JP2012026024A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材フィルムが引っ張り張力の弱いフィルムや、傷・ひび割れの発生しやすいフィルムであっても、真空中でのロールツウロール薄膜作成が可能な成膜装置及び成膜方法を提供する。
【解決手段】真空容器内で、成膜粒子を基材フィルムの一方面に堆積させて薄膜を形成する成膜装置であって、ロール状の基材フィルムを装着し巻き出す基材フィルム巻出軸と、前記ロール状の基材フィルムから巻き出された前記基材フィルムを巻き付け保持しながら前記基材フィルムの一方面に成膜粒子を堆積させることにより薄膜を形成するキャンロールと、薄膜形成後の基材フィルムを巻き取る巻取軸と、を有するフィルム移送手段を備えており、前記フィルム移送手段は、ロール状の保護フィルムを装着し巻き出す保護フィルム巻出軸と、前記ロール状の保護フィルムから巻き出された保護フィルムを、キャンロールに巻き付け保持される前の前記基材フィルムの他方面に貼り合わせる保護フィルム貼合部と、を備える成膜装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパッタリング法や真空蒸着法を用いて、基材フィルムに金属や金属酸化物薄膜を作成する際、基材フィルムに保護フィルムを貼合し、基材フィルムの破断なく（基材フィルムを補強して）薄膜作成を可能とする成膜装置および成膜方法に関する。

一般に、基材フィルムは、ロール状に多層に巻き取られている。そして、そのロール状の基材フィルムは、解かれて加工され、再度ロール状に多層に巻き取られていく。例えば透明導電性フィルムを製造する場合は、ロール状の基材フィルムが真空装置に投入され、真空装置内が真空状態に達すると、基材フィルムは順次解かれて、その表面に薄膜が作成され、そして巻き取られていく、所謂ロールツウロール（roll to roll）加工が行われる。ロールツウロール（roll to roll）加工は、長尺物の連続加工であるので、この点で透明導電性フィルムは透明導電性ガラスより生産性が有利である。ロール状のプラスチックフィルムのロールツウロール（roll to roll）加工装置の一例としては特許文献１があり、特許文献１ではスパッタリング時のガス供給を課題としている。

また、特許文献２では、蒸着時の温度上昇を課題とし、従来技術として段落０００５には「プラスチックフィルムの穴あきや破断現象」が記載されている。

また、特許文献３では、フィルム皺を課題とし、張力制御の方法が記載されている。特許文献３では、真空装置として、フィルム基板を複数の成膜室を一直線的に通すものや、キャンロール上で成膜するものが記載されている。

真空蒸着法やスパッタリング法を用いて、薄膜を設ける基材フィルムとしては、ポリイミド、ポリスルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチレンメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、環状ポリオレフィンなどの樹脂フィルムやその延伸フィルムがあり、様々な用途に用いられている。また厚み１００μｍ以下のガラスからなるロール状に巻くことが可能なガラスフィルムもある。

また、目的、用途により要求される特性も、透明性、耐摩耗性、耐屈曲性、耐候性、防湿性、耐熱性、絶縁性などと様々である。求める特性に応じて基材フィルムを選択するが、すべての特性について満足できるとは限らない。例えば基材フィルムの硬度が要求される場合、選択した基材フィルムが、例えば、硬度は高いが脆い材料であったり、またフィルムの厚みが薄いなどの理由から引っ張り張力が弱い場合もある。

特開２００３−３２８１２４号公報 特開平５−２７１９３２号公報 特開２００４−２３２０６７号公報

高硬度の基材フィルムは、板状ガラスの代替基材として利用価値が高く、多面で応用されている。とくに、高硬度の基材フィルムに透明導電性薄膜を設けた透明導電性フィルムは有用であり、液晶装置やタッチパネルに用いられる。

