JP2011080104A - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】皮膜フレークに起因する基材上の皮膜欠陥の発生を最小にすることができるプラズマＣＶＤ装置を提供する。
【解決手段】本発明のプラズマＣＶＤ装置１は、真空チャンバ３と、この真空チャンバ３内に配備され且つ交流電源８の両極が接続された一対の成膜ロール２，２とを有し、この一対の成膜ロール２，２に巻き掛けられたシート状の基材Ｗの表面に皮膜を形成するものであって、一対の成膜ロール２，２の回転中心を結んだラインより一方側の領域の一部又は全部が成膜エリアＤとされ、成膜エリアＤに原料ガスを供給するガス供給手段５と、成膜エリアＤから原料ガスを排気する排気手段６とが成膜エリアＤ内に配設され、成膜エリアＤ内に位置する一対の成膜ロール２，２の表面にプラズマを生成しプラズマ領域Ｐを形成する磁場発生手段７が設けられ、基材Ｗが前記プラズマ領域Ｐを通過するように、一対の成膜ロール２，２に基材Ｗが巻き掛けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチックフィルムなどシート状の基材の表面に機能性皮膜を連続的に成膜するプラズマＣＶＤ装置に関する。

近年、食品包装に用いられるプラスチックフィルムに対して、水蒸気や酸素を通さない特性（バリア性）が高く要求されるものとなってきている。そこで、プラスチックフィルムなどの基材に高バリア性を付与するために、透明性のあるＳｉＯｘ皮膜をコーティングすることがあり、生産性の高いコーティング手法が望まれている。
ＳｉＯｘ皮膜のコーティング技術としては、従来より、真空蒸着法，スパッタ法などの物理蒸着法（ＰＶＤ法）があり、これらの技術に比して、成膜速度、高バリア皮膜の形成の面で優位な技術であるプラズマＣＶＤ法もある。

シート状の基材の表面に皮膜を形成するためのプラズマＣＶＤ技術としては、特許文献１〜特許文献３がある。
特許文献１は、減圧可能なチャンバと、該チャンバ内にプラズマを形成する手段とを有し、該プラズマ形成手段がチャンバ内にプラズマ対面表面を形成する電極を備え、基体がチャンバ内にあるときに、前記プラズマ対面表面を基体と転がり接触させることにより、前記電極から基体に電気を導き、且つプラズマ処理中に基体の連続的変化可能部分をプラズマに露出させるための導電／露出手段と、前記基体の連続的変化可能部分に隣接してプラズマを閉じ込めるため、接地形シールドを備える閉じ込め手段とを有するプラズマ処理装置を開示する。

特許文献２は、基材を巻き取りながら成膜するマグネトロンプラズマＣＶＤ装置において、真空槽内に成膜部である主ローラー及び陽極が互いに対向して配置され、該主ローラーの内部に磁気回路が設けられ、該主ローラー上を走行する基材上にプラズマ発生により成膜するに際し、該磁気回路がプラズマにさらされないように、該主ローラー内部の領域がプラズマ発生領域と異なる雰囲気とされているマグネトロンプラズマＣＶＤ装置を開示する。

特許文献３は、真空チャンバ内で基材を連続的に搬送しながら当該基材の表面に皮膜を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、巻き掛けられた基材が対向するように平行ないしほぼ平行に対向して配置された一対の成膜ロールと、前記各成膜ロールの内部に設けられ、前記成膜ロールの間の対向空間に面したロール表面付近に膨らんだ磁場を発生させる磁場発生部材と、一方の電極と他方の電極とが交互に極性が反転するプラズマ電源と、前記対向空間に成膜ガスＧを供給するガス供給手段及び前記対向空間を真空排気する真空排気手段を有し、前記プラズマ電源は、その一方の電極が一方の成膜ロールに接続され、他方の電極が他方の成膜ロールに接続されたプラズマＣＶＤ装置を開示する。

特許第３１５５２７８号公報（図２） 特許第３８８０６９７号公報（図３） 特開２００８−１９６００１号公報（図２）

特許文献１に開示されたプラズマ処理装置は、真空チャンバ内においてフィルムを連続的に搬送する成膜ロールを有し、この成膜ロールに対向する位置に対向電極を備えている。この対向電極と成膜ロールとの間に電圧を印加しグロー放電によるプラズマを生成することで、成膜ロール表面に存在するフィルムにＳｉＯｘなどの皮膜層を形成する。
しかしながら、このプラズマ処理装置では、対向電極のプラズマに接する面にも皮膜が形成され堆積する欠点がある。対向電極に皮膜が堆積し成長すると、絶縁性の皮膜は電極表面を被い、グロー放電の特性を変化させる要因となる。また、フィルム以外に皮膜が堆積するため、原料ガスの無駄となる。加えて、長時間の運転により堆積した皮膜は、対向電極から皮膜フレークという形で剥がれ、フィルム表面に付着し皮膜欠陥（コンタミネーション）の原因となる。

