JP4604331B2

JP4604331B2 - 薄膜付き基材の製造方法

Info

Publication number: JP4604331B2
Application number: JP2000320566A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　誠; 聡子森岡
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP2002126504A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材が巻き状物として供給され、薄膜形成領域と、基材供給および／または基材回収領域を含む２以上の圧力領域を用いて基材に薄膜を形成する薄膜付き基材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチックフィルムなどシート状基材に薄膜を形成する方法として真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などが一般的に利用されている。これらの方法は真空雰囲気内に膜材料を拡散させ堆積させるプロセスを採るため、真空チャンバーを用いて、薄膜形成条件で決まる圧力以下に減圧して薄膜形成するプロセスとなる。
【０００３】
例えば、図４に一般的な巻き状物基材用の真空蒸着プロセスの概要を示す。真空チャンバは基材供給および基材回収領域２と蒸着領域１で構成され、各領域は隔壁１１により隔てられている。基材６は原反ロール５から巻き出され、クーリングドラム７上に巻き付けられながら蒸着領域１に入り、基材６上に薄膜が形成される。その後基材供給／回収領域２に入り、ロール状に巻き取られる。
【０００４】
しかし、これら真空チャンバ内の圧力が低い場合、例えば１Ｐａ以下の圧力雰囲気に、数ｋＶ以上の電位差がある２物体が近接している場合、その２物体間においてスパーク状の放電が起こることがある。特に基材が巻き状物の場合、基材のロールから基材が巻き出されるとき、あるいは基材がロールに巻き取られるときに、基材あるいは薄膜の帯電により、その巻き出し部(巻き出し時に基材がロールから剥離する部位のロールと基材の間の空間)または巻き取り部(巻き取り時に基材がロールに接触する部位のロールと基材の間の空間)でスパーク状の放電が発生しやすい。このようなスパーク状の放電が基材や薄膜上で発生した場合、基材が局所的に強く帯電してその部分で薄膜未形成となる膜抜け欠点が生じたり、薄膜自体が放電の物理的ダメージを受け、局所的な膜質劣化を起こす問題がある。また例えばフィルムなどの薄い基材の場合、帯電によりしわが発生し、製品上の形状欠陥を引き起こしたり、このしわの影となる部分に薄膜が形成されない欠点を引き起こす問題もある。またスパーク状の放電発生により電磁波ノイズが発生し、周囲の測定・制御機器を誤動作させる恐れもある。
【０００５】
これらの問題の対策の一つとして、スパーク放電で発生した基材上の帯電を除去する方法が挙げられる。例えば特公昭６０−０４６１８１号公報に、非薄膜形成面をグロー放電雰囲気に曝す蒸着方法が、また特開平１１−２３８５９５号公報では放電しやすい気体雰囲気条件下での自己放電式の除電方法が示されている。但しこれらの方法では、帯電により発生する膜抜けやしわは抑制できるが、放電のダメージとして起こる膜質劣化や機器の誤動作は防ぐことができない。
【０００６】
また放電の原因となる基材や薄膜の帯電をあらかじめ除去する対策として、特開平６−１２８７４５号公報では薄膜形成直後に正イオンを供給し、薄膜部の帯電を除電し、冷却ドラム剥離部での放電を抑制する方法が示されている。しかし、この方法にはイオン供給装置の設置が必要であり、設置できるスペースが制限されてしまう、設備コストやメンテナンスが必要となる、などの欠点がある。
【０００７】
