JP5620352B2

JP5620352B2 - 成膜方法

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Publication number: JP5620352B2
Application number: JP2011198043A
Authority: JP
Inventors: 西田　正三; 正三西田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2031-09-12
Also published as: US9109282B2; JP2013060612A; KR20130028864A; KR101530416B1; CN102994955A; US20130062194A1

Description

本発明は、樹脂製の基板のような成膜用ワークを真空チャンバーあるいは成膜室に搬入し、そして搬入したワークの所定面に薄膜を形成する成膜方法に関するものである。

成膜用ワークの表面の一部に数μｍオーダの薄膜を有する製品として、例えば自動車に装備されるフロントランプを挙げることがきる。このフロントランプは蒸着装置あるいは成膜装置により製造されるが、成膜装置は磁気デイスクの生成、ＣＤ／ＤＶＤの記録面の金属膜の生成、液晶表示装置の透明電極の生成、光触媒膜の生成にも適用されている。このような薄膜を有する製品は、射出成形により基板が成形され、そして不必要な箇所をマスキングなどして専用の成膜室にセットされ、次いで後述するような成膜要素により薄膜が形成されている。また、基板上の有機発光層を保護する保護膜も同様な成膜装置により形成されている。

このような基板の表面に薄膜を形成する蒸着方法あるいは成膜方法は、従来周知で、例えば成膜用ワークである基板の表面とターゲット材料とを対向させておき、数Ｐａ〜数１０Ｐa程度のアルゴンガス雰囲気中でターゲット材料に数ｋVの負の電圧を印加し、そして放電させて薄膜を形成するスパッタリング方法、真空室中で電子銃から発生する電子ビームをターゲット材料に照射して、加熱蒸発させ、ワークの表面に成膜する電子ビーム蒸着方法、基板に数ｋVの負の電圧を印加し数Pａのアルゴンガスの圧力下で真空蒸着するイオンプレーティング方法、プラズマ成膜方法等が知られ、また化学蒸着法も知られている。このような成膜方法に使用されるターゲット材料としては酸化物、窒化物、炭化物などの化合物ターゲットが知られ、金属ターゲット、パウダーターゲット等も知られている。

特開２００８−２２１５７５号公報特開平１１−８０９２７号公報

特許文献１には、固定側型と移動金型とにより成形される一対の半中空体の一方の半中空体の内表面すなわち成膜用ワークの表面を、固定側金型に残した状態で、ターゲット電極、基板電極、真空吸引管等の蒸着要素が設けられている蒸着用チャンバーで覆って、固定側金型内で蒸着する成膜装置が示されている。特許文献２には、成膜室の要部がマスキング機能を兼ねたアースシールド材で覆われた成膜装置が示されている。

特許文献１に示されている蒸着装置によると、ワークを金型から取り出すことなく、蒸着用チャンバーを使用して金型内で蒸着できるので、蒸着する表面が手あか、塵埃等により汚染されることはなく、蒸着状態の良好な高品質の薄膜を有する製品を得ることができるという効果が得られる。また、金型内に残っている状態で金型内で蒸着するので、半中空体の在庫管理が不要となる。さらには、蒸着装置を準備するだけで、特別な金型を使用することなく、安価に自動成形もできる効果も得られる。
しかしながら、改良すべき点も認められる。例えば、金型でワークを成形するタイミングと、蒸着用チャンバーを使用して蒸着するタイミングはずれるので、タイミングを合わせるために待ち時間が生じ、効率的に製造できない。また、蒸着用チャンバーの開口部を、金型のパーティング面に密着させて、内部に真空室を形成しなければならないのでシールの問題もある。すなわち、真空度は製品の品質に影響を及ぼすので、高シール性が要求されるが、蒸着用チャンバーの開口部と、金型のパーティング面は、目的に沿って互いに異なる部材から、異なるように構成されているのでシールが問題となる。さらには、金型の凹部を覆う大きな蒸着チャンバーを金型間に出し入れするために金型の型開量が大きくなり、そのため蒸着用チャンバーを出し入れするロボットも大きくなるという問題もある。

