JP6646799B1 - 巻取式成膜装置及び巻取式成膜方法 - Google Patents

巻取式成膜装置及び巻取式成膜方法 Download PDF

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Abstract

巻取式成膜装置は、真空容器と、フィルム走行機構と、リチウム源と、第１ローラとを具備する。上記真空容器は、減圧状態を維持することができる。上記フィルム走行機構は、上記真空容器内でフィルムを走行させることができる。上記リチウム源は、上記真空容器内でリチウムを蒸発させることができる。上記第１ローラは、上記フィルムの成膜面と上記リチウム源との間に配置されている。上記第１ローラは、上記リチウム源から蒸発した上記リチウムを受容する転写パターンを有する。上記第１ローラは、上記転写パターンに対応するリチウム層のパターンを上記成膜面に回転しながら転写する。

Description

本発明は、低融点金属の高速成膜技術としての巻取式成膜装置及び巻取式成膜方法に関する。
巻取式成膜装置の中に、巻出しローラに巻回されたフィルムを巻き出しながら、そのフィルムに金属を蒸着した後、フィルムを巻取りローラで巻き取る装置がある。
この種の巻取式成膜装置では、巻出しローラと巻取りローラとの途中において、金属蒸着源がフィルムに対向するように配置されている（例えば、特許文献１参照）。そして、金属蒸着源から蒸発した金属がフィルムに付着すると、フィルム上において金属が気相状態から固相状態に変化し、フィルムに固相状態の金属層が形成される。
国際公開第２００８／０１８２９７号公報
しかし、走行フィルムに金属層を直接蒸着すると、潜熱によってフィルムが熱損傷を受け易くなる。この潜熱は、フィルムに蒸着する金属層の厚さが厚くなるほど大きくなり、この厚さが厚くなるほど、フィルムはさらに熱損傷を受け易くなる。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、フィルムの熱損傷を抑制しつつ金属層を成膜することができる巻取式成膜装置及び巻取式成膜方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る巻取式成膜装置は、真空容器と、フィルム走行機構と、リチウム源と、第１ローラとを具備する。
上記真空容器は、減圧状態を維持することができる。
上記フィルム走行機構は、上記真空容器内でフィルムを走行させることができる。
上記リチウム源は、上記真空容器内でリチウムを蒸発させることができる。
上記第１ローラは、上記フィルムの成膜面と上記リチウム源との間に配置されている。上記第１ローラは、上記リチウム源から蒸発した上記リチウムを受容する転写パターンを有する。上記第１ローラは、上記転写パターンに対応するリチウム層のパターンを上記成膜面に回転しながら転写する。
このような巻取式成膜装置によれば、溶融した上記リチウムが上記転写パターンを有する上記第１ローラに受容され、上記リチウム層の上記パターンが上記第１ローラから上記フィルムの上記成膜面に間接的に転写される。つまり、上記第１ローラを介した真空蒸着および塗布によって上記フィルムの上記成膜面にリチウム層がパターニングされる。これにより、上記フィルムへの熱損傷が抑制される。
上記の巻取式成膜装置は、上記第１ローラに上記フィルムを介して対向する第２ローラをさらに具備してもよい。
このような巻取式成膜装置によれば、上記第１ローラに上記フィルムを介して上記第２ローラが接する。これにより、上記第１ローラから上記フィルムの上記成膜面により鮮明にリチウム層のパターンが転写される。
上記の巻取式成膜装置においては、上記リチウム源は、蒸着容器と、ドクターブレードと、を有してもよい。上記蒸着容器は、上記リチウムを収容し、上記リチウムが上記第１ローラに蒸着されるように配置される。上記ドクターブレードは、上記蒸着容器から上記第１ローラに供給された上記リチウムの厚さを制御する。
このような巻取式成膜装置によれば、上記蒸着容器から上記第１ローラに供給された上記リチウムの厚さが上記ドクターブレードによって確実に制御される。
上記の巻取式成膜装置においては、上記リチウム源は、第３ローラと、蒸着容器と、ドクターブレードと、を有してもよい。上記第３ローラは、上記第１ローラに対向する。上記蒸着容器は、上記リチウムを収容し、上記リチウムが上記第３ローラに蒸着されるように配置される。上記リチウムの溶融面は、上記第３ローラに接している。上記ドクターブレードは、上記蒸着容器から上記第３ローラに供給された上記リチウムの厚さを制御する。
このような巻取式成膜装置によれば、上記蒸着容器から上記第１ローラに供給された上記リチウムの厚さが上記ドクターブレード及び上記第３ローラによってより確実に制御される。
上記の巻取式成膜装置においては、上記リチウム源は、第３ローラと、第４ローラと、蒸着容器と、を有してもよい。上記第３ローラは、上記第１ローラに対向する。上記第４ローラは、上記第３ローラに対向する。上記蒸着容器は、上記リチウムを収容し、上記リチウムが上記第４ローラに蒸着されるように配置される。
このような巻取式成膜装置によれば、上記蒸着容器から上記第１ローラに供給された上記リチウムの厚さが上記第３ローラ及び上記第４ローラによってより確実に制御される。また、上記第４ローラを介在させることによって、上記フィルムへの熱損傷がさらに抑制される。
上記の巻取式成膜装置は、上記第１ローラの上流に、上記フィルムの上記成膜面のクリーニングを行う前処理機構をさらに具備してもよい。
このような巻取式成膜装置によれば、上記リチウム層の上記パターンが上記第１ローラから上記フィルムの上記成膜面に転写される前に、上記フィルムの上記成膜面がクリーニングされる。これにより、上記リチウム層と上記フィルムとの密着力が増加する。
