治具、薄膜形成装置、薄膜形成方法及び光学部材
【課題】スピンコート法により基材の表面に薄膜を形成する場合に、均一に成膜することができる治具、薄膜形成装置及び薄膜形成方法並びに当該薄膜形成方法により薄膜が形成された光学部材を提供することを目的とする。
【解決手段】表面２１ａの少なくとも一部に塗布液が塗布された基材２１を保持して回転する治具１０を用いて、表面に塗布液の薄膜２２を形成する場合において、治具は、基材の外周部２１ｂを当接させて保持するテーパ面１１を有し、該テーパ面は、外周部との間に、該外周部に到達した塗布液が通過可能な空隙Ｋを形成しており、表面が上側になるようにして外周部をテーパ面に当接させて、基材を治具に保持する基材保持工程と、表面に塗布液を塗布して、基材を保持した治具を回転させ、表面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を有し、薄膜形成工程で、外周部に到達した塗布液が、空隙を通過するようになっている。
【解決手段】表面２１ａの少なくとも一部に塗布液が塗布された基材２１を保持して回転する治具１０を用いて、表面に塗布液の薄膜２２を形成する場合において、治具は、基材の外周部２１ｂを当接させて保持するテーパ面１１を有し、該テーパ面は、外周部との間に、該外周部に到達した塗布液が通過可能な空隙Ｋを形成しており、表面が上側になるようにして外周部をテーパ面に当接させて、基材を治具に保持する基材保持工程と、表面に塗布液を塗布して、基材を保持した治具を回転させ、表面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、を有し、薄膜形成工程で、外周部に到達した塗布液が、空隙を通過するようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の表面に塗布液を塗布して当該基材を回転させて薄膜を形成するための治具、薄膜形成装置、薄膜形成方法及び当該薄膜形成方法により薄膜が形成された光学部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基材の表面に薄膜を形成する方法として、蒸着法やスパッタリング法等の乾式法と、スピンコート法等の湿式法とが存在する。このうち、湿式法の中の、基材の表面に塗布した塗布液を回転による遠心力によって広げて薄膜を形成するスピンコート法（例えば、特許文献１参照）によって成膜を行えば、乾式の方法よりも均一な膜厚の形成が可能であり、また、大きな面積の薄膜を短時間かつ低コストにて形成することが可能であるという利点がある。
【特許文献１】特開２００３−１５４３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のスピンコート法では、平らなスピナーテーブルの上に基材（例えば、レンズ等）を配置した後、基材の表面に塗布液を塗布し、スピナーテーブルを回転させて塗布液を外側に広げて、薄膜を形成する。そのため、広がった塗布液が基材の外側に溜まってしまい、基材の中心と外側とで膜厚が変わってしまうという不具合が生じる場合があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スピンコート法により基材の表面に薄膜を形成する場合に、均一に成膜することができる治具、薄膜形成装置及び薄膜形成方法並びに当該薄膜形成方法により薄膜が形成された光学部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決するために、本発明は、表面（２１ａ）の少なくとも一部に塗布液が塗布された基材（２１）を保持して回転し、前記表面に前記塗布液の薄膜（２２）を形成するための治具（１０）であって、前記基材の外周部（２１ｂ）を当接させて保持するテーパ面（１１）を有し、該テーパ面は、前記外周部との間に、該外周部に到達した前記塗布液が通過可能な空隙（Ｋ）を形成する治具としたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、前記治具（１０）を備えた薄膜形成装置（１）であって、前記治具が着脱自在に構成された回転軸（３）と、該回転軸を通して前記排気経路（４）に接続される排気装置（６）と、を有する薄膜形成装置としたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、表面（２１ａ）の少なくとも一部に塗布液が塗布された基材（２１）を保持して回転する治具（１０）を用いて、前記表面に前記塗布液の薄膜（２２）を形成する薄膜形成方法において、前記治具は、前記基材の外周部（２１ｂ）を当接させて保持するテーパ面（１１）を有し、該テーパ面は、前記外周部との間に、該外周部に到達した前記塗布液が通過可能な空隙（Ｋ）を形成しており、前記表面が上側になるようにして前記外周部を前記テーパ面に当接させて、前記基材を前記治具に保持する基材保持工程と、前記表面に前記塗布液を塗布して、前記基材を保持した前記治具を回転させ、前記表面に前記薄膜を形成する薄膜形成工程と、を有し、前記薄膜形成工程で、前記外周部に到達した前記塗布液が、前記空隙を通過するようになっている薄膜形成方法としたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記薄膜形成方法によって薄膜（２２）が形成された光学部材（２０）としたことを特徴とする。
【０００９】
なお、ここでは、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものではないことは言及するまでもない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スピンコート法により基材の表面に薄膜を形成する場合に、基材の外周部を当接させて保持するテーパ面を有し、当該テーパ面が、外周部との間に、当該外周部に到達した塗布液が通過可能な空隙を形成するように構成された治具を用いるようにしたため、膜厚を中心と外側で同じにすることができ、薄膜を均一に成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態１に係る薄膜形成装置を示す断面図である。図２は、同実施の形態１に係る薄膜形成装置を示す上面図である。図３は、本発明の実施の形態２に係る薄膜形成装置を示す断面図である。
［発明の実施の形態１］
【００１３】
以下、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１４】
まず、本実施の形態で薄膜が形成されて製造される薄膜付部材２０について説明する。本実施の形態における薄膜付部材２０は、図１に示すように、基材２１として凸形状の表面２１ａを有する光学素子（例えば、レンズ）を有し、当該基材２１の表面２１ａに塗布液（本実施の形態では、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン））を塗布してそれを薄く広げることで、薄膜２２として反射防止効果を備えた光学薄膜（本実施の形態では、ＳｉＯ２膜）を成膜した光学部材である。なお、本実施の形態における基材としての光学素子（レンズ）２１は、半球形状の表面２１ａと略平面の底面２１ｃを有する半球レンズとなっている。また、表面２１ａと底面２１ｃとが交わる部位及びその付近を基材２１の外周部２１ｂと呼ぶこととする。
【００１５】
次に、本実施の形態における薄膜形成装置１について説明する。本実施の形態における薄膜形成装置１は、図１及び図２に示すように、基材２１を保持する治具１０としてのスピナーテーブル、当該治具１０を配置する回転ステージ２、回転ステージ２及び治具１０に挿入して当該回転ステージ２及び治具１０を回転させる回転軸３、当該回転軸３の中に形成されて後述する治具１０の排気経路１２に連通する排気通路４、当該排気通路４に連通する排気管５、当該排気管５に連通する排気装置６、図示しない塗布液塗布装置等を有している。
【００１６】
