TW201348483A - 真空成膜裝置及真空成膜方法 - Google Patents

Abstract

為了提供一種不拘保護對象構件皆能將附著膜之剝離抑制到極低程度的真空成膜裝置用防著板，而以縮小與保護對象構件的接觸面積且使接觸面以外絕熱的方式配置防著板。

Description

真空成膜裝置及真空成膜方法

本發明係關於一種真空成膜裝置及真空成膜方法。

對於在基材附加功能膜的手段，分別有各種特徵相異的方法，係按照功能膜所需求的特性或生產性而適當選擇並使用。蒸鍍法或濺鍍法、CVD法等真空成膜法，係藉由在真空腔室內使成膜物質的粒子附著於基材並堆積而使薄膜形成於基材上的技術，但因為在基材以外的場所，例如真空腔室的內壁或基材的搬送裝置等，亦會附著成膜物質的粒子，且在基材以外的場所附著的膜會剝離而影響基材，所以會有產生製品瑕疵或導致設備故障的問題。為了避免此種問題，通常會在不希望附著成膜物質的粒子之基材以外場所設有防著板。

使用鋁箔或銅箔等覆蓋對象處所並在一批次成膜結束後連箔一起拋棄的方法係作為可輕易得到防著效果的方法而使用，但此方法中廢棄物量較多，且在運轉成本\方面也會產生較大負擔。

因此，使用金屬板作為防著板來代替箔，且 使附著在防著板的成膜物質之膜剝離並再利用防著板而降低廢棄物量的方法亦被使用。然而，在此方法中，由於附著於防著板的膜在成膜中剝離、脫落而產生粉塵並附著於基材或帶給成膜不良影響，而成為引發製品瑕疵的原因。

專利文獻1表示ITO濺鍍裝置所使用的防著板之形態。其係為了提升防著板與ITO膜的密接力，而使防著板表面粗糙化並圖謀擴大接觸面積的技術。防著板可藉由蝕刻或噴砂除去附著的ITO膜並再利用。

又，專利文獻2表示用於薄膜製造裝置的防著板之形態。其係藉由在防著板表面附加溝槽，並進一步在表層附加熔射膜，以確保密接力的技術。藉由對於附著於防著板的膜，使整個熔射膜剝離並再度附加熔射膜，而可再利用防著板。

又，專利文獻3表示金屬成膜裝置的金屬膜剝離防止構造之形態。為了不使附著金屬膜從金屬膜所附著堆積的規定構件剝離脫落，而具有在構件表面形成包含鋁或鋁合金的熔射膜且該表面適度粗糙化的特徵。其係藉由粗糙化獲得表面積並提升密接力，同時使熔射膜擁有附著膜的應力緩和效果以防止剝離的技術。

任一方法皆對防止剝離具有一定效果，但若按本案發明者的見解，在長時間連續成膜的步驟或成膜速度十分高速的製程，膜應力由於堆積於防著板的膜厚增厚而增大，當膜應力超越密接力時，附著膜剝離的情況眾多。又，在用於保護冷卻構件的防著板，防著板本 身由於導熱而受到冷卻的影響，使飛來該處的成膜物質粒子急速冷卻，同時形成膜。因此，膜應力會大幅增大而立即從防著板剝離。如此，無法視為在膜應力增大等製程中使用上有充分效果。

專利文獻4表示以消除此等瑕疵為目的的防著板之形態。其係對於防著板本身進行直接溫度調節的技術。藉此，藉由最佳化成膜粒子與防著板的溫度差並以盡可能小的膜應力成膜而防止膜應力產生的剝離。若按本發明者的見解，此方法可十分有效地防止附著膜剝離，但具有下述課題。

首先，在防著板必須設置用於溫度調節的加熱器或冷卻器，或是兩者。因此，防著板本身的尺寸會大型化。結果，帶來遮蔽成膜粒子的區域增多且成膜率下降等對於成膜裝置十分重大的負面影響。

