JP5185909B2

JP5185909B2 - プラズマｃｖｄ装置

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Publication number: JP5185909B2
Application number: JP2009238535A
Authority: JP
Inventors: 忠雄沖本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: JP2011084780A

Description

本発明は、成膜ロールにおいて金属が露出した部分に不要なＣＶＤ皮膜が形成されることを防止可能なプラズマＣＶＤ装置に関する。

近年、食品包装に用いられるプラスチックフィルムに対しては、水蒸気や酸素を通さない特性（バリア性）が高く要求されている。このようなプラスチックフィルムなどのシート材に高バリア性を付与するためには、透明性のあるＳｉＯｘやＡｌ₂Ｏ₃などの皮膜をコーティングする必要がある。ＳｉＯｘ皮膜のコーティング技術としては従来より真空蒸着法、スパッタ法などの物理蒸着法（ＰＶＤ法）があるが、これらの技術に比して成膜速度、高バリア皮膜の形成の面で優位なプラズマＣＶＤ法が用いられるようになっている。

ところで、上述したプラズマＣＶＤ法を行うプラズマＣＶＤ装置には、例えば特許文献１〜特許文献４に示されたものがある。これらの文献に開示された装置は、交流電源の両極にそれぞれ電気的に接続された一対の成膜ロールを有し、一対の成膜ロールの間に電位差が加えられていて、それぞれのロールの内部にはロール表面に磁場を形成するマグネットが配備されている。そして、磁場と電位差との相互作用でロールの表面にプラズマを発生させてシート材（基材）にＣＶＤ皮膜を成膜する構成とされている。

ところで、一般にシート材は成膜ロールより狭幅に形成されているため、シート材に対して幅方向にムラなく皮膜を形成しようとすればシート材の端部に対しても中央部と同様にプラズマを発生させなくてはならない。そのため、シート材が巻き掛けられていない成膜ロールの端部表面が露出状態となっていると、成膜をしたくない成膜ロールの表面にも成膜が行われてしまう。

そこで、特許文献５や特許文献６には、成膜ロールの表面をプラズマから遮蔽する遮蔽部材を設けたプラズマＣＶＤ装置が開発されている。これらの文献に記載された遮蔽部材は絶縁体であり、例えば成膜ロールと同じ電位に保持されてはいない。つまり、これらの文献の遮蔽部材は、成膜ロールの表面を物理的に保護するものに過ぎず、そのため遮蔽部材の上にはプラズマは発生しない。よって、遮蔽部材の近傍の基材では成膜が十分に行われず、膜厚が薄くなるあるいは膜質が劣化するといった問題が発生しやすい。

一方、特許文献７や特許文献８には、成膜ロールの両端部の表面に遮蔽部材が巻き付けられ、成膜ロールの表面を保護するようになっているプラズマＣＶＤ装置が開示されている。この遮蔽部材は成膜ロールと同じ電位に保持されており、遮蔽部材を成膜ロールと同じ電位に保持して処理を行えば、基材から遮蔽部材にかけて一様にプラズマが発生し、膜厚を薄くするあるいは膜質を劣化させることなく基材の上に成膜させることが可能となる。

特開２００８−１９６００１号公報特許第３８８０６９７号公報特許第３１５５２７８号公報特許第２５８７５０７号公報特開２００５−２２０４４５号公報特開１９９６−３２５７４０号公報特開２００９−２４２０５号公報特開２００９−２４２０６号公報

ところで、特許文献７や特許文献８のＣＶＤ装置では、遮蔽部材が成膜ロールの端部に剥がれないようにしっかりと巻き付けて固定されているため、遮蔽部材を剥がして交換するのに非常に手間がかかる。例えば、基材を異なる幅に変更するときは、一旦遮蔽部材をロールから剥がしたうえで新たな基材の幅に合わせて遮蔽部材の位置を変えなければならず、非常に煩雑で時間を要する作業が必要となる。また、例えば基材を通紙した状態で遮蔽部材を交換するときは、成膜ロールに巻き掛けられた基材をゆるめておかなくては、基材の内側にある遮蔽部材を交換することができない。それゆえ、遮蔽部材や基材の交換といった生産に付随して発生する作業が複雑で時間がかかるものとなり、上述のＣＶＤ装置では生産性が低いという問題があった。

