成膜装置及び成膜方法
【課題】 基材表面に均一な薄膜を安定して形成できる成膜装置及び成膜方法を提供すること。
【解決手段】 チャンバ３内に基材搬送室９、成膜室１１、排気室１３が形成される。巻出しローラ１５は基材１６を巻回しており、基材１６はガイドローラ２１−１、２１−２、張力ピックアップロール２３−１、ガイドローラ２１−２を介してドラム１９に巻きつけられ、更にガイドローラ２１−３、張力ピックアップロール２３−２、ガイドローラ２１−４、２１−５を介して巻取りローラ１７で巻き取られる。ガス供給部３７から基材１６に向けて、成膜ガスが放出され、電気的にフローティングレベルに設定され、基材同一面側に配置された電極５５−１、５５−２間に電力が供給され、プラズマ４が発生し、基材１６の表面に薄膜が形成される。
【解決手段】 チャンバ３内に基材搬送室９、成膜室１１、排気室１３が形成される。巻出しローラ１５は基材１６を巻回しており、基材１６はガイドローラ２１−１、２１−２、張力ピックアップロール２３−１、ガイドローラ２１−２を介してドラム１９に巻きつけられ、更にガイドローラ２１−３、張力ピックアップロール２３−２、ガイドローラ２１−４、２１−５を介して巻取りローラ１７で巻き取られる。ガス供給部３７から基材１６に向けて、成膜ガスが放出され、電気的にフローティングレベルに設定され、基材同一面側に配置された電極５５−１、５５−２間に電力が供給され、プラズマ４が発生し、基材１６の表面に薄膜が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ成膜装置（以下、成膜装置と称する）及びプラズマＣＶＤ成膜方法（以下、成膜方法と称する）に係り、特に減圧下において長尺状の基材表面に均一に薄膜を安定して連続形成する成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマＣＶＤ法により基板上に薄膜を形成するためには、容量結合型プラズマと誘導結合型プラズマを用いる方法が知られている（非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】プラズマエレクトロニクス オーム社 菅井秀郎編集 第１版第1刷 平成１２年８月２５日発行 １０６ページ
【０００４】
本文献１０６ページ８行目には、容量結合型プラズマは簡単に大口径プラズマを作れることが記載され、ウエハーやガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔等の基材に対して薄膜形成を行う分野で、容量結合型プラズマが広く用いられている。
【０００５】
本文献図６.３及び１０６ページ１３行目から１４行目には容量結合型プラズマを薄膜形成に用いる場合、プラズマ放電用の２枚の電極を用い、被成膜基材は、これら２枚の電極上に配置され、この状態で成膜が行われる。
また、ロール状の基材に対して連続的に基材を搬送する機構を有し、容量結合型プラズマＣＶＤ法により成膜する装置として図８に示すものがある（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−６１４１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような方法で成膜を行う場合、半導体や絶縁性の被成膜基材の配置によりプラズマの電気的流れにくさ、即ち放電インピーダンスが大きくなり、プラズマ放電が立ちにくくなり、またプラズマ放電の安定性が悪くなるという問題があった。
プラズマ放電の不安定さはアーキングのような異常放電を引き起こし、基材に対して直径数ミリ程度のアーキング跡をつけたり、これが激しい場合には穴をあけてしまう等の外観不良、品質低下を引き起こす問題があった。
またプラズマが不安定であると、長尺状の基材等に成膜を行う際、基材搬送制御にも影響を与え、長時間連続して均一に膜を形成することができないという問題があった。
【０００８】
また、放電インピーダンスが大きくなると、同一電力を投入した場合でも放電電圧が上昇し、放電電流は低下する。この結果、成膜速度の低下（生産性低下）、膜応力の増加、基材へのダメージ（電気的なチャージアップの発生、基材が強くエッチングされることによる密着性不良、基材着色発生など）の不具合が生じ、膜品質の低下が問題となる。
さらには、基材によって放電インピーダンスが異なるため、形成される膜の膜厚や膜質が異なるという問題が生じ、基材の種類毎に成膜条件を最適化させる必要があった。
【０００９】
以上の問題は、例えばＳｉＯ2やＴｉＯ2のような絶縁膜を形成する際には、成膜材料の分解性が悪いことに起因して放電インピーダンスが更に大きくなり、成膜が不安定になるという問題がある。
一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。
【００１０】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長尺状の基材に連続して基材表面に均一な薄膜を安定して形成できる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するために第１の発明は、プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に設けられ、前記基材を巻きつけるドラムと、前記基材を搬送する搬送機構と、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極と、前記２つの電極間に電力を供給する電源と、を具備することを特徴とする成膜装置である。
【００１２】
ここで、電気的フローティングレベルとは、アースレベルに設置されたチャンバや他の成膜装置部品とは絶縁性が保たれるように、絶縁性部品や絶縁性コーティングを用い電極が設計、設置されている状態を意味している。電極の絶縁性が確保されているように設計されているにもかかわらず、ドラムの冷却または加熱に必要な冷媒や熱媒が用いられ、この冷媒や熱媒を循環供給するための配管が若干の導電性を有することに起因してアースレベル（グラウンドレベル）を基準として、電極とアースとの間で１０ｋΩ〜１０００ＭΩの抵抗を有している場合も本発明に含まれる。
【００１３】
前記電極は、基材近傍にプラズマを集中して形成するマグネットを備えてもよい。前記マグネットは、基材表面での水平磁束密度が１０ガウスから１００００ガウスであることが望ましい。前記マグネットは、マグネトロン構造を有する。
【００１４】
前記電源は、周波数が１０Ｈzから２７．１２ＭＨｚであることが望ましい。前記電源は、投入電力制御または、インピーダンス制御等が行われる。
前記ドラムは、電気的にアースレベルに設置されてもよく、電気的にフローティングレベルに設置されてもよい。また、前記ドラムがフローティングレベルの場合、前記ドラムに一定の直流電圧を印加してもよい。
【００１５】
前記ガス供給部は、前記基材の前記電極側に取り付けられ、前記基材表面に向けてガスを供給する。前記ガス供給部は、電気的にフローティングレベルでもよい。
前記チャンバは、成膜室と基材搬送室とを有する構成にしてもよい。十分な膜の緻密性と基材に対する密着性を有する膜を形成するためには、前記成膜室の成膜圧力が０.１Ｐａから１００Ｐａの間に設定、維持することが望ましい。前記基材搬送室の真空度は、成膜室プラズマが基材搬送室へもれこみプラズマ放電（成膜）が不安定になるのを防ぎ、基材搬送を適切に制御することを可能とするために、また、基材搬送機構へのプラズマダメージから保護するために、前記成膜室の成膜時の真空度よりも１０倍以上１００００倍以下の範囲で高く設定、維持することが望ましい。
【００１６】
前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室に成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を基材の片面または両面の表面に対して備えてもよい。前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置等である。前記成膜室よりも前段の前記基材搬送室にプラズマ放電装置を備えてもよい。
【００１７】
前記チャンバは、成膜室と排気室を有する構成にしてもよい。前記排気室の真空度は前記成膜室の成膜時の真空度よりも１０倍以上１００００倍以下の範囲であることが望ましい。
このように排気室真空度を設定することで、成膜基材表面で生成される副生成物を効率よく除去し、良質な膜の生成が可能となる。
前記ドラムは少なくともステンレス、鉄、銅、クロムのうちいずれかを１以上含む材料から形成され、前記ドラムは、表面平均粗さＲａが０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１８】
前記ドラムを−２０℃から２００℃の間の一定温度に保つ温度調整手段を更に備えてもよい。前記ドラムは、両端部に絶縁性領域を備えてもよい。前記絶縁性領域は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ，Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜または酸化窒化膜で形成される。または、前記絶縁性領域は、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成型体、テープ、コーティング膜により被覆している。
【００１９】
第２の発明は、プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、チャンバ内に設けられたドラムに基材を巻きつけ、前記チャンバ内にガスを供給し、前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基材を電極間に置いて成膜しないため、プラズマ放電中に電気的にカップリングされず、放電インピーダンス上昇を防ぐことが可能となる。この結果、放電開始電圧の低減により、プラズマ放電が立ちやすくなる、放電維持電圧の低減により、安定してプラズマ放電が可能になるなどの利点がある。また放電インピーダンスが小さくなることから、プラズマＣＶＤ成膜においては成膜速度の向上（生産性向上）、膜応力の低減、基材へのダメージ低減(電気的なチャージアップの発生抑制、基材エッチング低減による密着性向上、基材着色低減)を図ることが可能となる。
【００２１】
さらに、基材によるインピーダンス変動を考慮する必要がなくなるため、基材の種類毎に成膜条件を最適化する必要がなくなる。
また電極の配置や形状により、必要に応じてインピーダンスの大きさを調整することが可能となる。先に放電インピーダンスが大きくなる場合の不具合を説明したが、一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。
【００２２】
このような場合、具体的には組になって設置されている電極間の距離を広げることで放電インピーダンスは増加する。この結果、印加電力一定の場合、成膜の放電電圧は大きく、放電電流は小さくなり、結果としてイオン打ち込み効果が高まり、密着性の高い膜を形成することが可能となる。
【００２３】
反対に組になって設置されている電極間の距離を狭めることで、放電インピーダンスは減少し、印加電力一定の場合、放電電圧は小さく、放電電流は大きくなり、成膜速度の上昇（生産性向上）、膜応力の低減、基材へのダメージ低減（電気的なチャージアップの発生抑制、基材エッチング低減による密着性向上、基材着色低減）を図ることが可能となる。
