CN101849033A - 薄膜形成装置和薄膜的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够均匀且充分地冷却基板的薄膜形成装置和薄膜形成的方法。本发明的薄膜形成装置在真空中、在长条的基板上形成薄膜，该薄膜形成装置包括：在开口部(31)接近搬送中的基板背面配置的冷却体(1)、向冷却体(1)与基板(21)之间导入气体的气体导入部件、在开口部(31)对移动中的基板的宽度方向两端附近进行约束的基板约束部件(3)。

Description

薄膜形成装置和薄膜的形成方法

技术领域

本发明涉及薄膜的形成装置和形成方法。

背景技术

薄膜技术广泛开展于器件的高性能化、小型化中。另外器件的薄膜化不仅使用户直接得益，更在地球资源的保护、耗电量的减低这些环境方面也扮演着重要的角色。

在这样的薄膜技术的发展中，对于薄膜制造方法高效率化、稳定化、高生产率化、低成本化等来自产业利用面的要求的应对是不可欠缺的，在该方面一直在不断努力。

在薄膜的高生产率方面，高沉积速度的成膜技术是必须的，在真空蒸镀法、溅射法、离子电镀法、CVD法等薄膜制造中，高沉积速度化得到发展。另外作为连续性大量形成薄膜的方法，使用卷取式(take-up type)的薄膜制造方法。卷取式的薄膜制造方法为下述方法，即，将卷为辊状的长条的基板从卷出辊卷出，在沿搬送系统搬送的过程中，在基板上形成薄膜，然后卷取在卷取辊上。卷取式薄膜制造方法例如通过与使用电子束的真空蒸镀源等高沉积速度的成膜源进行组合，能够高生产率地形成薄膜。

作为决定这样的连续卷取式的薄膜制造的成功与否的重要因素，存在成膜时的热负荷的课题。例如在真空蒸镀的情况下，来自蒸发源的热辐射和蒸发原子所具有的热能被施加到基板上，基板的温度上升。特别是在为了提高沉积速度而提高蒸发源的温度、或使蒸发源与基板接近时，基板的温度会过度上升。但在基板的温度过度上升时，基板的机械特性显著降低，容易发生因沉积的薄膜的热膨胀而导致基板大幅度变形、基板熔断的问题。在其他的成膜方式中热源虽然不同，但在成膜时基板被施加热负荷，所以存在同样的问题。

为了防止这样的基板的变形、熔断等的发生，在成膜时进行基板的冷却。以基板的冷却为目的，广泛进行的是在基板沿着配置于搬送系统的路径上的圆筒状桶(can)的状态下进行成膜。若通过该方法确保基板与圆筒状桶的热接触，则热量能够向热容量大的冷却桶逃逸，因此能够防止基板温度的上升、将基板温度保持为特定的冷却温度。

作为在真空气氛下确保基板与圆筒状桶的热接触的方法之一，存在气体冷却方式。气体冷却方式是指下述方法，即，在基板与作为冷却体的圆筒状桶之间维持间隔为数mm以下的微小间隙，并向该间隙供给微量的气体，从而利用气体的热传导来确保基板与圆筒状桶的热接触，对基板进行冷却。在专利文献1中，表示了用于在作为基板的薄片(web)上形成薄膜的装置中，向薄片与作为支承部件的圆筒状桶之间的区域导入气体的情况。由此，能够确保薄片与支承部件之间的热传导，能够抑制薄片的温度上升。

另一方面，作为基板的冷却部件，也能够取代圆筒状的桶而使用冷却带。在通过倾斜入射来进行成膜时，在基板直线状移动的状态下进行成膜有利于提高材料的利用效率，这时使用冷却带作为基板冷却部件是有效的。在专利文献2中公开了在基板的搬送和冷却中使用带时的带的冷却方法。根据专利文献2，为了将冷却带进一步冷却，通过在冷却体的内侧设置2层以上的冷却带、利用液状的介质的冷却机构，能够提高冷却效率。由此能够改善电磁转换特性等磁带的特性，同时能够显著改善生产率。

专利文献1：日本特开平1-152262号公报

专利文献2：日本特开平6-145982号公报

发明内容

在进行专利文献1所示的气体冷却的情况下，为了提高热传导率，优选使基板与冷却体的间隔尽可能地缩小且均匀。但是在导入冷却气体时，由于基板与冷却体之间局部压力增高，并且来自蒸发源的热量在基板产生热应力，使得基板气球状地膨胀，发生挠曲。因此在基板的宽度方向中心附近，基板与冷却体间的空隙变大，冷却体与基板的间隔变得不均匀，所以难以进行均匀且充分的冷却。为了提高气体冷却的能力，提高基板与冷却体间的压力是有效的，但若为了高压力化而增加导入气体的量，则上述挠曲将变得更加显著，因此冷却的强化在基板的宽度方向中心附近是尤其困难的。

