CN103392025A - 薄膜的制造方法和制造装置 - Google Patents

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Abstract

一种薄膜的制造装置（100A），具备真空槽（22）、成膜源（9）（蒸发源）、输送系统（40）和涂布机（11）。成膜源（9）是为在真空槽（22）内的成膜区域（31）在基板（21）的第1主面上形成薄膜而使用的。输送系统（40）承担下述作用：沿着输送路径将基板（21）从卷出辊（23）（送出位置）向卷绕辊（26）（回收位置）输送，所述输送路径被设定为基板（21）在成膜区域（31）通过。利用涂布机（11）对基板（21）的第2主面赋予基板冷却材料（10），所述基板冷却材料（10）能够利用在形成薄膜时对基板（21）施加的热而蒸发。

Description

薄膜的制造方法和制造装置
技术领域
本发明涉及薄膜的制造方法和制造装置。
背景技术
装置的高性能化、小型化中正在广泛地发展薄膜技术。另外，装置的薄膜化不限于对使用者的直接价值，从地球资源的保护、消耗电力的降低这样的环境方面来看也发挥着重要的作用。
这样的薄膜技术的进展中，满足薄膜制造的高效率化、稳定化、高生产率化、低成本化这样来自产业利用方面的要求必不可少，面向该方向的努力正在持续。
为了提高薄膜的生产率，需要高沉积速度的成膜技术。在以真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、CVD法（化学气相沉积、Chemical Vapor DepositionMethod）等为首的薄膜制造中，沉积速度的高速化正在推进。另外，作为大量地连续形成薄膜的方法，采用卷绕式的薄膜制造方法。卷绕式的薄膜制造方法是将长的基板从卷出辊卷出，在沿着输送路径输送中在基板上形成薄膜，其后，在卷绕辊上卷绕基板的方法。例如，通过将使用电子束的真空蒸镀源等的高沉积速度的成膜源、和卷绕式的薄膜制造方法组合，可以生产率良好地形成薄膜。另外，在板状的分立基板的每个上连续地形成薄膜的情况下，将集聚了多枚的基板从送出系统的储料器（stocker）向成膜区域依次送出。成膜后，在回收系统的储料器中依次容纳基板。
作为决定这样的连续薄膜制造能否进行的要因，存在成膜时的热和基板冷却的课题。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的热能被赋予到基板上，基板的温度上升。在其他的成膜方法中虽然热源不同，但也都在成膜时对基板施加热。为了防止由于热而发生基板的变形和熔断等，进行基板的冷却。成膜中的冷却在左右（影响）基板的最高到达温度方面特别重要。
长基板的情况下，可以通过圆筒状罐（can）来冷却基板。具体地讲，在沿着圆筒状罐行进的基板之上形成薄膜。在确保基板和圆筒状罐的热接触时，能够将热向热容量大的圆筒状罐放掉，因此能够防止基板的温度上升。另外，能够将基板的温度保持为特定的冷却温度。采用圆筒状罐的基板的冷却，在成膜区域以外的输送路径中也是有效的。为了提高圆筒状罐和基板之间的密合性，也有时使用电子束强化基板向圆筒状罐的贴附。
作为用于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。专利文献1中，公开了用于在作为基板的网（web）上形成薄膜的装置中，向网和支持单元之间的区域导入气体。根据该方法，能够确保网和支持单元之间的热传导，因此能够抑制网的温度上升。
作为圆筒状罐的冷却方法，一般有在圆筒状罐的内部使冷却介质循环的方法。此外，还有使用汽化热将罐的内部冷却的方法。专利文献2中公开了形成使圆筒状罐的圆筒冷却部的内部独立的减压系统，沿着圆筒冷却部的内壁面使冷却介质汽化由此冷却圆筒状罐的方法。
此外，还可以作为基板冷却单元使用冷却带替代圆筒状罐。在进行使用倾斜入射成分的成膜时，基板在直线状地行进的状态下进行成膜，这在材料利用效率的观点上有利，作为此时的基板冷却单元使用冷却带是有效的。专利文献3中公开了将带用于基板材料的输送和冷却的情况的带的冷却方法。根据该方法，为了使冷却带进一步冷却，在内侧设置两层以上的冷却带和/或液态的介质的冷却机构。由此，能够提高冷却效率，因此能够改善以电磁转换特性为首的磁带的特性，同时大幅地改善生产率。
也进行不使用圆筒状罐，沿着平板等的支持块输送基板。另外，在板状的分立基板之上形成薄膜的情况下，可以使基板与支持块接触。为了使支持块和基板之间的热传导良好，向基板和支持块之间导入气体是有效的。
在先技术文献
专利文献1：日本特开平1-152262号公报
专利文献2：日本特公平3-59987号公报
专利文献3：日本特开平6-145982号公报
发明内容
为了提高薄膜的生产率，需要成膜速度的高速化，以及与其相伴的冷却效率的提高。为了提高气体冷却中的冷却效率，提高冷却体和基板之间的压力是有效的。例如，尽量缩小冷却体和基板的间隔，并且增多冷却气体的量。但是，在上述以往的构成中，增多冷却气体的量时真空度由于从冷却体和基板之间漏出的冷却气体而恶化，存在产生薄膜的品质降低，异常放电等的课题的可能性。因此，冷却气体的量存在限制。另外，变得需要真空泵的大型化，也存在产生设备成本增大的课题的可能性。
