成膜装置
【課題】面内方向における膜厚分布・膜質分布を均一にすることができ、かつ、成膜材料を交換するために成膜を一時的に停止せずに成膜できる成膜装置を提供する。
【解決手段】被処理対象を走行させる搬送手段と、被処理対象の走行方向に対して直交する方向に沿うように設けられたライン状の一以上の蒸着原料と、蒸着原料を溶融し、走行方向に対して直交する方向に列設される電子ビーム装置と、蒸着原料にイオンビームを照射し、走行方向に対して直交する方向に列設されるイオンソースとを備え、蒸着原料を支持する支持部材２４と、蒸着原料を昇降させる昇降部材２５とを備える。
【解決手段】被処理対象を走行させる搬送手段と、被処理対象の走行方向に対して直交する方向に沿うように設けられたライン状の一以上の蒸着原料と、蒸着原料を溶融し、走行方向に対して直交する方向に列設される電子ビーム装置と、蒸着原料にイオンビームを照射し、走行方向に対して直交する方向に列設されるイオンソースとを備え、蒸着原料を支持する支持部材２４と、蒸着原料を昇降させる昇降部材２５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、反射防止膜や透明導電膜などの機能性薄膜層は、基板やフィルム基材などの上に蒸着法、スパッタリング法などにより形成されている。この場合に、ロール状になった基材を巻き取りながら成膜を行ういわゆるロール・ツー・ロール方式を用いることで、生産性を向上させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、被処理対象であるフィルムに対して垂直に蒸着原料からの蒸着イオンが到達するように、フィルムが巻き付かれた成膜ドラムがロールに対向して蒸着原料が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８８２８号公報（請求項１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、被処理対象の大型化によりロール状のフィルムの幅も長くなってきている。これにより、上述した特許文献１に記載されたような装置を用いて成膜すると、フィルムの幅方向において膜厚や膜質などの面内分布が均一にならないという問題がある。
【０００５】
また、このようなロール状のフィルムを成膜する場合には、フィルムが長いことから成膜途中で成膜材料を交換する必要があり、成膜を一時的に停止しなければならない場合があるという問題がある。
【０００６】
このような問題は大型の基板に成膜する場合であっても同様に存在する。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、成膜対象の面内方向における膜厚分布・膜質分布を均一にすることができ、かつ、成膜材料を交換するために成膜を一時的に停止せずに成膜できる成膜装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の成膜装置は、被処理対象を走行させる搬送手段と、被処理対象の走行方向に対して直交する方向に沿うように設けられたライン状の一以上の蒸着原料と、蒸着原料を溶融し、前記走行方向に対して直交する方向に列設される電子ビーム装置と、蒸着原料にイオンビームを照射し、前記走行方向に対して直交する方向に列設されるイオンソースとを備え、前記蒸着原料を支持する支持部材と、該蒸着原料を昇降させる昇降部材とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本実施形態では、蒸着原料を溶融し、前記走行方向に対して直交する方向に列設される電子ビーム装置と、蒸着原料にイオンビームを照射し、前記走行方向に対して直交する方向に列設されるイオンソースとを備えることで、成膜対象の面内方向における膜厚分布・膜質分布を均一にすることができる。また、前記蒸着原料を支持する支持部材と、該蒸着原料を昇降させる昇降部材とを備えることで、成膜中に蒸着原料が連続的に溶融されて電子ビームが照射しにくくなった場合にも昇降部材により蒸着原料を電子ビームが照射されやすい位置に上昇させることができるので、成膜材料を交換するために成膜を一時的に停止せずに成膜できる。
【００１０】
前記支持部材は、蒸着原料を、前記電子ビーム装置とは逆側に傾けた状態で保持することが好ましい。このように蒸着原料を保持することで、電子ビームが蒸着原料に照射されやすい。
【００１１】
前記支持部材は、金属からなることが好ましい。金属からなることで、支持部材が電極として機能するので蒸着原料に電圧を印加することが可能である。
【００１２】
前記昇降部材の昇降制御を行う制御部を備え、該制御部は、前記蒸着原料が溶融されて欠け落ちると前記昇降部材を上昇させることが好ましい。このように構成されていることで、蒸着原料が溶融されて欠け落ちて電子ビームが照射されにくくなると自動的に蒸着原料を電子ビームが照射されやすい位置まで昇降させることができる。
【００１３】
前記蒸着原料と、イオンソースとの間には、フィラメントが設けられていると共に、該フィラメントには、電圧印加手段が設けられていることが好ましい。電圧印加手段によりフィラメントに電圧を印加することにより、フィラメントから放出された電子が第１イオンソースにおけるプラズマを大きくすることができる。これにより、第１イオンソースでの電流密度を上昇させることができる。
【００１４】
前記電子ビーム装置は、前記電子ビームの照射されるビーム形状が前記蒸着原料の長手方向に沿うような非円形形状となるように構成されていることが好ましい。このように構成されていることで、蒸着原料をその長手方向に沿って均一に溶融することができ、その結果、前記被処理対象の走行方向に対して直交する方向に亘って膜厚及び膜質がより均一となるように成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】蒸着装置の構成を示す概略正面図である。
【図２】蒸着装置の構成を示す概略上面図である。
【図３】蒸着手段について説明するための拡大断面図である。
【図４】蒸着装置使用中の蒸着原料を説明するための上面図である。
【図５】蒸着装置の使用状態を説明するための図である。
【図６】イオンソースの構成を示す概略断面図及び概略平面図である。
【図７】昇降手段についての別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１及び図２は、本実施の形態によるロール・ツー・ロール式のイオンビームアシスト蒸着装置の概略構成例を示す図である。本実施形態においては、イオンビームアシスト蒸着装置である蒸着装置１は、インジウムを有さない透明導電膜をフィルム状の基材Ｓに対して成膜するためのものである。
【００１７】
蒸着装置１は、真空チャンバ１０を有する。真空チャンバ１０の排気口１１には真空排気装置１２が設けられている。真空排気装置１２により真空チャンバ１０内を真空排気して真空チャンバ１０内部を真空状態にすることが可能である。このような真空排気装置１２としては、ターボ分子ポンプやクライオポンプ等の公知の真空ポンプがあげられ、本実施形態では、ターボ分子ポンプ及びクライオポンプを併用して用いている。
【００１８】
真空チャンバ１０内には、帯状であるフィルム状の基材Ｓを巻装してなる巻き出しロール１３と、このフィルム状の基材Ｓを巻き取る巻き取りロール１４と、成膜ドラム１５とが配置されている。また、巻き出しロール１３と、成膜ドラム１５との間、及び巻き取りロール１４と成膜ドラム１５との間には、基材Ｓを巻き出しロール１３から巻き取りロール１４へ搬送するための駆動ロール１６がそれぞれ設けられている。フィルム状の基材Ｓは、巻き出しロール１３から、駆動ロール１６、成膜ドラム１５及び駆動ロール１６を走行し通過して巻き取りロール１４で所定速度で巻き取られる。フィルム状の基材Ｓの成膜ドラム１５の下端部１７に位置する領域が成膜面Ｓ１となる。
【００１９】
真空チャンバ１０の底面には、成膜ドラム１５の最下端部に対向する位置に、蒸着手段２１が設けられている。この蒸着手段２１により、フィルム状の基材Ｓの成膜面Ｓ１に成膜を行う。この蒸着手段２１は、図２に示すように、成膜ドラム１５の幅方向に亘ってライン状に設けられている。
【００２０】
このような蒸着手段２１について、以下詳細に説明する。
【００２１】
各蒸着手段２１は、図３、４に示すように、蒸着原料２２ａが収納された坩堝２２と、坩堝２２の蒸着原料２２ａを溶融するための電子ビーム装置２３と、磁場発生手段２８とを有する。蒸着原料２２ａは、本実施形態では、板状である。かかる蒸着原料２２ａは、酸化亜鉛又は亜鉛からなる。このように、インジウムを用いないことで、本実施形態では、低コストで透明導電膜を形成することが可能である。
