CN106555160A - 成膜装置及层叠体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种成膜装置及层叠体。在基材表面进行成膜处理，获得从一侧观察包括透明层与金属性的不透明层的层叠体。在成膜装置中，确定部基于从输入部输入的颜色信息，参照对应数据来确定成膜条件。另外，成膜条件中至少包含透明层的膜厚作为层叠体的颜色调整要素。在从所述一侧将光照射至层叠体的情况下，产生在透明层表面反射的光与在不透明层表面反射的光的干涉作用。能够通过调整透明层的膜厚使所述干涉作用发生变化，而调整层叠体的颜色。因此，能够高精度且稳定地获得所期望的颜色的层叠体。

Description

成膜装置及层叠体
技术领域
本发明涉及一种在基材表面形成膜的成膜装置及通过该成膜处理而获得的层叠体。
背景技术
如下的技术已为人所知，所述技术是通过对在基材表面形成膜时的成膜条件进行调整来调整所获得的膜的颜色。作为此种技术，例如在专利文献1中公开了如下技术，所述技术是通过使具有特定折射率与厚度的透明膜重叠于高分子色素膜，获得从一侧(透明膜侧)进行观察时的色调看上去发生了变化的层叠体。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2015-24622号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在欲形成从所述一侧观察到的某颜色的层叠体的情况下，只要有过去执行同一颜色的成膜处理所得的数据，则通过参照所述数据并在与过去的处理相同的成膜条件下执行成膜处理，就能够获得目标颜色的层叠体。
另一方面，在欲形成从所述一侧观察到的某颜色的膜的情况下，若无过去执行同一颜色的成膜处理所得的数据，则一般会根据成膜装置的操作者的直觉或经验来调整成膜条件。
但是在所述实施方式下，难以避免各操作者的误差的影响而高精度且稳定地获得所期望的颜色的层叠体。
因此，本发明的目的在于提供一种通过成膜处理来高精度且稳定地获得所期望的颜色的层叠体的技术。
[解决问题的技术手段]
本发明的第一实施方式的成膜装置是在基材表面的一侧形成至少一层膜而获得层叠体的成膜装置，包括：处理室，其内部具有处理空间；基材保持部，在所述处理室内保持所述基材；气体供应部，将气体(gas)供应至所述处理空间；排气部，排出所述处理室内的气体；成膜处理部，在保持于所述基材保持部的所述基材的所述表面执行成膜处理；输入部，输入从所述一侧观察所述层叠体时的颜色信息；存储部，针对多种颜色，存储有使颜色信息与用以获得从所述一侧观察而呈现所述颜色的所述层叠体的成膜条件相对应而成的对应数据；以及确定部，基于从所述输入部输入的所述颜色信息，参照所述对应数据来确定所述成膜条件，且所述层叠体从所述一侧观察，依次包括透明层与金属制的不透明层，所述成膜条件中至少包含所述透明层的膜厚作为颜色调整要素。
根据本发明第一实施方式所述的成膜装置，本发明第二实施方式的成膜装置，通过第一反射光与第二反射光的干涉作用来实现所述颜色调整，所述第一反射光是在将照射光从所述一侧赋予至所述层叠体时，所述照射光在所述层叠体的所述一侧的表面反射而获得，所述第二反射光是在将照射光从所述一侧赋予至所述层叠体时，所述照射光穿过所述层叠体的所述透明层而在所述透明层与所述金属制的不透明层的边界反射而获得，所述干涉作用根据所述透明层的膜厚而发生变化。
根据本发明第一实施方式或第二实施方式所述的成膜装置，本发明第三实施方式的成膜装置还包括：判定部，判定从所述输入部输入的所述颜色信息是否包含于所述对应数据的可对应范围；以及告知部，在所述颜色信息并不包含于所述可对应范围的情况下，将所述情况告知装置的操作者。
根据本发明第一实施方式至第三实施方式中任一项所述的成膜装置，本发明第四实施方式的成膜装置，所述对应数据是通过理论计算，使构成所述层叠体的各层的各光学常数及所述透明层的膜厚、与从所述一侧观察到的所述层叠体的颜色信息相对应而成的数据。
根据本发明第一实施方式至第四实施方式中任一项所述的成膜装置，本发明第五实施方式的成膜装置，所述层叠体被用作建筑物的内立面(interior)或外立面(exterior)的装饰材料。
根据本发明第一实施方式至第五实施方式中任一项所述的成膜装置，本发明第六实施方式的成膜装置，所述透明层为氮化硅。
根据本发明第一实施方式至第五实施方式中任一项所述的成膜装置，本发明第七实施方式的成膜装置，所述透明层为氧化钛层。
根据本发明第一实施方式至第五实施方式中任一项所述的成膜装置，本发明第八实施方式的成膜装置，所述透明层为氧化铝层。
根据本发明第一实施方式至第五实施方式中任一项所述的成膜装置，本发明第九实施方式的成膜装置，所述透明层为氮化钛层。
本发明第十实施方式的层叠体是在基材表面的一侧形成至少一层膜而获得的层叠体，从所述一侧观察，依次包括透明层、与金属制的不透明层，且从所述一侧观察所述层叠体时观察到的颜色对于所述透明层的膜厚具有依存性。
根据本发明第十实施方式所述的层叠体，本发明第十一实施方式的层叠体，所述依存性是由第一反射光与第二反射光的干涉作用而引起，所述第一反射光是在将照射光从所述一侧赋予至所述层叠体时，所述照射光在所述层叠体的所述一侧的表面反射而获得，所述第二反射光是在将照射光从所述一侧赋予至所述层叠体时，所述照射光穿过所述层叠体的所述透明层而在所述透明层与所述金属制的不透明层的边界反射而获得，且所述干涉作用根据所述透明层的膜厚而发生变化。
根据本发明第十实施方式或第十一实施方式所述的层叠体，本发明第十二实施方式的层叠体，其被用作建筑物的内立面或外立面的装饰材料。
