JP4956876B2 - 真空成膜装置及びそれを用いた成膜方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空中にてポリエステル、トリアセチルセルロースなどの樹脂製ロールフィルム表面などに化学気相成長法（ＣＶＤ法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方法により薄膜を形成する巻取り式の真空成膜装置及びそれを用いた成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空成膜装置２は、図４に示すように、トルクモータ等の一定の張力にて巻取り可能な巻取り手段を持つ巻取り軸３と、パウダークラッチ等のトルク制御手段により一定のバックテンションをかけつつ、ウェブ状の基材フィルムの巻出しを可能にする巻出し軸４とを備えている。そして、この二軸の間に基材フィルム１４の走行を規制する複数のアイドルローラ５、６および基材フィルムの張力を検知して巻取り軸３または巻出し軸４に適宜フィードバックを行うための張力検出器７、８を具備したテンションロール９、１０および基材フィルム１４の温度をコントロールし、このフイルム表面に薄膜を形成するための温調ドラム１２および電極１３と複数のプロセスガス噴出部１９、２０からなる成膜手段を備えている。このように、巻出し軸４から所定の張力を付与されつつ、巻き出されるウエブ状の基材フィルム１４が、温調ドラム１２上で、前記の成膜手段により基材フィルム１４の表面に薄膜を形成された後、所定の張力を伴いつつ巻取り軸３にて巻き取られ、表面に薄膜が形成されたフィルムの巻取１５を得ることが出来る仕組みになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図４に示した従来の真空成膜装置２では以下のような問題を生じていた。ＣＶＤ法やスパッタリング法は成膜速度が遅いため、電極を大型化することで必要な膜厚を堆積させる必要があった。電極を大型化する場合、形状やフィルムの幅によっては大型化自体が無理であったり、たとえ大型化が可能であった場合でも電極の中央部と両端での成膜速度及び膜質の変化が大きい等の問題があった。
【０００４】
また、複数個の電極を使用し、その電極に電力を供給する場合、電力供給配管の周りでプラズマが発生してしまい、それにより膜厚分布の不均一性の発生や異常放電及び無駄に電力消費をしてしまう等の問題があった。
【０００５】
本発明はかかる従来の問題点を解決するものであり、その課題とするところは、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等によりウェブ状基材表面に薄膜を形成する真空成膜装置において、電極を大型化しないで、成膜の安定性向上が図れる真空成膜装置とそれを用いた成膜方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発明は、ウエブ状基材の巻出し・巻取り室と薄膜を形成させる成膜室を有する真空成膜装置において、該成膜室にプロセスガス噴出部と電極からなる成膜手段と、電極に電力を供給する電力供給配管とを備え、前記電極がウェブ状基材の下部に所定の間隔をおいて複数個配置され、前記電極がウェブ状基材の巻取り方向に対して直角方向で千鳥状に配置され、前記電極がシャワーヘッド電極であり、前記電力供給配管が中空構成の最内層、絶縁性を有する樹脂からなる中心層、金属からなる最外層の３層構成からなることを特徴とする真空成膜装置である。
【０００８】
次に、請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明において、前記電力供給配管が水冷可能な配管であることを特徴とする真空成膜装置である。
【０００９】
次に、請求項３に係る発明は、上記請求項１又は請求項２に係る発明において、前記絶縁性を有する樹脂が熱収縮性の高い材質であることを特徴とする真空成膜装置である。
【００１１】
次に、請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の真空成膜装置を用いて、ウェブ状基材上に薄膜を形成させることを特徴とする薄膜の成膜方法である。
【００１２】
【作用】
本発明の真空成膜装置によれば、成膜手段としての電極を大型化することなく、シャワーヘッド電極を複数個に増やし、そのシャワーヘッド電極をウェブ状基材の巻取り方向に対して直角方向で、千鳥状に配置することで成膜速度を向上させることが出来、かつ、基材の幅方向に安定した薄膜を積層可能となる。更に、成膜手段としての電極への電力供給配管に３層構成のものを用いる事で、電極上以外にプラズマがまわり込む事による異常放電及び無駄な電力消費を抑制することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の真空成膜装置を実施の形態に沿って以下に説明する。
【００１４】
