JP5324596B2

JP5324596B2 - 巻取式真空処理装置

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Publication number: JP5324596B2
Application number: JP2010536651A
Authority: JP
Inventors: 貴啓廣野; 勲多田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: RU2482219C2; US8673078B2; KR20110060953A; TWI498443B; RU2011122610A; CN102197159A; JPWO2010052846A1; DE112009002631A5; US20110209830A1; TW201026875A; WO2010052846A1; CN102197159B

Description

本発明は、減圧下において、フレキシブルな処理対象物を連続的に巻き出し、巻き出された処理対象物をキャンローラに密着させ、キャンローラ上の処理対象物に所定の処理を施し、処理された処理対象物を巻き取る巻取式真空処理装置に関する。

従来から、磁性記録媒体をローラにより連続的に巻き出し及び巻き取りながら、その基体上に薄膜を形成する薄膜形成装置がある。このような薄膜形成装置は、回転するキャンに磁性記録媒体を密着させて走行させながら、キャンと、キャンに対向して配置された第１のアノードとの間に、反応ガスによるプラズマを発生させる。これにより磁性記録媒体上に保護膜が形成される（例えば、特許文献１参照）。

他に、ＰＥＴやＰＩ（ポリイミド）等のプラスチックフィルムを連続的に巻き出し及び巻き取りながら、プラズマ処理（例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching））を行うプラズマ処理装置がある。このようなプラズマ処理装置は、回転するキャン上にプラスチックフィルムを密着させて走行させながら、キャンとキャンに対向するように配置されたアノードとの間にプロセスガスによるプラズマを発生させる。これにより、フィルムがエッチングされ、フィルムの表面改質を行うことができる。

ところで、このようなプラズマを使用する薄膜形成装置や処理装置では、キャンには高周波電源が接続され、キャンが所定速度で回転する際にその高周波電源により高周波電力が供給されるようになっている。その回転するキャンと静止した高周波電源とは、例えば、水銀を用いたロータリコネクタ、複数の対向する平板でなるコンデンサカップリングやスリップリング等の、図示しない回転導入ユニットにより接続される。

特許第３４２９３６９号公報

ロータリコネクタは、水銀が封入されたボックスの両端にキャン側に接続され回転する電極と、高周波電源側に接続された固定の電極とを含む構造を有している。このようなロータリコネクタに１３．５６ＭＨｚ等の高周波が印加されると、発熱し、ロータリコネクタが破損する危険性があるため、ロータリコネクタは、キャン及び高周波電源の接続には適さない。

複数の対向する平板でなるコンデンサカップリングでは、一方の回転する複数の平板がキャン側に接続され、それらの平板にそれぞれ対向する他方の固定の複数の平板が高周波電源側に接続される。このようなコンデンサカップリングの手法では、それら複数の平板が大気圧下におかれる場合、高い電圧では絶縁破壊が起こるおそれがある。

スリップリングが高周波電源の接続部として用いられる場合、発熱による破損のおそれがある。また、スリップリングでは電極が接触型であるため、その接触による電極の磨耗が生じ、長寿命化に適さない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、発熱による破損及び絶縁破壊の発生を防止し、長寿命化に適した巻取式真空処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る巻取式真空処理装置は、チャンバと、第１の電極と、ガス供給ユニットと、第３の電極とを具備する。
前記チャンバは、真空状態を維持することが可能である。
前記第１の電極は、ローラ型であり、前記チャンバ内で回転可能に設けられ、フレキシブルな処理対象物が接触し、回転することで前記処理対象物を走行させることが可能である。
前記ガス供給ユニットは、前記チャンバ内で前記第１の電極に対向するように配置された第２の電極を有し、前記第１の電極に接触した前記処理対象物と前記第２の電極との間にプロセスガスを供給することが可能である。
前記第３の電極は、前記チャンバ内で前記第１の電極に対向するように配置され、前記交流電源による交流電圧が印加される。

