JP6526186B2 - 基板除電機構及びこれを用いた真空処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、真空中で基板を除電する技術に関し、特に、フィルム状の処理基板を除電する技術に関する。
従来より、繰出しローラから連続的に繰り出した長尺のフィルム状の基板を冷却用キャンローラに巻き付けながら、当該キャンローラに対向配置される蒸発源からの蒸発物質を原料フィルム上に蒸着させ、蒸着後の原料フィルムを巻取ローラで巻き取る巻取式真空蒸着装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
このような巻取式真空蒸着装置においては、フィルムに残存する電荷の影響で、巻取ローラにおけるフィルムの巻取り時に、フィルムに皺が発生し、適正に巻き取れなくなるという問題が生じていた。
そこで、この問題を解消するため、成膜後のフィルムをプラズマ処理によって除電する除電ユニットを設置し、フィルムの巻取り前にフィルムに帯電した電荷をこの除電ユニットによって除去する方法が提案されている(特許文献2参照)。
その一方で、このような従来技術においては、フィルム上に薄膜を形成した後、複数のローラを介して巻取ローラまで搬送して巻き取るため、フィルムの成膜面がローラに接触して薄膜にダメージを与えるおそれがあるという問題がある。
このため、従来、フィルムの走行機構として、断面円形形状のガイドローラのローラ本体に、ローラ本体より外径の大きい断面円形形状のガイド部を、フィルムの両縁部が載置されるように所定の間隔をおいて二つ設けるとともに、このガイドローラの回転軸と平行な回転軸を有する補助ローラのローラ本体に、ローラ本体より外径の大きい断面円形形状の二つのガイド部を、ガイドローラのガイド部と同程度の間隔をおいて設け、フィルムの両端部を、ガイドローラのガイド部と、補助ローラのガイド部によって挟んで搬送することにより、フィルム上に形成された薄膜に対してダメージを与えることなく、安定して搬送するようにしたものが提案されている(特許文献3参照)。
しかし、このような走行機構を用いてフィルムを搬送する場合、ガイドローラと補助ローラによって挟まれたフィルムの両端部において静電気による帯電量が中央部分より大きくなるという問題がある。
このため、このような走行機構を用いてフィルムを搬送・成膜する場合に上述した除電ユニットを用いると、フィルムの幅方向に均一に発生させたプラズマによって除電を行うことから、帯電量の大きい部分を十分に除電することができず、他方、放電によるプラズマを強くして帯電量の大きい部分を十分に除電しようとすると、フィルム上の成膜領域に影響を与えるおそれがあるとともに、放電電極の消耗量や消費電力が大きくなり、更には除電ユニットを増やすと装置構成が複雑・大型化するという課題がある。
特許第3795518号公報 WO2006/088024号パンフレット 特許第5024972号公報
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、真空中でフィルム状の基板等に成膜等の処理を行う装置において、処理領域に影響を与えることなく、簡素な構成で効率良く除電を行うことができる技術を提供することにある。
上記課題を解決するためになされた本発明は、真空中で搬送される処理基板に対してマグネトロン放電によって除電を行う基板除電機構であって、放電ガスが導入される放電用容器と、前記放電用容器内において基板搬送方向に対して交差するように配置され、所定の電圧が印加される直線状の放電電極と、前記放電電極の近傍に配置される磁石とを有し、前記磁石として、前記処理基板における帯電量の分布に応じて放電を発生させるように、前記放電電極の長手方向に関して放電によるプラズマの強い部分と放電によるプラズマの弱い部分を生成するように当該長手方向の長さが異なる複数の磁石が配置されているものである。
本発明では、前記放電電極の長手方向に関して部分的に放電を発生させるように前記磁石が配置されている場合にも効果的である。
本発明では、前記放電電極の前記処理基板の両縁部に対応する部分に放電を発生させるように前記磁石が配置されている場合にも効果的である
発明では、前記処理基板がフィルム状のものである場合にも効果的である。
