JP5562723B2 - 成膜方法、成膜装置、およびガスバリアフィルムの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロール・ツー・ロールタイプの成膜方法、成膜装置、およびこれらの成膜方法または成膜装置で得られたガスバリアフィルムの製造方法に関し、特に、メンテナンスに要する労力を軽減した成膜方法、成膜装置、およびこれらの成膜方法または成膜装置で得られたガスバリアフィルムの製造方法に関する。

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。従来から、このようなロール・ツー・ロールタイプの成膜装置が提案されている。

従来のロール・ツー・ロールタイプの成膜装置においては、長時間連続に成膜した場合、反応生成物がチャンバ内に堆積し、この反応生成物が剥がれて、パーティクルになってしまい、成膜に悪影響を与えるという問題がある。そこで、この問題を解決するものが提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１には、真空槽内部に、フィルム基板の巻だしロールと巻取りロールを含むフィルム基板の搬送手段と、フィルム基板の一部を巻きつけてフィルム基板の表面に薄膜半導体を形成するために設けた、加熱手段を有する接地電極としてのドラムロールと、このドラムロールと対向して切欠き同心円筒状に配設した高周波電極とを有し、真空槽内部へ薄膜半導体に応じた反応ガスを供給するガス供給手段と、真空槽内部の圧力を制御しながらガスを排気するガス排気手段とを備える薄膜半導体の製造装置が記載されている。この特許文献１においては、真空槽内部が、ドラムロールの一部と高周波電極とを含む反応室と、ドラムロールの他部とフィルム基板の搬送手段とを含む非反応室とに区分けされている。この反応室と非反応室との間には、シール手段がドラムロールと真空槽内壁との間に設けられており、反応ガスの流動を抑制するように構成されている。

また、非反応室には、加圧することにより反応ガスの非反応室への流入を防止するための補助ガス供給手段が設けられている。
さらに、非反応室は、ドラムロール室と巻だしロール室および巻取りロール室の３つの室に区分されている。巻だしロール室とドラムロール室との間ならびに巻取りロール室とドラムロール室との間のフィルム基板貫通部には、フィルム基板を介して気密にシール可能なシールゲート手段が設けられている。
特許文献１においては、高周波電極は、シールゲート手段により各室間をフィルム基板を介して気密にシールした状態で、高周波電極を真空槽から着脱可能に構成されている。

特開２００２−２１２７４４号公報

上述のように、特許文献１においては、反応室と非反応室との間にシール手段が設けられており、反応ガスの流動を抑制するように構成されているものの、反応室内には反応生成物が堆積してしまう。このため、特許文献１においては、メンテナンス時には、これらの反応生成物を取り除く必要があり、メンテナンスに時間を要する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、メンテナンスに要する労力を軽減した成膜方法、成膜装置、および、これらの成膜方法または成膜装置で得られたガスバリアフィルムの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、長尺の基板をドラムの表面の所定の領域に巻き掛け、所定の搬送方向に搬送しつつ、前記基板の表面に所定の膜を形成する成膜方法であって、前記ドラムに対向して所定の距離離間して成膜電極が配置され、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が設けられており、前記膜の形成は、前記成膜電極に前記高周波電源部により電圧が印加されて形成される電界の範囲を、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも広くして行うことを特徴とする成膜方法を提供するものである。
なお、本発明において、成膜電極の端部から２５ｍｍ内側の位置における成膜レートが、成膜電極の中央部における成膜レートの３０％以下であることが好ましい。

本発明において、前記成膜電極は、前記原料ガスを噴出する複数の貫通孔を有するシャワー電極であり、前記膜の形成の工程においては、前記シャワー電極の貫通孔のうち、前記ドラムの円周方向における各端部から少なくとも所定の距離の範囲の貫通孔を塞いで行うことが好ましい。
また、本発明において、前記膜の形成の工程においては、さらに前記ドラムの軸方向の各端部所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐことが好ましい。

