CN103380231A - 基板输送辊、薄膜制造装置以及薄膜制造方法 - Google Patents

Abstract

基板输送辊6A构成为在真空中输送基板，具有第1壳体11、内块12以及轴10。第1壳体11具有用于支撑基板的圆筒形的外周面，能与基板同步地旋转。内块12配置在第1壳体11的内部，被禁止与基板同步地旋转。轴10贯通并且支撑内块12。在第1壳体11的内周面与内块12之间形成有间隙部15。在间隙部15，从内块12向第1壳体11的所述内周面导入气体。

Description

基板输送辊、薄膜制造装置以及薄膜制造方法

技术领域

本发明涉及基板输送辊、薄膜制造装置以及薄膜制造方法。

背景技术

在器件的高性能化、小型化中薄膜技术正在广泛地发展。此外，器件的薄膜化不仅限于用户的直接优点，而且从地球资源的保护、功耗的降低这样的环境方面来看也起到重要的作用。

在这样的薄膜技术的发展中，必需满足薄膜制造方法的高效率化、稳定化、高生产性化、低成本化这样的产业利用方面的要求，正不断努力满足这些要求。

为了提高薄膜的生产性，高堆积速度的成膜技术是必须的。在以真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、CVD法（化学气相沉积法）等为代表的薄膜制造中，堆积速度的高速化正在进展。此外，作为连续地大量形成薄膜的方法，使用卷取式的薄膜制造方法。卷取式的薄膜制造方法是将卷成卷状的长尺寸的基板从卷出辊卷出，在沿输送系统统输送期间，在基板上形成薄膜，而后将基板卷取于卷取辊的方法。例如，通过将使用电子束的真空蒸镀源等高堆积速度的成膜源和卷取式的薄膜制造方法组合，可生产性良好地形成薄膜。

作为决定这样的连续卷取式的薄膜制造是否成功的原因，存在成膜时的热负荷及基板的冷却的问题。例如，在真空蒸镀的情况下，来自成膜源的热辐射和蒸发原子所具有的热能被施加在基板上，基板的温度上升。在其他的成膜方式中，虽然热源不同，但是在成膜时也对基板施加热负荷。为了防止因这样的热负荷导致的基板的变形、熔断等，进行基板的冷却。冷却不一定限于成膜期间，也可在成膜区域以外的基板输送路径中进行。

作为在大气中使用辊来冷却浆料等的方式，在专利文献1中公开了一种冷却辊，其特征在于，在圆筒体的筒壁设置多个缝隙或孔，在该圆筒体内设置隔板，使该圆筒体相对于该隔板可滑动旋转，在用该隔板分隔出的一室设置有冷却气体喷出管。由此通过向浆料喷吹大量的冷却气体，能够从浆料直接带走热来进行冷却。

但是，在真空氛围下，使用由冷却气体直接带走热那样程度的大流量气体，就不能维持真空。例如，作为成膜中的基板的冷却方式，广泛使用在基板沿着配置于输送系统统的路径上的圆筒状罐的状态下进行成膜的方法。根据该方法，如果确保基板和圆筒状罐之间的热接触，则能够使热散逸至热容量大的冷却罐，因此能够防止基板的温度上升。此外，能够将基板的温度保持为特定的冷却温度。利用冷却罐进行的基板的冷却在成膜区域以外的基板输送路径中也有效。

作为确保基板和圆筒状罐之间的热接触的方法之一，有气体冷却方式。在专利文献2中公开了：在作为基板的晶片形成薄膜的装置中，向晶片和支撑机构之间的区域导入气体。由此，能够确保晶片和支撑机构之间的热传递，因此能够抑制晶片的温度上升。

进而，为了薄膜的工业上的稳定生产，需要设备状态的长时间稳定性。

现有技术文献

专利文献1：日本实开昭60-184424号公报

专利文献2：日本特开平1-152262号公报

专利文献3：日本特开2010-7142号公报

发明内容

发明要解决的问题

当持续长时间地进行卷取式的薄膜制造时，特别是在成膜后的基板输送系统中由于来自基板的热传导而逐渐蓄热。通常在输送系统中配置有利用基板的接触而被动旋转的许多自由辊（free roller，张力调节辊）。自由辊通常由中心轴和经由轴承与中心轴连接的辊壳构成。因为在真空中基板与辊之间的热传导小，所以经过辊的基板的冷却仅一点一点地进行。但是，因为辊持续进行基板输送，所以当进行长时间成膜时向自由辊的蓄热发展。因此在成膜后直到卷取辊为止的基板输送系统的温度上升，有时在输送路径或卷取辊中会在基板产生皱纹，或产生由于自由辊的膨胀导致的旋转不良。

另一方面，在将输送辊作为循环冷媒的冷却辊的情况下，因为需要驱动冷却辊，所以行走系统的张力控制变得复杂。在专利文献3中公开了一种冷却辊，其具备在冷却辊的外周方向上旋转的中空圆筒状的旋转体（辊本体）、安装于旋转体以将该中空圆筒状的旋转体的长度方向的两端的开口分别堵住的圆板状的盖状部件、旋转体的旋转中心轴、和配置于旋转体的中空部并与旋转体保持非接触状态的冷却筒。旋转中心轴贯通盖状部件的中心部并贯通旋转体的中空部。旋转中心轴经由轴承安装于盖状部件。虽然旋转中心轴被固定而不能旋转，但因为旋转体构成为进行从动旋转，所以能够构成可冷却的自由辊。

为了薄膜的工业上的稳定生产，需要在高真空下的宽度大且高速的成膜和设备状态的长时间稳定性。由气体导入实现的自由辊的热的稳定化，需要通过尽可能少地向真空槽内流出气体这样的辊构造和导入气体量的调节来进行。

