JP2021070837A - 成膜装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】機能膜の性能を低減させることなく基材に機能膜を形成することができる成膜装置を提供する。【解決手段】ロールトゥロールで搬送される基材２の膜形成面側に薄膜を形成させる成膜チャンバ７と、基材２の膜形成面側もしくはその反対側と接触して基材２の搬送方向を案内することにより基材２の搬送経路を形成する案内部材８と、基材２の搬送経路における成膜チャンバ７より下流側に位置して基材２の膜形成面側と最初に接触する案内部材８ａと成膜チャンバ７との間に設けられ、可撓性を有する保護部材Ｂを基材２の膜形成面側に貼り合わせる保護部材貼り合わせ部９ａと、を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、真空成膜法を利用して帯状の基材上に所定の機能を有する機能膜を形成するための成膜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などの製品の表面に薄膜である機能膜をコーティングすることによって製品の機能を高める手法が他分野にわたって用いられている。プラスチックフィルムに酸化防止、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その一例であり、その他透明導電膜、反射防止膜なども基材上に成膜されうる。
このような成膜基材は、たとえば下記特許文献１に示すような成膜装置によって形成されている。特許文献１に記載の成膜装置の概略図を図９に示す。この成膜装置１００では、真空成膜法の一種であるプラズマＣＶＤ法により機能膜の一種であるバリア膜が基材１０１に形成される。具体的には、成膜チャンバ１０２内に供給されたバリア膜の原料ガスがプラズマによって分解され、この分解された原料ガスが基材１０１上に堆積することにより、バリア膜である薄膜が基材１０１上に形成される。
また、図９の成膜装置１００では、巻出しロール１０５から巻出され、巻取りロール１０６によって巻取られる長尺の帯状の基材１０１は、メインロール１０３および案内ロール１０４によって形成された搬送経路に沿って搬送される。特に、基材１０１がメインロール１０３に沿って搬送される際に、メインロール１０３に対向して設けられた成膜チャンバ１０２によって基材１０１上に薄膜が形成される。
しかし、上記の成膜装置１００では、基材１０１上に形成された機能膜の性能が低下する可能性があった。具体的には、上記の成膜装置１００では基材１０１の搬送経路を形成する案内ロール１０４には基材１０１の膜形成面側と接触する膜形成面側ロール１０４ａと基材１０１の膜形成面とは反対側の面と接触する背面側ロール１０４ｂとがあるが、成膜チャンバ１０２を通過して機能膜の薄膜が形成された基材１０１と硬い表面を有する膜形成面側ロール１０４ａとが接触する際に機能膜に傷が付き、その性能が低下する、という問題があった。そして、仮に機能膜の薄膜が形成された基材と接触する膜形成面側ロールが存在しないように成膜装置を構成した場合、基材の搬送経路が限定され、その結果装置が大型化する、という問題があった。
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、機能膜の性能を低減させることなく基材に機能膜を形成することができる成膜装置および成膜方法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成膜装置は、ロールトゥロールで搬送される基材の膜形成面側に薄膜を形成させる成膜チャンバと、基材の膜形成面側もしくはその反対側と接触して基材の搬送方向を案内することにより基材の搬送経路を形成する案内部材と、基材の搬送経路における前記成膜チャンバより下流側に位置して基材の膜形成面側と最初に接触する前記案内部材と前記成膜チャンバとの間に設けられ、可撓性を有する保護部材を基材の膜形成面側に貼り合わせる保護部材貼り合わせ部と、を備えることを特徴としている。
本発明の成膜装置によれば、機能膜の性能を低減させることなく基材に機能膜を形成することができる。具体的には、基材の搬送経路における成膜チャンバより下流側に位置して基材の膜形成面側と最初に接触する案内ロールと成膜チャンバとの間に設けられ、可撓性を有する保護部材を基材の膜形成面側に貼り合わせる保護部材貼り合わせ部を備えることにより、基材に形成された薄膜と案内ロールとが物理的に接触することが回避できるので、案内ロールの表面との接触によって薄膜に傷が付くことを防ぐことができる。
