JPS61163272A - 薄膜の製造方法及び該方法に使用する装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は真空蒸着法、スパッタリング法、イオンブレー
ティング法、プラズマＣＶＤ法等の真空下における薄膜
の製造方法及び該方法に使用する装置に関し、より詳し
くは、連続的に移動するプラスチックフィルム等のフレ
キシブルなフィルム上にＭの装飾用光沢膜を形成したり
、ｃｏ、　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、アモルファスＳｉ等の蒸着薄膜を
形成して太陽電池を製造したり、あるいは酸化インジウ
ム等の透明導電性薄膜を製造するのに適した薄膜の製造
方法及び該方法に使用する装置に関する。

［従来の技術］ 真空下で上記のような機能性薄膜を形成する技術の進歩
は近年めざましいものがあり、装置も大型化、高速化し
つつある。しかし、従来この種の薄膜は、ガラス基板、
シリコンウェハー、鋼板等の高い剛性を有するほとんど
変形しない基板上に形成することが多く、また基板面積
も例えば、標準のシリコンウェハーで３乃至５インチ径
と比較的小さいものであったり 薄膜を安価にかつ大量に供給するための基板として、ま
た金属薄膜磁気テープ等のフレキシブルであることが必
須の薄膜応用量の基板として、近年、プラスチックフィ
ルム上への薄膜形成技術が注目されている。ところが、
この様なフィルムはフレキシブルであるがゆえに、寸法
安定性に欠け、また熱的に弱い等の基板として用いるに
はガラス板等剛性の高い素材にはない欠点を持っている
。特に薄膜形成時にフィルムにかかる張力をいかに最適
化し、かつ管理するかは重要な問題である。

薄膜をフレキシブルなフィルム基板上に形成する場合に
は、フィルムロールから長尺のフィルムを巻き出し、フ
ィルム搬送手段を用いてフィルムを連続的に搬送しなが
らその途中経路で、薄膜を形成し、フィルムをロール状
に巻き取るプロセスが一般に採用されている。この際、
フィルムのたるみを防止し、安定なフィルム走行を可能
にするためフィルムの走行方向に張力を付与するのが通
常である。このフィルムの走行方向の張力は適切な大き
さに管理される必要がある。張力が大きすぎると走行中
にフィルムにしわが発生することが多く、また張力が小
さすぎると、フィルムとフィルム支持部材との密着が悪
くなり、温度ムラを発生する誘因となる。また、フィル
ムの弾性率は一般に低いので、薄膜形成の際のフィルム
の張力をあまり大きくとると、その張力が解除されたと
きにフィルムが縮み、その上に堆積された薄膜に圧縮応
力が作用する。この様な圧縮応力は薄膜の機能を害する
ばかりか、形状の変化をもひきおこ　□す。すなわち、
フィルムと、薄膜内部の応力の差異により、薄膜付着後
のフィルムが力学的にフリーな状態において湾曲するい
わゆるカールを発生する。カールを取り除くためには基
板と薄膜の熱的性質、力学的性質を考慮し、基板と薄１
１りとの応力バランスがとれるように張力を管理しなく
てほならない。

また、カールはフィルムの走行方向だけでなく、その幅
方向にも発生するものであり、このカールをどのように
除去するかは従来の成膜方法に課せられた重要な課題で
あった。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、以上の問題点に鑑みなされたものであり、薄
膜形成時のフィルム張力のバランスの最適化が図れ、フ
ィルムの走行方向、幅方向ともにカールの発生を防止で
きるだけでなく、薄膜の機能を悪化させる応力の発生を
も軽減することが可能な薄膜の製造方法及び該方法に使
用する装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の薄膜の製造方法は、真空槽内で、フィルムを走
行させつつ薄膜原料物質を飛散させ、該走行フィルム上
に薄膜を付着堆積させる薄膜の製造方法において、前記
走行フィルムに対して、走行フィルムの走行方向と該方
向とは垂直な方向とに各々独立に張力を加え、該張力を
制御することを特徴とする。

