KR101148760B1 - 플라즈마 cvd 장치 - Google Patents

Abstract

감긴 기재(S)가 대향하도록 평행하게 대향하여 배치된 한 쌍의 성막롤(2, 3)과, 상기 각 성막 롤(2, 3)의 내부에 설치되어, 상기 성막 롤 사이의 대향 공간(5)에 면한 롤 표면 부근에 플라즈마를 수렴시키도록 자장을 발생시키는 자장 발생 부재(12, 13)와, 한쪽의 전극과 다른 쪽의 전극이 교대로 극성이 반전되는 플라즈마 전원(14)과, 상기 대향 공간(5)에 성막 가스를 공급하는 가스 공급관(8) 및 상기 대향 공간을 진공 배기하는 진공 배기 수단을 갖는다. 상기 플라즈마 전원(14)은, 그 한쪽의 전극이 한쪽의 성막 롤(2)에 접속되고, 다른 쪽의 전극이 다른 쪽의 성막 롤(3)에 접속된다.

기재, 성막 롤, 자장 발생 부재, 극성, 가스 공급관

Description

플라즈마 CVD 장치 {PLASMA CVD APPARATUS}

본 발명은, 플라스틱의 필름이나 시트 등의 띠 형상 기재의 표면에 기능성 피막을 연속적으로 성막하는 플라즈마 CVD 장치에 관한 것이다.

최근, 플라스틱 필름이나 시트를 기재로 하는 디스플레이 기판이 여러가지 제안되고 있으며, 상기 기재에는 수증기나 산소에 대한 배리어성이 요구된다. 이러한 배리어성을 부여하기 위해 기재 상에 투명성이 있는 SiOx 피막을 코팅하는 경우가 있어, 생산성이 높은 코팅 수단이 요망되고 있다. 상기 기재를 롤로부터 롤로 반송하는 과정에서 SiOx 피막을 코팅하는 기술로서는, 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터법 등의 물리 증착법(PVD법)이나, 플라즈마 CVD(Plasma Enhanced-Chemical Vapor Deposition)법이 있다.

상기 진공 증착법은 생산성이 높은 프로세스로서 주로 식품 포장용 필름으로의 성막 기술로서 널리 사용되고 있지만, 배리어 성능은 수증기 투과율, 산소 투과율이 각각 1g/㎡?day, 1cc/㎡?atm?day 정도이어서, 디스플레이 기판으로서 요구 수준을 만족하는 것이 아니었다. 한편, 스퍼터법에서는 치밀한 피막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 표면 상태가 좋은 기판 상에 50 내지 100㎚의 SiOx, SiON 피막을 성막함으로써, 모콘법(Mocon method)의 검출 한계인 0.02g/㎡ ?day, 0.02cc/㎡ ?atm?day 이하의 배리어 성능을 달성하는 것이 가능하다. 그러나, 성막 속도가 낮아, 충분한 생산성을 얻을 수 없다는 문제가 있다. 또한, PVD법으로 형성한 피막은 무기질로 무르기 때문에, 100㎚를 초과하는 성막을 행하면, 피막의 내부 응력, 피막?기판간의 열팽출 계수의 차이, 나아가서는 필름의 변형에 피막이 추종할 수 없기 때문에 피막 결함이나 박리가 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다.

이들에 대하여, 플라즈마 CVD법은 진공 증착에는 미치지 못하기는 하나, 스퍼터법에 대하여 성막 속도면에서 1자리수 이상의 우위성이 있어, 고배리어 피막을 형성할 수 있는 가능성이 있다. 또한 피막이 어느 정도의 유연성을 가지므로, 필름 위에 수백㎚ 내지 수㎛라고 하는 PVD법에서는 달성 불가능한 두꺼운 피막을 형성할 수 있다는 특징을 갖는다. 이로 인해, 이들의 특징을 살린 새로운 성막 프로세스로서 기대되고 있다.

플라즈마 CVD법에 의한 성막 장치로서는 다양한 타입이 있지만, 성막 롤에 필름을 감아 걸면서 성막하는 장치로서, 예를 들어 일본 특허 출원 공표 제2005-504880호 공보(특허 문헌1)에는 성막을 행하는 필름을 감아 걸어 반송하는 한 쌍의 성막 롤을 구비하고, 상기 롤을 걸치듯이 자장을 형성하는 동시에, 2개의 성막 롤이 동일한 극성이 되도록 고주파 전원에 접속하고, 동시에 수십부터 수백㎑의 고주파 전력을 공급하여, 롤 사이의 대향 공간(방전 영역)에서 페닝 방전을 발생시켜 플라즈마를 억류하는 동시에 상기 대향 공간에 산소와 HMDSO 등의 원료 가스를 공급하여, 방전 영역의 양측의 성막 롤 상의 필름에 동시에 성막을 행하는 것이 기재되어 있다.

