(57)【要約】  【課題】長尺にスパッタリングで成膜を行うに際し、密着性および強度に優れ、かつ、ピンホール等のない表面性状が良好な薄膜を安定して成膜することができる成膜方法、および、これに最適な成膜装置を提供する。  【解決手段】パルス電力を印加できる複数の放電電源とターゲットを有するカソードを複数組み合わせて、前記基板を長手方向に搬送しつつ、少なくとも２以上のカソードを２つ以上のグループに分割し、各カソードのターゲットに対応させて所定の周波数のパルス電圧を印加して前記基板に薄膜を形成することにより、前記課題を解決する。【選択図】図３
2006249473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺の可撓性の基板にスパッタリングで薄膜を形成するに際し、パルス電力を印加できる複数の放電電源とターゲットを有するカソードを複数組み合わせて、前記基板を長手方向に搬送しつつ、少なくとも２以上のカソードを２つ以上のグループに分割し、各カソードのターゲットに対応させて所定の周波数のパルス電圧を印加して前記基板に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記分割されたカソードのターゲットに印加するパルス電圧は、パルス電源のアース電位を基準として、負電位、正電位、アース電位のうちの少なくとも２種類以上の電圧を組み合わせてなる正弦波パルス電圧または矩形波パルス電圧を、各カソードのターゲットに対応させて設定する請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記分割されたカソードのターゲットに印可するパルス電圧の繰り返し波形の１サイクルにおいて、負電圧と正電圧または負電圧とアース電圧または正電圧とアース電圧または、負電圧と正電圧とアース電圧の印可時間分割比率を、各カソードのターゲットに対応させて設定する請求項１または２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記分割されたカソードのターゲットに印可するパルス電圧は、電圧波形が同じで相互に位相が異なるパルス電圧を、各カソードのターゲットに対応させて設定する請求項１〜３のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項５】
前記分割されたカソードから選択される２つのカソードのターゲットに印可するパルス電圧は、負電圧と正電圧または負電圧とアース電圧または正電圧とアース電圧を所定の周波数で交互に印可する請求項１〜４のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項６】
前記分割されたカソードのターゲットに印可するパルス電圧の繰り返し波形の周波数は、１ｋＨｚ〜２００ｋＨｚである請求項１〜５のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項７】
前記基板の搬送は、円筒状のドラムの側面に前記基板を保持しつつ行うものであり、前記分割されたカソードは、このドラムの側面に前記ターゲットが対向する用に配置される請求項１〜６のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項８】
前記分割されたカソードのターゲット表面と、円筒状のドラムの側面に保持されたターゲットに対向し略並行な基板面との距離を４０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲で可変する請求項１〜７のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項９】
前記分割されたカソードのターゲット材料が同一の物質である請求項１〜８のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記分割されたカソードのターゲット材料が異なる物質である請求項１〜９のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１１】
前記分割されたカソードのターゲット材料が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｃ、およびＭｇの内の１種以上を含む金属または合金またはこれらの酸化物、窒化物、炭化物、ハロゲン化物である請求項１〜１０の何れかに記載の成膜方法。
【請求項１２】
前記分割されたカソードから選択される隣接する２つのカソードにおいて、２つのターゲット表面の中心部を通る垂線を含むターゲット表面に垂直な２つの面が交差し、それらの成す角度が１０°〜１８０°である請求項１〜１１のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１３】
長尺な可撓性の基板を長手方向に搬送しつつ、前記基板の表面にスパッタリングで薄膜を形成する成膜装置であって、
チャンバと、前記チャンバ内を減圧する真空排気手段と、前記チャンバ内に配置され、前記基板を保持しつつ回転して前記基板を長手方向に搬送する円筒状のドラムと、前記ドラムの回転方向に対して少なくとも１つ配置され、ターゲットを保持してグロー放電を発生させるカソードとを有し、
前記ターゲットを有するカソードを真空シール部を有するフランジ面を介して前記チャンバに取り付けるに際し、前記フランジ面とターゲット表面と前記ドラムの側面とが前記ドラムの回転方向に対して略平行となるように前記チャンバのカソード取り付けフランジ面が形作られることを特徴とする成膜装置。
【請求項１４】
前記分割されたカソードのグループ内において、少なくとも２つ以上のカソードの表面に、連通してグロー放電を発生させる共通の放電空間を有する請求項１３に記載の成膜装置。
【請求項１５】
前記分割されたカソードのグループ内において、少なくとも２つ以上のカソードのターゲット表面に、連通してグロー放電を発生させる共通の放電空間を形成し、前記カソードグループ毎に前記共通の放電空間を略気密にして、その他のチャンバ空間と略分離させる分離手段を有する請求項１３または１４に記載の成膜装置。
【請求項１６】
前記分割されたカソードのグループ内において、少なくとも２つ以上のカソードのターゲット表面に、連通してグロー放電を発生させる共通の放電空間に対して、グロー放電を維持するための不活性ガスまたは反応性ガスまたは前記不活性ガスと反応性ガスを導入するガス導入部を有する請求項１３〜１５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１７】
前記分割されたカソードのグループ内において、少なくとも２以上のカソードのターゲット表面に、連通してグロー放電を発生させる共通の放電空間を減圧するための真空排気手段を有する請求項１３〜１６のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１８】
前記共通の成膜空間を減圧するための真空排気手段は、前記ドラムの回転方向に沿って、前記分割されたカソードグループの前方と後方の少なくとも２つ以上配置される請求項１３〜１７のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１９】
前記分割されたカソードのグループ内において、少なくとも２つ以上のカソードの、ターゲット表面の任意の点を通る鉛直線は、前記ドラムの側面に接することがないように前記ターゲットを配設する請求項１３〜１８のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項２０】
前記カソードは、前記チャンバの所定位置に固定された状態では、ターゲット、および、その周辺に位置する部材以外は成膜系の外部に位置する請求項１３〜１９のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項２１】
