(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック樹脂からなる基体の表面に着色性薄膜が形成された有色基材の製造方法であって、
真空容器内の中間層成膜プロセス領域内で金属からなるターゲットをスパッタして前記基体の表面に前記金属からなる中間層膜原料物質を付着させる中間層スパッタ工程と、
前記真空容器内で前記中間層成膜プロセス領域とは離間した位置に形成された中間層反応プロセス領域内に前記基体を搬送する中間層基体搬送工程と、
前記中間層反応プロセス領域内に少なくとも酸素ガスを導入した状態で、該酸素ガスのプラズマを発生させて前記酸素ガスと前記中間層膜原料物質とを反応させ、前記酸素ガスと前記中間層膜原料物質の化合物または不完全化合物を生成させる中間層プラズマ処理工程と、
からなる一連の工程を複数回行って前記基体の表面に中間層を形成する中間層形成工程を行った後、
前記真空容器内で前記中間層成膜プロセス領域と同一または異なる位置に形成された成膜プロセス領域内で、前記中間層スパッタ工程で用いた前記ターゲットと同じ前記金属からなるターゲットをスパッタして前記中間層の表面に前記金属からなる着色性薄膜原料物質を付着させるスパッタ工程と、
前記真空容器内で前記成膜プロセス領域とは離間した位置に形成された反応プロセス領域内に前記基体を搬送する基体搬送工程と、
前記反応プロセス領域内に少なくとも１種類の反応性ガスを導入した状態で、該反応性ガスのプラズマを発生させて前記反応性ガスと前記着色性薄膜原料物質とを反応させ、前記反応性ガスと前記着色性薄膜原料物質の化合物または不完全化合物を生成させるプラズマ処理工程と、
からなる一連の工程を複数回行って前記着色性薄膜を形成する着色性薄膜形成工程を行うことを特徴とする有色基材の製造方法。
【請求項２】
前記各工程は、温度制御下または非制御下で前記基体の温度が２０〜３００℃の範囲となるように行われることを特徴とする請求項１記載の有色基材の製造方法。
【請求項３】
前記中間層スパッタ工程では、チタン又はジルコニウムからなる前記ターゲットをスパッタして前記チタン又は前記ジルコニウムからなる前記中間層膜原料物質を付着させ、
前記スパッタ工程では、前記チタン又は前記ジルコニウムであって、前記中間層スパッタ工程で用いた前記ターゲットと同じ前記金属からなる前記ターゲットをスパッタして前記チタン又は前記ジルコニウムからなる前記着色性薄膜原料物質を付着させることを特徴とする請求項１又は２記載の有色基材の製造方法。
【請求項４】
プラスチック樹脂からなる基体と、該基体の表面に形成された着色性薄膜と、該着色性薄膜と前記基体との間に形成された中間層と、からなる有色基材であって、
前記着色性薄膜及び前記中間層は、請求項１に記載の製造方法で形成されていることを特徴とする有色基材。
【請求項５】
前記中間層の膜厚が２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項４記載の有色基材。
【請求項６】
前記基体は、ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体，ナイロン，ポリブチレンテレフタレート，ポリカーボネート−ポリエチレンテレフタレート共重合体，ポリカーボネート−ポリブチレンテレフタレート共重合体，アクリル，ポリスチレン，ポリエチレンおよびポリプロピレンからなる群から選択される１または２種類以上の樹脂材料、もしくはこれらの材料とガラス繊維および／またはカーボン繊維との混合物で形成されることを特徴とする請求項４又は５記載の有色基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有色基材の製造方法および有色基材に係り、特に、プラスチック樹脂からなる基体の表面に着色性薄膜が形成された有色基材の製造方法および有色基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック樹脂からなる基体の表面に窒化チタンなどの着色性薄膜が形成された有色基材は、金色などの色調を有するため、自動車のドアノブ、バンパー、携帯電話の外装部品、時計の外装部品、サングラスのフレームといった各種部材の装飾用途に用いられている。特に基体が金属やガラスなどの場合と比較して、プラスチック樹脂の場合は、部材の軽量化を図ることができると共に、耐腐食性を有しているため、幅広い分野で装飾などの目的に使用されている。
【０００３】
従来から、プラスチック樹脂からなる基板（すなわち、基体）の表面に窒化チタンなどの着色性薄膜を形成する技術として、一般的な反応性スパッタリング法やＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）法が用いられてきた。例えば一般的な反応性スパッタリング法では、ターゲットのスパッタによる膜原料物質の基板への供給と、反応ガスのプラズマ処理による膜原料物質と反応ガスの反応を、単一の成膜プロセス領域内で行っている（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
従来の反応性スパッタリング法やＰＥＣＶＤ法は、反応温度が３００〜５００℃程度と高いため、一般には、耐熱性の高いプラスチック樹脂からなる基板などに対して成膜する際に使用される。従来の反応性スパッタリング法を用いて、樹脂塗膜の表面に金属薄膜と化合物薄膜を積層した金色光輝材料を製造した例も知られている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【非特許文献１】Ｐ．Ｊｅｄｒｚｅｊｏｗｓｋｉほか、「ジャーナル  オブ  バキューム  サイエンス  アンド  テクノロジー  Ａ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａ）」、（米国）、２００４年、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．３、ｐ．７２５−７３３
【特許文献１】特開２００３−３２８１１２号公報（請求項１−１０、段落００１７−００４８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の反応性スパッタリング法では、ターゲットのスパッタによる膜原料物質の生成と、生成した膜原料物質と反応性ガスの反応を、単一の成膜プロセス領域内で同時に行っているため、ターゲットと反応性ガスが接触して反応することによりターゲットの表面で異常放電が生じ、これによりターゲットの一部が飛散して薄膜に欠陥が生じることがあった。このため、反応性ガスの供給量やプラズマの発生密度を低下させて、ターゲットと反応性ガスの反応を抑制しつつ成膜を行う必要があった。
【０００７】
このような条件では膜原料物質と反応ガスの反応が十分ではなく、膜原料物質の完全反応物を得ることは困難であり、反応を十分に行うために基板の温度を３００℃以上の高温にしたり、成膜レートを低くして反応時間を長くしたりすることで、反応性を向上させる必要があった。しかし、基板の温度を高くして成膜を行うと、耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基板に成膜を行うことが困難であり、逆に、基板の温度を低温にして耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基板に成膜を行う場合には、成膜レートを低くする必要があるため、反応時間が長くなり、製品製造に要するタクトタイムが長くなるという不都合があった。
【０００８】
