JP2007186775A

JP2007186775A - 成膜方法及び装置

Info

Publication number: JP2007186775A
Application number: JP2006007591A
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、連続的に送られるフレキシブル基板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】フレキシブル基板１をチャンバ２に通すと共に、各差動排気ポンプ及び排気用ポンプを駆動し、各小室４、処理室６及び成膜室７内を所定の真空度に減圧し、フレキシブル基板１を連続走行させながら表面処理器９及び各成膜部１０を作動させる。これにより、フレキシブル基板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。

ディスプレー装置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３（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３（ｂ）は、図３（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、連続的に送られるフレキシブル基板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、連続的に送られるフレキシブル基板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、フレキシブル基板上に、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、フレキシブル基板を大気雰囲気から徐々に減圧されていく差動排気付チャンバ内に、一方向に連続的に通過させ、該チャンバ内の途中に、該フレキシブル基板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、該成膜部からスパッタ粒子を発生させてフィルム上に膜を成膜し、その後徐々に雰囲気圧力が増大する差動排気付チャンバ内を通過して、大気雰囲気に基材が搬送され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、該成膜部の前段側においてフレキシブル基板の表面処理を行う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、該成膜部がフレキシブル基板の走行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３において、少なくとも一部の成膜部のターゲットが他の成膜部のターゲットと異なることを特徴とするものである。

請求項５の成膜方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が高分子フィルムであることを特徴とするものである。

請求項６の成膜方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が金属箔であることを特徴とするものである。

請求項７の成膜方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が織布、不織布又は紙であることを特徴とするものである。

請求項８の成膜装置は、一方向に延在し、フレキシブル基板が長手方向の一端側から内部に導入され、他端側から送り出されるチャンバと、該チャンバの該一端側に設けられた導入側シール機構と、該チャンバの該他端側に設けられた送出側シール機構と、該導入側シール機構と送出側シール機構との間に配置された、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、を備えてなるものである。

請求項９の成膜装置は、請求項８において、前記シール機構が差動排気シールであることを特徴とするものである。

請求項１０の成膜装置は、請求項９において、該差動排気シールが多段に配置されていることを特徴とするものである。

請求項１１の成膜装置は、請求項８ないし１０のいずれか１項において、前記成膜部が多段に設けられていることを特徴とするものである。

請求項１２の成膜装置は、請求項１１において、少なくとも一部の成膜部のターゲットが他の成膜部のターゲットと異なることを特徴とするものである。

請求項１３の成膜装置は、請求項１１又は１２において、成膜部と導入側シール機構との間にフレキシブル基板の表面処理部が設けられていることを特徴とするものである。

請求項１４の成膜装置は、請求項８ないし１３のいずれか１項において、該フレキシブル基板が高分子フィルムであることを特徴とするものである。

請求項１５の成膜装置は、請求項８ないし１３のいずれか１項において、該フレキシブル基板が金属箔であることを特徴とするものである。

請求項１６の成膜装置は、請求項８ないし１３のいずれか１項において、該フレキシブル基板が織布、不織布又は紙であることを特徴とするものである。

なお、高分子フィルムとしてはＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ＴＡＣ、ＰＣなど様々なものが例示され、金属箔としてはＳＵＳフォイル、銅フォイル、アルミフォイルなどが例示されるが、、特に限定されるものではない。

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、金属薄膜、金属化合物薄膜あるいはそれら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、フレキシブル基板を連続的に走行させながら成膜処理することにより、フレキシブル基板の表面に均一に成膜することができる。

本ガスフロー法は最適成膜条件を設定することで、従来法のように高真空に排気する必要がない。そのため、従来法でも本方式で大気中からシール機構を通じて徐々に真空排気する方法は考案されていたが、排気ポンプも大型のものが必要で高真空を得るために、差動排気の段数も多段設ける必要があった。

本方式は成膜圧力が数十Ｐａであり、多量のガスを導入するため、高真空排気が必要ないため、機械的な排気ポンプ（メカニカルブースターポンプ）のみの排気で構わない。シール機構も、対面するロールでシールする方式、狭いギャップを設けるなどの方法が用いることができる。

従って本発明のガスフロースパッタリング装置では差動排気の数も少なく、チャンバーサイズを小さくすることができ経済的である。また、ガスフロースパッタの高圧下でのスパッタにより、従来のロードロック室のような圧力調整ゾーンが不必要であり、完全に基板が連続搬送される装置となり、スループットが向上する。

本装置では金属多層膜を連続的に成膜することは容易にできるが、隣り合う成膜部同士を仕切り板で区画し、それぞれの成膜部に個別に排気ポンプを設置することにより、金属化合物（酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物など）の多層膜、金属薄膜／金属化合物膜との積層も可能となる。

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は成膜装置の縦断面図である。

フレキシブル基板（この実施の形態ではフィルム）１がチャンバ２の一端側から導入され、その内部を長手方向に走行され、他端側から送り出される。なお、この実施の形態では、フレキシブル基板１の表面にハードコート層が形成されている。