さらに、本発明において、前記膜の形成の工程においては、前記成膜電極の中央部における成膜レートに対して、前記成膜電極の端部から２５ｍｍ内側の位置における成膜レートが３０％以下であることが好ましい。

本発明の第２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、前記成膜電極に前記高周波電源部により電圧が印加されて形成される電界の範囲は、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも広い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、前記成膜電極は、前記原料ガスを噴出する複数の貫通孔を有するシャワー電極であり、更に前記シャワー電極の貫通孔のうち、前記ドラムの円周方向における各端部から少なくとも所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐ規制部材を有することが好ましい。
また、本発明において、前記規制部材は、さらに前記ドラムの軸方向の各端部所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐものであることが好ましい。
さらに、本発明において、前記規制部材は、前記貫通孔を、前記成膜電極が前記ドラムに対している面とは反対側から塞ぐものであることが好ましい。
さらにまた、本発明において、前記規制部材は、前記貫通孔を塞ぐ範囲を変えることができる機構を備えていることが好ましい。

本発明の第３の態様は、基板と、前記基板の表面に形成されたガスバリア膜とを有し、
前記ガスバリア膜は、本発明の第１の態様の成膜方法を用いて製造されたものであることを特徴とするガスバリアフィルムを提供するものである。

本発明の第４の態様は、基板と、前記基板の表面に形成されたガスバリア膜とを有し、
前記ガスバリア膜は、本発明の第２の態様の成膜装置により製造されたものであることを特徴とするガスバリアフィルムを提供するものである。

本発明によれば、膜の形成に、成膜電極に前記高周波電源部により電圧が印加されて形成される電界の範囲を、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも広くして行うことにとより、成膜時に反応生成物の発生領域が限定される。このため、ドラムと成膜電極との間から反応室内に飛散する反応生成物の量を少なくでき、反応生成物が反応室内に飛散することが抑制され、反応室の汚染を少なくできる。このため、メンテナンス時に反応生成物を取り除く範囲が狭く、取り除く量も少なくなるため、メンテナンス作業を簡素化することができ、メンテナンスに要する労力を軽減することができる。
さらには、ドラムと成膜電極との間以外で反応生成物が基板の表面に付着することが少なくなり、基板が反応生成物を巻き込んだりして、形成する膜の膜質に悪影響を与えることが抑制される。よって、品質の良い膜を形成することができ、最終的にガスバリア性が優れたガスバリアフィルムを得ることができる。

本発明の実施形態に係る成膜装置を示す模式図である。 （ａ）は、本発明の実施形態に係る成膜装置の成膜室の要部を拡大して示す要部部分断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る成膜装置の成膜室の要部を拡大して示す要部部分断面図である。 成膜電極板と規制部材とドラムとの配置状態を示す模式図である。 縦軸に膜厚、横軸に成膜電極のドラム円周方向の位置をとって、成膜電極のドラム円周方向における膜厚分布を示すグラフである。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の成膜方法、成膜装置、およびガスバリアフィルムの製造方法を詳細に説明する。
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)タイプの成膜装置であり、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、成膜装置１０の各種のローラ、真空排気部３２、制御部３６などが接続されており、制御部３６により、これら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。
なお、供給室１２、成膜室１４および巻取り室１６には、それぞれ大気開放（ベント）または排気量の調節などをするためのバルブ（図示せず）が設けられており、このバルブも制御部３６で制御され、供給室１２、成膜室１４および巻取り室１６が大気開放される。

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、ＰＥＮ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法によって、膜を形成する部位である。
成膜室１４は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたはアルミニウム合金など、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、４つのガイドローラ２４、２５、２７、２８と、ドラム２６と、成膜部４０とが設けられている。
搬送方向の上流側から、ガイドローラ２４、ガイドローラ２５、ドラム２６、ガイドローラ２７、ガイドローラ２８の順で設けられている。

