(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール状フィルムを連続的に移送しながらこのフィルム上にスパッタリングにより薄膜を形成する方法において、放電空間にスパッタリング用ガスを供給するにあたり、導入管の一側面に設けた第１の噴出口よりこの導入管を収納するノズルケース内にスパッタリング用ガスを導入し、この導入ガスをこのケースの上記第１の噴出口の裏面側に位置する、開口形状が矩形であり、その短辺側寸法が３mm以上であるとともに、上記第１の噴出口の最大寸法に対し２倍以上である第２の噴出口より、放電空間に供給することを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項２】
真空槽内に、ロール状フィルムを装着し巻き出す巻出軸と、巻き出しフィルムを巻き付け保持しながらその上にスパッタリングにより薄膜を形成するキャンロールと、薄膜形成後のフィルムを巻き取る巻取軸とからなるフィルム移送手段、ターゲットを装着したカソード、ターゲット近傍に位置するスパッタリング用ガスを供給するガス供給ノズルを具備するスパッタリング装置において、上記のガス供給ノズルは、少なくとも一端を塞いだ管の一側面に設けた第１の噴出口を有する導入管と、この導入管を収納し、かつ上記第１の噴出口の裏面側に位置する第２の噴出口を有するノズルケースとからなり、上記第２の噴出口の開口形状が矩形であり、その短辺側寸法が３mm以上であるとともに、上記第１の噴出口の最大寸法に対し２倍以上であり、上記第１の噴出口より導入したスパッタリング用ガスを上記第２の噴出口より放電空間に供給する構成としたことを特徴とするスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロール状フィルムを連続的に移送しながらこのフィルム上にスパッタリングにより薄膜を形成する方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空中で行う薄膜形成方法として、制御性、再現性、均一性などが良好であるという観点から、スパッタリング法が広く用いられている。
スパッタリング法は、減圧下で出発材料であるターゲットを陰極として電圧を印加し、このターゲット近傍に配置したガス供給ノズルよりアルゴンなどのスパッタリング用ガスを導入してグロー放電を生成し、ターゲットに衝突するイオン化した不活性ガスのエネルギーによりターゲット構成物質をたたき出し、これをロール状フィルムなどの基板上に堆積させる技術である。
【０００３】
このようなスパッタリング法の中でも、透明導電膜や反射防止膜を形成する場合には、反応性スパッタリング法が用いられる。この技術は、スパッタリング用ガスとしてアルゴンなどの不活性ガスに加えて、酸素、窒素などの反応性ガスをも同時に供し、ターゲット材料そのままの膜ではなく、その酸化物、窒化物などの化合物となった薄膜を形成する技術である。
【０００４】
図８は、従来の反応性スパッタリング法に用いられる装置のカソード周辺を拡大して示す正面断面図である。
カソード６２にはインジウムとスズの合金やシリコンなどのターゲット６３が装着され、このターゲット６３の近傍にはスパッタリング用ガスである不活性ガスと反応性ガスを別々にまたは一緒に供給するガス供給ノズル６１が配置されている。このガス供給ノズル６１は、少なくとも一端を塞いだ管形状であり、その一側面には放電空間に向けて多数の噴出口６５が穿孔され、この噴出口６５よりスパッタリング用ガスをグロー放電空間へ供する。
【０００５】
また、上記ターゲット６３に対向して、これに回転軸が略平行になるようにキャンロール６６が配置されており、その外周に基板であるロール状フィルム６７が巻き付けられ、キャンロール６６の回転とともに連続的に移送するようになっている。このキャンロール６６上を移送するロール状フィルム６７の表面にスパッタリングにより薄膜を形成するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスパッタリング法では、上記の図８に示したように、ターゲット６３からたたき出された粒子６０が、ガス供給ノズル６１の噴出口６５付近に堆積して、噴出口６５の孔を詰まらせたり、噴出方向を変えたりし、グロー放電空間に供給するガス分布が変化しやすい。
