CN104204270A - 真空成膜装置及真空成膜方法 - Google Patents

Abstract

为了提供一种不论保护对象部件为何部件均能够将附着膜的剥离抑制在极低水平的真空成膜装置用防附着板，而以减小与保护对象部件的接触面积、并且使接触面以外隔热的方式配置防附着板。

Description

真空成膜装置及真空成膜方法

技术领域

本发明涉及真空成膜装置及真空成膜方法。

背景技术

关于对基材赋予功能膜的方法，存在特征分别不同的各种方法，根据功能膜所追求的特性或生产性而适当选择使用。蒸镀法或溅射法、CVD法等真空成膜法是通过在真空腔室内使成膜物质的颗粒附着并堆积于基材上而在基材上形成薄膜的技术，但存在如下问题：在基材以外的部位、例如真空腔室的内壁或基材的输送装置等上也会附着成膜物质的颗粒，附着于基材以外的部位的膜剥离而对基材产生影响，从而产生产品缺陷或者引起设备故障。为了避免这样的问题，通常在基材以外的不希望附着成膜物质的颗粒的部位设置防附着板。

由铝箔或铜箔等覆盖对象部位并在1批次的成膜结束后连同箔一起废弃的方法，作为可简便地获得防附着效果的方法而使用，但在该方法中，废弃物的量很多，另外在运行成本方面也产生大的负荷。

因此，也使用如下方法：代替箔而使用金属板作为防附着板，使附着于防附着板的成膜物质的膜剥离后对防附着板进行再利用，由此来减少废弃物量。但是，在该方法中，由于附着于防附着板的膜在成膜过程中剥离、脱落而会产生碎屑，碎屑会附着于基材或对成膜带来不良影响，从而成为引发产品缺陷的原因。

在专利文献1中示出了在ITO溅射装置中使用的防附着板的形态。是为了提高防附着板与ITO膜的紧贴力而使防附着板表面粗糙来谋求扩大接触面积的技术。防附着板能够通过利用蚀刻或喷砂将所附着的ITO膜除去而再利用。

另外，在专利文献2中示出了在薄膜制造装置中使用的防附着板的形态。是通过在防附着板表面形成槽，并进一步对表层赋予热喷镀膜来确保紧贴力的技术。通过使附着于防附着板的膜连同热喷镀膜一起剥离并再次赋予热喷镀膜，能够对防附着板进行再利用。

另外，在专利文献3中示出了金属成膜装置中的防止金属膜剥离构造的形态。具有以下特征：为了使附着金属膜不会从金属膜附着并堆积的规定部件上剥离脱落，而在部件表面形成由铝或铝合金形成的热喷镀膜，并且，将其表面适当粗面化。是通过粗面化来增大表面积从而提高紧贴力、并且使热喷镀膜具有附着膜的应力缓和效果来防止剥离的技术。

任一方法均对防止剥离具有一定程度的效果，但根据本申请发明人等的见解，在进行长时间连续成膜的工序或成膜速度极高的制程中，由于堆积在防附着板上的膜厚增厚而导致膜应力增大，当膜应力大于紧贴力时附着膜剥离的情况较多。另外，对于用于保护冷却部件的防附着板，防附着板本身因传热而受到冷却的影响，到达防附着板的成膜物质的颗粒边被急速冷却边逐渐形成膜。因此膜应力变得极大，立刻从防附着板剥离。在像这样膜应力增大的制程中使用时效果不充分。

在专利文献4中示出了以消除这些缺点为目的的防附着板的形态。是直接对防附着板本身进行温度调节的技术。由此，通过将成膜颗粒与防附着板的温度差最优化而以尽可能小的膜应力进行成膜，来防止因膜应力导致的剥离。根据本申请发明人等的见解，该方法虽然可能对于防止附着膜的剥离极为有效，但具有以下所示那样的课题。

首先，需要在防附着板上设置用于温度调节的加热器或冷却器、或者它们双方。因此，防附着板本身的尺寸会大型化。其结果是，遮蔽成膜颗粒的区域增多，会导致成膜速率下降等对成膜装置而言极为严重的不良影响。