本发明的目的在于，解决所述以往的问题，以少的气体导入量将基板输送系统中的自由辊的温度上升抑制得小，提高长时间成膜时的设备的稳定性。

用于解决问题的手段

即，本申请提供一种基板输送辊，在真空中输送基板，具有：

圆筒状的第1壳体，其具有用于支撑所述基板的圆筒形的外周面，能与所述基板同步地旋转；

内块，其配置在所述第1壳体的内部，被禁止与所述基板同步地旋转；和

轴，其贯通并且支撑所述内块，

在所述第1壳体的内周面与所述内块之间形成有间隙部，

在所述间隙部，从所述内块向所述第1壳体的所述内周面导入气体。

发明的效果

根据上述基板输送辊，因为气体被导入第1壳体的内周面与内块的间隙，所以能够使伴随成膜时间经过的第1壳体的蓄热散逸至内块。因此，能够防止伴随成膜时间经过的第1壳体的蓄热以及温度上升。另外，通过经由内块向第1壳体的内周面导入气体，能够将导入气体没有浪费地作用于第1壳体的冷却。

附图说明

图1A是表示本发明的实施方式的一例的基板输送辊的截面示意图；

图1B是图1A所示的基板输送辊的垂直于轴向的截面示意图；

图1C是表示止漏构造的具体例的示意图；

图2A是表示本发明的实施方式的另一例的基板输送辊的截面示意图；

图2B是图2A所示的基板输送辊的垂直于轴向的截面示意图；

图3A是表示本发明的实施方式的另一例的基板输送辊的截面示意图；

图3B是图3A所示的基板输送辊的垂直于轴向的截面示意图；

图4A是表示本发明的实施方式的另一例的基板输送辊的截面示意图；

图4B是图4A所示的基板输送辊的垂直于轴向的截面示意图；

图5A是表示本发明的实施方式的另一例的基板输送辊的截面示意图；

图5B是图5A所示的基板输送辊的垂直于轴向的截面示意图；

图6A是表示本发明的实施方式的另一例的基板输送辊的截面示意图；

图6B是图6A所示的基板输送辊的垂直于轴向的截面示意图；

图7A是表示本发明的实施方式的另一例的基板输送辊的截面示意图；

图7B是图6A所示的基板输送辊的垂直于轴向的截面示意图；

图8是表示本发明的薄膜制造装置的一例的示意图；

图9是表示本发明的薄膜制造装置的另一例的示意图。

具体实施方式

第1技术方案提供一种基板输送辊，在真空中输送基板，具有：

圆筒状的第1壳体，其具有用于支撑所述基板的圆筒形的外周面，能与所述基板同步地旋转；

内块，其配置在所述第1壳体的内部，被禁止与所述基板同步地旋转；

轴，其贯通并且支撑所述内块；

间隙部，其形成在所述第1壳体的内周面与所述内块之间；以及

气体路径，其在所述间隙部从所述内块向所述第1壳体的所述内周面导入气体。

第2技术方案提供一种基板输送辊，在第1技术方案的基础上，所述间隙部的压力可以比所述第1壳体的外侧的压力高。如此，能够有效地冷却第1壳体。

第3技术方案提供一种基板输送辊，在第1或第2技术方案的基础上，从所述内块向所述第1壳体的所述内周面的向所述间隙部导入所述气体的导入位置，可以以所述第1壳体的宽度方向的中央部为中心而配置。即，用于向间隙部导入气体的气体路径，可以在第1壳体的宽度方向上形成在包含第1壳体的中央部的范围内。另外，可以将气体流路形成为使第1壳体的宽度方向的中央部相对较强地被冷却，使第1壳体的宽度方向的端部相对较弱地被冷却。根据该结构，在宽度方向上，第1壳体能被均匀冷却。

第4技术方案提供一种基板输送辊，在第1～第3的任一技术方案的基础上，从所述内块向所述第1壳体的所述内周面的向所述间隙部的所述气体的导入，可以通过配置于所述轴或所述内块的多个孔来进行。即，可以在内块形成作为气体路径的多个孔。能够经过多个孔向间隙部导入所述气体。

第5技术方案提供一种基板输送辊，在第1～第3的任一技术方案的基础上，从所述内块向所述第1壳体的所述内周面的向所述间隙部的所述气体的导入，可以经由设置于所述内块的歧管来进行。即，气体路径可以包含设置在内块的歧管。因为能够经由歧管向间隙部导入气体，所以能够均匀且高效地冷却第1壳体。

第6技术方案提供一种基板输送辊，在第5技术方案的基础上，所述歧管可以是在内块的宽度方向上排列的多个歧管。由此调整基板的宽度方向上的间隙部的压力分布，能够使气体冷却的强度变化。

第7技术方案提供一种在第6技术方案的基础上还可以具有以下构造的基板输送辊。所述内块可以具有在所述基板的宽度方向上排列并与所述多个歧管对应的多个分割块。所述第1壳体可以具有与所述分割块对应的多个分割第1壳体。如此，能够通过分割块和/或分割壳体的重组而简单地获得与所希望的冷却条件相应的自冷却气体辊的结构。

第8技术方案提供一种基板输送辊，在第7技术方案的基础上，还可以具有用于将所述分割第1壳体分别经由轴承与所述内块或所述轴连接的机构。因为能够以短跨度（short span）牢固地支撑第1壳体，所以能够防止第1壳体与内块的接触。

第9技术方案提供一种在第1～第8的任一技术方案的基础上还可以具有第2壳体、第1连接机构以及第2连接机构的基板输送辊。所述第2壳体可以在所述第1壳体与所述内块之间与所述第1壳体隔着空隙部而配置，具有从所述内块向所述第1壳体的所述内周面引导所述气体的多个导通孔。第1连接机构可以经由轴承连接所述第2壳体和所述轴，或可以经由轴承连接所述第2壳体和所述内块。第2连接机构可以经由轴承连接所述第1壳体和所述第2壳体。根据该结构，使用带和/或链等驱动旋转第2壳体，即使在高速输送中也能够防止由于第1壳体而在基板产生擦伤。

