JP2002294458A

JP2002294458A - フィルム成膜装置

Info

Publication number: JP2002294458A
Application number: JP2001097265A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kumakiri; 正熊切; Tadao Okimoto; 忠雄沖本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマＣＶＤ法において、バリヤ性に優れ
た薄膜を高速で形成することができるフィルム成膜装置
を提供すること。【解決手段】所定幅のフィルム３を長手方向に移動さ
せつつその表面に、プラズマＣＶＤ装置２により成膜す
るフィルム成膜装置において、前記プラズマＣＶＤ装置
２は、プラズマ源９と原料ガス供給手段１０とを有し、
前記プラズマ源９は、前記フィルム３の幅方向に沿って
同軸に配置された外筒１２と内筒１３とを有し、該両筒
１２，１３には、前記フィルム３に対面する一側に軸方
向に沿って複数の孔１５が設けられ、前記外筒１２はア
ノードとされ、前記内筒１３はカソードとされ、該カソ
ード内でホロカソード放電を生じさせて、前記孔１５よ
りプラズマジェット１８を放出させ、前記フィルム３表
面に成膜させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ装
置を用いたフィルム成膜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】食品・医療品包装では、酸素、水蒸気に
対するバリヤ性を有するＫコートフィルム（ＰＶＤＣ：
ポリ塩化ビニリデンをコーティングしたもの）、アルミ
ニウム蒸着フィルム、アルミニウム箔などのバリア性包
材が従来使用されてきた。近年、環境問題から塩素系材
料離れにより、Ｋコートフィルムからの代替え需要が急
増し、また、その高いバリア性、透明性から、アルミナ
やシリカなどの透明蒸着フィルムが急速に需要を伸ばし
ている。

【０００３】透明蒸着フィルムを作成する方法として
は、大別すると、ＰＶＤ法とＣＶＤ法がある。ＰＶＤ法
には、加熱蒸着（電子ビーム蒸着）、スパッタリング、
イオンプレーティング等の方法がある。特に、加熱蒸着
（電子ビーム蒸着）は、大面積のフィルム基板に高速で
薄膜を形成できることから、現在の主流となっている。
ＣＶＤ法では、プラズマを利用して低温で薄膜を形成で
きるプラズマＣＶＤ法が用いられている。このプラズマ
ＣＶＤ法では、無色透明でバリア性に優れた薄膜が形成
できる（伊藤義文著「最新版！！ハイバリア蒸着フィル
ム」日報企画販売株式会社２００１年２月２８日発行８
２〜９２頁、１３３〜１３８頁参照）。

【０００４】なお、バリヤ膜をフィルムに形成する装置
としては、従来、ロールコータと呼ばれる装置が使用さ
れている。これは、複数のロールを介してフィルムを巻
出軸から巻取軸に送り（送り速度は３００ｍ／分から６
００ｍ／分）、その途中に、加熱蒸着源（電子ビーム蒸
着源）、スパッタリングターゲット、プラズマ蒸発源
（特開平５−２５６４８号公報参照）などの蒸発源を設
けて、薄膜をフィルム上に形成するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記ＰＶＤ法、特に、
加熱蒸着（電子ビーム蒸着）法は、大面積のフィルム基
板に高速で薄膜を形成できる利点があるが、バリア膜の
特性としては、ＣＶＤ法に劣り、また、着色などの問題
がある。一方、ＣＶＤ法、特に、プラズマＣＶＤ法で形
成された膜は、バリヤ性に優れ、無色透明な膜が得られ
るが、ＰＶＤ法に比較して成膜速度が遅く、生産性が問
題とされている。

【０００６】そこで、本発明は、プラズマＣＶＤ法にお
いて、バリヤ性に優れた薄膜を高速で形成することがで
きるフィルム成膜装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明の特徴
とするところは、所定幅のフィルムを長手方向に移動さ
せつつその表面に、プラズマＣＶＤ装置により成膜する
フィルム成膜装置において、前記プラズマＣＶＤ装置
は、プラズマ源と原料ガス供給手段とを有し、前記プラ
ズマ源は、前記フィルムの幅方向に沿って同軸に配置さ
れた外筒と内筒とを有し、該両筒には、前記フィルムに
対面する一側に軸方向に沿って複数の孔が設けられ、前
記外筒はアノードとされ、前記内筒はカソードとされ、
該カソード内でホロカソード放電を生じさせて、前記孔
よりプラズマジェットを放出させ、前記フィルム表面に
成膜させるものである点にある。

