特開 2023-122812 真空処理装置及び真空処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023122812

(43)【公開日】2023-09-05

(54)【発明の名称】真空処理装置及び真空処理方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/58 20060101AFI20230829BHJP

   C23C 14/04 20060101ALI20230829BHJP

   C23C 14/14 20060101ALI20230829BHJP

   C23C 26/00 20060101ALI20230829BHJP

【ＦＩ】

C23C14/58 Z

C23C14/04 A

C23C14/14 D

C23C26/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022026536

(22)【出願日】2022-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木本 孝仁

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 俊介

(72)【発明者】

【氏名】福田 義朗

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 昌敏

【テーマコード（参考）】

4K029

4K044

【Ｆターム（参考）】

4K029AA02

4K029AA11

4K029AA25

4K029BA02

4K029BB03

4K029BC03

4K029CA01

4K029DA04

4K029DB03

4K029DB04

4K029GA00

4K029GA03

4K029HA01

4K029JA10

4K029KA03

4K029KA09

4K044AA01

4K044AA03

4K044AA06

4K044AA16

4K044AB02

4K044BA01

4K044BB01

4K044BC14

4K044CA13

(57)【要約】

【課題】本発明の目的は、成膜領域と非成膜領域とを設ける技術において基材面内で所望の膜厚分布が得られる真空処理装置及び真空処理方法を提供することにある。
【解決手段】上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空処理装置は、マスク部材から露出させたシート状の基材の成膜面にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む被膜を形成させた上記基材に対して、上記成膜面に形成された上記被膜と、上記成膜面に形成された上記被膜の下地部分となる上記基材とを減圧雰囲気で裁断するスリット部を具備する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マスク部材から露出させたシート状の基材の成膜面にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む被膜を形成させた前記基材に対して、前記成膜面に形成された前記被膜と、前記成膜面に形成された前記被膜の下地部分となる前記基材とを減圧雰囲気で裁断するスリット部を具備する真空処理装置。

【請求項2】

請求項１に記載された真空処理装置において、
減圧雰囲気で前記被膜を前記基材に形成する成膜部をさらに具備する
真空処理装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載された真空処理装置において、
前記基材に形成された前記被膜の表面または前記スリット部によって裁断された前記被膜の切断面を改質する表面処理部をさらに具備する
真空処理装置。

【請求項4】

請求項３に記載された真空処理装置において、
前記成膜部に含まれる蒸着源を収容する第１処理室と、
前記スリット部を収容する第２処理室と
前記表面処理部に適用される処理用ガスのガス雰囲気を形成する第３処理室と
を有する
真空処理装置。

【請求項5】

減圧雰囲気でシート状の基材をマスク部材から露出させて、前記マスク部材から露出させた前記基材の成膜面に対してアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む被膜を形成し、
前記成膜面に形成された前記被膜と、前記成膜面に形成された前記被膜の下地部分となる前記基材とを減圧雰囲気で裁断する
真空処理方法。

【請求項6】

請求項５に記載された真空処理方法において、
前記基材に形成された前記被膜の表面または裁断された前記被膜の切断面を改質する
真空処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空処理装置及び真空処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話やスマートフォン等のモバイル機器の進展に伴い、これらの機器に搭載されるリチウム電池が注目されている。リチウム電池は、その製造工程において、リチウム金属を基材上に形成する工程が特に重要である。例えば、リチウム金属を基材上に形成する成膜装置としては、巻出しローラから巻き出された基材をメインロールに巻き付けながら、基材上に蒸発材料の薄膜を形成し、当該基材を巻取りローラにより巻き取る方式の成膜装置がある。

【0003】

このような成膜装置を扱う業界において、薄膜が形成された基材の使用用途等に応じて、成膜の過程で薄膜が形成された成膜領域と薄膜が形成されない非成膜領域とを設ける必要性が生じている。成膜領域と非成膜領域とを設ける技術においては、非成膜領域には薄膜が形成されないように蒸発材料を基材の手前で遮蔽する遮蔽板（マスク板）が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５０２４９７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、遮蔽板を用いて蒸発材料を遮蔽しても、遮蔽板と基材との間に蒸発材料が回り込んでしまい、非成膜領域にも蒸発材料が付着する場合がある。この場合、基材面内においては、所望の膜厚分布が得られないことになる。