在通过倾斜入射来进行成膜时，使用专利文献2所示的冷却带、在基板直线状移动的状态下进行成膜，在材料利用率方面是有利的。但是使用冷却带的成膜，特别是在高成膜率等原因造成对基板的热负荷较大的情况下，难以实现基板的充分的冷却。其理由是，在基板直线状移动的状态下不能够获得基板的法线方向上的力，不能够确保朝向冷却体的力。在朝向冷却体的力不能得到确保时，不能够充分地确保基板与冷却带的热接触。

另外，在由于大的热负荷导致基板暂时变形等时，基板与冷却体间的热传递性能下降，因此冷却能力降低，基板的变形会进一步加剧。

本发明鉴于上述课题，其目的在于提供一种薄膜形成装置和薄膜形成方法，该薄膜形成装置在一边搬送基板一边在基板表面上连续地形成薄膜时，能够为了防止成膜时的热负荷导致的基板的变形、熔断而均匀且充分地冷却基板。

为了解决上述课题，本发明的薄膜形成装置是在真空中、在长条的基板上形成薄膜的薄膜形成装置，包括：搬送上述基板的搬送机构；包含用于在上述基板的搬送中在上述基板表面上的薄膜形成区域中形成薄膜的成膜源的薄膜形成部件；在上述薄膜形成区域，与搬送中的上述基板背面接近地配置的冷却体；向上述冷却体与上述基板间导入气体的气体导入部件；使上述基板移动、并在上述薄膜形成区域约束上述基板的宽度方向两端附近的基板约束部件；和收容上述搬送机构、上述薄膜形成部件、上述冷却体、上述气体导入部件和上述基板约束部件的真空容器。

上述基板约束部件没有特别的限定，只要是满足下述条件的部件即可，即，能够一边使基板移动，一边对与薄膜形成区域相邻的基板的宽度方向两端部进行约束，从而防止因气体的导入和来自蒸发源的热量而导致的基板的宽度方向上的挠曲，其中，该薄膜形成区域是在基板的搬送中在上述基板表面上形成薄膜的区域。具体而言，可以是使上述基板移动、同时在上述薄膜形成区域中在上述基板的宽度方向上施加张力的宽度方向张力施加部件，或者是在上述薄膜形成区域中，在上述基板的宽度方向的一部分的区域中，吸附于上述基板的背面并与上述基板一起移动的环形带。

另外，本发明的薄膜形成方法是在真空中、在长条的基板的表面形成薄膜的薄膜形成方法，包括下述工序：在薄膜形成区域中接近搬送中的上述基板的背面配置冷却体，向上述冷却体与上述基板之间导入气体从而将上述基板冷却，并且在上述薄膜形成区域对移动中的上述基板的宽度方向两端附近进行约束，同时在上述基板的表面形成薄膜的工序。

根据本发明的薄膜形成装置和薄膜的形成方法，对于因冷却气体的导入而导致的基板挠曲，通过对基板的宽度方向两端部进行约束而防止挠曲。于是，在为了提高气体冷却的能力而增大导入气体量、提高基板与冷却体间压力的情况下，也能够缩小基板与冷却体间的间隔并使其均匀，因此能够对基板均匀且充分地进行冷却。由此能够防止成膜时的热负荷导致的基板的变形、熔断，实现高成膜速度下的薄膜形成。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1和4的一部分的基板冷却机构的一例的示意结构图，(a)截面图、(b)正视图。