特許文献２に開示されたＣＶＤ装置においても、フィルムを巻きつけた成膜ロールの周囲に対向電極が設置されているため、対向電極に皮膜が形成される問題は、特許文献１と同様に発生し、改善策を開示するものとはなっていない。
ところで、特許文献３に開示されたプラズマＣＶＤ装置は、特許文献１、特許文献２に存在する「対向電極の汚染に伴う問題点」を解消可能なものとなっている。

すなわち、このプラズマＣＶＤ装置は、一対の成膜ロールをその軸芯が平行になるように成膜ロールが配置され、この一対の成膜ロール間でプラズマを発生させ、巻き付けられたフィルムの表面に皮膜を形成するものとなっており、成膜ロールに近接した場所に配置した対向電極が存在しない。そのため、対向電極への皮膜形成に伴う放電の特性の変動や、皮膜フレークの発生が発生せず、長時間の安定的な皮膜形成が可能である。

とはいえ、特許文献３のプラズマＣＶＤ装置であっても、成膜ロールの両端部にはフィルム（基材）で覆われていない部位が存在し、当該箇所への皮膜堆積は発生する。この皮膜堆積に起因する皮膜フレークの剥離や基材へのコンタミネーション問題は依然として解決されてはいない。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、基材以外の部材に堆積した皮膜が剥がれ落ちる不都合が発生したとしても、皮膜形成対象である基材に皮膜欠陥が発生することを回避可能なプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバと、この真空チャンバ内に配備され且つ交流電源の両極が接続された一対の成膜ロールとを有し、この一対の成膜ロールに巻き掛けられたシート状の基材の表面に皮膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記一対の成膜ロールの回転中心を結んだラインより一方側の領域の一部又は全部が成膜エリアとされ、前記成膜エリアに原料ガスを含むガス（成膜ガス）を供給するガス供給手段と、成膜エリアを排気する排気手段とが前記成膜エリア内に配設され、前記成膜エリア内に位置する一対の成膜ロールの表面にプラズマを生成しプラズマ領域を形成する磁場発生手段が設けられ、前記基材が前記プラズマ領域を通過するように、一対の成膜ロールに基材が巻き掛けられるよう構成されていることを特徴とする。なお、成膜ガスとは、皮膜を形成する原料ガスを必須のものとして、必要に応じて、原料ガスと反応して化合物を形成する反応ガスや、皮膜には含まれないがプラズマ発生や膜質向上などに寄与する補助ガスが混合したものをいう。

なお、前記一対の成膜ロールは、互いの軸芯が平行で且つ水平となるように配備され、前記成膜エリアは、前記一対の成膜ロールの回転中心を結んだラインより下方側の領域の一部又は全部とされている構成が特に好ましく、その際には、以下のような作用効果を奏する。
すなわち、本発明のプラズマＣＶＤ装置であると、成膜ロールの周囲に対向電極が存在しないため、対向電極への皮膜形成に伴う放電の特性の変動や、皮膜フレークの発生が発生しない。また、成膜ロールの両端部（基材が巻き付いていない部分）に堆積した皮膜が皮膜フレークとして剥がれ落ちたとしても、下方側へ落下するため、基材への付着やコンタミネーションを回避可能となる。

好ましくは、前記成膜エリアより上方側の領域が非成膜エリアとされ、前記非成膜エリアと成膜エリアとを区画し両者を遮断する遮断手段が設けられているとよい。
この構成により、非成膜エリアと成膜エリアとは常に区画され両者は確実に遮断されるものとなる。
さらに好ましくは、前記非成膜エリアに、基材の巻出ロール及び巻取ロールが配備され、前記遮断手段は、その下端が前記一対の成膜ロールの回転中心を結んだラインより下方側となるように設けられているとよい。

この構成によれば、巻出ロールから巻き出された基材又は巻取リールに巻き取られる基材は、成膜ロールの回転軸芯より下側の領域で成膜ロールに巻き付くことになり、成膜ロールの上側は表面が露出状態となる。しかしながら、遮断手段の下端が前記一対の成膜ロールの回転中心を結んだラインより下方側となるように設けられるため、表面剥き出し状態の上側表面を確実に非成膜エリアとすることができ、成膜ロールへの皮膜堆積を防ぐことが可能となる。

前記遮断手段と成膜ロールとの間には、前記基材の通過を可能とすると共に成膜エリアから非成膜エリアへの原料ガスの流入を抑制可能とする間隙が形成されているとよい。
この構成により、非成膜エリアと成膜エリアとは遮断されつつも、両エリア間の基材の移送は支障なく行えるようになる。
特に、前記非成膜エリアには、反応ガス及び／又は補助ガスが供給されており、前記非成膜エリアへの原料ガスの流入を抑制可能とすべく、前記非成膜エリアの圧力が、成膜エリアの圧力と同等又は高く設定されていることは好ましい。

