JP2004197139A

JP2004197139A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JP2004197139A
Application number: JP2002365064A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Morimoto; 保森本; Masayuki Fuse; 昌之布施; Susumu Yanagisawa; 享柳澤; Takeshi Moriwaki; 健森脇; Takuji Oyama; 卓司尾山
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】スパッタリングにおける汚染源を排除して基体上に高品質な薄膜を形成し得るスパッタリング装置の提供。
【解決手段】基体２とそれに対向配置されたターゲット３とが配設され、該ターゲットのスパッタリングによって発生する粒子を基体の成膜面に付着させ成膜する、真空排気可能な成膜室５を含むスパッタリング装置において、前記成膜室の前記粒子が付着する部分のうち前記基体以外の構成部材が粗面化処理されてなり、かつその表面が、Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物または前記金属の１種以上を含む合金の酸化膜で被覆されていることを特徴とするスパッタリング装置１。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基体に高品質の膜を成膜し得るスパッタリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりスパッタリング技術は、種々の基体上に、Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｃｒなどの金属薄膜を成膜するために広く用いられている。
Ａｇ薄膜は反射膜、電磁遮蔽膜などの低比抵抗を要求される製品などに使用され、反射率や導電性、光透過性を向上させる目的で、薄膜中の不純物量を可能な限り低くすることが高品質のＡｇ薄膜を成膜するために有効である。
Ｃｒ薄膜はＴＦＴ液晶素子のゲート電極材や有機ＥＬ素子の電極材などの表示素子用電極材、半導体素子用電極材などとして幅広く使用されており、このＣｒ薄膜にあっては低抵抗かつ薄膜化が課題となっている。
Ａｌ薄膜は反射膜、回路基板等の配線膜として、またＣｕ薄膜は同じく配線膜として使用されており、これらＡｌ薄膜とＣｕ薄膜にあっては、電気特性のより一層の向上が望まれている。
【０００３】
従来、スパッタリング法によって高品質の金属薄膜を成膜するために種々の技術が提案されている。
例えば、アルミニウムターゲットと基板を設けた超高真空に排気可能な成膜室と、水に対する大きな排気速度を持つ真空ポンプと、高度に純化されたアルゴンガスを成膜室内へ供給するガス供給系とを備えたスパッタリング装置を用意し、基板にアルミニウム膜を成膜する時のアルゴンガス中の残留水分量を少なくとも１ｐｐｍ以下として成膜するスパッタリング成膜方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載されたスパッタリング装置は、電解研磨処理を施した内壁を有し、また該内壁を加熱クリーニングするためのヒーターを備えている。
また、別な方法として、スパッタリングで金属薄膜を形成する際の雰囲気ガスとして、還元性ガスと希釈ガスとの混合ガスを用いる金属薄膜の形成方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
更に別な方法として、基体上に銀を主成分とするターゲットを用いて、スパッタリング法により厚さが１〜３０ｎｍの銀系透明導電体薄膜を成膜するにあたり、成膜時のスパッタリング雰囲気を酸素ガスを有する雰囲気とした銀系透明導電体薄膜の製造方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２７１９１８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１６８１４号公報
【特許文献３】
特開２００２−２５３６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
基体上に高品質の金属薄膜をスパッタリング法によって形成しようとする場合、成膜室内の雰囲気ガスを清浄にする必要がある。成膜室内の主な汚染源としては、水分を主体としたガスや微粒子（パーティクル）が挙げられる。
