JP2012211365A - Plasma cvd apparatus and plasma cvd method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長尺基材の表面に高品質の薄膜を生産性高く形成可能なプラズマCVD装置およびプラズマCVD方法に関する。 The present invention relates to a plasma CVD apparatus and a plasma CVD method capable of forming a high-quality thin film on the surface of a long substrate with high productivity.
従来より、高分子フィルムなどの長尺基材の表面にプラズマCVD法を用いて機能性薄膜を形成する手法が検討されている。プラズマCVD法により得られる薄膜の緻密性、柔軟性、透明性などの特徴を生かして、磁気記録材料の表面保護層や各種素材のハードコート層、ガスバリアフィルムなどへの応用について、一部実用化され、さらなる検討が行われている。 Conventionally, a method of forming a functional thin film on the surface of a long base material such as a polymer film using a plasma CVD method has been studied. Utilizing the features such as the denseness, flexibility, and transparency of thin films obtained by plasma CVD, some applications of magnetic recording materials for surface protection layers, hard coating layers of various materials, gas barrier films, etc. Further studies are underway.
プラズマCVD法は、原料としてガス状物質を供給し、プラズマにより原料ガスにエネルギーを与えて分解し、生成した活性種を基材表面で化学的に結合させて薄膜を得る方法である。薄膜の生産性を高めるためには、プラズマによる原料ガスの分解を促進して、活性種をできる限り多く基材表面に供給することが必要であり、そのためにプラズマの密度を高める方策が検討されてきた。また、得られる薄膜の膜質の向上や基材との密着性の改善のためにもプラズマの高密度化が有効であると考えられ、鋭意検討がなされてきた。 The plasma CVD method is a method of obtaining a thin film by supplying a gaseous substance as a raw material, applying energy to the raw material gas by plasma and decomposing it, and chemically combining the generated active species on the surface of the substrate. In order to increase the productivity of the thin film, it is necessary to promote the decomposition of the source gas by plasma and supply as much active species as possible to the substrate surface. To that end, measures to increase the plasma density have been studied. I came. Further, it has been considered that increasing the density of plasma is effective for improving the quality of the thin film obtained and improving the adhesion to the base material, and intensive studies have been made.
例えば特許文献1には、反応管の内部に組み込まれたメッシュ状の陽極と反応管に対向して設置された回転可能なメインロールとの間でプラズマを生成し、反応管内に導入したガスをプラズマによって分解して、メインロールで搬送される磁性層付きのフィルム基材の表面に薄膜を堆積させている。このとき、陽極に関して基材とは反対側に磁場発生源を配置し、この磁場発生源により電界の方向と交差する方向に磁場が作用するように構成する方法が開示されている。このような磁場配置により、原料ガスの分解および再結合を促進し、成膜された膜の膜質向上を図ることができるとしている。
For example, in
また、特許文献2には、支持体を走行させながらプラズマCVD法によって膜形成を行う装置であって、不活性ガスによってプラズマ放電を起こすようになされているイオン源と、イオン源を基準として支持体の走行方向の下流側に設けた成膜ガス導入機構とを備える装置が開示されている。このような装置により、単一のイオン源だけで成膜工程と同時に膜清浄化処理を行うことができ、また付着力の高い良質な膜を高い成膜効率で長時間形成可能であるとしている。
また、特許文献3には、ホローカソード放電によるプラズマを噴出するための噴出孔が形成された電極において、電極表面に磁場を形成するための磁石を電極内部に備える構成の装置が開示されている。また、この装置において前記噴出孔から酸素を供給し、別途設けた原料噴出部からシラン化合物を供給する方法も示されている。このような装置および方法を用いて、基材への熱負荷を低減しつつ緻密かつ密着性良好な薄膜を得ることができるとしている。
Further,
しかしながら、さらなる生産性の向上の要求に応えるべく、膜質を低下させることなく成膜速度を高めようとする場合、次のような問題があった。 However, in order to meet the demand for further improvement in productivity, there has been the following problem when trying to increase the deposition rate without deteriorating the film quality.
すなわち、特許文献1の方法では、ガスは陽極の背面から導入されており、膜形成種の基となる原料ガスとプラズマ形成のためのプラズマ生成ガスとは区別せずに導入している。このとき、成膜速度を高めようとガスの供給量および投入電力を高めると、陽極や反応管への膜の付着が多くなって放電が不安定になることがある。また、発生するプラズマは磁場のある陽極近傍に局在化するため、基材近傍での活性種の量が不足して所望の膜質が得られないこともある。
That is, in the method of
また特許文献2の方法では、イオン源には不活性ガスを供給しているのでイオン源への着膜による汚れは抑制されているが、基材付近に酸素などの非重合性かつ反応性のガスの活性種を多く供給したいようなプロセスの場合、この方法では十分な量の活性種を基材近傍に供給できずに所望の成膜速度が得られない。
In the method of
また特許文献3の方法でも同様に、基材付近に酸素などの非重合性かつ反応性のガスの活性種を多く供給したいようなプロセスの場合、ホローカソード放電効果および電極表面の磁場の効果により電極近傍では強いプラズマが形成されるものの基材により近い位置では強いプラズマを作ることができないため、十分な量の活性種を基材近傍に供給できずに所望の成膜速度が得られないという問題があった。
Similarly, in the method of
本発明の目的は、長尺基材の表面にプラズマCVD法によって薄膜を形成するにあたり、活性種をできる限り多く基材表面に供給して、高品質の薄膜を生産性高く形成できるプラズマCVD装置およびプラズマCVD方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma CVD apparatus capable of forming a high-quality thin film with high productivity by supplying as many active species as possible on the surface of a long base material by the plasma CVD method. And providing a plasma CVD method.
