JP2015209552A - Method of treating long-sized film by using can roll provided with gas releasing mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、減圧雰囲気下の真空チャンバー内においてロールツーロールで搬送される長尺フィルムを、外周面からガスを放出するガス放出機構を備え且つ内部に冷媒循環路を有するキャンロールの該外周面に巻き付けながら熱負荷の掛かる表面処理を施す長尺フィルムの処理方法に関する。 The present invention provides an outer peripheral surface of a can roll having a gas release mechanism for releasing gas from the outer peripheral surface of a long film conveyed by roll-to-roll in a vacuum chamber under a reduced pressure atmosphere and having a refrigerant circulation path inside. The present invention relates to a method for treating a long film that is subjected to a surface treatment that is subjected to a thermal load while being wound around.
液晶パネル、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話等の電子機器には、耐熱性樹脂フィルムの表面上に所定の配線パターンの配線回路が形成されたフレキシブル配線基板が用いられている。フレキシブル配線基板は、耐熱性樹脂フィルムの片面若しくは両面に金属膜を備えた金属膜付耐熱性樹脂フィルムに対してフォトリソグラフィーやエッチング等の薄膜技術を適用して金属膜をパターニング加工することによって作製することができる。近年、電子機器の軽薄短小化に伴ってフレキシブル配線基板の配線パターンはますます微細化、高密度化しており、このため金属膜付耐熱性樹脂フィルムにはより一層平坦でシワのないものが求められている。 In electronic devices such as liquid crystal panels, notebook computers, digital cameras, and mobile phones, a flexible wiring board in which a wiring circuit having a predetermined wiring pattern is formed on the surface of a heat-resistant resin film is used. A flexible wiring board is manufactured by patterning a metal film by applying thin film technology such as photolithography or etching to a heat-resistant resin film with a metal film provided with a metal film on one or both sides of the heat-resistant resin film. can do. In recent years, the wiring patterns of flexible wiring boards have been increasingly miniaturized and densified as electronic devices have become lighter, thinner, and smaller. For this reason, heat-resistant resin films with metal films are required to be flatter and wrinkle-free. It has been.
上記した金属膜付耐熱性樹脂フィルムの製造方法としては、従来から金属箔を接着剤により耐熱性樹脂フィルムに貼り付けて製造する方法(3層基板の製造方法)、金属箔に耐熱性樹脂溶液をコーティングした後、乾燥させて製造する方法(キャスティング法)、あるいは耐熱性樹脂フィルムに真空成膜法により、もしくは真空成膜法と湿式めっき法との組み合わせにより金属膜を成膜して製造する方法(メタライジング法)等が知られている。また、メタライジング法における真空成膜法には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタリング法等がある。 As a manufacturing method of the above-mentioned heat-resistant resin film with a metal film, conventionally, a method of manufacturing a metal foil by attaching it to a heat-resistant resin film with an adhesive (manufacturing method of a three-layer substrate), a heat-resistant resin solution on a metal foil After coating, the method of manufacturing by drying (casting method), or by forming a metal film on a heat-resistant resin film by vacuum film forming method or a combination of vacuum film forming method and wet plating method A method (metalizing method) or the like is known. Examples of the vacuum film forming method in the metalizing method include a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, and an ion beam sputtering method.
上記したメタライジング法については、例えば特許文献1に、支持基体となるポリイミド製の長尺フィルムの表面にシード層としてNi−Cr合金をスパッタリングしてから銅をスパッタリングし、得られた銅スパッタリング膜の表面にさらに電解メッキ法で銅を成膜する技術が開示されている。また、ポリイミドに代表される耐熱性樹脂フィルムからなる長尺フィルムに連続的にスパッタリング成膜などの乾式めっき処理を行うため、連続巻取式スパッタ装置(スパッタリングフィルムコータとも称する)を用いることも開示されている。 As for the metallizing method described above, for example, in Patent Document 1, copper is sputtered after sputtering a Ni—Cr alloy as a seed layer on the surface of a polyimide long film serving as a support base, and the obtained copper sputtering film A technique for further forming a copper film on the surface of the substrate by electrolytic plating is disclosed. Also disclosed is the use of a continuous winding type sputtering apparatus (also referred to as a sputtering film coater) in order to continuously perform a dry plating process such as sputtering on a long film made of a heat-resistant resin film typified by polyimide. Has been.
ところで、上述した真空成膜法において、一般にスパッタリング法は密着力に優れる反面、真空蒸着法に比べて耐熱性樹脂フィルムに与える熱負荷が大きいといわれている。そして、成膜の際に耐熱性樹脂フィルムに大きな熱負荷がかかると、フィルムにシワが発生し易くなることも知られている。そこで、スパッタリングフィルムコータでは内部に冷却機能を備えた円筒形状のいわゆるキャンロールを搭載し、このキャンロールを回転させながらその外周面にロールツーロールで搬送される耐熱性樹脂からなる長尺フィルムを巻き付けてスパッタリング処理することが行われている。これによりスパッタリングの際の長尺フィルムへの熱負荷をその裏面側から除熱することができ、シワの発生を抑えることが可能になる。 By the way, in the vacuum film-forming method mentioned above, although sputtering method is generally excellent in adhesive force, it is said that the heat load given to a heat resistant resin film is large compared with vacuum evaporation method. It is also known that when a large heat load is applied to the heat resistant resin film during film formation, the film is likely to be wrinkled. Therefore, a sputtering film coater is equipped with a so-called cylindrical can roll having a cooling function inside, and a long film made of a heat-resistant resin that is conveyed by roll-to-roll to the outer peripheral surface while rotating the can roll. Winding and sputtering are performed. Thereby, the heat load to the long film at the time of sputtering can be removed from the back surface side, and it becomes possible to suppress generation | occurrence | production of a wrinkle.
