KR102209356B1 - 이온 주입 장치 - Google Patents

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Abstract

이온 주입 장치는 진공 챔버(11)와, 필름(2)이 외주부의 일부에 감긴 전극 롤(13)과, 전극 롤에 전압을 인가하는 전압 인가 수단(21)과, 진공 챔버 내에 가스를 도입하는 가스 도입 수단(31)을 구비하고, 전압 인가 수단에 의해 전극 롤에 전압을 인가함과 아울러, 가스 도입 수단에 의해 가스를 도입하여 플라즈마를 형성하고, 필름의 표면에 이온 주입 처리를 행하는 이온 주입 장치에 있어서, 전극 롤의 필름이 감긴 면에 대향하여 전극 부재(42)가 설치되어 있다.

Description

이온 주입 장치{ION IMPLANTATION DEVICE}
본 발명은 이온 주입 장치에 관한 것이다.
종래, 긴 필름을 한 방향으로 반송하면서 그 표면에 플라즈마 중의 이온을 주입하여 표면 개질을 행하는 소위 이온 주입 방법을 사용하여, 예를 들면 필름 표면에 가스 배리어층을 만드는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에서는 이 이온 주입 방법을 실시하는 이온 주입 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 이온 주입 장치에서는 진공 챔버 내에 권출 롤, 권취 롤, 전극 롤 등의 롤류가 설치되어 있음과 아울러, 가스 도입 수단이 설치되어 있다. 또, 전극 롤에는 전압 인가 수단이 설치되어 있다.
이러한 이온 주입 장치에서는 챔버 내에 이온 주입 가스가 도입되고, 전극 롤에 전압 인가 수단에 의해 전압이 인가되면, 챔버 벽면이 어스가 되어 전극 롤과 챔버 벽면 사이에 전계가 형성되고, 플라즈마가 형성된다. 이 플라즈마에 의해 생성된 이온이 부의 직류 고전압 펄스의 인가에 의해 전극 롤측으로 끌어당겨짐으로써, 전극 롤의 필름의 표면에 이온 주입이 행해진다.
일본 공개특허공보 2006-70238호
그런데, 최근 필름의 폭이 넓어짐으로써 전극 롤이 대형화하고, 이것에 의해 이온 주입 장치가 대형화하고 있다. 이와 같이 이온 주입 장치가 대형화하면, 전극 롤과 챔버 벽면과의 거리가 커지므로, 전극 롤과 챔버 벽면 사이에 형성되는 전계의 강도(전계 강도)가 작아진다. 이것은 전계 강도는 전극간 거리에 반비례하기 때문이다. 그리고, 이와 같이 장치의 대형화에 따라 전극 롤과 챔버 벽면 사이에 형성되는 전계 강도가 작아짐으로써, 형성된 플라즈마의 밀도(플라즈마 밀도)가 작아져, 원하는 이온 주입 처리를 행할 수 없다는 문제가 생길 우려가 있다.
여기서, 플라즈마 밀도를 높게 하기 위해서, 전극 롤에 인가되는 전압을 보다 고전압으로 하는 것도 생각되지만, 고전압화를 위한 전압원의 증설은 제조 비용이 높아짐과 아울러, 설치 공간의 증가나 장치의 내전압을 상승시킬 필요가 있기 때문에 바람직하지 않다.
그래서, 본 발명의 과제는 상기 종래기술의 문제점을 해결하는 것에 있고, 전압원을 증설하지 않고 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있는 이온 주입 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 이온 주입 장치는 진공 챔버와, 필름이 외주부의 일부에 감긴 전극 롤과, 이 전극 롤에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과, 상기 진공 챔버 내에 가스를 도입하는 가스 도입 수단을 구비하고, 상기 전압 인가 수단에 의해 상기 전극 롤에 전압을 인가함과 아울러, 상기 가스 도입 수단에 의해 가스를 도입하여 플라즈마를 형성하고, 상기 필름의 표면에 이온 주입 처리를 행하는 이온 주입 장치에 있어서, 상기 전극 롤의 상기 필름이 감긴 면에 대향하여 전극 부재가 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 상기 전극 롤의 상기 필름이 감긴 면에 대향하여 전극 부재가 설치됨으로써, 전극 롤과 전극 부재 사이에 전계가 형성되므로, 전극 롤과 진공 챔버 벽면 사이에 전계가 형성되는 것 보다 전계 강도가 높은 전계를 형성할 수 있다. 따라서, 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있다.
