KR20190110029A - 플라스마 cvd 장치, 및 필름의 제조 방법 - Google Patents

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히로타카 도요다
하루카 스즈키
노리히로 지코
아키라 나라이
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

기재에 고밀도인 피막을 효율적으로 형성할 수 있고, 도전성을 갖는 기재에도 피막을 형성할 수 있는 플라스마 CVD 장치를 제공한다.
본 발명의 일 형태는, 플라스마 CVD에 의해 기재에 피막을 형성하는 플라스마 CVD 장치이며, 내부에서 상기 플라스마 CVD 반응을 일으키게 하는 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되고, 상기 기재를 보유 지지하는 기구와, 상기 챔버 내에 배치되어, 플라스마를 생성하는 안테나와, 상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 전원을 구비하고, 상기 챔버 및 보유 지지 기구가 접지 전위로 되어 있다.

Description

플라스마 CVD 장치, 및 필름의 제조 방법{PLASMA CVD APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING FILM}
본 발명은 플라스마 CVD 장치, 및 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
근년의 전기 기기, 전자 기기의 고성능화의 요구에 수반하여, 플렉시블 디바이스나 경량 디바이스가 요구되고 있다. 특히, 기재를 열전도성이 높은 도전성인 것으로서, 이 기재에 절연성 피막을 마련한 필름은 발열을 수반하는 전지 등의 디바이스에 적합하다고 하여 요구가 높다. 절연성 피막을 형성하는 방법으로서 스퍼터링, 증착, 화학 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 등의 방법이 알려져 있다. 스퍼터링은 상대적으로 성막 레이트가 낮아 효율적인 생산을 하지 못할 우려가 있다. 또한, 기재에서 유래하는 결함을 피막으로 덮는 성능이 저하되고, 피막의 절연성 확보가 곤란한 경우가 있다. 증착은 생산성이 우수하지만, 막질의 제어를 용이하게 할 수 없을 우려가 있다. CVD는 생산성이 우수하고, 성막 조건에 따라 막의 밀도 등의 특성을 비교적 용이하게 제어하는 것이 가능하고, 롤 투 롤 방식의 플라스마 CVD 장치는 유기 EL 디바이스 등 적합하게 수증기를 차폐하는 성능을 구비한 배리어 필름의 제조 등에 사용되고 있다.
롤 투 롤 방식의 CVD 장치로는, 롤 코터 플라스마 CVD 장치가 알려져 있다. 롤 코터 플라스마 CVD 장치로는 1쌍의 성막 롤간에, 한쪽 전극과 다른 쪽 전극이 교대로 극성이 반전되는 전원을 접속하고, 이 1쌍의 성막 롤간에 원료 가스를 공급하여 플라스마를 발생시켜, 플라스마 중에 생성되는 이온을 당해 바이어스에 의해 성막 롤 방향으로 가속하고, 성막 롤에서 송급되는 절연 기재에 절연성 피막을 형성하는 것이 알려져 있다. 플라스마 중의 이온이 가속되어 피막 표면에 충돌함으로써, 당해 절연성 피막을 고밀도화할 수 있다. 그러나, 이 구성에서는 도전성 기재를 성막하고자 한 경우, 성막 롤간에 한쪽 전극과 다른 쪽 전극이 교대로 극성이 반전되는 전원을 접속해도, 도전성 기재에 의해 1쌍의 성막 롤간이 동일 전위가 되어, 플라스마를 발생시키지 못할 우려가 있다.
롤 코터 플라스마 CVD 장치로서, 플라스마 전극을 포함하는 성막 챔버와 메인 롤과 메인 롤 커버를 구비하고, 메인 롤 커버를 고압으로 하여 상기 성막 챔버에 공급되는 원료 가스가 다른 성막 챔버에 진입되는 것을 방지하고, 구리 등의 금속 재료의 띠 형상 기재 상에 성막하는 박막 형성 장치가 발안되어 있다(일본 특허 공개 제2015-214726호 공보). 당해 박막 형성 장치에 의하면, 도전성 기재를 사용해도 성막 가능하지만, 플라스마에 대한 기재의 상대적 전위를 제어하는 기구가 없어, 플라스마 중의 이온을 가속하여 피막을 고밀도화할 수 없을 우려가 있다.
일본 특허 공개 제2015-214726호 공보
상기 문제를 감안하여, 본 발명은 기재에 고밀도인 피막을 효율적으로 형성할 수 있고, 도전성을 갖는 기재에도 피막을 형성할 수 있는 플라스마 CVD 장치 및 필름의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 일 형태는, 플라스마 CVD에 의해 기재에 피막을 형성(성막)하는 플라스마 CVD 장치이며, 내부에서 상기 플라스마 CVD 반응을 일으키게 하는 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되어, 상기 기재를 보유 지지하는 기구와, 상기 챔버 내에 배치되어, 플라스마를 생성하는 안테나와, 상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 전원을 구비하고, 상기 챔버 및 보유 지지 기구가 접지 전위로 되어 있다.
