Устройство непрерывного формирования пленки
Изобретение относится к устройству для плазменного химического парофазного осаждения пленки на поверхности полосообразной подложки и может найти применение при изготовлении дисплеев. Барабаны для осаждения (2 и 3) устройства расположены напротив, параллельно друг другу, таким образом, чтобы подложка S, намотанная на них, была обращена к каждому. Элементы 12 и 13, генерирующие магнитное поле, которое сводит плазму к поверхности барабана, обращенного к зазору 5 между барабанами, расположены в каждом барабане 2 и 3 для осаждения. В устройстве имеется источник питания плазмы 14, полярность которого переменно реверсируется между одним электродом и другим электродом. Труба для подачи газа 8 предназначена для подачи газа, формирующего пленку, в зазор 5. Средство для вакуумирования предназначено для вакуумирования зазора. Один электрод источника 14 питания плазмы соединен с одним барабаном 2 для осаждения, а другой его электрод соединен с другим барабаном 3 для осаждения. В результате устройство позволяет снизить осаждение пленки на внутренней части вакуумной камеры и предотвратить отслоение пленки. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для плазменного CVD, предназначенному для непрерывного формирования функциональной пленки на поверхности полосообразной подложки, такой как пластиковая пленка или лист.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последние годы были предложены различные подложки для дисплеев, в которых в качестве подложки используется пластиковая пленка или лист, при этом подложка должна обладать изолирующими свойствами в отношении водяного пара и кислорода. Для придания таких изолирующих свойств подложке на нее часто наносят прозрачную пленку из SiOx (оксида кремния), при этом необходимо оборудование для нанесения покрытия. В качестве способов нанесения на подложку пленки SiOx в процессе перемещения подложки от барабана к барабану известен, например, способ физического парофазного осаждения (PVD), такой как вакуумное испарение или напыление, а также способ плазменного CVD (плазменно-химического парофазного осаждения).
Способ вакуумного испарения широко используется в качестве производственного способа для формирования пленки, главным образом при получении пищевых упаковочных пленок, однако обеспечиваемая при этом эффективность изоляции не соответствует уровню, требуемому для подложек дисплеев, при этом проницаемость для паров воды и проницаемость для кислорода составляют приблизительно 1 г/м2·день и приблизительно 1 см3/м2·атм·день. С другой стороны, более плотная пленка может быть сформирована способом напыления. Например, эффективности изоляции не более чем 0,02 г/м2·день и 0,02 см3/м2·атм·день, которые являются пределами чувствительности для метода MOCON, могут быть достигнуты путем формирования пленки SiOx или SiON толщиной 50-100 нм на подложке с хорошим качеством поверхности. Однако скорость напыления является слишком низкой, чтобы обеспечивать достаточную производительность. Кроме того, так как пленка, сформированная PVD способом, является неорганической и ломкой, то при формировании пленки толщиной более 100 нм пленка подвержена образованию дефектов или отслаиванию в результате внутреннего напряжения в пленке или различия в коэффициенте теплового расширения между пленкой и подложкой, а также в результате неспособности пленки деформироваться вместе с пленкой-основой.
Напротив, способ плазменного CVD уступает способу вакуумного осаждения, однако на порядок или более превосходит способ напыления по скорости напыления и, таким образом, обеспечивает возможность формирования пленки с более высокими изоляционными свойствами. Указанный способ дополнительно обладает такой особенностью, что на пленке-основе может быть сформирована пленка толщиной от нескольких сотен нм до нескольких мкм, чего нельзя достичь PVD способом, так как пленка, сформированная таким образом, обладает некоторым уровнем гибкости. Таким образом, способ плазменного CVD, как ожидают, является новым способом формирования пленки, в котором используются указанные особенности.
Различные типы устройств для формирования пленки посредством плазменного CVD являются общеизвестными. В качестве устройства, приспособленного для формирования пленки при протягивании пленки на барабане для осаждения, например, в японском переводе Международной заявки РСТ 2005-504880 (Патентная Литература 1) описано устройство, включающее в себя пару барабанов для осаждения, на которых наматывается и протягивается пленка, на которую наносится покрытие, в котором между барабанами создается магнитное поле, при этом пара барабанов для осаждения связана с источником высокочастотного тока таким образом, чтобы два барабана для осаждения имели одинаковую полярность, а высокочастотный ток частотой от нескольких десятков до нескольких сотен кГц одновременно подавался к ним, индуцируя газовый разряд Пеннинга в зазоре (разрядной области) между барабанами, чтобы удерживать плазму, при этом кислород и исходный газ, такой как HMDSO, подаются в зазор между барабанами, чтобы, таким образом, выполнять формирование пленки одновременно на пленке, находящейся на барабанах для осаждения, расположенных по обеим сторонам разрядной области.