また、成膜ロールに交流電圧を印加してプラズマを発生させると、成膜ロールに巻かれた基材だけでなく、遮蔽部材上にも皮膜が形成される。そして、やがてこの皮膜の堆積量が大きくなると膜応力などで皮膜が剥離してダストの原因となる。特に皮膜が大きく堆積した遮蔽部材を交換する際に遮蔽部材の取り外しに手間取ると、遮蔽基材から堆積した皮膜が剥がれ落ちてダストを増加させるおそれがある。ダストを落とさないように遮蔽基材を成膜ロールごと交換する方法も考えられるが、このような交換方法はロールの取り外しを伴うため作業が大掛かりになりやすく、ダストを落とさないように細心の注意が必要であるため作業時間も長いものになりやすい。

さらに、特許文献７及び８のＣＶＤ装置では、基材の端部が遮蔽部材の上に乗り上げる形でＣＶＤ処理が行われるため、基材の端が中央部に対して反るように変形する問題が生じ易い。ロールの端部側を遮蔽部材の厚みの分だけ小径に加工（段付き加工）して、この小径部分に遮蔽部材を嵌め込んでからＣＶＤ処理をすることも可能であるが、このようなロールの加工には多大のコストが必要となるし、基材の幅を変更する際にはロールの交換が不可欠となり現実的ではない。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、上述の課題をすべて解決できるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
具体的には、本発明は、基材で覆われていない成膜ロールの端部に対して不要な皮膜の形成を防止したうえで、基材に対して均一な膜厚及び膜質で皮膜を形成できるようにしたものであって、これらに加えてさらに次の（１）〜（４）の課題を解決できるようにしたプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
（１）遮蔽部材の交換を容易にして、メンテナンス時の作業性を良好にする。特に、基材を通紙した状態において遮蔽部材を容易に交換できるようにする。
（２）遮蔽部材を取り外す際に、遮蔽部材に堆積した皮膜が脱落してダストが発生することを防止する。
（３）遮蔽部材と基材とを非接触状態として、基材の傷や変形を防止する。
（４）遮蔽部材の上にも基材から連続したプラズマを形成し、膜厚の分布、膜質の分布を均一に保つ。

上記課題を解決するため、本発明のプラズマＣＶＤ装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバと、当該真空チャンバ内に配備されると共に電源の両極が接続され且つ各々に成膜対象であるシート状の基材が巻き掛けられる真空チャンバから絶縁された成膜ロールと、前記基材が巻き掛けられていない成膜ロールの端部を、成膜ロール近傍に発生したプラズマから遮蔽する遮蔽部材と、を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、前記遮蔽部材は、前記成膜ロールとは別の部材からなると共に、前記成膜ロールの端部表面の周方向に沿うような湾曲形状とされていて、前記遮蔽部材と当該遮蔽部材が取り付けられる成膜ロールとは、一定のクリアランスを有するように配備されると共に、互いが同電位に保持されていて、前記クリアランスは、前記シート状の基材が差し込み可能であると共に前記プラズマが成膜ロールの端部側まで進入することを防止可能な距離に設定されていることを特徴とするものである。

このような遮蔽部材を設けて成膜ロールの端部を遮蔽すれば、露出状態となっている成膜ロールの端部に対してＣＶＤ皮膜が形成されることを防止することができる。一方、ＣＶＤ皮膜は遮蔽部材の表面に形成されることになるが、遮蔽部材を成膜ロールとは別の部材とすれば、成膜ロールにシート状の基材が巻き掛けられていても遮蔽部材だけを取り外すだけで済み、基材を通紙した状態においても遮蔽部材を容易に交換でき、メンテナンス時の作業性が良好になる。また、遮蔽部材は一定のクリアランスを介して成膜ロールから離間して配備されているため、遮蔽部材を取り外すに際して成膜ロールを取り外すことは全く不要となる。そのうえ、交換されたまたは交換する遮蔽部材が成膜ロールや基材に接触する心配がないため、堆積した皮膜が脱落してダストが発生する可能性が低く、基材に傷や変形が起こるおそれもない。

なお、前記成膜ロールは、交流電源の両極が接続された一対の成膜ロールであることが望ましい。また、遮蔽部材とこの遮蔽部材が取り付けられる隣接する側の成膜ロールとは、前記交流電源の同じ電極に接続されて同電位に保持されているのが好ましい。このように成膜ロールを一対設けて、交流電源の両極を接続した場合、成膜ロールを交互に利用できるので、成膜効率が格段に向上する。また、遮蔽部材と成膜ロールとを交流電源の同じ電極に接続すれば、遮蔽部材と成膜ロールとが同じ極性で且つ同じ位相で変化し、遮蔽部材の電位を成膜ロールに合わせて調整する必要が無くなり、遮蔽部材と成膜ロールとをＣＶＤ処理中に亘って同電位に保持することが容易となる。それゆえに、成膜ロールから遮蔽部材まで一様にプラズマを発生させてＣＶＤ皮膜をムラなく形成することが可能となる。

