JPS5922931A - 薄膜の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスパッタリング法、真空蒸着法、イオンブレー
ティング法等の如く真空下での薄膜製造に関し、更に詳
しくは連続的に移動するプラスチックフィルム等の可撓
性フィルム上に、ｃｏｉ　Ｆｅ、　Ｎｉ　　等の磁性薄
膜を形成して磁気記録媒体を製造したり、８１　　等の
蒸着薄膜を形成して太陽電池を製造したり、あるいけ工
ｎｏｗ等の透明導電性薄膜を形成して透明導電性７、イ
ルムを製造する等に適した薄膜の製造方法及び装置に関
する。

真空下で上側の如き特定の機能を有する薄膜換言すれば
機能性薄膜を作成する技術は近年半導体産業でめざまし
い進歩をとげ、装置も大型化・高速化しているが、それ
らの技術はシリコン板、ガラス板あるいはステンレス鋼
板の如き高い剛性をもった基板でかつ基板寸法が比較的
小さい分野に限られたものである。安価Ｋかつ大量に機
能性薄膜を提供しうる基板としてプラスチック・フィル
ムが注目されているが、この様なフィルムは平面剛性が
低い、即ち可撓性があゆ、上述の如き剛性の高い、即ち
硬質基板の薄Ｉｌ１作成技術をそのまま適用することは
以下に述べるように種々の問題を生じる。

まず第１に硬質基板に於ては一般に基板寸法が小さいた
め基板の移動には基板をそれとは別の搬送手段に取シつ
けた状態で行なわれ、基板にかかる荷重は実質的に零で
かつ別途の搬送手段を用いるため移動も間歇的な場合が
多い、ところが可撓性フィルムを基板とする場合にはフ
ィルムそのものが搬送手段となり必然的にフィルム自体
に張力を付与する方法がとられるのが通常であり、更に
は自重による張力がフィルム自体に発生する。張力を付
与しすぎると可撓性フィルムには皺が発生し、またあま
りに張力が低すぎると可撓性フィルムを支持する部材と
の密着性が悪くなり後述の温度ムラの４１題等が発生す
る。またフィルムの弾性率は一般的に低く膜形成の際、
すなわち機能性薄膜の構成素材換言すれば機能発揮素材
を堆積させる際の張力を大きくとると、該素材に結果的
に圧縮応力を付与することとなり、機能発揮素材の機能
を有効に発揮させ得ない場合も多々ある。

第２に可撓性フィルムは一般的に耐熱性が低くかつ熱伝
導性も悪いため、支持板からの熱伝導による加熱・冷却
の不均一性が増巾されて可撓性フィルムの温度分布は不
均一になりゃすく、更に耐熱性の欠如から高温での強度
が極端に低下し局所的な温度ムラがあれば簡単に可撓性
フィルムの溶融・熱収縮の問題が生じる。硬質基板にお
いてはか＼る問題は全く無く、可撓性フィルムを基板と
する薄膜形成技術に特有の問題である。

第３に可撓性フィルムは一般に数μｍ〜数１００μｍ　
と非常に薄く、フィルムを支える円筒状支持体あるいは
平面状支持体の有する表面凹凸及び／又はその表面に付
着する異物がフィルム面に直接転写され異常発生の原因
となりや−すく、特に可撓性フィルムと支持板が密着し
て相対速度が無い場合に顕著である。

９！ｆ町撓性フイルムを基板に用いる工業的利点はその
搬送の連続性、基板の薄さによる面積当りの軽量性・低
容積性さらには大面積化・長尺化の容易さによる量産性
にあるが、これを裏返せばフィルムへの微かの汚染も大
きな歩留υ低下につながり、機能発揮素材堆積時のみな
らずその前後における汚染防止に多大の注意を要するこ
ととなる１、 以上の点を考慮して可撓性フィルム上に機能性薄膜を形
成する手段として、従来よシ円筒形支持体上に可撓性フ
ィルムを巻きつけて、円筒形支持体と可撓性フィルムを
密着固定し相対的すべりを発生させな、５い方法がとら
れ、蒸着・マグネトロンスパッタ等では一応の成果を収
めている。然しなから円筒形支持体を採用する場合、円
筒形支持体をフィルム走行速度に一致させて回転させる
必要性から精密な回転支承部材あるいは高級な軸シール
部材を要し、必然的に装置は大型化・複雑化し高価なも
のとなってくる。