一方、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置された処理源と、前記真空槽内において所定の搬送経路を経由して搬送され、前記処理源によって処理される処理基板とを有し、上述したいずれかの発明に係る基板除電機構が前記搬送経路の近傍に配置されている真空処理装置である。
本発明では、前記処理基板を挟んだ状態で案内して走行させる案内走行機構を有し、前記放電電極における、前記案内走行機構によって前記処理基板の挟まれる部分に対応する部分において放電を発生させるように前記磁石が配置されている場合にも効果的である。
本発明では、前記処理源が成膜源である場合にも効果的である。
本発明では、前記処理基板の非成膜領域に対応する部分に放電を発生させるように前記磁石が配置されている場合にも効果的である。
本発明の基板除電機構では、放電用容器内において基板搬送方向に対して交差するように配置され、所定の電圧が印加される直線状の放電電極を有し、例えばフィルム状の処理基板における帯電量の分布に応じてマグネトロン放電を発生させるように磁石が配置されていることから、例えば処理基板の帯電量の大きい部分に対して放電を強くすることにより、真空中で処理基板に成膜等の処理を行う装置において、処理領域に影響を与えることなく、効率良く除電を行うことができる。
特に本発明では、放電電極の長手方向に関して放電によるプラズマの強い部分と放電によるプラズマの弱い部分を生成するように当該長手方向の長さが異なる複数の磁石が配置されていることから、処理基板を全体的に除電しつつ、帯電量の大きい部分に対して確実に除電を行うことができるので、当該処理基板に対する除電の最適化を図ることができる。
また、本発明によれば、放電によるプラズマの強さを必要以上に大きくする必要はないため、放電電極に対する印加電力を抑えることができ、これにより放電電極の消耗量や消費電力を少なくすることができる。
本発明において、放電電極の長手方向に関して部分的(例えば放電電極の処理基板の両縁部に対応する部分)に放電を発生させるように磁石が配置されている場合には、処理基板の帯電量の大きい部分のみに対して放電を発生させることができるので、除電機構の簡素化と効率化を図ることができる
一方、本発明の真空処理装置において、真空槽と、この真空槽内に配置された処理源(例えば成膜源)と、真空槽内において所定の搬送経路を経由して搬送され、当該処理源によって処理されるフィルム状の処理基板とを有し、上述したいずれかの発明に係る基板除電機構が搬送経路の近傍に配置されていることから、例えば成膜領域に影響を与えることなく、簡素な構成で効率良く除電を行うことができる成膜装置を提供することができる。
特に、処理基板を挟んだ状態で案内して走行させる案内走行機構を有し、除電機構の放電電極における、案内走行機構によって処理基板の挟まれる部分に対応する部分において放電を発生させるように磁石が配置されている場合には、例えばフィルム状の処理基板上に形成された薄膜に対してダメージを与えることなく、安定して搬送可能な成膜装置において、当該処理基板の帯電を効果的に除去することができる。
本発明の実施の形態である巻取式成膜装置の一例を示す概略構成図 (a)(b):本実施の形態における案内走行機構の例を示す部分断面図 従来の除電機構の例を示すもので、図3(a)は、その内部構成を示す正面図、図3(b)は、その内部構成を示す側面図 本実施の形態の除電機構の例を示すもので、図4(a)は、その内部構成を示す正面図、図4(b)は、その内部構成を示す側面図 (a)(b):本例の除電機構の作用を示す模式図 本実施の形態の除電機構の他の例を示すもので、図6(a)は、その内部構成を示す正面図、図6(b)は、その内部構成を示す側面図 (a)(b):本例の除電機構の作用を示す模式図 本実施の形態の除電機構の他の例の要部を示すもので、図8(a)は、成膜用フィルムと除電機構の電極ユニットの内部構成を示す概略構成図、図8(b)は、本例の除電機構の作用を示す模式図
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態である巻取式成膜装置の一例を示す概略構成図である。
以下、図1に示す場合を例にとって部材間の上下関係を説明する。
図1に示すように、本実施の形態の巻取式成膜装置(真空処理装置)1は、真空槽2を備えており、この真空槽2内の上部に設けられた繰出・巻取室2Aと、真空槽2内の下部に設けられた成膜室2Bとを有している。
