JP2017066429A - Sputtering apparatus and method for manufacturing thin film - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sputtering apparatus capable of obtaining a thin film having high film thickness uniformity even when film formation by a sputtering method is performed for a long time.SOLUTION: A sputtering apparatus for forming a thin film by a sputtering method comprises a vacuum container, a mechanism for continuously conveying a substrate F in a roll-to-roll system in the vacuum container, a mechanism for generating plasma in a gap between facing surfaces of a sputtering cathode 1 and the substrate F, and a film thickness control mask 10 disposed between a target 2 disposed on the sputtering cathode 1 and the substrate F, in which the film thickness control mask 10 is made of an iron alloy (invariant steel) containing 34-37 mass% of nickel and 0-10 mass% of cobalt.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光学的な各種フィルタなどに使用される光学薄膜や、半導体部品、液晶部品、光ディスク部品、電子デバイスなどに使用される透明薄膜や導電性薄膜などの製造に利用されるスパッタリング装置、および該スパッタリング装置を用いた薄膜の製造方法に関する。   The present invention relates to an optical thin film used for various optical filters and the like, a sputtering apparatus used for manufacturing a transparent thin film and a conductive thin film used for semiconductor parts, liquid crystal parts, optical disk parts, electronic devices, etc. And a method of manufacturing a thin film using the sputtering apparatus.

スパッタリング法は、緻密で良質の薄膜が得られることから、近年、半導体部品、液晶部品、光ディスク部品、電子デバイスなどに使用される透明薄膜や導電性薄膜の形成手段として一般的に採用されている。また、蒸着法による製造が主流であった光学薄膜の分野においても、高い生産性を獲得するために、ロール・ツー・ロール方式を採用して、スパッタリング法により光学薄膜を連続的に成膜する手法が採用されている。   In recent years, the sputtering method is generally employed as a means for forming transparent thin films and conductive thin films used in semiconductor parts, liquid crystal parts, optical disk parts, electronic devices, and the like because dense and high-quality thin films can be obtained. . Also, in the field of optical thin film, which was mainly produced by vapor deposition, in order to obtain high productivity, a roll-to-roll method was adopted, and an optical thin film was continuously formed by sputtering. The method is adopted.

一般的に知られるスパッタリング法では、約10Pa以下のアルゴンガス雰囲気の下で、基板を陽極とし、ターゲットを陰極として、これらの間にグロー放電を起こさせ、アルゴンをプラズマ状態とし、プラズマ中のアルゴン陽イオンを陰極のターゲットに衝突させ、これによってターゲット成分の粒子をはじき飛ばし、該粒子を基板上に堆積させることにより、薄膜を形成している。   In a generally known sputtering method, under an argon gas atmosphere of about 10 Pa or less, a substrate is used as an anode, a target is used as a cathode, a glow discharge is caused between them, and argon is brought into a plasma state. A thin film is formed by colliding a cation with a target of a cathode, thereby repelling particles of a target component and depositing the particles on a substrate.

スパッタリング法は、アルゴンプラズマの発生方法で分類され、直流プラズマを用いた直流スパッタリング法と、高周波プラズマを用いた高周波スパッタリング法に大別される。また、直流スパッタリング法には、ターゲットの裏側にマグネットを配置してアルゴンプラズマをターゲット直上に集中させ、低ガス圧下でもアルゴンイオンの衝突効率を増加させて成膜するマグネトロンスパッタリング法を適用した、直流マグネトロンスパッタリング法がある。さらに、直流マグネトロンスパッタリング法をベースにして、高周波を重畳させたプラズマを用いる高周波重畳直流スパッタリング法があり、これは放電電圧を下げることができるという特徴を有している。直流マグネトロンスパッタリング法や高周波重畳直流スパッタリング法は、主として、酸化物ターゲットを用いた、透明導電膜などの酸化物薄膜を工業的規模で生産する場合に適用されている。   Sputtering methods are classified according to the method of generating argon plasma, and are roughly classified into a direct current sputtering method using direct current plasma and a high frequency sputtering method using high frequency plasma. In addition, the DC sputtering method uses a magnetron sputtering method in which a magnet is disposed on the back side of the target so that argon plasma is concentrated directly on the target and the argon ion collision efficiency is increased even under a low gas pressure. There is a magnetron sputtering method. Furthermore, there is a high-frequency superimposed DC sputtering method using a plasma with a high frequency superimposed on the basis of a DC magnetron sputtering method, which has a feature that the discharge voltage can be lowered. The direct current magnetron sputtering method and the high frequency superimposed direct current sputtering method are mainly applied when an oxide thin film such as a transparent conductive film using an oxide target is produced on an industrial scale.

スパッタリング法は、運用方式の観点からも、静止対向式スパッタリング法とインライン式スパッタリング法に大別される。静止対向式スパッタリング法は、真空容器内で、基板がターゲットの直上に移動して静止してから、ターゲット上にプラズマを発生させて、一定の時間だけ成膜処理を行い、所定の膜厚の膜が基板上に形成された時点で放電を停止して成膜を中止し、その後、基板を移動させてターゲットから離していく方法である。   Sputtering methods are broadly divided into static facing sputtering methods and in-line sputtering methods from the viewpoint of operational methods. In the stationary facing sputtering method, in a vacuum vessel, the substrate moves immediately above the target and is stationary, then plasma is generated on the target, and a film formation process is performed for a predetermined time. When the film is formed on the substrate, the discharge is stopped to stop the film formation, and then the substrate is moved away from the target.

一方、インライン式スパッタリング法は、真空容器内で、アルゴンプラズマを持続的に発生維持させているターゲット上に、基板を一定の移動速度で搬送接近させ、停止させずに通過させることにより、基板上に成膜する方法である。薄膜の膜厚を、ターゲットへの投入電力と搬送速度を制御することにより比較的容易に決定することができ、大面積基板に対して均一に成膜できるといった工法上の特徴から、インライン式スパッタリング法は、工業的に最も広範に用いられている。インライン式スパッタリング法では、たとえば、ロール・ツー・ロール方式により、長尺基板として樹脂フィルムを搬送することが行われている。   On the other hand, the in-line sputtering method allows a substrate to be transported and approached at a constant moving speed on a target that continuously generates and maintains argon plasma in a vacuum vessel, and passes without stopping. It is the method of forming into a film. The thin film thickness can be determined relatively easily by controlling the power applied to the target and the conveyance speed, and in-line sputtering is possible because of the characteristics of the construction method that enables uniform film formation on a large area substrate. The law is most widely used industrially. In the in-line sputtering method, for example, a resin film is transported as a long substrate by a roll-to-roll method.

いずれの方式でも、スパッタリング法による成膜の際にプラズマを発生させるためには、真空容器内にガスを供給しつつ、排気を行って、真空容器内を所定の圧力に制御して、ターゲットと基板の間に高周波電力あるいは直流電力を印加する。通常、この際に印加する高周波電力あるいは直流電力は、成膜レートと比例する。したがって、生産性を向上させるためには、使用される基板や成膜される膜に熱的な影響がない限り、より大きな電力量を印加させることになる。また、ターゲットと基板の間の距離を小さく設定することによっても成膜レートを上げることができるため、通常、ターゲットと基板の間の距離はより小さくなるように設定される。   In either method, in order to generate plasma during film formation by sputtering, the gas is supplied into the vacuum vessel while evacuation is performed to control the inside of the vacuum vessel to a predetermined pressure, and the target and High frequency power or DC power is applied between the substrates. Usually, the high frequency power or DC power applied at this time is proportional to the film forming rate. Therefore, in order to improve productivity, a larger amount of electric power is applied as long as there is no thermal influence on the substrate to be used or the film to be formed. In addition, since the deposition rate can be increased by setting the distance between the target and the substrate to be small, the distance between the target and the substrate is usually set to be smaller.

マグネトロンスパッタリング法では、ターゲットの裏側に配置される磁石が形成する磁場によって、プラズマ密度の差が生じ、スパッタリング現象が生じやすい領域(エロージョン領域)とスパッタリング現象が生じにくい領域(非エロージョン領域)が形成される。具体的には、磁場の平行成分が大きい領域において、サイクロン運動している電子の密度が大きくなるため、ターゲットのうち、磁場の平行成分の下側にあるプラズマ濃度の高い部分がエロージョン領域となり、それ以外の部分が非エロージョン領域となる。このようなエロージョン領域の形状、およびターゲットの形状に合わせて、スパッタリングカソード上のターゲットと基板との間に、膜厚制御マスクを配置し、この膜厚制御マスクの開口部の形状を調整することにより、成膜される薄膜の膜厚を制御して、膜厚の均一性を高めることが可能である(特開平1−240661号公報)。   In the magnetron sputtering method, a difference in plasma density occurs due to the magnetic field formed by the magnet placed on the back side of the target, forming a region where the sputtering phenomenon is likely to occur (erosion region) and a region where the sputtering phenomenon is difficult to occur (non-erosion region). Is done. Specifically, in the region where the parallel component of the magnetic field is large, the density of the cyclone-moving electrons increases, so the portion of the target that has a high plasma concentration below the parallel component of the magnetic field becomes the erosion region, The other part is a non-erosion region. According to the shape of the erosion region and the shape of the target, a film thickness control mask is arranged between the target on the sputtering cathode and the substrate, and the shape of the opening of the film thickness control mask is adjusted. Thus, it is possible to increase the uniformity of the film thickness by controlling the film thickness of the thin film to be formed (JP-A-1-240661).

