KR20150095862A - 성막 방법 및 성막 장치 - Google Patents

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Abstract

성막 방법은, 피처리 기판에 성막된 무기물로 이루어지는 무기층 (3) 상에 불소 함유 수지로 이루어지는 유기층을 형성하는 성막 방법으로서, 무기층을 형성할 때, 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시하여 피처리 기판 상에 무기층을 형성하고, 이어서 무기층 상에 유기층을 형성한다. 성막 장치는 이 성막 방법을 실시할 수 있다.

Description

성막 방법 및 성막 장치{FILM FORMATION METHOD AND FILM FORMATION DEVICE}
본 발명은 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
현재 휴대 단말 등의 각종 단말에서는, 인체가 직접 패널 표면에 접촉하여 조작하는 터치 패널이 많이 사용되고 있다. 이 터치 패널의 표면은, 인체가 직접 패널 표면에 접촉하는 점에서, 흠집이나 오염이 생기기 쉬우므로 방오층 (유기층) 이 형성되어 있다.
방오층으로는 불소계 수지가 사용되고 있는 경우가 많다. 이와 같은 불소계 수지로 이루어지는 막의 형성 방법으로는, 진공 증착법이 알려져 있다 (예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2010-106344호
특허문헌 1 에 의하면, 진공 증착법에 의해 효율적으로 막질이 우수한 막을 형성하는 것이 가능하다. 그러나, 방오층과 그 하층 사이의 밀착성은, 사용 횟수가 많아짐에 따라, 즉 접촉 횟수가 많아짐에 따라 저하되는 경우가 있다.
그래서, 본 발명의 과제는 상기 종래 기술의 문제를 해결하는 것에 있고, 사용 횟수가 많아졌다고 해도 성막된 불소 함유 수지로 이루어지는 유기층과의 밀착성이 높은 막의 성막 방법 및 성막 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 성막 방법은, 피처리 기판에 성막된 무기물로 이루어지는 무기층 상에 불소 함유 수지로 이루어지는 유기층을 형성하는 성막 방법으로서, 상기 무기층을 형성할 때, 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시하여 피처리 기판 상에 무기층을 형성하고, 이어서 그 무기층 상에 상기 유기층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 무기층을 형성할 때, 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시하여 피처리 기판 상에 무기층을 형성함으로써, 유기층과의 밀착성이 높은 막을 형성할 수 있다.
상기 무기층이 Si, Al, Ta, Nb, Ti, Zr, Sn, Zn, Mg 및 In 에서 선택된 적어도 1 종을 함유하는 층인 것이 바람직하다. 이들 중 어느 것을 함유함으로써, 유기층과의 밀착성을 바람직한 것으로 할 수 있다.
또, 상기 무기층을 2 이상의 무기막을 적층하여 형성하고, 그 무기막 중, 적어도 최상층은 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시하여 형성하는 것이 바람직하다. 복수층으로 이루어지는 무기층이어도, 최상층은 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시하여 형성함으로써, 유기층과의 밀착성이 양호한 무기층을 형성할 수 있다.
상기 무기층을, 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시한 후, 수증기를 사용한 플라즈마 처리를 실시하여 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성해도, 동일하게 유기층과의 밀착성이 양호한 무기층을 형성할 수 있다.
본 발명의 성막 장치는, 피처리 기판 상에 무기층이 형성되는 무기층 형성 수단을 구비한 무기층 형성실과, 불소 함유 수지로 이루어지는 유기층이 형성되는 유기층 형성 수단을 구비한 유기층 형성실을 구비한 성막 장치로서, 상기 무기층 형성 수단은, 무기층 형성실 내에 수증기를 도입하는 수증기 도입 수단과, 스퍼터링 타깃과, 그 스퍼터링 타깃에 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 포함하고, 상기 무기층 형성실에서는, 상기 수증기 도입 수단에 의해 무기층 형성실 내에 수증기를 도입하고, 상기 전압 인가 수단에 의해 전압을 인가하여 플라즈마를 생성하여 상기 피처리 기판 상에 무기층을 형성하고, 그 후, 상기 무기층이 형성된 피처리 기판에 상기 유기층 형성 수단에 의해 상기 유기층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 성막 장치에서는, 수증기 도입 수단에 의해 반응성 가스로서 수증기를 도입하고, 이로써 무기층을 형성함으로써, 유기층과의 밀착성이 높은 층을 형성하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시형태로는, 상기 무기층 형성실과 상기 유기층 형성실은, 각각 진공 배기 수단을 구비함과 함께, 이 순서로 직렬로 배치되어 있는 것을 들 수 있다.
또, 복수층을 적층한 무기층을 형성하는 경우에 바람직한 실시형태로는, 상기 성막 장치의 중앙에는, 피처리 기판이 그 표면에 설치되는 상기 반송 수단으로서의 회전 드럼이 형성됨과 함께, 그 회전 드럼의 주위에는, 상기 무기층 형성실과 상기 유기층 형성실이 구획되어 형성되어 있는 것을 들 수 있다.
본 발명의 성막 방법 및 성막 장치에 의하면, 사용 횟수에 상관 없이 성막된 불소 함유 수지로 이루어지는 유기층과 무기층의 밀착성이 높다는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1 은, 실시형태 1 의 성막 방법으로 얻어진 적층 구조의 모식적 단면도이다.
