JP2003193241A - プラズマｃｖｄ成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基材上に高速でかつ大きな面積で成膜を行え
るとともに、均質な堆積膜を形成することができるプラ
ズマＣＶＤ成膜装置を得ること。 【解決手段】 ２以上のローラ２２ａ〜２２ｆ，２３
と、これらのローラ２２ａ〜２２ｆ，２３によって支持
され走行する導電性無端ベルト電極２１と、前記ベルト
電極２１の一部と対向する位置に成膜すべき基材４を保
持する基材保持手段５と、前記ベルト電極２１と前記基
材４との間隙でプラズマＰを発生させるプラズマ発生手
段とを備えており、前記２以上のローラ２２ａ〜２２
ｆ，２３は、プラズマ発生領域Ｐにおける前記ベルト電
極２１の曲率が、その曲率半径が前記各ローラ２２ａ〜
２２ｆ，２３の半径よりも大きくなるように設けられて
いるプラズマＣＶＤ成膜装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ
（化学的気相成長）法により基材（被成膜基材）上に成
膜を行うプラズマＣＶＤ成膜装置に関し、高速でかつ大
きな面積で成膜を行えるとともに、均質な堆積膜を形成
することができるようにしたプラズマＣＶＤ成膜装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、表面硬度の向上、特定波長の吸
収、ガス透過性の改善、光触媒機能の発揮などを目的と
して、種々の機能性薄膜（機能性堆積膜）の開発・実用
化が進められている。このような機能性薄膜には、シリ
コン，アモルファスカーボン，ダイヤモンドライクカー
ボンなどの無機質薄膜、チタニア，ジルコンなどの金属
酸化物薄膜、アルミニウム，チタンなどの金属薄膜な
ど、種々のものがある。そして、このような機能性薄膜
を工業製品に用いるには、その製造コストの低減が最重
要課題であり、製造時における成膜コストの低減のた
め、成膜速度の高速化や、成膜面積の大面積化を図るこ
とが必要となる。

【０００３】そこで、従来では困難とされていた１気圧
（≒０．１ＭＰａ）以上の高い圧力下でもグロー放電に
よるプラズマを発生させることができ、高速でかつ大面
積で成膜を行うことができるプラズマＣＶＤ成膜装置が
提案されている（特開平９−１０４９８５号公報）。こ
の従来のプラズマＣＶＤ成膜装置は、特徴的構成として
円筒状外周面を有する回転電極を備え、この回転電極と
成膜すべき基材としての平板状をなす基板との間にプラ
ズマを発生させ、該プラズマ中に反応ガスを供給して化
学反応により前記基板上に成膜を行うものである。図８
は円筒状外周面を有する回転電極を備えたこの従来のプ
ラズマ成膜装置の構成を模式的に示す側面図である。

【０００４】図８において、反応容器（チャンバ）７１
内には、図における左右方向及び上下方向に移動可能な
基材搬送台７５が設けられ、その上に基板ホルダー（図
示せず）を介して成膜すべき基板７４が載置されてい
る。基板７４が載置される基板ホルダーは、接地されて
いる。そして、この基板７４と例えば０．５ｍｍ程度の
わずかな間隙（ギャップ）を持って対向するように、円
筒状外周面を有する円柱状のローラ状（ドラム状）回転
電極７６が設けられている。ローラ状回転電極７６の回
転軸７６ａは、その両側に設けられた軸受（図示せず）
により電気的に絶縁された状態で軸支されるとともに、
該回転軸７６ａの一方側が反応容器７１の外側面に取り
付けられた回転電極用モータ（図示せず）の駆動軸に電
気的に絶縁された状態で連結されている。また、反応容
器７１の外側には高周波電源７７が設けられており、ロ
ーラ状回転電極７６の回転軸７６ａは、整合器（インピ
ーダンス・マッチングボックス）７８を介して高周波電
源７７に電気的に接続されている。また、７２は反応容
器７１内に反応ガスなどを導入するためのガス導入管、
７３は排気管である。

【０００５】このように構成されるプラズマＣＶＤ成膜
装置において、ガス導入管７２より反応容器７１内に反
応ガス（例えばＳｉＨ₄ とＨ₂ との混合ガス）及び希釈
ガス（例えばＨｅ）を供給するとともに、排気管７３を
介して排気し、反応容器７１内７１を所定の雰囲気圧力
（例えば０．１ＭＰａ）に維持する。そして、回転させ
ているローラ状回転電極７６に高周波電力を供給して該
回転電極７６と基板７４との間にプラズマＰを発生させ
る。そうすると、前記のガスはローラ状回転電極７６の
回転によって該回転電極７６と基板７４間のギャップ
（間隙）に引き込まれてプラズマ発生領域Ｐに導かれ、
ここで反応ガスが化学反応を起こすことにより、基板７
４間上に成膜（例えばアモルファスシリコン膜）がなさ
れる。

【０００６】このように、高速成膜を行うべく、雰囲気
圧力を高くし（反応ガス濃度を高くし）、該高い雰囲気
圧力下においても異常放電を生起することなくグロー放
電が行えるようにローラ状回転電極７６と基板７４間の
間隙を狭めている。そして、平行平板型電極式成膜装置
に比べて間隙を大幅に狭めても、ローラ状回転電極７６
の回転により生じる流れによってプラズマ発生領域Ｐに
反応ガスを十分に供給できるので、高速度の成膜を行う
ことができる。また、前記プラズマはローラ状回転電極
７６の軸方向に沿って発生するいわゆるライン状のプラ
ズマとなる。その結果、このようなライン状のプラズマ
により化学反応を起こさせながら、基板７４が載置され
た基材搬送台７５を図８における左右方向に移動させる
ことで、基板７４上における回転電極対向面全体に高速
度の成膜を行うことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した従
来のプラズマＣＶＤ成膜装置では、円筒状外周面を有す
る回転電極と平板状の基板との間にプラズマを発生さ
せ、該基板上に成膜を行うようにしたものであるから、
均質性に優れた堆積膜を得るという点において改善の余
地があった。