前記カソードは、マグネトロンスパッタリングを行うための磁石と、この磁石を前記ターゲットに対して接離する磁石の移動手段とを有する請求項１３〜２０のいずれかに記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ディスプレイ材料、磁気記録材料、包装材料に用いられる光学薄膜、ガスバリア薄膜、透明導電薄膜、保護膜の形成方法に関する。詳しくは、スパッタリングによる成膜の技術分野に属し、真空中で長尺の高分子フィルム基板を搬送し、スパッタリングによって基板との密着性が良好で光透過性が高く緻密で機械強度の優れた薄膜を形成できる成膜方法、および、この成膜方法の実施に好適な成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりプラスチック表面基板に光学薄膜、ガスバリア薄膜、透明導電膜などの各種薄膜を形成する方法として、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、プラズマＣＶＤなどの真空薄膜形成技術が広く用いられている。
その中でも、スパッタリングによる薄膜形成は、液晶ディスプレイ等に利用されるＩＴＯ(Indium-Tin oxide)等の透明電極の成膜、各種の光学部品における反射防止膜や保護膜の成膜等に、好適に利用されている。
【０００３】
従来より、スパッタリングによる成膜は、成膜対象となる基板を（真空）チャンバ内の所定の位置に装着した後、チャンバを閉塞、減圧して、スパッタリングによって成膜を行い、成膜終了後にチャンバを開放して、製品を取り出す、いわゆるバッチ式によって行われていた。
これに対し、より生産性の高いスパッタリングによる成膜方法として、長尺なプラスチックフィルム等の長尺な可撓性の基板を長手方向に搬送しつつ、連続的にスパッタリングを行う方法も知られている。例えば、特許文献１や特許文献２には、円筒状のドラムと、ドラムに対向して回転方向に複数配置されるターゲットを保持するカソードとを用い、基板をドラムの一部に巻き掛けて長手方向に搬送しつつ、１以上のカソードを駆動することにより、スパッタリングで長尺な基板に連続的に成膜を行う成膜装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７４３７号公報
【特許文献２】特開２０００−２４１６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような長尺な基板に連続的に成膜を行うスパッタリングでは、以下の各種の問題点がある。
まず、スパッタリングでは、薄膜の密着性や強度を良好にするために、成膜に先立ち基板を加熱することが多いが、基板を搬送しつつ成膜を行う際には、加熱も基板を搬送しつつ行うために、十分に加熱することができず、十分な密着性を得られないが不十分となってしまう場合がある。さらに、前処理での加熱が不十分であると、成膜系内で、基板に付着した水分、基板の汚れに起因するガス等が放出してしまい、この悪影響によっても、薄膜の密着性や強度が低下する。
逆に、十分に加熱するためには、基板の搬送速度を低下する必要があり、当然、生産性が低下する。
【０００６】
生産性を向上するためには、基板の幅を広くするのが好ましいが、幅が広くなると、全域にわたって均一な条件で成膜することは困難であり、ターゲットの位置や排気ポンプの位置（排気位置）によっては、膜厚や膜質等が均一な薄膜が形成できない場合も多い。
さらに、ターゲットの位置によっては、ターゲットから落下したカスが、基板や薄膜上に付着し、得率を低下させてしまうこともある。
【０００７】
また、連続的に長時間の成膜を行うと、ターゲットの表面に酸化物等の異物の塊が局所的に発生してしまい、ここに、電荷が集中してしまう。この電荷が、ある程度溜まると、此処から異常放電が発生して、薄膜や基板がダメージを受け、ピンホールの発生や膜厚の変動等が起こり、また、導電膜であれば導電性の劣化、バリア膜であればバリア性の劣化など、膜質等に悪影響を与える。
このような不都合を防止するために、高い成膜エネルギを投入することができず、所望の生産性を得ることができない。
【０００８】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、長尺な基板を搬送しつつスパッタリングで成膜を行うに際し、密着性および強度に優れ、かつ、ピンホール等のない表面性状が良好な薄膜を安定して成膜することができる成膜方法、および、この成膜方法の実施に最適で、目的とする膜質や膜厚等を有し、かつ密着性の高い薄膜を、安定して高い生産性で成膜することができる成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の成膜方法は、長尺の可撓性の基板にスパッタリングで薄膜を形成するに際し、パルス電力を印加できる複数の放電電源とターゲットを有するカソードを複数組み合わせて、前記基板を長手方向に搬送しつつ、少なくとも２以上のカソードを２つ以上のグループに分割し、各カソードのターゲットに対応させて所定の周波数のパルス電圧を印加して前記基板に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法を提供する。
【００１０】
このような本発明の成膜方法において、前記分割されたカソードのターゲットに印加するパルス電圧は、パルス電源のアース電位を基準として、負電位、正電位、アース電位のうちの少なくとも２種類以上の電圧を組み合わせてなる正弦波パルス電圧または矩形波パルス電圧を、各カソードのターゲットに対応させて設定するのが好ましく、また、前記分割されたカソードのターゲットに印可するパルス電圧の繰り返し波形の１サイクルにおいて、負電圧と正電圧または負電圧とアース電圧または正電圧とアース電圧または、負電圧と正電圧とアース電圧の印可時間分割比率を、各カソードのターゲットに対応させて設定するのが好ましく、また、前記分割されたカソードのターゲットに印可するパルス電圧は、電圧波形が同じで相互に位相が異なるパルス電圧を、各カソードのターゲットに対応させて設定するのが好ましく、また、前記分割されたカソードから選択される２つのカソードのターゲットに印可するパルス電圧は、負電圧と正電圧または負電圧とアース電圧または正電圧とアース電圧を所定の周波数で交互に印可するのが好ましく、また、前記分割されたカソードのターゲットに印可するパルス電圧の繰り返し波形の周波数は、１ｋＨｚ〜２００ｋＨｚであるのが好ましく、また、前記基板の搬送は、円筒状のドラムの側面に前記基板を保持しつつ行うものであり、前記分割されたカソードは、このドラムの側面に前記ターゲットが対向する用に配置されるのが好ましく、また、前記分割されたカソードのターゲット表面と、円筒状のドラムの側面に保持されたターゲットに対向し略並行な基板面との距離を４０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲で可変するのが好ましく、また、前記分割されたカソードのターゲット材料が同一の物質であるのが好ましく、また、前記分割されたカソードのターゲット材料が異なる物質であるのが好ましく、また、前記分割されたカソードのターゲット材料が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｃ、およびＭｇの内の１種以上を含む金属または合金またはこれらの酸化物、窒化物、炭化物、ハロゲン化物であるのが好ましく、さらに前記分割されたカソードから選択される隣接する２つのカソードにおいて、２つのターゲット表面の中心部を通る垂線を含むターゲット表面に垂直な２つの面が交差し、それらの成す角度が１０°〜１８０°であるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明の成膜装置は、長尺な可撓性の基板を長手方向に搬送しつつ、前記基板の表面にスパッタリングで薄膜を形成する成膜装置であって、チャンバと、前記チャンバ内を減圧する真空排気手段と、前記チャンバ内に配置され、前記基板を保持しつつ回転して前記基板を長手方向に搬送する円筒状のドラムと、前記ドラムの回転方向に対して少なくとも１つ配置され、ターゲットを保持してグロー放電を発生させるカソードとを有し、前記ターゲットを有するカソードを真空シール部を有するフランジ面を介して前記チャンバに取り付けるに際し、前記フランジ面とターゲット表面と前記ドラムの側面とが前記ドラムの回転方向に対して略平行となるように前記チャンバのカソード取り付けフランジ面が形作られることを特徴とする成膜装置を提供する。