【0006】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、成膜領域と非成膜領域とを設ける成膜技術において基材の面内で所望の膜厚分布が得られる真空処理装置及び真空処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空処理装置は、マスク部材から露出させたシート状の基材の成膜面にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む被膜を形成させた上記基材に対して、上記成膜面に形成された上記被膜と、上記成膜面に形成された上記被膜の下地部分となる上記基材とを減圧雰囲気で裁断するスリット部を具備する。

【0008】

このような真空処理装置によれば、基材の面内で所望の膜厚分布が得られることになる。

【0009】

上記の真空処理装置においては、減圧雰囲気で上記被膜を上記基材に形成する成膜部をさらに具備してもよい。

【0010】

このような真空処理装置によれば、基材の面内で所望の膜厚分布が得られることになる。

【0011】

上記の真空処理装置においては、上記基材に形成された上記被膜の表面または上記スリット部によって裁断された上記被膜の切断面を改質する表面処理部をさらに具備してもよい。

【0012】

このような真空処理装置によれば、基材の面内で所望の膜厚分布が得られ、さらに、被膜の表面酸化が抑えられる。

【0013】

上記の真空処理装置においては、上記成膜部に含まれる蒸着源を収容する第１処理室と、上記スリット部を収容する第２処理室と上記表面処理部に適用される処理用ガスのガス雰囲気を形成する第３処理室とを有してもよい。

【0014】

このような真空処理装置によれば、基材の面内で所望の膜厚分布が得られ、さらに、被膜の表面酸化が抑えられる。

【0015】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空処理方法では、
減圧雰囲気でシート状の基材をマスク部材から露出させて、上記マスク部材から露出させた上記基材の成膜面に対してアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む被膜が形成され、
上記成膜面に形成された上記被膜と、上記成膜面に形成された上記被膜の下地部分となる上記基材とが減圧雰囲気で裁断される。

【0016】

このような真空処理方法によれば、基材の面内で所望の膜厚分布が得られることになる。

【0017】

上記の真空処理方法においては、上記基材に形成された上記被膜の表面または裁断された上記被膜の切断面を改質してもよい。

【0018】

このような真空処理方法によれば、基材の面内で所望の膜厚分布が得られ、さらに、被膜の表面酸化が抑えられる。

【発明の効果】

【0019】

以上述べたように、本発明によれば、成膜領域と非成膜領域とを設ける成膜技術において基材の面内で所望の膜厚分布が得られる真空処理装置及び真空処理方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る真空処理装置の一例を示す模式図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）の破線域Ｐで示される基材及び基材に形成された被膜の模式的断面である。

【図2】図２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る真空処理装置の別の一例を示す模式図である。

【図3】図３は、本実施形態の真空処理装置のさらに別の一例を示す模式図である。

【図4】図４（ａ）は、成膜部から主ローラの方向からマスク部材、基材、及び主ローラを見た場合の模式的平面図である。図４（ｂ）は、主ローラの中心軸方向における基材に形成される膜厚分布を模式的に示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。また、以下に示す数値は例示であり、この例に限らない。

【0022】

図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る真空処理装置の一例を示す模式図である。図１（ａ）では、ローラ４１からローラ４３に向かう方向がＸ軸方向とされ、ローラ４１～４３、４５のそれぞれの中心軸の方向がＹ軸方向とされ、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに直交する方向がＺ軸方向とされる。例えば、図１（ａ）には、Ｙ軸方向から見た真空処理装置の概略が示される。図１（ｂ）には、Ｚ軸方向から見た真空処理装置の概略が示される。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）の破線域Ｐで示される基材及び基材に形成された被膜の模式的断面が示される。

【0023】

図１（ａ）、（ｂ）に例示された真空処理装置１Ａは、大気圧未満の減圧雰囲気の条件下で基材及び被膜の処理を行う。真空処理装置１Ａは、ローラ４１と、ローラ４２と、ローラ４３と、ガイドローラ４５と、スリット部（スリッタ）５０とを具備する。ローラ４１と、ローラ４２と、ローラ４３と、ガイドローラ４５と、スリット部５０とは、図示しない真空容器に収容される。減圧雰囲気は、真空ポンプ、真空配管、継手等の排気機構（不図示）によって形成される。ローラ４１、ローラ４２、及びローラ４３のそれぞれは、モータ等の回転駆動機構（不図示）を備える。

