JP4999737B2 - 成膜装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ＣＶＤ法により真空中で長尺の基板の表面に膜を形成する成膜装置に関し、特に、長尺な基板を搬送しつつ連続的に膜を形成する場合、この基板の長手方向と直交する幅方向における膜厚の均一性が高い膜を形成することができる成膜装置に関する。
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）。
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。
反応室には、内部のガスを排出するガス排出部が、４個設けられており（特許文献１の図１参照）、各ガス排出部には、例えば、メカニカル・ブースター・ポンプやロータリーポンプ等の真空ポンプが設けられている。
また、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。
反応室には、内部のガスを排出するガス排出部が、４個設けられており（特許文献１の図１参照）、各ガス排出部には、例えば、メカニカル・ブースター・ポンプやロータリーポンプ等の真空ポンプが設けられている。
また、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。
特許文献１のプラズマＣＶＤ装置においては、反応室に、内部のガスを排出するガス排出部が４個設けられているものの、これらは、アノード電極の第１放電面とカソード電極の第２放電面との間に対して対称の位置に設けられておらず、偏在している。このため、特許文献１においては、成膜時に、アノード電極の第１放電面とカソード電極の第２放電面との間にフレキシブル基板を配置して、反応ガスが供給する場合、この反応ガスが種々の方向に排気され、例えば、フレキシブル基板の幅方向からも排気される。この場合、フレキシブル基板の中央から両端に反応ガスが流れて、反応ガスが積算されることにより、フレキシブル基板の両端の膜厚が厚くなり、フレキシブル基板の幅方向における膜厚分布が悪化する。このように、特許文献１のプラズマＣＶＤ装置においては、反応ガスの排気方向を考慮していないため、膜厚分布が良好な膜が得られないという問題点がある。
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、長尺な基板を搬送しつつ連続的に膜を形成する場合、この基板の長手方向と直交する幅方向における膜厚の均一性が高い膜を形成することができる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隙間に供給する原料ガス供給部を備える成膜部と、前記ドラムと前記成膜電極との隙間において、前記ドラムの回転方向の上流側の端部、および前記ドラムの回転方向の下流側の端部のうち、少なくとも一方の端部について前記回転軸に平行な方向の全域に亘り均一に排気することができる排気手段と、前記成膜部による膜形成時に、前記原料ガス供給部から前記隙間に原料ガスを供給させ、前記高周波電源部により前記成膜電極に高周波電圧を印加させるとともに、前記排気手段により前記隙間に供給された前記原料ガスを、前記隙間の少なくとも一方の端部について前記回転軸に平行な方向の全域に亘り均一に排気させる制御部とを有す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、前記排気手段は、前記ドラムと前記成膜電極との前記隙間のうち、前記ドラムの回転方向の上流側および下流側のいずれか一方の端部に設けられた排気ボックスと、前記排気ボックス内を排気する排気部とを有し、前記排気ボックスは、前記回転軸に平行な方向における前記隙間の全域に亘って開口された開口部を有することが好ましい。
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。
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。
本発明の成膜装置によれば、成膜時に、原料ガスが供給されてプラズマが生成されるドラムと成膜電極との隙間において、ドラムの回転方向の上流側の端部、およびドラムの回転方向の下流側の端部のうち、少なくとも一方の端部についてドラムの回転軸に平行な方向の全域に亘り均一に排気することができる排気手段を設けることにより、成膜時に、この排気手段によって、隙間の少なくともいずれか一方の端部から、ドラムの回転軸方向、すなわち、基板の幅方向において原料ガスを均一に排気することができる。このため、成膜時に原料ガスが基板の幅方向において均一に排気され、プラズマにより原料ガスから生成される反応堆積物が幅方向において均一に堆積される。これにより、特に基板の幅方向において膜厚分布が小さく膜厚均一性が優れた膜を形成することができる。
このことから、本発明の成膜装置により形成された膜を有する機能性フィルムにおいては、膜が、特に基板の幅方向における膜厚均一性が優れ膜厚が均一なため、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。
このことから、本発明の成膜装置により形成された膜を有する機能性フィルムにおいては、膜が、特に基板の幅方向における膜厚均一性が優れ膜厚が均一なため、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り、図２（ａ）は、図１に示す成膜装置の成膜室におけるドラム、成膜電極および排気手段の配置位置を示す模式的側面図であり、（ｂ）は、図１に示す成膜装置の成膜室におけるドラム、成膜電極および排気ボックスの配置位置を示す模式的平面図である。