このチャンバ２の導入側及び送出側には、それぞれシール機構として、フレキシブル基板１を挟持可能な１対のローラ３ａを有した真空シール機構３がフレキシブル基板１の走行方向に間隔をおいて多段に設けられている。各シール機構３の間は小室４となっており、各排気口４ａが差動排気用ポンプ（図示略）に接続されている。

導入側のシール機構と送出側のシール機構との間にスリット状のギャップ５ａを有した仕切板５が複数個、板面をフレキシブル基板１の走行方向と直交方向として配設されている。最も上流側の仕切板５と導入側シール機構３との間の小室４の排気口４ａも差動排気用ポンプ（図示略）に接続されている。最上流の仕切板５と、それに隣接する２番目の仕切板５との間が表面処理室６となっており、それよりも下流側の各仕切板５同士の間は成膜室７となっている。図では２個の成膜室７が示されているが、１又は３個以上の成膜室が配置されてもよい。

各室６，７は、それぞれ開口６ａ，７ａを介して排気用ポンプ（図示略）に接続されている。

最下流の仕切板５と送出側シール機構３との小室８の排気口８ａは差動排気用ポンプ（図示略）に接続されている。

表面処理室６には、プラズマ発生器などの表面処理器９が設けられ、該表面処理室６内を通過するフレキシブル基板１の表面を清浄化処理するよう構成されている。

該成膜室７に、それぞれ成膜部１０が設けられている。この成膜部１０の構成は、前記図３と同一（ただし、図３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１０は各成膜室７に１個ずつ設けられているが、２個又は３個以上設けられてもよい。

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、フレキシブル基板１をチャンバ２に通すと共に、各差動排気ポンプ及び排気用ポンプを駆動し、各小室４、処理室６及び成膜室７内を所定の真空度に減圧し、フレキシブル基板１を連続走行させながら表面処理器９及び各成膜部１０を作動させる。これにより、フレキシブル基板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、各成膜部１０のターゲットは同一であっても異なっていてもよい。第１層と第３層をＴｉＯ_２とし、第２層と第４層をＳｉＯ_２とした反射防止膜を成膜する場合、４個の成膜室７を設置し、第１番目と第３番目の成膜室７の成膜部のターゲットをＴｉとし、第２番目と第４番目の成膜室７の成膜部のターゲットをＳｉとする。

合成樹脂フィルムの表面に第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、ＴｉＯ_２膜形成用のターゲットとしてＴｉを用い、ＳｉＯ_２膜形成用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。
フィルム走行速度：１．２５ｍ／ｓｅｃ
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、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の装置においてはシール機構３がローラを採用しているが、図２のシール機構３’のように、スリット状のギャップ３ｂを有したものを用いてもよい。図２のその他の構成は図１と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

実施の形態に係るスパッタ装置の断面図である。別の実施の形態に係るスパッタ装置の断面図である。（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、（ｂ）は、（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フレキシブル基板
２チャンバ
３，３’ シール機構
９表面処理器
１０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

フレキシブル基板上に、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、
フレキシブル基板を大気雰囲気から徐々に減圧されていく差動排気付チャンバ内に、一方向に連続的に通過させ、該チャンバ内の途中に、該フレキシブル基板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、該成膜部からスパッタ粒子を発生させてフィルム上に膜を成膜し、その後徐々に雰囲気圧力が増大する差動排気付チャンバ内を通過して、大気雰囲気に基材が搬送されることを特徴とする成膜方法。
請求項１において、該成膜部の前段側においてフレキシブル基板の表面処理を行うことを特徴とする成膜方法。
請求項１又は２において、該成膜部がフレキシブル基板の走行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３において、少なくとも一部の成膜部のターゲットが他の成膜部のターゲットと異なることを特徴とする成膜方法。
請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が高分子フィルムであることを特徴とする成膜方法。
請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が金属箔であることを特徴とする成膜方法。
請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が織布、不織布又は紙であることを特徴とする成膜方法。
一方向に延在し、フレキシブル基板が長手方向の一端側から内部に導入され、他端側から送り出されるチャンバと、
該チャンバの該一端側に設けられた導入側シール機構と、
該チャンバの該他端側に設けられた送出側シール機構と、
該導入側シール機構と送出側シール機構との間に配置された、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、
を備えてなる成膜装置。
請求項８において、前記シール機構が差動排気シールであることを特徴とする成膜装置。
請求項９において、該差動排気シールが多段に配置されていることを特徴とする成膜装置。
請求項８ないし１０のいずれか１項において、前記成膜部が多段に設けられていることを特徴とする成膜装置。
請求項１１において、少なくとも一部の成膜部のターゲットが他の成膜部のターゲットと異なることを特徴とする成膜装置。
請求項１１又は１２において、成膜部と導入側シール機構との間にフレキシブル基板の表面処理部が設けられていることを特徴とする成膜装置。
請求項８ないし１３のいずれか１項において、該フレキシブル基板が高分子フィルムであることを特徴とする成膜方法。
請求項８ないし１３のいずれか１項において、該フレキシブル基板が金属箔であることを特徴とする成膜方法。
請求項８ないし１３のいずれか１項において、該フレキシブル基板が織布、不織布又は紙であることを特徴とする成膜方法。