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ＣＶＤ成膜法による成膜装置および成膜方法を提供する。
【解決手段】 チャンバ３内に、隔壁５、７により成膜室８、第１、第２排気室９、１１が設けられるとともに、基材１６を成膜室８に送り出す第１基材搬送室１５および成膜後の基材１６を回収する第２基材搬送室１９が設けられる。成膜室８内において基材１６は直状のフリースパン部で成膜される。成膜室８内には、基材１６の両面に成膜可能なように、ガス供給部２１および電極ユニット２７が設置され、基材１６の上下両面に対してガス供給部２１から成膜ガスが噴射される。基材の上下両側に電極５５を有する電極ユニット２７が設置され、電源２９により電力を供給してプラズマ２８を発生し、基材１６の両面に薄膜を形成する。
【解決手段】 チャンバ３内に、隔壁５、７により成膜室８、第１、第２排気室９、１１が設けられるとともに、基材１６を成膜室８に送り出す第１基材搬送室１５および成膜後の基材１６を回収する第２基材搬送室１９が設けられる。成膜室８内において基材１６は直状のフリースパン部で成膜される。成膜室８内には、基材１６の両面に成膜可能なように、ガス供給部２１および電極ユニット２７が設置され、基材１６の上下両面に対してガス供給部２１から成膜ガスが噴射される。基材の上下両側に電極５５を有する電極ユニット２７が設置され、電源２９により電力を供給してプラズマ２８を発生し、基材１６の両面に薄膜を形成する。
【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１参照）。
【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もあった。
【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には、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度が不足し、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、長尺状の基材の表面に連続して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である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述する課題を解決するための第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、を具備し、前記基材は、前記チャンバ内で直状フリースパン部を有するように保持され、前記基材の前記フリースパン部で成膜が行われることを特徴とする成膜装置である。
【００１２】
ここで、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。
【００１３】
また、基材への成膜を、基材片側表面に対して少なくとも２箇所以上で行えるようにしても良い。この場合、２箇所以上の成膜において、同一種膜が形成されるようにしても良いし、異種膜が形成されるようにしてもよい。
また、１組の電極を複数設け、複数組の電極が基材の両側に設置するようにしてもよい。この場合、基材への成膜を基材両面に対して同時に行ってもよいし、異なるときに行ってもよい。
基材の両側に設置することによって、基材の応力が低減し、カール、膜剥離のない良質な膜を形成することが可能になる。また、基材両面に異なるときに順次成膜を行うことによって、成膜時に発生する熱負荷を低減することができる。
【００１４】
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。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。
マグネットを備えることにより、基材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になる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。基板表面に均一に成膜用ガスを拡散供給させることが可能で、大面積に均一な成膜が可能になる。
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。
【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。また、前記搬送機構は、前記チャンバに前記基材を送り込む第１基材搬送室と、前記チャンバでの成膜後の前記基材を回収する第２基材搬送室とを有する構成にすることが望ましい。
十分な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。前記排気室の真空度は前記成膜室の真空度よりも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。
【００１８】
また、前記第１基材搬送室および第２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。
【００１９】
前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室は、成膜後の前記基材を搬送するための１つ以上のローラを有する構成にしてもよい。成膜時に発生した熱を効率よく取り除くために、少なくとも成膜後の基材が最初に接触するローラに、基材冷却機構を備えることが望ましい。また、成膜時に帯電した電荷を効率よく除去するために、前記ローラを電気的にアースレベルまたはフローティングレベルに設定することが望ましい。
更に、前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室内において、ローラ上あるいはローラの前段または後段に、成膜時に発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を設けるとよい。前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置等である。
【００２０】
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、チャンバ内に設けた直状フリースパン部に前記基材を搬送し、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、前記基材上に前記フリースパン部で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】
【００２１】
本発明によれば、直状のフリースパン部で基材を水平状態に保持して成膜するので、形成する膜の膜応力低減が可能となり、基材のカールや湾曲、膜の剥離のない良質な膜を形成することが可能となる。
【００２２】
また、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になる。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度向上、基材着色低減）を図ることが可能となる。
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置１の概略構成を示す図である。成膜装置１は、基材１６に成膜処理を実施するチャンバ３と、基材１６の搬送を行う第１基材搬送室１５、第２基材搬送室１９等からなる。チャンバ３内には、隔壁５および隔壁７が形成される。隔壁５と隔壁７で囲まれた空間に成膜室８が形成され、隔壁５の上側および隔壁７の下側に排気室が形成される。隔壁７の下側を第１排気室９、隔壁５の上側を第２排気室１１とする。
【００２４】
第１基材搬送室１５は、成膜前の基材１６の送り出し等を行い、第２基材搬送室１９は、成膜後の基材１６の巻き取り等を行う。
第１基材搬送室１５には、巻き出しローラ４１、ガイドローラ４３−１、前処理装置４５が設けられる。また、第２基材搬送室１９には、巻取りローラ４７、ガイドローラ４３−２、４３−３、４３−４、張力ピックアップロール４４、後処理装置４９が設けられる。
【００２５】
巻き出しローラ４１は基材１６を巻回している。基材１６は、巻き出しローラ４１からガイドローラ４３−１を介し、第１基材搬送室１５とチャンバ３を分ける壁に設けられた基材１６が通り得るスリット状の水平な空隙である基材搬入口３５を介して成膜室８に送り込まれる。
一方、チャンバ３と第２基材搬送室１９を分ける壁にも同様の空隙が基材搬出口３７として設けられており、成膜室８での成膜工程を終えた基材１６は、基材搬出口３７を介して第２基材搬送室１９に送り出され、ガイドローラ４３−２、張力ピックアップロール４５、ガイドローラ４３−３、４３−４を介して巻取りローラ４７で巻き取られる。張力ピックアップローラ４５は、基材１６の張力を調整し、基材１６を搬送する。
【００２６】
また、図１では、基材搬送方向は、巻き出しローラ４１から巻取りローラ１７へ基材１６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。
【００２７】
第１基材搬送室１５内には、ガイドローラ４３−１と基材搬入口３５との間に前処理装置４５が、第２基材搬送室１９内には、基材搬出口３７とガイドローラ４３−２の間に後処理装置４９が設けられる。
