JP5713842B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＶＤによって基材上に成膜を行なう成膜装置に関する。

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、長尺な基材に連続的に成膜を行なうのが好ましい。
このような成膜方法を実施する装置として、長尺な基材（ウェブ状の基材）をロール状に巻回してなる供給ロールと、成膜済の基材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、基材に成膜を行なう成膜位置（成膜領域）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材を挿通し、供給ロールからの基材の送り出しと、巻取りロールによる成膜済の基材の巻取りとを同期して行いつつ、成膜位置において、搬送される基材に連続的に成膜を行なう。

ここで、プラズマＣＶＤにおいて、成膜される膜の性質は、プラズマの状態（強度等）に影響される。プラズマの強度は、プラズマを生成するための電極対の電極間距離に応じて変化するので、位置によって電極間距離を変えることによって、プラズマの強度を調整して、成膜する膜の性質を調整することが行われている。通常、電極間距離が狭いほど、プラズマの強度が高くなるので、基材や成膜された膜の表面がダメージを受けるおそれがあるが、成膜される膜は緻密なものとなる。

例えば、特許文献１には、長尺基材を搬送しつつ、基材と電極との間でグロー放電を起こすことにより、基材上に微結晶薄膜を形成する際に、複数の棒状電極と長尺基材との基材電極間距離を、基材の搬送方向の上手側で広く、下手側で狭くすることが記載されている。
また、特許文献２には、プラズマ発生用電極において、電極の表面に凸状のパターンを形成し、電極間距離を異ならせることにより、放電ムラを平均化して、プラズマを均一にすることが記載されている。

特開平１１−２４６９７１号公報 特開２００４−３４２３３１号公報

ところで、プラズマＣＶＤによる成膜において、生成されるプラズマは、プラズマが生成される領域の端部の性質が、中央部とは異なり、プラズマの端部は、中央部に比べてエネルギが高くなる傾向がある。そのため、基材がプラズマの端部に曝露されると、基材にダメージが発生してしまう。基材のダメージを低減するために、バッチ式のプラズマＣＶＤ成膜装置においては、生成されるプラズマが、基材よりも十分大きくなるように、プラズマを生成するための電極を基材よりも大きくすることで、基材がプラズマの端部に曝露されることを防止している。
また、ロール・ツー・ロールの成膜装置においても、基材の搬送方向に直交する方向、すなわち、基材の幅方向では、電極を基材よりも大きくすることで、基材がプラズマの端部に曝露されることを防止している。

しかしながら、プラズマＣＶＤによる成膜をロール・ツー・ロールの成膜装置で行う場合には、搬送される基材が成膜領域を通過する際に、必ずプラズマの端部を通過する。そのため、成膜領域の入り口では、基材の表面にダメージを受けてしまい、また、成膜領域の出口側では、基材の表面に成膜された機能性膜の表面にダメージを受けてしまう。

このような、成膜領域の入り口および出口でのダメージを低減する方法として、プラズマの端部において、電極間距離を変えて、プラズマの強度を調整することが考えられるが、特許文献１や特許文献２は、プラズマの端部については何ら考慮されていない。また、特許文献１は、複数個の電極を使用しているため、装置が複雑になるという問題がある。さらに、超高周波帯域の電源を使用しているため、定在波の問題から装置（電極）を大型化するのが困難であるという問題もある。また、特許文献２は、プラズマを均一化することが目的であるため、位置に応じてプラズマの強度を変えることは記載されていない。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決することにあり、基材に、プラズマＣＶＤによって連続的に成膜を行う成膜装置において、成膜領域の入り口側および出口側のプラズマ端部の強度を制御して、成膜領域の入り口および出口でのダメージを低減して、目的とする機能を発現できる好適な膜質の機能性膜を安定して形成することができる成膜装置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、基材を搬送しつつ、搬送される前記基材を挟むように配置された電極対を有する成膜手段を用いてプラズマＣＶＤによって、前記基材に成膜を行なう成膜装置であって、前記基材の搬送方向において、前記電極対の上流側の端部および下流側の端部の少なくとも一方の電極間距離が、中央部の電極間距離よりも狭いことを特徴とする成膜装置を提供するものである。

ここで、前記上流側の端部および前記下流側の端部の電極間距離が、前記中央部の電極間距離よりも狭いことが好ましい。
また、前記上流側の端部および前記下流側の端部において、それぞれ端部から２〜３０ｍｍの領域の電極間距離が、前記中央部の電極間距離よりも狭いことが好ましい。
また、前記上流側の端部および前記下流側の端部の少なくとも一方の電極間距離が、前記中央部の電極間距離よりも１〜１０ｍｍ狭いことが好ましい。
また、前記基材が、この基材の搬送方向に長尺なものであることが好ましい。

