JPH04314860A - 金属膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属膜の形成方法に
関し、特にアクリル樹脂成形品の表面に金属膜を乾式で
形成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属膜がその表面に形成されたア
クリル樹脂成形品は装飾雑貨、光学部品、光記録媒体等
に用いられている。特に近年需要の伸びが著しいビデオ
ディスク等の光ディスクは、音声信号や画像信号等に対
応したピットが記録されているアクリル樹脂基板の表面
に、反射膜としてアルミニウム等の金属膜を形成して作
られる。

【０００３】このようなアクリル樹脂成形品上の金属膜
は、従来は主として真空蒸着法によって形成されており
、また近年はプラズマスパッタ法（平行平板プラズマス
パッタリング法）による成膜も試みられている。

【０００４】真空蒸着法は、通常は例えば図５に示すよ
うに、真空容器２内に蒸発源８およびそれに対向するよ
うに何枚かのアクリル樹脂成形品６を配置し、蒸発源８
から電子ビーム加熱または抵抗加熱によってアルミニウ
ム等の金属粒子１０を蒸発させてこれを各アクリル樹脂
成形品６の表面に入射堆積させ、それによって各アクリ
ル樹脂成形品６の表面にアルミニウム等の金属膜を形成
する方法である。各アクリル樹脂成形品６は、通常はこ
の例のように回転式のホルダ４に取り付けられるが、成
膜枚数を増やすために、例えば図６および図７に示すよ
うに、円筒状の真空容器２の中心部に蒸発源１１を配置
し、この真空容器２の壁面全周に沿って多数のアクリル
樹脂成形品６を配置することも行われている。蒸発源１
１は、２本の支柱１２間に懸け渡された多数のタングス
テンヒータ１４およびそれに取り付けられたアルミニウ
ム等の多数の蒸発材料１６を有しており、各タングステ
ンヒータ１４を通電加熱することによって各蒸発材料１
６を蒸発させるものである。１８は電流導入端子である
。また、各アクリル樹脂成形品６は、ホルダ支持台２０
に回転軸２２を介して支持されたホルダ４に取り付けら
れており、しかもこれら全体が真空容器２内で例えば矢
印Ａのように回転させられる。

【０００５】プラズマスパッタ法は、例えば図８に示す
ように、真空容器２内に、磁石２６の上部にアルミニウ
ム等の金属ターゲット２８を装着したスパッタ源（この
例の場合はマグネトロン型のスパッタ源）２４およびそ
れに対向するように何枚かのアクリル樹脂成形品６を配
置し、真空容器２内にアルゴンガスを導入し、金属ター
ゲット２８の表面近傍に形成した磁界および各アクリル
樹脂成形品６（厳密にはそれ用のホルダ４）と金属ター
ゲット２８間に印加した電界等によって、スパッタ源２
４と各アクリル樹脂成形品６との間にプラズマ３０を発
生させ、このプラズマ３０によって金属ターゲット２８
をスパッタして各アクリル樹脂成形品６の表面に金属粒
子を入射堆積させてアルミニウム等の金属膜を形成する
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
真空蒸着法による成膜の場合、アルミニウム等の金属膜
のアクリル樹脂成形品に対する密着性は実用可能な強さ
を有してはいるが、バラツキが大きく安定性に欠ける。 更に、反射率は膜厚と６００Å程度以下で比例関係にあ
り、アルミニウム等の金属膜の膜厚が少なくとも６００
Å程度ないと、十分な反射率を安定して得られないとい
う問題があった。これは、蒸着されるアルミニウム等の
金属粒子の持つ運動エネルギーが約０．１ｅＶと低いた
め、アクリル樹脂成形品上に堆積する金属膜の緻密性や
結晶配列等があまり良好でないからであると考えられる
。

【０００７】ビデオディスク等の光ディスクには、現状
ではアルミニウムの金属反射膜が最も良く実用化されて
いる。特に光ディスクの場合は、信号の再生に関しては
、ピットの形状と共にピット上に形成されたアルミニウ
ム膜の反射率によって特性（例えばＳ／Ｎ）が決定され
、一般的には、反射率が７０％程度以上でないと良好な
再生画像が得られず、また生産工程上、形成されたアル
ミニウム膜はアクリル樹脂基板に十分に密着しているこ
とが必要である。

【０００８】また光ディスクの低コスト化を図るには、
アルミニウム膜の膜厚をより薄くし、それによって材料
の削減と成膜時間の短縮とによって生産性の向上を図る
ことが有効であるが、従来の真空蒸着法は反射率の点で
アルミニウム膜を６００Å程度以下に薄くすることがで
きないという問題があった。

