(57)【要約】【課題】成膜時の温度上昇による熱膨張に起因する基材シートのしわの発生を抑制しうる成膜装置を提供する。【解決手段】成膜装置１０は、真空蒸着を行うためにリチウム等の蒸気を生成する気体粒子生成部１３と、気体粒子が堆積される基材シート３１を移動可能に支持する搬送支持部材であるキャンロール３３と、気体粒子の飛来を制限する防着板３６と、基材シート３１がキャンロール３３に接触する前に基材シート３１を加熱するランプヒータ４０とを備えている。基材シート３１が気体粒子や気体粒子生成部１３の加熱機構によって加熱される前に、ランプヒータ４０で基材シート３１を加熱して熱膨張させることで、キャンロール３３上における基材シート３１のしわの発生を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材料の気体粒子を生成する気体粒子生成部と、
前記気体粒子を堆積させるための基材シートを連続的に供給する供給部と、
前記気体粒子生成部に対向して設けられ、前記供給部から供給される基材シートを移動可能に支持する搬送支持部材と、
前記気体粒子が堆積された基材シートを収納する収納部と、
前記基材シートを、少なくとも基材シートが前記搬送支持部材に接触する前の領域において加熱する加熱装置と、
を備えている、成膜装置。
【請求項２】
請求項１記載の成膜装置において、
前記加熱装置による前記基材シートの加熱温度は、前記搬送支持部材と接触している部位における基材シートの温度±１０°Ｃの範囲である、成膜装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の成膜装置において、
前記加熱装置による前記基材シートの加熱領域は、前記基材シートの前記搬送支持部材との接触領域を含んでいる、成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置において、
前記気体粒子生成部と前記搬送支持部材との間に設けられ、前記搬送支持部材の前記気体粒子生成部と対向する領域に開口を有する防着板をさらに備え、
前記加熱装置は、前記防着板を挟んで前記気体粒子生成部に対向する側に設置されている、成膜装置。
【請求項５】
無機材料の気体粒子が堆積される基材シートを、張力を与えつつ搬送支持部材上に連続供給する処理と、
前記基材シートを、基材シートが搬送支持部材に接触する前に加熱する処理と、
を含む成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属，金属酸化物，金属窒化物など、無機材料の膜を成膜するための成膜装置に係り、特に成膜作業の円滑化対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属，金属酸化物，金属窒化物など、機能性の無機材料からなる膜を基材シート上に形成した部品を利用した製品が増大しており、従来から汎用されている磁気テープだけでなく、正極膜やリチウム金属膜を円筒状に巻き付けた構造を有するリチウム二次電池などの製品の開発が進められている。例えば、リチウム金属を負極材質とするリチウム二次電池は、重量当たりおよび体積当たり共に、高いエネルギー密度を実現することができ、携帯電話の高度化，ノートパソコン，ＰＤＡ等のモバイル機器の進展に伴い、電池の高密度化に対応しうるものである。このような製品の製造工程において、金属を含む材料の膜を基材シート上に形成する工程は特に重要な工程であり、従来より、種々の提案がなされている。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、ＰＥＴシート、金属箔などの基材上に薄膜を成膜するための成膜装置として、成膜装置のキャンロールの径を中央部で大径に両端部で小径に、つまり、太鼓状（クラウン状）にしたものが知られている。
【特許文献１】特開平７−０６５３７３号公報
【特許文献２】特開平１０−００８２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＥＴシートなどの基材シート上に薄膜を堆積させる場合、真空加熱などによって高温になった気体粒子が、基材シート上に堆積されるので、高温の堆積物と基材シートとの温度差などによって、基材シートにしわが発生するおそれがあった。すなわち、基材シートは、キャンロールと接触した時点で、キャンロールとの接触により抗力を受けるので、膨張しようとしても、摩擦力によって基材シートの幅方向への移動を制限されるからである。しわの部分では、堆積される薄膜の厚みにばらつきが生じるので、製品不良を発生するおそれがある。特に、基材シートが銅箔などの無機材料からなる場合には、しわが塑性変形として残存するという不具合もある。
