KR20180014007A - 스퍼터링 타깃 및 이것을 사용한 스퍼터링 성막 방법 - Google Patents

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히로토 와타나베
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스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤
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Abstract

아킹이나 이상 방전에 의한 파티클의 발생을 저감시키는 것이 가능한 스퍼터링 타깃을 제공한다. 마그네트론 스퍼터링에 사용되는 스퍼터링 타깃이며, 해당 스퍼터링 타깃의 타깃면의 중앙부에 위치하는 비에로젼 영역에, 판 형상 부재가 착탈 가능하게 끼워 넣어져 있다. 판 형상 부재의 타깃면측의 표면은, 스퍼터링 타깃에 끼워 넣어졌을 때에 스퍼터링 타깃의 에로젼 전의 타깃면과 거의 동일한 높이이거나, 또는 해당 타깃면보다 오목한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

Description

스퍼터링 타깃 및 이것을 사용한 스퍼터링 성막 방법
본 발명은, 타깃의 표면에 자장을 형성하여 스퍼터링을 행하는 마그네트론 스퍼터링에 사용하는 타깃 및 해당 타깃을 사용한 스퍼터링 성막 방법에 관한 것이다.
휴대 전화, 휴대 전자 문서 기기, 자동 판매기, 차 내비게이션 등에 탑재되는 플랫 패널 디스플레이(FPD)에는, 손가락이나 펜 끝을 표시 화면에 접촉시켜서 입력을 행하는 「터치 패널」의 채용이 보급되어 있다. 「터치 패널」은 크게 나누어서 「저항형」과 「정전 용량형」이 있고, 「저항형」의 터치 패널은, 수지 필름을 포함하는 투명 기판 상에 성막된 X 좌표(또는 Y 좌표) 검지용의 전극 시트와, 유리 기판 상에 성막된 Y 좌표(또는 X 좌표) 검지용의 전극 시트를, 절연체 스페이서를 사이에 두고 이들 양 전극 시트가 대향하도록 중첩한 구조로 되어 있다. 그리고, 화면 표시에 따라서 투명 기판의 표면으로부터 펜 등으로 가압함으로써 양 전극 시트가 전기적으로 접촉하여, 이에 의해 당해 압박 위치의 X 좌표 및 Y 좌표를 검지할 수 있게 되어 있다.
한편, 「정전 용량형의 터치 패널」은, 절연 시트를 사이에 두고 대향하는 X 좌표(또는 Y 좌표) 검지용의 전극 시트와, Y 좌표(또는 X 좌표) 검지용의 전극 시트를 포함하는 적층체 상에 유리 등의 절연체가 배치된 구조로 되어 있고, 화면 표시에 따라서 절연체의 표면에 손가락을 접근했을 때에 그 근방의 X 좌표 검지 전극 및 Y 좌표 검지 전극의 전기 용량이 변화하기 때문에, 당해 손가락 위치의 X 좌표 및 Y 좌표를 검지할 수 있도록 되어 있다. 상기한 「저항형」 및 「정전 용량형」의 터치 패널은 모두 펜 등을 이동시키면 그때마다 좌표를 인식할 수 있으므로, 문자 등의 입력을 행하는 것이 가능한 구조로 되어 있다.
상기한 전극 시트를 구성하는 도전성 재료로서, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 종래부터 ITO(산화인듐-산화주석) 등의 투명 도전막이 널리 사용되고 있다. 이 투명 도전막은, 가시 파장 영역에서의 투과성이 우수하기 때문에 전극 등의 회로 패턴이 거의 시인되지 않는 이점을 갖지만, 금속제의 세선보다는 전기 저항값이 높기 때문에 터치 패널의 대형화나 응답 속도의 고속화에는 부적합한 결점을 갖는다.
그래서, 특허문헌 2나 특허문헌 3 등에 개시되어 있는 바와 같이, 전기 저항값이 낮기 때문에 터치 패널의 대형화나 응답 속도의 고속화에 적합한 메쉬 구조의 금속제 세선(금속막)이 근년의 터치 패널 대형화에 따라 사용되기 시작하고 있다. 그러나, 금속제 세선(금속막)은 가시 파장 영역에서의 반사율이 높기 때문에, 예를 들어 미세한 메쉬 구조로 가공했다고 해도 고휘도 조명하에서 회로 패턴이 시인되는 경우가 있어, 제품 가치를 저하시켜 버리는 결점을 갖는다.
이 투명 기판측으로부터 시인되는 금속제 세선(금속막)의 높은 반사율을 저감시키고 전기 저항값이 낮은 금속제 세선(금속막)의 특성을 살리기 위해서, 특허문헌 4나 특허문헌 5에 기재된 바와 같이, 수지 필름을 포함하는 투명 기판과 금속제 세선(금속막) 사이에 금속 산화물을 포함하는 반응성 스퍼터링 성막층(흑색화 막이라고도 칭해짐)을 개재시키는 기술이 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2003-151358호 공보 일본 특허 공개 제2011-018194호 공보 일본 특허 공개 제2013-069261호 공보 일본 특허 공개 제2014-142462호 공보 일본 특허 공개 제2013-225276호 공보
금속 산화물을 포함하는 상기 반응성 스퍼터링 성막층은, 금속 산화물의 성막 효율을 도모하는 관점에서, 통상, 산소를 포함하는 반응성 가스 분위기하에서 금속 타깃(금속재)을 사용한 반응성 스퍼터링 등에 의해 긴 형상의 수지 필름면에 연속적으로 성막하는 것이 행해지고 있다. 그리고, 이 반응성 스퍼터링 성막층 상에 추가로 구리 등의 금속 타깃(금속재)을 사용한 스퍼터링 등에 의해 금속층을 연속적으로 성막함으로써 전극 기판 필름의 제조에 사용되는 적층체 필름의 제조를 행하고 있다.
