JP2004339602A - フィルム用真空成膜装置及びそれを用いたプラスチックフィルム - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥の少ない良好な薄膜を効率よく連続成膜できるスパッタリング装置及びそれを用いた欠陥の少ない良好な薄膜を有するプラスチックフィルムを提供する。
【解決手段】少なくとも巻き出し装置，脱ガス装置，フィルム裏面側に温度調節ドラムが位置する２つ以上のスパッタリング装置、巻き取り装置を備え、巻き出し装置に最も近い第１のスパッタリング装置は０．１５Ｗ／ｃｍ^２〜６Ｗ／ｃｍ^２以下の電力で駆動され、第２以降のスパッタリング装置は第１のスパッタリング装置より高い電力で駆動されることを特徴とするフィルム用真空成膜装置。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックフィルム上に連続成膜を行う真空成膜装置に関するものであり、更に詳しくは、欠陥の少ない良好な薄膜を効率よく成膜できるスパッタリング装置を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フィルム用真空成膜装置は、ロール・ツー・ロールでプラスチックフィルム上に無機薄膜等を連続的に成膜する装置であり、食品包装用アルミ蒸着フィルムや、タッチパネル用透明導電フィルム，反射防止用光学フィルムの製造等に利用されている。真空成膜の方法としては、真空蒸着，イオンプレーティング，スパッタリング，化学気相成長法（ＣＶＤ）等があり、これらの中でスパッタリングは各種の材質の膜を良好な密着性で成膜することができる手法として用いられている。スパッタリングによる成膜を行う際に欠陥のない膜を得るには、基板温度を上げることが有効であることが知られている。一方、工業的に十分な成膜速度を達成できる成膜条件でスパッタリングによる成膜を行うと、プラズマ及び付着物のエネルギーにより基板が加熱されるため、プラスチックフィルム基板上に成膜を行う際には基板を冷却する必要があり、十分に欠陥の少ない膜を得ることは困難である。
【０００３】
短時間の成膜で十分な厚さの成膜を行うために、複数の成膜装置を有するプラスチックフィルム用スパッタリング装置がある。しかし、従来のプラスチックフィルム用スパッタリング装置では、複数の成膜装置は同一であり、基板の温度調節装置は冷却装置である。そのため、膜厚は厚いものが得られても、十分に欠陥の少ない膜を得ることはやはり困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的とするところは、上記の課題を解決し、欠陥の少ない良好な薄膜を効率よく成膜できるスパッタリング装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
（１） 少なくとも巻き出し装置，脱ガス装置，フィルム裏面側に温度調節ドラムが位置する２つ以上のスパッタリング装置、巻き取り装置を備え、巻き出し装置に最も近い第１のスパッタリング装置は０．１５Ｗ／ｃｍ^２〜６Ｗ／ｃｍ^２の電力で駆動され、第２以降のスパッタリング装置は第１のスパッタリング装置より高い電力で駆動されることを特徴とするフィルム用真空成膜装置。
（２） 第２以降のスパッタリング装置は６Ｗ／ｃｍ^２より大きく、２０Ｗ／ｃｍ^２以下の電力で駆動されることを特徴とする（１）のフィルム用真空成膜装置。
（３） 第２以降のスパッタリング装置がパルスＤＣスパッタリング装置および／またはデュアルマグネトロンスパッタリング装置であることを特徴とする（１）、（２）のフィルム用真空成膜装置。
（４） 前記パルスＤＣスパッタリング装置および／またはデュアルマグネトロンスパッタリング装置が非平衡マグネトロンスパッタリング装置である（３）のフィルム用真空成膜装置。
（５）温度調節ドラムが加熱可能である（１）〜（４）のフィルム用真空成膜装置。
（６） 巻き出し装置に最も近い第１のスパッタリング装置がＲＦスパッタリング装置である（１）〜（５）のフィルム用真空成膜装置。