第10技术方案提供一种在第8技术方案的基础上还可以具有以下构造的基板输送辊。所述内块可以具有在所述基板的宽度方向上排列并与所述多个歧管对应地分割开的多个分割块。所述第2壳体可以具有与所述分割块对应的多个第2分割壳体。根据该结构，即使在宽度大的自冷却气体辊中也能够容易地维持特别是内面研磨的加工精度。

第11技术方案提供一种基板输送辊，在第1～第10的任一技术方案的基础上，所述气体可以仅从所述第1壳体的端部排出

第12技术方案提供一种基板输送辊，在第1～第11的任一技术方案的基础上，在所述第1壳体的周围可以没有贯通孔。根据第11以及第12技术方案，能够将气体高效地用于冷却。

第13技术方案提供一种基板输送辊，在第1～第12的任一技术方案的基础上，所述内块可以为具有与所述第1壳体相同的中心轴的圆柱或圆筒状。根据该结构，容易使第1壳体的半径方向上的间隙部的宽度保持恒定。

第14技术方案提供一种基板输送辊，在第1～第13的任一技术方案的基础上，所述第1壳体与所述内块的最接近部的所述间隙部的宽度可以为0.05～1mm。

第15技术方案提供一种基板输送辊，在第1～第14的任一技术方案的基础上，所述间隙部的压力可以为10～1000Pa。根据第14以及第15的技术方案，能够提高第1壳体11与内块12之间的导热率。

第16技术方案提供一种基板输送辊，在第1～第15的任一技术方案的基础上，还可以具有用于减少气体流出的止漏构造，该止漏构造配置在与从所述内块向所述第1壳体的所述内周面的向所述间隙部导入所述气体的导入位置相比更靠所述第1壳体的宽度方向的两端的位置。即，可以在从气体路径的位置向第1壳体的宽度方向的两端的位置设置止漏构造。根据本结构，能够将气体高效地用于冷却。

第17技术方案提供一种基板输送辊，在第1～第16的任一技术方案的基础上，所述轴或所述内块可以具有流通冷却液的流路。根据该结构，能够更有效地冷却第1壳体。

第18技术方案提供一种基板输送辊，在第1技术方案的基础上，所述第1壳体可以经由轴承与所述轴或所述内块连接。根据该结构，第1壳体11能够顺畅地旋转。

第19技术方案提供一种基板输送辊，在第1～第18的任一技术方案的基础上，配置在真空中并导入了所述气体时的所述间隙部的平均压力可以比大气压低。通过将间隙部的平均压力设定为这样的压力，减少从第1壳体漏出的冷却气体的量，能够不使真空装置的真空度大幅恶化而提高第1壳体与内块之间的导热率。

另外，本申请提供一种薄膜制造装置，具备：

包含第1～第19技术方案的任一基板输送辊的辊输送系统；

设置于所述辊输送系统的输送路径上的开口部；

用于通过所述开口部将材料提供给所述基板的成膜源；和

收容所述辊输送系统和所述成膜源的真空槽。

根据上述的公开，能够紧凑地实现能抑制使用自冷却型自由辊时的真空度的恶化，并能持续长时间保持自由辊的热稳定性的装置。即，能够提供一种持续长时间热稳定的薄膜制造装置。

另外，本申请提供一种薄膜制造方法，包括：

在真空中从辊输送系统的卷出位置向卷取位置输送所述基板的工序；和

从成膜源向设置于所述辊输送系统的输送路径上的开口部蒸发材料以使材料被提供该所述基板的工序，

所述辊输送系统包含第1～第19技术方案的任一基板输送辊。

根据上述的公开，能够持续长时间保持自由辊的热稳定性。因此，能够持续长时间稳定地实施卷取式的薄膜制造。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。将基板输送辊的构造的一例示出在实施方式1～6中。以下，将基板输送辊称为自冷却气体辊。

（实施方式1）

以下，参照图1A以及图1B对本发明的实施方式1进行说明。将本实施方式涉及的自冷却气体辊示意性示出在图1A以及图1B中。

如图1A以及图1B所示，自冷却气体辊6A具有与基板同步地旋转的第1壳体11、不与基板同步地旋转的内块12、和支撑内块12的轴10。第1壳体11具有用于支撑基板的圆筒形的外周面11p。内块12配置在第1壳体11的内部。内块整体上具有圆柱或圆筒的形状。轴10贯通内块12并支撑内块12。轴10及内块12的中心轴O与第1壳体11的中心轴O（旋转轴）一致。

第1壳体11经由轴承18与轴10连接，与基板同步地旋转。内块12配置在中空圆柱的第1壳体11的中空部分。但是，第1壳体11也可以经由轴承18与内块12连接。

在第1壳体11与内块12之间，形成有导入气体的歧管14和设定在歧管14以外的间隙部15。

歧管14是将内块12的一部分去掉而形成的，与内块12的第1气体流路7或支撑内块12的轴10的第1气体流路7连接。

通过这样的结构，能够从轴10内的第1气体流路7经由设置于内块12的歧管14向间隙部15导入气体，因此能够均匀且高效地冷却第1壳体11。

更具体而言，在利用自冷却气体辊6A输送承受了热负荷的基板时，第1壳体11一边在接触角（抱き角，holding angle，抱持角）的范围内从基板多少受热，一边能通过内块12进行气体冷却。另外，在接触角的范围外，第1壳体11能不从基板受热地通过内块12进行气体冷却。“接触角”是第1壳体11与基板接触的接触部分的角度。

如此伴随第1壳体11的旋转，第1壳体11一边断续地反复从基板受热，一边通过气体冷却向内块12放热，因此与不具有自冷却功能的通常的输送辊相比能够持续长时间地发挥稳定的冷却动作。

此外，歧管14优选以第1壳体11的宽度方向的中央部为中心而配置。通过如此配置，能够使宽度方向的冷却均匀。具体而言，可以在内块12形成歧管14以使第1壳体11的宽度方向的中央部相对较强地被冷却，使第1壳体11的宽度方向的端部相对较弱地被冷却。此外，第1壳体11的宽度方向意味着与第1壳体11的旋转轴O（轴10的中心轴）平行的方向。第1壳体11的宽度方向与基板的宽度方向一致。