그러나, 산소를 포함하는 반응성 가스에 의한 반응성 스퍼터링을 장시간 실시하면, 상기 금속 타깃의 타깃면에 있어서의 비에로젼(non-erosion) 영역에 퇴적한 절연막(산화막)이 아킹의 유인이 되고, 이 아킹에 의해 발생한 파티클이 긴 수지 필름의 표면에 부착되어서 전극 등의 회로 패턴을 형성할 때에 단선 불량이나 쇼트 불량을 발생시키는 경우가 있었다. 또한, 비에로젼 영역에 퇴적한 절연막의 퇴적량이 증가하면 절연막을 박리하기 쉬워져, 이 박리한 절연막이 방전 공간에 침입함으로써 이상 방전이 발생하는 경우가 있었다. 이 이상 방전에 의해 발생한 파티클도 긴 수지 필름의 표면에 부착되면 전극 등의 회로 패턴을 형성할 때에 단선 불량이나 쇼트 불량의 원인이 된다. 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 아킹이나 이상 방전에 의한 파티클의 발생을 저감하는 것이 가능한 스퍼터링 타깃을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명자는, 금속 타깃의 타깃면의 중앙부에 위치하는 비에로젼 영역에 홈을 형성하고, 이 홈에 착탈 가능하게 끼워 넣어진 플레이트 형상 부재를 정기적으로 교환함으로써 해당 비에로젼 영역에서의 절연막의 퇴적량을 어느 일정량 이하로 억제할 수 있고, 이에 의해 아킹이나 이상 방전의 발생을 억제하여 긴 수지 필름의 표면에 부착되는 파티클의 양을 저감할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명이 제공하는 스퍼터링 타깃은, 마그네트론 스퍼터링에 사용되는 스퍼터링 타깃으로서, 해당 스퍼터링 타깃의 타깃면의 중앙부의 비에로젼 영역에, 판 형상 부재가 착탈 가능하게 끼워 넣어져 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 스퍼터링 타깃의 타깃면의 중앙부의 비에로젼 영역에 부착된 반응성 스퍼터링 성막에 의한 파티클 퇴적물을 용이하게 제거할 수 있다. 이에 의해, 수지 필름의 표면에 반응성 스퍼터링 막을 성막할 때에 상기 파티클 퇴적물에 기인하는 이상 방전에 의한 결함이나 파티클 부착 등의 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 스퍼터링 타깃을 구비한 마그네트론 스퍼터링 캐소드를 사용한 성막 장치의 모식적인 정면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 구체예의 스퍼터링 타깃을 구비한 마그네트론 스퍼터링 캐소드의 종단면도이다.
도 3은, 본 발명의 스퍼터링 타깃의 일 구체예의 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 스퍼터링 타깃을 구비한 마그네트론 스퍼터링 캐소드를 사용한 성막 장치에 의해 제조 가능한 제1 적층체 필름의 모식적 개략 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 스퍼터링 타깃을 구비한 마그네트론 스퍼터링 캐소드를 사용한 성막 장치에 의해 제조 가능한 제1 적층체 필름의 변경예의 모식적 개략 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 스퍼터링 타깃을 구비한 마그네트론 스퍼터링 캐소드를 사용한 성막 장치에 의해 제조 가능한 제2 적층체 필름의 모식적 개략 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 스퍼터링 타깃을 구비한 마그네트론 스퍼터링 캐소드를 사용한 성막 장치에 의해 제조한 제2 적층체 필름을 패터닝 가공하여 얻은 전극 기판 필름의 모식적 개략 단면도이다.
우선, 본 발명의 스퍼터링 타깃을 구비한 마그네트론 스퍼터링 캐소드가 사용되는 성막 장치의 일 구체예로서, 도 1에 도시한 바와 같은 반응성 스퍼터링법에 의한 연속 성막이 가능한 스퍼터링 웹 코터(10)에 대하여 설명한다. 이 도 1에 도시하는 스퍼터링 웹 코터(10)는, 진공 챔버(11) 내에서 롤 투 롤 방식으로 반송되는 긴 수지 필름(F)의 표면에 연속적으로 효율적으로 성막 처리를 실시하는 경우에 적합하게 사용된다.
구체적으로 설명하면, 진공 챔버(11)에는 드라이 펌프, 터보 분자 펌프, 크라이오 코일 등의 다양한 진공 장치(도시하지 않음)가 내장되어 있고, 스퍼터링 성막 시에 이들 진공 장치에 의해 진공 챔버(11) 내를 도달 압력 10-4Pa 정도까지 감압을 행한 후, 스퍼터링 가스의 도입에 의해 0.1 내지 10Pa 정도로 압력 조정할 수 있게 되어 있다. 스퍼터링 가스에는 아르곤 등 공지된 가스가 사용되고, 목적에 따라서 추가로 산소 등의 가스가 첨가된다. 진공 챔버(11)의 형상이나 재질은, 이러한 감압 상태에 견딜 수 있는 것이면 특별히 한정은 없고 다양한 것을 사용할 수 있다.
이 진공 챔버(11) 내에, 롤 투 롤로 반송되는 긴 수지 필름(F)의 권출 및 권취를 각각 행하는 권출 롤(12) 및 권취 롤(24), 그리고 해당 롤 투 롤의 반송 경로를 획정하는 각종 롤 군이 배치되어 있다. 상기 각종 롤 군 중, 롤 투 롤의 반송 경로의 대략 중앙부에 위치하는 캔 롤(16)은, 모터로 회전 구동되며 또한 내부에 진공 챔버(11)의 외부에서 온도 조절된 냉매가 순환하고 있고, 이에 의해 열 부하가 걸리는 성막 처리가 실시되는 긴 수지 필름(F)을 외주면에 감아서 냉각할 수 있게 되어 있다. 또한, 캔 롤(16)이 설치되어 있는 공간은, 캔 롤(16) 이외의 롤 군이 설치되어 있는 공간으로부터 구획판(11a)으로 격리되어 있다.