該方法に使用する装置は、フィルムの巻出速度を制御可
能なフィルム巻出手段と、フィルムの巻取速度を制御可
能なフィルム巻取手段と、周回する走行面を有するフィ
ルムの走行手段と、該走行手段の下方の所定位置に配設
されたターゲット浴とを真空槽内に有する薄膜の製造装
置において、前記走行面全面の幅方向の両端付近に走行
方向に直線状に走るように刻設された少なくとも２木の
凹部と、該凹部の所定位置に合致して巻架される線状部
材と、該線状部材の両端を支持する支持部材とを有する
ことを特徴とする。

［発明を実施するのに好適な態様］ 以下、図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。第１
図は本発明の薄膜の製造方法に使用する装置の一実施例
を示す模式正面図である。図示された系全体が不図示の
真空チアンバー内に収納されている。

該装置はフィルム７を巻出すための巻出ロール１ａと、
そこから巻出されたフィルム７を巻取る巻取ロール１ｂ
と、周回面の一部にフィルム７を巻架し摩擦力を利用し
て、該フィルム７を巻出側ロール１ａから巻取側ロール
ｔｂへ送り出す円柱状のドラム２と、フィルム７の走行
を安定させるために巻出ロールｌａ及びドラム２、ドラ
ム２及び巻取ロールｔｂの間に各々設けられたフリーロ
ール３ａ　、３ｂとをフィルムの搬送手段の主要部とし
て有する。

また、ドラム２の下方の所定位置には、ターゲット浴４
が配設されている。ターゲット浴４には、ここに充填さ
れる薄膜の原料物質を真空条件下で飛散できるように例
えば、真空蒸着用の加熱装置やスパッタリング用の高周
波電源が付設されている。

更に、原料物質がフィルム７上の望まない箇所に付着、
堆積しないように防着板５が設けられている。

第１図には示していないがドラム２の周回面にはフィル
ム７の走行方向と平行に２木の溝が刻設されており、該
溝内に線状部材としてワイヤー８を合致、巻架させる。

このワイヤー８の両端を支持し、送り出すためのワイヤ
ーロール６ａ　、　６ｂが設けられている。この様子を
わかりやすくするために第２図を示す。この図において
、９ａ。

９ｂが上記の溝である。

第２図は第１図で示した装置の模式側面図であり、図の
単純化のために巻出ロールｌａ、巻取ロール１ｂ、フリ
ーロール３ａ　、　３ｂ　、防着板５及びフィルム７は
省略しである。

以上説明した構成を有する薄膜の製造装置を用いて、薄
膜を形成するには、次のようにして行う。

搬送手段を作動させることによりドラム２に巻架されて
いるフィルム７をドラム２に沿わせて走行させる。この
際に、例えば、高周波電源からの電圧を利用してスパッ
タリングを行ったり、あるいは熱を加えて真空蒸着を行
うことによりターゲット浴４に充填された薄膜の原料物
質を飛散させる。飛散した原料物質はドラム２の下部に
おいて走行しているフィルム７の所定位置に付着し薄膜
が形成される。

ドラム２はフィルム７が加熱されすぎて熱による歪が生
じないように冷却することが好ましい。

フィルム７の移動速度はドラム２の周速により決定され
、ドラム２と巻出ロールｌａ、巻取ロールｌｂ　　（フ
ィルムロール）との回転数不整合はフィルムロールの駆
動機構のすべりで吸収される。

フィルム７の走行方向にかかる張力は従来の薄膜の製造
方法と同様に適切な大きさに制御されるが、そのために
は以下に説明するように制御するのが望ましい。即ち、
巻出ロールｌａ、巻取ロール１ｂを独立に駆動するため
のモーターをそれぞれ設け、巻取ロールｌｂ側のモータ
ーを正方向に駆動し、巻取力を発生させ、一方巻出ロー
ル１ａ側のモーターは巻取ロールｌｂ側のモーターより
も低い駆動力を与えることによりバックテンションを発
生せしめる。こうして、フィルム７に一定の張力を与え
つつ正方向に移動させる。

フィルム７の巻出、巻取ロールｌａ、ｌｂを取り付ける
軸には、それぞれトルクの検出センサーを設け、フィル
ム７の走行方向の張力の検出を行ない、フィルム７の張
力が所定値からずれないように巻出、巻取ロールｌａ、
ｌｂのモーターの駆動力をサーボ制御する。

本発明の薄膜の製造方法においては、以上説明したよう
に走行するフィルムの走行方向の張力を制御できるばか
りでなく、以下のような方法でフィルムの幅方向にも張
力を加え制御することができる。

