圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置および成膜方法
【課題】 電気的絶縁性物質を成膜する場合にも対応でき、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、連続的に成膜ができ、安定的に、成膜された基材を得ることができる、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜装置、真空成膜方法を提供する。特には、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルムのような基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置、真空成膜方法を提供する。
【解決手段】 蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置に、およびまたは、前記位置の近傍に、前記移動する蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えている。
【解決手段】 蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置に、およびまたは、前記位置の近傍に、前記移動する蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜装置に関し、特に、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルム基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置、成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いて薄膜を基板上に形成する真空成膜装置は、例えば、真空（第２７巻、第２号６４ページ（１９８４年）〜非特許文献１）に示される通り、公知の技術として知られている。
【非特許文献１】真空 第２７巻、第２号６４ページ（１９８４年） 図５は圧力勾配型イオンプレーティング装置を示している。 図５に示すイオンプレーティング装置は、圧力勾配型プラズマガン１１（以下、単に、プラズマガンとも言う）により真空チャンバー１２内にプラズマを発生させて真空チャンバー内に配置した基板１３上に蒸着により薄膜を形成するものである。 さらに詳細に説明すれば、プラズマガン１１は、放電電源１４のマイナス側に接続された陰極１５と、放電電源１４のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１６、第２中間電極１７を備え、陰極１５側から放電ガスの供給を受け、前記放電ガスをプラズマ状態にして第２中間電極１７から真空チャンバー１２内に向けて流出させるような配置にされている。 真空チャンバー１２は、図示しない真空ポンプにより接続され、その内部は所定の減圧状態に保たれている。 また真空チャンバー１２の第２中間電極１７に向けて突出した短管部１２Ａの外側には、この短管部１２Ａを包囲するように収束コイル１８が設けられている。 真空チャンバー１２内の下部には、放電電源１４のプラス側に接続された導電性材料からなるハース１９が載置されており、このハース１９上の凹所に薄膜の材料となる導電性あるいは絶縁性の蒸着材料が収められている。 さらに、ハース１９の内部にはハース用磁石２１が設けられている。 そして、第２中間電極１７から蒸着原料２０に向けてプラズマビーム２２が形成され、蒸着原料２０が蒸発され、基材１３の下面に付着し、薄膜が形成される。 なお、収束コイル１８はプラズマビーム２２の横断面を収縮させる作用を、またハース用磁石２１はプラズマビーム２２をハース１９に導く作用をしている。
【０００３】
図５に示す装置により電気的絶縁性物質を成膜する場合、ハース（アノード部）１９の表面、真空チャンバー１２の内面等に絶縁性物質が付着し、特にハース１９の表面が電気的に絶縁された状態となり、真空チャンバー１２の内で通電不能となる結果、電極各部がチャージアップする現象が成膜時間経過とともに進行する。
このような、絶縁性物質が付着してチャージアップが進み通電不能となった部分に入射しようとした電子は反射され、イオンとの結合により電気的に中和されるか、最終的に電気的帰還が可能な場所に到達するまで電子の反射は繰り返されることとなる。
このため、プラズマビーム２２に対する連続的な安定制御ができなくなり、成膜の安定性が損なわれるという問題が生じる。
このような問題を解決するための技術として、電気的絶縁性物質を成膜する手法が、特開平１１−２６９６３６号公報（特許文献１）に開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２６９６３６号公報 特許文献１においては、真空チャンバー内に向けてプラズマガン出口部に発生するプラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態として突出させた絶縁管と、前記短管部内にて絶縁管の外周部を取り囲むとともに、プラズマ出口部よりも高い電位状態とした電子帰還電極を設けた構成とすることにより、上記の問題を解決している。 しかし、ここに記載のものは、電気的絶縁性物質を成膜する場合、成膜された基材への帯電の問題を考慮した構造ではなく、安定的に成膜された基材を得ることができず、問題となっていた。
【０００４】
一方、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルムのような基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に成膜する方法が、特公平６−２１３４９号公報（特許文献２）に記載されている。
【特許文献２】特公平６−２１３４９号公報 しかし、ここに記載のものは、電気的絶縁性物質を成膜する場合、上記のチャージアップの進行に起因する問題や、成膜された基材への帯電の問題を考慮した構造ではなく、充分安定的に成膜することができず、問題となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、近年、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いて、対象とする基材上に薄膜を成膜する真空成膜装置が、種々、開示されているが、特に、電気的絶縁性物質を成膜する場合において、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、能率的且つ安定的に、成膜された基材を得ることができる真空成膜装置、真空成膜方法が求められていた。
本発明はこれに対応するもので、電気的絶縁性物質を成膜する場合にも対応でき、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、連続的に成膜ができ、安定的に、成膜された基材を得ることができる、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜装置、真空成膜方法を提供しようとするものである。
特には、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルムのような基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置、真空成膜方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部を備え、該成膜部により、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜装置であって、
蒸発した蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置に、およびまたは、前記位置の近傍に、前記移動する蒸発した蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えていることを特徴とするものである。
そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は導電性材料からなることを特徴とするものであり、前記蒸着材料除電部の導電性材料は、タンタル、モリブデン、タングステンのいずれか１種以上からなることを特徴とす そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は、蒸着材料側に、該蒸着材料除電部への蒸着材料の付着を防止するための防着板を備えていることを特徴とするものである。
そしてまた、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は、蒸着材料の付着を防止するためにガス噴出するガス噴出機構を備えていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を設けていることを特徴とするものであり、前記イオンプレーティング成膜部は、成膜室の側面側、前記圧力勾配型プラズマガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部を配し、該短管部を包囲し、前記圧力勾配型プラズマガンからのプラズマビームの横断面を収縮させる収束コイルを備え、前記プラズマビームを成膜室内に配置した蒸着材料の表面に導くものであり、前記短管部内に、プラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第１の電子帰還電極を設けていることを特徴とするものである。
そして、請求項６ないし７のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、成膜室内、プラズマビームが照射される領域の蒸着材料と基板の被成膜部とを結ぶ鉛直方向を基準とし、前記圧力勾配型プラズマガンとは反対側に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第２の電子帰還電極を配設していることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記イオンプレーティング成膜部は、磁場およびまたは電場により、収束コイル内を通過して収束されたプラズマビームを制御して、蒸着材料に入射されるプラズマビームの形状を基材の幅方向にシート状に広幅にするプラズマビーム形状制御部を備えていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、連続的に基材を供給するための基材搬送機構を備えていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送機構の成膜領域部よりも後段に、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯除去部を備えていることを特徴とするものであり、前記基材帯電除去部が、プラズマ放電装置であることを特徴とするものである。
また、請求項１１ないし１２のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送機構の成膜領域部よりも前段に、プラズマ放電処理装置を備えていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、蒸着材料とこれを載置するハースとを一体的に搬送する蒸着材料搬送部を備えたもので、前記蒸着材料搬送部は、蒸着材料とこれを載置するハースとを一体的に搬送することにより、蒸着材料へのプラズマビームの照射位置を変化させるものであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、真空チャンバー内に、成膜を行うための成膜室と基材を搬送するための基材搬送室とを、圧力的に仕切って、配設していることを特徴とするものである。
【０００７】
具体的には、上記請求項１５に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、前記基材搬送部は、該成膜用ドラムの一部を被成膜領域部として成膜室側に向け、突出させて設置しているもので、前記成膜室と前記基材搬送室との間は、前記成膜用ドラムの前記被成膜領域部の周辺を除き、前記成膜用ドラムと仕切り部により物理的に仕切られ、前記成膜室と前記基材搬送室とが、圧力的に仕切られており、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、成膜室側、成膜用ドラムの被成膜領域部において、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせた状態にして、基材の一面上に成膜するものであることを特徴とするものである。
そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室を設けていることを特徴とするものであり、前記真空室は、その圧力が１×１０-5Ｐａから１×１０-2Ｐａであることを特徴とするものである。
そして、請求項１７ないし１８のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記真空室に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を備えていることを特徴とするものである。
あるいは、請求項１６に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の下流側の位置、成膜用ドラム側に開放口を向けて圧力的に仕切る仕切り室中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第３の電子帰還電極を設けていることを特徴とするものである。 また、請求項１６ないし２０のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、前記各電子帰還電極の電位よりも電気的に高い電位に設定されていることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２１のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは電気的にフローティングレベルに設定されていることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２２のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラム、前記圧力勾配型プラズマガン、前記電子帰還電極の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２３のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材搬送部は、基材を前記成膜用ドラムへ供給するための基材巻き出し部と、基材を前記成膜用ドラムから巻き取るための基材巻き取り部とを備え、前記成膜用ドラムへの基材の巻き出し供給、前記成膜用ドラムからの基材の巻き取りを行い、基材を連続的に搬送させながら、成膜を行うものであることを特徴とするものである。 また、請求項１６ないし２４のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、少なくとも、ステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２５のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、その表面が平均粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２６のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータを用いることにより、−２０℃〜＋２００℃の間で一定温度に設定することができる温度調節部付きであることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２７のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、成膜する基材に覆われない領域部である非覆領域部を、絶縁性とするものであることを特徴とするものであり、前記絶縁性の非覆領域部は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜にて被膜されていることを特徴とするものである。
あるいはまた、前記絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成形体、テープ、コーティング膜により被膜してあることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法は、圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部により、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜方法であって、蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置において、およびまたは、前記位置の近傍において、アースレベルに設定された蒸着材料除電部により、前記移動する蒸着材料の除電を行いながら、成膜を行うことを特徴とするものである。
そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法であって請求項１ないし３０のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置を用いて成膜を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
尚、ここでは、イオンプレーティング成膜部とは、成膜室側に配されたイオンプレーティング成膜に寄与する構成を言い、イオンプレーティング成膜に寄与する各機能部を全て含む。
また、ここで、「成膜室と基材搬送室とが、圧力的に仕切られている」とは、基材を搬送させながら成膜作業をする際、成膜室と基材搬送室とが、成膜作業に必要な圧力範囲で、それぞれ個別に圧力を制御でき、実用レベルで、基材搬送室側から成膜室へのガスや水分の流入を防止でき、成膜室から基材搬送室側への蒸着材料やプラズマの流入を防止できる状態であることを意味する。
また、ここで、蒸着材料搬送部とは、蒸着材料とハースとを一体として搬送できるもので、ハース自体を蒸着材料搬送部の一部とする場合も含む。
また、ここで、「ＡおよびまたはＢ」とは、Ａ、ＡとＢ、Ｂの全ての場合を含むものである。
また、ここで、「ＡとＢとを結ぶ方向」とは、Ａの中心とＢの中心とを結ぶ方向を意味する。
【００１０】
（作用）
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、蒸発した蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置に、およびまたは、前記位置の近傍に、前記移動する蒸発した蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えたもので、このような装置構成とすることにより、蒸着材料が保持した過剰な電荷を適宜除電することが可能となり、異常放電やスパーク発生を防止することができ、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能となる。
また、蒸着材料除電部はその電気的効果をもちいることから、導電性材料とすることにより安定的に機能することが可能となる。
また導電性材料としては、金属材料、具体的には、タンタル、モリブデン、タングステンのような高融点材料を用いることが好ましい。
これら材料は耐熱性を有し、蒸着材料の飛来による輻射熱を受けても変形したり、材料自身が溶融、昇華することなく、成膜への悪影響を与えることなく、成膜可能となる。
更に、蒸着材料側に、該蒸着材料除電部への蒸着材料の付着を防止するための防着板を備えている請求項４の構成にすることにより、蒸着材料除電部に蒸着材料が付着することを抑えることが可能となり、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能となる。
また、蒸着材料の付着を防止するためにガス噴出するガス噴出機構を備えている請求項５の構成にすることにより、効率よく除電を行うことが可能となる。
【００１１】
また、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を設けている請求項６の構成とすることにより、成膜時に発生する反射電子（浮遊電子）を効率よく帰還させることが可能と成り、特に絶縁性の材料を安定的に連続成膜させることが可能となる。
具体的には、イオンプレーティング成膜部は、成膜室の側面側、前記圧力勾配型プラズマガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部を配し、該短管部を包囲し、前記圧力勾配型プラズマガンからのプラズマビームの横断面を収縮させる収束コイルを備え、前記プラズマビームを成膜室内に配置した蒸着材料の表面に導くものであり、前記短管部内に、プラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第１の電子帰還電極を設けている請求項７の構成や、成膜室内、プラズマビームが照射される領域の蒸着材料と基板の被成膜部とを結ぶ鉛直方向を基準とし、前記圧力勾配型プラズマガンとは反対側に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第２の電子帰還電極を配設している請求項８の構成を挙げることができる。
