WO2015151680A1 - プラズマｃｖｄ成膜装置 - Google Patents

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WO2015151680A1
WO2015151680A1 PCT/JP2015/055835 JP2015055835W WO2015151680A1 WO 2015151680 A1 WO2015151680 A1 WO 2015151680A1 JP 2015055835 W JP2015055835 W JP 2015055835W WO 2015151680 A1 WO2015151680 A1 WO 2015151680A1
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film
forming roller
roller
plasma cvd
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PCT/JP2015/055835
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忠雄 沖本
利規 瀬川
好徳 黒川
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株式会社神戸製鋼所
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    • H05H1/50—Generating plasma using an arc and using applied magnetic fields, e.g. for focusing or rotating the arc

Definitions

  • the present invention relates to a plasma CVD film forming apparatus.
  • a plasma CVD film forming apparatus is 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.
  • the plasma CVD film forming apparatus includes a vacuum chamber filled with a raw material gas serving as a film raw material, and a pair of metal film forming rollers provided in the vacuum chamber. And a power source having electrodes respectively connected to the pair of film forming rollers, and magnetic field generating means provided respectively inside the pair of film forming rollers.
  • the belt-like substrate is sent out in a state where it is wound around the mutually facing portions of a pair of film forming rollers.
  • 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.
  • plasma is generated in the region of the magnetic field between the pair of film forming rollers. Due to the generated plasma energy, the source gas molecules inside the vacuum chamber are decomposed and adhere to the surface of the substrate. Thereby, a film is continuously formed on the surface of the substrate. In this way, a film is continuously formed on the surface of the substrate by plasma CVD.
  • the belt-like base material is wound around the mutually facing portions of the pair of film forming rollers.
  • 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.
  • a shielding member that covers both ends of each film forming roller between the pair of film forming rollers. Is provided.
  • the shielding member has a curved shape along the circumferential direction of the end surface of the film forming roller.
  • This shielding member covers both ends of each film forming roller, thereby suppressing the occurrence of abnormal discharge at both ends. Thereby, it is prevented that a film is formed on both ends of the film forming roller by the discharge.
  • a shielding member that covers both ends of each film forming roller is provided between the pair of film forming rollers in order to prevent film formation at both ends of the film forming roller. ing.
  • the surface of the film forming roller is the surface of the metal outer peripheral surface of the film forming roller in the range where film forming is performed.
  • 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.
  • 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.
  • An object of the present invention is to provide a plasma CVD film forming apparatus that prevents the occurrence of abnormal discharge in a portion where a base material is not wound in a range where film formation is performed in the axial direction of a film forming roller.
  • the plasma CVD film-forming apparatus of the present invention is attached to a vacuum chamber and the vacuum chamber so as to be rotatable around a rotation axis, and has a cylindrical outer peripheral surface centering on the rotation shaft.
  • a metal film-forming roller around which a belt-shaped base material is wound around a part of the film-forming direction, and the base material of the outer peripheral surface of the film-forming roller is disposed inside the film-forming roller.
  • a magnetic field generator that generates a magnetic field outside the portion to be applied; a power source that is connected to the film formation roller and applies an AC voltage to the film formation roller to generate plasma in the magnetic field region; A portion of the outer peripheral surface of the film roller that is located on the opposite side of the rotation shaft of the film formation roller with respect to a portion around which the substrate is wound, and that is not in contact with the substrate With a covering cover And features.
  • FIG. 2 is an enlarged front view showing the arrangement of a cover for the film forming roller of FIG.
  • FIG. 2 is an enlarged plan view around a pair of film forming rollers of the plasma CVD film forming apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view showing an arrangement of a cover for the film forming roller of FIG.
  • It is an enlarged plan view of a pair of film forming rollers showing the structure of a plasma CVD film forming apparatus provided with a cover extending over the entire length of the film forming roller according to a modification of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded plan view in a state where an end cap is removed from an end portion of the film forming roller of FIG. 6.
  • 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 film forming apparatus 10 includes a vacuum chamber 1, a pair of film forming rollers 2 that are rotatably mounted around the rotation shaft 2 c inside the vacuum chamber, a magnet 3 disposed inside each film forming roller 2, A high-frequency power source 4 that applies a high-frequency AC voltage to the pair of film forming rollers 2, a plurality of guide rollers 5, a partition wall 6 that partitions the inside of the vacuum chamber 1, and a base material A on the outer peripheral surface of the film forming roller 2 are wound around. And a cover 9 that covers the portion 2b that is not in contact with the substrate A on the opposite side to the portion 2a to be formed.
  • the vacuum chamber 1 is a hollow casing and has an exhaust port 15 connected to exhaust means such as a vacuum pump (not shown).
  • the internal space of the vacuum chamber 1 is divided into two spaces, that is, a low pressure chamber 7 and a high pressure chamber 8 by the film forming roller 2 and the partition wall 6 adjacent thereto.
