JPH04110473A - 基体に膜を被覆する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、建築用の窓カラスや自動車用の窓ガラスのよ
うに大きな基体に安定して膜を被覆するのに適した、と
りわけ電気絶縁性を有する膜を被覆するのに適した方法
に関する。

「従来の技術」 従来より減圧さねた真空セハ１内てＪ、！、体に膜をり
に覆する方法としては、真空蒸着法、反応Ｐｌスパッタ
リング法、プラズマＣＶＤ法等があるが、ノリコン酸化
膜、シリコン窒化膜等の誘出体ｌＷ膜あるいは硬質カー
ボン膜等の保護膜等を形成する場合には、成膜速度およ
び膜品質の面でプラズマＣＶＤ法が優れている。

特に真空第２５巻筒１０−号（＋９８２イ１発団）に記
載された複合陰１４ｊｉ　Ｉｉ、ｌｌゾラスマ発１１）
じ１・１′と）１力勾ｉＩｉ！型プラズマ発生装置を組
合セたアーク放電プラズマからなるシートプラズマは、
高密度プラズマであるためにＣＶＤ法への応用が活発に
行われて〜八る。従来、前記シー）・プラズマを用いた
プラズマＣＶＤ法で基板１ごｊ模を被覆する方法として
は、特開平１−２５２７８１号公報に、１つのソートプ
ラズマを真空槽内に生起させ、前記ソートプラズマに平
行となるように基板を固定するかプラズマ流の方向に力
］シて０１角の方向に基板を移動させ、前記真空をＪ内
に原料ガスおよび反応ガスを導入することによって前記
基板」−に薄膜を被覆する方法が開示されている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、この従来のアーク放電型シーＹ・プラズ
マによるＣＶＤ法においては、建築用あるいは自動車用
の大面積ガラスＨ板に膜を被覆する場合、基板のサイズ
と同等以上のシートプラズマを生成させる必要がある。

特に建築用ガラスコニ（板のように、長さが２ｍを越え
るカラス基板」、（こ月シ＼を被覆するためには、長さ
が２ｍ以−ヒの〕−トブラズマな生成させなくて（ふな
らな〜１゜このような大面積シートプラズマは、プラズ
マ流をプラズマ発生源から陽極に誘導するための人口′
Ｌ径空芯コイルによる磁場とそのプラズマを圧縮するた
めの角型永久磁石の磁場を強くするごとによって生成し
なければならず、ＣＶＤプロセスとして応用する場合、
プラズマ生成室の圧力は０６７Ｐａ　（パスカル）程度
の圧力が必要となり、したがってプラズマ中の電子とガ
ス分子との衝突による電子のエネルギーロスが生じ、シ
ーｌプラズマのプラズマ密度がプラズマ発生７Ｆから陽
極に向（プて徐々１こ減少するという問題があった。

即ち、従来のシー）・プラズマＣＶＤ法においては、シ
ートプラズマのプラズマ発生源と陽極間との間ではプラ
ズマの密度が不均一であって、プラズマ発生源と陽極と
を粘ぶ方向とは直角の方向に基板を移動さ七ながらｊ模
の被覆を行っていたので、基板上に形成された薄膜の膜
厚およびぬ質に不均一性が生じるといった欠白があった
。

本発明は、−］二記した問題を１ｖ１′決するためにな
されたものであって、どりわけ建築用および自動ｉ１１
の窓ガラスのような大面積の基板ガラスに膜を均一に被
覆するのに好適な方法を提供するものである。

「課題を解決するだめの手段」 本発明は、減圧された雰囲気が調節できる真空槽に設置
された、プラズマ発生源と陽極とを有するプラズマ発生
装置″ｌＥｆにより、真空槽内にプラズマを発生さゼ前
記発生さぜたプラズマを磁場手段によってシートプラズ
マに変形し、前記シーＩ・プラズマの一方の側に配設さ
れたガス導入管より原料ガスを含むガスを導入するとと
もに、基体を前記シートプラズマを挾んで前記ガス導入
管の反対側で、かつ、前記基体の表面を前記シートプラ
ズマのシート面に対向させて、前記プラズマ発生源と前
記陽極とを結ぶ方向に移動さ（Ｊながら、前記シートプ
ラズマ中を通過した前記原料ガス成分を前記π体表面に
折山させる、基体に膜を被覆する方法である。また、０
１１記ンー）・プラズマを、複数個のプラズマ発４１−
装置ｉ！、ｌから発４１シさ＋ｌた複数個のプラズマな
磁場手段によりそれぞれシー１状に変形さ七、前記シー
ト状に変形させた複数個のプラズマを同一面内で隣接さ
一１ｉで形成し、より大きな面積のシートプラズマとす
ることは、大面積の基板に均一に膜を被覆するう犬で好
ましい。

