JP2020063467A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の膜厚の薄膜を高精度に基材へ形成することができる薄膜形成装置を提供する。【解決手段】ロールトゥロールで搬送される基材２を外周面５１に沿うように接触させることにより基材２を支持するメインロール５と、メインロール５の外周面５１に接触している基材２に対して薄膜の形成を行う成膜部７と、を備える薄膜形成装置１であり、メインロール５と反対側から基材２に当接することによってメインロール５と一緒に基材２を挟み込み、基材２の搬送と連動して回転するニップロール８をさらに有し、ニップロール８は、基材２よりも粘着力が高い。【選択図】図２

Description

本発明は、帯状の基材上に薄膜を形成するための薄膜形成装置であり、基材を搬送させながら成膜チャンバを通過させることにより、基材上に薄膜を純度よく形成するための薄膜形成装置に関するものである。

近年では、プラスチックフィルムの表面に例えば酸化防止、水分浸入防止等を目的としたバリア膜を形成したバリアフィルムが使用されている。

このようなバリアフィルムは、下記特許文献１に示すような薄膜形成装置によって形成されている。例えば図６に示すように、薄膜形成装置１００は、メインロールチャンバ１０１と、このメインロールチャンバ１０１内に収容されるメインロール１０２と、帯状の基材１０３を繰り出す図示しない巻出しロールと基材１０３を巻き取る図示しない巻取りロールとを備えており、巻出しロールから送出された基材１０３をメインロール１０２の外周面１０２ａに沿うように当接させ、そして巻取りロールによって巻き取ることにより、所定の張力をかけながら基材１０３を搬送するように、すなわち、ロールトゥロールで基材１０３を搬送するようになっている。そして、メインロール１０２の外径側に間仕切り部１０４を設けることにより、成膜チャンバ１０５がメインロール１０２の周方向に形成される（図６では、４つの成膜チャンバ１０５が形成されている）。この成膜チャンバ１０５の内部にはプラズマ電極１０６が設けられており、プラズマ形成ガス供給部１０７から成膜チャンバ１０５の内部にプラズマ形成ガスを供給し、プラズマ電極１０６に高周波電圧を印加することにより、プラズマ形成ガスはプラズマ状態となる。このようにプラズマ形成ガスがプラズマ状態となった環境下において原料ガス供給部１０８から成膜チャンバ１０５の内部に薄膜の原料ガスを供給することにより、プラズマＣＶＤ法によって基材１０３に薄膜が形成される。すなわち、原料ガスがプラズマにより分解されて基材１０３に堆積する。このような薄膜形成装置１００において、巻出しロールから供給された基材１０３をメインロール１０２の外周面１０２ａに沿わせた状態で成膜チャンバ１０５を連続して通過させることにより、基材１０３の長手方向にわたって所定の蒸着膜が形成される。

特開２００１−３０３２４９号公報

しかし、上記の薄膜形成装置１００では、基材１０３に所定の膜厚の薄膜を形成することが困難であるという問題があった。具体的には、たとえば巻出しロールと巻取りロールにおける張力に少しでも差が生じるとメインロール１０２上で基材１０３の滑りが生じる可能性があり、基材１０３の滑りが生じるとメインロール１０２上での基材１０３の搬送速度にばらつきが生じる可能性があり、その結果基材１０３の搬送制御が困難となり基材１０３に所定の膜厚の薄膜を形成することができなかったり、また、基材１０３にキズやシワが生じるおそれがあった。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、所定の膜厚の薄膜を高精度に基材へ形成することができる薄膜形成装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の薄膜形成装置は、ロールトゥロールで搬送される基材を外周面に沿うように接触させることにより基材を支持するメインロールと、前記メインロールの外周面に接触している基材に対して薄膜の形成を行う成膜部と、を備える薄膜形成装置であり、前記メインロールと反対側から基材に当接することによって前記メインロールと一緒に基材を挟み込み、基材の搬送と連動して回転するニップロールをさらに有し、前記ニップロールは、基材よりも粘着力が高いことを特徴としている。

上記薄膜形成装置によれば、メインロールと反対側から基材に当接することによってメインロールと一緒に基材を挟み込み、基材の搬送と連動して回転するニップロールをさらに有することにより、基材を搬送させながらの成膜であっても成膜時の基材の位置ずれを防ぎ、所定の膜厚の薄膜を高精度に基材へ形成することができる。さらに、ニップロールは、基材よりも粘着力が高いことにより、基材上のパーティクルが基材からニップロールへ転写され、パーティクルの付着が少ない基材の表面に薄膜を形成することができる。

