JP5486249B2 - 成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、機能性フィルムの製造等に好適な成膜方法に関する。

光学素子、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの表示装置、半導体装置、薄膜太陽電池など、各種の装置に、ガスバリアフィルム、保護フィルム、光学フィルタや反射防止フィルム等の光学フィルムなど、各種の機能性フィルム（機能性シート）が利用されている。
また、これらの機能性フィルムの製造に、スパッタリングやプラズマＣＶＤ等の真空成膜法による成膜（薄膜形成）が利用されている。

真空成膜法によって、効率良く、高い生産性を確保して成膜を行なうためには、長尺な基板に連続的に成膜を行なうのが好ましい。
このような成膜を実施する成膜装置としては、長尺な基板（ウェブ状の基板）をロール状に巻回してなる供給ロールと、成膜済の基板をロール状に巻回する巻取りロールとを用いる、いわゆるロール・ツー・ロール(Roll to Roll)の成膜装置が知られている。このロール・ツー・ロールの成膜装置は、基板に成膜を行なう成膜室を通過する所定の経路で、供給ロールから巻取りロールまで長尺な基板を挿通し、供給ロールからの基板の送り出しと、巻取りロールによる成膜済基板の巻取りとを同期して行いつつ、成膜室において、搬送される基板に連続的に成膜を行なう。
また、このようなロール・ツー・ロールの成膜装置では、真空チャンバ内に円筒状のドラムを設け、この周面に対面する位置に電極や反応ガス供給手段等の成膜手段を設けると共に、ドラムの周面に基板を巻き掛けて搬送しつつ、成膜手段によって連続的に成膜を行なう装置も知られている。

例えば、特許文献１には、可撓性を有する基板を処理室に払い出す供給ロール（払出しロール）、払い出された基板の表面を処理する複数の処理室、処理された基板を巻き取る巻取りロールを備える基板処理装置において、基板を側面に当接させ、且つ処理室を通過させるドラム（通過ロール）を設け、処理室をドラムの周方向に配置し、処理室に隣接する差圧室（差動排気室）を設け、差圧室内を排気するようにした基板処理装置が記載されている。
また、特許文献２には、連続した基板（フレキシブル基体）を、真空槽内に配置した回転ドラムに沿って走行させながら、ＲＦ発信器によるＲＦプラズマとマイクロ波プラズマとを併用したプラズマ中にさらすことによって、連続的に薄膜を形成する連続プラズマＣＶＤ法が記載されている。この特許文献２では、回転ドラムに接続したＲＦ発生源によってバイアス電位を印加してプラズマを発生させることにより、プラズマＣＶＤによる成膜を行なうことが記載されている。

特開２００４−９５６７７号公報 特開２０００−２３９８４９号公報

プラズマＣＶＤ等によって成膜を行なう場合に、ウェブ状の基板に高品質な膜を効率よく連続成膜するためには、ドラムに高いバイアス電位を印加するのが好ましい。特に、より高品質な膜を連続的に安定して形成するためには、ドラムおよび成膜電極の両方に電位を印加し、ドラムと成膜電極との間のバイアス電圧をより高くする必要がある。
しかしながら、特許文献２のようにドラムに電位を印加すると、成膜室のみならず、供給ロールや巻取りロールが配置される空間（以下、便宜的に「巻出し室」とする）においても、ドラムと巻出し室内のガイドローラ等の各部位との間で異常放電が発生してしまうため、異常放電により基板が損傷したり、成膜のためのプラズマ形成が不安定になり成膜した膜の品質が低下したり、成膜装置が損傷したりする場合がある。

これに対して、巻き出し室のドラム近傍に導電性のアース板を配置することで、ドラムからの異常放電を抑制することも行なわれているが、ドラムの、基板が巻き掛かり始める位置、および、基板が離間し始める位置には異常放電防止のためのアース板を配置することができず、やはり、ドラムからの異常放電が発生してしまい、異常放電により基板が損傷したり、成膜した膜の品質が低下したり、成膜装置が損傷したりする場合がある。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解消し、長尺な基板を長手方向に搬送しつつ、ドラムに電力を供給して成膜を行なう場合であっても、ドラムの、基板が巻き掛かり始める位置、および、基板が離間し始める位置でのドラムからの異常放電を抑制して、これにより、高品質な膜を効率よく連続成膜することができ、かつ、基板や成膜装置の損傷を防止することができる成膜方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、長尺な基板を円筒状のドラムの周面に巻き掛けて搬送しつつ、前記基板の表面に成膜を行なう成膜方法であって、前記ドラムの周面を利用して構成される空間である成膜室において、前記ドラムに電力を供給しつつ成膜を行なうと共に、前記基板が前記ドラムに巻き掛かり始める位置、および、前記基板が前記ドラムから離間する位置の少なくとも一方を含む空間である巻掛空間を含む室と前記成膜室との間に、両室に連通する差圧室を配置し、前記巻掛空間の圧力を前記成膜室よりも低い圧力とすることを特徴とする成膜方法を提供するものである。

ここで、前記巻掛空間が、前記基板が前記ドラムに巻き掛かり始める位置、および、前記基板が前記ドラムから離間する位置の両方を含む空間であることが好ましい。
また、前記成膜室における成膜空間以外の前記ドラムの周面の少なくとも一部に対面して、接地される導電性の板であるアース板を配置することが好ましい。

また、前記差圧室の圧力を前記成膜室よりも高い圧力とすることが好ましい。
また、前記差圧室における前記ドラムの周面の少なくとも一部に対面して、接地される導電性の板であるアース板を配置することが好ましい。
また、前記差圧室に不活性ガスを導入することが好ましい。

また、前記成膜室がＣＶＤによって前記基板に成膜を行なうことが好ましい。
また、前記巻掛空間の圧力は、前記成膜室の圧力の１／１０以下であることが好ましい。
また、前記巻掛空間の圧力は、１Ｐａ以下であることも好ましい。