また、前記保護部材の基材と対向する側の面は、基材の幅方向において基材の両端部に対向する部分の粘着力がこれらの間の部分の粘着力より高くても良い。
こうすることにより、保護部材が基材から剥離したときに薄膜までもが基材から剥離することを軽減することができる。
また、前記保護部材は、基材の幅方向において基材の一部のみと対向しても良い。
こうすることにより、基材の保護部材が貼り合わせられていない部分と案内ロールとの間に隙間が生じ、薄膜と案内ロールとが物理的に接触することが回避できる。
また、基材の搬送方向は反転可能であり、前記保護部材貼り合わせ部は前記成膜チャンバをはさんで基材の搬送経路の両側に設けられていても良い。
こうすることにより、成膜装置内で基材を反転させて搬送、成膜させる場合であっても基材に形成された薄膜と案内ロールとが物理的に接触することが回避できる。
また、前記保護部材が基材に貼り合わせられたまま、基材が巻き取られても良い。
こうすることにより、基材が巻き取られた状態において薄膜と基材の背面とが接触することを防ぐことができる。
また、基材が巻き取られる前に前記保護部材を基材から剥離させる保護部材剥離部をさらに有していても良い。
こうすることにより、保護部材が貼り合わせられたまま巻き取られることによる巻きずれが防がれ、基材のみが巻き取られる。
また、前記保護部材剥離部にて剥離した前記保護部材は前記保護部材貼り合わせ部へ送られ、保護部材の循環経路が形成されていても良い。
こうすることにより、準備すべき保護部材の長さを比較的短くすることができる。
本発明の成膜装置によれば、機能膜の性能を低減させることなく基材に機能膜を形成することができる。
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成膜装置１の概略図であり、正面図である。
成膜装置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、可撓性を有する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機能膜であるバリア膜を形成し、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、成膜装置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。
この成膜装置１は、可撓性を有する基材の束を保持する２つの束保持ロールである束保持ロール３、束保持ロール４と、束保持ロール３と束保持ロール４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、一方の束保持ロールである束保持ロール３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、もう一方の束保持ロールである束保持ロール４で巻き取られるようになっている。
また、メインロール５の回転方向を図１に矢印で示しており、この矢印の方向（反時計回り方向）がこの場合の基材２の搬送方向となる。
また、成膜装置１は、保護部材貼り合わせ部９ａを有し、薄膜が形成された基材２の膜形成面側に保護部材Ｂを貼り合わせることにより、基材２の搬送経路を形成するロール体であって基材２の膜形成面側と接触する案内ロール１０４ａと基材２に形成された薄膜とが物理的に接触することを回避している。
束保持ロール３および束保持ロール４はそれぞれ略円筒形状の芯部３１および芯部４１を有しており、これら芯部３１および芯部４１には基材２が巻き付けられ、基材２の束が形成されている。
これら芯部３１および芯部４１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、束保持ロール３および束保持ロール４によっていわゆるロールツーロール搬送が行われ、図示しない制御装置により芯部３１および芯部４１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、図１の形態では束保持ロール３がメインロール５よりも基材の搬送経路の上流側となるため、束保持ロール３が基材２を送り出す方のロールとなり、逆に束保持ロール４が基材２を巻き取る方のロールとなる。