【００２４】
このように、放電インピーダンスを最適とすることが可能となり、基材へのイオン打ち込み効果を調整し、膜の密着性を高めたり、基材へのダメージを低減し、良質な膜の形成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態に係る成膜装置及び成膜方法について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る成膜装置１の概略構成を示す図である。チャンバ３内に隔壁５、７が形成される。隔壁５の上側には基材搬送室９が形成され、隔壁５と隔壁７で囲まれた空間に成膜室１１が形成され、隔壁７より下側に排気室１３が形成される。
【００２６】
基材搬送室９には巻出しローラ１５、巻取りローラ１７が設けられる。隔壁５で挟まれるようにドラム１９が設けられ、巻出しローラ１５とドラム１９との間にガイドローラ２１−１、２１−２、２１−３および張力ピックアップロール２３−１が設けられ、ドラム１９と巻取りローラ１７との間にガイドローラ２１−４、２１−５、２１−６及び張力ピックアップロール２３−２が設けられる。
【００２７】
巻出しローラ１５は基材１６を巻回しており、基材１６はガイドローラ２１−１、２１−２、張力ピックアップロール２３−１、ガイドローラ２１−３を介してドラム１９に巻きつけられ、更にガイドローラ２１−４、張力ピックアップロール２３−２、ガイドローラ２１−５、２１−６を介して巻取りローラ１７で巻き取られる。張力ピックアップロール２３−１、２３−２により基材１６の張力を調整し、基材を搬送する。
【００２８】
また、基材搬送方向は図1においては巻出しローラ１５から巻取りローラ１７へ基材が進むよう説明しているが、逆方向に基材を搬送しながら成膜したり、基材処理を行うこと、これらを繰り返し行うことも可能である。真空を大気圧に戻さず、繰り返し成膜することが生産性、膜質の面からも好ましい。
基材１６は、ガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔、紙、不織布、繊維等である。
【００２９】
ドラム１９近傍に前処理装置２５、後処理装置２７が設けられる。前処理装置２５はたとえば、プラズマ放電装置であり、後処理装置２７は成膜により発生した基材帯電を除去する装置であり、例えばプラズマ放電装置である。
【００３０】
隔壁７に挟まれるように、ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３が設けられ、ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３は流量制御器３５−１、３５−２、３５−３を介してガス貯留部３３−１、３３−２、３３−３に接続される。
ガス貯留部３３−１、３３−２、３３−３は、成膜用ガスを貯留し、それぞれ例えば、成膜原料であるＴＥＯＳ（テトラエトキシシランＳｉ(ＯＣ2Ｈ5)4）、分解性の酸化ガスである酸素（０2）、放電用イオン化ガスであるアルゴン（Ａｒ）を貯留する。流量制御器３５−１、３５−２は、３５−３はガス貯留部３３−１、３３−２、３３−３からガス供給部３７に送られるガスの流量を計測する。
【００３１】
ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３はその噴出口がドラム１９上の基材１６に向けられる。このため、基材１６表面に均一に成膜用ガスを拡散、供給させることが可能となり、基材１６の大面積の部分に均一な成膜が可能となる。
【００３２】
ガス供給部３７−１、３７−２の間に電極５５−１を備えた電極ユニット３９−１が設けられ、ガス供給部３７−２、３７−３の間に電極５５−２を備えた電極ユニット３９−２が設けられ、電極５５−１、５５−２は電源４１と接続され、電源４１から電力が供給される。電極５５−１、５５−２電気的にフローティングレベルに設定されている。
【００３３】
ここで電気的フローティングレベルとは、アースレベルに設置されたチャンバや成膜装置部品とは絶縁性が保たれるように、絶縁性部品や絶縁性コーティングを用い電極が設計、設置されている状態を意味している。電極の絶縁性が確保されているように設計されているにもかかわらず、電極を冷却するために必要な冷媒を用い、この冷媒やこれら冷媒を循環供給するための配管が若干の導電性を有することに起因してアースレベル（グラウンドレベル）を基準とし、電極とアースとの間で１０ｋΩ〜１０００ＭΩの抵抗を有している場合も本発明に含まれる。
【００３４】
基材搬送室９には、圧力調整バルブ２９−１を介して真空排気ポンプ３１−１が設けられ、成膜室１１には圧力調整バルブ２９−２を介して真空排気ポンプ３１−２が設けられ、排気室１３には圧力調整バルブ２９−３を介して真空排気ポンプ３１−３が設けられる。
これら真空排気ポンプの排気能力および圧力調整バルブの開度を調整することで、任意の真空度に設定することが可能である。
【００３５】
図２は電極ユニット３９−１の断面図、図３は図２のＡ方向矢視図、図４は図３のＣ−Ｃ断面図である。
支持台５１に絶縁性シールド板５３が設けられ、この絶縁性シールド板５３に電極５５が設けられる。これらの間には熱伝導を防ぐために、オーリングやスペーサを用いて空間を設け、直接的な接触を防ぐ構造としても良い。いずれにせよ、電極５５は支持台５１とは電気的に絶縁された構造である。電極５５には外部が絶縁材料で被覆された電力供給配線５９が設けられ、電極５５の内部には冷媒を循環させるための温度調節媒体用配管５７が設けられる。
【００３６】
電極ユニット３９−２も同一の構造体を用いることが可能である。また通常、組にして使用する電極ユニットおよび電極は、電気的にバランスを等価とするため、同一サイズ、同一構造体を用いるのが好適である。
【００３７】
電力供給配線５９は電源４１に接続され、電源４１から電力が供給されると電極５５からプラズマ４３が発生する。温度調節媒体用配管５７内部には温度調節用媒体が流れ、電極５５や電極ユニット３９を冷却または加熱することができる。
【００３８】
図５はドラム１９の側面図、図６はドラム１９の断面図、図７は図５のＤ方向の矢視図である。ドラム１９は円筒状のドラム本体６１の両端に回転軸６３を備える。回転軸６３にはベアリング６５が設けられる。ドラム温度制御のため、ドラム１９および回転軸６３の内部には、冷媒や熱媒等の温度調節媒体を循環させるための配管が設置される。ドラムはドラム内を循環させる温度調節媒体の温度を調整することにより、−２０℃から＋２００℃の間で、一定温度に調節することが可能で、その温度制御性は設定温度±２℃であることが好ましい。ドラム本体６１の中央部の両側、及び回転軸６３周囲には電気的な絶縁部６９が設けられ、基材１６はドラム本体６１の中央部に巻かれる。
【００３９】
電源４１は、その周波数が１０Ｈｚから２７．１２ＭＨｚである。１０Ｈｚ以上の周波数で安定した成膜放電が可能となるとともに、２７．１２ＭＨｚよりも高い周波数では電源やそのマッチング回路が高価になり装置コストが高くなる。
さらに好ましくは１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚが好ましい。
【００４０】
１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの成膜用電源を用いた場合は、成膜材料が成膜のために必要な分解を起こす効率が高いことと、基材１６への成膜材料打ち込み効果が高いため良質な膜が得られる。また、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚは成膜材料の成膜に必要な分解を起こす分解効率が更に高まり、ガスの反応性が高くなり、緻密で密着性の高い良質な成膜が可能となる。これら電源は高周波数帯の中でも、産業上利用を許容された周波数であるため、同周波数電源は多数市販化されていて、安価であるという利点がある。
【００４１】
電源４１の制御方法として投入電力制御または放電電圧値を放電電流値で割り算した電気の流れにくさを示す放電インピーダンスを制御する、インピーダンス制御方式がある。投入電力制御では電源４１の成膜投入電力を一定となるようプラズマ放電を安定化させながら成膜を行う方法で、安定的、簡便、安価に成膜を行うことができる。
【００４２】
インピーダンス制御では、応答性が速いこと、長時間の成膜におけるインピーダンス変化が生じた場合、例えば放電によりチャンバ３の内壁が温まることで放出し始める水分の影響により、ＣＶＤ成膜ガスの組成が変化し、結果としてインピーダンスが変化したような場合、これを一定に維持する効果がある。
【００４３】
また、電源４１の安定成膜のための制御方法として、光学的手法を用いてもよい。たとえば、プラズマエミッションモニタを設置し、プラズマ中での特定元素の発光強度をモニタし、その発光強度を一定とするためのプロセス制御を行ってもよい。この場合のプロセス制御方法としては、成膜原料ガス、分解性ガス、酸化ガス、放電ガス、イオン化ガスなどの供給ガス量を制御したり、成膜圧力、基板温度等の成膜条件を制御してもよい。
【００４４】
ドラム１９は電気的にアースレベルに設置してもよい。ドラム１９をアースレベルに設置した場合、基材１６表面に蓄積された帯電電荷がアースレベルに開放され、結果として安定した成膜が可能となる。この場合、ドラム本体や回転軸、ベアリング、ドラム支持体に金属製の導電性材料を用いることで実現できる。
【００４５】
また、ドラム１９は電気的にフローティングレベル即ち絶縁電位に設置してもよい。ドラム１９の電位をフローティングレベルとすることで電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、且つその成膜への利用効率も高いものとなる。
【００４６】
ここで電気的フローティングレベルとは、電気的にチャンバ３や装置部品と絶縁性が保たれるように装置が設計、構成されている状態を意味している。絶縁性が確保されているように設計されているにも拘らず、ドラム１９や基材１６の冷却・加熱に必要な温度調節媒体が用いられる場合は、例えば配管や媒体が若干の導電性を有することに起因してアースレベル（グラウンドレベル）を基準とし、１０ｋΩ〜１０００ＭΩの抵抗を有してもよい。
この場合、ドラム回転軸、ベアリング、ドラム支持体部品のいずれか１つ以上を絶縁性部品とすることで実現することができる。
【００４７】
ドラム１９が電気的にフローティングレベルの場合、ドラム１９に直流電位をかけ、基材１６へのイオン化された成膜材料の打ち込み効果を強めたり、弱めたりする機構を設置することが可能となる。イオン化打ち込み効果を高めるためには、基材１６にマイナス１０Ｖからマイナス３０００Ｖのマイナス電位を与え、イオン化打ち込み効果を弱めるためには、基材１６にプラス１０Ｖからプラス３０００Ｖのプラス電位を与えることが好ましい。また、設備的には高額複雑となるが、基材１６に１０Ｈｚ〜２７．１２ＭＨｚの周波数を有する交流電力を与えてもよい。
【００４８】
また、成膜インピーダンスを最適とするために、電極５５−１と電極５５−２の距離を変更することにより調整することが可能となる。具体的には電極５５−１と電極５５−２間の距離を広げることで成膜インピーダンスは増加し、成膜電力を一定とした場合に、成膜放電電圧は高く、成膜放電電流は小さくなる。反対に両電極間の距離を狭めることで、成膜インピーダンスは減少し、成膜電力を一定とした場合に、成膜放電電圧は低く、成膜放電電流は大きくなる。
