(57)【要約】【課題】  真空排気あるいは加工精度に起因する真空槽の変形を抑制し、槽内部に配置した機器及び部材の相対位置関係を一定に保つ。【解決手段】  排気口部を有する真空槽、及び、真空槽底部に対向配置された基板ドームからなる真空装置において、排気口部の内部又は周縁部に補強部材を配置する。【選択図】  図４ａ
2005320594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気口部を有する真空槽、及び、該真空槽底部に対向配置された基板ドームからなる真空装置であって、
該排気口部の内部又は周縁部に補強部材が配置されたことを特徴とする真空装置。
【請求項２】
請求項１記載の真空装置であって、前記補強部材が少なくとも１本以上の補強用の柱であることを特徴とする真空装置。
【請求項３】
請求項１記載の真空装置であって、
該排気口内部への成膜材料の回り込みを防止するバッフルが該排気口内部に設置され、
前記補強部材は該バッフルの固定用枠であることを特徴とする真空装置。
【請求項４】
排気口部を有する真空槽、及び、該真空槽底部に対向配置された基板ドームからなる真空装置であって、
該排気口部の周縁方向の断面形状について、鉛直方向の肉厚が水平方向の肉厚よりも大きい断面形状を有することを特徴とする真空装置。
【請求項５】
請求項４記載の真空装置であって、
該断面形状が２つの平行な側面を鉛直方向に有する真空装置。
【請求項６】
排気口部を備えた真空槽内部に、少なくとも基板ドーム及び蒸発源を備え、該基板ドームに成膜基板を取付けて回転させ、該成膜基板に対向配置した蒸発源に電子ビームを照射し、該成膜基板に蒸発物質を堆積させる光学薄膜形成用装置であって、
該排気口部に補強部材を配置することを特徴とする光学薄膜形成用装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６いずれか一項記載の装置において、前記基板ドームは前記真空槽に固定されていることを特徴とする装置。
【請求項８】
基板ドームを有する真空槽と排気口部とを接合する方法であって、
補強部材を該排気口部の内部に予め配置し、該真空槽の槽壁の一部に設けた開口部と該排気口部とを接合することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記補強部材は少なくとも１本以上の補強用の柱であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９記載の方法において、前記基板ドームは前記真空槽に固定されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空蒸着等の成膜を行なう際に用いる真空槽の強度向上及び膜厚分布精度の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に真空槽は開閉する扉などが設置され、基板治具及び基板、また電子銃や抵抗加熱などの蒸発源部が設置されている真空槽本体と該真空槽本体を真空引きする為の真空排気ポンプへ通じる排気口部とが溶接構造、もしくはネジ留めにて結合される構造をしている。
【０００３】
図２は一般的なバッチ式光学薄膜成膜用の蒸着装置であり、以下同装置による薄膜形成の概要を説明する。
図２の装置は真空槽本体２９及びこれを載せる架台２８、基板３６や基板ドーム３５の出し入れ、また蒸発源３３に蒸着材料３９を補充する際に開閉する真空槽扉３０、蒸着材料３９を蒸発させるための蒸発源３３、蒸発終了時に基板への蒸着を防ぐシャッター３４、蒸着を行なう基板３６及びこれを載せ、円周方向の膜厚分布を均一にするために回転する基板ドーム３５、またこれを回転させるための基板ドーム回転機構３７、蒸着する膜厚を測定し、蒸着完了を判断するための膜厚測定器３８、蒸着材料がメインバルブ弁板２３に付着することを防止するための排気口バッフル２２、及び真空槽内を排気するためのメインポンプ２４、粗引きポンプ２５、粗引きバルブ２６、補助バルブ２７で構成される。尚、蒸発源３３は真空槽底板３２に設置され、基板ドーム回転機構３７や基板ドーム３５、膜厚測定器３８は真空槽天板３１に設置される。
【０００４】