本发明的目的是解决上述现有的课题，提供一种抑制真空度的恶化，并且能够实现高的基板冷却能力的薄膜的制造方法和制造装置。
即，本发明提供一种薄膜的制造方法，包括：
在真空中在基板的第1主面上形成薄膜的工序；和
在上述薄膜形成工序之前，对上述基板的第2主面赋予基板冷却材料的工序，上述基板冷却材料能够利用在形成上述薄膜时对上述基板施加的热而蒸发。
在另一方面，本发明提供一种薄膜的制造装置，具备：
真空槽；
成膜源，其配置在上述真空槽内，用于在上述真空槽内的成膜区域在基板的第1主面上形成薄膜；
输送系统，其配置在上述真空槽内，沿着输送路径将上述基板从送出位置向回收位置输送，上述输送路径被设定为上述基板在上述成膜区域通过；和
涂布机，其对上述基板的第2主面赋予基板冷却材料，上述基板冷却材料能够利用在形成上述薄膜时对上述基板施加的热而蒸发。
根据本发明，能够利用赋予到第2主面上的基板冷却材料的汽化热来冷却基板。由于利用基板冷却材料的汽化热，因此与利用气体进行直接冷却的情况相比，能够利用少量的基板冷却材料从基板上夺走更多的热。因此，根据本发明，可以抑制真空度的恶化，并且实现高的冷却能力。
再者，本发明并不排除采用以往的气体冷却。也可以并用本发明和气体冷却。
本说明书中所谓「主面」，意指具有最宽的面积的面。以下说明的实施方式中，第1主面对应于基板的表面，第2主面对应于基板的背面。
附图说明
图1是本发明的一实施方式涉及的薄膜的制造装置的概略图。
图2是图1的部分放大图。
图3是表示对基板的直线状部分赋予基板冷却材料的方法的图。
图4是表示蒸发源的另一例的图。
图5是变形例1涉及的薄膜的制造装置的概略图。
图6是变形例2涉及的薄膜的制造装置的概略图。
图7是变形例3涉及的薄膜的制造装置的概略图。
图8是变形例4涉及的薄膜的制造装置的概略图。
图9是图8的部分放大图。
图10是变形例5涉及的薄膜的制造装置的概略图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式，一边参照附图一边说明。
如图1所示，薄膜的制造装置100A具备：真空槽22、输送系统40、蒸发源9（成膜源）和涂布机11（coater）。蒸发源9、输送系统40和涂布机11被配置在真空槽22的内部。在基板21的第1主面上形成薄膜之前，通过涂布机11对基板21的第2主面赋予基板冷却材料10。基板冷却材料10通过在基板21之上形成薄膜时对基板21施加的热而蒸发。通过基板冷却材料10的汽化热来冷却基板21。由此，能够防止基板21因热而损伤。
真空槽22由具有耐压性的容器构成。真空槽22上连接有真空泵32。在真空槽22的内部，还设置有遮蔽板29、电子枪19和原料气体导入管30。真空槽22的内部，通过遮蔽板29被隔开为配置有蒸发源9的区域、和配置有输送系统40的区域。遮蔽板29在基板21的输送路径上具有用于形成成膜区域31的开口部。基板21在成膜区域31通过时，从蒸发源9飞来的原料粒子沉积到基板21之上。
输送系统40承担在真空槽22的内部形成基板21的输送路径，并且沿着输送路径将基板21从送出位置向回收位置输送的作用。输送路径被设定为基板21在成膜区域31通过。详细地讲，输送路径被设定为基板21在成膜区域31直线行进。在成膜区域31中，来自蒸发源9的原料粒子相对于基板21大致垂直地入射。
具体地讲，输送系统40由卷出辊23、输送辊24和卷绕辊26构成。卷出辊23上准备成膜前的基板21。卷出辊23将基板21从卷出辊23向与其配置得最近的输送辊24供给。从成膜区域31来看，在基板21的输送方向的上游配置的输送辊24，将从卷出辊23供给的基板21向成膜区域31引导。从成膜区域31来看，在输送方向的下游配置的输送辊24，将基板21向卷绕辊26引导。卷绕辊26通过电动机等的驱动单元（未图示）驱动，将成膜后的基板21卷绕并保存。卷出辊23和卷绕辊26分别构成基板21的送出位置和回收位置。
蒸发源9是为了在成膜区域31在基板21的第1主面上形成薄膜而使用的。蒸发源9包含保持薄膜的原料的坩埚，设置在成膜区域31的下方。通过来自电子枪19的电子束，保持在蒸发源9中的原料被加热蒸发。原料的蒸汽（原料粒子）向上方移动在成膜区域31附着到基板21上。由此，在基板21之上形成薄膜。
为了进行长时间的连续成膜，可以在真空槽22的内部设置用于不需净化（purge）真空地向蒸发源9追加原料的原料供给机。应该供给的原料的形态没有特别限定。例如，可以将通过熔化棒状的原料而生成的原料熔液以液滴的形式向蒸发源9供给。根据该方法，能够抑制被保持在蒸发源9中的熔液的温度变化，并且原料的蒸发速度等难以变动，因此优选。为了熔化棒状的原料可以使用电子束。也可以对棒状的原料和保持在蒸发源9中的原料的每个从单一的电子枪19照射电子束。根据该构成，谋求薄膜的制造装置100A的简化，因此可期待成本的降低。
作为电子枪19可以使用直线枪和偏向枪的任一种。在进行大面积的成膜的情况下，优选使用高输出功率并且电子束的扫描范围广的直线枪。但是，从防止电子枪19的镜筒内部的污染的观点来看，使电子束的轨道弯曲数度左右是有效的。
