JP3585633B2

JP3585633B2 - 蒸着重合装置

Info

Publication number: JP3585633B2
Application number: JP09048996A
Authority: JP
Inventors: 善和高橋
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JPH09255791A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸着重合装置に関するものであり、更に詳しくは真空下にモノマを蒸発させ基材の表面に蒸着させ重合させて高分子膜を形成させる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は特開昭６１−７８４６３号、特開昭６３−１６６９６１号の各公報において蒸着重合の技術を開示しており、特開平５−６５６２７号、特開平５−１３２７６３号等の各公報、および特願平７−１１３７３６号において蒸着重合に使用する装置を提示している。
【０００３】
図５は従来例の蒸着重合装置２の縦断面図である。気密な横置き円筒状の真空槽５１は一方の端面板５２に真空排気管５７が真空バルブ５７’と共に取り付けられ図示しない真空ポンプに接続されている。また、同じ端面板５２を貫通して２本の導入管５５ａ、５５ｂが設けられており、それぞれの大気側にはバルブ５８ａ、５８ｂを介してモノマＭ_１の蒸発源容器５４ａ、モノマＭ_２の蒸発源容器５４ｂが接続されている。真空槽５１内においては、導入管５５ａ、５５ｂにノズル５６ａ、５６ｂが取り付けられ、基材Ｓに向けてモノマ蒸気の噴出孔５７ａ、５７ｂが開口されている。
【０００４】
蒸発源容器５４ａ、５４ｂの外周にはモノマＭ_１、Ｍ_２を蒸発させるための加熱ヒータ６４ａ、６４ｂが巻装されており、それぞれ独立して温度制御されモノマＭ_１、Ｍ_２を所定の比率で蒸発させるようになっている。また、真空槽５１内を加熱するために、両端面板５２には加熱ヒータ６２が、筒状の胴板５３には加熱ヒータ６３が埋設されており、真空槽５１内の均熱化のために独立して温度制御される。同様に、導入管５５ａ、５５ｂには加熱ヒータ６５ａ、６５ｂが、また真空排気管５７には加熱ヒータ６７が埋設されているが、これらはモノマ蒸気が接触して凝縮液化することを防ぐために設けられている。そして基材Ｓの表面に、例えばポリイミド膜を形成させる場合には、モノマＭ_１としてピロメリト酸二無水物、モノマＭ_２として４，４’−ジアミノジフエニルエーテルが使用される。
【０００５】
この蒸発重合装置２によって基材Ｓの表面にポリイミド膜を形成させる場合には、真空槽５１内を温度２００℃に加熱し圧力１×１０^−３Ｔｏｒｒまで真空排気した後、バルブ５８ａ、５８ｂを開けて、すでに２０８℃に加熱されているモノマＭ_１としてのピロメリト酸二無水物、及び温度１８０℃に加熱されているモノマＭ_２としての４，４’−ジアミノジフェニルエーテルの蒸気を同時に真空槽１１内へ導入し、基材Ｓの表面に蒸着させ重合させて高分子膜を形成させる。そして、所定の膜厚が得られると、真空槽５１を冷却して高分子膜の形成されている基材Ｓを取り出し、別の図示しない加熱炉内で窒素ガス雰囲気下、または真空下で３００℃、１時間の熱処理が行なわれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の蒸着重合装置２を実用する過程で次の点に改良が望まれた。
（１）真空槽５１の真空シールにフッ素ゴムを使用しているので、２３０℃以上の温度に加熱するとフッ素ゴムが劣化して真空を維持できなくなり、高温度での蒸着重合ができない。
（２）ポリイミド膜の形成には蒸着重合後に３００℃、１時間程度の熱処理を必要とするが、同じ理由によって真空槽５１内では熱処理できず、別な炉へ移し替えて熱処理しなければならない。
（３）真空槽５１を加熱ヒータ６２、６３で覆って加熱しているので、加熱を停止しても温度低下し難く、蒸着重合の後、基材Ｓを取り出せる５０℃以下の温度になるまでに長時間を要している。
