CN101542008B - 蒸镀装置及使用蒸镀装置的膜的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蒸镀装置,是通过在腔室(2)内以卷轴到卷轴的方式使片状的基板(4)移动,由此在基板(4)上连续形成蒸镀膜的蒸镀装置(100),具有:使蒸镀原料蒸发的蒸发源(9);包括卷绕保持基板(4)的第1及第2卷轴(3、8)和对基板(4)进行引导的引导部的输送部;配置在上述能够蒸镀的区域的、形成来自蒸发源(9)的蒸镀原料不能到达的遮蔽区域的遮蔽部,并且,蒸镀区域(60a~60d)包括按照使基板(4)的被蒸镀原料照射的面成为平面的方式输送基板(4)的平面输送区域,在除了遮蔽区域之外的能够蒸镀的区域中,按照使蒸镀材料不从基板(4)的法线方向入射到基板(4)的方式相对于蒸发源(9)配置输送部。
Description
技术领域
本发明涉及蒸镀装置及使用蒸镀装置的膜的制造方法。
背景技术
近年来,伴随着移动设备的高性能化及多功能化,要求作为其电源的二次电池的高容量化。作为能够满足该要求的二次电池,非水电解质二次电池受到关注。为了实现非水电解质二次电池的高容量化,提出了一种使用硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)等作为电极活性物质(以下,简称作“活性物质”)的方案。使用这种电极活性物质的非水电解质二次电池用电极(以下简称作“电极”),一般是通过将含有电极活性物质、结合剂等的浆料涂布在集电体上而形成的(以下,称作“涂布型电极”)。但是,由于反复充放电,活性物质急剧地膨胀、收缩,其结果就是活性物质可能被粉碎、微细化。若活性物质产生粉碎、微细化,则不仅会引起电极的集电性的降低,而且由于活性物质与电解液的接触面积增大,从而促进了由活性物质引起的电解液的分解反应,存在不能得到充分的充放电循环特性的问题。另外,在涂布型电极中,由于在电极中含有导电材料、结合剂等,因此,很难提高电极的容量。
因此,对代替涂布型电极而通过使用蒸镀法、溅射法或CVD法等的真空处理在集电体上形成活性物质层来制造电极的方法进行了研究。采用蒸镀方法形成的电极与涂布型电极相比,能够抑制活性物质层的微细化,并且,由于能够进一步提高集电体与活性物质层的结合性,因此,能够提高电极中的电子传导性,并且,能够改善电极容量及充放电循环特性。另外,在涂布型电极中存在导电材料、结合剂等,但是,通过采用蒸镀方法形成活性物质层,能够降低或排除电极中存在的这些物质的量,因此,能够从 本质上提高电极的容量。
但是,采用蒸镀方法也可能由于充放电时活性物质的膨胀、收缩而使集电体和活性物质层相剥离,在集电体上产生应力从而产生褶皱,成为使充放电循环特性降低的主要原因。
对此,在本申请人的专利文献1及2中提出了通过使硅粒子从相对于集电体的法线方向倾斜的方向蒸镀(斜蒸镀),来形成活性物质体层的方案。这种活性物质体层具有利用后述的阴影(shadowing)效果形成的、相对于集电体表面的法线方向在一方向上倾斜的柱状的活性物质体在集电体表面配列的构造。通过该构造,能够确保在活性物质体间具有缓和硅的膨胀应力的空间,因此,能够抑制活性物质体从集电体剥离,抑制集电体产生褶皱,相比以往能够提高充放电循环特性。
另外,在专利文献2中提出了如下方案,为了进一步有效地缓和作用在集电体上的活性物质的膨胀应力,一边切换蒸镀方向,一边进行多阶段的斜蒸镀,由此,形成成长为锯齿状的活性物质体。锯齿状的活性物质体例如通过下面的方式形成。
首先,在集电体上,从相对于集电体的法线方向倾斜的第1方向进行蒸镀并形成第1部分后(第1阶段的蒸镀工序),然后从相对于集电体的法线方向向与第1方向的相反侧倾斜的第2方向进行蒸镀,并在第1部分上形成第2部分(第2阶段的蒸镀工序)。然后,再从第1方向进行蒸镀形成第3部分(第3阶段的蒸镀工序)。这样,一边切换蒸镀方向,一边反复进行蒸镀工序直到达到任意的层叠数,来得到活性物质体。
这种活性物质体的形成能够采用例如上述的专利文献2所记载的蒸镀装置进行。在专利文献2记载的蒸镀装置中,在蒸发源的上方配置有固定集电体的固定台。固定台,其表面以相对于与蒸发源中的蒸发面(蒸镀原料的上表面)平行的平面倾斜的方式被配置,由此,能够从相对于集电体的法线方向倾斜任意的角度的方向使蒸镀原料入射到集电体表面。另外,通过切换固定台的倾斜方向,能够切换蒸镀原料的入射方向(蒸镀方向)。因此,通过一边切换固定台的倾斜方向,一边反复进行多阶段的蒸镀工序, 从而能够得到上述那样的锯齿状的活性物质体。此外,还记载有下述的构造,即,代替切换固定台的倾斜方向,而通过使蒸发源移动或交互使用多个蒸发源,来切换蒸镀原料的入射方向的构造。
但是,若是用专利文献2记载的蒸镀装置,则由于要对被切割成预定的尺寸的集电体进行蒸镀,因此,生产率较低。因此,这样的蒸镀装置很难适用于批量生产处理。
而在专利文献3~6中公开了一种适合批量生产处理使用的卷轴到卷轴(Roll-to-Roll)的方式的蒸镀装置。
在专利文献3中,提出了使用卷轴到卷轴的方式的蒸镀装置,并通过斜蒸镀形成活性物质层的方案。在该蒸镀装置中,在腔室内,使片状的集电体从放卷卷轴向收卷卷轴移动,在规定的蒸镀区域,能够在正移动的集电体表面连续形成蒸镀膜(活性物质层)。在该蒸镀区域,由于蒸镀原料是从相对于集电体的法线方向倾斜的一个方向入射到集电体表面的,因此,能够形成从相对于集电体的法线方向、向特定的方向倾斜的柱状的活性物质体。
在专利文献4中,作为用于连续生产电解电容用电极材料的蒸镀装置,公开有各种构造的卷轴到卷轴的方式的蒸镀装置。例如,提出了下述方案:对一个蒸发源配置两个蒸镀卷轴,并使通过上述蒸发源蒸发的金属粒子蒸镀在各蒸镀卷轴上的基板表面上,由此形成对一个蒸发源设置两个蒸镀区域的构造。
但是,使用专利文献3及4记载的现有的卷轴到卷轴的方式的蒸镀装置很难连续地形成专利文献2所记载的那样的成长为锯齿状的活性物质体。
如上所述,专利文献2记载的活性物质体,是通过对集电体一边切换蒸镀原料的入射方向(蒸镀方向)一边进行多阶段的蒸镀而形成的,在专利文献3的蒸镀装置中,若想切换蒸镀原料相对于集电体的入射方向(蒸镀方向),则需要改变蒸镀区域相对于蒸发源的配置。因此,在使腔室内保持成真空的状态下很难切换蒸镀方向,不能连续形成含有上述那样的活性物质体的蒸镀膜。
另外,专利文献4的蒸镀装置原本不是按照进行斜蒸镀那样构成的,很难对蒸镀原料相对于集电体表面的法线方向的入射角度、蒸镀方向进行控制。因此,不能控制活性物质体的蒸镀方向并形成成长成锯齿状的活性物质体。
而且,根据上述那样现有的蒸镀装置,在腔室内,由于仅在蒸发的蒸镀原料飞散的区域(能够蒸镀的区域)的极小一部分中形成蒸镀区域,因此,飞散至能够蒸镀的区域的蒸镀原料的大部分都没有用于蒸镀,还存在材料利用效率极低的问题。
对此,在专利文献5及6中公开了一种以制造磁带为目的,具有蒸镀方向互不相同的多个蒸镀区域的卷轴到卷轴的方式的蒸镀装置的构造。使用这些蒸镀装置,能够制造出具有蒸镀方向不同的层叠层成的结构的膜。
通过专利文献5的图4所公开的蒸镀装置,例如,使由高分子材料构成的基材沿温度被控制在-10℃~-15℃的三个圆筒状的旋转筒输送,在各旋转筒上的两个区域(蒸镀区域)进行蒸镀。在各蒸镀区域中,由于是将与基材的欲进行蒸镀的面相反侧的面一边通过旋转筒进行冷却一边进行蒸镀,所以能够防止基材因蒸镀原料的热而熔化的现象(热影响)。
专利文献6公开了一种蒸镀装置的构造,其是以防止磁带的基材(例如PET)的热影响为目的,具有直接冷却基材的欲蒸镀的面的冷却装置。
以下,参照附图详细说明专利文献6公开的蒸镀装置的构造。图34是表示专利文献6公开的现有的蒸镀装置的剖视图。
蒸镀装置2000具有:进行基材的放卷及收卷的辊1010、1012;用于冷却在辊1010及辊1012之间移动的基材1014的冷却装置1016及冷却支持体1018;配置在基材1014的输送路径下方的蒸发源1020;规定对基材1014进行蒸镀的范围的掩护遮蔽板1022、1024、1026。在蒸镀装置2000中,基材1014从辊1010被导出,通过上述冷却装置1016冷却后,以向蒸发源1020凸出的方式被输送,并被收卷在辊1012上。冷却支持体1018与被上述那样输送的基材1014的背面(与蒸镀面相反侧的面)接触。在这样的基材1014的输送路径中,在最靠近蒸发源的部分(成为凸出的顶点的部分)的上游侧 的区域(上游侧蒸镀区域)1030及下游侧的区域(下游侧蒸镀区域)1032处对基材1014进行斜蒸镀。在上游侧蒸镀区域1030及下游侧蒸镀区域1032,由于从相对于基材1014的法线方向互不相同的方向入射蒸镀材料,因此,能够凭借通过这些区域1030、1032而在基材1014上连续形成蒸镀方向不同的2层。此外,蒸镀区域1030的下端部(蒸发源侧的端部)由掩护遮蔽板1022规定,上端部(辊1010侧的端部)由掩护遮蔽板1024规定。同样,蒸镀区域1032的下端部(蒸发源侧的端部)由掩护遮蔽板1022规定,上端部(辊1010侧的端部)由掩护遮蔽板1026规定。
专利文献1:国际公开第2007/015419号小册子
专利文献2:国际公开第2007/052803号小册子
专利文献3:日本特开2007-128659号公报
专利文献4:日本专利第2704023号说明书
专利文献5:日本特开昭53-87706号公报
专利文献6:日本特开平10-130815号公报
发明内容
如上述那样,专利文献5及6公开的蒸镀装置,由于具有蒸镀方向不同的多个蒸镀区域,因此,能够连续地进行蒸镀方向不同的多阶段的蒸镀工序。
但是,如果利用专利文献5的蒸镀装置,则由于各蒸镀区域形成在旋转筒上,所以存在不能够充分确保各蒸镀区域的尺寸的问题。因此,不能够充分确保在蒸发的蒸镀原料飞散的能够蒸镀的区域中进行蒸镀的区域(包括所有的蒸镀区域)的比例,很难有效地改善蒸镀材料的利用效率。而且,还存在不容易对各蒸镀区域中的蒸镀角度进行控制的问题。关于这些问题,后面将参照附图进行详细说明。
另一方面,如果利用专利文献6的蒸镀装置2000,则如图34所示,由于能够对呈V字状被输送的基材1014进行蒸镀,因此,与专利文献5的蒸镀装置相比,有可能提高能够蒸镀的区域中进行蒸镀的区域的比例,从而能够 改善材料利用效率。但是,在蒸镀装置2000中,由于在冷却支持体1018上进行蒸镀,因此存在下述问题点。
在蒸镀区域1030、1032之间移动的基材1014,在最靠近蒸发源1020的部分处以锐角折回。此时,基材1014的背面(与被蒸镀的面相反侧的面)与冷却支持体1018摩擦,有可能在基材1014的背面产生划伤、在输送的基材1014上生成褶皱。另外,折回时基材1014从冷却支持体1018浮起,使基材1014不能被充分地冷却,其结果就是,会产生基材1014断开等损伤。另外,由于是以与冷却支持体1018相接触的方式,一边输送基材1014一边进行蒸镀的,因此,基材1014的输送路径由冷却支持体1018的形状所决定,有可能使相对于基材1014的蒸镀角度的选择自由度变小。
而且,在蒸镀装置2000中,由于在辊1010和辊1012之间只形成两个蒸镀区域1030、1032,因此,很难高效形成层叠数多的蒸镀膜。
本发明是鉴于上述情况作出的发明,其目的在于提供一种蒸镀装置,在一边切换相对于基板的法线方向的蒸镀方向、一边能够连续进行多阶段的斜蒸镀的蒸镀装置中,不会对输送基板造成损伤,在蒸镀材料的利用效率及量产性方面优良,能够容易控制蒸镀角度。
本发明的蒸镀装置,是在腔室内以卷轴到卷轴的方式使片状的基板移动,由此在上述基板上连续形成蒸镀膜的蒸镀装置,其具有:
使蒸镀原料蒸发的蒸发源;
输送部,其包括卷绕保持上述基板的第1及第2卷轴和对上述基板进行引导的引导部,上述第1及第2卷轴的一方导出上述基板,上述引导部对导出的基板进行引导,且上述第1及第2卷轴的另一方收卷上述基板,由此按照使上述基板通过上述蒸发的蒸镀原料到达的能够蒸镀的区域的方式来输送上述基板;
遮蔽部,其配置在上述能够蒸镀的区域,形成来自上述蒸发源的蒸镀原料不能到达的遮蔽区域,
并且,
上述引导部在上述能够蒸镀的区域内包括第1引导部件和第2引导部件,所述第1引导部件是按照使上述基板的被上述蒸镀原料照射的面向上述蒸发源凸出的方式对上述基板进行引导的部件;所述第2引导部件是在上述基板的输送路径中,配置在比上述第1引导部件更靠近上述第2卷轴侧,按照使上述基板的被上述蒸镀原料照射的面向上述蒸发源凸出的方式对上述基板进行引导的部件,
上述遮蔽部具有分别配置在上述第1及第2引导部件和上述蒸发源之间的第1及第2遮蔽部件,
上述第1引导部件,在上述基板的输送路径中,形成第1蒸镀区域和第2蒸镀区域,所述第1蒸镀区域位于比上述第1遮蔽部件更靠近上述第1卷轴侧的位置处,所述第2蒸镀区域位于比上述第1遮蔽部件更靠近上述第2卷轴侧的位置处,
上述第2引导部件,在上述基板的输送路径中,形成第3蒸镀区域和第4蒸镀区域,所述第3蒸镀区域位于比上述第2遮蔽部件更靠近上述第1卷轴侧的位置处,所述第4蒸镀区域位于比上述第2遮蔽部件更靠近上述第2卷轴侧的位置处,
上述第1到第4蒸镀区域包括按照使上述基板的被上述蒸镀原料照射的面成为平面的方式对上述基板进行输送的平面输送区域,
在除了上述遮蔽区域以外的上述能够蒸镀的区域中,按照使上述蒸镀原料不从上述基板的法线方向入射到上述基板的方式对上述蒸发源配置上述输送部。
通过本发明的蒸镀装置,能够一边切换蒸镀方向,一边连续进行多阶段的蒸镀工序。具体来说,通过包含第1引导部件及第1遮蔽部件的输送部,在腔室内形成蒸镀方向相异的第1及第2蒸镀区域。在第1蒸镀区域中,能够使蒸镀原料从相对于基板的法线方向倾斜的方向入射到基板表面,在第2蒸镀区域中,能够使蒸镀原料从相对于基板的法线方向、向与第1蒸镀区域中的倾斜方向相反侧倾斜的方向入射到基板表面。由此,在基板表面形成成长方向相异的两层。然后,在通过第2引导部件及第2遮蔽部件形成的第3及第4蒸镀区域中,同样能够形成成长方向相异的两层。这样,在基板在第 1及第2卷轴之间被输送的期间,能够连续进行蒸镀方向相异的4个阶段的蒸镀工序。另外,通过切换基板的输送方向并重复进行蒸镀,能够进一步形成层叠数多的蒸镀膜。
因此,通过使用本发明的蒸镀装置,由于能够使多个活性物质体在基板表面成长成锯齿状,所以与使用专利文献3及4记载的现有的卷轴到卷轴的方式的蒸镀装置制造的电极相比,能够制造出有效缓和了活性物质的膨胀应力的电极。另外,通过本发明的蒸镀装置,由于能够使上述那样的活性物质体连续形成在片状的基板表面上,所以,与专利文献2记载的通过对固定集电体的台的倾斜方向进行切换来控制蒸镀方向的生产过程相比,能够实现量产性优良的生产过程。
另外,本发明的蒸镀装置中的第1及第2蒸镀区域由于包括按照使基板的被蒸镀原料照射的面(以下称作“蒸镀面”)成为平面的方式输送基板的平面输送区域,所以与具有仅在旋转筒(辊)上进行蒸镀的构造的蒸镀装置(例如专利文献5)相比,能够提高蒸发源蒸发的蒸镀材料所飞散的能够蒸镀的区域中的进行蒸镀的区域所占的比例,能够提高蒸镀材料的利用效率。
而且,由于介由引导部件将基板输送至位于其两侧的两个蒸镀区域,所以,能够不对输送基板造成损伤地连续进行蒸镀工序。另外,能够以比以往更高的自由度容易地对各蒸镀区域中的蒸镀角度进行控制。
通过本发明,在通过引导部件按照向蒸发源凸出那样被规定的基板路径中,能够在该引导部件的两侧形成蒸镀方向不同的蒸镀区域。因此,能够提供一种可以连续进行蒸镀方向不同的多个蒸镀工序且量产性优良的蒸镀装置。另外,能够比以往提高蒸镀原料的利用效率。
使用本发明的蒸镀装置,通过生产效率优良的生产过程,能够制造充放电循环特性优良的电极。
附图说明
图1是示意地表示本发明的第1实施方式的蒸镀装置的剖视图。
图2是用于说明在本发明的第1实施方式的蒸镀装置中,蒸镀原料向基板入射的角度(入射角度)的剖视图。
图3是示意地表示使用本发明的第1实施方式的蒸镀装置形成的活性物质体(层叠数n=2)的剖视图。
图4是示意地表示使用本发明的第1实施方式的蒸镀装置形成的活性物质体(层叠数n=5)的剖视图。
图5是用于说明本发明的第1实施方式的其他的蒸镀装置的构造的剖视图。
图6是示意地表示本发明的第2实施方式的蒸镀装置的剖视图。
图7是示意地表示本发明的第3实施方式的蒸镀装置的剖视图。
图8是示意地表示使用本发明的第3实施方式的蒸镀装置形成的活性物质体(层叠数n=2)的剖视图。
图9是示意地表示本发明的第3实施方式的其他的蒸镀装置的剖视图。
图10是示意地表示本发明的第4实施方式的蒸镀装置的剖视图。
图11是示意地表示使用本发明的第4实施方式的蒸镀装置形成的活性物质体(层叠数n=7)的剖视图。
图12(a)及(b)分别是示例地表示使用本发明的蒸镀装置制造的实施例1及实施例2的膜的俯视图,(c)是示意地表示(a)及(b)所示的膜中的活性物质体的剖视图。
图13是用于说明基板的输送次数C和膜(活性物质体)的层叠数n之间的关系的图,(a)是示例地表示具有V字型路径的蒸镀装置的剖视图,(b)及(c)是示例地表示使用具有W字型路径的蒸镀装置形成的膜(活性物质体)的剖视图。
图14是示意地表示本发明的第5实施方式的蒸镀装置的剖视图。
图15(a)是示意地表示本发明的第6实施方式的蒸镀装置的剖视图,(b)是示意地表示使用(a)所示的蒸镀装置形成的蒸镀膜的剖视图。
图16是示意地表示本发明的第7实施方式的蒸镀装置的剖视图。
图17(a)是示意地表示本发明的第8实施方式的蒸镀装置的剖视图, (b)是示意地表示(a)所示的蒸镀装置中的蒸镀区域的放大剖视图。
图18是示意地表示本发明的第8实施方式的其他的蒸镀装置中的蒸镀区域的放大剖视图。
图19是示意地表示本发明的第8实施方式的其他的蒸镀装置的剖视图。
图20(a)及(b)分别是示意且示例地表示参考实施方式A的真空蒸镀装置的剖视图。
图21是示意地表示参考实施方式A中的第1蒸镀部及第2蒸镀部的剖视图。
图22是示意地表示通过参考实施方式A的蒸镀装置形成的蒸镀膜的剖视图。
图23是示意地表示参考实施方式A中的第1蒸镀部及第2蒸镀部的一个变形例的局部剖视图。
图24是示意地表示参考实施方式A中的第1蒸镀部及第2蒸镀部的其他的变形例的局部剖视图。
图25是示意地表示参考实施方式B的真空蒸镀装置的剖视图。
图26是示意地表示通过参考实施方式B的蒸镀装置形成的蒸镀膜的剖视图。
图27是示意地表示参考实施方式C的真空蒸镀装置的剖视图。
图28是示意地表示参考实施方式C中的第1蒸镀部及第2蒸镀部的剖视图。
图29是示意地表示通过参考实施方式C的蒸镀装置形成的蒸镀膜的剖视图。
图30是示意地表示参考实施方式C中的第1蒸镀部及第2蒸镀部的一个变形例的局部剖视图。
