JP6580829B2 - Plasma CVD deposition system - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマCVD成膜装置に関する。 The present invention relates to a plasma CVD film forming apparatus.
従来、プラスチックフィルムなどの薄い帯状の基材の表面にシリコン酸化膜などの皮膜を連続的に形成するために、プラズマCVD成膜装置が用いられる。 Conventionally, a plasma CVD film forming apparatus has been used to continuously form a film such as a silicon oxide film on the surface of a thin belt-like substrate such as a plastic film.
プラズマCVD成膜装置は、特許文献1に記載されているように、皮膜の原料となる原料ガスが充填された真空チャンバと、当該真空チャンバ内に配備され、金属製の一対の成膜ローラと、一対の成膜ローラにそれぞれ電極が接続された電源と、一対の成膜ローラの内部にそれぞれ設けられた磁場発生手段とを備えている。
As described in
この成膜装置を用いて帯状の基材の表面に皮膜を連続的に形成する場合、帯状の基材を一対の成膜ローラの互いに対向する部分にそれぞれ巻き掛けられた状態で送り出していく。このとき、磁場発生手段は、一対の成膜ローラ間の空間に磁場を発生させる。そして、電源は、一対の成膜ローラの間に高周波の交流電圧を高電圧で印加する。これにより、一対の成膜ローラ間の磁場の領域内でプラズマが発生する。発生されたプラズマのエネルギーによって、真空チャンバ内部の原料ガスの分子は、分解されて、基材の表面に付着することにより、当該基材の表面には、皮膜が連続的に形成される。このようにして、皮膜がプラズマCVDによって基材の表面に連続的に形成される。 In the case where a film is continuously formed on the surface of a belt-like base material using this film forming apparatus, the belt-like base material is sent out in a state where the belt-like base material is wound around mutually facing portions of a pair of film forming rollers. At this time, the magnetic field generating means generates a magnetic field in the space between the pair of film forming rollers. The power supply applies a high-frequency AC voltage at a high voltage between the pair of film forming rollers. Thereby, plasma is generated in the region of the magnetic field between the pair of film forming rollers. The molecules of the source gas inside the vacuum chamber are decomposed by the generated plasma energy and adhere to the surface of the base material, whereby a film is continuously formed on the surface of the base material. In this way, a film is continuously formed on the surface of the substrate by plasma CVD.
上記のように、成膜作業中は、帯状の基材を一対の成膜ローラの互いに対向する部分にそれぞれ巻き掛けられている。しかし、各成膜ローラの両端部は、基材が巻き掛けられずに露出している。したがって、一対の成膜ローラの間で発生するプラズマによって、これらの露出している各成膜ローラの両端部においても、皮膜が形成されるおそれがある。 As described above, during the film forming operation, the belt-like base material is wound around the opposing portions of the pair of film forming rollers. However, both ends of each film-forming roller are exposed without the substrate being wound thereon. Therefore, the plasma generated between the pair of film forming rollers may cause a film to be formed at both ends of each exposed film forming roller.
そこで、これら成膜ローラの両端部における皮膜形成を防止するために、上記の特許文献1記載の成膜装置では、一対の成膜ローラの間において、各成膜ローラの両端部を覆う遮蔽部材が設けられている。遮蔽部材は、成膜ローラの端部表面の周方向に沿うような湾曲形状を有している。
Therefore, in order to prevent film formation at both ends of these film forming rollers, in the film forming apparatus described in
この遮蔽部材は、各成膜ローラの両端部を覆うことにより、当該両端部における異常放電の発生を抑える。それによって、当該放電によって成膜ローラの両端部に皮膜が形成することを防止している。 The shielding member covers both ends of each film forming roller, thereby suppressing the occurrence of abnormal discharge at the both ends. Thereby, it is prevented that a film is formed on both ends of the film forming roller by the discharge.
上記の特許文献1記載の成膜装置では、成膜ローラの両端部における皮膜形成を防止するために、一対の成膜ローラの間において、各成膜ローラの両端部を覆う遮蔽部材が設けられている。
In the film forming apparatus described in
この構成では、成膜ローラの軸方向について、成膜が行われる範囲の成膜ローラの金属製の外周面のうち基材が巻き掛けられている部分は、当該成膜ローラの表面が基材に覆われている。しかし、それ以外の部分、すなわち、基材が巻き掛けられていない部分では、基材に接触していないので外部に露出している。このように、金属製の成膜ローラのうち外部に露出している部分では、当該露出している部分とその周囲の部分(例えば、真空チャンバの内壁など)との間の電位差により、異常放電が発生するおそれがある。そのため、成膜作業を継続することができないおそれがある。 In this configuration, in the axial direction of the film forming roller, the portion of the metal outer peripheral surface of the film forming roller in the range where film forming is performed has the surface of the film forming roller as the surface of the film forming roller. Covered with However, other portions, that is, portions where the base material is not wound are exposed to the outside because they are not in contact with the base material. As described above, in the portion of the metal film forming roller that is exposed to the outside, abnormal discharge occurs due to the potential difference between the exposed portion and the surrounding portion (for example, the inner wall of the vacuum chamber). May occur. Therefore, there is a possibility that the film forming operation cannot be continued.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、成膜ローラの軸方向についての成膜が行われる範囲において基材が巻き掛けられていない部分において異常放電の発生を防止するプラズマCVD成膜装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and prevents the occurrence of abnormal discharge in a portion where the substrate is not wound in a range where film formation is performed in the axial direction of the film formation roller. An object is to provide a plasma CVD film forming apparatus.
