JP2006249471A5 - - Google Patents

Description

本発明は、電子ディスプレイ材料、磁気記録材料、包装材料に用いられる光学薄膜、ガスバリア薄膜、透明導電薄膜、保護膜の形成方法に関する。詳しくは、スパッタリングによる成膜の技術分野に属し、真空中で長尺の高分子フィルム基板を搬送し、スパッタリングによって、基板との密着性が良好で、かつ、目的とする固さを有する薄膜を、高い生産性で成膜することができる成膜方法に関する。

しかしながら、このような長尺な基板に連続的に成膜を行うスパッタリングでは、以下の各種の問題点がある。
まず、スパッタリングでは、薄膜の密着性や強度を良好にするために、成膜に先立ち基板を加熱することが多いが、基板を搬送しつつ成膜を行う際には、加熱も基板を搬送しつつ行うために、十分に加熱することができず、十分な密着性を得られないか不十分となってしまう場合がある。さらに、前処理での加熱が不十分であると、成膜系内で、基板に付着した水分、基板の汚れに起因するガス等が放出してしまい、この悪影響によっても、薄膜の密着性や強度が低下する。
逆に、十分に加熱するためには、基板の搬送速度を低下する必要があり、当然、生産性が低下する。

また、本発明の成膜方法において成膜する薄膜にも、限定はなく、スパッタリングによって成膜可能なものであれば、透明導電膜、ガスバリア膜等の保護膜、密着性向上等に利用される各種の機能膜など、全てのものが利用可能である。
透明導電膜としては、アンチモンをドープした酸化スズ（ＡＴＯ）、フッ素をドープした酸化スズ（ＦＴＯ）、半導性金属酸化物（酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩｎＺｎＯ）、金属（金、銀、クロム、ニッケルなど）、これらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、無機導電性材料（ヨウ化銅、硫化銅など）、有機導電性材料（ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなど）、および、有機導電性材料とＩＴＯとの積層物等が例示される。これ以外にも、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、窒化チタン、酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等が好適に例示される。

供給室１２は、供給ローラ２６と、加熱ゾーン２８と、ガイドローラ３０および３２と、真空ポンプ３４を有して構成される。
成膜ライン１０においては、長尺な基板Ｓは、巻回されたロール状で供給ローラ２６に装填され、プラズマ処理室１４→第１成膜室１６→第１透過率測定室１８→第２成膜室２０→第２透過率測定室２２→巻取室２４（巻取ローラ１００）まで掛け渡される。基板Ｓは、この状態で、駆動ローラである供給ローラ２６の回転によってロールから送り出され、ガイドローラ３０および３２に案内されつつ供給室１２から供給され、長手方向（以下、長手方向と直交する方向は「幅方向」とする）に搬送されつつ、各部屋に、順次、供給されて処理され、表面（ロール外面）に薄膜を成膜されて、巻取室２４において、再度、ロール状に巻回される。

真空ポンプ３４には、特に限定はなく、必要な真空度を確保できるものであれば、ターボポンプ等の公知のものを使用すればよい。この点に関しては、他の室（成膜系）の真空ポンプ３４も同様であるが、各真空ポンプは同一であっても異なるものであってもよい。また、各室（成膜系）には、水分を吸着して真空ポンプ３４による排気を補助するためのクライオコイル等を有してもよい。
なお、図示例の成膜ライン１０においては、好ましい態様として、全室に真空ポンプ３４が配置されるが、各室間のシール能力、真空ポンプ３４の能力などに応じて、処理に減圧が不要な空間、例えば、第１透過率測定室１８、第２透過率測定室２２、巻取室２４などは、真空ポンプ３４を設置しなくてもよい。

ここで、図示例においては、第１成膜室１６における基板Ｓの張力は、２種のコントロール方法が選択可能となっている。
１つは、張力の検出手段であるガイドローラ６２にかかる力で基板Ｓの張力を検出し、この検出結果に応じて、調整手段であるガイドローラ５６の位置を調節して張力を調節する方法である。
もう１つの方法は、ドラム５０による搬送速度と、ドラム５０の下流に位置する駆動ローラであるガイドローラ６０の搬送速度との速度差によって、張力を調整する方法である。ドラム５０の回転速度は、成膜条件に応じて決定され一定速度で回転するので、それに対して、ガイドローラ６０の回転速度を調節して、基板の張力を調整する。

なお、第１成膜室１６（本発明の成膜方法）において、基板Ｓの搬送速度には、特に限定はなく、対象とする基板Ｓ、要求される成膜速度、カソードの出力等に応じて、適宜、決定すればよいが、例えば、０．０１ｍ／ｍｉｎ〜１００ｍ／ｍｉｎの範囲で調整可能とするのが好ましい。