そして、基材２が下流側にある芯部４１から引張力を受けた状態で上流側にある芯部３１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、芯部３１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、芯部４１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、一方向に延びる可撓性を有す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、上記の束保持ロール３と束保持ロール４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、基材２の搬送経路において束保持ロール３と束保持ロール４との間に配置されており、それぞれの芯部３１および芯部４１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。束保持ロール３と束保持ロール４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、束保持ロール３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が沿った状態で束保持ロール３および束保持ロール４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束保持ロール３から束保持ロール４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から巻き取りロールである束保持ロール４までの張力を送り出しロールである束保持ロール３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。
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、成膜装置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とが成膜装置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、束保持ロール３及び、束保持ロール４がメインロールチャンバ６内に収容されているが、これらをメインロールチャンバ６の外に設ける構成であってもよい。ただし、本実施形態のようにこれら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、真空成膜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。なお、本実施形態では、成膜チャンバ７の内部が１０−２Ｐａ以下になるまで減圧された後、原料ガスが供給される。そして、原料ガスが供給されることにより成膜チャンバ７の内部が０．５Ｐａ〜３．０Ｐａ程度になった状態下で成膜が行われる。
また、本実施形態ではメインロール５の外周面５１のうち基材２が接触する領域と対向するように２つの成膜チャンバ７（成膜チャンバ７ａ、７ｂ）が並ぶように外周面５１に沿って設けられており、束保持ロール３、束保持ロール４、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、による薄膜の形成が順に実施される。なお、２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７ａ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。
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、成膜装置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は成膜装置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。
ここで、本実施形態において、ＳｉＯ２膜は上記の通りバリア性が高く、機能膜であるバリア膜のバリア性という機能に大きく関与する膜である。
これに対し、炭化ケイ素系薄膜は、ＳｉＯ２膜よりも密度が低いため、ＳｉＯ２膜よりもバリア性は低く、バリア膜のバリア性にはほとんど関与しないため、ＳｉＯ２膜と比較して組成に厳密な制限は無い。その代わり、上記の通り密着性が高く、この炭化ケイ素系薄膜を基材２とＳｉＯ２膜との間、およびＳｉＯ２膜とＳｉＯ２膜との間に形成させることにより、バリア性が高いだけでなくフレキシブル性が高いバリア膜が形成される。
ここで、本説明では、バリア膜の観点において、バリア性を有するＳｉＯ２膜をバリア層、密着性を有する炭化ケイ素系薄膜をバッファ層と呼び、図１の実施形態では、成膜チャンバ７ａはバッファ層を形成させ、成膜チャンバ７ｂはバリア層を形成させる。すなわち、薄膜の表層はバリア層となっている。