【００１２】
このような本発明の成膜装置において、前記分割されたカソードのグループ内において、少なくとも２つ以上のカソードの表面に、連通してグロー放電を発生させる共通の放電空間を有するのが好ましく、また、前記分割されたカソードのグループ内において、少なくとも２つ以上のカソードのターゲット表面に、連通してグロー放電を発生させる共通の放電空間を形成し、前記カソードグループ毎に前記共通の放電空間を略気密にして、その他のチャンバ空間と略分離させる分離手段を有するのが好ましく、また、前記分割されたカソードのグループ内において、少なくとも２つ以上のカソードのターゲット表面に、連通してグロー放電を発生させる共通の放電空間に対して、グロー放電を維持するための不活性ガスまたは反応性ガスまたは前記不活性ガスと反応性ガスを導入するガス導入部を有するのが好ましく、また、前記分割されたカソードのグループ内において、少なくとも２以上のカソードのターゲット表面に、連通してグロー放電を発生させる共通の放電空間を減圧するための真空排気手段を有するのが好ましく、また、前記共通の成膜空間を減圧するための真空排気手段は、前記ドラムの回転方向に沿って、前記分割されたカソードグループの前方と後方の少なくとも２つ以上配置されるのが好ましく、また、前記分割されたカソードのグループ内において、少なくとも２つ以上のカソードの、ターゲット表面の任意の点を通る鉛直線は、前記ドラムの側面に接することがないように前記ターゲットを配設するのが好ましく、また、前記カソードは、前記チャンバの所定位置に固定された状態では、ターゲット、および、その周辺に位置する部材以外は成膜系の外部に位置するのが好ましく、さらに、前記カソードは、マグネトロンスパッタリングを行うための磁石と、この磁石を前記ターゲットに対して接離する磁石の移動手段とを有するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
このような本発明の成膜方法および成膜装置によれば、長尺な基板を搬送しつつスパッタリングで成膜を行うに際し、密着性および強度に優れ、かつ、ピンホール等のない表面性状が良好な薄膜を安定して成膜することができ、また、本発明の成膜装置によれば、目的とする膜質や膜厚等を有し、かつ密着性の高い薄膜を、安定して高い生産性で成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の成膜方法および成膜装置について、添付の図面に示される好適な実施態様を基に、詳細に説明する。
【００１５】
なお、本発明の成膜方法および成膜装置において、スパッタリングによって薄膜を形成される基板（成膜基板）には特に限定はなく、可撓性を有する長尺物に成形可能であれば、各種のものが利用可能である。
一例として、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、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステルやポリスチレン、ポリメチルメタアクリレートなどの（メタ）アクリル系樹脂、トリアセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン−ポリエチレン共重合体等の高分子材料からなる基板が例示される。なお、基板は、単一材料で形成しても、２種以上の材料からなるものでもよい。
このような高分子材料は、可撓性や柔軟性等の点で好適であり、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性等に優れ、かつ、低通気性および低吸湿性である点から、ポリエステル、トリアセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリメチルメタアクリレート、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン等は好適に例示される。
【００１６】
また、本発明の成膜方法および成膜装置において、成膜する薄膜にも、限定はなく、スパッタリングによって成膜可能なものであれば、透明導電膜、ガスバリア膜などの保護膜、密着性向上等に利用される各種の機能膜など、全てのものが利用可能である。
透明導電膜としては、アンチモンをドープした酸化スズ（ＡＴＯ）、フッ素をドープした酸化スズ（ＦＴＯ）、半導性金属酸化物（酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺｎＯ）など）、金属（金、銀、クロム、ニッケルなど）、これらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、無機導電性材料（ヨウ化銅、硫化銅など）、有機導電性材料（ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなど）、および、有機導電性材料とＩＴＯとの積層物等が例示される。これ以外にも、酸化チタン（ＴｉＯ2）、窒化チタン、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等が好適に例示される。
【００１７】
また、ターゲットに用いる材料も、成膜する薄膜に応じて、適宜、選択すれば良く、一例として、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｃ、およびＭｇの内の１種以上を含む、金属または合金またはこれらの酸化物、窒化物、炭化物、ハロゲン化物等が例示される。
【００１８】
図１に、本発明の成膜方法を実施する本発明の成膜装置の一例を利用する成膜ラインの概念図を示す。
図１に示される成膜ライン１０は、プラスチックフィルム等の長尺な帯状の基板Ｓの表面に、スパッタリングによって薄膜を成膜するもので、基本的に、供給室１２、プラズマ処理室１４、第１成膜室１６、第１透過率測定室１８、第２成膜室２０、第２透過率測定室２２、および、巻取室２４を有して構成される。これらの各室は、シールロール等の公知の手段によって互いに略気密に分離されており、隣り合わせる室内の圧力が互いに影響しないようになっている。
このような成膜ライン１０において、第１成膜室１６および第２成膜室２０は、本発明の成膜装置にかかるものである。
【００１９】
供給室１２は、供給ローラ２６と、加熱ソーン２８と、ガイドローラ３０および３２と、真空ポンプ３４とを有して構成される。
成膜ライン１０においては、長尺な基板Ｓは、巻回されたロール状で供給ローラ２６に装填され、プラズマ処理室１４→第１成膜室１６→第１透過率測定室１８→第２成膜室２０→第２透過率測定室２２→巻取室２４（巻取ローラ１００）まで掛け渡される。基板Ｓは、この状態で、駆動ローラである供給ローラ２６の回転によってロールから送り出され、ガイドローラ３０および３２に案内されつつ供給室１２から供給され、長手方向に搬送されつつ、各部屋に、順次、供給されて処理され、表面（ロール外面）に薄膜を成膜されて、巻取室２４において、再度、ロール状に巻回される。
【００２０】
加熱ゾーン２８は、ガイドローラ３０とガイドローラ３２との間において、基板Ｓの搬送経路を基板面に対面して挟んで配置される赤外線ヒータ、熱電対等の温度検出手段、赤外線ヒータのコントローラ等を有し、搬送される基板Ｓを加熱する。また、供給室１２内は、真空ポンプ３４によって、例えば、１×１０-3Ｐａ程度に減圧される。
供給室１２においては、この加熱および減圧により、基板Ｓに付着した水分等を除去する。
【００２１】
真空ポンプ３４には、特に限定はなく、必要な真空度を確保できるものであれば、ターボポンプ等の公知のものを使用すればよい。この点に関しては、他の室（成膜系）の真空ポンプ３４も同様であるが、各真空ポンプは同一であっても異なるものであってもよい。また、各室（成膜系）には、水分を吸着して真空ポンプ３４による排気を補助するためのクライオコイル等を有してもよい。
