JP5059597B2 - 巻取式真空成膜装置 - Google Patents

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Description

本発明は、減圧雰囲気内で絶縁性のフィルムを連続的に繰り出し、フィルムを冷却用ローラに密着させ冷却しながら、当該フィルムに金属膜を蒸着し巻き取る方式の巻取式真空成膜装置に関する。
従来より、巻出しローラから連続的に繰り出された長尺の原料フィルムを冷却用キャンローラに巻き付けながら、当該キャンローラに対向配置される蒸発源からの蒸発物質を原料フィルム上に蒸着させ、蒸着後の原料フィルムを巻取りローラで巻き取る方式の巻取式真空蒸着装置は、例えば下記特許文献1に開示されているように公知になっている。
この種の真空蒸着装置においては、蒸着時における原料フィルムの熱変形を防止するために、原料フィルムを冷却用キャンローラの周面に密着させて冷却しながら成膜処理を行うようにしている。したがって、この種の真空蒸着装置においては、冷却用キャンローラに対する原料フィルムの密着作用をいかに確保するかが重要な問題となっている。
原料フィルムと冷却用キャンローラとの間の密着力を高める構成として、例えば、下記特許文献2に開示されたものがある。図8は下記特許文献2に記載の巻取式(プラズマCVD)成膜装置の概略構成を示している。
図8を参照して、減圧雰囲気に維持されている真空チャンバ1の内部には、金属膜付フィルム2の巻出しローラ3と、冷却用キャンローラ4と、巻取りローラ5とが設置され、キャンローラ4の下方には反応ガス供給源6が配置されている。
ここで、金属膜付フィルム2は、絶縁性フィルムの上に導電性一次薄膜が形成されてなるもので、この導電性一次薄膜の上に、反応ガス供給源6からの反応ガスが反応し成膜されるようになっている。また、キャンローラ4は、金属製のロール表面に絶縁層が形成されてなるもので、ロール本体には所定のマイナス電位が印加されている。
そして、図8に示した巻取式(プラズマCVD)成膜装置においては、巻出しローラ3とキャンローラ4との間に電子線照射器7を設置すると共に、この電子線照射器7とキャンローラ4との間に金属膜付フィルム2上の導電膜を接地電位に接続するガイドローラ8を設けている。これにより、金属膜付フィルム2の絶縁層側表面に電子ビームを照射して金属膜付フィルム2を帯電させ、キャンローラ4との間に発生する電気的吸着力によって金属膜付フィルム2とキャンローラ4との間の密着を図っている。
特開平7−118835号公報 特開2000−17440号公報 特開2003−301260号公報
しかしながら、図8に示した構成の従来の巻取式(プラズマCVD)成膜装置においては、金属膜付フィルム2として導電膜付きのプラスチックフィルムのみ有効であるにすぎず、プラスチックフィルムに例示される原料フィルムに金属膜を成膜する処理には適用できないという問題がある。
これは、当該従来の巻取式(プラズマCVD)成膜装置においては、既に金属膜が形成されているので、処理前に、冷却用キャンローラに印加したバイアス電位を金属膜付フィルムに作用させることができるが、金属膜を成膜する場合、金属膜が成膜される前の原料フィルムにはバイアス電位を付加できないためである。さらに、金属膜蒸着前の原料フィルムを帯電させる場合、フィルム上に金属膜を成膜すると、原料フィルムに帯電した電荷が、その上に成膜された金属膜に拡散し、これが原因でキャンローラと原料フィルムとの間の静電引力が低下し、両者の密着力が劣化する場合がある。
したがって、従来の巻取式(プラズマCVD)成膜装置における帯電およびバイアス電位の印加の方法は、プラスチックフィルムに例示される原料フィルムに金属膜を成膜しようとする場合に適用できず、冷却用キャンローラと原料フィルムとの間の高い密着力を得られないために、原料フィルムの冷却効果が不足してフィルムに皺等の熱変形を誘発したり、原料フィルム走行速度の高速化が図れずに生産性向上が望めなくなる。
更に、キャンローラと原料フィルムとの間の密着力を高める目的で行われる原料フィルムに対する電子線の照射の影響で、成膜後においてもなお原料フィルムに電荷が帯電し、その帯電圧によっては、フィルム巻取り時やフィルムコンデンサ等の製品組立時においてフィルムに皺が発生し、適正に巻き取れなくなるという問題を有している。