尚、第２の電子帰還電極を配設している請求項８に記載の構成とすることにより、蒸着材料表面で形成される反射電子を効率よく帰還させることができ、異常放電を起こさず、安定して長時間成膜することが可能となる。
更に、第２電子帰還電極には電子収束用のマグネットが組み込まれていることにより、磁場を用いて効果的に第２電子帰還電極に電子を引き込むことができ、効果的に反射電子を帰還させることが可能となり、安定して長時間成膜が可能となる。
尚、マグネット表面の磁場強度は、水平磁束密度で１０から５０００ガウスとすることが好ましい。
１０ガウス以上であれば電子を収束させるのに十分であり、またより強いほどその効果は向上する。
一方、水平磁束密度が５０００ガウスよりも強い場合は、磁石が高価となり、またその設置、取り扱いが難しくなり、実用的でなくなるという問題がある。
【００１２】
また、プラズマビーム形状制御部を備えている請求項９の構成とする場合、圧力勾配型プラズマガンからのプラズマビームは、前記プラズマビーム形状制御部により、基材の幅方向にシート状に広幅に形成されて、蒸着材料に入射されるものであることにより、安定的に、蒸着材料への均一なエネルギ供給と、被成膜領域部への均一な成膜を可能としている。
【００１３】
また、具体的には、連続的に基材を供給するための基材搬送機構を備えている請求項１０の構成を挙げることができる。
そして、基材搬送機構の成膜領域部よりも後段に、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯除去部を備えている請求項１１の構成とすることにより、成膜した基材の帯電を除去できるものとし、これにより、帯電に起因する基材の破損や品質的低下を防止できる。
基材帯電除去部としては、例えば、プラズマ放電装置、電子線照射装置、除電バー、グロー放電装置、コロナ処理装置など、任意の処理装置を用いることが可能である。
また、プラズマ処理装置、グロー放電処理装置を用いて放電を形成する場合、基材近傍領域でアルゴンや酸素、窒素、ヘリウムなどの放電ガスを単体または混合により供給し、ＡＣプラズマ、ＤＣプラズマ、アーク放電、マイクロウエーブ、表面波プラズマなど任意の放電方式を用いることができる。
また、基材搬送機構の成膜領域部よりも前段に、プラズマ放電処理装置を備えている請求項１３の構成とすることにより、成膜前の基材表面の水分や有機物の付着の除去や帯電の除去ができ、また、基材の表面を粗化し、成膜において密着性の良いものとできる。
また、蒸着材料とこれを載置するハースとを一体的に搬送する蒸着材料搬送部を備えた請求項１４の構成とすることにより、
、長時間連続して成膜することを可能とし、蒸着材料の補充回数を極度に減らすことを可能とし、生産性の向上を図ることができる。
即ち、このような構成を採ることにより、成膜材料を連続的に長時間供給することが可能となり、かつ安定的にプラズマ放電を長時間にわたって形成でき、さらに成膜中での膜質の変化なく、長時間にわたって連続して成膜が可能となる。
【００１４】
また、真空チャンバー内に、成膜を行うための成膜室と基材を搬送するための基材搬送室とを、圧力的に仕切って、配設している請求項１５の構成とする形態が挙げられ、特に、フィルムやコイルなどロール状の連続供給可能な基材に対して成膜を行うに好適な形態としては、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、前記基材搬送部は、該成膜用ドラムの一部を被成膜領域部として成膜室側に向け、突出させて設置しているもので、前記成膜室と前記基材搬送室との間は、前記成膜用ドラムの前記被成膜領域部の周辺を除き、前記成膜用ドラムと仕切り部により物理的に仕切られ、前記成膜室と前記基材搬送室とが、圧力的に仕切られており、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、成膜室側、成膜用ドラムの被成膜領域部において、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせた状態にして、基材の一面上に成膜するものである、請求項１６の構成の形態の成膜装置が挙げられる。
これらの場合、成膜室と基材搬送室とが、圧力的に仕切られていることにより、基材搬送室側から成膜室への基材から発生するガスや水分の流入を防止でき、成膜室から基材搬送室側への蒸着材料の流入を防止できものとしている。
基材から発生するガスや水分の成膜室の流入を避けることができ、成膜時に良質な膜が得られる利点がある。
そしてまた、基材搬送室を、成膜室とは独立して、真空圧１０-1 Ｐａｓｃａｌ（以下、Ｐａとも記載する）より高い真空度とでき、これにより、基材搬送室において、基材が帯電されることを有効に防止され、異常放電が生じることもなく、安定した成膜や基材搬送が可能となり、また基材搬送部に設置された部品にダメージを与えることがなく装置稼動できるものとしている。
基材搬送室は、真空排気ポンプにより減圧され、その到達圧力は１００Ｐａから０．０００１Ｐａ、実際の成膜時も、１００Ｐａから０．０００１Ｐａの範囲で、かつプラズマの流れ込みを防ぐため、成膜室１００の圧力よりも１０倍から１０００倍程度高真空であることが必要である。
またプラズマによる異常放電を起こりにくくさせる観点から、基材搬送室は０．１Ｐａよりも高真空、好ましくは０．０１Ｐａよりも高真空、さらに好ましくは０．００１Ｐａ以下であることが好ましい。
【００１５】
また、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室を設けている請求項１７の構成にすることにより、成膜室から流入するプラズマを該真空室にて速やかに真空引きし、基材搬送室において放電が起こり難いものとし、これにより、成膜前、成膜後の基材への、成膜室から流入するプラズマによる品質的や作業的な悪影響や、基材搬送室における真空度低下による異常放電を確実に排除できるものとしている。
更に、前記真空室に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を備えていることにより、更に確実に、成膜前、成膜後の基材への、成膜室から流入するプラズマによる品質的や作業的な悪影響や、基材搬送室における真空度低下による異常放電を確実に排除できるものとしている。
このような真空室は、基材搬送室へ流入するプラズマを局所的に阻止するもので、そのような意味からは、プラズマシール室とも言う。
真空室の真空度としては、１×１０-2Ｐａより高いと放電が発生し、１×１０-5Ｐａより低い場合には、その真空引きにイオンポンンプ等の特別な高真空引き用のポンプが必要となり、作業面からも非効率的となり、１×１０-5Ｐａから１×１０-2Ｐａであることが好ましい。
【００１６】
あるいはまた、前述の真空室を設けないで、第３の電子帰還電極を設けている請求項２０の構成とすることにより、成膜用ドラム近傍の蒸着時の成膜室の真空度に近い状態で、仕切り室内において、浮遊電子を確実に第３の電子帰還電極に帰還させることを可能にしている。
尚、成膜領域部における基板搬送方向の下流側の方が、成膜領域部における基板搬送方向の上流側よりも、浮遊電子の発生量は圧倒的に多く、効果的に浮遊電子を帰還させる。 更に、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側の位置、成膜用ドラム側に開放口を向けて圧力的に仕切る第２の仕切り室中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第３の電子帰還電極を設けている場合には、成膜用ドラム近傍での浮遊電子の把握を確実なものとでき、安定的な蒸着材料へのエネルギー供給を可能としている。
【００１７】
また、成膜用ドラムは、電子帰還電極の電位よりも電気的に高い電位に設定されている請求項２１の構成にすることにより、成膜用ドラム近傍から電子帰還電極への浮遊電子の帰還が起こらないようにして、成膜系を安定なものとしているが、特に、成膜用ドラムを電気的にフローティングレベルに設定している場合には、より安定的な成膜を可能としている。
成膜用ドラムの電位が、電子帰還電極の電位もしくは装置内の他の部品の電位よりも低く設定されると、成膜室で発生させたプラズマが電位差の大きいところに落ちてしまうことを防ぐためで、少なくとも、電子帰還電極の電位より高い電位に設定されていないと、安定した成膜ができなくなる。
ここで、電気的フローティングレベルとは、電気的に他の装置部品と絶縁性を保たれるよう装置が設計、構成されている状態を意味している。
絶縁性が確保されるよう設計されているにも関わらず、成膜ドラムの冷却や加熱等温度調節のために冷媒等が用いる場合には、その配管や冷媒が若干の導電性を有することに起因して、アースレベル（グラウンドレベル）を基準として、１００Ω〜１０００Ωの抵抗を有している状態も本発明の範囲に含まれるものとする。
【００１８】
また、成膜用ドラム、圧力勾配型プラズマガン、電子帰還電極の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられている請求項２３の構成とすることにより、各部間をまたぐように浮遊電子が移動することはなく成膜系を安定なものにできる。
この絶縁性確保により、プラズマが電気的に落ちることがなく、プラズマの異常放電を防ぐことで、安定した成膜が可能となる。
【００１９】
また、前記基材搬送部は、基材を前記成膜用ドラムへ供給するための基材巻き出し部と、基材を前記成膜用ドラムから巻き取るための基材巻き取り部とを備え、前記成膜用ドラムへの基材の巻き出し供給、前記成膜用ドラムからの基材の巻き取りを行い、基材を連続的に搬送させながら、成膜を行うものである請求項２４の構成とすることにより、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができる基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置の提供を可能とした。
【００２０】
尚、幅広の基材に対して均一に成膜を行うため、前記圧力勾配型プラズマガン、それに付随する収束コイル、電子帰還電極等は、基材幅方向に対して複数台並列して設置することも可能である。
【００２１】
成膜用ドラムとしては、少なくとも、ステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成されていることにより、ドラム自体が熱移動性の良いもので、温度制御をする際に、容易に制御し易いものとしている。
またドラム表面の傷つき防止のため、ドラム表面へ硬質クロムハードコート処理等を施しても良い。
具体的には、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータを用いてその温度制御を行うことが簡単な方法として挙げられるが、特に、関連する機械部材（例えば、ベアリング等の耐熱部品）からの制約等、汎用性の面からは、これらにより、−２０℃〜＋２００℃の間で一定温度に設定することができる温度調節部付きのものとし、その度制御特性（安定性）は成膜による熱負荷時で、設定温度±２℃以内に温度制御を行う態様が好ましい。
【００２２】
また、成膜用ドラムは、その表面平均粗さＲａが１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下、更に好ましくは２ｎｍ以下であることが好ましい。
通常、プラスチックフィルムの表面粗さは、通常１０ｎｍ〜５０ｎｍ、特別に表面平坦性を持たせて加工した基材で５ｎｍ〜１０ｎｍ、さらに表面にコーティング加工により平坦加工を施した場合で、５ｎｍ以下の表面平坦性をもつため、これら基材に対して効率良く冷却、加熱などの温度調節を行うためには、成膜用ドラム表面は上記範囲が好ましい。
【００２３】
また、成膜用ドラムは、成膜する基材に覆われない領域部である非覆領域部を絶縁性とするものであることにより、成膜時の電力が流れ込むことを防ぐことが可能となり、安定した成膜が可能となる。
絶縁性の非覆領域部としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜を被膜してあるものが挙げられる。
勿論、絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成形体、テープ、コーティング膜により被膜してあるものでも良い。
尚、コーティング膜は、ここでは、種々コーティング方法により形成されたもの全てで、塗装、焼付け塗装、焼結により形成された膜を含む。
【００２４】
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法は、このような構成にすることにより、長時間連続的に成膜することを可能とし、更に、電気的絶縁性物質を成膜する場合にも対応でき、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、連続的に成膜ができ、安定的に、成膜された基材を得ることができる、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜方法の提供を可能としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、上記のように、蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置に、およびまたは、前記位置の近傍に、前記移動する蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えたもので、蒸着材料が保持した過剰な電荷を適宜除電することが可能となり、異常放電やスパーク発生を防止することができ、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能となる。
更には、電気的絶縁性物質を成膜する場合にも対応でき、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、安定的に、成膜された基材を得ることができる、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜装置、真空成膜方法の提供を可能とした。
特に、基材が帯状、長尺状で、ロール状に巻き取り、巻き出しができる場合において、能率的に且つ安定的に、成膜された基材を得ることができる圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜装置、真空成膜方法の提供を可能とした。
即ち、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができる絶縁性のプラスチックフィルム基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置、真空成膜方法の提供を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の第１の例の構成断面図で、図２は成膜用ドラムと蒸着材料とプラズマガンとの位置関係を説明するための図で、図３（ａ）は図１のＡ１−Ａ２における成膜用ドラムの断面図で、図３（ｂ）は成膜用ドラムを成膜室側からみた外観図で、図４は蒸着材料除電部とガス噴出機構を説明するための図で、図５は本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の第２の例の構成断面図である。
尚、図１は、図４（ａ）のＥ１側から見た図である。
また、図４のＥ２の点線矢印は、蒸発した蒸着材料の移動方向である。
図１〜図４中、１００は成膜室、１０１は短管部、１１０はプラズマガン（圧力勾配型プラズマガンのこと）、１１１は第１中間電極、１１２は第２中間電極、１１６は陰極、１２０はハース、１２５はハース用磁石、１３０は蒸着材料、１３５は蒸着材料搬送部、１４０は収束コイル、１５０は第１の電子帰還電極、１５５はプラズマビーム形状制御部（プラズマビーム制御用磁石とも言う）、１６０は放電用ガス（ここではＡｒガス）、１６５はプラズマビーム、１７０は防着板、１７１は開口、１７５はアースバー（金属パイプ）、１７５ａは（アースバーの）ガス噴出し口、１７６、１７６Ａは防着部、１７６ａは（防着部の）ガス噴出口、１７６ｂは板部（防着板とも言う）、１７７は配線部、１７はガス（噴出ガスとも言う）、１８０は真空ポンプ、１９０は仕切り部、２００は基材搬送室、２１０は基材搬送部、２１１は基材巻き出し部、２１２は成膜用ドラム、２１２Ａは被成膜領域、２１２Ｂは非覆領域部、２１２ａはドラム、２１２ｂは回転軸、２１２ｃは絶縁性のテープ、２１２ｄは回転軸受け、２１３は基材巻き取り部、２１４、２１５は搬送ロール（ガイドロールとも言う）、２２０は基材前処理部、２３０は基材後処理部（基板帯電除去部とも言う）、２４０は真空ポンプ、２８０は基材、３００は真空チャンバーである。
また、図５中、１１はプラズマガン、１２は真空チャンバー、１２Ａは短管部、１２ａは成膜室、１２ｂは基材搬送室、１３は基材（ここでは基板）、１４は放電電源、１５は陰極、１６は第１中間電極、１７は第２中間電極、１８は収束コイル、１９はハース、２０は蒸着材料、２１はハース用磁石、２２はプラズマビーム、２２Ａは放電用ガス、２４は真空排気部、３０は電子帰還電極、４０はアースバー（金属パイプ）、４１は防着部、４２は配線部である。
【００２７】
はじめに、本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の１例を図１に基づいて説明する。
本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、帯状、長尺状で、ロール状に巻き取り、巻き出しができるフィルムからなる基材２８０の一面に薄膜を形成する真空成膜装置で、特に、蒸発した蒸着材料が移動するハース１３５から基材２８０の間の位置の近傍に、蒸発して移動する蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えていることにより、蒸発した蒸着材料が保持した過剰な電荷を適宜除電することを可能とし、異常放電やスパーク発生を防止でき、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能とするものである。
本例の蒸着材料除電部は、図４（ａ）に示す、アースバー（金属パイプ）１７５と、蒸着材料１３０側において、アースバー（金属パイプ）１７５を覆い、アースバー（金属パイプ）１７５への蒸発した蒸着材料の付着を防止するための防着部１７６を備えているもので、アースバー（金属パイプ）１７５のガス噴出し口１７５ａから噴出されたガスは、一旦、防着部１７６側に噴出され、更に防着部１７６の板部（防着板）１７６ｂに開けられたガス噴出し口１７６ａから、蒸発した蒸着材料側に噴出される。
このため、蒸着材料除電部に蒸着材料が付着することを抑えることが可能となり、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能となり、効率よく除電を行うことが可能となる。 蒸着材料除電部に用いられるガス種としては、イオン化しやすいアルゴン、酸素、窒素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素などを適宜用いることが可能である。
ここでは、ガスを噴出する機構としては、金属パイプや金属板に０．１〜１０ｍｍ程度の穴を開けてガスを噴出させる方法が採られている。
噴出を均一にするためには、アースバー１７５から噴出させるガスを直接、蒸発した蒸着材料側に供給するのではなく、防着部１７６側にガスをアースバー１７５から噴出させ、均一な分布を持たせて防着部１７６のガス噴出口１７６ａから噴出する方法が採られている。
蒸着材料除電部の形状としては、図４（ａ）には示す形状に限定されない。
例えば、図４（ｂ）に示すような、図４（ａ）のＥ１側からみた形状に相当するものが方形のものでも良い。
尚、本例では、蒸発した蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置の近傍に、１つの蒸着材料除電部を配したが、場合によっては、蒸発した蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置やその近傍に、複数個配しても良い。
【００２８】
なおまた、本例においては、蒸着材料１３０とこれを載置するハース１２０とを一体的に搬送する蒸着材料搬送部１３５を備えたもので、蒸着材料搬送部１３５は、蒸着材料１３０とこれを載置するハース１２０とを一体的に搬送することにより、蒸着材料１３０へのプラズマビームの照射位置を変化させるものであることにより、長時間連続して成膜することを可能とし、蒸着材料の補充回数を極度に減らすことを可能とし、生産性の向上を図ることができる真空成膜装置でもある。
圧力勾配型プラズマガン１１０から出射されたプラズマビーム１６５をハース１２０に載置された蒸着材料１３０に導くためのハース用磁石（マグネットとも言う）１２５は、所定の固定位置に配している。
そして、本例においては，前記蒸着材料として、焼結工程または熔解工程により形成された材料を用いるもので、不純物の少ない高品質な蒸着材料とすることができ、また緻密であることから、プラズマ放電エネルギーを受けても飛散することがなく、また原材料の緻密性が形成される膜の構造に反映され、緻密な膜、すなわち良質な膜を形成することが可能である。
尚、蒸着材料搬送部１３５としては、成膜品質に影響を与えず、搬送を制御でき、成膜室１００全体への設計上に制約を与えないものが好ましい。
蒸着材料１３０とハース１２０とは別体で、これを載置する形態や、ハース１２０自体を蒸着材料搬送部の一部とする形態でも良い。
例えば、パルスモータをその駆動源とし、所定の移動軸上を移動して搬送する形態のものでも良い。
【００２９】