권출 롤(12)로부터 캔 롤(16)까지의 반송 경로를 획정하는 롤 군에는, 긴 수지 필름(F)을 안내하는 프리 롤(13), 긴 수지 필름(F)의 장력의 측정을 행하는 장력 센서 롤(14), 및 모터 구동의 전피드 롤(15)이 이 순으로 배치되어 있다. 캔 롤(16)로부터 권취 롤(24)까지의 반송 경로를 획정하는 롤 군도, 상기와 마찬가지로, 캔 롤(16)의 주속도(周速度)에 대한 조정이 행해지는 모터 구동의 후피드 롤(21), 긴 수지 필름(F)의 장력의 측정을 행하는 장력 센서 롤(22), 및 긴 수지 필름(F)을 안내하는 프리 롤(23)이 이 순서대로 배치되어 있다.
상기한 캔 롤(16)의 회전과 이것에 연동하여 회전하는 전피드 롤(15) 및 후피드 롤(21)에 의해, 긴 수지 필름(F)은 권출 롤(12)로부터 권출되어서 권취 롤(24)로 권취되게 되어 있다. 그 때, 긴 수지 필름(F)의 장력 밸런스는, 권출 롤(12) 및 권취 롤(24)의 파우더 클러치 등에 의한 토크 제어에 의해 유지된다. 또한, 전피드 롤(15) 및 후피드 롤(21)의 주속도는, 각각 캔 롤(16)의 주속도에 대하여 조정할 수 있게 되어 있고, 이에 의해 캔 롤(16)의 외주면에 긴 수지 필름(F)을 밀착시키는 것이 가능해진다.
캔 롤(16)의 외주면에 대향하는 위치에는, 캔 롤(16)의 외주면 상에 획정되는 반송 경로(즉, 캔 롤(16)의 외주면 중, 긴 수지 필름(F)이 감기는 영역)에 따라 성막 수단으로서의 마그네트론 스퍼터링 캐소드(17, 18, 19 및 20)가 이 순서대로 설치되어 있다. 이들 마그네트론 스퍼터링 캐소드(17 내지 20)의 각각은, 긴 수지 필름(F)의 반송 방향에 있어서의 전방 부분 및 후방 부분에, 반응성 가스를 방출하는 가스 방출 파이프(25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32)가 설치되어 있다.
이어서, 상기한 마그네트론 스퍼터링 캐소드(17, 18, 19 및 20)에 대하여 도 2의 종단면도를 참조하면서 상세하게 설명한다. 이 도 2에 도시하는 마그네트론 스퍼터링 캐소드(40)는, 대략 직육면체 형상의 하우징(41a)과, 그의 개구부를 덮는 직사각형의 하우징 커버(41b)를 포함하는 하우징(41) 내에 자기 회로(42)가 격납된 구조로 되어 있다. 자기 회로(42)는, 자석(42a)과 이것을 이측으로부터 지지하는 요크(42b)로 구성된다. 하우징 커버(41b)는, 그 자기 회로(42)와 대향하는 면과는 반대측의 면에 냉각판(43)이 중첩되어 있다. 또한, 하우징 커버(41b)에 있어서 냉각판(43)과 대향하는 면에는 냉각수 등의 냉매가 통과하는 냉각수로(44)가 형성되어 있다. 또한, 하우징(41a)과 하우징 커버(41b) 사이, 및 하우징 커버(41b)와 냉각판(43) 사이는 O링 등의 시일재에 의해 시일되어 있다.
이 냉각판(43)에 있어서, 하우징 커버(41b)에 대향하는 면과는 반대측의 면에 본 발명의 일 구체예의 스퍼터링 타깃(45)이 설치되어 있다. 스퍼터링 타깃(45)의 주연부는 단차가 설치되어 있고, 이 단차부에 걸림 결합하는 클램프(46)에 의해 스퍼터링 타깃(45)은 냉각판(43)에 고착되어 있다. 스퍼터링 타깃(45)의 타깃면을 제외하고 이들 스퍼터링 타깃(45), 하우징(41), 냉각판(43) 및 클램프(46)의 전체를 감싸도록 접지 실드(47)가 설치되어 있고, 하우징(41a)의 저부는 절연판(48)을 개재하여 이 접지 실드(47)에 고착되어 있다. 즉, 자기 회로(42)를 격납하는 하우징(41) 및 스퍼터링 타깃(45)은, 접지 실드(47)에 대하여 전기적으로 절연되어 있다.
이러한 구조의 마그네트론 스퍼터링 캐소드(40)는, 전술한 바와 같이 진공 챔버(11) 내에 스퍼터링 타깃(45)의 타깃면을 피성막물인 긴 수지 필름(F)에 대향시켜서 배치되어 있다. 스퍼터링 성막 시에는, 진공 챔버(11) 내를 진공으로 하고 나서 프로세스 가스로서 Ar 가스를 도입한다. 이 상태에서 스퍼터링 타깃(45)에 전압을 인가하면, 스퍼터링 타깃(45)으로부터 방출된 전자에 의해 Ar 가스가 이온화하고, 이 이온화된 Ar 가스가 스퍼터링 타깃(45)의 타깃면에 충돌하여 타깃 물질이 튀어나오고, 이 타깃 물질이 피성막물인 긴 수지 필름(F)의 표면에 퇴적됨으로써 박막이 형성된다.
그때, 스퍼터링 타깃(45)의 타깃면측에서는 폴로이달 자장이 발생하고, 또한 스퍼터링 타깃(45)에는 통상 마이너스 몇백 볼트의 전압이 인가되는 한편 그 주변부의 접지 실드(47)는 접지 전위로 유지되어 있어, 이 전위차에 의해 스퍼터링 타깃(45)의 타깃면측에는 직교 전자장이 발생한다. 스퍼터링 타깃(45)의 타깃면에서 방출된 2차 전자는, 스퍼터링 타깃(45)의 타깃면 상의 직교 전자장에 수직인 방향으로 사이클로이드 궤도를 그리면서 운동한다. 이 사이에 Ar 가스와 충돌하여 에너지의 일부를 상실한 전자는 직교 전자장 중을 트로코이드 운동하고, 폴로이달 자장 중을 드리프트하여 이동한다.