なお、図示例の成膜ライン１０においては、好ましい態様として、全室に真空ポンプ３４が配置されるが、各室間のシール能力、真空ポンプ３４の能力など応じて、処理に減圧が不要な空間、例えば、第１透過率測定室１８、第２透過率測定室２２、巻取室２４などは、真空ポンプ３４を設置しなくてもよい。
【００２２】
プラズマ処理室１４は、薄膜の密着性を向上するために、基板Ｓの表面をプラズマ処理する部位であり、Ｒｆ（高周波）電源や基板Ｓ面に対して搬送経路を挟んで配置されるＴｉ（チタン）電極等から構成されるプラズマ処理ゾーン３６、および、真空ポンプ３４を有する。
プラズマ処理室１４では、真空ポンプ３４によって、プラズマ処理室１４内を、例えば０．００１Ｐａ程度に減圧し、その後、プラズマ処理室１４内にガスを導入して、１Ｐａ程度にする。基板Ｓは、この状態において、長手方向に搬送されつつ、プラズマ処理ゾーン３６のＴｉ電極間おいてプラズマ処理（グロー放電処理）される。
【００２３】
プラズマ処理された基板Ｓは、次いで、第１成膜室１６でスパッタリングによる成膜を行われる。なお、図示例においては、第１成膜室１６と第２成膜室２０とは、同じ構成を有するので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、第１成膜室１６を代表例として行う。
図２に、第１成膜室１６（第２成膜室２０）の概念図を示す。
【００２４】
第１成膜室１６（第２成膜室２０）は、本発明の成膜装置にかかるものであり、入排出部４０と、基板Ｓに成膜を行うための、第１カソード４２ａ、第２カソード４２ｂ、第３カソード４２ｃ、第４カソード４２ｄ、第５カソード４２ｅおよび第６カソード４２ｆの６つのカソード（カソード装置）、ならびに、基板Ｓを所定の成膜位置に保持しつつ長手方向に搬送する円筒状のドラム５０を有する成膜部４４と、（真空）チャンバ５２とを有して構成される。
【００２５】
入排出部４０は、上流（基板Ｓ搬送方向の上流）のプラズマ処理室１４から搬送された基板Ｓをドラム５０に搬送し、ドラム５０から搬送された成膜済みの基板Ｓを下流の第１透過率測定室１８に搬送するものであり、ガイドローラ５４、５６、５８、６０、６２、および６４と、真空ポンプ３４とを有する。
【００２６】
入排出部４０と、第１カソード４２ａおよび第６カソード４２ｆとの間には、チャンバ５２の内壁からドラム５０の側面に延在するように、隔壁６６および６８が配置される。この隔壁６６および６８により、入排出部４０と、成膜部４４（第１カソード４２ａおよび第６カソード４２ｆによる成膜系）とを略気密に分離して、圧力が互いに影響を及ぼさないようになっている。
なお、入排出部４０の真空度は、第１カソード４２ａおよび第６カソード４２ｆによる成膜系の成膜条件に応じて、適宜、決定すればよい。
【００２７】
入排出部４０において、ドラム５０と隣接するガイドローラ５８および６０は、駆動ローラであり、それ以外は従動ローラである。
また、ガイドローラ５６は、基板Ｓにかかる張力（テンション）を調節する調節手段となっており、同出口に配置されるガイドローラ６２は、基板Ｓにかかる張力を検出する検出手段（テンションピックアップ）となっている。
【００２８】
ここで、図示例においては、第１成膜室１６における基板Ｓの張力は、２種のコントロール方法が選択可能となっている。
１つは、張力の検出手段であるガイドローラ６２にかかる力で基板Ｓの張力を検出し、この検出結果に応じて、調整手段であるガイドローラ５６の位置を調節して張力を調節する方法である。
もう１つの方法は、ドラム５０による搬送速度と、ドラム５０の下流に位置する駆動ローラであるガイドローラ６０の搬送速度との速度差によって、張力を調整する方法である。ドラム５０の回転速度は、成膜条件に応じて決定され一定速度であるので、それに対してガイドローラ６０の回転速度を調節して、基板Ｓの張力を調整する。
【００２９】
基板Ｓを搬送しつつ連続的に薄膜を成膜する装置、特に、本発明のようにドラムに基板Ｓを巻き掛けて搬送しつつ成膜を行う装置では、基板Ｓの搬送性（走行性）は、表面滑性や厚さ、剛性などに応じて異なる。
従って、図示例の成膜装置１０のように、直接張力を検出して張力の調整を行う方法と、ドラムと、ドラムの下流で最も隣接する駆動ローラとの速度差で張力の調整を行う方法とを選択可能とし、基板Ｓの表面滑性等に応じて調整方法を選択することにより、基板Ｓに応じた適正な張力の調整を行って、基板Ｓを安定して搬送することができ、搬送に起因する膜厚のムラ等を大幅に低減できる。
【００３０】
なお、本発明の成膜装置において、成膜時における基板Ｓの搬送速度には、特に限定はなく、対象とする基板Ｓ、要求される成膜速度、カソードの出力等に応じて、適宜、決定すればよいが、例えば、０．０１ｍ／ｍｉｎ〜１００ｍ／ｍｉｎの範囲で調整可能とするのが好ましい。
【００３１】
第１成膜室１６において、入出力部４０の下方には、第１カソード４２ａ〜第６カソード４２ｆおよびドラム５０を有する成膜部４４が位置する。
ドラム５０は、側面に基板Ｓを巻き掛けて回転することにより、基板Ｓを所定の成膜位置に保持しつつ、長手方向に搬送するものである。
図示例において、ドラム５０は成膜中における基板Ｓの加熱／冷却手段を兼ねており、成膜中の基板Ｓの温度を例えば、−５０℃〜４００℃の範囲でコントロールする。ドラム５０による基板Ｓの加熱／冷却方法には、特に限定はなく、ドラム５０内部を含む液体の冷媒や熱媒の循環経路を形成して、温度調整した冷媒や熱媒を循環させる方法等、公知の方法が、各種利用可能である。
また、図示例においては、ドラム５０は、groundに落とした状態（アースした状態）と、電気的にフローティングな状態とを、選択可能になっている。
【００３２】
成膜部４４には、ドラム５０の回転方向に対応して６つのカソードが配置されており、ドラム５０の側面（周面）に対面して、図中右側面のチャンバ壁７０に第１カソード４２ａおよび第２カソード４２ｂが、同下面のチャンバ壁７０に第３カソード４２ｃおよび第４カソード４２ｄが、同左側面のチャンバ壁７０に第５カソード４２ｅおよび第６カソード４２ｆが、それぞれ取り付けられている。第１カソード４２ａ〜第６カソード４２ｆは、取り付け位置が異なるのみで、同じものである（以下、各カソードを判別する必要が無い場合には、カソード４２とする）。
カソード４２は、成膜材料となるターゲットの保持手段、電極、電源、冷却手段、磁石等を有する、マグネトロンスパッタリングのカソードである。また、図示例において、カソード４２は、成膜対象となる基板Ｓの幅に対応する、ドラム５０の中心線方向（以下、この方向を「幅方向」、ドラム５０の回転対応する方向を「搬送方向」とする）の長さを有するターゲットを保持する。
【００３３】
このような第１成膜室１６においては、ドラム５０によって基板Ｓを所定の成膜位置に保持して長手方向に搬送しつつ、ターゲットを保持した各カソード４２を駆動することによって、スパッタリングによる成膜を行う。
ここで、各カソード４２で成膜する薄膜は、同じであってもよく、異なるものであってもよく、同じ膜を形成するカソードと異なる膜を形成するカソードが混在してもよい。従って、カソード４２に装着するターゲットは、互いに、異なるものでも、同じものでもよい。さらに、全てのカソードを作動する必要はなく、適宜、選択したカソードのみを駆動して、成膜を行ってもよい。
すなわち、図示例の成膜ライン１０においては、最大で、組成の異なる８層の薄膜を成膜できる。
【００３４】
ここで、第１成膜室１６（本発明の成膜装置）においては、図３にカソード４２ａを例示して示すように、チャンバ５２は、チャンバ壁７０に、内側に向かって凸（外からは凹）で、かつ、内壁面に対して傾斜することにより、ドラム５０の中心線（回転軸）に向かう凹部７２を有し、各凹部７２に各カソード４２が取り付けられる。
凹部７２は、チャンバ５０内部側の先端面７２ａに開口７４を有する筒状である。また、カソード４２は、ターゲットＴの装着部近傍に、この凹部７２に先端面７２ａに当接するフランジ７６を有する。
【００３５】