【０００５】
特許文献１には、しわが発生しやすいＰＥＴシートの中央部に対応するキャンロールの中央部を大径にすることで、接触面積を増大させ、冷却効率を高めて、熱膨張を抑制することにより、しわの発生を防止することが開示されている（段落［０００７］参照）。しかし、この考え方は、柔軟性が小さい金属箔等の基材シートには当てはまらない。一方、特許文献２には、ＰＥＴシートに比べて柔軟性が小さい金属箔を用いる場合、クラウン状のキャンロールの両端部では、金属箔とキャンロールとの接触度合いを弱めさせることで、基材シートが幅方向に滑りやすくなり、しわの発生を抑制することができる旨、記載されている（段落［０００８］参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献２の技術を用いても、キャンロールをクラウン状にすることで、柔軟性が小さい基材シートの中央部にキャンロールから受ける抗力が集中する結果、基材シートの熱膨張による移動を妨げる摩擦力も大きくなる。その結果、しわの発生が増長される一面もあり、特許文献２の技術によって、しわの発生を確実に防止することは困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、しわの発生原因が基材シートがキャンロールなどに接触した後の熱膨張にある点に着目し、基材シートの搬送支持部材に接触する前後における温度差を低減する手段を講ずることにより、しわの発生を抑制しうる成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の成膜装置は、キャンロールなどの搬送支持部材に基材シートが接触する前の領域において、基材シートを加熱する加熱装置を備えている。
【０００９】
これにより、基材シートが加熱され、熱膨張してから搬送支持部材に接触するので、搬送支持部材上で気体粒子などによって加熱されたときの熱膨張が小さくなり、搬送支持部材上での熱膨張に起因するしわの発生を抑制することができる。
【００１０】
本発明の成膜装置が、以下の限定事項を有していることにより、さらに付加的な効果を得ることができる。
【００１１】
加熱装置による基材シートの加熱温度が、搬送支持部材と接触している部位における基材シートの温度±１０°Ｃの範囲であることにより、基材シートが搬送支持部材に接触する前後における温度差が小さくなることで、基材シートのしわの発生を確実に抑制することができる。
【００１２】
加熱装置による基材シートの加熱領域が、基材シートの搬送支持部材との接触領域を含んでいることにより、基材シートの温度を気体粒子が堆積されるまでできるだけ高く維持することができる。
【００１３】
気体粒子生成部と搬送支持部材との間に、防着板を設け、加熱装置が防着板を挟んで気体粒子生成部に対向する側に設置されていることにより、防着板によって気体粒子生成部からの気体粒子の堆積領域を制限しつつ、基材シートのしわの発生を抑制することができる。
【００１４】
本発明のｌ成膜方法は、気体粒子が堆積される基材シートを、張力を与えつつ搬送支持部材上に連続供給するとともに、基材シートを搬送支持部材に接触する前に加熱する方法であって、この方法により、上述の作用を生じさせて、基材シートのしわの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の成膜装置または成膜方法によると、無機材料が堆積される基材シートのしわの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における成膜装置１０内の要部を模式的に示す側面図である。同図に示すように、本実施の形態の成膜装置１０は、真空チャンバー１１と、真空チャンバー１１の床面上に取り付けられたタングステン製のボート等を有する気体粒子生成部１３と、チャンバー１１の上部に配置された成膜部１４と、排気管２２によって真空チャンバー１１に接続される真空ポンプ２１とを備えている。気体粒子生成部１３と成膜部１４との間は、防着板３６によって仕切られており、防着板３６により、気体粒子生成部１３で生成された気体粒子（本実施の形態では、Ｓｉ合金の蒸気）の成膜部１４への通過範囲が制限されている。つまり、本実施の形態においては、真空蒸着法により基材シート３１上に成膜する場合を例に採っている。ただし、本発明は、必ずしも真空蒸着法に限定されず、高温で気体粒子を生成して、基材シート上に堆積させる成膜技術一般に適用することができる。