上記の巻取式成膜装置は、上記第１ローラの下流に、上記リチウム層の表面に保護層を形成する保護層形成機構をさらに具備してもよい。
このような巻取式成膜装置によれば、上記リチウム層の上記パターンが上記第１ローラから上記フィルムの上記成膜面に転写された後に、上記リチウム層が上記保護層により保護される。
上記の巻取式成膜装置は、上記真空容器内において、上記保護層形成機構が隔離される隔離板をさらに具備してもよい。
このような巻取式成膜装置によれば、上記保護層形成機構が上記隔離板によって隔離され、上記リチウム層内に保護層の成分が混入しにくくなる。
また、上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る巻取式成膜方法は、減圧状態が維持可能な真空容器内でフィルムを走行させることを含む。転写パターンが形成された第１ローラにリチウムが蒸着して供給される。上記第１ローラを回転させつつ、上記フィルムの成膜面に上記転写パターンに対応するリチウム層のパターンを接触させて、上記リチウム層のパターンが上記成膜面に転写される。
このような巻取式成膜方法によれば、蒸着した上記リチウムが上記転写パターンを有する上記第１ローラに供給され、上記リチウム層の上記パターンが上記第１ローラから上記フィルムの上記成膜面に間接的に転写される。つまり、真空蒸着および塗布によって上記フィルムの上記成膜面にリチウム層がパターニングされる。これにより、上記フィルムへの熱損傷が抑制される。
以上述べたように、本発明によれば、フィルムの熱損傷を抑制しつつ金属層を成膜することができる。
第１実施形態に係る巻取式成膜装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る巻取式成膜方法を示す概略フロー図である。 第１実施形態に係る巻取式成膜装置の動作を示す概略構成図である。 第２実施形態に係る巻取式成膜装置の概略構成図である。 第３実施形態に係る巻取式成膜装置の概略構成図である。 第３実施形態に係る巻取式成膜装置の動作を示す概略構成図である。 第４実施形態に係る巻取式成膜装置の一部の概略構成図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る巻取式成膜装置の概略構成図である。
図１に示す巻取式成膜装置１は、フィルム６０を走行させながら、フィルム６０に金属層（例えば、リチウム層）を塗布することが可能な巻取式の成膜装置である。巻取式成膜装置１は、第１ローラ１１Ａと、リチウム源２０と、フィルム走行機構３０と、真空容器７０とを具備する。さらに、巻取式成膜装置１は、第２ローラ１２と、前処理機構４０と、排気機構７１と、ガス供給機構７２とを具備する。
第１ローラ１１Ａは、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム等の金属を含む筒状部材である。第１ローラ１１Ａは、フィルム６０とリチウム源２０との間に配置されている。第１ローラ１１Ａは、フィルム６０の成膜面６０ｄに対向する。例えば、第１ローラ１１Ａのローラ面１１ｒは、フィルム６０の成膜面６０ｄに接している。また、ローラ面１１ｒには、転写パターンが形成されている。転写パターンは、例えば、土手状、山状等の凸状パターンである。これにより、第１ローラ１１Ａは、版胴としての凸版とも称される。
第１ローラ１１Ａは、その中心軸を中心に回転することができる。例えば、巻取式成膜装置１の外部には、第１ローラ１１Ａを回転駆動させる回転駆動機構が設けられてもよい。あるいは、第１ローラ１１Ａ自体が回転駆動機構を有してもよい。
例えば、フィルム６０が矢印Ａの方向に走行しているとき、フィルム６０に対向する第１ローラ１１Ａは、時計回りに回転する。このとき、ローラ面１１ｒが動く速度（接線速度）は、例えば、フィルム６０の走行速度と同じ速度に設定される。これにより、ローラ面１１ｒにリチウムのパターンが形成された場合、このリチウムのパターンは、位置ずれを起こすことなくフィルム６０の成膜面６０ｄに転写される。あるいは、このローラ面１１ｒが動く速度は、フィルム６０の走行速度と異なるように（より遅いまたは速い速度に）設定されてもよい。この速度差を利用してリチウム２５の膜厚などを変更してもよい。
また、本実施形態においては、第１ローラ１１Ａの内部に、温調媒体循環系等の温調機構が設けられている。この温調機構により、例えば、ローラ面１１ｒの温度がリチウムの融点以上に設定できるように適宜調整される。
第２ローラ（バックアップローラ）１２は、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム等の金属を含む筒状部材である。第２ローラ１２は、フィルム６０を介して第１ローラ１１Ａに対向している。第２ローラ１２のローラ面１２ｒは、フィルム６０の裏面（成膜面６０ｄとは反対側の面）に接している。ローラ面１２ｒには、転写パターンが形成されていない。
第２ローラ１２は、その中心軸を中心に回転することができる。例えば、フィルム６０に接する第２ローラ１２は、フィルム６０の走行によって反時計回りに回転する。または、巻取式成膜装置１の外部には、第２ローラ１２を回転駆動させる回転駆動機構が設けられてもよい。あるいは、第２ローラ１２自体が回転駆動機構を有してもよい。この場合、第２ローラ１２は、回転駆動機構によって反時計回りに回転する。
また、本実施形態においては、第２ローラ１２の内部に、温調媒体循環系等の温調機構が設けられてもよい。この温調機構により、例えば、ローラ面１２ｒの温度がリチウムの融点未満に設定できるように適宜調整される。