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、平行に配置されている。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。
また、ガイドローラ２５と、ガイドローラ２７とが、ガイドローラ２４とガイドローラ２８との間隔よりも狭い間隔で対向して、平行に配置されている。ガイドローラ２５およびガイドローラ２７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、ガイドローラ２５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、ガイドローラ２５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Ｙ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、ガイドローラ２５は、軸方向Ｙの長さが、基板Ｚの長手方向と直交する幅方向における長さ（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およびガイドローラ２５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２７、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２７、ガイドローラ２８は、例えば、軸方向Ｙに回転軸を有し回転可能であり、かつガイドローラ２７、ガイドローラ２８は、軸方向Ｙの長さが基板Ｚの幅よりも長い。
なお、ガイドローラ２７、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、４つのガイドローラ２４、２５、２７、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、２５と、ガイドローラ２７、２８との間の空間Ｈの下方に設けられている。ドラム２６は、例えば、円筒状を呈し、その軸方向を、４つのガイドローラ２４、２５、２７、２８の回転軸に対して平行にして配置されている。すなわち、ドラム２６は、その軸方向（中心線）を、前記軸方向Ｙに一致して配置される。
前述のように、このドラム２６は、円筒状を呈し、その両端面に、それぞれ円筒状の支持部２９が設けられている。この支持部２９が成膜室１４の壁面に設けられた、例えば、ベアリングにより回転可能に支持される。これにより、回転軸Ｃを中心として、ドラム２６は、回転方向ωに回転する。
ドラム２６の表面２６ａ（周面）に基板Ｚが巻き掛けられて、ドラム２６が回転することにより、基板Ｚを所定の成膜位置に保持されつつ、搬送方向Ｄに基板Ｚが搬送される。
ドラム２６は、軸方向Ｙにおける長さが基板Ｚの幅よりも長い。さらには、ドラム２６は接地されている。

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。成膜部４０の高周波電源４４、および原料ガス供給部４６は、制御部３６に、図示はしないが接続されている。この制御部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５０と、この成膜電極板５０を保持する保持部５４とを有する。

成膜電極板５０は、ドラム２６と対向する表面５０ａが、ドラム２６の表面２６ａに沿うようにして湾曲されている。成膜電極板５０は、いずれの領域においても、その表面５０ａに垂直で、かつドラム２６の回転軸Ｃを通る線上における表面５０ａ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形成されている。
この成膜電極板５０は、ドラム２６の表面２６ａの同心円に一致するように配置されている。

図１に示すように、成膜電極４２（成膜電極板５０）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５０に高周波電圧が印加される。これにより、成膜電極４２（成膜電極板５０）とドラム２６の隙間Ｓに、所定の範囲で電界が発生する。
また、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。
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、内部に空洞５６があり、成膜電極板５０の表面５０ａには、複数の貫通孔５２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に原料ガスが均一に供給される。

保持部５４は、成膜電極板５０を保持するものであり、成膜電極板５０とは取り外し可能になっている。
保持部５４は、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５４の空洞５６は、成膜電極板５０の表面５０ａ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は、配管４７、空洞５６および成膜電極板５０の複数の貫通孔５２を経て、成膜電極板５０の表面５０ａから放出され、隙間Ｓに原料ガスが均一に供給される。

成膜電極４２においては、図２（ｂ）に示すように、ドラム２６の軸方向Ｙにおける長さＬの範囲で基板Ｚの表面Ｚｆに成膜される。このため、軸方向Ｙにおいては、長さＬの範囲が成膜ゾーンとなる。
また、図２（ａ）に示すように、ドラム２６の円周方向Ｘ（軸方向Ｙと直交方向）における長さＷの範囲で基板Ｚの表面Ｚｆに成膜される。このため、円周方向Ｘにおいては、長さＷの範囲が成膜ゾーンとなる。