前記成膜ロールに面する側とは反対側の遮蔽部材の表面に、絶縁体材料で形成された絶縁コートが設けられているのが好ましい。
成膜ロールの端部を遮蔽部材で遮蔽しても導電体の遮蔽部材が剥き出しになっているとアーク放電が発生してプラズマから遮蔽部材に瞬間的に大電流が流れる場合がある。アーク放電が発生すると、交流電源の故障に繋がったり、または電源を保護する保護回路が作動してＣＶＤ処理が中断してＣＶＤ皮膜の品質を安定することが困難になるといった問題がある。しかし、上述のように遮蔽部材の表面に絶縁体材料で形成された絶縁コートを配備すれば、遮蔽部材にアーク放電が発生することを防止でき、交流電源の故障を防止するまたはＣＶＤ皮膜の品質を安定化することも可能となる。

前記遮蔽部材と交流電源との間に、コンデンサが接続されているのが好ましい。
コンデンサによりアーク放電のような直流の電流は遮断されるため、このようなコンデンサを交流電源と遮蔽部材との間に電気的に接続しても上述の絶縁コートを設けた場合のようにアーク放電が発生することを防止できる。
前記遮蔽部材は、非磁性の金属から形成されているのが好ましい。

遮蔽部材を鉄のような磁性の金属で形成すると、成膜ロールから磁力を用いて遮蔽部材の外側にプラズマを発生させようとしても、磁力が遮蔽部材でシールドされてしまい遮蔽部材の外側にプラズマが発生しなくなってしまう。ところが、上述のように遮蔽部材をアルミや非磁性のステンレスのような金属で形成しておけば、磁力が遮蔽部材でシールドされることがなく、成膜ロールから遮蔽部材までプラズマを一様に発生させることができるため、安定した膜質のＣＶＤ皮膜を形成することが可能となる。

本発明のプラズマＣＶＤ装置によれば、遮蔽部材により露出状態となっている成膜ロールの端部に対してＣＶＤ皮膜が形成されることを防止することができる。加えて、遮蔽部材の交換、特に基材を通紙した状態における交換が容易であり、メンテナンス時の作業が非常に良好に行える。さらに、遮蔽部材を取り外す際に、遮蔽部材に堆積した皮膜が脱落してダストが発生することや遮蔽部材と基材とが接触して基材に傷や変形が発生することも防止することができる。

本発明のプラズマＣＶＤ装置の斜視図である。プラズマＣＶＤ装置の正面断面図である。第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置の説明図である。（ａ）は第２実施形態、（ｂ）は第３実施形態のプラズマＣＶＤ装置の説明図である。第４実施形態のプラズマＣＶＤ装置の説明図である。従来のプラズマＣＶＤ装置の説明図である。

以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置１の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。なお、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置１は後述する成膜ロールが１本や３本以上のものであっても良いが、以降の実施形態では成膜ロールが左右一対設けられたものを例に挙げて説明を行う。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１の全体構成を示している。

本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、減圧下において、対向して配置した成膜ロール２Ｌ、２Ｒに交流あるいは極性反転を伴うパルス電圧を印加し、成膜ロール２Ｌ、２Ｒの間の対向空間にグロー放電を発生させ、成膜ロール２Ｌ、２Ｒに巻き掛けたシート状の基材ＷにプラズマＣＶＤによる成膜を行うものである。
図１及び図２に示すように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、図示しない真空チャンバ３と、この真空チャンバ３内に配備されると共に交流電源４の両極が接続され且つ各々に成膜対象であるシート状の基材Ｗが巻き掛けられる一対の成膜ロール２Ｌ、２Ｒと、基材Ｗが巻き掛けられていない成膜ロール２Ｌ、２Ｒの端部９を、成膜ロール２Ｌ、２Ｒの近傍で、且つ一対の成膜ロール２Ｌ、２Ｒ間に発生したプラズマ１１から遮蔽する遮蔽部材５とを有している。

