JP2010111900A

JP2010111900A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2010111900A
Application number: JP2008284447A
Authority: JP
Inventors: Hirotomo Yoshida; 大智吉田; Akio Toba; 章夫鳥羽; Hitoshi Shimizu; 均清水
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】フィルムに一対の電極間のプラズマ放電によって薄膜を成膜する場合に、プラズマ放電電流の帰路を電極に近接した位置に確保し、良好な成膜状態を施すことができるプラズマＣＶＤ装置を提供する。
【解決手段】減圧可能な容器２内に所定間隔を保って配設された一対の電極３，４間のプラズマ放電によって帯状フィルム６に薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置１であって、前記帯状フィルム６を巻装した送出ロール１２から引き出した前記帯状フィルム６を前記一対の電極３，４間を通って巻取ロール１７に巻き取る搬送機構９を備えると共に、前記帯状フィルム６を前記一対の電極３，４間で成膜処理する際に、当該一対の電極３，４の周囲で当該帯状フィルム６の側縁部に接触するようにアースシールド５を配置し、該アースシールド５を前記容器２にアースしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、減圧可能な容器内に所定間隔保って配設された一対の電極間のプラズマ放電によってフィルムに薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置に関する。

この種のプラズマＣＶＤ装置としては、効率よくフィルムに薄膜を成膜することを目的として、所定速度をもって移動する帯状フィルムを一対の電極間に通して連続的に薄膜を成膜するロールツーロール方式と、シート状のフィルムを電極間に配置して成膜処理した後に電極間から取り出して新たなシート状のフィルムを電極間に配置することを繰り返すインライン方式とが知られている。

ロールツーロール方式のプラズマＣＶＤ装置として例えば特許文献１には、図５に示す構成が提案されている。
特許文献１には、図５に示すように、減圧状態に保持可能な反応容器１００と、一対の相対する電極１０１及び１０２とを有する被膜形成装置であって、前記一対の電極間隔１０３は１０ｍｍ以下の間隔を有し、前記一対の電極１０１及び１０２のうちカソード側（電力供給側）の電極１０１に比べアノード側（接地側）の電極１０２の面積が大きい被膜形成装置が記載されている。ここで、給電を行うカソード側の電極１０１にロールツーロール方式の搬送機構によって搬送される被処理基板１０４が接触され、この被処理基板１０４の電極１０１とは反対側のアノード側の電極１０２に対向する面に被膜が形成される。
特開平６−１５８３３１号公報

上記特許文献１に記載の従来例によれば、被処理基板が一対の電極の間で独立して、アースに対して浮いている場合には、プラズマ放電電流が流れることなく問題はないが、ロールツーロール方式のように、被処理基板がその搬送方向でアースに接触する部材に接触する場合には、被処理基板を一対の電極に接触することなく一対の電極間に搬送して成膜する場合であっても、被処理基板の搬送方向にプラズマ放電電流が流れる電流経路が形成されてしまい、被処理基板の搬送方向に向かって流れる電流の帰路がコントロールできず、成膜状態に影響を与えるといった未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、フィルムに一対の電極間のプラズマ放電によって薄膜を成膜する場合に、フィルムに流れるプラズマ放電電流の帰路を確保することで、良好な成膜状態を施すことができるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係るプラズマＣＶＤ装置は、減圧可能な容器内に所定間隔を保って配設された一対の電極間のプラズマ放電によって帯状フィルムに薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置であって、前記帯状フィルムを巻装した送出ロールから引き出した前記帯状フィルムを前記一対の電極間を通って巻取ロールに巻き取る搬送機構を備えると共に、前記帯状フィルムを前記一対の電極間で成膜処理する際に、当該一対の電極の周囲で当該帯状フィルムの側縁部に接触するようにアースシールドを配置し、該アースシールドを前記容器にアースしたことを特徴としている。

また、請求項２に係るプラズマＣＶＤ装置は、減圧可能な容器内に所定間隔を保って配設された一対の電極間のプラズマ放電によって一枚のフィルムに薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置であって、前記フィルムを前記一対の電極間で成膜処理する際に、当該一枚のフィルムの周縁部に接触するようにアースシールドを配置し、該アースシールドを前記容器にアースしたことを特徴としている。