図１は本発明の真空成膜装置１の全体を示す概略説明図であり、トルクモータ等の一定の張力にて巻取り可能な巻取り手段を持つ巻取り軸３と、パウダークラッチ等のトルク制御手段により一定のバックテンションをかけつつ、ウェブ状の基材フィルムの巻出しを可能にする巻出し軸４とを備え、かつ、この二軸の間に基材フィルム１４の走行を規制する複数のアイドルローラ５、６および張力を検知して巻取り軸３または巻出し軸４に適宜フィードバックを行うための張力検出器７、８を具備したテンションロール９、１０を備えた巻き出し・巻き取り室２４と、基材フィルム１４の温度をコントロールし、基材フィルム１４の表面に薄膜を形成するための温調ドラム１２及びプロセスガス噴出部を有するシャワーヘッド電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄからなる成膜手段と、前記電極に電力を供給する３層構成の電力供給配管２２を備えた成膜室２５を有しており、巻出し軸４から所定の張力を付与されつつ、巻き出されるウエブ状の基材フィルム１４が温調ドラム１２上で、前記の成膜手段により基材フィルム１４の表面に薄膜を形成された後、所定の張力を伴いつつ巻取り軸３にて巻き取られ、表面に薄膜が形成されたフィルムの巻取１５を得ることが出来る仕組みになっている。前記シャワーヘッド電極は、電極とプロセスガス噴出部が一体となっており、電極表面に複数の穴が開いており、その穴からプロセスガスを供給するようになっている。本発明では、前記シャワーヘッド電極がウエブ状基材の下部に、巻取り方向に対して直角方向で所定の間隔をおいて複数個が千鳥状に配置されている。さらに、真空成膜装置１内を真空にする為に真空ポンプ２３を備えている。
【００１５】
図２（ａ）は本発明の真空成膜装置１の成膜室２５の成膜部分の拡大正面図であり、（ｂ）は同様に成膜室２５の成膜部分の拡大上面図である。前記シャワーヘッド電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを基材フィルム１４の巻取り方向に対して直角方向で千鳥状に配置することで、基材フィルム１４の幅方向も安定した薄膜の積層が可能となる。前記シャワーヘッド電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを前述の如くならべて配置することで、電極を大型化する必要がなく、かつ、使用する電極も安価に製作できる。
【００１６】
また、成膜手段としての電極への電力供給配管２２に３層構成の配管を用い、水冷する事でプラズマのまわり込みを防ぎ異常放電及び無駄な電力消費を抑える事が出来る。図３は本発明の真空成膜装置１に使用した電力供給配管２２の断面図であり、配管は３層構成になっており、その３層構成の最内層２２ａはステンレスなどの金属製の配管からなる中空構成で、水冷可能であり、中心層２２ｂは絶縁性の良いフッ素系樹脂等の配管からなり、最外層２２ｃは設置電位とするためにステンレス等の金属製の配管からなっている。特に、中心層２２ｂの絶縁性の良い配管には熱収縮性の高い材質のものを使用することで、最内層２２ａとの隙間を無くすことが出来、これによりプラズマのまわり込みを抑える効果を向上することが出来る。
【００１７】
本発明の真空成膜装置１を用いて、ウエブ状基材にＣＶＤ法で薄膜を形成させる方法を説明すると、図１の真空成膜装置１内の巻き出し軸４にウエブ状基材原反１１を装着した後、装置内の圧力を１〜５０Ｐａに調整する。続いて、原反から巻き出された基材フィルム１４を０．１〜４０ｍ／ｍｉｎの任意のスピードで搬送し、巻き取り軸３で巻き取りながら、成膜室２５のシャワーヘッド電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄのそれぞれのガス噴出穴からプロセスガスを導入する。さらに、前記シャワーヘッド電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに４０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、プラズマを発生させる。これにより、導入したプロセスガスである有機モノマーガス、酸素、窒素が反応し、基材フィルム１４上に均一な無機化合物の薄膜、例えば酸化珪素、酸化チタンなどの薄膜を形成させることが可能である。
【００１８】
前記プロセスガスは、酸素、窒素、プラズマ重合性のある有機モノマーからなり、前記有機モノマーとしては、主としてシリコーン系有機化合物が使用できる。例えば、テトラメチルシラン、トリメチルエチルシラン、ジメチルジエチルシランなどのテトラアルキルシラン系、ジエチルアミノトリメチルシランなどのジアルキルアミノトリアルキルシラン系、ヘキサメチルジシラン、ヘキサエチルジシランなどのヘキサアルキルジシラン系のいずれでも使用できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の真空成膜装置は、成膜手段としての電極を大型化することなく、シャワーヘッド電極を使用して複数個に増やし、その配置をウェブ状基材の巻取り方向に直角方向で千鳥状に配置することにより、基材上に薄膜を成膜する時にその成膜速度を向上することが出来、また基材の幅方向で安定した薄膜を積層可能となる。更に、電極への電力供給配管に３層構成の配管を用いる事で、プラズマがまわり込む事による異常放電及び無駄な電力消費を抑制することが可能となる。