당해 플라스마 CVD 장치는, 내부에서 상기 플라스마 CVD 반응을 일으키게 하는 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되는, 상기 기재를 보유 지지하는 기구 및 플라스마를 생성하는 안테나가 구비된다. 상기 보유 지지 기구와 챔버를 접지 전위로 하여, 상기 전원에 의해 상기 안테나에 정바이어스가 인가됨으로써, 상기 보유 지지 기구와 안테나 사이에 전위차를 생기게 한다. 이 때문에 상기 플라스마 중의 이온은 상기 보유 지지 기구를 향하여 가속되고, 상기 보유 지지 기구로 보유 지지되는 기재 상에 고밀도인 피막을 형성할 수 있다. 또한, 상기 보유 지지 기구와 챔버가 접지 전위로 됨으로써 상기 기재 전체가 접지 전위가 되기 때문에, 상기 기재가 도전성인 경우에도, 상기 플라스마 중의 이온을 상기 기재를 향하여 가속시킬 수 있다.
상기 전원이 DC(Direct Current) 펄스 전원이면 된다. DC 펄스 전원으로 상기 안테나에 정바이어스를 인가함으로써, 플라스마 포텐셜을 용이하게 상승시킬 수 있다.
마이크로파 발생부와, 상기 마이크로파 발생부에서 발생된 마이크로파를 챔버 내에 도입하기 위한 도파관을 더 구비하고, 상기 도파관이 상기 안테나에 접속되면 된다. 마이크로파 발생부와 도파관을 더 구비하고, 상기 플라스마를 마이크로파 방식으로 생성함으로써, 전위의 제어가 용이한 플라스마원으로 할 수 있어, 효율적으로 상기 피막을 형성할 수 있다.
상기 안테나가 유도 결합형의 전극이며, 이 전극에 상기 전원이 접속되면 된다. 상기 마이크로파 방식으로 바꾸고, 상기 안테나가 유도 결합형의 전극으로서 상기 전원에 접속되고, 상기 플라스마를 유도 결합 방식으로 생성하는 것으로도, 전위의 제어가 용이한 플라스마원으로 할 수 있어 효율적으로 상기 피막을 형성할 수 있다.
상기 보유 지지 기구가 적어도 하나의 성막 롤과 복수의 반송 롤을 갖고, 상기 성막 롤이 상기 안테나에 근접하여 배치되면 된다. 당해 플라스마 CVD 장치가 적어도 하나의 성막 롤과 복수의 반송 롤을 갖고 상기 기재를 롤 투 롤 방식으로 송급하며, 상기 성막 롤이 상기 안테나에 근접하여 배치됨으로써 효율적으로 상기 피막을 형성할 수 있다.
상기 성막 롤 이외의 상기 챔버의 구성 부재가 절연 부재로 피복되면 된다. 상기 성막 롤 이외의 상기 챔버의 구성 부재가 절연 부재로 피복됨으로써, 상기 구성 부재의 파손을 방지함과 함께, 보다 효율적으로 상기 피막을 형성할 수 있다.
상기 성막 롤 및 상기 안테나 사이의 상기 플라스마가 생성되는 공간이 절연 부재로 덮이면 된다. 플라스마가 생성되는 공간이 절연층 부재로 덮임으로써, 상기 구성 부재의 파손을 방지함과 함께, 보다 효율적으로 상기 피막을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 일 형태는, 플라스마 CVD에 의해 기재에 피막을 형성하는 필름의 제조 방법이며, 내부에서 상기 플라스마 CVD 반응을 일으키게 하는 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되어, 상기 기재를 보유 지지하는 기구와, 상기 챔버 내에 배치되어, 플라스마를 생성하는 안테나와, 상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 전원을 구비하고, 상기 챔버 및 보유 지지 기구가 접지 전위로 되어 있는 플라스마 CVD 장치를 사용하여 행하는, 상기 안테나를 향하여 상기 성막의 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 전원에 의해 상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 공정을 갖는 필름 제조 방법이다.
당해 필름의 제조 방법은, 상술한 플라스마 CVD 장치를 사용하여 기재 상에 피막을 갖는 필름을 제조한다. 상기 보유 지지 기구와 챔버를 접지 전위로 하여, 상기 안테나를 향하여 상기 피막의 원료 가스를 공급하고, 상기 전원이 상기 안테나에 정바이어스를 인가함으로써, 생성된 플라스마 중의 이온이 상기 보유 지지 기구를 향하여 가속되어, 상기 보유 지지 기구로 보유 지지되는 기재 상에 고밀도인 피막을 형성할 수 있다.
상기 기재가 철, 구리, 알루미늄, 또는 탄소를 포함하면 된다. 철, 구리, 알루미늄, 또는 탄소를 포함하는 도전성의 기재에서도, 상기 플라스마 중의 이온이 상기 보유 지지 기구를 향하여 가속되어, 상기 보유 지지 기구로 보유 지지되는 기재 상에 고밀도인 피막을 형성할 수 있다.
상기 기재가 수지 또는 유리를 포함하는 적어도 하나의 절연층과, 적어도 하나의 도전층을 가지면 된다. 당해 필름의 제조 방법에 의하면, 이러한 기재여도, 그 표면 상에 피막을 형성할 수 있다.
상기 피막이 절연성 피막이면 된다. 당해 필름의 제조 방법은, 도전성의 기재에 피막을 형성할 수 있기 때문에, 기재가 도전성이고 피막을 절연성으로 할 수 있어, 발열을 수반하는 디바이스 등으로 사용되는 열전도성이 높은 필름 등을 효율적으로 생산할 수 있다.
