JP2004315861A - Thin film forming system and thin film forming method - Google Patents

Thin film forming system and thin film forming method Download PDF

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Toshiaki Kunieda
敏明 国枝
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film forming system capable of stably forming a thin film of various desired characteristics uniformly in its longitudinal and transverse directions with good reproducibility in thin film formation of continuously forming the thin film (functional thin film) by sputtering treatment on the surface of a long-length film-shaped substrate continuously supplied to a substrate transport route, and to provide a thin film forming method. <P>SOLUTION: The method for forming the thin film comprises a step of subjecting the film-shaped substrate to degassing treatment by heating the film-shaped substrate prior to the formation of the thin film thereon by the sputtering treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板搬送経路に連続的に供給される長尺のフィルム状基板の表面に、スパッタ処理により連続的に薄膜（機能性薄膜）を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような薄膜形成装置及び薄膜形成方法において用いられるスパッタ法、特にマグネトロンスパッタ法は、比較的高速で複雑な組成の薄膜（機能性薄膜）が形成できること、緻密な膜が得られること、薄膜の形成厚さの均一性に優れていることなどの特徴を有することから、電子部品や光学部品、記録メディア、装飾品などの様々な分野における薄膜形成の手段として一般に広く用いられている。
【０００３】
一方、このような薄膜形成装置及び薄膜形成方法をフィルム状基板として一般的に用いられているプラスチックフィルム基板に展開した場合は、形成される薄膜の電気特性や光学特性、熱特性などのバラツキが、他の基板、例えばシリコンウェーハーや石英基板などと比較して大きいということが指摘されている。
【０００４】
昨今のデバイスやメディアの軽薄短小の要請から、プラスチックフィルム基板上に再現性のある安定した薄膜の形成が強く求められている。このために、従来の薄膜形成方法においては、ドライ方式の前処理やウェット方式の前処理が提案されている。
【０００５】
具体的には、（１）ドライ方式としてはプラズマ処理が提案されている。例えば、特許第３３３１６３１号公報では、マグネトロン電極を用いて炭酸ガスの低温プラズマを発生させて基板の表面を処理し、酸素透過率や水蒸気透過率の安定した金属薄膜を得ている。また、特許第２８７０９３７号公報では、炭酸ガスと窒素ガスの混合ガスをもちいて基板の表面を放電処理し、高密着強度の金属膜を得ている。また、特開昭５８−１０３５３４号公報では、マイクロ波プラズマを用いて前処理をすることにより、光沢がよく、密着性の優れた金属膜を得ている。
【０００６】
また、（２）ウェット方式としては、特開平６−３５７１４号公報では、特定温度、特定濃度の水酸化ナトリウムなどの高アルカリ性溶液で浸漬処理することにより防曇性を有する遮光フィルムを得ている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３３３１６３１号公報
【特許文献２】
特許第２８７０９３７号公報
【特許文献３】
特開昭５８−１０３５３４号公報
【特許文献４】
特開平６−３５７１４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）の方法では、表面のみのクリーニングにとどまり、機能性薄膜の形成時にプラスチックフィルム基板自身が温度上昇することによってプラスチックフィルム基板の内部から放出されるガス成分、主に水分が除去することができず、上記放出されるガス成分により上記形成された機能性薄膜が影響を受けて、安定した特性の薄膜を得ることができず、また、その特性の再現性が低下する場合があるという問題点がある。
【０００９】
また、上記（２）の方法では、処理のために大掛かりな装置が必要となり、また、当該処理により生じる廃液処理が必要となることから、その処理、すなわち、環境対策を含め、装置にコストがかかるという問題点がある。また、当該処理に起因するプラスチックフィルム基板への二次汚染も心配され、慎重に上記処理を行う必要がある。
【００１０】
このように、従来の薄膜形成装置及び薄膜形成方法では、広幅、長尺のプラスチックフィルム基板に対して、その長手方向や成膜（薄膜形成）バッチ間において再現性がよく、安定した特性の薄膜を得ることが困難であるという問題点を有する。
【００１１】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、基板搬送経路に連続的に供給される長尺のフィルム状基板の表面に、スパッタ処理により連続的に薄膜（機能性薄膜）を形成する薄膜形成において、求められる諸特性の薄膜をその長手、幅方向において均一に、かつ再現性よく安定させて形成することができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様によれば、フィルム状基板を基板搬送経路に連続的に供給する基板供給部と、
上記基板供給部より上記基板搬経路に供給された上記フィルム状基板の加熱による上記フィルム状基板の脱ガス処理を行う加熱装置と、
上記基板搬送経路において、上記脱ガス処理が行われた上記フィルム状基板に対して、スパッタ処理により薄膜を形成する薄膜形成部と、
上記薄膜形成部にて薄膜が形成されたフィルム状基板を、上記基板搬送経路から取り出す基板取出部とを備える、ことを特徴とする薄膜形成装置を提供する。
【００１３】
本発明の第２態様によれば、上記基板供給部は、回転駆動可能であって、巻取り保持されている上記フィルム状基板を上記基板搬送経路に連続的に供給する供給ロールを有し、
上記薄膜形成部は、
回転駆動可能であって、上記フィルム状基板と接触しながら、当該回転駆動により上記フィルム状基板を上記基板搬送経路に沿って案内し、かつ、上記接触されたフィルム状基板を冷却する基板冷却ドラムと、
上記スパッタ処理のための電圧を印加可能であって、当該電圧の印加により上記基板冷却ドラムに接触する上記フィルム状基板の表面に上記薄膜を形成する成膜用電極部とを有し、
上記加熱装置は、上記供給ロールと上記基板冷却ドラムとの間の上記基板搬送経路における上記フィルム状基板に対して上記加熱可能に配置され、
上記成膜用電極部は、上記加熱により付加された熱量が、上記基板冷却ドラムによる上記冷却により減少された上記フィルム状基板に対して、上記薄膜の形成を行う第１態様に記載の薄膜形成装置を提供する。
【００１４】
本発明の第３態様によれば、上記加熱装置と上記薄膜形成部との間の上記基板搬送経路における上記加熱装置の近傍の位置の上記フィルム状基板の温度を検出する基板用温度センサをさらに備え、
上記加熱装置は、上記基板用温度センサにより検出された上記フィルム状基板の温度に基づいて、上記加熱による上記フィルム状基板の加熱温度の制御を行う加熱制御部をさらに備える第２態様に記載の薄膜形成装置を提供する。
【００１５】
本発明の第４態様によれば、上記加熱装置は、
回転駆動可能であって、上記フィルム状基板と接触しながら、当該回転駆動により上記フィルム状基板に対して加熱を行う基板加熱ドラムと、
上記基板加熱ドラムに備えられて、上記基板加熱ドラムによる上記加熱温度を検出可能なドラム用温度センサと、
上記ドラム用温度センサにより検出された上記加熱温度に基づいて、上記フィルム状基板の加熱温度の制御を行う加熱制御部とをさらに備える第２態様に記載の薄膜形成装置を提供する。
【００１６】
本発明の第５態様によれば、上記成膜用電極部により上記薄膜が形成され、かつ、上記基板冷却ドラムに接触されている上記フィルム状基板の温度を検出する薄膜形成基板用温度センサをさらに備え、
上記加熱装置は、上記加熱装置による上記フィルム状基板の加熱温度が、上記薄膜形成基板用温度センサにより検出された上記フィルム状基板の温度と略同じ温度、又は、それ以上の温度となるように、上記加熱温度の制御を行う加熱制御部を備える第２態様から第４態様のいずれか１つに記載の薄膜形成装置を提供する。
【００１７】
本発明の第６態様によれば、上記基板用温度センサ、又は、上記薄膜形成基板用温度センサは、被接触式の温度センサである第３態様又は第５態様に記載の薄膜形成装置を提供する。
【００１８】
本発明の第７態様によれば、上記基板取出部は、回転駆動可能であって、上記基板搬送経路に供給されて、上記薄膜が形成されたフィルム状基板を連続的に巻き取って保持する巻取りロールを有し、
上記供給ロール、上記加熱装置、上記巻取りロール、及び夫々の上記温度センサが配置されている空間を、上記成膜電極部が配置されている空間と区切る仕切り板がさらに備えられている第３態様から第６態様のいずれか１つに記載の薄膜形成装置を提供する。
【００１９】
本発明の第８態様によれば、上記フィルム状基板は、プラスチックフィルム基板である第１態様から第７態様のいずれか１つに記載の薄膜形成装置を提供する。
【００２０】
本発明の第９態様によれば、上記加熱温度は、上記プラスチックフィルム基板のガラス転移点温度よりも低い温度である第８態様に記載の薄膜形成装置を提供する。
【００２１】
本発明の第１０態様によれば、上記脱ガス処理は、上記フィルム状基板に含まれている水分を、上記フィルム状基板の上記加熱により減少させる処理である第１態様から第９態様のいずれか１つに記載の薄膜形成装置を提供する。
【００２２】
本発明の第１１態様によれば、スパッタ処理により、フィルム状基板の表面に連続的に薄膜を形成する薄膜形成方法において、上記スパッタ処理による上記薄膜の形成の前に、上記フィルム状基板の加熱による上記フィルム状基板の脱ガス処理を行うことを特徴とする薄膜形成方法を提供する。
【００２３】
本発明の第１２態様によれば、上記脱ガス処理を行った後、上記フィルム状基板の冷却して、上記加熱により付加された熱量を減少させて、
その後、上記フィルム状基板に対して、上記薄膜の形成を行う第１１態様に記載の薄膜形成方法を提供する。
【００２４】
本発明の第１３態様によれば、上記薄膜が形成された直後の上記フィルム状基板の温度を検出し、
当該検出された温度と略同じ温度、又は、それ以上の温度となるように、上記薄膜が形成される前の上記フィルム状基板の上記加熱を行う第１１態様又は第１２態様に記載の薄膜形成方法を提供する。
【００２５】
本発明の第１４態様によれば、上記脱ガス処理は、上記フィルム状基板に含まれている水分を、上記フィルム状基板の上記加熱により減少させる処理である第１１態様から第１３態様のいずれか１つに記載の薄膜形成方法を提供する。
【００２６】
本発明の第１５態様によれば、上記フィルム状基板に形成される薄膜は、光記録メディア材料により形成される第１１態様から第１４態様のいずれか１つに記載の薄膜形成方法を提供する。
【００２７】
本発明の第１６態様によれば、上記光記録メディア材料は、相変化材料である第１５態様に記載の薄膜形成方法を提供する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる実施の形態を説明するにあたって、まず、本明細書において用いられている「用語」の定義について説明する。
【００２９】
用語「脱ガス処理」とは、フィルム状基板に含まれているガス（あるいはガス成分。ただし、当該含まれている状態での相は気相のみに限られず、液相や固相であるものも含む）であって、かつ、スパッタ処理による薄膜形成時の熱により上記フィルム状基板が加熱されることにより、上記フィルム状基板からアウトガス（すなわち、その内部より外部への放出）されるガスであり、上記薄膜の形成厚さや特性等に影響を与えるようなガスを、上記フィルム状基板を加熱することにより、アウトガスさせて減少させる処理のことをいう。また、当該ガスは、例えば、Ｈ２Ｏ（水蒸気あるいは水分）であって、上記薄膜が形成されている過程において当該ガスが発生することにより、当該薄膜の結晶化温度の上昇や、当該薄膜の電気特性や光学特性や熱特性等の特性にバラツキを生じさせる場合がある。なお、上記ガスの一部には、空気の成分である窒素ガスや酸素ガスが含まれることもあり、上記フィルム状基板の材質等によっては、さらに、低分子量の添加剤が含まれるような場合もある。
【００３０】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を実施する薄膜形成装置の一例である薄膜形成装置１０１の模式的な構成を示す模式説明図を図１に示す。
【００３２】
図１に示すように、薄膜形成装置１０１は、フィルム状基板の一例であるプラスチックフィルム基板５への薄膜形成が行なわれる真空容器１と、この真空容器１の内部に備えられた夫々の構成部として、プラスチックフィルム基板５をその基板搬送経路６に連続的に供給する基板供給部と、上記基板供給部より基板搬送経路６に供給されたプラスチックフィルム基板５に対して、スパッタ処理により薄膜を形成する薄膜形成部と、上記薄膜形成部にて薄膜が形成されたプラスチックフィルム基板５を、基板搬送経路６から取り出す基板取出部とを備えている。
【００３３】
図１に示すように、上記基板供給部は、プラスチックフィルム基板５を巻き取られた状態で保持し、回転駆動されることにより基板搬送経路６にプラスッチックフィルム基板５を連続的に供給可能な供給ロール１１と、この供給ロール１１の上記回転駆動を行う回転駆動部（図示しない）とを備えている。また、上記基板取出部は、回転駆動されることにより、上記薄膜形成部にて薄膜が形成されたプラスチックフィルム基板５を連続的に巻き取って、基板搬送経路６から取り出す巻取りロール１２と、この巻取りロール１２の上記回転駆動を行う回転駆動部（図示しない）とを備えている。
【００３４】
また、図１に示すように、上記薄膜形成部は、真空容器１の内部の略中央付近に配置されて、円筒状の形状を有し、回転駆動されることによりプラスチックフィルム基板５と接触しながら、プラスチックフィルム基板５を基板搬送経路６に沿って案内し、かつ、上記接触されているプラスチックフィルム基板５を冷却することが可能な基板冷却ドラムの一例である冷却ドラム１３と、この冷却ドラム１３の上記回転駆動を行う回転駆動部（図示しない）とを備えている。
【００３５】
また、冷却ドラム１３、供給ロール１１、及び、巻取りロール１２の夫々は、夫々の軸心を回転中心として回転駆動可能となっているとともに、夫々の回転中心が同じ方向に位置されるように（すなわち、図１の紙面に直交する方向を同じ方向として位置されるように）真空容器１内に配置されている。なお、供給ロール１１、巻取りロール１２、及び冷却ドラム１３の形成長さ（すなわち、図１の紙面に直交する方向の形成長さ）は、プラスチックフィルム基板５の形成幅よりも少し大きくなるように形成されている。
【００３６】
さらに、図１に示すように、冷却ドラム１３の周面がプラスチックフィルム基板５への接触面１３ａとなっており、基板搬送経路６に供給されたプラスチックフィルム基板５が、冷却ドラム１３の接触面１３ａと接された状態とされ、かつ、この接触面１３ａに接されたプラスチックフィルム基板５が、巻取りロール１２により巻き取り可能なように、供給ロール１１と巻取りロール１２の中間位置の図示下方に冷却ドラム１３が配置されている。
