JP2016003338A - キャンロール及びこれを搭載した長尺フィルムの処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで簡易に作製できる構造を有しているにもかかわらず、冷却効果の高いガス放出機構付きキャンロールを提供する。
【解決手段】 真空チャンバー内５１においてロールツーロールで搬送される長尺フィルムＦを外周面に巻き付けて内部を循環する冷媒で冷却するキャンロール５６であって、このキャンロール５６の外周面には長尺フィルムＦの幅よりも短い距離でキャンロール５６の中心軸に沿って延在する複数のガス放出溝２３がキャンロール５６の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おり、これら複数のガス放出溝２３の各々には、少なくともその一端部からキャンロール５６の肉厚部内を延在して端部で開口するガス導入路２４が連通している。
【選択図】 図４

Description

本発明は、スパッタリング等の熱負荷のかかる処理が施される長尺フィルムを効果的に冷却するガス放出機構を備えたキャンロール及びこれを搭載した長尺フィルムの処理装置に関するものである。

液晶パネル、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話等には、耐熱性樹脂フィルム上に所定のパターンを有する配線が形成されたフレキシブル配線基板が用いられている。この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成膜し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得られる。近年、かかるフレキシブル配線基板の配線パターンはますます繊細化、高密度化する傾向にあり、これに伴って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。

この種の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）、耐熱性樹脂フィルムに真空成膜法単独で、又は真空成膜法と湿式めっき法との併用で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用いる真空成膜法としては、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。

メタライジング法について、特許文献１には、ポリイミド絶縁層上にクロム層をスパッタリングした後、銅をスパッタリングして導体層を形成する方法が記載されている。また、特許文献２には、銅ニッケル合金をターゲットとするスパッタリングによる第一の金属薄膜と、銅をターゲットとするスパッタリングによる第二の金属薄膜とがこの順でポリイミドフィルム上に成膜されたフレキシブル回路基板用材料が開示されている。これらスパッタリング法による成膜は、一般に密着力に優れる反面、真空蒸着法に比べて基材としての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、上記ポリイミドフィルムなどの耐熱性樹脂フィルムに対して真空成膜法により成膜を行って金属膜付耐熱性樹脂フィルムを作製する工程では、キャンロールを搭載したスパッタリングウェブコータが一般的に使用されている。この装置は、内部に冷媒が循環するモータ駆動のキャンロールの外周面にロールツーロールで搬送される長尺の耐熱性樹脂フィルムを巻き付けながらスパッタリングで成膜を行うものであり、表面側のスパッタリング成膜によって生じる耐熱性樹脂フィルムの熱を裏面側から除熱することができるので、シワの発生を効果的に防ぐことが可能になる。

例えば特許文献３には、スパッタリングウェブコータの一例である巻出巻取式（ロールツーロール方式）の真空スパッタリング装置が開示されている。この巻出巻取式の真空スパッタリング装置には、上記キャンロールの役割を担うクーリングロールが搭載されている。更に、クーリングロールの少なくともフィルム送入れ側若しくは送出し側にサブロールが設けられており、これにより耐熱性樹脂フィルムをさらに冷却することが試みられている。

ところで、非特許文献１に記載されているように、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、そこに接触して搬送される耐熱性樹脂フィルムとの間には真空空間を介して離間する隙間（ギャップ部）が存在している。このため、成膜の際に生じる耐熱性樹脂フィルムの熱はキャンロールに効率よく伝熱されているとはいえず、これがフィルムのシワ発生の原因になることがあった。

この問題を解決するため、キャンロールの外周面と耐熱性樹脂フィルムとの間のギャップ部にキャンロール側からガスを導入する技術が提案されている。例えば特許文献４には、キャンロールの外周面に多数の微細なガス導入孔を設けてそこからガスを放出し、これによりギャップ部の熱伝導率を真空に比べて高くして成膜中の耐熱性樹脂フィルムの熱負荷を低減することでシワの発生を効果的に抑制する技術が開示されている。

