プラズマＣＶＤ装置
【課題】 プラズマＣＶＤ装置１において、基材Ｗの端部の波状変形や異常なアーク放電を防止する。
【解決手段】本発明のプラズマＣＶＤ装置１は、真空チャンバと、真空チャンバ内に配備されると共に電源の両極が接続され且つ成膜対象であるシート状の基材Ｗが巻き掛けられる真空チャンバから絶縁された成膜ロール２と、基材Ｗが巻き掛けられていない成膜ロール２の端部２ａ、２ｂを成膜ロール２近傍に発生したプラズマ５から遮蔽する遮蔽部材４と、を備え、成膜ロール２の軸方向の端部２ａ、２ｂは中央部２ｃより小径に形成されていて、端部２ａ、２ｂの外周面と中央部２ｃの外周面との間には段差面２ｄが設けられており、遮蔽部材４がその外周面が成膜ロール２の中央部２ｃの外周面と面一になるように成膜ロール２の端部を覆っており、遮蔽部材４と段差面２ｄとの間には成膜ロール２の軸方向に基材Ｗが成膜ロール２に当接しない間隙が備えられている。
【解決手段】本発明のプラズマＣＶＤ装置１は、真空チャンバと、真空チャンバ内に配備されると共に電源の両極が接続され且つ成膜対象であるシート状の基材Ｗが巻き掛けられる真空チャンバから絶縁された成膜ロール２と、基材Ｗが巻き掛けられていない成膜ロール２の端部２ａ、２ｂを成膜ロール２近傍に発生したプラズマ５から遮蔽する遮蔽部材４と、を備え、成膜ロール２の軸方向の端部２ａ、２ｂは中央部２ｃより小径に形成されていて、端部２ａ、２ｂの外周面と中央部２ｃの外周面との間には段差面２ｄが設けられており、遮蔽部材４がその外周面が成膜ロール２の中央部２ｃの外周面と面一になるように成膜ロール２の端部を覆っており、遮蔽部材４と段差面２ｄとの間には成膜ロール２の軸方向に基材Ｗが成膜ロール２に当接しない間隙が備えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックフィルムなど基材にＣＶＤ皮膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品包装に用いられるプラスチックフィルムに対しては、水蒸気や酸素を通さない特性（バリア性）が高く要求されている。このようなプラスチックフィルムなどの基材（シート材）に高バリア性を付与するためには、透明性のあるＳｉＯｘやＡｌ2Ｏ3などの皮膜をコーティングする必要がある。ＳｉＯｘ皮膜のコーティング技術としては従来より真空蒸着法、スパッタ法などの物理蒸着法（ＰＶＤ法）があるが、これらの技術に比して成膜速度、高バリア皮膜の形成の面で優位なプラズマＣＶＤ法が近年用いられるようになっている。
【０００３】
上述したプラズマＣＶＤ法を行うプラズマＣＶＤ装置には、例えば特許文献１〜特許文献３に示されたものがある。
これらの文献に開示された装置は、交流電源の両極にそれぞれ電気的に接続された一対の成膜ロールを有し、一対の成膜ロールの間に電位差が加えられていて、それぞれのロールの内部にはロール表面に磁場を形成するマグネットが配備されている。そして、磁場と電位差との相互作用でロールの表面にプラズマを発生させてシート材Ｗ（基材Ｗ）にＣＶＤ皮膜の成膜が可能となる。
【０００４】
ところで、一般にシート材Ｗは成膜ロールより狭幅に形成されているため、シート材に対して幅方向にムラなく皮膜を形成しようとすればシート材の端部に対しても中央部と同様にプラズマを発生させなくてはならない。つまり、シート材Ｗが巻き掛けられていない成膜ロールの端部表面はプラズマに対して露出状態となっているので、成膜をしたくない成膜ロールの表面にも成膜が行われてしまう。
【０００５】
そこで、特許文献４には、図５（ａ）に示すように、成膜ロール１０２の端部１０２ａにこの成膜ロール１０２の表面をプラズマ１０５から遮蔽する遮蔽部材１０４を設けたプラズマＣＶＤ装置１０１が提案されている。この文献に記載された遮蔽部材１０４は、マイカ（雲母）などの絶縁体からなるシートであり、成膜ロール１０２の端部１０２ａの表面を被覆することで成膜ロールの端部１０２ａに成膜が行われることを抑制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９６００１号公報
【特許文献２】特許第３８８０６９７号公報
【特許文献３】特許第３１５５２７８号公報
【特許文献４】特開２００９−２４２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献４のように遮蔽部材１０４で成膜ロール１０２の端部１０２ａを被覆する構成では、ロール表面が露出しないようにシート材Ｗの幅を中央部１０２ｃの幅より十分に広くする、言い換えれば図示するようにシート材Ｗをその端が遮蔽部材１０４の上にまで乗り上げる程度に広くすることが一般的である。これは、せっかく遮蔽部材１０４を設けても、シート材Ｗの幅が成膜ロール１０２の中央部１０２ｃの幅より狭いと、中央部１０２ｃの表面が露出してしまい、遮蔽部材１０４を設けた意味が無くなるからである。
【０００８】
ところが、このようにシート材Ｗを遮蔽部材１０４の上にまで乗り上げる構成を採用すると、遮蔽部材１０４の厚みの分だけシート材Ｗを巻き回す部分の径が大きくなってしまい、この端部の上を通ったシート材Ｗの一部だけが中央部を通るものより伸びて、成膜後にシート材Ｗの端部が波状に変形することがある。
また、図５（ｂ）に示すように、端部が波状に変形したシート材Ｗを成膜ロール１０２に巻き掛けると、シート材Ｗがロール表面からめくり上がってロール表面との間に隙間ができやすくなり、この隙間から剥き出しになった成膜ロール１０２の表面にプラズマ１０５からアーク放電１０６が発生しやすくなる。このようなアーク放電１０６が発生すると、交流電源の故障に繋がったり、または電源を保護する保護回路が作動してＣＶＤ処理が中断し、安定して成膜をし続けることが困難になるといった問題が起こる場合もある。
【０００９】
加えて、プラズマＣＶＤ装置には生産性に考慮して複数本の成膜ロールを備えものがある。このようなプラズマＣＶＤ装置では一つのシート材を複数の成膜ロールに順に通して多段で成膜が行われるため、先に通過した成膜ロールでシート材の変形が起こると当然後の成膜ロールで放電を誘発する原因となり、アーク放電がさらに発生しやすくなる。また、このようなアーク放電は、生産性を上げようとして成膜ロール間に高電圧を加えても発生しやすくなるため、特許文献４の装置では生産性を向上する手段として一般的に行われる成膜ロールの多段化や成膜電圧の高電圧化が実施しにくく、そのためプラズマＣＶＤの生産性を高めることが困難であるという問題もあった。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、上述の課題をすべて解決できるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
具体的には、本発明は、基材で覆われていない成膜ロールの端部を遮蔽する遮蔽部材を備えたものであって、次の（１）〜（３）の課題を解決できるようにしたプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
（１）基材のうち成膜ロールの端部を通る部分だけが中央部を通る部分に比べて伸びて波状に変形することを防止する。
（２）成膜ロールに基材を巻き掛けても、基材の端部が成膜ロールの表面からめくれ上がらないようにして、めくり上がった基材と遮蔽部材との隙間から剥き出しになった成膜ロールの表面に異常なアーク放電が起こることを防止する。