【０００８】この点について説明する。均質な堆積膜を
得るためには、プラズマを生起させるための電界強度分
布が均一（電界強度の値が一定）であることが必要であ
る。電極と基板間の電界強度は、電極と基板間の間隙寸
法によって定まる。回転電極の場合にはその外周面が曲
線をなしているので、幅を持つプラズマ発生領域におい
て回転電極と基板間の電界強度は、一定でなく、ギャッ
プが最も狭い電極直下位置を中心にしてそれから離れる
にしたがって小さくなる。このようにプラズマ領域にお
いて電界強度分布が均一になっておらず、膜厚方向に異
なる膜質のものが積み重なった堆積膜が形成されるよう
になってしまっている。

【０００９】また、均質な堆積膜を得るためには、プラ
ズマ発生領域にガスを乱れなくスムーズに供給すること
が必要である。ところが、円筒状外周面を有する回転電
極の場合には、回転電極の回転により生じる流れによっ
てプラズマ発生領域にガスを量的には十分供給できるも
のの、狭いギャップへのガスの流れ易さという点で十分
でない。このため、ガスの一部が、狭いギャップに入ら
ずに基板表面に沿ってガス導入側の方へ戻って拡散して
しまうことがしばしば発生する。そして、このような十
分に解離していない反応種が基板上に到着することで均
質な膜の形成が阻害されている。

【００１０】本発明は、このような従来技術の欠点を解
消させて、基材上に高速でかつ大きな面積で成膜を行え
るとともに、均質な堆積膜を形成することができるプラ
ズマＣＶＤ成膜装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は次のような構成としている。請求項１の発
明は、２以上のローラと、前記ローラによって支持され
走行するベルトと、前記ベルトの一部と対向する位置に
成膜すべき基材を保持する基材保持手段と、前記ベルト
と前記基材との間隙でプラズマを発生させるプラズマ発
生手段とを備えていることを特徴とするプラズマＣＶＤ
成膜装置である。

【００１２】請求項２の発明は、前記請求項１記載のプ
ラズマＣＶＤ成膜装置において、前記ベルトの前記プラ
ズマの発生領域における曲率は、その曲率半径が前記ロ
ーラの半径よりも大きいことを特徴とするものである。

【００１３】請求項３の発明は、前記請求項１又は２記
載のプラズマＣＶＤ成膜装置において、前記ベルトは導
電性のベルト電極であり、前記プラズマ発生手段は、前
記ベルト電極と前記基材又は前記基材保持手段との間
に、高周波電力又は直流電力を印加するものであること
を特徴とするものである。

【００１４】請求項４の発明は、前記請求項１又は２記
載のプラズマＣＶＤ成膜装置において、前記ベルトは絶
縁性のベルトであり、前記ベルトの前記基材に対してベ
ルト裏面に接して、又は近傍に配された電極体を備え、
前記プラズマ発生手段は、前記電極体と前記基材又は前
記基材保持手段との間に、高周波電力又は直流電力を印
加するものであることを特徴とするものである。

【００１５】請求項５の発明は、前記請求項４記載のプ
ラズマＣＶＤ成膜装置において、前記電極体は、その軸
方向がベルト走行方向に対して垂直をなし、円筒形又は
回転可能なローラ形状であることを特徴とするものであ
る。

【００１６】請求項６の発明は、前記請求項１〜５のい
ずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ成膜装置において、
前記ベルトに付着した不要な堆積膜を除去するクリーニ
ング機構を備えたことを特徴とするものである。

【００１７】請求項７の発明は、前記請求項６記載のプ
ラズマＣＶＤ成膜装置において、前記クリーニング機構
が、エッチング性ガスを導入してプラズマを発生させ、
エッチング作用により不要な堆積膜を除去する構成とさ
れていることを特徴とするものである。

【００１８】請求項８の発明は、前記請求項１〜７のい
ずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ成膜装置において、
前記ベルトと前記基材との間隙距離が最短部で０．１〜
５ｍｍであることを特徴とするものである。

【００１９】本発明によるプラズマＣＶＤ成膜装置は、
ベルトを支持する２以上のローラが、プラズマ発生領域
においてベルトと水平に延びる基材との間隙（ギャッ
プ）距離が一定になるように配設されている。あるい
は、ベルトを支持する２以上のローラが、プラズマ発生
領域におけるベルトの曲率が該ベルトを支持する各ロー
ラの外周面の曲率より小さく（プラズマ発生領域におけ
るベルトの曲率半径が、該ベルトを支持する各ローラの
半径より大きく）、従来の円筒状外周面を有する１つの
回転電極を備えたものに比べて、プラズマ発生領域にお
いてベルトと水平に延びる基材との間隙距離、特に最短
部付近の変動が極めて小さくなるように配設されてい
る。これにより、従来の回転電極を備えたものと比較し
てプラズマ発生領域における電界強度分布を均一にする
ことができる。