도 2 는, 실시형태 1 에 관련된 성막 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 실시형태 2 의 성막 방법으로 얻어진 적층 구조의 모식적 단면도이다.
도 4 는, 실시형태 2 에 관련된 성막 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
(실시형태 1)
이하, 본 발명에 대해 도 1 을 사용하여 설명한다. 도 1 은, 적층 구조 (1) 의 모식적 단면도이다. 적층 구조 (1) 는, 투명 기판 (2) 과, 투명 기판 (2) 상에 성막된 무기층 (3) 과, 무기층 (3) 상에 적층된 방오층 (4) 으로 이루어진다.
투명 기판 (2) 은, 일방면측 (무기층 (3) 과는 역측) 에 수용된 소자를 보호하여 터치 패널을 구성하는 것이다. 이와 같은 투명 기판 (2) 의 재료로는, 예를 들어, 투명 수지 필름 또는 유리 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는 유리로 이루어진다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 투명 기판 (2) 은, 투과율이 100 ％ 인 것에 한정되지 않고, 이른바 반투명도 포함하는 것이다.
무기층 (3) 은, 방오층 (4) 과 투명 기판 (2) 의 밀착성을 향상시키기 위한 것이다. 상세한 것은 후술하겠지만, 이 무기층 (3) 은 성막시에 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링으로 형성함으로써 방오층 (4) 과의 밀착성을 높인 것이다.
무기층 (3) 은 무기 재료로 형성된다. 본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이 방오층과의 밀착성을 높이기 위해, 무기 재료로는 Si, Al, Ta, Nb, Ti, Zr, Sn, Zn, Mg 및 In 에서 선택된 적어도 1 종의 금속의 산화물, 산화질화물, 질화물을 들 수 있다. 이들 중, 산화규소, 질화규소, 질화산화규소, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화산화알루미늄, 산화티탄, 산화마그네슘, 산화인듐, 산화주석, 산화아연, 산화탄탈, 산화니오브, 산화지르코늄 등이 바람직하고, 이들 중 1 종을 단독으로, 혹은 이들을 임의로 혼합하여 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는 무기 재료로서 Si 를 함유하고 있다.
무기층 (3) 의 두께는 1 ∼ 1000 ㎚, 바람직하게는 5 ∼ 150 ㎚ 의 범위에서 적절히 설정할 수 있다. 무기층 (3) 의 두께가 상기 범위 미만이면, 밀착성을 발현할 수 없다. 또, 무기층 (3) 의 두께가 상기 범위를 초과하면, 반대로 응력 등에 의한 크랙이 발생하기 쉬워짐과 함께, 성막에 요하는 시간이 길어져 바람직하지 않다.
방오층 (4) 은 불소를 함유하는 유기층이며, 이 방오층 (4) 이 형성되어 있음으로써, 예를 들어 인체가 접촉함으로써 생기는 흠집이나 지문 등으로부터 터치 패널의 표면을 보호하는 것이다. 방오층 (4) 을 구성하는 불소계 수지란, 고분자 주사슬이 예를 들어 CF2=, -CF2-, -CFH- 등의 반복 단위를 갖는 것을 들 수 있고, 본 실시형태에서는 직사슬 구조의 퍼플루오로폴리에테르기를 갖는 것을 사용하고 있다. 또, 본 실시형태에 있어서의 방오층 (4) 을 구성하는 불소계 수지는, 이 고분자 주사슬의 말단에 규소 원자를 갖는 것이며, 고분자 주사슬 말단에 위치하는 규소 원자에는 알콕시기가 산소-규소 결합에 의해 부가되어 있다.
방오층 (4) 의 막 두께로는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 0.0005 ∼ 5 ㎛ 의 범위에서 적절히 설정할 수 있다. 0.0005 ㎛ 미만이면, 충분한 오염 부착 방지 기능을 발현하는 것이 곤란해지고, 또 5 ㎛ 를 초과하면, 광 투과율의 저하 등이 발생하기 때문이다.
이러한 적층 구조 (1) 는, 이하와 같이 하여 형성된다.
먼저, 유리 기판인 투명 기판 (2) 상에 무기층 (3) 을 형성한다. 이와 같은 무기층 (3) 의 성막 방법으로는, 예를 들어, CVD 법, 플라즈마 CVD 법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등을 들 수 있고, 스퍼터링법으로는 또한 ECR 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 바이어스 스퍼터링법, 직교 전자계형 스퍼터링법 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는 반응성 스퍼터링법에 의해 형성한다. 반응성 스퍼터링에 의한 성막 조건으로는, 스퍼터링 타깃 : Si 타깃, 불활성 가스 : Ar, 반응성 가스 : 수증기 (H2O), Ar 가스 유량 : 10 ∼ 200 sccm, 수증기 유량 : 100 ∼ 400 sccm, 투입 파워 : 1 ∼ 12 ㎾ 이다. 본 실시형태의 성막 조건은, 스퍼터링 타깃 : Si 타깃, 불활성 가스 : Ar, 반응성 가스 : 수증기 (H2O), Ar 가스 유량 : 30 sccm, 수증기 유량 : 300 sccm, 투입 파워 : 8 ㎾ 이다. 또한, 불활성 가스로는, 스퍼터링에 있어서 통상적으로 사용할 수 있는 불활성 가스, 예를 들어 He, Ne 등을 사용해도 된다.
