JPH10287976A - 真空成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純形状ではない被蒸着ワークについても全
体的に均一な成膜を行うことができる真空成膜装置を提
供する。 【解決手段】 真空槽内に設けられワークを公転させる
ためのリングギヤと、このリングギヤに取り付けられた
ワーク保持機構と、ワーク保持機構に保持されたワーク
を自転させつつ上下方向に揺動させるワーク揺動機構と
を具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被蒸着ワークを真
空槽内で自転公転させて蒸着する真空成膜装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空成膜装置たとえば、被蒸着ワ
ークを回転させながら蒸着を行う真空蒸着装置には被蒸
着ワークを回転させるための構造の違いから、（１）真
空槽内に設けた円形ドーム状に形成した回転板の内面に
複数の被蒸着ワークを取り付け、回転板を被蒸着ワーク
が蒸発源方向を指向するようにしながら回転させる、す
なわち被蒸着ワークがプラネタリ運動するようにしたも
の、（２）真空槽内に回転軸を配置し、回転軸の片端に
摩擦車を設けると共に他端に被蒸着ワークを取り付け、
摩擦車を真空槽内の円形走路上を走行させることで回転
軸は摩擦車の走行方向に公転し、同時に回転軸が回転す
ることから他端に取り付けられた被蒸着ワークが自転公
転するようにしたものなどがあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ものには次の問題があった。それは、 （１）円形ドーム状の回転板内面に被蒸着ワークを取り
付けるようにしたものでは、被蒸着ワークが円筒状ある
いは球状等の場合、円形ドーム状の回転板に取り付けた
複数の被蒸着ワークはプラネタリ運動しかしないために
蒸発源に対向する一部のみの蒸着しか行えない。特にワ
ークが球状体の場合には蒸発源に対向しない側の半球へ
の成膜はほとんど不可能である。 （２）回転軸の両端にそれぞれ摩擦車と被蒸着ワークを
取り付けるようにしたものでは、被蒸着ワークが円筒状
の場合には回転軸と円筒の軸方向とを合わせて取り付け
ることにより、その筒外面への成膜は可能であるが、被
蒸着ワークが球状のように回転軸の前後方向に起伏を有
するものの場合には、やはり蒸発源に対向する一部のみ
の蒸着しか行えない。

【０００４】この点について詳細に述べると、被蒸着ワ
ークが球状等で蒸発源に対するワークの姿勢が一定の場
合、被蒸着面への蒸着物質の入射角度が同一ワーク内で
異なるため均一な膜厚分布が得られない。つまり、蒸発
源からの距離が一定の場合、理論的には被蒸着面に垂直
入射した部分の膜厚がｔであるならば、入射角がθであ
る部分での膜厚はｔ・ｓｉｎθとなる。また、このよう
な膜厚のばらつきが製品の特性上許容範囲内であって
も、斜め入射で成膜された部分は膜密度が疎となり膜強
度が弱いため、この部分から剥離などの欠点が発生しや
すくなる。筒状体、球状体の場合にはワークの先端部で
入射角が０°に近く、根元側では蒸発源に対して影にな
り実質的に成膜が困難である。