なお、以下の説明において、図２の上下をプラズマＣＶＤ装置１を説明する際の上下とし、図２の左右をプラズマＣＶＤ装置１を説明する際の左右とする。
真空チャンバ３は、ステンレス板等を溶接するなどして中空に形成された筺体であり、その内部には一対の成膜ロール２Ｌ、２Ｒ、真空チャンバ３内に原料ガスを供給するガス供給手段６及び真空チャンバ３内から原料ガスを排気するガス排気手段７が配備されている。真空チャンバ３には、ガス供給手段６やガス排気手段７を用いて原料ガスが充填されている。なお、本実施形態の装置はＳｉＯｘバリア膜をＣＶＤ皮膜として形成するプラズマＣＶＤ装置１であり、真空チャンバ３にはＨＭＤＳＯ（ヘキサメチルジシロキサン）とＯ₂、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ₂、ＮＨ₃またはこれらの混合物とを含む混合ガスが原料ガスとして充填されている。なお、本実施形態の装置では、原料ガスにＨＭＤＳＯを含むものを例示しているが、原料ガスにはＨＭＤＳＯ以外の有機シリコン系成膜ガス、例えばＨＭＤＳ（Ｎ）（ヘキサメチルジシラザン）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＭＳ（トリメチルシラン、テトラメチルシラン）、モノシランなどを用いることもできる。

それぞれの成膜ロール２Ｌ、２Ｒの内部には対向する成膜ロール２Ｌ、２Ｒとの間にプラズマ１１を生成する磁場発生手段８が設けられており、この磁場発生手段８が形成したプラズマ１１内に基材Ｗを通過させることでプラズマＣＶＤ装置１ではＣＶＤ皮膜が形成されるようになっている。
ＣＶＤ皮膜を形成する基材Ｗとしては、プラスチックのフィルムやシート、紙など、ロール状に巻き取り可能な絶縁性の材料が考えられる。プラスチックフィルム、シートとしては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリイミド等が適当であり、基材Ｗの厚みとしては真空中での搬送が可能な５μｍ〜０．５ｍｍが好ましい。

成膜ロール２Ｌ、２Ｒは、互いに同径の同長のステンレス材料等で形成された円筒であり、その回転中心が床面から略同じ高さに設置され、互いの軸芯が平行で且つ水平となるように配備されている。一対の成膜ロール２Ｌ、２Ｒは、真空チャンバ３から電気的に絶縁されると共に互いが電気的に絶縁されており、交流電源４の両極に接続される。なお、成膜ロール２Ｌ、２Ｒは、同径、同長である方が好ましいが、必ずしも同径、同長でなくても良い。また、成膜ロール２Ｌ、２Ｒ同士の軸芯は互いに水平に配備されているのが好ましいが、必ずしも水平でなくても良い。

成膜ロール２Ｌ、２Ｒは、さまざまな寸法幅の基材Ｗを巻き掛けられるように最も幅が大きな基材Ｗよりも広幅に形成されている。
交流電源４は、高周波の交流電圧、または、両極の極性が反転可能なパルス状の電圧（パルス状直流電圧）が発生可能とされている。この交流電源４の両極は、いずれも真空チャンバ３から絶縁されたフローティング電位とされている。成膜を行う基材Ｗは、前述の如く絶縁性の材料であるため、直流の電圧の印加では電流を流すことが出来ないが、フィルム（基材Ｗ）の厚みに応じた適切な周波数（およそ１ｋＨｚ〜、好ましくは１０ｋＨｚ〜）であれば基材Ｗを通して導通可能である。なお、周波数の上限は特にないが、数１０ＭＨｚ以上になると定在波を形成するので好ましくはない。

次に、本発明の特徴である遮蔽部材５の構成、及びこの遮蔽部材５と成膜ロール２Ｌ、２Ｒとの位置関係について詳しく説明する。
遮蔽部材５は、成膜ロール２Ｌ、２Ｒの両側の端部９における基材Ｗが巻き掛けられていない部分に設けられて成膜ロール２Ｌ、２Ｒ間に発生したプラズマ１１から成膜ロール２Ｌ、２Ｒの端部９表面を遮蔽するものである。遮蔽部材５は、アルミニウムやステンレスなどの非磁性の金属により湾曲した板状に形成されており、一対の成膜ロール２Ｌ、２Ｒのそれぞれに配備されている。遮蔽部材５は、それぞれの成膜ロール２Ｌ、２Ｒの外周面を覆うように配備されており、外周面における対向したロールに面する側をおおむね半周に亘って覆うように配備されている。