このような調整により、基材へのイオンの打ち込み効果を調整し、基材へのダメージを低減したり、反対に基材への膜の密着率を強めたりすることが可能となる。
【００４９】
ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３は電気的にフローティングレベルとしてもよい。この場合、ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３に成膜電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、且つその成膜への利用効率も高いものとなる。また、ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３においてチャンバ３内にガスが供給される以前に配管供給口で成膜が生じ、供給口を塞ぐことを回避できる。
【００５０】
基材搬送室９は、電極５５−１、５５−２の存在する成膜室１１とは隔壁（ゾーンシール）５により仕切られ圧力が異なる。基材搬送室９と成膜室１１とを圧力的に異なる空間とすることで成膜室１１のプラズマ４３が基材搬送室９に漏れることによって成膜室１１のプラズマ放電状態が不安定になったり、基材搬送室９の部材を傷めたり、基材搬送機構の制御のための電気回路に電気的ダメージを与えて、制御不良を引き起こすことがなくなり、安定した成膜及び基材搬送が可能となる。
【００５１】
具体的には、成膜室１１の成膜圧力は０．１Ｐａから１００Ｐａの間である。このような成膜圧力で成膜を行うことにより、安定したプラズマ４３を形成することができる。
【００５２】
そして、基材搬送室９の圧力（真空度）は成膜室１１の成膜時の圧力（真空度）よりも１０倍から１００００倍高くする。このように、基材搬送室９の圧力を設定することにより成膜室１１のプラズマ４３が基材搬送室９に漏れ込むことがなくなり、成膜室１１でのプラズマＣＶＤ成膜を安定して行うことができる。
【００５３】
排気室１３は、隔壁（ゾーンシール）７により成膜室１１と仕切られ、圧力が異なる。排気室１３は成膜室１１の成膜時の圧力よりも１０倍以上１００００倍以下の圧力（真空度）である。成膜室１１と排気室１３とを仕切り、成膜室１１と排気室１３に圧力差を設けることで、成膜時に発生した副生成物を基材１６の表面近傍から効率よく排気することができる。
【００５４】
成膜室１１よりも後段の基材搬送室９に成膜により発生した基材帯電を除去するための基材帯電除去部としての後処理装置２７を備える。
【００５５】
後処理装置２７を成膜室１１後段の基材搬送室９に設置し、基材帯電を除去することにより基材１６をドラム１９から所定位置で速やかに離し搬送することができ、安定した基材搬送が可能となり、帯電に起因する基材１６の破損や品質低下を防ぎ、基材１６表裏面の濡れ性改善による後加工適正向上を図ることがきる。
【００５６】
帯電除去部としての後処理装置２７として、例えばプラズマ放電装置、電子線照射装置、紫外線照射装置、除電バー、グロー放電装置、コロナ処理装置等、任意の処理装置を用いることが可能である。
【００５７】
プラズマ処理装置、グロー放電装置を用いて放電を形成する場合、基材１６近傍でアルゴン、酸素、窒素、ヘリウム等の放電用ガスを単体または混合して供給し、交流（ＡＣ）プラズマ、直流（ＤＣ）プラズマ、アーク放電、マイクロウェーブ、表面波プラズマ等、任意の放電方式を用いることが可能である。減圧環境下では、プラズマ放電装置を用いる帯電処理方法が最も好ましい。
【００５８】
成膜室１１よりも前段の基材搬送室９に前処理装置２５を備える。前処理装置２５は、プラズマ放電処理装置であり、このプラズマ放電処理装置は成膜前に基材１６をプラズマ放電処理することにより、基材１６の表面を物理的にエッチングすることが可能となり、基材１６表面に凹凸形状を形成することが可能な他、化学的な結合状態や官能基を変化させることにより、その後段の成膜時に膜の密着性を向上させることが可能となる。
【００５９】
ドラム１９は少なくともステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成される。ドラム１９の表面は傷つき防止のため硬質のクロムハードコート処理等を施してもよい。これらの材料は加工が容易で、ドラム自体の熱伝導性がよいので温度制御を行う際に、温度制御性が優れたものとなる。
【００６０】
ドラム１９は、その表面平均粗さＲａが１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは２ｎｍ以下であることが好ましい。通常、プラスチックフィルムや金属板（鋼鈑）鋼鈑等、基材１６の平均表面粗さＲａは通常１０〜５０ｎｍ、特別に表面平坦性を持たせて加工した基材１６で５〜１０ｎｍ、さらに表面コーティング加工により平坦加工を行った場合で、５ｎｍ以下の表面平坦性を持つため、これら基材１６に対して効率よく冷却、加熱等の温度調整を行うためには、ドラム１９は上記範囲が好ましい。
【００６１】
また、ドラム１９表面は平坦であればあるほど好ましいが、平坦性測定精度の限界は現状０．１ｎｍであり、便宜的にこの値を下限としておく。
ドラム１９は、冷却媒体及びまたは熱源媒体あるいはヒータを用いることにより−２０℃から＋２００℃の間で一定温度に設定することができる温度調節機構を有している。
【００６２】
温度調節機構により成膜時に発生する熱による基材１６の温度の変動を抑えることが可能となる。具体的には、冷却媒体（冷媒）としてエチレングリコール水溶液や熱源媒体（熱媒）としてシリコンオイルを用いたり、ドラム１９内を循環させることにより温度調節したり、ドラム１９と対向する位置にヒータを設置することが可能である。
【００６３】
特に、成膜装置１では関連する機械部品の耐熱性の制約や汎用性の面から設定温度は−２０℃から＋２００℃の間で一定温度に設置できることが好ましく、その制御性は成膜装置１を用いたプロセスにおいては設定温度±２℃以内の範囲で温度制御することが好ましい。
【００６４】
図５、図６、図７に示すように、ドラム１９は基材１６の幅方向に基材１６により被覆されない絶縁部６９およびドラム側面に絶縁部６９を有する。絶縁部６９を形成することで成膜室１１において導電性の金属部分が露出する領域がなくなり、成膜のために形成されたプラズマが電気的にドラム１９に落ちることがなくなり、安定したプラズマ４３の形成が可能となる。
【００６５】
絶縁部６９は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ，Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜、または窒化膜、または酸化窒化膜で形成される。あるいは、絶縁部６９はポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成型体、テープ、コーティング膜により被覆される。これらの方法および材料は絶縁性を確実なものとし、耐熱性、耐プラズマ性を有し、耐久性に優れた材料であるので長時間にわたり安定して用いることが可能である。
【００６６】
なお、電極５５−１、５５−２は、図２、図３、図４に示すものに代えて、図８、図９、図１０に示すようにマグネット８５を備える構造としても良い。
【００６７】
図８は電極５５−１、５５−２の側面図、図９は図８のＢ方向の矢視図、図１０は図９のＣ−Ｃ断面図である。
また通常、組にして使用する電極ユニットおよび電極は、電気的にバランスを等価とするため、同一サイズ、同一構造体を用いるのが好適である。
【００６８】
電極５５−１、５５−２はマグネトロン構造を有している。図８、図９、図１０に示すように、マグネットケース８１内に絶縁性スペーサ８４、ベースプレート８３が設けられ、このベースプレート８３にマグネット８５が設けられる。マグネットケース８１に絶縁性シールド板８７が設けられ、この絶縁性シールド板８７に電極８９が取り付けられる。従ってマグネットケース８１と電極８９は電気的に絶縁されており、マグネットケース８１をチャンバ３内に設置、固定しても電極８９は電気的にフローティングレベルとすることが可能である。電極８９に電力供給配線９３が接続され、電力供給配線９３は電源４１に接続される。また、電極８９内部には電極およびマグネット冷却のための温度調節媒体配管９１が設けられる。
【００６９】
マグネット８５は電極８９からのプラズマが基材１６に集中して形成するために設けられる。マグネット８５を設けることにより、基材１６表面近傍での反応性が高くなり、良質な膜を高速で形成することが可能となる。
【００７０】
マグネット８５は基材１６の表面位置での水平磁束密度が１０ガウスから１００００ガウスである。基材１６表面での水平磁束密度が１０ガウス以上であれば、基材１６表面近傍での反応性を十分高めることが可能となり、良質な膜を高速で形成することができる。
【００７１】
一方、基材１６表面での水平磁束密度を１００００ガウスよりも高くするには高価な磁石または磁場発生機構が必要となる。
【００７２】
電極８９−１、８９−２のマグネット８５の配置構造はマグネトロン構造である。マグネトロン構造とすることでプラズマＣＶＤ成膜時に形成されるイオン、電子はこのマグネトロン構造に従って運動する。このため、例えば３００ｍｍ□以上の大面積の基材１６に対してプラズマＣＶＤ成膜をする場合においても電極８９−１、８９−２表面全体にわたり、前述した電子やイオン、成膜材料の分解物が均一に拡散され、基材１６が大面積の場合にも均一且つ安定した成膜が可能となる。
【００７３】
また、電極やマグネットなど電極ユニットに局所的に偏って熱電子やイオンが蓄積することがなくなり、構成部材の耐熱性が低くてよくなるため、安価に部品を作製できるほか、熱変形、構造物の穴あきや割れ発生といった不具合発生を抑えることが可能となる。
【００７４】
電極８９、８９−１、８９−２は、電力を投入するために導電性で、プラズマ耐性に優れ、耐熱性を有し、冷却水による冷却効率が高く（熱伝導率が高く）、非磁性材料で、加工性に優れた材料を用い、作製することが好ましい。具体的には、アルミニウム、銅、ステンレスが好適に用いられる。
絶縁性シールド板８７は、絶縁性で、プラズマ耐性に優れ、耐熱性を有し、加工性に優れた材料を用いることが好ましい。具体的にはフッ素樹脂、ポリイミド樹脂が好適に用いられる。
【００７５】
次に、成膜装置１の概略の動作について説明する。ガス貯留部３３−１、３３−２、３３−３から成膜用ガスがガス供給部３７−１、３７−２、３７−３に供給され、ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３から基材１６に向けて成膜用ガスが噴出される。
【００７６】
また、電源４１から電極８９−１、８９−２に電力が供給され、電極８９−１、８９−２から基材１６に向けてプラズマ４３が発せられ、基材１６上に薄膜が形成される。
【００７７】
本発明によれば、基材を電極上に置いて成膜せず、電気的にカップリングされなくなるため、プラズマ放電のインピーダンス上昇を防ぐことができ、容易にプラズマ形成が可能となり、かつ長時間安定して放電およびプラズマＣＶＤ成膜を行うことが可能となる。また放電インピーダンスが上昇しないことから、プラズマＣＶＤ成膜においては成膜速度の向上（生産性向上）、膜応力の低減、基材へのダメージ低減（電気的なチャージアップの発生抑制、基材エッチング低減による密着性向上、基材着色低減）を図ることが可能となる。