图31是示意地表示参考实施方式C中的第1蒸镀部及第2蒸镀部的其他的变形例的局部剖视图。
图32是示意地表示参考实施方式D的真空蒸镀装置的剖视图。
图33是示意地表示通过参考实施方式D的蒸镀装置形成的蒸镀膜的剖 视图。
图34是表示现有的蒸镀装置的剖视图。
图35(a)是示意且示例地表示仅由曲面输送区域构成的蒸镀区域的剖视图,(b)是示意且示例地表示包括平面输送区域的蒸镀区域的剖视图。
符号的说明
1排气泵
2腔室
3、8放卷或收卷卷轴
4基板
5a~5m输送辊
6a~6d引导部件
9蒸发源
9s蒸发面
10a、10b遮蔽板
11a、11b气体导入管
15a、15b、15c遮蔽板
20a~20d遮蔽部件
22喷嘴部
24喷嘴部遮蔽板
28遮挡板
60a~60h蒸镀区域
100、200、300、400、500、600、700、800蒸镀装置
具体实施方式
以下,一边参照附图一边说明本发明的蒸镀装置的实施方式。
(第1实施方式)
在本实施方式的蒸镀装置中,在腔室内,按照向蒸发源成为凸出状的方式输送片状的基板,并在成为凸出的顶点的部分的两侧的区域进行蒸镀。
<蒸镀装置的构成>
首先,参照图1。图1是表示本发明第1实施方式的蒸镀装置的示意剖视图。蒸镀装置100具有:腔室(真空槽)2;设在腔室2的外部,用于对腔室2进行排气的排气泵1;从腔室2的外部向腔室2导入氧气等气体的气体导入管11a、11b。在腔室2的内部设有:使蒸镀原料蒸发的蒸发源9;输送片状的基板4的输送部;形成由蒸发源9蒸发的蒸镀原料不能到达的遮蔽区域的遮蔽部;用于对基板4进行加热的加热部16a、16b;与气体导入管11a、11b连接的,用于对基板4的表面供给气体的喷嘴部22。
蒸发源9包括例如收容蒸镀原料的坩锅等容器和用于使蒸镀原料蒸发的加热装置,蒸镀材料及容器被构成为能够适当装卸。作为加热装置,例如可以使用电阻加热装置、诱导加热装置、电子束加热装置等。在进行蒸镀时,收容在坩锅内的蒸镀原料通过上述加热装置被加热,从其上表面(蒸发源)9s蒸发,并被供给到基板4的表面。
输送部包括能够卷绕并保持基板4的第1及第2卷轴3、8和引导基板4的引导部。引导部具有第1引导部件(这里为输送辊)6及其他的输送辊5a~5d,这样,按照使基板4通过从蒸发面9s蒸发的蒸镀原料所到达的区域(能够蒸镀的区域)那样,规定基板4的输送路径。
第1及第2卷轴3、8、输送辊5a~5d及第1引导部件6具有例如长度为600mm的圆筒形,以其长度方向(即输送的基板4的宽度方向)相互平行的方式配置在腔室内。在图1中,仅示出了与这些圆筒形的底面平行的截面。
此外,蒸发源9也可以构成为,例如蒸镀原料的蒸发面9s具有与通过上述输送部输送的基板4的宽度方向平行的充分的长度(例如600mm以上)。由此,能够沿基板4的宽度方向进行大致平均的蒸镀。此外,蒸发源9还可以由沿被输送的基板4的宽度方向配列的多个坩锅构成。
在本实施方式中,第1及第2卷轴3、8的任一方导出基板4,输送辊5a~5d及第1引导部件6对被导出的基板4沿输送路径进行引导,第1及第2卷轴3、8的另一方收卷基板4。被收卷的基板4,根据需要,通过上述另一方的卷轴进一步被导出,在输送路径上沿相反方向被输送。这样,本实施方式中的 第1及第2卷轴3、8根据输送方向能够发挥放卷卷轴的作用也能够发挥收卷卷轴的作用。另外,由于通过反复进行输送方向的翻转能够对基板4通过蒸镀区域的次数进行调整,因此,能够连续地实施所希望的次数的蒸镀工序。
在上述基板4的输送路径中,从第1卷轴侧开始,以输送辊5a、5b、第1引导部件6及输送辊5c、5d的顺序进行配置。在本说明书中,“基板4的输送路径中第1卷轴侧”与基板4的输送方向、第1卷轴的空间上的配置无关,是指以第1及第2卷轴3、8为两端的输送路径上的第1卷轴侧。另外,第1引导部件6配置在相邻的输送辊5b、5c的下方,按照使基板4中的被蒸镀原料照射的面向蒸发源9凸出的方式引导基板4。“按照向蒸发源9凸出的方式引导基板4”是指以向蒸发面9s凸出的方式引导基板4,通过该构造,在图示的剖视图中,基板4的路径成为通过第1引导部件6转换方向的V字型或U字型。在本说明书中,将由第1引导部件6规定的V字型或U字型的路径称作“V字型路径”。
在第1引导部件6和蒸发源9(蒸发面9s)之间配置有第1遮蔽部件20,其能够防止从蒸发面9s蒸发的蒸镀材料从基板4的法线方向入射,并且,将V字型路径的蒸镀区域分为两部分。通过这样的构造,在基板4的输送路径中形成第1蒸镀区域60a和第2蒸镀区域60b,所述第1蒸镀区域60a位于比第1遮蔽部件20靠近第1卷轴侧,所述第2蒸镀区域60b位于比第1遮蔽部件20靠近第2卷轴侧。在本说明书中,蒸镀区域的名称与腔室2中的第1及第2卷轴3、8的设置位置、基板4的输送方向无关,在由第1引导部件6规定的V字型路径中,若位于第1引导部件6的第1卷轴侧则为“第1蒸镀区域60a”,若位于第2卷轴侧则成为“第2蒸镀区域60b”。因此,“第1蒸镀区域60a”在基板4的输送路径中位于比第1遮蔽部件20更靠近第1卷轴侧的位置即可,例如第1卷轴3与第1蒸镀区域60a的直线距离也可以比第1卷轴3与第1引导部件6的直线距离长。
遮蔽部配置在能够蒸镀的区域内,除了上述的第1遮蔽部件20以外,还包括:按照覆盖与蒸发源9、排气泵1连接的排气口(未图示)的方式配置的遮蔽板10a、10b;以覆盖喷嘴部22的方式配置的喷嘴部遮蔽板24;从腔室2的侧壁向第1及第2蒸镀区域60a、60b的上端部分别延伸的遮蔽板15a、 15b。遮蔽板15a、15b被配置成覆盖在基板4的输送路径中的蒸镀区域60a、60b以外的能够蒸镀的区域移动的基板4、第1及第2卷轴3、8及加热部16a、16b等,防止蒸镀原料到达这些位置。
本实施方式中的遮蔽板15a、15b具有壁部15a′、15b′,该壁部15a′、15b′具有与通过对应的蒸镀区域60a、60b的基板4的蒸镀面对向的面(对向面)Ya、Yb。如后述,在第1及第2蒸镀区域60a、60b中,通过相对于基板4的蒸镀面配置对向面Ya、Yb,能够缓和在这些蒸镀区域60a、60b内基板4所受到的热量的差,能够形成更均质的蒸镀膜。另外,在从喷嘴部22,一边导入气体一边进行蒸镀的情况下,通过这些对向面Ya、Yb,还能够得到使从设在喷嘴部22的侧面的多个出射口出射的气体高效地滞留在蒸镀区域60a、60b内的效果。
此外,本实施方式中的输送部及遮蔽部,按照使从蒸发面9s蒸发的蒸镀材料不从沿输送路径移动的基板4的法线方向入射到基板4那样,相对于蒸发源9配置,由此,能够从相对于基板4的法线方向倾斜的方向进行蒸镀(斜蒸镀)。在图1所示的蒸镀装置100中,通过第1遮蔽部件20及喷嘴部遮蔽板24,防止了蒸镀材料从基板4的法线方向入射到基板4上,但是,根据输送部的构造的不同,还存在其他的遮蔽板(例如15a、15b等)也具有相同的作用的情况。
本实施方式中的喷嘴部22配置在遮蔽板15b和第1引导部件5c之间。喷嘴部22是例如沿被输送的基板4的宽度方向(与图1所示的截面垂直的方向)延伸的管,在其侧面可以设置用于向对应的蒸镀区域60a、60b喷出气体的多个出射口。由此,在第1及第2蒸镀区域60a、60b中,沿基板4的宽度方向能够大致均匀地供给气体。另外,喷嘴部22优选构成为分别向第1及第3蒸镀区域60a、60b平行地喷射气体。通过这样的构造,能够提高从喷嘴部22出射的氧气和蒸镀粒子之间的反应率,不会使腔室2的真空压力恶化,能够形成氧化度高的蒸镀膜。
加热部16a、16b分别配置在V字型路径的第1卷轴侧及第2卷轴侧。通过这样的构造,在从第1卷轴3输送基板4至V字型路径时,能够通过加热部 16a将通过V字型路径前的基板4加热到200℃~400℃(例如300℃),在从第2卷轴8输送基板4至V字型路径时,能够通过加热部16b将通过V字型路径前的基板4加热到200℃~400℃(例如300℃)。将基板4加热到上述温度后,能够除去附着在基板4的欲蒸镀的表面上的有机物,能够使基板4与蒸镀原料(例如硅粒子)的结合力及蒸镀原料(硅粒子)彼此之间的结合力提高。
<蒸镀装置的动作>
下面,说明蒸镀装置100的动作。这里,使用蒸镀装置100,以在基板4的表面形成包括硅氧化物的多个活性物质体的情况为例进行说明。
首先,在第1及第2卷轴3、8中的一方的卷轴(这里为第1卷轴3)上卷绕纵长的基板4。作为基板4,可以使用铜箔、镍箔等金属箔。如后详述的那样,为了将多个活性物质体隔开规定间隔地配置在基板4的表面上,需要利用斜蒸镀所产生的阴影效果,因此,优选在金属箔的表面形成凹凸图案。在本实施方式中,作为凹凸图案,可以使用规则地配置有例如上表面为菱形(对角线:20μm×10μm)、高度为10μm的四棱柱形状的突起的图案。将沿菱形的长的对角线的间隔设为20μm、将沿短的对角线的间隔设为10μm、将与菱形的边平行的方向上的间隔设为10μm。另外,将各突起的上表面的表面粗糙度Ra设为例如2.0μm。
另外,将蒸镀材料(例如硅)收容在蒸发源9的坩锅内,气体导入管11a、11b与设置在蒸镀装置100的外部的氧气瓶等连接。在该状态下,使用排气泵1对腔室2进行排气。
然后,导出卷绕在第1卷轴3上的基板4,向第2卷轴8输送。基板4首先通过加热部16a加热到200℃~300℃的温度以后,通过包括第1及第2蒸镀区域60a、60b的V字型路径。此时,通过电子束加热装置等加热装置(未图示)使蒸发源9的坩锅内的硅蒸发,供给到通过第1及第2蒸镀区域60a及60b的基板4的表面。同时,将氧气通过气体导入管11a及气体导入管11b从喷嘴部22供给至基板4的表面。由此,在基板4的表面,通过反应性蒸镀,能够使含有硅和氧的化合物(硅氧化物)成长。在这些蒸镀区域60a、60b处表面被蒸镀了硅氧化物后的基板4由第2卷轴8收卷。
<蒸镀区域中的入射角度>
这里,一边参照图2,一边说明在第1及第2蒸镀区域60a、60b中蒸镀原料向基板4入射的角度(入射角度)θ。这里所说的“入射角度θ”是指基板4的法线与蒸镀原料的入射方向所成的角度。
图2是表示腔室2中的第1及第2蒸镀区域60a、60b与蒸发源9的位置关系的示意剖视图。为了简单,对与图1相同的构成要素标注相同的参照符号并省略说明。
如图2所示,第1及第2蒸镀区域60a、60b在上述V字型路径中配置在第1引导部件6的两侧。此时,第1蒸镀区域60a中的蒸镀原料的入射角度θ,在第1蒸镀区域60a的下端部(第1引导部件6侧的端部)62L处的蒸镀原料的入射角度θ2以上且第1蒸镀区域60a的上端部62U处的蒸镀原料的入射角度θ1以下的范围内。此外,上端部62U处的入射角度θ1是垂直于第1蒸镀区域60a的直线32与连接第1蒸镀区域60a的上端部62U及蒸发面9s的中心的直线30所成的角度,下端部62L处的入射角度θ2是垂直于第1蒸镀区域60a垂直的直线36与连接第1蒸镀区域60a的下端部62L及蒸发面9s的中心的直线34所成的角度。同样,第2蒸镀区域60b中的蒸镀原料的入射角度θ在第2蒸镀区域60b的下端部64L处的蒸镀原料的入射角度θ3以上且第2蒸镀区域60b的上端部64U处的蒸镀原料的入射角度θ4以下的范围内。
在本实施方式中,优选按照使上述入射角度θ1~θ4的任何一个都在45°~75°的方式相对于蒸发源9配置第1引导部件6、输送辊5b、5c、遮蔽板15a、15b、遮蔽部件20及喷嘴部遮蔽板24。下面说明其理由。
若入射角度θ1~θ4的任何一个都被控制在45°~75°,则第1及第2蒸镀区域60a、60b中的硅的入射角度θ的范围分别为45°~75°。若硅的入射角度θ不足45°,则很难利用阴影效果使硅仅向基板4的突起71上入射,有不能在活性物质体间形成充分的间隙的可能性。因此,若应用于锂二次电池的负极,则在锂二次电池的充电时,由于各活性物质体的膨胀而容易在基板4上产生褶皱。另一方面,若入射角度θ大于75°,则由于活性物质体的成长方向向基板表面较大地倾斜,所以基板4的表面与活性物质体之间的附着力 变小,基板4与活性物质体的结合性降低。因此,若应用锂二次电池的负极,则伴随着锂二次电池的充放电,活性物质体容易从基板4上剥离。
另外,第1蒸镀区域60a及第2蒸镀区域60b中的蒸镀原料的入射方向夹着基板4的法线方向相互向相反侧倾斜。由此,由于能够使活性物质体沿相对于基板4的法线方向、向相反侧交互倾斜的方向成长,所以,能够得到上述那样的锯齿状的活性物质体。
在本实施方式中,第1及第2蒸镀区域60a、60b中的蒸镀原料(例如硅)的入射角度θ以下面的方式被控制。输送辊5b、5c及第1引导部件6相对于蒸发源9被配置成:V字型路径中的输送辊5b与第1引导部件6之间的至少一部分区域及第1引导部件6与输送辊5c之间的至少一部分区域中,硅的入射角度θ在所希望的范围(例如45°~75°,优选60°~75°)内。另外,遮蔽板15a、15b、遮蔽部件20及喷嘴部遮蔽板24被配置成:对欲向V字型路径中的入射角度θ在上述范围以外的区域入射的硅进行遮蔽。具体说明如下:在图2所示的例中,第1及第2蒸镀区域60a、60b的上端部62U、64U处的入射角度θ1、θ3分别通过遮蔽板15a、15b调整。另外,下端部62L、64L处的入射角度θ2、θ4通过遮蔽部件20及喷嘴部遮蔽板24调整。此外,也可以不设置遮蔽部件20,而使喷嘴部遮蔽板24作为遮蔽部件而起作用。这里,入射角度θ1~θ4分别为75°、60°、60°及75°(θ1=75°、θ2=60°、θ3=60°、θ4=75°)。
这样,根据本实施方式,能够通过输送部件辊5b、5c和引导部件6之间的配置关系容易地控制入射角度θ。另外,在蒸镀区域60a、60b的平面输送区域中,基板4的背面(与蒸镀面相反侧的面)不与输送部、冷却支持体等部件接触,因此,能够以比专利文献5及6的蒸镀装置更高的自由度选择蒸镀角度。
<蒸镀装置100的对向面>
下面,对相对于通过第1及第2蒸镀区域60a、60b的基板4的蒸镀面配置对向面Ya、Yb的优点进行说明。
在图34所示的现有的蒸镀装置2000中,在蒸镀区域1030、1032中靠近蒸发源1020的下端部,由于蒸发源1020及蒸镀粒子的作用使基材1014受到 的热量较多,随着远离蒸发源1020,上述热量变小,在蒸镀区域1030、1032的上端部热量最小。因此,在蒸镀区域1030、1032中移动的基材1014的表面处产生温度梯度,很难得到在膜厚方向上均质的膜。此外,在蒸镀区域1030、1032中移动的基材1014的背面与冷却支持体1018接触,但是冷却支持体1018越靠近蒸发源1020、变得越小,所以很难通过冷却支持体1018充分缓和在蒸镀区域1030、1032的上端部和下端部之间产生的基材1014的受热量的差。
对此,根据本实施方式,如以下说明的那样,由于利用来自对向面Ya、Yb的辐射热,能够进一步对通过蒸镀区域60a、60b时的基板4所受到的热量进行均衡化,因此能够得到在膜厚方向上更均质的蒸镀膜。
再次参照图2。在本申请说明书中,与蒸镀区域60a、60b中的基板4的蒸镀面对向的“对向面Ya、Yb”是与通过该蒸镀区域60a、60b的基板的表面(蒸镀面)对向并缓和由于蒸镀原料的入射而在蒸镀面处产生的温度差的面。本实施方式中的对向面Ya、Yb配置在能够蒸镀的区域上,并且,被配置成在远离蒸发源9的端部(上端部)62U、64U处与蒸镀面接近,随着靠近蒸发源9而远离蒸镀面。因此,在例如第2蒸镀区域60b中,蒸镀面与对向面Yb的距离DY在上端部64U附近小,越靠近下端部64L变得越大。换言之,在图2所示的截面中,所谓与各蒸镀面对应的对向面Ya、Yb,具有向上方凸出的倒V字型的形状。另外,各蒸镀面与对向面Ya、Yb所成的角度θY为90°以下。
通过第1及第2蒸镀区域60a、60b的基板4的蒸镀面通常被辐射热及蒸镀粒子照射。本实施方式中的基板4的蒸镀面所受到的热量主要为由蒸发源9产生的辐射热、来自对向面Ya、Yb的辐射热、和蒸镀粒子的热量。由于辐射热与距热源的距离的平方成反比,所以,来自蒸发源9的辐射热的量在蒸镀区域60a、60b中靠近蒸发源9的区域大,距蒸发源9越远越小。同样,蒸镀粒子的热量也是在靠近蒸发源9的区域大,距蒸发源9越远越小。另一方面,来自对向面Ya、Yb的辐射热的量与蒸镀面和对向面Ya、Yb之间的距离DY的平方成反比。如上所述,由于距离DY越靠近蒸发源9越大,所以来 自对向面Ya、Yb的辐射热的量在蒸镀区域60a、60b中距蒸发源9远的区域大,距蒸发源9越近变得越小。这样,由来自对向面Ya、Yb的辐射热的量而在基板4产生的温度梯度与由来自蒸发源9的辐射热的量及蒸镀粒子的热量产生的温度梯度反向。因此,能够降低由来自蒸发源9的辐射热的量及蒸镀粒子的热量在基板4产生的温度差。
蒸镀面和对向面Ya、Yb之间的角度θY只要在90°以下即可,但优选25°~70°。若小于25°,则来自蒸发源9的蒸镀粒子很难到达蒸镀面,存在蒸镀效率降低的可能。另外,若大于70°,则很难将热锁闭在这些面之间,利用对向面Ya、Yb来使蒸镀面受到的热量均衡化的效果有可能变小。另外,至少在蒸镀区域60a、60b的上端部附近,需要按照使蒸镀面能够受到对向面Ya、Yb发出的辐射热那样,使对向面Ya、Yb与蒸镀面之间的距离DY设定得充分小。
此外,在蒸镀装置100中,设有遮蔽板15a、15b,该遮蔽板15a、15b具有分别与第1及第2蒸镀区域60a、60b对向的对向面Ya、Yb,但是,只要对蒸镀区域60a、60b中的至少一方设置具有对向面Ya、Yb的遮蔽板15a、15b,就能够在配置有对向面Ya、Yb的蒸镀区域60a、60b中得到上述效果。
在本实施方式中,利用遮蔽板15a、15b来配置相对于通过蒸镀区域60a、60b的基板4的蒸镀面的对向面Ya、Yb,但是,对向面Ya、Yb也可以设置在遮蔽板15a、15b以外的部件上,对具有对向面Ya、Yb的部件的构造没有特别限定。
具有对向面Ya、Yb的部件可以具有加热或冷却对向面Ya、Yb的构造。例如,可以具有加热对向面Ya、Yb的加热器、或通过冷却水冷却对向面Ya、Yb的背面的冷却水路径等。
对向面Ya、Yb若通过加热器等被加热,则向对向面Ya、Yb飞去的蒸镀粒子的一部分被反射,而入射至对向的蒸镀区域的基板4的蒸镀面。因此,能够改善蒸镀粒子对基板4的蒸镀面的附着效率(蒸镀效率)。另外,若对向面Ya、Yb的温度高,则由于蒸镀粒子的一部分在对向面Ya、Yb上移动并固着,使附着在对向面Ya、Yb上的蒸镀粒子和对向面Ya、Yb之间的结 合力变大。因此,蒸镀中堆积在对向面Ya、Yb上的蒸镀膜很难从对向面Ya、Yb上剥离。若蒸镀粒子和对向面Ya、Yb之间的结合力小,则蒸镀中堆积在对向面Ya、Yb上的蒸镀膜的一部分剥离并落到蒸发源9上,有可能发生飞溅,但通过加热对向面Ya、Yb,能够提高对向面Ya、Yb和蒸镀膜之间的结合性从而抑制飞溅。此外,“飞溅”是指蒸发源9的蒸镀原料没有气化而以液体的状态飞到能够蒸镀的区域。而且,由于蒸镀区域的基板4从对向面Ya、Yb接受的辐射热的量变多,基板4的蒸镀面的温度上升,所以,蒸镀粒子在蒸镀面上移动并固着,能够提高基板4的蒸镀面与蒸镀膜之间的结合性。在加热对向面Ya、Yb的情况下,对向面Ya、Yb的温度优选为例如100℃~400℃,这样,能够更确实地得到上述的效果。