前処理装置４５および後処理装置４９は、基材１６の両側に基材１６を挟むように設けられる。前処理装置４５は、例えばプラズマ放電装置であり、後処理装置４９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。
【００２８】
チャンバ３は、第１基材搬送室１５と第２基材搬送室１９間に挟まれるように設けられ、基材搬入口３５と基材搬出口３７間は、基材１６が水平に搬送されるフリースパン部を構成する。基材１６は、巻取りローラ４７により巻き取られることにより成膜室８内を移動し、その間に成膜処理が成される。
【００２９】
チャンバ３内には、基材１６の上面側、下面側の両方にガス供給部２１および電極ユニット２７が設けられる。これにより、基材１６の両面に成膜が可能になる。
基材１６の上面側では、隔壁５に挟まれるように、ガス供給部２１−１、２１−２、２１−３が設けられ、ガス供給部２１−１、２１−２、２１−３は、流量制御器２３−１、２３−２、２３−３を介してガス貯留部２５−１、２５−２、２５−３に接続される。
また、基材１６の下面側では、隔壁７に挟まれるように、ガス供給部２１−４、２１−５、２１−６が設けられ、ガス供給部２１−４、２１−５、２１−６は、流量制御部２３−４、２３−５、２３−６を介してガス貯留部２５−４、２５−５、２５−６に接続される。
【００３０】
ガス貯留部２５−１〜２５−６は、成膜用ガスを貯留し、ガス貯留部２５−１、２５−２、２５−３は、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（Ｏ２）、放電用イオン化ガスであるアルゴン（Ａｒ）を貯留する。ガス貯留部２５−４、２５−５、２５−６も同様に、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（Ｏ２）、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２３−１〜２３−６は、それぞれ、ガス貯留部３３−１〜３３−６からガス供給部２１−１〜２１−６に送られるガスの流量を計測する。
【００３１】
ガス供給部２１−１〜２１−６は、その噴出口が、基材１６に向けられる。すなわち、ガス供給部２１−１〜２１−３の噴出口は、基材１６の上面に向けられており、基材１６上面へのガス噴射を行う。一方、ガス供給部２１−４〜２１−６の噴出口は、基材１６の下面に向けられており、基材１６下面へのガス噴射を行う。
このため、基材１６の上下両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になる。
【００３２】
基材１６の上部では、ガス供給部２１−１、２１−２の間に電極５５−１を備えた電極ユニット２７−１が設けられ、ガス供給部２１−２、２１−３の間に電極５５−２を備えた電極ユニット２７−２が設けられ、電極５５−１、５５−２は、電源２９−１と接続され、電源２９−１から電力が供給される。電極５５−１、５５−２は電気的にフローティングレベルに設定されている。
一方、基材１６の下面も同様に、ガス供給部２１−４、２１−５の間に電極５５−３を備えた電極ユニット２７−３が設けられ、ガス供給部２１−５、２１−６の間に電極５５−４を備えた電極ユニット２７−４が設けられ、電極５５−３、５５−４は、電源２９−２と接続され、電源２９−２から電力が供給される。電極５５−３、５５−４は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】
また、ガス供給部２１−１〜２１−６も、電気的にフローティングレベルに設定される。これにより、ガス供給部２１−１〜２１−６へ成膜電力が漏れることを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができるとともに、ガス供給部２１−１〜２１−６の利用効率も高まる。すなわち、チャンバ３内にガス供給される以前にガス噴射口付近で成膜し、ガス噴射口を塞いでしまうという問題を回避することが可能になる。
【００３５】
第１基材搬送室１５、第２基材搬送室１９、チャンバ３下部の第１排気室９、チャンバ３上部の第２排気室１１、およびチャンバ３内の成膜室８の各室には、それぞれ圧力調整バルブ３１を介し真空排気ポンプ３３が設けられる。
すなわち、第１基材搬送室１５には、圧力調整バルブ３１−４を介して真空排気ポンプ３３−４が、第２基材搬送室１９には、圧力調整バルブ３１−５を介して真空排気ポンプ３３−５が、第１排気室９には、圧力調整バルブ３１−３を介して真空排気ポンプ３３−３が、第２排気室１１には、圧力調整バルブ３１−１を介して真空排気ポンプ３３−１が、成膜室８には、圧力調整バルブ３１−２を介して真空排気ポンプ３３−２が設けられる。
【００３６】
以上の圧力調整バルブ３１、真空排気ポンプ３３により、第１、第２基材搬送室１５、１９と、成膜室８、第１、第２排気室９、１１の圧力はそれぞれ異なるように設定可能である。
すなわち、成膜室１１と第１、第２基材搬送室１５、１９とを圧力的に異なる空間とすることで、成膜室８のプラズマ２８が第１、第２基材搬送室１５、１９に漏れることによって成膜室８のプラズマ放電状態が不安定になったり、第１、第２基材搬送室１５、１９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。
【００３７】
具体的には、成膜室８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２８を形成することができる。
【００３８】
そして、第１、第２基材搬送室１５、１９の圧力（真空度）は、成膜室８の圧力（真空度）よりも１０倍から１００００倍高くする。このように、第１、第２基材搬送室１５、１９の圧力を設定することにより、成膜室８のプラズマ２８が第１、第２基材搬送室に漏れ込むことがなくなり、成膜室８でのプラズマＣＶＤ成膜を安定して行うことができる。
【００３９】
一方、第１排気室９および第２排気室１１は、成膜室８と、それぞれ、隔壁（ゾーンシール）７および隔壁（ゾーンシール）５により仕切られ、圧力が異なる。第１、第２排気室９、１１は、成膜室８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。このように圧力差を設けることにより、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。
【００４０】
第２基材搬送室１９に設けられた後処理装置４９は、成膜による基材帯電を除去することにより基材１６を安定して搬送することを可能にし、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性向上を図ることができる。
帯電除去部としての後処理装置４９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。
【００４１】
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。
【００４２】
第１基材搬送室１５に設けられた前処理装置４５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になり、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、膜の密着性を向上することが可能になる。
【００４３】
図２は、電極ユニット２７−３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が設けられ電源２９−３に接続される。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。
電極ユニット２７−４も同一の構造体を用いることが可能である。
以上のように、電極ユニット２７−３、２７−４の電極５５−３、５５−４は、基材１６の下面に相対しており、基材１６の下面に向けてプラズマ２８が発生して成膜が行われる。
【００４４】
一方、電極ユニット２７−１、２７−２は、電極ユニット２７−３の上下方向を裏返したものであり、基本的に同一の構造体を用いることが可能である。
よって、電極ユニット２７−１、２７−２の電極５５−１、５５−２は、基材１６の上面に相対しており、基材１６の上面に向けてプラズマ２８が発生して成膜が行われる。
通常、組にして使用する電極ユニット（例えば電極ユニット２７−１と２７−２）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。
【００４５】
電力供給線５９は電源２９に接続され、電源２９から電力が供給されると、電極５５からプラズマ２８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２７を冷却または加熱することができる。例えば、エチレングリコール水溶液等の冷媒を温度調節媒体用配管５７に循環させることにより、電極５５および電極ユニット２７は冷却される。
【００４６】
なお、電極ユニット２７−１〜２７−４は、図２、図３、図４に示すものに加えて、図５、図６、図７に示すようにマグネット８５を備える構造にすることが望ましい。
図５は、電極２７−３、２７−４の側面図、図６は、図５のＢ方向の矢視図、図７は、図６のＣ−Ｃ断面図である。
電極ユニット２７−１および２７−２は、電極ユニット２７−３、２７−４を上下方向に裏返した構造であり、基本的に電極ユニット２７−３、２７−４の構造と同一である。
