プラズマＣＶＤ装置
【課題】 プラズマＣＶＤ装置において、真空チャンバの内部、特にガス供給部にプラズマが当たってフレークが発生することを抑制し、フレークの混入がなく品質に優れたＣＶＤ皮膜の成膜を可能とする。
【解決手段】本発明のプラズマＣＶＤ装置１は、真空チャンバ４と、真空チャンバ４内を真空排気する真空排気手段５と、真空チャンバ４内に配備されると共に成膜対象である基材Ｗが巻き掛けられた成膜ロール２と、真空チャンバ４内に原料ガスを供給するガス供給部７と、成膜ロール２の表面近傍にプラズマ発生領域１６を形成し、成膜ロール２に巻き掛けられた基材Ｗに成膜を行うプラズマ電源６と、を備えたプラズマＣＶＤ装置１であって、ガス供給部７が、プラズマ発生領域１６に対して成膜ロール２を挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域１５に設けられていることを特徴とするものである。
【解決手段】本発明のプラズマＣＶＤ装置１は、真空チャンバ４と、真空チャンバ４内を真空排気する真空排気手段５と、真空チャンバ４内に配備されると共に成膜対象である基材Ｗが巻き掛けられた成膜ロール２と、真空チャンバ４内に原料ガスを供給するガス供給部７と、成膜ロール２の表面近傍にプラズマ発生領域１６を形成し、成膜ロール２に巻き掛けられた基材Ｗに成膜を行うプラズマ電源６と、を備えたプラズマＣＶＤ装置１であって、ガス供給部７が、プラズマ発生領域１６に対して成膜ロール２を挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域１５に設けられていることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックフィルムやプラスチックシートなどの基材にＣＶＤ皮膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品包装に用いられるプラスチックフィルムに対しては、水蒸気や酸素を通さない特性（バリア性）が高く要求されている。このようなプラスチックフィルムなどのシート材に高バリア性を付与するためには、透明性のあるＳｉＯｘやＡｌ2Ｏ3などの皮膜をコーティングする必要がある。ＳｉＯｘ皮膜のコーティング技術としては従来より真空蒸着法、スパッタ法などの物理蒸着法（ＰＶＤ法）があるが、これらの技術に比して成膜速度、高バリア皮膜の形成の面で優位なプラズマＣＶＤ法が近年用いられるようになっている。
【０００３】
ところで、上述したプラズマＣＶＤ法に用いられるプラズマＣＶＤ装置としては、例えば特許文献１〜特許文献３に示すようなものが知られている。
特許文献１のプラズマＣＶＤ装置は、ペニング放電を利用したものであり、真空チャンバ内に基材を巻き掛けて搬送する成膜ロールを一対備えていて、これらの成膜ロールには互いが同じ極性になるように高周波の交流電源の一方の極が接続されている。一方、一対の成膜ロール同士が対向し合うロール間の空間（以下、対向空間という）の中心からほぼ等距離だけ離れた位置に環状電極からなる対極が成膜ロールとは別に配備されていて、この対極には高周波電源の他方の極が接続されている。
【０００４】
特許文献１のプラズマＣＶＤ装置では、成膜ロールと対極との間に数十から数百ｋＨｚの高周波電力を供給すると、成膜ロール管に跨るように形成された磁場との協働作用によって対向空間に放電（ペニング放電）が発生し、発生した放電により原料ガスが電離してプラズマが発生する。そして、成膜ロールに巻き掛けられた基材の表面にＣＶＤ皮膜の成膜が行われる。
【０００５】
ただ、この特許文献１の装置では、成膜ロール以外にも環状電極が対極として用いられていて、この電極に対しても高周波電源から電力が供給されている。当然、対極の表面にもプラズマが発生し成膜が行われてしまう虞があり、対極に成膜されたＣＶＤ皮膜がフレークとして剥離・混入してＣＶＤ皮膜の膜質を低下せしめるという問題があった。
そこで、特許文献１の装置のように成膜ロール以外に対極を設けて両極間に電源を接続するのではなく、成膜ロールを水平に一対設け、一方の成膜ロールを作用極、もう一方のロールを対極として用いてプラズマを発生可能にしたプラズマＣＶＤ装置が、特許文献２に示すように開発されている。
【０００６】
この特許文献２のプラズマＣＶＤ装置は、一対の成膜ロールのうち、一方の成膜ロールにプラズマ電源の正極を、また他方の成膜ロールに負極をそれぞれに接続させており、一対の成膜ロールを代わり代わりに作用極や対極として用いるものである。これら一対の成膜ロールの表面には基材が巻き掛けられているため、基材にＣＶＤ皮膜が形成されることはあっても、成膜ロールの表面に成膜が行われる心配はなく、特許文献１の装置のように対極でフレークが発生するという問題は起こり難い。
【０００７】
特に、特許文献２のプラズマＣＶＤ装置は、一対の成膜ロールの対向空間を物理的に区切って放電室を形成し、この放電室の内部で専らプラズマ発生（成膜）をさせている。この放電室は成膜ロール側に向かって開口していて、この放電室の開口を成膜ロールでフタするような構造となっており、原料ガスを供給すると放電室の真空度が室外に比べて下がって成膜が行われる構造であるため、放電室の外側でフレークが発生する心配はない。
【０００８】
一方、特許文献２の成膜装置は、放電室の外側でフレークが発生しないものであっても、放電室の壁面には皮膜が付着しやすく、今度は壁面で発生したフレークが混入してＣＶＤ皮膜の膜質を低下させるという問題を招きやすくなる。
また、特許文献２の成膜装置では、放電室に原料ガスを供給して放電室の真空度を低下させなければ成膜が行われない。すなわち、放電室の真空度を下げるためには、成膜ロールとの隙間を小さく維持して放電室の気密性を保つ必要があるが、この隙間付近にも皮膜が堆積して隙間の大きさが変化するため、放電室の気密性が保持できなくなって成膜の安定性が損なわれ、引いてはＣＶＤ皮膜の品質が低下する虞がある。
【０００９】
そこで、特許文献３の成膜装置では、成膜ロールの内部に磁場発生手段が設けられていて、磁場発生手段で発生させられた磁場領域内においてのみプラズマが発生するようになっている。この磁場発生手段は、Ｎ極の磁石とＳ極の磁石とが対向空間側に向かって突出するように距離をあけて配備されたものであり、成膜ロールの内部に設けられた一方の磁極からロールの外側に出た磁力線が、再びロールの内部に設けられた他方の磁極に戻るような磁場を形成して、この磁場に沿った領域のみにプラズマが発生する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００５−５０４８８０号公報
【特許文献２】特許２５８７５０７号公報
【特許文献３】特開２００８−１９６００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、特許文献３の成膜装置では、磁場発生手段によりプラズマが発生する領域（プラズマ発生領域）を、磁場が形成される成膜ロールの表面の一部に限定することはできる。しかし、発生したプラズマは基材などで遮蔽されていない原料ガスのガス供給部まで届き、この原料ガスの供給部付近で堆積してフレークとなり、発生したフレークが落下してＣＶＤ皮膜に混入することにより皮膜の品質に悪影響を与える可能性がある。
【００１２】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、真空チャンバの内部、特に原料ガスの供給部にプラズマが当たってフレークが発生する（不要な成膜が起こる）ことを抑制して、品質に優れたＣＶＤ皮膜の成膜が可能なプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明のプラズマＣＶＤ装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、内部が空洞とされた真空チャンバと、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、前記真空チャンバ内に配備されると共に成膜対象である基材が巻き掛けられた成膜ロールと、前記真空チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、前記成膜ロールの表面近傍にプラズマ発生領域を形成し、当該成膜ロールに巻き掛けられた基材に成膜を行うプラズマ電源と、を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、前記ガス供給部が、前記プラズマ発生領域に対して前記成膜ロールを挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域に設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
つまり、本発明者は、ガス供給部をプラズマと接触することがないプラズマ非発生領域に設ければ、ガス供給部でフレークが発生することが抑制でき、発生したフレークが混入してＣＶＤ皮膜の膜質を悪化させる心配もなくなるのではないかと考えた。そして、ガス供給部を、従前は単なるデッドスペースでしかなかったプラズマ発生領域に対して前記成膜ロールを挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域に設けることでＣＶＤ皮膜の品質が実際に良好になることを知見して、本発明を完成させたのである。
