JP4613045B2 - Pressure gradient ion plating film deposition system - Google Patents
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Description
本発明は、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜装置に関し、特に、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルム基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置、成膜方法に関する。 The present invention relates to a vacuum film forming apparatus for forming a thin film on one surface of a substrate by an ion plating method, and in particular, an electrically insulating substance for a film substrate that can be unwound from a roll and wound on a roll. The present invention relates to a pressure gradient ion plating film forming apparatus and a film forming method capable of continuously, stably and efficiently forming a thin film made of
従来、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いて薄膜を基板上に形成する真空成膜装置は、例えば、真空(第27巻、第2号64ページ(1984年)〜非特許文献1)に示される通り、公知の技術として知られている。
図4に示す装置により電気的絶縁性物質を成膜する場合、ハース(アノード部)19の表面、真空チャンバー12の内面等に絶縁性物質が付着し、特にハース19の表面が電気的に絶縁された状態となり、真空チャンバー12の内で通電不能となる結果、電極各部がチャージアップする現象が成膜時間経過とともに進行する。
このような、絶縁性物質が付着してチャージアップが進み通電不能となった部分に入射しようとした電子は反射され、イオンとの結合により電気的に中和されるか、最終的に電気的帰還が可能な場所に到達するまで電子の反射は繰り返されることとなる。
このため、プラズマビーム22に対する連続的な安定制御ができなくなり、成膜の安定性が損なわれるという問題が生じる。
このような問題を解決するための技術として、電気的絶縁性物質を成膜する手法が、特開平11−269636号公報(特許文献1)に開示されている。
Electrons that attempt to enter such areas where insulating materials adhere and charge up progresses and cannot be energized are reflected and either neutralized by coupling with ions, or finally electrically The reflection of electrons will be repeated until it reaches a place where it can return.
For this reason, the continuous stable control with respect to the
As a technique for solving such a problem, a technique for forming an electrically insulating material is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-269636 (Patent Document 1).
一方、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルムのような基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に成膜する方法が、特公平6−21349号公報(特許文献2)に記載されている。
上記のように、近年、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いて、対象とする基材上に薄膜を成膜する真空成膜装置が、種々、開示されているが、特に、電気的絶縁性物質を成膜する場合において、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、能率的且つ安定的に、成膜された基材を得ることができる真空成膜装置、真空成膜方法が求められていた。
本発明はこれに対応するもので、電気的絶縁性物質を成膜する場合にも対応でき、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、エネルギー的にロスが少なく、安定的に、成膜された基材を得ることができる、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜装置、真空成膜方法を提供しようとするものである。
特には、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルムのような基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置、真空成膜方法を提供しようとするものである。
As described above, in recent years, various vacuum film forming apparatuses for forming a thin film on a target substrate using a pressure gradient ion plating method have been disclosed. In the case of depositing a substance, a vacuum film-forming apparatus that can form a film on a target substrate sufficiently stably and can efficiently and stably form a film-formed substrate. Therefore, a vacuum film forming method has been demanded.
The present invention corresponds to this, can be applied to the case of forming an electrically insulating substance, can be formed sufficiently stably on the target substrate, and has a loss in energy. An object of the present invention is to provide a vacuum film-forming apparatus and a vacuum film-forming method using a pressure gradient ion plating method that can stably and stably obtain a film-formed substrate.
In particular, a thin film made of an electrically insulating material is continuously, stably and efficiently formed on a substrate such as a film that can be unwound from a roll and wound on the roll. Therefore, an object of the present invention is to provide a vacuum film forming apparatus and a vacuum film forming method.
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部を備え、該成膜部により、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜装置であって、
前記成膜室側には、圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部を備えたもので、前記圧力勾配型プラズマガンのプラズマビームは、圧力勾配型プラズマガンと蒸着材料設置部とを結ぶ方向に出射され、前記方向に沿い進行して成膜材料に入射するようになっていることを特徴とするものである。
そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記圧力勾配型プラズマガンと蒸着材料設置部とを結ぶ方向は、蒸着材料と基板の被成膜部とを結ぶ方向(鉛直方向)から傾斜角度θが70度以下であることを特徴とするものである。
そしてまた、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記イオンプレーティング成膜部は、成膜室の側面側、前記圧力勾配型プラズマガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部を配し、該短管部を包囲し、前記圧力勾配型プラズマガンからのプラズマビームの横断面を収縮させる収束コイルを備え、前記プラズマビームを成膜室内に配置した蒸着材料の表面に導くものであり、前記短管部内に、プラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第1の電子帰還電極を設けていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、成膜室内、蒸着材料と基板の被成膜部とを結ぶ鉛直方向を基準とし、前記圧力勾配型プラズマガンとは反対側に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第2の電子帰還電極を配設していることを特徴とするものであり、該前記第2電子帰還電極に、電子収束用のマグネットが組み込まれていることを特徴とするものである。
さらに、前記マグネット表面の水平磁束密度は10ガウス〜5000ガウスであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記イオンプレーティング成膜部は、磁場およびまたは電場により、収束コイル内を通過して収束されたプラズマビームを制御して、蒸着材料に入射されるプラズマビームの形状を基材の幅方向にシート状に広幅にするプラズマビーム形状制御部を備えていることを特徴とするものである。
The pressure gradient type ion plating film forming apparatus of the present invention includes a pressure gradient type hollow cathode type ion plating film forming unit having a pressure gradient type plasma gun. A vacuum film forming apparatus for forming a thin film on one surface of a material,
A pressure gradient type hollow cathode type ion plating film forming part having a pressure gradient type plasma gun is provided on the film forming chamber side, and the plasma beam of the pressure gradient type plasma gun is a pressure gradient type plasma gun. It is emitted in the direction connecting the vapor deposition material installation portion and proceeds along the direction to enter the film forming material.
In the pressure gradient ion plating film forming apparatus, the direction connecting the pressure gradient plasma gun and the deposition material installation portion is a direction connecting the deposition material and the deposition target portion of the substrate (vertical). Direction) and the inclination angle θ is 70 degrees or less.
Further, in any one of the above-described pressure gradient type ion plating film forming apparatuses, the ion plating film forming unit protrudes toward a side surface of the film forming chamber and toward an outlet of the pressure gradient type plasma gun. A short tube portion of the vacuum chamber, and a focusing coil that surrounds the short tube portion and contracts a cross section of the plasma beam from the pressure gradient type plasma gun. It leads to the surface of the deposited vapor deposition material, and is provided with a first electron feedback electrode surrounding the plasma beam and returning electrically floating electrons in the short tube portion. Is.
Also, any one of the above-described pressure gradient type ion plating film forming apparatuses, wherein the pressure gradient type plasma gun is based on the vertical direction connecting the vapor deposition material and the film forming portion of the substrate in the film forming chamber. A second electron feedback electrode for returning electrically floating electrons is disposed on the opposite side, and an electron converging magnet is provided on the second electron feedback electrode. It is characterized by being incorporated.
Further, the horizontal magnetic flux density on the magnet surface is 10 gauss to 5000 gauss.
Further, in any one of the above-described pressure gradient type ion plating film forming apparatuses, the ion plating film forming unit controls a plasma beam converged through the focusing coil by a magnetic field and / or an electric field. In addition, the plasma beam shape control unit is provided to make the shape of the plasma beam incident on the vapor deposition material wide in a sheet shape in the width direction of the substrate.
具体的には、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、
真空チャンバー内に、成膜を行うための成膜室と基材を搬送するための基材搬送室とを有し、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、且つ、該成膜用ドラムの一部を被成膜領域部として成膜室側に向け、突出させて設置している、基材を搬送するための基材搬送部を備えたもので、前記成膜室と前記基材搬送室との間は、前記成膜用ドラムの前記被成膜領域部の周辺を除き、前記成膜用ドラムと仕切り部により物理的に仕切られ、前記成膜室と前記基材搬送室とが、圧力的に仕切られており、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、成膜室側、成膜用ドラムの被成膜領域部において、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせた状態にして、基材の一面上に成膜するものであることを特徴とするものである。
そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室(プラズマシール室とも言う)を設けていることを特徴とするものであり、該真空室は、その圧力が1×10-5Paから1×10-2Paであることを特徴とするものである。
そしてまた、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記真空室に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を備えていることを特徴とするものである。
あるいは、請求項8に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の下流側の位置、成膜用ドラム側に開放口を向けて圧力的に仕切る仕切り室中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第3の電子帰還電極を設けていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、前記各電子帰還電極の電位よりも電気的に高い電位に設定されていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは電気的にフローティングレベルに設定されていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラム、前記圧力勾配型プラズマガン、前記電子帰還電極の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材搬送部は、基材を前記成膜用ドラムへ供給するための基材巻き出し部と、基材を前記成膜用ドラムから巻き取るための基材巻き取り部とを備え、前記成膜用ドラムへの基材の巻き出し供給、前記成膜用ドラムからの基材の巻き取りを行い、基材を連続的に搬送させながら、成膜を行うものであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも後段、基材搬送室側に、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯除去部を備えたことを特徴とするものであり、該基材帯電除去部が、プラズ また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも前段、基材搬送室側に、プラズマ放電処理装置を備えていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、少なくとも、ステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか1以上を含む材料により形成されていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、その表面が平均粗さRaが10nm以下であることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータを用いることにより、−20℃〜+200℃の間で一定温度に設定することができる温度調節部付きであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、成膜する基材に覆われない領域部である非覆領域部を、絶縁性とするものであることを特徴とするものであり、前記絶縁性の非覆領域部は、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にて被膜されていることを特徴とするものである。
あるいは、前記絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか1の成形体、テープ、コーティング膜により被膜してあることを特徴とするものである。
Specifically, in any one of the pressure gradient type ion plating film forming apparatus,
A vacuum chamber has a film formation chamber for film formation and a substrate transfer chamber for transferring a substrate, the substrate transfer chamber side has a film formation drum, and A part of the film-forming drum is provided as a film-forming region part toward the film-forming chamber, and is provided with a base material transporting part for transporting the base material. The chamber and the substrate transfer chamber are physically partitioned by the film-forming drum and a partition, except for the periphery of the film-forming region of the film-forming drum, A base material transfer chamber is partitioned in pressure, and the base material is transported along the periphery of the film formation drum. The film is formed on one surface of the base material in a state where the material is placed around the film forming drum.