【０００５】上記のような状況に鑑みて本発明はなされ
たもので、その目的は単純形状ではない被蒸着ワークに
ついても全体的に均一な成膜を行うことができる自転公
転する真空成膜装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、真空槽内に設けられワークを公転させるた
めのリングギヤと、このリングギヤに取り付けられ一端
側にワーク保持部、他端側に摩擦車を備えた上下方向に
揺動可能に支持される回転軸を有するワーク保持機構
と、真空槽内に固定され摩擦車の走行方向に凹凸状の連
続曲面からなる高低差をもった環状走路とを備え、リン
グギヤの回転に伴って前記摩擦車を前記環状走路上で走
行させることによりワークを上下に揺動させつつ自公転
可能としたことを特徴とするこのように構成された装置
では、リングギヤの回転に伴ってワーク保持機構が回転
し、摩擦車が環状走路上を転動する。これにより回転軸
が回転し、回転軸の端部に設けられたワーク保持部、つ
まりワーク保持部に保持されるワークも回転する。この
結果、ワークは環状走路に沿って公転するとともに自転
することになる。しかも環状走路は凹凸状の連続曲線か
らなる高低差をもっているため、摩擦車が走路上の高い
位置にくると揺動可能に支持された回転軸の支点を中心
に回転軸の他端すなわちワーク側は下方に回動し、摩擦
車が走路上の低い位置にくるとワーク側は上方に回動す
るので、結果としてワークは自公転しながら上下にその
姿勢を揺動することになる。そして、通常は真空槽に対
して回転軸の外方端に摩擦車、内方端にワークが取り付
けられるので、回転軸のワーク側が下方に回動したとき
にはワークの先端側が蒸発源に対向する姿勢となり、回
転軸のワーク側が上方に回動したときには、水平状態で
は蒸発源に対して影となるワークの後端側が蒸発源に対
向するような姿勢となる。公転に伴ってこのようなワー
クの姿勢変化が連続的に繰り返されることにより、ワー
クの全面にわたり蒸着物質の入射角度を均一化すること
ができる。しかも、被蒸着面に対する蒸着物質の入射角
度を垂直に近付けることができる。

【０００７】ただし、ワークの自転周期と揺動による姿
勢変化の周期が同期しないように摩擦車の径または環状
走路の凹凸変化を設定する必要がある。そうしないと、
揺動によってワークの姿勢が変化しても、特定姿勢のと
きに蒸発源に対向するワーク上の面が固定され、成膜さ
れない部分ができてしまうためである。

【０００８】また本発明は、前記環状走路が複数同心円
上に設けられ、前記リングギヤと共に回転するワーク保
持機構支持部材と、前記環状走路に対応して同心円上に
前記ワーク保持機構支持部材に取り付けられた複数のワ
ーク保持機構とを備えたことを特徴とする。こうするこ
とにより、一回の成膜操作でより多くのワークに成膜を
行うことができる。

【０００９】また前記環状走路が上下に複数段設けら
れ、前記環状走路に対応してワーク保持機構を上下に複
数段備えたものにおいても多数のワークへの同時成膜が
可能である。

【００１０】ただし、これらの場合、蒸発源と各ワーク
との距離が等距離でないものができるので、補正板を併
用するなどしてワークの位置による差を解消することが
好ましい。

【００１１】さらに本発明は、前記環状走路が複数同心
円状に設けられ、これらの環状走路が真空槽中央側ほど
高位置に配設されるとともに、前記リングギヤと共に回
転するワーク保持機構支持部材と、前記環状走路に対応
して同心円状に高低差をもって前記ワーク保持機構支持
部材に取り付けられた複数のワーク保持機構とを備えた
ものであってもよい。この場合には、各ワークを蒸発源
からほぼ等距離に配置することができ、同一ロット内の
ワーク位置による差を小さくすることができる。また環
状走路を平面上で同心円配置した場合や上下に多段配置
した場合に比べて、ワークの揺動による干渉を考慮して
も各走路間の空間を取りやすいので、より多くのワーク
を処理できる利点もある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本実施の形態に係る真空蒸着装置の
概略構成図である。図中左上方に駆動ギヤ１があり、そ
れぞれ隣接して歯合するアイドルギヤ２を介してリング
ギヤ３が配設される。駆動ギヤ１は真空槽１６の外部に
設けられる図示しないモータ等の駆動源に接続され、駆
動ギヤ１、アイドルギヤ２の順に駆動力が伝達されリン
グギヤ３を回転させる。リングギヤ３にはホルダ４が固
定されており、ホルダ４から適当な間隔をもって吊り下
げられたシャフト５の下端に水平に回転リング６が支持
される。回転リング６上にはワーク自転ユニット１７を
揺動自在に支持するためのブラケット１２が２本一組で
等間隔に取り付けられている。各ブラケット１２は、そ
の上端にＵ溝１８が切欠かれており、２本のブラケット
１２のＵ溝１８にワーク自転ユニット１７の両側面に突
設されたピン１１が回動自在に係合されることにより、
ワーク自転ユニット１７を揺動自在に支持する。

