JP2003162999A - 真空成膜装置および真空成膜方法 - Google Patents
真空成膜装置および真空成膜方法Info
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Abstract
安定的に形成する技術を提供する。 【解決手段】蒸発源(6a、6b)からの蒸発物をフレ
キシブル支持体1の目的の位置に真空成膜する際、シャ
ッター(8a、8b)を開閉させ、遮蔽部材(9a、9
b)の開口部を経由する蒸発物の移動を遮断する。これ
により、所定の形状のパターンを有する薄膜をフレキシ
ブル支持体1上に形成する。
Description
走行させながら上記支持体に薄膜のパターニングを行う
ための、真空成膜装置および真空成膜方法に関するもの
である。
端末の普及により、その電力源となる二次電池の役割が
重要視されている。そして、大容量高速通信、カラー動
画の高速通信等の要求に伴って二次電池には、より小型
・軽量でかつ高容量であることが求められている。
として電極特に負極活物質の開発が重要である。負極活
物質として高エネルギー密度という観点から銅箔等の導
電性支持体上に真空成膜法により金属リチウム箔上に保
護膜を形成したリチウムイオン二次電池や、炭素を主成
分とする層の上にシリコンなど理論容量の大きい活物質
を真空成膜により形成した複合負極において高容量の二
次電池が試作されている。このように、高容量の二次電
池を得るために高容量化が可能な活物質層を、真空成膜
技術を用いて形成し、電極を作成する方法が試みられて
いる。
を用いて大量の二次電池用電極を形成する場合、銅箔等
の導電性支持体を連続供給して連続真空成膜する必要が
ある。また、導電性支持体とタブとのコンタクトを確保
するためには、導電性基体のタブが形成される部分は非
蒸着部であることが望ましく、連続のパターニング成膜
技術が必要である。
る試みとして、開口部が長手方向に一定の間隔をおいて
形成された帯条マスクと金属帯条とを密着させて走行
し、前記マスクの開口部を通して目的の被着物を金属帯
条に形成し、この金属帯条と前記マスクをそれぞれ別個
に巻き取る方法が開示されている(特開昭59-6372号公
報、特開昭59-84516号公報、特開2000-183500号公
報)。しかし、特開昭59-6372号公報に示される方法で
は、重力やスプロケットによる張力の影響を受け、マス
クや金属帯条が弛みや撓みを生じる可能性が大きく金属
帯条の目的の位置に蒸発物を被着させることが難しい。
これらを避けるためにスプロケットによる引張りを強く
すると、マスクの開口部が変形したり、成膜中に金属帯
条が切れる可能性が高い。特に、巻き出し及び巻き取り
以外の金属帯条に成膜される過程(同公報(6)頁、第
6図の加熱ヒーターの上部)では、金属帯条とマスクを
適度に押さえる機構(例えばガイドロールやキャンロー
ル)がないので、前記影響を特に受け易い。特開2000-1
83500号公報に示される方法では、ガイドロール(蒸着
ロール)に沿うようにマスクと支持体を走行させパター
ニング成膜をしているものの、成膜を繰り返す過程で、
マスク上に蒸発物質が堆積し、この堆積した蒸着物質が
走行中に剥がれコンタミや汚染の原因となる場合があ
る。また、マスクが走行中に位置ずれを生じ易い、撓み
易いなど特開昭59-6372号公報に示された技術と同様の
問題がある。さらに、これらのマスクを通してパターニ
ングする場合、さらに、成膜後、マスクと金属帯条が離
れる段階において、薄膜の一部が剥離するという問題が
ある。これらのいずれの場合もマスクを巻き取るための
機構を真空槽内に設ける必要があるため装置容積が大き
くなる、装置の構造が複雑になるなどの問題があった。
また、大量に生産する際には、上記したようにマスク上
には蒸発物質が堆積するため、マスクを交換するか、あ
るいはマスクを洗浄して再利用する必要があり、作業性
が低下することが課題となっている。
膜方法を用いて銅箔等の導電性支持体に二次電池用の電
極活物質を連続してパターン形成し、二次電池用の電極
を大量に製造することは、きわめて困難であった。
ターン形状を有する薄膜を制御性良く安定的に形成する
技術を提供することを目的とする。
上に所定のパターン形状を有する薄膜を形成する真空成
膜装置であって、支持体を走行せしめる走行手段と、薄
膜を構成する蒸発物質を含む蒸発源と、前記蒸発源から
前記支持体への前記蒸発物質の移動を間歇的に遮断する
遮断手段とを備え、前記遮断手段は、前記蒸発源と前記
支持体との間に介在し、前記支持体と離間して設けられ
たことを特徴とする真空成膜装置が提供される。
ら支持体への蒸発物質の移動を間歇的に遮断する。この
結果、所定のパターン形状を有する薄膜が制御性良く安
定的に形成される。本発明においては、従来技術におい
て利用されていたマスクに代え、支持体と離間して設け
られた遮断手段を用いる。これにより、従来技術におい
て生じていた、膜の位置ずれ、マスクに付着した蒸着物
質が走行中に剥がれることにより生じる汚染を防止する
ことができる。また、マスクの交換や洗浄の必要がなく
なる。さらに、マスクを巻き取るための機構を設ける必
要がないため、装置の構造を簡便なものとすることがで
きる。
られていることにより、従来技術で問題であった、薄膜
の剥離を有効に防止できる。
させるため支持体に対して大きな張力を与えることが必
要であったが、本発明においては、遮断手段が支持体と
離間して設けられているため、そのような必要がなくな
る。この結果、成膜中の支持体の切断等の問題を解消で
きる。
蒸発物質を支持体に導く蒸発物質供給部を設けてもよ