이와 같이 본 실시형태에서는 무기층 (3) 을 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링법에 의해 형성함으로써, 무기층 (3) 의 표면에 수증기에 함유 되는 OH 기가 결합된다. 이와 같이 무기층 (3) 의 표면에 OH 기가 결합됨으로써, 방오층 (4) 과의 밀착성이 향상된다. 즉, 무기층 (3) 상에 방오층 (4) 을 형성한 경우, 방오층 (4) 의 불소계 수지를 구성하는 고분자 주사슬 말단에 위치하는 규소 원자에는 알콕시기가 산소-규소 결합에 의해 부가되어 있는데, 이 알콕시기가 가수 분해됨으로써 하이드록실기가 된다. 그리고, 이 하이드록실기와, 이 무기층 (3) 표면의 OH 기가 탈수 축합 반응하여 실록산 결합을 만든다. 이와 같이 실록산 결합을 만듦으로써, 보다 무기층 (3) 과 방오층 (4) 이 강고하게 결합되어, 밀착성을 향상시킬 수 있다.
이 경우, 무기층 (3) 의 표면에 OH 기를 결합시키려면, 반응성 스퍼터링을 실시할 때에 반응성 가스로서 수증기를 사용하면, 간단하고 쉽게 또한 염가로 처리를 실시할 수 있어 바람직하다.
예를 들어 반응성 가스로서 산소를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시하여 산화 실리콘층을 형성한 후, 수증기 중에 있어서의 플라즈마 처리를 실시하여 산화 실리콘층의 표면에 OH 기를 결합시킨 경우에도 무기층 (3) 의 표면에 OH 기를 결합시킬 수 있다. 그러나, 본 실시형태와 같이 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시하여 무기층 (3) 을 형성함으로써, 공정을 1 개 줄일 수 있어 택트 타임을 감소시킬 수 있다.
본 실시형태에서는, 수증기만을 반응성 가스로서 사용하여 반응성 스퍼터링을 실시하고 있지만, 또 다른 반응성 가스를 도입할 수도 있다. 다른 반응성 가스로는 산소 등의 O 함유 가스나, 수소 등의 H 함유 가스이다.
그 후, 이 무기층 (3) 상에 방오층 (4) 을 형성한다. 방오층 (4) 의 형성 방법으로는 도포법, 증착법 등을 들 수 있지만, 본 실시형태에서는 증착법을 사용하고 있다.
증착법으로는 진공 증착법, 이온 빔 증착법, 저항 가열 증착법을 들 수 있지만, 본 실시형태에서는 소정의 압력 상태에서 증착원을 가열하여 증착을 실시하는 저항 가열 증착법을 사용하고 있다. 소정의 압력 상태란, 1 × 10-4 ∼ 1 × 10-2 ㎩ 이다. 본 실시형태에서는 2 × 10-3 ∼ 4 × 10-4 ㎩ 이 되도록 압력을 유지하면서, 가열 수단에 의해 220 ℃ 까지 증착원으로서의 상품명 옵툴 DSX (다이킨 공업 주식회사 제조) 를 가열하여, 두께 2 ㎚ 의 증착막을 형성하고 있다.
본 실시형태에 관련된 성막 장치에 대해, 이하 도 2 를 사용하여 설명한다. 성막 장치 (10) 는 이른바 인라인식 성막 장치이며, 기판에 대해 소정의 처리를 실시하는 처리실이 직렬로 접속되어 있는 것이다. 성막 장치 (10) 는, 로드 로크실 (11) 과, 무기층 형성실 (12) 과, 방오층 형성실 (13) 을 이 순서로 구비한다. 또한, 성막 장치 (10) 내에 있어서, 투명 기판 (2) 은 반송 수단으로서의 반송 트레이에 의해 지지되어 반송된다. 또한, 본 실시형태에 있어서 반송 수단이란, 투명 기판 (2) 을 재치하는 반송 트레이와, 반송 트레이를 이동시키는 이동 수단으로 이루어지는 것이다.
로드 로크실 (11) 에는, 대기 중으로부터 투명 기판 (2) 이 반입된다. 로드 로크실 (11) 에는, 도시되지 않은 진공 펌프가 형성되어, 로드 로크실 (11) 내를 소정의 진공도가 될 때까지 진공 배기하고, 그 진공도를 유지할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 도시되지 않았지만 각 처리실에는 진공 펌프가 형성되어 처리실마다 원하는 진공도로 할 수 있다.
무기층 형성실 (12) 은, 투명 기판 (2) 에 대해 스퍼터링법에 의해 무기층 (3) (도 1 참조) 을 형성하기 위한 것이다. 무기층 형성실 (12) 에 반송된 투명 기판 (2) 은, 도시되지 않은 반송 수단으로 기판 설치 위치 (121) 에 설치된다. 무기층 형성실 (12) 에는, 이 기판 설치 위치 (121) 에 설치된 투명 기판 (2) 에 대향하도록, 스퍼터링 타깃 (122) 이 타깃 지지부 (123) 에 의해 지지되어 설치된다. 타깃 지지부 (123) 에는 고주파 전원 (124) 이 접속되어 있어, 스퍼터링 타깃 (122) 에 전압을 인가할 수 있도록 구성되어 있다.
스퍼터링 타깃 (122) 은 무기층에 따라 재료를 적절히 설정한다. 본 실시형태에서는 무기층으로서 SiO2 막을 형성하기 때문에, 스퍼터링 타깃 (122) 으로서 금속 실리콘 타깃이 설치되어 있다.