【００１５】
このプラズマ非発生領域としては、前記成膜ロールを挟んでプラズマ発生領域の反対側に、巻き掛けられた非導電性の基材を当該基材が送られてきた方向に送り返すガイドロールであって、プラズマ電源から絶縁されたガイドロールを配備しておき、このガイドロールと、当該ガイドロールに向かう入側の基材と、当該下流側のガイドロールから送り出される出側の基材と、で囲まれた領域を採用することができる。
【００１６】
上述したようなプラズマ非発生領域は、成膜ロールを挟んでプラズマ発生領域の反対側に設けられており、物理的にプラズマ発生領域から遮断されているため、成膜ロールに発生したプラズマの影響で成膜が起こることがない。
また、非導電性の基材、ガイドロール、あるいはこれらで囲まれた空間は、いずれもプラズマ電源から絶縁されているため、そのままではプラズマが形成されることがない。それゆえ、このプラズマ非発生領域にガス供給部を設置しても、ガス供給部にフレークが形成される心配はなく、ＣＶＤ皮膜の品質安定性に悪影響を及ぼすこともない。
【００１７】
なお、前記ガイドロールに向かう入側の基材とガイドロールから送り出される出側の基材との間には隙間が形成されていて、当該隙間が前記ガス供給部から供給された原料ガスをプラズマ発生領域まで流通させるガス流路とされているのが好ましい。
原料ガスのガス流路を成膜ロールの表面を覆う基材で形成すれば、成膜ロールの表面に原料ガスが直接接触することが無くなり、成膜ロールの表面にフレークが発生することを確実に抑制することが可能となる。また、このガス流路ではプラズマ発生領域方向に向かって原料ガスの流れが生じるため、プラズマがプラズマ非発生領域に入ってくることを抑制することも可能となる。
【００１８】
また、前記入側の基材と、出側の基材とのうち、いずれか一方の基材を他方の基材側に向かって押圧する押圧ロールが設けられていて、当該押圧ロールを用いて前記隙間を調整可能とされているのが好ましい。
このように押圧ロールで基材間の隙間を絞れるようにしておけば、原料ガスの流量を調整してＣＶＤ皮膜の成膜速度を調整することも可能となる。
【００１９】
さらに、上述したプラズマＣＶＤ装置としては、前記ガイドロールが設けられた成膜ロールを、それぞれの軸心が互いに平行となるように水平方向に距離をあけて１組備えたものを用いるのが好ましい。
また、前記成膜ロールの内部に、当該成膜ロールの表面にプラズマを収束させる磁場発生部材が設けられている場合にあっては、前記磁場発生部材は、成膜ロールの軸方向に沿って配備された棒状の磁石と、この棒状の磁石の周囲を囲むように配備されるレーストラック状の磁石とを備えていて、前記棒状の磁石とレーストラック状の磁石とは、互いに異なる磁極をプラズマ発生領域側に向けるようにして配備されているのが好ましい。
【００２０】
上述したように棒状の磁石とレーストラック状の磁石とで磁場発生部材を構成すれば、両磁石間に閉じた磁力線が形成されてプラズマの発生場所を成膜ロールの表面の一部分に限定させることができる。また、プラズマ発生領域が成膜ロールの表面の一部分に限定されれば、原料ガスの供給部とプラズマが発生する領域とを場所的に離すことが容易になり、原料ガスの供給部に対するフレークの発生を確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いることで、真空チャンバの内部、特に原料ガスの供給部にプラズマが当たってフレークが発生することを抑制することができ、フレークの混入がなく品質に優れたＣＶＤ皮膜の成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置の正面図である。
【図２】第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置で行われる成膜工程を示す図である。
【図３】第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置の斜視図である。
【図４】プラズマ発生部分の拡大断面図である。
【図５】磁場発生部材の斜視図である。
【図６】第２実施形態のプラズマＣＶＤ装置の正面図である。
【図７】第２実施形態の変形例の正面図である。
【図８】第３実施形態のプラズマＣＶＤ装置の正面図である。
【図９】第３実施形態の変形例の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置１の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１の全体構成を示している。
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１（以下、単に装置１という）は、減圧下において、互いに対向して配置した一対の成膜ロール２、２に交流あるいは極性反転を伴うパルス電圧を印加し、成膜ロール２、２の間の対向空間３にグロー放電を発生させ、成膜ロール２に巻き掛けたシート状の基材ＷにプラズマＣＶＤによる成膜を行うものである。
【００２４】
この装置１は、内部が空洞とされた筺状の真空チャンバ４を備えていて、真空チャンバ４の内部は真空排気手段５によって真空状態または低圧状態まで減圧可能となっている。この真空チャンバ４内には、成膜ロール２がその軸心を水平方向（図１では紙面貫通方向）に向けるようにして且つ互いに水平方向に距離をあけて一対配備されている。この成膜ロール２は正逆両方向に回転可能とされている。一対の成膜ロール２、２のそれぞれには、プラズマ電源６の両極がそれぞれ接続されていて、成膜対象であるシート状の基材Ｗが巻き掛けられている。
【００２５】
そして、この装置１は、真空チャンバ４内に原料ガスを供給するガス供給部７を備えており、それぞれの成膜ロール２の内部には対向する成膜ロール２との間にプラズマＰを生成する磁場発生手段８が設けられている。本発明の装置１は、この磁場発生手段８が形成した磁場内で放電を発生させ、放電により生じた原料ガスのプラズマＰ内に基材Ｗを通過させることで基材Ｗの表面にＣＶＤ皮膜を形成するものである。
【００２６】
なお、以下の説明において、図１の上下を装置１を説明する際の上下とし、図１の左右を装置１を説明する際の左右とする。
真空チャンバ４は、内部が空洞とされた筺状に形成されており、外部に対して内部を気密的に保持できるようになっている。真空チャンバ４の下側には、真空チャンバ４の内部を真空状態まで排気する真空排気手段５の真空ポンプ９が設けられている。
【００２７】
真空排気手段５は、真空チャンバ４の下側の隔壁に形成された排気口１０と、この排気口１０に取り付けられた真空ポンプ９から構成されており、外部からの指令に応じて真空チャンバ４の内部を真空状態または真空状態に準じた低圧状態まで排気できるようになっている。真空排気手段５により真空（低圧）とされた真空チャンバ４内部に対しては、ガス供給部７から原料ガスが供給される。
【００２８】
原料ガスは、成膜しようとするＣＶＤ皮膜の種類に合わせてさまざまなものが選択されるが、本実施形態のようにＳｉＯｘバリア膜をＣＶＤ皮膜として形成する装置１の場合であれば、ＨＭＤＳＯ（ヘキサメチルジシロキサン）とＯ2、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ2、ＮＨ3またはこれらの混合物とを含む混合ガスが選択される。なお、本実施形態の装置１では、原料ガスにＨＭＤＳＯを含むものを例示しているが、原料ガスにはＨＭＤＳＯ以外の有機シリコン系原料ガス、例えばＨＭＤＳ（Ｎ）（ヘキサメチルジシラザン）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＭＳ（トリメチルシラン、テトラメチルシラン）、モノシランなどを用いることもできる。
【００２９】
ＣＶＤ皮膜の成膜対象である基材Ｗとしては、プラスチックのフィルムやシート、紙など、ロール状に巻き取り可能な非導電性の材料が考えられる。これらの基材Ｗはコイル状に巻き取られて真空チャンバ４に配備されたアンコイラー１１（逆回転する場合はコイラーとなる。）に取り付けられている。基材Ｗとして用いられるプラスチックフィルムやシートとしては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリイミド等があり、基材Ｗの厚みとしては真空中での搬送が可能な５μｍ 〜０．５ｍｍが好ましい。これらの基材Ｗは、ＣＶＤ皮膜を成膜した後、真空チャンバ４内のコイラー１２（逆回転させる場合にはアンコイラーになる。）でコイル状に巻き取られる。
【００３０】
図１〜図３に示すように、一対の成膜ロール２、２は、互いに同径の同長のステンレス材料等で形成された円筒体であり、その回転中心が真空チャンバ４の底面（下側の隔壁の上面）から略同じ高さになるように設置されている。一対の成膜ロール２、２は互いの軸芯が平行となるように水平に距離をあけて配備されており、両ロール２、２の間にはロールの外周面同士が対向し合う対向空間３が形成されている。
