WO2016129217A1 - サーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

　絶縁性フィルム上に均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を成膜可能なサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法を提供する。絶縁性フィルム２上にサーミスタ用金属窒化物膜３を製造する装置であって、張力印加機構４と、支持体５と、スパッタリングターゲット６とを備え、張力印加機構が、引っ張られた絶縁性フィルムを支持面に押し当てて密着させる。また、絶縁性フィルム３２上にサーミスタ用金属窒化物膜３を製造する装置であって、巻き出しロール３４ａと巻き取りロール３４ｂと駆動源３４ｃとを備えたフィルム搬送機構３４と、成膜ロール３５と、スパッタリングターゲット６とを備え、フィルム搬送機構が、搬送する絶縁性フィルムを成膜ロールの外周面に押し当てて密着させる。

Description

サーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法

　本発明は、サーミスタ用金属窒化物膜を絶縁性フィルムに非焼成で直接成膜可能なサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法に関する。

　温度センサ等に使用されるサーミスタ材料は、高精度、高感度のために、高いＢ定数が求められている。従来、このようなサーミスタ材料には、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｆｅ等の遷移金属酸化物が一般的である（特許文献１，２参照）。また、これらのサーミスタ材料では、安定なサーミスタ特性を得るために、５５０℃以上の焼成等の熱処理が必要である。

　また、上記のような金属酸化物からなるサーミスタ材料の他に、例えば特許文献３では、一般式：Ｍ_ｘＡ_ｙＮ_ｚ（但し、ＭはＴａ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｔｉ及びＺｒの少なくとも１種、ＡはＡｌ，Ｓｉ及びＢの少なくとも１種を示す。０．１≦ｘ≦０．８、０＜ｙ≦０．６、０．１≦ｚ≦０．８、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される窒化物からなるサーミスタ用材料が提案されている。また、この特許文献３では、Ｔａ－Ａｌ－Ｎ系材料で、０．５≦ｘ≦０．８、０．１≦ｙ≦０．５、０．２≦ｚ≦０．７、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１としたものだけが実施例として記載されている。このＴａ－Ａｌ－Ｎ系材料では、上記元素を含む材料をターゲットとして用い、窒素ガス含有雰囲気中でスパッタリングを行って作製されている。また、必要に応じて、得られた薄膜を３５０～６００℃で熱処理を行っている。

　近年、樹脂フィルム上にサーミスタ材料を形成したフィルム型サーミスタセンサの開発が検討されており、フィルムに直接成膜できるサーミスタ材料の開発が望まれている。すなわち、フィルムを用いることで、フレキシブルなサーミスタセンサが得られることが期待される。さらに、０．１ｍｍ程度の厚さを持つ非常に薄いサーミスタセンサの開発が望まれているが、従来はアルミナ等のセラミックスを用いた基板材料がしばしば用いられ、例えば、厚さ０．１ｍｍへと薄くすると非常に脆く壊れやすい等の問題があったが、フィルムを用いることで非常に薄いサーミスタセンサが得られることが期待される。

　しかしながら、樹脂材料で構成されるフィルムは、一般的に耐熱温度が１５０℃以下と低く、比較的耐熱温度の高い材料として知られるポリイミドでも２００℃程度の耐熱性しかないため、サーミスタ材料の形成工程において熱処理が加わる場合は、適用が困難であった。上記従来の酸化物サーミスタ材料では、所望のサーミスタ特性を実現するために５５０℃以上の焼成が必要であり、フィルムに直接成膜したフィルム型サーミスタセンサを実現できないという問題点があった。そのため、非焼成で直接成膜できるサーミスタ材料の開発が望まれているが、上記特許文献３に記載のサーミスタ材料でも、所望のサーミスタ特性を得るために、必要に応じて、得られた薄膜を３５０～６００℃で熱処理する必要があった。また、このサーミスタ材料では、Ｔａ－Ａｌ－Ｎ系材料の実施例において、Ｂ定数：５００～３０００Ｋ程度の材料が得られているが、耐熱性に関する記述がなく、窒化物系材料の熱的信頼性が不明であった。

