(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に二酸化ケイ素の成膜を行う二酸化ケイ素成膜工程と、
前記二酸化ケイ素成膜工程の後に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を予め導入するガス予供給工程と、
前記ガス予供給工程の後に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を導入するガス供給工程と、
前記基板上に薄膜を成膜する成膜工程と、を含み、
前記ガス供給工程と前記成膜工程は同時に行われ、
前記基板の材料は、ガラス、サファイア、アルミニウム、ステンレススチール、酸化アルミニウム、ＰＥＴ、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアセチルセルロースフィルム（ＴＡＣ）の内の少なくとも１種を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
基板上に二酸化ケイ素の成膜を行う二酸化ケイ素成膜工程と、
前記二酸化ケイ素成膜工程の後に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を予め導入するガス予供給工程と、
前記ガス予供給工程の後に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を導入するガス供給工程と、
前記基板上に薄膜を成膜する成膜工程と、を含み、
前記ガス供給工程は前記成膜工程の後に行われ、
前記基板の材料は、ガラス、サファイア、アルミニウム、ステンレススチール、酸化アルミニウム、ＰＥＴ、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアセチルセルロースフィルム（ＴＡＣ）の内の少なくとも１種を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
基板上に二酸化ケイ素の成膜を行う二酸化ケイ素成膜工程と、
前記二酸化ケイ素成膜工程の後に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を予め導入するガス予供給工程と、
前記ガス予供給工程の後に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を導入するガス供給工程と、
前記基板上に薄膜を成膜する成膜工程と、を含み、
前記ガス供給工程と前記成膜工程は同時に行われ、
前記薄膜は、防汚フィルム又は硬質膜を含む方法。
【請求項４】
基板上に二酸化ケイ素の成膜を行う二酸化ケイ素成膜工程と、
前記二酸化ケイ素成膜工程の後に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を予め導入するガス予供給工程と、
前記ガス予供給工程の後に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を導入するガス供給工程と、
前記基板上に薄膜を成膜する成膜工程と、を含み、
前記ガス供給工程は前記成膜工程の後に行われ、
前記薄膜は、防汚フィルム又は硬質膜を含む方法。
【請求項５】
基板上に二酸化ケイ素の成膜を行う二酸化ケイ素成膜工程と、
前記二酸化ケイ素成膜工程の後に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を予め導入するガス予供給工程と、
前記ガス予供給工程の後に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を導入するガス供給工程と、
前記基板上に薄膜を成膜する成膜工程と、を含み、
前記ガス供給工程は、基板を移動させることで、前記基板に水酸基含有気体を間欠的に供給することを特徴とする成膜方法。
【請求項６】
前記水酸基含有気体は、水蒸気、アルコールの内の少なくとも１種のガスを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ガス供給工程において、２種以上の水酸基含有気体を導入することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ガス供給工程において、真空チャンバー内に水酸基含有気体を第１の設定圧力Ｐ１まで導入し、前記第１の設定圧力Ｐ１は１×１０−３Ｐａ≦Ｐ１＜１×１０５Ｐａであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ガス予供給工程において、真空チャンバー内に水酸基含有気体を第２の設定圧力Ｐ２まで導入し、前記第２の設定圧力Ｐ２は１×１０−３Ｐａ≦Ｐ２≦２×１０４Ｐａであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガス予供給工程の直後に前記成膜工程を行うことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ガス供給工程において、前記水酸基含有気体を導入する時間（ｔ）はｔ≦６０ｍｉｎであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ガス予供給工程において、前記水酸基含有気体を導入する時間（ｔ）はｔ≦６０ｍｉｎであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記水酸基含有気体を導入する速度は１〜１００００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記水酸基含有気体は水蒸気であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法を実行して、前記薄膜を形成する成膜装置であって、