或者,具有对向面Ya、Yb的部件也可以被冷却。在对向面Ya、Yb通过水冷等被冷却的情况下,能够得到如下的效果。
附着在基板4的蒸镀面上的有机物,由于受到蒸发源9的辐射热蒸发后汇集在较冷的面上,因此,有时蒸发的有机物再一次与蒸镀粒子一起被蒸镀在基板4的蒸镀面上,附着在温度较低的基板4的表面上,成为使基板4与蒸镀粒子的结合性降低的主要原因。若对向面Ya、Yb被冷却,则由于蒸发的有机物能够汇集在对向面Ya、Yb上,所以能够减轻从基板4的蒸镀面蒸发的有机物的影响,提高蒸镀面与蒸镀膜之间的结合性。在冷却对向面Ya、Yb的情况下,对向面Ya、Yb的温度优选为例如-20℃~20℃,由此,能够更有效地减轻蒸发的有机物的影响。此外,若冷却对向面Ya、Yb,则由于来自对向面Ya、Yb的辐射热变少,所以缓和基板4的温度差的效果有时变小。但是,即使在这样的情况下,由于能够降低上述那样的蒸发的有机物所产生的影响,所以还是有利的。
此外,本实施方式中的对向面Ya、Yb不限定于上述构造。在本实施方式中,通过第1及第2蒸镀区域60a、60b中的至少一方的蒸镀区域的基板4的蒸镀面只要与为了缓和蒸镀面中由于照射的辐射热产生的温度差所设置的对向面对向即可,也可以如后述的实施方式那样,利用蒸镀时由输送部进行输送的基板4形成对向面Ya、Yb。具体来说,以与蒸镀区域60a、60b 中的至少一方对向的方式设置其它蒸镀区域,按照使通过其它蒸镀区域的基板4的蒸镀面成为蒸镀区域60a、60b的对向面,并使通过蒸镀区域60a、60b的基板4的蒸镀面成为其它蒸镀区域的对向面的方式配置输送部。
<蒸镀装置100的材料利用效率>
在蒸镀装置100中,在与蒸发源9的蒸发面9s垂直且包含蒸镀方向的任意的截面中,使分别连结第1蒸镀区域60a的上端部62U及下端部62L与蒸发面9s的中心的直线30、34之间的角度范围为A,使分别连结第2蒸镀区域60b的上端部64U及下端部64L与蒸发面9s的中心的直线之间的角度范围为B,如图2所示,能够将从蒸发面9s的中心向角度范围A及B出射的硅原子用于蒸镀。因此,与只形成一个蒸镀区域的蒸镀装置(例如专利文献3的蒸镀装置)、在旋转筒(辊)上进行蒸镀的专利文献5的蒸镀装置相比,能够将出射范围更广的硅原子用于蒸镀,因此,能够提高蒸镀材料(硅)的利用率,并且,还能够提高蒸镀效率。
这里,对与专利文献5的蒸镀装置那样在旋转筒上进行蒸镀的构造相比情况下的蒸镀装置100的优点进行详细说明。在专利文献5的蒸镀装置中,仅在基板的被蒸镀原料照射的面沿旋转筒呈曲面状被输送的区域(以下,称作“曲面输送区域”)进行蒸镀。与此相对,在本实施方式中,由于能够在基板4的被蒸镀原料照射的面呈平面的方式输送基板4的区域(以下,称作“平面输送区域”)进行蒸镀,因此,如以下一边参照附图一边进行的说明那样,能够将向更广范围出射的蒸镀原料用于蒸镀。此外,蒸镀装置100中的蒸镀区域60a、60b都仅由平面输送区域构成,但只要蒸镀区域60a、60b包括平面输送区域即可。例如,如后述的实施方式那样,蒸镀区域60a、60b可以包括沿引导部件输送基板4的曲面输送区域。
图35(a)是示例地表示仅在旋转筒上进行蒸镀的情况下的蒸镀区域,即由曲面输送区域构成的蒸镀区域的示意剖视图,图35(b)是示例地表示包括平面输送区域的蒸镀区域的示意剖视图。为了简单,在这些图中,对与图2相同的构成要素标注相同的参照符号并省略说明。
从图35(a)可知,在旋转筒1040上进行蒸镀的情况下,在旋转筒1040 的表面中,在位于蒸镀原料飞散的角度范围Z0(能够蒸镀的区域)内的部分中形成两个蒸镀区域1042、1044。使连结这些蒸镀区域1042、1044的上端部及下端部与蒸发面9s的中心的直线之间的角度范围分别为Z1、Z2,能够利用于蒸镀的蒸镀原料的出射角度的范围相对于蒸镀原料飞散的角度范围的比例由(Z1+Z2)/Z0表示。该比例根据旋转筒1040的尺寸(直径)、数、旋转筒1040与蒸发源9之间的距离等决定,在对各蒸镀区域1042、1044中的蒸镀角度进行控制的同时提高上述比例是很困难的。
与此相对,如图35(b)所示,根据本实施方式,能够与引导部件6的直径无关地任意设置角度范围A、B。这样,能够使能在各蒸镀区域60a、60b被利用的蒸镀原料的出射角度的范围A、B相对于蒸镀原料飞散的角度范围Z0的比例(A+B)/Z0大于上述现有的蒸镀装置中的上述比例(Z1+Z2)/Z0。另外,通过输送辊的配置等,能够更容易地对各蒸镀区域60a、60b中的蒸镀角度进行控制,所以是有利的。此外,为了进一步提高蒸镀材料的利用效率,可以如后述的实施方式那样,在能够蒸镀的区域中配置多个引导部件6并设置多条V字型路径。另外,不仅在平面输送区域内进行蒸镀,也可以在引导部件6上进行蒸镀。
而且,在旋转筒1040上进行蒸镀的情况下,为了形成充分大的蒸镀区域1042、1044,需要使旋转筒1040的直径扩大到某程度。因此,在能够蒸镀的区域内很难配置更多的旋转筒。与此相对,在平面输送区域进行蒸镀的情况下,如后述的实施方式那样,由于能够相对于蒸镀源形成多个蒸镀区域,所以能够有效地进行蒸镀方向不同的蒸镀工序。
<膜的形成工序>
以下,参照附图详细说明在第1及第2蒸镀区域60a、60b中形成蒸镀膜的工序。这里,以使用硅作为蒸镀原料、一边从喷嘴部22供给氧一边进行蒸镀、形成硅氧化物膜(SiOx,0<x<2)作为蒸镀膜的工序为例进行说明。
图3是示意地表示蒸镀膜(硅氧化物膜)的一例的图,是与基板4垂直且包括硅的入射方向(蒸镀方向)的剖视图。
首先,在第1蒸镀区域60a中,从相对于基板4的法线方向M以60°~75° 的角度倾斜的方向42向基板4的表面入射硅。此时,硅容易蒸镀在配列于集电体4的表面上的突起72上,因此,硅氧化物在突起72上成长成柱状。另一方面,在集电体4的表面产生突起72及成长成柱状的硅氧化物的影,形成Si原子不入射的不蒸镀硅氧化物的区域(阴影效果)。在如图3所示的例中,通过这样的阴影效果,Si原子不附着在集电体4的表面中的相邻的突起72之间的沟上,硅氧化物不成长。其结果就是,硅氧化物有选择地在集电体4的各突起72上成长成柱状,能够得到第1部分p1(第1阶段的蒸镀工序)。第1部分p1的成长方向G1相对于基板4的法线方向M倾斜。
此后,基板4被输送到第2蒸镀区域60b。在第2蒸镀区域60b中,从相对于基板4的法线方向M在与方向42相反的一侧以60°~75°的角度倾斜的方向44向基板4的表面入射硅。此时,由于通过上述的阴影效果,硅选择性地入射到形成在集电体4上的第1部分p1上,所以在第1部分p1上形成具有从集电体4的法线方向M倾斜的成长方向G2的第2部分p2(第2阶段的蒸镀工序)。
第1及第2部分p1、p2的成长方向G1、G2分别由硅的入射方向42、44决定。因此,在本实施方式中,第2部分p2的成长方向G2相对于集电体4的法线方向M向与第1部分p1的成长方向G1相反的一侧倾斜。另外,使第1及第2部分p1、p2的成长方向G1、G2与基板4的法线方向M所成的角度(成长角度)分别为α(p1)、α(p2),基板4的法线方向M与硅的入射方向42、44所成的角度(入射角度)分别为θ(p1)、θ(p2),这些角度之间满足2tanα(p1)=tanθ(p1)、2tanα(p2)=tanθ(p2)的关系。
这样,形成具有成长方向不同的两个部分的2层的活性物质体(层叠数n=2)40。各活性物质体40由于与形成在集电体4的表面上的突起72对应地配列,所以能够确保在相邻的活性物质体间有充分的间隔。因此,能够抑制由于活性物质体40的膨胀应力而引起的电极的变形等问题。
此外,在形成如图所示那样的层叠结构的活性物质体40的情况下,优选使第1及第2蒸镀区域60a、60b的下端部62L、64L处的蒸镀原料的入射角度θ2及θ3大致相等。下面说明其理由。
从蒸发面9s蒸发的蒸镀原料的浓度,越接近从蒸发面9s的中心开始垂直于蒸发面9S延伸的线(以下简称作“通过蒸发面9S的中心的法线”)N越高,另外,越接近蒸发面9s越高。因此,蒸镀量在第1蒸镀区域60a中的下端部62L的附近比上端部62U的附近多。因此,在第1蒸镀区域60a形成的第1部分p1的成长方向G1主要由入射角度θ2决定。同样,在第2蒸镀区域60b形成的第2部分p2的成长方向G2主要由蒸镀量较多的下端部64U处的入射角度θ3决定。此时,若入射角度θ2及θ3大致相等,则能够使构成活性物质体40的各部分p1及p2在夹着基板4的法线方向的相互相反的一侧以大致相等的角度倾斜,能够使活性物质体40作为整体沿基板4的法线方向成长,因此是有利的。
下面,进一步详细地说明第1部分p1及第2部分p2的形状。图3所示的第1部分p1及第2部分p2的成长方向G1、G2是通过对第1部分p1及第2部分p2的成长方向平均化并由直线表示的方向,实际上,第1部分p1及第2部分p2的成长方向是随着成长而变化的。具体来说,如箭头G1′及G2′所示,第1部分p1的成长方向与法线方向M所成的角度(成长角度)α实际上在第1阶段的蒸镀工序的初期较大,随着成长渐渐变小。这是由于,在第1阶段的蒸镀工序中,从第1蒸镀区域60a的上端部到下端部,对沿接近蒸发源9的方向移动的基板4进行蒸镀,随着基板4接近蒸发源9,蒸镀材料相对于基板4的法线方向M的入射角度θ变小(参照图2)。例如,由于第1部分p1的基板4附近的成长方向G1′由蒸镀区域60a的上端部的入射角度θ(图2所示的θ1、θ4)决定,第1部分p1的上表面附近的成长方向G1′由蒸镀区域60a的下端部的入射角度θ(图2所示的θ2、θ3;θ2<θ1、θ3<θ4)决定,所以第1部分p1的基板4附近的成长角度比其上表面附近的成长角度大。
而第2部分p2的成长方向与法线方向M所成的成长角度α实际上在第2阶段的蒸镀工序的初期较小,随着成长而渐渐变大。这是由于,在第2阶段的蒸镀工序中,从第2蒸镀区域60b的下端部到上端部,对沿远离蒸发源9的方向移动的基板4进行蒸镀,随着基板4远离蒸发源9,蒸镀材料相对于基板4的法线方向M的入射角度θ变大。
因此,在图3所示的截面中,第1部分p1沿实际的成长方向G1′向上方(隆起方向)翻翘,第2部分p2沿实际的成长方向G2′向下方翻翘。
另外,第1部分p1的宽度随着成长而变大。由于如上述那样越靠近蒸发源9,蒸镀原料的浓度越高,所以随着第1阶段的蒸镀工序的进行,基板4靠近蒸发源9,入射到基板4的蒸镀原料的量(蒸镀量)变多。相反地,第2部分p2的宽度随着成长而变小。这是由于随着第2阶段的蒸镀工序的进行,基板4远离蒸发源9,对基板4的蒸镀量变小。
在上述中,一边参照图3一边以2层构造的活性物质体40为例进行了说明,但是,通过一边使基板4的输送方向翻转,一边重复进行蒸镀,能够形成3层以上的活性物质体。例如,在上述第2阶段的蒸镀工序后,使由第2卷轴8收卷的基板4向第1卷轴3输送并进行蒸镀。这样,通过切换输送方向,使其多次通过第1及第2蒸镀区域60a、60b,能够形成任意的层叠数n的活性物质体。
图4是示例地表示使用蒸镀装置100形成的具有5层(层叠数n=5)活性物质体的蒸镀膜的剖视图。图4所示的活性物质体75,例如以如下方式形成。
首先,进行上述第1及第2阶段的蒸镀工序。由此,形成相对于基板4的法线方向M倾斜的第1部分p1和相对于基板4的法线方向M向与第1部分p1相反侧倾斜的第2部分的下层p2L。第2阶段的蒸镀工序后,基板4由第2卷轴8收卷。
接下来,从第2卷轴8导出基板4,通过加热部16b加热后,引导至第2蒸镀区域60b。在第2蒸镀区域60b中,由于硅原子从上述方向44入射,所以在上述第2部分的下层p2L上,硅氧化物沿与第2部分p2的成长方向G2大致相同的方向进一步成长,从而形成第2部分的上层p2U(第3阶段的蒸镀工序)。由此,得到由第2部分的下层p2L及上层p2U构成的第2部分p2。
接下来,将基板4引导至第1蒸镀区域60a。在第1蒸镀区域60a中,在第2部分p2上,形成向与第1部分的成长方向G1平行的方向成长的第3部分的下层p3L(第4阶段的蒸镀工序)。然后,将基板4收卷在第1卷轴3上,再使输送方向翻转,并引导至第1蒸镀区域60a,进行蒸镀,得到第3部分的上 层p3U(第5阶段的蒸镀工序)。这样,一边切换基板4的输送方向,一边反复进行蒸镀直到第8阶段的蒸镀工序,由此,能够得到活性物质体(层叠数n=5)75。
在切换输送方向并反复进行蒸镀的情况下,优选对这些蒸镀区域60a、60b的长度、位置进行调整,以使第1蒸镀区域60a中的成膜量(例如第1部分p2的厚度)和第2蒸镀区域60b中的成膜量(例如第2部分p2的下层p2L的厚度)的比大致为1∶1。若上述比大于1∶1,则活性物质体作为整体向一方向倾斜,其结果就是,相邻的活性物质体间的间隙距集电体表面越近变得越小,所以在充电时活性物质体彼此之间相碰,存在容易在基板上产生褶皱的问题。对此,只要输送部被配置成使上述比大致为1∶1,则由于能够使活性物质体75作为整体沿基板4的表面的大致法线方向成长,所以能够抑制上述问题。
此外,为了简单,虽图4没有示出,但在形成3层以上的活性物质体的情况下,通过一边使基板4沿接近蒸发源9的方向移动、一边进行蒸镀的工序得到的部分p1、p2U、p3U、p4U也与参照图3进行说明的第1部分p1的形状同样,随着成长而变粗,并且,具有向上方(隆起方向)翻翘的形状。另外,通过一边使基板4沿远离蒸发源9的方向移动一边进行蒸镀的工序得到的部分p2L、p3L、p4L、p5也与参照图3进行说明的第2部分p2的形状同样,随着成长变细,并且,具有向下方翻翘的形状。但是,还存在各部分的“翻翘”、宽度的变化,随着构成活性物质体的层叠数n、各部分的厚度的不同,而通过截面观察不能确认的情况。
采用本实施方式的蒸镀装置得到的膜,与采用例如专利文献2记载的分批式的蒸镀装置所得到的膜相比具有如下的优点。在分批式的蒸镀装置中,使固定基板的固定台相对于蒸发源具有规定的角度地倾斜来进行斜蒸镀。另外,根据需要,也可以切换固定台的倾斜方向,进行多次蒸镀工序。但是,在这样的蒸镀装置中,通常,由于是以基板表面的中央部位于蒸发源的中心的法线上的方式来配置固定台的,所以即使切换固定台的倾斜方向,也仅有基板表面的中央部一直位于蒸镀原料的浓度最高的区域。因此,在 基板表面的中央部蒸镀量较多,在基板表面的端部附近蒸镀量较少,很难形成具有均匀厚度的蒸镀膜。对此,若使用本实施方式的蒸镀装置,则在各蒸镀工序中,能够在片状的基板4全体上形成均匀厚度(活性物质体的高度)的膜。此外,采用分批式的蒸镀装置得到的膜在以下方面也与采用本实施方式的蒸镀装置形成的膜不同,即采用分批式的蒸镀装置得到的膜不具有参照图3说明那样的具有“翻翘”、宽度的变化的形状、参照图13所述的层叠构造。
在本实施方式中,优选对被加热部16a、16b加热后随后通过的输送辊除外的输送辊(包括第1引导部件6)进行冷却,以使由加热部16a、16b加热的基板4的温度在通过各蒸镀区域60a、60b的期间不超过500℃。另外,还要对由输送部进行的对基板4的输送速度、蒸镀速度进行适当调整以使基板4的温度不超过500℃。
如上所述,通过将在第1及第2蒸镀区域60a、60b中移动时的基板4的温度控制在例如200℃以上且不足500℃,能够调整活性物质体的成长角度(基板4的法线方向M与活性物质体的成长方向G1、G2所成的角度)α。如上所述,活性物质体的成长角度α由蒸镀原料的入射角度θ决定(2tanα=tanθ,以下,称作“tan法则”),但在入射角度θ为60°以上时,存在成长角度α变得比通过上述tan法则所决定的角度小的倾向。此时,若基板4的温度比上述范围低,则成长角度α会变得特别小。若以小的成长角度α形成锯齿状的活性物质体,则比以遵守tan法则的成长角度成长的活性物质体粗,不能充分地确保活性物质体间的间隙。若使用这样的活性物质体形成电极,则在充电时活性物质体彼此相碰,有可能在基板上产生挫屈、褶皱。此外,“挫屈”是指基板(电极板)由于膨胀应力而发生弯曲,若产生挫屈,则电极的截面成为波浪状。因此,通过将基板4的温度控制在200℃以上,能够使活性物质体的成长角度α接近由tan法则所决定的角度,所以能够充分地确保活性物质体间的膨胀空间。另一方面,若基板4的温度不足500℃,则能够防止基板4由于热变形而产生褶皱。另外,在使用铜基板作为基板4的情况下,能够防止硅向铜基板扩散。
在本实施方式中,加热部16a、16b被配置在蒸镀区域以外的区域中,对向蒸镀区域60a、60b输送前的基板4进行加热,但是,这些加热部16a、16b也可以配置于第1及第2蒸镀区域60a、60b。其中,若如本实施方式的构造那样,按照对即将输送至第1及第2蒸镀区域60a、60b的基板4进行加热那样配置加热部16a、16b,则能够更准确地控制蒸镀时的基板4的温度,因此是优选的。
此外,代替图2所示的构造,如图5所示,还可以在剖视图中以相对于通过蒸发面9s的中心的法线N成线对称的方式形成第1及第2蒸镀区域60a、60b。根据这样的构造,具有如下优点:能够使这些蒸镀区域60a、60b的入射角度θ2、θ3相等(θ2=θ3),并且,能够容易地将在各蒸镀区域60a、60b被蒸镀的量(蒸镀量)调整成大致相等,能够容易使活性物质体作为整体沿基板4的大致法线方向成长。另一方面,根据图1及图2所示的构造,由于可以利用能够蒸镀的区域中的从蒸发面9s蒸发的蒸镀原料的浓度高的区域(包括通过蒸发面9s的中心的法线N的中央的区域)作为蒸镀区域,所以具有能够更高效地使用蒸镀原料的优点。
若使用本实施方式的蒸镀装置,则在片状的基板4的表面能够连续地形成任意的层叠数n的活性物质体。此外,在形成层叠数n为30以上的活性物质体的情况下,各活性物质体的截面形状有时也不是沿成长方向倾斜的锯齿形状,而是沿基板4的法线方向直立的柱状。即使在这样的情况下,例如通过截面SEM观察也能够确认:无论活性物质体的截面形状如何,活性物质体的成长方向是从活性物质体的底面向上表面呈锯齿状延伸的。
另外,由于这些活性物质体在基板4的表面以间隔规定的间隔的方式被配置,因此,能够将相邻的活性物质体间的空间作为伴随充放电这些活性物质体膨胀用的膨胀空间使用。因此,活性物质的应力被缓和,能够抑制正极负极间的短路,其结果就是,能够得到充放电循环特性高的电池。