また、特許文献５には、キャンロールの外周面から出没するバルブをガス導入口に設け、このバルブをフィルム面で押さえつけることにより、キャンロールの外周面においてフィルムが巻き付けられていない領域からチャンバーにガスが放出されるのを防止し、よってキャンロール外周面とフィルムとの間のギャップ部に効率的にガスを導入する方法が提案されている。

さらに、特許文献６には、複数のガス導入孔及びこれらに連通するガス導入路をキャンロールの外周面に全周に亘って設けるに際して、隣接するガス導入路同士のピッチ及び隣接するガス導入孔同士のピッチをそれぞれ所定の範囲内に限定することでシワの発生を抑える技術が開示されている。また、特許文献７には、キャンロールの肉厚部に上記したガス導入路を設けるに際して、莫大な手間とコストがかかるガンドリルによる加工に代えて電気鋳造法を用いる技術が提案されている。

さらに、特許文献８及び９には、キャンロールの外周面に溝を加工し、フィルムから出るガスや水をその溝を通して排出する技術が提案されている。この特許文献８及び９の技術は積極的にガス冷却を利用するものではなく、また溝のサイズ等についての記載もない。また、特許文献１０には、差圧維持機構を持たせ、フィルム裏面にガスを介在させる方法が開示されているが、高価な差圧維持設備の導入が不可欠となる。

特開平２−９８９９４号公報 特許第３４４７０７０号公報 特開昭６２−２４７０７３号公報 国際公開第２００５／００１１５７号 米国特許第３４１４０４８号明細書 特開２０１４−０５１７１７号公報 特開２０１３−００７０７３号公報 特開２００３−３２１７７５号公報 特許第４９２４９３９号公報 特許第４６６４６３７号公報

"Improvement of Web Condition by the Deposition Drum Design," 2000 Society of Vacuum Coaters, 50th. Annual Technical Conference Proceeding(2007), p.749

上記したように様々なガス放出機構を有するキャンロールが提案されているが、いずれもそれらの作製には極めて高度な加工技術を必要とし、特許文献７の電気鋳造法を用いた場合であっても依然としてかなりの手間とコストを費やしていた。本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、低コストで簡易に作製できる構造を有し、しかも冷却効果の高いガス放出機構付きキャンロール、及びこれを搭載した長尺フィルム処理装置を提供することを目的としている。

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、キャンロールの外周面に中心軸方向に延在する複数の微細な溝が全周に亘って設けられており、各溝の少なくとも一方の端部からガスが供給される構造にすることで、シワの発生を効果的に抑制できるガス放出機構を備えたキャンロールを低コストで簡易に作製できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のキャンロールは、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を外周面に巻き付けて内部を循環する冷媒で冷却するキャンロールであって、前記キャンロールの外周面にはその回転中心軸方向に長尺フィルムの幅よりも短い距離で延在する複数のガス導入溝が前記キャンロールの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おり、これら複数のガス導入溝の各々には、少なくともその一端部から前記キャンロールの肉厚部内を延在して末端部で開口するガス導入路が連通していることを特徴としている。

本発明によれば、冷却効果の高いガス放出機構付きキャンロールを低コストで簡易に作製することが可能になる。

本発明に係るガス導入機構付きキャンロールを搭載した長尺フィルムの処理装置の一具体例を示す模式図である。 本発明のキャンロールを構成する筒状部材の一具体例を示す模式的な斜視図である。 図２の筒状部材をその回転中心軸に垂直な面で内側のジャケットと共に切断した断面図である。 図２の筒状部材をその回転中心軸に平行な面で切断した断面図である。 本発明の一具体例のキャンロールをその回転中心軸に平行な面で切断した部分断面図である。

以下、本発明のキャンロール及びこれを搭載した長尺フィルムの処理装置の一具体例について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明における長尺フィルムの材質としては、限定するものではないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリイミド系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリテトラフルオロエチレン系フィルム、ポリフェニレンサルファイド系フィルム、ポリエチレンナフタレート系フィルム、液晶ポリマー系フィルム等を挙げることができる。

