JP2015007283A - 薄膜製造装置及び薄膜製造方法、並びに、電気化学デバイス及び電気化学デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上への連続的な薄膜製造において、基板の熱損傷を抑制して高品質な薄膜を高速で製造できる薄膜製造装置を提供する。【解決手段】本発明の薄膜製造装置は、基板２０を連続して送出する基板送出機構（巻き出しローラ２１）と、基板２０を受け入れる基板受入機構（巻き取りローラ２３）と、基板搬送機構と、成膜ローラ２７と、成膜ローラ２７よりも基板搬送方向上流側を基板搬送機構に沿って走行する基板２０の成膜面に第１の薄膜を成膜する第１の成膜源１１と、成膜ローラ２７のローラ周面に第２の薄膜を成膜する第２の成膜源１２とを備える。成膜ローラ２７は、第２の薄膜の表面が、基板２０上に成膜された第１の薄膜の表面と対面接合するように設置されている。基板受入機構は一体化された基板２０、第１の薄膜及び第２の薄膜を巻き取る又は格納する。第２の薄膜は、第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、第１の薄膜よりも速い堆積速度で成膜される。【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜製造装置及び薄膜製造方法と、電気化学デバイス及び電気化学デバイスの製造方法とに関する。

デバイスの高性能化及び小型化に薄膜技術が幅広く展開されている。また、デバイスの薄膜化はユーザーの直接メリットに留まらず、地球資源の保護、消費電力の低減といった環境側面からも重要な役割を果たしている。

こうした薄膜技術の進展には、薄膜製造方法の高効率化、安定化、高生産性化、低コスト化といった産業利用面からの要請に応えることが必要不可欠であり、これに向けた努力が続けられている。

薄膜の生産性を高めるには、高堆積速度の成膜技術が必須である。真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition Method）などの薄膜製造方法において、堆積速度の高速化が進められている。また、薄膜を連続的に大量に形成する方法として、巻き取り式や連続平板搬送の薄膜製造方法が用いられる。巻き取り式の薄膜製造方法は、ロール状に巻かれた長尺の基板を巻き出しローラから巻き出し、搬送経路に沿って搬送中に基板上に薄膜を形成し、しかる後に巻き取りローラに基板を巻き取る方法である。例えば、電子ビームを用いた真空蒸着源のような高堆積速度の成膜源と巻き取り式の薄膜製造方法とを組み合わせることによって、薄膜を生産性よく形成することができる。

高速で薄膜を形成する際には、成膜による基板への入熱が課題になることが多い。また、複数の薄膜を積層させる成膜においても、同様に、基板上に既に形成された薄膜への入熱による薄膜の品質低下が問題になる場合がある。こうした課題を解決するために、基板の冷却方法に関して、様々な方法が提案されている。

特許文献１には、基板であるウェブに薄膜を形成するための装置において、ウェブと前記ウェブを支持する支持手段との間の領域内にガスを導入することが記載されている。これによれば、ウェブと支持手段との間の熱伝導が確保できるので、ウェブの温度上昇を抑制することができる。

特許文献２には、高分子基材と、高分子基材の一方の面に形成された記録層と、高分子基材の他方の面に形成された金属薄膜である補強層とを有する記録媒体の製造方法が記載されている。この方法では、一方の面に記録層が予め形成された高分子基材と、少なくとも表面が誘電体から成る冷却回転支持体とを、高分子基材と冷却回転支持体との間に記録層が位置するようにして、記録層と冷却回転支持体との間で静電引力を生じさせ、これらを密着させた状態にて、高分子基材の他方の面に補強層を形成する。この方法によれば、金属薄膜の成膜によって高分子基材が受ける熱負荷、すなわち高分子基材の熱負けの発生を、効果的に抑制することができる。

特許文献３では、キャリヤベルトに沿って基板を搬送する巻き取り式の真空蒸着装置において、キャリヤベルトを電子冷却器によって冷却することが記載されている。この装置によれば、基板が熱によって劣下変形することを防止し、高付着効率で長尺の蒸着が可能となる。

特開平１−１５２２６２号公報 特開２００３−３０８６０９号公報 特開平６−３３０３２０号公報

薄膜の量産において、高レート成膜及び基板における熱負荷の課題を解決することは、きわめて重要である。蒸発源等の成膜源及び基板材料の開発、並びに、基板冷却技術の向上により、成膜速度は向上を続けている。しかし、さらなる低コスト化を実現するために、高品質な薄膜を高速で製造する技術が求められる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板上への連続的な薄膜製造において基板が受ける熱負荷を低減することによって、基板の熱損傷を抑制して高品質な薄膜を高速で製造できる薄膜製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、
長尺基板又は平板基板を連続して送出する基板送出機構と、
前記長尺基板を巻き取る、又は、前記平板基板を格納することによって前記基板を受け入れる、基板受入機構と、
前記基板送出機構から前記基板受入機構へと前記基板を搬送する基板搬送機構と、
ローラ周面への直接成膜が可能な成膜ローラと、
前記成膜ローラよりも基板搬送方向上流側を前記基板搬送機構に沿って走行する前記基板の成膜面に、第１の薄膜を成膜する第１の成膜源と、
前記成膜ローラの前記ローラ周面に第２の薄膜を成膜する第２の成膜源と、
を備え、
前記成膜ローラは、前記成膜ローラの前記ローラ周面に成膜された前記第２の薄膜の表面が、前記基板の前記成膜面に成膜された前記第１の薄膜の表面と対面接合するように、基板搬送経路中に設置されており、
前記基板受入機構は、一体化された前記基板、前記第１の薄膜及び前記成膜ローラから脱離した前記第２の薄膜を巻き取る、又は、格納し、
前記第２の薄膜は、前記第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、前記第１の薄膜よりも速い堆積速度で、前記成膜ローラの前記ローラ周面に成膜される、
薄膜製造装置を提供する。

本発明の薄膜製造装置によれば、基板上への連続的な薄膜製造において基板が受ける熱負荷を低減することによって、基板の熱損傷を抑制して高品質な薄膜を高速で製造できる。

本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の一構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 成膜源の一構成例を示す模式的に示す斜視図 図１２Ａの成膜源の上面の模式図 図１２ＢのＩ−Ｉ線断面の模式図 ヒータの一構成例を示す模式図 図１３Ａのヒータの縦断面図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置のさらに別の構成例を示す模式図 本発明の一実施形態に係る電気化学デバイスの電極群の一構成例を示す断面模式図

本発明の第１の態様は、
長尺基板又は平板基板を連続して送出する基板送出機構と、
前記長尺基板を巻き取る、又は、前記平板基板を格納することによって前記基板を受け入れる、基板受入機構と、
前記基板送出機構から前記基板受入機構へと前記基板を搬送する基板搬送機構と、
ローラ周面への直接成膜が可能な成膜ローラと、
前記成膜ローラよりも基板搬送方向上流側を前記基板搬送機構に沿って走行する前記基板の成膜面に、第１の薄膜を成膜する第１の成膜源と、
前記成膜ローラの前記ローラ周面に第２の薄膜を成膜する第２の成膜源と、
を備え、
前記成膜ローラは、前記成膜ローラの前記ローラ周面に成膜された前記第２の薄膜の表面が、前記基板の前記成膜面に成膜された前記第１の薄膜の表面と対面接合するように、基板搬送経路中に設置されており、
前記基板受入機構は、一体化された前記基板、前記第１の薄膜及び前記成膜ローラから脱離した前記第２の薄膜を巻き取る、又は、格納し、
前記第２の薄膜は、前記第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、前記第１の薄膜よりも速い堆積速度で、前記成膜ローラの前記ローラ周面に成膜される、
薄膜製造装置を提供する。

第１の態様に係る薄膜製造装置では、基板上に第１の薄膜を成膜し、成膜ローラの周面上に第２の薄膜を成膜し、その後、第１の薄膜の表面と第２の薄膜の表面とを対面接合させて第２の薄膜を成膜ローラから離脱させて、第１の薄膜と第２の薄膜とを一体化することによって、基板上に薄膜を製造する。すなわち、基板上に薄膜を製造する際、従来の装置であれば基板上に目的とする厚さの薄膜が成膜されるが、第１の態様に係る薄膜製造装置では目的とする厚さの一部分（第１の薄膜）のみが基板上に成膜される。したがって、第１の態様に係る薄膜製造装置によれば、基板上への連続的な薄膜製造において、基板上に飛来する成膜材料の蒸気の量を低減することができる。これによって、成膜時に基板が受ける、材料蒸気の凝縮熱をはじめとする熱負荷を軽減することができる。また、最終的に基板上に製造される薄膜の残りの厚さ部分（第２の薄膜）は、成膜ローラのローラ周面に直接成膜される。成膜ローラは、熱容量が大きく、さらに、基板とは異なり直接的に冷却されることが可能であるので、成膜による熱負荷の課題が生じない。したがって、第１の態様に係る薄膜製造装置によれば、第２の薄膜が第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、第１の薄膜よりも速い堆積速度で成膜ローラのローラ周面に成膜されても、第２の薄膜を、高速で、しかも高品質で成膜することが可能である。このように、第１の態様に係る薄膜製造装置によれば、基板が受ける熱負荷を低減しつつ、基板上に高品質な膜を高速で製造することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、
前記第１の成膜源及び前記第２の成膜源が、同一の共用成膜源である、
薄膜製造装置を提供する。