根据本发明第十实施方式至第十实施二方式中任一项所述的层叠体，本发明第十三实施方式的层叠体，所述透明层为氮化硅层。
根据本发明第十实施方式至第十二实施方式中任一项所述的层叠体，本发明第十四实施方式的层叠体，所述透明层为氧化钛层。
根据本发明第十实施方式至第十二实施方式中任一项所述的层叠体，本发明第十五实施方式的层叠体，所述透明层为氧化铝层。
根据本发明第十实施方式至第十二实施方式中任一项所述的层叠体，本发明第十六实施方式的层叠体，所述透明层为氮化钛层。
[发明的效果]
对于本发明的第一实施方式至第九实施方式，在成膜装置中，确定部基于从输入部输入的颜色信息，参照对应数据来确定成膜条件。另外，成膜条件中至少包含透明层的膜厚作为颜色调整要素。因此，本发明的第一实施方式与根据成膜装置的操作者的直觉或经验来调整成膜条件的实施方式相比，能高精度且稳定地执行所期望的颜色的成膜处理。
附图说明
图1是示意性地表示溅镀(sputtering)装置的概略结构的剖面示意图。
图2是表示溅镀处理部及其周边的剖面示意图。
图3是表示电感耦合天线(antenna)的例子的侧视图。
图4是表示溅镀处理部及其周边的立体图。
图5是表示通过成膜处理所获得的层叠体的一例的纵剖面图。
图6是表示将光学常数相同且膜厚不同的氮化硅膜形成为透明层时的层叠体的反射率光谱的图。
图7是表示整个处理的流程的图。
图8是表示与第一层叠体及第二层叠体相关的反射率光谱的图，所述第一层叠体是在基材上形成氮化钛膜作为不透明层而成，所述第二层叠体是在基材上形成氮化钛膜作为不透明层，进而在所述氮化钛膜上形成氮化硅膜作为透明层而成。
附图标记说明：
1：溅镀装置；
2、3：中心轴线；
5、6：旋转阴极；
7：支撑棒；
8：基底构件；
9、10：密封轴承；
11：喷出口；
12、514：喷嘴；
13：探头；
14：分光器；
16、17：靶材；
19：旋转部；
21、22：磁铁单元；
23a：中央磁铁；
23b：周边磁铁；
25：磁轭；
27：固定构件；
30：搬送机构；
31：搬送辊；
40：加热部；
50：溅镀处理部；
60：外罩；
90：承载架；
91：基材；
100：腔室；
151：电感耦合天线；
152：保护构件；
153：高频电源；
154：匹配电路；
160、161：闸门；
163：溅镀用电源；
170：排气部；
190：控制部；
191：输入部；
200：层叠体；
201：透明层；
202：不透明层；
510：溅镀气体供应部；
511：溅镀气体供应源；
512、522：配管；
513、523：阀；
520：反应性气体供应部；
521：反应性气体供应源；
L：搬送路径面；
P：被成膜部位；
ST1～ST6：步骤；
V：处理空间；
X、Y、Z：方向。
具体实施方式
以下，一面参照附图，一面说明本发明的实施方式。在附图中，对具有相同结构及功能的部分附上相同符号且省略重复说明。再者，以下的实施方式是将本发明加以具体化而成的一例，并非是对本发明的技术范围进行限定的事例。另外，在附图中，为了便于理解，有时夸张或简化地图示各部分的尺寸或数量。另外，在附图中，有时为了对方向进行说明而附上XYZ正交坐标轴。坐标轴中的+Z方向为铅垂上方向，XY平面为水平面。
<1实施方式>
<1.1溅镀装置1的结构>
图1是示意性地表示溅镀装置1的概略结构的剖面示意图。图2是表示溅镀处理部50及其周边的剖面示意图。图3是表示电感耦合天线151的例子的侧视图。另外，图4是表示溅镀处理部50及其周边的立体图。
溅镀装置1是通过溅镀处理，在所搬送的基材91的上表面成膜的装置。基材91例如由不锈钢(Steel Use Stainless，SUS)板等构成。另外，对基材91进行成膜处理而获得的层叠体例如被用作内立面或外立面的装饰材料。
溅镀装置1包括：腔室100(处理室)；搬送机构30，搬送基材91；溅镀处理部50，通过溅镀在所搬送的基材91的上表面执行成膜处理；以及控制部190，对溅镀装置1的各部分进行总体控制。腔室100是呈长方体形状的外形的中空构件。腔室100是以使其底板及顶板成为水平姿势的方式配置。另外，X轴及X轴各自是与腔室100的侧壁平行的轴。
溅镀装置1还包括外罩(chimney)60，所述外罩60是配置成包围在溅镀处理部50周围的筒状的屏蔽构件。外罩60具有作为对溅镀处理部50所产生的等离子体的范围或从靶材(target)溅镀出的溅镀粒子的飞散范围进行限制的屏蔽物(shield)的功能、与将外罩内部的环境与外部阻断的环境阻断功能。以下，将腔室100的内部空间中的处于外罩60内侧的执行溅镀处理的空间称为处理空间V。
在腔室100内，水平的搬送路径面L被规定在外罩60的下方。搬送路径面L的延伸方向为X轴方向，基材91沿着X轴方向被搬送。
另外，溅镀装置1包括对在腔室100内搬送的基材91进行加热的板状的加热部40。加热部40例如由配置在搬送路径面L下侧的护套式加热器(sheathed heater)构成。
在腔室100的处于搬送路径面L的-X侧的端部，设置有用以将基材91搬入至腔室100内的闸门(gate)160。另一方面，在腔室100的处于搬送路径面L的+X侧的端部，设置有用以将基材91搬出至腔室100外的闸门161。另外，在腔室100的X方向两端部，能以保持气密的形态连接装载锁闭室(load lock chamber)或卸载锁闭室(unload lock chamber)等其他腔室的开口部。各闸门160、161能在打开与关闭之间切换。