カソード４２は、チャンバ５２の外側から凹部７２に挿入され、開口７４からターゲットＴをチャンバ５２内部（成膜系）に挿入し、例えば、ボルトとナットや固定治具等の公知の手段で、フランジ７６が先端面７２ａに固定される。これにより、ターゲットＴとドラム５０（基板Ｓ）とを対面させて、カソード４２が第１成膜室１６の所定位置に装着され、かつ、開口７４が気密に閉塞される。
また、このようなカソード４２は、チャンバ５２の所定位置に装着された状態では、ターゲットＴ、および、後述するアノードとなる電極や反応ガス等の導入部などのターゲットＴの周りに配置される部材のみが、チャンバ５２内に位置する。従って、例えば、電源、駆動のコントロール手段、冷却水の循環手段、マグネトロンスパッタリングを行うための磁石、後述する反応ガスのコントロール手段等は、チャンバ５２の外部すなわち成膜系の外部に位置する。
以下、全てがチャンバ内に挿入される通常のカソードと区別するために、このようなチャンバの外部から装着され、ターゲット周り以外が真空系の外部に存在するタイプのカソードをフランジ（マウント）タイプのカソードと称する。
【００３６】
また、図示例においては、凹部７２は、カソード４２を取り付けた際に、ドラム５０の回転方向（＝基板Ｓの搬送方向）に対して、ターゲットＴの表面とドラム５０側面の接線（＝基板Ｓ）とが略平行となるように形成される。すなわち、凹部７２は、これを満たすように、チャンバ５２の内壁面に対して傾斜する。このように、ターゲットＴの表面とドラム５０側面の接線とを略平行とすることにより、基板Ｓに斜めに入射するスパッタ粒子成分を減少し、成膜の過程から膜質の良好な薄膜を形成することができる。
図示例のカソード４２において、ターゲットＴは、基本的に、表面がフランジ７６面（＝先端面７２ａ）と平行となるように、カソード４２に固定される。また、図示例のチャンバ５２においては、カソード４２のフランジ７６を固定する先端面７２ａは、凹部７２のチャンバ５２内への突出方向と直交するように形成される。従って、上記条件を満たすためには、図３（Ｂ）中に概念的に示すように、一点鎖線で示す凹部７２の延在方向の中心線（搬送方向の中心線）が、ドラム５０の中心線に向かうように、凹部７２を形成すればよい。
【００３７】
このように、チャンバ壁７０に、カソード４２を固定するための凹部７２を形成することにより、図示例のように、ドラム５０の側面に対面する１つのチャンバ壁（以下、単に「１つのチャンバ壁」とする）に複数のカソード４２を装着しても、各カソード４２が保持するターゲットＴを基板Ｓに適正に対面することができ、かつ、基板ＳとターゲットＴとの距離を、最適に設定することができる。また、後述するような隔壁を設けることにより、各カソード４２に対応する成膜系の容積を小さくすることができ、排気効率を良好にして、効率のよい成膜を行うことができる。
特に、チャンバ壁７０を、このような凹部７２を有する形状とすることにより、フランジタイプのカソード４２を有効に利用することができ、フランジタイプのカソード４２の特性、および凹部７２を有することによる利点を十分に生かして、カソード４２の装着や取り外しを容易に行うことが可能で、成膜効率、操作性やメンテナンス性に優れた成膜装置を実現できる。さらに、本発明においては、フランジタイプのカソードを用いることにより、カソードの取り付け位置やチャンバの設計自由度も大幅に向上でき、目的に応じた成膜装置を容易に作製することができる。
【００３８】
さらに、後に詳述するが、本発明の成膜方法では、複数のカソード４２を組み合わせて、各カソード４２のターゲットに印可する電圧を、周期的に正負に切り換えて、複数のカソード４２において、アノードとカソードとの作用を周期的に切り換えて成膜を行う（正負交互電圧印加方式）。本発明の成膜装置１０、特に、フランジタイプのカソード４２を用いる態様によれば、容易に、１つのチャンバ壁に複数のカソードを装着し、かつ、基板ＳとターゲットＴとの関係を適正にできるので、このような特殊な成膜方法にも、好適に対応することができる。
【００３９】
なお、本発明の成膜装置において、カソードの数は図示例の６つに限定はされず、５以下であってもよく、あるいは、７以上のカソードを有するものであってもよい。
さらに、本発明の成膜装置の特性をより良好に発現するためには、全てのカソードがフランジタイプであるのが好ましいが、本発明は、これに限定はされず、全ての構成要素がチャンバ内に挿入される、通常のカソードも利用可能であり、通常のカソードとフランジタイプのカソードとを併用してもよい。
【００４０】
ここで、図示例においては、成膜室は、１つの壁面に複数の凹部７２を有し、すなわち、複数のカソード４２が装着される。
ここで、各カソード４２にターゲットＴが適正に固定され、かつ、カソード４２が適正に凹部７２に装着された場合には、１つの壁面で隣り合わせるカソード４２は、互いのターゲット表面からの垂線が交差するように配置されるのが好ましい。すなわち、図示例においては、図３（Ｂ）に模式的に示すように、第１カソード４２ａと第２カソード４２ｂの中心線が平行ではなく、かつ、広がることがなく、交差して角度αを成すように配置されるのが好ましい。また、この角度αは、好ましくは１０°〜１８０°、より好ましくは１５°〜８０°、特に好ましくは２０°〜６０°である。
【００４１】
先にも述べたが、本発明の成膜方法では、複数のカソード４２を組み合わせて、正負交互電圧印加方式によって成膜を行う。ここで、この成膜方法では、同一のチャンバ壁に固定される隣り合わせるカソード４２を組み合わせて、両者でアノードとカソードとを切り換えて成膜を行う場合が多い。
前記角度を上記範囲とすることにより、この正負交互電圧印加方式による成膜を、より好適に行うことができる。
【００４２】
また、ドラム５０および各カソード４２の位置は、可能な範囲で、ターゲットのＴの表面の任意の位置を通過する鉛直線が、ドラム５０と交わるもしくは接することがないように、各部材の位置を設定するのが好ましい。これにより、成膜中にターゲットＴの表面に生じる酸化物等が落下しても、基板Ｓに付着するのを防止でき、これに起因する得率の低下等を防止できる。
【００４３】
前述のように、図示例において、第１成膜室１６には６つのカソード４２が配置される。ここで、各カソード４２による成膜系（成膜空間）は、チャンバ５２の内壁面からドラム５０に向かって延在する隔壁６６、６８、８０、８２、８４、８５および８６で略気密に隔離され、隣接する成膜系や空間（入排出部４０等）において、互いの圧力が影響を及ぼさないようにされる。また、それぞれの成膜系に真空ポンプ３４が配置され、好ましい態様として、隣接する成膜系において、真空ポンプ３４の位置をターゲットに対して対称の位置としている。
【００４４】
これにより、各カソード４２に異なる材料のターゲットを固定して、基板Ｓに多層の成膜等を行う場合にも、それぞれの材料に応じた適正な成膜条件を設定することができ、また、各材料や反応ガスの不要な混合を防止できる。また、真空ポンプ３４の位置を、上記位置にすることにより、各成膜系におけるガスの流れを対称にして、反応ガスやプラズマの流れのバランスを保つことができ、より好適な成膜を行うことができる。
【００４５】
さらに、各ターゲットの近傍に真空計を配置して、より好適な成膜圧力の制御を可能にしている。なお、真空計には、特に限定はなく、十分な応答性が得られるものであれば、各種の真空計が利用可能であり、一例として、キャパシタンスマノメータが好適に例示される。
【００４６】
ここで、第１カソード４２ａと第２カソード４２ｂとの間の隔壁８４、第３カソード４２ｃと第４カソード４２ｄとの間の隔壁８５、および第５カソード４２ｅと第６カソード４２ｆとの間の隔壁８６は、公知の手段で移動可能（もしくは開閉可能）になっており、対応するカソード４２の空間を、連通した状態と、略気密に分離した状態とにできる。
図示例の成膜装置１０においては、本発明の正負交互電圧印加方式で成膜を行う際には、隔壁８４、隔壁８５、および隔壁８６の少なくとも１つを移動して、第１カソード４２ａと第２カソード４２ｂとの空間、第３カソード４２ｃと第４カソード４２ｄとの空間、および、第５カソード４２ｅと第６カソード４２ｆとの空間の少なくとも１つを連結して連結して成膜を行う。なお、本発明においては、必要に応じて、隔壁８０および８２も移動可能に構成してもよい。
