JP2009019246A - 巻取式成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜フィルムの熱負けを防止できる巻取式成膜装置を提供する。
【解決手段】基体フィルム２２を主ローラ１２と密着させながら、成膜源１６₁〜１６₃から導電性粒子を到達させ、基体フィルム２２上に導電性薄膜を形成する巻取式成膜装置において、導電性薄膜と接触するガイドローラ１３ｃを浮遊電位に置く。また、導電性薄膜が巻取軸１８と接触しないようにするか、巻取軸１８を絶縁性材料で形成する。導電性薄膜に電流が流れないので、ジュール熱の発生が無く、成膜フィルム２３に熱負けが発生しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻取式成膜装置に係り、特に、導電性薄膜を形成する巻取式成膜装置に関する。

巻取式成膜装置においては、プラスティックフィルムや金属箔などが基体フィルムとして使用されている。
成膜方法としては主にスパッタリング法、または蒸着法が用いられているが、いずれの方法でも成膜速度は基体フィルムの熱ダメージ（熱負け）のため制限される場合が多い。このため、より高速で成膜を行う目的で、熱ダメージの小さい巻取成膜法の開発が求められている。

通常、基体フィルムは表面を鏡面研磨した金属製の主ローラに、張力をかけた状態で接触されており、主ローラを冷却しながら基体フィルムを走行させ、基体フィルムの表面に薄膜を成長させている。

しかし、基体フィルムは、伸び状態や表面状態の違いなどにより、主ローラと完全な面接触で接触させることは困難であり、そのため基体フィルムの冷却には限界がある。特にスパッタリングによる成膜では、基体フィルムの表面が高エネルギーをもったイオンや電子（プラズマ）に曝され、しかも、荷電粒子の入射によって大きな電流が流れ、ジュール熱が発生するため熱負荷が大きい。基体フィルムが高温に加熱された場合、基体フィルムに、熱負けと呼ばれる変形やシワなどが発生する。

巻取式成膜装置は、例えば下記文献に記載されている。
国際公開番号ＷＯ２００６／０８８０２４

本発明の目的は、巻取式スパッタリング装置において成膜中の基材への熱ダメージを軽減し、高速成膜が可能な巻取装置、及びこの装置を用いた導電性膜の製造方法を提供することである。
成膜フィルムの熱負けを防止できる巻取式成膜装置を提供する。

上記課題を解決するため、真空槽と、前記真空槽内に配置された主ローラと、ガイドローラと、成膜源とを有し、基体フィルムを前記主ローラに接触させながら移動させ、前記成膜源によって前記基体フィルムの前記主ローラと接触する部分の表面に導電性薄膜を成長させ、前記基体フィルム表面に前記導電性薄膜が形成された成膜フィルムを製造する巻取式成膜装置であって、前記導電性薄膜と接触する前記ガイドローラは前記真空槽と絶縁され、浮遊電位に置かれた巻取式成膜装置である。
また、本発明は、前記基体フィルムと接触する前記ガイドローラと前記主ローラは、前記真空槽と絶縁され、浮遊電位に置かれた巻取式成膜装置である。
また、本発明は、除電装置を有し、前記成膜フィルムを巻き取る前に、前記導電性フィルムが除電されるように構成された巻取式成膜装置である。

ジュール熱の発生が無いので、成膜速度を早くしても成膜フィルムが高温にならず、熱負けが生じない。

図１の符号１０は、本発明の一実施例の巻取式成膜装置を示している。
この巻取式成膜装置１０は真空槽１１を有しており、真空槽１１の内部には円筒形の主ローラ１２が配置されている。
真空槽１１の内部には、巻出軸１７と巻取軸１８が配置されている。

巻出軸１７と主ローラ１２の間と、主ローラ１２と巻取軸１８の間には、一乃至複数個のガイドローラ１３ａ〜１３ｄがそれぞれ配置されている。
巻出軸１７には、基体フィルム２２が巻き取られた原反ロール２１が装着されており、基体フィルム２２を原反ロール２１の外周側面から引き出し、原反ロール２１に近いガイドローラ１３ａ，１３ｂと、主ローラ１２と、巻取軸１８に近いガイドローラ１３ｃ，１３ｄの順序で掛け渡し、基体フィルム２２の端部を巻取軸１８に固定する。