【００３７】
また、供給ロール１１、冷却ドラム１３、及び巻取りロール１２の夫々が、上記夫々の回転駆動部（図示しない）により、互いに同期して回転駆動され、供給ロール１１から巻取りロール１２まで冷却ドラム１３を経由するように、基板搬送経路６において、プラスチックフィルム基板５を一定の速度で連続的に搬送することが可能となっている。なお、図１においては、供給ロール１１は図示時計方向に回転駆動され、冷却ドラム１３は図示反時計方向に回転駆動され、巻取りロール１２は図示時計方向に回転駆動される。また、供給ロール１１と冷却ドラム１３との間、及び冷却ドラム１３と巻取りロール１２との間には、搬送されるプラスチックフィルム基板５に一定の張力と付与するガイドロール１４が夫々備えられている。これにより、プラスチックフィルム基板５の搬送の際のたるみやしわ等の発生が防止され、円滑な搬送が可能となっている。
【００３８】
また、冷却ドラム１３は、その接触面１３ａにおいて接触されたプラスチックフィルム基板５を冷却ドラム１３の内部よりの伝熱によって冷却することが可能となっている。これは、接触面１３ａに接触されたプラスチックフィルム基板５に対して上記薄膜形成部により行なわれる薄膜形成の際等に発生する熱的な影響を防止するため、例えば、プラスチックフィルム基板５の切断やしわの発生を防止するためや、後述する加熱装置によりプラスチックフィルム基板５に付加された熱量を当該冷却により取り除くためである。例えば、冷却ドラム１３は、その接触面１３ａが−４０℃〜０℃の範囲の温度となるように冷却されて、接触して保持されるプラスチックフィルム基板５を冷却可能となっている。なお、冷却ドラム１３には、冷却ドラム１３自体の温度を測定する温度センサが備えられ、冷却ドラム１３による冷却温度を確実に制御することが可能となっている。
【００３９】
また、図１に示すように、上記基板供給部と上記薄膜形成部との間、より具体的には、供給ロール１１と冷却ドラム１３との間における基板搬送経路６上には、当該基板搬送経路６におけるプラスチックフィルム基板５を加熱することにより、プラスチックフィルム基板５の脱ガス処理を行う加熱装置１５が備えられている。なお、この加熱装置１５の構造についての詳細な説明は、後述するものとする。
【００４０】
また、図１に示すように、上記薄膜形成部は、冷却ドラム１３の接触面１３ａと対向するように所定距離だけ離間されて配置された成膜用電極部の一例であるスパッタカソード２１を備えている。スパッタカソード２１は、大略短冊形状を有しており、その形成長さ寸法（すなわち、図１の紙面に直交する方向の長さ）は、冷却ドラム１３の上記形成長さ寸法と略同じとなっている。
【００４１】
また、図１に示すように、スパッタカソード２１は冷却ドラム１３の上記回転中心の図示鉛直下方に配置されており、その上面である冷却ドラム１３の接触面１３ａに対向する側の面に、機能性材料（若しくは薄膜形成材料）からなるターゲット２２を着脱可能に載置している。
【００４２】
ここで、「機能性材料」とは、フィルム状基板の表面に薄膜を形成する材料である。例えば、上記薄膜形成により電子部品を形成するような場合には、ＣｕＮｉ、ＮｉＣｒ、ＮｉＴｉ等の材料が用いられ、上記薄膜形成により光学部品を形成するような場合には、ＭｇＯ、ＩＴＯ、ＣａＦ等の材料が用いられ、上記薄膜形成により記録メディアを形成するような場合には、ＣｏＣｒ、ＣｏＮｉ、ＴｂＦｅＣｏ、ＴｅＧｅＳｂ、ＡｇＩｎＳｂＴｅ、ＩｎＳｂＳｎ、ＩｎＳｂＴｅ、ＧｅＳｂＴｅ、ＴｅＯＰｄ等の材料が用いられ、装飾用としては、Ａｕ、Ａｇ等の材料が用いられる。なお、本第１実施形態においては、上記記録メディアを形成する場合の機能性材料のうちの光記録メディア用材料であるＩｎＳｂＳｎを中心に用い、これによりプラスチックフィルム基板５の表面に形成される薄膜は、例えば、３０〜１５０ｎｍの範囲の膜厚を有する。
【００４３】
また、図１に示すように、スパッタカソード２１には、電源装置２が接続されており、この電源装置２により直流電圧あるいはパルス状の直流電圧、交流電圧、又は高周波電圧等がスパッタカソード２１に印加されて、スパッタカソード２１よりその上方の冷却ドラム１３の接触面１３ａに向けて、スパッタ処理に必要な放電を発生させることが可能となっている。なお、電源装置２は、真空容器１の外部に設置されている。また、真空容器１の本体及び電源装置２の本体の夫々は、接地（アース）されている。また、冷却ドラム１３は、目的や構造に応じて、接地する場合としない場合とがあるが、本第１実施形態においては、冷却ドラム１３は接地（図示しない）されている。また、本第１実施形態においては、例えば、電源装置２として、その電気容量が１０ｋＷで、投入電力が３〜４ｋＷのものを用いている。
【００４４】
また、本第１実施形態の薄膜形成装置１０１においては、マグネトロン方式と呼ばれている高速スパッタ法を採用しており、このようなスパッタ法においては、スパッタカソード２１と冷却ドラム１３の接触面１３ａとの間の上記所定距離としては、例えば、７〜１０ｃｍ程度の距離が用いられる。これは、プラスチックフィルム基板５が熱に弱いという特性を考慮して、上記放電等が発生される薄膜形成時に、当該放電等によるプラスチックフィルム基板５への熱的な損傷を避けることができ、かつ、できる限り接触面１３ａに近づけられた距離である。
【００４５】
また、図１に示すように、薄膜形成装置１０１の真空容器１は、仕切り板１ａによりその内部空間が仕切られて、仕切り板１ａの図示上方の空間である上室Ａと、図示下方の空間である下室Ｂとに分けられている。この真空容器１ａの上室Ａ内には、供給ロール１１、巻取りロール１２、加熱装置１５、及び夫々のガイドロール１４が配置されており、下室Ｂ内には、スパッタカソード２１が配置されている。また、冷却ドラム１３は、この仕切り板１３ａをその中央部分で貫通するように、仕切り板１ａと接触することなく、配置されている。このような仕切り板１ａの設置は、汚染や真空度の面で、夫々の室が他の室に対して、できる限り影響を与えることを防止することを目的としている。例えば、水分を吸収しやすいという特性を有するプラスチックフィルム基板５から、真空化時に水分を含んだガスである吸着ガスが発生される場合があり、特に、プラスチックフィルム基板５が巻き取られている供給ロール１１の付近において、この吸着ガスの発生量が多くなる場合がある。しかしながら、供給ロール１１とスパッタカソード２１とがこの仕切り板１ａにより仕切られていることにより、供給ロール１１の付近からスパッタカソード２１への上記吸着ガスの侵入量を低減させることができ、この吸着ガスが薄膜形成に影響を与えることを防止することができる。
【００４６】
また、図１に示すように、真空容器１の上室Ａには、真空排気装置の一例である真空ポンプ４が、下室Ｂには、真空排気装置の一例である真空ポンプ３が、夫々個別に接続されており、真空ポンプ３及び４を運転させることにより、上室Ａ及び下室Ｂの内部を、例えば、１×１０−３〜１×１０−５Ｐａの範囲のいずれかの圧力が保たれるように真空排気することができる。なお、このような真空ポンプ３及び４としては、例えば、拡散ポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ等が用いられる。
【００４７】
また、薄膜形成装置１０１には、真空容器１の下室Ｂの内部に薄膜形成のための反応ガスを供給する、図示しない反応ガス供給部が備えられている。上記反応ガスとしては、アルゴンガス、あるいはアルゴンガスに酸素等を一部添加されたガスが用いられる。なお、本第１実施形態においては、上記反応ガスとしてアルゴンガスが用いられている。
【００４８】
また、本第１実施形態においては、上記フィルム状基板の一例であるプラスチックフィルム基板５としては、例えば、ポリ塩化ビニール、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリイミド、又はフッ素樹脂フィルム等の中から目的に応じて選択することができる。本第１実施形態においては、その形成厚さ（すなわち、膜厚）が６〜１５μｍ程度の範囲内であり、形成寸法の安定性や強度、さらに電気的特性に優れたポリエチレンテレフタレートをプラスチックフィルム基板５として用いている。
【００４９】
次に、薄膜形成装置１０１が備える加熱装置１５について、その構造の模式説明図を図２に示し、図１及び図２を用いて説明する。
【００５０】
図２に示すように、加熱装置１５は、回転駆動されることにより、プラスチックフィルム基板５と接触しながら、基板搬送経路６に沿ってプラスチックフィルム基板５の搬送を案内するとともに、当該接触されているプラスチックフィルム基板５に対する加熱を行う基板加熱ドラムの一例である加熱ドラム３１と、この加熱ドラム３１の上記回転駆動を行う回転駆動部（図示しない）と、基板搬送経路６におけるプラスチックフィルム基板５に一定の張力を付与して、当該張力の付与によりプラスチックフィルム基板５と加熱ドラム３１の周面との確実な接触を担保することができる一対のガイドロール３３とを備えている。
【００５１】
加熱ドラム３１には、その中部に温度調節された温媒を流す方式や電気ヒーターが埋設されていてそのドラム温度を電気的にコントロールする方式などの加熱部が装備されており、当該加熱部により加熱ドラム３１（特に、加熱ドラム３１の周面）を加熱することができ、これにより、加熱ドラム３１の周面に接触しているプラスチックフィルム基板５に対して、熱伝導による加熱を行うことが可能となっている。
【００５２】
また、プラスチックフィルム基板５はその内部にガス成分を含んだ状態で、供給ロール１１に保持されて供給されるため、このような加熱ドラム３１による加熱により、加熱されたプラスチックフィルム基板５より上記ガス成分をアウトガスさせて、当該ガス成分の含有量を低減させる脱ガス処理を行うことができる。なお、このような脱ガス処理を目的とした加熱処理を行うことにより、アウトガスされた多量のガス成分は、仕切り板１ａで上室Ａと下室Ｂとが仕切られていることにより、薄膜形成が行なわれる下室Ｂへ流入することが防止されている。また、この仕切り板１ａを貫通するように配置されている冷却ドラム１３と、仕切り板１ａの端部との隙間をできるだけ狭くすることや、上室Ａ用の真空ポンプ４として、上記発生したガス成分を瞬時に排気することができるような真空排気能力の高い真空ポンプを採用することにより、上記ガス成分の流入による薄膜形成への影響をよりいっそう低減することができる。
【００５３】
また、図２に示すように、さらに、加熱装置１５は、加熱ドラム３１の温度を検出可能なドラム用温度センサ３２と、このドラム用温度センサ３２により検出された温度に基づいて、加熱ドラム３１に接触しているプラスチックフィルム基板５の加熱温度の制御を行う加熱制御部７とを備えている。これにより、プラスチックフィルム基板５の加熱温度を、例えば、加熱制御部７において予め設定される所定の温度となるように制御することができる。
【００５４】
また、このようなドラム用温度センサ３２に代えて、あるいは、ドラム用温度センサ３２とともに、図１に示すように、加熱装置１５と冷却ドラム１３との間の基板搬送経路６における加熱装置１５の近傍の位置のプラスチックフィルム基板５の温度を検出する基板用温度センサ１６が備えられているような場合であってもよい。このような場合にあっては、加熱装置１５において脱ガス処理としての加熱が行われたプラスチックフィルム基板５の温度を直接的に検出することができるため、当該検出された温度を加熱制御部７に入力することにより、プラスチックフィルム基板５の加熱温度の制御を行うことができ、また、上記ドラム用温度センサ３２と併用するような場合にあっては、上記加熱温度制御の精度や信頼性をより高めることができる。なお、基板用温度センサ１６は、加熱装置１５にて加熱されたプラスチックフィルム基板５が加熱装置１５の外部へ搬送されて、その加熱された温度が低下して、上記加熱温度の正確な検出影響を及ぼさない程度に、加熱装置１５の近傍に設置されていることが望ましい。
【００５５】
また、基板用温度センサ１６は、プラスチックフィルム基板５の表面を傷つけないために非接触式の温度センサを用いることが望ましい。このような非接触式の温度センサとしては、一般に利用されている放射温度計を使用する。プラスチックフィルム基板５からの放射エネルギーを温度に変換するときに放射率が必要となるが、これは被測定物（すなわち、プラスチックフィルム基板５）の材質や表面状態に依存するため、予め接触式の温度計と併用して、プラスチックフィルム基板５のみの場合と、機能性薄膜が形成されたプラスチックフィルム基板５の場合とで、夫々について求めておくとよい。なお、ドラム用温度センサ３２は、上述の非接触式の温度センサでもよいが、熱電対やサーミスタ、蛍光物質を利用した接触式の温度センサを用いることもできる。
【００５６】
ここで、加熱装置１５によるプラスチックフィルム基板５の加熱による脱ガス処理は、上記薄膜形成部において電圧が印加されたスパッタカソード２１による薄膜形成の際に、プラスチックフィルム基板５が加熱されて昇温し、その内部に含まれるガス成分がアウトガスすることを防止することを目的として行なわれる処理である。すなわち、その概念は、上記薄膜形成の際におけるプラスチックフィルム基板５の上昇温度あるいはそれ以上の温度に、上記薄膜形成の前に加熱装置１５において予めプラスチックフィルム基板５の加熱を積極的に行うことにより、上記薄膜形成の際に発生するアウトガスを前もって発生させて、プラスチックフィルム基板５の上記ガス成分の含有量を低減させることでもって、その後に行なわれる上記薄膜形成の際に、上記上昇温度までプラスチックフィルム基板５が加熱されたとしても、アウトガスの発生を低減させることができるというものである。
【００５７】
従って、加熱装置１５によるプラスチックフィルム基板５の加熱は、上記薄膜形成の際に昇温されるプラスチックフィルム基板５の温度と略同じ温度、又は、それ以上の温度を、加熱温度の目標温度として、上記加熱温度の制御を行う必要がある。
【００５８】
そのため、図１に示すように、薄膜形成装置１０１においては、薄膜が形成された直後であって、冷却ドラム１３の接触面１３ａに接触されている状態のプラスチックフィルム基板５の温度を検出可能な位置に、薄膜形成基板用温度センサ１７が備えられている。また、薄膜形成基板用温度センサ１７にて検出された薄膜形成が行われた直後のプラスチックフィルム基板５の温度は、加熱制御部７に入力することが可能となっており、加熱制御部７にて入力された上記温度に基づいて、当該温度と略同じ温度、又は、それ以上の温度を、加熱温度の目標温度として、上記加熱温度の制御が行なわれる。なお、薄膜形成基板用温度センサ１７としては、プラスチックフィルム基板５の表面や形成された薄膜の表面をを傷つけないために非接触式の温度センサを用いることが望ましい。また、薄膜形成基板用温度センサ１７、基板用温度センサ１６、及びドラム用温度センサ３２の夫々は、共に、上室Ａ内に配置されており、薄膜形成が行なわれる下室Ｂとは仕切り板１ａにより仕切られている。
【００５９】
また、図１に示すように、薄膜形成装置１０１においては、上述したように、加熱装置１５によるプラスチックフィルム基板５の加熱制御を行う加熱制御部７と、供給ロール１１、冷却ドラム１３、及び巻取りロール１２の夫々の回転駆動の制御を行なうことにより、基板搬送経路６沿いのプラスチックフィルム基板５の搬送制御を行なう搬送制御部８とが備えられている。搬送制御部８においては、供給ロール１１、冷却ドラム１３、及び巻取りロール１２の夫々の回転駆動が同期するように制御されるため、供給ロール１１から巻取りロール１２まで、一定の張力が付加された状態で、プラスチックフィルム基板５の一定の速度でもっての搬送の制御が行なわれる。
【００６０】
さらに、薄膜形成装置１０１には、加熱制御部７及び搬送制御部８の制御の統括的な制御が可能であるとともに、電源装置２によるスパッタカソード２１への電圧の印加の制御、真空ポンプ３及び真空ポンプ４による真空排気の制御、及び冷却ドラム１３によるプラスチックフィルム基板５の冷却制御を行なうことが可能な主制御部９が備えられている。
【００６１】