（７） （１）〜（６）のフィルム用真空成膜装置を用いて成膜した膜を有するプラスチックフィルム。
（８） （７）のプラスチックフィルムを用いた透明ガスバリアフィルム。
（９） （７）のプラスチックフィルムを用いた透明導電膜。
（１０） （７）のプラスチックフィルムを用いた表示装置用基板。
である。
【０００６】
本発明のフィルム用真空成膜装置は、プラスチックフィルムへのダメージを最小限にしつつ、主に機能を発現する膜を高速で機能発現に十分な膜厚に成膜できるものである。即ち、巻き出し装置に最も近い第１のスパッタリング装置により、プラスチックフィルムへのダメージが最小限である範囲内で、高電力で高速成膜する際のプラスチックフィルムへのダメージを防ぎつつ熱による基板からのアウトガスも抑制する第１の薄膜を成膜し、続いて第２以降の成膜装置により、主に機能を発現する膜を高電力で高速成膜するものである。
【０００７】
本発明のフィルム用真空成膜装置に用いられる第１のスパッタリング装置は、０．１５Ｗ／ｃｍ^２〜６Ｗ／ｃｍ^２の電力で駆動されるスパッタリング装置である。０．１５Ｗ／ｃｍ^２より低い電力では有効な膜厚が得られない。一方、６Ｗ／ｃｍ^２を超える電力で駆動した場合、プラスチックフィルムへのダメージが大きくなりやすい。また、ＲＦスパッタリング装置であると、より低ダメージで成膜することが可能であり、好ましい。
【０００８】
本発明のフィルム用真空成膜装置に用いられる第２以降のスパッタリング装置は、第１のスパッタリング装置より高い電圧で駆動されるものであり、６Ｗ／ｃｍ^２より大きな電力で駆動されることが成膜速度の点から好ましい。一方、２０Ｗ／ｃｍ^２以下であることが、フィルムにダメージを与えにくい点から好ましい。また、第２以降のスパッタリング装置は、ＲＦ成膜装置より成膜速度を稼げるパルスＤＣスパッタリング装置および／またはデュアルマグネトロンスパッタリング装置であることが好ましい。また、第２以降の成膜装置は、フィルムの搬送速度を落とさずに更に厚い膜を得る為や、異なる材質の膜を積層するために２基以上設置してもかまわない。更に、第２以降のスパッタリング装置として用いられるパルスＤＣスパッタリング装置および／またはデュアルマグネトロンスパッタリング装置は、非平衡マグネトロンスパッタリング装置であることが好ましい。一般的に、非平衡マグネトロンスパッタリングは、成膜される基板上までプラズマ領域が広がるため、耐熱性の十分に高い無機基板上では良好な膜質が得られる一方、プラスチックフィルムへはダメージを与えることになる。しかし、本発明の成膜装置においては、第１のスパッタリング装置によりプラスチックフィルムへのダメージを防ぎつつ熱による基板からのアウトガスも抑制する第１の薄膜を成膜する為、非平衡マグネトロンスパッタリングの長所を活かすことができるものである。
【０００９】
本発中の脱ガス装置は、第１のスパッタリング装置による成膜を行う前に、真空中で基板を加熱することによりフィルム中に保持されている水分やガスを排出させるものであり、赤外線ヒーターや面状発熱体による輻射熱でフィルムを加熱するものである。加熱温度は、フィルムの変形温度以下の範囲で高いほうが好ましい。
【００１０】
本発明のフィルム用真空成膜装置においては、脱ガス装置がある部位と第１成膜室の間および第１成膜室と第２成膜室の間に、ガスのコンタミネーションを防止するために、脱ガス装置やガス導入管を有しない排気可能な区域を有することが好ましい。第３以降の成膜室においても、第２の膜と異なる膜を成膜する場合にはこのような区域を有することが好ましい。
【００１１】
本発明のフィルム用真空成膜装置に用いられるフィルム裏面側の温度調節ドラムは、基板の耐熱温度範囲内で良好な成膜が行えるように基板温度を調節するものである。一般に、フィルム用真空成膜装置に用いられるフィルム裏面側の温度調節ドラムは、３０℃以下の冷却水を通水しフィルムを冷却するが、本発明のフィルム用真空成膜装置においては第１の薄膜により成膜による加熱を低減できるので、フィルムを最適温度に調節できるよう可能なものであることが好ましい。
【００１２】