い。この場合、遮断手段は、蒸発物質供給部の一部に配
設され、蒸発源から支持体への蒸発物質の移動を間歇的
に遮断する構成とする。このようにすれば、遮断手段が
支持体から確実に離間して配設されることとなり、薄膜
の一部の剥離や成膜中の支持体の切断をより確実に防止
できる。蒸発物質供給部は、支持体側に所定の形状の開
口部を有し、この開口部の形状にしたがって支持体への
蒸発物質の供給量および供給範囲が規制される構成とす
ることができる。開口部の形状は、たとえばスリット状
とすることが好ましい。支持体への蒸発物質の供給をよ
り精密に制御でき、所望のパターンの薄膜を制御性良く
形成することができるからである。
数備えた構成とすることができる。このようにすれば、
同種または異種の材料からなる積層構造を、高い生産性
で製造することができる。また、上記真空成膜装置にお
いて、異なる蒸発物質を含む複数種類の蒸発源を備えた
構成とすることができる。このようにすれば、連続工程
により支持体上に複数の材料を蒸着させることができ、
多層構造の薄膜を高い生産性で製造することができる。
ための巻き出しローラーと、前記巻き出しローラーから
送り出される前記支持体を巻き取るための巻き取りロー
ラーと、前記支持体上に真空成膜を施すための蒸発物質
を含む蒸発源と、前記蒸発源と前記支持体との間に設け
られた、スリット状開口部を有する遮蔽部材と、前記遮
蔽部材と前記蒸発源との間に設けられ、前記蒸発源から
前記支持体上への前記蒸発物質の移動を間歇的に遮断す
るシャッター機構と、を備えたことを特徴とする真空成
膜装置が提供される。
発物質がスリット状開口部を経由して支持体上に導か
れ、成膜が行われる。蒸発物質の供給がスリット状開口
部により規制され、かつ、シャッター機構が蒸発源から
支持体への蒸発物質の移動を間歇的に遮断するように構
成されているため、所定のパターン形状を有する薄膜が
制御性良く形成される。本発明においては、従来技術に
おいて利用されていたマスクに代え、シャッター機構を
用いる。このシャッター機構は支持体と離間して設けら
れているため、従来技術において生じていた、膜の位置
ずれ、マスクに付着した蒸着物質が走行中に剥がれるこ
とにより生じる汚染を防止することができる。また、マ
スクの交換や洗浄の必要がなくなる。さらに、マスクを
巻き取るための機構を設ける必要がないため、装置の構
造を簡便なものとすることができる。また、薄膜の剥離
や、成膜中における支持体の切断等の問題を有効に解消
できる。
ー機構に加熱手段を設けても良い。加熱手段としては、
ヒーター機構等を用いることができる。こうすることに
より、遮蔽部材またはシャッター機構に付着した蒸発物
質を加温し、液体とすることができる。その結果、上記
付着した蒸発物質を回収し、再利用することが可能とな
る。
巻き出しローラーと上記巻き取りローラーとの間に、目
的の位置に正確に成膜することを可能にするためのガイ
ドローラーを具備することができる。
巻き出しローラーと上記巻き取りローラーとの間に、ダ
ンサローラーを具備することができる。ダンサローラー
を具備することにより、同一工程で、最初に成膜した面
のもう一方の面の目的の位置に正確に成膜することが可
能となり、生産効率が上昇する。
巻き出しローラーと上記巻き取りローラーとの間に、上
記支持体の位置を決定する位置検出器を具備することが
できる。位置検出器を具備することにより、支持体上の
成膜すべき位置を正確に検出することが可能となる。そ
の結果、高精度で成膜することができる。
ト状開口部を有し、各スリット状開口部に対応してシャ
ッター機構を設けた構成とすることができる。この構成
においては、スリット状開口部を経由する蒸発物質の供
給が、各スリット状開口部に対応して設けられたシャッ
ター機構により規制される。各スリット状開口部から供
給された蒸発物質により、同種または異種の材料からな
る積層構造を、高い生産性で製造することができる。
む複数種類の蒸発源を備えた構成とすることができる。
このようにすれば、連続工程により支持体上に複数の材
料を蒸着させることができ、多層構造の薄膜を高い生産
性で製造することができる。
上に、蒸発源から発生した蒸発物質を導くことにより成
膜を行う真空成膜方法であって、前記成膜の際、前記支
持体と離間して設けられた遮断手段により、前記蒸発源
から前記支持体への前記蒸発物質の移動を間歇的に遮断
することで所定のパターン形状を有する薄膜を形成する
ことを特徴とする真空成膜方法が提供される。
ら支持体への蒸発物質の移動を間歇的に遮断する。この
結果、所定のパターン形状を有する薄膜が制御性良く安
定的に形成される。本発明においては、従来技術におい
て利用されていたマスクに代え、支持体と離間して設け
られた遮断手段を用いる。これにより、従来技術におい
て生じていた、膜の位置ずれ、マスクに付着した蒸着物
質が走行中に剥がれることにより生じる汚染、成膜中の
支持体の切断等の問題を解消することができる。また、
マスクの交換や洗浄の必要がなくなる。さらに、マスク
を巻き取るための機構を設ける必要がないため、装置の
構造を簡便なものとすることができる。
ては、たとえばシャッター機構を用いることができる。
また、遮断手段を複数設け、一の遮断手段を用いて成膜
した後、連続的に他の遮断手段を用いて重ねて成膜する
ことにより、上記薄膜を形成するようにすることもでき
る。このようにすれば、同種または異種の材料からなる
積層構造を、高い生産性で製造することができる。
支持体上に、蒸発源から発生した活物質を導くことによ
り活物質層を形成する電池用電極の製造方法であって、
前記活物質層を形成する際、前記支持体と離間して設け
