JP2001059164A - 蒸着装置と薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子銃蒸着法を用いて酸化珪素などの溶融過程
を伴う酸化膜を従来よりも高品質かつ安価に作成するた
めに、電子銃における電磁石を用いた電子線走査機構の
鉄芯を強磁性体線材の集合状態にすることにより、走査
入力に対する応答性に優れた電子銃を得ることができ、
高効率で安定的な蒸発条件を得やすい電子銃を用いた蒸
着装置と薄膜の製造方法を提供する。 【解決手段】真空に排気可能な容器内に、蒸発材料を加
熱することを目的とした電子銃と蒸発源、基材保持機構
をそれぞれ少なくとも一つずつ備え、前記蒸発源は蒸発
材料保持具を備え、電子銃の電子を電磁石を用い蒸発材
料上に走査する機構において、その電磁石を構成する鉄
芯が強磁性体線材の集合体からなる電子銃を用いる蒸着
装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸発材料加熱装置
として電子銃を用いる蒸着装置およびその蒸着装置を用
いた薄膜の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、酸化珪素や酸化ジルコニウムなど
の酸化物を主成分とする薄膜は、光学薄膜あるいはガス
バリア機能を有するフィルムなどとして、急速に広く利
用されるようになった。しかしながら、これらの薄膜を
高品質かつ低価格で量産することは極めて困難であり、
市場ニーズに十分対応できていないのが現状である。

【０００３】従来から、酸化物などの高融点薄膜の量産
に比較的適した方法として、ＥＢ（Electron Beam）蒸
着法が知られている。それらの多くは、熱電子を加速
し、主磁石で電子を蒸発材料上に導き、さらに蒸発材料
の面内で電子を走査する機構が備わった装置を用いてい
る。

【０００４】従来の電子銃の電子線走査用コイルは、リ
ング状の鉄芯を支持体にしてこれに被覆導線を巻いた構
成となっている。この電子線走査用のコイルに走査電流
を通電することにより支持体である鉄芯は磁化され、コ
イルの面内に磁場を形成する。このコイルに通電する電
流の方向に時間変化を与えることにより電子線は蒸発材
料上を走査する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、かかるコイルに
おいて鉄芯は一本の棒状であるが、コイルに電流が流れ
ることにより、コイル電流の大きさと変化に応じて渦電
流がコイルの効果をうち消す方向に流れる。この渦電流
は、コイルの電流の方向変化である周波数が大きくなる
と増大し、あたかもコイルの入力電流が小さくなったよ
うな現象を磁場に与える。そのため、蒸発材料に適した
走査条件を見いだすべくコイルの電流変化である走査周
波数を速くすると応答性が悪くなり、好ましい蒸発条件
が得にくい。結果的に、実際の蒸発材料上の電子線走査
量が小さくなるため、任意の電子線照射面積や電子線分
布が得られなくなり、形成される薄膜の膜厚や屈折率が
不安定となり、得られる薄膜の品質が悪化し易いという
問題がある。

【０００６】特に、固体材料や粒状材料を溶融する過程
を伴う場合は、蒸気の分布が材料上に形成される溶融面
の法線方向に形成されるため、材料上での電子線照射面
の変化が薄膜の品質に及ぼす影響は深刻で、高品位かつ
高精度の薄膜を連続蒸着することが困難である。

【０００７】そこで本発明の目的は、電子線走査の周波
数追従性の優れている電子銃を備え、蒸発材料に応じた
安定的かつ高効率な蒸発条件が得え易い蒸着装置と、そ
の蒸着装置を用いた薄膜の製造方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の蒸着装置は以下の構成からなる。すなわ
ち、本発明の蒸着装置は、真空に排気可能な容器内に、
蒸発材料加熱装置としての電子銃と蒸発材料容器を含む
蒸発源と基材保持機構を、それぞれ少なくとも一つずつ
備えた、電子銃の電子を電磁石を用い蒸発材料上に走査
する機構の蒸着装置において、その電磁石を構成する鉄
芯が強磁性体線材の集合体からなることを特徴とする蒸
着装置である。ここでの鉄芯は、電磁石を構成するコイ
ルの巻き線支持体としての機能とコイルによって磁化さ
れた磁場発生機能の両方を有する。