さらに、請求項３に係るプラズマＣＶＤ装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記一対の電極は、互いに対向する平板状のカソード電極及びアノード電極で構成されていることを特徴としている。
さらにまた、請求項４に係るプラズマＣＶＤ装置は、請求項３に係る発明において、前記アースシールドは、前記アノード電極及びカソード電極のうち給電側電極の周囲に当該給電側電極と離間して配設されていることを特徴としている。
なおさらに、請求項５に係るプラズマＣＶＤ装置は、請求項４に係る発明において、前記給電側電極と前記アースシールドとの間に絶縁体を介在させたことを特徴としている。

本発明によれば、ロールツーロール方式で、一対の電極間のプラズマ放電によって帯状フィルムに薄膜を成膜する場合に、一対の電極の周囲で帯状フィルムの側縁部と容器とを電気的に接続するアースシールドを一方の電極の周囲に配設することで、帯状フィルムに流れる電流経路をコントロールすることができ、プラズマ放電電流の帰路を確保することで、良好な成膜状態を施すことができるという効果が得られる。
また、インライン方式で、一対の電極間のプラズマ放電によって一枚のフィルムに薄膜を成膜する場合に、一枚のフィルムの周縁部と容器とを電気的に接続するアースシールドを一方の電極の周囲に配設することで、一枚のフィルムに流れる電流経路をコントロールすることができ、プラズマ放電電流の帰路を確保することで、良好な成膜状態を施すことができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明をロールツーロール方式のプラズマＣＶＤ装置に適用した場合の第１の実施形態の概略構成を示す縦断面図、図２（ａ）は、第１の実施形態の図１のＡ−Ａ線上の断面図、図２（ｂ）は、第１の実施形態の図１のＢ−Ｂ線上の断面図である。
図中、１は容量結合型のプラズマＣＶＤ装置であって、このプラズマＣＶＤ装置１は減圧状態に保持可能な容器２を備えている。この容器２は、中央部の電極収納部２ａと、その両端に連通する搬送機構収納部２ｂ及び２ｃとで構成されている。

電極収納部２ａには、所定間隔を保って対向して配設された上下一対のアノード電極３及びカソード電極４が配置されている。また、アノード電極３の周囲に所定間隔を保って離間したアースシールド５が配置されている。さらに、電極収納部２ａには、容器２外から反応ガスをアノード電極３と帯状フィルム６との間に供給する図示しない反応ガス供給部が形成されている。
また、搬送機構収納部２ｂ及び２ｃには、帯状フィルム６をアノード電極３及びカソード電極４間を通るように所定の張力を保って搬送する搬送機構９のフィルム送出部１０及びフィルム巻取部１１が配設されている。

そして、アノード電極３は、図２（ａ）で特に明らかなように、電極収納部２ａ外から内周面に絶縁材が配設された挿通孔２ｄを貫通し電極収納部２ａ内に挿入された支持部３ａを有する。また、アノード電極３は、支持部３ａの先端部に連設された帯状フィルム６の幅より狭い方形の底面を有する平板部３ｂを有し、支持部３ａと平板部３ｂとによって断面形状が逆Ｔ字状に形成されている。このアノード電極３には、高周波電圧を印加する図示しない高周波電源が接続されている。

一方、カソード電極４は、図１及び図２（ａ）に示すように、容器２の電極収納部２ａの底板部内面に固定された垂直脚部４ａと、この垂直脚部４ａの上端に形成されたアノード電極３の平板部３ｂと所定間隔を保って対向し、平板部３ｂと同形の方形上面を有する平板部４ｂとを有して、断面形状がＴ字状に形成されている。ここで、平板部４ｂの上面の面積は、アノード電極３の平板部３ｂの下面の面積と略等しく選定されている。

また、アースシールド５は、図１及び図２に示すように、上端部が容器２の電極収納部２ａの上面に固定されアノード電極３の支持部３ａの周囲を所定間隔を保って覆う導電性を有する円筒部５ａと、この円筒部５ａの下端部に連結板部５ｂを介して連結されてアノード電極３の平板部３ｂの周囲を所定間隔を保って覆う導電性を有する方形枠部５ｃとを備えている。ここで、方形枠部５ｃは、その帯状フィルム６の搬送方向の両側板部５ｄ及び５ｅの下面がアノード電極３の平板部３ｂの下面と略一致されている。また、方形枠部５ｃは、両側板部５ｄ及び５ｅに連設する帯状フィルム６の搬送方向に沿う両側板部５ｆ及び５ｇの下面がアノード電極３の平板部３ｂの下面より所定距離だけ下方に突出している。