本発明のプラズマCVD成膜装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバ内部に回転自在に取り付けられた成膜ローラであって、帯状の基材が当該成膜ローラの全周のうちの一部に巻き掛けられる金属製の成膜ローラと、前記成膜ローラの内部に配置され、前記成膜ローラにおける前記基材が巻き掛けられる部分の外側に磁場を生成する磁場生成部と、前記成膜ローラに接続され、前記磁場の領域内にプラズマを生成するための交流電圧を当該成膜ローラに印加する電源と、前記成膜ローラにおける前記基材が巻き掛けられる部分に対して当該成膜ローラの回転軸を挟んで反対側に位置する当該基材に接触していない非接触部分を覆うカバーと、前記成膜ローラに隣接して配置され、前記真空チャンバの内部を、前記磁場の領域内に生成された前記プラズマが存在し、当該プラズマを用いて前記基材の成膜が行われる成膜エリアと、前記基材の成膜が行われない非成膜エリアとに区画する隔壁とを備えており、前記非成膜エリアにおける圧力は、前記成膜エリアにおける圧力よりも高くなるように設定され、前記成膜ローラは、前記成膜エリアに配置された部分と、前記非成膜エリアに配置された部分を有しており、前記カバーは、金属製の本体部と、絶縁材料からなり、当該本体部における前記成膜ローラに対向する部分を覆う絶縁部とを備えており、前記カバーは、前記成膜ローラにおける前記基材に接触していない非接触部分を覆うように、前記成膜エリアにおける圧力よりも高い前記非成膜エリアのみに配置されている、ことを特徴とする。 The plasma CVD film forming apparatus of the present invention includes a vacuum chamber and a film forming roller rotatably attached to the inside of the vacuum chamber, wherein a belt-like base material is part of the entire circumference of the film forming roller. A metal film forming roller to be wound, a magnetic field generating unit that is disposed inside the film forming roller and generates a magnetic field outside a portion of the film forming roller on which the substrate is wound, and the film forming roller A power source for applying an AC voltage for generating plasma in the region of the magnetic field to the film forming roller, and a portion of the film forming roller with respect to a portion of the film forming roller on which the substrate is wound. A cover that covers a non-contact portion that is not in contact with the base material that is located on the opposite side across the rotating shaft, and is disposed adjacent to the film forming roller, and the interior of the vacuum chamber is within the region of the magnetic field Generated The plasma is present, and comprises a film forming area where the base material is formed using the plasma and a partition wall which is divided into a non-film forming area where the base material is not formed, The pressure in the non-film-forming area is set to be higher than the pressure in the film-forming area, and the film-forming roller is arranged in the portion arranged in the film-forming area and in the non-film-forming area has a portion, the cover includes a metallic main body, made of insulation material, and an insulating portion for covering a part facing the film-forming roller in the main body, the cover, The film forming roller is disposed only in the non-film forming area higher than the pressure in the film forming area so as to cover a non-contact portion that is not in contact with the base material.
プラズマCVDを行う場合、成膜ローラに対してプラズマを生成するための交流電圧が印加された状態では、成膜ローラの軸方向についての成膜が行われる範囲において、成膜ローラにおける基材が巻き掛けられて基材に接触している部分だけでなく、基材が巻き掛けられる部分に対して当該成膜ローラの回転軸を挟んで反対側に位置する当該基材に接触していない成膜ローラの裏側の部分もプラズマを生成することができる電位になっている。そのため、当該基材に接触していない成膜ローラの裏側の部分では、異常放電がおきやすい状態になっている。そこで、本発明では、カバーが、成膜ローラにおける前記基材が巻き掛けられる部分に対して当該成膜ローラの回転軸を挟んで反対側に位置する当該基材に接触していない非接触部分を覆っている。これにより、成膜ローラにおける基材が接触している部分だけでなく、その部分に対して裏側の部分である基材に接触していない非接触部分もカバーで覆われることとなり、当該裏側の部分における異常放電の発生を防止することが可能になる。
When performing plasma CVD, in a state where an AC voltage for generating plasma is applied to the film forming roller, the base material of the film forming roller is within the range where film forming is performed in the axial direction of the film forming roller. Not only the part that is wound and is in contact with the substrate, but also the part that is not in contact with the substrate that is located on the opposite side of the rotation axis of the film forming roller with respect to the part where the substrate is wound. The portion on the back side of the film roller is also at a potential capable of generating plasma. For this reason, abnormal discharge is likely to occur in the portion on the back side of the film forming roller that is not in contact with the base material. Therefore, in the present invention, the cover is a non-contact portion that is not in contact with the base material that is located on the opposite side of the film forming roller with respect to the portion around which the base material is wound. Covering. As a result, not only the part of the film forming roller that is in contact with the base material but also the non-contact part that is not in contact with the base material that is the back side of the part is covered with the cover. It is possible to prevent the occurrence of abnormal discharge in the portion.
また、上記の構成では、カバーの本体部における成膜ローラに対向する部分を覆う絶縁部が、成膜ローラをその周辺の物から絶縁することによって、成膜ローラとその周辺の物との間における異常放電の発生を防止することが可能である。これにより、成膜ローラおよびその周辺の物における皮膜の形成を防ぐことが可能である。
In the above configuration, the insulating portion that covers the portion of the main body of the cover that faces the film formation roller insulates the film formation roller from the surrounding objects, so that the film formation roller and the surrounding objects are separated from each other. It is possible to prevent the occurrence of abnormal discharge. Thereby, it is possible to prevent the film formation on the film forming roller and the surrounding objects.