이 사이에 전자는 다시 Ar 가스와 충돌하여, Ar+e-→Ar++2e-로 나타내는 바와 같이, α 작용에 의해 Ar 이온과 전자를 생성한다. 생성된 Ar 이온은, 시스 영역으로 확산하면 마이너스로 인가된 스퍼터링 타깃(45)을 향하여 급격하게 가속된다. 몇백 eV의 운동 에너지를 가진 Ar 이온이 스퍼터링 타깃(45)에 충돌하면, 스퍼터링 타깃(45)은 그 타깃면이 스퍼터링되어서 스퍼터링 입자를 방출함과 함께 γ 작용에 의해 2차 전자를 방출한다. 이상의 현상이 기울어진 형상으로 발생함으로써, 플라스마가 유지된다.
스퍼터링 캐소드(40) 내의 자기 회로와 전기장에 의해 트로코이드 궤도를 그리면서 이동하는 전자는, 자력선이 스퍼터링 타깃(45)의 타깃면과 평행이 되는 부분, 즉, 자력선과 전기장이 직행하는 개소에 집중된다. 전자의 집중에 의해, 전자와 Ar 가스의 충돌이 빈발하므로, 이온화된 Ar 가스에 의한 타깃 물질의 튀어나옴이 집중된다. 그 결과, 도 2에 도시한 바와 같이 스퍼터링 타깃(45)의 타깃면의 중앙부와 외주부를 제외한 영역에 에로젼(침식)이 발생하고, 해당 타깃면의 중앙부와 외주부는 비에로젼 영역이 된다.
상기한 스퍼터링 성막의 경우, 튀어나온 타깃 물질은, 피성막물인 긴 수지 필름(F)을 피복하는 것 이외에, 이러한 스퍼터링 타깃(45)의 비에로젼 영역에도 부착되어, 파티클 퇴적물(A)이 된다. 특히, 스퍼터링 성막 분위기 중에 산소 가스나 질소 가스 등의 반응성 가스를 공급하면서 스퍼터링 성막을 행하는 반응성 스퍼터링에서는, 파티클 퇴적물(A)은, 당해 반응성 가스에 의해 타깃을 구성하는 물질의 산화물이나 질화물이 되므로, 플라스마로 발생한 Ar 이온으로 침식되기 어려운 퇴적물의 상태로 퇴적한다. 이와 같이 하여 퇴적한 파티클 퇴적물(A)은, 스퍼터링 성막 중에 스퍼터링 타깃(45)으로부터 박리되어, 피성막물인 긴 수지 필름(F)에 부착되거나, 아크 방전의 원인이 된다. 그리고, 아킹이나 이상 방전에 의해 발생한 파티클이 긴 수지 필름(F)에 부착되면, 전극 등의 회로 패턴을 형성할 때에 단선 불량이나 쇼트 불량을 발생시킨다.
그래서, 본 발명의 일 구체예의 스퍼터링 타깃(45)은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 타깃면의 중앙부에 위치하는 비에로젼 영역에 홈(45a)이 설치되어 있고, 이 홈(45a)에 판 형상 부재(49)가 착탈 가능하게 끼워 넣어져 있다. 이에 의해, 마그네트론 스퍼터링 시에 스퍼터링 타깃(45)의 비에로젼 영역에 부착된 파티클 퇴적물(A)을 판 형상 부재(49)를 떼냄으로써 용이하게 제거할 수 있다.
즉, 비에로젼 부분에 퇴적한 절연막에 의한 아킹이나 박리에 의한 이상 방전이 빈발하기 전에 새로운 판 형상 부재(49)로 교환함으로써, 긴 수지 필름(F)에 부착되는 파티클량의 증가를 억제하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 타깃을 사용하면, 피성막면인 긴 수지 필름의 표면에 파티클 등의 부착이 없으므로, 이물 등이 포함되지 않은 균질한 스퍼터링 막을 성막할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 판 형상 부재를 사용하지 않고, 스퍼터링 타깃의 중앙부의 비에로젼 부분의 파티클 퇴적물만을 제거하는 것은 곤란하고, 억지로 제거하고자 하면, 파티클 퇴적물을 제거할 때에 스퍼터링 타깃을 오염시킬 우려가 있다.
비에로젼 영역은, 전술한 바와 같이 스퍼터링 타깃의 외주부에도 존재하므로, 중앙부에 설치한 판 형상 부재와 마찬가지의 기능을 갖는 부재를 당해 외주부에 설치하는 것도 생각된다. 그러나, 스퍼터링 타깃의 외주부라면, 예를 들어 직사각형 프레임 형상의 커버 부재를 사용함으로써 스퍼터링을 저해하지 않고 용이하게 덮을 수 있고, 이에 의해 상기한 중앙부의 비에로젼 영역에 설치하는 판 형상 부재와 마찬가지의 기능이 얻어진다. 커버 부재는, 클램프(46) 등에 나사 등의 결합 수단으로 착탈 가능하게 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 스퍼터링 타깃에는 중앙부에만 판 형상 부재를 설치하는 것만으로 되므로 스퍼터링 타깃의 가공 비용을 억제할 수 있다. 또한, 스퍼터링 타깃의 외주부에 커버 부재를 설치하지 않고 중앙부에만 판 형상 부재를 설치하는 것만으로도, 스퍼터링 막의 파티클 등의 문제가 격감하는 것을 확인하고 있다.
