JP2016069693A - 長尺フィルムの搬送および冷却用ロール、ならびに該ロール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のガス導入機構を備えた長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを提供する。
【解決手段】 真空チャンバー５１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Ｆを巻き付けて冷却するロール５６であって、ロール５６の外周面のうち長尺フィルムＦが巻き付けられる領域に中心軸１１方向に延在する複数のガス導入溝３がロール５６の円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３の各々には、ガス導入溝３の少なくとも一方の端部から該領域の外側にまで至るように該中心軸に対して平行に設けられたガス供給溝４が連通しており、ガス供給溝４は樹脂製または金属製のシート５によって蓋がされており且つガス導入溝３に連通する端部とは反対側の端部にガス供給口６が設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、減圧雰囲気下で長尺フィルムにスパッタリング等の熱負荷のかかる処理を施すべく該長尺フィルムを連続的に搬送しながら効率よく冷却する長尺フィルムの搬送および冷却用ロール、ならびに該ロール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。

スマートフォン等の移動体通信機器、テレビ、パソコン、デジタルカメラ等の液晶ディスプレイのドライバＩＣ搭載用に使われるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）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微細化、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、また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、ＣＶＤ（化学蒸着）法、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。これらメタライジング法の中では、密着力に優れるため信頼性の高い微細配線形成が可能であるという理由によりスパッタリング法による成膜が一般的に広く実施されている。しかしながらスパッタリング法は、例えば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言われている。また、スパッタリング法は、その大きな熱負荷のために成膜処理の際に耐熱性樹脂フィルムにシワが発生しやすいことも知られている。

そこで、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る成膜で金属膜付耐熱性樹脂フィルムを作製する工程では、ロールツーロールで搬送される長尺状の耐熱性樹脂フィルムを外周面に巻き付けて冷却するキャンロールとも称される長尺フィルムの搬送および冷却用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。この長尺フィルムの搬送および冷却用ロールは、モーター駆動の筒状体の外周面に搬送中の長尺フィルムを巻き付けた状態で連続的にスパッタリング成膜を行うものである。該筒状体の内側には冷媒が循環する流路が設けられており、これにより長尺フィルムの表面側のスパッタリング成膜によって該長尺フィルムに加わる熱負荷をフィルムの裏面側から直ちに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。

しかしながら、例えば特許文献１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に巻き付けられる長尺フィルムと当該外周面との間には真空空間を介して離間する隙間（ギャップ部）が局所的に存在している。このため、成膜の際に長尺フィルムに加わる熱負荷はキャンロールの外周面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のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域からガスを放出することで上記ギャップ部に伝熱媒体としてのガスを導入する技術が提案されている。例えば特許文献２には、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る領域にガス噴射ノズルを配置し、ここから導入したガスを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隙に介在させることによって伝熱効率を高める技術が提案されている。

近年、生産性をより一層向上させるため、高速でスパッタリング成膜を行って処理速度を高めることが行われているが、スパッタリング成膜を高速化すればするほど耐熱性樹脂フィルムが受ける熱負荷が大きくなるため、長尺フィルムにシワが発生するリスクが高まっている。従って、キャンロールの伝熱効率を高めて耐熱性樹脂フィルムの温度上昇を抑制し、シワの発生を防止する技術が、ますます重要になってきている。

上記した特許文献１には、真空チャンバーを真空蒸着室と該真空蒸着室よりも高い圧力雰囲気を有する圧力室とに分け、キャンロールの外周面に長尺フィルムが巻き付く始点を該圧力室にすることにより、長尺フィルムとキャンロールの外周面との間に真空蒸着室の雰囲気よりも高い圧力を有するガスを介在させることができ、これにより長尺フィルムとキャンロールの外周面との間の伝熱係数を高めて長尺フィルムの温度上昇を抑制する技術が提案されている。さらに、特許文献１に記載の技術では、ロールの円周方向の表面にロールの円周方向に連通する複数の溝を形成することによって、ロールの外周面と樹脂フィルムとの間に介在させるガス層をより確実に形成させている。