　そこで、非焼成でフィルムに直接成膜できるサーミスタ材料として、特許文献４，５に記載のサーミスタに用いられる金属窒化物材料であって、一般式：Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相であるサーミスタ用金属窒化物材料が開発されている。

特開２００３－２２６５７３号公報 特開２００６－３２４５２０号公報 特開２００４－３１９７３７号公報 特開２０１３－１７９１６１号公報 特開２０１３－２１１４３４号公報

　上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
　ＴｉＡｌＮ等のサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリング法により成膜する場合、成膜部分の温度によりサーミスタ用金属窒化物の結晶性が異なり、結果的にサーミスタ特性が異なることが知られている。従来のスパッタリング法による成膜では、図４に示すように、温度制御された支持体１０５に樹脂製の絶縁性フィルム２の端部を固定しているが、絶縁性フィルム２が変形するために支持体１０５の支持面１０５ａと絶縁性フィルム２の一部とが接触せず、その間に空隙が形成されるため熱伝達が不十分となり、成膜による発熱でフィルム面内に温度差が生じてしまう問題があった。このため、フィルム全面を支持体に粘着剤などで固定する方法も考えられるが、熱伝達は改善されるが、支持体からフィルムを剥がして取り出す時にフィルムが大きく変形してしまい、成膜したサーミスタ用金属窒化物膜が破壊されてしまう場合があった。

　本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、絶縁性フィルム上に均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を成膜可能なサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。

　本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置は、絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する装置であって、帯状の前記絶縁性フィルムを延在方向に引っ張る張力印加機構と、引っ張られた前記絶縁性フィルムの裏面を支持面で支持する支持体と、前記支持面に対向配置され前記支持面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングにより成膜可能なスパッタリングターゲットとを備え、前記張力印加機構が、引っ張られた前記絶縁性フィルムを前記支持面に押し当てて密着させることを特徴とする。

　このサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置では、張力印加機構が、引っ張られた絶縁性フィルムを支持面に押し当てて密着させるので、張力が印加され支持面に密着した状態の絶縁性フィルムが均一な温度に維持されることで、均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を得ることができる。また、絶縁性フィルムへ張力を印加した状態で絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を成膜後、張力の印加を解除した際に、サーミスタ用金属窒化物膜に圧縮応力が発生することで、サーミスタ用金属窒化物膜中のクラックの発生を抑制することができる。なお、絶縁性フィルムを支持体に固定していないので、成膜したサーミスタ用金属窒化物膜が取り外しの際に破壊されてしまうことがない。

　第２の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置は、第１の発明において、前記支持面が、前記絶縁性フィルムの延在方向に対して曲率を有する曲面であることを特徴とする。
　すなわち、このサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置では、支持面が、絶縁性フィルムの延在方向に対して曲率を有する曲面であるので、支持面全体にわたって均一な密着性が得られ、そのためにサーミスタ用金属窒化物膜成膜時の絶縁性フィルム表面の温度を均一化でき、より均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を得ることができる。また、曲げ変形させた状態の絶縁性フィルムに成膜されたサーミスタ用金属窒化物膜は、絶縁性フィルムを平坦な状態に戻した際に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。

　第３の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置は、第１又は第２の発明において、前記サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであることを特徴とする。
　すなわち、このサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置では、サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであるので、良好な結晶性を有してサーミスタ特性が均一なＴｉＡｌＮ膜を絶縁性フィルム上に作製することができる。

　第４の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造方法は、絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する方法であって、帯状の前記絶縁性フィルムを延在方向に引っ張る張力印加工程と、引っ張られた前記絶縁性フィルムの裏面を支持体の支持面で支持する支持工程と、前記支持面に対向配置され前記支持面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングにより成膜する工程とを有し、前記支持工程で、引っ張られた前記絶縁性フィルムを前記支持面に押し当てて密着させることを特徴とする。