第２の態様に係る薄膜製造装置によれば、設備の単純化が可能となり、少ない装置構成での成膜が可能となる。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、
前記第１の薄膜と前記第２の薄膜との対面接合における接合を強化する接合強化機構をさらに備えた、
薄膜製造装置を提供する。

第３の態様に係る薄膜製造装置によれば、第１の薄膜と第２の薄膜とのより確実な接合が可能となる。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、
前記接合強化機構が、
（Ａ）対面接合した状態の前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜に対して、加温及び加圧の少なくとも何れか１つを施す機構である、
（Ｂ）対面接合した状態の前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜に対して、超音波又はレーザを照射する機構である、又は、
（Ｃ）前記基板の前記成膜面上の前記第１の薄膜の表面、又は、前記成膜ローラの前記ローラ周面上の前記第２の薄膜の表面に接着剤を塗布する接着剤塗布ユニットである、
薄膜製造装置を提供する。

第４の態様に係る薄膜製造装置によれば、第１の薄膜と第２の薄膜とのより確実な接合を容易に実現することができる。

本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様の何れか１つの態様において、
前記成膜ローラの前記ローラ周面に離型剤を付与する離型剤付与ユニットをさらに備えた、
薄膜製造装置を提供する。

第５の態様に係る薄膜製造装置によれば、第２の薄膜を成膜ローラからより確実に脱離させることができる。

本発明の第６の態様は、第５の態様において、
前記離型剤が液体であり、
前記離型剤付与ユニットが前記離型剤を気化させる機構を含む、
薄膜製造装置を提供する。

第６の態様に係る薄膜製造装置によれば、成膜ローラのローラ周面に薄く均一に離型剤を付与できるので、第２の薄膜の成膜ローラからの脱離がより確実となる。

本発明の第７の態様は、第１〜第６の態様の何れか１つの態様において、
前記第１の成膜源及び前記第２の成膜源が、同一組成を有する薄膜を成膜するためのものである、
薄膜製造装置を提供する。

第７の態様に係る薄膜製造装置によれば、単一組成を有する高品質な薄膜を高速で製造することができる。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、
前記第１の成膜源及び前記第２の成膜源が、リチウム薄膜を成膜するためのものである、
薄膜製造装置を提供する。

第８の態様に係る薄膜製造装置によれば、高品質なリチウム薄膜を高速で製造することができる。

本発明の第９の態様は、
基板上に薄膜を製造する方法であって、
（Ｉ）基板搬送機構に沿って走行する前記基板の成膜面に第１の薄膜を成膜する工程と、
（II）ローラ周面への直接成膜が可能な成膜ローラの前記ローラ周面に、第２の薄膜を、前記第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、前記第１の薄膜よりも速い堆積速度で成膜する工程と、
（III）前記工程（Ｉ）で成膜された前記第１の薄膜の表面と、前記工程（II）で成膜された前記第２の薄膜の表面とを対面接合して、前記第２の薄膜を前記成膜ローラから脱離させて前記第１の薄膜と一体化させる工程と、
を含む、薄膜製造方法を提供する。

第９の態様に係る薄膜製造方法では、基板上に第１の薄膜を成膜し、成膜ローラの周面上に第２の薄膜を成膜し、その後、第１の薄膜の表面と第２の薄膜の表面とを対面接合させて第２の薄膜を成膜ローラから離脱させて、第１の薄膜と第２の薄膜とを一体化することによって、基板上に薄膜を製造する。すなわち、基板上に薄膜を製造する際、従来の方法であれば基板上に目的とする厚さの薄膜が成膜されるが、第９の態様に係る薄膜製造方法では目的とする厚さの一部分（第１の薄膜）のみが基板上に成膜される。したがって、第９の態様に係る薄膜製造方法によれば、基板上への連続的な薄膜製造において、基板上に飛来する成膜材料の蒸気の量を低減することができる。これによって、成膜時に基板が受ける、材料蒸気の凝縮熱をはじめとする熱負荷を軽減することができる。また、最終的に基板上に製造される薄膜の残りの厚さ部分（第２の薄膜）は、成膜ローラのローラ周面に直接成膜される。成膜ローラは、熱容量が大きく、さらに、基板とは異なり直接的に冷却されることが可能であるので、成膜による熱負荷の課題が生じない。したがって、第９の態様に係る薄膜製造方法によれば、第２の薄膜を第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、第１の薄膜よりも速い堆積速度で成膜しても、第２の薄膜を、高速で、しかも高品質で成膜することが可能である。このように、第９の態様に係る薄膜製造方法によれば、基板が受ける熱負荷を低減しつつ、基板上に高品質な膜を高速で製造することができる。

本発明の第１０の態様は、第９の態様において、
前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜が、同一の共用成膜源によって成膜される、
薄膜製造方法を提供する。

第１０の態様に係る薄膜製造方法によれば、使用する設備の単純化が可能となるので、成膜がより容易となる。

本発明の第１１の態様は、第９又は第１０の態様において、
前記工程（III）において、
（ａ）対面接合した状態の前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜に対して、加温及び加圧の少なくとも何れか１つを施す、又は、
（ｂ）対面接合した状態の前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜に対して、超音波又はレーザを照射する、
薄膜製造方法を提供する。

第１１の態様に係る薄膜製造方法によれば、第１の薄膜と第２の薄膜とのより確実な接合を容易に実現することができる。

本発明の第１２の態様は、第９〜第１１の態様の何れか１つの態様において、
前記工程（II）に先立って、前記成膜ローラの前記ローラ周面に離型剤を付与する工程をさらに含む、
薄膜製造方法を提供する。

第１２の態様に係る薄膜製造方法によれば、第２の薄膜を成膜ローラからより確実に脱離させることができる。

本発明の第１３の態様は、第１２の態様において、
前記離型剤が液体であり、前記離型剤を気化させて前記成膜ローラの前記ローラ周面に前記離型剤を付与する、
薄膜製造方法を提供する。

第１３の態様に係る薄膜製造方法によれば、成膜ローラのローラ周面に薄く均一に離型剤を付与できるので、第２の薄膜の成膜ローラからの脱離がより確実となる。

本発明の第１４の態様は、第９〜第１３の態様の何れか１つの態様において、
前記工程（Ｉ）で成膜された前記第１の薄膜の表面、又は、前記工程（II）で成膜された第２の薄膜の表面に接着剤を付与する工程をさらに含む、
薄膜製造方法を提供する。

第１４の態様に係る薄膜製造方法によれば、第１の薄膜と第２の薄膜とのより確実な接合を容易に実現することができる。

本発明の第１５の態様は、第９〜第１４の態様の何れか１つの態様において、
前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜の少なくとも何れか１つがリチウム薄膜である、
薄膜製造方法を提供する。

第１５の態様に係る薄膜製造方法によれば、高品質なリチウム薄膜を高速で製造することができる。

本発明の第１６の態様は、第９〜第１５の態様の何れか１つの態様において、
前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜が、同一組成を有する薄膜である、
薄膜製造方法を提供する。

第１６の態様に係る薄膜製造方法によれば、単一組成を有する高品質な薄膜を高速で製造することができる。

本発明の第１７の態様は、
リチウムイオンを吸蔵又は放出する正極活物質を含む正極板と、
リチウムイオンを放出又は吸蔵する負極活物質を含む負極板と、
前記正極板と前記負極板との間に配置された、リチウムイオン伝導性を有する電解質を含むセパレータと、を含み、
前記正極板、前記負極板及び前記セパレータは、前記セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配置されるように重ね合わされたものが捲回又は折りたたまれることによって、又は、前記セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配置されるように、前記正極板、前記負極板及び前記セパレータが積層されることによって、電極群を形成しており、
前記セパレータの幅方向端部は、前記正極板及び前記負極板の少なくとも一方の幅方向端部よりも外側に位置しており、
前記正極板及び前記負極板の少なくとも一方の幅方向端部を超えた前記セパレータの幅方向端部付近上の、前記正極板側及び前記負極板側の少なくとも一方に、リチウムが設けられている、
電気化学デバイスを提供する。