前記真空チャンバーと、
前記真空チャンバーに接続され、排気する排気機構と、
前記真空チャンバー内にて前記基板を保持する基板保持機構と、
前記真空チャンバー内に配置される成膜機構と、
前記真空チャンバーに接続され、前記真空チャンバー内に前記水酸基含有気体を導入可能な導入機構と、を含むことを特徴とする成膜装置。
【請求項１６】
前記導入機構は、２種以上の水酸基含有気体を導入可能であることを特徴とする請求項１５に記載の成膜装置。
【請求項１７】
前記導入機構は、水を気化可能な気化装置を含み、前記気化装置に、真空バルブが設けられる配管を介して前記真空チャンバーが接続されることを特徴とする請求項１５に記載の成膜装置。
【請求項１８】
前記配管にガス流量計が設けられることを特徴とする請求項１７に記載の成膜装置。
【請求項１９】
前記ガス流量計は、前記真空バルブと前記気化装置の間に設置されることを特徴とする請求項１８に記載の成膜装置。
【請求項２０】
前記配管の一端は、前記真空チャンバーの下部に挿通することを特徴とする請求項１９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、光学フィルム及び機能性フィルムなどの各種のフィルムに適した成膜装置及び成膜方法に関する。
本出願は、２０１７年４月１０日に出願された中国特許出願の２０１７１０２２９２９８．７に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。
【背景技術】
【０００２】
光学レンズ及び光学フィルタなどの光学材料に用いられる光学フィルム(反射防止フィルムを含む)の分野では、その光学特性がやや低下すると、最終製品の特性は顕著に低下することになる。このため、光学フィルムの光学特性（例えば、光透過率など）の向上が望まれている。【０００３】
また、下記に示される工程により、機能性フィルムの一つの例として防汚フィルムを成膜する技術（特許文献１）が知られている。該方法は以下のとおりである。まず、処理対象である二つ以上の基板を基板ホルダの基板保持面の全面に保持し、その後、該基板ホルダを真空チャンバー内で回転させる。次に、回転を維持した状態で、二つ以上の基板の全部にイオンを連続して照射する（イオンの全面照射）。そして、防汚フィルムの形成原料からなる成膜材料を、イオン照射によって表面凹凸が形成された基板の全部に、蒸発して付着させる（成膜材料の全面供給）。【０００４】
以上の工程により、二つ以上の基板における全部の基板の凹凸形成面に防汚フィルムを堆積することができる。該方法を採用すると、実用に耐えうる耐摩耗性を具備する防汚フィルムを形成することができる（特許文献１の第００２９段落を参照）。しかし、近年、防汚フィルムに対する耐摩耗性を更に向上させることが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９０４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、耐摩耗性を高め撥水、撥油、防汚などの各特性を有する機能性フィルムの成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明に係る成膜装置は、真空チャンバーと、前記真空チャンバーに接続され、排気する排気機構と、前記真空チャンバー内にて基板を保持する基板保持機構と、前記真空チャンバー内に配置される成膜機構と、前記真空チャンバーに接続され、前記成膜機構による成膜中に前記真空チャンバー内に水酸基含有気体を導入可能な導入機構と、を含む。
［２］本発明に係る成膜装置は、真空チャンバーと、前記真空チャンバーに接続され、排気する排気機構と、前記真空チャンバー内にて基板を保持するための基板保持機構と、前記真空チャンバー内に配置される成膜機構と、前記真空チャンバーに接続され、前記成膜機構による成膜後に前記真空チャンバー内に水酸基含有気体を導入可能な導入機構と、を含む。
［３］本発明に係る成膜装置は、真空チャンバーと、前記真空チャンバーに接続され、排気する排気機構と、前記真空チャンバー内にて基板を保持するための基板保持機構と、前記真空チャンバー内に配置される成膜機構と、前記真空チャンバーに接続され、前記基板に水酸基含有気体を導入可能な導入機構と、前記真空チャンバー内の基板保持機構を移動させることで前記基板に水酸基含有気体を間欠的に２回以上供給可能にさせる移動機構と、を含む。
［４］本発明に係る成膜装置において、前記水酸基含有気体は、気体状態にある、水、アルコールの内の少なくとも１種類を含んでもよい。
［５］本発明に係る成膜装置において、前記導入機構は、２種以上の水酸基含有気体を導入可能としてもよい。
［６］本発明に係る成膜装置において、前記導入機構は、水を気化可能な気化装置を含み、前記気化装置に、真空バルブが設けられる配管を介して前記真空チャンバーが接続されてもよい。
［７］本発明に係る成膜装置において、前記配管にガス流量計が設けられてもよい。
［８］本発明に係る成膜装置において、前記ガス流量計は、前記真空バルブと前記気化装置の間に設置されてもよい。
［９］本発明に係る成膜装置において、前記配管の一端は、前記真空チャンバーの下部に挿通されもよい。
［１０］本発明に係る成膜装置において、前記薄膜は、防汚フィルム又は硬質膜を含んでもよい。
［１１］本発明に係る成膜方法は、真空チャンバー内に水酸基含有気体を導入するガス供給工程と、基板上に薄膜を成膜する成膜工程と、を含み、前記ガス供給工程と前記成膜工程は同時に行われる。
［１２］本発明に係る成膜方法は、真空チャンバー内に水酸基含有気体を導入するガス供給工程と、基板に薄膜を成膜する成膜工程と、を含み、前記ガス供給工程は前記成膜工程の後に行われる。
［１３］本発明に係る成膜方法は、基板を移動させることで、基板に水酸基含有気体を間欠的に供給するガス供給工程と、基板に薄膜を成膜する成膜工程と、を含んでもよい。
