JP2012097291A - プラズマcvd装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のプラズマCVD装置1は、真空チャンバ4と、真空チャンバ4内を真空排気する真空排気手段5と、真空チャンバ4内に配備されると共に成膜対象である基材Wが巻き掛けられた成膜ロール2と、真空チャンバ4内に原料ガスを供給するガス供給部7と、成膜ロール2の表面近傍にプラズマ発生領域16を形成し、成膜ロール2に巻き掛けられた基材Wに成膜を行うプラズマ電源6と、を備えたプラズマCVD装置1であって、ガス供給部7が、プラズマ発生領域16に対して成膜ロール2を挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域15に設けられていることを特徴とするものである。
【選択図】図2
Description
特許文献1のプラズマCVD装置は、ペニング放電を利用したものであり、真空チャンバ内に基材を巻き掛けて搬送する成膜ロールを一対備えていて、これらの成膜ロールには互いが同じ極性になるように高周波の交流電源の一方の極が接続されている。一方、一対の成膜ロール同士が対向し合うロール間の空間(以下、対向空間という)の中心からほぼ等距離だけ離れた位置に環状電極からなる対極が成膜ロールとは別に配備されていて、この対極には高周波電源の他方の極が接続されている。
そこで、特許文献1の装置のように成膜ロール以外に対極を設けて両極間に電源を接続するのではなく、成膜ロールを水平に一対設け、一方の成膜ロールを作用極、もう一方のロールを対極として用いてプラズマを発生可能にしたプラズマCVD装置が、特許文献2に示すように開発されている。
また、特許文献2の成膜装置では、放電室に原料ガスを供給して放電室の真空度を低下させなければ成膜が行われない。すなわち、放電室の真空度を下げるためには、成膜ロールとの隙間を小さく維持して放電室の気密性を保つ必要があるが、この隙間付近にも皮膜が堆積して隙間の大きさが変化するため、放電室の気密性が保持できなくなって成膜の安定性が損なわれ、引いてはCVD皮膜の品質が低下する虞がある。
即ち、本発明のプラズマCVD装置は、内部が空洞とされた真空チャンバと、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、前記真空チャンバ内に配備されると共に成膜対象である基材が巻き掛けられた成膜ロールと、前記真空チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、前記成膜ロールの表面近傍にプラズマ発生領域を形成し、当該成膜ロールに巻き掛けられた基材に成膜を行うプラズマ電源と、を備えたプラズマCVD装置であって、前記ガス供給部が、前記プラズマ発生領域に対して前記成膜ロールを挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域に設けられていることを特徴とするものである。
また、非導電性の基材、ガイドロール、あるいはこれらで囲まれた空間は、いずれもプラズマ電源から絶縁されているため、そのままではプラズマが形成されることがない。それゆえ、このプラズマ非発生領域にガス供給部を設置しても、ガス供給部にフレークが形成される心配はなく、CVD皮膜の品質安定性に悪影響を及ぼすこともない。
原料ガスのガス流路を成膜ロールの表面を覆う基材で形成すれば、成膜ロールの表面に原料ガスが直接接触することが無くなり、成膜ロールの表面にフレークが発生することを確実に抑制することが可能となる。また、このガス流路ではプラズマ発生領域方向に向かって原料ガスの流れが生じるため、プラズマがプラズマ非発生領域に入ってくることを抑制することも可能となる。
このように押圧ロールで基材間の隙間を絞れるようにしておけば、原料ガスの流量を調整してCVD皮膜の成膜速度を調整することも可能となる。
また、前記成膜ロールの内部に、当該成膜ロールの表面にプラズマを収束させる磁場発生部材が設けられている場合にあっては、前記磁場発生部材は、成膜ロールの軸方向に沿って配備された棒状の磁石と、この棒状の磁石の周囲を囲むように配備されるレーストラック状の磁石とを備えていて、前記棒状の磁石とレーストラック状の磁石とは、互いに異なる磁極をプラズマ発生領域側に向けるようにして配備されているのが好ましい。
以下、本発明に係るプラズマCVD装置1の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
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(以下、単に装置1という)は、減圧下において、互いに対向して配置した一対の成膜ロール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の間の対向空間3にグロー放電を発生させ、成膜ロール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。
真空チャンバ4は、内部が空洞とされた筺状に形成されており、外部に対して内部を気密的に保持できるようになっている。真空チャンバ4の下側には、真空チャンバ4の内部を真空状態まで排気する真空排気手段5の真空ポンプ9が設けられている。
