(57)【要約】【課題】　生産性良くかつ安定に、磁気記録媒体などの薄膜を得る。【解決手段】　真空中で複数のローラに沿って回転する無終端帯に沿って走行する長尺の基板上に薄膜を形成する薄膜の製造方法において、前記無終端帯の少なくとも内側表面の輻射率を４０％以上とする。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　真空中で複数のローラに沿って回転する無終端帯に沿って走行する長尺の基板上に薄膜を形成する薄膜の製造方法において、前記無終端帯の少なくとも内側表面の輻射率を４０％以上とすることを特徴とする薄膜の製造方法。
【請求項２】
　真空中で周回する無終端帯の表面に沿って長尺の基板を走行させる搬送手段と、前記無終端帯に前記基板が沿った状態で前記基板上に薄膜を形成する手段とを備えた薄膜製造装置において、前記無終端帯の少なくとも内側表面の輻射率が４０％以上であることを特徴とする薄膜製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、磁気テープ等の薄膜の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　現代社会に於て薄膜の果たす役割は非常に広範囲であり、日常生活の様々な部分において薄膜が利用されている。これらの中でも包装紙、磁気テープ、コンデンサ等の用途においては、高速大量生産に有利な連続巻取り真空蒸着が行われている。即ち、図６のように長尺の基板が円筒状キャンの周面に沿って走行中に電子ビーム蒸着を行うことによって種々の薄膜の量産が出来る。蒸発材料と基板材料を形成する薄膜の目的に合わせて選ぶと同時に、必要に応じて真空槽内に反応ガスを導入することや、基板に電位を設けた状態で薄膜を形成することによってによって所望の特性を持った薄膜を形成することが出来る。例えば、磁気記録媒体の製造においてはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の磁性元素を含む蒸発材料を用い、真空槽中に酸素ガスを導入しながら反応蒸着を行うことによって長尺の磁気記録媒体を得ることが出来る。
【０００３】
　また、連続巻取り真空蒸着法の生産性を更に高める方法として、キャンの代わりにベルトを用いたベルト蒸着法がある（特許文献１参照）。即ち図７のように、キャンの代わりにベルトを用いて蒸着を行えば、非常に大きなキャンを用いた場合とほぼ同様の幾何学的な蒸着角度条件が、コンパクトな装置で実現できる。ベルトの材料としては、無終端金属帯をはじめとして種々のものが適用可能である。即ち、排気系１によって真空排気された真空槽２の中で巻き出しロール３から回転方向１２に沿って巻出された長尺基板４は無終端帯（ベルト）１７の表面に沿って走行中に電子ビーム６を照射されている蒸発坩堝７より遮蔽板９の開口部において蒸着を受けた後に、巻き取りロール１０に巻き取られる。さらに、遮蔽板開口部の蒸着終端側のガス導入ノズル８より酸素等のガスを前記基板に差し向けることによって反応蒸着も可能である。また、高分子基板と無終端帯の密着性を高めるために、高分子基板を無終端帯にニップロール１５によって押し当てた後に、薄膜の形成に先立って密着用電子銃１３から密着用電子ビーム１４を照射することも出来る。さらに、イオン源を用いて基板の表面処理等を行うことが出来る。密着用電子ビーム、イオン源は必要の無い場合は省略出来る。このように、ベルト蒸着法は、幾何学的には薄膜の量産に極めて適した方法である。
【特許文献１】特開昭６０−２１７５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　しかしながら、この方式には解決すべき課題もある。即ち、キャン方式では熱容量の大きいキャンが支持体となり、その上に高分子基板が走行するので蒸着時の基板の熱損傷が起きにくいのに対し、ベルト方式では支持体であるベルトの熱容量が小さい。従って基板の熱損傷を防ぐためにはキャン方式以上の工夫が必要であり、この問題を解決せねばベルト方式の高生産性を活かすことが出来ない。
【０００５】
　本発明は前記課題を解決するため、基板の熱損傷を防ぎ、高い生産性で安定に薄膜が得られる製造方法およびそれを実施するための製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　前記目的を達成するため、本発明の薄膜の製造方法は、真空中で複数のローラに沿って回転する無終端帯に沿って走行する長尺の基板上に薄膜を形成する薄膜の製造方法において、前記無終端帯の少なくとも内側表面の輻射率を４０％以上とすることを特徴とする。輻射率の調整は、無終端帯の少なくとも内側表面の色を塗装またはメッキで変えることによって行うことができる。
