(57)【要約】【課題】  絶縁性フィルム上に均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を成膜可能なサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法を提供すること。【解決手段】  絶縁性フィルム２上にサーミスタ用金属窒化物膜３を製造する装置であって、帯状の絶縁性フィルムを延在方向に引っ張る張力印加機構４と、引っ張られた絶縁性フィルムの裏面を支持面５ａで支持する支持体５と、支持面に対向配置され支持面上の絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングにより成膜可能なスパッタリングターゲット６とを備え、張力印加機構が、引っ張られた絶縁性フィルムを支持面に押し当てて密着させる。【選択図】図１
2016148065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する装置であって、
帯状の前記絶縁性フィルムを延在方向に引っ張る張力印加機構と、
引っ張られた前記絶縁性フィルムの裏面を支持面で支持する支持体と、
前記支持面に対向配置され前記支持面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングにより成膜可能なスパッタリングターゲットとを備え、
前記張力印加機構が、引っ張られた前記絶縁性フィルムを前記支持面に押し当てて密着させることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置において、
前記支持面が、前記絶縁性フィルムの延在方向に対して曲率を有する曲面であることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置において、
前記サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置。
【請求項４】
絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する方法であって、
帯状の前記絶縁性フィルムを延在方向に引っ張る張力印加工程と、
引っ張られた前記絶縁性フィルムの裏面を支持体の支持面で支持する支持工程と、
前記支持面に対向配置され前記支持面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングにより成膜する工程とを有し、
前記支持工程で、引っ張られた前記絶縁性フィルムを前記支持面に押し当てて密着させることを特徴とするサーミスタ用金属窒化物膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーミスタ用金属窒化物膜を絶縁性フィルムに非焼成で直接成膜可能なサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度センサ等に使用されるサーミスタ材料は、高精度、高感度のために、高いＢ定数が求められている。従来、このようなサーミスタ材料には、Ｍｎ，Ｃｏ，Ｆｅ等の遷移金属酸化物が一般的である（特許文献１，２参照）。また、これらのサーミスタ材料では、安定なサーミスタ特性を得るために、５５０℃以上の焼成等の熱処理が必要である。
【０００３】
また、上記のような金属酸化物からなるサーミスタ材料の他に、例えば特許文献３では、一般式：ＭｘＡｙＮｚ（但し、ＭはＴａ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｔｉ及びＺｒの少なくとも１種、ＡはＡｌ，Ｓｉ及びＢの少なくとも１種を示す。０．１≦ｘ≦０．８、０＜ｙ≦０．６、０．１≦ｚ≦０．８、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される窒化物からなるサーミスタ用材料が提案されている。また、この特許文献３では、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ系材料で、０．５≦ｘ≦０．８、０．１≦ｙ≦０．５、０．２≦ｚ≦０．７、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１としたものだけが実施例として記載されている。このＴａ−Ａｌ−Ｎ系材料では、上記元素を含む材料をターゲットとして用い、窒素ガス含有雰囲気中でスパッタリングを行って作製されている。また、必要に応じて、得られた薄膜を３５０〜６００℃で熱処理を行っている。
【０００４】
近年、樹脂フィルム上にサーミスタ材料を形成したフィルム型サーミスタセンサの開発が検討されており、フィルムに直接成膜できるサーミスタ材料の開発が望まれている。すなわち、フィルムを用いることで、フレキシブルなサーミスタセンサが得られることが期待される。さらに、０．１ｍｍ程度の厚さを持つ非常に薄いサーミスタセンサの開発が望まれているが、従来はアルミナ等のセラミックスを用いた基板材料がしばしば用いられ、例えば、厚さ０．１ｍｍへと薄くすると非常に脆く壊れやすい等の問題があったが、フィルムを用いることで非常に薄いサーミスタセンサが得られることが期待される。
【０００５】
しかしながら、樹脂材料で構成されるフィルムは、一般的に耐熱温度が１５０℃以下と低く、比較的耐熱温度の高い材料として知られるポリイミドでも２００℃程度の耐熱性しかないため、サーミスタ材料の形成工程において熱処理が加わる場合は、適用が困難であった。上記従来の酸化物サーミスタ材料では、所望のサーミスタ特性を実現するために５５０℃以上の焼成が必要であり、フィルムに直接成膜したフィルム型サーミスタセンサを実現できないという問題点があった。そのため、非焼成で直接成膜できるサーミスタ材料の開発が望まれているが、上記特許文献３に記載のサーミスタ材料でも、所望のサーミスタ特性を得るために、必要に応じて、得られた薄膜を３５０〜６００℃で熱処理する必要があった。また、このサーミスタ材料では、Ｔａ−Ａｌ−Ｎ系材料の実施例において、Ｂ定数：５００〜３０００Ｋ程度の材料が得られているが、耐熱性に関する記述がなく、窒化物系材料の熱的信頼性が不明であった。