リチウム源２０は、蒸着容器２１と、ドクターブレード２２と、第３ローラ２３とを有する。リチウム源２０は、第１ローラ１１Ａに対向するように配置される。
蒸着容器２１には、例えば、バルク状、ワイヤ状あるいは粉体状のリチウム（Ｌｉ）２５が収容される。例えば、巻取式成膜装置１の動作時には、リチウム２５が蒸着容器２１内において抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱等の手法によって加熱され、蒸発する。これらの手法によって蒸発量を制御し、リチウム２５の膜厚が調整されてよい。
リチウム２５の加熱温度は特に限定されず、典型的には、リチウムの融点以上の温度（例えば、１８０℃〜８００℃）に設定される。リチウムの表面に自然被膜（Ｌｉ２Ｏ等）が形成される場合は、リチウム２５のみを蒸発させる（あるいは蒸留する）ことができるように、目標加熱温度が設定される。
第３ローラ２３は、筒状部材であり、いわゆるアニロックスローラである。第３ローラ２３と第２ローラ１２との間には、第１ローラ１１Ａが位置している。例えば、巻取式成膜装置１の下から上に向かって、第３ローラ２３、第１ローラ１１Ａ及び第２ローラ１２の順に並んでいる。第３ローラ２３は、第１ローラ１１Ａに対向する。第３ローラ２３のローラ面２３ｒは、例えば、複数の孔を有する層（例えば、クロム（Ｃｒ）層、セラミック層等）で構成されている。
第３ローラ２３のローラ面２３ｒは、第１ローラ１１Ａのローラ面１１ｒに接している。さらに、図１の例では、蒸着容器２１は第３ローラ２３の下方に配置され、蒸着物質の蒸気を、対向する第３ローラ２３に付着させる。すなわち、蒸発したリチウム２５がローラ面２３ｒの一部に付着するように、蒸着容器２１は配置されている。
第３ローラ２３は、その中心軸を中心に回転することができる。例えば、第１ローラ１１Ａに接する第３ローラ２３は、第１ローラ１１Ａの回転によって反時計回りに回転する。または、巻取式成膜装置１の外部には、第３ローラ２３を回転駆動させる回転駆動機構が設けられてもよい。あるいは、第３ローラ２３自体が回転駆動機構を有してもよい。この場合、第３ローラ２３は、回転駆動機構によって反時計回りに回転する。
また、本実施形態においては、巻取式成膜装置１の外部に、第３ローラ２３と蒸着容器２１との相対距離を変える距離調整機構が設けられてもよい。この距離調整機構により、ローラ面２３ｒに蒸着するリチウム２５の量を変えることができる。
第３ローラ２３にリチウム２５が蒸着された状態で、第３ローラ２３が回転することにより、蒸着容器２１内のリチウム２５がローラ面２３ｒを介して持ち上げられる。これにより、蒸着容器２１から蒸着したリチウム２５が第３ローラ２３のローラ面２３ｒの全域に供給される。また、巻取式成膜装置１においては、ドクターブレード２２が第３ローラ２３のローラ面２３ｒ近傍に配置されている。
このドクターブレード２２の配置により、ローラ面２３ｒ上のリチウム２５の厚さが精度よく調整される。例えば、ローラ面２３ｒ上のリチウム２５の厚さは、実質的に同じになるように調整される。これにより、第３ローラ２３からリチウム２５が供給される第１ローラ１１Ａにおいては、リチウム２５の供給量が同じになる。
そして、ローラ面２３ｒ上のリチウム２５は、ローラ面２３ｒ上のリチウム２５に接する第１ローラ１１Ａのローラ面１１ｒに行き渡る。このように、蒸着容器２１から、均一な量のリチウム２５が第３ローラ２３を介して第１ローラ１１Ａのローラ面１１ｒに供給される。
この場合、ドクターブレード２２によってローラ面２３ｒに供給されたリチウム２５の供給量が同じになるので、第１ローラ１１Ａのローラ面１１ｒに供給されるリチウム２５の供給量も同じになる。これにより、ローラ面１１ｒ上のリチウム２５の厚さは全周にわたって同じになる。
また、本実施形態においては、第３ローラ２３の内部に、温調媒体循環系等の温調機構が設けられている。この温調機構により、例えば、ローラ面２３ｒの温度がリチウムの融点以上に設定できるように適宜調整される。
これにより、蒸着容器２１から蒸発したリチウム２５のローラ面２３ｒへの付着、および、第３ローラ２３において溶融したリチウム２５の第１ローラ１１Ａへの供給が実現される。
フィルム走行機構３０は、巻出しローラ３１、巻取りローラ３２及びガイドローラ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇを有する。巻取式成膜装置１の外部には、巻出しローラ３１及び巻取りローラ３２を回転駆動させる回転駆動機構が設けられている。または、巻出しローラ３１及び巻取りローラ３２のそれぞれが回転駆動機構を有してもよい。
また、本実施形態においては、ガイドローラ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇの内部に、温調媒体循環系等の温調機構が設けられてもよい。
フィルム６０は、第１ローラ１１Ａと第２ローラ１２との間に挟まれるように巻取式成膜装置１内に設置される。フィルム６０の成膜面６０ｄは、第１ローラ１１Ａに対向する。フィルム６０は、予め巻出しローラ３１に巻かれ、巻出しローラ３１から繰り出される。
巻出しローラ３１から繰り出されたフィルム６０は、走行中にガイドローラ３３ａ、３３ｂ、３３ｃに支持され、ガイドローラ３３ａ、３３ｂ、３３ｃのそれぞれで走行方向を変えながら、第１ローラ１１Ａと第２ローラ１２との間を移動する。
さらに、フィルム６０は、走行中にガイドローラ３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇに支持され、ガイドローラ３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇのそれぞれで走行方向を変えながら、巻取りローラ３２に連続的に巻き取られる。
