(57)【要約】【課題】ガスフロースパッタリング法によって、原反ロールから巻取ロールへ連続的に送られるフレキシブル基板に効率よく成膜することができる成膜方法及び装置を提供する。【解決手段】チャンバ２内の原反ロール３から巻取ロール６へフィルム１を連続的に送る。走行途中のドラム５の外周に対峙するスパッタ粒子成膜部７を作動させる。これにより、フレキシブル基板の表面にガスフロースパッタリング法により薄膜が形成される。【選択図】図１
2007186774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル基板上に、ガスフロースパッタリング法によって膜を成膜する成膜方法において、
チャンバ内にフレキシブル基板の原反ロールと巻取ロールとを配置すると共に、
該原反ロールから巻取ロールへ走行するフレキシブル基板走行域の途中に、該フレキシブル基板に対峙してガスフロースパッタリング法による成膜部を配置しておき、
該原反ロールから巻取ロールへフレキシブル基板を連続的に走行させると共に、該成膜部からスパッタ粒子を発生させてフレキシブル基板上に膜を成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
請求項１において、チャンバ内に該フレキシブル基板を案内する案内ドラムを設けておき、前記成膜部を該案内ドラムに対峙させておくことを特徴とする成膜方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、該成膜部がフレキシブル基板の走行方向に複数個配置されていることを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
請求項３において、少なくとも一部の成膜部のターゲットが他の成膜部のターゲットと異なることを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が高分子フィルムであることを特徴とする成膜方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が金属箔であることを特徴とする成膜方法。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が織布、不織布又は紙であることを特徴とする成膜方法。
【請求項８】
チャンバと、
該チャンバ内に配置されたフレキシブル基板の原反ロール及び巻取ロールと、
該チャンバ内において該原反ロールから巻取ロールへ向うフレキシブル基板の走行域に対峙して配置された、ガスフロースパッタリング法によるスパッタ粒子の成膜部と、
を備えてなる成膜装置。
【請求項９】
請求項５において、チャンバ内に該フレキシブル基板を案内する案内ドラムを設けておき、前記成膜部を該案内ドラムに対峙させておくことを特徴とする成膜装置。
【請求項１０】
請求項６において、該案内ドラムが複数個配置されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれか１項において、前記成膜部が多段に設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項１２】
請求項１１において、少なくとも一部の成膜部のターゲットが他の成膜部のターゲットと異なることを特徴とする成膜装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２において、前記成膜部同士の間に仕切り板を設置することにより成膜部同士が狭いギャップで区画され、それぞれの成膜部に個別に排気ポンプが設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項１４】
請求項８ないし１３のいずれか１項において、フレキシブル基板が高分子フィルムであることを特徴とする成膜装置。
【請求項１５】
請求項８ないし１３のいずれか１項において、フレキシブル基板が金属箔であることを特徴とする成膜装置。
【請求項１６】
請求項８ないし１３のいずれか１項において、フレキシブル基板が織布、不織布又は紙であることを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膜をガスフロースパッタリング法により成膜する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレー装置の反射防止膜などの膜は、プレーナー型マグネトロンスパッタ法等の通常のスパッタ法により形成されている。
【０００３】
なお、本発明で採用するガスフロースパッタリング法自体は公知の成膜手法であり、本出願人は先に、ガスフロースパッタリング法を、固体高分子型燃料電池用電極の触媒層や、色素増感型太陽電池用半導体電極層の形成に応用する技術を提案している（特許文献１〜３）。
【０００４】
図３（ａ）は、従来のガスフロースパッタ装置の概略的な構成を示す模式図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のターゲット及びバックプレート構成を示す斜視図である。
【０００５】