遮蔽部材５は、成膜ロール２Ｌ、２Ｒにおける基材Ｗが巻き掛けられていない端部９を確実に覆えるように基材Ｗが巻き掛けられていない端部９より幅方向に長く形成されている。例えば、左側の成膜ロール２Ｌに取り付けられる遮蔽部材５の場合であれば、遮蔽部材５の左側端部９Ｌは成膜ロール２Ｌの左端よりさらに左側まで突出しており、右側端部９Ｒは基材Ｗの左端よりさらに右側まで延設されていて、基材Ｗとこの基材Ｗが巻き掛けられていない端部９とを確実に遮蔽できるようになっている。

このように遮蔽部材５で基材Ｗが巻き掛けられていない、言い替えれば露出状態とされた端部９を被覆することにより、端部９にＣＶＤ皮膜が形成されることを防止することが可能となる。その結果、例えば成膜ロール２Ｌ、２Ｒの端部９に形成されたＣＶＤ皮膜によりプラズマが不安定になることを防止でき、またこのようなＣＶＤ皮膜を取り除くのに必要な手間を低減することが可能となる。

遮蔽部材５は、上述のようにアルミニウムやステンレスなどの電気伝導性の金属から形成されていて交流電源４に電気的に接続されている。遮蔽部材５が接続される交流電源４の電極はこの遮蔽部材５が取り付けられる成膜ロール２Ｌ、２Ｒと同じ電極であり、本実施形態では交流電源４から成膜ロール２Ｌ、２Ｒに向かう配線を途中で２つに分岐して、分岐した一方の配線を成膜ロール２Ｌ、２Ｒ、他方の配線を遮蔽部材５に繋げている。

このように遮蔽部材５と成膜ロール２Ｌ、２Ｒとを交流電源４の同じ電極に接続すれば、交流電源４の両極の極性が経時的に反転するような場合にも遮蔽部材５と成膜ロール２Ｌ、２Ｒとが常時同じ極性で且つ同じ位相で変化する。それゆえ、遮蔽部材５と成膜ロール２Ｌ、２ＲとをＣＶＤ処理中に亘って同電位に保持することが容易となる。遮蔽部材５と成膜ロール２Ｌ、２Ｒとを同電位にしておけば、プラズマ１１が遮蔽部材５から成膜ロール２Ｌ、２Ｒにかけて連続的に発生し、遮蔽部材５に絶縁体を用いる場合のように成膜ロール２Ｌ、２Ｒの周囲に発生するプラズマ１１が遮蔽部材５との境界付近で弱くなることがない。それゆえ、基材Ｗの表面に幅方向に亘って安定したＣＶＤ皮膜を形成することが可能となる。

成膜ロール２Ｌ、２Ｒと遮蔽部材５との間のクリアランス１０は、図３に示すように基材Ｗの厚みより厚くなっており、基材Ｗの端部９を差し込み可能となっている。つまり、成膜ロール２Ｌ、２Ｒと遮蔽部材５との間には基材Ｗが支障なく入り込める程度のクリアランス１０が形成されているため、上述のように成膜ロール２Ｌ、２Ｒに基材Ｗを直接巻き掛け、この巻き掛けられた基材Ｗの上から遮蔽部材５を基材Ｗを外周側から覆うように配備することが可能となっている。

一方、上述のクリアランス１０は、プラズマ１１が成膜ロール２Ｌ、２Ｒの端部９側まで進入することを防止可能な距離、本実施形態ではフィルム（基材Ｗ）の厚みよりやや広い１０μｍ〜１ｍｍ、好ましくは２００μｍ〜５００μｍに設定されている。つまり、成膜ロール２Ｌ、２Ｒと遮蔽部材５とが１ｍｍより離れすぎると、発生したプラズマ１１が両者の間に入り込み、基材Ｗが巻き掛けられていない成膜ロール２Ｌ、２Ｒの端部９にプラズマ１１が接触して、ＣＶＤ皮膜を形成したくない成膜ロール２Ｌ、２Ｒの端部９にもＣＶＤ皮膜が形成されてしまう、あるいは成膜ロール２Ｌ、２Ｒの端部９にアーク放電が発生してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１では、成膜ロール２Ｌ、２Ｒと遮蔽部材５との間に１０μｍ〜１ｍｍのクリアランス１０を設けて、基材Ｗに接触することなくこの基材Ｗを成膜ロール２Ｌ、２Ｒの外周面に沿って確実に搬送すると共に、基材Ｗが巻き掛けられていない成膜ロール２Ｌ、２Ｒの端部９をプラズマ１１から保護してこの端部９にＣＶＤ皮膜が形成されることやアーク放電が発生することを防止しているのである。