另外，腔室100连接着将腔室100内的气体排出的排气部170。排气部170例如包括各自省略了图示的真空泵、排气配管及排气阀。排气配管的一端连接于真空泵，另一端与腔室100的内部空间连通地连接。另外，排气阀设置在排气配管的路径中途。具体来说，排气阀是能够自动地对流经排气配管的气体的流量进行调整的阀。对于所述结构，若在真空泵已工作的状态下打开排气阀，则腔室100内的气体会被排出，腔室100内成为真空状态。控制部190控制利用排气部170的排气，由此，将腔室100内的压力调整为特定值。
搬送机构30在腔室100的内部，包括沿着Y方向且隔着搬送路径面L而相向配置的多对搬送辊31、与使所述多对搬送辊31同步地旋转驱动的驱动部(图示省略)。沿着搬送路径面L的延伸方向即X方向设置有多对搬送辊31。再者，在图1中描绘了五对搬送辊31的位于图示近前侧(-Y侧)的五根辊。
承载架(carrier)90由板状的托架(tray)等构成，基材91可拆卸地保持于承载架90的大致水平的上表面。再者，承载架90上的基材91的保持实施方式能够采用通过真空吸附方式来保持基材9l的实施方式、或利用夹盘销(chuck pin)等来机械地抓住基材91的实施方式等各种实施方式。
配设有基材91的承载架90通过闸门160导入至腔室100内之后，各搬送辊31从下方抵接至所述承载架90的端缘(±Y侧的端缘)附近。接着，通过驱动部(图示省略)使各搬送辊31同步旋转，由此，沿着搬送路径面L搬送承载架90及保持于承载架90的基材91。在本实施方式中说明了如下实施方式，即，各搬送辊31能向顺时针方向及逆时针方向这两个方向旋转，向两个方向(±X方向)搬送承载架90及保持于承载架90的基材91。搬送路径面L包括与溅镀处理部50(成膜处理部)相向的被成膜部位P。因此，在通过搬送机构30所搬送的基材91上表面的配置在被成膜部位P的部位进行成膜处理。
溅镀装置1包括：溅镀气体供应部510，将作为惰性气体的氩气等溅镀气体供应至处理空间V；以及反应性气体供应部520，将氮气等反应性气体供应至处理空间V。因此，在溅镀气体供应部510及反应性气体供应部520中的一者供应了气体的情况下，在处理空间V内形成此种气体的环境，在溅镀气体供应部510及反应性气体供应部520均供应了气体的情况下，在处理空间V内形成溅镀气体与反应性气体的混合环境。
具体来说，溅镀气体供应部510例如包括作为溅镀气体的供应源的溅镀气体供应源511与配管512。配管512的一端与溅镀气体供应源511连接，另一端连接于与处理空间V连通的各喷嘴(nozzle)514。另外，在配管512的路径中途设置有阀513。阀513在控制部190的控制下，对供应至处理空间V的溅镀气体的量进行调整。阀513优选为能够自动地对流经配管的气体的流量进行调整的阀，具体来说，例如优选包含质量流量控制器(massflowcontroller)等。
各喷嘴514设置在一列电感耦合天线151的±X侧，且贯穿腔室100的顶板而向下侧形成开口，所述一列电感耦合天线151设置在旋转阴极(cathode)5、6之间。因此，溅镀气体供应源511所供应的溅镀气体从各喷嘴514导入至处理空间V。
具体来说，反应性气体供应部520例如包括作为反应性气体的供应源的反应性气体供应源521与配管522。配管522的一端与反应性气体供应源521连接，另一端分支成多个(在图4的例子中为六个)，从而连接于设置在处理空间V中的多个喷嘴12(在图4的例子中为+X侧的三个与-X侧的三个总计六个喷嘴12)。在配管522的路径中途设置有阀523。阀523在控制部190的控制下，对供应至处理空间V的反应性气体的量进行调整。
各喷嘴12是以在处理空间V中的下方的区域中沿着Y方向延伸的方式设置。配管522的各另一端与各喷嘴12的X方向两端面中的外侧的各端面连接。在各喷嘴12中形成有各流路，所述各流路在所述各端面上形成开口而与配管522的另一端连接，并且在喷嘴内部分支成多条。各流路的前端到达喷嘴12的X方向两端面中的内侧的各端面而形成开口，在所述各端面中形成多个喷出口11。
在+X侧的各喷嘴12的上方设置有光纤(optical fiber)探头(probe)13。另外，设置有分光器(spectroscope)14，所述分光器14能对入射至探头13的等离子体发射光(plasma emission)的光谱强度进行测定。分光器14与控制部190电连接，分光器14的测定值供应至控制部190。控制部190基于分光器14的输出，通过等离子体发射监测(PlasmaEmission Monitor，PEM)法来控制阀523，由此，控制从反应性气体供应部520供应至腔室100内的反应性气体的导入量。阀523优选为能够自动地对流经配管的气体的流量进行调整的阀，例如优选包含质量流量控制器等。
溅镀装置1所具备的各结构要素与控制部190电连接，所述各结构要素由控制部190控制。具体来说，控制部190例如由一般的工厂自动化(Factory Automation，FA)计算机(computer)构成，所述一般的FA计算机是由进行各种运算处理的中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、存储程序(program)等的只读存储器(Read Only Memory，ROM)、作为运算处理的作业区域的随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、存储程序或各种数据文件(data file)等的硬盘(hard disk)、具有通过局域网(Local Area Network，LAN)等进行数据通信的功能的数据通信部等通过总线(bus line)等彼此连接而成。另外，控制部190与输入部191连接，所述输入部191由进行各种显示的显示器(display)、键盘(keyboard)及鼠标(mouse)等构成。输入部191例如在装置的操作者指定并输入从一侧(图5中的图示上侧)观察层叠体时的颜色信息时被使用。