또, 무기층 형성실 (12) 에는, 불활성 가스가 봉입된 제 1 가스 봉입부 (125) 가 제 1 밸브 (126) 를 개재하여 설치되어 있다. 제 1 밸브 (126) 의 개도를 조정함으로써, 제 1 가스 봉입부 (125) 로부터 소망량의 불활성 가스를 무기층 형성실 (12) 내에 도입할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 제 1 가스 봉입부 (125) 에는 불활성 가스로서의 Ar 가스가 봉입되어 있다. 또, 무기층 형성실 (12) 에는, 반응성 가스가 봉입된 제 2 가스 봉입부 (127) 가 제 2 밸브 (128) 를 개재하여 설치되어 있다. 이 제 2 밸브 (128) 의 개도를 조정함으로써, 제 2 가스 봉입부 (127) 로부터 소망량의 반응성 가스를 무기층 형성실 (12) 내에 도입할 수 있다. 제 2 가스 봉입부 (127) 에는 반응성 가스로서의 H2O 가스가 봉입되어 있다.
방오층 형성실 (13) 은, 증착법에 의해 투명 기판 (2) 의 무기층 상에 방오층 (4) (도 1 참조) 을 형성하기 위한 것이다. 방오층 형성실 (13) 에 반송된 투명 기판 (2) 은, 도시되지 않은 반송 수단으로 기판 설치 위치 (131) 에 설치된다. 방오층 형성실 (13) 에는, 설치된 투명 기판 (2) 에 대향하도록 증착 수단 (132) 이 설치되어 있다. 증착 수단 (132) 은, 증착 방법에 따라 다르기도 하지만, 본 실시형태에서는 도시되지 않은 증착원이 가열 수단을 구비한 도가니 중에 설치된 것이다.
이러한 성막 장치 (10) 에 있어서의 성막에 대해 설명한다. 로드 로크실 (11) 에 투명 기판 (2) 이 반송되면, 로드 로크실 (11) 에서는 배기가 실시되고, 진공 상태가 된다. 원하는 진공 상태가 된 후, 투명 기판 (2) 은 무기층 형성실 (12) 에 반송된다. 무기층 형성실 (12) 에서는, 투명 기판 (2) 에 대해 무기층이 형성된다. 구체적으로는, 제 1 밸브 (126), 제 2 밸브 (128) 의 개도를 조정하여 제 1 가스 봉입부 (125) 및 제 2 가스 봉입부 (127) 로부터 각각 불활성 가스 및 반응성 가스를 무기층 형성실 (12) 에 도입함과 함께, 고주파 전원 (124) 으로부터 스퍼터링 타깃 (122) 에 전압을 인가하여 반응성 스퍼터링을 개시하여, 무기층 (3) 을 형성한다.
이어서, 투명 기판 (2) 이 무기층 형성실 (12) 로부터 방오층 형성실 (13) 에 반송된다. 방오층 형성실 (13) 에서는, 무기층 (3) 상에 방오층 (4) 이 형성된다. 구체적으로는, 도가니를 가열 수단에 의해 가열하여, 반송된 투명 기판 (2) 의 무기층 (3) 에 대해 가열된 증착원을 부착시켜 방오층 (4) 을 형성한다.
방오층 (4) 이 형성된 후, 투명 기판 (2) 은 로드 로크실 (11) 에 반송되고, 로드 로크실 (11) 에 있어서 대기 개방된 후에 성막 장치 (10) 로부터 반출된다.
이와 같이 하여, 본 실시형태의 성막 장치 (10) 에서는, 무기층 형성실 (12) 에서 반응성 가스로서 수증기를 사용하여 반응성 스퍼터링을 실시함으로써, 간단하고 쉽게 무기층 (3) 의 표면에 수증기 중의 OH 기를 부착시킬 수 있고, 이로써 무기층 (3) 과 방오층 (4) 의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에 관련된 적층 구조에 대해, 도 3 을 사용하여 설명한다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 적층 구조 (1A) 에서는, 무기층 (3A) 이 복수층으로 이루어지는 점이 실시형태 1 에 나타내는 무기층 (3) (도 1 참조) 과는 상이하다.
본 실시형태에 있어서의 무기층 (3A) 은, 제 1 무기층 (31) 과 제 2 무기층 (32) 이 이 순서로 복수층 형성되어 이루어지고, 또한 이 최상층 (즉 방오층 (4) 에 밀착되는 층) 에는, 상기 서술한 반응성 가스로서 수증기를 사용하여 반응성 스퍼터링을 실시하여 형성한 제 3 무기층 (33) 을 갖는 것이다. 이 본 실시형태에 있어서의 무기층 (3A) 은, 상기 서술한 무기층 (3) (도 1 참조) 으로서 기능함과 함께, 반사 방지층으로서도 기능하는 것이다. 이 무기층 (3A) 의 표면에 형성된 제 3 무기층 (33) 도, 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링에 의해 형성하고 있으므로, 방오층 (4) 과의 밀착성이 높은 것이다.