本発明の目的は、特に耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基体に対して、低い反応温度で、かつ高い成膜レートで有色基材を製造することが可能な有色基材の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基体に対して、低い反応温度で、かつ高い成膜レートで製造した有色基材を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基体と着色性薄膜の密着性が向上した有色基材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の有色基材の製造方法は、プラスチック樹脂からなる基体の表面に着色性薄膜が形成された有色基材の製造方法であって、真空容器内の中間層成膜プロセス領域内で金属からなるターゲットをスパッタして前記基体の表面に前記金属からなる中間層膜原料物質を付着させる中間層スパッタ工程と、前記真空容器内で前記中間層成膜プロセス領域とは離間した位置に形成された中間層反応プロセス領域内に前記基体を搬送する中間層基体搬送工程と、前記中間層反応プロセス領域内に少なくとも酸素ガスを導入した状態で、該酸素ガスのプラズマを発生させて前記酸素ガスと前記中間層膜原料物質とを反応させ、前記酸素ガスと前記中間層膜原料物質の化合物または不完全化合物を生成させる中間層プラズマ処理工程と、からなる一連の工程を複数回行って前記基体の表面に中間層を形成する中間層形成工程を行った後、前記真空容器内で前記中間層成膜プロセス領域と同一または異なる位置に形成された成膜プロセス領域内で、前記中間層スパッタ工程で用いた前記ターゲットと同じ前記金属からなるターゲットをスパッタして前記中間層の表面に前記金属からなる着色性薄膜原料物質を付着させるスパッタ工程と、前記真空容器内で前記成膜プロセス領域とは離間した位置に形成された反応プロセス領域内に前記基体を搬送する基体搬送工程と、前記反応プロセス領域内に少なくとも１種類の反応性ガスを導入した状態で、該反応性ガスのプラズマを発生させて前記反応性ガスと前記着色性薄膜原料物質とを反応させ、前記反応性ガスと前記着色性薄膜原料物質の化合物または不完全化合物を生成させるプラズマ処理工程と、からなる一連の工程を複数回行って前記着色性薄膜を形成する着色性薄膜形成工程を行うことを特徴とする。
【００１０】
このように、本発明の有色基材の製造方法によれば、スパッタを行う成膜プロセス領域と反応性ガスのプラズマを発生させる反応プロセス領域が真空容器内の離間した位置に形成されているため、従来の一般的な反応性スパッタリング装置を用いた場合のように、ターゲットと反応性ガスが反応して異常放電が起こるといった不都合が生じにくい。このため、反応プロセス領域内の反応性ガスの供給量を多くしたり、プラズマの発生密度を上昇させたりして、膜原料物質と反応性ガスの反応を促進させることができる。
したがって、従来のように基体の温度を上昇させて反応性を向上させる必要が無く、低い温度であっても十分に反応を行うことが可能となると共に、成膜レートも高く維持することができる。これにより、耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基体などに対しても、十分に反応を行うことが可能となり、従来の反応性スパッタリング法では実施不可能であった耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基体に対しても、膜質のよい有色基材を短いタクトタイムで製造することができる。
【００１１】
また、本発明の有色基材の製造方法によれば、基体の表面と着色性薄膜との間に中間層が介在しているため、両者の密着性を向上させることが可能となる。
また、中間層の膜原料物質を反応プロセス領域で反応させて膜原料物質の酸化物または不完全化合物（半酸化物）を生成させることができるため、従来の反応性スパッタリング法では得ることが困難であった金属の酸化物または不完全化合物（半酸化物）を中間層として用いることができる。このため、基体の表面と着色性薄膜の密着性を従来よりもさらに向上させることができる。
【００１２】
また、前記各工程は、温度制御下または非制御下で前記基体の温度が２０〜３００℃の範囲となるように行われることが好ましい。
【００１３】
このように、基体の温度が２０〜３００℃の範囲で各工程が行われるため、耐熱性が３００℃以下のプラスチック樹脂からなる基体に対しても成膜を行うことができる。
【００１４】
また、前記中間層スパッタ工程では、チタン又はジルコニウムからなる前記ターゲットをスパッタして前記チタン又は前記ジルコニウムからなる前記中間層膜原料物質を付着させ、前記スパッタ工程では、前記チタン又は前記ジルコニウムであって、前記中間層スパッタ工程で用いた前記ターゲットと同じ前記金属からなる前記ターゲットをスパッタして前記チタン又は前記ジルコニウムからなる前記着色性薄膜原料物質を形成すると好適である。
このように、中間層がこれらの金属の酸化物または不完全化合物（半酸化物）で形成されることで、着色性薄膜の色調を適宜調整することができる。
【００１５】
上記課題は、本発明の有色基材によれば、プラスチック樹脂からなる基体と、該基体の表面に形成された着色性薄膜と、該着色性薄膜と前記基体との間に形成された中間層と、からなる有色基材であって、前記着色性薄膜及び前記中間層は、請求項１に記載の製造方法で形成されていることを特徴とする。
【００１６】
このように、本発明の有色基材によれば、低い温度であっても十分に反応を行うことが可能となると共に、成膜レートも高く維持することができる。これにより、耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基体などに対しても、十分に反応を行うことが可能となり、従来の反応性スパッタリング法では実施不可能であった耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基体に対しても、膜質のよい有色基材を提供することができる。また、短いタクトタイムで製造することができるため、製造コストの低い有色基材を提供することができる。
【００１７】
また、前記中間層の膜厚が２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
このように、中間層の膜厚が２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるため、着色性薄膜の色調を調整することができる。また、例えば基体が透明である場合、上記膜厚を有する中間層が形成されることで、基体の裏側（着色性薄膜の形成される側とは反対側）から光が透過しにくくなり、この透過光による着色性薄膜の色調の変化を防止することができる。
【００１８】
また、前記基体は、ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体，ナイロン，ポリブチレンテレフタレート，ポリカーボネート−ポリエチレンテレフタレート共重合体，ポリカーボネート−ポリブチレンテレフタレート共重合体，アクリル，ポリスチレン，ポリエチレンおよびポリプロピレンからなる群から選択される１または２種類以上の樹脂材料、もしくはこれらの材料とガラス繊維および／またはカーボン繊維との混合物で形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明の有色基材の製造方法によれば、スパッタを行う成膜プロセス領域と反応性ガスのプラズマを発生させる反応プロセス領域が真空容器内の離間した位置に形成されているため、ターゲットの異常放電が生じにくく、基体の温度を高くする必要がない。このため、低い温度でかつ成膜レートを高く維持した状態で成膜を行うことが可能となり、従来の反応性スパッタリング法では実施不可能であった耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基体に対しても、膜質のよい有色基材を短いタクトタイムで製造することができる。
また、本発明の有色基材によれば、着色性薄膜が金属薄膜と反応性ガスとの化合物または不完全化合物で形成されるため、低い温度でかつ成膜レートを高く維持した状態で成膜を行うことが可能となり、膜質がよく低コストの有色基材を提供することができる。