【００４７】
図示例の成膜装置１０においてカソード４２の電源は、好ましい態様として、直流のパルス電源を用いる。また、投入パワーのコントロールは、電力コントロール、電流コントロール、および電圧コントロールの内から、任意の方法を選択可能となっている。これらは、使用する成膜材料や基板、成膜条件等に応じて、適宜、選択すればよい。
また、カソード４２の出力（最大成膜パワー）にも特に限定はなく、成膜対象等に応じた十分な出力を、適宜、設定すればよい。
【００４８】
図示例において、カソード４２は、アノードとして作用する電極も有しており、カソードのみとしての作用、アノードのみとしての作用、カソードとアノードとの両者としての作用が、選択／切り換え自在になっている。
図３（Ｃ）に概念的に示すように、図示例のカソード４２においては、幅方向に延在する直方体状で、かつ、搬送方向の中央に、幅方向に長尺でドラム５０側表面から逆面まで貫通する貫通穴Ｔｈを有するターゲットＴが用いられる。
また、ドラム５０の回転方向の上流（もしくは下流）には、アノードとして作用する、幅方向に延在する長尺な矩形状の電極４３ａを有する（以下、電極４３ａはアノード４３ａと称する）。さらに、図示例のカソード４２は、好ましい態様として、スパッタリングで生じる酸化物等による汚染を防ぐために、アノード４３ａと若干離間した上部に、アノード４３ａを覆うカバー４３ｂを有している。
【００４９】
通常のスパッタリング装置では、チャンバ等がカソードに対してプラス電位となり、いわばアノードとなって放電して、スパッタリングによる成膜を行う。
これに対し、図示例の第１成膜室１６においては、カソード４２は、ターゲットＴあるいはさらにアノード４３ａには、正および負の両電位を印加可能となっており、前記通常のスパッタリングはもちろん、これとは異なる各種の成膜方法が実施可能である。
【００５０】
１つは、カソード４２おいて、自身が保持するターゲットＴをカソード電位としてカソードとして作用させ、自身が有するアノード４３ａをアノードとして作用させる方法である。好適な一例として、カソード４２が保持するターゲットＴに零および負のパルス電位を印加して放電させてスパッタリングによる成膜を行う方法（以下、負／零パルス電圧印加方式とする）が例示される。すなわち、この方法では、カソード（ターゲットＴ）に対してアノード４３ａがプラスになって放電する。
【００５１】
別の好適な例として、カソード４２が有するアノード４３ａは使用せず、複数のカソード４２を組み合わせて、組み合わせた各カソード４２のターゲットＴに、交互かつ互い違いに正負のパルス電位を印加することにより、対応するターゲットＴ同士を、交互にアノードおよびカソードとして作用させて放電させ、スパッタリングによる成膜を行う方法（以下、正負交互（パルス）電圧印加方式とする）である。
正負交互電圧印加方式の一例として、第１カソード４２ａと第２カソード４２ｂとを組み合わせて、両者のターゲットＴに交互かつ互い違いに正負のパルス電位を印加して放電させる方法が例示される。
また、正負交互電圧印加方式では、カソード４２の組み合わせは１対１に限定はされない。例えば、第１〜第４カソード４２ｄを組み合わせて、第２カソード４２ｂに対して、第１カソード４２ａ、第３カソード４２ｃおよび第４カソード４２ｄを１つのグループとし、前記グループのターゲットＴは同極性として、第２カソード４２ｂと前記グループとの各ターゲットＴに正負のパルス電位を交互かつ互い違いに印加して放電させる方法も、利用可能である。従って、この際には、第２カソード４２ｂと第３カソード４２ｃとの間の隔壁も、移動するのが好ましい。
【００５２】
さらに、第１成膜室１６においては、負／零パルス電圧印加方式と正負交互電圧印加方式など、異なる複数の方法を併用して成膜を行ってもよい。
【００５３】
なお、このような第１成膜室１６においては、成膜する際には、カソード４２が有する部位をアノードとして作用させ、これ以外の部材は、アノードとして作用させないで成膜を行うのが好ましい。これにより、チャンバ内壁の汚染等を好適に防止して、メンテナンスを容易にできる等の利点を得ることができる。
【００５４】
図示例において、カソード４２は、好ましい態様として、ターゲットＴを移動することにより、ターゲットＴの表面と、ドラム５０に保持された基板Ｓの表面との距離を、ターゲット表面と基板表面との平行を保持したまま調整する調整手段を有する。
このような機能を有することにより、膜質や分布、材料利用効率のコントロール性等の点で、好適な結果を得られる。
【００５５】
この調整距離には、特に限定はないが、本発明者の検討によれば、４０ｍｍ〜２５０ｍｍであるのが、好ましい。
また、ターゲットＴの移動手段にも、特に限定はなく、機械的な方法やシリンダを用いる方法等の公知の方法によればよい。
【００５６】
図示例において、カソード４２は、酸素などの反応ガス、および、アルゴンなどのスパッタリングガスの導入手段を有している。
前述のように、カソード４２においては、中央に貫通穴Ｔｈを有する直方体状のターゲットＴが用いられる。反応ガスやスパッタリングガスは、好ましい一例として、この貫通穴Ｔｈから導入され、すなわち、反応ガス等をターゲットＴの極近傍に導入することができる。
【００５７】
ここで、カソード４２は、例えば、幅方向に３分割など、幅方向に均等に分割した領域毎に、独立して反応ガスの導入量をコントロールできるようになっている。図示例においては、各領域毎に、マスフローコントローラとピエゾバルブとを設け、マスフローコントローラで大まかな導入量の調整を行い、ピエゾバルブで精密な調整を行う。
なお、分割した各領域毎の反応ガスの流出口は、例えば各領域の中心など、各領域に１つであってもよいが、流量を調整した後の導入経路を分割して、各領域毎に幅方向に均等に反応ガスを導入するように、各領域毎に均等に分割された複数箇所から反応ガスを導入するのが好ましい。
【００５８】
金属酸化物等の成膜において、反応ガスを導入して成膜を行う場合には、反応ガス量が膜質に大きく影響するが、反応ガス量を全域にわたって均一に制御しても、基板の表面から放出される水分やガスがあり、両者のバランスによって、反応に寄与するガス量が変動して、膜の反応状態が変化し、目的とする品質が得られず、また、品質の安定性も悪い。
これに対し、図示例のように、幅方向に分割した領域で、独立に反応ガスの導入量をコントロールすることにより、各領域毎に、反応状態や成膜状態等に応じて反応ガス量をコントロールすることができるので、適正な品質で、均一かつ均質な薄膜を安定して成膜することができる。
【００５９】
なお、幅方向において、反応ガスの導入量をコントロールする間隔には、特に限定はないが、１０００ｍｍに１箇所以上の間隔で反応ガスをコントロールするのが好ましく、５００ｍｍに１箇所以上がより好ましく、特に、２５０ｍｍに１箇所以上の間隔で反応ガスをコントロールするのが好ましい。
【００６０】
図示例において、各領域毎の反応ガスのコントロールは、光学的な測定を利用してコントロールする手段（Optical emission control）と、ターゲット表面の電圧測定を利用してコントロールする手段(Impedance control)とが選択可能になっている。
【００６１】
周知のように、スパッタリングによる膜質は反応ガスの量によって変動するが、反応に寄与している反応ガスの量は、スパッタリングによる放電の発光量で知見できる。カソード４２は、この放電発光の測定手段を、反応ガスをコントロールする各領域毎に有しており、例えば、酸化チタン、酸化インジウムスズ等を成膜する際には、各領域毎の放電発光の測定結果に応じて、各領域の反応ガス導入量をコントロールする。
また、同様に、反応に寄与している反応ガスの量に応じて、ターゲットの放電電圧も変動する。カソード４２は、この放電電圧の測定手段を、反応ガスをコントロールする各領域毎に有しており、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の絶縁物を成膜する際には、この電圧測定結果に応じて、各領域の反応ガス導入量をコントロールする。