또한, 일본 특허2587507호 공보(특허 문헌2)에는 진공 챔버 내에 대향하여 배치한 한 쌍의 성막 롤(금속 드럼)과, 한쪽과 다른 쪽의 성막 롤에 각각 한쪽과 다른 쪽의 전극을 접속한 교류 전원과, 성막 롤 사이의 대향 공간에 배치되고, 성막 롤에 대향하는 면이 해방된 방전실과, 상기 방전실에 접속된 모노머(원료) 가스 공급 수단을 갖는 플라즈마 CVD 성막 장치가 기재되어 있다. 특허 문헌2에 의하면, 방전실의 내부는 모노머 가스가 공급되므로, 실외와 비교하여 진공도가 저하되기 때문에 방전실 내에 플라즈마를 발생시켜, 성막 롤 상의 필름에 피막 형성을 행할 수 있고, 또한 방전 전극을 구성하는 성막 롤의 표면은 반송하는 필름에 의해 덮여 있기 때문에 방전 전극의 오염을 방지할 수 있다고 한다.

그러나, 특허 문헌1의 성막 장치에서는, 방전용의 전원의 타극을 성막 롤의 대향 공간의 중심으로부터 거의 등거리로 설치한 환상 전극(반대의 극)에 접속할 필요가 있기 때문에, 플라즈마는 반대의 극 주변에도 발생하여, 그 주변에서의 피막 퇴적을 완전하게 억제하는 것은 곤란하다. 또한 장시간의 운전에서는, 상대극으로의 피막 퇴적에 수반하는 방전의 변화나 후레이크의 발생이 발생하여 피막에 결함이 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다.

한편, 특허 문헌2의 성막 장치에서는 성막 롤 사이의 대향 공간에 방전실을 형성할 필요가 있으나, 방전실 벽에는 피막이 퇴적되어, 당해 부위로부터 후레이크가 발생하여 피막에 결함이 발생되기 쉽다. 또한, 방전실 내를 진공 챔버 내의 다른 부위보다도 진공도를 저하시키기(즉, 압력을 높이기) 위해서는, 방전실과 성막 롤의 간극을 매우 작게 하여 가스의 흐름을 억제할 필요가 있다. 그러나, 이 간극 부근에도 피막이 퇴적되기 때문에 방전실의 가스의 억류 효과가 변화되어 성막의 안정성이 손상되고, 나아가서는 피막 품질의 안정성이 저하된다.

특허 문헌1: 일본 특허 출원 공표 제2005-504880호 공보

특허 문헌2: 일본 특허2587507호 공보

본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 피막 후레이크의 발생이나 피막 품질의 안정성에 악영향을 미치는, 진공 챔버 내부로의 피막 퇴적을 억제할 수 있는 플라즈마 CVD 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치는, 진공 챔버 내에서 기재를 연속적으로 반송하면서 당해 기재의 표면에 피막을 형성하는 것으로서, 감긴 기재가 대향하도록 평행 내지 거의 평행하게 대향하여 배치된 한 쌍의 성막 롤과, 상기 각 성막 롤의 내부에 설치되어, 상기 성막 롤 사이의 대향 공간에 면한 롤 표면 부근에 그 표면으로부터 상대측의 롤 표면을 향하여 팽출된 자장을 발생시키는 자장 발생 부재와, 한쪽의 전극과 다른 쪽의 전극이 교대로 극성이 반전되는 플라즈마 전원과, 상기 대향 공간에 성막 가스를 공급하는 가스 공급 수단 및 상기 대향 공간을 진공 배기하는 진공 배기 수단을 갖고, 상기 플라즈마 전원은, 그 한쪽의 전극이 한쪽의 성막 롤에 접속되고, 다른 쪽의 전극이 다른 쪽의 성막 롤에 접속된 것을 특징으로 한다.

이 플라즈마 CVD 장치에 의하면, 특히 성막 롤 사이의 대향 공간에 면한 롤 표면 부근에 그 표면으로부터 상대측의 롤 표면을 향하여 팽출된 자장을 발생시키는 자장 발생 부재와, 극성이 교대로 반전되는 플라즈마 전원을 설치하였기 때문에, 대향 공간을 구획하는 방전실 등의 울타리를 형성하지 않고, 또한 성막 롤과는 별도로 방전용 전극을 이용하는 일 없이, 한 쌍의 성막 롤 사이의 대향 공간에 방전을 발생시켜, 이에 의해 발생한 플라즈마를 상기 대향 공간 각각의 성막 롤 표면 부근에 수렴시킬 수 있다. 이로 인해, 가스 공급 수단으로부터 성막 가스를 상기 대향 공간에 공급함으로써 성막 가스는 플라즈마에 의해 분해되어 활성화되고, 분해된 가스가 성막 롤에 감아 걸려 상기 대향 공간에 면한 기재의 표면에 퇴적되어, 효율적으로 피막을 형성하는 것이 가능해진다. 기재로의 성막 시, 분해된 성막 가스가 흡착하는 울타리나 성막 롤과는 별도의 방전 전극이 없기 때문에, 이들에 피막이 퇴적되는 일없이, 이러한 피막의 퇴적에 기인하여 발생하는 피막 결함이나 성막 안정성의 열화를 억제할 수 있어 고품질의 피막을 형성하는 것이 가능해진다.

