(57)【要約】【課題】真空チャンバの空間利用効率を向上させ、かつワークの表裏面の膜厚差を小さくできる真空蒸着装置を提供する。【解決手段】カセット保持枠１０を真空チャンバ１内に水平な回転軸１１を中心として回転自在に支持し、ワークＷを保持した複数のカセット１６をカセット軸１５によってカセット保持枠１０に回転自在に支持する。カセット軸１５はカセット保持枠１０に周方向に間隔をあけて保持され、カセット軸の端部には真空チャンバの内部に固定されたリングギヤ６にかみ合うピニオンギヤ１７が設けられる。蒸発源８はカセット保持枠１０の中に挿入され、蒸発源８が１箇所で済むので真空チャンバ内の空間効率を上げることができ、カセット１６を自転・公転させながらワークの表裏面を同時蒸着するので、表裏面の膜厚差を無くすことができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に、蒸着材料の蒸発源と、表裏面に蒸着材料が蒸着されるワークを収容した複数のカセットと、複数のカセットを保持するドラム状のカセット保持枠とを備えた真空蒸着装置において、
上記カセット保持枠は真空チャンバ内に水平方向の回転軸を中心として回転自在に支持され、
上記カセットの両端中央部には、上記カセット保持枠に回転自在に支持されるカセット軸が水平方向に突設され、
上記カセット軸はカセット保持枠に上記回転軸を中心として周方向に間隔をあけて保持され、
上記カセット軸の端部にはピニオンギヤが設けられ、
上記ピニオンギヤは真空チャンバの内部に固定されたリングギヤにかみ合い、カセット保持枠の回転に伴ってカセットは自転しつつ公転するように構成され、
上記蒸発源は上記カセット保持枠の中に挿入されていることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項２】
上記リングギヤはその外周面と内周面とに外周ギヤ部と内周ギヤ部とを備えており、
周方向に配列された上記カセットのピニオンギヤは外周ギヤ部と内周ギヤ部とに交互にかみ合っており、
上記カセット保持枠の回転に伴って各カセットは交互に逆向きに自転するように構成され、
上記カセット同士が干渉しないように、隣合うカセットはカセット保持枠に対して所定角度ずつ位相差をもって支持されていることを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワークの表裏面を同時蒸着できる真空蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図４〜図６に示すような構造の真空蒸着装置が知られている。この装置は、円筒状断面を持つ真空チャンバ２０の中に、水平方向の回転軸２１を中心として回転自在なドラム状のカセット保持枠２２が支持されており、回転軸２１はチャンバ２０外に配置されたモータ２３と連結されている。カセット保持枠２２は多角形筒形をなしており、各面には長方形板状のカセット２４が取り付けられている。
【０００３】
カセット２４は枠状に形成され、その中に図７に示すように複数（ここでは３枚）の小カセット２５が収納されている。小カセット２５の中には、被蒸着物であるワークＷが複数枚（ここでは８枚）収納されている。ワークＷの表裏両面は、小カセット２５の両面に設けられた窓穴２５ａおよびカセット２４の両面に設けられた窓穴２４ａから外部へ露出している。
【０００４】
回転軸２１を支持した真空チャンバ２０の側壁と対向する側壁には、一対の電極棒２６が固定され、この電極棒２６に上下２段の水平な支持棒２６ａ，２６ｂが固定されている。支持棒２６ａ，２６ｂ上には高融点材料よりなるボード２７，２８がそれぞれ支持されており、ボード２７，２８の凹部に蒸着材料である金属材料が図示していないが、それぞれ収容される。上段の支持棒２６ａおよびボード２７はカセット保持枠２２の中に挿入され、下段の支持棒２６ｂおよびボード２８はカセット保持枠２２の外に配置されている。電極棒２６は電源２９に接続されており、各ボード２７，２８に高電流を流すことで、その発生熱で金属材料を蒸発させことができる。
【０００５】
モータ２３によってカセット保持枠２２を回転させながら、電極棒２６に電源２９を接続すると、カセット保持枠２２の内側へ露出したワークＷの一面には、上段のボード２７により加熱された金属材料の薄膜が蒸着され、カセット保持枠２２の外側へ露出したワークＷの他面には、下段のボード２８により加熱された金属材料の薄膜が蒸着される。このように、カセット２４，２５に保持されたワークＷの表裏面に金属薄膜が同時に蒸着される。
【０００６】