【0024】

図１（ａ）、（ｂ）の例では、ローラ４１は、巻き出し用のローラとして機能し、ローラ４２、４３は、巻き取り用のローラとして機能する。例えば、ローラ４１、ローラ４２、及びローラ４３のそれぞれは、それぞれの中心軸周りに所定の回転速度で矢印方向に回転可能に構成されている。これにより、ローラ４１から、ローラ４２またはローラ４３に向かって被膜付き基材である処理対象物９０が所定の搬送速度で搬送される。

【0025】

ローラ４１には、処理対象物９０が予め巻き取られている。ローラ４１から巻き出された処理対象物９０は、スリット部５０を通過すると、スリット部５０によって切断線９０Ｌを境に本体部９０１と、余剰部９０２とに分離される。図１（ａ）、（ｂ）の例では、本体部９０１は、処理対象物９０の幅方向における中央部分に相当し、余剰部９０２は、処理対象物９０の幅方向における両端部分に相当する。本体部９０１には、被膜９２がＹ軸方向において良好な厚み分布で形成されている。余剰部９０２は、後述するマスク部材によって被膜９２の形成が抑制された遮蔽部を含む。

【0026】

スリット部５０を通過した本体部９０１は、ガイドローラ４５を介し、ローラ４３の周面に架け渡され、ローラ４３によって巻き取られる。一方、スリット部５０を通過した余剰部９０２は、ガイドローラ４５を介し、ローラ４２の周面に架け渡され、ローラ４２によって巻き取られる。

【0027】

スリット部５０は、ローラ４１から巻き出された処理対象物９０を減圧雰囲気で裁断する。スリット部５０は、基材９１と、基材９１に堆積して形成された被膜９２とを裁断する。スリット部５０は、シャー刃、レザー刃等を備えた機械的裁断手段、レーザ加工等の光学的裁断手段等を備える。例えば、スリット部５０は、処理対象物９０の切断線９０Ｌの位置を境に処理対象物９０を裁断する。これにより、処理対象物９０は、本体部９０１と、一対の余剰部９０２とに分離される。

【0028】

処理対象物９０は、図１（ｃ）に示すように、基材９１と、被膜９２とを含む。基材９１は、シート状且つ長尺状の基材である（厚み：５０μｍ以下）。また、基材９１は、可撓性を有する。例えば、基材９１は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、ＳＵＳ鋼等の帯状の金属箔、ＯＰＰ（延伸ポリプロピレン）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）樹脂、ＰＩ（ポリイミド）樹脂等の帯状のフィルムである。被膜９２は、Ｌｉ、Ｎａ等のアルカリ金属、または、Ｍｇ、Ｃａ等のアルカリ土類金属を含む。被膜９２は、後述するマスク部材から露出する基材９１の成膜面に形成される。被膜９２の厚みは、２０μｍ以下である。処理対象物９０は、例えば、リチウム電池の負極に適用される。

【0029】

なお、スリット部５０に含まれる、シャー刃、レザー刃等の刃は、被膜９２がアルカリ金属またはアルカリ土類金属で構成されている場合、アルカリ金属またはアルカリ土類金属と反応しにくい材料で構成される。例えば、その材料としては、ＳＵＳ鋼、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｓｉ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｚｒ酸化物等があげられる。

【0030】

また、真空処理装置１Ａは、基材９１に形成された被膜９２の表面またはスリット部５０によって裁断された被膜９２の切断面を改質する表面処理部（表面不活性処理部）をさらに具備してもよい。例えば、図２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る真空処理装置の別の一例を示す模式図である。

【0031】

例えば、真空処理装置１Ａは、図２（ａ）に示すように、処理対象物９０が巻き出されるローラ４１及びスリット部５０と、ローラ４２、４３及びガイドローラ４５とが仕切壁８０によって区分けされる。ローラ４１及びスリット部５０は、処理室１０１に収容される。ローラ４２、４３及びガイドローラ４５は、処理室１０２に収容される。処理室１０１と、処理室１０２とは、仕切壁８０によって隔てられる。

【0032】

仕切壁８０には、ローラ４１から繰り出される処理対象物９０が通過する間隙（スリット孔）８０ｓが設けられている。ローラ４１から繰り出される処理対象物９０は、仕切壁８０に接触することなく間隙８０ｓを通過し、ローラ４２、４３のそれぞれに巻き取られる。