　第５の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置は、絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する装置であって、長尺で帯状の前記絶縁性フィルムがロール状に巻回される回転可能な巻き出しロールと前記巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを巻き取る回転可能な巻き取りロールと少なくとも前記巻き取りロールを回転駆動させる駆動源とを備えたフィルム搬送機構と、前記巻き出しロールと前記巻き取りロールとの間に配され前記巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを外周面で支持する回転可能な成膜ロールと、前記絶縁性フィルムを支持する前記外周面に対向配置され前記外周面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングにより成膜可能なスパッタリングターゲットとを備え、前記フィルム搬送機構が、搬送する前記絶縁性フィルムを前記成膜ロールの外周面に押し当てて密着させることを特徴とする。

　このサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置では、フィルム搬送機構が、搬送する絶縁性フィルムを成膜ロールの外周面に押し当てて密着させるので、成膜ロールの外周面に密着した状態の絶縁性フィルムが均一な温度に維持されることで、均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を得ることができる。また、いわゆるロールｔｏロール方式を採用したことで、長い絶縁性フィルムを搬送しながら成膜を連続的又は断続的に行うことができる。
　また、外周面に沿って曲げ変形させた状態の絶縁性フィルムに成膜されたサーミスタ用金属窒化物膜は、絶縁性フィルムを平坦な状態に戻した際に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。
　さらに、この製造装置では、駆動源で回転駆動する際に巻き出しロールと巻き取りロールとの間で絶縁性フィルムに張力を印加することも可能である。この場合、張力の印加を解除した際に、絶縁性フィルムの収縮に伴い絶縁性フィルム上のサーミスタ用金属窒化物膜に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。
　なお、絶縁性フィルムを成膜ロールに固定していないので、成膜したサーミスタ用金属窒化物膜が取り外しの際に破壊されてしまうことがない。

　第６の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置は、第５の発明において、前記成膜ロールが、前記外周面の略全周にわたって内部に冷温媒を流通させる配管を有していることを特徴とする。
　すなわち、このサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置では、成膜ロールが、外周面の略全周にわたって内部に冷温媒を流通させる配管を有しているので、成膜ロールの外周面全体を冷温媒の流通によって一定の温度に制御することができ、そのためにサーミスタ用金属窒化物膜成膜時の絶縁性フィルム表面の温度を均一化でき、外周面全体にわたって均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を得ることができる。

　第７の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置は、第５又は第６の発明において、前記サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであることを特徴とする。
　すなわち、このサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置では、サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであるので、良好な結晶性を有してサーミスタ特性が均一なＴｉＡｌＮ膜を絶縁性フィルム上に作製することができる。

　第８の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造方法は、絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する方法であって、長尺で帯状の前記絶縁性フィルムがロール状に巻回される巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを回転駆動される巻き取りロールで巻き取るフィルム搬送工程と、前記巻き出しロールと前記巻き取りロールとの間に配され前記巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを回転可能な成膜ロールの外周面で支持する支持工程と、前記絶縁性フィルムを支持する前記外周面に対向配置され前記外周面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングにより成膜する工程とを有し、前記フィルム搬送工程で、搬送する前記絶縁性フィルムを前記成膜ロールの外周面に押し当てて密着させることを特徴とする。

　本発明によれば、以下の効果を奏する。
　すなわち、本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法によれば、引っ張られた絶縁性フィルムを支持面に押し当てて密着させるので、サーミスタ用金属窒化物膜成膜時の絶縁性フィルム表面の温度を均一化でき、均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を得ることができると共に、張力の印加の影響によりサーミスタ用金属窒化物膜に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。