（４）例えばプラスチックスの射出成型用金型の断熱膜としてポリイミド膜（厚さ１００〜２００μｍ）の成膜を数回ないし数十回繰り返すことにより真空槽５１の内壁や治具に蒸着重合の積算膜厚に相当する重合物が付着し、そのクリーニングに多大の労力を要している。
【０００７】
従って、本発明は上述の欠点を解消するべく、高温度に加熱することが可能で蒸着重合終了後にそのまま熱処理することができ、かつ付着重合物を容易に除去し得る蒸着重合装置、更にはこれに加えて、熱処理の終了後に基材Ｓを急速に冷却し得る蒸着重合装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の重合装置は、真空槽内に重合熱処理室を設けて重合熱処理室の真空度を真空槽と同等またはそれ以下となるようにし、かつ重合熱処理室の内面側から高温度、好ましくは８５０℃以上の温度に加熱し得るようにしたものであり、更に好ましくは、真空槽内の重合熱処理室に冷却槽を接続し、高分子膜の熱処理が終了した基材Ｓを急速に冷却し得るようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図面を使って本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
図１は本発明の蒸着重合装置１の縦断面図である。蒸着重合装置１は真空槽１１内に重合熱処理室２１が設けられており、重合熱処理室２１には冷却槽４１が接続されている。重合熱処理室２１の冷却槽４１に面する開口は仕切ゲート３４によって気密に閉じられ、図示しない昇降機構によって上下に作動して重合熱処理室２１を開閉する。真空槽１１は真空バルブ１９’を備えた真空排気管１９によって、また重合熱処理室２１は真空バルブ２９’を備えた真空排気管２９によってそれぞれ独立して真空排気される。
【００１１】
また、重合熱処理室２１の内壁に近接して８５０℃以上の温度に加熱可能な加熱ヒータ２３が設けられ、仕切ゲート３４に面する加熱ヒータ２４は跳ね上げて開けることができるようになっている。真空槽１１の外部には、モノマＭ_１のための蒸発源容器５が設けられ、真空槽１１、重合熱処理室２１、加熱ヒータ２３を貫通する導入管２５にバルブ２５’を介して接続されている。また、モノマＭ_２についても同様であり、その蒸発源容器６はバルブ２６’を介して、導入管２６に接続されている。
【００１２】
冷却槽４１は基材Ｓを装入、排出するための扉４２を有し、冷却槽４１内には上方から不活性ガス配管４３が装入され、その先端部は不活性ガスの噴出孔４５が開口されたノズル４４となっている。また、不活性ガスを冷却するための冷却器４６が設けられている。
【００１３】
そして、その作用は蒸着重合によって高分子膜を形成させるべき基材Ｓを重合熱処理室２１内において、例えば２００℃に加熱し、重合熱処理室２１の圧力を真空槽１１の圧力と同等またはそれ以下、例えば真空槽１１の圧力を１０^−１Ｐａ、重合熱処理室２１の圧力を１０^−２Ｐａに維持して、モノマＭ_１、Ｍ_２の蒸気をそれぞれ蒸発源容器５、６から同時に重合熱処理室２１内へ導入する。この状態において基材Ｓの表面にモノマＭ_１、Ｍ_２が蒸着し重合して高分子膜が形成される。所定の膜厚が得られるとモノマＭ_１、Ｍ_２の導入を停止し、必要な場合には重合熱処理室２１内の温度を例えば３００℃に上昇させて、形成されている高分子膜の熱処理が行なわれる。
【００１４】
熱処理の終了後は仕切ゲート３４、加熱ヒータ２４を開け基材Ｓを冷却槽４１内へ移して加熱ヒータ２４、仕切ゲート３４を閉じ、基材Ｓは冷却器４５で冷却される不活性ガスによって強制冷却される。この間、重合熱処理室２１は８５０℃以上の温度に加熱され、付着している重合物が熱分解されて除去排出される。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例による蒸着重合装置について図面を参照し詳細に説明する。
【００１６】
図１は実施例によるポリイミド膜の蒸着重合装置１の縦断面図である。上述したように、真空槽１１内に重合熱処理室２１が設けられており、重合熱処理室２１には仕切部３１を介して冷却槽４１が接続されている。
【００１７】