成膜電極４２には、成膜電極板５０の貫通孔５２の一部を閉塞し、貫通孔５２からの原料ガスの噴出を規制する規制部材６０が設けられている。この規制部材６０は、成膜電極４２の空洞５６に配置されて成膜電極板５０の裏面５０ｂ側から貫通孔５２を塞ぐものである。規制部材６０は、例えば、保持部５４を成膜電極板５０から取り外した状態で、成膜電極板５０の裏面５０ｂに取り付けられる。
図示例においては、規制部材６０は、ドラム２６の円周方向Ｘ（すなわち、基板Ｚの長手方向＝基板Ｚの搬送方向）の端部５１ａから所定の範囲の貫通孔５２を塞ぐ第１規制部６２と、軸方向Ｙの端部５１ｂから所定の範囲の貫通孔５２を塞ぐ第２規制部６４とを有する（図３参照）。

本実施形態においては、規制部材６０で、原料ガスが噴出される貫通孔５２を塞ぐことにより、高周波電源４４により隙間Ｓに発生される電界の範囲を、成膜電極板５０から隙間Ｓに供給される原料ガスが、成膜に十分な量である範囲よりも広くする。
このように、規制部材６０により、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも、形成される電界の範囲を広くする。これにより、反応ガスは、成膜電極板５０の端部では枯渇した状態にでき、隙間Ｓから反応室１４内に飛散する反応生成物の量を少なくできる。

成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも、形成される電界の範囲が広いとは、具体的には、円周方向Ｘにおける成膜電極板５０の端部５１ａから２５ｍｍ内側における成膜レート、あるいはさらに、軸方向Ｙにおける成膜電極５０の端部５１ｂから２５ｍｍ内側における成膜レートが、成膜電極板５０の中央部における成膜レートの３０％以下の状態のことである。

本実施形態においては、規制部材６０により、成膜電極板５０の各端部５１ａ、５１ｂから２５ｍｍ内側における成膜レートを、成膜電極板５０の中央部の成膜レートの３０％以下とされる。この場合、成膜電極４２に供給する原料ガスの種類、原料ガスの供給レートなどの成膜条件により、原料ガスの広がる範囲が異なるため、各成膜条件毎に、成膜電極４２の端部から２５ｍｍ内側における成膜レートが中央部の成膜レートの３０％以下となるように、円周方向Ｘで端部５１ａから所定の範囲の貫通孔５２を塞ぐ第１規制部６２の幅、および、軸方向Ｙで端部５１ｂから所定の範囲貫通孔５２を塞ぐ第２規制部６４の幅を、予め実験などにより求めておく。
このように、成膜条件毎に規制部材６０の大きさを変える必要がある。このため、規制部材６０は、第１規制部６２の幅、および第２規制部６４の幅を変えることができ、貫通孔５２を塞ぐ範囲を調整する機構を有することが好ましい。一例として、第１規制部６２および／または第２規制部６４の幅（サイズ）が異なる複数種の規制部材６０を準備しておき、これを成膜電極４２に着脱可能な構成にする方法により、貫通孔５２を塞ぐ範囲を調整可能にすればよい。

ここで、図３は、成膜電極板と規制部材とドラムとの配置状態を示す模式図である。
図３に示すように、この規制部材６０は、円周方向Ｘで貫通孔５２を塞ぐ第１規制部６２と、軸方向Ｙで貫通孔５２を塞ぐ第２規制部６４とを有する。
規制部材６０で貫通孔５２を塞ぐ範囲は、成膜電極板５０の端部５１ａ、５１ｂから距離であるため、第１規制部６２の幅および第２規制部６４の幅は、いずれも成膜電極板５０の板厚部分５３の厚さを差し引いたものとなる。
規制部材６０で貫通孔５２を塞ぐ範囲は、Ｘ方向、軸方向Ｙのいずれにおいても、例えば、５０ｍｍである。

なお、本実施形態においては、少なくとも円周方向Ｘにおいて、成膜電極板５０の各端部５１ａから２５ｍｍ内側における成膜レートを、成膜電極板５０の中央部における成膜レートの３０％以下とするために貫通孔５２を塞ぐことができればよい。このため、規制部材６０は、少なくとも第１規制部６２を有するものであればよい。

また、ドラム２６および成膜電極板５０に、それぞれヒータ（図示せず）および温度を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５０との温度を同じにすることができる。

