JP3453190B2

JP3453190B2 - 真空蒸着方法および真空蒸着装置

Info

Publication number: JP3453190B2
Application number: JP12231694A
Authority: JP
Inventors: 邦彦尾崎; 敏則町田
Original assignee: Toyo Ink SC Holdings Co Ltd
Current assignee: Toyo Ink SC Holdings Co Ltd
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 2003-10-06
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: JPH07331420A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、食品包装，医薬品包
装，電子機器部品包装，たばこ包装，写真製版，感光性
写真材料などの分野に利用可能な各種機能を有したフレ
キシブルプラスチックフィルムの真空蒸着加工に好適に
用いられる真空蒸着方法および真空蒸着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、真空蒸着法によりフレキシブルプ
ラスチックフィルムの表面に金属または金属酸化物をコ
ーティングし、装飾性、ガスバリヤ性、耐薬品性、濡れ
特性、磁気特性、電導性、寸法安定性などの機能性を付
与し、食品包装，医薬品包装，電子機器部品包装，たば
こ包装，写真製版及び感光性写真材料などの分野に利用
されるようになった。特にアルミニウム蒸着フィルム
は、装飾、包装用途に広くに利用されるようになってい
る。また、最近では環境汚染の少ない透明ハイバリヤー
素材として珪素酸化物蒸着フィルムの研究開発も盛んに
行われ広く、普及することも期待されるなど金属酸化物
の蒸着技術の開発に対する要求も日増しに強くなってい
る。

【０００３】これらの用途の広がりに対応し、大量生産
および加工コストの低減が必要となった。そのため、蒸
発温度を高温にして加工速度を高速化することによる加
工時間の短縮、装着するフィルム幅を広くすることによ
る１回の加工工程で生産可能な面積の拡大、加工長の延
長などが実用化され、結果として蒸着機が大型化してき
た。加工長を延長するためには、蒸発原料を１回に大量
に仕込めるように蒸発原料るつぼの大型化をはかった
り、真空槽内に蒸発原料の保存スペースを設けてそれを
連続供給できるよう工夫されてきた。アルミニウムのよ
うな溶融性蒸発原料を連続供給する場合には、図４に示
すように抵抗加熱方式により蒸発原料が蒸発する温度以
上に加熱されたボート状の蒸発源（蒸発原料を蒸発させ
る加熱部）にワイヤー状に加工された蒸発原料を連続供
給する方法が欧米では広く普及している。また、珪素酸
化物のような昇華性蒸発原料を使用する場合には、図５
に示すように電子線加熱方式により昇華温度以上に加熱
された蒸発原料をゆっくりと移動させることにより連続
供給する方法や、図６に示すような装置（特開平１−２
５２７６８号、特開平２−２７７７７４号に開示）を用
い蒸発原料を連続供給する方法がとられてきた。

【０００４】しかしながら、どの方法も蒸発原料を予め
加熱することなく蒸発源（蒸発原料を蒸発させる加熱
部）である原料加熱ヒーターに供給しているため、蒸発
原料は室温に近い温度から蒸発温度まで急激に加熱され
る。そのため蒸発原料の加熱が不十分となり、十分な蒸
発速度（蒸着加工速度）を得ることが難しい。蒸発原料
が複合組成物の場合はその組成物自体が破損したりす
る。また、不足した蒸発速度を補うため蒸発源のヒータ
ーや電子線に投入するパワーを大きくすると、蒸発原料
の温度分布に大きな偏差が生じる。この結果、アルミニ
ウムのような溶融性原料の場合、突沸によるスプラッシ
ュ（蒸発飛沫）の発生を招く。このスプラッシュは、蒸
着フィルムに到達し蒸着膜の欠陥、基材フィルムの損
傷、異物の混入現象等のトラブルの原因となる問題点が
あった。また、珪素酸化物のような昇華性原料の複合組
成物（特に粉体成形物）の場合、やはりスプラッシュの
発生や急激なガス放出（粉体成形原料の場合または低蒸
発温度の不純物を含む場合）、さらには蒸発原料である
複合組成物（特に成形原料）が割れ、真空槽内圧力の上
昇，不純物の混入や蒸発速度の変動を招いていた。

