JP2008138263A - ロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置、積層体、光学機能性フィルタ、及び光学表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印加電力を増加させることなく、非常に膜欠陥の少ない成膜を高速に行えるようにする。
【解決手段】個別に真空度を設定可能な成膜室（１８）で仕切られている１つ以上のマグネトロン電極（２、３）が周囲に配置され、基材を搬送しながら、前記マグネトロン電極で前記基材上に薄膜層を成膜する成膜メインローラーを備えるロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置において、
前記基材の耐熱特性データを保持する手段（２０）と、
前記成膜室の壁面温度を測定する手段（１６、１７）と、
前記耐熱特性データと、前記壁面温度と、前記基材の搬送速度とに基いて、前記基材の耐熱限界温度からの余裕を判断する手段（２０）と、
前記基材の温度が前記耐熱限界温度から余裕のある場合に、前記マグネトロン電極と前記成膜メインローラーとの間の距離を短縮させる手段（２１、２２）とを有するロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロール・ツー・ロール型の積層体製造装置および、その製造装置を用いて成膜された積層体に関する。また、この積層体を前面に用いた光学機能性フィルタおよび光学表示装置に関する。

ロール・ツー・ロール型成膜装置を用いて、プラスチック基板上に積層体を成膜する技術が誕生した当初は、蒸着法、イオンプレーティング法による多層成膜が主流であった。しかし、反射防止積層体のような、ピンホール等の膜欠陥による積層体の不良に対する判定レベルが高いものに関しては、この判定レベルをクリアする方法として蒸着法、イオンプレーティング法からスパッタリング法へと成膜方法が置き換わりつつある。また、このスパッタリング法を用いたロール・ツー・ロール型成膜装置を用いる場合、１パスにおいて、複数のスパッタ装置で、多層膜を全層成膜する技術などが用いられるようになっている（例えば特許文献１参照）。こういったロール・ツー・ロールでの連続成膜に用いるスパッタ法は、１対の電極にそれぞれ薄膜層形成材料をターゲットとして配置したマグネトロン・スパッタリング法であって、その電極間に交流電圧を印加し、その各々の電極が交互にカソード、アノードの役割を果たす放電方法、通称デュアル・マグネトロン・スパッタリング法（以下ＤＭＳ法とも云う）が主流となりつつある。

ＤＭＳ法は、１対の電極に交互に等しく電圧印加されるため、成膜中の高エネルギー粒子による基板側へのボンバードメントが大きく、通常のＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリングと比較して、プラズマのアシスト効果が大きく、緻密で、膜硬度、膜応力が強い膜が成膜される。このため、通常のスパッタ膜、蒸着薄膜などと比較して耐擦傷性など種々の機械特性に優れた薄膜の形成が可能である。また、交互にアノード、カソードが入れ替わるため、通常のＤＣ、ＲＦスパッタと比べてチャージアップが起き難く、安定した成膜が長時間にわたって可能である。また、バイポーラ方式のＤＭＳ法においては、プラズマ・パラメーターを用いてスパッタヒステリシス内の遷移領域制御を可能とし、従来のスパッタ速度と比較して、格段に高速の成膜が可能となっている。しかし、スパッタ成膜速度は、依然として蒸着法などと比較すると遅く、必ずしも生産効率が高いとは言えない。この1つの理由として、ＤＭＳ法は、基材に対する熱負荷が、通常のマグネトロン・スパッタと比較して高いため、ＤＭＳカソードを基材から一定の距離を持たせて設置する必要性があるためである。一般に装置は、ターゲット材料や、成膜される基材を限定せずに設計されているため、ターゲット材料や用いるガスによっては、基材の熱負荷が低いにも関わらず、必要以上にカソードが基材から離れており、成膜速度を遅くする原因となっていた。この場合、高い電力の投入により、成膜速度を上げることは出来るが、アーキングが頻発することや、間接冷却式のターゲットでは、ターゲットの冷却が追いつかず、ボンディング漏れが発生することや、ターゲットのバッキングプレートやターゲット自体が熱により反ってしまうなどの種々のトラブルが発生してしまうことがあった。
特開平８−１８８８７３号公報