上記のような構造の真空蒸着装置の場合、蒸発源であるボード２７，２８をカセット保持枠２２の内外２箇所に配置する必要があり、各ボード２７，２８から蒸発する蒸気はワークＷの表裏面を独自に蒸着するので、ワークＷの表裏面で蒸着条件が異なり、表裏面の膜厚差が避けられない。
また、カセット保持枠２２の外側に下段のボード２８を配置するための空間を設ける必要があり、カセット保持枠２２の直径を真空チャンバ２０の内径よりかなり小さく（約８０％程度以下）せざるを得ない。そのため、カセット保持枠２２に保持できるカセット２４の枚数、つまりワークＷの個数が少なくなり、真空チャンバ２０の空間利用効率が悪いという問題がある。
【０００７】
特許文献１には、被蒸着物であるベーンを棒状治具の外周部に放射状に取り付け、この治具を蒸着源の回りを公転および自転しながら移動させ、ベーンの表面に蒸着膜を形成する蒸着装置が開示されている。この場合には、被蒸着物が治具に対して放射状に取り付けられているため、空間利用効率がよい。
【特許文献１】特開平７−４１９４５号公報
【０００８】
しかしながら、特許文献１では、治具が縦向きに配置され、その外周部に放射状に被蒸着物が取り付けられているため、蒸発源から蒸発した蒸気が上昇してしまい、被蒸着物に均等に付着しないという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、真空チャンバの空間利用効率を向上させ、かつワークの表裏面の膜厚差を小さくできる真空蒸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、真空チャンバ内に、蒸着材料の蒸発源と、表裏面に蒸着材料が蒸着されるワークを収容した複数のカセットと、複数のカセットを保持するドラム状のカセット保持枠とを備えた真空蒸着装置において、上記カセット保持枠は真空チャンバ内に水平方向の回転軸を中心として回転自在に支持され、上記カセットの両端中央部には、上記カセット保持枠に回転自在に支持されるカセット軸が水平方向に突設され、上記カセット軸はカセット保持枠に上記回転軸を中心として周方向に間隔をあけて保持され、上記カセット軸の端部にはピニオンギヤが設けられ、上記ピニオンギヤは真空チャンバの内部に固定されたリングギヤにかみ合い、カセット保持枠の回転に伴ってカセットは自転しつつ公転するように構成され、上記蒸発源は上記カセット保持枠の中に挿入されていることを特徴とする真空蒸着装置を提供する。
【００１１】
本発明の真空蒸着装置では、ドラム状カセット保持枠に複数のカセットを周方向に間隔を開けて保持し、リングギヤとピニオンギヤとの噛合によって、カセットをカセット保持枠の回転に伴って自転しつつ公転させるものである。蒸発源はカセット保持枠の中に挿入されている。カセットはカセット保持枠の回転に伴って自転しつつ公転するので、すべてのカセットの両面はカセット保持枠の内側と外側とに均等の時間だけ向くことができる。金属材料から発生する蒸気は上方へ立ちのぼるが、カセットが自転・公転することで、蒸気が攪拌され、すべてのワークの表裏面に均等な厚みで付着する。
このように蒸発源が１箇所で済むので、真空チャンバ内の空間効率を上げることができるとともに、カセットを自転・公転させながらワークの表裏面を同時蒸着するので、表裏面の膜厚差を無くすことができる。
【００１２】
請求項２のように、リングギヤはその外周面と内周面とに外周ギヤ部と内周ギヤ部とを備えており、周方向に配列されたカセットのピニオンギヤは外周ギヤ部と内周ギヤ部とに交互にかみ合っており、カセット保持枠の回転に伴って各カセットは交互に逆向きに自転するように構成され、カセット同士が干渉しないように、隣合うカセットはカセット保持枠に対して所定角度ずつ位相差をもって支持されているのがよい。
周方向に配列されたすべてのカセットのピニオンギヤをリングギヤの外周ギヤ部または内周ギヤ部の一方のみにかみ合わせた場合には、すべてのカセットは同一方向に自転する。同一方向に自転するカセットを周方向に配置した場合、隣合うカセット軸の間隔をカセットの幅寸法より短くすると、隣合うカセット同志が干渉しやすい。これに対し、カセットのピニオンギヤをリングギヤの外周ギヤ部と内周ギヤ部とに交互にかみ合わせた場合には、カセットは交互に逆向きに自転することになる。この場合、隣合うカセットはカセット保持枠に対して所定角度ずつ位相差をもって支持すれば、隣合うカセット軸の間隔をカセットの幅寸法より短くしても、カセット同士が干渉するのを防止できる。