【０００７】
　次に本発明の薄膜の製造装置は、真空中で周回する無終端帯の表面に沿って長尺の基板を走行させる搬送手段と、前記無終端帯に前記基板が沿った状態で前記基板上に薄膜を形成する手段とを備えた薄膜製造装置において、前記無終端帯の少なくとも内側表面の輻射率が４０％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
　本発明の薄膜の製造方法及び製造装置によれば、基板の熱損傷を防ぎ、高い生産性で安定に薄膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　本発明の第一の薄膜の製造方法によれば、真空中で複数のローラに沿って回転する第一の無終端帯に沿って走行する長尺の基板上に薄膜を形成する薄膜の製造方法において、前記第一の無終端帯の内側に複数のローラに沿って回転する第二の無終端帯を存在させ、前記第二の無終端帯を冷却し、前記第一の無終端帯と前記第二の無終端帯を接触させながら薄膜を形成することにより、第一の無終端帯が、冷却された第二の無終端帯に接触するので、第一の無終端体の冷却を強化することが出来る。
【００１０】
　また、第二の無終端帯に代えて第一の無終端帯の内側に冷却部材を接触させ、前記無終端帯を前記冷却部材に接触させながら動かし、前記冷却部材と前記無終端帯の間に固体潤滑剤を塗布するという本発明の好ましい例によれば、冷却部材と無終端帯の磨耗を防ぎ、無終端体の冷却を強化することが出来る。第一の無終端帯と第二の無終端帯との接触長、または無終端帯と冷却部材との接触長が薄膜の形成域の長さの２５％以上であるという本発明の好ましい例によれば、熱損傷を防止する効果が特に高い。
【００１１】
　本発明の第二の製造方法によれば、真空中で複数のローラに沿って回転する無終端帯に沿って走行する長尺の基板上に薄膜を形成する薄膜の製造方法において、前記無終端帯の少なくとも内側表面の輻射率を４０％以上とすることによって薄膜形成中の無終端帯の温度上昇を小さくすることが出来る。
【００１２】
　本発明の第三の製造方法によれば、真空中で複数のローラに沿って回転する無終端帯に沿って走行する長尺の基板上に薄膜を形成する薄膜の製造方法において、前記ローラの少なくとも一つを冷却すると同時に前記無終端帯を加熱しながら回転させた後に加熱を終了して前記ローラの冷却を継続しながら薄膜を形成することによって、薄膜形成初期の急激な熱負荷変化に伴う、無終端帯の変形を防止することが出来るので、基板の熱変形を防止することが出来る。
【００１３】
　次に本発明の製造装置によれば、本発明の製造方法を効果的に実施することができる。本発明の第三の製造装置において、無終端帯を予備加熱する加熱手段が遠赤外線ランプであると、簡易な構成で加熱することができ好ましい。
【実施例１】
【００１４】
　以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
【００１５】
　（実施例１）
　本発明の第１の実施例について説明する。図１は本実施例の製造装置の構成を示す概略図である。真空槽２は排気系１によって真空排気される。真空槽２の大きさは長さ１０００ｃｍ、幅１５００ｃｍ、高さ２０００ｃｍである。幅３０ｃｍ、厚さ１０μｍのポリエチレンテレフタレート長尺基板４は巻き出しロール３から回転方向１２に沿って巻出され、無終端帯１７の表面に沿って走行する。無終端帯１７は周長４０００ｃｍ、幅６００ｃｍである。長尺基板４の走行速度は５０ｍ／分であった。無終端帯１７を支える３本の主ローラ１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｃのうち、蒸着開始部分に最も近いローラ１８Ａを冷却した。冷却は、ローラ内の回転軸から冷媒である油を導入して循環させることによって行った。無終端帯１７の内側に、無終端帯よりも周長の短い無終端補助ベルト１９を設けたが、その位置関係は補助ベルトによって無終端帯が５ｍｍ外側に膨らむような位置とした。補助ベルトは周長１５００ｃｍ、幅５５０ｃｍである。補助ベルトを支える３本のローラ２０Ｄ、２０Ｅ、および２０Ｆの内、無終端帯に近い２本、ローラ２０Ｄと２０Ｅを冷媒の内部循環によって冷却した。冷却方法は前記ローラ１８Ａと同様である。高分子基板と無終端帯の密着性を高めるために、高分子基板を無終端帯にニップロール１５によって押し当てた後に、薄膜の形成に先立って密着用電子銃１３から密着用電子ビーム１４を照射した。