本発明のフィルム用真空成膜装置に用いられる巻き出し装置，巻き取り装置としては、基材のパス中に設けられる張力測定ロールからのフィードバックによるトルク制御型の装置を用いることが好ましい。
【００１３】
本発明のフィルム用真空成膜装置を用いてプラスチックフィルム上に成膜を行った場合、少なくとも第１のスパッタリング装置による第１の薄膜と、第１の薄膜より厚い第２のスパッタリング装置による第２の薄膜との２層以上の膜を有するプラスチックフィルムを得ることができる。更に第３以降の膜を有してもかまわない。薄膜の特性に対して厚さは重要な因子であるので主に機能を発現する膜は第２以降の膜であるが、膜の材質は第１の薄膜と第２以降の薄膜が同じであっても異なってもかまわない。第２以降の膜は従来のプラスチックフィルム上の膜より緻密な膜が得られるため、良好な特性の薄膜である。機能を発現する膜としては、金属反射膜，金属導電膜，透明導電膜，透明ガスバリア膜，反射防止膜等が挙げられる。透明ガスバリア膜はピンホールや大きな粒界等の欠陥が生じにくく良好なバリア性が得られ、透明導電膜は比抵抗の低い膜が得られるので、特に好ましい。これらの機能膜を有するプラスチックフィルムは、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置の基板として用いるのに好適である。
【００１４】
以下本発明を実施例によって説明する。
【００１５】
《実施例１》
図１に示すフィルム成膜装置の巻き出しロール側に、厚さ２００μｍ幅３００ｍｍの、アクリル系ハードコート付きポリエーテルスルホンフィルムをセットした。脱ガス装置である赤外線ヒーターをフィルムの温度が１７０℃に加熱されるように制御し、温度調節ドラムの温度は１５０℃に制御した。第１のスパッタリング装置が位置する成膜室１に放電ガスとしてアルゴンを導入し、圧力を０．１Ｐａとし、ターゲットに１２５ｍｍ×５００ｍｍの窒化珪素を用い１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源によりスパッタリング成膜を行った。入力電力は３ｋｗとし厚さ約２０ｎｍの窒化珪素層を成膜した。続いて、第２のスパッタリング装置が位置する成膜室２に放電ガスとしてアルゴンを，反応ガスとして酸素を導入し、圧力を０．２Ｐａとし、入力電力１０ｋｗのパルスＤＣ電源でターゲットに１２５ｍｍ×５００ｍｍの酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を用いた非平衡マグネトロンスパッタリング成膜装置により厚さ約１００ｎｍのＩＴＯ層を成膜した。このフィルムの５５０ｎｍにおける光線透過率を測定したところ８６％であり、良好な透明性を示した。このフィルム上のＩＴＯの表面抵抗を４端子法により測定したところ３３Ω／□であり、透明導電膜として良好な特性を示した。
【００１６】
《実施例２》
図２に示すフィルム成膜装置の巻き出しロール側に、厚さ１８８μｍ幅３００ｍｍの、アクリル系ハードコート付きポリカーボネートフィルムをセットした。脱ガス装置である赤外線ヒーターをフィルムの温度が１２０℃に加熱されるように制御し、温度調節ドラムの温度は１００℃に制御した。第１のスパッタリング装置が位置する成膜室１に放電ガスとしてアルゴンを導入し、圧力を０．１Ｐａとし、ターゲットに１２５ｍｍ×５００ｍｍの窒化珪素を用い１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源によりスパッタリング成膜を行った。入力電力は３ｋｗとし厚さ約２０ｎｍの窒化珪素層を成膜した。続いて、第２のスパッタリング装置が位置する成膜室２に放電ガスとしてアルゴンを，反応ガスとして酸素を導入し、圧力を０．２Ｐａとし、入力電力１２ｋｗの電源で、ターゲットに１２５ｍｍ×５００ｍｍのボロンをドープしたシリコンを用いた非平衡デュアルマグネトロンスパッタリング成膜装置により厚さ約１００ｎｍの酸化珪素層（ＳｉＯｘ；ｘは１．６〜１．８）を成膜した。このフィルムの５５０ｎｍにおける光線透過率を測定したところ９１％であり、良好な透明性を示した。このフィルムのガスバリア性についてヤナコ分析工業株式会社製のガスクロマトグラフィー式ガス透過率測定機ＧＴＲ−３０を用いて水蒸気透過度と酸素透過度の測定を行ったところ、水蒸気透過度は０．０３ｇ／ｍ^２／２４ｈ，酸素透過度は０．０７ｍｌ／ｍ^２／２４ｈと低い値で、良好であった。