さらに、前記成膜室を複数有し、前記巻掛空間は、複数の前記成膜室の最も圧力が低い成膜室よりも圧力が低いことが好ましい。
また、前記基板を所定の搬送経路で搬送するガイドローラを有し、このガイドローラと前記ドラムとの間の空間の圧力を、前記成膜室よりも低い圧力とすることが好ましい。

本発明によれば、基板がドラムに巻き掛かり始める位置、および、基板がドラムから離間する位置の少なくとも一方を含む空間である巻掛空間を含む室と成膜室との間に、両室に連通する差圧室を配置し、巻掛空間の圧力を成膜室よりも低い圧力とすることで、長尺な基板をドラムに巻掛けて長手方向に搬送しつつ、ドラムに電力を供給しつつ、成膜を行なう場合に、巻き出し室内でのドラムからの異常放電を抑制することができる。そのため、例えば、プラズマＣＶＤなどの成膜を行なう際に、成膜のためのプラズマ形成が不安定になり成膜された膜の品質が低下したり、基板や成膜装置が損傷したりすることを防止し、高品質な膜を効率よく連続成膜することができる。

本発明の成膜方法を実施する成膜装置の一例を概念的に示す図である。 本発明の成膜方法を実施する成膜装置の他の一例を概念的に示す図である。

以下、本発明の成膜方法について、添付の図面に示される好適例を基に、詳細に説明する。

図１に、本発明の成膜方法を実施する成膜装置の一例を概念的に示す。
図１に示す成膜装置１０は、基板Ｚに、プラズマＣＶＤによる膜を成膜することができる装置であって、真空チャンバ１２と、この真空チャンバ１２内に形成される、巻出し室１４と、第１差圧室１６と、成膜室１８と、第２差圧室２０と、ドラム３０とを有して構成される。

なお、本発明において、基板Ｚには、特に限定はなく、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどの樹脂フィルム、金属フィルム等、ＣＶＤによる成膜が可能な長尺なフィルム状物（シート状物）が、全て利用可能である。
また、樹脂フィルム等を基材として、平坦化層、保護層、密着層、反射層、反射防止層等の各種の機能を発現するための層（膜）を成膜してなるフィルム状物を、基板Ｚとして用いてもよい。

成膜装置１０においては、長尺な基板Ｚは、巻出し室１４の基板ロール３２から供給され、ドラム３０に巻き掛けられた状態で長手方向に搬送されつつ、成膜室１８において、成膜され、次いで、再度、巻出し室１４において巻取り軸３４に巻き取られる（ロール状に巻回される）。

ドラム３０は、中心線を中心に図中反時計方向に回転する円筒状の部材である。
ドラム３０は、後述する巻出し室１４のガイドローラ４０ａよって所定の経路で案内された基板Ｚを、周面の所定領域に掛け回して、所定位置に保持しつつ長手方向に搬送して、第１差圧室１６、成膜室１８、および、第２差圧室２０の順で、順次、搬送して、再度、巻出し室１４のガイドローラ４０ｂに送る。

ここで、ドラム３０は、後述する成膜室１８のシャワー電極５６の対向電極としても作用（すなわち、ドラム３０とシャワー電極５６とで電極対を構成する。）するものであり、バイアス電源２８が接続されている。
ドラム３０にバイアス電位を印加することにより、後に詳述する成膜室１８での成膜の際に、ガス供給手段５０により供給され、シャワー電極５６に供給されるプラズマ励起電力によりプラズマ状態に励起された原料ガスの分子や原子を、ドラム３０（基板Ｚ）の方向に引き寄せることができるので、基板Ｚ上に形成される膜の密度が高くなり、膜質を向上させることができ、また、成膜効率を向上させることができる。

なお、必要に応じて、ドラム３０には、バイアス電源２８のみならず、アース（接地手段）も接続して、バイアス電源２８とドラム３０との接続と、アースとドラム３０との接続とを切り替え可能にしてもよい。
また、ドラム３０は、成膜室１８における、成膜中の基板Ｚの温度調整手段を兼ねてもよい。そのため、ドラム３０は、温度調整手段を内蔵するのが好ましい。ドラム３０の温度調節手段には、特に限定はなく、冷媒等を循環する温度調節手段、ピエゾ素子等を用いる冷却手段等、各種の温度調節手段が、全て利用可能である。

バイアス電源２８は、ドラム３０にバイアス電力を供給する高周波電源である。
なお、バイアス電源２８は、各種の成膜装置で利用されている、バイアスを印加するための高周波電源やパルス電源等の公知の電源が、全て利用可能であり、ドラムに供給するバイアス電力は、高周波電力に限定はされず、直流電力でもよく、交流もしくは直流のパルス電力でもよい。

バイアス電源２８が、ドラム３０に供給するバイアス電力としては、１００Ｗ以上が好ましい。バイアス電力を１００Ｗ以上とすることにより、成膜する膜の膜質や成膜効率をより向上させることができ、かつ、ドラム３０に印加する電位を高くしても、巻出し室１４内でのドラム３０からの異常放電を抑制することができる本発明の成膜方法をより好適に利用できる。

巻出し室１４は、真空チャンバ１２の内壁面１２ａと、ドラム３０の周面と、内壁面１２ａからドラム３０の周面の近傍まで延在する隔壁３６ａおよび３６ｆとによって構成される。
ここで、隔壁３６ａおよび３６ｆの先端（真空チャンバ１２の内壁面と逆端）は、搬送される基板Ｚに接触しない可能な位置まで、ドラム３０の周面に近接し、巻出し室１４と、第１差圧室１６および第２差圧室２０とを、略気密に分離する。この点に関しては、他の隔壁も同様である。

このような巻出し室１４は、前述の巻取り軸３４と、ガイドローラ４０ａおよび４０ｂと、回転軸４２と、真空排気手段４６とを有する。

ガイドローラ４０ａおよび４０ｂは、基板Ｚを所定の搬送経路で案内する通常のガイドローラである。また、巻取り軸３４は、成膜済みの基板Ｚを巻き取る、公知の長尺物の巻取り軸である。