另外，真空成膜装置的内部基本上最好是结构物较少。这是因为会受到来自部件的外部气体的影响。然而，为了对防附着板本身进行温度调节而需要在防附着板上安装加热器或冷却器，不得不在真空槽内设置多余的加热器或冷却器。根据加热器或冷却器的材质或构造的不同，有可能因外部气体的影响而导致花费的排气时间更多或在温度调节过程中真空度产生变化，另外，由于不得不从大气侧向真空槽内导入加热器或冷却器的热媒或动力源等，所以产生在导入部可能存在真空泄漏等、对真空装置而言不希望的风险。

专利文献1:日本特开平8－333678号公报

专利文献2:日本特开2006－57172号公报

专利文献3:日本特开2008－291299号公报

专利文献4:日本特开平6－322528号公报

发明内容

本发明的目的在于，解决上述课题，通过提供一种能够进行再利用、并且能够使对保护对象部件的防止附着膜功能和附着于防附着板上的膜的防止剥离功能并存的防附着板，而提供高品质且稳定的真空成膜装置及真空成膜方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种真空成膜装置，是在基材上形成成膜物质的膜的真空成膜装置，其特征在于，防附着板以将保护对象部件的至少一部分覆盖的方式配置，且防止上述成膜物质的颗粒向上述保护对象部件的附着，上述防附着板以如下方式配置：使包含上述保护对象部件在内的其他结构物与上述防附着板的接触面的面积，小于上述防附着板的使成膜物质的颗粒附着的附着膜面的面积，并且，在除上述接触面之外的面与包含上述保护对象部件在内的其他结构物之间，设置第1隔热部件。

另外，根据本发明的优选方式，提供一种真空成膜装置，其特征在于，上述保护对象部件是被冷却机构冷却了的部件。

另外，根据本发明的其他优选方式，提供一种真空成膜装置，其特征在于，包含上述保护对象部件在内的其他结构物与上述防附着板的上述接触面，仅设置在与上述成膜物质的成膜源距离远的一侧。

根据本发明的其他优选方式，提供一种真空成膜装置，其特征在于，使包含上述保护对象部件在内的其他结构物与上述防附着板的接触，在上述防附着板的端部进行。

根据本发明的其他优选方式，提供一种真空成膜装置，其特征在于，在上述防附着板的上述附着膜面上形成有通过热喷镀法而成膜的热喷镀膜。

根据本发明的其他优选方式，提供一种真空成膜装置，其特征在于，在安装上述防附着板的部件与上述防附着板接触的接触面上，以夹入的方式安装有第2隔热部件。

根据本发明的其他优选方式，提供一种真空成膜方法，其特征在于，使用上述任一项所述的真空成膜装置。

在本发明中，“保护对象部件”是指，位于直接暴露于成膜源的位置、从而需要对其进行保护以使其不会附着成膜物质的颗粒的部件。例如，是成膜源的构成部件、真空槽内壁、隔壁等。

在本发明中，“隔热部件”是指，难以传热的构造的物体、或热传导率小的物质。例如，前者有玻璃棉、发泡聚氨酯等，后者有硅橡胶、空气等。另外，在本发明中也将真空作为隔热部件处理。

发明效果

根据本发明，如以下所说明那样，能得到具有如下防附着板的真空成膜装置，该防附着板极难产生附着膜的剥离、脱落，且构造简单。因此，若使用本发明的真空成膜装置进行成膜，则不会因碎屑的卷入而产生缺陷，且不会受到因以碎屑为起点的异常放电导致的膜质量的恶化等的影响，从而能够实现高质量膜的成膜。