【００１７】
詳細は図示されていないが、気体粒子生成部１３には、周知の抵抗加熱機構によって加熱されるＳｉ合金のインゴットが配置されている。本実施の形態では、リチウムイオン二次電池の負極材料として用いられるＳｉ合金膜３５が、銅箔である基材シート３１の上に形成される。基材シート３１の厚さは、約０．０１〜０．０３ｍｍであり、Ｓｉ合金膜３５の厚さは、約３〜１０μｍである。基材シート３１は、リチウムイオン電池に用いられる場合は、銅箔，ＩＴＯフィルムなどの導体シートであるが、堆積される膜の種類によっては、必ずしも導体シートに限定されるものではない。Ｓｉ合金の組成は、Ｓｉが７５ｗｔ％で、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏのうち、いずれか１つ、またはこれらの合計が２５ｗｔ％である。
【００１８】
また、成膜部１４には、基材シート３１を巻き付けたシート供給ロール３２と、シート供給ロール３２から送られる基材シート３１を移動可能に支持する搬送支持部材であるキャンロール３３と、成膜された基材シート３１を巻き取る巻き取りロール３４とが配置されている。図示されていないが、上記各ロール３２，３３，３４の軸は、真空チャンバー１１の天井面に固定されている。また、図示しないが、キャンロール３３は内部を通過する冷却水により冷却されている。この例では、供給ロール３２の制動力と巻き取りロール３４の回転駆動力によって基材シート３１に張力を付与している。キャンロール３３は、クラウン状ではなく、ほぼ直円筒状である。ただし、キャンロール３３の端部に極めて近い部分だけ小径にするなど、大きな応力集中が生じない範囲でクラウン状にしてもよいものとする。
【００１９】
上記防着板３６は、キャンロール３３の下方に位置する領域に形成された開口を有している。気体粒子生成部１３で生成されたＳｉ合金の蒸気は、広い範囲に飛散するが、開口を通った気体粒子だけが基材シート３１に到達する。したがって、連続して送られる基材シート３１の上には、図１の破線ハッチングに示す堆積領域Ｒdp内に位置している間に気体粒子が堆積される。
【００２０】
基材シート３１は、リチウム二次電池の負極基材となる銅または銅合金によって構成されている。そして、堆積領域Ｒdpにおいて、基材シート３１の下面上に、Ｓｉ合金の蒸気が付着し、固化・堆積して、リチウムイオン二次電池の負極材となるＳｉ合金膜３５が形成される。堆積領域Ｒdpは、原則として、基材シート３１がキャンロール３３に接触している領域内に限られる。基材シート３１がキャンロール３３に接触していない領域において、成膜すると、膜の厚さのばらつきが大きくなったり、しわを生じたりするおそれがあるからである。
【００２１】
また、本実施の形態では、基材シート３１を加熱するためのランプヒータ４０を備えている。ランプヒータ４０は、防着板３６を挟んで気体粒子生成部１３と対向する側、つまり、成膜部１４に配置されている。そして、連続的に送られる基材シート３１は、図１の破線ハッチングにで示す加熱領域Ｒhtにおいて、ランプヒータ４０からの輻射により加熱される。本実施の形態では、加熱領域Ｒhtは、基材シート３１がキャンロール３３に最初に接触する（点P1）よりも前の領域を必ず含んでおり、本実施の形態では、さらに点Ｐ１を超えたキャンロール３３との接触領域まで含んでいる。
【００２２】
本実施の形態によると、ランプヒータ４０により、連続的に送られる基材シート３１を、キャンロール３３に接触する前の領域で加熱するようにしているので、基材シート３１が予熱されて熱膨張しつつキャンロール３３に接触する。したがって、堆積領域Ｒdpにおいて、基材シート３１が、気体粒子生成部１３の抵抗加熱機構や、気体粒子（本実施の形態では、Ｓｉ合金の蒸気）によって加熱されても、キャンロール３３と接触している間において、大きな熱膨張を生じることがないので、基材シート３１の熱膨張に起因するしわの発生を抑制することができる。
【００２３】