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、プラスチックフィルムに例示される絶縁性の原料フィルムの熱変形を抑制し、高速で金属膜を成膜して生産性向上を図ることができ、更にはフィルムの除電効果を高めることができる巻取式真空成膜装置を提供することを課題とする。
以上の課題を解決するに当たり、本発明の巻取式真空成膜装置は、巻出し部と成膜手段との間に配置され原料フィルムに荷電粒子を照射する荷電粒子照射手段と、冷却用ローラと巻取り部との間に配置され原料フィルムの成膜面に接触して当該原料フィルムの走行をガイドする補助ローラと、冷却用ローラと補助ローラとの間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、冷却用ローラと巻取り部との間に配置され原料フィルムを除電する除電手段とを備え、当該除電手段は、一方の電極が接地された直流二極放電型プラズマ発生源で構成されている。
金属膜の成膜前において、荷電粒子の照射により帯電した原料フィルムは、バイアス電位が印加された冷却用ローラに対して静電的な引力で密着される。
一方、金属膜の成膜後は、成膜された金属膜により原料フィルムに帯電した電荷の一部が消失されるものの、補助ローラとの接触により金属膜に電位が印加され、これと冷却用ローラとの間に静電的な引力を生じさせることができる。これにより、成膜後においても原料フィルムと冷却用ローラとの間の密着力が維持されることになる。
また、金属膜の成膜後は、冷却用ローラと巻取り部との間に配置された除電手段によってフィルムに帯電した荷電粒子の除電が行われる。この除電手段は、一方の電極が接地された直流二極放電型プラズマ発生源で構成されているので、接地電位を基準とする直流電圧の微調整を可能として、除電効果の向上が図れるようになる。
以上のように、本発明においては、金属膜の成膜前後にわたって原料フィルムと冷却用ローラとの間に高い密着力を得ることができるので、原料フィルムの冷却効率が高まり、これにより成膜時における原料フィルムの熱変形が防止され、また、原料フィルムの走行速度を高めて生産性向上に貢献することが可能となる。また、原料フィルムの除電効果を高めて、フィルム巻取り工程あるいは製造したフィルムコンデンサ等の製品組立工程の適正化が図れるようになる。
本発明によれば、絶縁性の原料フィルムに対する金属膜の成膜前後において、原料フィルムと冷却用ローラとの間に高い密着力を確保することができるので、原料フィルムの熱変形を防止できると共に、原料フィルムの走行速度を高めて生産性向上に大きく貢献することが可能となる。また、原料フィルムの除電効果を高めて、フィルム巻取り工程あるいは製品組立工程の適正化が図れるようになる。
本発明の実施の形態による巻取式真空蒸着装置10の概略構成図である。 原料フィルム成膜面を示す図であり、Aはオイルパターン25の形成後の状態を示し、Bは金属膜26の蒸着後の状態を示している。 原料フィルム12に対する電子ビームの照射工程を説明する断面模式図である。 蒸着後の原料フィルム12とキャンローラ14との間の吸着作用を説明する断面模式図である。 除電ユニット23の一構成例を示す断面図である。 除電ユニット23の内部構成の要部の拡大図である。 除電ユニット23の構成の変形例を示す断面図である。 従来の巻取式真空成膜装置の概略構成図である。
符号の説明
10 巻取式真空蒸着装置(巻取式真空成膜装置)
11 真空チャンバ
12 原料フィルム
13 巻出しローラ
14 キャンローラ(冷却用ローラ)
15 巻取りローラ
16 蒸発源(成膜手段)
18 補助ローラ
20 パターン形成ユニット(マスク形成手段)
21 電子ビーム照射器(荷電粒子照射手段)
22 直流バイアス電源(電圧印加手段)
23 除電ユニット(除電手段)
25 オイルパターン
26 金属膜
30 フレーム(プラズマ形成チャンバ)
31A,31B,32A,32B 電極
36 磁石ブロック
E1,E2 接地電位