【００１３】ワーク自転ユニット１７は、図２に示すよ
うに、ほぼ前記ピン１１間に設けられる軸受を介して回
転リング６の半径方向に回転軸１０が支持され、回転軸
１０の外方端部に摩擦車９が、内方端部にワークホルダ
１３が同軸上に固定され、摩擦車９が回転することでワ
ークホルダ１３も同様に回転するようになっている。本
明細書では、ワーク自転ユニット１７とブラケット１２
を合わせてワーク保持機構と称している。また、摩擦車
９の下端に接するように真空槽１６の底面から支柱１５
によって支持された環状レール８が配設されている。環
状レール８は、少なくともワーク自転ユニット１７の揺
動により摩擦車９の接地点が移動しても逸脱しないだけ
の幅を持ち、また図３にその展開図を示すように連続し
た曲線からなる複数の凹凸による起伏が形成されてい
る。本実施の形態では、ワーク自転ユニット１７のピン
１１を支点として回転軸１０が環状レール８の起伏によ
って揺動するため、ワークを取り付けた状態で摩擦車９
が環状レール８に接地する必要があり、ピン１１を境に
して摩擦車９側にワーク自転ユニット１７の重心を設定
する。なお、真空槽１６の底面中央部に抵抗加熱または
電子銃加熱等により蒸散される蒸発源７が設置される。

【００１４】次に、以上のように構成された装置の動作
について説明する。まず、ワーク自転ユニット１７のワ
ークホルダ１３にワーク１４を取り付ける。図１，図
２，図４では球状のワーク１４を取り付けた例が示して
ある。なお、取り付けるワークに合わせてワークホルダ
１３は交換可能となっている。すべてのワークホルダ１
３にワーク１４を取り付けた後、真空槽１６を密閉し、
所定の真空度まで槽内を減圧して蒸着を開始する。

【００１５】真空槽１６外の駆動源に駆動されて駆動ギ
ヤ１が回転すると、アイドルギヤ２を介してリングギヤ
３が回転し、ホルダ４、、シャフト５、回転リング６も
共に回転する。このとき、回転リング６上に取り付けら
れているワーク自転ユニット１７も周回し、これに伴っ
て環状レール８上に載置される摩擦車９は環状レール８
との摩擦力によって転動し、この回転力が回転軸１０、
ワークホルダ１３を回転させ、ワーク１４を自転させ
る。これによりワーク１４は自転しながら環状レール８
に沿って公転することになる。そして、上記のとおり環
状レール８には連続した曲線からなる複数の凹凸による
起伏が形成されているため、この上を摩擦車９が転動す
る一方、ワーク自転ユニット１７の取り付けられた回転
リング６は水平を保って回転するため、環状レール８の
起伏により回転軸１０はワーク自転ユニット１７のピン
１１を支点として揺動し、ワーク１４は環状レール８に
沿って自公転しながら上下に揺動を繰り返す。

【００１６】この様子を図示したものが図４である。図
４は、図３に示したＡ，Ｂ，Ｃ点それぞれの位置におけ
るワーク自転ユニット１７の姿勢を示している。本実施
の形態では、環状レール８の起伏の中間部であるＡ点に
おいて、図４（ａ）のようにワーク自転ユニット１７の
回転軸１０は水平となるように設定されているので、環
状レール８の起伏の底部Ｂ点では、同図（ｂ）のように
摩擦車９が下がり、回転軸１０の反対側にあるワーク１
４はＡ点での水平状態に比べて上方に押し上げられた状
態となり、環状レール８の起伏の頂部Ｃ点では、同図
（ｃ）のように摩擦車９が押し上げられるので、回転軸
１０の反対側にあるワーク１４はＡ点での水平状態に比
べて下方に押し下げられた状態となる。