これら繰出・巻取室2A及び成膜室2Bは、それぞれ図示しない真空排気系に接続されている。
繰出・巻取室2A内の例えば上部には、成膜用フィルム(処理基板)10が巻き付けられた成膜用フィルムロール3と、成膜された成膜用フィルム10を巻き取るための巻取ローラ6が設けられている。
繰出・巻取室2A内の成膜用フィルムロール3のフィルム搬送方向下流側には、ガイドローラ11、12と冷却ローラ13が設けられている。
ここで、冷却ローラ13は、繰出・巻取室2Aと成膜室2Bにまたがるように設けられ、成膜用フィルム10が掛け渡された状態で、成膜室2B内に配置された蒸発源(成膜源)20と対向するように配置されている。
また、繰出・巻取室2A内の冷却ローラ13の近傍には、後述する案内走行機構4が設けられ、この案内走行機構4のフィルム搬送方向下流側には、除電機構(基板除電機構)5が設けられている。
さらに、除電機構5のフィルム搬送方向下流側で巻取ローラ6との間には、ガイドローラ14が設けられている。
このような構成において、繰出・巻取室2A内の成膜用フィルムロール3から繰り出された成膜用フィルム10は、上述したガイドローラ11、12を介して冷却ローラ13に掛け渡され、成膜室2B内において、蒸発源20によって蒸着が行われた後、繰出・巻取室2A内において、案内走行機構4、除電機構5、ガイドローラ14を介して巻取ローラ6によって巻き取られるようになっている。
図2(a)(b)は、本実施の形態における案内走行機構の例を示す部分断面図である。
図2(a)に示す案内走行機構4(4A)は、ガイドローラ40Aと、押圧ローラ41とから構成されている。
ここで、ガイドローラ40Aは、断面円形形状のローラ本体42を有し、このローラ本体42に、例えばシリコーンゴムからなり、ローラ本体42より外径の大きい断面円形形状の二つのガイド部43を、成膜用フィルム10の成膜領域以外の非成膜領域である両縁部が載置されるように、所定の間隔をおいて設けたものである。
一方、押圧ローラ41は、断面円形形状でガイドローラ40Aの回転軸と平行な回転軸を有するローラ本体44に、ローラ本体44より外径の大きい断面円形形状の二つのガイド部45を、ガイドローラ40Aのガイド部43と同等の間隔をおいて設けたものである。
そして、このようなガイドローラ40Aと押圧ローラ41との間に挿入された成膜用フィルム10に対し、図示しない押圧手段によって押圧ローラ41をガイドローラ40A側に押圧することにより、成膜用フィルム10の両縁部即ち非成膜領域を挟んだ状態で案内走行するように構成されている。
図2(b)に示す案内走行機構4(4B)は、ガイドローラ40Bと、複数の押圧機構46とから構成されている。
ここで、ガイドローラ40Bは、図2(a)に示すガイドローラ40Aとほぼ同様の構成を有するもので、ローラ本体42に、ローラ本体42より外径の大きい断面円形形状の三つのガイド部43を、成膜用フィルム10の成膜領域以外の非成膜領域である中央部及び両縁部が載置されるように、所定の間隔をおいて設けたものである。
一方、押圧機構46は、上述したガイドローラ40Bの回転軸と平行な回転支軸47を中心として回転可能な押圧ローラ48が本体部49に取り付けられているもので、本例では、ガイドローラ40Bのガイド部43と同等の間隔をおいて三つの押圧機構46を設けて構成されている。
そして、このようなガイドローラ40Bと押圧機構46との間に挿入された成膜用フィルム10に対し、図示しない押圧手段によって押圧ローラ48をガイドローラ40B側に押圧することにより、成膜用フィルム10の両縁部及び中央部即ち非成膜領域を挟んで案内するように構成されている。
そして、以上の構成を有する案内走行機構4A、4Bによれば、成膜領域を保護した状態で、成膜用フィルム10を安定して案内走行することができる。
図3(a)(b)は、従来の除電機構の例を示すもので、図3(a)は、その内部構成を示す正面図、図3(b)は、その内部構成を示す側面図である。
この除電機構105は、一対型のもので、放電ガス130が導入される金属製のハウジング151内に二つの同一構成の電極ユニット150が設けられているものである。