しかし高硬度の基材フィルムには、引っ張り張力が弱いものや、傷・ひび割れの発生しやすいものがある。これらはロールツウロール（roll to roll）加工での透明導電性薄膜の成膜を行い難い問題があった。引っ張り張力が弱いものや、傷・ひび割れの発生しやすいものは、フィルム破断に至る場合があるからである。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、基材フィルムが引っ張り張力の弱いフィルムや、傷・ひび割れの発生しやすいフィルムであっても、真空中でのロールツウロール薄膜作成が可能な成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、真空容器内で、成膜粒子を基材フィルムの一方面に堆積させて薄膜を形成する成膜装置であって、ロール状の基材フィルムを装着し巻き出す基材フィルム巻出軸と、前記ロール状の基材フィルムから巻き出された前記基材フィルムを巻き付け保持しながら前記基材フィルムの一方面に成膜粒子を堆積させることにより薄膜を形成するキャンロールと、薄膜形成後の基材フィルムを巻き取る巻取軸と、を有するフィルム移送手段を備えており、前記フィルム移送手段は、ロール状の保護フィルムを装着し巻き出す保護フィルム巻出軸と、前記ロール状の保護フィルムから巻き出された保護フィルムを、キャンロールに巻き付け保持される前の前記基材フィルムの他方面に貼り合わせる保護フィルム貼合部と、を備える成膜装置により達成される。

このような構成によれば、基材フィルムの他方面に保護フィルムを貼り合わせることによって、成膜粒子を堆積させる基材フィルムの引っ張り張力に対する強度を向上させることが可能となると共に、基材フィルムに傷やひび割れ等が発生することを防止することができる。この結果、基材フィルムが引っ張り張力に弱い材質から形成されていたとしても、その基材フィルム上にロールツウロール薄膜作成が可能となる。

また、前記フィルム移送手段は、前記保護フィルム巻出軸から巻き出された保護フィルムを切断する保護フィルムカット部を備えていることが好ましい。

このように、フィルム移送手段が、保護フィルム巻出軸から巻き出された保護フィルムを切断するカット部を備えるように構成することにより、例えば、保護フィルムを切断した後、保護フィルムの切断部まで、保護フィルムと基材フィルムとを貼り合せ、その後、基材フィルム巻出軸を逆回転させることにより、巻取軸に巻回された成膜後のフィルムを基材フィルム巻出軸に巻き取りながら、形成された薄膜の上に重ねて成膜粒子を堆積させて薄膜の厚みを増加させることが可能になり、薄膜の厚みを所望の膜厚となるように容易にコントロールすることが可能になる。

また、本発明の上記目的は、真空容器内で成膜粒子を基材フィルムの一方面に堆積させて薄膜を形成する成膜方法であって、ロール状の基材フィルムから前記基材フィルムを巻き出す基材フィルム巻出ステップと、ロール状の保護フィルムから前記保護フィルムを巻き出す保護フィルム巻出ステップと、巻き出された前記基材フィルムの他方面に、巻き出された前記保護フィルムを貼り合わせる保護フィルム貼合ステップと、前記保護フィルムが貼り合せられた前記基材フィルムの一方面に成膜粒子を堆積させることにより成膜フィルムを形成する成膜ステップと、薄膜形成後の前記成膜フィルムを巻き取る巻取ステップと、を備える成膜方法により達成される。

本発明によれば、基材フィルムが引っ張り張力の弱いフィルムや、傷・ひび割れの発生しやすいフィルムであっても、真空中でのロールツウロール薄膜作成が可能な成膜装置及び成膜方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。

本発明に係る成膜装置について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置１の概略構成図である。成膜装置１は、成膜粒子を基材フィルムｆ１の一方面に堆積させて薄膜を形成する装置であって、真空容器２と、真空容器２の内部に配置されるフィルム移送手段３と、真空容器２の内部に配置される成膜粒子発生装置４とを備えている。なお、図１においては、温度制御や真空度制御、フィルム移送手段３により移送されるフィルムの張力制御等、本発明と直接関連しない部分を省略している。

真空容器２は、密閉可能に形成される容体であり、真空ポンプ等が接続される真空排気口２１と、内部空間を２つの領域に区画する隔壁２２とを備えている。隔壁２２には、開口部２３が設けられている。隔壁２２により区画される一方の領域は、成膜粒子を生成して基材フィルムｆ１上に成膜処理を行う成膜室２４を構成しており、内部に成膜粒子発生装置４が配置されている。また、隔壁２２により区画される他方の領域には、薄膜が形成される基材フィルムｆ１を移送するフィルム移送手段３が配置されている。なお、隔壁２２に形成される開口部２３を介して、フィルム移送手段３が備える後述のキャンロール３５の表面の一部分が、一方の領域内（成膜室２４内）に露出されるように構成されている。

