JP5665290B2 - 成膜装置 - Google Patents
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Description
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。
このような成膜方法を実施する設備として、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の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。
例えば、プラズマCVDによる成膜を行い、その膜の上に、さらに、スパッタリングやプラズマCVDによる成膜を行なって、機能性フィルムを製造する場合も有る。また、複数層の成膜のみならず、例えば、プラズマCVDによる成膜を行なった後、膜の表面にエッチングやプラズマ処理を施し、あるいはさらに、処理を行なった面にスパッタリングやプラズマCVDによる成膜を行なう場合も有る。
ここで、真空中における各種の処理は、同じ圧力であるとは限らない。従って、処理の圧力が異なる処理室を連接すると、基板の搬送路等の連通部分から、高圧力の室から低圧力の室に室内のガスが進入(混入)してしまう。このような、不要なガスの進入が発生すると、適正な処理の妨害や処理室内の汚染等(いわゆるコンタミネーション)が生じる。
例えば、特許文献1には、基板に、CVDやスパッタリング等による成膜や、エッチングやレーザアニーリング等の処理を行なう基板処理装置において、基板を巻き掛けて搬送するドラム(通過ロール)を設け、各処理室をドラムの周方向に配置すると共に、処理室に隣接して差圧室(差動排気室)を設け、この差圧室内の圧力を、隣接する処理室よりも低くする、基板処理装置が記載されている。
そのため、装置の掃除など、メンテナンスに時間がかかってしまい、装置の利用効率や作業効率が低下してしまうという問題がある。
また、前記処理室が、前記基板を巻回してなる基板ロールからの基板の送り出し、および、前記CVD成膜室によって成膜された基板の巻取りの、少なくとも一方を行なうのが好ましく、また、前記CVD成膜室、処理室、および差圧室が、1つの真空チャンバ内に配置されるのが好ましい。
また、前記基板を周面に巻き掛けて搬送するドラムを有し、前記CVD成膜室、処理室、および差圧室の少なくとも1つは、このドラムの周面を利用して室を形成するのが好ましく、この際において、前記CVD成膜室、処理室、および差圧室が、全て、前記ドラムの周面を利用して室を形成するのが好ましい。
また、前記制御手段は、前記差圧室内の圧力を、前記CVD成膜室および処理室の圧力が高い方よりも、5Pa以上、高い圧力にするのが好ましく、さらに、前記CVD成膜室が、プラズマCVDによってガスバリア膜を成膜するものであるのが好ましい。
このような本発明の成膜装置の第2の態様において、数のCVD成膜室、前記基板を巻回してなる基板ロールからの基板の送り出し、および、前記CVD成膜室によって成膜された基板を巻き取る処理室を有するのが好ましい。
また、差圧室の圧力を、隣接する室よりも高圧力にするので、差圧室にCVDの反応ガスが進入することがなく、すなわち、差圧室への膜の堆積や汚染も防止できる。しかも、隣接する処理室の両者に供給されるガス、もしくは、不活性ガスを差圧室に供給することによって、差圧室の圧力を隣接する処理室よりも高圧にするので、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。
図1に示す成膜装置10は、基板Zに、プラズマCVDによる2層の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、第1成膜室18と、第2差圧室20と、第2成膜室24と、第3差圧室26と、ドラム30とを有して構成される。
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、基板として用いてもよい。
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、第1成膜室18、第2差圧室20、第2成膜室24、および、第3差圧室26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。
そのため、ドラム30には、バイアス電源が接続され、あるいは、接地(アース)されている(共に、図示省略)。もしくは、ドラム30は、バイアス電源の接続と接地とが切り換え可能であってもよい。
また、ドラム30は、第1成膜室18および第2成膜室24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。
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、搬送しない基板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3差圧室26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。
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、第1成膜室18および第2成膜室24における成膜を、順次、行なう。従って、巻出し室14は、成膜装置10において、基板Zの搬送方向の最上流の室であると共に、最下流の室でもある。
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。
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、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。
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CVD装置と処理室と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が隣接する処理室は、基板Zを基板ロール32から送り出し、また、成膜済みの基板Zを巻き取るという処理を行なう、巻出し室14であり、基本的に、ガスは導入されない。従って、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。