상기 전극 부재는 상기 전극 롤의 둘레방향을 따르도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 전극 롤의 둘레방향에 있어서 전계 강도가 높은 전계가 균일하게 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시형태로서는, 상기 전극 부재는 복수 매의 판형상 부재로 이루어지고, 상기 전극 롤의 둘레방향을 따라 각각 이간하여 설치되어 있는 것을 들 수 있다.
상기 전극 부재는 상기 전극 롤의 축방향에 걸쳐 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 전극 롤의 축방향에 있어서 전계 강도가 높은 전계가 균일하게 형성된다.
상기 전압 인가 수단은 상기 전극 롤의 축방향의 단부에 전압을 인가하고, 상기 전극 부재는 전극 롤의 축방향에 있어서의 각도가 가변이도록 구성된 것이 바람직하다. 전극 롤의 축방향의 단부에 전압을 인가하면, 전극 롤 자신의 저항에 의해, 전압 인가 수단에 의해 전압을 인가한 전극 롤의 단부로부터 거리가 떨어질수록 전압이 저하하고, 전극 롤의 축방향에 있어서의 전계 강도가 불균일하게 될 우려가 있다. 그러나, 본 발명에서는 전극 롤의 축방향에 있어서의 전계 강도를 전극 부재와 전극 롤과의 간격을 변경하여 전계 강도를 균일하게 할 수 있다.
상기 전극 롤의 단부에는 상기 전극 롤과 동일 직경의 연장 부재가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 전극 롤과 동일 직경의 연장 부재가 설치되어 있는 것으로, 전극 롤 단부에 있어서의 플라즈마가 돌아들어가는 것을 억제할 수 있고, 폭방향에 있어서의 플라즈마 밀도를 균일화할 수 있다.
본 발명의 이온 주입 장치에 의하면, 전압원을 증설하지 않고 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있다는 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 따른 이온 주입 장치의 모식도.
도 2는 실시형태 1에 따른 이온 주입 장치에 사용되는 전극 부재를 설명하기 위한 모식적 사시도.
도 3은 실시형태 2에 따른 이온 주입 장치에 사용되는 전극 부재를 설명하기 위한 모식도.
도 4는 실시형태 2에 따른 이온 주입 장치에 사용되는 전극 부재를 설명하기 위한 모식도.
도 5는 실시형태 3에 따른 이온 주입 장치에 사용되는 전극 롤을 설명하기 위한 모식도.
도 6은 실시예 1, 비교예 1의 결과를 나타내는 그래프.
도 7은 실시예 2, 비교예 2의 결과를 나타내는 그래프.
(실시형태 1)
본 발명의 실시형태에 대해서, 도 1, 2를 사용하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 이온 주입 장치(1)는 진공 챔버(11)를 구비한다. 진공 챔버(11)에는 진공 펌프(12)를 가지는 배기 수단이 설치되어 있다. 배기 수단은 진공 챔버(11) 내부를 소정의 진공도로 할 수 있도록 구성되어 있다.
진공 챔버(11)에는 전극 롤(13), 권출 롤(14), 복수의 반송 롤(15), 권취 롤(16)이 설치되어 있다. 전극 롤(13)의 하방측에는 권출 롤(14)로부터 반송 롤(15)을 통하여 반송된 필름(2)이 감겨 있다. 필름(2)은 이 전극 롤(13)에 있어서, 상세는 후술하는 이온 주입 처리가 행해져, 반송 롤(15)을 통하여 권취 롤(16)에 반송된다. 즉, 권출 롤(14)에 있는 필름은 이온 주입 처리 전이며, 권취 롤(16)에 있는 필름(2)은 이온 주입 처리 후이다.