極板とセパレータとが重ね合わされて捲回又は折りたたまれることによって、又は、極板とセパレータとが積層されることによって形成された電極群を有する電気化学デバイスには、電極群に幅方向のズレが生じる場合がある。電極群は、極板とセパレータとを捲回する、折りたたむ又は積層する際に、高張力、高圧力をかけずに作製されることが望ましいが、その場合、巻きズレ、折りたたみズレ又は積層ズレが発生しやすくなる。しかし、第１７の態様に係る電気化学デバイスにおける電極群では、幅方向端部付近にリチウムが設けられたセパレータ同士が極板を挟んで対向しており、リチウムの存在によってセパレータと極板間の滑りが抑制されるので、幅方向のズレ発生が抑制される。また、セパレータの幅方向端部付近に設けられたリチウムで、セパレータ同士を幅方向端部で部分的に接合することもできるので、その場合は、低張力や低圧力で電極群を形成しても幅方向のズレ発生を抑制できる。リチウムによるセパレータ同士の幅方向端部での接合とは、捲回、折りたたみ又は積層の工程で部分的かつ自然に発生するものであってもよいし、例えば電極群の端面を軽く押さえる等して、セパレータが極板からはみ出している部分を倒すことによってセパレータの幅方向端部同士の接合が促進されたものであってもよい。なお、セパレータにおいて、極板の幅方向端部よりも外側に位置している部分に設けられたリチウムは充放電に寄与しないため、充放電後もセパレータ上に残る場合が多い。したがって、充放電後の電気化学デバイスを分解することによって、セパレータ上に設けられたリチウムを検出することが可能である。

本発明の第１８の態様は、
リチウムイオンを吸蔵又は放出する正極活物質を含む正極板と、リチウムイオンを放出又は吸蔵する負極活物質を含む負極板と、前記正極板と前記負極板との間に配置された、リチウムイオン伝導性を有する電解質を含むセパレータと、を含む電気化学デバイスを製造する方法であって、
（ｉ）第９の態様に係る薄膜製造方法において、基板としてセパレータを用い、かつ、第１の薄膜及び第２の薄膜としてリチウム薄膜を成膜することにより、前記薄膜製造方法を用いて、前記セパレータの少なくとも一方の主面上にリチウム層が形成された電気化学デバイス用セパレータを製造する工程と、
（ii）リチウムイオンを吸蔵又は放出する正極活物質を含む正極板と、リチウムイオンを放出又は吸蔵する負極活物質を含む負極板と、前記工程（ｉ）で得られた前記電気化学デバイス用セパレータとを、前記電気化学デバイス用セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配置されるように重ね合わせてから捲回又は折りたたむ、又は、前記電気化学デバイス用セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配置されるように積層して、電極群を製造する工程と、
（iii）前記電極群をケースに収容して、前記ケース内にリチウムイオン伝導性を有する電解質を注入する工程と、
を含む、電気化学デバイスの製造方法を提供する。

第１８の態様に係る製造方法では、電気化学デバイスの電極群を製造するために、第９の態様に係る薄膜製造方法を利用して予めリチウム層が形成された電気化学デバイス用セパレータが用いられる。このような電気化学デバイス用セパレータを用いて製造された電極群を収容するケースに電解質を注入すると、電気化学デバイス用セパレータを構成するリチウム層のリチウムが、極板の活物質内に吸蔵される。その結果、電極群の体積は、電解質注入前の体積よりも小さくなる。これにより、電気化学デバイスの充放電を繰り返したときの極板膨張及び極板変形、さらにはガス発生等によりデバイスが変形したり極板に過大な力がかかったりすることを考慮して、敢えて低張力や低圧力で極板とセパレータとを捲回する、折りたたむ又は積層する必要がなくなる。このように、第１８の態様に係る製造方法によれば、電気化学デバイスの劣化を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態は一例であり、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、以下の実施形態では、同一部材に同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。

（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の一構成例を示す模式図である。図１に示す薄膜製造装置１０１には、長尺の基板２０を連続して送出する巻き出しローラ（基板送出機構）２１と、基板２０を巻き取って受け入れる巻き取りローラ（基板受入機構）２３と、巻き出しローラ２１から巻き取りローラ２３へと基板２０を搬送する基板搬送機構とが設けられている。基板搬送機構は、複数の基板搬送ローラ２２と、成膜支持ローラ２４とによって構成されている。薄膜製造装置１０１には、さらに、ローラ周面への直接成膜が可能な成膜ローラ２７が設けられている。本実施形態では、成膜支持ローラ２４及び成膜ローラ２７は、基板を搬送するローラとしても機能する。すなわち、成膜支持ローラ２４及び成膜ローラ２７は、搬送される基板２０に同期して回転する。薄膜製造装置１０１は、さらに、第１の成膜源１１及び第２の成膜源１２を備えている。第１の成膜源１１は、成膜ローラ２７よりも基板搬送方向上流側を基板搬送機構に沿って走行する基板２０の成膜面に、第１の薄膜を成膜するための成膜源である。第２の成膜源１２は、成膜ローラ２７の周面に第２の薄膜を成膜するための成膜源である。成膜ローラ２７は、成膜ローラ２７の周面に成膜された第２の薄膜の表面が、基板２０の成膜面に成膜された第１の薄膜の表面と対面接合するように、基板搬送経路中に設置されている。ここで、第２の薄膜は、第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、第１の薄膜よりも速い堆積速度で、成膜ローラ２７のローラ周面に成膜される。なお、本実施形態においては、一例として、第２の薄膜が第１の薄膜よりも厚く成膜される場合について説明する。

薄膜製造装置１０１によれば、基板２０の成膜面上にまずより薄い厚さの第１の薄膜が成膜され、その後、成膜ローラ２７の周面上に別途成膜された第２の薄膜が第１の薄膜上に転写されて第１の薄膜と一体化されることによって、基板２０上に所望の厚さの薄膜が成膜される。したがって、巻き取りローラ２３には、基板２０、第１の薄膜及び成膜ローラ２７から脱離した第２の薄膜が一体化された状態で巻き取られる。

薄膜製造装置１０１には、さらに、対面接合した第１の薄膜及び第２の薄膜に対し、両者を密着させる方向に加圧する機構である、加圧ローラ（接合強化機構）３３が設けられている。加圧ローラ３３によって第１の薄膜と第２の薄膜とが密着する方向に加圧されることにより、第１の薄膜と第２の薄膜とが強固に接合される。これにより、第２の薄膜が成膜ローラ２７からより離脱しやすくなるので、第２の薄膜と第１の薄膜との一体化がより確実に実施される。

巻き出しローラ２１、巻き取りローラ２３、基板搬送機構（基板搬送ローラ２１、成膜支持ローラ２４）、成膜ローラ２７、第１の成膜源１１、第２の成膜源１２及び加圧ローラ３３は、真空槽４０内に配置されている。真空槽４０は、内部空間を有する耐圧性の容器状部材である。真空槽４０は、真空槽４０の外部に設けられた排気ポンプ３９と接続され、内部空間が薄膜の成膜に適する減圧状態となっている。なお、排気ポンプ３９は、例えば、油拡散ポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ等を主ポンプとした真空排気系によって構成される。このように、薄膜製造装置１０１では、第１の薄膜及び第２の薄膜が真空中で成膜され、さらにそのまま真空中で第１の薄膜と第２の薄膜との対面接合が行われる。真空中で成膜された第１の薄膜及び第２の薄膜の表面は活性な状態となっている。薄膜製造装置１０１によれば、そのような活性な状態を維持したまま第１の薄膜と第２の薄膜とを接合する、すなわち第１の薄膜の活性な表面と第２の薄膜の活性な表面とを互いに接合する。これにより、第１の薄膜と第２の薄膜とを強固に一体化できる。なお、この効果は、第１の薄膜及び第２の薄膜が金属薄膜である場合により顕著である。

第１の成膜源１１は、上部が開口している容器状部材であり、蒸発容器がその具体的な一例である。蒸発容器の内部には、成膜材料１が載置される。第１の成膜源１１には加熱手段が設けられ、加熱手段によって成膜材料１が加熱されて蒸発する。成膜材料１の蒸気は鉛直上方に向けて移動し、第１の成膜源１１の開口部を通って、走行する基板２０の成膜面に付着する。これにより、基板２０の成膜面に第１の薄膜が成膜される。また、第２の成膜源１２も、第１の成膜源１１と同様の構成を有しており、蒸発容器の内部に成膜原料２が載置される。加熱されて蒸発した成膜原料２の蒸気は、鉛直上方に向けて移動し、第２の成膜源１２の開口部を通って、搬送される基板２０に同期して回転する成膜ローラ２７の周面に付着する。これにより、成膜ローラ２７の周面に第２の薄膜が直接成膜される。なお、第１の成膜源１１及び第２成膜源１２の構成についての詳細は、後述する。

