(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内に、長尺帯状基材を連続走行させる基材搬送装置と、溶融された蒸発材料が収容されるルツボとを備える真空蒸着装置を用いて、長尺帯状基材に蒸発材料の蒸発分子を蒸着して成膜する真空蒸着方法において、
長尺帯状基材を、この基材の幅方向一端側がルツボに近くなるように、この基材面の幅方向がルツボ内の溶湯面に対し、7°以上47°以下の範囲で傾斜させ、かつ、ルツボの開口部における長尺帯状基材の幅方向に対応した長さを長尺帯状基材のルツボ溶湯面に投影した幅よりも小さくした状態で搬送しながら蒸着した後、この蒸着済みの基材を、基材の幅方向他端側がルツボに近くなるように、この基材面の幅方向がルツボ内の溶湯面に対し、前記と同じ角度で傾斜させ、かつ、ルツボの開口部における長尺帯状基材の幅方向に対応した長さを長尺帯状基材のルツボ溶湯面に投影した幅よりも小さくした状態で搬送しながら蒸着することを特徴とする真空蒸着方法。
【請求項２】
基材面の幅方向をルツボ内の溶湯面に対し、20°以上34°以下の範囲で傾斜させることを特徴とする請求項１に記載の真空蒸着方法。
【請求項３】
長尺帯状基材の幅方向中央部と、溶湯表面との距離を80mm以上300mm未満にすることを特徴とする請求項１または２に記載の真空蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバー内で、基材搬送装置により連続走行する長尺帯状基材に、ルツボ内で溶融された蒸発材料の蒸発分子を蒸着する真空蒸着装置および真空蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長尺帯状基材を連続走行させながら、蒸着を行う場合、一般に、真空チャンバー内に配置したルツボ内の蒸発材料を溶融させ、蒸発材料の溶湯から蒸発した蒸気を基材に蒸着させて成膜する方法が行われている。
【０００３】
ところで、ルツボは、通常、長尺帯状基材の幅方向中央部の下方に配置させており、ルツボから蒸発材料を蒸発させたときに、その蒸発流は、扇状に拡散する。
【０００４】
ここで、ルツボの中心を原点0とし、ルツボの溶湯面に平行に長尺帯状部材Xを配置した場合、この原点0と長尺帯状基材Xの幅方向中央部aとを結ぶ直線における立体角dφ内の基材の面積(Sa1)と、原点0と基材の幅方向端部bとを結ぶ直線における立体角dφ内の基材の面積(Sb)とを図３に示す。
【０００５】
図３において、面積(Sa1)と面積(Sb)とを比較すると、面積(Sb)は面積(Sa1)よりも面積が大きくなる。しかし、これらの面積内に蒸着する蒸発分子（フラックス）の数は等しいので、基材の幅方向端部側ほど膜厚が薄くなる。
【０００６】
このようにルツボと長尺帯状基材とを配置すると、図４のグラフにおける四角点のプロット線で示したように、長尺帯状基材の幅方向中央部で成膜された膜厚が、最も厚く、幅方向端部側が最も膜厚が薄くなり、膜厚分布の不均一が生じていた。
【０００７】
そこで、基材の幅方向にできるだけ均一に成膜するため、特許文献１に示すように、板状の基材の下方に、基材の幅方向に延びる長尺状のルツボを設け、このルツボの上面を封鎖状にし、この上面に長手方向に沿って複数の孔を形成したものが提案されている。さらに、特許文献１では、ルツボの上面における長手方向両端部を基材の幅方向中央に向けて傾斜させている。特許文献１では、ルツボ内で溶融した蒸発材料を複数の孔から蒸発させて、基材の幅方向の一端部から他端部まで満遍なく蒸着させるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】特開2004-269948号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示すルツボは、長尺帯状基材の幅よりも長く形成し、しかも、このルツボには、ルツボの長さにほぼ相当する溶湯貯留部を形成して、この溶湯貯留部で溶融した蒸発材料を各孔からルツボ外部へと蒸発させるようにしている。