전극 롤(13)은 도전체로 이루어진다. 이 전극 롤(13)에는 전압 인가 수단(21)이 설치되어 있다. 전압 인가 수단(21)은 전극 롤(13)에 대하여 교류 전압 및 직류 전압을 인가할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 도 1 중 도시하지 않지만, 전압 인가 수단(21)은 전극 롤(13)의 축방향의 단부에 전압을 인가하여 전극 롤(13)의 축방향(폭방향)을 따라 전류가 흐르도록 구성되어 있다. 이러한 전압 인가 수단(21)에 의해 전압을 인가함으로써, 전극 롤(13)은 전극으로서 기능한다.
또, 진공 챔버(11)에는 가스 도입 수단(31)이 설치되어 있다. 가스 도입 수단(31)은 도시하지 않는 가스원과 제어 수단이 설치되고, 가스원으로부터의 가스를 유량 제어하면서 진공 챔버(11) 내에 도입할 수 있도록 구성되어 있다.
여기서, 진공 챔버(11)에서는 전극 롤(13)과 진공 챔버(11)의 벽면 사이에는 전극 롤(13)의 상기 필름(2)이 감긴 면에 대향하여, 전극 부재(42)로 이루어지는 대향 전극(3)이 설치되어 있다. 상세하게는 후술하겠지만, 이러한 대향 전극(3)을 설치함으로써 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있다.
대향 전극(3)의 구성에 대해서, 도 2를 사용하여 상세하게 설명한다.
대향 전극(3)은 복수의 전극 부재(42)를 가진다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 전극 부재(42)는 전극 롤(13)의 둘레방향을 따르도록 설치되어 있다. 전극 부재(42)는 이 전극 부재(42)를 지지하는 지지부(43)에 의해, 진공 챔버(11)의 바닥면에 전극 롤(13)의 하방에 위치하도록 설치되어 있다.
지지부(43)는 직육면체의 프레임체(44)를 가진다. 프레임체(44)의 길이 방향은 전극 롤(13)의 축방향에 대략 일치한다. 프레임체(44)의 길이 방향의 양단 상부에는 대좌(45)가 설치되어 있다. 대좌(45)에는 복수의 지지 부재(46)가 각각 이간하여 설치되어 있다. 지지 부재(46)는 전극 부재(42)의 단부에 고정되고, 대좌(45) 상에서 전극 부재(42)를 지지한다. 또한, 지지부(43)의 형상 등은 전극 부재(42)를 지지하고, 또한 전극 부재(42)를 전기적으로 진공 챔버(11)에 접속할 수 있으면, 어떤 형상이어도 된다.
전극 부재(42)는 판형상 부재로 이루어진다. 각 전극 부재(42)는 전극 롤의 상기 필름이 감긴 면에 대향하여, 전극 롤(13)의 둘레방향을 따라 각각 이간하여 설치되어 있다.
전극 부재(42)는 전극 롤(13)의 축방향에 걸쳐 설치되어 있다. 전극 부재(42)의 길이 방향의 길이는 전극 롤(13)의 축방향의 길이와 대략 일치한다.
본 실시형태에서는 6장의 판형상의 전극 부재(42)가 전극 롤(13)의 하방면 중 필름(2)이 감긴 면에 대향하고 있다. 또, 각 전극 부재(42)는 전극 롤(13)의 표면과의 거리가 일정한 간격 떨어져, 또한 서로 이간하여 배치되어 있다.
이러한 전극 부재(42)는 예를 들면 통상 전극으로서 사용할 수 있는 금속인 철, 알루미늄이나 이들을 포함하는 합금으로 이루어지고, 본 실시형태에서는 강도 및 제조 비용을 감안하여 스테인레스강(SUS)을 사용하고 있다.
이와 같이 설치된 전극 부재(42)는 지지부(43)를 통하여 진공 챔버(11)에 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 이 전극 부재(42)는 진공 챔버(11) 및 지지부(43)를 통하여 어스(17)(도 1 참조)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 전압이 인가됨으로써, 전극 롤(13)과 전극 부재(42) 사이에 전계가 형성된다.
이러한 이온 주입 장치(1)에 있어서의 이온 주입 처리에 대해서 설명한다. 이온 주입 처리는 플라즈마 중의 이온을 대상물의 표면에 주입함으로써 표면 개질하여 이온 주입층을 형성하는 것이다.
