JP4558810B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドラムに巻き掛けた基板の表面に、ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma）−ＣＶＤ法（容量結合型プラズマＣＶＤ法）により膜を形成する成膜装置に関し、特に、膜質が良好な膜を連続的に形成することができ、しかも装置コストが低い成膜装置に関する。

真空雰囲気のチャンバ内で、プラズマＣＶＤによって、長尺な基板（ウェブ状の基板）に連続的に成膜を行う成膜装置として、例えば、接地（アース）したドラムと、このドラムに対面して配置された高周波電源に接続された電極とを用いる装置が知られている。
この成膜装置では、ドラムの所定領域に基板を巻き掛けてドラムを回転することにより、基板を所定の成膜位置に位置して長手方向に搬送しつつ、ドラムと電極との間に高周波電圧を印加して電界を形成し、かつ、ドラムと電極との間に、成膜のための原料ガス、さらにはアルゴンガスなどを導入して、基板の表面にプラズマＣＶＤによる成膜を行う。このような成膜装置が従来から提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１には、反応室と、反応室の内部に反応ガスを導入するガス導入口と、反応室の内部に設けられ、互いの間でプラズマ放電を発生させるアノード電極及びカソード電極と、アノード電極とカソード電極との間でフレキシブル基板を搬送する搬送機構とを備え、フレキシブル基板にプラズマＣＶＤ処理を施すプラズマＣＶＤ装置が開示されている。
このアノード電極は湾曲した第１放電面を有する一方、カソード電極は第１放電面に沿って湾曲した第２放電面を有する。カソード電極には、アノード電極の直径方向に移動させる電極間距離調節機構が設けられており、さらには、アノード電極とカソード電極との距離に基づいて、第２放電面の曲率を微小調整する曲率調整機構が設けられている。
なお、電極間距離調節機構は、カソード電極の重心をミリレベルの精度で微小に平行移動できるものであり、曲率調整機構は、圧電素子により構成されるものである。

特開２００６−１５２４１６号公報

しかしながら、特許文献１のプラズマＣＶＤ装置においては、構造が複雑であり、装置コストが嵩むという問題点がある。また、電極を１つの構造体として製作すると、成形精度を得るためには製造コストが掛かり、かつ一旦、電極を成形した後には、再加工して調整することができないという問題点もある。
さらには、成膜中に、プラズマにより温度が上昇して、これにより電極が変形した場合について、特許文献１のプラズマＣＶＤ装置においては、何ら考慮されていない。このため、特許文献１のプラズマＣＶＤ装置においては、膜質が良好な膜を得ることができない虞もある。

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、膜質が良好な膜を連続的に形成することができ、しかも装置コストが低い成膜装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の態様は、所定の搬送経路で、長尺の基板を搬送する第１の搬送手段と、チャンバと、前記チャンバ内を所定の真空度にする真空排気部と、前記チャンバ内に設けられ、前記基板の搬送方向と直交する幅方向に回転軸を有し、前記第１の搬送手段により搬送された基板が表面の所定の領域に巻き掛けられる回転可能なドラムと、所定の搬送経路で、前記ドラムに巻き掛けられた基板を搬送する第２の搬送手段と、前記ドラムに対向して所定の距離離間して配置された成膜電極、前記成膜電極に高周波電圧を印加する高周波電源部、および前記膜を形成するための原料ガスを前記ドラムと前記成膜電極との間に供給する原料ガス供給部を備える成膜部とを有し、前記成膜電極と前記ドラムとの間の距離の値の分布は、前記成膜電極の全域に亘り２０％以内であることを特徴とする成膜装置を提供するものである。

本発明において、前記ドラムおよび前記成膜電極は、それぞれ温度調節機構が設けられていることが好ましい。
また、本発明において、前記成膜電極は、長方形平板状の成膜電極板を複数備え、前記成膜電極板は、前記ドラムの回転軸方向に沿って配置されており、各成膜電極板は、前記ドラム側で接触して導通しており、かつ各成膜電極は、独立して前記ドラムとの距離を変えることができることが好ましい。

さらに、本発明において、前記ドラムの半径をＲとし、前記ドラムと前記成膜電極板との距離をｄとし、前記各成膜電極板のうち、前記ドラムの回転方向の最上流側に配置された成膜電極板の前記回転方向の上流側における端部と前記ドラムの回転中心とを結ぶ線を第１の線とし、前記ドラムの回転方向の最下流側に配置された成膜電極板の前記回転方向の下流側における端部と前記ドラムの回転中心とを結ぶ線を第２の線とし、前記第１の線と前記第２の線とのなす角度をθとし、前記成膜電極板の配置数をｎとするとき、
ＣＯＳ（θ／２ｎ）≧（Ｒ＋０．９ｄ）／（Ｒ＋１．１ｄ）であることが好ましい。

また、本発明において、前記成膜電極は、シャワー電極であることが好ましい。
さらに、本発明において、前記成膜電極板は、複数の貫通孔が形成されており、前記原料ガス供給部により、前記貫通孔から前記原料ガスが前記ドラムと前記成膜電極との間に供給されることが好ましい。