巻取軸１８はモータに接続されており、モータを起動して巻取軸１８を回転させると、原反ロール２１から基体フィルム２２が繰り出されながら、基体フィルム２２は巻取軸１８に巻き取られる。

各ローラ１２，１３ａ〜１３ｄは回転可能に構成されており、巻き取りに伴って、基体フィルム２２は各ローラ１２，１３ａ〜１３ｄと接触しながら移動する。各ローラ１２，１３ａ〜１３ｄは基体フィルム２２の移動に追随して回転するので、基体フィルム２２は各ローラ１２，１３ａ〜１３ｄと摺動せずに移動する。

ガイドローラ１３ａ〜１３ｄのうち、主ローラ１２に隣接するガイドローラ１３ｂ、１３ｃは移動可能に構成されており、主ローラ１２とガイドローラ１３ａ〜１３ｄに掛け渡された基体フィルム２２は、移動可能なガイドローラ１３ｂ，１３ｃは基体フィルム２２を主ガードローラ１２に押しつける方向に移動し、基体フィルム２２は一定の力で主ローラ１２に密着されるように構成されている。これにより、基体フィルム２２が熱等の影響によって伸びた場合でも、基体フィルム２２と主ローラ１２との接触が維持される。

基体フィルム２２が主ローラ１２と接触する位置と、接触した後、離間する位置との間には、金属等の導電性材料から成る一乃至複数個の成膜源１６₁〜１６₃が配置されている。
各成膜源１６₁〜１６₃は、主ローラ１２と接触している部分の基体フィルム２２表面と向き合う位置に配置されている。

ここでは、成膜源１６₁〜１６₃には金属製のスパッタリングターゲットが設けられており、各成膜源１６₁〜１６₃はそれぞれスパッタリング電源(不図示)に接続されている。また、真空槽１１には真空排気系２８とガス導入系２９が接続されており、真空排気系２８によって真空槽１１内を真空排気し、ガス導入系２９からスパッタリングガスを導入し、巻取軸１８によって基体フィルム２２を巻き取ることで基体フィルム２２を主ローラ１２上で密着しながら走行させ、スパッタリング電源を起動して成膜源１６₁〜１６₃内のスパッタリングターゲットをスパッタし、薄膜材料の導電性粒子(スパッタリング粒子)を放出させると、放出された導電性微粒子は基体フィルム２２の成膜源１６₁〜１６₃と向き合う部分に到達し、その部分に導電性薄膜が成長し、成膜フィルム２３が得られる。得られた成膜フィルム２３は、巻取軸１８に巻き取られる。

成膜源１６₁〜１６₃が配置された空間と、巻取軸１８や原反ロール２１が配置された空間との間には防着板５１が配置されており、巻取軸１８に巻き取られる成膜フィルム２３や原反ロール２１には、成膜源１６₁〜１６₃から放出された導電性粒子が到達しないようにされている。

基体フィルム２２及び成膜フィルム２３が一定方向に走行する場合、ガイドローラ１３ａ〜１３ｄには、基体フィルム２２の表面又は裏面に接触するガイドローラ１３ａ、１３ｂ，１３ｄと、基体フィルム２２上に成膜された導電性薄膜に接触するガイドローラ１３ｃの二種類がある。

本発明の巻取式成膜装置１０によってフレキシブル配線フィルムを得る場合、基体フィルム２２に絶縁性を有する樹脂フィルムを用い、その表面に導電性薄膜(ここではニッケル・クロム薄膜と銅薄膜の積層膜)を形成する。
この場合、形成された導電性薄膜と接触するガイドローラ１３ｃが接地されていると、導電性薄膜はそのガイドローラ１３ｃを介して接地電位に接続されてしまう。

スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等のプラズマを用いる成膜方法では、導電性薄膜がプラズマに曝され、導電性薄膜にプラズマ中の荷電粒子が入射する。導電性薄膜が浮遊電位に置かれていない場合には、導電性薄膜に入射した荷電粒子によって導電性薄膜中に電流が流れ、ジュール熱が発生し、成膜フィルム２３中の基体フィルム２２が熱伸びしてしまう。

