真空槽的防止變形加強構造的製作方法
2023-06-11 14:25:56
專利名稱：真空槽的防止變形加強構造的製作方法
技術領域：
本發明涉及到提高進行真空蒸鍍等成膜時使用的真空槽的強度及膜厚分布精度。
背景技術：
一般情況下，真空槽具有真空槽主體和排氣口部焊接的構造、或其通過固定螺絲接合的構造，上述真空槽主體設有開合的門等，並設有基板夾具和基板，以及電子槍、電阻加熱等蒸發源部；上述排氣口連通到用於使該真空槽主體成真空狀態的真空排氣泵。
圖2表示一般的批量式光學薄膜成膜用的蒸鍍裝置，以下對該裝置的薄膜形成概要進行說明。
圖2的裝置由以下部件構成真空槽主體29及搭載該主體的架臺28；在基板36、基板圓頂35出入、及向蒸發源33補充蒸鍍材料39時開合的真空槽門30；用於使蒸鍍材料39蒸發的蒸發源33；在蒸髮結束時防止對基板蒸鍍的擋板34；進行蒸鍍的基板36及搭載它的、為了使圓周方向的膜厚分布平均而進行旋轉的基板圓頂35；用於使之旋轉的基板圓頂旋轉機構37；測量蒸鍍的膜並判斷蒸鍍是否結束的膜厚測量器38；防止蒸鍍材料附著到主閥閥板23的排氣口隔板22；使真空槽內排氣的主泵24、粗泵25、粗閥26、輔助閥27。蒸發源33設置在真空槽底板32上，基板圓頂旋轉機構37、基板圓頂35、膜厚測定器38設置在真空槽頂板31上。
利用該裝置進行蒸鍍時，首先在基板圓頂35上設置進行蒸鍍的基板36，將蒸鍍材料39放入到蒸發源33。並且關閉真空槽門30，使用粗泵75、粗閥26、主泵24、輔助閥27對真空槽主體29內部進行真空排氣，在主閥閥板23打開的狀態下，保持高真空排氣。接著使基板圓頂35旋轉，在蒸發源33中使蒸鍍材料39加熱為高溫，從而使其上升到蒸發溫度並蒸發。蒸鍍動作打開擋板34，使蒸鍍材料39平均附著到通過基板圓頂旋轉機構37旋轉的基板圓頂35上的基板36。為了使此時蒸發的蒸鍍材料39不附著到主閥閥板23的襯墊部，在排氣口部21上設置有排氣口隔板22。蒸鍍結束後，測量附著到膜厚測定器38的蒸鍍材料39的膜厚，在到達設定膜厚的階段關閉擋板34，結束蒸鍍動作。如上所述的真空裝置中的排氣口部及隔板的構造例如在專利文獻1中被公開。
圖6a表示上述蒸鍍裝置所使用的現有的真空槽及排氣口部，排氣口部內基本上是空洞的。
圖6b表示上述真空槽及排氣口部的分解圖。在製造真空槽時，如該圖所示，通過機械加工等製造真空槽頂板31、真空槽底板32、真空槽側面板4、排氣口頂板50、排氣口底板51、排氣口側面板52。
圖6c表示通過焊接或固定螺絲組裝上述真空槽配件的狀態。分別組裝真空槽主體29及現有的排氣口部21，將其焊接或通過固定螺絲接合。
現在，蒸鍍薄膜同時要求非常嚴格的膜厚精度規格及高生產效率。為了提高生產效率，需要儘量提高蒸鍍薄膜的膜厚的再現性及膜厚分布。為了實現這一點，需要使基板圓頂旋轉機構37及基板圓頂35的旋轉軸和蒸發源的垂線的角度總保持一致。
具體參照圖7進行說明。在該圖中，53表示基板圓頂35的旋轉軸，54表示蒸發源33的垂線，55及56表示相對於旋轉軸53配置在對稱位置的基板a及基板b，X1及X2表示蒸發材料39和基板a55及b56的距離，θ1及θ2表示基板a55及b56相對於蒸發源的垂線54的角度。圖7a表示旋轉軸53和蒸發源33的垂線54一致時、即X1＝X2的情況，圖7b表示不一致時，即X1≠X2的情況。如圖7b所示，當旋轉軸53和蒸發源33的垂線54不一致時，蒸發源33和基板36之間的距離產生不均，附著到配置在圓周上的基板36的薄膜的厚度分布中產生不均。