【００２２】
坩堝２２は基材Ｓの幅に略一致するように延設された箱状であり、坩堝２２内には、傾斜面を構成する板状の支持部材２４が設置されている。板状の支持部材２４は、坩堝２２の長手方向に延設されている。支持部材２４は、図示しない支持部により電子ビーム装置２３とは逆側に傾けた状態で保持されている。この支持部材２４の下端部側には、支持部材２４による傾斜面を上昇移動可能であるように構成された板状の昇降部材２５が設けられている。昇降部材２５は、例えば、図示しないアクチュエータ等の動力発生手段により昇降部材２５の下面側に設けられた支持軸２５ａを移動させて支持部材２４の傾斜面を移動可能であるように構成されている。なお、本実施形態では蒸着原料２２ａは基材Ｓの幅方向に亘って設けられた板状の蒸着原料であるので、昇降部材２５を昇降させるために複数の支持軸２５ａが昇降部材２５の下面側に離間して設けられている。
【００２３】
そして、この支持部材２４と昇降部材２５とで板状の蒸着原料２２ａが支持されている。即ち、板状の蒸着原料２２ａは、板面が支持部材２４の傾斜面に載置され、下端面が昇降部材２５に載置されて支持されている。そして、昇降部材２５がこの傾斜面を移動することにより、蒸着原料２２ａも同時に昇降することができる。
【００２４】
支持部材２４は金属部材（例えば銅、もしくは銅を含む合金）からなる。これにより、支持部材２４に電圧印加手段を接続すれば、電極としても構成することができる。通常は坩堝２２が電極としての機能を果たしているが、このように支持部材２４を電極としても機能するように構成することで、より電子ビームが蒸着原料２２ａに照射されやすくなる。特に、昇降部材２５の上昇のタイミングよりも早く蒸着原料２２ａの溶融が進んだ場合には坩堝２２を電極としていると蒸着原料２２ａに電圧を印加することができない場合も考えられるので、支持部材２４を電極として構成することが好ましい。
【００２５】
電子ビーム装置２３は、坩堝２２の近傍に設けられている。電子ビーム装置２３は、放出する電子ビームが各蒸着原料２２ａに照射できるように設置されている。電子ビームが蒸着原料２２ａに照射されることで、蒸着原料２２ａが溶融されて、蒸着粒子が基材Ｓの処理面に付着し堆積する。
【００２６】
本実施形態においては、この電子ビーム装置２３からの電子ビームは、蒸着原料２２ａの照射時のビーム形状（照射するビームの断面形状）が、蒸着手段２１の長手方向とは直交する方向においてのみ焦点があうように（フォーカスされるように）、磁場発生手段２８が坩堝２２の電子ビーム装置２３とは逆側に、電子ビーム装置２３とは対向して設置されている。即ち、蒸着手段２１では、磁場発生手段２８により、蒸着原料２２ａに照射された電子ビームが蒸着手段２１の長手方向に平行な線状（本実施形態ではアスペクト比が３の楕円形状）となるように構成されている。
【００２７】
磁場発生手段２８は、磁石を芯としてその外周にコイルを設けたものであり、該磁場発生手段２８への電流を制御することで、発生する磁場の強度を調整して電子ビームのフォーカスを調整する。本実施形態では、蒸着手段２１は、磁場発生手段としてはこの磁場発生手段２８のみを有しており、坩堝２２と電子ビーム装置２３とに対して直交する位置に、磁場発生手段を有していない。
【００２８】
また、本実施形態では、この電子ビーム装置２３は、電子ビームを蒸着手段２１の並設方向（ライン状に設けられた蒸着原料の長手方向）に掃引することができるように構成されている。ビーム形状が並設方向に沿った線状である電子ビームを並設方向に掃引できることで、蒸着原料２２ａを溶融し放出された蒸着粒子を、成膜面Ｓ１の蒸着原料２２ａに対向する領域だけでなく、蒸着原料２２ａに対向しない領域にも付着させることができる。
【００２９】
このような線状の電子ビームを蒸着手段２１の長手方向において掃引できることで、蒸着原料２２ａに対して電子ビーム装置２３が対向していなくても、各蒸着原料２２ａは、その中央部から、蒸着手段２１の長手方向に沿って溶融されていく。このようにして、本実施形態では、複数の電子ビーム装置を離間して設けることで、膜厚及び膜質の均一化を保持できると共に電力消費量を抑制することが可能である。
【００３０】
このように、各蒸着原料２２ａが蒸着手段２１の長手方向である一方向に亘って溶融されることで基材Ｓの幅方向全域に亘って均一に蒸着原料２２ａが溶融されるので、これにより本実施形態では基材の幅方向に対して膜厚、膜質が均一となるように成膜を行うことが可能である。ちなみに、電子ビーム装置がその並設方向に直交する方向に対して焦点があうと共に並設方向においても焦点があっているとすれば、本実施形態のように並設方向に沿って蒸着原料２２ａが溶解されないので、基材Ｓの幅方向に亘って均一に成膜することはできない。
【００３１】
また、本実施形態では、上述したように蒸着手段２１は、蒸着原料２２ａが成膜中に昇降できるように構成されている。即ち、図５（１）に示すように、蒸着原料２２ａが電子ビームにより溶融し続けた結果、蒸着原料２２ａが欠け落ちて電子ビームが蒸着原料２２ａの上面に届かなくなった場合には、図５（２）に示すように、昇降部材２５を支持部材２４の傾斜面を上方へ摺動させるように上昇させて蒸着原料２２ａを溶融可能な位置まで上昇させている。
【００３２】
かかる昇降部材２５が設けられていないと、以下のような不都合が考えられる。例えば、基材に対して蒸着を行っている間に蒸着原料が完全に溶融されると新しいものに取り替える必要が生じる場合があるが、取り替えのタイミング毎に成膜を停止させるとすれば装置の稼動率が低下してしまう。他方で、ロール状となっている基材に対して全て成膜するのに必要な量の蒸着原料を設けたとしても、坩堝の電子ビームが照射される位置に蒸着原料を全て収納しきれないという問題が発生する可能性がある。また、この場合に坩堝を大きくして坩堝内に蒸着原料を収容できるように構成すると、坩堝内に収容された蒸着原料に電子ビームが到達することができずに、溶融することができない可能性がある。
【００３３】
これに対し、本実施形態では、蒸着原料２２ａが電子ビームにより溶融可能な位置よりも溶融された場合には、昇降部材２５により蒸着原料２２ａを溶融可能な位置まで上昇させることができる。この昇降部材２５の上昇は、一定時間経過毎に行ってもよい。
【００３４】
また、この場合に蒸着原料２２ａが傾斜面からなる支持部材２４に支持されることで傾斜状態において保持されていることから、溶融されて蒸着原料２２ａの一部が欠け落ちたとしても坩堝２２の内部に落ちるので、パーティクルや異常放電等の原因とはならないため、好ましい。
【００３５】
さらに、このように支持部材２４により蒸着原料２２ａが傾斜状態で保持され、この状態で溶融されていると、図５（１）に示すように蒸着原料２２ａに角部が残りやすい。そうすると、図５（２）に示すように上昇した場合に蒸着原料２２ａの坩堝２２の表面に角部が露出しやすいが、このように角部が露出していると、電子ビーム装置２３からの電子ビームが到達しやすいので、好ましい。
【００３６】
図１及び図２に戻り、真空チャンバ１０内には、第１イオンソース３１が、基材Ｓの進行方向の上流側（逆側）に、蒸着手段２１の並設方向に沿って複数並設されている。即ち、第１イオンソース３１が並設されてなる列は、蒸着手段２１が並設されてなる列に対して平行である。
【００３７】
真空チャンバ１０には、さらに複数の電圧印加手段３２が設けられている（図２中図示せず）。電圧印加手段３２は、例えばＤＣ電源であり、正電圧側が各第１イオンソース３１に接続されると共に、負電圧側が成膜ドラム１５に接続されている。
【００３８】
蒸着手段２１の成膜アシスト手段である第１イオンソース３１は、詳しくは後述するように、図示しないガス供給ラインからガスが供給されると、その内部でイオンを生成し、この生成したイオンからなるイオンビームを基材Ｓに向けて放出する。本実施形態では第１イオンソース３１に導入したＯ２ガスとＣｘＦｙを含むガスとのプラズマから、正に帯電したイオン（Ｏ２＋ ，ＣｘＦｙ＋）を引き出し、電圧印加手段３２の加速電圧により加速して基材Ｓに向けて放出する。
【００３９】
そして、放出されたイオンビームは、電圧印加手段３２により第１イオンソース３１と基材Ｓとの間に形成された電界により、基材Ｓの成膜面Ｓ１に到達し、成膜面Ｓ１に堆積した蒸着粒子と反応し、又は蒸着粒子に付着して、所望の膜が形成される。本実施形態では、所望の膜としては、ＣｘＦｙドープされた酸化亜鉛膜が形成される。
【００４０】
ここで、第１イオンソース３１について図６を用いて詳細に説明する。