本発明は斯かる背景技術に鑑みてなされたもので、印加電力を増加させることなく、非常に膜欠陥の少ない成膜を高速に行えるようにすることを課題とする。

本発明において上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、個別に真空度を設定可能な成膜室で仕切られている１つ以上のマグネトロン電極が周囲に配置され、基材を搬送しながら、前記マグネトロン電極で前記基材上に薄膜層を成膜する成膜メインローラーを備えるロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置において、
前記基材の耐熱特性データを保持する手段と、
前記成膜室の壁面温度を測定する手段と、
前記耐熱特性データと、前記壁面温度と、前記基材の搬送速度とに基いて、前記基材の温度の耐熱限界温度からの余裕を判断する手段と、
前記基材の温度が前記耐熱限界温度から余裕のある場合に、前記基材の温度が前記耐熱限界温度に達するまで、前記マグネトロン電極と前記成膜メインローラーとの間の距離を短縮させる手段とを有することを特徴とするロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置としたものである。

また請求項２の発明では、前記マグネトロン電極がデュアル・マグネトロン・スパッタ・カソードであることを特徴とする請求項１に記載のロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置としたものである。

また請求項３の発明では、プラズマ・パラメーターを用いた遷移領域制御手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載のロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置としたものである。

また請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマグネトロン・スパッタ装置を用いて成膜されたことを特徴とする積層体としたものである。

また請求項５の発明では、請求項４記載の積層体を用いたことを特徴とした光学機能性フィルタとしたものである。

また請求項６の発明では、請求項４記載の積層体を用いたことを特徴とした光学表示装置としたものである。

請求項１の発明は、従来のように印加電力を増加させることなく、基材上へスパッタ薄膜の成膜を高速に行うことができる。このため、印加電力の増加によるアーキング等の種々のトラブルを発生させず、長時間にわたり、成膜速度を損なうことなく、安定した状態で、基材上への薄膜形成の生産性向上が可能となった。これは、単層膜だけでなく、積層膜にも有効である。

また請求項１の発明は、スパッタ法であるため、蒸着法などと比較して輝点レベルが良好であり、非常に膜欠陥の少ない成膜が可能である。

請求項２の発明は、耐擦傷性など種々の機械特性に優れた薄膜の形成が長時間にわたっり安定して行える。

請求項３の発明は、成膜速度をより一層に向上させることができる。

請求項４の発明は、非常に膜欠陥が少なく、さらには機械特性に優れた積層体を提供できる。

請求項５の発明は、非常に膜欠陥が少なく、さらには機械特性に優れた積層体を用いた
光学機能フィルタを提供できる。

請求項６の発明は、非常に膜欠陥が少なく、さらには機械特性に優れた積層体を用いた光学表示装置を提供できる。

＜スパッタ装置＞
以下に、本発明のロール・ツー・ロール型マグネトロン・スパッタ装置の一実施形態を説明する。

本発明のロール・ツー・ロール型マグネトロン・スパッタ装置の一実施形態を、図１に平面的に示し、図２に立体的に示す。

本発明のロール・ツー・ロール型マグネトロン・スパッタ装置は、基材１２を搬送しながら成膜する成膜メインローラー１に対し、１対の平板ターゲット２、３が取り付けられた１対の電極の組（マグネトロン電極）が１組以上並べられており、所謂デュアルカソードタイプであり、ターゲット２、３が取り付けられた電極にはＭＦ交流電源４が取り付けられている。

使用するターゲット／カソードは、平板タイプの他に、回転式ターゲット／カソードであってもよい。

ＭＦ交流電源４は、０．１ｋＨｚから５００ｋＨｚ程度の周波数帯で電圧印加の極性を反転させることが可能であり、ターゲット２、３は交互にアノード／カソードが入れ替わり、交互にスパッタされるようになっている。この際、図１点線で示した磁界の濃い部分を避けるように電子は移動するため、プラズマ流５はブリッジ状の経路をとり、そのため成膜メインローラー１に積極的に衝突することとなり、基材１２への大きな熱負荷となる。