在圖7b的情況下，由於基板圓頂35旋轉，因此基板a55和基板b56描繪的軌跡相等。但是在蒸發開始時、擋板34關閉蒸髮結束時的瞬間，由於距蒸發源33的距離不同，膜厚產生分布不均。附著到基板36的蒸鍍材料39一般與cosθ1及cosθ2成正例，與蒸發材料39到基板36的距離X1及X2的二次方成反比。並且，將蒸鍍材料附著到基板的速度稱為速率，該速率和上述一樣，與cosθ1及cosθ2成正例，與X1及X2的二次方成反比。因此在蒸發開始時、擋板34關閉蒸髮結束以外的時間，附著到基板a55及基板b56的膜厚因速度差的累積而產生大的偏差。並且，附著到基板的蒸鍍材料的折射率受速率的較大影響，因此膜質也產生較大的差。
如上所述，在接合真空槽主體29和排氣口部21時進行焊接等。此時通過焊接部57的材料的收縮，如圖8所示，真空槽主體29向變形方向58的方向變形，因此真空槽頂板31和真空槽底板32的平行度無法保持，產生上述基板圓頂的旋轉軸53和蒸發源的垂線54的角度不一致的問題。
在蒸鍍動作中，當對真空槽內進行真空排氣時，真空槽內的壓力達到5E-5Pa左右。這種情況下，真空槽內的壓力和大氣壓相比無限接近0，因此在真空槽側面板41、真空槽門30、真空槽頂板31、真空槽底板32、現有的排氣口部21的所有部位中，每1平方釐米施加約1kgf的外力。如圖9所示，收縮的力施加到真空槽整體。在現有的排氣口21中，內部是空洞的，且在真空槽側面板4的安裝部中變為開口，因此該部位的強度較弱，真空槽主體29的後方收縮。
真空槽門30、真空槽主體29的前面開口部，如圖10所示，為用於密封真空的凸緣形狀，真空槽主體一側變為薄片面59，門一側變為襯墊面60，一般由於使用有厚度的材料，因此強度較大。並且，在和主泵支管20的接合部也具有同樣的構造，強度較大。
在此為了解決因真空排氣或加工精度引起真空槽變形導致槽內部配置的設備及部件的位置關係被破壞的上述課題，公開了改良的槽內部的設備及部件的設置方法(例如專利文獻2或3)。在專利文獻2中，基板不受來自腔內的機械性約束，因此在基板和腔之間設置連接部件，基板保持平行。在專利文獻3中，在真空容器內光學基準臺在力學上獨立，裝置內的各部件的位置關係保持一定。
專利文獻1特開2001-239143號公報專利文獻2特開2001-181821號公報專利文獻3特開平10-293200號公報但是，如上所述在改良槽內部的設備及部件的設置方向時，特別是在真空槽和基板圓頂機械或力學性地獨立的構造下，其構造較為複雜，存在批量生產性差，成本較高的問題。
發明內容
因此本發明的目的在於，採用將基板圓頂固定到真空槽的構造，另一方面，強化排氣口部構造，解決上述課題，提高批量生產性並降低成本。
本發明的第一方面是，一種真空裝置，由具有排氣口部的真空槽、及與該真空槽底部相對配置的基板圓頂構成，其中，在該排氣口部的內部或周邊部配置加強部件。並且，作為加強部件的一個例子，加強部件是至少一根以上的加強用柱。進一步，在該排氣口內部設置隔板，所述隔板防止成膜材料捲入到該排氣口內部，該隔板的固定用框起到加強部件的作用。