Further, in the pressure gradient ion plating film forming apparatus described above, the position in the vicinity of the film forming drum on the film forming chamber side of the base material transfer chamber, the upstream side and the downstream side in the substrate transport direction in the coating region portion And a vacuum chamber (also referred to as a plasma seal chamber) that is formed in a pressure-divided state by a film-forming drum and a physical partition and is evacuated. The vacuum chamber has a pressure of 1 × 10 −5 Pa to 1 × 10 −2 Pa.
In addition, any one of the above-described pressure gradient ion plating film forming apparatuses is characterized in that the vacuum chamber includes an electron feedback electrode that feeds back electrically floating electrons. .
Alternatively, in the pressure gradient ion plating film forming apparatus according to claim 8, in the vicinity of the film forming drum on the film forming chamber side of the base material transport chamber, on the downstream side in the substrate transport direction in the coating region portion. A third electron return electrode for returning electrically floating electrons is provided in a partition chamber that is pressure-partitioned with the opening facing the position and the film formation drum side. .
Also, in any one of the above-described pressure gradient type ion plating film forming apparatuses, the film forming drum is set to a potential that is electrically higher than the potential of each of the electron feedback electrodes. To do.
Further, in any one of the above-described pressure gradient type ion plating film forming apparatuses, the film forming drum is electrically set to a floating level.
Further, in any one of the above-described pressure gradient ion plating film forming apparatuses, an insulating or insulating film is provided between the film forming drum, the pressure gradient plasma gun, and the electron feedback electrode. A partition plate held at a potential is provided.
Further, in any one of the above-described pressure gradient ion plating film forming apparatuses, the base material transport unit includes a base material unwinding unit for supplying the base material to the film forming drum, and a base material. A substrate take-up unit for winding from the film forming drum, unwinding and supplying the substrate to the film forming drum, and winding the substrate from the film forming drum. The film is formed while the film is continuously conveyed.
Further, in any one of the above-described pressure gradient type ion plating film forming apparatuses, the substrate charging generated by the film formation is formed on the substrate transfer chamber side after the film forming region of the film forming drum. A base material band removing unit for removing the substrate, and the base material charge removing unit is plasm, or any one of the above-mentioned pressure gradient type ion plating film forming apparatus, A plasma discharge treatment apparatus is provided upstream of the film formation region of the film formation drum and on the substrate transfer chamber side.
Further, in any one of the above-described pressure gradient type ion plating film forming apparatuses, the film forming drum is formed of a material containing at least one of stainless steel, iron, copper, and chromium. It is characterized by.
In any one of the above-described pressure gradient ion plating film forming apparatuses, the surface of the film forming drum has an average roughness Ra of 10 nm or less.
Further, in any one of the above-described pressure gradient type ion plating film forming apparatuses, the film forming drum is configured to use a cooling medium and / or a heat source medium or a heater between −20 ° C. and + 200 ° C. It is characterized by having a temperature control unit that can be set to a constant temperature.
Further, in any one of the above-described pressure gradient type ion plating film forming apparatuses, the film forming drum has an insulating property in a non-covered region portion that is a region portion that is not covered by the substrate on which the film is formed. The insulating non-covered region is one or more of Al, Si, Ta, Ti, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, and Hf. It is characterized by being coated with an oxide film or nitride film.
Alternatively, the insulating non-covering region is coated with a molded body, tape, or coating film of any one of polyimide resin, fluororesin, and mica.
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法は、圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部により、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜方法であって、前記成膜室側には、圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部を備えたもので、前記圧力勾配型プラズマガンのプラズマビームは、圧力勾配型プラズマガンと蒸着材料設置部とを結ぶ方向に出射され、前記方向に沿い進行して成膜材料に入射するようにして成膜を行うことを特徴とするものである。
そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法であって、上記請求項1ないし請求項25に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置を用いて成膜を行うことを特徴とするものである。
The pressure gradient ion plating film forming method of the present invention forms a thin film on one surface of a substrate by an ion plating method using a pressure gradient type hollow cathode ion plating film forming part having a pressure gradient type plasma gun. In the vacuum film forming method, a pressure gradient type hollow cathode ion plating film forming unit having a pressure gradient type plasma gun is provided on the film forming chamber side. The plasma beam is emitted in a direction connecting the pressure gradient type plasma gun and the deposition material installation portion, and proceeds along the direction to form a film so as to enter the film forming material. .
And it is said pressure gradient type ion plating type film-forming method, Comprising: It forms using the pressure gradient type ion plating type film-forming apparatus of the said
尚、ここでは、イオンプレーティング成膜部とは、成膜室側に配されたイオンプレーティング成膜に寄与する構成を言い、イオンプレーティング成膜に寄与する各機能部を全て含む。
また、ここで、「AとBとを結ぶ方向」とは、Aの中心とBの中心とを結ぶ方向を意味する。
また、傾斜角度θについては、例えば、被膜領域部における基板搬送方向の上流側、下流側、いずれの側に対しても、それぞれ、傾斜角度θが70度以下であることを意味する。
また、ここで、「成膜室と基材搬送室とが、圧力的に仕切られている」とは、基材を搬送させながら成膜作業をする際、成膜室と基材搬送室とが、成膜作業に必要な圧力範囲で、それぞれ個別に圧力を制御でき、実用レベルで、基材搬送室側から成膜室へのガスや水分の流入を防止でき、成膜室から基材搬送室側への蒸着材料の流入を防止できる状態であることを意味する。
また、ここで、「AおよびまたはB」とは、A、AとB、Bの全ての場合を含むものである。
Here, the ion plating film forming unit refers to a configuration that contributes to ion plating film formation disposed on the film forming chamber side, and includes all functional units that contribute to ion plating film formation.
Here, “the direction connecting A and B” means the direction connecting the center of A and the center of B.
Further, regarding the inclination angle θ, for example, it means that the inclination angle θ is 70 degrees or less for each of the upstream side and the downstream side in the substrate transport direction in the coating region.
In addition, here, “the film formation chamber and the substrate transfer chamber are separated in pressure” means that when the film formation operation is performed while the substrate is transferred, the film formation chamber and the substrate transfer chamber are However, the pressure can be individually controlled within the pressure range required for the film forming operation, and the flow of gas and moisture from the substrate transfer chamber side to the film forming chamber can be prevented at a practical level. It means that the deposition material can be prevented from flowing into the transfer chamber side.
Here, “A and / or B” includes all cases of A, A and B, and B.
(作用)
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、圧力勾配型プラズマガンのプラズマビームは、圧力勾配型プラズマガンと蒸着材料設置部とを結ぶ方向に出射され、前記方向に沿い進行して成膜材料に入射するようになっている請求項1の構成にすることにより、、図4に示す従来の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置のように、プラズマガン先端から出射後プラズマビームの運動方向が曲げられることによるエネルギー的損失を無くすことを可能としている。
尚、図4に示す従来の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置のように、従来、圧力勾配式プラズマガンを用いた物理蒸着法によるイオンプレーティング式成膜装置においては、プラズマガンを装置側面に設置し、電場、磁場によりプラズマビームの出射方向を制御し、90度曲げて蒸着材料に照射する方式が通常で、この方式においては、基材搬送位置や方向と干渉する確率が極めて低くなるため、装置設計がしやすい利点がある。 しかし、この方式は、一方、電場、磁場設計が複雑になり、かつプラズマガン先端より出射後プラズマビームの運動方向が曲げられることによるエネルギー的損失があり、これが問題となっていた。
圧力勾配型プラズマガンと蒸着材料設置部とを結ぶ方向は、蒸着材料と基板の被成膜部とを結ぶ方向(鉛直方向)から傾斜角度θが70度以下で、エネルギー的損失面からは有効である。
傾斜角度θの下限は、基材への成膜に物理的に影響を与えない、物理的に設置可能な角度である。
(Function)
In the pressure gradient type ion plating film forming apparatus of the present invention, the plasma beam of the pressure gradient type plasma gun is emitted in a direction connecting the pressure gradient type plasma gun and the deposition material installing portion, and proceeds along the direction. By adopting the structure according to
Note that, in the conventional ion plating film forming apparatus using a physical vapor deposition method using a pressure gradient type plasma gun, like the conventional pressure gradient type ion plating type film forming apparatus shown in FIG. It is usually installed on the side, and the plasma beam emission direction is controlled by the electric and magnetic fields, and it is bent 90 degrees to irradiate the deposition material. In this method, the probability of interference with the substrate transport position and direction is extremely low. Therefore, there is an advantage that the device design is easy. However, this method, on the other hand, complicates the design of the electric and magnetic fields, and there is an energy loss due to the bending of the direction of movement of the plasma beam after emission from the tip of the plasma gun, which has been a problem.
The direction connecting the pressure gradient type plasma gun and the deposition material installation part is 70 ° or less from the direction (vertical direction) connecting the deposition material and the deposition target part of the substrate, and is effective from the viewpoint of energy loss. It is.
The lower limit of the tilt angle θ is an angle that can be physically installed without physically affecting the film formation on the substrate.
また、第1の電子帰還電極を設けている請求項3の構成とすることにより、安定的な蒸着材料へのエネルギ供給を可能としている。 Further, by adopting the configuration of claim 3 provided with the first electron feedback electrode, it is possible to stably supply energy to the vapor deposition material.