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り、図２（ａ）は、図１に示す成膜装置の成膜室におけるドラム、成膜電極および排気手段の配置位置を示す模式的側面図であり、（ｂ）は、図１に示す成膜装置の成膜室におけるドラム、成膜電極および排気ボックスの配置位置を示す模式的平面図である。
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。
成膜装置１０は、長尺の基板Ｚ（ウェブ状の基板Ｚ）に連続で成膜を行う装置であって、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は、長尺の基板Ｚ（ウェブ状の基板Ｚ）に連続で成膜を行う装置であって、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。
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。
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。
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、排気手段５０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。
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。
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Ａ（長手方向）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。
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Ａ（長手方向）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。
なお、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）を設けてもよい。この場合、ヒータおよび温度センサは、制御部３６に接続され、制御部３６により、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。
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、例えば、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および原料ガス供給部４６を有する。制御部３６により、成膜部４０の高周波電源４４、および原料ガス供給部４６が制御される。
成膜部４０は、例えば、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および原料ガス供給部４６を有する。制御部３６により、成膜部４０の高周波電源４４、および原料ガス供給部４６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と所定の距離離間し、隙間Ｓ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（ａ）に示すように、成膜電極板６０と、この成膜電極板６０を保持する保持部６２とを有する。
成膜電極４２は、図２（ａ）に示すように、成膜電極板６０と、この成膜電極板６０を保持する保持部６２とを有する。
成膜電極板６０は、例えば、平面視長方形の部材を屈曲させて形成されたものである。
成膜電極板６０は、その長手方向をドラム２６の回転軸Ｌと平行にして（図２（ｂ）参照）、かつ表面６０ａ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に沿うようにして配置されている。
本実施形態においては、例えば、成膜電極板６０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。成膜電極板６０は屈曲しているものの、いずれの領域においても、その表面６０ａ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表面６０ａとドラム２６の表面２６ａとの距離が所定の設定距離となるように成膜電極板６０が配置されている。
成膜電極板６０は、その長手方向をドラム２６の回転軸Ｌと平行にして（図２（ｂ）参照）、かつ表面６０ａ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に沿うようにして配置されている。
本実施形態においては、例えば、成膜電極板６０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。成膜電極板６０は屈曲しているものの、いずれの領域においても、その表面６０ａ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表面６０ａとドラム２６の表面２６ａとの距離が所定の設定距離となるように成膜電極板６０が配置されている。
また、成膜電極板６０は、ドラム２６の表面２６ａを囲むように屈曲させた構成としたが、本発明は、これ限定されるものではなく、例えば、平面視長方形の平板状の電極板を、複数、ドラム２６の表面２６ａを囲むように回転方向ωに沿うようにして配置してもよい。この場合、各電極板は導通が保たれており、かつ各電極板において、各表面に垂直で、かつドラム２６の回転中心Ｏを通る線上における距離は、所定の設定距離となるように配置される。