Кроме того, в Патенте Японии 2587507 (Патентная Литература 2) описано устройство для плазменного CVD, которое включает пару барабанов для осаждения (металлических цилиндров), расположенных напротив друг друга в вакуумной камере, источник переменного тока, один электрод которого присоединен к одному из барабанов для осаждения, а другой электрод присоединен к другому барабану для осаждения, разрядную камеру, расположенную в зазоре между барабанами для осаждения, стенки которой, противоположные барабанам для осаждения, открыты, а также приспособление для подачи мономерного (исходного) газа, соединенное с разрядной камерой. Согласно Патентной Литературе 2 плазма может быть получена в разрядной камере, чтобы выполнить формирование пленки на пленке, находящейся на барабанах для осаждения, так как уровень вакуума во внутренней части разрядной камеры по сравнению с наружной частью уменьшается в результате поступления мономерного газа, при этом загрязнение разрядных электродов может быть предотвращено, так как поверхности барабанов для осаждения, составляющих разрядные электроды, закрыты пленкой, помещенной на них.
Однако в устройстве для формирования пленки Патентной Литературы 1, из-за того, что другой электрод источника энергии для разряда должен быть связан с кольцевым электродом (противоэлектродом), расположенным по существу на равном расстоянии от центра зазора между барабанами для осаждения, плазма образуется также на периферии противоэлектрода, при этом сложно полностью предотвратить осаждение пленки на данной периферии. Кроме того, в ходе длительной работы возникает изменение разряда, связанное с осаждением пленки на противоэлектроде, и отслаивание, которые могут приводить к появлению дефектов пленки.
С другой стороны, в устройстве для формирования пленки Патентной Литературы 2, хотя разрядная камера должна быть сформирована в зазоре между барабанами для осаждения, на стенке разрядной камеры происходит осаждение пленки, при этом расслаивание, возникающее на указанной части, может приводить к появлению дефектов пленки. Кроме того, для понижения уровня вакуума (или более высокого давления) во внутренней части разрядной камеры по сравнению с другой частью вакуумной камеры, поток газа должен быть ослаблен путем уменьшения зазора между разрядной камерой и барабанами для осаждения. Однако, поскольку осаждение пленки происходит также вблизи данного зазора, газоудерживающий эффект разрядной камеры изменяется, ухудшая стабильность осаждения, при этом также снижается стабильность качества пленки.
[Патентная Литература 1] японский перевод Международной заявки РСТ 2005-504880
[Патентная Литература 2] Патент Японии 2587507
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С точки зрения вышеописанных проблем цель настоящего изобретения состоит в обеспечении устройства для плазменного CVD, позволяющего снизить осаждение пленки на внутренней части вакуумной камеры, которое вызывает отслаивание пленки и неблагоприятно влияет на стабильность качества пленки.
Устройство для плазменного CVD согласно настоящему изобретению, предназначенное для формирования пленки на поверхности подложки, непрерывно протягиваемой в вакуумной камере, включает в себя: пару барабанов для осаждения, расположенных напротив, параллельно или по существу параллельно друг другу таким образом, чтобы подложки, намотанные на них, были обращены друг к другу; элемент, генерирующий магнитное поле, расположенный внутри каждого барабана для осаждения, который вблизи поверхности барабана, направленной в зазор между барабанами для осаждения, генерирует магнитное поле, распространяющееся от поверхности барабана до поверхности барабана на другой стороне; генератор плазмы, полярность электродов которого поочередно меняется между одним электродом и другим электродом; средство для подачи газа, предназначенное для подачи газа, формирующего пленку, в зазор между барабанами для осаждения; а также средство для вакуумирования, предназначенное для вакуумирования зазора между барабанами для осаждения, где один электрод генератора плазмы связан с одним из барабанов для осаждения, а другой электрод связан с другим барабаном для осаждения.