この装置により蒸着を行なう場合は、まず基板ドーム３５に蒸着を行なう基板３６を設置し、蒸着材料３９を蒸発源３３に入れる。そして真空槽扉３０を閉め、粗引きポンプ２５、粗引きバルブ２６、メインポンプ２４、補助バルブ２７を用い真空槽本体２９内を真空排気し、メインバルブ弁板２３が開いた状態で高真空排気を保持する。次に基板ドーム３５を回転させ、蒸発源３３にて蒸着材料３９を高温に加熱することでこれを蒸発温度まで上昇させ蒸発させる。蒸着動作はシャッター３４を開き、基板ドーム回転機構３７により回転する基板ドーム３５上の基板３６に蒸着材料３９を均一に付着させる。このとき蒸発した蒸着材料３９がメインバルブ弁板２３のパッキン部に付着しないように排気口部２１には排気口バッフル２２が設置してある。蒸着完了は膜厚測定器３８に付着する蒸着材料３９の膜厚を測定し、設定膜厚に到達した段階でシャッター３４を閉じ、蒸着動作を完了させる。上記のような真空装置における排気口部及びバッフルの構造は、例えば特許文献１に開示される。
【０００５】
図６ａは前記のような蒸着装置に使用されている従来の真空槽及び排気口部を示しており、排気口部内は基本的に空洞となっている。
【０００６】
図６ｂは上記真空槽及び排気口部の分解図を示している。真空槽を製作する際はこの図のように、真空槽天板３１、真空槽底板３２、真空槽側面板４、排気口天板５０、排気口底板５１、排気口側面板５２を機械加工などで製作する。
【０００７】
図６ｃは上記真空槽部品を溶接又はネジ留めにて組立てた状態を示したものである。真空槽本体２９及び従来の排気口部２１を各々組立て、これを溶接又はネジ留めにて接合させる。
【０００８】
現在、蒸着薄膜は、非常に厳しい膜厚精度規格と高い生産効率が同時に要求されている。生産効率を上げるためには、蒸着薄膜の膜厚の再現性及び膜厚分布をできる限り高める必要がある。これを実現するには基板ドーム回転機構３７及び基板ドーム３５の回転軸と蒸発源の垂線との角度が常に一致している必要がある。
【０００９】
より具体的には図７を参照して説明する。同図において、５３は基板ドーム３５の回転軸、５４は蒸発源３３の垂線、５５及び５６は回転軸５３に対して対称位置に配置された基板ａ及び基板ｂ、Ｘ１及びＸ２は蒸発材料３９と基板a５５及びb５６との距離、θ１及びθ２は蒸発源の垂線５４に対する基板a５５及びb５６の角度を表す。図７ａは、回転軸５３と蒸発源３３の垂線５４とが一致する場合、即ち、Ｘ１＝Ｘ２の場合を、図７ｂは一致しない場合、即ちＸ１≠Ｘ２の場合を表す。図７ｂに示すように回転軸５３と蒸発源３３の垂線５４とが一致しない場合、蒸発源３３と基板３６間の距離にばらつきが生じ、円周上に配置される基板３６へ付着する薄膜の厚み分布にバラツキが生じてしまう。
【００１０】
図７ｂに示す場合においても基板ドーム３５は回転しているため基板a５５と基板b５６の描く軌跡は等しい。しかし蒸着開始時やシャッター３４が閉じる蒸着完了時の瞬間においては蒸発源３３からの距離が異なるため膜厚に分布が生じてしまう。基板３６に付着する蒸着材料３９は一般にｃｏｓθ１及びｃｏｓθ２に比例し、蒸発材料３９から基板３６への距離Ｘ１及びＸ２の２乗に反比例する。また、基板に蒸着材料が付着する速度をレートと呼び、このレートもまた上記と同様にｃｏｓθ１及びｃｏｓθ２に比例し、X１及びＸ２の２乗に反比例する。よって蒸着開始時やシャッター３４が閉じる蒸着完了時以外においても基板a５５と基板b５６に付着する膜厚はレートの差の蓄積により大きなばらつきが出てしまう。また、基板に付着する蒸着材料の屈折率はレートに大きく影響されるので膜質にも大きな差ができてしまう。
【００１１】
前述のように真空槽本体２９と排気口部２１を接合する際には溶接などが行なわれる。このとき溶接部５７の材料の収縮により図８のように真空槽本体２９は変形方向５８の向きに変形してしまうので真空槽天板３１と真空槽底板３２との平行度が維持されず、前述した基板ドームの回転軸５３と蒸発源の垂線５４との角度が一致しないという問題が生じてしまう。
【００１２】
蒸着動作において、真空槽内を真空排気すると、真空槽内の圧力は５E-5Pa程度まで到達する。この場合、真空槽内の圧力は大気圧と比較すると限りなく０に近いので真空槽側面板４、真空槽扉３０、真空槽天板３１、真空槽底板３２、従来の排気口部２１のすべての部位において１平方センチメートル当たり約１kgfの外力がかかることとなる。図９に示すように真空槽全体には収縮する力がかかる。従来の排気口部２１では内部が空洞であり、かつ真空槽側面板４の取付け部においても開口となっているため、この部位が強度的に弱く、真空槽本体２９の後方が収縮していた。
【００１３】
真空槽扉３０、真空槽本体２９の前面開口部においては図１０のように真空をシールするためのフランジ形状となっており、真空槽本体側がシート面５９、扉側がパッキン面６０となり、一般に厚みのある材料を使用しているので強度的には強くなっている。また、メインポンプマニホールド２０との接合部においても同様な構造であり強度は強い。