さらに、本発明の有色基材によれば、中間層が金属薄膜と酸素ガスとの化合物または不完全化合物（半酸化物）で形成されるため、基体の表面と着色性薄膜との密着性をより向上させることが可能となる。したがって、有色基材の耐摩耗性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
【００２１】
図１は本発明の一実施形態に係る有色基材の横断面形状を模式的に示した説明図である。なお、この図では、発明の理解を容易にするために、薄膜の膜厚を実際の厚さよりも厚く描いてある。
この図に示すように、本発明の有色基材Ｐは、基板Ｓの表面に着色性薄膜Ｆ１と中間層Ｆ２が形成されたものである。
【００２２】
基板Ｓは、本発明の基体に相当するものであり、プラスチック樹脂材料で形成された部材である。本実施形態では、基板Ｓとして円板状のものを用いているが、本発明の基体の形状としてはこのような円板状のものに限定されず、表面に薄膜を形成できる他の形状、例えばレンズ形状、円筒状、円環状といった形状であってもよい。
【００２３】
基板Ｓの材料は、プラスチック樹脂であり、例えば、ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体，ナイロン，ポリブチレンテレフタレート，ポリカーボネート−ポリエチレンテレフタレート共重合体，ポリカーボネート−ポリブチレンテレフタレート共重合体，アクリル，ポリスチレン，ポリエチレン，ポリプロピレンなどの樹脂材料が挙げられる。また、基板Ｓの強度を向上させるために、これらの樹脂材料にガラス繊維やカーボン繊維もしくはこれらの混合物を混合させたものでもよい。
【００２４】
中間層Ｆ２は、基板Ｓの表面に形成された薄膜であり、着色性薄膜Ｆ１と基板Ｓとの間に介在している。中間層Ｆ２は、着色性薄膜Ｆ１と基板Ｓとの間の密着性を向上させるための層である。
本実施形態の中間層Ｆ２は、チタン（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選択される１または２種類以上の金属薄膜、もしくはこれら金属薄膜の化合物（この場合は、酸化物）もしくは不完全化合物（この場合は、半酸化物）で形成されている。中間層Ｆ２は、金属薄膜であってもその完全・不完全反応物であってもよい。金属薄膜の酸化物は、中間層Ｆ２の全体にわたって金属が酸化反応により酸化した状態を意味している。また、半酸化物は、金属薄膜の表面側（すなわち、着色性薄膜Ｆ１側）のみが酸化して、基板Ｓの表面側はほとんど酸化されずに金属の状態であることを意味する。中間層Ｆ２の厚さとしては、１〜１００ｎｍ程度である。
【００２５】
なお、中間層Ｆ２は密着性の向上のみならず、着色性薄膜Ｆ１の色調を変更させない目的で形成されてもよい。すなわち、基板Ｓが透明の場合、基板Ｓの裏面側（中間層Ｆ２や着色性薄膜Ｆ１が形成されていない側）からの光により着色性薄膜Ｆ１の色調が変わってしまうことがある。そこで、中間層Ｆ２を形成することで、着色性薄膜Ｆ１へ光を透過させないようにすることもできる。この場合、中間層Ｆ２としては、金属薄膜で形成されることが好ましい。また、その膜厚は、２００〜５００ｎｍ程度が好ましい。この膜厚が厚いほど、光が透過しにくくなり色調変化が少なくなるが、着色性薄膜の密着性等に問題が生じる。したがって、着色性薄膜の色調や密着性等を勘案して適宜設定することが好ましい。
【００２６】
着色性薄膜Ｆ１は、中間層Ｆ２の表面に形成され、金色などの色調を呈する薄膜である。本実施形態の着色性薄膜Ｆ１は、チタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）からなる群から選択される１または２種類の金属の窒化物，炭化物，窒酸化物もしくは窒炭化物で形成されている。着色性薄膜Ｆ１の厚さとしては、０．００１〜１０μｍ程度である。
【００２７】
本実施形態の有色基材Ｐは、中間層Ｆ２を設けて着色性薄膜Ｆ１と基板Ｓの表面との密着性を向上させているが、中間層Ｆ２を設けずに基板Ｓの表面に着色性薄膜Ｆ１を直接成膜することも可能である。
【００２８】
本実施形態の有色基材Ｐは、自動車のドアノブ、ハンドル、バンパー、家屋のドアノブ、家具などの取手、携帯電話の外装部品、時計の外装部品、サングラスのフレーム、イヤリング、ブレスレット、ボタン、ネクタイピン、ネックレス、バックル、指輪などに好適に使用することができる。特に、本実施形態の有色基材Ｐは中間層Ｆ２を備えているため、耐剥離性が向上しており、このため外部からの接触頻度の高いこれらの用途へ特に好ましく使用できる。
【００２９】
次に、本発明の有色基材Ｐの製造方法について説明する。
本発明の有色基材Ｐは、以下に説明するスパッタを行う成膜プロセス領域とプラズマ処理を行う反応プロセス領域を分離した薄膜形成装置を用いて、反応性スパッタリングにより製造している。
【００３０】
一般的な反応性スパッタリングでは、スパッタを行う成膜プロセス領域内に酸素ガスや窒素ガス等の反応性ガスを導入して、ターゲットから飛散する金属粒子を反応性ガスと反応させ、金属と反応性ガスの化合物（すなわち、反応物）を基板Ｓの表面に付着させることで成膜を行っている。すなわち、スパッタリングによる膜原料物質の発生と、プラズマ処理による膜原料物質と反応性ガスとの反応を、単一の領域内で行っている。
このような一般的な反応性スパッタリングでは、ターゲットの表面の金属が反応性ガスと反応してターゲットの表面に金属と反応性ガスの化合物が形成され、これによりターゲットに高周波電圧を印加する際に異常放電が発生するといった不都合があった。
【００３１】
以下に説明する薄膜形成装置は、スパッタにより基板Ｓの表面に膜原料物質を付着させる成膜プロセス領域と、この膜原料物質をプラズマ処理する反応プロセス領域を分離している点を特徴としている。そして、成膜プロセス領域内には窒素ガスや酸素ガスなどの反応性ガスを導入しないように構成されている。このため、ターゲットの表面の金属が反応性ガスと反応することによる異常放電の発生を防止することが可能となる。
【００３２】
図２〜図５は本発明の有色基材を製造するための薄膜形成装置の説明図であり、図２は薄膜形成装置を上面から見た説明図、図３は図２の薄膜形成装置を側面から見た説明図、図４は図２の薄膜形成装置の成膜プロセス領域周辺を拡大して示した説明図、図５は図２の薄膜形成装置の反応プロセス領域周辺を拡大して示した説明図である。
【００３３】
本実施形態では、薄膜形成装置としてスパッタの一例であるマグネトロンスパッタを行う薄膜形成装置を用いているが、本発明の薄膜形成装置としては、このようなマグネトロンスパッタに限定されず、マグネトロン放電を用いない２極スパッタ等の他の公知のスパッタを行う薄膜形成装置を用いることもできる。
【００３４】
本実施形態の薄膜形成装置では、目的の膜厚よりも相当程度薄い薄膜を基板Ｓの表面に付着するスパッタ処理工程と、この薄膜に対して酸化などの処理を行って薄膜の組成を変換するプラズマ処理工程とにより基板Ｓの表面に中間薄膜を形成し、このスパッタ処理とプラズマ処理を複数回繰り返すことで、中間薄膜を複数層積層して目的の膜厚を有する最終薄膜を基板Ｓの表面に形成している。
具体的には、スパッタ処理とプラズマ処理によって組成変換後における膜厚の平均値が０．０１〜１.５ｎｍ程度の中間薄膜を基板Ｓの表面に形成する工程を、回転ドラムの回転毎に繰り返すことにより、目的とする数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の膜厚を有する最終薄膜を形成している。
【００３５】
以下、薄膜形成装置について説明する。
図２に示すように、本実施形態の薄膜形成装置１は、真空容器１１と、回転ドラム１３と、モータ１７（図３参照）と、スパッタ手段２０と、スパッタガス供給手段３０と、プラズマ発生手段６０と、反応性ガス供給手段７０と、を主要な構成要素としている。
なお、図中では、スパッタ手段２０およびプラズマ発生手段６０は破線で、スパッタガス供給手段３０および反応性ガス供給手段７０は一点鎖線で表示している。