その結果、ロール状フィルム６７上に形成される薄膜の厚みや物性が変わり、薄膜の安定性を長時間にわたり維持させにくい。とくに反応性スパッタリングの場合は、成膜中に反応性ガスの分布が変わると、膜組成に大きく影響して、所望する膜が安定して得られないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に照らし、ロール状フィルムへの連続的な成膜中にガス分布が変化することなく、長時間安定したスパッタリングを行えるスパッタリング方法とその装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手投】
本発明者らは、上記目的に対し、鋭意検討した結果、放電空間にスパッタリング用ガスを供給する際に、導入管とこれを収納するノズルケースとの二重構造のガス供給ノズルを使用して、導入管の一側面に設けた第１の噴出口より上記ガスを上記ケース内に導入し、これを上記ケースの上記第１の噴出口の裏面側に位置する第２の噴出口より放電空間に供給するようにしたときには、ロール状フィルムへの連続的な成膜中に放電空間のガス分布が変化せず、長時間安定したスパッタリングを行えることを知り、本発明を完成した。
【０００９】
本発明は、ロール状フィルムを連続的に移送しながらこのフィルム上にスパッタリングにより薄膜を形成する方法において、放電空間にスパッタリング用ガスを供給するにあたり、導入管の一側面に設けた第１の噴出口よりこの導入管を収納するノズルケース内にスパッタリング用ガスを導入し、この導入ガスをこのケースの上記第１の噴出口の裏面側に位置する、開口形状が矩形であり、その短辺側寸法が３mm以上であるとともに、上記第１の噴出口の最大寸法に対し２倍以上である第２の噴出口より、放電空間に供給することを特徴とするスパッタリング方法に係るものである。
【００１０】
また、本発明は、真空槽内に、ロール状フィルムを装着し巻き出す巻出軸と、巻き出しフィルムを巻き付け保持しながらその上にスパッタリングにより薄膜を形成するキャンロールと、薄膜形成後のフィルムを巻き取る巻取軸とからなるフィルム移送手段、ターゲットを装着したカソード、ターゲット近傍に位置するスパッタリング用ガスを供給するガス供給ノズルを具備するスパッタリング装置において、上記のガス供給ノズルは、少なくとも一端を塞いだ管の一側面に設けた第１の噴出口を有する導入管と、この導入管を収納し、かつ上記第１の噴出口の裏面側に位置する第２の噴出口を有するノズルケースとからなり、上記第２の噴出口の開口形状が矩形であり、その短辺側寸法が３mm以上であるとともに、上記第１の噴出口の最大寸法に対し２倍以上であり、上記第１の噴出口より導入したスパッタリング用ガスを上記第２の噴出口より放電空間に供給する構成としたことを特徴とするスパッタリング装置に係るものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参考にして、説明する。
図１は、本発明のスパッタリング装置の一例を示す正面断面図である。
図２は、上記装置のガス供給ノズル周辺を示す要部拡大図である。
【００１２】
図１において、真空ポンプが接続される真空排気口２を少なくとも１個有する真空槽１の内部に、ロール状フィルム６を装着し巻き出す巻出軸３と、巻き出しフィルム６を巻き付け保持しながらその上にスパッタリングにより薄膜を形成するキャンロール５と、薄膜形成後のフィルム６を巻き取る巻取軸４が装備され、これら巻出軸３、キャンロール５および巻取軸４により、フィルム移送手段が構成されている。また、この真空槽１の内部には、上記のキャンロール５に略平行にカソード７が配置されており、このカソード７には薄膜の出発材料となるターゲット８がキャンロール５に対向して装着されている。
【００１３】
さらに、真空槽１の内部には、上記のターゲット８近傍に位置して放電空間にスパッタリング用ガスを導入するガス供給ノズル１０が配置されている。このガス供給ノズル１０は、図２に示すように、第１の噴出口１２を有する導入管１１と、第２の噴出口１４を有するノズルケース１３とからなり、このノズルケース１３内に上記の導入管１１を収納する二重構造となっている。
【００１４】
