(57)【要約】【課題】プラズマガンを用いたイオンプレーティング法によるＩＴＯの成膜において、０．７ｍｍ以下の厚さの基板に成膜する際の基板温度の上昇を低減し、電気的・光学的・機械的な特性が均一なＩＴＯ透明導電膜付き基板を得る【解決手段】プラズマガンを用いるイオンプレーティング法によりＩＴＯ透明導電膜の成膜方法において、基板が補助基板に接触されて保持され、基板がプラズマからの受ける輻射熱を補助基板に伝熱させながら基板にＩＴＯ透明導電膜を成膜する。基板が有機高分子を主とする基板の場合、厚み０．２〜１０ｍｍの補助基板を用い、基板がガラスを主とする基板の場合、厚み０．２〜５ｍｍの補助基板を用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマガンを用いるイオンプレーティング法によるＩＴＯ透明導電膜の成膜方法において、基板が補助基板に接触されて保持され、基板がプラズマからの受ける輻射熱を補助基板に伝熱させながら基板にＩＴＯ透明導電膜を成膜することを特徴とするＩＴＯ透明導電膜の成膜方法。
【請求項２】
基板が有機高分子を主とする基板であり、ＩＴＯ透明導電膜の成膜時において、成膜する前の基板温度が常温から１５０℃の範囲にあり、厚み０．２〜１０ｍｍの補助基板を用いて基板の温度上昇を３０℃以下にして成膜することを特徴とする請求項１に記載のＩＴＯ透明導電膜の成膜方法。
【請求項３】
基板がガラスを主とする基板であり、成膜前の基板の温度が常温から２２０℃の温度範囲にあり、厚み０．２〜５ｍｍの補助基板を用いて基板の温度上昇を５０℃以下にして成膜することを特徴とする請求項１に記載のＩＴＯ透明導電膜の成膜方法。
【請求項４】
基板の厚さが厚さ０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項３のいずれかに記載のＩＴＯ透明導電膜の成膜方法によるＩＴＯ透明導電膜付き基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイ、電子デバイス、太陽電池、タッチパネル光学素子などに用いられるＩＴＯ系透明導電膜に関し、特に、厚さが０．７ｍｍ以下の厚さの基板に形成されるＩＴＯ透明導電膜の成膜方法およびＩＴＯ透明導電膜付き基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
透明導電膜は光を通しかつ電気を流す特徴から、フラットパネルディスプレイ、タッチパネル、太陽電池において欠かすことができない重要な部材となっている。特に酸化スズを数％含む酸化インジウム（ＩＴＯ）は、透明導電膜で最も有名なものである。フラットパネルディスプレイ、タッチパネル、太陽電池等に用いられるＩＴＯ透明導電膜は、真空成膜法で形成することが多い。ＩＴＯ透明導電膜を真空法で成膜する方法としては、イオンプレーティング法、蒸着法などもあるが、スパッタ法が最も一般的な手法である。
【０００３】
このスパッタ法でＩＴＯ透明導電膜の抵抗値を３×１０−４Ω・ｃｍ以下に下げるには、ＩＴＯの結晶を十分に成長させる必要があり、そのため通常は基板温度を２００℃以上に加熱して膜付けするが、プラズマガンを使用するイオンプレーティング法では、成膜粒子のエネルギーが高いことから、基板の加熱温度が１００℃程度の比較的低い温度でも、抵抗値が低いＩＴＯ透明導電膜が得られる事が知られている（特許文献１）。
【０００４】
ただし、このプラズマガンを使用するイオンプレーティング法では、原料を蒸発させるためにプラズマビームで原料を高温に加熱するため、高温になった原料からの輻射熱によって基板温度が上昇するという問題があった。特にこの原料蒸発の輻射熱による基板温度の上昇は、基板温度が２００℃以下のときに顕著であり、そのために、基板の上方１ｍｍのところに離して冷却板をおいて、基板を冷却する手法が知られている（特許文献２）。
【０００５】
また、インライン成膜においては、成膜ゾーンと併設して冷却ゾーンを設置し、成膜中に温度が上昇すると一旦基板を冷却ゾーンに搬送して冷却後、再度成膜ゾーンで膜付けするといった技術がある（特許文献３）。
【０００６】
ディスプレイや電子デバイスの分野では、素子の軽量化、薄膜化、フレキシブル化が進んでいる。
【０００７】
従来、基板の厚さは０．７ｍｍより厚いものを用いているが、軽量化や薄膜化のために、０．７ｍｍ以下のものや、更に薄いフィルムへ置き換える試みがある。また、軽量化、フレキシブル化のためには、従来のガラスなどの無機物の基板から、基板の全体もしくは一部を高分子などの有機物に置き換える試みがある。
【０００８】