これにより、成膜エリアに供給されている原料ガスが非成膜エリアに流入することを確実に防げ、両エリアの区画・遮断状態は確実なものとなる。
なお、前記磁場発生手段は、一対の成膜ロールの下部表面にプラズマ領域を形成する位置に設けられ、前記ガス供給手段は、一対の成膜ロールの対面側で且つ下方側に配設され、前記排気手段は、一対の成膜ロールの非対面側で且つ下方側に配設されているとよい。

また、前記磁場発生手段は、一対の成膜ロールの下部表面にプラズマ領域を形成する位置に設けられ、前記ガス供給手段は、一対の成膜ロールの非対面側で且つ下方側に配設され、前記排気手段は、一対の成膜ロールの対面側で且つ下方側に配設されていてもよい。
いずれの構成であっても、基材に成膜が行われるプラズマ領域の下方側に、ガス供給手段や排気手段が配置されることとなり、ガス供給手段及び／又は排気手段に堆積した皮膜が剥がれ落ちたとしても、上方側に位置する基材に皮膜フレークが達することはなく、基材への付着やコンタミネーションを防ぐことができる。

また、プラズマ領域の下方に位置する排気手段から（言い換えるならば、非成膜エリアではなく成膜エリアから）排気が行われるため、皮膜が行われるプラズマ領域に剥がれ落ちた皮膜フレークが達する可能性が少なくなる。
また、前記磁場発生手段は、一対の成膜ロールの下部表面にプラズマ領域を形成する位置に設けられ、前記ガス供給手段は、一対の成膜ロールの非対面側の一方で且つ下方側に配設され、前記排気手段は、一対の成膜ロールの非対面側の他方で且つ下方側に配設されていてもよい。

この構成であっても、基材に成膜が行われるプラズマ領域の下方側に、ガス供給手段や排気手段が配置されることとなり、ガス供給手段及び／又は排気手段に堆積した皮膜が剥がれ落ちたとしても、上方側に位置する基材に皮膜フレークが達することはなく、基材への付着やコンタミネーションを防ぐことができる。加えて、成膜ロールの左右一方側から供給された原料ガスは、２つのプラズマ領域を通過し皮膜生成を行った後に左右他方側から排気されることになり、効率的に原料ガスを利用可能となる。

好ましくは、一方の成膜ロールを通過した基材を他方の成膜ロールへと送る一つの補助ロールが、前記一対のロール間であって且つ前記非成膜エリア内に配備されているとよい。
この構成によれば、一方側の成膜ロールを通過した基材を他方側の成膜ロールに送ることができるようになる。また、基材の向きを変える補助ロールは、非成膜エリアに配備されているため、補助ロールの表面に皮膜が堆積することがなく、巻き付いた上で方向転換される基材を汚染することはない。

また、特許文献３に開示されたプラズマＣＶＤ装置では、一対の成膜ロールが向かい合う空間において当該成膜ロールに密着する基材長を長く取る目的などで、一対の成膜ロールの上部に２本の補助ロールを配置している。ところが、本発明の構成を採用することで、成膜ロールの回転軸芯より下方側表面に基材を巻き付けつつも（基材長を長くとりつつも）、補助ロールの本数を１本へと削減できる。補助ロールの設置本数が削減できることは、皮膜堆積を起こす部材が減ることとなって基材の表面欠陥を抑制するために有益である。

本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いることで、皮膜フレークの発生に伴う基材上の皮膜欠陥を最小限に抑えることができる。

プラズマＣＶＤ装置の第１実施形態を模式的に示した図である。 プラズマＣＶＤ装置の第１実施形態を模式的に示した図である（全体図）。 プラズマＣＶＤ装置に備えられた遮断手段を拡大して示した図である。 プラズマＣＶＤ装置の第２実施形態（例１）を模式的に示した図である。 プラズマＣＶＤ装置の第２実施形態（例２）を模式的に示した図である。 プラズマＣＶＤ装置の第２実施形態（例３）を模式的に示した図である。 プラズマＣＶＤ装置の第２実施形態（例４）を模式的に示した図である。 プラズマＣＶＤ装置の第２実施形態（例５）を模式的に示した図である。 プラズマＣＶＤ装置の第３実施形態を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１の全体構成を示している。

本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、減圧下において、並べて配置した成膜ロール２，２に交流あるいは極性反転を伴うパルス電圧を印加し、成膜ロール２，２の下部の対向空間にグロー放電を発生させ、成膜ロール２，２に巻き掛けたシート状の基材ＷにプラズマＣＶＤによる成膜を行うものである。
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、真空チャンバ３と、この真空チャンバ３内に一対の成膜ロール２，２を備えており、この一対の成膜ロール２，２に巻き掛けられたシート状の基材Ｗの表面に皮膜を形成する。