また、前記電極対が、前記基材を周面の所定領域に巻き掛けて搬送する円筒状のドラム電極と、前記ドラム電極の、前記基材が巻き掛けられた周面に対面して設けられる成膜電極とからなり、成膜電極の、前記ドラム電極と対面する放電面は、前記上流側の端部および前記下流側の端部の少なくとも一方の曲率が、前記中央部の曲率よりも大きく形成されていることが好ましい。
また、前記成膜電極の、前記放電面以外の面の少なくとも一部を覆うように配置される、接地された導電性のアース部材を有することが好ましい。

ここで、前記成膜電極が、前記基材の搬送方向と直交する方向である幅方向を回転軸として回動可能に支持されることが好ましい。
また、前記回転軸が、前記成膜電極の前記上流側端部にあることが好ましい。
また、前記回転軸が、前記成膜電極の前記下流側端部にあることが好ましい。
また、前記回転軸が、前記成膜電極の前記中央部にあることが好ましい。
さらに、前記アース部材が、前記成膜電極と一体的に回動可能なことが好ましい。

また、前記電極対の間の距離が、１０〜５０ｍｍであることが好ましい。
また、前記電極対の、前記基材の搬送方向と直交する方向である幅方向の端部の電極間距離が、前記中央部の電極間距離よりも狭いことが好ましい。
また、前記成膜手段が、ＲＦ電力を印加して、ＣＣＰ−ＣＶＤによって成膜を行うものであることが好ましい。
また、前記成膜手段が、アモルファス窒化ケイ素膜を成膜するものであることが好ましい。

本発明によれば、基材の搬送方向において、前記電極対の上流側の端部および下流側の端部の少なくとも一方の電極間距離が、中央部の電極間距離よりも狭いので、成膜領域の入り口側あるいは出口側の、プラズマ端部の電界集中を弱めることができ、基材が成膜領域を通過する際に、基材や機能性膜の表面がダメージを受けることを防止し、目的とする機能を発現できる好適な膜質の機能性膜を、安定して形成することができる。

本発明の成膜装置の一例を概念的に示す図である。 図１に示す成膜装置の一部を示す部分拡大図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、本発明の成膜装置の他の一例を概念的に示す部分拡大図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の成膜装置の他の一例を概念的に示す部分拡大図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、本発明の成膜装置の他の一例を概念的に示す部分拡大図である。 比較例の成膜装置の一例を概念的に示す部分拡大図である。

以下、本発明の成膜装置について、添付の図面を用いて、詳細に説明する。

図１に、本発明の成膜装置の一例を概念的に示す。なお、図１においては、アース部材２２の一部を断面で示している。
なお、図１に示す成膜装置１０は、ドラム３０とシャワー電極２０との間の距離が端部と中央部とで異なる以外は、公知のＣＣＰ−ＣＶＤによるロール・ツー・ロールの成膜装置である。

図示例の成膜装置１０は、長尺な基材Ｚ（フィルム原反）を長手方向に搬送しつつ、この基材Ｚの表面にプラズマＣＶＤによって、目的とする機能を発現する膜を成膜（製造／形成）して、機能性フィルムを製造するものである。
また、この成膜装置１０は、長尺な基材Ｚをロール状に巻回してなる基材ロール３２から基材Ｚを送り出し、長手方向に搬送しつつ機能膜を成膜して、機能膜を成膜した基材Ｚ（すなわち、機能性フィルム）をロール状に巻き取る、いわゆるロール・ツー・ロール(Roll to Roll)による成膜を行なう装置である。

図２に示す成膜装置１０は、基材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、成膜室１８と、ドラム３０とを有して構成される。

成膜装置１０においては、長尺な基材Ｚは、巻出し室１４の基材ロール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材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、成膜室１８内に搬送して、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２０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２０とで電極対を構成する。）するものであり、アース（接地）されている。

なお、必要に応じて、ドラム３０には、ドラム３０にバイアスを印加するためのバイアス電源を接続してもよい。あるいは、アースとバイアス電源とを切り替え可能に接続してもよい。
バイアス電源は、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３６ｂとによって構成される。
ここで、隔壁３６ａおよび３６ｂの先端（真空チャンバ１２の内壁面と逆端）は、搬送される基材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、成膜室１８とを、略気密に分離する。

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、基材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、成膜済みの基材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、長尺な基材Ｚをロール状に巻回してなるものである基材ロール３２は、回転軸４２に装着される。また、基材ロール３２が、回転軸４２に装着されると、基材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、基材ロール３２からの基材Ｚの送り出しと、巻取り軸３４における成膜済み基材Ｚの巻き取りとを同期して行なって、長尺な基材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内を所定の真空度に減圧するための真空ポンプである。真空排気手段４６は、巻出し室１４内を、成膜室１８の圧力（成膜圧力）に影響を与えない圧力（真空度）にする。

