JP4369532B2 - 薄膜形成方法および成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜形成方法および成膜装置に関する。

昨今、デバイスの高性能化、小型化に薄膜技術が幅広く展開されている。デバイスの薄膜化は、ユーザーに直接的なメリットをもたらすだけでなく、地球資源の保護、消費電力の低減といった環境側面からも重要な役割を果たしている。

一般に、真空成膜においては、成膜源と基板とを対向させるとともに、基板の表面の成膜領域をマスクで規定する。成膜源から飛来した粒子のうち、基板に対して特定の角度範囲で入射するものだけを基板上に堆積させることもある。

薄膜の生産性を高めるには、長時間成膜技術が必須である。長時間成膜の実現には、成膜源の長時間安定化技術や基板搬送技術だけでなく、基板周辺の堆積物対策も重要な鍵を握っている。

長時間成膜においては、成膜時間の経過とともにマスクへの材料の堆積が進み、成膜領域（広さや形）が変化したり、堆積物が基板や成膜源に落下したりする可能性が高まる。成膜領域が変化すると設計通りの薄膜を製造できない。堆積物が成膜源に落下すると、成膜源の急激な温度変動により材料の蒸発速度が低下したり、スプラッシュの発生により薄膜に異常な突起が形成されたりする。

こうした問題を受けて、従来、基板と成膜源との間にマスクとは別に防着板を配置している。防着板には、真空槽の清掃作業を効率化する役割、基板上に堆積物が落下するのを防止する役割、材料利用効率を高める役割等が要求される。

例えば、特開平５−２２２５２０号公報には、巻き取り式の防着板を真空槽の内壁に沿って走行させることにより、真空槽の内壁に材料が堆積するのを防止する技術が開示されている。

特開平６−２２８７５１号公報には、蒸発源から基板に向かう蒸気流の一部を遮るマスクと、マスクに材料が堆積するのを防止する巻き取り式の防着板とを設けることにより、防着板に堆積した材料が基板上に落下するのを防止する技術が開示されている。

特開昭６２−２１８５５７号公報には、防着板の表面にアルミナやシリカの被膜を設けることにより、防着板に堆積した材料が防着板から剥がれるのを防止する技術が開示されている。

特開昭５８−６４３８２号公報には、チェーン駆動式の防着板に堆積した材料を回収、再溶解および蒸発させることにより、材料利用効率を高める技術が開示されている。

特開平１０−２８７９６７号公報には、防着板や防着テープを蒸着材料と同一の材料で形成し、防着板や防着テープに堆積した材料をこれらの防着板および防着テープと共に回収し、蒸着材料として再利用することにより、材料利用効率を高める技術が開示されている。

特開平５−２２２５２０号公報 特開平６−２２８７５１号公報 特開昭６２−２１８５５７号公報 特開昭５８−６４３８２号公報 特開平１０−２８７９６７号公報

上記文献に記載されているように、防着テープ等の巻き取り式の防着板を使用すると、防着板上で堆積物が厚く成長するのを防止できる。しかし、上記文献に記載された技術を使用したとしても、マスクに材料が堆積するのを完全に防止できるとは限らない。特に、マスクのエッジ部への材料の堆積を防ぐのが難しい。マスクのエッジ部に材料が多量に堆積すると、成膜領域や材料粒子の入射角範囲が変化し、設計通りの薄膜を製造できない。本発明の目的は、長時間成膜を安定かつ正確に行うのに有用な技術を提供することにある。

すなわち、本発明は、
真空中で成膜源から飛来した粒子を基板上に堆積させることによって薄膜を形成する方法であって、
前記成膜源と前記基板との間に走行経路の往路と復路とが設定された可動式の無終端帯によって前記基板の表面の成膜領域が規定されるように前記成膜源と前記基板との間に前記無終端帯を配置した状態で、前記基板上に前記粒子を堆積させる、薄膜形成方法を提供する。

他の側面において、本発明は、
真空槽と、
前記真空槽内に配置された成膜源と、
前記成膜源に面する所定の成膜位置に基板を供給する基板搬送ユニットと、
前記成膜位置と前記成膜源との間に走行経路の往路と復路とが形成されるように前記成膜位置に近接して配置されるとともに前記基板の表面の成膜領域を規定する無終端帯と、前記成膜領域を規定している部分が一の部分から他の部分へと移るように前記無終端帯を走行させる駆動部とを有する可動式遮蔽機構と、
を備えた、成膜装置を提供する。

上記本発明の方法および装置によると、可動式の無終端帯が成膜領域を規定するマスクとしての役割を担っている。無終端帯を走行させることにより、無終端帯の特定の部分に材料が集中的に堆積するのを防止できる。したがって、長時間成膜において、成膜領域や材料粒子の入射角範囲を一定に保つことができ、ひいては設計通りの薄膜を安定して製造できる。また、無終端帯を使用することで、装置コストを低廉にできる。さらに、成膜位置と成膜源との間に無終端帯の走行経路の往路と復路とが形成されていると、基板が無終端帯によって二重に覆われる。この場合、基板から遠い側の走行経路を占有している部分で基板に近い側の走行経路を占有している部分を輻射熱や材料粒子から保護できる（無終端帯の自己保護効果）。したがって、基板に近い側の走行経路を占有している部分で成膜領域を長時間にわたって正確に規定できる。