ここで、二つの電極ユニット150は、成膜用フィルム110を挟んでその両側に設けられ、フィルム搬送経路に対して平行で且つフィルム搬送方向に対して直交するように配置された直線棒状の導入電極152と、導入電極152と同心状に設けられた直線円筒状の放電電極153をそれぞれ有している。
各電極ユニット150の導入電極152は、それぞれ水等の冷却媒体が導入される放電電極153内に放電電極153に対して電気的に接続された状態で配置され、その周囲に複数の例えば永久磁石からなる円筒状の磁石154が設けられている。
これら複数の磁石154は、成膜用フィルム110の幅方向の全域にわたって遮蔽板155を隔てて設けられ、また、隣接する磁石154の極性が反転するように構成されている。
そして、各電極ユニット150の導入電極152は、直流電源156により、接地されたハウジング151との間で導入電極152側が負極となるように所定の電圧が印加されるようになっている。
このような構成において、成膜用フィルム110を搬送して成膜しながら、除電機構105においてハウジング151と導入電極152との間に所定の電圧を印加すると、電極ユニット150の周囲において、成膜用フィルム110の幅方向全域にわたってマグネトロン放電によるプラズマが生成され、そのプラズマが成膜用フィルム110に衝突することにより、成膜用フィルム110の除電が行われる。
図4(a)(b)は、本実施の形態の除電機構の例を示すもので、図4(a)は、その内部構成を示す正面図、図4(b)は、その内部構成を示す側面図である。
この除電機構(基板除電機構)5Aは、上述した従来例と同様の一対型のもので、例えばアルゴン等の放電ガス30が導入される金属製のハウジング(放電用容器)51内に二つの同一構成の電極ユニット50Aが設けられているものである。
ここで、二つの電極ユニット50Aは、成膜用フィルム10を挟んでその両側に設けられ、フィルム搬送経路に対して平行で且つフィルム搬送方向に対して直交するように配置された直線棒状の導入電極52と、導入電極52と同心状に設けられた直線円筒状の放電電極53をそれぞれ有している。
各電極ユニット50Aの導入電極52は、それぞれ水等の冷却媒体が導入される放電電極53内に放電電極53に対して電気的に接続された状態で配置され、その周囲に二つの例えば永久磁石からなる円筒状の磁石54Aが設けられている。
本例は、放電電極53の長手方向に関して部分的に放電を発生させるように複数(本実施の形態では二つ)の磁石54Aが配置されているものである。
ここで、磁石54Aとしては、一体型のもの、複数の小片からなるもののいずれを用いることができる。また、二つの磁石54Aは、同一の磁気回路が形成されるもの又は異なる磁気回路が形成されるもののいずれを用いることができる。
これら二つの磁石54Aは、図2(a)に示す案内走行機構4Aのガイド部43と同等の間隔即ち成膜用フィルム10の幅と同等の間隔をおいて設けられ、また、隣接する磁石54Aの極性が反転するように構成されている。
そして、各電極ユニット50Aの導入電極52は、直流電源56により、接地されたハウジング51との間で導入電極52側が負極となるように所定の電圧が印加されるようになっている。
図5(a)(b)は、本例の除電機構の作用を示す模式図である。
図5(a)に示すように、本例においては、二つの磁石54Aは、案内走行機構4Aのガイド部43と同等の間隔即ち成膜用フィルム10の幅と同等の間隔をおいて設けられている。
したがって、本例において、電極ユニット50Aの導入電極52に電圧を印加した場合には、図5(b)に示すように、二つの磁石54Aの近傍においてのみプラズマ15が生成され、その結果、成膜用フィルム10の両縁部の非成膜領域のみがプラズマ15に曝されて除電が行われることになる。
図6(a)(b)は、本実施の形態の除電機構の他の例を示すもので、図6(a)は、その内部構成を示す正面図、図6(b)は、その内部構成を示す側面図である。以下、上記例と対応する部分には同一の符合を付しその詳細な説明を省略する。
本例の除電機構(基板除電機構)5Bは、ハウジング51内に同一構成の二つの電極ユニット50Bが設けられているものである。
そして、この除電機構5Bは、基本構成は上述した除電機構5Aと同一であり、磁石54Bの数及び配置位置が上記除電機構5Aと異なるものである。
