するイオン加工装置に関する。

従来から、ガラス基材又は樹脂基材等の基材の表面に薄膜を積層して反射防止膜等の光学膜を形成するための成膜装置として、イオン加工装置が用いられている。

このイオン加工装置としては、例えば、イオンプレーティング装置が好適に用いられている。このイオンプレーティング装置は、その内部を実質的な真空状態に維持することが可能な真空チャンバを有している。そして、この真空チャンバの内部の下方には、薄膜形成材料を蒸発させるための蒸発源が配設されている。又、この真空チャンバの内部の上方には、上述した蒸発源に対向するようにして、基材を装着するための基材ホルダが配置されている。ここで、この基材ホルダの背面の中央部には回転軸が取り付けられており、この回転軸は真空チャンバの天井壁を貫通して該真空チャンバの上部に配設された回転駆動装置に接続されている。つまり、基材ホルダは、真空チャンバの内部において、回転軸及び回転駆動装置によって回転自在に保持されている。尚、上述した回転軸及び回転駆動装置を衝撃等による破損から保護するために、それらは真空チャンバの一部とハウジングとによって完全に包囲されている。

一方、このイオンプレーティング装置は、高周波電力を供給可能な高周波電源と、バイアス電圧を印加可能な直流電源との、２種類の電源装置を有している。そして、これらの高周波電源及び直流電源と上述した基材ホルダとは、所定の導通手段によって、相互に電気的に接続されている。ここで、高周波電源及び直流電源と基材ホルダとは、基材ホルダが回転駆動装置によって回転駆動される場合においても導通状態を有するように、相互に電気的に接続されている。つまり、このイオンプレーティング装置は、回転駆動される基板ホルダに対して高周波電力及びバイアス電圧を高周波電源及び直流電源から供給及び印加することが可能となるように構成されている。尚、高周波電源と基材ホルダとの間にはマッチング回路が設けられており、このマッチング回路によって高周波電源と基材ホルダとの高周波的な接続状態が最適化される。これにより、基材ホルダに対する高周波電力の供給状態が最適化される。

さて、このように構成されているイオンプレーティング装置では、基材ホルダにガラス基材又は樹脂基材等の基材が取り付けられ、かつ真空チャンバの内部が所定の真空状態とされた後、回転駆動装置を動作させて基材を回転させると共に、高周波電源及び直流電源を動作させる。すると、回転駆動される基材ホルダに対して、高周波電源及び直流電源から高周波電力及びバイアス電圧が供給及び印加される。これにより、真空チャンバの内部に高周波電界が形成されると共に、基材ホルダと真空チャンバとの間にバイアス電界が発生する。その後、真空チャンバの内部に配設された蒸発源から薄膜形成材料を蒸発させると、その蒸発した薄膜形成材料が上述した高周波電界によって発生するプラズマにより励起され、この励起された薄膜形成材料が上述したバイアス電界によって加速されて、基材の表面に衝突して強固に付着する。これにより、基材上には強い密着力を有する薄膜が成膜される。そして、薄膜形成材料の種類を変えながらこの成膜を所定の回数行うことにより、基材上には薄膜が多層状に積層される。つまり、基材上に反射防止膜等の光学膜が形成される。

ところで、全面に反射防止膜等の光学膜が成膜された光学部材を製造するためには、基材における表裏の両面にその反射防止膜等の光学膜を各々成膜する必要がある。しかし、上述した従来のイオンプレーティング装置では、基材ホルダは、基材の表裏に光学膜を成膜するための基材反転機構を有していない。つまり、従来のイオンプレーティング装置を用いて上述した光学部材を製造するためには、基材の一方の面に光学膜を成膜した後に真空チャンバの内部の圧力を大気圧に戻し、その大気圧に戻された真空チャンバから基材が装着されている基材ホルダを取り出し、その取り出した基材ホルダ上で基材を裏返して非成膜面を露出させるように基材ホルダに再び装着し、その基材が装着された基材ホルダを再び真空チャンバの内部に搬入及び装着し、その後、真空チャンバの内部を再び所定の真空状態として基材の他方の面に光学膜を成膜する必要がある。この場合、基材の一方の面に光学膜を成膜した後に、この一方の面に光学膜が成膜された基材を大気に接触させることになるので、その光学膜の表面又は非成膜面に大気中に浮遊する塵や埃等の異物が付着することがある。この光学膜の表面又は非成膜面への塵や埃等の異物の付着は、成膜する薄膜間の密着性の悪化や、成膜される光学膜の光学特性を悪化させる等の成膜品質の低下を引き起こす可能性がある。

又、上述した基材の向きを変えるための一連の反転操作を行うためには、真空チャンバの内部の圧力を大気圧に戻すための過程や、その大気圧に戻された真空チャンバの内部の圧力を再び所定の真空状態とするための過程や、大気に接触させることにより吸着された水分を基材の表面から除去するための加熱過程等が必要となる。そのため、基材に反射防止膜等の光学膜を成膜するための総工程時間が長くなる。そして、これにより、上述した光学部材の生産効率が著しく悪化するという問題が発生する。

そこで、上述した基材の表裏の両面に反射防止膜等の光学膜を有する光学部材を効率良く生産するために、基材ホルダを真空チャンバの内部で反転させることが可能な基材ホルダ反転機構を設け、この基材ホルダ反転機構によって上述した光学部材を効率良く生産することが可能な真空蒸着装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この基材ホルダ反転機構を有する真空蒸着装置によれば、成膜中において基材ホルダ反転機構を動作させることによって基材を１８０°反転させることにより、真空チャンバの内部の圧力を大気圧とするための減圧や、その表面に吸着された水分を除去するための基材の加熱を行うことなく、基材の表裏の全面に反射防止膜等の光学膜を成膜することが可能になる。又、基材ホルダ反転機構が機能することによって真空チャンバが閉鎖された状態で維持されるので、基材の一方の面に対する光学膜の成膜が完了した後、その光学膜が成膜された基材が大気と接触することは無い。つまり、基材に反射防止膜等の光学膜を成膜するための総工程時間が短縮されると共に、その光学膜の表面や非成膜面への塵や埃等の異物の付着を防止することが可能になるので、成膜品質の良い良好な光学特性を有する光学部材を効率良く生産することが可能になる。
特開平５−２７１９３５号公報（特に、第５図）

