JPH0735574B2 - スパッタリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は布、フィルム等の長尺試料の表面に金属を付
着させるスパッタリング装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、フィルム等の長尺試料の表面に金属被膜を形成す
る装置として巻取式のスパッタリング装置が知られてい
る。この装置は第７図に示すように、タンク51内に平板
型のターゲット52が水平状態に延設され、送出ローラ53
から送り出された長尺試料54が前記ターゲット52と対向
する位置に平行に配設されたガイドローラ55を経て巻取
ローラ56により巻き取られるようになっている。従っ
て、ターゲット52から飛び出すスパッタリング金属の付
着する範囲が狭いため、巻取速度を速くすることができ
ないとう問題点がある。又、平板型ターゲットを使用し
ているため、スパッタリング圧力が10^-3Torr台と高くな
り、長尺試料54の表面に形成される金属被膜の色調がや
や黒っぽくなりやすいという問題もある。

（発明が解決しようとする問題点） 本願発明者らは前記従来装置の問題点を解決するため、
円筒型ターゲットを使用する新規の巻取式スパッタリン
グ処理装置を発明した。同スパッタリング処理装置にお
いては長尺試料を円筒型ターゲットの周囲を囲む状態で
移動するように案内するガイドローラの周面にスパッタ
リング金属が付着するのを防止するため防着部材を配設
している。ところが、円筒型ターゲットを使用した巻取
式スパッタリング装置は、中心に設けられた円筒型ター
ゲットから周囲へ金属を放出するものであるとともに、
長尺試料を送出ローラからガイドローラに送出し、複数
のガイドローラにより構成される円周を回った後、金属
付着後の長尺試料が巻取ローラに巻取られるものである
ため、長尺試料のガイドローラへの入口と出口との間隙
からスパッタリング金属が放出され、送出ローラや巻取
ローラに金属が付着して作業効率が悪くなったり、金属
付着前の長尺試料や金属付着後の長尺試料に金属が付着
して金属被膜の色調が一定しないという問題があった。

しかも、防着部材に付着したスパッタリング金属を放置
しておくと、スパッタリング金属の付着量の増大に伴い
その表面積が増加しスパッタリング処理のためスパッタ
リング処理装置内を減圧する際金属表面に付着した水分
の量が増えることにより排気時間が増大したり、又、ス
パッタリング処理作業中にスパッタリング金属の一部が
剥離することによる異常放電が生じるおそれがある。そ
のため、防着部材に付着したスパッタリング金属を定期
的に取り除く必要があるが、前記装置においては除去作
業がやり難いという問題があった。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 前記の問題点を解決するためこの発明においては、円筒
型ターゲットの周囲に布、フィルム等の長尺試料を案内
するガイドローラを、前記長尺試料の移動経路が前記円
筒型ターゲットを囲むほぼ円周状となるように前記円筒
型ターゲットを中心とした円周状に多数配設し、この円
周の外方には、前記長尺試料を送出す送出部材と、スパ
ッタリング処理後の長尺試料を巻取る巻取部材とを並設
し、前記送出部材及び巻取部材と前記円周との間には、
前記送出部材から前記長尺試料を受取ってガイドローラ
へ案内する送出補助ローラと、ガイドローラから前記長
尺試料を受取って巻取部材へ案内する巻取補助ローラと
を近接して配置し、さらに、前記ガイドローラとターゲ
ットとの間にガイドローラの直径以上の幅を有する第１
の防着部材を各ガイドローラと対向して配設するととも
に、前記両補助ローラの間隙と前記ターゲットとの間に
両補助ローラ間の間隙以上の幅を有する第２の防着部材
を前記間隙と対向して配設し、前記第１及び第２の両防
着部材の前記ターゲットと反対側には冷却部材を設け、
前記第１の防着部材の前記ターゲットと対向する側に熱
伝導率の高いカバーを着脱可能に取付けるという構成を
採用した。

