JP2011006788A - 成膜方法、成膜装置、およびガスバリアフィルムの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の成膜方法は、長尺の基板をドラムの表面の所定の領域に巻き掛け、所定の搬送方向に搬送しつつ、この基板の表面に所定の膜を形成する成膜方法である。ドラムに対向して所定の距離離間して成膜電極が配置されており、成膜電極に高周波電圧を印加する高周波電源部、および膜を形成するための原料ガスをドラムと成膜電極との間に供給する原料ガス供給部が設けられている。膜の形成は、成膜電極に高周波電源部により電圧が印加されて形成される電界の範囲を、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも広くして行う。
【選択図】図2
Description
この成膜装置では、ドラムの所定領域に基板を巻き掛けてドラムを回転することにより、基板を所定の成膜位置に位置して長手方向に搬送しつつ、ドラムと電極との間に高周波電圧を印加して電界を形成し、かつ、ドラムと電極との間に、成膜のための原料ガス、さらにはアルゴンガスなどを導入して、基板の表面にプラズマCVDによる成膜を行う。従来から、このようなロール・ツー・ロールタイプの成膜装置が提案されている。
さらに、非反応室は、ドラムロール室と巻だしロール室および巻取りロール室の3つの室に区分されている。巻だしロール室とドラムロール室との間ならびに巻取りロール室とドラムロール室との間のフィルム基板貫通部には、フィルム基板を介して気密にシール可能なシールゲート手段が設けられている。
特許文献1においては、高周波電極は、シールゲート手段により各室間をフィルム基板を介して気密にシールした状態で、高周波電極を真空槽から着脱可能に構成されている。
なお、本発明において、成膜電極の端部から25mm内側の位置における成膜レートが、成膜電極の中央部における成膜レートの30%以下であることが好ましい。
また、本発明において、前記膜の形成の工程においては、さらに前記ドラムの軸方向の各端部所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐことが好ましい。
また、本発明において、前記規制部材は、さらに前記ドラムの軸方向の各端部所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐものであることが好ましい。
さらに、本発明において、前記規制部材は、前記貫通孔を、前記成膜電極が前記ドラムに対している面とは反対側から塞ぐものであることが好ましい。
さらにまた、本発明において、前記規制部材は、前記貫通孔を塞ぐ範囲を変えることができる機構を備えていることが好ましい。
前記ガスバリア膜は、本発明の第1の態様の成膜方法を用いて製造されたものであることを特徴とするガスバリアフィルムを提供するものである。
前記ガスバリア膜は、本発明の第2の態様の成膜装置により製造されたものであることを特徴とするガスバリアフィルムを提供するものである。
さらには、ドラムと成膜電極との間以外で反応生成物が基板の表面に付着することが少なくなり、基板が反応生成物を巻き込んだりして、形成する膜の膜質に悪影響を与えることが抑制される。よって、品質の良い膜を形成することができ、最終的にガスバリア性が優れたガスバリアフィルムを得ることができる。
図1は、本発明の実施形態に係る成膜装置を示す模式図である。
図1に示す本発明の実施形態に係る成膜装置10は、ロール・ツー・ロール(Roll to Roll)タイプの成膜装置であり、基板Zの表面Zf、または基板Zの表面Zfに有機層が形成されていれば、その表面に、所定の機能を有する膜を形成するものであり、例えば、光学フィルム、またはガスバリアフィルム等の機能性フィルムの製造に利用されるものである。
また、成膜装置10においては、供給室12と成膜室14とを区画する壁15a、および成膜室14と巻取り室16とを区画する壁15bには、基板Zが通過するスリット状の開口15cが形成されている。
