WO2010143371A1 - 真空処理装置及び光学部品の製造方法 - Google Patents

真空処理装置及び光学部品の製造方法 Download PDF

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WO2010143371A1
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holder
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processing apparatus
processing object
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梶原雄二
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キヤノンアネルバ株式会社
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/20—Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/31—Processing objects on a macro-scale
    • H01J2237/3132—Evaporating

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum processing apparatus and a method of manufacturing an optical component.
  • the sputtering method is used as a method for forming a multilayer film with good uniformity on a concavo-convex type optical system substrate used in an exposure machine or the like.
  • Patent Document 1 discloses a technique of controlling three or more axes such as a rotation axis of a cathode, a rotation axis of a substrate, and a scan axis of a substrate.
  • Patent Document 2 discloses a technique for adjusting the pressure according to the distance between the optical system substrate and the target.
  • the relative position accuracy between the target and the substrate is on the order of several hundred micrometers, which does not satisfy the required accuracy.
  • the position accuracy will be further deteriorated if the optical substrate is further enlarged and the weight is increased.
  • the optical substrates for which processing is required will be enlarged, and the total weight of the transfer jigs will be equivalent to 500 kg.
  • the relative position accuracy between the target and the substrate needs to be improved by one to two digits.
  • the present invention is made in view of the above-mentioned subject, and in order to process uniformly a film formation etc. on processing subjects, such as a large and heavy optical substrate, the technology which attaches a large and heavy optical substrate accurately to a holder accurately To achieve.
  • the present invention is a vacuum processing apparatus for processing an object to be treated in a vacuum vessel, and has a surface having unevenness on the side opposite to the surface on which the object to be treated is placed.
  • the susceptor is moved in a state where the holder is held in the first state, and the surface having irregularities of the susceptor and the surface having irregularities of the holder are engaged to connect the susceptor and the holder
  • the holder to which the susceptor is connected is moved to the second state to process the processing object, and then the holder is moved again to the first state to have the unevenness of the susceptor
  • the manufacturing method of the optical component which has the process of processing a process target object using the vacuum processing apparatus of this invention is provided.
  • FIG. 1 It is a top view which shows schematic structure of the vacuum processing apparatus of embodiment concerning this invention. It is a side view showing a schematic structure of a vacuum processing apparatus of an embodiment concerning the present invention. It is a top view which shows schematic structure of the film-forming chamber of the vacuum processing apparatus of embodiment concerning this invention. It is a side view which shows schematic structure of the film-forming chamber of the vacuum processing apparatus of embodiment concerning this invention. It is a side view which shows schematic structure of the film-forming chamber of the vacuum processing apparatus of embodiment concerning this invention. It is a schematic block diagram of the chucking mechanism of the vacuum processing apparatus of embodiment concerning this invention. It is an explanatory view about distance adjustment between a target and a processing subject of an embodiment concerning the present invention.
  • FIG. 1A is a plan view of a vacuum processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 101 is a balancer device
  • 102 is an elevator chamber
  • 103 is a load lock chamber
  • 104 is a film forming chamber
  • 105 is a load lock chamber 103 shielded from the atmosphere or the load lock chamber 103 and the film forming chamber 104.
  • 106 is a spindle unit
  • 107 is a cathode unit
  • 108 is a controller for controlling each unit
  • 109 is a superordinate controller for overall control
  • 112 is a truck
  • 120 is a processing object.
  • FIG. 1B is a side view of the vacuum processing apparatus 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the same components as in FIG. 1A are assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • Components not described in FIG. 1A include a susceptor 121 for fixing the processing target 120 and a transfer chamber 110 and a transfer chamber 110 disposed above the deposition chamber 104 for transferring the processing target 120.
  • a delivery mechanism 111 for delivering the processing object 120 and the susceptor 121 to and from the spindle 106, and a carriage 112 carrying the processing object 120 and the susceptor 121 are transported between the elevator chamber 102, the load lock chamber 103 and the transfer chamber 110. It is a carriage rail 113 for a carriage which is a carriage line.
  • the load lock chamber 103, the transfer chamber 110, and the film forming chamber 104 are evacuated to a low pressure state by an evacuation unit (not shown).
  • the rotation center axes of the processing object 120 and the susceptor 121 match with respect to the integrated processing object 120 and the susceptor 121, and the processing object 120 for the susceptor 121
  • the relative position of is measured by a laser distance sensor or the like, and adjustment to match the same rotation axis is performed.
  • the processing object 120 is an optical component such as a lens or a mirror, glass is used as a material. Further, the processing object 120 is fixed to a susceptor 121 for transporting the processing object 120 by a jig (not shown).
  • the dynamic balancer adjustment base 101a rotates the integrated processing object 120 and the susceptor 121, and it is confirmed that the dynamic balance is within the allowable range. If it is out of tolerance, correct it with weight.
  • the susceptor 121 to which the processing object 120 whose dynamic balance is confirmed to be within tolerance is fixed is carried to the lower part of the elevator room 102 and mounted on an arm (not shown) provided in the elevator room 102. It rises to the top of the chamber 102
  • balancer device 101 the lower part of the position adjustment stand 101b, the dynamic balance adjustment stand 101a and the elevator room 102 will be collectively referred to as a balancer device 101.
  • a transfer rail 113 for moving the carriage 112 back and forth is installed.
  • the transport rail 113 is a guide function that it itself has, and is for transporting between the elevator chamber 102 and the transport chamber 110 while guiding the processing object 120 and the carriage 112 on which the susceptor 121 is mounted.
  • the elevator room 102 is provided with an arm (not shown), and when the susceptor 121 is transported by the balancer device 101, the arm which has been retracted causes the delivery portion of the arm to be positioned immediately below the susceptor 121. Thereafter, when the arm is lifted, the susceptor 121 is received, and the susceptor 121 is lifted together with the arm. The raised susceptor 121 once rises to a position higher than the height of the carriage 112 on the transport rail 113. The carriage 112 that has been evacuated to the load lock chamber 103 moves to the elevator chamber 102 and stops immediately below the susceptor 121.