（作用） この発明においては円筒状に形成されたターゲットから
スパッタリング金属が放射状に飛散し、長尺試料はガイ
ドローラに案内されながら前記ターゲットの周囲を移動
するためスパッタリング金属が付着する範囲が広くな
り、長尺試料の巻取速度を速くしても所定の厚さの金属
被膜が長尺試料の表面に形成される。又、長尺試料を案
内するガイドローラと対向する位置のターゲットから飛
散したスパッタリング金属は、ガイドローラとターゲッ
トとの間に配設された第１の防着部材のカバー及び補助
ローラ間の間隙と前記ターゲットとの間に配設された第
２の防着部材に付着するため、ガイドローラ，送出部
材，巻取部材自体や送出部材，巻取部材に巻回された長
尺試料にはスパッタリング金属が付着しない。又、第１
の防着部材のカバー及び第２の防着部材に堆積したスパ
ッタリング金属膜は、それらの前記ターゲットと反対側
に設けた冷却部材によって冷却されるため、堆積した金
属膜からのガス放出が防止される。このガス放出の防止
により金属に色調の変化等を抑止することができる。特
に、第１の防着部材には熱伝導率の高いカバーにより覆
われているため、冷却部材による冷却効率を低下させる
ことはなく、しかも、カバーを取り外すことにより極め
て容易にスパッタリング金属を除去することができる。
更に、送出補助ローラと巻取補助ローラとを近接して設
けるとともに、この間隙を覆う第２の防着部材を設けて
いるので、送出ローラや巻取ローラに巻回された長尺試
料は実質的なスパッタリング処理部から分断され、該処
理部内の高熱による影響が極力減少される。

（実施例） 以下この発明を具体化した一実施例を第１〜４図に従っ
て説明する。スパッタリング装置本体１は基台２と、同
基台２上にパッキング（図示しない）を挟んで気密状体
に載置されるケーシング３とから構成されている。ケー
シング３の上方には図示しないフレームに回転自在に支
持された２対の定滑車４が配設され、同定滑車４には前
記ケーシング３を吊下支持するための２本のワイヤ５
が、一端のケーシング３の上部に突設された掛止リング
６に連結され、他端がバランスウェイ７に連結された状
態で巻掛されている。前記両バランスウェイ７の合計重
量は、小さな力でケーシング３を上下動可能とするため
ケーシング３の重量より若干軽い値に設定されている。
ケーシング３の前面（第１の下方）には、ケーシング３
に近接した位置に垂直状態で立設されたガイドレール８
と係合可能なコロ９が回転自在に取付けられている。
又、ケーシング３の後部には第1,4図に示すようにモー
タ10の回転軸に取付けられたピニオン11と噛合するラッ
ク12aを有し、モータ10の正逆回転により上下動される
押上部材12の上部と係合可能な係合部13が突設されてい
る。そして、押上部材12の上下動によりケーシング３が
昇降作動されるようになっている。

ケーシング３の円筒部中央には有底円筒状のターゲット
14が着脱可能に吊下支持されている。ターゲット14はそ
の少なくとも表面部がスパッタリング用の金属で形成さ
れ、その内部空間にはリング状の永久磁石15が所定間隔
で嵌装された支持筒16が配設されている。支持筒16の下
部には外部から圧縮空気が供給されるベローズ17が配設
され、圧縮空気の供給排気により支持筒16が上下動され
るようになっている。ターゲット14としての陰極の周囲
には８本の上下方向に延びる線状部を有する籠型の陽極
18が、その線状部がターゲット14を中心とする同一円周
上に位置するように配設されている。ターゲット14とし
ての陰極と陽極18との間には50〜1000Vの直流電圧が印
加されるようになっている。

前記円筒型ターゲット14の周囲には布、フィルム等の長
尺試料19を案内する６本のガイドローラ20がターゲット
14を中心とする同一円周上に等間隔で配設されている。
前記ガイドローラ20は基台２上に配設され、平面ほぼ６
角形状をなす上部支持フレーム21a及び下部支持フレー
ム21b間に回転自在に支持されている。