なお、供給室12、成膜室14および巻取り室16には、それぞれ大気開放(ベント)または排気量の調節などをするためのバルブ(図示せず)が設けられており、このバルブも制御部36で制御され、供給室12、成膜室14および巻取り室16が大気開放される。
なお、真空排気部32による供給室12、成膜室14および巻取り室16の到達真空度には、特に限定はなく、実施する成膜方法等に応じて、十分な真空度を保てればよい。この真空排気部32は、制御部36により制御される。
基板ロール20は、長尺な基板Zを連続的に送り出すものであり、例えば、反時計回りに基板Zが巻回されている。
基板ロール20は、例えば、駆動源としてモータ(図示せず)が接続されている。このモータによって基板ロール20が基板Zを巻き戻す方向r1に回転されて、本実施形態では、時計回りに回転されて、基板Zが連続的に送り出される。
本実施形態の成膜装置10においては、ガイドローラ21は、駆動ローラまたは従動ローラでもよい。また、ガイドローラ21は、基板Zの搬送時における張力を調整するテンションローラとして作用するローラであってもよい。
この巻取りロール30は、例えば、駆動源としてモータ(図示せず)が接続されている。このモータにより巻取りロール30が回転されて、成膜済の基板Zが巻き取られる。
巻取りロール30においては、モータによって基板Zを巻き取る方向r2に回転されて、本実施形態では、時計回りに回転されて、成膜済の基板Zを連続的に、例えば、時計回りに巻き取る。
成膜室14は、例えば、ステンレス、アルミニウムまたはアルミニウム合金など、各種の真空チャンバで利用されている材料を用いて構成されている。
搬送方向の上流側から、ガイドローラ24、ガイドローラ25、ドラム26、ガイドローラ27、ガイドローラ28の順で設けられている。
また、ガイドローラ25と、ガイドローラ27とが、ガイドローラ24とガイドローラ28との間隔よりも狭い間隔で対向して、平行に配置されている。ガイドローラ25およびガイドローラ27は、基板Zの搬送方向Dに対して、その長手方向を直交させて配置されている。
なお、基板ロール20、ガイドローラ21、ガイドローラ24およびガイドローラ25により、本発明の第1の搬送手段が構成される。
なお、ガイドローラ27、ガイドローラ28、ガイドローラ31、巻取りロール30により、本発明の第2の搬送手段が構成される。
また、4つのガイドローラ24、25、27、28は、上記構成以外は、供給室12に設けられたガイドローラ21と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
前述のように、このドラム26は、円筒状を呈し、その両端面に、それぞれ円筒状の支持部29が設けられている。この支持部29が成膜室14の壁面に設けられた、例えば、ベアリングにより回転可能に支持される。これにより、回転軸Cを中心として、ドラム26は、回転方向ωに回転する。
ドラム26の表面26a(周面)に基板Zが巻き掛けられて、ドラム26が回転することにより、基板Zを所定の成膜位置に保持されつつ、搬送方向Dに基板Zが搬送される。
ドラム26は、軸方向Yにおける長さが基板Zの幅よりも長い。さらには、ドラム26は接地されている。
成膜部40は、例えば、容量結合型プラズマCVD法(CCP−CVD法)により膜を形成するものである。この成膜部40は、成膜電極42、高周波電源44および原料ガス供給部46を有する。成膜部40の高周波電源44、および原料ガス供給部46は、制御部36に、図示はしないが接続されている。この制御部36により、成膜部40の高周波電源44、および原料ガス供給部46が制御される。
成膜電極42は、図2(a)に示すように、成膜電極板50と、この成膜電極板50を保持する保持部54とを有する。
この成膜電極板50は、ドラム26の表面26aの同心円に一致するように配置されている。
また、高周波電源44は、印加する高周波電力(RF電力)を変えることができる。
成膜電極42と高周波電源44とは、必要に応じて、インピーダンス整合をとるためのマッチングボックスを介して接続してもよい。