【００１６】
　走行中の長尺基板４は、電子ビーム６を照射されている蒸発坩堝７より遮蔽板９の開口部において蒸着される。高分子基板への蒸気入射角は、基板法線から８０度から４５度の範囲とした。ガス導入ノズル８の方向はノズルの延長線が無終端帯１７と平行になるようにした。その後、長尺基板４は巻き取りロール１０に巻き取られる。また、遮蔽板９の開口部の蒸着終端側より酸素ガスを前記基板に差し向けることによって反応蒸着を行った。成膜中の蒸着室の真空度は約５×１０-5torrである。
【００１７】
　本実施例では高分子基板上に薄膜磁気テープに用いる層厚１５０ｎｍのＣｏ−Ｏ磁性層を形成した。磁性層の膜厚は、ガイドローラ１６間に設置した透過光式膜厚計２３を用いて蒸着を行いながら観測し、電子銃の投入電力を調整することによって制御した。透過光式膜厚計は可視光源とＣｄＳ光電変換素子２４を用いて構成した。無終端帯の長さの内、蒸着に関与する部分の長さ（蒸着域）を８０ｃｍとし、補助ベルトと無終端帯の接触長と主ローラ１８Ａの温度及びローラ２０Ｄおよび２０Ｅの冷媒温度を変えて蒸着を行い、基板の熱損傷を調べた。その結果を表１に示す。なお、補助ベルトと無終端帯の接触部分は蒸着域の中央部とした。表１には補助ベルトを用いない場合の結果も併せて示した（番号１〜３）。表１に示すように、補助ベルトを用いない場合には主ローラ１８Ａを−２０℃まで冷却しないと基板の熱損傷が発生した。これに対して補助ベルトを用いた場合には主ローラの冷却を弱めることが出来る。また、接触長が１０ｃｍと２０ｃｍの場合では熱損傷防止の効果が異なることから、接触長によって蒸着中の無終端帯の温度上昇防止に差があるものと思われる。表１から冷却した補助ベルトを用いることにより、熱損傷を防止する効果があることと、望ましくは接触長が蒸着域の２５％以上であることが分かる。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
　（実施例２）
　本発明の第２の実施例について説明する。図２は本実施例の製造装置の構成を示す概略図である。排気系１によって真空排気された真空槽２の中で巻き出しロール３から回転方向１２に沿って巻出された長尺基板４は無終端帯１７の表面に沿って走行中に電子ビーム６を照射されている蒸発坩堝７より遮蔽板９の開口部において蒸着を受けた後に、巻き取りロール１０に巻き取られる。無終端帯を支える３本の主ローラ１８Ａ、１８Ｂ、および１８Ｃの内、蒸着開始部分に最も近いローラ１８Ａを冷媒の内部循環によって冷却した。無終端帯の内側に冷却部材２１を配置した。冷却部材２１は蒸着幅と同じ幅のものを用い、押し当てることによって無終端帯が外側へ３ｍｍ膨らむような位置とした。冷却部材２１に沿って前記無終端帯を摺動させ、かつ前記冷却部材と前記無終端帯の間に、磨耗を防ぐための固体潤滑剤として二硫化モリブデンを塗布した。ここで冷却部材として銅ブロックを用いた。この銅ブロックは冷却水かヘリウムなどで冷却しておいた。銅ブロックの他にステンレス（ＳＵＳ）板であってもよい。固体潤滑剤は二硫化モリブデンの他にグラファイト、ＷＳ2（二硫化タングステン）、Ｗなどを用 いてもよい。また、開口部の蒸着終端側より酸素ガスを前記基板に差し向けることによって反応蒸着を行った。また、高分子基板と無終端帯の密着性を高めるために、高分子基板を無終端帯１７にニップロール１５によって押し当てた後に、薄膜の形成に先立って密着用電子銃１３から密着用電子ビーム１４を照射した。
【００２０】
　高分子基板として３０ｃｍ幅、１０μｍ厚のポリエチレンテレフタレートを用い、薄膜磁気テープに用いる層厚１５０ｎｍのＣｏ−Ｏ磁性層を形成した。高分子基板への蒸気入射角は、基板法線から８０度から４５度の範囲とした。ガス導入ノズル８の方向はノズルの延長線が無終端帯１７と平行になるようにした。また、成膜中の蒸着室の真空度は約５×１０-5torrである。磁性層の膜厚は、ガイドローラ１６間に設置した透過光式膜厚計２３を用いて蒸着を行いながら観測し、電子銃の投入電力を調整することによって制御した。透過光式膜厚計は可視光源とＣｄＳ光電変換素子２４を用いて構成した。
【００２１】