基板搬送ローラ２２には、例えば直径１５〜１５０ｍｍのローラを使用できる。基板搬送ローラ２２には、鉄、アルミ、銅及びステンレス等の金属からなるローラ、それらのローラの表面を各種めっき膜又はその他の被覆材で覆ったもの、あるいは、各種樹脂から形成されたローラを用いることができる。なお、基板搬送ローラ２２は、基板２０を搬送可能な範囲においてこの限りではない。第１の成膜源１１の開口部に対向する基板２０の成膜面に第１の薄膜を成膜する第１の成膜領域において、基板２０は、成膜支持ローラ２４に代わって、図２に示す薄膜製造装置１０２のように搬送ローラ２２間に支持されているだけでもよい。また、第１の成膜領域において、基板２０は、図３に示す薄膜製造装置１０３のように巡回する成膜支持ベルト２５上に支持されていてもよい。ただし、第１の成膜領域では、基板２０は、成膜支持ローラ２４上又は成膜支持ベルト２５上に支持されている方が、第１の成膜領域において基板２０が受けた熱負荷をローラやベルトなどの支持体に伝達することができるので、基板２０の熱損傷を防止する上でより好ましい。

基板２０の材料には、各種プラスチック、紙、金属箔及びその他を用いることができる。特に基板２０が絶縁体の場合には、基板２０をローラやベルトなどの支持体に密着させることによって、基板２０が第１の成膜領域で受けた熱を速やかに伝達させることができる。したがって、図４に示す薄膜製造装置１０４のように、通電ローラ２６を用いて基板２０と成膜支持ローラ２４とを静電チャックしてもよい。また、同様の効果を得るために、図５に示す薄膜製造装置１０５のように、電子線源３１を用いて電子線３２を発生させて、基板２０に電子を打ち込んで基板２０と成膜支持ローラ２４とを静電チャックしてもよい。このような静電チャック方法は、成膜支持ベルト２５（図３参照）を用いる構成にも同様に適用できる。

図１〜図５に示す薄膜製造装置１０１〜１０５では、基板２０として長尺の基板を用い、基板送出機構として巻き出しローラ２１及び基板受入機構として巻き取りローラ２３を用いる構成を有している。しかし、本発明の薄膜製造装置の技術的特徴、すなわち、基板上に薄膜を製造する装置において、基板上に第１の薄膜を成膜し、その第１の薄膜に、成膜ローラ２７の周面に別途成膜した第２の薄膜を接合して両者を一体化させる構成は、平板基板を用いる装置にも適用できる。この場合は、図６に示す薄膜製造装置１０６のように、送出ストッカー（基板送出機構）２８より平板基板２０を連続して搬出し、この基板２０を複数の搬送ローラ２０に沿って搬送し、受入ストッカー（基板受入機構）２９に平板基板２０の格納を行う基板搬送機構を用いることもできる。薄膜製造装置１０６においても、第１の成膜源１１は、成膜ローラ２７よりも基板搬送方向上流側を基板搬送機構に沿って走行する基板２０の成膜面に対向するように設置されている。また、第２の成膜源１２も、成膜ローラ２７の周面に第２の薄膜を成膜するために、成膜ローラ２７の周面に対向するように設置されている。また、成膜ローラ２７は、成膜ローラ２７の周面に成膜された第２の薄膜の表面が、基板２０の成膜面に成膜された第１の薄膜の表面と対面接合するように設置されている。

図１〜図６に示す薄膜製造装置１０１〜１０６おいて、基板２０に同期して回転する成膜ローラ２７の周面には、第２の成膜源１２からの成膜原料２の蒸気によって第２の薄膜が成膜される。第２の薄膜は、成膜ローラ２７の周面上に成膜され、基板２０上に成膜された第１の薄膜と対面接合する。成膜ローラ２７には、例えば、直径２００〜１５００ｍｍのローラが使用できる。成膜ローラ２７には、鉄、アルミ、銅及びステンレス等の金属からなるローラ、それらのローラの表面を各種めっき膜又はその他の被覆材で覆ったもの、あるいは、各種樹脂から形成されたローラを用いることができる。成膜ローラ２７のローラ表面を樹脂で形成する構成する場合の材質例として、デルリン、ジュラコン、ソリジュール、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を用いることができる。これらの中で好ましくはデルリン及びジュラコン、最も好ましくはデルリンを用いることができる。成膜ローラ２７の表面を樹脂で形成する場合、使用できる樹脂はこれらに限定されず、リチウムとの反応性が低いと同時に耐熱性に富んだものが好適に用いられる。また、成膜ローラ２７の周面のみを樹脂で形成する他に、成膜ロール全体を樹脂で形成することも可能である。基板２０上に成膜された第１の薄膜と、成膜ローラ２７の周面上に成膜された第２の薄膜とが対面接合した後で、基板２０が成膜ローラ２７の周面から離脱する際に、第２の薄膜が第１の薄膜に随伴し、成膜ローラ２７の周面から剥離して基板２０の側に移動するように、基板２０、第１の薄膜及び第２の薄膜の材質等に応じて成膜ローラ２７の表面材質を選択することができる。なお、薄膜製造装置１０１〜１０５は、成膜ローラ２７が基板２０を搬送するローラとしても機能する構成を有しているが、これに限定されない。例えば、薄膜製造装置１０１〜１０５において、基板２０が加圧ローラ３３に沿って走行し、成膜ローラ２７と基板２０上に成膜された第１の薄膜とが線接触する構成（基板２０の抱き角が０度である構成）とすることも可能である。このような構成でも、上述の薄膜製造装置１０１〜１０５の作用効果と同様の作用効果を実現できる。

基板２０上に成膜された第１の薄膜の表面が成膜ローラ２７上の第２の薄膜の表面と対面している状態において、第１の薄膜と第２の薄膜との接合をより確実にするために、第１の薄膜と第２の薄膜との接合を強化する機構（接合強化機構）を用いることが望ましい。接合強化機構は、基板２０と成膜される薄膜との品質を損なわない限りにおいて特に限定されないが、例えば図１に示した薄膜製造装置１０１に設けられている加圧ローラ３３がその一例である。加圧ローラ３３には、例えば直径３０〜１５０ｍｍのゴムローラを用いることができる。ゴムローラのゴムには、例えば、ニトリルゴム、バイトンゴム、シリコンゴム及びその他各種ゴムを用いることができる。

接合強化機構の別の例として、図７に示す薄膜製造装置１０７のように加温装置３４を用いることができる。加温装置３４には、例えばヒータを用いることができる。加温装置３４は、基板２０、第１の薄膜及び第２の薄膜の材質に応じて、遠赤外線ヒータ、赤外線ヒータ、ハロゲンランプ及び誘導加熱装置等の中から適宜選択することができる。

接合強化機構のさらに別の例として、図８に示す薄膜製造装置１０８のようにレーザ３５を用いることができる。例えば基板２０がＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）基板であり、且つ、第１の薄膜及び第２の薄膜が共に金属薄膜である場合、ＹＡＧレーザを用いることにより、基板２０を透過したレーザが第１の薄膜と第２の薄膜とを溶融接合する。レーザの照射は連続照射でもよく、離散的であってもよい。格子状のスポット溶融点を設けることで、第１の薄膜と第２の薄膜との全体的な接合をより確実に実現できる。

接合強化機構のさらに別の例として、図９に示す薄膜製造装置１０９のように、第１の成膜領域と、第１の薄膜と第２の薄膜との接合領域との間に配置された、第１の薄膜の表面又は第２の薄膜の表面に接着剤を付与する接着剤付与ユニット３８をさらに用いることができる。接着剤付与ユニット３８による接着剤の付与方式は、例えばリバースコート、グラビアコート、ダイコート及びインクジェット等の塗工法の中から、使用する接着剤に応じて適宜選択することができる。また、通常の接着剤の他に、粘着性材料を用いることも可能である。

接合強化機構は、第１の薄膜と第２の薄膜との接合を向上させるものであれば、例えば超音波を照射する機構等の他の方式を用いる機構であってもよく、特には限定されない。

成膜ローラ２７からの第２の薄膜の離脱性を向上させるためには、成膜ローラ２７の周面に離型剤を付与することが有効である。離型剤には、各種オイルやフッ素系離型剤、シリコーン系離型剤等を用いることが望ましい。オイルを用いる場合、主成分であるオイルに比べて著しく沸点が低い成分を多量に含まないことが、真空を維持する上で望ましい。鉱物オイルよりも、フォンブリン等の合成オイルを用いることがより望ましい。そこで、図１０に示す薄膜製造装置１１０のように、成膜ローラ２７の周面に離型剤を付与する離型剤付与ユニットとして、塗布器３６が設けられていてもよい。図１０に示す塗布器３６は、離型剤を保持する離型剤保持容器３６ａと、成膜ローラ２７の周面に接触する多孔質の含浸チップ３６ｂとから構成されている。多孔質の含浸チップ３６ｂには、樹脂、金属、セラミック及びこれらの複合体を用いることができる。これによれば、離型剤保持容器３６ａから毛管現象で含浸チップ３６ｂに吸い上げられた離型剤が成膜ローラ２７の周面に塗布された後に第２の薄膜が成膜されるので、成膜ローラ２７から第２の薄膜を剥離性よく第１の薄膜側へ移動させることができる。成膜ローラ２７の周面に離型剤を付与する方法は、塗布器３６による方法に限定されず、リバースコート、グラビアコート及びダイコート等の他の方法を用いることもできる。