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態では、巻取式真空成膜装置として、巻取式真空蒸着装置に本発明を適用した例について説明する。
図1は、本発明の実施の形態による巻取式真空蒸着装置10の概略構成図である。本実施の形態の巻取式真空蒸着装置10は、真空チャンバ11と、原料フィルム12の巻出しローラ13と、冷却用キャンローラ14と、巻取りローラ15と、蒸着物質の蒸発源(本発明の「成膜手段」に対応)16とを備えている。
真空チャンバ11は、配管接続部11a,11cを介して図示しない真空ポンプ等の真空排気系に接続され、その内部が所定の真空度に減圧排気されている。真空チャンバ11の内部空間は、仕切板11bにより、巻出しローラ13、巻取りローラ15等が配置される室と、蒸発源16が配置される室とに仕切られている。
原料フィルム12は、所定幅に裁断された長尺の絶縁性プラスチックフィルムでなり、本実施の形態では、OPP(延伸ポリプロピレン)単層フィルムが用いられている。
なお、これ以外にも、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム、PPS(ポリフェニレンサルファイト)フィルム等のプラスチックフィルムや紙シート等が適用可能である。
原料フィルム12は、巻出しローラ13から繰り出され、複数のガイドローラ17、キャンローラ14、補助ローラ18、複数のガイドローラ19を介して巻取りローラ15に巻き取られるようになっている。巻出しローラ13及び巻取りローラ15はそれぞれ本発明の「巻出し部」及び「巻取り部」に対応し、これらには、図示せずとも、それぞれ回転駆動部が設けられている。
キャンローラ14は筒状で鉄等の金属製とされ、内部には冷却媒体循環系等の冷却機構や、キャンローラ14を回転駆動させる回転駆動機構等が備えられている。キャンローラ14の周面には所定の抱き角で原料フィルム12が巻回される。キャンローラ14に巻き付けられた原料フィルム12は、その外面側の成膜面が蒸発源16からの蒸着物質で成膜されると同時に、キャンローラ14によって冷却されるようになっている。
蒸発源16は、蒸着物質を収容するとともに、蒸着物質を抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱等の公知の手法で加熱蒸発させる機構を備えている。この蒸発源16はキャンローラ14の下方に配置され、蒸着物質の蒸気を、対向するキャンローラ14上の原料フィルム12上へ付着させ被膜を形成させる。
蒸着物質としては、Al、Co、Cu、Ni、Ti等の金属元素単体のほか、Al−Zn、Cu−Zn、Fe−Co等の二種以上の金属あるいは多元系合金が適用され、蒸発源も1つに限らず、複数設けられてもよい。
本実施の形態の巻取式真空蒸着装置10は、更に、パターン形成ユニット20、電子ビーム照射器21、直流バイアス電源22及び除電ユニット23を備えている。
パターン形成ユニット20は、原料フィルム12の成膜面に対して金属膜の蒸着領域を画定するパターンを形成するもので、巻出しローラ13とキャンローラ14との間に設置されている。
図2は原料フィルム12の成膜面を示している。
パターン形成ユニット20は、例えば図2Aにおいてハッチングで示す形状のオイルパターン25を、原料フィルム12の成膜面にその長手方向(走行方向)に沿って複数列にわたって塗布するように構成されている。従って、成膜時は、オイルパターン25の開口部25aに蒸着物質が被着した略矩形状の金属パターンが連接部26aを介して所定ピッチで連接される形態の金属膜26が複数列、成膜されることになる(図2B)。なお、金属膜26の成膜形態は上記に限定されるものではない。
次に、電子ビーム照射器21は、本発明の「荷電粒子照射手段」に対応し、原料フィルム12に荷電粒子として電子ビームを照射して原料フィルム12を負に帯電させる。
図3は原料フィルム12に対する電子ビームの照射工程を説明する断面模式図である。本実施の形態では、電子ビーム照射器21は、キャンローラ14の周面との対向位置に設置され、キャンローラ14に接触した原料フィルム12の成膜面に電子ビームが照射されるようにしている。キャンローラ14上で電子ビームを照射することにより、原料フィルム12を冷却しながら電子ビームを照射できる。