そして本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、１つの真空チャンバー３００内に、成膜を行うための成膜室１００と基材を搬送するための基材搬送室２００とを有し、基材搬送室２００側には、基材２８０をその周囲に沿わせて搬送し、基材を沿わせた状態で成膜する成膜用ドラム２１２と、基材２８０を成膜用ドラム２１２へ供給するための基材巻き出し部２１１と、基材２８０を成膜用ドラム２１２から巻き取るための基材巻き取り部２１３とを備え、且つ、成膜用ドラム２１２の一部を被成膜領域部２１２Ａとして成膜室１００側に向け、突出させている、基材２８０を搬送するための基材搬送部２１０を配しており、成膜室１００側には、圧力勾配型のプラズマガン１１０を有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部（図番は示していない）を備えたものであり、成膜室１００と基材搬送室２００との間は、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａの周辺を除き、前記成膜用ドラム２１２と仕切り部１９０により物理的に仕切られ、成膜室１００と基材搬送室２００とが、圧力的に仕切られているもので、基材２８０の巻き出し供給、基材２８０の巻き取りを行い、基材２８０を連続的に搬送させながら、成膜を行うものである。
【００３０】
本例においては、真空ポンプ１８０、真空ポンプ２４０は、それぞれ、個別に、成膜室１００側、基材搬送室２００側の真空度を制御するものである。
基材搬送室２００は、真空排気ポンプ２４０により減圧され、その到達圧力は１００Ｐａから０．０００１Ｐａ、実際の成膜時も、１００Ｐａから０．０００１Ｐａの範囲で、かつプラズマの流れ込みを防ぐため、成膜室１００の圧力よりも１０倍から１０００倍程度高真空であることが必要である。
また基材搬送室において、成膜室からのプラズマリークや基材への帯電による異常放電を起こりにくくさせる観点から、基材搬送室は０．１Ｐａよりも高真空、好ましくは０．０１Ｐａよりも高真空、さらに好ましくは０．００１Ｐａよりも高真空であることが好ましい。
このように基材搬送室を高真空とすることで、基材搬送室内での異常放電を抑えることが可能となり、基材搬送室内の部品、例えばガイドロール２１４、２１５やフィルムテンションを制御するためのテンション検出器（図示せず）、絶縁性確保のための樹脂部品にダメージを与えることがなくなり、装置の安定性、信頼性が向上し、装置の部品交換の頻度が減少し、維持管理が容易になる利点がある。
尚、先にも述べたが、ここでは、イオンプレーティング成膜部とは、成膜室側に配されたイオンプレーティング成膜に寄与する構成を言い、イオンプレーティング成膜に寄与する各機能部を全て含む。
【００３１】
そして更に、イオンプレーティング成膜部は、成膜室１００の側面側、前記圧力勾配型のプラズマガン１１０の出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部１０１を配し、該短管部１０１を包囲し、前記圧力勾配型のプラズマガン１１０からのプラズマビーム１６５の横断面を収縮させる収束コイル１４０を備え、前記プラズマビーム１６５を成膜室１００内に配置した蒸着材料１３０の表面に導き、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａにおいて基材２８０の一面上に薄膜を形成するもので、更に、短管部１０１内に、プラズマビーム１６５の周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第１の電子帰還電極１５０を設けている。
本例においては、上記のように、成膜室１００と基材搬送室２００とが、圧力的に仕切られて、イオンプレーティング成膜部が、収束コイル１４０を備え、短管部１０１内に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を１５０設けていることにより安定的な蒸着材料へのエネルギー供給を可能としている。
尚、広幅基材に対して均一に成膜するため、圧力勾配型プラズマガンや電子帰還電極等は基材幅方向に対して、並列に複数台設置してもよい。
勿論、成膜室１００と基材搬送室２００とが、圧力的に仕切られており、基材２８０から発生するガスや水分の成膜室１１０の流入を避けることができ、成膜時に良質な膜が得られる。
成膜用ドラム２１２は、電子帰還電極１５０の電位よりも電気的に高い電位に設定されており、これにより、成膜用ドラム２１２近傍から電子帰還電極１５０への浮遊電子の帰還が起こらないようにして、成膜系を安定なものとしているが、特に、成膜用ドラムを電気的にフローティングレベルに設定している場合には、より安定的な成膜を可能とする。 尚、成膜用ドラム２１２の電位が低いと、成膜室１００で発生させたプラズマが電位差の大きいところに落ちてしまうことを防ぐためで、少なくとも、第１電子帰還電極１５０の電位より高い電位に設定されていないと安定した成膜ができなくなる。
本例では、第１の電子帰還電極１５０を蒸着材料１３０から離れた位置に設けて、蒸着材料１３０が電子帰還電極１５０に付着しにくくなっている。
【００３２】
また、本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置においては、成膜室１００内収束コイル１４０と蒸着材料１３０間に、磁石の磁場により、収束コイル１４０内を通過したプラズマビーム１６５を制御して、蒸着材料に入射されるプラズマビームの形状を基材の幅方向にシート状に広幅にするプラズマビーム形状制御部１５５を備えている。
本例のプラズマビーム形状制御部１５５は、一対の同極性同志（Ｎ極同士、あるいはＳ極同士）を対向させたシート状磁石を配置した構成で、これにより、蒸着材料に入射するプラズマビーム１６５をシート状にし、広幅の蒸着源を形成することで、広幅基材に対して均一に成膜できるようになっている。
また、このシート状磁石や蒸着源は、プラズマガンや電子帰還電極同様に基材幅方向に対して並列に設置してもよい。
ここで、図２に基づいて、成膜用ドラム２１２と蒸着材料１３０とプラズマガン１１０との位置関係を説明しておく。
図２に示すように、圧力勾配型のプラズマガン１１０は、被膜領域部２１２Ａにおける基材２８０の搬送方向の上流側に設けられて、成膜室１００の側面側から成膜用ドラムの基材幅方向２８０Ｗに対して直交する方向でプラズマビーム１６５を入射させる。
ここでは、基材２８０への成膜の均一性の面から、ハース１２０内の凹部に載置された蒸着材料１３０の形状は、成膜用ドラム２１２上の基材２８０の成膜する領域をカバーする長さに合わせた長さの略長方形で、ほぼ成膜用ドラム２１２の回転軸位置に合わせてある。
そして、入射されたプラズマビーム１６５はプラズマビーム形状制御部１５５により、シート状に幅広に広げられ、基材２８０の成膜する領域をカバーする長さの蒸着材料１３０全体に均一に入射され、全体に均一にエネルギーが供せられる。
この結果、蒸着材料１３０上部の成膜用ドラム２１２に沿う基材２８０へ幅方向均一に蒸着が行われる。
【００３３】
また、成膜室１００の成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａに、成膜用ドラム２１２を覆うように配設される基材２８０に対し、不要部分に蒸着材料が付着しないように、蒸着材料の付着領域を制御する、所定の開口１７１を有する防着板１７０を備えている。
これにより、不要部分への蒸着材料の付着を防止し、安定的に成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａを覆う基材２８０へ均一な成膜を可能としている。
【００３４】
また、本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置においては、基材搬送室２００側に、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａよりも後段の位置に、成膜により発生した基材帯電を除去するプラズマ放電装置からなる基材後処理部２３０を備え、且つ、基材搬送室側２００に、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａよりも前段の位置に、基材２８０表面の水分や有機物の付着の除去を行うとともに、基材表面のぬれ性を向上させ、かつ成膜時の密着性を向上させるために粗面化させ、基材２８０の帯電除去を行うプラズマ放電処理装置からなる基板前処理部２２０を備えている。
本例においては、成膜室１００と前記基材搬送室２００との間は、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａの周辺を除き、前記成膜用ドラム２１２と仕切り部１９０により物理的に仕切られ、成膜室１００と基材搬送室２００とが、圧力的に仕切られており、基板前処理部２２０、基材後処理部２３０による各処理の影響は成膜室１００側へは及ばない。
基材前処理部２２０および基材後処理部２３０は、それぞれ、基材２８０表面の水分や有機物の付着除去、膜との密着性向上のための表面処理（表面粗面化または改質）や、帯電除去を行うことを目的として設置されが、プラズマ処理装置の他、電子線照射装置、赤外線ランプ、ＵＶランプ、除電バー、グロー放電装置など、任意の処理装置を用いることが可能である。
プラズマ処理装置、グロー放電装置においては、基材２８０近傍領域でアルゴンや酸素、窒素、ヘリウムなどの放電ガスを単体または混合により供給し、放電を形成する。
放電の形式としては、ＡＣプラズマ、ＤＣプラズマ、マイクロウエーブ、表面波プラズマなど任意の方式が用いられる。
特に圧力勾配型イオンプレーティング方式による成膜装置においては、基材後処理部においては、帯電除去を行うことが重要である。
成膜後、基板後処理装置により帯電除去を行わないと、（１）フィルムがドラムに巻きつきスムーズな搬送ができないこと、（２）帯電電荷が成膜した膜の膜質劣化や基材の着色や物性劣化を引き起こすこと、（３）巻取ロールに電荷がたまり、ハンドリングや後加工が困難になることなどの問題が生じるため、帯電除去は必須である。
【００３５】
本例のイオンプレーティング成膜部（図番号では示していない、図３参照）の成膜動作について、また各部の動作について、以下、簡単に説明しておく。
プラズマビーム１６５の発生機構や、制御されたプラズマビームを蒸着材料１３０へ入射して蒸着材料を蒸発させ基材２８０上に成膜する機構は基本的に、先に述べた図６に示すイオンプレーティング装置と全く同じである。
公知の圧力勾配型のプラズマガン１１０により、真空チャンバー３００の成膜室１００内にプラズマを発生させて、蒸発させる蒸着材料１３０上部、成膜室１００の上側に配置した、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａへ沿うように覆った基材２８０上に蒸着により薄膜を形成するものである。
プラズマガン１１０は、放電電源１１５のマイナス側に接続された陰極１１６と、放電電源１１５のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１１１、第２中間電極１１３を備え、陰極１１６側から放電ガスの供給を受け、前記放電ガスをプラズマ状態にして第２中間電極１１２から真空チャンバー３００の成膜室１００内に向けて流出させるような配置にされている。
真空チャンバー３００の成膜室１００は、真空ポンプ１８０により接続され、その内部は所定の減圧状態に保たれている。
また真空チャンバー３００の第２中間電極１１２に向けて突出した短管部１０１の外側には、この短管部１０１を包囲するように収束コイル１４０が設けられている。
真空チャンバー３００の成膜室１００の下部には、放電電源１１５のプラス側に接続された導電性材料からなるハース１２０が載置されており、このハース１２０上の凹所に薄膜の材料となる導電性あるいは絶縁性の蒸着材料１３０が収められている。
ハース１２０の内部にはハース用磁石１２５が設けられている。
そして、第２中間電極１１２から蒸着原料１３０に向けてプラズマビーム１６５が形成され、蒸着原料１３０が蒸発され、基材２８０に付着し、薄膜が形成される。
本例では、第２中間電極１１２からプラズマビーム１６５が出た短管部１０１位置に、短管部１０１を包囲し、前記圧力勾配型のプラズマガン１１０からのプラズマビームの横断面を収縮させる収束コイル１４０を備えており、また、収束コイル１４０を通過し、収縮されたプラズマビーム１６５の形状を、基材２８０の幅方向にシート状、所定幅に広げて制御するプラズマビーム形状制御部１５５を備えており、第２中間電極１１２からのプラズマビーム１６５はその横断面を収縮されて、更に、基材２８０の幅方向にシート状、所定幅に広げて制御されて蒸着材料１３０へ均一にして入射される。
尚、ハース用磁石１２５はプラズマビーム１６５をハース１２０に導く作用をしている。
また、図２に示すように、ハース１２０の蒸着材料を入れておく凹部は基材２８０の幅に合わせ、その幅方向に長手とし、蒸着材料１３０は該凹部長手方向に均一に載置されており、蒸着材料１３０は基材幅方向に均一に蒸発して、防着板１７０の開口１７１を通過して基材２８０上に成膜される。
このようにして、成膜されるが、成膜中、基材２８０は、成膜用ドラム２１２に沿い、成膜用ドラム２１２と共に回転し、その帯状の長手方向に連続して蒸着される。
成膜用ドラム２１２の回転に伴い基材２８０は搬送されて、帯状の長手方向に連続して成膜される。
本例においては、蒸着材料１３０とこれを載置するハース１２０とを、成膜する基材２８０の幅方向（図２の２８０Ｗ）に直交する方向に、一体的に搬送し、プラズマビームの照射位置を蒸着材料１３０上で連続的に変化させる蒸着材料搬送部１３５を備えており、これにより、安定的に、蒸着材料１３０への均一なエネルギー供給と、被成膜領域部２１２Ａへの均一な成膜を長時間連続して行うことを可能とし、これにより長い帯状のフィルム基材の一面への成膜を連続して行うことを可能としている。
【００３６】
基材搬送機構部２１０は、以下のように動作を行う。
成膜用ドラム２１２への基材２８０の供給は、基材巻き出し部２１１からガイドロール２１４を経て行われ、また、成膜用ドラム２１２からの基材２８０の排出は、成膜用ドラム２１２からガイドロール２１５を経て基材巻き取り部２１３により行われて、全体として基板搬送機構を形成するものである。
先にも述べたが、本例においては、基材搬送室側２００に、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａよりも前段の位置に、プラズマ放電装置からなる基板前処理部２２０を備えており、これにより、基材２８０表面の水分や有機物の付着の除去を行うとともに、基材表面を粗化し、また、基材搬送室２００側に、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａよりも後段の位置に、プラズマ放電装置からなる基材後処理部２３０を備えており、これにより、成膜により発生した基材の帯電を除去するため、安定して、良好に成膜された機材を得ることを可能としている。
基材搬送機構部２１０は、基材２８０に一定の張力（テンション）をかけながら基材２８０を搬送する。
通常、搬送系制御には、ＡＣドライブシステムまたはＤＣドライブシステムを用い、少なくとも、成膜用ドラム２１２、基材巻き出し部２１１、基材巻取り部２１３に駆動用モーターを用い、また張力測定のための張力ピックアップロールが使用される。
搬送制御方法は、例えば、成膜用ドラム２１２をマスターロールとして設定し、張力ピックアップロール信号に用い、各モーターに必要なトルク信号を送り、基材搬送を制御する。
基材搬送にあたり必要な張力は、基材２８０の種類や厚み、物性により適宜変更され、結果として加工後、本例においては成膜後に、ロール端部の段ずれや表面、裏面でのしわ発生、傷つきなどがない状態で、加工前同様にロール状態に巻き取れるよう設定される。 基材２８０の搬送速度は駆動モーターやギヤを組み合わせることで最小毎分０．１ｍから最大毎分１０００ｍの速度で搬送することが可能である。
【００３７】
成膜用ドラム２１２について、図３に基づいて説明しておく。
尚、図１に示す成膜用ドラム２１２は、図３のＢ１−Ｂ２における断面を示したものである。
本例における成膜用ドラム２１２は、回転軸２１２ｂを中心に回転し、その周囲に沿わせた基材２８０を搬送するもので、搬送中、先にも述べたように、蒸発した蒸着材料１３０を防着板１７０の開口１７１を通過させて、成膜が行われ、成膜用ドラム２１２の基材２８０搬送とあいまって、帯状の基材２８０上に連続的に成膜を行うことができるのである。
本例においては、成膜用ドラム２１２としては、成膜の温度制御という面から、設定された温度を効率よく基材に伝え、耐熱性に優れ、かつ加工性に優れ、十分な物理強度を有する観点から、金属材料、とりわけステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成しており、図示していないが、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータ等を用いて、一定温度に設定することができる温度調節部を備えており、基材への熱ダメージを低減でき、安定した成膜が可能となる。
またその表面には保護のため硬質のクロム膜ハードコート等を形成しても良い。
成膜ドラム２１２により、基材２８０の冷却および加熱が可能な構造である。
温度制御部は、汎用性があり、簡便に構成できる部材を用いる場合には、比較的簡単に、冷媒や熱媒等の冷却、加熱機構を用いることにより、−２０℃〜＋２００℃の間で一定温度に設定することができる。
【００３８】
成膜用ドラム２１２は、成膜時に高温となった蒸着材料１３０が基材２８０表面に付着し、蒸着膜を形成するが、この際、基材２８０がフィルム等の耐熱性が低い場合には、通常は冷却されることが望ましく、その温度は−１０℃から＋２０℃の間の一定温度に制御される。
この場合、成膜完了後、成膜用ドラム２１２が冷却されたままであると、減圧下から大気圧に戻す際、ドラム表面（フィルム表面）に結露をおこすため、ドラムは加熱により冷却されたドラムを室温まで速やかに戻せるような構造であることが好ましい。
また、基材２８０が耐熱性を有する場合は、ドラムを２００℃程度まで高温に加熱して使用する方法も好ましい。
基材２８０がフィルムに限らず、シリコンウエハー、ガラスの場合と同様に、成膜時の基材表面が高温であるほど、形成される膜は緻密で良好な膜となることは一般的に広く知られている。
これら冷却、加熱を行うには、例えば冷却源と加熱源を有する温度調節機を用い、温度媒体として、エチレングリコール水溶液やオイル等を用い、これらを温度調節機内で設定温度に調節した後、成膜ドラムに循環させる方法が好ましい。
この他、加熱方式として、赤外線ランプ、紫外線ランプ、ヒーターロールを単独もしくは併用により用いる方法も使用することができる。
【００３９】
また、成膜用ドラム２１２は、電子帰還電極１５０の電位よりも電気的に高い電位に設定されているか、または、電気的にフローティングレベルに設定されている。
成膜用ドラムの電位が、電子帰還電極の電位もしくは装置内の他の部品の電位よりも高く設定することで、成膜室で発生したプラズマのもれを防ぐことが可能となり、成膜室で安定した成膜が可能となる。
ドラムが電気的にフローティングレベルに設定されている場合も、同様にドラムに電気の流れ込みを抑えることが可能となり、同様の効果を得ることが可能である。
ここで電気的フローティングレベルとは、電気的に他の装置部品と絶縁性を保たれるよう装置が設計、構成されている状態を意味している。
絶縁性が確保されるよう設計されているにも関わらず、成膜ドラムの冷却や加熱等温度調節のために冷媒等が用いる場合には、その配管や冷媒が若干の導電性を有することに起因して、アースレベル（グラウンドレベル）を基準として、１００Ω〜１０００Ωの抵抗を有している状態も本発明の範囲に含まれるものとする。
尚、成膜用ドラム２１２の表面は、基材２８０と接触した場合には、その表面全面が被成膜部に対して電気的に絶縁被服されていることが好ましい。
また、成膜ドラムの側面や回転軸等、可能な限り絶縁被服を施し、電気流れ込みの原因となる金属表面が露出しない構造とすることが好ましい。
このような構成により、成膜時の電力が流れ込むことを防ぐことが可能となり、安定した成膜が可能となる。
本例では、図３に示すように、成膜用ドラム２１２への成膜を防止するために、絶縁性テープ２１２ｃをドラム面と側面部に貼ってある。
基材２８０と絶縁性テープ２１２ｃとで、成膜用ドラム２１２の全面が覆われるように絶縁性テープ２１２ｃを貼る。
少なくとも、成膜用ドラム２１２の成膜する基材２８０に覆われない領域部である、非覆領域部２１２Ｂを絶縁性とするものである
温度制御するために、基材２８０の成膜領域は、直接ドラム面に接するようにする。
尚、基材２８０との密着性、基材２８０への熱伝導効率の面から、成膜用ドラム２１２の表面の平均粗さＲａは、１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下、更に好ましくは２ｎｍ以下がであることが好ましい。
表面には硬質クロムコートのような傷つき防止被服を施してもよい。
絶縁性の非覆領域部２１２Ｂとしては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜にて被膜されているもの、あるいは、前記絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成形体、テープまたはコーティング膜により被膜が施してある。
この絶縁部を確保により、プラズマが電気的に落ちることがなく、安定した成膜が可能となる。
【００４０】
本例の変形例としては、図示していないが、成膜用ドラム２１２、圧力勾配型のプラズマガン１１０、電子帰還電極１５０の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板を設けたものが挙げられる。