また別な汚染源として、成膜室のスパッタリングによって放出された粒子が、成膜室内の構成部材（例えばターゲット固定用治具、基体固定用治具、長尺の基体を移動させつつ連続的に成膜する際に用いるローラ等の基体移動用治具など）の表面に付着し、不要な堆積物が形成されると、スパッタリング時に剥離して基体上の成膜に巻き込まれる可能性がある。この堆積物の剥離を防止するためには構成部材の表面をサンドブラスト加工等によって粗面化し、堆積物の密着性を高めることが有効である。しかしサンドブラスト加工を施した粗面は、その細かな凹凸に水分や微粒子が残留し易くなり、スパッタリング時に雰囲気ガスを汚染するという問題が生じる。
【０００６】
上述した従来技術のうち、特許文献２及び３に記載された技術は、スパッタリング時の雰囲気ガスに還元ガスや酸素を混入することで、基体上に高品質の金属薄膜を成膜することを企図しており、これらの公報には、上述したスパッタリング時の汚染源（水分、微粒子）の排除や上記構成部材表面に形成される不要な堆積物の剥離を防止するための具体的な手段は記載されていない。従ってこれらの従来技術では、スパッタリング時の雰囲気ガス中に含まれている汚染源（水分、微粒子など）、または上記堆積物の剥離片によって形成される膜が汚染され、高品質な膜が得られない可能性がある。
特に、特許文献３に記載されたように、高分子フィルムに電磁波シールド及び近赤外線カットを目的とした銀系透明導電体を成膜する場合には、スパッタリングの際、基体として用いる高分子フィルムから水分などのスパッタリング汚染ガスが放出されるため、高清浄雰囲気下での成膜を実施し得るガラス基体を用いたスパッタリングに比べ、高品質の薄膜を形成するのが困難であった。従って、これまでは高分子フィルム基体を用いたスパッタリングでは、均一性、緻密性に劣る薄膜しか得られないとの見方が一般的であり、高分子フィルム基体を用いたスパッタリングにおいて高品質の薄膜を形成するために、スパッタリング時の汚染源（水分、微粒子）の排除や上記構成部材表面に形成される不要な堆積物の剥離を防止するための具体的な手段は考慮されていなかった。
【０００７】
一方、特許文献１に記載された技術では、成膜の前に成膜室を高真空排気した後、高純度のアルゴンガス（スパッタリングガス）を供給し、スパッタリング時の雰囲気ガス中に含まれている汚染源（水分、微粒子など）を排除すること、および成膜室内壁に電解研磨処理を施して、汚染源（水分、微粒子など）の発生を防止することを企図している。しかし、電解研磨処理を施すと構成部材の表面が平滑化されて微粒子の発生は低減できるものの、この表面に不要な堆積物が生じた場合、その堆積物が剥離し易くなるために、スパッタリング時にこの堆積物が剥離して成膜に巻き込まれる可能性がある。また、上記構成部材のうちターゲット固定治具や基体固定治具は付着した堆積物を除去するために、時折表面処理して堆積物を除去しているが、電解研磨処理はコストと手間がかかるため、スパッタリング装置のメンテナンスの手間とコストが増加する問題がある。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、スパッタリングにおける汚染源を排除して基体上に高品質な薄膜を形成し得るスパッタリング装置の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、基体とそれに対向配置されたターゲットとが配設され、該ターゲットのスパッタリングによって発生する粒子を基体の成膜面に付着させ成膜する、真空排気可能な成膜室を含むスパッタリング装置において、前記成膜室の前記粒子が付着する部分のうち前記基体以外の構成部材が粗面化処理されてなり、かつその表面が、Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物または前記金属の１種以上を含む合金の酸化膜で被覆されていることを特徴とするスパッタリング装置を提供する。
本発明のスパッタリング装置において、前記酸化膜は、Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の金属または前記金属の１種以上を含む合金で形成されかつ粗面化処理された前記構成部材を、酸性処理液で化学研磨処理することにより形成されることが好ましい。
また、前記酸性処理液が硫酸とリン酸との少なくとも一方を主成分として含む酸性処理液であることが好ましい。
さらに、前記構成部材の表面が、凹部および／または凸部を有していることが好ましい。