従って本発明の真空成膜装置は、真空中にてウエブ状基材表面などに薄膜を形成する真空成膜装置、特に化学気相成長法（ＣＶＤ法）等によりウエブ状基材フィルム表面に薄膜を形成する真空成膜装置として、優れた実用上の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空成膜装置の全体を示す概略説明図である。
【図２】（ａ）は本発明の真空成膜装置にシャワーヘッド電極からなる成膜手段を設置した場合の一事例を示す部分拡大正面図であり、（ｂ）はその部分拡大上面図である。
【図３】本発明の真空成膜装置に使用した３層構成の電力供給配管の断面図である。
【図４】従来の真空成膜装置の全体を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１，２…真空成膜装置
３…巻取り軸
４…巻出し軸
５，６…アイドルローラ
７，８…張力検出器
９，１０…テンションローラ
１１…基材原反巻取
１２…温調ドラム
１３…電極
１４…基材フィルム
１５…成膜済みフィルム巻取
１６，１７…ニップローラ
１８…ダンサローラ
１９，２０…プロセスガス噴出部
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…シャワーヘッド電極
２２…電力供給配管
２２ａ…電力供給配管最内層
２２ｂ…電力供給配管中心層
２２ｃ…電力供給管最外層
２２ｄ…中空
２３…真空ポンプ
２４…巻き出し・巻き取り室
２５…成膜室
【発明の属する技術分野】
本発明は真空中にてポリエステル、トリアセチルセルロースなどの樹脂製ロールフィルム表面などに化学気相成長法（ＣＶＤ法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方法により薄膜を形成する巻取り式の真空成膜装置及びそれを用いた成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空成膜装置２は、図４に示すように、トルクモータ等の一定の張力にて巻取り可能な巻取り手段を持つ巻取り軸３と、パウダークラッチ等のトルク制御手段により一定のバックテンションをかけつつ、ウェブ状の基材フィルムの巻出しを可能にする巻出し軸４とを備えている。そして、この二軸の間に基材フィルム１４の走行を規制する複数のアイドルローラ５、６および基材フィルムの張力を検知して巻取り軸３または巻出し軸４に適宜フィードバックを行うための張力検出器７、８を具備したテンションロール９、１０および基材フィルム１４の温度をコントロールし、このフイルム表面に薄膜を形成するための温調ドラム１２および電極１３と複数のプロセスガス噴出部１９、２０からなる成膜手段を備えている。このように、巻出し軸４から所定の張力を付与されつつ、巻き出されるウエブ状の基材フィルム１４が、温調ドラム１２上で、前記の成膜手段により基材フィルム１４の表面に薄膜を形成された後、所定の張力を伴いつつ巻取り軸３にて巻き取られ、表面に薄膜が形成されたフィルムの巻取１５を得ることが出来る仕組みになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図４に示した従来の真空成膜装置２では以下のような問題を生じていた。ＣＶＤ法やスパッタリング法は成膜速度が遅いため、電極を大型化することで必要な膜厚を堆積させる必要があった。電極を大型化する場合、形状やフィルムの幅によっては大型化自体が無理であったり、たとえ大型化が可能であった場合でも電極の中央部と両端での成膜速度及び膜質の変化が大きい等の問題があった。
【０００４】
また、複数個の電極を使用し、その電極に電力を供給する場合、電力供給配管の周りでプラズマが発生してしまい、それにより膜厚分布の不均一性の発生や異常放電及び無駄に電力消費をしてしまう等の問題があった。
【０００５】
本発明はかかる従来の問題点を解決するものであり、その課題とするところは、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等によりウェブ状基材表面に薄膜を形成する真空成膜装置において、電極を大型化しないで、成膜の安定性向上が図れる真空成膜装置とそれを用いた成膜方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発明は、ウエブ状基材の巻出し・巻取り室と薄膜を形成させる成膜室を有する真空成膜装置において、該成膜室にプロセスガス噴出部と電極からなる成膜手段と、電極に電力を供給する電力供給配管とを備え、前記電極がウェブ状基材の下部に所定の間隔をおいて複数個配置され、前記電極がウェブ状基材の巻取り方向に対して直角方向で千鳥状に配置され、前記電極がシャワーヘッド電極であり、前記電力供給配管が中空構成の最内層、絶縁性を有する樹脂からなる中心層、金属からなる最外層の３層構成からなることを特徴とする真空成膜装置である。