Согласно указанному устройству для плазменного CVD, так как присутствует элемент, генерирующий магнитное поле, который генерирует магнитное поле сугубо вблизи поверхностей барабана, обращенных в зазор между барабанами для осаждения, магнитное поле распространяется от каждой поверхности барабана до поверхности барабана на другой стороне, и присутствует источник питания плазмы с переменно-реверсивной полярностью, то возникновение электрического разряда в зазоре между парой барабанов для осаждения и конвергенция плазмы, генерируемой, таким образом, вблизи соответствующих поверхностей барабана для осаждения в зазоре между барабанами для осаждения, может обеспечиваться без присутствия камеры, предназначенной для определения зазора между барабанами для осаждения, например разрядной камеры, или без использования другого разрядного электрода, помимо барабанов для осаждения. Таким образом, посредством лишь подачи газа, формирующего пленку, из приспособления для подачи газа в зазор между барабанами для осаждения, газ, формирующий пленку, разлагается и активируется плазмой, при этом разложившийся газ осаждается на поверхности подложки, намотанной на барабанах для осаждения, которая обращена в зазор между барабанами для осаждения, в результате чего может быть эффективно сформирована пленка. Так как камера или другой разрядный электрод, помимо барабанов для осаждения, на которых адсорбируется разложившийся формирующий пленку газ, отсутствуют, формирование пленки на подложке может быть выполнено без осаждения пленки на подобной части, причем может быть сформирована высококачественная пленка без дефектов и без ухудшения стабильности формирования пленки, возникающего в результате осаждения пленки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - общее примерное схематическое изображение устройства для плазменного CVD согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - увеличенное примерное изображение в разрезе барабанов для осаждения и элементов, генерирующих магнитное поле;
Фиг. 3А, 3B и 3C - диаграммы формы кривой напряжения источника питания плазмы, соответственно;
Фиг. 4 - общий вид в перспективе элемента, генерирующего магнитное поле;
Фиг. 5 - общее примерное схематическое изображение устройства для плазменного CVD согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 6 - увеличенное примерное изображение в разрезе барабанов для осаждения и элементов, генерирующих магнитное поле, на котором показан другой пример расположения, в котором элементы, генерирующие магнитное поле, расположены таким образом, чтобы формировать замкнутые магнитные контуры, соответственно; и
Фиг. 7 - увеличенное примерное изображение в разрезе барабанов для осаждения и элементов, генерирующих магнитное поле, на котором показан сравнительный пример расположения, в котором элементы, генерирующие магнитное поле, расположены таким образом, чтобы формировать линии магнитного поля, распространяющиеся между барабанами для осаждения.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В устройстве для плазменного CVD настоящего изобретения переменное напряжение или импульсоподобное напряжение с реверсом полярности приложено к барабанам для осаждения, расположенным противоположно друг к другу, при пониженном давлении, что вызывает возникновение тлеющего разряда в зазоре (зоне осаждения) между противоположно размещаемыми барабанами для осаждения, при этом формирование пленки посредством плазменного CVD выполняется на полосообразной подложке, намотанной на барабаны для осаждения, когда она обращена в зазор между барабанами для осаждения. В качестве подложки может использоваться любой изоляционный материал, которому можно придавать форму рулона, такой как пластиковая пленка, либо лист или бумага. Подходящие материалы в форме пластиковой пленки или листа представляют собой ПЭТ, ПЭН, ПЭС, поликарбонат, полиолефин, полиимид и т.п., при этом подложка предпочтительно имеет толщину от 5 мкм до 0,5 мм, которая позволяет перемещение в вакууме. Проводящий материал может использоваться в качестве подложки в зависимости от конфигурации устройства, как описано ниже.
На Фиг. 1 показана общая конфигурация устройства для плазменного CVD согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом устройство включает в себя: вакуумную камеру 1, пару барабанов 2 и 3 для осаждения, расположенных противоположно друг другу в вакуумной камере 1 таким образом, чтобы соответствующие оси барабанов были параллельны друг другу; подающий ролик 4, который удерживает и подает полосообразную подложку S, свернутую в форме рулона; несколько несущих роликов 6, которые передают размотанную подложку S от подающего ролика 4 таким образом, чтобы подложка S наматывалась на барабаны 2 и 3 для осаждения, которые обращены в зазор (зону осаждения) 5 между одним и другим барабанами 2 и 3 для осаждения; приемный ролик 7, который принимает подложку S после формирования пленки; труба 8 для подачи газа, формирующего пленку, соединенная с газоподающим устройством (не показано) и расположенная сразу над зазором 5, параллельно осям барабана; отверстие 9 вакуумирования, открытое в нижней стенке вакуумной камеры 1, а также вакуумный насос 10, соединенный с отверстием. Труба 8 для подачи газа, формирующего пленку, включает в себя несколько газоподающих форсунок, направленных в зазор 5, которые расположены в продольном направлении трубы, а отверстие 9 вакуумирования расположено немного ниже зазора 5. Элементы, генерирующие магнитное поле 12 и 13, расположены в барабанах 2 и 3 для осаждения, соответственно, как показано на Фиг. 2, а источник питания 14 плазмы обеспечивается для подачи плазмы к барабанам 2 и 3 для осаждения. Газоподающее устройство и труба 8 для подачи газа, формирующего пленку, составляют приспособление для подачи газа согласно настоящему изобретению, а выпускное отверстие 9 вакуумирования и вакуумный насос 10 составляют средство для вакуумирования согласно настоящему изобретению.