상기 원료 가스가 헥사메틸디실록산 및 산소를 포함하고, 규소, 산소 및 탄소를 포함하는 상기 피막이 상기 기재 상에 형성되면 된다. 상기 원료 가스가 헥사메틸디실록산 및 산소를 포함함으로써, 상기 기재 상에 형성되는 상기 피막이 규소, 산소 및 탄소를 포함하는 절연성 피막으로 하는 것을 용이하게 할 수 있다.
상기 원료 가스가 아세틸렌 또는 메탄을 포함하고, 탄소 및 수소를 포함하는 상기 피막이 상기 기재 상에 형성되면 된다. 상기 원료 가스가 아세틸렌 또는 메탄을 포함함으로써, 상기 기재 상에 형성되는 상기 피막이 탄소 및 수소를 포함하는 절연성 피막으로 하는 것을 용이하게 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본원 발명에 관한 플라스마 CVD 장치 및 필름의 제조 방법은 기재에 고밀도인 피막을 효율적으로 형성할 수 있고, 도전성을 갖는 기재에도 피막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태인 플라스마 CVD 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 도 1의 플라스마 CVD 장치에 있어서의 성막 롤 및 안테나 사이의 플라스마가 생성되는 공간을 절연 부재로 덮은 상태를 나타내는 모식적 확대도이다.
도 3은 도 1과 상이한 플라스마 CVD 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
이하, 적절히 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.
[제1 실시 형태]
<플라스마 CVD 장치>
본 발명의 일 실시 형태인 플라스마 CVD 장치는, 플라스마 CVD에 의해 기재에 피막을 형성하는 플라스마 CVD 장치이며, 내부에서 상기 플라스마 CVD 반응을 일으키게 하는 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되어, 상기 기재를 보유 지지하는 기구와, 상기 챔버 내에 배치되어, 플라스마를 생성하는 안테나와, 상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 전원을 구비하고, 상기 챔버 및 보유 지지 기구가 접지 전위로 되어 있다.
당해 플라스마 CVD 장치는, 상기 안테나 상에서 플라스마를 생성하여, 이 플라스마 중의 이온을 상기 보유 지지 기구를 향하여 가속시키기 위하여, 상기 보유 지지 기구가 보유 지지하는 기재 상에 고밀도인 피막을 형성할 수 있다. 또한, 상기 챔버 및 보유 지지 기구를 접지 전위로 하여 플라스마를 생성하는 안테나에 정바이어스를 인가함으로써, 플라스마 포텐셜을 플러스로 크게 상승시킬 수 있다. 따라서, 상기 이온을 크게 가속할 수 있음과 함께, 기재가 도전성인 경우에도 챔버 내에 수용되는 기재 전체가 접지 전위가 되기 때문에, 도전성 기재 상에 피막을 형성할 수 있다.
<기재>
당해 플라스마 CVD 장치로 피막이 형성되는 기재는, 도전성 또는 절연성 중 어느 것이어도 되고, 가요성을 가지며, 플렉시블 기재인 것이 바람직하다. 도전성 기재의 재질로서는, 철, 구리, 알루미늄, 탄소를 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 절연성 기재의 재질로서는, 예를 들어 합성 수지, 플렉시블 유리 등을 사용하는 것이 바람직하다.
도전성 기재로서는, 기재 그 자체가 도전성의 재질로 형성되어 있는 것 외에, 수지 또는 유리를 포함하는 적어도 하나의 절연층과, 적어도 하나의 도전층을 갖는 기재로 할 수 있다. 예를 들어, 절연층에 도전성의 재질이 코팅된 기재, 또는 2개의 절연층 사이에 도전층을 포함하는 기재로 할 수 있다. 이와 같이, 도전층이 기재 표면에 노출되어 있지 않은 경우에도, 고주파 전압을 인가함으로써 도전층에 전류를 흘릴 수 있다.
플렉시블 기재를 형성하는 합성 수지의 주성분으로는, 폴리에스테르 및 폴리올레핀이 바람직하다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌술파이드(PES), 폴리카르보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리올레핀 등을 들 수 있다. 그 중에서도 강도, 가요성 및 투명성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트가 특히 바람직하다.
플렉시블 기재의 평균 두께로서는, 특별히 한정되지 않지만, 롤 코터 플라스마 CVD 장치로 반송 가능하게 하는 경우에는, 예를 들어 5㎛ 이상 500㎛ 이하로 할 수 있다.
(보유 지지 기구)
보유 지지 기구는, 챔버에 내장되어 기재를 보유 지지한다. 또한, 보유 지지 기구는 챔버와 함께 접지 전위가 된다. 보유 지지 기구로서는, 챔버 내에서 기재를 보유 지지할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 상기 보유 지지 기구가 적어도 하나의 성막 롤과 복수의 반송 롤을 포함하는 것이 바람직하다. 적어도 하나의 성막 롤과 복수의 반송 롤을 포함함으로써, 상기 반송 롤에 의해 롤 투 롤 방식으로 상기 기재를 반송하면서, 상기 성막 롤에서 기재 상에 피막을 형성할 수 있다. 이 때문에, 연속적인 피막 형성이 가능해져, 필름의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 성막 롤이 상기 안테나에 근접하여 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 성막 롤 상의 기재를 플라스마에 접근시킬 수 있어, 플라스마 중에서 가속된 이온을 기재 표면에 효율적으로 충돌시킬 수 있다.