スパッタリング法には、成膜時に、ターゲット上に形成されるノジュールやパ−ティクルの発生に起因して、スパッタリング状態が不安定になるという問題がある。このようなノジュールやパーティクルの発生は、異常放電の発生やクラスタ状の皮膜の形成による、薄膜デバイスの不良の原因に繋がる可能性がある。パ−ティクルは、ターゲットの非エロージョン領域、スパッタリング装置の内壁やその内部構成部材、あるいは膜厚制御マスクなどに堆積した堆積物がこれらの構成部材から剥離および脱落した、ターゲット材に由来する微細なパウダーや薄片である。ノジュールは、スパッタリング時間の経過に伴ってターゲットの表面に析出する異物であり、異常放電やパーティクルの発生原因となる。異常放電の発生やパーティクルの基板表面への飛散によって、薄膜デバイスの不良が生ずる。   The sputtering method has a problem that the sputtering state becomes unstable due to generation of nodules and particles formed on the target during film formation. Generation of such nodules and particles may lead to a failure of the thin film device due to generation of abnormal discharge or formation of a cluster-like film. The particles are fine particles derived from the target material in which deposits deposited on the non-erosion region of the target, the inner wall of the sputtering apparatus and its internal components, or the film thickness control mask are peeled off and dropped from these components. Powder or flakes. A nodule is a foreign substance that precipitates on the surface of the target as the sputtering time elapses, and causes abnormal discharge and generation of particles. Defects in the thin film device occur due to the occurrence of abnormal discharge and the scattering of particles onto the substrate surface.

ノジュールやパーティクルの発生を防止するための対策として、基板以外のスパッタリング装置の内壁や内部構成部材への堆積物の堆積を防止することが考えられる。具体的には、基板の周辺部、シールド、バッキングプレート、シャッタ、ターゲット(非エロージョン領域)、およびこれらの支持具などの構成部材に固着した堆積物が厚くなって、剥離および脱落してしまう前に、これらの構成部材を定期的にクリーニングしたり、これらの構成部材を交換したりするなどの対策が採られている。また、多量に堆積物が堆積する構成部材に対しては、あらかじめ構成部材の表面に、金属溶射皮膜を形成したり(特開昭61−56277号公報)、ブラスト処理などの物理的な表面粗化処理を施したり(特開昭62−142758号公報)することにより、堆積物をこれらの構成部材上に保持して、その剥離や脱落を防止することが提案されている。   As a measure for preventing the generation of nodules and particles, it is conceivable to prevent deposits from being deposited on the inner wall and internal components of the sputtering apparatus other than the substrate. Specifically, before the peripheral portion of the substrate, the shield, the backing plate, the shutter, the target (non-erosion region), and the deposits fixed to the constituent members such as the support become thick and peel and fall off. In addition, measures are taken such as periodically cleaning these constituent members or replacing these constituent members. In addition, for a component member on which a large amount of deposits are deposited, a metal spray coating is formed on the surface of the component member in advance (Japanese Patent Laid-Open No. 61-56277), or physical surface roughness such as blasting is performed. It has been proposed to keep the deposits on these constituent members and prevent their peeling and dropping by applying a chemical treatment (Japanese Patent Laid-Open No. 62-142758).

また、スパッタリングカソード上のターゲットと初期のプラズマが不安定な時期における基板との間、あるいはターゲットと内部構成部材の間に、ターゲットから飛び出したターゲット構成材料が基板や構成部材に到達しないように防着板が配される。このような防着板や膜厚制御マスクには、堆積物がきわめて堆積しやすいため、あらかじめこれらの防着板や膜厚制御マスクの表面にサンドブラスト処理を施したり(特開平3−138354号公報)、これらの防着板や膜厚制御マスクの素材として、その線膨張率とターゲット材の線膨脹率との差が小さくなる材料を用いたり(特開平2−285067号公報)することにより、防着板や膜厚制御マスクからの堆積物の剥離および脱落を防止することが提案されている。   In addition, it prevents the target component material that has jumped out of the target from reaching the substrate or the component between the target on the sputtering cathode and the substrate when the initial plasma is unstable or between the target and the internal component. A landing plate is arranged. Since deposits are very easy to deposit on such an adhesion-preventing plate and film thickness control mask, the surface of these adhesion-prevention plate and film thickness control mask is previously subjected to sandblasting (Japanese Patent Laid-Open No. 3-138354). ) By using a material that reduces the difference between the coefficient of linear expansion and the coefficient of linear expansion of the target material as a material for these deposition prevention plates and film thickness control masks (JP-A-2-285067), It has been proposed to prevent the deposits from peeling off and dropping off from the deposition plate or the film thickness control mask.

スパッタリング法において、特に、厚い膜を形成する場合や、ロール・ツー・ロール方式で長時間にわたって連続して薄膜を形成する場合には、基板および基板周辺にある防着板や膜厚制御マスクなどは、プラズマに晒されて、かなりの温度上昇を伴う。特に、膜厚制御マスクの開口部の形状は、薄膜の膜厚の均一性を制御する役割を担っているが、成膜時の温度上昇の影響により、膜厚制御マスクに熱膨張が生じて、その開口部の形状が変化してしまう場合がある。このような場合に、所定の膜厚の均一性を確保できないという問題が生じる。特に、光学部品用途の多層膜においては、光の干渉条件に合わせて各層の膜厚が設計されているため、その膜厚の制御が十分に行えないことは、その品質に大きな影響を与えることになる。   In sputtering, especially when forming a thick film, or when forming a thin film continuously over a long period of time using a roll-to-roll method, a substrate, a deposition plate around the substrate, a film thickness control mask, etc. Is exposed to plasma with a significant temperature rise. In particular, the shape of the opening of the film thickness control mask plays a role in controlling the film thickness uniformity of the thin film, but thermal expansion occurs in the film thickness control mask due to the rise in temperature during film formation. The shape of the opening may change. In such a case, there arises a problem that uniformity of a predetermined film thickness cannot be ensured. In particular, in multilayer films for optical components, the thickness of each layer is designed in accordance with the light interference conditions, so the inability to sufficiently control the thickness has a significant impact on the quality. become.

たとえば、特開2013−225105号には、ロール・ツー・ロール方式で連続的に酸化物誘電体膜や金属膜を形成する光学薄膜の作製することが開示されているが、この場合、数時間以上の連続成膜が必要とされるため、膜厚制御マスクの温度上昇によるその開口部の形状の変化に起因して、成膜の開始から終了まで成膜された薄膜の均一性を維持することが困難である。このように、ロール・ツー・ロール方式を採用した連続的な成膜方法では、バッチあたりの生産長さを十分に長くすることができない、得られる薄膜の特性にばらつきが出ないようにするための制御が困難であるといった問題が生じる。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2013-225105 discloses the production of an optical thin film in which an oxide dielectric film or a metal film is continuously formed by a roll-to-roll method. Since the above continuous film formation is required, the uniformity of the thin film formed from the start to the end of the film formation is maintained due to the change in the shape of the opening due to the temperature rise of the film thickness control mask. Is difficult. In this way, the continuous film formation method adopting the roll-to-roll method cannot make the production length per batch sufficiently long so that the characteristics of the obtained thin film do not vary. There arises a problem that it is difficult to control.

また、固体撮像素子へ入射する光量を制御することを目的として、薄膜の一定方向に対して徐々に透過率が変化するように設計されたNDフィルタ(グラデーションNDフィルタ)が提案されている。このようなグラデーションNDフィルタの製造においては、酸化物誘電体膜および金属膜を、ロール・ツー・ロール方式を用いて、所定形状の膜厚制御マスクを用いて基板に対するスパッタ面積を規定することにより、その膜厚を制御しながら、マグネトロンスパッタリング法により成膜する(特開2003−322709号公報)。このような場合にも、スパッタリング条件によって、温度上昇に伴い膜厚制御マスクの形状に湾曲などの変形を生じて、グラデーション濃度分布が成膜時期により変化してしまうため、所定の性能を示す多層膜を連続的に一定して製造することが困難となっている。   For the purpose of controlling the amount of light incident on the solid-state imaging device, an ND filter (gradation ND filter) designed so that the transmittance gradually changes in a certain direction of the thin film has been proposed. In the production of such a gradation ND filter, an oxide dielectric film and a metal film are defined by using a roll-to-roll method and defining a sputtering area with respect to the substrate using a film thickness control mask having a predetermined shape. The film is formed by magnetron sputtering while controlling the film thickness (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-322709). Even in such a case, depending on the sputtering conditions, the shape of the film thickness control mask is deformed such as a curve as the temperature rises, and the gradation density distribution changes depending on the film formation time. It is difficult to produce a film continuously and constantly.

特開平1−240661号公報JP-A-1-240661 特開昭61−56277号公報JP-A-61-56277 特開昭62−142758号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-142758 特開平3−138354号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-138354 特開平2−285067号公報JP-A-2-285067 特開2013−225105号公報JP 2013-225105 A 特開2003−322709号公報JP 2003-322709 A

本発明は、上述のような技術的課題を解決するためになされたものであり、真空容器と、該真空容器内においてロール・ツー・ロール方式で基板を連続的に搬送する機構と、該真空容器内へのガスの供給および該真空容器内からの排気を行う機構、該真空容器内のガス圧力を一定に維持するための機構と、スパッタリングカソードと前記基板の対向面間の隙間にプラズマを発生させる機構と、前記スパッタリングカソード上に配置されたターゲットと前記基板との間に配置される膜厚制御マスクとを備え、スパッタリング法により薄膜を成膜するためのスパッタリング装置において、該スパッタリング装置を用いて長時間の成膜を行った場合でも、膜厚の均一性を変動させることなく、連続的に一定して薄膜を製造することを可能とすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the technical problems as described above, and includes a vacuum container, a mechanism for continuously transporting a substrate in a roll-to-roll manner in the vacuum container, and the vacuum. A mechanism for supplying and evacuating the gas into the vessel, a mechanism for maintaining a constant gas pressure in the vacuum vessel, and plasma in a gap between the sputtering cathode and the opposing surface of the substrate. A sputtering apparatus for forming a thin film by a sputtering method, comprising: a mechanism for generating the film; and a film thickness control mask disposed between the target disposed on the sputtering cathode and the substrate. Even when film formation is performed for a long time, it is possible to produce a thin film continuously and consistently without changing the film thickness uniformity. For the purpose.

本発明者は、鋭意検討の結果、成膜中のプラズマ発生に伴って発生する熱に着目し、ターゲットと基板の間に配される、膜厚制御マスクを、熱による変形が生じにくい材料で構成することにより、長時間のスパッタリング法による成膜工程においても、膜厚の均一性を損なうことなく、連続的に一定して薄膜を製造することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent study, the present inventor paid attention to the heat generated by the generation of plasma during film formation, and made the film thickness control mask disposed between the target and the substrate with a material that is not easily deformed by heat. By configuring, it was found that it is possible to produce a thin film continuously and consistently without losing the uniformity of the film thickness even in the film forming process by a long sputtering method, and the present invention was completed. It came to do.