特に、本実施の形態では、電子ビームが原料フィルム12の幅方向に走査しながら照射されるように、電子ビーム照射器21が構成されており、これにより、局所的な電子ビームの照射による原料フィルムの加熱損傷を回避できると同時に、原料フィルム12を均一に効率良く帯電させることが可能となる。
直流バイアス電源22は、キャンローラ14と補助ローラ18との間に所定の直流電圧を印加する、本発明の「電圧印加手段」に対応する。本実施の形態では、キャンローラ14は正極に接続され、補助ローラ18は負極に接続されている。これにより、電子ビームが照射され負に帯電した原料フィルム12は、図3に示すように、キャンローラ14の周面に静電引力によって電気的に吸着され、かつ密着されることになる。なお、直流バイアス電源22は固定式、可変式のいずれでもよい。
ここで、補助ローラ18は金属製であり、その周面が原料フィルム12の成膜面に転接する位置に設けられている。この補助ローラ18は、接地電位E1に接続されている(図1)。
図4は蒸着後の原料フィルム12とキャンローラ14との間の吸着作用を説明する断面模式図である。蒸着により、原料フィルム12上にパターン状に金属膜26が形成される。図2Bに示したように、金属膜26は長手方向につながっているので、補助ローラ18にガイドされる原料フィルム12は、その成膜面上の金属膜26(図2B参照)と補助ローラ18の周面との接触により、金属膜26とキャンローラ14との間に挟まれる原料フィルム12が分極し、原料フィルム12とキャンローラ14との間に静電的な吸着力が生じて、両者の密着が図られることになる。
そして、除電ユニット23は、本発明の「除電手段」に対応し、冷却用キャンローラ14と巻取りローラ15との間に配置され、電子ビーム照射器21からの電子照射により帯電した原料フィルム12を除電する機能を有する。除電ユニット23の構成例としては、プラズマ中に原料フィルム12を通過させ、イオンボンバード処理により原料フィルム12を除電する機構が採用されている。
図5は除電ユニット23の一構成例を示しており、Aはフィルム走行方向に関して垂直な断面図、Bはフィルム走行方向に平行な断面図である。除電ユニット23は、原料フィルム12が通過可能なスロット30a,30aを備えた金属製フレーム30と、このフレーム30内において原料フィルム12を挟んで対向する二対の電極31A,31B,32A,32Bと、フレーム30内にアルゴン等のプロセスガスを導入する導入管33とを備えている。なお、フレーム30は、本発明の「プラズマ形成チャンバ」に対応する。
一方のフレーム30は、直流電源34の正極に接続されているとともに、接地電位E2に接続されている。
他方、各々の電極31A,31B,32A,32Bは軸状の電極部材でなり、それぞれ直流電源34の負極に接続されている。これら各電極の外周囲には、図6に示すように、複数の環状の永久磁石小片35でなる磁石ブロック36が複数組、SN−NS−SN−…を繰り返すようにして、電極の軸方向に沿って互いに極性を反転させて装着されている。
なお、各磁石ブロック36を複数の永久磁石小片35で構成したのは、当該磁石ブロック36の磁極間の長さを調整し易くするためである。勿論、これら各磁石ブロック36を単一の永久磁石材料で形成することも可能である。また、直流電源34は固定電源として図示しているが、勿論、可変電源としてもよい。
上述したように本実施の形態の除電ユニット23は、フレーム30と電極31A,31B,32A,32Bとの間に直流電圧を印加してプラズマを発生させる直流二極放電型のプラズマ発生源を基本構成としながら、これらフレーム−電極間における電場成分に各磁石ブロック36の磁場成分を直交させた磁場収束(マグネトロン放電)機能を付加して、電極の周りの磁場に閉じ込められるようにプラズマが発生する。
また、原料フィルム12を保護する観点から、プラズマは低圧であることが好ましい。この場合、図示するマグネトロン放電型を採用することにより、プラズマを低圧で容易に発生させることができる。
次に、本実施の形態の巻取式真空蒸着装置10の動作について説明する。