又，在真空成膜裝置的內部，基本上構造物愈少愈佳。其係受到來自構件之釋出氣體的影響之故。然而，為了對防著板本身進行溫度調節，必須在防著板安裝加熱器或冷卻器，而必須在真空槽內設有多餘的加熱器或冷卻器。按照加熱器或冷卻器的材質或構造，而有由於釋出氣體的影響導致耗費額外排氣時間或在溫度調節中真空度變化之虞，更且，因為必須從大氣側將加熱器或冷卻器的溫媒或動力源等導入到真空槽內，所以會產生在導入部有真空洩漏之虞等對於真空裝置不理想的風險。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平8-333678號公報

[專利文獻2]日本特開2006-57172號公報

[專利文獻3]日本特開2008-291299號公報

[專利文獻4]日本特開平6-322528號公報

本發明之目的係藉由提供一種可解決所述課題並可再利用、且兼具防止著膜附著於保護對象構件之功能與防止附著於防著板之膜剝離之功能的防著板，以提供高品質且穩定的真空成膜裝置及真空成膜方法。

為了達成上述目的，本發明係提供一種真空成膜裝置，其係在基材上形成成膜物質之膜的真空成膜裝置，其特徵為：以覆蓋保護對象構件的至少一部分之方式配設且防止前述成膜物質之粒子附著於前述保護對象構件的防著板，係使包含前述保護對象構件的其他構造物與前述防著板之接觸面的面積，小於前述防著板附著有成膜物質之粒子的著膜面之面積，且在前述接觸面除外之面與包含前述保護對象構件的其他構造物之間設有第1絕熱構件。

又，依據本發明之較佳形態，提供一種真空成膜裝置，其特徵為：前述保護對象構件係為藉由冷卻手段所冷卻之構件。

又，依據本發明之其他較佳形態，提供一種 真空成膜裝置，其特徵為：包含前述保護對象構件之其他構造物與前述防著板的前述接觸面僅設於遠離前述成膜物質的成膜源之側。

又，依據本發明之其他較佳形態，提供一種真空成膜裝置，其特徵為：包含前述保護對象構件之其他構造物與前述防著板的接觸係於前述防著板的端部進行。

又，依據本發明之其他較佳形態，提供一種真空成膜裝置，其特徵為：在前述防著板的前述著膜面形成有採用熔射法而成膜的熔射膜。

又，依據本發明之其他較佳形態，提供一種真空成膜裝置，其特徵為：藉由在安裝前述防著板之構件與前述防著板所接觸之接觸面夾著第2絕熱構件的方式安裝。

又，依據本發明之其他較佳形態，提供一種真空成膜方法，其特徵為：使用上述任一項真空成膜裝置。

本發明中，所謂「保護對象構件」係指位在直接暴露於成膜源的位置且進行保護以免於附著成膜物質的粒子之所需構件。例如，成膜源的構成構件、真空槽內壁、間隔壁等。

本發明中，「絕熱構件」係指難以導熱的構造之物體或熱傳導率小的物質。例如，前者可為玻璃纖維或發泡聚氨基甲酸酯等，後者可為矽氧橡膠或空氣等。又，本發明中，真空亦作為絕熱構件處理。

依據本發明，根據以下說明可得到一種真空成膜裝置，其具備非常難以發生附著膜之剝離．脫落之簡易構造的防著板。因此，若使用本發明之真空成膜裝置來進行成膜，則可不受到因捲入粉塵而生之瑕疵或以粉塵為起點的異常放電所導致之膜品質的惡化等影響，而形成高品質膜。

101‧‧‧防著板

102‧‧‧保護對象構件

103‧‧‧冷卻水路徑

104‧‧‧濺鍍靶材

105‧‧‧濺鍍電極

106‧‧‧放電空間

201‧‧‧真空槽

202‧‧‧間隔壁

203‧‧‧捲出器

204‧‧‧主輥

205‧‧‧捲入器

206‧‧‧基材

207‧‧‧真空槽壁面

208‧‧‧真空槽底面

209‧‧‧真空槽頂面

第1圖為以磁控濺鍍電極的靶材按壓構件作為保護對象構件而構成本發明之真空成膜裝置的情況之一例的概略剖面圖。

第2圖為在真空槽壁面設有防著板之本發明的真空成膜裝置之一例的概略剖面圖。

[實施發明之形態]