すなわち、本発明の一態様は、真空容器と、該真空容器内においてロール・ツー・ロール方式で基板を連続的に搬送する機構と、スパッタリングカソードと前記基板の対向面間の隙間にプラズマを発生させる機構と、前記スパッタリングカソード上に配置されたターゲットと前記基板との間に配置される膜厚制御マスクとを備え、スパッタリング法により薄膜を成膜するためのスパッタリング装置に関する。なお、本発明において、膜厚制御マスクの概念には、ターゲットから飛び出したターゲット構成材料が基板や他の内部構成部材に到達しないように配置される、すなわち膜厚を0に制御するための防着板も含まれるものとする。   That is, according to one embodiment of the present invention, plasma is generated in a vacuum container, a mechanism for continuously transporting a substrate in a roll-to-roll manner in the vacuum container, and a gap between the sputtering cathode and the facing surface of the substrate. And a film thickness control mask disposed between the target disposed on the sputtering cathode and the substrate, and a sputtering apparatus for forming a thin film by a sputtering method. In the present invention, the concept of the film thickness control mask is that the target constituent material that has jumped out of the target is arranged so as not to reach the substrate or other internal constituent members, that is, a film thickness control mask is used to control the film thickness to zero. A landing plate is also included.

特に、本発明のスパッタリング装置においては、前記膜厚制御マスクが、34質量%〜37質量%のニッケルと、0〜10質量%のコバルトとを含有する鉄合金(不変鋼)により構成されていることを特徴とする。   In particular, in the sputtering apparatus of the present invention, the film thickness control mask is made of an iron alloy (invariant steel) containing 34 mass% to 37 mass% nickel and 0 to 10 mass% cobalt. It is characterized by that.

本発明の別の態様は、スパッタリング法による薄膜の製造方法に関する。該薄膜の製造方法は、スパッタリング装置を用い、該スパッタリング装置の真空容器内にガスを供給しつつ該真空容器から排気を行い、該真空容器内を所定の圧力に制御し、ロール・ツー・ロール方式で基板を連続的に搬送し、スパッタリングカソードと該基板の間に高周波電力あるいは直流電力を印加し、該スパッタリングカソード上に配置されたターゲットと前記基板の対向面間の隙間にプラズマを発生させ、該基板上に薄膜を形成する工程を備える。   Another aspect of the present invention relates to a method for producing a thin film by a sputtering method. The thin film manufacturing method uses a sputtering apparatus, exhausts gas from the vacuum container while supplying gas into the vacuum container of the sputtering apparatus, controls the inside of the vacuum container to a predetermined pressure, and roll-to-roll. The substrate is transported continuously by this method, high frequency power or direct current power is applied between the sputtering cathode and the substrate, and plasma is generated in the gap between the target disposed on the sputtering cathode and the opposing surface of the substrate. And a step of forming a thin film on the substrate.

特に、本発明の薄膜の製造方法では、本発明のスパッタリング装置を用いるとともに、誘電体材料と金属材料とから選択される、2種以上のターゲットを配置し、誘電体膜と金属膜とから選択される、2種以上の薄膜が積層された積層膜を基板上に形成することを特徴とする。   In particular, in the method for producing a thin film of the present invention, the sputtering apparatus of the present invention is used, two or more types of targets selected from a dielectric material and a metal material are arranged, and a selection is made from a dielectric film and a metal film. A laminated film in which two or more kinds of thin films are laminated is formed on a substrate.

本発明の薄膜の製造方法は、前記積層膜を構成する少なくとも1種以上の薄膜が面内膜厚傾斜をしている薄膜を製造する場合に、好適に適用される。   The method for producing a thin film of the present invention is suitably applied when producing a thin film in which at least one thin film constituting the laminated film has an in-plane thickness gradient.

また、本発明の薄膜の製造方法は、特に、前記誘電体材料が酸化シリコンであり、かつ、前記金属材料がニッケル合金であって、酸化シリコン薄膜とニッケル合金薄膜を交互に積層してなる積層膜を形成する場合に、好適に適用される。   In addition, the thin film manufacturing method of the present invention is particularly a laminate in which the dielectric material is silicon oxide, the metal material is a nickel alloy, and the silicon oxide thin film and the nickel alloy thin film are alternately laminated. It is suitably applied when forming a film.

本発明のスパッタリング装置および該装置を用いた薄膜の製造方法では、防着板を含む膜厚制御マスクとして、熱による寸法変化が微小である材料により構成されることから、膜厚制御マスクの開口部の変形による膜厚制御への影響を排除できるため、ロール・ツー・ロール方式で長時間のスパッタリング法による成膜を行った場合でも、膜厚の均一性を維持しつつ、連続的に一定して薄膜を製造することが可能である。   In the sputtering apparatus and the thin film manufacturing method using the apparatus according to the present invention, the film thickness control mask including the deposition preventing plate is made of a material having a small dimensional change due to heat. The film thickness control due to the deformation of the part can be eliminated, so even when the film is formed by sputtering for a long time using the roll-to-roll method, the film thickness is kept uniform and constant. Thus, a thin film can be manufactured.

また、従来のスパッタリング装置において、長時間連続的に稼働する場合などに要求された、防着板や膜厚制御マスクの洗浄や交換などの運用上の対策が、本発明では不要となる。さらに、本発明のスパッタリング装置では、基板や成膜される膜の膜特性に影響のない範囲で、より大きなスパッタ電力で稼働して成膜速度を増大させても、薄膜の品質が維持される。   Further, in the conventional sputtering apparatus, operational measures such as cleaning and replacement of the deposition preventive plate and the film thickness control mask, which are required when operating continuously for a long time, are unnecessary in the present invention. Furthermore, in the sputtering apparatus of the present invention, the quality of the thin film is maintained even if the film forming speed is increased by operating at a higher sputtering power within a range that does not affect the film characteristics of the substrate and the film to be formed. .

このように、本発明により、膜厚の適切な制御が必要とされる光学薄膜の製造のみならず、半導体部品、液晶部品、光ディスク部品、電子デバイスなどに用いられる透明薄膜や導電性薄膜の製造の分野においても、生産性の向上および低コスト化を十分に図ることが可能となるため、本発明の工業的意義は大きい。   Thus, according to the present invention, not only optical thin films that require appropriate control of film thickness, but also transparent thin films and conductive thin films used in semiconductor parts, liquid crystal parts, optical disk parts, electronic devices, etc. Also in this field, since it is possible to sufficiently improve the productivity and reduce the cost, the industrial significance of the present invention is great.

図1は、本発明が適用される、ロール・ツー・ロール方式のスパッタリング装置の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a roll-to-roll type sputtering apparatus to which the present invention is applied. 図2は、本発明が適用される、ロール・ツー・ロール方式によるスパッタリング装置の別例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing another example of a sputtering apparatus using a roll-to-roll method to which the present invention is applied. 図3は、本発明の膜厚制御マスクの一例を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing an example of the film thickness control mask of the present invention. 図4(A)は、本発明の膜厚制御マスクの別例を示す概略図であり、図4(B)は、この膜厚制御マスクの別例を用いて成膜された薄膜の成膜パターンの一例を示す概略図である。FIG. 4A is a schematic diagram showing another example of the film thickness control mask of the present invention, and FIG. 4B shows the formation of a thin film formed using another example of the film thickness control mask. It is the schematic which shows an example of a pattern. 図5は、本発明の一実施例における吸収型多層膜NDフィルタの分光透過特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the spectral transmission characteristics of the absorption multilayer ND filter according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の具体的な実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

1.スパッタリング装置
(基本構成)
本発明が適用されるスパッタリング装置の基本的な構造は、図1に示すような、一般的なロール・ツー・ロール方式で基板を連続的に供給し、該基板表面に薄膜を形成するためのスパッタリング装置の構造と同様である。具体的には、本発明の一態様の一例に係るスパッタリング装置は、真空容器である真空容器3と、真空容器3内においてロール・ツー・ロール方式で、基板である長尺の樹脂フィルムFを連続的に搬送する機構である、巻出ロール4、冷却ドラム5、巻取ロール6、およびガイドロール7と、真空容器3内へのガスの供給および真空容器3内からの排気を行う機構(図示せず)、真空容器3内のガス圧力を一定に維持するための機構(図示せず)と、スパッタリングカソード1a〜1cと樹脂フィルムFの対向面間の隙間にプラズマを発生させる機構(図示せず)と、スパッタリングカソード1a〜1c上にそれぞれ配置されたスパッタリングターゲット2a〜2cと樹脂フィルムFとの間に配置される膜厚制御マスク10とを備え、スパッタリングカソード1a〜1c上にスパッタリングターゲット2a〜2cをそれぞれ配置し、かつ、樹脂フィルムFとスパッタリングターゲット2a〜2cとの間に膜厚制御マスク10を配置した状態で、樹脂フィルムFを搬送しつつ、スパッタリング法により樹脂フィルムF上に薄膜を成膜するように構成されている。
1. Sputtering equipment (basic configuration)
A basic structure of a sputtering apparatus to which the present invention is applied is for continuously supplying a substrate by a general roll-to-roll method as shown in FIG. 1 and for forming a thin film on the surface of the substrate. The structure is the same as that of the sputtering apparatus. Specifically, the sputtering apparatus according to an example of one embodiment of the present invention includes a vacuum container 3 that is a vacuum container, and a long resin film F that is a substrate in a roll-to-roll manner in the vacuum container 3. An unwinding roll 4, a cooling drum 5, a winding roll 6, and a guide roll 7, which are mechanisms for continuous conveyance, and a mechanism for supplying gas into the vacuum container 3 and exhausting it from the vacuum container 3 ( (Not shown), a mechanism (not shown) for maintaining the gas pressure in the vacuum vessel 3 constant, and a mechanism for generating plasma in the gap between the facing surfaces of the sputtering cathodes 1a to 1c and the resin film F (see FIG. And a film thickness control mask 10 disposed between the sputtering targets 2a to 2c and the resin film F respectively disposed on the sputtering cathodes 1a to 1c. While the sputtering targets 2a to 2c are respectively disposed on the ring cathodes 1a to 1c, and the film thickness control mask 10 is disposed between the resin film F and the sputtering targets 2a to 2c, the resin film F is being conveyed. The thin film is formed on the resin film F by sputtering.