【０００８】
次に、請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明において、前記電力供給配管が水冷可能な配管であることを特徴とする真空成膜装置である。
【０００９】
次に、請求項３に係る発明は、上記請求項１又は請求項２に係る発明において、前記絶縁性を有する樹脂が熱収縮性の高い材質であることを特徴とする真空成膜装置である。
【００１１】
次に、請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の真空成膜装置を用いて、ウェブ状基材上に薄膜を形成させることを特徴とする薄膜の成膜方法である。
【００１２】
【作用】
本発明の真空成膜装置によれば、成膜手段としての電極を大型化することなく、シャワーヘッド電極を複数個に増やし、そのシャワーヘッド電極をウェブ状基材の巻取り方向に対して直角方向で、千鳥状に配置することで成膜速度を向上させることが出来、かつ、基材の幅方向に安定した薄膜を積層可能となる。更に、成膜手段としての電極への電力供給配管に３層構成のものを用いる事で、電極上以外にプラズマがまわり込む事による異常放電及び無駄な電力消費を抑制することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の真空成膜装置を実施の形態に沿って以下に説明する。
【００１４】
図１は本発明の真空成膜装置１の全体を示す概略説明図であり、トルクモータ等の一定の張力にて巻取り可能な巻取り手段を持つ巻取り軸３と、パウダークラッチ等のトルク制御手段により一定のバックテンションをかけつつ、ウェブ状の基材フィルムの巻出しを可能にする巻出し軸４とを備え、かつ、この二軸の間に基材フィルム１４の走行を規制する複数のアイドルローラ５、６および張力を検知して巻取り軸３または巻出し軸４に適宜フィードバックを行うための張力検出器７、８を具備したテンションロール９、１０を備えた巻き出し・巻き取り室２４と、基材フィルム１４の温度をコントロールし、基材フィルム１４の表面に薄膜を形成するための温調ドラム１２及びプロセスガス噴出部を有するシャワーヘッド電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄからなる成膜手段と、前記電極に電力を供給する３層構成の電力供給配管２２を備えた成膜室２５を有しており、巻出し軸４から所定の張力を付与されつつ、巻き出されるウエブ状の基材フィルム１４が温調ドラム１２上で、前記の成膜手段により基材フィルム１４の表面に薄膜を形成された後、所定の張力を伴いつつ巻取り軸３にて巻き取られ、表面に薄膜が形成されたフィルムの巻取１５を得ることが出来る仕組みになっている。前記シャワーヘッド電極は、電極とプロセスガス噴出部が一体となっており、電極表面に複数の穴が開いており、その穴からプロセスガスを供給するようになっている。本発明では、前記シャワーヘッド電極がウエブ状基材の下部に、巻取り方向に対して直角方向で所定の間隔をおいて複数個が千鳥状に配置されている。さらに、真空成膜装置１内を真空にする為に真空ポンプ２３を備えている。
【００１５】
図２（ａ）は本発明の真空成膜装置１の成膜室２５の成膜部分の拡大正面図であり、（ｂ）は同様に成膜室２５の成膜部分の拡大上面図である。前記シャワーヘッド電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを基材フィルム１４の巻取り方向に対して直角方向で千鳥状に配置することで、基材フィルム１４の幅方向も安定した薄膜の積層が可能となる。前記シャワーヘッド電極２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄを前述の如くならべて配置することで、電極を大型化する必要がなく、かつ、使用する電極も安価に製作できる。
【００１６】
また、成膜手段としての電極への電力供給配管２２に３層構成の配管を用い、水冷する事でプラズマのまわり込みを防ぎ異常放電及び無駄な電力消費を抑える事が出来る。図３は本発明の真空成膜装置１に使用した電力供給配管２２の断面図であり、配管は３層構成になっており、その３層構成の最内層２２ａはステンレスなどの金属製の配管からなる中空構成で、水冷可能であり、中心層２２ｂは絶縁性の良いフッ素系樹脂等の配管からなり、最外層２２ｃは設置電位とするためにステンレス等の金属製の配管からなっている。特に、中心層２２ｂの絶縁性の良い配管には熱収縮性の高い材質のものを使用することで、最内層２２ａとの隙間を無くすことが出来、これによりプラズマのまわり込みを抑える効果を向上することが出来る。