本発明の成膜装置によれば、成膜電極とドラムとの間の距離の値の分布を成膜電極の全域に亘り２０％以内とすることにより、成膜電極においてドラムに一番近い領域において形成される膜と、ドラム２６から一番離れている領域において形成される膜とが同質のものが得られ、形成される膜全体としては均一なものが得られる。
また、ドラムおよび成膜電極には、それぞれ温度調節機構が設けられているため、ドラムと成膜電極とを同じ温度にすることができる。このため、成膜時において、プラズマにより温度が上昇しても、ドラムと成膜電極とを同じ温度にでき、熱変形による成膜電極とドラムとの間の距離の値の分布の変動を抑制することができ、上記距離の値の分布を成膜電極の全域に亘り２０％以内を保持することができる。
さらには、各成膜電極板は、長方形平板状であるため、構成が簡素であり、容易に、かつ低コストで製造することができる。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の成膜装置を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る成膜装置を示す模式図である。図２は、図１に示す成膜装置の成膜電極を示す模式的斜視図である。図３は、図１に示す成膜装置のドラムと成膜電極との位置関係を示す模式図である。

図１に示す本発明の実施形態に係る成膜装置１０は、ロール・ツー・ロール(Roll to Roll)の成膜装置であり、基板Ｚの表面Ｚｆ、または基板Ｚの表面Ｚｆに有機層が形成されていれば、その表面に、所定の機能を有する膜を形成するものであり、例えば、光学フィルム、またはガスバリアフィルム等の機能性フィルムの製造に利用されるものである。
この成膜装置１０は、長尺の基板Ｚ（ウェブ状の基板Ｚ）に、容量結合型プラズマＣＶＤ法で成膜を行う装置であり、基本的に、長尺な基板Ｚを供給する供給室１２と、長尺な基板Ｚに膜を形成する成膜室（チャンバ）１４と、膜が形成された長尺な基板Ｚを巻き取る巻取り室１６と、真空排気部３２と、制御部３６とを有する。この制御部３６により、成膜装置１０における各要素の動作が制御される。
また、成膜装置１０においては、供給室１２と成膜室１４とを区画する壁１５ａ、および成膜室１４と巻取り室１６とを区画する壁１５ｂには、基板Ｚが通過するスリット状の開口１５ｃが形成されている。

成膜装置１０においては、供給室１２、成膜室１４および巻取り室１６には、真空排気部３２が配管３４を介して接続されている。この真空排気部３２により、供給室１２、成膜室１４および巻取り室１６の内部が所定の真空度にされる。
真空排気部３２は、供給室１２、成膜室１４および巻取り室１６を排気して所定の真空度に保つものであり、ドライポンプおよびターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有するものである。また、供給室１２、成膜室１４および巻取り室１６には、それぞれ内部の圧力を測定する圧力センサ（図示せず）が設けられている。
なお、真空排気部３２による供給室１２、成膜室１４および巻取り室１６の到達真空度には、特に限定はなく、実施する成膜方法等に応じて、十分な真空度を保てればよい。この真空排気部３２は、制御部３６により制御される。

供給室１２は、長尺な基板Ｚを供給する部位であり、基板ロール２０、およびガイドローラ２１が設けられている。
基板ロール２０は、長尺な基板Ｚを連続的に送り出すものであり、例えば、反時計回りに基板Ｚが巻回されている。
基板ロール２０は、例えば、駆動源としてモータ（図示せず）が接続されている。このモータによって基板ロール２０が基板Ｚを巻き戻す方向ｒ_１に回転されて、本実施形態では、時計回りに回転されて、基板Ｚが連続的に送り出される。

ガイドローラ２１は、基板Ｚを所定の搬送経路で成膜室１４に案内するものである。このガイドローラ２１は、公知のガイドローラにより構成される。
本実施形態の成膜装置１０においては、ガイドローラ２１は、駆動ローラまたは従動ローラでもよい。また、ガイドローラ２１は、基板Ｚの搬送時における張力を調整するテンションローラとして作用するローラであってもよい。

本発明の成膜装置において、基板Ｚは、特に限定されるものではなく、気相成膜法による膜の形成が可能な各種の基板が全て利用可能である。基板Ｚとしては、例えば、ＰＥＴフィルム等の各種の樹脂フィルム、またはアルミニウムシートなどの各種の金属シート等を用いることができる。

巻取り室１６は、後述するように、成膜室１４で、表面Ｚｆに膜が形成された基板Ｚを巻き取る部位であり、巻取りロール３０、およびガイドローラ３１が設けられている。

巻取りロール３０は、成膜された基板Ｚをロール状に、例えば、時計回りに巻き取るものである。
この巻取りロール３０は、例えば、駆動源としてモータ（図示せず）が接続されている。このモータにより巻取りロール３０が回転されて、成膜済の基板Ｚが巻き取られる。
巻取りロール３０においては、モータによって基板Ｚを巻き取る方向ｒ_２に回転されて、本実施形態では、時計回りに回転されて、成膜済の基板Ｚを連続的に、例えば、時計回りに巻き取る。

ガイドローラ３１は、先のガイドローラ２１と同様、成膜室１４から搬送された基板Ｚを、所定の搬送経路で巻取りロール３０に案内するものである。このガイドローラ３１は、公知のガイドローラにより構成される。なお、供給室１２のガイドローラ２１と同様に、ガイドローラ３１も、駆動ローラまたは従動ローラでもよい。また、ガイドローラ３１は、テンションローラとして作用するローラであってもよい。

成膜室１４は、真空チャンバとして機能するものであり、基板Ｚを搬送しつつ連続的に、基板Ｚの表面Ｚｆに、気相成膜法のうち、例えば、プラズマＣＶＤによって、膜を形成する部位である。
成膜室１４は、例えば、ステンレスなど、各種の真空チャンバで利用されている材料を用いて構成されている。