【０００６】
そこで、非焼成でフィルムに直接成膜できるサーミスタ材料として、特許文献４，５に記載のサーミスタに用いられる金属窒化物材料であって、一般式：ＴｉｘＡｌｙＮｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相であるサーミスタ用金属窒化物材料が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２２６５７３号公報
【特許文献２】特開２００６−３２４５２０号公報
【特許文献３】特開２００４−３１９７３７号公報
【特許文献４】特開２０１３−１７９１６１号公報
【特許文献５】特開２０１３−２１１４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
ＴｉＡｌＮ等のサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリング法により成膜する場合、成膜部分の温度によりサーミスタ用金属窒化物の結晶性が異なり、結果的にサーミスタ特性が異なることが知られている。従来のスパッタリング法による成膜では、図３に示すように、温度制御された支持体１０５に樹脂製の絶縁性フィルム２の端部を固定しているが、絶縁性フィルム２が変形するために支持体１０５の支持面１０５ａと絶縁性フィルム２の一部とが接触せず、その間に空隙が形成されるため熱伝達が不十分となり、成膜による発熱でフィルム面内に温度差が生じてしまう問題があった。このため、フィルム全面を支持体に粘着剤などで固定する方法も考えられるが、熱伝達は改善されるが、支持体からフィルムを剥がして取り出す時にフィルムが大きく変形してしまい、成膜したサーミスタ用金属窒化物膜が破壊されてしまう場合があった。
【０００９】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、絶縁性フィルム上に均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を成膜可能なサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造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】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置は、絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する装置であって、帯状の前記絶縁性フィルムを延在方向に引っ張る張力印加機構と、引っ張られた前記絶縁性フィルムの裏面を支持面で支持する支持体と、前記支持面に対向配置され前記支持面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングにより成膜可能なスパッタリングターゲットとを備え、前記張力印加機構が、引っ張られた前記絶縁性フィルムを前記支持面に押し当てて密着させることを特徴とする。
【００１１】
このサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置では、張力印加機構が、引っ張られた絶縁性フィルムを支持面に押し当てて密着させるので、張力が印加され支持面に密着した状態の絶縁性フィルムが均一な温度に維持されることで、均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を得ることができる。また、絶縁性フィルムへ張力を印加した状態で絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を成膜後、張力の印加を解除した際に、サーミスタ用金属窒化物膜に圧縮応力が発生することで、サーミスタ用金属窒化物膜中のクラックの発生を抑制することができる。なお、絶縁性フィルムを支持体に固定していないので、成膜したサーミスタ用金属窒化物膜が取り外しの際に破壊されてしまうことがない。
【００１２】
第２の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置は、第１の発明において、前記支持面が、前記絶縁性フィルムの延在方向に対して曲率を有する曲面であることを特徴とする。
すなわち、このサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置では、支持面が、絶縁性フィルムの延在方向に対して曲率を有する曲面であるので、支持面全体にわたって均一な密着性が得られ、そのためにサーミスタ用金属窒化物膜成膜時の絶縁性フィルム表面の温度を均一化でき、より均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を得ることができる。また、曲げ変形させた状態の絶縁性フィルムに成膜されたサーミスタ用金属窒化物膜は、絶縁性フィルムを平坦な状態に戻した際に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。
【００１３】
第３の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置は、第１又は第２の発明において、前記サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであることを特徴とする。