原料ガス供給部４６は、例えば、配管４７を介して、保持部５４の空洞５６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５０の表面５０ａに形成された複数の貫通孔５２を通して隙間Ｓに、膜を形成する原料ガスを均一に供給する。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。

また、成膜電極板５０は、ドラム２６の表面２６ａを囲むように湾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、ＣＶＤ法による成膜が可能なものであれば、例えば、平面視長方形の部材を屈曲させた構成としてもよく、更には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の回転軸Ｃを通る線上における各電極板の表面とドラム２６の表面２６ａとの距離が、所定の設定距離となるように配置される。
なお、成膜電極４２は、成膜電極板５０の表面５０ａ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５０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を放出させ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の表面Ｚｆに膜を形成し、ガスバリアフィルムなどを得るものである。
本実施形態においては、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも、形成される電界の範囲を広くする。具体的には、規制部材６０により、成膜電極板５０の各端部５１ａ、５１ｂから２５ｍｍ内側における成膜レートを、成膜電極板５０の中央部の成膜レートの３０％以下となるように調整する。

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、ガイドローラ２５、ドラム２６、ガイドローラ２７、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、成膜電極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を介して成膜電極４２に供給する。

この成膜電極４２には規制部材６０が設けられているため、成膜電極板５０の端部５１ａ、５１ｂ近傍の貫通孔５２からは原料ガスが噴出しない。また、成膜電極板５０の端部５１ａ、５１ｂから所定の距離内側の位置においては、貫通孔５２から噴出された原料ガスが枯渇した状態である。隙間Ｓには、成膜電極板５０の規制部材６０以外の領域から原料ガスを均一に供給される。

成膜電極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する。この場合、成膜電極板５０の端部５１ａ、５１ｂの内側近傍では原料ガスが枯渇した状態であるため、成膜電極板５０の端部５１ａ、５１ｂの内側近傍では、反応生成物の生成が抑制される。このため、単位時間あたり、成膜電極板５０の各端部５１ａ、５１ｂから２５ｍｍ内側の位置では、成膜電極板５０の中央部に比して３０％以下しか成膜されない。このような状態で、基板Ｚが所定の搬送速度で巻き取られつつ、基板Ｚの表面Ｚｆに膜が所定の厚さに形成される。

本実施形態においては、成膜時に反応生成物の発生領域が限定されるため、隙間Ｓ（成膜ゾーン）から反応室１４内に飛散する反応生成物の量を少なくすることができる。このため、反応生成物が反応室１４内で飛散することが抑制される。これにより、隙間Ｓ（成膜ゾーン）以外で反応生成物が基板Ｚの表面Ｚｆに付着することが少なくなり、基板Ｚが反応生成物を巻き込んだりして、形成する膜の膜質に悪影響を与えることが抑制される。よって、品質の良い膜を形成することができ、最終的にガスバリア性が優れたガスバリアフィルムを得ることができる。

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長尺な基板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に巻き取られ、ガスバリアフィルムなどの機能性フィルムが製造される。

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は、反応生成物の発生領域を限定することができ、反応室１４内への飛散を抑制することができる。このため、成膜時における反応室１４の汚染を少なくすることができる。これにより、メンテナンス時に反応室１４内に堆積した反応生成物を取り除く範囲が狭く、取り除く量も少なくなるため、メンテナンス作業を簡素化できる。

なお、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。

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、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、本発明の成膜方法、成膜装置、およびこれらの成膜方法または成膜装置で得られたガスバリアフィルムの製造方法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。