　また、本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法によれば、フィルム搬送機構が、搬送する絶縁性フィルムを成膜ロールの外周面に押し当てて密着させるので、均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を得ることができると共に、サーミスタ用金属窒化物膜に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。また、いわゆるロールｔｏロール方式を採用したことで、長い絶縁性フィルムを搬送しながら成膜を連続的又は断続的に行うことができ、高い量産性が得られる。

本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の第１実施形態を示す製造装置の概略的な断面図である。 本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の第２実施形態を示す製造装置の概略的な断面図である。 本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の第３実施形態を示す製造装置の概略的な断面図である。 本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の従来例を示す製造装置の概略的な断面図である。

　以下、本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の第１実施形態を、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

　本実施形態のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置１は、図１に示すように、絶縁性フィルム２上にサーミスタ用金属窒化物膜３を製造する装置であって、帯状の絶縁性フィルム２を延在方向に引っ張る張力印加機構４と、引っ張られた絶縁性フィルム２の裏面を支持面５ａで支持する支持体５と、支持面５ａに対向配置され支持面５ａ上の絶縁性フィルム２の表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングにより成膜可能なスパッタリングターゲット６とを備えている。

　上記張力印加機構４は、引っ張られた絶縁性フィルム２を支持面５ａに押し当てて密着させるように設定されている。
　この張力印加機構４は、絶縁性フィルム２の両端を支持すると共に一定の張力で引っ張る一対のフィルム張設部４ａを備えている。これらフィルム張設部４ａは、絶縁性フィルム２の両端を狭持して延在方向外方に引っ張る機構である。
　張力印加機構４は、支持体５の前面にある支持面５ａに絶縁性フィルム２の裏面を当接させた状態で、一対のフィルム支持体５が支持体５の両側後方から絶縁性フィルム２の両端を引っ張ることで、支持面５ａに絶縁性フィルム２を押し付けている。

　なお、張力印加機構として、移動可能な支持体５を設置し、支持体５を絶縁性フィルム２に対して移動させ、支持面５ａを絶縁性フィルム２に押し付け密着させることで、張力印加を行う機構としても構わない。

　上記支持体５の内部には、冷温媒を流通させる配管５ｂが配設されている。すなわち、配管５ｂは、銅管等で形成され、この配管５ｂ内に冷温媒を流通させることで、支持体５の温度調整を行っている。
　なお、この支持体５の支持面５ａは、平坦面とされている。
　上記張力印加機構４及び支持体５は、いずれもスパッタリング装置の真空槽（図示略）内にスパッタリングターゲット６と共に設置されている。

　上記サーミスタ用金属窒化物材料は、例えばＴｉＡｌＮであり、その場合、成膜されるサーミスタ用金属窒化物膜３は、ＴｉＡｌＮ膜である。特に、本実施形態で作製するサーミスタ用金属窒化物膜３は、一般式：Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。

　上記絶縁性フィルム２は、例えばポリイミド樹脂シートで帯状に形成されている。なお、絶縁性フィルム２としては、他にＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート，ＰＥＮ：ポリエチレンナフタレート等でも構わない。

　上記真空槽には、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガスを導入するガス導入口（図示略）が設けられている。また、スパッタリングターゲット６の裏面側には、カソード電極（図示略）が配置されていると共に、支持体５がアノード電極とされている。すなわち、カソード電極側のスパッタリングターゲット６とアノード電極となる支持体５との間に電圧が印加され、支持体５上の絶縁性フィルム２の表面に反応性スパッタが行われる。

　この製造装置１によるサーミスタ用金属窒化物膜の製造方法は、帯状の絶縁性フィルム２を延在方向に引っ張る張力印加工程と、引っ張られた絶縁性フィルム２の裏面を支持体５の支持面５ａで支持する支持工程と、支持面５ａに対向配置され支持面５ａ上の絶縁性フィルム２の表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングターゲット６を用いてスパッタリングにより成膜する工程とを有している。