特許文献３には、キャンロールの外周面に設けた多数の微細なガス導入孔あるいはスリットからガスを放出し、ロールの外周面と樹脂フィルムとの間のギャップ部にガス層を形成することにより、当該ギャップ部の熱伝導率を真空と比較して高くし、成膜中の耐熱性樹脂フィルムの除熱を促進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。この特許文献３の技術は、キャンロールの外周面のうちフィルムが巻き付けられていない領域からのガスのリークを防止するため、独自のシール機構を備えたことを特徴としている。

特許文献４には、キャンロールの外周面に設けた多数の微細なガス導入孔からガスを放出し、ロールの外周面と樹脂フィルムとの間にガス層を形成するキャンロールおよびこれを搭載した長尺樹脂フィルム処理装置が開示されており、特にガス導入孔の径やピッチを規定すると共にガス導入管に設置されたガス開閉手段によってキャンロールの外周面のうちフィルムが巻き付けられていない領域からはガスの導入を閉止することが記載されている。

特許４６６４６３７号公報 特開平１−１５２２６２号公報 国際公開第２００２／０７０７７８号 特開２０１４−５１７１７号公報

上記した特許文献１〜４の技術は、真空下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スパッタリング等の熱負荷のかかる処理を施す場合に該長尺フィルムを効果的に冷却できる方法ではあるものの、特殊なガス噴射ノズルを具備するロールや多数の微細な開孔部を有する精密なロール等を用いたり、複雑な構造の真空チャンバーを用いたりすることが必要であり、その作製に極めて高度な加工技術が必要になるうえ、設備コストと維持管理コストが多くかかり、さらには運転が難しく手間が掛かるという問題があった。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のガス導入機構を備えた長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明者は長尺フィルムの搬送および冷却用ロールに設けるガス導入機構の構造やその加工法及び改造法について鋭意研究を重ねた結果、ロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域に中心軸方向に延在する複数のガス導入溝を全周に亘って加工し、それらのガス導入溝の各々に、長尺フィルムが巻き付けられる領域の外側において延在するガス供給溝を連通させると共に該ガス供給溝に薄いシートで蓋をすることによって、長尺フィルムの搬送および冷却用ロールに低コストで簡単にガス導入機構を具備できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールは、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巻き付けて冷却するロールであって、該ロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域に該ロールの中心軸方向に延在する複数のガス導入溝が該ロールの円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、該ガス導入溝の少なくとも一方の端部から該領域の外側にまで至るように該中心軸に対して平行に設けられたガス供給溝が連通しており、該ガス供給溝は樹脂製または金属製のシートによって蓋がされており且つ該ガス導入溝に連通する端部とは反対側の端部にガス供給口が設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、ガス導入機構を備えた長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを極めて低コストで簡易に作製することが可能になる。

本発明に係る長尺フィルムの搬送および冷却用ロールが好適に搭載される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。 本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの一具体例を示す断面図である。 図２の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを構成する円筒部材をその回転中心軸に垂直な面で切断した断面図である。 図２の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを構成する円筒部材の末端部近傍の部分斜視図である。 本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの他の具体例を示す断面図である。 図５の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを構成する円筒部材の末端部近傍の部分斜視図である。 ガス供給配管の開閉用バルブの一具体例を示した図であり、（ａ）が開状態、（ｂ）が閉状態を示している。 従来のガス導入機構を備えていない長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの一具体例を示す模式図である。

以下、本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロール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一具体例の長尺フィルムの搬送および冷却用ロール（以下、キャンロールと称する）が好適に搭載される長尺フィルムの処理装置としての真空成膜装置５０について説明する。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性樹脂フィルム（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法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ー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ー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の構造については、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、上記したマグネトロンスパッタリングカソードに板状ターゲットを用いる場合は、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）や真空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、図２を参照しながら上記したキャンロール５６についてより詳細に説明する。キャンロール５６は、長尺フィルムＦの搬送経路となる外周面を備えた円筒部材１０とその中心軸１１部分に位置する回転軸部材１４とで主に構成されており、中心軸１１を回転中心軸としてモーターで回転駆動されるようになっている。この円筒部材１０の内周面側には、該内周面と同心円状のジャケット１２が設けられており、これら円筒部材１０とジャケット１２とによって画定される環状空間内に、冷却水などの冷媒が流れる冷媒循環路１３が形成されている。回転軸部材１４は二重管構造になっており、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図示しない冷媒冷却装置と上記冷媒循環路１３との間で冷媒の循環が行われる。これにより、円筒部材１０の外周面１０ａ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。