В отношении газа, формирующего пленку, который поступает в зазор 5 из трубы 8 для подачи газа, формирующего пленку, исходный газ для осаждения, активный газ, газ-носитель и разрядный газ используются отдельно или в комбинации. Примеры исходного газа для осаждения включают в себя HMDSO, TEOS, силан, диметилсилан, триметилсилан, тетраметилсилан, HMDS и TMOS, которые служат для формирования Si-содержащей пленки, метан, этан, этилен и ацетилен, которые служат для формирования C-содержащей пленки, а также тетрахлорид титана, который служит для формирования Ti-содержащей пленки, при этом подходящий исходный газ выбирают в зависимости от типа формируемой пленки. В качестве активного газа для образования оксида может использоваться кислород, озон и т.п., а для образования нитрида может использоваться азот, аммиак и т.п. В данном случае подходящий газ также выбирают в зависимости от типа формируемой пленки. Что касается газа-носителя и разрядного газа, подходящий газ может быть выбран из инертного газа, такого как He, Ar, Ne или Xe, а также водород.
Зазор 5 вакуумируется с помощью вакуумного насоса 10, расположенного ниже, причем давление регулируют до соответствующего уровня в соответствии с подачей газа, формирующего пленку, из трубы 8 для подачи газа, формирующего пленку. Предпочтительно, чтобы вблизи зазора 5 по возможности не было расположено таких структурных элементов, как экранирующая стенка или электрод, как в настоящем изобретении, поскольку формирование пленки выполняют вокруг зазора 5, в результате чего нежелательное формирование пленки, которое приводит к возникновению дефектов пленки, может быть предотвращено. Давление в зазоре 5 будет описано ниже.
Барабаны 2 и 3 для осаждения электрически изолированы от вакуумной камеры 1, а также электрически изолированы друг от друга. Один электрод источника 14 питания плазмы соединен с одним барабаном 2 для осаждения, а другой электрод соединен с другим барабаном 3 для осаждения. Источник 14 питания плазмы выдает напряжение с переменно-реверсивной полярностью, при этом напряжение имеет такую форму колебаний, например, как у синусоидальной волны переменного напряжения, как показано на Фиг. 3А, или импульсоподобную форму прямоугольной волны, как показано на Фиг. 3B и 3C, причем форма волны несколько искажена в результате генерации разряда в ходе выполняемой работы. Могут допускаться другие формы кривой напряжения, если они обеспечивают генерацию разряда.
Барабаны 2 и 3 для осаждения включают элементы 12 и 13, генерирующие магнитное поле, которые предназначены для удержания неподвижного положения относительно зазора 5, даже если барабаны вращаются. Например, барабаны 2 и 3 для осаждения могут быть полыми, а элементы 12 и 13, генерирующие магнитное поле, могут удерживаться снаружи на внешней стороне концов осей барабанов 2 и 3 для осаждения, фиксируя, таким образом, соответствующие относительные положения, при этом в данном положении могут вращаться только барабаны 2 и 3 для осаждения. Как показано на Фиг. 2 и 4, каждый элемент 12 и 13, генерирующий магнитное поле, включает в себя центральный магнит 16, расположенный вдоль продольной оси барабана, кольцевой периферический магнит 17 и элемент 18 короткого замыкания магнитного поля, соединяющий указанные магниты в барабане. "Кольцевая" форма означает форму, полученную при параллельном расположении пары прямых линий, имеющих одинаковую длину, и при соединении вместе концов на одной и той же стороне пары прямых линий выступающей наружу полукруглой дугой, или форму, подобную спортивной беговой дорожке (см. Фиг. 4).
Элементы 12 и 13, генерирующие магнитное поле, расположенные соответственно на барабанах 2 и 3 для осаждения, размещены таким образом, чтобы магнитные полюса одной полярности были расположены напротив друг друга. Каждый элемент 12 и 13, генерирующий магнитное поле, эффективно направляет линии магнитного поля, выходящие из магнитного полюса центрального магнита 16, к магнитному полюсу периферического магнита 17 и генерирует кольцевое магнитное поле R для разряда магнетрона, которое имеет двувершинный участок и распространяется от поверхности барабана до зазора 5 в каждом барабане 2 и 3 для осаждения. То есть, "кольцевое магнитное поле R" означает магнитное поле, в котором линии магнитного поля направлены от центрального магнита 16 к периферическому магниту 17, окружающему периферию центрального магнита 16 по форме "беговой дорожки", и распространяются к зазору 5, при этом вершина распространяемого магнитного поля сформирована в форме "беговой дорожки" вдоль периферического магнита 17, если смотреть в перпендикулярном направлении относительно плоскости, на которой расположен центральный магнит 16 и периферический магнит 17.