なお、本例のスパッタリング装置においては、特に防着板を含む膜厚制御マスクの構造に特徴があり、その他のスパッタリング装置を構成する内部機構としては、従来と同様のものを採用することが可能である。   Note that the sputtering apparatus of this example is particularly characterized by the structure of the film thickness control mask including the deposition preventing plate, and the same internal mechanism as the conventional sputtering apparatus can be adopted. It is.

本例のスパッタリング装置において、スパッタリングカソード1a〜1cはそれぞれ、スパッタリングターゲット2a〜2cをボンディングしたバッキングプレートの裏面側に配置される、冷却水ジャケットを備えたハウジングカバーと、さらにハウジングカバーの裏面側に配置される磁気発生機構を備える。すなわち、本例では、直流マグネトロンスパッタリング法もしくは高周波重畳直流スパッタリング法が採用される。   In the sputtering apparatus of this example, the sputtering cathodes 1a to 1c are disposed on the back side of the backing plate to which the sputtering targets 2a to 2c are bonded, respectively, and the housing cover having the cooling water jacket and further on the back side of the housing cover. A magnetic generation mechanism is provided. That is, in this example, a direct current magnetron sputtering method or a high frequency superimposed direct current sputtering method is employed.

ただし、本発明は、ロール・ツー・ロール方式の成膜方法に限定されたり、また、直流マグネトロンスパッタリング法もしくは高周波重畳直流スパッタリング法による成膜方法に限定されたりすることはなく、防着板を含む膜厚制御マスクが必要とされるスパッタリング法に広く適用可能である。   However, the present invention is not limited to a roll-to-roll film forming method, and is not limited to a film forming method by a direct current magnetron sputtering method or a high frequency superimposed direct current sputtering method. The present invention can be widely applied to a sputtering method that requires a film thickness control mask to be included.

本例のスパッタリング装置では、真空容器3内で、ロール・ツー・ロール方式で搬送される長尺基板である樹脂フィルムFと対向するように、スパッタリングカソード1a〜1c上にスパッタリングターゲット2a〜2cが配置され、減圧した真空容器3内において、長尺の樹脂フィルムFを巻出ロール4から巻出し、ガイドロール7や冷却ドラム5で搬送して巻取ロール6に巻取りながら、スパッタリングカソード1と樹脂フィルムFとの間に高周波あるいは直流電力を印加することで、スパッタリングターゲット2a〜2cと樹脂フィルムFとの対向面間の隙間にプラズマを発生させ、スパッタリングターゲット2a〜2cから飛び出したターゲット構成材料を、樹脂フィルムFの表面に堆積させることにより、薄膜を成膜する。   In the sputtering apparatus of this example, the sputtering targets 2a to 2c are placed on the sputtering cathodes 1a to 1c so as to face the resin film F, which is a long substrate conveyed in a roll-to-roll method, in the vacuum vessel 3. In the vacuum container 3 that is disposed and decompressed, the long resin film F is unwound from the unwinding roll 4, conveyed by the guide roll 7 or the cooling drum 5, and wound around the winding roll 6. By applying a high frequency or direct current power between the resin film F, plasma is generated in the gap between the facing surfaces of the sputtering targets 2a to 2c and the resin film F, and the target constituent material jumped out of the sputtering targets 2a to 2c Is deposited on the surface of the resin film F to form a thin film.

スパッタリングターゲット2a〜2cはそれぞれ、スパッタリングカソード1a〜1c上に、その長辺方向が樹脂フィルムの幅方向と略平行となり、かつ、冷却ドラム5に対向するように配置される。冷却ドラム5の内部には、真空容器3の外部から供給される冷却水などの冷媒が供給され、成膜の際に樹脂フィルムFを冷却するようになっている。さらに、樹脂フィルムFの巻出ロール4、巻取ロール6が配置される真空容器3の上部側と、スパッタリングカソード1a〜1cが配置されている成膜側との間、および、隣接するスパッタリングカソード1a〜1c同士の間には、スパッタリング粒子の混入や成膜雰囲気ガスの混入を防ぐための仕切板8がそれぞれ配置される。   The sputtering targets 2a to 2c are arranged on the sputtering cathodes 1a to 1c, respectively, such that the long side direction is substantially parallel to the width direction of the resin film and faces the cooling drum 5. A coolant such as cooling water supplied from the outside of the vacuum vessel 3 is supplied inside the cooling drum 5 to cool the resin film F during film formation. Further, between the upper side of the vacuum vessel 3 where the unwinding roll 4 and the winding roll 6 of the resin film F are arranged, and the film forming side where the sputtering cathodes 1a to 1c are arranged, and adjacent sputtering cathodes. Between 1a-1c, the partition plate 8 for preventing mixing of sputtering particles and film formation atmosphere gas is arrange | positioned, respectively.

(膜厚制御マスク)
スパッタリングターゲット2a〜2cと樹脂フィルムFとの対向面間の隙間には、プラズマを発生させた後、プラズマが安定するまでの間には、スパッタリングターゲット2a〜2cから飛び出したターゲット構成材料が樹脂フィルム基板Fに到達しないように構成された防着板(図示せず)と膜厚制御マスク10が重なるように配置される。プラズマの安定後、これらのうち防着板のみを移動させて、スパッタリングターゲット2a〜2cと樹脂フィルムFとの対向面間の隙間に、開口部を有する膜厚制御マスク10のみが配置されるようにする。スパッタリングターゲット2a〜2cから飛び出したターゲット構成材料が、膜厚制御マスク10の開口部を通って、樹脂フィルム基板F上に到達することにより、樹脂フィルムFの表面に薄膜が成膜される。
(Thickness control mask)
In the gap between the facing surfaces of the sputtering targets 2a to 2c and the resin film F, the target constituent material that has jumped out of the sputtering targets 2a to 2c is the resin film until the plasma is stabilized after the plasma is generated. The deposition preventing plate (not shown) configured not to reach the substrate F and the film thickness control mask 10 are arranged so as to overlap each other. After the plasma is stabilized, only the deposition preventing plate is moved, and only the film thickness control mask 10 having an opening is arranged in the gap between the facing surfaces of the sputtering targets 2a to 2c and the resin film F. To. When the target constituent material that has jumped out of the sputtering targets 2 a to 2 c reaches the resin film substrate F through the opening of the film thickness control mask 10, a thin film is formed on the surface of the resin film F.

防着板(図示せず)と膜厚制御フィルム10についての上記操作は、スパッタリングターゲット2a〜2cをすべて使用して成膜する場合には、すべての防着板(図示せず)について行い、スパッタリングターゲット2a〜2cのうちの選ばれたターゲットのみ使用してスパッタリングを行う場合には、稼働させるターゲットの防着板(図示せず)についてのみ操作を行えばよい。   The above operations for the deposition preventing plate (not shown) and the film thickness control film 10 are performed for all the deposition preventing plates (not shown) when the sputtering targets 2a to 2c are used for film formation. When sputtering is performed using only a selected target among the sputtering targets 2a to 2c, it is only necessary to perform an operation on the deposition preventing plate (not shown) of the target to be operated.

なお、図1には図示しないが、成膜中に、スパッタリングターゲット2a〜2cから飛び出したターゲット構成材料が内部構成部材に到達しないように構成された防着板(図示せず)を、スパッタリングターゲット2a〜2cとこれらの内部構成部材との間に配置することが好ましい。   Although not shown in FIG. 1, a deposition plate (not shown) configured so that the target constituent material jumping out of the sputtering targets 2 a to 2 c does not reach the internal constituent member during film formation is used as a sputtering target. It is preferable to arrange | position between 2a-2c and these internal structural members.

通常、これらの防着板を含む膜厚制御マスク10の構成材料には、軽量化の観点から、アルミニウム材、もしくは、予備スパッタリング時や成膜時に飛散した付着物に対する、エッチングなどによる剥離工程の容易さを考慮して、ステンレス材が使用されている。これらの膜厚制御マスク10は、プラズマが存在する領域の近傍に設置されるため、長時間の成膜中に、温度が数百度程度まで上昇することがある。アルミニウム材の場合、アルミニウムの常温付近(0℃〜200℃)における線膨張率が23×10−6/℃程度であるため、仮に100℃の温度上昇で0.2%程度の寸法変化を生じることになる。つまり、300mm幅のマスクの場合、0.6mm程度変形することとなり、膜厚分布に与える影響が無視できないものとなる。ステンレス材の場合も、その種類に応じるが、ステンレスの線膨張率が10〜17×10−6/℃程度であり、100℃の温度上昇で0.1%〜0.2%程度の寸法変化で、300mm幅のマスクの場合に、0.3mm〜0.6mm程度変形することとなる。 In general, the constituent material of the film thickness control mask 10 including these deposition prevention plates is made of an aluminum material, or a peeling process by etching or the like on an aluminum material or an adhering material scattered during preliminary sputtering or film formation. In consideration of ease, stainless steel is used. Since these film thickness control masks 10 are installed in the vicinity of the region where the plasma exists, the temperature may rise to several hundred degrees during the film formation for a long time. In the case of an aluminum material, since the linear expansion coefficient in the vicinity of room temperature (0 ° C. to 200 ° C.) of aluminum is about 23 × 10 −6 / ° C., a dimensional change of about 0.2% is caused by a temperature rise of 100 ° C. It will be. That is, in the case of a 300 mm wide mask, it is deformed by about 0.6 mm, and the influence on the film thickness distribution cannot be ignored. In the case of stainless steel, depending on the type, the linear expansion coefficient of stainless steel is about 10 to 17 × 10 −6 / ° C., and the dimensional change is about 0.1% to 0.2% with a temperature increase of 100 ° C. Thus, in the case of a 300 mm wide mask, the deformation is about 0.3 mm to 0.6 mm.