また、基材の搬送における前記メインロールの上流側および下流側の少なくとも一方には、基材の搬送方向を変換する方向転換ロールが設けられ、基材の搬送における前記方向転換ロールの上流側および下流側に位置する基材に挟まれる空間には、１つの前記ニップロールを含み、隣接するロール同士の回転面同士が接することにより連動して回転する偶数個のサブロールが直列に配置されており、前記ニップロールから最も遠い前記サブロールが、基材の搬送における前記方向転換ロールの上流側および下流側に位置する基材のうち前記ニップロールが当接していない方の基材に近接していると良い。

こうすることにより、活性化した原料ガスに起因して方向転換ロールの表面に薄膜が形成されてしまうことを防ぐことができる。

また、前記ニップロールに隣接する前記サブロールは、前記ニップロールよりも粘着力が高いと良い。

こうすることにより、ニップロール表面に付着したパーティクルが隣接するサブロールに転写されるため、ニップロール表面から基材表面へパーティクルが戻ることを防ぐことができる。

本発明の薄膜形成装置によれば、所定の膜厚の薄膜を高精度に基材へ形成することができる。

本発明の一実施形態における薄膜形成装置を表す概略図である。 本実施形態における薄膜形成装置の一部を表す概略図である。 本実施形態に対する比較例を表す概略図である。 本発明の他の実施形態における薄膜形成装置の一部を表す概略図である。 本発明の他の実施形態における薄膜形成装置を表す概略図である。 従来の実施形態における薄膜形成装置を表す概略図である。

本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における薄膜形成装置１の概略図であり、正面図である。

薄膜形成装置１は、基材上に表面処理を行って薄膜を形成するためのものであり、例えば、プラスチックフィルム上に酸化防止、水分浸入防止を目的としたバリア膜を形成し、食品用の保護フィルム、フレキシブル太陽電池等に使用される。具体的には、フレキシブル太陽電池の場合には、プラスチックフィルム等の帯状基材上に各電極層及び光電変換層等で構成される太陽電池セルが形成された後、薄膜形成装置１により太陽電池セル上に薄膜を複数層形成してバリア膜を形成する。これにより、太陽電池セルに水分の浸入が効果的に防止され、酸化耐久特性に優れたフレキシブル太陽電池を形成することができる。

この薄膜形成装置１は、基材２を送り出す図示しない巻出しロールと、供給された基材２を巻き取る図示しない巻取りロールと、巻出しロールと巻取りロールとの間に配置されるメインロール５と、メインロール５を収容するメインロールチャンバ６と、薄膜を形成する成膜チャンバ７とを有しており、巻出しロールから送り出された基材２をメインロール５の外周面５１に沿わせて搬送させつつ、各成膜チャンバ７を通過させることにより、基材２上に薄膜が形成され、巻取りロールで巻き取られるようになっている。

巻出しロールおよび巻取りロールはそれぞれ略円筒形状の芯部を有しており、これら芯部には基材２が巻き付けられ、これら芯部を回転駆動させることにより、基材２を送り出し、または巻き取ることができる。すなわち、巻出しロールおよび巻取りロールによっていわゆるロールトゥロール搬送が行われ、図示しない制御装置によりそれぞれの芯部の回転が制御されることにより、基材２の送り出し速度もしくは巻き取り速度を増加及び減少させることができる。具体的には、基材２が下流側から引張力を受けた状態で上流側の芯部を回転させることにより基材２が下流側に送り出され、適宜、この上流側の芯部にブレーキをかけることにより基材２が撓むことなく一定速度で送り出されるようになっている。また、下流側の芯部の回転が調節されることにより、送り出された基材２が撓むのを抑えつつ、逆に基材２が必要以上の張力がかからないようにして巻き取ることができるようになっている。

ここで、基材２は、一方向に延びる薄板状の長尺体であり、厚み０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ 幅５ｍｍ〜１６００ｍｍの平板形状を有する長尺体が適用される。また、材質として、特に限定しないが、たとえばＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などの樹脂フィルムが好適に用いられる。

このように、上記の巻出しロールと巻取りロールとが一対となり、一方が基材２を送り出し、他方が前記送り出し速度と同じ巻き取り速度で基材２を巻き取ることによって、基材２にかかる張力を所定の値で維持しながら基材２を搬送することが可能である。