【００４１】
第１イオンソース３１は、筐体４１と、筐体４１に収納されたアノード電極として機能するアノード部４２とを備える。アノード部４２は、その中央部にすり鉢状の凹部４３を有している。この凹部４３により形成される空間が、イオン形成空間４４となる。アノード部４２の凹部４３の表面は、ＴｉＮ膜に覆われている。これにより、後述するようにイオン形成空間４４にＯ２ガスとＣｘＦｙを含むガスとが導入されてプラズマが形成された場合であっても、酸素イオンにより表面が荒れることがなく、かつ、酸素を含むプラズマを安定して形成することができる。
【００４２】
この凹部４３に対向する位置に、カソードとしても機能する第１フィラメント４５が設けられている。この第１フィラメント４５には、図示しない電圧印加手段が設けられていて、第１フィラメント４５に電圧を印加することが可能である。
【００４３】
凹部４３は、その底部に突起部４６が設けられている。突起部４６は、イオン形成空間４４側に突出しており、断面視において円弧状となっている。このような突起部４６が設けられていることで、カソードから放出された電子を効率よくイオン形成空間４４に閉じ込めることが可能である。
【００４４】
筐体４１には、第１貫通孔５１が設けられている。第１貫通孔５１は、筐体４１の壁面を貫通している。また、筐体４１とアノード部４２との間には、間隙５２が設けられている。間隙５２に第１貫通孔５１が臨んでいる。また、アノード部４２には、アノード部４２を貫通する第２貫通孔５３が設けられている。第２貫通孔５３は、一端側で間隙５２に臨み、他端側で、イオン形成空間４４に臨む。即ち、第２貫通孔５３を介して、間隙５２とイオン形成空間４４とが連通している。なお、図６（ｂ）に示すように、第２貫通孔５３は、複数設けられている。
【００４５】
この第１貫通孔５１、間隙５２及び第２貫通孔５３により、イオン形成空間４４にガスを導入するためのガス導入路が構成されている。即ち、図示しないガス供給ラインが第１貫通孔５１に連通し、ガス導入路により、イオン形成空間４４にＯ２ガスとＣｘＦｙを含むガスとが導入される。
【００４６】
また、アノード部４２の凹部４３とは逆側には、磁石４７が設けられている。この磁石４７により、カソードである第１フィラメント４５と、アノード部４２との間に形成される電場に対して直交する磁場が形成され、ガス導入時にイオン形成空間４４にプラズマが形成される。
【００４７】
なお、この場合に非常に第１イオンソース３１が高温になるのを抑制すべく、アノード部４２の突起部４６の後方（イオン形成空間４４とは逆側）には、冷却手段４８が設けられている。冷却手段４８は、本実施形態では、水冷手段であり、冷却手段４８の内部を冷却液が通過することで、アノード部４２を冷却できるように構成されている。
【００４８】
また、この第１イオンソース３１では、電圧印加手段３２（図１参照）からアノード部４２に電圧が印加されるように構成されており、この電圧印加手段３２により印加される電圧は、２００Ｖ以下である。本実施形態では、エンドホール型のイオンソースであり、かつ、直流放電可能であるので、低電圧を印加しても大電流を流すことができ、安定してイオン化することが可能である。
【００４９】
図１及び図２に示すように、この各第１イオンソース３１の蒸着手段２１側には、第１イオンソース３１から離間して各第１イオンソース３１に対向する位置にそれぞれ第２フィラメント６が設けられている。即ち、第２フィラメント６は、蒸着手段２１の並設方向に沿ってライン状に複数並設されている。この第２フィラメント６にはフィラメント電圧印加手段６１が設けられている（図２中図示せず）。本実施形態では、フィラメント電圧印加手段６１から、所定電圧、即ち―５ｋＶの直流電圧が第２フィラメント６に印加されている。このような所定電圧としては、―４〜―１０ｋＶの範囲にあれば良い。
【００５０】
このように第２フィラメント６に所定電圧が印加されることにより、第１イオンソース３１がこの第２フィラメント６から発生する電子を受け取って形成されるプラズマが大きくなり、その結果、後述するように本実施形態ではＣＦ４のイオンビームを形成することが可能である。
【００５１】
また、蒸着手段２１の第１イオンソース３１とは逆側、即ち基材Ｓの進行方向の上流側には、さらに第２イオンソース６３が、蒸着手段２１の並設方向に沿って複数並設されている。第２イオンソース６３は、成膜面Ｓ１に成膜された膜の表面のアニールを行うことができるように、アルゴンのイオン電流を放出して、成膜された膜のアニールを行うように構成されている。このような第２イオンソース６３としては、上述した第１イオンソースと同様の構成からなるものを用いてもよく、また、アニールを行うためのアルゴン等のイオン電流を放出することができれば異なる構成のものを用いてもよい。
【００５２】
かかる蒸着装置１による成膜方法について説明する。
【００５３】
初めに、真空チャンバ１０内を真空排気装置１２により真空排気して、約１０−５Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−４Ｐａ）程度の真空状態とする。
【００５４】
所定の真空状態となった後、巻き出しロール１３からフィルム状の基材Ｓの走行を開始させる。
【００５５】
その後、電子ビーム装置２３から出射される線状の電子ビームを蒸着原料２２ａに照射しながら掃引し、酸化亜鉛である蒸着原料２２ａを溶融する。これにより蒸着原料２２ａが蒸発し、基材Ｓの成膜面Ｓ１に酸化亜鉛が蒸着される。酸化亜鉛膜の堆積速度は、ほぼ一定の蒸着速度になるように電子ビーム装置２３の出力を制御することができる。その堆積速度は、好ましくは０．５〜１０ｎｍ／ｓである。この範囲より堆積速度が早いと、膜の密度が荒くなり膜質が低下してしまい、また、この範囲より堆積速度が遅いと成膜時間がかかり過ぎて実用的ではないため、この範囲が好ましい。より好ましい膜質の膜を得ると同時に実用的な好ましい堆積速度としては、１〜５ｎｍ／ｓである。
【００５６】
そして、成膜時において蒸着原料２２ａが溶融されて電子ビーム装置２３からの電子ビームが照射されにくくなると、昇降部材２５が支持部材２４の傾斜面を上昇して蒸着原料２２ａが上昇し、これにより蒸着原料２２ａに再度電子ビームが照射されやすくなり蒸着原料２２ａが溶融されることが可能である。
【００５７】
このように蒸着原料２２ａを蒸発させて蒸着させると同時に、第１イオンソース３１からイオンビームを基材Ｓに照射する。本実施形態では第１イオンソース３１で、ガスをガス導入路からイオン形成空間４４内に導入しながら、第１フィラメント４５に電圧を印加して熱電子を放出させる。放出された熱電子は、磁石４７により形成された磁場によりスパイラル運動しながら、カソードとして機能する第１フィラメント４５とアノード部４２との間に形成された電場により、アノード部４２側へ加速され移動する。そして、導入されたガスがイオン形成空間４４でプラズマ化、即ちイオン化される。これにより形成されたイオンビームが、アースである基板に向けて照射される。即ち、第１イオンソース３１に導入したＯ２ ガスとＣｘＦｙを含むガスとのプラズマから、正に帯電したイオン（Ｏ２＋ ，ＣｘＦｙ＋）が引き出され、電圧印加手段３２の加速電圧により加速されて基材Ｓに向けて放出する。
【００５８】
このように、本実施形態では、第１イオンソース３１に供給されるガスは、Ｏ２ガスとＣｘＦｙ含有ガスである。Ｏ２ガスを導入することで、十分に酸化された酸化亜鉛膜を形成できる。またＣｘＦｙ含有ガスを添加することで、ＣｘＦｙドープされた酸化亜鉛膜を形成することができる。このようなＣｘＦｙドープされた酸化亜鉛膜は、高い導電率を有すると共に、高い光透過率を有する。
【００５９】
ＣｘＦｙ含有ガスとしては、ｘは０以上、ｙは１以上の自然数であるものが挙げられる。このようなＣｘＦｙガスとしては、例えば、Ｃ２Ｆ４、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ１０、Ｃ４Ｆ１０、Ｃ５Ｆ１２、Ｃ２Ｆ２、Ｃ３Ｆ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、及びＣ３Ｆ８から選ばれた少なくとも一種のフロロカーボンガスが挙げられる。また、ＣｘＦｙ含有ガスとして、ＣｘＦｙＩｚで表されるガスを用いることも可能である。
【００６０】
これらのＯ２ガスとＣｘＦｙ含有ガスとを１：９９〜２０：８０の混合割合となるように第１イオンソース３１に供給する。この範囲であることで、所望の酸化亜鉛膜を形成することができる。ＣｘＦｙ含有ガスの割合が少なすぎれば、ＣｘＦｙドープされた膜とすることができず、他方で、ＣｘＦｙ含有ガスの割合が多すぎれば、酸素量が少なすぎて所望の酸化亜鉛膜を形成することができない。