此外,以形成由硅氧化物构成的活性物质体的情况为例对蒸镀装置100的动作进行了说明,但是,使用的蒸镀材料、得到的蒸镀膜的用途并不限于此例。另外,在上述记载中,使由蒸发源9蒸发的蒸镀原料(硅原子)与 从喷嘴部22供给的气体(氧气)进行反应来形成蒸镀膜,但是,也可以不供给气体,仅使蒸镀原料在基板4的表面成长。
(第2实施方式)
以下,一边参照附图一边说明本发明的第2实施方式的蒸镀装置。在本实施方式中,在腔室内的能够蒸镀的区域内设有两处在第1实施方式中说明的V字型的基板路径(V字型路径),形成共计四个蒸镀区域。
图6是示意地表示本发明第2实施方式的蒸镀装置的剖视图。为了简单,对与图1所示的蒸镀装置100相同的构成要素标注相同的参照符号并省略说明。图6所示的蒸镀装置200具有输送部,该输送部包括第1及第2卷轴3、8;输送辊5a~5c;第1及第2引导部件(输送辊)6a、6b,由此来规定基板4的输送路径。
输送辊5a、6a、5b、6b、5c在上述基板4的输送路径中从第1卷轴侧按该顺序配置。在本实施方式中,第1引导部件6a配置在相邻的输送辊5a、5b的下方,按照使基板4中由蒸镀原料照射的面向蒸发源9凸出那样对基板4进行引导,形成V字型路径。在第1引导部件6a和蒸发源9之间配置有第1遮蔽部件20a,其防止从蒸发源9的蒸发面9s蒸发的蒸镀材料从基板4的法线方向入射,并且将V字型路径中的蒸镀区域一分为二。通过这样的构造,在该V字型路径中形成比第1遮蔽部件20a更位于第1卷轴侧的第1蒸镀区域60a和比第1遮蔽部件20a更位于第2卷轴侧的第2蒸镀区域60b。同样,第2引导部件6b配置在相邻的输送辊5b、5c的下方,按照使基板4中的被蒸镀原料照射的面向蒸发源9凸出那样对基板4进行引导,形成V字型路径。在第2引导部件6b和蒸发源9之间配置有第1遮蔽部件20b,其防止从蒸发源9的蒸发面9s蒸发的蒸镀材料从基板4的法线方向入射,并且将V字型路径中的蒸镀区域一分为二。通过这样的构造,在该V字型路径中形成比第1遮蔽部件20b更位于第1卷轴侧的第3蒸镀区域60c和比第1遮蔽部件20b更位于第2卷轴侧的第4蒸镀区域60d。按照使其相对于基板4的法线方向仅倾斜45°~70°的角度那样,控制这些蒸镀区域60a~60d中的蒸镀原料的入射方向。此外,如本实施方式那样,在基板4的被蒸镀原料照射的面连续在两个V字型路径 中以W字型被输送的情况下,有时也将该输送路径称作“W字型路径”。
根据本实施方式的蒸镀装置200,由于在能够蒸镀的区域形成四个蒸镀区域,所以能够将向更广阔角度出射的蒸镀原料利用于蒸镀,能够进一步提高蒸镀材料的利用率。另外,在基板4的表面,在切换蒸镀方向的同时连续进行4阶段的蒸镀工序后,可以切换输送方向进一步进行多阶段的蒸镀。因此,能够在基板4的表面上连续形成任意的层叠数n(例如n=30~40)的活性物质体。
另外,优选在蒸镀装置200中设置具有与通过第1及第4蒸镀区域60a、60d的基板4的蒸镀面对向的壁部的遮蔽板15a、15b。由此能够使从设在喷嘴部22的侧面的多个出射口射出的气体有效地滞留在蒸镀区域60a、60d内。
另外,优选遮蔽板15a、15b的壁部的表面具有作为缓和由于来自蒸发源9的辐射热而在通过对应的蒸镀区域的基板4的蒸镀面所产生的温度差的对向面的功能。而且优选,通过第2蒸镀区域60b的基板4的蒸镀面与通过第3蒸镀区域60c的基板4的蒸镀面相互对向,使其相互之间作为用于缓和由于来自蒸发源9的辐射热而在蒸镀面所产生的温度差的对向面发挥作用。通过这样的构造,在全部的蒸镀区域60a~60d中,能够降低上述温度差并形成更均质的蒸镀膜。此外,本实施方式的蒸镀装置也可以不具有具备上述那样的壁部的遮蔽板15a、15b,并且通过对向的蒸镀区域的基板4的蒸镀面也可以不作为相互之间的“对向面”发挥作用,只要使至少一个通过蒸镀区域的基板4的蒸镀面按照与缓和由于来自蒸发源9的辐射热而产生的温度差的面对向那样构成,则就能够抑制由于上述温度差而造成的蒸镀膜的均质性的降低,因此是有利的。
以下,说明使用蒸镀装置200的膜的形成方法。
首先,从第1卷轴3将基板4输送到第1蒸镀区域60a。接下来,在第1蒸镀区域60a中,一边使基板4向接近蒸发源9的方向移动,一边使从蒸发源9蒸发的蒸镀原料从相对于基板4的表面的法线倾斜的方向(入射方向)入射到基板4的表面,使蒸镀原料堆积(第1阶段的蒸镀工序)。由此,在基板4的表面上形成第1膜。
接下来,将基板4输送到第2蒸镀区域60b,在第2蒸镀区域60b,一边使基板4沿离开蒸发源9的方向移动,一边使蒸镀原料从相对于基板4的表面的法线向与第1阶段的蒸镀工序中的入射方向相反侧倾斜的方向入射到基板4的表面(第2阶段的蒸镀工序)。由此,在第1膜上形成第2膜。
接下来,将基板4输送到第3蒸镀区域60c,在第3蒸镀区域60c中,一边使基板4沿接近蒸发源9的方向移动,一边使蒸镀原料从相对于基板4的表面的法线向与第1阶段的蒸镀工序中的入射方向相同侧倾斜的方向入射到基板4的表面(第3阶段的蒸镀工序)。由此,在第2膜上得到第3膜。
然后,将基板4输送到第4蒸镀区域60d,在第4蒸镀区域60d中,一边使基板4沿离开蒸发源9的方向移动,一边使蒸镀原料从相对于基板4的表面的法线向与第1阶段的蒸镀工序中的入射方向相反侧倾斜的方向入射到基板4的表面(第4阶段的蒸镀工序)。由此,在第3膜上得到第4膜。
形成第1~第4膜后,将基板4收卷在第2卷轴8上。这样,形成具有层叠构造的膜(层叠数n=4)。
在上述第4阶段的蒸镀工序后,接下来,可以从第2卷轴8向第1卷轴3输送基板4,进一步进行4阶段的蒸镀。
在该情况下,首先,将基板4输送到第4蒸镀区域60d,在第4蒸镀区域60d中,一边使基板4沿接近蒸发源9的方向移动,一边使蒸镀原料入射到基板4上,在第4膜上形成第5膜(第5阶段的蒸镀工序)。
然后,将基板4输送到第3蒸镀区域60c,在第3蒸镀区域60c中,一边使基板4向离开蒸发源9的方向移动,一边使蒸镀原料入射到基板4上,在第5膜上形成第6膜(第6阶段的蒸镀工序)。
随后,同样地,在第2蒸镀区域60b中,一边使基板4向接近蒸发源9的方向移动,一边进行第7阶段的蒸镀工序,在第1蒸镀区域60a中,一边使基板4向离开蒸发源9的方向移动,一边进行第8阶段的蒸镀工序,将基板4由第1卷轴3收卷。
此外,蒸镀原料的入射方向及入射角度由蒸镀区域60a~60d中的基板4的法线与蒸发源9的中心的法线所成的角度决定。因此,在同一蒸镀区域进 行蒸镀的情况下,无论基板4的输送方向如何,蒸镀原料的入射方向及入射角度都相同。例如,第4阶段及第5阶段的蒸镀工序都是在第4蒸镀区域60d中进行的,因此,蒸镀原料的入射方向及入射角度相同。
在第8阶段的蒸镀工序之后,根据需要,可以对基板4的输送方向进行切换,并将基板4按照从第1到第4蒸镀区域60a~60d的顺序输送,进一步重复进行与上述第1~第4阶段的蒸镀工序同样的蒸镀工序。这样,能够一边切换基板4的输送方向一边进行任意阶段数的蒸镀工序。
蒸镀装置200还在第1蒸镀区域60a的第1卷轴侧及第4蒸镀区域60d的第2卷轴侧分别具有将基板4加热到200℃~400℃的加热部16a及16b。通过这样的构造,能够在从第1卷轴3经过W字型路径向第2卷轴8输送基板4时,通过加热部16a对被导入W字型路径前的基板4进行加热,在反方向输送基板4时,通过加热部16b对被导入W字型路径前的基板4进行加热。
在一边切换基板4的输送方向一边重复进行蒸镀的情况下,优选第1、第2、第3及第4蒸镀区域60a、60b、60c、60d中的成膜量的比为1∶2∶2∶1。这样,若将基板4可能连续通过两次的第1及第4蒸镀区域60a、60d中的成膜量设定成其他的蒸镀区域(第2及第3蒸镀区域60b、60c)中的成膜量的1/2,则能够使构成锯齿状的活性物质体的各部分的厚度大致均匀,因此,能够使活性物质体作为整体沿基板4的法线方向成长。此外,“基板4连续两次通过蒸镀区域”是指,在通过该蒸镀区域并沿规定的方向形成了蒸镀膜后,不在其他的蒸镀区域沿其他的方向在该蒸镀膜上形成蒸镀膜,而是通过切换输送方向,再次通过该蒸镀区域进行蒸镀。
(第3的实施方式)
以下,一边参照附图一边说明本发明的第3实施方式的蒸镀装置,在本实施方式中,与第1实施方式同样地,设置两处V字型的基板路径(V字型路径),全体形成四个蒸镀区域(第1~第4蒸镀区域)60a~60d。但是,本实施方式的输送部在使通过第1及第2蒸镀区域60a、60b后的基板4折回并将其引导到第3及第4蒸镀区域60c、60d的构造上与第1实施方式不同。
图7是示例地表示本实施方式的蒸镀装置的剖视图。为了简单,对与图 6所示的蒸镀装置200同样的构成要素标注相同的参照符号并省略说明。
在蒸镀装置300中,基板4的输送路径由第1及第2卷轴3、8;输送辊5a~5f;第1及第2引导部件6a、6b规定。输送辊5c~5e按照在基板4的输送路径中的第2蒸镀区域60b和第3蒸镀区域60c之间、绕过第2卷轴8的方式配置(翻转构造)。根据该构造,能够使基板4的与蒸发源9s相对向的表面翻转。因此,能够在基板4通过第1及第2蒸镀区域60a、60b时,在基板4的一方的表面(称作“第1表面”)上进行蒸镀,在通过第3及第4蒸镀区域60c、60d时,在基板4的另一方的表面(“第2表面”)上进行蒸镀。因此,使用蒸镀装置300能够在保持腔室2的真空状态的情况下在基板4的两面连续形成蒸镀膜。
另外,在本实施方式中,第2蒸镀区域60b与第4蒸镀区域60d相互对向地形成,在这些蒸镀区域60b、60d之间,以覆盖输送辊5b、5f的方式配置有遮蔽板15c。遮蔽板15c防止蒸镀原料入射到输送辊5b、5f,并且,对这些蒸镀区域60b、60d的上端部处的入射角度进行控制。
在本实施方式中,在与基板4的表面垂直且包括基板4的输送方向的截面中,第1引导部件6a及第2引导部件6b夹着通过蒸发面9s的中心的法线N被配置在两侧。另外,按照使第1到第4蒸镀区域60a~60d中的任一个(在图示的例中为蒸镀区域60b)与通过蒸发面9s的中心的法线N相交的方式相对于蒸发源9配置输送部。由此,能够最大限度地利用能够蒸镀的区域中的蒸镀原料的浓度高的区域来进行蒸镀,因此是有利的。此外,在图示的蒸镀装置300中,第2蒸镀区域60b和第4蒸镀区域60d在能够蒸镀的区域的大致中央以相互对向的方式形成,但在本说明书中由于沿输送路径对蒸镀区域赋予了名称,所以根据输送部的配置也可以使其他的蒸镀区域在能够蒸镀的区域的中央相互对向配置。无论在何种情况下,只要按照在能够蒸镀的区域的大致中央对向配置的两个蒸镀区域的任一方与上述法线N相交那样地配置,就能够得到与上述相同的效果。
另外,在各蒸镀区域60a~60d的上端附近分别配置有将基板4加热到例如200℃~400℃的加热部16a~16d。加热部16a~16d“被配置在各蒸镀区域60a~60d的上端附近”是指被设置在对应的蒸镀区域以外的区域,并且将 其设置对即将被引导至该蒸镀区域之前的基板4进行加热的位置处。通过这样的构造,能够在从第1卷轴3向第2卷轴8输送基板4时,通过加热部16a、16c对通过各V字型路径前的基板4进行加热,在反方向输送基板4时,通过加热部16d、16b对被引导至各V字型路径前的基板4进行加热。此外,在蒸镀装置200中设置有四个加热部,但在例如没必要切换基板4的输送方向的情况等下,也可以设置两个加热部。在该情况下,在基板4的输送路径中,可以设置被配置在比第1蒸镀区域60a更靠近第1卷轴侧的加热部16a及被配置在第2蒸镀区域60b和第3蒸镀区域60c之间的加热部16c。
图8是表示使用蒸镀装置300在基板4的两面分别形成的蒸镀膜的一例的剖视图。图示的蒸镀膜,是通过将基板4从第1卷轴3向第2卷轴8输送而形成的,具有隔开间隔地配置的多个活性物质体。
在本实施方式中,作为基板4,使用在两面(第1表面及第2表面)S1、S2形成有凹凸图案的金属箔。形成在各表面S1、S2上的图案与第1实施方式说明的凹凸图案相同,省略说明。
在基板4的第1表面S1上形成有由成长方向不同的两层构成的多个活性物质体90。各活性物质体90由在第1蒸镀区域60a中形成的第1部分p1和在4第2蒸镀区域60b中形成在第1部分p1上的第2部分p2构成。另一方面,在基板4的第2表面S2上也形成有同样的两层构造的活性物质体92。活性物质体92由分别在第3及第4蒸镀区域60c、60d上形成的第1及第2部分q1、q2构成。
在本实施方式中,优选按照使第1~第4蒸镀区域60a~60d中的蒸镀原料的入射角度θ的范围相互大致相等的方式配置输送部及遮蔽部。另外,优选第1~第4蒸镀区域60a~60d中的成膜量相互大致相等。由此,在基板4的两面能够形成具有同样的形状及厚度的活性物质体90、92。使用这样的基板4来制造锂二次电池用电极的话,由于能够使因活性物质体90的膨胀而作用在基板4的第1表面S1上的应力与因活性物质体92的膨胀而作用在基板4的第2表面S2面上的应力大致相同,所以在重复进行充放电时,能够有效地防止因这些应力的差而使基板4弯曲的情况。
此外,在图7所示的蒸镀装置300中,对输送辊5b、5f设置单独的遮蔽 板15c,但也可以对输送辊5b、5f分别设置遮蔽板。这样的蒸镀装置的构造如图9所示。为了简单,对与图7相同的构成要素标注相同的参照符号,省略说明。
在图9所示的蒸镀装置300′中,为了更有效地防止蒸镀原料附着在输送辊5b、5f上,沿各输送辊5b、5f配置遮蔽板15d、15e。因此,蒸镀区域60b、60d的上端部由这些遮蔽板15d、15e规定。另外,在这些输送辊5b、5f的间隙的上方配置遮蔽板15e,防止蒸镀原料通过输送辊5b、5f之间附着在上方的基板上。这样的遮蔽部件的构造可以适用于:需要以形成翻转构造为目的、在相对向的蒸镀区域之间配置两个以上的输送辊的蒸镀装置。此外,遮蔽部件的构造不限定于图7及图9所示那样的构造。例如遮蔽板15a、15b还可以具有具备缓和基板4的温度差的功能的壁部。
(第4实施方式)
以下,一边参照附图一边对本发明的第4实施方式的蒸镀装置进行说明。本实施方式的蒸镀装置的输送部构成为:形成两处参照图6在第2实施方式说明那样的W字型的基板路径(W字型路径),并且,在这些W字型路径之间具有使基板4的由蒸镀原料照射的面反转的翻转构造。翻转构造可以与参照图7在第3实施方式中说明的构造相同。
图10是示意地表示本实施方式的蒸镀装置的剖视图。为了简单,对与在上述实施方式中说明的蒸镀装置100、200、300相同的构成要素标注相同的参照符号,并省略说明。
图10所示的蒸镀装置400具有输送部,该输送部包括第1及第2卷轴3、8;输送辊5a~5m;第1~第4引导部件6a~6d,由此,基板4的输送路径被规定。另外,为了不使从蒸发面9s蒸发的蒸镀原料从基板4的法线方向入射到基板4,配置有遮蔽板15a~15e及第1~第4的遮蔽部件6a~6d。
输送辊5a~5m在上述基板4的输送路径中从第1卷轴侧开始以该顺序配置。另外,第1~第4的引导部件(输送辊)6a~6d在上述基板4的输送路径中从第1卷轴侧开始以该顺序配置。与上述实施方式同样,各引导部件6a~6d按照使基板4中的被蒸镀原料照射的面向蒸发源9凸出的方式对基板 4进行引导,并形成V字型路径。在各引导部件6a~6d和蒸发源9之间分别配置第1~第4的遮蔽部件20a~20d,其防止从蒸发源9的蒸发面9s蒸发的蒸镀材料从基板4的法线方向入射,并且将V字型路径中的蒸镀区域一分为二。通过这样的构造,在由第1引导部件6a形成的V字型路径中,形成有比第1遮蔽部件20a更位于第1卷轴侧的第1蒸镀区域60a和比第1遮蔽部件20a更位于第2卷轴侧的第2蒸镀区域60b。同样,在由第2引导部件6b形成的V字型路径中,形成有比第1遮蔽部件20b更位于第1卷轴侧的第3蒸镀区域60c和比第1遮蔽部件20b更位于第2卷轴侧的第4蒸镀区域60d,在由第3引导部件6c形成的V字型路径中,形成有比第1遮蔽部件20c更位于第1卷轴侧的第5蒸镀区域60e和比第1遮蔽部件20c更位于第2卷轴侧的第6蒸镀区域60f,在由第4引导部件6d形成的V字型路径中,形成有比第1遮蔽部件20d更位于第1卷轴侧的第7蒸镀区域60g和比第1遮蔽部件20d更位于第2卷轴侧的第8蒸镀区域60h。另外,在这些第1~第8蒸镀区域60a~60h和蒸发面9s之间配置有遮挡板28。
本实施方式中的输送部及遮蔽部以第1~第8蒸镀区域60a~60h中的蒸镀原料的入射方向相对于基板4的法线方向倾斜例如45°~75°的角度的方式相对于蒸发源9配置。
本实施方式中的输送辊5f~5h按照在基板4的输送路径中的第4蒸镀区域60d和第5蒸镀区域60e之间、绕过第2卷轴8的方式配置(翻转构造)。通过该构造,能够使通过包括第1~第4蒸镀区域60a~60d的W字型路径后的基板4翻转,将其引导至第5~第8蒸镀区域60e~60h,所以能够在保持腔室2的真空状态的情况下,在基板4的两面连续形成蒸镀膜。
蒸镀装置400另外还具有设置在各蒸镀区域以外的区域的、将基板4加热到200℃~400℃的四个加热部16a~16d。加热部16a~16d分别配置在第1、第4、第5及第8蒸镀区域60a、60d、60e、60h的上端附近。通过这样的构造,能够在从第1卷轴3向第2卷轴8输送基板4时,用加热部16a、16c对即将通过各W字型路径之前的基板4进行加热,在反方向输送基板4时,用加热部16b、16d对通过各W字型路径之前的基板4进行加热。此外,在蒸镀 装置400中设置四个加热部,但在例如没有必要切换基板4的输送方向的情况等下,也可以设置两个加热部。在该情况下,在基板4的输送路径中,可以设置配置在比第1蒸镀区域60a更靠近第1卷轴侧的加热部16a和配置在第4蒸镀区域16d和第5蒸镀区域16e之间的加热部16c。
通过蒸镀装置400,能够对基板4的两面一边切换蒸镀方向一边连续进行多阶段的蒸镀工序。另外,由于在能够蒸镀的区域中形成有八个蒸镀区域,所以能够将向更广阔角度射出的蒸镀原料用于蒸镀,能够进一步提高蒸镀材料的利用率。
以下,说明使用蒸镀装置400形成膜的方法。
首先,在第1~第4蒸镀区域60a~60d中,一边参照图6一边进行与上述第1~第4阶段的蒸镀工序同样的蒸镀工序,形成第1~第4膜。