つまり、磁場発生手段8では、棒状の磁石13のN極とレーストラック状の磁石14のS極とがいずれも対向空間3側を向いていて、成膜ロール2の内部にある棒状の磁石13のN極から成膜ロール2の外側に飛び出した磁力線が、円弧を描いて曲がりつつ再び成膜ロール2の内部に設けられたレーストラック状の磁石14のS極に戻るような湾曲した磁場を形成できるようになっている。
図2に示すように、プラズマ非発生領域15は、真空チャンバ4内においてプラズマ発生領域16で発生したプラズマPと全く接触しないか、殆ど接触しない場所のことであり、プラズマ発生領域16に対して成膜ロール2を挟んだ反対側に配備されている。
この成膜ロール2を基準としてプラズマ発生領域16の反対側には、ガイドロール17が正逆回転可能に設けられており、図2にグレーに網掛けした部分として示すように、この実施形態においてガス供給部7が配置されるプラズマ非発生領域15は、このプラズマ電源6から絶縁されている非給電のガイドロール17と、このガイドロール17に向かって巻き入れられようとしている基材W(以降、入側の基材Wという)と、このガイドロール17から巻き出されようとしている基材W(以降、出側の基材Wという)との三者に囲まれた領域として構成されている。なお、基材Wを図1の矢印と逆方向に搬送する際には、上記入側と出側の基材の位置は反対になる。
ガイドロール17は、一対の成膜ロール2、2のそれぞれに対応して設けられている。例えば、成膜ロール2が基材Wの搬送方向(通板または通箔方向)における上流側の(図2の場合であれば図の左側に設けられた)のものである場合、ガイドロール17には成膜ロール2から巻き出された基材Wが巻き掛けられており、またこのガイドロール17に巻き掛けられた基材Wは下流側の成膜ロール2に設けられたガイドロール17側に送り出されている。また、成膜ロール2が基材Wの搬送方向における下流側の(図2の場合であれば図の右側に設けられた)のものである場合、この下流側のガイドロール17には上流側のガイドロール17から巻き出された基材Wが巻き掛けられており、このガイドロール17に巻き掛けられた基材Wは下流側の成膜ロール2に送られている。
この入側及び出側の基材W間に形成された狭い隙間Dは、ガス供給部7から供給された原料ガスをプラズマ発生領域16まで流通させるガス流路18とされている。このガス流路18の先端はプラズマ非発生領域15に繋がっていて、このプラズマ非発生領域15にガス供給部7が設けられている。
さらにプラズマPから拡散したプラズマがプラズマ非発生領域15に拡散で入ってこないようにするために、狭い隙間Dは3ミリメートル以下とするとなお良い。
図3に示すように、ガス供給部7は、成膜ロール2と平行な円筒状に形成されたパイプ状の部材であり、プラズマ非発生領域15に配備されている。ガス供給部7の内部は空洞となっていて、この内部には原料ガスが流通可能となっている。ガス供給部7の外周面には原料ガスを噴出するノズル部(図示略)が形成されており、このノズル部から外部に噴射された原料ガスは、入側及び出側の基材W間に形成された狭い隙間Dを通って、成膜ロール2間に形成されたプラズマ発生領域16に達することになる。
ところで、上述したプラズマ非発生領域15には、次のような特徴がある。
(1)プラズマ発生領域16に対して成膜ロール2を挟んだ反対側に配備されており、プラズマ発生領域16と直接対面することがない。つまり、プラズマ非発生領域15には、プラズマ発生領域16から直接プラズマPが到達することはない。
(2)プラズマ非発生領域15は、非給電のガイドロール17と、このガイドロール17に巻き掛けられた絶縁性の基材Wとで囲まれていて、領域内でプラズマPが発生する虞がない。つまり、絶縁体で囲まれたプラズマ非発生領域15では、プラズマPが発生することがない。
(3)プラズマ非発生領域15は、ガイドロール17と、このガイドロール17に向かう入側の基材Wと、このガイドロール17から送り出される出側の基材Wと、で囲まれた領域として形成されており、基材W間の隙間D以外から内部にプラズマPが物理的に出入りできないようになっている。その上、この隙間Dには、上述したようにガス供給部7から噴出された原料ガスの流れが外側に向かって形成されており、発生したプラズマPが流れに逆らって入り込むこともない。
「第2実施形態」
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
それゆえ、この対向電極20と成膜ロール2とをプラズマ電源6に接続すると、図6に示すように成膜ロール2と対向電極20の間にグロー放電が生じてプラズマPが発生し、成膜ロール2に巻き掛けられた基材WにCVD皮膜が形成される。
この第2実施形態は、成膜ロール2を一対備えない従来の装置1、言い換えればペニング放電を利用して成膜を行うような装置1に対しても、ガス供給部7に対する成膜を抑制するという本発明の技術は適用可能であることを示している。
「第3実施形態」
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
この押圧ロール21は成膜ロール2と平行に配備されたものであり、本実施形態では一対の成膜ロール2、2のそれぞれに対して配備されている。