Линии магнитного поля, сформированные элементом 12, генерирующим магнитное поле, расположенным на одном барабане 2 для осаждения, формируют по существу замкнутые магнитные контуры, соответственно, не распространяясь до магнитного полюса элемента 13, генерирующего магнитное поле, расположенного на противоположном барабане 3 для осаждения. Состояние "распространения линий магнитного поля" означает состояние, в котором генерируются линии магнитного поля, направленные из N-полюса (S-полюса) одного противоположного элемента 12, генерирующего магнитное поле, к S-полюсу (N-полюсу) другого элемента 13, генерирующего магнитное поле. Например, когда другой элемент 13, генерирующий магнитное поле, изменяется таким образом, чтобы центральный магнитный полюс 16 являлся S-полюсом, а периферический магнит 17 являлся N-полюсом на Фиг. 2, генерируются линии магнитного поля, направленные от центрального магнита (N-полюса) 16 одного элемента 12, генерирующего магнитное поле, к центральному магниту (S-полюсу) 16 другого элемента 13, генерирующего магнитное поле (см. Фиг. 7). Данное состояние является состоянием "распространения линий магнитного поля".
Как описано выше, кольцевое магнитное поле R с двухвершинным участком, распространяющееся по осевому направлению барабана, формируется около поверхностей барабана, направленных в зазор 5 между барабанами 2 и 3 для осаждения, соответственно, под действием элементов 12 и 13, генерирующих магнитное поле. Форма указанного магнитного поля аналогична форме магнитного поля, сформированного, например, распыляющим катодом плоского магнетрона. Магнитное поле R генерирует плазму, предпочтительно в местоположении магнитного поля, и гомогенизирует плазму в продольном направлении барабанов посредством дрейфа плазмы и т.п. То есть, плазма, получаемая в результате тлеющего разряда, сходится в выступающих частях линий магнитного поля под действием кольцевого магнитного поля R, при этом кольцевая плазма P формируется около каждой поверхности барабана, обращенной в зазор 5 между барабанами 2 и 3 для осаждения. То есть, вершина магнитного поля, распространяемого в зазоре 5, сформирована в форме "бегового круга", если смотреть в перпендикулярном направлении относительно плоскости, на которой расположены центральный магнит 16 и периферический магнит 17, как описано выше. Таким образом, плазма, сходящаяся к указанной вершине выходящего магнитного поля (выступающие части линий магнитного поля), сформирована таким образом, что сходится в форме бегового круга, если смотреть в перпендикулярном направлении.
Расстояние между двумя барабанами 2 и 3 для осаждения может быть соответственно отрегулировано в зависимости от размера элементов 12 и 13, генерирующих магнитное поле, и интенсивности магнитного поля таким образом, чтобы плазма могла удерживаться.
Когда высокочастотное переменное или импульсоподобное напряжение приложены от источника 14 питания плазмы к барабанам 2 и 3 для осаждения, при подаче газа, формирующего пленку, в зазор 5 между барабанами 2 и 3 для осаждения в магнитном поле R, а также при настройке и поддержании необходимого давления в зазоре 5, составляющем зону осаждения, возникает тлеющий разряд между барабанами 2 и 3 для осаждения, через зазор 5, и подложкой S, намотанной на поверхности барабанов 2 и 3 для осаждения, в результате которого формируется плазма P. Таким образом, если газ, формирующий пленку, поступает в зазор 5, исходный газ разлагается под действием плазмы в зазоре 5, а на подложке посредством плазменного CVD процесса формируется пленка.
Хотя ток плазмы нельзя получить путем приложения напряжения постоянного тока, так как подложка S, используемая в настоящем изобретении, представляет собой изоляционный материал, распространение тока через изолирующую подложку S можно обеспечить при подходящей частоте (приблизительно 1 кГц или больше, предпочтительно 10 кГц или больше). Напряжение разряда, подаваемое от источника 14 питания плазмы, предпочтительно составляет приблизительно от нескольких сотен до 2 тысяч В, в качестве пикового значения. Так как барабаны 2 и 3 для осаждения соединены с обоими электродами источника 14 питания плазмы, который выдает высокочастотное переменное или импульсоподобное напряжение, соответственно, чтобы положительное напряжение было приложено к другому барабану 3 для осаждения, когда отрицательное напряжение приложено к одному барабану 2 для осаждения, ток течет от другого барабана 3 для осаждения к одному барабану 2 для осаждения. Данное явление продолжается до изменения полярности при высокой частоте.
Так как магнитное поле R, которое способствует возникновению тлеющего разряда, присутствует только на той стороне поверхности барабана, которая обращена к зазору 5, то хотя напряжение от источника 14 питания плазмы приложено ко всей поверхности барабанов 2 и 3 для осаждения, тлеющий разряд может возникнуть вокруг области, в которой присутствует магнитное поле, если давление находится в пределах диапазона приблизительно 0,1 - 10 Па. Таким образом, нет никакой необходимости в наличии разрядной камеры, которая закрывала бы зазор 5. Когда давление ниже приблизительно 0,1 Па, получение разряда в области, в которой присутствует магнитное поле, становится сложным, а когда давление превышает приблизительно 10 Па, разряд из области магнитного поля становится существенным, что вызывает нежелательное формирование пленки на той части барабанов для осаждения, на которой не лежит подложка.