例えば特許文献2には、スパッタリングフィルムコータの一例である巻出巻取式(ロールツーロール方式)真空スパッタリング装置が開示されている。この巻出巻取式真空スパッタリング装置には上記したキャンロールの役割を担うクーリングロールが具備されており、さらにクーリングロールの少なくとも長尺フィルム送入れ側若しくは送出し側に設けたサブロールによって長尺フィルムをクーリングロールの外周面に密着する制御が行われている。 For example, Patent Document 2 discloses an unwinding type (roll-to-roll type) vacuum sputtering apparatus that is an example of a sputtering film coater. This unwinding / winding-type vacuum sputtering apparatus is provided with a cooling roll that plays the role of the above-described can roll, and further, a long film is provided by a sub-roll provided at least on the long film feeding side or the feeding side of the cooling roll. Is controlled so as to be in close contact with the outer peripheral surface of the cooling roll.
しかしながら、キャンロールの外周面はミクロ的に見て平坦ではないため、キャンロールの外周面とそこに密着して搬送される長尺フィルムとの間には真空空間を介して離間するギャップ部(間隙)が存在している。このため、上記したスパッタリングや真空蒸着の際に生じる長尺フィルムの熱は、実際には長尺フィルムからキャンロールに効率よく伝熱されているとはいえない。また、長尺フィルムが熱負荷により温度上昇した時、熱膨張により伸びようとする力が生ずるが、キャンロールの外周面との摩擦力のためキャンロールの外周面上に拘束されて圧縮熱応力が働く。そして、この圧縮熱応力が臨界座屈応力の最小値以上になればシワが発生する。 However, since the outer peripheral surface of the can roll is not flat when viewed microscopically, a gap portion (spaced via a vacuum space) between the outer peripheral surface of the can roll and the long film conveyed in close contact therewith ( Gap) exists. For this reason, it cannot be said that the heat | fever of the elongate film which arises in the case of above-described sputtering and vacuum deposition is actually efficiently transferred from the elongate film to the can roll. In addition, when the temperature of the long film rises due to thermal load, a force that tends to extend due to thermal expansion is generated, but it is restrained on the outer peripheral surface of the can roll due to the frictional force with the outer peripheral surface of the can roll, and compressive thermal stress Work. And if this compressive thermal stress becomes more than the minimum value of critical buckling stress, wrinkles will occur.
また、前述したようにフィードロール(サブロール)を用いて長尺フィルムをキャンロール(クーリングロール)の外周面に密着させる場合、フィードロールとキャンロールとの周速度に差をつけることでキャンロールの外周面に密着させるため、長尺フィルムの張力を測定することが困難になる。そのため、張力を良好に制御することが出来なくなり、スリップにより長尺フィルムの表面に傷が発生したり張力が過大になって成膜された長尺フィルムに反りが発生したりすることがあった。 In addition, as described above, when a long film is brought into close contact with the outer peripheral surface of the can roll (cooling roll) using the feed roll (sub roll), the difference between the peripheral speeds of the feed roll and the can roll can be changed. Since it adheres to an outer peripheral surface, it becomes difficult to measure the tension of a long film. For this reason, the tension cannot be controlled well, and the surface of the long film may be damaged due to the slip, or the film may be warped due to excessive tension. .
上記した問題を解決するため、キャンロールの外周面とそこに巻き付けられる長尺フィルムとの間のギャップ部にキャンロールの外周面からガスを導入して、当該ギャップ部の熱伝導率を真空に比べて高くする技術が提案されている。例えば特許文献3には、キャンロールを構成する円筒部材の外周肉厚部に周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って配設された複数のガス導入路と、これら複数のガス導入路の各々に設けられた外周面側で開口する複数のガス導入孔とからなるガス放出機構を備えたキャンロールが提案されている。このキャンロールのガス放出機構では、各ガス導入路にバルブを介してガスが供給される構造になっており、個々のバルブの開閉によりキャンロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられている領域にのみガスを導入できるようになっている。 In order to solve the above problem, gas is introduced from the outer peripheral surface of the can roll into the gap portion between the outer peripheral surface of the can roll and the long film wound around the can roll, and the thermal conductivity of the gap portion is evacuated. Techniques for increasing the cost have been proposed. For example, in Patent Document 3, a plurality of gas introduction passages arranged over the entire circumference at substantially equal intervals in the circumferential direction in the outer peripheral thick portion of the cylindrical member constituting the can roll, and the plurality of gases A can roll having a gas release mechanism including a plurality of gas introduction holes opened on the outer peripheral surface side provided in each of the introduction paths has been proposed. In this can roll gas discharge mechanism, gas is supplied to each gas introduction path via a valve, and a long film is wound around the outer surface of the can roll by opening and closing individual valves. Gas can be introduced only into the area.