以下將就本發明的最佳實施形態之例，以將磁控濺鍍電極的靶材按壓構件作為保護對象構件構成本發明之卷對卷方式的真空成膜裝置之情況為例，參照圖面說明。尚且，本發明係關於真空成膜裝置的防著板之構成，因此，與防著板的構成無直接關聯的磁控濺鍍電極之構造或保護對象構件之構成，更且關於成膜手段等並不限於以下所示之內容，且為了清楚解說本發明之防著板的構成，僅詳細且具體地說明本發明之防著板的周邊之構造物，例如濺鍍電極的構造。

第2圖為真空成膜裝置的概略剖面圖。其係在真空槽201的內部收納由捲出器203、主輥204、捲入器205與不附加零件編號的各種導引輥群所構成之基板搬送系統、以及成膜源(此圖中作為一例使用濺鍍電極)，並且使真空槽201內部成為真空後，利用前述基板搬送系統搬送基板206並利用濺鍍法在基板206實施成膜之裝置。真空槽201內部係分為實施成膜的成膜室與收納基材搬送系統的捲繞室，為了從各自不同的觀點進行個別的壓力管理，通常設有間隔壁202。基材206是使用以塑膠膜為首的各種網膜(web)。若為非卷對卷方式的真空成膜裝置，例如為單片處理方式的真空成膜裝置時，有時是使用矽晶圓或玻璃板作為基材等。

第1圖為將通常被使用作為真空成膜裝置用成膜源的磁控濺鍍電極之靶材按壓構件作為保護對象構件，而構成本發明之真空成膜裝置的情況之概略剖面圖。在濺鍍電極105載置有濺鍍靶材104並藉由屬保護對象構件102的靶材按壓而固定。在保護對象構件102的附近設有用於形成磁場的磁鐵，為了不會因來自經加熱的保護對象構件102之導熱而減磁，而在保護對象構件102的內部設有冷媒路徑103，並在該處流通作為冷媒的水或油等，且使用某種冷卻手段進行冷卻。

藉由在真空槽內設置此電極，並在濺鍍電極105與對濺鍍電極105呈電性絕緣的陽極之間施加電壓而在放電空間106產生電漿放電，使濺鍍靶材104濺鍍，將靶材材料以成膜物質之粒子的形式打出且附著堆積於基 材而成膜。尚且，只要陽極能與濺鍍電極105電性絕緣且發揮作為濺鍍電極105(負極)的對電極之功能，則任一者皆可，例如主輥204或真空槽壁面207、真空槽底面208、真空槽頂面209等只要能與濺鍍電極105絕緣，則可成為陽極。又，成膜物質係指藉由在基材形成薄膜而用於發揮所期望功能的物質，例如，若為電路基材用製品，則將銅作為成膜物質，或若為包裝材料用製品，則將鋁作為成膜物質，綜合考量功能或成本等而適當選擇。

在此，濺鍍靶材104係為成膜源，因為從成膜源打出的成膜物質粒子朝四面八方飛散，所以亦存有附著於保護對象構件102的成分。成膜物質粒子附著-堆積於保護對象構件102而成膜時，因其物性的關係會使保護對象構件102的電性、熱、磁、物理特性變化，很可能成為使放電條件不穩定的要因。又，因附著膜剝離會使其自身成為粉塵或誘發電弧而產生粉塵，對基材成膜，帶來品質上不良影響的風險變大。

因此，以覆蓋保護對象構件102中會附著成膜物質的粒子之面的方式設有防著板101，使防著板101與保護對象構件102僅在接觸面接觸，在接觸面以外的防著板101之面向保護對象構件的那側，於防著板101與保護對象構件102之間設有第1絕熱構件而配設。藉由如此構成，可抑制防著板101的溫度降低，並熱不會從進行熱傳輸的接觸面以外之部分漏逸。