前記上部支持フレーム21aを支持する支柱22がガイドロ
ーラ20へのスパッタリング金属の付着を防止する防着部
材の役割を果たすため、前記ガイドローラ20の内側に配
設されるとともに各ガイドローラ20の直径よりも幅広に
形成されている。又、各支柱22にはターゲット14と対向
する側を覆うようにアルミニウムフォイルで形成された
カバー24が取着されている。

前記ガイドローラ20が配設された円周の外側には長尺試
料を送り出す送出部材としての送出ローラ25と、スパッ
タリング処理後の長尺試料19を巻き取る巻取部材として
の巻取ローラ26とが垂直状態で回転自在に配設されてい
る。両ローラ25,26はそれぞれ基台２上に配設され、図
示しない外部駆動機構により駆動される駆動軸28aと、
前記上部支持フレーム21aから突設された支持ブラケッ
ト27に回転自在に取付けられた被動軸28bとの間に着脱
可能に取付けられるようになっている。両ローラ25,26
に近接するガイドローラ20間には送出補助ローラ，巻取
補助ローラとしての一対の補助ガイドローラ29a,29bが
配設され、送出ローラ25から送り出される長尺試料19は
一方の補助ガイドローラ29aを経てガイドローラ20に案
内され、スパッタリング処理後の長尺試料19は他方の補
助ガイドローラ29bを経て巻取ローラ26に巻き取られる
ようになっている。又、両補助ガイドローラ29a,29bの
間隙と対応する位置には第２の防着部材としての防着板
30が立設され、そのターゲット14と反対側には前記支柱
22と同様水冷配管23が配設されている。

前記基台２にはスパッタリング装置本体１内を減圧する
ためのポンプに接続されるパイプ31が接続されている。
パイプ31は本抜バルブ32を介して拡散ポンプ33に接続さ
れる系統と、粗抜バルブ34を経てメカニカルブースター
ポンプ35及びロータリーポンプ36に接続される系統の２
つに分岐されるとともに、前記拡散ポンプ33とメカニカ
ルブースターポンプ35とが補助バルブ37を介して接続さ
れている。又、前記パイプ31にはリークバルブ38が接続
されている。又、ケーシング３にはバルブ39a,40aを介
してアルゴン（Ar）ガスボンベ39及び酸素ガスボンベ40
に接続されたパイプ41が連結されている。

次に前記のように構成された装置の作用を説明する。

まず、リークバルブ38が解放されてケーシング３内の圧
力が大気圧と平衡な状態でモータ10を正転駆動させ、押
上部材12を押し上げ、第２図に鎖線で示すようにケーシ
ング３を上方へ吊下する。この状態で送出ローラ25を駆
動軸28a及び被動軸28bから取り外し、長尺試料19を送出
ローラ25に巻き付ける。次に長尺試料19が巻き付けられ
た送出ローラ25を前記駆動軸28a及び被動軸28b間に取り
付け、その一端側から送り出しながら補助ガイドローラ
29a、ガイドローラ20、補助ガイドローラ29bを経て巻取
ローラ26まで導き、長尺試料19の一端を巻取ローラ26の
表面に止着する。次にモータ10を逆転駆動させ、押上部
材12をピニオン11及びラック12aの作用により下降移動
させケーシング３を基台２上に載置する。ケーシング３
は自重及びパッキングの作用により気密性が保持された
状態で基台２上に載置される。

次にスパッタリング装置本体１内を減圧する。拡散ポン
プ33及びロータリーポンプ36は常時作動しているので、
まずリークバルブ38を閉じ次いで粗抜バルブ34を開く。
ロータリーポンプ36の作用によりスパッタリング装置本
体１内の圧力が20Torr以下になった状態でメカニカルブ
ースターポンプ35が作動される。そして、装置本体１内
の圧力が５×10^-2Torr以下になった状態で粗抜バルブ34
を閉じ、次いで補助バルブ37、本抜バルブ32を解放して
装置本体１内の真空度をさらに高真空の10^-5Torr台まで
減圧する。