【００４７】
電極５５はマグネトロン構造を有している。図５、図６、図７に示すように、マグネットケース８１内に絶縁スペーサ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。
この場合も、例えば、エチレングリコール水溶液等を冷却媒体として温度調節媒体配管９１に循環させることにより、電極８９およびマグネットが冷却される。
【００４８】
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。
【００４９】
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。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になる。
【００５０】
電極８９とマグネット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×３００ｍｍサイズ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。
【００５１】
また、電極やマグネットなどからなる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、構造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。
【００５２】
電極８９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。
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。
【００５３】
電源２９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。
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に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されていて、安価であるという利点がある。
【００５４】
電源２９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２９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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。例えば、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。
【００５７】
第２基材搬送室１９には、基材１６を安定して搬送するために、巻取りローラ４７の他にガイドローラ４３−２、４３−３、４３−４、および張力ピックアップロール４４が備えられている。
ここで、ガイドローラ４３−２は成膜後の基材１６が最初に接触するものである。このガイドローラ４３−２に、電極ユニット２７に設けた温度調節媒体用配管５７と同様の配管を設け、温度調節媒体を循環させることにより、基材１６を冷却できるようにする基材冷却機構を設置してもよい。
基材冷却機構を設けることにより、成膜時に発生した熱を効率よく取り除くことが可能となる。温度制御範囲は−２０℃〜＋２０℃の範囲で、±２℃の精度で温度が制御されることが望ましい。
【００５８】
また、ガイドローラ４３−２を電気的にアースレベルに設定することにより、成膜時に帯電した電荷を効率よく除去することが可能になる。
さらに、ガイドローラ４３−２に基材の帯電除去機構を設けるようにしてもよい。これにより、直流電源により、簡便かつ安定して除電を行うことが可能となる。
【００５９】
一方、ガイドローラ４３−２を電気的にフローティングレベルに設定するようにしてもよい。これにより、基材１６を安定して搬送させることが可能となる。
そして、フローティングレベルのガイドローラ４３−２に帯電除去機構を設けるようにしてもよい。このような構成を採ることにより、簡便かつ安価な直流電圧を印加して除電を行ったり、安定して放電可能な交流電圧を印加することで除電を行うことが可能となる。
【００６０】
さらに、図１ではガイドローラ４３−２の前段に設けられている基材除電機構としての後処理装置４９をガイドローラ４３−２の後段に設けるようにしてもよい。このような構造とすることで、効率よく安定的に除電を行うことが可能となる。
【００６１】
次に、成膜装置１の動作の概略について説明する。ガス貯留部２５−１〜２５−６から成膜用ガスがガス供給部２１−１〜２１−６に供給され、ガス供給部２１−１〜２１−６から基材１６に向けて成膜用ガスが噴射される。
【００６２】
また、電源２９−１および電源２９−２から、それぞれ、電極５５−１および電極５５−２、電極５５−３および電極５５−４に電力が供給され、電極５５−１、５５−２から基材１６の上面に、電極５５−３、５５−４から基材１６の下面にプラズマ２８が発せられ、基材1６上に薄膜が形成される。
【００６３】
このとき、ガス供給部２１−１〜２１−６および電極ユニット２１−１〜２１−６の制御を独立に行うことにより、異種の膜を形成することも可能である。
また、基材１６の上面への成膜を行うためのガス供給部２１−１〜２１−３および電極ユニット２１−１、２１−２と、基材１６の下面への成膜を行うためのガス供給部２１−４〜２１−６および電極ユニット２１−３、２１−４の成膜時間の制御を同一にすることにより、基材１６の上面下面への成膜を同時に行うことも可能であるとともに、成膜時間の制御を独立させることにより、基材１６上面、下面への成膜を異なる時期に行うことも可能である。
【００６４】
次に、図１に示す成膜装置１と、図８に示す比較例となる成膜装置２０１を用いて成膜を行った際の実験結果について説明する。
図１に示す本実施の形態の成膜装置１において、電極５５−１、５５−２、５５−３、５５−４は、前述した図５、図６、図７に示すような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、電極５５−１〜５５−４、および、第２基材搬送室１９内で成膜後の基材１６が最初に接触するガイドロール４３−２は電気的にフローティングレベルとした。
【００６５】
濃度３０％のエチレングリコール水溶液を冷媒として電極ユニット２７−１〜２７−４の温度調節媒体用配管９１に個別に循環するように供給し、電極５５−１〜５５−４の温度を０℃に冷却した。このとき、各電極５５−１〜５５−４とチャンバ３、各電極間の抵抗はそれぞれ１ＭΩであった。
【００６６】
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、第１基材搬送室１５および第２基材搬送室１９の基材搬送系にセットした。
真空ポンプ３３−１、３３−２、３３−３により、第２排気室１１、成膜室８、第１排気室９からなるチャンバ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、同ガスを基材１６上にシャワー状に供給した。
【００６７】
次に、真空排気ポンプ３３−１〜３３−５を調整し、成膜室８の圧力を１０Ｐａ、第１、第２基材搬送室１５、１９、および、第１、第２排気室９、１１の圧力を０．５Ｐａの一定圧力となるように調整した。
電源２９−１、２９−２に周波数４０ｋＨｚの電源（Advanced Energy
Industries, Inc.製、ＰＥＩＩ、１０ｋＷ）を用い、電極５５−１および電極５５−２に３ｋＷの電力を、電極５５−３および電極５５−４に３ｋＷの電力を印加した。これらの電力の制御はインピーダンス制御により行った。基材ライン速度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１分間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。
【００６８】
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、基材表面の目視観察を行うとともに、２００ｍおきに、基材１６の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、基材反り評価を行った。膜厚は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；日立製作所(株)製、Ｓ−５０００Ｈ）を用い、断面観察を行うことにより膜厚を求めた。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。基材の反り評価は、基材１６を２０ｍｍ×２０ｍｍサイズに切断し、表面を上（＋側とする）平らな面の上に置き、基材の反りによる平らな面からの最高反り高さをレーザー変位計により測定した。
図９は成膜結果を示す図である。
【００６９】
これに対して、比較例として、図８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、チャンバ３内に設けたドラム９に基材１６を巻きつかせて搬送しながら成膜処理を行う点が異なる。
【００７０】