以上述べたプラズマＣＶＤ装置１で、基材Ｗに成膜を行う手順について述べる。
まず、成膜ロール２Ｌ、２Ｒの両端にロール表面から１０μｍ〜１ｍｍのクリアランス１０をあけて遮蔽部材５を取り付ける。このとき、遮蔽部材５とこの遮蔽部材５が取り付けられる成膜ロール２Ｌ、２Ｒとを交流電源４の同じ電極に電気的に接続する。
次に、ガス排気手段７を作動させ、ＣＶＤ皮膜形成作業の前に真空チャンバ３を減圧した上で、ガス供給手段６により真空チャンバ３内に連続的に原料ガス（本実施形態の場合であればＨＭＤＳＯガスなどの有機シリコン系成膜ガス、酸素ガス、アルゴンなどのガス）を供給し、真空チャンバ３内の圧力を所定の圧力に調整・維持する。

その上で、交流電源４から成膜ロール２Ｌ、２Ｒとこれらのロールに取り付けられた遮蔽部材５とに高周波の交流またはパルス状の電圧を印加すると、磁場発生手段８により磁場が形成された空間にグロー放電が発生し、プラズマ１１が生じる。そして、ガス供給手段６により供給された原料ガスがこのプラズマ１１によって分解され、基材Ｗ上にＣＶＤ皮膜が形成される。

このようなプラズマ１１が発生している右側の成膜ロール２Ｒに対して、巻出ロール１３から巻き出された基材Ｗを巻き付け、プラズマ１１内を通過させて１回目のＣＶＤ皮膜を成膜する。このとき、基材Ｗは右側の成膜ロール２Ｒの回転に合わせてロール外周面に沿って移動するが、基材Ｗの両側の端部は遮蔽部材５と右側の成膜ロール２Ｒとの間に形成されたクリアランス１０を通過するため、この遮蔽部材５の端部に基材Ｗが接触して基材Ｗが傷つくおそれはない。また、遮蔽部材５と成膜ロール２Ｒとは同じ電位に保持されているので遮蔽部材５と成膜ロール２Ｒとの間に電位差が発生することはなく、上述のように１０μｍ〜１ｍｍと狭いクリアランス１０を介して遮蔽部材５の外側で発生するプラズマ１１が遮蔽部材５と成膜ロール２Ｒとの間に入り込むこともないため、成膜ロール２Ｒの端部９にＣＶＤ皮膜が成膜される心配やプラズマ１１から端部９に向かってアーク放電が生じるおそれもない。

このようにして、基材Ｗは、右側の成膜ロール２Ｒで１回目の成膜が行われた後、一旦補助ロール１２を介して後方から前方に移送されて左側の成膜ロール２Ｌに巻き付き、この左側の成膜ロール２Ｌでも右側の成膜ロール２Ｒと同じように２回目の成膜が行われて、２回に亘って成膜が行われた基材Ｗを巻取ロール１４が巻き取ることとなる。
上述のようにＣＶＤ処理を行えば、遮蔽部材５で基材Ｗが巻き掛けられていない、言い替えれば露出状態とされた端部９を被覆しつつ、基材Ｗに幅方向に安定したＣＶＤ皮膜を形成することが可能となる。また、このようなＣＶＤ皮膜を取り除くのに必要な手間を低減することが可能となる。

一方、上述のようなＣＶＤ処理を長時間行うと、遮蔽部材５の表面にもＣＶＤ皮膜が厚く堆積し、堆積したＣＶＤ皮膜を放置しておくとダストになって新たに生成するＣＶＤ皮膜の膜質を劣化させる可能性がある。そこで、遮蔽部材５を定期的に交換する必要があるが、上述のように遮蔽部材５が成膜ロール２Ｌ、２Ｒや基材Ｗから離れて配備されていれば、遮蔽部材５だけを支障なく移動させることができ、遮蔽部材５の位置調整も簡単に行える。