また、電源は、ＤＣパルス電源でもよく、ＤＣパルス電圧をターゲット２、３に交互に電圧印加させることでスパッタするものでもよく、こういった場合は、バイポーラ方式、パルスパケット方式の２通りの電圧印加方法があり、これらはＭＦ交流電源４を用いた場合と同様に、基材１２に対して積極的に熱負荷を与える。

またターゲット２、３の電気的な接続を無くし、それぞれをカソードとし、それぞれ個別にアノードを持つようにすることも可能である。こういった方式をユニポーラ方式といい、同時に２枚のターゲットをスパッタすることが可能である。

１対の平板ターゲット２、３が取り付けられた１対の電極の組（マグネトロン電極）ごとに、成膜気圧（真空度）を設定できるように仕切る成膜室が個別に設けられているが、その成膜室の壁面に防着板６、７、８、９が備え付けられている。基本的に防着板は壁面のスパッタ膜による汚染を防ぐために、壁面に別途設ける板であり、もちろん防着板６、７、８、９を使わなくても、真空成膜装置１８内において壁面を用いて個別に真空を設定出来れば差し支えは無い。

本発明の装置は、防着板の温度を測定するために、少なくとも１つ以上の防着板の最低１箇所以上に、それらの箇所の温度を測定する温度手段を有する。図２に示す本発明の装置の一実施形態では、防着板８の１箇所の温度を測定する温度測定手段１６と、防着板９の１箇所の温度を測定する温度測定手段１７とを有している。これら温度測定手段は、熱電対、放射温度計など温度を連続的に測定出来る手段であれば特に限定するものでは無い
。

また、コンピューター２０が在り、これには各種基材の耐熱特性データが記憶されている。各種基材の耐熱特性データは、各種基材の名称で識別される。各種基材の耐熱特性データは、温度測定手段１６が測定する防着板８の１箇所の温度と、温度測定手段１７が測定する防着板９の１箇所の温度と、巻速（基材の搬送速度）とが与えられたときに、各種基材の温度の耐熱限界温度からの余裕を判断する根拠となるデータである。

温度測定手段１６、１７は、真空成膜装置１８の外部のデータロガー１９に入力する手段を持っており、データロガー１９に入力された防着板の温度測定結果は、コンピューター２０に送信される。もちろん、データロガーは真空成膜装置１８の内部にあっても良いし、コンピューター２０内部にてその機能を果たすものであっても良い。

コンピューター２０では、基材１２の名称から、基材１２の耐熱特性データを読み出し、この耐熱特性データと、防着板温度測定結果と、現在の巻速度とに基いて、基材１２の温度の耐熱限界温度からの余裕を判断する。基材１２の温度が耐熱限界温度から余裕のある場合は、耐熱限界温度以下の範囲で、ターゲット２、３が成膜メインローラー１に近づくようにカソード台２１、２２を持ち上げるように指示が出来る。このようにして、基材１２の耐熱限界まで、ターゲット−基材間距離を縮めることが出来、成膜速度を上げることが可能である。

カソード台２１、２２を持ち上げ、ターゲット２、３が成膜メインローラー１に近づくことにより、成膜速度が上がると、巻速を上げることが可能になるので、巻速を上げると、基材１２がカソードから受ける積算の熱量が減少するため、更にカソード台２１、２２を持ち上げ、ターゲット２、３を成膜メインローラー１に近づけることが可能となるため、これについても、使用している基材１２の耐熱限界温度以下の範囲で、成膜速度を更に上げることが可能である。また、本発明の装置の一実施形態では、ターゲット−基材間距離の長短移動に関し、カソード台２１、２２を用いたが、カソードが壁に設置されている所謂サイドマウントタイプでも、ターゲット−基材間距離の長短移動が可能な構造であれば良い。

＜積層体＞
以下に、本発明の積層体の一実施形態を説明する。

本発明の装置を用いて、プラスチック・フィルム上に薄膜を成膜することが可能であるが、本発明の装置は、単層膜の成膜であっても、多層膜の成膜であっても効果的である。例えば、多層膜を用いた積層体としては、例えば反射防止膜、増反射膜、半反射半透過膜、ダイクロイックミラー、紫外線カットフィルター、赤外線カットフィルター、バンドパスフィルター、ガスバリア膜等が上げられる。