この場合、成膜用ドラム２１２、圧力勾配型プラズマガン１１０、電子帰還電極１５０の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられていることにより、各部間をまたぐように浮遊電子が移動することはなく、成膜系をより安定なものにできる。
【００４１】
また、他の変形例として、図示していないが、本例において、成膜室１００内、プラズマビームが照射される領域の蒸着材料１３０と基板２８０の被成膜部とを結ぶ鉛直方向を基準とし、前記圧力勾配型プラズマガン１１０とは反対側に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第２の電子帰還電極を配設した形態の成膜装置を挙げることができる。
この場合、蒸着材料表面で形成される反射電子を効率よく帰還させることができ、異常放電を起こさず、安定して長時間成膜することが可能となる。
更に、第２電子帰還電極には電子収束用のマグネットが組み込まれていることにより、磁場を用いて効果的に第２電子帰還電極に電子を引き込むことができ、効果的に反射電子を帰還させることが可能となり、安定して長時間成膜が可能となる。
尚、マグネット表面の磁場強度は、水平磁束密度で１０から５０００ガウスとすることが好ましい。
１０ガウス以上であれば電子を収束させるのに十分であり、またより強いほどその効果は向上する。
一方、水平磁束密度が５０００ガウスよりも強い場合は、磁石が高価となり、またその設置、取り扱いが難しくなり、実用的でなくなるという問題がある。
また、更に他の変形例として、図示していないが、本例あるいは前述の第２電子帰還電極を備えた性膜装置において、基材搬送室２００の成膜室１００側の成膜用ドラムの２１２近傍、被膜領域部２１２Ａにおける基板２８０の搬送方向の下流側の位置、成膜用ドラム２１２側に開放口を向けて圧力的に仕切る仕切り室中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第３の電子帰還電極を設けている形態の成膜装置を挙げることができる。
これにより、より効果的に反射電子を帰還させることが可能となり、安定して長時間成膜が可能となる。
【００４２】
また、別の変形例としては、図示していないが、本例において、基材搬送室２００の成膜室１００側の成膜用ドラム２１２近傍、被膜領域部２１２Ａにおける基板２８０の搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室を設けている形態の成膜装置を挙げることができる。
この場合、成膜室から流入するプラズマを該真空室にて早かに真空引きし、基材搬送室において放電が起こり難いものとし、これにより、成膜前、成膜後の基材への、成膜室から流入するプラズマによる品質的や作業的な悪影響や、基材搬送室における真空度低下による異常放電を確実に排除できるものとしている。
このような真空室は、基材搬送室へ流入するプラズマを局所的に阻止するもので、そのような意味からは、プラズマシール室とも言う。
真空室の真空度としては、１×１０-2Ｐａより高いと放電が発生し、１×１０-5Ｐａより低い場合には、その真空引きにイオンポンプ等の特別な高真空引き用のポンプが必要となり、作業面からも非効率的となり、１×１０-5Ｐａから１×１０-2Ｐａであることが好ましい。
【００４３】
次に、本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の第２の例を挙げて、図５に基づいて簡単に説明する。
第２の例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、図６に示す従来の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置において、更に、第１の例と同様、ハース１９と基板１３間に、アースバー４０、防着部４１、配線４２を有し、蒸発した蒸着材料を除電する蒸着材料除電部を備え、真空チャンバー１２内に、成膜を行うための成膜室１２ａと基材を搬送するための基材搬送室１２ｂとを、圧力的に仕切って、配設しており、更にまた、成膜室１２ａの側面側、圧力勾配型プラズマガン１１の出口部に向けて突出させた真空チャンバー１２の短管部１２Ａを配し、前記短管部１２Ａ内に、プラズマビーム２２の周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極３０を設けている。
第２の例においても、第１の例の場合と同様、蒸着材料除電部を備えていることにより、蒸発した蒸着材料が保持した過剰な電荷を適宜除電することを可能とし、異常放電やスパーク発生を防止でき、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能とするものである。 成膜部は第１の例と基本的に同じである。
【００４４】
次に、上記図１〜図４に示す実施形態の第１の例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置を用いた成膜例を、それぞれ、挙げて説明する。
＜成膜例１＞
図１〜図４に示す、実施の形態の第１の例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置を用い、蒸着材料除電部のアースバー１７５にガス１７８（図４参照）を流さずに成膜を行ったものである。
成膜する蒸着材料１３０としてＳｉＯ2 結体（高純度化学研究所製、純度９９．９９％以上）を用意し、移動可能なハース１２０上、ハース状にセットした。
基材２８０としてポリエチレンテレフタレートフィルム（ユニチカ製、ＰＥＴ（商品名）、厚さ１２μｍ、幅３００ｍｍ、長さ１２０００ｍ）を用意した。
基材２８０を装置にセットし、基材搬送室２００、成膜室１００内を真空排気ポンプにより５×１０-4Ｐａまで減圧した。
その後、成膜ドラム温度を０℃、基材２８０を１００ｍ／ｍｉｎで搬送させ、基材後処理部２２０であるプラズマ処理装置をアルゴンガス１００ｓｃｃｍで放電させた。
次に、プラズマガン１１０に放電用ガス１６０としてアルゴンを１０ｓｃｃｍ流し、プラズマ初期放電を起こし、続いてプラズマ放電電流１００Ａまで上昇させ、成膜室１００の圧力３×１０-2Ｐａにて、基材２８０の長さ１２０００ｍの成膜を行った。
（評価）
成膜開始後、２０００ｍおきにサンプリングを行い、形成された膜のＳｉ（シリコン）量について、蛍光Ｘ線分析装置（ＲＩＸ３１００、理学電機工業株式会社製）により測定し、１０００ｍ成膜時のＳｉ強度を１として、その後２０００ｍおきに形成された膜のＳｉ強度比を求めた。
Ｓｉ強度が２０％低下するまでの長さを安定成膜有効範囲とし、成膜可能な長さを求めた。
【００４５】
＜成膜例２＞
図１〜図４に示す、実施の形態の第１の例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置を用い、蒸着材料除電部のアースバー１７５にガス１７８（図４参照）を流して成膜を行ったものである。
成膜例１において、後処理装置放電開始後、除電機構部にアルゴンを１０ｓｃｃｍ供給して成膜を行った以外は全く同様に成膜、評価を行った。
【００４６】
＜比較例１＞」
図１〜図４に示す、実施の形態の第１の例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置から蒸着材料除電部を撤去し、成膜を行ったもので、それ以外は成膜例１と全く同様に成膜を行い、同様に評価した。
【００４７】
評価結果は以下の表１のようになった。
【表１】
表１から分かるとおり、成膜例１では、形成された膜の膜厚のばらつきが少なく、１００００ｍの長さの成膜においても成膜が非常に安定して行われたことが分かる。
成膜例２においても、同様で、成膜例１より成膜速度は速くなり、１００００ｍの長さの成膜においても、効率よく安定的に成膜可能なことが分かる。
一方、蒸着材料除電部がない、比較例１においては、成膜速度も遅く、膜厚のばらつきが大きく、安定して成膜できないことが分かる。
【００４８】
上記のように、実施の形態の第１の例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置は、それぞれ、アースバー１７５を有する蒸着材料除電部を備えていることにより、長時間安定して成膜を行うことを可能としている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の第１の例の構成断面図である。
【図２】成膜用ドラムと蒸着材料とプラズマガンとの位置関係を説明するための図である。
【図３】図３（ａ）は図１のＡ１−Ａ２における成膜用ドラムの断面図で、図３（ｂ）は成膜用ドラムを成膜室側からみた外観図である。
【図４】蒸着材料除電部とガス噴出機構を説明するための図である。
【図５】本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の第２の例の構成断面図である。
【図６】従来の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００ 成膜室
１０１ 短管部
１１０ プラズマガン（圧力勾配型プラズマガンのこと）
１１１ 第１中間電極
１１２ 第２中間電極
１１６ 陰極
１２０ ハース
１２５ ハース用磁石
１３０ 蒸着材料
１３５ 蒸着材料搬送部
１４０ 収束コイル
１５０ 第１の電子帰還電極
１５５ プラズマビーム形状制御部（プラズマビーム制御用磁石とも言う）
１６０ 放電用ガス（ここではＡｒガス）
１６５ プラズマビーム
１７０ 防着板
１７１ 開口
１７５ アースバー（金属パイプ）
１７５ａ （アースバーの）ガス噴出し口
１７６、１７６Ａ 防着部
１７６ａ （防着部の）ガス噴出口
１７６ｂ 板部（防着板とも言う）
１７７ 配線部
１７ ガス（噴出ガスとも言う）
１８０ 真空ポンプ
１９０ 仕切り部
２００ 基材搬送室
２１０ 基材搬送部
２１１ 基材巻き出し部
２１２ 成膜用ドラム
２１２Ａ 被成膜領域
２１２Ｂ 非覆領域部
２１２ａ ドラム
２１２ｂ 回転軸
２１２ｃ 絶縁性のテープ
２１２ｄ 回転軸受け
２１３ 基材巻き取り部
２１４、２１５ 搬送ロール（ガイドロールとも言う）
２２０ 基材前処理部
２３０ 基材後処理部（基板帯電除去部とも言う）
２４０ 真空ポンプ
２８０ 基材
３００ 真空チャンバー
１１ プラズマガン
１２ 真空チャンバー
１２Ａ 短管部
１２ａ 成膜室
１２ｂ 基材搬送室
１３ 基材（ここでは基板）
１４ 放電電源
１５ 陰極
１６ 第１中間電極
１７ 第２中間電極
１８ 収束コイル
１９ ハース
２０ 蒸着材料
２１ ハース用磁石
２２ プラズマビーム
２２Ａ 放電用ガス
２４ 真空排気部
３０ 電子帰還電極
４０ アースバー（金属パイプ）
４１ 防着部
４２ 配線部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜装置に関し、特に、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルム基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置、成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いて薄膜を基板上に形成する真空成膜装置は、例えば、真空（第２７巻、第２号６４ページ（１９８４年）〜非特許文献１）に示される通り、公知の技術として知られている。
【非特許文献１】真空 第２７巻、第２号６４ページ（１９８４年） 図５は圧力勾配型イオンプレーティング装置を示している。 図５に示すイオンプレーティング装置は、圧力勾配型プラズマガン１１（以下、単に、プラズマガンとも言う）により真空チャンバー１２内にプラズマを発生させて真空チャンバー内に配置した基板１３上に蒸着により薄膜を形成するものである。 さらに詳細に説明すれば、プラズマガン１１は、放電電源１４のマイナス側に接続された陰極１５と、放電電源１４のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１６、第２中間電極１７を備え、陰極１５側から放電ガスの供給を受け、前記放電ガスをプラズマ状態にして第２中間電極１７から真空チャンバー１２内に向けて流出させるような配置にされている。 真空チャンバー１２は、図示しない真空ポンプにより接続され、その内部は所定の減圧状態に保たれている。 また真空チャンバー１２の第２中間電極１７に向けて突出した短管部１２Ａの外側には、この短管部１２Ａを包囲するように収束コイル１８が設けられている。 真空チャンバー１２内の下部には、放電電源１４のプラス側に接続された導電性材料からなるハース１９が載置されており、このハース１９上の凹所に薄膜の材料となる導電性あるいは絶縁性の蒸着材料が収められている。 さらに、ハース１９の内部にはハース用磁石２１が設けられている。 そして、第２中間電極１７から蒸着原料２０に向けてプラズマビーム２２が形成され、蒸着原料２０が蒸発され、基材１３の下面に付着し、薄膜が形成される。 なお、収束コイル１８はプラズマビーム２２の横断面を収縮させる作用を、またハース用磁石２１はプラズマビーム２２をハース１９に導く作用をしている。
【０００３】
図５に示す装置により電気的絶縁性物質を成膜する場合、ハース（アノード部）１９の表面、真空チャンバー１２の内面等に絶縁性物質が付着し、特にハース１９の表面が電気的に絶縁された状態となり、真空チャンバー１２の内で通電不能となる結果、電極各部がチャージアップする現象が成膜時間経過とともに進行する。
このような、絶縁性物質が付着してチャージアップが進み通電不能となった部分に入射しようとした電子は反射され、イオンとの結合により電気的に中和されるか、最終的に電気的帰還が可能な場所に到達するまで電子の反射は繰り返されることとなる。
このため、プラズマビーム２２に対する連続的な安定制御ができなくなり、成膜の安定性が損なわれるという問題が生じる。
このような問題を解決するための技術として、電気的絶縁性物質を成膜する手法が、特開平１１−２６９６３６号公報（特許文献１）に開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２６９６３６号公報 特許文献１においては、真空チャンバー内に向けてプラズマガン出口部に発生するプラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態として突出させた絶縁管と、前記短管部内にて絶縁管の外周部を取り囲むとともに、プラズマ出口部よりも高い電位状態とした電子帰還電極を設けた構成とすることにより、上記の問題を解決している。 しかし、ここに記載のものは、電気的絶縁性物質を成膜する場合、成膜された基材への帯電の問題を考慮した構造ではなく、安定的に成膜された基材を得ることができず、問題となっていた。
【０００４】
一方、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルムのような基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に成膜する方法が、特公平６−２１３４９号公報（特許文献２）に記載されている。
【特許文献２】特公平６−２１３４９号公報 しかし、ここに記載のものは、電気的絶縁性物質を成膜する場合、上記のチャージアップの進行に起因する問題や、成膜された基材への帯電の問題を考慮した構造ではなく、充分安定的に成膜することができず、問題となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、近年、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いて、対象とする基材上に薄膜を成膜する真空成膜装置が、種々、開示されているが、特に、電気的絶縁性物質を成膜する場合において、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、能率的且つ安定的に、成膜された基材を得ることができる真空成膜装置、真空成膜方法が求められていた。
本発明はこれに対応するもので、電気的絶縁性物質を成膜する場合にも対応でき、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、連続的に成膜ができ、安定的に、成膜された基材を得ることができる、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜装置、真空成膜方法を提供しようとするものである。
特には、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができるフィルムのような基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置、真空成膜方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部を備え、該成膜部により、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜装置であって、
蒸発した蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置に、およびまたは、前記位置の近傍に、前記移動する蒸発した蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えていることを特徴とするものである。
そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は導電性材料からなることを特徴とするものであり、前記蒸着材料除電部の導電性材料は、タンタル、モリブデン、タングステンのいずれか１種以上からなることを特徴とす そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は、蒸着材料側に、該蒸着材料除電部への蒸着材料の付着を防止するための防着板を備えていることを特徴とするものである。
そしてまた、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は、蒸着材料の付着を防止するためにガス噴出するガス噴出機構を備えていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を設けていることを特徴とするものであり、前記イオンプレーティング成膜部は、成膜室の側面側、前記圧力勾配型プラズマガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部を配し、該短管部を包囲し、前記圧力勾配型プラズマガンからのプラズマビームの横断面を収縮させる収束コイルを備え、前記プラズマビームを成膜室内に配置した蒸着材料の表面に導くものであり、前記短管部内に、プラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第１の電子帰還電極を設けていることを特徴とするものである。
そして、請求項６ないし７のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、成膜室内、プラズマビームが照射される領域の蒸着材料と基板の被成膜部とを結ぶ鉛直方向を基準とし、前記圧力勾配型プラズマガンとは反対側に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第２の電子帰還電極を配設していることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記イオンプレーティング成膜部は、磁場およびまたは電場により、収束コイル内を通過して収束されたプラズマビームを制御して、蒸着材料に入射されるプラズマビームの形状を基材の幅方向にシート状に広幅にするプラズマビーム形状制御部を備えていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、連続的に基材を供給するための基材搬送機構を備えていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送機構の成膜領域部よりも後段に、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯除去部を備えていることを特徴とするものであり、前記基材帯電除去部が、プラズマ放電装置であることを特徴とするものである。
また、請求項１１ないし１２のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送機構の成膜領域部よりも前段に、プラズマ放電処理装置を備えていることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、蒸着材料とこれを載置するハースとを一体的に搬送する蒸着材料搬送部を備えたもので、前記蒸着材料搬送部は、蒸着材料とこれを載置するハースとを一体的に搬送することにより、蒸着材料へのプラズマビームの照射位置を変化させるものであることを特徴とするものである。
また、上記いずれかの圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、真空チャンバー内に、成膜を行うための成膜室と基材を搬送するための基材搬送室とを、圧力的に仕切って、配設していることを特徴とするものである。
【０００７】
具体的には、上記請求項１５に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、前記基材搬送部は、該成膜用ドラムの一部を被成膜領域部として成膜室側に向け、突出させて設置しているもので、前記成膜室と前記基材搬送室との間は、前記成膜用ドラムの前記被成膜領域部の周辺を除き、前記成膜用ドラムと仕切り部により物理的に仕切られ、前記成膜室と前記基材搬送室とが、圧力的に仕切られており、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、成膜室側、成膜用ドラムの被成膜領域部において、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせた状態にして、基材の一面上に成膜するものであることを特徴とするものである。
そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室を設けていることを特徴とするものであり、前記真空室は、その圧力が１×１０-5Ｐａから１×１０-2Ｐａであることを特徴とするものである。
そして、請求項１７ないし１８のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記真空室に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を備えていることを特徴とするものである。
あるいは、請求項１６に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の下流側の位置、成膜用ドラム側に開放口を向けて圧力的に仕切る仕切り室中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第３の電子帰還電極を設けていることを特徴とするものである。 また、請求項１６ないし２０のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、前記各電子帰還電極の電位よりも電気的に高い電位に設定されていることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２１のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは電気的にフローティングレベルに設定されていることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２２のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラム、前記圧力勾配型プラズマガン、前記電子帰還電極の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２３のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材搬送部は、基材を前記成膜用ドラムへ供給するための基材巻き出し部と、基材を前記成膜用ドラムから巻き取るための基材巻き取り部とを備え、前記成膜用ドラムへの基材の巻き出し供給、前記成膜用ドラムからの基材の巻き取りを行い、基材を連続的に搬送させながら、成膜を行うものであることを特徴とするものである。 また、請求項１６ないし２４のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、少なくとも、ステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２５のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、その表面が平均粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２６のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータを用いることにより、−２０℃〜＋２００℃の間で一定温度に設定することができる温度調節部付きであることを特徴とするものである。
また、請求項１６ないし２７のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、成膜する基材に覆われない領域部である非覆領域部を、絶縁性とするものであることを特徴とするものであり、前記絶縁性の非覆領域部は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜にて被膜されていることを特徴とするものである。
あるいはまた、前記絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成形体、テープ、コーティング膜により被膜してあることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法は、圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部により、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜方法であって、蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置において、およびまたは、前記位置の近傍において、アースレベルに設定された蒸着材料除電部により、前記移動する蒸着材料の除電を行いながら、成膜を行うことを特徴とするものである。
そして、上記の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法であって請求項１ないし３０のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置を用いて成膜を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
尚、ここでは、イオンプレーティング成膜部とは、成膜室側に配されたイオンプレーティング成膜に寄与する構成を言い、イオンプレーティング成膜に寄与する各機能部を全て含む。
また、ここで、「成膜室と基材搬送室とが、圧力的に仕切られている」とは、基材を搬送させながら成膜作業をする際、成膜室と基材搬送室とが、成膜作業に必要な圧力範囲で、それぞれ個別に圧力を制御でき、実用レベルで、基材搬送室側から成膜室へのガスや水分の流入を防止でき、成膜室から基材搬送室側への蒸着材料やプラズマの流入を防止できる状態であることを意味する。
また、ここで、蒸着材料搬送部とは、蒸着材料とハースとを一体として搬送できるもので、ハース自体を蒸着材料搬送部の一部とする場合も含む。
また、ここで、「ＡおよびまたはＢ」とは、Ａ、ＡとＢ、Ｂの全ての場合を含むものである。
また、ここで、「ＡとＢとを結ぶ方向」とは、Ａの中心とＢの中心とを結ぶ方向を意味する。
【００１０】
（作用）
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、蒸発した蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置に、およびまたは、前記位置の近傍に、前記移動する蒸発した蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えたもので、このような装置構成とすることにより、蒸着材料が保持した過剰な電荷を適宜除電することが可能となり、異常放電やスパーク発生を防止することができ、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能となる。
また、蒸着材料除電部はその電気的効果をもちいることから、導電性材料とすることにより安定的に機能することが可能となる。
また導電性材料としては、金属材料、具体的には、タンタル、モリブデン、タングステンのような高融点材料を用いることが好ましい。
これら材料は耐熱性を有し、蒸着材料の飛来による輻射熱を受けても変形したり、材料自身が溶融、昇華することなく、成膜への悪影響を与えることなく、成膜可能となる。
更に、蒸着材料側に、該蒸着材料除電部への蒸着材料の付着を防止するための防着板を備えている請求項４の構成にすることにより、蒸着材料除電部に蒸着材料が付着することを抑えることが可能となり、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能となる。
また、蒸着材料の付着を防止するためにガス噴出するガス噴出機構を備えている請求項５の構成にすることにより、効率よく除電を行うことが可能となる。
【００１１】
また、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を設けている請求項６の構成とすることにより、成膜時に発生する反射電子（浮遊電子）を効率よく帰還させることが可能と成り、特に絶縁性の材料を安定的に連続成膜させることが可能となる。
具体的には、イオンプレーティング成膜部は、成膜室の側面側、前記圧力勾配型プラズマガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部を配し、該短管部を包囲し、前記圧力勾配型プラズマガンからのプラズマビームの横断面を収縮させる収束コイルを備え、前記プラズマビームを成膜室内に配置した蒸着材料の表面に導くものであり、前記短管部内に、プラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第１の電子帰還電極を設けている請求項７の構成や、成膜室内、プラズマビームが照射される領域の蒸着材料と基板の被成膜部とを結ぶ鉛直方向を基準とし、前記圧力勾配型プラズマガンとは反対側に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第２の電子帰還電極を配設している請求項８の構成を挙げることができる。
尚、第２の電子帰還電極を配設している請求項８に記載の構成とすることにより、蒸着材料表面で形成される反射電子を効率よく帰還させることができ、異常放電を起こさず、安定して長時間成膜することが可能となる。
更に、第２電子帰還電極には電子収束用のマグネットが組み込まれていることにより、磁場を用いて効果的に第２電子帰還電極に電子を引き込むことができ、効果的に反射電子を帰還させることが可能となり、安定して長時間成膜が可能となる。
尚、マグネット表面の磁場強度は、水平磁束密度で１０から５０００ガウスとすることが好ましい。
１０ガウス以上であれば電子を収束させるのに十分であり、またより強いほどその効果は向上する。
一方、水平磁束密度が５０００ガウスよりも強い場合は、磁石が高価となり、またその設置、取り扱いが難しくなり、実用的でなくなるという問題がある。
【００１２】
また、プラズマビーム形状制御部を備えている請求項９の構成とする場合、圧力勾配型プラズマガンからのプラズマビームは、前記プラズマビーム形状制御部により、基材の幅方向にシート状に広幅に形成されて、蒸着材料に入射されるものであることにより、安定的に、蒸着材料への均一なエネルギ供給と、被成膜領域部への均一な成膜を可能としている。
【００１３】
また、具体的には、連続的に基材を供給するための基材搬送機構を備えている請求項１０の構成を挙げることができる。
そして、基材搬送機構の成膜領域部よりも後段に、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯除去部を備えている請求項１１の構成とすることにより、成膜した基材の帯電を除去できるものとし、これにより、帯電に起因する基材の破損や品質的低下を防止できる。
基材帯電除去部としては、例えば、プラズマ放電装置、電子線照射装置、除電バー、グロー放電装置、コロナ処理装置など、任意の処理装置を用いることが可能である。
また、プラズマ処理装置、グロー放電処理装置を用いて放電を形成する場合、基材近傍領域でアルゴンや酸素、窒素、ヘリウムなどの放電ガスを単体または混合により供給し、ＡＣプラズマ、ＤＣプラズマ、アーク放電、マイクロウエーブ、表面波プラズマなど任意の放電方式を用いることができる。
また、基材搬送機構の成膜領域部よりも前段に、プラズマ放電処理装置を備えている請求項１３の構成とすることにより、成膜前の基材表面の水分や有機物の付着の除去や帯電の除去ができ、また、基材の表面を粗化し、成膜において密着性の良いものとできる。
また、蒸着材料とこれを載置するハースとを一体的に搬送する蒸着材料搬送部を備えた請求項１４の構成とすることにより、
、長時間連続して成膜することを可能とし、蒸着材料の補充回数を極度に減らすことを可能とし、生産性の向上を図ることができる。
即ち、このような構成を採ることにより、成膜材料を連続的に長時間供給することが可能となり、かつ安定的にプラズマ放電を長時間にわたって形成でき、さらに成膜中での膜質の変化なく、長時間にわたって連続して成膜が可能となる。
【００１４】
また、真空チャンバー内に、成膜を行うための成膜室と基材を搬送するための基材搬送室とを、圧力的に仕切って、配設している請求項１５の構成とする形態が挙げられ、特に、フィルムやコイルなどロール状の連続供給可能な基材に対して成膜を行うに好適な形態としては、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、前記基材搬送部は、該成膜用ドラムの一部を被成膜領域部として成膜室側に向け、突出させて設置しているもので、前記成膜室と前記基材搬送室との間は、前記成膜用ドラムの前記被成膜領域部の周辺を除き、前記成膜用ドラムと仕切り部により物理的に仕切られ、前記成膜室と前記基材搬送室とが、圧力的に仕切られており、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、成膜室側、成膜用ドラムの被成膜領域部において、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせた状態にして、基材の一面上に成膜するものである、請求項１６の構成の形態の成膜装置が挙げられる。
これらの場合、成膜室と基材搬送室とが、圧力的に仕切られていることにより、基材搬送室側から成膜室への基材から発生するガスや水分の流入を防止でき、成膜室から基材搬送室側への蒸着材料の流入を防止できものとしている。
基材から発生するガスや水分の成膜室の流入を避けることができ、成膜時に良質な膜が得られる利点がある。
そしてまた、基材搬送室を、成膜室とは独立して、真空圧１０-1 Ｐａｓｃａｌ（以下、Ｐａとも記載する）より高い真空度とでき、これにより、基材搬送室において、基材が帯電されることを有効に防止され、異常放電が生じることもなく、安定した成膜や基材搬送が可能となり、また基材搬送部に設置された部品にダメージを与えることがなく装置稼動できるものとしている。
基材搬送室は、真空排気ポンプにより減圧され、その到達圧力は１００Ｐａから０．０００１Ｐａ、実際の成膜時も、１００Ｐａから０．０００１Ｐａの範囲で、かつプラズマの流れ込みを防ぐため、成膜室１００の圧力よりも１０倍から１０００倍程度高真空であることが必要である。
またプラズマによる異常放電を起こりにくくさせる観点から、基材搬送室は０．１Ｐａよりも高真空、好ましくは０．０１Ｐａよりも高真空、さらに好ましくは０．００１Ｐａ以下であることが好ましい。
【００１５】
また、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室を設けている請求項１７の構成にすることにより、成膜室から流入するプラズマを該真空室にて速やかに真空引きし、基材搬送室において放電が起こり難いものとし、これにより、成膜前、成膜後の基材への、成膜室から流入するプラズマによる品質的や作業的な悪影響や、基材搬送室における真空度低下による異常放電を確実に排除できるものとしている。
更に、前記真空室に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を備えていることにより、更に確実に、成膜前、成膜後の基材への、成膜室から流入するプラズマによる品質的や作業的な悪影響や、基材搬送室における真空度低下による異常放電を確実に排除できるものとしている。
このような真空室は、基材搬送室へ流入するプラズマを局所的に阻止するもので、そのような意味からは、プラズマシール室とも言う。
真空室の真空度としては、１×１０-2Ｐａより高いと放電が発生し、１×１０-5Ｐａより低い場合には、その真空引きにイオンポンンプ等の特別な高真空引き用のポンプが必要となり、作業面からも非効率的となり、１×１０-5Ｐａから１×１０-2Ｐａであることが好ましい。
【００１６】
あるいはまた、前述の真空室を設けないで、第３の電子帰還電極を設けている請求項２０の構成とすることにより、成膜用ドラム近傍の蒸着時の成膜室の真空度に近い状態で、仕切り室内において、浮遊電子を確実に第３の電子帰還電極に帰還させることを可能にしている。
尚、成膜領域部における基板搬送方向の下流側の方が、成膜領域部における基板搬送方向の上流側よりも、浮遊電子の発生量は圧倒的に多く、効果的に浮遊電子を帰還させる。 更に、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側の位置、成膜用ドラム側に開放口を向けて圧力的に仕切る第２の仕切り室中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第３の電子帰還電極を設けている場合には、成膜用ドラム近傍での浮遊電子の把握を確実なものとでき、安定的な蒸着材料へのエネルギー供給を可能としている。
【００１７】
また、成膜用ドラムは、電子帰還電極の電位よりも電気的に高い電位に設定されている請求項２１の構成にすることにより、成膜用ドラム近傍から電子帰還電極への浮遊電子の帰還が起こらないようにして、成膜系を安定なものとしているが、特に、成膜用ドラムを電気的にフローティングレベルに設定している場合には、より安定的な成膜を可能としている。
成膜用ドラムの電位が、電子帰還電極の電位もしくは装置内の他の部品の電位よりも低く設定されると、成膜室で発生させたプラズマが電位差の大きいところに落ちてしまうことを防ぐためで、少なくとも、電子帰還電極の電位より高い電位に設定されていないと、安定した成膜ができなくなる。
ここで、電気的フローティングレベルとは、電気的に他の装置部品と絶縁性を保たれるよう装置が設計、構成されている状態を意味している。
絶縁性が確保されるよう設計されているにも関わらず、成膜ドラムの冷却や加熱等温度調節のために冷媒等が用いる場合には、その配管や冷媒が若干の導電性を有することに起因して、アースレベル（グラウンドレベル）を基準として、１００Ω〜１０００Ωの抵抗を有している状態も本発明の範囲に含まれるものとする。
【００１８】
また、成膜用ドラム、圧力勾配型プラズマガン、電子帰還電極の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられている請求項２３の構成とすることにより、各部間をまたぐように浮遊電子が移動することはなく成膜系を安定なものにできる。
この絶縁性確保により、プラズマが電気的に落ちることがなく、プラズマの異常放電を防ぐことで、安定した成膜が可能となる。
【００１９】
また、前記基材搬送部は、基材を前記成膜用ドラムへ供給するための基材巻き出し部と、基材を前記成膜用ドラムから巻き取るための基材巻き取り部とを備え、前記成膜用ドラムへの基材の巻き出し供給、前記成膜用ドラムからの基材の巻き取りを行い、基材を連続的に搬送させながら、成膜を行うものである請求項２４の構成とすることにより、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができる基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置の提供を可能とした。
【００２０】
尚、幅広の基材に対して均一に成膜を行うため、前記圧力勾配型プラズマガン、それに付随する収束コイル、電子帰還電極等は、基材幅方向に対して複数台並列して設置することも可能である。
【００２１】
成膜用ドラムとしては、少なくとも、ステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成されていることにより、ドラム自体が熱移動性の良いもので、温度制御をする際に、容易に制御し易いものとしている。
またドラム表面の傷つき防止のため、ドラム表面へ硬質クロムハードコート処理等を施しても良い。
具体的には、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータを用いてその温度制御を行うことが簡単な方法として挙げられるが、特に、関連する機械部材（例えば、ベアリング等の耐熱部品）からの制約等、汎用性の面からは、これらにより、−２０℃〜＋２００℃の間で一定温度に設定することができる温度調節部付きのものとし、その度制御特性（安定性）は成膜による熱負荷時で、設定温度±２℃以内に温度制御を行う態様が好ましい。
【００２２】
また、成膜用ドラムは、その表面平均粗さＲａが１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下、更に好ましくは２ｎｍ以下であることが好ましい。
通常、プラスチックフィルムの表面粗さは、通常１０ｎｍ〜５０ｎｍ、特別に表面平坦性を持たせて加工した基材で５ｎｍ〜１０ｎｍ、さらに表面にコーティング加工により平坦加工を施した場合で、５ｎｍ以下の表面平坦性をもつため、これら基材に対して効率良く冷却、加熱などの温度調節を行うためには、成膜用ドラム表面は上記範囲が好ましい。
【００２３】
また、成膜用ドラムは、成膜する基材に覆われない領域部である非覆領域部を絶縁性とするものであることにより、成膜時の電力が流れ込むことを防ぐことが可能となり、安定した成膜が可能となる。
絶縁性の非覆領域部としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜を被膜してあるものが挙げられる。
勿論、絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成形体、テープ、コーティング膜により被膜してあるものでも良い。
尚、コーティング膜は、ここでは、種々コーティング方法により形成されたもの全てで、塗装、焼付け塗装、焼結により形成された膜を含む。
【００２４】