成膜室１４には、２つのガイドローラ２４、２８と、ドラム２６と、成膜部４０とが設けられている。
ガイドローラ２４と、ガイドローラ２８とが、所定の間隔を設けて対向して、平行に配置されており、また、ガイドローラ２４、およびガイドローラ２８は、基板Ｚの搬送方向Ｄに対して、その長手方向を直交させて配置されている。

ガイドローラ２４は、供給室１２に設けられたガイドローラ２１から搬送された基板Ｚをドラム２６に搬送するものである。このガイドローラ２４は、例えば、基板Ｚの搬送方向Ｄと直交する方向（以下、軸方向という）に回転軸を有し回転可能であり、かつガイドローラ２４は、軸方向の長さが、基板Ｚの長手方向と直交する幅方向Ｗにおける長さ（以下、基板Ｚの幅という）よりも長い。
なお、基板ロール２０、ガイドローラ２１、ガイドローラ２４により、本発明の第１の搬送手段が構成される。

ガイドローラ２８は、ドラム２６に巻き掛けられた基板Ｚを巻取り室１６に設けられたガイドローラ３１に搬送するものである。このガイドローラ２８は、例えば、軸方向に回転軸を有し回転可能であり、かつガイドローラ２８は、軸方向の長さが基板Ｚの幅よりも長い。
なお、ガイドローラ２８、ガイドローラ３１、巻取りロール３０により、本発明の第２の搬送手段が構成される。
また、ガイドローラ２４、ガイドローラ２８は、上記構成以外は、供給室１２に設けられたガイドローラ２１と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。

ドラム２６は、ガイドローラ２４と、ガイドローラ２８との間の空間Ｈの下方に設けられている。ドラム２６は、その長手方向を、ガイドローラ２４およびガイドローラ２８の長手方向に対して平行にして配置されている。さらには、ドラム２６は接地されている。
このドラム２６は、例えば、円筒状を呈し、回転軸Ｌ（図３参照）を有し、この回転軸Ｌに対して回転方向ωに回転可能なものである。かつドラム２６は、軸方向における長さが基板Ｚの幅よりも長い。ドラム２６は、その表面２６ａ（周面）に基板Ｚが巻き掛けられて、回転することにより、基板Ｚを所定の成膜位置に保持しつつ、搬送方向Ｄに基板Ｚを搬送するものである。
なお、ドラム２６の回転方向ωの進行方向側、すなわち、基板Ｚが搬送される側が、下流Ｄｄ側であり、この下流Ｄｄの反対側が上流Ｄｕである。

また、ドラム２６には、温度を調節するために、例えば、ドラム２６の中心にヒータ（図示せず）およびドラム２６の温度を測定する温度センサ（図示せず）が設けられている。このヒータおよび温度センサは、第１の温度調節部２７に接続されている。この第１の温度調節部２７は、制御部３６に接続されており、制御部３６により、第１の温度調節部２７を介して、ドラム２６の温度が調節され、ドラム２６の温度は所定の温度に保持される。ヒータ（図示せず）、温度センサ（図示せず）および第１の温度調節部２７により、温度調節機構が構成される。

図１に示すように、成膜部４０は、ドラム２６の下方に設けられており、基板Ｚがドラム２６に巻き掛けられた状態で、ドラム２６が回転して、基板Ｚが搬送方向Ｄに搬送されつつ、基板Ｚの表面Ｚｆに膜を形成するものである。
成膜部４０は、容量結合型プラズマＣＶＤ法（ＣＣＰ−ＣＶＤ法）により膜を形成するものである。この成膜部４０は、成膜電極４２、高周波電源４４、原料ガス供給部４６、仕切部４８および第２の温度調節部６０を有する。制御部３６により、成膜部４０の高周波電源４４、原料ガス供給部４６および第２の温度調節部６０が制御される。

成膜部４０においては、成膜室１４の下方に、ドラム２６の表面２６ａと所定の隙間Ｓ（間）を設けて成膜電極４２が設けられている。
成膜電極４２は、図２に示すように、成膜電極体５０と、この成膜電極体５０を保持する保持部５８とを有する。
成膜電極体５０は、例えば、３つの、平面視長方形の平板状の成膜電極板５２〜５６を有する。

各成膜電極板５２〜５６は、図３に示すように、長手方向をドラム２６の回転軸Ｌと平行にして、かつ表面５２ａ〜５６ａをドラム２６の表面２６ａに向けて、ドラム２６の表面２６ａを囲むように回転方向ωに沿って配置されている。例えば、各成膜電極板５２〜５６は、ドラム２６の表面２６ａの同心円上の接線に一致するように配置されている。
本実施形態において、成膜電極板５２の表面５２ａに垂直で、かつドラム２６の回転中心Ｏを通る線上における成膜電極板５２の表面５２ａとドラム２６の表面２６ａとの距離がｄ_１である。また、成膜電極板５４の表面５４ａに垂直で、かつドラム２６の回転中心Ｏを通る線上における成膜電極板５４の表面５４ａとドラム２６の表面２６ａとの距離がｄ_２である。さらに、成膜電極板５６の表面５６ａに垂直で、かつドラム２６の回転中心Ｏを通る線上における成膜電極板５６の表面５６ａとドラム２６の表面２６ａとの距離がｄ_３である。これらの距離ｄ_１〜ｄ_３は、いずれも成膜電極４２とドラム２６の表面２６ａとの隙間Ｓにおける距離である。