られた遮断手段により、前記蒸発源から前記支持体への
前記活物質の移動を間歇的に遮断することで所定のパタ
ーン形状を有する活物質層を形成することを特徴とする
電池用電極の製造方法が提供される。
ら支持体への蒸発物質の移動を間歇的に遮断する。この
結果、所定のパターン形状を有する活物質層が制御性良
く安定的に形成される。本発明においては、従来技術に
おいて利用されていたマスクに代え、支持体と離間して
設けられた遮断手段を用いる。これにより、従来技術に
おいて生じていた、膜の位置ずれ、マスクに付着した蒸
着物質が走行中に剥がれることにより生じる汚染、成膜
中の支持体の切断等の問題を解消することができる。ま
た、マスクの交換や洗浄の必要がなくなる。さらに、マ
スクを巻き取るための機構を設ける必要がないため、装
置の構造を簡便なものとすることができる。
手段としては、たとえばシャッター機構を用いることが
できる。また、遮断手段を複数設け、一の遮断手段を用
いて層形成した後、連続的に他の遮断手段を用いて重ね
て層形成することにより、前記活物質層を形成するよう
にすることもできる。このようにすれば、同種または異
種の材料からなる積層構造を、高い生産性で製造するこ
とができる。
を参照して説明する。この実施の形態は、本発明に係る
真空成膜装置の構成と薄膜製造方法を説明するものであ
る。
ーニングするための真空成膜装置の内部構成を示した概
略図である。蒸発源(6a、6b)からの蒸発物をフレ
キシブル支持体1の目的の位置に真空成膜する際、シャ
ッター(8a、8b)を開閉させ、遮蔽部材(9a、9
b)の開口部を経由する蒸発物の移動を遮断する。これ
により、所定の形状のパターンを有する薄膜をフレキシ
ブル支持体1上に形成するように構成されている。
取りまでは、フレキシブル支持体1を巻き出すための巻
き出しローラー2a、フレキシブル支持体1を高精度に
移動させ、蒸発源(6a、6b)からの蒸発物をフレキ
シブル支持体1の目的の位置に成膜するために設けられ
た二つのガイドローラー3a、ガイドローラー3aから
送られてくる薄膜がパターニングされたフレキシブル支
持体1を巻き取るための巻き取りローラー2bから構成
されている。また、フレキシブル支持体1の所定の位置
に正確に成膜するために、成膜前の工程において位置検
出器7aを使ってフレキシブル支持体1の位置を把握し
ておく必要がある。
説明する。図2は図1のガイドローラー3aを介し、シ
ャッター(8a、8b)を開閉させ、遮蔽部材(9a、9
b)を通して行われるパターニングの原理を示した説明
図である。図中の実線(例えば線a−b)はフレキシブ
ル支持体1の断面であり薄膜を形成する部分を示す(薄
膜が形成される長さは全て同じ)。また、実線が途切れ
ている部分(例えばb−c間)は薄膜を形成しない部分
(スペース)を示すものである(スペースの長さは全て
同じ)。尚、a−c間の長さをピッチと呼ぶことにす
る。ここでは、一例として二つの蒸発源6a、6b(二
回の蒸着)を用いて目的とする膜厚まで成膜するように
設計されており、その上部にある二つの遮蔽部材(9
a、9b)のピッチは、フレキシブル支持体1の薄膜を
形成する長さ(例えば線a−b)と等しい。遮蔽部材9a
の上部は開状態であり、蒸発物が通る領域である。高精
度パターニングを達成するためには、遮蔽部材9aとフレ
キシブル支持体1間の距離は小さい方が好ましく、例え
ば数mm以下とすることが効果的である。フレキシブル
支持体1がの状態(a点が遮蔽部材開口部の左端)に
なると、第1シャッター8aが開状態になる。ここで、
位置検出器7aによるフレキシブル支持体上のa点の検出
とフレキシブル支持体1の走行速度の関係が分かってい
れば、正確にシャッターの開閉が可能となる。フレキシ
ブル支持体1は制御された速度で移動(図中右から左)
しているための状態に示すように蒸発物が遮蔽部材の
開口部を通して支持体のa−b上に順次成膜される。b
点が遮蔽部材の右端に移動した時(の状態)に第1シ
ャッター8aを閉じる。次に、c点が遮蔽部材開口部の
左端に移動した時(の状態)に第一シャッター8aを
開にする。この時、第二シャッター8bも開にすると
に示すようにa―b間に二回目の成膜が、同時にc−d間
にも一回目の成膜が実行される。更にb点とd点がそれぞ
れの遮蔽部材(9a、9b)の開口部の右端に移動した時
()にa―b上には目的の膜厚で成膜が完了する。二つ
のシャッター(8a、8b)を閉め、c点とe点が各々の遮蔽
部材開口部の左端部に移動した時に二つのシャッター
(8a、8b)を開にすることでc―d上(二回目)、e―f
上(一回目)への成膜が実行される。この工程を繰り返
すことでフレキシブル支持体1上への高精度マスクレス
パターニングが達成される。ヒーターにより、遮蔽部材
(9a、9b)、チャンバー内の防着版10、シャッター
(8a、8b)などを所望の温度に設定しておくことで、付
着物を溶かし回収容器11への回収も可能となる。
成膜する際、二つのガイドローラー3aを使ってフレキシ
ブル支持体1を直線上(平面上)に張って成膜を施した
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図
3に示すように、ガイドローラー3aの曲面に沿うように
フレキシブル支持体1をガイドローラー3aと共に移動さ
せ、遮蔽板の長さが異なる遮蔽部材(9a、9b)をガイド
ローラー3a下の所定の位置に配置することで同様のパタ
ーニングが達成できる。
の移動を間歇的に遮断する機構として、シャッター機構
を備えた例を示したが、シャッター機構に限られるもの
ではなく、他の機構でも本発明の実施が可能である。例