メインロール５は、成膜の際に基材２の姿勢を保ちつつ、基材２の搬送方向における上流側の巻出しロールから供給された基材２を下流側の巻取りロールに搬送するための搬送部である。すなわち、本発明においてメインロール５は、薄膜を形成させる基材２を保持する基材保持部の役割を果たす。

メインロール５は、巻出しロールと巻取りロールとの間に配置されており、それぞれの芯部よりも大径の略円筒形状に形成されている。メインロール５の外周面５１は、周方向に曲率が一定の曲面で形成されており、図示しない制御装置により駆動制御され、回転する。巻出しロールと巻取りロールは、このメインロール５の回転動作に応じて回転が制御され、これにより、巻出しロールから送り出された基材２は、所定の張力が負荷された状態でメインロール５の外周面５１に沿って搬送される。すなわち、メインロール５の外周面５１に基材２が沿った状態で巻出しロールおよび巻取りロールがメインロール５の回転に応じて基材２の搬送に連動するように回転することにより、基材２は、基材２全体が張った状態で、その表面が成膜チャンバ７それぞれに対向する姿勢で巻出しロールから巻取りロールへ搬送されるようになっている。

このように基材２が張った状態で搬送され、基材２が搬送されながら成膜チャンバ７によって成膜されることにより、成膜時の基材２のばたつきを防ぐことができ、基材２に積層される薄膜の膜厚精度が向上するとともに基材２のばたつきによるパーティクルの発生を防ぐことができる。また、メインロール５の曲率半径を大きくすることにより、基材２がより平坦に近い状態で支持されながら成膜が行われるため、成膜後の基材２に反りが生じることを防ぐことができると同時に、基材２と成膜チャンバ７内のプラズマ電極７２との距離が略均一となり、均一な膜厚の薄膜を形成しやすくなる。なお、成膜時の基材２の搬送速度は、４０〜５０ｍ／分にも及ぶ。

また、メインロール５から巻取りロールまでの張力を巻出しロールからメインロール５までの張力よりも若干高くすることにより、メインロール５上で基材２をさらにぴったりと張り付かせることができる。

さらに、基材２がメインロール５との接触を開始する位置および接触を終了する位置の近傍には、ニップロール８が１つずつ、合計２個設けられている。ニップロール８は、メインロール５よりも小径のロール体であり、基材２に対してメインロール５と反対側に配置され、メインロール５の外周面５１に沿って支持されている基材２に対して所定の押圧力でもって当接することにより、ニップロール８はメインロール５と一緒に基材２を挟み込む。

ニップロール８はフリーで回転するロール体であり、回転軸の方向は、巻出しロール、巻取りロール、およびメインロール５の回転軸の方向と同じであり、図１に示すＹ軸方向である。そして、基材２との摩擦力を推進力として基材２の搬送に連動してニップロール８が回転することにより、基材２への負荷を最小限にしてニップロール８とメインロール５とで基材２を挟み込むことができる。

また、本実施形態では、ニップロール８の回転面（側面）はたとえばシリコンゴム、ニトリルゴムといったゴムなどで形成されており、ニップロール８の粘着力は基材２の粘着力よりも高い。そのため、仮に基材２にパーティクルＰが付着していたとしても基材２がメインロール５とニップロール８との間を通過する際にパーティクルＰが基材２からニップロール８へ転写される。すなわち、本実施形態のニップロール８は、基材２からパーティクルＰを除去するクリーニングロールとして機能する。

また、基材２の幅方向（Ｙ軸方向）において、ニップロール８は基材２の全体と接触している。これにより、基材２のいかなる位置に付着したパーティクルＰもニップロール８が除去することができる。

また、巻出しロールとメインロール５との間およびメインロール５と巻取りロールとの間には、基材２の搬送方向を調節するための方向転換ロール９が設けられている。図１に示す実施形態では、巻出しロールとメインロール５との間のメインロールチャンバ６の内部に位置する部分およびメインロール５と巻取りロールとの間のメインロールチャンバ６の内部に位置する部分に方向転換ロール９がそれぞれ２個ずつ配置されている（方向転換ロール９ａ乃至９ｄ）。特に、基材２に搬送におけるメインロール５のすぐ上流側に設けられている方向転換ロール９（基材２がメインロール５よりも一つ前に接触する方向転換ロール９ｂ）とすぐ下流側に設けられている方向転換ロール９（基材２がメインロール５よりも一つ後に接触する方向転換ロール９ｃ）は、メインロール５における基材２の抱き角を大きくとることによってメインロール５上で基材２が滑ることなどを防ぐために設けられている。また、メインロール５における基材２の抱き角を大きくとることによって、温度調節を行っているメインロール５と基材２との接触時間を長くとることができ、メインロール５を介した基材２の温度調節を正確に行うことができる。これら方向転換ロール９の回転軸の方向も、巻出しロール、巻取りロール、およびメインロール５の回転軸の方向と同じであり、図１に示すＹ軸方向である。

