JPS63206464A - インライン型複合表面処理装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガラス等の基体上に付着力が高く、かつ硬度
が高い薄膜を形成するのに適したインライン型複合表面
処理装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、スパッタ法は比較的低温の基体にも、はとん
どあらゆる材料の膜形成が可能であり、しかもその膜厚
、膜質、組成制御も容易であることから、ガラス、セラ
ミックス、金属、プラスチック、半導体など、あらゆる
物体への被膜形成技術として用いられてきた。中でもイ
ンライン式スパ４夕装置は、比較的大きな面積での膜厚
、膜質の均一性、再現性、生産性に優れていることから
、生産製造としても広く使われてきた。

しかし、形成した膜の基体に対する付着力は、使用目的
によっては不充分であり、又、形成した膜の特性も材料
の種類によっては不充分であった・ 例えば、基体に対する薄膜の付着力に関しては、スパッ
タ法において基体に到達する粒子のエネルギーは、だい
たい　１〜１００ｅＶの範囲にあり、したがって、通常
の真空蒸着の０．１〜１ｅＶに比べると高く、よって、
基体に対する薄膜の付着力も真空蒸着法に比べると優れ
ているということは一般的に知られている。また、その
付着力は基体を高温に加熱すればするほど強くなること
も知られている。

しかしながら、高温への基体加熱ができないプラスチッ
ク、大面積のガラス板などにおいては、得られた薄膜の
基体への付着力が実用的に不充分な場合が多かった。ま
た、セラミックス基板においてもその使用条件によって
は、基体加熱のみでは、やはり不充分な場合があった。

又、薄膜の特性に関しては、スパッタ法によりかなりの
材料の膜形成が可能であるが、ある種の材料、特に高融
点の化合物材料（窒化物、炭化物、硼化物、ＢＮ、　Ｂ
ａＣ）やダイヤモンドカーボンなどの薄膜などについて
は、それらの薄膜の最大の利点でもある高硬度をかねそ
なえた薄膜をスパッタ法で形成することは、たいへん困
難であった。それは、粒子の持つエネルギーや化学的反
応性が通常のスパッタ法では不充分なことに起因してい
た。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、前述のような従来技術が有していた薄
膜のガラス等の基板への付着力や薄膜の硬度が不充分で
あるという点を改善しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、未体面に薄膜を形成するためのインライン型複合表
面処理装置において、該装置内にスパッタ源、イオン打
込み源及びアーク蒸着源のうち少なくとも２つ以上が設
けられていることを特徴とするインライン型複合表面処
理装置を提供するものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明の複合表面処理装置としては、第１図、第２図に
示した様に薄膜を形成する基板が移動し、順次処理が１
つの全体装置内で施されるインライン型の装置が最適で
ある。

図において、１は処理を施す基板をインライン型複合表
面処理装置に出し入れするための搬送入室、２はメイン
真空チャンバー、３は予備室、４はスパッター源、５は
イオン打込み源、６はアーク蒸着源、７は基体を示す。

第１図に示した例は、基体面にスパッター法により薄膜
を形成した後、該薄膜面に高エネルギーの加速イオンを
照射してイオン打込み処理を施し、次いでイオン打込み
処理の施された表面にアーク蒸着法により所望の上層膜
を形成することができる様に、基体の進行方向に順次ス
パッタ源４、イオン打込み源５、アーク蒸着源６を設け
た場合のインライン型の複合表面処理装置を示したもの
であるが、基体面にアーク蒸着法により薄膜を形成した
後、上記した様にイオン打込み処理及びアーク蒸着法に
よる上層膜が行なえる様に基体・の進行方向に順次アー
ク蒸着源、イオン打込み源、アーク蒸着源を設ける様に
してもよい、あるいは又、スパッター源とイオン打込み
源とを、又アーク蒸着源とイオン打込み源とを、又、ア
ーク蒸着源とイオン打込み源とスパッタ源とを、又スパ
ッター源とイオン打込み源とアーク蒸着源とスパッター
源とアーク蒸着源とを、又スパッタ源とイオン打込み源
とスパッター源とアーク蒸着源とを、又スパッタ源とイ
オン打込み源とスパッター源とイオン打込み源とアーク
蒸着源とを順次設ける様にしてもよい。なお、スパッタ
源とイオン打込み源とアーク蒸着源の配置の順列は上記
した例に限らず、種々６組合せ、繰り返しの組合せ、あ
るいはその他の表面処理源を付加してもよい。