【００１０】
このように、特許文献１では、長尺なルツボを使用するため、ルツボの溶湯面積（溶湯貯留部に溜まる溶湯の液面積）が、前記した従来のルツボに比べて必然的に大きくなり、基材が受ける輻射熱量が大きくなってしまう。そのため、基材に形成される膜の幅方向の膜厚分布は従来に比べて均一に近くなるが、基材温度の上昇が起こり、基材が熱による物性変化を引き起こしてしまうという不具合がある。
【００１１】
また、基材温度の上昇を防ぐために、基材をルツボから離して、具体的には基材とルツボとの距離が300mm以上となるように配置すると、前記した従来の蒸着方法と同様に蒸着分子の拡散により基材の端部の膜厚が薄くなってしまう。
【００１２】
さらに、理論上、溶湯面から基材までの距離の２乗に比例して、蒸着速度が低下するため、溶湯面から基材までの距離が、大きくなればなるほど、生産効率が低下してしまう。
【００１３】
また、特許文献１では、ルツボ上面の両端部を傾斜させているため、ルツボやルツボを加熱する熱源（特に抵抗加熱の場合）の製作が困難になるとともに、ルツボ上面の傾斜の変曲点に熱応力が集中し割れが生じやすくなる。このように、ルツボに割れが生ずると、安定して成膜加工ができない。
【００１４】
そこで、本発明は、真空蒸着装置内に配設する機器の構成を簡単にできながら、ルツボの熱によるルツボおよび長尺帯状基材の破損が生ずることなく、基材に均一な膜を形成できる真空蒸着装置および真空蒸着方法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】
【００１５】
本発明の真空蒸着装置は、真空チャンバー内で、基材搬送装置により連続走行する長尺帯状基材に、ルツボ内で溶融された蒸発材料の蒸発分子を蒸着して成膜する真空蒸着装置において、基材搬送装置は、長尺帯状基材に成膜する際に、この基材面の幅方向がルツボ内の溶湯面に対し、7°以上47°以下の範囲で傾斜するように長尺帯状基材を搬送する構成とすることを特徴とする。
【００１６】
蒸発材料としては、アルミニウム、シリコンなどの金属が挙げられる。また、蒸発材料の蒸気が蒸着される長尺帯状基材としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂フィルムや、銅などの金属フィルムが挙げられる。樹脂フィルムにアルミニウム蒸着を行うことにより、食品用袋などに用いることができ、また、銅フィルムにシリコンを蒸着することにより、リチウム電池の負極に用いることができる。
【００１７】
ルツボは、溶湯貯留部を有する平面視で円形、四角形の容器からなり、ルツボの下方に抵抗加熱(ヒータ)、誘導加熱などの加熱装置を配置して、ルツボ内の蒸発材料を加熱したり、または、ルツボの斜め上方に電子銃を設けて、この電子銃でルツボ内の蒸発材料に電子線を照射して蒸発材料を直接加熱したりする。
【００１８】
ルツボには、材料供給装置を用いて溶湯貯留部に蒸発材料を供給した後、前記した加熱装置で蒸発材料を加熱し溶融して、溶湯状態にする。
【００１９】
そして、基材搬送装置は、長尺帯状基材が巻かれた繰り出しロールと、蒸着された長尺帯状基材を巻き取る巻取りロールと、これらロールの間の下方位置に配置される冷却ロールとを有する。
【００２０】
さらに、本発明では、長尺帯状基材を基材搬送装置に装着することより、長尺帯状基材の成膜される面がルツボの上方に配置されるとともに、この基材面の幅方向がルツボ内の溶湯面に対し、7°以上47°以下の範囲で傾斜した状態になるようにする。そして、このように長尺帯状基材の面をルツボ内の溶湯面に対して傾斜させながら搬送して、蒸着を行う。
【００２１】
長尺帯状基材の面を傾斜させる具体的な構成は、基材搬送装置の繰り出しロールと、巻取りロールと、冷却ロールとを、これらの外周面がルツボ内の溶湯面に対し、7°以上47°以下の範囲で傾斜した状態となるように、真空チャンバー内に配置できるようにする。