先ず、図１を参照しながら本発明のキャンロールが好適に使用される長尺フィルムの処理装置として、真空成膜装置５０を例に挙げて説明する。この真空成膜装置５０はスパッタリングウェブコータとも称される装置であり、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長尺状耐熱樹脂フィルム（以下、長尺フィルムと称する）Ｆに対して、その表面にスパッタリングにより連続的に熱負荷のかかる成膜処理を施す装置である。

具体的に説明すると、真空チャンバー５１は、スパッタリング成膜のため、図示しないドライポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオコイル等の減圧装置を有しており、これにより真空チャンバー５１内を到達圧力１０^−４Ｐａ程度まで減圧した後、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の導入により０.１〜１０Ｐａ程度の圧力に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。

この真空チャンバー５１内に、巻出ロール５２からキャンロール５６を経て巻取ロール６４に至る長尺フィルムＦの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、キャンロール５６の外周面に長尺フィルムＦを密着させるべく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に対してキャンロール５６の周速度に対する周速度の調整を行うモータ駆動のフィードロール５５がこの順に配置されている。

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、キャンロール５６の周速度に対する周速度の調整を行うモータ駆動のフィードロール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。

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、内部に冷媒循環路が設けられている。このキャンロール５６については、後で詳しく説明する。

キャンロール５６の外周面のうち、長尺フィルムＦが巻き付けられる角度範囲Ａ（抱き角Ａとも称する）内の領域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成膜手段として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。

なお、金属膜のスパッタリング成膜の場合は、図１に示すように板状のターゲットを使用することができるが、板状ターゲットを用いた場合、ターゲット上にノジュール（異物の成長）が発生することがある。これが問題になる場合は、ノジュールの発生がなく、ターゲットの使用効率も高い円筒形のロータリーターゲットを使用することが好ましい。また、この図１の長尺フィルムＦの真空成膜装置５０は、熱負荷の掛かる処理としてスパッタリング処理を想定したものであるため、マグネトロンスパッタリングカソードが図示されているが、熱負荷の掛かる処理がＣＶＤ（化学蒸着）や蒸着処理などの他のものである場合は、板状ターゲットに代えてそれらの真空成膜手段が設けられる。

次に、上記キャンロール５６についてより詳細に説明する。キャンロール５６はその外周面に長尺フィルムＦが巻き付けられる搬送経路を備えた円筒部材で構成されており、その中心軸を回転中心軸として回転駆動されるようになっている。この円筒部材の内周面側には、該内周面と同心円状のジャケットが設けられており、これら円筒部材とジャケットとによって、冷却水などの冷媒が流れる冷媒循環路が画定される。また、円筒部材の上記回転中心軸部分には二重管構造の回転軸が設けられており、この二重管を介して真空チャンバー５１の外部に設けられた冷媒冷却装置と上記冷媒循環路との間で冷媒の循環が行われる。これにより、円筒部材の外表面すなわちキャンロール５６の外周面に巻き付けられる長尺フィルムＦを冷却することが可能になる。

図２に示すように、このキャンロール５６を構成する円筒部材２０には、複数のガス放出溝２３が円筒部材２０の周方向に均等な間隔をあけて全周に亘って配設されている。これら複数のガス放出溝２３の各々は、円筒部材２０の中心軸Ｏ方向に沿って長尺フィルムＦの幅よりも短い距離で延在している。各ガス放出溝２３の長手方向に垂直な断面における形状は特に限定がなく、Ｖ字状、Ｕ字状、台形、矩形など様々な形状を採用することができる。これらの中では、後述するバイト等での切削加工のしやすさを考慮すると、図３に示すようにＶ字状の断面形状が好ましい。なお、図３には円筒部材２０の周方向に等間隔に１６本のガス放出溝２３を設けた例が示されている。また、ジャケット２１により画定される冷媒循環路２２も示されている。