チャンバ３は、隔壁５、隔壁７により基材搬送室１５、成膜室８、排気室９に分割されており、隔壁５に挟まれるようにドラム９が設けられる。ドラム９は基材１６を巻回する。また、隔壁７に挟まれるようにガス供給部２１−１および２１−３が設置され、ドラム９の外周に沿ってガス供給部２１−２が設けられる。ガス供給部２１−１、２１−２、２１−３は、それぞれ、流量制御器２３−１、２３−２、２３−３を介してガス貯蓄部２５−１、２５−２、２５−３に接続され、成膜用ガスが供給される。ガス供給部２１−１、２１−２、２１−３のガス噴射口はドラム９に巻かれた基材１６表面方向に向けられており、基材表面に向けてガスが噴射される。
【００７１】
また、ガス供給部２１−１、２１−２間に電極ユニット２７−１が、ガス供給部２１−２、２１−３間に電極ユニット２７−２が設けられる。電極ユニット２７−１、２７−２の構造は、成膜装置１と同様である。
基材搬送室１５には巻き出しローラ４１、巻取りローラ４７に加えて、ガイドローラ４３−１〜４３−５、張力ピックアップロール４４が設けられ、基材１６は、巻き出しローラ４１から送り出され、ガイドロール４３−１、４３−２を介してドラム９に至り、成膜室８に入り、成膜処理が成される。
【００７２】
また、基材搬送室１５内には、本実施の形態の成膜装置１の第２基材搬送室１９に設けられた後処理装置４９と同様の帯電除去装置４９が設けられる。成膜後の基材１９は帯電除去装置４９により除電を行った後、ガイドロール４３−３、張力ピックアップロール４４、ガイドロール４３−４、４３−５を介して巻取りローラ４７に回収される。
【００７３】
成膜装置２０１の電極５５−１、５５−２は電気的に等電位に接続されていて両電極間での抵抗は０．１Ωであった。また、成膜圧力は、チャンバ３内のすべての場所で０．５Ｐａとした。それ以外の条件は、本実施の形態の成膜装置１と同様の設定、手順で成膜した。この成膜装置２０１は、片面の成膜しか行えないため、片面の成膜が完了した後、チャンバ３を大気開放し、基材１６を反転させて再度巻き出しローラ４１にセットし、反対側の面に同様の設定、手順で再度成膜を行った。成膜された膜の評価方法についても、本実施例の実験と同様に行った。
図１０に成膜装置２０１の実験結果を示す。
【００７４】
図９および図１０を比較すると、図１に示した本発明に係る成膜装置１では、放電のアーキング（異常放電）発生回数が０回と、異常放電がなく安定した成膜が可能であることが判明した。このことから、本発明に係る成膜装置１では、放電中のアーキングがほぼ発生しないことにより、良質且つ均一な膜の形成が可能となる。
また、放電電圧が低減され、放電が安定しやすくなる。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可能となった。さらに、基材反り測定結果によると、両面とも均一な成膜が可能で、基材反り（カール）のない膜が形成された。
【００７５】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る成膜装置１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】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態にかかる成膜装置１を示す図
【図２】電極ユニット２７−３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】電極ユニット２７−３の断面図（マグネット設置）
【図６】図５のＢ方向矢視図
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図
【図８】比較例となる成膜装置２０１を示す図
【図９】成膜装置１による成膜結果を示す図
【図１０】成膜装置２０１による成膜結果を示す図
【符号の説明】
【００７７】
３………チャンバ
５、７………隔壁
８………成膜室
９………第１排気室
１１………第２排気室
１５………第１基材搬送室
１６………基材
１９………第２基材搬送室
２１………ガス供給部
２３………流量制御器
２５………ガス貯留部
２７………電極ユニット
３１………圧力調整バルブ
３３………真空排気ポンプ
４１………巻き出しローラ
４３………ガイドローラ
４４………張力ピックアップローラ
４５………前処理装置
４７………巻取りローラ
４９………後処理装置
５５………電極
【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１参照）。
【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もあった。
【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には、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度が不足し、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、長尺状の基材の表面に連続して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である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述する課題を解決するための第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、を具備し、前記基材は、前記チャンバ内で直状フリースパン部を有するように保持され、前記基材の前記フリースパン部で成膜が行われることを特徴とする成膜装置である。
【００１２】
ここで、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。
【００１３】
また、基材への成膜を、基材片側表面に対して少なくとも２箇所以上で行えるようにしても良い。この場合、２箇所以上の成膜において、同一種膜が形成されるようにしても良いし、異種膜が形成されるようにしてもよい。
また、１組の電極を複数設け、複数組の電極が基材の両側に設置するようにしてもよい。この場合、基材への成膜を基材両面に対して同時に行ってもよいし、異なるときに行ってもよい。
基材の両側に設置することによって、基材の応力が低減し、カール、膜剥離のない良質な膜を形成することが可能になる。また、基材両面に異なるときに順次成膜を行うことによって、成膜時に発生する熱負荷を低減することができる。
【００１４】
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。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。
マグネットを備えることにより、基材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になる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。基板表面に均一に成膜用ガスを拡散供給させることが可能で、大面積に均一な成膜が可能になる。
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。
【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。また、前記搬送機構は、前記チャンバに前記基材を送り込む第１基材搬送室と、前記チャンバでの成膜後の前記基材を回収する第２基材搬送室とを有する構成にすることが望ましい。
十分な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。前記排気室の真空度は前記成膜室の真空度よりも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。
【００１８】
また、前記第１基材搬送室および第２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。
【００１９】
前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室は、成膜後の前記基材を搬送するための１つ以上のローラを有する構成にしてもよい。成膜時に発生した熱を効率よく取り除くために、少なくとも成膜後の基材が最初に接触するローラに、基材冷却機構を備えることが望ましい。また、成膜時に帯電した電荷を効率よく除去するために、前記ローラを電気的にアースレベルまたはフローティングレベルに設定することが望ましい。
更に、前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室内において、ローラ上あるいはローラの前段または後段に、成膜時に発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を設けるとよい。前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置等である。
【００２０】
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、チャンバ内に設けた直状フリースパン部に前記基材を搬送し、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、前記基材上に前記フリースパン部で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】
【００２１】