基材Ｚの搬送方向において、巻出し室１４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３６ａおよび３６ｂ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、基材Ｚの表面に成膜を行なうものであり、シャワー電極２０と、アース部材２２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。

シャワー電極２０は、成膜装置１０において、ＣＣＰ−ＣＶＤによる成膜の際に、ドラム３０と共に電極対を構成する成膜電極である。図示例において、シャワー電極２０は、一例として、中空の略直方体状であり、１つの最大面である放電面２８をドラム３０の周面に対面して配置される。また、ドラム３０との対向面である放電面２８には、多数の貫通穴が全面的に形成される。シャワー電極２０は、その放電面２８と、電極対を形成するドラム３０の周面との間で、成膜のためのプラズマを生成し、成膜領域を形成する。

図２は、シャワー電極２０およびドラム３０の一部を拡大して示す概念図である。
シャワー電極２０の放電面２８は、中央部の、ドラム３０の周面に沿うように、曲率半径Ｒ０に形成された放電面中央部２８ａと、基材Ｚの搬送方向において、放電面中央部２８ａの上流側で、放電面中央部２８ａの曲率半径Ｒ０よりも小さい曲率半径Ｒ１に形成された放電面入口部２８ｂと、放電面中央部２８ａの下流側で、放電面中央部２８ａの曲率半径Ｒ０よりも小さい曲率半径Ｒ２に形成された放電面出口部２８ｃとからなる。

具体的には、放電面中央部２８ａは、ドラム３０との電極間距離ｄ０が一定となるように、ドラム３０の周面に沿って湾曲して形成されている。
また、放電面入口部２８ｂは、基材Ｚの搬送方向において、シャワー電極２０の上流側端面から、長さｂ１の領域に、放電面中央部２８ａから離れるに従って、ドラム３０との距離が狭くなり、端部でドラム３０との距離がｄ１となるように形成されている。
また、放電面出口部２８ｃは、基材Ｚの搬送方向において、シャワー電極２０の下流側端面から、長さｂ２の領域に、放電面中央部２８ａから離れるに従って、ドラム３０との距離が狭くなり、端部でドラム３０との距離がｄ２となるように形成されている。
すなわち、シャワー電極２０の入り口側の放電面入口部２８ｂの領域、および、出口側の放電面出口部２８ｃの領域における電極間距離は、放電面中央部２８ａの領域の電極間距離よりも狭く形成されている。

前述のように、プラズマＣＶＤによる成膜において、生成されるプラズマは、プラズマが生成される領域の端部の性質が、中央部とは異なり、プラズマの端部は、中央部に比べてエネルギが高くなる傾向がある。そのため、基材がプラズマの端部に曝露され、基材にダメージが発生してしまうことを防止するため、バッチ式のプラズマＣＶＤ成膜装置においては、電極を基材よりも大きくして、生成されるプラズマが、基材よりも十分大きくすることにより、基材がプラズマの端部に曝露されることを防止している。
また、ロール・ツー・ロールの成膜装置においても、基材の搬送方向に直交する方向、すなわち、基材の幅方向は、電極を基材よりも大きくすることで、基材がプラズマの端部に曝露されることを防止している。

しかしながら、ロール・ツー・ロールの成膜装置において、プラズマＣＶＤによる成膜を行う場合には、搬送される基材が成膜領域を通過する際に、必ずプラズマの端部を通過するため、成膜領域の入り口や出口側では、基材の表面や成膜された機能性膜の表面にダメージを受けてしまう。そのため、成膜された機能性膜が、目的とする機能を発現できなかったり、目的とする機能を発現する機能性膜を安定して形成することができない。

ここで、プラズマＣＶＤにおいて、プラズマの強度は、プラズマを生成するための電極対の電極間距離が狭いほど高くなることが知られている。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、プラズマの端部においては、プラズマの強度は、電極間距離が広くなるほど高くなり、基材がダメージを受けやすいことを見出した。
プラズマの端部において、電極間距離が広くなるほど、プラズマの強度が高くなる原因としては、電極の端部近傍は電子密度が高くなることが挙げられる。また、基材Ｚにダメージを与えるのは、質量が僅少な電子よりも、高温になった原料ガスの熱と考えられる。ここで、電極間距離が広いと、電極間に原料ガスが多く存在することになり、ダメージ源となる高温の原料ガスが多く存在することになるため、基材Ｚがダメージを受けやすくなると考えられる。これに対して、電極間距離が狭いと、電子密度が高くても、電極間に存在する原料ガスの量が少ないので、ダメージ源となる熱量が小さくなると考えられる。