도 1은 실시 형태에 따른 플라즈마 CVD 장치의 전체 배치 설명도이다.

도 2는 성막 롤 및 자장 발생 부재의 확대 단면 설명도이다.

도 3의 (a), (b) 및 (c)는 플라즈마 전원의 전압 파형도이다.

도 4는 자장 발생 부재의 전체 사시도이다.

도 5는 다른 실시 형태에 따른 플라즈마 CVD 장치의 전체 배치 설명도이다.

도 6은 각각의 자장 발생 부재가 폐쇄된 자기 회로를 형성하도록 배치된 다른 배치 예를 도시하는 성막 롤 및 자장 발생 부재의 확대 단면 설명도이다.

도 7은 성막 롤 사이를 걸치는 자력선이 형성되도록 자장 발생 부재가 배치 된 비교 배치예를 도시하는 성막 롤 및 자장 발생 부재의 확대 단면 설명도이다.

본 발명의 플라즈마 CVD 장치는, 감압 하에서, 대향하여 배치된 성막 롤에 교류 혹은 극성 반전을 수반하는 펄스 전압을 인가하여 대향 배치된 성막 롤 사이의 대향 공간(성막 존)에 글로 방전을 발생시켜, 성막 롤의 대향 공간에 면하여 감긴 띠 형상의 기재에 플라즈마 CVD에 의한 성막을 행하는 것이다. 상기 기재로서는 플라스틱의 필름이나 시트, 종이 등, 롤 형상으로 권취 가능한 절연성의 재료이면 어떤 것이든 사용할 수 있다. 플라스틱 필름, 시트로서는 PET, PEN, PES, 폴리카보네이트, 폴리오레핀, 폴리이미드 등이 적당하며, 기재의 두께로서는 진공 중에서의 반송이 가능한 5㎛ 내지 0.5㎜가 바람직하다. 또한, 후술하는 바와 같이, 장치의 구성에 따라서는 기재로서 도전성의 재료를 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 플라즈마 CVD 장치의 전체 구성을 도시하고 있으며, 진공 챔버(1)와, 상기 진공 챔버(1) 내에서 롤 축이 평행해지도록 대향하여 배치된 한 쌍의 성막 롤(2, 3)과, 롤 형상으로 감긴 띠 형상의 기재(S)를 유지하는 동시에 풀어내는 권출 롤(unwind roll)(4)과, 상기 권출 롤(4)로부터 풀어진 기재(S)를 한쪽 및 다른 쪽의 성막 롤(2, 3) 사이의 대향 공간(성막 존)(5)에 면하도록 상기 성막 롤(2, 3)에 감아 걸도록 반송하는 복수의 반송 롤(6)과, 성막 후의 기재(S)를 권취하는 권취 롤(rewind roll)(7)과, 가스 공급 장치(도시 생략)에 접속되어, 상기 대향 공간(5)의 바로 위에 롤 축과 평행하게 배치된 성막 가스 공급관(8)과, 상기 진공 챔버(1)의 저벽에 개방된 진공 배기구(9) 및 이것에 연통 접속된 진공 펌프(10)를 구비하고 있다. 상기 성막 가스 공급관(8)은, 대향 공간(5)으로 향하는 복수의 가스 분출 노즐이 길이 방향으로 설치되어 있고, 상기 진공 배기구(9)는 상기 대향 공간(5)의 바로 아래에 배치되어 있다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 각각의 성막 롤(2, 3)의 내부에는 자장 발생 부재(12, 13)가 설치되고, 또한 상기 성막 롤(2, 3)에 플라즈마 전력을 공급하는 플라즈마 전원(14)이 설치되어 있다. 또한, 상기 가스 공급 장치 및 성막 가스 공급관(8)은 본 발명의 가스 공급 수단을, 또한 진공 배기구(9) 및 진공 펌프(10)는 본 발명의 진공 배기 수단을 구성한다.