それゆえ、ＣＶＤ皮膜が堆積した遮蔽部材５を新しい遮蔽部材５に交換する際、基材Ｗの寸法幅を変更してＣＶＤ皮膜を成膜しようとする際、または遮蔽部材５の着脱が必要なメンテナンスの際には、作業を極めて容易に且つ短時間で行うことができる。特に、巻き掛けられた基材Ｗの内側に遮蔽部材５が設けられた場合には、遮蔽部材５の交換等の前に基材Ｗを撓ませなければならないが、上述のように基材Ｗの外側に遮蔽部材５が設けられた構成においては遮蔽部材５の交換に先だって基材Ｗを撓ませる必要はなく、従来のＣＶＤ装置では困難であった通紙状態での遮蔽部材５の交換であっても極めて容易に行うことができる。

また、上述のプラズマＣＶＤ装置１では、基材Ｗや成膜ロール２Ｌ、２Ｒを移動したり取り外したりすることなく遮蔽部材５だけを移動・着脱できるので、遮蔽部材５に堆積したＣＶＤ皮膜が交換作業中に脱落する心配がなく、ダストが発生して新たに成膜するＣＶＤ皮膜の膜質を劣化させる心配もない。
［第２実施形態］
なお、第１実施形態として述べたプラズマＣＶＤ装置１に代えて、遮蔽部材５の構成を様々に変更したプラズマＣＶＤ装置１を考えることができる。それらを第２実施形態及び第３実施形態として、以下に述べる。なお、説明を省略した部分は、第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１と略同様な構成を有している。

図４（ａ）に示すように、第２実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、遮蔽部材５の表面に、絶縁体で形成された絶縁コート１５が設けられている点で第１実施形態と異なっている。この絶縁コート１５は、例えばカプトンテープなどの絶縁物や基材Ｗと同じ材質のフィルムなどで形成されており、遮蔽部材５の表面のうち、遮蔽部材５が取り付けられる成膜ロール２Ｌ、２Ｒに面する側とは反対側の表面に形成されている。また、絶縁コート１５は、遮蔽部材５の表面のうち成膜ロール２の中央を向く面にもそれぞれ形成されている。

このような絶縁コート１５を設けなくてはならないのは以下のような理由からである。すなわち、遮蔽部材５と成膜ロール２Ｌ、２Ｒとは同じ電位であるが、遮蔽部材５の表面が導電性であると、遮蔽部材５の表面の方が、基材Ｗが巻き掛けられた成膜ロール２Ｌ、２Ｒのロール中央部よりもインピーダンスが小さい。それゆえ、遮蔽部材５の表面でアーク放電が発生する場合がある。そこで、大きな電流を流さないように絶縁体で形成された絶縁コート１５を遮蔽部材５の外側表面に設けるのが好ましい。このようにすれば、遮蔽部材５の表面でのアーク放電の発生をより確実に防止できるからである。

なお、絶縁コート１５の厚みに関しては、絶縁コート１５の単位面積あたりの静電容量から計算することができる。すなわち、この静電容量は、基材Ｗを介して流れる電流密度と絶縁コート１５及び遮蔽部材５を介して流れる電流密度が等しくなるように、絶縁コート１５の材質、厚みまたは面積を決定すればよい。このようにすれば絶縁コート１５を介して流す場合と基材Ｗを通じて流す場合とでプラズマ１１から同条件で電流を流すことができる。つまり、絶縁コート１５を通じて成膜ロール２Ｌ、２Ｒの中央部と同程度の電流が流れるため、基材Ｗの表面近傍のプラズマ密度と遮蔽部材５の近傍のプラズマ密度とが同じ程度になり、例えば遮蔽部材５との境界付近でＣＶＤ皮膜の膜厚分布を均一に保つことが可能になる。
［第３実施形態］
なお、第２実施形態として述べたプラズマＣＶＤ装置１に代えて、図４（ｂ）の第３実施形態に示されるように、遮蔽部材５に絶縁コート１５を設けるのに代えて、遮蔽部材５と交流電源４との間にコンデンサ１６を電気的に接続して設けることもできる。