このキャンロール５６を構成する円筒部材１０の外周面１０ａのうち、長尺フィルムＦの搬送経路となる長尺フィルムＦが巻き付けられる領域に、複数のガス導入溝３が円筒部材１０の円周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って配設されている。これら複数のガス導入溝３は、円筒部材１０の中心軸１１に平行に延在している。各ガス導入溝３の延在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１０の周方向に等間隔に１６本のガス導入溝３を設けた例が、ジャケット１２により画定される冷媒循環路１３及び冷媒の供給配管１４ａと共に示されている。

各ガス導入溝３の幅及び深さは０.０５〜０.３ｍｍ程度が好ましく、０.２ｍｍ程度がより好ましい。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、ガス導入溝３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０.３ｍｍ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、ガス導入溝３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にシワや微細な凹凸が入る品質上の問題が生じる恐れがある。また、ガス導入溝３の幅が０.３ｍｍを越えると、ガス導入溝３の痕跡が長尺フィルムＦに残る恐れも生じる。

一方、この幅が０.０５ｍｍ未満の場合は、精密な溝加工そのものが困難を伴う上、ガス導入溝３から放出させるガスの流量にもよるが、ガス導入溝３内を流れるガスの流動抵抗（圧力損失）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。

キャンロール５６の外周面に画定される長尺フィルムＦの搬送経路部分には幅０.２ｍｍ程度のガス導入溝３を全周に亘ってできるだけ狭ピッチにして多数設けるのが均一な熱伝導性の観点から好ましいように思われる。しかしながら、このように多数のガス導入溝３を狭ピッチで設けると、キャンロール５６の外周面と長尺フィルムＦとの接触面積が減少してかえって冷却効果が低下するおそれがある。すなわち、冷却されたキャンロール５６の外周面と長尺フィルムとの接触部分が減少することで熱伝導による長尺フィルムＦの直接的な除熱量が減少し、冷却されたキャンロール５６の外周面と長尺フィルムＦとの間に存在するガス層を介した間接的な除熱が主体となるので冷却効率が低下する。よって、隣接するガス導入溝３同士の中心間距離（ピッチ）は、１０ｍｍ程度以上となるように配設することが好ましい。これによりキャンロール５６の外周面のミクロなギャップ部に伝熱媒体を良好に存在させることが可能になる。

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１３を有しているので、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からキャンロール５６の外周面へ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、熱伝導による冷却が行われるキャンロール５６の外周面と長尺フィルムＦとの接触部分以外のキャンロール５６の外周面と長尺フィルムＦとが離間する隙間（ギャップ部）内は、減圧雰囲気となるため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、上記隙間内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、より効率的に長尺フィルムＦからキャンロール５６に熱を伝えることができる。

再度図２に戻ると、上記した複数のガス導入溝３の各々には、ガス導入溝３の一方の端部から上記した長尺フィルムＦが巻き付けられる領域の外側にまで至るように設けられたガス供給溝４が連通している。このガス供給溝４も中心軸１１に対して平行に延在している。なお、図２には、ガス導入溝３の一方の端部のみから円筒部材１０の片側の末端部に向かってガス供給溝４が延在する場合が示されているが、長尺フィルムＦの幅方向においてより均等にガスを導入するため、各ガス導入溝３にはその両端部からそれぞれ円筒部材１０の直近の末端部に向かうように２本のガス供給溝４を設けてもよい。

ガス供給溝４の幅及び深さは、連通するガス導入溝３にガスを良好に供給するためには大きい方がよい。そのため、図４（ａ）に示すようにガス供給溝４の幅及び深さをガス導入溝３の幅及び深さより大きくするのが好ましい。具体的にはガス供給溝４の幅及び深さをそれぞれ１ｍｍ程度にするのが好ましい。これにより、ガス供給溝４での圧力損失が低減し、複数のガス導入溝３の各々により均一にガスを導入することができる。