进而，在自冷却气体辊6A中，以更有效地进行第1壳体11的冷却的目的，在轴10设置用于防止温度上升的冷却水的水流路46。冷却手段不限定于水，也可以使用液状或气体状的各种冷媒。水流路46也可以形成于内块12。也就是说，轴10以及/或者内块12可以具有流通冷却液的流路。

此外，第1壳体11的直径例如为40～1000mm。第1壳体11越大就越容易获得冷却能力，但若过大则真空槽中自冷却气体辊6A占有的体积变大，导致薄膜制造装置大型化，设备成本增大。另外，因为直径越大，热膨胀引起的变形的绝对值就越大，所以在第1壳体11的轴向长度长的情况下，难以维持第1壳体11与内块12的间隙的精度。另一方面，若第1壳体11的直径小，则难以确保第1壳体11的内面的研磨加工精度。

此外，第1壳体11的轴向长度，为了稳定行走而优选比基板的宽度长，与基板的宽度相应地例如为100～800mm。另外，输送基板的区域内的第1壳体11的厚度例如为2～15mm。若厚度薄，则容易因基板的张力导致第1壳体11变形，若第1壳体11厚，则自冷却气体辊6A的旋转笨重。这些范围只是例示，自冷却气体辊6A也可以具有所例示的范围外的尺寸。

此外，第1壳体11与内块12的最接近部的间隙优选为0.05～1mm。通过设定为这样的间隙，能够提高第1壳体11与内块12之间的导热率。换言之，在第1壳体11与内块12的最接近部，间隙部15的宽度可以被调节在0.05～1mm的范围内。间隙部15的宽度能由第1壳体11的内周面与内块12的外周面的距离来定义。

此外，优选在与从内块12向第1壳体11的内周面的向间隙部15导入气体的导入位置相比更靠第1壳体11的宽度方向的两端的位置，设置用于减少气体流出的止漏构造。如图1C所示，作为止漏构造，例如考虑以使气体的流出方向与第1壳体11的宽度方向的端部的间隙部15相对的方式设置铝块或障碍板13。根据本结构，能够将气体高效地用于冷却。间隙部15中的第1壳体11与内块12的空隙，被设定得比歧管14小，例如为50～1000μm。若空隙过大则经由间隙部15的热传导降低，难以获得冷却效果。若空隙过小，则由于加工精度和/或因热膨胀导致的变形等使第1壳体11与内块12接触，发生旋转异常或自冷却气体辊6A损伤的危险高。

此外，在向间隙部15导入了气体时，间隙部15的压力例如比第1壳体11的外侧（真空槽的内部）的压力高。即，导入了气体时的间隙部15的平均压力被设定得比真空槽中的平均压力高且比大气压低。间隙部15的压力（平均压力）例如优选为10～1000Pa。通过设定成这样的压力，从第1壳体11的两端漏出的冷却气体的量减少，能够不使真空装置的真空度大幅恶化而提高第1壳体11与内块12之间的导热率。另外，由于漏出的冷却气体的量减少，使得排气泵的负荷减小。

间隙部15的压力理论上能够通过间隙部15的传导率（conductance）来计算。通过在间隙部15的多个位置进行计算，对所得到的值进行平均，能够算出平均压力。为了获知间隙部15的实际压力，能够进行以下的操作。制造具有与自冷却气体辊6A相同构造但却不能旋转的压力测定用辊，将真空计安装于该压力测定用辊的间隙部。将压力测定用辊放置在自冷却气体辊6A的实际使用条件下，向压力测定用辊供给冷却气体，读取真空计的值。由此，能够获知间隙部15的实际压力。

此外，轴10和内块12可以为一体构造。由此从轴10的第1气体流路7导入歧管14的冷却气体，经由歧管14被供给到由内块12和第1壳体11的内周面构成的间隙部15。第1气体流路7也可以形成在与内块12相当的部分。

此外，第1壳体11在周围没有贯通孔。即，在第1壳体11的基板输送面11p（圆筒状的外周面11p）不设孔。气体仅从第1壳体11的端部排出到第1壳体11的外侧。在本实施方式中，仅经过在与第1壳体11的旋转轴O平行的方向上配置在第1壳体11的两端部的轴承18（例如，球轴承），从第1壳体11的内部向第1壳体11的外部排出气体。如此能够将气体高效地用于冷却。

通过以上所述的自冷却气体辊6A的构造，第1壳体11随着旋转而与歧管14和间隙部15相对地移动。因为与间隙部15相对时的气体冷却的导热系数远远大于与歧管14相对时的气体冷却的导热系数，所以第1壳体11主要在与间隙部15相对时被冷却。因此，在根据冷却强度分布使冷却能力优先的情况下，在分布和加工容易性上没有问题的话，歧管14也可以省略。

此外，在本实施方式中，在内块12形成了歧管14，但将歧管14形成在内块12的外表面并不是必须的。例如，如图2A以及图2B所示的自冷却气体辊6B所示，通过形成轴10与内块12构成的空间（歧管14），在内块12的最外周形成成为气体路径的1个或多个孔12h，使与歧管14连接的气体导入口10h与孔12h连通，由此也能够从内块12向第1壳体11的内周面导入气体。从气体导入口10h至歧管14的气体路径，可以是在沿轴10的配管上呈横笛状排列孔而成的构造，也可以是将气体配管查刺到歧管14的中央部附近的构造。

（向薄膜制造装置的适用）

另外，本实施方式的自冷却气体辊6A能够适用于薄膜制造装置。薄膜制造装置具有包含上述的自冷却气体辊6A的辊输送系统、设置在输送系统的输送路径上的开口部、用于通过开口部将材料提供给基板的成膜源、和收容辊输送系统和成膜源的真空槽。真空槽能够通过排气泵进行减压。由于能够通过本结构有效地利用气体冷却中的冷却气体，所以能够防止冷却时的真空度的恶化。

