JP5320934B2

JP5320934B2 - 真空成膜装置

Info

Publication number: JP5320934B2
Application number: JP2008246112A
Authority: JP
Inventors: 励白井; 孝幸植垣
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: JP2010077479A

Description

本発明は、真空雰囲気下において、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等のウエブ状の合成樹脂フィルム表面にスパッタリング法を用いて薄膜を形成する巻取り式の真空成膜装置に関する。

例えば、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（１）を有し、かつ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エブ状の合成樹脂フィルムの巻出しを可能にする巻出し軸（２）を有し、かつこの二軸の間に合成樹脂フィルム（９）の走行を規制する複数のアイドルローラ（３、４）および張力を検知して巻取り軸（１）または巻出し軸（２）に適宜フィードバックを行うための張力検出器（５，６）を具備したテンションロール（７，８）があり、更に膜を形成するための温調ドラム（１０）、および電極（１１）と複数のプロセスガス噴出管（１７、１８）でなる成膜手段を配置することにより巻出し軸（２）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合成樹脂フィルム（９）が、温調ドラム（１０）上で、前記の成膜手段により合成樹脂フィルム（９）の表面に膜を形成された後、所定の張力を伴いつつ巻取り軸（１）にて巻き取られ、表面に薄膜が形成されたフィルム（１３）を得ることが出来る仕組みになっていた。

しかしながら、図４に示すような従来の技術では以下のような問題を生じていた。スパッタリング法を用いてウエブ状の合成樹脂フィルムに薄膜を成膜する場合、合成樹脂フィルムの残留ガスや水分が成膜時の条件を変化させる為、成膜室に合成樹脂フィルムが入る前に乾燥させる必要があった。その場合、従来は温調ロールに接触させフィルム温度を上げて乾燥させる場合やランプヒーターで乾燥させる方法がとられていた（引用文献１参照）。

これらの温調方法では基板温度を一定に保つことで合成樹脂フィルムから発生する脱ガスや水分が一定になり合成樹脂フィルム内部の状態が均一になると考えていた。しかし、実際には温調ドラムと接触させる場合は合成樹脂フィルムの中心部で発生した脱ガスが端部に流れ、合成樹脂フィルムと温調ドラム間の隙間を生みシワの発生を誘発する場合や、シワを抑制したとしても中心部と端部では乾燥の状態が異なる現象を生んでいた。

また、非接触のランプヒーターを用いた場合、真空装置の排気口側へガスが流れることによる幅方向での圧力差により乾燥速度が変化し合成樹脂フィルムの幅方向で乾燥状態が変わるといった現象を生んでいた。

その結果、得られる膜質には合成樹脂フィルムの乾燥状態を顕著に表す分布が発生し、その調整を行う為、成膜時に幅方向でガスの導入を変更するなどで対応せざるを得なかった。しかし、合成樹脂フィルムの種類や幅、真空成膜装置内に合成樹脂フィルムを入れる前の保管状態で乾燥条件及び幅方向の乾燥状態が異なり、成膜室での調整には限界があった。
これらの乾燥状態の差は僅かであっても成膜室で成膜される膜の性質に大きく影響し、特に透明導電膜をスパッタリング法にて成膜する場合に、電極とフィルム間に入れる反応ガスの分布を均一にしても導電性などの膜質が均一にならないといった問題が発生していた。

特開２００２−２０８６３

よって、本発明の目的は、上記の問題を解決するための手段を提供するものであり、スパッタリング法によりウエブ状の合成樹脂フィルム表面に薄膜を形成する真空成膜装置において、合成樹脂フィルム内部及び表面の残留ガス量を合成樹脂フィルムの幅方向で均一にすることができる真空成膜装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、真空雰囲気下で、ウエブ状の合成樹脂フィルムの巻出しを行う巻出し手段と前記合成樹脂フィルムの巻取りを行う巻取り手段とを有する巻出し・巻取り室と、前記巻出し手段と巻取り手段との間に設置された温調ドラムと、前記温調ドラム上を走行する前記合成樹脂フィルム表面にスパッタリング法を用いて薄膜を成膜する成膜手段を有する成膜室と、前記巻出し手段と温調ドラムとの間に設置され前記合成樹脂フィルムの乾燥を行う乾燥手段と、を備える真空成膜装置において、前記乾燥手段は、前記合成樹脂フィルム加熱用の赤外線ランプヒーターと、非接触式温度計と、真空中の残留ガス量を測定する真空分圧計と、を備え、前記赤外線ランプヒーターと非接触式温度計と真空分圧計は、前記合成樹脂フィルムの幅方向に２００ｍｍ〜５００ｍｍの間隔で、かつ、前記合成樹脂フィルム走行方向に平行に、各一個ずつ設置されており、前記真空分圧計により測定された残留ガス量が一定となるように、前記非接触式温度計で温度を測定しながら前記赤外線ランプヒーターを制御して、前記合成樹脂フィルムの温度を調整する制御手段を備えることを特徴とする真空成膜装置である。