えば、蒸発源の加熱を間歇的に停止させる機構を採用す
ることにより、蒸発物質の移動を間歇的に遮断すること
が可能となる。
つのスリット開口部を設けた例で説明したが、一つの開
口部でも同様なパターニングが達成できる。スリット開
口部を二つ以上設けることにより、目的とする膜厚まで
の成膜時間が短くなる、フレキシブル支持体の走行速度
を下げることが可能となりフレキシブル支持体が破れに
くくなる、一つあたりの蒸発源からの蒸発速度を小さく
することができるので蒸発源からの輻射熱を減らすこと
ができる。この結果、支持体や支持体にあらかじめ形成
された薄膜への悪影響を抑えられる、などの効果が得ら
れる。
は、スリット開口部を二つ以上設け、かつ、各々のスリ
ット開口部に対応する蒸発源からの蒸発物質を二種以上
とすることにより、薄膜の積層が一工程で可能となり、
生産効率の上昇効果が得られる。また、従来のマスクを
用いる方法で二種以上の薄膜を積層する場合には、マス
ク上に付着した蒸発物質が、他の蒸発物質の積層中に当
該他の蒸発物質の蒸発源に混入してしまうおそれがある
が、本発明においては、マスクを使用しないため、上記
した不具合がないという利点を有する。
限らず、平面状に開口部を設けた形状など適宜選択でき
る。
してフレキシブル支持体の例を示して説明したが、本発
明はフレキシブル支持体に限るものではなく、支持体は
ガラス板、金属板、プラスチック板などを用いてもよ
い。また、本発明の実施の形態においては、支持体走行
手段として、巻き出し機構および巻き取り機構を備えた
例を示して説明したが、巻き出し機構または巻き取り機
構は必ずしも必要とされるものではなく、他の手段、例
えばベルトコンベヤー等によっても本発明の実施が可能
である。
は、電池、二次電池、各種包装フィルム、各種封止用フ
ィルム、コーティングガラス、磁気記録媒体、有機EL
デバイス、無機薄膜ELデバイス、薄膜コンデンサーな
どの製造装置や製造方法の一部として活用できる。
液二次電池用の負極として、パターニングされたグラフ
ァイト上にシリコン−リチウム合金(SiLi)からな
る薄膜層を図1の真空成膜装置を用いて負極集電体(銅
箔)の片面ずつパターニングする方法を説明する。な
お、以下に示す実施例および比較例では、シリコン−リ
チウム合金(SiLi)を含有する蒸発源(6a〜6
d)を用いた。
る負極集電体には長さ約2000m、厚み10μmの銅箔20
を用い、この上にグラファイトからなる層21aを堆積さ
せた。このグラファイトからなる層21aは、黒鉛粉末に
結着材としてN-メチル-2-ピロリドンに溶解したポリフ
ッ化ビニリデンと導電付与材を混合しペースト状にした
ものを銅箔20の両面に塗布し、乾燥させたものであ
る。乾燥後、グラファイトが塗布された銅箔20を、圧
縮しながら巻き取った。グラファイト層21aの厚さは
70μmである。図4に示すように、銅箔20の表面側
には左端部7m、右端部6.42mの未塗布部がある。
グラファイト層21aは左端部7mの位置から0.43
mピッチ(塗布部:0.41m、スペース:0.02
m)で形成されており、4620個存在する。一方、裏
面側には左端部7m、右端部6.48mの未塗布部があ
る。グラファイト塗布部は左端部7mの位置から0.4
3mピッチ(塗布部:0.35m、スペース:0.08
m)で形成されており、4620個存在する。
め、図1の遮蔽部材(9aと9b)のピッチを0.43m、
スリット(開口部)は銅箔の進行方向に5cm幅、進行
方向に対し垂直方向に0.16m幅になるように構成し
た。
1aの上に、真空蒸着法によりSiLi層(厚さ3μ
m)21bをパターニング成膜する。銅箔20の初期設
置状態として、図1に示す真空成膜装置の巻き出しロー
ラー2aに先に作成した銅箔20を取り付け、同時に銅
箔20をガイドローラー3aに沿って銅箔20を移動さ
せ、銅箔20の先端を巻き取りローラー2bに取り付
け、全部又は一部のローラーを駆動させて銅箔20に適
度なテンションを与え、銅箔20を弛みや撓みを生じる
ことなく蒸発源(6a、6b)上に平面状に設置した。
遮蔽部材(9a、9b)と銅箔20の隙間は0.5mmとし
た。蒸発源(6a、6b)と銅箔20との距離は、25cm
とした。
ー内を1x10-4Paの真空度まで排気した後、成膜を行っ
た。
の速度で銅箔20を走行させた。銅箔20の表面側のグ
ラファイト層21a上へのSiLi層(厚さ3μm)2
1bの正確な成膜は、銅箔20の走行に伴い、銅箔20
の表面上のグラファイト層21aの端部を位置検出器7
aで認識し走行スピードを制御し、先に説明したシャッ
ター(8a、8b)を開閉する成膜方法にて行った。成
膜後、ガス導入バルブ19を用いてArガスをチャンバー内
に導入しチャンバーを開け、巻き取りローラー2bに巻
き取られた銅箔20を取り出した。
ターニングを行う。銅箔20の裏面側をパターニングす
るために遮蔽部材(9cと9d)のピッチを0.43m、ス
リット(開口部)は銅箔の進行方向に5cm幅、進行方
向に対し垂直方向に0.16m幅になるように構成し
た。
ー内を1x10-4Paの真空度まで排気した後、成膜を行っ
た。
へのSiLi層(厚さ3μm)21bの正確な成膜は銅
箔20の走行に伴い、銅箔20の裏面上のグラファイト
層21aの端部を位置検出器7bで認識し走行スピード
を制御し、先に説明したシャッター(8a、8b)を開
閉する成膜方法にてSiLi合金層(厚さ3μm)21
bをグラファイト層21aの上にパターニング成膜し、
巻き取りローラー2bを使って銅箔20を巻き取った。成
膜後、ガス導入バルブ19を用いてArガスをチャンバー内
に導入しチャンバーを開け、巻き取りローラー2bに巻