본 실시 형태에 관한 플라스마 CVD 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(1), 1쌍의 성막 롤(2), 플라스마 생성 안테나(3), 바이어스 인가 전원(4), 원료 가스 공급구(5), 반송 롤(6), 기재 공급 롤(7), 제품 권취 롤(8) 및 진공 펌프 P를 주로 구비하고 있다. 이 플라스마 CVD 장치에 의하면, 길이 방향으로 반송되는 긴 형상의 기재 W의 표면 근방에 플라스마를 발생시키고, 연속적인 프로세스에 의해 기재 W 표면 상에 피막을 형성하여 제품 필름 F를 얻을 수 있다. 이 플라스마 CVD 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 이하 설명한다.
(바이어스 인가 전원)
안테나(3)에 정바이어스를 인가하는 바이어스 인가 전원(4)은, DC(Direct Current) 펄스 전원인 것이 바람직하다. 안테나(3)에 정바이어스를 인가하는 바이어스 인가 전원(4)이 DC 펄스 전원이면, 안테나(3) 상에 생성되는 플라스마의 플라스마 포텐셜을 용이하게 상승시킬 수 있다. 한편, 펄스 정바이어스 인가에서는, 기재 W 표면의 차지 업을 중화하지 않으면, 아킹 등에 의해, 기재 W 표면 상에 더스트가 발생될 우려가 있다. 따라서, 정바이어스와 약한 부의 바이어스를 인가할 수 있는 DC 펄스 전원을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 바이어스 인가 전원(4)의 주파수의 하한으로서는, 1㎑로 하는 것이 바람직하다. 한편, 바이어스 인가 전원(4)의 주파수의 상한으로서는 플라스마 생성 전원의 주파수 1/100, 또는 100㎒인 것이 바람직하다.
바이어스 인가 전원(4)의 주파수가 상기 하한에 미달되면, 바이어스 고주파의 교류 전기장의 주기가 길어지고, 이 상태에서 기재 W에 절연체 피막을 형성하면, 시료에 일정한 양전하(이온)가 입사하여 시료의 전위가 상승되어, 양전하(이온)가 충분히 유입되지 않게 되어 버릴 우려가 있다. 즉, 주파수가 너무 낮은 경우, 시료에 양전하(이온)가 효과적으로 입사할 수 없게 되는 시간이 길어져, 바이어스 고주파의 부전위에 의한 절연체 피막에 대한 전하 축적의 취소 효과가 저하될 우려가 있다.
한편, 바이어스 인가 전원(4)의 주파수가 플라스마 생성 전원의 주파수 1/100을 초과하면, 캐패시터에 대한 임피던스의 차로부터 플라스마 생성용 고주파와 바이어스 인가용 고주파의 전기적인 분리가 어려워지고, 양쪽의 고주파가 서로 전원 회로에 영향을 주기 때문에, 전원 회로를 구성하는 것이 곤란해질 우려가 있다.
또한, 플라스마에서는 전자와 이온의 질량차, 및 전기장에 의해 이동하는 전자와 이온의 속도차로부터, 전기적으로 다이오드 특성을 나타내는 것이 알려져 있다. 이 때문에, 100㎒를 초과하는 높은 주파수의 교류 전기장을 플라스마에 인가한 경우, 플라스마 중의 전자의 이동 방향의 반전 주기가 빨라져, 전자의 거리가 짧아지기 때문에 전자가 플라스마 중에 갇힌다. 이 상태는, 거시적으로 보면 플라스마가 나타내는 다이오드 특성의 효과가 작아짐으로써, 바이어스 인가를 효과적으로 할 수 없게 될 우려가 있다.
안테나(3)에 의해 플라스마를 생성하는 방식은, 마이크로파 또는 유도 결합에 의한 방식이 바람직하다. 마이크로파 방식은, 예를 들어 마이크로파 발생부에서 마이크로파를 생성하고, 이 마이크로파를 안테나(3)에 도입하는 마이크로파 전송 경로에 직사각형 또는 원형 도파관을 사용하고, 이 도파관의 도중에, 반사 전력을 흡수하기 위한 아이솔레이터, 전력 계측을 위한 방향성 결합기 및 매칭 조정을 위한 튜너를 구비하는 구성으로 할 수 있다.
마이크로파 방식에서는, 마이크로파 발생부가 마그네트론 전원, 마이크로파를 발진하는 마그네트론 및 마이크로파를 도파관으로 유도하는 런처 도파관을 구비한다. 마이크로파의 주파수의 하한으로는, 2.45GHz가 바람직하다. 한편, 마이크로파의 주파수의 상한으로서는 100GHz가 바람직하고, 10GHz가 더 바람직하다.
또한, 상기 튜너와 안테나(3) 사이에 절연 도파관을 마련하여, 챔버(1)에 대한 삽입부에서는, 상기 마이크로파 전달 경로와 챔버(1)를 절연시킨다. 이러한 구성으로 함으로써, 안테나(3)를 플라스마 발생부 및 챔버(1)로부터 전기적으로 독립시킬 수 있고, 안테나(3)에 접속한 바이어스 인가 전원(4)에 의해, 전위를 제어하는 것이 가능해진다.