【００３１】
成膜ロール２は、さまざまな寸法幅の基材Ｗを巻き掛けられるように、巻き掛け可能な基材Ｗのうちでも最も幅が大きなものより広幅に形成されている。また、成膜ロール２の内部には、温度調整された水などの媒体が流通されていて、ロール表面の温度を調整できるようになっている。成膜ロール２の表面には、傷が付きにくいようにクロムメッキや超硬合金などのコーティングが好ましくは行われている。
【００３２】
一対の成膜ロール２、２は、いずれも真空チャンバ４から電気的に絶縁されており、また上述したように対向空間３を介してロール同士も互いに電気的に絶縁されて配備されている。そして、一対の成膜ロール２、２の一方にはプラズマ電源６の一方の極（例えば正極）が、また他方にもう一方の極（例えば負極）が接続されていて、一対の成膜ロール２、２が互いに異なる極性を示すように接続されている。
【００３３】
図４及び図５に示すように、磁場発生手段８は、成膜ロール２の内部に配備されていて、磁石を用いて成膜ロール２の表面付近に磁場を形成し、形成した磁場を用いてプラズマＰを収束させる機能を有している。磁場発生手段８は、棒状の磁石１３と、この棒状の磁石１３の周囲を囲むように配備されるレーストラック状の磁石１４とを備えている。棒状の磁石１３は、成膜ロール２の軸心と平行な方向に沿って長い長尺棒状の磁石であって、磁場発生手段８における上下方向の中途側に、その軸心を成膜ロール２の軸心と平行な方向に向けるようにして配備されている。また、レーストラック状の磁石１４は、棒状の磁石を長円の環状に繋げたような形状をした磁石であり、棒状の磁石１３の軸心を通って上下に伸びる平面上で、棒状の磁石１３の周囲を距離をあけて囲むように配備されている。
【００３４】
棒状の磁石１３は、その軸心とは垂直な方向に磁極を向けて配備されており、図例ではＮ極を対向空間３側に向けて取り付けられている。また、レーストラック状の磁石１４は、棒状の磁石１３と正反対の方向に磁極を向けて配備されており、図例ではＳ極を対向空間３側に向けて取り付けられている。
つまり、磁場発生手段８では、棒状の磁石１３のＮ極とレーストラック状の磁石１４のＳ極とがいずれも対向空間３側を向いていて、成膜ロール２の内部にある棒状の磁石１３のＮ極から成膜ロール２の外側に飛び出した磁力線が、円弧を描いて曲がりつつ再び成膜ロール２の内部に設けられたレーストラック状の磁石１４のＳ極に戻るような湾曲した磁場を形成できるようになっている。
【００３５】
プラズマ電源６は、高周波の交流電圧、または、両極の極性が反転可能なパルス状の電圧（パルス状直流電圧）が発生可能なものである。このプラズマ電源６の両極は、いずれも真空チャンバ４から絶縁されたフローティング電位とされていて、一対の成膜ロール２、２のそれぞれに接続されて成膜ロール２、２間に放電を生起可能な電位を付与する構成とされている。成膜を行う基材Ｗは、前述の如く絶縁性の材料であるため、直流の電圧の印加では電流を流すことが出来ないが、フィルム（基材Ｗ）の厚みに応じた適切な周波数（およそ１ｋＨｚ〜、好ましくは１０ｋＨｚ〜）であれば基材Ｗを通して導通可能である。なお、周波数の上限は特にないが、数１０ＭＨｚ以上になると定在波を形成するので好ましくはない。
【００３６】
本発明のプラズマＣＶＤ装置１では、真空チャンバ４内に設けられた部材の中でも、特にＣＶＤ皮膜が形成すると好ましくないとされているガス供給部７を、このガス供給部７を発生したプラズマＰと接触することがないプラズマ非発生領域１５に配備しているのであり、これによりガス供給部７付近で不要な皮膜が堆積してフレークが発生したり、あるいは発生したフレークが混入してＣＶＤ皮膜の品質が低下したりすることを確実に抑制していることを特徴としている。
【００３７】
次に、プラズマ非発生領域１５及びこのプラズマ非発生領域１５に設けられるガス供給部７について、詳しく説明する。
図２に示すように、プラズマ非発生領域１５は、真空チャンバ４内においてプラズマ発生領域１６で発生したプラズマＰと全く接触しないか、殆ど接触しない場所のことであり、プラズマ発生領域１６に対して成膜ロール２を挟んだ反対側に配備されている。
【００３８】
具体的には、プラズマ発生領域１６は、成膜ロール２、２間の対向空間３に形成されている。そして、プラズマ非発生領域１５は、成膜ロール２を基準としてプラズマ発生領域１６の反対側に、すなわちプラズマ発生領域１６に対して成膜ロール２の影になる部分に設けられている。
この成膜ロール２を基準としてプラズマ発生領域１６の反対側には、ガイドロール１７が正逆回転可能に設けられており、図２にグレーに網掛けした部分として示すように、この実施形態においてガス供給部７が配置されるプラズマ非発生領域１５は、このプラズマ電源６から絶縁されている非給電のガイドロール１７と、このガイドロール１７に向かって巻き入れられようとしている基材Ｗ（以降、入側の基材Ｗという）と、このガイドロール１７から巻き出されようとしている基材Ｗ（以降、出側の基材Ｗという）との三者に囲まれた領域として構成されている。なお、基材Ｗを図１の矢印と逆方向に搬送する際には、上記入側と出側の基材の位置は反対になる。
【００３９】
図２及び図３に示すように、ガイドロール１７は、成膜ロール２と平行に配備されたロールであり、真空チャンバ４内に回転自在に設けられている。ガイドロール１７は、プラズマ電源６と電気的に接続されておらず、非給電状態となっている。
ガイドロール１７は、一対の成膜ロール２、２のそれぞれに対応して設けられている。例えば、成膜ロール２が基材Ｗの搬送方向（通板または通箔方向）における上流側の（図２の場合であれば図の左側に設けられた）のものである場合、ガイドロール１７には成膜ロール２から巻き出された基材Ｗが巻き掛けられており、またこのガイドロール１７に巻き掛けられた基材Ｗは下流側の成膜ロール２に設けられたガイドロール１７側に送り出されている。また、成膜ロール２が基材Ｗの搬送方向における下流側の（図２の場合であれば図の右側に設けられた）のものである場合、この下流側のガイドロール１７には上流側のガイドロール１７から巻き出された基材Ｗが巻き掛けられており、このガイドロール１７に巻き掛けられた基材Ｗは下流側の成膜ロール２に送られている。
【００４０】
これらのガイドロール１７はいずれも巻き掛けられた基材Ｗをこの基材Ｗが送られてきた方向に向かって送り返すものであり、ガイドロール１７に巻き入れられようとしている基材Ｗと、ガイドロール１７から巻き出されていく基材Ｗとの間には、狭い隙間Ｄしか許容されていない。
この入側及び出側の基材Ｗ間に形成された狭い隙間Ｄは、ガス供給部７から供給された原料ガスをプラズマ発生領域１６まで流通させるガス流路１８とされている。このガス流路１８の先端はプラズマ非発生領域１５に繋がっていて、このプラズマ非発生領域１５にガス供給部７が設けられている。
【００４１】
狭い隙間Ｄは、０．１〜２０ミリメートルとする。プラズマ非発生領域１５をプラズマＰと全く接触しないか、殆ど接触しない場所とするためには、狭い隙間Ｄは狭いほうがより好ましいが、隙間Ｄが狭いと、プラズマ非発生領域１５の内部の圧力が上がり、フィルムを外側に押し広げて安定した搬送を妨げるので、隙間Ｄは０．１ミリメートル以上に設計する。一方、狭い隙間Ｄが広すぎると成膜ロール２の影を形成できないので２０ミリ以下に設計する。
さらにプラズマＰから拡散したプラズマがプラズマ非発生領域１５に拡散で入ってこないようにするために、狭い隙間Ｄは３ミリメートル以下とするとなお良い。
【００４２】
基材Ｗの波打ちやたわみによって基材Ｗ同士が触れ合わないように狭い隙間Ｄは０．３ミリメートル以上とする。
図３に示すように、ガス供給部７は、成膜ロール２と平行な円筒状に形成されたパイプ状の部材であり、プラズマ非発生領域１５に配備されている。ガス供給部７の内部は空洞となっていて、この内部には原料ガスが流通可能となっている。ガス供給部７の外周面には原料ガスを噴出するノズル部（図示略）が形成されており、このノズル部から外部に噴射された原料ガスは、入側及び出側の基材Ｗ間に形成された狭い隙間Ｄを通って、成膜ロール２間に形成されたプラズマ発生領域１６に達することになる。
【００４３】
なお、本実施形態のプラズマ非発生領域１５には、このプラズマ非発生領域１５のロール幅方向の両端を覆う遮蔽板１９が設けられていて、上述した基材Ｗ間の隙間Ｄ以外からプラズマ非発生領域１５の内部にプラズマＰが移動できないようになっている。しかしながら、このような遮蔽板１９は特に設けられていなくても良い。
ところで、上述したプラズマ非発生領域１５には、次のような特徴がある。
（１）プラズマ発生領域１６に対して成膜ロール２を挟んだ反対側に配備されており、プラズマ発生領域１６と直接対面することがない。つまり、プラズマ非発生領域１５には、プラズマ発生領域１６から直接プラズマＰが到達することはない。
（２）プラズマ非発生領域１５は、非給電のガイドロール１７と、このガイドロール１７に巻き掛けられた絶縁性の基材Ｗとで囲まれていて、領域内でプラズマＰが発生する虞がない。つまり、絶縁体で囲まれたプラズマ非発生領域１５では、プラズマＰが発生することがない。