【００７８】
さらに基材によるインピーダンス変動を考慮する必要がなくなるため、基材の種類毎に成膜条件を最適化する必要がなくなる。
また、電極の配置や形状により、必要に応じてインピーダンスの大きさを調整することが可能となる。先に放電インピーダンスが大きくなる場合の不具合を説明したが、一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。このような場合、具体的には対になって設置されている電極８９−１と電極８９−２の距離を広げることで放電インピーダンスは増加する。この結果、印加電力一定の場合、成膜の放電電圧は大きく、放電電流は小さくなり、結果としてイオン打ち込み効果が高まり、密着性の高い膜を形成することが可能となる。
【００７９】
反対に電極８９−１と電極８９−２の距離を狭めることで、放電インピーダンスは減少し、印加電力一定の場合、放電電圧は小さく、放電電流は大きくなり、成膜速度の向上（生産性向上）、膜応力の低減、基材へのダメージ低減（電気的なチャージアップの発生抑制、基材エッチング低減による密着性向上、基材着色低減）を図ることが可能となる。
【００８０】
このように、放電インピーダンスを最適とすることが可能であり、基材１６へのイオン打ち込み効果を調整し、膜の密着性を高めたり、基材へのダメージを低減し、良質な膜の形成が可能となる。
【００８１】
次に、図１に示す成膜装置１と図１１に示す比較例となる成膜装置２０１を用いて実際に成膜を行った際の実験結果について説明する。
【００８２】
図１に示す成膜装置１において、電極５５−１、５５−２は前述したように図８、図９、図１０に示すマグネトロン構造のマグネット８５をセットし、基材１６表面での平均水平磁束密度が１０００ガウスとなるように設定した。チャンバ３はアースレベルに、ドラム１９をフローティングレベルとした。
【００８３】
濃度３０％のエチレングリコール水溶液を冷媒として温度調節媒体用配管９１に供給した。すなわち、ドラム１９、電極５５−１、５５−２に個別に冷媒を循環供給させ、ドラム１９を０℃に冷却した。このとき、電極５５−１とドラム１９の間、電極５５−２とドラム１９との間、電極５５−１と電極５５−２の間の抵抗はそれぞれ１ＭΩであった。
【００８４】
基材１６として０．６ｍ幅のＰＥＴフィルム（東洋紡績社製、Ａ４１００、厚み１００μｍ）を用意し、基材搬送室９の基材搬送系にセットした。
真空排気ポンプ３１−２、３１−３により成膜室１１、排気室１３ともにチャンバ３内を１×１０-4Ｐａまで真空引きした。成膜用ガスとしてＴＥＯＳ（テトラエトキシシランＳｉ(ＯＣ2Ｈ5)4）を加熱温度１２０℃で気化して供給した。そして、ＴＥＯＳ、酸素、アルゴンをそれぞれ２０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍで供給し、均一に混合させた後、基材１６上にシャワー状にガスを供給した。
【００８５】
次に、真空排気ポンプ３１−１、３１−２、３１−３を調整し、成膜室１１の圧力を１０Ｐａ、基材搬送室９及び排気室１３内の圧力を０．５Ｐａの一定圧力となるように調整した。電源４１に周波数４０ｋＨｚの電源（Advanced Energy Industries, Inc.製、ＰＥＩＩ、１０ｋＷ）を用い、電極５５−１、５５−２に３ｋＷの電力を電力制御方式より印加し、ライン速度５ｍ/ｍｉｎにより１２００ｍ成膜を行った。また、成膜開始後、成膜距離２００ｍおきに前後５ｍ成膜時の平均放電電圧を求めた。また、目視により放電のアーキング（異常放電）発生回数をカウントした結果、発生は０回と異常放電なく、安定した成膜が可能なことが判明した。
【００８６】
成膜後、チャンバ３内の残留ガスを排気し、基材１６を取り出し、基材１６表面の目視観察及び２００ｍおきに、基材幅方向中央部のサンプリングを行い、これらサンプルの膜厚測定及び膜の密度測定を行った。膜厚は走査型電子線顕微鏡（ＳＥＭ；日立製作所（株）製、Ｓ−５０００Ｈ）を用いて断面観察を行うことから膜厚を求めた。膜密度はＸ線反射率測定装置（理学電機（株）製、ＡＴＸ−Ｅ）および付属ソフトウエアにより算出した。図１２は成膜結果を示す図である。
【００８７】
これに対して比較例として、図１１に示す成膜装置２０１を用意した。この成膜装置２０１は図１に示す成膜装置１と比較して電源４１の片側がドラム１９に接続されていること、電極５５−１、５５−２は電気的に等電位に接続されていて、電極５５−１、５５−２の間の抵抗は０.１Ωであった。また、成膜圧力はチャンバ３内で全ての場所で０.５Ｐａとした。
これら以外は、図１に示す装置と全く同様の設定手順で成膜を行った。図１３は成膜結果を示す図である。
【００８８】
図１２と図１３を比較すると、図１に示す本発明に係る成膜装置１では、放電電圧が低減され、放電が安定しやすくなるとともに、放電中のアーキングがほぼ発生せず、良質且つ均一な膜が形成可能となった。また、投入する電力が成膜に有効に用いられることから成膜速度が向上し、膜の密度すなわち緻密性の高い良質な膜が形成された。
【００８９】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る情報提供システム等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本実施の形態に係る成膜装置１を示す図
【図２】電極３９−１の断面図
【図３】図２のＡ方向矢視図
【図４】図３のＣ−Ｃ断面図
【図５】ドラム１９を示す図
【図６】ドラム１９の断面図
【図７】図５のＤ方方向矢視図
【図８】電極３９−１の断面図
【図９】図８のＡ方向矢視図
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図
【図１１】比較例となる成膜装置２０１を示す図
【図１２】成膜装置１による成膜結果を示す図
【図１３】成膜装置２０１による成膜結果を示す図
【符号の説明】
【００９１】
１………成膜装置
３………チャンバ
５、７………隔壁
９………基材搬送室
１１………成膜室
１３………排気室
１９………ドラム
２５………前処理装置
２７………後処理装置
３７………ガス供給部
３９………電極
４１………電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ成膜装置（以下、成膜装置と称する）及びプラズマＣＶＤ成膜方法（以下、成膜方法と称する）に係り、特に減圧下において長尺状の基材表面に均一に薄膜を安定して連続形成する成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマＣＶＤ法により基板上に薄膜を形成するためには、容量結合型プラズマと誘導結合型プラズマを用いる方法が知られている（非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】プラズマエレクトロニクス オーム社 菅井秀郎編集 第１版第1刷 平成１２年８月２５日発行 １０６ページ
【０００４】
本文献１０６ページ８行目には、容量結合型プラズマは簡単に大口径プラズマを作れることが記載され、ウエハーやガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔等の基材に対して薄膜形成を行う分野で、容量結合型プラズマが広く用いられている。
【０００５】
本文献図６.３及び１０６ページ１３行目から１４行目には容量結合型プラズマを薄膜形成に用いる場合、プラズマ放電用の２枚の電極を用い、被成膜基材は、これら２枚の電極上に配置され、この状態で成膜が行われる。
また、ロール状の基材に対して連続的に基材を搬送する機構を有し、容量結合型プラズマＣＶＤ法により成膜する装置として図８に示すものがある（特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−６１４１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような方法で成膜を行う場合、半導体や絶縁性の被成膜基材の配置によりプラズマの電気的流れにくさ、即ち放電インピーダンスが大きくなり、プラズマ放電が立ちにくくなり、またプラズマ放電の安定性が悪くなるという問題があった。
プラズマ放電の不安定さはアーキングのような異常放電を引き起こし、基材に対して直径数ミリ程度のアーキング跡をつけたり、これが激しい場合には穴をあけてしまう等の外観不良、品質低下を引き起こす問題があった。
またプラズマが不安定であると、長尺状の基材等に成膜を行う際、基材搬送制御にも影響を与え、長時間連続して均一に膜を形成することができないという問題があった。
【０００８】
また、放電インピーダンスが大きくなると、同一電力を投入した場合でも放電電圧が上昇し、放電電流は低下する。この結果、成膜速度の低下（生産性低下）、膜応力の増加、基材へのダメージ（電気的なチャージアップの発生、基材が強くエッチングされることによる密着性不良、基材着色発生など）の不具合が生じ、膜品質の低下が問題となる。
さらには、基材によって放電インピーダンスが異なるため、形成される膜の膜厚や膜質が異なるという問題が生じ、基材の種類毎に成膜条件を最適化させる必要があった。
【０００９】
以上の問題は、例えばＳｉＯ2やＴｉＯ2のような絶縁膜を形成する際には、成膜材料の分解性が悪いことに起因して放電インピーダンスが更に大きくなり、成膜が不安定になるという問題がある。
一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。
【００１０】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長尺状の基材に連続して基材表面に均一な薄膜を安定して形成できる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するために第１の発明は、プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に設けられ、前記基材を巻きつけるドラムと、前記基材を搬送する搬送機構と、前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極と、前記２つの電極間に電力を供給する電源と、を具備することを特徴とする成膜装置である。
【００１２】
ここで、電気的フローティングレベルとは、アースレベルに設置されたチャンバや他の成膜装置部品とは絶縁性が保たれるように、絶縁性部品や絶縁性コーティングを用い電極が設計、設置されている状態を意味している。電極の絶縁性が確保されているように設計されているにもかかわらず、ドラムの冷却または加熱に必要な冷媒や熱媒が用いられ、この冷媒や熱媒を循環供給するための配管が若干の導電性を有することに起因してアースレベル（グラウンドレベル）を基準として、電極とアースとの間で１０ｋΩ〜１０００ＭΩの抵抗を有している場合も本発明に含まれる。
【００１３】
前記電極は、基材近傍にプラズマを集中して形成するマグネットを備えてもよい。前記マグネットは、基材表面での水平磁束密度が１０ガウスから１００００ガウスであることが望ましい。前記マグネットは、マグネトロン構造を有する。
【００１４】
前記電源は、周波数が１０Ｈzから２７．１２ＭＨｚであることが望ましい。前記電源は、投入電力制御または、インピーダンス制御等が行われる。
前記ドラムは、電気的にアースレベルに設置されてもよく、電気的にフローティングレベルに設置されてもよい。また、前記ドラムがフローティングレベルの場合、前記ドラムに一定の直流電圧を印加してもよい。