長尺試料19からのガス放出により排気速度が遅い時に
は、巻取ローラ26及び送出ローラ25を駆動して長尺試料
19の巻取り、巻もどしを行うことにより排気速度を速く
することができる。この場合通常は本抜バルブ32が解放
状態となった後に巻取り、巻もどしを行なう。しかしガ
ス放出が多い場合はメカニカルブースターポンプ35の作
動後に行なう。なお、巻取り、巻もどしは10m/min程度
の速度で行なわれる。

次にアルゴンガスボンベ39から装置本体１内にアルゴン
ガスを送り込むとともに、拡散ポンプ33から徐々に排出
することにより装置本体１内を低圧アルゴンガス雰囲気
に保持する。

次に水冷配管23に水を供給し、ターゲット14及び陽極18
間に直流高電圧を印加するとともに送出ローラ20及び巻
取ローラ26を駆動する。ターゲット14及び陽極18間に直
流高電圧を印加することによりグロー放電が起こり、ス
パッタリング装置本体１内のアルゴンガスが放電エネル
ギーによりイオン化し、イオン化されたアルゴンイオン
がターゲット（陰極）14側へ加速されてターゲット14に
衝突し、ターゲット14表面から金属を叩き出す。ターゲ
ット14表面から叩き出された金属はターゲット14から放
射状に飛散する。長尺試料19は補助ガイドローラ29a、
ガイドローラ20、補助ガイドローラ29bを経てターゲッ
ト14の周囲を囲むほぼ円周状の移動経路を通って巻取ロ
ーラ26を巻き取られるので、ターゲット14から放射状に
飛散するスパッタリング金属が長尺試料19に付着する範
囲が広範囲に及び、巻取ローラ26の巻取速度を速めても
長尺試料19の表面には所定の厚さの金属被膜が確実に形
成される。従来装置においては500オングストロームの
厚さの被膜を形成するには２〜3m/minの巻取速度でしか
行えなかったが、この実施例の装置においては6m/minの
巻取速度で500オングストロームの厚さの金属被膜が長
尺試料19の表面に形成された。すなわち、従来装置に比
較して２〜３倍の速さでスパッタリング処理を行うこと
ができる。

ターゲット14から飛散したスパッタリング金属は長尺試
料19の表面以外にも付着するが、この実施例を装置にお
いてはガイドローラ20の内側（ターゲット14側）に配設
された支柱22がガイドローラ20のカバーすなわち防着板
の役割を果たし、しかも水泳配管23により常に冷却され
るため、スパッタリング金属がガイドローラ20に付着し
たりガイドローラ20が加熱されることがないため、ガイ
ドローラ20にスパッタリング金属が付着することによる
長尺試料19の汚染あるいはガイドローラ20の加熱に伴う
長尺試料19への悪影響を確実に防止することができる。

カバー24はアルミニウムフォイルで形成されているの
で、カバー24を支柱22から取り外し、新しいアルミニウ
ムフォイルを取着することにより、極めて簡単にカバー
24を付着したスパッタリング金属を除去することができ
る。又、アルミニウムは熱伝導率が良いので、水冷配管
23による支柱22の冷却によりカバー24もともに冷却さ
れ、長時間連続運転時にカバー24が熱により劣化すると
を防止される。

長尺試料19にターゲット14を構成する金属被膜を形成す
る代わりに、金属酸化物の被膜を形成する場合には、前
記酸素ガスボンベ40に通ずるバルブ40aも解放しスパッ
タリング装置本体１内にアルゴンガスとともに酸素ガス
を供給し、同装置本体１内をアルゴン及び酸素の低圧混
合気雰囲気に保持した状態でターゲット14と陽極18間に
直流高電圧を印加する。アルゴンガス及び酸素ガスが存
在する場合には、前記と同様にしてターゲット14から叩
き出された金属が直ちに酸素イオンにより酸化されて酸
化物となり、酸化物の状態で長尺試料19に付着するため
長尺試料19の表面には金属酸化物の被膜が形成される。