［１４］本発明に係る成膜方法は、前記成膜工程の前に、真空チャンバー内に水酸基含有気体を導入するガス予供給工程を更に含んでもよい。
［１５］本発明に係る成膜方法において、前記水酸基含有気体は、水蒸気、アルコールの内の少なくとも１種のガスを含んでもよい。
［１６］本発明に係る成膜方法において、２種以上の水酸基含有気体を導入してもよい。
［１７］本発明に係る成膜方法において、前記ガス供給工程では真空チャンバー内に水酸基含有気体を第１の設定圧力Ｐ１まで導入し、前記第１の設定圧力Ｐ１は１×１０−３Ｐａ≦Ｐ１＜１×１０５Ｐａに設定されてもよい。
［１８］本発明に係る成膜方法において、前記ガス予供給工程では真空チャンバー内に水酸基含有気体を第２の設定圧力Ｐ２まで導入し、前記第２の設定圧力Ｐ２は１×１０−３Ｐａ≦Ｐ２≦２×１０４Ｐａに設定されてもよい。
［１９］本発明に係る成膜方法において、前記ガス予供給工程の直接に前記成膜工程を行ってもよい。
［２０］本発明に係る成膜方法において、ガス供給工程では、前記水酸基含有気体を導入する時間（ｔ）はｔ≦６０ｍｉｎとしてもよい。
［２１］本発明に係る成膜方法において、ガス予供給工程において、前記水酸基含有気体を導入する時間（ｔ）はｔ≦６０ｍｉｎとしてもよい。
［２２］本発明に係る成膜方法において、前記水酸基含有気体を導入する速度は１〜１００００ｓｃｃｍとしてもよい。
［２３］本発明に係る成膜方法は、前記ガス予供給工程の前、基板上に二酸化ケイ素の成膜を行う二酸化ケイ素成膜工程を含んでもよい。
［２４］本発明に係る成膜方法において、前記水酸基含有気体は水蒸気を含んでもよい。
［２５］本発明に係る成膜方法において、前記基板の材料は、ガラス、サファイア、アルミニウム、ステンレススチール、酸化アルミニウム、ＰＥＴ、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアセチルセルロースフィルム（ＴＡＣ）の内の少なくとも１種を含んでもよい。
［２６］本発明に係る成膜方法において、前記薄膜は、防汚フィルム又は硬質膜を含んでもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、耐摩耗性が高く、撥水、撥油、防汚などの各特性を有した機能性フィルムを成膜できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明のある実施形態により提供された成膜装置の概略図である。
【図２】図２は図１に示される装置により成膜された薄膜を有する基板の概略図である。
【図３】図３は従来技術における、水酸基含有気体を導入する工程がない成膜の概略図である。
【図４】図４は本実施形態における、水酸基含有気体を導入する工程がある場合の成膜の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
当業者が本発明における技術内容をより良好に理解するために、以下、本図面を参照し、本実施形態を説明する。説明する実施形態は本発明の全ての形態ではなく、一部の形態にすぎないことが明らかである。
【００１１】
なお、素子がほかの素子に「設けられる」と称される場合、ほかの素子に直接に位置してもよく、又は真ん中に素子が存在してもよい。一つの素子がほかの素子に「接続される」と考えられる場合、ほかの素子に直接に接続されてもよく、又は真ん中に素子が同時に存在する可能性もある。本文で使用される用語である「垂直な」、「水平な」、「左」、「右」及び類似する記載は説明のためのものに過ぎず、唯一の実施形態であることを表すものではない。
【００１２】
特に定義のない限り、本文で使用される全ての技術と科学用語は、当業者が一般的に理解する意味と同一である。本文において、本願明細書で使用される用語は、具体的な実施形態を説明することを目的とするだけで、本発明を制限するためではない。本文で使用される用語である「及び／又は」は、一つ又は複数の関連の列記された項目の任意及び全部の組み合わせを含む。
【００１３】
図１及び図２を参照して、本実施形態により提供された成膜装置の構造概略を説明する。本実施形態において、製膜装置は薄膜３０１（薄膜は、防汚フィルム又は硬質膜を含んでもよい）を形成するために用いられている。薄膜３０１を有する基板３００はスマートフォン及びタブレット・コンピュータに用いられるタッチスパネル、ディスプレイ、光学素子、衛星装置などに特に適している。成膜装置は、真空チャンバー１００と、真空チャンバー１００に接続し、排気する排気機構と、真空チャンバー１００内にて基板３００を保持する基板保持機構１０１と、真空チャンバー１００内に配置される成膜機構１０２と、真空チャンバー１００に接続し、真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入可能な導入機構２００と、を含む。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態における成膜装置は真空チャンバー１００を含む。真空チャンバー１００は真空容器内に設けられる。そのうち、真空容器は公知の成膜装置であり、通常使用されている、略円筒形状を有するステンレススチール製の容器であり、アースに接地される。
【００１５】
真空容器の上部に排気口が設けられ、排気口によって排気機構が接続される。排気機構は排気口によって真空チャンバー１００に接続され、真空チャンバー１００内を排気することができ、真空容器は内壁に真空チャンバー１００を形成する。
【００１６】
具体的には、排気機構（不図示）は真空ポンプであってもよく、真空ポンプは、真空ポンプを運転させることによって、真空チャンバー１００内に設定圧力（例えば、１×１０−４Ｐａ〜３×１０−２Ｐａ程度）まで排気する。
【００１７】