上記したガス導入溝３およびガス供給溝４は、バイト等の一般的な切削工具を用いて低コストで簡単に切削加工することができる。例えばロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域にバイトを用いて複数のガス導入溝を設け、次に、これら複数のガス導入溝の各々の少なくとも一方の端部からロールの直近の末端部に向かうようにバイトを用いてガス供給溝を設ければよい。これにより、円筒部材１０の外周面１０ａのうち長尺フィルムが巻き付けられる領域内で端部同士が連通した、互いに平行なガス導入溝３およびガス供給溝４の組を円筒部材１０の全周に亘って設けることができる。

次に、これらガス導入溝３およびガス供給溝４のうち、ガス導入溝３と連通する端部を除いて長尺フィルムＦで覆われないガス供給溝４の開口部を、樹脂製または金属製のシート５によって蓋をする。その際、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に該長尺フィルムＦの幅方向端部とシート５の端部とが重なるようにする。これにより、ガス供給溝４をガス導入溝３にガスを供給する配管として機能させることができる。また、長尺フィルムＦとシート５との協働によりガス供給溝４に導入したガスがロールの外周面と長尺フィルムＦとのギャップ部に伝熱媒体として導入される前にリークするのを防ぐことができる。なお、樹脂製または金属製のシート５は、例えばボルトや接着剤によってロールの外周面に固定すれば良い。

シート５の厚みは、ガス供給溝４に供給されるガスの圧力と真空チャンバー内の圧力との差によるものの、一般的には厚さ０.２ｍｍ以下の樹脂製の接着テープで良好に封止状態を保ちながら蓋をすることができる。樹脂製または金属製のシート５は、図４（ｂ）に示すように、リボン状のものを用いてその長手方向をガス供給溝４の延在方向に一致させて円筒部材１０の外周面側の開口部に蓋をしても良いし、円筒部材１０の外周面１０ａにおいて長尺フィルムＦが巻き付けられない領域の全面を覆うように、リボン状ロールの長手方向をガス供給溝４の延在方向に対して交差する方向、すなわち円筒部材１０の周方向に全周に亘って巻き付けても構わない。

シート５の材質には、厚み方向に導電性を有する導電性テープを用いてもよい。このような導電性テープは、例えばカーボン粉等が混入された導電性を有する接着剤を金属箔等の基材に塗布したものを用いることができる。かかる導電性テープをシート５に用いる場合は、前述したようにその長手方向をガス供給溝４の延在方向に対して交差させて円筒部材１０の周方向に全周に亘って巻き付けることが好ましい。

導電性テープをこのように円筒部材１０の周方向に全周に亘って巻き付けることにより、成膜時にスパッタ粒子が長尺フィルムＦの表面に向かう進行方向から外れて円筒部材１０の外周面の端部に巻き付けられている該導電性テープの表面で成膜しても、該成膜物質を該導電性テープを介して円筒部材表面と電気的に導通させることができるので、テープ上の成膜物質と長尺フィルムＦ上の成膜物質との間の電位差が下がり、異常放電が発生しにくくなるという効果が期待できる。これにより、長尺フィルムに形成された成膜物質のうち特に長尺フィルムの幅方向縁部が異常放電によって溶解して製品不良となる問題を抑えることができる。

また、円筒部材１０の外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられない領域に付着した成膜物質は何らかのタイミングで剥離して長尺フィルムＦ上の成膜物質に不純物として混入することがあり、この場合も製品不良になることがある。これに対して導電性テープを円筒部材１０の周方向に全周に亘って巻き付けておけば、該導電性テープを交換するだけで上記した製品に悪影響を及ぼす付着物質を簡単に除去することができる。

各ガス供給溝４において、ガス導入溝３に連通する端部とは反対側の端部にはガス供給口６が設けられている。ガス供給口６は、後述するロータリージョイントのガス供給配管をガス供給溝４に連通させるジョイント部の役割を担うものであり、例えばロールの外周面上のガス供給溝４の端部に接する位置にタップネジを切り、そこにユニオンタイプの継手を装着することで簡単に取付けることができる。

