JP4569813B2

JP4569813B2 - 真空蒸着装置

Info

Publication number: JP4569813B2
Application number: JP2004354168A
Authority: JP
Inventors: 清司伊関
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2024-12-07
Also published as: JP2006161099A

Description

本発明は長尺なプラスチックフィルムの基材上に電子ビームを使い蒸着薄膜を連続的に形成する巻き取り式電子ビーム真空蒸着装置に関するものである。

従来より長尺なプラスチックフィルムまたは紙等の基材上に、金属等の無機薄膜を連続的に形成するのに、巻き取り式の半連続蒸着装置が良く使われている。図１に巻き取り式蒸着装置の概念図を示す。一般的には、巻き取り式蒸着装置は、長尺プラスチックフィルムの巻き出しロール１２、巻き取りロール２が有るワインダー室１と蒸着を行う蒸着室１０とに仕切り７で別れている。蒸着室１０は蒸着可能圧力０．１Ｐａ以下には少なくとも保持されている。対してワインダー室１は蒸着室１０の圧力が保持できる圧力レベルに保持される。通常仕切り７により１００倍程度の圧力差が有る。

巻き出しロール１２よりプラスチックフィルム４が巻き出され、ガイドロール等３をへてコーティングロール６に移動する。コーティングロール６は通常プラスチックフィルム４を熱より守るために冷却されている。

蒸発源９には蒸着材料が入っており、加熱蒸発させプラスチックフィルム４上に膜形成する。工程としては、蒸着材料の昇温中、プラスチックフィルム４が低速で走行中などには、シャッター１１が閉じている。蒸着条件が整ったときにシャッター１１を開けて膜形成を開始する。
膜形成したプラスチックフィルム４は、ガイドロール等３を通り巻き取りロール２に巻き取られる。

蒸着源９としては、カーボン製の坩堝を交流電磁界により加熱する誘導加熱方式、ＢＮとＴｉＢ２とのコンポジットセラミック等を材料としたボートに電流を流し加熱する抵抗加熱方式、さらに電子銃８により電子ビームを蒸着材料に直接照射して加熱する電子ビーム加熱方式がある。

電子ビーム加熱は直接蒸着材料を加熱するために高融点材料が使用でき、またや蒸着速度を速くすることができるなどの特徴がある。しかしながら電子ビーム蒸着では、蒸着材料にあたった電子ビームが反射して電子がプラスチックフィルムに到達したり、電子ビームにたたかれた材料から発生した二次電子が上がりプラスチックフィルムに到達したりして、プラスチックフィルムに電子が乗り帯電してしまう。帯電したプラスチックフィルムはコーティングロール６よりはなれてガイドロール等３に移動するときにプラスチックフィルム−ロール間等でアーク放電等が発生して蒸着膜にダメージを与えてしまったり、酷い時は基材のプラスチックフィルム自体もダメージを与えてしまったりするという問題があった。

そこで、コーティングロール６を絶縁して放電を防ぐ方法が開示されている。（例えば、特許文献１）また、イオン源を設置して中和させる方法が開示されている。（例えば、特許文献２）さらにアースに落とした導電性を有するロールを接触させる方法が開示されている。（例えば、特許文献３）
特開平４−３４６６６５号公報特開平７−１１８８３５号公報特開平７−１５０３５５号公報

また、図２に示すような電極１３を持った図１に示す除電器５を設置することも知られている。この除電器は、アースに接地したケース１４に板状の電極１３を設置したものがある。これは、スパッタリングで使われるターゲット電極とほぼ同じである。電極１３とコーティングロール６は通常５０ｍｍ程度間隔がある。またケース１４とコーティングロール６との隙間を１０ｍｍ以下程度に保持しガス導入口１５から導入されるガスによる圧力を保持する事が多い。ガスは一般にはアルゴンガスが使われる。電極１３は、電極表面１３ａと電極の加熱を防ぐために冷却水を通した電極ベース１３ｂよりなる場合が多い。また、放電をより安定させるために電極ベース１３ｂに磁石を埋め込みマグネトロンとすることもある。ちなみに電極表面にはチタンなどの金属が使用されている。
電極１３には直流電圧の場合はマイナス電位にする。また、ＲＦ電源により高周波電圧をかける場合もある。この場合セルフバイアス効果により直流的にはマイナス電位になる。（例えば、特許文献４）
アメリカ特許４８１５４１５号公報

帯電に対する対策として前記の方法では以下の問題があった。
上記特許文献１に開示されたコーティングロールを絶縁する方法では冷却能力が十分でなくプラスチックフィルムにしわ等が発生することがある。
また、上記特許文献２に開示されたイオン源を設置して中和させる方法では、反射電子や二次電子が多い材料を蒸発させるとき能力不足になる。
さらにまた、上記特許文献３に開示された設置した導電性のロールを接触させる方法では、ミクロ的に見た場合フィルム表面とロールとはまばらにしか接触せず除電は出来ない。
さらにまた、上記特許文献４に開示された放電電極を使った方式では、除電能力は高いが電極材料がスパッタされて周りに膜が付着する。長期間使用すると付着した膜は剥がれてプラスチックフィルムに巻き込まれたり、電極とアースの間に入り短絡したりする。膜がプラスチックフィルムに巻き込まれてしまうと工業製品として価値が損なわれる。また、電極が短絡すると放電が止まってしまい除電装置としての機能がなくなり、電子ビーム蒸着を行えなくなる。