안테나(3)의 재료로서는, 금속계 재료라면 특별히 한정되지 않지만, 내구성의 면에서는 스테인리스가 바람직하고, 비용이나 중량의 면에서는 알루미늄이 바람직하다. 안테나(3)의 형상으로서는, 플라스마 CVD 장치의 구성에 의해 특별히 한정되는 것은 아니지만, 중공의 각 기둥 형상, 중공의 원주 형상 등으로 할 수 있다. 안테나(3)는, 마이크로파 방사면에 마이크로파의 투과성이 우수한 석영판을 구비하고, 석영판의 내측 또는 외측에는 슬롯 구멍이 형성된 금속판을 구비한다. 슬롯 구멍으로부터 석영판을 통과하여 방출되는 마이크로파의 전계에 의해 줄 가열이 생기고, 전자에 에너지가 부여되어 플라스마가 생성된다.
도파관은 마이크로파의 전송 방향으로 긴 형상을 이룸과 함께, 마이크로파의 전송 방향에 직교하는 방향의 단면이 직사각형 또는 원형을 나타낸 중공형을 이루고 있다. 도파관은 구리, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속, 또는 이들의 합금에 의해 형성할 수 있다.
또는, 당해 플라스마 CVD 장치가, 마이크로파 방식으로 바꾸고, 플라스마 생성을 유도 결합 방식으로 하는 경우에는, 고주파 전원(예를 들어 주파수 13.56㎒)으로부터의 출력이, 동축 케이블에 의해 전력 계측을 위한 방향성 결합기를 거쳐서 매칭 회로에서 임피던스 매칭이 취해진 후, 안테나(3)에 공급된다. 안테나(3)는, 금속제 코일 또는 금속봉인 것이 바람직하다. 안테나(3)에 피막이 형성되는 것을 방지하기 위해서, 안테나(3)를 플라스마로부터 격리하여, 안테나(3)가 석영관 등으로 보호되어 있는 것이 바람직하다.
안테나(3)는 그 길이에 비례하여 인덕턴스가 커져, 플라스마 발생을 위한 고주파를 도입할 때의 고주파 전압이 높아지는 경향이 있기 때문에, 가능한 한 직선적인 구조로 하는 것이 바람직하다. 또한, 안테나(3)를 2개로 하여, 이 2개의 안테나끼리를 근접시킬 경우는, 서로의 교류 전기장이 형성하는 교류 자장을 제거하지 않도록, 적당한 간격을 두는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일본 특허 공개 평7-122397호 공보에 개시되는 바와 같이, 2개 이상의 직선형 안테나가 서로 기하학적으로 구성하는 각도에 상응하는 위상차를 갖는 고주파 전류를, 각각 2개 이상의 안테나에 인가한 경우는 상기 교류 전기장끼리의 상쇄가 없어지고, 합성된 교류 자장 벡터가 플라스마 중에서 회전하기 때문에, 대면적으로 균일한 플라스마를 형성할 수 있다.
일반적으로, 캐패시턴스에 의한 임피던스는, 그 주파수의 함수이며, ω=2πf로 하면, 임피던스 Z는 Z=1/(ω·C)의 관계가 있다. 또한, ω은 각 주파수 [rd/sec], π는 원주율, f는 주파수[Hz], C는 정전 용량[F]이다. 따라서, 바이어스 인가용 주파수 ω1을 플라스마 발생용 주파수 ω0의 1/100 이하로 함으로써, 상호의 임피던스 Z1≥100Z0의 관계가 생기고, 전기적으로 용이하게 분리할 수 있다. 이와 같이 하여 안테나(3)를 바이어스 인가 전원(4) 및 챔버(1)로부터 전기적으로 독립시켜, 안테나(3)에 접속한 바이어스 인가 전원(4)에 의해, 전위를 제어하는 것이 가능해진다.
(챔버)
챔버(1)는, 기재의 보유 지지 기구인 성막 롤(2) 및 반송 롤(6)과 안테나(3)를 내장한다. 또한, 챔버(1)는, 원료 가스 공급구(5), 성막 롤(2) 및 반송 롤(6)을 회전 구동하기 위한 도시되지 않은 모터 등, 기타 챔버(1)를 구성하는 복수의 챔버 구성 부재를 내장한다. 챔버(1)는, 접지 전위로 된다.
원료 가스 공급구(5)는, 피막의 원료가 되는 가스를 챔버(1) 내에 공급한다. 원료 가스 공급구(5)는, 한쪽 성막 롤(2)로부터 복수의 반송 롤(6)을 통하여 다른 쪽 성막 롤(2)에 이르는 기재 W로 둘러싸이는 위치에 배치되고, 이 기재 W로 둘러싸이는 공간 내에 상기 원료 가스를 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 진공 챔버(1) 내를 감압하는 진공 펌프 P는, 1쌍의 성막 롤(2) 사이의 공간을 사이에 두고 가스 공급구(5)와 대향하는 위치에서 챔버(1) 내의 가스를 배기하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 플라스마가 생성되는 공간에 원료 가스를 효과적으로 공급할 수 있어, 효율적으로 플라스마를 생성할 수 있다.