しかし、上記したガス放出機構を用いてキャンロールの外周面とそこに巻き付けられている長尺フィルムとの間のギャップ部にガスを導入すると、ギャップ部が大きくなってかえって熱伝導率が低下してシワが生じることがあった。また、キャンロールの外周面とそこに巻き付けられている長尺フィルムとの間の摩擦係数がゼロの状態が発生する場合が生じ、キャンロールとの拘束から解放された長尺フィルムの搬送速度が不安定になったり、蛇行の発生等で安定した搬送が出来なくなったりすることがあった。その結果、長尺フィルムにスパッタリング成膜の熱負荷による膜応力によってうねりが発生したり、長尺フィルムとキャンロールの間にスリップが発生したりして長尺フィルムの表面に傷がつくことがあった。 However, if gas is introduced into the gap between the outer peripheral surface of the can roll and the long film wound around the can roll using the gas release mechanism described above, the gap becomes larger and the thermal conductivity decreases. Wrinkles may occur. In addition, there may occur a case where the friction coefficient between the outer peripheral surface of the can roll and the long film wound around the can roll is zero, and the conveyance speed of the long film released from the restraint with the can roll is In some cases, it becomes unstable or stable conveyance cannot be performed due to the occurrence of meandering. As a result, undulation may occur due to film stress due to the thermal load of sputtering film formation on the long film, or slip may occur between the long film and the can roll, resulting in damage to the surface of the long film. there were.
発明者は、減圧雰囲気下でキャンロールの外周面に長尺フィルムを巻きつけて搬送するに際して、長尺フィルムが巻きつけられる範囲のキャンロールの外周面からガスを放出してキャンロールの外周面とそこに巻きつけられている長尺フィルムとの隙間にガスを導入すると、長尺フィルムがキャンロールの外周面から浮上した状態で搬送され、スパッタリング成膜時に長尺フィルムにうねりが発生する場合があることを確認した。そして、このようなうねりが発生しないように長尺フィルムのキャンロールの外周面からの局所的な変位量を制御するには、高度な調整技術を要していた。 When the inventor winds and conveys a long film around the outer peripheral surface of the can roll under a reduced pressure atmosphere, the inventor releases gas from the outer peripheral surface of the can roll in a range where the long film is wound, thereby When gas is introduced into the gap between the film and the long film wound around it, the long film is transported in a state of floating from the outer peripheral surface of the can roll, and the long film is swelled during sputtering film formation. Confirmed that there is. And in order to control the local displacement amount from the outer peripheral surface of the can roll of a long film so that such a wave | undulation may not generate | occur | produce, the advanced adjustment technique was required.
本発明は上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、減圧雰囲気下でロールツーロールで搬送される長尺フィルムに対して熱負荷のかかる処理を行った場合であっても長尺フィルムにうねりを発生させることなく、且つシワの発生をも抑制できる長尺フィルムの処理方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is a long film even when it is subjected to a heat-loading process on a long film conveyed by roll-to-roll in a reduced-pressure atmosphere. An object of the present invention is to provide a method for treating a long film that does not cause waviness and can also suppress the generation of wrinkles.
本発明者らは、上述した従来の問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、真空チャンバー内においてロールツーロールで搬送させる長尺フィルムをガス放出機構を備えたキャンロールの外周面に巻き付けながら熱負荷のかかる表面処理を行うに際して、長尺フィルムの張力に応じてガス放出機構に供給するガスの圧力を制御することによりキャンロールの外周面とそこに巻き付いている長尺フィルムとの間に形成されるギャップ部の距離をほぼゼロの状態に近づけることができ、よって表面処理時の長尺フィルムの温度上昇を抑制することができるとともに、キャンロール外周面とそこに巻き付いている長尺フィルムとの間の摩擦も低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-described conventional problems, the present inventors wound a long film to be conveyed by roll-to-roll in a vacuum chamber around the outer peripheral surface of a can roll equipped with a gas release mechanism. However, when performing surface treatment with a heat load while controlling the pressure of the gas supplied to the gas release mechanism according to the tension of the long film, the gap between the outer surface of the can roll and the long film wound around the can roll The distance between the gaps formed on the outer surface of the can roll can be brought close to almost zero, so that the temperature rise of the long film during the surface treatment can be suppressed, and the outer circumference of the can roll and the long length wound around the can roll The inventors have found that friction with the film can be reduced, and have completed the present invention.
すなわち、本発明の長尺フィルムの処理方法は、真空チャンバー内においてロールツーロールで搬送される長尺フィルムに対して内部に冷媒循環路を備えたキャンロールの外周面に巻きつけた状態で熱負荷の掛かる表面処理を施す長尺フィルムの処理方法であって、前記キャンロールの外周部には周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って複数のガス導入路が配設されており、各ガス導入路は前記キャンロールの外周面で開口する複数のガス放出孔を備えており、前記ガス導入路の供給ガス圧をG[Pa]、前記キャンロールの外周面に巻きついている長尺フィルムがその単位面積当たり張力によってキャンロールの中心軸に向って引っ張られる力をΡ[Pa]とした時、Pに基づいてGを制御することを特徴としている。 That is, the long film processing method of the present invention is a method in which a long film conveyed by roll-to-roll in a vacuum chamber is heated in a state of being wound around the outer peripheral surface of a can roll having a refrigerant circulation path therein. A long film processing method for performing a surface treatment with a load, wherein a plurality of gas introduction paths are arranged on the outer periphery of the can roll at substantially equal intervals in the circumferential direction. Each gas introduction path is provided with a plurality of gas discharge holes opened at the outer peripheral surface of the can roll, and the supply gas pressure of the gas introduction path is G [Pa] and is wound around the outer peripheral surface of the can roll. It is characterized in that G is controlled based on P when the force that the long film is pulled toward the central axis of the can roll by the tension per unit area is Ρ [Pa].
本発明によれば、減圧雰囲気下でロールツーロールで搬送される長尺フィルムに対して熱負荷のかかる処理を行った場合であっても長尺フィルムにうねりやシワを発生させることなく安定して表面処理を行うことができる。 According to the present invention, the long film is stable without causing undulations and wrinkles even when a heat-sensitive treatment is performed on the long film conveyed by roll-to-roll in a reduced-pressure atmosphere. Surface treatment.