そして、方形枠部５ｃは、少なくとも両側板部５ｆ及び５ｇ間の距離がアノード電極３及びカソード電極４間を通る帯状フィルム６の搬送方向と直交する幅より短く選定され、これら両側板部５ｆ及び５ｇの下面が帯状フィルム６の側縁部に接触されている。
搬送機構９は、前述したように、フィルム送出部１０及びフィルム巻取部１１で構成されている。フィルム送出部１０は、図１に示すように、帯状フィルム６を巻装した送出ロール１２の下方に所定間隔を保って配置された駆動ロール１３と、この駆動ロール１３に帯状フィルム６を挟んで転接する押圧ロール１４とを備えている。

また、フィルム巻取部１１は、駆動ロール１５と、この駆動ロール１５に帯状フィルム６を挟んで転接する押圧ロール１６と、これら駆動ロール１５及び押圧ロール１６によって繰り出される帯状フィルム６を巻き取る巻取ロール１７とで構成されている。
そして、フィルム送出部１０の駆動ロール１３の下面とフィルム巻取部１１の駆動ロール１５の下面とが前述したアースシールド５の両側板部５ｆ及び５ｇの下面と等しいか又は僅かに上方となるように設定されている。このため、駆動ロール１３及び１５によって張力が付与された帯状フィルム６の両側縁部がアースシールド５の両側板部５ｆ及び５ｇの下面に確実に接触される。
なお、帯状フィルム６は、例えば太陽電池を形成するためのもので、ポリイミドフィルムやポリエチレンフィルム等を用いることができる。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
帯状フィルム６に薄膜を成膜するには、先ず、フィルム送出部１０の送出ロール１２から帯状フィルム６を繰り出し、駆動ロール１３及び押圧ロール１４間を通り、アースシールド５の両側板部５ｆ及び５ｇの下面に接触させてからフィルム巻取部１１の駆動ロール１５及び押圧ロール１６間を通って巻取ロール１７に巻き取らせる。
そして、電極収納部２ａに形成した図示しない反応ガス供給部から反応ガスを平板部３ｂと帯状フィルム６との間に供給すると共に、アノード電極３に高周波電圧を印加した状態で、駆動ロール１３及び１５を回転駆動することにより、帯状フィルム６に所定の張力を与えてアースシールド５の両側板部５ｆ及び５ｇに接触させながらアノード電極３及びカソード電極４間を所定搬送速度で通過させる。

このとき、アノード電極３及びカソード電極４間に発生するプラズマ放電によって、反応ガスの含有成分が帯状フィルム６に成膜される。
このように、帯状フィルム６をアノード電極３及びカソード電極４間を通過させて成膜させる際に、帯状フィルム６の両側縁部がアースシールド５を介して容器２の電極収納部２ａの上面板に電気的に接続されてアースされるので、帯状フィルム６が駆動ロール１３及び１５等によって支持されていることにより、成膜時にアノード電極３及びカソード電極４間に形成されるプラズマ放電によって帯状フィルム６にプラズマ放電電流が流れても、このプラズマ放電電流がアースシールド５を介して容器２に流れることになり、プラズマ放電電流の電流帰路を確実に確保することができ、帯状フィルム６の搬送方向にプラズマ放電電流が迷走することを防止することができる。このとき、アースシールド５の帯状フィルム６の搬送方向の側板部５ｄ及び５ｅについては、アノード電極３の下面より下方に突出していないので、アノード電極３及びカソード電極４間のプラズマ放電によって帯状フィルム６のアノード電極３側に成膜された薄膜がアースシールド５の側板部５ｄ及び５ｅに接触することはなく、成膜部に傷が付くことを確実に防止することができる。