本発明においては、アーク放電によるプラズマを用いる
が、かかるアーク放電プラズマは、アーク放電プラズマ
発生用のプラズマ発生源と陽極とからなるプラズマ発生
装置を用いてアーク放電を生起さぜる。プラズマ発生装
ｍｌしては、複合陰極型プラズマ発生装置、叉は圧力勾
ｌ！Ｉ′ｉ！型プラズマ発生装置、又は両者を絹み合わ
せたプラズマ発止装置が好ましい。このようなプラズマ
発生装置については、真空第２５巻第］○号（１，９８
２年発刊）に記載されているものを用いることができる
。

複合陰極型プラズマ発生装置ｉ！とは、第３図に示すよ
うに熱容景の小さい補助陰極２０と、ＬａＢ６からなる
主陰極２１とを４丁し、放電ガス導入口２２より放電用
のガスを導入してη１１記補助陰極に初期放電を集中さ
せ、そねを利用して主陰極を加転し、主陰極が最終陰極
としてアーク放電を行うようにしたプラズマ発生装置で
ある。

また、圧力勾配型プラズマ発生装丁！（とは、陰極と陽
極との間に中間電極を介在させ、陰極領域を１３０Ｐａ
程度に、陽極領域を０．４Ｐａ程度に保って放電を行う
ものであり、陽極ＯＦｆ域からのイオンの逆渡による陰
極の損傷がない上に、中間電極のない放電形式のものと
比較して、放電電子流をつくりだすためのキャリアガス
のガス効率が飛躍的に高く、大電流放電が可能であるき
いう利点を有しているものである。

複合陰極型プラズマ発生装置および圧力勾配型プラズマ
発生装［Ｕの両省を絹み合わせたプラズマ発生装置、す
なわち陰極として複合陰（手を用いるとともに中間電極
をも配置したプラズマ発生装置は、上記利点を同時に得
ることが出来るのて、本発明に用いるアーク放電プラズ
マの発生装置としてとくに好ましい。

「作用」 本発明において、シートプラズマはプラズマ中に供給さ
れた薄膜を形成するだめの原料ガスおよび反応ガスの解
ＩＩ−反応を促進する作用をする。

即ち、プラズマ中で解削されたガス分子は、活性ラジカ
ルあるいはイオンの形で基板表面まで輸送され、ある種
の反応過稈を経て薄膜を形成する。

ここで、本発明に用いられるプラズマは１．！ｉｋ板の
移動方向と垂直の方向に均一なプラズマ密度を有するの
で、基板上に均一な厚みおよび均一な膜質の薄膜が形成
される。

また、本発明において使用される高密度ソートプラズマ
は、アーク放電を利用しているため、従来のプラズマＣ
ＶＤ法に用いられていたグロー放電プラズマに比べて、
プラズマの密度が５０〜］○Ｏ倍高く、ガスの電離度は
数１０％となるために従来のプラズマＣＶＤに比較して
２〜５倍以上の真速成膜を実現出来る。原料ガス、反応
ガスの多くは、反応性の富いイオンや中１！トの活性状
態になるために基板上での反応性が高まり、従来のよう
な高温の基板加熱をしなくても高品質の膜を被覆するこ
とができる。

「実施例」 以下に、実施例に基ついて本発明を説明する。

第１図及び第２図は、本発明の実施に用いられる装置の
（取略図である。しかし本発明の実施は第１図、第２図
に示される装置に限られるものではない。減圧された雰
■１気が廖；１節できる真空１ｉｊ−ｐ　ｌに、プラズ
マ発生源４と陽極５をガラス基板３の移動方向に対向さ
せて配置してなるプラズマ発生装置を２糺設け、空芯コ
イル６を空芯コイル６により形成される磁場がプラズマ
発生源４から陽極５に向かうように設置した。そしてこ
れによりプラズマ発生源４から発生したアーク放電によ
る２本の高密度プラズマ流を成膜室］３に引きだした。

