JP2019026906A - 基材処理方法及び真空処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロール・トゥ・ロールによる長尺基材の処理において、基材の脱ガス処理と、基材の処理とを、同時並行処理することにより、生産性の高い基材処理方法を提供する。【解決手段】本発明の基材処理方法は、長尺の基材２０をロール・トゥ・ロール方式で巻き返す搬送機構を備えたカセット１０を用意する工程と、搬入室３０Ａに、基材が装着されたカセットを搬入する工程と、搬入室を真空排気し、基材の巻き返しを行いながら、基材に付着等している揮発成分を除去する工程と、カセットを処理室３０Ｂに移送する工程と、処理室を真空排気し、基材を巻き返しながら、基材を処理する工程とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ロール・トゥ・ロールによる基材処理方法、及び、ロール・トゥ・ロールによる基材処理を行う真空処理装置に関する。

フィルム等の長尺の基材を真空チャンバーに投入して、成膜等の処理を行う場合、ロール状に巻かれた長尺の基材を巻き返す過程で、基材表面を連続的に処理する、所謂、ロール・トゥ・ロール方式が広く使用されている。そして、基材表面に、蒸着膜を形成する等の真空処理を行う場合には、ロール・トゥ・ロール方式による処理は、真空処理室内で行われる。

ところで、例えば、樹脂フィルムなどは、フィルム中に水分が含まれており、ロール状のまま真空雰囲気に置かれても、ロール内部の水分等はほとんど放出されない。一方、ロール状に巻かれたフィルムを巻き返す過程で、フィルム中から水分が真空処理室に放出される。そのため、例えば、フィルム上に蒸着膜を形成した場合、放出された水分の影響で、膜の密着性が損なわれたり、膜質が劣化するなどの問題が生じる。

そこで、このような問題を回避するために、基材を真空処理室内で処理する前に、ロール状に巻かれた基材を巻き返しながら、基材を加熱処理することによって、基材に含まれる水分を除去（脱ガス処理）する方法が行われている。

しかしながら、このような脱ガス処理は、ロール状に巻かれた基材を、全て巻き返すまで行う必要があるため、脱ガス処理を行う時間が、長時間になってしまう。また、同じ真空処理室で脱ガス処理を行うと、脱ガス処理を行っている間、基材の処理を行うことができないため、生産性が低下してしまうという問題が生じる。さらに、同じ真空処理室で脱ガス処理を行うと、基材からの水分が、真空処理室内に放出されるため、真空処理室内の環境が汚染されるという問題も生じる。

そこで、特許文献１には、長尺な基板をロール・トゥ・ロールで搬送しながら、真空の成膜室で、基板表面に成膜を行う製造装置において、成膜室の上流側に、基板の脱ガス処理を行う脱ガス処理室を配置し、成膜室で成膜を行う前に、脱ガス処理室で、基板の脱ガス処理を行う製造装置が開示されている。これにより、基板の脱ガス処理と、基板表面への成膜を、連続的に行うことができるため、生産性を向上させることができる。

また、特許文献２には、成膜室と、その前後の繰出し室および巻取り室との間に、ゲートバルブを配置して、成膜室を常に真空に維持しながらロール状の基板を交換可能とするロードロック型のロール・ツー・ロール成膜装置が開示されている。

特開２００９−２７０１３３号公報 特開２０１５−２４０１３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された製造装置では、ロール状に巻かれた基板は、供給室から、脱ガス処理室及び成膜室を経て、巻取り室で巻き取られる過程で、脱ガス処理と成膜とが連続的に行われる。そのため、脱ガス処理室で発生したガスの一部が、成膜室を汚染することは完全には回避できない。また、成膜前に、ロール状基板を真空中で一旦巻き返しながら脱ガス処理を完了させることで、成膜中に成膜室へのガスによる汚染を抑制することが可能であるが、この場合、脱ガス処理中には成膜が行えないため、生産性が著しく低下する問題がある。さらに、ロール状に巻かれた基板に対する一連の処理が終わって、次に処理すべき基板を、ロール・トゥ・ロールで処理できるよう製造装置にセットする場合、脱ガス処理室及び成膜室を、一旦、大気に戻す必要がある。その結果、次の基板を処理する際、再び、脱ガス処理室及び成膜室を真空に引く必要があるため、生産の時間ロスが発生するという問題がある。