図示例において、長尺な基板Ｚをロール状に巻回してなるものである基板ロール３２は、回転軸４２に装着される。また、基板ロール３２が、回転軸４２に装着されると、基板Ｚは、ガイドローラ４０ａ、ドラム３０、および、ガイドローラ４０ｂを経て、巻取り軸３４に至る、所定の経路を通される（挿通される）。
成膜装置１０においては、基板ロール３２からの基板Ｚの送り出しと、巻取り軸３４における成膜済み基板Ｚの巻き取りとを同期して行なって、長尺な基板Ｚを所定の搬送経路で長手方向に搬送しつつ、成膜室１８における成膜を行なう。

真空排気手段４６は、巻出し室１４内を、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力が、成膜室１８の圧力（成膜圧力）よりも低い圧力（高真空（高い真空度））になるように、減圧するためのものであり、これにより、巻出し室１４内でドラム３０からの異常放電が発生することを防止することができる。
この点に関しては、後に詳述する。

本発明において、真空排気手段４６には、特に限定はなく、ターボポンプ、メカニカルブースターポンプ、ロータリーポンプ、ドライポンプなどの真空ポンプ、さらには、クライオコイル等の補助手段、到達真空度や排気量の調整手段等を利用する、真空成膜装置に用いられている公知の（真空）排気手段が、各種、利用可能である。
この点に関しては、後述する他の真空排気手段も、全て、同様である。

基板Ｚの搬送方向において、巻出し室１４の下流には、第１差圧室１６が配置される。
この第１差圧室１６は、内壁面１２ａと、ドラム３０の周面と、内壁面１２ａからドラム３０の周面の近傍まで延在する隔壁３６ａおよび３６ｂとによって構成される。また、第１差圧室１６には、アース板４８と、ガス供給手段５０と、真空排気手段５２と、制御手段５４とが配置される。
巻出し室１４と、成膜室１８との間に、第１差圧室１６を設けることにより、巻出し室１４の圧力を成膜室１８よりも低い圧力とした場合に、巻出し室１４に、成膜室１８のガスが進入し、巻出し室１４内や基板Ｚの不要な位置に、成膜物が堆積／成膜されてしまうこと、および、巻出し室１４の圧力が後述する成膜室１８での成膜に影響を与えることを防止している。

アース板４８は、ドラム３０に対面して配置され、第１差圧室１６内でのドラム３０からの異常放電を抑制する、接地（アース）された導電性の板状部材である。
アース板４８を配置することにより、第１差圧室１６内でのドラム３０からの異常放電を抑制することができるので、後述する成膜室１８内での成膜の際に、成膜のためのプラズマ形成（放電）が不安定になることがなく、ドラム３０にバイアス電力を供給して膜質や成膜効率の向上を図ることができ、また、異常放電によって基板Ｚや成膜装置１０が損傷したりすることを防止できる。

アース板４８は、第１差圧室１６内で、ドラム３０の周面の少なくとも一部に対面していればよいが、より好ましくは、装置構成に応じて可能な全面に対面して配置されるのがよい。これにより、より好適に第１差圧室１６内でのドラム３０からの異常放電を抑制することができる。
また、アース板４８とドラム３０との距離は、５ｍｍ以下とするのが好ましく、これにより、より好適に第１差圧室１６内でのドラム３０からの異常放電を抑制することができる。

本発明において、アース板４８には、特に限定はなく、異常放電を抑制することができるものであればよく、例えばアルミ等の導電性の金属により形成することができる。
この点に関しては、後述する他のアース板も、全て、同様である。

真空排気手段５２は、第１差圧室１６内を排気するものである。また、ガス供給手段５０は、第１差圧室１６に所定のガスを供給する、プラズマＣＶＤ装置などの真空成膜装置等で用いられている、公知のガス供給手段である。
ここで、本発明において、差圧室にガスを供給するガス供給手段（差圧室へのガス導入手段）は、隣接する２つの室の両方に供給されるガス、および／または、不活性ガスを差圧室に供給する。
図示例においては、第１差圧室１６が隣接するのは、巻出し室１４および成膜室１８である。巻出し室１４には、基本的に、ガスは導入されないので、ガス供給手段５０は、第１差圧室１６に、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを供給する。

制御手段５４は、好ましい態様として、隣接する成膜室１８より第１差圧室１６内の圧力が高くなるように、真空排気手段５２による排気、および、ガス供給手段５０によるガスの供給量を制御するものである。
この点に関しては、後に詳述する。

第１差圧室１６の下流には、成膜室１８が配置される。
成膜室１８は、内壁面１２ａと、ドラム３０の周面と、内壁面１２ａからドラム３０の周面の近傍まで延在する隔壁３６ｂおよび３６ｅとによって構成される。
成膜装置１０において、成膜室１８は、一例として、ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma 容量結合型プラズマ）−ＣＶＤによって、基板Ｚの表面に成膜を行なうものであり、シャワー電極５６と、原料ガス供給手段５８と、高周波電源６０と、真空排気手段６２と、アース板９０ａおよび９０ｂとを有する。

シャワー電極５６は、ＣＣＰ−ＣＶＤに利用される、公知のシャワー電極である。
図示例において、シャワー電極５６は、一例として、中空の略直方体状であり、１つの最大面をドラム３０の周面に対面して配置される。また、シャワー電極５６のドラム３０との対向面には、多数の貫通穴が全面的に成膜される。なお、好ましくは、シャワー電極５６のドラム３０との対向面は、ドラム３０の周面に沿う様に湾曲してもよい。