また、各成膜電極板５２〜５６は、ドラム２６側で接して導通している。なお、各成膜電極板５２〜５６は、導通していればよく、各成膜電極板５２〜５６は公知の導通方法で導通が保たれていれば、必ずしも、ドラム２６側で接していなくてもよい。
成膜電極４２の成膜電極体５０において、３つの成膜電極板５２〜５６を設ける構成としたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、成膜電極板の表面とドラム２６の表面２６ａとの隙間Ｓにおける距離（距離ｄ_１〜ｄ_３）の値の分布が、成膜電極４２の全域（成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａ）に亘り２０％以内であれば、その数は特に限定されるものではない。

また、各成膜電極板５２〜５６には、各成膜電極板５２〜５６の長手方向および短手方向における傾きを変えることができ、かつ成膜電極体５０の位置をドラム２６の表面２６ａに対して接近または離間させることができる移動機構部（図示せず）が設けられている。この移動機構部により、各成膜電極板５２〜５６の傾きおよび成膜電極体５０の位置の少なく一方を変えることにより、各成膜電極板５２〜５６は、それぞれ独立して表面５２ａ〜５６ａとドラム２６の表面２６ａとの距離ｄ_１〜ｄ_３を変えることができる。

成膜電極４２の各成膜電極板５２〜５６には、高周波電源４４が接続されており、この高周波電源４４により、成膜電極４２の各成膜電極板５２〜５６に高周波電圧が印加される。この高周波電源４４は、印加する高周波電力（ＲＦ電力）を変えることができる。
また、成膜電極４２と高周波電源４４とは、必要に応じて、インピーダンス整合をとるためのマッチングボックスを介して接続してもよい。

成膜電極４２は、一般的にシャワー電極と呼ばれるものであり、各成膜電極板５２〜５６は、それぞれ表面５２ａ〜５６ａには複数の貫通孔ｂが等間隔で形成されている。

保持部５８は、成膜電極板５２〜５６を保持するものであり、内部が空洞になっており、原料ガス供給部４６に配管４７を介して接続されている。この保持部５８の空洞は、各成膜電極板５２〜５６の各表面５２ａ〜５６ａに形成された複数の貫通孔ｂと連通している。
後述するように、原料ガス供給部４６から供給された原料ガスＧは、配管４７、保持部５８の空洞、および各成膜電極板５２〜５６の複数の貫通孔ｂを経て、各成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａから放出され、隙間Ｓに原料ガスＧが供給される。

保持部５８には、各成膜電極板５２〜５６の温度を調節するために、例えば、ヒータ（図示せず）および各成膜電極板５２〜５６の温度を測定する温度センサ（図示せず）が設けられている。このヒータおよび各温度センサは、第２の温度調節部６０に接続されている。この第２の温度調節部６０は、制御部３６に接続されており、制御部３６により、第２の温度調節部６０を介して、各成膜電極板５２〜５６の温度が調節され、各成膜電極板５２〜５６の温度は所定の温度に保持される。ヒータ（図示せず）、温度センサ（図示せず）および第２の温度調節部６０により、温度調節機構が構成される。
この第１の温度調節部２７および第２の温度調節部６０により、ドラム２６と各成膜電極板５２〜５６との温度を同じにできる。

原料ガス供給部４６は、例えば、配管４７を介して、保持部５８の空洞に接続されている。この原料ガス供給部４６は、成膜電極４２の各成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａに形成された複数の貫通孔ｂを通して隙間Ｓに、膜を形成する原料ガスを供給する。ドラム２６の表面２６ａと成膜電極４２との隙間Ｓがプラズマの発生空間になる。
本実施形態においては、原料ガスＧは、例えば、ＳｉＯ_２膜を形成する場合、ＴＥＯＳガス、および活性種ガスとして酸素ガスが用いられる。また、窒化珪素膜を形成する場合、ＳｉＨ_４ガス、ＮＨ_３ガス、およびＮ_２ガスが用いられる。

原料ガス供給部４６は、ＣＣＰ−ＣＶＤ装置で用いられている各種のガス導入手段が利用可能である。
また、原料ガス供給部４６においては、原料ガスＧのみならず、アルゴンガスまたは窒素ガスなどの不活性ガス、および酸素ガス等の活性種ガス等、ＣＣＰ−ＣＶＤ法で用いられている各種のガスを、原料ガスと共に、隙間Ｓに供給してもよい。このように、複数種のガスを導入する場合には、各ガスを同じ配管で混合して、成膜電極４２の複数の穴を通して隙間Ｓに供給しても、各ガスを異なる配管から成膜電極４２の複数の穴を通して隙間Ｓに供給してもよい。
さらに、原料ガスまたはその他、不活性ガスおよび活性種ガスの種類または導入量も、形成する膜の種類、または目的とする成膜レート等に応じて、適宜、選択／設定すればよい。

仕切部４８は、成膜電極４２を成膜室１４内において区画するものである。
この仕切部４８は、例えば、一対の仕切板４８ａにより構成されており、一対の仕切板４８ａで、成膜電極４２を挟むようにして配置されている。
各仕切板４８ａは、それぞれドラム２６の回転軸Ｌ（長さ方向）に伸びた板状部材であり、ドラム２６側の端部が、成膜電極４２とは反対側に折曲している。この仕切部４８により、隙間Ｓ、すなわち、プラズマ発生空間が、成膜室１４内において区画されている。