【0033】

また、処理室１０２には、ガス導入機構（不図示）によって処理用ガスが供給される。処理室１０２に導入された処理用ガスは、別の排気機構（不図示）によって排気される。図２（ａ）に示す真空処理装置１Ａでは、処理室１０２と、ガス導入機構と、別の排気機構とによって、被膜９２の表面または被膜９２の切断面を改質する表面処理部が構成される。処理室１０２に導入される処理用ガスによって、処理室１０２は、処理用ガスによる所定の圧力のガス雰囲気が形成される。

【0034】

処理室１０２に導入される第１ガスとしては、例えば、ＣＯ、ＣＯ_２、ＣＯ／Ａｒ混合ガス、ＣＯ_２／Ａｒ混合ガス等があげられる。これらのガスを被膜９２の表面または被膜９２の切断面に晒すことで、それぞれの表面の一部が改質される。例えば、炭酸化層等の保護層が被膜９２の表面または被膜９２の切断面に形成される。ここで、保護層の厚みは、被膜９２の厚みよりも薄い。このような表面改質を行うことにより、処理対象物９０が大気開放され処理対象物９０が乾燥空気に触れたとしても、被膜９２の表面または被膜９２の切断面では、水酸化物層あるいは窒化物層の形成が抑制される。

【0035】

また、第１ガスを用いて被膜９２の表面または被膜９２の切断面の表面改質を行う前に、第２ガスとしてのＯ_２またはＯ_２／Ａｒ混合ガスを被膜９２の表面または被膜９２の切断面に晒してもよい。第２ガスを用いることにより、炭酸化層の下地層として予め保護層よりも薄い極薄の酸化層が形成される。これにより、被膜９２の表面または被膜９２の切断面の炭酸化が促進されて、被膜９２の表面または被膜９２の切断面に炭酸化層が安定して形成される。また、第１ガスによる表面改質は、処理室１０２で行ってもよく、処理室１０２とは別に第２ガスによる表面改質をする専用の処理室が設けられてもよい。

【0036】

また、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、スリット部５０は、処理室１０１に限らず、処理室１０２に設けてもよい。

【0037】

また、本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、表面改質処理では、処理対象物９０をローラ４１から繰り出すことなく、例えば、処理室１０１においてローラ４１に巻き取られた状態でダイサー刃、レーザ光等によって本体部９０１と余剰部９０２とに分離し、本体部９０１において露出された本体部９０１の側面９０ｗに、表面改質処理を行ってもよい。

【0038】

このような処理によっても、被膜９２の切断面に炭酸化層等の保護膜が形成される。また、被膜９２の表面は、巻回状態であることから基材９１に覆われていることになり、被膜９２の表面の水酸化あるいは窒化が抑制される。

【0039】

さらに、真空処理装置は、減圧雰囲気で被膜９２を基材９１に形成する成膜部を具備してもよい。例えば、図３は、本実施形態の真空処理装置のさらに別の一例を示す模式図である。

【0040】

図３に示す真空処理装置１Ｂとして、例えば、ロール・ツー・ロール方式の真空処理装置が例示される。真空処理装置１Ｂは、一例であり、この例には限定されない。

【0041】

真空処理装置１Ｂは、真空槽１０と、成膜部２０と、マスク部材３０と、ローラ４２と、ローラ４３と、ガイドローラ４５と、ローラ４６と、主ローラ４７と、スリット部５０とを具備する。また、真空処理装置１Ｂは、ローラ４２、ローラ４３、ガイドローラ４５、ローラ４６、主ローラ４７のそれぞれをそれぞれの中心軸を中心に回転させる回転駆動機構（モータ）を備える。さらに、真空処理装置１Ｂは、排気機構と、ガス供給機構を具備する。基材９１は、ローラ４６から繰り出され、主ローラ４７によって巻回搬送されてローラ４２、４３によって巻き取られることによって、真空槽１０内で所定の搬送速度で搬送される。真空処理装置１Ｂでは、真空成膜と、減圧雰囲気でのスリット裁断とが両立され、膜厚均一性に優れたリチウム膜等が発火なく安全に形成可能である。