所定の真空度に減圧された真空チャンバ11の内部において、巻出しローラ13から連続的に繰り出される原料フィルム12は、オイルパターン25の形成工程、電子ビーム照射工程、蒸着工程、除電工程を経て、巻取りローラ15に連続的に巻き取られる。
マスク形成工程において、原料フィルム12はパターン形成ユニット20によって、成膜面に例えば図2Aに示す形態のオイルパターン25が塗布形成される。マスク形成方法としては、原料フィルム12に転接する転写ローラによるパターン転写法を採用できる。
オイルパターン25が形成された原料フィルム12はキャンローラ14に巻回される。原料フィルム12は、キャンローラ14との接触開始位置近傍において、電子ビーム照射器21により電子ビームが照射され、電位的に負に帯電される。
このとき、原料フィルム12がキャンローラ14と接触した位置で電子ビームを照射するようにしているので、原料フィルム12を効率良く冷却することができる。
また、走行する原料フィルム12の成膜面に対しその幅方向に走査しながら電子ビームを照射することによって、電子ビームの局所的な照射による原料フィルム12の熱変形を回避できると同時に、均一に効率良く原料フィルム12を帯電させることができるようになる。
電子ビームの照射を受けて負に帯電した原料フィルム12は、直流バイアス電源22によって正電位にバイアスされているキャンローラ14に対して、静電引力により密着される(図3)。そして、蒸発源16から蒸発した蒸着物質が原料フィルム12の成膜面に堆積することによって、図2Bに示す金属膜26が形成される。この金属膜26は、連接部26aを介して原料フィルム12の長手方向に連接された複数列の島状の形態を有する。
原料フィルム12に成膜された金属膜26は、補助ローラ18を介して直流バイアス電源22の負電位が印加される。金属膜26は、原料フィルム12の長手方向に連接する島状に形成されているので、金属膜26の蒸着後、キャンローラ14に巻回された原料フィルム12において、金属膜26側の一方の表面にあっては正に、キャンローラ14側の他方の表面にあっては負にそれぞれ分極し、図4に示すように、原料フィルム12とキャンローラ14との間に静電的な吸着力を生じさせる。その結果、原料フィルム12とキャンローラ14とが互いに密着される。
上記のように本実施の形態においては、金属膜26の蒸着前は、電子ビームの照射により原料フィルム12を帯電させてキャンローラ14へ密着させ、金属膜26の蒸着後は、当該金属膜26とキャンローラ14との間に印加したバイアス電圧により原料フィルム12をキャンローラ14へ密着させるようにしているので、金属膜の蒸着前に原料フィルム12に帯電させた電荷(電子)の一部が、その後の金属膜の蒸着工程で当該金属膜に放出され消失しても、補助ローラ18から金属膜26への負電位の印加(電子の供給)によって当該消失された電荷の一部又は全部を補償することが可能となる。
したがって、本実施の形態によれば、蒸着工程後においても原料フィルム12とキャンローラ14との間の密着力低下が抑止され、蒸着工程の前後にわたって原料フィルム12の安定した冷却作用が確保されることになる。
これにより、金属膜の蒸着時における原料フィルム12の熱変形を防止することができるとともに、原料フィルム12の高速走行化、成膜運転速度の高速化を可能として、生産性向上を図ることができるようになる。このような構成は、OPPフィルム等のような金属膜が付着すると帯電しにくい素材で原料フィルム12を構成した場合に特に有利である。更に、原料フィルム12上にパターン状に金属膜26を形成する場合、部分的に温度が上がるとともに電荷が変化することがあるため、電荷が抜けた金属膜形成部分をバイアス電圧で密着性を高めることは、原料フィルム12が均一に冷却されるため望ましい。
さて、以上のようにして金属膜26の蒸着が行われた原料フィルム12は、除電ユニット23で除電された後、巻取りローラ15に巻き取られる。本実施の形態によれば、除電ユニット23を、一方の電極が接地された直流二極放電型プラズマ発生源で構成されているので、フレーム30の電位を基準とした電極31A,31B,32A,32Bの電位調整あるいは微調整を容易かつ的確に行うことが可能となり、除電効果の向上が図れるようになる。