本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法は、このような構成にすることにより、長時間連続的に成膜することを可能とし、更に、電気的絶縁性物質を成膜する場合にも対応でき、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、連続的に成膜ができ、安定的に、成膜された基材を得ることができる、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜方法の提供を可能としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、上記のように、蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置に、およびまたは、前記位置の近傍に、前記移動する蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えたもので、蒸着材料が保持した過剰な電荷を適宜除電することが可能となり、異常放電やスパーク発生を防止することができ、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能となる。
更には、電気的絶縁性物質を成膜する場合にも対応でき、対象とする基材上に充分安定的に成膜することができ、且つ、安定的に、成膜された基材を得ることができる、圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜装置、真空成膜方法の提供を可能とした。
特に、基材が帯状、長尺状で、ロール状に巻き取り、巻き出しができる場合において、能率的に且つ安定的に、成膜された基材を得ることができる圧力勾配型イオンプレーティング方法を用いた真空成膜装置、真空成膜方法の提供を可能とした。
即ち、ロールから巻き出し、ロールに巻き取ることができる絶縁性のプラスチックフィルム基材に対して、電気的絶縁性物質からなる薄膜を、連続的に、安定的、且つ効率的に成膜することができる真空成膜装置、真空成膜方法の提供を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の第１の例の構成断面図で、図２は成膜用ドラムと蒸着材料とプラズマガンとの位置関係を説明するための図で、図３（ａ）は図１のＡ１−Ａ２における成膜用ドラムの断面図で、図３（ｂ）は成膜用ドラムを成膜室側からみた外観図で、図４は蒸着材料除電部とガス噴出機構を説明するための図で、図５は本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の第２の例の構成断面図である。
尚、図１は、図４（ａ）のＥ１側から見た図である。
また、図４のＥ２の点線矢印は、蒸発した蒸着材料の移動方向である。
図１〜図４中、１００は成膜室、１０１は短管部、１１０はプラズマガン（圧力勾配型プラズマガンのこと）、１１１は第１中間電極、１１２は第２中間電極、１１６は陰極、１２０はハース、１２５はハース用磁石、１３０は蒸着材料、１３５は蒸着材料搬送部、１４０は収束コイル、１５０は第１の電子帰還電極、１５５はプラズマビーム形状制御部（プラズマビーム制御用磁石とも言う）、１６０は放電用ガス（ここではＡｒガス）、１６５はプラズマビーム、１７０は防着板、１７１は開口、１７５はアースバー（金属パイプ）、１７５ａは（アースバーの）ガス噴出し口、１７６、１７６Ａは防着部、１７６ａは（防着部の）ガス噴出口、１７６ｂは板部（防着板とも言う）、１７７は配線部、１７はガス（噴出ガスとも言う）、１８０は真空ポンプ、１９０は仕切り部、２００は基材搬送室、２１０は基材搬送部、２１１は基材巻き出し部、２１２は成膜用ドラム、２１２Ａは被成膜領域、２１２Ｂは非覆領域部、２１２ａはドラム、２１２ｂは回転軸、２１２ｃは絶縁性のテープ、２１２ｄは回転軸受け、２１３は基材巻き取り部、２１４、２１５は搬送ロール（ガイドロールとも言う）、２２０は基材前処理部、２３０は基材後処理部（基板帯電除去部とも言う）、２４０は真空ポンプ、２８０は基材、３００は真空チャンバーである。
また、図５中、１１はプラズマガン、１２は真空チャンバー、１２Ａは短管部、１２ａは成膜室、１２ｂは基材搬送室、１３は基材（ここでは基板）、１４は放電電源、１５は陰極、１６は第１中間電極、１７は第２中間電極、１８は収束コイル、１９はハース、２０は蒸着材料、２１はハース用磁石、２２はプラズマビーム、２２Ａは放電用ガス、２４は真空排気部、３０は電子帰還電極、４０はアースバー（金属パイプ）、４１は防着部、４２は配線部である。
【００２７】
はじめに、本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の１例を図１に基づいて説明する。
本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、帯状、長尺状で、ロール状に巻き取り、巻き出しができるフィルムからなる基材２８０の一面に薄膜を形成する真空成膜装置で、特に、蒸発した蒸着材料が移動するハース１３５から基材２８０の間の位置の近傍に、蒸発して移動する蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えていることにより、蒸発した蒸着材料が保持した過剰な電荷を適宜除電することを可能とし、異常放電やスパーク発生を防止でき、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能とするものである。
本例の蒸着材料除電部は、図４（ａ）に示す、アースバー（金属パイプ）１７５と、蒸着材料１３０側において、アースバー（金属パイプ）１７５を覆い、アースバー（金属パイプ）１７５への蒸発した蒸着材料の付着を防止するための防着部１７６を備えているもので、アースバー（金属パイプ）１７５のガス噴出し口１７５ａから噴出されたガスは、一旦、防着部１７６側に噴出され、更に防着部１７６の板部（防着板）１７６ｂに開けられたガス噴出し口１７６ａから、蒸発した蒸着材料側に噴出される。
このため、蒸着材料除電部に蒸着材料が付着することを抑えることが可能となり、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能となり、効率よく除電を行うことが可能となる。 蒸着材料除電部に用いられるガス種としては、イオン化しやすいアルゴン、酸素、窒素、ヘリウム、一酸化炭素、二酸化炭素などを適宜用いることが可能である。
ここでは、ガスを噴出する機構としては、金属パイプや金属板に０．１〜１０ｍｍ程度の穴を開けてガスを噴出させる方法が採られている。
噴出を均一にするためには、アースバー１７５から噴出させるガスを直接、蒸発した蒸着材料側に供給するのではなく、防着部１７６側にガスをアースバー１７５から噴出させ、均一な分布を持たせて防着部１７６のガス噴出口１７６ａから噴出する方法が採られている。
蒸着材料除電部の形状としては、図４（ａ）には示す形状に限定されない。
例えば、図４（ｂ）に示すような、図４（ａ）のＥ１側からみた形状に相当するものが方形のものでも良い。
尚、本例では、蒸発した蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置の近傍に、１つの蒸着材料除電部を配したが、場合によっては、蒸発した蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置やその近傍に、複数個配しても良い。
【００２８】
なおまた、本例においては、蒸着材料１３０とこれを載置するハース１２０とを一体的に搬送する蒸着材料搬送部１３５を備えたもので、蒸着材料搬送部１３５は、蒸着材料１３０とこれを載置するハース１２０とを一体的に搬送することにより、蒸着材料１３０へのプラズマビームの照射位置を変化させるものであることにより、長時間連続して成膜することを可能とし、蒸着材料の補充回数を極度に減らすことを可能とし、生産性の向上を図ることができる真空成膜装置でもある。
圧力勾配型プラズマガン１１０から出射されたプラズマビーム１６５をハース１２０に載置された蒸着材料１３０に導くためのハース用磁石（マグネットとも言う）１２５は、所定の固定位置に配している。
そして、本例においては，前記蒸着材料として、焼結工程または熔解工程により形成された材料を用いるもので、不純物の少ない高品質な蒸着材料とすることができ、また緻密であることから、プラズマ放電エネルギーを受けても飛散することがなく、また原材料の緻密性が形成される膜の構造に反映され、緻密な膜、すなわち良質な膜を形成することが可能である。
尚、蒸着材料搬送部１３５としては、成膜品質に影響を与えず、搬送を制御でき、成膜室１００全体への設計上に制約を与えないものが好ましい。
蒸着材料１３０とハース１２０とは別体で、これを載置する形態や、ハース１２０自体を蒸着材料搬送部の一部とする形態でも良い。
例えば、パルスモータをその駆動源とし、所定の移動軸上を移動して搬送する形態のものでも良い。
【００２９】
そして本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、１つの真空チャンバー３００内に、成膜を行うための成膜室１００と基材を搬送するための基材搬送室２００とを有し、基材搬送室２００側には、基材２８０をその周囲に沿わせて搬送し、基材を沿わせた状態で成膜する成膜用ドラム２１２と、基材２８０を成膜用ドラム２１２へ供給するための基材巻き出し部２１１と、基材２８０を成膜用ドラム２１２から巻き取るための基材巻き取り部２１３とを備え、且つ、成膜用ドラム２１２の一部を被成膜領域部２１２Ａとして成膜室１００側に向け、突出させている、基材２８０を搬送するための基材搬送部２１０を配しており、成膜室１００側には、圧力勾配型のプラズマガン１１０を有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部（図番は示していない）を備えたものであり、成膜室１００と基材搬送室２００との間は、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａの周辺を除き、前記成膜用ドラム２１２と仕切り部１９０により物理的に仕切られ、成膜室１００と基材搬送室２００とが、圧力的に仕切られているもので、基材２８０の巻き出し供給、基材２８０の巻き取りを行い、基材２８０を連続的に搬送させながら、成膜を行うものである。
【００３０】
本例においては、真空ポンプ１８０、真空ポンプ２４０は、それぞれ、個別に、成膜室１００側、基材搬送室２００側の真空度を制御するものである。
基材搬送室２００は、真空排気ポンプ２４０により減圧され、その到達圧力は１００Ｐａから０．０００１Ｐａ、実際の成膜時も、１００Ｐａから０．０００１Ｐａの範囲で、かつプラズマの流れ込みを防ぐため、成膜室１００の圧力よりも１０倍から１０００倍程度高真空であることが必要である。
また基材搬送室において、成膜室からのプラズマリークや基材への帯電による異常放電を起こりにくくさせる観点から、基材搬送室は０．１Ｐａよりも高真空、好ましくは０．０１Ｐａよりも高真空、さらに好ましくは０．００１Ｐａよりも高真空であることが好ましい。
このように基材搬送室を高真空とすることで、基材搬送室内での異常放電を抑えることが可能となり、基材搬送室内の部品、例えばガイドロール２１４、２１５やフィルムテンションを制御するためのテンション検出器（図示せず）、絶縁性確保のための樹脂部品にダメージを与えることがなくなり、装置の安定性、信頼性が向上し、装置の部品交換の頻度が減少し、維持管理が容易になる利点がある。
尚、先にも述べたが、ここでは、イオンプレーティング成膜部とは、成膜室側に配されたイオンプレーティング成膜に寄与する構成を言い、イオンプレーティング成膜に寄与する各機能部を全て含む。
【００３１】
そして更に、イオンプレーティング成膜部は、成膜室１００の側面側、前記圧力勾配型のプラズマガン１１０の出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部１０１を配し、該短管部１０１を包囲し、前記圧力勾配型のプラズマガン１１０からのプラズマビーム１６５の横断面を収縮させる収束コイル１４０を備え、前記プラズマビーム１６５を成膜室１００内に配置した蒸着材料１３０の表面に導き、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａにおいて基材２８０の一面上に薄膜を形成するもので、更に、短管部１０１内に、プラズマビーム１６５の周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第１の電子帰還電極１５０を設けている。
本例においては、上記のように、成膜室１００と基材搬送室２００とが、圧力的に仕切られて、イオンプレーティング成膜部が、収束コイル１４０を備え、短管部１０１内に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を１５０設けていることにより安定的な蒸着材料へのエネルギー供給を可能としている。
尚、広幅基材に対して均一に成膜するため、圧力勾配型プラズマガンや電子帰還電極等は基材幅方向に対して、並列に複数台設置してもよい。
勿論、成膜室１００と基材搬送室２００とが、圧力的に仕切られており、基材２８０から発生するガスや水分の成膜室１１０の流入を避けることができ、成膜時に良質な膜が得られる。
成膜用ドラム２１２は、電子帰還電極１５０の電位よりも電気的に高い電位に設定されており、これにより、成膜用ドラム２１２近傍から電子帰還電極１５０への浮遊電子の帰還が起こらないようにして、成膜系を安定なものとしているが、特に、成膜用ドラムを電気的にフローティングレベルに設定している場合には、より安定的な成膜を可能とする。 尚、成膜用ドラム２１２の電位が低いと、成膜室１００で発生させたプラズマが電位差の大きいところに落ちてしまうことを防ぐためで、少なくとも、第１電子帰還電極１５０の電位より高い電位に設定されていないと安定した成膜ができなくなる。
本例では、第１の電子帰還電極１５０を蒸着材料１３０から離れた位置に設けて、蒸着材料１３０が電子帰還電極１５０に付着しにくくなっている。
【００３２】
また、本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置においては、成膜室１００内収束コイル１４０と蒸着材料１３０間に、磁石の磁場により、収束コイル１４０内を通過したプラズマビーム１６５を制御して、蒸着材料に入射されるプラズマビームの形状を基材の幅方向にシート状に広幅にするプラズマビーム形状制御部１５５を備えている。
本例のプラズマビーム形状制御部１５５は、一対の同極性同志（Ｎ極同士、あるいはＳ極同士）を対向させたシート状磁石を配置した構成で、これにより、蒸着材料に入射するプラズマビーム１６５をシート状にし、広幅の蒸着源を形成することで、広幅基材に対して均一に成膜できるようになっている。
また、このシート状磁石や蒸着源は、プラズマガンや電子帰還電極同様に基材幅方向に対して並列に設置してもよい。
ここで、図２に基づいて、成膜用ドラム２１２と蒸着材料１３０とプラズマガン１１０との位置関係を説明しておく。
図２に示すように、圧力勾配型のプラズマガン１１０は、被膜領域部２１２Ａにおける基材２８０の搬送方向の上流側に設けられて、成膜室１００の側面側から成膜用ドラムの基材幅方向２８０Ｗに対して直交する方向でプラズマビーム１６５を入射させる。
ここでは、基材２８０への成膜の均一性の面から、ハース１２０内の凹部に載置された蒸着材料１３０の形状は、成膜用ドラム２１２上の基材２８０の成膜する領域をカバーする長さに合わせた長さの略長方形で、ほぼ成膜用ドラム２１２の回転軸位置に合わせてある。
そして、入射されたプラズマビーム１６５はプラズマビーム形状制御部１５５により、シート状に幅広に広げられ、基材２８０の成膜する領域をカバーする長さの蒸着材料１３０全体に均一に入射され、全体に均一にエネルギーが供せられる。
この結果、蒸着材料１３０上部の成膜用ドラム２１２に沿う基材２８０へ幅方向均一に蒸着が行われる。
【００３３】
また、成膜室１００の成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａに、成膜用ドラム２１２を覆うように配設される基材２８０に対し、不要部分に蒸着材料が付着しないように、蒸着材料の付着領域を制御する、所定の開口１７１を有する防着板１７０を備えている。
これにより、不要部分への蒸着材料の付着を防止し、安定的に成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａを覆う基材２８０へ均一な成膜を可能としている。
【００３４】
また、本例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置においては、基材搬送室２００側に、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａよりも後段の位置に、成膜により発生した基材帯電を除去するプラズマ放電装置からなる基材後処理部２３０を備え、且つ、基材搬送室側２００に、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａよりも前段の位置に、基材２８０表面の水分や有機物の付着の除去を行うとともに、基材表面のぬれ性を向上させ、かつ成膜時の密着性を向上させるために粗面化させ、基材２８０の帯電除去を行うプラズマ放電処理装置からなる基板前処理部２２０を備えている。
本例においては、成膜室１００と前記基材搬送室２００との間は、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａの周辺を除き、前記成膜用ドラム２１２と仕切り部１９０により物理的に仕切られ、成膜室１００と基材搬送室２００とが、圧力的に仕切られており、基板前処理部２２０、基材後処理部２３０による各処理の影響は成膜室１００側へは及ばない。
基材前処理部２２０および基材後処理部２３０は、それぞれ、基材２８０表面の水分や有機物の付着除去、膜との密着性向上のための表面処理（表面粗面化または改質）や、帯電除去を行うことを目的として設置されが、プラズマ処理装置の他、電子線照射装置、赤外線ランプ、ＵＶランプ、除電バー、グロー放電装置など、任意の処理装置を用いることが可能である。
プラズマ処理装置、グロー放電装置においては、基材２８０近傍領域でアルゴンや酸素、窒素、ヘリウムなどの放電ガスを単体または混合により供給し、放電を形成する。
放電の形式としては、ＡＣプラズマ、ＤＣプラズマ、マイクロウエーブ、表面波プラズマなど任意の方式が用いられる。
特に圧力勾配型イオンプレーティング方式による成膜装置においては、基材後処理部においては、帯電除去を行うことが重要である。
成膜後、基板後処理装置により帯電除去を行わないと、（１）フィルムがドラムに巻きつきスムーズな搬送ができないこと、（２）帯電電荷が成膜した膜の膜質劣化や基材の着色や物性劣化を引き起こすこと、（３）巻取ロールに電荷がたまり、ハンドリングや後加工が困難になることなどの問題が生じるため、帯電除去は必須である。
【００３５】
本例のイオンプレーティング成膜部（図番号では示していない、図３参照）の成膜動作について、また各部の動作について、以下、簡単に説明しておく。
プラズマビーム１６５の発生機構や、制御されたプラズマビームを蒸着材料１３０へ入射して蒸着材料を蒸発させ基材２８０上に成膜する機構は基本的に、先に述べた図６に示すイオンプレーティング装置と全く同じである。
公知の圧力勾配型のプラズマガン１１０により、真空チャンバー３００の成膜室１００内にプラズマを発生させて、蒸発させる蒸着材料１３０上部、成膜室１００の上側に配置した、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａへ沿うように覆った基材２８０上に蒸着により薄膜を形成するものである。
プラズマガン１１０は、放電電源１１５のマイナス側に接続された陰極１１６と、放電電源１１５のプラス側に抵抗を介して接続された環状の第１中間電極１１１、第２中間電極１１３を備え、陰極１１６側から放電ガスの供給を受け、前記放電ガスをプラズマ状態にして第２中間電極１１２から真空チャンバー３００の成膜室１００内に向けて流出させるような配置にされている。
真空チャンバー３００の成膜室１００は、真空ポンプ１８０により接続され、その内部は所定の減圧状態に保たれている。
また真空チャンバー３００の第２中間電極１１２に向けて突出した短管部１０１の外側には、この短管部１０１を包囲するように収束コイル１４０が設けられている。
真空チャンバー３００の成膜室１００の下部には、放電電源１１５のプラス側に接続された導電性材料からなるハース１２０が載置されており、このハース１２０上の凹所に薄膜の材料となる導電性あるいは絶縁性の蒸着材料１３０が収められている。
ハース１２０の内部にはハース用磁石１２５が設けられている。
そして、第２中間電極１１２から蒸着原料１３０に向けてプラズマビーム１６５が形成され、蒸着原料１３０が蒸発され、基材２８０に付着し、薄膜が形成される。
本例では、第２中間電極１１２からプラズマビーム１６５が出た短管部１０１位置に、短管部１０１を包囲し、前記圧力勾配型のプラズマガン１１０からのプラズマビームの横断面を収縮させる収束コイル１４０を備えており、また、収束コイル１４０を通過し、収縮されたプラズマビーム１６５の形状を、基材２８０の幅方向にシート状、所定幅に広げて制御するプラズマビーム形状制御部１５５を備えており、第２中間電極１１２からのプラズマビーム１６５はその横断面を収縮されて、更に、基材２８０の幅方向にシート状、所定幅に広げて制御されて蒸着材料１３０へ均一にして入射される。
尚、ハース用磁石１２５はプラズマビーム１６５をハース１２０に導く作用をしている。
また、図２に示すように、ハース１２０の蒸着材料を入れておく凹部は基材２８０の幅に合わせ、その幅方向に長手とし、蒸着材料１３０は該凹部長手方向に均一に載置されており、蒸着材料１３０は基材幅方向に均一に蒸発して、防着板１７０の開口１７１を通過して基材２８０上に成膜される。