本発明のインライン型複合表面処理装置は。

メイン真空チャンバー室内に予め所望の順番で、スパッ
タ源、イオン打込み源、アーク蒸着源のうち少なくとも
２つ以上を設けておいてもよいし、あるいは２つ以上の
スパッター源としてのターゲットを有するインライン型
スパッタ装訝の１つ以上のターゲットを取り外し、その
部分にイオン打込み源及びアーク蒸着源の少なくとも１
つ取り付けることで構成できる様にしてもよい。

本発明の装置を利用すれ・ば、基体に対する付着力の高
い薄膜を形成できるし、あるいは又、通常のスパッタ法
では形成できない充分な硬度を有する各種窒化膜、炭化
膜、硼化膜、ＢＮ膜、　ＢａＣ膜、ダイヤモンド膜であ
っても、スパッタ法による薄膜形成、イオン打込み処理
及びアーク蒸着による薄膜形成を組み合せ利用すること
により比較的低温で充分な付着性及び硬度をもって膜形
成することができる。

第２図に示した装置は、矩形のターゲットが３つ（４ａ
、４ｂ、４ｃ）取付けられる様になっている基板移動型
のインライン型スパッター装置の概略図を示したもので
あり、第２のターゲラ）４ｂをイオン打込み源に取り替
え、第３のターゲラ）４ｃをアーク蒸着源に取り替える
ことによって本発明のインライン型複合表面処理装置を
得ることができる。この様なターゲットの置き替えによ
り基体面にスパッタ法により膜形成した後、イオン注入
処理を施すことが可能となり、更に、その表面にアーク
蒸着法により硬度の高い薄膜を形成することが可能とな
る。

ターゲラ）　４ａ、４ｂ、４ｃと基体との位置関係は、
第２図の様にスパッタダウンであってもよいし、あるい
はターゲットが下で基板が上になるスパシタアップであ
ってもよい、あるいは又、基体、ターゲットとも垂直方
向の縦型インラインスパッタ製造であってもよい。

スパッタ方式は限定するものではなく、従来より使われ
ているＲＦ２極スパッタリング、３極スパツタリング、
ＤＯマグネトロンスパッタ、ＲＦマグネトロンスパッタ
など、いずれでもかまわない。

本発明においてメイン真空チャンバー室内に配されるイ
オン打込み源としては所望のイオンビームを所定のエネ
ルギーと電流で得られれば、特に限定するものではない
が、大電流のイオンビームが大面積で比較釣書やすい熱
電子フィラメントを用いたカフマン型イオン源やパケッ
ト型イオン源などのイオンガンタイプが好ましい。その
形態としては、基板の、移動方向に垂直な方向で必要な
イオンのビームの均一性を得るに充分な長さを有してい
ることが必要であり、それが１つのイオンガンで構成さ
れていてもかまわないが、故障対策、ビームの均一性の
コントｏ−ルの容易さから、いくつかのイオン源を１列
に並べたものが望ましい。

イオンのエネルギーは用いる基板材料、膜材料、膜の厚
さ、用途などによって異なるが、通常１〜２００ｋｅＶ
、望ましくは１０〜５０ｋｅＶの範囲にあることが必要
であり、よってイオンガンとしては、そのようなエネル
ギー範囲にあるイオンビームを大電流で発生せしむるも
のであることが望まれる。

本発明において、アーク蒸発源としては１例えば、少な
くとも２本の電極支持棒の先端に蒸着材料を電極棒とし
て取り付け、排気後型極間に交流電圧を印加し、一方の
電極を動かして他方に接触させ直ちに引き離し、電極間
にアーク放電を発生させて電極材料を蒸発させる交流ア
ーク放電タイプのもの、あるいは蒸着材料に電極枠を接
触させて直流電圧を印加し、接触部が溶解した時に電極
棒をわずかに引き離してアーク放電を発生させて蒸着材
料を蒸発させる直流アーク放電タイプのもの、あるいは
その他各種のアーク蒸発源を用いることができる。その
形態としては基板の移動方向に垂直な方向で必要な膜厚
の均一性を得るに充分な長さを有していることが必要で
あり、それは、いくつかのアーク蒸発源を基板の移−動
力向と垂直な方向に直線的に並べるなどして達せられる
。