图2是表示本发明的实施方式2的一部分的基板冷却机构的一例的示意结构图，(a)截面图、(b)正视图。

图3是表示本发明的实施方式3的一部分的基板冷却机构的一例的示意结构图，(a)截面图、(b)正视图、(c)为旋转滑动体的部分放大图。

图4是表示成膜装置整体结构的一例的示意图。

图5是表示向冷却体与基板之间导入气体的方法的一例的示意图。

图6是表示向冷却体与基板之间导入气体的方法的一例的示意图。(a)截面图、(b)气体喷嘴34的部分放大图。

图7是表示向冷却体与基板之间导入气体，并吸引滞留的气体的一部分的方法的一例的示意图。

图8是表示本发明的实施方式1的一部分的基板冷却机构的一例的示意结构图。

图9是表示作为本发明的实施方式的一部分的夹具(clip)机构的例子的示意结构图。(a)是表示弹簧式的图、(b)是表示气动式的图、(c)是表示静电式的图。

图10是表示本发明的实施方式4的成膜装置的环形带与冷却体的位置的示意图。

图11是表示本发明的实施方式4的遮蔽板的位置的示意图。

图12是表示本发明的实施方式4的环形带的结构的例子的图。

图13是表示本发明的实施方式5的成膜装置的结构的示意图。

图14是表示本发明的实施方式5的基板冷却机构的例子的示意图。

符号说明：

1 冷却体

2 支承辊

3 环形带

4 基板移动方向和与基板接触的环形带的移动方向所成的角度

5 夹具机构

6 夹具搬送系统

7 夹片

8 压缩弹簧

9 气动汽缸

10 释放弹簧

11 电介质层

12 旋转滑动体

12a 旋转滑动体的旋转方向

12b 在与基板接触的位置处的旋转滑动体的切线方向的运动方向

13 释放体

14 基板移动方向38和在与基板接触的位置处的旋转滑动体的切线方向的运动方向12b所成的角度

15 电子枪

17 旋转源

18 电子束

19 蒸发用坩埚

20 成膜装置

21 基板

22 真空槽

23 卷出辊

24 搬送辊

26 卷取辊

27 成膜源

29 遮蔽板

30 原料气体导入管

31 开口部

32 歧管(manifold)

33 细孔

34 气体喷嘴

35 冷却用气体导入口

36 排气口

37 排气部件

38 基板移动方向

41 遮蔽板

43 绝缘层

44 导电层

45 基材

49 冷却桶

具体实施方式

对在薄膜形成区域以直线状搬送基板的情况下的成膜装置整体的结构的一例，在图4中示意性表示。真空槽22是具有内部空间的耐压性的容器状部件，其内部空间中收容有卷出辊23、多个搬送辊24、薄膜形成区域即开口部31、卷取辊26、成膜源27、遮蔽板29和原料气体导入管30。卷出辊23是按照绕轴心自由旋转的方式设置的辊状部件，其表面卷绕有带状的长条的基板21，向最接近的搬送辊24供给基板21。

搬送辊24是按照绕轴心自由旋转的方式设置的辊状部件，将从卷出辊23供给来的基板21导向开口部31，最终导向卷取辊26。当基板21在开口部31移动时，从成膜源飞来的材料粒子与按照需要从原料气体导入管30导入的原料气体发生反应而沉积，在基板21的表面形成薄膜。卷取辊26是按照能够通过未图示的驱动机构旋转驱动的方式设置的辊状部件，将形成有薄膜的基板21卷取保存。

成膜源27能够使用各种成膜源，例如能够使用：利用电阻加热、感应加热、电子束加热等的蒸发源、离子电镀(plating)源、溅射源、CVD源等。另外作为成膜源，也能够组合使用离子源、等离子体源。例如成膜源设置在开口部31的最下部的铅垂方向下方，包含铅垂方向上部开口的容器状部件和载置于该容器状部件的内部的成膜材料。蒸发用坩埚19是上述容器状部件的具体的一例。成膜源27的附近设置有电子枪15等加热部件，利用来自该电子枪的电子束18等，蒸发用坩埚19内部的成膜材料被加热而蒸发。材料的蒸汽向着铅垂方向上方移动，通过开口部31，附着在基板21表面，形成薄膜。成膜源27会对基板施加热负荷。

遮蔽板29将从蒸发用坩埚19飞来的材料粒子能够与基板21接触的区域仅限制为开口部31。

在开口部31附近的基板背面侧，冷却体1与基板接近地配置。基板背面与冷却体1之间存在间隙，该间隙的间隔例如设定为2mm以下。该间隔对冷却能力有很大影响，越狭窄则冷却能力越高。但是若使间隔过度狭窄，则可能会因基板搬送时的位置精度的问题导致基板与冷却体接触，使基板受损而导致产品特性受损。因此实用上优选设定在0.3～1.0mm的范围。

另外，在冷却体1与基板背面之间导入有气体。此时，通过气体的导入来防止基板产生挠曲，由此，基板21与冷却体1的间隔被保持为较小且均匀，稳定地进行基板的冷却。

冷却体1的材质没有特别的限定，能够使用容易确保加工形状的铜、铝、不锈钢等金属、碳、各种陶瓷、工程塑料等。特别是从粉尘产生的可能性低、耐热性优秀、容易均温化的这些方面来看，更优选使用热传导率高的铜、铝等金属。

冷却体1被制冷剂冷却。制冷剂通常为液体或气体物质，以水为代表。冷却体1连接设置或埋设有制冷剂流路(图中未表示)，由于制冷剂通过该流路，冷却体1被冷却。进而，将气体经由冷却体供给至冷却体与基板背面之间的间隙，由此能够传递冷却体的冷热，将基板21冷却。

作为向冷却体1与基板21之间的间隙导入气体的方法，能够使用多种多样的方法。例如图5所示在冷却体1设置冷却用气体导入口35和歧管(manifold)32，从这里经由向冷却体1的表面延伸的多个细孔33来供给气体的方法，和图6所示在冷却体1中埋入例如具有横笛模样的吹孔(吹きだし)形状的气体喷嘴34，从该喷嘴导入气体的方法(在图6(b)中将气体喷嘴34取出表示)等。另外如图7那样，若通过在图5的方式中设置排气口36，吸引滞留在冷却体1与基板21之间的气体的一部分，能够使导入至冷却体与基板之间的气体流量增大，也能够抑制气体温度的上升。