また、第2の電子帰還電極を配設している請求項4に記載の構成とすることにより、蒸着材料表面で形成される反射電子を効率よく帰還させることができ、異常放電を起こさず、安定して長時間成膜することが可能となる。
更に、第2電子帰還電極には電子収束用のマグネットが組み込まれていることにより、磁場を用いて効果的に第2電子帰還電極に電子を引き込むことことができ、効果的に反射電子を帰還させることが可能となり、安定して長時間成膜が可能となる。
尚、マグネット表面の磁場強度は、水平磁束密度で10から5000ガウスとすることが好ましい。
10ガウス以上であれば電子を収束させるのに十分であり、またより強いほどその効果は向上する。
一方、水平磁束密度が5000ガウスよりも強い場合は、磁石が高価となり、またその設置、取り扱いが難しくなり、実用的でなくなるという問題がある。
In addition, by adopting the configuration according to claim 4 in which the second electron feedback electrode is disposed, the reflected electrons formed on the surface of the vapor deposition material can be efficiently returned, without causing abnormal discharge, It becomes possible to form a film stably for a long time.
Further, since the second electron feedback electrode has a built-in magnet for converging electrons, electrons can be effectively drawn into the second electron feedback electrode using a magnetic field, and the reflected electrons are effectively returned. Therefore, the film can be stably formed for a long time.
The magnetic field strength on the magnet surface is preferably 10 to 5000 gauss in terms of horizontal magnetic flux density.
If it is 10 gauss or more, it is sufficient to converge the electrons, and the stronger the effect, the better the effect.
On the other hand, when the horizontal magnetic flux density is higher than 5000 gauss, there is a problem that the magnet becomes expensive, and its installation and handling become difficult and impractical.
また、プラズマビーム形状制御部を備えている請求項7の構成とする場合、圧力勾配型プラズマガンからのプラズマビームは、前記プラズマビーム形状制御部により、基材の幅方向にシート状に広幅に形成されて、蒸着材料に入射されるものであることにより、安定的に、蒸着材料への均一なエネルギ供給と、被成膜領域部への均一な成膜を可能としている。 Further, in the case of the configuration according to claim 7, wherein the plasma beam shape control unit is provided, the plasma beam from the pressure gradient type plasma gun is widened in a sheet shape in the width direction of the substrate by the plasma beam shape control unit. By being formed and incident on the vapor deposition material, uniform energy supply to the vapor deposition material and uniform film formation on the film formation region can be stably performed.
また、フィルムやコイルなどロール状の連続供給可能な基材に対して成膜を行うためには、真空チャンバー内に、成膜を行うための成膜室と基材を搬送するための基材搬送室とを有し、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、且つ、該成膜用ドラムの一部を被成膜領域部として成膜室側に向け、突出させて設置している、基材を搬送するための基材搬送部を備えたもので、前記成膜室と前記基材搬送室との間は、前記成膜用ドラムの前記被成膜領域部の周辺を除き、前記成膜用ドラムと仕切り部により物理的に仕切られ、前記成膜室と前記基材搬送室とが、圧力的に仕切られており、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、成膜室側、成膜用ドラムの被成膜領域部において、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせた状態にして、基材の一面上に成膜するものである請求項8の構成の形態の成膜装置が挙げられる。
この場合、成膜室と基材搬送室とが、圧力的に仕切られていることにより、基材搬送室側から成膜室への基材から発生するガスや水分の流入を防止でき、成膜室から基材搬送室側への蒸着材料の流入を防止できものとしている。
基材から発生するガスや水分の成膜室の流入を避けることができ、成膜時に良質な膜が得られる利点がある。
そしてまた、基材搬送室を、成膜室とは独立して、真空圧10-1 Pascal(以下、Paとも記載する)より高い真空度とでき、これにより、基材搬送室において、基材が帯電されることを有効に防止され、異常放電が生じることもなく、安定した成膜や基材搬送が可能となり、また基材搬送部に設置された部品にダメージを与えることがなく装置稼動できるものとしている。
基材搬送室は、真空排気ポンプにより減圧され、その到達圧力は100Paから0.0001Pa、実際の成膜時も、100Paから0.0001Paの範囲で、かつプラズマの流れ込みを防ぐため、成膜室100の圧力よりも10倍から1000倍程度高真空であることが必要である。
またプラズマによる異常放電を起こりにくくさせる観点から、基材搬送室は0.1Paよりも高真空、好ましくは0.01Paよりも高真空、さらに好ましくは0.001Pa以下であることが好ましい。
In addition, in order to form a film on a roll-like base material that can be continuously supplied, such as a film or a coil, a base material for transporting the base material and a film formation chamber for film formation in the vacuum chamber A film forming drum on the base material transfer chamber side, and a part of the film forming drum projects toward the film forming chamber side as a film forming region portion. Installed between the film formation chamber and the substrate transfer chamber, the film formation region portion of the film formation drum is provided between the film formation chamber and the substrate transfer chamber. Except for the periphery of the film, the film formation drum and the partitioning section are physically partitioned, and the film formation chamber and the base material transfer chamber are partitioned by pressure. In the film forming chamber side, in the film forming region of the film forming drum, the substrate is placed along the periphery of the film forming drum. Te film forming apparatus of the configuration of the embodiment of claim 8 is intended to deposit the like on one surface of a substrate.
In this case, since the film formation chamber and the substrate transfer chamber are separated in pressure, the inflow of gas and moisture generated from the substrate from the substrate transfer chamber side to the film formation chamber can be prevented. The inflow of the vapor deposition material from the film chamber to the substrate transfer chamber side can be prevented.
Inflow of gas and moisture generated from the substrate into the film formation chamber can be avoided, and there is an advantage that a high-quality film can be obtained during film formation.
In addition, the substrate transfer chamber can be made to have a higher degree of vacuum than the film formation chamber, and a vacuum pressure higher than a vacuum pressure of 10 −1 Pascal (hereinafter also referred to as Pa). Is effectively prevented from being charged, abnormal discharge does not occur, stable film formation and substrate transport are possible, and the device operates without damaging the components installed in the substrate transport section It is supposed to be possible.
The base material transfer chamber is depressurized by a vacuum exhaust pump, and the ultimate pressure is 100 Pa to 0.0001 Pa. Even during actual film formation, the film formation chamber is in the range of 100 Pa to 0.0001 Pa and prevents the inflow of plasma. The vacuum needs to be about 10 to 1000 times higher than the pressure of 100.
Further, from the viewpoint of preventing abnormal discharge due to plasma, the base material transfer chamber is preferably at a vacuum higher than 0.1 Pa, preferably higher than 0.01 Pa, more preferably 0.001 Pa or less.
また、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室を設けている請求項9の構成にすることにより、成膜室から流入するプラズマを該真空室にて早かに真空引きし、基材搬送室において放電が起こり難いものとし、これにより、成膜前、成膜後の基材への、成膜室から流入するプラズマによる品質的や作業的な悪影響や、基材搬送室における真空度低下による異常放電を確実に排除できるものとしている。
更に、前記真空室に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を備えていることにより、更に確実に、成膜前、成膜後の基材への、成膜室から流入するプラズマによる品質的や作業的な悪影響や、基材搬送室における真空度低下による異常放電を確実に排除できるものとしている。
このような真空室は、基材搬送室へ流入するプラズマを局所的に阻止するもので、そのような意味からは、プラズマシール室とも言う。
真空室の真空度としては、1×10-2Paより高いと放電が発生し、1×10-5Paより低い場合には、その真空引きにイオンポンンプ等の特別な高真空引き用のポンプが必要となり、作業面からも非効率的となり、1×10-5Paから1×10-2Paであることが好ましい。
Further, in the vicinity of the film forming drum on the film forming chamber side of the base material transfer chamber, on the upstream side and the downstream side in the substrate transport direction in the coating film region portion, the film forming drum and the physical partition are used for pressure. With the structure of claim 9 provided with a vacuum chamber that is formed in a partitioned state and is evacuated, the plasma flowing from the film formation chamber is quickly evacuated in the vacuum chamber, Discharge is unlikely to occur in the material transfer chamber, which can adversely affect the quality and work caused by plasma flowing from the film formation chamber on the substrate before and after film formation, and the vacuum in the substrate transfer chamber. The abnormal discharge due to the decrease in the temperature can be surely eliminated.
Furthermore, by providing an electron feedback electrode for returning electrically floating electrons to the vacuum chamber, the plasma flowing from the deposition chamber to the base material before and after the deposition is more surely achieved. It is possible to reliably eliminate the adverse effects on quality and work due to, and abnormal discharge due to a decrease in the degree of vacuum in the substrate transfer chamber.
Such a vacuum chamber locally blocks the plasma flowing into the substrate transfer chamber, and from this point of view, it is also called a plasma seal chamber.
When the vacuum degree of the vacuum chamber is higher than 1 × 10 −2 Pa, discharge occurs, and when it is lower than 1 × 10 −5 Pa, a special high vacuum pump such as an ion pump is used for the vacuum. It is necessary and inefficient from the viewpoint of work, and is preferably 1 × 10 −5 Pa to 1 × 10 −2 Pa.
あるいはまた、前述の真空室を設けないで、第3の電子帰還電極を設けている請求項12の構成とすることにより、成膜用ドラム近傍の蒸着時の成膜室の真空度に近い状態で、仕切り室内において、浮遊電子を確実に第3の電子帰還電極に帰還させることを可能にしている。
尚、成膜領域部における基板搬送方向の下流側の方が、成膜領域部における基板搬送方向の上流側よりも、浮遊電子の発生量は圧倒的に多く、効果的に浮遊電子を帰還させる。 更に、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側の位置、成膜用ドラム側に開放口を向けて圧力的に仕切る第2の仕切り室中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第3の電子帰還電極を設けている場合には、成膜用ドラム近傍での浮遊電子の把握を確実なものとでき、安定的な蒸着材料へのエネルギー供給を可能としている。
Alternatively, by providing the third electron feedback electrode without providing the aforementioned vacuum chamber, a state close to the degree of vacuum of the film forming chamber during vapor deposition in the vicinity of the film forming drum is provided. Thus, the floating electrons can be reliably returned to the third electron feedback electrode in the partition chamber.