本実施形態では、中間層Ｆ２として酸化チタン（ＴｉＯ２）を成膜し、着色性薄膜Ｆ１として窒化チタン（ＴｉＮ）を成膜した例について説明する。
【００３６】
真空容器１１は、公知の薄膜形成装置で通常用いられるようなステンレススチール製で、ほぼ直方体形状をした中空体である。真空容器１１の内部は、開閉扉としての扉１１Ｃによって薄膜形成室１１Ａとロードロック室１１Ｂに分けられる。真空容器１１の上方には扉１１Ｃを収容する扉収納室（不図示）が接続されており、扉１１Ｃは、真空容器１１の内部と扉収納室の内部との間でスライドすることで開閉する。
【００３７】
真空容器１１には、ロードロック室１１Ｂと真空容器１１の外部とを仕切るための扉１１Ｄが設けられている。扉１１Ｄはスライドまたは回動することで開閉する。薄膜形成室１１Ａには排気用の配管１６ａ−１が接続され、この配管１６ａ−１には真空容器１１の内部を排気するための真空ポンプ１５ａが接続されている。真空容器１１の内部において配管１６ａ−１には開口が形成されており、この開口は真空容器１１の内部の成膜プロセス領域２０Ａと反応プロセス領域６０Ａとの間に位置している。これにより、成膜プロセス領域２０Ａで飛散した膜原料物質を真空ポンプ１５ａで吸引することが可能となり、成膜プロセス領域２０Ａから飛散した膜原料物質が反応プロセス領域６０Ａに侵入してプラズマ発生手段６０を汚染したり、成膜プロセス領域２０Ａの外に位置する基板Ｓの表面に付着して汚染したりすることを防止している。
また、ロードロック室１１Ｂには排気用の配管１６ｂが接続され、この配管１６ｂには真空容器１１の内部を排気するための真空ポンプ１５ｂが接続されている。
【００３８】
本実施形態の薄膜形成装置１は、このようなロードロック室１１Ｂを備えているため、薄膜形成室１１Ａ内の真空状態を保持した状態で基板Ｓの搬入出を行うことが可能となる。従って、基板Ｓを搬出する毎に真空容器１１の内部を脱気して真空状態にする手間を省くことが可能となり、高い作業効率で成膜処理を行うことができる。
なお、本実施形態の真空容器１１は、ロードロック室１１Ｂを備えるロードロック方式を採用しているが、ロードロック室１１Ｂを設けないシングルチャンバ方式を採用することも可能である。また、複数の真空室を備え、それぞれの真空室で独立に薄膜形成を行うことが可能なマルチチャンバ方式を採用することも可能である。
【００３９】
回転ドラム１３は、表面に薄膜を形成させる基板Ｓを真空容器１１の内部で保持するための筒状の部材であり、基体保持手段としての機能を有する。図３に示すように、回転ドラム１３は、複数の基板保持板１３ａと、フレーム１３ｂと、基板保持板１３ａおよびフレーム１３ｂを締結する締結具１３ｃと、を主要な構成要素としている。
基板保持板１３ａはステンレススチール製の平板状部材で、基板Ｓを保持するための複数の基板保持孔を、基板保持板１３ａの長手方向に沿って板面中央部に一列に備えている。基板Ｓは、基板保持板１３ａの基板保持孔に収納され、脱落しないようにネジ部材等を用いて基板保持板１３ａに固定されている。また、基板保持板１３ａの長手方向の両端部には、後述する締結具１３ｃを挿通可能なネジ穴が板面に設けられている。
【００４０】
フレーム１３ｂはステンレススチール製からなり、上下に配設された２つの環状部材で構成されている。フレーム１３ｂのそれぞれの環状部材には、基板保持板１３ａのネジ穴と対応する位置にネジ穴が設けられている。基板保持板１３ａとフレーム１３ｂはボルトおよびナットからなる締結具１３ｃを用いて固定される。具体的には、ボルトを基板保持板１３ａおよびフレーム１３ｂのネジ穴に挿通してナットで固定することにより固定される。
なお、本実施形態における回転ドラム１３は、平板状の基板保持板１３ａを複数配置しているため横断面が多角形をした多角柱状をしているが、このような多角柱状のものに限定されず、円筒状や円錐状のものであってもよい。
【００４１】
真空容器１１の内部に設置された回転ドラム１３は、図２に示す薄膜形成室１１Ａとロードロック室１１Ｂとの間を移動できるように構成されている。本実施形態では、真空容器１１の底面にレール（不図示）が設置されており、回転ドラム１３はこのレールに沿って移動する。回転ドラム１３は、円筒の筒方向の回転軸線Ｚ（図３参照）が真空容器１１の上下方向になるように真空容器１１の内部に配設される。基板保持板１３ａをフレーム１３ｂに取り付ける際やフレーム１３ｂから取り外す際には、回転ドラム１３はロードロック室１１Ｂに搬送されて、このロードロック室１１Ｂ内で基板保持板１３ａがフレーム１３ｂに着脱される。一方、成膜中にあっては、回転ドラム１３は薄膜形成室１１Ａに搬送されて、薄膜形成室１１Ａ内で回転可能な状態になっている。
【００４２】
図３に示すように、回転ドラム１３の下面中心部はモータ回転軸１７ａの上面と係合する形状になっている。回転ドラム１３とモータ回転軸１７ａとは、モータ回転軸１７ａの中心軸線と回転ドラム１３の中心軸線とが一致するよう位置決めされ、両者が係合することにより連結されている。回転ドラム１３下面のモータ回転軸１７ａと係合する面は絶縁部材で構成されている。これにより、基板Ｓの異常放電を防止することが可能となる。また、真空容器１１とモータ回転軸１７ａとの間は、Ｏリングで気密が保たれている。
【００４３】
真空容器１１の内部の真空状態を維持した状態で、真空容器１１の下部に設けられたモータ１７を駆動させることによってモータ回転軸１７ａが回転する。この回転に伴って、モータ回転軸１７ａに連結された回転ドラム１３は回転軸線Ｚを中心に回転する。各基板Ｓは回転ドラム１３上に保持されているため、回転ドラム１３が回転することで回転軸線Ｚを公転軸として公転する。
【００４４】
回転ドラム１３の上面にはドラム回転軸１８が設けられており、回転ドラム１３の回転に伴ってドラム回転軸１８も回転するように構成されている。真空容器１１の上壁面には孔部が形成されており、ドラム回転軸１８はこの孔部を貫通して真空容器１１の外部に通じている。孔部の内面には軸受が設けられており、回転ドラム１３の回転をスムーズに行えるようにしている。また、真空容器１１とドラム回転軸１８との間は、Ｏリングで気密が保たれている。
【００４５】
次に、基板Ｓの表面に薄膜を形成する成膜プロセス領域２０Ａ、および反応プロセス領域６０Ａについて説明する。図２に示すように、真空容器１１の内壁には、回転ドラム１３へ面した位置に仕切壁１２と仕切壁１４が立設されている。本実施形態における仕切壁１２と仕切壁１４は、いずれも真空容器１１と同じステンレススチール製の部材である。仕切壁１２と仕切壁１４は、いずれも上下左右に一つずつ配設された平板部材により構成されており、真空容器１１の内壁面から回転ドラム１３に向けて四方を囲んだ状態となっている。これにより、成膜プロセス領域２０Ａおよび反応プロセス領域６０Ａが真空容器１１の内部でそれぞれ区画される。
【００４６】
真空容器１１の側壁は、外方に突出した横断面凸状をしており、突出した壁面にはスパッタ手段２０が設けられている。成膜プロセス領域２０Ａは、真空容器１１の内壁面と、仕切壁１２と、回転ドラム１３の外周面と、スパッタ手段２０により囲繞された領域に形成されている。成膜プロセス領域２０Ａでは、基板Ｓの表面に膜原料物質を付着させるスパッタ処理が行われる。
【００４７】
また、成膜プロセス領域２０Ａから回転ドラム１３の回転軸を中心として９０°離間した真空容器１１の側壁もまた、外方に突出した横断面凸状をしており、突出した壁面にはプラズマ発生手段６０が設けられている。反応プロセス領域６０Ａは、真空容器１１の内壁面と、仕切壁１４と、回転ドラム１３の外周面と、プラズマ発生手段６０により囲繞された領域に形成されている。反応プロセス領域６０Ａでは、基板Ｓの表面に付着した膜原料物質に対してプラズマ処理が行われる。
【００４８】
モータ１７によって回転ドラム１３が回転すると、回転ドラム１３の外周面に保持された基板Ｓが公転して、成膜プロセス領域２０Ａに面する位置と反応プロセス領域６０Ａに面する位置との間を繰り返し移動することになる。そして、このように基板Ｓが公転することで、成膜プロセス領域２０Ａでのスパッタ処理と、反応プロセス領域６０Ａでのプラズマ処理とが順次繰り返し行われて、基板Ｓの表面に薄膜が形成される。