【０００９】鉄芯を構成する材料は、一般には純鉄およ
びその合金などの強磁性体が多く用いられているが、線
状に加工できればいずれの材料でもよい。また、強磁性
体線材の集合状態は、磁場の形成状態に影響がなければ
形状は問わない。鉄芯を断面方向に多分割にすることに
より渦電流による実行電流のロスが小さくなり、走査周
波数を上げても磁場の応答性を損なわない。

【００１０】また、強磁性体線材の集合体を構成する単
線の断面形状は、円形断面でもよいが、結束密度を高く
するためには多角形であることが望ましい。結束密度が
高くなればコイルの大きさを小さくすることができるの
でより好ましい。

【００１１】強磁性体線材の単線の断面積は、集合状態
の断面積の１／１００,０００〜１／２であることが好
ましく、より好ましくは１／１００〜１／１０である。
鉄心を分割することにより本発明は効果生じてくるの
で、従来の鉄芯を２分割しただけでもよいが、分割数は
多い程よい。しかしながら、このような分割を可能にす
るためには、線径の小さな強磁性体の線が必要である
が、線径の小さな線材は製作コストが高く期待する効果
に対してコストが高くなる。よって本発明では、上記の
分割数で目的を達成することができる。

【００１２】本発明では、その蒸発材料容器に、板状乃
至は粒状の蒸発材料を供給する機構を備えることが好ま
しい。

【００１３】板状の材料を供給する場合は、材料を中空
円盤状とし回転させることにより順次電子線照射部分に
搬送する。また、粒状の材料を供給する場合は、自重落
下などによる供給装置を用いて電子線照射部分に直接材
料を投入する方法やリング状のるつぼを回転させて連続
式に材料を電子線照射部分に搬送する方法などがある。
いずれの方法においても、蒸発材料を電子線照射部分に
供給する機構があれば一回の蒸着で大面積の製品を得る
ことが出来るので、本発明の効果がより顕著になる。

【００１４】本発明による電子銃は、蒸発材料上での電
子線の走査を改良したものであり、この電子銃を用いる
と板状の蒸発材料を任意の形状で安定的に溶融すること
ができるため、蒸発蒸気の分布を安定させることができ
る。

【００１５】また、粒状の蒸発材料の場合でも、同様に
溶融による材料の沈み込みを任意にかつ安定的に作り込
むことができる。これらの理由により、本発明は板状乃
至は粒状の蒸発材料が溶融過程を経て蒸発することを特
徴とする蒸発装置に適している。

【００１６】また、蒸発材料を供給する機構は、蒸発量
に対して過不足なく蒸発材料を供給するための制御機構
を備えると、長時間安定に蒸着することが容易となるの
で好ましい。さらに該基材保持機構が基材搬送装置を備
えていることが好ましい。搬送機構は、搬送速度を制御
する機能を備えると高品質な蒸着薄膜を作成し易いので
好ましい態様である。

【００１７】基材搬送装置は巻取機構を備えていること
が最も好ましい。巻取機構を備えることにより、シート
状の基材に連続して蒸着することが容易となる。また、
巻取機構の他に張力制御機構を備えると、シート状の基
材をシワなどを発生させずに搬送し易くなるので好まし
い。また、基材搬送装置が基材を往復搬送させる機構備
えていると、巻き戻しながら蒸着を行なうことができる
ので、多層膜を作成する場合などに時間が短縮できるの
で好ましい。

【００１８】本発明の蒸着装置を用いることにより、連
続的に安定的な蒸発が得られるので、巻き取り装置を備
えた蒸発装置にプラスチックフイルムを基板として用い
ることにより、安価に高機能薄膜付きプラスチックフイ
ルムを提供することができ、本発明の効果を最も有効に
発揮できる。

【００１９】ここで基材として用いられるプラスチック
フイルムは特に制限はないが、例えば、ポリカーボネー
ト、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチ
レート、セルロースアセテートプロピオネート、ポリブ
チレンテレフタラート、ポリエチレンテレフタラート、
ポリエチレンナフタラート、ポリアリレート、ポリサル
ホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、ポ
リノルボルネン系樹脂等の熱可塑性樹脂のフイルムを使
用することが好ましい。また、これらのプラスチックフ
イルムには、公知の添加剤、例えば、可塑剤、帯電防止
剤、紫外線吸収剤等が添加されていてもよい。また、反
射防止膜、透明導電膜として液晶表示用の偏光板と組み
合わせるような場合は、光学異方性の少ないプラスチッ
クフイルムを使用することが望ましい。

