JP2021075768A - 蒸着装置および蒸着基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸着効率を低下させずに、蒸発源からの輻射熱による基板への影響を低減する。【解決手段】真空蒸着装置（１００）は、帯状の基板（Ｆ）を巻き出して搬送する搬送機構（２）と、基板（Ｆ）の蒸着面（Ｆａ）に蒸着材料（Ｍ）を放出する蒸発源（３）と、基板（Ｆ）を挟んで蒸発源（３）と対向する冷却板（４１）とを備え、冷却板（４１）は、基板（Ｆ）の搬送停止中に裏面（Ｆｂ）に接触する。【選択図】図１

Description

本発明は、基板に蒸着材料を蒸着する蒸着装置および蒸着基板の製造方法に関する。

従来、基板（フィルム）に蒸着材料を蒸着する蒸着装置として、ＲＴＲ（Role to Role）方式の蒸着装置が知られている。ＲＴＲ方式とは、ロール状に巻いた帯状の基板を巻き出して搬送しつつ蒸着材料を蒸着し、蒸着後の基板を再びロール状に巻き取る蒸着方式である。この種の蒸着装置として、例えば特許文献１には、キャンロールを用いず、複数の搬送ロールによって基板を搬送しつつ搬送ロール間に架け渡された基板に対して蒸発源から蒸着材料を放出する蒸着装置が開示されている。特許文献１の蒸着装置は、基板の搬送停止中に基板と蒸発源との空間を仕切るシャッタ機構を備え、蒸発源からの輻射熱による基板の温度上昇を抑えている。

特開２０１２−６２５４２号公報

しかしながら、上述した従来技術では、基板と蒸発源との間にシャッタ機構を設けるスペースを確保する必要性がある。そのため、蒸発源を基板に近づけることが困難となり、蒸着材料の付着効率（蒸着効率）が低下するという課題がある。

本発明の一態様は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、蒸着効率の低下を伴わずに、蒸発源からの輻射熱による基板への影響を低減することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る蒸着装置は、ロール状に巻かれた帯状の基板を巻き出して搬送する搬送機構と、搬送される前記基板の一方の面に蒸着材料を放出する蒸発源と、前記一方の面とは反対側の前記基板の他方の面側に、前記基板を挟んで前記蒸発源と対向して配置され、前記基板の搬送中に前記他方の面から離間し、前記基板の搬送停止中に前記他方の面に接触する基板冷却部材と、を備える。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る蒸着基板の製造方法は、ロール状に巻かれた帯状の基板を巻き出して搬送する搬送工程と、搬送される基板の一方の面に蒸発源から蒸着材料を放出する放出工程と、前記一方の面とは反対側の前記基板の他方の面側に、前記基板を挟んで前記蒸発源と対向して配置された基板冷却部材を、前記搬送工程停止中に前記他方の面に接触させる冷却工程と、を含む。

本発明の一態様によれば、蒸着効率の低下を伴わずに、蒸発源からの輻射熱による基板への影響を低減することができる。

本発明の実施形態に係る真空蒸着装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示される冷却板が非接触位置にある状態を示す模式図である。 図１に示される冷却板が接触位置にある状態を示す模式図である。 上記冷却板の変形例を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図４を参照して以下に説明する。本実施形態では、ＲＴＲ（Role to Role）方式の真空蒸着装置に本発明を適用した一例について説明する。

（真空蒸着装置の概要）
図１は、本実施形態に係る真空蒸着装置（蒸着装置）１００の概略構成を示す模式図である。真空蒸着装置１００は、ロール状の基板（フィルム）Ｆを巻き出して搬送しつつ蒸着材料Ｍを蒸着し、蒸着後（成膜後）の基板（蒸着基板）Ｆを再びロール状に巻き取るＲＴＲ方式を採用する。この真空蒸着装置１００は、基板Ｆの搬送停止中、蒸発源３に近接する基板Ｆに冷却板（基板冷却部材）４１を接触させることにより、蒸発源３からの輻射熱による基板Ｆの温度上昇を抑え、基板Ｆの熱負け（溶融）または破断等の可能性を低減するものである。

（蒸着装置の構成）
図１に示すように、真空蒸着装置１００は、真空槽１と、搬送機構２と、蒸発源３と、基板冷却機構４と、制御部５と備える。真空蒸着装置１００は上記以外にも、真空蒸着を実行するための排気系統（図示しない）等の部材を備える。