成膜粒子発生装置４は、基材フィルムｆ１の一方面に堆積させる成膜粒子を発生させるための装置であり、例えば、スパッタリング装置や真空蒸着装置等である。この成膜粒子発生装置４は、隔壁２２に設けられる開口部２３を介して成膜粒子発生装置４が設置される領域内に露出するキャンロール３５の一部分と対向する位置に配置されている。

ここで、スパッタリング装置は、薄膜として付着させたい金属や金属化合物等をターゲットとして設置し、高電圧をかけてイオン化させた希ガス元素（アルゴンガスやネオン）や窒素を衝突させることにより、ターゲット表面の原子をはじき飛ばして基材フィルムｆ１の表面に付着させ、薄膜を形成する装置である。酸化物薄膜を成膜する場合には、イオン化させた希ガス元素や窒素中に酸素を混合し酸素と反応させながら成膜するようにしてもよい。また、真空蒸着装置は、所望の材料を蒸着源として使用し、抵抗加熱、電子ビーム加熱等により、蒸着材料を気化もしくは昇華させることで、成膜粒子を生成し、この成膜粒子を基材フィルムｆ１上に付着させて薄膜を形成する装置である。

フィルム移送手段３は、ロール状の基材フィルムｆ１から巻き出された基材フィルムｆ１に、ロール状の保護フィルムｆ２から巻き出された保護フィルムｆ２を貼着しながら、成膜粒子を基材フィルムｆ１の一方面上に堆積させて成膜を行い、成膜後のフィルムを巻き取る機能を有している。このフィルム移送手段３は、基材フィルム巻出軸３１と、保護フィルム巻出軸３２と、保護フィルム貼合部３３と、保護フィルムカット部３４と、キャンロール３５と、巻取軸３６とを備えている。

基材フィルム巻出軸３１は、ロール状の基材フィルムｆ１を装着して巻き出す装置であり、保護フィルム巻出軸３２は、ロール状の保護フィルムｆ２を装着して巻き出す装置である。これら基材フィルム巻出軸３１及び保護フィルム巻出軸３２は、それぞれ図示しないモータ等の駆動機構に接続されており、軸心を回転中心とした正回転及び逆回転可能に構成されている。

保護フィルム貼合部３３は、基材フィルムｆ１の他方面に保護フィルムｆ２を貼り合わせる装置であり、巻き出された基材フィルムｆ１及び保護フィルムｆ２を重ね合わせて挟圧する一対のニップローラ等の回転ローラ３３１を備えている。各回転ローラ３３１の間を重ね合わされた基材フィルムｆ１及び保護フィルムｆ２が通過できるように、各回転ローラ３３１は、所定間隔をあけて配置されている。また、各回転ローラ３３１間の距離は調整可能となるように構成されている。

保護フィルムカット部３４は、保護フィルム巻出軸３２から巻き出された保護フィルムｆ２を切断する機能を有しており、保護フィルム巻出軸３２と、保護フィルム貼合部３３との間に配置されている。この保護フィルムカット部３４は、保護フィルムｆ２を幅方向（ロール状の保護フィルムｆ２のロール軸に沿う方向）にカットするものであり、刃物を保護フィルムｆ２の幅方向にスライドさせるものでも、ロータリーカッタでもよい。

キャンロール３５は、ロール状の基材フィルムｆ１から巻き出された基材フィルムｆ１の他方面に保護フィルムｆ２を貼り合わされたフィルムを巻き付け保持しながらフィルム上（基材フィルムｆ１の一方面側）に成膜粒子を堆積させることにより薄膜を形成する円筒状の回転体であり、巻き付け保持されるフィルムのフィルム温度を一定に保つように、冷却や過熱が可能なように構成されている。なお、キャンロール３５は、その表面の一部分が、隔壁２２に設けられる開口部２３を介して成膜粒子発生装置４が設置される領域内（成膜室２４内）に露出するように配置されている。