保持部54は、原料ガス供給部46に配管47を介して接続されている。この保持部54の空洞56は、成膜電極板50の表面50aに形成された複数の貫通孔と連通している。後述するように、原料ガス供給部46から供給された原料ガスは、配管47、空洞56および成膜電極板50の複数の貫通孔52を経て、成膜電極板50の表面50aから放出され、隙間Sに原料ガスが均一に供給される。
また、図2(a)に示すように、ドラム26の円周方向X(軸方向Yと直交方向)における長さWの範囲で基板Zの表面Zfに成膜される。このため、円周方向Xにおいては、長さWの範囲が成膜ゾーンとなる。
図示例においては、規制部材60は、ドラム26の円周方向X(すなわち、基板Zの長手方向=基板Zの搬送方向)の端部51aから所定の範囲の貫通孔52を塞ぐ第1規制部62と、軸方向Yの端部51bから所定の範囲の貫通孔52を塞ぐ第2規制部64とを有する(図3参照)。
このように、規制部材60により、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも、形成される電界の範囲を広くする。これにより、反応ガスは、成膜電極板50の端部では枯渇した状態にでき、隙間Sから反応室14内に飛散する反応生成物の量を少なくできる。
このように、成膜条件毎に規制部材60の大きさを変える必要がある。このため、規制部材60は、第1規制部62の幅、および第2規制部64の幅を変えることができ、貫通孔52を塞ぐ範囲を調整する機構を有することが好ましい。一例として、第1規制部62および/または第2規制部64の幅(サイズ)が異なる複数種の規制部材60を準備しておき、これを成膜電極42に着脱可能な構成にする方法により、貫通孔52を塞ぐ範囲を調整可能にすればよい。
図3に示すように、この規制部材60は、円周方向Xで貫通孔52を塞ぐ第1規制部62と、軸方向Yで貫通孔52を塞ぐ第2規制部64とを有する。
規制部材60で貫通孔52を塞ぐ範囲は、成膜電極板50の端部51a、51bから距離であるため、第1規制部62の幅および第2規制部64の幅は、いずれも成膜電極板50の板厚部分53の厚さを差し引いたものとなる。
規制部材60で貫通孔52を塞ぐ範囲は、X方向、軸方向Yのいずれにおいても、例えば、50mmである。
本実施形態においては、原料ガスは、例えば、SiO2膜を形成する場合、TEOSガス、および活性種ガスとして酸素ガスが用いられる。また、窒化珪素膜を形成する場合、SiH4ガス、NH3ガス、およびN2ガス(希釈ガス)が用いられる。本実施形態においては、活性種ガスおよび希釈ガスが含まれていても、単に原料ガスという。
また、原料ガス供給部46においては、原料ガスのみならず、アルゴンガスまたは窒素ガスなどの不活性ガス、および酸素ガス等の活性種ガス等、CVD法で用いられている各種のガスを、原料ガスと共に、隙間Sに供給してもよい。このように、複数種のガスを導入する場合には、各ガスを同じ配管で混合して、成膜電極42の複数の貫通孔を通して隙間Sに供給しても、各ガスを異なる配管から成膜電極42の複数の貫通孔を通して隙間Sに供給してもよい。
さらに、原料ガスまたはその他、不活性ガスおよび活性種ガスの種類または導入量も、形成する膜の種類、または目的とする成膜レート等に応じて、適宜、選択/設定すればよい。
なお、成膜電極42は、成膜電極板50の表面50aに貫通孔を形成する構成としたが、成膜空間である隙間Sに均一に原料ガスを供給することができれば、これに限定されるものではない。例えば、成膜電極板50の屈曲部にスリット状の開口部を形成し、このスリット状の開口部から原料ガスを放出させるようにしてもよい。
成膜装置10は、供給室12から成膜室14を経て巻取り室16に至る所定の経路で、供給室12から巻取り室16まで長尺な基板Zを通して搬送しつつ、成膜室14において、基板Zの表面Zfに膜を形成し、ガスバリアフィルムなどを得るものである。
本実施形態においては、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも、形成される電界の範囲を広くする。具体的には、規制部材60により、成膜電極板50の各端部51a、51bから25mm内側における成膜レートを、成膜電極板50の中央部の成膜レートの30%以下となるように調整する。