コンデンサ１６はアーク放電が生じたときのような大きな直流電流の通電を抑制するので、電流を抑制することによりアーク放電の発生をも防止できるからである。このコンデンサ１６には、遮蔽部材５の表面でアークが発生しないように、例えば１ｎＦ〜１μＦ程度の容量のものが用いられる。基材Ｗを遮蔽部材５の表面にコートしたときに遮蔽部材５を通じて流入する電流からコンデンサ１６の容量を求めれば良く、こうすることで基材Ｗを遮蔽部材５の表面にコートしたときと等価な電流を流すことができ、第２実施形態の場合と同様に基材Ｗ近傍と遮蔽部材５近傍のプラズマ密度を均一にすることができる。
［第４実施形態］
一方、上述のような構成の遮蔽部材５は、成膜ロール２Ｌ、２Ｒに対する設置が容易であるとはいえ、遮蔽部材５と成膜ロール２Ｌ、２Ｒとの距離が少しでも変化するとプラズマ１１が弱くなったりアーク放電が起きやすくなる。それゆえ、遮蔽部材５は成膜ロール２Ｌ、２Ｒに対して絶えず一定距離となるように配置されるのが好ましい。例えば、図５に示す第４実施形態では、遮蔽部材５は成膜ロール２の両端に設けられた軸受部１７を介して成膜ロール２Ｌ、２Ｒに着脱自在に取り付けられている。

このようにすれば遮蔽部材５が軸受部１７を介してロール表面から一定の距離に固定状態で配備されることになり、成膜ロール２Ｌ、２Ｒに対して遮蔽部材５の位置を調整することも容易となり、遮蔽部材５の交換作業やメンテナンス作業をより簡単に且つ短時間で行うことが可能となる。
また、軸受部１７のアウター部は図示しない支持部材で回転しない（動かない）ように固定されており、このアウター部に取り付けられた遮蔽部材５も位置固定されている。一方、軸受部１７のインナー部はアウター部に対して回転自在となっており、このインナー部に取り付けられた成膜ロール２Ｌ、２Ｒもアウター部に対して回転自在となる。つまり、軸受部１７は成膜ロール２Ｌ、２Ｒの回転に連動して遮蔽部材５が回転することを防止する非連動手段としても機能している。

なお、軸受部１７を金属のような導電性の材料で形成すれば、成膜ロール２Ｌ、２Ｒと遮蔽部材５との間に電気の導通を確保することができる。このようにすれば、成膜ロール２Ｌ、２Ｒと遮蔽部材５とが同電位になるため、交流電源４と遮蔽部材５とを電気的に接続する配線を別に設けたり交流電源４に対する遮蔽部材５の電位を特に調整する必要がなくなり、プラズマＣＶＤ装置を簡単な構成にすることが可能となる。

なお、以上説明した第１〜第４の実施形態はいずれも成膜ロール２Ｌ、２Ｒが左右一対設けられたプラズマＣＶＤ装置であったが、本発明は成膜ロールの本数が２本に限定されるものではないし、成膜ロールの配置も左右に限定されるものではない。例えば、成膜ロールは上下に一対設けられていても良いし、成膜ロールの本数は１本であっても良いし、３本以上であっても良い。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。

１プラズマＣＶＤ装置
２Ｌ左側の成膜ロール
２Ｒ右側の成膜ロール
３真空チャンバ
４交流電源
５遮蔽部材
６ガス供給手段
７ガス排気手段
８磁場発生手段
９端部
１０クリアランス
１１プラズマ
１２補助ロール
１３巻出ロール
１４巻取ロール
１５絶縁コート
１６コンデンサ
１７軸受部
Ｗ基材

Claims

真空チャンバと、当該真空チャンバ内に配備されると共に電源の両極が接続され且つ各々に成膜対象であるシート状の基材が巻き掛けられる真空チャンバから絶縁された成膜ロールと、前記基材が巻き掛けられていない成膜ロールの端部を、成膜ロール近傍に発生したプラズマから遮蔽する遮蔽部材と、を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、
前記遮蔽部材は、前記成膜ロールとは別の部材からなると共に、前記成膜ロールの端部表面の周方向に沿うような湾曲形状とされていて、
前記遮蔽部材と当該遮蔽部材が取り付けられる成膜ロールとは、一定のクリアランスを有するように配備されると共に、互いが同電位に保持されていて、
前記クリアランスは、前記シート状の基材が差し込み可能であると共に前記プラズマが成膜ロールの端部側まで進入することを防止可能な距離に設定されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
前記成膜ロールは、交流電源の両極が接続された一対の成膜ロールであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記遮蔽部材と当該遮蔽部材が取り付けられる隣接する側の前記成膜ロールとは、前記交流電源の同じ電極に接続されて同電位に保持されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記成膜ロールに面する側とは反対側の遮蔽部材の表面に、絶縁体材料で形成された絶縁コートが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記遮蔽部材と交流電源との間に、コンデンサが接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記遮蔽部材は、非磁性の金属から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。