真空槽１は、基板Ｆへ蒸着材料Ｍの蒸着を行うための真空空間を内部に有する。真空槽１には、排気ポート１１が設けられる。この排気ポート１１に排気系統が接続され、真空槽１の内部が真空に保たれる。なお、真空槽１の内部は、基板Ｆを巻き出す巻出室、基板Ｆへ蒸着材料Ｍの蒸着を行う蒸着室、および基板Ｆを巻き取る巻取室等に、各室が閉切り機能（ゲートバルブ）を有するように区画されていてもよい。

基板Ｆは、長尺の帯状フィルムであり、少なくともロール状に巻き取ることが可能となる程度の柔軟性（可撓性）を有する。この基板Ｆとしては、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチックフィルムが挙げられる。また、上記以外にも、プラスチックフィルムとして、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、各種の液晶ポリマー等が挙げられる。ただし、基板Ｆはプラスチックフィルムに限定されず、他の素材のフィルムであってもよい。基板Ｆの長手方向の長さは、数メートルであってもよく、長ければ数キロメートルであってもよい。また、本実施形態に係る基板Ｆは、蒸着材料Ｍの蒸着を行う時点において他の膜が形成されていてもよい。

基板Ｆに蒸着される蒸着材料Ｍは、基板Ｆに形成する膜の種類によって適宜選択される。例えば、基板Ｆに防汚膜を形成する場合、蒸着材料Ｍはフッ素樹脂を含んでいてもよい。また、蒸着材料Ｍは、有機物、例えば、有機ＥＬ材料（Ａｌｑ３、α―ＮＰＤ、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）、色素材料としてのＣｏｕｍａｒｉｎ、Ｎｉｌｅ Ｒｅｄ等）であってもよい。さらに、基板Ｆに保護膜を成膜する場合、蒸着材料Ｍはセルロース等であってもよい。
なお、蒸着材料Ｍは、溶媒に溶けている材料であってもよく、粉末材料であってもよい。また、蒸着材料Ｍには、膜を形成するための成分以外の、例えば溶媒等の成分が含まれていてもよい。

搬送機構２は、基板Ｆを搬送方向Ｄ１へ搬送する。搬送機構２は、複数のロール（ローラ）から構成される。搬送機構２は、ロール状に巻かれた帯状の基板Ｆを巻き出し、基板Ｆの長手方向に張力を印加して基板Ｆを搬送する。また、搬送機構２は、蒸発源３によって蒸着材料Ｍが蒸着された基板Ｆをロール状に巻き取る。

この搬送機構２は、巻出ロール２１、搬送ロール（ガイドロール）２２〜２７、および巻取ロール２８を含む。巻出ロール２１には、蒸着処理前の基板Ｆが巻かれている。巻出ロール２１から巻き出された基板Ｆは、蒸着処理が施された後、巻取ロール２８によって巻き取られる。巻出ロール２１と巻取ロール２８との間には、搬送ロール２２〜２７が搬送経路に沿って配置される。

蒸発源３は、基板Ｆの一方の面である蒸着面（成膜面）Ｆａに対して蒸着材料Ｍを放出する。本実施形態では、蒸発源３として、面蒸発源を転用したバルブ付きリニア蒸発源（リニアソース）を採用している。蒸発源３は、バルブ制御によりバルブ（図示しない）の開度を変更することにより、ノズル３１から放出される蒸着材料Ｍの放出量を調整する。蒸発源３は、蒸着面Ｆａへ向けて蒸着材料Ｍを放出する複数のノズル３１を備える。ノズル３１は、基板Ｆの幅方向（短手方向）にわたって配置される。ノズル３１の放出口は基板Ｆに向けて開口している。蒸着材料Ｍは、ノズル３１から放出され、基板Ｆの蒸着面Ｆａに蒸着することで膜を形成する。
なお、蒸発源３は、バルブ付きリニア蒸発源に限定されず、各種のものを採用することができる。例えば、蒸発源３は、抵抗加熱蒸発源を基板Ｆの幅方向へ複数並べた構成であってもよい。また、蒸発源３は、蒸着材料Ｍのワイヤ供給機構を備えるＥＢ（電子ビーム）蒸発源を基板Ｆの幅方向へ複数並べた構成であってもよい。