【０００９】更に、真空蒸着法は、蒸発源における抵抗
加熱用の抵抗体（例えば図５および図６のタングステン
ヒータ１４）の寿命や、蒸発材料であるアルミニウム等
の金属の補給の問題から作業工数を多く必要とし、生産
性の向上と生産の安定性には限度があるという低コスト
化を図るには根本的問題を内在していた。このような問
題は、図５および図６の例のように多数の基板に一度に
蒸着する方式（いわゆるバッチ式）に限らず、最近開発
が進んでいる、基板１枚ずつに蒸着する方式（いわゆる
枚葉式）においても同様に存在している。

【００１０】一方、従来のプラズマスパッタ法の場合は
、初めに配置したアルミニウム等の金属ターゲットが消
耗するまで連続的に稼働することが可能で生産性の向上
を図ることに有効であり、反射率もアルミニウム等の金
属膜の膜厚が５００Å程度以上あれば十分な反射率が安
定して得られる。しかし、金属膜、特にアルミニウム膜
のアクリル樹脂成形品に対する密着性が十分でないとい
う問題がある。

【００１１】これは、成膜時にアクリル樹脂成形品の表
面が高密度プラズマにさらされるために生じる樹脂表面
の劣化（温度による樹脂の損傷）と、陽極側となるアク
リル樹脂成形品への高エネルギーに電界加速された加速
電子の流入による加熱に伴って樹脂表面から放出される
不純物ガスがアルミニウム膜と何らかの反応を起こすこ
ととが、アルミニウム膜の密着性を低下させる原因にな
っているものと考えられる。

【００１２】そこでこの発明は、上記従来の二方法の欠
点を解消して、膜厚が薄くても反射率が高く、しかもア
クリル樹脂成形品に対する密着性の良好な金属膜を効率
的に形成することができる方法を提供することを主たる
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明の第１の方法は、真空雰囲気中で不活性ガス
イオンビームによって金属ターゲットをスパッタリング
することにより、アクリル樹脂成形品の表面に５０Å〜
４００Åの膜厚の金属膜を形成することを特徴とする。

【００１４】また、この発明の第２の方法は、プラズマ
がアクリル樹脂成形品表面へ拡散することおよび同プラ
ズマからの加速電子がアクリル樹脂成形品表面へ流入す
ることを防ぐ手段を用いながら、真空雰囲気中で不活性
ガスプラズマ中のイオンによって金属ターゲットをスパ
ッタリングすることにより、アクリル樹脂成形品の表面
に５０Å〜４００Åの膜厚の金属膜を形成することを特
徴とする。

【００１５】

【作用】第１の方法は、イオンビームスパッタ法と呼ば
れるものであり、不活性ガスイオンビームで金属ターゲ
ットの表面を叩き、そこから飛び出した金属粒子をアク
リル樹脂成形品上に入射堆積させることによって金属膜
を形成する。この方法は、原理的に、アクリル樹脂成形
品の表面近傍にはプラズマが存在せず、更にプラズマよ
り放出される加速電子も存在しないので、従来のプラズ
マスパッタ法に見られるアクリル樹脂成形品表面の劣化
および不純物ガスの発生を防ぐことができ、その結果、
密着性の高い金属膜を形成することができる。

【００１６】第２の方法は、技術的にはプラズマスパッ
タ法の範疇に属し、不活性ガスプラズマ中のイオンで金
属ターゲットの表面を叩き、そこから飛び出した金属粒
子をアクリル樹脂成形品上に入射堆積させることによっ
て金属膜を形成する。しかもこの発明の場合は、プラズ
マがアクリル樹脂成形品表面へ拡散することおよび同プ
ラズマからの加速電子がアクリル樹脂成形品表面へ流入
することを防ぐ手段を用いながら成膜するので、従来の
プラズマスパッタ法に見られるアクリル樹脂成形品表面
の劣化および不純物ガスの発生を防ぐことができ、その
結果、密着性の高い金属膜を形成することができる。

【００１７】上記方法で用いるイオンやイオンビームは
、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン
等の不活性ガスイオンや不活性ガスイオンビームが好ま
しく、これら以外の窒素、酸素等のガスイオンやイオン
ビームを用いると、それがアルミニウム等の金属膜と反
応して、金属膜の反射率を低下させる恐れがある。