판 형상 부재(49)의 타깃면측의 표면은, 스퍼터링 타깃(45)의 홈(45a)에 끼워 넣어졌을 때에 스퍼터링 타깃(45)의 에로젼 전의 타깃면(도 2의 일점 쇄선으로 나타냄)과 거의 동일한 높이이거나, 또는 에로젼 전의 타깃면보다 오목한 위치에 있는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 판 형상 부재(49)의 타깃면측의 표면은, 스퍼터링 타깃(45)의 에로젼 전의 평탄한 타깃면보다 돌출하여 볼록 형상으로 되어 있지 않은 것이 바람직하다. 판 형상 부재(49)가 스퍼터링 타깃(45)의 에로젼 전의 타깃면으로부터 볼록 형상으로 돌출하고 있으면, 전기장의 상태가 변화하여 아크 방전 등의 이상 방전이 발생하거나, 판 형상 부재(49)의 스퍼터링이 촉진되어, 긴 수지 필름(F) 상에 성막되는 막의 조성이 원하는 조성으로부터 어긋나는 경우가 있어, 바람직하지 않다.
판 형상 부재(49)는, 스퍼터링 타깃(45)과 같은 재료로 하는 것이 바람직하다. 스퍼터링 타깃(45)의 재질이 합금인 경우에는, 당해 스퍼터링 타깃(45)의 합금 조성을 구성하는 일부의 금속으로 판 형상 부재(49)를 구성해도 된다. 이렇게 판 형상 부재(49)의 재질을 스퍼터링 타깃(45)과 동일한 재질로 하거나, 스퍼터링 타깃(45)이 합금인 경우에는 그것들을 구성하는 금속의 일부 금속과 동일한 것을 사용하거나 함으로써, 가령 판 형상 부재(49)가 스퍼터링되는 경우가 있어도, 긴 수지 필름(F)의 표면에 성막되는 막이 성막 중에 판 형상 부재(49)에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 판 형상 부재(49)는, 나사 등 공지된 설치 수단으로 스퍼터링 타깃에 설치해도 된다.
판 형상 부재(49)의 타깃면측의 표면은, 표면 조도가 10점 평균 조도 Rz로 10㎛ 이상 500㎛ 이하인 것이 바람직하고, Rz 20 내지 100㎛가 보다 바람직하다. 판 형상 부재(49)의 상기 표면 조도 Rz가 10㎛ 미만에서는 앵커 효과가 저감하고, 파티클 퇴적물이 탈리하기 쉬워진다. 한편, 상기 표면 조도 Rz가 500㎛를 초과하면, 스퍼터링 캐소드로의 인가 전압에 따라서는 판 형상 부재(49)의 표면의 조면 정점에서 이상 방전이 발생하기 쉬워진다. 예를 들어, 스퍼터링 캐소드의 구조나 스퍼터링 장치의 구조에 따라 다르지만, 판 형상 부재(49)의 상기 표면 조도 Rz가 750㎛인 경우, 스퍼터링 캐소드에 500V 인가하면 이상 방전하는 경우가 있다. 또한, 판 형상 부재(49)의 표면 조도는, 쇼트 블라스트 또는 용사에 의해 조정할 수 있다.
이어서, 상기한 본 발명의 일 구체예의 스퍼터링 타깃을 구비한 성막 장치를 사용하여 반응성 스퍼터링을 행함으로써 얻어지는 적층체 필름 및 해당 적층체 필름을 패터닝함으로써 얻어지는 전극 기판 필름에 대하여 설명한다. 상기한 본 발명의 일 구체예의 스퍼터링 타깃을 구비한 성막 장치에 의해, 후술하는 바와 같이 수지 필름을 포함하는 투명 기판의 적어도 한쪽의 면에, 투명 기판측으로부터 세어 제1층째의 반응성 스퍼터링 성막층과, 제2층째의 금속층이 적층된 제1 적층체 필름이나, 수지 필름을 포함하는 투명 기판의 적어도 한쪽의 면에, 투명 기판측으로부터 세어 제1층째의 반응성 스퍼터링 성막층과, 제2층째의 금속층과, 제3층째의 제2 반응성 스퍼터링 성막층이 적층된 제2 적층체 필름을 제조할 수 있다.
우선 제1 적층체 필름에 대하여 설명하면 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 이 제1 적층체 필름은, 수지 필름을 포함하는 투명 기판(50)과, 해당 투명 기판(50)의 양면에 건식 성막법(건식 도금법)에 의해 성막된 반응성 스퍼터링 성막층(51)과, 이 반응성 스퍼터링 성막층(51) 상에 건식 성막법(건식 도금법)에 의해 성막된 금속층(52)으로 구성되어 있다. 그리고, 이 반응성 스퍼터링 성막층(51)의 성막에 상기한 본 발명의 일 구체예의 스퍼터링 타깃을 구비한 성막 장치를 적합하게 사용할 수 있다. 상기 금속층(52)의 성막은, 도 4에 도시한 바와 같이 건식 성막법(건식 도금법)만으로 성막해도 되고, 도 5에 도시한 바와 같이 건식 성막법(건식 도금법)과 습식 성막법(습식 도금법)을 조합하여 형성해도 된다.
즉, 이 도 5에 도시하는 적층체 필름은, 수지 필름을 포함하는 투명 기판(50)과, 해당 투명 기판(50)의 양면에 건식 성막법(건식 도금법)에 의해 성막된 막 두께 15 내지 30nm의 반응성 스퍼터링 성막층(51)과, 해당 반응성 스퍼터링 성막층(51) 상에 건식 성막법(건식 도금법)에 의해 성막된 금속층(52)과, 해당 금속층(52) 상에 습식 성막법(습식 도금법)에 의해 성막된 금속층(53)으로 구성된다.
이어서, 도 6을 참조하면서 제2 적층체 필름에 대하여 설명한다. 이 도 6의 제2 적층체 필름은, 도 5에 도시한 제1 적층체 필름의 금속층 상에 추가로 제2 반응성 스퍼터링 성막층을 성막한 것이다. 구체적으로는, 수지 필름을 포함하는 투명 기판(60)과, 해당 투명 기판(60)의 양면에 건식 성막법(건식 도금법)에 의해 성막된 막 두께 15 내지 30nm의 반응성 스퍼터링 성막층(61)과, 해당 반응성 스퍼터링 성막층(61) 상에 건식 성막법(건식 도금법)에 의해 성막된 금속층(62)과, 해당 금속층(62) 상에 습식 성막법(습식 도금법)에 의해 성막된 금속층(63)과, 해당 금속층(63) 상에 건식 성막법(건식 도금법)에 의해 성막된 막 두께 15 내지 30nm의 제2 반응성 스퍼터링 성막층(64)으로 구성된다.