【００２０】本発明の蒸着装置を用いて、酸化物を主成
分とする薄膜を少なくとも１層形成することにより、前
記のような薄膜を製造することができる。本発明の蒸着
装置は、電子線走査の周波数追従性の優れている電子銃
を備え、蒸発材料に応じた安定的かつ高効率な蒸発条件
が得え易いように工夫したものであり、本発明の蒸着装
置を用いると、蒸発蒸気の安定性が優れ、酸化珪素など
の酸化物を主成分とする薄膜を高速で均質に製造するこ
とができる。

【００２１】本発明においては、このように本発明の蒸
着装置を用いて、酸化珪素などの酸化物を主成分とする
薄膜を少なくとも１層以上形成する薄膜の製造方法をそ
の一態様として含む。

【００２２】本発明は、酸化珪素などの比較的融点が高
い物質を主原料とする材料の蒸発面を形成する際に、高
効率で安定的な面状態を得るための電子銃走査条件を見
いだし易く、特に、酸化珪素などの溶融過程を伴う物質
の蒸発面形成に優れているため、酸化珪素などの酸化物
を主成分とする材料からなる膜を少なくとも１層以上形
成する薄膜の製造に適している。

【００２３】本発明の薄膜の製造方法によって作成した
光学薄膜は、その特性において次のように優れている。
すなわち、光学薄膜は、蒸着薄膜の厚みと屈折率を高精
度に制御して製造する必要がある。従って、本発明の蒸
着装置を用いると、酸化珪素などの酸化物を主成分とす
る膜を安定かつ均質に作成し易く、酸化珪素などの酸化
物を主成分とする膜を１層以上形成した光学薄膜は安定
した光学特性を有している。

【００２４】また、本発明では、本発明の薄膜の製造方
法を用いて製造したガスバリア機能を有するフィルムを
含む。バリア層として薄膜を用いるガスバリアフィルム
のガスバリア性は、バリア層の結晶構造に大きく依存す
る。本発明の蒸着装置を用いると、酸化珪素などの酸化
物を主成分とする薄膜を安定かつ均質に作成し易い。従
って、酸化珪素などの酸化物を主成分とする薄膜を少な
くとも１層以上形成したガスバリアフィルムは、そのガ
スバリア性に優れている。

【００２５】薄膜の厚さは、通常１０〜５００ナノメー
タ、好ましくは２０〜４００ナノメータであり、また基
材として用いられるプラスチックフイルムの厚さは、通
常２．０〜３００ミクロンメータ、好ましくは５〜２０
０ミクロンメータである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明について、望まし
い実施の形態の一例を図を用いて説明するが、本発明は
この実施態様に限定されない。

【００２７】図１は、本発明の蒸着装置を用いて連続シ
ートの基材に酸化珪素膜の薄膜を蒸着している様子を例
示説明する概略工程図である。図１において、真空容器
１内の基材保持機構である基材搬送装置８に装着された
基材９は、張力と速度を制御されて、別の基材搬送装置
８に巻き取られる。真空容器１の下部には、電子銃５、
蒸発材料容器２および蒸発材料供給装置４を備える蒸発
源が配置されている。電子銃銃５には電子銃用電源６が
接続されている。

【００２８】蒸発材料１０には、好適には円盤状の酸化
珪素等の酸化物が用いられ、回転する蒸発材料移動装置
４により連続的に蒸発部分に供給されている。

【００２９】電子銃用電源６操作により蒸発材料加熱装
置としての電子銃５から発せられた電子線７が電子線照
射部３で蒸発材料１０に照射され、酸化物が任意の形状
で安定的に溶融し、蒸発材料が溶融過程を経て蒸発し、
上部側の連続シートの基材９に蒸着される。