  • the low-pressure chamber 7 is a film formation area where the substrate A is formed on the surface of the film formation roller 2.
  • the high-pressure chamber 8 is a non-film formation area where the base material A is not formed.
  • the low pressure chamber 7 communicates with the exhaust port 15 and is decompressed to a vacuum state or a low pressure state.
  • the low pressure chamber 7 is provided with a source gas supply port 12 and an oxygen gas supply port 13.
  • the raw material gas G1 that is the material of the film is supplied to the low pressure chamber 7 through the raw material gas supply port 12.
  • the oxygen gas OX is supplied to the low pressure chamber 7 through the oxygen gas supply port 13.
  • the high-pressure chamber 8 is provided with an oxygen gas supply port 14, and oxygen gas OX is supplied through the oxygen gas supply port 14.
  • the high pressure chamber 8 is maintained at a higher pressure than the inside of the low pressure chamber 7.
  • the pair of film forming rollers 2 are each made of a metal such as stainless steel.
  • the pair of film forming rollers 2 has a cylindrical outer peripheral surface centering on the rotation shaft 2c.
  • the pair of film forming rollers 2 is attached to the inside of the vacuum chamber 1 so as to be rotatable around the rotation shaft 2c. That is, both end portions of the rotating shaft 2 c of each film forming roller 2 are rotatably supported by a pair of opposing side walls of the vacuum chamber 1. Portions 2 a of the outer peripheral surfaces of the pair of film forming rollers 2 facing each other are inserted into the opening 6 a of the partition wall 6 and accommodated in the low pressure chamber 7.
  • the belt-like base material A is wound around the mutually opposing portions 2 a that are part of the circumferential direction of the outer peripheral surfaces of the pair of film forming rollers 2.
  • a portion where the substrate A is not wound (that is, a portion on the back side) 2 b is located in the high pressure chamber 8 of the vacuum chamber 1.
  • each film forming roller 2 may be adjusted in the range of about ⁇ 20 to 200 ° C. Therefore, the film-forming roller 2 needs to have thermal characteristics that do not change or break in these temperature ranges.
  • the material of the film forming roller 2 is preferably a metal material having a low magnetic permeability such as stainless steel so that the magnetic field generated by the magnet 3 can be easily propagated.
  • the outer peripheral surface of the film forming roller 2 is not covered with the insulating portion 19, and thus is exposed.
  • the range around the arrangement area 2e of the magnet 3 is covered with an insulating portion 19 made of an insulating material.
  • the insulating part 19 covers regions on both sides of the film forming roller 2. End portions 2 d on both sides of the film forming roller 2 are covered with end caps 11. The surface of the end cap 11 is covered with an insulating portion 20 made of an insulating material.
  • the magnets 3 are disposed inside the film forming roller 2, specifically, inside the portions 2 a facing each other on the outer peripheral surfaces of the pair of film forming rollers 2.
  • the magnet 3 generates a magnetic field between the pair of film forming rollers 2 and outside the portion 2a around which the substrate A is wound on the outer peripheral surface of each film forming roller 2.
  • the magnet 3 is a concept included in the magnetic field generation unit of the present invention, and is composed of, for example, a permanent magnet (neodymium, samarium cobalt, ferrite, or the like).
  • the high frequency power source 4 is connected to each of the pair of film forming rollers 2.
  • the high-frequency power source 4 applies a high-frequency AC voltage for generating the plasma P in the magnetic field region between the pair of film forming rollers 2.
  • electric discharge is generated between the pair of film forming rollers 2 in the low pressure chamber 7, and the raw material gas G ⁇ b> 1 is in a plasma state in the magnetic field region near the magnet 3 to generate plasma P.
  • the low pressure chamber 7 functions as a film formation area in which the plasma P generated in the magnetic field region exists and the substrate A is formed using the plasma P.
  • the voltage applied to the pair of film forming rollers 2 from the high frequency power source 4 is a high frequency (for example, about 10 to several hundred kHz, preferably about several tens kHz) whose average voltage is negative with respect to the potential of the vacuum chamber 1.
  • a voltage with a peak-to-peak value of 1000 V or more is preferable.
  • the cover 9 is a portion located on the opposite side of the outer peripheral surface of the film forming roller 2 with respect to the portion 2a around which the base material A is wound with the rotation shaft 2c of the film forming roller 2 interposed therebetween.
  • the portion that is not in contact with A (that is, the portion on the back side) 2b is covered.
  • the cover 9 has a width that covers at least the arrangement region 2 e of the magnet 3 in the axial direction of each film-forming roller 2.
  • the cover 9 has the same width as the base material A.
  • the cover 9 has a shape bent in an arc shape along the portion 2b on the back side of the film forming roller 2.
  • the cover 9 includes a metal main body portion 9a and an insulating portion 9b made of an insulating material.
  • the main body 9a is made of a metal material such as stainless steel.
  • the insulating portion 9b covers a portion of the main body portion 9a that faces the film forming roller 2.