上記目的を達成するために、本発明は、真空容器内に、冷却ドラムと、該冷却ドラムに対向して配置したプラズマ発生電極とを備え、長尺基材を前記冷却ドラム表面に沿わせて搬送しながら前記基材表面に薄膜を形成するプラズマCVD装置であって、前記冷却ドラムと前記プラズマ発生電極とで挟まれる成膜空間を前記長尺基材の搬送方向の上流側および下流側から挟み込み、前記長尺基材の幅方向に延在する2枚の側壁を設け、前記側壁は前記プラズマ発生電極とは電気的に絶縁されており、前記2枚の側壁のうちいずれか一方の側壁に、プラズマの発生を抑制しながらガスを供給するプラズマ発生抑制型ガス供給口と、プラズマの発生を促進させながらガスを供給するプラズマ発生促進型ガス供給口とを有する、プラズマCVD装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a cooling drum and a plasma generating electrode disposed opposite to the cooling drum in a vacuum vessel, with a long base material along the surface of the cooling drum. A plasma CVD apparatus for forming a thin film on the surface of the base material while being transported, wherein a film forming space sandwiched between the cooling drum and the plasma generating electrode is formed from an upstream side and a downstream side in the transport direction of the long base material. Two side walls sandwiched and extending in the width direction of the long base material are provided, and the side walls are electrically insulated from the plasma generating electrode, and one of the two side walls is provided. A plasma CVD apparatus having a plasma generation suppression type gas supply port for supplying gas while suppressing generation of plasma and a plasma generation promotion type gas supply port for supplying gas while promoting generation of plasma Subjected to.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記プラズマ発生抑制型ガス供給口が0.1mm以上2mm以下の内径を有する複数の小径ガス供給孔である、請求項1に記載のプラズマCVD装置を提供する。
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided the plasma CVD apparatus according to
また、本発明の好ましい形態によれば、前記プラズマ発生促進型ガス供給口が4mm以上15mm以下の内径を有する複数の大径ガス供給孔である、プラズマCVD装置を提供する。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a plasma CVD apparatus, wherein the plasma generation promoting gas supply port is a plurality of large diameter gas supply holes having an inner diameter of 4 mm or more and 15 mm or less.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記プラズマ発生抑制型ガス供給口および前記プラズマ発生促進型ガス供給口が、それぞれ前記長尺基材の幅方向に並んだガス供給口である、プラズマCVD装置を提供する。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, the plasma generation suppression type gas supply port and the plasma generation promotion type gas supply port are gas supply ports arranged in the width direction of the long base material, respectively. Providing equipment.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記冷却ドラムに最も近い位置に配置されているガス供給口が、前記プラズマ発生促進型ガス供給口である、プラズマCVD装置を提供する。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a plasma CVD apparatus, wherein a gas supply port disposed at a position closest to the cooling drum is the plasma generation promoting gas supply port.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記2枚の側壁のうち、前記プラズマ発生抑制型ガス供給口および前記プラズマ発生促進型ガス供給口を有する側壁とは反対側の側壁に排気口を備え、前記排気口には金属メッシュが設けられている、プラズマCVD装置を提供する。 According to a preferred embodiment of the present invention, an exhaust port is provided on a side wall opposite to the side wall having the plasma generation suppression type gas supply port and the plasma generation promotion type gas supply port among the two side walls. A plasma CVD apparatus is provided in which a metal mesh is provided at the exhaust port.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記プラズマ発生電極表面に磁場を発生させるための磁石がプラズマ発生電極内に備えられている、プラズマCVD装置を提供する。 Moreover, according to the preferable form of this invention, the plasma CVD apparatus by which the magnet for generating a magnetic field on the said plasma generation electrode surface is provided in the plasma generation electrode is provided.