フィルム６０は、所定幅に裁断された長尺のフィルムである。フィルム６０は、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、樹脂の少なくともいずれかを含む。樹脂は、例えば、ＯＰＰ（延伸ポリプロピレン）フィルム、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）フィルム等が用いられる。
前処理機構４０は、第１ローラ１１Ａの上流に設けられている。前処理機構４０は、フィルム６０の成膜面６０ｄのクリーニングを行う。例えば、前処理機構４０は、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ等）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）等のプラズマを発生することができる。このプラズマがフィルム６０の成膜面６０ｄに晒されることにより、成膜面６０ｄに付着した油膜、自然酸化膜等が除去される。これにより、成膜面６０ｄに形成されるリチウム層の密着力が向上する。
上記の第１ローラ１１Ａ、第２ローラ１２、リチウム源２０、フィルム走行機構３０、前処理機構４０及びフィルム６０は、真空容器７０内に収容されている。真空容器７０は、減圧状態を維持することができる。例えば、真空容器７０は、真空ポンプ等の真空排気系（不図示）に接続された排気機構７１によって、その内部がリチウムの蒸着が可能な所定の真空度に維持される。これにより、リチウムの露点が−３０℃未満（より好ましいのは−５０℃未満）となる環境が簡便に形成され、リチウムの溶融状態を真空容器７０内で安定して維持できる。さらに高い反応性を有するリチウムの反応が抑制される。
真空容器７０内を真空排気するに際しては、ガス供給機構７２によって乾燥空気、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ等）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素等の少なくともいずれかのガスを置換用ガスとして供給してから排気を行ってもよい。これらのガスを真空容器７０内に導入することにより、高い反応性を有するリチウムの反応が抑制される。
また、本実施形態においては、リチウム以外に、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）及び融点が４００°以下の合金の少なくともいずれかが蒸着容器２１内に収容されてもよい。
蒸着容器２１は例えば、オーステナイト系ステンレス鋼から成る。
［巻取式成膜装置の動作］
図２は、第１実施形態に係る巻取式成膜方法を示す概略フロー図である。
第１実施形態に係る巻取式成膜方法では、例えば、減圧状態が維持可能な真空容器７０内で、フィルム走行機構３０によってフィルム６０を走行させる（ステップＳ１０）。
次に、第３ローラ２３に、リチウム源２０（蒸着容器２１）から蒸発したリチウム２５が付着する（ステップＳ２０）。第３ローラ２３の温調機構により、第３ローラ２３に付着したリチウム２５は溶融状態に維持される。
次に、第３ローラ２３上の溶融状態のリチウム２５が、転写パターンが形成された第１ローラ１１Ａに供給される（ステップＳ３０）。
その次に、第１ローラ１１Ａを回転させつつ、フィルム６０の成膜面６０ｄに転写パターンに対応するリチウム層のパターンを接触させて、転写パターンに対応するリチウム層のパターンが成膜面６０ｄに転写される（ステップＳ４０）。
このような巻取式成膜方法によれば、蒸発したリチウム２５が転写パターンを有する第１ローラ１１Ａに第３ローラ２３を介して供給され、リチウム層のパターンが第１ローラ１１Ａからフィルム６０の成膜面６０ｄに転写される。
つまり、リチウム２５（溶融金属）は、蒸着容器２１（浴槽）から第１ローラ１１Ａに直接蒸着せずに、一旦第３ローラ２３に蒸着し、第３ローラ２３の温調機構により融解状態を維持したまま被成膜面６０ｄに塗布される。
真空蒸着および塗布によってフィルム６０の成膜面６０ｄにリチウム層がパターニングされる。これにより、フィルム６０への熱損傷が抑制される。
巻取式成膜装置１の具体的な動作について説明する。
図３は、第１実施形態に係る巻取式成膜装置の動作を示す概略構成図である。
図３に示すように、フィルム６０は、第１ローラ１１Ａと第２ローラ１２との間において矢印Ａの方向に走行する。ここで、第１ローラ１１Ａのローラ面１１ｒには、凸状の転写パターン１１ｐが形成されている。転写パターン１１ｐの材料は、例えば、ゴム等の弾性体、有機または無機樹脂等を含む。真空容器７０内は、減圧状態が維持される。真空容器７０内は、排気機構７１の真空排気系（真空ポンプ）の到達真空度として、例えば、１×１０−３Ｐａ以下に設定される。真空容器７０内には、乾燥空気、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ等）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素等の少なくともいずれかのガスが供給されてもよい。また、フィルム６０の成膜面６０ｄには、前処理機構４０によって前処理（クリーニング）が施されている。
次に、第１ローラ１１Ａの転写パターン１１ｐ上に、蒸着容器２１から第３ローラ２３に蒸着した液状のリチウム２５が供給される。