以上のような理由により、金型で成形された成膜用ワークは、金型から取り出して専用の成膜装置に搬入し、そして成膜する方が望ましいともいえる。特に、ワークが平板状で、かつ成膜する部分が平面である時は、ワークを成膜室に搬入して載置するだけで、成膜する部分をターゲット材料と対面させることができるので望ましい。このような平面を成膜する成膜方法が特許文献２に示されている。
しかしながら、ターゲート材料はプラズマ粒子のような高エネルギ粒子によりスパッタされ、そしてターゲット粒子となって直進的に飛翔する傾向があるので、ターゲット材料に対面していない成膜面には付着し難い。すなわち、ターゲット材料に対して陰になる凸部、凹部等は付着し難い。成膜面が複数個の異なる面からなる時も一様に付着するとは限らない。そこで、ワークを成膜室に搬入して、陰になる部分が少なくなるように、あるいは異なる方向の成膜面がターゲット材料になるたけ対面するように、ジグなどで姿勢を正して保持する操作が必要となり、成膜動作にさらに時間がかかり、コスト高になるという問題がある。
したがって、本発明は、成膜用ワークの形状、構造に拘わらず、成膜室に搬入すると、直ちに成膜動作に入ることができる成膜方法を提供することを目的としている。

本発明によると、成膜用ワークは、一般に射出成形により成形される。この射出成形には、従来周知のように、固定側金型と可動側金型とを適用し、必要に応じて入れ駒などを使用する。また、１、２次成形により異なる種類の樹脂から成形することもできる。これらにより、複雑な形状のワークも自動的に成形できる。このようにして成膜用ワークを成形するときに、アシスト部材を成膜用ワークと一体的に成形する。

アシスト部材は、成膜用ワークを金型から取り出して成膜室内に搬入し、成膜台に載置すると、成膜用ワークの成膜面あるいは成膜部が、ターゲット材料に対面するように作用する。すなわち、アシスト部材は、成膜室内において成膜用ワークを所定量だけ傾ける、所定量だけ浮かす等の変位作用を奏してその位置に保持する。この変異・保持作用により、成膜面あるいは成膜部はターゲット材料と対面するようになる。ここでいう「対面」とは、複数個の成膜面あるいは成膜部が必ずしも直角に向き合うことを意味するものではない。ターゲット材料の方を向き、陰になる部分がなくなる、あるいは陰になる部分が小さくなるような方向に向くことを意味している。

上記のように、成膜用ワークを成膜室に搬入すると、成膜面はターゲット材料と対面するので、直ちに成膜要素を起動して成膜を開始する。成膜終了後、成膜室から取り出し、必要に応じてアシスト部材を切り離す。アシスト部材は、製品から切り離し破棄する部分でもあるので、カットに適した構造に成形する。

すなわち、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、成膜用ワークを射出成形により成形するときに、成膜用ワークを射出成形により成形するときに、該成膜用ワークを金型から取り出して成膜装置の成膜室内に搬入して成膜台に載置すると、その成膜面あるいは成膜部がターゲット材料と対面する所定姿勢に保持するアシスト部材を成膜用ワークと一体的に成形し、前記アシスト部材が成形された成膜用ワークを前記金型から取り出して前記成膜装置の成膜室に搬入し、所定姿勢に保持された成膜用ワークに成膜するように構成される。

請求項２に記載の発明は、成膜用ワークを射出成形により成形するときに、該成膜用ワークを金型から取り出して成膜装置の成膜室内に搬入して成膜台に載置すると、その成膜面あるいは成膜部がターゲット材料と対面する所定姿勢に保持するアシスト部材を成膜用ワークと一体的に成形し、前記アシスト部材が成形された成膜用ワークを前記金型から取り出して前記成膜装置の成膜室に搬入し、所定姿勢に保持された成膜用ワークに成膜し、成膜後に前記アシスト部材を前記成膜用ワークから切り落とすように構成される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の方法において、前記アシスト部材を、前記成膜用ワークの裏面側に直接または成膜用ワークの補助部材に一体的に成形するように、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の方法において、前記アシスト部材を、断面積が狭められた部分を介して、前記成膜用ワークまたは前記補助部材に一体的に成形するように、そして請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の方法において、前記アシスト部材を、複数個の棒状部材として成形するように構成される。

以上のように、本発明によると、成膜用ワークにはアシスト部材が一体的に成形されているので、該成膜用ワークを金型から取り出して成膜室内の成膜台上に載置すると、その成膜面あるいは成膜部がターゲット材料と対面する。したがって、本発明によると、成膜用ワークの形状、構造に拘わらず、成膜室に搬入・載置すると直ちに成膜動作に入ることができ、成膜時間を短縮できるという効果が得られる。一般に、成膜用ワークの射出成形時間よりも、成膜時間が長くかかるが、長くかかる時間が短縮できるので、薄膜を有する製品の製造サイクルを短縮できるようになる。アシスト部材が製品として邪魔になるときは切り落とすが、他の発明によると、アシスト部材を断面積が絞られた部分を介して、成膜用ワークまたは補助部材に一体的に成形されているので、簡単に切り落とすことができる。また、アシスト部材を複数個の棒状部材として成形する発明によると、アシスト部材の成形材料が少量ですみ、切り落とし作業も容易になる。