再度図２に戻ると、上記した複数のガス放出溝２３の各々には、その両端部に、円筒部材２０の両端面からそれぞれ延在する２本のガス導入路２４がそれぞれ連通している。図４を参照しながら具体的に説明すると、各ガス導入路２４は円筒部材２０の端面から円筒部材２０の中心軸Ｏ方向に平行に円筒部材２０の肉厚部内をガス放出溝２３の端部近傍まで延在した後、方向転換して円筒部材２０の外周面２０ａに向かって円筒部材２０の半径方向に延在し、開口部２４ａとして円筒部材２０の外周面２０ａで開口している。そして、この開口部２４ａにおいてガス放出溝２３の端部と連通している。

なお、円筒部材２０の端面で開口する開口部２４ｂは、後述するようにロータリージョイントを介して真空チャンバーの外部のガス供給源に連通している。これにより、キャンロールの外周面すなわち円筒部材２０の外周面２０ａとそこに巻き付けられる長尺フィルムＦとの間に形成されるギャップ部（間隙）にガスを導入することが可能となる。

上記のガス導入路２４は公知のドリルやパンチなどを用いて簡易且つ低コストで加工することができる。例えば、円筒部材２０の一端面から中心軸Ｏ方向に沿って肉厚部内を所定の深さまでドリル加工した後、この有底穴の先端部に向けてドリルやパンチなどを用いて円筒部材２０の外周面２０ａ側から円筒部材２０の厚み方向に穿孔して開口部２４ａを設ければよい。同様に円筒部材２０同じ角度位置の他端面からも上記したドリル加工及び厚み方向の穿孔を行った後、これにより得られた円筒部材２０の幅方向で対向する一対の開口部２４ａ同士を連通させるように一般的な切削工具であるバイト等で溝加工することによりガス放出溝２３を設けることができる。なお、ガス導入路２４の孔の寸法は、切削加工が容易な寸法・深さであれば特に制約はないが、一般的には、内径５ｍｍ程度であれば容易にドリル加工が可能である。

このように、円筒部材２０の外周面２０ａに設けたガス放出溝２３の両端部にガス導入路２４に連通させることにより、低コストで簡易にガス導入機構を加工することができる。すなわち、キャンロールのガス導入機構を上記した複数のガス導入溝とその各々の両端部に連通するガス導入路とからなる構造にすることで、従来の多数の微細なガス放出孔からなるガス導入機構の作製のため使用していた放電加工、レーザー加工等の高価な加工装置の使用が不要になる。また、キャンロール外周面にほぼ端から端まで等間隔に設けられた上記多数の微細なガス放出孔にガスを供給するため、一般に幅６００ｍｍを超えるキャンロールの幅の端から端までガス導入路を貫通させる必要があり、そのため高価で手間のかかるガンドリルを用いて深穴加工を行う必要があったが、上記した本発明の一具体例のガス導入機構ではガス導入路の深さがキャンロールの端面からガス導入溝の一端部近傍まででよいので、一般的な安価なドリルを用いて簡易に穴加工を行うことが出来る。

ガス放出溝２３の溝幅の上限は、３００μｍ及び長尺フィルムＦの厚さの２５倍のうちのいずれか小さい方であることが好ましい。長尺フィルムＦがキャンロール５６の外周面に巻き付けられた時、ガス放出溝２３に対向する領域ではキャンロール５６の外周面との伝導伝熱はもちろんのこと輻射伝熱の効果もあまり期待できないので、この幅が３００μｍを超えると、長尺フィルムＦの厚みや成膜条件等によるものの、上記ガス放出溝２３に対向する領域の冷却に必要な長尺フィルムＦ内の面方向の熱拡散に要する面積が広くなりすぎ、長尺フィルムＦ内の面方向での温度差が大きくなって長尺フィルムＦにフィルムにしわや微細な凹凸が入る品質上の問題が生じるおそれがある。また、ガス放出溝２３の幅が長尺フィルムＦの厚さの２５倍を超えて大きくなると、同様に長尺フィルムＦ内の面方向の熱拡散に要する面積が広くなりすぎ、長尺フィルムＦ内の面方向での温度差が大きくなって上記した長尺フィルムＦの品質上の問題が生じることとなる。なお、ガス放出溝２３の幅が３００μｍを越えると、ガス放出溝２３の痕跡が長尺フィルムＦに残るおそれも生じる。