【００２０】また、ベルトにより、ベルトと水平に延び
る基材との間において、ベルトの走行方向上流側からプ
ラズマ発生領域に至るまでに十分に長くてコンダクタン
ス（ガスの流れ易さの度合い）がほぼ一定のガス流路を
形成することができる。これによってプラズマ発生領域
にガスを乱れなくスムーズに供給することができる。こ
のように、本発明によるプラズマＣＶＤ成膜装置によれ
ば、基材上に高速でかつ大きな面積で成膜を行えること
に加え、従来の円筒状外周面を有する回転電極を備えた
ものに比べて、プラズマ発生領域における電界強度分布
を均一にすることができるとともに、プラズマ発生領域
にガスを乱れなくスムーズに十分に供給することができ
るので、均質な堆積膜を形成することができる。なお、
本発明によるプラズマＣＶＤ成膜装置では、基材上に成
膜を行うに際し、走行するベルトに対して基材を移動さ
せるようにしてもよいし、基材に対して走行するベルト
全体を移動させるようにしてもよい。

【００２１】本発明によるプラズマＣＶＤ成膜装置は、
ベルトとして絶縁性ベルトを備えたものでは、該絶縁性
ベルトと基材との間隙距離が最短となる位置に、該ベル
ト裏面に接して該ベルトを支持するとともに、高周波電
源が接続される１つのローラ状の電極体が配設されてい
る（図６参照）。こうすることにより、電気的には絶縁
性ベルトの前記ローラ状電極体に接する部分のみが電極
の役割を果たすので、雰囲気圧力が高くても電界を集中
させて安定にプラズマを発生させることができる。ま
た、この絶縁性ベルトにより、ガスを乱れなくスムーズ
にプラズマ発生領域に供給するためのガス流路を基材と
の間に形成することができる。よって、ベルトとして導
電性ベルト電極を備えたもの（図１，図３〜図５参照）
に比べて雰囲気圧力を高くしても安定にプラズマを発生
させて、均質な堆積膜を形成することができる。

【００２２】本発明によるプラズマＣＶＤ成膜装置で
は、反応容器内にベルトに付着した不要な堆積膜を除去
するクリーニング機構を備えることにより、装置のメン
テナンスにかかる手間を減らして装置稼働率を向上させ
ることができる。クリーニング機構としては、反応容器
内に反応ガス（原料ガス）に代えてエッチング性ガス
（四フッ化炭素、三フッ化窒素、三フッ化塩素、六フッ
化硫黄などのフッ素系ガス）を導入してプラズマを発生
させ、エッチング作用により不要な堆積膜を除去するよ
うにしたドライクリーニング機構があげられる。その他
として、ベルトに付着した不要な堆積膜を回転ブラシな
どによって除去する機械的除去機構を備えるようにして
もよい。なお、雰囲気圧力が大気圧にて成膜を行う場合
には、薬液による洗浄を行うことも可能である。

【００２３】本発明によるプラズマＣＶＤ成膜装置で
は、プラズマ発生用電源としては、高周波電力、あるい
は直流電力を供給する電源があげられる。高周波電力を
供給するプラズマ発生用電源の周波数は、工業的に広く
用いられている１３．５６ＭＨｚが装置コストの点にお
いて有利である。また、１５０ＭＨｚというようなより
高い周波数は、堆積膜のより高品質化という点で好まし
いものである。成膜プロセスなどによって適宜使い分け
ることがよい。なお、高周波電力、あるいは直流電力を
パルス状に供給して、プラズマを発生させるようにする
ことも可能である。

【００２４】本発明によるプラズマＣＶＤ成膜装置で
は、雰囲気圧力の範囲は、２．６ｋＰａ（≒２０Ｔｏｒ
ｒ）〜１３０ｋＰａ（≒１０００Ｔｏｒｒ）が適切であ
る。雰囲気圧力が２．６ｋＰａを下回ると、ベルトを走
行させてもベルト表面とガスとの間に滑りが発生し、プ
ラズマ発生領域に十分なガスを供給するためのガスの流
れが得られない。一方、１３０ｋＰａを上回ると、ベル
トと基材とのギャップが狭くなり過ぎてしまい、プラズ
マ発生領域に対するガス供給が不均一になってしまう。
したがって、プラズマを発生させる際の雰囲気圧力は、
２．６ｋＰａ〜１３０ｋＰａが適切である。そして、高
速成膜の点から、また、反応容器の排気装置が簡略化で
き、装置及び運転コストの低減が図れる点から、雰囲気
圧力が略大気圧にてプラズマを発生させて成膜を行うこ
とがより好ましい。

【００２５】本発明によるプラズマＣＶＤ成膜装置で
は、プラズマを発生させるためのガス（プラズマ発生用
ガス）としては、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス
の他に、空気、酸素、窒素などが使用可能であり、金属
酸化物薄膜を形成する場合には、酸素、一酸化二窒素又
は空気を用いると、そのプラズマによって発生したオゾ
ンを酸化に利用できるので都合がよい。また、形成する
堆積膜（薄膜）の種類によっては、メタンやシランなど
の原料ガスを加える他、ジボランやフォスフィンなどの
添加ガスを加えることも可能である。

【００２６】本発明によるプラズマＣＶＤ成膜装置で
は、成膜すべき基材の材質は、鋼，アルミニウムなどの
金属、プラスチック（有機樹脂）や、ガラスなとが挙げ
られる。また、形状が板状の基材について成膜を行うだ
けでなく、ローラ状（ロール状）に巻かれた基材につい
てプラズマ発生領域において水平をなすようにしてこれ
を順次巻き取りながら成膜を行うことも可能である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態
によるプラズマＣＶＤ成膜装置の構成を模式的に示す側
面図、図２は図１のプラズマＣＶＤ成膜装置の構成を模
式的に示す平面図である。