【００６１】
この場合に、Ｏ２ガスとＣｘＦｙガスとの混合ガスの流量は、０．５〜５ｓｃｃｍである。
【００６２】
また、Ｏ２ガスの解離率は、好ましくは７０％以上である。７０％以上であることで、十分に蒸発粒子と反応することができる。
【００６３】
この場合に第２フィラメント６に電圧を印加することで、第１イオンソース３１に電子を供給することができ、その結果、第１イオンソース３１からのイオンビームの電流密度を向上させることができる。第１イオンソース３１からのイオンビームの電流密度は、好ましくは、２００〜１５００μＡ／ｃｍ２である。この範囲であることで、イオンビームの加速が十分であり、基材Ｓの表面で蒸着粒子とイオンビームとが反応しやすく、所望の膜を形成しやすい。
【００６４】
本実施形態では、イオンビームアシスト蒸着法を用いているので、基板に付着した蒸着粒子とイオンビームの反応性が高く、その結果、反応性を高めるために基板温度を高くする必要がない。このため、例えば、成膜温度を１００℃以下とすることができ、例えば基材ＳとしてＰＥＴフィルム等を用いることができる。このように第１イオンソース３１により成膜アシストすることで膜質のよい酸化亜鉛膜を形成することができると共に、ＣｘＦｙイオンを導入することで、酸化亜鉛膜にＣｘＦｙドープすることが可能である。得られたＣｘＦｙドープ酸化亜鉛膜は、例えば、３８０〜７８０ｎｍの波長の光での平均波長は９０％以上であり、３７０ｎｍ以上の波長の波を７０％以上透過することができると共に、抵抗率が１．８７×１０―４Ω・ｃｍ以下であり、高い透過率を有すると共に、低い抵抗率を有する。
【００６５】
本実施形態の蒸着装置１では、ライン状となるように複数の蒸着手段２１を配すると共に、複数の第１イオンソース３１を配することで、ロール状であり、幅広である基材Ｓに対して成膜することが可能である。この場合に蒸着手段２１が有する電子ビーム装置２３からの電子ビームのビーム形状が非円形であることから、基材Ｓの幅方向に亘って均一に蒸着粒子が付着して均一な膜厚、均一な膜質で成膜することが可能である。
【００６６】
そして、成膜時において蒸着原料２２ａが電子ビームが照射されにくくなるまで溶融された場合には、昇降部材２５を昇降させて蒸着原料２２ａを上昇させることができるので、ロール状である基材Ｓに成膜する場合であっても成膜中に蒸着原料２２ａを交換する必要がない。
【００６７】
本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、本実施形態では、酸化亜鉛を含有する透明導電膜を形成したが、これに限定されず、所望の膜、例えばインジウムを含む透明導電膜や、他の機能性膜を形成することができる。
【００６８】
本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、昇降部材２５の昇降を自動的に行うように構成してもよい。図７に示す実施形態では、蒸着装置１は制御部７１を有する。なお、図７では、図１と同一の構成要素については同一の番号を付してあるが、説明のため省略している構成要素もある。
【００６９】
制御部７１は、昇降部材２５を昇降させるアクチュエータ装置７２を制御するものである。電子ビーム装置２３は、フィラメント７３とフィラメント７３に電圧を印加するための直流電源７４とを有する。この直流電源７４からフィラメント７３に電圧が印加されることで、フィラメントから電子が放出されて電子ビームが形成され、蒸着原料２２ａに照射される。
【００７０】
また、電子ビーム装置２３と蒸着原料２２ａとの間には電源７５が接続されていると共に、電源７５と蒸着原料２２ａとの間には、この間を流れる電流値を検出する電流検出部７６が設けられている。制御部７１は、電源７５から蒸着原料２２ａに印加している電圧値を得ると共に、電流検出部７６で検出された電流値を得る。
【００７１】
蒸着原料２２ａが溶融されてその一部が欠けて坩堝２２内に落ちると電源７５と蒸着原料２２ａとの間の電流値が下がる。制御部７１は、電圧値が一定であるのに電流検出部７６から検出された電流値が下がると、蒸着原料２２ａが溶融されて欠けて落ちたと判断する。従って、制御部７１は、この電流値の低下を検出すると、制御部７１を昇降部材２５を上昇させて、蒸着原料２２ａの位置を上昇させる。
【００７２】
このように、本実施形態では、蒸着原料２２ａが溶融不可能な位置に達するまで溶融されると自動的に蒸着原料２２ａの位置を上昇させることができ、ロール状のフィルムの成膜中に成膜を中止せずに連続的に行うことが可能である。
【００７３】
本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、本実施形態では、酸化亜鉛を含有する透明導電膜を形成したが、これに限定されず、所望の膜、例えばインジウムを含む透明導電膜や、他の機能性膜を形成することができる。
【００７４】
本実施形態では、蒸着原料２２ａである一つの細長いペレットを真空チャンバ１０内に設けたが、これに限定されない。例えば、帯状の基材Ｓの幅に合わせて複数のペレットを列設しても良い。また、本実施形態では、電子ビーム装置２３を蒸着手段２１の長手方向に掃引することで電子ビーム装置２３を離間して設けたが、これに限定されない。一つの電子ビーム装置２３を隙間無く並べるようにして設けてもよい。
【００７５】
本実施形態では電子ビームのビーム形状が線状となるように構成しているが、これに限定されない。ビーム形状は、非円形形状（アスペクト比が２〜１０）であって、蒸着手段２１の長手方向とビーム形状の長手方向とが一致すればよい。このように構成することで、基材Ｓの幅方向（基材Ｓの走行方向とは直交する方向）に亘って成膜することができる。なお、本実施形態のように楕円形状ではなく線状となるように構成することで、膜厚及び膜質をより均一とすることが可能である。
【００７６】
また、本実施形態では、成膜ドラム１５は断面視において円形状となっていたが、これに限定されない。例えば、真空チャンバ１０の底面側が凹となっている曲面から構成されていてもよい。このように構成することで、蒸着原料２２ａについては蒸着手段２１の長手方向及び並設方向に直交する方向において焦点があっていたとしても、この場合の蒸着材料の分布に一致するので、基材Ｓの幅方向に亘って均一に成膜することが可能である。この場合には、成膜ドラム１５としては、例えば静電チャックなどを用いても良い。
【００７７】
本実施形態では、基材Ｓをロール・ツー・ロール式で成膜したが、これに限定されない。例えば、基板をトレイに載置してローラーで搬送し、蒸着させてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１ 蒸着装置
１０ 真空チャンバ
１１ 排気口
１２ 真空排気装置
１３ 巻き出しロール
１４ 巻き取りロール
２１ 蒸着手段
２２ａ 蒸着原料
２３ 電子ビーム装置
３１ 第１イオンソース
３２ 電圧印加手段
６３ 第２イオンソース
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、反射防止膜や透明導電膜などの機能性薄膜層は、基板やフィルム基材などの上に蒸着法、スパッタリング法などにより形成されている。この場合に、ロール状になった基材を巻き取りながら成膜を行ういわゆるロール・ツー・ロール方式を用いることで、生産性を向上させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、被処理対象であるフィルムに対して垂直に蒸着原料からの蒸着イオンが到達するように、フィルムが巻き付かれた成膜ドラムがロールに対向して蒸着原料が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８８２８号公報（請求項１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、被処理対象の大型化によりロール状のフィルムの幅も長くなってきている。これにより、上述した特許文献１に記載されたような装置を用いて成膜すると、フィルムの幅方向において膜厚や膜質などの面内分布が均一にならないという問題がある。
【０００５】
また、このようなロール状のフィルムを成膜する場合には、フィルムが長いことから成膜途中で成膜材料を交換する必要があり、成膜を一時的に停止しなければならない場合があるという問題がある。
【０００６】