さらに、上記の構成によれば、カバーにおける金属製の本体部のうち成膜ローラに対向する部分は、絶縁材料からなる絶縁部で覆われている。そのため、本体部が金属製でありながら当該本体部と成膜ローラとの間における異常放電の発生を防止し、本体部における皮膜の形成を防ぐことが可能である。
Furthermore, according to said structure, the part which opposes the film-forming roller among the metal main-body parts in a cover is covered with the insulating part which consists of insulating materials. Therefore, although the main body is made of metal, it is possible to prevent the occurrence of abnormal discharge between the main body and the film forming roller, thereby preventing the formation of a film on the main body.
しかも、上記の構成によれば、非成膜エリアにおける圧力は、前記成膜エリアにおける圧力よりも高くなるように設定されているので、成膜エリアに成膜を行うための原料となるガスを送り込んだときに、このガスが成膜ローラと隔壁との隙間を通して成膜エリアから非成膜エリアに拡散することを抑えることが可能である。また、非成膜エリアにおける圧力が高くなれば、成膜ローラの非成膜エリアに配置された部分における放電が発生しやすくなる傾向があるが、上記の構成では、カバーは、成膜ローラの基材に接触していない非接触部分を覆うように、成膜エリアにおける圧力よりも高い非成膜エリアのみに配置されているので、当該非接触部分における異常放電の発生を防止して皮膜の発生を防止することが可能である。
In addition, according to the above configuration, since the pressure in the non-film formation area is set to be higher than the pressure in the film formation area, a gas serving as a raw material for film formation is formed in the film formation area. When fed, this gas can be prevented from diffusing from the film formation area to the non-film formation area through the gap between the film formation roller and the partition wall. In addition, if the pressure in the non-film formation area is high, discharge tends to occur in the portion of the film formation roller arranged in the non-film formation area . Since it is arranged only in the non-film formation area that is higher than the pressure in the film formation area so as to cover the non-contact part that is not in contact with the substrate, it prevents the occurrence of abnormal discharge in the non-contact part It is possible to prevent the occurrence.
以上説明したように、本発明のプラズマCVD成膜装置によれば、成膜ローラのうち基材が巻き掛けられている部分に対して当該成膜ローラの回転軸を挟んで反対側に位置する部分、すなわち基材が巻き掛けられていない部分での異常放電の発生を防止することができる。 As described above, according to the plasma CVD film forming apparatus of the present invention, the film forming roller is positioned on the opposite side with respect to the portion around which the substrate is wound with respect to the rotation axis of the film forming roller. It is possible to prevent the occurrence of abnormal discharge in the portion, that is, the portion where the substrate is not wound.
以下、図面を参照しながら本発明のプラズマCVD成膜装置の実施形態についてさらに詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the plasma CVD film forming apparatus of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
図1〜4に示されるプラズマCVD成膜装置10(以下、成膜装置10という)は、プラズマCVDによって帯状の基材Aの表面に薄膜を連続的に形成する装置である。この成膜装置10は、真空チャンバ1と、当該真空チャンバ内部に回転自在に取り付けられた一対の成膜ローラ2と、各成膜ローラ2内部に配置されたマグネット3と、一対の成膜ローラ2に高周波の交流電圧を印加する高周波電源4と、複数のガイドローラ5と、真空チャンバ1内部を仕切る隔壁6と、成膜ローラ2における基材Aが巻き掛けられる部分2aに対して反対側の基材Aに接触してない部分2bを覆うカバー9とを備えている。
A plasma CVD film forming apparatus 10 (hereinafter referred to as a film forming apparatus 10) shown in FIGS. 1 to 4 is an apparatus that continuously forms a thin film on the surface of a strip-shaped substrate A by plasma CVD. The