更にフィルムと円筒形支持体が密着し相対的すベシが無
いため、膜形成時機能発揮素材堆積部に局部的熱収縮が
発生してもフィルムと円筒形支持体表面は高真空下であ
るためかなりの粘着性があね全体として収縮できず結果
的に過大力張力下で堆積させていることとなる欠点があ
り、微妙な張力制御を要する際には不適である。また一
般的九円筒形支持体のはソ全周に亘りて可撓性フィルム
が巻きつけられており、円筒形支持体に入るあるいは出
る時のフィルムの張力は堆積部位のフィルムの張力と相
当具なっている。

ちなみに円筒形支持体表面とフィルムの静＊擦係数をμ
、接触角をθ（ｒａｄ）　、人出の張力を夫々Ｔ＋　、
　Ｔｙ　（Ｔ＋　＞　Ｔｔ　）とすれば、局部的な熱収
縮あるいは粘着が無い時、Ｔ＋＝　Ｔｏｅｘｐ（μθ）
と表わされ、μ＝　０．２　、θ＝π〜１．５πではＴ
ｌ／Ｔｔ　＝　１　、９〜２．６と相当大きな張力変化
が円筒形支持体の周上で起りている。局部的な熱収縮が
あり粘着により相対的にフィルムが移動しない場合には
熱収縮による張力をＴｏとすれば、Ｔ＋　＝　Ｔｏｅｘ
ｐ（μθＩＬＴ曾＝　Ｔｏ　ｅｘｐ（μθ、）（但しθ
、＋θ、−〇の関係にある）と方向が逆の張力変化が見
られる場合すらある、蒸着・マグネトロンスパンタ等で
は精密な張力制御を要せず、また機能性薄膜を可撓性フ
ィルム上に堆積させる温度も一般的に可撓性フィルムの
融点あるいは軟化点より低いので、上述の如き円筒形支
持体の有する欠点が顕在化していないが、より高度の機
能あるいは形成速度の高速化・安定化が要求される場合
、可撓性フィルム上に機能発揮素材を堆積させる際に最
も重要なことは、 （１）　　可撓性フィルムに張力、熱収縮等による皺を
発生させないこと、 （２）　　可撓性フィルムに飛来する原子の運動エネル
ギ、プラズマの輻射エネルギを克服して可撓性フィルム
の温度が目標とする範囲内に制御され局部的な熱収縮、
溶融あるいは破断が生じないこと、 （３）　　機能発揮素材堆積後、可撓性フィルムお工び
表面上の堆積物に過大な残留歪を付与せず、もって機能
発揮素材の機能を有効に発揮させること であり、本発明者らは前述の如き円筒形支持体の欠点を
も考慮し、接触角に由来する張力変化を小さくすること
Ｋよυ、フィルムに過大な張力を付与する仁となく又フ
ィルムの温度制御が確実に実施できる方策を鋭意検討し
た結果本発明に到達したもので、本発明は、真空下で連
続的に移動する可撓性フィルム上に薄膜を形成するに際
し、前記可撓性フィルムを、前、記可撓性フィルムの薄
膜形成面の反対面側に配置されると共に前記可撓性フィ
ルムの移動速度と同じ速度で走行するようＫされた帯状
部材と実質的に密着させて移動させつつ、膜形成するこ
とを特徴とする薄膜の製造方法を第１発明とし、第１発
明を実施する装置を第２発明とするもので、その目的と
する所は安価に高品質な可撓性フィルムを基板とする薄
膜の製造方法、及び製造装置を提供することにある。

可撓性フィルムと帯状部材が実質的に密着した状態とは
、可撓性フィルムと帯状部材との間に有効な熱移動が実
現できる状態を意味Ｌ、より具体的には次の如き構成が
掲げられる。