【００３０】図２に、従来の電子銃の電子線走査用コイ
ルの一例を示す。図２においては、リング状の鉄芯１１
を支持体にしてコイル（被覆巻き線）１２が巻かれてい
る。このコイル１２に走査電流を通電することにより支
持体である鉄芯１１は磁化され、走査コイルの面内に磁
場を形成する。

【００３１】電子銃制御装置１５は電子線走査回路１４
を有し、コイル１２に通電する走査電流１３の流れる方
向に時間変化を与える。走査電流１３の時間変化によっ
てコイル１２で発生する磁場が変化し、電子線は蒸発材
料上を走査する。従来の鉄芯はこのように一本の棒状で
あった。

【００３２】図３に本発明による鉄芯１６を使用した電
子銃の電子線走査用コイルの一例を示す。図３におい
て、従来の電子銃制御装置と同様に電子銃制御装置１
５’は電子線走査回路１４’を有し、コイル１６に通電
する走査電流１３’の流れる方向に時間変化を与える。
走査電流１３’の時間変化によってコイル１６で発生す
る磁場が変化し、電子線は蒸発材料上を走査する。ま
た、図３下に本発明のコイル１６の断面１７を示す。こ
れは発明の一例を示すものである。従来は一本の棒状で
あったが、本発明では断面形状が六角形の強磁性体線材
の集合状態で形成し、本図の例では元の断面を１／２７
に分割したことになる。これによりコイル１６の磁場に
より発生するうず電流を大幅に低減でき、鉄損によるコ
イルの応答性を改善することができる。

【００３３】

【実施例】蒸発材料として板状の酸化珪素を用い、ＥＢ
蒸着法によって厚さ１００ミクロンのポリエチレンテレ
フタラートフイルムに蒸着を行なった。電子銃の走査コ
イルには、５Ｈｚ〜１０００Ｈｚの走査信号を電流変化
で与え、蒸発材料上を走査し、蒸発材料を溶融、蒸発さ
せた。電子線走査幅は蒸発材料上に電子線が照射された
ときに観測される発光の輝度をＣＣＤカメラを用いて観
測し、演算装置にて任意の輝度以上の面積を計測し、電
子線照射部の面積を計算した。

【００３４】（実施例１）図３の電子銃の電子走査線コ
イルを備えた図１の蒸着装置を用いた。コイルの鉄芯
は、６角形断面の線径φ１．８５ｍｍの純鉄製線材を
「ドーナツ状の内径φ３０、外径φ５０で、かつ巻き上
がり太さが約１０×７．５□ｍｍの長方形断面になるま
で堅く巻いた」ものでコイルを作成した。このコイルを
用いて、走査周波数ごとの最大照射面積を測定したとこ
ろ、周波数５〜１０００Ｈｚのすべての周波数において
照射面積は約７００平方ミリメートルとほぼ一定であっ
た。

【００３５】この蒸着装置を使用して、ポリエステルフ
イルム上に酸化珪素の薄膜の形成を試みたところ、成膜
条件を見いだすのに要した時間は２時間であった。

【００３６】上記に準じて、反射防止薄膜付きフイルム
を約８時間作成したところ、膜厚の時間変化非常に安定
しており、成膜開始と終了時点の膜厚変化は１％であっ
た。成膜中の作業者の調整操作は殆ど必要なかった。

【００３７】また、このとき熟練した作業者が、膜厚の
時間変化を調整したが、成膜開始と終了時点の膜厚変化
は５％程度であった。作業者の調整により８時間経過後
の製品も所望の反射特性を得た。

【００３８】（比較例１）図２の従来の電子銃操作用コ
イルを備えた蒸着装置を用いた。このコイルの鉄芯は、
純鉄性で太さが約１０×７．５□ｍｍの長方形断面のド
ーナツ状をしていた。このコイルを用いた電子銃で、実
施例１と同様に走査周波数ごとの照射面積を測定したと
ころ、１００Ｈｚまでは、実施例１と同じく約７００平
方ミリメートルであったが、１００Ｈｚを超えてから照
射面積は小さくなり、１,０００Ｈｚで１００平方ミリ
メートルとなった。

【００３９】この蒸着装置を使用して、ポリエステルフ
イルム上に酸化珪素の薄膜の形成を試みたところ、実施
例１と同様の条件を見いだすために要した時間は約５時
間で、最終的に満足のいく安定した条件は見いだされな
かった。