また、本実施形態においては、反応生成物の発生領域を限定することができ、反応室14内への飛散を抑制することができる。このため、成膜時における反応室14の汚染を少なくすることができる。これにより、メンテナンス時に反応室14内に堆積した反応生成物を取り除く範囲が狭く、取り除く量も少なくなるため、メンテナンス作業を簡素化できる。
さらに、成膜する膜は、単層に限定はされず、複数層であってもよい。膜を複数層形成する場合には、各層は、同じものであっても、互いに異なるものであってもよい。
また、機能性フィルムとして、有機ELディスプレイおよび液晶ディスプレイのような表示装置などの各種のデバイスまたは装置の保護フィルムを製造する際には、膜として、酸化ケイ素膜等の無機膜を成膜する。
さらに、機能性フィルムとして、光反射防止フィルム、光反射フィルム、各種のフィルタ等の光学フィルムを製造する際には、膜として、目的とする光学特性を有する膜、または目的とする光学特性を発現する材料からなる膜を成膜する。
本実施例は、図1に示す成膜装置10を用いて、規制部材60の第1規制部62および第2規制部64の寸法を下記表1に示すように変えて、以下に示す条件で、フィルムに窒化珪素膜を形成した。成膜時間については、下記表1に示す条件とした。
本実施例においては、フィルムには、ポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム、東洋紡績社製、商品名:コスモシャインA4300)を用いた。
成膜条件は、下記表1に示す実験例1〜5のいずれもSiH4ガス(シランガス)、NH3ガス(アンモニアガス)、N2ガス(窒素ガス)を用いた。さらに、成膜条件としては、実験例1〜5のいずれも、SiH4ガス(シランガス)の流量を125sccmとし、NH3ガス(アンモニアガス)の流量を125sccmとし、N2ガス(窒素ガス)の流量を800sccmとし、印加電力を2500Wとし、成膜圧力を100Paとした。
実験例2〜6は、ドラムを回転させつつ、それぞれ、下記表1に示す成膜時間で、フィルムに窒化珪素膜を成膜したガスバリアフィルムである。
各実験例2〜6のガスバリアフィルムについてガスバリア性能を評価した。
また、実験例2〜6においては、下記表1に示す成膜時間後、成膜室を開放し、成膜室内の反応生成物等の堆積物を目視にて確認し、下記表1に示すように「○○○」、「○○」、「○」、「△」、「×」で評価した。
なお、「○○○」、「○○」、「○」、「△」、「×」の評価基準は、以下のとおりである。成膜ゾーン以外への膜の堆積がないものを「○○○」とした。成膜ゾーン以外に膜の堆積がわずかにあるものを「○○」とした。成膜ゾーン以外に膜の堆積があるが剥離してないものを「○」とした。成膜ゾーン以外に膜の堆積が多く、わずかに剥離が認められるものを「△」とした。成膜ゾーン以外に膜の堆積が多く、多量の剥離が認められるものを「×」とした。
実験例3は、円周方向X(図2(a)参照)について貫通孔からの噴出を規制している。実験例3においては、30%以下となる位置βは、78mmである。
実験例4は、円周方向X(図2(a)参照)および軸方向Y(図2(b)参照)について貫通孔からの噴出を規制している。実験例4においては、30%以下となる位置βは、32mmである。
実験例5は、円周方向X(図2(a)参照)について貫通孔からの噴出を規制している。実験例5においては、30%以下となる位置βは、32mmである。
実験例6は、規制部材を設けていない。このため、成膜電極の全域にわたり、膜厚は同じである。
一方、実験例6は、WVTR(水蒸気透過率)が多く、ガスバリア性能が実験例2〜5に比して劣るとともに、反応室内における反応生成物等の堆積物の量も多かった。
このように、成膜電極について原料ガスが噴出する貫通孔を塞いで、成膜電極の端部で原料ガスが枯渇した状態とすることにより、反応生成物の発生領域を限定することができる。これにより、反応室内に飛散する反応生成部の量を抑制でき、メンテナンス性を向上させることができた。しかも、得られるガスバリアフィルムは、ガスバリア性能が高い。
12 供給室
14 成膜室
16 巻取り室
20 基板ロール
21、24、25、27、28、31 ガイドローラ