さらに引き出したプラズマをシート状ｉこするために、
一対の永久磁石７をプラズマ発生源４と成膜室］３との
間で、Ｎ極面を対向さセるようにして第１図（ａ）の上
下方向から挾み、かつ永久磁石７のＮ極あるいはＳ極面
を膜を形成するガラス基板３と平行になるように配置し
、プラズマをガラス基板３と平行な方向に押しつふし、
シートプラズマ１１を形成する。この時、プラズマの広
がった状態は第１図（ｂ）のように、２つのシートプラ
ズマ１１ａ、、１１．）＋が端部で重なり連続的に連な
った１つのシートプラズマとなる。２つのシー］・プラ
ズマを連続したより大きな面積を有するシートプラズマ
にするために、プラズマ発生源の間隔は３０ｃｍ〜１０
０ｃｍであることが望ましい。間隔が大きすぎると連Ｆ
ｊＡ　シたシートプラズマが形成されず、甚板に均一な
被覆をおこなえなくなる。

間隔が短ずぎると大面積に渡って均一で連ＵＣ的なプラ
ズマを形成するために、多くのプラズマ発４」源および
磁場発生装置ζｔが必要になるので好ｙ］：Ｌ　＜ない
。

一方、薄膜を形成するだめの原料ガスおよび反応ガスを
供給するガス供給ノズル９は、ンートフラズマ］１に対
して基板とは反対の位にｔにｌｌ’ｉ！置し、ガラス基
板３の移動方向とは垂直な方向に、複数の微小口径のノ
ズルを多数有するガス供給ノズルを用いるここができる
。

シートプラズマを生成するためのガスとしては、特に限
定されないが力文電の安冗性の点から、Ａ　ｒＮＨｅｓ
　　Ｈ２等のガスを用いることが望ましい。かかる放電
用ガスはガス導入口１０から導入される。

薄膜を形成するためのガスとしては特に限定はなく、液
体状の原料を水素等のキャリアガスといっしょにプラズ
マ中に供給するという方法を用いてもよい。例えば、原
料ガスとしてはンランガス、炭化水素ガス、炭酸ガス、
何機金属のカスがλトげられ、反応ガスとしては酸素、
窒素、水素等が挙げられる。本発明においてガラスフ１
１．板３十に形成される薄膜としては、金属膜、合金膜
、全屈酸化物膜、窒化物膜、硫化物膜、珪化物膜、炭化
物膜、硼化物膜、あるいはこれらのうぢ１または２種類
以上を含む混合物からなる薄膜等が形成できる。

本発明において、ガラス基板３を第１図において右方向
または左方向に搬送させながら膜の被覆をおこなう。

第１図のようなガラスジ、Ｌ板８と平行なシートプラズ
マで膜を被覆する場合、プラズマを引キ（１１ずための
空芯コイル６のために）ガラス」：ｌ、板３の肪）を被
覆する面とシーＩ・プラズマ、すなわちガス供給ノズル
９との距離が大きくなる。一般にガス供給ノズルと基板
との距離が大きくなると成膜速度が小さくなるごとが知
られており、このため高速成ｊ摸を目的とする場合は、
上記したＩ：’［１′！ＡＩは小さいことが好ましい。

高い成膜速度で大面積）１（、板に膜を被覆するために
、シートプラズマのブラスマ発仕源ど陽極のほぼ中央の
部分を）１（、板の方向へ凸状に変形させて、シートプ
ラズマとＩＢ（板との距離を小さくするこ七ができる。

このような曲率をもったシートプラズマを形成する方法
としては、第２図にボずようにプラズマ発生源４、空芯
コイル６、永久磁石７および陽極５をガラス基板３に対
しである角度θをつけて設置することによって可能とな
る。取り付は角度０の大きさとしては、シー）・プラズ
マの長さ、ずなわぢプラズマ発律源と陽極との距離によ
って一義的に定めることはてきないが、シートプラズマ
の長さが５０ａｍ程度の場合は、１０°〜４５°［−度
が好ましい。これ以上の角度（こなると放電の不安に性
をイ］−じ、高品質の薄膜を得る」二で好ましくない。