このような問題は大型の基板に成膜する場合であっても同様に存在する。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、成膜対象の面内方向における膜厚分布・膜質分布を均一にすることができ、かつ、成膜材料を交換するために成膜を一時的に停止せずに成膜できる成膜装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の成膜装置は、被処理対象を走行させる搬送手段と、被処理対象の走行方向に対して直交する方向に沿うように設けられたライン状の一以上の蒸着原料と、蒸着原料を溶融し、前記走行方向に対して直交する方向に列設される電子ビーム装置と、蒸着原料にイオンビームを照射し、前記走行方向に対して直交する方向に列設されるイオンソースとを備え、前記蒸着原料を支持する支持部材と、該蒸着原料を昇降させる昇降部材とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本実施形態では、蒸着原料を溶融し、前記走行方向に対して直交する方向に列設される電子ビーム装置と、蒸着原料にイオンビームを照射し、前記走行方向に対して直交する方向に列設されるイオンソースとを備えることで、成膜対象の面内方向における膜厚分布・膜質分布を均一にすることができる。また、前記蒸着原料を支持する支持部材と、該蒸着原料を昇降させる昇降部材とを備えることで、成膜中に蒸着原料が連続的に溶融されて電子ビームが照射しにくくなった場合にも昇降部材により蒸着原料を電子ビームが照射されやすい位置に上昇させることができるので、成膜材料を交換するために成膜を一時的に停止せずに成膜できる。
【００１０】
前記支持部材は、蒸着原料を、前記電子ビーム装置とは逆側に傾けた状態で保持することが好ましい。このように蒸着原料を保持することで、電子ビームが蒸着原料に照射されやすい。
【００１１】
前記支持部材は、金属からなることが好ましい。金属からなることで、支持部材が電極として機能するので蒸着原料に電圧を印加することが可能である。
【００１２】
前記昇降部材の昇降制御を行う制御部を備え、該制御部は、前記蒸着原料が溶融されて欠け落ちると前記昇降部材を上昇させることが好ましい。このように構成されていることで、蒸着原料が溶融されて欠け落ちて電子ビームが照射されにくくなると自動的に蒸着原料を電子ビームが照射されやすい位置まで昇降させることができる。
【００１３】
前記蒸着原料と、イオンソースとの間には、フィラメントが設けられていると共に、該フィラメントには、電圧印加手段が設けられていることが好ましい。電圧印加手段によりフィラメントに電圧を印加することにより、フィラメントから放出された電子が第１イオンソースにおけるプラズマを大きくすることができる。これにより、第１イオンソースでの電流密度を上昇させることができる。
【００１４】
前記電子ビーム装置は、前記電子ビームの照射されるビーム形状が前記蒸着原料の長手方向に沿うような非円形形状となるように構成されていることが好ましい。このように構成されていることで、蒸着原料をその長手方向に沿って均一に溶融することができ、その結果、前記被処理対象の走行方向に対して直交する方向に亘って膜厚及び膜質がより均一となるように成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】蒸着装置の構成を示す概略正面図である。
【図２】蒸着装置の構成を示す概略上面図である。
【図３】蒸着手段について説明するための拡大断面図である。
【図４】蒸着装置使用中の蒸着原料を説明するための上面図である。
【図５】蒸着装置の使用状態を説明するための図である。
【図６】イオンソースの構成を示す概略断面図及び概略平面図である。
【図７】昇降手段についての別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１及び図２は、本実施の形態によるロール・ツー・ロール式のイオンビームアシスト蒸着装置の概略構成例を示す図である。本実施形態においては、イオンビームアシスト蒸着装置である蒸着装置１は、インジウムを有さない透明導電膜をフィルム状の基材Ｓに対して成膜するためのものである。
【００１７】
蒸着装置１は、真空チャンバ１０を有する。真空チャンバ１０の排気口１１には真空排気装置１２が設けられている。真空排気装置１２により真空チャンバ１０内を真空排気して真空チャンバ１０内部を真空状態にすることが可能である。このような真空排気装置１２としては、ターボ分子ポンプやクライオポンプ等の公知の真空ポンプがあげられ、本実施形態では、ターボ分子ポンプ及びクライオポンプを併用して用いている。
【００１８】
真空チャンバ１０内には、帯状であるフィルム状の基材Ｓを巻装してなる巻き出しロール１３と、このフィルム状の基材Ｓを巻き取る巻き取りロール１４と、成膜ドラム１５とが配置されている。また、巻き出しロール１３と、成膜ドラム１５との間、及び巻き取りロール１４と成膜ドラム１５との間には、基材Ｓを巻き出しロール１３から巻き取りロール１４へ搬送するための駆動ロール１６がそれぞれ設けられている。フィルム状の基材Ｓは、巻き出しロール１３から、駆動ロール１６、成膜ドラム１５及び駆動ロール１６を走行し通過して巻き取りロール１４で所定速度で巻き取られる。フィルム状の基材Ｓの成膜ドラム１５の下端部１７に位置する領域が成膜面Ｓ１となる。
【００１９】
真空チャンバ１０の底面には、成膜ドラム１５の最下端部に対向する位置に、蒸着手段２１が設けられている。この蒸着手段２１により、フィルム状の基材Ｓの成膜面Ｓ１に成膜を行う。この蒸着手段２１は、図２に示すように、成膜ドラム１５の幅方向に亘ってライン状に設けられている。
【００２０】
このような蒸着手段２１について、以下詳細に説明する。
【００２１】
各蒸着手段２１は、図３、４に示すように、蒸着原料２２ａが収納された坩堝２２と、坩堝２２の蒸着原料２２ａを溶融するための電子ビーム装置２３と、磁場発生手段２８とを有する。蒸着原料２２ａは、本実施形態では、板状である。かかる蒸着原料２２ａは、酸化亜鉛又は亜鉛からなる。このように、インジウムを用いないことで、本実施形態では、低コストで透明導電膜を形成することが可能である。
【００２２】
坩堝２２は基材Ｓの幅に略一致するように延設された箱状であり、坩堝２２内には、傾斜面を構成する板状の支持部材２４が設置されている。板状の支持部材２４は、坩堝２２の長手方向に延設されている。支持部材２４は、図示しない支持部により電子ビーム装置２３とは逆側に傾けた状態で保持されている。この支持部材２４の下端部側には、支持部材２４による傾斜面を上昇移動可能であるように構成された板状の昇降部材２５が設けられている。昇降部材２５は、例えば、図示しないアクチュエータ等の動力発生手段により昇降部材２５の下面側に設けられた支持軸２５ａを移動させて支持部材２４の傾斜面を移動可能であるように構成されている。なお、本実施形態では蒸着原料２２ａは基材Ｓの幅方向に亘って設けられた板状の蒸着原料であるので、昇降部材２５を昇降させるために複数の支持軸２５ａが昇降部材２５の下面側に離間して設けられている。
【００２３】
そして、この支持部材２４と昇降部材２５とで板状の蒸着原料２２ａが支持されている。即ち、板状の蒸着原料２２ａは、板面が支持部材２４の傾斜面に載置され、下端面が昇降部材２５に載置されて支持されている。そして、昇降部材２５がこの傾斜面を移動することにより、蒸着原料２２ａも同時に昇降することができる。
【００２４】
支持部材２４は金属部材（例えば銅、もしくは銅を含む合金）からなる。これにより、支持部材２４に電圧印加手段を接続すれば、電極としても構成することができる。通常は坩堝２２が電極としての機能を果たしているが、このように支持部材２４を電極としても機能するように構成することで、より電子ビームが蒸着原料２２ａに照射されやすくなる。特に、昇降部材２５の上昇のタイミングよりも早く蒸着原料２２ａの溶融が進んだ場合には坩堝２２を電極としていると蒸着原料２２ａに電圧を印加することができない場合も考えられるので、支持部材２４を電極として構成することが好ましい。
【００２５】
電子ビーム装置２３は、坩堝２２の近傍に設けられている。電子ビーム装置２３は、放出する電子ビームが各蒸着原料２２ａに照射できるように設置されている。電子ビームが蒸着原料２２ａに照射されることで、蒸着原料２２ａが溶融されて、蒸着粒子が基材Ｓの処理面に付着し堆積する。
【００２６】