本発明の一実施形態に係る巻取式真空処理装置として、プラズマ処理装置を示す概略的な構成図である。そのプラズマ処理装置の概略的な側面図である。他の実施形態に係る電極ユニットを示す断面図である。

本発明の一実施形態に係る巻取式真空処理装置は、チャンバと、第１の電極と、ガス供給ユニットと、第３の電極とを具備する。
前記チャンバは、真空状態を維持することが可能である。
前記第１の電極は、ローラ型であり、前記チャンバ内で回転可能に設けられ、フレキシブルな処理対象物が接触し、回転することで前記処理対象物を走行させることが可能である。
前記ガス供給ユニットは、前記チャンバ内で前記第１の電極に対向するように配置された第２の電極を有し、前記第１の電極に接触した前記処理対象物と前記第２の電極との間にプロセスガスを供給することが可能である。
前記第３の電極は、前記チャンバ内で前記第１の電極に対向するように配置され、前記交流電源による交流電圧が印加される。
第３の電極は、チャンバ内に配置されているので、チャンバ内が所定の真空度に維持されている場合、第１の電極と第３の電極との間で絶縁破壊の発生を防止することができる。また、第３の電極が第１の電極に所定の隙間をあけて配置されているので、つまり、第１の電極に非接触で交流電圧が加えられるので、接触による磨耗がなく電極の長寿命化を図ることができる。

前記第１の電極は、前記第１の電極の回転軸方向に延びるように設けられていてもよい。

第３の電極の、第１の電極の回転軸方向の長さが第１の電極のその方向の長さに近いほど、第１の電極及び第３の電極に均一に電荷が発生する。例えば、従来のようにキャンローラの回転軸部材の一端に、回転導入ユニットを介して交流電源が接続される場合には、キャンローラの回転軸方向の長さが長いほど、キャンローラの回転軸方向の他端への電荷の供給に対する抵抗が大きくなる。しかしながら本形態による巻取式真空処理装置によれば、そのような電気抵抗の問題を解決することができる結果、反応ガスによるプラズマを第１の電極及び第２の電極間に均一に発生させることができる。

前記第１の電極は外周面を有し、前記第３の電極は、ギャップを一定に保ちながら前記第１の電極の前記外周面に沿うように前記外周面に対面する面を有してもよい。

これにより、第１の電極及び第３の電極間の距離を実質的に一定にすることができる。その結果、反応ガスによるプラズマを第１の電極及び第２の電極間に均一に発生させることができる。

巻取式真空処理装置は、前記第１の電極を冷却または加熱する温度調節機構をさらに具備してもよい。
これにより、第１の電極に接触する処理対象物を冷却または加熱しながら走行させることができる。

巻取式真空処理装置は、前記第３の電極を冷却する冷却機構をさらに具備してもよい。

これにより、第３の電極からの発熱による問題、例えば第３の電極の破損を防止することができる。また、第３の電極は固定なので、従来のように回転導入ユニットに冷却機構を設ける場合に比べ、第３の電極への水冷機構の設置が容易になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る巻取式真空処理装置として、プラズマ処理装置を示す概略的な構成図である。図２は、そのプラズマ処理装置１００の概略的な側面図である。

このプラズマ処理装置１００は、例えばテープ状のフィルム５を処理対象物とする。フィルム５の構成材料としては、例えば樹脂フィルムが用いられ、例えばポリイミド、ポリアミド、アラミド等の耐熱温度が２００℃以上のものが典型例として挙げられる。しかし、フィルム５は樹脂フィルムに限られず、例えば磁気記録媒体に用いられる磁気フィルム、その他のフィルムであってもよい。

プラズマ処理装置１００は、真空チャンバ１５、走行機構１０、ガス供給ユニット２０、電極ユニット９及びＲＦ電源３を備えている。

真空チャンバ１５は、図示しない排気管が接続される接続部１７を備えた隔壁１６を有する。接続部１７には、その排気管を介して図示しない真空ポンプが接続され、この真空ポンプの作動により真空チャンバ１５内で所定の真空状態が維持されるようになっている。その真空度は、プラズマ処理に適した周知の範囲に適宜設定可能である。なお、真空チャンバ１５内は、仕切り板２８により電極ユニット９が配置される室と、後述する対向電極２３を含むプラズマの発生ユニットが配置される室とに分かれている。