因此，能够防止辊的温度上升，能够在高真空下获得高质量的薄膜。以下对本实施方式的薄膜制造装置进行说明。

将薄膜制造装置20A整体的结构的一例示意性地示出在图8中。真空槽22是具有内部空间的耐压性的容器状部件，在其内部空间收容有卷芯辊23、多个输送辊24、卷芯辊26、罐27、自冷却气体辊6A、成膜源19、挡板29以及原料气体导入管30。卷芯辊23是可绕轴心自由旋转地设置的辊状部件，在其表面卷有带状长尺寸的基板21，向最接近的输送辊24供给基板21。

由卷芯辊23（卷出位置）、多个输送辊24、卷芯辊26（卷取位置）、罐27以及多个自冷却气体辊6A构成辊输送系统50A。辊输送系统50A可以仅具有1个自冷却气体辊6A。可以取代自冷却气体辊6A而使用参照图2A以及图2B说明的自冷却气体辊6B。也可以取代自冷却气体辊6A而使用后述的其他实施方式涉及的自冷却气体辊。辊输送系统50A也可以包括具有互不相同的构造的多种自冷却气体辊。

排气机构37设置在真空槽22的外部，使真空槽22的内部达到适于薄膜形成的减压状态。排气机构37例如由油扩散泵、低温泵、涡轮分子泵等真空泵为主泵的各种真空排气系统构成。

基板21可使用以铝箔、铜箔、镍箔、钛箔、不锈钢箔为代表的各种金属箔、以聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚酰亚胺为代表的各种高分子膜、高分子膜与金属箔的复合体、其他的不限定于上述材料的长尺寸基板。基板21的宽度例如为50～1000mm，基板21的优选厚度例如为3～150μm。基板21的宽度小于50mm时生产效率低，但也不是不能应用本实施方式的自冷却气体辊6A。基板21的厚度小于3μm时基板21的热容量极小，因而容易发生热变形，但都不表示不能应用本实施方式的自冷却气体辊6A。基板21的输送速度根据制作的薄膜的种类和/或成膜条件而不同，例如为0.1～500m/分。在输送中的基板21的行走方向上施加的张力，根据基板21的材质、基板21的厚度、成膜速度等工艺条件来适当选择。

输送辊24是可绕轴心自由旋转地设置的辊状部件，将从卷芯辊23供给的基板21引导到成膜区域，最终引导到卷芯辊26。当基板21沿罐27在设置于成膜区域的开口部31行走时，从成膜源19飞来的材料粒子根据需要与从原料气体导入管30导入的原料气体反应并堆积，在基板21的表面形成薄膜。卷芯辊26是可通过未图示的驱动机构驱动旋转地设置的辊状部件，将形成有薄膜的基板21卷取保存。

成膜源19可使用各种成膜源。例如可使用利了电阻加热、感应加热、电子束加热等的成膜源、离子镀源、溅射源、CVD源等。此外，成膜源19可以组合使用离子源、等离子源。例如，成膜源19设置在开口部31的最下部的铅垂方向的下方，是铅垂方向的上部开口的容器状部件。蒸发用坩埚19是成膜源的具体的一例。在蒸发用坩埚19的内部载置材料。在成膜源19的附近设置电子枪等加热机构，通过来自该电子枪的电子束等将蒸发用坩埚19内部的材料加热而蒸发。材料的蒸汽向铅垂方向的上方移动，经由开口部31附着在基板21的表面而形成薄膜。

挡板29将从蒸发用坩埚19飞来的材料粒子与基板21接触的区域仅限制在开口部31。

本实施方式的薄膜制造装置20A还可设置导入反应成膜用的成膜气体的机构。作为该成膜气体导入机构，例如是图8的成膜反应用气体导入管30。成膜反应用气体导入管30例如是一端配置在蒸发用坩埚19的铅垂方向的上方而另一端与在真空槽22的外部设置的未图示的成膜反应用气体供给机构连接的管状部件，向材料的蒸汽供给例如氧气、氮气等。由此，在基板21的表面形成以从成膜源19飞来的材料的氧化物、氮化物或氮氧化物为主成分的薄膜。成膜反应用气体供给机构有储气瓶、气体产生装置等。

在开口部31接受从成膜源19飞来的蒸汽以及根据需要接受氧、氮等的供给，形成有薄膜的基板21经由自冷却气体辊6A、输送辊24被卷取到卷芯辊26。

本实施方式的薄膜制造方法包括输送基板21的工序和使材料从成膜源19蒸发的工序。详细而言，基板21被从辊输送系统50A的卷芯辊23向卷芯辊26输送。从成膜源19向设置在辊输送系统50A的输送路径上的开口部31蒸发材料以使材料被通过给基板21。

在从一方的卷芯辊到另一方的卷芯辊的基板输送路径的途中，以替换了输送辊24的形式设置自冷却气体辊6A，防止了由高温的基板21导致的辊的温度上升。将哪个输送辊设为自冷却气体辊6A，根据工艺规格等来适当决定。例如，刚成膜后的输送辊和/或接触角大的输送辊是选择基准之一。自冷却气体辊6A可以有多个，也可以将全部输送辊都设为自冷却气体辊6A。

第1壳体11与内块12之间的导热系数的提高，能够使用热电偶等测定自冷却气体辊6A的表面和内块12的温度、经过自冷却气体辊6A前后的基板温度，根据因有无气体导入所产生的各热电偶的温度变化来算出。气体冷却的导热系数也取决于辊的构成材料的种类，例如为0.003W/cm²/K。另外，通过在成膜位置的宽度方向的中心部流过比端部更多的气体，能够强化成膜宽度的中心位置的辊冷却，能够抑制辊产生扭曲以及基板产生扭曲。