またノー）・プラズマを磁場によって、ガス供給バイブ
と基板間距離を短くすることができるので、膜の被覆速
度を大きくすることができる。本発明において、Ｕｉｋ
板とシートプラズマとの距￥ｉｌ＋は３ｃｍ以」二であ
ることが好ましく、こね以」二短いと基板の湿度が大幅
に」二列してしまい、膜特性の再現性を得る上で支障と
なる。ガス供給ノズルとノズルとプラズマ七の距離は５
ｃｍ以上であることが好ましく、これ以上短い場合はガ
ス供給ノズルの湿度が大幅に」−４し、ガスがノズル内
部で熱的に分解し、ガス吹き出し口がつまるという支１
＋？、１が生してしまうので好ましくない。

本発明においては、１　例えばＳ１０．ｊ模の場合、８
１ト■４ガスとＯ２カフ、　カラ８０　オニ／ゲスｌ−
０−，７，、／ｓｅｃ以上の成膜速度が得られ、従来の
グローｈ’１電を用いたプラズマＣＶＤ法に比へて２〜
５倍以」−の高速で良質の膜が被覆できる。

実施例１ 第２１＞１に”５いて、１′１、′空（・、１１・１の
１・、１１．・内２は貞′）、・ポツプ（図示せず）に
より］ノ１気［二１（図示−１ｉず）から真空刊気され
る。成膜室１３のガラス基板１３の（ボ送方向の一方の
上流０［１ｊの真空Ｑｉｊｔｌの壁（紙面に垂直方向の
壁）面には、中間電極１２が内蔵されたプラズマ発生源
４、空芯コイル６、プラズマをシート状にするための永
久磁石］２が、下流側の真空槽の壁（紙面には垂ｎイ方
向の壁）面には、陽極５および空芯コイル６が、真空）
１．ｌ−１壁に対して３０゜（第２図の図中の０−３０
°）の角度でフランジに取り付けられている。プラズマ
発生源４および陽極５は、大電流型「］１流電源８に接
続されており、プラズマ発生源４は前記直流爪源８より
負の電圧が印加さねる。また、プラズマ発４１層尻１４
には放電ガス導入用パイプＩＯが設けられておりＡｒＨ
ｅ等の′ｈ！ｌ電ガスが導入される。基板ガラス３はプ
ラズマの上部を第２図の右方向あるいは左方向に搬送さ
ね、ちょうど成ｊ必室１３の位置に搬送さ４また時にＮ
　膜が被覆されるようになっている。ガス供給ノズル９
は成膜３ド１３のシートプラズマの下側に設けられてい
る。

真空槽１内を真空Ｊｕｌ気ポンプによって６．６５Ｘ１
０−’Ｐａの圧力にｔｌｌ気した後、放電ガス導入パイ
プ１０から、放電ガスとしてＡｒを約３０ｓｃａｍ導入
し、それぞれのプラズマ発生装置ｉ９＋に５ＯＡの電流
を供給し、プラズマ発ｌ：Ｊ−源４から約６０ａｍ！！
ｉｌ［ｉた陽極５との間で２つのシートプラズマを隣接
して生起さセた。この時のプラズマ１４は空芯コイル６
および永久磁石７によって、基板の方向に凸面をもった
厚みの簿い形状をしており、第２図の装置を上部からみ
た場合は第１図（ｂ）のように２つのプラズマ発生源か
ら形成されたそれぞれのソーｌプラズマが、周辺部でＶ
Ａ接することによって大面積の領域に広がったシー）・
プラズマとした。このプラズマは第」図（１〕）の真空
（・ｊ１１内２の幅方向（紙面た垂直な方向）にほぼ゛
真空槽内いっばいに広がっており、その長さは約１ｍで
あっブこ。

このプラズマ均一性を評価するためにラングミュア−プ
ローブ法によってプラズマ密度の分布を１１１１１定し
た。プラズマ密度のｉｌｌ定は、２１′１２図で示され
る曲率を有するシートプラズマの０１点の発光部分を、
第２図の紙面ど垂直な方向に測定点をずらしておこなっ
た。その結果、真空］・ｊ）壁近傍を除いて、プラズマ
密度分布が６．５±０．８ＸＩＯ”／ｃｍ’の範囲には
り）る非常に高密度で均一な分布をもったプラズマであ
り、肉眼で見ても連続した一体のシートプラズマであっ
た。