なお、図示例において、成膜室１８には、シャワー電極（ＣＣＰ−ＣＶＤによる成膜手段）が、１個、配置されているが、本発明は、これに限定はされず、基板Ｚの搬送方向に、複数のシャワー電極を配列してもよい。この点に関しては、ＣＣＰ−ＣＶＤ以外のプラズマＣＶＤを利用する際も同様であり、例えば、ＩＣＰ−ＣＶＤによって無機層を成膜する場合には、誘導電界（誘導磁場）を成膜するためコイルを、基板Ｚの搬送方向に、複数、配置してもよい。
また、本発明は、シャワー電極５６を用いるのにも限定はされず、通常の板状の電極と、原料ガスの供給ノズルとを用いるものであってもよい。

原料ガス供給手段５８は、プラズマＣＶＤ装置等の真空成膜装置に用いられる公知のガス供給手段であり、シャワー電極５６の内部に、原料ガスを供給する。
前述のように、シャワー電極５６のドラム３０との対向面には、多数の貫通穴が供給されている。従って、シャワー電極５６に供給された原料ガスは、この貫通穴から、シャワー電極５６とドラム３０との間に導入される。

高周波電源６０は、シャワー電極５６に、プラズマ励起電力を供給する電源である。高周波電源６０も、各種のプラズマＣＶＤ装置で利用されている、公知の高周波電源が、全て利用可能である。
さらに、真空排気手段６２は、プラズマＣＶＤによるガスバリア膜の成膜のために、成膜室１８内を排気して、所定の成膜圧力に保つものである。

アース板９０ａおよび９０ｂは、ドラム３０の、シャワー電極５６と対面する位置を除く周面に対面して配置される導電性の板状部材である。
アース部材９０ａおよび９０ｂは、ドラム３０とシャワー電極５６との間でのプラズマ形成（放電）を阻害することなく、ドラム３０と成膜室１８（シャワー電極５６を除く）との間での異常放電を抑制する。

アース板９０ａおよび９０ｂは、成膜室１８内で、ドラム３０の周面の少なくとも一部に対面していればよいが、より好ましくは、装置構成に応じて可能な全面に対面して配置されるのがよい。これにより、より好適に成膜室１８内でのドラム３０からの異常放電を抑制することができる。
また、アース板９０ａおよび９０ｂとドラム３０との距離は、５ｍｍ以下とするのが好ましく、これにより、より好適に成膜室１８内でのドラム３０からの異常放電を抑制することができる。

なお、本発明において、ＣＶＤ成膜室における成膜方法は、図示例のＣＣＰ−ＣＶＤに限定はされず、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）−ＣＶＤやマイクロ波ＣＶＤなどの他のプラズマＣＶＤ、Ｃａｔ(Catalytic 触媒)−ＣＶＤ、熱ＣＶＤ等、公知のＣＶＤが、全て利用可能である。
また、本発明の成膜装置において、ＣＶＤ成膜室が成膜する膜にも、特に限定はなく、ＣＶＤによって成膜可能なものが、全て、利用可能であるが、特に、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン等のガスバリア膜が好ましく例示される。

ここで、前述のとおり、成膜装置１０においては、バイアス電源２８からドラム３０にバイアス電位を印加することにより、膜の密度を向上させ、高品質な膜を形成でき、また、成膜レートを上昇させ、成膜効率を向上させる。
ところが、膜質や成膜効率の向上を図るために、ドラムに高いバイアス電位を印加（高い電力を供給）すると、放電が必要なプラズマＣＶＤによる成膜領域以外にも、ドラムからの放電（異常放電）を生じてしまう。このドラムからの異常放電は、成膜領域（放電が必要な領域）における放電、すなわち、プラズマの生成を不安定にしてしまい、その結果、成膜する膜質の低下を生じる。さらに、ドラムからの放電によって基板Ｚが損傷したり、成膜装置が損傷する場合もある。

ドラムからの異常放電は、図１にも示すように、ドラムに対面かつ近接して、接地（アース）された導電性のアース板を設けることにより、抑制することができる。しかしながら、基板がドラムに巻き掛かる位置、および、基板がドラムから離間する位置には、アース板を設置することができず、アース板による異常放電の回避は困難である。しかも、この位置は、基板とドラムとの当接で生じる静電気に起因する放電や、基板とドラムとが剥離されることで生じる静電気に起因する放電、いわゆる剥離放電が生じやすく、特に、ドラムからの異常放電が生じやすい。

これに対して、本発明の成膜方法においては、前述のとおり、真空排気手段４６により、巻出し室１４内の圧力、すなわち、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力が、成膜室１８の圧力よりも低い圧力になるように減圧する。これにより、巻出し室１４内（基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間）でのドラム３０からの異常放電を防止することができ、これにより、高品質な膜を効率よく連続成膜することができ、かつ、基板Ｚや成膜装置１０の損傷を防止することができる。

本発明において、巻出し室１４内（基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間）の圧力には、特に限定はなく、成膜室１８の圧力よりも低ければよい。これにより、巻取り室１４内におけるドラム３０からの異常放電を好適に抑制して、この異常放電に起因する膜質劣化や基板Ｚの損傷を抑制できる。好ましくは、成膜室１８の圧力（成膜圧）、ドラム３０に印加するバイアス電位等に応じて、基板Ｚがドラム３０に巻き掛かる位置、および、離間する位置におけるドラム３０からの異常放電を抑制できる圧力を、適宜、設定すればよい。

具体的には、巻出し室１４内の圧力、すなわち、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力が、成膜室１８の圧力が低い方の圧力の１／１０以下となる圧力とすることが好ましい。また、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力が１Ｐａ以下となる圧力とするのも好ましい。これにより、より確実に巻出し室１４内（基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間）でのドラム３０からの異常放電を防止することができる。

また、図示例においては、巻出し室１４において、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力のみならず、巻出し室１４内全体の圧力が、成膜室１８よりも低い圧力となるので、巻出し室１４内でのドラム３０からの異常放電を抑制でき、巻出し室１４内に、アース板４８やアース板９０のような、ドラム３０の異常放電を抑制するアース板を配置する必要がない。
なお、本発明においては、巻出し室１４内に、ドラム３０の異常放電を抑制するアース板を配置する構成としてもよいのは勿論であり、アース板を配置する構成とした場合であっても、アース板を配置できない、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力を、成膜室１８よりも低い圧力とするので、この空間での異常放電も抑制できる。