また、前記基体が高分子フィルムであり、前記成膜室に長尺の該高分子フィルムの成膜面を前記ターゲットに対向させた状態で搬送する搬送手段が設けられた構成とするのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるスパッタリング装置の一実施形態を示す図である。このスパッタリング装置１は、基体として用いる高分子フィルム基体２（以下、フィルム基体と記す）とそれに対向配置された多数のターゲット３ａ〜３ｅとが配設され、該ターゲット３ａ〜３ｅのスパッタリングによって発生する粒子を、メインローラ４に接したフィルム基体２の外面側（成膜面）に付着させて成膜する（スパッタリングによって発生する粒子と雰囲気ガス中の反応性ガスとの反応生成物を付着させて成膜する場合を含む）高度真空排気が可能な成膜室５と、該成膜室５と連通して、フィルム基体２の移動方向左右に設けられたフィルム基体２供給用の巻出室６と成膜後のフィルム基体２保管用の巻取室８と、成膜室５と巻出室６との間に設けられた前処理室７とを主な構成要素として備えて構成されている。
【００１１】
成膜室５には、該成膜室５を超高真空に排気するための図示しない排気手段と成膜室５とを接続する排気口９と、該成膜室５内にスパッタリングガスとして高純度Ａｒガスを供給する図示しないＡｒガス供給源と成膜室５とを接続するＡｒガス入口１０が設けられている。なお上記Ａｒガス入口１０は、成膜室５ではなく巻出室６，前処理室７，巻取室８のいずれかに設けることができるし、排気口９も成膜室５と前処理室７以外に設けることができる。
該成膜室５を高真空に排気するための排気手段としては、例えば必要に応じてブースターポンプと組み合わせ、拡散ポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ、水選択排気ポンプなどの高真空排気が可能な高性能ポンプを用いることが望ましい。
またＡｒガス入口１０から供給されるＡｒガスは、水分や微粒子が実質上含まれない高純度Ａｒガスを用いることが望ましい。スパッタリングの際に成膜室５に導入されるＡｒガスの圧力は０．１〜０．８Ｐａ程度とされる。
【００１２】
成膜室５内に固定配置された多数のターゲット３ａ〜３ｅは、フィルム基体２上に成膜する所望の薄膜の材質に応じて選択使用でき、例えばＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｎ，Ｓｉ等の１種または２種以上の金属、ＩＴＯ，ＳｎＯ_２，Ｉｎ_２Ｏ_３，ＺｎＯ，Ｇａ添加ＺｎＯ，Ａｌ添加ＺｎＯ，ＳｉＯ_２，ＳｉＮ_ｘ等の酸化物または窒化物、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の強磁性金属、および強磁性合金等の磁性材料等を挙げることができる。複数のターゲット３ａ〜３ｅは、フィルム基体２が巻回状態で移動するメインローラ４を包囲するように配置されている。それらのターゲット３ａ〜３ｅは、それぞれ同一のターゲット材料（例えば高純度Ａｇ）をセットすることもできるし、それぞれ異なるターゲット材料を、例えばフィルム基体２の移動方向上流から下流に向けて、Ａｇ等の金属、ＺｎＯ等の酸化物、Ａｇ等の金属、ＺｎＯ等の酸化物、Ａｇ等の金属、ＺｎＯ等の酸化物のように配置し、フィルム基体２の成膜面上にこれらのターゲット材料を順次積層できるようにしてもよい。これらのターゲット３ａ〜３ｅの配置個数は特に限定されず、成膜の目的や条件に応じて適宜設定される。
【００１３】
図２はターゲット３ａ〜３ｅの固定治具を例示する断面図である。ターゲット３ａ〜３ｅは、成膜室５内に固定配置された支持部２５のメインローラ４側の面上に、セラミック板等からなるインシュレータ２４を介して設置され、該ターゲット３ａ〜３ｅは周縁部をクランプ２６で挟むことによって支持部２５に着脱可能に固定されている。ターゲット３ａ〜３ｅの外側には、メインローラ４側に向けて開いた開口を有するグランドシールド２７と、さらにその外側のチムニー２８とが設けられている。各ターゲット３ａ〜３ｅは電源１１に接続されている。電源１１は使用するスパッタリング法およびその条件に応じて適宜選択され、スパッタリング法としては、ＲＦ（高周波）マグネトロンスパッタリング法、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタリング法などを使用できる。スパッタリングによりターゲット３ａ〜３ｅから発生した粒子は、図２中の符号２９を付した矢印で示すようにターゲット３ａ〜３ｅ表面からメインローラ４側に向けて飛び出し、メインローラ４上のフィルム基体２の成膜面に達する。ターゲット３ａ〜３ｅ表面からフィルム基体２の成膜面までの間隔は、通常５０〜１００ｍｍ、好ましくは８０ｍｍ程度とされる。
【００１４】