성막 롤(2) 이외의 상기 챔버 구성 부재가 절연 부재로 피복되는 것이 바람직하다. 당해 플라스마 CVD 장치에서는, 접지 전위가 되는 챔버(1) 및 성막 롤(2)에 대하여 플라스마의 전위가 높기 때문에, 이온이 상기 챔버 구성 부재에 충돌하여 전자를 내쫓는 γ 작용과, 발생된 전자가 전기장에 의해 가속되어서, 중성 기체에 충돌하여 전리하는 α 작용에 의해 이상 방전이 발생되기 쉽다. 그 이상 방전에 의해 상기 챔버 구성 부재가 파손되고, 또한, 플라스마가 불안정해져서 플라스마가 유지되지 않게 되거나, 또는 플라스마 전위를 높게 유지할 수 없게 될 우려가 있다. 상기 챔버 구성 부재를 절연 부재로 피복함으로써, 이러한 이상 방전을 효과적으로 억제할 수 있다.
또는, 상기 절연 부재 대신에 금속판을 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 이들 금속판과, 접지 전위가 되는 챔버 구성 부재 사이에 절연체를 마련하는 등으로 하여, 이 금속판을, 소위 플로팅 상태로 함으로써 사용할 수 있다. 이와 같이 하면, 플라스마 전위와 상기 금속판의 전위차가 작아져, 상기 이상 방전을 억제할 수 있다. 이것은, 플라스마에 의해, 절연된 금속의 전위가 플라스마에 맞추어 변화함으로써, 상대적인 전위차가 작아지기 때문이다. 따라서, 수지 등을 포함하는 절연 부재 대신에, 챔버 구성 부재와 전기적으로 절연된 금속을 사용함으로써, 플라스마로부터의 입열에 의한 손상을 억제할 수 있다.
상기 챔버 구성 부재를 개별로 피복하는 것으로 바꾸고, 도 2에 도시된 바와 같이, 성막 롤(2) 및 안테나(3) 사이의 플라스마가 생성되는 공간이 절연 부재(9)로 덮이는 것도 바람직하다. 플라스마는 공간적으로 넓어지기 쉬운 성질이 있으므로, 플라스마가 존재할 수 있는 공간을 절연 부재(9)로 제한함으로써, 상술한 바와 같은 이상 방전을 더 효과적으로 억제할 수 있다. 도 2에서, 상기 절연 부재(9) 이외의 구성 부재에 관해서는, 상술한 도 1에서 동일한 구성 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
절연 부재는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 절연성을 갖는 수지판, 필름, 테이프 등을 사용할 수 있다. 절연 부재는 플라스마에 노출되기 때문에, 절연성과 함께, 내열성이 우수한 것이 바람직하고, 소재로서는, 예를 들어 테플론(등록 상표), 폴리이미드, MC 나일론 등을 포함하는 것이 바람직하다.
<이점>
당해 플라스마 CVD 장치는, 챔버(1) 및 기재 보유 지지 기구를 접지 전위로 하여 플라스마를 생성하는 안테나(3)에 정바이어스를 인가함으로써, 플라스마 포텐셜을 플러스로 크게 상승시킬 수 있다. 따라서, 상기 이온을 가속할 수 있고, 고밀도인 피막을 형성할 수 있음과 함께, 기재 W가 도전성인 경우에도 챔버(1) 내에 수용되는 기재 W 전체가 접지 전위가 되기 때문에, 도전성 기재 상에 피막을 형성할 수 있다.
[제2 실시 형태]
본 발명의 다른 일 실시 형태인 플라스마 CVD 장치는, 챔버가 서브 챔버를 갖고, 이 서브 챔버 내에 안테나가 구비된다. 상기 서브 챔버는, 내벽에 절연 부재를 포함한다. 이하, 본 실시 형태의 설명에서는, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하여, 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 플라스마 CVD 장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 서브 챔버(10)를 갖는 챔버(11), 하나의 성막 롤(12), 플라스마 생성 안테나(3), 바이어스 인가 전원(4), 원료 가스 공급구(5), 반송 롤(6), 기재 공급 롤(7), 제품 권취 롤(8), 및 진공 펌프 P를 주로 구비한다. 이 플라스마 CVD 장치에 의하면, 길이 방향으로 반송되는 긴 형상의 기재 W의 표면 근방에 플라스마를 발생시켜, 연속적인 프로세스에 의해 기재 W 표면 상에 피막을 형성하여 제품 필름 F를 얻을 수 있다.
(보유 지지 기구)
챔버(11)에 내장되어, 기재 W를 보유 지지하는 보유 지지 기구는, 하나의 성막 롤(12)과 복수의 반송 롤(6)을 포함한다. 성막 롤(12)과 복수의 반송 롤(6)에 의해, 롤 투 롤 방식으로 기재 W를 반송하면서, 기재 W 상에 피막을 형성할 수 있기 때문에, 연속적으로 피막 형성을 할 수 있다. 성막 롤(12)은 챔버(11)와 함께 접지 전위로 된다.
(챔버)
챔버(11)는 또한, 기재 W의 보유 지지 기구인 성막 롤(12) 및 반송 롤(6)을 포함한다. 챔버(11)는 원료 가스 공급구(5), 성막 롤(12) 및 반송 롤(6)을 회전 구동하기 위한 도시되지 않은 모터 등, 그밖의 챔버(11)를 구성하는 복수의 챔버 구성 부재를 구비한다. 챔버(11)는, 성막 롤(12)과 함께 접지 전위로 된다.