　上記張力印加工程及び支持工程では、一対のフィルム張設部４ａで絶縁性フィルム２の両端を支持し、さらに支持体５の支持面５ａに絶縁性フィルム２の裏面を当接させた状態で一対のフィルム張設部４ａで絶縁性フィルム２の両端を一定の張力で引っ張ることで、支持体５の支持面５ａを、絶縁性フィルム２に相対的に押し当てて密着させる。

　上記スパッタリングターゲット６としては、Ｔｉ－Ａｌ合金スパッタリングターゲットを用いる。すなわち、Ｔｉ－Ａｌ合金スパッタリングターゲット６を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って絶縁性フィルム２の表面にサーミスタ用金属窒化物膜３を成膜する。
　また、上記反応性スパッタにおけるスパッタガス圧を、０．６７Ｐａ未満に設定することが好ましい。

　より具体的には、例えば厚さ５０μｍのポリイミドフィルムの絶縁性フィルム２上に、反応性スパッタ法にてサーミスタ用金属窒化物膜３を厚さ２００ｎｍ成膜する。その時のスパッタ条件は、例えば到達真空度：５×１０^－６Ｐａ、スパッタガス圧：０．４Ｐａ、ターゲット投入電力（出力密度）：２．５Ｗ／ｃｍ^２で、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下において窒素ガス分圧：２０％とする。なお、メタルマスクを用いて所望のサイズにサーミスタ用金属窒化物材料を成膜してサーミスタ用金属窒化物膜３をパターン形成しても構わない。

　例えば、厚さ５０μｍのポリイミドフィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜３を厚さ２００ｎｍ成膜する際に、絶縁性フィルム２に単位面積当たり０．８～２５ＭＰａの張力を印加した場合、張力を解除することでサーミスタ用金属窒化物膜３に発生する圧縮応力は、１９～５８７ＭＰａと試算される。

　このように本実施形態のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置１では、張力印加機構４が、引っ張られた絶縁性フィルム２を支持面５ａに押し当てて密着させるので、張力が印加され支持面５ａに密着した状態の絶縁性フィルム２が均一な温度に維持されることで、均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜３を得ることができる。特に、サーミスタ用金属窒化物材料をＴｉＡｌＮとすることで、良好な結晶性を有してサーミスタ特性が均一なＴｉＡｌＮ膜を絶縁性フィルム２上に作製することができる。

　また、張力の印加を解除した際に、絶縁性フィルム２の収縮に伴い絶縁性フィルム２上のサーミスタ用金属窒化物膜３に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。なお、絶縁性フィルム２を支持体５に固定していないので、成膜したサーミスタ用金属窒化物膜３が取り外しの際に破壊されてしまうことがない。

　次に、本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の第２実施形態について、図２を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

　第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、支持面５ａが平坦面であったのに対し、第２実施形態のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置２１及び製造方法では、図２に示すように、支持体２５の支持面２５ａが、絶縁性フィルム２の延在方向に対して曲率を有する曲面である点である。
　すなわち、第２実施形態では、支持体２５の支持面２５ａが、断面円弧状に形成されており、この支持面２５ａに沿って絶縁性フィルム２が密着されて支持されている。

　例えば、厚さ５０μｍのポリイミドフィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜３を厚さ２００ｎｍ成膜する際に、支持面２５ａの曲率半径を１６～５００ｍｍとした場合、絶縁性フィルム２を平坦な状態に戻すことでサーミスタ用金属窒化物膜３に発生する圧縮応力は、５９４～１９ＭＰａと試算される。

　このように第２実施形態のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置２１では、支持面２５ａが、絶縁性フィルム２の延在方向に対して曲率を有する曲面であるので、支持面２５ａ全体にわたって均一な密着性が得られ、より均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜３を得ることができる。また、曲げ変形させた状態の絶縁性フィルム２に成膜されたサーミスタ用金属窒化物膜３は、絶縁性フィルム２を平坦な状態に戻した際に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。

　続いて、本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の第３実施形態を、図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。また、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