一対の成膜ロール２，２の回転中心を結んだラインより下方側には、真空チャンバ３内を上下に隔離すべく水平方向に配備された遮断手段４（遮断手段４の下端）が設けられている。この遮断手段４により、その下側が成膜エリアＤ、その上側が非成膜エリアＥとされている。
成膜エリアＤ内には、成膜エリアＤに成膜ガスを供給するガス供給手段５と、成膜エリアＤを排気する排気手段６とが設けられている。加えて、成膜エリアＤ内に位置する一対の成膜ロール２，２の表面にプラズマを生成しプラズマ領域Ｐを形成する磁場発生手段７が設けられている。磁場発生手段７が形成したプラズマ領域Ｐを通過するように、一対の成膜ロール２，２に基材Ｗが巻き掛けられる。

皮膜が形成される基材Ｗとしては、プラスチックのフィルムやシート、紙など、ロール状に巻き取り可能な絶縁性の材料が考えられる。プラスチックフィルム，シートとしては、ＰＥＴ，ＰＥＮ，ＰＥＳ、ポリカーボネート、ポレオレフィン、ポリイミド等が適当であり、基材Ｗの厚みとしては真空中での搬送が可能な５μm 〜０．５mmが好ましい。
図１，図２に基づき、プラズマＣＶＤ装置１の詳細について述べる。

ステンレス板等を溶接するなどして形成された真空チャンバ３の内部には、一対の成膜ロール２，２が配備されている。成膜ロール２，２は、図１，図２に示す如く、同径の同長のステンレス材料等で形成された円筒であり、その回転中心が床面Ｆから略同じ高さに設置され、互いの軸芯が平行で且つ水平となるように配備されている。
一対の成膜ロール２，２は、真空チャンバ３から電気的に絶縁されると共に互いが電気的に絶縁されており、交流電源８の両極に接続される。この交流電源８は、高周波の交流電圧、または、両極の極性が反転可能なパルス状の電圧が発生可能とされている。

成膜を行う基材Ｗは、前述の如く絶縁性の材料であるため、直流の電圧の印加では電流を流すことが出来ないが、適切な周波数（およそ１ｋＨｚ〜、好ましくは１０ｋＨｚ〜）であれば基材Ｗを通して伝播可能である。交流電源８から供給する放電の電圧は数百Ｖ〜２千Ｖの範囲が好ましい。
一対の成膜ロール２，２の回転中心を結んだラインより若干下側には、真空チャンバ３内を上下に隔離する遮断手段４の下端が設けられている。遮断手段４は、金属等で構成された隔壁であって、その下面が成膜ロール２，２の回転中心より下方位置を横切る形で、真空チャンバ３内に水平方向に設けられている。

この遮断手段４より下側が成膜が行われる成膜エリアＤとされ、遮断手段４より上側が成膜に寄与しない非成膜エリアＥとされている。成膜エリアＤには、減圧された後に皮膜形成に寄与する成膜ガス（原料ガスを必須として、反応ガス、補助ガスを含む）が供給される。非成膜エリアＥには、減圧された後に皮膜形成に寄与しないガスが供給されている。ここで、原料ガスとは皮膜の主成分となる材料を供給するガスであり、例えばＳｉＯｘ皮膜を形成する場合には、ＨＭＤＳＯ，ＴＥＯＳ，シラン等のＳｉを含有するガスが原料ガスである。反応ガスとは、それ自身は皮膜を形成しないが原料ガスと反応して皮膜に取り込まれるガスで、ＳｉＯｘ成膜の場合は酸素（Ｏ₂）が該当する。補助ガスは、原則として皮膜には含まれないガスであるが、放電の安定性向上、膜質向上等の目的で供給するガスで、ＳｉＯｘ成膜の場合にはＡｒ，Ｈｅ等が該当する。

図３に示すように、成膜ロール２，２と遮断手段４との間には間隙９（ギャップ）が設けられている。すなわち、成膜ロール２，２の表面に突接状態となっている遮断手段４は、成膜ロール２，２の外周面に沿う形で凹状の円弧部となっており、この円弧部は成膜ロール２，２の表面には非接触となっている。円弧部と成膜ロール２，２の表面とのギャップにより間隙９が形成されている。

成膜ロール２，２と遮断手段４との間には間隙９は、成膜ロール２，２に巻き付けられた基材Ｗの通過を可能とすると共に、成膜エリアＤから非成膜エリアＥへのガス流入を抑制可能な空隙距離を有している。例えば、間隙９のギャップ長は０．５〜３ｍｍとするのが好ましい。
図１に示すように、成膜エリアＤ内には、このエリアに成膜ガスＧを供給するガス供給手段５が設けられている。

このガス供給手段５は円管部材であり、その周縁には長手方向に沿って、ガスを噴射する噴射孔が複数設けられている。ガス供給手段５は、一対の成膜ロール２，２の対面側で且つ下方側に配設され、ガス供給手段５の軸芯と成膜ロール２，２の回転軸心とが略平行となるように配備されている。
なお、ガス供給手段５が詳細後述のプラズマ領域Ｐより下方に位置するような配置は非常に好ましく、ガス供給手段５の長手方向に沿って設けられた噴射孔は、プラズマ領域Ｐを指向するように形成されている。