先ず、図1を参照しながら本発明に係る長尺フィルムの処理方法を好適に実施することができる真空成膜装置(スパッタリングウェブコータ)50について説明する。この真空成膜装置50は、真空チャンバー51内においてロールツーロール方式で搬送される耐熱性樹脂フィルム製の被成膜基材としての長尺フィルムFをキャンロール56の外周面に巻き付けて冷却しながらその表面に連続的に熱負荷のかかるスパッタリング成膜処理を施すものであり、金属膜付耐熱性樹脂フィルムを連続的に作製することができる。
First, a vacuum film forming apparatus (sputtering web coater) 50 capable of suitably carrying out the long film processing method according to the present invention will be described with reference to FIG. The vacuum
具体的に説明すると、真空チャンバー51内は、図示しないドライポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオコイル等により到達圧力10−4Pa程度まで減圧された後、アルゴンガスや目的に応じて添加される酸素ガスなどのスパッタリングガスを導入することで0.1〜10Pa程度に圧力調整できるようになっている。真空チャンバー51の形状については上記減圧状態に耐え得るものであれば特に限定はなく、直方体や円筒形などの種々の形状を採用することができる。
More specifically, the inside of the
この真空チャンバー51内に、巻出ロール52から巻取ロール64までロールツーロールで搬送される長尺フィルムFの当該搬送経路を画定する各種のロールが設けられている。すなわち、巻出ロール52からキャンロール56までの搬送経路には、巻出ロール52から巻き出された長尺フィルムFを案内するフリーロール53、長尺フィルムFの張力の測定を行う張力センサーロール54、及び張力センサーロール54から送り出される長尺フィルムFをキャンロール56に導入するフリーロール55がこの順に配置されている。
In the
キャンロール56から巻取ロール64までの搬送経路にも、上記と同様に、フリーロール61、長尺フィルムFの張力測定を行う張力センサーロール62、及び長尺フィルムFを案内するフリーロール63がこの順に配置されている。なお、張力センサーロール54及び62には、各々回転軸に垂直な方向の変位を検知するロードセルなどの張力センサーが備わっている。
Also in the transport path from the can roll 56 to the take-
モーター駆動の巻出ロール52及び巻取ロール64は、パウダークラッチ等によりトルク制御が行われており、これにより長尺フィルムFの張力バランスが保たれている。また、モーター駆動のキャンロール56は、熱負荷の掛かるスパッタリング処理により熱せられる長尺フィルムFを冷却するため、内部に冷媒循環路を有している。
The motor-driven
キャンロール56の外周面に対向する位置には、長尺フィルムFの搬送経路に沿って4個のマグネトロンスパッタリングカソード57、58、59、60がこの順に設けられている。これらマグネトロンスパッタリングカソード57〜60の各々には、キャンロール56の外周面に対向する面にターゲット(図示せず)が取り付けられており、これらターゲットから叩き出されたスパッタ粒子を長尺フィルムFの表面上に堆積させることで金属膜の成膜が行われる。
Four
次に、上記キャンロール56について図2を参照しながらより詳しく説明する。キャンロール56は、円筒部20とその回転中心軸O部分に設けられた二重配管構造の回転軸21とで構成されている。回転軸21は、その両端部に設けられた回転軸受け22で回転可能に支持されており、図示しない駆動装置で回転中心軸Oを中心として回転する。この円筒部20の外周面20aにロールツーロールで搬送される長尺フィルムFが巻き付けられる。
Next, the can roll 56 will be described in more detail with reference to FIG. The can roll 56 is composed of a
円筒部20の内側には、冷却水などの冷媒が流通する例えばジャケット構造の冷媒循環路23が設けられており、これに前述した回転軸21の二重配管が接続している。これにより、真空チャンバー51外部の図示しない冷媒冷却装置との間で冷媒の循環が行われる。円筒部20の外周肉厚部には、円筒部20の回転中心線O方向に平行に延在する複数のガス導入路24が周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って設けられている。これらガス導入路24は、内径5mm程度であればガンドリルを用いた深穴加工により容易に加工できる。ガス導入路24の具体的な内径や本数は、キャンロール56に必要な伝熱性能などを考慮して適宜定められる。
Inside the
各ガス導入路24には、円筒部20の外周面20aで開口する複数のガス放出孔25が回転中心線O方向に沿って略均等な間隔をあけて設けられている。ガス放出孔25の内径は100μm以上400μm以下が望ましい。この内径が100μ未満ではガス放出孔25の加工が困難になる。一方、この内径が400μmを超えるとキャンロール56の伝熱性能が低下するおそれがある。ガス放出孔25の穴あけ加工はドリルやレーザー加工で行うことができる。
Each
上記複数のガス導入路24に、キャンロール56の両端部に設けられた2つのロータリージョイント30、40を介して真空チャンバー51の外部からH2、He、Ar等のガスが供給される。これにより、ガス導入路24及びガス放出孔25を経てキャンロール56の外周面とそこに巻き付けられる長尺フィルムFとの間にガスが導入される。
Gases such as H 2 , He, and Ar are supplied to the plurality of
前述したようにキャンロール56は内部に冷媒循環路23を備えるので、キャンロール56の外周面とそこに巻きつけられる長尺フィルムFとで形成される隙間にガスが導入されると、長尺フィルムFへのキャンロール56からの伝熱が阻害されるように思われる。しかし、キャンロール56は10Pa以下の減圧雰囲気下で使用されるため、このような減圧雰囲気下での隙間を介した物体間の伝熱はほぼ輻射熱のみと考えられる。したがって、かかる隙間にガスが満たされるとガスによる伝熱が付加されるので、より効率的にキャンロール56から長尺フィルムFに熱を伝えることができる。
As described above, since the can roll 56 includes the
キャンロール56の両端部にそれぞれ設けられたロータリージョイント30及び40は互いに同じ構造になっており、ロータリージョイント30(40)は、円筒部20と共に回転する回転部31(41)と固定部32(42)とが互いに摺接する構造を有しており、固定部32(42)内に形成されているガス供給路36(46)は、この摺接面で複数のガス導入路24にそれぞれ連通する複数の分岐菅33(43)に分岐するようになっている。各分岐菅33(43)には磁力にて開閉するバルブ35(45)が設けられており、また、図1の角度範囲A(抱き角Aとも称する)以外の角度範囲においてバルブ35(45)が対向する位置には磁石37(47)が設けられている。これにより、抱き角A以外の角度範囲内にガス導入路24が位置している時は磁石37(47)からの磁力の働きによりバルブ35(45)が閉じ、そのガス導入路24のガス放出孔25からはガスの放出が遮断される。その結果、キャンロール56の外周面のうち長尺フィルムFが巻き付いていない領域に位置するガス放出孔25から無駄にガスが放出されるのを防止することができる。
