圧力勾配型イオンプレーティング式成膜装置
【課題】安定的に成膜することがで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を提供する。
【解決手段】 真空チャンバー内の成膜室側には、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たものであり、成膜室と基材搬送室とが、圧力的に仕切られているものであり、また、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き、電気的絶縁性が保たれた成膜用ドラムの被成膜領域部において基材の一面上に薄膜を形成するものであり、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電子帰還電極を設けている。
【解決手段】 真空チャンバー内の成膜室側には、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たものであり、成膜室と基材搬送室とが、圧力的に仕切られているものであり、また、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き、電気的絶縁性が保たれた成膜用ドラムの被成膜領域部において基材の一面上に薄膜を形成するものであり、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電子帰還電極を設けている。
【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３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３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３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、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、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、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有し、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、且つ、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、基材を搬送するための基材搬送部を配し、前記成膜室側には、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、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、沿わせた状態で成膜するもので、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いるものであり、また、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き、成膜用ドラムの被成膜領域部において基材の一面上に薄膜を形成するものであり、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、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。
そしてまた、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、前記成膜用ドラムは、前記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、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、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、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、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、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも後段、基材搬送室側に、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たことを特徴とするものであり、該基材帯電除去部が、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、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、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも前段、基材搬送室側に、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、前記成膜用ドラムは、少なくとも、ステンレス、鉄、銅のいずれか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、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、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、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、フッ素樹脂のいずれか１の成形体またはテープまたはコーティング膜、あるいは、マイカテープにより被膜してあることを特徴とするものである。
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、「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。
【０００７】
（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、このような構成にすることにより、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の提供を可能としている。
具体的には、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有し、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、且つ、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、基材を搬送するための基材搬送部を配し、前記成膜室側には、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、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、沿わせた状態で成膜するもので、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いるものであり、また、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き、成膜用ドラムの被成膜領域部において基材の一面上に薄膜を形成するものであり、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電子帰還電極を設けていることにより、これを達成している。
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。
【０００８】
詳しくは、成膜室と基材搬送室とが、圧力的に仕切られて、イオンプレーティング成膜部が、収束コイルを備え、短管部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設けていることにより、安定的な蒸着材料へのエネルギ供給を可能としており、特に、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たものである場合、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ー供給と、被成膜領域部への均一な成膜を可能としている。
また、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。
【０００９】
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〜５００Ω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。
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、安定した成膜が可能となる。
【００１０】
また、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は、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、基材の巻き出し供給から基材の巻き取りを行うもので、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により、高速で、効率的に基材上へ成膜を行うことを可能としている。
【００１１】
また、成膜用ドラムの被成膜領域部よりも後段、基材搬送室側に、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たことにより、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、プラズマ放電装置が挙げられる。
【００１２】
また、成膜用ドラムの被成膜領域部よりも前段、基材搬送室側に、プラズマ放電処理装置を備えていることにより、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。
【００１３】
成膜用ドラムとしては、少なくとも、ステンレス、鉄、銅のいずれか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。
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。
【００１４】
また、成膜用ドラムは、その表面が平均粗さ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、測定範囲に依存するが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熱伝導性を持たせるためには、上記範囲が好ましい。
【００１５】
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、フッ素樹脂のいずれか１の成形体またはテープまたはコーティング膜、あるいは、マイカテープ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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、上記のように、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、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の提供を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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１例の構成断面図で、図２（ａ）は図１のＡ１−Ａ２における成膜用ドラムの断面図で、図２（ｂ）は成膜用ドラムを成膜室側からみた外観図である。
図１〜図２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、１４０は収束コイル、１５０は電子帰還電極、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、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、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。
【００１８】
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ある。