（３）プラズマ非発生領域１５は、ガイドロール１７と、このガイドロール１７に向かう入側の基材Ｗと、このガイドロール１７から送り出される出側の基材Ｗと、で囲まれた領域として形成されており、基材Ｗ間の隙間Ｄ以外から内部にプラズマＰが物理的に出入りできないようになっている。その上、この隙間Ｄには、上述したようにガス供給部７から噴出された原料ガスの流れが外側に向かって形成されており、発生したプラズマＰが流れに逆らって入り込むこともない。
【００４４】
つまり、本実施形態の装置１では、プラズマＰが直接飛んできたり、流れ込んで来たりすることが無く、プラズマＰが発生することもないプラズマ非発生領域１５に、ガス供給部７を設けているため、ガス供給部７に成膜が行われることは起こり得ない。その結果、第１実施形態の装置１では、ガス供給部７に成膜された余計な皮膜が堆積してフレークが発生することや、ガス供給部７で発生したフレークが剥離・混入して基材Ｗ上に成膜するＣＶＤ皮膜の膜質を悪化させる心配がないので、品質に優れたＣＶＤ皮膜の成膜が可能となるのである。
「第２実施形態」
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４５】
図６に示すように第２実施形態の装置１は、第１実施形態とは異なり、成膜ロール２のうち１本が基材Ｗを巻き掛けるロールではなく平板状の対向電極２０とされたものである。そして、これらの成膜ロール２や対向電極２０には、いずれも磁場発生手段８が付帯されていない。
それゆえ、この対向電極２０と成膜ロール２とをプラズマ電源６に接続すると、図６に示すように成膜ロール２と対向電極２０の間にグロー放電が生じてプラズマＰが発生し、成膜ロール２に巻き掛けられた基材ＷにＣＶＤ皮膜が形成される。
【００４６】
このとき、図例のように成膜ロール２を挟んでプラズマ発生領域１６の反対側にあるプラズマ非発生領域１５にガス供給部７を設ければ、上述した（１）〜（３）と同様な理由でガス供給部７にプラズマＰが接触しなくなり、ガス供給部７に形成されたフレークが混入してＣＶＤ皮膜の膜質が劣化する虞もなくなる。
この第２実施形態は、成膜ロール２を一対備えない従来の装置１、言い換えればペニング放電を利用して成膜を行うような装置１に対しても、ガス供給部７に対する成膜を抑制するという本発明の技術は適用可能であることを示している。
【００４７】
なお、図６の形態はそれぞれの電極に磁場発生手段８を設けていないものであったが、図７に示すように成膜ロール２と平板状の対向電極２０とを組み合わせた場合にも、対向電極２０の背面に磁場発生手段８を設けてそれぞれの電極の表面付近にプラズマＰを収束させることもできる。このように対向空間３で発生するプラズマＰを収束すればプラズマ発生領域１６の範囲がより限定され、ガス供給部７をプラズマＰから確実に隔離することが可能となり、ガス供給部７に対する不必要な皮膜の形成を抑制して、ＣＶＤ皮膜の膜質の安定性や成膜の生産性を高めることが可能となる。
「第３実施形態」
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００４８】
図８に示すように、第３実施形態の装置１は、入側の基材Ｗと、出側の基材Ｗとのうち、いずれか一方の基材Ｗを他方の基材Ｗ側に向かって押圧する押圧ロール２１が設けられていて、この押圧ロール２１を用いてガス流路１８を流れる原料ガスの流量が調整可能とされているものである。
この押圧ロール２１は成膜ロール２と平行に配備されたものであり、本実施形態では一対の成膜ロール２、２のそれぞれに対して配備されている。
【００４９】
押圧ロール２１の外周面には基材Ｗが接触しており、また押圧ロール２１は成膜ロール２に対してその軸心を平行に保ったまま接離自在となっている。
第３実施形態の装置１では、押圧ロール２１を成膜ロール２側に向かって移動させれば基材Ｗ間の隙間Ｄが狭まって、ガス流路１８を流れる原料ガスの流量を変更可能となっている。この隙間Ｄを小さくする（ガス流路１８を流れる原料ガスの流量を絞る）とプラズマＰが十分に発生せず、ＣＶＤ皮膜の形成が不十分になる。また、隙間Ｄを大きくしすぎると、プラズマＰがガス供給部７に付着しやすくなり、優れた膜質のＣＶＤ皮膜を成膜することが困難になる。それゆえ、押圧ロール２１を用いて隙間Ｄ（ガス流路１８の流量）を調整すれば、優れた膜質のＣＶＤ皮膜を生産性良く得ることが可能となるのである。
【００５０】
本形式の押圧ロールでは、図１の「第一の実施形態」でフィルムの振れや波打ちで精密に調整することが困難である隙間Ｄの調整を容易にする効果も持ち合わせている。
なお、図８の例では押圧ロール２１は一対の成膜ロール２、２のそれぞれに対応して１本づつ（合計で２本）配備されていて、それぞれの成膜ロール２、２で成膜されるＣＶＤ皮膜の成膜速度を調整可能となっていたが、図９に示すように押圧ロール２１は一対の成膜ロール２、２に対して１本ずつとしても良い。このように押圧ロール２１を１本とする場合は、一対の成膜ロール２、２のそれぞれに対して等しく距離を変更できるように、押圧ロール２１を一対の成膜ロール２、２軸心の２等分線上を通るように配置すればよい。また、押圧ロール２１の位置は平行に保ったまま接離自在として説明したが、留め具の位置調整などで押圧ロール２１の位置を変えられるような半固定の形態でもよいし、押圧ロール２１の固定具を交換して位置を変えられる形態でもよい。
【００５１】
なお、本発明の実施形態における隙間Ｄは、成膜条件によって異なるが、概ね０．１〜２０ｍｍ程度が好ましく、０．３〜３ｍｍ程度が最も好ましい。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
なお、成膜ロール２は、同径、同長である方が好ましいが、必ずしも同径、同長でなくても良い。また、成膜ロール２同士の軸芯は互いに水平に配備されているのが好ましいが、必ずしも水平でなくても良い。例えば、成膜ロール２を上下に距離をあけて一対配備しても良い。さらに、これらの場合の上下や左右といった位置関係は厳密なものでなくても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１ プラズマＣＶＤ装置（装置）
２ 成膜ロール
３ 対向空間
４ 真空チャンバ
５ 真空排気手段
６ プラズマ電源
７ ガス供給部
８ 磁場発生手段
９ 真空ポンプ
１０ 排気口
１１ アンコイラー
１２ コイラー
１３ 棒状の磁石
１４ レーストラック状の磁石
１５ プラズマ非発生領域
１６ プラズマ発生領域
１７ ガイドロール
１８ ガス流路
１９ 遮蔽板
２０ 対向電極
２１ 押圧ロール
Ｄ 入側の基材と出側の基材との間の隙間
Ｐ プラズマ
Ｗ 基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックフィルムやプラスチックシートなどの基材にＣＶＤ皮膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品包装に用いられるプラスチックフィルムに対しては、水蒸気や酸素を通さない特性（バリア性）が高く要求されている。このようなプラスチックフィルムなどのシート材に高バリア性を付与するためには、透明性のあるＳｉＯｘやＡｌ2Ｏ3などの皮膜をコーティングする必要がある。ＳｉＯｘ皮膜のコーティング技術としては従来より真空蒸着法、スパッタ法などの物理蒸着法（ＰＶＤ法）があるが、これらの技術に比して成膜速度、高バリア皮膜の形成の面で優位なプラズマＣＶＤ法が近年用いられるようになっている。
【０００３】
ところで、上述したプラズマＣＶＤ法に用いられるプラズマＣＶＤ装置としては、例えば特許文献１〜特許文献３に示すようなものが知られている。
特許文献１のプラズマＣＶＤ装置は、ペニング放電を利用したものであり、真空チャンバ内に基材を巻き掛けて搬送する成膜ロールを一対備えていて、これらの成膜ロールには互いが同じ極性になるように高周波の交流電源の一方の極が接続されている。一方、一対の成膜ロール同士が対向し合うロール間の空間（以下、対向空間という）の中心からほぼ等距離だけ離れた位置に環状電極からなる対極が成膜ロールとは別に配備されていて、この対極には高周波電源の他方の極が接続されている。
【０００４】
特許文献１のプラズマＣＶＤ装置では、成膜ロールと対極との間に数十から数百ｋＨｚの高周波電力を供給すると、成膜ロール管に跨るように形成された磁場との協働作用によって対向空間に放電（ペニング放電）が発生し、発生した放電により原料ガスが電離してプラズマが発生する。そして、成膜ロールに巻き掛けられた基材の表面にＣＶＤ皮膜の成膜が行われる。
【０００５】
ただ、この特許文献１の装置では、成膜ロール以外にも環状電極が対極として用いられていて、この電極に対しても高周波電源から電力が供給されている。当然、対極の表面にもプラズマが発生し成膜が行われてしまう虞があり、対極に成膜されたＣＶＤ皮膜がフレークとして剥離・混入してＣＶＤ皮膜の膜質を低下せしめるという問題があった。