  • the susceptor 121 on which the processing object 120 is fixed is lowered by the arm of the elevator room 102 to a height mounted on the carriage 112, and the processing object 120 and the susceptor 121 are delivered from the delivery part of the arm to the carriage 112 Be done.
  • the arm operates in the horizontal direction and retracts from immediately below the susceptor 121.
  • the arm of the elevator room 102 is an obstacle when the carriage 112 transports to the load lock room 103, and therefore, is raised for retraction.
  • the carriage 112 carrying the susceptor 121 to which the processing object 120 is fixed is transferred from the elevator room 102 to the load lock room 103.
  • a gate valve 105 is provided between the elevator chamber 102 and the load lock chamber 103 so that the inside can be shut off from the atmosphere.
  • the controller 108 of the balancer apparatus 101 controls the above steps under the supervision of the host controller 109.
  • the load lock chamber 103 is connected to a vacuum pump with a large displacement (not shown) so that the pressure can be exhausted to a sufficient pressure (for example, 10E-4 Pa or less). Further, in order to prevent water from being brought in earlier than the transfer chamber 105, it is preferable that there is a means for heating the load lock chamber 103.
  • the gate valve 105 between the load lock chamber 103 and the transfer chamber 110 is opened.
  • the carriage 112 on which the susceptor 121 on which the processing object 120 is fixed moves to the transfer chamber 110.
  • the carriage 112 enters the transfer chamber 110 and comes on the spindle 106 of the film forming chamber 104, the carriage 112 stops, and then the gate valve 105 between the load lock chamber 103 and the transfer chamber 110 closes.
  • the controller 108 of the load lock chamber 103 controls the above process under the supervision of the host controller 109.
  • the susceptor 121 to which the processing object 120 is fixed is delivered from the carriage 112 to the spindle 106.
  • the tip of the delivery mechanism 111 is lowered to a position slightly lower than the lower surface position of the susceptor 121 mounted on the carriage 112. Then, the tip end of the delivery mechanism 111 is rotated, and the tip end of the delivery mechanism 111 enters immediately below the susceptor 121. As the leading end of the delivery mechanism 111 is lifted, the susceptor 121 is lifted to a position higher than the carriage 112. Thereafter, the gate valve 105 between the load lock chamber 103 and the transfer chamber 110 is opened, the carriage 112 is retracted to the load lock chamber 103, and the gate valve 105 is closed.
  • the susceptor 121 to which the processing object 120 is fixed is delivered to and delivered to the delivery mechanism 111 and supported in a procedure substantially reverse to that performed in the elevator room 102 described above.
  • the susceptor 121 on which the processing object 120 is fixed is lowered by the delivery mechanism 111.
  • the susceptor 121 approaches the spindle 106 below the carvic coupling of the susceptor 121 and the carvic coupling mounted on the holder at the end of the spindle 106 begin to engage, and finally the object 120 and the susceptor 121 and the spindle 106 are processed. Coax will automatically fit.
  • the carvic coupling is fixed to the susceptor 121 and attached to the opposite side of the object to be treated 120. It is also attached to a holder at the end of the spindle 106.
  • the shape of each carvic coupling has a tooth shape, and each tooth is tapered. Therefore, even if the positions of the teeth of about ⁇ 1.5 mm are shifted for meshing, the meshing finally occurs, In the case of misalignment within this range, meshing proceeds in a self-aligned manner. Therefore, when the susceptor 121 is mounted on the spindle 106, the positioning accuracy of the delivery mechanism 111 does not require precise accuracy.
  • the susceptor 121 is transported so that the predetermined position always faces a fixed phase direction, and in the case of the carbide coupling, the teeth on the susceptor 121 side and the teeth on the spindle 106 mesh with each other every time.
  • the position repeatability of the processing object 120 and the susceptor 121 with respect to the spindle 106 is further obtained.
  • the pulling-in force is a force which prevents the susceptor 121 from being removed during rotation without the susceptor 120 being deformed.
  • a film forming process is uniformly performed on the processing object 120 in the vertical state by the cathode unit 107 controlled by the host controller 109 and the controller 108 related to the cathode unit 107.
  • the above-described operation may be reversed in principle. That is, the spindle 106 is rotated from the horizontal position to the vertical position, the susceptor 121 to which the processing object 120 is fixed is changed from the vertical state to the horizontal state, and the susceptor 121 to which the processing object 120 is fixed by the delivery mechanism 111 is It is raised and separated from the engaged spindle 106 by the carvic coupling.
  • the above-described process is controlled by the transfer chamber 110 under control of the host controller 109 and the controller 108 of the spindle 106.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams showing a schematic configuration of the film forming chamber 104 shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the film forming chamber 204 will be described with reference to FIGS. 2A to 2C.
  • 2A is a plan view of the film forming chamber 204
  • FIG. 2B is a sectional side view showing a state in which the susceptor 221 on which the processing object 220 is fixed faces the cathode unit 207
  • FIG. 2C is a vertical position of the spindle 206 It is a side view showing the state where it rotates and the susceptor 221 to which the processing object 220 is fixed is separated from the holder 222 by the delivery mechanism 211.
  • constituent elements substantially the same as those in FIGS. 1A and 1B are assigned the same reference numerals as the lower two digits, and the description thereof is omitted.
  • 215a and b are linear guide rails
  • 216a and b are vacuum side surface plates
  • 217a and b are atmosphere side surface plates
  • 218 is a height adjustment block
  • 222 is a holder
  • 223 is a carbon coupling
  • 220 is a processing An object 221, a susceptor 221, a target 231, a measuring instrument 236, a bellows 240, and a wiring 241 for drawing a wiring such as piping for driving constant temperature water to a vacuum side surface plate 216a, b and a driving motor ⁇
  • It is a pipe lead pipe.