【０００８】前記構成のプラズマ源を用いることによ
り、高密度プラズマ及びラジカル（活性種）が生成さ
れ、バリヤ性に優れた薄膜が高速で形成できる。前記原
料ガス供給手段はプラズマ源とフィルム間に設けるのが
好ましい。このような構成を採用することにより、プラ
ズマ源で生成されたプラズマ／ラジカルに原料ガスを効
率的に供給することで分解を促進できると共に、フィル
ム上に効率的に薄膜を形成することができる。前記プラ
ズマ源が、複数、直列又は並列に配置されているのが好
ましい。直列に配置することにより幅広のフィルムへの
薄膜形成が可能になる。また、並列に配置することによ
り、成膜エリアを広げることができ生産性を向上させる
ことができる。

【０００９】前記プラズマ源のフィルム長手方向両側
に、成膜エリアを制限するためのシールド板が配置され
ているのが好ましい。このように、成膜エリアをシール
ド板で制限することにより良質な薄膜をフィルムに形成
できる。前記シールド板に沿ってパージガスを流すパー
ジ装置が設けられているのが好ましい。パージガスとし
て、不活性ガスを流すのがよい。このパージ装置によ
り、シールド板への薄膜付着を防止し、フィルム上への
コンタミネーション（ゴミ）を無くすることができる。

【００１０】前記プラズマ源の孔に対面してロールが配
置され、該ロール表面に沿って前記フィルムが長手方向
に移動し、前記ロールにバイアス電圧を印加するバイア
ス電源が設けられているのが好ましい。このような構成
により、フィルムにバイアス電圧が印加され、プラズマ
中のイオンが照射され、その効果で緻密な膜が形成でき
る。前記フィルムの温度を制御する温度制御手段が設け
られているのが好ましい。フィルムの温度が制御できる
ことで、緻密な膜が形成可能になる。また、フィルムの
損傷が抑えられる。

【００１１】前記プラズマ源がフィルム移動方向に沿っ
て複数設けられ、その内の上流側のものが、前処理用と
されているのが好ましい。前処理用として、成膜前にフ
ィルム表面にプラズマ照射することで、その表面状態を
改質し、膜の密着性が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１に示すものは、本発明に係わる
フィルム成膜装置の全体構成図であり、該フィルム成膜
装置は、フィルム移動装置１とプラズマＣＶＤ装置２と
を、真空槽（図示省略）内に具備して成るものである。
前記フィルム移動装置１は、所定幅のフィルム３をその
長手方向に移動させるものであり、巻出軸４と巻取軸５
を有し、巻出軸４から巻き出されたフィルム３は、一対
の第１ガイドローラ６，６を通って、メインロール７の
外周面に沿って送られ、一対の第２ガイドローラ８，８
を経て巻取軸５に巻き取られる。なお、前記フィルム移
動装置１は、フィルム３に所定値以上の張力が作用しな
いように構成されている。

【００１３】尚、本発明で言うところの「フィルム３」
は、ロール状に巻かれたものに限定されるものではな
く、シート状のものも含むものである。前記プラズマＣ
ＶＤ装置２は、プラズマ源９と原料ガス供給手段１０と
を有する。プラズマ源９は、前記メインロール７外周に
沿って移動するフィルム３表面に対向して配置されてい
る。原料ガス供給手段１０は、プラズマ源９とフィルム
３との間に配置されたガス供給管１１により構成されて
いる。図２、３にフィルム成膜装置の要部が示されてい
る。

【００１４】前記プラズマ源９は、前記フィルム３の幅
方向に沿って同軸に配置された外筒１２と内筒１３とを
有する。この外筒１２と内筒１３の長さは、フィルム３
の幅以上とされている。前記外筒１２と内筒１３は、ア
ルミニウム製の円筒で構成され、互いに電気的に絶縁さ
れて、その両端はフランジ１４により密閉されている。
前記外筒１２と内筒１３には、前記フィルム３に対面す
る一側に軸方向に沿って複数の孔１５が所定ピッチで設
けられている。この孔１５は、周方向に沿って２列設け
られているが、１列でも又その他複数列であってもよ
い。

【００１５】前記外筒１２は、電気的に接地されたアノ
ードとされ、前記内筒１３は、ＲＦ電源１６に接続され
たカソードとされている。ＲＦ電源１６の他端は接地さ
れている。前記内筒１３内には、１種または２種以上の
混合ガス、例えば、ＡｒまたはＡｒ＋Ｏ₂が、放電ガス
として放電ガス供給管１７から導入される。前記構成の
プラズマ源９において、ホロカソードと呼ばれる内筒１
３内で、ホロカソード放電が生じ、負に帯電した電子の
閉じこめ効果が生じ、電離・イオン化が促進され、極め
て高いプラズマが発生する。内筒１３内に放電ガスを導
入することで、プラズマを孔１５から外に放出すること
ができ、軸方向に均一性の高いイオン・電子・ラジカル
を多量に含むプラズマジェット１８が形成される。この
プラズマジェット１８により、外筒１２とフィルム３間
にプラズマ１９が形成される。