真空チャンバー１００の上方に基板ホルダが設けられている。基板ホルダ（即ち基板保持機構１０１）は垂直軸を中心に回転可能に保持されている。基板ホルダはステンレススチール製の部材でドーム状に形成され、モータ（移動機構）の出力軸に接続される。
【００１８】
基板ホルダの底面は基板保持面であり、成膜時に、基板保持面に二つ以上の基板３００が支持される。また、本実施形態の基板ホルダの中心に開口が設けられ、ここで水晶モニタを配設できる。水晶モニタについて、蒸着物質（成膜材料の蒸着物）がその表面に付着されているため、共振周波数が変化する。この共振周波数の変化に基づいて、膜厚検出部にて基板３００の表面に形成された物理膜厚を検出する。膜厚の検出結果は制御装置（不図示）に送られる。
【００１９】
真空チャンバー１００の上方に、上方から基板ホルダを包み込むように電気加熱装置（加熱手段）が配設されている。熱電対などの温度センサで基板ホルダの温度が検出され、その結果が制御装置に送られる。
【００２０】
制御装置は、膜厚検出部からの出力に基づいて後述の蒸着源のシャッターの開閉状態を制御し、基板３００上に形成されるフィルムの膜厚を好適に制御する。また、制御装置は温度センサからの出力に基づいて、電気加熱装置を制御し、基板３００の温度を好適に管理する。また、制御装置は蒸着源の運転開始及び運転停止を管理する。
【００２１】
本実施形態において、真空チャンバー１００の下方に成膜機構１０２が配設されている。成膜機構１０２は蒸着源であってもよい。成膜源の一例として、蒸着源は抵抗加熱方式（抵抗加熱方式は直接加熱方式、間接加熱方式などであってもよい）の蒸着源である。蒸着源は、上部に成膜材料を載置するための凹溝を有する坩堝と、坩堝から基板３００への方向に放出される蒸着物（成膜材料）を全部遮断する位置に、開閉可能なシャッターを備えている。シャッターは制御装置からの指令によって開閉制御される。
【００２２】
蒸着源は抵抗加熱方式に限定されておらず、電子線加熱方式の蒸着源であってもよい。蒸着源が電子線加熱方式である場合、その蒸着源は、上記と同一の坩堝とシャッターを具備する以外、成膜材料に電子線（ｅ−）を照射し、それを蒸発させる電子銃及び電子銃電源（全部不図示）を具備すればよい。
【００２３】
本実施形態において、成膜後の基板３００上に、（有機）ケイ素化合物を有してもよい薄膜３０１が塗布（被覆）されている。後述のケイ素化合物が基板３００（基板３００は透明であってもよい）の被成膜面上で加水分解縮合反応を行うことによって、薄膜３０１が形成され、撥水性と撥油性を有するので、薄膜３０１（例えば、薄膜３０１は防汚フィルムであってもよい。そのうち、防汚フィルムは、疎油膜、撥油フィルム、疎水膜などを含んでもよい）の作用を奏する。
【００２４】
また、例示的に、図３及び図４の比較から分かるように、水酸基含有気体を導入することにより、基板もしくは二酸化ケイ素膜（ケイ素化合物からなる膜）の最表層にＯＨ基（水酸基）を増やし、加水分解後の蒸着材料のＯＨ部分と反応（例えば、脱水縮合反応、加水分解反応）させることによって、更にシラノール（−ＳｉＯＨ）を形成する。それらが分子間の脱水縮合を更に行い、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−で表されるシロキサン結合を生成することにより、薄膜の密接性（密着性）が増加し、薄膜に優れた耐摩耗性をもたせるとともに、薄膜の耐薬品性（耐食性）、耐ＵＶ性（耐紫外線性）などの品質の向上にも貢献する。
【００２５】
本実施形態において、図２に示すように、基板３００は被成膜面を有し、薄膜３０１はこの被成膜面上に形成されている。そのうち、被成膜面は導入機構２００の真空チャンバー１００内に形成する水酸基含有環境内に露出することができ、これによって密着で摩耗に耐える薄膜３０１が形成される。
【００２６】
基板３００は、通常、薄膜３０１を利用すれば防汚性能を実現できる材質であればよく、本実施形態においては特に限定されない。具体的に、前記基板３００の材料は、ガラス、サファイア、アルミニウム、ステンレススチール、酸化アルミニウム、ＰＥＴ、ポリカーボネート（ＰＣ）、トリアセチルセルロースフィルム（ＴＡＣ）の内の少なくとも１種を含んでもよい。好ましくは、基板３００は透明なガラス材質であってもよく、例えば、ソーダライムガラス、ボロシリケイトガラス、石英ガラス（シリカガラス）などが挙げられる。常用のものとして、石英ガラスを採用することができる。
【００２７】
樹脂として、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、またはビスフェノールＡのカーボネートなどの芳香族ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの芳香族ポリエステル系樹脂などが挙げられる。そのうち、ＰＥＴは好ましい。また、樹脂に比べて、水酸基含有気体で処理された後に生じるガラスの耐摩耗性が顕著に向上するので、基板３００としては、ガラスを使用することが特に好ましい。
【００２８】
本実施形態において、導入機構２００は真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入する（又は送り込む）ことによって、基板３００の被成膜面上に薄膜３０１を形成する際に、成膜するための水酸基をより多く提供して、摩耗に耐えるフィルム面（薄膜３０１）を形成する。導入機構２００は真空チャンバー１００に接続され、真空チャンバー１００に水酸基含有気体を送り込む。
【００２９】
本実施形態において、水酸基含有気体は、気化した状態においてヒドロキシラジカルを含有するガスである。具体的に、水酸基含有気体は、気体状態にある、水、アルコールの内の少なくとも１種類を含んでもよい。そのうち、アルコールはＯＨ基を有する材料（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール）の総称であってもよい。水酸基含有気体は、気体状態にあるアルコールであってもよい。