（１）　　可撓性フィルムと帯状部材とが粘着剤等によ
り粘着し積層状態となっている、 （２）　　可撓性フィルムと帯状部材とが抑圧ローラ等
で押圧され、互いに密着して積層状態になっている、 （３）　　可撓性フィルムと帯状部材との間に働らく面
圧力（Ｋｆｆβ）が０．０２　Ｋｙｆ〜以上となって積
層している 場合等である。特に第３番目の例は、可撓性フィルムの
厚さが非常に小さい時、帯状部材の上に可撓性フィルム
が載せられた場合可撓性フィルム′の自重のみでは十分
な面圧力が得られず、又鉛直下方に向って帯状部材、可
撓性フィルムの順に配置された時各部材が自重で下方に
垂れ下がり可撓性フィルムの厚さが大きい程垂れ下がり
量が大きくなるので、か＼る場合には別途面圧付与手段
を設置する必要がある。該面圧付与手段の具体例は後述
する。

本発明に使用される帯状部材は、可撓性フィルムの巾と
同じ又はそれ以上の巾を有し、材質としては金属、プラ
スチック、ゴム（強化繊維入を含む）が好適で、厚みは
可撓性フィルム取扱い上支障をきたさない程度であれば
目的に応じ任意圧選択しつるが、好適忙は金属の場合１
０〜３００μｍ、プラスチックの場合１０〜１０００μ
ｍ、ゴムの場合０．５〜２Ｍである。又帯状部材は単一
の材質のみばかりでなく、上述、の素材の組合せをとっ
てもよいことは勿論であり、この場合各素材の厚みは上
述の好適値より更に薄くするのがよい。

以下本発明を図面を参考にしながら更に詳しく説明する
が、図面は本発明の構成をより具体的に示すにすぎず本
発明を限定するものではない。

第１図は対向ターゲット・スパッタ法により可撓性フィ
ルム上に機能性薄膜を形成する場合に本発明を用いた実
施例の概略を示し、第２図は該実施例の機能発揮素材堆
積部換言すれば膜形成域を可撓性フィルムの厚み方向に
拡大した模式図である。

可撓性フィルム１は巻き出しボビン４ａＫ巻きとられた
形で、帯状部材２は巻き出しボビン４ｂＫ巻きとられた
形でそれぞれ巻き出し室５に設置され、可撓性フィルム
１は送り出しロール６ＦＬを経て抑圧ロール６Ｃの方へ
移動し、一方帯状部材２は送り出しロール６ｂ上で前記
可撓性フィルム１と積層されて押圧ロール６ｃで密着状
態となされ積層部材３と寿９、薄膜形成手段を設けた容
器７へ向う。該積層部材３は容器７で、その薄膜形成手
段の膜形成域に設けたその表面８が一定温度に制御され
ている熱板９の上をすべり寿から移動し可撓性フィルム
１の片面上に機能発揮素材が堆積されて目的の薄膜が形
成された後、巻取り室１１内の巻増りロール１０ａによ
り可撓性フィルム１が、巻取りロール１０ｂ＆Ｃより帯
状部材２が積層部材３より分かれてそれぞれ巻取りボビ
ン１２ａ、１２ｂ姉巻をとられる。容器７、巻き出し室
５及び巻取り室°１１それぞれに排気系１３．１４およ
び１５が接続され、可撓性フィルム１１帯状部材２及び
積層部材３が設置される部分あるいは移動する部分全体
が高真空に維持されるようなされている。

容器７内の薄膜形成手段は、可撓性フィルム１側に相対
してターゲラ）Ｌ６ａ、１６ｂが設置され、該ターゲッ
ト１６ａ、１６ｂには磁石（図示せず）が設けられ、タ
ーゲラ）１６ａ。

１６ｂ間に磁場を発生する構造の前述の対向ターゲット
式スパッタ装置とがされている。従って、「応用物理」
第４８巻第６号Ｐ５５７〜Ｐ５６４．％開昭５７−１０
０６２７号公報等で公知のように、容器７に通じるガス
導入手段１７を介して雰囲気ガス（例えばアルゴンガス
）が容器７内に導入され、前記ターゲラ）１６ａ。