  • the insulating material constituting the insulating portion 9b includes, for example, a ceramic material.
  • the ceramic material include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and the like.
  • a single material such as silicon oxide, polyimide, glass, or a laminate or a mixture thereof may be used.
  • the insulating portion 9b is preferably an oxide.
  • 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 portion 9b, one obtained by spraying alumina and / or an alumina-based compound on a portion of the main body portion 9a facing the film forming roller 2 is used.
  • the insulating material constituting the insulating portion 9b is a hard and strong material that does not easily peel off even when polished. That is, when a film is formed on the surface of the insulating portion 9b of the cover 9 during the film forming operation, in order to remove the film, an operation of removing the film on the surface of the insulating portion 9b by polishing or the like is performed. Is called. During this polishing operation, if the insulating portion is made of an insulating material having a low hardness, there is a risk of being scraped and damaged. Therefore, it is preferable to use a hard and strong insulating material as described above.
  • the material satisfying the performance required for the insulating portion 9b is preferably the ceramic material described above, and alumina and / or an alumina-based compound is particularly preferable among the ceramic materials.
  • the surface of the insulating portion 9b is covered with a fluororesin so that the dirt attached to the surface of the insulating portion 9b can be easily peeled off.
  • the clearance t1 between the cover 9 and the film forming roller 2 is preferably as narrow as possible in order to prevent the abnormal discharge in the film forming roller 2 from occurring.
  • the clearance t1 is set to about 1 to 5 mm, for example.
  • the clearance t2 between the cover 9 and the base material A is preferably as narrow as possible in order to prevent occurrence of abnormal discharge in the film forming roller 2.
  • the thickness d of the insulating portion 9b may be a thickness that can ensure insulation enough to prevent abnormal discharge from occurring between the film forming roller 2 and peripheral members such as the inner wall of the chamber 1. .
  • the thickness d may be, for example, 10 ⁇ m or more.
  • the thickness C of the cover 9 is 0.5 mm or more in consideration of the rigidity of the cover 9 in order to maintain the clearance t1 between the cover 9 and the film forming roller 2. Is preferred.
  • the cover 9 is fixed to the side wall 1 a of the chamber 1 via a support structure 21.
  • the support structure 21 includes a base portion 21 a fixed to the side wall of the chamber 1 and a connecting portion 21 b connected to the cover 9.
  • the connecting portion 21b is connected to the outer peripheral surface of the cover 9 by welding or the like.
  • the base portion 21a is fixed to the side wall 1a of the chamber 1 by screwing or the like.
  • the thickness of the substrate A is preferably 5 ⁇ m or more. If the thickness is less than 5 ⁇ m, the base material A is easily deformed, for example, stretched, and it becomes difficult to stably wind the base material A around the outer peripheral surface of the film forming roller 2. On the other hand, when the thickness of the substrate A is larger than 500 ⁇ m, the impedance becomes high, and it may be difficult to supply power from the film forming roller 2 to the plasma P. Moreover, when the thickness of the base material A is larger than 500 ⁇ m, the transport of the base material A may not be stable and abnormal discharge may occur.
  • the base material A before film formation is set at a predetermined location inside the vacuum chamber 1 in a state of a roll R1 wound in a roll shape.
  • the belt-like substrate A drawn out from the roll R1 is wound around the right film forming roller 2, the plurality of guide rollers 5, and the left film forming roller 2 in this order.
  • the belt-like substrate A in this state is first transported through the low pressure chamber 7 by the rotation of the film forming roller 2 while being wound around the outer peripheral surface portion 2 a of the right film forming roller 2.
  • the base material A is conveyed inside the high pressure chamber 8 while being supported by the plurality of guide rollers 5.
  • the substrate A is conveyed inside the low pressure chamber 7 by the rotation of the film forming roller 2 while being wound around the outer peripheral surface portion 2 a of the left film forming roller 2, and is opposite to the roll R 1 of the vacuum chamber 1. At the position on the side, it is wound into a roll like the roll R2.
  • the low-pressure chamber 7 of the vacuum chamber 1 is evacuated by a vacuum pump (not shown) through the exhaust port 15 and depressurized to a vacuum or a low-pressure state.
  • the source gas G 1 is supplied from the source gas supply port 12, and the oxygen gas OX is supplied from the oxygen gas supply port 13.
  • oxygen gas OX is supplied into the high pressure chamber 8, and thereby the pressure in the high pressure chamber 8 is adjusted to be higher than the pressure in the low pressure chamber 7.
  • a high-frequency AC voltage is applied from the high-frequency power source 4 between the pair of film forming rollers 2 in the low-pressure chamber 7.
  • a magnetic field is generated by the magnet 3 in the vicinity of the portion 2 a between the opposing portions 2 a of the outer peripheral surfaces of the pair of film forming rollers 2.
  • the raw material gas G1 that receives power from the film forming roller 2 enters a plasma state, and plasma P is generated.