さらに、前述のとおり、成膜装置１０においては、巻出し室１４と、ＣＶＤ成膜室である成膜室１８との間に、第１差圧室１６を設け、好ましい態様として、その内部圧力を、隣接する巻出し室１４および成膜室１８よりも高い圧力（低真空（低い真空度））とする。

図示例のように、プラズマＣＶＤによる成膜室と巻出し室とを略気密に分離して、巻出し室の圧力を低圧力とする装置では、成膜室のガスが巻出し室に進入してしまい、巻出し室内や基板の不要な位置に、成膜物が堆積／成膜されてしまう。
このような不都合を回避するために、特許文献１にも記載されるように、基板の搬送経路によって連通する２つの室の間に、両室に連通し、かつ、略気密に分離された差圧室を設ける方法が知られている。この差圧室は、特許文献１にも記載されるように、通常、隣り合わせる両室よりも低い圧力とすることで、隣り合わせる両室間でのガスの混入を防止する。しかしながら、差圧室の圧力が成膜室よりも低いため、差圧室にＣＶＤの原料ガスが進入して、膜が堆積されてしまい、メンテナンスが大変になり、また、作業性も低下するという問題がある。

これに対し、第１差圧室１６を隣接する室よりも高圧力にすることにより、巻出し室１４のみならず、第１差圧室１６にも成膜室１８内のガスが進入（混入）することを防止できる。従って、巻出し室１４のみならず、第１差圧室１６にもＣＶＤの原料ガス等が進入して、内部に堆積／成膜することが無い。
また、第１差圧室１６は、巻出し室１４および成膜室１８よりも高圧力であるが、第１差圧室１６に供給されるガス、すなわち、第１差圧室１６から巻出し室１４および成膜室１８に進入するガスは、不活性ガスであるので、成膜室１８における成膜に悪影響を与えることはなく、かつ、成膜される膜中に不純物が進入することも無く、さらに、巻出し室１４内を汚染し、室内の基板Ｚに悪影響を与えることもない。

すなわち、差圧室を隣接する室よりも高圧力にすることにより、長尺な基板を長手方向に連続的に搬送しつつ、ＣＶＤ成膜室で成膜を行なう成膜装置において、ＣＶＤ成膜室のガスが、他の室に進入して、処理への悪影響や汚染等（いわゆるコンタミネーション）が生じることを防止でき、かつ、差圧室にＣＶＤの反応ガスが進入することがなく、すなわち、差圧室への成膜や汚染も防止できる。
また、差圧室に供給するガスは、不活性ガスおよび／または隣接する室の両者に供給されるガスであるので、ＣＶＤによる成膜や、処理室での処理にも、悪影響を与えることがない。

また、巻出し室１４（基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間）の圧力を成膜室１８の圧力よりも低くするという、本発明の構成においては、巻出し室１４の圧力が成膜室１８の圧力、すなわち、成膜圧力に影響を及ぼし、成膜する膜の膜質や成膜効率が低下するおそれがある。これに対して、巻出し室１４と成膜室１８との間に第１差圧室１６を設けることによって、巻出し室１４の圧力が成膜室１８の圧力に影響を及ぼし、膜質や成膜効率が低下することを抑制することができる。

なお、このような差圧室の効果に関しては、第１成膜室１８、第２差圧室２０、および、巻出し室１４との間でも、同様である。

なお、第１差圧室１６の圧力を、巻出し室１４および成膜室１８よりも高い圧力とする場合には、巻出し室１４および成膜室１８の圧力と、両者の間に配置される第１差圧室１６の圧力との差には、特に限定はなく、僅かでも、両室よりも第１差圧室１６の圧力が高ければよい。
すなわち、第１差圧室１６の圧力は、巻出し室１４および成膜室１８の圧力、巻出し室１４と成膜室１８との圧力差、巻出し室１４および成膜室１８に配置される真空排気手段の能力等に応じて、巻出し室１４および成膜室１８の圧力に影響を与えることがなく（影響が出る場合は、影響を最小限にでき）、かつ、巻出し室１４および成膜室１８よりも高い圧力を、適宜、設定すればよい。

なお、ＣＶＤにおける成膜圧力は、通常、数Ｐａ〜数百Ｐａの間であるので、第１差圧室１６（差圧室）の圧力は、成膜室１８よりも、５Ｐａ以上、高くするのが好ましい。
このような構成を有することにより、第１差圧室１６によって、巻出し室１４および成膜室１８を分離できると共に、第１差圧室１６に成膜室１８のガスが進入することを、より確実に防止でき、好ましい。

差圧室の圧力が隣接する室の圧力に与える影響を小さくできる等の理由で、第１差圧室１６の圧力と、成膜室１８の圧力との差は、１０Ｐａ以下とするのが好ましい。

また、第１差圧室１６の圧力を成膜室１８の圧力よりも高く、かつ、隣接する室の圧力に影響を与えない圧力とすると、第１差圧室１６内でのドラム３０からの異常放電が発生しやすくなる場合がある。
これに対して、前述のとおり、アース板４８をドラム３０に対面して配置することにより、第１差圧室１６内の圧力を、放電が起こりやすい圧力とした場合でも、ドラム３０からの異常放電を抑制することができ、成膜のためのプラズマ形成が不安定になることがないので、ドラム３０にバイアス電力を供給して、膜質や成膜効率を向上させることができ、また、基板Ｚや成膜装置１０が損傷することを防止できる。

以上の点に関しては、第２差圧室２０も、同様である。

ここで、差圧室を隣接する室よりも高圧力にすると、差圧室に隣接する巻出し室には、差圧室のガスが流入する。巻出し室に差圧室からのガスが流入すると、ドラムからの異常放電を防止するために巻出し室の圧力を成膜室よりも低圧にしていたとしても、巻出し室の基板の出入り口付近、すなわち、基板がドラムに巻掛り始める位置および基板がドラムから離間する位置を含む空間の圧力が高くなってしまい、やはり、ドラムとガイドローラ等との間で異常放電を発生してしまい、異常放電により基板が損傷したり、成膜室内での成膜のためのプラズマ形成が不安定になり膜質が低下したり、成膜装置が損傷したりするという問題が発生する。