例えば、第３ローラ２３のローラ面２３ｒの一部に、蒸着容器２１から蒸発したリチウム２５が付着するように、蒸着容器２１は第３ローラ２３の下方に配置される。さらに、第３ローラ２３のローラ面２３ｒの温度は、温調機構によってリチウム融点（１８０℃）以上に調整されている。これにより、第３ローラ２３に蒸着したリチウム２５は、ローラ面２３ｒにおいて溶融した状態で（第３ローラ２３が反時計周りに回転して）、第１ローラ１１Ａに供給される。また、ローラ面２３ｒ上のリチウム２５の厚さは、ドクターブレード２２によって精度よく均一に調整される。
次に、第１ローラ１１Ａは、第３ローラ２３の回転とともに時計回りに回転する。さらに、第１ローラ１１Ａは、第３ローラ２３に接している。これにより、第１ローラ１１Ａの転写パターン１１ｐが溶融したリチウム２５で濡れ、ローラ面１１ｒがローラ面２３ｒから溶融したリチウム２５を受容する。つまり、転写パターン１１ｐ上に、溶融したリチウム２５が形成され、転写パターン１１ｐに対応したリチウム２５のパターン２５ｐがローラ面１１ｒに形成される。
ここで、第１ローラ１１Ａのローラ面１１ｒの温度は、温調機構によってリチウム融点（１８０℃）以上に調整されている。これにより、第１ローラ１１Ａが回転して、ローラ面１１ｒが第３ローラ２３から離れても、リチウム２５は、転写パターン１１ｐ上において溶融した状態で濡れ続ける。
フィルム６０は、第１ローラ１１Ａと第２ローラ１２との間において第１ローラ１１Ａ及び第２ローラ１２の回転とともに走行している。ここで、第１ローラ１１Ａは、フィルム６０の成膜面６０ｄに接している。これにより、パターン２５ｐもフィルム６０の成膜面６０ｄに接し、パターン２５ｐが転写パターン１１ｐからフィルム６０の成膜面６０ｄに転写される。
この後、成膜面６０ｄ上のリチウム２５のパターン２５ｐは、ガイドローラ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇの温調機構や自然冷却などによって、フィルム６０の成膜面６０ｄにリチウム層のパターン２５ｐが形成される。成膜面６０ｄに形成されたリチウム層の厚さは、例えば、０．５μｍ以上５０μｍ以下である。なお、リチウム層のパターン２５ｐは、フィルム６０の両面に形成されてもよい。
このように、本実施形態では、蒸着容器２１から蒸発したリチウム２５が、溶融状態を保持する温調機構を有する第３ローラ２３のローラ面２３ｒに付着する。その後、溶融したリチウム２５が転写パターン１１ｐを有する第１ローラ１１Ａに受容される。
この後、リチウム層のパターン２５ｐが第１ローラ１１Ａからフィルム６０の成膜面６０ｄに転写される。
上記のように本実施形態では、リチウム２５は、第１および第３ローラ１１Ａ、２３を介して、蒸着容器２１から成膜面６０ｄへ間接的に転写される。
本実施形態では、フィルム６０の成膜面６０ｄに、リチウム２５（パターン２５ｐ）が気相状態から固相状態に変化して直接的に供給されるのではなく、液相状態を経由して（気相→液相→固相状態に変化して）間接的に供給される。これにより、フィルム６０がリチウムから受ける潜熱がより小さくなり、フィルム６０への熱損傷が大きく抑制される。例えば、フィルム６０の成膜面６０ｄに、厚さが０．５μｍ以上５０μｍ以下という比較的厚いリチウム層のパターンが形成されても、フィルム６０は熱損傷を受け難くなる。
また、本実施形態では、第１ローラ１１Ａに転写パターン１１ｐが設けられ、第１ローラ１１Ａから直にフィルム６０にリチウムのパターン２５ｐが形成される。これにより、フィルム６０にリチウムパターンを形成する専用のマスクを要しない。これにより、リチウムが付着したマスクを定期的に交換するメンテナンス作業が不要になる。さらに、フィルム６０とともにマスクを巻き出したり、巻き取ったりする複雑な機構及びマスクの位置あわせを行う複雑な機構を要しない。
また、本実施形態では、フィルム６０へのリチウム層のパターニングが減圧雰囲気で行われる。これにより、リチウムの溶融状態を蒸着容器２１内で安定して維持でき、さらに高い反応性を有するリチウムの反応が抑制される環境が簡便に形成される。また、フィルム６０へのリチウム層のパターニングが不活性ガス雰囲気で行われた場合にも、高い反応性を有するリチウムの反応が抑制される。
また、本実施形態では、第１ローラ１１と第２ローラ１２とによって、上下の方向からフィルム６０が挟まれ、フィルム６０が水平方向に移動しながら、転写パターン１１ｐがフィルム６０に転写される。これにより、フィルム６０に転写された直後のパターン２５ｐがフィルム６０の面内方向に沿って寄りにくくなる。
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係る巻取式成膜装置の概略構成図である。
図４に示す巻取式成膜装置２においては、リチウム源２０が蒸着容器２１と、第３ローラ２３と、第３ローラ２３に対向する第４ローラ２４とを有する。図４には、リチウム源２０として、ドクターブレード２２が例示されているが、ドクターブレード２２は、必要に応じて略すことができる。この場合は、第３ローラ２３と第４ローラ２４との間の距離（押圧力）および回転速度差を利用してリチウム２５の膜厚制御を行ってもよい。
第４ローラ２４は、筒状部材であり、いわゆるファウンテンローラである。第４ローラ２４と第１ローラ１１Ａとの間には、第３ローラ２３が位置している。第４ローラ２４のローラ面２４ｒは耐熱性のある公知の材料が採用され、例えば、金属で構成されている。第４ローラ２４のローラ面２４ｒは、第３ローラ２３のローラ面２３ｒに接している。
さらに、図４の例では、第１実施形態に係る巻取式成膜装置の第３ローラと同様に、第４ローラ２４のローラ面２４ｒの一部に、蒸着容器２１から蒸発したリチウム２５が付着するように、蒸着容器２１は第４ローラ２４の下方に配置される。