き取られた銅箔20を取り出した。
ンの状態を図5に示す。銅箔20の表面側には設計通り左
端部7m、右端部6.42mの未蒸着部を確認した。S
iLi層(厚さ3μm)21bはグラファイト層21a上に
正確に形成され、左端部7mの位置から0.43mピッ
チ(塗布部:0.41m、スペース:0.02m)であ
り、全ての負極のパターニング(4620個)が達成で
きたことを確認した。一方、裏面側には設計通り左端部
7m、右端部6.48mの未蒸着部を確認した。SiL
i層(厚さ3μm)21bはグラファイト層21a上に正確
に形成され左端部7mの位置から0.43mピッチ(塗
布部:0.35m、スペース:0.08m)で形成され
ており、全ての負極のパターニング(4620個)が達
成できたことを確認した。
クと銅箔を重ね同期させながら走行させ、パターンマス
クの開口部を通して銅箔上に電極のパターニングを試み
た。グラファイトが形成された銅箔20は、実施例1に用
いたものを適用した。尚、パターンマスクとの位置合わ
せを行うために合マーク22(穴)が適宜設けられてい
る。また、パターンマスクは厚さ約20ミクロン、幅
0.24m、長さ約2000mの銅箔から開口部22を作
成し、表面にニッケルメッキしたNiメッキ銅箔24を用
いた。図6(a)に銅箔表面側のグラファイト層のパタ
ーン及び図6(b)に銅箔の表面側にパターニングする
ためのパターンマスクの概略を示す。パターンマスクに
も銅箔20との位置合わせ用の合マーク22が設けられ
ている。図7(a)に銅箔20の裏面側のグラファイト
層21aのパターン及び図7(b)に銅箔20の裏面側
にパターニングするためのパターンマスクの概略を示
す。パターンマスクにも銅箔20との位置合わせ用の合
マーク22が設けられている。
部構成を示す。基本的には銅箔20の走行機構と上記銅
箔と同期させ走行させるマスク移動機構からなる。銅箔
20の巻き出しから巻き取りまでは、銅箔20を巻き出
すための巻き出しローラー2a、銅箔20のキャンロー
ラー17aへの誘導のために設けられたガイドローラー
14a、銅箔20とパターンマスク(12a又は12
b)との密着と同期させながら行う成膜精度を上げるた
めのキャンローラー17a、キャンローラー17aから
送られる銅箔20を巻き取りローラーに精度よく走行さ
せるためのガイドローラー14b、ガイドローラー14
bから送られてくる銅箔20を巻き取るための巻き取り
ローラー2bから構成されている。パターンマスク(1
2a又は12b)の巻き出しから巻き取りまでは、上記
パターンマスクを巻き出すための巻き出しりローラー1
3a、上記パターンマスク(12a又は12b)のキャ
ンローラー17aへの誘導のために設けられたガイドロ
ーラー15a、ガイドローラー15aから送られてくる
上記パターンマスク(12a又は12b)を巻き取るた
めの巻き取りローラー13bから構成されている。ま
た、蒸発源6aとキャンローラー17aの最下部との距離は2
5cmとした。
れたグラファイト層21aの上に、真空蒸着法によりS
iLi層21b(厚さ3μm)をパターニング成膜す
る。銅箔20の初期設置状態として、図8に示す巻き出
しローラー2aに先に作製した銅箔20の巻心を、パタ
ーンマスク巻き出しローラー13aに先に作製したパタ
ーンマスク12a(表面側用:図6(b))を取り付け
た。銅箔20とパターンマスク12aとを合マーク22
を合わせ密着させながらキャンローラー17aに沿って
移動させ、それぞれガイドローラー(14b、15b)
を使って、それぞれの巻き取りローラー(2b,13
b)に銅箔20とパターンマスク12aの先端を取り付
けた。全部又は一部のローラーを駆動させて銅箔20と
パターンマスク12aに適度なテンションを与え、銅箔
20とパターンマスクとを弛みや撓みを生じさせること
なく蒸発源6a上のキャンローラー17aに密着させ
た。
の速度で銅箔20とパターンマスク12aとを同期させ
ながら走行させ、シャッター機構を用いることなく蒸発
源から連続的にSiLiを蒸発させた。約1200m成
膜したところで、パターンマスク12aが切れてしまっ
た。成膜後、ガス導入バルブ19を用いてArガスをチャン
バー内に導入しチャンバーを開け、巻き取りローラー2
bに巻き取られた銅箔20を取り出した。成膜できた部
分の銅箔20上のパターンを観察したところ、グラファ
イト上の一部分にSiLi層のない部分があり、グラフ
ァイト上以外の領域にもSiLi層が形成されたことが
分かった。これは、走行中に銅箔20とパターンマスク
12aとがずれを起こしたためである。また、銅箔20
の薄膜層の表面の一部に傷や剥がれが観察された。これ
は、銅箔20とパターンマスク12aを密着させて走行
させているため、ずれを起こした時に薄膜を削っている
ためである。次に、上記銅箔の裏面側のパターニングさ
れたグラファイト層21aの上に、真空蒸着法によりS
iLiからなる活物質をパターニング成膜した。銅箔2
0の初期設置状態として、図8に示す巻き出しローラー
2aに先に作製した銅箔20の巻心を、パターンマスク
巻き出しローラー13aに先に作製したパターンマスク
12b(裏面側用:図7(a))を取り付けた。銅箔2
0とパターンマスク12aとを合マークを合わせ密着さ
せながらキャンローラー17aに沿って移動させ、それぞ
れガイドローラー(14b、15b)を使って、それぞ
れの巻き取りローラー(2b,13b)に銅箔20とパ
ターンマスク12bの先端を取り付けた。全部又は一部
のローラーを駆動させて銅箔20とパターンマスク12
bに適度なテンションを与え、銅箔20とパターンマス
クとを弛みや撓みを生じさせることなく蒸発源6a上の