【００１７】
《実施例３》
図２に示すフィルム成膜装置の巻き出しロール側に、厚さ２００μｍ幅３００ｍｍの、アクリル系ハードコート付きポリエーテルスルホンをセットした。脱ガス装置である赤外線ヒーターをフィルムの温度が１７０℃に加熱されるように制御し、温度調節ドラムの温度は１５０℃に制御した。第１のスパッタリング装置が位置する成膜室１に放電ガスとしてアルゴンを導入し、圧力を０．１Ｐａとし、ターゲットに１２５ｍｍ×５００ｍｍの酸化タンタルを用い１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源によりスパッタリング成膜を行った。入力電力は４ｋｗとし厚さ約２０ｎｍの酸化タンタル層を成膜した。続いて、第２のスパッタリング装置が位置する成膜室２に放電ガスとしてアルゴンを，反応ガスとして酸素を導入し、圧力を０．２Ｐａとし、入力電力１２ｋｗの電源で、ターゲットに１２５ｍｍ×５００ｍｍのボロンをドープしたシリコンを用いた非平衡デュアルマグネトロンスパッタリング成膜装置により厚さ約１００ｎｍの酸化珪素層（ＳｉＯｘ；ｘは１．６〜１．８）を成膜した。このフィルムの５５０ｎｍにおける光線透過率を測定したところ９０％であり、良好な透明性を示した。このフィルムのガスバリア性についてヤナコ分析工業株式会社製のガスクロマトグラフィー式ガス透過率測定機ＧＴＲ−３０を用いて水蒸気透過度と酸素透過度の測定を行ったところ、水蒸気透過度は０．０１ｇ／ｍ^２／２４ｈ，酸素透過度は０．０５ｍｌ／ｍ^２／２４ｈと低い値で、良好であった。この膜上に、巻き出し装置，コーターヘッド，ドライヤー，ＵＶ照射装置，欠点検出装置，巻き取り装置を有する塗工機を用いて、エポキシアクリレート２５重量％、ジエチレングリコール５０重量％、酢酸エチル２４重量％、シランカップリング剤１重量％からなる均一な混合溶液を塗布し、９０℃１分および１２０℃４分乾燥後にＵＶ照射を行い硬化させて厚さ２μｍの樹脂層を形成した。次に、樹脂層上に実施例１と同様にして厚さ約１００ｎｍのＩＴＯ層を成膜した。このフィルムの５５０ｎｍにおける光線透過率を測定したところ８５％であり、良好な透明性を示した。このフィルム上のＩＴＯの表面抵抗を４端子法により測定したところ３３Ω／□であり、透明導電膜として良好な特性を示し、ガスバリア性，透明性，透明導電膜の表面抵抗の低さに優れた表示装置用基板として良好なフィルムであった。
【００１８】
《実施例４》
図１に示すフィルム成膜装置の巻き出しロール側に、厚さ２００μｍ幅６００ｍｍの、アクリル系ハードコート付きポリエーテルスルホンフィルムをセットした。脱ガス装置である赤外線ヒーターをフィルムの温度が１７０℃に加熱されるように制御し、温度調節ドラムの温度は１５０℃に制御した。第１のスパッタリング装置が位置する成膜室１に放電ガスとしてアルゴンを導入し、圧力を０．１Ｐａとし、ターゲットに１２５ｍｍ×９００ｍｍの窒化珪素を用い１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源によりスパッタリング成膜を行った。入力電力は５ｋｗ（４．４Ｗ／ｃｍ^２）とし厚さ約２０ｎｍの窒化珪素層を成膜した。続いて、第２のスパッタリング装置が位置する成膜室２に放電ガスとしてアルゴンを，反応ガスとして酸素を導入し、圧力を０．２Ｐａとし、入力電力１２ｋｗのパルスＤＣ電源でターゲットに１２５ｍｍ×９００ｍｍの酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を用いた非平衡マグネトロンスパッタリング成膜装置により厚さ約６０ｎｍのＩＴＯ層を成膜した。このフィルムの５５０ｎｍにおける光線透過率を測定したところ８６％であり、良好な透明性を示した。このフィルム上のＩＴＯの表面抵抗を４端子法により測定したところ３３Ω／□であり、透明導電膜として良好な特性を示した。