このように、帯状フィルム６にプラズマ放電電流が迷走することを防止することで、プラズマ放電電流が帯状フィルム６の成膜に悪影響を与えることを確実に阻止して、帯状フィルム６の成膜を良好に行なうことができる。
なお、上記実施形態においては、容器２内にフィルム送出部１０及びフィルム巻取部１１を配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、フィルム送出部１０及びフィルム巻取部１１を容器２の外側に配置することもできる。
また、搬送機構９による帯状フィルム６の搬送は、連続的に行なう場合に限らず、ステップ状に搬送して、帯状フィルム６に断続的に薄膜を成膜するステッピングロール方式の搬送機構を適用することもできる。

次に、本発明の第２の実施形態を図３及び図４について説明する。
ここで、図３は、本発明をインライン方式のプラズマＣＶＤ装置に適用した場合の第２の実施形態を示す縦断面図、図４は、図３のＣ−Ｃ線上の断面図である。
この第２の実施形態では、減圧可能な容器内に所定間隔を保って配設された一対の電極間のプラズマ放電によって一枚のフィルムに薄膜を成膜するインライン方式に本発明を適用したものである。
すなわち、第２の実施形態では、図３及び図４に示すように、前述した第１の実施形態における図１の構成において、搬送機構収納部２ｂ及び２ｃが省略されて電極収納部２ａのみで減圧状態に保持可能な容器２が構成され、且つ搬送機構９が省略されたことを除いては前述した図１及び図２と同様の構成を有し、図１及び図２との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。

ここで、アースシールド５は、図３及び図４に示すように、方形枠部５ｃの搬送方向の両側板部５ｄ及び５ｅの下面が両側板部５ｆ及び５ｇの下面と面一に形成されていると共に、外周面が方形状フィルム２０の外周縁より小さく選定されて、全ての両側板部５ｄ〜５ｇが方形状フィルム２０の全ての周縁部に接触するように構成されている。
そして、方形状フィルム２０は、例えば絶縁性を有するロボットアーム等の支持部材（図示せず）で例えば互いに対向する両側部を支持して、アースシールド５及びカソード電極４間に挿入し、この状態で、方形状フィルム２０の各周縁部をアースシールド５の全ての側板部５ｄ〜５ｇの下面に接触させる。この状態で、プラズマ放電によって方形状フィルム２０に成膜し、成膜完了後に支持部材によって方形状フィルム２０がアースシールド５及びカソード電極４間から離脱させて、新たな方形状フィルム２０を支持部材によってアースシールド５及びカソード電極４間に挿入する。

次に、上記第２の実施形態の動作を説明する。
方形状フィルム２０に薄膜を成膜するには、先ず、例えばロボットアーム（図示せず）で支持し、アースシールド５及びカソード電極４間に挿入する。
そして、ロボットアーム等の支持部材（図示せず）によって方形状フィルム２０を上方に移動させて、方形状フィルム２０の周縁部をアースシールド５の全ての側板部５ｄ〜５ｇの下面に接触させる。
この状態で、電極収納部２ａの図示しない反応ガス供給部から反応ガスを平板部３ｂと方形状フィルム２０との間に供給すると共に、アノード電極３に高周波電圧を印加する。
このとき、アノード電極３及びカソード電極４間に発生するプラズマ放電によって、反応ガスの含有成分が方形状フィルム２０に成膜される。

このように、方形状フィルム２０をアノード電極３及びカソード電極４間に配置して成膜させる際に、方形状フィルム２０の周縁部がアースシールド５を介して容器２の電極収納部２ａの上面板に電気的に接続されてアースされるので、成膜時にアノード電極３及びカソード電極４間に発生するプラズマ放電によって方形状フィルム２０にプラズマ放電電流が流れても、このプラズマ放電電流がアースシールド５を介して容器２に流れ、プラズマ放電電流の電流帰路を確実に確保することができ、方形状フィルム２０にプラズマ放電電流が迷走することを防止することができる。

このように、方形状フィルム２０にプラズマ放電電流が迷走することを防止することで、プラズマ放電電流が方形状フィルム２０の成膜に悪影響を与えることを確実に阻止して、方形状フィルム２０の成膜を良好に行なうことができる。
また、支持部材（図示せず）で方形状フィルム２０の互いに対向する両側部を支持することにより、対向するカソード電極４及びアースシールド５間の間隔が狭い場合でも方形状フィルム２０を容易にアノード電極３及びカソード電極４間に挿通することができる。