В устройстве для плазменного CVD, согласно вышеупомянутому варианту осуществления, пленка формируется на подложке S, поддерживаемой на поверхностях барабана, обращенных к зазору 5 между барабанами 2 и 3 для осаждения, при этом подложка S лежит и поддерживается на двух барабанах 2 и 3 для осаждения. Формирование пленки на подложке S осуществляется при разложении газа, формирующего пленку, который поступает в зазор 5, под действием кольцевой плазмы P, формируемой кольцевым магнитным полем R, сформированным вблизи поверхностей барабана элементами 12 и 13, генерирующими магнитное поле, при этом в зазоре 5 между барабанами 2 и 3 для осаждения, в указанном порядке соединенными с соответствующими электродами источника питания 14 плазмы, возникает тлеющий разряд, и разлагаемый газ осаждается на подложку S, поддерживаемую на поверхностях для барабанов 2 и 3 для осаждения, обращенных к зазору 5, в результате чего на поверхности непрерывно протягиваемой подложки S формируется пленка.
Так как тлеющий разряд возникает только в магнитном поле, присутствующем в зоне около поверхностей для барабанов 2 и 3 для осаждения, без необходимости в наличии другого электрода, включенного в генерацию плазмы, помимо барабанов 2 и 3 для осаждения, или защитного элемента, накрывающего зазор 5, такого как разрядная камера, формирование пленки посредством плазменного CVD по существу происходит только на подложке, расположенной на поверхности барабанов 2 и 3 для осаждения. Так как подложка S, которая является объектом для осаждения, намотана на барабаны 2 и 3 для осаждения и постоянно протягивается, стабильный разряд может выполняться в течение длительного периода без образования толстой пленки в зоне, вовлеченной в процесс генерации плазмы в настоящем устройстве. Нежелательные хлопья в течение формирования пленки практически не образуются. Кроме того, так как механизм, связанный с получением плазмы, состоит лишь из двух барабанов 2 и 3 для осаждения, механизм для получения плазмы может состоять из минимального количества роликов.
Хотя в вышеуказанном варианте осуществления одна подложка S намотана на два барабана 2 и 3 для осаждения и протягивается, путь движения подложки при этом никогда не ограничивается. Барабаны 2 и 3 для осаждения можно снабдить подающим роликом 4 и приемным роликом 7, соответственно, как показано на Фиг. 5, при этом подложки S могут наматываться по отдельности и поддерживаться на поверхностях барабанов, обращенных к зазору 5 между барабанами 2 и 3 для осаждения. В случаях, когда используется металлическая пленка, состоящая из металла с низким электрическим сопротивлением, предпочтительна конфигурация устройства, показанная на Фиг. 5, так как через пленку проходит ток, чтобы дестабилизировать разряд, когда электрическое сопротивление пленки является низким. Проводящий материал, такой как металл, может использоваться также в качестве подложки S в конфигурации устройства, показанной на Фиг. 5. В конфигурации устройства, показанной в Фиг. 5, формирование пленки может быть выполнено даже на проводящей подложке S, хотя при этом необходимо приложение напряжения в зоне между барабанами 2 и 3 для осаждения.
В вышеуказанном варианте осуществления кольцевое магнитное поле R для разряда магнетрона, имеющее форму с двумя вершинами и распространяющееся от поверхностей барабана к зазору между барабанами, генерируется в каждом барабане 2 и 3 для осаждения при расположении магнитных полюсов в элементах 12 и 13, генерирующих магнитное поле, помещенных внутри противоположно расположенных барабанов 2 и 3 для осаждения таким образом, чтобы магнитные полюса одной полярности располагались напротив друг друга. Однако магнитные полюса одной полярности не всегда должны быть расположены напротив друг друга. На Фиг. 6, в которой элемент 12, генерирующий магнитное поле в одном барабане 2 для осаждения, и элемент 13, генерирующий магнитное поле в другом барабане для осаждения, расположены таким образом, чтобы центральный магнит 16 и периферический магнит 17, имеющие противоположные полярности, были противоположны друг другу, при этом генерация линий магнитного поля, проходящих между барабанами 2 и 3 для осаждения, может быть предотвращена посредством расположения элементов 12 и 13, генерирующих магнитное поле, при взаимном перемещении их периферических позиций, а плазма, таким образом, может быть сосредоточена вблизи поверхностей барабана, обращенных к зазору 5 между барабанами 2 и 3 для осаждения. В данном случае, когда элементы 12 и 13, генерирующие магнитное поле, расположены напротив без изменения положения, формируются линии магнитного поля, проходящие между барабанами 2 и 3 для осаждения, и непосредственно соединяющиеся с другим электродом на противоположной стороне, как показано на Фиг. 7, а кольцевое магнитное поле, вызывающее разряд магнетрона, ослабевает. Хотя можно ожидать разряд, обусловленный эффектом Пеннинга, когда присутствует множество линий магнитного поля, соединяющих барабаны, при приложении напряжения одной и той же полярности к двум барабанам для осаждения, предпочтительно предотвратить формирование линий магнитного поля так, чтобы они по возможности проходили между барабанами 2 и 3 для осаждения в настоящем изобретении, в котором тлеющий разряд вызывается путем приложения напряжения в зоне между двумя барабанами 2 и 3 для осаждения.