また、本発明は、減圧空間内に複数のガス供給口からガスを供給し、プラズマ発生電極によりプラズマを発生させ、冷却ドラム表面に沿って搬送される長尺基材の表面に薄膜を形成するプラズマCVD方法であって、前記冷却ドラムと前記プラズマ発生電極とで挟まれる成膜空間を前記長尺基材の搬送方向の上流側および下流側から挟み込み、前記長尺基材の幅方向に延在する2枚の側壁を設け、前記2枚の側壁のうちいずれか一方の側壁に、プラズマの発生を抑制しながらガスを供給するプラズマ発生抑制型ガス供給口と、プラズマの発生を促進させながらガスを供給するプラズマ発生促進形ガス供給口とを設け、プラズマ発生促進形ガス供給口からはガス供給口内部にプラズマを入り込ませた状態で非重合性ガスを供給し、プラズマ発生抑制型ガス供給口からはガス供給口内部にプラズマを入り込ませない状態でSi原子またはC原子を分子中に含む重合性ガスを少なくとも含むガスを供給する、プラズマCVD方法を提供する。 In the present invention, gas is supplied from a plurality of gas supply ports into the decompression space, plasma is generated by the plasma generation electrode, and a thin film is formed on the surface of the long base material conveyed along the surface of the cooling drum. In the plasma CVD method, a film formation space sandwiched between the cooling drum and the plasma generating electrode is sandwiched from the upstream side and the downstream side in the transport direction of the long base material and extends in the width direction of the long base material. There are provided two side walls, a plasma generation suppression type gas supply port for supplying gas to one of the two side walls while suppressing the generation of plasma, and promoting the generation of plasma A plasma generation promotion type gas supply port for supplying gas is provided, and a non-polymerizable gas is supplied from the plasma generation promotion type gas supply port with plasma entering the gas supply port to generate plasma. From control Gas supply port for supplying at least a gas containing a polymerizable gas containing in the molecule a Si atom or C atom in a state that does not enter the plasma inside the gas supply port, to provide a plasma CVD method.
本発明によれば、以下に説明するとおり、品質の高い薄膜を長時間安定に生産性高く形成可能なプラズマCVD装置およびプラズマCVD方法を得ることができる。 According to the present invention, as will be described below, a plasma CVD apparatus and a plasma CVD method capable of forming a high-quality thin film stably for a long time with high productivity can be obtained.
以下、本発明の最良の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, examples of the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明のプラズマCVD装置の一例を示す概略断面図である。本発明のプラズマCVD装置は、真空容器1の内部に冷却ドラム2とプラズマ発生電極3を備える。プラズマ発生電極3は、前記冷却ドラム2の回転軸方向と前記プラズマ発生電極3の長手方向が平行になるように、前記冷却ドラム2に対向して配置される。巻き出しロール4から巻き出された長尺基材5は、搬送ロール6を経由したのち前記冷却ドラム2の表面に沿わせて搬送され、別の搬送ロール6を経由して巻き取りロール7に巻き取られる。本発明のプラズマCVD装置は、プラズマ発生電極3の近傍に供給されるガスをプラズマ発生電極3により発生させたプラズマにより分解して成膜種を生成し、前記冷却ドラム2の表面に沿わせて搬送される長尺基材5の表面に成膜種を堆積させて薄膜を形成するものである。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the plasma CVD apparatus of the present invention. The plasma CVD apparatus of the present invention includes a
プラズマ発生電極3には、プラズマを発生させるための電力を供給するための電源8が接続される。電源8としては、高周波電源、DC電源、パルス電源など、任意のものを選定することができる。また真空容器1は真空排気装置15と接続され、減圧に保持されている。
The
本発明において、成膜空間とは前記冷却ドラム2と前記プラズマ発生電極3とで挟まれる空間の事を指す。図2に、本発明のプラズマCVD装置におけるプラズマ発生電極3の拡大斜視図を示す。本発明では、図1および図2に示すように、前記プラズマ発生電極3の近傍に、前記長尺基材5の幅方向に延在する2枚の側壁9aおよび9bを設ける。このとき、前記成膜空間を前記長尺基材5の搬送方向における上流側および下流側から挟み込むように、側壁9aおよび9bを設置する。
