JP4114345B2 - 真空成膜装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空中に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）、その他の樹脂製ロールフィルム表面などのウエブ状基板に化学蒸着法（ＣＶＤ）により成膜ガスを噴出してウエブ状基板上に薄膜を形成する真空成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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および合成樹脂フィルム９にそのフィルム９の温度をコントロールし表面に膜を形成するための温調ドラム１０、および電極１１と複数の成膜ガス噴出管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。
【０００３】
しかしながら、上記の図４ような従来の技術では以下のような問題を生じていた。
ＣＶＤ法やスパッタ法は成膜速度が遅いため大面積化することで必要な膜厚を堆積させる必要があった。そこで電極を大型化した場合、形状やフィルムの幅によっては大型化自体が無理であったり、大型化が可能であった場合でも電極の中央部と両端での成膜速度及び膜質の変化が大きい等の問題があった。
【０００４】
この成膜速度が遅い理由には幾つかの要因が絡んでいるが、その一つとして発生しうるプラズマの密度が低密度であることが挙げられる。この密度を向上させる為には大電力を印可する、基板距離を近づけるなどの方法もあるが、これはアーク放電と言われる異常放電に移行し易く安定した成膜が困難であったり、基板への損傷が大きくなり膜質の悪化などを引き起こす原因となっていた。
【０００５】
更に、ホロカソード効果を用いた電極に関しての報告も多くなされているが、これらはカソードの対して必ずアノードが必要となり、各々の距離や、形状に大きく影響されてしまい現象をより複雑とし必要な効果が得られ難いと言う問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の問題点を解決するものであり、その課題とするところは、化学蒸着法（ＣＶＤ）によりウェブ状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、電極の大型化、大電力化をすること無く成膜の高速安定性向上が図れ、更に電極の簡素化が可能であることを特徴とする真空成膜装置とそれを用いた成膜方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明において上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、真空の成膜室内をウエブ状基板が走行する機構と、該基板走行表面にプラズマ化した成膜ガスを噴出させる成膜手段から少なくともなる真空成膜装置であって、成膜手段が成膜ガスをプラズマ化する内部空間と、該内部空間を持つ電極と、該電極に付属した永久磁石と、該電極に均等に設置され、該内部空間から該基板走行表面へプラズマ化した成膜ガスを噴出させる穴部と、該内部空間へ成膜ガスを導入する導入手段と、該ウエブ状基材の背面に設置した電極と、該内部空間を持つ電極と該ウエブ状基材の背面に設置した電極との間に高周波電力を印加できる高周波電力印加機構を具備したことを特徴とする真空成膜装置を提供するものである。
【０００８】
上記本発明の真空装置によれば、成膜手段を複雑化することなく、また高速で安定した薄膜を積層可能となる。更に成膜手段への電力供給を従来の電極に比べ１／２以下に抑えることが出来、無駄な電力消費を抑制するすることが可能となる。
【０００９】
また、内部空間においてＥ×Ｂドリフト効果を利用しプラズマを発生し易く、より高密度にすることが出来、プラズマの発生自体を電極内部の空間に閉じ込めることが出来る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
真空成膜装置は、従来例と同様に、ウエブ状基板の巻出し・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・巻取り機構を設けて真空装置内に導入や排出を行うものであっても構わない。
【００１１】
また、温調ドラム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。
さらに、成膜室と他の領域との仕切は、ウエブ状基板に接触しない程度に温調ドラム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。
また、ウエブ状基板は、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。
【００１２】
成膜ガスについては、ＣＶＤによりウエブ状基板に付着できる材料であればどの様なものでも良く、ＨＭＤＳＯ（ヘキサメチルジシロキ酸）、Ｔｉ（ｉ−ＯＣ₃Ｈ₇）₄（テトライソプロキシチタニウム）等を用いる事が可能である。
本発明における成膜手段は、少なくとも内部空間を持つ電極が必要であるが、その材質は電極をなす材料が用いられ、通常はＳＵＳ（ステンレス）などが用いられる。
【００１３】