一方、真空チャンバ３の底壁３Ａには、真空ポンプに連通する排気手段６が設けられている。排気手段６は、皮膜形成作業の前に成膜エリアＤを減圧したり、ガス供給手段５から供給され且つ成膜に寄与した後の成膜ガスＧを、真空チャンバ３の外部に排出する機能を有している。
本実施形態の排気手段６は、一対の成膜ロール２，２の非対面側で且つ下方側に設けられている。すなわち、図１の左側に位置する成膜ロール２の左下側、右側に位置する成膜ロール２の右下側に、排気手段６が設けられている。なお、排気手段６が後述するプラズマ領域Ｐより下方に位置するような配置は非常に好ましい。

まとめるならば、真空チャンバ３の底壁３Ａにおいて、その左右両側２カ所に排気手段６，６が設けられ、底壁３Ａの略中央且つ上方にガス供給手段５が配備されている。
ガス供給手段５及び排気手段６を適切にコントロールすると共に、非成膜エリアＥ側に設けられたガス供給手段及び排気手段（図示せず）を制御し、反応ガス及び／又は補助ガスを供給することで、「成膜エリアＤの圧力Ｐ_D ≦ 非成膜エリアＥの圧力Ｐ_E」と設定し、間隙９を通って非成膜エリアＥから成膜エリアＤに向かうガスの流れを作り、これにより、非成膜エリアＥへの原料ガスが流入することを抑制できる。また、非成膜エリアＥには、特に排気手段を設けずに反応ガス及び／又は補助ガスを供給するだけでもよい。

また、図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１には、成膜エリアＤ内に位置する一対の成膜ロール２，２の表面にプラズマを生成しプラズマ領域Ｐを形成する磁場発生手段７が設けられている。このプラズマ領域Ｐにおいて、効果的に皮膜形成が行われるため、プラズマ領域Ｐを成膜域と考えることもできる。
本実施形態の場合、プラズマ領域Ｐを各成膜ロール２，２の下部表面とするために、成膜ロール２，２の内側に磁場発生手段７が配備されている。この磁場発生手段７は、発生した磁力線が成膜ロール２，２の下部内面から下部外面（表面）に至り、再び成膜ロール２，２内部へ戻るように、磁極を下に向けて配置されている。磁場発生手段７は真空チャンバ３に対して固定されており、成膜ロール２，２の回転時においても、常に下向きの磁場を発生できるものとなっている。

前述したガス供給手段５からは、プラズマ領域Ｐを指向するように成膜ガスＧが噴射されることとなる。
なお、磁場発生手段７としては、様々な形態のものが採用可能であるが、例えば、ロール軸方向に長い中央磁石と、この中央磁石を取り囲むレーストラック状の外周磁石と、これらをロール内側で接続する磁界短絡部材とを備えているマグネトロン磁場（レーストラック状磁場）発生機構であってもよい。

ところで、基材Ｗに対する成膜を確実に行うためには、磁場発生手段７により形成されるプラズマ領域Ｐを基材Ｗが通過するように、当該基材Ｗを移送する必要がある。そのために、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１では、巻出ロール１０や巻取ロール１１を以下のような位置関係としている。
図２に示すように、巻回されている未成膜の基材Ｗを払い出す巻出ロール１０は、真空チャンバ３内の上方左側に配備され、成膜後の基材Ｗを巻き取る巻取ロール１１は、真空チャンバ３内の上方右側に配備されている。すなわち、巻出ロール１０及び巻取ロール１１は、非成膜エリアＥ内に設けられている。

また、一方の成膜ロール２を通過した基材Ｗを他方の成膜ロール２へと送る補助ロール１２が、左右一対の成膜ロール２，２の対面側であてその上方側に１本設けられている。この補助ロール１２は非成膜エリアＥに配備される。
以上述べたプラズマＣＶＤ装置１で、基材Ｗに成膜を行う手順について述べる。
まず、排気手段６を作動させ、皮膜形成作業の前に成膜エリアＤを減圧した上で、ガス供給手段５により、成膜エリアＤ内に連続的に成膜ガスＧ（原料ガス、反応ガス、補助ガス）を供給するようにする。同時に「成膜エリアＤの圧力Ｐ_D（Ｐ_D＝０．１Ｐａ〜１０Ｐａ程度） ≦ 非成膜エリアＥの圧力Ｐ_E」となるように圧力を調整・維持する。

その上で、交流電源８から成膜ロール２，２に高周波の交流またはパルス状の電圧を印加すると、磁場発生手段７により磁場が形成された空間に選択的にグロー放電が発生しプラズマが生じ、プラズマ領域Ｐとなる。このプラズマ領域Ｐにガス供給手段５により供給された成膜ガスＧが達して、そこで原料ガスがプラズマによって分解され、基材Ｗ上に皮膜が形成される。