In the present invention, the film formation space refers to a space sandwiched between the cooling
前記2枚の側壁9aおよび9bの材質については特に限定されないが、強度や耐熱性およびプラズマの局在生成の観点から、ステンレスやアルミニウムなどの金属を用いることが好ましい。
The material of the two
前記2枚の側壁9aおよび9bは、前記プラズマ発生電極3とは電気的に絶縁することが好ましい。このようにすることで、前記冷却ドラム2と前記プラズマ発生電極3および前記2枚の隔壁9aおよび9bで囲まれた領域、すなわち成膜空間にプラズマを局在させて発生させることができる。このプラズマの局在化により、電源8から投入した電力は有効に成膜種生成に用いられるため、成膜効率が向上するだけでなく、真空容器1の内部の壁などへの不要な膜付着が防止できるため、好ましい。また、2枚の側壁9aと9bは、導線などの導体で接続するなどして同電位にしておいて構わない。さらに、2枚の側壁9aおよび9bの電位は、接地電位にするとプラズマが良好に成膜空間に閉じ込められるため、より好ましい。また、2枚の側壁9aおよび9bを接地電位とせずに、電源8として2端子の非接地出力が可能な電源を用いて、出力の一方の端子をプラズマ発生電極3に、他方の端子を2枚の側壁9aおよび9bに接続することも、側壁9aおよび9bに薄膜が付着しても長時間安定に放電を継続することができるため、好ましい形態である
本発明のプラズマCVD装置は、前記2枚の側壁のうちいずれか一方の側壁9aにガス供給口を備える。ガス供給口は、前記長尺基材5の搬送方向における上流側および下流側の2枚の側壁のうちいずれの側壁に設けても構わないが、ガス供給口を上流側の側壁に設けてガスを供給すれば、長尺基材5の搬送方向とガスの流れ方向が一致するためガス流れの乱れが発生しにくくなり、成膜状態の制御が行いやすくなるため、より好ましい。また前記ガス供給口は、プラズマの発生を抑制しながらガスを供給するプラズマ発生抑制型ガス供給口10aと、プラズマの発生を促進させながらガスを供給するプラズマ発生促進型ガス供給口10bから構成される。プラズマ発生抑制型ガス供給口10aとは、ガス供給口の内部にプラズマを発生させることなくガスを成膜空間へ放出する機能を持つガス供給口のことである。プラズマ発生抑制型ガス供給口10aから供給されるガスは、ガス供給口の内部ではプラズマによる分解や励起の作用を受けることなく成膜空間に放出され、成膜空間内のプラズマによって初めて分解や励起の作用を受ける。また、プラズマ発生促進型ガス供給口10bとは、ガス供給口の内部にプラズマを積極的に発生させながらガスを成膜空間へ放出する機能を持つガス供給口のことである。プラズマ発生促進型ガス供給口10bから供給されるガスは、ガス供給口の内部に発生したプラズマによって分解や励起の作用を受けた後に成膜空間に放出され、さらに成膜空間内のプラズマによって分解や励起が促進される。
The two
このようなガス供給口の構成は、2種類以上の原料ガスを用いる場合に特に有効に機能する。とりわけ、原料ガスとして重合性のガスと非重合性のガスを同時に供給して成膜を行う場合において大きな効果を発揮する。ここで重合性ガスとは、そのガス単独でもプラズマにより分解して生成した活性種同士の結合により薄膜や微粒子などの重合物を形成しうるガスのことである。このような重合性ガスとして具体的には、シラン、ジシラン、TEOS(テトラエトキシシラン)、TMS(テトラメトキシシラン)、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)、HMDSO(ヘキサメチルジシロキサン)、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、などをあげることができるが、これらに限定されるものではない。また、非重合性ガスとは、そのガス単独ではプラズマにより分解して生成した活性種同士が結合して重合物を形成することのないようなガスのことである。このような非重合性ガスとして具体的には、ヘリウムやアルゴン等の希ガス、窒素、酸素、水素、などのガスをあげることができるが、これらに限定されるものではない。 Such a configuration of the gas supply port functions particularly effectively when two or more kinds of source gases are used. In particular, a great effect is exhibited when film formation is performed by simultaneously supplying a polymerizable gas and a non-polymerizable gas as source gases. Here, the polymerizable gas refers to a gas that can form a polymer such as a thin film or fine particles by the combination of active species generated by being decomposed by plasma alone. Specific examples of such polymerizable gas include silane, disilane, TEOS (tetraethoxysilane), TMS (tetramethoxysilane), HMDS (hexamethyldisilazane), HMDSO (hexamethyldisiloxane), methane, ethane, Examples thereof include, but are not limited to, ethylene and acetylene. In addition, the non-polymerizable gas is a gas that does not form a polymer by combining active species generated by decomposition by plasma with the gas alone. Specific examples of such non-polymerizable gas include noble gases such as helium and argon, and gases such as nitrogen, oxygen, and hydrogen, but are not limited thereto.
