JP2006283135A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 チャンバ3内に基材搬送室9、成膜室11、排気室13が形成される。巻出しローラ15は基材16を巻回しており、基材16はガイドローラ21−1、21−2、張力ピックアップロール23−1、ガイドローラ21−2を介してドラム19に巻きつけられ、更にガイドローラ21−3、張力ピックアップロール23−2、ガイドローラ21−4、21−5を介して巻取りローラ17で巻き取られる。ガス供給部37から基材16に向けて、成膜ガスが放出され、電気的にフローティングレベルに設定され、基材同一面側に配置された電極55−1、55−2間に電力が供給され、プラズマ4が発生し、基材16の表面に薄膜が形成される。
【選択図】 図1
Description
また、ロール状の基材に対して連続的に基材を搬送する機構を有し、容量結合型プラズマCVD法により成膜する装置として図8に示すものがある(特許文献1)。
プラズマ放電の不安定さはアーキングのような異常放電を引き起こし、基材に対して直径数ミリ程度のアーキング跡をつけたり、これが激しい場合には穴をあけてしまう等の外観不良、品質低下を引き起こす問題があった。
またプラズマが不安定であると、長尺状の基材等に成膜を行う際、基材搬送制御にも影響を与え、長時間連続して均一に膜を形成することができないという問題があった。
さらには、基材によって放電インピーダンスが異なるため、形成される膜の膜厚や膜質が異なるという問題が生じ、基材の種類毎に成膜条件を最適化させる必要があった。
一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。
前記ドラムは、電気的にアースレベルに設置されてもよく、電気的にフローティングレベルに設置されてもよい。また、前記ドラムがフローティングレベルの場合、前記ドラムに一定の直流電圧を印加してもよい。
前記チャンバは、成膜室と基材搬送室とを有する構成にしてもよい。十分な膜の緻密性と基材に対する密着性を有する膜を形成するためには、前記成膜室の成膜圧力が0.1Paから100Paの間に設定、維持することが望ましい。前記基材搬送室の真空度は、成膜室プラズマが基材搬送室へもれこみプラズマ放電(成膜)が不安定になるのを防ぎ、基材搬送を適切に制御することを可能とするために、また、基材搬送機構へのプラズマダメージから保護するために、前記成膜室の成膜時の真空度よりも10倍以上10000倍以下の範囲で高く設定、維持することが望ましい。
このように排気室真空度を設定することで、成膜基材表面で生成される副生成物を効率よく除去し、良質な膜の生成が可能となる。
前記ドラムは少なくともステンレス、鉄、銅、クロムのうちいずれかを1以上含む材料から形成され、前記ドラムは、表面平均粗さRaが0.1nm以上10nm以下であることが望ましい。
また電極の配置や形状により、必要に応じてインピーダンスの大きさを調整することが可能となる。先に放電インピーダンスが大きくなる場合の不具合を説明したが、一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。
図1は、本発明の実施の形態に係る成膜装置1の概略構成を示す図である。チャンバ3内に隔壁5、7が形成される。隔壁5の上側には基材搬送室9が形成され、隔壁5と隔壁7で囲まれた空間に成膜室11が形成され、隔壁7より下側に排気室13が形成される。
基材16は、ガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔、紙、不織布、繊維等である。
ガス貯留部33−1、33−2、33−3は、成膜用ガスを貯留し、それぞれ例えば、成膜原料であるTEOS(テトラエトキシシランSi(OC2H5)4)、分解性の酸化ガスである酸素(02)、放電用イオン化ガスであるアルゴン(Ar)を貯留する。流量制御器35−1、35−2は、35−3はガス貯留部33−1、33−2、33−3からガス供給部37に送られるガスの流量を計測する。
これら真空排気ポンプの排気能力および圧力調整バルブの開度を調整することで、任意の真空度に設定することが可能である。
支持台51に絶縁性シールド板53が設けられ、この絶縁性シールド板53に電極55が設けられる。これらの間には熱伝導を防ぐために、オーリングやスペーサを用いて空間を設け、直接的な接触を防ぐ構造としても良い。いずれにせよ、電極55は支持台51とは電気的に絶縁された構造である。電極55には外部が絶縁材料で被覆された電力供給配線59が設けられ、電極55の内部には冷媒を循環させるための温度調節媒体用配管57が設けられる。
さらに好ましくは10kHz〜500kHz、13.56MHz、27.12MHzが好ましい。
この場合、ドラム回転軸、ベアリング、ドラム支持体部品のいずれか1つ以上を絶縁性部品とすることで実現することができる。
このような調整により、基材へのイオンの打ち込み効果を調整し、基材へのダメージを低減したり、反対に基材への膜の密着率を強めたりすることが可能となる。
ドラム19は、冷却媒体及びまたは熱源媒体あるいはヒータを用いることにより−20℃から+200℃の間で一定温度に設定することができる温度調節機構を有している。
また通常、組にして使用する電極ユニットおよび電極は、電気的にバランスを等価とするため、同一サイズ、同一構造体を用いるのが好適である。
絶縁性シールド板87は、絶縁性で、プラズマ耐性に優れ、耐熱性を有し、加工性に優れた材料を用いることが好ましい。具体的にはフッ素樹脂、ポリイミド樹脂が好適に用いられる。
また、電極の配置や形状により、必要に応じてインピーダンスの大きさを調整することが可能となる。先に放電インピーダンスが大きくなる場合の不具合を説明したが、一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。このような場合、具体的には対になって設置されている電極89−1と電極89−2の距離を広げることで放電インピーダンスは増加する。この結果、印加電力一定の場合、成膜の放電電圧は大きく、放電電流は小さくなり、結果としてイオン打ち込み効果が高まり、密着性の高い膜を形成することが可能となる。