このような状況下で、巻出ロール１０から巻き出された基材Ｗは、左側の成膜ロール２，２に巻き付き、左側の成膜ロール２，２のプラズマ領域Ｐを通過した後、補助ロール１２で移送方向を上方→下方へと反転させられ、右側の成膜ロール２，２に巻き付き、右側の成膜ロール２，２のプラズマ領域Ｐを通過した、２回成膜が行われた基材Ｗを巻取ロール１１が巻き取ることとなる。

以上のように本発明のプラズマＣＶＤ装置１では、成膜ロール２，２の表面に基材Ｗを張った状態で、成膜ロール２，２の下部表面に形成されたプラズマ領域Ｐを通過するように基材Ｗを搬送しながら皮膜形成を行なうことが可能である。
プラズマ発生のための電極は、一対の成膜ロール２，２であるため、放電維持のための対向電極は必要がない。プラズマ発生に関わる機構は２本の成膜ロール２，２のみであるため、最小限のロール本数によりプラズマ発生機構を構成することができる。

また、成膜ロール２，２のプラズマ領域Ｐには基材Ｗが常に存在するため、成膜ロール２，２の表面が露出せずロール表面に皮膜が堆積することがない。故に、成膜ロール２，２（電極）への皮膜堆積に伴う放電の変動は発生せず、長時間に亘る安定的な放電が実現可能である。特別な対向電極が不要であるため、対向電極からの皮膜フレークによるダストの発生もない。

成膜エリアＤにおいては、真空チャンバ３の右側壁、左側壁、底壁３Ａが露出しており、この部分への皮膜堆積は発生するが、従来装置のようなプラズマ生成の電極としての役割がないため、距離を離して設置も可能であり、皮膜堆積による問題発生の可能性も少ない。
なお、成膜ロール２，２の両端部には皮膜の堆積が止むを得ず発生するが、万一当該箇所の堆積物のフレークが飛散したとしても、下方への落下が大部分であり、プラズマ領域Ｐにある基材表面への皮膜フレークの付着、コンタミネーションはほとんどない。
［第２実施形態］
第１実施形態として述べたプラズマＣＶＤ装置１に代えて、ガス供給手段５、排気手段６、磁場発生手段７の配置を様々に変更したプラズマＣＶＤ装置１を考えることができる。それらを第２実施形態として、以下に述べる。なお、説明を省略した部分は、第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１と略同様な構成を有している。

図４〜図８には、第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１の正面概略図が示されている。
図４は、第２実施形態の「例１」であり、磁場発生手段７が各成膜ロール２，２の外側であって当該成膜ロール２の下部表面に対面する位置に設けられている。
詳しくは、磁場発生手段７は、各成膜ロール２，２の下方であって真空チャンバ３の底壁３Ａ上に配備されている。磁場発生手段７の構成は、第１実施形態と略同じで、マグネトロン磁場発生機構などが採用可能であるが、磁場発生手段７自体に皮膜が形成されないように、ステンレス製の筐体２０で周囲を囲われた上で底壁３Ａ上に配備されるとよい。

図５は、第２実施形態の「例２」であり、成膜ロール２，２の内側に配備された磁場発生手段７がそれぞれ斜めを向き、向き合うようになっている。
詳しくは、図５で左側に位置する成膜ロール２の内部の磁場発生手段７は右斜め下側を向き、右側に位置する成膜ロール２の内部の磁場発生手段７は左斜め下側を向いている。そのため、左側に位置する成膜ロール２はその右斜め下の表面近傍がプラズマ領域Ｐとなり、右側に位置する成膜ロール２はその左斜め下の表面近傍がプラズマ領域Ｐとなっている。

両プラズマ領域Ｐに挟まれた空間、一対の成膜ロール２，２の対面側で且つ下方側にガス供給手段５が配設され、成膜ガスＧの噴射孔は略鉛直上方を向くものとなっている。
この構成であっても、ガス供給手段５から噴射された成膜ガスＧは、確実にプラズマ領域Ｐに達し、基材Ｗ上への成膜が行われる。成膜後の成膜ガスＧは、真空チャンバ３の底壁３Ａの左右両側２カ所に設けられた排気手段６から外部に排気される。

図６は、第２実施形態の「例３」であり、磁場発生手段７は、一対の成膜ロール２，２の下部表面にプラズマ領域Ｐを形成する位置に設けられ、ガス供給手段５は、一対の成膜ロール２，２の非対面側で且つ下方側に配設され、排気手段６は、一対の成膜ロール２，２の対面側で且つ下方側に配設されている。
詳しくは、第１実施形態同様に、成膜ロール２，２の内側に磁力線が下側を向くように磁場発生手段７が配備されており、この磁場発生手段７により、各成膜ロール２，２の下部表面がプラズマ領域Ｐとなっている。

さらに、図６で左側に位置する成膜ロール２の外側で左斜め下側に、ガス供給手段５が配設され、成膜ガスＧの噴射孔は右上方を向くものとなっている。右側に位置する成膜ロール２の外側で右斜め下側にも、もう一つのガス供給手段５が配設され、このガス供給手段５の成膜ガスＧの噴射孔は左上方を向くものとなっている。
両プラズマ領域Ｐに挟まれた空間、一対の成膜ロール２，２の対面側で且つ下方側には、排気手段６が配設され、真空チャンバ３の底壁３Ａ中央部から成膜ガスＧが外部に排気されるようになっている。