【００１４】
ここで、真空排気あるいは加工精度に起因する真空槽の変形により、槽内部に配置した機器及び部材の相対位置関係が崩れてしまうという上記のような課題を解決するために、槽内部への機器及び部材の設置方法を工夫するものが開示されている（例えば、特許文献２又は３）。特許文献２においては、基板がチャンバから機械的に拘束を受けないようにするため、基板とチャンバ間に連結部材を設け、基板が平行に保たれるようにしている。特許文献３においては、真空容器内で光学基準台が力学的に独立するようにして、装置内の各部材の位置関係が一定に保たれるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２３９１４３号公報
【特許文献２】特開２００１−１８１８２１号公報
【特許文献３】特開平１０−２９３２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記のように槽内部への機器及び部材の設置方法を工夫する場合、特に、真空槽と基板ドームとが機械的又は力学的に独立した構成とする場合、その構成が複雑になるため、量産性が悪くコストも高くなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
そこで本発明においては、敢えて基板ドームを真空槽に固定した構成を採用する一方、排気口部構造を強化して上記問題を解決し、量産性向上及びコスト低減を図るものである。
【００１７】
本発明の第１の側面は、排気口部を有する真空槽、及び、真空槽底部に対向配置された基板ドームからなる真空装置において、排気口部の内部又は周縁部に補強部材が配置されるようにしたことである。また、補強部材の一例として補強部材を少なくとも1本以上の補強用の柱とした。さらに、排気口内部への成膜材料の回り込みを防止するバッフルを該排気口内部に設置し、該バッフルの固定用枠が補強部材の役割を持つようにした。
【００１８】
本発明の第２の側面は、排気口部を有する真空槽、及び、真空槽底部に対向配置された基板ドームからなる真空装置において、排気口部の周縁方向の断面形状について、鉛直方向の肉厚が水平方向の肉厚よりも大きくなるようにしたことである。また、断面形状の一例として２つの平行な側面を鉛直方向に有するようなものとした。
【００１９】
本発明の第３の側面は、排気口部を備えた真空槽内部に、少なくとも基板ドーム及び蒸発源を備え、基板ドームに成膜基板を取付けて回転させ、成膜基板に対向配置した蒸発源に電子ビームを照射し、成膜基板に蒸発物質を堆積させる光学薄膜形成用装置において、排気口部に補強部材を配置するようにした。
【００２０】
さらに、上記第１から第３の側面において、基板ドームは真空槽に固定される構成とした。
【００２１】
本発明の第４の側面は、基板ドームを有する真空槽と排気口部とを接合する方法において、補強部材を排気口部の内部に予め配置し、真空槽の槽壁の一部に設けた開口部と排気口部とを接合するようにした。また、補強部材は少なくとも1本以上の補強用の柱で構成するようにした。さらに、基板ドームを前記真空槽に固定するようにした。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、槽内部への機器及び部材の設置方法を複雑にすることなく、排気口部のみを強化するという簡略な構成で真空槽天板と底板の平行度を維持し、基板に付着する薄膜の膜厚分布の再現性を著しく向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［実施例１］
図１ａは本発明排気口部の実施例を説明する概略斜視図、図１ｂは図1ａに示した排気口部の分解図を示す。
説明を簡略化するため、図１に示される排気口部が使用される真空装置は、排気口部２１を除いて図２に示される装置と同じであるものとし、従来装置と同様のものには同一符号を付して説明を省略する。以下、本発明排気口構造を図２に示すバッチ式光学薄膜成膜用の蒸着装置に搭載する場合について説明するが、本発明を実施可能な真空装置はこれに限られるものではない。
【００２４】
図１において排気口部５は、真空槽本体後方に設けた開口部１に溶接にて接合され、配置される。図１ｂに示すように、排気口部を組立てる段階で溶接にて補強の柱６が接合される。補強の柱６は、接合時または真空排気時に排気口の内部空間を圧縮する方向に加わる力に十分耐えうる強度を持つ部材で構成すればよい。本実施例では、補強の柱６は排気口内部に２本配置し、剛性を上げるために断面が１００ｍｍ×３３ｍｍのステンレス鋼などを用いるものとするが、真空槽の天板の大きさや底板の大きさなどから真空槽への圧縮力を計算し、十分な耐力をもつ断面積及び本数の柱を適宜選択するのが望ましい。柱の位置も、排気口部の内部または周縁部など適宜選択すればよい。