【００１８】また、この方法でスパッタリングされたア
ルミニウム等の金属粒子は、数ｅＶ〜２０ｅＶ程度の適
度の運動エネルギーを持っており、このエネルギーが膜
の結晶性向上に寄与するので、アクリル樹脂成形品上に
堆積したアルミニウム等の金属膜は非常に緻密な構造を
持っており、従って膜厚が薄くても反射率が高い。

【００１９】しかしながら、イオンビームスパッタリン
グ法等による金属膜は、本発明者の経験によれば、膜の
内部応力が高く、密着性と膜厚に一定の相関関係が生じ
る場合が多い。そこで、種々の膜厚の金属膜について反
射率と膜厚を評価した結果、５０Å〜４００Åの膜厚と
することで、反射率および密着性の共に良好な金属膜が
得られることが分かった。

【００２０】成膜時の雰囲気の真空度は、実用的には４
．０×１０−４Ｔｏｒｒ程度より高真空であれば良く、
またイオンビームのエネルギーは、スパッタの限界であ
る１００ｅＶ以上が望ましく、通常は２００ｅＶ〜１０
ＫｅＶ程度の範囲が利用しやすい。この範囲であれば成
膜速度は１〜５００Å／ｓｅｃの範囲になり、生産安定
性から２００〜４００Å／ｓｅｃ以下が望ましい。

【００２１】本発明に用いられる金属ターゲットとして
は、アルミニウム、白金、金、銀、クロムまたはそれら
の合金等が挙げられる。

【００２２】本発明に用いられるアクリル樹脂は、特に
限定されないが、例えばメチルメタクリレート重合体、
メチルメタクリレート−アルキルアクリレート（Ｃ１〜
Ｃ４）共重合体、メチルメタクリレート−シクロヘキシ
ルメタクリレート共重合体、メチルメタクリレート−シ
クロヘキシルメタクリレート−ブロムヘキシルメタクリ
レート共重合体、メタクリレート−マレイミド共重合体
、メタクリレート−メタクリルイミド共重合体、メタク
リレート−スチレン共重合体等のように透明度が高く、
しかもその他の光学的性質が優れている樹脂やこれらと
ポリカーボネート等の透明性を有する合成樹脂とを混合
した樹脂組成物等が好ましく用いられる。

【００２３】また、アクリル樹脂成形品の形状は、円板
、その他の板、凹凸の少ない形状等が好ましいが特に制
限はない。アクリル樹脂成形品の形成方法としては、注
型法、射出成形法、圧縮法、ラミネート法等の通常行わ
れている方法を採用することができ、いずれの方法でも
良い。

【００２４】

【実施例】図１は、この発明に係る金属膜の形成方法を
実施するイオンビームスパッタリング装置の一例を示す
概略図である。真空容器２内に、アクリル樹脂成形品の
一例として光ディスク用のアクリル樹脂基板６ａを保持
するホルダ４と、アルミニウムターゲット２８ａをこの
アクリル樹脂基板６ａに対向するように保持するターゲ
ットホルダ３２とを設け、かつ真空容器２の壁面に、タ
ーゲットホルダ３２上のアルミニウムターゲット２８ａ
に向くようにイオン源３４を取り付けている。イオン源
３４は、アルゴン等の不活性ガスイオンからなる不活性
ガスイオンビーム３６をアルミニウムターゲット２８ａ
の表面に向けて照射してアルミニウムターゲット２８ａ
をスパッタするものである。

【００２５】そしてこのような装置を用いて、次のよう
にして成膜を行った。即ち、直径３００ｍｍのアクリル
樹脂基板６ａをホルダ４に装着し、かつ高純度のアルミ
ニウムターゲット２８ａをターゲットホルダ３２に装着
し、真空容器２内の真空引きを行って２．０×１０−７
Ｔｏｒｒまで排気した。そして、イオン源３４から不活
性ガスイオンビーム３６を次の条件で引き出してそれを
アルミニウムターゲット２８ａの表面に照射し、そこか
らアルミニウム粒子３８を叩き出してそれをアクリル樹
脂基板６ａの表面に入射堆積させてアルミニウム膜を形
成した。このアルミニウム膜の膜厚は、成膜時間で調整
した。 イオン種：アルゴン イオンエネルギー：１５００ｅＶ ビーム電流：３００ｍＡ

【００２６】以上のようにしてアクリル樹脂基板６ａの
表面に形成したアルミニウム膜の膜厚−反射率特性の測
定結果の一例を図２に示す。詳しくは以下の表１にまと
めて示すが、膜厚が５０Å以上で６８％以上の反射率が
得られた。