【００２８】図１及び図２において、１は箱型状をなす
ステンレス鋼製の反応容器（チャンバー）、４は成膜す
べき基材としての平板状をなす基板である。反応容器１
内において、基材保持手段としての基板ホルダー（基板
ステージ）５上に載置された基板４は、基板搬送機構６
によって真っ直ぐ水平に矢印Ａ方向に移動されるように
なされている。基板ホルダー５には図示しない抵抗加熱
式ヒーターが内蔵されている。

【００２９】また、反応容器１内には、２つのローラ
８，９と、これらに掛け回されて走行する薄肉鋼製の導
電性無端ベルト電極７とが配設されている。各ローラ
８，９は円筒状外周面を有している。２つのローラ８，
９は、プラズマ発生領域Ｐにおいて導電性無端ベルト電
極７表面と水平に延びる基板４表面とが平行をなし、両
者の間隙距離が一定になるように配設されている。導電
性無端ベルト電極７は、その回転方向がプラズマ発生領
域Ｐにおいて基板４移動方向と同方向に走行するように
なっている。

【００３０】前記２つのローラ８，９のうち、図１にお
ける右側に位置するものが金属製の駆動兼給電用ローラ
９である。この駆動兼給電用ローラ９の回転軸は、電気
絶縁性支持部材（図示せず）に取付けられた各軸受１４
により軸支されるとともに、該回転軸の一方側が反応容
器１の側壁面外部に取付けられたベルト駆動用モータ１
２の駆動軸にマグネットカップリング１３ａ，１３ｂを
介して連結されている。１３ａはベルト駆動用モータ１
２の駆動軸に連結された駆動側マグネットカップリング
であり、１３ｂは駆動兼給電用ローラ９の回転軸に連結
された受動側マグネットカップリングである。ベルト駆
動用モータ１２を回転させることにより、該モータ１２
の駆動軸とは非接触、つまり電気的に絶縁された状態に
て駆動兼給電用ローラ９が回転するようになっている。

【００３１】一方、図１における左側に位置する支持用
ローラ８は、そのローラ本体が電気絶縁性材料からな
り、その回転軸の両端部が電気絶縁性支持部材（図示せ
ず）に取付けられた各軸受１５により回転自在に支持さ
れている。そして、各軸受１５には圧縮ばね等によって
構成された張力付与機構１６がそれぞれ取付けられてい
る。導電性無端ベルト電極７のたるみの発生をなくすべ
く、これらの張力付与機構１６により、駆動兼給電用ロ
ーラ９に対しての支持用ローラ８が適度の力で引き離さ
れるようになされている。

【００３２】１０は反応容器１の外部に配された高周波
電源（本実施形態では周波数：１３．５６ＭＨｚ）であ
る。前記駆動兼給電用ローラ９には、高電圧投入端子
（図示せず）と整合器１１を介して高周波電源１０が接
続されている。整合器１１は反応容器１の壁面外部に取
付けられている。周知のように、整合器１１は、高周波
電源１０側と整合器１１を含めた負荷側をマッチングさ
せるため周波数の同調とインピーダンスの調整を行うこ
と、整合器１１を含めた負荷回路全体での消費電力を最
大にすること、高周波電源１０や高周波発振回路を保護
すること、などの役目を担うものである。なお、基板４
が載置される基板ホルダー５は接地されている。前記駆
動兼給電用ローラ９、整合器１１及び高周波電源１０
は、前記導電性無端ベルト電極７と基板４との間にプラ
ズマを発生させるプラズマ発生手段を構成している。

【００３３】２は反応容器１に成膜に必要なガスを導入
するためのガス導入管である。３は排気用ダクトであっ
て、導電性無端ベルト電極７の回転により該ベルト電極
７と基板４との間で形成されるガス流路の下流側に配設
されて、成膜に係わった使用済みガスや、未使用のガス
などを効率的に排出するためのものである。排気用ダク
ト３は、生起されるライン状のプラズマＰの長手方向
（ローラ軸方向）の長さとほぼ等しい幅長さの矩形ガス
吸込み口を有している。なお、反応容器１の図１におけ
る左側には仕切り弁（図示せず）を介して仕込み室（図
示せず）が設けられ、反応容器１の図１における右側に
は仕切り弁（図示せず）を介して取出し室（図示せず）
が設けられている。

【００３４】このように構成されたプラズマＣＶＤ成膜
装置では、ガス導入管２より反応容器１内に成膜のため
のガスを導入するとともに、排気用ダクト３を介して排
気し、反応容器１内を所定の雰囲気圧力に維持する。そ
して、ローラ８，９により導電性無端ベルト電極７を走
行させ、該ベルト電極７と基板４との間にグロー放電に
よる比較的広幅のライン状のプラズマＰを発生させ、基
板４を移動させながら、ガスの化学反応により基板４上
に成膜を行う。

【００３５】この場合、プラズマ発生領域Ｐにおいて導
電性無端ベルト電極７と水平に延びる基板４との間隙距
離が一定になるようになされているので、プラズマ発生
領域Ｐにおける電界強度分布を均一にすることができ
る。また、導電性無端ベルト電極７により、該ベルト電
極７と基板４との間において、該ベルト電極７の走行方
向上流側からプラズマ発生領域Ｐに至るまでに十分長く
てコンダクタンスがほぼ一定のガス流路を形成すること
ができる。これによってプラズマ発生領域Ｐにガスを乱
れなくスムーズに供給することができる。よって、本実
施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置によれば、基板４に高
速でかつ大きな面積で成膜を行えることに加え、プラズ
マ発生領域Ｐにおける電界強度分布を均一にすることが
できるとともに、プラズマ発生領域Ｐにガスを乱れなく
スムーズに供給することができるので、従来の円筒状外
周面を有する１つの回転電極を備えたものに比べて均質
な堆積膜を形成することができる。