本発明の装置を用いて成膜した積層体の一例として、反射防止積層体を挙げ、図３に、その反射防止積層体の一例の断面図を示す。この反射防止積層体２３は、基材２４と、基材２４上に設けられたハードコート層２５と、ハードコート層２５上に設けられたプライマー層２６と、プライマー層２６上に設けられた反射防止機能層２７とを有して概略構成されるものである。図３の例では、反射防止機能層２７は、高屈折率薄膜層２８、低屈折率薄膜層２９、高屈折率薄膜層３０、低屈折率薄膜層３１から構成されている。

（基材）
反射防止積層体に用いる基材としては、透明性を有する有機化合物成形物が挙げられる。ここで透明性とは、可視光領域の波長の光が透過すればよいことを意味する。成形物の形状としては、ロール状である。また、基材は、透明性を有する有機化合物成形物の積層体であってもよい。

透明性を有する有機化合物成形物としては、プラスチックが挙げられる。プラスチックとしては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリオレフィン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース等が挙げられる。

基材の厚さは、目的の用途に応じて適宜選択され、通常２５〜３００μｍである。有機化合物成形物には、公知の添加剤、例えば、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、酸化防止剤、難燃剤等が含有されていてもよい。
（ハードコート層）
反射防止積層体では、基材と反射防止機能層の間にハードコート層を備えてもよい。ハードコート層は、鉛筆等による引っ掻き傷、スチールウールによる擦り傷等の機械的外傷から各層を防護する層である。ハードコート層を形成する材料としては、透明性、適度な硬度および機械的強度を有するものであればよく、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂などの電離放射線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。

電離放射線硬化性樹脂としては、多価アルコールのアクリル酸またはメタクリル酸エステルのような多官能性のアクリレート樹脂、ジイソシアネート、多価アルコール及びアクリル酸またはメタクリル酸のヒドロキシエステル等から合成されるような多官能のウレタンアクリレート樹脂等が挙げられる。またこれらの他にも、アクリレート系の官能基を有するポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、スピロアセタール樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリチオールポリエン樹脂等も使用することができる。

電離放射線のうち、紫外線を用いる場合、光重合開始剤を加える。光重合開始剤は、どのようなものを用いても良いが、用いる樹脂にあったものを用いることが好ましい。光重合開始剤（ラジカル重合開始剤）としては、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンジルメチルケタールなどのベンゾインとそのアルキルエーテル類等が用いられる。光重合開始剤の使用量は、樹脂に対して０．５〜２０ｗｔ％である。好ましくは１〜５ｗｔ％である。

熱硬化性樹脂としては、アクリルポリオールとイソシアネートプレポリマーとからなる熱硬化型ウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン系樹脂等があげられる。

シリコーン系樹脂として用いられるモノマーとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラペンタエトキシシラン、テトラペンタイソプロキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、ジメチルメトキシシラン、ジメチルプロポキシシラン、ジメチルブトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン等が挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、アセチルセルロース、ニトロセルロース、アセチルブチルセルロース、エチルセルロース、メチルセルロース等のセルロース誘導体、酢酸ビニル及びそ
の共重合体、塩化ビニル及びその共重合体、塩化ビニリデン及びその共重合体等のビニル系樹脂、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール等のアセタール樹脂、アクリル樹脂及びその共重合体、メタクリル樹脂及びその共重合体等のアクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、線状ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が使用できる。