仕切り板２８は、キャンローラ１３の側面に対向するように設けられた円弧部２８ａをそれぞれ有している。これら円弧部２８ａが設けられることにより、両室内間におけるガスのコンダクタンスを小さくすることができる。室内間のコンダクタンスを小さくすることで、各室の圧力を個別に調整することが容易になる。対向電極２３を含むプラズマの発生ユニットが配置される室は、プラズマ処理に好適な圧力に調整され、電極ユニット９が配置される室は、電極ユニット９とキャンローラ１３の間に異常放電等が発生しない圧力に調整される。電極ユニット９が配置される室にも排気手段が接続され、個別に排気できることが好ましい。

走行機構１０は、真空チャンバ１５内に配置されており、フィルム５が表面処理され得るようにフィルム５を走行させる。典型的には、走行機構１０は、フィルム５を送り出す巻き出しローラ１１、送り出されたフィルム５が接触して密着し、密着したフィルム５を冷却するキャンローラ１３、及び、キャンローラ１３から送り出されるフィルム５を巻き取る巻き取りローラ１２を有する。巻き出しローラ１１とキャンローラ１３との間、及び巻き取りローラ１２とキャンローラ１３との間には、ガイドローラ１４がそれぞれ設けられている。フィルム５は、キャンローラ１３の外周面１８ａに所定の抱き角度で接触するようになっている。

図２に示すように、キャンローラ１３は筒状でなり、その回転軸部材２が例えば支持部材８ａ及びベースプレート８ｂにより回転可能に支持されている。キャンローラ１３は、両端に設けられた円板状の絶縁体１９と、これらの絶縁体１９の間に挟まれた導電部材であるローラ電極１８とを有する。キャンローラ１３内には、図示しない冷却機構が設けられ、キャンローラ１３の主にローラ電極１８が冷却されるようになっている。冷却機構としては、例えば水やシリコーンオイル等の冷媒が循環する方式のものを用いることができる。冷媒は、例えば、回転軸部材２に接続された冷媒の導入管２９から導入され、回転軸部材２の内部を流通してキャンローラ１３内に供給されるようになっている。

巻き出しローラ１１、巻き取りローラ１２及びキャンローラ１３の回転軸部材２には、図示しないモータがそれぞれ接続されている。これらのモータの駆動により、巻き出しローラ１１、巻き取りローラ１２及びキャンローラ１３が回転し、フィルム５の走行のための動力をフィルム５に与える。

なお、巻き出しローラ１１、巻き取りローラ１２、キャンローラ１３及びガイドローラ１４の配置は、図１に示す配置に限定されない。また、ガイドローラ１４の数は図１に示すように４つに限られず、フィルム５に所期のテンションが保持されれば、いくつあってもよい。

ガス供給ユニット２０は、プロセスガスの供給源２１、キャンローラ１３の下部でキャンローラ１３に対向するように配置された対向電極２３、ガス供給源２１からのプロセスガスを対向電極２３側へ供給する供給管２２等を有する。対向電極２３は、キャンローラ１３のフィルム５が接している位置に対向して配置される。対向電極２３には、供給管２２からプロセスガスが導入される導入口２３ａが設けられている。対向電極２３のキャンローラ１３側には、対向電極２３の周囲に配置された絶縁物２４に取り付けられたシャワープレート２５が配置されている。シャワープレート２５が導体で形成され、シャワープレート２５が対向電極２３の一部を構成してもよい。また、シャワープレートを用いず、ガスノズルからプロセスガスを導入してもよい。