以上对基板冷却用的气体导入部件进行了说明，但本发明的成膜装置还可以另外设置第二气体导入部件。作为该第二气体导入部件，例如是图4的原料气体导入管30。原料气体导入管30例如是一端配置在蒸发用坩埚19的铅垂方向上方、另一端与设置在真空槽22的外部的原料气体供给部件(图中未表示)连接的管状部件，向材料蒸汽供给例如氧、氮等。由此，在基板21表面形成以从成膜源27飞来的材料的氧化物、氮化物或氮氧化物为主成分的薄膜。原料气体供给部件是贮气瓶、气体产生装置等。

排气部件37设置在真空槽22的外部，将真空槽22内部调整为适合薄膜的形成的减压状态。排气部件37例如由油扩散泵、低温泵(cryopump)、涡轮分子泵等为主泵的各种真空排气系统构成。

如以上这样，根据成膜装置20，从卷出辊23送出的基板21经由搬送辊24移动，在开口部31接受从成膜源27飞来的蒸汽和按照需要供给的氧、氮等，在基板上形成薄膜。该基板21经由另外的搬送辊24，卷取在卷取辊26上。由此，得到形成有薄膜的基板21。

基板21能够使用各种高分子薄膜、各种金属箔、或高分子薄膜与金属箔的复合体、其他的不限定于上述材料的长条的基板。作为高分子薄膜，能够列举例如聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚酰亚胺等。作为金属箔，能够列举铝箔、铜箔、镍箔、钛箔、不锈钢箔等。基板的宽度例如为50～1000mm，基板的优选厚度为例如3～150μm。在基板的宽度不足50mm时，气体冷却时的基板宽度方向中央部的挠曲并不太大，而另一方面由于应用本发明而产生的基板宽度方向两端部的薄膜非形成区域较大，但也不是不能够应用于本发明。在基板的厚度不足3μm时，基板的热容量极小，因此热变形容易发生，而在基板的厚度超过150μm时，气体冷却时的基板宽度方向中央部的挠曲并不太大，但均不表示不能够应用本发明。基板的搬送速度因制作的薄膜的种类、成膜条件而不同，例如0.1～500m/分。在搬送中的基板移动方向上施加的张力，根据基板的材质、厚度或成膜率等的处理条件而适当选择。

(实施方式1)

图1是针对具备宽度方向张力施加部件的本发明的实施方式的一部分的基板冷却剂机构的一例，示意性地表示其结构的图。图1(a)是(b)的AA’截面图，图1(b)是从图4的成膜源27观看开口部31附近的正视图。

在开口部附近的基板的宽度方向两端附近，沿基板的背面，由多个支承辊2保持的环形带3成对地与基板背面接触并进行回转(周回)。此外将与成膜源相对的形成薄膜的对象的面定义为基板的表面，将其相反面定义为基板的背面。环形体3的宽度优选为2～50mm。在环形体的宽度不足2mm时，在基板的宽度方向上施加张力的效果小，在环形体的宽度超过50mm时，对薄膜形成区域的影响变大，生产效率显著降低。

成对的环形体3的移动间隔设定为平行方式，或设定为从基板21的移动方向的上游向下游扩大的方式。例如若令基板21的移动方向为中心轴，则按照逐渐离开该中心轴的方式设定环形体的移动方向，基板移动方向38和与基板接触的环形体3的移动方向所成角度4为0度以上、45度以下。另外，优选的是0度以上、10度以下，更优选的是0度以上、5度以下。基板移动方向38和与基板接触的环形体3的移动方向所成角度越大，会越来越难以使基板的移动平滑地进行，在超过45度时，特别容易发生基板的褶皱、损伤。

环形体3的材质没有特别的限定，但由不锈钢、镍、铜等金属形成的环形体在耐热性和耐久性方面优秀。另一方面橡胶、塑料的环形体容易获得与基板之间的摩擦力，容易施加宽度方向的张力。也能够使用在金属材料的环形体上涂敷橡胶材料而得的材料等复合材料形成的环形体。

另外环形体3与基板接触，将基板21稍微推压变形，但如果推压量过大，则会发生基板的变形、褶皱、破裂等恶劣影响，因此环形体造成的基板的推压变形量优选设定为2mm以下。

通过如上所述地使环形体与基板接触移动，能够在基板的宽度方向上施加张力。由此能够防止因冷却气体的导入造成基板气球状膨胀而导致基板与冷却体间的空隙在基板的宽度方向中心附近变大，能够将冷却体1与基板21的间隔在基板宽度方向上控制得较为均匀。