アクリル系樹脂として用いられるモノマーとしては、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコール（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングロコールジ（メタ）アクリレート、ジプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、３−メチルペンタンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールビスβ−（メタ）アクリロイルオキシプロピオネート、トリメチロールエタントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリ（２−ヒドロキシエチル）イソシアネートジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、２，３−ビス（メタ）アクリロイルオキシエチルオキシメチル［２．２．１］ヘプタン、ポリ１，２−ブタジエンジ（メタ）アクリレート、１，２−ビス（メタ）アクリロイルオキシメチルヘキサン、ノナエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラデカンエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１０−デカンジオール（メタ）アクリレート、３，８−ビス（メタ）アクリロイルオキシメチルトリシクロ［５．２．１０］デカン、水素添加ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、２，２−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシジエトキシフェニル）プロパン、１，４−ビス（（メタ）アクリロイルオキシメチル）シクロヘキサン、ヒドロキシピバリン酸エステルネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルジ（メタ）アクリレート、エポキシ変成ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。

また、基材がプラスチック・フィルムのとき、機械強度を補うために、高硬度のバインダマトリックスを用いることが好ましい。特に膜厚が１００μｍ以下であるプラスチック・フィルムを用いる場合、高硬度のバインダマトリックスを用いることが好ましい。具体的には硬化性の樹脂、金属アルコキシドを加水分解、脱水縮合して得られる無機系または有機無機複合系マトリックスが使用できる。無機系または有機無機複合系マトリックスとしては、珪素アルコキシド系の材料を原料とする酸化珪素系マトリックスを用いる材料を使用できる。

ハードコート層は、これら樹脂材料を基材上に成膜し、熱硬化、紫外線硬化、または電離放射線硬化法によって硬化させることによって形成される。ハードコート層の厚さは、物理膜厚で０．５μｍ以上、好ましくは３〜２０μｍ、より好ましくは３〜６μｍである。

ハードコート層に、平均粒子径が０．０１〜３μｍの透明微粒子を分散させて、アンチグレアと呼ばれる処理を施してもよい。ハードコート層中の微粒子により表面が微細な凹凸状になって光の拡散性が向上し、光の反射をより低減できる。

ハードコート層は、表面処理が施されていることが好ましい。表面処理を施すことにより、隣接する層との密着性を向上させることができる。ハードコート層の表面処理としては、例えば、コロナ処理法、蒸着処理法、電子ビーム処理法、高周波放電プラズマ処理法、スパッタリング処理法、イオンビーム処理法、大気圧グロー放電プラズマ処理法、アルカリ処理法、酸処理法等が挙げられる。

（プライマー層）
反射防止積層体では。ハードコート層と反射防止機能層との間の密着性を向上させる層ためにプライマー層を設けてもよい。

プライマー層の材料としては、例えば、シリコン、ニッケル、クロム、錫、金、銀、白金、亜鉛、チタン、タングステン、ジルコニウム、パラジウム等の金属、これら金属の２種類以上からなる合金、これらの酸化物、弗化物、硫化物、窒化物等が挙げられる。酸化物、弗化物、硫化物、窒化物の化学組成は、密着性が向上するならば、化学量論的な組成と一致しなくてもよい。

プライマー層の厚さは、基材の透明性を損なわない程度であればよく、好ましくは物理膜厚で０．１〜１０ｎｍである。

プライマー層は、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビームアシスト法、化学蒸着（ＣＶＤ）法、湿式塗工法等の従来公知の方法で形成できる。

（反射防止機能層）
反射防止機能層としては、波長５５０ｎｍにおける光の屈折率が１．６未満でかつ波長５５０ｎｍにおける光の消衰係数が０．５以下の低屈折率透明薄膜層単層からなるものや、屈折率の異なる光学薄膜を複数積層したものがあげられる。

屈折率の異なる光学薄膜を複数積層したものとしては、波長５５０ｎｍにおける光の屈折率が１．９以上でかつ波長５５０ｎｍにおける光の消衰係数が０．５以下の高屈折率透明薄膜層、低屈折率透明薄膜層を交互に積層したものや、低屈折率透明薄膜層、高屈折率透明薄膜層、波長５５０ｎｍにおける光の屈折率が１．６〜１．９程度の中屈折率透明薄膜層を積層したものがあげられる。

高屈折率透明薄膜層、低屈折率透明薄膜層を交互に積層したものとしては、図３に示すように、基材２４側から順に、高屈折率透明薄膜層２８、低屈折率透明薄膜層２９、高屈折率透明薄膜層３０、低屈折率透明薄膜層３１から構成されるものがあげられる。