ガスフロースパッタ装置では、スパッタガス導入口１１からチャンバ２０内にアルゴン等の希ガス等を導入し、ＤＣ電源等の電源１２に接続されたアノード１３及びカソードとなるターゲット１５間での放電で発生したプラズマによりターゲット１５をスパッタリングし、はじき飛ばされたスパッタ粒子をアルゴン等の希ガス等の強制流により基板１６まで輸送し堆積させる。１４はバッキングプレートである。なお、図示例において、基板１６は、ホルダー１７に支持されており、基板１６の近傍には、反応性ガスの導入口１８が配置されており、反応性スパッタリングを行うことが可能である。
【特許文献１】特願２００４−３１９５９２号
【特許文献２】特願２００４−３１９５４８号
【特許文献３】特願２００４−３１９５９８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、光学薄膜等の成膜に用いられている通常のスパッタ法は、均一成膜が可能である反面、成膜速度が遅く、真空チャンバー内を高真空状態に排気するために大掛かりな排気装置が不可欠であるため、高額な設備を必要とするという欠点がある。
【０００７】
また、通常のスパッタ法では、ターゲットの下部に磁石を設けるため、Ｎｉのような強磁性体がターゲットの場合、薄いターゲットしか用いることができず、ターゲットに制約を受けるという不具合もあった。
【０００８】
従来のガスフロースパッタリング法では、連続的に送られるフレキシブル基板に効率よく膜を成膜することはできなかった。
【０００９】
本発明は、ガスフロースパッタリング法によって、連続的に送られるフレキシブル基板に効率よく成膜することができる成膜方法及び装置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】
【００１０】
請求項１の成膜方法は、フレキシブル基板上に、ガスフロースパッタリング法によって膜を成膜する成膜方法において、チャンバ内にフレキシブル基板の原反ロールと巻取ロールとを配置すると共に、該原反ロールから巻取ロールへ走行するフレキシブル基板走行域の途中に、該フレキシブル基板に対峙してガスフロースパッタリング法による成膜部を配置しておき、該原反ロールから巻取ロールへフレキシブル基板を連続的に走行させると共に、該成膜部からスパッタ粒子を発生させてフレキシブル基板上に膜を成膜することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の成膜方法は、請求項１において、チャンバ内に該フレキシブル基板を案内する案内ドラムを設けておき、前記成膜部を該案内ドラムに対峙させておくことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の成膜方法は、請求項１又は２において、該成膜部がフレキシブル基板の走行方向に複数個配置されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の成膜方法は、請求項３において、少なくとも一部の成膜部のターゲットが他の成膜部のターゲットと異なることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の成膜方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が高分子フィルムであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の成膜方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が金属箔であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の成膜方法は、請求項１ないし４のいずれか１項において、該フレキシブル基板が織布、不織布又は紙であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項８の成膜装置は、チャンバと、該チャンバ内に配置されたフレキシブル基板の原反ロール及び巻取ロールと、該チャンバ内において該原反ロールから巻取ロールへ向うフレキシブル基板の走行域に対峙して配置された、ガスフロースパッタリング法によるスパッタ粒子の成膜部と、を備えてなるものである。
【００１８】
請求項９の成膜装置は、請求項５において、チャンバ内に該フレキシブル基板を案内する案内ドラムを設けておき、前記成膜部を該案内ドラムに対峙させておくことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１０の成膜装置は、請求項６において、該案内ドラムが複数個配置されていることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１１の成膜装置は、請求項８ないし１０のいずれか１項において、前記成膜部が多段に設けられていることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１２の成膜装置は、請求項１１において、少なくとも一部の成膜部のターゲットが他の成膜部のターゲットと異なることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１３の成膜装