【００３６】この図１に示すプラズマＣＶＤ成膜装置に
よりガラス基板上にアモルファスシリコン膜の成膜を行
った。基板４として、洗浄の後に乾燥させたガラス基板
を用いた。ガスとして、水素ガス（希釈用）とシランガ
ス（原料ガス）との混合ガス（含むヘリウムガス）を用
いた。成膜条件は、ベルト電極７と基板４間の間隙距
離：０．５ｍｍ、雰囲気圧力：１気圧（≒１００ｋＰ
ａ）、水素ガス濃度：０〜１０％、シランガス濃度：
０．０１〜１０％、基板温度：２００〜３５０℃、投入
電力：３００〜２５００Ｗ、成膜時間：３０ｓ、ベルト
走行速度：８〜８０ｍ／ｓ、とした。また、比較例とし
て、前述した図８に示すローラ状回転電極を有する装置
を用いて、ガラス基板上にアモルファスシリコン膜の成
膜を行った。ローラ状回転電極の直径は３０ｃｍであ
る。成膜条件は前記条件と同一にした。ただし、ベルト
走行速度とローラ状回転電極の周速度を一致させるた
め、ローラ状回転電極の回転数は、５００〜１０００回
転／分とした。

【００３７】得られた各アモルファスシリコン膜につい
てその表面を目視観察したところ、両者とも面内にわた
っては（成膜域表面全体にわたっては）異質な分布は見
られず均質であった。次に、前記成膜がなされたガラス
基板を切断し、アモルファスシリコン膜の断面を電子顕
微鏡により観察した。その結果、本発明装置によるアモ
ルファスシリコン膜については、その膜厚方向において
密度変化が３％以内で十分に均質であった。これに対し
て、比較例によるアモルファスシリコン膜については、
ガラス基板との界面部位と膜最表面の部位とに疎な部分
が観察され、これらの部位における密度が膜厚中心部の
密度の７３％であり、膜厚方向において均質でなかっ
た。

【００３８】図３は本発明の別の実施形態によるプラズ
マＣＶＤ成膜装置の構成の要部を模式的に示す側面図で
ある。ここで、前記図１及び図２に示す成膜装置と同一
又は相当部分には図１及び図２と同一の符号を付してあ
る。

【００３９】図３に示すように、反応容器（図示省略）
内には、７つの小径なローラ２２ａ〜２２ｆ，２３と、
これらに掛け回されて走行する導電性無端ベルト電極２
１とが配設されている。各ローラ２２ａ〜２２ｆ，２３
は、円筒状外周面を有している。７つのローラ２２ａ〜
２２ｆ，２３は、プラズマ発生領域Ｐにおける導電性無
端ベルト電極２１の曲率が各ローラ２２ａ〜２２ｆ，２
３それぞれの円筒状外周面の曲率より相当に小さく（プ
ラズマ発生領域Ｐにおけるベルト電極２１の曲率半径が
各ローラ２２ａ〜２２ｆ，２３の半径より相当に大き
く）、プラズマ発生領域Ｐにおいて導電性無端ベルト電
極２１表面と基板４表面との間隙距離、特に最短部付近
の変動が極めて小さくなるように配設されている。導電
性無端ベルト電極２１は、その回転方向がプラズマ発生
領域Ｐにおいて基板４移動方向と同方向に走行するよう
に設定されている。

【００４０】これらのローラ２２ａ〜２２ｆ，２３のう
ち、図３における右端のものが金属性の駆動兼給電用ロ
ーラ２３である。この駆動兼給電用ローラ２３の回転軸
は、反応容器の外部に配された図示しないベルト駆動用
モータにマグネットカップリングを介して連結されてい
る。また、この駆動兼給電用ローラ２３には、整合器１
１を介して高周波電源１０が接続されている。基板４が
載置される基板ホルダー５は接地されている。この駆動
兼給電用ローラ２３以外のものが、支持用ローラ２２ａ
〜２２ｆである。支持用ローラ２２ａ〜２２ｆは、その
ローラ本体が電気絶縁材料からなり、回転自在に支持さ
れている。前記駆動兼給電用ローラ２３、整合器１１及
び高周波電源１０は、導電性無端ベルト電極２１と基板
４との間にプラズマを発生させるプラズマ発生手段を構
成している。

【００４１】このように本実施形態のプラズマＣＶＤ成
膜装置は、導電性無端ベルト電極２１を支持し走行させ
るローラ２２ａ〜２２ｆ，２３が、従来の円筒状外周面
を有する１つの回転電極を備えたものに比べてプラズマ
発生領域Ｐにおいて導電性無端ベルト電極２１表面と基
材４表面との間隙距離の変動が小さくなるように配設さ
れている。これにより、従来の回転電極を備えたものと
比較してプラズマ発生領域Ｐにおける電界強度分布を均
一にすることができる。また、導電性無端ベルト電極２
１により、該ベルト電極２１と水平に延びる基板４との
間において、該ベルト電極２１の走行方向上流側からプ
ラズマ発生領域Ｐに至るまでに十分に長くてコンダクタ
ンスがほぼ一定のガス流路を形成することができる。こ
れによってプラズマ発生領域Ｐにガスを乱れなくスムー
ズに供給することができる。よって、本実施形態のプラ
ズマＣＶＤ成膜装置によれば、基材４上に高速でかつ大
きな面積で成膜を行えることに加え、従来の円筒状外周
面を有する回転電極を備えたものに比べて、プラズマ発
生領域Ｐにおける電界強度分布を均一にすることができ
るとともに、プラズマ発生領域Ｐにガスを乱れなくスム
ーズに十分に供給することができるので、均質な堆積膜
を形成することができる。