在卷绕式所代表的连续式的真空蒸镀中，可以将开口宽度比成膜宽度宽的矩形坩埚用作蒸发源9。那样的坩埚在确保基板21的宽度方向的膜厚均匀性的观点上是有效的。用于熔化棒状的原料的电子束的照射位置、和熔化了的原料对蒸发源9的滴加位置，可设定在用于使保持在蒸发源9中的熔液蒸发的电子束的扫描范围的外侧。这样处理时，能够抑制追加原料所引起的熔液的温度变化和熔液的表面的振动。即，能够减小对成膜条件的影响。电子束的照射位置的控制，通过利用在电子枪系统中设置的电子束扫描电路，精密地控制用于产生磁场的线圈电流来实现。
原料气体导入管30，具有朝向真空槽22的内部空间的一端、和向真空槽22的外部延伸的另一端。原料气体导入管30的一端，例如朝向蒸发源9和成膜区域31之间的空间。原料气体导入管30的另一端在真空槽22的外部，与气缸、气体产生器等的原料供给源连接。如果使用原料气体导入管30，则可以在从蒸发源9蒸发的原料中混合氧、氮等的气体。由此，将含有从蒸发源9蒸发的原料的氧化物、氮化物或氮氧化物作为主成分的薄膜形成于基板21上。
真空泵32与真空槽22连接。作为真空泵32，可以使用旋转泵、油扩散泵、低温泵和涡轮分子泵等的各种真空泵。
涂布机11，是为对基板21的第2主面、即与应该形成薄膜的面相对的一侧的面赋予基板冷却材料10而使用的。在本实施方式中，设定了涂布机11的位置，使得在卷出辊23（送出位置）和成膜区域31之间的输送路径上基板冷却材料10被赋予到基板21的第2主面上。如果在即将成膜前对基板21赋予基板冷却材料10，则能够极力防止在到达成膜区域31之前基板冷却材料10从基板21上脱离。
在本实施方式中，涂布机11被构成为在基板21的第2主面上蒸镀基板冷却材料10。根据蒸镀法，能够比较容易地均匀且以需要的最小限度的厚度将基板冷却材料10赋予到基板21上。
如图2所示，涂布机11具备容器34、加热器35和喷嘴36。容器34保持基板冷却材料10。加热器35对保持在容器34中的基板冷却材料10进行加热。喷嘴36中设置有从容器34的内部向基板21的第2主面延伸的吐出口37（狭缝）。吐出口37的宽度（内径）为例如0.05～0.2mm。通过吐出口37，基板冷却材料10的蒸汽被导向基板21的第2主面。根据这样的构成，能够对基板21高效且容易地赋予基板冷却材料10。再者，涂布机11可以构成为能够不需净化真空地将基板冷却材料10从真空槽22的外部向容器34供给。
只要能够对基板21赋予基板冷却材料10，涂布机11的构成就毫无限定。例如，涂布机11也可以具有沿着基板21的输送方向以一定间隔配置的多个吐出口37。相互相邻的吐出口37的间隔为例如2～10mm。另外，作为吐出口37，具有多个细孔、空间通路的金属烧结体等可以设置在涂布机11中。
从防止基板冷却材料10在真空槽22的内部飞散的观点来看，从涂布机11到基板21的距离越短越好。相反地，从防止涂布机11和基板21的接触的观点来看，优选涂布机11与基板21适度地离开。涂布机11和基板21的距离为例如2～20mm。另外，为了防止来自涂布机11的辐射热施加到基板21上，也可以在涂布机11和基板21之间设置隔热材料38。隔热材料38具有开口部38h。开口部38h相对于涂布机11的吐出口37。基板冷却材料10的蒸汽通过开口部38h从涂布机11向基板21前进。
基板冷却材料10以蒸汽的形式对基板21吹拂。如果赋予基板冷却材料10则基板21的温度上升，因此希望在到达成膜区域31之前将基板21冷却。根据本实施方式，赋予了基板冷却材料10后，在到达成膜区域31之前，基板21与输送辊24接触。通过输送辊24基板21被冷却。另外，在卷出辊23和成膜区域31之间的输送路径中，具有基板21由输送辊24支持的部分。对于该被支持的部分赋予基板冷却材料10。如果这样处理，则能够抑制基于将基板冷却材料10赋予到基板21上的基板21的温度上升。优选的是，构成输送系统40，使得赋予基板冷却材料10后，在到达成膜区域31之前，基板21的第2主面不与输送辊24接触，仅基板21的第1主面被输送辊24支持。如果这样处理，则能够防止基板冷却材料10附着在输送辊24上，并且能够利用输送辊24冷却基板21。此外，冷却也可以通过辐射冷却来进行。
再者，将基板冷却材料10的蒸汽向基板21吹拂不是必需的。例如，也可以构成为涂布机11将液态的基板冷却材料10向基板21喷射或滴加。此外，通过涂布机11具有含浸了基板冷却材料10的旋转体，使基板21与旋转体接触，也可以对基板21赋予基板冷却材料10。只要不导致真空度的大幅恶化，基板冷却材料10的赋予方法就没有限定。
赋予基板冷却材料10时的基板21的姿态也没有特别限定。例如，也可以对于直线状地伸展的基板21，赋予基板冷却材料10。具体地讲，如图3所示，可对在输送辊24和输送辊24之间直线地行进中的基板21赋予基板冷却材料10。
接着，对使用薄膜的制造装置100A制造薄膜的方法进行说明。
首先，在卷出辊23上准备基板21。作为基板21，可以使用长的且带状的基板。基板21的材料没有特别限定，可以使用金属箔、高分子膜、它们的复合体等。作为金属箔，可列举铝箔、铜箔、镍箔、钛箔、不锈钢箔等。作为高分子膜，可列举由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚酰亚胺等的树脂形成的膜。