さらに特開平１０−７２５３２号公報では、薄膜形成直後において冷却ドラムと基材との剥離点に向けて整流板によりガスを流し、プラズマを形成することで基材の帯電を除去し、基材と冷却ドラムのはり付きを減らす方法が示されている。但しこの方法では、本発明の課題である巻き状物基材の巻き出し部や巻き取り部での放電抑制はできない。またこの方法を上記巻き出し部や巻き取り部に適用しようとしても、薄膜形成が進むにつれてロール径が変わるため、整流板の可動装置が必要となり、設置や制御のためのコストがかかる問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、これら従来技術の欠点を補い、既に発生したスパーク状の放電により生じた帯電を除去するのではなく、スパーク状の放電自体を起こりにくくする、あるいは無害な放電状態にするために雰囲気を制御することにより、膜質や品質を損なわず、かつ設備トラブルを起こしにくい薄膜付き基材の製造方法を提供することを目的とする。さらに電極や電源を必要とせず、また設置位置の制限を受けない簡便かつ安価に上記方法を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、プラスチックフィルムである基材を薄膜形成領域と基材供給および／または基材回収領域とを含む２以上の圧力領域内にて搬送しつつ前記基材に薄膜を形成する薄膜付き基材の製造方法であって、前記基材供給領域における前記基材がロール状態から巻き出されるときの巻き出し部近傍および／または前記基材回収領域における前記基材がロールとして巻き取られる巻き取り部近傍にガスを供給することにより、ガス供給を受けた部位近傍の圧力（Ｐ）を１≦Ｐ≦１０，０００Ｐａとすることを特徴とする薄膜付き基材の製造方法が提供される。
【００１０】
また、本発明の別の形態によれば、プラスチックフィルムである基材を薄膜形成領域と基材供給および／または基材回収領域とを含む２以上の圧力領域内にて搬送しつつ前記基材に薄膜を形成する薄膜付き基材の製造方法であって、前記基材供給領域における前記基材がロール状態から巻き出されるときの巻き出し部近傍および／または前記基材回収領域における前記基材がロールとして巻き取られる巻き取り部近傍にガスを供給し、ガス供給を受けた部位近傍でのスパーク状の放電がなくなるようにガス供給量をコントロールすることを特徴とする薄膜付き基材の製造方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の好ましい形態によれば、ガスを供給する部位は、ガスを供給しない場合における圧力が１Ｐａ以下であることを特徴とする薄膜付き基材の製造方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の好ましい形態によれば、薄膜形成手段が真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のいずれかであることを特徴とする薄膜付き基材の製造方法が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の原理とともに望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１６】
放電の形態として、スパーク状放電、グロー状放電、コロナ放電等がある。なお、本発明で言うスパーク状放電は火花放電とも呼ばれるもので、雷状の閃光を伴う断続的な放電のことを指す。またグロー放電は、雷状の閃光は伴わない連続的な発光領域を伴う放電である。これらの形態は雰囲気の圧力条件により変化する。例えば１〜１０，０００Ｐａ程度の減圧下では特に放電が起こりやすい圧力範囲であることが知られている。特に１〜１，０００Ｐａの圧力範囲では、電子の平均自由工程が長くなるとともに、電離によりイオン源となる残留気体分子が充分存在しており、低い電圧でも放電を起こしやすく、グロー状の放電を形成する。
【００１７】
これより圧力が低くなる、つまり１Ｐａ以下の低圧力雰囲気の場合、残留気体分子の減少により放電開始電圧が上昇し、また電子の平均自由工程も長くなることで、スパーク状の放電が起こりやすくなる。
【００１８】
また１０，０００Ｐａ以上の大気圧付近の圧力になると、電子の平均自由工程が短く、高い電圧でなければ放電しなくなり、断続的なコロナ放電を形成しやすいが、巻き出される基材と基材ロールとの間に数ｋＶ以上の大きな電位差がある場合、スパーク状の放電を起こすことがある。
【００１９】
従って、スパーク状の放電は前述の通り帯電や傷などの影響を残すため、圧力雰囲気は１〜１０，０００Ｐａの圧力に制御することが好ましい。しかし、薄膜形成プロセスにおいては、薄膜形成条件に影響があり、特に薄膜形成領域の圧力は、薄膜形成方法や薄膜材料によって異なるが、真空蒸着法の場合０．００１〜０．０１Ｐａ程度の範囲において高精度に制御されているため、簡単に圧力条件を変えることはできない。
【００２０】
たとえ薄膜形成領域と、基材供給または基材回収領域というように２以上の圧力領域に真空室が分けられ、ポンプなどの排気系が独立している場合において、薄膜形成領域以外の領域の圧力を変える場合においても、１桁以上の圧力変更を試みようとすれば、薄膜形成領域の圧力にも影響が出てしまい、簡単に圧力を変更することはままならない。