本発明によれば、直状のフリースパン部で基材を水平状態に保持して成膜するので、形成する膜の膜応力低減が可能となり、基材のカールや湾曲、膜の剥離のない良質な膜を形成することが可能となる。
【００２２】
また、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になる。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度向上、基材着色低減）を図ることが可能となる。
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置１の概略構成を示す図である。成膜装置１は、基材１６に成膜処理を実施するチャンバ３と、基材１６の搬送を行う第１基材搬送室１５、第２基材搬送室１９等からなる。チャンバ３内には、隔壁５および隔壁７が形成される。隔壁５と隔壁７で囲まれた空間に成膜室８が形成され、隔壁５の上側および隔壁７の下側に排気室が形成される。隔壁７の下側を第１排気室９、隔壁５の上側を第２排気室１１とする。
【００２４】
第１基材搬送室１５は、成膜前の基材１６の送り出し等を行い、第２基材搬送室１９は、成膜後の基材１６の巻き取り等を行う。
第１基材搬送室１５には、巻き出しローラ４１、ガイドローラ４３−１、前処理装置４５が設けられる。また、第２基材搬送室１９には、巻取りローラ４７、ガイドローラ４３−２、４３−３、４３−４、張力ピックアップロール４４、後処理装置４９が設けられる。
【００２５】
巻き出しローラ４１は基材１６を巻回している。基材１６は、巻き出しローラ４１からガイドローラ４３−１を介し、第１基材搬送室１５とチャンバ３を分ける壁に設けられた基材１６が通り得るスリット状の水平な空隙である基材搬入口３５を介して成膜室８に送り込まれる。
一方、チャンバ３と第２基材搬送室１９を分ける壁にも同様の空隙が基材搬出口３７として設けられており、成膜室８での成膜工程を終えた基材１６は、基材搬出口３７を介して第２基材搬送室１９に送り出され、ガイドローラ４３−２、張力ピックアップロール４５、ガイドローラ４３−３、４３−４を介して巻取りローラ４７で巻き取られる。張力ピックアップローラ４５は、基材１６の張力を調整し、基材１６を搬送する。
【００２６】
また、図１では、基材搬送方向は、巻き出しローラ４１から巻取りローラ１７へ基材１６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。
【００２７】
第１基材搬送室１５内には、ガイドローラ４３−１と基材搬入口３５との間に前処理装置４５が、第２基材搬送室１９内には、基材搬出口３７とガイドローラ４３−２の間に後処理装置４９が設けられる。
前処理装置４５および後処理装置４９は、基材１６の両側に基材１６を挟むように設けられる。前処理装置４５は、例えばプラズマ放電装置であり、後処理装置４９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。
【００２８】
チャンバ３は、第１基材搬送室１５と第２基材搬送室１９間に挟まれるように設けられ、基材搬入口３５と基材搬出口３７間は、基材１６が水平に搬送されるフリースパン部を構成する。基材１６は、巻取りローラ４７により巻き取られることにより成膜室８内を移動し、その間に成膜処理が成される。
【００２９】
チャンバ３内には、基材１６の上面側、下面側の両方にガス供給部２１および電極ユニット２７が設けられる。これにより、基材１６の両面に成膜が可能になる。
基材１６の上面側では、隔壁５に挟まれるように、ガス供給部２１−１、２１−２、２１−３が設けられ、ガス供給部２１−１、２１−２、２１−３は、流量制御器２３−１、２３−２、２３−３を介してガス貯留部２５−１、２５−２、２５−３に接続される。
また、基材１６の下面側では、隔壁７に挟まれるように、ガス供給部２１−４、２１−５、２１−６が設けられ、ガス供給部２１−４、２１−５、２１−６は、流量制御部２３−４、２３−５、２３−６を介してガス貯留部２５−４、２５−５、２５−６に接続される。
【００３０】
ガス貯留部２５−１〜２５−６は、成膜用ガスを貯留し、ガス貯留部２５−１、２５−２、２５−３は、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（Ｏ２）、放電用イオン化ガスであるアルゴン（Ａｒ）を貯留する。ガス貯留部２５−４、２５−５、２５−６も同様に、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（Ｏ２）、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２３−１〜２３−６は、それぞれ、ガス貯留部３３−１〜３３−６からガス供給部２１−１〜２１−６に送られるガスの流量を計測する。
【００３１】
ガス供給部２１−１〜２１−６は、その噴出口が、基材１６に向けられる。すなわち、ガス供給部２１−１〜２１−３の噴出口は、基材１６の上面に向けられており、基材１６上面へのガス噴射を行う。一方、ガス供給部２１−４〜２１−６の噴出口は、基材１６の下面に向けられており、基材１６下面へのガス噴射を行う。
このため、基材１６の上下両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になる。
【００３２】
基材１６の上部では、ガス供給部２１−１、２１−２の間に電極５５−１を備えた電極ユニット２７−１が設けられ、ガス供給部２１−２、２１−３の間に電極５５−２を備えた電極ユニット２７−２が設けられ、電極５５−１、５５−２は、電源２９−１と接続され、電源２９−１から電力が供給される。電極５５−１、５５−２は電気的にフローティングレベルに設定されている。
一方、基材１６の下面も同様に、ガス供給部２１−４、２１−５の間に電極５５−３を備えた電極ユニット２７−３が設けられ、ガス供給部２１−５、２１−６の間に電極５５−４を備えた電極ユニット２７−４が設けられ、電極５５−３、５５−４は、電源２９−２と接続され、電源２９−２から電力が供給される。電極５５−３、５５−４は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】
また、ガス供給部２１−１〜２１−６も、電気的にフローティングレベルに設定される。これにより、ガス供給部２１−１〜２１−６へ成膜電力が漏れることを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができるとともに、ガス供給部２１−１〜２１−６の利用効率も高まる。すなわち、チャンバ３内にガス供給される以前にガス噴射口付近で成膜し、ガス噴射口を塞いでしまうという問題を回避することが可能になる。
【００３５】
第１基材搬送室１５、第２基材搬送室１９、チャンバ３下部の第１排気室９、チャンバ３上部の第２排気室１１、およびチャンバ３内の成膜室８の各室には、それぞれ圧力調整バルブ３１を介し真空排気ポンプ３３が設けられる。
すなわち、第１基材搬送室１５には、圧力調整バルブ３１−４を介して真空排気ポンプ３３−４が、第２基材搬送室１９には、圧力調整バルブ３１−５を介して真空排気ポンプ３３−５が、第１排気室９には、圧力調整バルブ３１−３を介して真空排気ポンプ３３−３が、第２排気室１１には、圧力調整バルブ３１−１を介して真空排気ポンプ３３−１が、成膜室８には、圧力調整バルブ３１−２を介して真空排気ポンプ３３−２が設けられる。
【００３６】
以上の圧力調整バルブ３１、真空排気ポンプ３３により、第１、第２基材搬送室１５、１９と、成膜室８、第１、第２排気室９、１１の圧力はそれぞれ異なるように設定可能である。
すなわち、成膜室１１と第１、第２基材搬送室１５、１９とを圧力的に異なる空間とすることで、成膜室８のプラズマ２８が第１、第２基材搬送室１５、１９に漏れることによって成膜室８のプラズマ放電状態が不安定になったり、第１、第２基材搬送室１５、１９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。
【００３７】
具体的には、成膜室８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２８を形成することができる。
【００３８】
そして、第１、第２基材搬送室１５、１９の圧力（真空度）は、成膜室８の圧力（真空度）よりも１０倍から１００００倍高くする。このように、第１、第２基材搬送室１５、１９の圧力を設定することにより、成膜室８のプラズマ２８が第１、第２基材搬送室に漏れ込むことがなくなり、成膜室８でのプラズマＣＶＤ成膜を安定して行うことができる。
【００３９】
一方、第１排気室９および第２排気室１１は、成膜室８と、それぞれ、隔壁（ゾーンシール）７および隔壁（ゾーンシール）５により仕切られ、圧力が異なる。第１、第２排気室９、１１は、成膜室８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。このように圧力差を設けることにより、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。
【００４０】
第２基材搬送室１９に設けられた後処理装置４９は、成膜による基材帯電を除去することにより基材１６を安定して搬送することを可能にし、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性向上を図ることができる。
帯電除去部としての後処理装置４９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。