したがって、基材の搬送方向において、電極対の上流側の端部および下流側の端部の少なくとも一方の電極間距離を、中央部の電極間距離よりも狭くするという本発明の構成によれば、成膜領域の入り口側あるいは出口側での、プラズマの端部の強度を低くすることができるので、成膜領域の入り口で、基材の表面にダメージを受けることを防止することができ、また、成膜領域の出口側では、基材の表面に成膜された機能性膜の表面にダメージを受けることを防止することができる。これにより、目的とする機能を発現できる機能性膜を、安定して形成することができる。
また、出口側のプラズマの端部の強度を低くして、成膜された膜の最表面に比較的、疎な膜を形成することで、この膜の上にさらに積層して成膜する場合に密着性を向上させることができる。

ここで、基材Ｚの搬送方向における、放電面入口部２８ｂの長さｂ１、および放電面出口部２８ｃの長さｂ２、すなわち、電極間距離を中央部よりも狭める領域の大きさは、それぞれ、２〜３０ｍｍの範囲とするのが好ましい。
電極間距離を狭めた領域が小さいと、プラズマの端部の強度が、十分に低くならないおそれがあり、基材や機能性膜の表面にダメージを受けることを十分に防止できない場合がある。また、電極間距離を狭めた領域が大きすぎると、プラズマの端部の強度は低くすることができるものの、プラズマの中央部では逆に強度が高くなり、基材や機能性膜の表面にダメージを与えるおそれがある。したがって、長さｂ１および長さｂ２は、それぞれ、２〜３０ｍｍの範囲とするのが好ましい。
なお、長さｂ１と長さｂ２とは、同じであっても、異なっていてもよい。

また、シャワー電極２０の中央部（放電面中央部２８ａ）でのシャワー電極２０とドラム３０との間の電極間距離ｄ０は、成膜する機能性膜の種類や成膜装置の性能等に応じて適宜、設定すればよいが、１０〜５０ｍｍとすることが好ましい。電極間距離ｄ０をこの範囲とすることにより、プラズマＣＶＤに好適なプラズマを生成することができる。

また、シャワー電極２０の上流側端部でのシャワー電極２０（放電面入口側２８ｂ）とドラム３０との間の電極間距離ｄ１、および、シャワー電極２０の下流側端部でのシャワー電極２０（放電面出口側２８ｃ）とドラム３０との間の電極間距離ｄ２は、それぞれ、放電面中央部２８ａでの電極間距離ｄ０よりも、１〜１０ｍｍ狭くすることが好ましい。
シャワー電極２０の端部での電極間距離ｄ１、ｄ２と、中央部での電極間距離ｄ０との差が小さいと、プラズマの端部の強度が、十分に低くならないおそれがあり、基材や機能性膜の表面にダメージを受けることを十分に防止できない場合がある。また、シャワー電極２０の端部での電極間距離ｄ１、ｄ２と、中央部での電極間距離ｄ０との差が大きすぎると、放電が不安定になるおそれがある。したがって、シャワー電極２０の端部での電極間距離ｄ１、ｄ２と、中央部での電極間距離ｄ０との差は、１〜１０ｍｍとすることが好ましい。

また、図示例においては、放電面入口部２８ｂおよび放電面出口部２８ｃを、それぞれ曲率半径Ｒ１、Ｒ２の曲面としたが、本発明はこれに限定はされず、例えば、端部がドラム３０に近づく方向に傾斜した平面であってもよいし、凸状に形成されていてもよい。なお、放電面入口部２８ｂおよび放電面出口部２８ｃは、放電面中央部２８ａ側に向かうにしたがって、漸次、電極間距離が大きくなるように形成されるのが好ましく、また、放電面入口部２８ｂおよび放電面出口部２８ｃは、それぞれ、放電面中央部２８ａと滑らかに接続されるのが好ましい。

アース部材２２は、シャワー電極２０からの異常放電を抑制するための、導電性の接地された板状部材である。
図１および図２に示すように、アース部材２２は、シャワー電極２０の放電面２８以外の面を全面的に覆うようにそれぞれ対面して配置されており、基材Ｚの搬送方向において、シャワー電極２０の上流側に設けられるアース部材２２ａと、下流側に設けられるアース部材２２ｂと、シャワー電極２０の、基材Ｚの幅方向の端面にそれぞれ対面して設けられるアース部材２２ｃおよび２２ｄ（図示せず）とを有している。
また、アース部材２２のドラム３０側の端面の位置は、シャワー電極２０の端面の高さと同じ位置になるように配置されている。したがって、図示例においては、アース部材２２ｃおよび２２ｄのドラム３０側の端面の形状は、シャワー電極２０の放電面の湾曲に合わせて形成されている。