우선, 처리 대상인 필름(2)에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 있어서의 피처리 대상인 필름(2)은 고분자 필름이다. 고분자 필름으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 폴리이미드, 폴리아마이드, 폴리아마이드이미드, 폴리페닐렌에터, 폴리에터케톤, 폴리에터에터케톤, 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 폴리에터설폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리알릴레이트, 아크릴계 수지, 사이클로올레핀계 폴리머, 방향족계 중합체 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 가스 배리어성 등을 가지는 고분자 필름으로서의 수요가 많고, 우수한 가스 배리어성 등을 가지는 이온 주입층이 얻어지는 점에서, 폴리에스터, 폴리아마이드 또는 사이클로올레핀계 폴리머가 바람직하고, 폴리에스터 또는 사이클로올레핀계 폴리머가 특히 바람직하다. 폴리에스터로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리알릴레이트 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 처리 대상인 필름(2)은 상기 서술한 것에 한정되지 않는다. 필름(2)은 고분자 필름 상에 이온을 주입함으로써 가스 배리어성이 발현되는 재료(예를 들면, 폴리실라잔, 폴리오가노실록세인 등의 규소 함유 고분자)를 포함하는 층이 적층되어 있는 필름이어도 된다.
필름(2)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 권취의 용이성이나 사용을 고려하면, 통상 1~1000μm, 바람직하게는 5~500μm, 보다 바람직하게는 10~200μm이다.
이온 주입 장치를 작동시키면, 먼저 배기 수단에 의해 배기를 행하고, 진공 챔버(11) 내의 압력을 5.0×10-3Pa 이하로 한다.
진공 챔버(11) 내가 상기 범위의 소정의 압력으로 일정하게 된 후에, 가스 도입 수단(31)에 의해 이온 주입 가스를 진공 챔버(11) 내에 도입한다.
도입되는 이온 주입 가스로서는, 예를 들면 물, 수소, 질소, 산소, 아르곤, 헬륨, 플루오로카본 등의 희가스 또는 비금속의 가스나, 금, 은, 구리, 백금, 니켈, 알루미늄 등의 도전성 금속의 이온 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 보다 간편하게 이온 주입할 수 있고, 양호한 가스 배리어성 등을 가지는 필름을 효율적으로 제조할 수 있는 점에서, 희가스 또는 비금속 이온이 바람직하다. 이들 중, 표면 처리의 요구에 따라 적당히 선택할 수 있지만, 편리성으로부터 질소, 산소, 아르곤, 헬륨이 보다 바람직하고, 특히 아르곤이 바람직하다.
도입시의 가스 유량은 10~2000sccm이며, 바람직하게는 100~1000sccm이다. 이 범위에 있는 것으로, 원하는 플라즈마를 형성할 수 있다. 이온 주입 가스를 도입했을 때의 진공 챔버(11) 내의 압력은 1.0×10-4~1.0Pa정도, 바람직하게는 1.0×10-2~1.0×10-1Pa정도이다.
이 상태에서, 권출 롤(14)로부터 반송 롤(15), 전극 롤(13)을 통하여 필름(2)을 권취 롤(16)에 반송한다. 필름(2)의 권취 속도는 특별히 한정되지 않지만, 통상 0.5~20m/min이다.
그리고, 전극 롤(13)에 전압 인가 수단(21)에 의해 교류 전압을 인가함으로써 플라즈마가 발생한다. 인가되는 교류 전압의 주파수는 특별히 제한은 없지만, 통상 500~5000Hz이며, 인가되는 전력은 특별히 제한은 없지만, 통상 500~10000W이다. 각각 이 범위에 있는 것으로, 안정적으로 플라즈마를 형성할 수 있다.
그리고, 전극 롤(13)에는 전압 인가 수단(21)에 의해, 직류 전압이 인가된다. 직류 전압은 예를 들면 -1kV~-50kV, 보다 바람직하게는 -3kV~-30kV, 특히 바람직하게는 -5kV~-20kV이다. 인가되는 직류 전압이 -1kV보다 높으면 이온이 흡인되기 어렵고, 이 때문에 충분한 가스 배리어성 등을 가지는 이온 주입층의 형성이 곤란하게 되고, -50kV보다 낮으면 X선이 발생하고, 생산상 바람직하지 않다.