  • the portion 2b on the back side of the outer peripheral surface of the film forming roller 2 where the base material A is not wound is covered with the cover 9, so that abnormal discharge is less likely to occur. Therefore, even if a part of the source gas G2 leaking from the low-pressure chamber 7 to the high-pressure chamber 8 through the opening 6a of the partition wall 6 reaches the back side portion 2b of the film forming roller 2, the source gas G2 remains in the back side portion 2b. The risk of forming a film by plasma formation is reduced.
  • the film forming apparatus 1 of the embodiment described above has the following characteristics.
  • the range in which film formation is performed in the axial direction B of the film formation roller 2 is as follows.
  • the potential is high enough to be generated.
  • the cover 9 is positioned on the opposite side of the rotation axis 2c of the film forming roller 2 with respect to the portion 2a around which the base material A is wound on the outer peripheral surface of the film forming roller 2.
  • the portion 2 on the back side that is not in contact with the base material A is covered. Thereby, not only the part 2a in contact with the base material A on the outer peripheral surface of the film forming roller 2 is covered with the base material A, but also the base material A which is the back side part 2b with respect to that part. The part which is not covered is also covered with the cover 9, and it becomes possible to prevent the occurrence of abnormal discharge in the back side part 2b.
  • At least a portion (specifically, the insulating portion 9b) of the cover 9 facing the film forming roller 2 includes an insulating material.
  • This insulating material insulates the film-forming roller 2 from its surroundings (for example, a grounded component such as the vacuum chamber 1 and a free roller (not shown)), so that the film-forming roller 2 and its surroundings are isolated. It is possible to prevent the occurrence of abnormal discharge in between. Thereby, it is possible to prevent the film formation on the film forming roller 2 and the surrounding objects.
  • the cover 9 only needs to include an insulating material in at least a portion (for example, the insulating portion 9b) facing the film forming roller of the cover 9 as in the above embodiment, and the entire cover 9 may include the insulating material. . Or the cover 9 may be comprised only from the insulating material.
  • the cover 9 is made of a metal main body portion 9a and the insulating portion that covers the portion of the main body portion 9a facing the film forming roller 2 made of the insulating material. 9b.
  • the portion of the cover 9 that faces the film forming roller 2 in the metal main body 9a is covered with the insulating portion 9b made of an insulating material, so that the main body 9a is made of metal while the main body 9a is made of metal. It is possible to prevent the occurrence of abnormal discharge between the portion 9a and the film forming roller 2 and to prevent the formation of a film on the main body portion 9a.
  • the insulating part 9b which is generally a brittle material, can be reinforced by the main body part 9a. Therefore, the possibility that the insulating portion 9b is damaged when the cover 9 is attached is reduced.
  • the cover 9 since the cover 9 has the insulating portion 9b, any abnormal discharge of direct current and alternating current can be prevented.
  • the vacuum chamber 1 has a low-pressure, which is a film forming area in which the plasma P generated in the magnetic field region is present, and the base material A is formed using the plasma P. It has the chamber 7 and the high-pressure chamber 8 which is a non-film-forming area where the base material A is not formed.
  • the film forming roller 2 has a portion 2 a disposed in the low pressure chamber 7 and a portion 2 b disposed in the high pressure chamber 8.
  • the cover 9 is disposed in the high-pressure chamber 8 and covers the portion 2 b that is not in contact with the base material A in the film forming roller 2.
  • the cover 9 covers the portion 2b that is not in contact with the base material A of the film forming roller 2 in the high-pressure chamber 8 that is a non-film forming area, thereby preventing the generation of a film on the portion 2b. Is possible.
  • the film forming apparatus 10 of this embodiment further includes a partition wall 6 that is disposed adjacent to the film forming roller 2 and divides the low pressure chamber 7 that is a film forming area and the high pressure chamber 8 that is a non-film forming area. .
  • the pressure in the high pressure chamber 8 is set to be higher than the pressure in the low pressure chamber 7.
  • 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-pressure chamber 7 that is a film formation area.
  • the gas to be fed is sent from the low pressure chamber 7 through the gap between the film forming roller 2 and the partition wall 6 (that is, the gap between the edge of the opening 6a of the partition wall 6 and the film forming roller 2 in FIG. 1). It is possible to suppress diffusion into the high pressure chamber 8.
  • the pressure in the high pressure chamber 8 is increased, discharge tends to occur in the portion 2 b of the film forming roller 2 disposed in the high pressure chamber 8, but the cover 9 is formed in the film forming roller in the high pressure chamber 8. Since the portion 2b that is not in contact with the two base materials A is covered, it is possible to prevent the occurrence of a film on the portion 2b.
  • a ceramic material is used as an insulating material constituting the insulating portion 9b of the cover 9, so that the insulating property is better than other materials such as a resin material.
  • the insulating portion 9b is made of a material containing aluminum oxide, so that the covering property and the insulating property are the best as compared with other ceramic materials.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above.