Кроме того, барабаны 2 и 3 для осаждения расположены рядом по горизонтали, а приспособления для подачи газа (труба для подачи газа, формирующего пленку) и средства для вакуумирования расположены над и под зазором между барабанами для осаждения, соответственно, в вышеуказанном варианте осуществления, расположение барабанов для осаждения и т.п. никогда не ограничивается этим. Например, барабаны для осаждения могут быть расположены вертикально, при этом приспособления для подачи газа и средства для вакуумирования располагаются на одной стороне и другой стороне зазора между барабанами для осаждения, соответственно. Вкратце, необходимо только подавать газ с одной стороны зазора между барабанами для осаждения и выводить с другой стороны. Конечно, в вышеуказанном варианте осуществления наиболее предпочтительно, чтобы указанные средства были расположены вертикально, как показано на Фиг. 2.
Настоящее изобретение, описанное выше, можно обобщить следующим образом.
А именно, устройство для плазменного CVD согласно настоящему изобретению, предназначенное для формирования пленки на поверхности подложки при непрерывном протягивании подложки в вакуумной камере, включает: пару барабанов для осаждения, расположенных напротив, параллельно или по существу параллельно друг к другу таким образом, чтобы подложка, намотанная на них, была направлена на каждый элемент, генерирующий магнитное поле, расположенный в каждом барабане для осаждения, который генерирует вблизи поверхности барабанов, обращенной к зазору между барабанами для осаждения, магнитное поле, распространяющееся от поверхности барабана до поверхности барабана на другой стороне; источник питания плазмы с полярностью, переменно реверсируемой между одним электродом и другим электродом; средство для подачи газа, предназначенное для подачи газа, формирующего пленку, в зазор между барабанами для осаждения; а также средство для вакуумирования, предназначенное для вакуумирования зазора между барабанами для осаждения, где один электрод генератора плазмы соединен с одним барабаном для осаждения, а другой электрод соединен с другим барабаном для осаждения.
Согласно описанному устройству для плазменного CVD, так как присутствует элемент, генерирующий магнитное поле, который генерирует магнитное поле в основном вблизи поверхностей барабана, обращенных к зазору между барабанами для осаждения, и генератор плазмы с дополнительным изменением полярности, то может быть достигнуто возникновение электрического разряда в зазоре между парой барабанов для осаждения и конвергенция плазмы, полученной таким образом, вблизи соответствующих поверхностей барабанов для осаждения, в зазоре между барабанами для осаждения, без наличия камеры, определяющей зазор между барабанами для осаждения, такой как разрядная камера, или без использования другого разрядного электрода, помимо барабанов для осаждения. Таким образом, только при подаче газа, формирующего пленку, из средства для подачи газа в зазор между барабанами для осаждения, газ, формирующий пленку, разлагается и активируется плазмой, при этом разложившийся газ осаждается на поверхности подложки, намотанной на барабаны для осаждения, обращенные к зазору между барабанами для осаждения, в результате чего пленка может быть эффективно сформирована. Поскольку камера или другой разрядный электрод, помимо барабанов для осаждения, на которых адсорбируется разложившийся газ, формирующий пленку, отсутствует, формирование пленки на подложке может быть выполнено без осаждения пленки на подобных частях, причем может быть сформирована высококачественная пленка без дефектов пленки и снижения стабильности формирования пленки, происходящей при осаждении пленки.
Элемент, генерирующий магнитное поле, расположенный в каждом барабане для осаждения, предпочтительно включает в себя магнитный полюс, расположенный таким образом, что каждый элемент, генерирующий магнитное поле, формирует по существу закрытый магнитный контур без линий магнитного поля, проходящих между элементом, генерирующим магнитное поле, расположенным в одном из барабанов для осаждения, и элементом, генерирующим магнитное поле, расположенным в другом барабане для осаждения. Благодаря присутствию таких элементов, генерирующих магнитное поле, формирование магнитного поля с выступающими линиями магнитного поля может происходить вблизи поверхности каждого барабана для осаждения, обращенного к зазору между барабанами для осаждения, а так как плазма легко сходится к выступающей части, эффективность формирования пленки может быть повышена.