基板の全体もしくは一部に有機高分子を用いる有機高分子基板の場合では、ガラスなどの無機材料を用いる基板に比べて、基板の熱膨張係数が大きいために加熱すると基板がのび、また、冷却時には熱収縮によって加熱前よりもさらにサイズが小さくなり、いずれも基板が所望のサイズにならないといった問題がある。
【０００９】
また、有機高分子では加熱により構造が変化して、弾性率、屈折率、拡散係数、誘電率などの機械的特性や電気的特性が変わるという問題が生じる。
【００１０】
また、有機高分子基板の形状が変化すると、有機高分子基板の上に成膜するＩＴＯ膜にクラックが生じたり基板から剥離したりといった不具合が生まれる。
【００１１】
また、成膜時に基板を加熱しすぎると、有機高分子基板の表面もしくは内部から、有機高分子作製時に残留したガス、有機高分子が分解して生成されるガス、有機高分子に吸着している水分などが成膜雰囲気中に放出され、特性の良いＩＴＯ透明導電膜が安定して得られにくくなる。
【００１２】
したがって、基板の全体もしくは一部に有機高分子を用いる場合には、成膜時の基板温度、および成膜中の基板温度の上昇をできるだけ抑えることが重要である。
【００１３】
基板にガラスなどの無機材料を用いる場合には、基板に有機高分子を用いる場合とは異なり、基板サイズの変化や基板自体の構造変化による機械的特性や電気的特性の変化は少ない。しかし、基板にガラスなどの無機材料を用いる場合でも、
基板の厚さが０．７ｍｍ以下の場合では、成膜時に基板が輻射熱を受けて、成膜中の基板温度の著しい上昇が生じる。
【００１４】
成膜中に基板温度が上昇すると、基板に、初期に成膜されたＩＴＯ透明導電膜と基板が温度上昇した後に成膜されるＩＴＯ透明導電膜とでは、膜厚方向に電気的・光学的・機械的な特性が異なるので、均質な透明導電膜として用いることが困難となる。
【００１５】
また、連続生産で用いられるインラインタイプの成膜では、ＩＴＯ透明導電膜が基板を移動しながら成膜されるので、搬送される基板の先頭から後端に向けて基板温度が上昇し、基板面内で搬送される基板の先頭から後端にかけて、ＩＴＯ透明導電膜の電気的・光学的・機械的な特性が異なるという問題があった。
【００１６】
原料を加熱して蒸発させることにより原料成分を基板表面に運ぶ蒸着法やイオンプレーティング法では、加熱された原料からの輻射熱を基板は受ける。特に、プラズマガンを用いたイオンプレーティング法は、高性能なＩＴＯ膜を高レートで得られることが知られているが、プラズマガンにより原料は１５００℃を超える高温に加熱され、その結果、基板は著しい輻射熱に曝される。基板の厚さが０．７ｍｍを超えるものでは、基板自身の熱容量が大きいため、この温度上昇は比較的抑えられるが、厚さが０．７ｍｍ以下の基板、とりわけフィルムなどの厚さが２００μｍを下回るものでは熱容量が小さいために、基板の温度が成膜前に比べて１００℃近く上昇する場合もある。
【００１７】
この成膜中での基板温度の上昇は、基板の温度を１５０℃以下にしてＩＴＯ透明導電膜を成膜するするときに顕著であり、これらの成膜時の基板の温度を一定に保つことが難しいといった問題があった。
【００１８】
また、これらの基板の温度上昇を防ぐ手段として、基板の上方１ｍｍのところに離して冷却板を置く手法があるが、本成膜法による成膜時の圧力は０．０５〜０．４Ｐａの真空であり、冷却板を基板から離しておくことでは伝熱効果は期待できず、輻射による冷却のみに頼るため、基板の温度上昇を十分に抑えることは困難である。
【００１９】
また、インライン成膜において、成膜ゾーンと冷却ゾーンとを設置し、成膜するゾーンで成膜中に基板の温度が上昇すると、基板を冷却ゾーンに搬送して冷却し、基板の温度が下がった後に再度成膜する、という方法がある。しかしながら、この成膜ゾーンと冷却ゾーンとを設置する成膜方法は、成膜時の基板の搬送が複雑となり、連続成膜を可能とするインライン成膜の良さが、ほとんど無いという結果となり、問題があった。
【特許文献１】特開２０００−１７４３０号公報
【特許文献２】特開２００２−６０９２９号公報
【特許文献３】特開２００３−２４７０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、前述したような、熱容量の小さい基板にＩＴＯ透明導電膜を成膜するするときの温度上昇による問題点に鑑みてなされたものであり、プラズマガンを用いたイオンプレーティング法によるＩＴＯの成膜において、０．７ｍｍ以下の厚さの基板に成膜する際の基板温度の上昇を低減し、電気的・光学的・機械的な特性が均一なＩＴＯ透明導電膜付き基板を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のＩＴＯ透明導電膜の成膜方法は、プラズマガンを用いるイオンプレーティング法によるＩＴＯ透明導電膜の成膜方法において、基板が補助基板に接触されて保持され、基板がプラズマからの受ける輻射熱を補助基板に伝熱させながら基板にＩＴＯ透明導電膜を成膜することを特徴とするＩＴＯ透明導電膜の成膜方法である。