상기 성막 가스 공급관(8)으로부터 대향 공간(5)으로 공급되는 성막 가스로서는, 성막 원료 가스, 반응 가스, 캐리어 가스, 방전 가스를 단독 또는 혼합하여 사용한다. 상기 성막 원료 가스로서는, Si를 함유하는 피막의 성막용으로서 HMDSO, TEOS, 실란, 디메틸실란, 트리메틸실란, 테트라메틸실란, HMDS, TMOS를, 또한 C를 함유하는 피막의 성막용으로서 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세티렌을, 또한 Ti를 함유하는 피막의 성막용으로서 4염화티탄을 예시할 수 있고, 피막의 종류에 따라 적절한 원료 가스가 선택된다. 상기 반응 가스로서는, 산화물 형성용에는 산소, 오존 등을, 질화물 형성용에는 질소, 암모니아 등을 사용할 수 있고, 이것도 피막의 종류에 따라 적절한 가스가 선택된다. 또한 상기 캐리어 가스, 방전용 가스로서는, He, Ar, Ne, Xe와 같은 희가스나 수소로부터 적당한 가스를 선택할 수 있다.

상기 대향 공간(5)은, 그 하방에 설치된 진공 펌프(10)에 의해 배기되고 있으며, 상기 성막 가스 공급관(8)으로부터 공급되는 성막 가스의 공급에 맞춰 적절 한 압력으로 제어되고 있다. 대향 공간(5)의 주위에서는 피막의 형성이 발생하므로, 본 발명과 같이 그 부근에 차폐벽이나 전극 등의 구조 부재를 최대한 설치하지 않는 것이 바람직하며, 이에 의해 피막 결함의 원인이 되는 불필요한 피막의 형성을 억제할 수 있다. 상기 대향 공간(5)의 압력에 대해서는 후술한다.

상기 성막 롤(2, 3)은, 진공 챔버(1)로부터 전기적으로 절연되고, 또한 서로 전기적으로 절연되어 있다. 그리고, 플라즈마 전원(14)의 한쪽의 전극이 한쪽의 성막 롤(2)에, 다른 쪽의 전극이 다른 쪽의 성막 롤(3)에 접속되어 있다. 상기 플라즈마 전원(14)은, 극성이 교대로 반전되는 전압을 출력하고, 전압 파형으로서는, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 사인파의 교류, 도 3의 (b), (c)에 도시된 바와 같이 방형파의 펄스 형상 전압을 예시할 수 있으나, 실제의 동작 중에는 방전의 발생에 의해 약간 왜곡된 형상으로 된다. 전압 파형은, 말하자면 방전의 발생이 가능하면 되며, 다른 파형이어도 된다.

상기 성막 롤(2, 3)에는 롤이 회전해도 대향 공간(5)에 대하여 일정한 위치 관계를 유지하도록 자장 발생 부재(12, 13)가 설치되어 있다. 예를 들어, 성막 롤(2, 3)이 중공으로 구성되고, 자장 발생 부재(12, 13)가 성막 롤(2, 3)의 축단부측 외부로부터 유지됨으로써 서로의 상대 위치가 고정되어, 이 상태로 성막 롤(2, 3)만이 회전하도록 구성되면 좋다. 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 이 자장 발생 부재(12, 13)는 롤 축 방향으로 긴 중앙 자석(16)과, 레이스 트랙 형상의 외주 자석(17)과, 이들을 롤 내측에서 접속하는 자계 단락 부재(18)를 구비하고 있다. 또한, 상기한 「레이스 트랙 형상」이란, 한 쌍의 동일 길이의 직선을 평행하게 배 치하고, 이들 한 쌍의 직선의 동일 측단부끼리를 외측으로 팽출되는 방향의 반원호로 각각 연결한 형상, 즉 육상 경기장의 트랙(race-track)과 같은 형상을 의미한다(도 4 참조).

각각의 성막 롤(2, 3)에 구비된 자장 발생 부재(12, 13)는 동일한 극성의 자극이 대향하도록 배치되어 있다. 상기 자장 발생 부재(12, 13)에 의해 중앙 자석(16)의 자극으로부터 나온 자력선이 효율적으로 외주 자석(17)의 자극으로 유도되어 각각의 성막 롤(2, 3)에 있어서 롤 표면으로부터 대향 공간(5)측으로 팽출된, 단면이 2개의 산형을 이룬 마그네트론 방전용의 레이스 트랙 형상 자장(R)을 발생시킨다. 즉, 상기한 「레이스 트랙 형상 자장(R)」이란, 자력선이 중앙 자석(16)으로부터 그 주위를 레이스 트랙 형상으로 둘러싸는 외주 자석(17)을 향하는 동시에 대향 공간(5)측으로 팽출되는 자장으로서, 중앙 자석(16)과 외주 자석(17)이 배치되는 면에 대하여 법선 방향으로부터 보았을 때 상기 팽출된 자장의 정상부가 외주 자석(17)을 따른 레이스 트랙 형상으로 형성되어 있는 자장(R)을 의미한다.