【００４９】
（成膜プロセス領域２０Ａ）
以下に、成膜プロセス領域２０Ａについて説明する。
図４に示すように、成膜プロセス領域２０Ａにはスパッタ手段２０が設置されている。
スパッタ手段２０は、一対のターゲット２２ａ，２２ｂと、ターゲット２２ａ，２２ｂを保持する一対のマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂと、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに電力を供給する交流電源２４と、交流電源２４からの電力量を調整する電力制御手段としてのトランス２３により構成される。
真空容器１１の壁面は外方に突出しており、この突出部の内壁にマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂが側壁を貫通した状態で配設されている。このマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、接地電位にある真空容器１１に不図示の絶縁部材を介して固定されている。
【００５０】
本実施形態のターゲット２２ａ，２２ｂは、膜原料物質を平板状に形成したものであり、後述するように回転ドラム１３の側面に対向するようにマグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂにそれぞれ保持される。ターゲット２２ａ，２２ｂの材質としては、中間層Ｆ２の成膜時および着色性薄膜Ｆ１の成膜時でそれぞれ形成される薄膜に求められる特性に応じて最適な材料を適宜選択して採用する。
中間層Ｆ２の成膜時には、ターゲット２２ａ，２２ｂの材料として、種々の材料の中から着色性薄膜Ｆ１と基板Ｓとの間の密着性を向上させるのに適した材料を選択して採用する。このような材料の具体例としては、例えば、チタン（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ）もしくはこれらの金属の合金などを採用することができる。
着色性薄膜Ｆ１の成膜時には、ターゲット２２ａ，２２ｂの材料として、最終的に得られる有色基材Ｐの色調、硬度、耐摩耗性などの特性に応じて、種々の材料の中から適当な材料を選択して採用する。このような材料の具体例としては、例えば、チタン（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ）もしくはこれらの金属の合金などを採用することができる。
本実施形態では、上述したように、中間層Ｆ２および着色性薄膜Ｆ１ともにチタン（Ｔｉ）の化合物または不完全化合物で形成されているため、中間層Ｆ２の成膜時および着色性薄膜Ｆ１の成膜時のいずれの場合もターゲット２２ａ，２２ｂとしてチタン（Ｔｉ）を用いている。
【００５１】
マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、複数の磁石が所定の方向に配置された構造を有している。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂは、トランス２３を介して交流電源２４に接続され、両電極に１ｋ〜１００ｋＨｚの交番電界が印加できるように構成されている。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂには、ターゲット２２ａ，２２ｂがそれぞれ保持されている。ターゲット２２ａ，２２ｂの形状は平板状であり、図３に示されるように、ターゲット２２ａ，２２ｂの長手方向が回転ドラム１３の回転軸線Ｚと平行になるように設置されている。
【００５２】
図４に示されるように、成膜プロセス領域２０Ａの周辺にはアルゴン等のスパッタガスを供給するスパッタガス供給手段３０が設けられている。スパッタガス供給手段３０は、スパッタガス貯蔵手段としてのスパッタガスボンベ３２と、スパッタガス供給路としての配管３５ａおよび配管３５ｃと、スパッタガスの流量を調整するスパッタガス流量調整手段としてのマスフローコントローラ３１と、を主要な構成要素として具備している。
スパッタガスとしては、例えばアルゴンやヘリウム等の不活性ガスが挙げられる。本実施形態ではアルゴンガスを使用している。
【００５３】
スパッタガスボンベ３２、マスフローコントローラ３１はいずれも真空容器１１の外部に設けられている。マスフローコントローラ３１は、スパッタガスを貯蔵する単一のスパッタガスボンベ３２に配管３５ｃを介して接続されている。
【００５４】
マスフローコントローラ３１は配管３５ａに接続されており、配管３５ａの一端は真空容器１１の側壁を貫通して成膜プロセス領域２０Ａ内のターゲット２２ａ，２２ｂの近傍に延びている。配管３５ａの先端部には導入口３５ｂが形成されており、図３に示されるように、配管３５ａの先端部はターゲット２２ａ，２２ｂの下部中心付近に配設され、その先端にはターゲット２２ａ，２２ｂの前面中心方向に向けて導入口３５ｂが開口している。
【００５５】
マスフローコントローラ３１はガスの流量を調節する装置であり、スパッタガスボンベ３２からのガスが流入する流入口と、スパッタガスを配管３５ａへ流出させる流出口と、ガスの質量流量を検出するセンサと、ガスの流量を調整するコントロールバルブと、流入口より流入したガスの質量流量を検出するセンサと、センサにより検出された流量に基づいてコントロールバルブの制御を行う電子回路と、を主要な構成要素として備えている（いずれも不図示）。電子回路には外部から所望の流量を設定することが可能となっている。
【００５６】
スパッタガスボンベ３２からのスパッタガスは、マスフローコントローラ３１により流量を調節されて配管３５ａ内に導入される。配管３５ａに流入したスパッタガスは、導入口３５ｂより成膜プロセス領域２０Ａに配置されたターゲット２２ａ，２２ｂの前面に導入される。
【００５７】
成膜プロセス領域２０Ａにスパッタガス供給手段３０からスパッタガスが供給されて、ターゲット２２ａ，２２ｂの周辺が不活性ガス雰囲気になった状態で、マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに交流電源２４から交番電極が印加されると、ターゲット２２ａ，２２ｂ周辺のスパッタガスの一部は電子を放出してイオン化する。マグネトロンスパッタ電極２１ａ，２１ｂに配置された磁石によりターゲット２２ａ，２２ｂの表面に漏洩磁界が形成されるため、この電子はターゲット２２ａ，２２ｂの表面近傍に発生した磁界中を、トロイダル曲線を描きながら周回する。この電子の軌道に沿って強いプラズマが発生し、このプラズマに向けてスパッタガスのイオンが加速され、ターゲット２２ａ，２２ｂに衝突することでターゲット２２ａ，２２ｂの表面の原子や粒子が叩き出される。
【００５８】
（反応プロセス領域６０Ａ）
続いて、反応プロセス領域６０Ａについて説明する。上述したように、反応プロセス領域６０Ａでは、成膜プロセス領域２０Ａで基板Ｓの表面に付着した膜原料物質をプラズマ処理して、膜原料物質の化合物または不完全化合物からなる薄膜の形成を行う。
【００５９】
図５に示すように、反応プロセス領域６０Ａに対応する真空容器１１の壁面には、プラズマ発生手段６０を設置するための開口が形成されている。また、反応プロセス領域６０Ａには、Ｙ字型の配管７５ａが接続されており、この配管７５ａは真空容器１１の外で分岐している。分岐した配管７５ａの一端にはマスフローコントローラ７２が接続されており、このマスフローコントローラ７２は更に窒素ガスボンベ７１に接続されている。また、分岐した配管７５ａの他端にはマスフローコントローラ７４が接続されており、このマスフローコントローラ７４は更に酸素ガスボンベ７３に接続されている。
このような構成を備えることで、反応プロセス領域６０Ａ内に、窒素ガスボンベ７１から窒素ガスを、酸素ガスボンベ７３から酸素ガスを供給することが可能となっている。
【００６０】