【００２２】
そして、本発明では、冷却ロールの回転軸がルツボ内の溶湯面に対し、傾斜した状態となるので、冷却ロールに保持された長尺帯状基材も基材面の幅方向が、ルツボ内の溶湯面に対し7°以上47°以下の範囲で傾斜した状態となる。基材の傾斜角度は、20°以上34°以下とすることが最も好ましい。
【００２３】
なお、傾斜角度を7°以上47°以下の範囲としたのは、傾斜角度が7°より小さいと、従来と同様に長尺帯状基材の幅方向端部の膜圧が中央部に比べて薄く、膜の最小厚みと最大厚みのばらつきが非常に大きくなってしまうからである。また、傾斜角度が47°より大きくなると、蒸発分子が長尺帯状基材に蒸着せずに真空チャンバーの内壁などに蒸着する割合が徐々に大きくなって生産効率の低下を招いてしまうからである。
【００２４】
本発明では、このように長尺帯状基材を基材搬送装置に取り付けて、基材搬送装置を駆動させることにより、長尺帯状基材の面をルツボ内の溶湯面に対し、前記角度で傾斜した状態で搬送しながら蒸着を行う。
【００２５】
ここで、ルツボの中心を原点0とし、ルツボの溶湯面に対して長尺帯状部材X1を傾斜して配置した場合の基材への蒸着状態を図３に示す。図３は、原点0と長尺帯状基材X1の幅方向中央部aとを結ぶ直線における立体角dφ内の基板の面積(Sa2)と、原点0と基材の幅方向端部c(中央部aよりも原点0から離れた位置)とを結ぶ直線における立体角dφ内の基板の面積(Sc)と、原点0と基材の幅方向端部d(中央部aよりも原点0に近い位置)とを結ぶ直線における立体角dφ内の基板の面積(Sc)と示す。
【００２６】
そして、図３に示すように、これら面積(Sa2,Sc,Sd)は、Sd＜Sa2＜Scの関係となり、これらの面積(Sa2,Sc,Sd)内に蒸着する蒸発分子（フラックス）の数は等しい。
【００２７】
本発明では、以上のことから、ルツボの溶湯面（原点0）に近い側となる長尺帯状基材X1の幅方向一端側の膜厚が最も厚く、ルツボの溶湯面（原点0）から遠い側となる長尺帯状基材X1の他端側の膜厚が最も薄くなる。
【００２８】
従って、一旦蒸着を行った長尺帯状基材を、今度は、膜の厚みが厚く形成された幅方向一端側がルツボの溶湯面から遠い側となり、膜の厚みが薄く形成された幅方向他端側がルツボの溶湯面から近い側となるように、基材搬送装置に取り付けて蒸着を行う。
【００２９】
この二回目の蒸着によって、先ほどと同じように、幅方向他端側に形成された膜の厚みが厚く、一端側に形成された膜の厚みが薄く膜が形成されるので、全体として、幅方向に均一な膜を形成することができる。
【００３０】
このような、長尺帯状基材X1の同じ成膜面を２度蒸着する場合は、一つのルツボの上を２回走行させるようにしてもよし、２つのルツボの上を連続して１回走行するようにしてもよい。長尺帯状基材を１回走行により２度の蒸着を行う場合には、基材搬送装置の冷却ロールの回転軸の傾きを前後で逆にする。
【００３１】
さらに、本発明では、ルツボにおける溶湯貯留部の開口部における長尺帯状基材の幅方向に対応した長さが、長尺帯状基材のルツボ溶湯面に投影した幅よりも小さくすることが好ましい。
【００３２】
このように、ルツボの大きさを設定することにより、ルツボで発生する輻射熱をできるだけ小さくできるので、長尺帯状基材の熱による破損をできるだけ防止することができる。
【００３３】
また、本発明では、ルツボの大きさを前記した大きさとする場合には、基材とルツボとの距離が短くなるように、長尺帯状基材の幅方向中央部と、溶湯表面との距離が80mm以上300mm未満となるようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の真空蒸着装置は、成膜を行う際に、長尺帯状基材を、成膜面の幅方向をルツボ内の溶湯面に対して所定の角度に傾斜させて搬送しながら蒸着を行うようになっている。
【００３５】
