JP2007186773A

JP2007186773A - 成膜方法及び装置

Info

Publication number: JP2007186773A
Application number: JP2006007587A
Authority: JP
Inventors: Masahito Yoshikawa; 雅人吉川; Yoshinori Iwabuchi; 芳典岩淵; Shingo Ono; 信吾大野
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】ガスフロースパッタリング法によって多数の基材に効率よく成膜することができる成膜方法及び装置を提供する。
【解決手段】スパッタリングにより薄膜を形成すべき基材（例えば光学レンズや、ディスプレイ用透明基板など）をドラム２の外周面に取り付け、チャンバ１内を所定の真空度に減圧し、ドラム２を回転させながら成膜部４を作動させる。これにより、基材の表面にガスフロースパッタリング法により薄膜が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は膜をガスフロースパッタリング法により成膜する方法及び装置に関する。

光学レンズの反射防止膜などの膜は、プレーナー型マグネトロンスパッタ法等の通常のスパッタ法により形成されている。

なお、本発明で採用するガスフロースパッタリング法自体は公知の成膜手法であり、本出願人は先に、ガスフロースパッタリング法を、固体高分子型燃料電池用電極の触媒層や、色素増感型太陽電池用半導体電極層の形成に応用する技術を提案している（特許文献１〜３）。

図２（ａ）は、従来のガスフロースパッタ装置の概略的な構成を示す模式図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のターゲット及びバックプレート構成を示す斜視図である。

ガスフロースパッタ装置では、スパッタガス導入口１１からチャンバー２０内にアルゴン等の希ガス等を導入し、ＤＣ電源等の電源１２に接続されたアノード１３及びカソードとなるターゲット１５間での放電で発生したプラズマによりターゲット１５をスパッタリングし、はじき飛ばされたスパッタ粒子をアルゴン等の希ガス等の強制流により基板１６まで輸送し堆積させる。１４はバッキングプレートである。なお、図示例において、基板１６は、ホルダー１７に支持されており、基板１６の近傍には、反応性ガスの導入口１８が配置されており、反応性スパッタリングを行うことが可能である。
特願２００４−３１９５９２号特願２００４−３１９５４８号特願２００４−３１９５９８号

従来、光学薄膜等の成膜に用いられている通常のスパッタ法は、均一成膜が可能である反面、成膜速度が遅く、真空チャンバー内を高真空状態に排気するために大掛かりな排気装置が不可欠であるため、高額な設備を必要とするという欠点がある。

また、通常のスパッタ法では、ターゲットの下部に磁石を設けるため、Ｎｉのような強磁性体がターゲットの場合、薄いターゲットしか用いることができず、ターゲットに制約を受けるという不具合もあった。

従来のガスフロースパッタリング法では、多数の基材に効率よく膜を成膜することはできなかった。

本発明は、ガスフロースパッタリング法によって多数の基材に効率よく成膜することができる成膜方法及び装置を提供することを目的とする。

請求項１の成膜方法は、基材上に、ガスフロースパッタリング法によって膜を成膜する成膜方法において、軸心回りに回転可能なドラムの外周面に基材を取り付け、該ドラムの外周面に対峙してガスフロースパッタリング法による成膜部を配置しておき、該ドラムを回転させると共に、該成膜部からスパッタ粒子を発生させて基材上に膜を成膜することを特徴とするものである。

請求項２の成膜方法は、請求項１において、該成膜部は、該ドラムの軸心線と平行方向に延在していることを特徴とするものである。

請求項３の成膜方法は、請求項１又は２において、該成膜部がドラムの周方向に複数個配置されていることを特徴とするものである。

請求項４の成膜方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記基材は光学部材であることを特徴とするものである。

請求項５の成膜装置は、基材上に、ガスフロースパッタリング法によって膜を成膜する成膜装置において、軸心回りに回転可能であり、外周面に基材を取り付け可能なドラムと、該ドラムの外周面に対峙して配置されたガスフロースパッタリング法によるスパッタ粒子の成膜部と、該ドラムを回転させる回転駆動装置と、を備えたことを特徴とするものである。

請求項６の成膜装置は、請求項５において、該成膜部は、該ドラムの軸心線と平行方向に延在していることを特徴とするものである。

請求項７の成膜装置は、請求項５又は６において、該成膜部がドラムの周方向に複数個配置されていることを特徴とするものである。

請求項８の成膜装置は、請求項５ないし７のいずれか１項において、該成膜部とドラム外周面との間に開閉可能なシャッタを設けたことを特徴とするものである。

ガスフロースパッタリング法は、比較的高い圧力下でスパッタリングを行い、スパッタ粒子をガスの強制流により成膜対象基板まで輸送して堆積させる方法である。このガスフロースパッタリング法は、高真空排気が不要であることから、従来の通常のスパッタ法のような大掛かりな排気装置を用いることなく、メカニカルなポンプ排気で成膜することが可能であり、従って、安価な設備で実施できる。しかも、ガスフロースパッタリング法は、通常のスパッタ法の１０〜１０００倍の高速成膜が可能である。従って、本発明によれば、ガスフロースパッタリング法を採用することによる設備費の低減、成膜時間の短縮により、無機薄膜あるいはその多層膜を安価に製造することが可能となる。

