JPH07207436A

JPH07207436A - スパッタリング装置

Info

Publication number: JPH07207436A
Application number: JP572094A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kitamura; 真北村; Tomoshige Tsutao; 友重蔦尾; Takeshi Uehara; 剛上原
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1994-01-24
Filing date: 1994-01-24
Publication date: 1995-08-08

Abstract

(57)【要約】【目的】基材上に、透明性を有し、優れた撥水性と耐擦
傷性とが同時に付与された複合膜を形成することが可能
なスパッタリング装置を提供する。【構成】真空槽１内上部には回転可能なスパッターテー
ブル５が設けられて基材Ｃが取り付け可能とされ、真空
槽１内下部には二つ以上のターゲット取付具１３，１４
がスパッターテーブル５と対向するように配置され、各
ターゲットに電力を投入してスパッタリングを行う装置
であって、各ターゲット取付具の間には、真空槽内底面
１２より上方に向けて拡散防止具１１が形成され、拡散
防止具１１の上端部がスパッターテーブル５よりも低く
なるように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基材上に撥水性や耐擦
傷性に優れた複合膜を形成するために使用されるスパッ
タリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックやガラス等の基材上に、撥
水性の高い被膜を形成する方法としては、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレン樹脂（以下ＰＴＦＥという）を
はじめとする含フッ素系樹脂をターゲット材として真空
蒸着やスパッタリングを行う方法が開示されている（特
開昭５６−９８４７５号公報、特開昭５６−９８４６９
号公報）。しかしながら、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂は
撥水性に優れる反面、耐擦傷性に問題があるため、耐擦
傷性（ハードコート）の被膜として使用することは困難
であった。

【０００３】この問題点を解決するために、フッ素系樹
脂と金属酸化物の複合膜をプラスチック基材上に設ける
方法が開示されている（特開平３−１５３８５９号公
報）。この方法は、ＳｉＯ₂ターゲットをＰＴＦＥで部
分的に被覆した複合ターゲットを用い、高周波出力５０
Ｗで１０分間、高周波スパッタリングを行うことによ
り、膜厚５００ÅのＳｉＯ₂−ＰＴＦＥ系の複合膜をプ
ラスチック基材上に形成する方法である。

【０００４】しかしながら、上記ＳｉＯ₂−ＰＴＦＥ系
の複合膜は耐擦傷性が向上する反面、フッ素系樹脂に比
べて撥水性の低下が著しく、優れた撥水性と耐擦傷性を
同時に付与することは困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点に
鑑みてなされたものであり、その目的は、基材上に、透
明性を有し、優れた撥水性と耐擦傷性とが同時に付与さ
れた複合膜を形成することが可能なスパッタリング装置
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のスパッタリング
装置は、真空槽上部にスパッターテーブルが取付けら
れ、真空槽内下部には二つ以上のターゲット取付具がス
パッターテーブルと対向するように配置され、各ターゲ
ット取付具の間には、真空槽内底面より上方に向けて拡
散防止具が形成されている。

【０００７】上記金属酸化物としては、例えば、ＳｉＯ
₂、ＳｉＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ｍｇ
Ｏ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＷＯ₃、Ｔｉ
Ｏ₂、ＣａＯ等が挙げられ、これらは単独で使用されて
もよく、２種以上が併用されてもよい。上記金属酸化物
の中で、特にＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂がより好
ましい。

【０００８】上記フッ素系樹脂としては、例えば、ポリ
テトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥという）、テト
ラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合
体（以下ＦＥＰという）、ポリクロロトリフルオロエチ
レン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポ
リビニルフルオライド、ポリビニリデンフルオライド、
テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニル
エーテル共重合体等が挙げられるが、特にＰＴＦＥ、Ｆ
ＥＰが好ましい。

【０００９】上記基材としては、ガラス、プラスチッ
ク、金属、セラミックス等が挙げられるが、特に、透明
性等に優れたガラス、プラスチック（ハードコート処理
された）が好ましい。

【００１０】本発明のスパッタリング装置としては、多
元同時スパッタリング装置が用いられる。以下、多元同
時スパッタリング装置につき、図１に示された概要図に
基づいて説明する。図中１は真空槽を示し、真空槽１は
油回転ポンプとクライオポンプとを組み合わせた排気装
置（図示せず）により、所定の圧力（具体的には、１×
１０^-5Ｔｏｒｒ以下）に排気される。上記真空槽１内の
下部には二つのターゲット取付具１３，１４が取り付け
られたものを使用し、この取付具１３及び１４にターゲ
ットＡ及びＢがそれぞれ取り付けられる。これらのター
ゲットのうちの一方が金属酸化物であり、もう一方がフ
ッ素系樹脂である。