  • Reference numeral 233 denotes the movement direction of the spindle 206
  • 234 denotes the necking direction of the cathode unit 207
  • 235 denotes the rotation direction of the holder 222.
  • the cathode unit 207 has a substantially regular pentagonal shape, and the target 231 is attached so that the center thereof coincides with the center of each side. Moreover, the measuring instrument 236 is attached to one side. The cathode unit 207 rotates in a rotational direction 234 with respect to the central axis.
  • the spindle 206 and the cathode unit 207 are mounted on the linear guide rails 215a, b, and the linear guide rails 215a, b are supported by the vacuum side surface plates 216a, b and the atmosphere side surface plates 217a, b.
  • the cathode unit 207 and the spindle 206 can move along linear directions (232, 233) along the linear guide rails 215a, b. Further, since the cathode unit 207 and the spindle 206 are respectively mounted on the vacuum side surface plates 216a, b and the atmosphere side surface plates 217a, b, the mounting surfaces themselves are not deformed. Further, fine holes (not shown) are machined in the vacuum side surface plates 216a and b, and constant temperature water always flows therethrough, so there is no thermal expansion due to the temperature change, and the vacuum side surface plates 216a and b are on. The movable portion of, for example, the cathode unit 207 is not affected by the thermal expansion, and precise position repeatability can be obtained.
  • a holder 222 is attached to the tip of the spindle 206. Then, on one surface of the holder 222, one tooth groove of the carvic coupling 223 is produced.
  • the susceptor 221 to which the processing object 220 transported by the carriage 112 directly above the spindle 206 is fixed is the tooth groove of the carbide coupling 223 a on the susceptor 221 side and the spindle 206. It is connected to the holder 222 at the tip of the spindle 206 in a state in which the tooth groove of the side carbide coupling 223b is engaged.
  • the susceptor 221 to which the processing object 220 is fixed is connected to the holder 222, and then the susceptor 221 to which the processing object 220 is fixed is drawn into and fixed to the holder 222 by a chucking mechanism described later. Thereafter, the spindle 206 is rotated in the direction 230 where the spindle 206 falls from the vertical position to the horizontal position by a rotation mechanism (not shown), and the holder 222 is moved from the horizontal state to the vertical state (the state of FIG. 2B).
  • the cathode unit 207 to which the target is attached moves the linear guide rail 215 b and moves to a position facing the spindle 206.
  • the processing object 220 faces the target 231 attached to the cathode unit 207.
  • the susceptor 221 to which the processing object 220 connected to the holder 222 is fixed can be rotated in the rotational direction 235 around the rotation axis by the motor mounted inside the spindle 206.
  • the weight of the processing object 220 increases as the size of the processing object 220 increases. In some cases, the combination of the processing object 220 and the susceptor 221 exceeds 500 kg.
  • positioning and fixing are performed using the carvic coupling 223.
  • the pair of carvic couplings 223 face each other in a horizontal state, the tapered surfaces of the carving coupling 223 come into contact with each other to enable accurate positioning in a self-aligned manner. It is.
  • the weight of the processing object 220 and the susceptor 221 is applied to the carbon coupling 223 in the vertical direction.
  • the weight of the object to be treated 220 and the susceptor 221 is applied in the direction perpendicular to the surface on which the taper of the carvic coupling 223 is formed, that is, the direction in which the tooth groove penetrates. Do not mesh completely and smoothly.
  • a low pressure environment e.g., 1000 Pa or less
  • the coefficient of friction increases, and in many cases, meshing does not occur even more smoothly. As a result, accurate positioning becomes difficult.
  • the chucking mechanism applies a force to draw the susceptor 221 to the holder 222 to completely engage the carvic coupling 223, but in the above-described state of one contact, it may be sufficiently drawn. I can not do it.
  • the processing object 220 be in the vertical state. It is because the influence by the particle which falls by gravity adhering can be avoided.
  • reference numeral 301 denotes a susceptor; 302a and 302b, a carbide coupling having tooth grooves formed on one side thereof; 303, a holder; 304, a susceptor side block; 305, a holder side block; A ball 308 is a spindle shaft.
  • a processing target is fixed to the surface of the susceptor 301 opposite to the surface to which the carbon coupling 302 a is attached.
  • the open / close shaft 306 provided at the center of the spindle shaft 308 operates in the closing direction 309 by the force of a spring (not shown) provided in the spindle shaft 308.
  • a spring not shown
  • the cylinder mechanism is operated with a thrust larger than the force of the spring.
  • the cylinder mechanism is disposed at the end of the spindle shaft 308 and is not shown in FIG.
  • the balls 307 arranged at several places in the circumferential direction of the opening and closing shaft 306 are pressed against the opening and closing shaft 306 and the holder side block 305 and move to the susceptor side block 304 side. Jump out.
  • the ejected ball 307 is further pushed in the closing direction 309 side by the open / close shaft 306, and pushes the susceptor side block 304 in the closing direction 309. That is, the ball 307 pushes the convex portion of the susceptor-side block 304 in the closing direction 309, and as a result, the susceptor 301 is drawn toward the holder 303. As a result, the susceptor 301 is drawn into and held by the holder 303 side.
  • the force with which the open / close shaft 306 operates in the closing direction 309 is preferably about 1.7 ton as a force that does not separate from the holder 303 during rotation while the susceptor 301 is not deformed and the susceptor 301 is vertical.
  • the magnitude of the force of the spring is also a meshing force capable of exhibiting the automatic alignment function of the carvic couplings 302a and 302b.
  • the open / close shaft 306 is a cylinder mechanism and operates in the opposite direction to the closing direction 309, the susceptor side block 304 is released from the restraint of the ball 307, and the susceptor 301 is separated from the holder 303 by the delivery mechanism 211 described above.
  • 401 is a cathode unit
  • 402 is a cathode
  • 403 is a target
  • 404 is an object to be processed
  • 405 is a spindle.
  • the object to be treated 404 is attached to the susceptor by a jig (not shown), and the susceptor is connected to a holder attached to the tip of the spindle 405.