ここで、本実施形態では、回転軸の方向がニップロール８などと同じ方向であるＹ軸方向であるフリーで回転するサブロール１０がニップロール８と回転面同士が接するように設けられており、基材２の搬送と連動してニップロール８が回転し、このニップロール８の回転と連動してサブロール１０が回転する。

図２は本実施形態における薄膜形成装置１の一部を表す概略図であり、基材２の搬送における下流側のニップロール８の近傍の拡大図である。ニップロール８よりもさらに下流側には方向転換ロール９ｃがあり、この方向転換ロール９ｃによって基材２の搬送方向が調節されるが、方向転換ロール９ｃによって方向転換される前の基材２および方向転換された後の基材２の間にニップロール８とサブロール１０が位置している。すなわち、基材２の搬送における方向転換ロール９ｃの上流側と下流側に位置する基材２に挟まれる空間にニップロール８とサブロール１０が配置されている。そして、サブロール１０は、基材２の搬送における方向転換ロール９ｃの上流側および下流側に位置する基材２のうちニップロール８が当接していない方の基材２（図２のようにメインロール５の下流側に位置する方向転換ロール９ｃにおいては、方向転換ロール９ｃよりも下流側の基材２）に近接し、微小な隙間が設けられている。

なお、本説明ではニップロール８もサブロールの一つとして勘定しており、図２の形態では、基材２の搬送における方向転換ロール９ｃの上流側と下流側に位置する基材２に挟まれる空間には、ニップロール８を含む２個のサブロールが設けられていることとなる。

また、サブロール１０の回転面の粘着力はニップロール８の回転面の粘着力よりも高く、ニップロール８に付着しているパーティクルＰはサブロール１０に転写される。これにより、ニップロール８以外にサブロール１０が設けられない場合と比較して、パーティクルＰが基材２に再転写される確率を減らすことができる。

また、サブロール１０は、メインロール５とは接しておらず、ニップロール８にのみ接している。すなわち、メインロール５とニップロール８、サブロール１０は直列に配置されている。

ここで、図２では基材２の搬送における下流側のニップロール８の近傍について説明したが、基材２の搬送における上流側のニップロール８の近傍でも同様の形態を有しており、基材２の搬送における方向転換ロール９ｂの上流側と下流側に位置する基材２に挟まれる空間にニップロール８とサブロール１０が配置されている。

メインロールチャンバ６は、メインロール５を収容してチャンバ内の圧力を一定に保持するために周囲をカバーに囲まれた空間である。メインロールチャンバ６は、薄膜形成装置１の外装を形成するカバーのほかに間仕切り部６１を有し、この間仕切り部６１によりメインロールチャンバ６と後述の成膜チャンバ７とが薄膜形成装置１内で仕切られている。この間仕切り部６１によって、メインロール５の外周部５１に沿って搬送される基材２の一部のみが成膜チャンバ７にさらされる形態をとる。

また、本実施形態におけるメインロールチャンバ６を形成する奥行き方向（図１におけるＹ軸方向）のカバーは、図示はしないが基材２の幅方向（Ｙ軸方向）の端部に近接するように設けられている。

また、本実施形態では成膜チャンバ７側にのみ真空ポンプ７１が設けられ、真空ポンプ７１が作動することにより成膜チャンバ７とともにメインロールチャンバ６も減圧される形態をとっているが、メインロールチャンバ６側にも真空ポンプが設けられていても良い。

なお、メインロールチャンバ６にも真空ポンプが設けられる場合、成膜チャンバ７で発生したパーティクルが成膜チャンバ７の外に巻き上がることを防止するために、メインロールチャンバ６内の圧力は成膜チャンバ７内の圧力よりも高圧になるように設定されていることが好ましい。