【００２２】
また、本発明のＩＴＯ透明導電膜の成膜する方法は、前記ＩＴＯ透明導電膜の成膜方法において、基板が有機高分子を主とする基板であり、ＩＴＯ透明導電膜の成膜時において、成膜する前の基板温度が常温から１５０℃の範囲にあり、厚み０．２〜１０ｍｍの補助基板を用いて基板の温度上昇を３０℃以下にして成膜することを特徴とするＩＴＯ透明導電膜の成膜方法であり、また、基板がガラスを主とする基板であり、成膜前の基板の温度が常温から２２０℃の温度範囲にあり、厚み０．２〜５ｍｍの補助基板を用いて基板の温度上昇を５０℃以下にして成膜することを特徴とするＩＴＯ透明導電膜付き基板および成膜方法である。
【００２３】
また、本発明のＩＴＯ透明導電膜付き基板は、基板の厚さが厚さ０．７ｍｍ以下であることを特徴とする前記ＩＴＯ透明導電膜の成膜方法によるＩＴＯ透明導電膜付き基板である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のＩＴＯ透明導電膜の成膜する方法は、電気的・光学的・機械的な特性が均一なＩＴＯ透明導電膜付き基板の作製を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のＩＴＯ透明導電膜付き基板の成膜方法は、プラズマガンを用いるイオンプレーティング法でＩＴＯが成膜されることを特徴とし、厚さ０．７ｍｍ以下の基板に於いて、成膜時に当該基板の裏面に補助基板を接触させて、プラズマからの輻射熱による基板の加熱を、補助基板への伝熱効果によって熱を補助基板に逃がし、基板の温度上昇を低減させることを特徴とするものである。
図１に示すように、ＩＴＯ透明導電膜を成膜する基板１を補助基板２に接触させて固定する。
補助基板２には、熱容量の大きい部材を用いることが望ましい。熱容量の大きいものとして、各種金属、各種ガラス、セラミックスおよびそれらの複合部材を用いることができる。なお、ガラスであれば、比較的低コストで得られかつ表面の平滑性が良いフロート法によるソーダライムガラスの使用が簡便である。
【００２６】
補助基板２を繰り返し使用する場合は、急激な加熱や冷却に耐え、かつ機械的強度の高い結晶化ガラスを使用することが望ましい。また、補助基板２の熱伝導性の良さは、ＩＴＯ透明導電膜を成膜する基板１から補助基板への伝熱を良好にするために重要であり、鉄やステンレス鋼、アルミニウム、銅のような金属材料を用いることが好ましい。
また、基板１に入射する輻射熱が小さい場合には、補助基板２に高耐熱性の樹脂が使いやすい。
【００２７】
補助基板２への基板１の固定には、基板１の辺部もしくは隅角部を、金属製もしくはセラミックス製の固定具３を用いる。
【００２８】
固定具には、ピン、バネあるいは真空用接着テープ等を用いることができる。真空用接着テープとしては、真空中で使用できる耐熱テープ、例えばカプトンテープなどがある。
図２，図３および図４は、図１の破線部における断面図で、図２はピン３１を用いて固定する方法を示し、図３はバネ３２を用いて固定する方法を示す。また図４は、真空用接着テープ３３で固定する方法を示す。
【００２９】
補助基板２に基板１を固定する際には、補助基板２と基板１との間に空隙のない状態にして、補助基板２の表面と基板１の裏面が密着した状態にすることが重要であり、基板１の裏面全体を補助基板２に接触させることができる固定方法であれば、いずれの固定方法でもかまわない。
【００３０】
ＩＴＯを成膜する基板１は、有機高分子フィルムを主とする基板や、ガラスを主とする基板で、厚さが０．７ｍｍ以下のものを用いる。
【００３１】
有機高分子フィルムを主とする基板としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルフォン、ナイロン、ポリアリレート、シクロオレフィンポリマーなどのフィルム、もしくはこれらのフィルムを複合化したもの、また、シリカ微粒子やアルミナ微粒子などの易滑剤をフィルムの内部もしくは表面に分散させたもの、これらのフィルムの片面あるいは両面に、無機材料を単層もしくは多層コーティングしたものである。
【００３２】