溅镀处理部50包括：两个旋转阴极5、6；两个旋转部19，使两个旋转阴极5、6围绕各自的中心轴线旋转；两个磁铁单元21、22，分别收容在两个旋转阴极5、6的内部；以及溅镀用电源163，将溅镀电力分别供应至两个旋转阴极5、6。
旋转阴极5、6在处理空间V中，沿着X方向隔开固定距离地相向配置而构成为阴极对。以所述方式并排设置旋转阴极5、6，由此，自由基(radical)更集中于基材91上的被成膜部位P，通过溅镀处理所获得的膜的膜质会提高。
溅镀处理部50还包括：一列电感耦合天线151，设置在旋转阴极5、6之间；匹配电路(matching circuit)154；以及高频电源153，将高频电力通过匹配电路154供应至各电感耦合天线151。
此处，所谓一列电感耦合天线151，是指沿着Y方向隔开间隔地设置的五个电感耦合天线151。
因此，高频电源153将高频电力(例如频率为13.56MHz的电力)供应至各电感耦合天线151，由此，设置在外罩60内部的各电感耦合天线151在处理空间V内产生电感耦合等离子体(inductively coupled plasma)。
各电感耦合天线151由包含石英玻璃等的介电体的保护构件152覆盖，且贯穿腔室100的顶板而突出地设置于腔室100的内部空间。
例如，如图3所示，各电感耦合天线151是将金属制的管状导体弯折成U字形而成，并以“U”字状态，贯穿腔室100的顶板而突出设置于腔室100的内部空间。使冷却水在电感耦合天线151的内部循环等，从而适当地冷却所述电感耦合天线151。
各电感耦合天线151的一端通过匹配电路154电连接于高频电源153。另外，各电感耦合天线151的另一端接地。在所述结构中，高频电力从高频电源153供应至电感耦合天线151后，在电感耦合天线151的周围产生高频感应磁场，在腔室100的内部空间中产生电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma：ICP)。所述电感耦合等离子体是电子空间密度为3×1010个/cm3以上的高密度等离子体。
另外，如本实施方式般的U字形状的电感耦合天线151相当于匝数不足一圈的电感耦合天线，电感(inductance)低于匝数为一圈以上的电感耦合天线的电感。因此，在电感耦合天线151的两端产生的高频电压减少，随着与产生的等离子体静电耦合(electrostaticcoupling)而引起的等离子体电位的高频波动受到抑制。因此，随着等离子体电位向地电位(earth potential)波动而引起的过剩的电子损耗减少，等离子体电位被抑制得特别低。由此，能减少在基材91上造成的损伤(damage)。
磁铁单元21、22在旋转阴极5、6的外周面的自身附近形成磁场(静磁场)。设置在旋转阴极5、6之间的一列电感耦合天线151在处理空间V中的包含由磁铁单元21、22形成了磁场的部分的空间中产生电感耦合等离子体。
旋转阴极5、6包括：筒状的基底(base)构件8，在水平面内沿着与搬送方向垂直的Y方向延伸设置；以及筒状的靶材16、17，包覆基底构件8的外周。基底构件8为导电体，可使用包含氮化硅成膜用的硅(Si)的材料作为靶材16的材料，且可使用包含氮化钛成膜用的钛(Ti)的材料作为靶材17的材料。再者，也可以不包含基底构件8而利用圆筒状的靶材16、17来构成旋转阴极5、6。例如通过如下方法等形成靶材16、17，所述方法是指对靶材材料的粉末进行压缩成型而形成为筒状，然后插入基底构件8。
本说明书中，在一体地表现并排设置的旋转阴极5、6及配置在各个旋转阴极内部的磁铁单元21、22的情况下，称为磁控阴极对。
各基底构件8的中心轴线2、3方向上的两端部分别由盖部封闭，所述盖部在中央部设置有圆状开口。旋转阴极5、6的中心轴线2、3方向上的长度例如设定为1,400mm，直径例如设定为150mm。
溅镀处理部50还包括两对密封轴承9、10与两个圆筒状的支撑棒7。各对密封轴承9、10在旋转阴极5、6的长边方向(Y方向)上隔着旋转阴极5、6地设置。密封轴承9、10各自包括从腔室100的顶板的下表面竖立设置的台部、与设置在台部的下部的大致圆筒状的圆筒部。
各支撑棒7的一端支撑于密封轴承9的圆筒部，另一端支撑于密封轴承10的圆筒部。各支撑棒7从基底构件8的一端的盖部的开口插入至旋转阴极5、6内，沿着中心轴线2、3贯穿旋转阴极5、6，并从基底构件8的另一端的盖部的开口伸出至旋转阴极5、6外。
磁铁单元21、22包括由导磁钢等磁性材料形成的磁轭(yoke)25(支撑板)、与设置在磁轭25上的多个磁铁(后述的中央磁铁23a、周边磁铁23b)。
磁轭25为平板状的构件，其与旋转阴极5、6的内周面相向地沿着旋转阴极5的长边方向(Y方向)延伸。在与旋转阴极5、6的内周面相向的磁轭25的表面上，沿着磁轭25的长边方向延伸的中央磁铁23a配置在沿着磁轭25的长边方向的中心线上。在磁轭25表面的外缘部，还设置有包围中央磁铁23a周围的环状(无端部)的周边磁铁23b。中央磁铁23a、周边磁铁23b例如由永磁铁构成。
中央磁铁23a与周边磁铁23b各自的处于靶材16、17侧的极性互不相同。另外，两个磁铁单元21、22中的各个极性互补。例如在磁铁单元21中，将靶材16、17侧的中央磁铁23a的极性设为N极，将周边磁铁23b的极性设为S极，另一方面，在磁铁单元22中，将靶材16、17侧的中央磁铁23a的极性设为S极，将周边磁铁23b的极性设为N极。