상기한 도 6에 나타내는 제2 적층체 필름에서는, 금속층(62) 및 금속층(63)을 일체로 하는 금속층의 양면에 반응성 스퍼터링 성막층(61)과 제2 반응성 스퍼터링 성막층(64)을 형성하고 있다. 그 이유는, 해당 적층체 필름을 사용하여 제조된 전극 기판 필름을 터치 패널에 내장했을 때에 금속제 적층 세선을 포함하는 메쉬 구조의 회로 패턴이 반사되어 보이지 않도록 할 수 있기 때문이다. 또한, 수지 필름을 포함하는 투명 기판의 편면에 반응성 스퍼터링 성막층을 형성하고, 해당 반응성 스퍼터링 성막층 상에 금속층을 형성함으로써 얻어지는 제1 적층체 필름을 사용하여 전극 기판 필름을 제조했을 경우에도, 해당 투명 기판으로부터의 상기 회로 패턴의 시인을 방지하는 것이 가능하다.
상기한 바와 같이 반응성 스퍼터링을 행하는 이유는, 금속 산화물을 포함하는 반응성 스퍼터링 성막층을 성막할 목적으로 산화물 타깃을 적용한 경우, 성막 속도가 느려져서 양산에 적합하지 않기 때문이다. 이로 인해, 고속 성막이 가능한 Ni계의 금속 타깃(금속재)을 사용하고, 또한 산소를 포함하는 반응성 가스를 제어하면서 도입하는 반응성 스퍼터링 등의 반응 성막법이 채용되고 있다. 또한, 반응성 가스를 제어하는 방법으로서는, (1) 일정 유량의 반응성 가스를 방출하는 방법, (2) 일정 압력을 유지하도록 반응성 가스를 방출하는 방법, (3) 스퍼터링 캐소드의 임피던스가 일정해지도록 반응성 가스를 방출하는(임피던스 제어) 방법 및 (4) 스퍼터링의 플라스마 강도가 일정해지도록 반응성 가스를 방출하는(플라스마 에미션 제어) 방법의 4가지 방법이 알려져 있다.
상기한 바와 같이, 성막 장치에 반응성 가스를 도입하는 반응성 스퍼터링법에 의해 반응성 스퍼터링 성막층을 성막하는 경우에는, 스퍼터링 분위기가 되는 반응성 가스는 아르곤에 산소를 도입함으로써 얻어진다. 이렇게 산소를 도입함으로써, Ni계의 금속 타깃(금속재)을 사용한 반응성 스퍼터링 등에 의해 NiO막(완전히 산화하고 있는 것은 아님) 등으로 할 수 있다. 반응성 가스의 산소 함유량은, 성막 장치나 금속 타깃(금속재)의 종류에 의존하고, 반응성 스퍼터링 성막층에 있어서의 반사율 등의 광학 특성이나 에칭액에 의한 에칭성을 고려하여 적절히 설정하면 되고, 일반적으로는 15부피% 이하가 바람직하다.
반응성 스퍼터링 성막층은 Ni 단체, 또는 Ti, Al, V, W, Ta, Si, Cr, Ag, Mo, Cu로부터 선택되는 1종 이상의 원소가 첨가된 Ni계 합금을 포함하는 금속재와 산소를 포함하는 반응성 가스를 사용한 반응 성막법에 의해 형성된다. 또한, 상기 Ni계 합금으로서는, Ni-Cu 합금이 바람직하다. 또한, 반응성 스퍼터링 성막층을 구성하는 금속 산화물의 산화가 너무 진행하면 반응성 스퍼터링 성막층이 투명해져 버리기 때문에, 흑색화 막이 될 정도의 산화 레벨로 설정할 것을 요한다.
또한, 상기 반응 성막법에는 상기한 본 발명의 스퍼터링 타깃을 사용한 마그네트론 스퍼터 외에, 이온빔 스퍼터, 진공 증착, 이온 플레이팅, CVD 등을 들 수 있다. 또한, 반응성 스퍼터링 성막층의 각 파장에 있어서의 광학 상수(굴절률, 소쇠 계수)는 반응의 정도, 즉, 산화도에 크게 영향받으며, Ni계 합금을 포함하는 금속재만으로 결정되는 것은 아니다.
상기 금속층의 구성 재료(금속재)로서는 전기 저항값이 낮은 금속이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 Cu 단체, 또는 Ti, Al, V, W, Ta, Si, Cr, Ag로부터 선택되는 1종 이상의 원소가 첨가된 Cu계 합금, 또는 Ag 단체, 또는 Ti, Al, V, W, Ta, Si, Cr, Cu로부터 선택되는 1종 이상의 원소가 첨가된 Ag계 합금을 들 수 있고, 특히 Cu 단체가 회로 패턴의 가공성이나 저항값의 관점에서 바람직하다. 또한, 금속층의 막 두께는 전기 특성에 의존하는 것이며, 광학적인 요소로부터 결정되는 것은 아니지만, 통상, 투과광이 측정 불능한 레벨의 막 두께로 설정된다.