무기층 (3A) 의 재료로는, 상기 서술한 무기층 (3) 과 동일한 재료를 사용할 수 있으며, Si, Al, Ta, Nb, Ti, Zr, Sn, Zn, Mg 및 In 을 들 수 있고, 이 중 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것이고, 또한 제 1 무기층 (31) 과 제 2 무기층 (32) 에서 상이한 재료인 것을 들 수 있다. 또한, 제 3 무기층 (33) 과 제 1 무기층 (31) 또는 제 2 무기층 (32) 은 동일 재료여도 된다. 또, 제 1 무기층 (31) 으로는 산화규소, 질화규소, 질화산화규소, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 질화산화알루미늄, 산화티탄, 산화마그네슘, 산화인듐, 산화주석, 산화아연, 산화탄탈, 산화니오브, 산화지르코늄 등을 들 수 있고, 이들 중 1 종 또는 2 종 이상을 혼합하여 이루어지는 것이다. 특히, 제 1 무기층 (31) 으로는, 산화탄탈 (Ta2O5), 산화니오브 (Nb2O5), 산화티탄 (TiO2) 을 들 수 있고, 특히 제 1 무기층 (31) 이 Ta2O5 막인 것이 바람직하다. 제 3 무기층 (33) 에 대해서는, 상기 서술한 무기층 (3) 과 동일한 조건으로 형성되는 것이고, 본 실시형태에서는 산화 실리콘이다.
또한, 본 실시형태에서는, 무기층 (3A) 은 제 3 무기층 (33) 을 제외하고 2 종의 막을 순차 중첩시키고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 3 종 이상의 막을 순차 중첩시켜도 된다.
본 실시형태에 있어서의 무기층 (3A) 을 형성하는 경우, 각 층의 성막 방법으로는, 예를 들어, CVD 법, 플라즈마 CVD 법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등을 들 수 있고, 스퍼터링법으로는 또한 ECR 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 바이어스 스퍼터링법, 직교 전자계형 스퍼터링법 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는, 각 층을 각각 반응성 스퍼터링법에 의해 형성한다.
예를 들어, 이와 같은 밀착층 (3A) 을 형성하는 경우에는, 제 1 무기층 (31) 의 형성 조건은, 스퍼터링 타깃 : Ta 타깃, 스퍼터링 가스 : Ar ＋ O2, Ar 가스 유량 : 50 ∼ 500 sccm, O2 가스 유량 : 50 ∼ 500 sccm, 투입 파워 : 1 ∼ 10 ㎾ 이다. 제 2 무기층 (32) 의 형성 조건은, 스퍼터링 타깃 : Si 타깃, 스퍼터링 가스 : Ar ＋ O2, Ar 가스 유량 : 50 ∼ 500 sccm, O2 가스 유량 : 50 ∼ 500 sccm, 투입 파워 : 1 ∼ 10 ㎾ 이다. 수증기를 반응성 가스로서 사용하는 제 3 무기층 (33) 의 형성 조건은, 스퍼터링 타깃 : Si 타깃, 불활성 가스 : Ar, 반응성 가스 : H2O, Ar 가스 유량 : 10 ∼ 200 sccm, H2O 가스 유량 : 100 ∼ 400 sccm, 투입 파워 : 1 ∼ 12 ㎾ 이다.
본 실시형태에서는, 제 1 무기층 (31) 의 형성 조건은, 스퍼터링 타깃 : Ta타깃, 스퍼터링 가스 : Ar ＋ O2, Ar 가스 유량 : 100 sccm, O2 가스 유량 : 300 sccm, 투입 파워 : 8 ㎾ 이다. 제 2 무기층 (32) 의 형성 조건은, 스퍼터링 타깃 : Si 타깃, 스퍼터링 가스 : Ar ＋ O2, Ar 가스 유량 : 50 sccm, O2 가스 유량 : 200 sccm, 투입 파워 : 8 ㎾ 이다. 수증기를 반응성 가스로서 사용하는 제 3 무기층 (33) 의 형성 조건은, 스퍼터링 타깃 : Si 타깃, 불활성 가스 : Ar, 반응성 가스 : H2O, Ar 가스 유량 : 30 sccm, H2O 가스 유량 : 300 sccm, 투입 파워 : 8 ㎾ 이다.
이와 같은 적층 구조 (1A) 를 형성하는 성막 장치에 대해, 도 4 를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 관련된 성막 장치 (20) 는, 중앙부에 회전 드럼 (21) 이 형성되어 있다. 이 회전 드럼 (21) 에는 복수 장의 투명 기판 (2) 이 형성된다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 성막 장치 (20) 에서는, 회전 드럼 (21) 이 기판 설치부로서 기능하도록 구성되어 있다. 회전 드럼 (21) 은, 회전 가능하고, 회전 드럼 (21) 의 표면에 설치된 복수의 투명 기판 (2) 에 대해 각 처리가 실시된다. 성막 장치 (20) 는, 도시되지 않은 진공 펌프가 형성되어 있고, 이로써 성막 장치 (20) 내를 원하는 진공도로 할 수 있다.
성막 장치 (20) 는, 또한 내부가 복수의 처리실로 구획되어 있다. 본 실시형태에서는, 성막 장치 (20) 는 그 둘레 방향으로 제 1 층 형성실 (22) 과, 제 2 층 형성실 (23) 과, 방오층 형성실 (24) 로 구획되어 있다. 제 1 층 형성실 (22) 과 제 2 층 형성실 (23) 은 서로 대향하는 위치에 있고, 방오층 형성실 (24) 은 제 1 층 형성실 (22) 과 제 2 층 형성실 (23) 사이에 있다.