図１に示すように、成膜電極４２（成膜電極板６０）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の成膜電極板６０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。
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、成膜電極板６０の表面６０ａには、複数の貫通孔（図示せず）が等間隔で形成されている。この成膜電極４２により、隙間Ｓに原料ガスＧが均一に供給される。
保持部６２は、成膜電極板６０を保持するものであり、内部が空洞（図示せず）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６２の空洞は、成膜電極板６０の表面６０ａに形成された複数の貫通孔と連通している。
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６２の空洞、および成膜電極板６０の複数の貫通孔を経て、成膜電極板６０の表面６０ａから放出され、隙間Ｓに原料ガスＧが均一に供給される。
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６２の空洞、および成膜電極板６０の複数の貫通孔を経て、成膜電極板６０の表面６０ａから放出され、隙間Ｓに原料ガスＧが均一に供給される。
保持部６２には、成膜電極板６０の温度を調節するために、例えば、ヒータ（図示せず）および成膜電極板６０の温度を測定する温度センサ（図示せず）を設けてもよい。この場合、ヒータおよび温度センサは、制御部３６に接続され、制御部３６により、成膜電極板６０の温度が調節され、成膜電極板６０の温度は所定の温度に保持される。
このように、ドラム２６および成膜電極板６０に、それぞれヒータ（図示せず）および成膜電極板６０温度測定する温度センサ（図示せず）を設けることにより、ドラム２６と成膜電極板６０との温度を同じにできる。
このように、ドラム２６および成膜電極板６０に、それぞれヒータ（図示せず）および成膜電極板６０温度測定する温度センサ（図示せず）を設けることにより、ドラム２６と成膜電極板６０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６２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の成膜電極板６０の表面６０ａに形成された複数の貫通孔を通して隙間Ｓに、膜を形成する原料ガスＧを均一に供給する。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り、成膜空間となる。
本実施形態においては、原料ガスＧは、例えば、ＳｉＯ２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、ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス、およびＮ２ガス（希釈ガス）が用いられる。本実施形態においては、活性種ガスおよび希釈ガスが含まれていても、単に原料ガスという。
本実施形態においては、原料ガスＧは、例えば、ＳｉＯ２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、ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス、およびＮ２ガス（希釈ガス）が用いられる。本実施形態においては、活性種ガスおよび希釈ガスが含まれていても、単に原料ガスという。
原料ガス供給部４６は、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、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の複数の貫通孔を通して隙間Ｓに供給しても、各ガスを異なる配管から成膜電極４２の複数の貫通孔を通して隙間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。
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、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の複数の貫通孔を通して隙間Ｓに供給しても、各ガスを異なる配管から成膜電極４２の複数の貫通孔を通して隙間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。
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、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、成膜電極板６０の表面６０ａに貫通孔を形成する構成としたが、成膜空間である隙間Ｓに均一に原料ガスＧを供給することができれば、これに限定されるものではない。例えば、成膜電極板６０の屈曲部に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。