接下来,将基板4的蒸镀面翻过来,在第5~第8蒸镀区域60e~60h中,对与基板4的形成有第1~第4膜的面相反侧的面(背面)进行蒸镀。具体来说,在第5蒸镀区域60e中,一边使基板4沿接近蒸发源9的方向移动,一边从相对于基板4的表面的法线倾斜的方向(入射方向)使从蒸发源9蒸发的蒸镀原料入射到基板4的背面,在基板4的背面形成第1′膜(第1′蒸镀工序)。然后,在第6蒸镀区域60f中,一边使基板4沿离开蒸发源9的方向移动,一边从相对于基板4的表面的法线向与第1′蒸镀工序的入射方向的相反侧倾斜的方向使蒸镀原料入射到基板4的背面,由此,在第1′膜上形成第2′膜(第2′蒸镀工序)。接下来,在第7蒸镀区域60g中,一边使基板4沿接近蒸发源9的方向移动,一边从相对于基板4的表面的法线向与第1′蒸镀工序中的入射方向相同侧倾斜的方向使蒸镀原料入射到基板4的背面,从而在第2′膜上形成第3′膜(第3′蒸镀工序)。之后,在第8蒸镀区域60h中,一边使基板4沿离开蒸发源9的方向移动,一边从相对于基板4的表面的法线向与第1′蒸镀工序中的入射方向的相反侧倾斜的方向使蒸镀原料入射到基板4的背面,由此在第3′膜上形成第4′膜(第4′蒸镀工序)。
然后,将基板4暂时收卷在第2卷轴8上,接下来在第8~第5蒸镀区域60h~60e中以该顺序输送基板4,在这些蒸镀区域60h~60e中进行第5′~第 8′的蒸镀工序。具体来说,首先,在第8蒸镀区域60h中,一边使基板4沿接近蒸发源9的方向移动,一边在基板4上入射蒸镀原料,从而在第4′膜上形成第5′膜(第5′阶段的蒸镀工序)。然后,在第7蒸镀区域60g中,一边使基板4沿离开蒸发源9的方向移动,一边在基板4上入射蒸镀原料,从而在第5′膜上形成第6′膜(第6′阶段的蒸镀工序)。之后也同样,在第6蒸镀区域60f中,一边使基板4沿接近蒸发源9的方向移动,一边进行第7′阶段的蒸镀工序,在第5蒸镀区域60e中,一边使基板4沿离开蒸发源9的方向移动,一边进行第8′阶段的蒸镀工序。
此外,如上述那样,在同一蒸镀区域进行蒸镀的情况下,无论基板4的输送方向如何,蒸镀原料的入射方向及入射角度都相同。例如,由于第4′阶段及第5′阶段的蒸镀工序都是在第8蒸镀区域60h中进行的,所以蒸镀原料的入射方向及入射角度相同。
在第8′阶段的蒸镀工序之后,再次将基板4的蒸镀面反转,输送到第4蒸镀区域60d。然后,在第4~第2蒸镀区域60d~60a中,对基板4的形成有第1~第4膜的面进行第5~第8阶段的蒸镀工序,形成第5~第8膜。第5~第8阶段的蒸镀工序与参照图6上述说明的第5~第8蒸镀工序相同。然后,基板4被收卷在第1卷轴3上。
在第8阶段的蒸镀工序后也可以根据需要切换基板4的输送方向,将基板4按照顺序输送至第1~第8蒸镀区域60a~60h的,进一步反复进行上述第1~第4阶段的蒸镀工序及第1′~第4′的蒸镀工序。这样,通过在第1卷轴3和第3卷轴8之间使基板4往返任意的次数,能够进行所希望的阶段数的蒸镀。
在本实施方式中,在与基板4的表面垂直且包括基板4的输送方向的截面中,第1及第2引导部件6a及6b和第3及第4引导部件6c及6d夹着通过蒸发源9的中心的法线N被配置在两侧,按照使第1到第8蒸镀区域60a~60h中的任意一个区域与通过蒸发源9的中心的法线相交的方式相对于蒸发源9配置输送部,是优选的。由此,可以利用能够蒸镀的区域中的从蒸发源9蒸发的蒸镀原料的浓度更高的区域来进行蒸镀,所以能够提高蒸镀材料的利用效 率。
此外,蒸镀装置400具有用于使基板4反转的翻转构造,但是本实施方式的蒸镀装置也可以不具有翻转构造。在这样的蒸镀装置中,基板4通过两个W字型路径,由此,仅在基板4的一方的表面上形成8层(层叠数n:8)的活性物质体。
下面,对使用蒸镀装置400在基板4的两面形成的蒸镀膜的结构的一例进行说明。图11是表示通过将基板4从第1卷轴3向第2卷轴8输送(去路),然后从第2卷轴8向第1卷轴3输送(回路)而得到的蒸镀膜的剖视图。在该例中,形成在基板4的各表面上的蒸镀膜分别具有隔开间隔配置的多个活性物质体。
在本实施方式中,作为基板4,使用在两面(第1表面及第2表面)S1、S2上形成有凹凸图案的金属箔。这里,形成在各表面S1、S2上的图案与第1实施方式中所说明的凹凸图案相同,省略说明。
在基板4的第1及第2表面S1、S2上分别形成有多个活性物质体94、96。各活性物质体94具有七个第1~第7部分p1~p7层叠的结构(层叠数n:7),该七个第1~第7部分p1~p7具有相对于第1表面S1的法线方向相互向相反侧倾斜的成长方向。
活性物质体94、96例如通过如下方式形成。首先,在去路中,从第1卷轴3导出的基板4通过第1~第4蒸镀区域60a~60d,由此,在基板4的第1表面S1上按照第1部分p1、第2部分p2、第3部分p3及第4部分的下层p4L的顺序层叠(第1~第4蒸镀工序)。
接下来,基板4通过翻转构造被反转并通过第5~第8蒸镀区域60e~60h,由此,在基板4的第2表面S2上按照第1部分q1、第2部分q2、第3部分q3及第4部分的下层q4L的顺序层叠(第1′~第4′蒸镀工序)。
然后,基板4被暂时收卷在第2卷轴8上,随后,进一步向第1卷轴3放出(回路)。在回路中,基板4首先通过第8蒸镀区域60h。这里,在去路中形成的第4部分的下层4qL上,沿与下层4qL大致相同的方向成长有上层4qU,得到由下层4qL及上层4qU构成的第4部分4q。然后,基板4以第7、第6、第 5蒸镀区域60g、60f、60e的顺序通过这些区域,在第4部分4q上形成第5~第7部分q5~q7(第5′~第8′蒸镀工序)。这样,得到具有第1~第7部分q1~q7的7层的活性物质体(层叠数n:7)96。
接下来,基板4通过翻转构造被反转,并被引导至第4蒸镀区域60d,这里,在去路中形成的第4部分的下层4pL上形成上层4pU,得到第4部分4p。然后,基板4以第3、第2及第1蒸镀区域60c、60b、60a的顺序通过这些区域,从而形成第5~第7部分p5~p7(第5~第8蒸镀工序)。这样,得到具有第1~第7部分p1~p7的7层的活性物质体(层叠数n:7)94。
在切换基板4的输送方向并反复进行蒸镀的情况下,优选按照使第1~第8的蒸镀区域60a~60h的成膜量的比为1∶2∶2∶1∶1∶2∶2∶1的方式构成输送部、遮蔽部。由此,如上述第2实施方式中说明的那样,通过将基板4有可能连续两次通过的蒸镀区域60a、60d、60e、60h中的成膜量设定成其他的蒸镀区域60b、60c、60f、60g中的成膜量的1/2,能够使构成活性物质体的各部分的厚度(除去第1部分和成为最上层的部分)大致相等。若以图11所示的活性物质体为例进行具体说明的话,可以使两次通过第4蒸镀区域60d而形成的第4部分p4的厚度与一次通过第2及第3蒸镀区域60b、60c而分别形成的第2及第3部分p2、p3的厚度大致相等,因此能够防止活性物质体94作为整体向特定的方向较大地倾斜。对于活性物质体96也同样。因此,将成膜量的比如上述那样进行设定,则能够利用斜蒸镀并使活性物质体作为整体沿基板4的法线方向成长。
<实施例1及实施例2>
在实施例1及2中,使用蒸镀装置400,将在表面上规则形成有凸部的基板在第1卷轴3和第2卷轴8之间输送八次(去路和回路合起来的次数),进行第1~第32阶段的蒸镀工序,由此来形成膜(层叠数n:25)。另外,使实施例1中的蒸镀角度(蒸镀原料相对于基板法线的入射角度)θ比实施例2中的蒸镀角度θ大,除了这点以外,实施例1和实施例2的蒸镀条件相同。在这些实施例中,作为基板使用排列有柱状的凸部的金属箔。凸部的上表面为菱形,其对角线的长度为20μm×10μm。
图12(a)及(b)是示例地表示实施例1及实施例2的膜的俯视图。另外,图12(c)是示意地表示图12(a)及(b)所示的活性物质体97a、97b的沿XIIa-XIIa线、XIIb-XIIb线的截面形状的图。此外,图12(a)及(b)所示的箭头98是与上述菱形的长对角线平行的方向,箭头99是与上述菱形的短对角线平行的方向。
如图所示,实施例1及实施例2的膜由隔开间隔地配置的多个活性物质体97a、97b构成,各活性物质体97a、97b的层叠数n为25层。关于输送基板4的次数和层叠数n之间的关系如后所述。
从该结果可知,活性物质体97a、97b是与基板4的凸部的排列对应地隔开间隔而形成的。另外,沿活性物质体97a的上表面的方向98、99的宽度(约33μm及约25μm)比沿活性物质体97b的上表面的方向98、99的宽度(约30μm及约20μm)大。因此,相邻的活性物质体97b的间隔比活性物质体97a的间隔大。由此可知,若蒸镀角度θ大,则活性物质体的宽度就大,与此相伴,相邻的活性物质体的间隔就变小。而且,从图12(c)可知,活性物质体97a、97b在形成于基板4上的凸部72上具有面向纸面从左方向堆积的部分p1、p3...与从右方向堆积的部分p2、p4...层叠的结构。
这里,一边参照图13(a)~(c),一边说明在使用具有V字型路径或W字型路径的蒸镀装置100~400来形成膜时,基板在第1卷轴和第2卷轴之间输送的次数的合计(以下,称作“输送次数C”)与膜(活性物质体)的层叠数n之间的关系。此外,在切换输送方向进行蒸镀的情况下,去路及回路的合计次数为“输送次数C”。
首先,参照图13(a)。图13(a)是示意地表示使用具有一个V字型路径的蒸镀装置100或具有两个V字型路径和翻转构造的蒸镀装置300而形成的活性物质体的剖视图。
在蒸镀装置100、300中,在基板第一次在第1卷轴和第2卷轴之间输送的期间(去路),在两个蒸镀区域(例如图1所示的第1及第2蒸镀区域60a、60b)中,依次形成成长方向不同的两个部分p1、p2L。这些部分p1、p2L的成长方向相对于基板的法线向相互相反的一侧倾斜。此时的活性物质体 具有由部分p1构成的第1层及由部分p2L构成的第2层的两层结构(层叠数n:2)。
接下来,切换输送方向,在第二次进行输送的期间(回路),形成具有与部分p2L相同的成长方向的部分p2U和具有相对于基板的法线向与部分p2U相反侧倾斜的成长方向的部分p3L。此时的活性物质体,具有由部分p1构成的第1层、由部分p2L、p2U构成的第2层以及由部分p3L构成的第3层的层叠结构(层叠数n:3)。同样,再次切换输送方向,在进行第三次输送的期间(去路),形成部分p3U、p4L,活性物质体的层叠数n为4层。这样,形成的活性物质体的层叠数n通过使用输送次数C的下式表示。
n=C+1
另外,在部分p2L和部分p2U之间以及在部分p3L和部分p3U之间分别形成有薄的氧化膜101。氧化膜101是在切换基板的输送方向从而使基板的蒸镀面翻转的期间,蒸镀面与氧气反应而形成的。因此,在通过蒸镀装置100、300形成的活性物质体中,无论层叠数n是多少,在位于作为活性物质体的最下层的第1层和最上层(在图示的例中为由部分p4L构成的第4层)之间的各层(以下,称作“中间层”)形成薄的氧化膜101。
而且,在蒸镀区域60a、60b中的成膜量大致相等的情况下,最下层及最上层的厚度分别为位于其之间的各中间层的厚度的约1/2。
图13(b)是示例地表示使用具有一个W字型路径的蒸镀装置200或使用具有两个W字型路径和翻转构造的蒸镀装置400形成的活性物质体的剖视图。
在蒸镀装置200、400中,在基板在第1卷轴和第2卷轴之间第一次被输送的期间(去路),在四个蒸镀区域(例如图6所示的第1~第4蒸镀区域60a~60d)中,依次形成四个部分p1、p2,p3、p4L。这些部分p1、p2、p3、p4L的成长方向相对于基板的法线向相互相反侧倾斜。此时的活性物质体具有分别由部分p1~p3构成的第1~第3层以及由部分p4L构成的第4层的四层结构(层叠数n:4)。
接下来,切换输送方向,在第二次进行输送的期间(回路),形成部 分p4U、p5、p6、p7L四层。部分p4U具有与部分p4L相同的成长方向。此时的活性物质体具有分别由部分p1~p3构成的第1~第3层、由部分p4L及p4U构成的第4层、分别由部分p5~p7L构成的第5~第7层的层叠结构(层叠数n:7)。同样,再次切换输送方向,在第三次进行输送的期间(去路),形成部分p7U、p8、p9、p10L,活性物质体的层叠数n为10层。形成的活性物质体的层叠数n用使用输送次数C的下式表示。
n=3×C+1
另外,在部分p4L和部分p4U之间以及在部分p7L和部分p7U之间分别形成有薄的氧化膜101。这样,在利用蒸镀装置200、400那样的具有W字型路径的蒸镀装置所形成的活性物质体中,每3层就形成由两个部分构成的,在该两个部分之间具有氧化膜101的层(以下称作“含有氧化膜的层”)。这种含有氧化膜的层从第4层开始每3层产生一次。换言之,含有氧化膜的层的产生层为第(3×m+1)层(m:从1到(C-1)的整数、C:输送次数)。
而且,如上所述,只要蒸镀区域60a~60d中的成膜量的比约为1∶2∶2∶1,则活性物质体的中间层的厚度就能够相互大致相等。由部分p1构成的最下层及最上层(在图示的例中为由部分p10L构成的第10层)的厚度分别为各中间层的厚度的约1/2。
此外,在蒸镀区域60a~60d中的成膜量相互大致相等的情况下,如图13(c)所示,第4层、第7层等含有氧化膜的层的厚度约为其他层的厚度的2倍。由于存在这样的含有氧化膜的层,所以形成在含有氧化膜的层上的层的开始位置向与含有氧化膜的层的成长方向相同的一侧转移。由此,形成蒸镀位置每3层就向相互相反的一侧转移的活性物质体。
(第5实施方式)
以下,一边参照附图,一边对本发明的第5实施方式的蒸镀装置进行说明。本实施方式的蒸镀装置的输送部的构成为:在两处形成由三个V字型路径构成的基板路径(记作“V×3型路径”),并且在这些V×3型路径之间具有用于使基板4的被蒸镀原料照射的面反转的翻转构造。翻转构造可以与参照图7在第3实施方式中说明的构造相同。
图14是示意地表示本实施方式的蒸镀装置的剖视图。为了简单,对与上述实施方式中说明的蒸镀装置400相同的构成要素标注相同的参照符号并省略说明。
蒸镀装置500具有与参照图10说明的蒸镀装置400相同的构造。但是,引导部件6a~6f的数量增加到6个,在各引导部件6a~6f的两侧分别形成有蒸镀区域,所以蒸镀区域的数量变为12个。因此,与蒸镀装置400相比,在将基板4从第1卷轴3向第2卷轴8输送一次的过程中,能够形成层叠数为12层的蒸镀膜。因此,尤其有利于形成层叠数多的蒸镀膜的情况。
蒸镀装置500的动作及使用蒸镀装置500的膜的形成方法与蒸镀装置400的动作及膜的形成方法相同。
(第6实施方式)
以下,一边参照附图,一边说明本发明的蒸镀装置的第6实施方式。
图15是本实施方式的蒸镀装置的示意剖视图。蒸镀装置600具有:导出基板(集电体)602的放卷部601;将导出的基板602进行收卷的收卷部606;蒸发源604;相对于蒸发源604呈放射状配置的多个支承卷轴603a、603b、603c、603d;配置在支承卷轴603a、603b、603c和蒸发源604之间的遮蔽板613。在蒸镀装置600中,支承卷轴603a、603b、603c(以下,称作“前方支承卷轴”)与支承卷轴(以下称作“后方支承卷轴”)604d相比,被设置在相对于蒸发源604较远的位置处。
在本实施方式中,通过放卷部601导出基板602,并将基板602从相对于蒸发源604呈放射状配置的前方支承卷轴603a、603c、603b和与这些支承卷轴相比更远地呈放射状配置的后方支承卷轴603d之间交互通过,然后由收卷部606收卷成线圈状,前方支承卷轴603a、603b、603c形成使基板602成V字型输送的V字型路径。这之中,在位于中央位置的前方支承卷轴603c的两侧分别形成有多个蒸镀区域609b~609e。因此,前方支承卷轴603c相当于上述实施方式中的“引导部件”。另外,在位于最靠近放卷部601侧的前方支承卷轴603a的与放卷部601相反的一侧形成有蒸镀区域609a,在位于最靠近收卷部606侧的支承卷轴603b的与收卷部606相反的一侧形成有蒸镀区 域609f。在本实施方式中,在支承卷轴603a的放卷部601侧及支承卷轴603b的收卷部606侧不进行蒸镀。
通过本实施方式,由于相对于一个蒸发源604通过支承卷轴603c、603d形成有多个蒸镀区域(蒸镀形成部)609a~609f,所以量产性优异。另外优选,相对于通过蒸镀区域609b的基板602的蒸镀面,通过蒸镀区域609a的基板602的蒸镀面成为“对向面”,相反地,相对于通过蒸镀区域609a的基板602的蒸镀面,通过蒸镀区域609b的基板602的蒸镀面作为参照图2说明的上述“对向面”发挥作用。由此,在这些蒸镀区域609a、609b中,能够使基板602受到的热量均衡化。同样,也优选使通过蒸镀区域609c及609d的基板602的蒸发面相互成为对向面,使通过蒸镀区域609e及609f的基板602的蒸发面相互成为对向面。因此,不用另外设置具有对向面的部件,就能降低在全部蒸镀区域609a~609f中基板602受到的热量的差,因此是有利的。
下面说明使用蒸镀装置600的膜的制造方法。作为基板602,使用在表面进行了凸加工的带状的金属箔(集电体)。将该基板602通过放卷部601导出,使其在相对于蒸发源604呈放射状配置的前方支承卷轴603a、603b、603c和后方支承卷轴603d之间交互移动,并由收卷部606收卷成线圈状。此时,对移动的基板604,在蒸镀区域609a~609f中进行蒸镀。这里,由于这些支承卷轴603a~603d相对于蒸发源604呈放射状且以相同的角度配置,所以蒸镀区域609a、609c、609e中的基板602的蒸镀面相对于蒸发源604的角度θ5~θ7相互相等,同样,蒸镀区域609b、609d、609f中的基板602的蒸镀面相对于蒸发源609的角度θ8~θ10相互相等。另外,若使角度θ5~θ7为γ,则角度θ8~θ10为-γ,角度θ5~θ10的绝对值全部相等。
对使用蒸镀装置600得到的膜的截面通过SEM进行观察,将其示意图表示在图15(b)中。通过该图可知,形成在表面具有凸部607的基板602的表面上的薄膜层610a~601f相对于基板602的法线交互向相反侧以相同的角度倾斜。这是由于,从放卷部601导出的基板602在通过蒸镀区域609a的期间蒸镀形成薄膜层610a,在蒸镀区域609b蒸镀形成薄膜层610b,在蒸镀区域609c蒸镀形成薄膜层610c,在蒸镀区域609d蒸镀形成薄膜层610d, 在蒸镀区域609e蒸镀形成薄膜层610e,在蒸镀区域609f蒸镀形成薄膜层610f,由此,蒸镀面相对于蒸发源604的角度在γ和-γ之间交互切换。
然后,形成在带状的基板602的凹凸部交互形成有多层电极活性物质薄膜的电极板,并将其切割(slit)加工成由圆筒形的锂离子二次电池(未图示)所规定的宽度从而制成锂离子二次电池用电极板。切割后的电极板没有翘曲等不良,而且也没有发现电极活性物质薄膜的脱落。
这样,根据本实施方式,由于使用单个的蒸发源604,所以也容易对堆积速度进行控制,能够稳定地连续形成薄膜。另外,由于通过相邻的蒸镀区域的基板602的蒸发面相互相对向,所以能够使基板602在蒸镀区域受到的热量均衡化。而且,通过在面对蒸发源的前方支承卷轴603a~603c和蒸发源604之间设置遮蔽板613,能够防止由于蒸发物而使支承卷轴603a~603c受到污染,还具有使蒸镀结束后的清洁变得简单、能够缩短蒸镀装置600的非运转时间的优点。