前記フィルム基体２としては、透明で可撓性のある高分子フィルムが挙げられ、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、トリアセチルセルロースフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリレートフィルム、ポリエーテルエーテルケトンフィルム、ポリイミドフィルム、フッ素樹脂フィルムなどが用いられる。フィルム基体２のフィルム厚さは特に制限されないが、通常１０〜２５０μｍ程度である。フィルム基体２の片面または両面には、ハードコート層を設けてもよい。ハードコート材としては紫外線硬化樹脂、熱硬化性樹脂を用いることができる。紫外線硬化樹脂としては、エステル系、アクリル系、ウレタン系、アミド系、シリコーン系、エポキシ系、アクリル・ウレタン系、アクリル・エポキシ系などのモノマーやオリゴマーに光重合開始剤を配合したものが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、フェノール系、尿素系、メラミン系、不飽和ポリエステル系、ポリウレタン系、エポキシ系などの樹脂に、必要に応じて架橋剤、重合開始剤、重合促進剤、溶剤、粘度調節剤などを配合したものなどが挙げられる。
【００１５】
本例示において長尺のフィルム基体２は、巻出室６内に設けられた巻出しローラ１２に巻回された状態で供給され、ここから導出されたフィルム基体２は、前処理室７を通って成膜室５に入り、メインローラ４に係合されてターゲット３と対向しながらメインローラ４の外周面に沿って移動し、スパッタリング成膜された後、成膜室５から導出され、巻取室８に入って巻取ローラ１３に巻き取られる。図１中、符号１６〜２３は、このフィルム基体２を連続的に移動させるために装置内の適所に配置された移動用ローラ（搬送手段）である。
【００１６】
成膜室５と巻出室６の間に設けられた前処理室７には、巻出室６から成膜室５に向けて移動するフィルム基体２に紫外線を照射する紫外線照射器１４と、フィルム基体２にイオンビームソースでＡｒ，Ｈｅ，Ｋｒ，Ｎｅから選択される不活性ガスに酸素を加えたイオン化ガスを照射するイオンビーム照射器１５とのいずれか一方又は両方が設けられている。
【００１７】
上記紫外線照射器１４に用いられる紫外線源としては、水分脱離に必要な結合エネルギーである５．５ｅＶ以上の光子エネルギーを有しかつ熱源となる赤外線領域の発光のない紫外線光源が用いられ、好ましくは波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を発するエキシマランプ、重水素（Ｄ_２）ランプなどを用いることができる。波長２００ｎｍ以下の真空紫外線は、酸素等により直ちに吸収されるため、空気中では伝搬しないが、真空雰囲気中またはスパッタリングガス雰囲気中であれば該ランプからフィルム基体２に照射される。照射された紫外線はフィルム基体２に存在する水（Ｈ_２Ｏ）に作用し、Ｈ−ＯＨ間結合を切断して揮発し脱水する。
【００１８】
また上記イオンビーム照射器１５は、イオンビームソースでＡｒ，Ｈｅ，Ｋｒ，Ｎｅから選択される不活性ガスに酸素を加えたイオン化ガスを照射する従来公知のイオンビーム照射装置を使用できる。このイオン化ガスの照射によってフィルム基体２の有機汚染物質や水分が除去される。また特にＨｅ，Ｋｒ，Ｎｅなどの不活性ガスイオンの照射により、基体の透過率を劣化させることなくフィルム基体２の表面を精密に粗面化することができ、成膜される金属等の薄膜とフィルム基体２との密着性を改善できる。
【００１９】
このスパッタリング装置１にあっては、成膜室５の粒子が付着する部分のうちフィルム基体２以外の構成部材、例えば図２に例示したグランドシールド２７やチムニー２８などのターゲット固定治具（以下、構成部材３０と記す）が、粗面化処理されてなり、かつその表面が、Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物または前記金属の１種以上を含む合金（特に好ましくはＡｌ、ＴｉまたはＡｌ合金）の酸化膜からなるガス放出抑制層３１を形成したことを特徴としている。このガス放出抑制層３１は構成部材３０の表面を化学研磨処理した際に構成部材３０表面に形成される薄い緻密な酸化膜である。構成部材３０は、Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の金属または前記金属の１種以上を含む合金からなることが好ましい。
【００２０】
なお、成膜室５内の他の部材、例えばメインローラ４やフィルム基体２移動用のローラ２１，２２および成膜室５の内壁についても、粒子の堆積量が大きく、時折表面に堆積した粒子の層を取り除く処理が必要がある場合には、上記構成部材３０と同じ表面構造としてよい。一方、これらの他の部材表面に堆積する粒子が僅かであり、表面に堆積した粒子の層を取り除く処理が不要または長期間不要である場合には、これらメインローラ４、フィルム基体２移動用のローラ２１，２２および成膜室５の内壁等は、ステンレス鋼、炭素鋼、銅合金などの汎用金属材料で構成し、かつ従来より実施されている電解研磨処理を施しておくことが望ましい。本発明における粗面化処理は、本発明における構成部材を粗面化できるものであればどのような方法でも採用することができる。該粗面化処理としては、サンドブラスト処理が好ましく、特にアルミナによるサンドブラスト処理が好ましい。