In addition, the amount of floating electrons generated in the film formation region portion on the downstream side in the substrate transport direction is much larger than that in the film formation region portion on the upstream side in the substrate transport direction, and the floating electrons are effectively returned. . Further, in the vicinity of the film forming drum on the film forming chamber side of the base material transfer chamber, the upstream position in the substrate transport direction in the coating film region portion, and a second partition that pressure-divides with the opening toward the film forming drum side. In the case where the third electron feedback electrode for returning the electrically floating electrons is provided in the partition chamber, the grasp of the floating electrons in the vicinity of the film formation drum can be ensured, and stable. It enables energy supply to the vapor deposition material.
また、成膜用ドラムは、電子帰還電極の電位よりも電気的に高い電位に設定されている請求項13の構成にすることにより、成膜用ドラム近傍から電子帰還電極への浮遊電子の帰還が起こらないようにして、成膜系を安定なものとしているが、特に、成膜用ドラムを電気的にフローティングレベルに設定している場合には、より安定的な成膜を可能としている。
成膜用ドラムの電位が、電子帰還電極の電位もしくは装置内の他の部品の電位よりも低く設定されると、成膜室で発生させたプラズマが電位差の大きいところに落ちてしまうことを防ぐためで、少なくとも、電子帰還電極の電位より高い電位に設定されていないと、安定した成膜ができなくなる。
ここで、電気的フローティングレベルとは、電気的に他の装置部品と絶縁性を保たれるよう装置が設計、構成されている状態を意味している。
絶縁性が確保されるよう設計されているにも関わらず、成膜ドラムの冷却や加熱等温度調節のために冷媒等が用いる場合には、その配管や冷媒が若干の導電性を有することに起因して、アースレベル(グラウンドレベル)を基準として、100Ω〜1000Ωの抵抗を有している状態も本発明の範囲に含まれるものとする。
Further, the film formation drum is set to a potential that is electrically higher than the potential of the electron feedback electrode, whereby floating electrons are returned from the vicinity of the film formation drum to the electron feedback electrode. In this case, the film forming system is made stable so that the film forming drum is set to an electrically floating level, and more stable film formation is possible.
When the potential of the film-forming drum is set lower than the potential of the electron return electrode or the potential of other parts in the apparatus, the plasma generated in the film-forming chamber is prevented from falling to a place with a large potential difference. Therefore, stable film formation cannot be performed unless the potential is at least higher than the potential of the electron feedback electrode.
Here, the electrical floating level means a state in which the device is designed and configured so as to be electrically insulated from other device parts.
In spite of being designed to ensure insulation, when a refrigerant is used for temperature adjustment such as cooling or heating of the film formation drum, the piping and the refrigerant have some conductivity. Therefore, a state having a resistance of 100Ω to 1000Ω with respect to the earth level (ground level) is also included in the scope of the present invention.
また、成膜用ドラム、圧力勾配型プラズマガン、電子帰還電極の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられている請求項15の構成とすることにより、各部間をまたぐように浮遊電子が移動することはなく成膜系を安定なものにできる。
この絶縁性確保により、プラズマが電気的に落ちることがなく、プラズマの異常放電を防ぐことで、安定した成膜が可能となる。
In addition, an insulating or partition plate maintained at an insulating potential is provided between the film forming drum, the pressure gradient plasma gun, and the electron feedback electrode. The floating electron does not move so as to straddle between the respective parts, and the film forming system can be made stable.
By ensuring this insulation, the plasma does not drop electrically, and stable film formation is possible by preventing abnormal discharge of the plasma.
また、前記基材搬送部は、基材を前記成膜用ドラムへ供給するための基材巻き出し部と、基材を前記成膜用ドラムから巻き取るための基材巻き取り部とを備え、前記成膜用ドラムへの基材の巻き出し供給、前記成膜用ドラムからの基材の巻き取りを行い、基材を連続的に搬送させながら、成膜を行うものである請求項16の構成とすることにより、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができる基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置の提供を可能とした。 The base material transport unit includes a base material unwinding unit for supplying the base material to the film forming drum, and a base material winding unit for winding the base material from the film forming drum. The substrate is unwound and supplied to the film formation drum, the substrate is wound from the film formation drum, and film formation is performed while the substrate is continuously conveyed. With this structure, a thin film made of an electrically insulating material is continuously, stably and efficiently formed on a substrate that can be unwound from a roll and wound on the roll. It is possible to provide a vacuum film forming apparatus that can
尚、幅広の基材に対して均一に成膜を行うため、前記圧力勾配型プラズマガン、それに付随する収束コイル、電子帰還電極等は、基材幅方向に対して複数台並列して設置することも可能である。 In order to uniformly form a film on a wide base material, a plurality of the pressure gradient type plasma gun, a converging coil, an electronic feedback electrode, and the like are installed in parallel in the base material width direction. It is also possible.
また、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも後段、基材搬送室側に、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯除去部を備えている請求項17の構成とすることにより、成膜した基材の帯電を除去できるものとし、これにより、帯電に起因する基材の破損や品質的低下を防止できる。
基材帯電除去部としては、例えば、プラズマ放電装置、電子線照射装置、除電バー、グロー放電装置、コロナ処理装置など、任意の処理装置を用いることが可能である。
また、プラズマ処理装置、グロー放電処理装置を用いて放電を形成する場合、基材近傍領域でアルゴンや酸素、窒素、ヘリウムなどの放電ガスを単体または混合により供給し、ACプラズマ、DCプラズマ、アーク放電、マイクロウエーブ、表面波プラズマなど任意の放電方式を用いることができる。
The structure according to
As the base material charge removing unit, for example, any processing device such as a plasma discharge device, an electron beam irradiation device, a static elimination bar, a glow discharge device, or a corona treatment device can be used.
When a discharge is formed by using a plasma processing apparatus or a glow discharge processing apparatus, a discharge gas such as argon, oxygen, nitrogen, helium or the like is supplied alone or in the vicinity of the base material, and AC plasma, DC plasma, arc Any discharge method such as discharge, microwave, and surface wave plasma can be used.
また、成膜用ドラムの被成膜領域部よりも前段、基材搬送室側に、プラズマ放電処理装置を備えている請求項19の構成とすることにより、成膜前の基材表面の水分や有機物の付着の除去や帯電の除去ができ、また、基材の表面を粗化し、成膜において密着性の良いものとできる。
Furthermore, the structure of
成膜用ドラムとしては、少なくとも、ステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか1以上を含む材料により形成されていることにより、ドラム自体が熱移動性の良いもので、温度制御をする際に、容易に制御し易いものとしている。
またドラム表面の傷つき防止のため、ドラム表面へ硬質クロムハードコート処理等を施しても良い。
具体的には、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータを用いてその温度制御を行うことが簡単な方法として挙げられるが、特に、関連する機械部材(例えば、ベアリング等の耐熱部品)からの制約等、汎用性の面からは、これらにより、−20℃〜+200℃の間で一定温度に設定することができる温度調節部付きのものとし、その度制御特性(安定性)は成膜による熱負荷時で、設定温度±2℃以内に温度制御を行う態様が好ましい。
The film-forming drum is formed of a material containing at least one of stainless steel, iron, copper, and chrome, so that the drum itself has good heat mobility. It is easy to control.
In order to prevent the surface of the drum from being damaged, a hard chrome hard coat treatment or the like may be applied to the drum surface.
Specifically, it is possible to control the temperature using a cooling medium and / or a heat source medium or a heater as a simple method, but in particular, restrictions from related mechanical members (for example, heat-resistant parts such as bearings). From the viewpoint of versatility, etc., it should be equipped with a temperature control part that can be set to a constant temperature between −20 ° C. and + 200 ° C., and the control characteristic (stability) each time is the heat generated by film formation. A mode in which temperature control is performed within a set temperature ± 2 ° C. at the time of loading is preferable.
また、成膜用ドラムは、その表面平均粗さRaが10nm以下、好ましくは5nm以下、更に好ましくは2nm以下であることが好ましい。
通常、プラスチックフィルムの表面粗さは、通常10nm〜50nm、特別に表面平坦性を持たせて加工した基材で5nm〜10nm、さらに表面にコーティング加工により平坦加工を施した場合で、5nm以下の表面平坦性をもつため、これら基材に対して効率良く冷却、加熱などの温度調節を行うためには、成膜用ドラム表面は上記範囲が好ましい。
The film-forming drum has a surface average roughness Ra of 10 nm or less, preferably 5 nm or less, more preferably 2 nm or less.
Usually, the surface roughness of a plastic film is usually 10 nm to 50 nm, 5 nm to 10 nm with a substrate specially processed with surface flatness, and 5 nm or less when the surface is flattened by coating. The surface of the film forming drum is preferably within the above range in order to have temperature flatness such as cooling and heating efficiently because of the surface flatness.
また、成膜用ドラムは、成膜する基材に覆われない領域部である非覆領域部を絶縁性とするものであることにより、成膜時の電力が流れ込むことを防ぐことが可能となり、安定した成膜が可能となる。
絶縁性の非覆領域部としては、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を被膜してあるものが挙げられる。
勿論、絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか1の成形体、テープ、コーティング膜により被膜してあるものでも良い。
尚、コーティング膜は、ここでは、種々コーティング方法により形成されたもの全てで、塗装、焼付け塗装、焼結により形成された膜を含む。
In addition, the film-forming drum has an insulating property on the non-covered area that is not covered by the substrate on which the film is formed, so that it is possible to prevent power from flowing during film formation. Stable film formation becomes possible.
As the insulating non-covered region, one or more oxide films or nitride films of Al, Si, Ta, Ti, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, and Hf are coated. Is mentioned.