在磁轭25的背面接合着固定构件27的一端。固定构件27的另一端接合于支撑棒7。由此，磁铁单元21、22连结于支撑棒7。在本实施方式中，构成磁控阴极对的磁铁单元21、22以从彼此相向的位置向靠近被成膜部位P的-Z方向旋转规定角度后的状态被固定。因此，在旋转阴极5、6之间且处于被成膜部位P侧的空间中，通过磁铁单元21、22形成相对较强的静磁场。
在各密封轴承9的台部设置有旋转部19，该旋转部19包括马达(motor)与传递马达旋转的齿轮(gear)(分别省略了图示)。另外，在旋转阴极5、6的基底构件8的+Y侧的盖部的开口部周围，设置有与各旋转部19的齿轮啮合的齿轮(图示省略)。
各旋转部19因马达旋转而使旋转阴极5、6以中心轴线2、3为中心旋转。更详细来说，旋转部19是以使旋转阴极5、6各自的外周面中的彼此相向的部分分别从下侧向上侧移动的方式，使旋转阴极5、6围绕中心轴线2、3而彼此向反方向旋转。旋转速度例如设定为10转/分钟～20转/分钟，在溅镀处理期间，以所述旋转速度及旋转方向进行定速旋转。另外，通过密封轴承10及支撑棒7使冷却水在旋转阴极5、6的内部循环等，从而适当地冷却所述旋转阴极5、6。
连接于溅镀用电源163的电线分支成两根后，被引导至旋转阴极5、6的各密封轴承10内。在各电线的前端，设置有与旋转阴极5、6的基底构件8的-Y侧的盖部接触的电刷(brush)。溅镀用电源163将溅镀电力通过所述电刷供应至基底构件8。在本实施方式中，如下所述，溅镀用电源163首先将负电位的直流电力供应至旋转阴极6，然后，溅镀用电源163将负电位的直流电力供应至旋转阴极5。
溅镀电力供应至各基底构件8(进而供应至各靶材16、17)后，在处理空间V的各靶材16、17的表面产生溅镀气体的等离子体。所述等离子体通过磁铁单元21、22形成的静磁场，处于旋转阴极5、6之间且被高密度地封闭在被成膜部位P侧的空间中。本说明书中，将以所述方式通过磁场封闭效果而高密度化后的等离子体称为磁控等离子体。在如本实施方式般，在磁控阴极对产生磁控等离子体的实施方式中，与一个磁控阴极产生磁控等离子体的情况相比，等离子体更加高密度化。因此，就提高成膜速率的观点来说，本实施方式的实施方式较理想。
如上所述，设置在旋转阴极5、6之间的一列电感耦合天线151在处理空间V中的包含由磁铁单元21、22形成了磁场的部分的空间中产生电感耦合等离子体。结果，通过磁控阴极对所产生的磁控等离子体与通过电感耦合天线151所产生的电感耦合等离子体彼此重合，从而形成混合等离子体。使电感耦合天线151产生的高密度的电感耦合等离子体也与磁控等离子体一起作用于靶材16、17的溅镀，所述磁控等离子体是由磁铁单元21、22在旋转阴极5、6的外周面附近形成的磁场所产生。
在以所述方式使电感耦合等离子体作用于溅镀的情况下，与电感耦合等离子体不起作用的情况相比，即使供应至旋转阴极5、6的溅镀电力的大小相同，也能够降低溅镀电压(能够降低阻抗(impedance))。由此，从靶材16、17飞出的反弹氩离子或负离子对基材91的被成膜面造成的损伤降低，并且会以高成膜速率执行成膜处理。
在溅镀处理中，将溅镀气体与反应性气体导入至腔室100的处理空间V，在所述混合等离子体的环境中，溅镀包覆旋转阴极5、6外周的靶材16、17，在与所述靶材16、17相向的基材91上形成钛膜及氮化硅膜。
<1.2透明层201的膜厚与层叠体200的颜色的关系>
图5是表示通过成膜处理所获得的层叠体200的一例的纵剖面图。如图5所示，在本实施方式中，溅镀装置1在基材91上表面的一侧形成双层膜，由此获得层叠体200，所述层叠体200从一侧(图示的上侧)观察，依次包括透明层201与金属制的不透明层202。
以下，说明如下技术，所述技术是在基材91上执行成膜处理而获得层叠体200时，对层叠体200的颜色进行调整。再者，在本说明书中，所谓“层叠体200的颜色”，是指从所述一侧观察所述层叠体200时观察到的颜色。
以下，一边参照数式1～数式18的各数式，一边对使构成层叠体200的各层的各光学常数及透明层201的膜厚与层叠体200的颜色信息相对应而成的对应关系进行说明。再者，在各数式中，下标“0”是指空气，下标“1”是指所形成的膜，下标“2”是指基材91。另外，下标“p”是指p偏光，下标“s”是指s偏光。
若将复折射率设为N，则使用光学常数(折射率n及消光系数k)及虚数i，以下的数式1成立。
[数式1]
N＝n+ik
另外，若将在各层中的入射角设为θ，则根据斯涅尔定律(Snell′s law)，以下的数式2成立。
[数式2]
N0sinθ0＝N1sinθ1＝N2sinθ2
此时，若将相位变化设为β，则以下的数式3成立。
[数式3]
接着，若将振幅反射系数设为r，将振幅透射系数设为t，将反射率设为R，并将透明层201的膜厚设为d，则根据菲涅耳公式(Fresnel formula)，以下的数式4～数式9成立。
[数式4]
[数式5]
[数式6]
[数式7]
[数式8]
R012，p＝|r012，p|2
[数式9]
R012，s＝|r012，s|2
图6是表示将光学常数相同且膜厚不同的氮化硅膜形成为透明层201后的层叠体200的反射率光谱的图。在图6中，横轴表示波长，纵轴表示反射率。
另外，若将反射率分布设为S(λ)，并将XYZ色彩系统中的颜色匹配函数(color-matching function)设为x(λ)、y(λ)、z(λ)，则以下的数式10～数式13成立。
[数式10]
[数式11]
[数式12]
[数式13]
此处，若将颜色从XYZ色彩系统转换成L*a*b*色彩系统，则以下的数式14～数式18成立。
[数式14]
[数式15]
[数式16]
[数式17]
[数式18]
如以上的说明般，通过理论计算来获得构成层叠体200的各层的各光学常数及透明层201的膜厚与颜色信息逐一对应的对应关系。