基板21的尺寸也不特别限定。基板21例如具有50～1000mm的宽度，具有3～150μm的厚度。基板21的宽度过宽或过窄时，有时在生产率方面产生课题。如果基板21过薄，则基板21的热容量极小，因此容易发生热损伤。但是，这些课题不妨碍本发明的实施。
在制造锂离子二次电池的情况下，作为集电体的基板21，使用金属箔、典型的是铜箔（包含铜合金箔）。铜箔的表面可以被粗糙化。那样的铜箔可以从例如古河サーキット薄膜公司获得。另外，铜箔也可以被轧制。蒸发源9作为锂离子二次电池的活性物质材料，例如准备硅。硅的熔点约为1410℃、较高。因此，在成膜中对基板21施加比较大的热负荷。大的热负荷使基板21的强度（抗拉强度）降低。为了防止基板21强度的降低，可以在锂离子二次电池的极板的制造中合适地采用本实施方式中说明的方法。
准备了基板21后，开动真空泵32将真空槽22的内部排气。在成膜时，真空槽22的内部被保持在适合于薄膜的形成的压力、例如1.0×10-2～1.0×10-4Pa。
与真空槽22的排气并行地，对保持在蒸发源9中的薄膜的原料进行加热。原料由于采用电子束的加热使其一部分蒸发并处于液相状态。但是，在作为原料使用升华型材料的情况下没有该限定。也取决于原料的种类和蒸发速度，但电子束的加速电压为-8～-30kV左右，电子束的输出功率为5～280kW左右。
也可以采用电子束以外的加热方法。例如，制造电容器的极板的情况下，在基板21之上形成氧化铝薄膜。如图4所示，可以一边从原料供给机6向舟皿7供给作为薄膜的构成材料的铝（铝线材5），一边通过电阻加热使铝熔化和蒸发。从原料气体导入管30向成膜区域31供给氧气时，氧化铝在基板21上沉积。也可以对于基板21的宽度方向排列多台舟皿7。这对于蒸发源9也是同样的。
成膜的准备完成后，沿着输送路径，将基板21从卷出辊23向卷绕辊26输送（输送工序）。在设定于输送路径上的成膜区域31在基板21的第1主面上形成薄膜（薄膜形成工序）。成膜时，从卷出辊23向成膜区域31供给基板21的操作、和将基板21从成膜区域31回收到卷绕辊26上的操作同期地进行。即，薄膜的制造装置100A，是从卷出辊23向卷绕辊26在输送中的基板21之上形成薄膜的所谓卷绕式的薄膜的制造装置。采用卷绕式的薄膜的制造装置，能够进行长时间的连续成膜，因此能够实现高的生产率。
但是，基板21也可以是分立基板（discrete substrate）。在分立基板上形成薄膜的情况下，将集聚了多枚的基板从送出储料器向成膜区域依次送出。成膜后，在回收储料器中依次容纳基板。可以在从送出储料器（送出位置）向成膜区域的输送路径上，对分立基板赋予基板冷却材料10。
基板21的输送速度根据薄膜的种类和成膜条件而不同，为例如0.1～500m/分钟。平均成膜速度也不特别限定，为例如20～800nm/秒。输送中的基板21沿基板21的纵向施加适当强度的张力。张力的强度可根据基板21的材料、基板21的厚度、成膜速度等的条件适当调节。
也可以在成膜区域31配置沿基板21的宽度方向具有50～400mm的开口长度的金属掩模，以形成在基板21之上具有一定宽度（例如100～600mm）的薄膜（省略图示）。从基板21到金属掩模的距离为例如1～8mm。
在薄膜形成工序之前，使用涂布机11，在卷出辊23和成膜区域31之间的输送路径上对基板21的第2主面赋予基板冷却材料19（赋予工序）。基板冷却材料10以蒸汽的形式从涂布机11的吐出口37被释放，到达基板21的第2主面，在第2主面上液化或固化为薄膜状。基板冷却材料10在薄膜形成工序之前在第2主面上保持着液相或固相状态。因此，能够利用基板冷却材料10的汽化热（潜热）冷却基板21。这点与以往的气体冷却大不相同。
作为基板冷却材料10，可以使用含有选自烃、油和高级醇中的至少一种的基板冷却材料。这些材料难以在基板21上作为残渣残留因此优选。作为烃，可列举癸烷、十一烷、十二烷、十三烷等的烷。作为油，可列举フォンブリン（ソルベイソレクシス公司的注册商标）Y03、フォンブリンY06等的氟油。作为高级醇，可列举碳原子数为8～12的高级醇，例如辛醇。另外，也可以使用低密度聚乙烯等的具有比较低的熔点的高分子材料。此外，可以在形成薄膜时的真空环境下将液体或固体的材料用于基板冷却材料10。基板冷却材料10的组成考虑基板21的材料、基板21的厚度、基板21的到达温度、薄膜的构成材料、成膜速度、辐射热的强度、要求的冷却的程度、真空度等的各种条件适当决定。
作为一例，当在基板21之上形成硅薄膜的情况下，作为基板冷却材料10可以使用辛醇。作为涂布机11可以使用在吐出口37中设置有多孔质金属烧结体的涂布机。当在基板21之上形成硅氧化物薄膜的情况下，作为基板冷却材料10可以使用氟油（フォンブリン）。作为涂布机11，可以使用具有多个吐出口37的涂布机。
对基板21应该赋予的基板冷却材料10的量也考虑上述条件适当调节。因此，基板21的第2主面中的基板冷却材料10的厚度不特别限定。作为一例，在基板21的第2主面中，基板冷却材料10具有5～100nm的厚度。
对基板21赋予的基板冷却材料10，与基板21一同被输送到达成膜区域31。在成膜区域31受到从蒸发源9飞来的原料粒子所产生的热、和来自蒸发源9的辐射热，在基板21的第1主面上形成薄膜。此时，基板冷却材料10从基板21上夺走热从而蒸发。基板21通过薄膜的形成而被加热，另一方面通过基板冷却材料10的蒸发而被冷却。因此，可以抑制基板21的温度上升。