ここで、原料ガスとして重合性ガスであるTEOSと非重合性ガスである酸素を用いて、SiO2薄膜を形成する例を考える。この場合、重合性ガスであるTEOSをプラズマ発生促進型ガス供給口10bから供給すると、ガス供給口内でTEOSの分解種が生成されると共にそれらの重合反応も起こり、ガス供給口の内壁に重合物が付着し、ガス供給口からのガス供給量が不安定になったり、ガス供給口が詰まってしまうなどといった問題が発生するため、好ましくない。このような問題を回避するために、重合性ガスを供給するためのプラズマ発生抑制型ガス供給口10aを備えることが好ましい。一方、非重合性ガスである酸素は重合性ガスのようにガス供給口を詰まらせる恐れは無く、また成膜速度および膜質の向上の観点からは非重合性ガスの分解励起をできる限り促進しておくことが好ましい。このような理由から、非重合性ガスを供給するためのプラズマ発生促進型ガス供給口10bを備えることが好ましい。
Here, consider an example of forming a SiO 2 thin film using TEOS, which is a polymerizable gas, and oxygen, which is a non-polymerizable gas, as source gases. In this case, when TEOS, which is a polymerizable gas, is supplied from the plasma generation promoting
プラズマ発生抑制型ガス供給口10aとしては、例えばプラズマがガス供給口内に入り込まない程度に開口部が十分狭くなっているものであればよく、孔状のガス供給口であって内径が十分小さいものや、スリット状のガス供給口であってスリット間隙が十分狭いものなどをあげることができる。また、ガス供給口の開口部やガス供給口の内部空間がたとえ広いものであっても、ガス供給口の内部に多孔質セラミックスやスチールウールなどのガス透過性物質を充填しておけば、プラズマ発生抑制型ガス供給口として適用できる。
As the plasma generation suppression type
本発明では、プラズマ発生抑制型ガス供給口10aとして、内径の小さい複数の孔、すなわち複数の小径ガス供給孔を用いることが好ましい。孔状であれば加工が容易であり、また側壁9aの温度がたとえ上昇したとしても孔の形状が変形することなくガスを安定して供給することができるため、好ましい。ここで、小径ガス供給孔の内径は、0.1mm以上2mm以下であることが好ましい。プラズマ発生抑制型ガス供給口が孔状の場合、小径ガス供給孔の内径が0.1mm未満である場合は、本発明の目的は達成するものの、径が小さすぎるために穴あけ加工にコストがかかりすぎたり、ガス供給孔内に入り込んでしまった異物などによる閉塞のリスクが高まる場合がある。また、内径が2mmを超えるとガス供給口内にプラズマが侵入してしまう可能性があり、プラズマ発生を抑制できなくなる場合がある。
In the present invention, it is preferable to use a plurality of holes having a small inner diameter, that is, a plurality of small diameter gas supply holes, as the plasma generation suppressing
プラズマ発生促進型ガス供給口10bとしては、例えばプラズマがガス供給口内に入り込めるように開口部が十分広くなっているものであればよく、孔状のガス供給口であって内径が十分大きいものや、スリット状のガス供給口であってスリット間隙が十分広いものなどをあげることができる。
As the plasma generation promoting
本発明では、プラズマ発生促進型ガス供給口10bとして、内径の大きい複数の孔、すなわち複数の大径ガス供給孔を用いることが加工の容易性の観点から好ましい。ここで、大径ガス供給孔の内径は、4mm以上15mm以下であることが好ましい。この範囲であれば、供給口内に入り込んだプラズマはホロー放電効果によりプラズマ密度が高められ、ガスの分解や励起を促進することができるため、好ましい。大径ガス供給孔の内径が4mm未満の場合は供給口内にプラズマが入り込まない可能性があり、また内径が15mmを超える場合は供給口内にプラズマが入り込むもののホロー放電効果が弱くなり供給孔内のプラズマ密度が十分高くならない可能性があり、プラズマ発生を促進できなくなる場合がある。
In the present invention, a plurality of holes having a large inner diameter, that is, a plurality of large-diameter gas supply holes are preferably used as the plasma generation promoting
側壁9aにおけるプラズマ発生抑制型ガス供給口10aおよびプラズマ発生促進型ガス供給口10bの配置については、それぞれのガス供給口が前記長尺基材5の幅方向に並んでいることが、ガス供給状態の長尺基材5における幅方向均一性の確保が容易となるため、好ましい。このとき、プラズマ発生抑制型ガス供給口10aは前記長尺基材5の幅方向に1列以上の直線状の列をなして整列し、1列以上のプラズマ発生抑制型ガス供給口列11aを形成するようにするとよい。また、プラズマ発生促進型ガス供給口10bも前記長尺基材5の幅方向に1列以上の直線状の列をなして整列し、1列以上のプラズマ発生促進型ガス供給口列11bを形成するようにするとよい。これらのようなガス供給口列を設けることにより、ガス供給孔列ごとに異なる種類のガスを供給するといったことが可能となり、成膜空間内のガスの分解や薄膜の形成における反応状況を制御できるため、好ましい。
About arrangement | positioning of the plasma generation suppression type