巻取軸３６は、薄膜形成後のフィルムを巻き取る装置であり、図示しないモータ等の駆動機構に接続されており、軸心を回転中心とした正回転及び逆回転可能に構成されている。

このような構成の成膜装置１の作動について以下説明する。まず、基材フィルム巻出軸３１に、ロール状の基材フィルムｆ１を装着する。そしてロール状の基材フィルムｆ１から基材フィルムｆ１の端部を把持して引き出し、保護フィルム貼合部３３を構成する各回転ローラ３３１間を通過させる。その後、基材フィルムｆ１の他方面がキャンロール３５の表面に接するように巻き付け、基材フィルムｆ１の端部を巻取軸３６に粘着テープなどで貼り付ける。

次に基材フィルム巻出軸３１の近傍にある保護フィルム巻出軸３２に、基材フィルムｆ１と貼合する面に粘着層を有しているロール状の保護フィルムｆ２を装着する。そして保護フィルムｆ２の端部を解き、当該保護フィルムｆ２の粘着層が基材フィルムｆ１の他方面に対向するように基材フィルムｆ１及び保護フィルムｆ２を重ね合わせ、巻取軸３６を回転させる。重ね合わされた基材フィルムｆ１及び保護フィルムｆ２は、保護フィルム貼合部３３における各回転ローラ３３１間を通過する際に、挟圧されて一体化する。

さらに、巻取軸３６を巻き上げると、保護フィルムｆ２と貼合された基材フィルムｆ１が巻取軸３６まで進み、保護フィルムｆ２と貼合された基材フィルムｆ１の成膜装置１へのセットが終了する。

ここで、基材フィルムｆ１は特に限定されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルム、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）フィルム、ポリスルフォン（ＰＳＦ）フィルム、ポリメチルメタクリル酸フィルム、アセタール樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、エチレン−酢酸ビニル共重合体フィルム、アイオノマー樹脂フィルム、ポリアミドフィルム、ポリアリルエーテルフィルム、ポリアリルスルフォンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリアミドイミドフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリウレタンフィルム、ポリスチレンフィルム、スチレンアクリルニトリル樹脂フィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、環状ポリオレフィンなどの樹脂フィルムやその延伸フィルム等が挙げられる。

保護フィルムｆ２は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などのプラスチックフィルムからなり、薄くても引っ張り強度の強いフィルムが適している。保護フィルムｆ２は多層が積層されたものや、粘着側にコロナ放電処理を施したものも用いることができる。この保護フィルムｆ２を形成する材料は、基材フィルムｆ１の特性や厚み、温度や張力の成膜条件を鑑み決定する。

保護フィルムｆ２の粘着層の粘着剤としては、ゴム系の粘着剤、アクリル系の粘着剤またはシリコーン系の粘着剤などが用いられる。保護フィルムｆ２の粘着剤を有しない面には、ブロッキング防止のため剥離加工を施してもよい。また粘着剤面の上にセパレータを積層している場合は、セパレータを除去するため、セパレータ巻上げ軸を別途設ければよい。

なお、大気中の貼り合せであれば、空気かみを除くための加圧が必要であり、基材フィルムｆ１にストレスを加えることになる。しかし本発明では、真空中であるため、空気かみが無い。従って、保護フィルム貼合部３３における各回転ローラ３３１による挟圧力は、粘着力が発揮できる圧力さえ確保されていればよい。

保護フィルムｆ２と貼合された基材フィルムｆ１の成膜装置１へのセットが終了すると、真空容器２内を減圧していく。メカニカルポンプで真空容器２内を粗引きし、その後、更にターボ分子ポンプで高真空状態を作るのが好ましい。

真空容器２内が所定の真空圧に達した後、成膜粒子発生装置４を作動させる。保護フィルム貼合部３３において保護フィルムｆ２が貼り合わされた基材フィルムｆ１は、キャンロール３５に巻き付け保持されながら巻取軸３６側へと前進していき、その過程において、隔壁２２に設けられた開口部２３を介して、基材フィルムｆ１は、成膜室２４内に露出する。ここで、成膜粒子発生装置４において発生した成膜粒子が、成膜粒子発生装置４に対向する基材フィルムｆ１の一方面上に堆積し、所定の膜厚の薄膜が形成される。