【００３０】
更に、導入機構２００は、２種以上の水酸基含有気体を導入可能である。例えば、導入機構２００が導入するガスは、水蒸気、エタノール、又は、他のアルコール類ガスの混合ガスであってもよく、複数種のアルコールガスが混合して形成した混合ガスであってもよい。実際には、水蒸気の製造コスト及び材料を取得しやすいという特徴を考慮すると、本実施形態において、水酸基含有気体は水蒸気であることが好ましい。
【００３１】
水は真空環境（相対真空）で沸点が低いことを考慮すると、理想的には、導入機構２００は液状水を真空チャンバー１００内に導入してもよい。液状水が真空チャンバー１００に入ってから気化して水蒸気を形成し、水酸基含有気体を形成する。
【００３２】
成膜の品質を向上させるために、図１に示す導入機構２００は水を気化可能な気化装置２０１を含んでもよい。気化装置２０１は配管２０４を介して真空チャンバー１００に接続される。配管２０４に真空バルブ２０３が設けられる。本実施形態において、気化装置２０１はまず液状水２０５を気化して水蒸気を形成してから、配管２０４によって生成した水蒸気を真空チャンバー１００内に送り込むことで、真空チャンバー１００内で気化現象が生じて真空チャンバー１００内の温度に影響を及ぼすことを避ける。
【００３３】
真空バルブ２０３は配管２０４に設けられ、配管２０４の導通及び閉鎖を制御する。この真空バルブ２０３の開閉によって、真空チャンバー１００内への水酸基含有気体の導入を制御することができる。真空バルブ２０３は開度の大きさを制御することで、水酸基含有気体の転送速度を制御することができる。
【００３４】
水酸基含有気体の送り込みを良好に制御するために、配管２０４にはガス流量計２０２が更に設けられてもよい。このガス流量計２０２は、真空チャンバー１００内への水酸基含有気体の転送速度を測定できる。気化装置２０１、ガス流量計２０２、及び真空バルブ２０３は配管２０４によって直列に接続される。ガス流量計２０２と真空バルブ２０３との直列接続の順序は、本実施形態では特に限定されない。好ましくは、ガス流量計２０２は、真空バルブ２０３と気化装置２０１との間に設置される。
【００３５】
導入機構２００は配管２０４によって、真空チャンバー１００に水酸基含有気体を導入する際に、水酸基含有気体の導入方向は、基板３００の被成膜面の方向に対面または対向する方向であってもよい。通常、基板３００の被成膜面は重力方向で下方に向かっているので、水酸基含有気体が真空チャンバー１００に入る方向（導入方向）は、上方に向かって導入することが好ましい。このため、基板３００及びその被成膜面に対して、水酸基含有気体の導入方向が風上になるように、基板３００及びその被成膜面が位置する。当然ながら、本実施形態における導入機構２００は上記構造に制限されない。本実施形態において、導入機構２００は真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入できればよい。
【００３６】
図１に示すように、配管２０４の一端は、真空チャンバー１００の下部に挿通する。基板保持機構１０１は、基板３００を真空チャンバー１００内の上部に保持する。このような設置によって、配管２０４から排出された水酸基含有気体が基板３００の被成膜面の下方に位置することで、被成膜面は水酸基含有気体に直接に露出することができ、成膜に有利である。当然ながら、配管２０４の管口（又は排出口）は、基板３００に対面して（垂直する必要がなく、おおよそ対面すればよい）設けられてもよく、これによって排出された水酸基含有気体は被成膜面に順調に接触することができる。
【００３７】
本実施形態における導入機構２００は上述した気化装置２０１に制限されず、導入機構２００は生成された水蒸気を真空チャンバー１００に直接に導入できる。例えば、導入機構２００は、水酸基含有気体（水蒸気）を貯留する貯留タンクに接続される。
【００３８】
良好な成膜効果を取得して、良好な成膜品質を取得するために、導入機構２００は成膜機構１０２にて成膜中又は成膜後に真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入できる。本実施形態は成膜前に水酸基含有気体を導入するか否かについては特に限定されず、成膜中又は成膜後に真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入すればよい。
【００３９】
基板３００の被成膜面に薄膜３０１が形成される際に、導入機構２００はこの工程において、真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入する（又は送り込む）。薄膜３０１のコーティング開始又はコーティング終了は、水酸基含有気体の導入開始又は導入終了とは、直接に関連しておらず、本実施形態において、成膜中に導入機構２００は真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入できればよい。本実施形態において、導入機構２００の導入開始時間は、薄膜３０１のコーティング終了時間よりも早ければよい。
【００４０】
また、基板３００の被成膜面に薄膜３０１が形成された後に、導入機構２００はこの工程において、真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入する（又は送り込む）ことができる。薄膜３０１のコーティング開始又はコーティング終了は、水酸基含有気体の導入開始又は導入終了とは、直接に関連しておらず、本実施形態において、成膜後に導入機構２００は真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入できればよい。本実施形態において、導入機構２００の導入終了時間は、薄膜３０１のコーティング終了時間よりも遅ければよい。