한쪽의 성막 롤(2)에 구비된 자장 발생 부재(12)에 의해 형성되는 자력선은, 대향하는 성막 롤(3)에 구비된 자장 발생 부재(13)의 자극과는 자력선이 걸쳐지는 일 없이, 각각 거의 폐쇄된 자기 회로를 형성하고 있다. 여기서, 「자력선이 걸쳐진」 상태란, 대향하는 한쪽의 자장 발생 부재(12)의 N극(S극)으로부터 다른 쪽의 자장 발생 부재(13)의 S극(N극)을 향하는 자력선이 발생하고 있는 상태를 말한다. 예를 들어, 도 2에 있어서, 다른 쪽의 자장 발생 부재(13)를 중앙 자석(16)이 S극이고 외주 자석(17)이 N극으로 되도록 변경되면 한쪽의 자장 발생 부재(12)의 중앙 자석(N극)(16)으로부터 다른 쪽의 자장 발생 부재(13)의 중앙 자석(S극)(16)을 향하는 자력선이 발생한 상태로 된다(도7 참조). 이 상태가 「자력선이 걸쳐진」 상태이다.

상기와 같이 상기 자장 발생 부재(12, 13)에 의해, 성막 롤(2, 3) 사이의 대향 공간(5)에 면한 롤 표면 부근에, 단면이 2산형이며, 롤 축 방향으로 신장된 레이스 트랙 형상의 자장(R)이 형성된다. 이 자장의 형태는, 예를 들어 평면 마그네트론 스퍼터 캐소드로 형성되는 자장과 마찬가지의 것이다. 상기 자장(R)은, 플라즈마의 발생이 자장의 존재 개소에 우선적으로 일어나도록 하는 동시에, 플라즈마의 드리프트 등에 의해 플라즈마를 롤의 길이 방향에 균일화하는 역할을 갖는다. 즉, 상기 레이스 트랙 형상의 자장(R)에 의해, 글로 방전에 의해 발생한 플라즈마는 자력선의 팽출부에 수렴되어 형성되게 되어, 성막 롤(2, 3)의 대향 공간(5)에 면한 표면 부근에 레이스 트랙 형상의 플라즈마(P)가 형성된다. 즉, 상기와 같이 중앙 자석(16)과 외주 자석(17)이 배치되는 면에 대하여 법선 방향으로부터 보면, 대향 공간(5)측으로 팽출된 자장의 정상부는 레이스 트랙 형상으로 형성되어 있다. 그로 인해, 이 팽출된 자장의 정상부(상기 자력선의 팽출부)에 수렴되는 상기 플라즈마는, 상기 법선 방향으로부터 보면 레이스 트랙 형상으로 수렴되도록 형성되어 있다.

또한, 2개의 성막 롤(2, 3) 사이의 거리에 대해서는, 자장 발생 부재(12, 13)의 크기나 자장 강도의 관계에 의해 플라즈마를 트랩할 수 있도록 적절하게 조정하면 된다.

상기 자장(R) 하에서 성막 가스를 성막 롤(2, 3) 사이의 대향 공간(5)으로 공급하는 동시에 성막 존을 구성하는 대향 공간(5)을 적절한 압력으로 조정, 유지하여 플라즈마 전원(14)으로부터 성막 롤(2, 3)에 고주파의 교류 또는 펄스 형상의 전압을 인가하면, 대향 공간(5) 및 성막 롤(2, 3)의 표면에 감긴 기재(S)를 통하여 성막 롤(2, 3) 사이에서 글로 방전이 발생하여 플라즈마(P)가 형성된다. 이로 인해, 대향 공간(5)에 성막 가스가 공급되어 있으면, 거기에서 원료 가스가 플라즈마에 의해 분해되어, 기재 상에 피막이 플라즈마 CVD 프로세스에 의해 형성된다.

본 발명에 있어서 사용하는 기재(S)는 절연성의 재료이기 때문에, 직류 전압의 인가로는 플라즈마 전류를 흘릴 수 없지만, 적절한 주파수(대충 1㎑ 이상, 바람직하게는 10㎑ 이상)이면 절연성의 기재(S)를 통하여 전류의 전파가 가능하다. 또한, 플라즈마 전원(14)으로부터 공급하는 방전 전압은, 파고값으로서는 수백V 내지 2천V 정도의 범위가 바람직하다. 성막 롤(2, 3)은, 고주파의 교류 또는 펄스 형상의 전압을 출력하는 플라즈마 전원(14)의 양극에 각각 접속되어 있고, 한쪽의 성막 롤(2)에 음의 전압이 인가되면, 다른 쪽의 성막 롤(3)에는 양의 전압이 인가되므로, 전류는 다른 쪽의 성막 롤(3)로부터 한쪽의 성막 롤(2)로 흘러, 이것이 고주파로 역전하면서 계속된다.