附图说明

图1是将磁控溅射电极的靶材按压部件作为保护对象部件而构成本发明的真空成膜装置的情况的一例的概略剖视图。

图2是在真空槽壁面上设有防附着板的本发明的真空成膜装置的一例的概略剖视图。

具体实施方式

以下，以将磁控溅射电极的靶材按压部件作为保护对象部件而构成本发明的整卷式自动化生产(roll to roll)方式的真空成膜装置的情况为例，参照附图来说明本发明的最佳的实施方式的例子。需要说明的是，本发明涉及真空成膜装置的防附着板的结构，因此涉及与防附着板的结构没有直接关系的磁控溅射电极的构造和保护对象部件的构造、以及成膜机构的内容等不限定于以下所示的内容，仅仅是为了易于理解地解说本发明的防附着板的结构而对本发明的防附着板的周边的结构物、例如溅射电极的构造详细且具体地进行说明。

图2是真空成膜装置的概略剖视图。该真空成膜装置是如下的装置：在真空槽201的内部收纳：由退绕机(unwinder)203、主辊204、卷绕机205和未标注编号的各种引导辊组构成的基材输送系统；和成膜源(在该图中作为一例而使用溅射电极)，在使真空槽201内成为真空后，一边通过上述基材输送系统输送基材206一边通过溅射法对基材206实施成膜。真空槽201内部通常被分为实施成膜的成膜室、和收纳有基材输送系统的卷绕室，并为了分别从不同的观点出发进行各室的压力管理而设置隔壁202。对于基材206使用以塑料膜为代表的各种带状物(web)。在不是整卷式自动化生产方式的真空成膜装置、例如单片处理方式的真空成膜装置的情况下，也存在对于基材使用硅晶片或玻璃板等的情况。

图1是将作为真空成膜装置用的成膜源而通常使用的磁控溅射电极的靶材按压部件作为保护对象部件而构成本发明的真空成膜装置的情况的概略剖视图。在溅射电极105上搭载溅射靶材104，并通过作为保护对象部件102的靶材按压件将其固定。在保护对象部件102的附近设有用于形成磁场的磁铁，为了不会因来自被加热后的保护对象部件102的传热而消磁，使用一些冷却机构进行冷却，例如，在保护对象部件102的内部设置制冷剂路径103，在其中流通水或油等来作为制冷剂。

将该电极设置于真空槽内并在溅射电极105、和相对于溅射电极105电绝缘的阳极之间施加电压，由此在放电空间106中产生等离子体放电，使溅射靶材104溅射，将靶材材料轰击出成膜物质的颗粒，使其附着并堆积于基材上而成膜。此外，阳极只要与溅射电极105电绝缘，并作为溅射电极105(阴极)的电气异性极发挥功能，则可以是任意的部件，例如，主辊204或真空槽壁面207、真空槽底面208、真空槽顶面209等若与溅射电极105绝缘，则能够成为阳极。另外，成膜物质是指用于通过在基材上形成薄膜而发挥所期望的功能的物质，例如若是电路基材用的产品则将铜作为成膜物质，若是包装材料用的产品则将铝作为成膜物质，可综合考虑功能和成本等而适当选择。

在此，溅射靶材104是成膜源。由于从成膜源轰击出的成膜物质的颗粒向四面八方飞散，所以也存在附着于保护对象部件102上的成分。若成膜物质的颗粒附着并堆积于保护对象部件102上而形成膜，则根据其物性的不同，很有可能使保护对象部件102的电特性、热特性、磁特性、物理特性发生变化，从而成为使放电条件不稳定的主要原因。另外，因附着膜剥离而导致其本身成为碎屑(dust)、或者引发电弧放电而产生碎屑，从而对基材的成膜带来产生品质上的不良影响的风险变大。

因此，以将保护对象部件102的成膜物质的颗粒会附着的面覆盖的方式设置防附着板101，防附着板101以如下方式配置：使防附着板101和保护对象部件102仅在接触面接触，在接触面以外的防附着板101的保护对象部件侧，在防附着板101和保护对象部件102之间设置第1隔热部件。通过形成为这样的结构，能够抑制防附着板101的温度降低，从而使热不会从除进行热传递的接触面以外的部分散热。