原料ガス供給手段５２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２０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２０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５０に供給された原料ガスは、この貫通穴から、シャワー電極２０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２０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、公知の電源が、全て利用可能であるが、特に、高周波電源（ＲＦ電源）を用いることが好ましい。
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り、真空成膜装置に利用されている、公知の真空排気手段である。

本発明の成膜装置において、無機膜を成膜するため用いる反応ガスには、特に限定はなく、形成する無機膜に応じた公知の反応ガスが、全て利用可能である。
例えば、無機膜としてガスバリア膜等として利用される窒化珪素膜を成膜する場合であれば、反応ガスして、シランガスと、アンモニアガスおよび／または窒素ガスとを用いればよく、同じく酸化珪素膜を形成する場合であれば、反応ガスとして、シランガスと酸素ガスとを用いればよい。
なお、本発明の成膜装置においては、必要に応じて、反応ガスに加え、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガスなどの不活性ガス等の各種のガス、水素ガス等を併用してもよい。

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、例えば、直流（ＤＣ）プラズマＣＶＤ、マイクロ波プラズマＣＶＤなど、他のＣＶＤにも利用可能である。
特に、ＣＣＰ−ＣＶＤを行う成膜装置は、より大きい面積（幅）の基材に成膜することができるので、効果が大きく、また、交流電源の使用により絶縁性基板にも成膜できるとの理由により好適に適用することができる。

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、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン等の無機膜や、ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン膜）、透明導電膜などが好ましく例示される。特に、透明かつ緻密な膜が得やすいという理由により、アモルファス窒化シリコン膜の成膜に好適に適用できる。

ここで、図示例においては、基材Ｚの搬送方向における、シャワー電極２０の上流側端部および下流側端部の電極間距離ｄ１、ｄ２を、中央部の電極間距離ｄ０より狭くする構成としたが、本発明はこれに限定はされず、シャワー電極２０の上流側端部および下流側端部の電極間距離ｄ１、ｄ２のいずれか一方を、中央部の電極間距離ｄ０よりも小さくする構成としてもよい。

図３（Ａ）および（Ｂ）に、本発明の成膜装置の他の一例の部分拡大図を示す。
なお、図３（Ａ）および（Ｂ）においては、シャワー電極２０に代えて、それぞれ放電面の形状が異なるシャワー電極１０２、シャワー電極１０４を有する以外は、成膜装置１０と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なう。

図３（Ａ）に示す成膜装置１００は、シャワー電極１０２と、ドラム３０と、アース部材２２とを有している。
シャワー電極１０２は、放電面１０４をドラム３０の周面に対面して配置され、ドラム３０と電極対を構成する成膜電極である。
放電面１０４には、シャワー電極１０２とドラム３０との間に原料ガスを導入するための、多数の貫通穴が全面的に形成されている。放電面１０４は、放電面中央部１０４ａと放電面入口部２８ｂとからなる。
放電面中央部１０４ａは、放電面入口部２８ｂの下流側で、放電面入口部２８ｂの下流側端部に接続され、シャワー電極１０２の下流側端部まで、ドラム３０との間の電極間距離ｄ０が一定になるように、ドラム３０の周面に沿うように、曲率半径Ｒ０に形成されている。すなわち、シャワー電極１０２の下流側の端部での電極間距離ｄ２が、中央部での電極間距離ｄ０と等しい。

このように、シャワー電極の入り口側の端部の電極間距離を、中央部の電極間距離よりも狭くすることにより、成膜領域の入り口側での、プラズマの端部の強度を低くすることができるので、成膜領域の入り口で、基材の表面にダメージを受けることを防止することができる。

図３（Ｂ）に示す成膜装置１１０は、シャワー電極１１２と、ドラム３０と、アース部材２２とを有している。
シャワー電極１１２は、放電面１１４をドラム３０の周面に対面して配置され、ドラム３０と電極対を構成する成膜電極である。
放電面１１４には、シャワー電極１１２とドラム３０との間に原料ガスを導入するための、多数の貫通穴が全面的に形成されている。放電面１１４は、放電面中央部１１４ａと放電面出口部２８ｃとからなる。
放電面中央部１１４ａは、放電面出口部２８ｃの上流側で、シャワー電極１１２の上流側端部から、放電面出口部２８ｃの上流側端部まで、ドラム３０との間の電極間距離ｄ０が一定になるように、ドラム３０の周面に沿うように、曲率半径Ｒ０に形成されている。すなわち、シャワー電極１０２の上流側の端部での電極間距離ｄ１が、中央部での電極間距離ｄ０と等しい。

このように、シャワー電極の出口側の端部の電極間距離を、中央部の電極間距離よりも狭くすることにより、成膜領域の出口側での、プラズマの端部の強度を低くすることができるので、成膜領域の出口で、基材上に成膜された膜の表面にダメージを受けることを防止することができる。