供給管２２から導入口２３ａを介して対向電極２３上に供給されたプロセスガスは、シャワープレート２５を介して、キャンローラ１３とシャワープレート２５との間に形成される反応領域２７に供給される。対向電極２３は例えば接地電位に設定される。したがって、後述するＲＦ電源３によりＲＦ電極６及びローラ電極１８間に印加されるＲＦの高周波電圧によって、反応領域２７で反応ガスによるプラズマが発生する。

プロセスガスとしては、プラズマ処理ガス、成膜のための反応ガス、クリーニングガス、エッチングガス、パージ用のガス等が用途に合わせて適宜選択されて使用される。ガス供給ユニット２０は、使用するガスに応じたガスボンベ等、ガスの供給管２２を備えている。

プロセスガスは、プラズマ処理、エッチング等のプロセスの種類や、ＣＶＤ等によりフィルム５に形成される膜の種類により適宜設定される。本実施形態では、例えばアルゴンガスや窒素ガスの導入によってプラズマが発生することにより、フィルム５をプラズマ処理してフィルム５の表面改質を行うことができる。均一に表面改質されることにより、その後の成膜プロセスにより形成される薄膜のフィルム５への密着力を均一に向上させることができる。

電極ユニット９は、ＲＦ電極６、高周波電力を発生するＲＦ電源３、ＲＦ電源３及びＲＦ電極６の間に接続されインピーダンス整合等を行うマッチングボックス４等を有する。

ＲＦ電極６は、例えば、キャンローラ１３のフィルム５と接していない部分の外周面、すなわちローラ電極１８の外周面１８ａとの間に所定の隙間をあけるように配置されている。その隙間は、適宜変更可能であるが、効率の良い高周波の伝播と、ＲＦ電極６とキャンローラ１３の短絡を防止するためには、圧力により最適距離は異なるが、例えば１〜５ｍｍに調節されることが好ましい。電極ユニット９は、絶縁体７と、この絶縁体及びＲＦ電極６を保持する保持部材２６等を有し、保持部材２６は例えば支持部材８ａ及びベースプレート８ｂに支持されている。ＲＦ電極６の、ローラ電極１８に対面する面６ａは、ローラ電極１８の外周面１８ａの形状である円筒状に沿うような形状（例えば円筒の内面形状）に形成されている。ＲＦ電極６のローラ電極１８と対向する面積を増加させることで、ＲＦ電極６からローラ電極１８に高周波が伝播する効率が向上する。ＲＦ電極６は、キャンローラ１３の回転軸方向に延びるように設けられ、典型的には、その回転軸方向においてローラ電極１８の長さと実質的に同じ長さ、または、ローラ電極１８の長さに近い長さでなる。

以上のように構成されたプラズマ処理装置１００では、ＲＦ電極６にＲＦ電圧が印加されると、ＲＦ電極６とローラ電極１８の間隔を介してローラ電極１８にＲＦ電圧が印加される。これによりローラ電極１８及び接地電位とされた対向電極２３の間の反応領域２７でプロセスガスによるプラズマが発生する。これにより、キャンローラ１３に密着されて冷却または加熱されながら走行するフィルム５がプラズマにさらされ、表面が改質される。

以上のように本実施形態では、ＲＦ電極６が真空チャンバ１５内に配置されている。したがって、例えば上記したようなコンデンサカップリング等の回転導入ユニットが大気圧中に配置されている場合に比べ、真空チャンバ１５内が所定の真空度に維持されていれば、ローラ電極１８及びＲＦ電極６間の絶縁破壊の発生を防止することができる。また、従来のロータリコネクタのような回転導入ユニットにおける発熱による破損の問題もない。

また、ＲＦ電極６がローラ電極１８に隙間をあけて配置されているので、つまり、ローラ電極１８に非接触で交流電圧が加えられるので、接触による磨耗がなくＲＦ電極６の長寿命化を図ることができる。