【００４２】図４は本発明の別の実施形態によるプラズ
マＣＶＤ成膜装置の構成の要部を模式的に示す側面図で
ある。ここで、図３のものとの相違点は、導電性無端ベ
ルト電極３１に対して駆動用のローラ３３と高周波電力
を供給する給電用のローラ３４とを別個に設けるととも
に、給電用のローラ３４を最上部に位置させた点にあ
り、それ以外は図３のものと共通構成である。なお、前
記図１及び図２に示す成膜装置と同一又は相当部分には
図１及び図２と同一の符号を付してある。

【００４３】すなわち、図４において、３２ａ〜３２ｆ
は支持用ローラ、３３は右端に位置する駆動用ローラ、
３４は最上部に位置する給電用ローラである。導電性無
端ベルト電極３１を支持し走行させるこれらのローラ３
２ａ〜３２ｆ，３３，３４は、円筒状外周面を有してい
る。基板４に臨む７つのローラ３２ａ〜３２ｆ，３３
は、プラズマ発生領域Ｐにおける導電性無端ベルト電極
３１の曲率が各ローラ３２ａ〜３２ｆ，３３それぞれの
円筒状外周面の曲率より相当に小さく（プラズマ発生領
域Ｐにおけるベルト電極３１の曲率半径が各ローラ３２
ａ〜３２ｆ，３３の半径より相当に大きく）、プラズマ
発生領域Ｐにおいて導電性無端ベルト電極３１表面と基
板４表面との間隙距離の変動、特に最短部付近の変動が
極めて小さくなるように配設されている。導電性無端ベ
ルト電極３１は、その回転方向がプラズマ発生領域Ｐに
おいて基板４移動方向と同方向に走行するように設定さ
れている。支持用ローラ３２ａ〜３２ｆは、そのローラ
本体が電気絶縁材料からなり、回転自在に支持されてい
る。金属製の駆動用ローラ３３の回転軸は、反応容器の
外部に配された図示しないベルト駆動用モータにマグネ
ットカップリングを介して連結されている。給電用ロー
ラ３４は、その回転軸が両端部が電気絶縁性支持部材
（図示せず）に取付けられた各軸受により回転自在に支
持されている。この給電用ローラ３４には、整合器１１
を介して高周波電源１０が接続されている。基板４が載
置される基板ホルダー５は接地されている。前記給電用
ローラ３４、整合器１１及び高周波電源１０は、導電性
無端ベルト電極３１と基板４との間にプラズマを発生さ
せるプラズマ発生手段を構成している。

【００４４】このように構成される本実施形態のプラズ
マＣＶＤ成膜装置によっても、前記図３の成膜装置と同
様に、基材４上に高速でかつ大きな面積で成膜を行える
ことに加え、従来の円筒状外周面を有する回転電極を備
えたものに比べて、プラズマ発生領域Ｐにおける電界強
度分布を均一にしうるとともに、プラズマ発生領域Ｐに
ガスを乱れなくスムーズに十分に供給することができる
ので、均質な堆積膜を形成することができる。

【００４５】図５は本発明の別の実施形態によるプラズ
マＣＶＤ成膜装置の構成の要部を模式的に示す側面図で
ある。ここで、図３のものとの相違点は、無端のベルト
電極に代えて長尺の帯状のベルト電極４１を備え、この
導電性長尺ベルト電極４１を巻き取りながら走行させる
ようにした点にある。なお、前記図１及び図２に示す成
膜装置と同一又は相当部分には図１及び図２と同一の符
号を付してある。

【００４６】図５において、４２ａ〜４２ｆは支持用ロ
ーラ、４３は右端に位置する給電用ローラ、４４は送出
しローラ、４５は巻取りローラである。薄肉鋼製の導電
性長尺ベルト電極４１を支持して走行させるこれらのロ
ーラ４２ａ〜４２ｆ，４３〜４５は、円筒状外周面を有
している。送出しローラ４４に巻回されている導電性長
尺ベルト電極４１は、巻取りローラ４５が駆動モータ
（図示せず）により回転することにより、送出しローラ
４４から走行して７つのローラ４２ａ〜４２ｆ，４３を
経由して巻取りローラ４５に巻き取られるようになって
いる。この場合、基板４に臨む７つのローラ４２ａ〜４
２ｆ，４３は、プラズマ発生領域Ｐにおける導電性長尺
ベルト電極４１の曲率が各ローラ４２ａ〜４２ｆ，４３
それぞれの円筒状外周面の曲率より相当に小さく（プラ
ズマ発生領域Ｐにおけるベルト電極４１の曲率半径が各
ローラ４２ａ〜４２ｆ，４３の半径より相当に大き
く）、プラズマ発生領域Ｐにおいて導電性長尺ベルト電
極４１表面と基板４表面との間隙距離の変動、特に最短
部付近の変動が極めて小さくなるように配設されてい
る。