  • the susceptor and holder Is not shown.
  • the cathode unit 401 is mounted on the linear guide rail 215b and movable along the linear direction 411 as described in FIGS. 2A to C, and is rotatable about the central axis and can swing and rotate 410. It can.
  • the spindle 405 is mounted on a guide rail and is movable along the linear direction 413 direction.
  • the cathode 402 is attached to each side portion of the regular polygon-shaped cathode unit 401 to which a plurality of cathodes 402 can be attached so as to correspond to the multilayer film.
  • a target 403 is attached to the surface of the cathode 402.
  • a magnet for producing an asymmetric magnetic field (not shown) rotates around the central axis of the target 403 so that the target 403 is uniformly sputtered.
  • a method of setting the distance between the processing object 404 and the surface of the target 403 to a predetermined value will be described as an essential condition for performing film formation uniformly on the processing object 404 with the configuration described above.
  • a measuring instrument 406 for measuring the distance On one surface of the cathode unit 401, a measuring instrument 406 for measuring the distance is embedded.
  • the measuring device 406 has a laser light emitting device inside, and the light receiving portion of the measuring device 405 detects the laser light emitted from the laser light emitting device that is reflected by the surface of the processing object 404 Thus, the distance between the one surface and the processing object 404 can be measured.
  • the distance between an arbitrary target 403 and the object to be processed 404 can be obtained from the above measurement values. Therefore, based on the value, the distance between the target 403 and the processing object 404 can be set to the predetermined value 420 by moving the spindle 405 in the direction 413.
  • the concave-shaped optical component was demonstrated to the example as a process target object, it may be a convex-shaped thing and it can apply it with a planar thing.
  • a vacuum processing apparatus that performs pretreatment, post-treatment, etching, etc. using a smaller ion source or radical source compared to the processing object Is also applicable.

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Abstract

大型で重い光学用基板などの処理対象物に均一に成膜等の処理を行うために、大型で重い光学用基板をホルダに精度良く確実に取り付ける。真空容器内で処理対象物を処理する真空処理装置であって、前記処理対象物が載置される面とは反対側に凹凸を有する面を有し、前記処理対象物を移動可能に保持するサセプタと、前記サセプタの凹凸と噛み合う凹凸を有する面を有するホルダと、前記ホルダを第１の状態又は第２の状態に移動可能に保持する駆動機構と、前記ホルダを前記第１の状態に保持した状態で、前記サセプタを移動させて、前記サセプタの凹凸を有する面と前記ホルダの凹凸を有する面とを噛み合わせて前記サセプタとホルダとを連結し、その後前記サセプタが連結された前記ホルダを前記第２の状態に移動させて前記処理対象物を処理した後、前記ホルダを再度前記第１の状態に移動させて前記サセプタの凹凸を有する面と前記ホルダの凹凸を有する面とを切り離すように前記サセプタを移動させる制御手段とを有する。

Description

真空処理装置及び光学部品の製造方法
　本発明は、真空処理装置及び光学部品の製造方法に関する。
　近年半導体基板や画像表示装置の大型化に伴い、それらにパターンを作り込むリソグラフィー技術に於いて、大型のレンズ及びミラー等の光学部品が使用されている。そして、これらの表面にはコーティング膜の作製等様々な薄膜の作製又は処理がされているのが通常である。