【０００５】その結果として、真空槽内圧力が上昇する
と、珪素酸化物蒸着フィルムの品質は低下し、蒸発速度
（結果として蒸着加工速度）も低下する。また、スプラ
ッシュの発生は、前述のように蒸着膜の欠陥、基材フィ
ルムの損傷や異物の混入現象としてトラブルの原因とな
り、蒸発原料である複合組成物の割れは、連続供給蒸着
用ヒーターの中で「詰まり」現象を発生し、蒸発原料の
連続供給による長時間蒸着加工の妨げとなる。蒸発速度
の変動は、複数並ぶ蒸発源の加熱ヒーター毎に不規則に
生じるため、蒸着膜厚等の制御を不安定にし、結果とし
て蒸着フィルムの品質が低下する。前述のように、従来
の蒸発原料を連続供給可能な蒸着方式には、生産性と蒸
着フィルムの品質の両立が難しいという問題点があっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、大量生産を
実現するために珪素酸化物を含む昇華性蒸発原料を連続
供給する真空蒸着方法において、高い蒸発速度（結果と
して蒸着加工速度）と安定した品質の両立を実現する真
空蒸着方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、珪素酸
化物を含む昇華性蒸発原料を実質的に連続供給する真空
蒸着方法において、蒸発原料を蒸発させる前に、１００
〜３００℃／分の昇温速度で予め加熱することを特徴と
する真空蒸着方法によって達成することができる。本発
明の目的は更に、珪素酸化物を含む昇華性蒸発原料を実
質的に連続供給する真空蒸着装置において、蒸発原料を
蒸発させる前に、１００〜３００℃／分の昇温速度で予
め加熱する予備加熱部を有することを特徴とする真空蒸
着装置によって達成することができる。

【０００８】本発明において、蒸発原料を実質的に連続
供給する真空蒸着装置としては、図５に示すように電子
線加熱方式により昇華温度以上に加熱された蒸発原料を
ゆっくりと移動させることにより連続供給する装置や、
図６に示すような特開平１−２５２７６８号や特開平２
−２７７７７４号公報に記載された装置が挙げられる。
本発明において、連続供給される蒸発原料を予備加熱部
で予め加熱する方法としては、真空状態で使用でき、且
つ蒸発原料を所定の時間内に所定の温度に昇温可能な方
法で有れば特に制限は無く、直接抵抗加熱、間接抵抗加
熱、直接高周波誘導加熱、間接高周波誘導加熱、輻射加
熱、電子線加熱など従来公知の方法を用いることができ
る。

【０００９】予備加熱部については直接的に温度制御し
ても良いが、特にしなくても良い。予備加熱部を直接的
に温度制御する場合、その制御方法はＰＩＤ制御、比例
制御、ファジィー制御などの方法が挙げられる。そのた
めの温度計測方法も熱電対温度計、放射温度計などの従
来公知の温度計を用いた方法が使用できる。図２に、直
接抵抗加熱の蒸発源（蒸発原料を蒸発させる加熱部）と
直接抵抗加熱の予備加熱部を放射温度計でＰＩＤ制御し
たシステムの模式図を示す。また、図３に、直接抵抗加
熱の蒸発源（蒸発原料を蒸発させる加熱部）と高周波誘
導加熱の予備加熱部を放射温度計でＰＩＤ制御したシス
テムの模式図を示す。予備加熱部を直接的に温度制御し
ない場合は、図１に示すように、蒸発源（蒸発原料を蒸
発させる加熱部）と予備加熱部を一体化する方法が挙げ
られる。蒸発源と予備加熱部を一体化する方法は、装置
を簡便かつ安価にできることから好ましい方法である。
この方法を用いた場合でも、蒸発源の温度は制御される
ため、蒸発源の温度と予備加熱部の温度差を正しく把握
することにより、事実上、予備加熱部の温度制御が実現
する。

【００１０】本発明においては、蒸発原料を円滑にかつ
連続的に供給することは必須条件であり、それを妨げな
いよう蒸発原料を予め加熱しなければならない。つま
り、予備加熱部の温度は、蒸発原料の特性（昇華性），
蒸発原料の熱容量，熱伝導度及び蒸発原料の供給速度等
を考慮し、設定するべきである。具体的には、蒸発原料
が珪素酸化物のような熱伝導度の低い昇華性原料の場
合、予備加熱部の温度は、原料の昇華温度より２００℃
低い温度以上、昇華温度より５０℃高い温度以下でなけ
ればならない。予備加熱部の温度がこの範囲より高い場
合、蒸発原料が蒸発源に到達する前に、予備加熱部で大
量に昇華してしまうため、蒸発原料自体が減量し、効率
の良い蒸発が行われなくなる。