すなわち、このサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置では、サーミスタ用金属窒化物材料が、ＴｉＡｌＮであるので、良好な結晶性を有してサーミスタ特性が均一なＴｉＡｌＮ膜を絶縁性フィルム上に作製することができる。
【００１４】
第４の発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造方法は、絶縁性フィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜を製造する方法であって、帯状の前記絶縁性フィルムを延在方向に引っ張る張力印加工程と、引っ張られた前記絶縁性フィルムの裏面を支持体の支持面で支持する支持工程と、前記支持面に対向配置され前記支持面上の前記絶縁性フィルムの表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングターゲットを用いてスパッタリングにより成膜する工程とを有し、前記支持工程で、引っ張られた前記絶縁性フィルムを前記支持面に押し当てて密着させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法によれば、引っ張られた絶縁性フィルムを支持面に押し当てて密着させるので、サーミスタ用金属窒化物膜成膜時の絶縁性フィルム表面の温度を均一化でき、均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜を得ることができると共に、張力の印加の影響によりサーミスタ用金属窒化物膜に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の第１実施形態を示す製造装置の概略的な断面図である。
【図２】本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の第２実施形態を示す製造装置の概略的な断面図である。
【図３】本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の従来例を示す製造装置の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の第１実施形態を、図１を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１８】
本実施形態のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置１は、図１に示すように、絶縁性フィルム２上にサーミスタ用金属窒化物膜３を製造する装置であって、帯状の絶縁性フィルム２を延在方向に引っ張る張力印加機構４と、引っ張られた絶縁性フィルム２の裏面を支持面５ａで支持する支持体５と、支持面５ａに対向配置され支持面５ａ上の絶縁性フィルム２の表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングにより成膜可能なスパッタリングターゲット６とを備えている。
【００１９】
上記張力印加機構４は、引っ張られた絶縁性フィルム２を支持面５ａに押し当てて密着させるように設定されている。
この張力印加機構４は、絶縁性フィルム２の両端を支持すると共に一定の張力で引っ張る一対のフィルム張設部４ａを備えている。これらフィルム張設部４ａは、絶縁性フィルム２の両端を狭持して延在方向外方に引っ張る機構である。
張力印加機構４は、支持体５の前面にある支持面５ａに絶縁性フィルム２の裏面を当接させた状態で、一対のフィルム支持体５が支持体５の両側後方から絶縁性フィルム２の両端を引っ張ることで、支持面５ａに絶縁性フィルム２を押し付けている。
【００２０】
なお、張力印加機構として、移動可能な支持体５を設置し、支持体５を絶縁性フィルム２に対して移動させ、支持面５ａを絶縁性フィルム２に押し付け密着させることで、張力印加を行う機構としても構わない。
【００２１】
上記支持体５の内部には、冷温媒を流通させる配管５ｂが配設されている。すなわち、配管５ｂは、銅管等で形成され、この配管５ｂ内に冷温媒を流通させることで、支持体５の温度調整を行っている。
なお、この支持体５の支持面５ａは、平坦面とされている。
上記張力印加機構４及び支持体５は、いずれもスパッタリング装置の真空槽（図示略）内にスパッタリングターゲット６と共に設置されている。
【００２２】
上記サーミスタ用金属窒化物材料は、例えばＴｉＡｌＮであり、その場合、成膜されるサーミスタ用金属窒化物膜３は、ＴｉＡｌＮ膜である。特に、本実施形態で作製するサーミスタ用金属窒化物膜３は、一般式：ＴｉｘＡｌｙＮｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。
【００２３】
上記絶縁性フィルム２は、例えばポリイミド樹脂シートで帯状に形成されている。なお、絶縁性フィルム２としては、他にＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート，ＰＥＮ：ポリエチレンナフタレート等でも構わない。
【００２４】
上記真空槽には、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガスを導入するガス導入口（図示略）が設けられている。また、スパッタリングターゲット６の裏面側には、カソード電極（図示略）が配置されていると共に、支持体５がアノード電極とされている。すなわち、カソード電極側のスパッタリングターゲット６とアノード電極となる支持体５との間に電圧が印加され、支持体５上の絶縁性フィルム２の表面に反応性スパッタが行われる。
【００２５】