再稍详细地说明其机理。防附着板101在成膜过程中通过离子或原子的碰撞能量等而被加热。按照本发明的技术思想，将接触面限定得较小，并使接触面以外的部分成为隔热构造，由此，能够在没有来自外部的温度调节的情况下，使防附着板101自身的温度上升至，从接触面散发的放热量与防附着板101所接收的热量均衡的温度。另外，由于对防附着板101进行加热的热源来自成膜能量，所以不用分别进行特别的调整，而是以在高成膜速率时防附着板温度为高温、在低成膜速率时防附着板温度为低温的倾向进行温度调整，以使得防附着板温度接近适于在将膜应力保持较低的状态下使成膜成分成膜的温度。该倾向具有越接近成膜源表现得越显著的倾向，作为用于将与成膜源相邻的保护对象部件102覆盖的防附着板，能够特别良好地使用本发明。相反，在不按照本发明的技术思想的情况下，防附着板101所接收的热量立刻从大的接触面放热，因此防附着板101的温度不会上升，从而无法达到本发明的目的。另外，多存在当在与成膜源相邻的部位设置大的结构物时会妨碍从成膜源朝向基材的成膜颗粒的飞散的情况，由于会导致成膜速率的降低从而不优选，但本发明的防附着板的结构简单且能够实现小型化，因此能够将成膜速率降低抑制在最小限度、或者不产生成膜速率降低。此外，在图1中，保护对象部件102相对于作为成膜源的溅射靶材104如字面意思那样以彼此相邻并接触的状态配置，但即使在成膜源与保护对象部件之间夹入有某些物体，也是以接近成膜源并相对于成膜颗粒的飞散而暴露的状态配置，只要能看作实际上相邻的状态，就可以认为与成膜源相邻。不仅可以是图1所示的形状，还可以是载置于溅射靶材104的上表面之上的结构物、或以与该上表面形成同一面的方式横向配置的结构物。

防附着板101优选由板状的材料成型而制作。作为第1隔热部件，优选使用氧化锆系陶瓷等热传导率小的材料，但即使仅通过空出间隙，由于在成膜过程中是放置于真空环境下，所以也会成为真空隔热状态，是优选的。此时的真空压力是在通常的真空成膜制程中使用的压力即可，只要是大约10³Pa以下就足够。另外，也优选使用以下构造：在防附着板101的与溅射靶材104距离远的一侧设置接触面，作为与溅射靶材104距离近的一侧的端部的第1隔热部件，设置氧化锆系陶瓷等热传导率小的材料，使除此之外的部分的第1隔热部件为真空。在此，“距离远的一侧”是指，距溅射靶材104的中心点的距离比与防附着板101的中心点之间的距离长的部位，“距离近的一侧”是指，相反地比与防附着板101的中心点之间的距离短的部位。

关于防附着板101与保护对象部件102之间的距离、即第1隔热部件的厚度的范围，从防附着板的加工精度和与其他部件的空隙、将防附着板使溅射效率降低的比例适当化的观点出发而适当确定，优选为0.3mm至10mm左右的范围。在第1隔热部件为真空的情况下，优选为大约0.3mm～5mm，在第1隔热部件为固体隔热部件的情况下，优选为1mm～10mm左右。在防附着板101的温度较低的状态下使成膜物质的颗粒附着并堆积的情况下，会因急冷而导致在残留有大的膜应力的状态下进行膜生长，因此附着膜成为非常容易剥离的状态，从而不优选。防附着板101接收溅射热量、等离子体热量，因此尽量使该热量不会散热，从而使防附着板101的温度保持高温，由此将附着膜的膜应力抑制得较低。为此，减小防附着板101与包含保护对象部件102在内的其他结构物的接触面积是有效的，优选以在防附着板101的端部使其与其他部件接触的方式设置该防附着板101。关于防附着板101与包含保护对象部件102在内的其他结构物的接触面的面积，优选小于防附着板101的使成膜物质的颗粒附着的附着膜面的面积，更优选为该附着膜面的面积的1/2以下。关于接触面积的下限，虽然在构造上和在物理方面无法使其为零，但该接触面积越小，防附着板本身的保温效果越高，从而优选减小该接触面积。