【００１９】
《比較例》
脱ガス装置と第１のスパッタリング装置を作動させなかった以外は実施例１と同様にしてＩＴＯの成膜を行った。このフィルム上のＩＴＯの表面抵抗を４端子法により測定したところ７０〜９０Ω／□と高くばらつきがあり、良好な特性は得られなかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、成膜時のプラスチックフィルムへのダメージを最小限にし、無機膜を有するプラスチックフィルムの品質と歩留まりの向上に有効な装置であり、これを用いて成膜した膜を有するフィルムはガスバリア性や透明性，低抵抗性等に優れた特性を有するもので、表示装置用基板フィルムとして有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例で用いた、ＲＦスパッタリング装置である第１のスパッタリング装置とパルスＤＣスパッタリング装置である第２のスパッタリング装置を有するフィルム用真空成膜装置の模式図である。
【図２】本発明の第２、第３の実施例で用いた、ＲＦスパッタリング装置である第１のスパッタリング装置とデュアルマグネトロンスパッタリング装置である第２のスパッタリング装置を有するフィルム用真空成膜装置の模式図である。
【符号の説明】
１ 真空チャンバー
２ 巻き出しロール
３ 脱ガス装置
４ 第１成膜室
５ 第１反応ガス導入管
６ 排気ポンプ
７ 第１ターゲット
８ 第１放電ガス導入管
９ 温調ドラム
１０ 排気ポンプ
１１ 第２放電ガス導入管
１２ 第２ターゲット
１３ 排気ポンプ
１４ 第２成膜室
１５ 第２反応ガス導入管
１６ 排気ポンプ
１７ 巻き取りロール
１８ 排気ポンプ
１９ 真空チャンバー
２０ 巻き出しロール
２１ 脱ガス装置
２２ 第１成膜室
２３ 第１反応ガス導入管
２４ 排気ポンプ
２５ 第１ターゲット
２６ 第１放電ガス導入管
２７ 温調ドラム
２８ 排気ポンプ
２９ 第２放電ガス導入管
３０ 第２ターゲット
３１ 排気ポンプ
３２ 第２成膜室
３３ 第２反応ガス導入管
３４ 第２放電ガス導入管
３５ 排気ポンプ
３６ 巻き取りロール
３７ 排気ポンプ

Claims (10)

1. 少なくとも巻き出し装置，脱ガス装置，フィルム裏面側に温度調節ドラムが位置する２つ以上のスパッタリング装置、巻き取り装置を備え、巻き出し装置に最も近い第１のスパッタリング装置は０．１５Ｗ／ｃｍ^２〜６Ｗ／ｃｍ^２以下の電力で駆動され、第２以降のスパッタリング装置は第１のスパッタリング装置より高い電力で駆動されることを特徴とするフィルム用真空成膜装置。
2. 第２以降のスパッタリング装置は８ｋＷ以上または６Ｗ／ｃｍ^２より大きく、２０Ｗ／ｃｍ^２以下の電力で駆動されることを特徴とする請求項１記載のフィルム用真空成膜装置。
3. 第２以降のスパッタリング装置がパルスＤＣスパッタリング装置および／またはデュアルマグネトロンスパッタリング装置であることを特徴とする請求項１または２記載のフィルム用真空成膜装置。
4. 前記パルスＤＣスパッタリング装置および／またはデュアルマグネトロンスパッタリング装置が非平衡マグネトロンスパッタリング装置である請求項３記載のフィルム用真空成膜装置。
5. 温度調節ドラムが加熱可能である請求項１〜４何れか一項記載のフィルム用真空成膜装置。
6. 巻き出し装置に最も近い第１のスパッタリング装置がＲＦスパッタリング装置である請求項１〜５何れか一項記載のフィルム用真空成膜装置。
7. 請求項１〜６何れか一項記載のフィルム用真空成膜装置を用いて成膜した膜を有するプラスチックフィルム。
8. 請求項７記載のプラスチックフィルムを用いた透明ガスバリアフィルム。
9. 請求項７記載のプラスチックフィルムを用いた透明導電膜。
10. 請求項７記載のプラスチックフィルムを用いた表示装置用基板。

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