第１成膜室１６において、入排出部４０の下方には、第１カソード４２ａ〜第６カソード４２ｆおよびドラム５０を有する成膜部４４が位置する。
ドラム５０は、側面に基板Ｓを巻き掛けて回転することにより、基板Ｓを所定の成膜位置に保持しつつ、長手方向に搬送するものである。
図示例において、ドラム５０は成膜中における基板Ｓの加熱／冷却手段を兼ねており、成膜中の基板Ｓの温度を例えば、−５０℃〜４００℃の範囲でコントロールする。ドラム５０による基板Ｓの加熱／冷却方法には、特に限定はなく、ドラム５０内部を含む液体の冷媒や熱媒の循環経路を形成して、温度調整した冷媒や熱媒を循環させる方法等、公知の方法が、各種利用可能である。

このような第１成膜室１６においては、ドラム５０によって基板Ｓを所定の成膜位置に保持して長手方向に搬送しつつ、ターゲットを保持した各カソード４２を駆動することによって、スパッタリングによる成膜を行う。
ここで、各カソード４２で成膜する薄膜は、同じであってもよく、異なるものであってもよく、同じ膜を形成するカソードと異なる膜を形成するカソードが混在してもよい。従って、カソード４２に装着するターゲットは、互いに、同じものでも、異なるものでもよい。さらに、全てのカソードを作動する必要はなく、適宜、選択したカソード４２のみを駆動して、成膜を行ってもよい。
すなわち、図示例の成膜ライン１０においては、最大で、組成の異なる１２層の薄膜を成膜できる。

ここで、第１成膜室１６（本発明の成膜装置）においては、図３に第１カソード４２ａを例示して示すように、チャンバ５２は、チャンバ壁７０に、内側に向かって凸（外からは凹）で、かつ、内壁面に対して傾斜することにより、ドラム５０の中心線（回転軸）に向かう凹部７２を有し、各凹部７２に各カソード４２が取り付けられる。
凹部７２は、チャンバ５０内部側の先端面７２ａに開口７４を有する筒状である。また、カソード４２は、ターゲットＴの装着部近傍に、この凹部７２の先端面７２ａに当接するフランジ７６を有する。

カソード４２は、チャンバ５２の外側から凹部７２に挿入され、開口７４からターゲットＴをチャンバ５２内部（成膜系）に挿入し、例えば、ボルトとナットや固定治具等の公知の手段で、フランジ７６が先端面７２ａに固定される。これにより、ターゲットＴとドラム５０（基板Ｓ）とを対面させて、カソード４２が第１成膜室１６の所定位置に装着され、かつ、開口７４が気密に閉塞される。
また、このようなカソード４２は、チャンバ５２の所定位置に装着された状態では、ターゲットＴや反応ガス等の導入部などのターゲットＴの周りに配置される部材のみが、チャンバ５２内に位置する。従って、例えば、電源、駆動のコントロール手段、冷却水の循環手段、マグネトロンスパッタリングを行うための磁石、後述する反応ガスのコントロール手段等は、チャンバ５２の外部すなわち成膜系の外部に位置する。
以下、全てがチャンバ内に挿入される通常のカソードと区別するために、このようなチャンバの外部から装着され、ターゲット周り以外が真空系の外部に存在するタイプのカソードをフランジ（マウント）タイプのカソードと称する。

ここで、第１カソード４２ａと第２カソード４２ｂとの間の隔壁８４、第３カソード４２ｃと第４カソード４２ｄとの間の隔壁８５、および第５カソード４２ｅと第６カソード４２ｆとの間の隔壁８６は、公知の手段で移動可能（もしくは開閉可能）になっており、対応するカソード４２の空間を、連通状態と略気密に分離した状態とにできる。
これにより、各室の気密性の確保に加え、気密性を保ちつつ、後述するような、第１カソード４２ａと第２カソード４２ｂとを組み合わせた放電などを、好適に実施することができる。また、第１成膜室１６においては、必要に応じて、隔壁８０および隔壁８２も移動可能にしてもよい。

第１成膜室１６の成膜部４４において、カソード４２による成膜を行われた基板Ｓは、入排出部４０から、第１透過率測定室１８に送られる。
なお、第１透過率測定室１８と、第２透過率測定室２２とは、まったく同様のものであるので、同じ部材には同じ符号を付し、説明は、第１透過率測定室１８を代表として行う。