進一步詳細說明機制。防著板101在成膜中係藉由離子或原子的碰撞能量等來進行加熱。按本發明之 技術思想，藉由將接觸面限定為較小，並將其以外的部分設為絕熱構造，可在無來自外部之溫度調節的情況下，使防著板101本身的溫度上升到由接觸面所釋放出的熱量與防著板101所接受的熱量達均衡的溫度為止。更且，因為加熱防著板101的熱源來自成膜能量，所以即使未分別進行特別的調整，結果亦可將溫度調整成高成膜率時為高溫、低成膜率時為低溫，以便防著板溫度接近適合於成膜成分在將膜應力保持較低的狀態下成膜的溫度。此傾向係具有愈靠近成膜源愈顯著出現的傾向，而且以用於覆蓋鄰接於成膜源之保護對象構件102的防著板而言，本發明可特別適用。反之，不依據本發明之技術思想的情況下，防著板101接受的熱量立即從廣大的接觸面放熱，因此防著板101的溫度不會上升而無法達成本發明之目的。又，若在與成膜源鄰接之場所設置大型構造物，則妨礙成膜粒子從成膜源飛向基材的情況較多，會直接導致成膜率降低，因此較不理想，但由於本發明的防著板之構造簡單且可小型化，所以可將成膜率降低抑制到最小程度，或使成膜率降低不會產生。尚且，在第1圖，雖然保護對象構件102係在與作為成膜源的濺鍍靶材104彼此鄰接的狀態下配置，但即使在成膜源與保護對象構件之間插入某個物體，若是接近成膜源且在暴露於成膜粒子的飛翔之狀態下配置，而視為實質鄰接的狀態，則亦可視為鄰接於成膜源。不只第1圖所示的形狀，亦可為載置在濺鍍靶材104的上面之上的構造物或以與該面形成同一面的方式配置於旁邊的構造物。

防著板101較佳為由板狀材料成形而製作。作為第1絕熱構件，適用二氧化鋯系陶瓷等熱傳導率較小的材料，即使僅預先隔著縫隙，因為成膜中係處在真空環境下，所以會成為真空絕熱狀態而較為理想。此時的真空壓力只要是在一般的真空成膜製程中所使用的壓力即可，只要為大約10³Pa以下則足夠。又，亦適用以下構造：在防著板101之遠離濺鍍靶材104之側設有接觸面，且設有二氧化鋯系陶瓷等熱傳導率較小的材料作為較近側的端部之第1絕熱構件，並以其他部分的第1絕熱構件設為真空。此處的「較遠側」係指與濺鍍靶材104的中心點相距之距離長於與防著板101的中心點相距之距離的場所，反之，「較近側」係指短於與防著板101的中心點相距之距離的場所。

防著板101與保護對象構件102之間的距離，亦即第1絕熱構件的厚度之範圍，係從防著板的加工精度與其他構件的間距、或最佳化防著板降低濺鍍效率的比例之觀點而適當決定，但較佳為設成0.3mm至10mm左右的範圍。較佳可使用第1絕熱構件在真空的情況下大約為0.3mm~5mm、在固體絕熱構件的情況下為1mm~10mm左右。成膜物質的粒子在防著板101的溫度較低的狀態下附著、堆積時，因為膜成長係在由於急速冷卻而殘留較大膜應力的狀態下進行，所以附著膜成為非常容易剝離的狀態，故不佳。防著板101因為受到濺鍍熱或電漿熱，所以藉由盡可能不使該熱散逸並將防著板101的溫度保持高溫而將附著膜的膜應力抑制為較低。因此，縮小防著 板101與包含保護對象構件102之其他構造物的接觸面積是有效的，且較佳為設置成在防著板101的端部與其他構件接觸。防著板101與包含保護對象構件102的其他構造物之接觸面的面積較佳為設成小於，防著板101附著有成膜物質之粒子的著膜面之面積，更佳為設成1/2以下。關於接觸面積的下限，在構造、物理上無法設為零，但愈小則防著板本身的保溫效果愈高，因此較佳。