  • the present invention includes the following modifications.
  • the cover 9 has a portion 2 b of the outer peripheral surface of the film forming roller 2 around which the base material A is not wound in the axial direction of the film forming roller 2. You may make it cover.
  • the end cap 11 (see FIG. 3) covering the end of the film forming roller 2 is preferably omitted in order to avoid interference with the cover 9.
  • the film forming apparatus may further include a roller insulating portion 22 as shown in FIGS.
  • the roller insulating portion 22 is made of an insulating material and covers at least the area of the magnet 3 (magnetic field generating portion) arrangement region 2e in the axial direction of the film forming roller 2 on the outer peripheral surface of the film forming roller 2.
  • This roller insulation 22 allows the entire cover 9 to be made of a metal material.
  • the roller insulating portion 22 covers at least the range of the arrangement region 2e of the magnet 3 in the axial direction of the film forming roller 2 on the outer peripheral surface of the film forming roller 2. .
  • the roller insulating portion 22 is located not only in the portion 2a around which the substrate A is wound in the film forming roller 2, but also on the opposite side of the portion 2a with the rotation axis of the film forming roller 2 interposed therebetween.
  • the portion 2b not in contact with the substrate A is also covered. Therefore, even if the cover 9 is made of a metal material, the roller insulating portion 22 is interposed between the cover 9 and the film forming roller 2, thereby preventing the occurrence of abnormal discharge therebetween. 9 can be prevented from occurring. Thereby, as the cover 9, it is possible to use a metal component that is easy to process and maintain.
  • the roller insulating portion 22 covering the outer peripheral surface of the film forming roller 2 is used to provide a portion 2b on the back side of the portion in contact with the substrate A in the film forming roller 2. It is possible to prevent an abnormal DC discharge caused by a potential difference with the surrounding portion (for example, the inner wall of the vacuum chamber 1).
  • the cover 9 with a certain distance from the film forming roller 2 covers the back side portion 2b, so that a gap without plasma P is formed between the cover 9 and the film forming roller 2. Is done.
  • AC abnormal discharge caused by the plasma P As a result, it is possible to prevent both AC and DC abnormal discharges in the portion 2b on the back side of the film forming roller 2.
  • roller insulating portion 22 covers the outer peripheral surface of the film forming roller 2, the insulating portion 9b (see FIG. 2) of the cover 9 can be omitted.
  • the roller insulating portion 22 that covers the outer peripheral surface of the film forming roller 2 has a shaft of the film forming roller 2 on the outer peripheral surface of the film forming roller 2 as shown in FIGS. In the direction B, the arrangement area of the magnet 3 and the surrounding area are covered.
  • the roller insulating portion 22 covers an area where the film forming roller 2 can come into contact with the base material A excluding the end portions 2 d on both sides. End portions 2 d on both sides of the film forming roller 2 are covered with end caps 11.
  • the end cap 11 has a recess 11 a that fits into the end 2 d of the film forming roller 2.
  • the surface of the end cap 11 is covered with an insulating portion 20 made of an insulating material.
  • the performance required for the roller insulating part 22 is a withstand voltage of 1000 V or more on the film forming roller 2 side and the plasma P side, and a material that is not damaged by the plasma P such as oxygen or organic Si. And so on.
  • the withstand voltage of the roller insulating portion 22 is less than 1000 V, the roller insulating portion 22 cannot withstand the potential in the plasma P, and there is a risk of causing dielectric breakdown.
  • a material that is easily damaged by the plasma P deteriorates during the plasma CVD, and therefore is not suitable as a material for the roller insulating portion 22.
  • the insulating material which comprises the roller insulating part 22 contains a ceramic material similarly to the insulating part 9b of said cover 9.
  • the ceramic material include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and the like.
  • a single material such as silicon oxide, polyimide, glass, or a laminate or a mixture thereof may be used.
  • the roller insulating portion 22 is preferably an oxide.
  • 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 portion 9b, one obtained by spraying alumina and / or an alumina-based compound onto the film forming roller 2 is used.
  • the insulating material constituting the roller insulating portion 22 is a hard and strong material that is difficult to peel off even if it is polished, like the insulating portion 9b of the cover 9 described above. That is, a film formed by plasma CVD may be formed on the roller insulating portion 22 when the base material A meanders or at the back portion 2 b of the film forming roller 2. In order to remove this film, an operation of removing the film on the surface of the roller insulating portion 22 by polishing or the like is performed. During the polishing operation, if the roller insulating portion 22 is made of an insulating material having low hardness, the roller insulating portion 22 may be scraped and damaged.
  • the roller insulating portion 22 is made of a hard and strong insulating material as described above.
  • the material satisfying the performance required for the roller insulating portion 22 is preferably the above ceramic material, and among the ceramic materials, alumina and / or an alumina-based compound is particularly preferable.
  • the insulating portion 20 on the surface of the end cap 11 may also be made of the same insulating material as that of the roller insulating portion 22 described above, but other insulating materials may be used.