この構成であっても、ガス供給手段５から噴射された成膜ガスＧはプラズマ領域Ｐに達し、基材Ｗ上への成膜が行われる。
図７は、第２実施形態の「例４」であり、磁場発生手段７は、一対の成膜ロール２，２の下部表面にプラズマ領域Ｐを形成する位置に設けられ、ガス供給手段５は、一対の成膜ロール２，２の非対面側の一方で且つ下方側に配設され、排気手段６は、一対の成膜ロール２，２の非対面側の他方で且つ下方側に配設されている。

詳しくは、第１実施形態同様に、成膜ロール２，２の内部に磁力線が下側を向くように磁場発生手段７が配備されており、この磁場発生手段７により、各成膜ロール２，２の下部表面がプラズマ領域Ｐとなっている。
さらに、図７で左側に位置する成膜ロール２の外側で左斜め下側に、ガス供給手段５が配設され、成膜ガスＧの噴射孔は右上方を向くものとなっている。右側に位置する成膜ロール２の外側で右斜め下側には、排気手段６が配設され、真空チャンバ３の底壁３Ａ右部から成膜ガスＧが外部に排気される。

この構成であっても、ガス供給手段５から噴射された成膜ガスＧはプラズマ領域Ｐに達し、基材Ｗ上への成膜が行われる。加えて、成膜ロール２，２の左右一方側（左側）から供給された原料ガスは、２つのプラズマ領域Ｐを通過し皮膜生成を行った後に、左右他方側（右側）から排気されることになり、より効率的に原料ガスを利用可能となる。
図８は、第２実施形態の「例５」であり、前述した「例１」の変形例である。

この例では、磁場発生手段７が真空チャンバ３の外側であって、各成膜ロール２，２の下部表面に対面する位置に設けられている。
磁場発生手段７としては、図８に示すようなミラー磁場発生機構２１が採用可能であるものの、第１実施形態と略同じマグネトロン磁場発生機構などを用いることもできる。この構成を採用すると、磁場発生手段７自体を筐体２０で囲う必要がなくなり、部品点数の削減、装置構成の簡略化を図ることができる。

ところで、上記した例１〜例５のすべてにおいて、基材Ｗに成膜が行われるプラズマ領域Ｐの下方側に、ガス供給手段５や排気手段６が配置されることとなり、ガス供給手段５及び／又は排気手段６に堆積した皮膜が剥がれ落ちたとしても、上方側に位置する基材Ｗ表面に皮膜フレークが達することはなく、基材Ｗへの付着やコンタミネーションを防ぐことができるのは言うまでもない。
［第３実施形態］
次に、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の第３実施形態について述べる。

図９のごとく、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１が第１実施形態と大きく異なる点は、一対の成膜ロール２，２が、互いの軸芯が平行で且つ床面Ｆに対し略垂直となるように配備されている点にある。そして、成膜エリアＤは、一対の成膜ロール２，２の回転中心を結んだラインより左側とされていている。本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、第１実施形態及び第２実施形態のものを横型とすれば、第３実施形態は縦型と考えられる。

図９に示すように、一対の成膜ロール２，２の回転中心を結んだラインより若干左側には、真空チャンバ３内を左右に隔離する遮断手段４が設けられている。遮断手段４は、成膜ロール２，２の回転中心より左位置を横切る形で、真空チャンバ３内に鉛直方向に設けられている。
この遮断手段４より左側が成膜が行われる成膜エリアＤとされ、遮断手段４より右側が成膜に寄与しない非成膜エリアＥとされている。

また、各成膜ロール２，２の左側表面にプラズマ領域Ｐを形成すべく、成膜ロール２，２の内部に磁場発生手段７が配備されている。この磁場発生手段７から発生した磁力線は成膜ロール２，２の左部内面から左部外面（左側表面）に至り、再び成膜ロール２，２内部へ戻るように、その磁極が左向きとなるように設置されている。
巻出ロール１０は真空チャンバ３内の上方右側に配備され、巻取ロール１１は真空チャンバ３内の下方右側に配備されている。すなわち、巻出ロール１０及び巻取ロール１１は、非成膜エリアＥ内に設けられている。補助ロール１２は、左右一対の成膜ロール２，２の対面側で且つ右方側（非成膜エリアＥ）に１本設けられている。

ガス供給手段５は、成膜エリアＤ内であって、上側の成膜ロール２よりさらに上側に配備され、円管部材であるガス供給手段５の軸芯と成膜ロール２，２の回転軸心とが略平行となっている。ガス供給手段５の長手方向に沿って設けられた噴射孔は、プラズマ領域Ｐを指向するように下向きに形成されている。排気手段６は、成膜エリアＤ内であって、下側の成膜ロール２，２のさらに下側に設けられている。