The rotary joints 30 and 40 provided at both ends of the can roll 56 have the same structure, and the rotary joint 30 (40) includes a rotating part 31 (41) that rotates together with the
ところで、キャンロール56の外周面は硬質クロムでめっき処理されており、目視では確認できないが、表面にはサブミクロンからミクロン単位の微細な凹凸が存在している。かかる微細な凹凸により、キャンロール56の外周面とそこに巻き付いている長尺フィルムFとの間には微細なギャップ部(隙間)が生じている。このギャップ部にガス放出孔25から放出されるH2、He、Ar等のガスが流れ込み、この隙間内の圧力を高めるので長尺フィルムFには隙間が拡張する向き、すなわちキャンロール56の外周面から浮上する向きに力がかかる。
By the way, although the outer peripheral surface of the can roll 56 is plated with hard chrome and cannot be visually confirmed, fine irregularities of submicron to micron units exist on the surface. Due to the fine irregularities, a fine gap (gap) is generated between the outer peripheral surface of the can roll 56 and the long film F wound around the can roll 56. Gases such as H 2 , He, and Ar discharged from the
長尺フィルムFが実際にキャンロール56の外周面から浮上するには、キャンロール56の半径R[m]、及び長尺フィルムFの幅W[m]、長尺フィルムFの張力T[N]のとき、下記式1で得られる長尺フィルムFがその単位面積当たり張力Tの大きさに応じてキャンロール56の中心軸に向かって引っ張られる力Ρ[Pa]よりも隙間に導入されたガスの圧力G[Pa]が高いことが必要となる。なお、真空チャンバー51内はほぼ真空状態にあるので、キャンロール56の周辺の圧力はゼロと近似することができる。
In order for the long film F to actually float from the outer peripheral surface of the can roll 56, the radius R [m] of the can roll 56, the width W [m] of the long film F, and the tension T [N of the long film F] ], The long film F obtained by the following formula 1 was introduced into the gap more than the force [Pa] pulled toward the central axis of the can roll 56 according to the magnitude of the tension T per unit area. The gas pressure G [Pa] needs to be high. Since the inside of the
[式1]
Ρ=T/(R×W)
[Formula 1]
Ρ = T / (R × W)
ここで、長尺フィルムFの張力Tは、長尺フィルムFの断面積当たり10〜40N/mm2が好ましい。長尺フィルムFの断面積当たり10N/mm2未満では、長尺フィルムFがキャンロール56の外周から浮上してしまい、長尺フィルムFの搬送の際にうねりが発生したりスリップや蛇行が発生したりするおそれがある。一方、40N/mm2を超えると、巻取ロール64に巻き取った時に長尺フィルムFのロールの硬度が高くなりすぎ、ブロッキングの発生や巻き癖による反りが発生するおそれがある。
Here, the tension T of the long film F is preferably 10 to 40 N / mm 2 per cross-sectional area of the long film F. If the cross-sectional area of the long film F is less than 10 N / mm 2 , the long film F floats from the outer periphery of the can roll 56, and swells or slips or meanders occur when the long film F is conveyed. There is a risk of doing so. On the other hand, if it exceeds 40 N / mm 2 , the roll of the long film F becomes too hard when wound on the take-
また、非特許文献1よれば、キャンロールの外周面とそこに巻きついている長尺フィルムとの間に形成されるギャップ部に導入する導入ガスにアルゴンガスを用いた場合、分子流領域において当該ギャップ部の距離d[μm](すなわち、キャンロールの外周面とこれに対向する長尺フィルムとの間の距離)とそのギャップ部内の圧力G[Pa]の関係は、下記式2で求めることができる。 Further, according to Non-Patent Document 1, when argon gas is used as an introduction gas to be introduced into a gap portion formed between the outer peripheral surface of the can roll and the long film wound around the can roll, in the molecular flow region, The relationship between the gap portion distance d [μm] (that is, the distance between the outer peripheral surface of the can roll and the long film facing it) and the pressure G [Pa] in the gap portion is obtained by the following equation 2. Can do.