キャンローラー17aに密着させた。
ー内を1x10-4Paの真空度まで排気した後、成膜を行っ
た。
の速度で銅箔20とパターンマスク12aとを同期させ
ながら走行させ、シャッター機構を用いることなく蒸発
源から連続的にSiLiを蒸発させた。約500メート
ル成膜したところで、パターンマスクが切れてしまっ
た。成膜後、ガス導入バルブ19を用いてArガスをチャン
バー内に導入しチャンバーを開け、巻き取りローラー2
bに巻き取られた銅箔20を取り出した。成膜できた部
分の銅箔20上のパターンを観察したところ、グラファ
イト上の一部分にSiLi層のない部分があり、グラフ
ァイト上以外の領域にもSiLi層が形成されたことが
分かった。これは、走行中に銅箔20とパターンマスク
12bとがずれを起こしたためである。また、銅箔20
の薄膜層の膜面の一部に傷や剥がれが観察された。これ
は、銅箔20とパターンマスク12bを密着させて走行
させているため、ずれを起こした時に薄膜を削っている
ためである。
箔とを同期(走行)させて行う成膜方法では、二次電池
用の電極のパターニングは達成できなかった。
行)させて行う成膜方法では、支持体用の走行手段に加
えて、パターンマスク用の走行手段も真空成膜装置に備
える必要があり、装置の構成が煩雑であった。一方、実
施例1に係る真空成膜装置においては、パターンマスク
を用いないため、パターンマスク用の走行手段を備える
必要がなく、装置の構成をより単純化させることが可能
となる。
期(走行)させて行う成膜方法では、支持体およびパタ
ーンマスク双方の走行の制御が必要となる。さらに、走
行している支持体に対するパターンマスクの位置を確認
する必要もある。そのため、所望の位置に精確に成膜す
ることは困難である。一方、実施例1にかかる真空成膜
装置においては、遮蔽部材は固定されており、走行する
構成要素は支持体のみである。また、支持体上の成膜す
べき位置は位置検出器により精確に認識され、その情報
に基づいてシャッター機構は制御される。その結果、支
持体に精度良く成膜することができる。
電解液二次電池用の負極としてパターニングされたグラ
ファイト上にシリコン−リチウム合金(SiLi)から
なる薄膜層を真空一貫で両面にパターニングするための
真空成膜装置とそれを使ったパターニング方法を説明す
る。
同様のものを用いた。図9は、図4の銅箔20の両面の所
定の位置(グラファイト層21a)にSiLi層21bを形成
するための真空蒸着装置の内部構成を示す概略図であ
る。銅箔20の巻き出しから巻き取りまでは、銅箔20を巻
き出すための巻き出しローラー2a、銅箔20を高精度に
移動させ、蒸発源(6a、6b)からの蒸発物を銅箔20の表
面側の銅箔20上に正確に成膜するために設けられた二つ
のガイドローラー3a、ガイドローラー3aから送られ
てきた銅箔20を高精度に移動させ、銅箔20の裏面側を蒸
発源(6c、6d)に向けるために設けた二つのガイドロー
ラー4a、ガイドローラー4aから送られる銅箔20のス
ピードを変えることが可能で、裏面側の目的の位置に成
膜するために設けられたダンサローラー5、ダンサロー
ラー5への銅箔20の送りを担うガイドローラー4b、ダ
ンサローラー5から送られてくる銅箔20をガイドローラ
ー3bに正確に送ることを目的とするガイドローラー4
c、ダンサローラー5から送られる動箔20の裏面側の目
的の位置に成膜するために設けられた二つのガイドロー
ラー3b、ガイドローラー3bから送られてくる両面に
シリコン薄膜がパターニングされた銅箔20を巻き取るた
めの巻き取りローラー2bから構成されている。また、
銅箔20上のグラファイト層21aの位置を正確に把握
し、グラファイト上に正確に成膜するために、銅箔面と
グラファイト塗布面の光の反射率を利用した位置検出器
(7a、7b)を成膜前の工程に設置した。銅箔20の表面
側をパターニングするための遮蔽部材(9aと9b)のピッ
チは0.43m、スリット幅(開口部)はそれぞれ進行
方向に5cm幅、進行方向に対し垂直方向に0.16m幅に
なるように構成した。一方、銅箔20の裏面側をパター
ニングするための遮蔽部材(9cと9d)のピッチは0.4
3m、スリット幅(開口部)はそれぞれ5cm幅、進行
方向に対し垂直方向に0.16m幅になるように設置した。
1aの上に、真空蒸着法によりSiLi層(厚さ3μ
m)21bをパターニング成膜する。銅箔20の初期設置状
態として、図9に示す真空成膜装置の巻き出しローラー
2aに先に作成した銅箔20の巻心を取り付け、同時に
銅箔20をガイドローラー3a→ガイドローラー4a→
ガイドローラー4b→ダンサローラー5→ガイドローラ
ー4c →ガイドローラー3bに沿って銅箔20を移動
させ、銅箔20の先端を巻き取りローラー2bに取り付
け、全部又は一部のローラーを駆動させて銅箔20に適
度なテンションを与え、銅箔20を弛みや撓みを生じる
ことなく蒸発源上に平面状に設置した。遮蔽部材(9a、
9b、9c、9d)と銅箔20の隙間は0.5mmとした。ま
た、蒸発源(6a、6b、6c、6d)と銅箔20間の距離は25cm
とした。
ー内を1x10-4Paの真空度まで排気した後、成膜を行っ
た。
の速度で銅箔20を走行させた。銅箔20の表面側のグ
ラファイト層21a上へのSiLi層(厚さ3μm)2
1bの正確な成膜は、銅箔20の走行に伴い、銅箔20
の表面上のグラファイト層21aの端部を位置検出器7
aで認識し走行スピードを制御し、先に説明したシャッ
ター(8a、8b)を開閉する成膜方法にて行った。銅
箔20の裏面側のグラファイト層21aへのSiLi層
21bの正確な成膜は銅箔20の走行に伴い、銅箔20