另外，如图6所示，已知在层叠体200中，随着包含氮化硅膜的不透明层202的膜厚增大至60nm～90nm，可见光区域(约380nm～780nm的波长区域)中的反射率的最大峰值向长波长侧偏移。即，已知当透明层201的膜厚为60nm时，层叠体200的配色变成蓝色调更强的蓝色，当透明层201的膜厚为90nm时，层叠体200的配色变成进一步带有红色的蓝色。
即使当以所述方式，使气体供应量、溅镀电压值、高频电力值、腔室内的压力值等各条件相同而进行溅镀处理，获得光学常数固定的层叠体200时，只要根据处理时间来调整透明层201的膜厚，就能够调整层叠体200的颜色。
另外，当使气体供应量、溅镀电压值、高频电力值、腔室内的压力值等各条件可变而进行溅镀处理，获得光学常数经调整的层叠体200时，根据处理时间来调整透明层201的膜厚，由此，能够在更广的范围内调整层叠体200的颜色。
认为层叠体200的颜色根据透明层201的膜厚而发生变化的理由如下所述。当将照射光从所述一侧赋予至层叠体200时，照射光在层叠体200的所述一侧的表面(即，透明层201的表面)反射，从而获得第一反射光。另外，当将照射光从所述一侧赋予至层叠体200时，所述照射光穿过层叠体200的透明层201而在透明层201与金属制的不透明层202(反射层)的边界反射，从而获得第二反射光。认为通过所述第一反射光及第二反射光的干涉作用来实现层叠体200的颜色调整。而且，认为因为干涉作用根据透明层201的膜厚而发生变化，所以只要调整透明层201的膜厚，就能够调整层叠体200的颜色。
<1.3处理例>
<1.3.1整个处理的流程>
图7是表示本实施方式中的整个处理的流程的图。
以下，说明如下情况，即，使各条件与过去进行的溅镀处理相同而进行溅镀处理，获得光学常数与利用过去的处理所获得的层叠体200相同的层叠体200。如上所述，即使在所述情况下，只要根据处理时间来调整不透明层202的膜厚，就能够调整层叠体200的颜色。
在溅镀处理之前，先将使颜色信息(例如L*a*b*色彩系统中的一种颜色)与用以获得从所述一侧观察而呈现所述颜色的层叠体200的成膜条件相对应而成的对应数据存储于控制部190的存储部(步骤ST1)。具体来说，在本实施方式中，在过去的处理中，操作者预先使用椭圆偏光仪(ellipsometry)等测定器，对与层叠体200的各层相关的各光学常数(折射率及消光系数)进行实际测定，将所述各光学常数与所述对应关系预先存储于控制部190的存储部。
对应数据存储于控制部190后，在溅镀处理中，装置的操作者能从输入部191指定层叠体200的颜色。具体来说，操作者将获得的层叠体200的所期望的颜色的颜色信息(例如L*a*b*的各值)输入至输入部191(步骤ST2)。
控制部190判定从输入部输入的颜色信息是否包含于对应数据的可对应范围(步骤ST3)。此处，在颜色信息包含于对应数据的可对应范围的情况下，包含如下两种情况，一种情况是对应数据中，存在能形成颜色与所输入的颜色信息完全一致的膜的成膜条件，另一种情况是对应数据中，存在能形成颜色与所输入的颜色信息之间的偏差处于允许范围的膜的成膜条件。
接着，在所输入的颜色信息包含于对应数据的可对应范围的情况下，在步骤ST3中分支到“是(Yes)”，控制部190基于从输入部191输入的颜色信息，参照对应数据来确定用以利用溅镀装置1来获得所述颜色的层叠体200的成膜条件(步骤ST4)。然后，执行后述的溅镀处理(步骤ST5)。
另一方面，在所输入的颜色信息并不包含于对应数据的可对应范围的情况下，在步骤ST3中分支到“否(No)”，控制部190通过显示于显示器或发出警告音等，将所述情况告知装置的操作者(步骤ST6)。
如此，控制部190除了具有对装置的各部分进行控制的功能之外，还具有作为判定能否形成所输入的颜色的膜的判定部的功能、作为确定成膜条件的确定部的功能、及作为告知部的功能，所述告知部在无法形成所输入的颜色的膜时，将所述情况告知操作者。
在本实施方式中，参照使颜色信息与成膜条件相对应而成的对应数据来确定成膜条件。因此，本实施方式的实施方式与根据操作者的直觉或经验来使颜色与成膜条件相对应的其他实施方式相比，能够高精度且稳定地获得所期望的颜色的层叠体200。
另外，在本实施方式中，在所输入的颜色信息并不包含于对应数据的可对应范围的情况下，所述情况被迅速地告知操作者。因此，省略了操作者针对目前的对应数据所无法成膜的颜色进行试错所耗费的时间或工夫，所以较理想。
另外，在所述情况下，装置的操作者只要变更成膜条件中的作为颜色调整要素的膜厚以外的其他各要素(例如气体供应量、溅镀电压值、高频电力值、腔室内的压力值等)，并且变更光学常数，制作对应数据即可。由此，对应数据被更新后，其数据量得到扩大，因此，能利用更新后的对应数据，形成之前的时间点的对应数据所无法成膜的颜色。
<1.3.2溅镀处理>
对所述步骤ST5的溅镀处理的流程进行说明。
首先，通过溅镀气体供应部510，在处理空间V内形成氩气环境。通过高频电源153将高频电力供应至配置在旋转阴极5、6之间的各电感耦合天线151。由此，在处理空间V中产生电感耦合等离子体。另外，在处理空间V中产生电感耦合等离子体后，排气部170将腔室100内的气体排出，直至达到适合在腔室100内进行等离子体处理的工艺压力为止。腔室100内的压力达到工艺压力后，通过溅镀用电源163将溅镀电力供应至旋转阴极6。由此，在处理空间V的Y方向中央位置产生磁控等离子体。其结果，在处理空间V的Y方向中央位置(具体来说，在旋转阴极5、6之间且处于被成膜部位P侧的空间)，形成磁控等离子体与电感耦合等离子体的混合等离子体。
