JP2002322561A

JP2002322561A - スパッタリング成膜方法

Info

Publication number: JP2002322561A
Application number: JP2001127623A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Masuda; 篤増田; Hironori Maruyama; 宏典丸山
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2002-11-08

Abstract

(57)【要約】【課題】従来、フィルム上にロールトゥーロールで安
定且つ一定の品質で成膜を行うには長時間にわたる真空
引きや成膜前のフィルムの脱ガス処理などの前処理が必
要であった反応性スパッタリング成膜方法において、上
記の前処理なしに安定した成膜品質を実現させることが
できるスパッタリング成膜方法を提供する。【解決手段】真空槽内に放電ガスと反応ガスとを導入
してロールトゥーロール方式でプラスチックフィルム上
に薄膜を形成する反応性スパッタリング装置において、
スパッタリングの放電電源を定電力出力で制御した上
で、放電電圧を一定に保つように制御することを特徴と
した反応性スパッタリング成膜方法であり、さらには、
基材上に本発明の方法で片面もしくは両面に薄膜を形成
した表示素子用基板である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、包装材、エレクト
ロニクス部材などの幅広い用途で利用されている光学薄
膜、ガスバリア膜などを形成するための成膜方法に関す
る。特には、プラスチックフィルムへロールトゥロール
方式により長時間にわたって成膜を行う際に、フィルム
全体にわたって安定した成膜品質を実現させることがで
きるスパッタリング成膜方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学薄膜やガスバリア膜などの各種薄膜
を形成する際に反応性スパッタリング法が用いられてい
る。例えば、透明ガスバリア膜として一般的なSiOx（1.
6<ｘ<1.9）膜を成膜する場合、Siをターゲットとして用
い、反応ガスとして酸素をマスフローコントローラー
（MFC）等で所望のxの値となるように調節して成膜室内
に導入する方法が用いられる。しかし、成膜室中にはMF
Cにより導入された酸素以外にも壁に吸着した水分や搬
送中のフィルムから噴出する水分に含まれる酸素原子が
存在し、これらがSiと反応する。この量が成膜中に経時
的に増減するため所望のSiOxのxの値が成膜中に変化し
てしまい、光線透過率やガスバリア性能の低下が生じる
という問題があった。特にロールトゥロール方式で、連
続的にプラスチックフィルム上に薄膜を形成する際に
は、フィルムからの水分噴出が次々に起こるため、安定
した膜質を得るためには成膜前にフィルムの脱水処理を
行ったり、水排気能力の高いポンプを用いて成膜前の真
空引きを長時間にわたって行ったりしなければならなか
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従
来、フィルム上にロールトゥーロールで安定且つ一定の
品質で成膜を行うために、長時間にわたる真空引きや成
膜前のフィルムの脱ガス処理などの前処理が必要であっ
た反応性スパッタリング成膜方法において、上記の前処
理なしに安定した成膜品質を実現させることができるス
パッタリング成膜方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空槽内に放
電ガスと反応ガスとを導入してロールトゥーロール方式
でプラスチックフィルム上に薄膜を形成する反応性スパ
ッタリング装置において、スパッタリングの放電電源を
定電力出力で制御した上で、放電電圧を一定に保つよう
に制御することを特徴とした反応性スパッタリング成膜
方法であり、さらには、基材上に本発明の方法で片面も
しくは両面に薄膜を形成した表示素子用基板である。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は、ロールトゥーロール方
式の反応性スパッタリング装置により、基材上に酸化膜
や窒化膜等を成膜する際にスパッタリング電源を一定電
力に保つように制御すると共に、スパッタリング電圧を
フィードバックして導入する反応ガス流量を制御する反
応性スパッタリング成膜方法である。本発明に用いられ
るスパッタリング装置は、ロール状のプラスチックフィ
ルムを巻くロールを具備することが好ましく、成膜室へ
の反応ガス流量を制御することが出来る反応ガス導入手
段を具備することが好ましい。また、上記スパッタリン
グ装置が水に対して高い排気能力を有するポンプを具備
することが好ましい。