の裏面上のグラファイト層21aの端部を位置検出器7
bで認識し走行スピードを制御し、先に説明したシャッ
ター(8c、8d)を開閉する成膜方法にてSiLi層
21bをグラファイト層21aの上にパターニング成膜
し、巻き取りローラー2bを使って銅箔20を巻き取っ
た。成膜後、ガス導入バルブ19を用いてArガスをチャン
バー内に導入しチャンバーを開け、巻き取りローラー2
bに巻き取られた銅箔20を取り出した。
ンの状態を図6に示す。銅箔の表面側には設計通り左端
部7m、右端部6.42mの未蒸着部を確認した。Si
Li層(3μm)21bはグラファイト層21a上に正確に
形成され、左端部7mの位置から0.43mピッチ(塗
布部:0.41m、スペース:0.02m)であり、4
620個のSiLi層21bが形成された負極の存在を確認
した。一方、裏面側には設計通り左端部7m、右端部
6.48mの未蒸着部を確認した。SiLi層21bはグ
ラファイト層21a上に正確に形成され左端部7mの位
置から0.43mピッチ(塗布部:0.35m、スペー
ス:0.08m)で形成されており、4620個のSiLi
層21bが形成された負極の存在を確認した。
1に示パターンマスクと銅箔とを同期させ走行し、真空
一貫で銅箔の両面に負極をパターニングすることを試み
た。
マスクは、比較例1に用いたものを用いた。
の両面に負極を形成するための真空成膜装置の内部構成
を示す。銅箔20の巻き出しから巻き取りまでは、銅箔
20の巻き出しローラー2a、銅箔20とパターンマス
ク(12a又は12b)との密着を保ちながら蒸発源
(6a、6b)からの蒸発物を成膜するためのキャンロ
ーラー17a、キャンローラー17aから送られる銅箔
20を高精度に移動させ、銅箔20の裏面側を蒸発源
(6c、6d)に向けるために設けた二つのガイドローラー
4a、ガイドローラー4aから送られる銅箔20のスピ
ードを変えることが可能で、裏面側の目的の位置に成膜
するために設けられたダンサローラー5、ダンサローラ
ー5への銅箔20の送りを担うガイドローラー4b、ダ
ンサローラー5から送られてくる銅箔20をキャンロー
ラー17bに正確に送ることを目的とするガイドローラー
4c、ダンサローラー5から送られる銅箔20とパター
ンマスク12bとの密着を保ちながら蒸発源(6c、6
d)からの蒸発物を銅箔20の裏面側に成膜するための
キャンローラー17b、キャンローラー17bから送ら
れてくる両面にSiLi薄膜がパターニングされた銅箔
20を巻き取るための巻き取りローラー2bから構成さ
れている。
のパターンマスク12aの巻き出しから巻き取りまで
は、上記パターンマスクを巻き出すための巻き出しロー
ラー13a、上記パターンマスクのキャンローラー17
aへの誘導のために設けられたガイドローラー15a、
ガイドローラー15aから送られてくる上記パターンマ
スク12aを巻き取りローラー13bへ誘導するための
ガイドローラー15b、ガイドローラー15bから送ら
れてくるパターンマスクを巻き取るための巻き取りロー
ラー13bから構成されている。銅箔20の裏面側にパ
ターニングするためのパターンマスク12bの巻き出し
から巻き取りまでは、上記パターンマスクを巻き出すた
めの巻き出しローラー13c、上記パターンマスクのキ
ャンローラー17bへの誘導のために設けられたガイド
ローラー16a、キャンローラー17bから送られてく
る上記パターンマスクを巻き取りローラー13dへ誘導
するためのガイドローラー16b、ガイドローラー16
bから送られてくる上記パターンマスクを巻き取るため
の巻き取りローラー13dから構成されている。
イト層21aの上に、真空蒸着法によりSiLiからな
る活物質をパターニング成膜した。銅箔20の初期設置
状態として、図10に示す巻き出しローラー2aに先に
作製した銅箔20の巻心を取り付け、同時に銅箔20を
キャンローラー17a→ガイドローラー4a→ガイドロ
ーラー4b→ダンサローラー5→キャンローラー17b
に沿って銅箔20を移動させ、銅箔20の先端を巻き取
りローラー2bに取り付けた。
状態として、パターンマスク(12a、12b)をガイ
ドローラー(15a、16a)→キャンローラー(17
a、17b)→ガイドローラー(15b、16b)に沿
って移動させ、巻き取りローラー(13b、13d)に
取り付ける。そして、パターンマスク(12a、12
b)の合マーク22を銅箔20の合マーク22に合わ
せ、テンションをかけ初期状態となる。
ー内を1x10-4Paの真空度まで排気した後、成膜を行っ
た。
の速度で銅箔20とパターンマスク12aとを同期させ
ながら走行させ、シャッター機構を用いることなく蒸発
源から連続的にSiLiを蒸発させた。銅箔20の表面
側の成膜では約1200メートル成膜したところで、裏
面側の成膜では約1100m走行させたところでパター
ンマスクが切れてしまった。成膜後、ガス導入バルブ19
を用いてArガスをチャンバー内に導入しチャンバーを開
け、巻き取りローラー2bに巻き取られた銅箔20を取
り出した。
観察したところ、グラファイト上の一部分にSiLi層
のない部分があり、グラファイト上以外の領域にもSi
Li層が形成されたことが分かった。これは、走行中に
銅箔20とパターンマスク12aとがずれを起こしたた
めである。また、銅箔20の薄膜層の膜面の一部に傷や
剥がれが観察された。これは、銅箔20とパターンマス
ク12aを密着させて走行させているため、ずれを起こ
した時に薄膜を削っているためである。上記500mが
成膜され巻き取りローラー2bに巻き取られた銅箔20
を取り出した。
箔とを同期(走行)させて行う成膜方法では、二次電池