Of course, the insulating non-covered region may be coated with any one of a polyimide resin, a fluororesin, and a mica, a tape, and a coating film.
Here, the coating film includes all films formed by various coating methods and includes films formed by painting, baking painting, and sintering.
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法は、このような構成にすることにより、プラズマガン先端から出射後プラズマビームの運動方向が曲げられることによるエネルギー的損失を無くすことを可能とするもので、更には、電気的絶縁性物質を成膜する場合にも対応でき、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、安定的に、成膜された基材を得ることができる、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜方法の提供を可能としている。 The pressure gradient ion plating film forming method of the present invention can eliminate energy loss due to the bending of the direction of movement of the plasma beam after emission from the plasma gun tip by such a configuration. Furthermore, it can be applied to the case where an electrically insulating material is formed, can be formed on the target substrate sufficiently stably, and can be stably formed. It is possible to provide a vacuum film forming method using a pressure gradient ion plating method that can obtain a material.
本発明は、上記のように、プラズマガンから出射されたプラズマビームが蒸着材料へ入射される際のエネルギー損失が少なくして、成膜を可能とした。
更には、電気的絶縁性物質を成膜する場合にも対応でき、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、安定的に、成膜された基材を得ることができる、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜装置、真空成膜方法の提供を可能とした。
特に、基材が帯状、長尺状で、ロール状に巻き取り、巻き出しができる場合において、能率的に且つ安定的に、成膜された基材を得ることができる圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜装置、真空成膜方法の提供を可能とした。
即ち、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができる絶縁性のプラスチックフィルム基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置、真空成膜方法の提供を可能とした。
As described above, the present invention enables film formation by reducing energy loss when the plasma beam emitted from the plasma gun is incident on the deposition material.
Furthermore, it can cope with the case where an electrically insulating material is formed, can be sufficiently stably formed on the target substrate, and can stably form the formed substrate. It is possible to provide a vacuum film forming apparatus and a vacuum film forming method using a pressure gradient ion plating method.
In particular, when the substrate is strip-like, long, and can be wound and unwound in a roll, pressure gradient ion plating can efficiently and stably obtain a deposited substrate. A vacuum film forming apparatus and a vacuum film forming method using the method can be provided.
That is, a thin film made of an electrically insulating material is continuously, stably and efficiently formed on an insulating plastic film substrate that can be unwound from a roll and wound on the roll. It is possible to provide a vacuum film forming apparatus and a vacuum film forming method.
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の1例の構成断面図で、図2(a)は図1のA1−A2における成膜用ドラムの断面図で、図2(b)は成膜用ドラムを成膜室側からみた外観図で、図3は比較例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の1例の構成断面図である。
図1〜図2中、100は成膜室、101は短管部、110はプラズマガン(圧力勾配型プラズマガンのこと)、111は第1中間電極、112は第2中間電極、116は陰極、120はハース、125はハース用磁石、130は蒸着材料、140は収束コイル、150は第1の電子帰還電極、155はプラズマビーム形状制御部(プラズマビーム制御用磁石とも言う)、160は放電用ガス(ここではArガス)、165はプラズマビーム、170は防着板、171は開口、180は真空ポンプ、190は仕切り部、200は基材搬送室、210は基材搬送部、211は基材巻き出し部、212は成膜用ドラム、212Aは被成膜領域、212Bは非覆領域部、212aはドラム、212bは回転軸、212cは絶縁性のテープ、212dは回転軸受け、213は基材巻き取り部、214、215は搬送ロール、220は基材前処理部、230は基材後処理部(基材帯電除去部とも言う)、240は真空ポンプ、280は基材、285は第2の電子帰還電極、290は第3の電子帰還電極、291は第4の電子帰還電極、295は第1の仕切り室(電極室とも言う)、295aは開放口、296は第2の仕切り室(電極室とも言う)、296aは開放口、300は真空チャンバーである。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a structural cross-sectional view of an example of an embodiment of a pressure gradient ion plating film forming apparatus according to the present invention, and FIG. 2 (a) is a cross-sectional view of a film forming drum in A1-A2 of FIG. FIG. 2B is an external view of the film-forming drum as seen from the film-forming chamber side, and FIG. 3 is a structural cross-sectional view of one example of a pressure gradient ion plating film-forming apparatus of a comparative example.
1-2, 100 is a film forming chamber, 101 is a short tube section, 110 is a plasma gun (a pressure gradient type plasma gun), 111 is a first intermediate electrode, 112 is a second intermediate electrode, and 116 is a cathode. , 120 is a hearth, 125 is a magnet for hearth, 130 is a vapor deposition material, 140 is a converging coil, 150 is a first electron return electrode, 155 is a plasma beam shape controller (also referred to as a plasma beam control magnet), 160 is a discharge 165 is a plasma beam, 170 is a deposition plate, 171 is an opening, 180 is a vacuum pump, 190 is a partitioning part, 200 is a base material transfer chamber, 210 is a base material transport part, 211 is Substrate unwinding section, 212 is a film forming drum, 212A is a film forming area, 212B is a non-covering area section, 212a is a drum, 212b is a rotating shaft, 212c is an insulating tape, and 212d is Rolling bearings, 213 the base material take-up part, 214 and 215 transport roll, 220 is the substrate the pretreatment unit, 230 (also referred to as a base charge removing portion) base post-processing unit, 240 denotes a vacuum pump, 280 A base material, 285 is a second electron feedback electrode, 290 is a third electron feedback electrode, 291 is a fourth electron feedback electrode, 295 is a first partition chamber (also referred to as an electrode chamber), 295a is an open port, 296 Is a second partition chamber (also referred to as an electrode chamber), 296a is an open port, and 300 is a vacuum chamber.
はじめに、本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の1例を図1に基づいて説明する。
本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、帯状、長尺状で、ロール状に巻き取り、巻き出しができるフィルムからなる基材280の一面に薄膜を形成する真空成膜装置で、特に、圧力勾配型プラズマガン110のプラズマビーム165は、圧力勾配型プラズマガン110と蒸着材料130の設置部であるハース120とを結ぶ方向に出射され、前記方向に沿い進行して蒸着材料130に入射するようになっており、図4に示す従来の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置のように、プラズマガン先端から出射後プラズマビームの運動方向が曲げられることによるエネルギー的損失を無くすことができる真空成膜装置である。
そして、1つの真空チャンバー300内に、成膜を行うための成膜室100と基材を搬送するための基材搬送室200とを有し、基材搬送室200側には、基材280をその周囲に沿わせて搬送し、基材を沿わせた状態で成膜する成膜用ドラム212と、基材280を成膜用ドラム212へ供給するための基材巻き出し部211と、基材280を成膜用ドラム212から巻き取るための基材巻き取り部213とを備え、且つ、成膜用ドラム212の一部を被成膜領域部212Aとして成膜室100側に向け、突出させている、基材280を搬送するための基材搬送部210を配しており、成膜室100側には、圧力勾配型のプラズマガン110を有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部(図番は示していない)を備えたものであり、成膜室100と基材搬送室200との間は、成膜用ドラム212の被成膜領域部212Aの周辺を除き、前記成膜用ドラム212と仕切り部190により物理的に仕切られ、成膜室100と基材搬送室200とが、圧力的に仕切られているもので、基材280の巻き出し供給、基材280の巻き取りを行い、基材280を連続的に搬送させながら、成膜を行うものである。
First, an example of an embodiment of a pressure gradient ion plating film forming apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
The pressure gradient type ion plating film forming apparatus of this example is a vacuum film forming apparatus that forms a thin film on one surface of a
A
本例においては、真空ポンプ180、真空ポンプ240は、それぞれ、個別に、成膜室100側、基材搬送室200側の真空度を制御するものである。
基材搬送室200は、真空排気ポンプ240により減圧され、その到達圧力は100Paから0.0001Pa、実際の成膜時も、100Paから0.0001Paの範囲で、かつプラズマの流れ込みを防ぐため、成膜室100の圧力よりも10倍から1000倍程度高真空であることが必要である。
また基材搬送室において、成膜室からのプラズマリークや基材への帯電による異常放電を起こりにくくさせる観点から、基材搬送室は0.1Paよりも高真空、好ましくは0.01Paよりも高真空、さらに好ましくは0.001Paよりも高真空であることが好ましい。
このように基材搬送室を高真空とすることで、基材搬送室内での異常放電を抑えることが可能となり、基材搬送室内の部品、例えばガイドロール214、215やフィルムテンションを制御するためのテンション検出器(図示せず)、絶縁性確保のための樹脂部品にダメージを与えることがなくなり、装置の安定性、信頼性が向上し、装置の部品交換の頻度が減少し、維持管理が容易になる利点がある。
尚、先にも述べたが、ここでは、イオンプレーティング成膜部とは、成膜室側に配されたイオンプレーティング成膜に寄与する構成を言い、イオンプレーティング成膜に寄与する各機能部を全て含む。
In this example, the
The
Further, in the base material transport chamber, the base material transport chamber has a higher vacuum than 0.1 Pa, preferably more than 0.01 Pa, from the viewpoint of making it difficult to cause abnormal discharge due to plasma leakage from the film forming chamber or charging of the base material. High vacuum, more preferably higher than 0.001 Pa is preferred.
By making the base material transfer chamber in a high vacuum in this way, it is possible to suppress abnormal discharge in the base material transfer chamber, and to control components such as the guide rolls 214 and 215 and the film tension in the base material transfer chamber. The tension detector (not shown) and the resin parts for ensuring insulation are no longer damaged, the stability and reliability of the equipment are improved, the frequency of equipment parts replacement is reduced, and maintenance is maintained. There is an advantage that becomes easier.
As described above, here, the ion plating film forming section refers to a configuration that contributes to ion plating film formation disposed on the film forming chamber side, and each of the elements that contribute to ion plating film formation. Includes all functional parts.