即ち、除電ユニット23を接地電位に接続しない場合、ユニット全体の電位が浮遊状態となり、基準電位が微妙にずれて高い除電効率が得られなかったが、本発明のように除電ユニット23の一方の電極(フレーム30)を基準電位E2に接続することにより、DC電圧34を調整して数Vから数十Vの除電の調整が行えるようになる。これにより、原料フィルムの帯電圧を数Vのオーダに抑えられるようになり、原料フィルム12の安定した巻取り動作を確保できると同時に、帯電による巻きシワを防止できる。また、積層フィルムコンデンサ等の製品の組立の適正化が図れるようになる。
また、補助ローラ18をも接地させているので、除電ユニット23への導入前に原料フィルム12の予備的な除電処理が可能となり、除電ユニット23における除電効率の更なる向上を図ることができる。
以上、本発明の実施の形態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。
例えば以上の実施の形態では、原料フィルム12上に蒸着する金属膜26として図2Bに示すように連接部26aを介して連接される島状に形成したが、これに限らず、例えばフィルム長手方向に沿った直線パターンとしたり、マスク形成を行わずにベタ状に成膜することも勿論可能である。
また、以上の実施の形態では、電子ビームを照射して原料フィルム12を負に帯電させるようにしたが、これに代えて、イオンを照射して原料フィルム12を正に帯電させるようにしてもよい。この場合は、キャンローラ14及び補助ローラ18に印加されるバイアスの極性を上記実施の形態と逆(キャンローラ14を負極、補助ローラ18を正極)にする。
更に、除電ユニット23の構成として、軸状の電極31A,31B,32A,32Bを原料フィルム12を挟むように二対設けたが、これに限らず、図7に示すように一対の電極31A,31Bで除電ユニットを構成してもよい。また、除電ユニット23のフレーム側を接地させるに限らず、上記軸状電極側を接地させてもよい。また、除電ユニット23は補助ローラ18の下流側に設置されてもよい。
なお、以上の実施の形態では金属膜の成膜法に真空蒸着法を適用した例について説明したが、勿論これに限らず、スパッタ法や各種CVD法等、金属膜を成膜する他の方法も適用可能である。

Claims (1)

  1. 真空チャンバと、
    前記真空チャンバの内部に配置され絶縁性の原料フィルムを連続的に繰り出す巻出し部と、
    前記巻出し部から繰り出された原料フィルムを巻き取る巻取部と、
    前記巻出し部と前記巻取部との間に配置され前記原料フィルムと密着して当該フィルムを冷却する冷却用ローラと、
    前記冷却用ローラに対向配置され前記原料フィルムに金属膜を成膜する成膜手段と
    前記巻出し部と前記成膜手段との間に配置され、前記原料フィルムに電子ビームを照射する荷電粒子照射手段と、
    接地電位に接続され、前記冷却用ローラと前記巻取部との間に配置され前記原料フィルムの成膜面に接触して当該原料フィルムの走行をガイドする補助ローラと、
    前記冷却用ローラに接続された正極と接地電位に接続された負極とを有し、前記冷却用ローラと前記補助ローラとの間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
    一方の電極が接地された直流二極放電型プラズマ発生源で構成され、前記冷却用ローラと前記補助ローラとの間に配置され前記原料フィルムを除電する除電手段とを備え、
    前記除電手段は、プラズマ形成チャンバと、前記プラズマ形成チャンバ内にプロセスガスを導入するための導入管と、前記プラズマ形成チャンバ内に設置され前記原料フィルムを挟んで対向する少なくとも一対の電極部材とを有し、
    前記プラズマ形成チャンバ及び前記電極部材のうち、何れか一方が接地電位に接続され、他方が電源電位に接続され、
    前記電極部材は軸状であり、その外周囲に永久磁石が装着され、
    前記プラズマ形成チャンバ内で前記プロセスガスのプラズマを発生させ、前記プラズマ内に前記原料フィルムを通過させる
    ことを特徴とする巻取式真空成膜装置。
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