【００１１】蒸発原料を予め加熱する予備加熱部の温度
は、蒸発源で蒸発する蒸発速度をできるだけ高くし、本
発明が目的とする課題解決の効果をより大きくするため
には、条件範囲内で可能な限り高い温度であることが好
ましい。予備加熱部の温度は、熱伝導度の低い昇華性原
料である一酸化珪素を１×１０^-2Ｐａの圧力下で真空蒸
着する場合は、６７３〜９２３℃、さらには９０３〜９
２３℃が好ましい。また、珪素と熱伝導度の低い二酸化
珪素の混合物を１×１０^-2Ｐａの圧力下で真空蒸着する
場合は９２３〜１１７３℃、さらには１１５３〜１１７
３℃が好ましい。蒸発原料として熱伝導度の低い昇華性
原料であるＳｉＯ₂のような珪素酸化物を含む場合、予
め加熱する昇温速度が急激であると、結果としてスプラ
ッシュの発生，急激なガス放出，蒸発原料の割れ，真空
槽内圧力の上昇，不純物の混入，蒸発速度の変動等を引
き起こす。そのため、蒸発原料としてＳｉＯ₂のような
珪素酸化物を含む場合、蒸発材料を予備加熱する際の昇
温速度は、１００〜３００℃／分程度とする必要があ
る。

【００１２】昇華性蒸発原料としては、連続的に原料を
供給する真空蒸着装置に使用される原料であれば特に制
限はなく、Ｓｉ及びＳｉＯ，Ｓｉ₃Ｏ₄，Ｓｉ₂Ｏ₃，
ＳｉＯ₂を含むＳｉＯｘ（Ｘ＝１〜２）等の珪素及び珪
素酸化物から選ばれる１種または２種以上の物質の混合
物や、珪素及びまたは珪素酸化物と金属及びまたは金属
化合物との混合物や化学結合物が挙げられる。この中で
ＳｉＯ₂等の珪素酸化物は結晶性でも非晶性でも構わな
い。金属化合物としては金属酸化物や金属フッ化物が挙
げられる。金属酸化物としては、マグネシウム酸化物，
カルシウム酸化物，バリウム酸化物，アルミニウム酸化
物，チタン酸化物，ジルコニア酸化物，ナトリウム酸化
物，カリウム酸化物，錫酸化物，インジウム酸化物，酸
化マグネシウム−二酸化珪素共酸化物（フォルステライ
ト，ステアタイト），酸化アルミニュウム−二酸化珪素
共酸化物（ムライト）等が挙げられる。また金属フッ化
物としては、アルカリ土類金属のフッ化物，例えばフッ
化マグネシウムやフッ化カルシウム，フッ化バリウム
や、アルカリ金属のフッ化物，例えばフッ化ナトリウム
やフッ化カリウム等が挙げられる。

【００１３】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はその要旨をこえない限り、以下
の実施例に限定されるものではない。なお実施例で得ら
れた蒸着フィルムの試験方法は以下のとおりである。酸素バリヤー性：ＡＳＴＭＤ３９８５に準拠し、米
国モダンコントロールズ社のＯＸＴＲＡＮ−ＴＷＩＮを
用いて酸素ガス透過率を測定した。外観：得られた蒸着フィルムの蒸着膜の欠陥，異物混入
について、目視にて評価した。

【００１４】〔実施例１〕図１に示すように、特開平１
−２５２７６８号公報に記載された真空蒸着装置に、蒸
発源と一体となっている予備加熱部（ちっ化ほう素複合
焼結体製）を設けた。予備加熱部の加熱方法は、蒸発源
の加熱方法と同じ抵抗加熱方式である。なお、予備加熱
部の温度制御は独自に行わず、蒸発源の放射温度計によ
る温度制御に依存する方法をとった。次に、珪素と二酸
化珪素（非晶質）との等モル混合物を圧縮成形し、直径
４０ｍｍ，高さ３５ｍｍの円柱状成形物を得た。得られ
た成形物を、蒸発原料供給機構から５ｍｍ／分間の供給
速度で、蒸発源と一体となっている予備加熱部に連続供
給し、１×１０^-2Ｐａの真空下で蒸発源を抵抗加熱によ
り１３５０℃に加熱し、（その時予備加熱部の温度を放
射温度計を用いて測定したところ、１１７０℃であっ
た。）厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレートフィ
ルムに珪素酸化物を真空蒸着した。その条件のまま加工
速度は５０ｍ／分で、１時間真空蒸着加工を行った。な
お、１時間の真空蒸着加工中には、スプラッシュの発生
は認められなかった。蒸着膜の厚みは、水晶式膜厚モニ
ターを用いて測定したところ、約１０００オングストロ
ームであった。