つまり、同一直径のカセット保持枠を使用しても、そこに保持できるカセットの枚数を増やしたり、あるいは１枚のカセットの幅寸法を大きくすることができる。その結果、カセット保持枠に保持できるワークの枚数を増やすことができ、それだけ作業効率を改善することができる。
この場合には、カセット保持枠に保持されるカセットの枚数を偶数枚とする必要がある。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、ドラム状カセット保持枠に周方向に間隔を開けて保持された複数のカセットを、カセット保持枠の回転に伴って自転しつつ公転させるとともに、蒸発源をカセット保持枠の中に挿入したので、蒸発源が１箇所で済み、真空チャンバ内の空間効率を上げることができ、さらに金属材料をボードに載せる作業性が向上し、メンテナンス性も向上する。
また、１箇所の蒸発源を用い、かつカセットを自転・公転させながらワークの表裏面を同時蒸着するので、ワークの表裏面で蒸着条件が同じになり、表裏面の膜厚差を無くすことができる。
さらに、蒸発源はカセット保持枠の中に挿入されているので、カセット保持枠の外側に蒸発源を配置する空間を設ける必要がなく、真空チャンバの空間効率を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態を、実施例を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明にかかる真空蒸着装置の要部の斜視図、図２，図３は真空蒸着装置の断面図である。
本実施例の真空蒸着装置は、密閉構造の真空チャンバ１を備えており、排気口２から排気することにより、内部が真空に保たれている。真空チャンバ１内には、ドラム状のカセット保持枠１０が水平方向の回転軸１１を中心として回転自在に支持されている。回転軸１１は真空チャンバ１の一側壁３を回転自在に貫通しており、この回転軸１１はモータ４によって一定方向に回転駆動される。
【００１６】
カセット保持枠１０は、上記回転軸１１が連結された円盤状ベース板１３と、このベース板１３に対して軸方向に離れた位置に配置されたリング状の支持枠１４と、ベース板１３と支持枠１４との間に回転自在にかけ渡された複数本のカセット軸１５とを備えている。カセット軸１５は、カセット保持枠１０に回転軸１１を中心として周方向に間隔をあけて保持され、かつ回転軸１１からの半径方向距離Ｒ１，Ｒ２が交互に異なるように保持されている（図３参照）。各カセット軸１５には、カセット１６が取り付けられている。カセット１６は、図７に示す従来のカセット２４，２５と同様の構造であり、ここでは説明を省略する。カセット軸１５はカセット１６の長さ方向両端部中央から水平方向に突出している。
【００１７】
支持枠１４を貫通したカセット軸１５の端部にはピニオンギヤ１７が固定されており、ピニオンギヤ１７は真空チャンバ１の側壁５に固定されたリングギヤ６にかみ合っている。リングギヤ６は外周ギヤ部６ａと内周ギヤ部６ｂとを有している。上記のようにカセット軸１５は回転軸１１からの半径方向距離Ｒ１，Ｒ２が交互に異なり、ピニオンギヤ１７はリングギヤ６の外周ギヤ部６ａと内周ギヤ部６ｂとに交互にかみ合っている。その結果、カセット保持枠１０の回転に伴って隣合うカセット軸１５、つまりカセット１６は逆向きに自転する。
【００１８】
図３に示すように、隣合うカセット軸１５の間隔Ｓは、カセット１６の幅寸法Ｄ２より狭く設定されており、隣合うカセット１６が互いに所定角度ずつ位相差をもってカセット保持枠１０に支持されている。ここでは、９０°の位相差をもって支持されている。そのため、カセット保持枠１０の回転に伴ってカセット１６が自転した時、隣合うカセット１６同士が干渉することがない。
【００１９】
上記リングギヤ６が固定された真空チャンバ１の側壁５には、一対の電極棒７が取り付けられており、これら電極棒７はカセット保持枠１０の中に水平に挿入されている。電極棒７の間には複数の高融点材料よりなるボード８が架け渡して支持されており、これらボード８の凹部に金属材料が図示しないがそれぞれ収容される。電極棒７は図示しない電源に接続されている。
【００２０】
次に、上記構成よりなる真空蒸着装置の作動を説明する。
まず、モータ４を駆動し、カセット保持枠１０を一定方向に回転させると、リングギヤ６の外周ギヤ部６ａにかみ合ったピニオンギヤ１７が右回り方向に回転するとき、リングギヤ６の内周ギヤ部６ｂにかみ合ったピニオンギヤ１７が左回り方向に回転する。そのため、カセット保持枠１０に周方向に取り付けられたカセット１６は交互に逆向きに自転しつつ公転する。