챔버(11)는 서브 챔버(10)를 갖는다. 구체적으로는, 서브 챔버(10)는 챔버(11)의 측면에 부설된 소형의 챔버이다. 서브 챔버(10)에는, 그 내벽에 절연 부재(9)가 구비되고, 그 내부에 플라스마 생성 안테나(3)가 배치된다. 서브 챔버(10)는, 성막 롤(12)과 플라스마 생성 안테나(3)에 근접하여 부설되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 성막 롤(12) 상의 기재 W를 플라스마에 접근시킬 수 있어, 플라스마 중에서 가속된 이온을 기재 W 표면에 효율적으로 충돌시킬 수 있다.
원료 가스 공급구(5)는, 서브 챔버(10) 상에 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 플라스마 생성 안테나(3)와 성막 롤(12) 사이의 공간에 원료 가스를 효과적으로 공급할 수 있다. 또한, 챔버(11) 내를 감압하는 진공 펌프 P는, 플라스마 생성 안테나(3)와 성막 롤(12) 사이의 공간을 사이에 두고 가스 공급구(5)와 대향하는 위치에서 챔버(11) 내의 가스를 배기하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 플라스마가 생성되는 공간에 원료 가스를 더 효과적으로 공급할 수 있어, 효율적으로 플라스마를 생성할 수 있다.
성막 롤(12) 이외의 상기 챔버 구성 부재가 절연 부재로 피복되는 것이 바람직하다. 또는, 절연 부재 대신에, 접지 전위가 되는 챔버 구성 부재와 전기적으로 절연된 금속을 마련해도 된다. 또는 상기 챔버 구성 부재를 개별로 피복하는 것 대신에, 성막 롤(2) 및 안테나(3) 사이의 플라스마가 생성되는 공간이 절연 부재로 덮여도 된다. 이와 같이 함으로써, 이상 방전을 효과적으로 억제하고, 상기 챔버 구성 부재의 손상 등을 저감시킬 수 있다.
<이점>
당해 플라스마 CVD 장치는, 챔버(11)의 측면에, 플라스마 생성 안테나(3)를 포함하는 서브 챔버(10)를 부설하기 때문에, 플라스마 생성 안테나(3)를 성막 롤(12)에 근접하여 배치하는 것을 용이하게 할 수 있다. 또한, 플라스마 생성 안테나(3)는, 서브 챔버(10) 내벽에 구비되는 절연 부재로 둘러싸여 있기 때문에, 상기 챔버 구성 부재에 대한 이상 방전을 억제할 수 있다. 따라서, 간이한 구성으로, 도전성 기재 상에 고밀도의 피막을 형성할 수 있는 플라스마 CVD 장치로 할 수 있다. 또한, 플라스마 생성 안테나(3)의 배치가 곤란한 기존의 장치여도, 챔버에 서브 챔버를 부설함으로써, 플라스마 생성 안테나를 용이하게 배치할 수 있다. 그래서, 기존의 장치의 간이한 개변에 의해, 도전성 기재 상에 고밀도의 피막을 형성할 수 있는 플라스마 CVD 장치로 할 수 있다.
<필름의 제조 방법>
본 발명의 그밖의 일 실시 형태는, 플라스마 CVD에 의해 기재에 피막을 형성하는 필름의 제조 방법이며, 내부에서 상기 플라스마 CVD 반응을 일으키게 하는 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되어, 상기 기재를 보유 지지하는 기구와, 상기 챔버 내에 배치되어, 플라스마를 생성하는 안테나와, 상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 전원을 구비하고, 상기 챔버 및 보유 지지 기구가 접지 전위로 되어 있는 플라스마 CVD 장치를 사용하여 행하는, 상기 안테나를 향하여 상기 성막의 원료 가스를 공급하는 공정과, 상기 전원에 의해 상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 공정을 갖는다.
당해 필름의 제조 방법은, 상술한 플라스마 CVD 장치를 사용하여, 안테나(3)를 향하여 원료 가스 공급구(5)로부터 피막의 원료 가스를 공급하고, 전원(4)에 의해 안테나(3)에 정바이어스를 인가하여 플라스마를 생성함으로써, 상기 기재 상에 피막을 형성한다. 챔버(1) 및 보유 지지 기구를 접지 전위로 하여 안테나(3)에 정바이어스를 인가함으로써, 플라스마 포텐셜을 플러스로 크게 상승시킬 수 있고, 상기 이온 가속이 가능하게 됨과 함께, 챔버(1) 내에 수용되는 기재 W 전체도 접지 전위가 되기 때문에, 기재 W가 도전성인 경우에도 기재 W 표면 상에 성막할 수 있다.
상기 피막을 절연성 피막으로 할 수 있다. 기재가 도전성이고 피막을 절연성으로 함으로써, 발열을 수반하는 디바이스에 적합한, 열전도성이 높은 필름을 효율적으로 생산할 수 있다.
절연성 피막의 형성에 사용되는 원료 가스로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 헥사메틸디실록산 및 산소를 포함하는 원료 가스, 아세틸렌 또는 메탄을 포함하는 원료 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 원료를 사용함으로써 기재 W에 대한 이온의 충격 효과를 향상시킬 수 있고, 밀도가 높아 배리어성, 절연성 및 내마모성이 우수한 절연성 피막을 형성할 수 있다.