本発明の実施により成膜するワークの例を示す図で、その（ア）はその斜視図、その（イ）は図（ア）において（ａ）ー（ａ）で切断した断面図、その（ウ）は図（イ）に示されているワークを傾けて示す図でターゲット粒子の飛翔方向と成膜面との関係を説明するための断面図、その（エ）は本発明の実施の形態に係るアシスト部材が一体的に成形された例を示す図で、図（イ）に相当する断面図である。本発明の実施に使用される成膜装置の例を模式的に示す断面図である。本発明の他の実施の形態に係るアシスト部材を備えたワークの要部を示す図で、その（ア）はアシスト部材が１本の例を示す断面図、その（イ）は図１の（エ）においてＸ−Ｘ方向にみた図に相当する他の実施の形態を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１により説明する。本実施の形態によると、成膜用ワークＷは、図１の（ア）、（イ）に示されているように、頂部Ａと、該頂部Ａに略直角な両側部Ｂ、Ｂとからなり、全体的には溝型鋼を切断したような形状をしている。そして、頂部Ａの裏側に比較的深い凹部Ｃを有する。凹部Ｃは、平らな頂部Ａに対して傾斜している。したがって、図１の（イ）において多数の矢印で示されているターゲット粒子は、両側部Ｂ、Ｂの成膜面Ｂ’、Ｂ’および凹部Ｃの成膜底面Ｃ’には達し難く、これらの面はターゲット粒子が付着しにくい成膜面あるいは成膜部Ｂ’、Ｂ’、Ｃ’となっている。本実施の形態は、これらの異なる成膜面Ｂ’、Ｂ’、成膜底面Ｃ’も同時に成膜しようとするものである。

上記の成膜用ワークＷは、従来周知の金型により成形することができるので、具体的な金型の例は示されていないが、従来周知の固定側金型と、該固定側金型に対して型開閉される可動側金型とにより頂部Ａと両側部Ｂ、Ｂを成形し、それと同時に金型のパーティング面側に型開閉方向に対して斜め方向に駆動可能に設けられている入れ駒等により凹部Ｃを成形する。

上記のように成膜用ワークＷを成形するときに、アシスト部材を成膜用ワークＷと一体的に成形する。本実施の形態によると成膜用ワークＷは、図１の（ウ）に示されているように水平面から所定角度だけ傾けると、ターゲット粒子はワークＷの頂部Ａの成膜面Ａ’と共に、両側の成膜面Ｂ’、Ｂ’にも凹部Ｃの成膜底面Ｃ’にも良く達するようになる。ターゲット粒子の飛翔状態が多数の矢印で示されている。したがって、本実施の形態では、図１の（エ）に示されているように、両側部Ｂ、Ｂの裏面側から外方へ所定長さだけ延在した一対の長短のアシスト部材１、２を一体的に成形する。これらのアシスト部材１、２によりワークＷは、図１の（ウ）に示されているように傾斜して支持されることになる。本実施の形態によると、長短のアシスト部材１、２は、両側部Ｂ、Ｂの裏側に、側部Ｂ、Ｂの一部として成形されるので、成形後金型から容易に抜くことができる。

成膜装置は、前述もしたように、スパッタリング成膜装置、電子ビーム蒸着装置、イオンプレーティング成膜装置等として従来周知であり、またスパッタリング方式の成膜装置も直流式、高周波式、マグネトロン式等として周知であるので、詳しい説明はしないが、図２に直流式のスパッタリング成膜装置１０が模式的に示されている。成膜室１１の下部には、平板状の成膜台（基板電極）１２が設けられ、この成膜台１２と対向してその上方にターゲット装着台（ターゲット電極）１３が設けられている。成膜室１１の外部において、成膜台１２とターゲット装着台１３とにそれぞれ接続された直流電源１５が配置されている。また、成膜室１１には、真空成膜に必要なロータリポンプなどからなる真空源１６、不活性ガスタンクあるいは炭酸ガスのような不活性ガスを製造する不活性ガス供給源１７等が接続されている。なお、成膜用ワークＷの出し入れ口は、操作しやすいように成膜室１１の前面側に設けられているが、前面扉等と共に、図には示されていない。

次に、上記実施の形態に係る成膜装置１０を使用した成膜例について説明する。前述したようにして、アシスト部材１、２付きの成膜用ワークＷを射出成形する。可動側金型を開いて成膜用ワークＷを突き出し、例えば多関節ロボットにより成膜室１１に搬入して成膜台１２に載せる。載せると、成膜用ワークＷは、図２に示されているように、一対の長短のアシスト部材１、２により成膜台１２上に傾いた状態で支持される。成膜面Ａ’、Ｂ’、Ｂ’、Ｃ’は、ターゲット材料１４と対面する。