なお、成膜電極４２は、成膜電極板６０の表面６０ａに貫通孔を形成する構成としたが、成膜空間である隙間Ｓに均一に原料ガスＧを供給することができれば、これに限定されるものではない。例えば、成膜電極板６０の屈曲部に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。
成膜電極４２において、図２（ａ）に示すように、成膜電極板６０の端部６０ｂ、６０ｃのうち、ドラム２６の回転方向ωにおける上流Ｄｕ側の端部６０ｂとドラム２６の回転中心Ｏとを結ぶ線を第１の線Ｌ１とする。ドラム２６の回転方向ωにおける下流Ｄｄ側の端部６０ｃとドラム２６の回転中心Ｏとを結ぶ線を第２の線Ｌ２とする。この第１の線Ｌ１と第２の線Ｌ２とのなす角度をθとする。この角度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２７となる。
排気手段５０は、回転方向ωにおける隙間Ｓの端部α、βについて、ドラム２６の回転軸Ｌに平行な方向の全域に亘り均一に排気することができるものであり、第１の排気ボックス５２と、第２の排気ボックス５４と、排気部５８とを有する。第１の排気ボックス５２および第２の排気ボックス５４は、配管５６により排気部５８に接続されている。
第１の排気ボックス５２は、図２（ａ）に示すように、ドラム２６と成膜電極４２との隙間Ｓにおいて、ドラム２６の回転方向ωの上流Ｄｕ側の端部αに配置されるものである。この第１の排気ボックス５２は、図２（ｂ）に示すように、隙間Ｓの端部αにおいて、回転軸Ｌに平行な方向の全域に亘る長さを有するものであり、隙間Ｓに対向して、この隙間Ｓの端部αの全域よりも大きな開口を有する開口部５２ａが形成されている。
また、第２の排気ボックス５４は、配置位置が異なるだけであり、第１の排気ボックス５２と同様の構成である。第２の排気ボックス５４は、ドラム２６と成膜電極４２との隙間Ｓにおいて、ドラム２６の回転方向ωの下流Ｄｄ側の端部βに配置されるものである。この第２の排気ボックス５４は、隙間Ｓの端部βにおいて、回転軸Ｌに平行な方向の全域に亘る長さを有するものであり、隙間Ｓに対向して、この隙間Ｓの端部αの全域よりも大きな開口を有する開口部５４ａが形成されている。
第１の排気ボックス５２および第２の排気ボックス５４は、いずれも均一に排気することに利用されるものであれば、特にその構成は、限定されるものではなく、整流板などを有する構成であってもよい。
第１の排気ボックス５２および第２の排気ボックス５４は、いずれも均一に排気することに利用されるものであれば、特にその構成は、限定されるものではなく、整流板などを有する構成であってもよい。
排気部５８は、第１の排気ボックス５２、および第２の排気ボックス５４により、隙間Ｓに供給された原料ガスＧを端部α、βから、ドラム２６の軸方向Ａ（基板Ｚの幅方向Ｗ）の全域に亘って、例えば、均一な排気量、または均一な排気速度等の形態で、原料ガスＧを均一に排気するものであり、例えば、排気ポンプを有する。この排気部５８は、制御部３６に接続されており、制御部３６により、第１の排気ボックス５２および第２の排気ボックス５４による原料ガスＧの排気が制御される。
本実施形態の排気手段５０は、成膜時において、原料ガスＧが隙間Ｓに供給され、プラズマが生成された後に、排気部５８により、第１の排気ボックス５２、および第２の排気ボックス５４を介して、隙間Ｓの原料ガスＧを排気する。このとき、隙間Ｓの原料ガスＧは、ドラム２６の周面２６ａに沿って第１の排気ボックス５２または第２の排気ボックス５４により隙間Ｓの端部α、βから、ドラム２６の軸方向Ａ（基板Ｚの幅方向Ｗ）の全域に亘って均一に排気される。
このように、排気手段５０により、隙間Ｓの端部α、βから原料ガスＧが優先的に排気される。このため、成膜室１４内が所定の真空度であっても、ドラム２６の軸方向Ａ（基板Ｚの幅方向Ｗ）における端部γから原料ガスＧが排気されることが抑制される。これにより、隙間Ｓの原料ガスＧは、基板Ｚの幅方向Ｗにおいて、均一に排気されることなり、幅方向Ｗにおいて供給される原料ガスＧが均一になる。
このように、排気手段５０により、隙間Ｓの端部α、βから原料ガスＧが優先的に排気される。このため、成膜室１４内が所定の真空度であっても、ドラム２６の軸方向Ａ（基板Ｚの幅方向Ｗ）における端部γから原料ガスＧが排気されることが抑制される。これにより、隙間Ｓの原料ガスＧは、基板Ｚの幅方向Ｗにおいて、均一に排気されることなり、幅方向Ｗにおいて供給される原料ガスＧが均一になる。
なお、本実施形態においては、隙間Ｓの端部α、βに、それぞれ第１の排気ボックス５２、および第２の排気ボックス５４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く、隙間Ｓの端部α、βのうち、少なくとも一方の端部に第１の排気ボックス５２または第２の排気ボックス５４を設ければよい。また、配管５６にバルブを設けて、排気部５８により、第１の排気ボックス５２および第２の排気ボックス５４のいずれか、または両方からを排気できるようにしてもよい。
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６２を介して、成膜電極板６０の表面６０ａに形成された複数の貫通孔から隙間Ｓに膜を形成するための原料ガスＧを均一に供給する。
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、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２７において、基板Ｚの表面Ｚｆに所定の膜厚の膜が形成される。