（３）アーク放電を起こすことなく高電圧や多段での処理を可能として、プラズマＣＶＤ処理の生産性を上げる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のプラズマＣＶＤ装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバと、当該真空チャンバ内に配備されると共に電源の両極が接続され且つ成膜対象であるシート状の基材が巻き掛けられる真空チャンバから絶縁された成膜ロールと、前記基材が巻き掛けられていない成膜ロールの端部を成膜ロール近傍に発生したプラズマから遮蔽する遮蔽部材と、を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、前記成膜ロールの軸方向の端部は中央部より小径に形成されていて、当該端部の外周面と中央部の外周面との間には段差面が設けられており、前記遮蔽部材は、当該遮蔽部材の外周面が前記成膜ロールの中央部の外周面と面一になるように、前記成膜ロールの端部側を覆っており、前記遮蔽部材と成膜ロールの段差面との間には、成膜ロールの軸方向に基材と成膜ロールが当接しない間隙が備えられていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明者は、シート状の基材を成膜ロールと遮蔽部材との双方に掛け渡しても基材が曲がらないようにすることはできないかと考えた。そして、成膜ロールの端部を中央部より小径に形成しておいて、この小径にした端部を遮蔽部材で覆えば、遮蔽部材の外周面が中央部の外周面と面一になって基材に変形が起こらなくなることを知見して本発明を完成させたのである。
【００１３】
ただ、このように小径な部分に遮蔽部材を設けるのみでは、上述のように基材の変形は抑制できても、その反面、図４に示すように、段差面１０２ｄと中央部１０２ｃとの境界にできた鋭角の角部１０２ｅが起点となってアーク放電１０６が起こりやすくなる。これは、このような鋭角の角部１０２ｅでは強い電界を形成するためプラズマ１０５との間にアーク放電１０６が起きやすいためであり、特に遮蔽部材１０４を成膜ロール１０２の段差面１０２ｄに接触させてしまうまたは接触しないまでもごく近傍まで近づけると、角部１０２ｅで形成される強い電界の作用で遮蔽部材１０４の表面に分極による電荷が発生し、発生した電荷との相互作用で金属で形成された段差面と遮蔽部材１０４との間の電界が強まるので、さらにアーク放電１０５が発生しやすくなる。加えて、大気中の水分を吸着しやすい遮蔽部材１０４をプラズマ１０５にさらすと遮蔽部材１０４から水分が放出され、放出された水分が基点となってさらにアーク放電１０６が起きやすくなる。
【００１４】
そこで、本発明者は、ただ単に成膜ロールの端部の小径な部分を遮蔽部材で覆うだけでなく、遮蔽部材と成膜ロールの段差面との間に軸方向に基材と成膜ロールが当接しない間隙を設ける（遮蔽部材を成膜ロールの段差面から離す）ことにより、基材の変形のみならず異常なアーク放電の発生までも防止できるようにしているのである。
なお、前記遮蔽部材は板状の絶縁体を用いて円筒形状に形成されているのが好ましく、前記円筒形状は、その外径が前記成膜ロールの中央部の外径と略等しくされていて、且つその内径が前記成膜ロールの小径とされた端部の外径と略等しくされていると良い。
【００１５】
つまり、遮蔽部材を成膜ロールの端部の外径と同じ内径の円筒形状に形成すれば、遮蔽部材を成膜ロールの端部に容易に挿し込んだり巻き付けたりすることが可能となる。また、このようにして巻き付けられた遮蔽部材の外径は成膜ロールの中央部の外径と略等しくなるので、成膜ロールの端部の外周面と中央部の外周面とが互いに面一となり、基材を遮蔽部材と成膜ロールとの双方に架け渡しても基材の変形が起こることが無くなる。
【００１６】
なお、遮蔽部材の外周面と成膜ロールの中央部の外周面とが面一になるとは、外周面同士が同一平面上にあるという意味だけでなく、外周面の間に高さの差が多少ある場合も含む。高さの差が基材の弾性変形の範囲内であれば、基材の変形を抑制することが可能であるからである。
また、前記間隙は、軸方向に０．５〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．７〜１．５ｍｍの幅を備えているのが好ましい。間隙の幅を軸方向に０．５ｍｍより大きくすることにより、角部に対するアーク放電の発生を確実に抑制することが可能となる。また、間隙の幅を２．０ｍｍより小さくすれば、基材が座屈する心配もなくなり、基材の変形をも抑制することができる。
【００１７】
さらに、前記成膜ロールにおける中央部の外周面と段差面との間には、さらに面取り加工が施されているのが好ましい。このような面取り加工により鋭角なエッジ（角）が無くなれば電荷が集中しなくなり、電界も弱くなって、異常なアーク放電が生じにくくなる。
なお、プラズマＣＶＤ装置としては前記成膜ロールが複数本設けられたものを用いることもできるが、この場合はそれぞれの成膜ロールの段差面と前記遮蔽部材との間にも、軸方向に前記間隙が設けられているのが好ましい。このようにすれば、どの成膜ロールでも成膜時に変形が起こらず、先の成膜ロールで端部が変形した基材がそのまま次の成膜ロールで成膜されることもない。当然、いずれの成膜ロールでも遮蔽部材とロール表面との隙間からアーク放電が発生する心配がないので、多段での成膜や高電圧での成膜が可能となって、プラズマＣＶＤ処理の生産性を大幅に高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いることで、基材の端部が波状に変形することを防止しつつ、異常なアーク放電の発生を抑制でき、プラズマＣＶＤ処理の生産性も上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のプラズマＣＶＤ装置の斜視図である。
【図２】第１実施形態の成膜ロールを軸方向に沿って切断した正面断面図である。
【図３】第２実施形態の成膜ロールの正面断面図である。（ａ）はＲ面取り、（ｂ）はＣ面取りのものである。
【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置の成膜ロールの正面断面図であって、端部が小径とされると共にこの小径な部分に遮蔽部材が巻き掛けられ、且つ遮蔽部材を段差面に接触させたものである。
【図５】従来のプラズマＣＶＤ装置の成膜ロールの正面断面図であって、成膜ロールの小径に加工されていない端部に遮蔽部材が巻き掛けたものである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置１の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。なお、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置１は後述する成膜ロール２が１本や３本以上のものであっても良いが、以降の実施形態では成膜ロール２が一対設けられたものを例に挙げて説明を行う。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１の全体構成を示している。
【００２１】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１（以下、単に装置１という）は、減圧下において、互いに対向して配置した左右で一対の成膜ロール２、２に交流あるいは極性反転を伴うパルス電圧を印加し、成膜ロール２、２の間の対向空間にグロー放電を発生させ、成膜ロール２に巻き掛けたシート状の基材ＷにプラズマＣＶＤによる成膜を行うものである。
この装置１は、図示しない真空チャンバを備えていて、その内部には後述する原料ガスが充填されている。また、真空チャンバ内には、一対の成膜ロール２、２が配備されている。一対の成膜ロール２、２のそれぞれには、交流電源３の両極がそれぞれ接続されていて、成膜対象であるシート状の基材Ｗが巻き掛けられている。そして、基材Ｗが巻き掛けられていない成膜ロール２の端部には、成膜ロール２の近傍に発生したプラズマ５から成膜ロール２の表面を遮蔽する遮蔽部材４が備えられる。
【００２２】
まず、上述の装置１で行われるプラズマＣＶＤについて簡単に説明する。