案内ロール８は、本発明で案内部材と呼ぶ、基材２の搬送経路を形成する部材の一態様であり、束保持ロール３、束保持ロール４、およびメインロール５に対して所定の相対位置に配置された円柱状のロール体である。各々の案内ロール８は、その中心軸を回転軸とし、その回転軸の方向は束保持ロール３、束保持ロール４、およびメインロール５の回転軸の方向と同じである。束保持ロール３から巻き出された基材２は、それぞれの案内ロール８の外周面の一部に接触することにより、案内ロール８の外周面を伝って搬送方向を案内されながら進み、束保持ロール４に巻き取られる。このとき、基材２の搬送経路は案内ロール８の配置によって決定され、各案内ロール８は基材２との摩擦力により回転しながら基材２を下流側へと送り出す。また、メインロール５の近傍に設けられた案内ロール８により、メインロール５に対する基材２の抱き角が調整され、メインロール５上で基材２が滑ることなく搬送されるよう、充分な抱き角が確保される。
なお、本説明では、これら案内ロール８のうち基材２の薄膜が形成される方の面（膜形成面）と接触するものを膜形成面側ロール８ａ、膜形成面と反対側の面と接触するものを背面側ロール８ｂと呼ぶ。
保護部材貼り合わせ部９ａは、基材２の搬送経路において成膜チャンバ７より下流側であり、基材２の膜形成面側に最初に接触する膜形成面側ロール８ａと成膜チャンバ７との間に位置し、薄膜が形成された基材２に保護部材Ｂを貼り合わせるものであり、本実施形態ではメインロール５の外周面５１と対向するニップロールである。この保護部材貼り合わせ部９ａとメインロール５とで基材２と保護部材Ｂを一緒に挟み込むことによって保護部材Ｂが基材２に向かって押圧され、これにより保護部材Ｂが基材２に貼り合わせられる。
図２は、本発明の一実施形態における保護部材Ｂを示しており、図２（ａ）は保護部材Ｂと基材２の位置関係を表す図であり、図２（ｂ）は保護部材Ｂが貼り合わせられた基材２と膜形成面側ロール８ａとの位置関係を表す図である。
保護部材Ｂは、可撓性を有する長尺の帯状体であって材質は樹脂、紙などであり、基材２と対向する側の面全体に粘着性を有する。保護部材Ｂは、図２（ａ）に示すように基材２の膜形成面側と対向して貼り合わせられる。
ここで、上記の通り、保護部材Ｂは成膜チャンバ７より下流側に位置する保護部材貼り合わせ部９ａによって貼り合わせられるため、基材２に薄膜Ｍが形成された状態で保護部材Ｂと基材２とが貼り合わせられる。すなわち、薄膜Ｍは基材２と保護部材Ｂとの間に位置し、図２（ｂ）に示すように基材２および保護部材Ｂが膜形成面側ロール８ａに案内される際は薄膜Ｍでなく保護部材Ｂが膜形成面側ロール８ａの表面と接触する。そのため、基材２に形成された薄膜Ｍと膜形成面側ロール８ａとが物理的に接触することが回避できるので、かりに膜形成面側ロール８ａの外周面の一部にパーティクルの付着などによる微小な凹凸が形成されていたとしても、その微小な凹凸によって薄膜Ｍに傷が付くことを防ぐことができる。
また、保護部材貼り合わせ部９ａは成膜チャンバ７より下流側にあるため、成膜チャンバ７による薄膜の形成時は基材２には保護部材Ｂが貼り合わせられていないため、保護部材Ｂが成膜チャンバ７による基材２への薄膜形成を邪魔することはない。
図１に戻り、本実施形態の成膜装置１において保護部材貼り合わせ部９ａの近傍には束保持ロール９１が設けられている。束保持ロール９１から巻き出された保護部材Ｂが保護部材貼り合わせ部９ａまで案内され、保護部材貼り合わせ部９ａの外周面の一部を伝い、保護部材貼り合わせ部９ａとメインロール５とで基材２と保護部材Ｂを挟み込む位置まで保護部材Ｂが送られる。
束保持ロール９１は、基材２に貼り合わせるための保護部材Ｂが巻き付けられている円柱状のロール体であり、この束保持ロール９１から保護部材Ｂが巻き出されることによって、保護部材貼り合わせ部９ａに向かって保護部材Ｂが供給される。
なお、束保持ロール９１に巻き付いている保護部材Ｂの先端部は、手動で保護部材貼り合わせ部９ａまで案内され、基材２へ貼り合わせられる。その状態から束保持ロール３、束保持ロール４、およびメインロール５による基材２の搬送が実施されることにより、束保持ロール９１からの保護部材Ｂの巻き出しの推進力は、保護部材Ｂが貼り合わせられた基材２がメインロール５および束保持ロール４によって搬送方向に引っ張られることにより生じる。そのため、束保持ロール９１にはモータなどの駆動源は無くても構わない。