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、図１に示す成膜装置１０を用いて、規制部材６０の第１規制部６２および第２規制部６４の寸法を下記表１に示すように変えて、以下に示す条件で、フィルムに窒化珪素膜を形成した。成膜時間については、下記表１に示す条件とした。
本実施例においては、フィルムには、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム、東洋紡績社製、商品名：コスモシャインＡ４３００）を用いた。
成膜条件は、下記表１に示す実験例１〜５のいずれもＳｉＨ₄ガス（シランガス）、ＮＨ₃ガス（アンモニアガス）、Ｎ₂ガス（窒素ガス）を用いた。さらに、成膜条件としては、実験例１〜５のいずれも、ＳｉＨ₄ガス（シランガス）の流量を１２５ｓｃｃｍとし、ＮＨ₃ガス（アンモニアガス）の流量を１２５ｓｃｃｍとし、Ｎ₂ガス（窒素ガス）の流量を８００ｓｃｃｍとし、印加電力を２５００Ｗとし、成膜圧力を１００Ｐａとした。

本実施例において、実験例１は、ドラムを静止した状態でフィルムに窒化珪素膜を成膜したものであり、円周方向Ｘに、図４に示す膜厚分布を得た。
実験例２〜６は、ドラムを回転させつつ、それぞれ、下記表１に示す成膜時間で、フィルムに窒化珪素膜を成膜したガスバリアフィルムである。
各実験例２〜６のガスバリアフィルムについてガスバリア性能を評価した。

ガスバリア性能の指標には、ＷＶＴＲ（水蒸気透過率）を用いた。このＷＶＴＲ（水蒸気透過率）は、ＭＯＣＯＮ社製水蒸気透過率測定装置 ＡＱＵＡＴＲＡＮ（登録商標）を用いて測定した。
また、実験例２〜６においては、下記表１に示す成膜時間後、成膜室を開放し、成膜室内の反応生成物等の堆積物を目視にて確認し、下記表１に示すように「○○○」、「○○」、「○」、「△」、「×」で評価した。
なお、「○○○」、「○○」、「○」、「△」、「×」の評価基準は、以下のとおりである。成膜ゾーン以外への膜の堆積がないものを「○○○」とした。成膜ゾーン以外に膜の堆積がわずかにあるものを「○○」とした。成膜ゾーン以外に膜の堆積があるが剥離してないものを「○」とした。成膜ゾーン以外に膜の堆積が多く、わずかに剥離が認められるものを「△」とした。成膜ゾーン以外に膜の堆積が多く、多量の剥離が認められるものを「×」とした。

実験例１は、成膜電極の円周方向Ｘについてだけ、貫通孔からの原料ガスの噴出を規制した。実験例１においては、円周方向Ｘに図４に示す膜厚分布が得られた。図４に示すように、成膜電極の円周方向Ｘにおいて、中心位置αの膜厚と、成膜電極の端部から２５ｍｍ内側の位置βにおける膜厚とを比較した場合、位置βにおける膜厚は、ほぼゼロであり、成膜電極の端部では成膜されておらず、中心位置αの膜厚に対して３０％以下である。このように、規制部材により、位置βにおける膜厚を調整することができる。

実験例２は、円周方向Ｘ（図２（ａ）参照）および軸方向Ｙ（図２（ｂ）参照）について貫通孔からの噴出を規制している。実験例２においては、３０％以下となる位置βは、７８ｍｍである。
実験例３は、円周方向Ｘ（図２（ａ）参照）について貫通孔からの噴出を規制している。実験例３においては、３０％以下となる位置βは、７８ｍｍである。
実験例４は、円周方向Ｘ（図２（ａ）参照）および軸方向Ｙ（図２（ｂ）参照）について貫通孔からの噴出を規制している。実験例４においては、３０％以下となる位置βは、３２ｍｍである。
実験例５は、円周方向Ｘ（図２（ａ）参照）について貫通孔からの噴出を規制している。実験例５においては、３０％以下となる位置βは、３２ｍｍである。
実験例６は、規制部材を設けていない。このため、成膜電極の全域にわたり、膜厚は同じである。