　露光機等で使用されている凹凸型の光学系用基板に均一性良く多層膜を成膜する方法としてスパッタリング法が用いられている。スパッタリングに用いるカソードのターゲット面積は、基板よりも小さくすることで、ターゲットの利用効率向上や、大型ターゲットではできない各種基板の凹凸にあわせた成膜が出来る。
　凹凸型の光学系用基板に均一性を良く多層膜を成膜するためには、ターゲットと光学用基板間の距離（ＴＳ間距離）を一定に保つ必要がある。これを実現させるために、カソードの回転軸、基板の自転軸及び基板のスキャン軸等の３軸以上を制御する技術が特許文献１に開示されている。
　また、特許文献２には光学系用基板とターゲットの距離に応じて、圧力を調整する技術が開示されている。
特開２００４－２６９９８８号公報 特開２００７－１８２６１７号公報
　凹凸状の光学用基板に均一性を良く多層膜を成膜するためには、上記ＴＳ間距離を数マイクロメートル～数十マイクロメートルオーダーで一定に保つ必要がある。
　しかし、従来ではターゲットと基板の相対位置精度は数百マイクロメートル台で、要求精度を満足していない。さらに将来光学用基板が更に大型化し、重量が増した場合は更に位置精度が悪化することが予想される。
　近い将来、処理が要求される光学用基板は大型化し、搬送冶具を合わせ総重量が５００ｋｇ相当となる。一方、ターゲットと基板の相対位置精度は１～２桁も向上する必要がある。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされ、大型で重い光学用基板などの処理対象物に均一に成膜等の処理を行うために、大型で重い光学用基板をホルダに精度良く確実に取り付ける技術を実現する。
　上記課題を解決するために、本発明は、真空容器内で処理対象物を処理する真空処理装置であって、前記処理対象物が載置される面とは反対側に凹凸を有する面を有し、前記処理対象物を移動可能に保持するサセプタと、前記サセプタの凹凸と噛み合う凹凸を有する面を有するホルダと、前記ホルダを第１の状態又は第２の状態に移動可能に保持する駆動機構と、前記ホルダを前記第１の状態に保持した状態で、前記サセプタを移動させて、前記サセプタの凹凸を有する面と前記ホルダの凹凸を有する面とを噛み合わせて前記サセプタとホルダとを連結し、その後前記サセプタが連結された前記ホルダを前記第２の状態に移動させて前記処理対象物を処理した後、前記ホルダを再度前記第１の状態に移動させて前記サセプタの凹凸を有する面と前記ホルダの凹凸を有する面とを切り離すように前記サセプタを移動させる制御手段とを有する。
　上記課題を解決するために、本発明の真空処理装置を用いて処理対象物を処理する工程を有する光学部品の製造方法を提供する。
　本発明によれば、大型で重い処理対象物に均一に成膜等の処理を行うことが可能となる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明に係わる実施形態の真空処理装置の概略構成を示す平面図である。 本発明に係わる実施形態の真空処理装置の概略構成を示す側面図である。 本発明に係わる実施形態の真空処理装置の成膜室の概略構成を示す平面図である。 本発明に係わる実施形態の真空処理装置の成膜室の概略構成を示す側面図である。 本発明に係わる実施形態の真空処理装置の成膜室の概略構成を示す側面図である。 本発明に係わる実施形態の真空処理装置のチャッキング機構の概略構成図である。 本発明に係わる実施形態のターゲット及び処理対象物間の距離調整についての説明図である。
　図１Ａは本発明に係る実施形態の真空処理装置の平面図である。
　図１Ａに於いては、１０１はバランサー装置、１０２はエレベータ室、１０３はロードロック室、１０４は成膜室、１０５はロードロック室１０３を大気から遮断する又はロードロック室１０３と成膜室１０４を遮断するゲートバルブ、１０６はスピンドル、１０７はカソードユニット、１０８は各ユニットを制御するコントローラ、１０９は統括制御する上位コントローラ、１１２は台車そして１２０は処理対象物である。
　図１Ｂは本発明に係る実施形態の真空処理装置１００の側面図である。図１Ａと同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図１Ａで説明されていない構成要素は、１２１は処理対象物１２０が固定され処理対象物１２０を搬送するためのサセプタ、成膜室１０４の上部に配置されている搬送室１１０、搬送室１１０で処理対象物１２０及びサセプタ１２１をスピンドル１０６との間で受け渡しをする受渡し機構１１１、処理対象物１２０及びサセプタ１２１を搭載した台車１１２をエレベータ室１０２、ロードロック室１０３及び搬送室１１０間で搬送する搬送ラインである台車用の搬送レール１１３である。本実施の形態に於いては、ロードロック室１０３、搬送室１１０及び成膜室１０４は不図示の排気手段により低圧状態に排気されている。
　バランサー装置１０１の位置調整台１０１ｂでは、処理対象物１２０及びサセプタ１２１が一体となったものについて、処理対象物１２０とサセプタ１２１の回転中心軸が一致していること及びサセプタ１２１に対する処理対象物１２０の相対的な位置がレーザ距離センサ等で計測され、同一回転軸に合わせる調整が行われる。処理対象物１２０は、レンズ、ミラー等の光学部品である場合は材料としてガラスが使用される。また、処理対象物１２０は処理対象物１２０を搬送させるためのサセプタ１２１に不図示の冶具で固定されている。
　次いで、動バランサ調整台１０１ａで処理対象物１２０とサセプタ１２１が一体になったものを回転させ、動バランスが許容範囲であることが確認される。許容値外の場合は、重り等で補正する。
　動バランスが許容値内であることが確認された処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１は、エレベータ室１０２の下部に運ばれ、エレベータ室１０２に設けた不図示のアームに搭載され、エレベータ室１０２の上部まで上昇する。
　本明細書を通じて、位置調整台１０１ｂ、動バランス調整台１０１ａ及びエレベータ室１０２の下の部分をまとめてバランサー装置１０１という。
　エレベータ室１０２の上部、ロードロック室１０３、搬送室１１０には台車１１２が行き来するための搬送レール１１３が設置されている。搬送レール１１３はそれ自身が有する案内機能で、処理対象物１２０とサセプタ１２１が搭載された台車１１２を案内しながら、エレベータ室１０２と搬送室１１０との間を搬送させるためのものである。
　エレベータ室１０２には不図示のアームが設けられており、退避していたアームはバランサー装置１０１によりサセプタ１２１が搬送されて来ると、該アームの受渡し部をサセプタ１２１の直下に位置させる。その後、アームが上昇するとサセプタ１２１を受取り、アームと共にサセプタ１２１が上昇する。上昇したサセプタ１２１は、搬送レール１１３上にある台車１１２の高さより、高い位置まで一旦上昇する。ロードロック室１０３に退避していた台車１１２は、エレベータ室１０２へ移動し、サセプタ１２１の直下で停止する。