治具１０は、基材２１を保持して回転するものであり、回転しやすいように平面視略円形の略円柱形状に構成されている。この治具１０は回転ステージ２に配置、固定されるものであり、回転軸３及び回転ステージ２と共に回転するように構成されるものである。
【００１７】
また、本実施の形態の治具１０は、薄膜形成装置１の回転ステージ２に対して着脱自在となっており、後述するベーク工程の際には、表面２１ａに薄膜２２を形成した基材２１を保持した状態の治具１０を回転ステージ２から取り外して、図示しないベーク装置に移動させることが可能となっている。さらに、本実施の形態の治具１０は、ベーク工程における焼付処理の温度に耐え得る材質（金属又は耐熱樹脂）で形成されている。
【００１８】
治具１０の上面の中心部には、治具１０の中心線Ａを中心としたテーパ面１１が形成されている。このテーパ面１１は、基材２１を保持する保持部の役割を果たす部位であり、当該テーパ面１１で構成される略逆円錐形状の凹部の直径が、少なくとも保持する基材２１の外周部２１ｂの直径より大きくなるように構成されている。
【００１９】
また、治具１０のテーパ面１１と基材２１の外周部２１ｂとの間には、複数の空隙Ｋが形成されている。後述するように、基材２１の表面２１ａの少なくとも一部（例えば中心部分）に図示しない塗布液塗布装置から所定量の塗布液（図示省略）を塗布して、基材２１を保持した治具１０を回転させることにより、塗布された塗布液が外側に向かって広がって薄膜２２を形成していくが、空隙Ｋは、このときに、基材２１の外周部２１ｂに到達した塗布液が、複数の空隙Ｋを通過してテーパ面１１に沿って下方に流れるようにするものである。
【００２０】
空隙Ｋが形成される箇所は、基材２１の外周部２１ｂと治具１０のテーパ面１１とが当接する部分のいずれの場所に形成されていても良いが、できるだけ多くの空隙Ｋが形成されている方が、塗布液をスムーズに通過させることができて好ましい。ただし、空隙Ｋが多過ぎたり大き過ぎたりして治具１０のテーパ面１１による基材２１の保持力が損なわれないように、空隙Ｋの数及び大きさを調整する必要がある。
【００２１】
また、本実施の形態では、治具１０のテーパ面１１における基材２１の外周部２１ｂを当接させる部分に粗面を有しており、これにより空隙Ｋが形成されるようになっているが、これに限るものではなく、基材２１の外周部２１ｂに粗面を有しており、これにより、この粗面と治具１０のテーパ面１１とが当接する部分に空隙Ｋが形成されるようになっていても良い。また、治具１０のテーパ面１１における基材２１の外周部２１ｂを当接させる部分と、基材２１の外周部２１ｂに粗面の双方に粗面を有しており、これにより空隙Ｋが形成されるようになっていても良い。
【００２２】
空隙Ｋを形成するための粗面は、加工工具や加工条件を適切に選択することによって、治具１０のテーパ面１１や基材２１の外周部２１ｂを所定形状に加工する際に、同時に形成することができる。また、テーパ面１１や外周部２１ｂを所定形状に加工した後に、サンドブラスト等の手段によって、所望の表面粗さを有する粗面を形成しても良い。
【００２３】
粗面の表面粗さはＲａで１〜１０μｍであることが好ましい。表面粗さが１μｍよりも小さくなると塗布液が空隙Ｋを通過しにくくなり、１０μｍよりも大きくなると薄膜形成の均一性が低下する傾向にある。
【００２４】
また、本実施の形態の治具１０は、排気経路１２を有している。排気経路１２は、回転軸３の中を通る排気通路４、排気管５を介して排気装置６に繋がっており、ここでは、テーパ面１１による凹部の底部に形成されている。この排気経路１２は、治具１０のテーパ面１１と、当該テーパ面１１に当接した外周部２１ｂを有する基材２１とで形成される空間Ｂ内を減圧するためのものであり、排気装置６を作動させることにより、排気管５、排気通路４及び排気経路１２を介して前記空間Ｂ内の空気を吸引して当該空間Ｂ内を減圧するようになっている（図１の白抜きの矢印参照）。そして、空間Ｂ内を減圧することにより、基材２１の外周部２１ｂを治具１０のテーパ面１１に圧接させるようになっている。
【００２５】
また、本実施の形態の治具１０は、前記した排気経路１２、排気装置６等に起因する吸引による空間Ｂ内の減圧によって、基材２１の外周部２１ｂに到達した塗布液を空隙Ｋを通して空間Ｂ内に吸引するようになっている（図１の抜き無し矢印参照）。これにより、塗布液の自重により自然に塗布液が空隙Ｋを通過する場合よりも、確実に外周部２１ｂに到達した塗布液を空隙Ｋを介して空間Ｂ内に通過させることができ、結果として基材２１に、より均一な薄膜２２を成膜することができるものである。
【００２６】
また、本実施の形態では、治具１０のテーパ面１１と、当該テーパ面１１に当接した外周部２１ｂを有する基材２１とで形成される空間Ｂ内に、空間Ｂ内に吸引した塗布液を空間Ｂ内からさらに吸引して排出するための排液経路を有している。本実施の形態では、排気経路１２が排液経路を兼ねる構成となっている。
【００２７】
なお、空間Ｂ内に吸引し、排液経路（ここでは、排気経路１２）を介して排出する塗布液の量が多くて排気や排液に支障が出る場合は、排液経路の先に塗布液排出用の排出口や排液溜まり、スポンジフィルタ等を設けておくと良い。また、排液経路（ここでは、排気経路１２）を介して排出する塗布液の量が少なくて排気や排液に支障がない場合は、特に塗布液排出用の排出口や排液溜まり、スポンジフィルタ等を設けなくても良い。
【００２８】
また、本実施の形態の治具１０の底面には、回転軸３を挿入して固定する回転軸固定部１３を有している。この回転軸固定部１３は、回転軸３が丁度挿入される径に形成されている。
【００２９】
回転ステージ２は、治具１０を固定して回転するものであり、平面視略円形の略平面状に形成されている。本実施の形態では、回転ステージ２への治具１０の固定は、治具１０との接触面で生じる摩擦力で十分であるように形成されているが、例えば、回転ステージ２（又は治具１０）の所定位置から、治具１０（又は回転ステージ２）に形成された固定穴に挿入される固定用突起が突出しており、固定穴に固定用突起が嵌合することで確実に固定される等、他の固定手段を有していても良い。また、回転ステージ２の中心には、回転軸３を通して固定する回転軸固定穴２ａが形成されている。この回転軸固定穴２ａは、回転軸３が丁度貫通できる径に形成されている。
【００３０】
回転軸３は、図示しない回転装置の作動により治具１０の中心線Ａを軸として所定の回転速度で回転するものであり、回転ステージ２に形成された回転軸固定穴２ａを貫通して治具１０の底面に形成された回転軸固定部１３に挿入され、これらを介して回転ステージ２及び治具１０に固定されるようになっている。なお、回転軸３の回転軸固定穴２ａ、回転軸固定部１３への固定方法は任意の固定方法で固定されていれば良い。この回転軸３の中心には、治具１０の排気経路１２に繋がる排気通路４が形成されており、本実施の形態の排気通路４は空間Ｂから排出された塗布液を通す排液通路を兼ねている。
【００３１】
排気管５は、回転軸３の排気通路４と排気装置６を繋ぐ管であり、排気装置６の作動による圧力に耐え得る適宜の管で構成されていれば良い。
【００３２】
排気装置６は、空間Ｂ内を減圧するためのポンプ等で構成されるものであり、当該排気装置６の作動により、排気経路１２、排気通路４及び排気管５を介して空間Ｂ内の空気を吸引して、空間Ｂ内を減圧するようになっている。
【００３３】
次に、本実施の形態の治具１０を有する薄膜形成装置１を用いて、基材２１に薄膜２２を形成する薄膜形方法について、図１及び図２を用いて説明する。
【００３４】
始めに、基材保持工程を行う。この工程では、回転ステージ２の所定位置に治具１０を取り付けておき、当該治具１０のテーパ面１１に、表面２１ａが上側になるようにして基材２１の外周部２１ｂを当接させて、基材２１を治具１０に保持する。なお、治具１０のテーパ面１１に基材２１の外周部２１ｂを当接させる前後の所定のタイミングで、排気装置６を作動させることにより、テーパ面１１に当接させた基材２１の外周部２１ｂを、テーパ面１１に圧接させるようになっても良い。