ここで、無機材料とは特に制限されるものではないが、ＳｉＯＸ（Ｘ＝１〜２）、ＳｉＮＸ（Ｘ＝１〜４／３）、ＳｉＯＮ系、ＳｉＯＣ系、ＳｉＯＣＮ系、Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＡｌＯＮ系材料をベースとしたものであり、フィルム内部や表面からのガスや水分の放出を防ぐためのものや、ＩＴＯ膜との密着性を改善するためのものが含まれる。
【００３３】
ガラスを主とする基板は、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、高歪み点ガラスなどの各種ガラスでなり、また、各種ガラスの表面に有機高分子膜や金属膜を単層もしくは多層コーティングしたもの、例えばカラーフィルターなどである。
【００３４】
本発明に係わるプラズマガンを用いたイオンプレーティング法では、ＩＴＯの成膜速度が早いために、成膜時間、つまり基板がプラズマにさらされる時間は、おおよそ２分以下である。厚さが１ｍｍを超える基板では基板の熱容量が大きいために、例えば厚さが４ｍｍの基板では、この最大２分間の成膜中での基板の温度上昇は３０℃以下となり、温度上昇が小さいので、ＩＴＯ透明導電膜の
電気的・光学的・機械的な特性が、場所によって大きく異なるような成膜とはならない。
【００３５】
補助基板の効果は基板の厚みが１ｍｍ以下の場合に生じるが、特に、基板１の厚さが０．７ｍｍ以下のときには、基板１の熱容量が小さいために、２分間の成膜において、基板１の温度上昇は著しくなる。したがって、補助基板２の効果が最もよく現れるのは、基板１の厚さが０．７ｍｍ以下のときである。とりわけ有機高分子フィルムを基板１に用いる場合では、厚さが２００μｍや１００μｍと非常に薄いものが使用されるため、本発明のような基板の冷却を行わない場合、成膜条件によっては１００℃近い温度上昇が生じることがある。
【００３６】
基板が有機高分子を主とするものでは、成膜時の基板温度が成膜開始時に１５０℃以下であり、成膜開始から成膜終了時の温度上昇が３０℃以内であることが好ましい。この理由は、１５０℃を超える温度に有機高分子を主とする基板を加熱すると、有機高分子の結晶構造が変化して、弾性率、屈折率、拡散係数、誘電率などの機械的特性や電気的特性が変わるという問題が生じる。また、基板を加熱し、成膜した後、基板が常温へ冷却するときの熱収縮によって、加熱前よりも基板のサイズが小さくなって、基板が所望のサイズにならないといった問題がある。
【００３７】
また、有機高分子を主とする基板では、加熱によって基板の形状が変化すると、基板上に成膜されるＩＴＯ透明導電膜にクラックが生じたり、ＩＴＯ透明導電膜が基板から剥離したりといった不具合が生まれる。
【００３８】
また、成膜中に輻射熱によって基板の温度が３０℃を超える温度に上昇すると、有機高分子の表面もしくは内部から、フィルム作製時に残留したガス、加熱によって分解生成したガス、吸着水分などが成膜雰囲気中に放出され、特性の良いＩＴＯ透明導電膜が安定して得られにくくなる。
【００３９】
成膜中に基板に入射する単位面積あたりの熱量をＱ（Ｊ／ｍｍ２）とし、補助基板によって、この熱量による温度上昇を３０℃以下とするには、補助基板の比熱をＣ（Ｊ／（ｇ・Ｋ））、密度をｍ（ｇ／ｃｍ３）、厚みをｔ（ｍｍ）とすると、補助基板が必要とする厚みｔが、ｔ＝Ｑ×１０００／（３０×ｃ×ｍ）によって求められる。
【００４０】
ＩＴＯ透明導電膜をイオンプレーティング法で成膜する場合、基板の温度上昇から、成膜中に基板に入射する単位面積（ｃｍ２）あたりの熱量は、２〜２０Ｊ程度である。
有機高分子を主とする基板にＩＴＯ透明導電膜を成膜する場合、基板の温度上昇は３０℃以下にすることが望ましく、基板に入射する成膜中の熱量２〜２０Ｊに対して、基板の温度上昇を３０℃以下とするには、鉄やアルミなどの金属製の補助基板では、０．２〜３ｍｍの厚みにすることが好ましい。またガラスやアルミナなどのセラミックス製の補助基板では、厚みを０．３〜４ｍｍとすることが好ましく、ＰＥＴフィルムを補助基板に用いる場合も０．２〜３ｍｍの厚さにすることが好ましい。補助基板にポリカーボネート板を用いる場合には、０．５〜６ｍｍの厚みとすることが好ましい。
【００４１】
補助基板２の厚みは、厚くするほど基板の温度上昇を小さくできるが、厚くすると補助基板２の重量が重くなりすぎて取り扱いや作業性が悪くなり、また、重くなると搬送時に搬送系の構造材への負担が増すといった問題がある。このため、
補助基板２の厚みは、１０ｍｍ以下の厚さとすることが望ましい。１０ｍｍ程度の厚みの補助基板を用いると、温度上昇を１０℃以下にすることも可能となる。