【0042】

真空槽１０は、密閉構造を有する。真空槽１０は、真空ポンプＰ４を有する排気ラインＬ４に接続されることにより、その内部が所定の減圧雰囲気に維持可能になる。真空処理装置１Ｂは、成膜室１２０、処理室１０１、処理室１０２１、処理室１０２２、回収室１４０を有する。成膜室１２０と処理室１０１とは、仕切壁８０１によって区分けされる。処理室１０１と、処理室１０２１、処理室１０２２及び回収室１４０とは、仕切壁８０２によって区分けされる。処理室１０２２と処理室１０２１とは、仕切壁８０３によって区分けされる。処理室１０２１と回収室１４０とは、仕切壁８０４によって区分けされる。

【0043】

仕切壁８０１には、主ローラ４７が仕切壁８０１に接触せずに処理室１０１から、その一部が成膜室１２０に入り込めるように開口８０１ｈが設けられている。また、仕切壁８０１に開口８０１ｈが設けられることによって、主ローラ４７と仕切壁８０１との間に間隙が形成される。この間隙は、主ローラ４７に巻回搬送された基材９１が処理室１０１と成膜室１２０との間を通過する間隙になる。

【0044】

また、仕切壁８０２には、処理対処物９０が通過できる間隙８０２ｓが設けられる。仕切壁８０３には、処理対処物９０が通過できる間隙８０３ｓが設けられる。仕切壁８０４には、処理対処物９０が通過できる間隙８０４ｓが設けられる。

【0045】

成膜部２０は、成膜室１２０（第１処理室）に収容される。成膜部２０には、例えば、真空処理装置１Ｂの蒸発源が含まれる。成膜部２０は、抵抗加熱式蒸発源、誘導加熱式蒸発源、または電子ビーム加熱式蒸発源等で構成される。成膜部２０は、例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を蒸発させる。

【0046】

成膜室１２０は、排気ラインＬ４に接続され、減圧状態を維持する。処理室１０１は、開口８０１ｈを介して成膜室１２０と連通している。成膜室１２０が排気されると、処理室１０１も排気される。また、処理室１０１は、排気ラインＬに接続されていない。このため、成膜室１２０の排気中には、成膜室１２０よりも処理室１０１の方が高圧力となる圧力差が生じる。この圧力差によって、蒸気流２１が間隙を通じて処理室１０１に侵入することが抑制される。なお、必要に応じて、処理室１０１も排気ラインを用いて排気してもよい。

【0047】

成膜部２０と、主ローラ４７との間には、マスク部材３０が設置される。マスク部材３０は、処理室１０１から成膜室１２０に突き出た主ローラ４７の周面に沿って配置される。主ローラ４７に巻回搬送される基材９１は、主ローラ４７とマスク部材３０との間を通過する。基材９１とマスク部材３０との間は、例えば、１ｍｍ～１０ｍｍに設定される。成膜部２０から主ローラ４７の方向に基材９１を見た場合、マスク部材３０は、基材９１の一部（例えば、両端部分）を遮蔽し、残りの部分（例えば、中央部分）を成膜部２０に向けて露出させる。これにより、蒸気流２１が成膜部２０に向けて露出させた基材９１の部分に堆積し、基材９１に被膜９２が形成された処理対象物９０が形成される。マスク部材３０の成膜部２０の側から見た構成については、後述する。

【0048】

主ローラ４７は、その一部が成膜室１２０に配置され、残りの部分が処理室１０１に配置される。主ローラ４７は、成膜部２０に対向する。主ローラ４７は、ローラ４６によって巻き出された基材９１を巻回搬送し、被膜９２が形成された基材９１、すなわち処理対象物９０をローラ４２またはローラ４３に向けて繰り出す。

【0049】

主ローラ４７は、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム等の金属材料で筒状に構成される。主ローラ４７の内部には、例えば、温調機構（不図示）が設けられてもよい。主ローラ４７の大きさは特に限定されないが、中心軸４７ｃの方向の幅が基材９１の幅よりも大きく設定される。

【0050】

スリット部５０は、処理室１０１（第２処理室）に収容される。スリット部５０は、主ローラ４７から繰り出された処理対象物９０を減圧雰囲気で裁断する。上述したように、スリット部５０は、処理対象物９０の切断線９０Ｌ（図１（ｂ））の位置を境に処理対象物９０を裁断する。これにより、処理対象物９０は、本体部９０１と、本体部９０１の両側における一対の余剰部９０２とに分離される。