また、本実施例によれば、長尺試料19を案内するガイド
ローラ20と対向する位置のターゲット14から飛散したス
パッタリング金属は、補助ガイドローラ29a,29b間の間
隙と前記ターゲット14との間に配設された防着板30に付
着するため、送出ローラ25,巻取ローラ26自体や送出ロ
ーラ25,巻取ローラ26に巻回された長尺試料19にはスパ
ッタリング金属が付着することを防止できる。

さらに、送出ローラ25と巻取ローラ26とを前記ガイドロ
ーラ20で構成される円周の外に配置し、両補助ガイドロ
ーラ29a,29b同志を近接して設け、さらにこの間隙を覆
う防着板30を設けているので、送出ローラ25,巻取ロー
ラ26に巻回された長尺試料19は実質的なスパッタリング
処理部から分断され、該処理部内の高熱による影響を極
力減少させることができる。

なお、この発明は前記実施例に限定されるものではな
く、例えば次のようにして具体化することも可能であ
る。

（１）第５図（ａ）〜（ｄ）に示すように防着部材の役
割を兼ねた支柱22を断面Ｖ字状、円弧状、状あるいは
平板状に形成してもよい。

（２）カバー24として使い捨てのアルミニウムフォイル
に代えて第６図に示すように金属あるいはセラミックス
等の耐熱部材で形成したカバー24を支柱22に着脱可能に
取り付けてもよい。この場合にはカバー24を支柱22から
取り外し広い場所においてカバー24上に付着したスパッ
タリング金属の除去作業ができるため、スパッタリング
金属の除去作業が行い易い。又、スパッタリング装置の
連続運転時間が短い場合には防着部材をガイドローラ20
から離れた位置に配置すれば水冷配管23は必ずしも必要
でない。

（３）ターゲット14を構成する金属は特に限定されず、
スパッタリング可能な全ての金属（合金を含む）を採用
することができる。すなわち、単体の金属としては金、
銀、アルミニウム、スズ、亜鉛、チタン、ニッケル、
銅、コバルト、クロム等が、合金ではハステロイ、パー
マロイ、ステンレス鋼が耐蝕性や色彩の点で適してい
る。前記金属あるいは合金は用途、色調、コスト等に応
じて選択される。

（４）前記実施例の装置における酸素ガスボンベ40に代
えて窒素ガスボンベを接続することにより金属酸化物被
膜に代えて金属窒化物被膜を長尺試料19の表面に付着す
ることも可能である。又、アルゴンガスに代えてキセノ
ン等の不活性ガスを使用してもよい。

（５）前記の他に、スパッタリング装置本体１を基台２
とその上面に載置されるケーシング３とから構成する代
わりに、有底のケーシングとその上部開口部を気密状態
に覆う蓋体とから構成したり、ガイドローラ20も積極駆
動される構成を採用する等この発明の趣旨を逸脱しない
範囲において各部の形状、構成等を任意に変更すること
も可能である。

発明の効果 以上詳述したように、この発明によれば、次のような優
れた効果を奏する。円筒型ターゲットの周囲を取り囲む
ように長尺試料が移動し、前記ターゲットから放射状に
飛散するスパッタリング金属が長尺試料表面に付着され
るのでスパッタリング金属が付着する範囲が広くなり、
長尺試料の巻取速度すなわちスパッタリング処理速度を
速くすることができる。

送出部材と巻取部とをガイドローラで構成される円周の
外に配置し、両補助ローラ同志を近接して設け、さらに
これら補助ローラ間の間隙を覆う第２の防着部材を設け
ているので、送出部材及び巻取部材に巻回された長尺試
料は実質的なスパッタリング処理部から分断され、該処
理部内の高熱による影響を減少させることができる。