【００１１】上記ターゲットＡ及びＢは、それぞれ別々
のマッチングボックス２、高周波電源３に接続されてお
り、Ａ、Ｂはそれぞれ異なった高周波電源でスパッリン
グすることができる。また、ターゲットＢについては、
直流電源４への切替えが可能であり、直流電源４による
スパッタリングも行うことができる。金属酸化物として
導電材料を用いる場合は金属ターゲットをＢとし、直流
電源４によるスパッタリングを行ってもよい。また、上
記スパッタリング装置は、二つのターゲットＡ及びＢへ
の投入電力を個別に制御することにより、基材上へ積層
する複合膜の組成を制御することができる。

【００１２】上記真空槽１内の上部の、ターゲットＡ及
びＢと対向する位置に、複合膜を設ける基材Ｃを取り付
けるためのスパッターテーブル５が配置されている。こ
のスパッターテーブル５はモーター６によって、スパッ
ターテーブル５の中心１０を回転軸として、一定の回転
速度で回転可能となされている。上記基材Ｃとターゲッ
トＡ及びＢとの間には、シャッター７が設けられる。

【００１３】上記真空槽１内には、図１及び図２に示す
ように、底面１２から上方に向けて拡散防止具１１が形
成され、拡散防止具１１の上端部が基材Ｃよりも低くな
るように配置される。この拡散防止具１１は、図６〜８
に示すように、ターゲットＡのスパッタリングによって
生じるスパッター粒子と、ターゲットＢのスパッタリン
グによって生じるスパッター粒子との間の化学反応を妨
げるために設けられる。このようなスパッター粒子同士
の化学反応によって、得られた複合膜は組成欠損の多い
ものとなり、撥水性や耐擦傷性の低下が起こったり、着
色したものとなるので好ましくない。

【００１４】上記拡散防止具１１の形状については特に
限定されず、図２〜図５に示すように、例えば板状であ
ってもよく円筒状であってもよい。また、上記拡散防止
具１１の材質としては、特に限定されないが、金属、セ
ラミックス、耐熱性プラスチックス等が好ましい。

【００１５】上記ターゲットＡ及びＢは、スパッターテ
ーブル５の回転軸１０から等距離となるように配置する
のが好ましい。また、基材Ｃの回転数については、基材
Ｃが１回転する毎に、各ターゲットＡ及びＢのスパッタ
ーによって成膜される膜厚が１０Å以下となるように設
定するのが好ましい。

【００１６】即ち、一定の条件下（基板間距離、投入電
力、ガス圧力）で、ターゲットＡ及びＢのうち大きい方
の成膜速度をＸ（Å／ｍｉｎ）、基材Ｃの回転速度をＲ
（回転／ｍｉｎ）とすると、Ｘ／Ｒ≦１０（Å／回転）
なる条件を満たす範囲でスパッタリングするのが好まし
い。Ｘ／Ｒが上記範囲を超えると、得られる被膜が複合
膜とならず積層体となる確率が高くなり、撥水性と耐擦
傷性を同時に付与することが難しくなる。スパッタリン
グによる成膜の場合、成膜速度が１０００（Å／ｍｉ
ｎ）を超えることは稀であり、Ｒ（回転速度）を１００
（回転／ｍｉｎ）以下とすることにより、殆どの場合に
おいて上記の条件を満足することができる。

【００１７】上記図１に示した多元同時スパッタリング
装置を使用して実際にスパッタリングを行うには、ま
ず、ターゲットＡにフッ素系樹脂（例えばＰＴＦＥ）
を、ターゲットＢに金属酸化物（例えばＳｉＯ₂）をそ
れぞれ取り付け、さらにスパッターテーブル５に基材Ｃ
（例えばガラス板）を取り付けた後、モーター６によっ
て１０〜１０００ｒｐｍの回転速度で回転させる。尚、
この時点では、シャッター７は閉じた状態にして置く。

【００１８】次に、排気装置（図示せず）によって、真
空槽１内を１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下）に排気した後、ガ
ス導入バルブ８を開くことによって、アルゴンガス等の
不活性ガスを真空槽１内に導入する。真空槽１内の圧力
は不活性ガスの導入量をマスコントローラー９により調
節することによって制御し、成膜時の真空槽１内圧力は
１×１０^-3〜１×１０^-1Ｔｏｒｒの範囲が好ましい。そ
の理由は、真空槽１内圧力がこの範囲を超えると放電が
不安定となるために、連続的な成膜が困難となるからで
ある。

【００１９】続いて、ターゲットＡ及びＢに、それぞれ
独立した電源により高周波電力（Ｂに導電材料を用いる
場合は直流電力でもよい）を投入して放電を行わせ、タ
ーゲットＡ及びＢへの投入電力を各々所定の電力値に設
定した後、シャッター７を開け、ターゲットＡ、Ｂをス
パッタリングすることにより、基材Ｃ上への成膜を開始
する。