成膜ローラ２７の周面に離型剤を付与する離型剤付与ユニットの別の例として、離型剤の蒸気によって離型剤を付与する蒸発器が挙げられる。図１１に示す薄膜製造装置１１１のように、離型剤付与ユニットとして蒸発器３７が配置されていてもよい。蒸発器３７は、開口を有する離型剤保持容器３７ａと、離型剤加熱手段３７ｂとから構成されている。離型剤加熱手段３７ｂの加熱方法としては、棒状加熱、板状加熱、光加熱、誘導加熱及びその他の各種加熱方法を適用することができる。蒸発器３７は成膜ローラ２７に非接触であるため摩耗部品がない。したがって、長時間安定的に離型剤を付与できる。また、成膜ローラ２７の周面に付与する離型剤の厚さを薄くする等、加熱温度によって離型剤の厚さを調整することができる。これにより、基板２０上に最終的に製造される薄膜に付着する離型剤の量を、必要最低限に抑えることができる。

次に、第１の成膜源１１及び第２の成膜源１２の構成について説明する。図１２Ａ〜図１２Ｃは、薄膜製造装置１０１〜１１１に用いられている成膜源１１，１２の一構成例を示している。図１２Ａが成膜源１１，１２の斜視図、図１２Ｂが成膜源１１，１２の上面の模式図、図１２Ｃは図１２ＢのＩ−Ｉ断面の模式図である。

成膜源１１，１２は、上部が開口している容器状部材である加熱ブロック１０と、加熱手段である複数の棒状のヒータ３（３ａ〜３ｅ）とを備えている。加熱ブロック１０は、蒸発させるべき成膜材料１又は成膜原料２を収容する材料担持部１０ａを有する蒸発容器である。ヒータ３に電流を流すことによって加熱ブロック１０が加熱される。ヒータ３で加熱ブロック１０を加熱することによって、材料担持部１０ａに収容された成膜材料１又は成膜原料２を溶融及び蒸発させることができる。

図１２Ａ〜１２Ｃに示すような成膜源１１，１２を、例えば図１に示す薄膜製造装置１０１のように成膜支持ローラ２４及び成膜ローラ２７に近接して配置することにより、蒸発した成膜材料１及び成膜原料２をそれぞれ効率的に薄膜化することができる。このように成膜材料１又は成膜原料２を担持する材料担持部１０ａの開口部を基板２０や成膜ローラ２７の成膜位置に近づけて、加熱ブロック１０を加熱して得られた成膜材料１又は成膜原料２の蒸気を用いることで、材料を利用効率よく成膜することができる。このような構成（容器の一部が開口し、成膜位置にその開口部を近づけて対向させることができる構成）を有する成膜源は、ノズル型の成膜源と呼ばれ、生産性やメンテナンス性にも優れ、特に低融点の材料を用いて成膜する際に有利である。

加熱ブロック１０には挿入孔５が形成されており、挿入孔５に円柱状のヒータ３（３ａ〜３ｅ）が挿入され、ヒータに通電することによって加熱ブロック１０が加熱される。挿入孔５の直径とヒータ３の直径とは、繰り返し加熱によるヒータ３の抜き差しが容易となる関係が選択されることが望ましい。具体的には、例えば、直径５〜１５ｍｍのヒータ３に対して、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の差異で大きい直径を有する挿入孔５が形成される。加熱ブロック１０の加熱を容易にするために、挿入孔５の直径とヒータ３の直径との差異は、繰り返し加熱によるヒータ３の抜き差しが容易となる範囲において、より小さいことが望ましい。

ヒータ３は、例えば図１３Ａに示すような構造を有し、ヒータ部１３と、リード部１４と、それら両者をつなぐ接続部１８とからなる。図１３Ｂに示すように、ヒータ部１３は発熱体１５、絶縁体１６ａ及びヒータの外筒１７によって構成されている。ヒータ部１３では、ヒータ線７が捲回される等して形成される発熱体１５とヒータの外筒１７との間に、絶縁体１６ａが充填されている。リード部１４におけるリード線８は、その周囲にガラス繊維被覆やセラミック絶縁子からなる絶縁覆い９を有する。接続部１８の内部では、接続点１９において、リード線８がヒータ線７の端部と接続される。接続部１８においても、接続点１９を含む通電部と外筒１７との間には、絶縁体１６ｂが充填されている。

接続部１８は、必ずしも外筒１７及び絶縁体１６ｂを有する必要はなく、絶縁覆いがされていれば使用することができる。しかし、外筒１７及び絶縁体１６ｂを有する接続部１８とすることで、接続点付近の機械的な堅牢性を向上することができ、応力の集中による断線を防止することができる。また、接続部１８の外筒１７をヒータ部１３の外筒１７と同径にすることでヒータ３の取扱が容易になる。しかし、接続点１９及びリード線８が過昇温とならないように、接続部１８は加熱ブロック１０の挿入孔５の中に挿入しないことが望ましい。

なお、図１３Ａ及び１３Ｂに示すヒータ３の構成は一例であり、ヒータ３はこれに限定されるものではない。

材料担持部１０ａに設置された成膜材料１又は成膜原料２は、ヒータ３により間接的に加熱され、加熱ブロック１０の開口部から成膜材料１又は成膜原料２の蒸気が排出され、加熱ブロック１０の開口部に対面して設置された、走行する基板１０上又は回転する成膜ローラ２７の周面上に成膜が行われる。

加熱ブロック１０の内壁は、材料蒸気の付着が殆ど起きない程度に加温されていることが望ましい。加熱ブロック１０を加熱する加熱手段として、他に、例えばカートリッジヒーター、面状ヒータ、光加熱装置、誘導加熱装置等を用いることができ、特には限定されない。また、成膜源として、ノズル型の成膜源の他に、例えば図１４に示す薄膜製造装置１１２の第１の成膜源１１のような、電子ビーム蒸発源などを用いることもできる。また、成膜材料１に樹脂モノマーを用いる場合には、図１５に示す薄膜製造装置１１３のような、重合ユニット４２が配置された構成とすることが有効である。重合ユニット４２には、例えば紫外線硬化方式、熱硬化方式、電子線硬化方式などの方式の装置が利用できる。また、必要に応じて、成膜材料１に重合開始剤が添加されてもよい。

図１６には、第１の成膜源１１と第２の成膜源１２とが同一の共用成膜源である構成、すなわち第１の成膜源１１と第２の成膜源１２とを一体化して共用成膜源６とし、同じ材料を用いて成膜を行う構成を有する薄膜製造装置１１４が示されている。成膜源を１つにすることによって、設備の単純化を図ることができる。なお、この薄膜製造装置１１４を用いる場合は、成膜される第１の薄膜と第２の薄膜とが同一組成を有することになる。

第１の薄膜と第２の薄膜の膜厚制御は、第１の成膜領域に至る成膜源のコンダクタンスと第２の成膜領域（第２の薄膜を成膜する領域）に至る成膜源のコンダクタンスを変えることによって行うことができる。第１の成膜源１１と第２の成膜源１２とが互いに独立している場合には、成膜量をモニタリングして、各々の成膜源の温度を調節することによって成膜量を制御することが可能である。しかし、第１の成膜源１１と第２の成膜源１２を一体化した場合、すなわち図１６に示す薄膜製造装置１１４の場合には、成膜源の温度を変えると、第１の薄膜と第２の薄膜の両方で膜厚が変化してしまう。そこで、第１の成膜源１１と第２の成膜源１２とを一体化した場合には、例えば図１６に模式的に示すように、共用成膜源６の２つの開口部に調整板３０を設けて、この調整板３０の出し入れによって第１の薄膜と第２の薄膜の膜厚を制御することが望ましい。調整板３０の位置と成膜源温度との二つのパラメータによって、第１の薄膜と第２の薄膜の膜厚制御を行うことができる。

本実施形態の薄膜製造装置１０１〜１１４で製造した薄膜の特徴として、成膜材料１と成膜原料２とが同じ金属材料である場合に、全体では単一組成膜となるものの、第１の薄膜と第２の薄膜との接合面に若干の酸化層等が形成され易いことが挙げられる。第１の薄膜及び第２の薄膜は共に真空中で成膜されるが、残留ガスとの反応で表面に極薄の反応層が形成された場合、反応層を内包した状態で接合が行われる。残留ガスの多い状態、つまり超高真空でない場合や、反応性の高い金属材料の場合には特に反応層が形成されやすい。第１の薄膜及び第２の薄膜共に反応層が厚い場合には、接合に支障を生じることもあるが、多少の反応層があっても本実施形態の薄膜製造装置１０１〜１１４によれば、両者を接合できる。なお、これらの反応層は、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、Ｘ線光電子分析法（ＥＳＣＡ）、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等におけるデプスプロファイル分析（深さ方向分析）によって検出することができる。