基板冷却材料10可以其总量在成膜区域31蒸发，也可以在基板21残留一些。即使微量的基板冷却材料10在基板21上残留，对薄膜的品质带来恶劣影响的可能性也较低。当在成膜后的基板21上残留基板冷却材料10的情况下，根据需要，可以实施从基板21除去基板冷却材料10的工序。可以采用擦拭、加热、后述的等离子体照射等的方法从基板21除去基板冷却材料10。在基板21上残留的基板冷却材料10和在真空槽22的内部的构件上附着的基板冷却材料10，可以采用逸出气体分析法（EGA：EvolvedGas Analysis）或其他的微量化学分析来检测。如果采用逸出气体分析法分析成膜后的基板21，则能够调查在基板21上是否残留有基板冷却材料10。
基板21从卷出辊23卷出后，经由输送辊24到达成膜区域31。在成膜区域31中，在基板21的第1主面上形成薄膜。根据需要，也可以从原料气体导入管30向成膜区域31供给原料气体。该情况下，可以形成由保持在蒸发源9中的原料、和从原料气体导入管30供给的原料的化合物形成的薄膜。通过了成膜区域31后，基板21经由别的输送辊24在卷绕辊26上被卷绕。
本实施方式中，对移动中的基板21，实施对基板21的第2主面赋予基板冷却材料10的工序、和形成薄膜的工序。也就是说，一边缓慢地移动基板21，一边实施各工序。因此，能够以高的生产率形成薄膜。但是，也可以间歇性地一点点移动基板21。也就是说，也可以在暂时停止的基板21之上赋予基板冷却材料10，形成薄膜。
以下，对一些变形例进行说明。在各变形例中，对于与参照图1说明的构成要素相同的构成要素使用相同的标记，省略其说明。
（变形例1）
图5是具备作为成膜源的溅射源8的薄膜的制造装置100B的概略图。
溅射源8配置在成膜区域31的下方。溅射源8可以用于例如透明电极的制造。作为基板21，可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯膜等的树脂膜。将真空槽22的内部排气后，向真空槽22中导入氩气等的惰性气体，并且使用作为溅射源8的构成材料的ITO靶，通过高频溅射来在基板21的第1主面上形成ITO薄膜。例如，可以在具有10～150μm的厚度的基板21之上形成具有0.3～10μm的厚度的ITO薄膜。采用溅射法的平均成膜速度一般比采用蒸镀法的平均成膜速度慢，为例如0.5～5nm/秒。基板21的输送速度为例如0.05～1m/分钟。
（变形例2）
图6是在参照图1说明的构成以外，还具备等离子体发生器14和受热体16的薄膜的制造装置100C的概略图。也可以设置等离子体发生器14和受热体16的仅一个。
受热体16在成膜区域31与基板21的第2主面相对，并且能够从自基板21的第2主面蒸发的基板冷却材料10接受热。在薄膜的制造装置100C中，输送路径被设计为基板21在成膜区域31直线行进。因此，作为受热体16，可以合适地使用具有与基板21相对的平坦的面的构件。该情况下，可以将受热体16和基板21的间隔保持为一定。通过对保持直线形状的基板21，接近具有平坦的面的受热体16，可沿着与基板21的第2主面平行的方向，均匀地发挥受热体16的冷却效果。
基板冷却材料10利用在成膜区域31对基板21施加的热而蒸发，从基板21夺走汽化热。蒸发的基板冷却材料10，在基板21和受热体16之间以气体分子的形式滞留片刻。基板冷却材料10的气体分子促进基板21和受热体16之间的热传导。也就是说，蒸发的基板冷却材料10成为介质，可以得到高的冷却效果。
作为在真空中冷却基板的方法之一，可列举向基板和支持体之间导入气体的方法。根据该方法，通过气体促进基板和支持体之间的热传导。另一方面，根据本变形例，可得到利用基板冷却材料10的汽化热冷却基板21的效果、和通过基板冷却材料10促进基板21和受热体16之间的热传导的效果两者。因此，即使利用气体冷却对真空泵施加的负荷与本变形例中对真空泵32施加的负荷为相同程度，本变形例也可发挥比单纯的气体冷却高的冷却效果。
受热体16优选配置在基板21的附近。基板21和受热体16的间隔被设定为例如0.1～3mm。如果适当地调节该间隔，则能够防止受热体16和基板21的接触，并且充分地得到通过蒸发的基板冷却材料10促进基板21和受热体16之间的热传导的效果。
另外，受热体16也发挥防止蒸发的基板冷却材料10在真空槽22的内部飞散的效果。因此，受热体16优选沿基板21的宽度方向具有比基板21宽的宽度。
受热体16也可以由冷却器39冷却。冷却器39的结构不特别限定。作为冷却器39，可列举使用水、防冻液、油等的冷却介质的冷却器。冷却器39可以内置于受热体16中，也可以与受热体16接触。通过使用冷冻机等使在真空槽22的外部冷却了的冷却介质在冷却器39中循环，可以冷却受热体16。
受热体16的材料也不特别限定。可以使用金属、陶瓷、玻璃等的材料作为受热体16的材料。如果利用容易维持低温、并且具有高的辐射率的材料构成受热体16，则辐射冷却的效果增加。