【００１７】この結果、Ａ点では主にワーク１４の回転
軸１０に対する周面部分が、Ｂ点ではワーク１４のワー
クホルダ１３側が、Ｃ点ではワーク１４の先端部が蒸発
源７に対向する深い角度を形成し、これら部分への蒸着
物質の垂直入射もしくはそれに近い成膜状態を得ること
を可能にする。このようにワーク１４の自公転に加えて
本発明による揺動作用により図のような球状ワークにお
いても全体的に均一な成膜が可能となる。

【００１８】なお、回転リング６の高さは、ホルダ４か
ら吊り下げられたシャフト５の長さ調整によって変える
ことができ、ワークの形状や製品の要求特性によって、
揺動による姿勢変化の範囲を変更できる。たとえば、図
３のＢ点で図４（ａ）のように水平姿勢となるように回
転リング６の高さを設定すれば、ワークは水平よりも下
方向にしか揺動しなくなり、図３のＣ点で図４（ａ）の
ように水平姿勢となるように回転リング６の高さを設定
すれば、ワークは水平よりも上方向にしか揺動しなくな
る。また、このような設定は環状レール８の起伏の高さ
を変更することによっても可能である。

【００１９】上記実施の形態では、環状レール、回転リ
ングを一組使用した例について説明したが、一つの真空
槽内にこれらを複数組組み込むことも可能である。こう
することによって、一度に多数のワークへの成膜が可能
になる。

【００２０】ひとつの例としては、上記実施の形態にお
ける環状レール、回転リングを最外周として同一平面上
で同心円上に環状レール、ワーク自転ユニットを取り付
けた回転リング等を配設することができる。この場合、
環状レールは上記実施の形態の支柱１５から槽内方向に
梁を渡してその上に配設し、回転リングは槽内方向に延
長したホルダ４からシャフトにより吊り下げることで対
応できる。なお、このようにした場合には、外周部の回
転リングに取り付けられるワークと内周部の回転リング
に取り付けられるワークとで蒸発源との相対的な角度が
異なり、内周側になるほどワーク後端部の蒸発源に対し
て影になる部分は減少するもののワーク先端部への蒸着
物質の入射角度が浅くなるので、上記のようにして外周
部のワークよりも内周部のワークで下方向への揺動範囲
が大きくなるように調整することが好ましい。また同一
平面上で同心円状に配置した場合、各ワークと蒸発源と
の距離も内周側でより近くなるため、補正板を用いるな
どして各ワーク間で均一な成膜ができるようにする。

【００２１】また、他の例としては、上記実施の形態に
おける環状レールを支柱１５に沿って上下に複数段設
け、これとともにホルダ４から吊り下げられるシャフト
を延長し、環状レールの数に対応して回転リングを複数
段設け、各段の回転リングにワーク自転ユニットを取り
付けた例である。この場合にも上段と下段とではワーク
と蒸発源との相対角度が異なり、下段に行くほど蒸発源
に対して影になる部分が大きくなるので、上記と同様に
して上段のワークよりも下段のワークの方が上方向への
揺動範囲が大きくなるように調整することが好ましい。
また上段と下段とでは、各ワークと蒸発源との距離も下
段側でより近くなるため、補正板を用いるなどして各ワ
ーク間で均一な成膜ができるようにする。

【００２２】さらに他の例として、同心円状に環状レー
ル、回転リング等を配設するとともに内周側の環状レー
ル、回転リングを外周のそれより高い位置になるように
階段状に配設することも可能である。この場合には、上
記同一平面上で同心円状に配設した例において、環状レ
ールに段差を設けるとともに回転リングは槽内方向に延
長したホルダ４から吊り下げられたシャフト５の長さ調
整によって環状レールと同様の段差を形成することで実
現できる。この際、各ワークが基本となる配置状態で蒸
発源と等距離になるように、たとえば仮想球面上に配置
することができ、各ワーク間での成膜条件の均一化が図
れる。ただし、この場合でもワークの上下段、内外周に
よる位置の違いによって蒸発源との相対角度は異なるの
で、ワークの位置により適切な揺動範囲となるように調
整することで、より均質な成膜が可能となる。