本実施形態においては、この電子ビーム装置２３からの電子ビームは、蒸着原料２２ａの照射時のビーム形状（照射するビームの断面形状）が、蒸着手段２１の長手方向とは直交する方向においてのみ焦点があうように（フォーカスされるように）、磁場発生手段２８が坩堝２２の電子ビーム装置２３とは逆側に、電子ビーム装置２３とは対向して設置されている。即ち、蒸着手段２１では、磁場発生手段２８により、蒸着原料２２ａに照射された電子ビームが蒸着手段２１の長手方向に平行な線状（本実施形態ではアスペクト比が３の楕円形状）となるように構成されている。
【００２７】
磁場発生手段２８は、磁石を芯としてその外周にコイルを設けたものであり、該磁場発生手段２８への電流を制御することで、発生する磁場の強度を調整して電子ビームのフォーカスを調整する。本実施形態では、蒸着手段２１は、磁場発生手段としてはこの磁場発生手段２８のみを有しており、坩堝２２と電子ビーム装置２３とに対して直交する位置に、磁場発生手段を有していない。
【００２８】
また、本実施形態では、この電子ビーム装置２３は、電子ビームを蒸着手段２１の並設方向（ライン状に設けられた蒸着原料の長手方向）に掃引することができるように構成されている。ビーム形状が並設方向に沿った線状である電子ビームを並設方向に掃引できることで、蒸着原料２２ａを溶融し放出された蒸着粒子を、成膜面Ｓ１の蒸着原料２２ａに対向する領域だけでなく、蒸着原料２２ａに対向しない領域にも付着させることができる。
【００２９】
このような線状の電子ビームを蒸着手段２１の長手方向において掃引できることで、蒸着原料２２ａに対して電子ビーム装置２３が対向していなくても、各蒸着原料２２ａは、その中央部から、蒸着手段２１の長手方向に沿って溶融されていく。このようにして、本実施形態では、複数の電子ビーム装置を離間して設けることで、膜厚及び膜質の均一化を保持できると共に電力消費量を抑制することが可能である。
【００３０】
このように、各蒸着原料２２ａが蒸着手段２１の長手方向である一方向に亘って溶融されることで基材Ｓの幅方向全域に亘って均一に蒸着原料２２ａが溶融されるので、これにより本実施形態では基材の幅方向に対して膜厚、膜質が均一となるように成膜を行うことが可能である。ちなみに、電子ビーム装置がその並設方向に直交する方向に対して焦点があうと共に並設方向においても焦点があっているとすれば、本実施形態のように並設方向に沿って蒸着原料２２ａが溶解されないので、基材Ｓの幅方向に亘って均一に成膜することはできない。
【００３１】
また、本実施形態では、上述したように蒸着手段２１は、蒸着原料２２ａが成膜中に昇降できるように構成されている。即ち、図５（１）に示すように、蒸着原料２２ａが電子ビームにより溶融し続けた結果、蒸着原料２２ａが欠け落ちて電子ビームが蒸着原料２２ａの上面に届かなくなった場合には、図５（２）に示すように、昇降部材２５を支持部材２４の傾斜面を上方へ摺動させるように上昇させて蒸着原料２２ａを溶融可能な位置まで上昇させている。
【００３２】
かかる昇降部材２５が設けられていないと、以下のような不都合が考えられる。例えば、基材に対して蒸着を行っている間に蒸着原料が完全に溶融されると新しいものに取り替える必要が生じる場合があるが、取り替えのタイミング毎に成膜を停止させるとすれば装置の稼動率が低下してしまう。他方で、ロール状となっている基材に対して全て成膜するのに必要な量の蒸着原料を設けたとしても、坩堝の電子ビームが照射される位置に蒸着原料を全て収納しきれないという問題が発生する可能性がある。また、この場合に坩堝を大きくして坩堝内に蒸着原料を収容できるように構成すると、坩堝内に収容された蒸着原料に電子ビームが到達することができずに、溶融することができない可能性がある。
【００３３】
これに対し、本実施形態では、蒸着原料２２ａが電子ビームにより溶融可能な位置よりも溶融された場合には、昇降部材２５により蒸着原料２２ａを溶融可能な位置まで上昇させることができる。この昇降部材２５の上昇は、一定時間経過毎に行ってもよい。
【００３４】
また、この場合に蒸着原料２２ａが傾斜面からなる支持部材２４に支持されることで傾斜状態において保持されていることから、溶融されて蒸着原料２２ａの一部が欠け落ちたとしても坩堝２２の内部に落ちるので、パーティクルや異常放電等の原因とはならないため、好ましい。
【００３５】
さらに、このように支持部材２４により蒸着原料２２ａが傾斜状態で保持され、この状態で溶融されていると、図５（１）に示すように蒸着原料２２ａに角部が残りやすい。そうすると、図５（２）に示すように上昇した場合に蒸着原料２２ａの坩堝２２の表面に角部が露出しやすいが、このように角部が露出していると、電子ビーム装置２３からの電子ビームが到達しやすいので、好ましい。
【００３６】
図１及び図２に戻り、真空チャンバ１０内には、第１イオンソース３１が、基材Ｓの進行方向の上流側（逆側）に、蒸着手段２１の並設方向に沿って複数並設されている。即ち、第１イオンソース３１が並設されてなる列は、蒸着手段２１が並設されてなる列に対して平行である。
【００３７】
真空チャンバ１０には、さらに複数の電圧印加手段３２が設けられている（図２中図示せず）。電圧印加手段３２は、例えばＤＣ電源であり、正電圧側が各第１イオンソース３１に接続されると共に、負電圧側が成膜ドラム１５に接続されている。
【００３８】
蒸着手段２１の成膜アシスト手段である第１イオンソース３１は、詳しくは後述するように、図示しないガス供給ラインからガスが供給されると、その内部でイオンを生成し、この生成したイオンからなるイオンビームを基材Ｓに向けて放出する。本実施形態では第１イオンソース３１に導入したＯ２ガスとＣｘＦｙを含むガスとのプラズマから、正に帯電したイオン（Ｏ２＋ ，ＣｘＦｙ＋）を引き出し、電圧印加手段３２の加速電圧により加速して基材Ｓに向けて放出する。
【００３９】
そして、放出されたイオンビームは、電圧印加手段３２により第１イオンソース３１と基材Ｓとの間に形成された電界により、基材Ｓの成膜面Ｓ１に到達し、成膜面Ｓ１に堆積した蒸着粒子と反応し、又は蒸着粒子に付着して、所望の膜が形成される。本実施形態では、所望の膜としては、ＣｘＦｙドープされた酸化亜鉛膜が形成される。
【００４０】
ここで、第１イオンソース３１について図６を用いて詳細に説明する。
【００４１】
第１イオンソース３１は、筐体４１と、筐体４１に収納されたアノード電極として機能するアノード部４２とを備える。アノード部４２は、その中央部にすり鉢状の凹部４３を有している。この凹部４３により形成される空間が、イオン形成空間４４となる。アノード部４２の凹部４３の表面は、ＴｉＮ膜に覆われている。これにより、後述するようにイオン形成空間４４にＯ２ガスとＣｘＦｙを含むガスとが導入されてプラズマが形成された場合であっても、酸素イオンにより表面が荒れることがなく、かつ、酸素を含むプラズマを安定して形成することができる。
【００４２】
この凹部４３に対向する位置に、カソードとしても機能する第１フィラメント４５が設けられている。この第１フィラメント４５には、図示しない電圧印加手段が設けられていて、第１フィラメント４５に電圧を印加することが可能である。
【００４３】
凹部４３は、その底部に突起部４６が設けられている。突起部４６は、イオン形成空間４４側に突出しており、断面視において円弧状となっている。このような突起部４６が設けられていることで、カソードから放出された電子を効率よくイオン形成空間４４に閉じ込めることが可能である。
【００４４】
筐体４１には、第１貫通孔５１が設けられている。第１貫通孔５１は、筐体４１の壁面を貫通している。また、筐体４１とアノード部４２との間には、間隙５２が設けられている。間隙５２に第１貫通孔５１が臨んでいる。また、アノード部４２には、アノード部４２を貫通する第２貫通孔５３が設けられている。第２貫通孔５３は、一端側で間隙５２に臨み、他端側で、イオン形成空間４４に臨む。即ち、第２貫通孔５３を介して、間隙５２とイオン形成空間４４とが連通している。なお、図６（ｂ）に示すように、第２貫通孔５３は、複数設けられている。
【００４５】
この第１貫通孔５１、間隙５２及び第２貫通孔５３により、イオン形成空間４４にガスを導入するためのガス導入路が構成されている。即ち、図示しないガス供給ラインが第１貫通孔５１に連通し、ガス導入路により、イオン形成空間４４にＯ２ガスとＣｘＦｙを含むガスとが導入される。
【００４６】
また、アノード部４２の凹部４３とは逆側には、磁石４７が設けられている。この磁石４７により、カソードである第１フィラメント４５と、アノード部４２との間に形成される電場に対して直交する磁場が形成され、ガス導入時にイオン形成空間４４にプラズマが形成される。
【００４７】
なお、この場合に非常に第１イオンソース３１が高温になるのを抑制すべく、アノード部４２の突起部４６の後方（イオン形成空間４４とは逆側）には、冷却手段４８が設けられている。冷却手段４８は、本実施形態では、水冷手段であり、冷却手段４８の内部を冷却液が通過することで、アノード部４２を冷却できるように構成されている。