이것에 의해, 전극 부재(42)와 전극으로서 기능하는 전극 롤(13) 사이에 전계가 형성되어, 플라즈마가 발생한다. 발생한 플라즈마 중의 양이온은 부의 전압 인가에 의해 전극 롤(13)에 끌어당겨져 전극 롤(13)에 권취된 필름(2)의 표면에 주입된다. 이렇게 하여 필름(2)의 표면에 이온 주입이 행해진다. 또한, 전극 부재(42)를 설치하지 않는 경우에는, 챔버 벽면이 전극으로서 기능하기 때문에, 전극 롤(13)과 챔버 벽면 사이에 전계가 형성된다.
이 경우에 본 실시형태에서는 전극 롤(13)의 하방 주위를 따라 전극 부재(42)가 설치되어 있는 점에서, 전극 롤(13)과 전극 부재(42) 사이에, 전극 롤(13)과 챔버 벽면 사이에 형성되는 전계 강도보다 전계 강도가 큰 전계를 형성할 수 있다. 이것은 2개의 전극간에 있어서의 전계의 강도는 전극간 거리에 반비례하기 때문이다. 그리고, 본 실시형태에서는 전극 롤(13)과 전극 부재(42) 사이의 전계 강도가 커지는 점에서, 이 전극간에서 발생하는 플라즈마의 밀도를 높게 할 수 있다.
특히, 전극 부재(42)의 장변이 전극 롤(13)의 폭(축방향에 있어서의 길이)에 걸쳐 배치되어 있는 점에서, 전극 부재(42)와 전극 롤(13) 표면 사이의 거리가 축방향에 있어서 일정하다. 따라서, 전극 롤(13)의 축방향을 따라 균일하며, 또한 전계 강도가 높은 전계가 형성된다. 이것에 의해, 전극 롤(13)의 축방향에 있어서 플라즈마 밀도를 높이고, 또한 축방향에 있어서 균일한 플라즈마 밀도가 되도록 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또, 전극 부재(42)가 전극 롤(13)의 둘레방향을 따라 설치되어 있는 점에서, 전극 부재(42)와 전극 롤(13) 표면 사이의 거리가 둘레방향에 있어서 일정하다. 따라서, 전극 롤(13)의 둘레방향을 따라 균일하며, 또한 전계 강도가 높은 전계가 형성된다. 이것에 의해, 전극 롤(13)의 둘레방향에 있어서 플라즈마 밀도를 높이고, 또한 둘레방향에 있어서 균일한 플라즈마 밀도가 되도록 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 따른 이온 주입 장치에 있어서는 전극 롤(13)의 하방측에 전극 부재(42)를 설치함으로써, 플라즈마 밀도를 높게 할 수 있고, 원하는 플라즈마를 새롭게 전압원을 추가하여 설치하지 않고 형성할 수 있다. 그 결과, 이온 주입을 보다 효과적으로 행하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시형태에서는 전극 부재(42)는 둘레방향을 따라 이간하여 복수 설치했지만, 이것에 한정되지 않는다. 전극 부재(42)는 둘레방향을 따라 만곡한 1장의 판형상 부재로 이루어지고, 전극 롤(13)로부터 일정한 거리로 이간하여 설치되어 있어도 된다. 또, 본 실시형태에서는 둘레방향을 따라 복수의 전극 부재(42)를 이간하여 배치한 구성으로 했지만, 전극 롤(13)의 축방향을 따라 복수의 전극 부재(42)를 이간하면서, 또한 각 전극 부재(42)가 전극 롤(13)로부터 일정한 거리로 이간하도록 구성해도 된다.
(실시형태 2)
본 실시형태에 따른 이온 주입 장치(1A)는 실시형태 1과는 전극 부재(42A)의 각도를 조정할 수 있도록 구성되어 있는 점이 상이하다.
본 실시형태에 따른 이온 주입 장치(1A)에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 전극 부재(42A)의 설치 각도가 가변, 즉 전극 롤(13A)의 축방향에 있어서 전극 부재(42A)와 전극 롤(13A)의 표면과의 거리를 변경할 수 있도록 구성되어 있다.