真空排気ポンプ31−2、31−3により成膜室11、排気室13ともにチャンバ3内を1×10-4Paまで真空引きした。成膜用ガスとしてTEOS(テトラエトキシシランSi(OC2H5)4)を加熱温度120℃で気化して供給した。そして、TEOS、酸素、アルゴンをそれぞれ20sccm、500sccm、200sccmで供給し、均一に混合させた後、基材16上にシャワー状にガスを供給した。
これら以外は、図1に示す装置と全く同様の設定手順で成膜を行った。図13は成膜結果を示す図である。
3………チャンバ
5、7………隔壁
9………基材搬送室
11………成膜室
13………排気室
19………ドラム
25………前処理装置
27………後処理装置
37………ガス供給部
39………電極
41………電源
Claims (27)
- プラズマCVD法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、前記基材を巻きつけるドラムと、
前記基材を搬送する搬送機構と、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルの1組の電極と、
前記2つの電極間に電力を供給する電源と、
を具備することを特徴とする成膜装置。 - 前記電極は、基材近傍にプラズマを集中して形成するマグネットを備えることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記マグネットは、基材表面での水平磁束密度が10ガウスから10000ガウスであることを特徴とする請求項2記載の成膜装置。
- 前記マグネットは、マグネトロン構造を有することを特徴とする請求項2記載の成膜装置。
- 前記電源は、周波数が10Hzから27.12MHzであることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記電源は、投入電力制御されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記電源は、インピーダンス制御されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記ドラムは、電気的にアースレベルに設置されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記ドラムは電気的にフローティングレベルに設置されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記ドラムに一定の直流電圧を印加することを特徴とする請求項9記載の成膜装置。
- 前記ガス供給部は、前記基材の前記電極側に取り付けられ、前記基材表面に向けてガスを供給することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記ガス供給部は、電気的にフローティングレベルであることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記チャンバは、成膜室と基材搬送室とを有することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記成膜室の成膜圧力が0.1Paから100Paの間であることを特徴とする請求項13記載の成膜装置。
- 前記基材搬送室の真空度は、前記成膜室の成膜時の真空度に対して10倍から10000倍高いことを特徴とする請求項13記載の成膜装置。
- 前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室に成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を備えることを特徴とする請求項13記載の成膜装置。
- 前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置であることを特徴とする請求項16記載の成膜装置。
- 前記成膜室よりも前段の前記基材搬送室にプラズマ放電装置を備えることを特徴とする請求項13記載の成膜装置。
- 前記チャンバは、成膜室と排気室を有することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記排気室の真空度は前記成膜室の成膜時の真空度に対して10倍から10000倍高いことを特徴とする請求項21記載の成膜装置。
- 前記ドラムは少なくともステンレス、鉄、銅、クロムのうちいずれかを1以上含む材料から形成されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記ドラムは、その表面平均粗さRaが0.1nm以上10nm以下であること特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記ドラムを−20℃から200℃の間の一定温度に保つ温度調整手段を更に有することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記ドラムは、両端部に電気的絶縁性領域を有することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記絶縁性領域は、Al、Si、Ta、Ti、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hfのいずれか1以上の酸化膜または窒化膜または酸化窒化膜で形成されることを特徴とする請求項24記載の成膜装置。
- 前記絶縁性領域は、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか1の成型体、テープ、コーティング膜により被覆していることを特徴とする請求項24記載の成膜装置。
- プラズマCVD法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、
チャンバ内に設けられたドラムに基材を巻きつけ、
前記チャンバ内にガスを供給し、
前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルの1組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
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