　本実施形態のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置３１は、図３に示すように、絶縁性フィルム３２上にサーミスタ用金属窒化物膜３を製造する装置であって、長尺で帯状の絶縁性フィルム３２がロール状に巻回される回転可能な巻き出しロール３４ａと巻き出しロール３４ａから繰り出される絶縁性フィルム３２を巻き取る回転可能な巻き取りロール３４ｂと少なくとも巻き取りロール３４ｂを回転駆動させる駆動源３４ｃとを備えたフィルム搬送機構３４と、巻き出しロール３４ａと巻き取りロール３４ｂとの間に配され巻き出しロール３４ａから繰り出される絶縁性フィルム３２を外周面３５ａで支持する回転可能な成膜ロール３５と、絶縁性フィルム３２を支持する外周面３５ａに対向配置され外周面３５ａ上の絶縁性フィルム３２の表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングにより成膜可能なスパッタリングターゲット６とを備えている。

　上記フィルム搬送機構３４は、搬送する絶縁性フィルム３２を成膜ロール３５の外周面３５ａに押し当てて密着させる機能を有している。すなわち、駆動源３４ｃによって巻き取りロール３４ｂを回転させて絶縁性フィルム３２を搬送する際に、巻き出しロール３４ａと巻き取りロール３４ｂとの間で絶縁性フィルム３２に一定の張力を印加させるようにして、絶縁性フィルム３２を成膜ロール３５の外周面下側に当てると共に、絶縁性フィルム３２を成膜ロール３５の上方から引っ張ることで、絶縁性フィルム３２を成膜ロール３５の外周面下側に押し付けられるように設定されている。なお、本実施形態では、成膜ロール３５の外周面３５ａの少なくとも約半周にわたって絶縁性フィルム３２が当接するように、巻き出しロール３４ａと巻き取りロール３４ｂと成膜ロール３５とを配置している。

　上記駆動源３４ｃは、モータ等であって、少なくとも巻き取りロール３４ｂを回転駆動するが、本実施形態では、もう一つの駆動源３４ｃで巻き出しロール３４ａも回転駆動している。
　上記成膜ロール３５には、外周面３５ａの略全周にわたって内部に冷温媒を流通させる配管３５ｂを有している。
　すなわち、配管３５ｂは、外周面３５ａに沿って外周面３５ａの近傍に銅管等で配設されており、この配管３５ｂ内に冷温媒を流通させることで、成膜ロール３５の温度調整を行っている。
　上記フィルム搬送機構３４及び成膜ロール３５は、いずれもスパッタリング装置の真空槽（図示略）内にスパッタリングターゲット６と共に設置されている。

　上記サーミスタ用金属窒化物材料は、例えばＴｉＡｌＮであり、その場合、成膜されるサーミスタ用金属窒化物膜３は、ＴｉＡｌＮ膜である。特に、本実施形態で作製するサーミスタ用金属窒化物膜３は、一般式：Ｔｉ_ｘＡｌ_ｙＮ_ｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。

　上記絶縁性フィルム３２は、例えばポリイミド樹脂シートで長尺な帯状に形成されている。なお、絶縁性フィルム３２としては、他にＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート，ＰＥＮ：ポリエチレンナフタレート等でも構わない。

　上記真空槽には、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガスを導入するガス導入口（図示略）が設けられている。また、スパッタリングターゲット６の裏面側には、カソード電極（図示略）が配置されていると共に、成膜ロール３５がアノード電極とされている。すなわち、カソード電極側のスパッタリングターゲット６とアノード電極となる成膜ロール３５との間に電圧が印加され、成膜ロール３５上の絶縁性フィルム３２の表面に反応性スパッタが行われる。