本例のスパッタリング装置では、防着板を含む膜厚制御マスク10の構成材料として、34質量%〜37質量%のニッケルと、0〜10質量%のコバルトとを含有する鉄合金、すなわち不変鋼を用いている。この組成の鉄合金は、通常、インバー(登録商標)合金と称されている。この鉄合金は、常温付近(0℃〜200℃)における線膨張率が1.2×10−6/℃程度以下(0.5×10−6/℃〜1.0−6/℃程度)と低い値を有する。この鉄合金の低膨張性の機構は、一般に「インバー効果」と呼ばれる、非常に大きな自発体積磁歪による相互作用から説明がなされる。本例において、膜厚制御マスク10の部材として用いられる鉄合金としては、特に、インバー(登録商標)合金(Fe−35%〜36%Ni合金、膨張係数約1〜1.2×10−6/℃)、およびスーパーインバー(登録商標)合金(Fe−Ni合金母相中に4%〜6%のコバルトを合金化して調製されたFe−32%〜34%Ni−4%〜6%Co合金であって、常温付近における線膨張率が0.5×10−6/℃以下と、インバー合金よりもさらに低い優れた特性を有している合金)を好ましい例として挙げることができる。 In the sputtering apparatus of this example, an iron alloy containing 34 mass% to 37 mass% nickel and 0 to 10 mass% cobalt as a constituent material of the film thickness control mask 10 including the deposition preventing plate, that is, invariant steel. Is used. The iron alloy having this composition is generally called an Invar (registered trademark) alloy. The iron alloy, linear expansion coefficient at around room temperature (0 ° C. to 200 DEG ° C.) is 1.2 × 10 -6 / ℃ about or less (0.5 × 10 -6 /℃~1.0 -6 / ℃ about) And has a low value. This low-expansion mechanism of the iron alloy is explained by an interaction caused by a very large spontaneous volume magnetostriction, generally called “invar effect”. In this example, the iron alloy used as a member of the film thickness control mask 10 is particularly an Invar (registered trademark) alloy (Fe-35% to 36% Ni alloy, expansion coefficient of about 1 to 1.2 × 10 −6. ), And Super Invar® alloy (Fe-32% -34% Ni-4% -6% Co prepared by alloying 4% -6% cobalt in the Fe-Ni alloy matrix) An alloy having an excellent characteristic that the linear expansion coefficient near normal temperature is 0.5 × 10 −6 / ° C. or lower and lower than that of the Invar alloy can be given as a preferred example.

このような、34質量%〜37質量%のニッケルと、0〜10質量%のコバルトとを含有する鉄合金を用いた膜厚制御マスク10では、100℃の温度上昇で0.005%〜0.012%程度の寸法変化にとどまる。すなわち、300mm幅のマスクでも、0.015mm〜0.036mm程度の変形にとどまる。   In such a film thickness control mask 10 using an iron alloy containing 34 mass% to 37 mass% nickel and 0 to 10 mass% cobalt, 0.005% to 0 at a temperature increase of 100 ° C. Only dimensional change of about 012%. That is, even with a 300 mm wide mask, the deformation is only about 0.015 mm to 0.036 mm.

このような、防着板を含む膜厚制御マスク10の構成材料として、34質量%〜37質量%のニッケルと、0〜10質量%のコバルトとを含有する鉄合金(不変鋼)を用いる本例のスパッタリング装置は、特に、基板(樹脂フィルムF)が連続的に搬送されるロール・ツー・ロール方式の構成において、特に有効である。すなわち、膜厚制御マスクの材質を熱膨張の小さいインバー(登録商標)合金とすることにより、熱変形の影響をきわめて軽微に留めることが可能となり、長時間のスパッタリング法による成膜工程においても、膜厚の均一性を保持して連続的に薄膜を製造することが可能である。   A book using an iron alloy (invariant steel) containing 34 mass% to 37 mass% nickel and 0 to 10 mass% cobalt as a constituent material of the film thickness control mask 10 including the deposition preventing plate. The sputtering apparatus of an example is especially effective in the structure of the roll-to-roll system in which a board | substrate (resin film F) is conveyed continuously. That is, by using an Invar (registered trademark) alloy with a small thermal expansion as the material of the film thickness control mask, it becomes possible to keep the influence of thermal deformation very slight, and even in a film forming process by a long-time sputtering method, It is possible to continuously produce a thin film while maintaining the uniformity of the film thickness.

また、本例のスパッタリング装置を使用して薄膜を製造することにより、量産時の膜厚の均一性が向上することから、本例のスパッタリング装置は、より高い精度で膜厚の制御が要求される、光学部品用の薄膜の製造に、特に好適に適用される。たとえば、酸化物誘電体膜と金属膜とを交互に積層させて構成される吸収型多層膜が設けられた吸収型多層膜NDフィルタの製造に対しては、挿入される金属膜の膜厚は数nm程度であるため、本例のスパッタリング装置の量産中における膜厚変動を抑制する特徴を活かして、その製造を効率よく行うことが可能となる。同様に、光学部品用薄膜である、グラデーションNDフィルタ(薄膜の一定方向に対して徐々に透過率が変化するように設計されたNDフィルタ)の製造に対しても好適に適用することができる。このグラデーションNDフィルタは、基板上に成膜される膜厚を徐々に変化(面内膜厚傾斜)させることにより作製されるため、その膜厚の制御に精緻さが求められるが、本例のスパッタリング装置の量産中の膜厚変動を抑制する特徴を活かして、ロール・ツー・ロール方式を採用して、その製造を効率よく行うことが可能となる。   Moreover, since the film thickness uniformity during mass production is improved by manufacturing a thin film using the sputtering apparatus of this example, the film thickness of the sputtering apparatus of this example is required to be controlled with higher accuracy. It is particularly preferably applied to the production of thin films for optical components. For example, for the production of an absorption multilayer ND filter provided with an absorption multilayer film constituted by alternately laminating oxide dielectric films and metal films, the thickness of the inserted metal film is Since the thickness is about several nanometers, it becomes possible to efficiently manufacture the sputtering apparatus of this example by taking advantage of the feature of suppressing the film thickness fluctuation during mass production. Similarly, it can also be suitably applied to the production of gradation ND filters (ND filters designed so that the transmittance gradually changes in a certain direction of the thin film), which is a thin film for optical components. Since this gradation ND filter is manufactured by gradually changing the film thickness formed on the substrate (in-plane film thickness inclination), precise control is required for the film thickness. The roll-to-roll method can be adopted by utilizing the feature of suppressing the film thickness fluctuation during mass production of the sputtering apparatus, and the production can be performed efficiently.

2.スパッタリング装置を用いた薄膜の製造方法
本発明の一態様の一例に係る薄膜の製造方法は、たとえば図1に示したスパッタリング装置を用い、スパッタリング装置の真空容器3内にガスを供給しつつ真空容器3から排気を行い、真空容器3内を所定の圧力に制御し、ロール・ツー・ロール方式で基板である樹脂フィルムFを連続的に搬送し、スパッタリングカソード1a〜1cと樹脂フィルムFの間に高周波電力あるいは直流電力を印加し、スパッタリングカソード1a〜1c上に配置されたスパッタリングターゲット2a〜2cと樹脂フィルムFの対向面間の隙間にプラズマを発生させ、樹脂フィルムF上に薄膜を形成する工程を備える。
2. Thin Film Manufacturing Method Using Sputtering Apparatus A thin film manufacturing method according to an example of one embodiment of the present invention uses, for example, the sputtering apparatus shown in FIG. 1 and supplies a gas to the vacuum container 3 of the sputtering apparatus while supplying a vacuum container. 3 is evacuated, the inside of the vacuum vessel 3 is controlled to a predetermined pressure, and the resin film F as a substrate is continuously conveyed by a roll-to-roll method, and between the sputtering cathodes 1 a to 1 c and the resin film F. A process of generating a thin film on the resin film F by applying high-frequency power or DC power to generate plasma in the gap between the facing surfaces of the sputtering targets 2a to 2c and the resin film F disposed on the sputtering cathodes 1a to 1c. Is provided.

特に、本例の薄膜の製造方法は、34質量%〜37質量%のニッケルと、0〜10質量%のコバルトとを含有する鉄合金(不変鋼)により構成されている、防着板を含む膜厚制御マスク10を備えた、スパッタリング装置を用いる点に特徴がある。   In particular, the thin film manufacturing method of the present example includes an adhesion preventing plate made of an iron alloy (invariant steel) containing 34 mass% to 37 mass% nickel and 0 to 10 mass% cobalt. It is characterized in that a sputtering apparatus provided with the film thickness control mask 10 is used.

(吸収型多層膜NDフィルタの製造方法)
たとえば、図2に示すスパッタリング装置を用いて、吸収型多層膜NDフィルタを製造する場合、たとえば、スパッタリングカソード1a、1bのうちの一方のスパッタリングカソード1aを、2つのスパッタリングカソードを用いて、2つのスパッタリングカソードにそれぞれ設置されたスパッタリングターゲットを交互に放電させるデュアルマグネトロンスパッタリング法が適用される構成とし、このデュアルマグネトロンスパッタリング法により、酸化物誘電体膜を成膜する。一方、別のスパッタリングカソード1bと樹脂フィルムFとの間には、図3に示した形状の開口部11aを備えた膜厚制御マスク10aを設置し、膜厚を補正しながら、直流マグネトロンスパッタリング法により、金属膜を形成する。このような形状の開口部11aを備える膜厚制御マスク10aの使用により、数nm程度の金属膜を、膜厚の均一性を保持しつつ、連続的で一定に成膜することが可能となる。なお、開口部11の形状については、開口部形状の異なる膜厚制御マスクを用いて、事前に任意の回数の成膜試験を行い、所望の膜厚均一性が得られる開口部形状を有する膜厚制御マスク10aを選択することによって、その最適化を図ることができる。
(Method for manufacturing absorption multilayer ND filter)
For example, when an absorption type multilayer ND filter is manufactured using the sputtering apparatus shown in FIG. 2, for example, one of the sputtering cathodes 1 a and 1 b is replaced with two sputtering cathodes by using two sputtering cathodes. A dual magnetron sputtering method is used in which the sputtering targets installed on the sputtering cathodes are alternately discharged, and an oxide dielectric film is formed by the dual magnetron sputtering method. On the other hand, a film thickness control mask 10a having an opening 11a having the shape shown in FIG. 3 is installed between another sputtering cathode 1b and the resin film F, and the DC magnetron sputtering method is performed while correcting the film thickness. Thus, a metal film is formed. By using the film thickness control mask 10a having the opening 11a having such a shape, it becomes possible to form a metal film having a thickness of several nanometers continuously and constantly while maintaining the film thickness uniformity. . In addition, about the shape of the opening part 11, the film | membrane which has the opening part shape from which the film-forming test of arbitrary number of times is performed beforehand using the film thickness control mask from which an opening part shape differs, and desired film thickness uniformity is obtained. The optimization can be achieved by selecting the thickness control mask 10a.