このとき、制御部３６においては、排気手段５０の排気部５８を駆動させて、第１の排気ボックス５２および第２の排気ボックス５４により隙間Ｓの原料ガスＧを端部α、βから優先的に排気する。このとき、隙間Ｓの原料ガスＧは、ドラム２６の表面２６ａに沿って隙間Ｓの端部α、βからドラム２６の軸方向Ａ（基板Ｚの幅方向Ｗ）の全域に亘って均一に排気される。このため、成膜室１４内が所定の真空度であっても、ドラム２６の軸方向Ａ（基板Ｚの幅方向Ｗ）における端部γから原料ガスＧが排気されることが抑制される。これにより、基板Ｚの幅方向Ｗにおいて、原料ガスＧによる反応生成物が均一に供給されて、反応生成物が基板Ｚの幅方向Ｗにおいて均一に基板Ｚの表面Ｚｆに堆積される。このため、幅方向Ｗにおいて膜厚分布が小さく均一な膜が、所定の膜厚で形成される。
このとき、制御部３６においては、排気手段５０の排気部５８を駆動させて、第１の排気ボックス５２および第２の排気ボックス５４により隙間Ｓの原料ガスＧを端部α、βから優先的に排気する。このとき、隙間Ｓの原料ガスＧは、ドラム２６の表面２６ａに沿って隙間Ｓの端部α、βからドラム２６の軸方向Ａ（基板Ｚの幅方向Ｗ）の全域に亘って均一に排気される。このため、成膜室１４内が所定の真空度であっても、ドラム２６の軸方向Ａ（基板Ｚの幅方向Ｗ）における端部γから原料ガスＧが排気されることが抑制される。これにより、基板Ｚの幅方向Ｗにおいて、原料ガスＧによる反応生成物が均一に供給されて、反応生成物が基板Ｚの幅方向Ｗにおいて均一に基板Ｚの表面Ｚｆに堆積される。このため、幅方向Ｗにおいて膜厚分布が小さく均一な膜が、所定の膜厚で形成される。
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、特に基板Ｚの幅方向Ｗにおいて膜厚分布が小さく均一な膜を所定の膜厚で形成する。そして、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、長尺な基板Ｚの表面Ｚｆに連続して、特に基板Ｚの幅方向Ｗにおいて膜厚分布が小さく膜厚均一性が優れ、かつ所定の膜厚を有する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を製造することができる。
また、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、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。
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。
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、特に基板の幅方向における膜厚均一性が優れた膜厚が均一な膜を有するため、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、上記実施例に限定はされず、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。
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
５０ 排気手段
５２ 第１の排気ボックス
５４ 第２の排気ボックス
５６ 配管
５８ 排気部
Ｄ 搬送方向
Ｚ 基板
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
５０ 排気手段
５２ 第１の排気ボックス
５４ 第２の排気ボックス
５６ 配管
５８ 排気部
Ｄ 搬送方向
Ｚ 基板
Claims (3)
- 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、かつ前記ドラムの表面を囲むように前記ドラムの回転方向に沿うように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隙間に供給する原料ガス供給部を備える成膜部と、
前記ドラムと前記成膜電極との隙間において、前記ドラムの回転方向の上流側の端部、および前記ドラムの回転方向の下流側の端部のうち、少なくとも一方の端部について前記回転軸に平行な方向の全域に亘り均一に排気することができる排気手段と、
前記成膜部による膜形成時に、前記原料ガス供給部から前記隙間に原料ガスを供給させ、前記高周波電源部により前記成膜電極に高周波電圧を印加させるとともに、前記排気手段により前記隙間に供給された前記原料ガスを、前記隙間の少なくとも一方の端部について前記回転軸に平行な方向の全域に亘り均一に排気させる制御部とを有し、
前記成膜電極は、シャワー電極であり、前記回転軸に平行な方向における長さが前記ドラムよりも短いものであって、
前記排気手段は、前記ドラムと前記成膜電極との前記隙間のうち、前記ドラムの回転方向の上流側および下流側のいずれか一方の端部に設けられた排気ボックスと、前記排気ボックス内を排気する排気部とを有し、前記排気ボックスは、前記回転軸に平行な方向における前記隙間の全域に亘って開口された開口部を有しており、
前記開口部は、前記回転軸に平行な方向における長さが、前記成膜電極よりも長く、かつ前記ドラムよりも短いことを特徴とする成膜装置。 - 前記成膜電極は、前記ドラムの表面を囲むように屈曲されたものである請求項１に記載の成膜装置。
- 前記成膜電極は、前記成膜電極の温度を測定する温度センサおよび前記成膜電極の温度を調節するためのヒータを備え、前記温度センサおよび前記ヒータは、前記制御部に接続されており、前記成膜電極は所定の温度に保持される請求項１または２に記載の成膜装置。
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