請求項２に記載の発明は、前記真空分圧計は残留ガスのうち酸素分圧と水分圧を同時に測定するものであり、前記制御手段は酸素分圧と水分圧の比が前記合成樹脂フィルム幅方向で一定となるように、前記非接触式温度計で温度を測定しながら前記赤外線ランプヒーターを制御して、前記合成樹脂フィルムの温度を調整することを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置である。

本発明の真空成膜装置を用いることで、複数個の真空分圧計で測定した残留ガスの分圧量が一定になるように非接触温度計の温度を測定しながら赤外線ランプヒーターにより合成樹脂フィルムの温度を調整することで、合成樹脂フィルムの幅方向における膜質の均一化が可能である。

以下本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
本発明の真空成膜装置は、図１に示すように、真空雰囲気下で、ウエブ状の合成樹脂フィルム（９）の巻出しを行う巻出し手段（巻出し軸（２））と合成樹脂フィルム（９）の巻取りを行う巻取り手段（巻取り軸（１））とを有する巻出し・巻取り室と、温調ドラム（１０）上を走行する合成樹脂フィルム（９）表面にスパッタリング法を用いて薄膜を成膜する成膜手段を有する成膜室と、巻出し手段（巻出し軸（２））と温調ドラム（１０）との間に設置され合成樹脂フィルム（９）の乾燥を行う乾燥手段（１９）と、を少なくとも備えている。

また、図２及び３に示すように、乾燥手段は、合成樹脂フィルム加熱用の赤外線ランプヒーター（２０）と、非接触式温度計（２１）と、真空中の残留ガス量を測定する真空分圧計（２２）を備えており、赤外線ランプヒーター（２０）と非接触式温度計（２１）と真空分圧計（２２）は、合成樹脂フィルム（９）の幅方向に２００ｍｍ〜５００ｍｍの間隔で、かつ、合成樹脂フィルム（９）走行方向に平行に、各一個ずつ設置されている。
さらに、真空分圧計（２２）により測定された残留ガス量が一定となるように、赤外線ランプヒーター（２０）と非接触式温度計（２１）とを制御する制御手段を備えている。

本発明では、赤外線ランプヒーター（２０）と非接触式温度計（２１）と真空分圧計（２２）を、合成樹脂フィルム（９）の幅方向に２００ｍｍ〜５００ｍｍの間隔で、かつ、合成樹脂フィルム（９）走行方向に平行に、各一個ずつ設置することにより、複数個の真空分圧計（２２）で測定した残留ガスの分圧量が一定になるように非接触温度計（２１）の温度を測定しながら赤外線ランプヒーター（２０）により合成樹脂フィルム（９）の温度を調整することで、合成樹脂フィルム（９）の幅方向における膜質を均一なものとすることができる。
なお、通常は合成樹脂フィルム（９）を２分割から３分割するように赤外線ランプヒーター（２０）と非接触式温度計（２１）と真空分圧計（２２）とを設置することで、合成樹脂フィルム（９）の乾燥状態を均一化することが可能となる。

本発明では、赤外線ランプヒーター（２０）と非接触式温度計（２１）と真空分圧計（２２）を、合成樹脂フィルム（９）の幅方向に２００ｍｍ〜５００ｍｍの間隔で設置しているが、その間隔が、２００ｍｍ未満であるとヒーターと基板との距離を小さくしないと制御が困難であり、また装置が複雑化してしまうため、好ましくない。間隔が５００ｍｍより大きいと幅方向の制御が困難であるため、好ましくない。
なお、合成樹脂フィルム（９）の幅により、赤外線ランプヒーター（２０）等の設置間隔を適宜変更するものである。

本発明に用いられるウエブ状の合成樹脂フィルム（９）は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）やそれらにハードコート処理や易接処理を施したものを用いることができるが、撓んで巻き取れる様な性質の長尺のものであれば、どの様な材料でも構わない。
また、厚さは２０μｍ〜２００μｍ程度、幅は１０００ｍｍ〜２０００ｍｍ程度のものを対象としている。