反応プロセス領域６０Ａに面する側の仕切壁１４の壁面には、熱分解窒化硼素（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）からなる保護層が被覆されている。更に、真空容器１１の内壁面の反応プロセス領域６０Ａに面する部分にも熱分解窒化硼素からなる保護層が被覆されている。熱分解窒化硼素は、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用した熱分解法によって仕切壁１４や真空容器１１の内壁面へ被覆される。このような保護層は、必要に応じて設けるようにすることが好ましい。
【００６１】
プラズマ発生手段６０は、反応プロセス領域６０Ａに面して設けられている。本実施形態のプラズマ発生手段６０は、ケース体６１と、誘電体板６２と、アンテナ６３と、マッチングボックス６４と、高周波電源６５と、を有して構成されている。
【００６２】
ケース体６１は、真空容器１１の壁面に形成された開口１１ａを塞ぐ形状を備え、ボルト（不図示）で真空容器１１の開口１１ａを塞ぐように固定されている。ケース体６１が真空容器１１の壁面に固定されることで、プラズマ発生手段６０は真空容器１１の壁面に取り付けられている。本実施形態において、ケース体６１はステンレスで形成されている。
【００６３】
誘電体板６２は、板状の誘電体で形成されている。本実施形態において、誘電体板６２は石英で形成されているが、誘電体板６２の材質としてはこのような石英だけではなく、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス材料で形成されたものでもよい。誘電体板６２は、図示しない固定枠でケース体６１に固定されている。誘電体板６２がケース体６１に固定されることで、ケース体６１と誘電体板６２によって囲繞された領域にアンテナ収容室６１Ａが形成される。
【００６４】
ケース体６１に固定された誘電体板６２は、開口１１ａを介して真空容器１１の内部（反応プロセス領域６０Ａ）に臨んで設けられている。このとき、アンテナ収容室６１Ａは、真空容器１１の内部と分離している。すなわち、アンテナ収容室６１Ａと真空容器１１の内部とは、誘電体板６２で仕切られた状態で独立した空間を形成している。また、アンテナ収容室６１Ａと真空容器１１の外部は、ケース体６１で仕切られた状態で独立の空間を形成している。本実施形態では、このように独立の空間として形成されたアンテナ収容室６１Ａの中に、アンテナ６３が設置されている。なお、アンテナ収容室６１Ａと真空容器１１の内部、アンテナ収容室６１Ａと真空容器１１の外部との間は、それぞれＯリングで気密が保たれている。
【００６５】
本実施形態では、配管１６ａ−１から配管１６ａ−２が分岐している。この配管１６ａ−２はアンテナ収容室６１Ａに接続されており、アンテナ収容室６１Ａの内部を排気して真空状態にする際の排気管としての役割を備えている。
【００６６】
配管１６ａ−１には、真空ポンプ１５ａから真空容器１１の内部に連通する位置にバルブＶ１、Ｖ２が設けられている。また、配管１６ａ−２には、真空ポンプ１５ａからアンテナ収容室６１Ａの内部に連通する位置にバルブＶ３が設けられている。バルブＶ２，Ｖ３のいずれかを閉じることで、アンテナ収容室６１Ａの内部と真空容器１１の内部との間での気体の移動は阻止される。真空容器１１の内部の圧力や、アンテナ収容室６１Ａの内部の圧力は、真空計（不図示）で測定される。
【００６７】
本実施形態では、薄膜形成装置１に制御装置（不図示）を備えている。この制御装置には、真空計の出力が入力される。制御装置は、入力された真空計の測定値に基づいて、真空ポンプ１５ａによる排気を制御して、真空容器１１の内部やアンテナ収容室６１Ａの内部の真空度を調整する機能を備える。本実施形態では、制御装置がバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３の開閉を制御することで、真空容器１１の内部とアンテナ収容室６１Ａの内部を同時に、または独立して排気できる。
【００６８】
アンテナ６３は、高周波電源６５から電力の供給を受けて、真空容器１１の内部（反応プロセス領域６０Ａ）に誘導電界を発生させ、反応プロセス領域６０Ａにプラズマを発生させるためのものである。本実施形態のアンテナ６３は、銅で形成された円管状の本体部と、本体部の表面を被覆する銀で形成された被覆層を備えている。アンテナ６３のインピーダンスを低下するためには、電気抵抗の低い材料でアンテナ６３を形成するのが好ましい。そこで、高周波の電流がアンテナ６３の表面に集中するという特性を利用して、アンテナ６３の本体部を安価で加工が容易な、しかも電気抵抗も低い銅で円管状に形成し、アンテナ６３の表面を銅よりも電気抵抗の低い銀で被覆している。このように構成することで、高周波に対するアンテナ６３のインピーダンスを低減して、アンテナ６３に電流を効率よく流すことによりプラズマを発生させる効率を高めている。
本実施形態の薄膜形成装置１では、高周波電源６５からアンテナ６３に周波数１〜２７ＭＨｚの交流電圧を印加して、反応プロセス領域６０Ａに反応性ガスのプラズマを発生させるように構成されている。
【００６９】
アンテナ６３は、マッチング回路を収容するマッチングボックス６４を介して高周波電源６５に接続されている。マッチングボックス６４内には、図示しない可変コンデンサが設けられている。
アンテナ６３は、導線部を介してマッチングボックス６４に接続されている。導線部はアンテナ６３と同様の素材からなる。ケース体６１には、導線部を挿通するための挿通孔が形成されており、アンテナ収容室６１Ａ内側のアンテナ６３と、アンテナ収容室６１Ａ外側のマッチングボックス６４とは、挿通孔に挿通される導線部を介して接続される。導線部と挿通孔との間にはシール部材が設けられ、アンテナ収容室６１Ａの内外で気密が保たれる。
【００７０】
アンテナ６３と回転ドラム１３との間には、イオン消滅手段としてのグリッド６６が設けられている。グリッド６６は、アンテナ６３で発生したイオンの一部や電子の一部を消滅させるためのものである。グリッド６６は、導電体からなる中空部材であり、アースされている。中空部材からなるグリッド６６の内部に冷却媒（例えば冷却水）を流すために、グリッド６６の端部には冷却媒を供給するホース（不図示）が接続されている。なお、グリッド６６の詳細な説明は、本発明の趣旨とは異なるため省略する。
【００７１】
また、反応プロセス領域６０Ａの周辺には反応性ガス供給手段７０が設けられている。本実施形態では、反応性ガス供給手段７０は、窒素ガスを貯蔵する窒素ガスボンベ７１と、窒素ガスボンベ７１より供給される窒素ガスの流量を調整するマスフローコントローラ７２と、酸素ガスを貯蔵する酸素ガスボンベ７３と、酸素ガスボンベ７３より供給される酸素ガスの流量を調整するマスフローコントローラ７４と、これらのガスを反応プロセス領域６０Ａに導入する配管７５ａを主要な構成要素として具備している。
なお、窒素ガスボンベ７１と酸素ガスボンベ７３は、成膜プロセス領域２０Ａのスパッタガスボンベ３２と同様の装置とすることが可能である。また、マスフローコントローラ７２とマスフローコントローラ７４は、成膜プロセス領域２０Ａのマスフローコントローラ３１と同様の装置を採用することが可能である。
【００７２】
窒素ガスボンベ７１や酸素ガスボンベ７３から配管７５ａを通じて窒素ガスや酸素ガスが反応プロセス領域６０Ａに導入された状態で、アンテナ６３に高周波電源６５から電力が供給されると、反応プロセス領域６０Ａ内のアンテナ６３に面した領域にプラズマが発生し、基板Ｓの表面に形成された膜原料物質がプラズマ処理されて膜原料物質の化合物または不完全化合物となる。
具体的には、中間層Ｆ２の成膜時には、反応性ガス供給手段７０から酸素ガスのみが導入され、膜原料物質であるチタン（Ｔｉ）が酸化されて酸化チタン（ＴｉＯ２）が生成する。一方、着色性薄膜Ｆ１の成膜時には、反応性ガス供給手段７０から窒素ガスのみが導入され、膜原料物質であるチタン（Ｔｉ）が窒化されて窒化チタン（ＴｉＮ）が生成する。