そして、このように長尺帯状基材を傾斜させながら蒸着を行う蒸着方法を、基材の幅方向一端側と他端側とがそれぞれルツボに近い側となるように２回行うことにより、図４のグラフの三角点のプロット線で示すように、膜厚分布曲線が直線に近づく。その結果、基材に形成される膜は、平坦な膜厚分布が得られ、基材の幅方向の膜厚が均一化される。
【００３６】
即ち、本発明では、ルツボの溶湯面に対して、長尺帯状基材を傾斜させながら蒸着を行うので、１回の蒸着による基材幅方向の膜厚分布が、図４の示す従来の双曲線ではなく、直線に近づいた線になる。
【００３７】
ところで、図４のグラフに示す従来の蒸着方法では、基材の幅方向両端部に形成される膜の厚みが薄くなるため、できるだけ均一な膜を形成しようとすると、基材とルツボとの距離を大きくして蒸発分子を拡散させる必要があった。
【００３８】
しかし、本発明の真空蒸着装置を用いて成膜を行うと、一回の蒸着により、基材の幅方向一端側から他端側に向けて膜厚が徐々に減少または増加していくため、基材を反転して２回蒸着を行うと、膜厚分布が、基材面に対して平行な直線に近づく。そのため、膜厚の設定を基材の幅方向中央部に形成される膜厚を基準にして基材全体の膜厚を設定することが可能となる。その結果、本発明では、従来に比べて基材をルツボに近づけることができ、しかも、成膜速度は距離の２乗に比例するので、高速で成膜することができるようになる。
【００３９】
特に、ルツボにおける溶湯貯留部の開口部における長尺帯状基材の幅方向に対応した長さが、長尺帯状基材のルツボ溶湯面に投影した幅よりも小さくすると、基材が溶湯の輻射熱で加熱される度合いを小さくできるので、基材の熱による破損が起こらない程度まで、できるだけ基材をルツボに近づけることができる。
【００４０】
さらに、本発明では、ルツボの大きさを長尺帯状基材のルツボ溶湯面に投影した幅よりも小さくすることにより、長尺帯状基材の幅方向中央部と、溶湯表面との距離が80mm以上300mm未満にすることができ、蒸着速度を従来よりも上げられる。
【００４１】
その結果、同じ基材に対して２度の蒸着を行っても、成膜時間を半減することができるので、生産性の低下は起こらない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下本発明の真空蒸着装置の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態の真空蒸着装置1は、図１および図２に示すように、真空チャンバー2内に、ルツボ3と、基材搬送装置4とを有する。
【００４３】
真空蒸着装置1は、真空チャンバー2は、図示していなが、頭部と底部にそれぞれ排気口が設けられており、この排気口から排気されて内部が減圧されるようになっている。
【００４４】
真空チャンバー2内は、下部にルツボ3が配置され、上部に基材搬送装置4が配置されている。
【００４５】
ルツボ3は、蒸発材料を貯留する溶湯貯留部31を有しており、この溶湯貯留部31の開口部は円形をしており、外形も円形をしている。溶湯貯留部31の開口部の大きさは、例えば、長尺帯状基材5の幅方向長さが300mmの場合、80mmの直径を有していれば、十分に膜の厚みが均一な蒸着を行うことができる。また、ルツボは、長方形状の開口部を有した溶湯貯留部31を備えるようにしてもよい。この場合、溶湯貯留部31の長辺部が、長尺帯状基材5の幅方向に対応するように配置され、長辺部の長さも、長尺帯状基材5の幅方向長さに比べて短くなるように形成する。
【００４６】
具体的には、前記溶湯貯留部31の開口部における長尺帯状基材5の幅方向に対応した長さが、長尺帯状基材5のルツボ溶湯面に投影した幅よりも小さくなるように形成する。
【００４７】
そして、図１には示していないが、真空蒸着装置1は、蒸発材料供給装置によりルツボ3内に蒸発材料を供給し、真空チャンバー2の側部に設ける電子銃でルツボ3内の蒸発材料を溶融する。ルツボ3内には、シリコンやアルミなどの蒸発材料が充填される。
【００４８】
蒸発材料供給装置は、例えば、真空チャンバー2の外側に設けるホッパー部と、このホッパー部の下部に接続され、下端がルツボ3内に開口する供給管とを有するものが挙げられる。