このようにして、成膜されるが、成膜中、基材２８０は、成膜用ドラム２１２に沿い、成膜用ドラム２１２と共に回転し、その帯状の長手方向に連続して蒸着される。
成膜用ドラム２１２の回転に伴い基材２８０は搬送されて、帯状の長手方向に連続して成膜される。
本例においては、蒸着材料１３０とこれを載置するハース１２０とを、成膜する基材２８０の幅方向（図２の２８０Ｗ）に直交する方向に、一体的に搬送し、プラズマビームの照射位置を蒸着材料１３０上で連続的に変化させる蒸着材料搬送部１３５を備えており、これにより、安定的に、蒸着材料１３０への均一なエネルギー供給と、被成膜領域部２１２Ａへの均一な成膜を長時間連続して行うことを可能とし、これにより長い帯状のフィルム基材の一面への成膜を連続して行うことを可能としている。
【００３６】
基材搬送機構部２１０は、以下のように動作を行う。
成膜用ドラム２１２への基材２８０の供給は、基材巻き出し部２１１からガイドロール２１４を経て行われ、また、成膜用ドラム２１２からの基材２８０の排出は、成膜用ドラム２１２からガイドロール２１５を経て基材巻き取り部２１３により行われて、全体として基板搬送機構を形成するものである。
先にも述べたが、本例においては、基材搬送室側２００に、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａよりも前段の位置に、プラズマ放電装置からなる基板前処理部２２０を備えており、これにより、基材２８０表面の水分や有機物の付着の除去を行うとともに、基材表面を粗化し、また、基材搬送室２００側に、成膜用ドラム２１２の被成膜領域部２１２Ａよりも後段の位置に、プラズマ放電装置からなる基材後処理部２３０を備えており、これにより、成膜により発生した基材の帯電を除去するため、安定して、良好に成膜された機材を得ることを可能としている。
基材搬送機構部２１０は、基材２８０に一定の張力（テンション）をかけながら基材２８０を搬送する。
通常、搬送系制御には、ＡＣドライブシステムまたはＤＣドライブシステムを用い、少なくとも、成膜用ドラム２１２、基材巻き出し部２１１、基材巻取り部２１３に駆動用モーターを用い、また張力測定のための張力ピックアップロールが使用される。
搬送制御方法は、例えば、成膜用ドラム２１２をマスターロールとして設定し、張力ピックアップロール信号に用い、各モーターに必要なトルク信号を送り、基材搬送を制御する。
基材搬送にあたり必要な張力は、基材２８０の種類や厚み、物性により適宜変更され、結果として加工後、本例においては成膜後に、ロール端部の段ずれや表面、裏面でのしわ発生、傷つきなどがない状態で、加工前同様にロール状態に巻き取れるよう設定される。 基材２８０の搬送速度は駆動モーターやギヤを組み合わせることで最小毎分０．１ｍから最大毎分１０００ｍの速度で搬送することが可能である。
【００３７】
成膜用ドラム２１２について、図３に基づいて説明しておく。
尚、図１に示す成膜用ドラム２１２は、図３のＢ１−Ｂ２における断面を示したものである。
本例における成膜用ドラム２１２は、回転軸２１２ｂを中心に回転し、その周囲に沿わせた基材２８０を搬送するもので、搬送中、先にも述べたように、蒸発した蒸着材料１３０を防着板１７０の開口１７１を通過させて、成膜が行われ、成膜用ドラム２１２の基材２８０搬送とあいまって、帯状の基材２８０上に連続的に成膜を行うことができるのである。
本例においては、成膜用ドラム２１２としては、成膜の温度制御という面から、設定された温度を効率よく基材に伝え、耐熱性に優れ、かつ加工性に優れ、十分な物理強度を有する観点から、金属材料、とりわけステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成しており、図示していないが、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータ等を用いて、一定温度に設定することができる温度調節部を備えており、基材への熱ダメージを低減でき、安定した成膜が可能となる。
またその表面には保護のため硬質のクロム膜ハードコート等を形成しても良い。
成膜ドラム２１２により、基材２８０の冷却および加熱が可能な構造である。
温度制御部は、汎用性があり、簡便に構成できる部材を用いる場合には、比較的簡単に、冷媒や熱媒等の冷却、加熱機構を用いることにより、−２０℃〜＋２００℃の間で一定温度に設定することができる。
【００３８】
成膜用ドラム２１２は、成膜時に高温となった蒸着材料１３０が基材２８０表面に付着し、蒸着膜を形成するが、この際、基材２８０がフィルム等の耐熱性が低い場合には、通常は冷却されることが望ましく、その温度は−１０℃から＋２０℃の間の一定温度に制御される。
この場合、成膜完了後、成膜用ドラム２１２が冷却されたままであると、減圧下から大気圧に戻す際、ドラム表面（フィルム表面）に結露をおこすため、ドラムは加熱により冷却されたドラムを室温まで速やかに戻せるような構造であることが好ましい。
また、基材２８０が耐熱性を有する場合は、ドラムを２００℃程度まで高温に加熱して使用する方法も好ましい。
基材２８０がフィルムに限らず、シリコンウエハー、ガラスの場合と同様に、成膜時の基材表面が高温であるほど、形成される膜は緻密で良好な膜となることは一般的に広く知られている。
これら冷却、加熱を行うには、例えば冷却源と加熱源を有する温度調節機を用い、温度媒体として、エチレングリコール水溶液やオイル等を用い、これらを温度調節機内で設定温度に調節した後、成膜ドラムに循環させる方法が好ましい。
この他、加熱方式として、赤外線ランプ、紫外線ランプ、ヒーターロールを単独もしくは併用により用いる方法も使用することができる。
【００３９】
また、成膜用ドラム２１２は、電子帰還電極１５０の電位よりも電気的に高い電位に設定されているか、または、電気的にフローティングレベルに設定されている。
成膜用ドラムの電位が、電子帰還電極の電位もしくは装置内の他の部品の電位よりも高く設定することで、成膜室で発生したプラズマのもれを防ぐことが可能となり、成膜室で安定した成膜が可能となる。
ドラムが電気的にフローティングレベルに設定されている場合も、同様にドラムに電気の流れ込みを抑えることが可能となり、同様の効果を得ることが可能である。
ここで電気的フローティングレベルとは、電気的に他の装置部品と絶縁性を保たれるよう装置が設計、構成されている状態を意味している。
絶縁性が確保されるよう設計されているにも関わらず、成膜ドラムの冷却や加熱等温度調節のために冷媒等が用いる場合には、その配管や冷媒が若干の導電性を有することに起因して、アースレベル（グラウンドレベル）を基準として、１００Ω〜１０００Ωの抵抗を有している状態も本発明の範囲に含まれるものとする。
尚、成膜用ドラム２１２の表面は、基材２８０と接触した場合には、その表面全面が被成膜部に対して電気的に絶縁被服されていることが好ましい。
また、成膜ドラムの側面や回転軸等、可能な限り絶縁被服を施し、電気流れ込みの原因となる金属表面が露出しない構造とすることが好ましい。
このような構成により、成膜時の電力が流れ込むことを防ぐことが可能となり、安定した成膜が可能となる。
本例では、図３に示すように、成膜用ドラム２１２への成膜を防止するために、絶縁性テープ２１２ｃをドラム面と側面部に貼ってある。
基材２８０と絶縁性テープ２１２ｃとで、成膜用ドラム２１２の全面が覆われるように絶縁性テープ２１２ｃを貼る。
少なくとも、成膜用ドラム２１２の成膜する基材２８０に覆われない領域部である、非覆領域部２１２Ｂを絶縁性とするものである
温度制御するために、基材２８０の成膜領域は、直接ドラム面に接するようにする。
尚、基材２８０との密着性、基材２８０への熱伝導効率の面から、成膜用ドラム２１２の表面の平均粗さＲａは、１０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以下、更に好ましくは２ｎｍ以下がであることが好ましい。
表面には硬質クロムコートのような傷つき防止被服を施してもよい。
絶縁性の非覆領域部２１２Ｂとしては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜にて被膜されているもの、あるいは、前記絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成形体、テープまたはコーティング膜により被膜が施してある。
この絶縁部を確保により、プラズマが電気的に落ちることがなく、安定した成膜が可能となる。
【００４０】
本例の変形例としては、図示していないが、成膜用ドラム２１２、圧力勾配型のプラズマガン１１０、電子帰還電極１５０の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板を設けたものが挙げられる。
この場合、成膜用ドラム２１２、圧力勾配型プラズマガン１１０、電子帰還電極１５０の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられていることにより、各部間をまたぐように浮遊電子が移動することはなく、成膜系をより安定なものにできる。
【００４１】
また、他の変形例として、図示していないが、本例において、成膜室１００内、プラズマビームが照射される領域の蒸着材料１３０と基板２８０の被成膜部とを結ぶ鉛直方向を基準とし、前記圧力勾配型プラズマガン１１０とは反対側に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第２の電子帰還電極を配設した形態の成膜装置を挙げることができる。
この場合、蒸着材料表面で形成される反射電子を効率よく帰還させることができ、異常放電を起こさず、安定して長時間成膜することが可能となる。
更に、第２電子帰還電極には電子収束用のマグネットが組み込まれていることにより、磁場を用いて効果的に第２電子帰還電極に電子を引き込むことができ、効果的に反射電子を帰還させることが可能となり、安定して長時間成膜が可能となる。
尚、マグネット表面の磁場強度は、水平磁束密度で１０から５０００ガウスとすることが好ましい。
１０ガウス以上であれば電子を収束させるのに十分であり、またより強いほどその効果は向上する。
一方、水平磁束密度が５０００ガウスよりも強い場合は、磁石が高価となり、またその設置、取り扱いが難しくなり、実用的でなくなるという問題がある。
また、更に他の変形例として、図示していないが、本例あるいは前述の第２電子帰還電極を備えた性膜装置において、基材搬送室２００の成膜室１００側の成膜用ドラムの２１２近傍、被膜領域部２１２Ａにおける基板２８０の搬送方向の下流側の位置、成膜用ドラム２１２側に開放口を向けて圧力的に仕切る仕切り室中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第３の電子帰還電極を設けている形態の成膜装置を挙げることができる。
これにより、より効果的に反射電子を帰還させることが可能となり、安定して長時間成膜が可能となる。
【００４２】
また、別の変形例としては、図示していないが、本例において、基材搬送室２００の成膜室１００側の成膜用ドラム２１２近傍、被膜領域部２１２Ａにおける基板２８０の搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室を設けている形態の成膜装置を挙げることができる。
この場合、成膜室から流入するプラズマを該真空室にて早かに真空引きし、基材搬送室において放電が起こり難いものとし、これにより、成膜前、成膜後の基材への、成膜室から流入するプラズマによる品質的や作業的な悪影響や、基材搬送室における真空度低下による異常放電を確実に排除できるものとしている。
このような真空室は、基材搬送室へ流入するプラズマを局所的に阻止するもので、そのような意味からは、プラズマシール室とも言う。
真空室の真空度としては、１×１０-2Ｐａより高いと放電が発生し、１×１０-5Ｐａより低い場合には、その真空引きにイオンポンプ等の特別な高真空引き用のポンプが必要となり、作業面からも非効率的となり、１×１０-5Ｐａから１×１０-2Ｐａであることが好ましい。
【００４３】
次に、本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の第２の例を挙げて、図５に基づいて簡単に説明する。
第２の例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置は、図６に示す従来の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置において、更に、第１の例と同様、ハース１９と基板１３間に、アースバー４０、防着部４１、配線４２を有し、蒸発した蒸着材料を除電する蒸着材料除電部を備え、真空チャンバー１２内に、成膜を行うための成膜室１２ａと基材を搬送するための基材搬送室１２ｂとを、圧力的に仕切って、配設しており、更にまた、成膜室１２ａの側面側、圧力勾配型プラズマガン１１の出口部に向けて突出させた真空チャンバー１２の短管部１２Ａを配し、前記短管部１２Ａ内に、プラズマビーム２２の周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極３０を設けている。
第２の例においても、第１の例の場合と同様、蒸着材料除電部を備えていることにより、蒸発した蒸着材料が保持した過剰な電荷を適宜除電することを可能とし、異常放電やスパーク発生を防止でき、長時間にわたって安定して均一な成膜が可能とするものである。 成膜部は第１の例と基本的に同じである。
【００４４】
次に、上記図１〜図４に示す実施形態の第１の例の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置を用いた成膜例を、それぞれ、挙げて説明する。
＜成膜例１＞
図１〜図４に示す、実施の形態の第１の例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置を用い、蒸着材料除電部のアースバー１７５にガス１７８（図４参照）を流さずに成膜を行ったものである。
成膜する蒸着材料１３０としてＳｉＯ2 結体（高純度化学研究所製、純度９９．９９％以上）を用意し、移動可能なハース１２０上、ハース状にセットした。
基材２８０としてポリエチレンテレフタレートフィルム（ユニチカ製、ＰＥＴ（商品名）、厚さ１２μｍ、幅３００ｍｍ、長さ１２０００ｍ）を用意した。
基材２８０を装置にセットし、基材搬送室２００、成膜室１００内を真空排気ポンプにより５×１０-4Ｐａまで減圧した。
その後、成膜ドラム温度を０℃、基材２８０を１００ｍ／ｍｉｎで搬送させ、基材後処理部２２０であるプラズマ処理装置をアルゴンガス１００ｓｃｃｍで放電させた。
次に、プラズマガン１１０に放電用ガス１６０としてアルゴンを１０ｓｃｃｍ流し、プラズマ初期放電を起こし、続いてプラズマ放電電流１００Ａまで上昇させ、成膜室１００の圧力３×１０-2Ｐａにて、基材２８０の長さ１２０００ｍの成膜を行った。
（評価）
成膜開始後、２０００ｍおきにサンプリングを行い、形成された膜のＳｉ（シリコン）量について、蛍光Ｘ線分析装置（ＲＩＸ３１００、理学電機工業株式会社製）により測定し、１０００ｍ成膜時のＳｉ強度を１として、その後２０００ｍおきに形成された膜のＳｉ強度比を求めた。
Ｓｉ強度が２０％低下するまでの長さを安定成膜有効範囲とし、成膜可能な長さを求めた。
【００４５】
＜成膜例２＞
図１〜図４に示す、実施の形態の第１の例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置を用い、蒸着材料除電部のアースバー１７５にガス１７８（図４参照）を流して成膜を行ったものである。
成膜例１において、後処理装置放電開始後、除電機構部にアルゴンを１０ｓｃｃｍ供給して成膜を行った以外は全く同様に成膜、評価を行った。
【００４６】
＜比較例１＞」
図１〜図４に示す、実施の形態の第１の例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置から蒸着材料除電部を撤去し、成膜を行ったもので、それ以外は成膜例１と全く同様に成膜を行い、同様に評価した。
【００４７】
評価結果は以下の表１のようになった。
【表１】
表１から分かるとおり、成膜例１では、形成された膜の膜厚のばらつきが少なく、１００００ｍの長さの成膜においても成膜が非常に安定して行われたことが分かる。
成膜例２においても、同様で、成膜例１より成膜速度は速くなり、１００００ｍの長さの成膜においても、効率よく安定的に成膜可能なことが分かる。
一方、蒸着材料除電部がない、比較例１においては、成膜速度も遅く、膜厚のばらつきが大きく、安定して成膜できないことが分かる。
【００４８】
上記のように、実施の形態の第１の例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置は、それぞれ、アースバー１７５を有する蒸着材料除電部を備えていることにより、長時間安定して成膜を行うことを可能としている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の第１の例の構成断面図である。
【図２】成膜用ドラムと蒸着材料とプラズマガンとの位置関係を説明するための図である。
【図３】図３（ａ）は図１のＡ１−Ａ２における成膜用ドラムの断面図で、図３（ｂ）は成膜用ドラムを成膜室側からみた外観図である。
【図４】蒸着材料除電部とガス噴出機構を説明するための図である。
【図５】本発明の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置の実施の形態の第２の例の構成断面図である。
【図６】従来の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００ 成膜室
１０１ 短管部
１１０ プラズマガン（圧力勾配型プラズマガンのこと）
１１１ 第１中間電極
１１２ 第２中間電極
１１６ 陰極
１２０ ハース
１２５ ハース用磁石
１３０ 蒸着材料
１３５ 蒸着材料搬送部
１４０ 収束コイル
１５０ 第１の電子帰還電極
１５５ プラズマビーム形状制御部（プラズマビーム制御用磁石とも言う）
１６０ 放電用ガス（ここではＡｒガス）
１６５ プラズマビーム
１７０ 防着板
１７１ 開口
１７５ アースバー（金属パイプ）
１７５ａ （アースバーの）ガス噴出し口
１７６、１７６Ａ 防着部
１７６ａ （防着部の）ガス噴出口
１７６ｂ 板部（防着板とも言う）
１７７ 配線部
１７ ガス（噴出ガスとも言う）
１８０ 真空ポンプ
１９０ 仕切り部
２００ 基材搬送室
２１０ 基材搬送部
２１１ 基材巻き出し部
２１２ 成膜用ドラム
２１２Ａ 被成膜領域
２１２Ｂ 非覆領域部
２１２ａ ドラム
２１２ｂ 回転軸
２１２ｃ 絶縁性のテープ
２１２ｄ 回転軸受け
２１３ 基材巻き取り部
２１４、２１５ 搬送ロール（ガイドロールとも言う）
２２０ 基材前処理部
２３０ 基材後処理部（基板帯電除去部とも言う）
２４０ 真空ポンプ
２８０ 基材
３００ 真空チャンバー
１１ プラズマガン
１２ 真空チャンバー
１２Ａ 短管部
１２ａ 成膜室
１２ｂ 基材搬送室
１３ 基材（ここでは基板）
１４ 放電電源
１５ 陰極
１６ 第１中間電極
１７ 第２中間電極
１８ 収束コイル
１９ ハース
２０ 蒸着材料
２１ ハース用磁石
２２ プラズマビーム
２２Ａ 放電用ガス
２４ 真空排気部
３０ 電子帰還電極
４０ アースバー（金属パイプ）
４１ 防着部
４２ 配線部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部を備え、該成膜部により、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜装置であって、蒸発した蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置に、およびまたは、前記位置の近傍に、前記移動する蒸発した蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は導電性材料からなることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部の導電性材料は、タンタル、モリブデン、タングステンのいずれか１種以上からなることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は、蒸着材料側に、該蒸着材料除電部への蒸着材料の付着を防止するための防着板を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は、蒸着材料の付着を防止するためにガス噴出するガス噴出機構を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を設けていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項７】
請求項６に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記イオンプレーティング成膜部は、成膜室の側面側、前記圧力勾配型プラズマガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部を配し、該短管部を包囲し、前記圧力勾配型プラズマガンからのプラズマビームの横断面を収縮させる収束コイルを備え、前記プラズマビームを成膜室内に配置した蒸着材料の表面に導くものであり、前記短管部内に、プラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第１の電子帰還電極を設けていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項８】