헥사메틸디실록산 및 산소를 포함하는 원료 가스를 사용한 경우, 규소, 산소 및 탄소가 포함되는 피막으로 할 수 있고, 용이하게 절연성 피막을 기재 상에 형성할 수 있다. 아세틸렌 또는 메탄을 포함하는 원료 가스를 사용한 경우, 탄소, 수소가 포함되는 피막으로 할 수 있고, 용이하게 절연성 피막을 기재 상에 형성할 수 있다.
<이점>
당해 필름의 제조 방법은, 챔버(1) 및 기재 보유 지지 기구를 접지 전위로 하여 플라스마를 생성하는 안테나(3)에 정바이어스를 인가함으로써, 플라스마 포텐셜을 플러스로 크게 상승시킬 수 있다. 따라서, 상기 이온을 가속할 수 있고, 고밀도의 피막을 형성할 수 있음과 함께, 기재 W가 도전성인 경우에도 챔버 내에 수용되는 기재 W 전체가 접지 전위에 되기 때문에, 도전성 기재 상에 피막을 형성할 수 있다. 또한, 도전성 기재 상에 절연성 피막을 형성할 수 있기 때문에, 발열을 수반하는 디바이스 등에 사용되는 열전도성이 높은 필름 등을 효율적으로 생산할 수 있다.
[그밖의 실시 형태]
본 발명은, 이상 설명한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
상기 실시 형태는, 주로 도전성 기재에 절연성 피막을 형성하는 것에 대하여 설명했지만, 본 발명에 관한 플라스마 CVD 장치 및 필름의 제조 방법을 사용하여, 절연성 기재에 절연성 피막을 형성하는 것도, 본 발명의 범주이다.
본 발명의 플라스마 CVD 장치 및 필름의 제조 방법은, 도전성 기재에 고밀도인 피막을 효율적으로 형성할 수 있으므로, 플렉시블 디바이스나 경량 디바이스의 생산에 적합하게 사용할 수 있다.
1, 11: 챔버
2, 12: 성막 롤
3: 플라스마 생성 안테나
4: 바이어스 인가 전원
5: 원료 가스 공급구
6: 반송 롤
7: 기재 공급 롤
8: 제품 권취 롤
9: 절연 부재
10: 서브 챔버
F: 제품 필름
P: 진공 펌프
W: 기재

Claims (16)

  1. 플라스마 CVD에 의해 기재에 피막을 형성하는 플라스마 CVD 장치이며,
    내부에서 상기 플라스마 CVD 반응을 일으키게 하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 배치되어, 상기 기재를 보유 지지하는 기구와,
    상기 챔버 내에 배치되어, 플라스마를 생성하는 안테나와,
    상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 전원을 구비하고,
    상기 챔버 및 보유 지지 기구가 접지 전위로 되어 있는 플라스마 CVD 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전원이 DC 펄스 전원인 플라스마 CVD 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마이크로파 발생부와,
    마이크로파 발생부에서 발생된 마이크로파를 챔버 내에 도입하기 위한 도파관을 더 구비하고,
    상기 도파관이 상기 안테나에 접속되는 플라스마 CVD 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 안테나가 유도 결합형의 전극이며, 상기 전극에 상기 전원이 접속되는 플라스마 CVD 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보유 지지 기구가 적어도 하나의 성막 롤과 복수의 반송 롤을 갖고, 상기 성막 롤이 상기 안테나에 근접하여 배치되는 플라스마 CVD 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 성막 롤 이외의 상기 챔버의 구성 부재가, 절연 부재로 피복되는 플라스마 CVD 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 성막 롤 및 상기 안테나 사이의 상기 플라스마가 생성되는 공간이, 절연 부재로 덮이는 플라스마 CVD 장치.
  8. 플라스마 CVD에 의해 기재에 피막을 형성하는 필름의 제조 방법이며,
    내부에서 상기 플라스마 CVD 반응을 일으키게 하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 배치되어, 상기 기재를 보유 지지하는 기구와,
    상기 챔버 내에 배치되어, 플라스마를 생성하는 안테나와,
    상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 전원을 구비하고,
    상기 챔버 및 보유 지지 기구가 접지 전위로 되어 있는 플라스마 CVD 장치를 사용하여 행하는, 상기 안테나를 향하여 상기 성막의 원료 가스를 공급하는 공정과,
    상기 전원에 의해 상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 공정을 갖는 필름 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 정바이어스 인가 공정에서, DC 펄스 전원에 의해 상기 안테나에 정바이어스를 인가하는 필름 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 플라스마가 마이크로파 방식 또는 유도 결합 방식으로 생성되는 필름 제조 방법.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 보유 지지 기구가 적어도 하나의 성막 롤과 복수의 반송 롤을 갖고, 상기 기재가 롤 투 롤 방식으로 송급되는 필름 제조 방법.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 기재가 철, 구리, 알루미늄, 또는 탄소를 포함하는 필름 제조 방법.
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 기재가, 수지 또는 유리를 포함하는 적어도 하나의 절연층과, 적어도 하나의 도전층을 갖는 필름 제조 방법.
  14. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 피막이 절연성 피막인 필름 제조 방법.
  15. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 원료 가스가 헥사메틸디실록산 및 산소를 포함하고, 규소, 산소 및 탄소를 포함하는 상기 피막이 상기 기재 상에 형성되는 필름 제조 방법.
  16. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 원료 가스가 아세틸렌 또는 메탄을 포함하고, 탄소 및 수소를 포함하는 상기 피막이 상기 기재 상에 형성되는 필름 제조 방법.
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