  • the thickness of the roller insulating portion 22 is set to be 1 to 500 ⁇ m as a thickness that can reduce damage to the roller insulating portion 22 while stably generating the plasma P. That is, when the thickness of the roller insulating portion 22 exceeds 500 ⁇ m, the impedance becomes high and it becomes difficult to supply power to the plasma P from the film forming roller 2. On the other hand, if the thickness of the roller insulating portion 22 is less than 1 ⁇ m, the roller insulating portion 22 may break down due to the potential of the plasma P, or the roller insulating portion 22 may be physically damaged or peeled off due to contact with the substrate A or the like. May occur.
  • the thickness of the roller insulating portion 22 is in the range of 1 to 500 ⁇ m as described above, power can be stably supplied to the plasma P and damage due to dielectric breakdown of the roller insulating portion 22 can be reduced. It becomes possible to make it.
  • the metal surface of the film forming roll 2 is covered with the roller insulating portion 22, even if the substrate A meanders in the axial direction B of the film forming roll 2, the film forming roll 2 is formed in the space where the plasma P is formed. The metal surface is not exposed. Therefore, abnormal discharge does not occur, and stable film formation and operation can be realized.
  • the film is formed. It is possible to maintain high frequency impedance between the roller 2 and the plasma P. Therefore, the high frequency voltage can be set high. Thereby, the energy of ions and electrons in the vicinity of the substrate A is increased, and a good film can be formed even on the thin substrate A.
  • the present invention is not limited to a film forming apparatus provided with a pair of film forming rollers 2.
  • the present invention may be applied to a film forming apparatus including one film forming roller.
  • the film forming apparatus may further include a counter electrode facing the film forming roller.
  • the power source may apply a voltage for generating plasma to the film forming roller and the counter electrode.
  • the plasma CVD film forming apparatus is attached to a vacuum chamber and the inside of the vacuum chamber so as to be rotatable around a rotation axis, and has a cylindrical outer peripheral surface around the rotation axis.
  • a magnetic field generation unit that generates a magnetic field outside a portion to be wound, a power source that is connected to the film formation roller and applies an AC voltage to the film formation roller to generate plasma in the magnetic field region;
  • the portion of the outer peripheral surface of the film forming roller that is located on the opposite side of the rotation axis of the film forming roller with respect to the portion around which the base material is wound, and that is not in contact with the base material With a cover to cover That, characterized in that.
  • plasma can be generated in the range in which film formation is performed in the axial direction of the film forming roller in a state where an AC voltage for generating plasma is applied to the film forming roller. It is at electric potential.
  • the rotation axis of the film-forming roller is sandwiched not only in the part where the base material is wound around the outer peripheral surface of the film-forming roller and in contact with the base material but also in the part where the base material is wound.
  • the portion on the back side of the film forming roller that is not in contact with the substrate located on the opposite side 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.
  • the cover is in contact with the base material located on the opposite side of the rotation axis of the film forming roller with respect to the portion around which the base material is wound on the outer peripheral surface of the film forming roller. It covers no part.
  • the portion of the outer peripheral surface of the film forming roller that is in contact with the base material is not only covered with the base material, but also covers the portion that is not in contact with the base material that is the back side of that portion. It becomes possible to prevent the occurrence of abnormal discharge in the back side portion.
  • At least a portion of the cover facing the film forming roller contains an insulating material.
  • the insulating material contained in at least the portion of the cover facing the film forming roller insulates the film forming roller from the surrounding objects, thereby preventing abnormal discharge between the film forming roller and the surrounding objects. It is possible to prevent the occurrence. Thereby, it is possible to prevent the film formation on the film forming roller and the surrounding objects.
  • the cover preferably includes a metal main body portion and an insulating portion made of the insulating material and covering a portion of the main body portion facing the film forming roller.
  • the portion of the cover that faces the film forming roller in the metal main body is covered with the insulating portion made of the insulating material. 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.
  • the cover is made of metal
  • the film forming apparatus is made of an insulating material, and at least a range of an arrangement region of the magnetic field generation unit in the axial direction of the film forming roller on the outer peripheral surface of the film forming roller. It is preferable to further include a roller insulating portion that covers.
  • the roller insulating portion is interposed between the cover and the film forming roller, thereby preventing the occurrence of abnormal discharge therebetween. It is possible to prevent the formation of a film in Thereby, as a cover, it is possible to use a metal part which is easy to process and maintain.
  • the plasma generated in the region of the magnetic field exists, a film formation area in which the base material is formed using the plasma, and a non-film formation in the base material is not performed.
  • a film forming area, the film forming roller includes a portion disposed in the film forming area and a portion disposed in the non-film forming area, and the cover includes the non-film forming area. It is preferable to cover a portion of the film forming roller that is not in contact with the base material and is disposed in the film area.
  • the cover can prevent the generation of a film in the non-film formation area by covering the part that is not in contact with the base material of the film formation roller.