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、突出させて設置している、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。
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。
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。
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電子帰還電極１５０を設けている。
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。
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供給を可能としている。
勿論、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、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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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３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へに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、図示していないが、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。
これにより、安定的に、蒸着材料１３０への均一なエネルギ供給と、被成膜領域部２１２Ａへの均一な成膜を可能としている。
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。
【００２３】
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。
【００２４】
成膜用ドラム２１２について、図２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２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、銅のいずれかを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、冷媒や熱媒等の冷却、加熱機構を用いることにより、比較的簡単に、−２０℃〜＋２００℃の間で一定温度に設定することができる。
【００２５】
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に低い場合には、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。
【００２６】
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、同様の効果をえ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〜５００Ω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２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、フッ素樹脂のいずれか１の成形体またはテープまたはコーティング膜、あるいは、マイカテープにより被膜してある。 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。
【００２７】
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。
【００２８】
次に、上記図１および図２に示す実施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挙げて説明する。
＜成膜例１＞
図１および図２に示す、実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置を用いた。
成膜する蒸着材料１３０としてＳｉＯ2 （高純度化学製）、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２０００ｍ）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１０ｍ／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１８００ｍの成膜を行った。
（評価）
基材搬送状態、成膜安定性、基材搬送室へのプラズマの漏れを目視で観察した。
上記の成膜によるサンプルを、成膜開始後、５００ｍ、１０００ｍ、１５００ｍ搬送した時点での形成された膜のＳｉ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、５００ｍ搬送時のＳｉ強度に対する強度比により測定した。
結果を表に示す。
尚、数値は、比較例１の５００ｍ搬送時のＳｉ強度を１として規格化したものである。
【００２９】
＜比較例１＞
成膜室１００と基材搬送室２００の仕切りをなくした以外は、図１および図２に示す、実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置を用い、成膜例１と同様に成膜を実施した。
＜比較例２＞
電子帰還電極１５０をなくした以外は、図１および図２に実施の形態例の示す圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置を用い、成膜例１と同様に成膜を実施した。 ＜比較例３＞
図１および図２に示す実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置を用い、基板後処理装置を動作させなかった以外は、成膜例１とまったく同様にして成膜を実施した。
＜比較例４＞
図１および図２に示す実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置を用い、成膜用ドラム２１２を０℃に設定せず、成膜ドラム温度を温度調節することなく、室温から成膜を行った以外は成膜例１とまったく同様に、成膜を実施した。
＜比較例５＞
図１および図２に実施の形態例の示す圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置を用い、成膜ドラムの電位を帰還電極１５０よりも低い電位に設定して成膜を行った以外は、成膜例１とまったく同様にして成膜を実施した。
＜比較例６＞
図１および図２に示す実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置において、成膜用ドラム２１２に絶縁性加工を施さないものを用い、金属むき出しのまま成膜した以外は、成膜例１とまったく同様にして成膜を実施した。
【００３０】
【表１】
表１に示す結果からも分かるように、図１および図２に示す本発明の実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置を用いた場合には、基材搬送、プラズマ安定性、プラズマシールの面で良好で、且つ、蛍光Ｘ線分析装置によるＳｉ量も、５００ｍ搬送時、１０００ｍ搬送時、１５００ｍ搬送時で変化なく、成膜安定性、成膜品質も安定している。
これに対し、各比較例の場合には、基材搬送、プラズマ安定性、プラズマシールの面で良好のものはなく、また成膜品質が安定しているものは得られなかった。
これより、本発明の実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置が、帯状長尺状、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真空成膜装置であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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１例の構成断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１のＡ１−Ａ２における成膜用ドラムの断面図で、図２（ｂ）は成膜用ドラムを成膜室側からみた外観図である。
【図３】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】
【００３２】
１１ プラズマガン
１２ 真空チャンバー
１２Ａ 短管部
１３ 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
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
１４０ 収束コイル
１５０ 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
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、
２２０ 基材前処理部
２３０ 基材後処理部
２４０ 真空ポンプ
２８０ 基材
３００ 真空チャンバー
【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３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３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３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、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、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、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有し、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、且つ、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、基材を搬送するための基材搬送部を配し、前記成膜室側には、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、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、沿わせた状態で成膜するもので、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いるものであり、また、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き、成膜用ドラムの被成膜領域部において基材の一面上に薄膜を形成するものであり、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、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。
そしてまた、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、前記成膜用ドラムは、前記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、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、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、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、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、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも後段、基材搬送室側に、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たことを特徴とするものであり、該基材帯電除去部が、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、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、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも前段、基材搬送室側に、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、前記成膜用ドラムは、少なくとも、ステンレス、鉄、銅のいずれか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、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、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、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、フッ素樹脂のいずれか１の成形体またはテープまたはコーティング膜、あるいは、マイカテープにより被膜してあることを特徴とするものである。