【００２３】以上の実施の形態においては、摩擦車と環
状レールとの接触を確保するため支点となるピンに対す
るワーク自転ユニットの重量配分により、自重で摩擦車
が下がって環状レールと接触するように設定したが、バ
ネ、ゴム等の弾性体または磁力を利用して摩擦車が環状
レールと接触するように付勢してもよい。このように付
勢して摩擦車と環状レールとの接触が確保できる場合、
以上の実施の形態における環状レールと摩擦車つまりワ
ーク自転ユニットの位置関係を上下逆にすることができ
る。つまり、真空槽の上方から支持される環状レールの
下面に下方から摩擦車を圧着する形態となる。こうする
ことにより、特に同心円状に環状レール等を複数配置し
た場合に、ワークと蒸発源との間の空間に環状レールお
よび環状レールを支持するための部材が存在しなくな
り、これら部材が遮蔽物となることによる成膜への影響
を排除でき、またワークの揺動範囲、特に下方向への姿
勢変化の自由度が向上する利点がある。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明により、被成膜ワー
クに自公転のほか上下方向への揺動による姿勢変化を加
えることができ、次のような効果が得られる。 従来の装置では難しかった球状体等の立体表面への成
膜、特にワークの先端部および従来の装置で蒸発源に対
して影となる部分への成膜が可能となる。 同一ワーク各部位への成膜物質の入射角度が一様とな
り、全体的に均一な膜厚分布、膜特性が得られるように
なる。 ワークの被成膜面のほとんどの部位で成膜物質の入射
角度を垂直とすることができるので、被覆される膜密度
が高くなり、膜強度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る真空蒸着装置の概略
構成図。

【図２】実施の形態で使用したワーク自転ユニット（ワ
ーク保持機構）の一部切欠平面図。

【図３】実施の形態で使用した環状レール（環状走路）
の展開側面図。

【図４】ワーク自転ユニット（ワーク保持機構）および
保持されたワークの姿勢変化を示す説明図。

【符号の説明】

３…リングギヤ ６…回転リング ８…環状レール（環状走路） ９…摩擦車 １２…ブラケット １３…ワークホルダ １４…ワーク １６…真空槽 １７…ワーク自転ユニット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内に設けられワークを公転させる
   ためのリングギヤと、このリングギヤに取り付けられ一
   端側にワーク保持部、他端側に摩擦車を備えた上下方向
   に揺動可能に支持される回転軸を有するワーク保持機構
   と、真空槽内に固定された凹凸状の連続曲面からなる高
   低差をもつ環状走路とを備え、リングギヤの回転に伴っ
   て前記摩擦車を前記環状走路上で走行させることにより
   ワークを上下に揺動させつつ自公転可能としたことを特
   徴とする真空成膜装置。
2. 【請求項２】 前記環状走路が複数同心円上に設けら
   れ、前記リングギヤと共に回転するワーク保持機構支持
   部材と、前記環状走路に対応して同心円上に前記ワーク
   保持機構支持部材に取り付けられた複数のワーク保持機
   構とを備えたことを特徴とする請求項１記載の真空成膜
   装置。
3. 【請求項３】 前記環状走路が上下に複数段設けられ、
   前記環状走路に対応してワーク保持機構を上下に複数段
   備えたことを特徴とする請求項１記載の真空成膜装置。
4. 【請求項４】 前記環状走路が複数同心円状に設けら
   れ、これらの環状走路が真空槽中央側ほど高位置に配設
   されるとともに、前記リングギヤと共に回転するワーク
   保持機構支持部材と、前記環状走路に対応して同心円状
   に高低差をもって前記ワーク保持機構支持部材に取り付
   けられた複数のワーク保持機構とを備えたことを特徴と
   する請求項１記載の真空成膜装置。