图1中表示了环形体沿基板的背面移动的例子，但在实施方式1中环形体也可以沿基板的表面侧移动。环形体是设置在基板的表面侧还是背面侧，由薄膜形成区域周边的空间、热负荷的大小等处理环境决定。另外，如图8所示，也可以采用环形体从基板的表面和背面两面夹紧基板的方式。在该方式中，能够使基板与环形体之间的摩擦力大幅度提高，因此更容易施加基板宽度方向的张力。因此能够使基板移动方向和与基板接触的环形体的移动方向所成角度变小，所以有利于保证基板平滑地移动。在该方式中，能够防止因向基板施加较大的宽度方向的张力而导致基板的破裂，为了不使夹紧的压力过大、使用弹簧等缓冲机构(图中未表示)进行的压紧压力(抑え压)的调整是有效的。

(实施方式2)

图2是针对作为具备宽度方向张力施加部件的本发明的实施方式的一部分的基板冷却机构的一个其他例子，示意性地表示其结构的图。图2(a)是(b)的AA’截面图，图2(b)是从图4的成膜源27观看开口部31附近的正视图。

开口部附近以外的实施方式与实施方式1类似，因此省略说明。

在该实施方式2中，在开口部附近利用配置于基板的宽度方向两端的夹具机构5，依次夹紧基板。夹具机构如图9的示意图中所示的例子那样，具有(a)弹簧式、(b)气动式、(c)静电式等的夹紧功能，空隙式、弹簧式等的打开功能。在开口部31和其前后使夹紧功能作用，在其他区域使释放功能作用，于是能够控制基板的夹紧和释放。夹具机构5由夹具搬送系统6循环搬送。

对于例如图9(a)的弹簧式，在开口部31和其前后，由于设置在夹片7之间的压缩弹簧8的力，基板21被夹紧。在夹具机构5被夹具搬送系统6搬送而通过开口部31时，夹片7与预先设置的释放体13的空隙逐渐变小，通过夹片7与释放体13的接触，基板21被从夹具机构5释放。另外，对于图9(b)的气动式，在开口部31和其前后，由于连接在夹片7之间的气动汽缸9的力，基板21被夹紧。在夹具机构5被夹具搬送系统6搬送而通过开口部31时，气压被降低，夹片7被预先设置的释放弹簧10拉回，基板从夹具机构5释放。另外，对于图9(c)的静电式，在开口部31和其前后，由于在夹面具有电介质层11的夹片7之间施加的电压导致的静电力，基板21被夹紧。在夹具机构5被夹具搬送系统6搬送而通过开口部31时，电压被降低，夹片7被预先设置的释放弹簧10拉回，基板从夹具机构5释放。图9是表示夹具机构具有的夹紧功能和释放功能的具体例，能够使用其他各种方式的夹紧功能和释放功能。本发明不局限于图9的具体例。

设置在基板的宽度方向两端的一对夹具机构5和夹搬送系统6的移动间隔设定为平行，或按照从基板21的移动方向的上游向下游扩大的方式设定。夹具搬送系统6为例如进行回转的链机构，夹具机构5的一端固定于夹具搬送机构6等。通过一边夹着基板21的宽度方向两端一边进行搬送，能够在基板的宽度方向施加张力，能够防止因冷却气体的导入造成基板气球状膨胀而导致基板与冷却体间的空隙在基板的宽度方向中心附近变大，能够将冷却体1与基板21的间隔在基板宽度方向上控制得较为均匀。通过一边扩大基板宽度方向的两端的夹具间隔一边使夹具机构5沿基板移动方向38移动，能够进一步向基板施加强的宽度方向张力。通过调整夹具夹紧基板时的接触面积和夹紧压力，以及伴随夹具的移动而变化的两侧的夹片的间隔，能够对基板宽度方向的张力进行调整。另外，通过任意变更基板通过开口部31时的夹具间隔的移动量，能够伴随成膜的进行对基板宽度方向的张力进行微调整。

(实施方式3)

图3是针对作为具备宽度方向张力施加部件的本发明的实施方式的一部分的基板冷却机构的一个其他例子，示意性地表示其结构的图。图3(a)是(b)的AA’截面图，图3(b)是从图4的成膜源27观看开口部31附近的正视图，图3(c)是将位于(b)中右侧的1个旋转滑动体部分放大的图。不过，图3(c)中省略遮蔽板29。