제 1 층 형성실 (22) 과 제 2 층 형성실 (23) 은, 모두 스퍼터링법에 의해 제 1 무기층 (31) 및 제 2 무기층 (32) (도 3 참조) 을 형성할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 제 1 층 형성실 (22) 에서는 스퍼터링법에 의해 제 1 무기층 (31) 을 형성하고, 제 2 층 형성실 (23) 에서는 스퍼터링법에 의해 제 2 무기층 (32) 을 형성한다. 또한, 상세한 것은 후술하겠지만, 제 2 층 형성실 (23) 에서는 제 3 무기층 (33) 을 형성할 수 있도록 구성되어 있다.
제 1 층 형성실 (22) 에는, 1 쌍의 제 1 층용 스퍼터링 타깃 (221) 이 각각 타깃 지지부 (222) 에 지지되어 설치되어 있다. 각 타깃 지지부 (222) 에는 고주파 전원 (223) 이 접속되어 있다. 이로써, 1 쌍의 제 1 층용 스퍼터링 타깃 (221) 에는 각각 서로 정부 (正負) 반대의 전압이 인가된다. 또, 제 1 층 형성실 (22) 에는, 불활성 가스가 봉입된 제 3 가스 봉입부 (224) 가 제 3 밸브 (225) 를 개재하여 접속되어 있음과 함께, 반응성 가스가 봉입된 제 4 가스 봉입부 (226) 가 제 4 밸브 (227) 를 개재하여 접속되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 3 가스 봉입부 (224) 에는 불활성 가스로서의 Ar 가스가 봉입되어 있고, 제 4 가스 봉입부 (226) 에는 반응성 가스로서의 O2 가스가 봉입되어 있다.
제 2 층 형성실 (23) 에는, 1 쌍의 제 2 층용 스퍼터링 타깃 (231) 이 각각 타깃 지지부 (232) 에 지지되어 설치되어 있다. 타깃 지지부 (232) 에는 고주파 전원 (233) 이 접속되어 있다. 또, 제 2 층 형성실 (23) 에는, 불활성 가스가 봉입된 제 5 가스 봉입부 (234) 가 제 5 밸브 (235) 를 개재하여 접속되어 있음과 함께, 반응성 가스가 봉입된 제 6 가스 봉입부 (236) 이 제 6 밸브 (237) 를 개재하여 접속되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 5 가스 봉입부 (234) 에는 불활성 가스로서의 Ar 가스가 봉입되어 있고, 제 6 가스 봉입부에는 O2 가스가 봉입되어 있다.
그리고 또한, 제 2 층 형성실 (23) 에는, 반응성 가스로서의 수증기가 봉입된 제 7 가스 봉입부 (238) 가 제 7 밸브 (239) 를 개재하여 접속되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 이 제 2 층 형성실 (23) 에 있어서, 반응성 스퍼터링시에 반응성 가스로서 수증기를 도입할 수 있고, 이로써 제 3 무기층 (33) 을 형성할 수 있도록 구성되어 있다.
방오층 형성실 (24) 에는 증착 수단 (241) 이 설치되어 있다. 증착 수단 (241) 은, 증착 방법에 따라 다르기도 하지만, 본 실시형태에서는 도시되지 않은 증착원이 가열 수단을 구비한 도가니에 설치된 것이다.
이러한 성막 장치 (20) 에 있어서의 성막에 대해 설명한다. 성막 장치 (20) 에 복수의 투명 기판 (2) 이 반송되고, 반송된 투명 기판 (2) 은 회전 드럼 (21) 에 각각 소정의 간격을 두고 설치된다. 그 후, 성막 장치 (20) 내는 배기가 실시되고, 원하는 진공 상태가 된다. 진공 상태가 된 후, 회전 드럼 (21) 의 회전이 개시된다. 회전 드럼 (21) 은, 모든 투명 기판 (2) 에 대해 모든 막의 성막이 완료될 때까지 일방향으로 계속 회전한다.
먼저, 제 1 층 형성실 (22) 에서 산소를 사용한 반응성 스퍼터링이 실시되어 투명 기판 (2) 에 Ta2O5 막인 제 1 무기층 (31) 을 형성한다. 이어서, 회전 드럼 (21) 을 회전시켜 회전 드럼 (21) 상에 설치된 다른 투명 기판 (2) 상에 제 1 무기층 (31) 을 형성하고, 제 1 무기층 (31) 을 형성하면 재차 회전 드럼 (21) 을 회전시킨다. 이와 같이 하여 모든 회전 드럼 (21) 상의 투명 기판 (2) 에 성막이 종료되면, 이어서 제 2 무기층 (32) (도 3 참조) 의 형성이 시작된다. 즉, 제 2 층 형성실 (23) 에서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링법이 실시되어 투명 기판 (2) 에 제 2 무기층 (32) 을 형성한다.
이와 같이 하여 각 투명 기판 (2) 의 제 1 무기층 (31) 상에 제 2 무기층 (32) 을 형성하면, 재차 제 1 층 형성실 (22) 에 있어서 스퍼터링이 개시되어, 제 2 무기층 (32) 상에 제 1 무기층 (31) 이 형성된다. 그리고, 제 1 무기층 (31) 및 제 2 무기층 (32) 을 이 순서로 순차 적층해 나감으로써, 무기층 (3A) (도 3 참조) 의 적층 부분이 형성된다.