【００２１】
図３（ａ）〜（ｃ）は、構成部材３０の表面に（ａ）サンドブラスト処理のみ施した場合、（ｂ）サンドブラスト処理後、酸性処理液により化学研磨処理を施した場合、（ｃ）サンドブラスト処理後、電解研磨処理（従来法）を施した場合の構成部材３０表面を示す拡大図である。
図３（ａ）に示したように、構成部材３０表面をサンドブラスト処理すると、構成部材３０の表面には大小様々な凹凸が形成される。これらの凹凸のうち、比較的小さな凹凸（通常約１μｍ以下）は、スパッタリング時に微粒子の発生源となり、また粗面の表面積が大きくなって水分が残りやすいため、構成部材３０の表面をサンドブラスト処理したままの状態では、スパッタリング時の清浄雰囲気を悪化させ、形成される膜の品質を悪化させる汚染物質（微粒子や水分）の発生源となって、高品質の膜が得られない可能性が高い。
【００２２】
一方、本発明の好ましい態様では、グランドシールド２７やチムニー２８などの構成部材３０をＡｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の金属または前記金属の１種以上を含む合金で構成するとともに、該構成部材の表面をサンドブラスト処理後、酸性処理液に浸漬して化学研磨処理を施すことで、図３（ｂ）に示すように、構成部材３０表面の比較的小さい凹凸を無くすとともに、構成部材３０の表面に該金属の酸化膜からなるガス放出抑制層３１が形成される。この化学研磨処理するための処理液としては、硫酸とリン酸の少なくとも一方を主成分として含む酸性処理液を用いることが好ましい。特に、本発明における構成部材の好ましい金属であるＡｌまたはＡｌ合金の場合、硫酸とリン酸との混合処理液であることが好ましい。硫酸のみでなくリン酸を含むことで、硫酸による著しい表面荒れが防止できる。この化学研磨処理によって、サンドブラスト処理で粗面化された構成部材３０の表面の凹凸のうち比較的大きな凹凸は残されるが、スパッタリング時に微粒子の発生源となる比較的小さい凹凸は化学研磨される。構成部材３０表面に形成されるガス放出抑制層３１の厚みは、構成部材３０を構成する金属材料の種類、化学研磨処理の条件（処理液の組成、処理時間、処理温度など）によって変更可能であり、好ましくは１０〜１００ｎｍ、より好ましくは１０〜２０ｎｍ程度とする。ガス放出抑制層３１の厚みが上記範囲内であれば、構成部材３０から水分やその他のスパッタリング汚染ガスおよび微粒子がスパッタリング時に放出され、スパッタリングガス雰囲気を汚染するのを防止できる。
【００２３】
図３（ｃ）は、サンドブラスト処理した構成部材３０に電解研磨処理を施した場合を示しており、この電解研磨処理によって、比較的小さな凹凸が無くなり、さらに比較的大きい凹凸もなだらかに研磨されている。電解研磨処理はコストと手間がかかるため、頻繁に堆積物の除去を実施せねばならない構成部材３０の表面処理には適当でない。また電解研磨処理によって、構成部材３０の表面の比較的小さな凹凸が無くなり、スパッタリング時の清浄雰囲気を悪化させ、膜の品質を悪化させる汚染物質（微粒子や水分）の発生を低減できる一方、構成部材３０表面の比較的大きな凹凸も平坦化されるので、フィルム基体２と不要な堆積物との結合が弱くなり、該堆積物が剥離し易くなる。
【００２４】
本発明における構成部材３０は、スパッタリングによりガス放出抑制層３１の表面にターゲット３から発生した粒子の不要な堆積物が溜まり、１回または複数回のスパッタリングの後、構成部材３０表面の凹凸によって該堆積物を繋ぎ止めできなくなる（すなわちスパッタリング時に剥離し易くなる）までの間に、成膜室５から取り出して該堆積物を除去する必要がある。この堆積物を除去するには、通常、堆積物を溶解するための適当な処理液、例えば堆積物がＡｇ等の金属である場合には硫酸、硝酸などの強酸溶液の中に構成部材３０を浸漬することによって実施できる。この場合、緻密な酸化物からなるガス放出抑制層３１がバリア層となるため、ガス放出抑制層３１より内部の材料をおかすことなく、堆積物を容易に除去できる。
【００２５】
本発明における構成部材３０は、サンドブラスト加工等の粗面化処理により形成された凹凸のうち比較的大きな凹凸構造を残したことによって、構成部材３０の表面を電解研磨処理によって仕上げた部材と比べ、該構成部材３０表面に堆積物を繋ぎ止める作用（アンカー作用）が大きくなり、スパッタリング時にこの堆積物の剥離片が成膜に混入する不具合を防止できるとともに、該堆積物を除去するために構成部材３０を処理する余分な操作の頻度を減少することができ、作業効率を向上できる。