基板冷却機構４は、基板Ｆの搬送停止中に基板Ｆを冷却する。基板冷却機構４は、冷却板４１と、ロッド４２と、駆動部４３とを含む。

冷却板４１は、基板Ｆの蒸着面Ｆａとは反対側の裏面（他方の面）Ｆｂ側に、基板Ｆを挟んで蒸発源３のノズル３１と対向するように配置される。冷却板４１は、基板Ｆの幅方向（短手方向）にわたって配置される。冷却板４１は、基板Ｆの裏面Ｆｂと対向する接触面４１ａを有する。冷却板４１は、接触面４１ａを基板Ｆに接触させることよって基板Ｆを冷却する。そのため、冷却板４１は、例えば金属等の熱伝導性の高い素材で構成される。

冷却板４１は、ロッド４２を介して駆動部４３に接続される。駆動部４３は、基板Ｆの裏面Ｆｂに対して略垂直な方向である進退方向Ｄ２に沿って冷却板４１を移動させる。この駆動部４３を制御することによって、基板Ｆの裏面Ｆｂから離間した位置（非接触位置）と、基板Ｆの裏面Ｆｂに接触する位置（接触位置）との間を、冷却板４１が移動（変位）可能になっている。駆動部４３は、真空槽１の外部（大気中）に配置された昇降駆動機構（いわゆるモータ）等で構成される。真空槽１の壁部（上壁部）にＯリングまたはベローズ等を設けた真空シールを介してロッド４２が該壁部に貫設されることにより、真空槽１の真空度を維持しつつ冷却板４１を移動（昇降）させることができる。
なお、本実施形態では、基板冷却部材として板状の冷却板４１を採用しているが、基板冷却部材の形状は限定されない。例えば、基板冷却部材は、基板Ｆの幅方向に対して略平行に配置された棒状部材であってもよい。この場合、棒状部材の側面の一部を基板Ｆの裏面Ｆｂに接触させることよって基板Ｆを冷却する。棒状部材の断面形状は、円形、楕円形、多角形、またはその他の形状であってもよい。

図２は、冷却板４１が非接触位置Ｐ１にある状態を示す模式図である。また、図３は、冷却板４１が接触位置Ｐ２にある状態を示す模式図である。図２に示すように、搬送機構２による基板Ｆの搬送が行われている場合、冷却板４１は基板Ｆの裏面Ｆｂから離間した非接触位置Ｐ１に配置される。一方、図３に示すように、搬送機構２による基板Ｆの搬送が停止している場合、冷却板４１は基板Ｆの裏面Ｆｂに接触する接触位置Ｐ２に配置される。これにより、基板Ｆの搬送停止中に、蒸発源３からの輻射熱による基板Ｆの温度上昇を抑えることができる。

なお、基板冷却機構４は、冷却板４１の接触面４１ａを冷却するための機構を備えていてもよい。冷却板４１を冷却するための機構としては、例えば冷却板４１の内部に冷却水を流通させる水冷機構等が挙げられる。ただし、冷却板４１の接触面４１ａを冷却可能であれば、水冷機構に限定されない。

制御部５は、真空蒸着装置１００の各部の動作を制御する。制御部５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって構成される。または、制御部５は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路によって構成されてもよい。

具体的には、制御部５は、搬送機構２を制御し、基板Ｆの搬送開始および搬送停止を切り換える。または、制御部５は、搬送機構２を制御し、基板Ｆの搬送速度を調整する。また、制御部５は、蒸発源３のバルブを制御し、蒸着材料Ｍの放出開始および放出停止を切り換える。または、制御部５は、蒸発源３のバルブを制御し、基板Ｆの蒸着面Ｆａに形成される膜の膜厚が一定になるように蒸着材料Ｍの放出量を調整する。さらに、制御部５は、基板冷却機構４の駆動部４３を制御し、冷却板４１の位置を、非接触位置Ｐ１と接触位置Ｐ２とに切り替える。

（真空蒸着装置の動作）
次に、真空蒸着装置１００における蒸着処理の動作（蒸着基板の製造方法）の一例について説明する。蒸着処理の開始時点において、冷却板４１は基板Ｆの裏面Ｆｂに接触する接触位置Ｐ２に配置されている場合がある。この場合、制御部５は基板冷却機構４の駆動部４３を制御して、駆動部４３が接触位置Ｐ２から非接触位置Ｐ１に冷却板４１を移動させる。