本発明に用いられる赤外線ランプヒーター（２０）は、適宜温度調整できるものであれば、特に限定されるものではないが、ハロゲンランプヒーターはフィルムの赤外線吸収波長に近いため、好ましい。

本発明に用いられる非接触式温度計（２１）は、非接触で温度を測定できるものであれば、特に限定されるものではないが、赤外線熱電対を用いることが好ましい。

本発明に用いられる真空分圧計（２２）は、残留ガス量を測定できるものであれば、特に限定されるものではないが、残留ガスのうち酸素分圧と水分圧を同時に測定することができるため、ＵＬＶＡＣ社製ＭＡＬＩＮを用いることが好ましい。

本発明に用いられる制御手段は、真空分圧計（２２）により測定された残留ガス量が一定となるように、赤外線ランプヒーター（２０）と非接触式温度計（２１）とを制御することができるものであれば、特に限定されるものではないが、酸素分圧と水分圧の比が合成樹脂フィルム（９）幅方向で一定となるように赤外線ランプヒーター（２０）と非接触式温度計（２１）とを制御できるものであると、より好ましい。

また、本発明の真空成膜装置は、乾燥手段（１９）を除いて、従来の図４と同様の構成であり、ウエブ状合成樹脂フィルム（９）の巻出し・巻取り室を成膜室と同様に真空環境内で設けるものでも構わないが、外部に巻出し手段及び巻取り手段を設けて真空成膜装置内に導入や排出を行うものであっても構わない。

また、温調ドラム（１０）に巻き付いた状態で成膜室に搬送される機構としているが、別な搬送形態を持つものでも構わない。

また、成膜室と他の領域との仕切は、ウエブ状の合成樹脂フィルム（９）に接触しない程度に温調ドラム（１０）に近づけて形成されるが、仕切の大きさ等は適宜選択可能である。

以下、本発明を実施例および比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

＜実施例１＞
フィルム厚１８８μｍ、フィルム幅１０００ｍｍのＰＥＴフィルムにハードコート処理を施した合成樹脂フィルムを搬送し、幅方向３５０ｍｍ間隔に分割したハロゲンヒーターを３個並列に設置し、水分圧量を幅方向で一定になる様に乾燥処理を施し、スパッタ法にてＩＴＯ膜を成膜した。
成膜条件は、成膜圧力２×１０^−３Ｐａ、ＤＣ電源出力８ｋＷ、巻取速度１０ｍ／ｍｉｎとした。
その結果、得られたＩＴＯ膜の表面抵抗値の幅方向分布を図５（ａ）に示す。
また、一般的なＩＴＯ膜の評価方法であるアニール処理（１５０℃で１時間加熱）を施した後の表面抵抗値の分布を図５（ｂ）に示す。

＜実施例２＞
フィルム厚１８８μｍ、フィルム幅１０００ｍｍのＰＥＴフィルムにハードコート処理を施した合成樹脂フィルムを搬送し、幅方向３５０ｍｍ間隔に分割したハロゲンヒーターを３個並列に設置し、酸素分圧と水分圧の比を幅方向で一定になる様に乾燥処理を施し、スパッタ法にてＩＴＯ膜を成膜した。
成膜条件は実施例１と同様である。
その結果、得られたＩＴＯ膜の表面抵抗値の幅方向分布を図６（ａ）に示す。
また実施例１と同様にアニール処理（１５０℃で１時間加熱）を施した後の表面抵抗値の分布を図６（ｂ）に示す。

＜比較例１＞
フィルム厚１８８μｍ、フィルム幅１０００ｍｍのＰＥＴフィルムにハードコート処理をした合成樹脂フィルムを搬送し、合成樹脂フィルムの温度のみを幅方向一定として乾燥処理をし、スパッタ法にてＩＴＯ膜を成膜した。
その結果、得られたＩＴＯ膜の表面抵抗値の幅方向分布を図７（ａ）に示す。
また実施例１と同様にアニール処理（１５０℃で１時間加熱）を施した後の表面抵抗値の分布を図７（ｂ）に示す。

なお、図５〜７に記載の分布図は、横軸が合成樹脂フィルムの幅方向における長さ（ｍｍ）を示し、縦軸が合成樹脂フィルムの幅方向における表面抵抗値（Ω／□）を示しており、中央に引かれた線がフィルムの中心線を示している。