상기 적층체 필름에 적용되는 수지 필름의 재질로서는 특별히 한정되지 않고, 그 구체예로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리카르보네이트(PC), 폴리올레핀(PO), 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 및 노르보르넨의 수지 재료로부터 선택된 수지 필름의 단체, 또는 상기 수지 재료로부터 선택된 수지 필름 단체와 이 단체의 편면 또는 양면을 덮는 아크릴계 유기 막과의 복합체를 들 수 있다. 특히, 노르보르넨 수지 재료에 대해서는, 대표적인 것으로서 닛본 제온사의 제오노아(상품명)나 JSR사의 아톤(상품명) 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 적층체 필름을 사용하여 제조되는 전극 기판 필름은 「터치 패널」 등에 사용되기 때문에, 상기 수지 필름 중에서도 가시 파장 영역에서의 투명성이 우수한 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 제1 또는 제2 적층체 필름을 패터닝 처리하여 예를 들어 선 폭이 20㎛ 이하인 적층 세선으로 배선 가공함으로써 전극 기판 필름을 제조할 수 있다. 예를 들어 상기한 제2 적층체 필름으로부터 금속제의 메쉬로 한 센서 패널을 얻는 방법에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 금속제의 메쉬로 한 센서 패널을 전극 기판 필름이라고 칭한다. 구체적으로는, 도 6에 나타내는 적층체 필름의 적층막을 에칭 처리하여 도 7에 도시한 바와 같은 전극 기판 필름을 얻을 수 있다.
도 7에 나타내는 전극 기판 필름은, 수지 필름을 포함하는 투명 기판(70)과, 해당 투명 기판(70)의 양면에 설치된 금속제의 적층 세선을 포함하는 메쉬 구조의 회로 패턴을 갖고, 상기 금속제의 적층 세선이, 선 폭 20㎛ 이하이고 또한 투명 기판(70)측으로부터 세서 제1층째의 반응성 스퍼터링 성막층(71)과, 제2층째의 금속층(72, 73)과, 제3층째의 제2 반응성 스퍼터링 성막층(74)으로 구성되어 있다.
적층체 필름으로부터 전극 기판 필름으로 배선 가공하기 위해서는, 공지된 서브트랙티브법에 의해 가공이 가능하다. 서브트랙티브법은, 적층체 필름의 적층막 표면에 포토레지스트막을 형성하고, 배선 패턴을 형성하고자 하는 개소에 포토레지스트막이 남도록 노광 및 현상하고, 또한 상기 적층막 표면에 포토레지스트막이 존재하지 않는 개소의 적층막을 화학 에칭에 의해 제거한다. 화학 에칭의 에칭액으로서는, 염화제2철 수용액이나 염화제2구리 수용액을 사용할 수 있다.
이러한 전극 기판 필름의 제조 공정의 관점에서, 적층체 필름을 구성하는 적층막(반응성 스퍼터링 성막층과 금속층)은 염화제2구리 수용액이나 염화제2철 수용액 등의 에칭액에 의해 에칭되기 쉬운 특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 가공된 전극 등의 회로 패턴은 고휘도 조명하에서 시인되기 어려운 특성을 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 형성하는 전극 기판 필름의 전극(배선) 패턴을 터치 패널용의 스트라이프 형상 또는 격자 형상으로 함으로써, 본 발명에 따른 전극 기판 필름을 터치 패널에 사용할 수 있다. 그 때, 전극(배선) 패턴에 배선 가공된 금속제의 적층 세선은, 적층체 필름의 적층 구조를 유지하고 있는 점에서, 고휘도 조명하에서도 투명 기판에 설치된 전극 등의 회로 패턴이 매우 시인되기 어려운 전극 기판 필름으로서 제공할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 비교예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
도 1에 도시한 바와 같은 성막 장치(스퍼터링 웹 코터)를 사용하여 도 4에 도시한 바와 같은 적층체 필름을 제조하였다. 캔 롤(16)에는, 직경 600mm, 폭 750mm의 스테인리스제의 롤을 사용하고, 그의 외주면에는 하드 크롬 도금을 실시하였다. 전피드 롤(15) 및 후피드 롤(21)은 직경 150mm, 폭 750mm의 스테인리스제의 롤을 사용하고, 그의 외주면에는 하드 크롬 도금을 실시하였다.
각 마그네트론 스퍼터링 캐소드(17, 18, 19, 20)의 상류측과 하류측에 가스 방출 파이프(25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32)를 설치하였다. 마그네트론 스퍼터링 캐소드(17, 18)에는 반응성 스퍼터링 성막층용의 Ni-Cu 타깃을 사용하였다. 이 Ni-Cu 타깃의 타깃면의 중앙부의 비에로젼 영역이 되는 부분에, 도 3에 도시한 바와 같이 캐소드의 길이 방향으로 연장되는 홈을 형성하고, 타깃면측의 표면의 표면 조도가 10점 평균 조도 Rz로 50㎛가 되도록 블라스트 처리한 Cu제의 판 형상 부재를 이 홈에 끼워 넣었다. 또한, 판 형상 부재의 타깃면측의 표면과 Ni-Cu 타깃의 타깃면은 동일한 높이로 하였다. 한편, 마그네트론 스퍼터링 캐소드(19와 20)에는 통상의 금속층용 Cu 타깃을 설치하였다.
투명 기판을 구성하는 긴 수지 필름(F)에는 폭 600mm이고 길이 1200m의 PET 필름을 사용하고, 캔 롤(16)은 0℃로 냉각 제어하였다. 이 상태에서 진공 챔버(11)를 복수대의 드라이 펌프에 의해 5Pa까지 배기한 후, 추가로, 복수대의 터보 분자 펌프와 크라이오 코일을 사용하여 1×10-4Pa까지 배기하였다. 그리고, 반송 속도 2m/분으로 긴 수지 필름(F)을 반송시키면서, 가스 방출 파이프(29, 30, 31, 32)로부터 300sccm으로 아르곤 가스를 도입하고, 캐소드(19와 20)에 대해서는, Cu막 두께 80nm가 얻어지도록 전력 제어로 성막을 행하였다.