(第7实施方式)
以下边参照附图边对本发明的第7实施方式的蒸镀装置进行说明。在本实施方式的蒸镀装置中,不仅对以平面状被输送的基板进行蒸镀,还对沿引导部件以曲面状被输送的基板进行蒸镀,在这点上与上述实施方式不同。
图16是示意地表示本实施方式的蒸镀装置的剖视图。为了简单,对与上述实施方式所说明的蒸镀装置300′(图9)相同的构成要素标注相同的参照符号并省略说明。
在蒸镀装置700中,引导部件710a、710b的一部分没有被遮蔽部件20a、20b遮蔽而位于能够蒸镀的区域,并且也在沿引导部件710a、710b以曲面状被输送的基板4上入射蒸镀原料。因此,各蒸镀区域60a~60d不仅包括以平面状输送基板4的平面输送区域,还包括以曲面状输送基板4的曲面输送区域720a~720d。蒸镀装置700的其他构造与参照图9说明的蒸镀装置300′相同。
由于各蒸镀区域60a~60d包括曲面输送区域720a~720d,所以与各蒸镀区域仅包括平面输送区域的情况相比,能够使距蒸发源9近的、蒸镀原料 以更高浓度存在的区域内的基板4的蒸镀面的面积增大,所以能够大幅度地提高材料的利用效率。另外,蒸镀原料对基板4的堆积速度与基板4和蒸发源9之间的距离的平方成反比,根据本实施方式,由于能够缩短基板4的蒸镀面和蒸发源9之间的距离,所以能够大幅度地提高相对于基板4的蒸镀原料的堆积速度。此外,在图示的截面中,由于曲面输送区域720a~720d用曲线表示,所以也有被称作“曲面移动部”的情况。在曲面输送区域720a~720d中进行蒸镀的优点在后述的参考实施方式C中也有记载。
在蒸镀装置700中,在全部的蒸镀区域60a~60d中设置曲线输送区域720a~720d,但只要是在至少一个蒸镀区域中设置,就能够得到上述的效果。例如,可以仅在夹着蒸发源9的中心的法线N相对向的蒸镀区域60b、60d中设置曲线输送区域720b、720d。
而且,虽无图示,但本实施方式的构造也适用于蒸镀装置100、200、300、400、500、600。在这些蒸镀装置的蒸镀区域中设置曲线输送区域,在引导部件上进行蒸镀,由此能够得到与上述相同的效果。
(第8实施方式)
以下边参照附图边对本发明第8实施方式的蒸镀装置进行说明。在本实施方式的蒸镀装置中,在蒸镀区域内的基板输送路径中设有倾斜方向切换辊,在倾斜方向切换辊上也进行蒸镀,在这点上与第7实施方式的蒸镀装置700不同。
图17(a)是示意地表示本实施方式的蒸镀装置的剖视图,图17(b)是用于说明图17(a)所示的蒸镀装置中的蒸镀区域的示意放大剖视图。为了简单,对与上述实施方式所说明的蒸镀装置700(图16)相同的构成要素标注相同的参照符号并省略说明。
蒸镀装置800,在蒸镀区域60b中具有配置在引导部件710a和输送辊5b之间的倾斜方向切换辊750b,在蒸镀区域60d中具有配置在引导部件710b和输送辊5f之间的倾斜方向切换辊750d。这些倾斜方向切换辊750b、750d分别对蒸镀区域60b、60d中的基板的输送路径相对于蒸发源9的倾斜角度(与通过蒸发源9的中心的法线N所成的角度)进行切换。所以在这些蒸镀 区域60b、60d中,分别在倾斜方向切换辊750b、750d的上游侧及下游侧形成倾斜角度不同的两个平面输送区域。
因此,如图17(b)所示,本实施方式中的蒸镀区域60b具有:沿引导部件710a的曲面输送区域(也称作“下端曲面输送区域”)720b;沿倾斜方向切换辊750b的曲面输送区域(中间曲面输送区域)724b;位于引导部件710a及倾斜方向切换辊750b之间的平面输送区域722b;位于倾斜方向切换辊750b和输送辊5b之间的平面输送区域726b。同样,蒸镀区域60d具有沿引导部件710b的下端曲面输送区域720d;沿倾斜方向切换辊750d的中间曲面输送区域724d;位于引导部件710b及倾斜方向切换辊750d之间的平面输送区域722d;位于倾斜方向切换辊750d和输送辊5f之间的平面输送区域726d。
根据本实施方式,与没有设置倾斜方向切换辊的情况相比,由于能够缩短平面输送区域中的基板4和蒸发源9之间的距离,所以能够提高蒸镀原料的堆积速度及材料的利用效率。另外,还具有能够抑制在基板4移动时产生褶皱的优点。而且,通过对倾斜方向切换辊750b、750d进行冷却,能够缓和蒸镀中的基板4所受的热,并抑制基板4的热膨胀。此外,设置倾斜方向切换辊750b、750d的构成所产生的优点在后述的参考实施方式D中也有记载。
在蒸镀装置800中,在夹着蒸发源9的法线N相对向的两个蒸镀区域60b、60d中设置倾斜方向切换辊750b、750d,这是因为在靠近蒸发源9的中心的法线N的蒸镀区域中,容易确保形成在倾斜方向切换辊的上游侧及下游侧的平面输送区域的蒸镀角度。此外,倾斜方向切换辊可以设置在至少一个蒸镀区域中,也可以将倾斜方向切换辊配置在全部蒸镀区域60a~60d中。
另外,也可以在一个蒸镀区域中配置多个倾斜方向切换辊。例如,如图19所示,可以在蒸镀区域60b中配置倾料方向切换辊750b、760b,也可以在蒸镀区域60d中配置倾斜方向切换辊750d、760d。在图示的例中,各蒸镀区域60b、60d分别包括下端曲面输送区域、两个中间曲面输送区域和 三个平面输送区域。
本实施方式的构造也适用于蒸镀装置100、200、300、400、500、600。图19是示意地表示在蒸镀装置400(图10)中配置倾斜方向切换辊的构造的剖视图。为了简单,对与蒸镀装置400相同的构成要素标注相同的参照符号并省略说明。
在图19所示的蒸镀装置800′中,在蒸镀区域60b、60c、60f、60g中分别配置倾斜方向切换辊750b、750c、750f、750g,在这些倾斜方向切换辊上也进行蒸镀(中间曲面输送区域)。此外,在蒸镀装置800′中,虽不在引导部件6a~6d上进行蒸镀,但是,也可以构成为在引导部件上也进行蒸镀。
由本发明的蒸镀装置形成的活性物质体的形状不限于上述第1~第8实施方式中说明的形状,能够根据欲应用的电池的设计容量进行适当的选择。例如,各活性物质体的层叠数n也可以适当地选择。但是,层叠数n优选为3层以上。若为2层以下,则有可能不能充分抑制活性物质体的宽度方向(横方向)的膨胀。另一方面,层叠数n的优选范围的上限是由活性物质体全体的厚度(例如100μm以下)及构成活性物质体的各部分的厚度(例如2μm以上)所决定的,例如为50层(100μm/2μm)。更优选层叠数n为30~40。
如上所述,根据本发明的实施方式的蒸镀装置,可以在基板4的表面形成包括隔开间隔地配置的多个活性物质体的活性物质层。形成有活性物质层的基板4根据需要被切割成规定的尺寸,从而成为锂二次电池等非水电解质二次电池用的负极。这样得到的负极,抑制了伴随着活性物质的膨胀而引起的活性物质体的破坏、极板的变形,另外,由于还能够防止隔离体(separator)的孔变形,所以能够实现良好的充放电循环特性。
上述负极可以适用于圆筒型、扁平型、硬币型、多边形等各种形状的非水电解质二次电池。非水电解质二次电池能够通过公知的方法制造。具体来说,将使用本发明的蒸镀装置得到的负极与包括正极活性物质的正极板介由微多孔性薄膜等构成的隔离体相对向,形成极板群,将该极板群和具有锂离子传导性的电解液一起收容在壳体内,由此,得到非水电解质二 次电池。作为正极活性物质、电解液,可以使用在锂离子二次电池中一般所使用的材料。例如,作为正极活性物质可以使用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等,作为电解液,可以使用将六氟磷酸锂等溶解在碳酸乙二酯、碳酸丙二酯等环状碳酸酯类中得到的电解液。另外,对电池的封闭形态没有特殊限制。
(参考的实施方式A)
以下,一边参照附图一边对蒸镀装置的参考实施方式A进行说明。
图20(a)是示意地表示参考实施方式A的蒸镀装置的剖视图。
实施方式A的蒸镀装置1000A是由真空槽802;真空槽802的外侧的排气泵801;与真空槽802的辅助排气口830连通的辅助排气泵831;设置在排气泵801附近的真空槽802的内部的使蒸镀原料蒸发的蒸发源809;设置在蒸发源809两侧的遮蔽板810a、810b;成为将氧气导入真空槽802内的氧气供给部的气体导入管811a、811b构成的。此外,遮蔽板810a、810b以覆盖蒸发源809和排气泵801的方式呈八字状设置。
另外,在真空槽802的内部设置有:卷绕有基板804的放卷卷轴803;输送辊805a~805h;收卷卷轴808;圆筒状的第一筒812;第二筒813;第三筒814;第四筒815。第1蒸镀部862由上述第一筒812和第二筒813构成。另外,第1蒸镀部862中的第1蒸镀区域860由位于从蒸发源809的蒸发面的中心通过气体导入管811a的端部并引出到第一筒812的直线与第一筒812的接点和第二筒813之间的基板804的蒸镀面构成。第2蒸镀部863由上述第三筒814和第四筒815构成。另外,第2蒸镀部863中的第2蒸镀区域861由位于从蒸发源809的蒸发面的中心通过气体导入管811b的端部并引出到第三筒814的直线与第三筒814的接点和第四筒815之间的基板804的蒸镀面构成。
此外,为了有效地防止蒸镀材料附着在各筒上,如图20(b)所示,相对于第一筒~第四筒812、813、814、815分别配置遮蔽板810g、810f、810c、810d,还可以在第二及第四筒813、815的间隙的上方配置遮蔽板811e。
图21示意地表示了真空槽802内的第1蒸镀部862与第2蒸镀部863以及蒸发源809的位置关系。如图21所示,第1蒸镀部862和第2蒸镀部863,在通 过蒸发源的蒸发面的中心的法线的两侧,按照使第1蒸镀区域860的蒸镀面及第2蒸镀区域861的蒸镀面相对向的方式配置。另外,在实施方式A中,将第一筒812、第二筒813、第三筒814及第四筒815,按照蒸镀原料的粒子向基板804的入射角为45°~75°,满足θ11=45°、θ12=75°、θ13=45°、θ14=75°那样配置。此外,将图21中的θ11定义成从蒸发源809的蒸发面的中心通过气体导入管811a的端部向第一筒812引出的直线与从该直线和第一筒812的交点引出的法线所成的角度;将θ12定义成从蒸发源809的蒸发面的中心向第二筒813上与基板804最后接触的接点引出直线,从该接点引出的法线和上述直线所成的角度;将θ13定义成从蒸发源809的蒸发面的中心通过气体导入管811b的端部向第三筒814引出的直线与从该直线和第三筒814的交点引出的法线所成的角度;将θ14定义成从蒸发源809的蒸发面的中心向第四筒815上与基板804最后接触的接点引出直线,从该接点引出的法线与上述直线所成的角度。另外,第四筒815被配置成使第2蒸发区域861与通过蒸发源的蒸发面的中心的法线(中心线)相交。由此构成为,从蒸发源809蒸发的蒸发原料不会从第1蒸发区域860及第2蒸发区域861的间隙向辅助排气口830侧直接蒸发。
接下来,说明实施方式A的蒸镀装置1000A的动作。首先,使基板804移动。将从放卷卷轴803导出的纵长的基板804按顺序引导至输送辊805a、805b,第一筒812,第二筒813,输送辊805c、805d、805e、805f、805g,第三筒814,第四筒815,最后由收卷卷轴8收卷。所使用的基板804由于用作电极的集电体,所以使用在表面及背面形成有凹凸图案形状的薄膜状的金属箔。该金属原料例如是铜、镍、铝等满足作为集电体所需的电导率的原料。形成的凹凸图案形状为20μm×20μm的菱形,高度为10μm,表面的算术平均粗糙度(Ra)为2.0μm。使从蒸发源809蒸发的蒸镀原料蒸镀在移动的该基板804上,从而形成蒸镀膜(蒸镀粒子)。蒸发源809使用坩埚等,并通过电阻加热装置、诱导加热装置、电子束加热装置等加热装置(未图示)对蒸发源809进行加热,例如,使成为蒸镀原料的硅蒸发。基板804在从第一筒812到第二筒813之间,被蒸发源809蒸发的硅照射,在基板804的 单面上形成由硅构成的第1活性物质层821。然后,基板804在从第三筒814到第四筒815之间通过被蒸发源809蒸发的硅照射,由此,在另一面上形成由硅构成的第2活性物质层823。另外,在形成包括硅和氧的化合物的活性物质层的情况下,将氧气从气体导入管811a及气体导入管811b导入,并在氧气环境下从蒸发源809使硅蒸发。此外,算术平均粗糙度(Ra)由日本工业规格(JISB 0601-1994)确定,例如可以通过接触式、激光式的表面粗糙度计等进行测定。
图22是表示此时得到的基板804上的蒸镀膜的示意图。由于是按照使从蒸发源809的中央蒸发的蒸镀原料的粒子向基板804的入射角倾斜的方式设置第1蒸发区域860及第2蒸发区域861的,所以能够使具有倾斜角度的柱状形状的蒸镀膜形成在图22所示那样的基板804上。另外,如图20所示,由于第1成膜区域860及第2成膜区域861相对于蒸发源809在左右配置,所以能够在两个成膜区域同时蒸镀。另外,如图20所示,在第一筒812到第二筒813之间及第三筒814到第四筒815之间通过的基板804,由于相对于蒸发源809在左右配置,所以能够在两个成膜区域同时蒸镀。此外,在基板804的表背面分别形成的第1活性物质层821的成长方向和第2活性物质层823的成长方向大致对称。
实施方式A中的蒸镀装置1000A的特征在于,第四筒815位于蒸发源809的正上方,在第二筒813和第四筒815之间设置间隙,并且,第四筒815比第二筒813配置在更上方。由此,能够防止在第二筒813及第四筒815的附近真空度降低的情况以及蒸镀原料的粒子的冲击概率增加且附着力降低的情况。而且,由于第2成膜区域861位于蒸镀粒子向基板的入射角为75°的位置且位于蒸发源809的正上方,能够在蒸发的材料浓度最高的区域进行成膜。这是由于,在真空环境下被加热的材料根据COS法则进行蒸发,所以距蒸发源的法线方向越近蒸气浓度越高,能够提高材料利用率,并且能够积极地利用蒸发源的正上方向。此外,代替第2蒸镀区域861,使第1蒸镀区域860如第2蒸镀区域861那样配置,也能够得到同样的效果。
此外,在θ11和θ13不足45°的情况下,成长的粒子急剧生长,很难在基 板804的凸凹面上形成在粒子间具有空间的蒸镀膜。其结果就是,在充放电时,由于粒子的膨胀很容易在基板上生成褶皱。另外,在θ12和θ14大于75°的情况下,由于成长的粒子较大地倾斜,所以向基板的凸凹面上进行的附着变弱,会形成与基板的结合性较弱的蒸镀膜,在充放电时,电极活性物质容易从基板剥离。因此,在实施方式A的蒸镀装置1000A中,优选按照对于在第一筒812到第二筒813之间以及从第三筒814到第四筒815之间通过时的基板804,作为从蒸发源809的中央蒸发的蒸镀粒子的硅以入射角45°~75°的范围飞来的方式设定θ11、θ12、θ13、θ14。
另外,在真空槽802的外侧设有排气泵801和与设在真空槽802上部的辅助排气口830连通的辅助排气泵831,利用排气泵801及辅助排气泵831,对真空槽802内进行真空排气。在蒸镀装置1000A中,当真空槽802内的压力上升到4.5×10-2Pa左右时,使用排气速度为5000L/sec的辅助排气泵831,并调整配管电导以使辅助排气口830处的真空排气速度成为2000L/sec,由此,能够使真空压从4.5×10-2Pa左右改善到3.0×10-2Pa左右。
此外,为了提高气体分子的排气能力,优选在相互接近的成膜区域的周围,即蒸镀粒子向基板的入射角75°的周围设置间隙,来对导入气体分子进行排气。另外,为了提高气体分子的排气能力,优选在成膜区域的上方进行真空排气。尤其,若在上方配置真空排气口,则由于从蒸发源809直接蒸发原料的粒子不能够到达,所以无需对真空泵进行保护,能够在排气效率最优的状态下设置真空泵。另外,由于在真空排气口附近蒸发原料不成膜,不产生堆积物,所以不用担心堆积物落下污染基板等。另外,由于能够改善相互接近的成膜区域附近的真空度,所以能够使氧气、具有指向性的硅的蒸发粒子在成膜区域分布并蒸镀。因此,能够抑制由于蒸镀时的真空度的降低导致的活性物质粒子间的空间减少以及电极活性物质的膨胀收缩,能够得到充放电循环特性高的电池。
另外,在实施方式A中形成的第1活性物质层821及第2活性物质层823之间的空间能够作为伴随充放电的电极板膨胀时所需要的膨胀空间使用,能够缓和电极活性物质的应力,所以能够抑制正极负极间的短路,当然可 以得到充放电循环特性高的电池。
图23是在实施方式A的蒸镀装置1000A的蒸镀区域中的、第1成膜区域860及第2成膜区域861的一个变形例的局部示意图。如图23所示,可以为下述构造,即,在构成第1成膜区域860的第一筒812和第二筒813以及构成第2成膜区域861的第三筒814和第四筒815之间分别配置辅助筒850。通过配置辅助筒850,在第1成膜区域860及第2成膜区域861中,在基板804的直线移动部的中间设置曲线移动部,由于能够抑制基板804移动时的松弛,所以能够抑制在移动中产生的褶皱。
图24是在实施方式A的蒸镀装置1000A的蒸镀区域中的、第1成膜区域860及第2成膜区域861的一个变形例的局部示意图。可以为下述构造,即,如图24所示,将第一筒812、第二筒813、第三筒814、第四筒815及多个辅助筒850作为冷却构造,并将各筒设定在-30℃~20℃的范围内,从而对基板804进行冷却。由于能够对蒸镀中基板804所受到的热(来自蒸发源809的辐射热、蒸镀粒子的凝固热等)进行缓和,所以能够抑制基板804移动中的热膨胀,能够抑制在移动中产生的褶皱。
(参考的实施方式B)
下面,说明参考实施方式B的蒸镀装置1000B的构造。图25是实施方式B的蒸镀装置1000B的示意剖视图。实施方式B的蒸镀装置1000B具有与实施方式A的真空蒸镀装置1000A大致相同的构造,但在具有下述路径的方面与蒸镀装置1000A不同,所述路径是位于将基板804从第1成膜区域860向第2成膜区域861引导的路径中的、以在第1成膜区域860及第2成膜区域861中在基板804的同一面上进行成膜的方式使基板804移动的路径。
下面,说明实施方式B的蒸镀装置1000B的动作。蒸镀装置1000B与实施方式A的蒸镀装置1000A进行大致相同的动作。不同点在于,首先,在第1成膜区域860及第2成膜区域861中在基板804同一面上成膜。将使其成膜了的卷轴再次设置于放卷卷轴803,对上次没有形成蒸镀膜的基板804面重复进行相同的操作,具体来说进行如下动作,如图25所示,在真空槽802中从放卷卷轴803放卷的纵长的基板804,按顺序被引导至输送辊805a、805b, 第一筒812,第二筒813,输送辊805c、805d、805e,第四筒815,第三筒814,输送辊805g、805f、805h,最后由收卷卷轴808收卷。