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、「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。
【０００７】
（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、このような構成にすることにより、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の提供を可能としている。
具体的には、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有し、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、且つ、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、基材を搬送するための基材搬送部を配し、前記成膜室側には、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、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、沿わせた状態で成膜するもので、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いるものであり、また、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き、成膜用ドラムの被成膜領域部において基材の一面上に薄膜を形成するものであり、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電子帰還電極を設けていることにより、これを達成している。
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。
【０００８】
詳しくは、成膜室と基材搬送室とが、圧力的に仕切られて、イオンプレーティング成膜部が、収束コイルを備え、短管部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設けていることにより、安定的な蒸着材料へのエネルギ供給を可能としており、特に、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たものである場合、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ー供給と、被成膜領域部への均一な成膜を可能としている。
また、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。
【０００９】
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〜５００Ω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。
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、安定した成膜が可能となる。
【００１０】
また、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は、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、基材の巻き出し供給から基材の巻き取りを行うもので、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により、高速で、効率的に基材上へ成膜を行うことを可能としている。
【００１１】
また、成膜用ドラムの被成膜領域部よりも後段、基材搬送室側に、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たことにより、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、プラズマ放電装置が挙げられる。
【００１２】
また、成膜用ドラムの被成膜領域部よりも前段、基材搬送室側に、プラズマ放電処理装置を備えていることにより、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。
【００１３】
成膜用ドラムとしては、少なくとも、ステンレス、鉄、銅のいずれか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。
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。
【００１４】
また、成膜用ドラムは、その表面が平均粗さ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、測定範囲に依存するが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熱伝導性を持たせるためには、上記範囲が好ましい。
【００１５】
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、フッ素樹脂のいずれか１の成形体またはテープまたはコーティング膜、あるいは、マイカテープ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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、上記のように、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、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の提供を可能とした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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１例の構成断面図で、図２（ａ）は図１のＡ１−Ａ２における成膜用ドラムの断面図で、図２（ｂ）は成膜用ドラムを成膜室側からみた外観図である。
図１〜図２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、１４０は収束コイル、１５０は電子帰還電極、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、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、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。
【００１８】
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ある。
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、突出させて設置している、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。
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。
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。
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電子帰還電極１５０を設けている。
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。
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供給を可能としている。
勿論、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、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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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３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へに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、図示していないが、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。
これにより、安定的に、蒸着材料１３０への均一なエネルギ供給と、被成膜領域部２１２Ａへの均一な成膜を可能としている。
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。
【００２３】
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。
【００２４】
成膜用ドラム２１２について、図２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２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、銅のいずれかを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、冷媒や熱媒等の冷却、加熱機構を用いることにより、比較的簡単に、−２０℃〜＋２００℃の間で一定温度に設定することができる。
【００２５】
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に低い場合には、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。
【００２６】
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、同様の効果をえ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〜５００Ω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２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、フッ素樹脂のいずれか１の成形体またはテープまたはコーティング膜、あるいは、マイカテープにより被膜してある。 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。
【００２７】
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。
【００２８】
次に、上記図１および図２に示す実施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挙げて説明する。
＜成膜例１＞
図１および図２に示す、実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置を用いた。
成膜する蒸着材料１３０としてＳｉＯ2 （高純度化学製）、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２０００ｍ）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１０ｍ／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１８００ｍの成膜を行った。