【０００６】一般に安定した成膜を行うには、スパッタ
リングの投入電力を一定にし、一定量の反応ガスが成膜
室内に導入されるようにMFCでコントロールする方法が
良く用いられている。ところが、この方法による長時間
の連続成膜を行うと、成膜室中にはMFCにより導入され
た反応ガス以外にも成膜室内の残留ガスや搬送中のフィ
ルムから噴出するガスの影響により、所望の膜質が得ら
れなかった。また、フィルムの水分量も、ロールの外周
寄りと中心部寄りとで異なるため、膜質のバラツキも生
じる。例えば透明ガスバリア膜などに用いられるSiOx膜
の場合、良好なガスバリア性と高い光線透過率を両立さ
せるためには1.6<ｘ<1.9であることが望ましいが、MFC
で一定量の酸素を導入していても搬送中のフィルムから
噴出するガスに含まれる酸素がSiとの反応に寄与するこ
とによりxの値がこの範囲から外れることがしばしばあ
った。

【０００７】本発明者らは一定電力下におけるスパッタ
リング電圧の変化が成膜室中の反応ガス量と関連性があ
ることを発見した。この発見により、スパッタリング電
圧をフィードバックして反応ガスの導入流量を制御し、
電圧を常に一定とすることで、成膜前の長時間の真空引
きや成膜前のフィルムの脱ガス処理を行うことなく、長
時間にわたって安定した膜質が得られ、表示素子用基板
にも使用しうるガスバリア性と透明性をもつプラスチッ
クフィルムを得ることができた。

【０００８】本発明は、SiOx例だけではなく、他の金属
をターゲットとした反応性スパッタリングにももちろん
応用可能であり、ターゲット金属については特に限定は
しないが、例えばSi、Al、In、Sn、Zn、Ti、Cu、Ce等の
１種以上を含む金属・合金または、これらの酸化物、窒
化物、酸化窒化物、ハロゲン化物なども用いることがで
きる。また、反応ガスについても、特に限定はせず、酸
素、窒素、ハロゲン等を挙げることができるが、真空槽
壁に吸着あるいはフィルムから噴出するガスは水分であ
ることが多く、この水分に含まれる酸素が問題となるこ
とから、特に酸素を使用する場合に効果を発揮する。本
発明の他の応用例としては、窒化シリコンをターゲット
として反応ガスに酸素を用いて、 x/yの比率が0.6〜4.0
の範囲にあるSiOxNy薄膜を安定して成膜させることがで
き、薄膜の膜厚を10nm〜200nmとすることで、表示素子
用基板として使用しうる優れたガスバリア性と光線透過
率を実現した。

【０００９】以上のように、本発明の反応性スパッタリ
ング成膜方法によれば、成膜開始時の良好な膜性能、た
とえば、光線透過率をはじめ、ガスバリア性、耐久性、
膜密着性などを長時間連続プロセスにおいて維持できる
ことがわかった。なお、本発明の基材に関してはプラス
チックフィルムであれば何ら制限はないが、ポリスルホ
ン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート
樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポ
リエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリ
イミド樹脂、ポリオレフィン樹脂等のプラスチックを使
用することができ、その含水率が1wt%以下であれば本発
明を実施することが可能である。フィルムの含水率が1w
t%を超えると流量制御が行えなくなる恐れがある。ま
た、基材には、密着性向上を目的として、有機層をコー
ティングすることも可能であり、その厚みは、0.1〜10
μｍが好ましい。

【００１０】

【実施例】以下実施例に基づき詳細に説明する。ここ
で、本実施例は本発明の方法を効果的に実施することが
できるものであるが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではない。