また、窒酸化物を形成する場合は、窒素ガスと酸素ガスの混合ガスを反応プロセス領域６０Ａ内に導入する。
なお、着色性薄膜Ｆ１を金属の炭化物とする場合は、窒素ガスに換えて一酸化炭素ガスを用いる。また、窒炭化物を形成する場合は、窒素ガスを供給する窒素ガスボンベと一酸化炭素を供給する一酸化炭素ガスボンベの２種類のガスボンベを設けて、これらのガスの混合ガスを反応プロセス領域６０Ａ内に導入する。
【００７３】
着色性薄膜Ｆ１は、薄膜中に含まれる金属化合物の組成比によって呈する色調が異なる。
本実施形態の薄膜形成装置１は、反応性ガス供給手段７０から供給される反応性ガスの流量をマスフローコントローラ７２にて調整することで、着色性薄膜Ｆ１が目的とする色調を呈するように調整することが可能となっている。
【００７４】
本実施形態の薄膜形成装置１は、このようにスパッタによる膜原料物質の供給を行う成膜プロセス領域２０Ａと、膜原料物質と反応性ガスの反応を行う反応プロセス領域６０Ａが真空容器１１内の離間した位置に分離した状態で形成されているため、従来の一般的な反応性スパッタリング装置を用いた場合のように、ターゲット２２ａ，２２ｂと反応性ガスが反応して異常放電が起こるといった不都合が生じにくい。このため、反応プロセス領域６０Ａ内の反応性ガスの供給量を多くしたり、プラズマの発生密度を上昇させたりして、膜原料物質と反応性ガスの反応を促進させることができる。
したがって、従来のように基板Ｓの温度を上昇させて反応性を向上させる必要が無く、低い温度で十分に反応を行うことが可能となる。これにより、耐熱性の低いプラスチック樹脂からなる基板Ｓなどに対しても、十分に反応を行うことが可能となり、膜質のよい有色基材Ｐを提供することができる。
【００７５】
本実施形態の薄膜形成装置１は、基板Ｓの温度を制御するための温度制御手段を備えていないが、温度制御手段を備えていなくても上述した理由により基板Ｓの温度を上昇させる必要がないため、１００℃以下の低温で成膜を行うことが可能となっている。
なお、基板Ｓの温度を制御する温度制御手段を設けて基板Ｓの温度を所定の温度とすることができるのはいうまでもない。この場合、基板Ｓの耐熱性温度より低い温度となるように温度制御手段を制御することが好ましい。具体的には、温度を上昇させる加熱手段と、温度を下降させる冷却手段の両方を設けると共に、基板Ｓの配置される位置に温度センサを設けて、この温度センサで検知した温度に基づいて温度制御手段をフィードバック制御すると好ましい。
【００７６】
次に、この薄膜形成装置１を用いて酸化チタン（ＴｉＯ２）を材料とする中間層Ｆ２と窒化チタン（ＴｉＮ）を材料とする着色性薄膜Ｆ１が形成された有色基材Ｐを製造する場合について説明する。
まず、回転ドラム１３に基板Ｓをセットし、真空容器１１内に収容する。そして、真空容器１１内を密閉した状態で、真空ポンプ１５ａを用いて真空容器１１内を１０−１〜１０−５Ｐａ程度の高真空状態にする。
続いて、中間層Ｆ２を形成する。まず、回転ドラム１３を回転して基板Ｓを成膜プロセス領域２０Ａに移動させる。そして、成膜プロセス領域２０Ａでターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタして基板Ｓの表面にチタン（Ｔｉ）を付着させる（第１スパッタ工程）。次に、回転ドラム１３を回転して、基板Ｓを反応プロセス領域６０Ａに搬送する（第１基体搬送工程）。続いて、反応プロセス領域６０Ａに酸素ガスを導入する。そして、反応プロセス領域６０Ａにて酸素ガスのプラズマを発生させて基板Ｓの表面に付着したチタンを酸化チタン（ＴｉＯ２）に変換する（第１プラズマ処理工程）。この工程を所定の膜厚となるまで複数回繰り返して酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる中間層Ｆ２を形成する（以上、中間層形成工程）。
【００７７】
続いて、回転ドラム１３を停止して一旦成膜工程を停止し、反応プロセス領域６０Ａ内に酸素ガスに換えて窒素ガスを導入する（第２反応性ガス供給工程）。窒素ガスの流量が安定した後で、再度回転ドラム１３の回転を開始して成膜工程を再開する。
まず、中間層Ｆ２が形成された基板Ｓを成膜プロセス領域２０Ａに再度搬送する。次に、成膜プロセス領域２０Ａでターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタしてすでに基板Ｓ上に形成されている中間層Ｆ２の表面にチタン（Ｔｉ）を付着させる（第２スパッタ工程）。次に、回転ドラム１３を回転して、基板Ｓを反応プロセス領域６０Ａに搬送する（第２基体搬送工程）。そして、反応プロセス領域６０Ａにて窒素ガスのプラズマを発生させてこのチタン（Ｔｉ）を窒化チタン（ＴｉＮ）に変換する（第２プラズマ処理工程）。この工程を所定の膜厚となるまで複数回繰り返して窒化チタン（ＴｉＮ）からなる着色性薄膜Ｆ１を形成する（以上、着色性薄膜形成工程）。以上の工程により、有色基材Ｐを製造する。
【００７８】
本実施形態の薄膜形成装置１は、成膜プロセス領域２０Ａと反応プロセス領域６０Ａをそれぞれ一つずつ設けて成膜をおこなうよう構成されているが、成膜プロセス領域２０Ａ以外の別の領域にもうひとつ成膜プロセス領域を更に設けて、２種類のターゲットを用いて成膜を行ってもよい。
また、中間層Ｆ２を金属薄膜で形成する場合は、上述した中間層プラズマ処理工程を行わないようにすればよい。
【００７９】
以下に、この薄膜形成装置について説明する。参考例では、中間層Ｆ２として酸化チタン（ＴｉＯ２）を、着色性薄膜Ｆ１として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を成膜した例について説明する。
図６は薄膜形成装置を上面から見た説明図である。この図に示すように、回転ドラム１３の回転軸を中心として成膜プロセス領域２０Ａ（第１成膜プロセス領域）と対称となる真空容器１１の内部の領域には、第２成膜プロセス領域としての成膜プロセス領域４０Ａが形成されている。そして、成膜プロセス領域４０Ａには、第２スパッタ手段としてのスパッタ手段４０、および第２スパッタガス供給手段としてのスパッタガス供給手段５０が配設されている。
なお、スパッタ手段４０は、第１スパッタ手段としてのスパッタ手段２０と同様の構成であり、スパッタガス供給手段５０は、第１スパッタガス供給手段としてのスパッタガス供給手段３０と同様の構成であるため、詳細な説明はここでは省略する。
【００８０】
スパッタ手段４０にはターゲット４２ａ，４２ｂが配設されている。ターゲット４２ａ，４２ｂは、第１スパッタ手段であるスパッタ手段２０のターゲット２２ａ，２２ｂとは異なる材料、本参考例ではアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
【００８１】
この薄膜形成装置１を用いて有色基材Ｐを製造する場合は、ターゲット２２ａ，２２ｂとしてチタン（Ｔｉ）、ターゲット４２ａ，４２ｂとして上述のようにアルミニウム（Ａｌ）を用いる。そして、反応プロセス領域６０Ａには酸素ガスまたは窒素ガスを所定の流量比で供給する。
まず、成膜プロセス領域２０Ａでターゲット２２ａ，２２ｂをスパッタして基板Ｓの表面にチタン（Ｔｉ）を付着させ（中間層スパッタ工程）、次に基板Ｓを反応プロセス領域６０Ａ内に搬送し（中間層基体搬送工程）、反応プロセス領域６０Ａにて酸素ガスのプラズマを発生させてチタン（Ｔｉ）を酸化チタン（ＴｉＯ２）に変換する（中間層プラズマ処理工程）。この工程を所定の膜厚になるまで複数回繰り返して酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる中間層Ｆ２を形成する（中間層形成工程）。
【００８２】