また、この主制御部９においては、薄膜形成装置１０１における様々な動作に関する動作エラーを検出するとともに、当該動作エラーの内容に応じて、動作停止や警報出力等の制御を行うことが可能となっている。例えば、搬送制御部８にて、プラスチックフィルム基板５の搬送速度の低下が検出されたような場合にあっては、当該情報が主制御部９に入力されて、電源装置２によるスパッタカソード２１への電圧印加が停止されるとともに、主制御部９から加熱制御部７に加熱動作停止の指示が入力されて、加熱制御部７にて加熱装置１５による加熱動作が停止され、プラスチックフィルム基板５の過加熱による損傷の発生を防止することができる。また、例えば、加熱制御部７にて、プラスチックフィルム基板５の加熱温度が所定の範囲内に入っていないことが検出された場合には、当該情報が主制御部９に入力されて、電源装置２によるスパッタカソード２１への電圧印加が停止されるとともに、主制御部９から搬送制御部８に搬送動作停止の指示が入力されて、搬送制御部８にて搬送動作が停止され、正常な脱ガス処理が施されていないプラスッチックフィルム基板５に対する薄膜形成を停止させることができる。
【００６２】
次に、このような構成を有する薄膜形成装置１０１におけるプラスチックフィルム基板５に対する前処理としての脱ガス処理を連続的に行ないながら、当該前処理済みのプラスチックフィルム基板５に対して、連続的に薄膜を形成する動作手順について説明する。なお、以降の動作手順の説明における夫々の動作の制御は、薄膜形成装置１０１が備える主制御部９、加熱制御部７、及び搬送制御部８により行なわれる。
【００６３】
まず、図１の薄膜形成装置１０１において、スパッタカソード２１にターゲット２２を取り付ける。
【００６４】
次に、真空容器１を密閉して、真空ポンプ３及び４を運転して、真空容器１の上室Ａ及び下室Ｂの夫々の内部の空気を真空排気し、例えば、その内部の圧力を１×１０−３〜１×１０−５Ｐａの範囲の圧力とする。その後、スパッタ処理による薄膜形成のために、上記圧力に保持された真空容器１の内部にアルゴンガスを導入する。これにより、真空容器１の内部の圧力が、１×１０−１〜１×１０−２Ｐａに保たれた状態とする。
【００６５】
このような状態で、図１に示す薄膜形成装置１０１における供給ロール１１、巻取りロール１２、及び冷却ドラム１３の夫々を同期させて回転駆動させて、供給ロール１１より巻き戻されたプラスチックフィルム基板５を冷却ドラム１３の周面である接触面１３ａに接触させながら、巻取りロール１２により巻き取られるように連続的にかつ一定の速度で、基板搬送経路６に沿って搬送する。このとき、プラスチックフィルム基板５は、夫々のガイドロール１４により、所定の張力が付与されているため、上記搬送の際に、弛みやしわが発生することなく、円滑に搬送される。なお、プラスチックフィルム基板５の搬送速度は、例えば、３〜１０ｍ／ｍｉｎの範囲のいずれかの搬送速度を上記一定の速度として行なわれる。
【００６６】
この搬送動作の開始とともに、加熱装置１５において、加熱ドラム３１の周面に接触されながら搬送されているプラスチックフィルム基板５の加熱が開始される。ドラム用温度センサ３２により加熱ドラム３１の温度が検出されながら、さらに、基板用温度センサ１６により加熱装置１５の出口でのプラスチックフィルム基板５の温度が検出されながら、加熱温度の制御が行われて、所定の温度となるように、プラスチックフィルム基板５の加熱が行なわれる。この加熱により、プラスチックフィルム基板５の内部に含まれているガス成分のアウトガスが誘引されて、プラスチックフィルム基板５の内部の当該ガス成分の含有量が低減される脱ガス処理が行なわれたこととなる。
【００６７】
その後、加熱、すなわち、脱ガス処理されたプラスチックフィルム基板５が搬送されて、冷却ドラム１３の接触面１３ａに接触するとともに、当該接触により、プラスチックフィルム基板５が冷却されて、加熱装置１５のよる加熱にて付加された熱量が、当該冷却により減少され、例えば、当該熱量の大部分が取り除かれる。
【００６８】
一方、上記プラスチックフィルム基板５の搬送の開始とともに、電源装置２により、スパッタカソード２１に電圧が印加が開始されて、スパッタカソード２１より図示上方に向けて放電が発生する。一方、真空容器１の下室Ｂ内にはアルゴンガスが導入されているため、この放電によりスパッタカソード２１のターゲット２２の図示情報においてプラズマが発生され、ターゲット２２より薄膜形成粒子の一例である多数のターゲット原子が、冷却ドラム１３の接触面１３ａに向けて飛翔し、接触面１３ａに接触されているプラスチックフィルム基板５の表面に付着する。このようなターゲット原子の付着が連続的に行なわれることにより、プラスチックフィルム基板５の表面に薄膜が形成される。
【００６９】
この薄膜形成の際に、プラスチックフィルム基板５は、上記放電等により昇温されることとなるが、プラスチックフィルム基板５は既に脱ガス処理が施されているため、当該昇温によりプラスチックフィルム基板５の内部より発生するガス成分の量を少なくすることができる、あるいは、当該ガス成分の発生を防止することができる。従って、当該ガス成分の発生による薄膜形成への影響の発生を防止あるいは低減することができ、均一、かつ、安定した膜質や特性を有する薄膜の形成を行なうことができる。
【００７０】
また、薄膜の形成が行われた直後のプラスチックフィルム基板５の温度が、薄膜形成基板用温度センサ１７により検出されることにより、薄膜形成の際におけるプラスチックフィルム基板５の上記昇温により上昇温度が検出される。この検出された温度に基づいて、当該温度と略同じ温度、あるいは、当該温度以上の温度が、加熱装置１５による加熱温度となるように、上記加熱温度の制御が行なわれる。
【００７１】
その後、薄膜が形成されたプラスチックフィルム基板５は、基板搬送経路６に沿って搬送されながら、連続的に巻取りロール１２により巻き取られる。プラスチックフィルム基板５が巻取りロール１２に巻き取られてスパッタ処理が完了させる際には、電源装置２によるスパッタカソード２１への電圧の印加が停止され、加熱装置１５によるプラスチックフィルム基板５への加熱動作、及び供給ロール１１、巻取りロール１２、及び冷却ドラム１３によるプラスチックフィルム基板５の搬送動作が停止される。また、真空容器１内へのアルゴンガスの導入が停止されるとともに、真空ポンプ３及び４が停止されて、真空容器１の内部のガスの排気が停止され、真空容器１の密閉が開放される。これにより、プラスチックフィルム基板５に対するスパッタ処理による薄膜形成が完了する。
【００７２】
ここで、加熱装置１５によるプラスチックフィルム基板５の加熱温度についてさらに詳しく説明する。
【００７３】
上述したように、当該加熱温度は、薄膜形成の際にプラスチックフィルム基板５が昇温される温度（すなわち、薄膜形成直後の温度）と略同じ温度、あるいは、それ以上の温度を目標温度とすることにより決定される。ただし、この薄膜形成直後のプラスチックフィルム基板５の温度は、薄膜形成材料である機能性材料の種類や膜厚、薄膜形成速度（成膜速度）、冷却ドラム１３の冷却温度、プラスチックフィルム基板５の厚さや搬送速度等の条件によって変化するため、上記夫々の条件に応じて、加熱温度を決定して、設定する必要がある。また、基本的には上述にように、薄膜形成直後に薄膜形成基板用温度センサ１７にて検出された温度以上の温度で加熱処理することが望ましいが、このような加熱温度では場合によっては処理温度が高過ぎて、プラスチックフィルム基板５において熱負けによる熱ジワが発生することもあり得る。プラスチックフィルム基板５に付加される張力等を調整することによって、ある程度、このような熱ジワの発生を低減させることができるが、できる限りプラスチックフィルム基板５のガラス転移点温度以下の温度で加熱処理することが望ましい。なお、加熱されたプラスチックフィルム基板５は薄膜形成前に冷却ドラム１３に接触して冷却されことにより、上記加熱により付加された熱量が減少、例えば、取り除かれるため、上記加熱処理を行なったために薄膜形成中のプラスチックフィルム基板５の温度が、上記加熱処理を行なわない場合のプラスチックフィルム基板５の当該薄膜形成中の温度よりも高くなるということはない。また、加熱装置１５による加熱処理の時間は、プラスチックフィルム基板５と加熱ドラム３１との接触時間により決まり、プラスチックフィルム基板５の搬送速度や加熱ドラム１３の径に依存する。実験的には、当該加熱処理の時間を３〜１５秒の範囲のいずれかの時間として行なったが、低い加熱温度ではその処理時間を長くしたほうがよく、高い加熱温度ではその処理時間を短縮できる傾向にあった。例えば、上記低い加熱温度として、加熱温度を７５℃とするような場合にあっては、その処理時間は、５〜１０秒程度となり、一方、上記高い加熱温度として、加熱温度を１００℃とするような場合にあっては、その処理時間は、２〜３秒程度となる。ただし、この処理時間は、形成される薄膜の膜質や特性に求められる条件（例えば、後述するような結晶化温度のバラツキ）をどの程度許容するかにより決定されるものである。
【００７４】
上述のような薄膜形成装置１０１により薄膜形成が行われたプラスチックフィルム基板５に対して、その形成された薄膜の結晶化温度特性を求めることにより行なったその性能の評価を実施例として以下に説明する。
【００７５】
薄膜形成材料として、加熱することによりアモルファス状態から結晶化状態に変化する性質があることが知られている相変化材料を用いた。このような相変化材料においては、その結晶化温度はある範囲内であることが求められており、例えば、現在、その目標範囲は１５０±１０℃となっている。また、結晶化温度の測定は、示差走査熱量測定器（ＤＳＣ）で行なった。図３に、加熱装置１５による加熱温度（図示横軸）に対する形成された薄膜の結晶化温度（図示縦軸）の関係の一例を示す。この検討では、真空度条件は一定で、すなわち、真空容器１内の圧力が、アルゴンガス導入前は１×１０−５Ｐａ、アルゴンガス導入後は１×１０−２Ｐａとし、さらに、プラスチックフィルム基板５の搬送速度も１０ｍ／ｍｉｎと一定とし、形成するＩｎＳｂＳｎ薄膜の膜厚も５０ｎｍと一定とした。また、加熱装置１５により加熱処理の時間も５秒と固定して行なった。また、本実施例にて使用した５種類のプラスチックフィルム基板５は、全て同じ材質、すなわちポリエチレンテレフタレートで、かつ同じ厚みの１０μｍのものを用いているが、夫々のプラスチックフィルム基板５を放置していた日数や温度や湿度などの保管環境が異なっている。このような条件のもとで、夫々のプラスチックフィルム基板５に対して加熱装置１５における加熱温度を２５℃、５０℃、７５℃、又は１００℃として、薄膜形成を行ない、形成された薄膜の結晶化温度を測定した。
【００７６】
このとき、機能性材料が形成された後、すなわち、薄膜形成直後のプラスチックフィルム基板５の温度は、薄膜形成基板用温度センサ１７によると６８℃であった。また、図３のグラフで示されているプラスチックフィルム基板５の加熱温度は加熱装置１５の出口に設置した基板用温度センサ１６で検出された値である。図３に示すように、加熱装置１５による加熱を行なわない場合、すなわち加熱温度が２５℃の場合は、１５５℃〜１８０℃程度と平均して結晶化温度が高く、かつ、そのバラツキが大きくなっている。また、図３に示すように、この状態から加熱温度を、５０℃、７５℃、１００℃と上げていくと、結晶化温度の平均値がしだいに下がり、そのバラツキも抑えられて、その値は、上記要求されている目標範囲である１５０±１０℃の範囲内へと飽和してくる傾向にあることがわかる。ただし、加熱温度が１００℃まで達すると、今度はプラスチックフィルム基板５において熱ジワの発生が見られるようになる。従って、この場合、熱ジワの発生と加熱による脱ガス処理の効果のバランスを考慮すると、加熱温度は、７５℃程度（この場合の結晶化温度は、１４０℃〜１５５℃程度の範囲内であった）とするのが適当であると考えられる。また、加熱装置１５における加熱処理で発生するガス成分は、分析すると水分（Ｈ２Ｏ）であった。当該加熱処理を行なわない場合は、プラスチックフィルム基板５にＩｎＳｂＳｎ薄膜を形成しているときに、当該薄膜形成によるプラスチックフィルム基板５の温度上昇に伴ってＨ２Ｏの発生が起り、このＨ２Ｏの発生が、形成される薄膜の結晶化温度の上昇やそのバラツキの原因になっているものと推定される。従って、加熱装置１５により上記適切な温度で加熱を行なって、プラスチックフィルム基板５の脱ガス処理を行なうことにより、形成される薄膜の結晶化温度を下げることができ（すなわち、上昇を防止することができ）、かつ、そのバラツキを少なくすることができる。よって、相変化材料に求められる特性である１５０±１０℃の範囲内の結晶化温度を得ることができるとともに、この結晶化温度のバラツキを小さくすることができるため、要求される特性を均一化かつ安定化することができる薄膜の形成を行なうことができる。
【００７７】
なお、本実施形態の薄膜形成装置１０１においては、上記基板供給部に供給ロール１１が、上記基板取出部に巻取りロール１２が備えられているような場合について説明したが、真空容器１内が上記所定の圧力を保つことができさえすれば、真空容器１の外部に供給ロールが備えられ、真空容器１に設けられた基板供給用開口（基板供給部の一例となる）を通して、プラスチックフィルム基板５が供給され、真空容器１に設けられた基板取出用開口（基板取出部の一例となる）を通して、真空容器１の外部に備えられた巻取りロールにより薄膜が形成されたプラスチックフィルム基板５が巻き取られるような場合であってもよい。
【００７８】
また、薄膜形成装置１０１において、薄膜形成直前のプラスチックフィルム基板５の温度を検出する冷却温度検出センサが備えられ、加熱されたプラスチックフィルム基板５の確実な冷却を確認可能とするような場合であってもよい。
【００７９】
上記第１実施形態によれば、以下のような種々の効果を得ることができる。
【００８０】
まず、薄膜形成装置１０１において、供給ロール１１より基板搬送経路６に供給されたプラスチックフィルム基板５を加熱することにより、プラスチックフィルム基板５内に含まれているガス成分を、積極的にアウトガスさせる脱ガス処理を連続的に行なう加熱装置１５と、この脱ガス処理が前処理として施されたプラスチックフィルム基板５に対して、スパッタ処理により薄膜の形成を連続的に行なうスパッタカソード２１を有する薄膜形成部とが備えられていることにより、上記薄膜形成の際のプラスチックフィルム基板５の昇温により、上記ガス成分のアウトガスの発生を抑制することができる。従って、当該ガス成分の薄膜形成中の発生による薄膜の特性への影響の発生を防止することができるため、均一かつ安定した特性や膜質を有する連続的な薄膜形成を可能とすることができる。
【００８１】
また、加熱装置１５にて加熱されて脱ガス処理が施されたたプラスチックフィルム基板５は、冷却ドラム１３の接触面１３ａに接触されながら冷却されて、上記加熱により付加された熱量が取り除かれる（あるいは、減少される）ため、その後、冷却ドラム１３の接触面１３ａに接触された状態で、スパッタカソード２１による放電により薄膜の形成が行なわれる際に、上記加熱によるプラスチックフィルム基板５への熱的な影響を伴うことはない。
【００８２】
また、加熱装置１５は、その出口近傍における基板搬送経路６におけるプラスチックフィルム基板５の温度を検出する基板用温度センサ１６、及び／又は、加熱ドラム３１自体の温度を検出するドラム用温度センサ３２により検出された温度に基づいて、加熱制御部７によりプラスチックフィルム基板５の加熱温度が制御されることにより、正確かつ安定した加熱温度の制御を行うことができる。
【００８３】
さらに、薄膜形成装置１０１においては、薄膜が形成された直後のプラスチックフィルム基板５の温度を薄膜形成基板用温度センサ１７により検出し、当該検出された温度に基づいて、加熱制御部７により、上記薄膜形成の際におけるプラスチックフィルム基板５の上昇温度（すなわち、上記検出された温度）あるいはそれ以上の温度に加熱温度の制御を行うことにより、加熱装置１５において予めプラスチックフィルム基板５の加熱を積極的に行なって、アウトガスを前もって発生させることができ、プラスチックフィルム基板５の上記ガス成分の含有量を低減させることができる。これにより、その後行なわれる上記薄膜形成の際に、上記上昇温度までプラスチックフィルム基板５が加熱されたとしても、アウトガスの発生をより確実に防止あるいは低減させることができる。
【００８４】
また、基板用温度センサ１６や薄膜形成基板用温度センサ１７として、被接触式の温度センサ、例えば、放射温度計を用いることにより、温度検出の際に、プラスチックフィルム基板５の表面や形成された薄膜の表面を接触により傷付けることを防止することができる。
【００８５】
また、加熱装置１５による加熱温度を、プラスチックフィルム基板５のガラス転移点温度以下の温度とすることにより、プラスチックフィルム基板５の熱負けによる熱ジワが発生を抑制することができ、プラスチックフィルム基板５の品質の低下を防止することができる。