　無終端帯の長さの内、蒸着に関与する部分の長さ（蒸着域）を８０ｃｍとし、冷却部材２１と無終端帯１７の接触長と主ローラ１８Ａの温度及び冷却部材の冷媒温度を変えて蒸着を行い、基板の熱損傷を調べた。冷却部材の温度は冷却部材内部の冷媒の温度を変えて変化させた。なお、接触部分は蒸着域の中央部とした。その結果を表２に示す。表１には冷却部材を用いない場合の結果も併せて示した（番号１〜３）。
【００２２】
　表２から分かるように、冷却部材を用いることによって基板の熱損傷を効果的に防止することが出来、本実施例の条件では特に接触長が蒸着域の２５％以上で安定な蒸着が出来た。なお、固体潤滑剤を塗布しない場合には、摺動による無終端帯の内面の損傷がひどくて実用には適さないことが分かった。また、他の種類の潤滑剤を用いた場合にも同様の結果が得られた。表２から冷却部材と潤滑剤を組合せて用いれば、無終端帯と冷却部材が摺動した状態でも基板の熱損傷防止に効果があること、及び望ましくは接触長が蒸着域の２５％以上であることが分かる。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
　（実施例３）
　本発明の第３の実施例について説明する。図３は本実施例の製造装置の構成を示す概略図である。排気系１によって真空排気された真空槽２の中で巻き出しロール３から回転方向１２に沿って巻出された長尺基板４は無終端帯１７の表面に沿って走行中に電子ビーム６を照射されている蒸発坩堝７より遮蔽板９の開口部において蒸着を受けた後に、巻き取りロール１０に巻き取られる。また、開口部の蒸着終端側より酸素ガスを前記基板に差し向けることによって反応蒸着を行った。また、高分子基板と無終端帯の密着性を高めるために、高分子基板を無終端帯１７にニップロール１５によって押し当てた後に、薄膜の形成に先立って密着用電子銃１３から密着用電子ビーム１４を照射した。
【００２５】
　高分子基板として３０ｃｍ幅、１０μｍ厚のポリエチレンテレフタレートを用い、層厚１５０〜３００ｎｍのＣｏ−Ｏ磁性層を形成した。高分子基板への蒸気入射角は、基板法線から８０度から４５度の範囲とした。ガス導入ノズル８の方向はノズルの延長線が無終端帯１７と平行になるようにした。無終端帯を支えるローラの内、蒸着開始部分に最も近いローラ１８Ａを冷媒の内部循環によって冷却した。また、成膜中の蒸着室の真空度は約５×１０-5torrである。
【００２６】
　磁性層の膜厚は、ガイドローラ１６間に設置した透過光式膜厚計２３を用いて蒸着を行いながら観測し、電子銃の投入電力を調整することによって制御した。透過光式膜厚計は可視光源とＣｄＳ光電変換素子２４を用いて構成した。
【００２７】
　塗装またはメッキによって無終端帯の内側表面の色またはつやを微調整することにより無終端帯の内側表面の輻射率を１０〜４０％の範囲内で変えた。輻射率は無終端帯と同じ材料の小片を用いて市販の輻射率計を用いて測定した。主ローラ１８Ａの温度を変えて蒸着することにより、輻射率と蒸着時の熱損傷の関係を調べた。その結果を表３に示す。表３から分かるように、輻射率が高い場合ほど蒸着時の熱損傷が起きにくい。例えば輻射率が１０％の場合には主ローラ１８Ａの温度を−２０℃としても磁性層厚が３００ｎｍの場合には基板の熱損傷が発生するが、輻射率が２０％の場合には熱損傷は発生しない。これは、蒸着時の熱負荷をベルト面からの輻射によって若干逃がすことが出来るためと思われる。特に輻射率４０％以上では主ローラの冷却を１０℃以上弱めることができるので工業的価値が大きい。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
　（実施例４）
　本発明の第４の実施例について説明する。図４は本実施例の製造装置の構成を示す概略図である。排気系１によって真空排気された真空槽２の中で巻き出しロール３から回転方向１２に沿って巻出された長尺基板４は無終端帯１７の表面に沿って走行中に電子ビーム６を照射されている蒸発坩堝７より遮蔽板９の開口部において蒸着を受けた後に、巻き取りロール１０に巻き取られる。無終端帯を支えるローラの内、蒸着開始部分に最も近いローラ１８Ａを冷媒の内部循環によって冷却した。蒸着に先立って、主ローラ１８Ａを溶媒の内部循環により冷却すると共に予備加熱源２２のヒータを用いて無終端帯を加熱しながら回転させた。ヒータには遠赤外線ランプを用いた。その後ヒータ加熱を終了して主ローラ１８Ａの冷却を継続しながら薄膜の形成を開始した。また、開口部の蒸着終端側より酸素ガスを前記基板に差し向けることによって反応蒸着を行った。また、高分子基板と無終端帯の密着性を高めるために、高分子基板を無終端帯にニップロール１５によって押し当てた後に、薄膜の形成に先立って密着用電子銃１３から密着用電子ビーム１４を照射した。