これに対して、本発明によれば、前述のように、巻出し室１４内の圧力を、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力が、成膜室１８の圧力よりも低い圧力になるように減圧するので、巻出し室１４内（基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間）でのドラム３０からの異常放電を防止することができ、これにより、高品質な膜を効率よく連続成膜することができ、かつ、基板Ｚや成膜装置１０の損傷を防止することができる。

成膜室１８の下流には、第２差圧室２０が配置される。
第２差圧室２０は、内壁面１２ａと、ドラム３０の周面と、内壁面１２ａからドラム３０の周面の近傍まで延在する隔壁３６ｅおよび３６ｆとによって構成される。
また、第２差圧室２０は、ガス供給手段６４と、アース板６６と、真空排気手段６８と、制御手段７０とを有する。第１差圧室１６と同様、真空排気手段６８は、第２差圧室２０内を排気するもので、また、ガス供給手段６４は、第２差圧室２０に所定のガスを供給する公知のガス供給手段で、また、アース板６６は、第２差圧室２０内でのドラム３０からの放電を抑制するものである。

ここで、第２差圧室２０は、巻出し室１４と成膜室１８との間に設けられているので、ガス供給手段６４は、先のガス供給手段５０と同様に、不活性ガスを第２差圧室２０に供給する。

制御手段７０は、先の制御手段５４と同様に、第２差圧室２０内の圧力が、巻出し室１４および成膜室１８の圧力よりも高くなるように、真空排気手段６８による排気、および、ガス供給手段６４によるガスの供給量を制御する。

以下、成膜装置１０の作用を説明する。
前述のように、回転軸４２に基板ロール３２が装填されると、基板ロール３２から基板Ｚが引き出され、ガイドローラ４０ａ、ドラム３０、およびガイドローラ４０ｂを経て、巻取り軸３４に至る所定の搬送経路を挿通される。

基板Ｚが挿通されたら、真空チャンバ１２を閉塞して、真空排気手段４６、５２、６２、および６８を駆動して、各室の排気を開始する。
巻出し室１４、第１差圧室１６、成膜室１８、および、第２差圧室２０が、全て、所定の真空度以下まで排気されたら、次いで、ガス供給手段５０および６４を駆動して、各差圧室に所定のガスを導入し、また、原料ガス供給手段５８を駆動して、成膜室１８に原料ガスを供給する。

ここで、巻出し室１４は、成膜室１８よりも低圧力で、好ましくは、成膜室１８の圧力の１／１０以下、または、１Ｐａ以下である。また、第１差圧室１６は、巻出し室１４および成膜室１８よりも高圧力で、第２差圧室２０は、成膜室１８および巻出し室１４よりも高圧力となるように、各制御手段５４、７０によって圧力が調整されるのは、前述のとおりである。
また、第１差圧室１６および第２差圧室２０に供給されるガスは、不活性ガスであるのも、前述のとおりである。

全ての室の圧力が所定圧力で安定したら、ドラム３０等の回転を開始して、基板Ｚの搬送を開始し、さらに、バイアス電源２８と高周波電源６０とを駆動して、基板Ｚを長手方向に搬送しつつ、成膜室１８における基板Ｚへの成膜を開始する。
ここで、前述のように、本発明においては、真空排気手段４６により、巻出し室１４内、すなわち、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力が、成膜室１８の圧力よりも低い圧力になるように減圧しているので、ドラム３０にバイアス電位を印加しても、巻出し室１４内（基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間）でのドラム３０からの異常放電を防止することができ、これにより、異常放電により膜質が低下するのを防止し、高品質な膜を効率よく連続成膜することができ、かつ、基板Ｚや成膜装置１０の損傷を防止することができる。

また、本発明においては、巻出し室１４と成膜室１８との間には、差圧室１６、２０が設けられ、かつ、好ましい態様として、差圧室１６、２０は、不活性ガスを導入されることにより、隣接する室よりも高圧力にされている。
従って、成膜室１８のガスが巻出し室１４に進入することがなく、巻出し室１４内の汚染や成膜前後の基板Ｚの汚染を防止でき、かつ、成膜室１８のガスが差圧室１６、２０にも進入しないので、差圧室１６、２０の汚染や、成膜物の堆積、成膜等も防止でき、かつ、差圧室１６、２０のガスが巻出し室１４に進入しても、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力が、成膜室１８よりも低圧力になるので、巻出し室１４内でのドラム３０からの異常放電を防止することができる。

また、本発明では、好ましい態様として、成膜室１８、第１差圧室１６および第２差圧室２０に、アース板４８、６６、９０が、ドラム３０に対面して配置されている。このように、アース板４８、６６、９０を、ドラム３０に対面させて配置することにより、巻出し室１４の異常放電のみならず、ドラム３０全体の異常放電を防止することができる。

なお、図示例の成膜装置１０においては、好ましい態様として、差圧室１６、２０の圧力を隣接する巻出し室１４および成膜室１８よりも高い圧力としたが、本発明はこれに限定はされず、差圧室の圧力を成膜室の圧力よりも低くしてもよく、あるいは、差圧室の圧力を巻出し室および成膜室の圧力よりも低くしてもよく、あるいは、差圧室の圧力を巻出し室または成膜室と同じ圧力としてもよい。
巻出し室と成膜室との間に差圧室を設けることによって、成膜室のガスが巻出し室に進入してしまい、巻出し室内や基板Ｚの不要な位置に、成膜物が堆積することを防止できる。また、巻出し室の圧力を成膜室の圧力よりも低くするという本発明の構成においては、巻出し室の圧力が成膜室の圧力、つまり成膜圧力に影響を及ぼす場合があるが、巻出し室と成膜室との間に差圧室を設けることによって、巻出し室の圧力が成膜室の圧力に影響を及ぼし、成膜する膜の膜質や成膜効率が低下することを抑制できる。