【００８６】
また、このような加熱装置１５を備える薄膜形成装置１０１の真空容器１の大きさは、当該加熱装置１５の追加装備によっても大幅に大きくなることはないため、薄膜形成装置１０１が大型化してしまうという問題が発生することもない。
【００８７】
（第２実施形態）
なお、本発明は上記第１実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の第２実施形態にかかる薄膜形成装置は、上記第１実施形態の薄膜形成装置１０１と異なる構造の加熱装置４０を備えているものの、その他の構成は薄膜形成装置１０１と同様である。以下に、この異なる部分である加熱装置４０の構造についてのみ、図４に示す模式説明図を用いて説明する。
図４に示すように、加熱装置４０は、上記第１実施形態の加熱ドラム３１にように、ドラム自体が加熱されるのではなく、それ自体は加熱する機能を有さない脱ガス処理用ドラム４１と、脱ガス処理用ドラム４１の周面に接触されて搬送されているプラスチックフィルム基板５を輻射熱により加熱する赤外線ランプ４２とを備えている。なお、この脱ガス処理用ドラム４１と赤外線ランプ４２とが、基板加熱ドラムの一例となっている。図４に示すように、赤外線ランプ４２は、脱ガス処理用ドラム４１の図示下側の周面である基板搬送経路６に沿って、脱ガス処理用ドラム４１に接触することなく配置されている。また、その加熱温度は、上記第１実施形態と同様に、図１に示す基板用温度センサ１６により検出される温度に基づいて、加熱制御部４７により一定の温度に制御される。なお、図４に示すように、加熱装置４０には、加熱装置１５と同様に、一対のガイドロール４３が備えられている。
【００８８】
また、図４に示すように、加熱装置４０においては、プラスチックフィルム基板５への加熱による熱ジワ等の発生を抑えるために、プラスチックフィルム基板５を脱ガス処理用ドラム４１に沿わせて走行させているが、このような場合に代えて、脱ガス処理用ドラム４１を用いずに赤外線ランプ４２をプラスチックフィルム基板５の基板搬送経路６の近傍に平行に配置することにより、加熱を行なうような場合であってもよい。
【００８９】
また、加熱装置４０による加熱温度は、第１実施形態と同様に、薄膜形成が行われた直後のプラスチックフィルム基板５の温度を、薄膜形成基板用温度センサ１７により検出し、当該検出された温度を目標温度として制御を行う。さらに、基板用温度センサ１６で検出される温度が、上記目標温度に近づくように、赤外線ランプ４２に投入する電力を、加熱制御部４７により制御することにより、当該加熱温度の制御を行う。
【００９０】
上記第２実施形態によれば、上記第１実施形態による効果にさらに加えて、赤外線ランプ４２からの輻射をプラスチックフィルム基板５の加熱に利用することから、プラスチックフィルム基板５がその材質等の特性により吸収しやすい波長領域をもつ赤外線ランプ４２を選択して使用することにより、効率の良い加熱による脱ガス処理を行なうことができる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明の上記第１態様によれば、薄膜形成装置において、上記基板供給部より基板搬送経路に供給されたフィルム状基板を加熱することにより、上記フィルム状基板内に含まれているガス成分の脱ガス処理を連続的に行なう加熱装置と、この上記脱ガス処理が施された上記フィルム状基板に対して、スパッタ処理により薄膜の形成を連続的に行なう薄膜形成部とが備えられていることにより、上記薄膜形成の際の上記フィルム状基板の昇温による上記ガス成分のアウトガスの発生を抑制することができる。従って、当該ガス成分の薄膜形成中の発生による薄膜の特性への影響の発生を防止することができ、均一かつ安定した特性や膜質を有する連続的な薄膜形成を可能とすることができる。よって、薄膜形成において、求められる諸特性の薄膜を、その長手、幅方向において均一に、かつ再現性よく安定させて形成することができ、さらにその薄膜形成における歩留まりを向上させることができる薄膜形成装置を提供することができる。
【００９２】
本発明の上記第２態様によれば、上記加熱装置にて加熱されて上記脱ガス処理が施された上記フィルム状基板における上記加熱により付加された熱量を減少させることができる基板冷却ドラムが備えられていることにより、当該基板冷却ドラムとの接触による冷却でもって、上記フィルム状基板から、上記加熱により付加された熱量を減少させることができるため、その後、成膜用電極部により薄膜の形成が行なわれる際に、上記加熱による上記フィルム状基板への熱的な影響を伴うことはなく、確実かつ安定した薄膜形成を行なうことができる。
【００９３】
本発明の上記第３態様から上記第５態様によれば、上記加熱装置は、上記加熱装置と上記薄膜形成部との間の上記基板搬送経路における上記フィルム状基板の温度を検出する基板用温度センサ、及び／又は、上記基板加熱ドラム自体の温度を検出するドラム用温度センサにより検出された温度に基づいて、加熱制御部により上記フィルム状基板の加熱温度が制御されることにより、正確かつ安定した加熱温度の制御を行うことができる。
【００９４】
また、薄膜形成装置においては、薄膜が形成された直後の上記フィルム状基板の温度を薄膜形成基板用温度センサにより検出し、当該検出された温度に基づいて、加熱制御部により、上記薄膜形成の際における上記フィルム状基板の温度（すなわち、上記検出された温度）あるいはそれ以上の温度に、加熱温度の制御を行うことにより、上記薄膜形成の前に上記加熱装置において予め上記フィルム状基板の加熱を積極的に行なって、上記薄膜形成の際に発生されるアウトガスを前もって発生させることができる。これにより、その後に行なわれる上記薄膜形成の際に、上記上昇温度まで上記フィルム状基板が加熱されたとしても、当該薄膜形成の前に既にアウトガスが行われているため、当該アウトガスの発生をより確実に防止あるいは低減させることができる。
【００９５】
また、上記基板用温度センサ、又は、上記薄膜形成基板用温度センサ１７として、被接触式の温度センサを用いることにより、温度検出の際に、上記フィルム状基板の表面や形成された薄膜の表面を接触により傷付けることを防止することができる。
【００９６】
本発明の別の夫々の態様によれば、さらに、上記加熱装置による脱ガス処理が行なわれる空間と、上記薄膜形成が行なわれる空間とを、仕切り板で確実に区切ることにより、上記脱ガス処理にて発生するガスの上記薄膜形成への影響の発生を確実に防止することができる。
【００９７】
また、上記フィルム状基板として、上記脱ガス処理することができるガスをその内部に含むようなプラスチックフィルム基板を用いることにより、上記夫々の態様による効果を得ることができる。
【００９８】
また、上記加熱装置による加熱温度は、上記プラスチックフィルム基板のガラス転移点温度よりも低い温度とすることにより、上記プラスチックフィルム基板における熱シワの発生等を防止することができ、安定した品質の薄膜形成を行なうことができる。
【００９９】
また、上記脱ガス処理は、上記フィルム状基板に含まれている水分を、上記フィルム状基板の上記加熱により減少させる処理であることにより、上記薄膜形成の際における上記水分の発生を防止して、当該水分による薄膜形成への影響を確実に防止することができ、均一かつ安定した特性の薄膜を形成することができる。
【０１００】
本発明の上記第１１態様によれば、スパッタ処理により、フィルム状基板の表面に連続的に薄膜を形成する薄膜形成方法において、上記スパッタ処理による上記薄膜の形成の前に、上記フィルム状基板の加熱による上記フィルム状基板の脱ガス処理を行うことにより、上記薄膜形成の際の上記フィルム状基板の昇温による上記ガス成分のアウトガスの発生を抑制することができる。従って、当該ガス成分の薄膜形成中の発生による薄膜の特性への影響の発生を防止することができ、均一かつ安定した特性や膜質を有する連続的な薄膜形成を可能とすることができる。よって、薄膜形成において、求められる諸特性の薄膜を、その長手、幅方向において均一に、かつ再現性よく安定させて形成することができ、さらにその薄膜形成における歩留まりを向上させることができる薄膜形成方法を提供することができる。
【０１０１】
本発明の上記第１２態様によれば、上記脱ガス処理を行った後、上記フィルム状基板の冷却して、上記加熱により付加された熱量を減少させて、その後、上記フィルム状基板に対して、上記薄膜の形成を行うことにより、上記薄膜の形成の際に、上記加熱による上記フィルム状基板への熱的な影響を伴うことはなく、確実かつ安定した薄膜形成を行なうことができる。
【０１０２】
本発明の上記第１３態様によれば、上記薄膜が形成された直後の上記フィルム状基板の温度を検出し、当該検出された温度と略同じ温度、又は、それ以上の温度となるように、上記薄膜が形成される前の上記フィルム状基板の上記加熱を行うことにより、上記薄膜形成の前に、予め上記フィルム状基板の加熱を積極的に行なって、上記薄膜形成の際に発生されるアウトガスを、前もって発生させることができる。これにより、その後に行なわれる上記薄膜形成の際に、上記温度まで上記フィルム状基板が加熱されたとしても、既に上記アウトガスが行われているため、当該薄膜形成の際におけるアウトガスの発生をより確実に防止あるいは低減させることができる。
【０１０３】
本発明の別の態様によれば、上記脱ガス処理は、上記フィルム状基板に含まれている水分を、上記フィルム状基板の上記加熱により減少させる処理であることにより、上記薄膜形成の際における上記水分の発生を防止して、当該水分による薄膜形成への影響を確実に防止することができ、均一かつ安定した特性の薄膜を形成することができる。
【０１０４】
また、上記フィルム状基板に形成される薄膜が、高精度かつ緻密な膜の形成が要求される光記録メディア材料により形成されるものであることにより、上記夫々の効果をより有効なものとすることができる。
【０１０５】
また、上記光記録メディア材料は、相変化材料であることにより、加熱されることによりアモルファス状態から結晶化状態に変化するという当該相変化材料に求められる特性、例えば、一定範囲内の結晶化温度をよりバラツキが少なく安定して得ることができる薄膜形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる薄膜形成装置の構成を示す模式説明図である。
【図２】図１の薄膜形成装置が備える加熱装置の構成を示す模式説明図である。
【図３】図１の薄膜形成装置を用いた実施例における結晶化温度と加熱温度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる薄膜形成装置が備える加熱装置の構成を示す模式説明図である。
【符号の説明】
１…真空容器、１ａ…仕切り板、２…電源装置、３…真空ポンプ、４…真空ポンプ、５…プラスチックフィルム基板、６…基板搬送経路、７…加熱制御部、８…搬送制御部、９…主制御部、１１…供給ロール、１２…巻取りロール、１３…冷却ドラム、１４…ガイドロール、１５…加熱装置、１６…基板用温度センサ、１７…薄膜形成基板用温度センサ、２１…スパッタカソード、２２…ターゲット、３１…加熱ドラム、３２…ドラム用温度センサ、３３…ガイドロール、４０…加熱装置、４１…脱ガス処理用ドラム、４２…赤外線ランプ、１０１…薄膜形成装置、Ａ…上室、Ｂ…下室。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming method for continuously forming a thin film (functional thin film) on a surface of a long film-like substrate continuously supplied to a substrate transport path by a sputtering process.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a sputtering method used in such a thin film forming apparatus and a thin film forming method, particularly a magnetron sputtering method, is capable of forming a thin film (functional thin film) having a complicated composition at a relatively high speed, and obtaining a dense film. Because of its features such as excellent uniformity of the thickness of the formed thin film, it is generally widely used as a means of forming a thin film in various fields such as electronic parts, optical parts, recording media, and decorative articles.
[0003]
On the other hand, when such a thin film forming apparatus and a thin film forming method are applied to a plastic film substrate generally used as a film-like substrate, variations in electric characteristics, optical characteristics, thermal characteristics, and the like of the formed thin film are caused. It has been pointed out that the substrate is larger than other substrates such as a silicon wafer and a quartz substrate.
[0004]
Due to the recent demand for light and thin devices and media, there is a strong demand for the formation of reproducible and stable thin films on plastic film substrates. For this reason, in a conventional thin film forming method, a dry pretreatment or a wet pretreatment has been proposed.
[0005]
Specifically, (1) plasma processing has been proposed as a dry method. For example, in Japanese Patent No. 3331631, a low-temperature plasma of carbon dioxide gas is generated using a magnetron electrode to treat the surface of a substrate to obtain a metal thin film having stable oxygen and water vapor transmission rates. In Japanese Patent No. 2870937, the surface of the substrate is subjected to discharge treatment using a mixed gas of carbon dioxide gas and nitrogen gas to obtain a metal film with high adhesion strength. In JP-A-58-103534, a metal film having good gloss and excellent adhesion is obtained by performing a pretreatment using microwave plasma.