ロータリージョイント８は円筒部材１０の側面部に設けられており、真空チャンバーの外部のガス供給源から送られてきたガスを回転する各ガス供給溝４に分岐して供給するものである。このロータリージョイント８は、円筒部材１０に伴って回転する回転部と静止状態にある静止部とから構成されており、回転部には上記した円筒部材１０の複数のガス供給溝４に接続する複数のガス供給配管７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を複数のガス供給配管７に分配するように内部で配管が分岐している。

これら複数のガス供給配管７の各々には、上記した図１の抱き角Ａ以外の角度範囲内ではガスの供給を停止するための開閉手段が設けられている。この開閉手段は、例えば図７（ａ）、（ｂ）に示すようなガス供給配管７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１０の回転に伴ってガス導入溝３が図１の抱き角Ａ以外の角度範囲に来たとき、このガス導入溝３に連通する配管７に設けられた開閉手段の磁石３３が対向する位置に、図７（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。

かかる構成により、抱き角Ａ以外の角度範囲内にガス導入溝３が位置している時は、これに連通するガス供給配管７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、当該ガス導入溝３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導入溝３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、上記した開閉手段に代えてロータリージョイント８の固定部の構造に工夫を加えることでガスの供給停止を行っても構わない。例えば、固定部の内部に抱き角Ａ以外の角度範囲内ではガスの供給を阻止する金属製の邪魔板を設置し、これによるメタルシールによって抱き角Ａ以外の角度範囲内のガス導入溝にはガスが供給されないようにしてもよい。あるいは、各ガス供給配管７にエアー駆動式あるいは電磁駆動式等の一般的な開閉弁を設置すると共に、エンコーダ、アブソコーダ等の角度検出装置およびそれらを制御するシーケンサなどの制御手段を設けることで回転角度に応じて該開閉弁の開閉を制御してもよい。

次に、図５を参照しながら、上記した図２の構造とはガス吹込み口の位置が異なる本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの他の具体例について説明する。図５に示すように、この本発明の他の具体例の円筒部材１００は、ガス供給口１０６が円筒部材１００の外周面１００ａ上ではなく円筒部材１００の末端面１００ｂ上に設けられている。そのため、この円筒部材１００では各ガス導入溝１０３に連通するガス供給溝１０４は、図６（ａ）に示すようにガス導入溝１０３の一方の端部から中心軸１１１に平行に円筒部材１００の直近の末端面１００ｂまで延在し、更に該末端面１００ｂ上を半径方向に延在してガス供給口１０６に至っている。そして、図６（ｂ）に示すようにこのガス供給溝１０４の外周面１００ａ側および末端面１００ｂ側の開口部に対してシート１０５によって蓋がされている。このように、本発明の他の具体例のロールは、比較的スペースに余裕のある円筒部材の末端面側にガス供給口を設けることができるので、円筒部材の外周面側にガス供給口を設ける図２のロールに比べてより好ましい。特に既設のキャンロールを改造してガス導入機構を具備する場合は、図２よりも図５に示す構造のロールが好ましい。

以上説明したように、本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールは、ロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域に該ロールの中心軸方向に延在する複数のガス導入溝が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、該ガス導入溝の少なくとも一方の端部から該領域の外側にまで至るように設けられたガス供給溝が連通しており、該ガス供給溝はシートによって蓋がされており且つ該ガス導入溝に連通する端部とは反対側の端部にガス供給口が設けられた構造を有しているので、低コストで簡易にガス導入機構を具備することができる。

かかる構成により、特にガス導入機構を備えていない既設のキャンロールに対して、極めて簡単かつ安価にガス導入機構を具備させることができる。すなわち、既設の一般的な水冷ジャケット構造のキャンロールに対して、その外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域に該キャンロールの中心軸方向に延在する複数のガス導入溝を該キャンロールの円周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って設ける工程と、これら複数のガス導入溝の各々に、該ガス導入溝の少なくとも一方の端部から該領域の外側にまで至るように該中心軸に対して平行なガス供給溝を設ける工程と、該ガス供給溝にその延在方向に沿って樹脂製または金属製のシートによって蓋をする工程と、該ガス導入溝側の端部とは反対側の端部にガス供給口を設ける工程とからなる改造を行うことによって、極めて簡単かつ安価にガス導入機構を備えたキャンロールが得られる。