そこで、特許文献１の装置のように成膜ロール以外に対極を設けて両極間に電源を接続するのではなく、成膜ロールを水平に一対設け、一方の成膜ロールを作用極、もう一方のロールを対極として用いてプラズマを発生可能にしたプラズマＣＶＤ装置が、特許文献２に示すように開発されている。
【０００６】
この特許文献２のプラズマＣＶＤ装置は、一対の成膜ロールのうち、一方の成膜ロールにプラズマ電源の正極を、また他方の成膜ロールに負極をそれぞれに接続させており、一対の成膜ロールを代わり代わりに作用極や対極として用いるものである。これら一対の成膜ロールの表面には基材が巻き掛けられているため、基材にＣＶＤ皮膜が形成されることはあっても、成膜ロールの表面に成膜が行われる心配はなく、特許文献１の装置のように対極でフレークが発生するという問題は起こり難い。
【０００７】
特に、特許文献２のプラズマＣＶＤ装置は、一対の成膜ロールの対向空間を物理的に区切って放電室を形成し、この放電室の内部で専らプラズマ発生（成膜）をさせている。この放電室は成膜ロール側に向かって開口していて、この放電室の開口を成膜ロールでフタするような構造となっており、原料ガスを供給すると放電室の真空度が室外に比べて下がって成膜が行われる構造であるため、放電室の外側でフレークが発生する心配はない。
【０００８】
一方、特許文献２の成膜装置は、放電室の外側でフレークが発生しないものであっても、放電室の壁面には皮膜が付着しやすく、今度は壁面で発生したフレークが混入してＣＶＤ皮膜の膜質を低下させるという問題を招きやすくなる。
また、特許文献２の成膜装置では、放電室に原料ガスを供給して放電室の真空度を低下させなければ成膜が行われない。すなわち、放電室の真空度を下げるためには、成膜ロールとの隙間を小さく維持して放電室の気密性を保つ必要があるが、この隙間付近にも皮膜が堆積して隙間の大きさが変化するため、放電室の気密性が保持できなくなって成膜の安定性が損なわれ、引いてはＣＶＤ皮膜の品質が低下する虞がある。
【０００９】
そこで、特許文献３の成膜装置では、成膜ロールの内部に磁場発生手段が設けられていて、磁場発生手段で発生させられた磁場領域内においてのみプラズマが発生するようになっている。この磁場発生手段は、Ｎ極の磁石とＳ極の磁石とが対向空間側に向かって突出するように距離をあけて配備されたものであり、成膜ロールの内部に設けられた一方の磁極からロールの外側に出た磁力線が、再びロールの内部に設けられた他方の磁極に戻るような磁場を形成して、この磁場に沿った領域のみにプラズマが発生する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００５−５０４８８０号公報
【特許文献２】特許２５８７５０７号公報
【特許文献３】特開２００８−１９６００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、特許文献３の成膜装置では、磁場発生手段によりプラズマが発生する領域（プラズマ発生領域）を、磁場が形成される成膜ロールの表面の一部に限定することはできる。しかし、発生したプラズマは基材などで遮蔽されていない原料ガスのガス供給部まで届き、この原料ガスの供給部付近で堆積してフレークとなり、発生したフレークが落下してＣＶＤ皮膜に混入することにより皮膜の品質に悪影響を与える可能性がある。
【００１２】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、真空チャンバの内部、特に原料ガスの供給部にプラズマが当たってフレークが発生する（不要な成膜が起こる）ことを抑制して、品質に優れたＣＶＤ皮膜の成膜が可能なプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明のプラズマＣＶＤ装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、内部が空洞とされた真空チャンバと、前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、前記真空チャンバ内に配備されると共に成膜対象である基材が巻き掛けられた成膜ロールと、前記真空チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、前記成膜ロールの表面近傍にプラズマ発生領域を形成し、当該成膜ロールに巻き掛けられた基材に成膜を行うプラズマ電源と、を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、前記ガス供給部が、前記プラズマ発生領域に対して前記成膜ロールを挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域に設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
つまり、本発明者は、ガス供給部をプラズマと接触することがないプラズマ非発生領域に設ければ、ガス供給部でフレークが発生することが抑制でき、発生したフレークが混入してＣＶＤ皮膜の膜質を悪化させる心配もなくなるのではないかと考えた。そして、ガス供給部を、従前は単なるデッドスペースでしかなかったプラズマ発生領域に対して前記成膜ロールを挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域に設けることでＣＶＤ皮膜の品質が実際に良好になることを知見して、本発明を完成させたのである。
【００１５】
このプラズマ非発生領域としては、前記成膜ロールを挟んでプラズマ発生領域の反対側に、巻き掛けられた非導電性の基材を当該基材が送られてきた方向に送り返すガイドロールであって、プラズマ電源から絶縁されたガイドロールを配備しておき、このガイドロールと、当該ガイドロールに向かう入側の基材と、当該下流側のガイドロールから送り出される出側の基材と、で囲まれた領域を採用することができる。
【００１６】
上述したようなプラズマ非発生領域は、成膜ロールを挟んでプラズマ発生領域の反対側に設けられており、物理的にプラズマ発生領域から遮断されているため、成膜ロールに発生したプラズマの影響で成膜が起こることがない。
また、非導電性の基材、ガイドロール、あるいはこれらで囲まれた空間は、いずれもプラズマ電源から絶縁されているため、そのままではプラズマが形成されることがない。それゆえ、このプラズマ非発生領域にガス供給部を設置しても、ガス供給部にフレークが形成される心配はなく、ＣＶＤ皮膜の品質安定性に悪影響を及ぼすこともない。
【００１７】
なお、前記ガイドロールに向かう入側の基材とガイドロールから送り出される出側の基材との間には隙間が形成されていて、当該隙間が前記ガス供給部から供給された原料ガスをプラズマ発生領域まで流通させるガス流路とされているのが好ましい。
原料ガスのガス流路を成膜ロールの表面を覆う基材で形成すれば、成膜ロールの表面に原料ガスが直接接触することが無くなり、成膜ロールの表面にフレークが発生することを確実に抑制することが可能となる。また、このガス流路ではプラズマ発生領域方向に向かって原料ガスの流れが生じるため、プラズマがプラズマ非発生領域に入ってくることを抑制することも可能となる。
【００１８】
また、前記入側の基材と、出側の基材とのうち、いずれか一方の基材を他方の基材側に向かって押圧する押圧ロールが設けられていて、当該押圧ロールを用いて前記隙間を調整可能とされているのが好ましい。
このように押圧ロールで基材間の隙間を絞れるようにしておけば、原料ガスの流量を調整してＣＶＤ皮膜の成膜速度を調整することも可能となる。
【００１９】
さらに、上述したプラズマＣＶＤ装置としては、前記ガイドロールが設けられた成膜ロールを、それぞれの軸心が互いに平行となるように水平方向に距離をあけて１組備えたものを用いるのが好ましい。
また、前記成膜ロールの内部に、当該成膜ロールの表面にプラズマを収束させる磁場発生部材が設けられている場合にあっては、前記磁場発生部材は、成膜ロールの軸方向に沿って配備された棒状の磁石と、この棒状の磁石の周囲を囲むように配備されるレーストラック状の磁石とを備えていて、前記棒状の磁石とレーストラック状の磁石とは、互いに異なる磁極をプラズマ発生領域側に向けるようにして配備されているのが好ましい。
【００２０】
上述したように棒状の磁石とレーストラック状の磁石とで磁場発生部材を構成すれば、両磁石間に閉じた磁力線が形成されてプラズマの発生場所を成膜ロールの表面の一部分に限定させることができる。また、プラズマ発生領域が成膜ロールの表面の一部分に限定されれば、原料ガスの供給部とプラズマが発生する領域とを場所的に離すことが容易になり、原料ガスの供給部に対するフレークの発生を確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いることで、真空チャンバの内部、特に原料ガスの供給部にプラズマが当たってフレークが発生することを抑制することができ、フレークの混入がなく品質に優れたＣＶＤ皮膜の成膜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置の正面図である。