【００２７】また、透明粘着テープの粘着面をアルミニ
ウム膜の表面に十分に押し付け、表面から垂直に同テー
プを素早く剥がすテープ剥離試験によって上記アルミニ
ウム膜のアクリル樹脂基板６ａに対する密着性試験を行
った結果、膜厚が５００Å以上でアルミニウム膜の剥離
が見られ、４００Åでは剥離するものとしないものがあ
り、それ未満では密着性は良好で、テープによる剥離は
見られなかった。

【００２８】これらの結果を、比較のために従来例によ
るものと共に、表１にまとめて示す。 （以下余白）

【００２９】

【表１】

【００３０】この表において、○印は良好、△印はやや
劣るが実用可能、×印は不良を示している。また、反射
率測定波長は、光ディスク用の半導体レーザの波長であ
る７８０ｎｍを用いた。

【００３１】この表からも分かるように、この発明の方
法によれば、アルミニウム膜の膜厚を５０Å〜４００Å
とすることで、即ち従来の真空蒸着法による場合の２／
３以下の膜厚で、７０％程度以上の反射率を確保するこ
とができ、しかも従来のプラズマスパッタ法による場合
よりも良好な密着性を得ることができる。

【００３２】ちなみに、上記方法でアルミニウム膜をア
クリル樹脂基板６ａ上に形成したビデオディスクの画像
パターンを再生し評価したところ、従来例より膜厚が薄
くても、従来例と同等の特性（Ｓ／Ｎ等）が得られるこ
とが確認された。

【００３３】なお、実際の成膜においては、上記実施例
と違って、複数枚のアクリル樹脂基板６ａに一度に成膜
するようにしても良く、またその際、アルミニウム膜の
均一性を良くするために、各アクリル樹脂基板６ａを回
転させるようにしても良い。

【００３４】また、アルミニウム膜以外の例として、図
１に示したと同様のイオンビームスパッタリング装置に
より、金、銀、銅、白金のターゲットをそれぞれ用いて
、アクリル樹脂成形品の表面にそれぞれの薄膜を形成し
た。このときの成膜条件を次に示す。 イオン種：アルゴン イオンエネルギー：１０００ｅＶ ビーム電流：６０ｍＡ

【００３５】この方法によってアクリル樹脂成形品の表
面に形成した金属膜の反射率、密着性等についての測定
結果を、比較のために従来例によるものと共に、表２に
まとめて示す。 （以下余白）

【００３６】

【表２】

【００３７】この表において、ＩＢＳはイオンビームス
パッタリング法を、ＰＳは従来のプラズマスパッタ法を
、ＥＢは従来の真空蒸着法をそれぞれ示す。また、反射
率測定波長は、前記と同様７８０ｎｍである。

【００３８】この表からも分かるように、本発明の方法
による金、銀、銅の金属膜は光ディスク等として良好な
反射率および密着性を共に有し、白金は反射率で若干劣
るものの密着性は良好であり実用可能なものと言える。 従来の真空蒸着法では、金、銀、白金は密着性において
実用可能と言えるが、膜厚が薄いため反射率が不良で光
ディスクとしては実用できない。従来のプラズマスパッ
タ法では、密着性の面でいずれも不良である。

【００３９】次に、アクリル樹脂成形品表面へのプラズ
マの拡散および加速電子の流入を防ぐ手段を持つプラズ
マスパッタ装置の例を図３および図４に示す。

【００４０】図３の装置は、対向ターゲットスパッタ法
のものであり、真空容器２内に二つの金属ターゲット２
８を対向するように配置し、その背後に極性の異なる磁
石４０をそれぞれ配置している。４２はホルダである。 そして、対向する金属ターゲット２８の周囲に、アクリ
ル樹脂成形品６をホルダ４に取り付けて複数配置するよ
うにしている。５２はホルダ支持台である。また、各金
属ターゲット２８の周囲に筒状のアノード４６をそれぞ
れ配置している。４４は絶縁物である。

【００４１】この装置においては、真空容器２内に不活
性ガスを適当な圧力になるように導入すると共に、各ア
ノード４６と各金属ターゲット２８との間に電圧を印加
すると、アノード４６と金属ターゲット２８間の電界と
、対向する金属ターゲット２８間に形成される磁界（４
８はその磁力線を模式的に示す）とによって、両金属タ
ーゲット２８間に高密度の不活性ガスプラズマ３０ａが
生成される。しかも、不活性ガスプラズマ３０ａは対向
する金属ターゲット２８間に形成された磁界により閉じ
込められ、不活性ガスプラズマ３０ａから出ようとする
加速電子も同様に磁界で同じ空間内に閉じ込められるた
め、それらによるアクリル樹脂成形品６の表面へのダメ
ージを抑えることができる。