【００１５】
前記ガス供給部は、前記基材の前記電極側に取り付けられ、前記基材表面に向けてガスを供給する。前記ガス供給部は、電気的にフローティングレベルでもよい。
前記チャンバは、成膜室と基材搬送室とを有する構成にしてもよい。十分な膜の緻密性と基材に対する密着性を有する膜を形成するためには、前記成膜室の成膜圧力が０.１Ｐａから１００Ｐａの間に設定、維持することが望ましい。前記基材搬送室の真空度は、成膜室プラズマが基材搬送室へもれこみプラズマ放電（成膜）が不安定になるのを防ぎ、基材搬送を適切に制御することを可能とするために、また、基材搬送機構へのプラズマダメージから保護するために、前記成膜室の成膜時の真空度よりも１０倍以上１００００倍以下の範囲で高く設定、維持することが望ましい。
【００１６】
前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室に成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を基材の片面または両面の表面に対して備えてもよい。前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置等である。前記成膜室よりも前段の前記基材搬送室にプラズマ放電装置を備えてもよい。
【００１７】
前記チャンバは、成膜室と排気室を有する構成にしてもよい。前記排気室の真空度は前記成膜室の成膜時の真空度よりも１０倍以上１００００倍以下の範囲であることが望ましい。
このように排気室真空度を設定することで、成膜基材表面で生成される副生成物を効率よく除去し、良質な膜の生成が可能となる。
前記ドラムは少なくともステンレス、鉄、銅、クロムのうちいずれかを１以上含む材料から形成され、前記ドラムは、表面平均粗さＲａが０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１８】
前記ドラムを−２０℃から２００℃の間の一定温度に保つ温度調整手段を更に備えてもよい。前記ドラムは、両端部に絶縁性領域を備えてもよい。前記絶縁性領域は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ，Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜または酸化窒化膜で形成される。または、前記絶縁性領域は、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成型体、テープ、コーティング膜により被覆している。
【００１９】
第２の発明は、プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、チャンバ内に設けられたドラムに基材を巻きつけ、前記チャンバ内にガスを供給し、前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基材を電極間に置いて成膜しないため、プラズマ放電中に電気的にカップリングされず、放電インピーダンス上昇を防ぐことが可能となる。この結果、放電開始電圧の低減により、プラズマ放電が立ちやすくなる、放電維持電圧の低減により、安定してプラズマ放電が可能になるなどの利点がある。また放電インピーダンスが小さくなることから、プラズマＣＶＤ成膜においては成膜速度の向上（生産性向上）、膜応力の低減、基材へのダメージ低減(電気的なチャージアップの発生抑制、基材エッチング低減による密着性向上、基材着色低減)を図ることが可能となる。
【００２１】
さらに、基材によるインピーダンス変動を考慮する必要がなくなるため、基材の種類毎に成膜条件を最適化する必要がなくなる。
また電極の配置や形状により、必要に応じてインピーダンスの大きさを調整することが可能となる。先に放電インピーダンスが大きくなる場合の不具合を説明したが、一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。
【００２２】
このような場合、具体的には組になって設置されている電極間の距離を広げることで放電インピーダンスは増加する。この結果、印加電力一定の場合、成膜の放電電圧は大きく、放電電流は小さくなり、結果としてイオン打ち込み効果が高まり、密着性の高い膜を形成することが可能となる。
【００２３】
反対に組になって設置されている電極間の距離を狭めることで、放電インピーダンスは減少し、印加電力一定の場合、放電電圧は小さく、放電電流は大きくなり、成膜速度の上昇（生産性向上）、膜応力の低減、基材へのダメージ低減（電気的なチャージアップの発生抑制、基材エッチング低減による密着性向上、基材着色低減）を図ることが可能となる。
【００２４】
このように、放電インピーダンスを最適とすることが可能となり、基材へのイオン打ち込み効果を調整し、膜の密着性を高めたり、基材へのダメージを低減し、良質な膜の形成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態に係る成膜装置及び成膜方法について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る成膜装置１の概略構成を示す図である。チャンバ３内に隔壁５、７が形成される。隔壁５の上側には基材搬送室９が形成され、隔壁５と隔壁７で囲まれた空間に成膜室１１が形成され、隔壁７より下側に排気室１３が形成される。
【００２６】
基材搬送室９には巻出しローラ１５、巻取りローラ１７が設けられる。隔壁５で挟まれるようにドラム１９が設けられ、巻出しローラ１５とドラム１９との間にガイドローラ２１−１、２１−２、２１−３および張力ピックアップロール２３−１が設けられ、ドラム１９と巻取りローラ１７との間にガイドローラ２１−４、２１−５、２１−６及び張力ピックアップロール２３−２が設けられる。
【００２７】
巻出しローラ１５は基材１６を巻回しており、基材１６はガイドローラ２１−１、２１−２、張力ピックアップロール２３−１、ガイドローラ２１−３を介してドラム１９に巻きつけられ、更にガイドローラ２１−４、張力ピックアップロール２３−２、ガイドローラ２１−５、２１−６を介して巻取りローラ１７で巻き取られる。張力ピックアップロール２３−１、２３−２により基材１６の張力を調整し、基材を搬送する。
【００２８】
また、基材搬送方向は図1においては巻出しローラ１５から巻取りローラ１７へ基材が進むよう説明しているが、逆方向に基材を搬送しながら成膜したり、基材処理を行うこと、これらを繰り返し行うことも可能である。真空を大気圧に戻さず、繰り返し成膜することが生産性、膜質の面からも好ましい。
基材１６は、ガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔、紙、不織布、繊維等である。
【００２９】
ドラム１９近傍に前処理装置２５、後処理装置２７が設けられる。前処理装置２５はたとえば、プラズマ放電装置であり、後処理装置２７は成膜により発生した基材帯電を除去する装置であり、例えばプラズマ放電装置である。
【００３０】
隔壁７に挟まれるように、ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３が設けられ、ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３は流量制御器３５−１、３５−２、３５−３を介してガス貯留部３３−１、３３−２、３３−３に接続される。
ガス貯留部３３−１、３３−２、３３−３は、成膜用ガスを貯留し、それぞれ例えば、成膜原料であるＴＥＯＳ（テトラエトキシシランＳｉ(ＯＣ2Ｈ5)4）、分解性の酸化ガスである酸素（０2）、放電用イオン化ガスであるアルゴン（Ａｒ）を貯留する。流量制御器３５−１、３５−２は、３５−３はガス貯留部３３−１、３３−２、３３−３からガス供給部３７に送られるガスの流量を計測する。
【００３１】
ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３はその噴出口がドラム１９上の基材１６に向けられる。このため、基材１６表面に均一に成膜用ガスを拡散、供給させることが可能となり、基材１６の大面積の部分に均一な成膜が可能となる。
【００３２】
ガス供給部３７−１、３７−２の間に電極５５−１を備えた電極ユニット３９−１が設けられ、ガス供給部３７−２、３７−３の間に電極５５−２を備えた電極ユニット３９−２が設けられ、電極５５−１、５５−２は電源４１と接続され、電源４１から電力が供給される。電極５５−１、５５−２電気的にフローティングレベルに設定されている。
【００３３】
ここで電気的フローティングレベルとは、アースレベルに設置されたチャンバや成膜装置部品とは絶縁性が保たれるように、絶縁性部品や絶縁性コーティングを用い電極が設計、設置されている状態を意味している。電極の絶縁性が確保されているように設計されているにもかかわらず、電極を冷却するために必要な冷媒を用い、この冷媒やこれら冷媒を循環供給するための配管が若干の導電性を有することに起因してアースレベル（グラウンドレベル）を基準とし、電極とアースとの間で１０ｋΩ〜１０００ＭΩの抵抗を有している場合も本発明に含まれる。
【００３４】
基材搬送室９には、圧力調整バルブ２９−１を介して真空排気ポンプ３１−１が設けられ、成膜室１１には圧力調整バルブ２９−２を介して真空排気ポンプ３１−２が設けられ、排気室１３には圧力調整バルブ２９−３を介して真空排気ポンプ３１−３が設けられる。
これら真空排気ポンプの排気能力および圧力調整バルブの開度を調整することで、任意の真空度に設定することが可能である。
【００３５】
図２は電極ユニット３９−１の断面図、図３は図２のＡ方向矢視図、図４は図３のＣ−Ｃ断面図である。
支持台５１に絶縁性シールド板５３が設けられ、この絶縁性シールド板５３に電極５５が設けられる。これらの間には熱伝導を防ぐために、オーリングやスペーサを用いて空間を設け、直接的な接触を防ぐ構造としても良い。いずれにせよ、電極５５は支持台５１とは電気的に絶縁された構造である。電極５５には外部が絶縁材料で被覆された電力供給配線５９が設けられ、電極５５の内部には冷媒を循環させるための温度調節媒体用配管５７が設けられる。
【００３６】
電極ユニット３９−２も同一の構造体を用いることが可能である。また通常、組にして使用する電極ユニットおよび電極は、電気的にバランスを等価とするため、同一サイズ、同一構造体を用いるのが好適である。
【００３７】
電力供給配線５９は電源４１に接続され、電源４１から電力が供給されると電極５５からプラズマ４３が発生する。温度調節媒体用配管５７内部には温度調節用媒体が流れ、電極５５や電極ユニット３９を冷却または加熱することができる。
【００３８】
図５はドラム１９の側面図、図６はドラム１９の断面図、図７は図５のＤ方向の矢視図である。ドラム１９は円筒状のドラム本体６１の両端に回転軸６３を備える。回転軸６３にはベアリング６５が設けられる。ドラム温度制御のため、ドラム１９および回転軸６３の内部には、冷媒や熱媒等の温度調節媒体を循環させるための配管が設置される。ドラムはドラム内を循環させる温度調節媒体の温度を調整することにより、−２０℃から＋２００℃の間で、一定温度に調節することが可能で、その温度制御性は設定温度±２℃であることが好ましい。ドラム本体６１の中央部の両側、及び回転軸６３周囲には電気的な絶縁部６９が設けられ、基材１６はドラム本体６１の中央部に巻かれる。