【図２】第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置で行われる成膜工程を示す図である。
【図３】第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置の斜視図である。
【図４】プラズマ発生部分の拡大断面図である。
【図５】磁場発生部材の斜視図である。
【図６】第２実施形態のプラズマＣＶＤ装置の正面図である。
【図７】第２実施形態の変形例の正面図である。
【図８】第３実施形態のプラズマＣＶＤ装置の正面図である。
【図９】第３実施形態の変形例の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置１の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１の全体構成を示している。
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１（以下、単に装置１という）は、減圧下において、互いに対向して配置した一対の成膜ロール２、２に交流あるいは極性反転を伴うパルス電圧を印加し、成膜ロール２、２の間の対向空間３にグロー放電を発生させ、成膜ロール２に巻き掛けたシート状の基材ＷにプラズマＣＶＤによる成膜を行うものである。
【００２４】
この装置１は、内部が空洞とされた筺状の真空チャンバ４を備えていて、真空チャンバ４の内部は真空排気手段５によって真空状態または低圧状態まで減圧可能となっている。この真空チャンバ４内には、成膜ロール２がその軸心を水平方向（図１では紙面貫通方向）に向けるようにして且つ互いに水平方向に距離をあけて一対配備されている。この成膜ロール２は正逆両方向に回転可能とされている。一対の成膜ロール２、２のそれぞれには、プラズマ電源６の両極がそれぞれ接続されていて、成膜対象であるシート状の基材Ｗが巻き掛けられている。
【００２５】
そして、この装置１は、真空チャンバ４内に原料ガスを供給するガス供給部７を備えており、それぞれの成膜ロール２の内部には対向する成膜ロール２との間にプラズマＰを生成する磁場発生手段８が設けられている。本発明の装置１は、この磁場発生手段８が形成した磁場内で放電を発生させ、放電により生じた原料ガスのプラズマＰ内に基材Ｗを通過させることで基材Ｗの表面にＣＶＤ皮膜を形成するものである。
【００２６】
なお、以下の説明において、図１の上下を装置１を説明する際の上下とし、図１の左右を装置１を説明する際の左右とする。
真空チャンバ４は、内部が空洞とされた筺状に形成されており、外部に対して内部を気密的に保持できるようになっている。真空チャンバ４の下側には、真空チャンバ４の内部を真空状態まで排気する真空排気手段５の真空ポンプ９が設けられている。
【００２７】
真空排気手段５は、真空チャンバ４の下側の隔壁に形成された排気口１０と、この排気口１０に取り付けられた真空ポンプ９から構成されており、外部からの指令に応じて真空チャンバ４の内部を真空状態または真空状態に準じた低圧状態まで排気できるようになっている。真空排気手段５により真空（低圧）とされた真空チャンバ４内部に対しては、ガス供給部７から原料ガスが供給される。
【００２８】
原料ガスは、成膜しようとするＣＶＤ皮膜の種類に合わせてさまざまなものが選択されるが、本実施形態のようにＳｉＯｘバリア膜をＣＶＤ皮膜として形成する装置１の場合であれば、ＨＭＤＳＯ（ヘキサメチルジシロキサン）とＯ2、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ2、ＮＨ3またはこれらの混合物とを含む混合ガスが選択される。なお、本実施形態の装置１では、原料ガスにＨＭＤＳＯを含むものを例示しているが、原料ガスにはＨＭＤＳＯ以外の有機シリコン系原料ガス、例えばＨＭＤＳ（Ｎ）（ヘキサメチルジシラザン）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＭＳ（トリメチルシラン、テトラメチルシラン）、モノシランなどを用いることもできる。
【００２９】
ＣＶＤ皮膜の成膜対象である基材Ｗとしては、プラスチックのフィルムやシート、紙など、ロール状に巻き取り可能な非導電性の材料が考えられる。これらの基材Ｗはコイル状に巻き取られて真空チャンバ４に配備されたアンコイラー１１（逆回転する場合はコイラーとなる。）に取り付けられている。基材Ｗとして用いられるプラスチックフィルムやシートとしては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリイミド等があり、基材Ｗの厚みとしては真空中での搬送が可能な５μｍ 〜０．５ｍｍが好ましい。これらの基材Ｗは、ＣＶＤ皮膜を成膜した後、真空チャンバ４内のコイラー１２（逆回転させる場合にはアンコイラーになる。）でコイル状に巻き取られる。
【００３０】
図１〜図３に示すように、一対の成膜ロール２、２は、互いに同径の同長のステンレス材料等で形成された円筒体であり、その回転中心が真空チャンバ４の底面（下側の隔壁の上面）から略同じ高さになるように設置されている。一対の成膜ロール２、２は互いの軸芯が平行となるように水平に距離をあけて配備されており、両ロール２、２の間にはロールの外周面同士が対向し合う対向空間３が形成されている。
【００３１】
成膜ロール２は、さまざまな寸法幅の基材Ｗを巻き掛けられるように、巻き掛け可能な基材Ｗのうちでも最も幅が大きなものより広幅に形成されている。また、成膜ロール２の内部には、温度調整された水などの媒体が流通されていて、ロール表面の温度を調整できるようになっている。成膜ロール２の表面には、傷が付きにくいようにクロムメッキや超硬合金などのコーティングが好ましくは行われている。
【００３２】
一対の成膜ロール２、２は、いずれも真空チャンバ４から電気的に絶縁されており、また上述したように対向空間３を介してロール同士も互いに電気的に絶縁されて配備されている。そして、一対の成膜ロール２、２の一方にはプラズマ電源６の一方の極（例えば正極）が、また他方にもう一方の極（例えば負極）が接続されていて、一対の成膜ロール２、２が互いに異なる極性を示すように接続されている。
【００３３】
図４及び図５に示すように、磁場発生手段８は、成膜ロール２の内部に配備されていて、磁石を用いて成膜ロール２の表面付近に磁場を形成し、形成した磁場を用いてプラズマＰを収束させる機能を有している。磁場発生手段８は、棒状の磁石１３と、この棒状の磁石１３の周囲を囲むように配備されるレーストラック状の磁石１４とを備えている。棒状の磁石１３は、成膜ロール２の軸心と平行な方向に沿って長い長尺棒状の磁石であって、磁場発生手段８における上下方向の中途側に、その軸心を成膜ロール２の軸心と平行な方向に向けるようにして配備されている。また、レーストラック状の磁石１４は、棒状の磁石を長円の環状に繋げたような形状をした磁石であり、棒状の磁石１３の軸心を通って上下に伸びる平面上で、棒状の磁石１３の周囲を距離をあけて囲むように配備されている。
【００３４】
棒状の磁石１３は、その軸心とは垂直な方向に磁極を向けて配備されており、図例ではＮ極を対向空間３側に向けて取り付けられている。また、レーストラック状の磁石１４は、棒状の磁石１３と正反対の方向に磁極を向けて配備されており、図例ではＳ極を対向空間３側に向けて取り付けられている。
つまり、磁場発生手段８では、棒状の磁石１３のＮ極とレーストラック状の磁石１４のＳ極とがいずれも対向空間３側を向いていて、成膜ロール２の内部にある棒状の磁石１３のＮ極から成膜ロール２の外側に飛び出した磁力線が、円弧を描いて曲がりつつ再び成膜ロール２の内部に設けられたレーストラック状の磁石１４のＳ極に戻るような湾曲した磁場を形成できるようになっている。
【００３５】
プラズマ電源６は、高周波の交流電圧、または、両極の極性が反転可能なパルス状の電圧（パルス状直流電圧）が発生可能なものである。このプラズマ電源６の両極は、いずれも真空チャンバ４から絶縁されたフローティング電位とされていて、一対の成膜ロール２、２のそれぞれに接続されて成膜ロール２、２間に放電を生起可能な電位を付与する構成とされている。成膜を行う基材Ｗは、前述の如く絶縁性の材料であるため、直流の電圧の印加では電流を流すことが出来ないが、フィルム（基材Ｗ）の厚みに応じた適切な周波数（およそ１ｋＨｚ〜、好ましくは１０ｋＨｚ〜）であれば基材Ｗを通して導通可能である。なお、周波数の上限は特にないが、数１０ＭＨｚ以上になると定在波を形成するので好ましくはない。
【００３６】
本発明のプラズマＣＶＤ装置１では、真空チャンバ４内に設けられた部材の中でも、特にＣＶＤ皮膜が形成すると好ましくないとされているガス供給部７を、このガス供給部７を発生したプラズマＰと接触することがないプラズマ非発生領域１５に配備しているのであり、これによりガス供給部７付近で不要な皮膜が堆積してフレークが発生したり、あるいは発生したフレークが混入してＣＶＤ皮膜の品質が低下したりすることを確実に抑制していることを特徴としている。
【００３７】
次に、プラズマ非発生領域１５及びこのプラズマ非発生領域１５に設けられるガス供給部７について、詳しく説明する。