真空チャンバ1は、中空の筐体であり、真空ポンプ(図示せず)などの排気手段に接続された排気口15を有する。
The
真空チャンバ1の内部空間は、成膜ローラ2およびそれに隣接する隔壁6によって、2つの空間、すなわち、低圧室7と高圧室8とに区画されている。低圧室7は、成膜ローラ2表面で基材Aの成膜が行われる成膜エリアである。高圧室8は、基材Aの成膜が行われない非成膜エリアである。
The internal space of the
低圧室7は、排気口15に連通しており、真空状態または低圧状態まで減圧される。低圧室7には、原料ガス供給口12および酸素ガス供給口13が設けられている。皮膜の材料となる原料ガスG1は、原料ガス供給口12を通って低圧室7へ供給される。酸素ガスOXは、酸素ガス供給口13を通って低圧室7へ供給される。高圧室8には、酸素ガス供給口14が設けられ、当該酸素ガス供給口14を通って酸素ガスOXが供給される。高圧室8は、低圧室7の内部よりも高圧に保たれている。
The
一対の成膜ローラ2は、それぞれステンレスなどの金属で製造されたローラである。一対の成膜ローラ2は、真空チャンバ1の内部に回転自在に取り付けられている。すなわち、各成膜ローラ2の回転軸2cの両端部は、真空チャンバ1の対向する一対の側壁などに回転自在に支持されている。一対の成膜ローラ2の対向する部分2aは、隔壁6の開口部6aに挿入されて、低圧室7の内部に収容されている。
The pair of
帯状の基材Aは、一対の成膜ローラ2の全周のうちの互いに対向する部分2aに巻き掛けられる。
The belt-like substrate A is wound around the mutually opposing
一対の成膜ローラ2の全周のうち基材Aが巻き掛けられていない部分(すなわち、裏側の部分)2bは、真空チャンバ1の高圧室8に位置している。
Of the entire circumference of the pair of
各成膜ローラ2は、−20〜200℃程度の範囲で温度調整されることがある。そのため、成膜ローラ2は、これらの温度範囲で変質したり、割れたりしないような熱特性を有する必要がある。成膜ローラ2の材質は、マグネット3による磁場を伝搬させやすいようにステンレスなどの透磁率の小さい金属材料が用いられるのが好ましい。
The temperature of each
各成膜ローラ2の軸方向についてマグネット3が配置される領域2eでは、当該成膜ローラ2の表面は、絶縁部19で覆われていないので、露出している。一方、上記のマグネット3の配置領域2eの周辺の範囲は、絶縁材料からなる絶縁部19で覆われている。絶縁部19は、成膜ローラ2のうち両側の領域を覆っている。成膜ローラ2の両側の端部2dは、端部キャップ11によって覆われている。端部キャップ11の表面は、絶縁材料からなる絶縁部20で覆われている。
In the
マグネット3は、成膜ローラ2の内部、具体的には、一対の成膜ローラ2の互いに対向する部分2aの内側にそれぞれ配置されている。マグネット3は、一対の成膜ローラ2の間であってそれぞれの成膜ローラ2における基材Aが巻き掛けられる部分2aの外側において磁場を生成する。マグネット3は、本発明の磁場生成部に含まれる概念であり、例えば、永久磁石(ネオジム、サマリウムコバルト、フェライトなど)などで構成される。
The
高周波電源4は、一対の成膜ローラ2にそれぞれ接続されている。高周波電源4は、磁場の領域内にプラズマPを生成するための高周波の交流電圧を一対の成膜ローラ2の間に印加する。これにより、低圧室7内部において、一対の成膜ローラ2の間には放電が発生し、マグネット3近傍の磁場の領域内では原料ガスG1がプラズマ状態になってプラズマPが発生する。いいかえれば、低圧室7は、磁場の領域内に生成されたプラズマPが存在し、当該プラズマPを用いて基材Aの成膜が行われる成膜エリアとして機能する。
The high
高周波電源4から一対の成膜ローラ2に印加される電圧としては、真空チャンバ1の電位に対し平均電圧が負の高周波(例えば、十〜数百kHz程度、好ましくは数十kHz程度)であり、ピーク・ツウ・ピーク値が1000V以上の電圧が好ましい。
The voltage applied to the pair of
カバー9は、成膜ローラ2における基材Aが巻き掛けられる部分2aに対して当該成膜ローラ2の回転軸2cを挟んで反対側に位置する当該基材Aに接触していない部分(すなわち、裏側の部分)2bを覆う。また、カバー9は、図3に示されるように、各成膜ローラ2の軸方向に関しては、少なくともマグネット3の配置領域2eを覆う幅を有している。例えば、カバー9は、基材Aと同じ幅を有する。
The
カバー9は、図2に示されるように、成膜ローラ2の裏側の部分2bに沿うように円弧状に曲がった形状を有している。カバー9は、具体的には、金属製の本体部9aと、絶縁材料からなる絶縁部9bとを備えている。本体部9aは、ステンレスなどの金属材料で製造される。絶縁部9bは、本体部9aにおける成膜ローラ2に対向する部分を覆う。
As shown in FIG. 2, the
絶縁部9bを構成する絶縁材料は、例えば、セラミック材料を含む。セラミック材料としては、アルミニウムの酸化物(Al2O3)の他、ジルコニア(ZrO2)窒化アルミ(AlN)、炭化ケイ素(SiC)などが挙げられる。また、シリコン酸化物、ポリイミド、ガラスなどの材料の単体、あるいはこれらの積層体または混合物なども用いられる。また、酸素を含むプラズマプロセスの場合には、絶縁部9bは酸化物であることが好ましい。
The insulating material constituting the insulating
そのうち、とくに、アルミニウムの酸化物(Al2O3)は、これらのセラミック材料のうち被覆性や絶縁性が最も良いので好ましい。したがって、最も好ましい絶縁部9bとしては、アルミナおよび/またはアルミナ系化合物を本体部9aにおける成膜ローラ2に対向する部分に溶射したものが用いられる。
Of these, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is particularly preferable among these ceramic materials because it has the best covering and insulating properties. Therefore, as the most preferable insulating