すなわち、本例の除電機構5Bは、上述したハウジング51内に同一構成の二つの電極ユニット50Bが設けられ、各電極ユニット50Bは、上述した放電電極53内に導入電極52が配置され、その周囲に三つの例えば永久磁石からなる円筒状の磁石54Bが設けられている。
ここで、磁石54Bとしては、一体型のもの、複数の小片からなるもののいずれを用いることができる。また、三つの磁石54Bは、同一の磁気回路が形成されるもの又は異なる磁気回路が形成されるもののいずれを用いることができる。
これら三つの磁石54Bは、図2(b)に示す案内走行機構4Bの隣接するガイド部43と同等の間隔で成膜用フィルム10の中央部及び両縁部に対応する部分に設けられ、また、隣接する磁石54Bの極性が反転するように構成されている。
そして、各電極ユニット50Bの導入電極52は、直流電源56により、接地されたハウジング51との間で導入電極52側が負極となるように所定の電圧が印加されるようになっている。
図7(a)(b)は、本例の除電機構の作用を示す模式図である。
図7(a)に示すように、本例の場合、三つの磁石54Bは、案内走行機構4Bの隣接するガイド部43と同等の間隔をおいて設けられていることから、電極ユニット50Bの導入電極52に電圧を印加した場合には、図7(b)に示すように、三つの磁石54Bの近傍においてのみプラズマ15が生成され、その結果、成膜用フィルム10の中央部及び両縁部の非成膜領域のみがプラズマ15に曝されて除電が行われることになる。
以上述べたように本実施の形態の除電機構5A、5Bでは、成膜用フィルム10の非成膜領域のみの除電を行うことができるので、成膜領域に影響を与えることなく、効率良く除電を行うことができるとともに、例えば図3(a)(b)に示す従来技術と比較して構成が簡素な除電機構5A、5Bを提供することができる。
また、本実施の形態によれば、放電によるプラズマの強さを必要以上に大きくする必要はないため、導入電極52に対する印加電力を抑えることができ、これにより導入電極52及び放電電極53の消耗量や消費電力を少なくすることができる。
図8(a)(b)は、本実施の形態の除電機構の他の例の要部を示すもので、図8(a)は、成膜用フィルムと除電機構の電極ユニットの内部構成を示す概略構成図、図8(b)は、本例の除電機構の作用を示す模式図である。以下、上記例と対応する部分には同一の符合を付しその詳細な説明を省略する。
本発明が適用されるような巻取式成膜装置においては、マスク10aを介して成膜用フィルム10上に成膜を行う場合がある(図8(a)参照)。
この場合、成膜用フィルム10上の隣接するマスク10aの間の領域が成膜領域となり、マスク10a上の領域が非成膜領域となる。
このようなマスク10aを用いて蒸着により導電材料の成膜を行う場合には、非成膜領域であるマスク10aの部分の帯電量が成膜領域の帯電量より大きくなる場合がある。
このような場合、上述した除電機構5A、5Bを用いて非成膜領域のみ除電を行うことも可能であるが、本例では、以下のような電極ユニット50Cを用いて除電を行うようにしている。
図8(a)に示すように、本例の電極ユニット50Cは、成膜用フィルム10の幅方向の全域にわたって遮蔽板55を隔てて複数の磁石54C、54cが設けられている。
ここでは、導入電極52(放電電極53)の長手方向に関して長さが異なる複数の磁石54C、54cが配置されている。
具体的には、導入電極52の成膜用フィルム10のマスク10aに対応する部分に、長さの長い磁石54Cが配置され、導入電極52の成膜用フィルム10の成膜領域に対応する部分に、この磁石54Cより長さの短い磁石54cが配置されている。なお、隣接する磁石54C、54cは極性が反転するように構成されている。
ここで、磁石54C、54cとしては、一体型のもの、複数の小片からなるもののいずれを用いることができる。
このような本例において導入電極52に電圧を印加すると、図8(b)に示すように、長さの長い磁石54Cが配置された部分の放電によるプラズマ16の強さが、長さの短い磁石54cが配置された部分の放電によるプラズマ17の強さより強くなる。
そして、このような構成を有する本例によれば、成膜用フィルム10を全体的に除電をしつつ、帯電量の大きい非成膜領域に対して確実に除電を行うことができるので、成膜用フィルム10に対する除電の最適化を図ることができる。
以上述べたように本実施の形態によれば、簡素な構成で効率良く除電を行うことができる巻取式成膜装置を提供することができる。