なお、本実施形態では、巻出しロールおよび巻取りロールがメインロールチャンバ６の外に設けられており、薄膜形成装置１の外部から基材２が供給され、薄膜形成装置１の外部へ基材２を搬出する形態をとっているが、これらをメインロールチャンバ６内に収容する構成であってもよい。このように巻出しロールおよび巻取りロールをメインロールチャンバ６内に設けることによって、基材２や成膜後の基材２（成膜基材）を大気に曝すことから保護することができる。

成膜チャンバ７は、蒸着法の一種であるプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により基材２上に薄膜を形成する手段である。この成膜チャンバ７は、チャンバ内を減圧する真空ポンプ７１と、プラズマを発生させるための高電圧を印加するプラズマ電極７２と、基材２に形成する薄膜の原料となる原料ガスをチャンバ内に供給する原料ガス供給部７３と、を有している。また、本実施形態では、プラズマの原料であるプラズマ形成ガスも、原料ガス供給部７３から供給される。

この成膜チャンバ７では、真空ポンプ７１により成膜チャンバ７内が減圧されて原料ガス供給部７３からプラズマ形成ガスが供給された状態でプラズマ電極７２に電圧が印加されることにより、プラズマ電極７２の近傍でプラズマが発生し、成膜チャンバ７内がプラズマ雰囲気となる。このようにプラズマ雰囲気となった状態において、原料ガス供給部７３から原料ガスが供給されることにより、原料ガスがこのプラズマにより分解され（活性化され）、成膜チャンバ７と対向する基材２の膜形成面に薄膜を形成する。

また、本実施形態では、減圧による成膜チャンバ７内の圧力を制御する図示しない圧力制御機構がさらに設けられており、原料ガスが供給される前に所定の圧力になるまで、真空ポンプ７１によって成膜チャンバ７内が減圧される。

また、本実施形態ではメインロール５に対向するように４つの成膜チャンバ７（成膜チャンバ７ａ乃至７ｄ）が並ぶように設けられており、巻出しロール、巻取りロール、メインロール５などが回転することによって基材２が搬送されながら各成膜チャンバ７による成膜が行われることにより、基材２には成膜チャンバ７ａ、成膜チャンバ７ｂ、成膜チャンバ７ｃ、成膜チャンバ７ｄによる薄膜の形成が順に実施される。また、巻出しロールと巻取りロールの役割が交代し、基材の搬送方向が逆転した場合は、基材２には成膜チャンバ７ｄ、成膜チャンバ７ｃ、成膜チャンバ７ｂ、成膜チャンバ７ａによる薄膜の形成が順に実施される。なお、４つの成膜チャンバ７ともに上記真空ポンプ７１、プラズマ電極７２、および原料ガス供給部７３を有しているが、作図の都合上、図１では成膜チャンバ７ｂが有する真空ポンプ７１、プラズマ電極７２、および原料ガス供給部７３にのみ符号が付されている。

また、４つの成膜チャンバ７は、基材２がメインロール５との接触を開始する位置および接触を終了する位置の近傍に１つずつ設けられたニップロール８の間に設けられている。

プラズマ電極７２は、メインロール５の幅方向（Ｙ軸方向）に延びる略Ｕ字形状を有しており、図１には、略Ｕ字形状のプラズマ電極７２の略直線状の部分の断面のみが示されている。また、プラズマ電極７２の端部には、図示しない高周波電源が接続されている。

また、プラズマ電極７２の折り返し部分は成膜チャンバ７の外側に位置するように形成されており、プラズマ電極７２の略直線状の部分のみがメインロール５上の基材２と対向するようになっている。

また、プラズマ電極７２は、メインロール５と対向する方向に開口を有する電極カバー７４に囲まれている。成膜中は成膜チャンバ７は減圧状態ではあるが、この電極カバー７４によって、プラズマ電極７２の近傍に供給されたプラズマ形成ガスが拡散することが抑えられ、プラズマの形成および維持を容易にしている。

原料ガス供給部７３は、成膜チャンバ７内のメインロール５の近傍に設けられた、メインロール５の幅方向（Ｙ軸方向）に延びるパイプ状の部材であり、薄膜形成装置１の外の図示しない原料ガス供給手段と配管を経由して接続されている。また、原料ガス供給部７３には、Ｙ軸方向に複数の開口が設けられており、メインロール５上の基材２の膜形成面の近傍に対し、基材２の幅方向（Ｙ軸方向）にわたって略均一に原料ガスが供給される。