【００４１】
本実施形態において、薄膜３０１の成膜工程は、成膜材料が蒸発された後、被成膜面にコーティングされる工程に相当する。具体的に、薄膜３０１の成膜工程は、蒸着源の蒸発工程であってもよい。即ち、蒸発源の蒸発中又は蒸発後に、導入機構２００は真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入する。当然ながら、蒸着源の蒸発工程はその加熱される時間に関連していることを考慮すると、ほかの実施例において、薄膜３０１の成膜工程は蒸着源の加熱工程であってもよい。
【００４２】
本実施形態において、成膜装置は移動機構が更に設けられてもよい。この移動機構は、真空チャンバー１００内で基板保持機構１０１を移動させることにより、基板３００に水酸基含有気体を間欠的に２回以上供給可能とさせる。
【００４３】
基板保持機構１０１は複数の基板３００を保持できる。基板保持機構１０１には、複数の載置領域が区画され、各領域に基板３００が載置されている。通常、基板保持機構１０１は真空チャンバー１００の上方に設置され、導入機構２００は真空チャンバー１００の下方に水酸基含有気体を導入する。図１に示すように、基板保持機構１０１は通常「傘形状」であり、蒸着源はその下方に位置する。
【００４４】
移動機構は基板保持機構１０１を移動させて、空間的に基板３００を移動させることができる。基板保持機構１０１の移動は平行移動、又は回転移動であってもよく、平行移動と回転移動を共に行ってもよい。基板保持機構１０１は移動機構によって、空間的に少なくとも１つの方向の自由度で動くことができ、基板３００に水酸基含有気体を間欠的に２回以上供給可能である。
【００４５】
導入機構２００は、真空チャンバー１００内における水酸基含有気体の排出位置に基板保持機構１０１に対して動かさない。基板３００が基板保持機構１０１によって移動する工程において、基板３００に水酸基含有気体が間欠的に２回以上供給される。このとき、移動機構は、基板保持機構１０１を循環運動（例えば、往復運動、円周運動）をさせることができる。
【００４６】
図１に示すように、移動機構は、基板保持機構１０１を連動して、垂直軸線Ａ−Ａの周りに、すなわち垂直軸線Ａ−Ａを回転軸として回転させることができる。導入機構２００は、真空チャンバー１００内における水酸基含有気体の排出位置（例えば、上記配管２０４の管口）が軸線Ａ−Ａから外れるように、設置される。すなわち、導入機構２００の排出位置が回転軸と同一線上に並ばないように、導入機構２００が真空チャンバー１００内に配置されている。基板保持機構１０１が回転する工程において、基板３００の被成膜面に間欠に水酸基含有気体が供給される。移動機構はモータを含んでもよい。基板保持機構１０１はモータに接続される回転軸を有し、モータの回転により、基板保持機構１０１が回転する。
【００４７】
なお、本実施形態において、水酸基含有気体の導入と薄膜３０１の成膜との順序はどちらを先にしてもよい。水酸基含有気体の導入と成膜を同時に行ってもよく、水酸基含有気体の導入を成膜に先行して行ってもよい。水酸基含有気体の導入を成膜後に行ってもよく、本実施形態はこれについて何ら限定もされない。
【００４８】
図１及び図２を参照して、本実施形態により提供された成膜方法のステップを説明する。本実施形態において、成膜方法は薄膜３０１（該薄膜は、防汚フィルム、硬質膜などの薄膜を含んでもよい）を形成するために用いられる。成膜方法は、真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入するガス供給工程と、基板３００上に薄膜３０１の成膜を行う成膜工程、という工程（ステップ）を含む。
【００４９】
なお、以下に説明する成膜方法は、上記の成膜装置に限らず、他の成膜装置を使用してもよい。
【００５０】
良好な成膜効果を取得して、良好な成膜品質を取得するために、ガス供給工程を成膜工程と同時に行い、又は成膜工程後に行う。本実施形態において、成膜前に水酸基含有気体を導入するか否かについては特に限定されず、成膜工程と同時に又は成膜後にガス供給工程が行われればよい。
【００５１】
成膜工程とガス供給工程とを同時に行う実施形態において、基板３００の被成膜面に薄膜３０１が形成される際に、真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入する（又は送り込む）。薄膜３０１のコーティング開始又はコーティング終了は、水酸基含有気体の導入開始又は導入終了とは、直接に関連しておらず、本実施形態において、成膜中に真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入すればよい。本実施形態において、導入開始時間は、薄膜３０１のコーティング終了時間よりも早ければよい。
【００５２】
ガス供給工程を成膜工程の後に行う実施形態において、基板３００の被成膜面に薄膜３０１が形成された後に、導入機構２００は、真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入する（又は送り込む）ことができる。薄膜３０１のコーティング開始又はコーティング終了は、水酸基含有気体の導入開始又は導入終了とは、直接に関連しておらず、成膜後に真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を導入すればよい。本実施形態において、導入終了時間は、薄膜３０１のコーティング終了時間よりも遅ければよい。
【００５３】
また他の実施形態において、成膜方法は、ガス供給工程と成膜工程を含む。具体的に、ガス供給工程は、基板３００を移動させることで、基板３００に水酸基含有気体を間欠的に供給する工程であり、成膜工程は、基板３００に薄膜３０１を成膜する工程である。
【００５４】