置は、請求項１１又は１２において、前記成膜部同士の間に仕切り板を設置することにより成膜部同士が狭いギャップで区画され、それぞれの成膜部に個別に排気ポンプが設けられていることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１４の成膜装置は、請求項８ないし１３のいずれか１項において、フレキシブル基板が高分子フィルムであることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１５の成膜装置は、請求項８ないし１３のいずれか１項において、フレキシブル基板が金属箔であることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１６の成膜装置は、請求項８ないし１３のいずれか１項において、フレキシブル基板が織布、不織布又は紙であることを特徴とするものである。
【００２６】
なお、高分子フィルムとしては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ＴＡＣ、ＰＣなど様々なものが例示され、金属箔としてはＳＵＳフォイル、銅フォイル、アルミフォイルなどが例示されるが、特に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２７】
ガスフロースパッタリング法は、比較的高い圧力下でスパッタリングを行い、スパッタ粒子をガスの強制流により成膜対象基板まで輸送して堆積させる方法である。このガスフロースパッタリング法は、高真空排気が不要であることから、従来の通常のスパッタ法のような大掛かりな排気装置を用いることなく、メカニカルなポンプ排気で成膜することが可能であり、従って、安価な設備で実施できる。しかも、ガスフロースパッタリング法は、通常のスパッタ法の１０〜１０００倍の高速成膜が可能である。従って、本発明によれば、ガスフロースパッタリング法を採用することによる設備費の低減、成膜時間の短縮により、金属薄膜あるいは金属化合物薄膜などを安価に製造することが可能となる。
【００２８】
また、ターゲット下部に磁石を設けるものではないため、Ｎｉのような強磁性体をターゲットとする場合でも、その厚さに制約を受けることがない。
【００２９】
本発明によれば、チャンバ内の原反ロールから巻取ロールへフレキシブル基板を連続的に走行させながら成膜処理することにより、フレキシブル基板の表面に均一に成膜することができる。
【００３０】
チャンバ内にフレキシブル基板を案内するドラムを配置しておき、このドラムに対面するようにスパッタ粒子成膜部を配置しておくと、フレキシブル基板とスパッタ粒子成膜部との間隔が一定となり、均一に成膜することができる。
【００３１】
本ガスフロー法は最適成膜条件を設定することで、従来法のように高真空に排気する必要がない。従来法でも真空チャンバ中にロール巻きフレキシブル基板を入れ、排気し、連続的に多層膜を成膜する装置は考案されていた。しかしながら、従来法は排気ポンプも大型のものが必要で高真空を得るために、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ、油拡散ポンプ等のポンプを併設する必要があった。
【００３２】
本方式は成膜圧力が数十Ｐａであり、多量のガスを導入するため、純度が確保でき、高真空排気が必要ないため、機械的な排気ポンプ（メカニカルブースターポンプ）のみの排気で構わない。
【００３３】
本装置では金属多層膜を連続で成膜することは容易にできるが、隣り合う成膜部同士を仕切り板で区画し、それぞれの成膜部に個別に排気ポンプを設置することにより、金属化合物（酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物など）の多層膜、金属薄膜／金属化合物膜との積層も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３５】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係るガスフロースパッタリング法による成膜装置及び方法について説明する。
【００３６】
図１は成膜装置の縦断面図である。
【００３７】
フレキシブル基材としてのフィルム１がチャンバ２内においてその表面に成膜される。なお、この実施の形態では、フィルム１の表面にハードコート層が形成されている。
【００３８】
このチャンバ２内はメカニカルブースターポンプ（図示略）により減圧される。
【００３９】
このチャンバ２内フィルム１の原反ロール３、案内ロール４、冷却ドラム５、巻取ロール６等が配置されている。フィルム１は、原反ロール３から巻き出され、ドラム５の外周面に沿って走行した後、巻取ロール６に巻き取られる。
【００４０】
このドラム５の外周面に対峙して成膜部７が設けられている。この成膜部７の構成は、前記図３と同一（ただし、図３から基板１６及びホルダー１７を取り除いたもの）である。ドラム５は２個設けられ、フィルム１が順次にドラム５，５に沿って走行するが、ドラム５は１個又は３個以上であってもよい。また、成膜部７の数も図示の８個に限定されない。
【００４１】