この点に関しては、後に詳述する。
第1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36cとによって構成される。
成膜装置10において、第1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とを有する。
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。
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。
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。
さらに、真空排気手段62は、プラズマCVDによる成膜のために、第1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。
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。
これに対し、後に詳述するが、本発明の成膜装置では、装置内の不要な領域への成膜物の堆積/成膜を大幅に抑制することができる。そのため、本発明によれば、不要な領域に堆積した膜が剥離することに起因するパーティクルの飛散が防止でき、パーティクルに起因するガスバリア性の劣化等が無い高品質なガスバリア膜を、安定して成膜することができる等の点で、ガスバリア膜の成膜には、特に好適に利用される。
また、成膜装置10においては、処理室である巻出し室14と、CVD成膜室である第1成膜室18との間に、第1差圧室16を設け、その内部圧力を、隣接する巻出し室14および第1成膜室18よりも高い圧力(低真空(低い真空度))とする。
しかしながら、この構成では、処理室としてCVD成膜室が有る場合には、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有る。
また、第1差圧室16は、巻出し室14および第1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および第1成膜室18に進入するガスは、不活性ガス(および/または、差圧室を挟む両室に供給されるガス)であるので、第1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。
また、差圧室に供給するガスは、不活性ガスおよび/または隣接する処理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。
すなわち、第1差圧室16の圧力は、巻出し室14(CVD処理室と共に差圧室を挟む処理室)および第1成膜室18の圧力、巻出し室14と第1成膜室18との圧力差、巻出し室14および第1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および第1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および第1成膜室18よりも高い圧力を、適宜、設定すればよい。
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および第1成膜室18を分離できると共に、第1差圧室16に第1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。
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36cおよび36d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、真空排気手段68と、制御手段70を有する。第1差圧室20と同様、真空排気手段52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ある。
従って、ガス供給手段64は、不活性ガスではなく、両成膜室に供給される原料ガスを第2差圧室20に供給してもよい。すなわち、例えば、第1成膜室18および第2成膜室24が、共に、原料ガスとして水素ガスを用いる場合には、不活性ガスではなく、水素ガスを、第2差圧室20に供給してもよい。
なお、ガス供給手段64は、不活性ガスを第2差圧室20に供給してもよいのは、もちろんである。また、第1成膜室18および第2成膜室24の両者に供給される原料ガスと、不活性ガスとの、両方を第2差圧室20に供給してもよい。
第2成膜室24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36dおよび36dとによって構成される。
従って、第2成膜室24には、第1成膜室18のシャワー電極56、原料ガス供給手段58、高周波電源60および真空排気手段62と同様の、シャワー電極72、原料ガス供給手段74、高周波電源76および真空排気手段78が配置される。
なお、第2成膜室24の構成は、これに限定はされないのも、第1成膜室18と同様である。
また、成膜装置10において、第2成膜室24で成膜する膜は、第1成膜室18で成膜する膜と同じ膜でも、異なる膜でもよい。また、第1成膜室18と第2成膜室24とで同じ膜を成膜する場合には、両成膜室の成膜条件は同じでもよく、あるいは、両成膜室で、成膜圧力、原料ガス供給量、成膜レート等の成膜条件が異なってもよい。
第3差圧室26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3差圧室26も、第1差圧室16や第2差圧室20と同様の、ガス供給手段80と、真空排気手段82と、制御手段84とを有する。
従って、ガス供給手段80は、第1差圧室16と同様、不活性ガスを第3差圧室26に供給する。
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。
巻出し室14、第1差圧室16、第1成膜室18、第2差圧室20、第2成膜室24、および第3差圧室26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、64、および80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および74を駆動して、両成膜室に原料ガスを供給する。