一方、ガス放出溝２３の幅の下限は５０μｍが好ましい。この幅が５０μｍ未満の場合は、複数のガス放出溝２３を形成することが困難になるうえ、放出させるガスの流量にもよるが、ガス放出溝２３内を流れるガスの流動の抵抗が高くなり、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との間の隙間に良好にガスを導入することが難しくなる場合がある。

ところで、キャンロール５６の外周面の搬送経路部分には、全体に亘ってできるだけ多数のガス放出溝２３を狭ピッチにして設けた方が熱伝導性を均一化できるという点において好ましいと思われる。しかしながら、多数のガス放出溝２３を狭ピッチで設けると、これらにそれぞれ連通させるガス導入路２４の数も増加するので、円筒部材２０の外周面２０ａから冷媒循環路２２内の冷媒への伝熱の際、ガス導入路２４の位置を迂回して伝熱することが必要となり、良好な熱伝導の妨げになるおそれがある。よって、隣接するガス導入路２４同士の中心間距離（ピッチ）は、最も狭い箇所であってもガス導入路２４の内径の２倍以上となるように配設するのが好ましい。

なお、前述したようにキャンロール５６は内部に冷媒循環路２２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の真空チャンバー５１内で使用されるため、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、上記隙間にガスが満たされるとガスによる伝熱が輻射熱に付加されるので、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。

キャンロール５６は、上記した円筒部材２０の両端部にロータリージョイントを１つずつ有している。各ロータリージョイントは、固定部と円筒部材２０に伴って回転する回転部とから構成されており、回転部には上記した円筒部材２０の複数のガス放出溝２３にそれぞれガス導入路２４を介して連通する複数の分岐管が設けられている。一方、固定部には真空チャンバー５１の外部のガス供給源に連通するガス供給路が設けられており、回転部と固定部との摺接面においてガス供給路からのガスが複数の分岐管に分配されるようになっている。そして、これら複数の分岐管の各々には、上記した抱き角Ａとの位置関係に応じて開閉するバルブなどの開閉手段が設けられている。

具体的に説明すると、開閉手段は円筒部材２０の回転に伴って回転するロータリージョイントの回転部に設けられており、例えば図５（ａ）に示すように、ガス導入路２４を介してガス放出溝２３に連通する分岐管３０の流路を開閉するバルブ３１と、このバルブ３１を開方向に付勢するばね３２と、バルブ３１に設けられた磁石３３とからなる。そして、円筒部材２０の回転に伴ってガス放出溝２３が図１の抱き角Ａ以外の角度範囲に来たとき、このガス放出溝２３に連通する分岐管に設けられた開閉手段の磁石３３が対向する位置に、図５（ｂ）に示すように、上記磁石３３に反発力を付与する扇形状の永久磁石などの磁力付与手段３４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放出溝２３が位置している時は、これに連通する分岐管３０のバルブ３１が磁力付与手段３４からの反発力によりばね３２の付勢力に抗して閉じられるので、当該ガス放出溝２３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溝２３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。なお、上記した本発明の一具体例のキャンロールはガス放出溝の両端部に２本のガス導入路がそれぞれ連通する構造を有していたが、ガス放出溝の一端部にのみガス導入路を設けてもよく、この場合はロータリージョイントはガス導入路を設けた側にのみ設けられる。

以上、本発明のキャンロールの一具体例について、スパッタリングウェブコータに搭載される場合を例に挙げて説明したが、本発明のキャンロールはこれに限定されるものではなく、ロールツーロールで搬送される長尺フィルムに連続的にプラズマ処理やイオンビーム処理などの熱負荷がかかる表面処理を行う場合にも好適に用いることができる。