그 후, 제 2 층 형성실 (23) 에 있어서, 반응성 가스로서 수증기를 사용하여 반응성 스퍼터링을 실시하여 형성된 무기층 (3A) (도 3 참조) 의 적층 부분 상에 제 3 무기층 (33) 을 형성한다. 이로써 무기층 (3A) 이 형성된다.
마지막으로, 무기층 (3A) 상에 방오층 (4) (도 3 참조) 이 형성된다. 구체적으로는, 방오층 형성실 (24) 에 있어서 증착 수단 (241) 의 증착원의 가열을 개시하여, 투명 기판 (2) 의 무기층 (3A) 상에 가열된 증착원이 부착되어 방오층을 형성한다.
방오층 (4) 이 형성된 후, 성막 장치 (20) 는 대기 개방되어, 방오층 (4) 이 성막된 투명 기판 (2) 은 성막 장치 (20) 로부터 반출된다.
이와 같이 하여, 본 실시형태의 성막 장치 (20) 에서는, 제 2 층 형성실 (23) 에서 반응성 가스로서 수증기를 사용하여 반응성 스퍼터링을 실시하여 제 3 무기층 (33) 을 형성함으로써, 간단하고 쉽게 무기층 (3A) 의 표면에 수증기 중의 OH 기를 부착시킬 수 있고, 이로써 무기층 (3A) 과 방오층 (4) 의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명의 실시형태에 대해 보다 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
실시형태 1 에 관련된 성막 장치에 의해 표 1 에 나타내는 각 조건으로 적층 구조 (1) 를 형성하였다. 또한, 기재가 없는 조건에 대해서는 실시형태 1 에 기재한 것과 동일하다.
(비교예 1)
실시예 1 과는, 무기층의 형성 공정에서 반응성 스퍼터링에 있어서 수증기를 사용하지 않고 산소를 사용한 점 이외에는, 모두 동일한 조건으로 적층 구조를 형성하였다.
(비교예 2)
실시예 1 과는, 무기층의 형성 공정에서 반응성 스퍼터링에 있어서 수증기를 사용하지 않고 산소를 사용하여 산화 실리콘막을 형성한 점, 및 반응성 스퍼터링 후에 수증기를 사용한 플라즈마 처리를 실시하여 산화 실리콘막의 표면에 OH 기를 각각 부착시킨 점 이외에는, 모두 동일한 조건으로 적층 구조를 형성하였다. 플라즈마 처리의 조건은 수증기 유량 : 150 sccm, 투입 파워 : 1500 ㎾ 이다.
(실시예 2)
실시예 1 과는, 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링에 의한 무기층의 형성 공정 후, 진공을 유지한 채 수증기를 사용한 플라즈마 처리를 실시하고 (조건은 비교예 2 와 동일), 그 후 방오층을 형성한 점 이외에는, 모두 동일한 조건으로 적층 구조를 형성하였다.
(실시예 3)
실시형태 2 에 관련된 성막 장치에 의해 표 1 에 나타내는 각 조건으로 제 3 무기층 (33) 을 형성하고, 적층 구조 (1A) 를 형성하였다. 또한, 기재가 없는 조건에 대해서는 실시형태 2 에 기재한 것과 동일하다.
(비교예 3)
실시예 3 과는, 무기층의 형성 공정에서 반응성 스퍼터링에 있어서 수증기를 사용하지 않은 점 (즉 제 3 무기층을 형성하지 않은 점) 이외에는, 모두 동일한 조건으로 적층 구조를 형성하였다.
실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 3 의 적층 구조에 대해, 각각 내구 시험을 실시하고, 밀착성을 확인하였다. 내구 시험은, 각 적층 구조의 방오층 표면을 하중 (1000 g/㎠) 을 가한 스틸울로 슬라이딩하여, 마모된 후에 방오층 표면에 물방을을 떨어뜨리고, 이 물방울의 접촉각이 105 도 이하가 된 경우의 슬라이딩 횟수를 측정한 것이다. 즉, 슬라이딩 횟수가 많을수록 방오층이 잘 박리되지 않고, 밀착성이 높은 것을 나타낸다. 결과를 표 1 에 함께 나타낸다.
Figure pct00001
표 1 에 나타내는 바와 같이, 모든 실시예에서 비교예에 대해 슬라이딩 횟수가 많아, 방오층과의 밀착성이 향상된 것을 알 수 있었다. 실시예 2 에서는, 반응성 가스로서 수증기를 사용하여 무기층을 형성한 후에 수증기를 사용한 플라즈마 처리를 실시하였지만, 실시예 1 과 동일한 결과를 얻었다. 이 점에서, 플라즈마 처리의 유무는 불문하고, 무기층 형성시에 수증기를 사용함으로써, 충분히 밀착성이 높은 막을 형성할 수 있었다는 것을 알 수 있었다. 실시예 1 과 비교예 2 를 비교하면, 플라즈마 처리를 실시하는 경우보다 실시예 1 의 경우 쪽이 밀착성이 높고, 실시형태 1 과 같이 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시하는 쪽이 산화 실리콘막을 성막한 후에 수증기를 사용한 플라즈마 처리를 실시하는 것보다도 보다 높은 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 비교예 2 의 경우에도 비교예 1 보다는 효과를 얻을 수 있었으므로, 무기층 표면에 OH 기를 부착시킴으로써 밀착성이 향상되는 것은 확인되었다.