另外，受热体16也可以具有回收基板冷却材料10的功能。在受热体16的下部与基板21相对的情况下，受热体16的下部也可以具有吸附功能。在受热体16由简单的金属块构成的情况下，基板冷却材料10不被排出地附着在受热体16上，存在不久落下到基板21上的可能性。为了防止该现象，有效的是在受热体16的表面设置孔和/或突起，在受热体16的表面设置多孔质结构。具体地讲，受热体16的一部分或全部也可以由捕捉基板冷却材料10的吸附材料、典型的是多孔质材料构成。如果那样的吸附材料被配置在成膜区域31与基板21的第2主面相对的位置，则基板冷却材料10难以在真空槽22的内部飞散，因此优选。
接着，对于等离子发生器14进行说明。对于等离子发生器14的以下的说明也可以被引用于其他变形例中。
等离子发生器14设置在成膜区域31和卷绕辊26（回收位置）之间的输送路径上。成膜后，使用等离子发生器14，将残存在基板21的第2主面上的基板冷却材料10分解。具体地讲，等离子发生器14具备气体导入管15、放电电极17和框体20。在半封闭式的框体20中，作为基板21的出入口的狭缝被设置在两处。设定了输送路径使得基板21在框体20的内部通过。气体导入管15具有与框体20连接的一端、和向真空槽22的外部延伸的另一端。气体导入管15的另一端在真空槽22的外部，与气缸、气体发生器等的气体供给源连接。放电电极17被设置在框体20的内部。
通过气体导入管15供给到框体20中的气体被放电电极17激励，在框体20的内部产生等离子体。通过在基板21的周围产生的等离子体，在基板21上残留的基板冷却材料10被分解。基板冷却材料10的分解物比较容易地从基板21上脱离、排出。分解物具有比基板冷却材料10小的分子量，因此不会附着在真空槽22的内部的构件上，以高的几率以气体形式被排出。
用于使等离子体产生的工艺气体的组成没有特别限定。一般地，有机物的灰化（ashing）中作为工艺气体使用氧气。氧气的处理较容易。氧等离子体的有机物的分解能力也高，能够将基板冷却材料10快速地分解为低分子量的烃、COx、H2O等。在氧气以外，可以使用臭氧气体、稀有气体、氮气、卤素气体、氢气、氟利昂气体等。也可以使用两种以上的气体的混合物，例如作为主成分的氧气和少量的卤素气体的混合气体。所谓「主成分」，意指以体积比计含有最多的成分。
向框体20应该导入的工艺气体的流量也没有特别限定，可考虑等离子体放电的状态、要求的真空度等来决定。等离子体放电的状态也依赖于框体20的导电性和排气泵32的能力。为了形成高品质的薄膜，要求对于蒸发源9和成膜区域31充分的真空度，在这方面应该留意。工艺气体的流量通过质量流量控制器来控制，为例如10～500sccm（Standard CubicCentimeter per Minute）。
对放电电极17应该施加的电压可以是直流和交流的任一种。也可以对放电电极17施加高频电压。施加电压也依赖于框体20的内部压力和工艺气体的种类，为例如500～1500V。高频的情况的供给功率为例如50～500W（或50～300W）。
（变形例3）
图7是参照图3说明的变形例1和参照图6说明的变形例2的组合。即，薄膜的制造装置100D具备溅射源8、受热体16和等离子体发生器14。这样，本说明书中所记载的各构成，只要可得到基板冷却材料10所带来的基板21的冷却效果，就可以适当组合。
（变形例4）
图8是在参照图1说明的构成以外，还具备等离子体发生器14和回收机构42的薄膜的制造装置100E的概略图。
如图8所示，回收机构42设置在与在成膜区域31中滞留中的基板21的第2主面相对的位置。如果使用回收机构42，则能够在成膜区域31高效地回收在成膜区域31蒸发的基板冷却材料10。因此，可以防止基板冷却材料10对薄膜的品质带来恶劣影响，和在真空槽22的内部飞散。
如图9所示，回收机构42具备气体导入管15、放电电极17、排气口18和框体43。框体43朝向基板21的第2主面开口，妨碍从基板21的第2主面蒸发的基板冷却材料10在真空槽22的内部飞散。在成膜区域31中，基板21的第2主面用框体43覆盖。排气口18设置与在成膜区域31中滞留中的基板21的第2主面相对的位置。本实施方式中，在与框体43的顶板相当的部分设置有多个排气口18。通过排气口18，在成膜区域31蒸发的基板冷却材料10向真空槽22的外部排出。但是，框体43中的排气口18的位置没有特别限定。排气口18也可以不与基板21的第2主面相对。只要排气口18朝向框体43的内部开口，则在基板冷却材料10向框体43的外部漏出在真空槽22的内部扩散前，能够通过排气口18将基板冷却材料10向真空槽22的外部快速地排出的几率提高。
如图9所示，排气管45与各排气口18连接。另外，排气管45与设置在真空槽22的外部的真空泵46连接。即，与用于将真空槽22的内部排气的真空泵32分开地，设置有通过排气口18和排气管45用于将框体43的内部排气的真空泵46。根据这样的结构，能够更高效地回收基板冷却材料10。排气口18的尺寸（内径）没有特别限定，为例如5～50mm。
回收机构42还具有等离子体发生器47。等离子体发生器47由气体导入管15和放电电极17构成。气体导入管15具有与框体43连接的一端、和向真空槽22的外部延伸的另一端。气体导入管15的另一端，在真空槽22的外部，与气缸、气体发生器等的气体供给源连接。放电电极17设置在框体43的内部。详细地讲，放电电极17设置在基板21和排气口18之间。同样地，气体导入管15的一端朝向基板21和排气口18之间的空间开口。根据这样的位置关系，在基板21和排气口18之间的空间产生等离子体。该情况下，基板冷却材料10在成膜区域31蒸发，在从基板21向排气口18的路径上，由等离子体分解。如变形例3中说明那样，基板冷却材料10的分解物比较容易地被排出。