図１に示すようなロールツーロール方式の真空成膜装置５０に、図２に示すように円筒部材２０の外周面に全周に亘って等間隔に設けた複数のガス放出溝２３及びそれらの各々の両端部に２本のガス導入路２４がそれぞれ連通する構造のガス導入機構を備えたキャンロール５６を搭載し、ロールツーロールで搬送する長尺フィルムＦにスパッタリング成膜を行って、シワなどの品質上の問題が生じるか否か評価した。

具体的に説明すると、キャンロール５６には、直径４００×幅６００ｍｍ×肉厚１５ｍｍのステンレス製の円筒部材２０を用いた。この円筒部材２０の一方の端面からドリル加工で円筒部材２０の全周に亘って円筒部材２０の中心軸Ｏ方向に平行に深さ５５ｍｍの有底穴を周方向に等間隔に１２０本設けた。同様に円筒部材２０のもう一方の端面からも同じ角度位置に１２０本の有底穴を設けた。これら有底穴は、中心軸Ｏに直交する面での断面形状を内径５ｍｍの円形とした。このとき、周方向に隣接する有底穴同士の間隔は約５.１ｍｍとなり、よって周方向に隣接する有底穴間のピッチは該有底穴の内径の２倍以上であった。

次に、上記のように全周に有底穴が形成された円筒部材２０に対して、同じ角度位置で対向する一対の有底穴ごとに、それらの一方の底部近傍から他方の底部近傍に至るように円筒部材２０の外周面２０ａに、幅２００μｍ、深さ２００μｍの断面Ｖ字形状の溝をバイトで切削加工した。そして、各有底穴の底部とその近傍に位置する溝の端部とが連通するように、円筒部材２０の外周面２０ａ側から略法線方向にドリルで深さ５ｍｍ、内径５ｍｍの穴を穿設した。このようにして円筒部材２０の外周面に全周に亘って設けられた１２０本のガス放出溝２３と、それらの各々の両端部にそれぞれ連通するガス導入路２４とを形成した。この時、周方向に隣接するガス放出溝２３同士のピッチは１０.５ｍｍとなった。この円筒部材２０の両端部に図５に示すような開閉手段を備えたロータリージョイントを取り付けて試料１のキャンロール５６を作製した。

更に、ガス放出溝２３の幅及び深さを３００μｍにした以外は上記試料１と同様にして試料２のキャンロール５６を、ガス放出溝２３の幅及び深さを４００μｍにした以外は上記試料１と同様にして試料３のキャンロール５６を、ガス放出溝２３の幅及び深さを４０μｍにした以外は上記試料１と同様にして試料４のキャンロール５６をそれぞれ作製した。

これら試料１〜４のキャンロール５６を各々図１に示すようなスパッタリングウェブコータ５０に搭載して性能を評価した。具体的には、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溝２３からガスが放出されないようにするため、抱き角Ａ以外の角度範囲に来たガス放出溝２３に連通する分岐管３０のバルブ３１の磁石３３が対向する位置に、該磁石３３に対して反発力を付与する扇形の磁石３４を配置した。

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。

巻出ロール５２と巻取ロール６４の張力は１００Ｎとした。上流側モータ駆動フィードロール５５の周速度はキャンロール５６の周速度の９９.９％とし、下流側モータ駆動フィードロール６１の周速度はキャンロール５６の周速度の１００.１％とした。このように周速度を設定することにより、搬送される長尺フィルムＦは僅かに引っ張られながらキャンロール５６に巻き付くことになり、よってフィルムＦをキャンロール５６の外周面に強く密着させることができる。キャンロール５６の冷媒循環路２２内には２０℃に温度制御された冷却水を循環させた。

巻回された長尺フィルムＦを上記した真空成膜装置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。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、ロータリージョイントの固定部に接続したガス供給配管に設けた圧力計でのガス圧が５００Ｐａになるように調整しながらガス放出溝２３にガス導入路２４を介してアルゴンガスを供給した。