成膜室１１の前面扉を閉める。直ちに、成膜要素を起動する。すなわち、真空源１６と、不活性ガス供給源１７とを適宜駆動して成膜室１１内を数Ｐａ〜数１０Ｐa程度の不活性ガス雰囲気にする。そして、ターゲット材料１４を予め装着していたターゲット装着台１３には負の電圧を、成膜台１２には正の電圧を印加して、放電させる。そうすると、成膜用ワークＷの頂部Ａの成膜面Ａ’と共に、両側の成膜面Ｂ’、Ｂ’と、凹部Ｃの成膜底面Ｃ’にもターゲット粒子が到達し、従来周知のようにして薄膜が形成される。なお、一方の成膜面Ｂ’は、ターゲット材料１４とは直接的には対面していないが、ターゲット粒子は成膜室１１内で乱反射もするので、この成膜面Ｂ’にも薄膜は形成される。

成膜動作が終了したら、成膜要素を停止して前面扉を開け、上記したロボットのようなハンドリング装置により取り出す。アシスト部材１、２が製品として支障を来すときは、カットして切り捨てる。以下同様にして成膜する。

上記の実施の形態によると、アシスト部材１、２は、両側部Ｂ、Ｂのそれぞれに形成されているが、１個のアシスト部材でも実施できる。その例が図３の（ア）に示されている。詳しい説明はしないが、本実施の形態によると、一方の側部Ｂは直接成膜台１２に載せられ、他方のみがアシスト部材２で保持されるようになっている。また、アシスト部材１あるいは２は、複数本でも実施できる。例えば、図３の（イ）は、図１の（エ）においてＸ−Ｘ方向にみた図に相当する側面図であるが、この側面図に示されているように、アシスト部材２を２本のアシスト棒２’、２’で実施することもできる。ワークＷの一方を２本のアシスト棒２’、２’で支持すると、ワークＷは物理的に安定するので、アシスト部材１は１本の棒で実施することもできる。このように棒状のアシスト部材で実施すると、破棄する樹脂量が減り、製品コストが下がる。

また、上記実施の形態では、アシスト部材は側部Ｂ、Ｂに一体的に成形されているが、成膜用ワークの形状により他の箇所に成形できる。さらには、成膜面の裏面に補強部材などの補助部材が成形されるときは、この補助部材に成形することになる。また、アシスト部材のカットする部分は、カットしやすいような構造、例えば断面積が狭い構造に成形することもできる。なお、本実施の形態により成膜する部分は「平面」として説明されているが、凸部、凹部等の「曲面」にも同様にして成膜できることは明らかである。

Ｗ成膜用ワークＡ’、Ｂ’，Ｃ’ 成膜面（成膜部）
１、２アシスト部材１０成膜装置
１１成膜室１２成膜台
１３ターゲット装着台１４ターゲット材料

Claims

成膜用ワークを射出成形により成形するときに、
該成膜用ワークを金型から取り出して成膜装置の成膜室内に搬入して成膜台に載置すると、その成膜面あるいは成膜部がターゲット材料と対面する所定姿勢に保持するアシスト部材を成膜用ワークと一体的に成形し、
前記アシスト部材が成形された成膜用ワークを前記金型から取り出して前記成膜装置の成膜室に搬入し、所定姿勢に保持された成膜用ワークに成膜することを特徴とする成膜方法。
成膜用ワークを射出成形により成形するときに、
該成膜用ワークを金型から取り出して成膜装置の成膜室内に搬入して成膜台に載置すると、その成膜面あるいは成膜部がターゲット材料と対面する所定姿勢に保持するアシスト部材を成膜用ワークと一体的に成形し、
前記アシスト部材が成形された成膜用ワークを前記金型から取り出して前記成膜装置の成膜室に搬入し、所定姿勢に保持された成膜用ワークに成膜し、成膜後に前記アシスト部材を前記成膜用ワークから切り落とすことを特徴とする成膜方法。
請求項１または２に記載の方法において、前記アシスト部材を、前記成膜用ワークの裏面側に直接または成膜用ワークの補助部材に一体的に成形する成膜方法。
請求項３に記載の方法において、前記アシスト部材を、断面積が狭められた部分を介して、前記成膜用ワークまたは前記補助部材に一体的に成形する成膜方法。
請求項１〜４のいずれかの項に記載の方法において、前記アシスト部材を、複数個の棒状部材として成形する成膜方法。