真空槽１１は一般的な金属材料、例えばステンレス鋼で作成され、要所にはフッ素ゴムを介在させて真空シールされているに対し、重合熱処理室２１は例えば炭素からなる断熱板の表面に耐熱性ステンレス板を貼り合わせた材料を板材として構成されており、継ぎ目は特に真空シールされていない。そして、真空槽１１は真空バルブ１９’を備えた真空排気管１９に接続される図示しない第１の真空ポンプによって真空排気されて１０^−１Ｐａの圧力に維持され、重合熱処理室２１は真空バルブ２９’を備えた真空排気管２９に接続される図示しない第２の真空ポンプによって真空排気され、１０^−２Ｐａの圧力に維持される。
【００１８】
重合熱処理室２１の仕切部３１に面する開口には冷却槽４１との間を気密に閉じる仕切ゲート３４が設けられており、図示しない昇降機構によって上下されて重合熱処理室２１を開閉する。また、重合熱処理室２１の内壁に近接して８５０℃以上の温度に加熱し得るパネル状の加熱ヒータ２３が設けられている。そして仕切ゲート３４に面する同様な加熱ヒータ２４は跳ね上げることができ、ポリイミド膜を形成させるべき基材Ｓの搬入、搬出時に仕切ゲート３４と共に開閉される。
【００１９】
また、ポリイミド膜の蒸着重合に使用されるモノマＭ_１としてのピロメリト酸二無水物の蒸発源容器５は２００度近辺への加熱が可能とされ、真空槽１１の側壁を気密に貫通し、重合熱処理室２１の側壁、加熱ヒータ２３を貫通する導入管２５に対しバルブ２５’を介して接続されており、ピロメリト酸二無水物の蒸気が導入管２５を経由して重合熱処理室２１内へ送り込まれる。モノマＭ_２としての４，４’−ジアミノジフエニルエーテルについても同様であり、その加熱可能な蒸発源容器６から４，４’−ジアミノジフエニルエーテルの蒸気がバルブ２６’、導入管２６を経由して重合熱処理室２１内へ送り込まれる。
【００２０】
冷却槽４１は基材Ｓの装入、排出用の扉４２を備えており、真空バルブ４９’を備えた真空排気管４９に接続される図示しない第３の真空ポンプによって１０^−１Ｐａの圧力まで減圧可能となっている。また、その内部にはバルブ４３’を備えた不活性ガス配管４３が上方から装入され、Ｌ字形状に曲げられた先端部はガスの噴出孔４５が開口されたノズル４４となっており、不活性ガスとしての窒素ガスが導入される。更には、冷却槽４１の内部には温度１０℃に冷却される冷却器４６が設置されているほか、図示せずとも攪拌羽根が設置され、導入される窒素ガスを循環させるようになっている。更には、冷却槽４１と重合熱処理室２１との間には基材Ｓを搬送するための搬送ローラ４７が設置されており、基材Ｓはトレイ４８上に載置して搬送される。
【００２１】
実施例の蒸着重合装置１は以上のように構成されるが、次にその作用を説明する。真空槽１１は１０^−１Ｐａの圧力、重合熱処理室２１は１０^−２Ｐａの圧力に維持して常時真空排気されているものとする。ポリイミド膜を形成させるべき基材Ｓは冷却槽４１の扉４２を開けて台車４８と共に搬送ローラ４７上へ装入され、扉４２は閉じられて、図１の状態となる。次いで真空バルブ４９’を開け、図示しない第３の真空ポンプによって１０^−１Ｐａの圧力まで真空排気される。
【００２２】
重合熱処理室２１は加熱ヒータ２３、２４によって予め温度２００℃に加熱されているが、図２を参照して、仕切ゲート３４が上方へ開けられ、加熱ヒータ２４が跳ね上げられて、基材Ｓはトレイ４８と共に搬送ローラ４７によって重合熱処理室２１内へ搬入され、加熱ヒータ２４、開閉ゲート３４が閉じられて図３の状態になる。そして、基材Ｓの温度が２００℃になるまで静置される。
【００２３】
一方、モノマＭ_１としてのピロメリト酸二無水物は蒸発源容器５内で２０８℃の温度に、モノマＭ_２としての４，４’−ジアミノジフェニルエーテルは蒸発源容器６内で１８０℃の温度に予め加熱されており、基材Ｓの温度が２００℃になった時点でバルブ２５’、２６’を開けてそれぞれの蒸気が導入管２５、２６を経て重合熱処理室２１内へ所定の比率で導入される。それぞれの蒸気は基材Ｓの表面に蒸着されて重合し、高分子膜が１５μｍ／ｈｒの生成速度で形成される。この時、真空槽１１の圧力は重合熱処理室２１の圧力よりも高いのでモノマ蒸気が真空槽１１内へ流入することはない。所定の膜厚が得られるとバルブ２５’、２６’を閉じ、ピロメリト酸二無水物、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルの導入が停止される。