［作用］ 本発明のインライン型複合表面処理装置は次の様な特徴
を有する。

φ　スパッタ源は、従来の様に１種々の金属や合金や各
種化合物からなる薄膜を基板面に形成するのに用いられ
る。このスパッタ源を利用したスパッタ法による薄膜形
成法は、製膜速度や膜厚の均一性や制御性に優れている
という特徴がある。ただし、得られた膜の付着力や硬さ
、その他の特性なども使用目的によっては不十分な場合
があるという難点がある。

・　イオン打込み源は、あらかじめ基体に形成した膜へ
のイオン注入処理をほどこすためのものである。イオン
のエネルギーを適当な範囲（例えば２０ｋｅＶ）に決め
ると、もぐり込みの深さを、基体と膜の界面付近と集中
させる（例えば２０ｋｅＶなら〜４００人）ことも可能
である。この場合、界面付近での物理的境界混合層の形
成によって著しく強い付着力を達成できる。この方法に
よって得られる界面は。

はっきりした境界を示さないため、その上に形成される
膜の内部応力が強い場合に引き起こされる界面への応力
集中が生じず、よって界面の付着力低下も従来の場合よ
りもずっと少なくなる。

また、イオンの注入量を増やし、（ｌＱ１６〜１１０１
７ｉｏｎ／ｃｍ２）　、且つ又適当なイオン（Ｎ−や０
・）を選択すると、膜自身の構造も変えることが可能で
ある。たとえば、その硬度や密度も向上させることがで
きる。

アーク源は、通常の方法では形成できない硬い緻密な窒
化膜や、炭化膜、硼化膜、ＢＮ膜、Ｃ膜などの形成に有
効である。また、従来法よりも、バルクの特性に近い素
子特性、電気特性などを薄膜で実現することも可能にな
る。

以上のようなる種類、特に好ましくは３種類の手法をそ
の使用目的、膜構成に応じて、組み合わせることが本発
明の装置によって可能となり、しかも基板を移動しなが
ら処理をするインライン型であるため、大面積の基板の
表面処理が可能である。基板の進行方向の製膜速度やイ
オン照射量は、スパッタ源、アーク源、イオン打込み源
の電源の安定性、及び基板の送りスピード、真空槽内の
ガス圧力の安定性などによって決まるが、基本的に問題
となるものではない、一方、基板の進行方向と直角の方
向の製膜速度やイオン照射量は、補正用マスク（シール
ド板）を使用することにより、充分可能である。

上記の方法により、大きな基板に対しても、充分均一な
膜厚、膜特性を実現することができる。

［実施例］ 以下本発明の装置の使用例を示す。

まず、３０ｃｍ角のガラス基体を洗浄乾燥し、インライ
ン型複合表面処理装置にセットした０次いで、荒引き室
の排気を開始し、　ＩＸ　１０−’Ｔｏｒｒまで排気し
たのち、常時高真空に保持されているメイン真空チャン
バーへの入口のバルブを開いた。

次いで、　３Ｘ　１Ｇ−３Ｔｏｒｒまで０２ガスを導入
し、Ｔｉのスパッタ源の放電を開始した。充分なプレス
パツタの後、基板の移動を開始し、Ｔｉスパッタ源の下
を一定スピードで通過させた。

これにより第３図（ａ）の様に、ガラス基体ｌＯの上に
３００ＡのＴｉＯ２＃１１が形成された。ついで、もう
一度高真空に排気し、Ｎ・イオン源を作動させた。イオ
ンのエネルギーは３０ｋｅＶである。ガラス基体の移動
を逆方向に戻しながら、基体をイオン打込み源の下を通
過させることにより　ＩＸ　１０１６　ｔｏｎｓ／ａｍ
２のイオン注入を施した。