또한, 플라즈마 전원(14)으로부터 인가되는 전압은, 성막 롤(2, 3)의 표면 전체에 인가되지만, 글로 방전을 쉽게 하는 자장(R)은 대향 공간(5)에 면한 롤 표면측에만 존재하므로, 주위의 압력이 0.1Pa 내지 10Pa 정도의 범위에 있으면, 글로 방전은 자장이 존재하는 영역을 중심으로 발생시킬 수 있다. 이로 인해, 대향 공 간(5)을 둘러싸는 방전실을 설치할 필요는 없다. 압력이 0.1Pa 정도 미만이면, 자장이 존재하는 영역에 있어서의 방전의 발생이 곤란해지고, 한편 10Pa 정도를 초과하면 자장 영역 이외에서의 방전의 발생이 현저하게 되어 성막 롤의 기재가 감겨져 있지 않은 부분에 있어서도 성막이 발생하게 되어 바람직하지 않다.

상기 실시 형태에 따른 플라즈마 CVD 장치에서는 기재(S)를 2개의 성막 롤(2, 3)에 감아걸어 반송하면서, 성막 롤(2, 3) 사이의 대향 공간(5)에 면한 롤 표면에 담지한 기재(S) 위에 피막이 형성된다. 기재(S)로의 성막은, 자장 발생 부재(12, 13)에 의해 롤 표면 부근에 형성된 레이스 트랙 형상의 자장(R) 및 플라즈마 전원(14) 각각의 전극에 각각 접속된 성막 롤(2, 3) 사이의 대향 공간(5)에 발생한 글로 방전에 의해 형성된 레이스 트랙 형상의 플라즈마(P)에 의해, 상기 대향 공간(5)에 공급된 성막 가스를 분해하고, 분해된 가스를 상기 대향 공간(5)에 면한 성막 롤(2, 3)의 표면에 담지된 기재(S) 위에 퇴적시킴으로써 연속적으로 반송되는 기재(S)의 표면에 피막이 형성된다.

상기 글로 방전은, 각각의 성막 롤(2, 3)의 표면 부근의 자장 존재 영역에서만 발생하여, 성막 롤(2, 3) 외에 플라즈마의 발생에 관여하는 전극은 불필요하며, 또한 대향 공간(5)을 둘러싸는 방전실과 같은 차폐 부재도 필요가 없기 때문에 플라즈마 CVD에 의한 피막의 형성은, 실질적으로 성막 롤(2, 3)의 표면에 있는 기재상에서만 발생한다. 성막 대상물인 기재(S)는 성막 롤(2, 3)에 감겨, 항상 반송되고 있기 때문에, 본 장치에서는 플라즈마 발생에 관여하는 장소에서 두꺼운 피막이 생성되는 일 없이, 장시간에 걸치는 안정적인 방전이 가능하다. 또한, 피막의 형 성 시에 유해한 후레이크도 거의 발생하지 않는다. 또한, 플라즈마 발생에 관계되는 기구는 2개의 성막 롤(2, 3)뿐이기 때문에, 최소한의 롤 개수에 의해 플라즈마 발생 기구를 구성할 수 있다.

상기 실시 형태에 의하면, 1개의 기재(S)를 2개의 성막 롤(2, 3)에 감아 반송하였지만, 기재의 반송 경로는 이에 한정되지 않고, 도 5와 같이 각각의 성막 롤(2, 3)에 대하여 각각 권출 롤(4), 권취 롤(7)을 설치하고, 성막 롤(2, 3) 사이의 대향 공간(5)에 면하는 롤 표면에 따로따로 기재(S)가 담지되도록 감아 걸어도 좋다. 피막의 전기 저항이 낮을 경우, 피막을 통하여 전류가 흘러 방전이 불안정해지므로 전기 저항이 낮은 금속으로 이루어지는 금속 피막 등에서는, 도 5에 도시하는 장치 구성이 바람직하다. 또한, 도 5에 도시되는 장치 구성이면, 기재(S)로서 금속 등의 도전성이 있는 재료이어도 사용할 수 있다. 성막 롤(2, 3) 사이에 전압을 가할 필요가 있지만, 도 5에 도시된 구성이면 기재(S)가 도전성이 있는 것이어도 그것이 가능하다.