導入管１１は、図２では円形断面形状のものを示しているが、断面形状には限定はなく、四角形断面、六角形断面、楕円形断面などの管を任意に選択できる。この導入管１１は、図３に示すように、管の両端を塞ぎ、中央部分にスパッタリング用ガスを導入する接続管を設けた形状となっており、上記接続管の本数は、図３に示す１本のほか、複数本としてもよい。この導入管１１は、図４に示すように、管の一端を塞いだ形状とし、他端よりスパッタリング用ガスを導入する構成として、上記のような中央部分の接続管をなくしてもよい。
【００１５】
導入管１１の第１の噴出口１２は、管の一側面に穿孔された多数個の孔からなる。孔の形状は、とくに限定されないが、加工の容易さや精度の面より、円形であるのがよい。また、孔の大きさも、とくに限定されないが、管の太さに応じて直径０．５〜３mm程度であるのがよい。孔の配置は、図３および図４に示すように、１列に直線配置してもよいし、複数列に配置してもよい。このような多数個の孔からなる噴出口１２は、すべて管の一側面に設けられる。
【００１６】
ノズルケース１３の内部には、上記した多数個の第１の噴出口１２を有する導入管１１が所定の空隙をもって収納されている。このノズルケース１３は、図２では円形断面形状のものを示しているが、断面形状には限定はなく、図５および図６に示すように、四角形断面とすることができ、その他、六角形断面、楕円形断面などの任意の断面形状を選択できる。また、これら種々の形状とする場合に、図７に示すように、ノズルケース１３をベース部１５とカバー部１６とに分割した構造にして、着脱を容易にすることもできる。
【００１７】
ノズルケース１３の第２の噴出口１４は、導入管１１の第１の噴出口１２の裏面側に位置するケース側面に設けられ、上記第１の噴出口１２よりケース１３内に導入したスパッタリング用ガスを上記第２の噴出口１４より放電空間に供給できるように、放電空間に向けて開口されている。
この噴出口１４の開口形状は、図５の側面図および図６の中央部分の断面図に示すように、矩形であって、その短辺側寸法（短辺長）Ｈが３mm以上、とくに好ましくは５mm以上、さらに好ましくは１０mm以上であるとともに、第１の噴出口１２の最大寸法（直径）ｄに対して、２倍以上、とくに好ましくは５倍以上、さらに好ましくは１０倍以上となる構成とされているのがよい。
【００１８】
このような装置構成において、真空槽１内を減圧し、カソード７に装着したターゲット８を陰極として電圧を印加し、ターゲット８近傍に配置したガス供給ノズル１０よりスパッタリング用ガスを供給してグロー放電を生成させ、ターゲット８に衝突するイオン化した上記ガスのエネルギーによりターゲット構成物質をたたき出し、これを巻出軸３より巻き出されてキャンロール５に沿って移送するロール状フィルム６の表面にキャンロール５上で堆積させる。
【００１９】
この堆積により、ターゲット構成物質そのものからなる薄膜が上記フィルム６上に形成され、またスパッタリング用ガスとして、アルゴンなどの不活性ガスに加えて酸素、窒素などの反応性ガスを供給すると、ターゲット構成物質の酸化物や窒化物などの化合物からなる薄膜が形成される。このように薄膜を形成したロール状フィルム６は、連続的に巻取軸４に巻き取られる。
【００２０】
ここで、キャンロール５に沿って移送するロール状フィルム６とターゲット８との間の放電空間にスパッタリング用ガスを供給する際に、導入管１１とノズルケース１３との二重構造のガス供給ノズル１０を使用して、導入管１１の第１の噴出口１２よりスパッタリング用ガスを導入しこれをノズルケース１３の第１の噴出口１２の裏面側に位置する第２の噴出口１４より放電空間に供給する構成としたことにより、以下のような効果が奏される。
【００２１】
第１の噴出口１２は、導入管１１の一側面に穿孔された比較的小さな多数個の孔からなるが、これらは放電空間に向けて開口されていないため、つまり、放電空間とは反対側に向けて開口されているため、この噴出口１２にスパッタリング粒子が付着するおそれは極めて少ない。一方、第２の噴出口１４は、ノズルケース１３のケース側面に放電空間に向けて開口されているが、この開口は、第１の噴出口１２に比べて、十分に大きくで設定きるので、上記付着の心配がないか、付着しても孔が詰まったり、噴出方向が変わるなどの弊害は起こりにくい。このため、第２の噴出口１４から放電空間に対して安定したガス供給を行えるので、ロール状フィルム６への連続的な成膜中に放電空間のガス分布が変化せず、長時間安定したスパッタリングを行うことができる。
