(57)【要約】【課題】薄膜を形成させるフィルム基材を容易に金属ロールに巻き付けることができ、金属ロールに巻き付けたフィルム基材の表面に安定して多層薄膜を形成できる真空成膜装置及びその成膜方法を提供することにある。【解決手段】真空成膜装置が、少なくとも、長尺状のフィルム基材の巻き出し部と、巻き出されたフィルム基材を両側から挟み込む為の一対のニープロールと、前記ニップロールの真下にフィルム基材を巻き付ける為の金属ロールと、前記ニップロールの斜め下で、金属ロールの回転方向の上流側表面に近接する位置にフィルム基材を帯電させる為の荷電粒子照射部と、前記金属ロールの下にフィルム基材の表面に薄膜を形成させる為の複数の成膜部を備えており、前記荷電粒子照射部がホローカソード放電によって発生され、−５．０ｋＶより高い電圧で加速されている一種類以上の荷電粒子群を照射するものからなり、前記真空成膜装置を用いて成膜する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム基材に薄膜を形成させる真空成膜装置において、長尺状のフィルム基材の巻き出し部と、巻き出されたフィルム基材を両側から挟み込む為の一対のニープロールと、前記ニップロールの真下にフィルム基材を巻き付ける為の金属ロールと、前記ニップロールの斜め下で、金属ロールの回転方向の上流側表面に近接する位置にフィルム基材を帯電させる為の荷電粒子照射部と、前記金属ロールの下にフィルム基材の表面に薄膜を形成させる為の複数の成膜室を備えており、さらに、前記ニップロールと荷電粒子照射部の間にフィルム基材を切断する為のカッターを備えていることを特徴とする真空成膜装置。
【請求項２】
前記荷電粒子照射部がホローカソード放電によって発生され、−５．０ｋＶより高い電圧で加速された一種類以上の荷電粒子群を照射するものからなることを特徴とする請求項１記載の真空成膜装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の真空成膜装置を用いて、荷電粒子照射部で帯電させた後に金属ロールに巻きつけたフィルム基材の表面に薄膜を形成後、大気に開放させてから薄膜を形成させたフィルムを金属ロールから引き剥がすことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ロールに巻きつけられたフィルム基材表面に薄膜を形成する為の真空成膜装置及びそれを用いた薄膜の成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラスチック等の基材の表面に薄膜を形成し、各種の機能を持たせた機能性フィルムの開発が盛んに行われている。一般的に真空下で高機能性及び高品質な薄膜を得る方法はよく知られている。その応用分野は幅広く、パッケージ分野ではガスバリア性を付与する薄膜、ディスプレイ分野ではディスプレイ部材などに各種機能性を付与する薄膜などがある。近年、薄膜の多層化や成膜速度の高速化などが盛んに研究開発されてきている。多層膜を得るには単膜に対して成膜ユニット１つに対応させる方式と成膜ユニットの部分に基材を往復させることで得る方式の二通りがある。前者は、基材の動きは最小限であるが、目的の膜数だけの成膜ユニットが必要である。後者は、基材の動きは複雑になるが成膜ユニットは膜の種類分だけ用意し、その部分へ基材を往復させることで成膜ユニットを通過する回数分積層された多層膜が得られ、温度もしくは放電電力を上げると熱負荷が多くなって基材の変形を誘発する恐れがあるが、基材を何度も通過することによって熱負荷を分散することができる。基材を何度も成膜ユニットに通過させるひとつの手段としては、金属ロールに基材を巻きつけて、回転させる方式があり、大がかりな基材の搬送系が不必要で、簡単な装置で多層膜を成膜することができる。しかし、この方式の場合、フィルム基材を金属ロールに張力を維持したまま巻きつけるため、大気中において手作業で粘着テープを用いて固定を行う必要があるなどの欠点を有していた。前記の問題点を改善するべく、薄膜形成時にフィルム基材が冷却ロールから浮き上がらないように、前もって帯電させた後に冷却ロールに巻き付けて強く密着させ、そのフィルム基材上に薄膜を形成させる方法及びその装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３５８６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、薄膜を形成させるフィルム基材を容易に金属ロールに巻き付けることができ、金属ロールに巻き付けたフィルム基材の表面に安定して多層薄膜を形成できる真空成膜装置及びその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】