【００４８】
また、この第１イオンソース３１では、電圧印加手段３２（図１参照）からアノード部４２に電圧が印加されるように構成されており、この電圧印加手段３２により印加される電圧は、２００Ｖ以下である。本実施形態では、エンドホール型のイオンソースであり、かつ、直流放電可能であるので、低電圧を印加しても大電流を流すことができ、安定してイオン化することが可能である。
【００４９】
図１及び図２に示すように、この各第１イオンソース３１の蒸着手段２１側には、第１イオンソース３１から離間して各第１イオンソース３１に対向する位置にそれぞれ第２フィラメント６が設けられている。即ち、第２フィラメント６は、蒸着手段２１の並設方向に沿ってライン状に複数並設されている。この第２フィラメント６にはフィラメント電圧印加手段６１が設けられている（図２中図示せず）。本実施形態では、フィラメント電圧印加手段６１から、所定電圧、即ち―５ｋＶの直流電圧が第２フィラメント６に印加されている。このような所定電圧としては、―４〜―１０ｋＶの範囲にあれば良い。
【００５０】
このように第２フィラメント６に所定電圧が印加されることにより、第１イオンソース３１がこの第２フィラメント６から発生する電子を受け取って形成されるプラズマが大きくなり、その結果、後述するように本実施形態ではＣＦ４のイオンビームを形成することが可能である。
【００５１】
また、蒸着手段２１の第１イオンソース３１とは逆側、即ち基材Ｓの進行方向の上流側には、さらに第２イオンソース６３が、蒸着手段２１の並設方向に沿って複数並設されている。第２イオンソース６３は、成膜面Ｓ１に成膜された膜の表面のアニールを行うことができるように、アルゴンのイオン電流を放出して、成膜された膜のアニールを行うように構成されている。このような第２イオンソース６３としては、上述した第１イオンソースと同様の構成からなるものを用いてもよく、また、アニールを行うためのアルゴン等のイオン電流を放出することができれば異なる構成のものを用いてもよい。
【００５２】
かかる蒸着装置１による成膜方法について説明する。
【００５３】
初めに、真空チャンバ１０内を真空排気装置１２により真空排気して、約１０−５Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−４Ｐａ）程度の真空状態とする。
【００５４】
所定の真空状態となった後、巻き出しロール１３からフィルム状の基材Ｓの走行を開始させる。
【００５５】
その後、電子ビーム装置２３から出射される線状の電子ビームを蒸着原料２２ａに照射しながら掃引し、酸化亜鉛である蒸着原料２２ａを溶融する。これにより蒸着原料２２ａが蒸発し、基材Ｓの成膜面Ｓ１に酸化亜鉛が蒸着される。酸化亜鉛膜の堆積速度は、ほぼ一定の蒸着速度になるように電子ビーム装置２３の出力を制御することができる。その堆積速度は、好ましくは０．５〜１０ｎｍ／ｓである。この範囲より堆積速度が早いと、膜の密度が荒くなり膜質が低下してしまい、また、この範囲より堆積速度が遅いと成膜時間がかかり過ぎて実用的ではないため、この範囲が好ましい。より好ましい膜質の膜を得ると同時に実用的な好ましい堆積速度としては、１〜５ｎｍ／ｓである。
【００５６】
そして、成膜時において蒸着原料２２ａが溶融されて電子ビーム装置２３からの電子ビームが照射されにくくなると、昇降部材２５が支持部材２４の傾斜面を上昇して蒸着原料２２ａが上昇し、これにより蒸着原料２２ａに再度電子ビームが照射されやすくなり蒸着原料２２ａが溶融されることが可能である。
【００５７】
このように蒸着原料２２ａを蒸発させて蒸着させると同時に、第１イオンソース３１からイオンビームを基材Ｓに照射する。本実施形態では第１イオンソース３１で、ガスをガス導入路からイオン形成空間４４内に導入しながら、第１フィラメント４５に電圧を印加して熱電子を放出させる。放出された熱電子は、磁石４７により形成された磁場によりスパイラル運動しながら、カソードとして機能する第１フィラメント４５とアノード部４２との間に形成された電場により、アノード部４２側へ加速され移動する。そして、導入されたガスがイオン形成空間４４でプラズマ化、即ちイオン化される。これにより形成されたイオンビームが、アースである基板に向けて照射される。即ち、第１イオンソース３１に導入したＯ２ ガスとＣｘＦｙを含むガスとのプラズマから、正に帯電したイオン（Ｏ２＋ ，ＣｘＦｙ＋）が引き出され、電圧印加手段３２の加速電圧により加速されて基材Ｓに向けて放出する。
【００５８】
このように、本実施形態では、第１イオンソース３１に供給されるガスは、Ｏ２ガスとＣｘＦｙ含有ガスである。Ｏ２ガスを導入することで、十分に酸化された酸化亜鉛膜を形成できる。またＣｘＦｙ含有ガスを添加することで、ＣｘＦｙドープされた酸化亜鉛膜を形成することができる。このようなＣｘＦｙドープされた酸化亜鉛膜は、高い導電率を有すると共に、高い光透過率を有する。
【００５９】
ＣｘＦｙ含有ガスとしては、ｘは０以上、ｙは１以上の自然数であるものが挙げられる。このようなＣｘＦｙガスとしては、例えば、Ｃ２Ｆ４、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ１０、Ｃ４Ｆ１０、Ｃ５Ｆ１２、Ｃ２Ｆ２、Ｃ３Ｆ４、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、及びＣ３Ｆ８から選ばれた少なくとも一種のフロロカーボンガスが挙げられる。また、ＣｘＦｙ含有ガスとして、ＣｘＦｙＩｚで表されるガスを用いることも可能である。
【００６０】
これらのＯ２ガスとＣｘＦｙ含有ガスとを１：９９〜２０：８０の混合割合となるように第１イオンソース３１に供給する。この範囲であることで、所望の酸化亜鉛膜を形成することができる。ＣｘＦｙ含有ガスの割合が少なすぎれば、ＣｘＦｙドープされた膜とすることができず、他方で、ＣｘＦｙ含有ガスの割合が多すぎれば、酸素量が少なすぎて所望の酸化亜鉛膜を形成することができない。
【００６１】
この場合に、Ｏ２ガスとＣｘＦｙガスとの混合ガスの流量は、０．５〜５ｓｃｃｍである。
【００６２】
また、Ｏ２ガスの解離率は、好ましくは７０％以上である。７０％以上であることで、十分に蒸発粒子と反応することができる。
【００６３】
この場合に第２フィラメント６に電圧を印加することで、第１イオンソース３１に電子を供給することができ、その結果、第１イオンソース３１からのイオンビームの電流密度を向上させることができる。第１イオンソース３１からのイオンビームの電流密度は、好ましくは、２００〜１５００μＡ／ｃｍ２である。この範囲であることで、イオンビームの加速が十分であり、基材Ｓの表面で蒸着粒子とイオンビームとが反応しやすく、所望の膜を形成しやすい。
【００６４】
本実施形態では、イオンビームアシスト蒸着法を用いているので、基板に付着した蒸着粒子とイオンビームの反応性が高く、その結果、反応性を高めるために基板温度を高くする必要がない。このため、例えば、成膜温度を１００℃以下とすることができ、例えば基材ＳとしてＰＥＴフィルム等を用いることができる。このように第１イオンソース３１により成膜アシストすることで膜質のよい酸化亜鉛膜を形成することができると共に、ＣｘＦｙイオンを導入することで、酸化亜鉛膜にＣｘＦｙドープすることが可能である。得られたＣｘＦｙドープ酸化亜鉛膜は、例えば、３８０〜７８０ｎｍの波長の光での平均波長は９０％以上であり、３７０ｎｍ以上の波長の波を７０％以上透過することができると共に、抵抗率が１．８７×１０―４Ω・ｃｍ以下であり、高い透過率を有すると共に、低い抵抗率を有する。
【００６５】
本実施形態の蒸着装置１では、ライン状となるように複数の蒸着手段２１を配すると共に、複数の第１イオンソース３１を配することで、ロール状であり、幅広である基材Ｓに対して成膜することが可能である。この場合に蒸着手段２１が有する電子ビーム装置２３からの電子ビームのビーム形状が非円形であることから、基材Ｓの幅方向に亘って均一に蒸着粒子が付着して均一な膜厚、均一な膜質で成膜することが可能である。
【００６６】
そして、成膜時において蒸着原料２２ａが電子ビームが照射されにくくなるまで溶融された場合には、昇降部材２５を昇降させて蒸着原料２２ａを上昇させることができるので、ロール状である基材Ｓに成膜する場合であっても成膜中に蒸着原料２２ａを交換する必要がない。
【００６７】