【００１６】前記原料ガス供給管１１は、前記プラズマ
ジェット１８を挟むように前後一対設けられている。こ
のガス供給管１１には、ガス吹き出し口２０が設けら
れ、該吹出口２０から、原料ガスがプラズマ１９中に供
給されることで、原料ガスの分解が促進され、フィルム
３表面に良質の膜が効率的に形成される。なお、前記メ
インロール７とプラズマ源９とガス供給管１１との相対
位置は可変とされている。前記構成のフィルム成膜装置
を用いた成膜結果は次のとおりである。フィルム：材質：ＰＥＴ、厚み：１０〜１００μｍ、
幅：２５０〜９００ｍｍ送り速度：１０〜３００ｍ／分。

【００１７】原料ガス：ＨＭＤＳＯ（ヘキサメチルジシオキシラン）放電ガス：Ｏ₂ ＲＦ電源：３００Ｗ、１３．５ＭＨｚ成膜速度：３０〜１００Å／ｓｅｃ膜物性：無色透明バリア性：酸素透過率３ｃｍ³／ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ
以下図４に示すものは、本発明の他の実施の形態を示し、フ
ィルム３の表裏両面に同時に成膜させるべく、プラズマ
ＣＶＤ装置２がフィルム移動面を介して上下に対向配置
されている。

【００１８】図５に示すものは、成膜エリアを拡大すべ
く、フィルム移動装置１に改良が加えられている。即
ち、プラズマ源９に対してメインロール７を前後に一対
設け、このメインロール７，７間にダンサーロール２１
を設けて、該ダンサーロール２１にフィルム３を迂回搬
送させて、プラズマ源９に対面するフィルム３の表面積
を広くしている。このような構成により、生産性が向上
する。図６に示すものは、プラズマ源９を、フィルム移
動方向に沿って並列に複数配置したものである。このよ
うな配置により、成膜エリアが拡大し、成膜速度がアッ
プする。

【００１９】図７に示すものは、プラズマ源９を直列に
且つ並列に配置したものであり、幅広のフィルム３に対
応することができる。図８は、前記図６や図７の側面図
であり、プラズマ源９がメインロール７に沿って同心円
上に配置されている。図９に示すものは、プラズマＣＶ
Ｄ装置２の前後両側（フィルム長手方向両側）にシール
ド板２２が配置されている。このシールド板２２は、フ
ィルム３の幅方向全長に亘って設けられ、フィルム３表
面の成膜エリアを制限するものである。

【００２０】このようなシールド板２２を設けることに
より、良質な膜が形成できる。図１０においては、前記
シールド板２２に沿ってパージガスを流すパージ装置２
３が設けられている。このパージ装置２３は、不活性ガ
ス供給パイプ２４を有し、該パイプ２４からＡｒなどの
不活性ガスを、シールド板２２の表面に沿って流すよう
に構成されている。前記パージガスによりシールド板２
２の表面への膜付着が防止できる。従って、シールド板
２２に付着した膜が剥離してフィルム３上にコンタミ
（ゴミ）として混入することを防止でき、膜の品質が向
上する。

【００２１】図１１に示すものは、２列のプラズマジェ
ット１８間に、原料ガス供給管１１が一本設けられてい
るものである。このガス供給管１１のガス吹き出し口２
０は、フィルム３表面を指向している。図１２は、ガス
供給管１１のガス吹き出し口２０の吹き出し方向の各種
を示すものであり、横方向、斜め方向、下方向などの何
れであってもよい。図１３に示すものでは、メインロー
ル７にバイアス電圧を印加するバイアス電源２５が設け
られている。このバイアス電源２５として、パルス電
源、ＲＦ電源、ＤＣ電源などが用いられる。

【００２２】このような構成を採用することにより、フ
ィルム３にバイアス電圧が印加されることになるので、
膜質の向上が図られる。図１４に示すものでは、フィル
ム３の温度を制御する温度制御手段２６が設けられてい
る。この温度制御手段２６は、フィルム３を予熱するラ
ンプヒータ２７と、メインロール７を冷却する冷却水供
給装置２８とを有する。前記温度制御手段２６により、
フィルム３の温度を制御することにより、緻密な膜の形
成が可能になり、又、フィルム３の損傷が抑えられる。