即ち、ワイヤーロールの巻出側ロール６ａから巻取側ロ
ール６ｂへ送り出される２木のワイヤー８をドラム２上
を走行しているフィルム７の幅方向の両端を押えつつ、
該フィルム７の上から溝９ａ　、９ｂに合致して巻架す
る。こうすることにより、走行するフィルム７の幅方向
に張力を加えることができる。この張力を制御するため
に、フィルムロールｌａ、ｌｂを別々に駆動しサーボ制
御したと同様に、ワイヤーロールの巻出側ロール６ａ、
巻取側ロール６ｂを別々に駆動し、サーボ制御する。

なお、ワイヤー８が走行しないように固定し、意図的に
フィルム７に対して相対的にすべらせる方法も採れる。

ただし、この場合はワイヤー８とフィルム７の摺動によ
り、ワイヤー８の表面状態が次第に変化するので、動摩
擦係数が変化し、フィルム７の走行状態を不安定にする
ことがあるので、前記したワイヤー８をフィルム７と供
に走行させる方法が好ましい。

第３図は本発明の薄膜の製造方法に使用する装置の別の
実施例を示す模式側面図である。

該装置においては、ドラム２の円筒面の両端に数面の中
央部より凹となる面１０　ａ　、　１０　ｂが設けられ
ている。該装置においてはワイヤー８をフィルム７の上
側からドラム２の中央部と凹面１０ａ。

１０ｂとの段差部に食い込ませて、フィルム７の幅方向
の張力を持たすことができる。

第４図は、本発明の薄膜の製造方法に使用する装置の更
に別の実施例を示す模式正面図である。

前記の２つの実施例においては回転するドラムにフィル
ムを巻きつけ、ドラムとフィルムとの静摩擦によりフィ
ルムが搬送され、ドラム下方に置かれたターゲットより
飛来した金属原子がフィルム上に堆積する構造の成膜装
置を示したが、本実施例はフィルム搬送手段としてドラ
ムに替え、ベルトを用いたものであり、殊に、複数のタ
ーゲットを用い高速スパッタを行なったり、もしくは異
種の組成の薄膜を積層する目的で使用可能な構成を有す
る。

第４図において、矢印Ａ方向に回転するロール１１ａと
ｌｌｂとがベルト１２を周回させている。３Ｃはベルト
１２の走行を安定にするためのフリーロールである。ベ
ルト１２の両端には、第１図及び第２図で示したドラム
と同様に溝又は凹面が設けられている。この溝又は凹面
に、フィルム７を押さえこむようにしてワイヤー８を合
致して巻架させることにより、フィルム７の幅方向の張
力を加え制御する。

該装置で用いられている他の部品は第１図で示した装置
の対応する番号をもつ部品と同様なものである。

また、ベル）１２を用いた装置の場合、ワイヤー８に依
らず、例えばクリップ状のものでフィルム７を両端から
引っばり、フィルム７の幅方向に張力を与えることが比
較的に容易にできる。この場合は、ベルト１２の幅をフ
ィルム７の幅より若干せまくしてクリップによるフィル
ム７の引っばりしろを設け、ベルト１２のロールｌｌａ
からロールｌｌｂに向かう直線部分で張力を加える構成
が望ましい。

［発明の効果］ 本発明によれば、フィルムの走行方向のみでなく成膜が
行なわれる部分においてフィルムの幅方向にも適切な張
力を加えることができ、フィルムと成膜された薄膜との
応力バランスがとれ、カールの防止、薄膜機能への有害
な応力の緩和が可能となった。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例１ 第１図に示した薄膜の製造装置によって垂直磁気記録媒
体を作製した。

ターゲットにはＣｒを２０重量％含有したＧｏＯｒ合金
を使用し、フィルムには、１０Ｉｉｆｆｉ厚のポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いた。ドラムは冷却
されており、また、ターゲットとドラム下部の距離は　
１５０ｍｍはどに設定し、フィルムは成膜によって、あ
まり加熱されないようにした。また、ＰＥＴフィルムは
延伸されており、熱収縮を起こすので、前熱処理で熱収
縮を除いた。従って、本実施例で成膜したＣｏＣｒ膜の
変形発生要因はＣｏＣｒ膜の内部真応力による変形と、
張力による弾性変形であり、熱応力による変形は比較的
少ない。