또한, 상기 실시 형태에서는 대향 배치된 성막 롤(2, 3)에 설치한 자장 발생 부재(12, 13)는 동일한 극성의 자극이 대향하도록 자극이 배치되어 있고, 각각의 성막 롤(2, 3)에 있어서 롤 표면으로부터 대향 공간측으로 팽출된, 단면이 2개의 산형을 이룬 마그네트론 방전용의 레이스 트랙 형상 자장(R)을 발생시키도록 했지만, 반드시 동일한 극성의 자극을 대향 배치할 필요는 없다. 도 6은 한쪽의 성막 롤(2)의 자장 발생 부재(12)와 다른 쪽의 성막 롤의 자장 발생 부재(13)는 반대 극성의 중앙 자석(16)과 외주 자석(17)이 대향하도록 배치된 것이지만, 이 경우, 자 장 발생 부재(12, 13)의 둘레 방향 위치를 어긋나게 하여 배치함으로써, 성막 롤(2, 3) 사이에 걸쳐지는 자력선의 발생을 방지할 수 있어, 각각의 성막 롤(2, 3) 사이의 대향 공간(5)에 면한 롤 표면 부근에 플라즈마를 수렴시킬 수 있다. 또한, 이 경우, 자장 발생 부재(12, 13)의 배치를 어긋나게 하지 않고 대향 배치하면, 도 7에 도시된 바와 같이 성막 롤(2, 3)의 사이에 걸쳐져, 대향 상대인 이극(異極)에 직결되는 자력선이 형성되게 되어, 마그네트론 방전을 발생시키는 레이스 트랙 형상의 자장이 약해져 버린다. 롤 사이를 잇는 자력선이 많이 존재할 경우, 2개의 성막 롤에 동일 극성의 전압을 인가함으로써, 페닝 효과에 의한 방전을 기대할 수 있지만, 2 개의 성막 롤(2, 3) 사이에 전압을 인가하여, 글로 방전을 발생시키는 본 발명에서는 성막 롤(2, 3) 사이에 걸쳐지는 자력선은 최대한 형성되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시 형태에서는 성막 롤(2, 3)을 수평 방향으로 나란히 설치하고, 가스 공급 수단(성막 가스 공급관)을 대향 공간의 상방에, 진공 배기 수단을 하방에 배치했으나, 성막 롤 등의 배치는 반드시 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 성막 롤을 수직으로 배치해도 되는데, 이 경우 대향 공간의 측방의 한쪽에 가스 공급 수단을, 다른 쪽에 진공 배기 수단을 설치하면 좋다. 요는, 대향 공간의 한쪽으로부터 가스를 공급하고, 다른 쪽으로부터 배기하면 된다. 단, 상기 실시 형태의 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이 이들을 상하로 배치하는 것이 가장 바람직하다.

이상 설명한 본 발명을 정리하면 이하와 같다.

즉, 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치는, 진공 챔버 내에서 기재를 연속적으로 반송하면서 당해 기재의 표면에 피막을 형성하는 것으로서, 감긴 기재가 대향하도록 평행 내지 거의 평행하게 대향하여 배치된 한 쌍의 성막 롤과, 상기 각 성막 롤의 내부에 설치되어, 상기 성막 롤 사이의 대향 공간에 면한 롤 표면 부근에 그 표면으로부터 상대측의 롤 표면을 향하여 팽출된 자장을 발생시키는 자장 발생 부재와, 한쪽의 전극과 다른 쪽의 전극이 교대로 극성이 반전되는 플라즈마 전원과, 상기 대향 공간에 성막 가스를 공급하는 가스 공급 수단 및 상기 대향 공간을 진공 배기하는 진공 배기 수단을 갖고, 상기 플라즈마 전원은, 그 한쪽의 전극이 한쪽의 성막 롤에 접속되고, 다른 쪽의 전극이 다른 쪽의 성막 롤에 접속된 것을 특징으로 한다.

이 플라즈마 CVD 장치에 따르면 특히 성막 롤 사이의 대향 공간에 면한 롤 표면 부근에 팽출된 자장을 발생시키는 자장 발생 부재와, 극성이 교대로 반전되는 플라즈마 전원을 설치하였기 때문에, 대향 공간을 구획하는 방전실 등의 울타리를 형성하지 않고, 또한 성막 롤과는 별도로 방전용 전극을 사용하는 일 없이, 한 쌍의 성막 롤 사이의 대향 공간에 방전을 발생시켜, 이에 의해 발생한 플라즈마를 상기 대향 공간 각각의 성막 롤 표면 부근에 수렴시킬 수 있다. 이로 인해, 가스 공급 수단으로부터 성막 가스를 상기 대향 공간에 공급함으로써, 성막 가스는 플라즈마에 의해 분해되어 활성화되고, 분해된 가스가 성막 롤에 감겨, 상기 대향 공간에 면한 기재의 표면에 퇴적되어, 효율적으로 피막을 형성하는 것이 가능해진다. 기재로의 성막 시, 분해된 성막 가스가 흡착하는 울타리나 성막 롤과는 다른 방전 전 극이 없기 때문에, 이들에 피막이 퇴적되는 일없이, 이러한 피막의 퇴적에 기인하여 발생하는 피막 결함이나 성막 안정성의 열화를 억제할 수 있어, 고품질의 피막을 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 성막 롤에 각각 설치된 자장 발생 부재는, 한쪽의 성막 롤에 설치된 자장 발생 부재와 다른 쪽의 성막 롤에 설치된 자장 발생 부재 사이에서 자력선이 걸쳐지지 않고, 각각의 자장 발생 부재가 거의 폐쇄된 자기 회로를 형성하도록 자극을 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 자장 발생 부재를 설치함으로써, 각 성막 롤의 대향측 표면 부근에 자력선이 팽출된 자장의 형성을 촉진할 수 있어, 그 팽출부에 플라즈마가 수렴되기 쉬워지기 때문에 성막 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