本発明では、導電性薄膜と接触するガイドローラ１３ｃは、図２の符号３１に示す浮遊電位型のガイドローラユニットの構造で真空槽１１内に設けられている。
その構造を説明すると、ガイドローラユニット３１はハウジング３４_L，３４_Rを有している。
真空槽１１の壁面には、エンドプレート３３_L，３３_Rが取り付けられており、ハウジング３４_L，３４_Rはエンドプレート３３_L，３３_Rに取り付けられている。

導電性薄膜と接触するガイドローラ１３ｃは、細長円筒形のガイドローラ本体３２と、突起３６_L，３６_Rとを有している。突起３６_L，３６_Rは、ガイドローラ本体３２の両底面の中心位置に配置され、両底面から外部に突き出されており、この突起３６_L，３６_Rがハウジング３４_L，３４_Rの内部に挿入されている。

ハウジング３４_L，３４_Rと突起３６_L，３６_Rの間には、ベアリング３５_L，３５_Rが配置されている。ガイドローラ本体３２は、ベアリング３５_L，３５_Rを介してハウジング３４_L，３４_Rによって回転可能に支持されており、ガイドローラ本体３２の円筒表面に導電性薄膜の部分が接触しながら成膜フィルム２３が移動する際には、ガイドローラ本体３２は成膜フィルム２３の移動に伴って回転し、導電性フィルムが擦られないように構成されている。

ベアリング３５_L，３５_Rとガイドローラ本体３２と突起３６_L，３６_Rは金属製であるのに対し、ハウジング３４_L，３４_Rは樹脂等の電気絶縁性材料で構成されている。ガイドローラ本体３２は、ベアリング３５_L，３５_R以外の部材とは接触しておらず、真空槽１１が接地されていても、ガイドローラ本体３２と真空槽１１の間は電気的に絶縁され、ガイドローラ１３ｃは浮遊電位に置かれる。従って、導電性薄膜に電子や荷電粒子が入射し、導電性薄膜が帯電しても放電されずに巻取軸１８の方向に搬送される。

巻取軸１８の直前位置には除電装置２５が設けられており、この除電装置２５から、帯電した導電性薄膜に導電性薄膜の帯電電位とは逆極性の正イオン又は電子が照射されると帯電が解消され、巻取軸１８に巻き取られる。除電装置２５によって帯電が解消される際には、導電性薄膜の発熱は小さく、熱負けは生じない。

上記実施例では、成膜フィルム２３を巻取軸１８で巻き取る際、巻取軸１８が導電性薄膜と接触しないようにしているか、又は、巻取軸１８を、樹脂等の電気絶縁性材料で構成させ、導電性薄膜が巻取軸１８と接触しても巻取軸１８を介して接地されないようになっている。

上記実施例では、主ローラ１２は基体フィルム２２と接触し、導電性薄膜と接触していない。基体フィルム２２は電気絶縁性を有していたため、後述するように、導電性薄膜が基体フィルム２２の側面に付着しなければ、導電性薄膜が主ローラ１２を介して接地電位に接続されないが、基体フィルム２２が金属箔等の導電性フィルムの場合は、基体フィルム２２と接触する主ローラ１２やガイドローラ１３ａ〜１３ｄも浮遊電位に置かないと、導電性薄膜を浮遊電位に置くことができない。

この場合、基体フィルム２２と接触するガイドローラ１３ａ、１３ｂ、１３ｄも図２に示した浮遊電位型のガイドローラユニット３１の構造を採用すると共に、主ローラ１２も、図３に示した浮遊電位型の主ローラユニット４１の構造が採用される。
主ローラユニット４１の構造を説明すると、該主ローラユニット４１は主ローラ１２とハウジング４４_L，４４_Rとを有している。

ガイドローラユニット３１の構造と同様に、エンドプレート４３_L，４３_Rは真空槽１１の壁面に取り付けられ、エンドプレート４３_L，４３_Rにはハウジング４４_L，４４_Rが取り付けられている。

主ロール１２は、ガイドローラ１３よりも大径の主ローラ本体４２と、突起４６_L，４６_Rを有しており、突起４６_L，４６_Rは、主ローラ本体４２の両底面の中心位置で外部に突き出され、ハウジング４４_L，４４_Rの内部に挿入されている。