【００４２】図４の装置は、基本的には図８の装置と同
様にマグネトロンスパッタ法のものであるが、ここでは
、ホルダ４に取り付けられたアクリル樹脂成形品６の少
なくとも表面近傍を覆うように、ホルダ４と同電位かそ
れよりも高い正の電位にされるメッシュ状の静電シール
ド５４を配置している。

【００４３】このような静電シールド５４を用いると、
それとスパッタ源２４との間で不活性ガスプラズマ３０
ａが生成され、しかも静電シールド５４とホルダ４間に
は電界が無いかあっても不活性ガスプラズマ３０ａを押
し返すものなので、不活性ガスプラズマ３０ａが静電シ
ールド５４を通り抜けてアクリル樹脂成形品６側へ拡散
することはなく、またこの不活性ガスプラズマ３０ａか
らの加速電子もこの静電シールド５４に流入してアクリ
ル樹脂成形品６に達しないので、それらによるアクリル
樹脂成形品６の表面へのダメージを抑えることができる
。

【００４４】なお、上述したような本発明の方法によっ
てアクリル樹脂成形品表面に形成した金属膜の良好な特
性は、光ディスク以外の用途、例えば装飾雑貨、光学部
品等の金属反射膜としても広く利用できるものである。

【００４５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、膜厚が
薄くても反射率が高く、しかもアクリル樹脂成形品に対
する密着性の良好な金属膜を形成することができる。そ
の結果、材料の削減と成膜時間の短縮が可能になり、こ
れによって生産性が向上するので光ディスク等の低コス
ト化を図ることができる。また、この発明の方法は、技
術的にはスパッタ法に属しており、真空蒸着法と違って
初めに配置した金属ターゲットが消耗するまで連続的に
成膜することができるので、金属膜を効率的に形成する
ことができ、この意味からも生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　この発明に係る金属膜の形成方法を実施す
るイオンビームスパッタリング装置の一例を示す概略図
である。

【図２】　　アルミニウム膜の膜厚−反射率特性の測定
結果の一例を示すグラフである。

【図３】　　この発明に係る金属膜の形成方法を実施す
るプラズマスパッタ装置の一例を示す概略図である。

【図４】　　この発明に係る金属膜の形成方法を実施す
るプラズマスパッタ装置の他の例を示す概略図である。

【図５】　　真空蒸着装置の一例を示す概略図である。

【図６】　　真空蒸着装置の他の例を示す上面図である
。

【図７】　　図６の装置の側面図である。

【図８】　　プラズマスパッタ装置の一例を示す概略図
である。

【符号の説明】

２　　真空容器 ４　　ホルダ ６　　アクリル樹脂成形品 ６ａ　　アクリル樹脂基板 ２４　　スパッタ源 ２８　　金属ターゲット ２８ａ　　アルミニウムターゲット ３０ａ　　不活性ガスプラズマ ３４　　イオン源 ３６　　不活性ガスイオンビーム ５４　　静電シールド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アクリル樹脂成形品の表面に金属膜を
   形成する方法において、真空雰囲気中で不活性ガスイオ
   ンビームによって金属ターゲットをスパッタリングする
   ことにより、前記アクリル樹脂成形品の表面に５０Å〜
   ４００Åの膜厚の金属膜を形成することを特徴とする金
   属膜の形成方法。
2. 【請求項２】　　アクリル樹脂成形品の表面に金属膜を
   形成する方法において、プラズマが前記アクリル樹脂成
   形品表面へ拡散することおよび同プラズマからの加速電
   子が前記アクリル樹脂成形品表面へ流入することを防ぐ
   手段を用いながら、真空雰囲気中で不活性ガスプラズマ
   中のイオンによって金属ターゲットをスパッタリングす
   ることにより、前記アクリル樹脂成形品の表面に５０Å
   〜４００Åの膜厚の金属膜を形成することを特徴とする
   金属膜の形成方法。
3. 【請求項３】　　前記金属がアルミニウムである請求項
   １または２記載の金属膜の形成方法。
4. 【請求項４】　　前記アクリル樹脂成形品が光ディスク
   用のアクリル樹脂基板である請求項１、２または３記載
   の金属膜の形成方法。