【００２４】
次いで加熱ヒータ２３、２４による加熱温度を上げて基材Ｓの温度を３００℃まで上昇させ、そのまま１時間保持する熱処理が行われて、基材Ｓの表面にポリイミド膜が形成される。すなわち、蒸着重合させた後、重合熱処理室２１の温度をそのまま上昇させることによって熱処理することが可能であり、従来例の蒸着重合装置２のように基材Ｓを一旦冷却して真空槽５１から外部へ取り出し、別の炉で再び加熱して熱処理するような手順を必要とせず、高分子膜が短時間で形成されるほか、途中で大気に触れることなく熱処理されるので高分子膜が酸化される恐れはない。
【００２５】
また、熱処理は断熱材を主体とする板材で囲われた重合熱処理室２１内で行われることに加え、真空槽１１と重合熱処理室２１との間は真空空間となっているので、真空槽１１は真空シール用のフッ素ゴムが劣化する程には温度上昇せず真空槽１１の真空度は十分に維持され、その内部で真空槽１１よりも減圧される重合熱処理室２１の真空度も低下しない。
【００２６】
熱処理の終了後、仕切ゲート３４、加熱ヒータ２４が開けられ、ポリイミド膜の形成された基材Ｓはトレイ４８と共に搬送ローラ４７によって冷却槽４１内へ搬出されて加熱ヒータ２４、開閉ゲート３４が閉じられ、図４の状態となる。続いて冷却器４６が１０℃に冷却され、不活性ガス配管４３のバルブ４３’を開けてノズル４４の噴出孔４５から窒素ガスが大気圧まで導入され、図示しない攪拌羽根によって矢印で示すように循環されて、ポリイミド膜の形成された基材Ｓは強制的に冷却される。すなわち、従来例の蒸着重合装置２においては加熱ヒータ６２、６３で覆われた真空槽５１内での自然冷却であって冷却に長時間を要したに比べ、実施例の蒸着重合装置１は冷却槽４１を備えているので冷却は短時間で完了する。この冷却の間、重合熱処理室２１は加熱ヒータ２３、２４によって１０００℃の温度に加熱され、重合熱処理室２１の内壁、治具、その他に付着生成している重合物（ポリイミド）はガス状に熱分解され、真空排気管２９を経て排出される。このことによって付着物のクリーニングが極めて簡易化され、かつポリイミド膜の形成された基材Ｓの冷却時にこのクリーニングを行い得るので、蒸着重合のプロセスが大幅に合理化される。
【００２７】
また、従来例の蒸着重合装置２では基材Ｓの取り出しが内壁に重合物の付着したまま真空槽５１を大気開放して行なわれ、重合物が吸湿して次ぎの排気に長時間を要するようなことが発生したが（例えばポリイミドの吸水率は約３％）、実施例の蒸着重合装置１では冷却器４１に基材Ｓの装入、排出用の扉４２を設けているので真空槽１１、重合熱処理室２１は常に真空排気状態に維持することができ、真空槽１１、重合熱処理室２１が吸湿し、排気に長時間を要するようなことは起こらない。
【００２８】
以上、本発明の実施例による蒸着重合装置１について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２９】
例えば本実施例においては、真空槽１１内の重合熱処理室２１に仕切部３１を介して冷却槽４１を接続したが、真空槽１１内に重合熱処理室２１を設け、それぞれ独立に真空排気して重合熱処理室２１の圧力を真空槽１１の圧力と同等もしくはそれ以下とするだけの構成としても、蒸着重合から続けての熱処理が可能である上、熱処理が終了して基材Ｓを取り出した後、重合熱処理室２１内を８５０℃以上の温度に加熱して付着している重合物を熱分解させるクリーニングが可能であり、従来例の蒸着重合装置２に比較して操作性は大幅に向上したものとなる。
【００３０】
また実施例においては、真空槽１１と重合熱処理室２１とをそれぞれ独立して真空排気するようにしたが、重合熱処理室２１の圧力を真空槽１１の圧力と同等またはそれ以下とする限りにおいて、重合熱処理室２１用の真空排気管２９を兼用して真空槽１１を真空排気するようにしてもよい。
【００３１】