反応ガス導入量の調整は、例えば、closed-loop でＰＩＤコントロール等を利用して行えばよい。
【００６２】
なお、放電発光量の測定方法、および、表面電圧の測定方法は、共に、公知の方法を用いればよい。
また、成膜装置１０においては、このようにして反応ガスの導入量をコントロールするモードと、放電発光や電圧の測定を行わずに、反応ガス導入量を或る値に設定して、コントロールを行わないモードとが選択可能になっている。
【００６３】
また、カソード４２は、異常放電の検出手段を有しており、異常放電が発生した際には、一瞬、電力供給を停止して、異常放電が薄膜や基板Ｓに悪影響を与えることを防止する。
この電力供給の停止時間(Arc interrupt time)には、特に限定はないが、１０μｓ（μ秒）〜１００００μｓが好ましく、３０μｓ〜７０００μｓがより好ましく、特に、５０μｓ〜５０００μｓが好ましい。
なお、異常放電の検出は、電圧異常検知等の公知の方法で行えばよい。
【００６４】
前述のように、スパッタリングにおいては、ターゲット表面のエロージョンにより、膜厚や膜質が均一にならず、また、ターゲットの寿命が短く、使用効率も悪い。
ここで、前述のように、カソード４２はマグネトロンスパッタリングを行うカソードであり、磁石を内蔵している。また、カソード４２は、この磁石をターゲットに対して接離する移動手段を有しており、この磁石の移動により、ターゲット表面の磁場強度を調整することができる。これにより、局所的なエロージョンの進行を抑え、エロージョンの進行に起因する膜厚や膜質のムラ、ターゲット寿命の低減、ターゲット利用効率の低下等を防ぐことができる。
なお、磁石の移動範囲には、特に限定はなく、磁石の強度等に応じて、適宜、決定すればよいが、最大で３０ｍｍ程度の移動量が確保できれば、十分に、局所的なエロージョンの進行防止効果が得られる。
【００６５】
以下、第１成膜室１６を参照して、本発明の成膜方法について説明する。
本発明の成膜方法は、長尺な基板Ｓを長手方向に搬送しつつ連続的にスパッタリングで成膜する成膜方法において、直流電源を有する複数のカソードを組み合わせ、各カソードのターゲットに、正負の電圧を所定の周波数で交互にパルス印加して放電させて、スパッタリングによる成膜を行う（前記正負交互電圧印加方式）。すなわち、組み合わせられたターゲットを、一方はアノード、他方はカソードとして作用させ、かつ、所定の周波数でアノードとカソードを切り換えて、スパッタリングによる成膜を行う。
例えば、第１成膜室１６において、隔壁８４を移動して連通状態とし、第１カソード４２ａと第２カソード４２ｂとにターゲットを固定し、両カソード４２のターゲットに正負のパルス電圧を所定周波数で互い違いに交互に印可して、基板Ｓにスパッタリングによる成膜を行う。
【００６６】
このような正負交互電圧印加方式を用いる本発明の成膜方法によれば、放電の方式上、プラズマの密度を非常に高くすることができ、プラズマによる基板Ｓのトリートメント効果を良好に得て、その結果、密着性の良好な薄膜を成膜できる。しかも、プラズマの密度が高いので、緻密で、かつ、良好な剛性を有する膜を成膜することができる。
また、各ターゲットに印可する電圧を正負で周期的に切り換えるので、異常放電に発展する可能性のあるプラスの電荷が、切り替えの周波数に応じて周期的に除去され、その結果、異常放電を好適に防止して、これに起因する基板Ｓや膜質の劣化を防止して、適正品質の薄膜を安定して得ることができる。
従って、求められる膜の特性に応じて、例えば、この正負交互電圧印加方式と、前記負／零パルス電圧印加方式と使い分けることにより、多種多様な用途や要求に応じて、好適な薄膜を成膜することができる。
【００６７】
本発明の成膜方法において、印可する電圧の周期的な切り替え、すなわち、正負電圧交互印加の周波数には、特に限定はない。
ここで、本発明者の検討によれば、正負交互電圧印加の効果を好適に得られる、成膜プロセスの安定性等の点で、各ターゲットへの正負の電圧印加を１サイクル（カソードおよびアノードの作用を１つのサイクル）として、１ｋＨｚ〜２００ｋＨｚで印可する電圧を切り換えるのが好ましく、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚがより好ましく、特に１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚが好ましい。
【００６８】
さらに、このような正負交互電圧印加方式を用いる本発明の成膜方法においては、組み合わされる２つのカソードにおいて、互いのターゲット表面からの垂線は平行であってもよいが、この垂線が交差するようにカソードを配置するのが好ましい。特に、この垂線が交差して成す角度が、１０°〜１８０°であるのが好ましく、１５°〜８０°であるのがより好ましく、２０°〜６０°であるのが特に好ましい（図３（Ｂ）参照）。
【００６９】
成膜部４４において、カソード４２による成膜を行われた基板Ｓは、入排出部４０から、第１透過率測定室１８に送られる。
なお、第１透過率測定室１８と、第２透過率測定室２２とは、まったく同様のものであるので、同じ部材には同じ符号を付し、説明は、第１透過率測定室１８を代表例として行う。
【００７０】
第１透過率測定室１８（第２透過率測定室２２）は、真空ポンプ３４と、透過率計９０とを有して構成される。
透過率計９０は、公知の透過率計であり、第１成膜室１６で薄膜を成膜された基板Ｓの透過率を測定する。成膜ライン１０においては、この透過率の測定結果から、膜質や膜厚の分布、プロセス安定性等を知見して、生産管理を行う。
【００７１】
前述のように、第２成膜室２０は第１成膜室１６と、第２透過率測定室２２は第１透過率測定室１８と、共に、全く同様のものである。
基板Ｓは、第１透過率測定室１８から第２成膜室２０に搬送され、必要に応じて１以上のカソード４２でスパッタリングによる成膜を行われ、次いで、第２透過率測定室２２で必要に応じて透過率を測定され、巻取室２４に搬送される。
【００７２】
なお、成膜ライン１０においては、成膜は、第１成膜室１６および第２成膜室２０の両方で行うのに、限定はされず、いずれか一方の成膜室のみで成膜を行ってもよいのは、もちろんである。また、成膜を行わない成膜室は、基板Ｓを所定経路で掛け回さずに、例えば、上流の室から下流の室に、最短距離で基板Ｓが抜けるようにしてもよい。
また、第１透過率測定室１８および第２透過率測定室２２における基板Ｓの透過率測定も、成膜を行った成膜室等に対応して、必要に応じて行えばよい。
【００７３】
巻取室２４は、スパッタリングによって薄膜を成膜された基板Ｓを、再度、ロール状に巻き取る部屋であり、真空ポンプ３４と、４つのガイドローラ９２、９４、９６および９８と、巻取ローラ１００とを有して構成される。
成膜された基板Ｓは、ガイドローラ９２、９４、９６および９８に案内されて、巻取ローラ１００に至り、ここで、再度、ロール状に巻回される。なお、ガイドローラ９６は、テンションコントローラとなっており、基板Ｓのテンションを調整して、巻取ローラ１００による巻回状態を調整する。
【００７４】
以上、本発明の成膜方法および成膜装置について、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【００７５】
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【００７６】
［実施例１］
図１に示される成膜ライン１０を用いて、基板Ｓとして成膜を行った。
【００７７】
基板Ｓとして、幅７５０ｍｍ、厚さ１８８μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用い、図１に示されるように、供給室１４（供給ローラ２６）から巻取室２４（巻取ローラ１００）まで、基板Ｓを掛け渡した。但し、第２成膜室２０は、各ガイドローラやドラム５０に基板Ｓを掛け回さずに、第１透過率測定室１８から第２透過率測定室２２まで、直線的に抜けるようにした。