本実施形態の装置１はＳｉＯｘバリア膜をＣＶＤ皮膜として形成するものであり、真空チャンバにはＨＭＤＳＯ（ヘキサメチルジシロキサン）とＯ2、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ2、ＮＨ3またはこれらの混合物を含む混合ガスが原料ガスとして充填されている。なお、本実施形態の装置１では、原料ガスにＨＭＤＳＯを含むものを例示しているが、原料ガスにはＨＭＤＳＯ以外の有機シリコン系成膜ガス、例えばＨＭＤＳ（Ｎ）（ヘキサメチルジシラザン）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＭＳ（トリメチルシラン、テトラメチルシラン）、ジメチルシラン、モノシランなどを用いることもできる。
【００２３】
それぞれの成膜ロール２の内部には対向する成膜ロール２との間に発生したプラズマ５を成膜ロール２の表面付近に収束させる磁場発生手段（図示略）が設けられており、このプラズマ５内に基材Ｗを通過させることで基材Ｗの表面にＣＶＤ皮膜が形成される。
ＣＶＤ皮膜の成膜対象である基材Ｗとしては、プラスチックのフィルムやシート、紙など、ロール状に巻き取り可能な絶縁性の材料が考えられる。プラスチックのフィルムやシートとしては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリイミド等で形成されたものが適当であり、基材Ｗの厚みとしては真空中での搬送が可能な５μｍ 〜０．５ｍｍが好ましい。なお、基材Ｗは、ガラスクロスやグラスファイバーとプラスチック樹脂の複合フィルムでも良い。
【００２４】
次に、上述の装置１を構成する各部材について説明する。
成膜ロール２、２は、互いに同径同長のステンレス材料等で形成された円筒であり、その回転中心が床面から（上下方向に）略同じ高さに設置され、互いの軸芯が平行で且つ水平となるように配備されている。成膜ロール２の内部には、温度調整された水などの媒体が流通されていて、ロール表面を所定の温度にコントロールできるようになっている。成膜ロール２の表面には、傷が付きにくいようにクロムメッキや超硬合金などのコーティングが好ましくは設けられている。
【００２５】
一対の成膜ロール２、２は、真空チャンバから電気的に絶縁されており、交流電源３の両極に接続される。なお、成膜ロール２は、同径、同長である方が好ましいが、必ずしも同径、同長でなくても良い。また、成膜ロール２同士の軸芯は互いに水平に配備されているのが好ましいが、必ずしも水平でなくても良い。
成膜ロール２は、さまざまな寸法幅の基材Ｗを巻き掛けられるように、巻き掛け可能な基材Ｗのうちで最も幅が大きなものより広幅に形成されている。成膜ロール２の両端部２ａ、２ｂは中央部２ｃより小径にされていて、この小径にされた端部２ａ、２ｂには後述する遮蔽部材４が備えられている。
【００２６】
交流電源３は、高周波の交流電圧、または、両極の極性が反転可能なパルス状の電圧（パルス状直流電圧）が発生可能なものである。なお、交流電源３には、負荷との整合を得るための自動整合器を付けるとなお好ましい。この交流電源３の両極は、いずれも真空チャンバから絶縁されたフローティング電位とされている。成膜を行う基材Ｗは、前述の如く絶縁性の材料であるため、直流の電圧の印加では電流を流すことが出来ないが、フィルム（基材Ｗ）の厚みに応じた適切な周波数（およそ１ｋＨｚ〜、好ましくは１０ｋＨｚ〜）であれば基材Ｗを通して導通可能である。なお、周波数の上限は特にないが、数１０ＭＨｚ以上になるとプラズマが周波数に追従できなくなるので好ましくはなく、より好ましくは１ＭＨｚ以下としている。
【００２７】
本発明の装置１は、成膜ロール２の左右両端部２ａ、２ｂが中央部２ｃより小径に加工されていて、この小径に加工された端部２ａ、２ｂに遮蔽部材４が巻き付けられ、この遮蔽部材４と成膜ロール２の中央部２ｃとの間に間隙（空隙）が設けられていることを特徴としている。次に、成膜ロール２の小径とされた端部２ａ、２ｂ、この小径にされた端部２ａ、２ｂに巻き付けられる遮蔽部材４、及び両者の間に形成される間隙Ｌについて詳しく説明する。
【００２８】
図２に示すように、成膜ロール２は軸方向（左右方向）の両端部２ａ、２ｂが中央部２ｃより小径に形成されている。この左側の端部２ａと右側の端部２ｂとは、互いに同径の円筒状とされていて、いずれも中央部２ｃに比べてその半径が遮蔽部材４の厚みＤの分だけ小さくなっている。また、このように小径とされた端部２ａ、２ｂの長さは、それぞれ遮蔽部材４の長さより軸方向に長くなっていて、中央部２ｃから軸方向に後述する間隙Ｌをあけて端部２ａ、２ｂに遮蔽部材４を配備可能な長さとされている。そして、この小径な端部２ａ、２ｂの外周面と中央部２ｃの外周面とは、軸方向に対して垂直に切り立った段差面２ｄを介して繋がっている。
【００２９】
段差面２ｄには、左側の端部２ａに設けられるものと右側の端部２ｂに設けられるものとがあり、左側の段差面２ｄと右側の段差面２ｄとの間には成膜ロール２のなかでも最も径が大きな中央部２ｃが形成されている。この中央部２ｃの幅は基材Ｗの幅より短くなっていて、中央部２ｃに基材Ｗを巻き掛けると基材Ｗの端部が段差面２ｄを超えて左側と右側とに庇状に張り出すようになっている。
【００３０】
遮蔽部材４は、プラズマ５から成膜ロール２の端部２ａ、２ｂの表面を遮蔽するものであり、円筒形状に形成されている。遮蔽部材４の材質や厚みＤは基材Ｗと同じ程度に高周波電流が流れるようにするのが良く、基材Ｗと同様の電気的特性（絶縁性）を有する材料から形成されるのが好ましい。このような材料としては、例えば基材Ｗと同じ種類の材料であるＰＥＴやＰＥＮ、またはこれらより絶縁性の高いポリイミドやアルミナなどのセラミックなどが用いられる。また、遮蔽部材４は、これらの材料から形成されたテープなどを巻き回して円筒形状に形成したものでも良いし、これらの材料を射出成形や真空成形により一度に円筒形状に成形したものでも良い。
【００３１】
遮蔽部材４が薄すぎると遮蔽部材４が絶縁破壊されて高周波電流が集中し、基材Ｗの上に十分に成膜が行われなくなる虞がある。また、逆に遮蔽部材４が厚すぎると、遮蔽部材４を通じて流れる電流が小さくなり、遮蔽部材４近傍でプラズマ５が十分に形成できなくなって、遮蔽部材４と基板フィルムの境界部でプラズマ密度などに分布の偏りが発生し、基板フィルムの端部の膜厚や膜質に偏りが発生し、良くない。
【００３２】
この遮蔽部材４は、その外径が成膜ロール２の中央部２ｃの外径と略等しくなり、且つその内径が成膜ロール２の小径とされた端部２ａ、２ｂの外径と略等しくなるような円筒形状とされている。つまり、遮蔽部材４は、成膜ロール２の小径とされた端部２ａ、２ｂとほぼ同じ内径を備えるため、成膜ロール２の端部２ａ、２ｂに容易に巻き付けたり挿し込んだりすることが可能となる。また、一旦成膜ロール２の端部２ａ、２ｂに遮蔽部材４を巻き付けると、遮蔽部材４の外径は成膜ロール２の中央部２ｃの外径と略等しくなるので、遮蔽部材４の外周面と成膜ロール２の中央部２ｃの外周面とが互いに面一となり、遮蔽部材４の外周面と中央部２ｃの外周面との双方に跨るように基材Ｗを巻き掛けても基材Ｗに変形が起こることが無くなる。
【００３３】
なお、遮蔽部材４の外周面と成膜ロール２の中央部２ｃの外周面とが面一になるとは、外周面同士が同一平面上にあるという意味だけでなく、外周面の間に径方向に多少距離（ズレ）がある場合も含む。これは、遮蔽部材４の外周面と中央部２ｃの外周面との間に多少のズレがあっても、基材の弾性変形の範囲であれば双方に跨った基材Ｗに波状の変形あとが残らない（塑性変形しない）からである。具体的な例を挙げれば、遮蔽部材４の外周面と、成膜ロール２の中央部２ｃの外周面との間にあるズレが、法線方向に５０μｍ〜１ｍｍまでであれば、基材Ｗの変形は十分抑制可能である。
【００３４】
ところで、このように遮蔽部材４の外周面と成膜ロール２の中央部２ｃの外周面とを面一にしても、遮蔽部材４の端部が段差面２ｄに隙間なく接していると、以下に示すような理由からアーク放電が起こりやすくなる。