本発明の実施形態にかかる成膜装置を示す概略断面図 基板、無終端帯および固定遮蔽板の相互の位置関係を示す下面図 全てのマスクを無終端帯で形成した変形例を示す下面図 図１に示す成膜装置に設けられた遮蔽ユニットを示すIII-III線に沿った概略断面図 図１に示す成膜装置の部分斜視図 離型剤の塗布装置を有する遮蔽ユニットを示す概略断面図 無終端帯上の堆積物を除去するクリーナの変形例を示す概略断面図 無終端帯上の堆積物を除去するクリーナの他の変形例を示す概略断面図 成膜装置の変形例を示す概略断面図

以下、添付の図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１に示すように、本実施形態の成膜装置１００は、真空槽２２、基板搬送ユニット４０、遮蔽ユニット４２および成膜源２７を備えている。基板搬送ユニット４０、遮蔽ユニット４２および成膜源２７は真空槽２２内に配置されている。真空槽２２には真空ポンプ３４が接続されている。真空槽２２の側壁には、電子銃３２および原料ガス導入管３０が設けられている。

遮蔽ユニット４２は、基板２１の表面の成膜領域を規定するように、成膜源２７と基板搬送ユニット４０との間に設けられている。遮蔽ユニット４２は、固定遮蔽板３５および可動式遮蔽機構３６によって構成されている。

固定遮蔽板３５は、真空槽２２に取り付けられている。固定遮蔽板３５は、図１の紙面と垂直な方向にも設けられている。成膜時において、成膜源２７、固定遮蔽板３５および基板搬送ユニット４０の相対的な位置関係は不変である。固定遮蔽板３５によって、真空槽２２の内部が、基板搬送ユニット４０が配置された側と、成膜源２７が配置された側とに区切られている。ただし、固定遮蔽板３５は開口部３５ｐを有しており、開口部３５ｐを通じて、成膜源２７からの材料粒子が基板２１に向かって進める。

可動式遮蔽機構３６は、基板２１を覆う可動式の無終端帯１１を有する。本実施形態では、基板２１の搬送方向における上流側と下流側とのそれぞれに無終端帯１１が配置されている。無終端帯１１は、固定遮蔽板３５の開口部３５ｐに面する位置に配置されている。詳細には、無終端帯１１の厚さ方向に関して、無終端帯１１の一部が開口部３５ｐに面し、残部が固定遮蔽板３５と重なっている。また、無終端帯１１は固定遮蔽板３５よりも基板２１の近くに位置している。

成膜源２７から鉛直上方を見た図、つまり、図２Ａの下面図に示すように、方形状の成膜領域ＤＡが、無終端帯１１のサイドエッジ１１ｅと、固定遮蔽板３５の開口部３５ｐとによって規定されている。成膜領域ＤＡの向かい合う一辺が無終端帯１１のサイドエッジ１１ｅにて規定され、他の向かい合う一辺が固定遮蔽板３５の開口部３５ｐにて規定されている。このように、無終端帯１１および固定遮蔽板３５の両者がマスクとしての役割を果たしている。固定遮蔽板３５の開口部３５ｐに面し、かつ無終端帯１１に遮蔽されていない領域が、基板２１の表面の成膜領域ＤＡである。言い換えると、成膜領域ＤＡは、成膜源２７からの材料粒子が到達できる基板２１上の領域を意味する。

図１に示すように、基板搬送ユニット４０は、成膜源２７に面する所定の成膜位置４６に基板２１を供給する機能と、成膜後の基板２１をその成膜位置４６から退避させる機能とを有する。成膜位置４６は、基板２１の搬送経路上の位置である。この成膜位置４６を基板２１が通過する際に、成膜源２７から飛来した材料２７ｂが基板２１上に堆積し、それにより基板２１上に薄膜が形成される。

具体的に、基板搬送ユニット４０は、繰り出しローラ２３（第１ローラ）、ガイドローラ２４、キャン２８および巻き取りローラ２６（第２ローラ）によって構成されている。繰り出しローラ２３には成膜前の基板２１が準備される。ガイドローラ２４は、基板２１の搬送方向における上流側と下流側とのそれぞれに配置されている。上流側のガイドローラ２４は、繰り出しローラ２３から繰り出された基板２１をキャン２８に誘導する。キャン２８は、基板２１を支持しながら成膜位置４６に誘導するとともに、成膜後の基板２１を下流側のガイドローラ２４に誘導する。キャン２８には成膜後の基板２１を冷却する機能もある。下流側のガイドローラ２４は、成膜後の基板２１を巻き取りローラ２６に誘導する。巻き取りローラ２６は、モータ（図示せず）によって駆動され、薄膜が形成された基板２１を巻き取って保存する。