ハウジング４４_L，４４_Rと突起４６_L，４６_Rの間には、ベアリング４５_L，４５_Rが配置されており、主ローラ本体４２はベアリング４５_L，４５_Rを介してハウジング４４_L，４４_Rによって回転可能に支持されている。

二個の突起４６_L，４６_Rのうち、少なくとも一方の突起４６_Rの端部は、接続管４７に接続されている。突起４６_Rと接続管４７の間は相対回転可能に構成されており、接続管４７が静止した状態で、突起４６_L，４６_Rは主ローラ本体４２と一緒に回転できるように構成されている。主ローラ本体４２の円筒表面に成膜フィルム２３や基体フィルム２２が接触しながら移動する場合、主ローラ本体４２は、成膜フィルム２３や基体フィルム２２の移動に追随して回転し、それらを擦らない。

接続管４７には、導入管４８ａと排出管４８ｂが接続されている。導入管４８ａと排出管４８ｂは、真空槽１１の外部に配置された循環装置４０に接続されている。

主ローラ本体４２の内部には、冷却水が流れる流路が形成されている。この流路の両端は、突起４６_R内部の配管と、接続管４７の内部の配管を介して、導入管４８ａと排出管４８ｂにそれぞれ接続されており、循環装置４０から導入管４８ａや接続管４７を介して、主ローラ本体４２に一定温度に温度制御された冷却水が供給されると、その冷却水は主ローラ本体４２内部を流れ、主ローラ本体４２に密着された成膜フィルム２３を冷却した後、排出管４８ｂによって循環装置４０に戻るように構成されている。

導入管４８ａと排出管４８ｂの途中には、リング状の絶縁部材４９ａ，４９ｂがそれぞれ挿入されている。この絶縁部材４９ａ，４９ｂは、導入管４８ａと排出管４８ｂの接続管４７に接続された部分と、真空槽１１等の導入管４８ａや排出管４８ｂ他の部材と接触する部分の間に配置されており、導入管４８ａと排出管４８ｂの接続管４７に接続された部分は、接続管４７以外の部材から電気的に絶縁されている。

ハウジング４４_L，４４_Rは樹脂製で電気絶縁性を有しており、ハウジング４４_L，４４_Rと絶縁部材４９ａ，４９ｂによって真空槽１１等の部材から絶縁されており、浮遊電位に置かれている。

基体フィルム２２が金属箔等の導電性を有する場合、基体フィルム２２に接触される主ローラ１２、ガイドローラ１３ａ，１３ｂ，１３ｄ、巻出軸１７及び巻取軸１８が接地されていると、成膜フィルム２３の帯電によって蓄積された電荷は、基体フィルム２２を介して接地電位に流れ、ジュール熱が発生してしまう。

本発明では、基体フィルム２２が導電性を有する場合、導電性薄膜に接触するガイドローラ１３ｃに加え、基体フィルム２２に接触するガイドローラ１３ａ，１３ｂ，１３ｄと、主ローラ１２は、それぞれ図２、図３に記載された様な浮遊電位型の構造であり、また、巻出軸１７と巻取軸１８は樹脂等の絶縁性材料で構成されており、成膜フィルム２３は浮遊電位に置かれるようになっている。この成膜フィルム２３も、除電装置２５によって巻取軸１８に巻き取られる前に除電される。

基体フィルム２２が樹脂フィルム等の絶縁性フィルムであり、成膜フィルム２３中の基体フィルム２２と接触するガイドローラ１３ｄや主ローラ１２が金属製であり、それらのローラ１２，１３ｄが接地電位に接続されている場合、基体フィルム２２の側面に導電性薄膜が成長し、ガイドローラ１３ｄや主ローラ１２が導電性薄膜と接触すると、導電性薄膜が接地されてしまう。

この場合、図４に示すように成膜源１６₁〜１６₃と、主ローラ１２上の基体フィルム２２との間に、基体フィルム２２の両側を覆うマスク２７を設け、マスク２７の開口部２６の底面下に導電性薄膜を形成すれば、基体フィルム２２の表面の縁や側面には導電性薄膜は形成されず、基体フィルム２２上の導電性薄膜がローラ１２、１３ｄと接触することはない。

以上は、スパッタリング方法によって、基体フィルム２２表面に導電性薄膜を形成する場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、成膜フィルム２３表面の導電性薄膜に電子や荷電粒子が入射する成膜方法に広く用いることができる。例えばプラズマＣＶＤ法が挙げられる。