　この製造装置３１によるサーミスタ用金属窒化物膜の製造方法は、長尺で帯状の絶縁性フィルム３２がロール状に巻回される巻き出しロール３４ａから繰り出される絶縁性フィルム３２を回転駆動される巻き取りロール３４ｂで巻き取るフィルム搬送工程と、巻き出しロール３４ａと巻き取りロール３４ｂとの間に配され巻き出しロール３４ａから繰り出される絶縁性フィルム３２を回転可能な成膜ロール３５の外周面３５ａで支持する支持工程と、絶縁性フィルム３２を支持する外周面３５ａに対向配置され外周面３５ａ上の絶縁性フィルム３２の表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングターゲット６を用いてスパッタリングにより成膜する工程とを有している。

　上記フィルム搬送工程では、搬送する絶縁性フィルム３２を成膜ロール３５の外周面に押し当てて密着させる。
　すなわち、フィルム搬送工程及び支持工程では、巻き出しロール３４ａと巻き取りロール３４ｂとの間の絶縁性フィルム３２を成膜ロール３５の外周面に沿って配した状態で、巻き取りロール３４ｂを駆動源３４ｃで回転させて絶縁性フィルム３２に一定の張力を印加することで、成膜ロール３５の外周面３５ａに、絶縁性フィルム３２を押し当てて密着させる。

　上記スパッタリングターゲット６としては、Ｔｉ－Ａｌ合金スパッタリングターゲットを用いる。すなわち、Ｔｉ－Ａｌ合金スパッタリングターゲット６を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って絶縁性フィルム３２の表面にサーミスタ用金属窒化物膜３を成膜する。
　また、上記反応性スパッタにおけるスパッタガス圧を、０．６７Ｐａ未満に設定することが好ましい。

　より具体的には、例えば厚さ５０μｍのポリイミドフィルムの絶縁性フィルム３２上に、反応性スパッタ法にてサーミスタ用金属窒化物膜３を厚さ２００ｎｍ成膜する。その時のスパッタ条件は、例えば到達真空度：５×１０^－６Ｐａ、スパッタガス圧：０．４Ｐａ、ターゲット投入電力（出力密度）：２．５Ｗ／ｃｍ^２で、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下において窒素ガス分圧：２０％とする。なお、メタルマスクを用いて所望のサイズにサーミスタ用金属窒化物材料を成膜してサーミスタ用金属窒化物膜３をパターン形成しても構わない。

　例えば、厚さ５０μｍのポリイミドフィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜３を厚さ２００ｎｍ成膜する際に、絶縁性フィルム３２に単位面積当たり０．８～２５ＭＰａの張力を印加した場合、張力を解除することでサーミスタ用金属窒化物膜３に発生する圧縮応力は、１９～５８７ＭＰａと試算される。

　このように本実施形態のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置３１では、フィルム搬送機構３４が、搬送する絶縁性フィルム３２を成膜ロール３５の外周面３５ａに押し当てて密着させるので、成膜ロール３５の外周面３５ａに密着した状態の絶縁性フィルム３２が均一な温度に維持されることで、均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜３を得ることができる。特に、サーミスタ用金属窒化物材料をＴｉＡｌＮとすることで、良好な結晶性を有してサーミスタ特性が均一なＴｉＡｌＮ膜を絶縁性フィルム３２上に作製することができる。

　また、いわゆるロールｔｏロール方式を採用したことで、長い絶縁性フィルム３２を搬送しながら成膜を連続的又は断続的に行うことができる。
　また、外周面３５ａに沿って曲げ変形させた状態の絶縁性フィルム３２に成膜されたサーミスタ用金属窒化物膜３は、絶縁性フィルム３２を平坦な状態に戻した際に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる

　さらに、この製造装置３１では、駆動源３４ｃで回転駆動する際に巻き出しロール３４ａと巻き取りロール３４ｂとの間で絶縁性フィルム３２に張力を印加することも可能である。この場合、張力の印加を解除した際に、絶縁性フィルム３２の収縮に伴い絶縁性フィルム３２上のサーミスタ用金属窒化物膜３に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。
　なお、絶縁性フィルム３２を成膜ロール３５に固定していないので、成膜したサーミスタ用金属窒化物膜３が取り外しの際に破壊されてしまうことがない。