本実施形態において、ガス供給工程と成膜工程はどちらを先に行ってもよい。ガス供給工程と成膜工程を同時に行ってもよく、ガス供給工程を成膜工程に先行して行ってもよい。当然ながら、ガス供給工程を成膜工程の後に行ってもよく、本実施形態はこれについて何ら限定もされない。
【００５５】
ガス供給工程において、基板３００は空間的に移動することができる。そのうち、基板３００の移動は平行移動、回転であってもよく、この両者の結び付けであってもよい。基板３００は空間的に少なくとも一つの自由度で動くことができ、前記基板３００に水酸基含有気体を間欠的に２回以上供給可能であると考えられる。
【００５６】
上記実施形態において、薄膜３０１の成膜工程は、成膜材料が蒸発された後、被成膜面にコーティングされる工程と考えられてもよい。具体的に、薄膜３０１の成膜工程は、蒸着源の蒸発工程であってもよい。即ち、蒸発源の蒸発工程中又は蒸発後に、真空チャンバー１００内に水酸基含有気体が導入される。当然ながら、蒸着源の蒸発工程はその加熱される時間に関連していることを考慮すると、ほかの実施例において、薄膜３０１の成膜工程は蒸着源の加熱工程であってもよい。
【００５７】
本実施形態では、ガス供給工程において、真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を第１の設定圧力Ｐ１まで導入する。第１の設定圧力Ｐ１は、例えば１×１０−３Ｐａ≦Ｐ１＜１×１０５Ｐａである。第１の設定圧力で、薄膜３０１の耐摩耗性を有効に改善して、品質の高い成膜を実現できる。
【００５８】
上記成膜方法を採用した成膜装置には、真空チャンバー１００内の圧力を検出する検出手段が設けられてもよい。この検出手段には、通常、圧力センサが使用される。検出手段は真空チャンバー１００内の圧力をリアルタイムに検出することで、検出した圧力に応じて、導入する水酸基含有気体の量をリアルタイムにコントロールする。
【００５９】
本実施形態では、成膜工程において水酸基含有気体が消耗されていくので、真空チャンバー１００内に多くの水酸基を維持するように、成膜工程において、水酸基含有気体は途切れなく導入されてもよい。成膜工程において、水酸基含有気体を断続的に導入してもよく、本実施形態では特に制限されない。
【００６０】
なお、ガス供給工程において、水酸基含有気体による圧力は一定圧力であってもよく、設定の範囲内で変更してもよい。成膜工程からガス供給工程に移行する際に、圧力を変更してもよく、圧力を一定に維持してもよく、また成膜工程とガス供給工程との間には所定の時間が設けられてもよい。
【００６１】
本実施形態において、水酸基含有気体は、気化した状態においてヒドロキシラジカルを含有するガスである。水酸基含有気体は、気体状態にある、水、アルコールの内の少なくとも１種類を含んでもよい。アルコールとは、ＯＨ基を有する材料（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノールなど）の総称であってもよい。
【００６２】
更に、ガス供給工程において、２種以上の水酸基含有気体が導入される。例えば、ガス供給工程において導入するガスは、水蒸気、気体状態にあるエタノール又は他のアルコール類ガスの混合ガスであってもよく、複数種のアルコールガスが混合して形成された混合ガスであってもよい。水蒸気の製造コスト及び材料の取得しやすいという特徴を考慮すると、水酸基含有気体は水蒸気であることが好ましい。
【００６３】
発明者は試験において、ガスを導入する速度により、成膜の品質及び速度が同様に影響することを発見した。良好な成膜効果を取得するために、ガス供給工程において、水酸基含有気体を導入する時間ｔはｔ≦６０ｍｉｎである。更に、水酸基含有気体を導入する速度は１〜１００００ｓｃｃｍである。
【００６４】
本実施形態に係る成膜方法は、成膜工程の前に、真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を予め（成膜工程の前に予め）導入するガス予供給工程をさらに含んでもよい。ガス予供給工程を含めることによって、成膜前に（蒸着源を加熱する前に又は成膜材料を蒸発する前に）真空チャンバー１００内の水酸基の含有量を向上させることができる。これによって、基板３００の被成膜面に利用可能な水酸基をより多く形成し、成膜開始時に成膜するための水酸基を十分に具備することができ、更に、薄膜３０１の品質を一層向上させることができる。
【００６５】
成膜の品質を向上させるために、ガス予供給工程において、真空チャンバー１００内に水酸基含有気体を第２の設定圧力Ｐ２まで導入する。第２の設定圧力Ｐ２は１×１０−３Ｐａ≦Ｐ２≦２×１０４Ｐａであってもよい。
【００６６】
ガス予供給工程の直後に成膜工程を行う。この場合には、ガス予供給工程から成膜工程に途切れなく移行している。つまり、ガス予供給工程を実行した後直ちに成膜工程を実行し、この両工程の間には他の工程が存在しない。これにより、ガス予供給工程により真空チャンバー１００内に形成された水酸基環境を好適に利用して、薄膜３０１の成膜品質を保証することができる。
【００６７】
ガス予供給工程において、水酸基含有気体を導入する時間はｔ≦６０ｍｉｎである。ガス予供給工程の前、基板３００上に二酸化ケイ素の成膜を行う二酸化ケイ素成膜工程を更に含む。二酸化ケイ素膜は水酸基含有気体により提供された水酸基を良好に利用して、蒸発後の成膜材料と相互に作用する。これによって、二酸化ケイ素膜の外面に耐摩耗性が良好な薄膜３０１を形成できる。
【００６８】