本実施形態の薄膜製造装置１０１〜１１４によれば、以下の本実施形態の薄膜製造方法の実施が可能である。すなわち、薄膜製造装置１０１〜１１４を用いることにより、
（Ｉ）基板搬送機構に沿って走行する基板の成膜面に第１の薄膜を成膜する工程と、
（II）ローラ周面への直接成膜が可能な成膜ローラの前記ローラ周面に、第２の薄膜を、前記第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、前記第１の薄膜よりも速い堆積速度で成膜する工程と、
（III）前記工程（Ｉ）で成膜された前記第１の薄膜の表面と、前記工程（II）で成膜された前記第２の薄膜の表面とを対面接合して、前記第２の薄膜を前記成膜ローラから脱離させて前記第１の薄膜と一体化させる工程と、
を含む、薄膜製造方法を実施することができる。

次に、本実施形態の薄膜製造装置及び薄膜製造方法の具体例について説明する。

本実施形態の薄膜製造装置及び薄膜製造方法の一例では、図１４の薄膜製造装置１１２を用いて、銅箔基板上に、シリコン薄膜とリチウム薄膜との積層膜を製造する。第１の成膜源１を電子ビーム蒸発源とし、成膜材料１としてシリコンを用いる。第２の成膜源２をノズル型のヒータ加熱蒸発源とし、成膜原料２としてリチウムを用いる。膜の堆積速度と膜厚とが、第１の薄膜で０．２μｍ／秒及び４μｍとなり、第２の薄膜で１μｍ／秒及び１μｍとなるように、第１の成膜源１の電子ビームパワーと第２の成膜源１２の温度とを調節することで、４μｍ厚のシリコン薄膜上に不可逆容量を補填する１μｍのリチウム薄膜が積層された積層膜を、銅箔基板上に高速で製造できる。得られる積層膜は、例えば電池負極に用いることができる。成膜源の電子ビームパワーや調節温度は成膜源の形状等によって異なるが、例えば、第１の成膜源１１の電子ビームパワーを加速電圧−３０ｋＶ、エミッション電流１〜１．５Ａとし、第２の成膜源１２の温度を４５０〜５５０℃程度とする。

本実施形態の薄膜製造装置及び薄膜製造方法の別の例では、図１５の薄膜製造装置１１３を用いて、ポリプロピレン基板上に樹脂薄膜とリチウム薄膜との積層膜を製造する。成膜材料１として樹脂モノマーを用い、成膜原料２としてリチウムを用いる。この例では、ポリプロピレン基板及び樹脂薄膜が受ける、リチウム薄膜の成膜による熱負荷が低減されるので、高品質の積層膜を高速で製造できる。膜の堆積速度と膜厚とが、第１の薄膜で０．１μｍ／秒及び０．１μｍとなり、第２の薄膜で３μｍ／秒及び５μｍとなるように、第１の成膜源１１と第２の成膜源１２の温度を調節することで、５μｍ厚のリチウム薄膜を樹脂薄膜を介してポリプロピレン基板上に高速で製造することができる。得られる積層膜を用いて、例えばリチウムイオン電池極板に、不可逆容量を補填するリチウム薄膜を樹脂保護膜付きで転写形成することができる。また、樹脂薄膜の材料に離型性の樹脂を用いることで、転写容易なリチウム薄膜を得ることもできる。成膜源の調節温度は成膜源の形状等によって異なるが、第１の成膜源１１で例えば１５０〜２００℃、第２の成膜源１２で例えば５２０〜６２０℃程度である。

本実施形態の薄膜製造装置及び薄膜製造方法のさらに別の例では、図３の薄膜製造装置１０３を用いて、ＰＥＴ基板上にリチウム薄膜を製造する。成膜材料１及び成膜原料２を共にリチウムとして成膜することで、成膜時にＰＥＴ基板が受ける熱負荷を低減することができる。したがって、ＰＥＴ基板上に高品質のリチウム薄膜を高速で製造できる。膜の堆積速度と膜厚とが、第１の薄膜で１μｍ／秒及び１μｍとなり、第２の薄膜で３μｍ／秒及び５μｍとなるように、第１の成膜源１１と第２の成膜源１２の温度を調節することで、６μｍ厚のリチウム薄膜をＰＥＴ基板上に高速で製造することができる。成膜源の調節温度は成膜源の形状等によって異なるが、第１の成膜源１１で例えば４５０〜５５０℃、第２の成膜源で例えば５２０〜６２０℃程度である。

本実施形態の薄膜製造装置及び薄膜製造方法のさらに別の例では、図４の薄膜製造装置１０４を用いて、電池用セパレータ上へリチウム薄膜を製造する。成膜材料１及び成膜原料２を共にリチウムとして成膜することで、成膜時に電池用セパレータが受ける熱負荷を低減することができる。したがって、電池用セパレータ上に高品質のリチウム薄膜を高速で成膜できる。膜の堆積速度と膜厚とが、第１の薄膜で０．１μｍ／秒及び０．４μｍとなり、第２の薄膜で２μｍ／秒及び４．６μｍとなるように、第１の成膜源１１と第２の成膜源１２の温度を調節することで、５μｍ厚のリチウム薄膜を電池用セパレータ上に高速で製造することができる。成膜源の調節温度は成膜源の形状等によって異なるが、第１の成膜源１１で例えば４３０〜４８０℃、第２の成膜源１２で例えば４８０〜５８０℃程度である。

本実施形態の薄膜製造装置及び薄膜製造方法のさらに別の例では、図１６の薄膜製造装置１１４を用いて、電池用セパレータ上へリチウム薄膜を製造する。この装置では成膜材料１と成膜原料２とが共用であり、共用の成膜材料をリチウムとして成膜することで、成膜時に電池用セパレータが受ける熱負荷を低減することができる。したがって、電池用セパレータ上に高品質のリチウム薄膜を高速で製造できる。膜の堆積速度と膜厚とを、第１の薄膜で０．１μｍ／秒及び０．４μｍとなり、第２の薄膜で２μｍ／秒及び４．６μｍとなるように、共用成膜源６の温度と調整板３０とを調節することで、５μｍ厚のリチウム薄膜を電池用セパレータ上に高速で製造することができる。共用成膜源６の調節温度は成膜源の形状等によって異なるが、例えば４８０〜５８０℃程度であり、調整板３０の出し入れによって膜の堆積速度と膜厚を調整することができる。

本発明を実施するための形態として上記に具体的に述べたが、本発明は、これらに限定されるものではなく、
長尺基板又は平板基板を連続して送出する基板送出機構と、
前記長尺基板を巻き取る、又は、前記平板基板を格納することによって前記基板を受け入れる、基板受入機構と、
前記基板送出機構から前記基板受入機構へと前記基板を搬送する基板搬送機構と、
ローラ周面への直接成膜が可能な成膜ローラと、
前記成膜ローラよりも基板搬送方向上流側を前記基板搬送機構に沿って走行する前記基板の成膜面に、第１の薄膜を成膜する第１の成膜源と、
前記成膜ローラの前記ローラ周面に第２の薄膜を成膜する第２の成膜源と、
を備え、
前記成膜ローラは、前記成膜ローラの前記ローラ周面に成膜された前記第２の薄膜の表面が、前記基板の前記成膜面に成膜された前記第１の薄膜の表面と対面接合するように、基板搬送経路中に設置されており、
前記基板受入機構は、一体化された前記基板、前記第１の薄膜及び前記成膜ローラから脱離した前記第２の薄膜を巻き取る、又は、格納し、
前記第２の薄膜は、前記第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、前記第１の薄膜よりも速い堆積速度で、前記成膜ローラの前記ローラ周面に成膜される、
薄膜製造装置を包含するものである。

また、本発明の具体的な適用例として、本実施形態では、成膜材料にリチウムを用い、第１の薄膜及び第２の薄膜がリチウム薄膜である場合を中心に述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の薄膜製造装置及び薄膜製造方法は、例えば、リチウム薄膜と他の薄膜、あるいはリチウム以外の材料からなる薄膜においても、基板の熱負荷を小さくした同一組成あるいは異種組成を有する薄膜の製造に有効である。

（実施形態２）
本発明の一実施形態に係る電気化学デバイスの製造方法及び電気化学デバイスについて説明する。

本実施形態の電気化学デバイスの製造方法は、リチウムイオンを吸蔵又は放出する正極活物質を含む正極板と、リチウムイオンを放出又は吸蔵する負極活物質を含む負極板と、前記正極板と前記負極板との間に配置された、リチウムイオン伝導性を有する電解質を含むセパレータと、を含む電気化学デバイスを製造する方法である。本実施形態の製造方法は、
（ｉ）実施形態１で説明した薄膜製造方法において、基板としてセパレータを用い、かつ、第１の薄膜及び第２の薄膜としてリチウム薄膜を成膜することにより、前記薄膜製造方法を用いて、前記セパレータの少なくとも一方の主面上にリチウム層が形成された電気化学デバイス用セパレータを製造する工程と、
（ii）リチウムイオンを吸蔵又は放出する正極活物質を含む正極板と、リチウムイオンを放出又は吸蔵する負極活物質を含む負極板と、前記工程（ｉ）で得られた前記電気化学デバイス用セパレータとを、前記電気化学デバイス用セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配置されるように重ね合わせてから捲回又は折りたたむ、又は、前記電気化学デバイス用セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配置されるように積層して、電極群を製造する工程と、
（iii）前記電極群をケースに収容して、前記ケース内にリチウムイオン伝導性を有する電解質を注入する工程と、
を含む。