実施例２ 実施例１で用いた装置で３０Ｘ８０ｃｍサイズのガラス
基板に膜の被覆を行った。　　真空（ｊｌｊｌ　］内を
真空＋ｕｌ気ポンプによって６．６５Ｘ１０−’Ｐａの
圧力に打１気した後、実施例１と同じようにしてアルゴ
ンガスによりシートプラズマを生起させた。第２図のプ
ラズマの発光部］４から約１００ｍｍの距離に固定され
たガス供給ノズル９から、それぞれ別個の装置の外部に
設けられた流ｍ　Ｍｌによって流Ｉが制御されたゴＯＯ
ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと５００ｓｃ’ｃｍのＯ，ガス
をプラズマ１４の中に供給した。この時の真空（・、１
１１内２の圧力は、真空５１指示（直で０．２９Ｐａで
あった。

に のような状態で、カラス基板を第２図の左方向から右方
向に５００ｍｍ／ｍ　ｉ　ｎの搬送速度で移動させ、ガ
ラス基板にＳｉＣ２膜を形成した。ガスの供給および電
力の供給を停屯した後、真空１：ｊニー）内２を大気圧
に戻し、被覆されたガラス上（板を工四出し、表面粗さ
別により被覆した５１０２膜の厚みを測定した。その結
果、ガラス基板中央部において釣２９５０オングストロ
ームであった。また、膜厚分布は３０ｃｍＸ８０ｃｍの
り、Ｌ板内において±３％におさまっていた。さらに、
エリプソメータによって５ｉ０２膜の光学定数を測定し
たところ、お［１］定波長６３３ｎｍにおいて、屈折率
が１．４６で、消衰係数が０．００の１Ｂｇ吸収でスト
イキオメトリツクな薄膜であった。

「発明の効果」 本発明によれば、膜厚均一性の良い膜を富い被覆速度で
、かつ、大面積の基板に被覆することができる。このた
め、建築用や自動市川の窓ガラスに用いらねる熱線反ａ
ｄ膜イマｊきガラスや断熱機能膜付きガラスの膜の被覆
を効率よ〈実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明を実施するのに用いた装置
のＩＩ！ｉ！略図、第３図はオ発明にお１．−）るプラ
ズマ発注源の陰極として用いられるＩＬＴ合陰極の一例
の概略断面図である。 １・・・真空Ｊｌ１ ３・・・ガラスＭ板 ４・・・プラズマ発注源 ５・・・陽極 ６・・・空芯コイル ７・・・永久磁石 ８・・・プラズマ発生圧「１１流電源 ９・・・ガス供給ノズル １０・・・放電ガス川パイプ １１・・・シートプラズマ １２・・・中間電極 ２０・・・補助陰極 ２１・・・主陰極 ２２・・・ｈ！！、電ガス導入し１ 手続補正書 （方式） ％式％ 発明の名称 基体に膜を被覆する方法 補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番１１号名
称（４００）日本板硝子株式会社 代表者　　中　島　達　二

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）減圧された雰囲気が調節できる真空槽に設置された
   、プラズマ発生源と陽極とを有するプラズマ発生装置に
   より、前記真空槽内にプラズマを発生させ前記発生させ
   たプラズマを磁場手段によってシートプラズマに変形し
   、前記シートプラズマの一方の側に配設されたガス導入
   管より原料ガスを含むガスを導入するとともに、基体を
   前記シート状プラズマを挟んで前記ガス導入管の反対側
   で、かつ、前記基体の表面を前記シートプラズマのシー
   ト面に対向させて、前記プラズマ発生源と前記陽極とを
   結ぶ方向に移動させながら、前記シートプラズマ中を通
   過した前記原料ガス成分を前記基体表面に析出させる、
   基体に膜を被覆する方法。 ２）前記シートプラズマが、複数個のプラズマ発生装置
   から発生させた複数個のプラズマを磁場手段によりそれ
   ぞれシート状に変形させ、前記シート状に変形させた複
   数個のプラズマを同一面内で隣接させて形成した、より
   大きな面積のシートプラズマであることを特徴とする特
   許請求範囲第１項記載の方法。