【０００４】
本発明の請求項１に係る発明は、フィルム基材に薄膜を形成させる真空成膜装置において、長尺状のフィルム基材の巻き出し部と、巻き出されたフィルム基材を両側から挟み込む為の一対のニープロールと、前記ニップロールの真下にフィルム基材を巻き付ける為の金属ロールと、前記ニップロールの斜め下で、金属ロールの回転方向の上流側表面に近接する位置にフィルム基材を帯電させる為の荷電粒子照射部と、前記金属ロールの下にフィルム基材の表面に薄膜を形成させる為の複数の成膜室を備えており、さらに、前記ニップロールと荷電粒子照射部の間にフィルム基材を切断する為のカッターを備えていることを特徴とする真空成膜装置である。
【０００５】
本発明の請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明において、前記荷電粒子照射部がホローカソード放電によって発生され、−５．０ｋＶより高い電圧で加速された一種類以上の荷電粒子群を照射するものからなることを特徴とする真空成膜装置である。
【０００６】
本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項１又は請求項２記載の真空成膜装置を用いて、荷電粒子照射部で帯電させ、金属ロールに巻きつけたフィルム基材の表面に薄膜を形成後、大気に開放させてから薄膜を形成させたフィルムを金属ロールから引き剥がすことを特徴とする成膜方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の真空成膜装置は、真空成膜装置が長尺状のフィルム基材の巻き出し部と、巻き出されたフィルム基材を両側から挟み込む為の一対のニープロールと、前記ニップロールの真下にフィルム基材を巻き付ける為の金属ロールと、前記ニップロールの斜め下で、金属ロールの回転方向の上流側表面に近接する位置にフィルム基材を帯電させる為の荷電粒子照射部と、前記金属ロールの下にフィルム基材の表面に薄膜を形成させる為の複数の成膜部を備えており、さらに、前記ニップロールと荷電粒子照射部の間にフィルム基材を切断する為の切断カッターを備えており、前記荷電粒子照射部がホローカソード放電によって発生され、−５．０ｋＶより高い電圧で加速された一種類以上の荷電粒子群を照射するものからなっており、その真空成膜装置を用いて、荷電粒子照射部で帯電させ、金属ロールに巻きつけたフィルム基材の表面に薄膜を形成後、大気に開放させてから薄膜を形成させたフィルムを金属ロールから引き剥がす方法で成膜するので、フィルム基材と金属ロールの密着が良好で、フィルム基材の表面に安定して薄膜を形成でき、薄膜を形成させたフィルムを容易に金属ロールから引き剥がせる。また、成膜室を複数個設けることにより、フィルム基材への多層薄膜の形成が容易に、かつ、安定して出来る。包装分野、デイスプレイ分野などの各種の機能が求められる分野で広く利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の真空成膜装置及びそれを用いた成膜方法を実施の形態に沿って以下に詳細に説明する。図１は本発明の真空成膜装置の概略説明図であり、真空槽（１０）内に、長尺状のフィルム基材（１１）の巻き出し部（１２）、複数のガイドロール（１３）、フィルム基材（１１）を両側から挟み込む為の一対のニップロール（１４ａ、１４ｂ）、前記ニップロール（１４ａ、１４ｂ）の真下にフィルム基材（１１）を巻き付ける為の金属ロール（１５）、前記ニップロール（１４ａ、１４ｂ）の斜め下で、金属ロール（１５）の回転方向の上流側表面に近接する位置に、巻き出されたフィルム基材（１１）を帯電させる為の荷電粒子照射部（１６）、前記金属ロール（１５）の下にフィルム基材（１１）の表面に薄膜を形成させる為の複数の成膜室（１７ａ、１７ｂ）を備えており、さらに、前記ニップロール（１４ａ）と荷電粒子照射部（１６）の間にフィルム基材（１１）を切断する為のカッター（１９）を備えている。なお、前記成膜室（１７ａ、１７ｂ）にはそれぞれ開閉シャッター（１８ａ、１８ｂ）を有している。
【０００９】
前記フィルム基材（１１）は、特に限定しないが、例えば、ポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド系（ナイロンー６、ナイロンー６６等）、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル、セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等）などのフィルムが使用でき、フィルムの厚みは２５〜２００μｍが好ましい。
【００１０】