本発明では、前記冷却ドラム2に最も近い位置に配置されているガス供給口が、前記プラズマ発生促進型ガス供給口10bであることが好ましい。一般的に、プラズマ発生電極3に電力を印加して成膜空間にプラズマを生成した場合、プラズマ発生電極3近傍に密度の高いプラズマが形成されることが多い。一方長尺基材5の近傍のプラズマについては、それほど高密度化されない。プラズマ発生電極3と長尺基材5との距離が離れている場合は、プラズマ発生電極3の近傍と長尺基材5の近傍とでプラズマ密度の差が顕著となる。長尺基材5の近傍でのプラズマ密度を高めたい場合、本発明に示すように、前記冷却ドラム2に最も近い位置に配置されているガス供給口を前記プラズマ発生促進型ガス供給口10bとすることで、長尺基材5の近傍にも高密度のプラズマを分布させることができるようになるため、好ましい。
In the present invention, it is preferable that the gas supply port disposed at a position closest to the
なお、プラズマ発生電極3への汚れの付着が問題となる場合には、前記プラズマ発生電極3に最も近い位置に配置されているガス供給口を、前記プラズマ発生促進型ガス供給口10bとすることも可能である。このような構成において、プラズマ発生促進型ガス供給口10bから非重合性ガスを供給すれば、ガス供給口の内部に発生したプラズマによってプラズマ発生電極3の近傍のプラズマがさらに高密度化できるだけではなく、プラズマ発生促進型ガス供給口10bからの非重合性ガスの流れによりプラズマ発生電極3への汚れの付着を低減することができる。
In addition, when the adhesion of dirt to the
本発明では、前記2枚の側壁のうち、前記プラズマ発生抑制型ガス供給口10aおよび前記プラズマ発生促進型ガス供給口10bを有する側壁9aとは反対側の側壁9bに排気口12が設けられていることが好ましい。このような構成であれば、ガス供給口10aおよび10bから供給されるガスの流れを乱すことなく成膜空間からガスを排出できるため、好都合である。排気口12の形状、大きさ、個数については特に制限されないが、長尺基材5の幅方向に均一にガスが排気されるように排気口5を配置することが好ましい。側壁9bに設けた排気口12の例を図3および図4に示す。排気口12として、図3に示すような長方形の開口を1個設けるもののほか、図4のように円形の開口を複数個設けるものなどをあげることができるが、これらに限定されるものではない。
In the present invention, an
また、前記排気口12には金属メッシュ13が設けられていることが好ましい。金属メッシュ13がない場合、成膜空間に発生させたプラズマが排気口12から漏れ出して、電源8から投入した電力が無駄に消費されたり、真空容器1の内壁に膜が付着して汚れたりする恐れがある。前記排気口12に金属メッシュ13を設ければ、ガスの排気の流れを妨げることなくプラズマを成膜空間に局在化することができるため、好ましい。金属メッシュ13の材質としては、ステンレス、ニッケル、アルミニウムなど、金属であれば任意のものを用いることができる。
The
本発明では、前記プラズマ発生電極3の表面に磁場を発生させるための磁石をプラズマ発生電極3の内部に備えることが好ましい。このとき、前記磁石により前記プラズマ発生電極3の表面に形成される磁場は、マグネトロン磁場を形成するとより好ましい。図5はプラズマ発生電極の内部を示す水平方向断面図である。マグネトロン磁場とは、図5に示すようにプラズマ発生電極3の内部に中央磁石14aと外周磁石14bを配置し、中央磁石14aと外周磁石14bの極性を逆にすることで、プラズマ発生電極3の表面に発生する磁場を表す磁力線の形状をレーストラック形状のトンネル型としたものである。このようなマグネトロン磁場の存在によるプラズマ閉じ込めおよび電離促進の効果によって、プラズマ発生電極3の表面に高密度のプラズマを生成することができ、成膜に寄与する活性種の生成を促進することができるため、好ましい。
In the present invention, a magnet for generating a magnetic field on the surface of the
さらに、前記プラズマ発生電極3の内部の磁石と前記側壁9aに設けたプラズマ発生促進型ガス供給口10bとを共に用いると、プラズマ発生電極3の表面だけでなく前記側壁9aに設けたプラズマ発生促進型ガス供給口10bの内部でも高密度のプラズマが発生し、相乗効果により成膜に寄与する活性種の生成がさらに促進されるため、より好ましい。
Further, when both the magnet inside the
上記のようなプラズマCVD装置を用いれば、品質の高い薄膜を長時間安定にかつ生産性高く形成可能であり、好ましい。 Use of the plasma CVD apparatus as described above is preferable because a high-quality thin film can be formed stably for a long time and with high productivity.
次に、本発明における好ましいプラズマCVD方法について、図1および図2を用いて説明する。本発明では、減圧空間内に複数のガス供給口からガスを供給し、プラズマ発生電極3によりプラズマを発生させ、冷却ドラム2表面に沿って搬送される長尺基材5の表面に薄膜を形成するプラズマCVD方法において、前記冷却ドラムと前記プラズマ発生電極とで挟まれる成膜空間を前記長尺基材の搬送方向の上流側および下流側から挟み込み、前記長尺基材の幅方向に延在する2枚の側壁を設け、前記2枚の側壁のうちいずれか一方の側壁9aに、プラズマの発生を抑制しながらガスを供給するプラズマ発生抑制型ガス供給口10aと、プラズマの発生を促進させながらガスを供給するプラズマ発生促進型ガス供給口10bを設けることが好ましい。そして、プラズマ発生促進型ガス供給口10bからは、ガス供給孔内部にプラズマを入り込ませた状態で非重合性ガスを供給することが好ましい。また、プラズマ発生抑制型ガス供給口10aからは、ガス供給孔内部にプラズマを入り込ませない状態でSi原子またはC原子を分子中に含む重合性ガスを少なくとも含むガスを供給することが好ましい。上記のような方法でガスの供給を行うことにより、非重合性ガスはガス供給口内部のプラズマにより強く活性化して長尺基材5の表面に供給することが可能となり、成膜速度の向上および膜質の改善が可能となるため好ましい。また、重合性ガスについてはガス供給口にプラズマが入り込まないため、ガス供給孔口で重合反応が起こってガス供給口が詰まるという問題が発生することがないため、好ましい。