この構成であっても、ガス供給手段５から噴射された成膜ガスＧはプラズマ領域Ｐに達し、基材Ｗ上への成膜が行われる。加えて、成膜ロール２，２の上側から供給された原料ガスは、２つのプラズマ領域Ｐを通過し皮膜生成を行った後に、下側から排気されることになり、効率的に原料ガスを利用可能となる。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態の装置は、横型で一対の成膜ロール２，２の回転中心を結んだラインが水平とされ、第３実施形態の装置は、縦型で一対の成膜ロール２，２の回転中心を結んだラインが垂直とされることを説明した。係る実施形態での「水平」、「垂直」は厳密な意味での水平・垂直に限定されず、実質的な意味での水平・垂直を意味する。

例を示すならば、第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１において、一対の成膜ロール２，２の回転中心を結んだラインが、床面Ｆに対して、５〜１０°程度傾いていたとしても、本願の特許請求の範囲に含まれることが意図される。
さらに、本発明の装置はプラズマＣＶＤによる成膜装置であるが、その構成はそのまま、プラズマ処理装置としても使用可能である。これは、成膜ガスの供給部から非成膜性のガスのみを供給することで実現可能で、樹脂フィルム表面の活性化やエッチングを行うことも可能である。

１ プラズマＣＶＤ装置
２ 成膜ロール
３ 真空チャンバ
３Ａ （真空チャンバの）底壁
４ 遮断手段
５ ガス供給手段
６ 排気手段
７ 磁場発生手段
８ 交流電源
９ 間隙
１０ 巻出ロール
１１ 巻取ロール
１２ 補助ロール
２０ 筐体
２１ ミラー磁場発生機構
Ｄ 成膜エリア
Ｅ 非成膜エリア
Ｆ 床面
Ｇ 成膜ガス
Ｐ プラズマ領域
Ｗ 基材

Claims (10)

1. 真空チャンバと、この真空チャンバ内に配備され且つ交流電源の両極が接続された一対の成膜ロールとを有し、この一対の成膜ロールに巻き掛けられたシート状の基材の表面に皮膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、
   前記一対の成膜ロールの回転中心を結んだラインより一方側の領域の一部又は全部が成膜エリアとされ、
   前記成膜エリアに原料ガスを含むガスを供給するガス供給手段と、成膜エリアを排気する排気手段とが前記成膜エリア内に配設され、
   前記成膜エリア内に位置する一対の成膜ロールの表面にプラズマを生成しプラズマ領域を形成する磁場発生手段が設けられ、
   前記基材が前記プラズマ領域を通過するように、一対の成膜ロールに基材が巻き掛けられるよう構成されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. 前記一対の成膜ロールは、互いの軸芯が平行で且つ水平となるように配備され、
   前記成膜エリアは、前記一対の成膜ロールの回転中心を結んだラインより下方側の領域の一部又は全部とされていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
3. 前記成膜エリアより上方側の領域が非成膜エリアとされ、
   前記非成膜エリアと成膜エリアとを区画し両者を遮断する遮断手段が設けら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。
4. 前記非成膜エリアに、基材の巻出ロール及び巻取ロールが配備され、
   前記遮断手段は、その下端が前記一対の成膜ロールの回転中心を結んだラインより下方側となるように設けら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。
5. 前記遮断手段と成膜ロールとの間には、前記基材の通過を可能とすると共に成膜エリアから非成膜エリアへの原料ガスの流入を抑制可能とする間隙が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のプラズマＣＶＤ装置。
6. 前記非成膜エリアには、反応ガス及び／又は補助ガスが供給されており、
   前記非成膜エリアへの原料ガスの流入を抑制可能とすべく、前記非成膜エリアの圧力が、成膜エリアの圧力と同等又は高く設定されていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマＣＶＤ装置。
7. 前記磁場発生手段は、一対の成膜ロールの下部表面にプラズマ領域を形成する位置に設けられ、
   前記ガス供給手段は、一対の成膜ロールの対面側で且つ下方側に配設され、
   前記排気手段は、一対の成膜ロールの非対面側で且つ下方側に配設されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
8. 前記磁場発生手段は、一対の成膜ロールの下部表面にプラズマ領域を形成する位置に設けられ、
   前記ガス供給手段は、一対の成膜ロールの非対面側で且つ下方側に配設され、
   前記排気手段は、一対の成膜ロールの対面側で且つ下方側に配設されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
9. 前記磁場発生手段は、一対の成膜ロールの下部表面にプラズマ領域を形成する位置に設けられ、
   前記ガス供給手段は、一対の成膜ロールの非対面側の一方で且つ下方側に配設され、
   前記排気手段は、一対の成膜ロールの非対面側の他方で且つ下方側に配設されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
10. 一方の成膜ロールを通過した基材を他方の成膜ロールへと送る一つの補助ロールが、前記一対の成膜ロール間であって且つ前記非成膜エリア内に配備されていることを特徴とする請求項３〜９のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。