そして更に、イオンプレーティング成膜部は、成膜室100の側面側、前記圧力勾配型のプラズマガン110の出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部101を配し、該短管部101を包囲し、前記圧力勾配型のプラズマガン110からのプラズマビーム165の横断面を収縮させる収束コイル140を備え、前記プラズマビーム165を成膜室100内に配置した蒸着材料130の表面に導き、成膜用ドラム212の被成膜領域部212Aにおいて基材280の一面上に薄膜を形成するもので、更に、短管部101内に、プラズマビーム165の周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第1の電子帰還電極150を設け、成膜室100内、蒸着材料130と基板280の被成膜部とを結ぶ鉛直方向を基準とし、前記圧力勾配型プラズマガン110とは反対側に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第2の電子帰還電極185を配設し、且つ、基材搬送室200の成膜室100側の成膜用ドラムの212近傍、被膜領域部212Aにおける基板280の搬送方向の下流側の位置、成膜用ドラム212側に開放口295aを向けて圧力的に仕切る第1の仕切り室295中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第3の電子帰還電極290を設け、更に、基材搬送室200の成膜室100側の成膜用ドラム212の近傍、被膜領域部212Aにおける基板280の搬送方向の上流側の位置、成膜用ドラム212側に開放口296aを向けて圧力的に仕切る第2の仕切り室296中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第4の電子帰還電極291を設けている。
本例においては、上記のように、成膜室100と基材搬送室200とが、圧力的に仕切られて、イオンプレーティング成膜部が、収束コイル140を備え、短管部101内に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を150設け、第2の電子帰還電極185を設け、且つ、上記の第3の電子帰還電極290を設けていることにより、更に、上記第4の電子帰還電極291を設けていることにより、安定的な蒸着材料へのエネルギー供給を可能としている。
尚、広幅基材に対して均一に成膜するため、圧力勾配型プラズマガンや電子帰還電極等は基材幅方向に対して、並列に複数台設置してもよい。
勿論、成膜室100と基材搬送室200とが、圧力的に仕切られており、基材280から発生するガスや水分の成膜室110の流入を避けることができ、成膜時に良質な膜が得られる。
成膜用ドラム212は、電子帰還電極150の電位よりも電気的に高い電位に設定されており、これにより、成膜用ドラム212近傍から電子帰還電極150への浮遊電子の帰還が起こらないようにして、成膜系を安定なものとしているが、特に、成膜用ドラムを電気的にフローティングレベルに設定している場合には、より安定的な成膜を可能とする。 尚、成膜用ドラム212の電位が低いと、成膜室100で発生させたプラズマが電位差の大きいところに落ちてしまうことを防ぐためで、少なくとも、第1電子帰還電極150第2電子帰還電極285の電位より高い電位に設定されていないと安定した成膜ができなくなる。
本例では、第1の電子帰還電極150、第2電子帰還電極285を蒸着材料130から離れた位置に設けて、蒸着材料130が電子帰還電極150に付着しにくくなっている。
Further, the ion plating film forming section is provided with a
In this example, as described above, the
In order to uniformly form a film on a wide substrate, a plurality of pressure gradient plasma guns, electron return electrodes, etc. may be installed in parallel in the substrate width direction.
Needless to say, the
The
In this example, the first
また、本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置においては、成膜室100内収束コイル140と蒸着材料130間に、磁石の磁場により、収束コイル140内を通過したプラズマビーム165を制御して、蒸着材料に入射されるプラズマビームの形状を基材の幅方向にシート状に広幅にするプラズマビーム形状制御部155を備えている。
本例のプラズマビーム形状制御部155は、一対の同極性同志(N極同士、あるいはS極同士)を対向させたシート状磁石を配置した構成で、これにより、蒸着材料に入射するプラズマビーム165をシート状にし、広幅の蒸着源を形成することで、広幅基材に対して均一に成膜できるようになっている。
また、このシート状磁石や蒸着源は、プラズマガンや電子帰還電極同様に基材幅方向に対して並列に設置してもよい。
In the pressure gradient ion plating film forming apparatus of this example, the
The plasma beam
Moreover, you may install this sheet-like magnet and a vapor deposition source in parallel with respect to the base-material width direction like a plasma gun and an electronic return electrode.
また、成膜室100の成膜用ドラム212の被成膜領域部212Aに、成膜用ドラム212を覆うように配設される基材280に対し、不要部分に蒸着材料が付着しないように、蒸着材料の付着領域を制御する、所定の開口171を有する防着板170を備えている。
これにより、不要部分への蒸着材料の付着を防止し、安定的に成膜用ドラム212の被成膜領域部212Aを覆う基材280へ均一な成膜を可能としている。
Further, the deposition material does not adhere to an unnecessary portion of the
This prevents the deposition material from adhering to unnecessary portions, and enables stable film formation on the
また、本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置においては、基材搬送室200側に、成膜用ドラム212の被成膜領域部212Aよりも後段の位置に、成膜により発生した基材帯電を除去するプラズマ放電装置からなる基材後処理部230を備え、且つ、基材搬送室側200に、成膜用ドラム212の被成膜領域部212Aよりも前段の位置に、基材280表面の水分や有機物の付着の除去を行うとともに、基材表面のぬれ性を向上させ、かつ成膜時の密着性を向上させるために粗面化させ、基材280の帯電除去を行うプラズマ放電処理装置からなる基板前処理部220を備えている。
本例においては、成膜室100と前記基材搬送室200との間は、成膜用ドラム212の被成膜領域部212Aの周辺を除き、前記成膜用ドラム212と仕切り部190により物理的に仕切られ、成膜室100と基材搬送室200とが、圧力的に仕切られており、基板前処理部220、基材後処理部230による各処理の影響は成膜室100側へは及ばない。
基材前処理部220および基材後処理部230は、それぞれ、基材280表面の水分や有機物の付着除去、膜との密着性向上のための表面処理(表面粗面化または改質)や、帯電除去を行うことを目的として設置されが、プラズマ処理装置の他、電子線照射装置、赤外線ランプ、UVランプ、除電バー、グロー放電装置など、任意の処理装置を用いることが可能である。
プラズマ処理装置、グロー放電装置においては、基材280近傍領域でアルゴンや酸素、窒素、ヘリウムなどの放電ガスを単体または混合により供給し、放電を形成する。
放電の形式としては、ACプラズマ、DCプラズマ、マイクロウエーブ、表面波プラズマなど任意の方式が用いられる。
特に圧力勾配型イオンプレーティング方式による成膜装置においては、基材後処理部においては、帯電除去を行うことが重要である。
成膜後、基板後処理装置により帯電除去を行わないと、(1)フィルムがドラムに巻きつきスムーズな搬送ができないこと、(2)帯電電荷が成膜した膜の膜質劣化や基材の着色や物性劣化を引き起こすこと、(3)巻取ロールに電荷がたまり、ハンドリングや後加工が困難になることなどの問題が生じるため、帯電除去は必須である。
Further, in the pressure gradient ion plating film forming apparatus of this example, the film was generated by film formation on the base
In this example, between the
The
In the plasma processing apparatus and the glow discharge apparatus, discharge gas such as argon, oxygen, nitrogen, and helium is supplied alone or mixed in the vicinity of the
As a form of discharge, any system such as AC plasma, DC plasma, microwave, surface wave plasma, or the like is used.
In particular, in a film forming apparatus using a pressure gradient ion plating system, it is important to perform charge removal in the substrate post-processing section.
After film formation, the substrate post-processing apparatus must be used to remove the charge. (1) The film is wound around the drum and cannot be smoothly conveyed. (2) The charged film is deteriorated in film quality and the base material is colored. It is essential to remove the electrification, because it causes problems such as deterioration of physical properties and (3) accumulation of electric charge on the take-up roll and difficulty in handling and post-processing.
本例のイオンプレーティング成膜部(図番号では示していない、図3参照)の成膜動作について、また各部の動作について、以下、簡単に説明しておく。
プラズマビーム165の発生機構や、制御されたプラズマビームを蒸着材料130へ入射して蒸着材料を蒸発させ基材280上に成膜する機構は基本的に、先に述べた図3に示すイオンプレーティング装置と全く同じである。
公知の圧力勾配型のプラズマガン110により、真空チャンバー300の成膜室100内にプラズマを発生させて、蒸発させる蒸着材料130上部、成膜室100の上側に配置した、成膜用ドラム212の被成膜領域部212Aへ沿うように覆った基材280上に蒸着により薄膜を形成するものである。
プラズマガン110は、放電電源115のマイナス側に接続された陰極116と、放電電源115のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第1中間電極111、第2中間電極113を備え、陰極116側から放電ガスの供給を受け、前記放電ガスをプラズマ状態にして第2中間電極112から真空チャンバー300の成膜室100内に向けて流出させるような配置にされている。
真空チャンバー300の成膜室100は、真空ポンプ180により接続され、その内部は所定の減圧状態に保たれている。
また真空チャンバー300の第2中間電極112に向けて突出した短管部101の外側には、この短管部101を包囲するように収束コイル140が設けられている。
真空チャンバー300の成膜室100の下部には、放電電源115のプラス側に接続された導電性材料からなるハース120が載置されており、このハース120上の凹所に薄膜の材料となる導電性あるいは絶縁性の蒸着材料130が収められている。
ハース120の内部にはハース用磁石125が設けられている。
そして、第2中間電極112から蒸着原料130に向けてプラズマビーム165が形成され、蒸着原料130が蒸発され、基材280に付着し、薄膜が形成される。
本例では、第2中間電極112からプラズマビーム165が出た短管部101位置に、短管部101を包囲し、前記圧力勾配型のプラズマガン110からのプラズマビームの横断面を収縮させる収束コイル140を備えており、また、収束コイル140を通過し、収縮されたプラズマビーム165の形状を、基材280の幅方向にシート状、所定幅に広げて制御するプラズマビーム形状制御部155を備えており、第2中間電極112からのプラズマビーム165はその横断面を収縮されて、更に、基材280の幅方向にシート状、所定幅に広げて制御されて蒸着材料130へ均一にして入射される。
尚、ハース用磁石125はプラズマビーム165をハース120に導く作用をしている。
また、図示していないが、ハース120の蒸着材料を入れておく凹部は基材280の幅に合わせ、その幅方向に長手とし、蒸着材料130は該凹部長手方向に均一に載置されており、蒸着材料130は基材幅方向に均一に蒸発して、防着板170の開口171を通過して基材280上に成膜される。
これにより、安定的に、蒸着材料130への均一なエネルギー供給と、被成膜領域部212Aへの均一な成膜を可能としている。
このようにして、成膜されるが、成膜中、基材280は、成膜用ドラム212に沿い、成膜用ドラム212と共に回転し、その帯状の長手方向に連続して蒸着される。
成膜用ドラム212の回転に伴い基材280は搬送されて、帯状の長手方向に連続して成膜される。
The film forming operation of the ion plating film forming unit (not shown in the figure number, see FIG. 3) of this example and the operation of each unit will be briefly described below.