【００３９】
電源４１は、その周波数が１０Ｈｚから２７．１２ＭＨｚである。１０Ｈｚ以上の周波数で安定した成膜放電が可能となるとともに、２７．１２ＭＨｚよりも高い周波数では電源やそのマッチング回路が高価になり装置コストが高くなる。
さらに好ましくは１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚが好ましい。
【００４０】
１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの成膜用電源を用いた場合は、成膜材料が成膜のために必要な分解を起こす効率が高いことと、基材１６への成膜材料打ち込み効果が高いため良質な膜が得られる。また、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚは成膜材料の成膜に必要な分解を起こす分解効率が更に高まり、ガスの反応性が高くなり、緻密で密着性の高い良質な成膜が可能となる。これら電源は高周波数帯の中でも、産業上利用を許容された周波数であるため、同周波数電源は多数市販化されていて、安価であるという利点がある。
【００４１】
電源４１の制御方法として投入電力制御または放電電圧値を放電電流値で割り算した電気の流れにくさを示す放電インピーダンスを制御する、インピーダンス制御方式がある。投入電力制御では電源４１の成膜投入電力を一定となるようプラズマ放電を安定化させながら成膜を行う方法で、安定的、簡便、安価に成膜を行うことができる。
【００４２】
インピーダンス制御では、応答性が速いこと、長時間の成膜におけるインピーダンス変化が生じた場合、例えば放電によりチャンバ３の内壁が温まることで放出し始める水分の影響により、ＣＶＤ成膜ガスの組成が変化し、結果としてインピーダンスが変化したような場合、これを一定に維持する効果がある。
【００４３】
また、電源４１の安定成膜のための制御方法として、光学的手法を用いてもよい。たとえば、プラズマエミッションモニタを設置し、プラズマ中での特定元素の発光強度をモニタし、その発光強度を一定とするためのプロセス制御を行ってもよい。この場合のプロセス制御方法としては、成膜原料ガス、分解性ガス、酸化ガス、放電ガス、イオン化ガスなどの供給ガス量を制御したり、成膜圧力、基板温度等の成膜条件を制御してもよい。
【００４４】
ドラム１９は電気的にアースレベルに設置してもよい。ドラム１９をアースレベルに設置した場合、基材１６表面に蓄積された帯電電荷がアースレベルに開放され、結果として安定した成膜が可能となる。この場合、ドラム本体や回転軸、ベアリング、ドラム支持体に金属製の導電性材料を用いることで実現できる。
【００４５】
また、ドラム１９は電気的にフローティングレベル即ち絶縁電位に設置してもよい。ドラム１９の電位をフローティングレベルとすることで電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、且つその成膜への利用効率も高いものとなる。
【００４６】
ここで電気的フローティングレベルとは、電気的にチャンバ３や装置部品と絶縁性が保たれるように装置が設計、構成されている状態を意味している。絶縁性が確保されているように設計されているにも拘らず、ドラム１９や基材１６の冷却・加熱に必要な温度調節媒体が用いられる場合は、例えば配管や媒体が若干の導電性を有することに起因してアースレベル（グラウンドレベル）を基準とし、１０ｋΩ〜１０００ＭΩの抵抗を有してもよい。
この場合、ドラム回転軸、ベアリング、ドラム支持体部品のいずれか１つ以上を絶縁性部品とすることで実現することができる。
【００４７】
ドラム１９が電気的にフローティングレベルの場合、ドラム１９に直流電位をかけ、基材１６へのイオン化された成膜材料の打ち込み効果を強めたり、弱めたりする機構を設置することが可能となる。イオン化打ち込み効果を高めるためには、基材１６にマイナス１０Ｖからマイナス３０００Ｖのマイナス電位を与え、イオン化打ち込み効果を弱めるためには、基材１６にプラス１０Ｖからプラス３０００Ｖのプラス電位を与えることが好ましい。また、設備的には高額複雑となるが、基材１６に１０Ｈｚ〜２７．１２ＭＨｚの周波数を有する交流電力を与えてもよい。
【００４８】
また、成膜インピーダンスを最適とするために、電極５５−１と電極５５−２の距離を変更することにより調整することが可能となる。具体的には電極５５−１と電極５５−２間の距離を広げることで成膜インピーダンスは増加し、成膜電力を一定とした場合に、成膜放電電圧は高く、成膜放電電流は小さくなる。反対に両電極間の距離を狭めることで、成膜インピーダンスは減少し、成膜電力を一定とした場合に、成膜放電電圧は低く、成膜放電電流は大きくなる。
このような調整により、基材へのイオンの打ち込み効果を調整し、基材へのダメージを低減したり、反対に基材への膜の密着率を強めたりすることが可能となる。
【００４９】
ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３は電気的にフローティングレベルとしてもよい。この場合、ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３に成膜電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、且つその成膜への利用効率も高いものとなる。また、ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３においてチャンバ３内にガスが供給される以前に配管供給口で成膜が生じ、供給口を塞ぐことを回避できる。
【００５０】
基材搬送室９は、電極５５−１、５５−２の存在する成膜室１１とは隔壁（ゾーンシール）５により仕切られ圧力が異なる。基材搬送室９と成膜室１１とを圧力的に異なる空間とすることで成膜室１１のプラズマ４３が基材搬送室９に漏れることによって成膜室１１のプラズマ放電状態が不安定になったり、基材搬送室９の部材を傷めたり、基材搬送機構の制御のための電気回路に電気的ダメージを与えて、制御不良を引き起こすことがなくなり、安定した成膜及び基材搬送が可能となる。
【００５１】
具体的には、成膜室１１の成膜圧力は０．１Ｐａから１００Ｐａの間である。このような成膜圧力で成膜を行うことにより、安定したプラズマ４３を形成することができる。
【００５２】
そして、基材搬送室９の圧力（真空度）は成膜室１１の成膜時の圧力（真空度）よりも１０倍から１００００倍高くする。このように、基材搬送室９の圧力を設定することにより成膜室１１のプラズマ４３が基材搬送室９に漏れ込むことがなくなり、成膜室１１でのプラズマＣＶＤ成膜を安定して行うことができる。
【００５３】
排気室１３は、隔壁（ゾーンシール）７により成膜室１１と仕切られ、圧力が異なる。排気室１３は成膜室１１の成膜時の圧力よりも１０倍以上１００００倍以下の圧力（真空度）である。成膜室１１と排気室１３とを仕切り、成膜室１１と排気室１３に圧力差を設けることで、成膜時に発生した副生成物を基材１６の表面近傍から効率よく排気することができる。
【００５４】
成膜室１１よりも後段の基材搬送室９に成膜により発生した基材帯電を除去するための基材帯電除去部としての後処理装置２７を備える。
【００５５】
後処理装置２７を成膜室１１後段の基材搬送室９に設置し、基材帯電を除去することにより基材１６をドラム１９から所定位置で速やかに離し搬送することができ、安定した基材搬送が可能となり、帯電に起因する基材１６の破損や品質低下を防ぎ、基材１６表裏面の濡れ性改善による後加工適正向上を図ることがきる。
【００５６】
帯電除去部としての後処理装置２７として、例えばプラズマ放電装置、電子線照射装置、紫外線照射装置、除電バー、グロー放電装置、コロナ処理装置等、任意の処理装置を用いることが可能である。
【００５７】
プラズマ処理装置、グロー放電装置を用いて放電を形成する場合、基材１６近傍でアルゴン、酸素、窒素、ヘリウム等の放電用ガスを単体または混合して供給し、交流（ＡＣ）プラズマ、直流（ＤＣ）プラズマ、アーク放電、マイクロウェーブ、表面波プラズマ等、任意の放電方式を用いることが可能である。減圧環境下では、プラズマ放電装置を用いる帯電処理方法が最も好ましい。
【００５８】
成膜室１１よりも前段の基材搬送室９に前処理装置２５を備える。前処理装置２５は、プラズマ放電処理装置であり、このプラズマ放電処理装置は成膜前に基材１６をプラズマ放電処理することにより、基材１６の表面を物理的にエッチングすることが可能となり、基材１６表面に凹凸形状を形成することが可能な他、化学的な結合状態や官能基を変化させることにより、その後段の成膜時に膜の密着性を向上させることが可能となる。
【００５９】
ドラム１９は少なくともステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成される。ドラム１９の表面は傷つき防止のため硬質のクロムハードコート処理等を施してもよい。これらの材料は加工が容易で、ドラム自体の熱伝導性がよいので温度制御を行う際に、温度制御性が優れたものとなる。
【００６０】
ドラム１９は、その表面平均粗さＲａが１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは２ｎｍ以下であることが好ましい。通常、プラスチックフィルムや金属板（鋼鈑）鋼鈑等、基材１６の平均表面粗さＲａは通常１０〜５０ｎｍ、特別に表面平坦性を持たせて加工した基材１６で５〜１０ｎｍ、さらに表面コーティング加工により平坦加工を行った場合で、５ｎｍ以下の表面平坦性を持つため、これら基材１６に対して効率よく冷却、加熱等の温度調整を行うためには、ドラム１９は上記範囲が好ましい。
【００６１】
また、ドラム１９表面は平坦であればあるほど好ましいが、平坦性測定精度の限界は現状０．１ｎｍであり、便宜的にこの値を下限としておく。
ドラム１９は、冷却媒体及びまたは熱源媒体あるいはヒータを用いることにより−２０℃から＋２００℃の間で一定温度に設定することができる温度調節機構を有している。
【００６２】
温度調節機構により成膜時に発生する熱による基材１６の温度の変動を抑えることが可能となる。具体的には、冷却媒体（冷媒）としてエチレングリコール水溶液や熱源媒体（熱媒）としてシリコンオイルを用いたり、ドラム１９内を循環させることにより温度調節したり、ドラム１９と対向する位置にヒータを設置することが可能である。
【００６３】
特に、成膜装置１では関連する機械部品の耐熱性の制約や汎用性の面から設定温度は−２０℃から＋２００℃の間で一定温度に設置できることが好ましく、その制御性は成膜装置１を用いたプロセスにおいては設定温度±２℃以内の範囲で温度制御することが好ましい。
【００６４】
図５、図６、図７に示すように、ドラム１９は基材１６の幅方向に基材１６により被覆されない絶縁部６９およびドラム側面に絶縁部６９を有する。絶縁部６９を形成することで成膜室１１において導電性の金属部分が露出する領域がなくなり、成膜のために形成されたプラズマが電気的にドラム１９に落ちることがなくなり、安定したプラズマ４３の形成が可能となる。
【００６５】