В данном случае, предпочтительно, чтобы элемент, генерирующий магнитное поле, расположенный в каждом барабане для осаждения, имел кольцевой магнитный полюс, тянущийся вдоль оси барабана, при этом магнитный полюс в каждом элементе, генерирующем магнитное поле, расположен таким образом, чтобы магнитный полюс одного из элементов, генерирующих магнитное поле, и магнитный полюс другого элемента, генерирующего магнитное поле, противоположный магнитному полюсу одного из элементов, генерирующих магнитное поле, имел одинаковую полярность. Благодаря присутствию таких элементов, генерирующих магнитное поле, кольцевое магнитное поле может быть легко сформировано для каждого элемента, генерирующего магнитное поле, вблизи поверхности барабана, обращенной к зазору между барабанами для осаждения, в продольном направлении по оси барабана, причем линии магнитного поля не распространяются до элемента, генерирующего магнитное поле, на противоположной стороне барабана, а плазма может сходиться к магнитному полю. Таким образом, при использовании широкой подложки, намотанной по всей ширине барабана, может быть эффективно сформирована пленка.
Средство для подачи газа предпочтительно расположено на одной стороне зазора между барабанами для осаждения, а средство для вакуумирования предпочтительно расположено с другой стороны зазора между барабанами для осаждения. Подобное расположение средства для подачи газа и средства для вакуумирования обеспечивает эффективную подачу газа, формирующего пленку, в зазор между барабанами для осаждения, что позволяет повысить эффективность формирования пленки.
Давление в зазоре между барабанами для осаждения предпочтительно устанавливается на уровне 0,1-10 Па. В соответствии с этим тлеющий разряд может быть эффективно инициирован вокруг области, близкой к поверхности барабанов для осаждения, в которой присутствуют магнитные поля, при этом может быть достигнута превосходная пленкоформирующая способность.
Промышленная применимость
Как описано выше, устройство для формирования пленки согласно настоящему изобретению может быть применено в качестве устройства для формирования пленки, которое обеспечивает непрерывное формирование функциональной пленки на поверхности полосообразной подложки, такой как пластиковая пленка или лист, а также обеспечивает формирование высококачественной пленки на подложке, предотвращая при этом осаждение пленки на внутренней части вакуумной камеры.
1. Устройство для плазменного (CVD), предназначенное для формирования пленки на поверхности подложки при непрерывном протягивании подложки в вакуумной камере, включающее в себя: пару барабанов для осаждения, расположенных противоположно параллельно или, по существу, параллельно друг другу, таким образом, чтобы подложка, намотанная на них, была обращена к каждому; элемент, генерирующий магнитное поле, расположенный в каждом из указанных барабанов для осаждения, который генерирует вблизи поверхности барабанов, обращенной к зазору между указанными барабанами для осаждения, магнитное поле, распространяющееся от указанной поверхности барабана до поверхности барабана на другой стороне; источник питания плазмы с полярностью, переменно реверсируемой между одним электродом и другим электродом; средство для подачи газа, предназначенное для подачи газа, формирующего пленку, в указанный зазор между указанными барабанами для осаждения; и средство для вакуумирования, предназначенное для вакуумирования указанного зазора между указанными барабанами для осаждения, в котором один электрод указанного источника питания плазмы соединен с одним из указанных барабанов для осаждения, а другой электрод соединен с другим барабаном из указанных барабанов для осаждения.
2. Устройство для плазменного (CVD) по п.1, в котором указанный элемент, генерирующий магнитное поле, расположенный в каждом из указанных барабанов для осаждения, включает в себя магнитный полюс, расположенный таким образом, чтобы каждый указанный элемент, генерирующий магнитное поле, формировал, по существу, закрытый магнитный контур без линий магнитного поля, проходящих между указанным элементом, генерирующим магнитное поле, расположенным в одном из указанных барабанов для осаждения, и указанным элементом, генерирующим магнитное поле, расположенным в другом барабане из указанных барабанов для осаждения.
3. Устройство для плазменного (CVD) по п.2, в котором указанный элемент, генерирующий магнитное поле, расположенный в каждом из указанных барабанов для осаждения, имеет кольцевой магнитный полюс, тянущийся вдоль осевого направления, причем указанный магнитный полюс в каждом указанном элементе, генерирующем магнитное поле, расположен таким образом, чтобы указанный магнитный полюс одного указанного элемента, генерирующего магнитное поле, и указанный магнитный полюс другого указанного элемента, генерирующего магнитное поле, противоположный указанному магнитному полюсу одного указанного элемента, генерирующего магнитное поле, имели одну и ту же полярность.
4. Устройство для плазменного (CVD) по п.1, в котором указанное средство для подачи газа расположено на одной стороне указанного зазора между указанными барабанами для осаждения, а указанное средство для вакуумирования расположено на другой стороне указанного зазора между указанными барабанами для осаждения.
5. Устройство для плазменного (CVD) по п.1, в котором давление в указанном зазоре между указанными барабанами для осаждения устанавливают на уровне 0,1-10 Па.