ところで、上述した基材ホルダ反転機構を用いてイオンプレーティング装置を構成する場合、反転可能な基板ホルダに対して高周波電力及びバイアス電圧を高周波電源及び直流電源から供給及び印加するためには、基材ホルダを反転させるために該基材ホルダが有する回転軸体と、その回転軸体を支持するための軸受け体との間で、高周波電源及び直流電源が出力する高周波電力及びバイアス電圧の伝達を行う必要がある。そして、この高周波電力及びバイアス電圧を上述した軸受け体から回転軸体に対して好適に伝達させるためには、その軸受け体と回転軸体との電気的な接触を安定にかつ十分に確保する必要がある。

しかしながら、真空チャンバの内部における基材ホルダの反転駆動は、上述した軸受け体と回転軸体との金属同士の摺動によって実現されるため、その軸受け体と回転軸体との間には所謂「遊び」がある。そして、この軸受け体と回転軸体との間の「遊び」は、軸受け体と回転軸体とが接触する部分の接触面積を変化させる場合があり、従って、軸受け体と回転軸体との接触抵抗（インピーダンス）を変化させる場合がある。そのため、軸受け体と回転軸体との電気的な接触を阻害する場合がある。

又、軸受け体と回転軸体との金属同士の摺動を好適に実現するためには、その軸受け体と回転軸体との間にグリース等の潤滑剤を充填させることが望ましい。しかし、この充填されるグリース等の潤滑剤は、所定の潤滑油に金属せっけんが混和され構成されており、通常、電気絶縁性を有している。そのため、この潤滑剤が充填される構成においては、潤滑剤によって軸受け体と回転軸体との接触抵抗（インピーダンス）が変化する場合があるので、軸受け体と回転軸体との電気的な接触が阻害される場合がある。

つまり、上述した基材ホルダ反転機構を単に導入した構成のイオンプレーティング装置では、真空チャンバの内部に配置される基材ホルダに対して高周波電源及び直流電源から高周波電力及びバイアス電圧を供給及び印加すること自体は可能であるが、その高周波電力及びバイアス電圧を基材ホルダに供給及び印加する際の供給品質（印加品質）を安定にかつ十分に確保することが不可能であるという問題を有している。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、基材ホルダの着脱が容易であり、かつ成膜中に反転駆動される基材ホルダに対して高周波電力及びバイアス電圧を高い供給品質及び印加品質において安定に供給及び印加することが可能なイオン加工装置（特に、イオンプレーティング装置）を提供することを目的としている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るイオン加工装置は、その内部で電力を用いて基材へのイオン加工を行うための導電性の真空チャンバと、前記真空チャンバの内部に配設され前記基材が装着される導電性の基材ホルダと、前記真空チャンバの内部に前記電力を導入しかつ前記基材ホルダを回動自在に支持するための電力導入体と、前記基材ホルダを前記真空チャンバの内部で反転させるための反転構造と、前記電力導入体に電気的に接続され該電力導入体に前記電力を供給するための電源とを備えるイオン加工装置であって、前記電力を前記電力導入体から前記基材ホルダに供給するための給電構造を有し、前記電源から前記電力導入体を介して前記真空チャンバの内部に導入される前記電力が前記反転構造により反転可能な前記基材ホルダに対して前記給電構造を介して実質的に供給される（請求項１）。かかる構成とすると、電源が出力する電力が給電構造を介して基材ホルダに実質的に供給されるので、基材ホルダに対する電力の供給品質が改善される。又、反転可能に配設されている基材ホルダに対する電力の供給品質が改善される。

上記の場合、前記基材ホルダが該基材ホルダに電気的に接続されかつ該基材ホルダの反転軸と同軸状に配設された導電性の受電軸体を有し、前記給電構造が前記電力導入体に電気的に接続された導電性の給電ブラシを有し、前記給電ブラシと前記受電軸体との接触により、前記電源から前記電力が前記基材ホルダに対して供給される（請求項２）。かかる構成とすると、電力が給電ブラシ及び受電軸体を介して基材ホルダに供給されるので、反転可能に配設されている基材ホルダに対する電力の供給品質を大幅に改善することが可能になる。

この場合、前記給電ブラシが平面状の給電面を備えかつ前記受電軸体が平面状の先端面を備え、前記給電面と前記先端面とが摺動自在に構成されている（請求項３）。かかる構成とすると、給電面と先端面とが摺動することにより接触面積が一定となるので、電力を安定して基材ホルダに対して供給することが可能になる。

又、この場合、前記給電ブラシが前記給電構造の内部で回動不能に配設されている（請求項４）。かかる構成とすると、基材ホルダの回動に伴う給電ブラシの回動が防止されるので、給電ブラシと電力導入体との電気的な接続を容易に確保することが可能になる。

又、この場合、前記給電ブラシが前記給電構造の内部で変位可能に配設されている（請求項５）。かかる構成とすると、給電ブラシが変位可能に配設されているので、給電ブラシと受電軸体との電気的な接触を容易に確保することが可能になる。

上記の場合、伸縮可能なバネ体を前記給電構造の収容部内に摺動自在に有し、前記バネ体の反発力により前記給電ブラシが前記受電軸体に対して付勢されている（請求項６）。かかる構成とすると、給電ブラシが受電軸体に対して付勢されていることにより、それらの電気的な接触状態が改善されるので、給電ブラシと受電軸体との電気的な接触状態を確実にかつ安定状態において確保することが可能になる。

又、上記の場合、前記電源としての高周波電力を供給可能な高周波電源と直流電力を供給可能な直流電源とを有し、前記高周波電力及び前記直流電力が前記真空チャンバの内部で前記電力導入体から前記給電構造を介して前記基材ホルダに対して供給されて前記基材に成膜する（請求項７）。かかる構成とすると、高周波電力及び直流電力が給電構造を介して基材に対して好適に供給されるので、基材の表裏の両面に対する光学膜の成膜を容易に実施することが可能になる。又、かかる構成により、密着強度が確保された高品質の光学部材を容易に製造することが可能になる。