また、絶縁部9bを構成する絶縁材料は、研磨しても剥離しにくい固くて強い材質であるのがさらに好ましい。すなわち、成膜作業中に、カバー9の絶縁部9bの表面に皮膜が形成された場合には、この皮膜を除去するためには、絶縁部9bの表面の皮膜を研磨などで落とす作業が行われる。この研磨作業のときに、硬度の低い絶縁材料で構成された絶縁部であれば、削れて損傷を受けるおそれがある。そこで、上記のように硬くて強い絶縁材料が用いられるのが好ましい。以上の絶縁部9bに求められる性能を満たした材料としては、上記のセラミック材料が好ましく、そのセラミック材料の中でも、アルミナおよび/またはアルミナ系化合物がとくに好ましい。
Further, the insulating material constituting the insulating
また、絶縁部9bの表面に付着した汚れを剥離しやすいように、絶縁部9bの表面にフッ素樹脂などを被覆するのが好ましい。
Moreover, it is preferable to coat the surface of the
図2に示されるように、カバー9と成膜ローラ2との間のクリアランスt1は、成膜ローラ2における異常放電の発生を防止するために、できるだけ狭い方が好ましく、例えば、1〜5mm程度に設定される。また、カバー9と基材Aとの間のクリアランスt2も、できるだけ狭い方が好ましい。
As shown in FIG. 2, the clearance t1 between the
また、絶縁部9bの厚さdは、成膜ローラ2とチャンバ1の内壁等の周辺部材との間で異常放電が生じない程度の絶縁性を確保することが可能な厚さであればよく、例えば、10μm以上あればよい。また、絶縁部9bが厚ければ、成膜ローラ2の裏側の部分2bを遮蔽する効果が高くなる。その結果、カバー9について、当該裏側の部分2bにおける異常放電の発生や皮膜形成を防ぐ能力が向上する。また、カバー9の厚さCは、カバー9と成膜ローラ2との間のクリアランスt1を維持するために当該カバー9の剛性を有することを考慮すれば、0.5mm以上の厚さを有するのが好ましい。
In addition, the thickness d of the insulating
カバー9は、図4に示されるように、チャンバ1の側壁1aに対して、支持構造体21を介して固定されている。支持構造体21は、チャンバ1の側壁に固定されるベース部21aと、カバー9に連結された連結部21bとを有する。連結部21bは、溶接などによって、カバー9の外周面に連結されている。ベース部21aは、ねじ止めなどによってチャンバ1の側壁1aに固定される。
As shown in FIG. 4, the
成膜される基材Aとしては、薄い帯状の部材が採用される。基材Aの厚さは、5μm以上が好ましい。厚さが5μm未満であれば、基材Aが伸びるなど変形しやすく、当該基材Aを成膜ローラ2の表面に安定して巻くことが困難になる。一方、基材Aの厚さが500μmより大きくなると、インピーダンスが高くなり成膜ローラ2からプラズマPに対して電力を供給することが困難になるほか、基材Aの搬送が安定せず異常放電を発生する恐れがある。これらの点を考慮した場合、上記の構成の成膜装置10を用いて成膜を行う場合には、5〜500μmの厚さを有する基材Aを用いれば、薄い基材を用いながらも異常放電が発生することなく安定して行うことが可能である。
As the substrate A on which the film is formed, a thin strip-shaped member is employed. The thickness of the substrate A is preferably 5 μm or more. If the thickness is less than 5 μm, the base material A is easily deformed, for example, stretched, and it becomes difficult to stably wind the base material A around the surface of the
つぎに、上記のように構成された成膜装置10を用いて基材Aの表面に成膜を行う方法を説明する。
Next, a method for forming a film on the surface of the substrate A using the
まず、図1に示されるように、成膜前の基材Aは、ロール状に巻かれたロールR1の状態で、真空チャンバ1内部の所定の場所にセットされる。ロールR1から引き出された帯状の基材Aは、右側のローラ2、複数のガイドローラ5、および左側の成膜ローラ2の順に巻き掛けられる。この状態の帯状の基材Aは、まず、右側の成膜ローラ2の部分2aに巻き掛けられた状態で当該成膜ローラ2の回転によって低圧室7内部を搬送され、さらに、複数のガイドローラ5によって支持された状態で高圧室8内部を搬送される。そして、基材Aは,左側の成膜ローラ2の部分2aに巻き掛けられた状態で当該成膜ローラ2の回転によって低圧室7内部を搬送され、真空チャンバ1のロールR1と反対側の位置において、ロールR2のようにロール状に巻き取られる。
First, as shown in FIG. 1, the base material A before film formation is set at a predetermined location inside the
このとき、真空チャンバ1の低圧室7は、排気口15を介して真空ポンプ(図示せず)によって真空引きされ、真空または低圧状態に減圧される。そして、低圧室7内部には、原料ガス供給口12から原料ガスG1が供給され、酸素ガス供給口13から酸素ガスOXが供給される。それとともに、高圧室8内部には、酸素ガスOXが供給され、それによって、高圧室8内部の圧力は、低圧室7内部の圧力よりも高くなるように調整される。
At this time, the low-
それとともに、低圧室7の内部において、一対の成膜ローラ2の間には、高周波電源4から高周波の交流電圧が印加される。一対の成膜ローラ2の対向する部分2aの間には、当該部分2aの近傍においてマグネット3によって磁場が発生される。磁場の領域内では、成膜ローラ2から電力を受けた原料ガスG1がプラズマ状態になり、プラズマPが発生する。
At the same time, a high-frequency AC voltage is applied from the high-
これにより、ロールR1からロールR2へ搬送される基材Aは、低圧室7の内部であって一対の成膜ローラ2の間において、プラズマPに接触したときに皮膜が形成される。
As a result, the base material A conveyed from the roll R1 to the roll R2 forms a film when it contacts the plasma P inside the