한편, 반응성 스퍼터링 성막층을 형성하기 위해 가스 방출 파이프(25, 26, 27, 28)로부터는 아르곤 가스 280sccm과 산소 가스 15sccm을 혼합한 혼합 가스를 도입하고, 캐소드(17과 18)에 대해서는, Ni-Cu 산화 막 두께 30nm가 얻어지도록 인가 전압 500V 부근에서의 전력 제어로 성막을 행하였다. 그리고, 3로트마다 중앙부의 판 형상 부재를 신품으로 교환하면서, 합계 12로트의 적층체 필름을 제조하였다. 얻어진 적층체 필름을 컴퓨터의 화상 해석에 의한 화상 검사 장치에서 10㎛ 이상의 파티클 부착을 확인한 바, 평균 53개/로트의 파티클이 확인되었다.
[실시예 2]
Cu제의 판 형상 부재의 표면 조도를 10점 평균 조도 Rz로 10㎛로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 합계 12로트의 적층체 필름을 제조하였다. 얻어진 적층체 필름에 있어서의 10㎛ 이상의 파티클 부착에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 확인한 바, 평균 61개/로트의 파티클이 확인되었다.
[실시예 3]
Cu제의 판 형상 부재의 표면 조도를 10점 평균 조도 Rz로 20㎛로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 합계 12로트의 적층체 필름을 제조하였다. 얻어진 적층체 필름에 있어서의 10㎛ 이상의 파티클 부착에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 확인한 바, 평균 55개/로트의 파티클이 확인되었다.
[실시예 4]
Cu제의 판 형상 부재의 표면 조도를 10점 평균 조도 Rz로 200㎛로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 합계 12로트의 적층체 필름을 제조하였다. 얻어진 적층체 필름에 있어서의 10㎛ 이상의 파티클 부착에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 확인한 바, 평균 58개/로트의 파티클이 확인되었다.
[실시예 5]
Cu제의 판 형상 부재의 표면 조도를 10점 평균 조도 Rz로 450㎛로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 합계 12로트의 적층체 필름을 제조하였다. 얻어진 적층체 필름에 있어서의 10㎛ 이상의 파티클 부착에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 확인한 바, 평균 58개/로트의 파티클이 확인되었다.
[실시예 6]
Cu제의 판 형상 부재의 표면 조도를 10점 평균 조도 Rz 5㎛로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 합계 12로트의 적층체 필름을 제조하였다. 얻어진 적층체 필름에 있어서의 10㎛ 이상의 파티클 부착에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 확인한 바, 평균 130개/로트의 파티클이 확인되었다.
[비교예 1]
반응성 스퍼터링 성막층용 Ni-Cu 타깃에 종래의 타깃을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 합계 12로트의 적층체 필름을 제조하였다. 얻어진 적층체 필름에 있어서의 10㎛ 이상의 파티클 부착에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 확인한 바, 평균 370개/로트의 파티클이 확인되었다.
1로트 1200m의 적층체 필름에서는, 10㎛ 이상의 파티클 수는 적은 편이 바람직하고, 구체적으로는 150개/로트 이하라면 실용상 문제가 발생하기 어렵지만, 100개/로트 이하가 보다 바람직하다. 상기와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 타깃을 사용한 실시예 1 내지 6에서는, 10㎛ 이상의 파티클 수를 150개/로트 이하로 억제할 수 있었다. 한편, 종래의 스퍼터링 타깃을 사용한 비교예 1에서는, 150개/로트보다도 2배 이상 많은 10㎛ 이상의 파티클 수가 발생하고 있었다.
A: 파티클 퇴적물
F: 긴 수지 필름
10: 스퍼터링 웹 코터
11: 진공 챔버
11a: 구획판
12: 권출 롤
13: 프리 롤
14: 장력 센서 롤
15: 전피드 롤
16: 캔 롤
17, 18, 19, 20: 마그네트론 스퍼터링 캐소드
21: 후피드 롤
22: 장력 센서 롤
23: 프리 롤
24: 권취 롤
25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32: 가스 방출 파이프
40: 마그네트론 스퍼터링 캐소드
41: 하우징
41a: 하우징
41b: 하우징 커버
42: 자기 회로
42a: 자석
42b: 요크
43: 냉각판
44: 냉각수로
45: 스퍼터링 타깃
45a: 홈
46: 클램프
47: 접지 실드
48: 절연판
49: 판 형상 부재
50: 수지 필름(투명 기판)
51: 반응성 스퍼터링 성막층
52: 건식 성막법으로 형성된 금속층(구리층)
53: 습식 성막법으로 형성된 금속층(구리층)
60: 수지 필름(투명 기판)
61: 반응성 스퍼터링 성막층
62: 건식 성막법으로 형성된 금속층(구리층)
63: 습식 성막법으로 형성된 금속층(구리층)
64: 제2 반응성 스퍼터링 성막층
70: 수지 필름(투명 기판)
71: 반응성 스퍼터링 성막층
72: 건식 성막법으로 형성된 금속층(구리층)
73: 습식 성막법으로 형성된 금속층(구리층)
74: 제2 반응성 스퍼터링 성막층

Claims (6)

  1. 마그네트론 스퍼터링에 사용되는 스퍼터링 타깃으로서, 해당 스퍼터링 타깃의 타깃면의 중앙부에 위치하는 비에로젼(non-erosion) 영역에, 판 형상 부재가 착탈 가능하게 끼워 넣어져 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
  2. 제1항에 있어서, 상기 판 형상 부재의 타깃면측의 표면은, 상기 스퍼터링 타깃에 끼워 넣어졌을 때에 해당 스퍼터링 타깃의 에로젼 전의 타깃면과 거의 동일한 높이이거나, 또는 해당 타깃면보다 오목한 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판 형상 부재의 타깃면측의 표면 조도가, 10점 평균 조도 Rz에 있어서 10㎛ 이상 500㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
  4. 제3항에 있어서, 상기 판 형상 부재의 타깃면측의 표면이 쇼트 블라스트 또는 용사에 의해 조면화 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.
  5. 반응성 가스가 공급되는 분위기하에서, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 스퍼터링 타깃이 장착된 스퍼터링 캐소드를 사용하여 반응성 스퍼터링 성막을 행하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 성막 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반응성 가스가 산소, 질소 및 스팀 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 성막 방법.
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