また本実施例においては、ピロメリト酸二無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルとによってポリイミド膜を形成させる場合を例示したが、蒸着重合用のモノマとしてはこれ以外の組み合わせ、例えばベンゾフェノンテトラカルボン二無水物とＰ−ジアミノベンゼンとの組み合わせなど芳香族酸二無水物と芳香族ジアミンとの組み合わせが可能である。そのほか本発明の蒸着重合装置は４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートと４，４’−ジアミノジフェニルエーテルとの組み合わせ、その他によるポリウレタン膜の形成にも使用され、その形成プロセスを合理化させる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は以上に説明したような形態で実施され、次ぎに記載するような効果を奏する。
【００３３】
請求項１による蒸着重合装置によれば、真空槽は重合熱処理室とは真空空間で隔てられているので重合熱処理室を高温にしても温度上昇し難く、従って真空シール用ゴムも劣化せず真空度が維持される。また、重合熱処理室へ導入されるモノマ蒸気が真空槽へ流入しないので真空槽は汚染されない。更には蒸着重合の後、続けて熱処理し得るので、形成された高分子膜は大気に触れることなく熱処理され、熱処理時に酸化する恐れがなく、かつ高分子膜形成のために要する時間は大幅に短縮される。
【００３４】
また請求項２による蒸着重合装置によれば重合熱処理室の圧力を真空槽の圧力と同等またはそれ以下に維持する操作を容易にする。
【００３５】
また請求項３による蒸着重合装置によれば重合熱処理室内を高温にしても真空槽の温度が上昇することを抑制する。
【００３６】
また請求項４による蒸着重合装置によれば、高分子膜が形成され熱処理が終了した基材を取り出した後、重合熱処理室内を８５０℃以上の温度に加熱して付着している重合物を熱分解し得るのでクリーニング作業が極めて簡易化される。
【００３７】
また請求項５による蒸着重合装置によれば、高分子膜の形成された基材を急速に冷却し得るので高分子膜の形成に要する時間が大幅に短縮される。
【００３８】
また請求項７による蒸着重合装置によれば、真空槽と重合熱処理槽とは吸湿することがないので、真空排気の所要時間が長時間化することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の蒸着重合装置の縦断面図である。
【図２】同じ縦断面図であり、図１、図３、図４共に作用を示す。
【図３】同じ縦断面図であり、図１、図２、図４共に作用を示す。
【図４】同じ縦断面図であり、図１、図２、図３共に作用を示す。
【図５】従来例の蒸着重合装置の縦断面を示す。
【符号の説明】
１実施例の蒸着重合装置
５モノマＭ_１の蒸発源容器
６モノマＭ_２の蒸発源容器
１１真空槽
１９真空排気管
２１重合熱処理室
２３加熱ヒータ
２４加熱ヒータ
２５モノマＭ_１の導入管
２６モノマＭ_２の導入管
２９真空排気管
３１仕切部
３４仕切ゲート
４１冷却槽
４２扉
４３不活性ガス配管
４６冷却器
４７搬送ローラ
４８トレイ
４９真空排気管

Claims

真空下にモノマを蒸発させ基材の表面に蒸着させ重合させて高分子膜を形成させる蒸着重合装置において、真空槽内に該真空槽の圧力と同等またはそれ以下の圧力に真空排気される重合熱処理室が設けられ、かつ前記重合熱処理室の内面側に加熱手段が設けられており、蒸着重合の後に前記重合熱処理室の温度を前記蒸着重合時より上昇させて形成されている高分子膜を熱処理し得ることを特徴とする蒸着重合装置。
前記真空槽と前記重合熱処理室とが独立して真空排気される請求項１に記載の蒸着重合装置。
前記加熱手段が前記重合熱処理室を８５０℃以上の温度に加熱することができ、前記熱処理の終了後に更に温度を上昇させ、前記重合熱処理室の内壁等に付着形成されている重合物を熱分解させて除去し得る請求項１または請求項２に記載の蒸着重合装置。
前記重合熱処理室に対して開閉可能な仕切ゲートを介し独立して真空排気が可能で冷却手段を備えた冷却槽が接続され、前記重合熱処理室と前記冷却槽との間に前記基材の搬送手段が設けられている請求項１から請求項３までの何れかに記載の蒸着重合装置。
前記冷却槽に前記基材の装入排出用の扉が設けられており、前記真空槽と前記重合熱処理室とが常に真空排気された状態で作動される請求項４に記載の蒸着重合装置。