(グラデーションNDフィルタの製造方法)
本発明は、光学部品用薄膜である、グラデーションNDフィルタ(薄膜の一定方向に対して徐々に透過率が変化するように設計されたNDフィルタ)の製造に対しても好適に適用することができる。このグラデーションNDフィルタは、薄膜の一定方向に対し徐々に透過率が変化するように設計され、具体的には、基板上に成膜される金属膜の膜厚を徐々に変化(面内膜厚傾斜)させることにより作製される。
(Manufacturing method of gradation ND filter)
The present invention can also be suitably applied to the production of a gradation ND filter (an ND filter designed so that the transmittance gradually changes in a certain direction of the thin film), which is a thin film for optical components. . This gradation ND filter is designed so that the transmittance gradually changes in a certain direction of the thin film. Specifically, the film thickness of the metal film formed on the substrate is gradually changed (in-plane film thickness). (Tilt).

本例の場合も、図2に示すスパッタリング装置を用いるが、この面内膜厚傾斜する構造は、図4(A)に示す三角形状の開口部11bを複数備える膜厚制御マスク10bを、金属膜を形成するためのターゲット2bと樹脂フィルムFの間に設置しながら成膜することによって、図4(B)に示す成膜パターンを備えた金属膜を形成することが可能となる。   In this example as well, the sputtering apparatus shown in FIG. 2 is used, but this in-plane thickness-inclined structure uses a film thickness control mask 10b having a plurality of triangular openings 11b shown in FIG. By forming the film while being placed between the target 2b for forming the film and the resin film F, a metal film having the film formation pattern shown in FIG. 4B can be formed.

グラデーションNDフィルタは、吸収型多層膜NDフィルタの製造方法を適用して、たとえば、酸化物誘電体膜を形成し、この酸化物誘電体膜の上に、金属膜を面内膜厚傾斜させて形成し、さらにその上に、酸化物誘電体膜、面内膜厚傾斜した金属膜と、酸化物誘電体膜を順次形成することにより、形成される。   For the gradation ND filter, for example, an oxide dielectric film is formed by applying an absorption multilayer ND filter manufacturing method, and a metal film is inclined in the in-plane thickness on the oxide dielectric film. In addition, an oxide dielectric film, a metal film having an in-plane thickness gradient, and an oxide dielectric film are sequentially formed thereon.

このような膜厚制御マスク10、10a、10bを備えた本例のスパッタリング装置を使用することにより、膜厚制御マスク10、10a、10bを構成する材料の線膨張率がきわめて低いため、長時間にわたる成膜を行った場合でも、熱による膜厚制御マスク10、10a、10bの変形ならびにこの変形に起因する膜厚制御マスク10、10a、10bの開口部11a、11bの形状が変化してしまうことが抑制される。   By using the sputtering apparatus of this example provided with such film thickness control masks 10, 10a, and 10b, the linear expansion coefficient of the material constituting the film thickness control masks 10, 10a, and 10b is extremely low. Even when film formation is performed over a wide range, the deformation of the film thickness control masks 10, 10a, 10b due to heat and the shapes of the openings 11a, 11b of the film thickness control masks 10, 10a, 10b due to this deformation change. It is suppressed.

(基板)
いずれの態様でも、基板としての長尺の樹脂フィルムFを、巻出ロール4から巻出し、ガイドロール7や冷却ドラム5で搬送して巻取ロール6に巻取りながら、スパッタリングを行い、樹脂フィルムF上に薄膜を成膜する。樹脂フィルムを構成する材質は特に限定されないが、透明であるものが好ましく、量産性を考慮した場合、乾式のスパッタリングロールコータで成膜が可能なフレキシブル基板であることが好ましい。フレキシブル基板は、従来のガラス基板などに比べて廉価、軽量、変形性に富むといった点において優れている。また、プレス切断加工にも適している。
(substrate)
In any embodiment, the long resin film F as a substrate is unwound from the unwinding roll 4, transported by the guide roll 7 or the cooling drum 5, and sputtered while being wound around the winding roll 6. A thin film is formed on F. Although the material which comprises a resin film is not specifically limited, What is transparent is preferable, When considering mass productivity, it is preferable that it is a flexible substrate which can be formed into a film with a dry-type sputtering roll coater. A flexible substrate is superior in that it is cheaper, lighter, and more deformable than a conventional glass substrate. It is also suitable for press cutting.

樹脂フィルムFの具体例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリアリレート(PAR)、ポリカーボネート(PC)、ポリオレフィン(PO)、およびノルボルネンの樹脂材料から選択された樹脂フィルムの単体、あるいは、上記樹脂材料から選択された樹脂フィルム単体とこの単体の片面または両面を覆うアクリル系有機膜との複合体が挙げられる。特に、ノルボルネン樹脂材料については、代表的なものとして、日本ゼオン株式会社製のゼオノア(登録商標)やJSR株式会社製のアートン(登録商標)などを挙げることができる。   Specific examples of the resin film F include resin films selected from polyethylene terephthalate (PET), polyether sulfone (PES), polyarylate (PAR), polycarbonate (PC), polyolefin (PO), and norbornene resin materials. Examples thereof include a single body or a composite of a single resin film selected from the above resin materials and an acrylic organic film covering one or both sides of the single body. In particular, as for norbornene resin materials, representative examples include ZEONOR (registered trademark) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. and ARTON (registered trademark) manufactured by JSR Corporation.

(金属膜)
酸化物誘電体膜と金属膜を交互に積層させてなる積層膜からなる吸収型多層膜NDフィルタにおいては、金属膜は、吸収膜として機能する。このような吸収膜となる金属膜を成膜するためのターゲットとしては、主として、ニッケル(Ni)合金が用いられる。ニッケル単体もしくはニッケル合金は、吸収膜に適用された場合でも、比較的酸化されがたく、吸収膜の消衰係数を低下させることがないためである。ただし、純ニッケル材料は、強磁性体であるため、成膜初期は漏洩磁界が弱く、プラズマを集中させて効率よく成膜させることが困難であり、また、成膜の進行にしたがって、漏洩磁界が変化するため、成膜速度が変化してしまい、長時間連続して成膜する場合の膜厚制御が難しいという問題がある。このため、ニッケル単体に代替して、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、バナジウム(V)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、ケイ素(Si)から選択された1種以上の元素が添加されたニッケル合金からなるターゲットを使用することが好ましい。それぞれの添加量は、ニッケルの強磁性特性を弱める観点と多量の金属間化合物が形成されてしまうことを防止する観点から適宜決定される。
(Metal film)
In an absorptive multilayer ND filter composed of a laminated film in which an oxide dielectric film and a metal film are alternately laminated, the metal film functions as an absorbing film. A nickel (Ni) alloy is mainly used as a target for forming such a metal film serving as an absorption film. This is because nickel alone or a nickel alloy is relatively hardly oxidized even when applied to an absorption film, and does not lower the extinction coefficient of the absorption film. However, since pure nickel material is a ferromagnetic material, the leakage magnetic field is weak at the initial stage of film formation, and it is difficult to concentrate the plasma efficiently and to form the film efficiently. Therefore, there is a problem that the film forming speed is changed and it is difficult to control the film thickness when the film is continuously formed for a long time. Therefore, one or more elements selected from titanium (Ti), aluminum (Al), vanadium (V), tungsten (W), tantalum (Ta), and silicon (Si) are added instead of nickel alone. It is preferable to use a target made of a nickel alloy. Each addition amount is appropriately determined from the viewpoint of weakening the ferromagnetic properties of nickel and preventing the formation of a large amount of intermetallic compounds.

積層膜中の各金属膜の膜厚は、3nm〜20nmであることが好ましい。金属膜の膜厚が3nm未満であると、金属膜層が薄くなりすぎて、金属膜層の内部での酸化が進行するおそれがある。一方、20nmを超えると、分光透過率が低下してしまうおそれがある。   The thickness of each metal film in the laminated film is preferably 3 nm to 20 nm. If the thickness of the metal film is less than 3 nm, the metal film layer becomes too thin and oxidation inside the metal film layer may proceed. On the other hand, if it exceeds 20 nm, the spectral transmittance may be reduced.

(誘電体膜)
吸収型多層膜の誘電体膜としては、従来と同様に、二酸化ケイ素(SiO)系の膜を適用することが可能である。この場合、ターゲットとして、ケイ素、炭化ケイ素(SiC)、あるいは、ケイ素を主成分とする成膜材料を用いることができる。このようなターゲットを用いて、波長550nmにおける消衰係数が0.005〜0.05のSiO(1.5<x<2)膜を得ることが好ましい。この膜は、高温高湿環境下でも隣接する金属膜を酸化させる作用が弱いためである。その他、誘電体膜としては、フッ化マグネシウム(MgF)膜、アルミナ(Al)膜も適用可能である。
(Dielectric film)
As the dielectric film of the absorption multilayer film, a silicon dioxide (SiO 2 ) film can be applied as in the conventional case. In this case, silicon, silicon carbide (SiC), or a film forming material containing silicon as a main component can be used as a target. Using such a target, it is preferable to obtain a SiO x (1.5 <x <2) film having an extinction coefficient of 0.005 to 0.05 at a wavelength of 550 nm. This is because this film is weak in oxidizing an adjacent metal film even in a high temperature and high humidity environment. In addition, as the dielectric film, a magnesium fluoride (MgF 2 ) film or an alumina (Al 2 O 3 ) film can also be applied.