一方、成膜ローラ2のうち基材Aが巻き掛けられていない裏側の部分2bは、カバー9によって覆われているので、異常放電の発生が生じにくくなっている。そのため、隔壁6の開口部6aを通して低圧室7から高圧室8へ漏れ出る一部の原料ガスG2が、成膜ローラ2の裏側の部分2bに達しても当該裏側の部分2bにおいて原料ガスG2がプラズマ化して皮膜が形成されるおそれが低くなる。
On the other hand, the
以上説明した成膜装置1は、以下の特徴を有する。
The
(1)
プラズマCVDを行う場合、成膜ローラ2に対してプラズマPを生成するための交流電圧が印加された状態では、成膜ローラ2の軸方向Bについての成膜が行われる範囲において、成膜ローラ2の基材Aが巻き掛けられて当該基材Aに接触している部分2aだけでなく、基材Aに接触していない裏側の部分2bもプラズマPを生成することができるほど高電位になっている。本実施形態の成膜装置10では、カバー9が、成膜ローラ2における基材Aが巻き掛けられる部分2aに対して当該成膜ローラ2の回転軸2cを挟んで反対側に位置する当該基材Aに接触していない裏側の部分2を覆っている。これにより、成膜ローラ2における基材Aが接触している部分2aだけでなく、その部分に対して裏側の部分2bである基材Aに接触していない部分もカバー9で覆われることとなり、当該裏側の部分2bにおける異常放電の発生を防止することが可能になる。
(1)
In the case of performing plasma CVD, in the state where an AC voltage for generating plasma P is applied to the
その結果、成膜時において成膜される薄膜のバリア性などの膜質を良くしようとして電力を上げたときなどの理由で成膜ローラ2に高電圧が印加された場合でも、成膜ローラ2の裏側の部分2bでは異常放電が発生しない。そのため、大電力での成膜プロセスが可能になり、成膜作業における膜質や生産性を向上することが可能である。
As a result, even when a high voltage is applied to the
(2)
本実施形態の成膜装置10では、カバー9は、少なくとも成膜ローラ2に対向する部分(具体的には、絶縁部9b)において、絶縁材料を含んでいる。この絶縁材料が、成膜ローラ2をその周辺の物(例えば、真空チャンバ1や図示しないフリーローラなどのアースされた構成物)から絶縁することによって、成膜ローラ2とその周辺の物との間における異常放電の発生を防止することが可能である。これにより、成膜ローラ2およびその周辺の物における皮膜の形成を防ぐことが可能である。
(2)
In the
カバー9は、上記実施形態のようにカバー9の少なくとも前記成膜ローラに対向する部分(絶縁部9b)に絶縁材料を含んでいればよく、カバー9の全体に絶縁材料を含んでもよい。あるいは、カバー9は、絶縁材料のみから構成されていてもよい。
The
(3)
本実施形態の成膜装置10では、より好ましい態様として、カバー9は、金属製の本体部9aと、前記絶縁材料からなり、当該本体部9aにおける成膜ローラ2に対向する部分を覆う絶縁部9bとを備えている。
(3)
In the
この構成では、カバー9における金属製の本体部9aのうち成膜ローラ2に対向する部分は、絶縁材料からなる絶縁部9bで覆われているので、本体部9aが金属製でありながら当該本体部9aと成膜ローラ2との間における異常放電の発生を防止し、本体部9aにおける皮膜の形成を防ぐことが可能である。また、一般にもろい材質である絶縁部9bを本体部9aで補強することができ、取付け時に破損したりする恐れが減る。
In this configuration, the portion of the
しかも、カバー9が絶縁部9bを有することにより、直流交流のいずれの異常放電を防止することが可能である。
In addition, since the
(4)
本実施形態の成膜装置10では、真空チャンバ1は、磁場の領域内に生成されたプラズマPが存在し、当該プラズマPを用いて基材Aの成膜が行われる成膜エリアである低圧室7と、基材Aの成膜が行われない非成膜エリアである高圧室8とを有している。成膜ローラ2は、低圧室7に配置された部分2aと、高圧室8に配置された部分2bを有している。カバー9は、高圧室8に配置されて、成膜ローラ2における基材Aに接触していない部分2bを覆う。
(4)
In the
この構成では、カバー9は、非成膜エリアである高圧室8において、成膜ローラ2の基材Aに接触していない部分2bを覆うことにより、当該部分2bにおける皮膜の発生を防止することが可能である。
In this configuration, the
(5)
本実施形態の成膜装置10は、成膜ローラ2に隣接して配置され、成膜エリアである低圧室7と非成膜エリアである高圧室8とを区画する隔壁6をさらに備えている。高圧室8における圧力は、低圧室7における圧力よりも高くなるように設定されている。
(5)
The
この構成では、非成膜エリアである高圧室8における圧力は、成膜エリアである低圧室7における圧力よりも高くなるように設定されているので、低圧室7に成膜を行うための原料となるガスを送り込んだときに、このガスが成膜ローラ2と隔壁6との隙間(すなわち、図1の隔壁6の開口部6aの縁と成膜ローラ2との隙間)を通して低圧室7から高圧室8に拡散することを抑えることが可能である。また、高圧室8における圧力が高くなれば、成膜ローラ2の高圧室8に配置された部分2bにおける放電が発生しやすくなる傾向があるが、カバー9は、高圧室8において、成膜ローラ2の基材Aに接触していない部分2bを覆っているので、当該部分2bにおける皮膜の発生を防止することが可能である。
In this configuration, the pressure in the high-pressure chamber 8 that is a non-film formation area is set to be higher than the pressure in the low-
(6)
本実施形態の成膜装置10では、カバー9の絶縁部9bを構成する絶縁材料としてセラミック材料が用いられることにより、樹脂材料などの他の材料と比較して絶縁性が良好である。
(6)
In the
(7)
本実施形態の成膜装置10では、絶縁部9bがアルミニウムの酸化物を含む材料で構成されることにより、他のセラミック材料と比較して被覆性や絶縁性が最も良好になる。
(7)
In the
本発明は、以上説明した実施形態に限定されない。例えば、本発明は次のような変形例を含む。 The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the present invention includes the following modifications.