【００２１】
そこで本発明では、スパーク状の放電が起こりやすい箇所に局所的にガスを供給することで、圧力を局所的に１〜１０，０００Ｐａの範囲に制御することにより、スパーク状の放電発生を抑制しようとするものである。但し、薄膜形成領域については本技術を適用する場合、薄膜形成部分での圧力変化があるため好ましくなく、薄膜形成領域以外の真空領域で適用するのが好ましい。
【００２２】
特に基材が巻き状物の場合、基材がロール状態から巻き出されるときの巻き出し部、あるいは基材がロール上に巻き取られるときの巻き取り部で放電が発生しやすく、その部分にガスを供給し、該部分の圧力を１〜１０，０００Ｐａに制御することが放電抑制に有効である。特に１〜１，０００Ｐａがグロー放電になりやすいので好ましい。
【００２３】
ガス導入手段は、例えば図１に示すように、ガス供給源１３からガス配管１５、ガス供給用バルブ１４を介してガスノズル１２より放電箇所に供給するという非常に簡単な構成で実現可能である。放電箇所の雰囲気を上記圧力範囲に制御するため、ガスを吹き付けている部分の圧力を圧力計で測定することが望ましいが、装置上の制限やコストアップを避けたい場合には、放電状態を目視やビデオカメラなどの撮影手段を通して確認しながら、放電がグロー状になるようガス供給用バルブ１４でガス流量を調整することでも本発明は実現可能である。
【００２４】
また、基材または薄膜の少なくとも一方が絶縁体である場合、該絶縁体部分での帯電が放電の要因となる可能性があるため、本発明の対象として好ましい。
【００２５】
基材は、プラスチックフィルムである。プラスチックフィルムは絶縁性が高く帯電しやすい。さらに通常巻状物として加工されるため、積層時に帯電電荷も蓄積され、より大きな表面電位をなし、放電を起こしやすい。そのためプラスチックフィルムは本発明を適用するにあたり、最も効果を発揮する対象物である。具体的にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、ポリイミドフィルム、アラミドフィルム、ポリエチレンフィルムなどが例示できるが、特に限定されるものではない。
【００２６】
さらに供給するガスとしてはアルゴン、ヘリウム、窒素、二酸化炭素等の不活性ガスや酸素、空気等から適宜選択できる。また、これら２種類以上の混合ガスなども適用可能である。
【００２７】
また、本発明は１Ｐａ以下で起こりやすいスパーク状放電に対して特に効果的であるため、スパーク状放電が起こっている部分、あるいはその部分を含む真空チャンバ内の圧力が１Ｐａ以下であれば、ガスを導入することによる効果を発揮する。
【００２８】
ガス流量については、あまり大量のガスを流入させると、薄膜形成領域の真空状態が維持できないとともに、あまり少量であると圧力を変化するに至らないため、上記両要請を満足しうるよう適宜設定すればよい。
【００２９】
薄膜形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などが挙げられるが、一般的に１Ｐａ以下の圧力条件で薄膜形成を行う真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法についてはスパーク状の放電が起こりやすい圧力条件であり、本発明を適用する対象として好ましい。
【００３０】
なお、ガスを吹きつけている部分の圧力は市販の真空計、例えばダイアフラム式、容量マノメータ式、電離式、ピラニゲージ、熱電対ゲージ、あるいはそれらの組合せにより測定可能である。
【００３１】
また、ガスを吹きつけている部分でグロー放電が発生している場合、この発光状態によりガス圧を推定できる。すなわちガイスラー管を用いて圧力を測定するように、ガス種に依存する発光色によりおおよその圧力値を推定できる。例えば空気を導入する場合、赤紫あるいは赤みを帯びた桃色であれば１００〜１０，０００Ｐａ、薄い桃色であれば１〜１００Ｐａのオーダであると推測できる。
【００３２】
【実施例】
以下に本発明の望ましい実施例を図面を参照しながら説明する。
実施例１
図１は、本発明の一実施例にかかるプラスチックフィルムの真空蒸着装置を示している。図において１は薄膜形成領域、２は基材供給／巻き取り領域を示している。薄膜形成領域１内には蒸着材料３が収納されている蒸着材料蒸発源４が設けられている。蒸着材料蒸発源４は抵抗加熱により蒸着材料３を溶融し蒸発させるようになっている。
【００３３】