第４ローラ２４は、その中心軸を中心に回転することができる。例えば、第３ローラ２３に接する第４ローラ２４は、第３ローラ２３の回転により時計回りに回転する。または、巻取式成膜装置２の外部には、第４ローラ２４を回転駆動させる回転駆動機構が設けられてもよい。あるいは、第４ローラ２４自体が回転駆動機構を有してもよい。この場合、第４ローラ２４は、回転駆動機構によって時計回りに回転する。
また、本実施形態においては、巻取式成膜装置２の外部に、第４ローラ２４と蒸着容器２１との相対距離を変える距離調整機構が設けられてもよい。この距離調整機構により、第４ローラ２４のローラ面２４ｒに付着するリチウム２５の量を変えることができる。
第４ローラ２４にリチウム２５が蒸着された状態で、第４ローラ２４が回転することにより、蒸着容器２１内のリチウム２５がローラ面２４ｒを介して持ち上げられる。これにより、蒸着容器２１から蒸着したリチウム２５が第４ローラ２４のローラ面２４ｒの全域に供給される。さらに、ローラ面２４ｒ上のリチウム２５は、ローラ面２４ｒ上のリチウム２５に接する第３ローラ２３のローラ面２３ｒに行き渡る。
さらに、ローラ面２３ｒ上のリチウム２５は、ローラ面２３ｒ上のリチウム２５に接する第１ローラ１１Ａのローラ面１１ｒに行き渡る。すなわち、蒸着容器２１から蒸発したリチウム２５が、第４ローラ２４及び第３ローラ２３を介して第１ローラ１１Ａのローラ面１１ｒに供給される。
ここで、ローラ面２４ｒが動く速度は、第３ローラ２３のローラ面２３ｒが動く速度と異なる速度に設定されてもよく、同じ速度に設定されてもよい。このような速度制御により、ローラ面２３ｒ上のリチウム２５の厚さが精度よく調整される、例えば、ローラ面２３ｒ上のリチウム２５の厚さが、実質的に同じ（均一）になるように調整される。なお、第４ローラ２４の回転方向は、時計周りに限らず、反時計回りであってもよい。
また、本実施形態においては、第４ローラ２４の内部に、温調媒体循環系等の温調機構が設けられている。この温調機構により、例えば、ローラ面２４ｒの温度がリチウムの融点以上に設定できるように適宜調整される。また、ドクターブレード２２が第３ローラ２３のローラ面２３ｒ近傍に配置された場合、ドクターブレード２２の配置によってローラ面２３ｒ上のリチウム２５の厚さがさらに精度よく調整される。
巻取式成膜装置２においても、巻取式成膜装置１と同じ作用効果を奏する。特に本実施形態によれば、リチウム２５が経由するローラ（第４ローラ２４）が１つ追加されているため、熱損傷をより確実に防止することができる。
［第３実施形態］
図５は、第３実施形態に係る巻取式成膜装置の概略構成図である。
図５に示す巻取式成膜装置３は、第１ローラ１１Ｂと、リチウム源２０と、フィルム走行機構３０と、真空容器７０とを具備する。さらに、巻取式成膜装置３は、第２ローラ１２と、前処理機構４０と、保護層形成機構５０と、排気機構７１と、ガス供給機構７２とを具備する。
第１ローラ１１Ｂは、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム等の金属を含む筒状部材である。第１ローラ１１Ｂは、フィルム６０とリチウム源２０との間に配置されている。第１ローラ１１Ｂのローラ面１１ｒは、フィルム６０の成膜面６０ｄに対向している。例えば、ローラ面１１ｒは、フィルム６０の成膜面６０ｄに接している。
さらに、図５の例では、蒸着容器２１は第１ローラ１１Ｂの下方に配置され、蒸着物質の蒸気を、対向する第１ローラ１１Ｂに付着させる。すなわち、蒸発したリチウム２５が第１ローラ１１Ｂのローラ面１１ｒの一部に付着するように、蒸着容器２１は配置されている。
ローラ面１１ｒには、転写パターンが形成されている。転写パターンは、例えば、溝状、孔状等の凹状パターンである。これにより、第１ローラ１１Ｂは、版胴としての凹版とも称される。
第１ローラ１１Ｂは、その中心軸を中心に回転することができる。例えば、巻取式成膜装置３の外部には、第１ローラ１１Ｂを回転駆動させる回転駆動機構が設けられている。または、第１ローラ１１Ｂ自体が回転駆動機構を有してもよい。例えば、フィルム６０が矢印Ａの方向に走行しているとき、フィルム６０に対向する第１ローラ１１Ｂは、時計回りに回転する。このとき、ローラ面１１ｒが動く速度は、例えば、フィルム６０の走行速度と同じ速度に設定される。これにより、ローラ面１１ｒにリチウムのパターンが形成された場合、このリチウムのパターンは、位置ずれを起こすことなくフィルム６０の成膜面６０ｄに転写される。
また、本実施形態においては、巻取式成膜装置３の外部に、第１ローラ１１Ｂと蒸着容器２１との相対距離を変える距離調整機構が設けられてもよい。また、本実施形態においては、第１ローラ１１Ｂの内部に、温調媒体循環系等の温調機構が設けられている。この温調機構により、ローラ面１１ｒの温度が適宜調整される。
第１ローラ１１Ｂにリチウム２５が蒸着された状態で、第１ローラ１１Ｂが回転することにより、蒸着容器２１内のリチウム２５がローラ面１１ｒを介して持ち上げられる。これにより、蒸着容器２１から蒸発したリチウム２５が第１ローラ１１Ｂのローラ面１１ｒの全域に供給される。
また、巻取式成膜装置３においては、ドクターブレード２２が第１ローラ１１Ｂのローラ面１１ｒ近傍に配置されている。このドクターブレード２２の配置により、転写パターン内のリチウム２５の厚さが精度よく調整される。例えば、転写パターン内のリチウム２５の厚さは、実質的に同じ（均一）になるように調整される。
図６は、第３実施形態に係る巻取式成膜装置の動作を示す概略構成図である。
図６に示すように、第１ローラ１１Ｂのローラ面１１ｒには、凹状の転写パターン１１ｐが形成されている。また、フィルム６０の成膜面６０ｄには、前処理機構４０によって前処理が施されている。