【００３５】
次に、薄膜形成工程を行う。この工程では、まず、排気装置６を作動させて、排気管５、排気通路４及び排気経路１２を介して、治具１０のテーパ面１１と、当該テーパ面１１に当接した外周部２１ｂを有する基材２１とで形成される空間Ｂ内の空気を吸引し、当該空間Ｂ内を減圧する（図１の白抜きの矢印参照）。これにより、基材保持工程でテーパ面１１に当接させた基材２１の外周部２１ｂをテーパ面１１に圧接させ、基材２１を治具１０に確実に保持させるようにする。
【００３６】
それから、図示しない塗布液塗布装置から、基材２１の表面２１ａの中心に対して、所定量の塗布液（図示省略）を塗布する。本実施の形態では、基材２１の表面２１ａが凸形状であるため、その中心である頂部に塗布液を塗布するようになっている。
【００３７】
その後、図示しない回転装置を作動させて回転軸３を回転させ、当該回転軸３に固定された回転ステージ２及び治具１０を、治具１０の中心線Ａを軸として回転させる。これにより、基材２１の表面２１ａの頂部に塗布した塗布液が基材２１の表面２１ａの外側に向かって広がって、薄膜２２を形成する。
【００３８】
その際、基材２１の表面２１ａの外側に向かって広がった塗布液のうち、最も外側の外周部２１ｂに到達した塗布液は、塗布液の自重及び排気装置６の作動による吸引により、治具１０のテーパ面１１と基材２１の外周部２１ｂとの間に形成された空隙Ｋを通過して、テーパ面１１と基材２１とで形成された空間Ｂ内に吸い込まれるようになっている。空間Ｂ内に吸い込まれた塗布液は、テーパ面１１に沿って下方に流れ、少量の場合はテーパ面１１に付着した状態となる。また、空間Ｂ内に吸い込まれた塗布液が大量の場合は、塗布液はテーパ面１１に沿って当該テーパ面１１で構成される略逆円錐形状の凹部の底部まで流れ、当該底部に形成された排液経路を兼ねた排気経路１２に吸引されて排出されるようになっている。
【００３９】
このように基材２１の表面２１ａの外周部２１ｂに到達した塗布液を、空隙Ｋを介して空間Ｂ内に吸引することで、形成される薄膜の膜厚を基材２１の表面２１ａの中心部（頂部）と外周部２１ｂとで同じにすることができ、均一な膜厚の薄膜を成膜することができるものである。
【００４０】
基材２１の表面２１ａに薄膜を形成したら、次に、ベーク工程を行う。この工程では、まず、排気装置６の吸引を止め、薄膜形成装置１の回転ステージ２から、薄膜形成工程で表面２１ａに薄膜２２を形成した基材２１を保持した状態の治具１０を取り外す。そして、当該治具１０を図示しないベーク装置に搬送し、治具１０に基材２１を保持した状態のままベーク装置に入れて、基材２１に対する薄膜２２の焼付処理を行う。本実施の形態では、塗布液がＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）であり、当該ベーク工程の焼付処理により、ＳｉＯ２膜が形成されるようになっている。
【００４１】
以上により、薄膜２２の成膜が完了し、薄膜付部材２０としての光学部材に対する次の処理工程が行われるものである。
【００４２】
なお、均一な膜厚の薄膜を実現するため、薄膜形成工程で形成された薄膜の膜厚分布の標準偏差は、２０％以内であることが好ましい。
［発明の実施の形態２］
【００４３】
次に、本発明の実施の形態２について、図３を用いて説明する。なお、本実施の形態において、前記した実施の形態１と同様の箇所については、同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。
【００４４】
本実施の形態では、前記した実施の形態１で製造される薄膜付部材２０としての光学部材が薄膜付半球レンズであるのに対して、図３に示すように、基材３１の形状が球体と半球の間の形状となったレンズ（以下、超半球レンズという）で、当該超半球レンズに薄膜３２を形成した薄膜付部材（薄膜付超半球レンズ）３０となっている。
【００４５】
このような基材３１の表面３１ａに塗布液を塗布してスピンコートを行う場合、底面３１ｃが基材３１の最大径より小さくなるため、基材３１における外周部３１ｂ付近の表面３１ａは、上側又は斜め上側を向いておらず、斜め下側を向いた面となってしまう。そのため、通常のスピンコートを行うだけでは、基材３１の頂部に塗布されて外側に広がってきた塗布液が、最大径の部分で遠心力によって外側に飛んでいき、塗布液が外周部３１ｂに到達しないという状態が起こってしまう。
【００４６】
そこで、スピンコートを行うに際して、前記した実施の形態１と同様に、排気装置６による吸引を行うことで、基材３１の最大径の部分に到達した塗布液を外周部３１ｂの方へ吸引することができ、この吸引により通常のスピンコートでは薄膜を形成することが難しかった、超半球レンズにおける表面３１ａの外周部３１ｂに薄膜を形成することができるものである。
【００４７】
なお、前記した実施の形態１と同様に、排気装置６による吸引を行うことで、治具１０のテーパ面１１と、当該テーパ面１１に当接した外周部３１ｂを有する基材３１とで形成される空間Ｃ内を減圧することができる（図３の白抜き矢印参照）。そして、空間Ｃ内を減圧することにより、基材３１の外周部３１ｂを治具１０のテーパ面１１に圧接させることができるものである。
【００４８】
さらに、排気装置６による吸引で、基材３１の表面３１ａにおける最大径の部分から外周部３１ｂに吸引されて薄膜を形成した塗布液が多くなり過ぎて、外周部３１ｂに溜まってしまった場合、前記した実施の形態１と同様に、この塗布液を空隙Ｋを介して空間Ｃ内に吸引することができるようになっている（図３の抜き無し矢印参照）。
【００４９】
なお、薄膜形成装置１の他の構成、治具１０の他の構成及び薄膜形成方法の手順等については、前記した実施の形態１と同様である。
【００５０】
次に、前記した実施の形態１及び前記した実施の形態２の具体的な実施例について、表１を用いて説明する。なお、ここでは、実施の形態１の実施例として実施例１を示し、実施の形態２の実施例として実施例２を示す。また、実施例１の比較例として比較例１を示し、実施例２の比較例として比較例２を示す。
【００５１】
表１における実施例１では、底面２１ｃが５〜７ｍｍ程度の半球レンズ（ここでは、顕微鏡用の対物レンズ）を基材２１として用い、当該半球レンズを、治具１０としてテーパ面１１を形成した金属リングに載置した。そして、半球レンズの表面２１ａをメタノールで十分に洗浄して乾燥させた後、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、製品名：スミセファイン Ｇ２００Ｂ、住友大阪セメント製）コート液をスピンコート法により塗布した。この際の振り切り回転数を６０００ｒｐｍにして製膜を行った。その後、治具１０ごと１６０℃１ｈｒにてベーク処理（焼付処理）を行った。このようにして得られた薄膜２２はＳｉＯ２膜になり、当該薄膜２２が屈折率１．４３であった。
【００５２】
表１における実施例２は、基材３１を半球レンズから３／４球の超半球レンズに変更したこと以外は、実施例１と同じである。
【００５３】
表１における比較例１は、図４に示すような薄膜形成装置１００を用いており、治具としてテーパ面を有していない平坦な治具１１０を用いたこと以外は、実施例１と同じである。なお、比較例１に用いた、図４に示す薄膜形成装置１００において、前記した実施の形態１と同様の箇所については、同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。
【００５４】
表１における比較例２は、治具として、図４に示すような、テーパ面を有していない平坦な治具１１０を用いたこと以外は、実施例２と同じである。すなわち、基材３１を半球レンズから３／４球の超半球レンズに変更したこと以外は、比較例１と同じである。
【００５５】
なお、他の構成や手順等は、前記した実施の形態１に準じるものとする。
【００５６】