[0006]
Further, (2) As a wet method, in JP-A-6-35714, a light-shielding film having anti-fogging properties is obtained by immersion treatment with a highly alkaline solution such as sodium hydroxide at a specific temperature and a specific concentration. .
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3331631
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2870937
[Patent Document 3]
JP-A-58-103534
[Patent Document 4]
JP-A-6-35714
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above method (1), only the surface is cleaned, and a gas component, mainly water, released from the inside of the plastic film substrate due to a rise in temperature of the plastic film substrate itself during the formation of the functional thin film is removed. In some cases, the released gas component affects the formed functional thin film, and a thin film having stable characteristics cannot be obtained, and the reproducibility of the characteristics is reduced. There is a problem that there is.
[0009]
Further, in the method (2), a large-scale apparatus is required for the processing, and a waste liquid generated by the processing is required. Therefore, the cost of the apparatus, including environmental measures, is reduced. There is such a problem. In addition, secondary contamination of the plastic film substrate due to the treatment is concerned, and the above treatment needs to be performed carefully.
[0010]
As described above, according to the conventional thin film forming apparatus and the conventional thin film forming method, a thin film having a stable characteristic with good reproducibility in a wide and long plastic film substrate in the longitudinal direction or between film forming (thin film forming) batches. Is difficult to obtain.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to continuously form a thin film (functional thin film) on a surface of a long film-like substrate continuously supplied to a substrate transfer path by a sputtering process. An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus and a thin film forming method capable of forming a thin film having various required characteristics uniformly and stably with good reproducibility in the longitudinal and width directions in forming a thin film.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a substrate supply unit that continuously supplies a film-like substrate to a substrate transport path,
A heating device that performs degassing of the film-like substrate by heating the film-like substrate supplied to the substrate carrying path from the substrate supply unit,
In the substrate transport path, a thin film forming unit that forms a thin film by a sputtering process on the film-shaped substrate on which the degassing process has been performed,
A thin-film forming apparatus comprising: a substrate extracting unit that extracts a film-like substrate on which a thin film has been formed by the thin-film forming unit from the substrate transport path.
[0013]
According to the second aspect of the present invention, the substrate supply unit is rotatable and has a supply roll that continuously supplies the film-shaped substrate wound and held to the substrate transport path,
The thin film forming section,
A substrate cooling drum that is rotatable and guides the film substrate along the substrate transport path by the rotation while contacting with the film substrate, and cools the contacted film substrate. When,
A voltage for the sputtering process can be applied, and a film-forming electrode portion for forming the thin film on the surface of the film-shaped substrate in contact with the substrate cooling drum by applying the voltage,
The heating device is disposed so as to be capable of heating the film-shaped substrate in the substrate transport path between the supply roll and the substrate cooling drum,
The thin-film forming method according to the first aspect, wherein the film-forming electrode portion is configured to form the thin film on the film-shaped substrate in which the amount of heat added by the heating is reduced by the cooling by the substrate cooling drum. Provide equipment.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, a substrate temperature sensor for detecting a temperature of the film-shaped substrate at a position near the heating device in the substrate transport path between the heating device and the thin film forming section is further provided. Prepare,
The heating device according to the second aspect, further comprising a heating control unit configured to control a heating temperature of the film substrate by the heating based on the temperature of the film substrate detected by the substrate temperature sensor. Provided is a thin film forming apparatus.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, the heating device comprises:
A substrate heating drum that can be rotationally driven and heats the film-shaped substrate by the rotational drive while being in contact with the film-shaped substrate,
A drum temperature sensor provided on the substrate heating drum, capable of detecting the heating temperature by the substrate heating drum,
The thin film forming apparatus according to the second aspect, further comprising: a heating control unit configured to control a heating temperature of the film-shaped substrate based on the heating temperature detected by the drum temperature sensor.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a thin-film-formed substrate temperature sensor for detecting the temperature of the film-shaped substrate in which the thin film is formed by the film-forming electrode portion and which is in contact with the substrate cooling drum. In addition,
The heating device, the heating temperature of the film-shaped substrate by the heating device, the same temperature as the temperature of the film-like substrate detected by the thin-film-formed substrate temperature sensor, or so as to be higher than the temperature And a thin film forming apparatus according to any one of the second to fourth aspects, including a heating control unit for controlling the heating temperature.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the thin film forming apparatus according to the third or fifth aspect, wherein the substrate temperature sensor or the thin film forming substrate temperature sensor is a contact type temperature sensor. I do.
[0018]
According to the seventh aspect of the present invention, the substrate take-out section is rotatable and is supplied to the substrate transport path to continuously wind and hold the film-like substrate on which the thin film is formed. It has a winding roll,
A third plate further provided with a partition plate that separates a space in which the supply roll, the heating device, the take-up roll, and each of the temperature sensors are disposed from a space in which the film forming electrode unit is disposed. An apparatus for forming a thin film according to any one of aspects to the sixth aspect is provided.
[0019]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the thin-film forming apparatus according to any one of the first to seventh aspects, wherein the film-shaped substrate is a plastic film substrate.
[0020]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the thin film forming apparatus according to the eighth aspect, wherein the heating temperature is lower than the glass transition temperature of the plastic film substrate.
[0021]
According to a tenth aspect of the present invention, the degassing treatment is a treatment for reducing the moisture contained in the film-shaped substrate by the heating of the film-shaped substrate according to any of the first to ninth aspects. According to another aspect of the present invention, there is provided a thin film forming apparatus.
[0022]
According to an eleventh aspect of the present invention, in a thin film forming method for continuously forming a thin film on the surface of a film-like substrate by sputtering, the film-like substrate is heated before forming the thin film by the sputtering. A method of forming a thin film, comprising performing a degassing process on the film-like substrate described above.
[0023]
According to a twelfth aspect of the present invention, after performing the degassing process, the film-shaped substrate is cooled to reduce the amount of heat added by the heating,
Then, the thin film forming method according to the eleventh aspect, wherein the thin film is formed on the film substrate, is provided.
[0024]
According to a thirteenth aspect of the present invention, the temperature of the film-like substrate immediately after the thin film is formed is detected,
The thin film formation according to the eleventh aspect or the twelfth aspect, in which the heating of the film-shaped substrate before the thin film is formed is performed so that the temperature is substantially the same as the detected temperature or higher. Provide a method.
[0025]
According to a fourteenth aspect of the present invention, the degassing process is a process of reducing the moisture contained in the film-shaped substrate by the heating of the film-shaped substrate according to any one of the eleventh to thirteenth aspects. A thin film forming method according to any one of the first to third aspects is provided.
[0026]
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided the thin-film forming method according to any one of the eleventh aspect to the fourteenth aspect, wherein the thin film formed on the film-like substrate is formed of an optical recording medium material. .
[0027]
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided the method of forming a thin film according to the fifteenth aspect, wherein the optical recording medium material is a phase change material.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In describing the embodiments of the present invention, first, the definitions of "terms" used in this specification will be described.
[0029]
The term "degassing treatment" refers to the gas (or gas component) contained in a film-shaped substrate, but the phase in which the gas is contained is not limited to the gas phase but may be a liquid phase or a solid phase. And when the film-shaped substrate is heated by the heat generated when the thin film is formed by the sputtering process, the gas is discharged from the film-shaped substrate (that is, released from the inside to the outside). There is a process in which a gas that affects the formation thickness, characteristics, and the like of the thin film is reduced by heating the film-shaped substrate to outgas. The gas is, for example, H 2 O (steam or moisture), which is generated during the process of forming the thin film, raises the crystallization temperature of the thin film, and changes the electrical, optical, and thermal characteristics of the thin film. The characteristics may vary. In addition, a part of the gas may include a nitrogen gas or an oxygen gas which is a component of air, and depending on the material of the film substrate, a case where a low molecular weight additive is further included. There is also.
[0030]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0031]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a schematic configuration of a thin film forming apparatus 101 which is an example of a thin film forming apparatus and a thin film forming apparatus for performing a thin film forming method according to a first embodiment of the present invention.
[0032]
As shown in FIG. 1, a thin film forming apparatus 101 includes a vacuum vessel 1 for forming a thin film on a plastic film substrate 5 which is an example of a film-like substrate, and respective components provided inside the vacuum vessel 1. A thin film is formed by a sputtering process on the substrate supply unit that continuously supplies the plastic film substrate 5 to the substrate transport path 6 and the plastic film substrate 5 that is supplied to the substrate transport path 6 from the substrate supply unit. And a substrate take-out unit for taking out the plastic film substrate 5 on which the thin film has been formed by the thin-film formation unit from the substrate transfer path 6.
[0033]
As shown in FIG. 1, the substrate supply unit holds the plastic film substrate 5 in a wound state, and is capable of continuously supplying the plastic film substrate 5 to the substrate transport path 6 by being driven to rotate. And a rotation drive unit (not shown) for driving the supply roll 11 to rotate. The substrate take-out unit is driven to rotate, so that the plastic film substrate 5 on which the thin film is formed by the thin-film forming unit is continuously taken up and taken up from the substrate transfer path 6; A rotation drive unit (not shown) for performing the rotation drive of the winding roll 12.
[0034]
Further, as shown in FIG. 1, the thin film forming portion is disposed near the center of the inside of the vacuum vessel 1, has a cylindrical shape, and comes into contact with the plastic film substrate 5 by being driven to rotate. A cooling drum 13 which is an example of a substrate cooling drum capable of guiding the plastic film substrate 5 along the substrate transport path 6 and cooling the contacted plastic film substrate 5; And a rotation drive unit (not shown) for performing the above rotation drive.
[0035]
Further, each of the cooling drum 13, the supply roll 11, and the take-up roll 12 can be driven to rotate around their respective axes, and the respective rotation centers are positioned in the same direction. It is arranged in the vacuum container 1 (that is, the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 is set as the same direction). Note that the formation length of the supply roll 11, the take-up roll 12, and the cooling drum 13 (that is, the formation length in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) is slightly larger than the formation width of the plastic film substrate 5. Is formed.
[0036]
Further, as shown in FIG. 1, the peripheral surface of the cooling drum 13 is a contact surface 13 a to the plastic film substrate 5, and the plastic film substrate 5 supplied to the substrate transport path 6 is 13a, and is an intermediate position between the supply roll 11 and the take-up roll 12 so that the plastic film substrate 5 in contact with the contact surface 13a can be taken up by the take-up roll 12. The cooling drum 13 is arranged below.
[0037]
Further, each of the supply roll 11, the cooling drum 13, and the take-up roll 12 are rotationally driven in synchronization with each other by the respective rotation driving units (not shown), and the cooling drum is moved from the supply roll 11 to the take-up roll 12. 13, the plastic film substrate 5 can be continuously transported at a constant speed in the substrate transport path 6. In FIG. 1, the supply roll 11 is driven to rotate clockwise in the figure, the cooling drum 13 is driven to rotate counterclockwise in the figure, and the winding roll 12 is driven to rotate clockwise in the figure. Further, between the supply roll 11 and the cooling drum 13 and between the cooling drum 13 and the take-up roll 12, guide rolls 14 for applying a constant tension to the conveyed plastic film substrate 5 are provided, respectively. I have. This prevents the plastic film substrate 5 from being sagged or wrinkled during transportation, and enables smooth transportation.
[0038]
In addition, the cooling drum 13 can cool the plastic film substrate 5 contacted on the contact surface 13 a by heat transfer from the inside of the cooling drum 13. This is to prevent the plastic film substrate 5 in contact with the contact surface 13a from being thermally affected when a thin film is formed by the thin film forming section or the like. This is for preventing the generation of wrinkles and for removing the amount of heat added to the plastic film substrate 5 by the heating device described later by the cooling. For example, the cooling drum 13 is cooled such that the contact surface 13a is at a temperature in the range of −40 ° C. to 0 ° C., so that the plastic film substrate 5 held in contact with the cooling drum 13 can be cooled. The cooling drum 13 is provided with a temperature sensor for measuring the temperature of the cooling drum 13 itself, so that the cooling temperature of the cooling drum 13 can be reliably controlled.
[0039]
Further, as shown in FIG. 1, the substrate transfer section 6 is provided between the substrate supply section and the thin film forming section, more specifically, on the substrate transfer path 6 between the supply roll 11 and the cooling drum 13. A heating device 15 for degassing the plastic film substrate 5 by heating the plastic film substrate 5 in the path 6 is provided. A detailed description of the structure of the heating device 15 will be described later.
[0040]
Further, as shown in FIG. 1, the thin film forming section includes a sputtering cathode 21 which is an example of a film forming electrode section which is arranged at a predetermined distance so as to face the contact surface 13a of the cooling drum 13. ing. The sputter cathode 21 has a substantially strip shape, and its formed length dimension (that is, the length in the direction perpendicular to the plane of FIG. 1) is substantially the same as the formed length dimension of the cooling drum 13. ing.
[0041]
Further, as shown in FIG. 1, the sputter cathode 21 is disposed vertically below the rotation center of the cooling drum 13 in the drawing, and has a functional surface on the upper surface thereof, which is opposite to the contact surface 13a of the cooling drum 13. A target 22 made of a conductive material (or a thin film forming material) is detachably mounted.
[0042]
Here, the “functional material” is a material that forms a thin film on the surface of a film-like substrate. For example, when an electronic component is formed by forming the thin film, a material such as CuNi, NiCr, or NiTi is used. When an optical component is formed by forming the thin film, MgO, ITO, CaF, or the like is used. In the case where a recording medium is formed by forming the thin film, materials such as CoCr, CoNi, TbFeCo, TeGeSb, AgInSbTe, InSbSn, InSbTe, GeSbTe, and TeOPd are used. Materials such as Au and Ag are used. In the first embodiment, among the functional materials for forming the recording medium, InSbSn, which is a material for an optical recording medium, is mainly used, and thereby a thin film formed on the surface of the plastic film substrate 5 is used. Has a thickness in the range of, for example, 30 to 150 nm.
[0043]
As shown in FIG. 1, a power supply device 2 is connected to the sputtering cathode 21, and a DC voltage or a pulsed DC voltage, an AC voltage, a high-frequency voltage, or the like is applied to the sputtering cathode 21 by the power supply device 2. When applied, a discharge required for the sputtering process can be generated from the sputtering cathode 21 toward the contact surface 13a of the cooling drum 13 above the sputtering cathode 21. Note that the power supply device 2 is installed outside the vacuum vessel 1. Further, each of the main body of the vacuum vessel 1 and the main body of the power supply device 2 is grounded (earthed). The cooling drum 13 may or may not be grounded depending on the purpose and structure. However, in the first embodiment, the cooling drum 13 is grounded (not shown). In the first embodiment, for example, a power supply device 2 having an electric capacity of 10 kW and an input power of 3 to 4 kW is used.