（評価）
基材搬送状態、成膜安定性、基材搬送室へのプラズマの漏れを目視で観察した。
上記の成膜によるサンプルを、成膜開始後、５００ｍ、１０００ｍ、１５００ｍ搬送した時点での形成された膜のＳｉ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、５００ｍ搬送時のＳｉ強度に対する強度比により測定した。
結果を表に示す。
尚、数値は、比較例１の５００ｍ搬送時のＳｉ強度を１として規格化したものである。
【００２９】
＜比較例１＞
成膜室１００と基材搬送室２００の仕切りをなくした以外は、図１および図２に示す、実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置を用い、成膜例１と同様に成膜を実施した。
＜比較例２＞
電子帰還電極１５０をなくした以外は、図１および図２に実施の形態例の示す圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置を用い、成膜例１と同様に成膜を実施した。 ＜比較例３＞
図１および図２に示す実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置を用い、基板後処理装置を動作させなかった以外は、成膜例１とまったく同様にして成膜を実施した。
＜比較例４＞
図１および図２に示す実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置を用い、成膜用ドラム２１２を０℃に設定せず、成膜ドラム温度を温度調節することなく、室温から成膜を行った以外は成膜例１とまったく同様に、成膜を実施した。
＜比較例５＞
図１および図２に実施の形態例の示す圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置を用い、成膜ドラムの電位を帰還電極１５０よりも低い電位に設定して成膜を行った以外は、成膜例１とまったく同様にして成膜を実施した。
＜比較例６＞
図１および図２に示す実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置と同じ装置において、成膜用ドラム２１２に絶縁性加工を施さないものを用い、金属むき出しのまま成膜した以外は、成膜例１とまったく同様にして成膜を実施した。
【００３０】
【表１】
表１に示す結果からも分かるように、図１および図２に示す本発明の実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置を用いた場合には、基材搬送、プラズマ安定性、プラズマシールの面で良好で、且つ、蛍光Ｘ線分析装置によるＳｉ量も、５００ｍ搬送時、１０００ｍ搬送時、１５００ｍ搬送時で変化なく、成膜安定性、成膜品質も安定している。
これに対し、各比較例の場合には、基材搬送、プラズマ安定性、プラズマシールの面で良好のものはなく、また成膜品質が安定しているものは得られなかった。
これより、本発明の実施の形態例の圧力勾配型イオンプレーティング成膜装置が、帯状長尺状、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真空成膜装置であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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１例の構成断面図である。
【図２】図２（ａ）は図１のＡ１−Ａ２における成膜用ドラムの断面図で、図２（ｂ）は成膜用ドラムを成膜室側からみた外観図である。
【図３】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】
【００３２】
１１ プラズマガン
１２ 真空チャンバー
１２Ａ 短管部
１３ 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
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
１４０ 収束コイル
１５０ 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
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、
２２０ 基材前処理部
２３０ 基材後処理部
２４０ 真空ポンプ
２８０ 基材
３００ 真空チャンバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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有し、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、且つ、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、基材を搬送するための基材搬送部を配し、前記成膜室側には、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、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、沿わせた状態で成膜するもので、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いるものであり、また、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き、成膜用ドラムの被成膜領域部において基材の一面上に薄膜を形成するものであり、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３】
請求項１ないし２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、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７】
請求項１ないし６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、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも後段、基材搬送室側に、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た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７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、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも前段、基材搬送室側に、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、前記成膜用ドラムは、少なくとも、ステンレス、鉄、銅のいずれか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１１】
請求項１ないし１０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１２】
請求項１ないし１１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巻取式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１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、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１４】
請求項１３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１５】
請求項１３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、フッ素樹脂のいずれか１の成形体またはテープまたはコーティング膜、あるいは、マイカテープ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１】
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、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有し、前記基材搬送室側には、成膜用ドラムを有し、且つ、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、基材を搬送するための基材搬送部を配し、前記成膜室側には、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、基材を前記成膜用ドラムの周囲に沿わせて搬送し、沿わせた状態で成膜するもので、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いるものであり、また、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き、成膜用ドラムの被成膜領域部において基材の一面上に薄膜を形成するものであり、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３】
請求項１ないし２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、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７】
請求項１ないし６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、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも後段、基材搬送室側に、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た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７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、前記成膜用ドラムの被成膜領域部よりも前段、基材搬送室側に、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、前記成膜用ドラムは、少なくとも、ステンレス、鉄、銅のいずれか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１１】
請求項１ないし１０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１２】
請求項１ないし１１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巻取式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１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、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１４】
請求項１３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１５】
請求項１３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、フッ素樹脂のいずれか１の成形体またはテープまたはコーティング膜、あるいは、マイカテープ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１０４５６８（Ｐ２００６−１０４５６８Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９６８６４（Ｐ２００４−２９６８６４）
【出願日】平成１６年１０月８日（２００４．１０．８）
【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４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月８日（２００４．１０．８）
【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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