なお、本発明は上述した実施の形態に限られず、種々の変更を行うことができる。
例えば、上記実施の形態においては、一対型の基板除電機構を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、1本型の基板除電機構又は2対型の基板除電機構に適用することもできる。
また、マグネトロン放電に用いる磁石については、永久磁石の他、電磁石を用いることもできる。
さらに、本発明は蒸着によって成膜を行う装置のみならず、例えばスパッタリング装置やエッチング装置等の種々の真空処理装置に適用することもできる。
さらにまた、上記実施の形態においては、処理基板として一連で長尺のフィルムを例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、真空中で搬送可能な基板であれば、例えばカットされたフィルムや平板状のガラスからなるものに適用することもできる。
一方、図8(a)(b)に示す例においては、放電によるプラズマの強さを異ならせるため長さの異なる磁石を用いたが、例えば磁力の強いネオジム等からなる磁石を用いて放電によるプラズマの強さを異ならせることも可能である。
1……巻取式成膜装置(真空処理装置)
2……真空槽
3……成膜用フィルムロール
4、4A、4B……案内走行機構
5、5A、5B……除電機構(基板除電機構)
6……巻取ローラ
10……成膜用フィルム(処理基板)
30……放電ガス
50A、50B……電極ユニット
51……ハウジング(放電用容器)
52……導入電極
53……放電電極
54A、54B……磁石
56……直流電源

Claims (8)

  1. 真空中で搬送される処理基板に対してマグネトロン放電によって除電を行う基板除電機構であって、
    放電ガスが導入される放電用容器と、
    前記放電用容器内において基板搬送方向に対して交差するように配置され、所定の電圧が印加される直線状の放電電極と、
    前記放電電極の近傍に配置される磁石とを有し、
    前記磁石として、前記処理基板における帯電量の分布に応じて放電を発生させるように、前記放電電極の長手方向に関して放電によるプラズマの強い部分と放電によるプラズマの弱い部分を生成するように当該長手方向の長さが異なる複数の磁石が配置されている基板除電機構。
  2. 前記放電電極の長手方向に関して部分的に放電を発生させるように前記磁石が配置されている請求項1記載の基板除電機構。
  3. 前記放電電極の前記処理基板の両縁部に対応する部分に放電を発生させるように前記磁石が配置されている請求項1又は2のいずれか1項記載の基板除電機構。
  4. 前記処理基板がフィルム状のものである請求項1乃至のいずれか1項記載の基板除電機構。
  5. 真空槽と、
    前記真空槽内に配置された処理源と、
    前記真空槽内において所定の搬送経路を経由して搬送され、前記処理源によって処理される処理基板と、
    前記搬送経路の近傍に配置された基板除電機構とを有し、
    前記基板除電機構は、真空中で搬送される処理基板に対してマグネトロン放電によって除電を行う基板除電機構であって、放電ガスが導入される放電用容器と、前記放電用容器内において基板搬送方向に対して交差するように配置され、所定の電圧が印加される直線状の放電電極と、前記放電電極の近傍に配置される磁石とを有し、前記磁石として、前記処理基板における帯電量の分布に応じて放電を発生させるように、前記放電電極の長手方向に関して放電によるプラズマの強い部分と放電によるプラズマの弱い部分を生成するように当該長手方向の長さが異なる複数の磁石が配置されている真空処理装置。
  6. 前記処理基板を挟んだ状態で案内して走行させる案内走行機構を有し、前記放電電極における、前記案内走行機構によって前記処理基板の挟まれる部分に対応する部分において放電を発生させるように前記磁石が配置されている請求項記載の真空処理装置。
  7. 前記処理源が成膜源である請求項又はのいずれか1項記載の真空処理装置。
  8. 前記処理基板の非成膜領域に対応する部分に放電を発生させるように前記磁石が配置されている請求項記載の真空処理装置。
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