ＲＦ電極６は、キャンローラ１３の回転軸方向に延びるように設けられているので、ローラ電極１８及びＲＦ電極６に均一に電荷が発生する。例えば、従来のようにキャンローラの回転軸部材の一端に、回転導入ユニットを介して交流電源が接続される場合には、キャンローラの回転軸方向の長さが長いほど、キャンローラの他端（上記一端の逆側）への電荷の供給に対する抵抗が大きくなる。しかしながら、本実施形態によれば、そのような電気抵抗の問題を解決することができる結果、反応ガスによるプラズマを反応領域２７に均一に発生させることができる。また、ＲＦ電極６の大型化が容易となり、ＲＦ電極６の、ローラ電極１８と対向する面積を大きく形成することができる。

図３は、他の実施形態に係る電極ユニットを示す断面図である。ローラ電極１８上に配置されたこの電極ユニットのＲＦ電極３６内には、冷却機構が設けられている。この冷却機構は、典型的には、冷却媒体が流通する水路３７を有し、例えばその水路３７内に液相媒体が循環する冷却方式、または、冷媒循環による冷媒の相変化を利用する冷却方式が用いられる。液相媒体として、水、シリコーンオイル等が挙げられる。

このように、ＲＦ電極３６が冷却機構により冷却されることにより、ＲＦ電極３６からの発熱による問題、例えばＲＦ電極３６の破損を防止することができる。また、ＲＦ電極３６は固定なので、従来のように回転導入ユニットに冷却機構を設ける場合に比べ、ＲＦ電極３６への水冷機構の設置が容易になる。

本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。

上記実施形態に係る巻取式真空処理装置として、プラズマ処理装置１００を例に挙げた。しかし、フレキシブルな処理対象物を処理できる装置であれば、プラズマＣＶＤ装置や、プラズマエッチング、その他プラズマを利用した装置も実現可能である。

ＲＦ電極６、３６及び対向電極２３の配置、大きさ等は、適宜変更可能である。

３…ＲＦ電源
５…フィルム
６、３６…ＲＦ電極
７…絶縁体
９…電極ユニット
１０…走行機構
１３…キャンローラ
１５…真空チャンバ
１８…ローラ電極
１８ａ…外周面
２０…ガス供給ユニット
２１…ガス供給源
２２…供給管
２３…対向電極
３６…ＲＦ電極
３７…水路
１００…プラズマ処理装置

Claims

真空状態を維持することが可能なチャンバと、
前記チャンバ内で回転可能に設けられ、フレキシブルな処理対象物が接触し、回転することで前記処理対象物を走行させることが可能なローラ型の第１の電極と、
前記チャンバ内で前記第１の電極に対向するように配置された第２の電極を有し、前記第１の電極に接触した前記処理対象物と前記第２の電極との間にプロセスガスを供給することが可能なガス供給ユニットと、
交流電源に接続され、前記チャンバ内で前記処理対象物が接触していない部分の前記第１の電極に対向するように配置され、前記第１の電極との間に前記交流電源による交流電圧が印加される第３の電極とを具備し、
前記第１の電極は、前記第１の電極の回転軸方向に延びるように設けられ、
前記チャンバは、前記チャンバ内を、前記第２の電極が配置される室と、前記第３の電極が配置される室とに分離する仕切り板を有し、
前記第２の電極が配置される室内及び前記第３の電極が配置される室内の各圧力が個別に調整される
巻取式真空処理装置。
請求項１に記載の巻取式真空処理装置であって、
前記第１の電極は外周面を有し、
前記第３の電極は、前記第１の電極の前記外周面に沿うように前記外周面に対面する面を有する
巻取式真空処理装置。
請求項１または２に記載の巻取式真空処理装置であって、
前記第１の電極を冷却または加熱する温度調節機構をさらに具備する巻取式真空処理装置。
請求項３に記載の巻取式真空処理装置であって、
前記第３の電極を冷却する冷却機構をさらに具備する巻取式真空処理装置。
請求項１から４のうちいずれか１項に記載の巻取式真空処理装置であって、
前記仕切り板は、前記第１の電極に対向するように設けられた円弧部を有する
巻取式真空処理装置。
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の巻取式真空処理装置であって、
前記第１の電極と前記第３の電極との隙間は、１〜５mmである
巻取式真空処理装置。