上記巻取式成膜装置１０の巻出軸１７に絶縁性の基体フィルム２２の原反ロール２１を装着し、スパッタリング法によって導電性薄膜を成膜した後、各ローラ１２、１３ａ〜１３ｄを逆転させ、成膜フィルム２３を逆向きに搬送して元の位置に戻した後、再度スパッタリング法によって、導電性薄膜上に更に導電性薄膜を形成した。

この工程を繰り返し、基体フィルム２２上に導電性薄膜を積層する間、基体フィルム２２の温度を測定した。
基体フィルム２２は、幅２５４ｍｍ、厚み２５μｍのポリイミドフィルムを用いた。温度は、その表面に貼付されたＫ熱電対によって測定した。
冷却水は、主ローラ１２の温度が２５℃を維持するように供給した。

成膜源１６₁〜１６₃のスパッタリングターゲットにはＣｕを用いた。スパッタ圧力は１Ｐａ、スパッタ電力密度は６．５Ｗ／ｃｍ²、基体フィルム２２の移動速度は０．５ｍ／ｍｉｎである。一回の成膜工程で形成される導電性薄膜(銅薄膜)の膜厚は、０．３μｍであった。

本発明の場合は、ハウジング、絶縁部材をＰＴＦＥ樹脂で構成させ、各ガイドローラ１３ａ〜１３ｄと主ローラ１２を浮遊電位に置き、また、巻出軸１７と巻取軸１８もＰＴＦＥ樹脂で構成し、導電性薄膜がが接地電位に接続されず、浮遊電位に置かれるようにして導電性薄膜を積層させ、温度測定を行なった。

比較例として、各ガイドローラ１３ａ〜１３ｄと主ローラ１２を接地電位に接続させ、導電性薄膜を積層させ、温度測定を行なった。
測定結果を図５に示す。

本発明の場合は、比較例の場合よりも基体フィルム２２の温度上昇が少ないことが分かる。
比較例の場合、成膜回数が増加すると温度も上昇しているが、その原因は、導電性薄膜の膜厚が増加すると、プラズマ中のイオンや電子が基材フィルム上の導電性薄膜(Ｃｕ膜)に入射して流れる電流による発熱量が増加するからと考えられる。

本発明の場合、導電性薄膜に電流は流れないから、成膜回数が増加しても、温度は上昇しない。
これらの結果から、プラズマを使用した成膜工程に於ける成膜フィルム２３の熱負けは、高エネルギーを持ったイオンや電子が基体フィルム２２表面に成膜された導電性薄膜中を流れることが大きな原因の一つであり、本発明により成膜フィルム２３の熱負けを軽減することができ、高速成膜が可能になることが分かる。

本発明の一例の巻取式成膜装置を説明するための内部側面図 そのガイドローラユニットを説明するための図面 その主ローラユニットを説明するための図面 マスクを説明するための図面 本発明と比較例の温度上昇を説明するための図面

符号の説明

１０……巻取式成膜装置
１１……真空槽
１２……主ローラ
１３ａ〜１３ｄ……ガイドローラ
１６₁〜１６₃……成膜源
１７……巻出軸
２１……原反ロール
２２……基体フィルム
２３……成膜フィルム
２５……除電装置

Claims (3)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内に配置された主ローラと、ガイドローラと、成膜源とを有し、
   基体フィルムを前記主ローラに接触させながら移動させ、前記成膜源によって前記基体フィルムの前記主ローラと接触する部分の表面に導電性薄膜を成長させ、前記基体フィルム表面に前記導電性薄膜が形成された成膜フィルムを製造する巻取式成膜装置であって、
   前記成膜源はスパッタリング成膜手段であり、
   前記導電性薄膜と接触する前記ガイドローラは前記真空槽と絶縁され、浮遊電位に置かれた巻取式成膜装置。
2. 前記基体フィルムと接触する前記ガイドローラと前記主ローラは、前記真空槽と絶縁され、浮遊電位に置かれた請求項１記載の巻取式成膜装置。
3. 除電装置を有し、前記成膜フィルムを巻き取る前に、前記導電性フィルムが除電されるように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の巻取式成膜装置。

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