このように、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これに連通するガス供給溝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、従来は、キャンロールの外周面にほぼ端から端まで等間隔に設けられた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、上記した本発明のロールが具備するガス導入機構であれば溝の切削加工とそれに付随する簡単な加工のみで済む。

以上、本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの具体例について、該ロールがスパッタリングウェブコータに搭載されるキャンロールとして使用される場合を例に挙げて説明したが、本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用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８に示すようなガス導入機構を備えていない水冷ジャケット構造のキャンロール１を改造して、図５に示すようなガス導入機構を備えた水冷ジャケット構造のキャンロールを作製した。キャンロール１の円筒部材は、直径４００×幅６００ｍｍ×肉厚１５ｍｍのステンレス製からなり、該円筒部材の外周面には硬質クロムメッキが施されていた。また、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、冷却水が流れる冷媒循環路が形成されていた。このキャンロール１は、軸受けから取外すことが可能な構造となっていたため、図１に示すような真空成膜装置５０からキャンロール１を取外し、まず、円筒部材の外周面の硬質クロムメッキを除去した。

続いて、キャンロール１を構成するロール本体の円筒部材と軸部とを分割し、円筒部材の外周面にバイトによる切削加工を行って円筒部材の中心軸方向に延在する１２本のガス導入溝を周方向に等間隔に形成した。各ガス導入溝の断面形状は、加工が容易な深さ０.０５ｍｍ、幅０.２ｍｍの三角形状とした。これらガス導入溝は円筒部材の外周面において幅約５００ｍｍの長尺フィルムが巻き付けられる領域内で延在するように、円筒部材の一方の末端部よりも１００ｍｍ内側の位置から円筒部材のもう一方の末端部よりも９５ｍｍ内側の位置まで至るようにした。これにより、円筒部材の上記一方の末端部側ではガス導入溝の端部は長尺フィルムの幅方向縁部から約５０ｍｍ内側となり、円筒部材の上記もう一方の末端部側ではガス導入溝の端部は長尺フィルムの幅方向縁部から約４５ｍｍ内側となる。

これらガス導入溝の各々に一方の端部からガスを供給すべく、円筒部材の外周面および片側の末端面にバイトによる切削加工を行ってガス供給溝を形成した。各ガス供給溝は、対応するガス導入溝の端部から円筒部材の中心軸方向に円筒部材の末端面まで延在した後、該末端面上において円筒部材の外周面から中心軸に向かって７０ｍｍ内側の位置まで延在するように形成した。ガス供給溝の断面形状は、深さ１ｍｍ、幅１ｍｍの四角形状とした。

円筒部材の末端面に位置するガス供給溝の一端部に、ガス供給口としてのユニオンが取付けられるようにタップをネジ加工した。そして、このタップにガス供給口としての接続部品をネジ込んだ。なお、この接続部品と円筒部材の末端面との間には、ガスが漏れないように厚さ１ｍｍのバイトン製ガスケットを挟み込んだ。さらに、ガス供給溝の開口部を塞ぐ蓋として、幅１０ｍｍ、厚み０.０３５ｍｍのポリイミド製の接着テープを使用した。このポリイミド製の接着テープの一端部は円筒部材の末端面に取り付けた上記接続部品の側部に接するようにし、該接着テープの他端部は円筒部材の外周面において末端部から１００ｍｍ内側にまで至るようにした。これにより、接着テープはガス導入溝をその端部から５ｍｍだけ覆うことになった。

この円筒部材を先に分割した軸部に再度組み合わせ、該軸部にロータリージョイントを取り付けた。このロータリージョイントの回転部から放射状に延出する複数のガス供給配管の各々に、図７に示すような開閉手段を設けた。そして、この開閉手段と上記ガス供給口としての接続部品とをテフロン製のフレキシブルチューブで接続した。

上記のようにして改造したキャンロールを、図１に示すような真空成膜装置に搭載し、厚さ１０００Åの銅を成膜して、その性能を評価した。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導入溝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導入溝に連通するガス供給配管のバルブ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。