26 ドラム
30 巻取りロール
32 真空排気部
36 制御部
40 成膜部
42 成膜電極
44 高周波電源
46 原料ガス供給部
50 成膜電極板
52 貫通孔
56 空洞
60 規制部材
D 搬送方向
ω 回転方向
Z 基板
Claims (11)
- 長尺の基板をドラムの表面の所定の領域に巻き掛け、所定の搬送方向に搬送しつつ、前記基板の表面に所定の膜を形成する成膜方法であって、
前記ドラムに対向して所定の距離離間して成膜電極が配置され、前記成膜電極に高周波電圧を印加する高周波電源部、および前記膜を形成するための原料ガスを前記ドラムと前記成膜電極との間に供給する原料ガス供給部が設けられており、
前記膜の形成は、前記成膜電極に前記高周波電源部により電圧が印加されて形成される電界の範囲を、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも広くして行うことを特徴とする成膜方法。 - 前記成膜電極は、前記原料ガスを噴出する複数の貫通孔を有するシャワー電極であり、
前記膜の形成の工程においては、前記シャワー電極の貫通孔のうち、前記ドラムの円周方向における各端部から少なくとも所定の距離の範囲の貫通孔を塞いで行う請求項1に記載の成膜方法。 - 前記膜の形成の工程においては、さらに前記ドラムの軸方向の各端部所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐ請求項2に記載の成膜方法。
- 前記膜の形成の工程においては、前記成膜電極の中央部における成膜レートに対して、前記成膜電極の端部から25mm内側の位置における成膜レートが30%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 所定の搬送経路で、長尺の基板を搬送する第1の搬送手段と、
チャンバと、
前記チャンバ内を所定の真空度にする真空排気部と、
前記チャンバ内に設けられ、前記基板の搬送方向と直交する幅方向に回転軸を有し、前記第1の搬送手段により搬送された基板が表面の所定の領域に巻き掛けられる回転可能なドラムと、
所定の搬送経路で、前記ドラムに巻き掛けられた基板を搬送する第2の搬送手段と、
前記ドラムに対向して所定の距離離間して配置された成膜電極、前記成膜電極に高周波電圧を印加する高周波電源部、および前記膜を形成するための原料ガスを前記ドラムと前記成膜電極との間に供給する原料ガス供給部を備える成膜部とを有し、
前記成膜電極に前記高周波電源部により電圧が印加されて形成される電界の範囲は、成膜に十分な量の反応ガスが供給された範囲よりも広いことを特徴とする成膜装置。 - 前記成膜電極は、前記原料ガスを噴出する複数の貫通孔を有するシャワー電極であり、更に前記シャワー電極の貫通孔のうち、前記ドラムの円周方向における各端部から少なくとも所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐ規制部材を有する請求項5に記載の成膜装置。
- 前記規制部材は、さらに前記ドラムの軸方向の各端部所定の距離の範囲の貫通孔を塞ぐものである請求項6に記載の成膜装置。
- 前記規制部材は、前記貫通孔を、前記成膜電極が前記ドラムに対している面とは反対側から塞ぐものである請求項6または7に記載の成膜装置。
- 前記規制部材は、前記貫通孔を塞ぐ範囲を変えることができる機構を備えている請求項6〜8のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 基板と、前記基板の表面に形成されたガスバリア膜とを有し、
前記ガスバリア膜は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の成膜方法を用いて製造されたものであることを特徴とするガスバリアフィルム。 - 基板と、前記基板の表面に形成されたガスバリア膜とを有し、
前記ガスバリア膜は、請求項5〜9のいずれか1項に記載の成膜装置を用いて製造されたものであることを特徴とするガスバリアフィルム。
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