一方、カセット保持枠１０の中に挿入された蒸発源であるボード８を発熱させることにより、ボード８の凹部に収容された金属材料が溶融、蒸発し、その蒸気によってカセット１６に保持されたワークＷが蒸着される。カセット１６は、上記のようにカセット保持枠１０の回転に伴って自転しつつ公転するので、蒸発した金属材料はワークＷの表裏面に均等に付着する。そのため、ワークＷの表裏面に膜厚差のない金属薄膜が蒸着される。
さらに、位相差をもってカセット保持枠１０に保持されたカセット１６が交互に逆向きに自転するので、隣合うカセット軸１５の間隔Ｓをカセット１６の幅寸法Ｄ２より短く設定でき、１台のカセット保持枠１０に多数枚のカセット１６を高密度に保持できる。理想的には、隣合うカセット軸１５に届かない範囲までカセット１６の幅Ｄ２を拡大できる。その結果、１台のカセット保持枠１０に保持できるカセット１６の枚数を増やしたり、あるいは１枚のカセット１６の幅寸法Ｄ２を拡大でき、真空チャンバ１内の空間利用効率が高くなり、生産効率が向上する。
また、金属材料の蒸気は上昇気流となって上方へ向かうが、カセット保持枠１０に保持されたカセット１６が自転しつつ公転するため、蒸気を攪拌でき、カセット１６に保持されたワークＷの表面に蒸気が接触する確率が高くなる。そのため、蒸気が真空チャンバ１内の一部に偏ることがなく、均等な薄膜を形成できる。
【００２１】
ここで、図３に示す本発明の真空蒸着装置と、図６に示す従来の真空蒸着装置の空間利用効率について比較する。
従来例では、例えば真空チャンバの内径を１００とした場合、カセットを配置できる円周距離がπ×８０≒２５１となり、この円周上に８枚のカセットを並べるとして、１枚のカセット幅はＤ１＝２５１／８≒３１となる。
これに対し、本発明では、回転する８枚のカセットの包絡外周円の直径が約９６、内周円が約３０となり、カセット軸の直径はπ×（９６＋３０）／２≒１９６となる。
ここで、隣合うカセットを位相差をもって逆方向に自転させるので、隣合うカセット軸に届かない範囲までカセット幅を拡大できる。カセット軸１５との干渉を避けるために、カセット幅を１５％小さくすれば、１枚のカセット幅はＤ２＝１９６×０．８５／４≒４２となり、従来（＝３１）に比べて約３５％拡大でき、その分だけ１回の作業効率が改善される。
【００２２】
上記実施例では、隣合うカセットを逆向きに自転させる例について説明したが、これに限定されないことは勿論である。
例えば、リングギヤに外周ギヤ部または内周ギヤ部の一方のみを設け、このギヤ部に対してカセット軸に固定されたピニオンギヤをかみ合わせてもよい。この場合には、隣合うカセットが同じ向きに自転させることができる。その際、隣合うカセットの位相差を設けることにより、上記実施例と同様に隣合うカセット軸１５の間隔をカセット１６の幅寸法より短く設定することが可能である。
カセッットは図７のように大カセット２４の中に小カセット２５を収納する構造に限らず、カセット２４の中に複数枚のワークＷを直接収納してもよい。
カセットとカセット軸との連結構造も上記実施例に限定されるものではない。例えば、カセットが剛性を有する場合は、その両端に耳軸状のカセット軸を突設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にかかる真空蒸着装置の第１実施例の内部構造を示す斜視図である。
【図２】本発明にかかる真空蒸着装置の第１実施例の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】従来の真空蒸着装置の内部構造を示す分解斜視図である。
【図５】従来の真空蒸着装置の断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】（ａ）はカセットの分解斜視図、（ｂ）はカセットへワークを収納した状態の斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１            真空チャンバ
４            モータ
６            リングギヤ
６ａ          外周ギヤ部
６ｂ          内周ギヤ部
８            ボード（蒸発源）
１０          カセット保持枠
１１          回転軸
１５          カセット軸
１６          カセット
１７          ピニオンギヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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