１６ｂと容器７間に適当な電源ＩＢが接続されると、タ
ーゲント１６ａ、１６ｂｆｌＪ’ｌｌＣグロー放眠が生
じ、雰囲気ガスが電離状態となりプラズマとなる。この
際イオン化した雰囲気ガスがターゲット１６ａ、１６ｂ
に衝突し、ターゲント表面にある原子がはじき出され（
スパッタ現象）、スパッタされた原子はある運動エネル
ギをもってターゲット１６ａ、１６ｂの側方のスパッタ
域換言すれば膜形成域を移動している可撓性フィルム１
に到達しフィルム１上に順次堆積して、薄膜を形成する
。従って、ターゲラ）１６ａ　。

１６ｂを所望の機能発揮素材となすことにより、所望の
機能性薄膜が形成される。

積層部材３の走行はボビン４ａ、４ｂに連結する駆動装
置に設けられたトルク調整装置（図示せず）により、可
撓性フィルム１、帯状部材２の張力が制御されながら、
巻取シボビン１２ａ。

１２ｂに連結する駆動装置に設けられた速度調整装ｆｆ
１（図示せず）Ｋより一定速度で巻取りボビン１２ａ、
１２ｂに順次巻取られる。抑圧ロール６Ｃは上記速度に
同期するよう強制駆動されているが、必ずしも強制駆動
の必要は無い。

熱板９は加熱冷却装置１９と導管２０．２１を介して連
通し、表面８の温度が一定となる様に制御されている。

加熱のみの場合は熱板９内に電気ヒータを埋めこむと簡
便である。

ところで積層部材３、最終的には可撓性フィルム１の温
度は、帯状部材２と熱板９の表面８との微視的な接触面
を介して行なわれる熱伝達量で左右され、この接触面の
大きさ即ち接触面積は接触面での面圧力、表面粗度およ
び表面硬度（一般的には弾性率で代表できる）で決定さ
れるが、特に面圧力の影響が大きい。、従って第２図の
如く可撓性フィルム１が熱板９の上方に位置する、即ち
機能発揮素材の堆積方向が上向きである場合と、第３図
の如く可撓性フィルム１が熱板９の下方に位置する場合
、即ち機能発揮素材の堆積方向が下向きである場合とで
は積層部材３の自重の面圧力に及ぼす方向が逆であり、
第２図の場合熱板９０表面８が平面であるとき積層部材
３に作用する張力の大きさにか＼わりなく、帯状部材２
と表面８の面圧力は最低眼内重分保証されるが、第３図
の場合積層部材３の自重により熱板９の表面８から帯状
部材２が離れる可能性が生じ、このため熱板９の表面８
の状態が平面ではいくら張力を上げても表面８と帯状部
材２の密着性は保証されず、密着性を保証するためには
図に示されるように熱板９の表面８に曲率をもたせる必
要があり、その［１１１率半径Ｒは次式で求められるＲ
ｍ　以下とする必要がある。

Ｒｍ　＝　ＴＯ／　ｒ こ＼に、Ｒｍ　　は熱板９の最大許容曲率半径（Ｃ＋＋
１）。

ｒは可撓性フィルム１の上に機能発揮素材が堆積した状
態での積ｌ一部材３の単位面積当りの重量（Ｋｆｆ／Ｊ
）　、　’ｒｏは積層部材３の熱板９上での単位巾当り
の最低張力＜Ｋｙｆ／ＣＴｇ）　　である。

第３図の如く下向きの堆積方向は可撓性フィルムｌ上の
汚染が少なくよυ好ましい形態であるが、上述のＲｍ　
　には特に注意を要する。

本発明は可撓性フィルム１と帯状部材２との間に相対す
べりが無くかつ互いに密着状態とする構成をとっている
ため、以下に述べる種々の利点を肴する。

まず第１に帯状部材２のみが熱板等の固定部材に接触し
可撓性フィルム１自体は何ら固定部材と接触することが
無いため、当然のことなから可撓性フィルム１の裏側（
即ち帯状部材２との接触面）における引っかき疵、筋等
の新開スクラッチを皆無にしうろことにあり、一連の処
理が終った後帯状部材２を取り除いて可撓性フィルムを
巻き上げて置くだけでスク？ツチの無い商品価値の高い
薄膜材料が得られる。更に、機能発揮素材堆積側に再度
帯状部材を密着させて裏側部分にも機能発揮素材を堆積
させることにより可撓性フィルムの両面にスクラッチの
無い高付加価値の機能性薄膜が容易に得られる。