つまり、図５に示すように、その法線を軸方向に向けた段差面１０２ｄと、その法線を軸垂直方向に向けた中央部１０２ｃの外周面との間には、先端が鋭角な角部１０２ｅが周方向に亘って形成される。このような鋭角の角部１０２ｅでは強い電界が形成されやすく、この角部１０２ｅを起点としてアーク放電１０６が起こりやすくなる。特に遮蔽部材１０４を成膜ロール１０２の段差面１０２ｄに接触させてしまう、または接触しないまでもごく近傍まで近づけると、角部１０２ｅで形成される強い電界の作用で遮蔽部材１０４の表面に分極による電荷が発生し、発生した電荷との相互作用で金属で形成された段差面と遮蔽部材１０４との間の電界が強まるので、さらにアーク放電１０５が発生しやすくなる。加えて、大気中の水分を吸着しやすい遮蔽部材１０４をプラズマ１０５にさらすと遮蔽部材１０４から水分が放出され、放出された水分が基点となってさらにアーク放電１０６が起きやすくなる。
【００３５】
そこで、本発明の装置１では、図２に示すように遮蔽部材４と段差面２ｄとの間に間隙Ｌを設けて、アーク放電６を抑制しているのである。
上述した遮蔽部材４と段差面２ｄとの間に設けられる間隙Ｌは、軸方向に０．５〜２．０ｍｍの幅に設定されている。この間隙Ｌを軸方向に０．５ｍｍより大きくすると、角部２ｅに対するアーク放電６の発生を確実に抑制することが可能となる。また、間隙Ｌを２．０ｍｍより小さくすれば、基材Ｗが間隙Ｌに落ち込むように座屈することもなくなり、基材Ｗの変形をも抑制することができる。
【００３６】
次に、上述したプラズマＣＶＤ装置１を用いて基材Ｗに成膜を行う方法、言い換えれば本発明のプラズマＣＶＤのやり方について詳しく説明する。
まず、中央部２ｃより小径に形成された端部２ａ、２ｂに、段差面２ｄから０．５〜２．０ｍｍの間隙Ｌを隔てて絶縁体の遮蔽部材４で覆った成膜ロール２、２を用意し、これらの成膜ロール２、２を真空チャンバ内に設置する。そして、真空チャンバ内を一旦減圧し、その後連続的に原料ガス（本実施形態の場合であればＨＭＤＳＯガスなどの有機シリコン系成膜ガス、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス）を供給して、真空チャンバ内が所定の圧力になるように原料ガスの充填を行う。
【００３７】
原料ガスが真空チャンバ内に充填されたら、成膜ロール２、２を交流電源３に電気的に接続して、交流電源３から成膜ロール２、２に高周波の交流またはパルス状の電圧を印加する。そうすると、磁場発生手段により形成された磁場空間にグロー放電が発生してプラズマ５が形成され、真空チャンバに供給された原料ガスがプラズマ５で分解されて基材Ｗ上にＣＶＤ皮膜が形成される。
【００３８】
上述のように、本発明の装置１では、遮蔽部材４の外周面と成膜ロール２の中央部２ｃの外周面とが互いに面一とされているので、遮蔽部材４の外周面と中央部２ｃの外周面との双方に跨るように巻き掛られた基材Ｗを波状に変形させることが無い。
また、遮蔽部材４と段差面２ｄとの間に軸方向に基材が成膜ロール２に当接しない０．５〜２．０ｍｍの間隙Ｌを設けているので、角部２ｅに強い電界が形成されることもなく、この角部２ｅを起点とするアーク放電を抑制することも可能となる。加えて、遮蔽部材４と段差面２ｄとの間の間隙Ｌはそれ程広幅でないため、この間隙Ｌに基材Ｗが落ち込むように座屈することもない。それゆえ、アーク放電だけでなく、基材Ｗの座屈変形をも抑制することができる。
【００３９】
一方、生産性良くプラズマＣＶＤを行うには、プラズマＣＶＤ装置１に複数本の成膜ロール２を設けて多段でＣＶＤ処理を行うか、成膜ロール２に加える電圧を高くする必要がある。このような場合であっても、基材Ｗの変形や成膜ロール２の角部２ｅを起点とするアーク放電６を抑制可能な本発明のプラズマＣＶＤ装置１では、アーク放電の発生を心配することなく多段で成膜を行ったり電圧を高くするといった生産性を向上する手段を講じることが可能となり、プラズマＣＶＤ方法の生産性を向上させることが可能となる。
［第２実施形態］
なお、上記第１実施形態として述べた、遮蔽部材４と段差面２ｄとの間に間隙Ｌを備えるプラズマＣＶＤ装置１において、角部２ｅを起点とするアーク放電６を抑制する構成を様々に変更したプラズマＣＶＤ装置１を考えることもできる。それらを第２実施形態として、以下に述べる。なお、説明を省略した部分は、第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１と略同様な構成を有している。
【００４０】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、成膜ロール２の中央部２ｃの外周面と段差面２ｄとの間に面取り加工が施されたものであり、この面取り加工によって角部２ｅを起点とするアーク放電がより確実に抑制される点で第１実施形態と異なっている。
この面取り加工は、成膜ロール２の中央部２ｃの外周面と段差面２ｄとの間に形成される鋭角状の角部を曲面状（Ｒ面取り）あるいは平面状（Ｃ面取り）に加工してなだらかにしたものであり、中央部２ｃの外周面と段差面２ｄとの間のコーナ面をなだらかにして強い電界が発生することを抑制するものである。
【００４１】
面取り加工としては、Ｒ面取りまたはＣ面取りのどちらを採用しても良いが、電界を弱める目的ではＲ面取りの方を採用するのが望ましい。
図３（ａ）に示すように、Ｒ面取りの面取り加工の場合、面取り半径Ｒ1は段差と同じ程度、言い換えれば遮蔽部材４の厚みＤと略同じにすることが好ましい。具体的には、この面取り半径Ｒ1は５０〜２００μｍとするのが良い。面取り半径Ｒ1を５０μｍより大きくすることで、十分に電界を緩和でき、異常放電を確実に抑制できるようになる。また、面取り半径Ｒ1を２００μｍより小さくすれば、面取り加工により新たに基材Ｗと成膜ロール２表面との間にできる隙間を最小限に留めて、成膜ロール２の表面に十分な強度のプラズマを形成でき、基材Ｗに目標とする膜厚のＣＶＤ皮膜を確実に成膜することが可能となる。なお、基材Ｗの縁際までＣＶＤ皮膜を成膜しないのであれば、面取り半径Ｒ1は２ｍｍと大きくても良い。
【００４２】
図３（ｂ）に示すように、Ｃ面取りの面取り加工の場合は、面取りされる厚みＲ2を１２μｍ〜２００μｍとするのがよい。なお、上述したＣ面取りは、水平に対して４５°の角度に加工されるものだけでなく、水平に対して４５°以外の角度で平面状に面取りする場合も含む。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 装置（プラズマＣＶＤ装置）
２ 成膜ロール
２ａ 成膜ロールの左側端部
２ｂ 成膜ロールの右側端部
２ｃ 成膜ロールの中央部
２ｄ 成膜ロールの中央部と端部との間に形成される段差面
２ｅ 成膜ロールの中央部の外周面と段差面との間に形成される角部
３ 交流電源
４ 遮蔽部材
５ プラズマ
６ アーク放電
Ｄ 遮蔽部材の厚み
Ｌ 段差面と遮蔽部材との間に形成される間隙
Ｒ1 角部に形成されるＲ面取りの半径
Ｒ2 角部に形成されるＣ面取りの厚み
Ｗ 基材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックフィルムなど基材にＣＶＤ皮膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品包装に用いられるプラスチックフィルムに対しては、水蒸気や酸素を通さない特性（バリア性）が高く要求されている。このようなプラスチックフィルムなどの基材（シート材）に高バリア性を付与するためには、透明性のあるＳｉＯｘやＡｌ2Ｏ3などの皮膜をコーティングする必要がある。ＳｉＯｘ皮膜のコーティング技術としては従来より真空蒸着法、スパッタ法などの物理蒸着法（ＰＶＤ法）があるが、これらの技術に比して成膜速度、高バリア皮膜の形成の面で優位なプラズマＣＶＤ法が近年用いられるようになっている。
【０００３】
上述したプラズマＣＶＤ法を行うプラズマＣＶＤ装置には、例えば特許文献１〜特許文献３に示されたものがある。
これらの文献に開示された装置は、交流電源の両極にそれぞれ電気的に接続された一対の成膜ロールを有し、一対の成膜ロールの間に電位差が加えられていて、それぞれのロールの内部にはロール表面に磁場を形成するマグネットが配備されている。そして、磁場と電位差との相互作用でロールの表面にプラズマを発生させてシート材Ｗ（基材Ｗ）にＣＶＤ皮膜の成膜が可能となる。