【００２２】
とくに、上記第２の噴出口１４を矩形状にし、その短辺側寸法（短辺長）Ｈを３mm以上とするとともに、第１の噴出口１２の直径ｄの２倍以上にすることにより、上記した効果が顕著に奏される。これは、上記寸法Ｈを３mm以上とすると、スパッタ粒子が第２の噴出口１４に付着しても、ガスの分布が成膜工程中に大きく変化しないためであり、また上記寸法Ｈを第１の噴出口１２の直径ｄの２倍以上にすると、第１の噴出口１２で得られたガスの分布を損なうことなく、スパッタリングガスを放電空間へより安定に供給できるからである。
【００２３】
つぎに、本発明の上記効果を確認するため、上記した図１に示すスパッタリング装置を用いて、巻出軸３にポリエチレンテレフタレートからなるロール状フィルム６を装着し、このフィルム６をキャンロール５に沿って移送しながら、インジウム・スズ合金（スズ含量：１０重量％）をターゲット８として、減圧下、アルゴンガスからなる不活性ガスとともに酸素ガスからなる反応性ガスを導入し、反応性スパッタリングにより、上記フィルム６の表面にインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）薄膜を連続的に１０時間成膜する試験を試みた。
【００２４】
この試験において、ガス供給ノズル１０として、図２に記載のもの（試験１）および図７に記載のもの（試験２）を使用したところ、いずれも、このノズル１０の第２のガス噴出口１４の周辺にスパッタ粒子の付着がみられたが、得られたＩＴＯ薄膜の膜質分布には変化はみられなかった。
一方、ガス供給ノズル１０に代え、図８に示す従来構成のガス供給ノズル（比較試験１）を用いたところ、ガス噴出口の周囲にスパック粒子の付着がみられ、一部の噴出口の開口径が小さくなっていた。また、得られたＩＴＯ薄膜の酸化程度が、成膜開始時点と終了時点とで部分的に変化していた。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、放電空間にスパッタリング用ガスを供給する際に、導入管とこれを収納するノズルケースとの二重構造のガス供給ノズルを使用し、導入管の一側面に設けた第１の噴出口より上記ガスを上記ケース内に導入し、これを上記ケースの上記第１の噴出口の裏面側に位置する第２の噴出口より放電空間に供給する構成としたことにより、ロール状フィルムへの連続的な成膜中に放電空間のガス分布が変化せず、長時間安定したスパッタリングを行えるスパッタリング方法とその装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスパッタリング装置の一例を示す正面断面図である。
【図２】上記装置のガス供給ノズル周辺を示す要部拡大図である。
【図３】上記ガス供給ノズルの導入管の一例を示す拡大図である。
【図４】上記導入管の他の例を示す拡大図である。
【図５】上記ガス供給ノズルのノズルケースの一例を示す側面図である。
【図６】上記ノズルケースの中心における断面図である。
【図７】上記ガス供給ノズルのノズルケースの他の例を示す側面図である。
【図８】従来のスパッタリング装置のカソード周辺を示す正面断面図である。
【符号の説明】
１  真空槽
２  真空排気口
３  巻出軸
４  巻取軸
５  キャンロール
６  ロール状フィルム
７  カソード
８  ターゲット
１０  ガス供給ノズル
１１  導入管
１２  第１の噴出口
１３  ノズルケース
１４  第２の噴出口
１５  ベース部
１６  カバー部
ｄ  第１の噴出口の最大寸法（直径）
Ｈ  第２の噴出口（矩形）の短辺側寸法（短辺長）
【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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【図７】
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【図８】
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