Next, a preferred plasma CVD method in the present invention will be described with reference to FIGS. In the present invention, gas is supplied from a plurality of gas supply ports into the decompression space, plasma is generated by the
次に、上で述べたプラズマCVD装置を用いて薄膜を形成する方法の具体的実施の形態の例を以下に説明する。
(実施例1)
図1および図2に示すプラズマCVD装置を用いて薄膜を形成した。長尺基材5として厚さ100μmのPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを使用した。プラズマ発生電極3の表面から側壁9aの冷却ドラム2側端部までの距離を5cm、側壁9aの冷却ドラム2側端部と冷却ドラム2との隙間を1mmに設定した。図6は長尺基材5の搬送方向の上流側の側壁9aの概略図である。長尺基材5の搬送方向の上流側の側壁9aには、図6に示すようにプラズマ発生抑制型ガス供給口10aとして複数の小径ガス供給孔が長尺基材の幅方向に1列に並んだプラズマ発生抑制型ガス供給口列11aと、プラズマ発生促進型ガス供給口10bとして複数の大径ガス供給孔が長尺基材の幅方向に1列に並んだプラズマ発生促進型ガス供給口列11bとを設けた。プラズマ発生電極3の表面からプラズマ発生抑制型ガス供給口列11aおよびプラズマ発生促進型ガス供給口列11bまでの距離d1およびd2をそれぞれ10mmおよび40mmとした。冷却ドラム2に最も近い位置に配置されているガス供給口であるプラズマ発生促進型ガス供給口10bの孔の内径を5mmとした。また、プラズマ発生抑制型ガス供給口10aの孔の内径を0.5mmとした。長尺基材5の搬送方向の下流側の側壁9bには図3に示すような排気口12および金属メッシュ13を設置した。また、プラズマ発生電極3の内部には図5に示すように中央磁石14aと外周磁石14bを配置し、中央磁石14aと外周磁石14bの極性を逆にすることでプラズマ発生電極3の表面にマグネトロン磁場を形成した。
Next, an example of a specific embodiment of a method for forming a thin film using the plasma CVD apparatus described above will be described below.
Example 1
A thin film was formed using the plasma CVD apparatus shown in FIGS. A PET (polyethylene terephthalate) film having a thickness of 100 μm was used as the
プラズマCVDの原料ガスとしてはHMDSOを用いた。重合性ガスであるHMDSOを流量10sccmで、キャリアガスであるAr100sccmとともに前記プラズマ発生抑制型ガス供給口10aから供給した。また、非重合性ガスである酸素を流量100sccmでプラズマ発生促進型ガス供給口10bから供給した。真空容器内の圧力は30Paとした。電源として、周波数100kHzの高周波電源を用いた。長尺基材を1m/minの速度で搬送しながら、プラズマ発生電極3に電源8から500Wの電力を投入し、プラズマを発生させ、長尺基材5の表面にSiOC薄膜を形成した。プラズマ発生促進型ガス供給口10bの内部には、高密度なプラズマが安定して発生していることが目視にて確認できた。このときの膜厚を段差計(株式会社小坂研究所製 ET−10)にて測定したところ、膜厚は120nmであり、成膜速度の大きな改善が見られた。
(実施例2)
図7に示す側壁9aの別の一例を示す概略図のように、冷却ドラム2に最も近い位置に配置されているガス供給口をプラズマ発生抑制型ガス供給口10aとした。プラズマ発生電極3の表面からプラズマ発生抑制型ガス供給口列11aおよびプラズマ発生促進型ガス供給口列11bまでの距離d1およびd2をそれぞれ40mmおよび10mmとした以外は、実施例1と同様にして長尺基材5の表面にSiOC薄膜を形成した。重合性ガスのHMDSOとキャリアガスのArはプラズマ発生抑制型ガス供給口10aから、非重合性ガスの酸素はプラズマ発生促進型ガス供給口10bから供給したことも同様である。この場合もプラズマ発生促進型ガス供給口10bの内部には高密度なプラズマが安定して発生していた。このとき得られた薄膜の膜厚は85nmであり、成膜速度の改善が見られた。
(実施例3)
実施例1において、プラズマ発生抑制型ガス供給口10aの孔の内径を0.15mmとしたこと以外は同様にして、長尺基材5の表面にSiOC薄膜を形成した。30分間の連続成膜を実施したあとプラズマ発生抑制型ガス供給口10aを観察したが、閉塞などのトラブルは全く発生しなかった。このとき得られた薄膜の膜厚は115nmであり、成膜速度の大きな改善が見られた。
(実施例4)
実施例1において、プラズマ発生抑制型ガス供給口10aの孔の内径を0.05mmとしたこと以外は同様にして、長尺基材5の表面にSiOC薄膜を形成した。30分間の連続成膜を実施したあとプラズマ発生抑制型ガス供給口10aを観察したところ、一部のプラズマ発生抑制型ガス供給口10aに閉塞の兆候が見られたものの、このとき得られた薄膜の膜厚は110nmであり、成膜速度の大きな改善が見られた。