基板１が、ガラスを主とする基板では、成膜前の基板１の温度が常温から２２０℃の温度範囲にあり、成膜中の基板１の温度上昇は５０℃以下とすることが望ましい。この場合は、温度上昇を小さくするための補助基板２の厚みは、有機高分子を主とする基板の場合に用いる補助基板の半分程度でよく、補助基板の厚みは０．２〜５ｍｍの範囲とすることが望ましい。
基板温度が成膜開始時に２２０℃以下が望ましい理由は、成膜時に例えば２７０℃を超える温度で成膜しても、プラズマガンを用いるイオンプレーティング法でＩＴＯを成膜する場合、比抵抗はほとんど変わらないためである。
【００４２】
また、成膜時の基板の温度上昇が５０℃以内であることが望ましい理由は、成膜時に５０℃以上の温度上昇が生じると、基板に形成されるＩＴＯ透明導電膜の厚さ方向に電気的特性の差異が大きく、かつ、連続生産で用いられるインラインタイプの成膜では、搬送される基板の先頭から後端に向けた基板温度の上昇によって、搬送される基板の先頭から後端にかけて、電気的・光学的・機械的に特性が異なるＩＴＯ透明導電膜付き基板となるからである。
【００４３】
次に、プラズマガンを用いたイオンプレーティング法について説明する。ＩＴＯ透明導電膜は、プラズマガンを使用するイオンプレーティング法、より好ましくは圧力勾配型ホロカソードプラズマガンを用いたアークプラズマ蒸着法を用いて成膜する。該アークプラズマ蒸着法は、真空チャンバー内に向けてプラズマビームを生成する圧力勾配型プラズマガンにより発生させた電子ビームを原料に照射・蒸発させ、真空チャンバー内に配置した基板上に薄膜を形成する成膜法であり、例えば、図５あるいは図６に概略を示す成膜装置を用いる。
【００４４】
図５に示す成膜装置は、真空チャンバー４と、真空チャンバーの側壁に取り付けられた圧力勾配型プラズマガン５と、真空チャンバー内の底部に配置したルツボ６と、真空チャンバー内の上部に配置した基板支持ホルダー７によって構成されている。
【００４５】
圧力勾配型プラズマガン５には、圧力勾配型ホロカソードプラズマガンを用いることが望ましい。圧力勾配型プラズマガン５は、Ｔａ製のパイプ８とＬａＢ６製の円盤９とで構成された複合陰極であり、Ｔａ製のパイプ８の内部に放電用アルゴンガス１０を導入した際に加熱されたＴａ、ＬａＢ６から熱電子が放出され、プラズマビーム１１を形成する。
【００４６】
圧力勾配型プラズマガン５の内部は、真空チャンバー４より常に圧力が高く保たれており、高温に曝されたTaやＬａＢ６が酸素ガスや蒸発ガスによる酸化などの劣化を防ぐ構造になっている。
【００４７】
また、基板支持ホルダー７の上部には、基板加熱用ヒーター１２と温度計１３が配置されている。基板加熱用ヒーター１２は、成膜する基板２を成膜前に所定温度に保持するために設けられるもので、温度計１３の測定値をもとに基板加熱ヒーター１２の出力を制御している。真空チャンバー４の側壁には酸素ガス導入ノズル１４が配置されており、この酸素ガス導入ノズル１４には、マスフローコントローラを介して酸素ガス１５が供給される。また、真空チャンバー４は真空排気装置１６に接続されており、真空計１７の値をもとに真空チャンバー４内が所定の圧力（真空度）に維持されるようになっている。
【００４８】
ルツボ６に、粒状のＩＴＯ蒸発原料１８を充填し、このルツボ６を真空チャンバー４の底部にセットする。ＩＴＯ蒸発原料１８は、ルツボに入れるため粒状であることが好ましいが、その形状を特に限定するものではない。
【００４９】
まず、基板１を取り付けた補助基板２を基板支持ホルダー７で真空チャンバー４の中に支持する。
【００５０】
次いで、真空チャンバー４内を約２×１０−４Ｐａに排気する。この際、基板１を所定の温度に加熱して、表面に吸着したガスや内部から放出されるガスを除去する。排気後、図示しないマスフローコントローラーを用いて流量を制御（１０〜４０ｓｃｃｍ）した放電用アルゴンガス１０を、圧力勾配型プラズマガン５を通して真空チャンバー４内に供給する。
【００５１】
次に、酸素ガス１５を酸素ガス導入ノズル１４から真空チャンバー４内に所定量供給するとともに、真空排気装置１６で真空チャンバー４内を所定の圧力に調整する。
【００５２】
次に、圧力勾配型プラズマガン５を作動させ、プラズマビーム１１をルツボ６内のＩＴＯ蒸発原料１８に収束させ、ＩＴＯが昇華する温度に蒸発原料１８を加熱する。プラズマビーム１１をルツボ６中の蒸発原料１８に集束させるために、集束コイル１９や磁石２０などを使用する。
【００５３】