[式2]
G<20000/d
[Formula 2]
G <20000 / d
従って、導入ガスがアルゴンガスの場合、分子流領域として取り扱える範囲では、ギャップ部内の圧力が例えば900Paのとき、ギャップ部の距離は23μm未満となる。なお、ギャップ部内の圧力は、キャンロール外周面からのガス導入量と真空チャンバーに設けられている真空ポンプの排気能力と長尺フィルムの張力とによりほぼ定まる。 Therefore, when the introduced gas is argon gas, the gap portion distance is less than 23 μm when the pressure in the gap portion is, for example, 900 Pa in a range that can be handled as the molecular flow region. The pressure in the gap is substantially determined by the amount of gas introduced from the outer peripheral surface of the can roll, the exhaust capacity of the vacuum pump provided in the vacuum chamber, and the tension of the long film.
更に、非特許文献1よれば、導入ガスにアルゴンガスを用いた場合、ギャップ部内の熱伝導係数α[W/m2・K]とギャップ部内の供給ガス圧G[Pa]との関係は、下記式3で求めることができる。 Further, according to Non-Patent Document 1, when argon gas is used as the introduction gas, the relationship between the heat conduction coefficient α [W / m 2 · K] in the gap and the supply gas pressure G [Pa] in the gap is It can obtain | require by the following formula 3.
[式3]
α=0.5×G
[Formula 3]
α = 0.5 × G
したがって、導入ガスがアルゴンガスの場合、供給ガス圧力が例えば900Paでギャップ部の距離が約23μmの時、ギャップ部の熱伝導率は450W/m2・Kとなる。これら式2と式3から、ギャップ部の距離が小さい場合の方が、熱伝導係数が大きくなることが分かる。 Therefore, when the introduced gas is argon gas, when the supply gas pressure is 900 Pa and the gap portion distance is about 23 μm, the thermal conductivity of the gap portion is 450 W / m 2 · K. From these formulas 2 and 3, it can be seen that the heat conduction coefficient increases when the gap distance is smaller.
また、キャンロールの外周面側からギャップ部にガスを導入すると、ギャップ部内の圧力が上昇してギャップ部が拡張するため、キャンロールの外周面とそこの巻きついている長尺フィルムとの間の摩擦が低減する。その結果、キャンロールの外周面で長尺フィルムに熱負荷が掛かる表面処理を行ってもシワが発生しにくくなるという効果が得られる。 Moreover, when gas is introduced into the gap portion from the outer peripheral surface side of the can roll, the pressure in the gap portion increases and the gap portion expands, so that the gap between the outer peripheral surface of the can roll and the long film wound therearound is increased. Friction is reduced. As a result, an effect is obtained that wrinkles are less likely to occur even when a surface treatment is applied to the long film on the outer peripheral surface of the can roll.
これに関して、東レ・デュポン製の長尺のポリイミドフィルム(カプトン50EN)を減圧下でロールツーロールで搬送しながらガス放出機構を備えたキャンロールの外周面に巻き付け、キャンロールの外周面とそこに巻きついている該ポリイミドフィルムとの間のギャップ部にガス放出機構を用いて様々な供給ガス圧G[Pa]のガスを導入した時の有効摩擦係数μeffの影響を調べた。 In this regard, a long polyimide film (Kapton 50EN) made by Toray DuPont is wound around the outer surface of the can roll equipped with a gas release mechanism while being conveyed by roll-to-roll under reduced pressure, and the outer surface of the can roll and there The influence of the effective coefficient of friction μ eff when a gas with various supply gas pressures G [Pa] was introduced into the gap between the wound polyimide film using a gas release mechanism was examined.
具体的には、ガス放出機構を備えたキャンロール56の抱き角がA[rad]、巻出ロール52側のポリイミドフィルムの張力がT1[N]、巻取ロール64側のポリイミドフィルムの張力がT2[N]の時、これら張力T1及びT2の差を大きくしていき、該ポリイミドフィルムがキャンロール56の外周面上で滑り出した時の張力比から下記式4により摩擦係数μを算出した。
Specifically, the holding angle of the can roll 56 provided with a gas release mechanism is A [rad], the tension of the polyimide film on the unwinding
[式4]
μ={In(T2/T1)}/A (但し、T2>T1)
[Formula 4]
μ = {In (T 2 / T 1 )} / A (where T 2 > T 1 )
また、ポリイミドフィルムがその単位面積当たりキャンロール56の中心軸に向かって引っ張られるΡは、T1とT2の平均張力、すなわち(T1+T2)/2を前述した式1に代入して求めた。そして、横軸に供給ガス圧G[Pa]と長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロール56の中心軸に向かって引っ張られる力Ρとの比G/Ρをとり、縦軸に有効摩擦係数μeffとガス放出機構からガスを放出しない場合の静摩擦係数μsとの比μeff/μsをとってプロットした。その結果を図3に示す。なお、図3では平均張力100Nのデータを使用した。また、供給ガス圧G[Pa]は、2つのロータリージョイント30、40のガス供給口36a、46aにそれぞれ接続された2本のガス供給配管に設けた圧力計で測定したガス圧の平均値をとった。
In addition, when the polyimide film is pulled toward the central axis of the can roll 56 per unit area, the average tension of T 1 and T 2 , that is, (T 1 + T 2 ) / 2 is substituted into the above-described formula 1. Asked. The horizontal axis represents the ratio G / Ρ between the supply gas pressure G [Pa] and the force of the long film pulled toward the central axis of the can roll 56 per unit area, and the vertical axis represents the effective friction coefficient μ. A plot was made by taking the ratio μ eff / μ s of the static friction coefficient μ s when eff was not released from the gas release mechanism. The result is shown in FIG. In FIG. 3, data having an average tension of 100 N was used. The supply gas pressure G [Pa] is an average value of gas pressures measured by pressure gauges provided in two gas supply pipes connected to the
この図3のグラフに示されるように、有効摩擦係数比μeff/μsはガス圧の増加とともに徐々に減少し、比G/Ρが1.0のときにゼロになる。また、比G/Ρが0.1の場合、有効摩擦係数比は0.8となる。すなわち、長尺フィルムとキャンロール間のガス圧が大きいほど、摩擦係数が小さくなり、熱伝導係数が増加することから、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロール56の中心軸に向かって引っ張られる力Ρ[Pa]に対する供給ガス圧G[Pa]の比G/Ρは、0.1から1.0の範囲内にあることが望ましい。 As shown in the graph of FIG. 3, the effective friction coefficient ratio μ eff / μ s gradually decreases as the gas pressure increases, and becomes zero when the ratio G / Ρ is 1.0. Further, when the ratio G / Ρ is 0.1, the effective friction coefficient ratio is 0.8. That is, as the gas pressure between the long film and the can roll increases, the friction coefficient decreases and the heat conduction coefficient increases, so that the long film is pulled toward the central axis of the can roll 56 per unit area. The ratio G / Ρ of the supply gas pressure G [Pa] to the force Ρ [Pa] is preferably in the range of 0.1 to 1.0.