また、反射防止機能層は、基本的に反射防止特性を付与するものであれば限定は無く、導電性、熱線カットなどの機能が更に付与されるものであっても良い。

高屈折率透明薄膜層の材料としては、インジウム、錫、チタン、シリコン、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、マグネシウム、ビスマス、セリウム、クロム、タンタル、アルミニウム、ゲルマニウム、ガリウム、アンチモン、ネオジウム、ランタン、トリウム、ハフニウム等の金属、これらの金属の酸化物、弗化物、硫化物、窒化物の単体或いは混合物等が挙げられる。酸化物、弗化物、硫化物、窒化物の化学組成は、透明性を保持した化学組成であれば、化学量論的な組成と一致しなくてもよい。

高屈折率透明薄膜層を複数積層する場合、それぞれの高屈折率透明薄膜層は必ずしも同一の材料から形成しなくてもよく、目的に合わせて適宜選択される。

低屈折率透明薄膜層の材料としては例えば、酸化シリコン、窒化チタン、弗化マグネシウム、弗化バリウム、弗化カルシウム、弗化セリウム、弗化ハフニウム、弗化ランタン、弗化ナトリウム、弗化アルミニウム、弗化鉛、弗化ストロンチウム、弗化イッテリビウム等が挙げられる。

低屈折率透明薄膜層を複数積層する場合、それぞれの低屈折率透明薄膜層は、必ずしも
同一の材料から形成しなくてもよく、目的に合わせて適宜選択される。

中屈折率層の材料としては例えば、酸化アルミニウム、フッ化セリウムなどが挙げられる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

（本実施例の装置）
本発明の実施例のロール・ツー・ロール型マグネトロン・スパッタ装置は、図４に示すように、まず、成膜メインローラー３４、３５を備え、成膜メインローラー３４に対し、別々の成膜気圧（真空度）を設定出来る成膜室が４室配置されており、他方、成膜メインローラー３５に対し、別々の成膜気圧（真空度）を設定出来る成膜室が３室配置されており、１つの成膜室に、スパッタ・ターゲットが２枚ずつ並べて装備されている所謂ＤＭＳカソードとして配置しており、成膜メインローラーとターゲットの距離を自在に変更することが可能である。

スパッタリング・カソードは、成膜メインローラー３４側に、ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４が配置されており、成膜メインローラー３５側に、ＳＣ５、ＳＣ６、ＳＣ７が配置されている。このため、巻き出しローラー３２から巻き取りローラー３３の間で、最大７層の積層成膜が１往路において実施することが出来る。

各ＤＭＳカソードにとりつける電源としては、高速スイッチャー搭載型のＤＣパルス電源を用いることも出来るが、ここではＭＦ交流電源を用いた。

また、カソードＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４、ＳＣ５、ＳＣ６、ＳＣ７のそれぞれに、防着板３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２を設置し、またこれらの防着板にそれぞれ温度測定手段として熱電対４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９を設置した。温度測定結果を、成膜メインローラー３４、３５ごとに、それぞれ入力するデータロガー５０、５１が設置され、またデータロガー５０、５１から送信された温度測定結果を解析するコンピューター５２が設置されており、使用する基材の耐熱特性データと、温度測定結果と、現在の巻速とに基いて、基材の温度の耐熱限界温度からの余裕を判断することができる。

また、スパッタリング・カソードＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４、ＳＣ５、ＳＣ６、ＳＣ７は、コンピューター５２からの指令で、カソードの成膜メインローラー３４、３５に対する位置を近づけることも、遠ざけることも出来る。