積層膜中の各誘電体膜の膜厚は、3nm〜150nmであることが好ましい。誘電体膜の膜厚が3nm未満であると、光学薄膜として十分機能せず、かつ、膜厚の制御が困難となる。一方、150nmを超えると、波長550nmにおける消衰係数を制御するという機能をさらに向上させることはできず、生産効率が低下する。   The thickness of each dielectric film in the laminated film is preferably 3 nm to 150 nm. If the film thickness of the dielectric film is less than 3 nm, it does not function sufficiently as an optical thin film, and it becomes difficult to control the film thickness. On the other hand, if it exceeds 150 nm, the function of controlling the extinction coefficient at a wavelength of 550 nm cannot be further improved, and the production efficiency is lowered.

(多層膜の製造)
酸化物誘電体膜と金属膜を交互に積層させてなる積層膜からなる吸収型多層膜NDフィルタを作製する場合、金属膜は、たとえば、ニッケル合金ターゲットを用いてArガスを導入しながら、直流マグネトロンスパッタリングにより成膜する。この際に、用途および成膜される薄膜の性状に応じて、膜厚制御マスク10、10a、10bを選択的に適用する。
(Manufacture of multilayer films)
When an absorption multilayer ND filter composed of a laminated film in which an oxide dielectric film and a metal film are alternately laminated is manufactured, for example, the metal film is formed by direct current while introducing Ar gas using a nickel alloy target. The film is formed by magnetron sputtering. At this time, the film thickness control masks 10, 10a, 10b are selectively applied according to the use and the properties of the thin film to be formed.

一方、SiO層は、上記したSi系ターゲットから適宜選択したターゲットを用いてArガスを導入しながらデュアルマグネトロンスパッタリングを行い、さらに酸化物に組成および構造を変化させるために酸素を導入して成膜する。なお、デュアルマグネトロンスパッタリング法は、絶縁膜を高速成膜するために2つのターゲットに中周波(40kHz)パルスを交互に印加してアーキングの発生を抑制し、ターゲット表面の絶縁層の形成を防ぐスパッタリング方法である。これらを適切な手順で行うことにより、酸化物誘電体膜と金属膜を交互に積層させた吸収型多層膜を形成することができる。 On the other hand, the SiO 2 layer is formed by performing dual magnetron sputtering while introducing Ar gas using a target appropriately selected from the Si-based targets described above, and further introducing oxygen to change the composition and structure of the oxide. Film. In the dual magnetron sputtering method, sputtering is performed to suppress the occurrence of arcing by alternately applying medium frequency (40 kHz) pulses to two targets in order to form an insulating film at high speed, thereby preventing the formation of an insulating layer on the target surface. Is the method. By performing these in an appropriate procedure, an absorption multilayer film in which oxide dielectric films and metal films are alternately laminated can be formed.

より具体的には、図2に示したスパッタリング装置を用いた場合、
1)真空容器3内を1×10−4Paまで排気する、
2)樹脂フィルムFを所望の酸化物誘電体膜の膜厚が得られる搬送速度を設定した上で、正転方向に搬送する、
3)スパッタリングカソード1aにSiターゲット2aを設置し、かつ、膜厚制御マスク10を配置した状態で、Siターゲット側にArガスを導入し、同時に酸素導入を行いながら、デュアルマグネトロンスパッタリングにより、SiO膜を成膜する、
4)樹脂フィルムFを所望の金属膜の膜厚が得られる搬送速度を設定した上で、逆転方向に搬送する、
5)スパッタリングカソード1bにNi合金ターゲット2bを設置し、かつ、膜厚制御マスク10a、10bのいずれかを配置して、Ni合金ターゲット側にArガスを導入し、直流マグネトロンスパッタリングにより、金属膜を成膜する、
工程により、成膜を行う。積層膜を形成するためには、さらに2)〜5)の工程を繰り返し、最後に最表面にSiO膜を成膜する。必要に応じて、片面の成膜が完了した後、片面成膜後の樹脂フィルムFを、すでに成膜された面を内側にして巻き直し、再度巻出ロール4にセットして、樹脂フィルムFの未成膜面に同様の成膜を行う。
More specifically, when the sputtering apparatus shown in FIG. 2 is used,
1) The inside of the vacuum vessel 3 is exhausted to 1 × 10 −4 Pa.
2) The resin film F is transported in the forward rotation direction after setting a transport speed at which a desired oxide dielectric film thickness is obtained.
3) was placed in a sputtering cathode 1a a Si target 2a, and, in the state in which the film thickness control mask 10, an Ar gas was introduced to the Si target side, while introducing oxygen at the same time, the dual magnetron sputtering, SiO 2 Forming a film,
4) The resin film F is transported in the reverse direction after setting a transport speed at which a desired metal film thickness can be obtained.
5) The Ni alloy target 2b is installed on the sputtering cathode 1b, and any one of the film thickness control masks 10a and 10b is arranged, Ar gas is introduced into the Ni alloy target side, and the metal film is formed by DC magnetron sputtering. Film formation,
Film formation is performed according to the process. In order to form a laminated film, the steps 2) to 5) are further repeated, and finally a SiO 2 film is formed on the outermost surface. If necessary, after the film formation on one side is completed, the resin film F after the one-side film formation is rewound with the surface already formed on the inside, and set on the unwinding roll 4 again. The same film is formed on the non-film-formed surface.

実施例として、ロール・ツー・ロール方式による吸収型多層膜NDフィルタの作製を例示しつつ、本発明のスパッタリング装置についてさらに説明する。また、本発明の効果を明らかにするために、製造したNDフィルタの光学特性を測定することにより、製造工程中における膜厚の均一性を評価した。   As an example, the sputtering apparatus of the present invention will be further described while illustrating the production of an absorption-type multilayer ND filter by a roll-to-roll method. In order to clarify the effect of the present invention, the uniformity of the film thickness during the manufacturing process was evaluated by measuring the optical characteristics of the manufactured ND filter.

なお、以下の実施例は、本発明の一例を示すに過ぎず、本発明は、本実施例の内容に限定されることはない。   In addition, a following example shows only an example of this invention and this invention is not limited to the content of a present Example.

(実施例1)
波長400nm〜700nmにおける平均透過率が6.3%である、吸収型多層膜NDフィルタを表1に示す積層膜の構成となるように作製した。成膜には、図2と同様の構成のスパッタリングロールコータ装置(ヒラノ光音株式会社製)を用いた。金属吸収膜を成膜するためのターゲットとしてNiターゲット(住友金属鉱山株式会社製、ターゲットサイズ:600mm×125mm)を、酸化物誘電体膜であるSiO膜を成膜するためのターゲットとして、Siターゲット(住友金属鉱山株式会社製)を用いた。
Example 1
An absorptive multilayer ND filter having an average transmittance of 6.3% at a wavelength of 400 nm to 700 nm was prepared to have the laminated film configuration shown in Table 1. For film formation, a sputtering roll coater apparatus (manufactured by Hirano Kotone Co., Ltd.) having the same configuration as that of FIG. 2 was used. A Ni target (manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd., target size: 600 mm × 125 mm) is used as a target for forming a metal absorption film, and a Si target is used as a target for forming a SiO 2 film as an oxide dielectric film. A target (manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.) was used.

金属吸収膜(Ni膜)を、Arガスを導入しながら直流マグネトロンスパッタリングで成膜し、SiO膜を、Arガスを導入しながらデュアルマグネトロンスパッタリングを行い、同時に酸素を導入して、SiO膜を成膜した。酸素の導入量は、インピーダンスモニタ(フォンアルデンヌ社製、プラズマエミッションモニタ)により制御した。 Metal absorbing film (Ni film), while introducing Ar gas deposited by DC magnetron sputtering, a SiO 2 film performs the dual magnetron sputtering while introducing Ar gas, by introducing oxygen at the same time, the SiO 2 film Was deposited. The amount of oxygen introduced was controlled by an impedance monitor (Phon Ardennes, plasma emission monitor).

さらに、Niターゲットの直上に、図3に示す膜厚制御マスク(合金組成:63.5%Fe−36.5Ni、サイズ:800mm×500mm×1mm)を配置し、金属吸収膜の膜厚を制御することにより、NDフィルタの濃度分布を調整した。また、基板を構成する樹脂フィルムには、厚さ100μm、幅300mm、長さ90mのPETフィルムを用いた。なお、このPETフィルムに対して成膜工程の前処理として、吸収型多層膜の密着力を高めるために真空中でプラズマ処理をあらかじめ施した。   Further, a film thickness control mask (alloy composition: 63.5% Fe-36.5Ni, size: 800 mm × 500 mm × 1 mm) shown in FIG. 3 is arranged immediately above the Ni target to control the film thickness of the metal absorption film. As a result, the density distribution of the ND filter was adjusted. Further, a PET film having a thickness of 100 μm, a width of 300 mm, and a length of 90 m was used as the resin film constituting the substrate. In addition, as a pretreatment of the film forming process, the PET film was preliminarily subjected to plasma treatment in a vacuum in order to increase the adhesion of the absorption multilayer film.

以下の手順で、上記の吸収型多層膜の成膜を行った。
1)真空容器3内を1×10−4Paまで排気した。
2)樹脂フィルムを速度1.50m/minで正転方向に搬送した。
3)Siターゲット側にArガスを100sccm導入し、スパッタリング出力10kWにてデュアルマグネトロンにより成膜を行った。このとき、インピーダンスモニタにより酸素導入量を制御した(手順(7)、(11)においても同様に操作)。
4)フィルムを速度0.94m/minで逆転方向に搬送した。
5)Niターゲット側にArガスを100sccm導入し、スパッタリング出力1kWにて直流マグネトロンスパッタリングにより成膜を行った。
6)フィルムを速度0.43m/minで正転方向に搬送した。
7)Siターゲット側にArガスを100sccm導入し、スパッタリング出力10kWにて成膜を行った。
8)フィルムを速度0.94m/minで逆転方向に搬送した。
9)Niターゲット側にArガスを100sccm導入し、スパッタリング出力1kWにて成膜を行った。
10)フィルムを速度0.46m/minで正転方向に搬送した。
11)Siターゲット側にArガスを100sccm導入し、スパッタ出力10kWにて成膜を行った。
12)片面の多層膜の成膜が完了したフィルムを取り出してフィルムを巻き直し、裏返してセットし、1)〜11)の工程を、再度行った。
13)両面に対して多層膜の成膜が完了したフィルムを取り出して、成膜処理を完了した。
The absorption multilayer film was formed according to the following procedure.
1) The inside of the vacuum vessel 3 was evacuated to 1 × 10 −4 Pa.
2) The resin film was conveyed in the forward rotation direction at a speed of 1.50 m / min.
3) Ar gas was introduced at 100 sccm to the Si target side, and film formation was performed by a dual magnetron with a sputtering output of 10 kW. At this time, the oxygen introduction amount was controlled by an impedance monitor (the same operation was performed in steps (7) and (11)).
4) The film was conveyed in the reverse direction at a speed of 0.94 m / min.
5) Ar gas was introduced at 100 sccm on the Ni target side, and film formation was performed by direct current magnetron sputtering at a sputtering output of 1 kW.
6) The film was conveyed in the forward direction at a speed of 0.43 m / min.
7) Ar gas was introduced at 100 sccm to the Si target side, and film formation was performed at a sputtering output of 10 kW.
8) The film was conveyed in the reverse direction at a speed of 0.94 m / min.
9) Ar gas was introduced at 100 sccm on the Ni target side, and film formation was performed at a sputtering output of 1 kW.
10) The film was conveyed in the forward direction at a speed of 0.46 m / min.
11) Ar gas was introduced at 100 sccm on the Si target side, and film formation was performed at a sputtering output of 10 kW.
12) The film on which the formation of the multilayer film on one side was completed was taken out, rewound, set upside down, and steps 1) to 11) were performed again.
13) The film in which the multilayer film was completely formed on both sides was taken out, and the film formation process was completed.