前記ニップロール（１４ａ、１４ｂ）の表面はウレタンゴムなどの絶縁性材料からなっている。
【００１１】
前記金属ロール（１５）は、真空成膜装置の構成上アース電位となる場合が多く、荷電粒子をフィルム基材（１１）に照射するとフィルム基材（１１）は帯電し、アース電位上の金属ロール（１５）と密着する。荷電粒子照射部（１６）での荷電粒子の発生方法は特
に限定はされないが、フィルム基材（１１）の全幅へ均等に帯電させることで金属ロール（１５）に巻きつける際のシワ防止になるため、フィルム基材（１１）の全幅に照射できるような荷電粒子の発生方法が望ましい。その一例として、電子ビームを用いて広範囲に帯電させる方式に関して説明すると、単独に存在する原子や分子から電子を切り離してプラズマを作り、そこから電子の放出を行う方法と、金属のような固体表面からの電子の発生方法がある。前者の方法はプラズマ空間から電子を引き出すため、その空間の引き出す範囲でビームが形成できる利点があるので、比較的大面積に向けての電子ビームを使用する時は有用な方法である。
【００１２】
なお、前記金属ロール（１５）に密着したフィルム基材（１１）を剥がすときは、圧力を適正にすることで容易に行える。圧力を適正化することはパッシェンの法則Ｖ＝ｆ（ｐ×ｄ）（Ｖは放電開始電圧［ボルト］、ｆは圧力ｐ［Ｐａ］と放電間距離ｄ［ｍ］で決まる関数）の放電開始電圧Ｖを低下することができる。この放電開始電圧Ｖは圧力ｐと放電間距離ｄの積で最小値を取る法則であるので、放電間距離ｄが一定であると仮定するなら、圧力ｐだけで放電開始電圧Ｖが決定される。この放電開始電圧を低下することで放電が容易に発生し、フィルム基材（１１）に帯電した静電気エネルギーを放出することができる。また、大気にさらすことで空気中の水分等の影響で帯電していた静電エネルギーを放出することができる。
【００１３】
図２（ａ）は荷電粒子照射部の一実施例の斜視図であり、金属箱（２０）の側面に荷電粒子群を照射する為のスリット（２１）を有し、箱の中に電極（２２）を有しており、（ｂ）は（ａ）の荷電粒子照射部の断面説明図であり、ステンレス（ＳＵＳ３１６）製の金属箱（２０）の中にステンレス（ＳＵＳ３１６）からなる電極（２２）を有しており、その電極（２２）に対向した面にスリット（２１）が設けられている。前記スリット（２１）の隙間は１．５ｍｍが好ましい。前記構造にすることにより、大きな面積での電子ビームを得ることができる。金属箱（２０）内に放電ガスとしてアルゴンなどの放電しやすい気体を導入し、電極（２２）に直流電源（２３）から高電圧を加えることで金属箱（２０）内にプラズマを発生させる。プラズマを発生させる電極（２２）は金属箱（２０）内を均一なプラズマ状態とするのが好ましいため、金属箱（２０）側面の大きさに近似することが好ましい。また、この電極（２２）が中空状になって、ホローカソード放電を行えるようにすると、比較的容易に高密度のプラズマが得られ、より好ましい。スリット（２１）から荷電粒子を取り出してフィルム基材に照射し、帯電させることができる。荷電粒子は質量の軽い電子と重いイオンとに大別でき、電圧加速で荷電粒子を引き出すときには質量の軽い電子の方が比較的取り扱いやすい。電子をビームとして引き出したいなら、電極に負の電位が加わるような直流電圧をかければよい。スリット（２１）から運動量をもった電子を放出するには高い電圧による加速が必要となるので、電圧は−５．０ｋｖ以上のものが好ましい。金属箱（２０）はアースと同電位なので、電子は電極（２２）から金属箱（２０）の方向に加速し、その面にスリット（２１）があるなら、そのスリット（２１）の隙間から加速された電子を引き出すことができる。金属箱、電極、スリットで構成された荷電粒子照射部で、電子照射できる面積がほぼ決まる。目的とするフィルム基材（１１）の面幅と同じ大きさの電極（２２）およびスリット（２１）が具備されていることが好ましい。電極（２２）、金属箱（２０）はステンレス製に限定されるものではなく、真空中の使用に耐えられる金属、例えばチタン、アルミニウムなども用いることができる。
【００１４】
前記成膜室（１７ａ、１７ｂ）は、一般的に知られている真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の真空成膜プロセスが実施できるようになっている。例えば、真空蒸着法は金属や無機化合物、有機化合物等を蒸気化し成膜する方法で、加熱方式によって抵抗加熱方式、電子ビーム加熱方式、誘導加熱方式に大まかに分けられ、真空環境内でのプロセスに関して、反応性蒸着、プラズマアシスト蒸着、イオンビームアシスト蒸着、イオンプレーティングなどが挙げられるが、いかなる方式でも構わない。これらを組み合わせるこ
とで無機酸化物の薄膜などが比較的容易に成膜することができる。