The mechanism for generating the
A known pressure gradient
The
The
Further, a converging
A
A
Then, a
In this example, the
The
Although not shown, the recess in which the deposition material of the
Thereby, the uniform energy supply to the
In this way, the film is formed. During the film formation, the
The
基材搬送機構部210は、以下のように動作を行う。
成膜用ドラム212への基材280の供給は、基材巻き出し部211からガイドロール214を経て行われ、また、成膜用ドラム212からの基材280の排出は、成膜用ドラム212からガイドロール215を経て基材巻き取り部213により行われて、全体として基板搬送機構を形成するものである。
先にも述べたが、本例においては、基材搬送室側200に、成膜用ドラム212の被成膜領域部212Aよりも前段の位置に、プラズマ放電装置からなる基板前処理部220を備えており、これにより、基材280表面の水分や有機物の付着の除去を行うとともに、基材表面を粗化し、また、基材搬送室200側に、成膜用ドラム212の被成膜領域部212Aよりも後段の位置に、プラズマ放電装置からなる基材後処理部230を備えており、これにより、成膜により発生した基材の帯電を除去するため、安定して、良好に成膜された機材を得ることを可能としている。
基材搬送機構部210は、基材280に一定の張力(テンション)をかけながら基材280を搬送する。
通常、搬送系制御には、ACドライブシステムまたはDCドライブシステムを用い、少なくとも、成膜用ドラム212、基材巻き出し部211、基材巻取り部213に駆動用モーターを用い、また張力測定のための張力ピックアップロールが使用される。
搬送制御方法は、例えば、成膜用ドラム212をマスターロールとして設定し、張力ピックアップロール信号に用い、各モーターに必要なトルク信号を送り、基材搬送を制御する。
基材搬送にあたり必要な張力は、基材280の種類や厚み、物性により適宜変更され、結果として加工後、本例においては成膜後に、ロール端部の段ずれや表面、裏面でのしわ発生、傷つきなどがない状態で、加工前同様にロール状態に巻き取れるよう設定される。 基材280の搬送速度は駆動モーターやギヤを組み合わせることで最小毎分0.1mから最大毎分1000mの速度で搬送することが可能である。
The substrate
The
As described above, in this example, the
The base
Usually, an AC drive system or a DC drive system is used for transport system control, a driving motor is used at least for the
In the conveyance control method, for example, the
The tension required for transporting the base material is appropriately changed depending on the type, thickness, and physical properties of the
成膜用ドラム212について、図2に基づいて説明しておく。
尚、図1に示す成膜用ドラム212は、図2のB1−B2における断面を示したものである。
本例における成膜用ドラム212は、回転軸212bを中心に回転し、その周囲に沿わせた基材280を搬送するもので、搬送中、先にも述べたように、蒸発した蒸着材料130を防着板170の開口171を通過させて、成膜が行われ、成膜用ドラム212の基材280搬送とあいまって、帯状の基材280上に連続的に成膜を行うことができるのである。
本例においては、成膜用ドラム212としては、成膜の温度制御という面から、設定された温度を効率よく基材に伝え、耐熱性に優れ、かつ加工性に優れ、十分な物理強度を有する観点から、金属材料、とりわけステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか1以上を含む材料により形成しており、図示していないが、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータ等を用いて、一定温度に設定することができる温度調節部を備えており、基材への熱ダメージを低減でき、安定した成膜が可能となる。
またその表面には保護のため硬質のクロム膜ハードコート等を形成しても良い。
成膜ドラム212により、基材280の冷却および加熱が可能な構造である。
温度制御部は、汎用性があり、簡便に構成できる部材を用いる場合には、比較的簡単に、冷媒や熱媒等の冷却、加熱機構を用いることにより、−20℃〜+200℃の間で一定温度に設定することができる。
The
The film-forming
The film-forming
In this example, as the
Further, a hard chrome film hard coat or the like may be formed on the surface for protection.
The
The temperature control unit is versatile and, when using a member that can be easily configured, relatively easily, by using a cooling or heating mechanism such as a refrigerant or a heat medium, between −20 ° C. and + 200 ° C. A constant temperature can be set.
成膜用ドラム212は、成膜時に高温となった蒸着材料130が基材280表面に付着し、蒸着膜を形成するが、この際、基材280がフィルム等の耐熱性が低い場合には、通常は冷却されることが望ましく、その温度は−10℃から+20℃の間の一定温度に制御される。
この場合、成膜完了後、成膜用ドラム212が冷却されたままであると、減圧下から大気圧に戻す際、ドラム表面(フィルム表面)に結露をおこすため、ドラムは加熱により冷却されたドラムを室温まで速やかに戻せるような構造であることが好ましい。
また、基材280が耐熱性を有する場合は、ドラムを200℃程度まで高温に加熱して使用する方法も好ましい。
基材280がフィルムに限らず、シリコンウエハー、ガラスの場合と同様に、成膜時の基材表面が高温であるほど、形成される膜は緻密で良好な膜となることは一般的に広く知られている。
これら冷却、加熱を行うには、例えば冷却源と加熱源を有する温度調節機を用い、温度媒体として、エチレングリコール水溶液やオイル等を用い、これらを温度調節機内で設定温度に調節した後、成膜ドラムに循環させる方法が好ましい。
この他、加熱方式として、赤外線ランプ、紫外線ランプ、ヒーターロールを単独もしくは併用により用いる方法も使用することができる。
In the
In this case, if the
Moreover, when the
As in the case where the
In order to perform these cooling and heating, for example, a temperature controller having a cooling source and a heating source is used, and an ethylene glycol aqueous solution or oil is used as a temperature medium. A method of circulating through the membrane drum is preferred.
In addition, as a heating method, an infrared lamp, an ultraviolet lamp, or a heater roll can be used alone or in combination.
また、成膜用ドラム212は、電子帰還電極150の電位よりも電気的に高い電位に設定されているか、または、電気的にフローティングレベルに設定されている。
成膜用ドラムの電位が、電子帰還電極の電位もしくは装置内の他の部品の電位よりも高く設定することで、成膜室で発生したプラズマのもれを防ぐことが可能となり、成膜室で安定した成膜が可能となる。
ドラムが電気的にフローティングレベルに設定されている場合も、同様にドラムに電気の流れ込みを抑えることが可能となり、同様の効果をえることが可能である。
ここで電気的フローティングレベルとは、電気的に他の装置部品と絶縁性を保たれるよう装置が設計、構成されている状態を意味している。
絶縁性が確保されるよう設計されているにも関わらず、成膜ドラムの冷却や加熱等温度調節のために冷媒等が用いる場合には、その配管や冷媒が若干の導電性を有することに起因して、アースレベル(グラウンドレベル)を基準として、100Ω〜1000Ωの抵抗を有している状態も本発明の範囲に含まれるものとする。
尚、成膜用ドラム212の表面は、基材280と接触した場合には、その表面全面が被成膜部に対して電気的に絶縁被服されていることが好ましい。
また、成膜ドラムの側面や回転軸等、可能な限り絶縁被服を施し、電気流れ込みの原因となる金属表面が露出しない構造とすることが好ましい。
このような構成により、成膜時の電力が流れ込むことを防ぐことが可能となり、安定した成膜が可能となる。
本例では、図2に示すように、成膜用ドラム212への成膜を防止するために、絶縁性テープ212cをドラム面と側面部に貼ってある。
基材280と絶縁性テープ212cとで、成膜用ドラム212の全面が覆われるように絶縁性テープ212cを貼る。
少なくとも、成膜用ドラム212の成膜する基材280に覆われない領域部である、非覆領域部212Bを絶縁性とするものである
温度制御するために、基材280の成膜領域は、直接ドラム面に接するようにする。
尚、基材280との密着性、基材280への熱伝導効率の面から、成膜用ドラム212の表面の平均粗さRaは、10nm以下、好ましくは5nm以下、更に好ましくは2nm以下がであることが好ましい。
表面には硬質クロムコートのような傷つき防止被服を施してもよい。
絶縁性の非覆領域部212Bとしては、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にて被膜されているもの、あるいは、前記絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか1の成形体、テープまたはコーティング膜により被膜が施してある。
この絶縁部を確保により、プラズマが電気的に落ちることがなく、安定した成膜が可能となる。
Further, the film-forming
By setting the potential of the film forming drum higher than the potential of the electron return electrode or the potential of other parts in the apparatus, it is possible to prevent leakage of plasma generated in the film forming chamber. This makes it possible to form a stable film.
Even when the drum is electrically set to the floating level, it is possible to similarly suppress the flow of electricity into the drum, and the same effect can be obtained.
Here, the electrical floating level means a state in which the device is designed and configured so as to be electrically insulated from other device components.
In spite of being designed to ensure insulation, when a refrigerant is used for temperature adjustment such as cooling or heating of the film formation drum, the piping and the refrigerant have some conductivity. Therefore, a state having a resistance of 100Ω to 1000Ω with respect to the earth level (ground level) is also included in the scope of the present invention.