（本実施例の反射防止積層体の層構成）
本実施例の反射防止積層体は、図３に示すような層構成となっており、厚さ８０μｍのトリアセチルセルロースフィルム（富士写真フィルム社製 ＴＤ８０Ｕ 波長５５０ｎｍでの光の屈折率１．５１）（以下、ＴＡＣフィルムと記す）を基材２４とし、その上に、紫外線硬化型樹脂（日本合成化学 ＵＶ−７６０５B）をウェットコーティング（マイクログラビア法）によって成膜して、物理膜厚５μｍのハードコート層２５を形成した。また、プライマー層２６は、物理膜厚で３ｎｍである。また、反射防止機能層２７を構成する高屈折率薄膜層２８、低屈折率薄膜層２９、高屈折率薄膜層３０、低屈折率薄膜層３１は、それぞれ光学膜厚で３０ｎｍ、３５ｎｍ、２２０ｎｍ、１２０ｎｍである。

本実施例のロール・ツー・ロール型マグネトロン・スパッタ装置を用いることで、巻出しローラー３２にＴＡＣフィルム原反をセットし、巻き取りローラー３３方向にＴＡＣフ
ィルムを搬送させることで、本実施例の反射防止積層体２３におけるプライマー層２６、反射防止機能層２７を全て１往路のみで積層することが可能である。

（耐熱特性データ）
基材として用いた厚さ８０μｍのＴＡＣフィルムの耐熱特性データを、表１に示す。

この表１の耐熱特性データをコンピューター５２は記憶しており、データロガーより送られてくる温度測定結果と、現在の巻速に対応する表１の耐熱特性データにおける防着板温度とを比較して、基材として用いた厚さ８０μｍのＴＡＣフィルムの温度について耐熱限界温度からの余裕を判断する。その結果、基材として用いた厚さ８０μｍのＴＡＣフィルムの温度が耐熱限界温度から余裕があり、従って、ダメージを受けない温度であれば、カソードを成膜メインローラーに近づけ成膜速度を上げ、巻速を速める。但し、他のカソードにおいて、基材として用いた厚さ８０μｍのＴＡＣフィルムの温度が、ダメージを受けない耐熱限界温度に達していれば、耐熱限界温度から余裕のあるカソードも、成膜メインローラーに近づけることを自動的に中止する。

＜実施例１＞
ハードコート２５層上に、図４に示すロール・ツー・ロール型マグネトロン・スパッタ装置にて、プライマー層２６、反射防止機能層２７を形成し、図３に示した反射防止積層体２３を作成した。その際、先ず、ターゲット−基材間距離を１３０ｍｍとして、成膜を開始した。その後、各防着板の温度を測定し、自動的にターゲット−基材間の距離を変更し、成膜速度を最適化して成膜を行った。この際の各条件、ガス種、成膜気圧、巻速を、表２に、各スパッタ・カソードに設置した防着板の温度を表３に、各スパッタ・カソードでのターゲット−基材間距離を表４に、各スパッタ・カソードでの印加電圧を表５に示す。ここで、巻速、ターゲット−基材間距離は、成膜速度が最適になったときの値である。

＜実施例２＞
プラズマ・パラメーターを用いて、スパッタヒステリシス内の遷移領域制御にて高速成膜を行ったこと以外、実施例１と同様にして、ハードコート２５層上に、図４に示すロール・ツー・ロールの真空成膜装置にて、プライマー層２６、反射防止機能層２７を形成し、図３に示した反射防止積層体２３を作成した。この際の各条件、ガス種、成膜気圧、巻速を、表２に、各スパッタ・カソードに設置した防着板の温度を表３に、各スパッタ・カソードでのターゲット−基材間距離を表４に、各スパッタ・カソードでの印加電圧を表５に示す。ここで、巻速、ターゲット−基材間距離は、成膜速度が最適になったときの値である。

＜比較例１＞
ターゲットと基材の距離を全て一定の１３０ｍｍとしたこと以外、実施例１と同様にして、ハードコート２５層上に、図４に示すロール・ツー・ロールの真空成膜装置にて、プライマー層２６、反射防止機能層２７を形成し、図３に示した反射防止積層体２３を作成した。この際の各条件、ガス種、成膜気圧、巻速を、表２に、各スパッタ・カソードに設置した防着板の温度を表３に、各スパッタ・カソードでのターゲット−基材間距離を表４に、各スパッタ・カソードでの印加電圧を表５に示す。