　次に、処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１は、台車１１２に搭載される高さまでエレベータ室１０２のアームにより降下し、処理対象物１２０及びサセプタ１２１がアームの受渡し部から台車１１２へ受渡される。尚、アームはサセプタ１２１を台車１１２に受渡した後、水平方向に動作しサセプタ１２１の直下より退避する。
　エレベータ室１０２のアームは台車１１２がロードロック室１０３へ搬送する時の障害となるため、一旦退避のため上昇する。処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１を搭載した台車１１２は、エレベータ室１０２からロードロック室１０３へ搬送される。エレベータ室１０２とロードロック室１０３の間にはゲートバルブ１０５があり、大気からその内部を遮断できる構成となっている。以上の工程を上位コントローラ１０９の監視の下でバランサー装置１０１のコントローラ１０８が制御する。
　ロードロック室１０３は、本実施形態において、十分な圧力（例えば１０Ｅ－４Ｐａ以下）まで排気出来るように、不図示の大排気量の真空ポンプに繋がれている。また、搬送室１０５より先に水を持ち込まないようするために、ロードロック室１０３を加熱する手段があることが望ましい。
　ロードロック室１０３の圧力が十分下がったら、ロードロック室１０３と搬送室１１０の間のゲートバルブ１０５が開く。処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１を搭載した台車１１２が搬送室１１０に移動する。台車１１２が搬送室１１０に入り、成膜室１０４のスピンドル１０６上に来ると台車１１２は停止し、その後にロードロック室１０３と搬送室１１０の間のゲートバルブ１０５が閉じる。以上の工程を上位コントローラ１０９の監視の下でロードロック室１０３のコントローラ１０８が制御する。
　搬送室１１０では処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１を台車１１２からスピンドル１０６へ受渡しを行う。受渡し機構１１１の先端部が台車１１２に搭載されているサセプタ１２１の下面位置より若干低い位置まで下降する。次いで受渡し機構１１１の先端部が回転し、サセプタ１２１の直下に受渡し機構１１１の先端部が入り込む。受渡し機構１１１の先端部が上昇することによりサセプタ１２１は台車１１２より高い位置まで上昇する。その後、ロードロック室１０３と搬送室１１０の間のゲートバルブ１０５が開き、台車１１２はロードロック室１０３に退避し、前述のゲートバルブ１０５が閉じる。
　前述したエレベータ室１０２で行われたのとほぼ逆の手順で、処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１が受渡し機構１１１に受け渡され、支持される。次いで、処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１は受渡し機構１１１により降下する。サセプタ１２１が下方のスピンドル１０６に近づくと、サセプタ１２１のカービックカップリングとスピンドル１０６先端のホルダに搭載されたカービックカップリングが噛み合い始め、最終的に処理対象物１２０並びにサセプタ１２１とスピンドル１０６の同軸が自動的に合うようになる。
　カービックカップリングはサセプタ１２１に固定されており、処理対象物１２０の反対側に取り付けられている。また、スピンドル１０６先端のホルダにも取り付けられている。それぞれのカービックカップリングの形状は歯形をしており、各歯がテーパ状になっているので、噛み合う為には通常±１．５ｍｍ程度の歯の位置がずれても最終的に噛みあい、この範囲の位置ずれであれば、自己整合的に噛み合って行く。従って、サセプタ１２１をスピンドル１０６に搭載するときに、受渡し機構１１１の位置決め精度は精密な精度を不要とする。
　また、サセプタ１２１の所定位置が常に一定の位相方向を向くように搬送して、カービックカップリングにおいてサセプタ１２１側の歯とスピンドル１０６側の歯は毎回同じ歯同士が噛み合うようにしておくことで、スピンドル１０６に対する処理対象物１２０及びサセプタ１２１の位置再現性が一層得られる。
　ここで、カービックカップリングとは、対の凹凸形状の歯型が作製されたものである。特に、該歯型が同軸に環状に作製且つ放射状に形成されていれば、両部材は同軸に結合するので、一方の部材の一面に環状且つ放射状に形成した歯溝を、他の部材の一面に環状且つ放射状に形成した歯溝に係合すれば両部材は同軸に結合し、自動調芯機能を発揮する。ここで、歯溝の先端は切り取ってあることが多い。
　処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１を水平状態（第１の状態）から垂直状態（第２の状態）へ立てた時（スピンドル１０６を垂直位置から水平位置へ移動させた時）やサセプタ１０２を自転させたときに、カービックカップリングの歯同士が外れないように、スピンドル１０６の先端に設けたチャッキング機構で処理対象物１２０とこれを固定しているサセプタ１２１をスピンドル側から引き込む。引き込む力はサセプタ１２０が変形せず回転中にサセプタ１２１が外れない力とする。
　垂直状態になった処理対象物１２０に対して、上位コントローラ１０９やカソードユニット１０７に係わるコントローラ１０８により制御されたカソードユニット１０７により均一に成膜処理がなされる。
　処理を終えて、処理対象物１２０と処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１を回収するときには、原則として前述した動作を反対に行えばよい。すなわち、スピンドル１０６を水平位置から垂直位置へ回転させて、処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１を垂直状態から水平状態にし、受渡し機構１１１により処理対象物１２０が固定されているサセプタ１２１を上昇させて、カービックカップリングにより噛み合ったスピンドル１０６から切り離す。以上の工程を上位コントローラ１０９の監視の下搬送室室１１０及びスピンドル１０６のコントローラ１０８が制御する。
　図２Ａ～Ｃは、図１Ａ，Ｂに示す成膜室１０４の概略構成を示す図である。図２Ａ～Ｃを参照して、成膜室２０４について説明する。図２Ａは成膜室２０４の平面図、図２Ｂは処理対象物２２０が固定されているサセプタ２２１がカソードユニット２０７と対面している状態を表す断面側面図、図２Ｃはスピンドル２０６が垂直位置へ回転し、処理対象物２２０が固定されているサセプタ２２１がホルダ２２２から受渡し機構２１１により切り離されている状態を表す側面図である。