When the surface of the
In addition, it is preferable that the side surface of the film formation drum and the rotating shaft be provided with insulating clothing as much as possible so that the metal surface that causes electric flow is not exposed.
With such a configuration, it is possible to prevent power from flowing during film formation, and stable film formation is possible.
In this example, as shown in FIG. 2, in order to prevent film formation on the
The insulating tape 212c is attached so that the entire surface of the
At least the non-covered region 212B, which is a region not covered by the
From the viewpoint of adhesion to the
You may give damage prevention clothing like a hard chromium coat on the surface.
The insulating non-cover region 212B is coated with one or more oxide films or nitride films of Al, Si, Ta, Ti, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, and Hf. Or the insulating non-covered region portion is coated with a molded body, tape or coating film of any one of polyimide resin, fluororesin and mica.
By securing this insulating portion, plasma does not drop electrically, and stable film formation is possible.
本例の変形例としては、図示していないが、成膜用ドラム212、圧力勾配型のプラズマガン110、電子帰還電極150の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板を設けたものが挙げられる。
この場合、成膜用ドラム212、圧力勾配型プラズマガン110、電子帰還電極150の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられていることにより、各部間をまたぐように浮遊電子が移動することはなく、成膜系をより安定なものにできる。
As a modification of this example, although not shown in the figure, the
In this case, between each part of the film-forming
次に、上記図1および図2に示す実施例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置を用いた成膜例を挙げて説明する。
<成膜例1>
図1、図2に示す、実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置を用いた。
成膜する蒸着材料130としてSiO2 (高純度化学製)、基材280としてポリエチレンテレフタレートフィルム(ユニチカ製、PET(商品名)、厚さ12μm、幅300mm、長さ7000m)を用意した。
基材280を装置にセットし、基材搬送室200、成膜室100内を真空排気ポンプにより5×10-4Paまで減圧した。
その後、成膜ドラム温度を0℃、基材280を10m/minで搬送させ、基材後処理部220であるプラズマ処理装置をアルゴンガス100sccmで放電させた。
次に、プラズマガン110に放電用ガス160としてアルゴンを10sccm流し、プラズマ初期放電を起こし、続いてプラズマ放電電流100Aまで上昇させ、成膜室100の圧力3×10-2Paにて、基材280の長さ6000mの成膜を行った。
(評価)
基材搬送状態、成膜安定性、基材搬送室へのプラズマの漏れを目視で観察した。
上記の成膜によるサンプルを、成膜開始後、1000m、2000m、3000m、4000m、5000m搬送した時点での形成された膜のSi(シリコン)量について、蛍光X線分析装置(RIX3100、理学電機工業株式会社製)により測定し、1000m搬送時のSi強度に対する強度比により測定した。
結果を表に示す。
尚、数値は、成膜例1の1000m搬送時のSi強度を1として規格化したものである。
Next, an example of film formation using the pressure gradient ion plating film forming apparatus of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
<Film formation example 1>
The pressure gradient ion plating film forming apparatus of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 was used.
A SiO 2 (manufactured by high-purity chemical) was prepared as a
The
Thereafter, the film formation drum temperature was 0 ° C., the
Next, 10 sccm of argon is caused to flow through the
(Evaluation)
The substrate conveyance state, film formation stability, and plasma leakage into the substrate conveyance chamber were visually observed.
Regarding the amount of Si (silicon) in the formed film when the sample by the above film formation was transported 1000 m, 2000 m, 3000 m, 4000 m, and 5000 m after the start of film formation, a fluorescent X-ray analyzer (RIX3100, Rigaku Corporation) Made by Co., Ltd.) and measured by the strength ratio to the Si strength during 1000 m conveyance.
The results are shown in the table.
The numerical values are standardized assuming that the Si intensity in the film formation example 1 at 1000 m conveyance is 1.
<比較例1>
図3に示す圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置を用い、成膜例1と同様にして成膜したものである。
図3に示す圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置は、圧力勾配型プラズマガン110により、成膜室100の側面側から水平方向に成膜室100内にプラズマビーム165を入射させており、且つ、図1に示す実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置における第2の電子帰還電極285を備えていないが、これ以外は、図1に示す実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じである。
<Comparative Example 1>
Using the pressure gradient type ion plating film forming apparatus shown in FIG.
The pressure gradient ion plating film forming apparatus shown in FIG. 3 causes a
これに対し、比較例1の場合には、基板搬送、プラズマ安定性、プラズマシールの面で良好ではあるが、形成される膜中のSi量が成膜例1よりも少ないことから膜厚が薄く、成膜速度が遅いこと、さらに形成される膜中のSi量も不安定であることから、膜厚や膜質の変動が大きく、成膜品質を安定して得らることはできなかった。
これより、本発明の実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置が、帯状長尺状、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルム基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置であることが分かる。
On the other hand, in the case of the comparative example 1, although it is favorable in terms of substrate transport, plasma stability, and plasma sealing, the film thickness is smaller because the amount of Si in the formed film is smaller than in the film forming example 1. Thin film formation speed is slow, and the amount of Si in the formed film is also unstable, so the film thickness and film quality fluctuate greatly, and the film formation quality could not be obtained stably. .
Thus, the pressure gradient ion plating film forming apparatus according to the embodiment of the present invention is electrically insulative with respect to a film base material that can be unwound from a roll and wound on the roll. It can be seen that this is a vacuum film forming apparatus capable of continuously, stably and efficiently forming a thin film made of a substance.
100 成膜室
101 短管部
110 プラズマガン(圧力勾配型プラズマガンのこと)
111 第1中間電極
112 第2中間電極
116 陰極
120 ハース
125 ハース用磁石
130 蒸着材料
140 収束コイル
150 第1の電子帰還電極
155 プラズマビーム形状制御部(プラズマビーム制御用磁石とも言う)
160 放電用ガス(ここではArガス)
165 プラズマビーム
170 防着板
171 開口
180 真空ポンプ
190 仕切り部
200 基材搬送室
210 基材搬送部
211 基材巻き出し部
212 成膜用ドラム
212A 被成膜領域
212B 非覆領域部
212a ドラム
212b 回転軸
212c 絶縁性のテープ
212d 回転軸受け
213 基材巻き取り部
214、215 搬送ロール
220 基材前処理部
230 基材後処理部(基材帯電除去部とも言う)
240 真空ポンプ
280 基材
285 第2の電子帰還電極
290 第3の電子帰還電極
291 第4の電子帰還電極
295 第1の仕切り室(電極室とも言う)
295a 開放口
296 第2の仕切り室(電極室とも言う)
296a 開放口
300 真空チャンバー
DESCRIPTION OF
111 First
160 Discharge gas (Ar gas here)
165
240
295a
296a
Claims (23)
前記成膜室側には、圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部を備えたもので、前記圧力勾配型プラズマガンのプラズマビームは、圧力勾配型プラズマガンと蒸着材料設置部とを結ぶ方向に出射され、前記方向に沿い進行して成膜材料に入射するようになっている圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、
真空チャンバー内に、成膜を行うための成膜室と基材を搬送するための基材搬送室とを有し、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、且つ、該成膜用ドラムの一部を被成膜領域部として成膜室側に向け、突出させて設置している、基材を搬送するための基材搬送部を備えたもので、前記成膜室と前記基材搬送室との間は、前記成膜用ドラムの前記被成膜領域部の周辺を除き、前記成膜用ドラムと仕切り部により物理的に仕切られ、前記成膜室と前記基材搬送室とが、圧力的に仕切られており、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、成膜室側、成膜用ドラムの被成膜領域部において、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせた状態にして、基材の一面上に成膜するものであり、
前記基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室を設けていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。 A pressure gradient type hollow cathode type ion plating film forming part having a pressure gradient type plasma gun is provided, and the film forming part forms a thin film on one surface of the substrate by an ion plating method .
A pressure gradient type hollow cathode type ion plating film forming part having a pressure gradient type plasma gun is provided on the film forming chamber side, and the plasma beam of the pressure gradient type plasma gun is a pressure gradient type plasma gun. Is a pressure gradient type ion plating type film forming apparatus that is emitted in a direction connecting the vapor deposition material installation part, proceeds along the direction and enters the film forming material ,
A vacuum chamber has a film formation chamber for film formation and a substrate transfer chamber for transferring a substrate, the substrate transfer chamber side has a film formation drum, and A part of the film-forming drum is provided as a film-forming region part toward the film-forming chamber, and is provided with a base material transporting part for transporting the base material. The chamber and the substrate transfer chamber are physically partitioned by the film-forming drum and a partition, except for the periphery of the film-forming region of the film-forming drum, A base material transfer chamber is partitioned in pressure, and the base material is transported along the periphery of the film formation drum. A material is formed on one surface of the base material in a state along the periphery of the film formation drum,
In the vicinity of the film forming drum on the film forming chamber side of the base material transfer chamber, on the upstream side and the downstream side in the substrate transport direction in the coating region portion, with the film forming drum and the physical partition, A pressure gradient ion plating film forming apparatus, characterized in that a vacuum chamber is provided which is formed in a partitioned state and is evacuated .
前記短管部内に、プラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第1の電子帰還電極を設けていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。 3. The pressure gradient ion plating film forming apparatus according to claim 1, wherein the ion plating film forming unit is provided on a side surface of the film forming chamber, on the side of the pressure gradient plasma gun. A short tube portion of the vacuum chamber that protrudes toward the outlet portion; and a focusing coil that surrounds the short tube portion and contracts a cross section of a plasma beam from the pressure gradient plasma gun; It directs the beam to the surface of the vapor deposition material placed in the deposition chamber,
A pressure gradient ion plating film forming apparatus, characterized in that a first electron feedback electrode is provided in the short tube portion so as to surround a plasma beam and return electrically floating electrons.
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