なお、高周波電源４４は、プラズマＣＶＤによる成膜に利用される公知の高周波電源を用いることができる。また、高周波電源４４は、最大出力等にも、特に限定はなく、形成する膜または成膜レート等に応じて、適宜、選択／設定すればよい。

成膜電極４２は、長方形板状に限定されるものではなく、例えば、ドラム２６の軸方向に分割した複数の電極を配列した構成等、容量結合型ＣＶＤ法による成膜が可能なものであれば、各種の電極の構成が利用可能である。
なお、成膜電極４２は、各成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａに貫通孔ｂを形成する構成としたが、本実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、各成膜電極板５２〜５６が接続されている端部５９を、離間させて、スリット状の開口部を形成し、このスリット状の開口部から原料ガスＧを放出させるようにしてもよい。

本実施形態においては、各成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａとドラム２６の表面２６ａとの距離ｄ_１〜ｄ_３の値の分布、すなわち、成膜電極４２とドラム２６との隙間Ｓ（間）の距離の値の分布は、成膜電極４２の全域に亘り２０％以内である。
成膜電極４２の全域に亘り２０％以内とは、隙間Ｓにおける距離の値の平均値に対して±１０％である。この距離ｄ_１〜ｄ_３（隙間Ｓにおける距離）の値の分布は、次のように求められたものである。例えば、最大値と最小値との平均値を求め、この平均値に対する、最大値と最小値との差の値の割合を求め、この割合の値を分布とする。

本発明において、距離ｄ_１〜ｄ_３（隙間Ｓにおける距離）の値の分布が成膜電極４２の全域に亘り２０％以内であれば、膜を形成した場合、回転方向ωにおいて、均質な膜を形成することができ、得られる膜の膜質が均一になり、良好な膜を得ることができる。
これに対して、成膜電極４２の全域に亘り２０％を超えると、成膜電極４２においてドラム２６に一番近い領域において形成される膜と、ドラム２６から一番離れている領域において形成される膜とが異なり、形成される膜全体としては、均一なものではなくなる。

なお、成膜電極４２の全域に亘り２０％以内とは、ドラム２６（の表面２６ａ）と成膜電極４２との隙間Ｓの設定距離の設定値に対して±１０％でもよい。

本実施形態の成膜電極４２のように、複数の平板状の成膜電極板５２〜５６を有する構成とした場合、成膜電極４２の各成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａとドラム２６の表面２６ａとの距離の値の分布、すなわち、隙間Ｓの設定距離ｄの値の分布は、以下の式（１）を満足するとき、成膜電極４２の全域に亘り２０％以内になる。
ここで、図３に示すように、ドラム２６の半径をＲ（ｍｍ）とし、ドラム２６（の表面２６ａ）と成膜電極４２の各成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａとの設定距離をｄ（ｍｍ）とする。

また、成膜電極４２において、成膜電極板５２〜５６のうち、ドラム２６の回転方向ωの最上流に配置された成膜電極板５２の回転方向ωにおける上流Ｄｕ側の端部４２ｅとドラム２６の回転中心Ｏとを結ぶ線を第１の線Ｌ_１とする。ドラム２６の回転方向ωの最下流に配置された成膜電極板５６の回転方向ωにおける下流Ｄｄ側の端部４２ｅとドラム２６の回転中心Ｏとを結ぶ線を第２の線Ｌ_２とする。この第１の線Ｌ_１と第２の線Ｌ_２とのなす角度をθとする。なお、角度θの範囲で基板Ｚの表面Ｚｆに成膜されるため、角度θの範囲が成膜ゾーンとなる。
さらに、成膜電極板５２〜５６の回転方向ωに沿って配置された配置数をｎとする。

ＣＯＳ（θ／２ｎ）≧（Ｒ＋０．９ｄ）／（Ｒ＋１．１ｄ） ・・・（１）

本実施形態において、上記式（１）を満たす場合、膜を形成した場合、回転方向ωにおいても、均質な膜を形成することができ、得られる膜の膜質が均一になり、良好な膜を得ることができる。
また、上記式（１）を満たさない場合には、成膜電極４２においてドラム２６に一番近い領域において形成される膜と、ドラム２６から一番離れている領域において形成される膜とが異なり、形成される膜全体としては、均一なものではなくなる。

次に、本実施形態の成膜装置１０の動作について説明する。
成膜装置１０は、供給室１２から成膜室１４を経て巻取り室１６に至る所定の経路で、供給室１２から巻取り室１６まで長尺な基板Ｚを通して搬送しつつ、成膜室１４において、基板Ｚに膜を形成するものである。

成膜装置１０においては、長尺な基板Ｚが、例えば、反時計回り巻回された基板ロール２０からガイドローラ２１を経て、成膜室１４に搬送される。成膜室１４においては、ガイドローラ２４、ドラム２６、ガイドローラ２８を経て、巻取り室１６に搬送される。巻取り室１６においては、ガイドローラ３１を経て、巻取りロール３０に、長尺な基板Ｚが巻き取られる。長尺な基板Ｚを、この搬送経路で通した後、供給室１２、成膜室１４および巻取り室１６の内部を真空排気部３２により、所定の真空度に保ち、成膜部４０において、成膜電源４２に、高周波電源４４から高周波電圧を印加するとともに、原料ガス供給部４６から配管４７および保持部５８を介して、各成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａに形成された複数の貫通孔ｂから隙間Ｓに膜を形成するための原料ガスＧを供給する。