为了尽量防止等离子体发生用的气体向框体43的外部泄漏，优选使框体43和基板21的间隙变窄。另外，框体43也可以沿基板21的宽度方向具有壁部。框体32的壁部从基板21的两端部的附近在基板21的垂直方向上立起时，可以减少气体的泄漏。
（变形例5）
图10是在参照图1说明的构成以外，还具备第1等离子体发生器14、第2等离子体发生器54和圆筒状罐25的薄膜的制造装置100F的概略图。等离子体发生器14和54也可以省略。
具体地讲，薄膜的制造装置100F具备具有圆筒状罐25（罐辊）的输送系统50。圆筒状罐25是能够以与基板21的输送速度相同的速度旋转的辊状构件，被配置在成膜区域31。详细地讲，圆筒状罐25的外周面的一部分与成膜区域31相对。输送系统50的输送路径的一部分由圆筒状罐25形成。通过使薄膜的构成材料沉积在被圆筒状罐25的外周面支持的基板21上，在基板21的第1主面上形成薄膜。圆筒状罐25在长的且带状的基板21之上形成薄膜时经常使用。圆筒状罐25不仅承担形成输送路径的作用，还承担作为从基板21接受热的受热体的作用。
如果将圆筒状罐25适用于本发明，则由于以下的原因，可以得到高的冷却效率。
首先，考虑没有对基板21的第2主面赋予基板冷却材料10的情况。该情况下，基于基板21和圆筒状罐25的直接接触，基板21的热向圆筒状罐25移动。但是，在真空中难以使基板21与圆筒状罐25密合。因此，圆筒状罐25所带来的基板21的冷却效果不一定充分。特别是在基板21由金属箔构成的情况下，容易产生基板21和圆筒状罐25之间的距离超过1μm的区域。只要基板21和圆筒状罐25没有极高的尺寸精度，就不能够期待充分的热传导。
相对于此，考虑对基板21的第2主面赋予了基板冷却材料10的情况。该情况下，基板冷却材料10在成膜区域31从基板21夺走热从而蒸发。基板21被圆筒状罐25支持，因此基板冷却材料10的气体分子在基板21和圆筒状罐25之间的狭窄空间滞留，促进基板21和圆筒状罐25之间的热传导。也就是说，蒸发的基板冷却材料10成为介质，能够得到高的冷却效果。与变形例2同样地，可得到利用基板冷却材料10的汽化热冷却基板21的效果、和通过基板冷却材料10促进基板21和圆筒状罐25之间的热传导的效果两者。特别是在本变形例中，基板21被圆筒状罐25支持，因此容易将基板冷却材料10封闭在基板21和圆筒状罐25之间的狭窄空间。因此，能够更充分地得到促进热传导的效果。
一直以来，已知在真空中难以使基板与圆筒状罐接触。例如，在使用长的高分子膜作为基板制造磁带的情况下，已知对高分子膜和/或圆筒状罐照射电子束，利用静电引力改善高分子膜和圆筒状罐的接触的技术。但是，为了采用该技术，需要高价的电子束照射装置。本变形例中，不需要使用那样的电子束照射装置，就能够改善基板21和圆筒状罐25之间的热传导。当然，也可以并用电子束照射装置。
为了促进圆筒状罐25所带来的基板21的冷却，圆筒状罐25也可以由冷却器冷却。作为冷却器，可以使用例如变形例2中说明的冷却器。圆筒状罐25优选具有大的热容量，例如可由不锈钢等的金属材料构成。
薄膜的制造装置100F还具备两个等离子体发生器14和54。第1等离子体发生器14的详情如变形例2中说明的那样。第2等离子体发生器54承担将附着在圆筒状罐25的外周面上的基板冷却材料10分解的作用。由此，能够防止基板冷却材料10积蓄在圆筒状罐25上。
第2等离子体发生器54，在与相对于成膜区域31的一侧相反的一侧，设置在圆筒状罐25的附近。第2等离子体发生器54具有气体导入管15、放电电极17和框体55。气体导入管15和放电电极17的详情如变形例2中说明的那样。框体55朝向圆筒状罐25的外周面开口。如图10所示，为了提高等离子体发生用的气体的封闭效果，框体55也可以具有沿着圆筒状罐25的外周面弯曲了的开口部。如果在框体55之中产生等离子体（辉光放电等离子体），则圆筒状罐25的外周面暴露在等离子体中。其结果，附着在圆筒状罐25的外周面上的基板冷却材料10被分解。
以上，根据本说明书中说明的薄膜的制造方法和制造装置，能够抑制真空度的恶化，并且效率良好地冷却基板21。因此，能够避免真空泵等的设备的大型化，并且以低成本实现高的成膜速度。由于能够将基板21充分地冷却，所以即使进行高速成膜基板21也难以受到热损伤。
产业上的利用可能性
本发明可以在要求高速且稳定地形成薄膜的各种用途适用。例如，可以在透明电极、电池用极板和电容器用极板的制造中合适地采用本发明。但是，本发明的适用范围不限定于此。可以在电化学电容器用极板、装饰膜、太阳能电池、磁带、气阀膜、传感器、光学膜、硬质保护膜等的各种膜的制造中适用本发明。另外，可以在用于制造包含薄膜的器件的装置中应用本发明。

Claims (27)

1.一种薄膜的制造方法，包括：
在真空中在基板的第1主面上形成薄膜的工序；和
在所述薄膜形成工序之前，对所述基板的第2主面赋予基板冷却材料的工序，所述基板冷却材料能够利用在形成所述薄膜时对所述基板施加的热而蒸发。