絶縁部６９は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ，Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜、または窒化膜、または酸化窒化膜で形成される。あるいは、絶縁部６９はポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成型体、テープ、コーティング膜により被覆される。これらの方法および材料は絶縁性を確実なものとし、耐熱性、耐プラズマ性を有し、耐久性に優れた材料であるので長時間にわたり安定して用いることが可能である。
【００６６】
なお、電極５５−１、５５−２は、図２、図３、図４に示すものに代えて、図８、図９、図１０に示すようにマグネット８５を備える構造としても良い。
【００６７】
図８は電極５５−１、５５−２の側面図、図９は図８のＢ方向の矢視図、図１０は図９のＣ−Ｃ断面図である。
また通常、組にして使用する電極ユニットおよび電極は、電気的にバランスを等価とするため、同一サイズ、同一構造体を用いるのが好適である。
【００６８】
電極５５−１、５５−２はマグネトロン構造を有している。図８、図９、図１０に示すように、マグネットケース８１内に絶縁性スペーサ８４、ベースプレート８３が設けられ、このベースプレート８３にマグネット８５が設けられる。マグネットケース８１に絶縁性シールド板８７が設けられ、この絶縁性シールド板８７に電極８９が取り付けられる。従ってマグネットケース８１と電極８９は電気的に絶縁されており、マグネットケース８１をチャンバ３内に設置、固定しても電極８９は電気的にフローティングレベルとすることが可能である。電極８９に電力供給配線９３が接続され、電力供給配線９３は電源４１に接続される。また、電極８９内部には電極およびマグネット冷却のための温度調節媒体配管９１が設けられる。
【００６９】
マグネット８５は電極８９からのプラズマが基材１６に集中して形成するために設けられる。マグネット８５を設けることにより、基材１６表面近傍での反応性が高くなり、良質な膜を高速で形成することが可能となる。
【００７０】
マグネット８５は基材１６の表面位置での水平磁束密度が１０ガウスから１００００ガウスである。基材１６表面での水平磁束密度が１０ガウス以上であれば、基材１６表面近傍での反応性を十分高めることが可能となり、良質な膜を高速で形成することができる。
【００７１】
一方、基材１６表面での水平磁束密度を１００００ガウスよりも高くするには高価な磁石または磁場発生機構が必要となる。
【００７２】
電極８９−１、８９−２のマグネット８５の配置構造はマグネトロン構造である。マグネトロン構造とすることでプラズマＣＶＤ成膜時に形成されるイオン、電子はこのマグネトロン構造に従って運動する。このため、例えば３００ｍｍ□以上の大面積の基材１６に対してプラズマＣＶＤ成膜をする場合においても電極８９−１、８９−２表面全体にわたり、前述した電子やイオン、成膜材料の分解物が均一に拡散され、基材１６が大面積の場合にも均一且つ安定した成膜が可能となる。
【００７３】
また、電極やマグネットなど電極ユニットに局所的に偏って熱電子やイオンが蓄積することがなくなり、構成部材の耐熱性が低くてよくなるため、安価に部品を作製できるほか、熱変形、構造物の穴あきや割れ発生といった不具合発生を抑えることが可能となる。
【００７４】
電極８９、８９−１、８９−２は、電力を投入するために導電性で、プラズマ耐性に優れ、耐熱性を有し、冷却水による冷却効率が高く（熱伝導率が高く）、非磁性材料で、加工性に優れた材料を用い、作製することが好ましい。具体的には、アルミニウム、銅、ステンレスが好適に用いられる。
絶縁性シールド板８７は、絶縁性で、プラズマ耐性に優れ、耐熱性を有し、加工性に優れた材料を用いることが好ましい。具体的にはフッ素樹脂、ポリイミド樹脂が好適に用いられる。
【００７５】
次に、成膜装置１の概略の動作について説明する。ガス貯留部３３−１、３３−２、３３−３から成膜用ガスがガス供給部３７−１、３７−２、３７−３に供給され、ガス供給部３７−１、３７−２、３７−３から基材１６に向けて成膜用ガスが噴出される。
【００７６】
また、電源４１から電極８９−１、８９−２に電力が供給され、電極８９−１、８９−２から基材１６に向けてプラズマ４３が発せられ、基材１６上に薄膜が形成される。
【００７７】
本発明によれば、基材を電極上に置いて成膜せず、電気的にカップリングされなくなるため、プラズマ放電のインピーダンス上昇を防ぐことができ、容易にプラズマ形成が可能となり、かつ長時間安定して放電およびプラズマＣＶＤ成膜を行うことが可能となる。また放電インピーダンスが上昇しないことから、プラズマＣＶＤ成膜においては成膜速度の向上（生産性向上）、膜応力の低減、基材へのダメージ低減（電気的なチャージアップの発生抑制、基材エッチング低減による密着性向上、基材着色低減）を図ることが可能となる。
【００７８】
さらに基材によるインピーダンス変動を考慮する必要がなくなるため、基材の種類毎に成膜条件を最適化する必要がなくなる。
また、電極の配置や形状により、必要に応じてインピーダンスの大きさを調整することが可能となる。先に放電インピーダンスが大きくなる場合の不具合を説明したが、一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。このような場合、具体的には対になって設置されている電極８９−１と電極８９−２の距離を広げることで放電インピーダンスは増加する。この結果、印加電力一定の場合、成膜の放電電圧は大きく、放電電流は小さくなり、結果としてイオン打ち込み効果が高まり、密着性の高い膜を形成することが可能となる。
【００７９】
反対に電極８９−１と電極８９−２の距離を狭めることで、放電インピーダンスは減少し、印加電力一定の場合、放電電圧は小さく、放電電流は大きくなり、成膜速度の向上（生産性向上）、膜応力の低減、基材へのダメージ低減（電気的なチャージアップの発生抑制、基材エッチング低減による密着性向上、基材着色低減）を図ることが可能となる。
【００８０】
このように、放電インピーダンスを最適とすることが可能であり、基材１６へのイオン打ち込み効果を調整し、膜の密着性を高めたり、基材へのダメージを低減し、良質な膜の形成が可能となる。
【００８１】
次に、図１に示す成膜装置１と図１１に示す比較例となる成膜装置２０１を用いて実際に成膜を行った際の実験結果について説明する。
【００８２】
図１に示す成膜装置１において、電極５５−１、５５−２は前述したように図８、図９、図１０に示すマグネトロン構造のマグネット８５をセットし、基材１６表面での平均水平磁束密度が１０００ガウスとなるように設定した。チャンバ３はアースレベルに、ドラム１９をフローティングレベルとした。
【００８３】
濃度３０％のエチレングリコール水溶液を冷媒として温度調節媒体用配管９１に供給した。すなわち、ドラム１９、電極５５−１、５５−２に個別に冷媒を循環供給させ、ドラム１９を０℃に冷却した。このとき、電極５５−１とドラム１９の間、電極５５−２とドラム１９との間、電極５５−１と電極５５−２の間の抵抗はそれぞれ１ＭΩであった。
【００８４】
基材１６として０．６ｍ幅のＰＥＴフィルム（東洋紡績社製、Ａ４１００、厚み１００μｍ）を用意し、基材搬送室９の基材搬送系にセットした。
真空排気ポンプ３１−２、３１−３により成膜室１１、排気室１３ともにチャンバ３内を１×１０-4Ｐａまで真空引きした。成膜用ガスとしてＴＥＯＳ（テトラエトキシシランＳｉ(ＯＣ2Ｈ5)4）を加熱温度１２０℃で気化して供給した。そして、ＴＥＯＳ、酸素、アルゴンをそれぞれ２０ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍで供給し、均一に混合させた後、基材１６上にシャワー状にガスを供給した。
【００８５】
次に、真空排気ポンプ３１−１、３１−２、３１−３を調整し、成膜室１１の圧力を１０Ｐａ、基材搬送室９及び排気室１３内の圧力を０．５Ｐａの一定圧力となるように調整した。電源４１に周波数４０ｋＨｚの電源（Advanced Energy Industries, Inc.製、ＰＥＩＩ、１０ｋＷ）を用い、電極５５−１、５５−２に３ｋＷの電力を電力制御方式より印加し、ライン速度５ｍ/ｍｉｎにより１２００ｍ成膜を行った。また、成膜開始後、成膜距離２００ｍおきに前後５ｍ成膜時の平均放電電圧を求めた。また、目視により放電のアーキング（異常放電）発生回数をカウントした結果、発生は０回と異常放電なく、安定した成膜が可能なことが判明した。
【００８６】
成膜後、チャンバ３内の残留ガスを排気し、基材１６を取り出し、基材１６表面の目視観察及び２００ｍおきに、基材幅方向中央部のサンプリングを行い、これらサンプルの膜厚測定及び膜の密度測定を行った。膜厚は走査型電子線顕微鏡（ＳＥＭ；日立製作所（株）製、Ｓ−５０００Ｈ）を用いて断面観察を行うことから膜厚を求めた。膜密度はＸ線反射率測定装置（理学電機（株）製、ＡＴＸ−Ｅ）および付属ソフトウエアにより算出した。図１２は成膜結果を示す図である。
【００８７】
これに対して比較例として、図１１に示す成膜装置２０１を用意した。この成膜装置２０１は図１に示す成膜装置１と比較して電源４１の片側がドラム１９に接続されていること、電極５５−１、５５−２は電気的に等電位に接続されていて、電極５５−１、５５−２の間の抵抗は０.１Ωであった。また、成膜圧力はチャンバ３内で全ての場所で０.５Ｐａとした。
これら以外は、図１に示す装置と全く同様の設定手順で成膜を行った。図１３は成膜結果を示す図である。
【００８８】
図１２と図１３を比較すると、図１に示す本発明に係る成膜装置１では、放電電圧が低減され、放電が安定しやすくなるとともに、放電中のアーキングがほぼ発生せず、良質且つ均一な膜が形成可能となった。また、投入する電力が成膜に有効に用いられることから成膜速度が向上し、膜の密度すなわち緻密性の高い良質な膜が形成された。
【００８９】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る情報提供システム等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本実施の形態に係る成膜装置１を示す図
【図２】電極３９−１の断面図
【図３】図２のＡ方向矢視図
【図４】図３のＣ−Ｃ断面図
【図５】ドラム１９を示す図
【図６】ドラム１９の断面図
【図７】図５のＤ方方向矢視図
【図８】電極３９−１の断面図
【図９】図８のＡ方向矢視図
【図１０】図９のＣ−Ｃ断面図
【図１１】比較例となる成膜装置２０１を示す図
【図１２】成膜装置１による成膜結果を示す図
【図１３】成膜装置２０１による成膜結果を示す図
【符号の説明】
【００９１】
１………成膜装置
３………チャンバ
５、７………隔壁
９………基材搬送室
１１………成膜室
１３………排気室
１９………ドラム
２５………前処理装置
２７………後処理装置
３７………ガス供給部
３９………電極
４１………電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、前記基材を巻きつけるドラムと、
前記基材を搬送する搬送機構と、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極と、
前記２つの電極間に電力を供給する電源と、
を具備することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記電極は、基材近傍にプラズマを集中して形成するマグネットを備えることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項３】