(그 밖의 실시형태)
본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 성막 장치는 실시형태 1 및 2 에 예시한 것에 한정되지 않고, 각 실시형태에 관련된 성막 방법을 실시할 수 있는 것이면 된다. 예를 들어, 1 개의 성막 장치 내에 본 실시형태에 있어서의 플라즈마 처리실에 형성된 플라즈마 처리 수단, 증착 수단을 형성하고, 기판을 이들에 대향하도록 하여 설치할 수 있도록 구성해도 된다.
상기 서술한 실시형태에서는, 불활성 가스와 반응성 가스를 사용하여 반응성 스퍼터링을 실시하였지만, 이것에 한정되지 않고, 반응성 가스만을 도입하여 반응성 스퍼터링을 실시해도 된다.
또, 실시형태 2 에 관련된 성막 장치 (20) 에서는, 제 1 층 형성실 (22) 과 제 2 층 형성실 (23) 이 서로 대향하도록 형성하였지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 인접하도록 형성해도 된다.
또한, 성막 장치 (20) 에서는, 제 2 층 형성실 (23) 에 있어서 제 3 무기층 (33) 을 형성할 수 있도록 구성하였지만, 이것에 한정되지 않고, 제 1 층 형성실 (22) 에 있어서 제 3 무기층 (33) 을 형성할 수 있도록 구성해도 된다. 즉, 제 3 무기층 (33) 의 무기 재료와 동일한 재료를 사용하는 층을 형성하는 실내에 수증기를 도입할 수 있도록 구성하면 되고, 한정되지 않는다. 또, 제 3 무기층 (33) 을 형성할 수 있는 제 3 층 형성실을 형성하는 것도 가능하다.
또, 실시형태 2 에서는, 2 개의 스퍼터링 타깃 사이에 고주파 전압을 인가하였지만, 이와 같은 이른바 듀얼식 스퍼터링 방법에 한정되지 않는다. 예를 들어, 단일의 스퍼터링 타깃에 대해 고주파 전원을 접속시키고, 접지된 기판과 스퍼터링 타깃 사이에서 고주파 전압을 인가해도 된다.
실시형태 2 에서는, 무기층 (3A) 으로서 반사 방지층으로서도 기능하는 막을 예로 들었지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 광학 기능막이어도 된다.
실시형태 2 에서는, 제 2 무기층 (32) 상에 제 3 무기층 (33) 을 형성하였지만, 이것에 한정되지 않고, 복수의 제 1 무기층 (31) 및 제 2 무기층 (32) 을 순차 적층하고, 그 후 제 1 무기층 (31) 을 형성한 후에 제 3 무기층 (33) 을 형성해도 된다.
상기 서술한 각 실시형태에서는, 유기층으로서 방오층을 형성하였지만, 유기층의 기능으로는 방오성에 한정되지 않는다.
1, 1A : 적층 구조
2 : 투명 기판
3, 3A : 무기층
4 : 방오층
10 : 성막 장치
11 : 로드 로크실
12 : 무기층 형성실
13 : 방오층 형성실
20 : 성막 장치
21 : 회전 드럼
22 : 제 1 층 형성실
23 : 제 2 층 형성실
24 : 방오층 형성실
31 : 제 1 무기층
32 : 제 2 무기층
33 : 제 3 무기층

Claims (7)

  1. 피처리 기판에 성막된 무기물로 이루어지는 무기층 상에 불소 함유 수지로 이루어지는 유기층을 형성하는 성막 방법으로서,
    상기 무기층을 형성할 때, 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시하여 피처리 기판 상에 무기층을 형성하고, 이어서 그 무기층 상에 상기 유기층을 형성하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기층이 Si, Al, Ta, Nb, Ti, Zr, Sn, Zn, Mg 및 In 에서 선택된 적어도 1 종을 함유하는 층인 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 무기층을 2 이상의 무기막을 적층하여 형성하고,
    그 무기막 중, 적어도 최상층은 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시하여 형성하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기층을, 반응성 가스로서 수증기를 사용한 반응성 스퍼터링을 실시한 후, 수증기를 사용한 플라즈마 처리를 실시하여 형성하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  5. 피처리 기판 상에 무기층이 형성되는 무기층 형성 수단을 구비한 무기층 형성실과, 불소 함유 수지로 이루어지는 유기층이 형성되는 유기층 형성 수단을 구비한 유기층 형성실을 구비한 성막 장치로서,
    상기 무기층 형성 수단은, 무기층 형성실 내에 수증기를 도입하는 수증기 도입 수단과, 스퍼터링 타깃과, 그 스퍼터링 타깃에 전압을 인가하는 전압 인가 수단을 포함하고,
    상기 무기층 형성실에서는, 상기 수증기 도입 수단에 의해 무기층 형성실 내에 수증기를 도입하고, 상기 전압 인가 수단에 의해 전압을 인가하여 플라즈마를 생성하여 상기 피처리 기판 상에 무기층을 형성하고,
    그 후, 상기 무기층이 형성된 피처리 기판에 상기 유기층 형성 수단에 의해 상기 유기층을 형성하는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 무기층 형성실과 상기 유기층 형성실은, 각각 진공 배기 수단을 구비함과 함께, 이 순서로 직렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 성막 장치의 중앙에는, 피처리 기판이 그 표면에 설치되는 반송 수단으로서의 회전 드럼이 형성됨과 함께, 그 회전 드럼의 주위에는, 상기 무기층 형성실과 상기 유기층 형성실이 구획되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
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