また、本実施形態では、成膜装置１は基材２が束保持ロール４に巻き取られる手前で、保護部材Ｂを基材２から剥離させる保護部材剥離部９ｂも設けられている。この保護部材剥離部９ｂは、束保持ロール４の手前の位置で基材２を挟む一対の円柱状のロール体から構成されるニップロールである。保護部材Ｂは、保護部材剥離部９ｂを形成する一対のロール体うち片方のロール体の外周面を伝い、保護部材Ｂが基材２から離間する。
また、保護部材剥離部９ｂの近傍には束保持ロール９２があり、基材２から剥離した保護部材Ｂは束保持ロール９２へ案内され、巻き取られる。
束保持ロール９２は円柱状のロール体であり、図示しないモータなどの駆動源に取り付けられており、自身の中心軸を回転軸として回転駆動する。保護部材Ｂは最初は保護部材剥離部９ｂの位置において手動で基材２から剥離され、この束保持ロール９２に巻き付けられる。その後、束保持ロール９２が回転駆動することによって、保護部材Ｂは自動で連続して保護部材回収部９ｂの位置で基材２から剥離し、束保持ロール９２に巻き取られる。ここで、束保持ロール９２による保護部材Ｂの回収速度は、束保持ロール４による基材２の回収速度と同等である。
また、基材２全体への薄膜の形成が完了して保護部材Ｂの全体が束保持ロール９２に巻き取られた後、この束保持ロール９２が束保持ロール９１の位置に付け替えられることにより、保護部材Ｂを再利用することが可能である。
ここで、図１において太線で表している部分は保護部材Ｂが搬送されている部分を示している。これは以降の図面でも同様である。図１では、基材２の搬送経路の中で保護部材貼り合わせ部９ａと保護部材剥離部９ｂとの間の部分において保護部材Ｂの搬送経路と基材２の搬送経路とが一致しており、この部分に限り基材２に保護部材Ｂが貼り合わせられていることが分かる。成膜チャンバ７より下流の膜形成面側ロール８ａの全てがこの太線で示された経路上に位置することにより、束保持ロール４に巻き取られるまでの間に基材２上の薄膜が膜形成面側ロール８ａと接触することが完全に回避されるため、膜形成面側ロール８ａの表面によって薄膜が傷つくことを防ぐことが可能である。そのため、本発明の成膜装置１は、薄膜の性能を低減させることなく基材２に薄膜を形成することが可能である。
また、束保持ロール４に基材２が巻き取られる手前で保護部材剥離部９ｂが保護部材Ｂを剥離させることにより、保護部材貼り合わせ部９ａによって基材２に保護部材Ｂが貼り合わせられる前に薄膜上に付着したパーティクルなどが保護部材Ｂの粘着面に転写され、基材２にパーティクルが付着していない状態で束保持ロール４が基材２を巻き取ることができる。
また、束保持ロール４が保護部材Ｂごと基材２を巻き取る場合に発生する可能性がある巻きずれが防がれ、基材２のみが巻き取られる。
なお、本実施形態では、保護部材剥離部９ｂにおいて保護部材Ｂが剥離される際に、保護部材Ｂと一緒に薄膜が剥離することを防ぐために、保護部材Ｂの粘着力は基材２と一緒に搬送されている間にずれが生じない条件内で比較的弱いことが好ましい。
次に、他の実施形態における保護部材Ｂを図３に示す。この実施形態において、保護部材Ｂは基材２と対向する側の面の幅方向両端部に強粘着部Ｂ１を有し、その間に弱粘着部Ｂ２を有している。弱粘着部Ｂ２における粘着力は、強粘着部Ｂ１と比較して弱く、場合によっては粘着力が無くても構わない。
上記の通り、保護部材Ｂの粘着力が強い場合、保護部材Ｂと一緒に薄膜が剥離する可能性がある。ここで、基材２に形成された薄膜は特に幅方向内側の部分に薄膜としての性能を求められることが多いのに対し、幅方向両端部に形成された薄膜は後の工程で切断、廃棄されるなど性能への期待が薄い場合や、そもそも幅方向端部には薄膜は形成されていない場合がある。このような場合、基材２の幅方向両端部に対向する強粘着部Ｂ１において基材２の膜形成面側と強い接着力で貼り合わされ、一方、基材２の両端部の間の部分では基材２と保護部材Ｂとの接着力は弱い状態とすることにより、基材２から保護部材Ｂが剥離する際に薄膜の重要な部分が保護部材Ｂと一緒に剥離してしまうことを防ぐことができる。
次に、さらに他の実施形態における保護部材Ｂを図４に示す。図４（ａ）は保護部材Ｂと基材２の位置関係を表す図であり、図４（ｂ）は保護部材Ｂが貼り合わせられた基材２と膜形成面側ロール８ａとの位置関係を表す図である。この実施形態において、保護部材Ｂは基材２の幅方向において基材２の一部のみと対向し、貼り合わせられる。図４（ａ）の形態では、保護部材Ｂは基材２の幅方向両端部にのみ貼り合わせる。
このように一部にのみ保護部材Ｂが貼り合わせられた基材２が膜形成面側ロール８ａと接触する際、基材２の保護部材Ｂが貼り合わせられていない部分と膜形成面側ロール８ａとの間には、図４（ｂ）に示すように隙間Ｓが形成されるため、基材２に形成されている薄膜Ｍと膜形成面側ロール８ａの外周面とが接触することを防ぐことができる。