続いて、回転ドラム１３を停止して一旦成膜工程を停止し、反応プロセス領域６０Ａ内に窒素ガスを所定の流量比で供給する。窒素ガスの流量が安定した後で、再度回転ドラム１３の回転を開始して成膜工程を再開する。そして、今度は成膜プロセス領域４０Ａでターゲット４２ａ，４２ｂをスパッタして中間層Ｆ２の表面にアルミニウム（Ａｌ）を付着させ（着色性薄膜スパッタ工程）、次に基板Ｓを反応プロセス領域６０Ａ内に搬送し（着色性薄膜基体搬送工程）、続いて反応プロセス領域６０Ａにて窒素ガスのプラズマを発生させてアルミニウム（Ａｌ）を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に変換する（着色性薄膜プラズマ処理工程）。この工程を所定の膜厚になるまで複数回繰り返して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる着色性薄膜Ｆ１を形成する（着色性薄膜形成工程）。
【００８３】
このように、本参考例の薄膜形成装置は、異なる材料からなる膜原料物質を付着させる成膜プロセス領域２０Ａと成膜プロセス領域４０Ａを備えているため、中間層Ｆ２と着色性薄膜Ｆ１が異なる金属材料からなる場合であっても、真空容器１１の真空状態を解除してターゲットを交換する必要が無い。このため、中間層Ｆ２と着色性薄膜Ｆ１を連続して成膜することが可能となり、したがって有色基材Ｐを製造するタクトタイムの短縮を図ることが可能となる。
【００８４】
次に、実際に有色基材Ｐを製造した実施例について説明する。
（実施例１〜８）
図１に示される薄膜形成装置を用いて、基板Ｓに各種のプラスチック樹脂材料からなる基板を使用して、中間層Ｆ２に酸化チタン（ＴｉＯ２）、着色性薄膜Ｆ１に窒化チタン（ＴｉＮ）の成膜を行った。
光学リフレクタの製造は、真空容器１１の内部に成膜プロセス領域２０Ａのみを備えた薄膜形成装置１を用いて行った（図２参照）。基板Ｓとして、直径３０ｃｍ、厚さ１．０ｍｍの円板状のプラスチック樹脂基板を使用した。プラスチック樹脂の種類は、各種の材料を用いた。
実施例１：ポリカーボネート（以下、ＰＣ）
実施例２：ＰＣ＋ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴ）
実施例３：ポリブチレンテレフタレート（以下、ＰＢＴ）＋ＰＥＴ
実施例４：ＰＣ＋ＰＢＴ
実施例５：ＰＣ＋ポリエステル（以下、ＰＥ）
実施例６：ＰＣ＋ＰＢＴ＋ガラス繊維
実施例７：ＰＢＴ＋ガラス繊維
実施例８：ＰＣ＋アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（以下、ＡＢＳ共重合体）＋ガラス繊維
スパッタのターゲット２２ａ，２２ｂとしてチタン（Ｔｉ）を使用し、中間層Ｆ２の成膜時には反応プロセス領域６０Ａ内に酸素ガスを、着色性薄膜Ｆ１の成膜時には反応プロセス領域６０Ａ内に窒素ガスを導入した。成膜は温度無制御で行った。成膜時の温度は８０℃であった。
【００８５】
中間層Ｆ２の成膜条件は以下のとおりである。なお、成膜レートは０．４ｎｍ／ｓ、得られた膜厚は５ｎｍであった。
＜成膜プロセス領域２０Ａ＞
スパッタ電力：４．０ｋＷ
周波数：４０ｋＨｚ
アルゴンガスの流量：３００ｓｃｃｍ
＜反応プロセス領域６０Ａ＞
アンテナに印加される電力：１．０ｋＷ
周波数：１３．５６ＭＨｚ
酸素ガスの流量：１００ｓｃｃｍ
【００８６】
また、着色性薄膜Ｆ１の成膜条件は以下のとおりである。なお、成膜レートは０．５ｎｍ／ｓ、膜厚は１５０ｎｍであった。
＜成膜プロセス領域２０Ａ＞
スパッタ電力：５．０ｋＷ
周波数：４０ｋＨｚ
アルゴンガスの流量：１５０ｓｃｃｍ
＜反応プロセス領域６０Ａ＞
アンテナに印加される電力：５．０ｋＷ
周波数：１３．５６ＭＨｚ
窒素ガスの流量：７０ｓｃｃｍ
【００８７】
以下に、基板Ｓの材料（実施例１〜８）と、目視色、目視光沢、目視クラック、目視変形、テープテストの結果を記載した表を示す。なお、目視色、目視光沢、目視クラック、目視変形は、観測者が目視で確認して、色調や光沢の有無、クラックの有無、変形の有無を確認した。テープテストは、ＪＩＳ−Ｋ５６００−５−６に記載されたクロスカット法に準拠する方法で行った。また、成膜直後の状態（条件Ａ）と、成膜後に温度６０℃、湿度９０％の環境下で１６２時間経過後の状態（条件Ｂ）の２種類について評価を行った。条件Ｂについては、日立製作所社製ＣＯＳＭＯＰＩＡ（日立恒温槽・恒温恒湿槽、型式ＥＣ−１５ＭＨＰ）を用いて試験を行った。
【表１】
0005468191.tif 000002
【００８８】
この結果から、着色性薄膜Ｆ１として窒化チタン（ＴｉＮ）を成膜した場合は、得られた有色基材Ｐは光沢のある金色を呈すると共に、クラックや変形はほとんど見られなかった。また、６０℃、９０％湿度の環境下で１６２時間経過した後も、目視色、目視光沢にはほとんど変化が無く、また、クラックや変形も見られなかった。
さらに、テープテストの結果から、形成された着色性薄膜Ｆ１がほとんど剥がれていないことがわかる。これは、着色性薄膜Ｆ１が基板Ｓの表面に中間層Ｆ２を介して強固に付着していることを示している。また、６０℃、９０％湿度の環境下で１６２時間経過した後も、テープテストの結果、形成された着色性薄膜Ｆ１がほとんど剥がれていなかったことから、着色性薄膜Ｆ１が基板Ｓの表面に中間層Ｆ２を介して安定的に付着していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の一実施形態に係る有色基材の横断面形状を模式的に示した説明図である。
【図２】薄膜形成装置を上面から見た説明図である。
【図３】図２の薄膜形成装置を側面から見た説明図である。
【図４】図２の薄膜形成装置の成膜プロセス領域周辺を拡大して示した説明図である。
【図５】図２の薄膜形成装置の反応プロセス領域周辺を拡大して示した説明図である。
【図６】他の実施形態の薄膜形成装置を上面から見た説明図である。
【符号の説明】
【００９０】
１    薄膜形成装置
１１    真空容器
１１ａ    開口
１１Ａ    薄膜形成室
１１Ｂ    ロードロック室
１１Ｃ    扉
１１Ｄ    扉
１２    仕切壁
１３    回転ドラム
１３ａ    基板保持板
１３ｂ    フレーム
１３ｃ    締結具
１４    仕切壁
１５ａ    真空ポンプ
１５ｂ    真空ポンプ
１６ａ−１    配管
１６ａ−２    配管
１６ｂ    配管
１７    モータ
１７ａ    モータ回転軸
１８    ドラム回転軸
２０    スパッタ手段（第１スパッタ手段）
２０Ａ    成膜プロセス領域（第１成膜プロセス領域）
２１ａ    マグネトロンスパッタ電極
２１ｂ    マグネトロンスパッタ電極
２２ａ    ターゲット
２２ｂ    ターゲット
２３    トランス
２４    交流電源
３０    スパッタガス供給手段（第１スパッタガス供給手段）
３１    マスフローコントローラ
３２    スパッタガスボンベ
３５ａ    配管
３５ｂ    導入口
３５ｃ    配管
４０    スパッタ手段（第２スパッタ手段）
４０Ａ    成膜プロセス領域（第２成膜プロセス領域）
４２ａ    ターゲット
４２ｂ    ターゲット
５０    スパッタガス供給手段（第２スパッタガス供給手段）
６０    プラズマ発生手段
６０Ａ    反応プロセス領域
６１    ケース体
６１Ａ    アンテナ収容室
６２    誘電体板
６３    アンテナ
６４    マッチングボックス
６５    高周波電源
６６    グリッド
７０    反応性ガス供給手段
７１    窒素ガスボンベ
７２    マスフローコントローラ
７３    酸素ガスボンベ
７４    マスフローコントローラ
７５ａ    配管
Ｓ    基板（基体）
Ｖ１    バルブ
Ｖ２    バルブ
Ｖ３    バルブ
Ｚ    回転軸線
Ｐ    有色基材
Ｆ１    着色性薄膜
Ｆ２    中間層
【図１】
0005468191.tif 000003
【図２】
0005468191.tif 000004
【図３】
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【図４】
0005468191.tif 000006
【図５】
0005468191.tif 000007
【図６】
0005468191.tif 000008