本發明的第二方面是，一種真空裝置，由具有排氣口部的真空槽、及與該真空槽底部相對配置的基板圓頂構成，其中，排氣口部的周邊方向的截面形狀上，垂直方向的壁厚大於水平方向的壁厚。並且，截面形狀的一個例子是在垂直方向上具有二個平行的側面。
本發明的第三方面是，一種光學薄膜形成用裝置，在具有排氣口部的真空槽內部至少具有基板圓頂及蒸發源，將成膜基板安裝到該基板圓頂上並使之旋轉，向與該成膜基板相對配置的蒸發源照射電子束，使蒸發物質堆積在該成膜基板上，其中，在排氣口部配置加強部件。
進一步，在上述第一至第三方面中，其構造是基板圓頂固定在真空槽上。
本發明的第四側面是，一種接合具有基板圓頂的真空槽和排氣口部的方法，其中，將加強部件提前配置在排氣口部的內部，接合真空槽的槽壁的一部分上設置的開口部和該排氣口部。並且，加強部件是至少一根以上的加強用柱。進一步，基板圓頂固定在真空槽上。
根據本發明，槽內部的設備及部件的設置方法不會複雜化，在僅以強化排氣口部的簡單構造保持真空槽頂板和底板的平行度，可顯著提高附著到基板的薄膜的膜厚分布的再現性。
圖1a是第一實施例的排氣口的概要圖。
圖1b是第一實施例的排氣口的分解圖。
圖2是第一實施例的真空蒸鍍裝置的概要圖。
圖3是第一實施例的隔板的概要圖。
圖4a是現有的真空槽頂板和底板的角度計算。
圖4b是本發明的真空槽頂板和底板的角度計算。
圖5a是第二實施例的真空蒸鍍裝置的概要圖。
圖5b是第二實施例的基板圓頂的齒輪的概要圖。
圖6a是現有的真空槽主體及排氣口部的概要圖。
圖6b是現有的真空槽主體及排氣口部的分解圖。
圖6c是現有的真空槽主體及排氣口部的接合概要圖。
圖7是基板圓頂的旋轉軸和蒸發源的垂線的角度比較。
圖8是現有的真空槽主體及排氣口部的焊接的概要圖。
圖9是向真空槽主體及排氣口部施加的外力的概要圖。
圖10是真空槽主體及排氣口部的凸緣部的概要圖。
標記說明1真空槽開口2真空槽頂板3真空槽底板4真空槽側面板5排氣口部6加強柱20主泵支管21現有的排氣口22排氣口隔板23主閥閥板24主泵25粗泵26粗閥27輔助閥28架臺29真空槽主體
30真空槽門31真空槽頂板32真空槽底板33蒸發源34擋板35基板圓頂36基板37基板圓頂旋轉機構38膜厚測量器39蒸鍍材料50排氣口頂板51排氣口底板52排氣口側面板53基板圓頂的旋轉軸54蒸發源的垂線55基板a56基板b57焊接部58變形方向59薄片面60襯墊61隔板62隔板框63基板圓頂旋轉用馬達64基板圓頂側齒輪65馬達側齒輪66基板圓頂側齒輪支持件具體實施方式
(實施例1)
圖1a是用於說明本發明排氣口部的實施例的概要透視圖，圖1b表示圖1a所示的排氣口部的分解圖。
為簡化說明，使用圖1所示的排氣口部的真空裝置除了排氣口部21外，與圖2所示的裝置相同，對和現有裝置相同的賦予相同的標記並省略其說明。以下對於將本發明的排氣口構造搭載到圖2所示的批量式光學薄膜成膜用的蒸鍍裝置的情況進行說明，但可實施本發明的真空裝置不限於此。
在圖1中，排氣口部5通過焊接與真空槽主體後方設置的開口部1接合配置。如圖1b所示，在組裝排氣口部的階段，通過焊接接合加強柱6。加強柱6由在接合時或真空排氣時可承受向壓縮排氣口的內部空間的方向的力的強度的部件來構成即可。在本實施例中，加強柱6在排氣口內部配置二根，為了提高剛性使用截面為100mm×33mm的不鏽鋼等，優選根據真空槽的頂板的大小、底板的大小等計算對真空槽的壓縮力，以適當選擇具有充分耐力的截面積及根數的柱。柱的位置可適當選擇排氣口部的內部或周邊部。