また構成部材３０をＡｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の金属または前記金属の１種以上を含む合金（特に好ましくはＡｌ、ＴｉまたはＡｌ合金）で形成し、かつ構成部材３０の表面に該金属の酸化膜からなるガス放出抑制層３１を形成したことによって、スパッタリングに先立って、成膜室内の水分等の汚染源を排除するために成膜室内を高真空に排気すると、構成部材３０の水分等の汚染源が気散除去され易く、その後のスパッタリング時に構成部材３０から水分やその他のスパッタリング汚染ガスおよび微粒子がスパッタリング時に放出されてスパッタリングガス雰囲気を汚染するのを防止できる。従って、本実施形態のスパッタリング装置１は、スパッタリングにおける汚染源を排除して基体上に高品質な薄膜を形成することができる。
【００２６】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変更が可能である。上記実施形態では基体をフィルム基体２とし、成膜室５にフィルム基体２の成膜面をターゲット３に対向させた状態で一方向に向け移動させつつスパッタリングを行って、長尺のフィルム基体２に連続的に薄膜形成する装置構成を例示したが、基体としてガラス基板、セラミック基板、金属基板、硬質合成樹脂厚板等の可撓性を持たない基体を用い、ターゲット上にガラス基板等を固定状態で配置してスパッタリングを行う構成としてもよい。
【００２７】
本発明のスパッタリング装置は、制限されることなしに、例えば以下の用途に適用できる。
本発明のスパッタリング装置は、プラズマディスプレイパネル用光学フィルターに用いられるＡｇ電磁波遮蔽膜を成膜するのに使用でき、光学的、電気的特性に優れたＡｇ薄膜を提供し得る。
また本発明のスパッタリング装置は、ＴＦＴ液晶表示装置におけるゲート電極用Ｃｒ薄膜を成膜するのに使用でき、比抵抗の小さい優れたＣｒ薄膜を提供し得る。
さらに本発明のスパッタリング装置は、液晶表示装置やプロジェクターなどに利用可能なＡｌ反射膜を成膜するのに使用でき、酸化度の低い高反射のＡｌ薄膜を提供し得る。
また本発明のスパッタリング装置は、有機ＥＬ表示素子用の平滑ＩＴＯ膜上にＣｒ膜を成膜するために使用でき、ＩＴＯ膜−Ｃｒ膜間の密着性を改善し、かつ比抵抗の小さい優れたＣｒ膜を提供し得る。
【００２８】
【実施例】
図１に示すスパッタリング装置１を作製した。スパッタリング装置１は、成膜室５、巻出室６、前処理室７および巻取室８とを備え、成膜室５にはターボ分子ポンプと水選択排気ポンプとを連結した真空排気系を接続した。また成膜室５にはスパッタリングガスとして高純度Ａｒガスのボンベから精製器を介してＡｒガス供給路を接続し、所定量のＡｒガスを供給可能とした。成膜室５内には、フィルム基体２を巻き付けて移動させるためのメインローラ４と、それに対向させて図２に示す構造をもったターゲット固定治具を設置した。これらのターゲット固定治具は、支持部２５上にポリテトラフルオロエチレン製のインシュレータ２４を介してターゲット３ａ〜３ｅを置き、その周縁部をクランプ２６で固定し、開口を有するグランドシールド２７とチムニー２８を組み合わせた構造になっている。ターゲット３ａ〜３ｅは各種材料を設置可能であり、直方体形状のものを用いた。前処理室７には紫外線照射器１４とイオンビーム照射器１５を配置し、成膜室５内に導入される直前のフィルム基体の水分及び表面の有機汚染物質を除去できる構成とした。フィルム基体２としてポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、これを巻出ローラ１２に巻回し、巻出室６内に設置した。巻取室８にも同様の大きさの空の巻取ローラ１３を配置し、巻出ローラ１２からフィルム基体２を引き出し、前処理室７にて、重水素ランプにより紫外線を照射して、成膜室５のメインローラ４に接触させて巻取室８に通し、その先端を巻取ローラ１３で巻き取った。フィルム基体２は、成膜室５のメインローラ４に密着した状態で冷却もしくは加熱されながら、各ターゲット３ａ〜３ｅからの粒子を堆積させて成膜される。このフィルム基体２は、各ローラを回転駆動させることにより、約１ｍ／分でスパッタリング装置内を移動可能とした。
【００２９】
成膜室５の内壁は、ステンレス鋼の板材で形成し、その内壁面はサンドブラスト処理後、電解複合研磨処理を施した。
ターゲット３ａ〜３ｅのスパッタリングで発生する粒子（以下、スパッタ粒子と記す）がフィルム基体以外の部分に多く付着し剥離するおそれがあり、かつスパッタ粒子による加熱が大きくなるグランドシールド２７とチムニー２８（構成部材３０）は、熱膨張係数の小さなチタン材で構成した。このチタン製のグランドシールド２７とチムニー２８は、アルミナ４６番を使用し、圧力５ｋｇ／ｍ^２Ｇでのサンドブラスト処理により表面を粗面化した後、２０質量％硫酸を主成分とする８０℃の酸浴に３０〜６０分間浸漬して化学研磨処理した。この化学研磨処理によって、グランドシールド２７とチムニー２８の表面には、薄いＴｉ酸化膜からなるガス放出抑制層３１が形成された。