[0044]
In the thin film forming apparatus 101 of the first embodiment, a high-speed sputtering method called a magnetron method is employed. In such a sputtering method, the contact surface 13a between the sputtering cathode 21 and the cooling drum 13 is used. For example, a distance of about 7 to 10 cm is used as the above predetermined distance between. This can prevent thermal damage to the plastic film substrate 5 due to the discharge or the like at the time of forming the thin film in which the discharge or the like is generated, in consideration of the property that the plastic film substrate 5 is weak to heat. The distance is as close as possible to the contact surface 13a.
[0045]
Further, as shown in FIG. 1, the vacuum vessel 1 of the thin film forming apparatus 101 has an internal space partitioned by a partition plate 1a, and an upper chamber A which is a space above the partition plate 1a in the drawing and a space below the partition plate 1a. And lower chamber B. A supply roll 11, a take-up roll 12, a heating device 15, and respective guide rolls 14 are arranged in an upper chamber A of the vacuum vessel 1a, and a sputter cathode 21 is arranged in a lower chamber B. ing. The cooling drum 13 is arranged so as to penetrate the partition plate 13a at a central portion thereof without contacting the partition plate 1a. The purpose of installing such a partition plate 1a is to prevent each chamber from affecting the other chambers as much as possible in terms of contamination and the degree of vacuum. For example, a plastic film substrate 5 having a property of easily absorbing moisture may generate an adsorption gas which is a gas containing moisture during vacuuming. In the vicinity of the roll 11, the amount of generated adsorbed gas may increase. However, since the supply roll 11 and the sputter cathode 21 are separated by the partition plate 1a, the amount of the adsorbed gas entering the sputter cathode 21 from the vicinity of the supply roll 11 can be reduced. Can be prevented from affecting the thin film formation.
[0046]
As shown in FIG. 1, a vacuum pump 4 as an example of a vacuum exhaust device is provided in an upper chamber A of the vacuum vessel 1, and a vacuum pump 3 as an example of a vacuum exhaust device is provided in a lower chamber B. By operating the vacuum pumps 3 and 4 individually, the interiors of the upper chamber A and the lower chamber B are, for example, 1 × 10 -3 ~ 1 × 10 -5 Vacuum exhaust can be performed so that any pressure in the range of Pa is maintained. In addition, as such vacuum pumps 3 and 4, for example, a diffusion pump, a cryopump, a turbo molecular pump, or the like is used.
[0047]
Further, the thin film forming apparatus 101 is provided with a reaction gas supply unit (not shown) for supplying a reaction gas for forming a thin film into the lower chamber B of the vacuum vessel 1. As the reaction gas, an argon gas or a gas obtained by partially adding oxygen or the like to an argon gas is used. In the first embodiment, argon gas is used as the reaction gas.
[0048]
In the first embodiment, examples of the plastic film substrate 5, which is an example of the film substrate, include, for example, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polystyrene, polyethylene, polyamide, polyimide, and a fluororesin film. You can select from among them according to your purpose. In the first embodiment, the formed thickness (that is, the film thickness) is in the range of about 6 to 15 μm, and polyethylene terephthalate, which is excellent in the stability and strength of the formed dimensions and the electrical characteristics, is formed on a plastic film substrate. 5 is used.
[0049]
Next, a schematic explanatory view of the structure of the heating device 15 provided in the thin film forming apparatus 101 is shown in FIG. 2 and will be described with reference to FIGS.
[0050]
As shown in FIG. 2, the heating device 15 is rotatably driven to guide the conveyance of the plastic film substrate 5 along the substrate conveyance path 6 while being in contact with the plastic film substrate 5, and to contact the plastic film substrate 5. A heating drum 31 which is an example of a substrate heating drum for heating the plastic film substrate 5, a rotation drive unit (not shown) for rotating the heating drum 31, and a plastic film substrate 5 in the substrate transport path 6. There is provided a pair of guide rolls 33 which can apply a certain tension and secure the reliable contact between the plastic film substrate 5 and the peripheral surface of the heating drum 31 by the application of the tension.
[0051]
The heating drum 31 is provided with a heating unit such as a system in which a temperature-controlled heating medium is flowed in the middle or a system in which an electric heater is embedded to electrically control the drum temperature. The heating drum 31 (particularly, the peripheral surface of the heating drum 31) can be heated, so that the plastic film substrate 5 in contact with the peripheral surface of the heating drum 31 can be heated by heat conduction. It is possible.
[0052]
Further, since the plastic film substrate 5 is supplied while being held by the supply roll 11 with a gas component contained therein, the heating by the heating drum 31 causes the heated plastic film substrate 5 to remove the gas from the heated plastic film substrate 5. Outgassing of the component can be performed to perform a degassing treatment to reduce the content of the gas component. By performing the heat treatment for the purpose of the degassing treatment, a large amount of the outgassed gas component is formed by forming the thin film by separating the upper chamber A and the lower chamber B by the partition plate 1a. Is prevented from flowing into the lower chamber B in which the operation is performed. Further, the gap between the cooling drum 13 disposed so as to penetrate the partition plate 1a and the end of the partition plate 1a is made as small as possible, and the generated gas is used as the vacuum pump 4 for the upper chamber A. By employing a vacuum pump having a high evacuation capacity capable of instantaneously exhausting components, the influence of the inflow of the gas components on thin film formation can be further reduced.
[0053]
Further, as shown in FIG. 2, the heating device 15 further includes a drum temperature sensor 32 capable of detecting the temperature of the heating drum 31 and a heating drum 31 based on the temperature detected by the drum temperature sensor 32. And a heating control unit 7 for controlling the heating temperature of the plastic film substrate 5 which is in contact with the substrate. Thereby, the heating temperature of the plastic film substrate 5 can be controlled to be, for example, a predetermined temperature preset in the heating control unit 7.
[0054]
Further, instead of such a drum temperature sensor 32 or together with the drum temperature sensor 32, as shown in FIG. 1, the heating device 15 in the substrate transfer path 6 between the heating device 15 and the cooling drum 13 is used. There may be a case where a substrate temperature sensor 16 for detecting the temperature of the plastic film substrate 5 at a nearby position is provided. In such a case, the temperature of the plastic film substrate 5 that has been heated as the degassing process in the heating device 15 can be directly detected. Can be controlled by controlling the heating temperature of the plastic film substrate 5. In the case of using together with the drum temperature sensor 32, the accuracy and reliability of the heating temperature control can be reduced. Can be higher. In addition, the substrate temperature sensor 16 detects that the plastic film substrate 5 heated by the heating device 15 is conveyed to the outside of the heating device 15 and the heated temperature is reduced. Is desirably installed near the heating device 15 to such an extent as not to affect the heating.
[0055]
Further, it is desirable to use a non-contact type temperature sensor as the substrate temperature sensor 16 so as not to damage the surface of the plastic film substrate 5. As such a non-contact type temperature sensor, a generally used radiation thermometer is used. The emissivity is required when converting the radiant energy from the plastic film substrate 5 into a temperature. Since the emissivity depends on the material and the surface state of the object to be measured (that is, the plastic film substrate 5), the contact type is required in advance. In combination with the thermometer, it is preferable to obtain the values for the case of only the plastic film substrate 5 and the case of the plastic film substrate 5 on which the functional thin film is formed. The temperature sensor 32 for the drum may be the non-contact type temperature sensor described above, but may be a contact type temperature sensor using a thermocouple, a thermistor, or a fluorescent substance.
[0056]
Here, in the degassing process by heating the plastic film substrate 5 by the heating device 15, the plastic film substrate 5 is heated and the temperature is raised when the thin film is formed by the sputtering cathode 21 to which the voltage is applied in the thin film forming section. This is a process performed for the purpose of preventing a gas component contained therein from outgassing. That is, the concept is that the heating of the plastic film substrate 5 in the heating device 15 is positively performed in advance in the heating device 15 before the formation of the thin film, to the temperature of the plastic film substrate 5 at the time of forming the thin film or higher. By reducing the content of the gas component in the plastic film substrate 5 by generating in advance the outgas generated at the time of forming the thin film, the temperature of the plastic film is increased up to the temperature increase at the time of forming the thin film performed thereafter. Even if the film substrate 5 is heated, generation of outgas can be reduced.
[0057]
Therefore, the heating of the plastic film substrate 5 by the heating device 15 is performed by setting a temperature substantially equal to or higher than the temperature of the plastic film substrate 5 to be heated at the time of forming the thin film as a target temperature of the heating temperature. It is necessary to control the heating temperature.
[0058]
Therefore, as shown in FIG. 1, the thin film forming apparatus 101 can detect the temperature of the plastic film substrate 5 immediately after the thin film is formed and in contact with the contact surface 13a of the cooling drum 13. A thin film forming substrate temperature sensor 17 is provided at the position. Further, the temperature of the plastic film substrate 5 immediately after the thin film formation detected by the thin film formation substrate temperature sensor 17 is performed can be input to the heating control unit 7. Based on the input temperature, the heating temperature is controlled with a temperature substantially equal to or higher than the temperature as a target temperature of the heating temperature. As the temperature sensor 17 for the thin film forming substrate, it is desirable to use a non-contact type temperature sensor so as not to damage the surface of the plastic film substrate 5 or the surface of the formed thin film. Each of the thin film forming substrate temperature sensor 17, the substrate temperature sensor 16, and the drum temperature sensor 32 is disposed in the upper chamber A, and is separated from the lower chamber B where the thin film is formed by a partition plate. 1a.
[0059]
As shown in FIG. 1, in the thin film forming apparatus 101, as described above, the heating control unit 7 that controls the heating of the plastic film substrate 5 by the heating device 15, the supply roll 11, the cooling drum 13, and the winding A transport control unit 8 is provided to control the transport of the plastic film substrate 5 along the substrate transport path 6 by controlling the rotation of each of the take-up rolls 12. In the transport control unit 8, since the respective rotational drives of the supply roll 11, the cooling drum 13, and the take-up roll 12 are controlled to be synchronized, a constant tension is applied from the supply roll 11 to the take-up roll 12. In this state, the transport of the plastic film substrate 5 is controlled at a constant speed.
[0060]
Further, the thin film forming apparatus 101 is capable of comprehensively controlling the heating control unit 7 and the transfer control unit 8, controlling the application of a voltage to the sputtering cathode 21 by the power supply device 2, A main control unit 9 is provided which can control the evacuation by the vacuum pump 4 and control the cooling of the plastic film substrate 5 by the cooling drum 13.
[0061]
In addition, the main control unit 9 can detect operation errors related to various operations in the thin film forming apparatus 101 and perform control such as operation stop and alarm output according to the contents of the operation errors. ing. For example, in a case where a decrease in the transport speed of the plastic film substrate 5 is detected by the transport control unit 8, the information is input to the main control unit 9, and the information is input to the sputter cathode 21 by the power supply device 2. Is stopped, an instruction to stop the heating operation is input from the main control unit 9 to the heating control unit 7, and the heating operation by the heating device 15 is stopped by the heating control unit 7, and the heating of the plastic film substrate 5 is stopped. Damage due to overheating can be prevented. For example, when the heating control unit 7 detects that the heating temperature of the plastic film substrate 5 does not fall within a predetermined range, the information is input to the main control unit 9 and the power supply device 2, the application of a voltage to the sputter cathode 21 is stopped, an instruction to stop the transfer operation is input from the main control unit 9 to the transfer control unit 8, and the transfer operation is stopped by the transfer control unit 8, and the normal operation is stopped. The formation of the thin film on the plastic film substrate 5 not subjected to the gas treatment can be stopped.
[0062]
Next, while continuously performing the degassing process as a pre-process on the plastic film substrate 5 in the thin film forming apparatus 101 having such a configuration, the thin film is continuously formed on the pre-processed plastic film substrate 5. Will be described. Control of each operation in the following description of the operation procedure is performed by the main control unit 9, the heating control unit 7, and the transport control unit 8 included in the thin film forming apparatus 101.
[0063]
First, the target 22 is attached to the sputtering cathode 21 in the thin film forming apparatus 101 of FIG.
[0064]
Next, the vacuum vessel 1 is closed, and the vacuum pumps 3 and 4 are operated to evacuate the air inside the upper chamber A and the lower chamber B of the vacuum vessel 1, for example, to reduce the internal pressure. 1 × 10 -3 ~ 1 × 10 -5 The pressure is in the range of Pa. Thereafter, an argon gas is introduced into the vacuum vessel 1 maintained at the above pressure for forming a thin film by sputtering. Thereby, the pressure inside the vacuum vessel 1 becomes 1 × 10 -1 ~ 1 × 10 -2 Pa is maintained.
[0065]
In such a state, the supply roll 11, the take-up roll 12, and the cooling drum 13 in the thin film forming apparatus 101 shown in FIG. While being brought into contact with the contact surface 13 a, which is the peripheral surface of the cooling drum 13, the substrate 5 is transported along the substrate transport path 6 continuously and at a constant speed so as to be wound by the winding roll 12. At this time, since the plastic film substrate 5 is given a predetermined tension by the respective guide rolls 14, the plastic film substrate 5 is smoothly transported without causing slack or wrinkles during the transport. The transport speed of the plastic film substrate 5 is, for example, set at any one of the transport speeds in the range of 3 to 10 m / min as the constant speed.
[0066]
Along with the start of the transfer operation, the heating device 15 starts heating the plastic film substrate 5 being transferred while being in contact with the peripheral surface of the heating drum 31. The heating temperature is controlled while the temperature of the heating drum 31 is detected by the drum temperature sensor 32 and the temperature of the plastic film substrate 5 at the outlet of the heating device 15 is detected by the substrate temperature sensor 16. The plastic film substrate 5 is heated to a predetermined temperature. This heating induces outgassing of the gas components contained in the plastic film substrate 5, and the degassing process in which the content of the gas components in the plastic film substrate 5 is reduced is performed. Become.
[0067]
Thereafter, the plastic film substrate 5 that has been heated, that is, degassed, is conveyed and contacts the contact surface 13 a of the cooling drum 13, and the plastic film substrate 5 is cooled by the contact, and The amount of heat added by heating is reduced by the cooling, for example, most of the amount of heat is removed.
[0068]
On the other hand, when the transfer of the plastic film substrate 5 starts, a voltage is started to be applied to the sputter cathode 21 by the power supply device 2, and a discharge is generated upward from the sputter cathode 21 in the drawing. On the other hand, since argon gas is introduced into the lower chamber B of the vacuum vessel 1, plasma is generated by the discharge in the illustrated information of the target 22 of the sputtering cathode 21, and a large number of thin film forming particles are generated from the target 22. Target atom flies toward the contact surface 13a of the cooling drum 13 and adheres to the surface of the plastic film substrate 5 that is in contact with the contact surface 13a. By continuously performing such attachment of target atoms, a thin film is formed on the surface of the plastic film substrate 5.
[0069]
During the formation of the thin film, the plastic film substrate 5 is heated by the above-mentioned discharge or the like. However, since the plastic film substrate 5 has already been degassed, the plastic film substrate 5 It is possible to reduce the amount of gas components generated from the inside or to prevent the generation of the gas components. Therefore, it is possible to prevent or reduce the influence of the generation of the gas component on the formation of the thin film, and to form a thin film having uniform and stable film quality and characteristics.