次に、第１ローラ１１Ｂの転写パターン１１ｐに、リチウム源２０から蒸発したリチウム２５が供給される。例えば、第１ローラ１１Ｂのローラ面１１ｒの一部に、蒸着容器２１から蒸発したリチウム２５が付着するように、蒸着容器２１は第１ローラ１１Ｂの下方に配置される。さらに、第１ローラ１１Ｂのローラ面１１ｒの温度は、温調機構によってリチウム融点以上に調整されている。
これにより、第１ローラ１１Ｂに蒸着したリチウム２５は、ローラ面１１ｒにおいて溶融した状態で濡れ続ける。また、ローラ面１１ｒ上のリチウム２５の厚さは、ドクターブレード２２によって精度よく調整される。
フィルム６０は、第１ローラ１１Ｂと第２ローラ１２との間において第１ローラ１１Ｂ及び第２ローラ１２の回転とともに走行している。ここで、第１ローラ１１Ｂは、フィルム６０の成膜面６０ｄに接している。これにより、パターン２５ｐもフィルム６０の成膜面６０ｄに接し、パターン２５ｐが転写パターン１１ｐからフィルム６０の成膜面６０ｄに転写される。
この後、成膜面６０ｄ上のリチウム２５のパターン２５ｐは、自然冷却して、フィルム６０の成膜面６０ｄにリチウム層のパターン２５ｐが形成される。さらにこの後、成膜面６０ｄには、リチウム層のパターン２５ｐを覆う保護層が保護層形成機構５０によって形成される。
巻取式成膜装置３においても、巻取式成膜装置１と同じ作用効果を奏する。さらに、巻取式成膜装置３においては、第１ローラ１１Ｂに形成された転写パターン１１ｐが凹状パターンであるため、溶融したリチウム２５が凹状パターン内に効率よく収まる。これにより、フィルム６０の成膜面６０ｄに形成されるリチウム層のパターン２５ｐがより鮮明になる。
［第４実施形態］
図７は、第４実施形態に係る巻取式成膜装置の一部の概略構成図である。図７には、巻取りローラ３２の周辺が示されている。
図７に示す巻取式成膜装置４は、リチウム層のパターン２５ｐが形成されたフィルム６０の成膜面６０ｄに保護層または保護フィルムを形成する保護層形成機構５０をさらに具備する。保護層形成機構５０は、上述した巻取式成膜装置１〜３のいずれにも、複合させることができる。保護層は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、アルミナ酸化物（ＡｌＯｘ）等の少なくともいずれかを含む。
保護層形成機構５０は、第１ローラ１１Ａの下流に設けられている。保護層形成機構５０は、第１ローラ１１Ａによってフィルム６０にリチウム層が形成された後、リチウム層の表面に保護層または保護フィルムを形成することができる。
保護層形成機構５０は、保護層形成部５１Ａと、保護層形成部５１Ｂと、保護フィルム形成部５２と、ガス供給機構５７と、隔離板５８とを有する。保護フィルム形成部５２は、巻出しローラ５３と、保護フィルム５４と、ガイドローラ５５、５６とを有する。保護層形成部５１Ａ、保護層形成部５１Ｂ及び保護フィルム形成部５２のそれぞれは、独立して駆動させることができ、保護層形成部５１Ａ、保護層形成部５１Ｂ及び保護フィルム形成部５２の少なくとも１つを駆動させることができる。
また、隔離板５８は、保護層形成機構５０を真空容器７０内で隔離する。図７の例では、隔離板５８は、保護層形成部５１Ａと、保護層形成部５１Ｂと、保護フィルム形成部５２と、ガス供給機構５７とを隔離する。これにより、保護層形成機構５０が隔離板５８によって隔離され、リチウム層内に保護層の成分が混入しにくくなる。
保護層形成部５１Ａは、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、蒸着法等の成膜方法によって、フィルム６０の成膜面６０ｄに保護層を形成することができる。また、保護層形成部５１Ａに設けられた成膜源からフィルム６０の成膜面６０ｄにシリコン、アルミニウム等の元素を入射させつつ、隔離板５８で隔離された空間７０ｓにガス供給機構５７から酸素、窒素、水、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスを導入して、反応生成物（保護層）を成膜面６０ｄに形成してもよい。
保護層形成部５１Ｂは、例えば、プラズマ処理または加熱処理によってフィルム６０の成膜面６０ｄに保護層を形成することができる。例えば、隔離板５８で隔離された空間７０ｓにガス供給機構５７から酸素、窒素、水、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスを導入して、これらのガスの少なくとも１つをリチウム層の表面と反応させて、リチウム層の表面に保護層が形成されてもよい。また、これらのガスの反応性を高めるために、これらのガスは、巻取成膜装置４に付設されたプラズマ発生手段（不図示）によってプラズマガスとしてもよい。保護層形成部５１Ｂによれば、リチウム層の表面に、例えば、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、窒化リチウム（Ｌｉ３Ｎ）、炭酸リチウム（ＬｉＣＯｘ）等が形成される。
なお、巻取成膜装置４は、空間７０ｓ内のガスが空間７０ｓ外に漏れないように、空間７０ｓを排気する排気機構を備えてもよい。この場合、空間７０ｓ内の圧力は、空間７０ｓ外の圧力よりも低くなるように調整される。これにより、例えば、蒸着容器２１に収容された溶融リチウムの酸化等が抑制される。
また、保護フィルム形成部５２は、フィルム６０の成膜面６０ｄに保護フィルム５４を貼り合わせることができる。例えば、保護フィルム５４は、フィルム６０の成膜面６０ｄに対向するように配置されている。さらに、保護フィルム５４は、ガイドローラ３３ｇとガイドローラ５６との間に挟まれるように設置される。