また成膜室５の内壁には、スパッタ粒子が該内壁に付着するのを防ぐため、取り外し可能な防着板（図示せず）を設置した。この防着板へのスパッタ粒子の付着量は上記グランドシールド２７とチムニー２８と比べて格段に少ない。この防着板はＡｌ合金（５０５２番または６０６３番）で作製し、その表面を前記と同条件でサンドブラスト処理により粗面化した後、１００℃の日本表面科学社製ケミライト５１（硫酸４３％を含む化学研磨剤）中に浸漬して化学研磨処理を施し、該Ａｌ合金の酸化膜を形成した。なお、この化学研磨処理に先立ち、５０ｇ／Ｌの水酸化ナトリウム溶液によるアルカリ洗浄と１８０ｇ／Ｌの硫酸溶液による酸洗浄を施した。
これらのチタン材からなるグランドシールド２７とチムニー２８及びＡｌ合金材からなる防着板のそれぞれの化学研磨処理の後、若干残留する薬液を除去するため、純水での水洗を行いオーブンで乾燥後、最終乾燥として真空中にて８０℃に加熱する真空ベーキングを行った。
【００３０】
上記したスパッタリング装置について、メンテナンス等の目的で成膜室を１２時間大気開放し、新たに上記チタン材からなるグランドシールド２７とチムニー２８及びＡｌ合金材からなる防着板を装着し、成膜室５内の真空引きを行ったところ、初期排気特性に改善が見られた。
図４は、上記チタン材からなるグランドシールド２７とチムニー２８及びＡｌ合金材からなる防着板を装着したスパッタリング装置（実施例という）と、上記各部材の表面をアルミナ４６番を使用し、圧力５ｋｇ／ｃｍ^２Ｇでサンドブラスト処理したままの状態で装着したスパッタリング装置（比較例１という）のそれぞれを比較した排気特性を示す。比較例１においては真空引き開始から約２００分間で１×１０^−４Ｐａに到達するのに対し、実施例では真空引き開始から１×１０^−４Ｐａに到達する時間が約４０分間と大幅に短縮された。所定時間の真空引きで到達真空度が１桁改善されたことは、成膜室内の残留水分が減少していることを示す。
【００３１】
図５は、上記比較例１と実施例の各装置を真空引き後、装置内の残留ガスの質量分析結果を示す。水のピーク（Ｍ／ｅ＝１８）強度は、比較例１と比べて実施例では１桁以上小さくなっていることが確認された。
以下、実施例のスパッタリング装置、比較例１および後述の比較例２のスパッタリング装置で成膜を行い、得られた膜の品質を各種試験により比較した。
【００３２】
（異常放電発生回数の比較試験）
本発明の装置によれば真空度を改善しかつ剥離防止を抑制できる。図６は、上述した実施例、比較例１の各スパッタリング装置と、サンドブラスト処理後に電解研磨処理を施したグランドシールド２７とチムニー２８及び防着板を装着したスパッタリング装置（比較例２という）を用い、フィルム基体を固定した状態でＣｒを連続成膜した場合、その経過時間と異常放電回数との関係を示すグラフである。構成部材に電解研磨処理を施した比較例２は、構成部材から堆積膜の破片が剥がれて混入しやすくなり、短時間で多くの異常放電が観測された。構成部材の表面がサンドブラスト処理のみの比較例１は、真空引きを行っても水分の除去が不充分となり、残留した水分によってターゲット周辺に金属酸化物等が付着し、異常放電が徐々に増加した。一方、実施例では、サンドブラスト処理後、化学研磨処理した構成部材を用いたことで、真空引きにより残留水分が少なくなり、清浄な雰囲気下でスパッタリングが実行され、金属薄膜成膜時にターゲット周辺に付着する金属酸化物の生成が抑制され、異常放電を減少させることができた。
【００３３】
（シート抵抗値の比較試験）
次に、この実施例のスパッタリング装置を使用したＣｒ成膜における効果を検証した。
まず、成膜室内をターボ分子ポンプと水選択排気ポンプにより１×１０^−５Ｐａ以下まで排気した後、精製器で水分を除去したＡｒガスを導入し、装置内圧が０．６Ｐａとなるように調整した。この状態でＣｒターゲットにＤＣ電圧を印加して基板上に１００〜２００ｎｍのＣｒを成膜した。得られたＣｒ膜のシート抵抗を四探針法にて測定した。
比較のため、比較例１のスパッタリング装置を用い、実施例と同様にＣｒを成膜し、シート抵抗を測定した。実施例及び比較例１の装置で成膜したＣｒ膜のシート抵抗と膜厚の関係を図７にまとめて記した。
図７から判るように、本発明に従う実施例のスパッタリング装置により、抵抗値が低い高品質の膜が形成できた。
【００３４】
（耐食性の比較試験）
Ａｇ成膜における本発明の適用による耐食性の向上効果について検証した。実施例のスパッタリング装置を用い、Ｐｄ１質量％をドープしたＡｇ合金をターゲットとして、Ａｇ膜を誘電体でサンドイッチした積層膜とした。誘電体にはＡｌ_２Ｏ_３を３質量％ドープしたＺｎＯターゲットを純Ａｒのスパッタリングガス雰囲気中でスパッタリングして４０ｎｍ成膜した。Ａｇ合金層の厚みは１０ｎｍとなるよう調整した。
比較のために、比較例１のスパッタリング装置を用い、実施例と同じ条件で成膜を行った。