この実施形態において保護部材Ｂが貼り合わせられる部分は、基材２の幅方向両端部など、後の工程で切断、廃棄されるため薄膜への性能への期待が薄い部分や、そもそも薄膜が形成されない部分を選択することが好ましく、こうすることにより、基材２から保護部材Ｂが剥離する際に薄膜の重要な部分が保護部材Ｂと一緒に剥離してしまうことを防ぐことができる。基材２の幅方向の寸法が比較的小さく、たわみが生じにくい場合、このような保護部材Ｂを用いることが有用である。
図５は、本発明における他の実施形態における成膜装置１である。
この成膜装置１では、束保持ロール３と束保持ロール４の回転方向が逆転可能であり、これにより、基材２の搬送方向が反転可能となっている。図１では束保持ロール３から基材２が巻き出され、束保持ロール４へ基材２が巻き取られる形態となっていたが、束保持ロール３、束保持ロール４およびメインロールの回転方向が逆転することにより、上記とは逆に束保持ロール４が送り出し側となり束保持ロール３が巻き取り側となる。そして、所定の時間毎に基材２の搬送方向が反転しながら成膜が行われることにより、成膜装置１内で基材２が往復しながら成膜が行われる。
ここで、この実施形態では、基材２の搬送方向が反転した場合でも、成膜チャンバ７の下流側で基材２に保護部材Ｂを貼り合わせることができるように、成膜チャンバ７をはさんで基材２の搬送経路の両側に保護部材貼り合わせ部９ａおよび保護部材剥離部９ｂが設けられている。こうすることにより、成膜装置１内で基材２を反転させて搬送、成膜させる場合であっても基材２に形成された薄膜と膜形成面側ロール８ａとが物理的に接触することが回避できる。
なお、この成膜装置１では、図５に太線で示すように、基材２の搬送方向において成膜チャンバ７の上流側となった保護部材貼り合わせ部９ａおよび保護部材剥離部９ｂを用いて、成膜チャンバ７による成膜直前まで基材２の膜形成面に保護部材Ｂを貼り合わせるようにしても良い。こうすることにより、基材２の膜形成面にパーティクルなどが付着することを防ぐことができる。
図６は、本発明におけるさらに他の実施形態における成膜装置１である。
この成膜装置１では、保護部材剥離部９ｂにおいて基材２から剥離した保護部材Ｂは複数の案内ロールによる案内を経て保護部材貼り合わせ部９ａへ案内され、基材２へ再び貼り合わせられる。すなわち、保護部材Ｂが再利用されるよう保護部材Ｂの循環経路が形成されている。ここで、各案内ロール９５は駆動源と接続されていないフリーロールであっても良く、また、一部の案内ロール９５が駆動源と接続されて保護部材Ｂを循環させる力を補助するようになっていても良い。
図１に示すような実施形態の成膜装置１である場合、基材２と同等の長さの保護部材Ｂを準備しておく必要があるのに対し、この実施形態の成膜装置１では循環経路を形成することが可能な長さの保護部材Ｂが足り、準備すべき保護部材Ｂの長さを比較的短くすることができる。
また、図７のように保護部材Ｂの循環経路が成膜チャンバ７の上流側と下流側の両側に設けられることにより、基材２の搬送方向が反転可能である場合にどちらの搬送方向で基材２が搬送されていても基材２に形成された薄膜を保護部材Ｂが保護し、薄膜が膜形成面側ロール８ａと接触することを防ぐことができる。また、基材２の搬送方向において成膜チャンバ７の上流側となった保護部材貼り合わせ部９ａおよび保護部材剥離部９ｂを用いて、成膜チャンバ７による成膜直前まで基材２の膜形成面に保護部材Ｂを貼り合わせることにより、基材２の膜形成面にパーティクルなどが付着することを防ぐことができる。
図８は、本発明におけるさらに他の実施形態における成膜装置１である。
この成膜装置１では、基材２は、保護部材貼り合わせ部９ａにおいて保護部材Ｂが貼り合わせられたまま、束保持ロール４において巻き取られる。このように基材２が保護部材Ｂと一緒に巻き取られることにより、基材２が巻き取られた状態において薄膜と基材２の背面とが接触することを防ぐことができる。
また、この実施形態の成膜装置１において図８に示すように束保持ロール３から巻き出される基材２にも予め保護部材Ｂが貼り合わせられている場合、成膜チャンバ７より上流側に設けられた保護部材剥離部９ｂによって成膜チャンバ７による成膜前に保護部材Ｂが基材２から剥離されていると良い。
以上の成膜装置により、機能膜の性能を低減させることなく基材に機能膜を形成することが可能である。