そして、当該４つの例について、薄膜を形成した後、表面の頂点（頂部）、中間箇所（半球レンズ及び超半球レンズの頂点と底面の間の丁度中間位置）の４点（９０°毎に計測）、周辺箇所（半球レンズ及び超半球レンズの底面の外周部）の４点（９０°毎に計測）の光学膜厚を計測し、その標準偏差を割り出した。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１に示すように、実施例１及び実施例２では、全体の標準偏差が１０．９及び１０．７と低い値を示し、全体として光学膜厚のばらつきが小さいのに対し、比較例１及び比較例２では、全体の標準偏差が２４．１及び２８．３と高い値を示し、全体として光学膜厚のばらつきが大きいことがわかった。また、中間部分、周辺部分のみの標準偏差についても、実施例１及び実施例２は値が小さいのに対し、比較例１及び比較例２は値が大きくなった。
【００５９】
これらの結果により、スピンコート法においてテーパ面を有する治具を用いることで、平坦（平面）な治具を用いるよりも均一な膜厚の薄膜を形成することができることがわかった。
【００６０】
以上のように、前記した各実施の形態の治具、薄膜形成装置及び薄膜形成方法によれば、スピンコート法により基材の表面に薄膜を形成する場合に、基材の外周部を当接させて保持するテーパ面を有し、当該テーパ面が、外周部との間に、当該外周部に到達した塗布液が通過可能な空隙を形成するように構成された治具を用いるようにしたため、膜厚を中心と外側で同じにすることができ、薄膜を均一に成膜することができる。その結果、均一な膜厚の薄膜を有する光学部材を得ることができる。
【００６１】
また、特に、テーパ面を有する治具を用いると共に、薄膜を形成する際に吸引を行うことで、より一層、均一な薄膜を形成することができる。
【００６２】
なお、以上説明した各実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。
【００６３】
例えば、前記した各実施の形態では、基材として半球レンズ及び超半球レンズを用いて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、半球より底面が短いレンズに適用しても良いし、また、レンズ以外の基材に適用しても良い。
【００６４】
また、前記した各実施の形態では、薄膜として反射防止効果を備えた光学薄膜を用いて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、他の効果を備えた光学薄膜に適用しても良いし、また、光学薄膜以外の薄膜に適用しても良い。
【００６５】
なお、薄膜を形成する物質としては、ビニル系、ポリエステル系、ナイロン系、レジスト類、有機シリコーン系などの有機物や、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＷＯ３等の金属酸化物や、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、クライオライト（Ｎａ３ＡｌＦ６）、ＫＭｇＦ３などの金属フッ化物、などの無機物が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る薄膜形成装置を示す断面図である。
【図２】同実施の形態１に係る薄膜形成装置を示す上面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る薄膜形成装置を示す断面図である。
【図４】比較例１に係る薄膜形成装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 薄膜形成装置
２ 回転ステージ
２ａ 回転軸固定穴
３ 回転軸
４ 排気通路
５ 排気管
６ 排気装置
１０ スピナーテーブル（治具）
１１ テーパ面
１２ 排気経路，排液経路
１３ 回転軸固定部
２０ 光学部材（薄膜付部材）
２１ 光学素子（基材）
２１ａ 表面
２１ｂ 外周部
２２ 光学薄膜（薄膜）
３０ 光学部材
３１ 光学素子（基材）
３１ａ 表面
３１ｂ 外周部
３２ 光学薄膜（薄膜）
Ａ 中心線
Ｂ 空間
Ｃ 空間
Ｋ 空隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材の表面に塗布液を塗布して当該基材を回転させて薄膜を形成するための治具、薄膜形成装置、薄膜形成方法及び当該薄膜形成方法により薄膜が形成された光学部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基材の表面に薄膜を形成する方法として、蒸着法やスパッタリング法等の乾式法と、スピンコート法等の湿式法とが存在する。このうち、湿式法の中の、基材の表面に塗布した塗布液を回転による遠心力によって広げて薄膜を形成するスピンコート法（例えば、特許文献１参照）によって成膜を行えば、乾式の方法よりも均一な膜厚の形成が可能であり、また、大きな面積の薄膜を短時間かつ低コストにて形成することが可能であるという利点がある。
【特許文献１】特開２００３−１５４３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のスピンコート法では、平らなスピナーテーブルの上に基材（例えば、レンズ等）を配置した後、基材の表面に塗布液を塗布し、スピナーテーブルを回転させて塗布液を外側に広げて、薄膜を形成する。そのため、広がった塗布液が基材の外側に溜まってしまい、基材の中心と外側とで膜厚が変わってしまうという不具合が生じる場合があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スピンコート法により基材の表面に薄膜を形成する場合に、均一に成膜することができる治具、薄膜形成装置及び薄膜形成方法並びに当該薄膜形成方法により薄膜が形成された光学部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を解決するために、本発明は、表面（２１ａ）の少なくとも一部に塗布液が塗布された基材（２１）を保持して回転し、前記表面に前記塗布液の薄膜（２２）を形成するための治具（１０）であって、前記基材の外周部（２１ｂ）を当接させて保持するテーパ面（１１）を有し、該テーパ面は、前記外周部との間に、該外周部に到達した前記塗布液が通過可能な空隙（Ｋ）を形成する治具としたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、前記治具（１０）を備えた薄膜形成装置（１）であって、前記治具が着脱自在に構成された回転軸（３）と、該回転軸を通して前記排気経路（４）に接続される排気装置（６）と、を有する薄膜形成装置としたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、表面（２１ａ）の少なくとも一部に塗布液が塗布された基材（２１）を保持して回転する治具（１０）を用いて、前記表面に前記塗布液の薄膜（２２）を形成する薄膜形成方法において、前記治具は、前記基材の外周部（２１ｂ）を当接させて保持するテーパ面（１１）を有し、該テーパ面は、前記外周部との間に、該外周部に到達した前記塗布液が通過可能な空隙（Ｋ）を形成しており、前記表面が上側になるようにして前記外周部を前記テーパ面に当接させて、前記基材を前記治具に保持する基材保持工程と、前記表面に前記塗布液を塗布して、前記基材を保持した前記治具を回転させ、前記表面に前記薄膜を形成する薄膜形成工程と、を有し、前記薄膜形成工程で、前記外周部に到達した前記塗布液が、前記空隙を通過するようになっている薄膜形成方法としたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記薄膜形成方法によって薄膜（２２）が形成された光学部材（２０）としたことを特徴とする。
【０００９】