成膜されフィルムは巻取軸３６に巻き取られ、予定の長さの成膜処理が終われば、保護フィルムカット部３４により保護フィルムｆ２を切断して成膜装置１を停止する。なお、保護フィルムｆ２は、最終製品に必要でなければ剥離する。

本発明に係る成膜装置１によれば、基材フィルムｆ１の他方面に保護フィルムｆ２を貼り合わせることによって、成膜粒子を堆積させる基材フィルムｆ１の引っ張り張力に対する強度を向上させることが可能となると共に、基材フィルムｆ１に傷やひび割れ等が発生することを防止することができる。この結果、基材フィルムｆ１が引っ張り張力の弱いフィルムや、傷・ひび割れの発生しやすいフィルムであったとしても、その基材フィルムｆ１上にロールツウロール薄膜作成が可能となる。

また、フィルム移送手段３は、保護フィルム巻出軸３２から巻き出された保護フィルムｆ２を切断する保護フィルムカット部３４を備えているため、例えば、保護フィルムｆ２を切断した後、保護フィルムｆ２の切断部まで、保護フィルムｆ２と基材フィルムｆ１とを貼り合せ、その後、基材フィルム巻出軸３１を逆回転させることにより、巻取軸３６に巻回された成膜後のフィルムを基材フィルム巻出軸３１に巻き取りながら、形成された薄膜の上に重ねて成膜粒子を堆積させて薄膜の厚みを増加させることが可能になり、薄膜の厚みを所望の膜厚となるように容易にコントロールすることが可能になる。

１ 成膜装置
２ 真空容器
２１ 真空排気口
２２ 隔壁
２３ 開口部
２４ 成膜室
３ フィルム移送手段
３１ 基材フィルム巻出軸
３２ 保護フィルム巻出軸
３３ 保護フィルム貼合部
３３１ 回転ローラ
３４ 保護フィルムカット部
３５ キャンロール
３６ 巻取軸
４ 成膜粒子発生装置
ｆ１ 基材フィルム
ｆ２ 保護フィルム

Claims (3)

1. 真空容器内で、成膜粒子を基材フィルムの一方面に堆積させて薄膜を形成する成膜装置であって、
   ロール状の基材フィルムを装着し巻き出す基材フィルム巻出軸と、
   前記ロール状の基材フィルムから巻き出された前記基材フィルムを巻き付け保持しながら前記基材フィルムの一方面に成膜粒子を堆積させることにより薄膜を形成するキャンロールと、
   薄膜形成後の基材フィルムを巻き取る巻取軸と、を有するフィルム移送手段を備えており、
   前記フィルム移送手段は、
   ロール状の保護フィルムを装着し巻き出す保護フィルム巻出軸と、
   前記ロール状の保護フィルムから巻き出された保護フィルムを、キャンロールに巻き付け保持される前の前記基材フィルムの他方面に貼り合わせる保護フィルム貼合部と、を備える成膜装置。
2. 前記フィルム移送手段は、前記保護フィルム巻出軸から巻き出された保護フィルムを切断する保護フィルムカット部を備えている請求項１に記載の成膜装置。
3. 真空容器内で成膜粒子を基材フィルムの一方面に堆積させて薄膜を形成する成膜方法であって、
   ロール状の基材フィルムから前記基材フィルムを巻き出す基材フィルム巻出ステップと、
   ロール状の保護フィルムから前記保護フィルムを巻き出す保護フィルム巻出ステップと、
   巻き出された前記基材フィルムの他方面に、巻き出された前記保護フィルムを貼り合わせる保護フィルム貼合ステップと、
   前記保護フィルムが貼り合せられた前記基材フィルムの一方面に成膜粒子を堆積させることにより成膜フィルムを形成する成膜ステップと、
   薄膜形成後の前記成膜フィルムを巻き取る巻取ステップと、を備える成膜方法。