また、本発明においては、好ましい態様として、シャワー電極２０を回動可能に構成してもよい。
図４（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に、本発明の成膜装置の他の一例の部分拡大図を示す。
なお、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す成膜装置は、シャワー電極２０およびアース部材２２を回動する手段を有する以外は、成膜装置１０と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なう。

図４（Ａ）に示す成膜装置は、シャワー電極２０およびアース部材２２を、放電面２８の上流側端部の、基材Ｚの幅方向を回転軸として回動する手段（図示せず）を有している。図示例は、シャワー電極２０およびアース部材２２を、図２に示す状態から回動した状態を示している。
図４（Ａ）に示すように、上流側端部を回転軸として、シャワー電極２０を回動することにより、電極対の上流側端部の電極間距離ｄ１はそのままで、下流側端部の電極間距離ｄ２を広くすることができる。
これにより、シャワー電極の入り口側の端部の電極間距離を、中央部の電極間距離よりも狭くして、入り口側での、プラズマの端部の強度を低くすることができ、成膜領域の入り口で、基材Ｚの表面にダメージを受けることを防止することができると共に、出口側の端部の電極間距離を広くすることで、プラズマの端部の強度を強くして、機能性膜の最表面に緻密な膜を形成することができる。

図４（Ｂ）に示す成膜装置は、シャワー電極２０およびアース部材２２を、放電面２８の下流側端部の、基材Ｚの幅方向を回転軸として回動する手段（図示せず）を有している。図示例は、シャワー電極２０およびアース部材２２を、図２に示す状態から回動した状態を示している。
図４（Ｂ）に示すように、下流側端部を回転軸として、シャワー電極２０を回動することにより、電極対の下流側端部の電極間距離ｄ２はそのままで、上流側端部の電極間距離ｄ１を広くすることができる。
これにより、シャワー電極の出口側の端部の電極間距離を、中央部の電極間距離よりも狭くして、出口側での、プラズマの端部の強度を低くすることができ、成膜領域の出口で、成膜された膜の表面にダメージを受けることを防止することができると共に、入り口側の端部の電極間距離を広くすることで、プラズマの端部の強度を強くして、基材Ｚと膜の密着力を強くすることができる。
また、出口側のプラズマの端部の強度を低くして、成膜された膜の最表面に比較的、疎な膜を形成することで、この膜の上にさらに積層して成膜する場合に密着性を向上させることができる。

図４（Ｃ）に示す成膜装置は、シャワー電極２０およびアース部材２２を、放電面２８の中央部の、基材Ｚの幅方向を回転軸として回動する手段（図示せず）を有している。図示例は、シャワー電極２０およびアース部材２２を、図２に示す状態から回動した状態を示している。
図４（Ｃ）に示すように、中央部を回転軸として、シャワー電極２０を回動することにより、電極対の中央の電極間距離ｄ０はそのままで、上流側端部の電極間距離ｄ１、および、下流側端部の電極間距離ｄ２を変更することができる。図示例においては、上流側端部の電極間距離ｄ１を狭くして、下流側端部の電極間距離ｄ２を広くしているが、上流側端部の電極間距離ｄ１を広くして、下流側端部の電極間距離ｄ２を狭くすることもできる。
これにより、シャワー電極の入り口側の端部の電極間距離を、中央部の電極間距離よりも狭くして、入り口側での、プラズマの端部の強度を低くすることができ、成膜領域の入り口で、基材の表面にダメージを受けることを防止することができると共に、出口側の端部の電極間距離を広くすることで、プラズマの端部の強度を強くして、機能性膜の最表面に緻密な膜を形成することができる。また、シャワー電極の出口側の端部の電極間距離を、中央部の電極間距離よりも狭くして、出口側での、プラズマの端部の強度を低くすることができ、成膜領域の出口で、成膜された膜の表面にダメージを受けることを防止することができると共に、入り口側の端部の電極間距離を広くすることで、プラズマの端部の強度を強くして、基材Ｚと膜の密着力を強くすることもできる。

また、図示例においては、基材Ｚの搬送方向の上流側および下流側の端部の電極間距離を狭くする構成としたが、これに加えて、基材Ｚの幅方向の端部の電極間距離を狭くしてもよい。

図５（Ａ）および（Ｂ）に、本発明の成膜装置の他の一例の部分拡大図を示す。
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）を、基材Ｚの搬送方向下流側から見た図である。
なお、図５（Ａ）および（Ｂ）においては、アース部材２２の一部の図示を省略している。また、図５（Ａ）に示す成膜装置１２０は、シャワー電極２０に代えて、放電面１２４の形状が異なるシャワー電極１２２を有する以外は、成膜装置１０と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なう。