この長尺フィルムＦが巻回されたロールを巻出ロール５２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１０００Ｐａになるように調整しながらガス導入溝３に配管７を介してアルゴンガスを１００〜２００ｓｃｃｍの流量で供給した。キャンロール５６の冷媒循環路内には２０℃に温度制御された冷却水を循環させた。この状態で、長尺フィルムＦを２ｍ／分の速度で搬送させた。上流側モーター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、下流側モーター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。

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とすることで動的成膜レート５０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎ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。なお、長尺フィルムに直径０.１ｍｍの熱電対式温度計を貼り付けて、長尺フィルムの表面温度を測定することにより、長尺フィルムの冷却効果を評価した。比較のため、ガス導入機構を備えていない改造前の水冷ジャケット構造のキャンロール１を用いて上記と同一の条件で真空成膜処理を行い、前記フィルムの表面温度測定を行った。

その結果、ガス導入機構を備えていない改造前の水冷ジャケット構造のキャンロール１でスパッタリングによる真空成膜処理を行った場合は、スパッタリング処理中の長尺フィルムの表面温度は最大で１１０℃まで上昇した。一方、キャンロール１を改造してガス導入機構を具備したものを用いてアルゴンガスをガス導入溝に流しながらスパッタリングによる真空成膜処理を行った場合は、スパッタリング処理中の長尺フィルムの表面温度は最大でも７０〜９０℃であった。

これは、ガス導入溝から供給したアルゴンガスが、キャンロール表面のミクロな凹凸部と長尺フィルムとの間のギャップ部に介在して伝熱媒体となることで、伝熱効率が高まったことによるものと考えられる。なお、実質的な効果として、長尺フィルムの温度が低下したので、長尺フィルム（成膜品）にシワが入ることで制限されていた上限搬送速度を改造前に対して約３０〜５０％速めることができた。

１ 水冷ジャケット構造のキャンロール
３、１０３ ガス導入溝
４、１０４ ガス供給溝
５、１０５ シート
６、１０６ ガス供給口
７、１０７ ガス供給配管
８、１０８ ロータリージョイント
１０、１００ 円筒部材
１０ａ、１００ａ 外周面
１０ｂ、１００ｂ 末端面
１１、１１１ 中心軸
１２、１１２ ジャケット
１３、１１３ 冷媒循環路
１４、１１４ 回転軸部材
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
Ａ 抱き角

Claims (7)

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巻き付けて冷却するロールであって、該ロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域に該ロールの中心軸方向に延在する複数のガス導入溝が該ロールの円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、該ガス導入溝の少なくとも一方の端部から該領域の外側にまで至るように該中心軸に対して平行に設けられたガス供給溝が連通しており、該ガス供給溝は樹脂製または金属製のシートによって蓋がされており且つ該ガス導入溝に連通する端部とは反対側の端部にガス供給口が設けられていることを特徴とする長尺フィルムの搬送および冷却用ロール。
2. 前記ガス供給口が前記ロールの外周面または末端面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の長尺フィルムの搬送および冷却用ロール。
3. 前記シートが厚さ０.２ｍｍ以下の樹脂製の接着テープであることを特徴とする、請求項１または２に記載の長尺フィルムの搬送および冷却用ロール。
4. 前記ガス供給溝の幅は、それが連通するガス導入溝の幅よりも広いことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の長尺フィルムの搬送および冷却用ロール。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを使用して前記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にガスを導入しながら該長尺フィルムに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。
6. 前記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５に記載のフィルムの処理装置。
7. 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巻き付けて冷却するロールの改造方法であって、該ロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域に該ロールの中心軸方向に延在する複数のガス導入溝を該ロールの円周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って設ける工程と、これら複数のガス導入溝の各々に、該ガス導入溝の少なくとも一方の端部から該領域の外側にまで至るように該中心軸に対して平行なガス供給溝を設ける工程と、該ガス供給溝に樹脂製または金属製のシートによって蓋をする工程と、該ガス導入溝側の端部とは反対側の端部にガス供給口を設ける工程とからなることを特徴とする長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの改造方法。

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