この製造装置１によるサーミスタ用金属窒化物膜の製造方法は、帯状の絶縁性フィルム２を延在方向に引っ張る張力印加工程と、引っ張られた絶縁性フィルム２の裏面を支持体５の支持面５ａで支持する支持工程と、支持面５ａに対向配置され支持面５ａ上の絶縁性フィルム２の表面にサーミスタ用金属窒化物材料をスパッタリングターゲット６を用いてスパッタリングにより成膜する工程とを有している。
【００２６】
上記張力印加工程及び支持工程では、一対のフィルム張設部４ａで絶縁性フィルム２の両端を支持し、さらに支持体５の支持面５ａに絶縁性フィルム２の裏面を当接させた状態で一対のフィルム張設部４ａで絶縁性フィルム２の両端を一定の張力で引っ張ることで、支持体５の支持面５ａを、絶縁性フィルム２に相対的に押し当てて密着させる。
【００２７】
上記スパッタリングターゲット６としては、Ｔｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲットを用いる。すなわち、Ｔｉ−Ａｌ合金スパッタリングターゲット６を用いて窒素含有雰囲気中で反応性スパッタを行って絶縁性フィルム２の表面にサーミスタ用金属窒化物膜３を成膜する。
また、上記反応性スパッタにおけるスパッタガス圧を、０．６７Ｐａ未満に設定することが好ましい。
【００２８】
より具体的には、例えば厚さ５０μｍのポリイミドフィルムの絶縁性フィルム２上に、反応性スパッタ法にてサーミスタ用金属窒化物膜３を２００ｎｍ成膜する。その時のスパッタ条件は、例えば到達真空度：５×１０−６Ｐａ、スパッタガス圧：０．４Ｐａ、ターゲット投入電力（出力密度）：２．５Ｗ／ｃｍ２で、Ａｒガス＋窒素ガスの混合ガス雰囲気下において窒素ガス分圧：２０％とする。なお、メタルマスクを用いて所望のサイズにサーミスタ用金属窒化物材料を成膜してサーミスタ用金属窒化物膜３をパターン形成しても構わない。
【００２９】
例えば、厚さ５０μｍのポリイミドフィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜３を厚さ２００ｎｍ成膜する際に、絶縁性フィルム２に単位面積当たり０．８〜２５ＭＰａの張力を印加した場合、張力を解除することでサーミスタ用金属窒化物膜３に発生する圧縮応力は、１９〜５８７ＭＰａと試算される。
【００３０】
このように本実施形態のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置１では、張力印加機構４が、引っ張られた絶縁性フィルム２を支持面５ａに押し当てて密着させるので、張力が印加され支持面５ａに密着した状態の絶縁性フィルム２が均一な温度に維持されることで、均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜３を得ることができる。特に、サーミスタ用金属窒化物材料をＴｉＡｌＮとすることで、良好な結晶性を有してサーミスタ特性が均一なＴｉＡｌＮ膜を絶縁性フィルム２上に作製することができる。
【００３１】
また、張力の印加を解除した際に、絶縁性フィルム２の収縮に伴い絶縁性フィルム２上のサーミスタ用金属窒化物膜３に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。なお、絶縁性フィルム２を支持体５に固定していないので、成膜したサーミスタ用金属窒化物膜３が取り外しの際に破壊されてしまうことがない。
【００３２】
次に、本発明に係るサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置及び製造方法の第２実施形態について、図２を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３３】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、支持面５ａが平坦面であったのに対し、第２実施形態のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置２１及び製造方法では、図２に示すように、支持体２５の支持面２５ａが、絶縁性フィルム２の延在方向に対して曲率を有する曲面である点である。
すなわち、第２実施形態では、支持体２５の支持面２５ａが、断面円弧状に形成されており、この支持面２５ａに沿って絶縁性フィルム２が密着されて支持されている。
【００３４】
例えば、厚さ５０μｍのポリイミドフィルム上にサーミスタ用金属窒化物膜３を厚さ２００ｎｍ成膜する際に、支持面２５ａの曲率半径を１６〜５００ｍｍとした場合、絶縁性フィルム２を平坦な状態に戻すことでサーミスタ用金属窒化物膜３に発生する圧縮応力は、５９４〜１９ＭＰａと試算される。
【００３５】
このように第２実施形態のサーミスタ用金属窒化物膜の製造装置２１では、支持面２５ａが、絶縁性フィルム２の延在方向に対して曲率を有する曲面であるので、支持面２５ａ全体にわたって均一な密着性が得られ、より均一なサーミスタ特性のサーミスタ用金属窒化物膜３を得ることができる。また、曲げ変形させた状態の絶縁性フィルム２に成膜されたサーミスタ用金属窒化物膜３は、絶縁性フィルム２を平坦な状態に戻した際に圧縮応力が発生することで、クラックの発生を抑制することができる。
【００３６】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１，２１…サーミスタ用金属窒化物膜の製造装置、２…絶縁性フィルム、３…サーミスタ用金属窒化物膜、４…張力印加機構、５，２５…支持体、５ａ，２５ａ…支持体の支持面、６…スパッタリングターゲット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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