【００２３】図１５に示すものは、プラズマ源９をフィ
ルム移動方向に沿って２個設け、その上流側のプラズマ
源９を前処理用としたものである。なお、各プラズマ源
９の近傍に、原料ガス供給管１１が配置されている。こ
の前処理用プラズマ源９により、Ａｒあるいは酸素プラ
ズマを生成し、フィルム３表面をプラズマ洗浄し、改質
することで、下流側の後処理用プラズマ源９による膜の
密着性を上げることができる。尚、前処理用プラズマ源
９と後処理用プラズマ源９とは、別室に区画されていて
もよい。

【００２４】本発明は、前記各実施の形態に示すものに
限定されるものではない。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、バリヤ性に優れた薄膜
を高速で形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態を示す構成図の正
面図である。

【図２】図２は、図１の要部の側面図である。

【図３】図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図４は、本発明の他の実施の形態を示す構成図
の正面図である。

【図５】図５は、本発明の他の実施の形態を示す構成図
の正面図である。

【図６】図６は、本発明の他の実施の形態を示す要部の
斜視図である。

【図７】図７は、本発明の他の実施の形態を示す要部の
平面図である。

【図８】図８は、図６又は図７の正面図である。

【図９】図９は、本発明の他の実施の形態を示す構成図
の正面図である。

【図１０】図１０は、本発明の他の実施の形態を示す構
成図の正面図である。

【図１１】図１１は、本発明の他の実施の形態を示す構
成図の正面図である。

【図１２】図１２は、ガス供給管の吹き出し口の各種の
方向を示す説明図である。

【図１３】図１３は、本発明の他の実施の形態を示す構
成図の正面図である。

【図１４】図１４は、本発明の他の実施の形態を示す構
成図の正面図である。

【図１５】図１５は、本発明の他の実施の形態を示す構
成図の正面図である。

【符号の説明】

２プラズマＣＶＤ装置３フィルム７ロール９プラズマ源１０原料ガス供給手段１２内筒１３外筒１５孔１８プラズマジェット２２シールド板２３パージ装置２５バイアス電源２６温度制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G075 AA24 AA42 AA52 AA63 BA02 BC04 BD14 CA47 CA53 CA63 DA02 EA05 EB41 EC09 ED04 4K030 AA06 AA09 AA14 BA44 CA07 CA12 EA06 FA03 GA14 KA12 KA16 KA17 KA20 KA30 KA41 LA01 LA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定幅のフィルムを長手方向に移動させ
つつその表面に、プラズマＣＶＤ装置により成膜するフ
ィルム成膜装置において、前記プラズマＣＶＤ装置は、プラズマ源と原料ガス供給
手段とを有し、前記プラズマ源は、前記フィルムの幅方向に沿って同軸
に配置された外筒と内筒とを有し、該両筒には、前記フ
ィルムに対面する一側に軸方向に沿って複数の孔が設け
られ、前記外筒はアノードとされ、前記内筒はカソード
とされ、該カソード内でホロカソード放電を生じさせ
て、前記孔よりプラズマジェットを放出させ、前記フィ
ルム表面に成膜させるものであることを特徴とするフィ
ルム成膜装置。
【請求項２】前記プラズマ源が、複数、直列又は並列
に配置されていることを特徴とする請求項１記載のフィ
ルム成膜装置。
【請求項３】前記プラズマ源のフィルム長手方向両側
に、成膜エリアを制限するためのシールド板が配置され
ていることを特徴とする請求項１又は２記載のフィルム
成膜装置。
【請求項４】前記シールド板に沿ってパージガスを流
すパージ装置が設けられていることを特徴とする請求項
３記載のフィルム成膜装置。
【請求項５】前記原料ガス供給手段は、前記プラズマ
源とフィルム間に設けられていることを特徴とする請求
項１〜４の何れか一つに記載のフィルム成膜装置。
【請求項６】前記プラズマ源の孔に対面してロールが
配置され、該ロール表面に沿って前記フィルムが長手方
向に移動し、前記ロールにバイアス電圧を印加するバイ
アス電源が設けられていることを特徴とする請求項１〜
５の何れか一つに記載のフィルム成膜装置。
【請求項７】前記フィルムの温度を制御する温度制御
手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜６の
何れか一つに記載のフィルム成膜装置。
【請求項８】前記プラズマ源がフィルム移動方向に沿
って複数設けられ、その内の上流側のものが、前処理用
とされていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一
つに記載のフィルム成膜装置。