次に、制御部５は搬送機構２を制御して、搬送機構２がロール状の基板Ｆを巻出ロール２１から巻き出し、搬送方向Ｄ１へ搬送する（搬送工程）。また、制御部５は蒸発源３を制御して、蒸発源３がノズル３１から蒸着材料Ｍを基板Ｆの蒸着面Ｆａに向かって放出する（放出工程）。

真空蒸着装置１００では、巻出ロール２１から巻き出された基板Ｆを搬送ロール２２〜２４によって搬送方向Ｄ１へ搬送し、搬送ロール２４と搬送ロール２５との間に架け渡された基板Ｆに対して蒸発源３から蒸着材料Ｍを放出する。これにより、基板Ｆの蒸着面Ｆａに膜が連続して形成される。この際、制御部５は蒸発源３を制御し、膜厚が一定になるようにノズル３１からの蒸着材料Ｍの放出量を調整する。蒸着後の基板Ｆは、搬送ロール２５〜２７によって搬送方向Ｄ１へ搬送され、巻取ロール２８によってロール状に巻き取られる。

ここで、上述した蒸着処理では、基板Ｆの交換時等において搬送機構２による基板Ｆの搬送が一時的に停止される場合がある。真空蒸着装置１００では、蒸着材料Ｍの付着効率（蒸着効率）を上げるため、基板Ｆと蒸発源３のノズル３１との間の距離（ＴＳ）が５０ｍｍ程度と小さく設定されている。蒸着処理において蒸発源３の温度が３５０℃程度まで上昇するため、基板Ｆの搬送停止中に蒸発源３からの輻射熱によって基板Ｆの温度が上昇し、基板Ｆの熱負け（溶融）または破断等の可能性がある。なお、蒸着処理における蒸発源３の設定温度は、蒸着材料Ｍの種類に応じて適宜変更される。例えば、蒸着材料Ｍが有機材料の場合、有機材料の種類に応じて蒸発源３の温度を４５０℃程度まで設定してもよく、また、蒸着材料Ｍが無機材料の場合、蒸発源３の温度をさらに高く設定してもよい。

そこで、真空蒸着装置１００では、基板Ｆの搬送停止中、基板Ｆに冷却板４１を接触させることにより、蒸発源３からの輻射熱による基板Ｆの温度上昇を抑えている。具体的には、基板Ｆの搬送が停止した際（即ち、搬送工程停止中）、制御部５は基板冷却機構４の駆動部４３を制御して、非接触位置Ｐ１から接触位置Ｐ２へ冷却板４１を移動させる（冷却工程）。これにより、基板Ｆの熱が冷却板４１に伝導して基板Ｆが冷却されるため、蒸発源３からの輻射熱による基板Ｆの温度上昇が抑えられる。したがって、蒸発源３からの輻射熱による基板Ｆの熱負け（溶融）または破断等の可能性を低減することができる。
なお、基板Ｆの搬送が停止した際、基板Ｆを冷却板４１側へ移動させる構成であってもよい。すなわち、冷却板４１を真空槽１の内部に固定し、例えば搬送ロール２４および搬送ロール２５を冷却板４１側へ移動させることによって、搬送ロール２４と搬送ロール２５との間に架け渡された基板Ｆの裏面Ｆｂを冷却板４１に接触させる構成であってもよい。

（真空蒸着装置の効果）
上述した通り、本実施形態に係る真空蒸着装置１００は、ロール状に巻かれた帯状の基板Ｆを巻き出して搬送する搬送機構２と、搬送される基板Ｆの蒸着面Ｆａに蒸着材料Ｍを放出する蒸発源３と、蒸着面Ｆａとは反対側の基板Ｆの裏面Ｆｂ側に、基板Ｆを挟んで蒸発源３と対向して配置される冷却板４１とを備える。冷却板４１は、基板Ｆの搬送中に基板Ｆの裏面Ｆｂから離間し、基板Ｆの搬送停止中に基板Ｆの裏面Ｆｂに接触する。