전극 롤(13A)에는 전압 인가 수단(21)에 의해, 전극 롤(13A)의 일방의 단부(일단부)에 전압이 인가된다. 전극 롤(13A)에 인가된 전압은 전극 롤(13A) 자체의 저항에 의해, 전압이 인가된 일단부측으로부터 전극 롤(13A)의 축방향에 있어서의 타단부측을 향하여 저하한다. 이 저하에 의해, 전극 롤(13A)과 전극 부재(42A) 사이에 형성되는 전계의 전계 강도가 전극 롤(13A)의 축방향(길이 방향)에 있어서 전압이 인가된 일단부측으로부터 타단부측을 향하여 저하되어버리는 것이 생각된다. 이것에 의해, 필름(2)의 축방향에 있어서의 플라즈마 밀도의 불균일화가 생겨버리므로, 이것을 방지하는 것이 바람직하다.
그래서, 본 실시형태에서는 전극 부재(42A)의 각도, 즉 전극 부재(42A)와 전극 롤(13A)과의 거리를 변경하여 전극 롤(13A)의 축방향에 있어서 형성되는 전계의 전계 강도가 균일하게 되도록 구성하고 있다. 구체적으로는 전압이 인가된 일단부측의 전극 롤(13A)과 전극 부재(42A)와의 간격은 실시형태 1과 동일하게 하고, 전극 롤(13A)의 축방향에 있어서의 타단부측의 전극 롤(13A)과 전극 부재(42A)와의 간격은 좁히고 있다. 이것에 의해, 전극 롤(13A)의 축방향에 있어서 형성되는 전계의 전계 강도가 균일하게 되도록 구성하고 있다.
전극 부재(42A)의 각도를 전극 롤(13A)의 전계 강도에 따라 변경할 수 있도록 한 전극 부재(42A)의 구체적인 구성에 대해서 설명한다.
도 4(1)는 전극 부재(42A)의 길이 방향의 일단측(전극 롤(13)의 일단부측에 일치함)에 있어서의 구조를, (2)는 전극 부재(42A)의 길이 방향의 타단측(전극 롤(13)의 타단부측에 일치함)에 있어서의 구조를 나타내고 있다.
도 4(1)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 각 지지 부재(46A)는 전극 부재(42A)에 직접 고정되어 있지 않고, 각각 기둥형상 부재(51)에 접속되어 있다. 2개의 기둥형상 부재(51)의 사이에는 회전부(52)가 설치되어 있다. 이 회전부(52)는 내부에 회전축(53)이 고정되어 있고, 회전축(53)의 단부는 기둥형상 부재(51)의 내부에서 축지지되어 있다. 회전부(52)는 이 회전축(53)을 축 중심으로 하여 회전한다.
회전부(52)에는 전극 부재(42A)의 일단측의 단면이 접속되어 있다. 따라서, 회전부(52)가 회전함으로써 전극 부재(42A)의 일단측도 이 회전부(52)를 축 중심으로 하여 회전한다. 즉, 전극 부재(42A)는 회전축(53)을 중심으로 하여 요동 가능하도록 구성되어 있다.
한편, 도 4(2)에 나타내는 바와 같이, 전극 부재(42A)의 타단측은 이 회전축(53)을 축 중심으로 하여 요동하는 전극 부재(42A)의 움직임에 따라 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 구체적으로는 전극 부재(42A)의 타단측에는 전극 부재(42A)의 길이 방향에 있어서의 단부의 양 외측을 향하여 돌출된 볼록부(54)가 설치되어 있다. 또, 한 쌍의 가이드 부재(55)가 설치되고, 각 내면측에는 가이드부가 되는 홈(56)이 형성되어 있다. 볼록부(54)는 이 가이드부인 홈(56)에 삽입되어, 홈(56) 내를 이동 가능하다. 전극 부재(42A)의 일단측이 회전축(53)을 축 중심으로 하여 요동하면, 전극 부재(42A)의 타단측은 이 홈(56)을 볼록부(54)가 가이드되어 이동한다. 이것에 의해, 전극 부재(42A)의 각도가 변경된다.