【００１１】＜実施例1＞図１に示すようにロールトゥ
ーロール方式のスパッタリング装置（１）を用いた。こ
の装置は真空槽（２）を有しており、その中央部にはプ
ラスチックフィルム（６）を表面に接触させて加熱もし
くは冷却するためのドラム（３）が配置されている。ま
た、上記真空槽（２）にはプラスチックフィルム（６）
を巻くためのロール（４）およびロール（５）が配置さ
れている。ロール（４）に巻かれたプラスチックフィル
ム（６）はガイド（７）を介してドラム（３）に巻か
れ、さらにプラスチックフィルム（６）はガイド（８）
を介してロール（５）に巻かれる。真空排気系としては
排気口（９）から真空ポンプ（１０）によって真空槽
（２）内の排気が常に行われている。成膜系としてはパ
ルス電力を印加できるDC方式の放電電源11に接続された
カソード（１２）上にターゲット(図示せず)が装着され
ている。この放電電源（１１）は制御器（１３）に接続
され、さらにこの制御器（１３）は真空槽（２）へ配管
（１５）を介して反応ガス導入量を調整しつつ供給する
MFC（１４）に接続されている。また、真空槽（２）に
は一定流量の放電ガスが供給されるよう構成されている
(図示せず)。所望する膜質が得られるような反応ガス導
入量を設定し、このときの電圧値を設定電圧値として、
電圧値が設定値よりも大きい場合には制御器（１３）よ
りMFC（１４）に反応ガス流量を増やすように指令が送
られる。また、電圧値が設定値よりも小さい場合には制
御器（１３）よりMFC（１４）に反応ガス流量を減らす
ように指令が送られる。このようにして真空槽（２）に
供給する反応ガス流量を適切な量に制御している。以
下、具体的な条件を示す。

【００１２】プラスチックフィルム（６）として厚さ20
0μmのポリエーテルスルホンフィルムに易接着性の有機
層をプライマーコートしたものを100m用意した。ターゲ
ットとしてSiをセットし、放電電源（１１）としてパル
ス印加方式のDC電源を用意した。真空ポンプ（１０）を
起動し、真空槽（２）内を10-4Pa台まで真空引きし、放
電ガスとしてアルゴンを30sccm、反応ガスとして酸素を
13sccm導入した。雰囲気圧力が安定したところで放電電
源（１１）をONし、放電電力2kWでSiターゲット上にプ
ラズマを発生させ、スパッタリングプロセスを開始し
た。このときの電圧値は530Vであった。この電圧値を設
定値として、放電電圧が設定値よりも小さい場合は酸素
流量を減少、放電電圧が設定値よりも大きい場合は酸素
流量を増加させるように、制御器（１３）よりMFC（１
４）に指令を出すことで放電電圧を一定に保つように制
御した。成膜中の放電電圧および導入酸素流量の時間変
化を図2に示すが、酸素流量を変化させることにより電
圧が一定に保たれていた。また、成膜スタート部（ロー
ル外周寄り）、エンド部（ロール中心部寄り）の光線透
過率、酸素ガスバリア性を比較したところ、表１に示す
ように、400nmにおける光線透過率、酸素バリア性共に
安定した成膜ができ、表示素子用基板としての要求特性
を満たすことができた。

【００１３】

【表１】

【００１４】＜比較例1＞実施例1と同様に、電力一定の
条件でスパッタリングを行った。各条件はすべて実施例
1と同じにしたが、制御器（１３）による流量制御は行
わなかった。実施例1と同様に成膜中の放電電圧および
導入酸素流量の時間変化を図3に示すが、成膜中に放電
電圧が上昇していることがわかる。また、成膜スタート
部、エンド部の光線透過率、酸素ガスバリア性を比較し
たところ、表２に示すように400nmにおける光線透過
率、酸素ガスバリア性共に不安定な成膜となり、成膜エ
ンド部では、光学用途、特に表示素子用基板としての要
求特性を満たすことができなくなった。

【００１５】

【表２】

【００１６】＜実施例2＞ターゲットとしてＳｉ₃Ｎ₄、
放電電源（１１）としてRF方式の電源を用いた他は実施
例1と全く同様のスパッタリング装置（１）を用いた。
放電ガスとしてArを30sccm、反応ガスとしてＯ₂を15scc
m導入した。雰囲気圧力が安定したところで放電電源
（１１）をONし、放電電力2kWでＳｉ₃Ｎ₄ターゲット上
にプラズマを発生させ、スパッタリングプロセスを開始
した。このときの電圧値は570Vであった。この電圧値を
設定値として、放電電圧が設定値よりも小さい場合は酸
素流量を減少、放電電圧が設定値よりも大きい場合は制
御器（１３）より酸素流量を増加させるようにMFC（１
４）に指令を出すことで放電電圧を一定に保つように制
御した。成膜スタート部、エンド部の光線透過率、酸素
ガスバリア性を比較したところ、表３に示すように、40
0nmにおける光線透過率、酸素バリア性共に安定した成
膜ができ、表示素子用基板としての要求特性を満たすこ
とができた。