【００４７】前記支持用ローラ４２ａ〜４２ｆは、その
ローラ本体が電気絶縁材料からなり、回転自在に支持さ
れている。給電用ローラ４３は、その回転軸の両端部が
電気絶縁性支持部材（図示せず）に取付けられた各軸受
により回転自在に支持されている。この給電用ローラ４
３には、整合器１１を介して高周波電源１０が接続され
ている。基板４が載置される基板ホルダー５は接地され
ている。前記給電用ローラ４３、整合器１１及び高周波
電源１０は、導電性長尺ベルト電極４１と基板４との間
にプラズマを発生させるプラズマ発生手段を構成してい
る。

【００４８】このように構成された本実施形態のプラズ
マＣＶＤ成膜装置によっても、前記図３，図４の成膜装
置と同様に、基材４上に高速でかつ大きな面積で成膜を
行えることに加え、従来の円筒状外周面を有する回転電
極を備えたものに比べて、プラズマ発生領域Ｐにおける
電界強度分布を均一にしうるとともに、プラズマ発生領
域Ｐにガスを乱れなくスムーズに十分に供給することが
できるので、均質な堆積膜を形成することができる。こ
の本実施形態の成膜装置では、成膜後に導電性長尺ベル
ト電極４１を回収し、これを別の場所にてクリーニング
できるという利点もある。

【００４９】図６は本発明の別の実施形態によるプラズ
マＣＶＤ成膜装置の構成を模式的に示す側面図である。
ここで、図１のものとの相違点は、ベルトとして絶縁性
無端ベルト５１を備え、該絶縁性無端ベルト５１と基板
４との間隙距離が最短となる位置に、該ベルト５１裏面
に接して該ベルト５１を支持するとともに、高周波電源
１０が接続される１つのローラ状電極体５４を配設して
いる点にある。なお、なお、前記図１及び図２に示す成
膜装置と同一又は相当部分には図１及び図２と同一の符
号を付してある。

【００５０】図６において、反応容器１内には、３つの
ローラ５２〜５４と、これらに掛け回されて走行する絶
縁性無端ベルト５１とが配設されている。各ローラ５２
〜５４は円筒状外周面を有している。３つのローラ５２
〜５４は、プラズマ発生領域Ｐにおける絶縁性無端ベル
ト５１の曲率が各ローラ５２〜５４それぞれの円筒状外
周面の曲率より相当に小さく（プラズマ発生領域Ｐにお
けるベルト５１の曲率半径が各ローラ５２〜５４の半径
より相当に大きく）、プラズマ発生領域Ｐにおいて絶縁
性無端ベルト５１表面と基板４表面との間隙距離、特に
最短部付近の変動が極めて小さくなるように配設されて
いる。絶縁性無端ベルト５１は、その回転方向がプラズ
マ発生領域Ｐにおいて基板４移動方向と同方向に走行す
るように設定されている。絶縁性無端ベルト５１の材質
としては、テフロン（登録商標）、ポリイミド、ゴムな
どが挙げられる。

【００５１】前記ローラ５２〜５４のうち、絶縁性無端
ベルト５１と基板４との間隙距離が最短となる位置に配
設されたローラ状電極体５４に、絶縁性無端ベルト５１
と基板４との間にプラズマを発生させるべく、図示しな
い高電圧投入端子と整合器１１を介して高周波電源１０
が接続されている。金属製のローラ状電極体５４は、そ
の回転軸の両端部が電気絶縁性支持部材（図示せず）に
取付けられた各軸受により回転自在に支持されている。
基板４が載置される基板ホルダー５は接地されている。

【００５２】また、図６における左側に位置する金属製
の支持用ローラ５２は、その回転軸の両端部が電気絶縁
性支持部材（図示せず）に取付けられた各軸受により回
転自在に支持されている。さらに、図６における右側に
位置する金属製の駆動用ローラ５３の回転軸は、反応容
器１の外部に配された図示しないベルト駆動用モータに
マグネットカップリングを介して連結されている。前記
ローラ状電極体５４、整合器１１及び高周波電源１０
は、絶縁性無端ベルト５１と基板４との間にプラズマを
発生させるプラズマ発生手段を構成している。

【００５３】このように構成される本実施形態のプラズ
マＣＶＤ成膜装置によると、電気的には絶縁性無端ベル
ト５１のローラ状電極体５４に接触する部分のみが電極
の役割を果たすので、雰囲気圧力が高くても電界を集中
させて安定にプラズマを発生させることができる。さら
に、絶縁性無端ベルト５１により、プラズマ発生領域Ｐ
にガスを乱れなくスムーズに十分に供給するためのガス
流路を形成することができる。これにより、従来の回転
電極を備えたものに比べて均質な堆積膜を形成すること
ができる。また、プラズマ発生領域Ｐが広幅になり易い
導電性ベルト電極を備えたもの（図１，図３〜図５参
照）に比べて雰囲気圧力を高くしても安定にプラズマを
発生させることができる。

【００５４】図７は本発明の別の実施形態によるプラズ
マＣＶＤ成膜装置の構成の要部を模式的に示す側面図で
ある。ここで、前記図６の成膜装置との相違点は、絶縁
性無端ベルト５１に付着した不要な堆積膜を除去するク
リーニング機構を備えた点にある。これ以外は図６に示
すものと同じであるから、図６と共通する部分には同一
の符号を付して説明を省略し、クリーニング機構につい
てのみ説明する。

【００５５】図７に示すように、絶縁性無端ベルト５１
における基板４に臨む側とは反対側の走行路位置に、該
絶縁性無端ベルト５１を挟むようにしてクリーニング用
高周波電極６１と、クリーニング用接地電極６２とが配
設されている。クリーニング用高周波電極６１には反応
容器の外部に配されたクリーニング用高周波電源６３が
接続されている。クリーニング用の一対の電極６１，６
２と高周波電源６３によりドライクリーニング機構が構
成されている。