　また、成膜ロール３５が、外周面３５ａの略全周にわたって内部に冷温媒を流通させる配管３５ｂを有しているので、成膜ロール３５の外周面３５ａ全体を冷温媒の流通によって一定の温度に制御することができ、外周面３５ａ全体にわたって均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜３を得ることができる。

　なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

　１，２１，３１…サーミスタ用金属窒化物膜の製造装置、２，３２…絶縁性フィルム、３…サーミスタ用金属窒化物膜、４…張力印加機構、５，２５…支持体、５ａ，２５ａ…支持体の支持面、５ｂ，３５ｂ…配管、６…スパッタリングターゲット、３４…フィルム搬送機構、３４ａ…巻き出しロール、３４ｂ…巻き取りロール、３４ｃ…駆動源、３５…成膜ロール、３５ａ…成膜ロールの外周面

 

Claims (10)

1. 　絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する装置であって、
   　帯状の前記絶縁性フィルムを延在方向に引っ張る張力印加機構と、
   　引っ張られた前記絶縁性フィルムの裏面を支持面で支持する支持体と、
   　前記支持面に対向配置され前記支持面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングにより成膜可能なスパッタリングターゲットとを備え、
   　前記張力印加機構が、引っ張られた前記絶縁性フィルムを前記支持面に押し当てて密着させることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
2. 　請求項１に記載のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置において、
   　前記支持面が、前記絶縁性フィルムの延在方向に対して曲率を有する曲面であることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
3. 　請求項１に記載のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置において、
   　前記サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
4. 　請求項２に記載のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置において、
   　前記サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
5. 　絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する方法であって、
   　帯状の前記絶縁性フィルムを延在方向に引っ張る張力印加工程と、
   　引っ張られた前記絶縁性フィルムの裏面を支持体の支持面で支持する支持工程と、
   　前記支持面に対向配置され前記支持面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングにより成膜する工程とを有し、
   　前記支持工程で、引っ張られた前記絶縁性フィルムを前記支持面に押し当てて密着させることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造方法。
6. 　絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する装置であって、
   　長尺で帯状の前記絶縁性フィルムがロール状に巻回される回転可能な巻き出しロールと前記巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを巻き取る回転可能な巻き取りロールと少なくとも前記巻き取りロールを回転駆動させる駆動源とを備えたフィルム搬送機構と、
   　前記巻き出しロールと前記巻き取りロールとの間に配され前記巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを外周面で支持する回転可能な成膜ロールと、
   　前記絶縁性フィルムを支持する前記外周面に対向配置され前記外周面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングにより成膜可能なスパッタリングターゲットとを備え、
   　前記フィルム搬送機構が、搬送する前記絶縁性フィルムを前記成膜ロールの外周面に押し当てて密着させることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
7. 　請求項６に記載のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置において、
   　前記成膜ロールが、前記外周面の略全周にわたって内部に冷温媒を流通させる配管を有していることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
8. 　請求項６に記載のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置において、
   　前記サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
9. 　請求項７に記載のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置において、
   　前記サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
10. 絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する方法であって、
    　長尺で帯状の前記絶縁性フィルムがロール状に巻回される巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを回転駆動される巻き取りロールで巻き取るフィルム搬送工程と、
    　前記巻き出しロールと前記巻き取りロールとの間に配され前記巻き出しロールから繰り出される前記絶縁性フィルムを回転可能な成膜ロールの外周面で支持する支持工程と、
    　前記絶縁性フィルムを支持する前記外周面に対向配置され前記外周面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングにより成膜する工程とを有し、
    　前記フィルム搬送工程で、搬送する前記絶縁性フィルムを前記成膜ロールの外周面に押し当てて密着させることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造方法。
    
     

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