【００４０】上記に準じて、実施例１同様に反射防止薄
膜付きフイルムを約８時間作成したが、膜厚は時間とと
もに変化し、成膜開始と終了時点の膜厚変化は３０％程
度も有り、８時間経過後の製品は所望の反射特性が得ら
れなかった。

【００４１】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
による蒸着装置は、酸化珪素などの酸化物の溶融過程を
伴う薄膜を、従来の蒸着装置より効率的かつ安定的に作
成できるので、高品質な反射防止膜やこれを用いたガス
バリアフイルムなどを製造することができる。特に、連
続シート基材に長時間安定な蒸着を行なうことができる
ため、従来より大面積の蒸着製品を安価に得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の蒸着装置を用いて連続シート蒸着基
材に酸化珪素膜の薄膜を蒸着している様子を例示説明す
る概略工程図である。

【図２】 従来の電子銃の電子線走査のコイルの一例を
示す斜視図である。

【図３】 本発明の蒸着装置における電子銃の電子線走
査コイルを例示説明する斜視図である。

【符号の説明】

１：真空容器 ２：蒸発材料容器 ３：電子線照射部 ４：蒸発材料供給装置 ５：電子銃 ６：電子銃用電源 ７：電子線 ８：基材搬送装置 ９：基材 １０：蒸発材料 １１：リング状の鉄芯（従来技術） １２：コイル（被覆巻き線） １３、１３’：走査用電流信号（コイル入力電流） １４、１４’：電子線走査回路 １５、１５’：電子銃制御装置 １６：強磁性体線材の集合体鉄芯 １７：強磁性体線材の集合体鉄芯の断面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西下 順一 滋賀県大津市園山１丁目１番１号東レ株式 会社滋賀事業場内 Ｆターム(参考） 4F100 AA17B AA20 AK01A AK42 BA02 BA03 BA04 BA05 BA10A BA10B EA052 EG002 EH662 EK01 JD02 JM02B JN06 JN30B 4K029 AA11 AA25 BA46 BC00 BC07 CA01 DB10 DB15 DB22 KA03

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃の電子を電磁石を用いて蒸発材料
   上に走査する機構の蒸着装置において、該電磁石を構成
   する鉄芯が強磁性体線材の集合体からなることを特徴と
   する蒸着装置。
2. 【請求項２】 蒸着装置が、真空容器内に、蒸発材料加
   熱装置としての電子銃と蒸発材料容器を含む蒸発源と基
   材保持機構を備えていることを特徴とする請求項１記載
   の蒸着装置。
3. 【請求項３】 強磁性体線材の集合体を構成する単線の
   断面形状が多角形であることを特徴とする請求項１また
   は２記載の蒸着装置。
4. 【請求項４】 強磁性体線材の集合体を構成する単線の
   断面積が集合状態の強磁性体線材の断面積の１／１００
   ０００〜１／２であることを特徴とする請求項１〜２の
   いずれかに記載の蒸着装置。
5. 【請求項５】 蒸発材料容器に板状乃至は粒状の蒸発材
   料を供給する機構を備えていることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれかに記載の蒸着装置。
6. 【請求項６】 基材保持機構が基材搬送装置を備えてい
   ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の蒸
   着装置。
7. 【請求項７】 基材搬送装置が巻取機構を備えることを
   特徴とする請求項６記載の蒸着装置。
8. 【請求項８】 基材が連続シート状のプラスチックフイ
   ルムである請求項１〜７のいずれかに記載の蒸着装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の蒸着装
   置を用いて、基材上に酸化物を主成分とする膜を少なく
   とも１層形成することを特徴とする薄膜の製造方法。
10. 【請求項１０】 板状または粒状の蒸発材料を溶融過程
    を経て蒸発させることを特徴とする請求項９記載の薄膜
    の製造方法。
11. 【請求項１１】 薄膜が光学薄膜であることを特徴とす
    る請求項９または１０記載の薄膜の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項９または１０記載の薄膜の製造
    方法を用いて製造された薄膜をを備えてなるガスバリア
    機能を有するプラスチックフイルム。