【００５６】所定枚数の基板４を成膜処理した後、この
ようなドライクリーニング機構により、反応容器内にエ
ッチング性ガスを導入してプラズマを発生させ、絶縁性
無端ベルト５１に付着した不要の堆積膜をガス化して除
去する。このように、クリーニング機構を備えることで
装置のメンテナンスにかかる手間を減らして装置稼働率
を向上させることができる。なお、クリーニング機構と
して、絶縁性無端ベルト５１に付着した不要な堆積膜を
回転ブラシなどによって除去する機械的除去機構を備え
るようにしてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によるプラズ
マＣＶＤ成膜装置によれば、基材上に高速でかつ大きな
面積で成膜を行えることに加え、従来の円筒状外周面を
有する回転電極を備えたものに比べて、プラズマ発生領
域における電界強度分布を均一にすることができるとと
もに、プラズマ発生領域にガスを乱れなくスムーズに十
分に供給することができるので、均質な堆積膜を形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるプラズマＣＶＤ成膜
装置の構成を模式的に示す側面図である。

【図２】図１のプラズマＣＶＤ成膜装置の構成を模式的
に示す平面図である。

【図３】本発明の別の実施形態によるプラズマＣＶＤ成
膜装置の構成の要部を模式的に示す側面図である。

【図４】本発明の別の実施形態によるプラズマＣＶＤ成
膜装置の構成の要部を模式的に示す側面図である。

【図５】本発明の別の実施形態によるプラズマＣＶＤ成
膜装置の構成の要部を模式的に示す側面図である。

【図６】本発明の別の実施形態によるプラズマＣＶＤ成
膜装置の構成を模式的に示す側面図である。

【図７】本発明の別の実施形態によるプラズマＣＶＤ成
膜装置の構成の要部を模式的に示す側面図である。

【図８】円筒状外周面を有する回転電極を備えた従来の
プラズマＣＶＤ成膜装置の構成を模式的に示す側面図で
ある。

【符号の説明】

１…反応容器 ２…ガス導入管 ３…排気用ダクト ４
…基板 ５…基板ホルダー ６…基板搬送機構 ７…導
電性無端ベルト電極 ８…支持用ローラ ９…駆動兼給
電用ローラ １０…高周波電源 １１…整合器 １２…
ベルト駆動用モータ １３ａ，１３ｂ…マグネットカッ
プリング １４，１５…軸受 １６…張力付与機構 ２
１…導電性無端ベルト電極 ２２ａ〜２２ｆ…支持用ロ
ーラ ２３…駆動兼給電用ローラ ３１…導電性無端ベ
ルト電極 ３２ａ〜３２ｆ…支持用ローラ ３３…駆動
用ローラ ３４…給電用ローラ ４１…導電性長尺ベル
ト電極 ４２ａ〜４２ｆ…支持用ローラ ４３…給電用
ローラ ４４…送出しローラ ４５…巻取りローラ ５
１…絶縁性無端ベルト ５２…支持用ローラ ５３…駆
動用ローラ ５４…ローラ状電極体 ６１…クリーニン
グ用高周波電極 ６２…クリーニング用接地電極 ６３
…クリーニング用高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 釘宮 敏洋 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 後藤 裕史 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 小林 明 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 細川 佳之 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 井上 憲一 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 森 勇藏 大阪府交野市私市８丁目16番19号 Ｆターム(参考） 4K030 DA06 FA03 JA03 KA15 KA16 KA30 KA46

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２以上のローラと、前記ローラによって
   支持され走行するベルトと、前記ベルトの一部と対向す
   る位置に成膜すべき基材を保持する基材保持手段と、前
   記ベルトと前記基材との間隙でプラズマを発生させるプ
   ラズマ発生手段とを備えていることを特徴とするプラズ
   マＣＶＤ成膜装置。
2. 【請求項２】 前記ベルトの前記プラズマの発生領域に
   おける曲率は、その曲率半径が前記ローラの半径よりも
   大きいことを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ
   成膜装置。
3. 【請求項３】 前記ベルトは導電性のベルト電極であ
   り、前記プラズマ発生手段は、前記ベルト電極と前記基
   材又は前記基材保持手段との間に、高周波電力又は直流
   電力を印加するものであることを特徴とする請求項１又
   は２記載のプラズマＣＶＤ成膜装置。
4. 【請求項４】 前記ベルトは絶縁性のベルトであり、前
   記ベルトの前記基材に対してベルト裏面に接して、又は
   近傍に配された電極体を備え、前記プラズマ発生手段
   は、前記電極体と前記基材又は前記基材保持手段との間
   に、高周波電力又は直流電力を印加するものであること
   を特徴とする請求項１又は２記載のプラズマＣＶＤ成膜
   装置。
5. 【請求項５】 前記電極体は、その軸方向がベルト走行
   方向に対して垂直をなし、円筒形又は回転可能なローラ
   形状であることを特徴とする請求項４記載のプラズマＣ
   ＶＤ成膜装置。
6. 【請求項６】 前記ベルトに付着した不要な堆積膜を除
   去するクリーニング機構を備えたことを特徴とする請求
   項１〜５のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ成膜装
   置。
7. 【請求項７】 前記クリーニング機構が、エッチング性
   ガスを導入してプラズマを発生させ、エッチング作用に
   より不要な堆積膜を除去する構成とされていることを特
   徴とする請求項６記載のプラズマＣＶＤ成膜装置。
8. 【請求項８】 前記ベルトと前記基材との間隙距離が最
   短部で０．１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１
   〜７のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ成膜装置。