【００２０】成膜開始後、ターゲットＡ、Ｂへの投入電
力をそれぞれ一定に保つことにより、基材Ｃ上に金属酸
化物とフッ素系樹脂の割合が膜厚方向に一定した複合膜
が形成される。各ターゲットへの投入電力を制御するこ
とにより、フッ素系樹脂と金属酸化物の成膜速度を制御
し、複合膜中のフッ素系樹脂及び金属酸化物の含有量を
制御することができる。従って、ターゲットＡ、Ｂへの
投入電力については、用途に応じて、撥水性及び耐擦傷
性のいずれを重視するかにより、適宜決定すればよい。
即ち、撥水性をより重視する場合は、フッ素系樹脂ター
ゲットへの投入電力を金属酸化物ターゲットより高めれ
ばよい。

【００２１】上記複合膜の膜厚は、１００Å以上であれ
ば十分な撥水性を発揮し、耐擦傷性については基材がガ
ラス等の比較的硬い材料の場合は、１００Å以上あれば
十分な性能を発揮する。しかし、基材がプラスチックな
どの比較的硬度の低い材料の場合は、耐擦傷性は基材の
影響を受け易く、その影響を受けないためには膜厚１０
００Å以上の複合膜を設けるか、基材上に１〜３μｍの
ハードコート層を設けた後、膜厚１００Å以上の複合膜
を設けるのが好ましい。

【００２２】

【作用】本発明のスパッタリング装置は、真空槽内に設
けられた拡散防止具によって、ターゲットＡ及びＢから
生じたスパッタ粒子の拡散が妨げられ、スパッタ粒子同
士の化学反応が抑制されるため、複合膜中の組成欠損が
減少し、撥水性及び耐擦傷性の低下を防止することがで
きる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。（実施例１〜３）図１に示した多元同時スパッタリング
装置（芝浦製作所製「CFS-8EP-55」）を使用し、基材Ｃ
としてスライドガラス（マツナミ社製「Ｓ１１１１」、
サイズ８０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍ）を使用した。上記
真空槽（直径４５０ｍｍの円筒形）１内において、基材
Ｃをスパッタテーブル５に取り付け、ターゲットＡ及び
Ｂをターゲット取付具１３，１４にそれぞれ取り付け、
基材ＣとターゲットＡ及びＢ（いずれも直径１２５ｍ
ｍ）との間の距離、即ち基板間距離が１４０ｍｍとなる
ように調節した。さらに、真空槽１内には図４及び図５
に示すような円筒状のステンレス製拡散防止具（内径１
５０ｍｍ、高さ１１５ｍｍ）１１を、その上端部が基材
Ｃより２５ｍｍ低くなるように配置した。上記スパッタ
テーブル５は円板の中心を回転軸１０として回転可能と
なされており、ターゲットＡにはＰＴＦＥ（淀川化成社
製）、ターゲットＢにはＳｉＯ₂をそれぞれ使用した。

【００２４】この後、真空槽１内を１×１０^-5Ｔｏｒｒ
にまで真空排気した後、ガス導入バルブ８を開きスパッ
ターガスとしてＡｒガスをマスフローコントローラー９
を用いて真空槽１内に４５ＳＣＣＭ導入し、真空槽１内
圧力を５×１０^-3Ｔｏｒｒとした。次いで、スパッター
テーブル５をモーター６によって回転させながら、ター
ゲットＡ及びＢに発振周波数１３．５６ＭＨｚの高周波
電力を投入して放電を行わせ、続いてシャッター７を開
けることにより成膜を開始した。成膜は、表１に示した
成膜条件（高周波電力、基板回転速度）で行い、ＳｉＯ
₂とＰＴＦＥの複合膜膜厚が１０００Åとなった時点
で、シャッター７を閉じて両ターゲットへの電力投入を
中止すると共にＡｒガスの導入及び基材Ｃの回転を中止
し、成膜を終了した。

【００２５】（実施例４〜６）円筒状の拡散防止具に代
えて、図２及び図３に示したような板状のステンレス製
拡散防止具１１を使用したこと以外は、実施例１と同様
にして基材Ｃ上にＳｉＯ₂とＰＴＦＥの複合膜を形成し
た。上記ステンレス製拡散防止具１１は、高さ１１５ｍ
ｍ、横幅４５０ｍｍのものを使用し、その上端部が基材
Ｃより２５ｍｍ低くなるように配置した。

【００２６】（比較例１〜４）ターゲットとして、図９
及び図１０に示したように、ＳｉＯ₂２８ａをＰＴＦＥ
２８ｂで部分的に被覆した複合ターゲット２８を使用し
て、スパッターテーブル５を全く回転させることなく、
且つ拡散防止具１１を全く使用せずに、表１に示した成
膜条件で成膜を行ったこと以外は、実施例１と同様にし
て基材Ｃ上にＰＴＦＥとＳｉＯ₂の複合膜を形成した。