【０００４】
ところで、一般にシート材Ｗは成膜ロールより狭幅に形成されているため、シート材に対して幅方向にムラなく皮膜を形成しようとすればシート材の端部に対しても中央部と同様にプラズマを発生させなくてはならない。つまり、シート材Ｗが巻き掛けられていない成膜ロールの端部表面はプラズマに対して露出状態となっているので、成膜をしたくない成膜ロールの表面にも成膜が行われてしまう。
【０００５】
そこで、特許文献４には、図５（ａ）に示すように、成膜ロール１０２の端部１０２ａにこの成膜ロール１０２の表面をプラズマ１０５から遮蔽する遮蔽部材１０４を設けたプラズマＣＶＤ装置１０１が提案されている。この文献に記載された遮蔽部材１０４は、マイカ（雲母）などの絶縁体からなるシートであり、成膜ロール１０２の端部１０２ａの表面を被覆することで成膜ロールの端部１０２ａに成膜が行われることを抑制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１９６００１号公報
【特許文献２】特許第３８８０６９７号公報
【特許文献３】特許第３１５５２７８号公報
【特許文献４】特開２００９−２４２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献４のように遮蔽部材１０４で成膜ロール１０２の端部１０２ａを被覆する構成では、ロール表面が露出しないようにシート材Ｗの幅を中央部１０２ｃの幅より十分に広くする、言い換えれば図示するようにシート材Ｗをその端が遮蔽部材１０４の上にまで乗り上げる程度に広くすることが一般的である。これは、せっかく遮蔽部材１０４を設けても、シート材Ｗの幅が成膜ロール１０２の中央部１０２ｃの幅より狭いと、中央部１０２ｃの表面が露出してしまい、遮蔽部材１０４を設けた意味が無くなるからである。
【０００８】
ところが、このようにシート材Ｗを遮蔽部材１０４の上にまで乗り上げる構成を採用すると、遮蔽部材１０４の厚みの分だけシート材Ｗを巻き回す部分の径が大きくなってしまい、この端部の上を通ったシート材Ｗの一部だけが中央部を通るものより伸びて、成膜後にシート材Ｗの端部が波状に変形することがある。
また、図５（ｂ）に示すように、端部が波状に変形したシート材Ｗを成膜ロール１０２に巻き掛けると、シート材Ｗがロール表面からめくり上がってロール表面との間に隙間ができやすくなり、この隙間から剥き出しになった成膜ロール１０２の表面にプラズマ１０５からアーク放電１０６が発生しやすくなる。このようなアーク放電１０６が発生すると、交流電源の故障に繋がったり、または電源を保護する保護回路が作動してＣＶＤ処理が中断し、安定して成膜をし続けることが困難になるといった問題が起こる場合もある。
【０００９】
加えて、プラズマＣＶＤ装置には生産性に考慮して複数本の成膜ロールを備えものがある。このようなプラズマＣＶＤ装置では一つのシート材を複数の成膜ロールに順に通して多段で成膜が行われるため、先に通過した成膜ロールでシート材の変形が起こると当然後の成膜ロールで放電を誘発する原因となり、アーク放電がさらに発生しやすくなる。また、このようなアーク放電は、生産性を上げようとして成膜ロール間に高電圧を加えても発生しやすくなるため、特許文献４の装置では生産性を向上する手段として一般的に行われる成膜ロールの多段化や成膜電圧の高電圧化が実施しにくく、そのためプラズマＣＶＤの生産性を高めることが困難であるという問題もあった。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、上述の課題をすべて解決できるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
具体的には、本発明は、基材で覆われていない成膜ロールの端部を遮蔽する遮蔽部材を備えたものであって、次の（１）〜（３）の課題を解決できるようにしたプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
（１）基材のうち成膜ロールの端部を通る部分だけが中央部を通る部分に比べて伸びて波状に変形することを防止する。
（２）成膜ロールに基材を巻き掛けても、基材の端部が成膜ロールの表面からめくれ上がらないようにして、めくり上がった基材と遮蔽部材との隙間から剥き出しになった成膜ロールの表面に異常なアーク放電が起こることを防止する。
（３）アーク放電を起こすことなく高電圧や多段での処理を可能として、プラズマＣＶＤ処理の生産性を上げる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のプラズマＣＶＤ装置は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバと、当該真空チャンバ内に配備されると共に電源の両極が接続され且つ成膜対象であるシート状の基材が巻き掛けられる真空チャンバから絶縁された成膜ロールと、前記基材が巻き掛けられていない成膜ロールの端部を成膜ロール近傍に発生したプラズマから遮蔽する遮蔽部材と、を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、前記成膜ロールの軸方向の端部は中央部より小径に形成されていて、当該端部の外周面と中央部の外周面との間には段差面が設けられており、前記遮蔽部材は、当該遮蔽部材の外周面が前記成膜ロールの中央部の外周面と面一になるように、前記成膜ロールの端部側を覆っており、前記遮蔽部材と成膜ロールの段差面との間には、成膜ロールの軸方向に基材と成膜ロールが当接しない間隙が備えられていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明者は、シート状の基材を成膜ロールと遮蔽部材との双方に掛け渡しても基材が曲がらないようにすることはできないかと考えた。そして、成膜ロールの端部を中央部より小径に形成しておいて、この小径にした端部を遮蔽部材で覆えば、遮蔽部材の外周面が中央部の外周面と面一になって基材に変形が起こらなくなることを知見して本発明を完成させたのである。
【００１３】
ただ、このように小径な部分に遮蔽部材を設けるのみでは、上述のように基材の変形は抑制できても、その反面、図４に示すように、段差面１０２ｄと中央部１０２ｃとの境界にできた鋭角の角部１０２ｅが起点となってアーク放電１０６が起こりやすくなる。これは、このような鋭角の角部１０２ｅでは強い電界を形成するためプラズマ１０５との間にアーク放電１０６が起きやすいためであり、特に遮蔽部材１０４を成膜ロール１０２の段差面１０２ｄに接触させてしまうまたは接触しないまでもごく近傍まで近づけると、角部１０２ｅで形成される強い電界の作用で遮蔽部材１０４の表面に分極による電荷が発生し、発生した電荷との相互作用で金属で形成された段差面と遮蔽部材１０４との間の電界が強まるので、さらにアーク放電１０５が発生しやすくなる。加えて、大気中の水分を吸着しやすい遮蔽部材１０４をプラズマ１０５にさらすと遮蔽部材１０４から水分が放出され、放出された水分が基点となってさらにアーク放電１０６が起きやすくなる。
【００１４】
そこで、本発明者は、ただ単に成膜ロールの端部の小径な部分を遮蔽部材で覆うだけでなく、遮蔽部材と成膜ロールの段差面との間に軸方向に基材と成膜ロールが当接しない間隙を設ける（遮蔽部材を成膜ロールの段差面から離す）ことにより、基材の変形のみならず異常なアーク放電の発生までも防止できるようにしているのである。
なお、前記遮蔽部材は板状の絶縁体を用いて円筒形状に形成されているのが好ましく、前記円筒形状は、その外径が前記成膜ロールの中央部の外径と略等しくされていて、且つその内径が前記成膜ロールの小径とされた端部の外径と略等しくされていると良い。
【００１５】
つまり、遮蔽部材を成膜ロールの端部の外径と同じ内径の円筒形状に形成すれば、遮蔽部材を成膜ロールの端部に容易に挿し込んだり巻き付けたりすることが可能となる。また、このようにして巻き付けられた遮蔽部材の外径は成膜ロールの中央部の外径と略等しくなるので、成膜ロールの端部の外周面と中央部の外周面とが互いに面一となり、基材を遮蔽部材と成膜ロールとの双方に架け渡しても基材の変形が起こることが無くなる。