【００４１】
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。
【００４２】
第１基材搬送室１５に設けられた前処理装置４５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になり、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、膜の密着性を向上することが可能になる。
【００４３】
図２は、電極ユニット２７−３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が設けられ電源２９−３に接続される。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。
電極ユニット２７−４も同一の構造体を用いることが可能である。
以上のように、電極ユニット２７−３、２７−４の電極５５−３、５５−４は、基材１６の下面に相対しており、基材１６の下面に向けてプラズマ２８が発生して成膜が行われる。
【００４４】
一方、電極ユニット２７−１、２７−２は、電極ユニット２７−３の上下方向を裏返したものであり、基本的に同一の構造体を用いることが可能である。
よって、電極ユニット２７−１、２７−２の電極５５−１、５５−２は、基材１６の上面に相対しており、基材１６の上面に向けてプラズマ２８が発生して成膜が行われる。
通常、組にして使用する電極ユニット（例えば電極ユニット２７−１と２７−２）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。
【００４５】
電力供給線５９は電源２９に接続され、電源２９から電力が供給されると、電極５５からプラズマ２８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２７を冷却または加熱することができる。例えば、エチレングリコール水溶液等の冷媒を温度調節媒体用配管５７に循環させることにより、電極５５および電極ユニット２７は冷却される。
【００４６】
なお、電極ユニット２７−１〜２７−４は、図２、図３、図４に示すものに加えて、図５、図６、図７に示すようにマグネット８５を備える構造にすることが望ましい。
図５は、電極２７−３、２７−４の側面図、図６は、図５のＢ方向の矢視図、図７は、図６のＣ−Ｃ断面図である。
電極ユニット２７−１および２７−２は、電極ユニット２７−３、２７−４を上下方向に裏返した構造であり、基本的に電極ユニット２７−３、２７−４の構造と同一である。
【００４７】
電極５５はマグネトロン構造を有している。図５、図６、図７に示すように、マグネットケース８１内に絶縁スペーサ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。
この場合も、例えば、エチレングリコール水溶液等を冷却媒体として温度調節媒体配管９１に循環させることにより、電極８９およびマグネットが冷却される。
【００４８】
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。
【００４９】
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。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になる。
【００５０】
電極８９とマグネット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×３００ｍｍサイズ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。
【００５１】
また、電極やマグネットなどからなる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、構造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。
【００５２】
電極８９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。
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。
【００５３】
電源２９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。
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に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されていて、安価であるという利点がある。
【００５４】
電源２９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２９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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。例えば、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。
【００５７】
第２基材搬送室１９には、基材１６を安定して搬送するために、巻取りローラ４７の他にガイドローラ４３−２、４３−３、４３−４、および張力ピックアップロール４４が備えられている。
ここで、ガイドローラ４３−２は成膜後の基材１６が最初に接触するものである。このガイドローラ４３−２に、電極ユニット２７に設けた温度調節媒体用配管５７と同様の配管を設け、温度調節媒体を循環させることにより、基材１６を冷却できるようにする基材冷却機構を設置してもよい。
基材冷却機構を設けることにより、成膜時に発生した熱を効率よく取り除くことが可能となる。温度制御範囲は−２０℃〜＋２０℃の範囲で、±２℃の精度で温度が制御されることが望ましい。
【００５８】
また、ガイドローラ４３−２を電気的にアースレベルに設定することにより、成膜時に帯電した電荷を効率よく除去することが可能になる。
さらに、ガイドローラ４３−２に基材の帯電除去機構を設けるようにしてもよい。これにより、直流電源により、簡便かつ安定して除電を行うことが可能となる。
【００５９】
一方、ガイドローラ４３−２を電気的にフローティングレベルに設定するようにしてもよい。これにより、基材１６を安定して搬送させることが可能となる。
そして、フローティングレベルのガイドローラ４３−２に帯電除去機構を設けるようにしてもよい。このような構成を採ることにより、簡便かつ安価な直流電圧を印加して除電を行ったり、安定して放電可能な交流電圧を印加することで除電を行うことが可能となる。
【００６０】
さらに、図１ではガイドローラ４３−２の前段に設けられている基材除電機構としての後処理装置４９をガイドローラ４３−２の後段に設けるようにしてもよい。このような構造とすることで、効率よく安定的に除電を行うことが可能となる。
【００６１】
次に、成膜装置１の動作の概略について説明する。ガス貯留部２５−１〜２５−６から成膜用ガスがガス供給部２１−１〜２１−６に供給され、ガス供給部２１−１〜２１−６から基材１６に向けて成膜用ガスが噴射される。
【００６２】
また、電源２９−１および電源２９−２から、それぞれ、電極５５−１および電極５５−２、電極５５−３および電極５５−４に電力が供給され、電極５５−１、５５−２から基材１６の上面に、電極５５−３、５５−４から基材１６の下面にプラズマ２８が発せられ、基材1６上に薄膜が形成される。
【００６３】
このとき、ガス供給部２１−１〜２１−６および電極ユニット２１−１〜２１−６の制御を独立に行うことにより、異種の膜を形成することも可能である。
また、基材１６の上面への成膜を行うためのガス供給部２１−１〜２１−３および電極ユニット２１−１、２１−２と、基材１６の下面への成膜を行うためのガス供給部２１−４〜２１−６および電極ユニット２１−３、２１−４の成膜時間の制御を同一にすることにより、基材１６の上面下面への成膜を同時に行うことも可能であるとともに、成膜時間の制御を独立させることにより、基材１６上面、下面への成膜を異なる時期に行うことも可能である。
【００６４】
次に、図１に示す成膜装置１と、図８に示す比較例となる成膜装置２０１を用いて成膜を行った際の実験結果について説明する。
図１に示す本実施の形態の成膜装置１において、電極５５−１、５５−２、５５−３、５５−４は、前述した図５、図６、図７に示すような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、電極５５−１〜５５−４、および、第２基材搬送室１９内で成膜後の基材１６が最初に接触するガイドロール４３−２は電気的にフローティングレベルとした。
【００６５】
濃度３０％のエチレングリコール水溶液を冷媒として電極ユニット２７−１〜２７−４の温度調節媒体用配管９１に個別に循環するように供給し、電極５５−１〜５５−４の温度を０℃に冷却した。このとき、各電極５５−１〜５５−４とチャンバ３、各電極間の抵抗はそれぞれ１ＭΩであった。
【００６６】
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、第１基材搬送室１５および第２基材搬送室１９の基材搬送系にセットした。