【００２５】
さらに、図１では上記のように柱を配置する方法を示したが、補強部材は柱に限られるものではなく、例えば排気口側面板５２の厚みを上げ、上述の柱の代わりとするなどの方法で排気口を補強してもよい。また、図１においては排気口の断面が長方形のものを示し、面板５２の厚みを上げたが、鉛直方向の厚みが水平方向の厚みよりも大きければ、他の形状であってもよい。
【００２６】
上記構成により、真空槽本体と排気口部との接合の際、例えば溶接等により接合部が収縮することによる真空槽の変形を防止することが可能となる。また、真空槽の排気時においては、真空槽内外の気圧差による真空槽の変形を防止することが可能となる。
【００２７】
本発明は、真空槽の加工時及び真空引き時に真空槽本体の排気口部が変形することに起因して、真空槽本体が変形することに着目し、排気口部を補強することで真空槽の変形を防止し、膜厚分布精度の再現性を向上させようとするものである。槽壁全てを強化するのではなく、排気口部のみを強化するという簡単な構成で課題を解決することが可能となるため、低コストであり、かつ、あらゆる真空槽に対応可能であるという効果も奏する。
【００２８】
本発明の補強の柱は真空成膜動作を行なう際には排気口バッフルの固定用枠としても使用可能である。例えば図１に示す場合であれば、補強の柱６を図２の排気口バッフル２２の取付け枠として兼備させればよい。
【００２９】
図３に一般的な排気口バッフルの構造を示す。排気口内部への成膜材料の回り込みを防止するバッフル６１は、バッフル枠６２に取付けられ、排気口内部に配置される。このバッフル枠６２の代わりに本発明の補強の柱を利用すれば強度を持った枠を形成することが可能となり、かつ真空槽の変形を防止することが可能となる。上記構成により本発明補強部材をバッフルの固定枠として利用することで、装置構成の簡略化及び排気口内部スペースの有効利用にも貢献できる。
【００３０】
次に、本実施形態で示す真空蒸着装置の動作を説明する。
本発明の排気口を使用する真空蒸着装置では先にも述べたとおり基板や蒸着材料を入れ、真空槽内を真空引きし、蒸着動作を行なう。精度よく薄膜を成膜するためには真空槽天板と真空槽底板との平行度が高くてはならない。
【００３１】
そこで具体的に本発明の排気口と従来の排気口を使用した場合の真空槽天板と真空槽底板の平行度を計測し、計算により比較する。
【００３２】
図４ａは従来の排気口を接合した場合の真空槽本体を示している。ｈ１及びｈ２の長さは1801ｍｍ、1796ｍｍである。また、ｄの長さは925ｍｍである。ｔａｎθ＝（ｈ１−ｈ２）／ｄであるから、真空槽天板と真空槽底板との角度θは約０．３１°と求められる。
【００３３】
図４ｂは本発明の排気口を接合した場合の真空槽本体を示している。ｈ１及びｈ２の長さは1401ｍｍ、1399ｍｍである。また、ｄの長さは925ｍｍである。ｔａｎθ＝（ｈ１−ｈ２）／ｄであるから、真空槽天板と真空槽底板との角度θは約０．１２°と求められる。
【００３４】
上述の例ように奥行きｄ＝９２５ｍｍの真空槽において、従来の排気口を用いた場合、ｈ１とｈ２の差が大きいもので５ｍｍ程度あるものもあったが本発明の排気口を用いた場合、ｈ１とｈ２との差を大きいものでも２ｍｍまで抑えることが可能となった。すなわち真空槽の天板と底板の角度を０．１５°以下に抑えることが可能となった。また、本発明の排気口を用いた場合においてはｈ１とｈ２の差の幅は０〜２ｍｍであるのに対して、従来の排気口を用いた場合では０〜５ｍｍの幅を持っているので、溶接により収縮する分を見越して予めｈ１に対するｈ２の長さを大きく設計しようとしても、収縮の長さがそれぞれ違うため現実的ではない上、真空引き時の真空槽の変形を抑えることはできない。よって本発明の排気口を用いた場合は真空槽の加工時及び真空引き時のおのおのの場面において変形を抑える効果が得られる。
【００３５】
上記より従来の排気口を使用した場合に比較して本発明の排気口を使用した場合は、真空槽天板と真空槽底板との角度が小さいため、成膜の再現性を著しく向上させることが可能である。
【００３６】
［実施例２］