【００１６】
なお、遮蔽部材の外周面と成膜ロールの中央部の外周面とが面一になるとは、外周面同士が同一平面上にあるという意味だけでなく、外周面の間に高さの差が多少ある場合も含む。高さの差が基材の弾性変形の範囲内であれば、基材の変形を抑制することが可能であるからである。
また、前記間隙は、軸方向に０．５〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．７〜１．５ｍｍの幅を備えているのが好ましい。間隙の幅を軸方向に０．５ｍｍより大きくすることにより、角部に対するアーク放電の発生を確実に抑制することが可能となる。また、間隙の幅を２．０ｍｍより小さくすれば、基材が座屈する心配もなくなり、基材の変形をも抑制することができる。
【００１７】
さらに、前記成膜ロールにおける中央部の外周面と段差面との間には、さらに面取り加工が施されているのが好ましい。このような面取り加工により鋭角なエッジ（角）が無くなれば電荷が集中しなくなり、電界も弱くなって、異常なアーク放電が生じにくくなる。
なお、プラズマＣＶＤ装置としては前記成膜ロールが複数本設けられたものを用いることもできるが、この場合はそれぞれの成膜ロールの段差面と前記遮蔽部材との間にも、軸方向に前記間隙が設けられているのが好ましい。このようにすれば、どの成膜ロールでも成膜時に変形が起こらず、先の成膜ロールで端部が変形した基材がそのまま次の成膜ロールで成膜されることもない。当然、いずれの成膜ロールでも遮蔽部材とロール表面との隙間からアーク放電が発生する心配がないので、多段での成膜や高電圧での成膜が可能となって、プラズマＣＶＤ処理の生産性を大幅に高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いることで、基材の端部が波状に変形することを防止しつつ、異常なアーク放電の発生を抑制でき、プラズマＣＶＤ処理の生産性も上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のプラズマＣＶＤ装置の斜視図である。
【図２】第１実施形態の成膜ロールを軸方向に沿って切断した正面断面図である。
【図３】第２実施形態の成膜ロールの正面断面図である。（ａ）はＲ面取り、（ｂ）はＣ面取りのものである。
【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置の成膜ロールの正面断面図であって、端部が小径とされると共にこの小径な部分に遮蔽部材が巻き掛けられ、且つ遮蔽部材を段差面に接触させたものである。
【図５】従来のプラズマＣＶＤ装置の成膜ロールの正面断面図であって、成膜ロールの小径に加工されていない端部に遮蔽部材が巻き掛けたものである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置１の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。なお、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置１は後述する成膜ロール２が１本や３本以上のものであっても良いが、以降の実施形態では成膜ロール２が一対設けられたものを例に挙げて説明を行う。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１の全体構成を示している。
【００２１】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１（以下、単に装置１という）は、減圧下において、互いに対向して配置した左右で一対の成膜ロール２、２に交流あるいは極性反転を伴うパルス電圧を印加し、成膜ロール２、２の間の対向空間にグロー放電を発生させ、成膜ロール２に巻き掛けたシート状の基材ＷにプラズマＣＶＤによる成膜を行うものである。
この装置１は、図示しない真空チャンバを備えていて、その内部には後述する原料ガスが充填されている。また、真空チャンバ内には、一対の成膜ロール２、２が配備されている。一対の成膜ロール２、２のそれぞれには、交流電源３の両極がそれぞれ接続されていて、成膜対象であるシート状の基材Ｗが巻き掛けられている。そして、基材Ｗが巻き掛けられていない成膜ロール２の端部には、成膜ロール２の近傍に発生したプラズマ５から成膜ロール２の表面を遮蔽する遮蔽部材４が備えられる。
【００２２】
まず、上述の装置１で行われるプラズマＣＶＤについて簡単に説明する。
本実施形態の装置１はＳｉＯｘバリア膜をＣＶＤ皮膜として形成するものであり、真空チャンバにはＨＭＤＳＯ（ヘキサメチルジシロキサン）とＯ2、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ2、ＮＨ3またはこれらの混合物を含む混合ガスが原料ガスとして充填されている。なお、本実施形態の装置１では、原料ガスにＨＭＤＳＯを含むものを例示しているが、原料ガスにはＨＭＤＳＯ以外の有機シリコン系成膜ガス、例えばＨＭＤＳ（Ｎ）（ヘキサメチルジシラザン）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＭＳ（トリメチルシラン、テトラメチルシラン）、ジメチルシラン、モノシランなどを用いることもできる。
【００２３】
それぞれの成膜ロール２の内部には対向する成膜ロール２との間に発生したプラズマ５を成膜ロール２の表面付近に収束させる磁場発生手段（図示略）が設けられており、このプラズマ５内に基材Ｗを通過させることで基材Ｗの表面にＣＶＤ皮膜が形成される。
ＣＶＤ皮膜の成膜対象である基材Ｗとしては、プラスチックのフィルムやシート、紙など、ロール状に巻き取り可能な絶縁性の材料が考えられる。プラスチックのフィルムやシートとしては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリイミド等で形成されたものが適当であり、基材Ｗの厚みとしては真空中での搬送が可能な５μｍ 〜０．５ｍｍが好ましい。なお、基材Ｗは、ガラスクロスやグラスファイバーとプラスチック樹脂の複合フィルムでも良い。
【００２４】
次に、上述の装置１を構成する各部材について説明する。
成膜ロール２、２は、互いに同径同長のステンレス材料等で形成された円筒であり、その回転中心が床面から（上下方向に）略同じ高さに設置され、互いの軸芯が平行で且つ水平となるように配備されている。成膜ロール２の内部には、温度調整された水などの媒体が流通されていて、ロール表面を所定の温度にコントロールできるようになっている。成膜ロール２の表面には、傷が付きにくいようにクロムメッキや超硬合金などのコーティングが好ましくは設けられている。
【００２５】
一対の成膜ロール２、２は、真空チャンバから電気的に絶縁されており、交流電源３の両極に接続される。なお、成膜ロール２は、同径、同長である方が好ましいが、必ずしも同径、同長でなくても良い。また、成膜ロール２同士の軸芯は互いに水平に配備されているのが好ましいが、必ずしも水平でなくても良い。
成膜ロール２は、さまざまな寸法幅の基材Ｗを巻き掛けられるように、巻き掛け可能な基材Ｗのうちで最も幅が大きなものより広幅に形成されている。成膜ロール２の両端部２ａ、２ｂは中央部２ｃより小径にされていて、この小径にされた端部２ａ、２ｂには後述する遮蔽部材４が備えられている。
【００２６】
交流電源３は、高周波の交流電圧、または、両極の極性が反転可能なパルス状の電圧（パルス状直流電圧）が発生可能なものである。なお、交流電源３には、負荷との整合を得るための自動整合器を付けるとなお好ましい。この交流電源３の両極は、いずれも真空チャンバから絶縁されたフローティング電位とされている。成膜を行う基材Ｗは、前述の如く絶縁性の材料であるため、直流の電圧の印加では電流を流すことが出来ないが、フィルム（基材Ｗ）の厚みに応じた適切な周波数（およそ１ｋＨｚ〜、好ましくは１０ｋＨｚ〜）であれば基材Ｗを通して導通可能である。なお、周波数の上限は特にないが、数１０ＭＨｚ以上になるとプラズマが周波数に追従できなくなるので好ましくはなく、より好ましくは１ＭＨｚ以下としている。