【００１５】
また、スパッタリング法はプラズマの発生方法により、直流放電方式、高周波放電方式、パルス放電方式、ターゲットの電極に磁石を配置したマグネトロン電極方式など挙げられる。
【００１６】
また、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）も熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などがあるがこれらの方式に限らず、いかなる方式でも構わない。
【００１７】
前記各種の真空成膜法では、成膜条件であるガス圧力、ガス導入量、ガス導入位置、イオンビームパワー、プラズマ電力、ガス種などの変化によって膜の物性が大きく変化するため、方式の異なる成膜を同一の真空槽内で行う場合には、１つの成膜プロセスに対し区分けされた真空室を各々設けて、真空排気をそれぞれ独立して行うことが好ましい。なぜなら、例えば、真空蒸着法での最適な圧力とスパッタリング法での最適な圧力が異なることが多いため、成膜条件の最適化が同時に行うためには必要になると考えられるからである。
【００１８】
本発明の真空成膜装置を用いて、薄膜を形成させる成膜方法について、以下に実施例に沿って説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１に示す真空成膜装置を用いて、真空槽（１０）内を真空ポンプ（図示せず）によって圧力５．０×１０-2Ｐａ以下にする。フィルム基材（１１）として幅５００ｍｍ、厚さ２５μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを使用し、加速電圧１０ｋｖで８ｋｗの直流電源（２３）を用いて荷電粒子照射部（１６）から電子ビームを発生させ、前記ＰＥＴフィルムを直径７５０ｍｍの金属ロール（１５）上を２ｍ／ｍｉｎで走行させながら、電子ビームを照射し一周以上巻いた時点で、ニップロール（１４ａ、１４ｂ）によりＰＥＴフィルムを固定した後にカッター（１９）を用いてＰＥＴフィルムを切断した。この状態で成膜有効幅４００ｍｍである銅のマグネトロンスパッタ成膜ユニットを有する成膜室（１７ａ）にアルゴンガスを導入し、圧力２．０Ｐａ、電極面積４５０ｍｍ×１００ｍｍの銅ターゲットに２．０ｋｗの直流電源でプラズマを発生させ、プレスパッタ終了後に開閉シャッター（１８ａ）を開けて成膜を開始した。同様に、プラズマＣＶＤ成膜ユニットを有する成膜室（１７ｂ）にアルゴン（Ａｒ）ガスと酸素（Ｏ2）ガスを（Ａｒ）／（Ｏ2）＝４／１の割合で混合したガスとヒドロメチルジシロキサンを８０℃のヒーターによって加熱したモノマーガスを導入して、圧力が３．５Ｐａになるように設定した。使用した電極はステンレス製（ＳＵＳ３１６）で４００×１００ｍｍのもので、この電極には高周波電源を接続し、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１．５ｋｗに設定した。成膜室（１７ｂ）の高周波電源の電力供給を開始し、ＰＥＴフィルムに形成された銅膜上にＳｉＯ2 膜をＣＶＤ法で成膜し、積層した。引き続き、成膜開始から半周した時点で成膜室（１７ｂ）の高周波電力の供給を停止して、銅膜だけが形成されているフィルムを作成した。その後、真空槽内（１０）を大気開放して薄膜を形成させたフィルムを取り出し、銅膜上にＳｉＯ2 膜が積層されたフィルムと銅膜だけが形成されたフィルムを得た。
【００２０】
上記実施例１で得た銅膜上にＳｉＯ2膜が積層されているフィルムの電気抵抗値を測定した結果、その測定値は２ＭΩ／ｃｍ2以上であった。銅膜のみが形成されたフィルムの電気抵抗値は１５Ω／ｃｍ2以下であるので、上記電気抵抗の測定結果からフィルム基材に銅膜とＳｉＯ2膜が良好に積層されていることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の真空成膜装置の一実施例の概要説明図である。
【図２】（ａ）は荷電粒子照射部の一実施例の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の荷電粒子照射部の断面説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０…真空槽
１１…フィルム基材
１２…巻き出し部
１３…ガイドロール
１４ａ，１４ｂ…ニップロール
１５…金属ロール
１６…荷電粒子照射部
１７ａ，１７ｂ…成膜室
１８ａ，１８ｂ…開閉シャッター
１９…カッター
２０…金属箱
２１…スリット
２２…電極
２３…直流電源
【図１】
2005076120.tif 000003
【図２】
2005076120.tif 000004