如上所述，根据薄膜制造装置20A，从卷芯辊23送出的基板21经由也包含了对自冷却气体辊6A的替换的输送辊24而行走，卷取于卷芯辊26。在从卷芯辊23向卷芯辊26的途中，在开口部31接受从成膜源19飞来的蒸汽并根据需要接受氧、氮等的供给而在基板21上形成薄膜，通过这些动作，薄膜制造装置20A能够进行抑制了自冷却气体辊6A的温度上升的卷取成膜。

导入自冷却气体辊6A的冷却气体，对使用氩气和氦气的情况进行了描述但并不限定于此，也可以将氖气、氙气、氪气等惰性气体和/或氧气、氢气用作冷却气体。

如图9所示，薄膜制造装置20B具有包括多个成膜源19、多个开口部31以及多个罐27的辊输送系统50B。根据辊输送系统50B，能够在基板21的两面形成薄膜。

虽然作为用于实施发明的方式使用附图进行了具体描述，但本发明并不限定于此，也包含如下的其他自冷却气体辊以及使用该自冷却气体辊的薄膜制造装置，所述其他自冷却气体辊具有与基板21同步地旋转的圆筒状的第1壳体11、不与基板21同步地旋转的内块12、和贯通内块12的轴，第1壳体11的内周面和内块12隔着间隙相对旋转，在间隙经由内块12向第1壳体11的内周面导入气体，在间隙形成压力空间的。

另外，作为具体的适用例，例如当然也可以适用于以电化学电容器用极板、透明电极膜、电容器、锂离子二次电池用负极、装饰膜、太阳能电池、磁带、气体阻挡膜、各种传感器、各种光学膜、硬质保护膜等为代表的要求高速稳定膜的各种用途，可以应用于进行各种器件的形成的薄膜制造装置。

（实施方式2）

接着，参照图3A、图3B、图4A以及图4B说明第2实施方式。对与先前的实施方式中说明的部件相同的部件标注相同的附图标记，省略其说明。

在本实施方式中，如图3A、图3B、图4A以及图4B所示，歧管由多个歧管14形成。如此，若形成多个歧管14，则能够独立地设定各自的气体流路（歧管14）的传导率。多个歧管14在内块12的宽度方向上排列。

如此对基板的宽度方向上的间隙部15的压力分布进行调整，能够使气体冷却的强度变化。

例如，在使用了真空工艺的薄膜的形成中，基板的宽度方向的中央部受到的热负荷比基板的宽度方向的端部受到的热负荷大的情况多。这是因为：即使薄膜的厚度均等，在基板的宽度方向的中央部附近，因辐射热引起的热负荷也比基板的宽度方向的端部大。在该情况下，可进行配置在第1壳体11内的多个歧管14的传导率设计，以使从冷却气体辊6C（或6D）的歧管14向间隙部15导入的冷却用气体的导入量在基板的宽度方向的中央部多。其结果，能够提供与基板受到的热负荷相应的冷却强度的变化，由此能够减小第1壳体11的宽度方向的温度分布，减轻自冷却气体辊6C（或6D）的热扭曲、基板的热扭曲等。

另外，如图3A、图3B、图4A以及图4B所示，也可以准备多个气体导入口（用于向自冷却气体辊供给气体的入口）的系统，使与各气体导入口的系统连接的气体流路（第1气体流路7及第2气体流路8）与不同的歧管连通。即，自冷却气体辊6C（或6D）具有第1气体流路7及第2气体流路8。第1气体流路7是以能够从第1壳体11的外部向至少1个歧管14供给气体的方式形成在轴10的内部的流路。第2气体流路8是以能够从第1壳体11的外部向至少1个歧管14供给气体的方式形成在轴10的内部的流路。

另外，也可以改变通过第1气体流路7和第2气体流路8导入的气体种类。例如，在基板的宽度方向的中央部热负荷强的情况下，第1壳体11的宽度方向的中央部最容易蓄热。在这样的情况下，例如在到第1壳体11的两端的第1气体流路7使用氩气、在到第1壳体11的中央的第2气体流路8使用容易获得冷却能力但价格高的氦气，由此能够重点冷却自冷却气体辊6C（或6D）的宽度方向的中央部附近。

通过以上那样的自冷却气体辊6C及6D的构造，第1壳体11随着旋转而与歧管14、间隙部15相对地移动。

因为与间隙部15相对时的气体冷却的导热系数远大于与歧管14相对时的气体冷却的导热系数，所以第1壳体11主要在与间隙部15相对时被冷却。因此，在根据冷却强度分布使冷却能力优先的情况下，例如，如图4A以及图4B所示，在分布和加工容易性上没有问题的话，歧管14可以不具有扇的形状。也就是说，歧管14可以是以从轴10向半径方向的外侧延伸的方式形成在内块12的具有一定的直径的长孔。

另外，根据在基板的宽度方向上形成有多个歧管14的本实施方式的结构，能够实现在基板的宽度方向上最佳的冷却条件。因此，即使减少冷却气体的导入量也能够重点构成第1壳体11与内块12之间的气压高的部位。另外，因为本实施方式的自冷却气体辊6C及6D能够紧凑地实现冷却功能，所以能够抑制设备的大型化、高成本化。

此外，能够与实施方式1同样地适用于薄膜制造装置。

（实施方式3）

接着，参照图5A及图5B说明第3实施方式。对与其他的实施方式中说明的部件相同的部件标注相同的附图标记，省略其说明。

如图5A及图5B所示，在自冷却气体辊6E中，内块12由在基板的宽度方向上排列的按歧管14分割开的多个分割块16构成。多个分割块16分别与多个歧管14对应。

进而，第1壳体11由与分割块16对应的多个分割壳体17构成。

通过将内块12和第1壳体11分割成多个，能够通过分割块16和/或分割壳体17的重组而简单地得到与所希望的冷却条件相应的自冷却气体辊的结构。另外，在宽度大的自冷却气体辊中也能够容易地维持特别是内面研磨的加工精度。