本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、本実施形態では、酸化亜鉛を含有する透明導電膜を形成したが、これに限定されず、所望の膜、例えばインジウムを含む透明導電膜や、他の機能性膜を形成することができる。
【００６８】
本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、昇降部材２５の昇降を自動的に行うように構成してもよい。図７に示す実施形態では、蒸着装置１は制御部７１を有する。なお、図７では、図１と同一の構成要素については同一の番号を付してあるが、説明のため省略している構成要素もある。
【００６９】
制御部７１は、昇降部材２５を昇降させるアクチュエータ装置７２を制御するものである。電子ビーム装置２３は、フィラメント７３とフィラメント７３に電圧を印加するための直流電源７４とを有する。この直流電源７４からフィラメント７３に電圧が印加されることで、フィラメントから電子が放出されて電子ビームが形成され、蒸着原料２２ａに照射される。
【００７０】
また、電子ビーム装置２３と蒸着原料２２ａとの間には電源７５が接続されていると共に、電源７５と蒸着原料２２ａとの間には、この間を流れる電流値を検出する電流検出部７６が設けられている。制御部７１は、電源７５から蒸着原料２２ａに印加している電圧値を得ると共に、電流検出部７６で検出された電流値を得る。
【００７１】
蒸着原料２２ａが溶融されてその一部が欠けて坩堝２２内に落ちると電源７５と蒸着原料２２ａとの間の電流値が下がる。制御部７１は、電圧値が一定であるのに電流検出部７６から検出された電流値が下がると、蒸着原料２２ａが溶融されて欠けて落ちたと判断する。従って、制御部７１は、この電流値の低下を検出すると、制御部７１を昇降部材２５を上昇させて、蒸着原料２２ａの位置を上昇させる。
【００７２】
このように、本実施形態では、蒸着原料２２ａが溶融不可能な位置に達するまで溶融されると自動的に蒸着原料２２ａの位置を上昇させることができ、ロール状のフィルムの成膜中に成膜を中止せずに連続的に行うことが可能である。
【００７３】
本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、本実施形態では、酸化亜鉛を含有する透明導電膜を形成したが、これに限定されず、所望の膜、例えばインジウムを含む透明導電膜や、他の機能性膜を形成することができる。
【００７４】
本実施形態では、蒸着原料２２ａである一つの細長いペレットを真空チャンバ１０内に設けたが、これに限定されない。例えば、帯状の基材Ｓの幅に合わせて複数のペレットを列設しても良い。また、本実施形態では、電子ビーム装置２３を蒸着手段２１の長手方向に掃引することで電子ビーム装置２３を離間して設けたが、これに限定されない。一つの電子ビーム装置２３を隙間無く並べるようにして設けてもよい。
【００７５】
本実施形態では電子ビームのビーム形状が線状となるように構成しているが、これに限定されない。ビーム形状は、非円形形状（アスペクト比が２〜１０）であって、蒸着手段２１の長手方向とビーム形状の長手方向とが一致すればよい。このように構成することで、基材Ｓの幅方向（基材Ｓの走行方向とは直交する方向）に亘って成膜することができる。なお、本実施形態のように楕円形状ではなく線状となるように構成することで、膜厚及び膜質をより均一とすることが可能である。
【００７６】
また、本実施形態では、成膜ドラム１５は断面視において円形状となっていたが、これに限定されない。例えば、真空チャンバ１０の底面側が凹となっている曲面から構成されていてもよい。このように構成することで、蒸着原料２２ａについては蒸着手段２１の長手方向及び並設方向に直交する方向において焦点があっていたとしても、この場合の蒸着材料の分布に一致するので、基材Ｓの幅方向に亘って均一に成膜することが可能である。この場合には、成膜ドラム１５としては、例えば静電チャックなどを用いても良い。
【００７７】
本実施形態では、基材Ｓをロール・ツー・ロール式で成膜したが、これに限定されない。例えば、基板をトレイに載置してローラーで搬送し、蒸着させてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１ 蒸着装置
１０ 真空チャンバ
１１ 排気口
１２ 真空排気装置
１３ 巻き出しロール
１４ 巻き取りロール
２１ 蒸着手段
２２ａ 蒸着原料
２３ 電子ビーム装置
３１ 第１イオンソース
３２ 電圧印加手段
６３ 第２イオンソース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理対象を走行させる搬送手段と、
被処理対象の走行方向に対して直交する方向に沿うように設けられたライン状の一以上の蒸着原料と、前記蒸着原料を溶融し、前記走行方向に対して直交する方向に列設される電子ビーム装置と、前記蒸着原料にイオンビームを照射し、前記走行方向に対して直交する方向に列設されるイオンソースとを備え、
前記蒸着原料を支持する支持部材と、該蒸着原料を昇降させる昇降部材とを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記支持部材は、前記蒸着原料を、前記電子ビーム装置とは逆側に傾けた状態で保持することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記支持部材は、金属からなることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記昇降部材の昇降制御を行う制御部を備え、
該制御部は、前記蒸着原料が溶融されて欠け落ちると前記昇降部材を上昇させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記蒸着原料と、イオンソースとの間には、フィラメントが設けられていると共に、該フィラメントには、電圧印加手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記電子ビーム装置は、電子ビームの照射されるビーム形状が前記蒸着原料の長手方向に沿うような非円形形状となるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１】
被処理対象を走行させる搬送手段と、
被処理対象の走行方向に対して直交する方向に沿うように設けられたライン状の一以上の蒸着原料と、前記蒸着原料を溶融し、前記走行方向に対して直交する方向に列設される電子ビーム装置と、前記蒸着原料にイオンビームを照射し、前記走行方向に対して直交する方向に列設されるイオンソースとを備え、
前記蒸着原料を支持する支持部材と、該蒸着原料を昇降させる昇降部材とを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記支持部材は、前記蒸着原料を、前記電子ビーム装置とは逆側に傾けた状態で保持することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記支持部材は、金属からなることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記昇降部材の昇降制御を行う制御部を備え、
該制御部は、前記蒸着原料が溶融されて欠け落ちると前記昇降部材を上昇させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記蒸着原料と、イオンソースとの間には、フィラメントが設けられていると共に、該フィラメントには、電圧印加手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記電子ビーム装置は、電子ビームの照射されるビーム形状が前記蒸着原料の長手方向に沿うような非円形形状となるように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７２２６１（Ｐ２０１２−１７２２６１Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９０４０（Ｐ２０１１−３９０４０）
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５００３５７５５２）株式会社エス・エフ・シー (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【出願人】（５００３５７５５２）株式会社エス・エフ・シー (20)
【Ｆターム（参考）】
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