前記マグネットは、基材表面での水平磁束密度が１０ガウスから１００００ガウスであることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記マグネットは、マグネトロン構造を有することを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項５】
前記電源は、周波数が１０Ｈzから２７．１２ＭＨｚであることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項６】
前記電源は、投入電力制御されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項７】
前記電源は、インピーダンス制御されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項８】
前記ドラムは、電気的にアースレベルに設置されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項９】
前記ドラムは電気的にフローティングレベルに設置されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記ドラムに一定の直流電圧を印加することを特徴とする請求項９記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記ガス供給部は、前記基材の前記電極側に取り付けられ、前記基材表面に向けてガスを供給することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記ガス供給部は、電気的にフローティングレベルであることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項１３】
前記チャンバは、成膜室と基材搬送室とを有することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項１４】
前記成膜室の成膜圧力が０.１Ｐａから１００Ｐａの間であることを特徴とする請求項１３記載の成膜装置。
【請求項１５】
前記基材搬送室の真空度は、前記成膜室の成膜時の真空度に対して１０倍から１００００倍高いことを特徴とする請求項1３記載の成膜装置。
【請求項１６】
前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室に成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を備えることを特徴とする請求項１３記載の成膜装置。
【請求項１７】
前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置であることを特徴とする請求項１６記載の成膜装置。
【請求項１８】
前記成膜室よりも前段の前記基材搬送室にプラズマ放電装置を備えることを特徴とする請求項１３記載の成膜装置。
【請求項１９】
前記チャンバは、成膜室と排気室を有することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項２０】
前記排気室の真空度は前記成膜室の成膜時の真空度に対して１０倍から１００００倍高いことを特徴とする請求項２１記載の成膜装置。
【請求項２１】
前記ドラムは少なくともステンレス、鉄、銅、クロムのうちいずれかを１以上含む材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項２２】
前記ドラムは、その表面平均粗さＲａが０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であること特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項２３】
前記ドラムを−２０℃から２００℃の間の一定温度に保つ温度調整手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項２４】
前記ドラムは、両端部に電気的絶縁性領域を有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項２５】
前記絶縁性領域は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜または酸化窒化膜で形成されることを特徴とする請求項２４記載の成膜装置。
【請求項２６】
前記絶縁性領域は、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成型体、テープ、コーティング膜により被覆していることを特徴とする請求項２４記載の成膜装置。
【請求項２７】
プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、
チャンバ内に設けられたドラムに基材を巻きつけ、
前記チャンバ内にガスを供給し、
前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項１】
プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、前記基材を巻きつけるドラムと、
前記基材を搬送する搬送機構と、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極と、
前記２つの電極間に電力を供給する電源と、
を具備することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記電極は、基材近傍にプラズマを集中して形成するマグネットを備えることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項３】
前記マグネットは、基材表面での水平磁束密度が１０ガウスから１００００ガウスであることを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記マグネットは、マグネトロン構造を有することを特徴とする請求項２記載の成膜装置。
【請求項５】
前記電源は、周波数が１０Ｈzから２７．１２ＭＨｚであることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項６】
前記電源は、投入電力制御されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項７】
前記電源は、インピーダンス制御されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項８】
前記ドラムは、電気的にアースレベルに設置されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項９】
前記ドラムは電気的にフローティングレベルに設置されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記ドラムに一定の直流電圧を印加することを特徴とする請求項９記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記ガス供給部は、前記基材の前記電極側に取り付けられ、前記基材表面に向けてガスを供給することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記ガス供給部は、電気的にフローティングレベルであることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項１３】
前記チャンバは、成膜室と基材搬送室とを有することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項１４】
前記成膜室の成膜圧力が０.１Ｐａから１００Ｐａの間であることを特徴とする請求項１３記載の成膜装置。
【請求項１５】
前記基材搬送室の真空度は、前記成膜室の成膜時の真空度に対して１０倍から１００００倍高いことを特徴とする請求項1３記載の成膜装置。
【請求項１６】
前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室に成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を備えることを特徴とする請求項１３記載の成膜装置。
【請求項１７】
前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置であることを特徴とする請求項１６記載の成膜装置。
【請求項１８】
前記成膜室よりも前段の前記基材搬送室にプラズマ放電装置を備えることを特徴とする請求項１３記載の成膜装置。
【請求項１９】
前記チャンバは、成膜室と排気室を有することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
【請求項２０】
前記排気室の真空度は前記成膜室の成膜時の真空度に対して１０倍から１００００倍高いことを特徴とする請求項２１記載の成膜装置。
【請求項２１】
前記ドラムは少なくともステンレス、鉄、銅、クロムのうちいずれかを１以上含む材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項２２】
前記ドラムは、その表面平均粗さＲａが０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であること特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項２３】
前記ドラムを−２０℃から２００℃の間の一定温度に保つ温度調整手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項２４】
前記ドラムは、両端部に電気的絶縁性領域を有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項２５】
前記絶縁性領域は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜または酸化窒化膜で形成されることを特徴とする請求項２４記載の成膜装置。
【請求項２６】
前記絶縁性領域は、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成型体、テープ、コーティング膜により被覆していることを特徴とする請求項２４記載の成膜装置。
【請求項２７】
プラズマＣＶＤ法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、
チャンバ内に設けられたドラムに基材を巻きつけ、
前記チャンバ内にガスを供給し、
前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルの１組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２８３１３５（Ｐ２００６−２８３１３５Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０５０１０（Ｐ２００５−１０５０１０）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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