【００４９】
さらに、真空チャンバー2の側壁部に設ける電子銃は、当該電子銃から放出される電子線がルツボ3内の蒸発材料に照射されるような位置に配設される。そして、この電子銃によって加熱されて溶融した蒸発材料が蒸発し、蒸発分子が基材搬送装置4の冷却ロール43の周面を走行する長尺帯状基材5上に蒸着されて膜が形成されるようになっている。
【００５０】
基材搬送装置4は、繰り出しロール41と巻取りロール42と、これらロールの間の下方位置に配置される冷却ロール43とを有する。
【００５１】
繰り出しロール41と巻取りロール42とは定速で回転させ、冷却ロール43はフリー回転するようになっている。冷却ロール43は、内部に図示しない冷却装置が設けられ、長尺帯状基材5の温度上昇による変形等を抑制するようになっている。冷却ロール43は、ルツボ3の溶湯貯留部31に対向させて配置している。繰り出しロール41と巻取りロール42の回転駆動は、コンピュータなどの制御手段で巻取りロール42の駆動軸に連結されるモータを駆動制御して行うようになっている。このモータを回転させることにより、巻取りロール42が回転して、長尺帯状基材5が連続走行するようになっている。
【００５２】
繰り出しロール41、巻取りロール42、そして、冷却ロール43は長尺帯状基材5の幅より長いロール面を有する円柱状をしており、巻取りロール42の駆動軸をモータを介して、また、繰り出しロール41と冷却ロール43の回転軸を軸受けを介して真空チャンバー2内に支持している。
【００５３】
そして、繰り出しロール41にテープ状の長尺帯状基材5を巻いておく。長尺帯状基材5は、繰り出しロール41から引き出されて、冷却ロール43で図中下方に押し出すように支持されながら、巻取りロール42に巻き取られる構造になっている。
【００５４】
さらに、基材搬送装置4は、繰り出しロール41と、巻取りロール42と、冷却ロール43とを、これら駆動軸および回転軸がルツボ内の溶湯面に対し、7°以上47°以下の範囲で傾斜した状態、本実施形態では最も好ましい傾斜角度である27°になるように、真空チャンバー2内に配置する。
【００５５】
そして、各ロールの軸がルツボ3内の溶湯面に対し、27°傾斜した状態となるので、冷却ロール43の外周面に保持された長尺帯状基材5の幅方向も、ルツボ3内の溶湯面に対し傾斜した状態となる。
【００５６】
本実施形態では、このように長尺帯状基材5を基材搬送装置4に取り付けて、基材搬送装置4を駆動させることにより、長尺帯状基材5の面をルツボ3内の溶湯面に対し、前記角度で傾斜した状態で搬送しながら蒸着を行う。
【００５７】
さらに、前記したように、ルツボ3の溶湯貯留部31の開口部の直径を、長尺帯状基材5のルツボ溶湯面に投影した幅よりも小さくするとともに、長尺帯状基材5の幅方向中央部と、溶湯表面との距離が300mm未満となるように配置している。例えば、長尺帯状基材5の幅が300mmでルツボ3の溶湯貯留部31の開口部の直径が80mmの場合には、長尺帯状基材5と溶湯表面との距離が200mmとなるようにルツボ3と冷却ロール43とを配置する。
【００５８】
このように、ルツボ3の大きさを設定することにより、ルツボで発生する輻射熱をできるだけ小さくできるので、長尺帯状基材の熱による破損をできるだけ防止することができる。さらに、基材とルツボとの距離が200mmと短いので、蒸着速度を従来よりも上げられる。その結果、同じ基材に対して２度の蒸着を行っても、１回の成膜時間を半減することができるので、生産性の低下は起こらない。
【００５９】
長尺帯状基材5としては、樹脂フィルムや金属フィルムなどを用いるが、本実施形態では、銅フィルムを用いる。
【００６０】
以上のような構成を有する真空蒸着装置1を用いて、長尺帯状基材5に成膜する運転について説明する。
【００６１】
まず、真空チャンバー2内に、長尺帯状基材5が巻かれた繰り出しロール41をセットし、長尺帯状基材5を冷却ロール43に沿わした後、巻取りロール42に端部を固定する。