プラズマビーム１１によって加熱・蒸発したＩＴＯ原料１８と導入された酸素ガス１５は、プラズマ雰囲気２１によってイオン化される。イオン化したこれらの物質は、プラズマ雰囲気２１のもつプラズマポテンシャルと、基板２のもつフローティングポテンシャルとの電位差によって基板１に向かって加速され、ＩＴＯ蒸発原料１８が蒸発して生成される粒子は約２０eＶという大きなエネルギーをもって基板１の下表面に到達・堆積し、低抵抗のＩＴＯ透明導電膜が成膜される。
【００５４】
図６に示す成膜装置は、基板を連続的に成膜するインラインタイプの成膜装置である。このインラインタイプの成膜機では、成膜時の基板１が、ガイドロール２３上を一定速度で移動して成膜される点で、図５に示す１枚毎の成膜を行うバッチタイプの成膜装置とは異なる。
【実施例１】
【００５５】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【００５６】
実施例１
図５に示す成膜装置を用いた。蒸発原料には、（株）高純度化学研究所製のＩＴＯ粉粒体（Ｓｎの含有量は酸化物換算で５ｗｔ％）を使用した。これを、カーボン製のルツボに充填し、真空チャンバーの底部に設置した。２０ｃｍ角に切り出したＰＥＴフィルム（厚さ１００μｍ；東洋紡績（株）製２軸延伸ポリエステルフィルムＥ５１０１）を基板１に用いた。別途、補助基板として、同じ大きさのソーダライムガラス基板（厚さ５ｍｍｔ）を準備した。
【００５７】
洗浄・乾燥したＰＥＴフィルムでなる基板を補助基板２に、図４に示すように、真空用テープ３３を用いて、基板１と補助基板２の間に空隙のないように固定した。固定では、図１に示すように、ＰＥＴフィルムである基板１の４角を補助基板２に貼り付けた。
【００５８】
真空チャンバー４内の基板支持ホルダー７を用いて、基板１を固定した補助基板２を真空チャンバー４内に支持し、真空チャンバー内の圧力が２．０×１０−４Ｐａに達するまで、約２０分間、真空排気装置で排気した。
次いで、ＰＥＴフィルムの基板１を約１１０℃に加熱したのち、圧力勾配型プラズマガン５に放電用アルゴンガスを２５ｓｃｃｍ流し、さらに、酸素ガス導入ノズル１４より酸素ガスを２５ｓｃｃｍ流した。次に圧力勾配型プラズマガンの出力が２．５ｋＷになるまで徐々に電力を印加し、圧力勾配型ホロカソードプラズマガン４からプラズマビーム１１を発生させてＩＴＯ蒸発原料１８に照射し、ＩＴＯ蒸発原料１８を加熱して蒸発させた。このとき、真空チャンバー４内の圧力が０．１Ｐａとなるように真空排気装置１６の排気能力を制御した。プラズマビーム、真空チャンバー４内の圧力、ＩＴＯ蒸発原料１８の蒸発が安定した後、真空チャンバー４内のプラズマビーム１１が形成され上方に設けられている図示しないシャッターを４５秒間開け、ＰＥＴフィルムの基板１上にＩＴＯ透明導電膜を成膜した。
【００５９】
成膜後、ＩＴＯ透明導電膜が成膜されたＰＥＴフィルムの基板１を補助基板２とともに真空チャンバー４から取り出し、真空用テープを剥がしてＩＴＯ膜付きＰＥＴフィルムを得た。
【００６０】
得られたＩＴＯ透明導電膜付きＰＥＴフィルムの外観は良好で、目視検査ではクラックなどの外観不良はなかった。ＩＴＯ膜の厚さは１０９ｎｍであり、このＩＴＯ透明導電膜のシート抵抗値は１５．２Ω／□で、比抵抗が１．６×１０−４Ω・ｃｍという抵抗の低い膜であった。
【００６１】
碁盤目試験でこのＩＴＯ透明導電膜つきフィルムの密着性を調べたところ、まったくＩＴＯ透明導電膜の剥離はなく、密着性は良好であった。また、このＩＴＯ膜付きＰＥＴフィルムには湾曲は見られず、ＩＴＯ透明導電膜にはほとんど応力は入っていなかった。また、波長５５０ｎｍでの光の透過率は８１％と高く、透明であった。
ＩＴＯ透明導電膜の成膜と併行して、ＩＴＯ蒸発原料１８の蒸発時の輻射熱によるＰＥＴフィルムの温度変化を調べたところ、成膜開始時の１０８℃から成膜の４５秒間で、最高温度は１１７℃で、温度上昇は９℃以下であった。
【００６２】
実施例２
実施例１と同じ成膜装置を用いてＩＴＯ透明導電膜を成膜した。
【００６３】
基板１に厚さ０．４ｍｍのカラーフィルター付きソーダライムガラス（３００ｍｍ×３００ｍｍ）を用い、補助基板２としてソーダライムガラス基板（サイズ３５０ｍｍ×３５０ｍｍ、厚さ６ｍｍｔ）を用いた。
【００６４】
カラーフィルター付きソーダライムガラスの裏面と補助基板の表面が密着するように、カラーフィルター付きソーダライムガラスの４角を、補助基板２に図２に示すようにピンで固定した。これを基板支持ホルダーに取り付けた。
【００６５】