又熱板等の固定部材に対して相対速度を有しているので
、熱板の表面異常あるいは異物が可撓性フィルムに転写
されない利点がある。

第２に可撓性フィルムの材質・性状に関係なく帯状部材
の材質あるいは表面粗度を適宜選択でき熱板等の固定部
材上をすべりやすく摩擦力を小さくでき、従って積層部
材の処理中での張力変化を小さくできる。更に帯状部材
２と可撓性フィルム１は夫々別個に張力が制御されてい
るの゛で、良好な熱伝達量を得るための面圧力を発生さ
せる張力を帯状部材２に負担させ得て、可撓性フィルム
の張力に無関係に面圧力が制御でき可撓性フィルムの張
力を機能発揮素材の堆積に好適な条件に選びうる。

第３に帯状部材に金属を用いた場合、金属の熱伝導性が
良いため、熱板等からの熱移動量の増大が企れるととも
に帯状部材内での熱勾配が小さくなり結果的に可撓性フ
ィルムの温度均一性も向上する。

第４図は本発明に係る帯状部材を無限帯状になした場合
を示し、可撓性フィルム、帯状部材および積層部材の走
行系に注目したもので薄膜作成機構は第１図と同様対向
ターゲット式としターゲット４２ａ、４２ｂを除いて図
示省略されている。第４図の第１図と異なる所は、（１
）　　帯状部材３２が無限帯状になされ、容器３０内を
循環しているとと′ （２）　　可撓性フィルム３１と帯状部材３２が、各ｈ
の張力と抑圧ローラ３６との接触角にょシ発生する面圧
力で互いに密着し、積層部材３３となり、処理後再び剥
離ロー２３７で分離され、可撓性フィルム３！のみが巻
きとられることにある。第４図において無限帯状になさ
れた帯状部材３２は押圧ロール３６．熱板３４および剥
離ローラ３７を通り、然るのち偏向ローラ３９　ａ　、
　−？−７７’　ｏ　−ラ４０　ａ　、　４０　ｂ　、
　ｆ　７　ジョンローラ４１および偏向ローラ３９ｂを
通って一巡する。二ンプローラ４０ａ、４０ｂＫよシ帝
状部材３２の速度が、可撓性フィルム３１の速度と等し
くなる様に制御され、一方テンションローラ４１１Ｃよ
り帯状部材３２の走行系全体の張力が制御され、従って
熱板３４との面圧力も制御される。この場合の帯状部材
の材質は強度上あるいは耐熱性の見地よシ金属が好まし
く、又走行速度を確実に保証するためには帯状部材両側
に孔を穿った形式が好ましい。熱板３４との熱伝導性、
摩擦力を制御するため熱板あるいは帯状部材の表面粗度
を適宜選択しうるが、好ましくはいわゆる「梨地」の仕
上げが良い。

更に耐熱性よシ摩擦力を重視する場合は、熱板３４の表
面に樹脂コーティングあるいは帯状部材３２の裏側に樹
脂コーティングを実施すると好適である。

第５図は帯状部材側より輻射による冷却あるいは加熱を
する場合の実施例で、真空に保たれる容器９巻出し室２
巻取り室、排気系、プラズマ発生用電源等第１図と同じ
部分は図示省略されている。

図において積層部材３は送出ロール５ｏ及び巻取シロー
ル５３により空間的位置決めがなされ、冷却板５１と距
離ｄＩ、加熱手段５２ａ。

５２ｂと距離ｄｔをもって走行している。機能発揮素材
は対向ターゲット５４ａ、５４ｂからスパッタされ積層
部材３の可撓性フィルム１上九堆積するが、可撓性フィ
ルム１がら帯状部材２側への熱移動量は帯状部材２と冷
却板５１との距離ｄ、及び冷却板５１の温度で決まり、
従って該熱移景を可撓性フィルム１への入熱量ドパラン
スさせるよう上述の値を適宜選択することによ抄可撓性
フィルム１の温度が制御される。機能発揮素材堆積後に
設けられた加熱手段５２ａ。