また、ターゲット下部に磁石を設けるものではないため、Ｎｉのような強磁性体をターゲットとする場合でも、その厚さに制約を受けることがない。

本発明によれば、ドラム上に多数の基材を取り付けておき、ドラムを回転させながら成膜処理することにより、各基材の表面に均一に成膜することができる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係るガスフロースパッタリング法による成膜装置及び方法について説明する。

図１（ａ）は成膜装置の縦断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。チャンバ１内にドラム２が軸心線方向を鉛直方向にして設置されている。ドラム２の外周面には、スパッタ処理される基材を保持するフック機構（図示略）が設けられている。

このドラム２は、回転軸２ａを介してマシンボックス３内の駆動装置（図示略）に連結されており、図１（ｂ）の矢印方向に回転駆動される。マシンボックス３内には、チャンバ１内の気体を排気するための排気ポンプ（図示略）が設けられている。

ドラム２の直径方向に対峙して２個の成膜部４が設けられている。この成膜部４の構成は、前記図２と同一（ただし、図２から基板１６及びホルダー１７を取り除いたもの）である。なお、この実施の形態では成膜部４は２個設けられているが、１個又は３個以上設けられてもよい。

各成膜部４は、ターゲット１５を上下方向に長く延在させ、ドラム２の上部から下部までもスパッタ対象領域としている。

この成膜部４は、図１の２点鎖線４’で示すように外方に向って傾動可能となっている。ターゲットの交換や装置メンテナンスを行う場合には、成膜部４を傾転させ、成膜時には実線で示すように成膜部４を直立させてチャンバ１に気密に連結する。

この成膜部４とドラム２との間には、スパッタ粒子の飛翔を遮断可能なシャッタ５が設けられている。このシャッタ５としては、例えばターゲット前に設置された矩形のシャッターが横にスライドしてＯＮ／ＯＦＦするように構成した機構などを採用することができる。

このように構成された成膜装置を用いて成膜を行うには、スパッタリングにより薄膜を形成すべき基材（例えば光学レンズや、ディスプレイ用透明基板など）をドラム２の外周面に取り付け、チャンバ１内を所定の真空度に減圧し、ドラム２を回転させながら成膜部４を作動させる。これにより、基材の表面にガスフロースパッタリング法により薄膜が形成される。

なお、直径１５ｍｍのガラス製のレンズの表面に第１層ＴｉＯ_２（厚さ約１５ｎｍ）、第２層ＳｉＯ_２（厚さ約３０ｎｍ）、第３層ＴｉＯ_２（厚さ約１２０ｎｍ）、第４層ＳｉＯ_２（厚さ約９０ｎｍ）の４層膜よりなる反射防止膜を形成する場合、ドラム直径５００ｍｍ、ドラム高さ７００ｍｍ、ドラム回転数１０ｒｐｍの装置により、ＴｉＯ_２膜形成時のターゲットとしてＴｉを用い、ＳｉＯ_２膜形成時のターゲットとしてＳｉを用い、次のような条件で成膜することができる。
スパッタ圧力：１０〜１００Ｐａ
スパッタ電力：１〜２５Ｗ／ｃｍ^２
強制流ガス種：アルゴン
流量：０．５〜３０ＳＬＭ
反応性ガスガス種：酸素
流量：５〜１２０ｓｃｃｍ
基板温度：室温

上記装置でガスフロースパッタリングすることにより、各成膜部で３０〜１５０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎの動的成膜速度の高速成膜を行うことができる。

なお、図１の装置において左側の成膜部４のターゲットをＴｉとし、右側の成膜部４のターゲットをＳｉとし、ＴｉＯ_２膜形成時には左側の成膜部４のみを作動させ、ＳｉＯ_２膜形成時には右側の成膜部４のみを作動させるようにしてもよい。

実施の形態に係るスパッタ装置の断面図である。図２（ａ）は、本発明の実施に好適なガスフロースパッタ装置の概略的な構成を示す模式図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のターゲット及びバックプレート構成を示す斜視図である。

符号の説明

１チャンバ
２ドラム
４成膜部
１２ＤＣ電源
１３アノード
１４バッキングプレート
１５ターゲット
１６基板
２０チャンバー

Claims

基材上に、ガスフロースパッタリング法によって膜を成膜する成膜方法において、
軸心回りに回転可能なドラムの外周面に基材を取り付け、
該ドラムの外周面に対峙してガスフロースパッタリング法による成膜部を配置しておき、
該ドラムを回転させると共に、該成膜部からスパッタ粒子を発生させて基材上に膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
請求項１において、該成膜部は、該ドラムの軸心線と平行方向に延在していることを特徴とする成膜方法。
請求項１又は２において、該成膜部がドラムの周方向に複数個配置されていることを特徴とする成膜方法。
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記基材は光学部材であることを特徴とする成膜方法。
基材上に、ガスフロースパッタリング法によって膜を成膜する成膜装置において、
軸心回りに回転可能であり、外周面に基材を取り付け可能なドラムと、
該ドラムの外周面に対峙して配置されたガスフロースパッタリング法によるスパッタ粒子の成膜部と、
該ドラムを回転させる回転駆動装置と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
請求項５において、該成膜部は、該ドラムの軸心線と平行方向に延在していることを特徴とする成膜装置。
請求項５又は６において、該成膜部がドラムの周方向に複数個配置されていることを特徴とする成膜装置。
請求項５ないし７のいずれか１項において、該成膜部とドラム外周面との間に開閉可能なシャッタを設けたことを特徴とする成膜装置。