保護フィルム５４は、巻出しローラ５３に予め巻かれ、巻出しローラ５３から繰り出される。巻出しローラ５３から繰り出された保護フィルム５４は、ガイドローラ５５に支持されながら、ガイドローラ３３ｇとガイドローラ５６との間に移動する。そして、保護フィルム５４がフィルム６０の成膜面６０ｄを被覆した後、保護フィルム５４は、フィルム６０とともに、巻取りローラ３２に連続的に巻き取られる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、リチウム源２０は、巻取式成膜装置１〜３において、蒸着容器２１から蒸発したリチウム２５がノズル、シャワー等を介して第１ローラ１１Ｂ、第３ローラ２３または第４ローラ２４に供給される機構でもよい。
フィルム６０と蒸着容器２１との間に介在させるローラの個数はこれら（１〜３）に限定されず、用途に応じて４個以上介在させてもよい。また、前処理機構４０および保護層形成機構５０は、どちらか一方または両方が選択されてもよい。
また、リチウム２５の加熱温度によって蒸着レート（蒸気量）を制御することができるため、ドクターブレード２２は省略されてもよい。
さらに、例えば第１の実施形態において、第３ローラ２３に蒸着したリチウム２５を、そのローラ面２３ｒにおいて溶融した状態で、第１ローラ１１Ａに供給されるように構成されたが、これに代えて、第３ローラの表面に固相のリチウム膜を形成した後、当該リチウム膜を第１ローラの表面を介してフィルムの成膜面に転写するようにしてもよい。この場合、第３ローラの表面は第１ローラの表面よりもリチウム膜との密着性を低くし、第１ローラの表面はフィルム成膜面よりもリチウム膜との密着性を低くする等の手法が採用可能である。この場合、第１ローラ及び第３ローラの表面温度は、温調機構により、リチウムの融点よりも低い温度に設定される。
１、２、３、４…巻取式成膜装置
１１Ａ、１１Ｂ…第１ローラ
１１ｒ…ローラ面
１１ｐ…転写パターン
１２…第２ローラ
１２ｒ…ローラ面
２０…リチウム源
２１…蒸着容器
２２…ドクターブレード
２３…第３ローラ
２３ｒ…ローラ面
２４…第４ローラ
２４ｒ…ローラ面
２５…リチウム
２５ｐ…パターン
３０…フィルム走行機構
３１…巻出しローラ
３２…巻取りローラ
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、３３ｇ…ガイドローラ
４０…前処理機構
５０…保護層形成機構
５１Ａ…保護層形成部
５１Ｂ…保護層形成部
５２…保護フィルム形成部
５３…巻出しローラ
５４…保護フィルム
５５、５６…ガイドローラ
５７…ガス供給機構
５８…隔離板
６０…フィルム
６０ｄ…成膜面
７０…真空容器
７０ｓ…空間
７１…排気機構
７２…ガス供給機構

Claims (9)

  1. 減圧状態を維持することが可能な真空容器と、
    前記真空容器内でフィルムを走行させることが可能なフィルム走行機構と、
    前記真空容器内でリチウムを蒸発させることが可能なリチウム源と、
    前記フィルムの成膜面と前記リチウム源との間に配置され、前記リチウム源から蒸発した前記リチウムを受容する転写パターンを有し、前記転写パターンに対応するリチウム層のパターンを前記成膜面に回転しながら転写する第１ローラと
    を具備する巻取式成膜装置。
  2. 請求項１に記載の巻取式成膜装置であって、
    前記第１ローラに前記フィルムを介して対向する第２ローラをさらに具備する
    巻取式成膜装置。
  3. 請求項１または２に記載された巻取式成膜装置であって、
    前記リチウム源は、
    前記リチウムを収容し、前記リチウムが前記第１ローラに蒸着されるように配置された蒸着容器と、
    前記蒸着容器から前記第１ローラに供給された前記リチウムの厚さを制御するドクターブレードと、を有する
    巻取式成膜装置。
  4. 請求項１または２に記載の巻取式成膜装置であって、
    前記リチウム源は、
    前記第１ローラに対向する第３ローラと、
    前記リチウムを収容し、前記リチウムが前記第３ローラに蒸着されるように配置された蒸着容器と、
    前記蒸着容器から前記第３ローラに供給された前記リチウムの厚さを制御するドクターブレードと、を有する
    巻取式成膜装置。
  5. 請求項１または２に記載の巻取式成膜装置であって、
    前記リチウム源は、
    前記第１ローラに対向する第３ローラと、
    前記第３ローラに対向する第４ローラと、
    前記リチウムを収容し、前記リチウムが前記第４ローラに蒸着されるように配置された蒸着容器と、を有する
    巻取式成膜装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の巻取式成膜装置であって、
    前記第１ローラの上流に、前記フィルムの前記成膜面のクリーニングを行う前処理機構をさらに具備する
    巻取式成膜装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の巻取式成膜装置であって、
    前記第１ローラの下流に、前記リチウム層の表面に保護層を形成する保護層形成機構をさらに具備する
    巻取式成膜装置。
  8. 請求項７に記載の巻取式成膜装置であって、
    前記真空容器内において、前記保護層形成機構が隔離される隔離板をさらに具備する
    巻取式成膜装置。
  9. 減圧状態が維持可能な真空容器内でフィルムを走行させ、
    転写パターンが形成された第１ローラに、蒸発したリチウムを供給し、
    前記第１ローラを回転させつつ、前記フィルムの成膜面に前記転写パターンに対応するリチウム層のパターンを接触させて、前記リチウム層のパターンを前記成膜面に転写する
    巻取式成膜方法。
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