2.根据权利要求1所述的薄膜的制造方法，所述基板冷却材料在所述薄膜形成工序实施前在所述第2主面上处于液相状态。
3.根据权利要求1所述的薄膜的制造方法，所述基板冷却材料，含有选自烃、油和高级醇中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的薄膜的制造方法，还包括：沿着输送路径将所述基板从送出位置向回收位置输送的工序，所述输送路径被设定为所述基板在真空中的成膜区域通过，
实施所述赋予工序，使得在所述送出位置和所述成膜区域之间的所述输送路径上对所述基板赋予所述基板冷却材料。
5.根据权利要求4所述的薄膜的制造方法，对在所述输送路径上移动中的所述基板，实施所述赋予工序和所述薄膜形成工序。
6.根据权利要求1所述的薄膜的制造方法，所述赋予工序包括在所述第2主面上蒸镀所述基板冷却材料的工序。
7.根据权利要求1所述的薄膜的制造方法，还包括：沿着输送路径将所述基板从送出位置向回收位置输送的工序，所述输送路径被设定为所述基板在真空中的成膜区域通过，
在所述成膜区域中，所述基板的所述第2主面与受热体相对，所述受热体能够从自所述基板的所述第2主面蒸发的所述基板冷却材料接受热。
8.根据权利要求7所述的薄膜的制造方法，所述受热体由冷却器冷却。
9.根据权利要求1所述的薄膜的制造方法，还包括：
沿着输送路径将所述基板从送出位置向回收位置输送的工序，所述输送路径被设定为所述基板在真空中的成膜区域通过；和
将在所述成膜区域蒸发的所述基板冷却材料在所述成膜区域回收的工序。
10.根据权利要求9所述的薄膜的制造方法，所述回收工序包括：通过排气口，将在所述成膜区域蒸发的所述基板冷却材料向真空外排出的工序，所述排气口设置在与在所述成膜区域滞留中的所述基板的所述第2主面相对的位置。
11.根据权利要求10所述的薄膜的制造方法，所述回收工序还包括：在从所述基板向所述排气口的路径上，将所述基板冷却材料利用等离子体分解的工序。
12.根据权利要求1所述的薄膜的制造方法，还包括：沿着输送路径将所述基板从送出位置向回收位置输送的工序，所述输送路径被设定为所述基板在真空中的成膜区域通过，
所述输送路径的一部分由配置在所述成膜区域的圆筒状罐形成，
所述薄膜形成工序包括：使所述薄膜的构成材料沉积在被所述圆筒状罐的外周面支持的所述基板上的工序。
13.根据权利要求1所述的薄膜的制造方法，还包括：在形成了所述薄膜之后，利用等离子体将残存在所述第2主面上的所述基板冷却材料分解的工序。
14.根据权利要求11所述的薄膜的制造方法，作为用于使所述等离子体产生的气体使用氧气。
15.根据权利要求13所述的薄膜的制造方法，作为用于使所述等离子体产生的气体使用氧气。
16.根据权利要求1所述的薄膜的制造方法，所述基板为金属箔。
17.一种薄膜的制造装置，具备：
真空槽；
成膜源，其配置在所述真空槽内，用于在所述真空槽内的成膜区域在基板的第1主面上形成薄膜；
输送系统，其配置在所述真空槽内，沿着输送路径将所述基板从送出位置向回收位置输送，所述输送路径被设定为所述基板在所述成膜区域通过；和
涂布机，其对所述基板的第2主面赋予基板冷却材料，所述基板冷却材料能够利用在形成所述薄膜时对所述基板施加的热而蒸发。
18.根据权利要求17所述的薄膜的制造装置，在所述输送路径上设定了所述涂布机的位置，使得在所述送出位置和所述成膜区域之间的所述输送路径上所述基板冷却材料被赋予到所述基板的所述第2主面上。
19.根据权利要求17所述的薄膜的制造装置，所述涂布机被构成为在所述第2主面上蒸镀所述基板冷却材料。
20.根据权利要求17所述的薄膜的制造装置，还具备受热体，所述受热体在所述成膜区域与所述基板的所述第2主面相对，并且，能够从自所述基板的所述第2主面蒸发的所述基板冷却材料接受热。
21.根据权利要求20所述的薄膜的制造装置，还具备将所述受热体冷却的冷却器。
22.根据权利要求17所述的薄膜的制造装置，还具备吸附材料，所述吸附材料在所述成膜区域与所述基板的所述第2主面相对，并且，捕捉从所述基板的所述第2主面蒸发的所述基板冷却材料。
23.根据权利要求17所述的薄膜的制造装置，还具备回收机构，所述回收机构将在所述成膜区域蒸发的所述基板冷却材料在所述成膜区域回收。
24.根据权利要求23所述的薄膜的制造装置，所述回收机构具有排气口，所述排气口设置在与在所述成膜区域中滞留中的所述基板的所述第2主面相对的位置，
通过所述排气口，在所述成膜区域蒸发的所述基板冷却材料向所述真空槽的外部排出。
25.根据权利要求24所述的薄膜的制造装置，所述回收机构还具有等离子体发生器，所述等离子体发生器在从所述第2主面向所述排气口的路径上将所述基板冷却材料分解。
26.根据权利要求17所述的薄膜的制造装置，所述输送系统具有配置在所述成膜区域的圆筒状罐，
使所述薄膜的构成材料沉积在被所述圆筒状罐的外周面支持的所述基板上。
27.根据权利要求17所述的薄膜的制造装置，还具备等离子体发生器，所述等离子体发生器设置在所述成膜区域和所述回收位置之间的所述输送路径上，将残存于所述第2主面上的所述基板冷却材料分解。
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