G/Ρの下限を0.1とする理由は、前述したように、キャンロール56の外周面において長尺フィルムFが巻き付けられていない角度範囲に位置するガス導入路24ではガスが供給されないため、当該ガス導入路24内は真空チャンバー51内とほぼ同等の減圧雰囲気となる。そのため、キャンロール56の回転によりこのガス導入路24が抱き角Aに移動して再びガスの供給が開始されてもガス導入路24内の圧力が一定になるまで時間を要する。この圧力が立ち上がるまでの間はG/Ρの値が設定値より小さくなるため、G/Ρの下限を0.1より低くすると実際の有効摩擦係数比は1.0に近くなり、摩擦低減の効果が得られなくなるおそれがある。
The reason why the lower limit of G / Ρ is set to 0.1 is that, as described above, gas is not supplied in the
一方、G/Ρを1.0より大きくすると、長尺フィルムFがキャンロールの外周面上でほぼ完全に浮上してしまい、キャンロール56の外周面とそこに巻き付いている長尺フィルムFとの間のギャップ部の距離が広くなりすぎて伝熱係数が低下し、成膜時にうねりが発生するおそれがある。 On the other hand, when G / Ρ is larger than 1.0, the long film F floats almost completely on the outer peripheral surface of the can roll, and the outer peripheral surface of the can roll 56 and the long film F wound therearound The distance between the gaps becomes too wide and the heat transfer coefficient is lowered, which may cause undulation during film formation.
以上、ロールツーロールで搬送される長尺フィルムに熱負荷がかかる表面処理としてスパッタリング成膜を行う真空成膜装置50を例に挙げて本発明に係る長尺フィルムの処理方法について説明を行ったが、本発明は熱負荷がかかる表面処理としてスパッタリング成膜に限定するものではなく、蒸着などの乾式成膜、あるいは乾式成膜以外ではプラズマやイオンビーム等の表面処理にも本発明の処理方法を適用することができる。
As described above, the method for treating a long film according to the present invention has been described by taking as an example the vacuum
図1に示すようなスパッタリングウェブコータ50を用いてロールツーロールで長尺フィルムFを搬送しながらスパッタリング成膜を行った。キャンロール56には、図2に示すような直径400×幅600mmのステンレス製の円筒部20を用いた。この円筒部20は、外周肉厚部に中心軸Oに略平行に延在する直径5mmの複数のガス導入路24を全周に亘って貫通させた後、各ガス導入路24には円筒部20の外周面20aにおいて法線方向に開口する内径0.2mmのガス放出孔25を連通させることで作製した。なお、ガス導入路24及びガス放出孔25を設ける際、隣接するガス放出孔25同士が円筒部20の周方向及び軸方向に共に約10mmのピッチとなるようにした。
Sputtering film-forming was performed using the
このキャンロール56を図1に示すようなスパッタリングウェブコータ50に搭載した。キャンロール56の抱き角Aが270°となるように搬送経路を調整し、この抱き角A以外の角度範囲ではガス放出孔25からガスが放出されないようにするため、抱き角A以外の角度範囲に位置するガス導入路25のバルブ35、45が対向する位置に扇形の磁石を配置した。
The can roll 56 was mounted on a
長尺フィルムFの片面にシード層としてニッケルクロム合金膜を成膜し、その上に銅膜を成膜するため、スパッタリングカソード57には20重量%クロムのニッケルクロム合金ターゲットを装着し、残りのスパッタリングカソード58〜60には銅ターゲットを装着した。長尺フィルムFには東レ・デュポン製の厚さ12.5μm×幅500mmのポリイミドフィルム(カプトン50EN)を使用した。
In order to form a nickel chrome alloy film as a seed layer on one side of the long film F and to form a copper film thereon, a 20 wt% chromium nickel chrome alloy target is mounted on the sputtering
<実施例1>
巻回された長尺フィルムFを上記したスパッタリングウェブコータ50の巻出ロール52側にセットし、その一端を引き出してキャンロール56等のロール群を経由させて巻取ロール64に取り付けた。巻出ロール52側の張力と巻取ロール64側の張力はともに100Nとした。ロータリージョイント30、40の供給口36a、46aに接続したガス供給配管に設けた圧力計でのガス圧が900Paになるように調整しながらアルゴンガスをキャンロール56のガス導入路24に供給した。
<Example 1>
The wound long film F was set on the winding
この時、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロールの中心軸に向って引っ張られる力Ρ[Pa]を前述した式1を用いて計算したところ、Ρ=T/(R×W)=100N/(0.2m×0.5m)=1000Paであった。したがって、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロールの中心軸に向かって引っ張られる力Ρ[Pa]の供給ガス圧G[Pa]に対する比G/Ρは、900Pa/1000Pa=0.9であった。 At this time, when the force Ρ [Pa] by which the long film is pulled toward the central axis of the can roll per unit area was calculated using the above-described equation 1, Ρ = T / (R × W) = 100 N / It was (0.2 m × 0.5 m) = 1000 Pa. Therefore, the ratio G / Ρ to the supply gas pressure G [Pa] of the force Ρ [Pa] at which the long film is pulled toward the central axis of the can roll per unit area was 900 Pa / 1000 Pa = 0.9. .