図５（Ａ）および（Ｂ）に示す成膜装置１２０は、ドラム３０とアース部材２２とシャワー電極１２２とを有する。
シャワー電極１２２は、放電面１２４をドラム３０の周面に対面して配置され、ドラム３０と電極対を構成する成膜電極である。
放電面１２４には、シャワー電極１２２とドラム３０との間に原料ガスを導入するための、多数の貫通穴が全面的に形成されている。放電面１２４は、基材Ｚの幅方向に垂直な断面で見た際には、図５（Ａ）に示すように、中央部は、電極間距離が一定となるように、ドラム３０の周面に沿って湾曲しており、両端部近傍では、電極間距離が、端部に向かうに従って、漸次、狭くなるように形成されている。また、基材Ｚの搬送方向に垂直な断面で見た際には、図５（Ｂ）に示すように、中央部は、電極間距離が一定となるように、平面に形成されており、両端部近傍では、電極間距離が、端部に向かうに従って、漸次、狭くなるように形成されている。

このように、基材Ｚの幅方向の端部の電極間距離を狭くする構成とすることで、基材Ｚの幅方向のプラズマの端部の強度を弱くすることができ、基材Ｚ（膜）が、ダメージを受けることを防止することができ、また、シャワー電極２０の幅に対する基材Ｚの幅の比を大きくすることができ、より幅広な基材Ｚに、ダメージを与えることなく、好適に成膜を行うことができる。

また、本実施例においては、好ましい態様として、長尺な基材を、基材の長手方向に搬送しつつ、ドラムに巻き掛けて成膜を行なう、いわゆる、ロール・ツー・ロール(Roll to Roll)の構成としたが、本発明はこれに限定はされず、ロール・ツー・ロールの装置であって、成膜室に、対面して配置される板状の電極対を設け、この電極対の間を、長尺な基材を長手方向に搬送すると共に、基材と電極との間に原料ガスを供給してプラズマＣＶＤによる成膜を行なう構成としてもよい。

また、本実施例においては、好ましい態様として、長尺な基材を、基材の長手方向に搬送しつつ、成膜を行う構成としたが、本発明はこれに限定はされず、カットシートタイプの基材を搬送しつつ、成膜を行う構成としてもよい。

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、もちろんである。

以下、本発明の具体的実施例を挙げて、本発明について、より詳細に説明する。

［実施例１］
図１に示す成膜装置を用いて、基材にガスバリア膜として窒化珪素膜を形成した。

基材は、幅５００ｍｍ、厚さ１００μｍ、表面粗さ０．７ｎｍのＰＥＴフィルムを用いた。
また、原料ガスとしては、シランガス（ＳｉＨ_４）、アンモニアガス（ＮＨ_３）、窒素ガス（Ｎ_２）、および、水素ガス（Ｈ_２）を用いた。
また、成膜圧力は３０Ｐａとした。
また、ドラム３０はアースと接続した。
さらに、シャワー電極２０に接続される高周波電源６０として、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用い、シャワー電極２０に供給したプラズマ励起電力は２０００Ｗとした。
また、成膜する機能膜（窒化珪素膜）の膜厚は５０ｎｍとした。

また、シャワー電極２０の、基材Ｚの搬送方向の長さを、３００ｍｍとし、放電面入口部２８ｂの長さｂ１を、２０ｍｍとし、放電面出口部２８ｃの長さｂ２を、２０ｍｍとした。また、中央部の電極間距離ｄ０を、３０ｍｍとし、入り口側端部の電極間距離ｄ１を、２８ｍｍとし、出口側端部の電極間距離ｄ２を、２８ｍｍとした。

このような条件の下、成膜装置１０において、基材Ｚに機能膜の成膜を１０ｍ行なった後、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）にて表面粗さの測定を行い基材が受けたダメージを評価した。
測定の結果、表面粗さは、１．６ｎｍであった。

［実施例２］
図４（Ａ）に示すように、入り口側端部を支点として、シャワー電極２０を回動させて、出口側端部の電極間距離ｄ２を、３２ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、基材Ｚに機能膜の成膜を行い、表面粗さの測定を行った。
測定の結果、表面粗さは、１．７ｎｍであった。

［実施例３］
図４（Ｂ）に示すように、出口側端部を支点として、シャワー電極２０を回動させて、入り口側端部の電極間距離ｄ１を、３２ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして、基材Ｚに機能膜の成膜を行った後、クロスカット試験を行い、基材Ｚと膜の密着性を評価した。なお、クロスカット試験は、ＪＩＳ−Ｋ５６００に準拠し、０〜５の６段階の評価にて評価を行った（値が小さいほど密着性が良い）。
評価の結果、分類は０であった。