【００１７】

【表３】

【００１８】＜比較例2＞実施例2と同様に、電力一定の
条件でスパッタリングを行った。各条件はすべて実施例
2と同じにしたが、制御器（１３）による流量制御は行
わなかった。成膜スタート部、エンド部の光線透過率、
酸素ガスバリア性を比較したところ、表４に示すように
酸素ガスバリア性はスタート部、エンド部とも良好であ
ったが、400nmにおける光線透過率が成膜エンド部では
低下し、光学用途、特に表示素子用基板としての要求特
性を満たすことができなくなった。

【００１９】

【表４】

【００２０】

【発明の効果】本発明は、ロールトゥーロール方式で反
応性スパッタリング成膜をする装置において、放電電源
を定電力コントロールした上で、放電電圧を一定に保つ
ように、反応ガスの導入量を調整することにより、長時
間の連続成膜プロセスにおいて所望の膜品質を安定して
得ることができる。また、成膜中の成膜室内の残留ガス
の減少や、搬送中のフィルムからのガスの噴出により、
反応性ガス濃度に変化が生じても、これを制御すること
ができるため、成膜前のフィルムの脱ガス処理や長時間
の真空引きやが不要となり、生産性を向上させることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明で使用する装置の概念図である。

【符号の説明】

1 スパッタリング装置 2 真空槽 3 ドラム 4 ロール 5 ロール 6 プラスチックフィルム 7 ガイド 8 ガイド 9 排気口 10 真空ポンプ 11 放電電源 12 カソード 13 制御器 14 マスフローコントローラー 15 反応ガス配管

【図2】実施例1による本発明の効果を示すグラフであ
る。

【図3】比較例1で実施した結果を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F006 AA12 AA34 AA35 AA36 AA38 AA39 AA40 AB73 AB76 BA05 DA01 4K029 AA11 AA25 BA03 BA08 BA10 BA15 BA17 BA35 BA46 CA06 EA01 JA10 KA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも金属を含むターゲットを用
い、真空槽内に放電ガスと反応ガスとを導入して放電を
行い、ロールトゥーロール方式で基材上に薄膜を形成す
る反応性スパッタリング装置において、スパッタリング
の放電電源を定電力出力で制御した上で、放電電圧を一
定に保つように制御することを特徴とした反応性スパッ
タリング成膜方法。
【請求項２】放電電圧を一定に保つように制御する方
法が放電電圧をフィードバックして反応ガス導入量を随
時制御することである請求項１記載の反応性スパッタリ
ング成膜方法。
【請求項３】前記金属が、 Si、Al、In、Sn、Zn、T
i、Cu、Ceの内1種以上を含む請求項１または２記載の反
応性スパッタリング成膜方法。
【請求項４】前記基材がロール状のプラスチックフィ
ルムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
項記載の反応性スパッタリング成膜方法。
【請求項５】前記プラスチックフィルムの含水率が1w
t%以下である請求項４記載の反応性スパッタリング成膜
方法。
【請求項６】前記スパッタリング装置がロール状のプ
ラスチックフィルムを巻くためのロールを具備すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の反応性
スパッタリング成膜方法。
【請求項７】前記反応ガスが酸素である請求項１〜６
のいずれか１項記載の反応性スパッタリング成膜方法。
【請求項８】請求項１〜７いずれか１項記載の方法に
より製造され、ｘの値が1.6<ｘ<1.9の範囲にあるSiOx
薄膜。
【請求項９】薄膜の膜厚が10nm〜500nmの範囲である
請求項８記載のSiOx薄膜。
【請求項１０】請求項１〜７いずれか１項記載の方法
により製造され、 x/yの比率が0.6〜4.0の範囲にあるSi
OxNy薄膜。
【請求項１１】薄膜の膜厚が10nm〜200nmの範囲であ
る請求項１０記載のSiOxNy薄膜。
【請求項１２】請求項１〜７いずれか１項記載の方法
により製造される表示素子用基板。
【請求項１３】片面もしくは両面に請求項８〜１１い
ずれか１項記載の薄膜を有する表示素子用基板。