用の電極のパターニングは達成できなかった。
から支持体への蒸発物質の移動をシャッター機構等の遮
断手段が間歇的に遮断することにより成膜が行われる。
この結果、所定のパターン形状を有する薄膜が制御性良
く安定的に形成される。遮断手段は支持体と離間して設
けられるため、マスクを用いる従来技術において生じて
いた、膜の位置ずれ、マスクに付着した蒸着物質が走行
中に剥がれることにより生じる汚染、成膜中における支
持体の切断等の問題を有効に解消することができる。
ば、所望の形状にパターニングされた活物質層を安定的
に作製することができる。
例を示す概略図である。
する概念図である。
ング工程を行うための真空成膜装置の内部構成の一部を
示す概略図である。
よりグラファイトがパターニングされた銅箔の概略図で
ある。
によりSiLiがパターニングされた負極の概略図であ
る。
るパターンマスクの概略図である。
るパターンマスクの概略図である。
部を示す概略図である。
部を示す概略図である。
一部を示す概略図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 支持体上に所定のパターン形状を有する
薄膜を形成する真空成膜装置であって、支持体を走行せ
しめる走行手段と、薄膜を構成する蒸発物質を含む蒸発
源と、前記蒸発源から前記支持体への前記蒸発物質の移
動を間歇的に遮断する遮断手段とを備え、前記遮断手段
は、前記蒸発源と前記支持体との間に介在し、前記支持
体と離間して設けられたことを特徴とする真空成膜装
置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の真空成膜装置におい
て、前記遮断手段を複数備えたことを特徴とする真空成
膜装置。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の真空成膜装置
において、異なる蒸発物質を含む複数種類の蒸発源を備
えたことを特徴とする真空成膜装置。 - 【請求項4】 支持体を巻き出すための巻き出しローラ
ーと、 前記巻き出しローラーから送り出される前記支持体を巻
き取るための巻き取りローラーと、 前記支持体上に真空成膜を施すための蒸発物質を含む蒸
発源と、 前記蒸発源と前記支持体との間に設けられた、スリット
状開口部を有する遮蔽部材と、 前記遮蔽部材と前記蒸発源との間に設けられ、前記蒸発
源から前記支持体上への前記蒸発物質の移動を間歇的に
遮断するシャッター機構と、を備えたことを特徴とする
真空成膜装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載の真空成膜装置におい
て、前記遮蔽部材または前記シャッター機構に加熱手段
が設けられたことを特徴とする真空成膜装置。 - 【請求項6】 請求項4または5に記載の真空成膜装置
において、前記巻き出しローラーと前記巻き取りローラ
ーとの間に、ガイドローラーを備えたことを特徴とする
真空成膜装置。 - 【請求項7】 請求項4乃至6いずれかに記載の真空成
膜装置において、前記巻き出しローラーと前記巻き取り
ローラーとの間に、ダンサローラーを備えたことを特徴
とする真空成膜装置。 - 【請求項8】 請求項4乃至7いずれかに記載の真空成
膜装置において、前記巻き出しローラーと前記巻き取り
ローラーとの間に、前記支持体の位置を決定する位置検
出器を備えたことを特徴とする真空成膜装置。 - 【請求項9】 請求項4乃至8いずれかに記載の真空成
膜装置において、前記遮蔽部材が複数のスリット状開口
部を有し、各スリット状開口部に対応してシャッター機
構を設けたことを特徴とする真空成膜装置。 - 【請求項10】 請求項4乃至9いずれかに記載の真空
成膜装置において、異なる蒸発物質を含む複数種類の蒸
発源を備えたことを特徴とする真空成膜装置。 - 【請求項11】 走行させた状態の支持体上に、蒸発源
から発生した蒸発物質を導くことにより成膜を行う真空
成膜方法であって、前記成膜の際、前記支持体と離間し
て設けられた遮断手段により、前記蒸発源から前記支持
体への前記蒸発物質の移動を間歇的に遮断することで所
定のパターン形状を有する薄膜を形成することを特徴と
する真空成膜方法。 - 【請求項12】 請求項11に記載の真空成膜方法にお
いて、前記遮断手段がシャッター機構であることを特徴
とする真空成膜方法。 - 【請求項13】 請求項11または12に記載の真空成
膜方法において、遮断手段を複数設け、一の遮断手段を
用いて成膜した後、連続的に他の遮断手段を用いて重ね
て成膜することにより、前記薄膜を形成することを特徴
とする真空成膜方法。 - 【請求項14】 走行させた状態の導電性支持体上に、
蒸発源から発生した活物質を導くことにより活物質層を
形成する電池用電極の製造方法であって、前記活物質層
を形成する際、前記支持体と離間して設けられた遮断手
段により、前記蒸発源から前記支持体への前記活物質の
移動を間歇的に遮断することで所定のパターン形状を有
する活物質層を形成することを特徴とする電池用電極の
製造方法。 - 【請求項15】 請求項14に記載の電池用電極の製造
方法において、前記遮断手段がシャッター機構であるこ
とを特徴とする電池用電極の製造方法。 - 【請求項16】 請求項14または15に記載の電池用
電極の製造方法において、遮断手段を複数設け、一の遮
断手段を用いて層形成した後、連続的に他の遮断手段を
用いて重ねて層形成することにより、前記活物質層を形
成することを特徴とする電池用電極の製造方法。
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