开口部附近以外的实施方式与实施方式1类似，因此省略说明。

在该实施方式3中，在开口部31，通过配置在基板21的宽度方向两端附近的旋转滑动体12，在基板的宽度方向施加张力。旋转滑动体的与基板接触的部分的材质可以为金属，但为了获得摩擦力优选为橡胶、塑料。旋转滑动体的在与基板接触的位置处的圆周速度优选为基板的移动速度的0.5～10倍。在圆周速度不足0.5倍时，对于基板移动的制动较强，基板容易发生曲折、褶皱。另外在圆周速度超过10倍时，基板的破裂、滑动引起的摩擦损耗变得显著，长时间的运转中容易发生故障。更优选的是，旋转滑动体的与基板接触的位置处的圆周速度，为基板的移动速度的1～3倍。旋转滑动体2经由旋转轴从旋转源17接受旋转力。旋转源17能够使用例如通过齿轮、链条等从小型电动机、电动机等传递旋转驱动力的二次旋转体。

通过调整旋转滑动体12的旋转方向12a与基板21的移动方向38所成的角度，能够对在基板的宽度方向上施加的张力进行调整。具体而言，旋转滑动体12的切线方向的运动方向12b与基板移动方向38所成的角度14，优选为向着基板端部方向超过0度、80度以下，其中，该运动方向12b是旋转滑动体12与基板21接触的位置上的运动方向。更优选的是超过0度、45度以下。在相对基板21的移动方向38所成角度为0度以下时不能够在基板的宽度方向积极地施加张力。而超过80度时，对基板移动的制动变强，基板容易发生曲折或褶皱。

旋转滑动体12与基板接触，将基板稍微推压变形，但如果推压量过大，则发生基板21的变形、褶皱、破裂等恶劣影响，因此旋转滑动体12造成的基板21的推压变形量优选设定为2mm以下。

在图3中表示了旋转滑动体沿基板的背面旋转的例子，但旋转滑动体也可以沿基板的表面侧移动。旋转滑动体是设置在基板的表面侧还是背面侧，由薄膜形成区域周边的空间、热负荷的大小等处理环境决定。另外，也可以采用旋转滑动体与基板的表面和背面两面接触的方式。在该方式中，能够使基板与旋转滑动体之间的摩擦力大幅度提高，因此更容易施加基板宽度方向的张力。因此能够使基板移动方向和与基板接触的旋转滑动体的移动方向所成角度变小，所以能够防止基板的曲折和褶皱，有利于保证基板平滑地移动。在该方式中，能够防止因向基板施加较大的宽度方向的张力而导致基板的破裂，为了不使压紧压力过大、使用弹簧等缓冲机构(图中未表示)进行的压紧压力的调整是有效的。

(实施方式4)

本实施方式的成膜装置具备：在薄膜形成区域中，在基板的宽度方向的一部分的区域中，吸附于基板的背面、与基板一起移动的环形带。其结构由图1和图4示意地表示。

本实施方式的具有吸附能力的环形带3由多个支承辊2保持，与基板21接触并被驱动。接着使用图10说明具有吸附能力的环形带3与冷却体1的位置关系。图10是从成膜源27观看冷却体1附近的图。为了明确环形带3的位置，对未设置基板21的状态进行表示。在直线状搬送基板21的多个搬送辊24之间设置有环形带3和冷却体1。另外，在图1中一对环形体3的移动间隔被表示为从基板21的移动方向的上游向下游扩大的方式，图10中表示一对环形体3的移动间隔为平行的方式。为了不使冷却气体向真空槽泄漏，优选如图10所示那样，一对环形带3设置在基板的宽度方向两端附近，冷却气体被导入至一对环形带3之间。但是本发明对此并没有限制，环形带3可以设置在基板背面的任何位置。例如，因为基板的变形在中央部最显著，从该观点出发，在基板的宽度方向中央附近也设置并吸附环形带能提高冷却效果。

另外，若在环形带3与成膜源27之间如图11所示设置遮蔽板41，能够维持更稳定的冷却能力。在真空蒸镀、溅射中，除了通常的成膜所生成的蒸镀粒子之外，偶尔会产生尺寸非常大的飞溅粒子与基板碰撞。在使用薄的箔状的基板的情况下，飞溅粒子有时会具有冲破基板程度的能量，因此可能会使作为设置在基板的背面的吸附部件的环形带3的表面损伤。遮蔽板41能够防止飞溅粒子飞来而损伤环形带3，因此能够维持稳定的吸附能力。此外，在图11中，为了明确环形带3与遮蔽板41的位置关系，将遮蔽板41的一部分省略表示。

作为具有吸附能力的环形带3，能够使用静电吸附带。静电吸附带例如图12所示，从与基板21接触的外侧起依次至少具备绝缘层43和导电层44。按照需要，在导电层44的内侧也能够具备用于确保环形带的强度的基材45。静电吸附带具有在导电层44与基板21之间施加电位差的机构，在薄膜形成中，向导电层44与基板21之间施加电位差。电位差的施加中，导电层与基板的一者可以为接地电位，也可以两者都为正或负的非接地电位，只要导电层与基板间存在电位差即可。