また、本実施形態では、原料ガス供給部７３は薄膜形成装置１の外の図示しないプラズマ形成ガス供給手段とも配管を経由して接続されており、上記の通りプラズマ形成ガスも原料ガス供給部７３から成膜チャンバ７内のプラズマ電極７２の近傍へ供給される。

ここで、本実施形態では原料ガスはたとえばＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）ガスである。ＨＭＤＳガスはケイ素および炭素を含んでおり、プラズマ形成ガスとしてアルゴンガス、窒素ガスなどが供給されることにより、密着性の高い炭化ケイ素（ＳｉＣ）系の薄膜が形成され、また、プラズマ形成ガスとして酸素ガスが供給されることにより、緻密でバリア性の高いＳｉＯ２膜が形成される。

次に、以上の構成を有する薄膜形成装置１によって得られる効果について説明する。

本発明の薄膜形成装置１では、基材２がメインロール５との接触を開始する位置の近傍およびメインロール５との接触を終了する位置の近傍において、メインロール５と反対側から基材２に当接することによってメインロール５と一緒に基材２を挟み込み、基材２の搬送と連動して回転するニップロール８を１つずつさらに有し、成膜部７は、２つのニップロール８の間に位置する基材２に対して薄膜を形成する形態を有している。これにより、成膜部７は、２つのニップロール８の間に位置する基材２に対して成膜を行う。ここで、２つのニップロール８の間に位置する基材２はテンションがカットされた状態となるため、仮に巻出しロールと巻取りロールにおける張力に少しでも差が生じた場合であってもメインロール５上で基材２の滑りが生じることを防ぐことができる。そのため、基材２を搬送させながらの成膜であっても成膜時の基材２の位置ずれを防ぎ、搬送制御が容易となって所定の膜厚の薄膜を高精度に基材２へ形成することができる。また、メインロール５によって基材２にキズが生じることも防がれる。

また、ニップロール８は、基材２よりも粘着力が高いクリーニングロールであるため、基材２上のパーティクルはメインロール５とニップロール８の間を通過する際に基材２からニップロール８に転写され、これによりパーティクルの付着が少ない基材２の表面に薄膜を形成することができる。

また、基材２の搬送におけるメインロール５の上流側および下流側の少なくとも一方には方向転換ロール９が設けられ、基材２の搬送における方向転換ロール９の上流側および下流側に位置する基材２に挟まれる空間には、ニップロール８と回転面同士が接することによりニップロール８と連動して回転するサブロール１０がニップロール８とともに配置され、さらにサブロール１０が基材２の搬送における方向転換ロール９の上流側および下流側に位置する基材２のうちニップロール８が当接していない方の基材２に近接していることにより、方向転換ロール９に不要な薄膜が形成されてしまうことを防ぐことができ、製品の品質低下を防止することができる。このことについて、詳細を以下に説明する。

図１に示すように、成膜チャンバ７を形成する間仕切り部６１とメインロール５の外周面５１との間には、メインロール５に巻き付いている基材２が間仕切り部６１と接触することを防ぐために微小な隙間が設けられているが、成膜チャンバ７の中で活性化した原料ガスＧがこの隙間から染み出す可能性がある。基本的に、上記の通り成膜チャンバ７の圧力はメインロールチャンバ６の圧力よりも低く設定されているので、活性化した原料ガスＧが染み出す量は少ないものの、この活性化した原料ガスＧが基材２以外の部分と接触し、薄膜が形成されるおそれがある。

特に、図２に示すように、メインロール５のすぐ上流側の方向転換ロール９ｂおよびすぐ下流側の方向転換ロール９ｃは、成膜チャンバ７と対向する方向には基材２は巻き付いておらず、剥き出しであるため、これら方向転換ロール９の回転面に活性化した原料ガスＧが接触して薄膜が形成されるおそれがある。このように方向転換ロール９の回転面に形成された薄膜は後に剥がれて、方向転換ロール９を通過する基材２に付着して基材２を汚染する可能性がある。このように方向転換ロール９に付着した薄膜が基材２を汚染することを防ぐためには、方向転換ロール９を定期的にメンテナンスする必要が生じ、その結果メンテナンスの頻度が高くなり薄膜形成装置１の作業効率が下がるといった問題があった。

これに対し、本実施形態では、ニップロール８とサブロール１０とが設けられることによって、活性化した原料ガスＧが方向転換ロール９の回転面と接触することを防止している。