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。動的成膜レートは５０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎとした。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。各試料のキャンロールに対してこの成膜処理を３回実施した。

その結果、試料１及び２のキャンロールでは、いずれも３回の成膜処理において長尺フィルムにシワが発生することはなかった。試料３及び４のキャンロールではほぼ問題なく成膜処理を行うことができたが、たまにシワが発生することがあった。更に、試料３のキャンロールではガス導入溝の形状がうっすらとフィルムに転写する部分が少しあった。

以上の結果から、キャンロールのガス導入機構を、複数のガス放出溝及びそれらの各々の両端部に連通するガス導入路からなる構造にすることによって、キャンロールを低コストで簡易に作製できるにもかかわらず、長尺フィルムとキャンロールの間にガスを介在させて効率よく成膜時の熱を除熱することができ、よって成膜時に発生しやすいしわの発生を抑え得ることが分かった。

但し、極めて高い品質が要求される場合は、ガス放出溝２３の溝幅を２００〜３００μｍの範囲内にするのが好ましいことが分かる。ガス放出溝２３の溝幅が４００μｍ程度では、成膜条件によってはフィルムに蓄積された熱が有効に伝達できない場合が生じ、長尺フィルムにしわが発生するおそれがあるうえ、薄い長尺フィルムの場合は、ガス放出溝２３の形状が長尺フィルムに転写するおそれがあるからである。

また、成膜条件によってはキャンロール５６の外周面とそこに巻き付けられる長尺フィルムＦとの間の間隙に多量のガスを放出することが必要になる場合があり、その場合、ガス放出溝２３の溝幅が４０μｍ程度ではガス放出溝２３内を流れるガスの流動の抵抗が高くなって、上記隙間に良好にガスを導くことが難しくなり、その結果、長尺フィルムＦに生じた熱が効果的に伝熱されにくくなって、長尺フィルムＦにしわが発生するおそれがあるからである。

２０ 円筒部材
２０ａ 円筒部材２０の外表面
２１ ジャケット
２２ 冷媒循環路
２３ ガス放出溝
２４ ガス導入路
２４ａ 外周面側の開口部
２４ｂ 端面側の開口部
３０ 分岐管
３１ バルブ
３２ ばね
３３ 磁石
３４ 磁力付与手段
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 フィードロール
５６ キャンロール
５７、５８、５９、６０ マグネトロンスパッタリングカソード
６４ 巻取ロール
Ｆ 長尺フィルム
Ｏ 中心軸
Ａ 抱き角

Claims (6)

1. 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に巻き付けて内部を循環する冷媒で冷却するキャンロールであって、前記キャンロールの外周面には長尺フィルムの幅よりも短い距離で前記キャンロールの中心軸に沿って延在する複数のガス導入溝が前記キャンロールの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おり、これら複数のガス導入溝の各々には、少なくともその一端部から前記キャンロールの肉厚部内を延在して端部で開口するガス導入路が連通していることを特徴とするキャンロール。
2. 前記各ガス放出溝の幅の下限は５０μｍであり、上限は３００μｍ及び長尺フィルムの厚さの２５倍のうちのいずれか小さい方であり、隣接するガス導入溝同士のピッチは前記ガス導入路の内径の２倍以上であることを特徴とする、請求項1に記載のキャンロール。
3. 請求項１又は２に記載のキャンロールの外周面にロールツーロールで搬送される長尺フィルムを巻き付けながら熱負荷のかかる表面処理を施すことを特徴とする長尺フィルムの処理装置。
4. 前記熱負荷の掛かる表面処理が真空成膜処理であることを特徴とする、請求項３に記載の長尺フィルムの処理装置。
5. 前記真空成膜処理がスパッタリング処理であることを特徴とする、請求項４に記載の長尺フィルムの処理装置。
6. 前記熱負荷の掛かる表面処理がプラズマ処理またはイオンビーム処理であることを特徴とする、請求項３に記載の長尺フィルムの処理装置。

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