另外，若在防附着板101与保护对象部件102接触的接触面上以夹入的方式安装第2隔热部件，则隔热效果进一步提高，因此更加优选。例如，优选使用在防附着板101的接触面与保护对象部件102之间夹入氧化锆系陶瓷等的隔热部件并进行螺栓紧固的方法，该情况下，主要的传热路径为经由螺栓的路径，从而能够使传热效率大幅降低。

另外，关于将接触面仅设置在与防附着板101的成膜源104距离远的一侧，从使热难以传递的观点来看，对于抑制防附着板101的温度降低是有效的。防附着板的板厚考虑防附着板的加工精度和热应变耐性、机械强度、估算附着膜量等参数而适当确定，若为1mm～3mm的范围内则节约成本从而优选。另外，不会使由防附着板本身遮蔽成膜颗粒的区域变多，从不对成膜速率产生影响的观点来看也优选上述范围。

关于防附着板的材质，从防止剥离的观点出发优选使用与成膜材料的材质相同的材质，但可以根据再利用时的清洗特性、热特性、机械特性等而适当选择。例如，在通过化学清洗来除去附着膜而再利用这样的情况下，优选使用耐蚀性高的不锈钢类材料。

另外，通过对防附着板101的表面实施中心线平均粗糙度为12.5μm以上的粗面化，接触面积增加从而附着膜的紧贴性提高。由于通过与上述的膜应力缓和效果的协同效果能进一步增强防止剥离功能，所以更加优选。

另外，通过在防附着板101的表面设置利用热喷镀法而设置的热喷镀膜，热喷镀膜作为缓冲膜发挥功能，因此防止剥离效果进一步提高，从而更加优选。此时的热喷镀材料可以是钨等金属材料，还可以是陶瓷等非金属材料。

图2中表示在真空槽壁面上设有防附着板的本发明的真空成膜装置的概略剖视图。该真空成膜装置为如下装置：在真空槽201的内部收纳：由退绕机203、主辊204、卷绕机205和未标注编号的各种引导辊组构成的基材输送系统；以及在图1中说明的磁控溅射电极，在使真空槽201内成为真空后，一边通过上述基材输送系统输送基材206一边使用磁控溅射电极通过溅射法对基材实施成膜。真空槽201内部通常被分为用于实施成膜的成膜室、和收容有基材输送系统的卷绕室，并为了分别从不同的观点出发进行各室的压力管理而设有隔壁202。

在该系统中，来自成膜源的成膜物质的颗粒直接附着于真空槽壁面207和隔壁202的一部分，另外间接附着于真空槽底面208和真空槽顶面209，考虑该情况，也存在要求将这些壁面作为保护对象部件进行保护的情况。在这样的情况下也能够良好地使用防附着板101。关于直接暴露于成膜源的真空槽壁面207、隔壁202的一部分，在需要对其进行冷却的情况下尤其优选。

实施例

实施例1

对将以上说明的防附着板用于溅射电极的靶材按压部件并进行成膜实验所得到的结果进行说明。

溅射电极本身是图1所示的构造，保护对象部件102是用于将溅射靶材104压靠于溅射电极105的部件。保护对象部件102具有因等离子体或离子撞击而温度上升的倾向，若温度上升则存在热伸长等各种危害，因此是在部件内部设置冷却水路径103，并通过在冷却水路径103中流通冷却水而进行冷却的构造。该情况下的保护对象部件102位于溅射靶材的临近附近，若附着于保护对象部件102上的溅射沉淀物剥离而成为碎屑，则会成为异常放电的原因，因此设有防附着板101。防附着板101的附着膜面的宽度为，图示的长边20mm和短边16mm的合计36mm，采用以使防附着板101的端部10mm与保护对象部件102接触的方式进行安装的设计。另外，接触面以外的部分设计成，防附着板101与保护对象部件102的间隙为1.2mm。即，是作为第1隔热部件而使用真空隔热的形态。由于成膜种为镍，所以溅射靶材104的材质使用纯镍。考虑到通过化学清洗将附着于防附着板101的镍膜除去而再利用，防附着板101的原材料使用奥氏体系不锈钢(austenitic stainless)(SUS304)。