本発明は、以上に述べたような解決手段によって実施され、基材ホルダの着脱が容易であり、かつ成膜中に反転駆動される基材ホルダに対して高周波電力及びバイアス電圧を高い供給品質及び印加品質において安定に供給及び印加することが可能なイオン加工装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施の形態では、イオン加工装置として、基材の表面に薄膜を成膜するイオンプレーティング装置を例示している。

図１は、本発明の実施の形態に係るイオンプレーティング装置の構成を模式的に示す構成図である。又、図２は、図１に示すイオンプレーティング装置の基材ホルダ及び基材ホルダ反転機構の周辺部の構成を模式的に示す平面図である。尚、図１及び図２では、複数配設されている基材ホルダの内の１枚が垂直に配置されている状態を示している。

先ず、図１及び図２を参照しながら、本発明の実施の形態に係るイオンプレーティング装置の構成の概略について説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係るイオンプレーティング装置１００では、導電性の材料からなる真空チャンバ１の内部に、蒸発材料２ａ（薄膜形成材料）を蒸発させる蒸発源２が配設されている。又、図１及び図２に示すように、この蒸発源２に対向するようにして、導電性の材料からなる基材ホルダ８が複数配置されている。ここで、蒸発源２は、蒸発材料２ａを入れるボート２ｂの外周に、加熱用電源４に接続された加熱用コイル３が配設されてなる。

一方、図１及び図２に示すように、複数個の基材ホルダ８は、各々が略一定の厚みを有するリング状に形成された第１のリング部材５及び第２のリング部材７が用いられて支持されている。ここで、第１のリング部材５の直径（最外径）は、第２のリング部材７の直径（最外径）よりも小さい。又、この第１のリング部材５と第２のリング部材７とは、その本体が略一定の幅に形成された８本の支持部材６によって、同一中心軸を有するように相互に連結されている。基材ホルダ８は、これらの第１のリング部材５と第２のリング部材７と支持部材６とで囲まれる領域と略相似の形状を有しており、その領域内において第１のリング部材５と第２のリング部材７とが用いられて各々配置及び支持されている。

又、第１のリング部材５の背面には、導電性部材と絶縁性部材とを有し後述する回転軸１９を主体としてなる回転軸体１１が接続されている。この回転軸体１１は真空チャンバ１の上壁部１ａを貫通して外部に延びるように配設されており、回転軸体１１の上壁部１ａから先端に至る部分（以下、突出部という）は、回転駆動装置１２によって回転駆動され得るように配設されている。ここで、回転駆動装置１２は、真空チャンバ１の上壁部１ａ上における所定の位置に配設されている。又、図１に示すように、上述した回転軸体１１の突出部と回転駆動装置１２とを覆うようにして、ハウジング１３が配設されている。又、このハウジング１３の所定の位置には、基材ホルダ８に対して高周波電力及びバイアス電圧を供給及び印加するための給電部１４が設けられている。この給電部１４には、高周波電力及びバイアス電圧を供給及び印加するためのケーブル１８が所定の接続手段によって接続されている。尚、このケーブル１８の給電部１４に接続されていない端部は、直流ブロッキングコンデンサＣｏ又は高周波ブロッキング用チョークコイルＬｏを介して、マッチング回路１５及び高周波電源１６又は直流電源１７に接続されている。

又、図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るイオンプレーティング装置１００では、成膜中において基材ホルダ８を反転させるために機能する進退機構１０が設けられている。ここで、図１及び図２に示すように、この進退機構１０は、真空チャンバ１の側壁における所定の位置に配設されている。又、図１及び図２に示すように、このイオンプレーティング装置１００では、進退機構１０の機能に基づいて基材ホルダ８を実質的に反転駆動させるための基材ホルダ反転機構９が設けられている。本実施の形態では、これらの進退機構１０及び基材ホルダ反転機構９が機能することによって、基材ホルダ８が成膜中において反転可能とされている。

次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係るイオンプレーティング装置の構成について詳細に説明する。

図３は、図１に示すイオンプレーティング装置の回転駆動部及び給電部の構成を拡大して示す縦断図である。又、図４は、図３におけるIV−IV線に沿った断面構成を模式的に示す横断図であって、図４（ａ）は全体の構成を示す横断図であり、図４（ｂ）は給電部を拡大して示す横断図である。尚、図４においては、給電構成を明確にするため、給電部及びカーボンブラシ及び絶縁板を付記している。

図３に示すように、回転軸体１１の突出部に設けられた電極リング３０（第１の給電部材）に電力伝達構造体たるカーボンブラシ１４ａ（第２の給電部材）が直接かつ電気的に接触するようにして、電力を供給するための給電部１４が配設されている。この給電部１４は、フッ素樹脂等の電気絶縁性材料からなる絶縁板３６の上部に、所定の固定手段により固定されている。この給電部１４を固定するための絶縁板３６は、絶縁板固定部材固定ボルト３２ａによりハウジング１３に固定された絶縁板固定部材３２によって、ハウジング１３上に固定されている。つまり、これによって、給電部１４とハウジング１３とが、相互に電気的に絶縁された状態に保持されている。そして、上述したように、給電部１４は、ケーブル１８を通じて直流ブロッキングコンデンサＣｏ及び高周波ブロッキング用チョークコイルＬｏに接続されている。ここで、図１に示すように、直流ブロッキングコンデンサＣｏは、マッチング回路１５を介して高周波電源１６に接続されている。又、高周波ブロッキング用チョークコイルＬｏは、直流電源１７に接続されている。尚、高周波電源１６の所定の端子、直流電源１７の正極側端子、及び真空チャンバ１は、各々接地されている。

又、上述したように、この給電部１４及び絶縁板３６の所定の部分と、回転軸体１１の突出部と、回転駆動装置１２とを覆うようにして、導電性の材料からなるハウジング１３が配設されている。このハウジング１３は、上端が閉鎖され下方が開放された略円筒形状を有している。そして、このハウジング１３は、真空チャンバ１の上壁部１ａによってその下方から支持されると共に、その上壁部１ａ上に所定の固定手段によって固定されている。尚、ハウジング１３は、真空チャンバ１と電気的に接続されている。つまり、このハウジング１３も、接地状態とされている。