本発明者は、上記課題を鑑みて、鋭意検討した結果、本発明に至った。
本発明は長尺プラスチックフィルムの基材を巻き出しロールから巻き出し、コーティングロール上を走行させ、対向して設置した蒸着材料を電子ビームにより加熱し蒸発させ、該プラスチックフィルム上に蒸着薄膜を形成した後、巻き取りロールで巻き取る装置において、該プラスチックフィルムがコーティングロールより離れる地点または付近に設置した面電極を有する除電装置の陰電極が炭素で出来ていることを特徴とする真空蒸着装置である。

この場合において、前記除電装置に導入するガスとして酸素を含んだガスを使用することが好適である。

また、この場合において、前記真空蒸着装置を用いて製造した蒸着フィルムが好適である。

本発明によれば長期間での使用においても除電装置の陰極よりスパッタリングされる量が軽減されまた、堆積した膜も剥離しにくく、除去しやすいものとなる。つまり自然には膜は落ちなく掃除を実施するときに簡単に除去が可能である。また、酸素ガスを混合して使用することにより、スパッタされた炭素原子は、酸化されガスとして排出される。従って膜として堆積することがない。
従って、電極よりスパッタされ付着した膜が剥がれてプラスチックフィルムに巻き込まれたり、電極とアースの間に入り短絡したりする事がなくなる。
これにより蒸着フィルムの不良率が大幅に改善される。

以下に図を示して本発明を説明する。
図１は、本発明に係る除電器を使用した蒸着装置の実施形態を示している。この蒸着装置は、電子銃８を使った電子ビーム加熱方式の蒸着装置であり、長尺プラスチックフィルムに薄膜層を蒸着する装置である。蒸着源９は銅などの金属製水冷坩堝に蒸着原料をいれる。

本発明でいう長尺プラスチックフィルムとは、有機高分子を溶融押し出しをして、必要に応じ、長手方向、及び、又は、幅方向に延伸、冷却、熱固定を施したフィルムであり、有機高分子としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタート、ポリエチレン−２、６−ナフタレート、ナイロン６、ナイロン４、ナイロン６６、ナイロン１２、ポリ塩化ビニール、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニールアルコール、全芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキサイドなどがあげられる。また、これらの（有機重合体）有機高分子は他の有機重合体を少量共重合をしたり、ブレンドしたりしてもよい。

更にこの有機高分子には、公知の添加剤、例えば、紫外線吸収剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤などが添加されていてもよく、その透明度は特に限定するものではないが、透明性を利用したフィルムの観点より７０％以上の透過率をもつものが好ましい。

本発明に使用するプラスチックフィルムは、薄膜層を積層するに先行して、該フィルムをコロナ放電処理、グロー放電処理、その他の表面粗面化処理を施してもよく、また、公知のアンカーコート処理が施されていてもよい。本発明に使用するプラスチックフィルムは、その厚さとして５〜１０００μｍの範囲が好ましく、更に好ましくは１０〜５００μｍの範囲である。
巻き出しロール１２より出たプラスチックフィルムは、ガイドロール等３をへてコーティングロール６に移動する。電子銃８により蒸着源９に入った材料を加熱、蒸発させコーティングロール６上でプラスチックフィルム４に無機薄膜層を形成する。
その後除電器５を通過して巻き取りロール２に巻き取られる。

除電器５を設置する位置としては、少なくとも蒸着された後、コーティングロール６よりプラスチックフィルム４が剥離する点のあいだに除電器５の一端があり、もう一端が少なくとも該剥離点付近、好ましくは前記剥離点を越えたところに一端があるのが好ましい。
たとえば剥離前６００ｍｍ剥離後３００ｍｍ程度が好ましいコーティングロール６と電極表面１３ａとの間隔は、５０ｍｍ程度が一般的であるがこれに縛られない。３０〜１５０ｍｍが好ましい。

図２は、本発明に係る蒸着装置に使用する除電器の実施形態を示している。
ケース１４は、電極１３と絶縁されておりアース電位になっている。電極表面以外は間隔５ｍｍ以下程度に保たれているか、絶縁物質が入っており不要な放電を防いでいる。
ケース１４の端は、プラスチックフィルム４との間隔を５ｍｍ程度に保持されており、ガス導入口１５より供給されるガスによる圧力上昇を効率良くしている。圧力は、０．１〜２．０Ｐａに保たれることが放電を安定するのに好ましい。

放電電極１３は、ＤＣ定電流電源に接続しアース電位に対して負電位に保ち一定の電流で放電させる。通常数百Ｖ程度の電圧がかかる。放電電流は電極の大きさ、帯電の大きさにより適宜変更する。
また、ＲＦ電源（１３ＭＨｚ程度の周波数電源）を使い放電させても良い。この場合でも電極はセルフバイアス効果により時間平均で見るとＤＣ負電位になる。
電極の大きさは少なくとも走行するプラスチックフィルムの幅よりひろい必要がある。