進一步，在圖1中，如上所述表示了配置柱的方法，但加強部件不限為柱，例如也可提高排氣口側面板52的厚度來加強排氣口，作為用來取代上述柱的方法。並且，在圖1中排氣口的截面為長方形，提高面板52的厚度，而只要是垂直方向的厚度大於水平方向的厚度，也可是其他形狀。
通過上述構造，在真空槽主體和排氣口部接合時，例如可防止通過焊接等引起接合部收縮而造成的真空槽的變形。並且，在真空槽排氣時，可防止真空槽內外的氣壓差引起的真空槽的變形。
本發明著眼於真空槽加工時及形成真空時，因真空槽主體的排氣口變形引起真空槽主體變形這一情況，通過加強排氣口部防止真空槽的變形，並提高膜厚分布精度的再現性。並不強化所有槽壁，而僅強化排氣口部，可通過這一簡單的構造來解決課題，因此具有成本較低，並且可對應於所有真空槽的效果。
本發明的加強柱在進行真空成膜動作時，也可作為排氣口隔板的固定框使用。例如在圖1所示的情況下，加強柱6可兼用作圖2的排氣口隔板22的安裝框。
圖3表示一般的排氣口隔板的構造。用於防止成膜材料捲入到排氣口內部的隔板61安裝在隔板框62上，並配置在排氣口內部。取代該隔板框62而使用本發明的加強柱，則可形成具有強度的框，且可防止真空槽的變形。通過上述構造，本發明加強部件可作為隔板的固定框使用，從而可簡化裝置構造，並有效利用排氣口的內部空間。
接著對本實施方式所示的真空蒸鍍裝置的動作進行說明。
在使用本發明的排氣口的真空蒸鍍裝置中，如上所述，放入基板、蒸鍍材料，使真空槽內為真空狀態，進行蒸鍍動作。為了高精度地形成薄膜，必須提高真空槽頂板和真空槽底板的平行度。
因此，具體測量使用本發明的排氣口和現有的排氣口時的真空槽頂板和真空槽底板的平行度，通過計算來進行比較。
圖4a表示接合了現有的排氣口時的真空槽主體。h1及h2的長度為1801mm、1796mm。並且，d的長度為925mm。根據tanθ＝(h1-h2)/d，真空槽頂板和真空槽底板的角度θ求得為0.31°。
圖4b表示接合了本發明的排氣口時的真空槽主體。h1及h2的長度為1401mm、1399mm。並且，d的長度為925mm。根據tanθ＝(h1-h2)/d，真空槽頂板和真空槽底板的角度θ求得為0.12°。
如上例所示，在縱深d＝925的真空槽中，在使用現有的排氣口時在h1和h2的差較大時為5mm左右，在使用本發明的排氣口時，即使h1和h2的差較大也可抑制為2mm以下。即，可使真空槽的頂板和底板的角度抑制在0.15°以下。並且，在使用本發明的排氣口時，h1和h2的差的幅度為0～2mm，與之相對，在使用現有的排氣口時為0～5mm，因此即使在預估焊接時收縮長度，提前使h2相對h1的長度設計得較大，由於收縮長度各不相同，因此也無法實現，並且無法抑制形成真空時的真空槽的變形。因此在使用本發明的排氣口時，在真空槽加工時及形成真空時均可獲得抑制變形的效果。
如上所述，與使用現有的排氣口時相比，在使用本發明的排氣口時，真空槽頂板和真空槽底板之間的角度較小，因此可明顯提高成膜的再現性。