【0051】

ローラ４６は、処理室１０１に配置される。ローラ４６は、図３の例では巻き出し用のローラとして機能する。ローラ４６には、基材９１が予め巻回されている。基材９１は、ローラ４６から主ローラ４７に向けて巻き出される。ローラ４２及びローラ４３のそれぞれは、回収室１４０に配置される。ローラ４２の周面には、スリット部５０を通過した処理対処物９０の余剰部９０２がガイドローラ４５を介して架け渡される。余剰部９０２は、ローラ４２によって巻き取られる。ローラ４３の周面には、スリット部５０を通過した処理対象物９０の本体部９０１がガイドローラ４５を介して架け渡される。本体部９０１は、ローラ４３によって巻き取られる。

【0052】

また、真空処理装置１Ｂにおいては、スリット部５０を通過した処理対象物９０（例えば、本体部９０１）に対して、ローラ４２またはローラ４３に巻き取られる前に、表面改質処理をすることができる。

【0053】

例えば、処理室１０２２は、第２ガス供給源Ｓ２を有するガス供給ラインＬ２１に接続される。また、処理室１０２２は、真空ポンプＰ２を有する排気ラインＬ２２に接続される。処理室１０２２には、ガス供給ラインＬ２１から第２ガスが供給され、処理室１０２２は、排気ラインＬ２２によって所定の圧力の第２ガス雰囲気に維持される。

【0054】

これにより、処理対象物９０がローラ４２またはローラ４３に巻き取られる前であって、被膜９２の表面または被膜９２の切断面が炭酸化される前に、被膜９２の表面または被膜９２の切断面が酸化される。これにより、被膜９２の表面または被膜９２の切断面に極薄の酸化層が形成される。

【0055】

ここで、処理室１０２２は、処理室１０１と連通しているため、処理室１０２２が排気されると、排気ポンプに接続されていない処理室１０１も排気される。処理室１０２２に導入された第２ガスが真空ポンプＰ２によって排気されると、処理室１０２２の圧力よりも処理室１０１の圧力が高くなる圧力差が生じる。この圧力差により、第２ガスが処理室１０１に侵入することが抑制される。

【0056】

処理室１０２１は、第１ガス供給源Ｓ１を有するガス供給ラインＬ１１に接続される。また、処理室１０２１は、真空ポンプＰ１を有する排気ラインＬ１２に接続される。処理室１０２１には、ガス供給ラインＬ１１から第１ガスが供給され、処理室１０２１は、排気ラインＬ１２によって所定の圧力の第１ガス雰囲気に維持される。処理室１０２１の圧力は、処理室１０２２の圧力以上に設定してもよい。

【0057】

これにより、処理対象物９０がローラ４２またはローラ４３に巻き取られる前であって、被膜９２の表面または被膜９２の切断面が酸化された後に、被膜９２の表面または被膜９２の切断面が炭酸化される。これにより、被膜９２の表面または被膜９２の切断面に炭酸化層が形成される。

【0058】

第１ガス、または第２ガスによる表面改質を実施する場合は、処理室１０２２、１０２１のいずれかに複数のガイドローラを配置して、処理室１０２２、１０２１のいずれかを通過する処理対象物９０のパスを任意の長さに調整してもよい。これにより、処理室１０２２、１０２１のいずれかを通過する処理対象物９０に処理ガスを晒す時間を任意の時間に設定することができる。

【0059】

このような真空処理装置１Ｂによれば、成膜部２０における基材９１への被膜９２の形成と、第２ガスによる、被膜９２の表面または被膜９２の切断面の表面改質と、第１ガスによる、被膜９２の表面または被膜９２の切断面の表面改質とを連続的に行うことができる。または、成膜部２０における基材９１への被膜９２の形成と、第２ガスによる、被膜９２の表面または被膜９２の切断面の表面改質とを連続的に行うことができる。

【0060】

基材９１は、主ローラ４７に接する接触面（裏面）９１ｒと、接触面９１ｒとは反対側の成膜面９１ｄを有する。主ローラ４７に巻回搬送される基材９１の成膜面９１ｄは、成膜部２０に対向する。成膜面９１ｄには、成膜部２０から放出される蒸気流２１が堆積して、主ローラ４７上で基材９１に被膜９２が形成される。なお、本実施形態では、表面処理部に適用される処理用ガスのガス雰囲気を形成する、処理室１０２１、１０２２を纏めて第３処理室とする。