  • the film forming apparatus further includes a partition wall that is disposed adjacent to the film forming roller and divides the film forming area and the non-film forming area.
  • the pressure is preferably set to be higher than the pressure in the area.
  • the pressure in the non-film formation area is set to be higher than the pressure in the film formation area. Therefore, when a gas used as a raw material for film formation is sent to the film formation area, 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. Is possible.
  • the pressure in the non-film formation area increases, discharge tends to occur in the portion of the film formation roller disposed in the non-film formation area. Since the portion that is not in contact with the base material is covered, it is possible to prevent the occurrence of a film in the portion.
  • the film forming roller is positioned on the opposite side with respect to the portion around which the base material is wound with respect to the rotating shaft of the film forming roller. It is possible to prevent the occurrence of abnormal discharge at a portion where the substrate is wound, that is, a portion where the substrate is not wound.

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Abstract

　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。　プラズマＣＶＤ成膜装置１０は、真空チャンバ１と、帯状の基材が当該成膜ローラ２の外周面のうちの周方向の一部に巻き掛けられる金属製の成膜ローラ２と、成膜ローラ２の内部に配置され、成膜ローラ２の外周面のうちの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３と、成膜ローラ２に接続され、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２に印加する電源４と、成膜ローラ２の外周面のうちの基材Ａが巻き掛けられる部分２ａに対して当該成膜ローラ２の回転軸を挟んで反対側に位置する部分であって当該基材Ａに接触していない部分２ｂを覆うカバー９とを備えている。

Description

プラズマＣＶＤ成膜装置
　本発明は、プラズマＣＶＤ成膜装置に関する。
　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。
　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た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接続された電極を有する電源と、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。
　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。これにより、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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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における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では、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。
特開２０１１－８４７８０号公報
　本発明の目的は、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である。
　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軸周りに回転自在に取り付けられ、当該回転軸を中心とする円筒状の外周面を有し、その外周面のうちの周方向の一部に帯状の基材が巻き掛けられる、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、前記成膜ローラの前記外周面のうちの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、前記成膜ローラの前記外周面のうちの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前記回転軸を挟んで反対側に位置する部分であって当該基材に接触していない部分を覆うカバーとを備えていることを特徴とする。
本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ成膜装置の全体構成を示す真空チャンバの前面を取り除いた状態の正面図である。 図１の成膜ローラに対するカバーの配置を示す拡大正面図である。 図１のプラズマＣＶＤ成膜装置の一対の成膜ローラ周辺の拡大平面図である。 図１の成膜ローラに対するカバーの配置を示す拡大斜視図である。 本発明の変形例に係る成膜ローラの全長にわたって延びるカバーを備えたプラズマＣＶＤ成膜装置の構造を示す一対の成膜ローラ周辺の拡大平面図である。 本発明の他の変形例に係る成膜ローラにおける軸方向についての成膜が行われる範囲を覆うローラ絶縁部を備えたプラズマＣＶＤ成膜装置の構造を示す一対の成膜ローラ周辺の拡大平面図である。 図１の成膜ローラに対するローラ絶縁部およびカバーの配置を示す拡大正面図である。 図６の成膜ローラの端部から端部キャップを取り外した状態の分解平面図である。
　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。
　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軸２ｃ周り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の外周面における基材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。
　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。
　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。
　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。
　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、回転軸２ｃを中心とする円筒状の外周面を有する。一対の成膜ローラ２は、真空チャンバ１の内部に回転軸２ｃ周り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の外周面のうちの互いに対向する部分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。
　帯状の基材Ａは、一対の成膜ローラ２の外周面のうちの周方向の一部である互いに対向する部分２ａに巻き掛けられる。
　一対の成膜ローラ２の外周面における全周のうち基材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。
　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。
　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の外周面は、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。
　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の外周面における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の外周面のうちの基材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。
　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。
　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。
　カバー９は、成膜ローラ２の外周面のうちの基材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部分であって当該基材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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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が被覆されるのが好ましい。
　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い。クリアランスｔ１は、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、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い。
　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い。厚さｄは、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。
　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。
　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の外周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恐れがある。また、基材Ａの厚さが５００μｍより大きくなると、基材Ａの搬送が安定せず異常放電を発生する恐れもある。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。
　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。
　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、右側の成膜ローラ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の外周面の部分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内部を搬送される。さらに、基材Ａは、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の外周面の部分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。