又、図３に示すように、導電性を有する基材ホルダ８の一方は、その基材ホルダ８が有する回転軸体８ａの一方が後述する給電機構１０１によって支持されることにより、第１のリング部材５上で保持されている。ここで、給電機構１０１は、導電性の材料によって構成されている。又、第１のリング部材５は、固定ボルト５ｂによって導電性を有する支柱２３に導通状態で固定されている。又、この支柱２３は、特に図示されない所定の固定手段によって、導電性を有する下部リング２２に導通状態で固定されている。又、この下部リング２２は、電気絶縁性を有する絶縁支柱２１（第１の絶縁部材）を介して、特に図示されない所定の固定手段によって導電性を有する上部リング２０に絶縁状態で固定されている。そして、この上部リング２０は、導電性を有する回転軸１９の下端に、特に図示されない所定の固定手段により導通状態で固定されている。本実施の形態では、回転軸１９は、中空の円筒状の形状を有している。

一方、図３及び図４に示すように、回転軸１９の上部の外周には、フッ素樹脂等の電気絶縁性材料からなる絶縁リング２９（第２の絶縁部材）が嵌入されている。この絶縁リング２９は、略水平方向に延びる底部２９ａと、略垂直方向に延びる壁部２９ｂとを有して一体成形されている。又、この絶縁リング２９の外周には、導電性を有する電極リング３０が嵌入されている。この電極リング３０は、その下端が上述した底部２９ａの上面に接するようにして、絶縁リング２９の外周上に所定の固定手段により固定されている。ここで、上述した絶縁リング２９は、その上端面がスぺーサ固定ボルト３１ａによって回転軸１９に固定されたスぺーサ３１の下端により回転軸１９に押さえ付けられるようにして、回転軸１９に対して固定されている。

又、図３に示すように、電極リング３０と絶縁リング２９と回転軸１９とを略水平方向に貫通するようにして、導電性を有する電極軸２７が配設されている。この電極軸２７は電極リング３０とは電気的に導通しており、反対に、回転軸１９に対してはフッ素樹脂等の電気絶縁性材料からなる電極軸カバー２８によって電気的に絶縁されている。そして、電極軸２７の先端部には、略矩形の形状を有する電極プレート２４の上端部が上端固定ボルト２４ｂによって導通状態で固定されている。又、この電極プレート２４は回転軸１９の内部を下方に延び、上部リング２０を貫通して下端部が下端固定ボルト２４ａによって下部リング２２から突出している電極２２ａに導通状態で固定されている。つまり、このように構成されることによって、電極リング３０と第１のリング部材５とが電気的に導通した状態に保持されている。つまり、電極リング３０と基材ホルダ８とが電気的に導通した状態に保持されている。又、第１のリング部材５及び基材ホルダ８と、回転軸１９及びハウジング１３及び真空チャンバ１とが電気的に絶縁された状態に保持されている。

又、図３及び図４に示すように、電極プレート２４は、その所定の部分が所定の形状を有しかつ電気絶縁性を有する二つの電極プレートカバー２５によって覆われている。又、電極プレート２４を覆う電極プレートカバー２５は、その所定の部分がＳＵＳ板カバー２６によって覆われている。これにより、電極プレート２４と、回転軸１９及び上部リング２０とは、電気的に絶縁された状態に保持されている。ここで、ＳＵＳ板カバー２６は、上部リング２０と電気的に接続されている。つまり、ＳＵＳ板カバー２６は、回転軸１９及び真空チャンバ１とも電気的に接続されている。従って、このＳＵＳ板カバー２６は接地されている。

以上、上記の如くして、回転軸１９を主体としてなる前述した回転軸体１１が構成されている。そして、この回転軸体１１は、ハウジング１３と回転軸１９との間に配設された上部軸受け３３ａ及び下部軸受け３３ｂによって、ハウジング１３に対して回転中心Ｃ１を回転中心とするように回転自在に固定されている。又、回転軸１９とハウジング１３との間には、複数のオイルシール３５が設けられている。これにより、真空チャンバ１の内部は、所定の真空状態に保持されるようになる。又、回転軸体１１における回転軸１９の所定の位置には、平歯車３４が取り付けられている。ここで、この平歯車３４は回転駆動装置１２を構成する歯車１２ｂと螺合しており、この歯車１２ｂはモータ１２ａから延出する回転軸に固定されている。即ち、回転駆動装置１２を動作させてモータ１２ａが回転駆動することによって歯車１２ｂが回転し、この歯車１２ｂの回転によって回転軸１９、即ち回転軸体１１が回転するようになる。尚、ここでは、モータ１２ａはモータ固定部材１２ｃに固定されており、このモータ固定部材１２ｃはモータ架台１２ｄを介してモータ固定部材固定ボルト１２ｅによって真空チャンバ１の上壁部１ａ上に固定されている。

一方、図５は、図１に示すイオンプレーティング装置の基材ホルダ反転機構の周辺部の構成を拡大して示す構成図である。

図５に示すように、本実施の形態に係るイオンプレーティング装置１００の基材ホルダ８は、該基材ホルダ８が回転中心Ｃ２を回転中心として回転（反転）することが可能となるように、回転軸体８ａを有している。この回転軸体８ａは、所定の固定手段によって基材ホルダ８に対して固定されている。そして、図５に示すように、この回転軸体８ａの上述した給電機構１０１によって支持されない他方の端部が、回転支持部材７ａによって回転自在に支持されている。又、この回転支持部材７ａによる支持により、回転軸体８ａ、即ち基材ホルダ８は、回転軸体８ａの軸方向における位置が固定される。ここで、この回転支持部材７ａは、第２のリング部材７の下面に配設されている。そして、この第２のリング部材７は、支持部材６によって、第１のリング部材５に連結されている。尚、この回転支持部材７ａによる回転軸体８ａの支持形態としては、特に限定されず、回転軸体８ａを回転支持部材７ａに対して容易に装着可能な（即ち、回転軸体８ａを回転支持部材７ａから容易に離脱可能な）支持形態であれば、如何なる支持形態を用いてもよい。このような構成により、回転軸体８ａを回転することによって、基材ホルダ８を、回転中心Ｃ２を回転中心として回転（反転）することが可能となる。