　ここで、図１Ａ，Ｂと実質同一の構成要素には下２桁が同一の符号を付して説明を省略する。ここで、２１５ａ，ｂはリニアガイドレール、２１６ａ，ｂは真空側定盤、２１７ａ，ｂは大気側定盤、２１８は高さ調整ブロック、２２２はホルダ、２２３はカービックカップリング、２２０は処理対象物、２２１はサセプタ、２３１はターゲット、２３６は計測器、２４０はベローズ、２４１は真空側定盤２１６ａ，ｂに一定温度の恒温水を流すための配管や駆動用モータ等の配線を引き出す配線・配管引き出し管である。尚、２３３はスピンドル２０６の移動方向、２３４はカソードユニット２０７の首ふり方向、２３５はホルダ２２２の回転方向をそれぞれ表している。
　本実施の形態ではカソードユニット２０７は略正５角形をしており、ターゲット２３１がその中心を、それぞれの辺の中心に一致するようにして取り付けられている。また、一辺には計測器２３６が取り付けられている。尚、カソードユニット２０７は中心軸に対し回転方向２３４に首ふり回転する。
　また、スピンドル２０６及びカソードユニット２０７は、リニアガイドレール２１５ａ，ｂに載っており、且つリニアガイドレール２１５ａ，ｂは真空側定盤２１６ａ，ｂ及び大気側定盤２１７ａ，ｂで支持されている。
　このような構造になっているので、カソードユニット２０７及びスピンドル２０６はリニアガイドレール２１５ａ，ｂに沿って直線方向（２３２，２３３）に沿って移動可能である。また、カソードユニット２０７及びスピンドル２０６は、真空側定盤２１６ａ，ｂ及び大気側定盤２１７ａ，ｂの上にそれぞれ載っているのでその載置面自体が変形することはない。さらに真空側定盤２１６ａ，ｂには不図示の細穴が加工されており、その中を常に恒温水が流れているため温度変化に伴う熱膨張などは無く、真空側定盤２１６ａ，ｂ上の可動部、例えばカソードユニット２０７等は熱膨張の影響を受けることが無く、精密な位置再現性が得られる。
　スピンドル２０６の先端には、ホルダ２２２が取り付けられている。そして、そのホルダ２２２の一面にはカービックカップリング２２３の一方の歯溝が作製されている。
　図１Ａ，Ｂで説明したが、台車１１２でスピンドル２０６の直上に搬送されて来た処理対象物２２０が固定されているサセプタ２２１は、サセプタ２２１側のカービックカップリング２２３ａの歯溝とスピンドル２０６側のカービックカップリング２２３ｂの歯溝が噛み合った状態でスピンドル２０６の先端のホルダ２２２に連結される。
　次いで、処理対象物２２０が固定されているサセプタ２２１はホルダ２２２に連結された後、後述するチャッキング機構により処理対象物２２０が固定されているサセプタ２２１がホルダ２２２に引き込まれ固定される。その後、スピンドル２０６が不図示の回転機構により垂直位置から水平位置へ倒れる方向２３０に回転し、ホルダ２２２が水平状態から垂直状態（図２Ｂの状態）に移動される。
　一方、ターゲットが取り付けられたカソードユニット２０７はリニアガイドレール２１５ｂを移動してスピンドル２０６に正対する位置に移動する。最終的に処理対象物２２０はカソードユニット２０７に取り付けられたターゲット２３１と正対する。また、スピンドル２０６の内部に搭載されているモータによって、ホルダ２２２に連結された処理対象物２２０が固定されているサセプタ２２１を自転軸まわりの回転方向２３５に回転させることができる。
　このように処理対象物２２０とサセプタ２２１を水平状態でホルダ２２２に取り付け、その後に垂直状態に立てる理由を以下で説明する。
　最初に説明したが、処理対象物２２０の大型化に伴いその重量は増大している。処理対象物２２０とサセプタ２２１を合わせ、５００ｋｇを超えるものもある。
　本実施形態においては、カービックカップリング２２３を用いて、位置出し及び固定を行っている。前述したように、一対のカービックカップリング２２３が水平の状態で対向している場合には、カービングカップリング２２３のテーパ状の面が互いに接触することによって自己整合的に正確な位置出しが可能である。
　一方、ホルダ２２２が立った状態、即ちホルダ２２２が垂直方向（図２Ｂの状態）でサセプタ２２１を保持する場合、処理対象物２２０とサセプタ２２１の自重が鉛直方向にカービックカップリング２２３に加わる。言い換えると、カービックカップリング２２３のテーパが形成されている面に垂直方向、つまり歯溝を貫く方向に処理対象物２２０とサセプタ２２１の自重が掛かり、カービックカップリング２２３のテーパ面が片当たりしてスムーズに完全に噛み合わない。そして、処理対象物２２０とサセプタ２２１の重量が重くなるほど噛み合いにくくなる。さらに低圧の環境（例えば、１０００Ｐａ以下）では摩擦係数が増大し、なお一層スムーズに噛み合わない場合が多くなる。その結果、正確な位置出しが困難となる。
　また、最終的にチャッキング機構によりサセプタ２２１をホルダ２２２に引き寄せるような力を印加して、カービックカップリング２２３を完全に噛み合わせるが、上述のような片当たりの状態では十分に引き寄せることも出来ない。
　一方、パーティクルの影響を小さくする観点からは処理対象物２２０は垂直状態であることが望ましい。重力により落下してくるパーティクルが付着することによる影響を回避できるからである。
　以上を勘案すると、カービックカップリング２２３を用いて位置出し及び固定を行う場合には、サセプタ２２１を水平状態でホルダ２２２に取り付け位置出しを行った後、サセプタ２２１を垂直状態にすると、カービックカップリング２２３は片当たりせず位置出し及び固定を正確・確実に行え、且つパーティクルの影響の少ない処理が実現できる。尚、カービックカップリング２２３の噛み合い面に、ガスの放出の少ないリチウム系グリース（例えば、協同油脂株式会社製のスペースルブ（登録商標）ＭＬ　Ｎｏ．２等）を塗布しておくと、噛み合わせが一層スムーズとなり信頼性が向上する。
　次に、図３を参照して、処理対象物２２０が固定されているサセプタ２２１をホルダ２２２に引き込んで固定するチャッキング機構について説明する。
　図３において、３０１はサセプタ、３０２ａ及び３０２ｂはその片面に歯溝が形成されているカービックカップリング、３０３はホルダ、３０４はサセプタ側ブロック、３０５はホルダ側ブロック、３０６は開閉シャフト、３０７はボール、３０８はスピンドル軸である。サセプタ３０１のカービックカップリング３０２ａが取り付けられた面とは反対の面には、図示しないが処理対象物が固定されている。
　スピンドル軸３０８の中心に設けた開閉シャフト３０６は、スピンドル軸３０８の中に設けた不図示のバネの力で閉方向３０９に動作する。尚、開閉シャフト３０６が閉方向３０９と反対側に動作する場合は、バネの力より大きな推力を持ったシリンダ機構で動作させる。尚、シリンダ機構はスピンドル軸３０８の末端に配置されており、図３では図示していない。