【００２７】
本発明の装置１は、成膜ロール２の左右両端部２ａ、２ｂが中央部２ｃより小径に加工されていて、この小径に加工された端部２ａ、２ｂに遮蔽部材４が巻き付けられ、この遮蔽部材４と成膜ロール２の中央部２ｃとの間に間隙（空隙）が設けられていることを特徴としている。次に、成膜ロール２の小径とされた端部２ａ、２ｂ、この小径にされた端部２ａ、２ｂに巻き付けられる遮蔽部材４、及び両者の間に形成される間隙Ｌについて詳しく説明する。
【００２８】
図２に示すように、成膜ロール２は軸方向（左右方向）の両端部２ａ、２ｂが中央部２ｃより小径に形成されている。この左側の端部２ａと右側の端部２ｂとは、互いに同径の円筒状とされていて、いずれも中央部２ｃに比べてその半径が遮蔽部材４の厚みＤの分だけ小さくなっている。また、このように小径とされた端部２ａ、２ｂの長さは、それぞれ遮蔽部材４の長さより軸方向に長くなっていて、中央部２ｃから軸方向に後述する間隙Ｌをあけて端部２ａ、２ｂに遮蔽部材４を配備可能な長さとされている。そして、この小径な端部２ａ、２ｂの外周面と中央部２ｃの外周面とは、軸方向に対して垂直に切り立った段差面２ｄを介して繋がっている。
【００２９】
段差面２ｄには、左側の端部２ａに設けられるものと右側の端部２ｂに設けられるものとがあり、左側の段差面２ｄと右側の段差面２ｄとの間には成膜ロール２のなかでも最も径が大きな中央部２ｃが形成されている。この中央部２ｃの幅は基材Ｗの幅より短くなっていて、中央部２ｃに基材Ｗを巻き掛けると基材Ｗの端部が段差面２ｄを超えて左側と右側とに庇状に張り出すようになっている。
【００３０】
遮蔽部材４は、プラズマ５から成膜ロール２の端部２ａ、２ｂの表面を遮蔽するものであり、円筒形状に形成されている。遮蔽部材４の材質や厚みＤは基材Ｗと同じ程度に高周波電流が流れるようにするのが良く、基材Ｗと同様の電気的特性（絶縁性）を有する材料から形成されるのが好ましい。このような材料としては、例えば基材Ｗと同じ種類の材料であるＰＥＴやＰＥＮ、またはこれらより絶縁性の高いポリイミドやアルミナなどのセラミックなどが用いられる。また、遮蔽部材４は、これらの材料から形成されたテープなどを巻き回して円筒形状に形成したものでも良いし、これらの材料を射出成形や真空成形により一度に円筒形状に成形したものでも良い。
【００３１】
遮蔽部材４が薄すぎると遮蔽部材４が絶縁破壊されて高周波電流が集中し、基材Ｗの上に十分に成膜が行われなくなる虞がある。また、逆に遮蔽部材４が厚すぎると、遮蔽部材４を通じて流れる電流が小さくなり、遮蔽部材４近傍でプラズマ５が十分に形成できなくなって、遮蔽部材４と基板フィルムの境界部でプラズマ密度などに分布の偏りが発生し、基板フィルムの端部の膜厚や膜質に偏りが発生し、良くない。
【００３２】
この遮蔽部材４は、その外径が成膜ロール２の中央部２ｃの外径と略等しくなり、且つその内径が成膜ロール２の小径とされた端部２ａ、２ｂの外径と略等しくなるような円筒形状とされている。つまり、遮蔽部材４は、成膜ロール２の小径とされた端部２ａ、２ｂとほぼ同じ内径を備えるため、成膜ロール２の端部２ａ、２ｂに容易に巻き付けたり挿し込んだりすることが可能となる。また、一旦成膜ロール２の端部２ａ、２ｂに遮蔽部材４を巻き付けると、遮蔽部材４の外径は成膜ロール２の中央部２ｃの外径と略等しくなるので、遮蔽部材４の外周面と成膜ロール２の中央部２ｃの外周面とが互いに面一となり、遮蔽部材４の外周面と中央部２ｃの外周面との双方に跨るように基材Ｗを巻き掛けても基材Ｗに変形が起こることが無くなる。
【００３３】
なお、遮蔽部材４の外周面と成膜ロール２の中央部２ｃの外周面とが面一になるとは、外周面同士が同一平面上にあるという意味だけでなく、外周面の間に径方向に多少距離（ズレ）がある場合も含む。これは、遮蔽部材４の外周面と中央部２ｃの外周面との間に多少のズレがあっても、基材の弾性変形の範囲であれば双方に跨った基材Ｗに波状の変形あとが残らない（塑性変形しない）からである。具体的な例を挙げれば、遮蔽部材４の外周面と、成膜ロール２の中央部２ｃの外周面との間にあるズレが、法線方向に５０μｍ〜１ｍｍまでであれば、基材Ｗの変形は十分抑制可能である。
【００３４】
ところで、このように遮蔽部材４の外周面と成膜ロール２の中央部２ｃの外周面とを面一にしても、遮蔽部材４の端部が段差面２ｄに隙間なく接していると、以下に示すような理由からアーク放電が起こりやすくなる。
つまり、図５に示すように、その法線を軸方向に向けた段差面１０２ｄと、その法線を軸垂直方向に向けた中央部１０２ｃの外周面との間には、先端が鋭角な角部１０２ｅが周方向に亘って形成される。このような鋭角の角部１０２ｅでは強い電界が形成されやすく、この角部１０２ｅを起点としてアーク放電１０６が起こりやすくなる。特に遮蔽部材１０４を成膜ロール１０２の段差面１０２ｄに接触させてしまう、または接触しないまでもごく近傍まで近づけると、角部１０２ｅで形成される強い電界の作用で遮蔽部材１０４の表面に分極による電荷が発生し、発生した電荷との相互作用で金属で形成された段差面と遮蔽部材１０４との間の電界が強まるので、さらにアーク放電１０５が発生しやすくなる。加えて、大気中の水分を吸着しやすい遮蔽部材１０４をプラズマ１０５にさらすと遮蔽部材１０４から水分が放出され、放出された水分が基点となってさらにアーク放電１０６が起きやすくなる。
【００３５】
そこで、本発明の装置１では、図２に示すように遮蔽部材４と段差面２ｄとの間に間隙Ｌを設けて、アーク放電６を抑制しているのである。
上述した遮蔽部材４と段差面２ｄとの間に設けられる間隙Ｌは、軸方向に０．５〜２．０ｍｍの幅に設定されている。この間隙Ｌを軸方向に０．５ｍｍより大きくすると、角部２ｅに対するアーク放電６の発生を確実に抑制することが可能となる。また、間隙Ｌを２．０ｍｍより小さくすれば、基材Ｗが間隙Ｌに落ち込むように座屈することもなくなり、基材Ｗの変形をも抑制することができる。
【００３６】
次に、上述したプラズマＣＶＤ装置１を用いて基材Ｗに成膜を行う方法、言い換えれば本発明のプラズマＣＶＤのやり方について詳しく説明する。
まず、中央部２ｃより小径に形成された端部２ａ、２ｂに、段差面２ｄから０．５〜２．０ｍｍの間隙Ｌを隔てて絶縁体の遮蔽部材４で覆った成膜ロール２、２を用意し、これらの成膜ロール２、２を真空チャンバ内に設置する。そして、真空チャンバ内を一旦減圧し、その後連続的に原料ガス（本実施形態の場合であればＨＭＤＳＯガスなどの有機シリコン系成膜ガス、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス）を供給して、真空チャンバ内が所定の圧力になるように原料ガスの充填を行う。
【００３７】
原料ガスが真空チャンバ内に充填されたら、成膜ロール２、２を交流電源３に電気的に接続して、交流電源３から成膜ロール２、２に高周波の交流またはパルス状の電圧を印加する。そうすると、磁場発生手段により形成された磁場空間にグロー放電が発生してプラズマ５が形成され、真空チャンバに供給された原料ガスがプラズマ５で分解されて基材Ｗ上にＣＶＤ皮膜が形成される。
【００３８】
上述のように、本発明の装置１では、遮蔽部材４の外周面と成膜ロール２の中央部２ｃの外周面とが互いに面一とされているので、遮蔽部材４の外周面と中央部２ｃの外周面との双方に跨るように巻き掛られた基材Ｗを波状に変形させることが無い。
また、遮蔽部材４と段差面２ｄとの間に軸方向に基材が成膜ロール２に当接しない０．５〜２．０ｍｍの間隙Ｌを設けているので、角部２ｅに強い電界が形成されることもなく、この角部２ｅを起点とするアーク放電を抑制することも可能となる。加えて、遮蔽部材４と段差面２ｄとの間の間隙Ｌはそれ程広幅でないため、この間隙Ｌに基材Ｗが落ち込むように座屈することもない。それゆえ、アーク放電だけでなく、基材Ｗの座屈変形をも抑制することができる。