上記実施形態において、図４に示すように、薄膜３０１は下記の工程によって形成される。即ち、上記加水分解性ケイ素化合物の加水分解性シリルは加水分解によってシラノール基になり、更に分子間で脱水縮合を行い、−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−で示されるシロキサン結合を生成する。得られた薄膜３０１において、シロキサン結合のケイ素原子に結合された上記含フッ素有機基（例示）は、ほとんど基板３００とは反対側である薄膜３０１の表面近傍に存在する。含フッ素有機基の作用によって、撥水性及び撥油性を有することができる。また、上記生成したシラノール基は、被成膜面の水酸基（基板３００−ＯＨ）と脱水縮合反応を行って化学結合を形成することによって、密着点（基板−Ｏ−Ｓｉ）を形成する。
【００６９】
ここで、上記工程によって被成膜面で形成された薄膜３０１を有する基板３００において、被成膜面の水酸基の密度を高くする。これにより被成膜面と薄膜３０１との密着性を向上させることができ、繰り返し払拭操作などに耐えることができ、耐摩耗性が高く、防汚フィルムを有する基板３００を得ることができる。同時に、被成膜面の水酸基の密度の増加により、薄膜の密接性（密着性）も増加し、更に、薄膜の耐薬品性（耐食性）、耐ＵＶ性（耐紫外線性）などの総合品質の向上にも寄与する。
【００７０】
得られた防汚フィルムを有する基板３００の耐摩耗性を高いレベルに引き上げることについて、詳しいメカニズムは明確ではないが、本実施形態において、上記処理によって、被成膜面の水酸基の密度が上昇し、基板３００と薄膜３０１との密着点が増やすことによって、耐摩耗性が向上されると考えられる。また、水酸基の密度が増加する原因は、水分子の存在によって新しい水酸基の生成が誘起されるなどと考えられてもよい。
【００７１】
上記効果は下記の試験において同様に検証された。
基板３００を上記実施形態によって成膜処理を行い、薄膜３０１を有する基板３００（実施例）が得られた。同様の基板を成膜工程のみによって成膜処理を行い、薄膜３０１を有する基板３００（比較例）が得られた。そして、実施例の薄膜３０１を有する基板３００と、比較例の薄膜３０１を有する基板３００とに対して、耐摩耗性試験を行った。
【００７２】
この耐摩耗性試験では、材料が同一、形状が同一のスチールウール（ｓｔｅｅｌ  ｗｏｏｌ）で、ＳＷ試験機で同じ付勢力及び同じ摩擦回数で摩擦を、実施例の基板３００及び比較例の基板３００に与えて、それぞれの基板３００を評価した。試験の条件は下記の表に示される。
【００７３】
【表１】
0006531230.tif 000002
【００７４】
試験終了後、上記実施例及び比較例の薄膜３０１の水接触角を測定する。
結果は下記の表に示される。
【００７５】
【表２】
0006531230.tif 000003
【００７６】
上記の試験結果から分かるように、上記実施形態により提供された成膜装置及び成膜方法は、撥水性及び撥油性などの性能を有することで、優れた防汚性又は撥油性を取得し、且つ繰り返し払拭操作などに対して防汚性の低下を抑制でき、耐摩耗性に優れた基板を提供することができる。
【００７７】
デジタル値は、いずれも下限値ないし上限値の間の、１単位で逓増する下値と上値という全ての値を含み、任意の下値と任意のより高い値の間に、少なくとも２単位の間隔が存在すればよい。例えば、一つの部品の数量又はプロセス変数（例えば、温度、圧力、時間など）の値が１〜９０、好ましくは２０〜８０、より好ましくは３０〜７０であると述べると、該明細書には、例えば１５〜８５、２２〜６８、４３〜５１、３０〜３２などの値も明確に列挙されることを説明することを目的とする。１未満の値について、１単位が０．０００１、０．００１、０．０１、０．１であると適切に考えられる。これらは明確に表現するための例示に過ぎず、最低値と最高値の間に列挙される数値の全ての可能な組み合わせは、ともに類似の方式で該明細書で明確に述べられていると考えられることができる。
【００７８】
特に説明のない限り、全ての範囲はエンドポイント及びエンドポイントの間の全ての数字を含む。範囲とともに使用される「約」又は「ほぼ」は、該範囲の二つのエンドポイントに適用可能である。従って、「約２０〜３０」は、「約２０〜約３０」を覆うことを図り、少なくとも明示されたエンドポイントを含む。
【００７９】
開示された全ての文章及び参考資料（特許出願と出版物を含む）は、種々の目的のために引用によってここに記載されている。組み合わせを説明するための用語である「基本的に…からなる」は、確定した素子、成分、部品又はステップ及び実質的に該組み合わせの基本的な新規性要件に影響を及ぼさないほかの素子、成分、部品又はステップを含むと考えられる。用語である「含む」又は「含める」などでここの素子、成分、部品又はステップの組合せを説明することについて、基本的にこれらの素子、成分、部品又はステップからなる実施形態も考えられる。ここで、用語である「できる（であってもよい、可能）」を使用することによって、含む「できる（であってもよい、可能）」説明したいかなる属性も選択可能であると説明することを図る。
【００８０】
複数の素子、成分、部品又はステップは単独な集積素子、成分、部品又はステップによって提供されることができる。又は、単独な集積素子、成分、部品又はステップは分離した複数の素子、成分、部品又はステップに分けることができる。素子、成分、部品又はステップを説明するために開示した「ある」又は「一つ」は、ほかの素子、成分、部品又はステップを除外するものではない。
【００８１】
以上の説明は制限するためのものではなく、図は説明するためのものであると考えられることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１００…真空チャンバー
１０１…基板保持機構
２００…導入機構
２０１…気化装置
２０２…ガス流量計
２０３…真空バルブ
２０４…配管
３００…基板
３０１…薄膜
【図１】
0006531230.tif 000004
【図２】
0006531230.tif 000005
【図３】
0006531230.tif 000006
【図４】
0006531230.tif 000007