なお、ここでは、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものではないことは言及するまでもない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スピンコート法により基材の表面に薄膜を形成する場合に、基材の外周部を当接させて保持するテーパ面を有し、当該テーパ面が、外周部との間に、当該外周部に到達した塗布液が通過可能な空隙を形成するように構成された治具を用いるようにしたため、膜厚を中心と外側で同じにすることができ、薄膜を均一に成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態１に係る薄膜形成装置を示す断面図である。図２は、同実施の形態１に係る薄膜形成装置を示す上面図である。図３は、本発明の実施の形態２に係る薄膜形成装置を示す断面図である。
［発明の実施の形態１］
【００１３】
以下、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１４】
まず、本実施の形態で薄膜が形成されて製造される薄膜付部材２０について説明する。本実施の形態における薄膜付部材２０は、図１に示すように、基材２１として凸形状の表面２１ａを有する光学素子（例えば、レンズ）を有し、当該基材２１の表面２１ａに塗布液（本実施の形態では、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン））を塗布してそれを薄く広げることで、薄膜２２として反射防止効果を備えた光学薄膜（本実施の形態では、ＳｉＯ２膜）を成膜した光学部材である。なお、本実施の形態における基材としての光学素子（レンズ）２１は、半球形状の表面２１ａと略平面の底面２１ｃを有する半球レンズとなっている。また、表面２１ａと底面２１ｃとが交わる部位及びその付近を基材２１の外周部２１ｂと呼ぶこととする。
【００１５】
次に、本実施の形態における薄膜形成装置１について説明する。本実施の形態における薄膜形成装置１は、図１及び図２に示すように、基材２１を保持する治具１０としてのスピナーテーブル、当該治具１０を配置する回転ステージ２、回転ステージ２及び治具１０に挿入して当該回転ステージ２及び治具１０を回転させる回転軸３、当該回転軸３の中に形成されて後述する治具１０の排気経路１２に連通する排気通路４、当該排気通路４に連通する排気管５、当該排気管５に連通する排気装置６、図示しない塗布液塗布装置等を有している。
【００１６】
治具１０は、基材２１を保持して回転するものであり、回転しやすいように平面視略円形の略円柱形状に構成されている。この治具１０は回転ステージ２に配置、固定されるものであり、回転軸３及び回転ステージ２と共に回転するように構成されるものである。
【００１７】
また、本実施の形態の治具１０は、薄膜形成装置１の回転ステージ２に対して着脱自在となっており、後述するベーク工程の際には、表面２１ａに薄膜２２を形成した基材２１を保持した状態の治具１０を回転ステージ２から取り外して、図示しないベーク装置に移動させることが可能となっている。さらに、本実施の形態の治具１０は、ベーク工程における焼付処理の温度に耐え得る材質（金属又は耐熱樹脂）で形成されている。
【００１８】
治具１０の上面の中心部には、治具１０の中心線Ａを中心としたテーパ面１１が形成されている。このテーパ面１１は、基材２１を保持する保持部の役割を果たす部位であり、当該テーパ面１１で構成される略逆円錐形状の凹部の直径が、少なくとも保持する基材２１の外周部２１ｂの直径より大きくなるように構成されている。
【００１９】
また、治具１０のテーパ面１１と基材２１の外周部２１ｂとの間には、複数の空隙Ｋが形成されている。後述するように、基材２１の表面２１ａの少なくとも一部（例えば中心部分）に図示しない塗布液塗布装置から所定量の塗布液（図示省略）を塗布して、基材２１を保持した治具１０を回転させることにより、塗布された塗布液が外側に向かって広がって薄膜２２を形成していくが、空隙Ｋは、このときに、基材２１の外周部２１ｂに到達した塗布液が、複数の空隙Ｋを通過してテーパ面１１に沿って下方に流れるようにするものである。
【００２０】
空隙Ｋが形成される箇所は、基材２１の外周部２１ｂと治具１０のテーパ面１１とが当接する部分のいずれの場所に形成されていても良いが、できるだけ多くの空隙Ｋが形成されている方が、塗布液をスムーズに通過させることができて好ましい。ただし、空隙Ｋが多過ぎたり大き過ぎたりして治具１０のテーパ面１１による基材２１の保持力が損なわれないように、空隙Ｋの数及び大きさを調整する必要がある。
【００２１】
また、本実施の形態では、治具１０のテーパ面１１における基材２１の外周部２１ｂを当接させる部分に粗面を有しており、これにより空隙Ｋが形成されるようになっているが、これに限るものではなく、基材２１の外周部２１ｂに粗面を有しており、これにより、この粗面と治具１０のテーパ面１１とが当接する部分に空隙Ｋが形成されるようになっていても良い。また、治具１０のテーパ面１１における基材２１の外周部２１ｂを当接させる部分と、基材２１の外周部２１ｂに粗面の双方に粗面を有しており、これにより空隙Ｋが形成されるようになっていても良い。
【００２２】
空隙Ｋを形成するための粗面は、加工工具や加工条件を適切に選択することによって、治具１０のテーパ面１１や基材２１の外周部２１ｂを所定形状に加工する際に、同時に形成することができる。また、テーパ面１１や外周部２１ｂを所定形状に加工した後に、サンドブラスト等の手段によって、所望の表面粗さを有する粗面を形成しても良い。
【００２３】
粗面の表面粗さはＲａで１〜１０μｍであることが好ましい。表面粗さが１μｍよりも小さくなると塗布液が空隙Ｋを通過しにくくなり、１０μｍよりも大きくなると薄膜形成の均一性が低下する傾向にある。
【００２４】
また、本実施の形態の治具１０は、排気経路１２を有している。排気経路１２は、回転軸３の中を通る排気通路４、排気管５を介して排気装置６に繋がっており、ここでは、テーパ面１１による凹部の底部に形成されている。この排気経路１２は、治具１０のテーパ面１１と、当該テーパ面１１に当接した外周部２１ｂを有する基材２１とで形成される空間Ｂ内を減圧するためのものであり、排気装置６を作動させることにより、排気管５、排気通路４及び排気経路１２を介して前記空間Ｂ内の空気を吸引して当該空間Ｂ内を減圧するようになっている（図１の白抜きの矢印参照）。そして、空間Ｂ内を減圧することにより、基材２１の外周部２１ｂを治具１０のテーパ面１１に圧接させるようになっている。
【００２５】
また、本実施の形態の治具１０は、前記した排気経路１２、排気装置６等に起因する吸引による空間Ｂ内の減圧によって、基材２１の外周部２１ｂに到達した塗布液を空隙Ｋを通して空間Ｂ内に吸引するようになっている（図１の抜き無し矢印参照）。これにより、塗布液の自重により自然に塗布液が空隙Ｋを通過する場合よりも、確実に外周部２１ｂに到達した塗布液を空隙Ｋを介して空間Ｂ内に通過させることができ、結果として基材２１に、より均一な薄膜２２を成膜することができるものである。
【００２６】
また、本実施の形態では、治具１０のテーパ面１１と、当該テーパ面１１に当接した外周部２１ｂを有する基材２１とで形成される空間Ｂ内に、空間Ｂ内に吸引した塗布液を空間Ｂ内からさらに吸引して排出するための排液経路を有している。本実施の形態では、排気経路１２が排液経路を兼ねる構成となっている。
【００２７】
なお、空間Ｂ内に吸引し、排液経路（ここでは、排気経路１２）を介して排出する塗布液の量が多くて排気や排液に支障が出る場合は、排液経路の先に塗布液排出用の排出口や排液溜まり、スポンジフィルタ等を設けておくと良い。また、排液経路（ここでは、排気経路１２）を介して排出する塗布液の量が少なくて排気や排液に支障がない場合は、特に塗布液排出用の排出口や排液溜まり、スポンジフィルタ等を設けなくても良い。
【００２８】
また、本実施の形態の治具１０の底面には、回転軸３を挿入して固定する回転軸固定部１３を有している。この回転軸固定部１３は、回転軸３が丁度挿入される径に形成されている。
【００２９】