電極は、穴部と内部空間の他、成膜ガスの導入手段の一部をなす導入管が設けられているが、内部の導入ガスの効率良いプラズマ化や成膜時の効率良い排出のために、適宜形状を選択可能である。例えば、穴部を成膜部分に向けて形成する等である。
【００１４】
内部空間へ成膜ガスを導入する導入手段としては、成膜ガスを外部から内部空間へ放出する仕組みを指し、内部は気圧が低いので、単に外部と導通させ、流量を規定し、配管するのみでも可能である。
流量調整は、膜厚と関係ある為に細かく調整可能な方が好ましい。
【００１５】
高周波電力印加機構は、ウエブ状基板の背面、例えば温調ドラムに設置した電極と本願の電極との間に高周波電力を印加する仕組みとなっている。ここで高周波とは、４０ｋＨｚ〜５４ＭＨｚを意味している。加圧電力は、調整可能な様な仕組みとなっており、最大電力等は真空機構の大きさや材質、求める膜厚等によって変化する。
【００１６】
その他、従来例と同様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、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手段、複数のアイドルローラ、張力検出器やテンションロール、温調ドラム等の手段を持つものであっても構わない。
【００１７】
【実施例】
本願発明を実施した場合の一例を以下示す。
従来例の図４における成膜手段１１以外は従来例と同様であり、成膜手段１１が図１や図２に示す様に、これに変わってシャワーヘッド電極１９が設けられている。
サイズは１００×３００×５０ｍｍであり、この中に８０×２７０×２ｍｍの内部空間２０が設けられている。
さらにその内部空間２０から外部に貫通して直径３ｍｍの穴部２１が、１２個均等に、設けられて、シャワーヘッドを構成している。
【００１８】
また、その背面には、図３に示す様に永久磁石が、Ｎ極２２をＳ極２３が取り囲む様に設けられている。
なお、温調ドラム１０表面と電極１９の距離は３５ｍｍと調整した上で実験した。
【００１９】
この電極１９と温調ドラム１０内の電極間で周波数１３．５６ｋＨｚ、電力１．５ｋＷの高周波電力を与え、内部空間２０に成膜ガスであるＨＭＳＤＯを１００ｓｃｃｍ導入し、材質がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である幅３００ｍｍのウエブ状基板の合成樹脂フィルム９をラインスピード１ｍ／ｍｉｎにて流して実験した。
【００２０】
該高密度プラズマをシャワーヘッドの穴部から引き出すことで基板と電極との間で化学反応を起こし薄膜を積層可能となった。
出来た薄膜は、膜厚２０ｎｍであり、アーク放電痕が全く発生しないものであった。
なお、シャワーヘッドの穴位置や大きさを変化させることで積層可能な薄膜の膜質も変化可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。
即ち、成膜手段を複雑化することなく、非常にシンプルな装置構成で、かつ省電力によって高密度プラズマを発生可能とし従来ＣＶＤ法で問題となっていた成膜速度の向上が可能となる。
【００２２】
従って本発明は、真空中にて基板表面などに薄膜を形成する真空成膜装置、特に化学蒸着法（ＣＶＤ）等によりウエブ状合成樹脂フィルム表面に薄膜を形成する真空成膜装置として、優れた実用上の効果を発揮する。
【００２３】
特に、電極下部に永久磁石を用いる事でＥ×Ｂドリフト効果を利用しプラズマを発生し易く、より高密度にすることが出来、プラズマの発生自体を電極内部の空間に閉じ込めることが出来る。このため、この放電自体は誘導放電に近い放電となり、アノードを必要としない。これは装置構成に関して自由度が非常に高まると言う効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる真空巻取り装置の成膜手段の概略図を示す部分斜視図である。
【図２】本発明に関わる真空巻取り装置の成膜手段の一事例を示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明に関わる真空巻取り装置の永久磁石の一事例を示す部分拡大断面図である。
【図４】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。
【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、１２ 合成樹脂フィルム
１０ 温調ドラム
１１ 電極
１３ 形成されたフィルム
１７、１８ 成膜ガス噴出管
１９ 電極
２０ 内部空間
２１ 穴部
２２ Ｎ極
２３ Ｓ極

Claims (1)

1. 真空の成膜室内をウエブ状基板が走行する機構と、該基板走行表面にプラズマ化した成膜ガスを噴出させる成膜手段から少なくともなる真空成膜装置であって、
   成膜手段が成膜ガスをプラズマ化する内部空間と、該内部空間を持つ電極と、該電極に付属した永久磁石と、該電極に均等に設置され、該内部空間から該基板走行表面へプラズマ化した成膜ガスを噴出させる穴部と、該内部空間へ成膜ガスを導入する導入手段と、該ウエブ状基材の背面に設置した電極と、該内部空間を持つ電極と該ウエブ状基材の背面に設置した電極との間に高周波電力を印加できる高周波電力印加機構を具備したことを特徴とする真空成膜装置。

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