즉, 본 실시형태에서는 전극 부재(42A)의 일단측에 설치된 회전축(53)을 축 중심으로 하여 전극 부재(42A)가 요동하고, 이 회전에 따라 전극 부재(42A)의 타단측이 가이드되어 전극 부재(42A)의 설치 각도를 변경하는 것이 가능하도록 전극 부재(42A)는 구성되어 있다.
이와 같이, 본 실시형태에서는 각 전극 부재(42A)는 길이 방향에 있어서의 각도를 변경할 수 있도록 구성하고 있으므로, 전극 롤(13A)의 축방향에 있어서의 전계 강도가 일정하게 유지된다. 이것에 의해 전극 롤(13A)의 축방향에 있어서 전극 롤(13A)과 전극 부재(42A) 사이의 플라즈마 밀도를 균일하게 유지할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따른 이온 주입 장치에서는 원하는 이온 주입 처리를 행할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 전극 부재(42A)에는 구멍(57)이 설치되어 있다. 이것에 의해, 형성되는 전계에는 영향이 없는 범위에서 전극 부재(42A)를 경량화할 수 있어, 간편하게 전극 부재(42A)의 설치 각도를 변경할 수 있다.
또한, 실시형태 2에 있어서의 전극 부재(42A)의 각도를 바꾸는 기구에 대해서는 전극 부재(42A)의 설치 각도를 변경할 수 있는 것이면 특별히 이것에 한정되지 않는다.
(실시형태 3)
실시형태 3은 실시형태 1과는 전극 롤(13B)의 길이 방향에 있어서의 길이를 연장하고 있는 점이 상이하다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 전극 롤(13B)의 길이를 연장하기 위한 연장 부재(61)를 실시형태 1과 동일한 전극 롤(13)의 단부에 각각 덧붙이고 있다. 연장 부재(61)는 전극 롤(13)과 동일 직경이며, 전극 롤(13)의 단부에 접합되어 있다. 이것에 의해, 전극 롤(13)의 축방향의 길이(H1)보다 연장 부재의 축방향의 길이(H2) 2개분만큼 전극 롤(13B)의 길이가 길어진다. 이러한 연장 부재(61)는 예를 들면 통상 전극으로서 사용할 수 있는 금속인 철, 알루미늄이나 이들을 포함하는 합금으로 이루어지면 된다. 본 실시형태에서는 강도 및 제조 비용을 감안하여 SUS를 사용하고 있다.
이와 같이 연장 부재(61)를 설치함으로써, 전극 롤(13) 단부에 있어서의 플라즈마가 돌아들어가는 것에 의한 플라즈마 밀도의 저하를 막고, 필름의 폭방향에 있어서 균일하게 이온 주입 처리를 행할 수 있도록 구성하고 있다.
즉, 전극 롤(13)의 축방향의 길이가 필름의 폭과 대략 동일하게 구성한 경우, 전극 롤(13)의 단부에 플라즈마가 돌아들어가버리면, 필름의 단부에 있어서 플라즈마 밀도가 감소하여 필름의 단부에 있어서 원하는 이온 주입을 행할 수 없을 가능성이 있다. 그래서, 본 실시형태에서는 전극 롤(13)의 단부에 연장 부재를 접합하여 필름의 폭 전역에 걸쳐 균일하게 플라즈마를 쏘일 수 있도록 구성하고 있다. 이것에 의해, 필름의 전폭에 있어서 균일하게 이온 주입 처리를 행할 수 있도록 구성하고 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 도 1에 나타내는 이온 주입 장치를 사용하여, 필름:폴리에틸렌테레프탈레이트(두께 25μm, 미츠비시주시제 T-100), 진공 챔버 내 압력:0.5Pa, 이온 주입 가스:아르곤, 가스 유량:600sccm, 직류 전압:-6kV, 교류 전압 주파수:2000Hz, 전극 롤(13)과 전극 부재(42)와의 거리를 60mm(일정한 거리)에서, 교류 전류의 전력을 변화시켜 이온 주입을 행한 경우의 적산 이온 전류를 측정했다. 적산 이온 전류는 오실로스코프(요코가와덴키 가부시키가이샤제, DLM2022)에 의해 측정했다. 결과를 도 6에 나타낸다.