実施例の装置を用いて作製したＡｇ膜を有する積層膜と、比較例１の装置を用いて作製したＡｇ膜を有する積層膜とにそれぞれＮａＣｌ水溶液を滴下してＡｇ膜劣化度合を測定し、それぞれのＡｇ膜の耐食性を比較した。滴下するＮａＣｌ溶液は２質量％の水溶液とし、滴下後相対湿度６０％、温度９０℃の恒温高湿槽に入れ１００時間放置した後、ＮａＣｌ滴下部分の腐食面積を測定した。その結果を図８に示す。図８から、実施例の装置を用いて作製したＡｇ膜は耐食性に優れていることがわかった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のスパッタリング装置は、スパッタリング時に発生する粒子が付着し易い構成部材を粗面化処理し、かつその表面を、Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物または前記金属の１種以上を含む合金の酸化膜で被覆したことによって、スパッタリング時に構成部材から放出される水分やその他の汚染ガスおよび微粒子が減じられ、高清浄雰囲気下でスパッタリングを行うことができ、基体上に純度、緻密性、均一性等に優れた高品質な薄膜を形成することができる。
また粗面処理した構成部材を化学研磨処理して形成することで、構成部材表面の比較的大きな凹凸は残り、比較的小さな凹凸は平滑化され、比較的小さな凹凸が無くなることで構成部材表面に残留する水分や微粒子を減らし、高清浄雰囲気下でスパッタリングできるとともに、比較的大きな凹凸が残ることで構成部材表面に付着する不要な堆積物をつなぎ止めるアンカー効果が得られ、スパッタリング時にこの堆積物が剥離して成膜中に混入するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパッタリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】スパッタリング装置のターゲット固定部材を例示する断面図である。
【図３】構成部材表面を（ａ）サンドブラスト処理、（ｂ）サンドブラスト処理後、化学研磨処理、（ｃ）電解研磨処理した場合の表面プロファイルを模式的に示す拡大図である。
【図４】本発明に従う実施例のスパッタリング装置における初期排気特性を示すグラフである。
【図５】同じスパッタリング装置の真空引き後の残留ガス分析結果を示すグラフである。
【図６】同じスパッタリング装置での成膜時の異常放電回数の測定結果を示すグラフである。
【図７】同じスパッタリング装置で作製したＣｒ膜のシート抵抗値の測定結果を示すグラフである。
【図８】同じスパッタリング装置で作製したＡｇ膜の耐食性の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１スパッタリング装置
２フィルム基体（基体）
３ａ〜３ｅターゲット
４メインローラ
５成膜室
６巻出室
７前処理室
８巻取室
９排気口
１０Ａｒガス入口
１１電源
１２巻出ローラ
１３巻取ローラ
１４紫外線照射器
１５イオンビーム照射器
１６〜２３ローラ
２４インシュレータ
２５支持部
２６クランプ
２７グランドシールド（構成部材）
２８チムニー（構成部材）
３０構成部材
３１ガス放出抑制層

Claims

基体とそれに対向配置されたターゲットとが配設され、該ターゲットのスパッタリングによって発生する粒子を基体の成膜面に付着させ成膜する、真空排気可能な成膜室を含むスパッタリング装置において、
前記成膜室の前記粒子が付着する部分のうち前記基体以外の構成部材が粗面化処理されてなり、かつその表面が、Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物または前記金属の１種以上を含む合金の酸化膜で被覆されていることを特徴とするスパッタリング装置。
前記酸化膜が、Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，ＮｉおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも１種の金属または前記金属の１種以上を含む合金で形成されかつ粗面化処理された前記構成部材を、酸性処理液で化学研磨処理することにより形成される請求項１に記載のスパッタリング装置。
前記酸性処理液が硫酸とリン酸との少なくとも一方を主成分として含む酸性処理液である請求項２に記載のスパッタリング装置。
前記構成部材の表面が、凹部および／または凸部を有している請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタリング装置。
前記基体が高分子フィルムであり、前記成膜室に長尺の該高分子フィルムの成膜面を前記ターゲットに対向させた状態で搬送する搬送手段が設けられた請求項１〜４のいずれかに記載のスパッタリング装置。