具体的には、図２に示すように、ニップロール８とサブロール１０とが設けられることによって、サブロール１０と基材２の間の隙間では、基材２が下流側へ搬送されることによって基材２の近傍に生じる気流Ｆ１と、サブロール１０の回転によってサブロール１０の回転面の近傍に生じる気流Ｆ２とが形成される。

ここで、図２の実施形態では、方向転換ロール９ｃより上流側の基材２と下流側の基材２との間に配置されるサブロールは、ニップロール８とサブロール１０の２個であるが、このようにサブロールの個数が偶数個である場合、サブロール１０と基材２の間の隙間において、気流Ｆ２の向きは気流Ｆ１の向きと正反対となる。したがって、気流Ｆ１と気流Ｆ２とが相殺される。そして、気流Ｆ１の大きさと気流Ｆ２の大きさが等しい場合は、サブロール１０と基材２の間の隙間において気流がほとんど無くなる。そのため、成膜チャンバ７から染み出してきた活性化した原料ガスＧがサブロール１０と基材２の間の隙間を通過して方向転換ロール９ｃの回転面と接触することを防ぐことができる。

一方、図２を見る限り、気流Ｆ１の向きは方向転換ロール９ｃから活性化した原料ガスＧを押し返す方向であるため、気流Ｆ２が無くとも方向転換ロール９ｃには薄膜は形成されないとも思われる。しかし、図２で示した方向転換ロール９ｃとは反対側の、メインロール５のすぐ上流側の方向転換ロール９ｂにおいては、基材２の搬送によって生じる気流の向きは方向転換ロール９ｂへ活性化した原料ガスＧを引き込む方向であり、これに対してサブロール１０の回転によって生じる気流の向きが方向転換ロール９ｂから活性化した原料ガスＧを押し返す方向となる。そのため、メインロール５に対する基材２の搬送における上流側の方向転換ロール９ｂと下流側の方向転換ロール９ｃの両方に対して薄膜の形成を防止するためには、気流Ｆ１と気流Ｆ２とを相殺させてサブロール１０と基材２の間の隙間において気流がほとんど無くなるようにすることが好ましい。

また、本実施形態では、巻出しロール、メインロール５、巻取りロールの回転方向を反転させることによって、基材２の搬送方向を反転させることも可能となっており、巻出しロールおよび巻取りロールは各々の役割を交替しながら基材２を折り返し搬送し、その間、基材２には成膜チャンバ７による薄膜が積層される。この場合、基材２の搬送方向の反転とともに基材２の搬送に起因する方向転換ロール９ｃ近傍の気流の向きも反転するが、サブロール１０の回転に起因する気流によって基材２とサブロール１０の間の隙間における気流が常に相殺されることにより、基材２の搬送方向が反転しても方向転換ロール９への活性化した原料ガスＧの付着を防ぐことができる。

ここで、気流Ｆ２の大きさを決定づけるサブロール１０の回転速度、およびサブロール１０と基材２との間の隙間ｄは、サブロール１０およびニップロール８の径を調節することにより調節することが可能である。そして、上記の通り活性化した原料ガスＧを方向転換ロール９の方へ流入させないという効果を効率的に発揮させるために、隙間の寸法ｄは、基材２と接触しない範囲で可能な限り小さい方が好ましい。一方、搬送中の基材２のばたつきを考慮すると、隙間の寸法ｄがゼロであった場合には基材２にキズがつくおそれがあるため、隙間の寸法ｄは５ｍｍ〜４０ｍｍ程度であることが好ましい。

一方、方向転換ロール９へのガスの流入を防ぐという点では、サブロール１０を用いずに、図３に示すように遮蔽板８０を方向転換ロール９ｃの手前に設けるという方法も考えられる。しかし、この場合は、基材２の搬送にともなう気流により、基材２と遮蔽板８０との間の隙間を活性化した原料ガスＧが通過し、方向転換ロール９ｃに到達するおそれがある。そのため、本実施形態のように回転をともなうサブロール１０を設けて気流を相殺する方が好ましい。

また、ニップロール８に隣接するサブロール１０がニップロール８よりも粘着力が高いことにより、基材２からニップロール８の表面に転写されたパーティクルＰがサブロール１０にさらに転写されるため、パーティクルＰが基材２へ戻り、付着することを防ぐことができる。