図２に示すように、プラズマ非発生領域１５は、真空チャンバ４内においてプラズマ発生領域１６で発生したプラズマＰと全く接触しないか、殆ど接触しない場所のことであり、プラズマ発生領域１６に対して成膜ロール２を挟んだ反対側に配備されている。
【００３８】
具体的には、プラズマ発生領域１６は、成膜ロール２、２間の対向空間３に形成されている。そして、プラズマ非発生領域１５は、成膜ロール２を基準としてプラズマ発生領域１６の反対側に、すなわちプラズマ発生領域１６に対して成膜ロール２の影になる部分に設けられている。
この成膜ロール２を基準としてプラズマ発生領域１６の反対側には、ガイドロール１７が正逆回転可能に設けられており、図２にグレーに網掛けした部分として示すように、この実施形態においてガス供給部７が配置されるプラズマ非発生領域１５は、このプラズマ電源６から絶縁されている非給電のガイドロール１７と、このガイドロール１７に向かって巻き入れられようとしている基材Ｗ（以降、入側の基材Ｗという）と、このガイドロール１７から巻き出されようとしている基材Ｗ（以降、出側の基材Ｗという）との三者に囲まれた領域として構成されている。なお、基材Ｗを図１の矢印と逆方向に搬送する際には、上記入側と出側の基材の位置は反対になる。
【００３９】
図２及び図３に示すように、ガイドロール１７は、成膜ロール２と平行に配備されたロールであり、真空チャンバ４内に回転自在に設けられている。ガイドロール１７は、プラズマ電源６と電気的に接続されておらず、非給電状態となっている。
ガイドロール１７は、一対の成膜ロール２、２のそれぞれに対応して設けられている。例えば、成膜ロール２が基材Ｗの搬送方向（通板または通箔方向）における上流側の（図２の場合であれば図の左側に設けられた）のものである場合、ガイドロール１７には成膜ロール２から巻き出された基材Ｗが巻き掛けられており、またこのガイドロール１７に巻き掛けられた基材Ｗは下流側の成膜ロール２に設けられたガイドロール１７側に送り出されている。また、成膜ロール２が基材Ｗの搬送方向における下流側の（図２の場合であれば図の右側に設けられた）のものである場合、この下流側のガイドロール１７には上流側のガイドロール１７から巻き出された基材Ｗが巻き掛けられており、このガイドロール１７に巻き掛けられた基材Ｗは下流側の成膜ロール２に送られている。
【００４０】
これらのガイドロール１７はいずれも巻き掛けられた基材Ｗをこの基材Ｗが送られてきた方向に向かって送り返すものであり、ガイドロール１７に巻き入れられようとしている基材Ｗと、ガイドロール１７から巻き出されていく基材Ｗとの間には、狭い隙間Ｄしか許容されていない。
この入側及び出側の基材Ｗ間に形成された狭い隙間Ｄは、ガス供給部７から供給された原料ガスをプラズマ発生領域１６まで流通させるガス流路１８とされている。このガス流路１８の先端はプラズマ非発生領域１５に繋がっていて、このプラズマ非発生領域１５にガス供給部７が設けられている。
【００４１】
狭い隙間Ｄは、０．１〜２０ミリメートルとする。プラズマ非発生領域１５をプラズマＰと全く接触しないか、殆ど接触しない場所とするためには、狭い隙間Ｄは狭いほうがより好ましいが、隙間Ｄが狭いと、プラズマ非発生領域１５の内部の圧力が上がり、フィルムを外側に押し広げて安定した搬送を妨げるので、隙間Ｄは０．１ミリメートル以上に設計する。一方、狭い隙間Ｄが広すぎると成膜ロール２の影を形成できないので２０ミリ以下に設計する。
さらにプラズマＰから拡散したプラズマがプラズマ非発生領域１５に拡散で入ってこないようにするために、狭い隙間Ｄは３ミリメートル以下とするとなお良い。
【００４２】
基材Ｗの波打ちやたわみによって基材Ｗ同士が触れ合わないように狭い隙間Ｄは０．３ミリメートル以上とする。
図３に示すように、ガス供給部７は、成膜ロール２と平行な円筒状に形成されたパイプ状の部材であり、プラズマ非発生領域１５に配備されている。ガス供給部７の内部は空洞となっていて、この内部には原料ガスが流通可能となっている。ガス供給部７の外周面には原料ガスを噴出するノズル部（図示略）が形成されており、このノズル部から外部に噴射された原料ガスは、入側及び出側の基材Ｗ間に形成された狭い隙間Ｄを通って、成膜ロール２間に形成されたプラズマ発生領域１６に達することになる。
【００４３】
なお、本実施形態のプラズマ非発生領域１５には、このプラズマ非発生領域１５のロール幅方向の両端を覆う遮蔽板１９が設けられていて、上述した基材Ｗ間の隙間Ｄ以外からプラズマ非発生領域１５の内部にプラズマＰが移動できないようになっている。しかしながら、このような遮蔽板１９は特に設けられていなくても良い。
ところで、上述したプラズマ非発生領域１５には、次のような特徴がある。
（１）プラズマ発生領域１６に対して成膜ロール２を挟んだ反対側に配備されており、プラズマ発生領域１６と直接対面することがない。つまり、プラズマ非発生領域１５には、プラズマ発生領域１６から直接プラズマＰが到達することはない。
（２）プラズマ非発生領域１５は、非給電のガイドロール１７と、このガイドロール１７に巻き掛けられた絶縁性の基材Ｗとで囲まれていて、領域内でプラズマＰが発生する虞がない。つまり、絶縁体で囲まれたプラズマ非発生領域１５では、プラズマＰが発生することがない。
（３）プラズマ非発生領域１５は、ガイドロール１７と、このガイドロール１７に向かう入側の基材Ｗと、このガイドロール１７から送り出される出側の基材Ｗと、で囲まれた領域として形成されており、基材Ｗ間の隙間Ｄ以外から内部にプラズマＰが物理的に出入りできないようになっている。その上、この隙間Ｄには、上述したようにガス供給部７から噴出された原料ガスの流れが外側に向かって形成されており、発生したプラズマＰが流れに逆らって入り込むこともない。
【００４４】
つまり、本実施形態の装置１では、プラズマＰが直接飛んできたり、流れ込んで来たりすることが無く、プラズマＰが発生することもないプラズマ非発生領域１５に、ガス供給部７を設けているため、ガス供給部７に成膜が行われることは起こり得ない。その結果、第１実施形態の装置１では、ガス供給部７に成膜された余計な皮膜が堆積してフレークが発生することや、ガス供給部７で発生したフレークが剥離・混入して基材Ｗ上に成膜するＣＶＤ皮膜の膜質を悪化させる心配がないので、品質に優れたＣＶＤ皮膜の成膜が可能となるのである。
「第２実施形態」
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４５】
図６に示すように第２実施形態の装置１は、第１実施形態とは異なり、成膜ロール２のうち１本が基材Ｗを巻き掛けるロールではなく平板状の対向電極２０とされたものである。そして、これらの成膜ロール２や対向電極２０には、いずれも磁場発生手段８が付帯されていない。
それゆえ、この対向電極２０と成膜ロール２とをプラズマ電源６に接続すると、図６に示すように成膜ロール２と対向電極２０の間にグロー放電が生じてプラズマＰが発生し、成膜ロール２に巻き掛けられた基材ＷにＣＶＤ皮膜が形成される。
【００４６】
このとき、図例のように成膜ロール２を挟んでプラズマ発生領域１６の反対側にあるプラズマ非発生領域１５にガス供給部７を設ければ、上述した（１）〜（３）と同様な理由でガス供給部７にプラズマＰが接触しなくなり、ガス供給部７に形成されたフレークが混入してＣＶＤ皮膜の膜質が劣化する虞もなくなる。
この第２実施形態は、成膜ロール２を一対備えない従来の装置１、言い換えればペニング放電を利用して成膜を行うような装置１に対しても、ガス供給部７に対する成膜を抑制するという本発明の技術は適用可能であることを示している。
【００４７】
なお、図６の形態はそれぞれの電極に磁場発生手段８を設けていないものであったが、図７に示すように成膜ロール２と平板状の対向電極２０とを組み合わせた場合にも、対向電極２０の背面に磁場発生手段８を設けてそれぞれの電極の表面付近にプラズマＰを収束させることもできる。このように対向空間３で発生するプラズマＰを収束すればプラズマ発生領域１６の範囲がより限定され、ガス供給部７をプラズマＰから確実に隔離することが可能となり、ガス供給部７に対する不必要な皮膜の形成を抑制して、ＣＶＤ皮膜の膜質の安定性や成膜の生産性を高めることが可能となる。
「第３実施形態」
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００４８】
図８に示すように、第３実施形態の装置１は、入側の基材Ｗと、出側の基材Ｗとのうち、いずれか一方の基材Ｗを他方の基材Ｗ側に向かって押圧する押圧ロール２１が設けられていて、この押圧ロール２１を用いてガス流路１８を流れる原料ガスの流量が調整可能とされているものである。
この押圧ロール２１は成膜ロール２と平行に配備されたものであり、本実施形態では一対の成膜ロール２、２のそれぞれに対して配備されている。
【００４９】
押圧ロール２１の外周面には基材Ｗが接触しており、また押圧ロール２１は成膜ロール２に対してその軸心を平行に保ったまま接離自在となっている。