在所述状态下，搬送机构30从闸门160搬入基材91，并沿着搬送路径面L搬送基材91。更具体来说，搬送机构30是以使基材91多次通过被成膜部位P的方式，使基材91沿着搬送路径面L在±X方向上移动。另外，加热部40对所搬送的基材91进行加热。结果，从旋转阴极6的靶材17溅镀出的钛粒子结晶化并堆积于所搬送的基材91的上表面，形成钛膜。由此，在基材91的上表面形成以钛为主成分的不透明层202。
然后，利用反应性气体供应部520开始向处理空间V内供应反应性气体，在处理空间V内形成氮气与氩气的混合环境。另外，控制部190对溅镀用电源163进行控制，由此，从将溅镀电力供应至旋转阴极6的状态，切换为将溅镀电力供应至旋转阴极5的状态。另外，在该切换之后，也通过高频电源153继续将高频电力供应至各电感耦合天线151。
在所述状态下，搬送机构30以使基材91多次通过被成膜部位P的方式，使基材91沿着搬送路径面L在±X方向上移动。另外，加热部40对所搬送的基材91进行加热。其结果，从旋转阴极5的靶材16溅镀出的氮化硅粒子结晶化并堆积于所搬送的基材91的上表面(更具体来说，形成在基材91上的不透明层202的上表面)，形成氮化硅膜。由此，在基材91的上表面形成以氮化硅为主成分的透明层201。
在经过规定的处理时间，且透明层201的膜厚达到从输入部191输入的膜厚之后，溅镀处理结束。具体来说，溅镀用电源163停止向旋转阴极5施加溅镀电压。溅镀气体供应源511停止供应溅镀气体。另外，反应性气体供应源521停止供应反应性气体。另外，高频电源153停止向各电感耦合天线151供应高频电力。接着，搬送机构30从闸门161向溅镀装置1的外部搬出成膜后的基材91。
利用本实施方式所获得的层叠体200从所述一侧起，依次包括以氮化硅为主成分的透明层201、与以钛为主成分的不透明层202。而且，从所述一侧观察层叠体200时观察到的颜色对于透明层201的膜厚具有依存性(图6)。
因为能根据溅镀处理的处理时间来容易地调整透明层201的膜厚，所以能够容易地调整层叠体200的颜色，因此较理想。
另外，一般来说，合金靶材比单一金属靶材更昂贵。因此，与溅镀合金靶材来获得所期望的颜色的层叠体的其他实施方式相比，在调整处理时间并溅镀单一金属靶材来获得所期望的颜色的层叠体200的本实施方式中，能够廉价地形成层叠体200。
另外，在透明层201为功能膜的情况下，因为透明层201设置在层叠体200的最表面侧，所以对层叠体200赋予了透明层201的功能，因此较理想。例如，氮化硅膜的化学功能(耐溶剂性、耐酸性、耐碱性)及机械功能优异。
另外，以钛为主成分的不透明层202具有作为密接层的功能，所述密接层提高透明层201对于基材91的密接性。因此，与直接在基材91上形成透明层201而获得层叠体的其他实施方式相比，在隔着不透明层202使透明层201与基材91密接的本实施方式的实施方式中，透明层201不易从层叠体200上剥离。如上所述，层叠体200被用作建筑物的内立面或外立面的装饰材料，根据需要对层叠体200实施切断或弯折等加工。考虑到以所述方式实施加工的技术领域，特别有效的是层叠体200包括作为密接层的不透明层202。
<2变形例>
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明能在不脱离其主旨的范围内，进行所述内容以外的各种变更。
图8是表示与第一层叠体及第二层叠体相关的反射率光谱的图，所述第一层叠体是在基材91上形成氮化钛膜作为不透明层202而成，所述第二层叠体是在基材91上形成氮化钛膜作为不透明层202，进而在所述氮化钛膜上形成氮化硅膜作为透明层201而成。在图8中，横轴表示波长，纵轴表示反射率。
第二层叠体从所述一侧观察，依次包括透明层(氮化硅膜)与金属制的不透明层(氮化钛膜)，且层叠体的颜色对于透明层的膜厚具有依存性。因此，该变形例中的第二层叠体也包含于本发明的范围。如图8所示，第二层叠体的反射率光谱在可见光区域中大致为0。以所述方式调整透明层的膜厚，由此，也能使层叠体的颜色接近于黑色。
另外，在所述实施方式中，对透明层201为氮化硅层的实施方式进行了说明，但不限于此。例如，透明层201也可以是氧化钛层。在此情况下，因氧化钛的催化剂效应而层叠体200的抗污性显着提高。另外，透明层201也可以是氧化铝层。在此情况下，因为氧化铝的硬度高，所以层叠体200的耐磨损性显着提高。另外，透明层201还可以是氮化钛层。在此情况下，因为氮化钛的化学性稳定，所以层叠体200的耐腐蚀性显着提高。
另外，在所述实施方式中，对在基材91上形成双层膜而获得层叠体200的实施方式进行了说明，但不限于此。也可以在基材91上形成单层膜而获得层叠体。在此情况下，基材91作为金属制的不透明层而发挥功能，所述单层膜作为透明层而发挥功能，由此，能应用本发明。另外，还可以在基材91上形成三层以上的膜而获得层叠体。即使在此情况下，因为层叠体包括金属制的不透明层与透明层，所以仍能应用本发明。
另外，在所述实施方式中，对利用SUS板来构成基材91的实施方式进行了说明，但也可以使用树脂、木材、玻璃等作为基材91。
另外，在所述实施方式中，对使用溅镀装置1作为成膜装置的实施方式进行了说明，但不限于此。也能将本发明应用于其他成膜装置(例如蒸镀装置等)。
另外，在所述实施方式中，对输入至输入部191的颜色信息为L*a*b*色彩系统中的颜色信息的情况进行了说明，但不限于此。输入至输入部191的颜色信息也可以是XYZ色彩系统等L*a*b*色彩系统以外的色彩系统中的颜色信息。
另外，在所述实施方式中，对使用保持并搬送基材91的搬送机构30作为基材保持部的实施方式进行了说明，但也可以使用以静止状态保持基材91的基材保持部。另外，关于搬送机构30搬送基材91时的方向，除了如所述实施方式般的水平方向的情况之外，例如也可以是垂直方向。