本実施の形態では、ランプヒータ４０による加熱温度を、堆積領域Ｒdpにおける基材シート３１の温度±５０°Ｃの範囲に設定している。たとえば、堆積領域Ｒdpにおける温度は、約３５０°Ｃ程度であり、予熱温度の設定値は約３００°Ｃである。これにより、堆積領域Ｒdpにおける温度と予熱温度との温度差を小さくできるので、しわの発生を確実に抑制することができる。ただし、ランプヒータ４０による加熱温度が、堆積領域Ｒdpにおける基材シート３１の温度±１００°Ｃの範囲であれば、基材シートの送り速度、張力などの条件によっては、しわの発生を抑制することができる。
【００２４】
特に、本実施形態では、加熱領域Ｒhtが基材シート３１がキャンロール３３に接触する点Ｐ１よりも先の領域も含んでいるので、予熱による基材シート３１の温度上昇をより確実に持続できる利点がある。
【００２５】
図２は、ヒータにより基材シートを予熱しつつ、基材シート３１上にＳｉ合金膜３５を形成した実施例サンプルの表面のうねりであるウェービネス（μｍ）を示している。図中点線位置は、ウェービネスの基準値を決定した位置である。このデータは、表面粗さ計（商品名ＤＥＴＥＫ）により測定したものである。図中に存在する大きな凹みは、測定時におけるサンプル固定時の誤差であり、ウェービネスを示すものではない。つまり、実施の形態のサンプルでは、ウェービネスが５μｍ以内に抑制されていることができる。
【００２６】
図３は、ヒータによる予熱を行わずに、基材シート３１上にＳｉ合金膜３５を堆積した比較例サンプルの表面のウェービネス（μｍ）を示している。図３に示すように、ヒータによる予熱を行わない比較例サンプルでは、しわが塑性変形した結果のウェービネスを抑制することができず、ウェービネスが約４０μｍに達していることがわかる。他の測定結果では、ウェービネスが２００μｍ程度まで達するものも生じている。
【００２７】
（他の実施の形態）
上記実施の形態では、キャンロール３３をほぼ直円筒状としたが、キャンロールの端部に極めて近い部分だけ小径にするなど、大きな応力集中が生じない範囲でキャンロールをクラウン状にしてもよい。ただし、基材シート３１上に形成される膜の膜厚のばらつきを抑制するためには、キャンロール３３がほぼ直円筒状であることが好ましい。
【００２８】
また、キャンロール３３に代えて、固定ロールなど、回転せずにすべりを利用して基材シートを移動可能に支持する送り支持機構を設けてもよい。その場合にも、基材シートが搬送支持部材に接触するまでに、ヒータによって、基材シートを予熱することにより、基材シートのしわの発生を抑制することができる。
【００２９】
上記実施の形態では、基材シート３１に張力を付与する機能は、供給ロール３２の制動力と巻き取りロール３４の回転駆動力によって得られているが、基材シート３１の供給部と収納部の双方またはいずれか一方に、基材シートを両側から挟む１対のピンチロールを設けてもよい。その場合、供給ロール３１または巻き取りロール３４のうちピンチロールが設けられている側のロールは必ずしも必要ではない。基材シートを単に折りたたむなど、してもよいからである。
【００３０】
上記実施の形態では、基材シートを加熱する加熱装置としてランプヒータ４０を用いたが、ランプヒータ４０に代えてレーザ加熱装置、誘導加熱装置など他の方式による加熱装置を用いてもよい。
【００３１】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の成膜装置は、リチウム二次電池などに使用されるＳｉ合金膜等の成膜に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態における成膜装置の要部を一部を断面構造で示す側面図である。
【図２】基材シートを予熱しつつ、基材シート上にＳｉ合金膜を形成した実施例サンプルの表面のウェービネスを示す図である。
【図３】予熱を行わずに、基材シート上にＳｉ合金膜を堆積した比較例サンプルの表面のウェービネスを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０    成膜装置
１１    真空チャンバー
１３    気体粒子生成部
１４    成膜部
３１    基材シート
３２    供給ロール
３３    キャンロール
３４    巻き取りロール
３５    Ｓｉ合金膜
３６    防着板
４０    ランプヒータ
Ｒdp    堆積領域
Ｒht    加熱領域
【図１】
2008081820.tif 000003
【図２】
2008081820.tif 000004
【図３】
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