(實施例2)在上述實施例中，對將基板圓頂的旋轉機構配置在真空槽的頂板上的情況進行了說明，但如圖5a所示，將基板圓頂的旋轉機構配置到真空槽的側面板的情況下，本發明的排氣口構造也是有效的。圖5a所示的旋轉機構是基板旋轉機構配置在真空槽主體29的側面的真空蒸鍍裝置的例子。
基板圓頂35配置在基板圓頂側齒輪64上，基板圓頂旋轉用馬達63的旋轉通過馬達側齒輪65傳送。
圖5b是基板圓頂側齒輪64和馬達側齒輪65的俯視圖。基板圓頂側齒輪64的中心部是空洞的，以在從蒸發源33飛濺的蒸鍍材料39附著到基板36時不成為遮擋。
在圖5a的裝置中，其他構造和圖2相同。在該真空蒸鍍裝置中，與圖2的真空蒸鍍裝置一樣，當真空槽頂板31和真空槽底板32的平行度因強度不足無法保持時，保持基板圓頂側齒輪64的基板圓頂側齒輪支持件66傾斜，因此基板圓頂35和蒸發源的垂線54的角度不一致。因此本發明只要將基板圓頂旋轉機構設置在真空槽主體29上就是有效的。
並且不限於將成膜材料安裝到真空槽的底板上的情況，在安裝到真空槽的側面板上時，本發明的排氣口構造也是有效的。
在上述實施例中對利用蒸鍍法的成膜進行了說明，可實施本發明裝置及方法的成膜方法不限於蒸鍍法，還可以包括測射法、離子噴鍍法等多種方法。
權利要求
1.一種真空裝置，由具有排氣口部的真空槽、及與該真空槽底部相對配置的基板圓頂構成，其特徵在於，在該排氣口部的內部或周邊部配置加強部件。
2.根據權利要求1所述的真空裝置，其特徵在於，所述加強部件是至少一根以上的加強用柱。
3.根據權利要求1所述的真空裝置，其特徵在於，在該排氣口內部設置隔板，所述隔板防止成膜材料捲入到該排氣口內部，所述加強部件是該隔板的固定用框。
4.一種真空裝置，由具有排氣口部的真空槽、及與該真空槽底部相對配置的基板圓頂構成，其特徵在於，該排氣口部的周邊方向的截面形狀是垂直方向的壁厚大於水平方向的壁厚的截面形狀。
5.根據權利要求4所述的真空裝置，其特徵在於，該截面形狀在垂直方向上具有二個平行的側面。
6.一種光學薄膜形成用裝置，在具有排氣口部的真空槽內部至少具有基板圓頂及蒸發源，將成膜基板安裝到該基板圓頂上並使之旋轉，向與該成膜基板相對配置的蒸發源照射電子束，使蒸發物質堆積在該成膜基板上，其特徵在於，在該排氣口部配置加強部件。
7.根據權利要求1至6的任意一項所述的裝置，其特徵在於，所述基板圓頂固定在所述真空槽上。
8.一種接合具有基板圓頂的真空槽和排氣口部的方法，其特徵在於，將加強部件提前配置在該排氣口部的內部，接合該真空槽的槽壁的一部分上設置的開口部和該排氣口部。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述加強部件是至少一根以上的加強用柱。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，所述基板圓頂固定在所述真空槽上。
全文摘要
抑制因真空排氣或加工精度引起的真空槽的變形，使槽內部配置的設備及部件的位置關係保持一定，其中，在由具有排氣口部的真空槽及與真空槽底部相對配置的基板圓頂構成的真空裝置中，在排氣口部的內部或周邊部配置加強部件。
文檔編號C23C14/24GK1973058SQ20058001304
公開日2007年5月30日 申請日期2005年1月24日 優先權日2004年5月10日
發明者瀧本昌行, 小室弘之, 阿部辰彌, 布施豐, 青名端一仁 申請人:株式會社昭和真空