为了增大与基板21的接触面积，绝缘层43优选使用具有柔软性的树脂，具体而言能够使用硅橡胶、氟橡胶、天然橡胶、石油合成橡胶等。另外，导电层44能够使用SUS304等金属的环形带，此外还能够使用导电性涂料、导电性薄膜、金属箔等。在使用导电性涂料、导电性薄膜、金属箔等机械强度较低的材料时，优选根据需要，除了绝缘层、导电层之外，在导电层44的内侧设置用于保障环形带的强度的基材45。

静电吸附带与基板的电位差越大，静电吸附力越强，但绝缘层所使用的柔软性的树脂的耐电压性存在极限，所以实际上优选为1kV以上3kV以下，优选为2kV左右的电位差。

在基板21为电介质材料的情况下，没有必要设置绝缘层43，按照导电层44与基板21相接触的方式构成即可。在该情况下，在导电层44施加有电压，但也可以使导电层44构成2个电极并设置电位差，作为双极型的静电吸附体来使用。

更简便地，作为吸附部件的环形带3，也可以使用由具有粘着性的树脂材料形成的环形带。作为这样的树脂材料，例如能够使用硅橡胶等。另外也能够根据需要，在由具有粘着性的树脂材料形成的层的内侧具备用于确保强度的基材。由此能够不必特意使用电源等机构而仅以环形带吸附基板，所以能通过使设备简单化而更稳定地运行。

(实施方式5)

图13示意地表示在薄膜形成区域沿圆筒形桶弯曲地搬送基板、并具备吸附于基板的背面的环形带的成膜装置整体的结构的一例。

真空槽22由排气部件37保持减压。在真空槽22之中设置有：成膜源27、基板的卷出辊23、被冷却的圆筒形桶49、作为基板吸附部件的环形带3、基板的卷取辊26。环形带3如图14所示，例如设置在冷却桶49的两端，基板21的两端与环形带3接触而被支承。此时在基板背面与冷却桶49的表面之间存在间隙，在基板21的背面与作为冷却体的冷却桶49之间供给有气体，对基板21进行冷却。气体导入能够通过例如在冷却桶49的表面设置气体导入口、或使用多孔材质作为桶来实现。环形带3被设置在冷却桶49的两端，吸附基板21的宽度方向两端附近，由此抑制因冷却气体的导入造成基板21挠曲、从冷却桶49过度离开。此外，环形带3的位置并非仅限于此，可以吸附在基板背面的任意位置。例如，基板的变形在中部最明显，从该观点出发，在基板的宽度方向中央附近也设置并吸附环形带3能够提高冷却效果。环形带3能够通过例如在桶49的一部分设置硅橡胶等吸附材料等方法来实现。

另外，该情况下也能够通过在环形带3与成膜源27之间设置遮蔽板41来遮蔽飞溅粒子，因此能够不损伤环形带3的表面地使用。

如以上说明那样，实施方式1～5的成膜装置即使在冷却气体导入量增大，基板背面的压力提高的情况下，也能够抑制基板发生挠曲。于是，能够实现基板的均匀且充分的冷却。

以上表示了具备基板约束部件的本发明的实施方式的一部分的基板冷却结构的例子，但本发明不仅限于这些实施方式，也能够使用在薄膜形成区域中能够防止基板宽度方向的挠曲的其他的方法。

图4所示那样，通过在基板以倾斜的直线状移动的部分设置遮蔽板的开口部，能够进行倾斜入射的成膜，但也可以在基板水平移动的部分成膜。倾斜入射成膜能够以自阴影效应形成具有微小空间的薄膜，因此对例如高C/N磁带的形成、循环特性优秀的电池负极的形成等是有效的。

例如，使用铜箔作为基板，通过一边使硅从成膜源蒸发一边按照需要导入氧气，能够得到长条的电池用极板。

另外，使用聚对苯二甲酸乙二酯作为基板，通过一边使钴从蒸镀用坩埚蒸发一边导入氧气并进行成膜，能够得到长条的磁带。

以上作为具体的应用例，对使用硅的电池用极板、磁带等进行了叙述。但本发明并不局限于此，能够应用于电容器、各种传感器、太阳能电池、各种光学膜、防湿膜、导电膜等需要稳定成膜的种种器件。

产业上的可利用性

本发明的薄膜形成装置和薄膜的形成方法，能够缩小基板与冷却体间的间隔且使其均匀，因此能够有效地、均匀地利用气体冷却法实现基板冷却。

特别是在为了提高气体冷却的能力而增大导入气体量、提高基板与冷却体间压力的情况下，本发明的效果较为明显，能够实现兼顾高材料利用效率和高成膜率两方面的薄膜形成。

因此，在通过真空处理形成高容量电池活性物质层等情况下，能够减少基板的温度上升，其结果能够提高电池的可靠性等，不限于电池用途，作为用于薄膜形成的薄膜形成装置广为有用。