また、図示例では、ＣＶＤ成膜室と、２つの差圧室と、巻出し室とから構成されたが、本発明の成膜装置は、これに限定はされず、２つ以上のＣＶＤ成膜室を有してもよい。このとき、基板Ｚがドラムに巻き掛り始める位置および基板Ｚがドラムから離間する位置を含む空間の圧力は、最も低い圧力のＣＶＤ成膜室よりも低い圧力するのが好ましい。
また、複数のＣＶＤ成膜室を有する場合には、ＣＶＤ成膜室とＣＶＤ成膜室との間にも差圧室を設けるのが好ましく、この差圧室も、先と同様に、隣接するＣＶＤ成膜室より高い圧力とすることがより好ましい。

また、基板ロールから基板Ｚを送り出す供給室と、成膜済みの基板Ｚを巻き取る巻取り室とが、別室である構成であってもよい。

また、図示例の成膜装置１０においては、基板ロール３２から基板Ｚを送り出す回転軸４２および成膜済みの基板Ｚを巻き取る巻取り軸３４と、基板Ｚがドラム３０に巻き掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置とが巻出し室１４に配置される構成としたが、本発明はこれに限定はされず、回転軸および巻取り軸と、基板Ｚがドラムに巻き掛り始める位置および基板Ｚがドラムから離間する位置とが別室に配置される構成であってもよい。
すなわち、本発明においては、基板Ｚがドラムに巻き掛り始める位置および基板Ｚがドラムから離間する位置を含む空間が成膜室よりも低い圧力であれば、各種の構成が利用可能である。

図２は、本発明の成膜方法を実施する成膜装置の他の一例を概念的に示す図である。なお、図２に示す成膜装置１００は、図１に示す成膜装置１０において、巻出し室１４に代えて、巻出し室１０２および巻掛け室１０４を有する以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行う。

巻出し室１０２は、内壁面１２ａと、隔壁１０６とによって構成される。
ここで隔壁１０６は、回転軸４２および巻取り軸３４と、ガイドローラ４０ａおよび４０ｂとの間に配置される隔壁で、基板Ｚを、回転軸４２からガイドローラ４０ａに搬送する際に、基板Ｚが通過するスリット１０６ａ、および、基板Ｚを、ガイドローラ４０ｂから巻取り軸３４に搬送する際に、基板Ｚが通過するスリット１０６ｂを有している。スリット１０６ａおよび１０６ｂは、基板Ｚを挿通可能で、かつ、巻出し室１０２と巻掛け室１０４とを略気密に分離することができる大きさのスリットである。

このような巻出し室１０２は、巻取り軸３４と、回転軸４２と、真空排気手段１０８とを有する。
真空排気手段１０８は、巻出し室１０２内を、所定の真空度に減圧するためのものである。なお、巻出し室１０２内の圧力は、巻掛け室１０４内の圧力に影響を与えない圧力とすればよい。あるいは、巻掛け室１０４の圧力に影響を与えないのであれば、真空排気手段１０８を有さない構成としてもよい。

巻掛け室１０４は、真空チャンバ１２の内壁面１２ａと、ドラム３０の周面と、隔壁３６ａおよび３６ｆと、隔壁１０６とによって構成される。
また、巻掛け室１０４は、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間を有する室である。すなわち、基板Ｚは、巻掛け室１０４内でドラム３０に巻掛けられ、また、ドラム３０から離間する。

このような巻掛け室１０４は、ガイドローラ４０ａおよび４０ｂと、真空排気手段４６とを有する。
真空排気手段４６は、巻掛け室１０４内、すなわち、基板Ｚがドラム３０に巻掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力が、成膜室１８の圧力よりも低い圧力になるように減圧し、巻掛け室１０４内でのドラム３０からの異常放電を防止する。
このように、基板ロール３２から基板Ｚを送り出す回転軸４２および成膜済みの基板Ｚを巻き取る巻取り軸３４と、基板Ｚがドラム３０に巻き掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置とを、それぞれ巻出し室１０２と巻掛け室１０４とに配置する構成であっても、基板Ｚがドラム３０に巻き掛り始める位置および基板Ｚがドラム３０から離間する位置を含む空間の圧力が、成膜室１８の圧力よりも低い圧力になるように減圧することによって、巻掛け室１０４内でのドラム３０からの異常放電を防止でき、高品質な膜を効率よく連続成膜することができ、かつ、基板Ｚや成膜装置１００の損傷を防止することができる。

なお、図２に示す成膜装置１００においては、ガイドローラ４０ａ、４０ｂを巻掛け室１０４に配置したが、これに限定はされず、ガイドローラ４０ａ、４０ｂを巻出し室１０２内に配置してもよい。すなわち、巻出し室１０２と巻掛け室１０４とを隔てる隔壁１０６を、ドラム３０とガイドローラ４０ａ、４０ｂとの間に配置する構成としてもよい。

以上の例では、シャワー電極とドラムとで電極対を構成し、シャワー電極にプラズマ励起電力を、ドラムにバイアス電力を、それぞれ供給するものであったが、本発明は、これに限定はされず、ドラムにプラズマ励起電力を供給することで、ＩＣＰ−ＣＶＤ法による成膜を行なうものであってもよい。

また、本発明において、成膜方法はプラズマＣＶＤに限定はされず、スパッタリング等、各種の成膜方法が利用可能である。
すなわち、本発明は、長尺な基板をドラムに掛け回して搬送して、ドラムに電力を供給しつつ、ドラムの周面に支持された基板に成膜を行なうものであれば、各種の成膜方法や成膜装置が、全て、利用可能である。
なお、特に、プラズマＣＶＤは、成膜の際の圧力が高い（低真空度）ので異常放電が起きやすく、従って、異常放電を抑制できる本発明をより好適に利用できる。