また、第1差圧室16および第3差圧室26に供給されるガスは、不活性ガスであり、第2差圧室20に供給されるガスは、第1成膜室18および第2成膜室24の両者に供給される原料ガスおよび/または不活性ガスであるのも、前述のとおりである。
ここで、前述のように、本発明においては、巻出し室14と成膜室との間、ならびに、両成膜室の間には、差圧室が設けられ、かつ、差圧室は、不活性ガスや成膜室に共通の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、成膜室のガスが差圧室にも進入しないので、差圧室の汚染や、成膜物の堆積、成膜等も防止できる。また、差圧室に供給するガスは、不活性ガスか、隣接する処理室の両者に供給されるガスであるので、成膜に悪影響を与えることも無い。
すなわち、図示例の成膜装置10は、巻出し室14と第1差圧室16と第1成膜室18とからなる成膜装置、第1成膜室18と第2差圧室20と第2成膜室24とからなる成膜装置、第2成膜室24と第2差圧室26と巻出し室14とからなる成膜装置の、合計3台の本発明の成膜装置から構成されると考えることもできる。
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。
[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、差圧室に供給するガスは、窒素ガス(流量1000sccm)を用いた。
また、第1成膜室18の成膜圧力は30Pa、第2成膜室24の成膜圧力は20Paとし、さらに、第1差圧室16および第2差圧室20の圧力は35Pa、第3差圧室26の圧力は25Paとした。
さらに、高周波電源は、周波数13.56MHzの高周波電源を用い、シャワー電極に供給したプラズマ励起電力は、1kWとした。
差圧室に導入するガスをアルゴンガスとした以外(実施例2);
各差圧室の真空排気手段による排気量を調整して、第1差圧室16および第2差圧室20の圧力を32Pa、第3差圧室26の圧力を22Paとした以外(実施例3);
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、第1差圧室16、第2差圧室20および第3差圧室26の圧力を全て10Paとした以外(比較例4);
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、3つの差圧室の内部を目視で確認し、評価を行なった。
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、僅かな膜の堆積が認められたものを△;
1以上の差圧室に、大量の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、実施例1と合わせて下記表1に示す。
以上の結果より、本発明の効果は、明らかである。
12 真空チャンバ
14 巻出し室
16 第1差圧室
18 第1成膜室
20 第2差圧室
24 第2成膜室
26 第3差圧室
30 ドラム
32 基板ロール
34 巻取り軸
36 隔壁
40 ガイドロール
42 回転軸
46,52,62,68,78,82 真空排気手段
50,64,80 ガス供給手段
54,70,84 制御手段
56,72 シャワー電極
58,74 原料ガス供給手段
60, 76 高周波電源
Claims (9)
- 長尺な基板を長手方向に搬送しつつ、この基板に成膜を行なう成膜装置であって、
前記基板の搬送経路に配置されるCVD成膜室と、前記搬送経路のCVD成膜室の上流または下流に配置される、前記基板を処理する排気手段を有する処理室と、前記搬送経路に、前記CVD成膜室および処理室の間に両室に連通して配置される複数の差圧室と、前記基板を周面に巻き掛けて搬送するドラムとを有し、
前記CVD成膜室、処理室、差圧室およびドラムが、1つの真空チャンバ内に配置され、かつ、前記CVD成膜室、処理室および差圧室が、全て、前記真空チャンバの内壁面、前記真空チャンバの内壁面からドラムの周面に向かって延在するドラムに非接触な隔壁、および、前記ドラムの周面を利用して室を形成するものであり、
さらに、前記差圧室は、排気手段、前記CVD成膜室と処理室との両方に供給されるガスおよび不活性ガスの少なくとも一方のガスを導入するガス導入手段、ならびに、前記排気手段およびガス導入手段を制御して、前記差圧室内の圧力を、前記CVD成膜室および処理室の圧力が高い方よりも、5〜10Pa、高い圧力にする制御手段を有し、かつ、前記差圧室同士は、直接的に連通していないことを特徴とする成膜装置。
- 前記処理室が、真空中で前記基板に成膜を行なう請求項1に記載の成膜装置。
- 前記処理室が、CVDによって前記基板に成膜を行なう請求項2に記載の成膜装置。
- 前記処理室が、CCP−CVDによって前記基板に成膜を行うものであり、成膜を行うための電極対を、シャワー電極と前記ドラムとで構成する請求項3に記載の成膜装置。
- 前記処理室が、前記基板を巻回してなる基板ロールからの基板の送り出し、および、前記CVD成膜室によって成膜された基板の巻取りの、少なくとも一方を行なう請求項1〜4のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記CVD成膜室が、プラズマCVDによってガスバリア膜を成膜するものである請求項1〜5のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記CVD成膜室が、CCP−CVDによって前記基板に成膜を行うものであり、成膜を行うための電極対を、シャワー電極と前記ドラムとで構成する請求項1〜6のいずれかに記載の成膜装置。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の成膜装置を、複数、有する成膜装置。
- 複数のCVD成膜室、前記基板を巻回してなる基板ロールからの基板の送り出し、および、前記CVD成膜室によって成膜された基板を巻き取る処理室を有する請求項8に記載の成膜装置。
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