また、第１カソード４２ａおよび第２カソード４２ｂには、ターゲットとしてＩＴＯ（Ｓｎ；１０ｗｔ％）を取り付け、隔壁８４を移動して、両カソード４２の成膜系を連通して１つの成膜系（隔壁６６および８０、ドラム５０、チャンバ内壁で囲まれた空間）とした。
【００７８】
基板Ｓを１ｍ／ｍｉｎで搬送しつつ、各室の真空ポンプ３４を駆動して減圧を開始し、かつ、供給室１２の加熱ゾーン２８、および、プラズマ処理室１４のプラズマ処理ゾーン３６の駆動を開始した。
供給室１２における加熱処理は８０℃で行った。また、プラズマ処理室１４における処理は、０．００１Ｐａまで減圧した後、Ａｒを導入して２Ｐａとし、Ｔｉ電極間に１ｋＷのエネルギを投入して行った。
両者とも、基板Ｓの搬送速度は、成膜における搬送速度と、基本的に、同一である。
【００７９】
成膜系の真空度が０．００１Ｐａ（到達真空度０．００１Ｐａ）となった時点で、第１カソード４２ａおよび第２カソード４２ｂからアルゴンガス（Ａｒ１００％）を１５０ｓｃｃｍ導入し、対応する成膜系の圧力を０．５Ｐａ（成膜圧力０．５Ｐａ）とした。
次いで、成膜パワーを５ｋＷとして、第１カソード４２ａおよび第２カソード４２ｂのターゲットに正負の電圧を交互に印加し、メタルモードの成膜を開始した。なお、正負交互電圧印加の周波数は、正負の電圧印加を１サイクルとして５０ｋＨｚとし、また、各カソードにおける正負の比率は５０％ずつ（正のデューティー５０％）とした。
【００８０】
このようなメタルモードの成膜を行いつつ、成膜開始から５分経過した時点で第１カソード４２ａおよび第２カソード４２ｂに酸素を導入して、基板ＳにＩＴＯ膜の成膜を行った。
なお、第１カソード４２ａおよび第２カソード４２ｂからの酸素導入は、基板Ｓに対応する７５０ｍｍを三等分した各領域の中心点で４５１ｎｍの発光量を測定し、成膜開始から５分経過した時点の発光量を９５％と見なして、全ての発光量測定点における発光量が８５％となるように、各領域の酸素導入量をコントロールして行った（Optical emission controlによる酸素ガス導入量制御）。また、酸素導入量の調整は、closed-loop のＰＩＤ制御を利用した。
【００８１】
酸素導入後にＩＴＯを成膜された長さ５０ｍの基板Ｓについて、幅方向の中心６００ｍｍに対して、密着力、抵抗率分布、透過率、および表面性を検査した。結果を以下に示す。なお、ＩＴＯ膜の膜厚は、約３０ｎｍであった。
【００８２】
密着力；  幅方向５点×長手方向５点の合計２５点について、セロハンテープ（ニチバン社製）を用いてクロスカッターテストを行った。その結果、何れの点でも、剥離は認められなかった。
抵抗率分布；  幅方向５点×長手方向５点の合計２５点について、抵抗率を測定した。その結果、抵抗率差は±５％以内であった。
透過率：  幅方向５点×長手方向５点の合計２５点について、分光光度計を用いて５５０ｎｍでの透過率を測定した。その結果、透過率の差は±０．１％以内であった。
表面性；  目視観察の結果、ＩＴＯ膜に、０．５ｍｍ以上のピンホールや異物付着は観察されなかった。
【００８３】
なお、基板Ｓの表面の複数箇所にランダムにサーモラベルを貼着して、供給室１２における加熱処理、および、プラズマ処理室１４におけるプラズマ処理を行わない以外は、全く同様にしてＩＴＯ膜の成膜を行った。
その結果、サーモラベルは約５０℃を示し、すなわち、成膜が低温で行われていることが分かった。
【００８４】
［実施例２］
ターゲットとして金属硅素を用いて、成膜条件を下記とした以外は、前記実施例１と全く同様にして、酸化硅素（ＳｉＯ2）膜を成膜した。なお、酸化硅素膜の膜厚は、約７０ｎｍであった。
基板Ｓの搬送速度；  ０．５ｍ／ｍｉｎ
到達真空度；  ０．００１Ｐａ
成膜圧力；  ０．１Ｐａ（１００％Ａｒガス導入）
成膜パワー；  第１カソード４２ａおよび第２カソード４２ｂ共に１０ｋＷ
正負交互印加電圧の周波数；  ５０ｋＨｚ
デューティー；  ５０％
酸素導入量調整；  放電電圧が、常に５００Ｖとなるように、第１カソード４２ａおよび第２カソード４２ｂの酸素導入量を制御した
【００８５】
得られた酸化硅素膜について、幅方向の２０点について、接触式の段差計（ＤＥＫＴＡＣ）を用いて膜厚を測定した。その結果、膜厚分布は、７００ｍｍ幅で±５％、６５０ｍｍ幅で±３％、５００ｍｍ幅で±１．５％であった。
また、膜厚測定点における表面性を目視観察した結果、酸化硅素膜に０．５ｍｍ以上のピンホールや異物付着は観察されなかった。
さらに、モコン法によって、４０℃、９０％Ｒｈでの水蒸気透過度を測定したところ、０．１ｇ／ｍ2・ｄａｙと、良好なガスバリア性が確認された。
【００８６】
［比較例１］
正負交互電圧印加方式を用いずに、カソード４２のアノード４３ａをアノードとして用い、ターゲットに同様（５ｋＷ、５０ｋＨｚ、デューティー８０％）の負のパルス電圧を印加して放電を行った以外は、前記実施例１と全く同様にして、スパッタリングによるＩＴＯ膜の成膜を行った。
実施例１と同様にして密着力を評価したところ、剥離箇所が多く、密着性が不良であった。また、このＩＴＯ膜には、異常放電に起因する欠陥が多数、目視された。
【００８７】
［比較例２］
正負交互電圧印加方式を用いずに、カソード４２のアノード４３ａをアノードとして用い、ターゲットに同様（１０ｋＷ、５０ｋＨｚ、デューティー８０％）の負のパルス電圧を印加して放電を行った以外は、前記実施例２と全く同様にして、スパッタリングによる酸化硅素膜の成膜を行った。
実施例２と同様に、表面性を目視観察したところ、異常放電に起因すると考えられる０．５ｍｍ以上のピンホールや異物付着が多数観察された。また、実施例２と同様に水蒸気透過度を測定したところ、５ｇ／ｍ2・ｄａｙであり、ガスバリア性も不十分であった。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
【００８８】
以上、本発明の成膜装置および成膜方法について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【００８９】
例えば、図示例の成膜ライン１０は、加熱室１２およびプラズマ処理室１４を有しており、好ましい態様として、基板Ｓに加熱処理およびプラズマ処理を行った後に成膜を行っているが、本発明の成膜方法においては、両処理は必ずしも行う必要はなく、いずれか一方のみ、あるいは、このような処理を行わずに基板に成膜を行ってもよい。
また、本発明の成膜装置は、必ずしも本発明の成膜方法を実施するのに限定はされず、また、本発明の成膜方法は、必ずしも本発明の成膜装置で実施するのにも限定されないのは、もちろんのことである。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の成膜方法を実施する本発明の成膜装置を利用する成膜ラインの一例の概念図である。
【図２】図１に示される成膜ラインの第１成膜室の概念図である。
【図３】（Ａ）は図２の部分拡大図、（Ｂ）は図２を説明するための模式図、（Ｃ）は図３（Ａ）を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０  成膜ライン
１２  供給室
１４  プラズマ処理室
１６  第１成膜室
１８  第１透過率測定室
２０  第２成膜室
２２  第２透過率測定室
２４  巻取室
２６  供給ローラ
２８  加熱ゾーン
３０，３２，５４，５６，５８，６０，６２，６４，９２，９４，９６，９８  ガイドローラ
３４  真空ポンプ
３６  プラズマ処理ゾーン
４０  入排出部
４２ａ  第１カソード
４２ｂ  第２カソード
４２ｃ  第３カソード
４２ｄ  第４カソード
４２ｅ  第５カソード
４２ｆ  第６カソード
４４  成膜部
５０  ドラム
５２  チャンバ
６６，６８，８０，８２，８４，８５，８６  隔壁
９０  透過率計
【図１】
2006249473.tif 000003
【図２】
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【図３】
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