进而，通过将多个分割第1壳体11经由轴承18分别与内块12或支撑内块12的轴10连接，能够以短跨度牢固地支撑第1壳体11，因此能够防止第1壳体11与内块12的接触。也就是说，自冷却气体辊6E可以具有将分割第1壳体11与轴10连接的机构，也可以具有将分割第1壳体11与内块12连接的机构。这样的机构代表性地是包含轴承18、旋转衬套等的机构。这样的机构也可以是轴承18本身。

例如，在使用了真空工艺的薄膜的形成中，基板的宽度方向的中央部受到的热负荷比基板的宽度方向的端部受到的热负荷大的情况多。这是因为：即使薄膜的厚度均等，因辐射热而引起的热负荷也会在基板的宽度方向中央部附近比基板的宽度方向的端部大。

在这样的情况下，可进行配置在第1壳体11内的多个歧管14的传导率设计，以使从自冷却气体辊6E的歧管14向间隙部15导入的冷却用气体的导入量在基板的宽度方向的中央部多。其结果，能够提供与基板受到的热负荷相应的冷却强度的变化，由此能够减小第1壳体11的宽度方向的温度分布，减轻自冷却气体辊6E的热扭曲、基板的热扭曲等。

根据以上所述的自冷却气体辊6E的构造，第1壳体11随着旋转而与歧管14和间隙部15相对地移动。

因为与间隙部15相对时的气体冷却的导热系数远大于与歧管14相对时的气体冷却的导热系数，所以第1壳体11主要在与间隙部15相对时被冷却。因此，在根据冷却强度分布使冷却能力优先的情况下，若在分布和加工容易性上没有问题的话，歧管14也可以省略。

另外，通过在基板的宽度方向上形成有多个歧管14的本实施方式的结构，能够实现在基板的宽度方向上最佳的冷却条件。因此，即使减少冷却气体的导入量也能够重点构成第1壳体11与内块12之间的气压高的部位。另外，因为本实施方式的自冷却气体辊6E能够紧凑地实现冷却功能，所以能够抑制设备的大型化、高成本化。

此外，能够与实施方式1同样地适用于薄膜制造装置。

（实施方式4）

接着，参照图6A及图6B说明第4实施方式。对与其他的实施方式中说明的部件相同的部件标注相同的附图标记，省略其说明。

如图6A及图6B所示，在本实施方式的辊6F中，在第1壳体11与内块12之间与第1壳体11及内块12隔着空隙部而配置第2壳体4。在第2壳体4形成有从内块12的歧管14向第1壳体11的内周面引导冷却气体的多个导通孔3。导通孔3的数量没有限定为多个。也可以在第2壳体4仅形成1个导通孔3。

根据以上的自冷却气体辊6F的构造，第1壳体11随着旋转而隔着第2壳体4与歧管14和间隙部15相对地移动。

因为与间隙部15相对时的气体冷却的导热系数远大于与歧管14相对时的气体冷却的导热系数，所以第2壳体4主要在与间隙部15相对时被冷却。因此，在根据冷却强度分布使冷却能力优先的情况下，若在分布和加工容易性上没有问题的话，歧管14也可以省略。

此外，能够与实施方式1同样地适用于薄膜制造装置。

（实施方式5）

接着，参照图7A及图7B说明第5实施方式。对与其他的实施方式中说明的部件相同的部件标注相同的附图标记，省略其说明。

如图7A及图7B所示，在第1壳体11与内块12之间与第1壳体11及内块12隔着空隙部而配置第2壳体4。在第2壳体4形成有从内块12的歧管14向第1壳体11的内周面引导冷却气体的多个导通孔3。

另外，内块12由在基板的宽度方向上排列的按歧管14分割开的多个分割块16构成。

通过将第2壳体4由与形成内块12的分割块对应的多个第2分割壳体5来形成，在宽度大的自冷却气体辊中也能够容易地维持特别是内面研磨的加工精度。另外，可以经由轴承18将第2壳体4可旋转地与内块12或固定内块12轴连接，进而经由轴承18将第1壳体11与第2壳体4可旋转地连接。由此，使用带和/或链等驱动旋转第2壳体4，即使在高速输送中也能够防止由于第1壳体11而在基板产生擦伤。也就是说，自冷却气体辊6G可以具有经由轴承18连接第2壳体4与轴10或第2壳体10与内块12的第1连接机构、和经由轴承18连接第1壳体11与第2壳体10的第2连接机构。这也适用于参照图6A及图6B说明的自冷却气体辊6F。第1连接机构及第2连接机构的具体例子与实施方式3中说明的机构相同。

通过将内块12和/或第2壳体4分割成多个，能够通过分割块16和/或分割壳体17的重组而简单地获得与所希望的冷却条件相应的自冷却气体辊的结构。另外，在宽度大的自冷却气体辊中也能够容易地维持特别是内面研磨的加工精度。

进而，通过将多个分割壳体经由轴承18分别与内块12或支撑内块12的轴10连接，能够以短跨度牢固地支撑第2壳体4，因此能够防止第2壳体4与内块12的接触。

另外，准备多个气体导入口（用于向自冷却气体辊供给气体的入口）的系统，使与各气体导入口的系统连接的气体流路（第1气体流路7及第2气体流路8）与不同的歧管连通。另外，也可以改变通过第1气体流路7和第2气体流路8导入的气体种类。例如，在基板的宽度方向的中央部热负荷强的情况下，第1壳体11的宽度方向的中央部最容易蓄热。在这样的情况下，例如在到第1壳体11的两端的第1气体流路7使用氩气、在到第1壳体11的中央的第2气体流路8使用容易获得冷却能力但价格高的氦气，由此能够重点冷却自冷却气体辊6G的宽度方向的中央部附近。

例如，在使用了真空工艺的薄膜的形成中，基板的宽度方向的中央部受到的热负荷比基板的宽度方向的端部受到的热负荷大的情况多。这是因为：即使薄膜的厚度均等，在基板的宽度方向的中央部附近，因辐射热引起的热负荷也比基板的宽度方向的端部大。在该情况下，可进行配置在第1壳体11内的多个歧管14的传导率设计，以使从冷却气体辊6G的歧管14向间隙部15导入的冷却用气体的导入量在基板的宽度方向的中央部多。其结果，能够提供与基板受到的热负荷相应的冷却强度的变化，由此能够减小第1壳体11的宽度方向的温度分布，减轻自冷却气体辊6G的热扭曲、基板的热扭曲等。