[0070]
In addition, the temperature of the plastic film substrate 5 immediately after the formation of the thin film is detected by the temperature sensor 17 for the thin film formation substrate. Is detected. Based on the detected temperature, the heating temperature is controlled so that a temperature substantially equal to or higher than the temperature becomes the heating temperature of the heating device 15.
[0071]
Thereafter, the plastic film substrate 5 on which the thin film is formed is continuously wound by the winding roll 12 while being transported along the substrate transport path 6. When the plastic film substrate 5 is taken up by the take-up roll 12 to complete the sputtering process, the application of the voltage to the sputter cathode 21 by the power supply device 2 is stopped, and the heating of the plastic film substrate 5 by the heating device 15 is performed. The operation and the operation of transporting the plastic film substrate 5 by the supply roll 11, the winding roll 12, and the cooling drum 13 are stopped. In addition, the introduction of the argon gas into the vacuum vessel 1 is stopped, the vacuum pumps 3 and 4 are stopped, the exhaust of the gas inside the vacuum vessel 1 is stopped, and the sealing of the vacuum vessel 1 is opened. . This completes the formation of the thin film on the plastic film substrate 5 by the sputtering process.
[0072]
Here, the heating temperature of the plastic film substrate 5 by the heating device 15 will be described in more detail.
[0073]
As described above, the target temperature is substantially the same as or higher than the temperature at which the plastic film substrate 5 is heated during the formation of the thin film (that is, the temperature immediately after the thin film is formed). Is determined by However, the temperature of the plastic film substrate 5 immediately after the formation of the thin film depends on the type and thickness of the functional material which is the thin film forming material, the thin film forming speed (film forming speed), the cooling temperature of the cooling drum 13, the cooling temperature of the plastic film substrate 5, and the like. Since the temperature varies depending on conditions such as the thickness and the transport speed, it is necessary to determine and set the heating temperature according to each of the above conditions. Further, as described above, it is basically desirable to perform the heat treatment at a temperature equal to or higher than the temperature detected by the thin film forming substrate temperature sensor 17 immediately after the thin film is formed. If the temperature is too high, thermal wrinkles may occur in the plastic film substrate 5 due to heat loss. By adjusting the tension and the like applied to the plastic film substrate 5, the occurrence of such heat wrinkles can be reduced to some extent, but the heat treatment is performed at a temperature equal to or lower than the glass transition temperature of the plastic film substrate 5 as much as possible. It is desirable to do. The heated plastic film substrate 5 is cooled by contact with the cooling drum 13 before the thin film is formed, so that the amount of heat added by the heating is reduced, for example, removed. The temperature of the plastic film substrate 5 during the formation does not become higher than the temperature during the formation of the thin film of the plastic film substrate 5 when the heat treatment is not performed. The time of the heat treatment by the heating device 15 is determined by the contact time between the plastic film substrate 5 and the heating drum 31, and depends on the transport speed of the plastic film substrate 5 and the diameter of the heating drum 13. Experimentally, the time of the heat treatment was set to any time in the range of 3 to 15 seconds, but it is better to increase the treatment time at a low heating temperature, and to shorten the treatment time at a high heating temperature. There was a tendency. For example, when the heating temperature is set to 75 ° C. as the low heating temperature, the processing time is about 5 to 10 seconds, while the heating temperature is set to 100 ° C. as the high heating temperature. In such a case, the processing time is about 2 to 3 seconds. However, the processing time is determined depending on how much a condition (for example, variation in crystallization temperature as described later) required for the film quality and characteristics of the formed thin film is allowed.
[0074]
An evaluation of the performance of a plastic film substrate 5 on which a thin film is formed by the above-described thin film forming apparatus 101 by obtaining the crystallization temperature characteristics of the formed thin film will be described below as an example. I do.
[0075]
As a thin film forming material, a phase change material known to have a property of changing from an amorphous state to a crystallized state by heating is used. Such a phase change material is required to have a crystallization temperature within a certain range. For example, the target range is currently 150 ± 10 ° C. The crystallization temperature was measured with a differential scanning calorimeter (DSC). FIG. 3 shows an example of the relationship between the heating temperature of the heating device 15 (horizontal axis in the drawing) and the crystallization temperature of the formed thin film (vertical axis in the figure). In this study, the condition of the degree of vacuum was constant, that is, the pressure in the vacuum vessel 1 was 1 × 10 before the introduction of argon gas. -5 1 × 10 after introducing Pa and argon gas -2 Pa, the transport speed of the plastic film substrate 5 was also fixed at 10 m / min, and the thickness of the InSbSn thin film to be formed was also fixed at 50 nm. Further, the heating time was fixed at 5 seconds by the heating device 15. The five types of plastic film substrates 5 used in this example are all made of the same material, that is, polyethylene terephthalate and have the same thickness of 10 μm, but each of the plastic film substrates 5 is left alone. Storage environment such as the number of days, temperature, and humidity are different. Under these conditions, a thin film is formed on each of the plastic film substrates 5 by setting the heating temperature of the heating device 15 to 25 ° C., 50 ° C., 75 ° C., or 100 ° C. The formation temperature was measured.
[0076]
At this time, the temperature of the plastic film substrate 5 after the formation of the functional material, that is, immediately after the formation of the thin film, was 68 ° C. according to the temperature sensor 17 for the thin film formation substrate. The heating temperature of the plastic film substrate 5 shown in the graph of FIG. 3 is a value detected by the substrate temperature sensor 16 installed at the outlet of the heating device 15. As shown in FIG. 3, when the heating by the heating device 15 is not performed, that is, when the heating temperature is 25 ° C., the crystallization temperature is high at about 155 ° C. to 180 ° C., and the variation is large. ing. As shown in FIG. 3, when the heating temperature is increased from this state to 50 ° C., 75 ° C., and 100 ° C., the average value of the crystallization temperature gradually decreases, and the variation is suppressed. It can be seen that the temperature tends to saturate into the required target range of 150 ± 10 ° C. However, when the heating temperature reaches 100 ° C., the occurrence of thermal wrinkles on the plastic film substrate 5 is observed. Therefore, in this case, considering the balance between the generation of heat wrinkles and the effect of the degassing treatment by heating, the heating temperature is about 75 ° C. (the crystallization temperature in this case is in the range of about 140 ° C. to 155 ° C.). Is considered appropriate. The gas component generated by the heating process in the heating device 15 is analyzed to find that the moisture component (H 2 O). When the heat treatment is not performed, when an InSbSn thin film is formed on the plastic film substrate 5, H is generated with the temperature rise of the plastic film substrate 5 due to the formation of the thin film. 2 O occurs and this H 2 It is presumed that the generation of O causes an increase in the crystallization temperature of the formed thin film and its variation. Accordingly, by heating the plastic film substrate 5 by degassing by heating it at the above-mentioned appropriate temperature by the heating device 15, the crystallization temperature of the thin film to be formed can be lowered (ie, the rise of the crystallization temperature can be prevented). And the variation can be reduced. Therefore, a crystallization temperature within a range of 150 ± 10 ° C., which is a characteristic required for the phase change material, can be obtained, and the variation in the crystallization temperature can be reduced. In addition, a thin film that can be stabilized can be formed.
[0077]
In the thin film forming apparatus 101 of the present embodiment, a case has been described in which the supply roll 11 is provided in the substrate supply unit and the take-up roll 12 is provided in the substrate removal unit. As long as the predetermined pressure can be maintained, a supply roll is provided outside the vacuum container 1 and a plastic film substrate is provided through a substrate supply opening (an example of a substrate supply unit) provided in the vacuum container 1. 5 is supplied, and a plastic film substrate 5 on which a thin film is formed by a take-up roll provided outside the vacuum container 1 is passed through a substrate take-out opening (an example of a substrate take-out portion) provided in the vacuum container 1. It may be a case where it is wound up.
[0078]
Further, in the thin film forming apparatus 101, a cooling temperature detecting sensor for detecting the temperature of the plastic film substrate 5 immediately before the thin film is formed is provided, so that the cooling of the heated plastic film substrate 5 can be surely confirmed. May be.
[0079]
According to the first embodiment, the following various effects can be obtained.
[0080]
First, in the thin film forming apparatus 101, by heating the plastic film substrate 5 supplied to the substrate transport path 6 from the supply roll 11, a gas component contained in the plastic film substrate 5 is positively outgassed. A thin film forming section having a heating device 15 for continuously performing gas treatment and a sputter cathode 21 for continuously forming a thin film by sputtering on the plastic film substrate 5 on which the degassing process has been performed as a pretreatment. Is provided, it is possible to suppress the generation of outgas of the gas component by raising the temperature of the plastic film substrate 5 during the formation of the thin film. Therefore, it is possible to prevent the generation of the gas component during the formation of the thin film from affecting the characteristics of the thin film, and it is possible to form a continuous thin film having uniform and stable characteristics and film quality.
[0081]
Further, the plastic film substrate 5 that has been heated and degassed by the heating device 15 is cooled while being in contact with the contact surface 13a of the cooling drum 13, and the heat added by the heating is removed ( Thereafter, when the thin film is formed by the discharge from the sputter cathode 21 in a state of being in contact with the contact surface 13 a of the cooling drum 13, the heat applied to the plastic film substrate 5 by the above-described heating is reduced. Without any significant impact.
[0082]
Further, the heating device 15 is provided with a substrate temperature sensor 16 for detecting the temperature of the plastic film substrate 5 in the substrate transfer path 6 near the outlet thereof and / or a drum temperature sensor 32 for detecting the temperature of the heating drum 31 itself. By controlling the heating temperature of the plastic film substrate 5 by the heating control unit 7 based on the detected temperature, accurate and stable heating temperature control can be performed.
[0083]
Further, in the thin film forming apparatus 101, the temperature of the plastic film substrate 5 immediately after the thin film is formed is detected by the thin film forming substrate temperature sensor 17, and based on the detected temperature, the heating controller 7 By heating the plastic film substrate 5 to a raised temperature (that is, the detected temperature) or higher at the time of forming a thin film, the heating device 15 actively heats the plastic film substrate 5 in advance. The outgassing can be performed in advance, and the content of the gas component in the plastic film substrate 5 can be reduced. Thereby, even when the plastic film substrate 5 is heated to the above-mentioned elevated temperature in the subsequent formation of the thin film, generation of outgas can be prevented or reduced more reliably.
[0084]
In addition, by using a contact-type temperature sensor, for example, a radiation thermometer as the substrate temperature sensor 16 or the thin film-formed substrate temperature sensor 17, the surface of the plastic film substrate 5 or the surface formed at the time of temperature detection is used. It is possible to prevent the surface of the thin film from being damaged by contact.
[0085]
Further, by setting the heating temperature of the heating device 15 to a temperature equal to or lower than the glass transition point temperature of the plastic film substrate 5, it is possible to suppress the generation of heat wrinkles due to the heat loss of the plastic film substrate 5. Quality can be prevented from deteriorating.
[0086]
In addition, the size of the vacuum vessel 1 of the thin film forming apparatus 101 including such a heating device 15 does not increase significantly due to the additional equipment of the heating device 15, so that the thin film forming device 101 becomes large. The problem does not occur.
[0087]
(2nd Embodiment)
Note that the present invention is not limited to the first embodiment, and can be implemented in other various modes. For example, the thin film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention includes a heating device 40 having a structure different from that of the thin film forming apparatus 101 of the first embodiment, but the other configuration is the same as that of the thin film forming apparatus 101. is there. Hereinafter, only the structure of the heating device 40 which is a different part will be described with reference to the schematic explanatory view shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the heating device 40 is not a heating drum 31 as in the heating drum 31 of the first embodiment, but a drum for degassing treatment which does not have a heating function itself. 41, and an infrared lamp 42 for heating the plastic film substrate 5 which is being brought into contact with the peripheral surface of the degassing drum 41 by radiant heat. The degassing drum 41 and the infrared lamp 42 are an example of a substrate heating drum. As shown in FIG. 4, the infrared lamp 42 is disposed along the substrate transport path 6, which is the lower peripheral surface of the degassing drum 41, without contact with the degassing drum 41. . Further, the heating temperature is controlled to a constant temperature by the heating control unit 47 based on the temperature detected by the substrate temperature sensor 16 shown in FIG. 1, as in the first embodiment. As shown in FIG. 4, the heating device 40 includes a pair of guide rolls 43 similarly to the heating device 15.
[0088]
As shown in FIG. 4, in the heating device 40, the plastic film substrate 5 is caused to run along the degassing drum 41 in order to suppress generation of heat wrinkles and the like due to heating of the plastic film substrate 5. However, instead of such a case, the heating is performed by disposing the infrared lamp 42 in parallel with the vicinity of the substrate transfer path 6 of the plastic film substrate 5 without using the degassing drum 41. It may be the case.
[0089]
As in the first embodiment, the heating temperature of the plastic film substrate 5 immediately after the formation of the thin film is detected by the thin film formation substrate temperature sensor 17, and the detected temperature is determined by the heating device 40. Is controlled with the target temperature as the target temperature. Further, the heating control unit 47 controls the heating temperature by controlling the power supplied to the infrared lamp 42 so that the temperature detected by the substrate temperature sensor 16 approaches the target temperature.
[0090]
According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, since the radiation from the infrared lamp 42 is used for heating the plastic film substrate 5, the plastic film substrate 5 has characteristics such as its material. By selecting and using the infrared lamp 42 having a wavelength region that can be easily absorbed, degassing by efficient heating can be performed.
[0091]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, in the thin film forming apparatus, by heating the film-shaped substrate supplied to the substrate transport path from the substrate supply unit, the gas component contained in the film-shaped substrate is heated. A heating device for continuously performing a degassing process, and a thin film forming section for continuously forming a thin film by a sputtering process on the film-like substrate subjected to the degassing process are provided. Thereby, outgassing of the gas component due to an increase in the temperature of the film substrate during the formation of the thin film can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the generation of the gas component during the formation of the thin film from affecting the characteristics of the thin film, and it is possible to form a continuous thin film having uniform and stable characteristics and film quality. Therefore, in forming a thin film, a thin film having various characteristics required can be formed uniformly and stably with good reproducibility in the longitudinal and width directions thereof, and furthermore, the thin film formation capable of improving the yield in the thin film formation. An apparatus can be provided.
[0092]
According to the second aspect of the present invention, there is provided a substrate cooling drum capable of reducing the amount of heat added by the heating in the film-shaped substrate heated by the heating device and subjected to the degassing process. Since the amount of heat added by the heating from the film-shaped substrate can be reduced by cooling by contact with the substrate cooling drum, a thin film is formed by the film-forming electrode section thereafter. Is performed, the heating does not thermally affect the film-shaped substrate, and a thin film can be formed reliably and stably.
[0093]
According to the third aspect to the fifth aspect of the present invention, the heating device detects a temperature of the film-shaped substrate in the substrate transport path between the heating device and the thin film forming unit. A heating controller controls the heating temperature of the film-shaped substrate based on a temperature detected by a sensor and / or a drum temperature sensor for detecting a temperature of the substrate heating drum itself, so that the temperature is accurately and stable. The heating temperature can be controlled.