請求項６ないし７のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、成膜室内、プラズマビームが照射される領域の蒸着材料と基板の被成膜部とを結ぶ鉛直方向を基準とし、前記圧力勾配型プラズマガンとは反対側に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第２の電子帰還電極を配設していることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記イオンプレーティング成膜部は、磁場およびまたは電場により、収束コイル内を通過して収束されたプラズマビームを制御して、蒸着材料に入射されるプラズマビームの形状を基材の幅方向にシート状に広幅にするプラズマビーム形状制御部を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、連続的に基材を供給するための基材搬送機構を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０いずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送機構の成膜領域部よりも後段に、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯除去部を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材帯電除去部が、プラズマ放電装置であることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１３】
請求項１１ないし１２のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送機構の成膜領域部よりも前段に、プラズマ放電処理装置を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、
蒸着材料とこれを載置するハースとを一体的に搬送する蒸着材料搬送部を備えたもので、前記蒸着材料搬送部は、蒸着材料とこれを載置するハースとを一体的に搬送することにより、蒸着材料へのプラズマビームの照射位置を変化させるものであることを特徴とする
圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、真空チャンバー内に、成膜を行うための成膜室と基材を搬送するための基材搬送室とを、圧力的に仕切って、配設していることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、前記基材搬送部は、該成膜用ドラムの一部を被成膜領域部として成膜室側に向け、突出させて設置しているもので、前記成膜室と前記基材搬送室との間は、前記成膜用ドラムの前記被成膜領域部の周辺を除き、前記成膜用ドラムと仕切り部により物理的に仕切られ、前記成膜室と前記基材搬送室とが、圧力的に仕切られており、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、成膜室側、成膜用ドラムの被成膜領域部において、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせた状態にして、基材の一面上に成膜するものであることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１７】
請求項１６項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室を設けていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記真空室は、その圧力が１×１０-5Ｐａから１×１０-2Ｐａであることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１９】
請求項１７ないし１８のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記真空室に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の下流側の位置、成膜用ドラム側に開放口を向けて圧力的に仕切る仕切り室中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第３の電子帰還電極を設けていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２１】
請求項１６ないし２０のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、前記各電子帰還電極の電位よりも電気的に高い電位に設定されていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２２】
請求項１６ないし２１のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは電気的にフローティングレベルに設定されていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２３】
請求項１６ないし２２のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラム、前記圧力勾配型プラズマガン、前記電子帰還電極の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２４】
請求項１６ないし２３のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材搬送部は、基材を前記成膜用ドラムへ供給するための基材巻き出し部と、基材を前記成膜用ドラムから巻き取るための基材巻き取り部とを備え、前記成膜用ドラムへの基材の巻き出し供給、前記成膜用ドラムからの基材の巻き取りを行い、基材を連続的に搬送させながら、成膜を行うものであることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２５】
請求項１６ないし２４のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、少なくとも、ステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成されていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２６】
請求項１６ないし２５のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、その表面が平均粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２７】
請求項１６ないし２６のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータを用いることにより、−２０℃〜＋２００℃の間で一定温度に設定することができる温度調節部付きであることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２８】
請求項１６ないし２７のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、成膜する基材に覆われない領域部である非覆領域部を、絶縁性とするものであることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記絶縁性の非覆領域部は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜にて被膜されていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項３０】
請求項２８に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成形体、テープ、コーティング膜により被膜してあることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項３１】
圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部により、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜方法であって、蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置において、およびまたは、前記位置の近傍において、アースレベルに設定された蒸着材料除電部により、前記移動する蒸着材料の除電を行いながら、成膜を行うことを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法であって請求項１ないし３０のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置を用いて成膜を行うことを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法。
【請求項１】
圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部を備え、該成膜部により、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜装置であって、蒸発した蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置に、およびまたは、前記位置の近傍に、前記移動する蒸発した蒸着材料の除電を行うための、アースレベルに設定された、蒸着材料除電部を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は導電性材料からなることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部の導電性材料は、タンタル、モリブデン、タングステンのいずれか１種以上からなることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は、蒸着材料側に、該蒸着材料除電部への蒸着材料の付着を防止するための防着板を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記蒸着材料除電部は、蒸着材料の付着を防止するためにガス噴出するガス噴出機構を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を設けていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項７】
請求項６に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記イオンプレーティング成膜部は、成膜室の側面側、前記圧力勾配型プラズマガンの出口部に向けて突出させた前記真空チャンバーの短管部を配し、該短管部を包囲し、前記圧力勾配型プラズマガンからのプラズマビームの横断面を収縮させる収束コイルを備え、前記プラズマビームを成膜室内に配置した蒸着材料の表面に導くものであり、前記短管部内に、プラズマビームの周囲を取り囲み、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第１の電子帰還電極を設けていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項８】
請求項６ないし７のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、成膜室内、プラズマビームが照射される領域の蒸着材料と基板の被成膜部とを結ぶ鉛直方向を基準とし、前記圧力勾配型プラズマガンとは反対側に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第２の電子帰還電極を配設していることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記イオンプレーティング成膜部は、磁場およびまたは電場により、収束コイル内を通過して収束されたプラズマビームを制御して、蒸着材料に入射されるプラズマビームの形状を基材の幅方向にシート状に広幅にするプラズマビーム形状制御部を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、連続的に基材を供給するための基材搬送機構を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０いずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送機構の成膜領域部よりも後段に、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯除去部を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材帯電除去部が、プラズマ放電装置であることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１３】
請求項１１ないし１２のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送機構の成膜領域部よりも前段に、プラズマ放電処理装置を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、
蒸着材料とこれを載置するハースとを一体的に搬送する蒸着材料搬送部を備えたもので、前記蒸着材料搬送部は、蒸着材料とこれを載置するハースとを一体的に搬送することにより、蒸着材料へのプラズマビームの照射位置を変化させるものであることを特徴とする
圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、真空チャンバー内に、成膜を行うための成膜室と基材を搬送するための基材搬送室とを、圧力的に仕切って、配設していることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、前記基材搬送部は、該成膜用ドラムの一部を被成膜領域部として成膜室側に向け、突出させて設置しているもので、前記成膜室と前記基材搬送室との間は、前記成膜用ドラムの前記被成膜領域部の周辺を除き、前記成膜用ドラムと仕切り部により物理的に仕切られ、前記成膜室と前記基材搬送室とが、圧力的に仕切られており、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、成膜室側、成膜用ドラムの被成膜領域部において、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせた状態にして、基材の一面上に成膜するものであることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１７】
請求項１６項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の上流側、下流側の位置に、成膜用ドラムと物理的な仕切りとで、圧力的に仕切られた状態に形成され、真空引きされる真空室を設けていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記真空室は、その圧力が１×１０-5Ｐａから１×１０-2Ｐａであることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項１９】
請求項１７ないし１８のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記真空室に電気的に浮遊状態の電子を帰還させる電子帰還電極を備えていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、基材搬送室の成膜室側の成膜用ドラム近傍、前記被膜領域部における基板搬送方向の下流側の位置、成膜用ドラム側に開放口を向けて圧力的に仕切る仕切り室中に、電気的に浮遊状態の電子を帰還させる第３の電子帰還電極を設けていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２１】
請求項１６ないし２０のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、前記各電子帰還電極の電位よりも電気的に高い電位に設定されていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２２】
請求項１６ないし２１のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは電気的にフローティングレベルに設定されていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２３】
請求項１６ないし２２のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラム、前記圧力勾配型プラズマガン、前記電子帰還電極の各部間には、絶縁性の、あるいは、絶縁電位に保持された仕切板が設けられていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２４】
請求項１６ないし２３のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記基材搬送部は、基材を前記成膜用ドラムへ供給するための基材巻き出し部と、基材を前記成膜用ドラムから巻き取るための基材巻き取り部とを備え、前記成膜用ドラムへの基材の巻き出し供給、前記成膜用ドラムからの基材の巻き取りを行い、基材を連続的に搬送させながら、成膜を行うものであることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２５】
請求項１６ないし２４のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、少なくとも、ステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか１以上を含む材料により形成されていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２６】
請求項１６ないし２５のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、その表面が平均粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２７】
請求項１６ないし２６のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、冷却媒体およびまたは、熱源媒体あるいはヒータを用いることにより、−２０℃〜＋２００℃の間で一定温度に設定することができる温度調節部付きであることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２８】
請求項１６ないし２７のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記成膜用ドラムは、成膜する基材に覆われない領域部である非覆領域部を、絶縁性とするものであることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記絶縁性の非覆領域部は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆのいずれか１以上の酸化膜または窒化膜にて被膜されていることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項３０】
請求項２８に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置であって、前記絶縁性の非覆領域部を、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか１の成形体、テープ、コーティング膜により被膜してあることを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置。
【請求項３１】
圧力勾配型プラズマガンを有する圧力勾配型ホローカソード型のイオンプレーティング成膜部により、イオンプレーティング法により基材の一面に薄膜を形成する真空成膜方法であって、蒸着材料が移動するハースから基材の間の位置において、およびまたは、前記位置の近傍において、アースレベルに設定された蒸着材料除電部により、前記移動する蒸着材料の除電を行いながら、成膜を行うことを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法であって請求項１ないし３０のいずれか１項に記載の圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置を用いて成膜を行うことを特徴とする圧力勾配型イオンプレーティング式成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１６９５４９（Ｐ２００６−１６９５４９Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５９３９９（Ｐ２００４−３５９３９９）
【出願日】平成１６年１２月１３日（２００４．１２．１３）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１３日（２００４．１２．１３）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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