【００６２】
長尺帯状基材5は、ルツボ3の上面に対して長尺帯状基材5の面の幅方向一端側がルツボ3に近くなるように傾斜された状態となる。
【００６３】
次に、真空チャンバー2内の排気を行って所定の真空度を保つようにする。その後、蒸発材料供給装置から所定の蒸発材料をルツボ3の溶湯貯留部31内に供給する。
【００６４】
そして、ルツボ3内の蒸発材料を電子銃で加熱して溶融する。ルツボ3内の蒸発材料が溶融したら、基材搬送装置4を駆動させて、長尺帯状基材5を搬送しながら、この長尺帯状基材5へ蒸着を行う。
【００６５】
長尺帯状基材5への１回の走行により蒸着がなされた後、次に、この蒸着された長尺帯状基材5について、今度は、長尺帯状基材5の面の前記幅方向他端側がルツボ3に近くなるように前回と同じ角度で傾斜させて、この長尺帯状基材5を搬送しながら蒸着を行う。
【００６６】
長尺帯状基材5に形成される膜の膜厚の設定は、一回の走行で長尺帯状基材5の幅方向中央部に形成される膜厚を基準にして基材全体の膜厚を設定する。
【００６７】
本実施形態では、長尺帯状基材5を反転して２回蒸着を行うので、長尺帯状基材5に形成される膜の膜厚分布が、基材面に対して平行な直線に近づく。その結果、従来に比べて長尺帯状基材5をルツボ3に近づけることができ、しかも、成膜速度は距離の２乗に比例するので、高速で成膜することができる。
【００６８】
なお、長尺帯状基材5の傾斜角度を、5°、7°、20°、27°、30°、47°、50°として、成膜状態を調べたところ、7°では、従来の膜厚分布についての最小厚みと最大厚みとのばらつきの半分以下の厚みのばらつきが得られ、20°、27°、30°、47°については、略均一な膜厚が得られた。また、傾斜角度が5°の場合は、従来とほぼ変わらない膜厚分布となった。傾斜角度が50°の場合は、膜厚分布は、ほぼ均一に近い状態となったが、蒸発分子の拡散により真空チャンバーの壁面に蒸着する割合が大きくなってしまった。
【００６９】
特に、ルツボ3における溶湯貯留部31の開口部の大きさが、長尺帯状基材5のルツボ溶湯面に投影した幅よりも小さいので、長尺帯状基材5が溶湯の輻射熱で加熱される度合いを少なくでき、長尺帯状基材5の熱による破損が起こらない程度まで、できるだけ基材をルツボに近づけることができる。その結果、同じ基材に対して２度の蒸着を行っても、成膜時間を半減することができるので、生産性の低下は起こらない。
【００７０】
以上のように、本実施形態によれば、ルツボを小さく、かつ、簡単な構成にできながら、しかも、基材搬送装置も複雑な構成とせずとも、長尺帯状基材5に均一な厚みの膜を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の真空蒸着装置は、帯状の長い基材を搬送しながら、この基材に均一な膜を形成する場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の長尺帯状基材に成膜する真空蒸着装置の概略全体構成図あって、基材搬送装置のロール面側から見た図である。
【図２】図１の真空蒸着装置を基材搬送装置のロール軸方向から見た図である。
【図３】本発明の真空蒸着装置を用いて長尺帯状基材に成膜した場合と、従来の長尺帯状基材をルツボ溶湯面に水平に配置して成膜した場合との成膜状態を比較した図である。
【図４】本発明と従来との長尺帯状基材に成膜される膜厚分布の違いを示す説明図である。
【符号の説明】
【００７３】
1  真空蒸着装置
2  真空チャンバー
3  ルツボ      31  溶湯貯留部
4  基材搬送装置
41  繰り出しロール      42  巻取りロール      43  冷却ロール
5  長尺帯状基材
【図１】
0004721107.tif 000002
【図２】
0004721107.tif 000003
【図３】
0004721107.tif 000004
【図４】
0004721107.tif 000005