(A)
カバー9は、図5に示されるように、成膜ローラ2の軸方向に関しては、成膜ローラ2の全長にわたって成膜ローラ2のうち基材Aが巻き掛けられていない部分2bを覆うようにしてもよい。
(A)
As shown in FIG. 5, the
成膜ローラ2の端部を覆う端部キャップ11(図3参照)は、カバー9との干渉を避けるために省略するほうが好ましい。
It is preferable to omit the end cap 11 (see FIG. 3) that covers the end of the
(B)
また、本発明に係る成膜装置は、図6〜7に示されるようにローラ絶縁部22をさらに備えてもよい。このローラ絶縁部22は、絶縁材料からなり、成膜ローラ2の表面のうちの当該成膜ローラ2の軸方向において少なくともマグネット3(磁場生成部)の配置領域2eの範囲を覆う。このローラ絶縁部22は、カバー9全体が金属材料で製造されることを可能にする。
(B)
Moreover, the film forming apparatus according to the present invention may further include a
この図6〜7に示される変形例では、ローラ絶縁部22は、成膜ローラ2の表面のうちの当該成膜ローラ2の軸方向において少なくともマグネット3の配置領域2eの範囲を覆っている。これにより、ローラ絶縁部22は、成膜ローラ2における基材Aが巻き掛けられる部分2aだけでなく、当該部分2aに対して当該成膜ローラ2の回転軸を挟んで反対側に位置する当該基材Aに接触していない部分2bも覆う。そのため、カバー9を金属材料で製造しても、当該カバー9と成膜ローラ2との間には、ローラ絶縁部22が介在することによって、これらの間における異常放電の発生を防止し、カバー9における皮膜の発生を防止することが可能である。これにより、カバー9としては、加工やメンテナンスが容易な金属部品を用いることが可能である。
6 to 7, the
また、この図6〜7に示される変形例では、成膜ローラ2の表面を覆うローラ絶縁部22によって、当該成膜ローラ2における基材Aと接触している部分の裏側の部分2bとその周囲の部分(例えば、真空チャンバ1の内壁など)との間の電位差に起因する直流の異常放電を防止することが可能である。それとともに、成膜ローラ2との間に一定の距離を隔てたカバー9が上記の裏側の部分2bを覆うことで、カバー9と成膜ローラ2との間にはプラズマPの無い空隙が形成され、その結果、プラズマPに起因する交流の異常放電を防止することも可能である。これによって、成膜ローラ2の裏側の部分2bにおける交流、直流いずれの異常放電も防止することが可能である。
Further, in the modification shown in FIGS. 6 to 7, the
また、ローラ絶縁部22が成膜ローラ2の表面を覆うことによって、カバー9の絶縁部9b(図2参照)を省略することが可能である。
Further, since the
このような成膜ローラ2の表面を覆うローラ絶縁部22は、具体的には、図6〜8に示されるように、成膜ローラ2の表面のうちの当該成膜ローラ2の軸方向Bにおいてマグネット3の配置領域およびその周辺の範囲を覆う。この変形例では、ローラ絶縁部22は、図8に示されるように、成膜ローラ2のうち両側の端部2dを除く基材Aに接触することが可能な領域を覆っている。成膜ローラ2の両側の端部2dは、端部キャップ11によって覆われている。端部キャップ11は、成膜ローラ2の端部2dに嵌合する凹部11aを有する。端部キャップ11の表面は、絶縁材料からなる絶縁部20で覆われている。
Specifically, the
ローラ絶縁部22に求められる性能は、具体的には、成膜ローラ2側とプラズマP側において1000V以上の耐電圧であること、および、酸素や有機SiなどのプラズマPによって損傷を受けない材料であることなどである。ここで、ローラ絶縁部22の耐電圧が1000V未満であれば、ローラ絶縁部22がプラズマP中の電位に耐えることができず、絶縁破壊を起こすおそれがある。また、プラズマPによって損傷を受けやすい材料は、プラズマCVDを行っている間に劣化するので、ローラ絶縁部22の材料としては適さない。
Specifically, the performance required for the
また、ローラ絶縁部22を構成する絶縁材料は、上記のカバー9の絶縁部9bと同様に、セラミック材料を含むのが好ましい。セラミック材料としては、アルミニウムの酸化物(Al2O3)の他、ジルコニア(ZrO2)窒化アルミ(AlN)、炭化ケイ素(SiC)などが挙げられる。また、シリコン酸化物、ポリイミド、ガラスなどの材料の単体、あるいはこれらの積層体または混合物なども用いられる。また、酸素を含むプラズマプロセスの場合には、ローラ絶縁部22は酸化物であることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the insulating material which comprises the
そのうち、とくに、アルミニウムの酸化物(Al2O3)は、これらのセラミック材料のうち被覆性や絶縁性が最も良いので好ましい。したがって、最も好ましい絶縁部9bとしては、アルミナおよび/またはアルミナ系化合物を成膜ローラ2に溶射したものが用いられる。
Of these, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is particularly preferable among these ceramic materials because it has the best covering and insulating properties. Therefore, as the most preferable insulating
また、ローラ絶縁部22を構成する絶縁材料は、上記のカバー9の絶縁部9bと同様に、研磨しても剥離しにくい固くて強い材質であるのがさらに好ましい。すなわち、基材Aが蛇行したときや、成膜ローラ2の裏側の部分2bなどで、プラズマCVDで形成された皮膜がローラ絶縁部22上に形成してしまうことがある。この皮膜を除去するためには、ローラ絶縁部22の表面の皮膜を研磨などで落とす作業が行われる。この研磨作業のときに、硬度の低い絶縁材料で構成された絶縁部であれば、削れて損傷を受けるおそれがある。そこで、上記のように硬くて強い絶縁材料が用いられるのが好ましい。以上のローラ絶縁部22に求められる性能を満たした材料としては、上記のセラミック材料が好ましく、そのセラミック材料の中でも、アルミナおよび/またはアルミナ系化合物がとくに好ましい。
Further, the insulating material constituting the
なお、端部キャップ11の表面の絶縁部20も、上記のローラ絶縁部22と同じ絶縁材料で構成されてもよいが、他の絶縁材料が用いられてもよい。
The insulating
ローラ絶縁部22の厚さは、プラズマPを安定して発生させながらもローラ絶縁部22の損傷を低減させることが可能な厚さとして、1〜500μmになるように設定されている。すなわち、ローラ絶縁部22の厚さが500μmを超えると、インピーダンスが高くなり、成膜ローラ2からプラズマPに対して電力を供給することが困難になる。一方、ローラ絶縁部22の厚さが1μm未満であれば、ローラ絶縁部22がプラズマPの電位によって絶縁破壊するおそれ、またはローラ絶縁部22が基材Aの接触などによって物理的に破損や剥離が生じるおそれなどがある。そこで、上記のようにローラ絶縁部22の厚さが1〜500μmの範囲内であれば、プラズマPへ電力を安定して供給することができるとともにローラ絶縁部22の絶縁破壊等による破損を低減させることが可能になる。