一方、特許文献２に開示された成膜装置では、成膜室は基板交換の際に大気に暴露されないものの、ロール状基板から放出されるガスが、成膜室を汚染する点では特許文献１と同様の問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、ロール・トゥ・ロール方式により長尺の基材を処理する方法において、基材の脱ガス処理と、基材の処理とを、同時並行処理することによって、生産性の高い基材処理方法を提供することにある。

本発明に係る基材処理方法は、長尺の基材をロール・トゥ・ロール方式で巻き返す搬送機構を備えたカセットを用意する工程と、第１のロードロック室内に、基材が搬送機構に装着されたカセットを搬入する工程と、第１のロードロック室を真空排気しながら、かつ、搬送機構により基材の巻き返しを行いながら、基材に付着または吸蔵されている揮発成分を除去する工程と、カセットを、第１のロードロック室と開閉機構を介して接続された第２のロードロック室に移送する工程と、第２のロードロック室を真空排気しながら、かつ、搬送機構により前記基材を巻き返しながら、基材を処理する工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係る基材処理装置は、第１のロードロック室と、第１のロードロックと開閉機構を介して接続された第２のロードロック室と、長尺の基材をロール・トゥ・ロール方式で巻き返す搬送機構を備えたカセットを、第１のロードロック室、及び第２のロードロック室に、順次移送する移送手段とを備え、第１のロードロック室、及び第２のロードロック室に、それぞれ移送された各カセットにおいて、基材は、搬送機構により巻き返えされながら、別々の処理が同時に実行されることを特徴とする。

本発明によれば、ロール・トゥ・ロール方式により長尺の基材を処理する方法において、基材の脱ガス処理と、基材の処理とを、同時並行処理することによって、生産性の高い基材処理方法を提供することができる。

本発明の一実施形態における真空処理装置の構成を模式的に示した図で、（ａ）は、長尺の基材をロール・トゥ・ロール方式で巻き返す搬送機構を備えたカセットの構成を模式的に示した図で、（ｂ）は、カセットが真空処理装置内に搬入された状態を示した図である。 本発明の一実施形態における回転制御機構の構成を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態における基材処理方法の基本的な工程を示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態における真空処理装置１の構成を模式的に示した図である。ここで、図１（ａ）は、本実施形態における真空処理装置１に使用する、長尺の基材２０をロール・トゥ・ロール方式で巻き返す搬送機構を備えたカセット１０の構成を模式的に示した図で、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したカセット１０が、真空処理装置１内に搬入された状態を示したである。なお、本実施形態における長尺な基材２０は、ロール・トゥ・ロール方式に適用可能な基材であれば、特に限定されず、例えば、フィルム状の基材等が適用される。

図１（ａ）に示すように、本実施形態における真空処理装置１に使用するカセット１０は、ケース１１内に、一対の巻出し軸１２ａと巻取り軸１２ｂとを備えた搬送機構が装備されている。巻出し軸１２ａに巻かれた基材２０は、巻出し軸１２ａから送り出され、搬送ローラ１３、１３に案内されて、巻取り軸１２ｂに巻き取られる。なお、一対の巻出し軸１２ａ及び巻取り軸１２ｂは、各軸の回転方向を変えて、基材２０を逆方向に搬送できるようになっている。

また、本実施形態における真空処理装置１は、図１（ｂ）に示すように、搬入室（第１のロードロック室）３０Ａ、処理室（第２のロードロック室）３０Ｂ、及び、搬出室（第３のロードロック室）３０Ｃで構成され、それぞれが、ゲートバルブ（開閉機構）４０Ｂ、４０Ｃを介して、互いに接続されている。また、搬入室３０Ａの搬入側、及び、搬出室３０Ｃの搬出側にも、それぞれ、ゲートバルブ４０Ａ、４０Ｄが設けられている。

また、搬入室３０Ａには、搬入室３０Ａ内を加熱するための加熱源５０が併設されている。加熱源５０としては、例えば、赤外線ヒータ等を用いることができる。また、処理室３０Ｂには、処理室３０Ｂ内で、基材２０に対する処理を行うための処理源５１が併設されている。処理源５１としては、例えば、基材２０の表面に薄膜を形成するためのプラズマ生成源や、真空蒸着源等を用いることができる。なお、処理源５１は、基材２０に対して、真空下で所定の処理を行うものであれば、特に限定されない。