이 경우, 상기 성막 롤에 각각 설치된 자장 발생 부재는 각각 롤 축 방향으로 긴 레이스 트랙 형상의 자극을 구비하고, 한쪽의 자장 발생 부재의 자극의 극성과, 이 자극과 마주 보는 다른 쪽의 자장 발생 부재의 자극의 극성이 서로 동일해지도록 각 자장 발생 부재에 있어서의 자극이 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 자장 발생 부재를 설치함으로써, 각각의 자장 발생 부재에 대해 자력선이 대향하는 롤측의 자장 발생 부재에 걸쳐지는 일없이 롤 축의 길이 방향을 따라 대향 공간에 면한 롤 표면 부근에 레이스 트랙 형상의 자장을 용이하게 형성할 수 있어, 그 자장에 플라즈마를 수렴시킬 수 있기 때문에 롤 폭 방향을 따라 감겨진 폭이 넓은 기재를 사용하여 효율적으로 피막을 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 가스 공급 수단은 상기 대향 공간의 한쪽에, 상기 진공 배기 수 단은 상기 대향 공간의 다른 쪽에 설치하는 것이 바람직하다. 이렇게 가스 공급 수단, 진공 배기 수단을 배치함으로써, 성막 롤의 대향 공간으로 효율적으로 성막 가스를 공급할 수 있어 성막 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 상기 대향 공간의 압력을 0.1 내지 10Pa로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 자장이 존재하는 성막 롤의 표면 부근의 영역을 중심으로 글로 방전을 효율적으로 발생시킬 수 있어 우수한 성막성을 얻는 것이 가능해진다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 성막 장치는, 플라스틱의 필름이나 시트 등의 띠 형상 기재의 표면에 기능성 피막을 연속적으로 성막하는 성막 장치에 유용하고 진공 챔버 내부로의 피막 퇴적을 억제하여 고품질의 피막을 기재에 성막하는데 적합하다.

Claims (5)

1. 진공 챔버 내에서 기재를 연속적으로 반송하면서 당해 기재의 표면에 피막을 형성하는 플라즈마 CVD 장치이며,

   감긴 기재가 대향하도록 평행하게 대향하여 배치된 한 쌍의 성막 롤과,

   상기 각 성막 롤의 내부에 설치되어, 상기 성막 롤 사이의 대향 공간에 면한 롤 표면 부근에 그 표면으로부터 상대측의 롤 표면을 향하여 팽출된 자장을 발생시키는 자장 발생 부재와,

   한쪽의 전극과 다른 쪽의 전극이 교대로 극성이 반전되는 플라즈마 전원과,

   상기 대향 공간에 성막 가스를 공급하는 가스 공급 수단 및 상기 대향 공간을 진공 배기하는 진공 배기 수단을 갖고,

   상기 플라즈마 전원은, 그 한쪽의 전극이 한쪽의 성막 롤에 접속되고, 다른 쪽의 전극이 다른 쪽의 성막 롤에 접속되어, 양쪽의 성막 롤의 대향 공간에 면한 롤 표면 부근에 마그네트론 방전을 여기하도록 구성된, 플라즈마 CVD 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 성막 롤에 각각 설치된 자장 발생 부재는, 한쪽의 성막 롤에 설치된 자장 발생 부재와 다른 쪽의 성막 롤에 설치된 자장 발생 부재 사이에서 자력선이 걸쳐지지 않고, 각각의 자장 발생 부재가 폐쇄된 자기 회로를 형성하도록 자극이 배치된, 플라즈마 CVD 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 성막 롤에 각각 설치된 자장 발생 부재는, 각각 롤 축 방향으로 긴 레이스 트랙 형상의 자극을 구비하고, 한쪽의 자장 발생 부재의 자극의 극성과, 이 자극과 마주 보는 다른 쪽의 자장 발생 부재의 자극의 극성이 서로 동일해지도록 각 자장 발생 부재에 있어서의 자극이 배치된, 플라즈마 CVD 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 수단이 상기 대향 공간의 한쪽에, 상기 진공 배기 수단이 상기 대향 공간의 다른 쪽에 설치된, 플라즈마 CVD 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 대향 공간의 압력이 0.1 내지 10Pa로 된, 플라즈마 CVD 장치.

Images