第3実施形態の装置1では、押圧ロール21を成膜ロール2側に向かって移動させれば基材W間の隙間Dが狭まって、ガス流路18を流れる原料ガスの流量を変更可能となっている。この隙間Dを小さくする(ガス流路18を流れる原料ガスの流量を絞る)とプラズマPが十分に発生せず、CVD皮膜の形成が不十分になる。また、隙間Dを大きくしすぎると、プラズマPがガス供給部7に付着しやすくなり、優れた膜質のCVD皮膜を成膜することが困難になる。それゆえ、押圧ロール21を用いて隙間D(ガス流路18の流量)を調整すれば、優れた膜質のCVD皮膜を生産性良く得ることが可能となるのである。
なお、図8の例では押圧ロール21は一対の成膜ロール2、2のそれぞれに対応して1本づつ(合計で2本)配備されていて、それぞれの成膜ロール2、2で成膜されるCVD皮膜の成膜速度を調整可能となっていたが、図9に示すように押圧ロール21は一対の成膜ロール2、2に対して1本ずつとしても良い。このように押圧ロール21を1本とする場合は、一対の成膜ロール2、2のそれぞれに対して等しく距離を変更できるように、押圧ロール21を一対の成膜ロール2、2軸心の2等分線上を通るように配置すればよい。また、押圧ロール21の位置は平行に保ったまま接離自在として説明したが、留め具の位置調整などで押圧ロール21の位置を変えられるような半固定の形態でもよいし、押圧ロール21の固定具を交換して位置を変えられる形態でもよい。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
なお、成膜ロール2は、同径、同長である方が好ましいが、必ずしも同径、同長でなくても良い。また、成膜ロール2同士の軸芯は互いに水平に配備されているのが好ましいが、必ずしも水平でなくても良い。例えば、成膜ロール2を上下に距離をあけて一対配備しても良い。さらに、これらの場合の上下や左右といった位置関係は厳密なものでなくても良い。
2 成膜ロール
3 対向空間
4 真空チャンバ
5 真空排気手段
6 プラズマ電源
7 ガス供給部
8 磁場発生手段
9 真空ポンプ
10 排気口
11 アンコイラー
12 コイラー
13 棒状の磁石
14 レーストラック状の磁石
15 プラズマ非発生領域
16 プラズマ発生領域
17 ガイドロール
18 ガス流路
19 遮蔽板
20 対向電極
21 押圧ロール
D 入側の基材と出側の基材との間の隙間
P プラズマ
W 基材
Claims (6)
- 真空チャンバと、
前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、
前記真空チャンバ内に配備されると共に成膜対象である基材が巻き掛けられた成膜ロールと、
前記真空チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記成膜ロールの表面近傍にプラズマ発生領域を形成し、当該成膜ロールに巻き掛けられた基材に成膜を行うプラズマ電源と、
を備えたプラズマCVD装置であって、
前記ガス供給部が、前記プラズマ発生領域に対して前記成膜ロールを挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域に設けられていることを特徴とするプラズマCVD装置。 - 前記成膜ロールを挟んでプラズマ発生領域の反対側には、巻き掛けられた非導電性の基材を当該基材が送られてきた方向に送り返すガイドロールであって前記プラズマ電源から絶縁されたガイドロールが配備されており、
前記プラズマ非発生領域が、前記ガイドロールと、当該ガイドロールに向かう入側の基材と、当該下流側のガイドロールから送り出される出側の基材と、で囲ま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。 - 前記ガイドロールに向かう入側の基材とガイドロールから送り出される出側の基材との間には隙間が形成されていて、当該隙間が前記ガス供給部から供給された原料ガスをプラズマ発生領域まで流通させるガス流路とされていることを特徴とする請求項2に記載のプラズマCVD装置。
- 前記入側の基材と、出側の基材とのうち、いずれか一方の基材を他方の基材側に向かって押圧する押圧ロールが設けられていて、当該押圧ロールを用いて前記隙間を調整可能と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。
- 前記成膜ロールは、その軸心が互いに平行となるように、水平方向に距離をあけて1組配備されていて、
前記1組の成膜ロールのそれぞれにガイドロールが設けられていることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載のプラズマCVD装置。 - 前記成膜ロールの内部に、当該成膜ロールの表面にプラズマを収束させる磁場発生部材が設けられていて、
前記磁場発生部材は、成膜ロールの軸方向に沿って配備された棒状の磁石と、この棒状の磁石の周囲を囲むように配備されるレーストラック状の磁石とを備えていて、
前記棒状の磁石とレーストラック状の磁石とは、互いに異なる磁極をプラズマ発生領域側に向けるようにして配備されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のプラズマCVD装置。
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