图26表示由实施方式B的蒸镀装置1000B形成的蒸镀膜的剖视图。使蒸发的蒸镀原料的粒子向基板804的入射方向相异,在第1成膜区域860及第2成膜区域861中是在基板804的同一面上进行成膜的,所以如图7所示那样,能够形成锯齿形状的第1活性物质层821和第2活性物质层823。此外,在实施方式B中,由于在蒸发源809的上部设有第2成膜区域861,所以当然能够在蒸发原料的蒸气浓度较浓的区域进行成膜,能够提高材料的利用率。
此外,实施方式A、B所示的蒸镀膜形成后的电极820的各形状不限于上述内容,可以根据电池的设计容量适当选择。
另外,通过将由上述蒸镀装置1000A及1000B制造的电极820与包括LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等的锂离子二次电池中一般使用的正极活性物质的正极板、由微多孔性薄膜等构成的隔离体、六氟磷酸锂等在碳酸乙二酯、碳酸丙二酯等环状碳酸酯类中溶解而成的一般公知组成的具有锂离子传导性的电解液一起使用,能够容易地制作非水电解质二次电池。
通过上述蒸镀装置1000A及1000B,能够在相当于蒸发源的正上方的蒸发原料的蒸气浓度较浓的区域且高入射角区域附近进行成膜。因此,不仅具有紧凑的装置构造,还能够在从蒸发源供给的蒸发原料的蒸气浓度较浓的区域进行成膜,因此,能够提高蒸发原料的利用率,能够通过生产效率较高的蒸镀方法连续形成劣化少的膜。
(参考的实施方式C)
图27是示意地表示参考实施方式C的蒸镀装置1000C的剖视图。如图27所示,实施方式C的蒸镀装置1000C是由真空槽902;真空槽902外侧的排气泵901;与真空槽902的辅助排气口930连通的辅助排气泵931;设置在排气泵901附近且在真空槽902的内部的使蒸镀原料蒸发的蒸发源909;设在蒸发源909两侧的遮蔽板10a、10b;成为向真空槽902内导入氧气的氧气供给部的气体导入管911a、911b构成的。此外,遮蔽板910a、910b以覆盖蒸发源909和排气泵901的方式被设置成八字形。
另外,在真空槽902的内部设有卷绕有基板904的放卷卷轴903、输送辊905a~905h、收卷卷轴908、圆筒状的第一筒912、第二筒913、第三筒914、第四筒915。第1蒸镀部962由上述第一筒912和第二筒913构成,第1蒸镀部962中的第1蒸镀区域960由位于从蒸发源909的蒸发面的中心通过气体导入管911a的端部向第一筒912引出的直线与第一筒912的接点到第二筒913之间的基板904的蒸发源9面构成。第2蒸镀部963由上述第三筒914和第四筒915构成,第2蒸镀部963中的第2蒸镀区域961由位于从蒸发源909的蒸发面的中心通过气体导入管911b的端部向第三筒914引出的直线与第三筒914的接点到第四筒915之间的基板904的蒸发源9面构成。此外,第1蒸镀区域960及第2蒸镀区域961配置成在通过蒸发源的蒸发面的中心的法线的两侧蒸镀区域相对向。
图28是示意地表示上述第1蒸镀部962、第2蒸镀部963及蒸发源909等的设置位置的图。如图28所示,第1蒸镀区域960由使基板904沿第一筒912移动的第1曲线移动部964、使基板904在第一筒912和第二筒913之间的直线部分移动的第1直线移动部965构成。另外,第2蒸镀区域963由使基板904沿第三筒914移动的第2曲线移动部966、使基板904在第三筒914和第四筒915之间的直线部分移动的第2直线移动部967构成。另外,图28所示的θ21是从蒸发源909的蒸发面的中心通过气体导入管911a的端部并向第一筒912引出的直线与从该直线和第一筒912相交的点引出的法线所成的角度。θ22是从基板904沿第一筒912移动结束的点引出的法线与从蒸发源909的蒸发面的中心向基板904上的该点引出的直线所成的角度。θ23是从蒸发源909的蒸发面的中心向第二筒913上与基板904最后接触的接点引出直线,从该接点引出的法线和上述直线所成的角度。这些θ21、θ22、θ23是满足45°≤θ21<θ22<θ23≤75°的关系的角度,在本实施方式C中,按照使θ21=45°、θ22=63°、θ23=70°的方式设置第一筒912、第二筒913。此外,第三筒914和第四筒915设置在与第一筒912和第二筒913以从蒸发源909的蒸发面的中心引出的中心线呈线对称的位置处。
下面,说明实施方式C的蒸镀装置1000C的动作。首先,使基板904移 动。将从放卷卷轴903放卷的纵长的基板904按顺序导入输送辊905a、905b,第一筒912,第二筒913,输送辊905c、905d、905e、905f、905g,第三筒914,第四筒915,最后由收卷卷轴908收卷。所使用的基板904由于作为电极的集电体使用,所以可以使用在表面及背面上形成有凹凸图案形状的薄膜状的金属箔。例如,该金属原料为铜、镍、铝等满足作为集电体所需的电导率的原料。形成的凹凸图案形状为20μm×20μm的菱形,高度为10μm,表面的算术平均粗糙度(Ra)为2.0μm。使从蒸发源909蒸发的蒸镀原料蒸镀在移动的该基板904上,形成蒸镀膜(蒸镀粒子)。蒸发源909使用坩锅等,通过电阻加热装置、诱导加热装置、电子束加热装置等加热装置(未图示)对蒸发源909进行加热,使例如成为蒸镀原料的硅蒸发。基板904在从第一筒912到第二筒913之间的第1成膜区域960中被由蒸发源909蒸发的硅照射,在基板904的单面上形成由硅构成的第1活性物质层921。随后,基板904在从第三筒914到第四筒915之间的第2成膜区域961中被由蒸发源909蒸发的硅照射,在另一面上也形成由硅构成的第2活性物质层923。另外,在形成包括硅和氧的化合物的活性物质层的情况下,氧气从气体导入管911a及气体导入管911b被导入,在氧气环境下从蒸发源909使硅蒸发。此外,算术平均粗糙度(Ra)由日本工业规格(JISB 0601-1994)确定,例如可以通过接触式、激光式的表面粗糙度计等进行测定。
图29是表示此时得到的基板904上的蒸镀膜的示意图。由于是按照使从蒸发源909的中央蒸发的蒸镀原料的粒子向基板的入射角为倾斜的方式设置第1蒸发区域960及第2蒸发区域961的,所以能够使具有倾斜角度的柱状形状的蒸镀膜形成在如图29所示那样的基板904上。
实施方式C的蒸镀装置1000C构成为,按照对于在第一筒912到第二筒913之间及通过第三筒914到第四筒915之间通过时的基板904,从蒸发源909的中央蒸发的蒸镀粒子的硅以入射角在45°~75°的范围内飞来的方式设置第1成膜区域960及第2成膜区域961。在真空蒸镀中,由于在真空环境中被加热的材料根据COS法则蒸发,所以越接近蒸发源909的法线方向蒸气浓度越高,提高了材料的利用率,另外,在将从蒸发源909的法线倾斜的角度定 义为蒸发角时,材料的利用率能够通过蒸镀粒子的蒸发角度的范围进行调整。即,在相同的蒸发角度的范围内,由于距蒸发源的距离越近,从蒸发源蒸发的材料向基板904堆积的速度就越快,所以为了提高生产效率,使蒸发角度扩大,且缩短从蒸发源909到基板904之间的距离是重要的。但是,在成膜区域仅仅是基板904直线移动的区域的情况下,就不得不将入射角大的成膜区域设置在距蒸发源909较远的位置处。因此,在实施方式C的蒸镀装置1000C中,使第1蒸镀区域960由将基板904沿第一筒912移动的第1曲线移动部964和将基板904在由第一筒912和第二筒913构成的直线部分直线移动的第1直线移动部965构成,使第2蒸镀区域963由将基板904沿第三筒914移动的第2曲线移动部966和将基板904在由第三筒914和第四筒915构成的直线部分直线移动的第2直线移动部967构成。即,由第1曲线移动部964及第2曲线移动部966构成了入射角45°~63°附近的成膜区域,所以能够将入射角75°附近的成膜区域设置在距蒸发源近的位置处。例如,利用蒸发角2°~32°和-32°~-2°,通过将入射角45°~63°的范围设置在第一筒912及第三筒914上,将入射角63°~75°的范围配置成直线状,使得与将入射角45°~75°的成膜区域配置成直线状的情况相比,能够将入射角75°的位置拉近至7/10的距离。由于向基板的堆积速度与蒸发源和基板之间的距离的平方成反比,所以能够使材料向基板的堆积速度提高至约2倍。另外,由于入射角45°~63°的区域接近蒸发源909,是受辐射热的影响及蒸镀材料的能量、基板的温度变高的区域,所以通过使基板与筒接触,还能够从基板排热,能够得到抑制基板温度上升的效果。
此外,在θ21不足45°的情况下,成长的粒子急剧生长,在基板904的凸凹面上形成在粒子间具有空间的蒸镀膜容易变得困难。其结果就是,在充放电时,由于粒子的膨胀而在基板上容易产生褶皱。此外,在θ23大于75°的情况下,由于成长的粒子大幅度倾斜,向基板的凸凹面上的附着变弱,会形成与基板的结合性较弱的蒸镀膜,在充放电时,电极活性物质容易从基板剥落。因此,在实施方式C的蒸镀装置1000C中,优选按照对于在第一筒912到第二筒913之间以及第三筒914到第四筒915之间通过时的基板904, 作为从蒸发源909的中央蒸发的蒸镀粒子的硅以入射角45°~75°的范围飞来的方式设定θ21及θ23。
此外,在实施方式C的蒸镀装置1000C中,当真空槽902内的压力上升到4.5×10-2Pa左右时,使用排气速度为5000L/sec的辅助排气泵931,并调整配管电导以使辅助排气口930处的真空排气速度成为2000L/sec,由此,能够使真空压从4.5×10-2Pa左右改善到3.0×10-2Pa左右。
另外,将倾斜配置的基板904的第1成膜区域960及第2成膜区域961相对于蒸发源909左右对称地设置,并在成为相互接近的上述成膜区域的周围的、蒸镀粒子向基板的入射角75°的周围设置辅助排气口930,由此,能够强化真空排气能力。由此,由于能够改善相互接近的上述成膜区域附近的真空度,并使氧气、具有指向性的硅的蒸发粒子在成膜区域分布,所以能够抑制由于蒸镀时的真空度的降低导致的活性物质粒子间的空间减少以及电极活性物质的膨胀收缩,能够得到充放电循环特性高的电池。
另外,由于通过实施方式C形成的第1活性物质层921及第2活性物质层923之间的空间能够作为伴随充放电的电极板膨胀时所需要的膨胀空间使用,所以能够缓和电极活性物质的应力,抑制正极负极间的短路,当然能够得到充放电循环特性高的电池。
图30是实施方式C的蒸镀装置1000C的蒸镀区域中的、第1蒸镀区域960及第2蒸镀区域961的一个变形例的局部示意图。也可以如图30所示那样构成,即,在第1成膜区域960和第2成膜区域961的各中间部配置辅助筒950。通过配置辅助筒950,使得第1成膜区域960由第1曲线移动部964、第1中间直线移动部970、第1中间曲线移动部968和第1直线移动部965构成,使得第2成膜区域961由第2曲线移动部966、第2中间直线移动部970、第2中间曲线移动部969和第2直线移动部967构成。通过上述构造,在第1成膜区域960及第2成膜区域961中,由于能够抑制基板904移动时的松弛,所以能够抑制移动中产生的褶皱。
另外,通过设置第1中间曲线移动部968及第2中间曲线移动部969,能够使第1直线移动部965和第2直线移动部967中的入射角较高的成膜区域接 近蒸发源909,所以能够进行满足入射角度和蒸发角度两者的成膜,能够提高材料的利用率。
此外,通过形成能够冷却第1中间曲线移动部968及第2中间曲线移动部969的构造,使得能够对基板进行排热,得到抑制基板温度上升的效果。例如,可以形成下述构造,即,将各筒设定在-30℃~20℃的范围内,从而对基板904进行冷却的构造。在蒸镀中由于能够缓和基板904所受到的热(来自蒸发源909的辐射热、蒸镀粒子的凝固热等),所以能够抑制基板904移动中的热膨胀,抑制在移动中产生的褶皱。
图31是实施方式C的蒸镀装置1000C的蒸镀区域中的、第1蒸镀区域960及第2蒸镀区域961的一个变形例的局部示意图。如图31所示,能够构成为分别在第1成膜区域960和第2成膜区域961中各配置两个辅助筒950。
通过上述构造,能够使第1直线移动部965和第2直线移动部967的入射角高的成膜区域进一步靠近蒸发源909,因此,能够进行满足入射角度和蒸发角度两者的成膜,能够提高材料的利用率。
(参考的实施方式D)
下面,说明参考实施方式D的蒸镀装置1000D的构造。图32是示意地表示实施方式D的蒸镀装置1000D的剖视图。本实施方式D的蒸镀装置1000D具有与实施方式C的蒸镀装置1000C大致相同的构造,但在以下方面与蒸镀装置1000C不同,即具有位于将基板904从第1成膜区域960向第2成膜区域961引导的路径中的、以在第1成膜区域960及第2成膜区域961中在基板904的同一面上进行成膜的方式使基板904移动的路径。
下面说明实施方式D的蒸镀装置1000D的动作。本实施方式D的蒸镀装置1000D,进行与实施方式C所示的蒸镀装置1000C大致相同的动作。不同点在于,首先,在第1成膜区域960及第2成膜区域961中在基板904的同一面上成膜。将成膜了的卷轴再次设置于放卷卷轴903,对上次没有形成蒸镀膜的基板904的面重复进行相同的操作。具体来说进行如下动作,如图32所示,在真空槽902中从放卷卷轴903放卷的纵长的基板904按顺序通过输送辊905a、905b,第一筒912,第二筒913,输送辊5c、5d、5e,第四筒915,第 三筒914,输送辊905g、905f、905h,最后由收卷卷轴908收卷。
图33表示由实施方式D的蒸镀装置1000D形成的蒸镀膜的剖视图。使蒸发的蒸镀原料的粒子向基板904的入射方向相异,由于在第1成膜区域960及第2成膜区域961中对基板904的同一面成膜,所以能够如图33所示那样形成锯齿形状的第1活性物质层921和第2活性物质层923。此外,在本实施方式D中,与实施方式C同样地,在第1蒸镀区域960中设置第1曲线移动部964和第1直线移动部965,在第2蒸镀区域961中设置第2曲线移动部966和第2直线移动部967,使蒸镀粒子倾斜蒸镀在基板904上的蒸镀区域和蒸发源909之间的相对距离接近,所以能够提高材料的利用效率。
此外,实施方式C、2所示的蒸镀膜形成后的电极20的各形状不限于上述的内容,可以根据电池的设计容量适当选择。
另外,通过上述蒸镀装置1000C及200制造的电极920与包括LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等的在锂离子二次电池中一般使用的正极活性物质的正极板、由微多孔性薄膜等构成的隔离体、六氟磷酸锂等在碳酸乙二酯、碳酸丙二酯等环状碳酸酯类中溶解成的、一般公知组成的具有锂离子传导性的电解液一起使用,能够容易地制作非水电解质二次电池。
根据实施方式C及D,不用增大蒸镀装置的真空槽的尺寸,就能够扩大蒸镀区域,能够以更高的效率形成蒸镀膜。另外,能够使从蒸发源向基板面的入射角成为75°的蒸镀面附近的基板与蒸发源之间的距离缩小。因此,能够改善蒸镀粒子对基板的堆积速度,所以能够提高材料的利用率,能够以生产效率高的蒸镀方法连续形成劣化少的膜。
工业可利用性
本发明的蒸镀装置能够用于制造利用蒸镀膜的各种器件,例如电池等电化学器件、光元件及光电路部件等光学器件、传感器等各种器件元件等。本发明能够适用于所有电化学元件,尤其是如果应用于使用伴随充放电而产生较大膨胀、收缩的活性物质的电池用极板的制造,则可以提供抑制了由于活性物质的膨胀而引起的极板的变形、褶皱的产生,能量密度高的极板,因此是有利的。
Claims (36)
1.一种蒸镀装置,是通过在腔室内以卷轴到卷轴的方式使片状的基板移动,从而在所述基板上连续形成蒸镀膜的蒸镀装置,其特征在于,
具有:
使蒸镀原料蒸发的蒸发源;
输送部,其包括卷绕保持所述基板的第1及第2卷轴和引导所述基板的引导部,并且,所述第1及第2卷轴的一方导出所述基板,所述引导部对导出的基板进行引导,且所述第1及第2卷轴的另一方收卷所述基板,由此按照使所述基板通过所述蒸发了的蒸镀原料到达的能够蒸镀的区域的方式来输送所述基板,
遮蔽部,其配置在所述能够蒸镀的区域,形成来自所述蒸发源的蒸镀原料不能到达的遮蔽区域,
所述引导部在所述能够蒸镀的区域内包括第1引导部件和第2引导部件,其中,第1引导部件是按照使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面向所述蒸发源凸出的方式对所述基板进行引导的部件;第2引导部件是在所述基板的输送路径中,被配置在比所述第1引导部件更靠近所述第2卷轴侧的位置处,按照使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面向所述蒸发源凸出的方式对所述基板进行引导的部件,
所述遮蔽部具有分别配置在所述第1及第2引导部件与所述蒸发源之间的第1及第2遮蔽部件,
所述第1引导部件,在所述基板的输送路径中,形成第1蒸镀区域和第2蒸镀区域,所述第1蒸镀区域位于比所述第1遮蔽部件更靠近所述第1卷轴侧的位置处,所述第2蒸镀区域位于比所述第1遮蔽部件更靠近所述第2卷轴侧的位置处,
所述第2引导部件,在所述基板的输送路径中,形成第3蒸镀区域和第4蒸镀区域,所述第3蒸镀区域位于比所述第2遮蔽部件更靠近所述第1卷轴侧的位置处,所述第4蒸镀区域位于比所述第2遮蔽部件更靠近所述第2卷轴侧的位置处,
所述第1到第4蒸镀区域包括按照使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面成为平面的方式对所述基板进行输送的平面输送区域,
在除了所述遮蔽区域以外的所述能够蒸镀的区域中,按照使所述蒸镀原料不从所述基板的法线方向入射到所述基板的方式相对于所述蒸发源配置所述输送部。
2.如权利要求1所述的蒸镀装置,所述引导部在所述基板的输送路径中的所述第2蒸镀区域和所述第3蒸镀区域之间具有用于使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面反转的翻转构造。
3.如权利要求1所述的蒸镀装置,在与所述基板的表面垂直且包括所述基板的输送方向在内的截面中,所述第1引导部件及所述第2引导部件以夹着通过所述蒸发源的中心的法线方式而被配置在两侧,按照使所述第1到第4蒸镀区域中的任一个与通过所述蒸发源的中心的法线相交的方式,相对于所述蒸发源配置所述输送部。