真空ポンプ３３−１、３３−２、３３−３により、第２排気室１１、成膜室８、第１排気室９からなるチャンバ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、同ガスを基材１６上にシャワー状に供給した。
【００６７】
次に、真空排気ポンプ３３−１〜３３−５を調整し、成膜室８の圧力を１０Ｐａ、第１、第２基材搬送室１５、１９、および、第１、第２排気室９、１１の圧力を０．５Ｐａの一定圧力となるように調整した。
電源２９−１、２９−２に周波数４０ｋＨｚの電源（Advanced Energy
Industries, Inc.製、ＰＥＩＩ、１０ｋＷ）を用い、電極５５−１および電極５５−２に３ｋＷの電力を、電極５５−３および電極５５−４に３ｋＷの電力を印加した。これらの電力の制御はインピーダンス制御により行った。基材ライン速度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１分間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。
【００６８】
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、基材表面の目視観察を行うとともに、２００ｍおきに、基材１６の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、基材反り評価を行った。膜厚は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；日立製作所(株)製、Ｓ−５０００Ｈ）を用い、断面観察を行うことにより膜厚を求めた。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。基材の反り評価は、基材１６を２０ｍｍ×２０ｍｍサイズに切断し、表面を上（＋側とする）平らな面の上に置き、基材の反りによる平らな面からの最高反り高さをレーザー変位計により測定した。
図９は成膜結果を示す図である。
【００６９】
これに対して、比較例として、図８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、チャンバ３内に設けたドラム９に基材１６を巻きつかせて搬送しながら成膜処理を行う点が異なる。
【００７０】
チャンバ３は、隔壁５、隔壁７により基材搬送室１５、成膜室８、排気室９に分割されており、隔壁５に挟まれるようにドラム９が設けられる。ドラム９は基材１６を巻回する。また、隔壁７に挟まれるようにガス供給部２１−１および２１−３が設置され、ドラム９の外周に沿ってガス供給部２１−２が設けられる。ガス供給部２１−１、２１−２、２１−３は、それぞれ、流量制御器２３−１、２３−２、２３−３を介してガス貯蓄部２５−１、２５−２、２５−３に接続され、成膜用ガスが供給される。ガス供給部２１−１、２１−２、２１−３のガス噴射口はドラム９に巻かれた基材１６表面方向に向けられており、基材表面に向けてガスが噴射される。
【００７１】
また、ガス供給部２１−１、２１−２間に電極ユニット２７−１が、ガス供給部２１−２、２１−３間に電極ユニット２７−２が設けられる。電極ユニット２７−１、２７−２の構造は、成膜装置１と同様である。
基材搬送室１５には巻き出しローラ４１、巻取りローラ４７に加えて、ガイドローラ４３−１〜４３−５、張力ピックアップロール４４が設けられ、基材１６は、巻き出しローラ４１から送り出され、ガイドロール４３−１、４３−２を介してドラム９に至り、成膜室８に入り、成膜処理が成される。
【００７２】
また、基材搬送室１５内には、本実施の形態の成膜装置１の第２基材搬送室１９に設けられた後処理装置４９と同様の帯電除去装置４９が設けられる。成膜後の基材１９は帯電除去装置４９により除電を行った後、ガイドロール４３−３、張力ピックアップロール４４、ガイドロール４３−４、４３−５を介して巻取りローラ４７に回収される。
【００７３】
成膜装置２０１の電極５５−１、５５−２は電気的に等電位に接続されていて両電極間での抵抗は０．１Ωであった。また、成膜圧力は、チャンバ３内のすべての場所で０．５Ｐａとした。それ以外の条件は、本実施の形態の成膜装置１と同様の設定、手順で成膜した。この成膜装置２０１は、片面の成膜しか行えないため、片面の成膜が完了した後、チャンバ３を大気開放し、基材１６を反転させて再度巻き出しローラ４１にセットし、反対側の面に同様の設定、手順で再度成膜を行った。成膜された膜の評価方法についても、本実施例の実験と同様に行った。
図１０に成膜装置２０１の実験結果を示す。
【００７４】
図９および図１０を比較すると、図１に示した本発明に係る成膜装置１では、放電のアーキング（異常放電）発生回数が０回と、異常放電がなく安定した成膜が可能であることが判明した。このことから、本発明に係る成膜装置１では、放電中のアーキングがほぼ発生しないことにより、良質且つ均一な膜の形成が可能となる。
また、放電電圧が低減され、放電が安定しやすくなる。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可能となった。さらに、基材反り測定結果によると、両面とも均一な成膜が可能で、基材反り（カール）のない膜が形成された。
【００７５】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る成膜装置１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】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態にかかる成膜装置１を示す図
【図２】電極ユニット２７−３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】電極ユニット２７−３の断面図（マグネット設置）
【図６】図５のＢ方向矢視図
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図
【図８】比較例となる成膜装置２０１を示す図
【図９】成膜装置１による成膜結果を示す図
【図１０】成膜装置２０１による成膜結果を示す図
【符号の説明】
【００７７】
３………チャンバ
５、７………隔壁
８………成膜室
９………第１排気室
１１………第２排気室
１５………第１基材搬送室
１６………基材
１９………第２基材搬送室
２１………ガス供給部
２３………流量制御器
２５………ガス貯留部
２７………電極ユニット
３１………圧力調整バルブ
３３………真空排気ポンプ
４１………巻き出しローラ
４３………ガイドローラ
４４………張力ピックアップローラ
４５………前処理装置
４７………巻取りローラ
４９………後処理装置
５５………電極
【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、
を具備し、
前記基材は、前記チャンバ内で直状フリースパン部を有するように保持され、
前記基材の前記フリースパン部で成膜が行われることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記基材への成膜が、前記基材片側表面に対して少なくとも２箇所以上で行われ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２箇所以上の成膜で、同一種膜が形成されることを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記２箇所以上の成膜で、異種膜が形成されることを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項５】
前記１組の電極が複数あり、複数組の電極が前記基材の両側に配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６】
前記基材への成膜が、基材両面に対して同時に行われることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
【請求項７】
前記基材への成膜が、基材両面に対して異なるときに行われることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
【請求項８】
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９】
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８記載の成膜装置。
【請求項１０】
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８記載の成膜装置。
【請求項１１】
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１２】
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１３】
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１４】
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１５】
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１６】
