JP2019183253A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このようなプラスチックなどの基材の表面に膜を形成する手段として、真空蒸着法、スパッタリング法、ゲルゾル法などによるウェットコーティング、熱CVD、プラズマCVDなどの方法が知られている。また、それらの手段を用いて基材の表面に成膜する成膜装置が知られている。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比などを、実物のそれらから変更し誇張してある。
図1は、本実施の形態に係る成膜装置を用いて作製される積層フィルムの一例を示す断面図であり、図2は、本実施の形態に係る成膜装置の構成を模式的に示す図である。
膜2を形成する材料は、特に限定されないが、酸素および水蒸気に対するバリア性を有する膜として使用する際には、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、ケイ素酸化窒化物、ケイ素炭化物、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム等の金属酸化物、又はこれらの金属窒化物、炭化物、及びこれらの混合物が挙げられる。
上記の構成を有する積層フィルムは、例えば、プラスチックフィルムである基材1の面上に、酸化ケイ素又は酸化アルミニウムなどを含む膜2を設けた積層フィルムである。より具体的には、厚さ5nm以上50nm以下の、酸化アルミニウムを含む膜2を、厚さ12μmの、ポリエチレンテレフタレートを含む基材1の面上に設けた積層フィルムである。上記の構成を有する積層フィルムは、膜2が酸素および水蒸気に対するバリア性を有するために、バリア性に優れている。このため、電子ペーパーなどの電子デバイス、食品、医薬品、ペットフードなどの包装材料として好適に使用できる。
基材搬送機構11Aは、基材搬送室12Aに配置された、基材1を搬送するための機構である。図2に示す例においては、基材搬送機構11Aは、基材1のロール状の原反が取り付けられた巻き出しローラー13、基材1を巻き取る巻き取りローラー15及びガイドロール14a〜14dを有する。基材搬送機構11Aから送り出された基材1は、その後、プラズマ前処理室12Bに配置された、後述する前処理ローラー20と、成膜室12Cに配置された、後述する成膜ローラー25と、によって搬送される。
プラズマ前処理機構11Bについて説明する。プラズマ前処理機構11Bは、プラズマPを発生させ、発生させたプラズマPを用いて基材1の表面にプラズマ前処理を施すための機構である。図2に示すプラズマ前処理機構11Bは、プラズマ前処理室12Bに配置された前処理ローラー20と、前処理ローラー20に対向する対向電極21と、を有する。
図示はしないが、前処理ローラー20は、その全体がプラズマ前処理室12B内に位置するよう設けられていてもよい。
第1磁石231のN極又はS極の一方は、他方よりも基材1側に位置する。また、第2磁石232のN極又はS極の他方は、一方よりも基材1側に位置する。図2及び図3に示す例においては、第1磁石231のN極が、第1磁石231のS極よりも基材1側に位置し、第2磁石232のS極が、第2磁石のN極よりも基材1側に位置する。図示はしないが、第1磁石231のS極が、第1磁石231のN極よりも基材1側に位置し、第2磁石232のN極が、第2磁石232のS極よりも基材1側に位置していてもよい。
1つの電極部材22に設けられた第1磁石231は、1つの第1軸方向部分231cを有していてもよく、2つ以上の第1軸方向部分231cを有していてもよい。図4及び図5に示す例においては、1つの電極部材22に設けられた第1磁石231は、1つの第1軸方向部分231cを有している。
また、基材1の搬送方向における第1軸方向部分231cの寸法L4と第2軸方向部分232cの寸法L5との比率は、特に限定されない。第1軸方向部分231cの寸法L4と第2軸方向部分232cの寸法L5とが等しくてもよく、第1軸方向部分231cの寸法L4が第2軸方向部分232cの寸法L5より大きくてもよい。
第1磁石231及び第2磁石232などの磁場形成部材23の磁石の磁束密度は、例えば100ガウス以上10000ガウス以下である。磁束密度が100ガウス以上であれば、前処理ローラー20と電極部材22との間に十分に強い磁場を形成することによって、十分に高密度のプラズマを発生させることができ、良好な前処理面を高速で形成することができる。一方、基材1の表面での磁束密度を10000ガウスよりも高くするには、高価な磁石又は磁場発生機構が必要となる。