成膜電源４２の周囲に電磁波を放射させると、隙間Ｓで、成膜電極４２の近傍に局在化したプラズマが生成され、原料ガスが励起・解離され、膜となる反応生成物が生成される。この反応生成物が堆積し、基板Ｚの表面Ｚｆに、所定の膜が形成される。

そして、順次、長尺な基板Ｚが反時計回り巻回された基板ロール２０をモータにより時計回りに回転させて、長尺な基板Ｚを連続的に送り出し、ドラム２６で基板Ｚをプラズマが生成される位置に保持しつつ、ドラム２６を所定の速度で回転させて、成膜部４０により長尺な基板Ｚの表面Ｚｆに連続的に膜を形成する。これにより、表面Ｚｆに所定の膜が形成された基板Ｚ、すなわち、膜の性質または種類に応じて機能性フィルムが製造される。表面Ｚｆに所定の膜が形成された基板Ｚが、ガイドローラ２８、およびガイドローラ３１を経て、巻取りロール３０に、成膜された長尺な基板Ｚ（機能性フィルム）が巻き取られる。
このようにして、本実施形態の成膜装置１０の成膜方法においては、表面Ｚｆに所定の膜が形成された基板Ｚ、すなわち、機能性フィルムを製造することができる。

本実施形態の成膜装置１０においては、長尺な基板Ｚの表面Ｚｆへの膜の形成の際に、各成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａとドラム２６の表面２６ａとの距離ｄ_１〜ｄ_３の値の分布が成膜電極４２の全域に亘り２０％以内である。このため、成膜電極４２の範囲内、すなわち、ドラム２６の回転中心Ｏを中心とする角度θの範囲で示される成膜ゾーンにおいて、基板Ｚの表面Ｚｆに形成される膜は均質なものとなり、所定の膜厚の膜を形成することができる。

さらには、各成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａとドラム２６の表面２６ａとの距離ｄ_１〜ｄ_３の調整は、各成膜電極板５２〜５６の傾きを変えるだけであるため、容易に調整することができる。このように、本実施形態において、各成膜電極板５２〜５６の調整は、単に傾きを変えるだけであるため、構成を簡素化することができる。このため、装置を安価に製造することができる。また、各成膜電極板５２〜５６も平板状のものであるため、構成が簡素であり、容易に、かつ低コストで製造することができる。

また、成膜装置１０においては、第１の温度調節部２７と第２の温度調節部６０とにより、ドラム２６と成膜電極４２とを同じ温度にすることができる。このため、成膜時において、プラズマにより温度が上昇しても、ドラム２６と成膜電極４２とを同じ温度にでき、熱変形による距離ｄ_１〜ｄ_３の値の変動を抑制することができる。これにより、各成膜電極板５２〜５６の表面５２ａ〜５６ａとドラム２６の表面２６ａとの距離ｄ_１〜ｄ_３の値の分布を成膜電極４２の全域に亘り２０％以内を保持することができる。

本実施形態において、成膜する膜は、特に限定されるものではなく、ＣＣＰ−ＣＶＤ法によって成膜可能なものであれば、製造する機能性フィルムに応じて要求される機能を有するものが適宜形成することができる。また、膜の厚さにも、特に限定はなく、機能性フィルムに応じて要求される性能に応じて、必要な膜さを適宜決定すればよい。
さらに、成膜する膜は、単層に限定はされず、複数層であってもよい。膜を複数層形成する場合には、各層は、同じものであっても、互いに異なるものであってもよい。

本実施形態において、例えば、機能性フィルムとして、ガスバリアフィルム（水蒸気バリアフィルム）を製造する際には、膜として、窒化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜、酸化ケイ素膜等の無機膜を成膜する。
また、機能性フィルムとして、有機ＥＬディスプレイおよび液晶ディスプレイのような表示装置などの各種のデバイスまたは装置の保護フィルムを製造する際には、膜として、酸化ケイ素膜等の無機膜を成膜する。
さらに、機能性フィルムとして、光反射防止フィルム、光反射フィルム、各種のフィルタ等の光学フィルムを製造する際には、膜として、目的とする光学特性を有する膜、または目的とする光学特性を発現する材料からなる膜を成膜する。

このようにして、本実施形態の成膜装置１０により得られた機能性フィルムは、膜質が良い膜を有するため、機能性フィルムが、例えば、ガスバリアフィルムであれば、ガスバリア性能が良いものとなる。

以上、本発明の成膜装置について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのは、もちろんである。

以下、本発明の具体的実施例を挙げて、本発明について、より詳細に説明する。
本実施例は、成膜電極４２とドラム２６との隙間Ｓの距離の値の分布が成膜電極４２の全域に亘り２０％以内であることの効果を確認するためのものである。
本実施例においては、図４に示す容量結合型ＣＶＤ装置１００を用いて、下記表１に示す電極間距離および分布で、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＮフィルム、帝人デュポン社製、商品名：テオネックスＱ６５ＦＡ）に窒化珪素膜を形成した。この形成された窒化珪素膜についてＷＶＴＲ（水蒸気透過度）を評価した。その結果を下記表１に示す。
また、成膜条件は、下記表１に示す実施例１〜３および比較例１においては、いずれもＳｉＨ_４ガス（シランガス）の流量を５０ｓｃｃｍ、ＮＨ_３ガス（アンモニアガス）の流量を１００ｓｃｃｍ、Ｎ_２ガス（窒素ガス）の流量を３５０ｓｃｃｍとし、印加ＲＦ電力を１０００Ｗとした。なお、ポリエチレンテレフタレートフィルムを以下、単にフィルムＦという。