根据以上的自冷却气体辊6G的构造，第1壳体11随着旋转而隔着第2壳体4与歧管14和间隙部15相对地移动。因为与间隙部15相对时的气体冷却的导热系数远大于与歧管14相对时的气体冷却的导热系数，所以第2壳体4主要在与间隙部15相对时被冷却。因此，在根据冷却强度分布使冷却能力优先的情况下，若在分布和加工容易性上没有问题的话，歧管14也可以省略。

通过在基板的宽度方向上形成有多个歧管14的本实施方式的结构，能够实现在基板的宽度方向上最佳的冷却条件。因此，即使减少冷却气体的导入量也能够重点构成第1壳体11与内块12之间的气压高的部位。另外，因为本实施方式的自冷却气体辊6G能够紧凑地实现冷却功能，所以能够抑制设备的大型化、高成本化。

此外，能够与实施方式1同样地适用于薄膜制造装置。

产业上的可利用性

本说明书所公开的基板输送辊及薄膜制造装置具有将自由辊的旋转壳体通过气体冷却而在基板的宽度方向上进行控制并有效地使用的构造，因此能够将导入气体没有浪费地作用于壳体的冷却。另外，能够抑制以排气泵为代表的设备的大型化、并以低成本实现容易获得在辊的宽度方向上左右对称的冷却效果、不会产生因不均的冷却引起的不良情况、并实现高成膜速度及高质量的薄膜制造装置。

Claims (21)

1.一种基板输送辊，在真空中输送基板，具有：

圆筒状的第1壳体，其具有用于支撑所述基板的圆筒形的外周面，能与所述基板同步地旋转；

内块，其配置在所述第1壳体的内部，被禁止与所述基板同步地旋转；和

轴，其贯通并且支撑所述内块，

在所述第1壳体的内周面与所述内块之间形成有间隙部，

在所述间隙部，从所述内块向所述第1壳体的所述内周面导入气体。

2.根据权利要求1所述的基板输送辊，

所述间隙部的压力比所述第1壳体的外侧的压力高。

3.根据权利要求1所述的基板输送辊，

从所述内块向所述第1壳体的所述内周面的向所述间隙部导入所述气体的导入位置，以所述第1壳体的宽度方向的中央部为中心而配置。

4.根据权利要求1所述的基板输送辊，

从所述内块向所述第1壳体的所述内周面的向所述间隙部的所述气体的导入，通过配置于所述轴或所述内块的多个孔来进行。

5.根据权利要求1所述的基板输送辊，

从所述内块向所述第1壳体的所述内周面的向所述间隙部的所述气体的导入，经由设置于所述内块的歧管来进行。

6.根据权利要求5所述的基板输送辊，

所述歧管是在所述内块的宽度方向上排列的多个歧管。

7.根据权利要求6所述的基板输送辊，

所述内块具有在所述基板的宽度方向上排列并与所述多个歧管对应的多个分割块，

所述第1壳体具有与所述分割块对应的多个分割第1壳体。

8.根据权利要求7所述的基板输送辊，

还具有用于将所述分割第1壳体分别经由轴承与所述内块或所述轴连接的机构。

9.根据权利要求1所述的基板输送辊，还具有：

第2壳体，其在所述第1壳体与所述内块之间与所述第1壳体隔着空隙部而配置，具有从所述内块向所述第1壳体的所述内周面引导所述气体的多个导通孔；

第1连接机构，其经由轴承连接所述第2壳体和所述轴，或经由轴承连接所述第2壳体和所述内块；和

第2连接机构，其经由轴承连接所述第1壳体和所述第2壳体。

10.根据权利要求8所述的基板输送辊，

所述内块具有在所述基板的宽度方向上排列并与所述多个歧管对应地分割开的多个分割块，

所述第2壳体具有与所述分割块对应的多个第2分割壳体。

11.根据权利要求1所述的基板输送辊，

所述气体仅从所述第1壳体的端部排出。

12.根据权利要求1所述的基板输送辊，

在所述第1壳体的周围没有贯通孔。

13.根据权利要求1所述的基板输送辊，

所述内块为具有与所述第1壳体相同的中心轴的圆柱或圆筒状。

14.根据权利要求1所述的基板输送辊，

所述第1壳体与所述内块的最接近部的所述间隙部的宽度为0.05～1mm。

15.根据权利要求1所述的基板输送辊，

所述间隙部的压力为10～1000Pa。

16.根据权利要求1所述的基板输送辊，

还具有用于减少气体流出的止漏构造，该止漏构造配置在与从所述内块向所述第1壳体的所述内周面的向所述间隙部导入所述气体的导入位置相比更靠所述第1壳体的宽度方向的两端的位置。

17.根据权利要求1所述的基板输送辊，

所述轴或所述内块具有流通冷却液的流路。

18.根据权利要求1所述的基板输送辊，

所述第1壳体经由轴承与所述轴或所述内块连接。

19.根据权利要求1所述的基板输送辊，

配置在真空中并导入了所述气体时的所述间隙部的平均压力比大气压低。

20.一种薄膜制造装置，具备：

包含权利要求1所述的基板输送辊的辊输送系统；

设置于所述辊输送系统的输送路径上的开口部；

用于通过所述开口部将材料提供给所述基板的成膜源；和

收容所述辊输送系统和所述成膜源的真空槽。

21.一种薄膜制造方法，包括：

在真空中从辊输送系统的卷出位置向卷取位置输送所述基板的工序；和

从成膜源向设置于所述辊输送系统的输送路径上的开口部蒸发材料以使材料被提供给所述基板的工序，

所述辊输送系统包含权利要求1所述的基板输送辊。

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