(실시예 2)
실시예 2로서, 교류 전류의 전력을 일정(6000W)하게 하고, 직류 전압을 4~10kV까지 변화시킨 점 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 이온 주입을 행하여, 동일 조건에서 적산 이온 전류를 측정했다. 결과를 도 7에 나타낸다.
(비교예 1)
비교예 1로서, 전극 부재를 설치하고 있지 않은 종래의 이온 주입 장치를 사용하여, 실시예 1과 동일 조건에서 이온 주입을 행하여 적산 이온 전류를 측정했다. 결과를 도 6에 나타낸다.
(비교예 2)
비교예 2로서는, 전극 부재를 설치하고 있지 않는 종래의 이온 주입 장치를 사용하여, 실시예 2와 동일 조건에서 이온 주입을 행하여 적산 이온 전류를 측정했다. 결과를 도 7에 나타낸다.
여기서, 적산 이온 전류는 1펄스당에서 관측되는 전류 파형의 적산 면적값이며, 형성된 플라즈마와 관련성이 있다. 즉, 적산 이온 전류가 높을수록 플라즈마 밀도가 높은 것을 나타내고 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 어느 교류 전류의 전력에 있어서도, 실시예 1의 경우 쪽이 비교예 1보다 적산 이온 전류가 항상 높았다. 따라서, 실시예 1과 같이 전극 부재를 설치함으로써, 플라즈마 밀도를 상승시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 어느 직류 전압에 있어서도, 실시예 2의 경우 쪽이 비교예 2보다 적산 이온 전류가 항상 높았다. 따라서, 실시예 2와 같이 전극 부재를 설치함으로써, 플라즈마 밀도를 상승시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
이상의 실시예 1, 2에 의해, 전극 부재를 설치함으로써 플라즈마 밀도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
상기 서술한 실시형태에서는 전극 부재(42)의 설치 각도를 변경하여 전극 롤(13)의 축방향에 있어서의 전계 강도를 균일화했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 전극 부재를 전극 롤(13)의 축방향에 대하여 이간하도록 설치하고, 각 전극 부재에 상이한 전압을 인가함으로써, 전극 롤(13)의 축방향에 있어서의 전계 강도를 균일화하는 것도 가능하다.
1, 1A…이온 주입 장치 2…필름
3…대향 전극 11…진공 챔버
12…진공 펌프 13, 13A, 13B…전극 롤
14…권출 롤 15…반송 롤
16…권취 롤 17…어스
21…전압 인가 수단 31…가스 도입 수단
42, 42A…전극 부재 43…지지부
44…프레임체 45…대좌
46, 46A…지지 부재 51…기둥형상 부재
52…회전부 53…회전축
54…볼록부 55…가이드 부재
56…홈 57…구멍
61…연장 부재

Claims (10)

  1. 진공 챔버와, 필름이 외주부의 일부에 감긴 전극 롤과, 이 전극 롤에 전압을 인가하는 전압 인가 수단과, 상기 진공 챔버 내에 가스를 도입하는 가스 도입 수단을 구비하고,
    상기 전압 인가 수단에 의해 상기 전극 롤에 전압을 인가함과 아울러, 상기 가스 도입 수단에 의해 가스를 도입하여 플라즈마를 형성하고, 상기 필름의 표면에 이온 주입 처리를 행하는 이온 주입 장치에 있어서,
    상기 전극 롤의 상기 필름이 감긴 면에 대향하여 전극 부재가 설치되고, 상기 전극 부재는 복수 매의 판형상 부재로 이루어지고, 상기 전극 롤의 둘레방향을 따라 각각 이간하여 설치되어 있고,
    상기 전압 인가 수단은 상기 전극 롤의 축방향의 단부에 전압을 인가하고,
    상기 전극 부재는 전극 롤의 축방향에 있어서의 각도가 가변이도록 구성된 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 부재는 상기 전극 롤의 축방향에 걸쳐 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 전극 롤의 단부에는 상기 전극 롤과 동일 직경의 연장 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 전극 부재에는 구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이온 주입 장치.
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