この実施の形態では、各成膜部７同士の間が仕切板８で区画され、仕切板８とドラム５の外周面との間が狭いギャップにより区画され、それぞれの成膜部に個別に排気ポンプ（メカニカルブースターポンプ）が設けられている。フィルム１はこのギャップを通るように構成されている。
【００４２】
このように構成された成膜装置を用いて成膜を行うには、フィルム１を原反ロール３から巻取ロール６へドラム５の外周に沿って連続的に走行させると共に、各スパッタ粒子成膜部７を作動させる。これにより、フィルムの表面にガスフロースパッタリング法により薄膜が形成される。
【００４３】
なお、各成膜部７のターゲットは同一であっても異なっていてもよい。第１層と第３層をＴｉＯ２とし、第２層と第４層をＳｉＯ２とした反射防止膜を成膜する場合、８個の成膜部７のうち第１，２番目と第５，６番目の成膜部７のターゲットをＴｉとし、第３，４番目と第７，８番目の成膜部７のターゲットをＳｉとする。
【００４４】
合成樹脂フィルムの表面に第１層ＴｉＯ２（厚さ約１５ｎｍ）、第２層ＳｉＯ２（厚さ約３０ｎｍ）、第３層ＴｉＯ２（厚さ約１２０ｎｍ）、第４層ＳｉＯ２（厚さ約９０ｎｍ）の４層膜よりなる反射防止膜を形成する場合、ＴｉＯ２膜形成用のターゲットとしてＴｉを用い、ＳｉＯ２膜形成用のターゲットとしてＳｉを用い、次のような条件で成膜することができる。
フィルム走行速度：２．５ｍ／ｓｅｃ
スパッタ圧力：１０〜１００Ｐａ
スパッタ電力：１〜２５Ｗ／ｃｍ２
強制流  ガス種：アルゴン
流量：０．５〜３０ＳＬＭ
反応性ガス  ガス種：酸素
流量：５〜１２０ｓｃｃｍ
フィルム温度：室温
【００４５】
上記装置でガスフロースパッタリングすることにより、成膜部で３０〜１５０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎの動的成膜速度の高速成膜を行うことができる。
【００４６】
図２を参照して、本発明の別の実施の形態に係るガスフロースパッタリング法による成膜装置及び方法について説明する。
【００４７】
図２（ａ）は成膜装置の縦断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。チャンバ２１内にドラム２２と、原反ロール３０、案内ロール３１及び巻取ロール３２とが軸心線方向を鉛直方向にして設置されている。
【００４８】
このドラム２２は、回転軸２２ａを介してマシンボックス２３内の駆動装置（図示略）に連結されており、図２（ｂ）の矢印方向に回転駆動される。マシンボックス２３内には、チャンバ２１内の気体を吸引排出するための排気ポンプ（図示略）が設けられている。
【００４９】
ドラム２２の周方向に間隔をおいて３個の成膜部２４が設けられている。この成膜部２４の構成は、前記図３と同一（ただし、図３から基板１６及びホルダー１７を取り除いたもの）である。なお、この実施の形態では成膜部２４は３個設けられているが、１個、２個又は４個以上設けられてもよい。
【００５０】
各成膜部２４は、ターゲット１５を上下方向に長く延在させ、ドラム２２の上部から下部までもスパッタ対象領域としている。
【００５１】
この成膜部２４は、図１の２点鎖線２４’で示すように外方に向って傾動可能となっている。チャンバ２１内のメンテナンスを行うときには、成膜部２４を傾転させ、成膜時には実線で示すように成膜部２４を直立させてチャンバ２１に気密に連結する。
【００５２】
この成膜部２４とドラム２２との間には、スパッタ粒子の飛翔を遮断可能なシャッタ２５が設けられている。このシャッタ２５としては、例えばターゲット前に設置された矩形のシャッターが横にスライドしてＯＮ／ＯＦＦするように構成した機構などを採用することができる。
【００５３】
このように構成された成膜装置を用いて成膜を行うには、原反ロール３０からフィルム１をドラム２２の外周面に沿って走行させながら成膜部２４を作動させる。これにより、フィルム１の表面にガスフロースパッタリング法により薄膜が形成される。
【００５４】
なお、この実施の形態でも、少なくとも一部の成膜部２４のターゲットを他と異ならせることにより、複合薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施の形態に係るスパッタ装置の断面図である。
【図２】別の実施の形態に係るスパッタ装置の断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施に好適なガスフロースパッタ装置の概略的な構成を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のターゲット及びバックプレート構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  フィルム
２  チャンバ
３  原反ロール
５  冷却ドラム
６  巻取ロール
７  成膜部
１２  ＤＣ電源
１３  アノード
１４  バッキングプレート
１５  ターゲット
１６  基板
２０，２１  チャンバ
２２  ドラム
２４  成膜部
３０  原反ロール
３２  巻取ロール
【図１】
2007186774.tif 000003
【図２】
2007186774.tif 000004
【図３】
2007186774.tif 000005