以上、本発明の成膜装置について詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行なってもよいのは、もちろんのことである。

以下、本発明の具体的実施例を示すことにより、本発明を、より詳細に説明する。
［実施例１］
図１に示す成膜装置１０を用いて、基板Ｚに、窒化シリコン膜を成膜した。
基板Ｚは、ＰＥＴフィルム（東洋紡績社製 コスモシャインＡ４３００）を用いた。
ＣＣＰ−ＣＶＤによる窒化シリコン成膜の原料ガスは、シランガス（流量１００ｓｃｃｍ）、アンモニアガス（流量１００ｓｃｃｍ）、および、窒素ガス（流量８００ｓｃｃｍ）を用いた。また、差圧室１６、２０に供給するガスは、窒素ガス（流量８００ｓｃｃｍ）を用いた。
また、成膜室１８の成膜圧力は５０Ｐａ、第１差圧室１６および第２差圧室２０の圧力は６０Ｐａとし、さらに、巻出し室１４の圧力は５Ｐａとした。
また、高周波電源６０は、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用い、シャワー電極５６に供給したプラズマ励起電力は、１ｋＷとした。
さらに、バイアス電源２８は、周波数１３．５６Ｈｚの電源を用い、ドラム３０に供給したバイアス電力は、３００Ｗとした。

このような条件の下、成膜装置１０において、１０００ｍの基板Ｚに窒化シリコン膜の成膜を行なった。成膜中に、巻出し室１４の内部を目視確認したところ、成膜開始から１０００ｍの成膜終了まで、巻出し室１４における異常放電は、確認できなかった（後述する評価「○」）。また、成膜終了後、２つの差圧室１６、２０の内部を目視確認したところ、膜の堆積は、全く認められなかった（後述する評価「○」）。

［比較例１］
巻出し室および各差圧室の真空排気手段による排気量を調整して、巻出し室の圧力を５０Ｐａとし、第１差圧室および第２差圧室の圧力を１０Ｐａとした以外は、実施例と全く同様にして、１０００ｍの基板Ｚに窒化シリコン膜の成膜を行い、巻出し室の内部、および、２つの差圧室の内部を目視で確認し、評価を行なった。その結果、巻出し室内では異常放電の発生が確認でき（後述する評価「×」）、また、２つの差圧室には、膜の堆積が確認された（後述する評価「×」）。

巻出し室内の異常放電については、
巻出し室内での異常放電が、全く、認められなかったものを○；
巻出し室内での異常放電が、認められたものを×； と評価し、
また、差圧室への膜の堆積については、
全ての差圧室において、膜の堆積は、全く、認められなかったものを○；
１以上の差圧室に、膜の堆積が認められたものを×； と評価した。
各室の圧力および評価結果を、下記表１に示す。

上記表１に示されるように、本発明によれば、巻出し室での異常放電を抑制でき、高品質な膜を効率よく連続成膜することができ、かつ、基板Ｚや成膜装置の損傷を防止することができる。また、差圧室への膜の堆積を、大幅に低減して、成膜装置の作業性やメンテナンス性を、大幅に向上できる。
以上の結果より、本発明の効果は、明らかである。

本発明によれば、膜質や成膜効率を大幅に向上できるので、ガスバリアフィルムの製造等に好適に利用可能である。

１０、１００ 成膜装置
１２ 真空チャンバ
１２ａ 内壁面
１４、１０２ 巻出し室
１６ 第１差圧室
１８ 成膜室
２０ 第２差圧室
２８ バイアス電源
３０ ドラム
３２ 基板ロール
３４ 巻取り軸
３６、１０６ 隔壁
４０ ガイドローラ
４２ 回転軸
４６、５２、６２、６８、１０８ 真空排気手段
４８、６６、９０ アース板
５０、６４ ガス供給手段
５４、７０ 制御手段
５６ シャワー電極
５８ 原料ガス供給手段
６０ 高周波電源
１０４ 巻掛け室
Ｚ 基板

Claims (9)

1. 長尺な基板を円筒状のドラムの周面に巻き掛けて搬送しつつ、前記基板の表面にプラズマＣＶＤによる成膜を行なう成膜方法であって、
   前記ドラムの周面を利用して構成される空間である成膜室において、前記ドラムに電力を供給しつつ成膜を行なうと共に、
   前記基板が前記ドラムに巻き掛かり始める位置、および、前記基板が前記ドラムから離間する位置の少なくとも一方を含む空間である巻掛空間を含む室と前記成膜室との間に、両室に連通する差圧室を配置し、
   前記差圧室の圧力を前記成膜室よりも高い圧力とし、
   かつ、前記巻掛空間の圧力を前記成膜室よりも低い圧力とすることを特徴とする成膜方法。
2. 前記巻掛空間が、前記基板が前記ドラムに巻き掛かり始める位置、および、前記基板が前記ドラムから離間する位置の両方を含む空間である請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記成膜室における成膜空間以外の前記ドラムの周面の少なくとも一部に対面して、接地される導電性の板であるアース板を配置する請求項１または２に記載の成膜方法。
4. 前記差圧室における前記ドラムの周面の少なくとも一部に対面して、接地される導電性の板であるアース板を配置する請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜方法。
5. 前記差圧室に不活性ガスを導入する請求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜方法。
6. 前記巻掛空間の圧力は、前記成膜室の圧力の１／１０以下である請求項１〜５のいずれか１項に記載の成膜方法。
7. 前記巻掛空間の圧力は、１Ｐａ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の成膜方法。
8. 前記成膜室を複数有し、前記巻掛空間は、複数の前記成膜室の最も圧力が低い成膜室よりも圧力が低い請求項１〜７のいずれか１項に記載の成膜方法。
9. 前記基板を所定の搬送経路で搬送するガイドローラを有し、このガイドローラと前記ドラムとの間の空間の圧力を、前記成膜室よりも低い圧力とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の成膜方法。

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