実施例１より、アニール処理前の表面抵抗値の分布は比較例１と比較し均一化される効果が確認できた。アニール処理後の表面抵抗値分布も安定しているが、僅かにフィルム幅方向分布が山形になっていることが分かる。
実施例２より、初期、加熱後の抵抗値分布が均一化されていることが確認できた。
比較例１より、合成樹脂フィルムからの脱ガス量の分布の影響と考えられる抵抗値の分布が見てとれる。特に、アニール処理後の膜質変化が大きく抵抗値分布は大きく乱れ実用に適さないことが分かる。

つまり、赤外線ランプヒーターと非接触式温度計と真空分圧計が、合成樹脂フィルムの幅方向に２００ｍｍ〜５００ｍｍの間隔で、かつ、合成樹脂フィルム走行方向に平行に、各一個ずつ設置されていることにより、合成樹脂フィルムの幅方向における膜質の均一化が可能であることが分かる。
また、実施例１に示すように、水分圧量を幅方向で一定になるように制御するよりも、実施例２に示すように、酸素分圧と水分圧の比を幅方向で一定になるように制御することで、より合成樹脂フィルムの幅方向における膜質の均一化が可能であることが分かる。

本発明における巻取り式真空成膜装置の全体図を示す概略説明図である。本発明に関わる真空巻取り装置の乾燥手段の概略図を示す部分概略図である。本発明に関わる真空巻取り装置の乾燥手段の一事例を示す部分拡大断面図である。従来技術における巻取り式真空成膜装置の全体図を示す概略説明図である。（ａ）実施例１における表面抵抗値の幅方向分布を示す図である。（ｂ）実施例１におけるアニール処理後の表面抵抗値の幅方向分布を示す図である。（ａ）実施例２における表面抵抗値の幅方向分布を示す図である。（ｂ）実施例２におけるアニール処理後の表面抵抗値の幅方向分布を示す図である。（ａ）比較例１における表面抵抗値の幅方向分布を示す図である。（ｂ）比較例１におけるアニール処理後の表面抵抗値の幅方向分布を示す図である。

符号の説明

１…巻取り軸、２…巻出し軸、３、４…アイドルローラ、５、６…張力検出器、７、８…テンションローラ、９…フィルム、１０…温調ドラム、１１…成膜手段（電極、スパッタターゲット等）、１２…ウェブ状の合成樹脂フィルム原反、１３…ウェブ状の成膜済み合成樹脂フィルム、１４、１５…ニップローラ、１６…ダンサローラ、１７、１８…ガス供給管、１９…乾燥手段、２０…赤外線ランプヒーター、２１…非接触温度計、２２…真空分圧計。

Claims

真空雰囲気下で、ウエブ状の合成樹脂フィルムの巻出しを行う巻出し手段と前記合成樹脂フィルムの巻取りを行う巻取り手段とを有する巻出し・巻取り室と、前記巻出し手段と巻取り手段との間に設置された温調ドラムと、前記温調ドラム上を走行する前記合成樹脂フィルム表面にスパッタリング法を用いて薄膜を成膜する成膜手段を有する成膜室と、前記巻出し手段と温調ドラムとの間に設置され前記合成樹脂フィルムの乾燥を行う乾燥手段と、を備える真空成膜装置において、
前記乾燥手段は、前記合成樹脂フィルム加熱用の赤外線ランプヒーターと、非接触式温度計と、真空中の残留ガス量を測定する真空分圧計と、を備え、
前記赤外線ランプヒーターと非接触式温度計と真空分圧計は、前記合成樹脂フィルムの幅方向に２００ｍｍ〜５００ｍｍの間隔で、かつ、前記合成樹脂フィルム走行方向に平行に、各一個ずつ設置されており、
前記真空分圧計により測定された残留ガス量が一定となるように、前記非接触式温度計で温度を測定しながら前記赤外線ランプヒーターを制御して、前記合成樹脂フィルムの温度を調整する制御手段を備える
ことを特徴とする真空成膜装置。
前記真空分圧計は残留ガスのうち酸素分圧と水分圧を同時に測定するものであり、前記制御手段は酸素分圧と水分圧の比が前記合成樹脂フィルム幅方向で一定となるように、前記非接触式温度計で温度を測定しながら前記赤外線ランプヒーターを制御して、前記合成樹脂フィルムの温度を調整することを特徴とする請求項１に記載の真空成膜装置。