実験例２〜実験例５においては、いずれもＷＶＴＲ（水蒸気透過率）が小さく、ガスバリア性能が優れたものであった。しかも、反応室内における反応生成物等の堆積物の量も少なかった。
一方、実験例６は、ＷＶＴＲ（水蒸気透過率）が多く、ガスバリア性能が実験例２〜５に比して劣るとともに、反応室内における反応生成物等の堆積物の量も多かった。
このように、成膜電極について原料ガスが噴出する貫通孔を塞いで、成膜電極の端部で原料ガスが枯渇した状態とすることにより、反応生成物の発生領域を限定することができる。これにより、反応室内に飛散する反応生成部の量を抑制でき、メンテナンス性を向上させることができた。しかも、得られるガスバリアフィルムは、ガスバリア性能が高い。

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、２５、２７、２８、３１ ガイドローラ
２６ ドラム
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 成膜電極板
５２ 貫通孔
５６ 空洞
６０ 規制部材
Ｄ 搬送方向
ω 回転方向
Ｚ 基板

Claims (14)

1. 長尺の基板をドラムの表面の所定の領域に巻き掛け、所定の搬送方向に搬送しつつ、真空圧下で前記基板の表面に所定の膜を形成する成膜方法であって、
   前記ドラムに対向して所定の距離離間して成膜電極が配置され、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が設けられており、
   前記膜の形成は、前記成膜電極に前記高周波電源部により電圧が印加されて形成される電界の範囲を、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも広くして行うものであり、前記成膜電極の中央部における成膜レートに対して、前記成膜電極の端部から２５ｍｍ内側の位置における成膜レートが３０％以下であることを特徴とする成膜方法。
2. 前記成膜電極は、前記原料ガスを噴出する複数の貫通孔を有するシャワー電極である請求項１に記載の成膜方法。
3. 前記基板の搬送方向に直交する幅方向において、前記膜の形成の工程における前記成膜電極に前記高周波電源部により電圧が印加されて形成される電界の範囲は、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも広い請求項１または２に記載の成膜方法。
4. 前記成膜電極は、前記原料ガスを噴出する複数の貫通孔を有するシャワー電極であり、
   前記膜の形成の工程においては、前記シャワー電極の貫通孔のうち、前記ドラムの円周方向における各端部から少なくとも所定の距離の範囲の貫通孔を塞いで行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜方法。
5. 前記膜の形成の工程においては、さらに前記ドラムの軸方向の各端部所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐ請求項４に記載の成膜方法。
6. 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、
   前記成膜電極に前記高周波電源部により電圧が印加されて形成される電界の範囲は、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも広いものであり、前記成膜電極の中央部における成膜レートに対して、前記成膜電極の端部から２５ｍｍ内側の位置における成膜レートが３０％以下であることを特徴とする成膜装置。
7. 前記成膜電極は、前記原料ガスを噴出する複数の貫通孔を有するシャワー電極である請求項６に記載の成膜装置。
8. 前記基板の搬送方向に直交する幅方向において、前記成膜電極に前記高周波電源部により電圧が印加されて形成される電界の範囲は、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも広い請求項６または７に記載の成膜装置。
9. 前記成膜電極は、前記原料ガスを噴出する複数の貫通孔を有するシャワー電極であり、更に前記シャワー電極の貫通孔のうち、前記ドラムの円周方向における各端部から少なくとも所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐ規制部材を有する請求項６〜８のいずれか１項に記載の成膜装置。
10. 前記規制部材は、さらに前記ドラムの軸方向の各端部所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐものである請求項９に記載の成膜装置。
11. 前記規制部材は、前記貫通孔を、前記成膜電極が前記ドラムに対している面とは反対側から塞ぐものである請求項９または１０に記載の成膜装置。
12. 前記規制部材は、前記貫通孔を塞ぐ範囲を変えることができる機構を備えている請求項９〜１１のいずれか１項に記載の成膜装置。
13. 基板と、前記基板の表面に形成されたガスバリア膜とを有し、
    前記ガスバリア膜は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の成膜方法を用いて製造されたものであることを特徴とするガスバリアフィルム。
14. 基板と、前記基板の表面に形成されたガスバリア膜とを有し、
    前記ガスバリア膜は、請求項６〜１２のいずれか１項に記載の成膜装置を用いて製造されたものであることを特徴とするガスバリアフィルム。

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