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１７】
前記搬送機構は、前記チャンバに前記基材を送り込む第１基材搬送室と、前記チャンバでの成膜後の前記基材を回収する第２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１８】
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１６記載の成膜装置。
【請求項１９】
前記排気室の真空度は、前記成膜室の真空度よりも１０倍から１００００倍高いことを特徴とする請求項１６記載の成膜装置。
【請求項２０】
前記第１基材搬送室と前記第２基材搬送室の真空度は、前記成膜室の真空度よりも１０倍から１００００倍高いことを特徴とする請求項１７または請求項１８記載の成膜装置。
【請求項２１】
前記第２基材搬送室に、成膜後の前記基材搬送用のローラを有することを特徴とする請求項１７記載の成膜装置。
【請求項２２】
前記ローラは、冷却機構を備えることを特徴とする請求項２１記載の成膜装置。
【請求項２３】
前記ローラは、電気的にアースレベルであることを特徴とする請求項２１記載の成膜装置。
【請求項２４】
前記ローラは、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２１記載の成膜装置。
【請求項２５】
前記ローラは、成膜時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２３または請求項２４記載の成膜装置。
【請求項２６】
前記基材帯電除去部は、前記第２基材搬送室内で、前記ローラよりも前段に設けられることを特徴とする請求項１７または請求項２３〜２５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項２７】
前記基材帯電除去部は、前記第２基材搬送室内で、前記ローラよりも後段に設けられることを特徴とする請求項１７または請求項２３〜２５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項２８】
前記第１基材搬送室に、前記基材帯電除去部を備えることを特徴とする請求項１７または請求項２５記載の成膜装置。
【請求項２９】
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２５〜２８のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項３０】
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、
チャンバ内に設けた直状フリースパン部に前記基材を搬送し、
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、
前記基材上に前記フリースパン部で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、
を具備し、
前記基材は、前記チャンバ内で直状フリースパン部を有するように保持され、
前記基材の前記フリースパン部で成膜が行われることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記基材への成膜が、前記基材片側表面に対して少なくとも２箇所以上で行われ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２箇所以上の成膜で、同一種膜が形成されることを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記２箇所以上の成膜で、異種膜が形成されることを特徴とする請求項２記載の成膜方法。
【請求項５】
前記１組の電極が複数あり、複数組の電極が前記基材の両側に配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６】
前記基材への成膜が、基材両面に対して同時に行われることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
【請求項７】
前記基材への成膜が、基材両面に対して異なるときに行われることを特徴とする請求項５記載の成膜装置。
【請求項８】
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９】
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８記載の成膜装置。
【請求項１０】
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８記載の成膜装置。
【請求項１１】
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１２】
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１３】
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１４】
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１５】
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１６】
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１７】
前記搬送機構は、前記チャンバに前記基材を送り込む第１基材搬送室と、前記チャンバでの成膜後の前記基材を回収する第２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１８】
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１６記載の成膜装置。
【請求項１９】
前記排気室の真空度は、前記成膜室の真空度よりも１０倍から１００００倍高いことを特徴とする請求項１６記載の成膜装置。
【請求項２０】
前記第１基材搬送室と前記第２基材搬送室の真空度は、前記成膜室の真空度よりも１０倍から１００００倍高いことを特徴とする請求項１７または請求項１８記載の成膜装置。
【請求項２１】
前記第２基材搬送室に、成膜後の前記基材搬送用のローラを有することを特徴とする請求項１７記載の成膜装置。
【請求項２２】
前記ローラは、冷却機構を備えることを特徴とする請求項２１記載の成膜装置。
【請求項２３】
前記ローラは、電気的にアースレベルであることを特徴とする請求項２１記載の成膜装置。
【請求項２４】
前記ローラは、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２１記載の成膜装置。
【請求項２５】
前記ローラは、成膜時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２３または請求項２４記載の成膜装置。
【請求項２６】
前記基材帯電除去部は、前記第２基材搬送室内で、前記ローラよりも前段に設けられることを特徴とする請求項１７または請求項２３〜２５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項２７】
前記基材帯電除去部は、前記第２基材搬送室内で、前記ローラよりも後段に設けられることを特徴とする請求項１７または請求項２３〜２５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項２８】
前記第１基材搬送室に、前記基材帯電除去部を備えることを特徴とする請求項１７または請求項２５記載の成膜装置。
【請求項２９】
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２５〜２８のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項３０】
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、
チャンバ内に設けた直状フリースパン部に前記基材を搬送し、
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、
前記基材上に前記フリースパン部で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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２９９３５３（Ｐ２００６−２９９３５３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２３４８０（Ｐ２００５−１２３４８０）
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【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１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【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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