又、図５に示すように、回転軸体８ａにおける他方の端部には、アーム３７が設けられている。このアーム３７は、所定の固定手段によって、回転軸体８ａにおける他方の端部に固定されている。ここで、このアーム３７は、図５では図示しないが、平面視において各々９０°毎に隔離された所定長の突起部を有している。一方、図１及び図２に示したように、本実施の形態に係るイオンプレーティング装置１００における真空チャンバ１の壁部には、進退機構１０が設けられている。この進退機構１０は、接続部材１０ａによって真空チャンバ１における壁部の所定の位置に配設されている。ここで、この進退機構１０の先端部１０ｂからは、進退駆動されるＬ字状の反転用ロッド１０ｃが延出している。そして、これらのアーム３７と反転用ロッド１０ｃとによって、基材ホルダ反転機構９が構成されている。

次に、図面を参照しながら、本発明を特徴付けるイオンプレーティング装置の基材ホルダへの給電機構の構成について詳細に説明する。

図６は、本発明の実施の形態に係るイオンプレーティング装置の基材ホルダへの給電機構及びその周辺部の構成を模式的に示す縦断図である。

図６に示すように、本実施の形態に係るイオンプレーティング装置１００では、第１のリング部材５の接触面５ａに接して、高周波電源１６及び直流電源１７から基材ホルダ８に対して高周波電力及びバイアス電圧を好適に供給及び印加するための給電機構１０１が配設されている。ここで、第１のリング部材５の接触面５ａは、給電機構１０１を所定の傾斜角度で傾斜させて配設するために、所定の傾斜角度を有して形成されている。これによって、給電機構１０１が、水平方向に対して所定の角度で下方に向けて傾斜して配設されている。つまり、基材ホルダ８も所定の傾斜角度で下方に向けて傾斜して配設されている。

この給電機構１０１は、第１の内周面４１ａで形成される第１の円柱空間Ｂ１と、その第１の内周面４１ａで形成される第１の円柱空間Ｂ１の内径よりも内径が大きい、第２の内周面４１ｂで形成される第２の円柱空間Ｂ２とを有している。ここで、この第１の円柱空間Ｂ１及び第２の円柱空間Ｂ２は、その内部に上述した第１の内周面４１ａ及び第２の内周面４１ｂが形成されたブラシ支持部材４１によって形成されている。そして、このブラシ支持部材４１は、第１のリング部材５の接触面５ａとブラシ支持部材４１の接触面４１ｃとが接するようにして、第１のリング部材５上に配設されている。尚、ブラシ支持部材４１は、内部に第１の内周面４１ａ及び第２の内周面４１ｂが形成されていれば良く、その外形形状は特に限定されない。

又、ブラシ支持部材４１の両端には、各々が略平板状の形状を有する軸受け部材３９と裏面カバー４０とが配設されている。これらの軸受け部材３９及び裏面カバー４０は、その周辺部の表面がブラシ支持部材４１の端面に密着するようにして、ブラシ支持部材４１の両端に配設されている。ここで、基材ホルダ８の回転軸体８ａを回転自在に支持するために、軸受け部材３９の厚みが、裏面カバー４０の厚みよりも厚く形成されている。又、本実施の形態では、軸受け部材３９及び裏面カバー４０における第１のリング部材５側の端面は、ブラシ支持部材４１における第１のリング部材５側の端面（つまり、接触面４１ｃ）と同一平面上となるように構成されている。これにより、給電機構１０１が所定の角度で傾斜しかつ安定して第１のリング部材５の接触面５ａ上に配設されている。そして、図６に示すように、上述した軸受け部材３９と裏面カバー４０とブラシ支持部材４１とによって囲まれる空間として、第１の円柱空間Ｂ１及び第２の円柱空間Ｂ２からなるブラシ用空間Ｂが形成されている。

図６に示すように、ブラシ空間Ｂにおける第２の円柱空間Ｂ２の内部には、平面状の導通用接触面４２ｄを有する、電気伝導性のブラシ４２が設けられている。このブラシ４２は円柱状の形状を有しており、その外径は第２の円柱空間Ｂ２の内径と略同一とされている。つまり、このブラシ４２は、ブラシ支持部材４１の第２の内周面４１ｂとブラシ４２の外周面４２ａとが摺動するようにして、第２の円柱空間Ｂ２の内部に配設されている。これによって、このブラシ４２は、ブラシ用空間Ｂにおける第２の円柱空間Ｂ２の内部を進退自在とされている。ここで、このブラシ４２の所定の位置には、進退移動の際における移動距離を制限しかつブラシ４２の回転を防止するために、溝部４２ｂが形成されている。この溝部４２ｂは、後述するピン４４を挿入可能な幅を有し、かつブラシ４２の進退移動の移動距離を制限するように所定の長さを有している。これによって、ブラシ支持部材４１の第２の円柱空間Ｂ２におけるブラシ４２の回転と進退移動の移動距離とが制限されている。尚、ピン４４は、その一方の先端部が溝部４２ｂの内部に位置するように、かつ他方の先端部がブラシ支持部材４１に埋設されるようにして、給電機構１０１における所定の位置に配設されている。

又、ブラシ４２の背面４２ｃにおける所定の位置には、電気伝導性を有する円柱状の凸部４２ｅが形成されている。この凸部４２ｅは、その中心軸とブラシ４２の中心軸とが一致するように、ブラシ４２の背面４２ｃに形成されている。ここで、この凸部４２ｅは、後述するバネ体４５の端部を位置決めするために形成されている。そのため、この凸部４２ｅは、バネ体４５の内径と略同一の外径を有するように形成されている。尚、凸部４２ｅの厚みは、ブラシ４２の進退移動を妨げない厚みであれば、特に限定はされない。