又，若藉由在防著板101與保護對象構件102接觸的接觸面夾著第2絕熱構件的方式而安裝時，絕熱效果會進一步提高，因此更佳。例如適宜使用在防著板101的接觸面與保護對象構件102之間夾著二氧化鋯系陶瓷等絕熱構件且以螺栓鎖緊的方法，此時，主要導熱路徑為經由螺栓的路徑，可大幅降低導熱效率。

又，從僅在防著板101之遠離成膜源104之側設有接觸面，亦難以使熱的移動的觀點來看，有效抑制防著板101的溫度降低。防著板之板厚係考慮防著板的加工精度或熱變形抵抗性、機械強度、推測著膜量等參數而適當決定，但設為1mm~3mm的範圍內較經濟而較佳。又，另外從不會因防著板本身而導致遮蔽成膜粒子的區域變多，且不影響成膜率的觀點來看，上述範圍較佳。

從防止剝離的觀點，防著板的材質適用與成膜材料的材質為相同者，但亦可由再利用時的洗淨特性或熱特性、機械特性等而適當選擇。例如，以化學洗淨除去附著膜並再利用等情況下，適用耐蝕性較高的不鏽鋼系材料。

更且，藉由在防著板101的表面施行以中心線平均粗糙度為12.5μm以上的粗糙化，使接觸面積增加且附著膜的密接性提高。藉由與前述膜應力緩和效果的加乘效果而進一步強化防止剝離功能，因此更佳。

又，藉由在防著板101的表面設有使用熔射法而設的熔射膜，熔射膜發揮作為緩衝膜的作用，因此防止剝離效果會進一步提高而更佳。此時的熔射材料亦可為鎢等金屬材料，亦可為陶瓷等非金屬材料。

第2圖表示在真空槽壁面設有防著板之本發明的真空成膜裝置之概略剖面圖。其係在真空槽201的內部收納：由捲出器203、主輥204、捲入器205與未附加零件編號的各種導引輥群所構成之基材搬送系統、以及第1圖所解說的磁控濺鍍電極，並且使真空槽201內成為真空後，一邊利用前述基材搬送系統搬送基材206一邊利用磁控濺鍍電極藉由濺鍍法在基材實施成膜之裝置。真空槽201內部係分為實施成膜的成膜室與收納基材搬送系統的捲繞室，為了從彼此相異的觀點而進行個別的壓力管理，通常設有間隔壁202。

在此系統中，考量到來自成膜源的成膜物質之粒子分別直接附著於真空槽壁面207或間隔壁202的一部分，或間接附著於真空槽底面208或真空槽頂面209，有時會要求將此壁面當作保護對象構件來予以保護。在此情況下，亦可適用防著板101。在必須針對直接暴露於成膜源的真空槽壁面207或間隔壁202之一部分，進行冷卻的情況，是特別理想的。

[實施例]

[實施例1]

針對在濺鍍電極的靶材按壓構件使用以上所說明的防著板並進行成膜實驗的結果進行說明。

濺鍍電極本身係為第1圖所示的構造，保護對象構件102係為用於將濺鍍靶材104按壓至濺鍍電極105的構件。保護對象構件102的溫度會有因電漿或離子襲擊而上升的傾向，但當溫度上升時，則有熱膨脹等各種不良情形，因此在構件內部設有冷卻水路徑103，作成藉由在該處流通冷卻水而冷卻的構造。此時的保護對象構件102位於濺鍍靶材附近，若於保護對象構件102著膜的濺鍍渣滓剝離並成為粉塵，則會成為異常放電的原因，因此設有防著板101。防著板101的著膜面之寬度設成：圖示中較長者為20mm與較短者為16mm，合計為36mm，並以使防著板101的端部10mm與保護對象構件102接觸的方式安裝。又，接觸面以外的部分係設計成防著板101與保護對象構件102的間隙為1.2mm。亦即，為使用真空絕熱作為第1絕熱構件的形態。因為成膜種為鎳，所以濺鍍靶材104的材質使用純鎳。考量將附著於防著板101的鎳膜透過化學洗淨除去並再利用，且防著板101的素材係使用沃斯田鐵系不銹鋼(SUS304)。