電極１３は、電極表面１３ａと電極ベース１３ｂとからなる。表面電極１３ａは炭素よりなるものであるところに本発明の特徴がある。炭素材料としては、かさ比重１．７０以上の黒鉛が好ましい。比重が少ないものでは電極の減りが大きくさらにガスの吸着など問題がある。

電極ベース１３ｂは、銅等の金属で出来ており電源とつながっている。放電による熱を逃がすために水冷することが望ましい。放電をより安定させるために１３ｂ内に例えば、特許文献４に記載のように磁石をいれマグネトロン方式にしてもよい。

電極ベース１３ｂと電極表面１３ａとは、通常用いられるボンディングが使える。接着剤による接着や好ましくはインジューム等による接着がある。
また、電極表面の交換を容易にするためにネジ止め等により簡易に脱着出来る方法により取り付けることができる。この場合電極表面１３ａと電極ベース１３ｂとの間にインジュームや弾力性のあるカーボンシートを挟むことにより熱コンタクトを取ることが好ましい。

放電を安定化させるためガス導入口１５よりアルゴンガスを入れて０．１〜２．０Ｐａに保つようにする。好ましくはアルゴンガスに酸素ガスを数十％程度混合して導入することが好ましい。これは、スパッタリングされた炭素原子が酸素により酸化され炭酸ガスになり排出されるからである。

以下に具体例をあげて本発明を説明する。
（実施例１）
図１に示す電子ビーム加熱方式蒸着装置を使用し、長尺プラスチックフィルム４にアルミナ−シリカ層を蒸着した。
長尺プラスチックフィルムとしてフィルム幅２０００ｍｍフィルム長５００００ｍの１２μｍ厚みＰＥＴフィルムを使用し、巻き出しロール１２にセットした。ＰＥＴフィルムはポリエチレンテレフタレートフィルム（東洋紡績株式会社製エステルフィルムＥ５１００）である。
粒状の二酸化ケイ素と酸化アルミニウムとを蒸着原料として約２８００ｍｍ×８００ｍｍ×１８０ｍｍ銅製水冷坩堝にいれ、蒸着源９とした。
巻き出しロール１２より出たフィルムは、コーティングロール６に移動する。電子銃８により蒸着源９に入った材料を加熱、蒸発させコーティングロール６上でプラスチックフィルム４にアルミナ−シリカ層を形成する。その後除電器５を通過して巻き取りロール２にまきとる。
除電器５において、図２に示すものを使用した。このとき、約２８００ｍｍ×８００ｍｍの電極表面１３ａ（厚み５ｍｍ）として冷間等方圧加圧法で作成したかさ比重１．８０の黒鉛を使用した。
放電ガスとして、アルゴンにガスに酸素ガスを１０％混合したものを使用した。
巻き取ったプラスチックフィルムは、スリッターで欠点検知機を通して９８０ｍｍ幅長さ４０００ｍ巻きロールにスリットした。
１０バッチ蒸着を実施し、その間除電器周りのメンテナンスは実施しなかった。
除電器起因のゴミによる不良は発生しなかった。

（比較例）
実施例１と同様に蒸着を実施した。但し炭素の電極表面１３ａのかわりにチタン製の電極表面１３ａを使用した。ガスは純粋アルゴンガスである。
蒸着バッチの後半で電極起因と推定される異物が多数フィルムに混入した。異物により製品とならない不良率が８％発生した。

本発明の真空蒸着装置は、長期間での使用においても除電装置の陰極よりスパッタリングされる量が軽減されまた、堆積した膜も剥離しにくく、除去しやすいものとなる。つまり自然には膜は落ちなく掃除を実施するときに簡単に除去が可能である。また、酸素ガスを混合して使用することにより、スパッタされた炭素原子は、酸化されガスとして排出される。従って膜として堆積することがないので、蒸着フィルムの生産の分野において寄与することが大である。

蒸着装置の概略図除電器の概略図

符号の説明

１：ワインダー室
２：巻き取りロール
３：ガイドロール等
４：プラスチックフィルム
５：除電器
６：コーティングロール
７：仕切り
８：電子銃
９：蒸着源
１０：蒸着室
１１：シャッター
１２：巻き出しロール
１３：電極
１３ａ：電極表面
１３ｂ：電極ベース
１４：ケース
１５：ガス導入口

Claims

長尺プラスチックフィルムの基材を巻き出しロールから巻き出し、コーティングロール上を走行させ、対向して設置した蒸着材料を電子ビームにより加熱し蒸発させ、該プラスチックフィルム上に蒸着薄膜を形成した後、巻き取りロールで巻き取る装置において、該プラスチックフィルムがコーティングロールより離れる地点または付近に設置した表面電極と電極ベースからなる面電極を有する除電器の表面電極がかさ比重１．７０以上の黒鉛で出来ていることを特徴とする電子ビーム加熱方式の蒸着装置。
請求項１において放電させるために除電器に導入するガスとして酸素を含んだガスを使用することを特徴とする電子ビーム加熱方式の蒸着装置。