本実施例において、下記表１に示す分布は、次のようにして求めたものである。先ず、最大値と最小値との平均値を求める。そして、この平均値に対する、最大値と最小値との差の値の割合を求め、この割合の値を分布とした。

ＷＶＴＲ（水蒸気透過度）は、ＭＯＣＯＮ社製水蒸気透過率測定装置 ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ３／３３ ＭＧモジュールを用いて測定した。

本実施例で窒化珪素膜の形成に用いる図４に示す容量結合型ＣＶＤ装置１００においては、真空チャンバ１１２の内部１１２ａに、シャワー電極１１４、下部電極１１６が、所定の隙間をあけて対向して配置されている。

シャワー電極１１４は、プラズマＰを放電させるための電極と、窒化珪素膜を形成するため原料ガス（シランガス、アンモニアガス）および放電ガス（窒素ガス）の混合ガスｇを、その表面１１４ａからフィルムＦの上方に均一に供給するものとを兼ねるものである。シャワー電極１１４は、その表面１１４ａに複数の穴（図示せず）が等間隔で均一に形成されている。
このシャワー電極１１４においては、原料ガス（シランガス、アンモニアガス）および放電ガス（窒素ガス）が、個別に、それぞれ所定の流量で供給管１２０ａを介して原料ガス供給部１２０から供給される。シャワー電極１１４の表面１１４ａの複数の穴を通して隙間に、シランガスおよびアンモニアガスならびに窒素ガスが混合された混合ガスｇが供給される。
なお、原料ガス供給部１２０は、図１に示す成膜装置１０の原料ガス供給部４６と同様の構成である。

また、シャワー電極１１４に、インピーダンス整合をとるための整合器１２４を介して高周波電源１２２が接続されている。この高周波電源１２２は、シャワー電極１１４に印加する高周波電力（ＲＦ電力）を変えることができる。
高周波電力（ＲＦ電力）とは、図４に示すプラズマＣＶＤ装置１００においては、これに設けられた高周波電源１２２が、成膜時にシャワー電極１１４に印加する高周波電力のことである。高周波電力は、例えば、高周波電源に電力計を設け、この電力計による測定値である。

下部電極１１６は、シャワー電極１１４とともにプラズマＰを生成するためのものであり、その表面１１６ａにホルダ（図示せず）が設けられており、このホルダにフィルムＦがセットされる。また、下部電極１１６は接地されている。

また、真空チャンバ１１２に、排気管１２６を介して真空排気部１２８が接続されている。この真空排気部１２８により、チャンバ１１２の内部１１２ａが所定の真空度にされる。

下部電極１１６には、その表面１１６ａを方向αに揺動させる揺動機構１１８が設けられている。この揺動機構１１８により、その表面１１６ａを所定の角度β傾けることができる。
この揺動機構１１８により、フィルムＦを傾けて、フィルムＦとシャワー電極１１４との電極間距離を一定ではなく分布をもたせることができる。

なお、本実施例において、窒化珪素膜は、以下のようにして形成した。
先ず、フィルムＦを図４に示す真空チャンバ１１２の内部１１２ａの下部電極１１６の表面１１６ａのホルダにセットする。次に、揺動機構１１８により、実施例１〜３および比較例１に応じて下記表１に示す電極間距離にする。そして、真空チャンバ１１２を閉塞する。
次いで、真空チャンバ１１２内を真空排気部１２８により排気し、圧力が７×１０^−４Ｐａとなった時点で、シランガスの流量、アンモニアガスの流量および窒素ガスの流量を、それぞれ５０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、３５０ｓｃｃｍで導入した。
次いで、高周波電源１２２からシャワー電極１１４に１０００Ｗの印加ＲＦ電力を供給して、フィルムＦの表面に窒化珪素膜の形成を開始した。
予め設定した時間、窒化珪素膜を成膜し、その設定した時間経過後、成膜を終了して、真空チャンバ１１２から、窒化珪素膜が形成されたフィルムＦを取り出す。

上記表１に示すように、電極間距離の分布が２０％以内である実施例１〜実施例３は、ＷＶＴＲの値が０．１以下の良好な値を示した。
これに対して、比較例１は、０．１５とＷＶＴＲの値が大きかった。この比較例１では、電極間距離が最大となる部分と最小となる部分のどちらか、またはその両方に相当する部分の膜質がその他の部分の膜質と異なったために、バリア性が低下したと考えられる。
このように、電極間距離の分布が２０％以内であれば、ＷＶＴＲの値が０．１以下と小さく、良好なバリア性が得られる。

本実施例は、図１に示すロールツーロールタイプの成膜装置１０において、上記（１）を満たすことの効果を確認するためのものである。
本実施例においては、下記に示す実施例４の成膜装置、および比較例２の成膜装置を用いて、それぞれロール状のフィルムに窒化珪素膜を形成した。その後、実施例４の成膜装置、および比較例２の成膜装置により得られた、窒化珪素膜が形成された各フィルムを、それぞれ所定の大きさに切り出し、形成された各窒化珪素膜についてＷＶＴＲ（水蒸気透過度）を評価した。
なお、フィルムには、実施例１と同じく、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＮフィルム、帝人デュポン社製、商品名：テオネックスＱ６５ＦＡ）を用いた。