スパッタリングにより形成したＣｏＣｒ膜は、引張りの
内部真応力を持ち、ＰＥＴ上にほとんどフリーに近い張
力で成膜すると第５図に示すようにＣｏＣｒ膜を内側に
したカールを発生する。この図で、１３はＣｏＣｒ膜、
１４はＰＥＴフィルムを示す。このように湾曲したフィ
ルムの曲率半径の逆数１／ｒをもってカール量を表わす
ことができる。

本実施例で作製した垂直磁気記録媒体のワイヤーの張力
に対して１／ｒをプロットした実験結果を第６図に示す
。横軸はワイヤー張力を表わすパラメータとしてワイヤ
ーロールの巻取側モーター、巻出側モーターの駆動電圧
の差をとり、縦軸にフィルムのカール１／ｒをとった。

カールはＣａＣｒ膜表面を内側として湾曲するとき正の
値とした。この間フィルムの走行方向（ＭＤ）の張力は
幅方向フリーのときにカールをゼロにする、即ち１／ｒ
＋−＋ｎ＝Ｏとする値に保った。なおＧａ１ｔ膜の膜厚
は０．５−である。実線１５のように幅方向にフィルム
を引張ることによるカールの防止効果は明瞭であり、適
切な張力においてカールの発生しない成膜ができること
がわかる。図中破線１６は同じサンプルの走行方向のカ
ールであり、このカールの発生は幅方向に張力を加える
とボアンン比を通して走行方向の張力が変化することに
由来する。もちろん、このような走行方向のカールはこ
の方向の張力サーボを再調整することで容易に除去する
ことができる。

尚、ＣｏＣｒ垂直記録媒体では、媒体のＨｃを大きくす
るためプラスチックフィルムに耐熱性のものを使用し、
回転ドラム２を加熱してプラスチックフィルムを高温に
することがしばしば行なわれるで、本発明の有効性は変
らない。

実施例２ 第３図で示した薄膜の製造装置によって、実施例１と同
条件で垂直磁気記録媒体を作製した。

カールの量は第４図とほぼ同様の傾向の結果が得られ、
回転ドラムの形状がかわっても幅方向にフィルムを引張
ることによるカール防止効果が確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の薄膜の製造方法に使用する装
置の実施例を示す模式図である。 第５図は薄膜が形成されたフィルムのカールの状態を示
す図、第６図は実施例１におけるワイヤー張力とカール
の関係を示す図である。 １ａ　：巻出ロール　　　１ｂ：巻取ロール２ニドラム ３ａ、３ｂ、３ｃ　　：フリーロール ４：ターゲット浴　　　５：防着板 ６ａ　：ワイヤーロール（巻出側） ６ｂ：ワイヤーロール（巻取側） ７：フィルム　　　　　８：ワイヤー ９ａ　、　９ｂ　：溝　　　　１０ａ、　１０ｂ　：凹
面１１ａ、　ｌｌｂ　：　０−）Ｌｙ　　　１２：ベル
ト１３　：　ＣｏＣｒ膜　　　　　　１４：ＰＥＴフィ
ルム１５：フィルムの幅方向のカールを示す実線１６：
フィルムの走行方向のカールを示す破線第１図 ！！＋　　２　　　図　　　　　　　　　　　　第　　
３　　　図第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）真空槽内で、フィルムを走行させつつ薄膜原料物質
   を飛散させ、該走行フィルム上に薄膜を付着堆積させる
   薄膜の製造方法において、前記走行フィルムに対して、
   走行フィルムの走行方向と該方向とは垂直な方向とに各
   々独立に張力を加え、該張力を制御することを特徴とす
   る薄膜の製造方法。 ２）フィルムの巻出速度を制御可能なフィルム巻出手段
   と、フィルムの巻取速度を制御可能なフィルム巻取手段
   と、周回する走行面を有するフィルムの走行手段と、該
   走行手段の下方の所定位置に配設されたターゲット浴と
   を真空槽内に有する薄膜の製造装置において、前記走行
   面全面の幅方向の両端付近に走行方向に直線状に走るよ
   うに刻設された少なくとも２本の凹部と、該凹部の所定
   位置に合致して巻架される線状部材と、該線状部材の両
   端を支持する支持部材とを有することを特徴とする薄膜
   の製造装置。