使用以上所說明的濺鍍電極，並導入500sccm氬氣，將真空槽內壓力調整成0.5Pa並進行濺鍍，以僅可對未圖示的工件成膜為總計1mm左右的膜厚之輸出及時間，實施成膜實驗。結果，在防著板101形成最大為未達 1mm的厚度之濺鍍膜，但完全不產生剝離。又，此時，防著板的最高到達溫度為300℃。

[實施例2]

其係與實施例1大致同樣的構造，但使用在保護對象構件102不設有冷卻水路徑103者，並實施與實施例1同樣的測試。尚且，防著板的構造使用與實施例1完全相同者。

結果，在防著板101形成最大為未達1mm的厚度之濺鍍膜，但完全不產生剝離。

[實施例3]

其係與實施例1大致同樣的構造，但設置成將防著板101的端部20mm固定於保護對象構件102，其他構造使用與實施例1相同者。使用此濺鍍電極進行濺鍍，以僅可對未圖示的工件成膜為總計0.4mm左右的膜厚之時間，實施成膜實驗。

結果，在防著板101形成最大為未滿0.4mm的厚度之濺鍍膜，但完全未產生剝離。之後，成膜至1mm厚時，雖然在成膜中未發現剝離，但成膜結束後，使真空槽向大氣敞開而開啟時，可確認附著於防著板101的膜稍微剝離。

[比較例1]

其係與實施例1大致同樣的構造，但使用不設有防著板101的電極，實施與實施例1同樣的測試。

結果，附著在保護對象構件102的膜在成膜中紛紛剝離，且經常發生異常放電。

[比較例2]

其係與實施例1大致同樣的構造，但採用構成為在保護對象構件102與防著板101不產生間隙者，並實施與實施例2同樣的測試。

結果，附著在防著板101的膜在成膜中紛紛剝離，且經常發生異常放電。尚且，此時防著板101的最高到達溫度為50℃。

[產業上之可利用性]

本發明不限於濺鍍電極，亦可應用於蒸鍍裝置或CVD裝置等真空成膜裝置的防著板，且其應用範圍並不限於此。

101‧‧‧防著板

102‧‧‧保護對象構件

103‧‧‧冷卻水路徑

104‧‧‧濺鍍靶材

105‧‧‧濺鍍電極

106‧‧‧放電空間

Claims (8)

1. 一種真空成膜裝置，係在基材上形成成膜物質之膜的真空成膜裝置，其特徵為：以覆蓋藉由冷卻手段而冷卻之保護對象構件的至少一部分之方式配設且防止前述成膜物質之粒子附著於前述保護對象構件的防著板，係使包含前述保護對象構件的其他構造物與前述防著板之接觸面的面積，小於前述防著板附著有成膜物質之粒子的著膜面之面積，且在前述防著板面向前述保護對象構件的那側，於前述接觸面除外之面與包含前述保護對象構件的其他構造物之間設有第1絕熱構件。
2. 如申請專利範圍第1項之真空成膜裝置，其中前述保護對象構件係鄰接於成膜源。
3. 如申請專利範圍第1或2項之真空成膜裝置，其中前述第1絕熱構件的厚度為0.3mm以上10mm以下。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之真空成膜裝置，其中包含前述保護對象構件之其他構造物與前述防著板的前述接觸面僅設於遠離前述成膜物質的成膜源之側。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之真空成膜裝置，其中包含前述保護對象構件之其他構造物與前述防著板的接觸係於前述防著板的端部進行。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之真空成膜裝置，其中在前述防著板的前述著膜面形成有採用熔射法而成膜的熔射膜。
7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之真空成膜裝置，其中藉由在安裝前述防著板之構件與前述防著板所接觸之接觸面夾著第2絕熱構件的方式安裝。
8. 一種真空成膜方法，其特徵為：使用如申請專利範圍第1至7項中任一項之真空成膜裝置並於基材上形成成膜物質的膜。