【００１５】〔実施例２〕図３に示すように、特開平１
−２５２７６８号公報に記載される真空蒸着装置に、蒸
発源と別体となっている予備加熱部（グラファイト製）
を設けた。予備加熱部の加熱方法は、高周波誘導加熱方
式である。なお、予備加熱部の温度制御は、蒸発源とは
別に、放射温度計により行った。次に、一酸化珪素と酸
化マグネシウムの混合物（混合比９０モル％：１０モル
％）圧縮成形し、直径４０ｍｍ，高さ３５ｍｍの円柱状
成形物を得た。得られた成形物を、蒸発原料供給機構か
ら１０ｍｍ／分間の供給速度で、蒸発源と別体となって
いる予備加熱部に連続供給し、１×１０^-2Ｐａの真空下
で蒸発源を抵抗加熱方式により１３００℃に加熱し、ま
た同時に予備加熱部を９２０℃に加熱した。厚さ１２μ
ｍのポリエチレンテレフタレートフィルムに珪素−マグ
ネシウム複合酸化物を真空蒸着した。その条件のまま加
工速度は５０ｍ／分で、１時間真空蒸着加工を行った。
なお、１時間の真空蒸着加工中には、スプラッシュの発
生は認められなかった。蒸着膜の厚みは、水晶式膜厚モ
ニターを用いて測定したところ、約１０００オングスト
ロームであった。

【００１６】〔実施例３〕珪素と二酸化珪素等モル混合
物を圧縮成形し、直径４０ｍｍ，高さ３５ｍｍの円柱状
成形物を得た。得られた成形物を、実施例２と同様の真
空蒸着装置の蒸発原料供給機構から１０ｍｍ／分の供給
速度で、蒸発源と別体となっている予備加熱部に連続供
給し、１×１０^-2Ｐａの真空下で蒸発源を抵抗加熱によ
り１３００℃に加熱し、また同時に予備加熱部を１１６
５℃に加熱した。予備加熱部の温度と蒸発源の温度から
蒸発原料成形物の昇温速度を計算したところ、２００℃
／分間であった。厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタ
レートフィルムに珪素酸化物を真空蒸着し、その条件の
まま加工速度は５０ｍ／分で、１時間真空蒸着加工を行
った。なお、１時間の真空蒸着加工中には、スプラッシ
ュの発生は認められなかった。蒸着膜の厚みは、水晶式
膜厚モニターを用いて測定したところ、約１０００オン
グストロームであった。

【００１７】〔比較例２〕予備加熱部を６００℃に加熱した以外は実施例３と同様
にして、厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレートフ
ィルムに珪素酸化物を真空蒸着した。予備加熱部及び蒸
発源の温度から蒸発原料成形物の昇温速度を計算したと
ころ、７００℃／分間であった。その条件のまま加工速
度は５０ｍ／分で、１時間真空蒸着加工を行った。しか
し、１時間の真空蒸着加工中に、スプラッシュの発生が
認められた。蒸着膜の厚みは、水晶式膜厚モニターを用
いて測定したところ、約１０００オングストロームであ
った。

【００１８】〔比較例１〕予備加熱部を加熱しない以外
は実施例２と同様にして、厚さ１２μｍのポリエチレン
テレフタレートフィルムに珪素−マグネシウム複合酸化
物を真空蒸着した。真空蒸着加工時の蒸発源の温度は実
施例２と同じ１３００℃であるが、その時の予備加熱部
は加熱を行っていないため、熱電対温度計で測定したと
ころ、６０℃であった。その条件のまま加工速度は５０
ｍ／分間で真空蒸着加工を続けたところ、スプラッシュ
の発生が認められ、約３０分後に蒸発原料である成形物
が破損して原料の連続供給ができなくなった為、真空蒸
着加工を中止した。

【００１９】実施例および比較例で得られた蒸着フィル
ムの蒸着加工の最後の部分について、酸素バリヤー性と
外観を評価した。結果を表１に示す。

【表１】

【００２０】

【発明の効果】本発明により、蒸発原料の不十分な加
熱，蒸発速度の低下，原料成形物自体が破損，突沸によ
るスプラッシュの発生，急激なガス放出，真空槽内圧力
の上昇，不純物の混入や蒸発速度の変動等のトラブル無
く真空蒸着でき、高品質の蒸着フィルムを得ることがで
きる。

【００２１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸発源と一体となった予備加熱部と蒸
発源の側面図。

【図２】本発明の蒸発源と別体となった予備加熱部と蒸
発源の側面図。

【図３】本発明の蒸発源と別体となった予備加熱部と蒸
発源の側面図。

【図４】従来の電子線加熱方式の蒸発源の側面図。

【図５】従来の蒸発源の側面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−93271（ＪＰ，Ａ) 特開平１−252768（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−84930（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 H01L 21/203

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】珪素酸化物を含む昇華性蒸発原料を実質的
に連続供給する真空蒸着方法において、蒸発原料を蒸発
させる前に、１００〜３００℃／分の昇温速度で予め加
熱することを特徴とする真空蒸着方法。
【請求項２】珪素酸化物を含む昇華性蒸発原料を実質的
に連続供給する真空蒸着装置において、蒸発原料を蒸発
させる前に、１００〜３００℃／分の昇温速度で予め加
熱する予備加熱部を有することを特徴とする真空蒸着装
置。