【００３９】
一方、生産性良くプラズマＣＶＤを行うには、プラズマＣＶＤ装置１に複数本の成膜ロール２を設けて多段でＣＶＤ処理を行うか、成膜ロール２に加える電圧を高くする必要がある。このような場合であっても、基材Ｗの変形や成膜ロール２の角部２ｅを起点とするアーク放電６を抑制可能な本発明のプラズマＣＶＤ装置１では、アーク放電の発生を心配することなく多段で成膜を行ったり電圧を高くするといった生産性を向上する手段を講じることが可能となり、プラズマＣＶＤ方法の生産性を向上させることが可能となる。
［第２実施形態］
なお、上記第１実施形態として述べた、遮蔽部材４と段差面２ｄとの間に間隙Ｌを備えるプラズマＣＶＤ装置１において、角部２ｅを起点とするアーク放電６を抑制する構成を様々に変更したプラズマＣＶＤ装置１を考えることもできる。それらを第２実施形態として、以下に述べる。なお、説明を省略した部分は、第１実施形態のプラズマＣＶＤ装置１と略同様な構成を有している。
【００４０】
図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２実施形態のプラズマＣＶＤ装置１は、成膜ロール２の中央部２ｃの外周面と段差面２ｄとの間に面取り加工が施されたものであり、この面取り加工によって角部２ｅを起点とするアーク放電がより確実に抑制される点で第１実施形態と異なっている。
この面取り加工は、成膜ロール２の中央部２ｃの外周面と段差面２ｄとの間に形成される鋭角状の角部を曲面状（Ｒ面取り）あるいは平面状（Ｃ面取り）に加工してなだらかにしたものであり、中央部２ｃの外周面と段差面２ｄとの間のコーナ面をなだらかにして強い電界が発生することを抑制するものである。
【００４１】
面取り加工としては、Ｒ面取りまたはＣ面取りのどちらを採用しても良いが、電界を弱める目的ではＲ面取りの方を採用するのが望ましい。
図３（ａ）に示すように、Ｒ面取りの面取り加工の場合、面取り半径Ｒ1は段差と同じ程度、言い換えれば遮蔽部材４の厚みＤと略同じにすることが好ましい。具体的には、この面取り半径Ｒ1は５０〜２００μｍとするのが良い。面取り半径Ｒ1を５０μｍより大きくすることで、十分に電界を緩和でき、異常放電を確実に抑制できるようになる。また、面取り半径Ｒ1を２００μｍより小さくすれば、面取り加工により新たに基材Ｗと成膜ロール２表面との間にできる隙間を最小限に留めて、成膜ロール２の表面に十分な強度のプラズマを形成でき、基材Ｗに目標とする膜厚のＣＶＤ皮膜を確実に成膜することが可能となる。なお、基材Ｗの縁際までＣＶＤ皮膜を成膜しないのであれば、面取り半径Ｒ1は２ｍｍと大きくても良い。
【００４２】
図３（ｂ）に示すように、Ｃ面取りの面取り加工の場合は、面取りされる厚みＲ2を１２μｍ〜２００μｍとするのがよい。なお、上述したＣ面取りは、水平に対して４５°の角度に加工されるものだけでなく、水平に対して４５°以外の角度で平面状に面取りする場合も含む。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 装置（プラズマＣＶＤ装置）
２ 成膜ロール
２ａ 成膜ロールの左側端部
２ｂ 成膜ロールの右側端部
２ｃ 成膜ロールの中央部
２ｄ 成膜ロールの中央部と端部との間に形成される段差面
２ｅ 成膜ロールの中央部の外周面と段差面との間に形成される角部
３ 交流電源
４ 遮蔽部材
５ プラズマ
６ アーク放電
Ｄ 遮蔽部材の厚み
Ｌ 段差面と遮蔽部材との間に形成される間隙
Ｒ1 角部に形成されるＲ面取りの半径
Ｒ2 角部に形成されるＣ面取りの厚み
Ｗ 基材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、当該真空チャンバ内に配備されると共に電源の両極が接続され且つ成膜対象であるシート状の基材が巻き掛けられる真空チャンバから絶縁された成膜ロールと、前記基材が巻き掛けられていない成膜ロールの端部を成膜ロール近傍に発生したプラズマから遮蔽する遮蔽部材と、を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、
前記成膜ロールの軸方向の端部は中央部より小径に形成されていて、当該端部の外周面と中央部の外周面との間には段差面が設けられており、
前記遮蔽部材は、当該遮蔽部材の外周面が前記成膜ロールの中央部の外周面と面一になるように、前記成膜ロールの端部を覆っており、
前記遮蔽部材と成膜ロールの段差面との間には、前記成膜ロールの軸方向に前記基材が前記成膜ロールに当接しない間隙が備えられていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記遮蔽部材は、板状の絶縁体を用いて円筒形状に形成されており、
前記円筒形状は、その外径が前記成膜ロールの中央部の外周面の外径と略等しくされていて、且つその内径が前記成膜ロールの小径とされた端部の外径と略等しくされていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記間隙は、軸方向に０．５〜２．０ｍｍの幅であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記成膜ロールにおける中央部の外周面と段差面との間に、面取り加工が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記成膜ロールは複数本設けられており、
それぞれの成膜ロールの段差面と前記遮蔽部材との間に、軸方向に前記間隙が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１】
真空チャンバと、当該真空チャンバ内に配備されると共に電源の両極が接続され且つ成膜対象であるシート状の基材が巻き掛けられる真空チャンバから絶縁された成膜ロールと、前記基材が巻き掛けられていない成膜ロールの端部を成膜ロール近傍に発生したプラズマから遮蔽する遮蔽部材と、を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、
前記成膜ロールの軸方向の端部は中央部より小径に形成されていて、当該端部の外周面と中央部の外周面との間には段差面が設けられており、
前記遮蔽部材は、当該遮蔽部材の外周面が前記成膜ロールの中央部の外周面と面一になるように、前記成膜ロールの端部を覆っており、
前記遮蔽部材と成膜ロールの段差面との間には、前記成膜ロールの軸方向に前記基材が前記成膜ロールに当接しない間隙が備えられていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記遮蔽部材は、板状の絶縁体を用いて円筒形状に形成されており、
前記円筒形状は、その外径が前記成膜ロールの中央部の外周面の外径と略等しくされていて、且つその内径が前記成膜ロールの小径とされた端部の外径と略等しくされていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記間隙は、軸方向に０．５〜２．０ｍｍの幅であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記成膜ロールにおける中央部の外周面と段差面との間に、面取り加工が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記成膜ロールは複数本設けられており、
それぞれの成膜ロールの段差面と前記遮蔽部材との間に、軸方向に前記間隙が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１４９０５９（Ｐ２０１１−１４９０５９Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３９１（Ｐ２０１０−１１３９１）
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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