基材供給／巻き取り領域２内のフィルム巻き出し原反ロール５からプラスチックフィルム６が巻き出されるようになっている。巻き出されたプラスチックフィルム６は、クーリングドラム７により冷却されつつ蒸着材料蒸発源４から蒸発された蒸着材料３が蒸着され、さらにプラスチックフィルム６はフィルム巻き取りロール８として巻き取られるようになっている。
【００３４】
本実施例では、前記巻き出し原反ロール５からプラスチックフィルム６が巻き出されるその巻き出し部に向けて、原反ロール側面近傍にノズル１２を設置した。ガスボンベ１３にはアルゴンガスを封入したものを用いた。ガス供給用バルブ１４を閉じた状態から徐々に開いていき、ガスを導入した部分の圧力を測定するようその近傍に設置したピラニゲージ１６の測定値が１０Ｐａとなるよう、ガス供給用バルブ１４を調整した。巻き出し部では原反ロール５とプラスチックフィルム６の間では、バルブを閉じた状態では図３に示すようなスパーク状の放電２１を観測したが、バルブを開き圧力が１０Ｐａとなったときには、図２に示すようなグロー放電領域２２を観測した。蒸着後のプラスチックフィルムは均一に蒸着されていた。
比較例１
図１との構成で、ノズル１２からガスを導入しないこと以外は、実施例１と同じ条件でプラスチックフィルムへの蒸着を実施した。基材供給／巻き取り領域の圧力は０．１Ｐａであった。このとき、巻き出し部では原反ロール５とプラスチックフィルム６の間で、図３に示すようなスパーク状の放電２１が発生した。蒸着後のプラスチックフィルムには、雷状の形をした蒸着未形成部分が存在した。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、スパーク状の放電を起こりにくくする、あるいは無害な放電状態にするために雰囲気を制御することにより、膜質や品質を損なわず、かつ設備トラブルを起こしにくい薄膜付き基材の製造方法を提供することができる。さらに新たな電極や電源の追加を必要とせず、また設置位置の制限を受けないため、簡便かつ安価に上記方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る巻き状物シートの真空蒸着装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施例に係る、巻き状物シート巻き出し部での放電の様子を示した概略図である。
【図３】比較例に係る、巻き状物シート巻き出し部での放電の様子を示した概略図である。
【図４】従来の巻き状物シートの真空蒸着装置の概略図である。
【符号の説明】
１：薄膜形成領域
２：基材供給／巻き取り領域
３：蒸着材料
４：蒸着材料蒸発源
５：原反ロール
６：プラスチックフィルム
７：クーリングドラム
８：巻き取りロール
９：真空ポンプ
１０：バルブ
１１：隔壁
１２：ノズル
１３：ガスボンベ
１４：ガス供給用バルブ
１５：管路
１６：圧力計（ピラニゲージ）
２１：スパーク状放電
２２：グロー放電領域

Claims

プラスチックフィルムである基材を薄膜形成領域と基材供給および／または基材回収領域とを含む２以上の圧力領域内にて搬送しつつ前記基材に薄膜を形成する薄膜付き基材の製造方法であって、前記基材供給領域における前記基材がロール状態から巻き出されるときの巻き出し部近傍および／または前記基材回収領域における前記基材がロールとして巻き取られる巻き取り部近傍にガスを供給することにより、ガス供給を受けた部位近傍の圧力（Ｐ）を１≦Ｐ≦１０，０００Ｐａとすることを特徴とする薄膜付き基材の製造方法。
プラスチックフィルムである基材を薄膜形成領域と基材供給および／または基材回収領域とを含む２以上の圧力領域内にて搬送しつつ前記基材に薄膜を形成する薄膜付き基材の製造方法であって、前記基材供給領域における前記基材がロール状態から巻き出されるときの巻き出し部近傍および／または前記基材回収領域における前記基材がロールとして巻き取られる巻き取り部近傍にガスを供給し、ガス供給を受けた部位近傍でのスパーク状の放電がなくなるようにガス供給量をコントロールすることを特徴とする薄膜付き基材の製造方法。
ガスを供給する部位は、ガスを供給しない場合における圧力が１Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜付き基材の製造方法。
薄膜形成手段が真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法のいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜付き基材の製造方法。