使用以上所说明的溅射电极，导入500sccm的氩气，将真空槽内压力调整为0.5Pa而进行溅射，以仅能够以共计约1mm左右的膜厚在未图示的工件上成膜那样的输入及时间，实施了成膜实验。其结果是，在防附着板101上以最大少于1mm的厚度形成了溅射膜，但完全没有发生剥离。另外，此时，防附着板达到的最高温度为300℃。

实施例2

实施例2为与实施例1大致相同的构造，但使用在保护对象部件102中未设置冷却水路径103的构造，实施与实施例1相同的测试。需要说明的是，防附着板的构造使用与实施例1完全相同的构造。

其结果是，在防附着板101上以最大不到1mm的厚度形成了溅射膜，但完全没有发生剥离。

实施例3

实施例3是与实施例1大致相同的构造，但以使防附着板101的端部20mm固定于保护对象部件102的方式设置，其他构造使用与实施例1相同的构造。使用该溅射电极进行溅射，以仅能够以共计0.4mm左右的膜厚在未图示的工件上成膜那样的时间，实施了成膜实验。

其结果是，在防附着板101上以最大不到0.4mm的厚度形成了溅射膜，但完全没有发生剥离。当之后成膜至1mm厚时，在成膜过程中未发现剥离，但在成膜结束后尝试将真空槽打开而使其向大气开放时，确认到附着于防附着板101的膜少许剥离。

比较例1

比较例1是与实施例1大致相同的构造，但使用未设置防附着板101的电极，实施与实施例1相同的测试。

其结果是，附着于保护对象部件102的膜在成膜过程中接连剥落，多产生异常放电。

比较例2

比较例2是与实施例1大致相同的构造，但使用以在保护对象部件102与防附着板101之间不存在间隙的方式构成的装置，实施与实施例1相同的测试。

其结果是，附着于防附着板101的膜在成膜过程中接连剥落，多产生异常放电。需要说明的是，此时的防附着板101达到的最高温度为50℃。

工业实用性

本发明不限于溅射电极，也能够应用于蒸镀装置或CVD装置等真空成膜装置的防附着板，但其应用范围不限于此。

附图标记说明

101   防附着板

102   保护对象部件

103   冷却水路径

104   溅射靶材

105   溅射电极

106   放电空间

201   真空槽

202   隔壁

203   退绕机

204   主辊

205   卷绕机

206   基材

207   真空槽壁面

208   真空槽底面

209   真空槽顶面

Claims (8)

1.一种真空成膜装置，是在基材上形成成膜物质的膜的真空成膜装置，其特征在于，防附着板以将被冷却机构冷却了的保护对象部件的至少一部分覆盖的方式配置，且防止所述成膜物质的颗粒向所述保护对象部件的附着，所述防附着板以如下方式配置：使包含所述保护对象部件在内的其他结构物与所述防附着板的接触面的面积，小于所述防附着板的使成膜物质的颗粒附着的附着膜面的面积，并且，在所述防附着板的所述保护对象部件侧的除所述接触面之外的面与包含所述保护对象部件在内的其他结构物之间，设置第1隔热部件。

2.根据权利要求1所述的真空成膜装置，其特征在于，所述保护对象部件与成膜源相邻。

3.根据权利要求1或2所述的真空成膜装置，其特征在于，所述第1隔热部件的厚度为0.3mm以上10mm以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的真空成膜装置，其特征在于，包含所述保护对象部件在内的其他结构物与所述防附着板的所述接触面，仅设置在与所述成膜物质的成膜源距离远的一侧。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的真空成膜装置，其特征在于，使包含所述保护对象部件在内的其他结构物与所述防附着板的接触，在所述防附着板的端部进行。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的真空成膜装置，其特征在于，在所述防附着板的所述附着膜面上形成有通过热喷镀法而成膜的热喷镀膜。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的真空成膜装置，其特征在于，在安装所述防附着板的部件与所述防附着板接触的接触面上，以夹入的方式安装有第2隔热部件。

8.一种真空成膜方法，其特征在于，使用权利要求1～7中任一项所述的真空成膜装置在基材上形成成膜物质的膜。