また、搬入室３０Ａ、処理室３０Ｂ、及び搬出室３０Ｃは、各室３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃにそれぞれ接続された真空排気装置６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃにより、真空排気される。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態における真空処理装置１は、搬入室３０Ａ、処理室３０Ｂ、及び搬出室３０Ｃを、それぞれ真空に保持しながら、ゲートバルブ４０Ｂ、４０Ｃを介して、図１（ａ）に示したカセット１０の出し入れを行う、ロード・ロック機構を備えている。また、真空処理装置１には、カセット１０の受け渡しを行うための移送手段（不図示）を備えている。

また、搬入室３０Ａ、処理室３０Ｂ、及び搬出室３０Ｃには、それぞれ、カセット１０が搬入されたとき、巻出し軸１２ａ及び巻取り軸１２ｂを回転させるための回転制御機構が備えられている。

図２は、本実施形態における回転制御機構の構成を模式的に示した図である。

図２に示すように、巻出し軸１２ａ及び巻取り軸１２ｂの先端には、円盤状の受動器９０が固定されている。また、搬入室３０Ａ、処理室３０Ｂ、及び搬出室３０Ｃの外部には、モータ９３が配置されている。モータ９３の回転軸は、カセット１０が、所定の位置に搬入されたとき、巻出し軸１２ａ及び巻取り軸１２ｂに一致するように配置されている。

また、モータ９３の回転軸に接続されたシャフト９４は軸方向に前後させることが可能で、その一部が搬入室３０Ａ、処理室３０Ｂ、及び搬出室３０Ｃの中に挿入され、シャフト９４の先端には、凹型のかさ歯車からなる受動器９０に対向するように、凸型のかさ歯車からなる駆動器９１が固定されている。カセット１０が搬送されている間は、シャフト９４は待避されており、受動器９０と駆動器９１に干渉しない状態で所定の位置まで配置することが可能である。そして、クラッチ制御部９２を介して、駆動器９１を受動器９０に連結することによって、モータ９３の回転が、巻出し軸１２ａ及び巻取り軸１２ｂに伝達される。これにより、巻出し軸１２ａ及び巻取り軸１２ｂの回転を、回転制御機構によって制御することができる。

また、カセット１０の底部には、ラックピニオン８０が取り付けられており、クラッチ８１を介してモータ８２によって、カセット１０の位置を、巻出し軸１２ａ及び巻取り軸１２ｂの軸方向で調整することができる。

また、カセット１０の底部には、車輪７１が取り付けられており、この車輪７１が、搬入室３０Ａ、処理室３０Ｂ、及び搬出室３０Ｃに敷設されたレール（移送手段）７０上を移動することにより、カセット１０の受け渡しを行うことができる。

次に、図１（ｂ）を参照しながら、本実施形態における基材処理方法について説明する。

まず、図１（ａ）に示したように、長尺の基材２０が、巻出し軸１２ａに巻き取られた状態のカセット１０を、ゲートバルブ４０Ａを開けて、搬入室３０Ａに搬入する。次に、ゲートバルブ４０Ａを閉じて、真空排気装置６０Ａで搬入室３０Ａを真空排気する。搬入室３０Ａが所定の圧力まで減圧されると、加熱源５０を作動させて、搬入室３０Ａ内を加熱する。また、加熱とともに、巻出し軸１２ａに巻き取られた基材２０を、巻取り軸１２ｂに巻き返す。これにより、巻き返しの過程で、基材２０に付着または吸蔵された水分の除去（脱ガス処理）が行われる。なお、基材２０の巻き返しは、巻出し軸１２ａと巻取り軸１２ｂとの間を、往復しながら行ってもよい。

次に、脱ガス処理が終わったら、ゲートバルブ４０Ｂを開けて、カセット１０を、処理室３０Ｂに移送する。なお、このとき、処理室３０Ｂは、真空排気装置６０Ｂにより真空排気されている。また、カセット１０の移送後は、ゲートバルブ４０Ｂは閉じられる。そして、処理源５１を作動させて、基材２０を巻き返しながら、巻き返しの過程で露出した基材２０に対して、所定の処理を行う。