［実施例４］
シャワー電極を全体にドラム側に近づけて、入り口側の電極間距離を２６ｍｍとし、出口側の電極間距離を３０ｍｍとした以外は、実施例２と同様にして、基材Ｚに機能膜の成膜を行い、表面粗さの測定を行った。
測定の結果、表面粗さは、１．５ｎｍであった。

［比較例１］
図６に示す成膜装置２００のように、ドラム３０とシャワー電極２０２との間の電極間距離がｄ０で一定とした以外は、実施例１と同様にして、基材Ｚに機能膜の成膜を行い、表面粗さの測定、および、クロスカット試験を行った。
測定の結果、表面粗さは、２．２ｎｍであった。
また、クロスカット試験の結果、分類は２であった。
結果を下記表に示す。

上記表１に示されるように、基材の搬送方向の上流側の端部の電極間距離を中央部の電極間距離よりも狭くした実施例１、２、４は、電極間距離が一定の比較例１と比較して、表面粗さが小さく、入り口側での、プラズマの端部の強度を低くして、基材Ｚの表面のダメージを低減できることがわかる。
また、下流側の端部の電極間距離を中央部の電極間距離よりも狭くして、基材の搬送方向の上流側の端部の電極間距離を広くした実施例３は、電極間距離が一定の比較例１と比較して、クロスカット試験の結果が良好であり、基材Ｚと膜の密着力を高くできることがわかる。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。

１０、１００、１１０、１２０、２００ 成膜装置
１２ 真空チャンバ
１２ａ 内壁面
１４ 巻出し室
１８ 成膜室
２０、１０２、１１２、１２２、２０２ シャワー電極
２２ アース部材
２８、１０４、１１４、１２４ 放電面
２８ａ、１０４ａ、１１４ａ 放電面中央部
２８ｂ 放電面入口部
２８ｃ 放電面出口部
３０ ドラム
３２ 基材ロール
３４ 巻取り軸
３６ 隔壁
４０ ガイドローラ
４２ 回転軸
４６、６２ 真空排気手段
５８ 原料ガス供給手段
６０ 高周波電源
Ｚ 基材

Claims (15)

1. 長尺な基材を長手方向に搬送しつつ、搬送される前記基材を挟むように配置された電極対を有する成膜手段を用いてプラズマＣＶＤによって、前記基材に成膜を行なう成膜装置であって、
   前記電極対が、前記基材を周面の所定領域に巻き掛けて搬送する円筒状のドラム電極と、前記ドラム電極の、前記基材が巻き掛けられた周面に対面して設けられる成膜電極とからなり、
   前記基材の搬送方向において、前記電極対の上流側の端部および下流側の端部の少なくとも一方の電極間距離が、中央部の電極間距離よりも狭いことを特徴とする成膜装置。
2. 前記上流側の端部および前記下流側の端部の電極間距離が、前記中央部の電極間距離よりも狭い請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記上流側の端部および前記下流側の端部において、それぞれ端部から２〜３０ｍｍの領域の電極間距離が、前記中央部の電極間距離よりも狭い請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記上流側の端部および前記下流側の端部の少なくとも一方の電極間距離が、前記中央部の電極間距離よりも１〜１０ｍｍ狭い請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜装置。
5. 前記成膜電極の、前記ドラム電極と対面する放電面は、前記上流側の端部および前記下流側の端部の少なくとも一方の曲率半径が、前記中央部の曲率半径よりも小さく形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜装置。
6. 前記成膜電極の、前記放電面以外の面の少なくとも一部を覆うように配置される、接地された導電性のアース部材を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の成膜装置。
7. 前記成膜電極が、前記基材の搬送方向と直交する方向である幅方向を回転軸として回動可能に支持される請求項１〜５のいずれか１項に記載の成膜装置。
8. 前記回転軸が、前記成膜電極の前記上流側端部にある請求項７に記載の成膜装置。
9. 前記回転軸が、前記成膜電極の前記下流側端部にある請求項７に記載の成膜装置。
10. 前記回転軸が、前記成膜電極の前記中央部にある請求項７に記載の成膜装置。
11. 前記アース部材が、前記成膜電極と一体的に回動可能な請求項７〜１０のいずれか１項に記載の成膜装置。
12. 前記電極対の間の距離が、１０〜５０ｍｍである請求項１〜１１のいずれか１項に記載の成膜装置。
13. 前記電極対の、前記基材の搬送方向と直交する方向である幅方向の端部の電極間距離が、前記中央部の電極間距離よりも狭い請求項１〜１２のいずれか１項に記載の成膜装置。
14. 前記成膜手段が、ＲＦ電力を印加して、ＣＣＰ−ＣＶＤによって成膜を行うものである請求項１〜１３のいずれか１項に記載の成膜装置。
15. 前記成膜手段が、アモルファス窒化ケイ素膜を成膜するものである請求項１〜１４のいずれか１項に記載の成膜装置。

Images