又、図６に示すように、凸部４２ｅの背後には、電気伝導性を有する円柱状の引き出し部４３が形成されている。この引き出し部４３は、その中心軸と凸部４２ｅの中心軸とが一致するように、凸部４２ｅの背後に形成されている。そして、この引き出し部４３の端部は、裏面カバー４０が有する貫通孔Ｃを貫通して、その外部に到達している。ここで、裏面カバー４０が有する貫通孔Ｃの孔径は、引き出し部４３がブラシ４２の進退移動に応じて摺動可能な孔径とされている。そして、この引き出し部４３の端部には、第１のリード接続部３８ａを介して、リード３８が電気的な接続を有するように接続されている。このリード３８は、第２のリード接続部３８ｂを介して、第１のリング部材５における所定の位置に電気的に接続されている。このような構成により、高周波電源１６及び直流電源１７から第１のリング部材５に対して好適に供給及び印加された高周波電力及びバイアス電圧が、リード３８と引き出し部４３と凸部４２ｅとを介して、ブラシ４２に好適に供給及び印加される。尚、第１のリング部材５に対する高周波電力及びバイアス電圧の供給及び印加は、真空チャンバ１の外部からその内部に渡って配設されている電極プレート２４を介して行われる。つまり、高周波電源１６及び直流電源１７から給電部１４のカーボンブラシ１４ａに供給及び印加される高周波電力及びバイアス電圧は、電極リング３０及び電極軸２７を介して電極プレート２４に供給及び印加される。この電極プレート２４によって、高周波電力及びバイアス電圧が真空チャンバ１の内部に位置する電極２２ａ（つまり、下部リング２２）に供給及び印加される。そして、下部リング２２に供給及び印加される高周波電力及びバイアス電圧は、導電性の支柱２３を介して、第１のリング部材５に供給及び印加される。ここで、本実施の形態では、電極プレート２４から第１のリング部材５までの導電経路（特に、第１のリング部材５）を電力導入体と称している。

又、図６に示すように、給電機構１０１の内部には、バネ体４５が配設されている。このバネ体４５は、ブラシ４２を軸受け部材３９の方向に向けて押し出すために設けられている。そのため、バネ体４５の一方の端部は凸部４２ｅに嵌挿されかつ背面４２ｃに当接して位置決めされており、他方の端部は裏面カバー４０の当接面４０ａに当接している。ここで、バネ体４５の外径は、第１の円柱空間Ｂ１の内径と略同一の寸法とされている。つまり、このバネ体４５は、ブラシ用空間Ｂ内のブラシ４２と裏面カバー４０との間において、その外周部が第１の内周面４１ａによって保持されると共に、凸部４２ｅ及び背面４２ｃによって保持及び位置決めされている。これにより、バネ体４５は、ブラシ４２を軸受け部材３９の方向に向けて安定した状態で押し出すことが可能とされている。

以上のようにして構成される給電機構１０１には、基材ホルダ８の回転軸体８ａが回転自在に嵌挿されている。具体的には、基材ホルダ８の回転軸体８ａの先端部が、給電機構１０１の軸受け部材３９に形成された軸受け孔Ａに嵌挿されている。ここで、この軸受け孔Ａの内径は、回転軸体８ａの外径よりも若干大きい孔径で形成されている。つまり、基材ホルダ８は、回転軸体８ａの外周面８ｂと軸受け部材３９の内周面３９ａとの摺動により回転中心Ｃ２を回転中心とする回転が可能となるように、給電機構１０１に嵌挿されている。そして、本発明では、基材ホルダ８が、回転軸体８ａの先端部に形成されている導通用接触面８ｃとブラシ４２の導通用接触面４２ｄとが密着するようにして、給電機構１０１に嵌挿されている。ここで、この導通用接触面８ｃと導通用接触面４２ｄとの密着状態は、バネ体４５による押圧力によって、電気的に好適な密着状態とされている。これにより、回転軸体８ａの外周面８ｂと軸受け部材３９の内周面３９ａとの摺動状態に関係無く、ブラシ４２から基材ホルダ８に対する高周波電力及びバイアス電圧の供給及び印加が一定の供給品質及び印加品質において好適に行われるようになる。又、上述した導通用接触面８ｃと導通用接触面４２ｄとの密着状態がバネ体４５による押圧力によって電気的に好適な密着状態とされるので、基材ホルダ８を取り外して再び装着した場合であっても、基材ホルダ８に対する高周波電力及びバイアス電圧の供給品質及び印加品質を保つことが可能になる。そして、このような構成とすることにより、基材ホルダ８の着脱が容易であり、かつ成膜中に反転駆動される基材ホルダ８に対して高周波電力及びバイアス電圧を高い供給品質及び印加品質において安定に供給及び印加することが可能なイオンプレーティング装置１００を提供することが可能になる。

次に、以上のように構成されたイオンプレーティング装置の動作について、図面を参照しながら説明する。

イオンプレーティング装置１００を用いてイオン加工（ここでは、成膜）を行う際、作業者はイオン加工を行う前に、ガラス基材又は樹脂基材等の基材を基材ホルダ８に装着する。この時、基材の表面及び裏面に所定の光学膜を成膜することが可能となるよう、表裏が露出するように基材を基材ホルダ８に装着する。そして、基材ホルダ８に基材を装着した後、真空チャンバ１の内部を図示しない排気手段で所定の真空雰囲気まで排気すると共に、回転駆動装置１２を動作させてモータ１２ａを回転させる。すると、このモータ１２ａの回転が歯車１２ｂを介して平歯車３４に伝達され、平歯車３４が回転することによって回転軸１９、つまり回転軸体１１が回転中心Ｃ１を回転中心として回転する。これによって、回転軸体１１の下端に取り付けられた基材ホルダ８が回転する。