The thickness of the
また、成膜ロール2の金属表面はローラ絶縁部22で覆われているので、基材Aが成膜ロール2の軸方向Bに蛇行してもプラズマPが形成された空間に成膜ロール2の金属表面が露出することがない。そのため、異常放電が発生せず、安定した成膜や操業が実現され得る。
Further, since the metal surface of the
さらに、厚さが12〜25μm程度の薄い基材Aが用いられる場合、成膜ローラ2とプラズマPの間には薄い基材Aおよびローラ絶縁部22の両方が介在しているので、成膜ローラ2とプラズマPの間の高周波インピーダンスを高く維持することが可能である。そのため、高周波の電圧を高く設定することが可能である。これによって、基材A近傍のイオンや電子のエネルギーが高まり、薄い基材Aに対しても良好な皮膜を形成することができる。
Further, when a thin base A having a thickness of about 12 to 25 μm is used, since both the thin base A and the
(C)
本発明は、一対の成膜ローラ2を備えた成膜装置に限定されない。例えば、本発明は、1個の成膜ローラを備えた成膜装置に適用されてもよい。この場合、成膜装置は、成膜ローラに対向する対向電極をさらに備えればよい。電源は、成膜ローラおよび対向電極に対してプラズマを生成するための電圧を印加すればよい。
(C)
The present invention is not limited to a film forming apparatus provided with a pair of
1 真空チャンバ
2 成膜ローラ
3 マグネット(磁力発生手段)
4 高周波電源
9 カバー
10 成膜装置
19 絶縁部
1
4 High-
Claims (1)
前記真空チャンバ内部に回転自在に取り付けられた成膜ローラであって、帯状の基材が当該成膜ローラの全周のうちの一部に巻き掛けられる金属製の成膜ローラと、
前記成膜ローラの内部に配置され、前記成膜ローラにおける前記基材が巻き掛けられる部分の外側に磁場を生成する磁場生成部と、
前記成膜ローラに接続され、前記磁場の領域内にプラズマを生成するための交流電圧を当該成膜ローラに印加する電源と、
前記成膜ローラにおける前記基材が巻き掛けられる部分に対して当該成膜ローラの回転軸を挟んで反対側に位置する当該基材に接触していない非接触部分を覆うカバーと、
前記成膜ローラに隣接して配置され、前記真空チャンバの内部を、前記磁場の領域内に生成された前記プラズマが存在し、当該プラズマを用いて前記基材の成膜が行われる成膜エリアと、前記基材の成膜が行われない非成膜エリアとに区画する隔壁と
を備えており、
前記非成膜エリアにおける圧力は、前記成膜エリアにおける圧力よりも高くなるように設定され、
前記成膜ローラは、前記成膜エリアに配置された部分と、前記非成膜エリアに配置された部分を有しており、
前記カバーは、金属製の本体部と、絶縁材料からなり、当該本体部における前記成膜ローラに対向する部分を覆う絶縁部とを備えており、
前記カバーは、前記成膜ローラにおける前記基材に接触していない非接触部分を覆うように、前記成膜エリアにおける圧力よりも高い前記非成膜エリアのみに配置されている、
プラズマCVD成膜装置。
A vacuum chamber;
A film-forming roller rotatably attached to the inside of the vacuum chamber, a metal film-forming roller in which a belt-like base material is wound around a part of the entire circumference of the film-forming roller;
A magnetic field generating unit that is disposed inside the film forming roller and generates a magnetic field outside a portion around which the base material is wound in the film forming roller;
A power source connected to the film forming roller and applying an alternating voltage to the film forming roller for generating plasma in the magnetic field region;
A cover that covers a non-contact portion that is not in contact with the base material that is located on the opposite side of the rotation axis of the film formation roller with respect to a portion around which the base material is wound in the film formation roller;
A film-forming area that is disposed adjacent to the film-forming roller and in which the plasma generated in the magnetic field region exists inside the vacuum chamber, and the base material is formed using the plasma And a partition partitioning into a non-film forming area where the base material is not formed,
The pressure in the non-film formation area is set to be higher than the pressure in the film formation area,
The film-forming roller has a portion arranged in the film-forming area and a portion arranged in the non-film-forming area,
It said cover includes a metallic main body, made of insulation material, and an insulating portion for covering a part facing the film-forming roller in the main body portion,
The cover is disposed only in the non-film formation area higher than the pressure in the film formation area so as to cover a non-contact portion that is not in contact with the base material in the film formation roller.
Plasma CVD film forming equipment.
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