次に、真空チャンバー51内の空気を複数台のドライポンプを用いて5Paまで排気した後、複数台のターボ分子ポンプとクライオコイルを用いて3×10−3Paまで排気した。更に、アルゴンガスを導入して、スパッタリング雰囲気を圧力0.3Paとした。そして、キャンロール56の冷媒循環路23に冷却水を循環して20℃で温度制御した。
Next, the air in the
この状態で、長尺フィルムFを2m/分の速度で搬送させ、ニッケルクロム合金ターゲットを装着したスパッタリングカソード57は投入電力を3.0kWとし、銅ターゲットを装着した各スパッタリングカソード58〜60は投入電力を6.0kWとして成膜処理を行った。この成膜条件で50mの長尺フィルムを連続的に成膜処理した。この成膜処理を合計3回実施したところ、いずれの長尺フィルムにおいてもシワやうねりが発生することはなかった。
In this state, the long film F is conveyed at a speed of 2 m / min, the sputtering
<実施例2〜6及び比較例1〜4>
長尺フィルムFの搬送速度、長尺フィルムFの張力、キャンロール56への供給ガス圧、及びカソードへの投入電力を下記表1に示すように様々に変えた以外は実施例1と同様にして実施例2〜6及び比較例1〜4の成膜処理を行った。それらの成膜処理結果を成膜条件と共に下記表1に示す。なお、表中の「○」はシワやうねりが発生しなかったことを示しており、「×」はシワまたはうねりが発生したことを示している。
<Examples 2-6 and Comparative Examples 1-4>
As in Example 1, except that the conveyance speed of the long film F, the tension of the long film F, the gas pressure supplied to the can roll 56, and the input power to the cathode were variously changed as shown in Table 1 below. The film formation process of Examples 2-6 and Comparative Examples 1-4 was performed. The film formation results are shown in Table 1 below together with the film formation conditions. In the table, “◯” indicates that no wrinkles or undulations occurred, and “x” indicates that wrinkles or undulations occurred.
上記表1に示す結果から分かるように、実施例1〜6では、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロール56の中心軸に向かって引っ張られる力Ρ[Pa]に対する供給ガス圧G[Pa]の比G/Ρが0.1〜1.0の範囲内であったので、いずれも長尺フィルムにシワやうねりが発生することはなく、良好に成膜することができた。 As can be seen from the results shown in Table 1 above, in Examples 1 to 6, the supply gas pressure G [Pa] against the force [Pa] that the long film is pulled toward the central axis of the can roll 56 per unit area. Since the ratio G / Ρ was in the range of 0.1 to 1.0, no wrinkles or undulations occurred on the long film, and the film could be formed satisfactorily.
一方、比較例1〜3では、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロール56の中心軸に向って引っ張られるΡ[Pa]に対する供給ガス圧G[Pa]の比G/Ρが0.1未満であったので、キャンロール56と長尺フィルムとの間の摩擦係数が高くなり、成膜中にシワが発生した。また、比較例4では上記の比G/Ρが1.0を超えていたため、キャンロール56から長尺フィルムが完全に浮上してしまい、キャンロールと長尺フィルムとのギャップ距離が大きくなって熱伝導率が低下し、成膜中に長尺フィルムにうねりが発生した。 On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the ratio G / Ρ of the supply gas pressure G [Pa] to the Ρ [Pa] in which the long film is pulled toward the central axis of the can roll 56 per unit area is less than 0.1. Therefore, the coefficient of friction between the can roll 56 and the long film was increased, and wrinkles were generated during the film formation. In Comparative Example 4, since the ratio G / Ρ exceeds 1.0, the long film is completely lifted from the can roll 56, and the gap distance between the can roll and the long film is increased. Thermal conductivity was lowered, and undulation was generated in the long film during film formation.
以上の結果から、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロール56の中心軸に向って引っ張られるΡ[Pa]に対する供給ガス圧G[Pa]の比G/Ρを0.1〜1.0の範囲内に制御することで、シワやうねりの無い良好な金属被覆長尺フィルムが得られることがわかる。 From the above results, the ratio G / Ρ of the supply gas pressure G [Pa] to the Ρ [Pa] with which the long film is pulled toward the central axis of the can roll 56 per unit area is 0.1 to 1.0. It turns out that the favorable metal-coated long film without a wrinkle and a wave | undulation is obtained by controlling in the range.
20 円筒部
21 回転軸
22 回転軸受け
23 冷媒循環路
24 ガス導入路
25 ガス放出孔
30、40 ロータリージョイント
35、45 バルブ
37、47 磁石
50 真空成膜装置(スパッタリングウェブコータ)
51 真空チャンバー
52 巻出ロール
53、63 フリーロール
54、62 張力センサーロール
55、61 フリーロール
56 キャンロール
57、58、59、60 スパッタリングカソード
64 巻取ロール
F 長尺フィルム
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