[0094]
Further, in the thin film forming apparatus, the temperature of the film-shaped substrate immediately after the thin film is formed is detected by a temperature sensor for the thin film-formed substrate, and based on the detected temperature, the heating control unit controls the temperature of the thin film to be formed. By controlling the heating temperature to the temperature of the film-like substrate at that time (that is, the detected temperature) or higher, the heating of the film-like substrate in advance in the heating device before the formation of the thin film is performed. Is positively performed, and outgas generated during the formation of the thin film can be generated in advance. Thereby, even when the film-shaped substrate is heated to the temperature increase in the subsequent formation of the thin film, the outgas has already been performed before the formation of the thin film. This can be reliably prevented or reduced.
[0095]
Further, by using a contact-type temperature sensor as the substrate temperature sensor or the thin-film formation substrate temperature sensor 17, the surface of the film-like substrate or the surface of the formed thin film can be detected at the time of temperature detection. Can be prevented from being damaged by contact.
[0096]
According to another aspect of the present invention, further, the space where the degassing process is performed by the heating device and the space where the thin film is formed are reliably separated by a partition plate, so that the degassing process is performed. Can reliably prevent the gas generated in step (1) from affecting the thin film formation.
[0097]
In addition, by using a plastic film substrate containing the gas capable of being degassed therein as the film-like substrate, the effects of each of the above aspects can be obtained.
[0098]
Further, by setting the heating temperature of the heating device to a temperature lower than the glass transition temperature of the plastic film substrate, it is possible to prevent the occurrence of heat wrinkles and the like in the plastic film substrate, and to obtain a stable quality thin film. The formation can be performed.
[0099]
Further, the degassing treatment is a treatment for reducing the moisture contained in the film-like substrate by the heating of the film-like substrate, thereby preventing generation of the moisture at the time of forming the thin film. In addition, the influence of the moisture on the formation of the thin film can be reliably prevented, and a thin film having uniform and stable characteristics can be formed.
[0100]
According to the eleventh aspect of the present invention, in a thin film forming method for continuously forming a thin film on the surface of a film-like substrate by sputtering, the film-like substrate is formed before the thin film is formed by the sputtering. By performing the degassing treatment on the film-like substrate by heating, it is possible to suppress the generation of outgas of the gas component due to the temperature rise of the film-like substrate during the formation of the thin film. Therefore, it is possible to prevent the generation of the gas component during the formation of the thin film from affecting the characteristics of the thin film, and it is possible to form a continuous thin film having uniform and stable characteristics and film quality. Therefore, in forming a thin film, a thin film having various characteristics required can be formed uniformly and stably with good reproducibility in the longitudinal and width directions thereof, and furthermore, the thin film formation capable of improving the yield in the thin film formation. A method can be provided.
[0101]
According to the twelfth aspect of the present invention, after performing the degassing process, the film-shaped substrate is cooled, the amount of heat added by the heating is reduced, and then the film-shaped substrate is By forming the thin film, it is possible to form the thin film reliably and stably without the thermal influence on the film-like substrate due to the heating.
[0102]
According to the thirteenth aspect of the present invention, the temperature of the film-shaped substrate immediately after the thin film is formed is detected, and the detected temperature is substantially equal to or higher than the detected temperature. By performing the heating of the film-shaped substrate before the thin film is formed, prior to the formation of the thin film, actively heating the film-shaped substrate in advance, generated during the formation of the thin film Outgassing can be generated in advance. Thereby, even when the film-shaped substrate is heated to the above-described temperature during the formation of the thin film, the outgassing has already been performed. Can be prevented or reduced.
[0103]
According to another aspect of the present invention, the degassing process is a process in which the moisture contained in the film-shaped substrate is reduced by the heating of the film-shaped substrate. By preventing the generation of the water, the influence of the water on the formation of the thin film can be reliably prevented, and a thin film having uniform and stable characteristics can be formed.
[0104]
Further, since the thin film formed on the film-like substrate is formed of an optical recording medium material required to form a high-precision and dense film, each of the above effects is made more effective. be able to.
[0105]
Further, since the optical recording medium material is a phase change material, a property required for the phase change material to change from an amorphous state to a crystallized state by heating, such as a crystallization temperature within a certain range, Can be stably obtained with less variation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a configuration of a thin film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing a configuration of a heating device provided in the thin film forming apparatus of FIG.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a crystallization temperature and a heating temperature in an example using the thin film forming apparatus of FIG.
FIG. 4 is a schematic explanatory view showing a configuration of a heating device provided in a thin film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container, 1a ... Partition plate, 2 ... Power supply device, 3 ... Vacuum pump, 4 ... Vacuum pump, 5 ... Plastic film substrate, 6 ... Substrate conveyance path, 7 ... Heating control unit, 8 ... Transfer control unit, 9 ... Main control unit, 11 ... Supply roll, 12 ... Winding roll, 13 ... Cooling drum, 14 ... Guide roll, 15 ... Heating device, 16 ... Temperature sensor for substrate, 17 ... Temperature sensor for thin film forming substrate, 21 ... Sputtering Cathode, 22 target, 31 heating drum, 32 drum temperature sensor, 33 guide roll, 40 heating device, 41 degassing drum, 42 infrared lamp, 101 thin film forming device, A top Room B: Lower room.

Claims (16)

フィルム状基板（５）を基板搬送経路（６）に連続的に供給する基板供給部（１１）と、
上記基板供給部より上記基板搬経路に供給された上記フィルム状基板の加熱による上記フィルム状基板の脱ガス処理を行う加熱装置（１５、４０）と、
上記基板搬送経路において、上記脱ガス処理が行われた上記フィルム状基板に対して、スパッタ処理により薄膜を形成する薄膜形成部（１３及び２１）と、
上記薄膜形成部にて薄膜が形成されたフィルム状基板を、上記基板搬送経路から取り出す基板取出部（１２）とを備える、ことを特徴とする薄膜形成装置。A substrate supply unit (11) for continuously supplying the film-like substrate (5) to the substrate transport path (6);
A heating device (15, 40) for degassing the film-like substrate by heating the film-like substrate supplied to the substrate carrying path from the substrate supply unit;
A thin film forming section (13 and 21) for forming a thin film by a sputtering process on the film-shaped substrate on which the degassing process has been performed;
A thin film forming apparatus, comprising: a substrate extracting section (12) for extracting a film-like substrate on which a thin film has been formed by the thin film forming section from the substrate transport path. 上記基板供給部は、回転駆動可能であって、巻取り保持されている上記フィルム状基板を上記基板搬送経路に連続的に供給する供給ロール（１１）を有し、
上記薄膜形成部は、
回転駆動可能であって、上記フィルム状基板と接触しながら、当該回転駆動により上記フィルム状基板を上記基板搬送経路に沿って案内し、かつ、上記接触されたフィルム状基板を冷却する基板冷却ドラム（１３）と、
上記スパッタ処理のための電圧を印加可能であって、当該電圧の印加により上記基板冷却ドラムに接触する上記フィルム状基板の表面に上記薄膜を形成する成膜用電極部（２１）とを有し、
上記加熱装置は、上記供給ロールと上記基板冷却ドラムとの間の上記基板搬送経路における上記フィルム状基板に対して上記加熱可能に配置され、
上記成膜用電極部は、上記加熱により付加された熱量が、上記基板冷却ドラムによる上記冷却により減少された上記フィルム状基板に対して、上記薄膜の形成を行う請求項１に記載の薄膜形成装置。The substrate supply unit has a supply roll (11) that is rotatably driven and continuously supplies the film-shaped substrate wound and held to the substrate transport path.
The thin film forming section,
A substrate cooling drum that is rotatable and guides the film substrate along the substrate transport path by the rotation while contacting with the film substrate, and cools the contacted film substrate. (13)
And a film forming electrode section (21) that can apply a voltage for the sputtering process and that forms the thin film on the surface of the film substrate that contacts the substrate cooling drum by applying the voltage. ,
The heating device is disposed so as to be capable of heating the film-shaped substrate in the substrate transport path between the supply roll and the substrate cooling drum,
2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the film forming electrode unit forms the thin film on the film-shaped substrate in which the amount of heat added by the heating is reduced by the cooling by the substrate cooling drum. 3. apparatus. 上記加熱装置と上記薄膜形成部との間の上記基板搬送経路における上記加熱装置の近傍の位置の上記フィルム状基板の温度を検出する基板用温度センサ（１６）をさらに備え、
上記加熱装置は、上記基板用温度センサにより検出された上記フィルム状基板の温度に基づいて、上記加熱による上記フィルム状基板の加熱温度の制御を行う加熱制御部（７、４７）をさらに備える請求項２に記載の薄膜形成装置。A substrate temperature sensor (16) for detecting a temperature of the film-shaped substrate at a position near the heating device in the substrate transport path between the heating device and the thin film forming unit,
The said heating device is further provided with the heating control part (7, 47) which controls the heating temperature of the said film-shaped board | substrate by the said heating based on the temperature of the said film-shaped board | substrate detected by the said board | substrate temperature sensor. Item 3. A thin film forming apparatus according to Item 2. 上記加熱装置は、
回転駆動可能であって、上記フィルム状基板と接触しながら、当該回転駆動により上記フィルム状基板に対して加熱を行う基板加熱ドラム（３１、４１及び４２）と、
上記基板加熱ドラムに備えられて、上記基板加熱ドラムによる上記加熱温度を検出可能なドラム用温度センサ（３２）と、
上記ドラム用温度センサにより検出された上記加熱温度に基づいて、上記フィルム状基板の加熱温度の制御を行う加熱制御部（７）とをさらに備える請求項２に記載の薄膜形成装置。The heating device,
A substrate heating drum (31, 41, and 42) rotatable and capable of heating the film-shaped substrate by the rotation while being in contact with the film-shaped substrate;
A drum temperature sensor (32) provided on the substrate heating drum and capable of detecting the heating temperature of the substrate heating drum;
The thin film forming apparatus according to claim 2, further comprising a heating control unit (7) that controls a heating temperature of the film-shaped substrate based on the heating temperature detected by the drum temperature sensor. 上記成膜用電極部により上記薄膜が形成され、かつ、上記基板冷却ドラムに接触されている上記フィルム状基板の温度を検出する薄膜形成基板用温度センサ（１７）をさらに備え、
上記加熱装置は、上記加熱装置による上記フィルム状基板の加熱温度が、上記薄膜形成基板用温度センサにより検出された上記フィルム状基板の温度と略同じ温度、又は、それ以上の温度となるように、上記加熱温度の制御を行う加熱制御部（７、４７）を備える請求項２から４のいずれか１つに記載の薄膜形成装置。A thin film forming substrate temperature sensor for detecting the temperature of the film substrate in contact with the substrate cooling drum, wherein the thin film is formed by the film forming electrode portion;
The heating device, the heating temperature of the film-shaped substrate by the heating device, the same temperature as the temperature of the film-like substrate detected by the thin-film-formed substrate temperature sensor, or so as to be higher than the temperature The thin film forming apparatus according to any one of claims 2 to 4, further comprising a heating control unit (7, 47) for controlling the heating temperature. 上記基板用温度センサ（１６）、又は、上記薄膜形成基板用温度センサ（１７）は、被接触式の温度センサである請求項３又は５に記載の薄膜形成装置。The thin film forming apparatus according to claim 3, wherein the substrate temperature sensor (16) or the thin film forming substrate temperature sensor (17) is a contact-type temperature sensor. 上記基板取出部は、回転駆動可能であって、上記基板搬送経路に供給されて、上記薄膜が形成されたフィルム状基板を連続的に巻き取って保持する巻取りロール（１２）を有し、
上記供給ロール、上記加熱装置、上記巻取りロール、及び夫々の上記温度センサが配置されている空間（Ａ）を、上記成膜電極部が配置されている空間（Ｂ）と区切る仕切り板（１ａ）がさらに備えられている請求項３から６のいずれか１つに記載の薄膜形成装置。The substrate take-out unit is rotatable and has a take-up roll (12) that is supplied to the substrate transport path and continuously takes up and holds the film-like substrate on which the thin film is formed,
A partition plate (1a) that divides a space (A) in which the supply roll, the heating device, the winding roll, and each of the temperature sensors are disposed from a space (B) in which the film forming electrode unit is disposed. 7. The thin-film forming apparatus according to claim 3, further comprising: 上記フィルム状基板は、プラスチックフィルム基板（５）である請求項１から７のいずれか１つに記載の薄膜形成装置。The thin film forming apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the film-shaped substrate is a plastic film substrate (5). 上記加熱温度は、上記プラスチックフィルム基板のガラス転移点温度よりも低い温度である請求項８に記載の薄膜形成装置。9. The thin film forming apparatus according to claim 8, wherein the heating temperature is lower than a glass transition temperature of the plastic film substrate. 上記脱ガス処理は、上記フィルム状基板に含まれている水分を、上記フィルム状基板の上記加熱により減少させる処理である請求項１から９のいずれか１つに記載の薄膜形成装置。The thin film forming apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the degassing process is a process of reducing moisture contained in the film-shaped substrate by the heating of the film-shaped substrate. スパッタ処理により、フィルム状基板（５）の表面に連続的に薄膜を形成する薄膜形成方法において、上記スパッタ処理による上記薄膜の形成の前に、上記フィルム状基板の加熱による上記フィルム状基板の脱ガス処理を行うことを特徴とする薄膜形成方法。In the thin film forming method for continuously forming a thin film on the surface of the film substrate (5) by a sputtering process, the film substrate is heated by heating the film substrate before the thin film is formed by the sputtering process. A method for forming a thin film, comprising performing gas treatment. 上記脱ガス処理を行った後、上記フィルム状基板の冷却して、上記加熱により付加された熱量を減少させて、
その後、上記フィルム状基板に対して、上記薄膜の形成を行う請求項１１に記載の薄膜形成方法。After performing the degassing process, cooling the film-shaped substrate, reducing the amount of heat added by the heating,
12. The method according to claim 11, wherein the thin film is formed on the film substrate. 上記薄膜が形成された直後の上記フィルム状基板の温度を検出し、
当該検出された温度と略同じ温度、又は、それ以上の温度となるように、上記薄膜が形成される前の上記フィルム状基板の上記加熱を行う請求項１１又は１２に記載の薄膜形成方法。Detecting the temperature of the film-like substrate immediately after the thin film is formed,
13. The thin film forming method according to claim 11, wherein the heating of the film-shaped substrate before the thin film is formed is performed so that the temperature is substantially the same as or higher than the detected temperature. 上記脱ガス処理は、上記フィルム状基板に含まれている水分を、上記フィルム状基板の上記加熱により減少させる処理である請求項１１から１３のいずれか１つに記載の薄膜形成方法。The thin film forming method according to any one of claims 11 to 13, wherein the degassing process is a process of reducing moisture contained in the film-shaped substrate by the heating of the film-shaped substrate. 上記フィルム状基板に形成される薄膜は、光記録メディア材料により形成される請求項１１から１４のいずれか１つに記載の薄膜形成方法。The thin film forming method according to any one of claims 11 to 14, wherein the thin film formed on the film substrate is formed of an optical recording medium material. 上記光記録メディア材料は、相変化材料である請求項１５に記載の薄膜形成方法。The method according to claim 15, wherein the optical recording medium material is a phase change material.
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