回転ステージ２は、治具１０を固定して回転するものであり、平面視略円形の略平面状に形成されている。本実施の形態では、回転ステージ２への治具１０の固定は、治具１０との接触面で生じる摩擦力で十分であるように形成されているが、例えば、回転ステージ２（又は治具１０）の所定位置から、治具１０（又は回転ステージ２）に形成された固定穴に挿入される固定用突起が突出しており、固定穴に固定用突起が嵌合することで確実に固定される等、他の固定手段を有していても良い。また、回転ステージ２の中心には、回転軸３を通して固定する回転軸固定穴２ａが形成されている。この回転軸固定穴２ａは、回転軸３が丁度貫通できる径に形成されている。
【００３０】
回転軸３は、図示しない回転装置の作動により治具１０の中心線Ａを軸として所定の回転速度で回転するものであり、回転ステージ２に形成された回転軸固定穴２ａを貫通して治具１０の底面に形成された回転軸固定部１３に挿入され、これらを介して回転ステージ２及び治具１０に固定されるようになっている。なお、回転軸３の回転軸固定穴２ａ、回転軸固定部１３への固定方法は任意の固定方法で固定されていれば良い。この回転軸３の中心には、治具１０の排気経路１２に繋がる排気通路４が形成されており、本実施の形態の排気通路４は空間Ｂから排出された塗布液を通す排液通路を兼ねている。
【００３１】
排気管５は、回転軸３の排気通路４と排気装置６を繋ぐ管であり、排気装置６の作動による圧力に耐え得る適宜の管で構成されていれば良い。
【００３２】
排気装置６は、空間Ｂ内を減圧するためのポンプ等で構成されるものであり、当該排気装置６の作動により、排気経路１２、排気通路４及び排気管５を介して空間Ｂ内の空気を吸引して、空間Ｂ内を減圧するようになっている。
【００３３】
次に、本実施の形態の治具１０を有する薄膜形成装置１を用いて、基材２１に薄膜２２を形成する薄膜形方法について、図１及び図２を用いて説明する。
【００３４】
始めに、基材保持工程を行う。この工程では、回転ステージ２の所定位置に治具１０を取り付けておき、当該治具１０のテーパ面１１に、表面２１ａが上側になるようにして基材２１の外周部２１ｂを当接させて、基材２１を治具１０に保持する。なお、治具１０のテーパ面１１に基材２１の外周部２１ｂを当接させる前後の所定のタイミングで、排気装置６を作動させることにより、テーパ面１１に当接させた基材２１の外周部２１ｂを、テーパ面１１に圧接させるようになっても良い。
【００３５】
次に、薄膜形成工程を行う。この工程では、まず、排気装置６を作動させて、排気管５、排気通路４及び排気経路１２を介して、治具１０のテーパ面１１と、当該テーパ面１１に当接した外周部２１ｂを有する基材２１とで形成される空間Ｂ内の空気を吸引し、当該空間Ｂ内を減圧する（図１の白抜きの矢印参照）。これにより、基材保持工程でテーパ面１１に当接させた基材２１の外周部２１ｂをテーパ面１１に圧接させ、基材２１を治具１０に確実に保持させるようにする。
【００３６】
それから、図示しない塗布液塗布装置から、基材２１の表面２１ａの中心に対して、所定量の塗布液（図示省略）を塗布する。本実施の形態では、基材２１の表面２１ａが凸形状であるため、その中心である頂部に塗布液を塗布するようになっている。
【００３７】
その後、図示しない回転装置を作動させて回転軸３を回転させ、当該回転軸３に固定された回転ステージ２及び治具１０を、治具１０の中心線Ａを軸として回転させる。これにより、基材２１の表面２１ａの頂部に塗布した塗布液が基材２１の表面２１ａの外側に向かって広がって、薄膜２２を形成する。
【００３８】
その際、基材２１の表面２１ａの外側に向かって広がった塗布液のうち、最も外側の外周部２１ｂに到達した塗布液は、塗布液の自重及び排気装置６の作動による吸引により、治具１０のテーパ面１１と基材２１の外周部２１ｂとの間に形成された空隙Ｋを通過して、テーパ面１１と基材２１とで形成された空間Ｂ内に吸い込まれるようになっている。空間Ｂ内に吸い込まれた塗布液は、テーパ面１１に沿って下方に流れ、少量の場合はテーパ面１１に付着した状態となる。また、空間Ｂ内に吸い込まれた塗布液が大量の場合は、塗布液はテーパ面１１に沿って当該テーパ面１１で構成される略逆円錐形状の凹部の底部まで流れ、当該底部に形成された排液経路を兼ねた排気経路１２に吸引されて排出されるようになっている。
【００３９】
このように基材２１の表面２１ａの外周部２１ｂに到達した塗布液を、空隙Ｋを介して空間Ｂ内に吸引することで、形成される薄膜の膜厚を基材２１の表面２１ａの中心部（頂部）と外周部２１ｂとで同じにすることができ、均一な膜厚の薄膜を成膜することができるものである。
【００４０】
基材２１の表面２１ａに薄膜を形成したら、次に、ベーク工程を行う。この工程では、まず、排気装置６の吸引を止め、薄膜形成装置１の回転ステージ２から、薄膜形成工程で表面２１ａに薄膜２２を形成した基材２１を保持した状態の治具１０を取り外す。そして、当該治具１０を図示しないベーク装置に搬送し、治具１０に基材２１を保持した状態のままベーク装置に入れて、基材２１に対する薄膜２２の焼付処理を行う。本実施の形態では、塗布液がＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）であり、当該ベーク工程の焼付処理により、ＳｉＯ２膜が形成されるようになっている。
【００４１】
以上により、薄膜２２の成膜が完了し、薄膜付部材２０としての光学部材に対する次の処理工程が行われるものである。
【００４２】
なお、均一な膜厚の薄膜を実現するため、薄膜形成工程で形成された薄膜の膜厚分布の標準偏差は、２０％以内であることが好ましい。
［発明の実施の形態２］
【００４３】
次に、本発明の実施の形態２について、図３を用いて説明する。なお、本実施の形態において、前記した実施の形態１と同様の箇所については、同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。
【００４４】
本実施の形態では、前記した実施の形態１で製造される薄膜付部材２０としての光学部材が薄膜付半球レンズであるのに対して、図３に示すように、基材３１の形状が球体と半球の間の形状となったレンズ（以下、超半球レンズという）で、当該超半球レンズに薄膜３２を形成した薄膜付部材（薄膜付超半球レンズ）３０となっている。
【００４５】
このような基材３１の表面３１ａに塗布液を塗布してスピンコートを行う場合、底面３１ｃが基材３１の最大径より小さくなるため、基材３１における外周部３１ｂ付近の表面３１ａは、上側又は斜め上側を向いておらず、斜め下側を向いた面となってしまう。そのため、通常のスピンコートを行うだけでは、基材３１の頂部に塗布されて外側に広がってきた塗布液が、最大径の部分で遠心力によって外側に飛んでいき、塗布液が外周部３１ｂに到達しないという状態が起こってしまう。
【００４６】
そこで、スピンコートを行うに際して、前記した実施の形態１と同様に、排気装置６による吸引を行うことで、基材３１の最大径の部分に到達した塗布液を外周部３１ｂの方へ吸引することができ、この吸引により通常のスピンコートでは薄膜を形成することが難しかった、超半球レンズにおける表面３１ａの外周部３１ｂに薄膜を形成することができるものである。
【００４７】
なお、前記した実施の形態１と同様に、排気装置６による吸引を行うことで、治具１０のテーパ面１１と、当該テーパ面１１に当接した外周部３１ｂを有する基材３１とで形成される空間Ｃ内を減圧することができる（図３の白抜き矢印参照）。そして、空間Ｃ内を減圧することにより、基材３１の外周部３１ｂを治具１０のテーパ面１１に圧接させることができるものである。
【００４８】
さらに、排気装置６による吸引で、基材３１の表面３１ａにおける最大径の部分から外周部３１ｂに吸引されて薄膜を形成した塗布液が多くなり過ぎて、外周部３１ｂに溜まってしまった場合、前記した実施の形態１と同様に、この塗布液を空隙Ｋを介して空間Ｃ内に吸引することができるようになっている（図３の抜き無し矢印参照）。
【００４９】
なお、薄膜形成装置１の他の構成、治具１０の他の構成及び薄膜形成方法の手順等については、前記した実施の形態１と同様である。