（工程（ｉ））
工程（ｉ）では、実施形態１で説明した薄膜製造方法を利用して、電気化学デバイス用セパレータを製造する。すなわち、この電気化学デバイス用セパレータは、例えば図１〜図１６に示す実施形態１で説明した薄膜製造装置１０１〜１１４を用い、電気化学デバイスに用いられるセパレータを基板２０として用い、成膜材料１及び成膜原料２を共にリチウムとすることにより製造されることが可能である。ここで用いられるセパレータは、特に限定されず、様々な形態の電池等の電気化学デバイスのセパレータに用いられている材料を任意に用いることができる。セパレータには、例えばポリエチレン及びポリオレフィン製の微多孔性膜などを用いることができる。

工程（ｉ）で製造される電気化学デバイス用セパレータには、セパレータ上に少なくとも２層のリチウム層が形成される。最もセパレータ側に位置する最下層のリチウム層は、セパレータに含まれている微量の水分や不純物等が成膜時の熱によりリチウム層に影響を及ぼす場合があるので、最下層のリチウム層はそれら不純物を含む場合がある。これに対し、最表面に位置する最上層のリチウム層は、成膜ローラ上に成膜されたリチウム薄膜が転写されることにより形成されるので、不純物等が含まれにくい。したがって、セパレータ上に形成される複数のリチウム層において、最上層のリチウム層は、最下層のリチウム層よりも高いリチウム純度を有することができる。なお、リチウム層におけるリチウム純度とは、層の厚さ中心部におけるリチウム純度のことである。例えばセパレータ上に２層のリチウム層が形成される場合は、セパレータ側の第１層のリチウム層よりも、その上に形成された第２層のリチウム層の方が高いリチウム純度を有する。セパレータ上のリチウム層を構成するリチウムが活物質内に吸蔵される際に、リチウム層の表面側が高純度であることによりリチウム層と活物質との接触電気抵抗が小さくなるので、よりスムースに吸蔵反応を進めることができる。

また、セパレータ上に形成される複数のリチウム層において、最表面に位置する最上層のリチウム層は、セパレータの表面よりも平滑な表面を有することが好ましい。本実施形態の製造方法では、最上層のリチウム層を成膜ローラ上に成膜されたリチウム薄膜が転写して形成することができるので、最上層のリチウム層の表面は成膜ローラ表面の平滑な形状が反映されたものとなる。したがって、セパレータの表面が平滑でなかったとしても、そのセパレータの表面形状がリチウム層の最表面に及ぼす影響を小さく抑えて、リチウム層の最表面をセパレータの表面よりも平滑にすることが可能となる。セパレータ上のリチウム層を構成するリチウムが活物質内に吸蔵されるに際に、リチウム層の表面側が平滑であることによりリチウム層と活物質との接触が良好となり、よりスムースに吸蔵反応を進めることができる。

電気化学デバイス用セパレータは、例えば実施形態１で説明した薄膜製造装置１０１〜１０５，１０７〜１１４を用いて製造される場合、長尺状のセパレータ上にリチウム層が形成されたものが巻き取りローラ２３に巻き取られて、ロール状で得られることになる。その場合は、ロール状の電気化学デバイス用セパレータが、製造する電気化学デバイスのサイズに応じてカットされて、所定の幅を有するロール状の電気化学デバイス用セパレータとなる。これにより、幅方向端部まで全体的にリチウム層が形成された、電気化学デバイス用セパレータを得ることができる。

（工程（ii））
工程（ｉ）で得られた電気化学デバイス用セパレータを用いて、電極群を製造する。電極群は、正極板、負極板及び電気化学デバイス用セパレータを、電気化学デバイス用セパレータが正極板と負極板との間に配置されるように重ね合わせてから捲回又は折りたたむ、又は、電気化学デバイス用セパレータが正極板と負極板との間に配置されるように積層することによって、製造できる。なお、このとき、電気化学デバイス用セパレータの幅方向端部が、正極板及び負極板の少なくとも一方の幅方向端部よりも外側に位置するように、電気化学デバイス用セパレータ、正極板及び負極板を配置する。したがって、電気化学デバイス用セパレータの幅方向の長さは、電気化学デバイス用セパレータの幅方向端部が正極板及び負極板の少なくとも一方の幅方向端部よりも外側に位置できるように、正極板及び負極板の幅方向の長さよりも大きいことが望ましい。

正極板は、リチウムイオンを吸蔵又は放出する正極活物質を含んでいればよく、リチウムイオン二次電池に用いられる公知の正極板を用いることができる。また、負極板は、リチウムイオンを放出又は吸蔵する負極活物質を含んでいればよく、リチウムイオン二次電池に用いられる公知の負極板を用いることができる。実施形態１で具体例として説明した薄膜製造装置及び薄膜製造方法によって製造された負極板を用いてもよい。

（工程（iii））
工程（ii）によって得られた電極群をケースに収容して、前記ケース内にリチウムイオン伝導性を有する電解質を注入する。この際に使用されるケースは、特には限定されず、公知の金属電池缶や封筒状のラミネートシート袋を用いることができる。電解質は、特には限定されず、例えばリチウムイオン二次電池の電解質として公知のものが使用可能である。電解質が注入されることにより、電気化学デバイス用セパレータを構成しているリチウム層のリチウムが極板の活物質内に吸蔵される。しかし、セパレータにおいて、極板の幅方向端部よりも外側に位置している部分に設けられたリチウムは充放電に寄与しないため、充放電後もセパレータ上に残る場合が多い。したがって、正極板及び負極板の少なくとも一方の幅方向端部を超えたセパレータの幅方向端部付近上の、正極板側及び負極板側の少なくとも一方に配置されたリチウム層は、活物質内に吸蔵されずに残る。すなわち、正極板及び負極板の少なくとも一方の幅方向端部を超えたセパレータの幅方向端部付近上の、正極板側及び負極板側の少なくとも一方には、リチウムが存在している。

以上の方法によって得られる本実施形態の電気化学デバイスは、次のような構造的特徴を有する。
・リチウムイオンを吸蔵又は放出する正極活物質を含む正極板と、リチウムイオンを放出又は吸蔵する負極活物質を含む負極板と、前記正極板と前記負極板との間に配置された、リチウムイオン伝導性を有する電解質を含むセパレータと、を含んでいる。
・正極板、負極板及びセパレータは、セパレータが正極板と負極板との間に配置されるように重ね合わされたものが捲回又は折りたたまれることによって、又は、セパレータが正極板と負極板との間に配置されるように、正極板、負極板及びセパレータが積層されることによって、電極群を形成している。
・セパレータの幅方向端部は、正極板及び負極板の少なくとも一方の幅方向端部よりも外側に位置している。
・正極板及び負極板の少なくとも一方の幅方向端部を超えたセパレータの幅方向端部付近上の、正極板側及び負極板側の少なくとも一方に、リチウムが設けられている。

本実施形態の電気化学デバイスにおける電極群の一構成例の断面模式図を、図１７に示す。電極群５１は、セパレータ５２が正極板５３と負極板５４との間に配置されるように積層されることによって形成されている。セパレータ５２の幅方向端部５２ａは、正極板５３及び負極板５４の幅方向端部よりも外側に位置している。正極板５３及び負極板５４の幅方向端部を超えたセパレータ５２の幅方向端部５２ａ付近上の、正極板側及び負極板側の少なくとも一方に、リチウム５５が設けられている。

電極群５１では、幅方向端部付近５２ａにリチウム５５が設けられたセパレータ５２同士が極板５３，５４を挟んで対向しており、リチウム５５の存在によってセパレータ５２と極板５３，５４間の滑りが抑制されるので、電極群５１における幅方向のズレ（積層ズレ）発生が抑制される。また、この構成によれば、セパレータ５２の幅方向端部５２ａ付近に設けられたリチウム５５で、セパレータ５２同士を幅方向端部５２ａで部分的に接合することもできる。その場合は、電極群５１における幅方向のズレ発生をより確実に抑制できる。なお、リチウム５５によるセパレータ５２同士の幅方向端部５２ａでの接合とは、前述のとおりである。

本発明の薄膜製造装置及び薄膜製造方法は、高成膜レートによる基板の熱損傷の課題を解決し、基板上への連続的な薄膜製造において、基板に対する熱負荷を抑えることと高速成膜との両立を可能とする。したがって、本発明の薄膜製造装置及び薄膜製造方法は、高品質な薄膜を低コストで製造することが求められる様々な用途、例えばリチウムイオン二次電池用極板及びセパレータ、電気化学キャパシタ用極板、コンデンサ、太陽電池及び各種センサの製造に好適に利用できる。