なお、処理室３０Ｂで、基材２０の処理を行っている間、ゲートバルブ４０Ａを開けて、搬入室３０Ａ内を大気圧に戻した後、次に処理すべき基材２０が装着されたカセット１０を、搬入室３０Ａに搬入する。これにより、次に処理すべき基材２０に対して、上記と同様の脱ガス処理を行うことができる。

一方、処理室３０Ｂで、基材２０の処理が終わったら、処理源５１の作動を停止した後、ゲートバルブ４０Ｃを開けて、カセット１０を、搬出室３０Ｃに移送する。なお、このとき、搬出室３０Ｃは、真空排気装置６０Ｃにより真空排気されている。そして、ゲートバルブ４０Ｃを閉じた後、ゲートバルブ４０Ｄを開けて、搬出室３０Ｃを大気圧に戻すことによって、カセット１０が搬出室３０Ｃから搬出される。

なお、搬入室３０Ａにおいて、次に処理すべき基材２０の脱ガス処理が終われば、ゲートバルブ４０Ｂを開けて、カセット１０を処理室３０Ｂに移送することにより、次に処理すべき基材２０に対して、上記と同様の処理を行うことができる。

図３は、本実施形態における基材処理方法の基本的な工程を示したフローチャートである。

図３に示すように、まず、長尺の基材２０をロール・トゥ・ロール方式で巻き返す搬送機構を備えたカセット１０を用意する（ステップＳ０１）。次に、搬入室（第１のロードロック室）３０Ａ内に、基材２０が搬送機構に装着されたカセット１０を搬入する（ステップＳ０２）。次に、搬入室３０Ａを真空排気しながら（ステップＳ０３）、搬送機構により基材２０の巻き返しを行い（ステップＳ０４）、基材２０に付着または吸蔵されている水分（揮発成分）の除去を行う。揮発成分の除去が完了すれば（ステップＳ０５）、カセット１０を、処理室（第２のロードロック室）３０Ｂに移送する（ステップＳ０６）。その後、処理室３０Ｂを真空排気しながら、かつ、基材２０を巻き返しながら、基材２０を処理し（ステップＳ０７）、処理が終わったら、カセット１０を処理室３０Ｂから搬出する（ステップＳ０８）。

本実施形態における基材処理方法によれば、長尺の基材２０が装着されたカセット１０を、ロード・ロック機構を有する搬入室３０Ａ、処理室３０Ｂ、及び搬出室３０Ｃに、順次移送することによって、複数のカセット１０を、連続的に投入して処理を行う場合でも、処理室３０Ｂを大気に戻すことなく、真空に保持したまま、搬入室３０Ａ及び処理室３０Ｂにおいて、基材の脱ガス処理と、基材の処理とを、同時並行処理することができるため、生産性を大幅に向上させることができる。

また、本実施形態における基材処理方法によれば、搬入室３０Ａで脱ガス処理を行う際の、基材２０の巻き返し速度と、処理室３０Ｂで所定の処理を行う際の、基材２０の巻き返し速度を、独立して制御することができるため、それぞれの処理を、最適な条件で行うことができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記の実施形態では、脱ガス処理として、基材２０に付着または吸蔵した水分を例に説明したが、これに限定されず、基材２０に付着または吸蔵された揮発成分（例えば、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、テレフタン酸、ジメチルアセトアミド、ポリアミック酸等）に対しても、同様の脱ガス処理を行うことができる。

また、上記実施形態では、搬入室３０Ａでの脱ガス処理を、加熱源５０で加熱しながら行ったが、例えば、基材２０に付着または吸蔵された揮発成分の蒸気圧が、常温で１Ｐａ程度以上の高い揮発性を有していれば、加熱を行わずに、脱ガス処理を行ってもよい。

また、上記実施形態では、巻出し軸１２ａ及び巻取り軸１２ｂを回転させるための回転制御機構として、受動器９０および駆動器９１として、かさ歯車を例に説明したが、これに限定されず、例えば、各種歯車、やクラッチなどの機械的に直接連結するものの他に、磁気結合などの非接触な連結機構を利用したなどを用いてもよい。受動器９０と駆動器９１にそれぞれ平歯車を用い、それぞれの軸を上下にオフセットさせることにより前記平歯車の歯のみが接触するようにすると、シャフト９４を前後して待避させる機構が不要になるのでよい。また、非接触な連結機構を用いる場合も、シャフト９４を前後して待避させる機構が不要になるのでよい。