【0061】

図４（ａ）は、成膜部から主ローラの方向からマスク部材、基材、及び主ローラを見た場合の模式的平面図である。図４（ｂ）は、主ローラの中心軸方向における基材に形成される膜厚分布を模式的に示すグラフである。図４（ｂ）の横軸は、主ローラの中心軸方向における位置を表し、縦軸は、膜厚（規格値）を示す。Ｐ１とＰ２とは、基材９１の幅方向における基材９１の端の位置である。

【0062】

マスク部材３０は、一対のマスク部３０１、３０２を有する。一対のマスク部３０１、３０２は、中心軸４７ｃの方向に並ぶ。中心軸４７ｃは、基材９１が巻回搬送される搬送方向（矢印）に対して直交する。一対のマスク部３０１、３０２のそれぞれは、蒸着源と基材９１との間に設置される。一対のマスク部３０１、３０２は、主ローラ４７の中心軸４７ｃの方向における基材９１の両側部分を遮蔽する。基材９１の両側部分においては、蒸発材料の基材９１への付着が抑制される。

【0063】

但し、Ｌｉのような金属は、蒸気流が形成されると、比較的低重量であることから、その進行方向が等方的になる場合がある。これにより、マスク部３０１、３０２と基材９１との間隙を狭く構成しても、金属蒸気がマスク部３０１、３０２のそれぞれの裏側に回り込みやすくなる。

【0064】

従って、基材９１の両側部分においては、マスク部材３０によって完全に蒸発材料が遮蔽されず、図４（ｂ）に示すような膜厚分布が形成される。例えば、マスク部材３０から露出された基材９１の露出領域９５においては、被膜９２の厚み分布が優れた均一性で形成される。しかし、露出領域９５の以外に部分においては、位置Ｐ１または位置Ｐ２に向かうほど被膜９２の厚みが急峻に減少する。

【0065】

従って、本実施形態では、露出領域９５の両端部から若干の内側に位置する位置Ｐ１０と位置Ｐ２０との間の領域を膜厚均一性に優れた処理対象物９０の本体部９０１（製品部分）として、この本体部９０１をロータ４３によって回収する。ロータ４３によって回収された本体部９０１は、例えば、リチウム電池の一部に適用される。

【0066】

また、表面改質処理として、炭酸化処理を採用する。これにより、例えば、被膜９２としてリチウム膜を適用した場合には、リチウム金属膜表面における酸化を最小限に抑えることができる。この結果、リチウムイオン伝導度の低下を抑制しつつ、電池特性の改善を図ることができる。

【0067】

本実施形態では、真空処理装置１Ａ、１Ｂのほか、真空処理装置１Ａ、１Ｂを用いた真空処理方法も提供される。

【0068】

例えば、減圧雰囲気でシート状の基材９１をマスク部材３０から露出させて、マスク部材３０から露出させた基材９１の成膜面９１ｄに対してアルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む被膜９２が形成される。次に、成膜面９１ｄに形成された被膜９２と、成膜面９１ｄに形成された被膜９２の下地部分となる基材９１とが減圧雰囲気で裁断される。また、基材９１に形成された被膜９２の表面または裁断された被膜９２の切断面は、表面改質処理によって改質される。

【0069】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、基材９１については、長尺状に限らず、平面形状が矩形状の板材であってもよい。また、基材９１は、可撓性基材に限らず、リジッド性基材でもよい。この場合、成膜方式は、ロール・ツー・ロール方式に限定されず、バッチ式としてもよい。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。

【符号の説明】

【0070】

１Ａ、１Ｂ…真空処理装置
１０…真空槽
２０…成膜部
２１…蒸気流
３０…マスク部材
４１、４２、４３、４６…ローラ
４５…ガイドローラ
４７…主ローラ
４７ｃ…中心軸
５０…スリット部
８０、８０１、８０２、８０３、８０４…仕切壁
８０ｓ、８０２ｓ、８０３ｓ、８０４ｓ…間隙
９０…処理対象物
９０ｗ…側面
９０Ｌ…切断線
９１…基材
９１ｒ…接触面
９１ｄ…成膜面
９０１…本体部
９０２…余剰部
９２…被膜
９５…露出領域
１０１、１０２、１０２１、１０２２…処理室
１２０…成膜室
１４０…回収室
８０１ｈ…開口
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４…真空ポンプ
Ｓ１…第１ガス供給源
Ｓ２…第２ガス供給源
Ｌ１１、Ｌ２１…ガス供給ライン
Ｌ１２、Ｌ２２、Ｌ４…排気ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】