１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９，１１０，１１１，１１２，１１３，１１４ 薄膜製造装置
１ 成膜材料
２ 成膜原料
３ ヒータ
４ 材料担持部
５ 挿入孔
６ 共用成膜源
７ ヒータ線端部
８ リード線
９ 絶縁覆い
１０ 加熱ブロック
１１ 第１の成膜源
１２ 第２の成膜源
１３ ヒータ部
１４ リード部
１５ 発熱体
１６ａ，１６ｂ 絶縁体
１７ 外筒
１８ 接続部
１９ 接続点
２０ 基板
２１ 巻き出しローラ
２２ 搬送ローラ
２３ 巻き取りローラ
２４ 成膜支持ローラ
２５ 成膜支持ベルト
２６ 通電ローラ
２７ 成膜ローラ
２８ 送出ストッカー
２９ 受入ストッカー
３０ 調整板
３１ 電子線源
３２ 電子線
３３ 加圧ローラ（接合強化機構）
３４ 加温装置（接合強化機構）
３５ レーザ（接合強化機構）
３６ 塗布器（離型剤塗布ユニット）
３６ａ 離型剤塗布容器
３６ｂ 含浸チップ
３７ 蒸発器（離型剤塗布ユニット）
３７ａ 離型剤保持容器
３７ｂ 離型剤加熱手段
３８ 接着剤塗布ユニット（接合強化機構）
３９ 排気ポンプ
４０ 真空槽
４１ ベルト支持ローラ
４２ 重合ユニット
５１ 電極群
５２ セパレータ
５２ａ セパレータの幅方向端部
５３ 正極板
５４ 負極板
５５ リチウム

Claims (18)

1. 長尺基板又は平板基板を連続して送出する基板送出機構と、
   前記長尺基板を巻き取る、又は、前記平板基板を格納することによって前記基板を受け入れる、基板受入機構と、
   前記基板送出機構から前記基板受入機構へと前記基板を搬送する基板搬送機構と、
   ローラ周面への直接成膜が可能な成膜ローラと、
   前記成膜ローラよりも基板搬送方向上流側を前記基板搬送機構に沿って走行する前記基板の成膜面に、第１の薄膜を成膜する第１の成膜源と、
   前記成膜ローラの前記ローラ周面に第２の薄膜を成膜する第２の成膜源と、
   を備え、
   前記成膜ローラは、前記成膜ローラの前記ローラ周面に成膜された前記第２の薄膜の表面が、前記基板の前記成膜面に成膜された前記第１の薄膜の表面と対面接合するように、基板搬送経路中に設置されており、
   前記基板受入機構は、一体化された前記基板、前記第１の薄膜及び前記成膜ローラから脱離した前記第２の薄膜を巻き取る、又は、格納し、
   前記第２の薄膜は、前記第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、前記第１の薄膜よりも速い堆積速度で、前記成膜ローラの前記ローラ周面に成膜される、
   薄膜製造装置。
2. 前記第１の成膜源及び前記第２の成膜源が、同一の共用成膜源である、
   請求項１に記載の薄膜製造装置。
3. 前記第１の薄膜と前記第２の薄膜との対面接合における接合を強化する接合強化機構をさらに備えた、
   請求項１又は２に記載の薄膜製造装置。
4. 前記接合強化機構が、
   （Ａ）対面接合した状態の前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜に対して、加温及び加圧の少なくとも何れか１つを施す機構である、
   （Ｂ）対面接合した状態の前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜に対して、超音波又はレーザを照射する機構である、又は、
   （Ｃ）前記基板の前記成膜面上の前記第１の薄膜の表面、又は、前記成膜ローラの前記ローラ周面上の前記第２の薄膜の表面に接着剤を塗布する接着剤塗布ユニットである、
   請求項３に記載の薄膜製造装置。
5. 前記成膜ローラの前記ローラ周面に離型剤を付与する離型剤付与ユニットをさらに備えた、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の薄膜製造装置。
6. 前記離型剤が液体であり、
   前記離型剤付与ユニットが前記離型剤を気化させる機構を含む、
   請求項５に記載の薄膜製造装置。
7. 前記第１の成膜源及び前記第２の成膜源が、同一組成を有する薄膜を成膜するためのものである、
   請求項１〜６の何れか１項に記載の薄膜製造装置。
8. 前記第１の成膜源及び前記第２の成膜源が、リチウム薄膜を成膜するためのものである、
   請求項７に記載の薄膜製造装置。
9. 基板上に薄膜を製造する方法であって、
   （Ｉ）基板搬送機構に沿って走行する前記基板の成膜面に第１の薄膜を成膜する工程と、
   （II）ローラ周面への直接成膜が可能な成膜ローラの前記ローラ周面に、第２の薄膜を、前記第１の薄膜よりも厚く、及び／又は、前記第１の薄膜よりも速い堆積速度で成膜する工程と、
   （III）前記工程（Ｉ）で成膜された前記第１の薄膜の表面と、前記工程（II）で成膜された前記第２の薄膜の表面とを対面接合して、前記第２の薄膜を前記成膜ローラから脱離させて前記第１の薄膜と一体化させる工程と、
   を含む、薄膜製造方法。
10. 前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜が、同一の共用成膜源によって成膜される、
    請求項９に記載の薄膜製造方法。
11. 前記工程（III）において、
    （ａ）対面接合した状態の前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜に対して、加温及び加圧の少なくとも何れか１つを施す、又は、
    （ｂ）対面接合した状態の前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜に対して、超音波又はレーザを照射する、
    請求項９又は１０に記載の薄膜製造方法。
12. 前記工程（II）に先立って、前記成膜ローラの前記ローラ周面に離型剤を付与する工程をさらに含む、
    請求項９〜１１の何れか１項に記載の薄膜製造方法。
13. 前記離型剤が液体であり、前記離型剤を気化させて前記成膜ローラの前記ローラ周面に前記離型剤を付与する、
    請求項１２に記載の薄膜製造方法。
14. 前記工程（Ｉ）で成膜された前記第１の薄膜の表面、又は、前記工程（II）で成膜された第２の薄膜の表面に接着剤を付与する工程をさらに含む、
    請求項９〜１３の何れか１項に記載の薄膜製造方法。
15. 前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜の少なくとも何れか１つがリチウム薄膜である、
    請求項９〜１４の何れか１項に記載の薄膜製造方法。
16. 前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜が、同一組成を有する薄膜である、
    請求項９〜１５の何れか１項に記載の薄膜製造方法。
17. リチウムイオンを吸蔵又は放出する正極活物質を含む正極板と、
    リチウムイオンを放出又は吸蔵する負極活物質を含む負極板と、
    前記正極板と前記負極板との間に配置された、リチウムイオン伝導性を有する電解質を含むセパレータと、を含み、
    前記正極板、前記負極板及び前記セパレータは、前記セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配置されるように重ね合わされたものが捲回又は折りたたまれることによって、又は、前記セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配置されるように、前記正極板、前記負極板及び前記セパレータが積層されることによって、電極群を形成しており、
    前記セパレータの幅方向端部は、前記正極板及び前記負極板の少なくとも一方の幅方向端部よりも外側に位置しており、
    前記正極板及び前記負極板の少なくとも一方の幅方向端部を超えた前記セパレータの幅方向端部付近上の、前記正極板側及び前記負極板側の少なくとも一方に、リチウムが設けられている、
    電気化学デバイス。
18. リチウムイオンを吸蔵又は放出する正極活物質を含む正極板と、リチウムイオンを放出又は吸蔵する負極活物質を含む負極板と、前記正極板と前記負極板との間に配置された、リチウムイオン伝導性を有する電解質を含むセパレータと、を含む電気化学デバイスを製造する方法であって、
    （ｉ）請求項９に記載の薄膜製造方法において、前記基板としてセパレータを用い、かつ、前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜としてリチウム薄膜を成膜することにより、前記薄膜製造方法を用いて、前記セパレータの少なくとも一方の主面上にリチウム層が形成された電気化学デバイス用セパレータを製造する工程と、
    （ii）リチウムイオンを吸蔵又は放出する正極活物質を含む正極板と、リチウムイオンを放出又は吸蔵する負極活物質を含む負極板と、前記工程（ｉ）で得られた前記電気化学デバイス用セパレータとを、前記電気化学デバイス用セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配置されるように重ね合わせてから捲回又は折りたたむ、又は、前記電気化学デバイス用セパレータが前記正極板と前記負極板との間に配置されるように積層して、電極群を製造する工程と、
    （iii）前記電極群をケースに収容して、前記ケース内にリチウムイオン伝導性を有する電解質を注入する工程と、
    を含む、電気化学デバイスの製造方法。
    

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