１ 真空処理装置
１０ カセット
１２ａ 巻出し軸
１２ｂ 巻取り軸
１３ 搬送ローラ
２０ 基材
３０Ａ 搬入室（第１のロードロック室）
３０Ｂ 処理室（第２のロードロック室）
３０Ｃ 搬出室（第３のロードロック室）
４０Ａ〜４０Ｄ ゲートバルブ（開閉機構）
５０ 加熱源
５１ 処理源
６０Ａ〜６０Ｃ 真空排気装置
７０ レール
７１ 車輪
８０ ラックピニオン
８１ クラッチ
８２ モータ
９０ 受動器
９１ 駆動器
９２ クラッチ制御部
９３ モータ
９４ シャフト

Claims (10)

1. （Ａ）長尺の基材をロール・トゥ・ロール方式で巻き返す搬送機構を備えたカセットを用意する工程と、
   （Ｂ）第１のロードロック室内に、前記基材が搬送機構に装着されたカセットを搬入する工程と、
   （Ｃ）前記第１のロードロック室を真空排気しながら、かつ、前記搬送機構により前記基材の巻き返しを行いながら、前記基材に付着または吸蔵されている揮発成分を除去する工程と、
   （Ｄ）前記カセットを、前記第１のロードロック室と開閉機構を介して接続された第２のロードロック室に移送する工程と、
   （Ｅ）前記第２のロードロック室を真空排気しながら、かつ、前記搬送機構により前記基材を巻き返しながら、前記基材を処理する工程と
   を含む、基材処理方法。
2. 前記工程（Ｃ）において、前記第１のロードロック室内を加熱しながら、前記基材に付着または吸蔵されている揮発成分を除去する、請求項１に記載の基材処理方法。
3. 前記工程（Ｅ）の後、前記カセットを、前記第２のロードロック室と開閉機構を介して接続された第３のロードロック室に移送する工程をさらに含む、請求項１に記載の基材処理方法。
4. 前記カセットは、前記第１のロードロック室及び前記第２のロードロック室に、順次移送され、
   前記工程（Ｃ）及び前記工程（Ｅ）は、前記第１のロードロック室及び前記第２のロードロック室に、それぞれ移送された各カセットに装着された基材に対して、同時に実行される、請求項１に記載の基材処理方法。
5. 前記工程（ｃ）における前記基材の巻き返し速度と、前記工程（Ｅ）における前記基材の巻き返し速度は、独立して制御される、請求項１に記載の基材処理方法。
6. 前記工程（Ｃ）における前記基材の巻き返し速度は、前記工程（Ｅ）における基材の巻き返し速度以上に制御され、かつ、第１のロードロックチャンバーの真空度は、０．０１Ｐａ以下に制御される、請求項５に記載の基材処理方法。
7. 第１のロードロック室と、
   前記第１のロードロック室と開閉機構を介して接続された第２のロードロック室と、
   長尺の基材をロール・トゥ・ロール方式で巻き返す搬送機構を備えたカセットを、前記第１のロードロック室、及び前記第２のロードロック室に、順次移送する移送手段と
   を備え、
   前記第１のロードロック室、及び前記第２のロードロック室に、それぞれ移送された各カセットにおいて、前記基材は、前記搬送機構により巻き返えされながら、別々の処理が同時に実行される、真空処理装置。
8. 前記搬送機構は、一対の巻出し軸と巻取り軸とを備え、
   前記第１のロードロック室、及び前記第２のロードロック室は、それぞれ、前記巻出し軸及び巻取り軸の回転軸と連結可能な回転制御機構を備えている、請求項７に記載の真空処理装置。
9. 前記回転制御機構は、前記第１のロードロック室、及び前記第２のロードロック室の外部に設けられている、請求項８に記載の真空処理装置。
10. 前記第１のロードロック室において、前記搬送機構により前記基材の巻き返しを行いながら、前記基材に付着または吸蔵されている揮発成分の除去が行われ、
    前記第２のロードロック室において、前記搬送機構により前記基材を搬送しながら、前記基材の処理が行われる、請求項７に記載の真空処理装置。

Images