【００１７】
本発明の真空成膜装置１を用いて、ウエブ状基材にＣＶＤ法で薄膜を形成させる方法を説明すると、図１の真空成膜装置１内の巻き出し軸４にウエブ状基材原反１１を装着した後、装置内の圧力を１〜５０Ｐａに調整する。続いて、原反から巻き出された基材フィルム１４を０．１〜４０ｍ／ｍｉｎの任意のスピードで搬送し、巻き取り軸３で巻き取りながら、成膜室２５のシャワーヘッド電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄのそれぞれのガス噴出穴からプロセスガスを導入する。さらに、前記シャワーヘッド電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄに４０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、プラズマを発生させる。これにより、導入したプロセスガスである有機モノマーガス、酸素、窒素が反応し、基材フィルム１４上に均一な無機化合物の薄膜、例えば酸化珪素、酸化チタンなどの薄膜を形成させることが可能である。
【００１８】
前記プロセスガスは、酸素、窒素、プラズマ重合性のある有機モノマーからなり、前記有機モノマーとしては、主としてシリコーン系有機化合物が使用できる。例えば、テトラメチルシラン、トリメチルエチルシラン、ジメチルジエチルシランなどのテトラアルキルシラン系、ジエチルアミノトリメチルシランなどのジアルキルアミノトリアルキルシラン系、ヘキサメチルジシラン、ヘキサエチルジシランなどのヘキサアルキルジシラン系のいずれでも使用できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の真空成膜装置は、成膜手段としての電極を大型化することなく、シャワーヘッド電極を使用して複数個に増やし、その配置をウェブ状基材の巻取り方向に直角方向で千鳥状に配置することにより、基材上に薄膜を成膜する時にその成膜速度を向上することが出来、また基材の幅方向で安定した薄膜を積層可能となる。更に、電極への電力供給配管に３層構成の配管を用いる事で、プラズマがまわり込む事による異常放電及び無駄な電力消費を抑制することが可能となる。
従って本発明の真空成膜装置は、真空中にてウエブ状基材表面などに薄膜を形成する真空成膜装置、特に化学気相成長法（ＣＶＤ法）等によりウエブ状基材フィルム表面に薄膜を形成する真空成膜装置として、優れた実用上の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の真空成膜装置の全体を示す概略説明図である。
【図２】（ａ）は本発明の真空成膜装置にシャワーヘッド電極からなる成膜手段を設置した場合の一事例を示す部分拡大正面図であり、（ｂ）はその部分拡大上面図である。
【図３】本発明の真空成膜装置に使用した３層構成の電力供給配管の断面図である。
【図４】従来の真空成膜装置の全体を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１，２…真空成膜装置
３…巻取り軸
４…巻出し軸
５，６…アイドルローラ
７，８…張力検出器
９，１０…テンションローラ
１１…基材原反巻取
１２…温調ドラム
１３…電極
１４…基材フィルム
１５…成膜済みフィルム巻取
１６，１７…ニップローラ
１８…ダンサローラ
１９，２０…プロセスガス噴出部
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…シャワーヘッド電極
２２…電力供給配管
２２ａ…電力供給配管最内層
２２ｂ…電力供給配管中心層
２２ｃ…電力供給管最外層
２２ｄ…中空
２３…真空ポンプ
２４…巻き出し・巻き取り室
２５…成膜室
Claims (4)
- ウエブ状基材の巻出し・巻取り室と薄膜を形成させる成膜室を有する真空成膜装置において、該成膜室にプロセスガス噴出部と電極からなる成膜手段と、電極に電力を供給する電力供給配管とを備え、前記電極がウェブ状基材の下部に所定の間隔をおいて複数個配置され、前記電極がウェブ状基材の巻取り方向に対して直角方向で千鳥状に配置され、前記電極がシャワーヘッド電極であり、前記電力供給配管が中空構成の最内層、絶縁性を有する樹脂からなる中心層、金属からなる最外層の３層構成からなることを特徴とする真空成膜装置。
- 前記電力供給配管が水冷可能な配管であることを特徴とする請求項１記載の真空成膜装置。
- 前記絶縁性を有する樹脂が熱収縮性の高い材質であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空成膜装置。
- 前記請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の真空成膜装置を用いて、ウェブ状基材上に薄膜を形成させることを特徴とする薄膜の成膜方法。
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