＜比較例２＞
ターゲットと基材の距離を全て一定の１３０ｍｍとしたこと以外、実施例２と同様にして、ハードコート２５層上に、図４に示すロール・ツー・ロールの真空成膜装置にて、プライマー層２６、反射防止機能層２７を形成し、図３に示した反射防止積層体２３を作成
した。この際の各条件、ガス種、成膜気圧、巻速を、表２に、各スパッタ・カソードに設置した防着板の温度を表３に、各スパッタ・カソードでのターゲット−基材間距離を表４に、各スパッタ・カソードでの印加電圧を表５に示す。

＜評価＞
実施例１、２、および比較例１、２で得られた反射防止積層体２３について、表２を見ると、比較例１より実施例１の巻速が速く、比較例２より実施例２の巻速が速いことが分かる。また、実施例２では、実施例１より更にターゲット−基材間距離を縮めることができ、比較例１と比較例２の間では、巻速は２倍だが、実施例１と実施例２の間では、２倍以上の差がある。これより、防着板の温度、巻速、使用基材の耐熱特性データから、ターゲット−基材間距離を変化させることにより、電力を必要以上に印加することなく、積層体の成膜速度を上げることが可能となった。

本発明の装置の一実施形態を平面的に示す図。 本発明の装置の一実施形態を立体的に示す図。 本発明の反射防止積層体の一例を示す断面図。 本発明の装置の一実施例を示す図。

符号の説明

１…成膜メインローラー
２…ターゲット
３…ターゲット
４…ＭＦ交流電源
５…プラズマ流
６…防着板
７…防着板
８…防着板
９…防着板
１２…基材
１６…温度測定手段
１７…温度測定手段
１８…真空成膜装置
１９…データロガー
２０…コンピュータ
２１…カソード台
２２…カソード台
２３…反射防止積層体
２４…基材
２５…ハードコート層
２６…プライマー層
２７…反射防止機能層
２８…高屈折率薄膜層
２９…低屈折率薄膜層
３０…高屈折率薄膜層
３１…低屈折率薄膜層
３２…巻き出しローラー
３３…巻き取りローラー
３４…成膜メインローラー
３５…成膜メインローラー
３６…防着板
３７…防着板
３８…防着板
３９…防着板
４０…防着板
４１…防着板
４２…防着板
４３…熱電対
４４…熱電対
４５…熱電対
４６…熱電対
４７…熱電対
４８…熱電対
４９…熱電対
５０…データロガー
５１…データロガー
５２…コンピューター
ＳＣ１…スパッタ・カソード
ＳＣ２…スパッタ・カソード
ＳＣ３…スパッタ・カソード
ＳＣ４…スパッタ・カソード
ＳＣ５…スパッタ・カソード
ＳＣ６…スパッタ・カソード
ＳＣ７…スパッタ・カソード

Claims (6)

1. 個別に真空度を設定可能な成膜室で仕切られている１つ以上のマグネトロン電極が周囲に配置され、基材を搬送しながら、前記マグネトロン電極で前記基材上に薄膜層を成膜する成膜メインローラーを備えるロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置において、
   前記基材の耐熱特性データを保持する手段と、
   前記成膜室の壁面温度を測定する手段と、
   前記耐熱特性データと、前記壁面温度と、前記基材の搬送速度とに基いて、前記基材の温度の耐熱限界温度からの余裕を判断する手段と、
   前記基材の温度が前記耐熱限界温度から余裕のある場合に、前記基材の温度が前記耐熱限界温度に達するまで、前記マグネトロン電極と前記成膜メインローラーとの間の距離を短縮させる手段とを有することを特徴とするロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置。
2. 前記マグネトロン電極がデュアル・マグネトロン・スパッタ・カソードであることを特徴とする請求項１に記載のロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置。
3. プラズマ・パラメーターを用いた遷移領域制御手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載のロール・ツー・ロール型のマグネトロン・スパッタ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のマグネトロン・スパッタ装置を用いて成膜されたことを特徴とする積層体。
5. 請求項４記載の積層体を用いたことを特徴とした光学機能性フィルタ。
6. 請求項４記載の積層体を用いたことを特徴とした光学表示装置。