第３実施形態の装置１では、押圧ロール２１を成膜ロール２側に向かって移動させれば基材Ｗ間の隙間Ｄが狭まって、ガス流路１８を流れる原料ガスの流量を変更可能となっている。この隙間Ｄを小さくする（ガス流路１８を流れる原料ガスの流量を絞る）とプラズマＰが十分に発生せず、ＣＶＤ皮膜の形成が不十分になる。また、隙間Ｄを大きくしすぎると、プラズマＰがガス供給部７に付着しやすくなり、優れた膜質のＣＶＤ皮膜を成膜することが困難になる。それゆえ、押圧ロール２１を用いて隙間Ｄ（ガス流路１８の流量）を調整すれば、優れた膜質のＣＶＤ皮膜を生産性良く得ることが可能となるのである。
【００５０】
本形式の押圧ロールでは、図１の「第一の実施形態」でフィルムの振れや波打ちで精密に調整することが困難である隙間Ｄの調整を容易にする効果も持ち合わせている。
なお、図８の例では押圧ロール２１は一対の成膜ロール２、２のそれぞれに対応して１本づつ（合計で２本）配備されていて、それぞれの成膜ロール２、２で成膜されるＣＶＤ皮膜の成膜速度を調整可能となっていたが、図９に示すように押圧ロール２１は一対の成膜ロール２、２に対して１本ずつとしても良い。このように押圧ロール２１を１本とする場合は、一対の成膜ロール２、２のそれぞれに対して等しく距離を変更できるように、押圧ロール２１を一対の成膜ロール２、２軸心の２等分線上を通るように配置すればよい。また、押圧ロール２１の位置は平行に保ったまま接離自在として説明したが、留め具の位置調整などで押圧ロール２１の位置を変えられるような半固定の形態でもよいし、押圧ロール２１の固定具を交換して位置を変えられる形態でもよい。
【００５１】
なお、本発明の実施形態における隙間Ｄは、成膜条件によって異なるが、概ね０．１〜２０ｍｍ程度が好ましく、０．３〜３ｍｍ程度が最も好ましい。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
なお、成膜ロール２は、同径、同長である方が好ましいが、必ずしも同径、同長でなくても良い。また、成膜ロール２同士の軸芯は互いに水平に配備されているのが好ましいが、必ずしも水平でなくても良い。例えば、成膜ロール２を上下に距離をあけて一対配備しても良い。さらに、これらの場合の上下や左右といった位置関係は厳密なものでなくても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１ プラズマＣＶＤ装置（装置）
２ 成膜ロール
３ 対向空間
４ 真空チャンバ
５ 真空排気手段
６ プラズマ電源
７ ガス供給部
８ 磁場発生手段
９ 真空ポンプ
１０ 排気口
１１ アンコイラー
１２ コイラー
１３ 棒状の磁石
１４ レーストラック状の磁石
１５ プラズマ非発生領域
１６ プラズマ発生領域
１７ ガイドロール
１８ ガス流路
１９ 遮蔽板
２０ 対向電極
２１ 押圧ロール
Ｄ 入側の基材と出側の基材との間の隙間
Ｐ プラズマ
Ｗ 基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、
前記真空チャンバ内に配備されると共に成膜対象である基材が巻き掛けられた成膜ロールと、
前記真空チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記成膜ロールの表面近傍にプラズマ発生領域を形成し、当該成膜ロールに巻き掛けられた基材に成膜を行うプラズマ電源と、
を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、
前記ガス供給部が、前記プラズマ発生領域に対して前記成膜ロールを挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域に設けられていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記成膜ロールを挟んでプラズマ発生領域の反対側には、巻き掛けられた非導電性の基材を当該基材が送られてきた方向に送り返すガイドロールであって前記プラズマ電源から絶縁されたガイドロールが配備されており、
前記プラズマ非発生領域が、前記ガイドロールと、当該ガイドロールに向かう入側の基材と、当該下流側のガイドロールから送り出される出側の基材と、で囲まれていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記ガイドロールに向かう入側の基材とガイドロールから送り出される出側の基材との間には隙間が形成されていて、当該隙間が前記ガス供給部から供給された原料ガスをプラズマ発生領域まで流通させるガス流路とされていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記入側の基材と、出側の基材とのうち、いずれか一方の基材を他方の基材側に向かって押圧する押圧ロールが設けられていて、当該押圧ロールを用いて前記隙間を調整可能とされていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記成膜ロールは、その軸心が互いに平行となるように、水平方向に距離をあけて１組配備されていて、
前記１組の成膜ロールのそれぞれにガイドロールが設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記成膜ロールの内部に、当該成膜ロールの表面にプラズマを収束させる磁場発生部材が設けられていて、
前記磁場発生部材は、成膜ロールの軸方向に沿って配備された棒状の磁石と、この棒状の磁石の周囲を囲むように配備されるレーストラック状の磁石とを備えていて、
前記棒状の磁石とレーストラック状の磁石とは、互いに異なる磁極をプラズマ発生領域側に向けるようにして配備されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内を真空排気する真空排気手段と、
前記真空チャンバ内に配備されると共に成膜対象である基材が巻き掛けられた成膜ロールと、
前記真空チャンバ内に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記成膜ロールの表面近傍にプラズマ発生領域を形成し、当該成膜ロールに巻き掛けられた基材に成膜を行うプラズマ電源と、
を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、
前記ガス供給部が、前記プラズマ発生領域に対して前記成膜ロールを挟んだ反対側に位置するプラズマ非発生領域に設けられていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記成膜ロールを挟んでプラズマ発生領域の反対側には、巻き掛けられた非導電性の基材を当該基材が送られてきた方向に送り返すガイドロールであって前記プラズマ電源から絶縁されたガイドロールが配備されており、
前記プラズマ非発生領域が、前記ガイドロールと、当該ガイドロールに向かう入側の基材と、当該下流側のガイドロールから送り出される出側の基材と、で囲まれていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記ガイドロールに向かう入側の基材とガイドロールから送り出される出側の基材との間には隙間が形成されていて、当該隙間が前記ガス供給部から供給された原料ガスをプラズマ発生領域まで流通させるガス流路とされていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記入側の基材と、出側の基材とのうち、いずれか一方の基材を他方の基材側に向かって押圧する押圧ロールが設けられていて、当該押圧ロールを用いて前記隙間を調整可能とされていることを特徴とする請求項３に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記成膜ロールは、その軸心が互いに平行となるように、水平方向に距離をあけて１組配備されていて、
前記１組の成膜ロールのそれぞれにガイドロールが設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記成膜ロールの内部に、当該成膜ロールの表面にプラズマを収束させる磁場発生部材が設けられていて、
前記磁場発生部材は、成膜ロールの軸方向に沿って配備された棒状の磁石と、この棒状の磁石の周囲を囲むように配備されるレーストラック状の磁石とを備えていて、
前記棒状の磁石とレーストラック状の磁石とは、互いに異なる磁極をプラズマ発生領域側に向けるようにして配備されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【図１】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−９７２９１（Ｐ２０１２−９７２９１Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４３７１７（Ｐ２０１０−２４３７１７）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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