前処理ローラー20と電極部材22との間に印加される交流電圧は、例えば20kHz以上100kHz以下の周波数を有する。
次に、成膜機構11Cについて説明する。本実施の形態においては、一例として、物理蒸着用の成膜機構11Cであって、特に、蒸着法により膜を成膜する成膜機構11Cについて説明する。図2に示す例において、成膜機構11Cは、成膜室12Cに配置された成膜ローラー25と、蒸発機構24とを有する。
温度調整機構は、例えば、冷却媒体又は熱源媒体を循環させる循環路を成膜ローラー25の内部に有する。冷却媒体(冷媒)は、例えばエチレングリコール水溶液であり、熱源媒体(熱媒)は、例えばシリコンオイルである。温度調整機構は、成膜ローラー25と対向する位置に設置されたヒータを有していてもよい。成膜機構11Cが蒸着法により膜を成膜する場合、関連する機械部品の耐熱性の制約や汎用性の面から、好ましくは、温度調整機構は、成膜ローラー25の表面の温度を−20℃以上200℃以下の範囲内の目標温度に調整する。
成膜ローラー25が温度調整機構を有することによって、成膜時に発生する熱に起因する基材1の温度の変動を抑えることができる。
図2に示す例において、成膜装置10は、前処理ローラー20と、対向電極21の電極部材22と、に電気的に接続された、交流電源32をさらに備える。図2に示す例において、交流電源32は、電力供給配線31を介して、前処理ローラー20、及び対向電極21の電極部材22に電気的に接続されている。交流電源32は、例えば20kHz以上100kHz以下の周波数を有する交流電圧を前処理ローラー20と対向電極21の電極部材22との間に印加することが可能である。交流電源32によって印加可能な投入電力(基材1の幅方向において、電極部材22の1m幅あたりに印加可能な電力)は、特に限定されないが、例えば、0.5kW/m 以上 20kW/m 以下である。前処理ローラー20は、電気的にアースレベルに設置されてもよく、電気的にフローティングレベルに設置されてもよい。
上述の成膜装置10を使用して、基材1の表面に成膜する成膜方法について説明する。成膜装置10を使用した成膜においては、上述の基材1の搬送経路に沿って基材1を搬送しつつ、プラズマ前処理機構11Bを用いて基材1の表面にプラズマ前処理を施すプラズマ前処理工程、及び成膜機構11Cを用いて基材1の表面に蒸着膜を成膜する成膜工程を行う。基材1の搬送速度は、好ましくは200m/min以上であり、より好ましくは480m/min以上1000m/min以下である。
プラズマ前処理工程は、例えば以下の手順により行われる。まず、プラズマ前処理室12B内にプラズマ原料ガスを供給する。次に、前処理ローラー20と対向電極21の電極部材22との間に、上述の交流電圧を印加する。交流電圧の印加の際には、投入電力制御または、インピーダンス制御などを行ってもよい。
成膜工程においては、成膜機構11Cを用いて、基材1の表面に成膜する。成膜工程の一例として、加熱機構及び坩堝を有する蒸発機構24を有する成膜機構11Cを用いて、物理蒸着法の一種である蒸着法により、酸化アルミニウム蒸着膜を成膜する場合について説明する。
上述の実施の形態においては、成膜機構11Cが、物理蒸着用の成膜機構である例を示した。具体的には、成膜機構11Cが、真空蒸着法によって蒸着膜を成膜する成膜工程を実施する例を示した。しかしながら、成膜機構11Cが実施する物理蒸着法の例は真空蒸着法には限られない。例えば、成膜機構11Cは、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビームアシスト法又はクラスターイオンビーム法などの物理蒸着を実施してもよい。
上述の実施の形態及び変形例においては、成膜機構11Cが、物理蒸着用の成膜機構である例を示した。しかしながら、成膜機構11Cによって実現される成膜方法の例は物理蒸着法には限られない。例えば、成膜機構11Cは、プラズマCVD法、プラズマ重合法、熱CVD法、又は触媒反応型CVD法などの化学蒸着法を実施してもよい。
2 膜
10 成膜装置
P プラズマ
X 回転軸
11A 基材搬送機構
11B プラズマ前処理機構
11C 成膜機構
12 減圧チャンバ
12A 基材搬送室
12B プラズマ前処理室
12C 成膜室
13 巻き出しローラー
14a〜d ガイドロール
15 巻き取りローラー
20 前処理ローラー
21 対向電極
22 電極部材