4.如权利要求1所述的蒸镀装置,所述第1、第2、第3及第4蒸镀区域中的成膜量的比为1∶2∶2∶1。
5.如权利要求2所述的蒸镀装置,还具有将所述基板加热到200℃~400℃的第1及第2加热部,所述第1加热部在所述基板的输送路径中被配置在比所述第1蒸镀区域更靠近所述第1卷轴侧的位置处,所述第2加热部被配置在所述基板的输送路径中的所述第2蒸镀区域和所述第3蒸镀区域之间。
6.如权利要求2所述的蒸镀装置,还具有将所述基板加热到200℃~400℃的第1、第2、第3及第4加热部,
所述第1、第2、第3及第4加热部分别配置在所述第1、第2、第3及第4蒸镀区域的上端附近。
7.如权利要求1所述的蒸镀装置,所述引导部在所述能够蒸镀的区域内还具有:
第3引导部件,其在所述基板的输送路径中被配置在比所述第2引导部件更靠近所述第2卷轴侧的位置处,按照使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面向所述蒸发源凸出的方式对所述基板进行引导;
第4引导部件,其在所述基板的输送路径中被配置在比所述第3引导部件更靠近所述第2卷轴侧的位置处,按照使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面向所述蒸发源凸出的方式对所述基板进行引导,
所述遮蔽部还具有分别配置在第3及第4引导部件与所述蒸发源之间的第3及第4遮蔽部件,
所述第3引导部件,在所述基板的输送路径中,形成第5蒸镀区域和第6蒸镀区域,所述第5蒸镀区域位于比所述第3遮蔽部件更靠近所述第1卷轴侧的位置,所述第6蒸镀区域位于比所述第3遮蔽部件更靠近所述第2卷轴侧的位置,
所述第4引导部件,在所述基板的输送路径中,形成第7蒸镀区域和第8蒸镀区域,所述第7蒸镀区域位于比所述第4遮蔽部件更靠近所述第1卷轴侧的位置,所述第8蒸镀区域位于比所述第4遮蔽部件位于更靠近所述第2卷轴侧的位置。
8.如权利要求7所述的蒸镀装置,所述引导部在所述基板的输送路径中的所述第4蒸镀区域和所述第5蒸镀区域之间具有用于使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面反转的翻转构造。
9.如权利要求7所述的蒸镀装置,在与所述基板的表面垂直且包括输送所述基板的方向的截面中,所述第1及第2引导部件与所述第3及第4引导部件以夹着通过所述蒸发源的中心的法线的方式而被配置在两侧,按照使所述第1到第8蒸镀区域中的任一个与通过所述蒸发源的中心的法线相交的方式,相对于所述蒸发源配置所述输送部。
10.如权利要求7所述的蒸镀装置,所述第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7及第8蒸镀区域中的成膜量的比为1∶2∶2∶1∶1∶2∶2∶1。
11.如权利要求8所述的蒸镀装置,还具有将所述基板加热到200℃~400℃的第1及第2加热部,所述第1加热部在所述基板的输送路径中被配置在比所述第1蒸镀区域更靠近所述第1卷轴侧的位置处,所述第2加热部被配置成在所述基板的输送路径中的所述第4蒸镀区域和所述第5蒸镀区域之间对所述基板进行加热。
12.如权利要求8所述的蒸镀装置,还具有将所述基板加热到200℃~400℃的第1、第2、第3及第4加热部,
所述第1、第2、第3及第4加热部分别被配置在所述第1、第4、第5及第8蒸镀区域的上端附近。
13.如权利要求7所述的蒸镀装置,所述引导部在所述能够蒸镀的区域内还具有:
第5引导部件,其在所述基板的输送路径中被配置在比所述第4引导部件更靠近所述第2卷轴侧的位置处,按照使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面向所述蒸发源凸出的方式对所述基板进行引导;
第6引导部件,其在所述基板的输送路径中被配置在比所述第5引导部件更靠近所述第2卷轴侧的位置处,按照使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面向所述蒸发源凸出的方式对所述基板进行引导,
所述遮蔽部还具有分别配置在所述第5及第6引导部件与所述蒸发源之间的第5及第6遮蔽部件,
所述第5引导部件,在所述基板的输送路径中,形成第9蒸镀区域和第10蒸镀区域,所述第9蒸镀区域位于比所述第5遮蔽部件更靠近所述第1卷轴侧的位置处,所述第10蒸镀区域位于比所述第5遮蔽部件更靠近所述第2卷轴侧的位置处,
所述第6引导部件,在所述基板的输送路径中,形成第11蒸镀区域和第12蒸镀区域,所述第11蒸镀区域位于比所述第6遮蔽部件更靠近所述第1卷轴侧的位置处,所述第12蒸镀区域位于比所述第6遮蔽部件更靠近所述第2卷轴侧的位置处。
14.如权利要求13所述的蒸镀装置,所述引导部在所述基板的输送路径中的所述第6蒸镀区域和所述第7蒸镀区域之间具有用于使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面反转的翻转构造。
15.如权利要求13所述的蒸镀装置,在与所述基板的表面垂直且包括输送所述基板的方向的截面中,所述第1~第3引导部件和所述第4~第6引导部件以夹着通过所述蒸发源的中心的法线的方式而被配置在两侧,按照使所述第1到第12蒸镀区域中的任一个与通过所述蒸发源的中心的法线相交的方式相对于所述蒸发源配置所述输送部。
16.如权利要求14所述的蒸镀装置,所述第1、第2、第3、第4、第5、第6、第7、第8、第9、第10、第11及第12蒸镀区域中的成膜量的比为1∶2∶2∶2∶2∶1∶1∶2∶2∶2∶2∶1。
17.如权利要求1所述的蒸镀装置,在与所述基板的表面垂直且包括输送所述基板的方向的截面中,按照使通过各蒸镀区域的基板的任意点与所述蒸发源的中心的连接线与所述基板的法线方向成45°~75°的角度的方式,相对于所述蒸发源配置所述输送部。
18.如权利要求1所述的蒸镀装置,所述第1到第4蒸镀区域中的至少一个蒸镀区域还具有曲面输送区域,所述曲面输送区域按照使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面成为曲面的方式对所述基板进行输送。
19.如权利要求18所述的蒸镀装置,所述第1到第4引导部件中的至少一个引导部件位于所述能够蒸镀的区域,
所述曲面输送区域包括沿所述至少一个引导部件中的位于所述能够蒸镀的区域的部分对所述基板进行输送的下端曲面输送区域。
20.如权利要求19所述的蒸镀装置,所述输送部进而在所述至少一个蒸镀区域中具有倾斜方向切换辊,所述倾斜方向切换辊用于形成与通过所述蒸发源的中心的法线所成的角度不同的两个平面输送区域,
所述曲面输送区域包括沿所述倾斜方向切换辊对所述基板进行输送的中间曲面输送区域。
21.如权利要求1所述的蒸镀装置,所述遮蔽部件还具有具备壁部的至少一个遮蔽板,所述壁部的表面与通过所述第1到第4蒸镀区域中的任一个蒸镀区域的所述基板的被所述蒸镀原料照射的面相对向。
22.如权利要求21所述的蒸镀装置,所述壁部的所述表面位于所述能够蒸镀的区域,所述任一个蒸镀区域与所述壁部的表面之间的距离随着接近所述蒸发源而变大。
23.如权利要求21所述的蒸镀装置,在所述能够蒸镀的区域中,还具有配置在各引导部件的附近的、向由该引导部件形成的两个蒸镀区域供给气体的喷嘴部,所述壁部使从所述喷嘴部射出的气体滞留在所述任一个蒸镀区域内。
24.如权利要求21所述的蒸镀装置,所述壁部的所述表面缓和由于所述蒸镀原料的照射而在所述任一个蒸镀区域中的被所述蒸镀材料照射的面处产生的温度差。
25.如权利要求7所述的蒸镀装置,所述遮蔽部件还具有具备壁部的至少一个遮蔽板,所述壁部的表面与通过所述第1到第8蒸镀区域中的任一个蒸镀区域的所述基板的被所述蒸镀原料照射的面相对向。
26.如权利要求25所述的蒸镀装置,所述壁部的所述表面位于所述能够蒸镀的区域,所述任一个蒸镀区域与所述壁部的表面之间的距离随着接近所述蒸发源而变大。
27.如权利要求25所述的蒸镀装置,在所述能够蒸镀的区域中,还具有配置在各引导部件的附近的、向由该引导部件形成的两个蒸镀区域供给气体的喷嘴部,所述壁部使从所述喷嘴部射出的气体滞留在所述任一个蒸镀区域内。
28.如权利要求25所述的蒸镀装置,所述壁部的所述表面缓和由于所述蒸镀原料的照射而在所述任一个蒸镀区域中的被所述蒸镀材料照射的面处产生的温度差。
29.如权利要求13所述的蒸镀装置,所述遮蔽部件还具有具备壁部的至少一个遮蔽板,所述壁部的表面与通过所述第1到第12蒸镀区域中的任一个蒸镀区域的所述基板的被所述蒸镀原料照射的面相对向。
30.如权利要求29所述的蒸镀装置,所述壁部的所述表面位于所述能够蒸镀的区域,所述任一个蒸镀区域与所述壁部的表面之间的距离随着接近所述蒸发源而变大。
31.如权利要求29所述的蒸镀装置,在所述能够蒸镀的区域中,还具有配置在各引导部件的附近的、向由该引导部件形成的两个蒸镀区域供给气体的喷嘴部,所述壁部使从所述喷嘴部射出的气体滞留在所述任一个蒸镀区域内。
32.如权利要求29所述的蒸镀装置,所述壁部的所述表面缓和由于所述蒸镀原料的照射而在所述任一个蒸镀区域中的被所述蒸镀材料照射的面处产生的温度差。
33.一种膜的制造方法,是通过使用具有腔室、配置在所述腔室内且使蒸镀原料蒸发的蒸发源、配置在所述腔室内且输送片状的基板的输送部的卷轴到卷轴的方式的蒸镀装置,通过所述输送部使所述基板移动,由此,在所述基板上连续形成含有所述蒸镀原料的膜的膜的制造方法,
包括工序(A),即,将所述基板按顺序输送到以在所述腔室内相对于所述蒸发源互相不重叠的方式设置的第1区域、第2区域、第3区域及第4区域中的工序,
所述工序(A)包括:
(a)在所述第1区域中,一边使所述基板沿接近所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料从相对于所述基板的表面的法线倾斜的第1方向入射到所述基板的表面,由此,在所述基板的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(b)在所述第2区域中,一边使所述基板沿远离所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料从相对于所述基板的表面的法线向与所述第1方向相反侧倾斜的第2方向入射到所述基板的表面,由此,在所述基板的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(c)在所述第3区域中,一边使所述基板沿接近所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料从相对于所述基板的表面的法线向与所述第1方向相同侧倾斜的第3方向入射到所述基板的表面,由此在所述基板的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(d)在所述第4区域中,一边使所述基板沿远离所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料从相对于所述基板的表面的法线向与所述第1方向相反侧倾斜的第4方向入射到所述基板的表面,由此在所述基板的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
所述第1区域、所述第2区域、所述第3区域及所述第4区域中的所述蒸镀原料的堆积量的比为1∶2∶2∶1。
34.如权利要求33所述的膜的制造方法,在所述工序(A)之后,还包括将所述基板按顺序输送到所述第4区域、所述第3区域、所述第2区域及所述第1区域的工序(B),
所述工序(B)包括:
(e)在所述第4区域中,一边使所述基板沿接近所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料相对于所述基板的表面的法线从所述第4方向入射到所述基板的表面,由此,在所述基板的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(f)在所述第3区域中,一边使所述基板沿远离所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料相对于所述基板的表面的法线从所述第3方向入射到所述基板的表面,由此在所述基板的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(g)在所述第2区域中,一边使所述基板沿接近所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料相对于所述基板的表面的法线从所述第2方向入射到所述基板的表面,由此在所述基板的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(h)在所述第1区域中,一边使所述基板沿远离所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料相对于所述基板的表面的法线从所述第1方向入射到所述基板的表面,由此在所述基板的表面堆积所述蒸镀原料的工序。
35.如权利要求34所述的膜的制造方法,交互重复进行多次所述工序(A)及所述工序(B)。
36.如权利要求34所述的膜的制造方法,在所述工序(A)和所述工序(B)之间还具有:
使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面反转,并按顺序将所述基板输送到在所述腔室内以相对于所述蒸发源相互不重叠的方式设置的第5区域、第6区域、第7区域及第8区域的工序(A′);
在所述工序(A′)之后,按顺序将所述基板输送到所述第8区域、所述第7区域、所述第6区域及所述第5区域,然后,使所述基板的被所述蒸镀原料照射的面反转的工序(B′),
所述工序(A′)包括:
(a′)在所述第5区域中,一边使所述基板沿接近所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料从相对于所述基板的表面的法线倾斜的第5方向入射到所述基板的堆积有所述蒸镀原料的面的相反侧的表面,由此在所述基板的所述相反侧的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(b′)在所述第6区域中,一边使所述基板沿远离所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料从相对于所述基板的表面的法线向与所述第5方向相反侧倾斜的第6方向入射到所述基板的所述相反侧的表面,由此在所述基板的所述相反侧的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(c′)在所述第7区域中,一边使所述基板沿接近所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料从相对于所述基板的表面的法线向与所述第5方向相同侧倾斜的第7方向入射到所述基板的所述相反侧的表面,由此在所述基板的所述相反侧的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(d′)在所述第8区域中,一边使所述基板沿远离所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料从相对于所述基板的表面的法线向与所述第5方向相反侧倾斜的第8方向入射到所述基板的所述相反侧的表面,由此在所述基板的所述相反侧的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
所述工序(B′)包括:
(e′)在所述第8区域中,一边使所述基板沿接近所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料相对于所述基板的表面的法线从所述第8方向入射到所述基板的所述相反侧的表面,由此在所述基板的所述相反侧的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(f′)在所述第7区域中,一边使所述基板沿远离所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料相对于所述基板的表面的法线从所述第7方向入射到所述基板的所述相反侧的表面,由此在所述基板的所述相反侧的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(g′)在所述第6区域中,一边使所述基板沿接近所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料相对于所述基板的表面的法线从所述第6方向入射到所述基板的所述相反侧的表面,由此在所述基板的所述相反侧的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
(h′)在所述第5区域中,一边使所述基板沿远离所述蒸发源的方向移动,一边使从所述蒸发源蒸发的所述蒸镀原料相对于所述基板的表面的法线从所述第5方向入射到所述基板的所述相反侧的表面,由此在所述基板的所述相反侧的表面堆积所述蒸镀原料的工序,
所述第5区域、所述第6区域、所述第7区域及所述第8区域中的所述蒸镀原料的堆积量的比为1∶2∶2∶1。
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- 2012-07-13 US US13/549,166 patent/US20130014699A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (2)
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| CN1463450A (zh) * | 2001-06-08 | 2003-12-24 | 松下电器产业株式会社 | 两面金属化膜的制造方法以及使用它的金属化膜电容器 |
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
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| JP平6-330292A 1994.11.29 |
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