窒化珪素膜の形成には、実施例４および比較例２においては、いずれもＳｉＨ_４ガス（シランガス）、ＮＨ_３ガス（アンモニアガス）、Ｎ_２ガス（窒素ガス）を用いた。
ＷＶＴＲ（水蒸気透過度）は、ＭＯＣＯＮ社製水蒸気透過率測定装置 ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ３／３３ ＭＧモジュールを用いて測定した。

［実施例４］
実施例４は、図１に示す成膜装置１０において、角度θを９０°とし、ドラム２６の半径Ｒを５００ｍｍとし、ドラム２６と成膜電極４２との設定距離ｄを２０ｍｍとし、ドラム２６の回転方向ωに沿って配置された成膜電極板の配置数ｎを７としたものである。実施例４は、上記式（１）（ＣＯＳ（θ／２ｎ）≧（Ｒ＋０．９ｄ）／（Ｒ＋１．１ｄ））を満たし、隙間Ｓの設定距離ｄの値の分布は、成膜電極４２の全域に亘り２０％以内である。

［比較例２］
比較例２は、図１に示す成膜装置１０において、角度θを９０°とし、ドラム２６の半径Ｒを５００ｍｍとし、ドラム２６と成膜電極４２との設定距離ｄを２０ｍｍとし、ドラム２６の回転方向ωに沿って配置された成膜電極板の配置数ｎを５としたものである。比較例２は、上記式（１）（ＣＯＳ（θ／２ｎ）≧（Ｒ＋０．９ｄ）／（Ｒ＋１．１ｄ））を満たさないものであり、隙間Ｓの設定距離ｄの値の分布は２０％を超える。

実施例４は、ＷＶＴＲ（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）の値が０．０６であり、比較例２は、ＷＶＴＲ（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）の値が０．１３であった。このように、上記式（１）を満たす実施例４は、ＷＶＴＲの値が０．１以下と小さく良好な値を示し、良好なバリア性が得られる。

本発明の実施形態に係る成膜装置を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る成膜装置の成膜電極を示す模式的斜視図である。 本発明の実施形態に係る成膜装置のドラムと成膜電極との位置関係を示す模式図である。 本発明の実施例に用いた成膜装置を示す模式図である。

符号の説明

１０ 成膜装置
１２ 供給室
１４ 成膜室
１６ 巻取り室
２０ 基板ロール
２１，２４，２８，３１ ガイドローラ
３０ 巻取りロール
３２ 真空排気部
３６ 制御部
４０ 成膜部
４２ 成膜電極
４４ 高周波電源
４６ 原料ガス供給部
５２〜５６ 成膜電極板
５２ａ〜５６ａ 表面
５８ 保持部
Ｄ 搬送方向
ω 回転方向
Ｚ 基板

Claims (5)

1. 所定の搬送経路で、長尺の基板を搬送する第１の搬送手段と、
   チャンバと、
   前記チャンバ内を所定の真空度にする真空排気部と、
   前記チャンバ内に設けられ、前記基板の搬送方向と直交する幅方向に回転軸を有し、前記第１の搬送手段により搬送された基板が表面の所定の領域に巻き掛けられる、温度調節機構が設けられた、回転可能なドラムと、
   所定の搬送経路で、前記ドラムに巻き掛けられた基板を搬送する第２の搬送手段と、
   前記ドラムに対向して所定の距離離間して配置された、温度調節機構が設けられた成膜電極、前記成膜電極に高周波電圧を印加する高周波電源部、および膜を形成するための原料ガスを前記ドラムと前記成膜電極との間に供給する原料ガス供給部を備える成膜部とを有し、
   前記成膜電極と前記ドラムとの間の距離の値の分布は、前記成膜電極の全域に亘り２０％以内であり、
   さらに、前記成膜電極は、長方形平板状の成膜電極板を複数備え、前記成膜電極板は、長手方向を前記ドラムの回転軸方向に一致させ、かつ前記ドラムの回転軸方向に沿って配置されており、各成膜電極板は、前記ドラム側で接触して導通しており、かつ各成膜電極板は、独立して前記ドラムとの距離を変えることができることを特徴とする成膜装置。
2. 前記ドラムの半径をＲとし、前記ドラムと前記成膜電極板との距離をｄとし、
   前記各成膜電極板のうち、前記ドラムの回転方向の最上流側に配置された成膜電極板の前記回転方向の上流側における端部と前記ドラムの回転中心とを結ぶ線を第１の線とし、前記ドラムの回転方向の最下流側に配置された成膜電極板の前記回転方向の下流側における端部と前記ドラムの回転中心とを結ぶ線を第２の線とし、前記第１の線と前記第２の線とのなす角度をθとし、前記成膜電極板の配置数をｎとするとき、
   ＣＯＳ（θ／２ｎ）≧（Ｒ＋０．９ｄ）／（Ｒ＋１．１ｄ）である請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記成膜電極板は、複数の貫通孔が形成されており、前記原料ガス供給部により、前記貫通孔から前記原料ガスが前記ドラムと前記成膜電極との間に供給される請求項１または２に記載の成膜装置。
4. 前記成膜電極が、前記複数の成膜電極板と、前記成膜電極を保持する、空洞および前記成膜電極板によって略閉塞される開放面を有する筐体状の保持部とを有する請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置。
5. 前記原料ガス供給部は、前記保持部の空洞に原料ガスを供給することにより、前記原料ガスを前記ドラムと前記成膜電極との間に供給する請求項４に記載の成膜装置。

Images