22a 第1面
22b 第2面
22c 第1端部
22d 第2端部
23 磁場形成部材
231 第1磁石
231c 第1軸方向部分
232 第2磁石
232c 第2軸方向部分
232d 接続部分
24 蒸発機構
25 成膜ローラー
31 電力供給配線
32 交流電源
35a〜35c 隔壁
Claims (11)
- 巻きかけられた基材を搬送する前処理ローラーと、前記前処理ローラーに対向するとともに前記前処理ローラーとの間で20kHz以上100kHz以下の周波数の交流電圧を印加される電極部材、及び前記電極部材の前記前処理ローラーと対向する側とは反対の側に設けられた磁場形成部材を有する対向電極と、を有し、前記交流電圧に基づいてプラズマを発生させるプラズマ前処理機構と、
前記基材の搬送方向における前記プラズマ前処理機構よりも下流側に位置する成膜ローラーを有し、前記成膜ローラーに巻き掛けられた前記基材の表面に成膜する成膜機構と、を備える、成膜装置。 - 前記プラズマ前処理機構は、前記基材の搬送方向に沿って並ぶ2以上の前記対向電極を有する、請求項1に記載の成膜装置。
- 前記電極部材は、前記前処理ローラーに対向する第1面と、前記第1面の反対側の面である第2面と、を有し、
前記磁場形成部材は、前記電極部材の前記第2面側に設けられ、N極及びS極を有する第1磁石と、前記電極部材の前記第2面側に設けられ、N極及びS極を有する第2磁石と、を有し、
前記第1磁石のN極又はS極の一方は、他方よりも前記基材側に位置し、
前記第2磁石のN極又はS極の他方は、一方よりも前記基材側に位置する、請求項1又は2に記載の成膜装置。 - 前記第1磁石は、前記前処理ローラーの回転軸に沿って延びる第1軸方向部分を有し、
前記第2磁石は、前記前処理ローラーの回転軸に沿って延びる第2軸方向部分を有し、
前記第1軸方向部分及び前記第2軸方向部分は、前記回転軸に直交する方向において間隔をあけて並んでいる、請求項3に記載の成膜装置。 - 前記第2磁石は、前記回転軸に直交する方向において前記第1軸方向部分を挟むように位置する少なくとも2つの前記第2軸方向部分を有する、請求項4に記載の成膜装置。
- 2つの前記第2軸方向部分を有する前記第2磁石は、前記第2面の法線方向に沿って前記磁場形成部材を見た場合に前記第1磁石を囲んでいる、請求項5に記載の成膜装置。
- 前記成膜機構は、物理蒸着用の成膜機構である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の成膜装置。
- 前記成膜機構は、化学蒸着用の成膜機構である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の成膜装置。
- 前記成膜装置は、前記前処理ローラーと、前記対向電極の前記電極部材と、に電気的に接続された、20kHz以上100kHz以下の周波数を有する交流電圧を印加することが可能な交流電源をさらに備え、
前記プラズマ前処理機構は、前記交流電源を用いて、前記前処理ローラーと前記対向電極の前記電極部材との間に交流電圧を印加することによりプラズマを発生させる、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 前記プラズマ前処理機構は、プラズマ前処理室に配置され、
前記成膜機構は、前記プラズマ前処理室から隔てられるとともに前記基材の搬送方向における前記プラズマ前処理室よりも下流側に位置する成膜室に配置されている、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の成膜装置。 - 成膜装置を用いて基材の表面に成膜する成膜方法であって、
前記成膜装置は、巻きかけられた基材を搬送する前処理ローラーと、前記前処理ローラーに対向する電極部材、及び前記電極部材の前記前処理ローラーと対向する側とは反対の側に設けられた磁場形成部材を有する対向電極と、を有するプラズマ前処理機構と、前記基材の搬送方向における前記プラズマ前処理機構よりも下流側に位置する成膜ローラーを有する成膜機構と、を備え、
前記前処理ローラーと前記電極部材との間に20kHz以上100kHz以下の周波数の交流電圧を印加することによりプラズマを発生させ、発生させたプラズマを用いて前記基材の表面に前処理を施すプラズマ前処理工程と、
前記成膜ローラーに巻き掛けられた前記基材の表面に成膜する成膜工程と、を備える、成膜方法。
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