ここで、本発明の成膜装置は、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、本説明ではバリア膜が機能膜に相当する実施形態を示したが、これに限らず、透明導電膜、反射防止膜などその他の機能膜の形成をするために本発明の成膜装置が用いられても良い。
また、基材の搬送経路を形成する案内部材は上記の説明における案内ロール８のようなロール体に限らず、たとえばベルトなどの態様であっても構わない。
また、本説明では薄膜の形成にプラズマＣＶＤ法を用いているが、それに限らずたとえば触媒化学気相成長法（Ｃａｔ ＣＶＤ）のようなその他のＣＶＤ法、もしくはスパッタ法、蒸着法といったその他の真空成膜法であっても良い。
また、上記の説明では成膜チャンバは２つであるが、それに限らず、１つであっても３つ以上であっても構わない。
また、上記の説明では基材はＰＥＴフィルムとしているが、これに限らずＰＥＮフィルムなど他の樹脂フィルムであっても良い。また、樹脂フィルムに限らずたとえば金属フィルムなどであっても良い。
また、基材と保護部材の貼り合わせの方式は、上記の説明では粘着力によるものであるが、それに限らず、たとえば静電気によるものであっても構わない。
１ 成膜装置
２ 基材
３ 束保持ロール
４ 束保持ロール
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
８ 案内ロール（案内部材）
８ａ 膜形成面側ロール
８ｂ 背面側ロール
９ａ 保護部材貼り合わせ部
９ｂ 保護部材剥離部
３１ 芯部
４１ 芯部
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
９１ 束保持ロール
９２ 束保持ロール
９５ 案内ロール
１００ 成膜装置
１０１ 基材
１０２ 成膜チャンバ
１０３ メインロール
１０４ 案内ロール
１０４ａ 膜形成面側ロール
１０４ｂ 背面側ロール
Ｂ 保護部材
Ｂ１ 強粘着部
Ｂ２ 弱粘着部
Ｍ 薄膜
Ｓ 隙間
２ 基材
３ 束保持ロール
４ 束保持ロール
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
８ 案内ロール（案内部材）
８ａ 膜形成面側ロール
８ｂ 背面側ロール
９ａ 保護部材貼り合わせ部
９ｂ 保護部材剥離部
３１ 芯部
４１ 芯部
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
９１ 束保持ロール
９２ 束保持ロール
９５ 案内ロール
１００ 成膜装置
１０１ 基材
１０２ 成膜チャンバ
１０３ メインロール
１０４ 案内ロール
１０４ａ 膜形成面側ロール
１０４ｂ 背面側ロール
Ｂ 保護部材
Ｂ１ 強粘着部
Ｂ２ 弱粘着部
Ｍ 薄膜
Ｓ 隙間
Claims (7)
- ロールトゥロールで搬送される基材の膜形成面側に薄膜を形成させる成膜チャンバと、
基材の膜形成面側もしくはその反対側と接触して基材の搬送方向を案内することにより基材の搬送経路を形成する案内部材と、
基材の搬送経路における前記成膜チャンバより下流側に位置して基材の膜形成面側と最初に接触する前記案内部材と前記成膜チャンバとの間に設けられ、可撓性を有する保護部材を基材の膜形成面側に貼り合わせる保護部材貼り合わせ部と、
を備えることを特徴とする、成膜装置。 - 前記保護部材の基材と対向する側の面は、基材の幅方向において基材の両端部に対向する部分の粘着力がこれらの間の部分の粘着力より高いことを特徴とする、請求項１に記載の成膜装置。
- 前記保護部材は、基材の幅方向において基材の一部のみと対向することを特徴とする、請求項１に記載の成膜装置。
- 基材の搬送方向は反転可能であり、前記保護部材貼り合わせ部は前記成膜チャンバをはさんで基材の搬送経路の両側に設けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記保護部材が基材に貼り合わせられたまま、基材が巻き取られることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の成膜装置。
- 基材が巻き取られる前に前記保護部材を基材から剥離させる保護部材剥離部をさらに有することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の成膜装置。
- 前記保護部材剥離部にて剥離した前記保護部材は前記保護部材貼り合わせ部へ送られ、保護部材の循環経路が形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の成膜装置。
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