　バネの力で開閉シャフト３０６が閉方向３０９に動作すると、開閉シャフト３０６の円周方向に数箇所配置したボール３０７が、開閉シャフト３０６とホルダ側ブロック３０５に押し当てられ、サセプタ側ブロック３０４側に飛び出す。飛び出したボール３０７は、さらに開閉シャフト３０６により閉方向３０９側に押し込まれ、サセプタ側ブロック３０４を閉方向３０９に押し込む。即ち、ボール３０７はサセプタ側ブロック３０４の凸部を閉方向３０９に押し、その結果サセプタ３０１がホルダ３０３の方向に引き寄せられる。このことにより、サセプタ３０１がホルダ３０３側に引き込まれ保持される。
　また、同時にカービックカップリング３０２ａと３０２ｂが噛み合うことでカービックカップリング３０２ａ，３０２ｂの自動調芯機能によりスピンドル軸３０８の回転中心とサセプタ３０１の中心とが位置決めされる。
　開閉シャフト３０６が閉方向３０９に動作する力、つまりバネ力は、サセプタ３０１が変形せず、且つサセプタ３０１が垂直の状態で、さらに回転中にホルダ３０３から外れない力として１．７ｔｏｎ程度が望ましい。このバネの力の大きさは、カービックカップリング３０２ａ，３０２ｂの自動調芯機能が発揮できる噛み合わせ力でもある。
　また、ホルダ３０３からサセプタ３０１を切り離す方法は、原則として前述した動作を反対に行えばよい。即ち、開閉シャフト３０６がシリンダ機構で、閉方向３０９と反対側に動作し、サセプタ側ブロック３０４がボール３０７の拘束から解除され、サセプタ３０１は前述した受渡し機構２１１でホルダ３０３から切り離される。
　次に、図４を参照して、処理対象物の表面とターゲットとの距離を一定に維持する構成について説明する。
　図４において、４０１はカソードユニット、４０２はカソード、４０３はターゲット、４０４は処理対象物、４０５はスピンドルである。実際形態では、処理対象物４０４は、不図示の冶具によりサセプタに取り付けられ、このサセプタがスピンドル４０５の先端に取り付けられたホルダに連結されることとなるが、ここでは説明の便宜上、サセプタ及びホルダは図示していない。
　カソードユニット４０１は図２Ａ～Ｃで説明したように、リニアガイドレール２１５ｂに乗っており直線方向４１１に沿って移動可能であり、また、中心軸に関して回転可能であり、首振り回転４１０することが出来る。一方、スピンドル４０５はガイドレールに乗っており、直線方向４１３方向に沿って移動可能である。
　カソード４０２は多層膜に対応できるように、複数のカソード４０２を取り付け可能な正多角形状のカソードユニット４０１の各辺部分に取り付けられている。カソード４０２の表面にはターゲット４０３が取り付けられている。一方、カソード４０２の内部では不図示の非対称磁場を作るマグネットがターゲット４０３の中心軸を周るように自転しており、ターゲット４０３が均一にスパッタされるような構成となっている。
　上述した構成で、処理対象物４０４に均一に成膜を行う必須条件として、処理対象物４０４とターゲット４０３表面との距離を所定の値とする手法について説明する。
　カソードユニット４０１の一面には、距離を測定する計測器４０６が埋め込まれている。該計測器４０６は内部にレーザ発光デバイスを有しており、該レーザ発光デバイスから発したレーザ光が、処理対象物４０４の表面で反射されて来たものを計測器４０５の受光部が検知することにより、該一面と処理対象物４０４間の距離を測定することが出来る
　一方、ターゲット４０３の寸法は予め測定しておけば、上記の測定値より任意のターゲット４０３と処理対象物４０４との距離が分る。拠って、その値に基づき、４１３方向にスピンドル４０５を移動することにより、ターゲット４０３と処理対象物４０４間の距離を所定の値４２０にすることが出来る。
　以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は何らかかる実施の形態に拘束されものではない。また、処理対象物としては、凹面形状の光学部品を例に説明したが、凸面形状のものでも良く平面形状のもので適用可能である。
　また、本実施形態ではスパッタ成膜処理を例に説明したが、処理対象物と比較して小型のイオン源またはラジカル源を使用して、前処理、後処理或いはエッチング処理等を行う真空処理装置にも適用可能である。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
　本願は、２００９年６月８日提出の日本国特許出願特願２００９－１３６８５９を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (6)

  1. 　真空容器内で処理対象物を処理する真空処理装置であって、
    　前記処理対象物が載置される面とは反対側に凹凸を有する面を有し、前記処理対象物を移動可能に保持するサセプタと、
    　前記サセプタの凹凸と噛み合う凹凸を有する面を有するホルダと、前記ホルダを第１の状態又は第２の状態に移動可能に保持する駆動機構と、
    　前記ホルダを前記第１の状態に保持した状態で、前記サセプタを移動させて、前記サセプタの凹凸を有する面と前記ホルダの凹凸を有する面とを噛み合わせて前記サセプタとホルダとを連結し、その後前記サセプタが連結された前記ホルダを前記第２の状態に移動させて前記処理対象物を処理した後、前記ホルダを再度前記第１の状態に移動させて前記サセプタの凹凸を有する面と前記ホルダの凹凸を有する面とを切り離すように前記サセプタを移動させる制御手段とを有することを特徴とする真空処理装置。
  2. 　前記サセプタ及びホルダの凹凸を有する面はカービックカップリング機構を構成することを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
  3. 　前記真空容器は一定温度に維持する温度調節手段を有することを特徴とする請求項１又は２項に記載の真空処理装置。
  4. 　前記真空処理装置は、前記処理対象物にスパッタリング処理を施す処理手段を装置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空処理装置。
  5. 　前記制御手段は、前記ホルダを前記第１の状態としての水平状態に保持した状態で、前記サセプタを移動させて、前記サセプタの凹凸を有する面と前記ホルダの凹凸を有する面とを噛み合わせて前記サセプタとホルダとを連結する工程と、
    　前記サセプタが連結された前記ホルダを前記第２の状態としての垂直状態に移動させて前記処理対象物を処理する工程と、
    　前記ホルダを再度前記第１の状態に移動させて前記サセプタの凹凸を有する面と前記ホルダの凹凸を有する面とを切り離すように前記サセプタを移動させる工程とを制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の真空処理装置。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の真空処理装置を用いて前記処理対象物を処理する工程を有することを特徴とする光学部品の製造方法。
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