上記実施例では、基板ドームの回転機構を真空槽の天板に配置した場合について説明したが、図５ａに示すように基板ドームの回転機構を真空槽の側面板に配置した場合においても本発明排気口構造は有効である。図５ａに示す回転機構は、基板回転機構が真空槽本体２９の側面に配置されている真空蒸着装置の例である。
【００３７】
基板ドーム３５は基板ドーム側歯車６４の上に設置され、基板ドーム回転用モーター６３の回転はモーター側歯車６５を介して伝えられる。
【００３８】
図５ｂは基板ドーム側歯車６４とモーター側歯車６５を上面から見た図である。基板ドーム側歯車６４は蒸発源３３から飛散する蒸着材料３９が基板３６に付着する際に遮蔽とならないように中心部は空洞となっている。
【００３９】
図５ａの装置において、その他の構成は図２と同様とする。該真空蒸着装置においても、図２の真空蒸着装置の場合と同様、真空槽天板３１と真空槽底板３２との平行度が強度不足により維持できない場合、基板ドーム側歯車６４を保持している基板ドーム側歯車支持具６６が傾くこととなるので基板ドーム３５と蒸発源の垂線５４との角度は一致しない。よって本発明は基板ドーム回転機構が真空槽本体２９に設置されている限りは有効である。
【００４０】
また成膜材料に関しても、真空槽の底板に取付けられる場合に限られるものではなく、真空槽の側面板に取付けられる場合であっても、本発明排気口構造は有効である。
【００４１】
上記実施例では蒸着法を用いた成膜について説明したが、本発明装置および方法を実施可能な成膜方法は蒸着法に限られるものではなく、スパッタリング法、イオンプレーティング法等多数あげられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】第1の実施例に係る排気口の概略図
【図１ｂ】第1の実施例に係る排気口の分解図
【図２】第1の実施例に係る真空蒸着装置の概略図
【図３】第1の実施例に係るバッフル概略図
【図４ａ】従来の真空槽天板と底板との角度計算
【図４ｂ】本発明の真空槽天板と底板との角度計算
【図５ａ】第２の実施例に係る真空蒸着装置の概略図
【図５ｂ】第２の実施例に係る基板ドームの歯車概略図
【図６ａ】従来の真空槽本体及び排気口部の概略図
【図６ｂ】従来の真空槽本体及び排気口部の分解図
【図６ｃ】従来の真空槽本体及び排気口部の接合概略図
【図７】基板ドームの回転軸と蒸発源の垂線の角度比較
【図８】従来の真空槽本体及び排気口部の溶接の概略図
【図９】真空槽本体及び排気口部にかかる外力の概略図
【図１０】真空槽本体及び排気口部のフランジ部の概略図
【符号の説明】
【００４３】
1    真空槽開口
2    真空槽天板
3    真空槽底板
4    真空槽側面板
5    排気口部
6    補強の柱
20   メインポンプマニホールド
21   従来の排気口
22   排気口バッフル
23   メインバルブ弁板
24   メインポンプ
25   粗引きポンプ
26   粗引きバルブ
27   補助バルブ
28   架台
29   真空槽本体
30   真空槽扉
31   真空槽天板
32   真空槽底板
33   蒸発源
34   シャッター
35   基板ドーム
36   基板
37   基板ドーム回転機構
38   膜厚測定器
39   蒸着材料
50   排気口天板
51   排気口底板
52   排気口側面板
53   基板ドームの回転軸
54   蒸発源の垂線
55   基板a
56   基板ｂ
57   溶接部
58   変形方向
59   シート面
60   パッキン
61   バッフル
62   バッフル枠
63   基板ドーム回転用モーター
64   基板ドーム側歯車
65   モーター側歯車
66   基板ドーム側歯車支持具
【図１ａ】
2005320594.tif 000003
【図１ｂ】
2005320594.tif 000004
【図２】
2005320594.tif 000005
【図３】
2005320594.tif 000006
【図４ａ】
2005320594.tif 000007
【図４ｂ】
2005320594.tif 000008
【図５ａ】
2005320594.tif 000009
【図５ｂ】
2005320594.tif 000010
【図６ａ】
2005320594.tif 000011
【図６ｂ】
2005320594.tif 000012
【図６ｃ】
2005320594.tif 000013
【図７】
2005320594.tif 000014
【図８】
2005320594.tif 000015
【図９】
2005320594.tif 000016
【図１０】
2005320594.tif 000017