【００５０】
次に、前記した実施の形態１及び前記した実施の形態２の具体的な実施例について、表１を用いて説明する。なお、ここでは、実施の形態１の実施例として実施例１を示し、実施の形態２の実施例として実施例２を示す。また、実施例１の比較例として比較例１を示し、実施例２の比較例として比較例２を示す。
【００５１】
表１における実施例１では、底面２１ｃが５〜７ｍｍ程度の半球レンズ（ここでは、顕微鏡用の対物レンズ）を基材２１として用い、当該半球レンズを、治具１０としてテーパ面１１を形成した金属リングに載置した。そして、半球レンズの表面２１ａをメタノールで十分に洗浄して乾燥させた後、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、製品名：スミセファイン Ｇ２００Ｂ、住友大阪セメント製）コート液をスピンコート法により塗布した。この際の振り切り回転数を６０００ｒｐｍにして製膜を行った。その後、治具１０ごと１６０℃１ｈｒにてベーク処理（焼付処理）を行った。このようにして得られた薄膜２２はＳｉＯ２膜になり、当該薄膜２２が屈折率１．４３であった。
【００５２】
表１における実施例２は、基材３１を半球レンズから３／４球の超半球レンズに変更したこと以外は、実施例１と同じである。
【００５３】
表１における比較例１は、図４に示すような薄膜形成装置１００を用いており、治具としてテーパ面を有していない平坦な治具１１０を用いたこと以外は、実施例１と同じである。なお、比較例１に用いた、図４に示す薄膜形成装置１００において、前記した実施の形態１と同様の箇所については、同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。
【００５４】
表１における比較例２は、治具として、図４に示すような、テーパ面を有していない平坦な治具１１０を用いたこと以外は、実施例２と同じである。すなわち、基材３１を半球レンズから３／４球の超半球レンズに変更したこと以外は、比較例１と同じである。
【００５５】
なお、他の構成や手順等は、前記した実施の形態１に準じるものとする。
【００５６】
そして、当該４つの例について、薄膜を形成した後、表面の頂点（頂部）、中間箇所（半球レンズ及び超半球レンズの頂点と底面の間の丁度中間位置）の４点（９０°毎に計測）、周辺箇所（半球レンズ及び超半球レンズの底面の外周部）の４点（９０°毎に計測）の光学膜厚を計測し、その標準偏差を割り出した。
【００５７】
【表１】
【００５８】
表１に示すように、実施例１及び実施例２では、全体の標準偏差が１０．９及び１０．７と低い値を示し、全体として光学膜厚のばらつきが小さいのに対し、比較例１及び比較例２では、全体の標準偏差が２４．１及び２８．３と高い値を示し、全体として光学膜厚のばらつきが大きいことがわかった。また、中間部分、周辺部分のみの標準偏差についても、実施例１及び実施例２は値が小さいのに対し、比較例１及び比較例２は値が大きくなった。
【００５９】
これらの結果により、スピンコート法においてテーパ面を有する治具を用いることで、平坦（平面）な治具を用いるよりも均一な膜厚の薄膜を形成することができることがわかった。
【００６０】
以上のように、前記した各実施の形態の治具、薄膜形成装置及び薄膜形成方法によれば、スピンコート法により基材の表面に薄膜を形成する場合に、基材の外周部を当接させて保持するテーパ面を有し、当該テーパ面が、外周部との間に、当該外周部に到達した塗布液が通過可能な空隙を形成するように構成された治具を用いるようにしたため、膜厚を中心と外側で同じにすることができ、薄膜を均一に成膜することができる。その結果、均一な膜厚の薄膜を有する光学部材を得ることができる。
【００６１】
また、特に、テーパ面を有する治具を用いると共に、薄膜を形成する際に吸引を行うことで、より一層、均一な薄膜を形成することができる。
【００６２】
なお、以上説明した各実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。
【００６３】
例えば、前記した各実施の形態では、基材として半球レンズ及び超半球レンズを用いて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、半球より底面が短いレンズに適用しても良いし、また、レンズ以外の基材に適用しても良い。
【００６４】
また、前記した各実施の形態では、薄膜として反射防止効果を備えた光学薄膜を用いて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、他の効果を備えた光学薄膜に適用しても良いし、また、光学薄膜以外の薄膜に適用しても良い。
【００６５】
なお、薄膜を形成する物質としては、ビニル系、ポリエステル系、ナイロン系、レジスト類、有機シリコーン系などの有機物や、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＷＯ３等の金属酸化物や、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、クライオライト（Ｎａ３ＡｌＦ６）、ＫＭｇＦ３などの金属フッ化物、などの無機物が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る薄膜形成装置を示す断面図である。
【図２】同実施の形態１に係る薄膜形成装置を示す上面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る薄膜形成装置を示す断面図である。
【図４】比較例１に係る薄膜形成装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 薄膜形成装置
２ 回転ステージ
２ａ 回転軸固定穴
３ 回転軸
４ 排気通路
５ 排気管
６ 排気装置
１０ スピナーテーブル（治具）
１１ テーパ面
１２ 排気経路，排液経路
１３ 回転軸固定部
２０ 光学部材（薄膜付部材）
２１ 光学素子（基材）
２１ａ 表面
２１ｂ 外周部
２２ 光学薄膜（薄膜）
３０ 光学部材
３１ 光学素子（基材）
３１ａ 表面
３１ｂ 外周部
３２ 光学薄膜（薄膜）
Ａ 中心線
Ｂ 空間
Ｃ 空間
Ｋ 空隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一部に塗布液が塗布された基材を保持して回転し、前記表面に前記塗布液の薄膜を形成するための治具であって、
前記基材の外周部を当接させて保持するテーパ面を有し、
該テーパ面は、前記外周部との間に、該外周部に到達した前記塗布液が通過可能な空隙を形成することを特徴とする治具。
【請求項２】
前記テーパ面は、前記外周部を当接させる部分に粗面を有し、
前記空隙が、前記外周部と前記粗面との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の治具。
【請求項３】
前記テーパ面と前記基材とで形成される空間内を減圧するための排気経路を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の治具。
【請求項４】
前記空間内に前記空隙を通して吸引された前記塗布液を排出するための排液経路を有することを特徴とする請求項３に記載の治具。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つに記載の治具を備えた薄膜形成装置であって、
前記治具が着脱自在に構成された回転軸と、
該回転軸を通して前記排気経路に接続される排気装置と、
を有することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】
表面の少なくとも一部に塗布液が塗布された基材を保持して回転する治具を用いて、前記表面に前記塗布液の薄膜を形成する薄膜形成方法において、
前記治具は、
前記基材の外周部を当接させて保持するテーパ面を有し、
該テーパ面は、前記外周部との間に、該外周部に到達した前記塗布液が通過可能な空隙を形成しており、