なお、第２の実施形態においては、支持部材（図示せず）で方形状フィルム２０の両側部を支持してカソード電極４及びアースシールド５間に挿入する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、方形状フィルム２０のアースシールド５への接触時にカソード電極４を下方に一時退避させるようにしてもよい。
また、第１及び第２の実施形態においては、電極収納部２ａに図示しない反応ガス供給部を形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、アノード電極３に反応ガス供給部を形成することもできる。この場合には、アノード電極３の支持部３ａ及び平板部３ｂを中空形状とし、平板部３ｂの下面に所定間隔を保って多数の貫通孔を形成することで、アノード電極３と帯状フィルム６及び方形状フィルム２０との間に反応ガスを供給することができる。

さらに、第１及び第２の実施形態においては、アノード電極３の周囲に所定間隔を保って離間したアースシールド５を配設した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図５〜図７に示すように、アノード電極３とアースシールド５との間に絶縁体３０を介在することもできる。この場合には、アノード電極３及びアースシールド５を絶縁体３０によって絶縁することで、成膜時にアノード電極３及びアースシールド５間において意図しない放電が発生することを防止することができる。なお、絶縁体３０の比誘電率は、可能な限り１に近い値が望ましい。

さらにまた、上記第１及び第２の実施形態においては、アノード電極３に高周波電圧を印加する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、カソード電極４に高周波電圧を印加するようにしてもよく、この場合には、給電側電極となるカソード電極４を覆うようにアースシールド５を設け、このアースシールド５を帯状フィルム６又は方形状フィルム２０に接触させることにより、プラズマ放電電流の帰路を形成すればよい。

本発明をロールツーロール方式のプラズマＣＶＤ装置に適用した場合の第１の実施形態の概略構成を示す縦断面図である。第１の実施形態の図１の断面図である本発明をインライン方式のプラズマＣＶＤ装置に適用した場合の第２の実施形態を示す縦断面図である。第２の実施形態の図３のＣ−Ｃ線上の断面図である。第１の実施形態の変形例を示す断面図である。第２の実施形態の変形例を示す断面図である。第２の実施形態の変形例の図６のＥ−Ｅ線上の断面図である。従来のプラズマＣＶＤ装置の説明に供する一例の断面図である。

符号の説明

１…プラズマＣＶＤ装置、２…容器、２ａ…電極収納部、２ｂ，２ｃ…搬送機構収納部、３…アノード電極、３ａ…支持部、３ｂ…平板部、４…カソード電極、４ａ…垂直脚部、５…アースシールド、５ａ…円筒部、５ｂ…連結板部、５ｃ…方形枠部、５ｄ〜５ｇ…両側板部、６…帯状フィルム、９…搬送機構、１０…フィルム送出部、１１…フィルム巻取部、２０…方形状フィルム、３０…絶縁体

Claims

減圧可能な容器内に所定間隔を保って配設された一対の電極間のプラズマ放電によって帯状フィルムに薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置であって、
前記帯状フィルムを巻装した送出ロールから引き出した前記帯状フィルムを前記一対の電極間を通って巻取ロールに巻き取る搬送機構を備えると共に、前記帯状フィルムを前記一対の電極間で成膜処理する際に、当該一対の電極の周囲で当該帯状フィルムの側縁部に接触するようにアースシールドを配置し、該アースシールドを前記容器にアースしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
減圧可能な容器内に所定間隔を保って配設された一対の電極間のプラズマ放電によって一枚のフィルムに薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置であって、
前記フィルムを前記一対の電極間で成膜処理する際に、当該一枚のフィルムの周縁部に接触するようにアースシールドを配置し、該アースシールドを前記容器にアースしたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
前記一対の電極は、互いに対向する平板状のカソード電極及びアノード電極で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記アースシールドは、前記アノード電極及び前記カソード電極のうち給電側電極の周囲に当該給電側電極と離間して配設されていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記給電側電極と前記アースシールドとの間に絶縁体を介在させたことを特徴とする請求項４に記載のプラズマＣＶＤ装置。