これにより、ガラス基体１０とＴ　ｉ０２膜１１との間
に混合境界層１２が形成され、Ｔ　ｉ０２膜のガラス基
体に対する付着力が改善された。

今度は、チャンバー内にＮ２を導入し、アーク源を作動
させ九−圧力は、　３Ｘ　１０１Ｔａｒｒである。基板
をもう一度逆方向に戻しながら、アーク源の下を通過さ
せ、アーク蒸着法により膜厚４００人のＴｉＮ膜１３を
形成した。

これにより、赤外域の反射率の著しく高い（〜８５％ｕ
ｐ）金色のＴｉＮ膜が得られた。

そして最後に、もう一度、スパッタ源を作動させ、最初
と同じ条件で、Ｔ　ｉ０２膜１４を形成した。

以上の処理によりガラス基体に対する付着力の優れたＴ
　ｉ０２膜／ＴｉＮ膜／ＴｉＯ２膜／ガラス基体の３層
膜が形成された。しかも、この膜は７０％以上の可視光
透過率を示し、しかも８０％以上の高い赤外反射性能も
示した。

［発明の効果］ 本発明のインライン型複合表面処理装置は、その装置内
にスパッタ源、イオン打込み源、アーク蒸着源のうち少
なくとも２つ以上が設けられているので、所望の薄膜形
成方法及び表面処理が可能となり、これらの組み合せに
より所望特性を持った薄膜の形成することが可能となる
０例えば、メイン真空チャンバー室内にスパッタ源とイ
オン打込み源とアーク蒸着源とを順次基体の進行方向に
設けることによりスパッター法により薄膜を形成した後
、該薄膜面に高エネルギーの加速イオンを照射してイオ
ン打込み処理を施し、次いでイオン打込み処理の施され
た表面にアーク蒸着法により所望の上層膜を形成するこ
とができ、付着力及び硬度の高い積層膜を形成すること
ができる０例えば、この装置を利用することにより、高
融点であって性能の優れた膜を得ることが困難であった
窒化物膜、炭化物膜、硼化物膜、ＢＮ膜、ＢｓＣ膜、ダ
イヤモンド膜などを上層膜に有する積層膜を高付着力と
高硬度をもって形成することが可能となる。

又、本発明の装置は、２つ以上、好ましくは３つ以上の
スパッター源としてのターゲットを有するインライン型
のスパッター装置の所望の箇所のターゲットをイオン打
込み源及び／又はアーク蒸着源に譲り換えることにより
容易に得ることができ、この場合には設備費も低く抑え
ることができ、又多目的な用途として使用が可能となる
という利点が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のスパッタ源、イオン源、アーク源を
有するインライン型複合表面処理装置の概略図を示し、
第２図は３つのターゲットを有するインライン型スパッ
タ装置の概略図を示す。 第３図は、本発明の装置の１使用例として。 ガラス基板上へのＴｉＯ２膜／ＴｉＮ膜／ＴｉＯ２膜か
らなる３層構成の高透過熱線反射膜付きガラスの作成手
順を示す説明図である。 １：搬送入室、２：メイン真空チャンバー、３：予備室
、　４ニスバツター源、 ５：イオン打込み源、６：アーク蒸着源、７：基体、 ８：インライン型複合表面処理装置。 第１図 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体面に薄膜を形成するためのインライン型複合
   表面処理装置において、該装置内にスパッタ源、イオン
   打込み源及びアーク蒸着源のうち少なくとも２つ以上が
   設けられていることを特徴とするインライン型複合表面
   処理装置。
2. （２）インライン型複合表面処理装置内に基体の進行方
   向に対しスパッタ源、イオン打込み源及びアーク蒸着源
   が順次設けられていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のインライン型複合表面処理装置。
3. （３）スパッタ源、イオン打込み源及びアーク蒸着源の
   うち少なくとも２つ以上と基体との間のそれぞれには補
   正用マスクが備えられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のインライン型複合表面処理装置。
4. （４）アーク蒸発源に対向する基体の下方には、イオン
   の加速を行なうために直流電圧を印加する金属製の加速
   電極板が取り付けられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のインライン型複合表面処理装置。