【００２７】（比較例５〜７）拡散防止具１１を全く使
用せずに、表２に示した成膜条件で成膜したこと以外
は、実施例１と同様にして、基材Ｃ上にＳｉＯ₂とＰＴ
ＦＥの複合膜を形成した。

【００２８】

【表１】

【００２９】〔複合膜の性能評価〕上記実施例及び比較
例で得られた複合膜につき、下記の性能評価を行いその
結果を表３に示した。（ａ）膜厚測定基材の一部をマスキングして複合膜を形成し、マスキン
グ部と複合膜形成部の段差を表面形状測定器（スローン
社製「Ｄｅｋｔａｋ３０３０」）により測定して、厚さ
を求めた。

【００３０】（ｂ）撥水性試験蒸留水に対する複合膜の接触角を、接触角計（協和界面
科学社製「ＣＡ−Ａ型」）により液滴法で測定した。

【００３１】（ｃ）耐擦傷性試験＃００００のスチールウールを膜表面にある圧力で押し
当てた状態で、膜を２０往復させた後、複合膜の表面状
態を目視観察し、膜表面に傷が付かない時の最大圧力を
もって耐擦傷（ハードコート）性の指標とした。

【００３２】（ｄ）膜質評価ＥＳＣＡによる複合膜の組成分析により、各元素（Ｓ
ｉ、Ｏ、Ｆ及びＣ）の含有量を求め、（Ｓｉ含有量／Ｏ
含有量）及び（Ｆ含有量／Ｃ含有量）の比率と、純粋な
ＳｉＯ₂とＰＴＦＥの（Ｓｉ含有量／Ｏ含有量）及び
（Ｆ含有量／Ｃ含有量）の比率とをそれぞれ比較して、
どの程度の差があるかによって、以下の基準で膜質を評
価した。 ○：欠損のない複合膜である △：欠損の少ない複合膜である ×：欠損の多い複合膜である

【００３３】（ｅ）着色評価目視観察により以下の基準で膜質を評価した。 ○：殆ど無色に近い △：少し黄色を帯びている ×：褐色の着色が著しい

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】本発明のスパッタリング装置は、上述の
通りであり、真空槽内に設けられた拡散防止具によっ
て、ターゲットＡ及びＢから生じたスパッタ粒子同士の
化学反応が抑制されるため、複合膜中の組成欠損が防止
されるので、基材上に撥水性と耐擦傷性を兼ね備えた複
合膜の形成が可能であり、目的に応じて、複合中の金属
酸化物とフッ素系樹脂の比率を変えることにより撥水性
と耐擦傷性を制御することができる。また、複合膜は透
明性に優れるので、透明性が要求される用途に好適であ
る。従って、本発明のスパッタリング装置で得られた複
合膜は、レンズ、ミラー、自動車、建築用窓ガラスやそ
の他の透明基材の保護膜として利用でき、さらにフッ素
系樹脂を含有することにより可撓性を有するので、農業
用フィルムなどの防汚フィルムとして使用可能である。

【００３６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパッタリング装置の一例を示す模式
図である。

【図２】本発明のスパッタリング装置で使用される拡散
防止具の一例を示す模式図である。

【図３】図２の拡散防止具を示す平面図である。

【図４】本発明のスパッタリング装置で使用される拡散
防止具の他の一例を示す模式図である。

【図５】図４の拡散防止具を示す平面図である。

【図６】従来のスパッタリング装置においてスパッタリ
ングの状態を示す模式図である。

【図７】本発明のスパッタリング装置においてスパッタ
リングの状態を示す模式図である。

【図８】本発明のスパッタリング装置においてスパッタ
リングの状態を示す模式図である。

【図９】複合ターゲットを示す側面図である。

【図１０】複合ターゲットを示す平面図である。

【符号の説明】

Ａ，ＢターゲットＣ基材ＤターゲットＡのスパッター粒子ＥターゲットＢのスパッター粒子１真空槽２マッチングボックス３高周波電源４直流電源５スパッターテーブル６モーター７シャッター８ガス導入バルブ９マスフローコントローラー１０スパッターテーブル回転軸１１拡散防止具１３，１４ターゲット取付具２８ａＳｉＯ₂ターゲット２８ｂＰＴＦＥターゲット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空槽内上部に回転可能なスパッターテー
ブルが設けられて基材が取り付け可能とされ、真空槽内
下部に二つ以上のターゲット取付具が、上記スパッター
テーブルと対向するように配置され、各ターゲットに電
力を投入してスパッタリングを行う装置であって、各タ
ーゲット取付具の間には、真空槽内底面より上方に向け
て拡散防止具が形成され、拡散防止具の上端部がスパッ
ターテーブルよりも低くなるように配置されていること
を特徴とするスパッタリング装置。