実施例１で使用した装置で、カラーフィルター付きソーダライムガラスを約１２０℃に加熱したのち、圧力勾配型プラズマガンに放電用アルゴンガスと酸素ガスを、それぞれ２５ｓｃｃｍ流した。次に圧力勾配型プラズマガンの出力が３．５ｋＷになるまで徐々に電力を印加し、圧力勾配型ホロカソードプラズマガンからプラズマビームを発生させて原料に照射し、原料を加熱して蒸発させた。このとき、真空チャンバー内の圧力が０．１５Ｐａとなるように真空排気装置の排気能力を制御した。放電、圧力、原料の蒸発が安定した後、図示しないシャッターを５５秒間開け、カラーフィルター付きソーダライムガラス上にＩＴＯ膜を成膜した。成膜後、カラーフィルター付きソーダライムガラスと補助基板２を真空チャンバーから取り出し、ピンを外してＩＴＯ膜が成膜されたカラーフィルター付きソーダライムガラス基板を得た。
【００６６】
得られたＩＴＯ膜が成膜されたカラーフィルター付きソーダライムガラスの外観は良好で、目視検査ではＩＴＯ透明導電膜にクラックなどの外観不良はなかった。
【００６７】
ＩＴＯ透明導電膜の厚さは１５１ｎｍであり、このＩＴＯ透明導電膜のシート抵抗値は１０Ω／□で、比抵抗が１．５×１０−４Ω・ｃｍという抵抗の低い膜であった。
【００６８】
成膜に先立ち、原料蒸発時の輻射熱によるカラーフィルター付きソーダライムガラスの温度変化を調べたところ、成膜前に１１８℃であったものが５５秒間の成膜で１３３℃まで１５℃上昇していた。
【００６９】
実施例３
図６に示す成膜装置を用いてＩＴＯ透明導電膜を成膜した。
【００７０】
厚さ２００μｍのＰＥＴフィルム（３００ｍｍ×４００ｍｍ）を基板１とした。ホウケイ酸ガラス製の補助基板２（サイズ３３０ｍｍ×４４０ｍｍ、厚さ５ｍｍｔ）と基板１が密着するように、ＰＥＴフィルムの４角および４辺を図３に示すような耐熱性樹脂でできたバネ上の治具３３で補助基板に固定した。これを基板搬送トレイ７´にセットした。
【００７１】
成膜機にはインライン成膜装置を用いた。基板を約１００℃に保ち、実施例１と同じ条件で原料を蒸発させ、そこに、ＰＥＴフィルムを取り付けた補助基板を載せた基板搬送トレイを搬送速度０．４ｍ／ｍｉｎで移動させた。
【００７２】
得られたＩＴＯ透明導電膜付きＰＥＴフィルムの外観は良好で、目視検査ではクラックなどの外観不良はなかった。ＩＴＯ透明導電膜の厚さは１２０ｎｍであり、このＩＴＯ透明導電膜の中央部のシート抵抗値は１５Ω／□で、比抵抗が１．８×１０−４Ω・ｃｍという膜であった。また、基板の搬送方向に対して先頭部の比抵抗と後端部の比抵抗は、それぞれ１．９×１０−４Ω・ｃｍと１．８×１０−４Ω・ｃｍで、ほとんど差は見られず、外観の透過率も一定であった。
【００７３】
また、ＩＴＯ透明導電膜つきフィルムの密着性は良好であり、ＰＥＴフィルムの湾曲は見られず、ＩＴＯ膜付きＰＥＴフィルムとして良好なものであった。併行して原料蒸発時の輻射熱によるＰＥＴフィルムの温度変化を調べたところ（中央部１点で測定）、成膜前に１０２℃であったものが６０秒間の成膜で１１４℃まで１２℃上昇していた。
【００７４】
比較例１
実施例１と同じ厚さと大きさのＰＥＴフィルムを基板１に用い、補助基板２を用いず、基板１を直接、基板支持ホルダーに真空用テープで貼り付けた。
【００７５】
実施例１と同じ成膜装置を用い、同じ条件でＩＴＯ蒸発原料１８を蒸発させ、同じ時間でＩＴＯ透明導電膜を成膜したところ、得られた膜は目視で確認できるクラックが多数生じており、また、ＰＥＴフィルムは著しく湾曲しており、透明導電膜付きフィルムとしては到底使用できないものであった。
【００７６】
成膜中のＰＥＴフィルムの温度変化を調べたところ、成膜前に１０７℃であったものが４５秒間の成膜で１９２℃まで８５℃上昇していた。
【００７７】
比較例２
実施例１と同じ厚さと大きさのＰＥＴフィルムを補助基板に固定せずに、直接、基板支持ホルダーに真空用テープで貼り付け、実施例１と同じ図５に示す成膜装置を用いた。
【００７８】
基板１を加熱せず、実施例１と同じ条件でＩＴＯ蒸発原料１８を蒸発させ、同じ時間で成膜したところ、得られた膜はクラックはないものの褐色に着色しており、波長５５０ｎｍでの光の透過率は７２％と低かった。
【００７９】
また、ＩＴＯ膜の厚さは１１０ｎｍであり、このＩＴＯ透明導電膜のシート抵抗値は３１Ω／□で、比抵抗が３．４×１０−４Ω・ｃｍという実施例１に比べて抵抗が高い膜であった。
【００８０】
また、成膜時のＰＥＴフィルムの温度変化を調べたところ、成膜前に２８℃であったものが４５秒間の成膜で１３３℃まで１０５℃上昇していた。
【００８１】
比較例３
実施例１で使用した成膜装置を用いた。厚さ０．４ｍｍのカラーフィルター付きソーダライムガラスは、直接基板支持ホルダー７に固定した。この際、基板のカラーフィルター付きソーダライムガラスの裏面には何も接触しておらず、カラーフィルター付きソーダライムガラスが受けた輻射熱は、実施例２と異なって伝熱効果による冷却が期待できない構造になっていた。