Claims (20)

1.一种在真空中、在长条的基板上形成薄膜的薄膜形成装置，其特征在于，包括：

搬送所述基板的搬送机构；

包含用于在所述基板的搬送中在所述基板表面上的薄膜形成区域中形成薄膜的成膜源的薄膜形成部件；

在所述薄膜形成区域，与搬送中的所述基板背面接近地配置的冷却体；

向所述冷却体与所述基板间导入气体的气体导入部件；

使所述基板移动、并在所述薄膜形成区域约束所述基板的宽度方向两端附近的基板约束部件；和

收容所述搬送机构、所述薄膜形成部件、所述冷却体、所述气体导入部件和所述基板约束部件的真空容器。

2.如权利要求1所述的薄膜形成装置，其特征在于：

在所述薄膜形成区域，所述基板被直线状地搬送，并且

所述基板约束部件是使所述基板移动、并在所述薄膜形成区域在所述基板的宽度方向上施加张力的宽度方向张力施加部件。

3.如权利要求2所述的薄膜形成装置，其特征在于：

所述宽度方向张力施加部件是沿所述基板进行回转的环形带。

4.如权利要求3所述的薄膜形成装置，其特征在于：

所述环形带在所述基板的宽度方向两端附近配置有多个。

5.如权利要求4所述的薄膜形成装置，其特征在于：

从所述基板的移动方向上游向移动方向下游去，所述多个环形带间的间隔增大。

6.如权利要求4所述的薄膜形成装置，其特征在于：

所述环形带配置在所述基板的表面和背面两面。

7.如权利要求2所述的薄膜形成装置，其特征在于：

所述宽度方向张力施加部件是依次夹紧所述基板的宽度方向两端的夹具机构。

8.如权利要求2所述的薄膜形成装置，其特征在于：

所述宽度方向张力施加部件是与上述基板的宽度方向两端附近接触的旋转滑动体。

9.如权利要求1所述的薄膜形成装置，其特征在于：

所述基板约束部件是在所述薄膜形成区域中，在所述基板的宽度方向的一部分的区域中吸附于所述基板的背面，与所述基板一起移动的环形带。

10.如权利要求9所述的薄膜形成装置，其特征在于：

所述环形带在所述基板的宽度方向两端附近配置有多个，所述气体被导入至所述基板的宽度方向被配置有多个的所述环形带划分而成的空间。

11.如权利要求9所述的薄膜形成装置，其特征在于：

所述薄膜形成区域形成在由多个辊支承、在所述多个辊之间直线状地被搬送的所述基板上，

在所述多个辊之间配置有所述环形带和所述冷却体。

12.如权利要求9所述的薄膜形成装置，其特征在于：

所述冷却体为圆筒形的桶，

所述薄膜形成区域形成在沿所述圆筒形的桶弯曲并被搬送的所述基板上。

13.如权利要求9所述的薄膜形成装置，其特征在于：

所述环形带通过静电吸附而吸附于所述基板的背面。

14.如权利要求9所述的薄膜形成装置，其特征在于：

还具有设置在所述环形带与所述成膜源之间的遮蔽部件。

15.一种在真空中、在长条的基板的表面形成薄膜的薄膜的形成方法，其特征在于，包含下述工序：

在薄膜形成区域中、接近搬送中的所述基板的背面配置冷却体，通过向所述冷却体与所述基板之间导入气体而冷却所述基板，并且在所述薄膜形成区域对移动中的所述基板的宽度方向两端附近进行约束、同时在所述基板的表面形成薄膜。

16.如权利要求15所述的薄膜的形成方法，其特征在于：

所述基板的宽度方向两端附近的约束，是通过在所述薄膜形成区域，在移动中的所述基板的宽度方向上施加张力来进行的。

17.如权利要求16所述的薄膜的形成方法，其特征在于：

所述基板的宽度方向上的所述张力施加，是通过使用配置在基板的宽度方向两端附近的多个环形带来进行的。

18.如权利要求16所述的薄膜的形成方法，其特征在于：

所述基板的宽度方向上的所述张力施加，是通过以夹具机构依次夹紧所述基板的宽度方向两端来进行的。

19.如权利要求16所述的薄膜的形成方法，其特征在于：

所述基板的宽度方向上的所述张力施加，是通过使旋转滑动体与所述基板的宽度方向两端附近接触来进行的。

20.如权利要求15所述的薄膜的形成方法，其特征在于：

所述基板的宽度方向两端附近的约束，是通过使在所述薄膜形成区域中，在所述基板的宽度方向的一部分的区域中吸附于所述基板的背面的环形带与所述基板一起移动来进行的。

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