【００３０】
　高分子基板として３０ｃｍ幅、１０μｍ厚のポリエチレンテレフタレートを用い、薄膜磁気テープに用いる層厚１５０ｎｍのＣｏ−Ｏ磁性層を形成した。高分子基板への蒸気入射角は、基板法線から８０度から４５度の範囲とした。ガス導入ノズル８の方向はノズルの延長線が無終端帯１７と平行になるようにした。また、成膜中の蒸着室の真空度は約５×１０-5torrである。
【００３１】
　磁性層の膜厚は、ガイドローラ１６間に設置した透過光式膜厚計２３を用いて蒸着を行いながら観測し、電子銃の投入電力を調整することによって制御した。透過光式膜厚計は可視光源とＣｄＳ光電変換素子２４を用いて構成した。
【００３２】
　ヒータ電力と蒸着膜の膜厚を変えて薄膜を形成し、熱損傷との関係を調べた。その結果を図５に示す。図５から分かるように、ヒータ加熱を予め行うことによって、基板の熱損傷は生じにくくなる。この理由は以下のように考えられる。即ち、予備加熱無しに蒸着を開始すると、急激に熱負荷が増加するために、無終端帯の熱変形も急激に起こる。これによって基板と無終端帯の密着性が低下し、熱損傷が発生し易い。これに対して、予備加熱を行った場合には予備加熱によって無終端帯の熱変形が起きるので蒸着開始までには熱変形後の定常状態に達する。従って蒸着開始時の急激な熱負荷の増加や熱変形を低減することが出来、基板の熱損傷も発生しにくいのである。
【００３３】
　以上の実施例１〜４において、基板としてポリエチレンテレフタレートを用いた場合についてのみ述べたが、ポリエチレンナフタレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミドその他の高分子基板をはじめとする他の種々の基板材料も用いることが出来る。さらに、実施例としては薄膜としてＣｏ−Ｏ磁性層を形成する場合についてのみ述べたが、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｏ磁性層を形成する場合にも同様の結果が得られている。本発明は無終端帯及び高分子基板にかかる熱負荷に対する課題を解決するものであるから、反応ガス雰囲気の有無やその種類に限定されるものでもない。従って、薄膜磁性層のみならず、他の薄膜を形成する場合にも本発明は有効である。また、薄膜の形成に先立って、別の下地層を形成した後に薄膜を形成する場合についても本実施例の構成が有効である。従って磁性材料に限らず、Ｓｉ等の様々な材料と、酸素等の反応ガスとの反応蒸着においても本実施例を適用することが出来るほか、例えば液晶配向膜、透明電極膜、コンデンサの形成などにおいて、本実施例を応用することにより、従来の真空蒸着では得られなかった高い生産性で薄膜の安定供給が可能となる。また、蒸着の入射角についても、本発明の効果が実施例に示した角度に限定されるものではなく、目的用途に応じて適宜入射角を最適化した上で本実施例を適用することによって生産性が向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１の製造装置を示す概略図
【図２】本発明の実施例２の製造装置を示す概略図
【図３】本発明の実施例３の製造装置を示す概略図
【図４】本発明の実施例４の製造装置を示す概略図
【図５】本発明の実施例４での予備加熱と熱損傷の関係を示すグラフ図
【図６】従来例のキャンを用いた連続蒸着法による薄膜の製造装置を示す概略図
【図７】従来例の無終端帯を用いた連続蒸着法による薄膜の製造装置を示す概略図
【符号の説明】
【００３５】
　　１　排気系
　　２　真空槽
　　３　巻き出しロール
　　４　長尺基板
　　５　キャン
　　６　電子ビーム
　　７　蒸発坩堝
　　８　ガス導入ノズル
　　９　遮蔽板
　１０　巻き取りロール
　１１　ガイドロール
　１２　回転方向
　１３　密着用電子銃
　１４　密着用電子ビーム
　１５　ニップロール
　１６　ガイドローラ
　１７　無終端帯
　１８　主ローラ
　１９　補助ベルト
　２０　補助ローラ
　２１　冷却部材
　２２　予備加熱源
　２３　透過光式膜厚計
　２４　ＣｄＳ光電変換素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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