真空蒸着装置１００では、基板Ｆの搬送停止中に基板Ｆの裏面Ｆｂに冷却板４１を接触させるため、蒸発源３からの輻射熱による基板Ｆの温度上昇が抑えられる。したがって、従来のように基板Ｆと蒸発源３との間にシャッタ板（機構）を設けるスペースを確保する必要性がない。そのため、真空蒸着装置１００では、基板Ｆと蒸発源３のノズル３１との間の距離（ＴＳ）を従来よりも小さくすることが可能となる。
また、従来のように基板Ｆと蒸発源３との間にシャッタ板を設ける構成では、シャッタ板の蒸発源３側に蒸着材料Ｍが付着し、シャッタ板の開閉動作により蒸着材料Ｍが脱落して、蒸発源３へ落下する場合がある。この場合、蒸発源３へ落下した蒸発源３が再蒸発し、その結果、基板Ｆの蒸着品質の劣化が生じる。これに対して、真空蒸着装置１００では、シャッタ板を備えないため、上述した基板Ｆの蒸着品質の劣化を回避することができる。

したがって、真空蒸着装置１００によれば、蒸着効率の低下を伴わずに、蒸発源３からの輻射熱による基板Ｆへの影響を低減すること可能となる。また、真空蒸着装置１００によれば、シャッタ板に付着した蒸着材料Ｍの再蒸発に起因する基板Ｆの蒸着品質の劣化を回避することが可能となる。

（変形例）
図４の４００１〜４００３は、冷却板４１の構成例を示す模式図である。冷却板４１の接触面４１ａは、基板Ｆの裏面Ｆｂに接触可能であればよく、その形状は特に限定されない。例えば、図４の４００１に示すように、接触面４１ａは、平担な面（平面）で構成されていてもよい。この場合、接触面４１ａは、基板Ｆの裏面Ｆｂと略平行な面であることが好ましい。

また、図４の４００２および４００３に示すように、接触面４１ａは、曲面を含む構成であってもよい。この場合、接触面４１ａは、その一部に曲面を含んでいてもよい。例えば図４の４００２に示すように、搬送方向Ｄ１の上流側および下流側に位置する接触面４１ａの両端部が、基板Ｆから離間する方向に湾曲した形状であってもよい。或いは、冷却板４１の接触面４１ａ全体が曲面で構成されていてもよい。例えば図４の４００３に示すように、接触面４１ａ全体が上記両端部に近づくにつれて基板Ｆから離間する方向に湾曲した形状であってもよい。接触面４１ａが曲面を含むことにより、冷却板４１と基板Ｆの密着性が増大する。したがって、冷却板４１による基板Ｆの冷却効率を向上させることができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 真空槽
２ 搬送機構
３ 蒸発源
４ 基板冷却機構
４１ 冷却板（基板冷却部材）
１００ 真空蒸着装置（蒸着装置）
Ｆ 基板
Ｆａ 蒸着面（一方の面）
Ｆｂ 裏面（他方の面）
Ｐ１ 非接触位置
Ｐ２ 接触位置

Claims (5)

1. ロール状に巻かれた帯状の基板を巻き出して搬送する搬送機構と、
   搬送される前記基板の一方の面に蒸着材料を放出する蒸発源と、
   前記一方の面とは反対側の前記基板の他方の面側に、前記基板を挟んで前記蒸発源と対向して配置され、前記基板の搬送中に前記他方の面から離間し、前記基板の搬送停止中に前記他方の面に接触する基板冷却部材と、
   を備える蒸着装置。
2. 前記基板冷却部材は、前記他方の面から離間した非接触位置と、前記他方の面に接触する接触位置と間を移動可能に設けられる請求項１に記載の蒸着装置。
3. 前記基板冷却部材は、前記他方の面に接触する接触面を有する冷却板である請求項１または２に記載の蒸着装置。
4. 前記接触面は、曲面を含む請求項３に記載の蒸着装置。
5. ロール状に巻かれた帯状の基板を巻き出して搬送する搬送工程と、
   搬送される基板の一方の面に蒸発源から蒸着材料を放出する放出工程と、
   前記一方の面とは反対側の前記基板の他方の面側に、前記基板を挟んで前記蒸発源と対向して配置された基板冷却部材を、前記搬送工程停止中に前記他方の面に接触させる冷却工程と、
   を含む蒸着基板の製造方法。

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