５２ｔｌ及び距離ｄ、で構成される加熱域は機能性薄膜
の付いた可撓性フィルム１の熱処理のためにある。か＼
る堝合熱の移動は帯状部材２の放射率あるいは吸収率に
より大きく左右、されるが、本発明にか＼れは帯状部材
２の表面加工あるいは材質を望ましい放射率あるいは吸
収率をもつように選択出来る利点をもつ。帯状部材２が
金属の場合は熱伝導率がよいため可撓性フィルムｌの温
度の均一性が！ｌ！によくなる。第５図の例では帯状部
材２が巻きとられる構成となっているが、第４図の如く
無限帯状としてよいことは勿論である。

第１図又は第５図の例では、可撓性フィルムと帯状部材
が個々に巻きとられる構成であるが、装置構造を簡単に
するため同一ボビンに可撓性フィルムと帯状部材とを重
ね合わせて積層状態で巻きとってもよい。

又第１図では巻出し室１巻取υ室ともに真空下に保たれ
た構成を七っているが、大気・大空間の遮断に公知の手
段を用いれば巻出し室１巻き取り室を大気下においても
よく、更に帯状部材を無限帯状とした場合でも大気下で
循環させてもよい。

更に薄膜形成手段として対向ターゲットスパッタ法を例
に説明したが、マグネトロンスパッタ法等他のスパッタ
法、ＪＥ空蒸着法、イオンブレーティング法更には他の
機能発揮素材堆積あるいはエツチング手段に適用しうろ
ことは勿論であり、これらを組合せた薄膜形成手段にも
適用出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を対向ターゲットスパッタ法に用いた実
施例の全体構成図、第２図は前記実施例の膜形成域の拡
大図、第３図は膜形成域の他の実施例の説明図、第４図
は前記実施例において帯状部材を無限帯状とした時の構
成図で、第５図は本発明を用いた輻射による加熱、冷却
を行なう機能性薄膜形成装置の概略図である、１，３１
：可撓フィルム、２．３２：帯状部材、　　９，３４：
膜形成域の熱板、　１３゜１４．１５：排気系、　　１
６ａ、１６ｂ＋４２ａ、４２ｂ、５４ａ、５４ｂ：ター
ゲット 第３図 憧４・目 ″′；Ｐ５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　真空下で連続的に移動する可撓性フィルム上に薄
   膜を形成するに際し、前記可撓性フィルムを、前記可撓
   性フィルムの薄膜形成面の反対面側に配置されると共に
   前記可撓性フィルムの移動速度と同じ速度で走行するよ
   うにされた帯状部材と実質的に密着させて移動させつつ
   、膜形成することを特徴とする薄膜の製造方法。 ２、　前記帯状部材が無限帯状に構成された特許請求の
   範囲第１項記載の薄膜の製造方法。 ３、　薄膜形成手段を備えた真空槽と、薄膜を形成する
   可撓性フィルムを所定の移動速度で薄膜形成手段の薄膜
   形成域を通して移動させるフィルム走行系と、前記フィ
   ルムの移動速度と同じ速度で帯状部材を少なくとも前記
   薄膜形成域では前記可撓性フィルムと実質的に密着させ
   て走行させる帯状部材走行系とを備えたことを特徴とす
   る薄膜の製造装置。 保持する巻出し部と、可撓性フィルムあるいは帯状部材
   をロールに巻取る巻取部と、その走行速度又は／及び張
   力を制御部とからなる特ｌ？′ｆ請求の範囲第３項記載
   の薄膜の製造装置。 ５、　前記フィルム走行系と帯状部材走行系の巻取部が
   共通であり、前記可撓性フィルムと前記帯状部材を重ね
   合わせて一体的に巻取る構造である特許請求の範囲第４
   項記載の薄膜の製造装置！　。 ６、　前記帯状部材が無端状であり、前記帯状部材走行
   系が前記帯状部材を循環的に走行させる特許請求の範囲
   第３項記載の薄膜の製造装置、