　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。
　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の外周面の対向する部分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。
　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。
　一方、成膜ローラ２の外周面のうち基材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。
　以上説明した実施形態の成膜装置１は、以下の特徴を有する。
　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は、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。この範囲では、成膜ローラ２の外周面における基材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の外周面における基材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の外周面における基材Ａが接触している部分２ａが基材Ａで覆われているだけでなく、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。
　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。
　本実施形態の成膜装置１０では、カバー９のうちの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)は、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。
　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（例えば、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。
　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。
　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る。そのため、カバー９の取付け時に絶縁部９ｂが破損したりする恐れが減る。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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の外周面のうち基材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。
　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。
　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の外周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。
　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の外周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。
　また、この図６～７に示される変形例では、成膜ローラ２の外周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る。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。
　また、ローラ絶縁部２２が成膜ローラ２の外周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。
　このような成膜ローラ２の外周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の外周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。
　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。
　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。
　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。
　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ローラ絶縁部２２であれば、ローラ絶縁部２２が削れて損傷を受けるおそれがある。そこで、ローラ絶縁部２２としては、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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。
　本実施形態のプラズマ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軸周りに回転自在に取り付けられ、当該回転軸を中心とする円筒状の外周面を有し、その外周面のうちの周方向の一部に帯状の基材が巻き掛けられる、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、前記成膜ローラの前記外周面のうちの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、　前記成膜ローラの前記外周面のうちの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前記回転軸を挟んで反対側に位置する部分であって当該基材に接触していない部分を覆うカバーとを備えている、ことを特徴とする。
　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は、プラズマを生成することができる電位になっている。この範囲では、成膜ローラの外周面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、本実施形態では、カバーが、成膜ローラの外周面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部分を覆っている。これにより、成膜ローラの外周面における基材が接触している部分が基材で覆われているだけでなく、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。
　前記カバーのうちの少なくとも前記成膜ローラに対向する部分は、絶縁材料を含んでいるのが好ましい。
　この構成では、カバーの少なくとも成膜ローラに対向する部分に含まれる絶縁材料が、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。
　前記カバーは、金属製の本体部と、前記絶縁材料からなり、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いるのが好ましい。
　かかる構成によれば、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。
　あるいは、前記カバーが金属製であり、前記成膜装置は、絶縁材料からなり、前記成膜ローラの前記外周面のうちの当該成膜ローラの軸方向において少なくとも前記磁場生成部の配置領域の範囲を覆うローラ絶縁部をさらに備えているのが好ましい。
　かかる構成によれば、カバーを金属材料で製造しても、当該カバーと成膜ローラとの間には、ローラ絶縁部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。
　前記真空チャンバは、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を有しており、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、前記非成膜エリアに配置されて、前記成膜ローラにおける前記基材に接触していない部分を覆うのが好ましい。
　かかる構成によれば、カバーは、非成膜エリアにおいて、成膜ローラの基材に接触していない部分を覆うことにより、当該部分における皮膜の発生を防止することが可能である。
　前記成膜装置は、前記成膜ローラに隣接して配置され、前記成膜エリアと前記非成膜エリアとを区画する隔壁をさらに備えており、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ているのが好ましい。
　かかる構成によれば、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。そのため、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、カバーは、非成膜エリアにおいて、成膜ローラの基材に接触していない部分を覆っているので、当該部分における皮膜の発生を防止することが可能である。
　以上説明したように、本実施形態のプラズマ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。
 

Claims (6)

  1. 　真空チャンバと、
    　前記真空チャンバ内部に回転軸周りに回転自在に取り付けられ、当該回転軸を中心とする円筒状の外周面を有し、その外周面のうちの周方向の一部に帯状の基材が巻き掛けられる、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、前記成膜ローラの前記外周面のうちの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、
    　前記成膜ローラの前記外周面のうちの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前記回転軸を挟んで反対側に位置する部分であって当該基材に接触していない部分を覆うカバーと
    を備えている、
    プラズマＣＶＤ成膜装置。
  2. 請求項１に記載のプラズマＣＶＤ成膜装置であって、
    　前記カバーのうちの少なくとも前記成膜ローラに対向する部分は、絶縁材料を含んでいる、
    プラズマＣＶＤ成膜装置。
  3. 　請求項２に記載のプラズマＣＶＤ成膜装置であって、
    　前記カバーは、
    　金属製の本体部と、
    　前記絶縁材料からなり、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
    を備えている、
    プラズマＣＶＤ成膜装置。
  4. 　請求項１に記載のプラズマＣＶＤ成膜装置であって、
    　前記カバーが金属製であり、
    　前記プラズマＣＶＤ成膜装置は、絶縁材料からなり、前記成膜ローラの前記外周面のうちの当該成膜ローラの軸方向において少なくとも前記磁場生成部の配置領域の範囲を覆うローラ絶縁部をさらに備えている、
    プラズマＣＶＤ成膜装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ成膜装置であって、
    　前記真空チャンバは、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を有しており、
    　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、前記非成膜エリアに配置されて、前記成膜ローラにおける前記基材に接触していない部分を覆う
    プラズマＣＶＤ成膜装置。
  6. 　請求項５に記載のプラズマＣＶＤ成膜装置であって、
    　前記プラズマＣＶＤ成膜装置は、前記成膜ローラに隣接して配置され、前記成膜エリアと前記非成膜エリアとを区画する隔壁をさらに備えており、
    　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ている、
    プラズマＣＶＤ成膜装置。
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