(実施例4)
実施例1において、プラズマ発生促進型ガス供給口10bの孔の内径を4.3mmとしたこと以外は同様にして、長尺基材5の表面にSiOC薄膜を形成した。このとき、プラズマ発生促進型ガス供給口10bの内部には高密度なプラズマが安定して発生することを確認できた。このとき得られた薄膜の膜厚は120nmであり、成膜速度の大きな改善が見られた。
(実施例6)
実施例1において、プラズマ発生抑制型ガス供給口10aの内径を2.5mmとしたこと以外は同様にして、長尺基材5の表面にSiOC薄膜を形成した。このとき、成膜中に一部のプラズマ発生抑制型ガス供給口10aの内部に時折プラズマが入り込む様子が観察され、プラズマに若干のちらつきが見られたものの、このとき得られた薄膜の膜厚は115nmであり、成膜速度の大きな改善が見られた。
(実施例7)
実施例1において、プラズマ発生促進型ガス供給口10bの内径を3.7mmとしたこと以外は同様にして、長尺基材5の表面にSiOC薄膜を形成した。このとき、成膜中にプラズマ発生促進型ガス供給口10bの内部に発生した高密度なプラズマの一部が若干明滅したものの、このとき得られた薄膜の膜厚は110nmであり、成膜速度の大きな改善が見られた。
(実施例8)
実施例1において、プラズマ発生促進型ガス供給口10bの内径を16mmとしたこと以外は同様にして、長尺基材5の表面にSiOC薄膜を形成した。このとき、成膜中にプラズマ発生促進型ガス供給口10bの内部に弱いプラズマが入り込んでいた。このとき得られた薄膜の膜厚は70nmであり、成膜速度の若干の改善が見られた。
(比較例1)
長尺基材5の搬送方向の上流側の側壁9aとして、図8に示すようにプラズマ発生抑制型ガス供給口10aが長尺基材の幅方向に1列に並んだプラズマ発生抑制型ガス供給口列11aを1列のみ配置したものを用いた。プラズマ発生電極3の表面からプラズマ発生抑制型ガス供給口列11aまでの距離d3は2.5cmとした。重合性ガスのHMDSOとキャリアガスのArおよび非重合性ガスの酸素を混合して図8のガスプラズマ発生抑制型供給口列11aから供給した。ガス供給口10aの内径は0.5mmとした。その他の条件は実施例1と同様にして、長尺基材5の表面にSiOC薄膜を形成した。このとき得られた薄膜の膜厚は50nmであった。
(比較例2)
長尺基材5の搬送方向の上流側の側壁9aとして、図9に示すようにプラズマ発生促進型ガス供給口10bが長尺基材の幅方向に1列に並んだプラズマ発生促進型ガス供給口列11bを1列のみ配置したものを用いた。プラズマ発生電極3の表面からプラズマ発生抑制型ガス供給口列11aまでの距離d4は2.5cmとした。重合性ガスのHMDSOとキャリアガスのArおよび非重合性ガスの酸素を混合して図9のガスプラズマ発生促進型供給口列11bから供給した。ガス供給口10bの内径は5mmとした。その他の条件は実施例1と同様にして、長尺基材5の表面にSiOC薄膜を形成した。このとき、成膜時間が経過するにつれてガス供給孔10bの内部に白色の付着物が蓄積し、プラズマが不安定になり、安定した成膜を行うことができなかった。
HMDSO was used as a source gas for plasma CVD. HMDSO as a polymerizable gas was supplied from the plasma generation suppression type
(Example 2)
As shown in a schematic diagram showing another example of the
(Example 3)
In Example 1, an SiOC thin film was formed on the surface of the
Example 4
In Example 1, a SiOC thin film was formed on the surface of the
Example 4
In Example 1, a SiOC thin film was formed on the surface of the
(Example 6)
In Example 1, a SiOC thin film was formed on the surface of the
(Example 7)
In Example 1, a SiOC thin film was formed on the surface of the
(Example 8)
In Example 1, a SiOC thin film was formed on the surface of the
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 8, the plasma generation suppressing
(Comparative Example 2)
As the
本発明は、プラズマCVD装置に限らず、プラズマ表面改質装置などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。 The present invention can be applied not only to a plasma CVD apparatus but also to a plasma surface modification apparatus and the like, but its application range is not limited to these.
1 真空容器
2 冷却ドラム
3 プラズマ発生電極
4 巻き出しロール
5 長尺基材
6 搬送ロール
7 巻き取りロール
8 電源
9a 側壁
9b 側壁
10a プラズマ発生抑制型ガス供給口
10b プラズマ発生促進型ガス供給口
11a プラズマ発生抑制型ガス供給口列
11b プラズマ発生促進型ガス供給口列
12 排気口
13 金属メッシュ
14a 中央磁石
14b 外周磁石
15 真空排気装置
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