前記表面が上側になるようにして前記外周部を前記テーパ面に当接させて、前記基材を前記治具に保持する基材保持工程と、
前記表面に前記塗布液を塗布して、前記基材を保持した前記治具を回転させ、前記表面に前記薄膜を形成する薄膜形成工程と、を有し、
前記薄膜形成工程で、前記外周部に到達した前記塗布液が、前記空隙を通過するようになっていることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項７】
前記基材が光学素子、前記薄膜が光学薄膜であることを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成方法。
【請求項８】
前記塗布液がテトラエトキシシランであることを特徴とする請求項６又は７に記載の薄膜形成方法。
【請求項９】
前記薄膜形成工程の後、焼付処理を行うベーク工程を有しており、
前記治具は、薄膜形成装置に対して着脱自在で、かつ、前記ベーク工程における温度に耐え得る材質で形成されており、
前記ベーク工程に際し、
前記薄膜形成工程で前記表面に前記薄膜を形成した前記基材を保持した状態の前記治具を前記薄膜形成装置から取り外し、
前記治具に前記基材を保持した状態で前記ベーク工程を行うことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一つに記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記治具は、前記テーパ面と前記基材とで形成される空間内を減圧するための排気経路を有し、
薄膜形成装置は、前記排気経路に接続される排気装置を有しており、
前記薄膜形成工程で、前記排気装置及び前記排気経路により前記空間内を減圧することで、前記外周部を前記テーパ面に圧接させると共に、前記外周部に到達した前記塗布液を前記空間内に前記空隙を通して吸引することを特徴とする請求項６乃至９の何れか一つに記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】
前記治具は、前記空間内に前記空隙を通して吸引された前記塗布液を排出するための排液経路を有しており、
前記薄膜形成工程で、前記空間内に前記空隙を通して吸引した前記塗布液を、さらに前記排液経路に排出することを特徴とする請求項１０に記載の薄膜形成方法。
【請求項１２】
前記薄膜形成工程で形成された薄膜の膜厚分布の標準偏差が２０％以内であることを特徴とする請求項６乃至１１の何れか一つに記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】
前記基材が半球又は超半球であることを特徴とする請求項６乃至１２の何れか一つに記載の薄膜形成方法。
【請求項１４】
請求項６乃至１３の何れか一つに記載の薄膜形成方法によって薄膜が形成されたことを特徴とする光学部材。
【請求項１】
表面の少なくとも一部に塗布液が塗布された基材を保持して回転し、前記表面に前記塗布液の薄膜を形成するための治具であって、
前記基材の外周部を当接させて保持するテーパ面を有し、
該テーパ面は、前記外周部との間に、該外周部に到達した前記塗布液が通過可能な空隙を形成することを特徴とする治具。
【請求項２】
前記テーパ面は、前記外周部を当接させる部分に粗面を有し、
前記空隙が、前記外周部と前記粗面との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の治具。
【請求項３】
前記テーパ面と前記基材とで形成される空間内を減圧するための排気経路を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の治具。
【請求項４】
前記空間内に前記空隙を通して吸引された前記塗布液を排出するための排液経路を有することを特徴とする請求項３に記載の治具。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つに記載の治具を備えた薄膜形成装置であって、
前記治具が着脱自在に構成された回転軸と、
該回転軸を通して前記排気経路に接続される排気装置と、
を有することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】
表面の少なくとも一部に塗布液が塗布された基材を保持して回転する治具を用いて、前記表面に前記塗布液の薄膜を形成する薄膜形成方法において、
前記治具は、
前記基材の外周部を当接させて保持するテーパ面を有し、
該テーパ面は、前記外周部との間に、該外周部に到達した前記塗布液が通過可能な空隙を形成しており、
前記表面が上側になるようにして前記外周部を前記テーパ面に当接させて、前記基材を前記治具に保持する基材保持工程と、
前記表面に前記塗布液を塗布して、前記基材を保持した前記治具を回転させ、前記表面に前記薄膜を形成する薄膜形成工程と、を有し、
前記薄膜形成工程で、前記外周部に到達した前記塗布液が、前記空隙を通過するようになっていることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項７】
前記基材が光学素子、前記薄膜が光学薄膜であることを特徴とする請求項６に記載の薄膜形成方法。
【請求項８】
前記塗布液がテトラエトキシシランであることを特徴とする請求項６又は７に記載の薄膜形成方法。
【請求項９】
前記薄膜形成工程の後、焼付処理を行うベーク工程を有しており、
前記治具は、薄膜形成装置に対して着脱自在で、かつ、前記ベーク工程における温度に耐え得る材質で形成されており、
前記ベーク工程に際し、
前記薄膜形成工程で前記表面に前記薄膜を形成した前記基材を保持した状態の前記治具を前記薄膜形成装置から取り外し、
前記治具に前記基材を保持した状態で前記ベーク工程を行うことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一つに記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記治具は、前記テーパ面と前記基材とで形成される空間内を減圧するための排気経路を有し、
薄膜形成装置は、前記排気経路に接続される排気装置を有しており、
前記薄膜形成工程で、前記排気装置及び前記排気経路により前記空間内を減圧することで、前記外周部を前記テーパ面に圧接させると共に、前記外周部に到達した前記塗布液を前記空間内に前記空隙を通して吸引することを特徴とする請求項６乃至９の何れか一つに記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】
前記治具は、前記空間内に前記空隙を通して吸引された前記塗布液を排出するための排液経路を有しており、
前記薄膜形成工程で、前記空間内に前記空隙を通して吸引した前記塗布液を、さらに前記排液経路に排出することを特徴とする請求項１０に記載の薄膜形成方法。
【請求項１２】
前記薄膜形成工程で形成された薄膜の膜厚分布の標準偏差が２０％以内であることを特徴とする請求項６乃至１１の何れか一つに記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】
前記基材が半球又は超半球であることを特徴とする請求項６乃至１２の何れか一つに記載の薄膜形成方法。
【請求項１４】
請求項６乃至１３の何れか一つに記載の薄膜形成方法によって薄膜が形成されたことを特徴とする光学部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１２３７５（Ｐ２０１０−１２３７５Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７２３２２（Ｐ２００８−１７２３２２）
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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