另外，在所述实施方式中，对各电感耦合天线151贯穿腔室100的顶板而突出地设置于腔室100的内部空间的实施方式进行了说明，但不限于此。各电感耦合天线151也可以贯穿腔室100的侧壁或底板等而突出地设置于腔室100的内部空间。另外，还可以设置为如下实施方式，即，各电感耦合天线151埋入至腔室100的内壁(顶板、侧壁或底板)而不突出至腔室100的内部空间。
另外，在所述实施方式中，对并排设置两个旋转阴极5、6的情况进行了说明，但旋转阴极也可以是一个。另外，也可以不使用旋转阴极而使用平板形的阳极(cathode)。
另外，在所述实施方式中，对构成一列的电感耦合天线151的个数为五个的情况进行了说明，但只要根据旋转阴极5、6的长度来适当地变更所述个数即可。另外，也可以设置多列电感耦合天线151。此外，能适当地变更各部分的位置、个数、长度等设计事项。
另外，在所述实施方式中，对在所搬送的基材91表面中的上表面进行成膜处理的实施方式进行了说明，但不限于此。例如，可以在所搬送的基材91表面中的另一面(侧面或下表面等)进行成膜处理，也可以同时在所搬送的基材91表面中的多个面(例如上表面及下表面)进行成膜处理。
以上，对实施方式及其变形例的成膜装置及层叠体进行了说明，但这些例子是本发明的优选实施方式的例子，并不限定本发明的实施范围。本发明能在本发明范围内，自由地组合各实施方式，或使各实施方式的任意的结构要素变形，或者能在各实施方式中增减任意的结构要素。

Claims (16)

1.一种成膜装置，其是在基材表面的一侧形成至少一层膜而获得层叠体的成膜装置，其特征在于包括：
处理室，其内部具有处理空间；
基材保持部，在所述处理室内保持所述基材；
气体供应部，将气体供应至所述处理空间；
排气部，排出所述处理室内的气体；
成膜处理部，在保持于所述基材保持部的所述基材的所述表面执行成膜处理；
输入部，输入从所述一侧观察所述层叠体时的颜色信息；
存储部，针对多种颜色，存储有使颜色信息与用以获得从所述一侧观察而呈现所述颜色的所述层叠体的成膜条件相对应而成的对应数据；以及
确定部，基于从所述输入部输入的所述颜色信息，参照所述对应数据来确定所述成膜条件，且
所述层叠体从所述一侧观察，依次包括透明层与金属制的不透明层，
所述成膜条件中至少包含所述透明层的膜厚作为颜色调整要素。
2.根据权利要求1所述的成膜装置，其特征在于：
通过第一反射光与第二反射光的干涉作用来实现所述颜色调整，所述第一反射光是在将照射光从所述一侧赋予至所述层叠体时，所述照射光在所述层叠体的所述一侧的表面反射而获得，所述第二反射光是在将照射光从所述一侧赋予至所述层叠体时，所述照射光穿过所述层叠体的所述透明层而在所述透明层与所述金属制的不透明层的边界反射而获得，且
所述干涉作用根据所述透明层的膜厚而发生变化。
3.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于还包括：
判定部，判定从所述输入部输入的所述颜色信息是否包含于所述对应数据的可对应范围；以及
告知部，在所述颜色信息并不包含于所述可对应范围的情况下，将所述情况告知装置的操作者。
4.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于：
所述对应数据是通过理论计算，使构成所述层叠体的各层的各光学常数及所述透明层的膜厚、与从所述一侧观察到的所述层叠体的颜色信息相对应而成的数据。
5.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于：
所述层叠体被用作建筑物的内立面或外立面的装饰材料。
6.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于：
所述透明层为氮化硅层。
7.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于：
所述透明层为氧化钛层。
8.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于：
所述透明层为氧化铝层。
9.根据权利要求1或2所述的成膜装置，其特征在于：
所述透明层为氮化钛层。
10.一种层叠体，其是在基材表面的一侧形成至少一层膜而获得的层叠体，其特征在于：
从所述一侧观察，依次包括
透明层、与
金属制的不透明层，且
从所述一侧观察所述层叠体时观察到的颜色对于所述透明层的膜厚具有依存性。
11.根据权利要求10所述的层叠体，其特征在于：
所述依存性是由第一反射光与第二反射光的干涉作用而引起，所述第一反射光是在将照射光从所述一侧赋予至所述层叠体时，所述照射光在所述层叠体的所述一侧的表面反射而获得，所述第二反射光是在将照射光从所述一侧赋予至所述层叠体时，所述照射光穿过所述层叠体的所述透明层而在所述透明层与所述金属制的不透明层的边界反射而获得，且
所述干涉作用根据所述透明层的膜厚而发生变化。
12.根据权利要求10或11所述的层叠体，其特征在于：
其被用作建筑物的内立面或外立面的装饰材料。
13.根据权利要求10或11所述的层叠体，其特征在于：
所述透明层为氮化硅层。
14.根据权利要求10或11所述的层叠体，其特征在于：
所述透明层为氧化钛层。
15.根据权利要求10或11所述的层叠体，其特征在于：
所述透明层为氧化铝层。
16.根据权利要求10或11所述的层叠体，其特征在于：
所述透明层为氮化钛层。
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