【００８２】
実施例２と同じ条件でＩＴＯ蒸発原料１８を蒸発させ、同じ時間でＩＴＯ透明導電膜を成膜した。得られたＩＴＯ透明導電膜は顕微鏡観察により微細なクラックが生じており、カラーフィルター上のＩＴＯ透明導電膜として使用できないものであった。
【００８３】
また、成膜時のカラーフィルター付きソーダライムガラスの温度変化を調べたところ、成膜前に１１９℃であったものが５５秒間の成膜で１７９℃まで６０℃上昇していた。
【００８４】
比較例４
実施例３と同じ図６に示す成膜装置を用いた。また、実施例３と同様にＰＥＴフィルムを基板１として用いた。
【００８５】
基板１は、補助基板２を用いず、直接基板搬送トレイに真空用テープで貼り付けた。この際、基板のＰＥＴフィルムの裏面には何も接触しておらず、フィルムが受けた輻射熱は、実施例３と異なって伝熱効果による冷却が期待できない構造になっていた。
【００８６】
実施例１と同じ条件で原料を蒸発させ、同じ温度に基板を加熱し、同じ時間成膜したところ、得られた膜は目視で確認できるクラックが多数生じており、また、基板（ＰＥＴフィルム）１は著しく湾曲しており、透明導電膜付きフィルムとしては到底使用できないものであった。併行して、成膜時の基板（ＰＥＴフィルム）１の温度変化を調べたところ、成膜前に１００℃であったものが６０秒間の成膜で１７４℃まで７４℃上昇していた。
【００８７】
比較例５
実施例３と同じ成膜装置を用い、厚さ０．４ｍｍのソーダライムガラスを補助基板に固定せずに、直接、基板搬送トレイ７´に真空用テープで貼り付けた。この際、基板であるソーダライムガラスの裏面には何も接触しておらず、基板１が受けた輻射熱は、実施例３と異なって伝熱効果による冷却が期待できない構造になっていた。
【００８８】
実施例１と同じ条件でＩＴＯ蒸発原料１８を蒸発させ、同じ温度に基板１を加熱し、同じ時間成膜した。得られた膜は目視ではクラックなどの外観上の欠陥は見られなかった。
【００８９】
ＩＴＯ膜の厚さは１１８ｎｍであり、このＩＴＯ透明導電膜の中央部のシート抵抗値は１２．７Ω／□で、比抵抗が１．５×１０−４Ω・ｃｍという膜であった。
【００９０】
また、基板の搬送方向に対して先頭部の比抵抗と後端部の比抵抗は、それぞれ１．８×１０−４Ω・ｃｍと１．４×１０−４Ω・ｃｍと、後端部の比抵抗は先頭部の比抵抗の１．３倍という差異が生じ、抵抗分布が不均一なものであった。
【００９１】
ＩＴＯ蒸発原料１８の蒸発時の輻射熱による基板（ＰＥＴフィルム）１の中央部の温度変化を調べたところ、成膜前に１０２℃であったものが６０秒間の成膜中に１６７℃まで６５℃上昇していた。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】補助基板にＩＴＯを成膜する基板を接触させて固定したところの概略斜視図である。
【図２】ピンを用いて基板を補助基板に固定するところの、図１の破線部の、断面図である。
【図３】バネを用いて基板を補助基板に固定するところの、図１の破線部の、断面図である。
【図４】真空用接着テープを用いて基板を補助基板に固定するところの、図１の破線部の、断面図である。
【図５】プラズマガンを用いたイオンプレーティング法（圧力勾配型プラズマガンを使用する活性化反応蒸着法）のバッチタイプ装置概略図である。
【図６】プラズマガンを用いたイオンプレーティング法（圧力勾配型プラズマガンを使用する活性化反応蒸着法）のインラインタイプ装置概略図である。
【符号の説明】
【００９３】
１      基板
２      補助基板
３      固定具
４      真空チャンバー
５      圧力勾配型プラズマガン
６      ルツボ
７      基板支持ホルダー
７´    基板搬送トレイ
８      Ｔａ製のパイプ
９      ＬａＢ６製の円盤
１０    放電用アルゴンガス
１１    プラズマビーム
１２    基板加熱用ヒーター
１３    温度計
１４    酸素ガス導入ノズル
１５    酸素ガス
１６    真空排気装置
１７    真空計
１８    ＩＴＯ蒸発原料
１９    集束コイル
２０    磁石
２１    プラズマ雰囲気
２２    搬送ロール
３１    固定ピン
３２    固定バネ
３３    真空用接着テープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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