以上の薄膜形成装置により、所定の膜厚の薄膜を高精度に基材へ形成することが可能である。

ここで、本発明の薄膜形成装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、上記の説明ではサブロールの個数はニップロールを含めて２個であったが、これに限らず、偶数個であれば良い。たとえば、図４に示すようにニップロール８、サブロール１０、サブロール１１、サブロール１２と４つのサブロールが、互いに隣接するサブロール同士の回転面同士が接して直列に配置されることにより、ニップロール８から最も遠く、基材２と近接するサブロール１２の回転による気流Ｆ４の方向は基材２の搬送による気流Ｆ３の方向と反対となり、基材２とサブロール１２との間の隙間において気流Ｆ３と気流Ｆ４とが相殺され、活性化した原料ガスＧがサブロール１２と基材２の間の隙間を通過して方向転換ロール９ｃの回転面と接触することを防ぐことができる。

また、上記の説明ではニップロール８は基材２がメインロール５との接触を開始する位置の近傍およびメインロール５との接触を終了する位置の近傍に１つずつ、合計２個設けられているが、これに限らず、たとえば１個のみニップロール８が設けられ、このニップロール８にサブロール１０が接する形態でも構わない。図５に示す薄膜形成装置１では、メインロール５に対して＋Ｘ方向（すなわち紙面右側）から基材２の巻出しおよび巻取りも行っているが、３つの方向転換ロール９（方向転換ロール９ｅ、９ｆ、９ｇ）のうち、活性化した原料ガスＧが接触する可能性があるのは方向転換ロール９ｆのみであり、この方向転換ロール９ｆの近傍にニップロール８およびサブロール１０が設けられることにより、活性化した原料ガスＧが方向転換ロール９ｆに付着することを防ぐことができる。また、このようにメインロール５上にニップロール８が１個のみ設けられる場合、基材２をメインロール５にぴったりと張り付かせる役割をしっかり果たすためにニップロール８は基材２がメインロール５との接触を開始する位置の近傍に設けられることが好ましい。

１ 薄膜形成装置
２ 基材
５ メインロール
６ メインロールチャンバ
７ 成膜チャンバ
７ａ 成膜チャンバ
７ｂ 成膜チャンバ
７ｃ 成膜チャンバ
７ｄ 成膜チャンバ
８ ニップロール
９ 方向転換ロール
９ａ 方向転換ロール
９ｂ 方向転換ロール
９ｃ 方向転換ロール
９ｄ 方向転換ロール
９ｅ 方向転換ロール
９ｆ 方向転換ロール
９ｇ 方向転換ロール
１０ サブロール
１１ サブロール
１２ サブロール
５１ 外周面
６１ 間仕切り部
７１ 真空ポンプ
７２ プラズマ電極
７３ 原料ガス供給部
７４ 電極カバー
８０ 遮蔽板
１００ 薄膜形成装置
１０１ メインロールチャンバ
１０２ メインロール
１０２ａ 外周面
１０３ 基材
１０４ 間仕切り部
１０５ 成膜チャンバ
１０６ プラズマ電極
１０７ プラズマ形成ガス供給部
１０８ 原料ガス供給部
Ｆ１ 気流
Ｆ２ 気流
Ｆ３ 気流
Ｆ４ 気流
Ｇ 活性化した原料ガス
Ｐ パーティクル

Claims (3)

1. ロールトゥロールで搬送される基材を外周面に沿うように接触させることにより基材を支持するメインロールと、
   前記メインロールの外周面に接触している基材に対して薄膜の形成を行う成膜部と、
   を備える薄膜形成装置であり、
   前記メインロールと反対側から基材に当接することによって前記メインロールと一緒に基材を挟み込み、基材の搬送と連動して回転するニップロールをさらに有し、
   前記ニップロールは、基材よりも粘着力が高いことを特徴とする、薄膜形成装置。
2. 基材の搬送における前記メインロールの上流側および下流側の少なくとも一方には、基材の搬送方向を変換する方向転換ロールが設けられ、
   基材の搬送における前記方向転換ロールの上流側および下流側に位置する基材に挟まれる空間には、１つの前記ニップロールを含み、隣接するロール同士の回転面同士が接することにより連動して回転する偶数個のサブロールが直列に配置されており、
   前記ニップロールから最も遠い前記サブロールが、基材の搬送における前記方向転換ロールの上流側および下流側に位置する基材のうち前記ニップロールが当接していない方の基材に近接していることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜形成装置。
3. 前記ニップロールに隣接する前記サブロールは、前記ニップロールよりも粘着力が高いことを特徴とする、請求項２に記載の薄膜形成装置。

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