一方、高周波電源１６及び直流電源１７を動作させる。すると、高周波電力及びバイアス電圧がケーブル１８を介して給電部１４に供給及び印加され、これによってカーボンブラシ１４ａに高周波電力及びバイアス電圧が供給及び印加され、更にカーボンブラシ１４ａに接触している電極リング３０に伝達される。この電極リング３０に伝達された高周波電力及びバイアス電圧は電極軸２７を導通して電極プレート２４に伝達され、更に、電極２２ａを導通して下部リング２２に伝達される。そして、下部リング２２に伝達された高周波電力及びバイアス電圧は、支柱２３を介して第１のリング部材５に伝達される。

高周波電源１６及び直流電源１７が出力する高周波電力及びバイアス電圧が第１のリング部材５に供給及び印加されると、この供給及び印加される高周波電力及びバイアス電圧は第２のリード接続部３８ｂとリード３８と第１のリード接続部３８ａとを介して、給電機構１０１が有する引き出し部４３に供給及び印加される。そして、高周波電力及びバイアス電圧はこの引き出し部４３から凸部４２ｅに供給及び印加され、更に、凸部４２ｅからブラシ４２に供給及び印加される。ここで、上述したように、ブラシ４２の導通用接触面４２ｄと回転軸体８ａの導通用接触面８ｃとは密着している。又、その密着状態は、ブラシ４２がバネ体４５の押圧力によって回転軸体８ａに対して押し付けられているため、電気的に好適な密着状態とされている。そのため、ブラシ４２に供給及び印加された高周波電力及びバイアス電圧は、回転軸体８ａ、即ち基材ホルダ８に好適に供給及び印加される。そして、これにより、基材ホルダ８と真空チャンバ１との間に高周波電力及びバイアス電圧が好適に供給及び印加される。

次いで、加熱用コイル３が接続されている加熱用電源４を動作させる。すると、加熱用コイル３に高周波電力（加熱用電力）が供給され、これによって蒸発源２のボート２ｂの内部に入れた蒸発材料２ａ（薄膜形成材料）が加熱溶解して真空チャンバ１の内部に蒸発する。すると、その蒸発した薄膜形成材料が高周波電力により発生したプラズマによって励起され、この励起された薄膜形成材料がバイアス電圧によって生じる電界によって加速され、基材ホルダ８に装着されている基材の表面に衝突して強固に付着する。これにより、基材の表面には、緻密な薄膜が形成される。

基材の一方の成膜面に対する薄膜の成膜が完了すると、その基材の他方の成膜面に対する薄膜の成膜が行われる。この時、その他方の成膜面に対する薄膜の成膜を行うために、進退機構１０及び基材ホルダ反転機構９によって、基材ホルダ８が１８０°反転される。具体的には、基材ホルダ８を反転する際、図５に示す進退機構１０の先端部１０ｂから反転用ロッド１０ｃが進出される。この時、回転軸体１１は回転駆動される。すると、この進出された反転用ロッド１０ｃが、基材ホルダ８の回転軸体８ａに固定されたアーム３７の上述した突起部に当接する。そして、回転軸体１１が更に回転駆動されることにより、反転用ロッド１０ｃがアーム３７の突起部を、回転軸体８ａを回転させるべく移動させる。このような反転用ロッド１０ｃによるアーム３７の突起部の移動に基づいて、基材ホルダ８が回転軸体８ａを回転中心として１８０°反転される。尚、基材ホルダ８の反転が完了した後、進退機構１０によって反転用ロッド１０ｃは退出される。そして、基材の他方の成膜面に対する薄膜の成膜が行われる。

上記のように構成されかつ動作する本発明のイオンプレーティング装置を用いることによって、以下に示す効果が得られる。

即ち、本実施の形態に係るイオンプレーティング装置１００では、電極リング３０が絶縁リング２９によって回転軸１９と電気的に絶縁されており、又、電極軸２７が電極軸カバー２８によって回転軸１９と電気的に絶縁されており、又、電極プレート２４が電極プレートカバー２５によって回転軸１９と電気的に完全に絶縁され、更に、下部リング２２が絶縁支柱２１によって上部リング２０と電気的に絶縁されている。又、ハウジング１３が真空チャンバ１を介して接地されており、これによりハウジング１３が電磁シールドとして機能する。そのため、高周波電力及びバイアス電圧を第１のリング部材５に対して好適に供給及び印加することが可能になる。そして、その第１のリング部材５上には給電機構１０１が設けられているので、反転可能に配設された基材ホルダ８に対して、高周波電源１６及び直流電源１７から高周波電力及びバイアス電圧を確実にかつ安定した供給品質及び印加品質において好適に供給及び印加することが可能になる。又、基材ホルダ８を交換等した場合においても、基材ホルダ８に対する高周波電力及びバイアス電圧の供給品質及び印加品質は実質的に変化することはない。そして、以上により、基材ホルダ８の着脱が容易であり、かつ成膜中に反転駆動される基材ホルダ８に対して高周波電力及びバイアス電圧を高い供給品質及び印加品質において安定に供給及び印加することが可能なイオンプレーティング装置１００を提供することが可能になる。又、成膜中において真空チャンバ１を大気開放することなく、その両面に反射防止膜等の光学膜が形成された高品質な光学部材を容易に製造することが可能になる。

尚、以上の説明では、イオン加工装置としてイオンプレーティング装置を例示して説明したが、特にイオンプレーティング装置に限定されることは無く、基材ホルダに高周波電力等を供給するイオン加工装置の全般に対し、本発明を実施又は応用することが可能である。例えば、本発明を実施又は応用することが可能である装置としては、ＣＶＤやエッチング装置等がある。ここで、ＣＶＤにおいては、加工物質たる薄膜生成用の原料ガスの反応を促進する目的で、高周波電力によって発生したプラズマにより前記原料ガスを励起して成膜を行うことが知られている（プラズマＣＶＤ）。又、エッチング装置においては、エッチングの選択比を高める、或いは、異方性を得る等の目的で、基材と反応する加工物質たる反応ガス（エッチングガス）をプラズマにより励起してエッチングを行うことが知られている（プラズマエッチング）。このように、かかる技術分野においても高周波電力を用いてプラズマを発生させ、その発生したプラズマを用いて基材を加工する点では、本実施の形態で例示したイオンプレーティング装置と本質的に異ならない。従って、上記技術分野の装置に対しても、本発明を実施又は応用することが可能である。