得られたNDフィルタの分光透過特性は、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光株式会社製、V570)を用いて測定した。この平均透過率6.3%の吸収型多層膜NDフィルタの分光透過率を図5に示す。   The spectral transmission characteristics of the obtained ND filter were measured using an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, V570). FIG. 5 shows the spectral transmittance of the absorption multilayer ND filter having an average transmittance of 6.3%.

また、長時間成膜時における膜厚均一性の評価指標として、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光株式会社製、V570)を用いて、Si膜の膜厚に敏感である、波長400nm〜700nmの間における最大反射率(%)を測定した。これは、SiO膜については、大電力により成膜を行うため、熱による膜厚制御マスクの変形と、それに伴う狙い膜厚からのずれとが顕著であり、良否の判断がしやすいためである。 In addition, as an evaluation index of film thickness uniformity during long-time film formation, an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, V570) is used, and the wavelength is 400 nm, which is sensitive to the film thickness of the Si film. The maximum reflectance (%) between ˜700 nm was measured. This is because the SiO 2 film is formed with high power, so the deformation of the film thickness control mask due to heat and the deviation from the target film thickness are conspicuous, and it is easy to judge the quality. is there.

具体的には、長時間成膜時における膜厚均一性の評価として、成膜開始時近傍の位置(PETフィルムの長さ方向で1mの位置)と、終了間際の位置(PETフィルムの長さ方向で85mの位置)とを評価対象位置とし、それぞれについて、フィルムの長手方向中心線上(フィルムの幅方向中央)の位置と、フィルムの長手方向中心線からフィルムの幅方向に両側に100mmずれた位置の、合計3点について比較した。その結果を表2に示す。   Specifically, as evaluation of film thickness uniformity during long-time film formation, a position near the start of film formation (position of 1 m in the length direction of the PET film) and a position just before the end (length of the PET film) And a position on the longitudinal center line of the film (the center in the width direction of the film) and 100 mm on both sides in the width direction of the film from the longitudinal center line of the film. A total of three points of position were compared. The results are shown in Table 2.

(実施例2)
実施例1の成膜において、膜厚制御マスクの合金組成を63%Fe−32%Ni−5%Coとなるものに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、フィルム両面に対して多層膜を成膜した。
(Example 2)
In the film formation of Example 1, except that the alloy composition of the film thickness control mask was changed to 63% Fe-32% Ni-5% Co, the same as in Example 1 with respect to both sides of the film A multilayer film was formed.

(比較例1)
実施例1の成膜において、膜厚制御マスクをアルミニウム合金からなるものに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、フィルム両面に対して多層膜を成膜した。
(Comparative Example 1)
In the film formation of Example 1, a multilayer film was formed on both sides of the film in the same manner as in Example 1 except that the film thickness control mask was changed to one made of an aluminum alloy.

(比較例2)
実施例1の成膜において、膜厚制御マスクをステンレス合金(SUS306)からなるものに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、フィルム両面に対して多層膜を成膜した。
(Comparative Example 2)
In the film formation of Example 1, multilayer films were formed on both sides of the film in the same manner as in Example 1 except that the film thickness control mask was changed to one made of stainless steel alloy (SUS306).

[評価結果]
比較例1のアルミニウム合金材の膜厚制御マスク、および比較例2のステンレス(SUS306)材の膜厚制御マスクを用いて長時間成膜処理した場合、フィルム長さ方向1m位置で2%前後に抑えられていた反射率が、フィルム長さ方向85m位置では最大5〜6%程度まで上昇していることが理解される。一方、実施例1の63.5%Fe−36.5Ni合金、および実施例2の63%Fe−32%Ni−5%Co合金の膜厚制御マスクでは、反射率は成膜初期に不可避的に生じる工程上のばらつきの範囲に留まり、フィルム長さ方向においてほとんど変化が生じない。
[Evaluation results]
When a film formation process is performed for a long time using the film thickness control mask of the aluminum alloy material of Comparative Example 1 and the film thickness control mask of the stainless steel (SUS306) material of Comparative Example 2, the film length is about 2% at 1 m position in the film length direction. It is understood that the suppressed reflectance is increased up to about 5 to 6% at the position of 85 m in the film length direction. On the other hand, in the film thickness control masks of the 63.5% Fe-36.5Ni alloy of Example 1 and the 63% Fe-32% Ni-5% Co alloy of Example 2, the reflectance is unavoidable at the initial stage of film formation. In the range of the process variation that occurs in the film, almost no change occurs in the film length direction.

よって、本発明のスパッタリング装置を使用することにより、長時間の成膜工程を継続しても、膜厚制御マスクの熱変形に起因する膜厚変動を大幅に減少させることが理解される。   Therefore, it can be understood that, by using the sputtering apparatus of the present invention, the film thickness variation due to the thermal deformation of the film thickness control mask is greatly reduced even if the film forming process is continued for a long time.

1、1a〜1c スパッタリングカソード
2、2a〜2c スパッタリングターゲット
3 真空容器
4 巻出ロール
5 冷却ドラム
6 巻取ロール
7 ガイドロール
8 仕切板
10、10a、10b 膜厚制御マスク
11a、11b 開口部
F 基板


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a-1c Sputtering cathode 2, 2a-2c Sputtering target 3 Vacuum container 4 Unwinding roll 5 Cooling drum 6 Winding roll 7 Guide roll 8 Partition plate 10, 10a, 10b Film thickness control mask 11a, 11b Opening part F board | substrate


Claims (4)

真空容器と、該真空容器内においてロール・ツー・ロール方式で基板を連続的に搬送する機構と、スパッタリングカソードと前記基板の対向面間の隙間にプラズマを発生させる機構と、前記スパッタリングカソード上に配置されたターゲットと前記基板との間に配置される膜厚制御マスクとを備え、スパッタリング法により薄膜を成膜するためのスパッタリング装置であって
前記膜厚制御マスクが、34質量%〜37質量%のニッケルと、0〜10質量%のコバルトとを含有する鉄合金により構成されていることを特徴とする、スパッタリング装置。
A vacuum vessel, a mechanism for continuously transporting the substrate in a roll-to-roll manner in the vacuum vessel, a mechanism for generating plasma in a gap between the facing surface of the sputtering cathode and the substrate, and the sputtering cathode A sputtering apparatus for forming a thin film by a sputtering method, comprising a film thickness control mask disposed between the disposed target and the substrate, wherein the film thickness control mask is 34 mass% to 37 mass%. % Of nickel and an iron alloy containing 0 to 10% by mass of cobalt.
スパッタリング装置を用い、真空容器内にガスを供給しつつ該真空容器から排気を行い、該真空容器内を所定の圧力に制御し、ロール・ツー・ロール方式で基板を連続的に搬送し、スパッタリングカソードと該基板の間に高周波電力あるいは直流電力を印加し、該スパッタリングカソード上に配置されたターゲットと前記基板の対向面間の隙間にプラズマを発生させ、該基板上に薄膜を形成する工程を備える薄膜の製造方法であって、
前記スパッタリング装置が請求項1に記載のスパッタリング装置であり、かつ、誘電体材料と金属材料とから選択される、2種以上のターゲットを配置し、誘電体膜と金属膜とから選択される、2種以上の薄膜が積層された積層膜を基板上に形成することを特徴とする薄膜の製造方法。
Using a sputtering device, gas is exhausted from the vacuum vessel while supplying gas into the vacuum vessel, the inside of the vacuum vessel is controlled to a predetermined pressure, and the substrate is continuously conveyed by a roll-to-roll method, and sputtering is performed. Forming a thin film on the substrate by applying high-frequency power or direct current power between the cathode and the substrate, generating plasma in a gap between the target disposed on the sputtering cathode and the facing surface of the substrate; A method for producing a thin film comprising:
The sputtering apparatus is the sputtering apparatus according to claim 1, and two or more kinds of targets selected from a dielectric material and a metal material are arranged, and selected from a dielectric film and a metal film. A method for producing a thin film, comprising forming a laminated film in which two or more kinds of thin films are laminated on a substrate.
前記積層膜を構成する少なくとも1種以上の薄膜が面内膜厚傾斜をしている、請求項2に記載の薄膜の製造方法。   The manufacturing method of the thin film of Claim 2 with which the at least 1 sort (s) or more of thin film which comprises the said laminated film has the in-plane film thickness inclination. 前記誘電体材料が酸化シリコンであり、かつ、前記金属材料がニッケル合金であって、酸化シリコン薄膜とニッケル合金薄膜を交互に積層してなる積層膜を形成する、請求項2に記載の薄膜の製造方法。
3. The thin film according to claim 2, wherein the dielectric material is silicon oxide, and the metal material is a nickel alloy, and a laminated film is formed by alternately laminating a silicon oxide thin film and a nickel alloy thin film. Production method.
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