ターゲットから飛散したスパッタリング金属は、第１の
防着部材に取付けられたカバーや、補助ローラ間の間隙
とターゲットとの間に配設された第２の防着部材に付着
するため、ガイドローラ，送出部材，巻取部材自体や送
出部材，巻取部材に巻回された長尺試料にはスパッタリ
ング金属が付着することを防止することができる。

従って、スパッタリング処理の効率を格段に向上させる
ことができるとともに長尺試料に対する汚染を防止して
当該試料の品質を向上させることができる。

又、第１の防着部材のカバー及び第２の防着部材に付着
したスパッタリング金属膜は冷却部材によって冷却され
るため、堆積した金属膜からのガス放出が防止され、こ
のガス放出の防止により金属の色調の変化等の長尺試料
に与える悪影響を抑止することができる。

特に、第１の防着部材はカバーにより覆われているた
め、カバーに付着したスパッタリング金属膜をカバーと
共に容易に取り外すことができ、しかも、このカバーは
熱伝導率が高いことにより上記の冷却効率を低下させる
ことがなく、確実にスパッタリング金属膜からのガス放
出を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図はこの発明を具体化した一実施例を示すもの
であって、第１図は平断面図、第２図は一部破断正面
図、第３図は第１図のＡ−Ａ線一部省略断面図、第４図
はラック部分を示す部分斜視図、第５図（ａ）〜（ｄ）
は防着部材としての支柱の形状を変えた場合の平断面
図、第６図はカバー24の別例を示す平断面図、第７図は
従来のスパッタリング処理装置を示す縦断面図である。 スパッタリング装置本体１、ケーシング３、ターゲット
14、陽極18、長尺試料19、ガイドローラ20、第１の防着
部材としての支柱22、水冷却管23、カバー24、送出部材
としての送出ローラ25、巻取部材としての巻取ローラ2
6、送出補助ローラ，巻取補助ローラとしての補助ガイ
ドローラ29a,29b、第２の防着部材としての防着板30。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筒井 將年 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 鈴木 敏允 愛知県蒲郡市府相町端廻805番地 (72)発明者 山口 三二 愛知県蒲郡市府相町丸山701番地 (72)発明者 鈴木 政幸 愛知県額田郡幸田町大字菱池字地蔵堂69番 地 (72)発明者 西林 義文 愛知県蒲郡市緑町７番５号 (56)参考文献 特開 昭61−266573（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−121135（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−7755（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭55−5587（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒型ターゲット（14）の周囲に布、フィ
   ルム等孔の長尺試料（19）を案内するガイドローラ（2
   0）を、前記長尺試料（19）の移動経路が前記円筒型タ
   ーゲット（14）を囲むほぼ円周状となるように前記円筒
   型ターゲット（14）を中心とした円周状に多数配設し、
   この円周の外方には、前記長尺試料（19）を送出する送
   出部材（25）と、スパッタリング処理後の長尺試料（1
   9）を巻取る巻取部材（26）とを並設し、前記送出部材
   （25）及び巻取部材（26）と前記円周との間には、前記
   送出部材（25）から前記長尺試料（19）を受取ってガイ
   ドローラ（20）へ案内する送出補助ローラ（29a）と、
   ガイドローラ（20）から前記長尺試料（19）を受取って
   巻取部材（26）へ案内する巻取補助ローラ（29b）とを
   近接して配置し、さらに、前記ガイドローラ（20）とタ
   ーゲット（14）との間にガイドローラ（20）の直径以上
   の幅を有する第１の防着部材（22）を各ガイドローラ
   （20）と対向して配設するとともに、前記両補助ローラ
   （29a,29b）の間隙と前記ターゲット（14）との間に両
   補助ローラ（29a,29b）間の間隙以上の幅を有する第２
   の防着部材（30）を前記間隙と対向して配設し、前記第
   １及び第２の両防着部材（22,30）の前記ターゲット（1
   4）と反対側には冷却部材（23）を設け、前記第１の防
   着部材（22）の前記ターゲット（14）と対向する側に熱
   伝導率の高いカバー（24）を着脱可能に取付けたことを
   特徴とするスパッタリング装置。