本発明に係るイオン加工装置は、基材ホルダの着脱が容易であり、かつ成膜中に反転駆動される基材ホルダに対して高周波電力及びバイアス電圧を高い供給品質及び印加品質において安定に供給及び印加することが可能なイオン加工装置として有用である。

本発明の実施の形態に係るイオンプレーティング装置の構成を模式的に示す縦断図である。 図１に示すイオンプレーティング装置の基材ホルダ及び基材ホルダ反転機構の周辺部の構成を模式的に示す平面図である。 図１に示すイオンプレーティング装置の回転駆動部及び給電部の構成を拡大して示す縦断図である。 図３におけるIV−IV線に沿った断面構成を模式的に示す横断図であって、図４（ａ）は全体の構成を示す横断図であり、図４（ｂ）は給電部を拡大して示す横断図である。 図１に示すイオンプレーティング装置の基材ホルダ反転機構の周辺部の構成を拡大して示す構成図である。 本発明の実施の形態に係るイオンプレーティング装置の基材ホルダへの給電機構及びその周辺部の構成を模式的に示す縦断図である。

符号の説明

１ 真空チャンバ
１ａ 上壁部
２ 蒸発源
２ａ 蒸発材料
２ｂ ボート
３ 加熱用コイル
４ 加熱用電源
５ 第１のリング部材
５ａ 接触面
５ｂ 固定ボルト
６ 支持部材
７ 第２のリング部材
７ａ 回転支持部材
８ 基材ホルダ
８ａ 回転軸体
８ｂ 外周面
８ｃ 導通用接触面
９ 基材ホルダ反転機構
１０ 進退機構
１０ａ 接続部材
１０ｂ 先端部
１０ｃ 反転用ロッド
１１ 回転軸体
１２ 回転駆動装置
１２ａ モータ
１２ｂ 歯車
１２ｃ モータ固定部材
１２ｄ モータ架台
１２ｅ モータ固定部材固定ボルト
１３ ハウジング
１４ 給電部
１４ａ カーボンブラシ
１５ マッチング回路
１６ 高周波電源
１７ 直流電源
１８ ケーブル
１９ 回転軸
２０ 上部リング
２１ 絶縁支柱
２２ 下部リング
２２ａ 電極
２３ 支柱
２４ 電極プレート
２４ａ 下端固定ボルト
２４ｂ 上端固定ボルト
２５ 電極プレートカバー
２６ ＳＵＳ板カバー
２７ 電極軸
２８ 電極軸カバー
２９ 絶縁リング
２９ａ 底部
２９ｂ 壁部
３０ 電極リング
３１ スぺーサ
３１ａ スぺーサ固定ボルト
３２ 絶縁板固定部材
３２ａ 絶縁板固定部材固定ボルト
３３ａ 上部軸受け
３３ｂ 下部軸受け
３４ 平歯車
３５ オイルシール
３６ 絶縁板
３７ アーム
３８ リード
３８ａ 第１のリード接続部
３８ｂ 第２のリード接続部
３９ 軸受け部材
３９ａ 内周面
４０ 裏面カバー
４０ａ 当接面
４１ ブラシ支持部材
４１ａ 第１の内周面
４１ｂ 第２の内周面
４１ｃ 接触面
４２ ブラシ
４２ａ 外周面
４２ｂ 溝部
４２ｃ 背面
４２ｄ 導通用接触面
４２ｅ 凸部
４３ 引き出し部
４４ ピン
４５ バネ体
１００ イオンプレーティング装置（イオン加工装置）
１０１ 給電機構（給電構造）
Ａ 軸受け孔
Ｂ ブラシ用空間
Ｂ１ 第１の円柱空間
Ｂ２ 第２の円柱空間
Ｃ 貫通孔
Ｃ１，Ｃ２ 回転中心

Claims (7)

1. その内部で電力を用いて基材へのイオン加工を行うための導電性の真空チャンバと、
   前記真空チャンバの内部に配設され前記基材が装着される導電性の基材ホルダと、
   前記真空チャンバの内部に前記電力を導入しかつ前記基材ホルダを回動自在に支持するための電力導入体と、
   前記基材ホルダを前記真空チャンバの内部で反転させるための反転構造と、
   前記電力導入体に電気的に接続され該電力導入体に前記電力を供給するための電源とを備えるイオン加工装置であって、
   前記電力を前記電力導入体から前記基材ホルダに供給するための給電構造を有し、
   前記電源から前記電力導入体を介して前記真空チャンバの内部に導入される前記電力が前記反転構造により反転可能な前記基材ホルダに対して前記給電構造を介して実質的に供給される、イオン加工装置。
2. 前記基材ホルダが該基材ホルダに電気的に接続されかつ該基材ホルダの反転軸と同軸状に配設された導電性の受電軸体を有し、
   前記給電構造が前記電力導入体に電気的に接続された導電性の給電ブラシを有し、
   前記給電ブラシと前記受電軸体との接触により、前記電源から前記電力が前記基材ホルダに対して供給される、請求項１記載のイオン加工装置。
3. 前記給電ブラシが平面状の給電面を備えかつ前記受電軸体が平面状の先端面を備え、前記給電面と前記先端面とが摺動自在に構成されている、請求項２記載のイオン加工装置。
4. 前記給電ブラシが前記給電構造の内部で回動不能に配設されている、請求項２記載のイオン加工装置。
5. 前記給電ブラシが前記給電構造の内部で変位可能に配設されている、請求項２記載のイオン加工装置。
6. 伸縮可能なバネ体を前記給電構造の収容部内に摺動自在に有し、
   前記バネ体の反発力により前記給電ブラシが前記受電軸体に対して付勢されている、請求項２記載のイオン加工装置。
7. 前記電源としての高周波電力を供給可能な高周波電源と直流電力を供給可能な直流電源とを有し、
   前記高周波電力及び前記直流電力が前記真空チャンバの内部で前記電力導入体から前記給電構造を介して前記基材ホルダに対して供給されて前記基材に成膜する、請求項１乃至６の何れかに記載のイオン加工装置。

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