成膜時には、繰り出しローラ２３から基板２１を繰り出す操作と、成膜後の基板２１を巻き取りローラ２６に巻き取る操作とが同期して行われる。すなわち、成膜装置１００は、繰り出しローラ２３から巻き取りローラ２６へと搬送中の基板２１上に薄膜を形成する、いわゆる巻き取り式の成膜装置である。巻き取り式の成膜装置によると、長時間成膜によって高い生産性が望める反面、基板以外の部分への堆積物対策がより重要である。したがって、巻き取り式の成膜装置に本発明を適用すると、より高い効果が期待できる。ただし、本発明の適用対象は巻き取り式の成膜装置に限定されず、例えば、基板を１枚ずつ成膜位置に供給するロードロック式の成膜装置にも本発明を適用できる。

本実施形態において、基板２１は、可撓性を有する長尺基板である。基板２１の材料は特に限定されず、高分子フィルムや金属箔を使用できる。高分子フィルムの例は、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリアミドフィルムおよびポリイミドフィルムである。金属箔の例は、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、チタニウム箔およびステンレス箔である。高分子フィルムと金属箔との複合材料も基板２１に使用できる。

基板２１の寸法も製造するべき薄膜の種類や生産数量に応じて決まるので、特に限定されない。基板２１の幅は例えば５０〜１０００ｍｍであり、基板２１の厚さは例えば３〜１５０μｍである。

成膜時において、基板２１は一定の速度で搬送される。搬送速度は製造するべき薄膜の種類や成膜条件によって異なるが、例えば０．１〜５００ｍ／分である。搬送中の基板２１には基板２１の材料、基板２１の寸法および成膜条件等に応じて適切な大きさの張力が付与される。なお、静止状態の基板２１に薄膜を形成するために、基板２１を間欠的に搬送してもよい。

成膜源２７は、電子銃３２からの電子ビーム３３で坩堝２７ａ内の材料２７ｂを加熱する蒸発源である。つまり、成膜装置１００は真空蒸着装置である。蒸発した材料２７ｂが鉛直上方に向かって進むように、真空槽２２の下部に成膜源２７が配置されている。電子ビームに代えて、抵抗加熱や誘導加熱等の他の加熱方法を採用してもよい。

坩堝２７ａの開口部の形状は、例えば円形、小判形、矩形およびドーナツ形である。連続式の真空蒸着においては、成膜幅よりも幅広の矩形の開口部を有する坩堝２７ａを用いることが幅方向の膜厚均一性に有効である。坩堝２７ａの材料として、金属、酸化物および耐火物等を使用できる。金属の例は、銅、モリブデン、タンタルおよびタングステンまたはこれらを含む合金である。酸化物の例は、アルミナ、マグネシアおよびカルシアである。耐火物の例は、窒化硼素および炭素である。坩堝２７ａは水冷されていてもよい。

原料ガス導入管３０は、真空槽２２の外部から内部へと延びている。原料ガス導入管３０の一端は、成膜源２７と基板２１との間の空間に向けられている。原料ガス導入管３０の他端は、真空槽２２の外部に配置された原料ガス供給源（例えばガスボンベやガス発生装置）に接続される。原料ガス導入管３０を通じて真空槽２２の内部に酸素ガスや窒素ガスを供給すれば、坩堝２７ａ内の材料２７ｂの酸化物、窒化物または酸窒化物を主成分とする薄膜を形成できる。

成膜時において、真空槽２２の内部は真空ポンプ３４によって薄膜の形成に適した圧力（例えば１．０×１０^-2〜１．０×１０^-4Ｐａ）に保たれる。真空ポンプ３４として、ロータリポンプ、油拡散ポンプ、クライオポンプおよびターボ分子ポンプ等の各種真空ポンプを使用できる。

なお、成膜源２７として、イオンプレーティング源、スパッタ源、ＣＶＤ源、プラズマ源等の他の成膜源を使用してもよいし、複数種類の成膜源の組み合わせを使用してもよい。

次に、遮蔽ユニット４２について詳しく説明する。

図３Ａは、成膜装置１００に設けられた遮蔽ユニット４２を示すIII-III線に沿った概略断面図である。図３Ａの紙面に垂直な方向がキャン２８の回転方向である。図３Ｂは、成膜装置１００の要部を示す部分斜視図である。なお、理解を容易にするために、図３Ｂには固定遮蔽板３５を示していない。遮蔽ユニット４２の可動式遮蔽機構３６は、基板２１の表面の成膜領域ＤＡ（図２Ａ参照）を規定する無終端帯１１と、無終端帯１１を走行させる駆動部１７とを有する。

無終端帯１１は、成膜位置４６と成膜源２７との間において成膜位置４６に近接して配置されている。駆動部１７は、成膜領域ＤＡを規定している部分（基板２１を覆っている部分）が一の部分から他の部分へと移るように無終端帯１１を走行させる。無終端帯１１を走行させて成膜領域ＤＡを規定している部分を一の部分から他の部分へと移すことにより、マスクとしての無終端帯１１の特定の部分に材料２７ｂが集中して堆積するのを防止できる。つまり、成膜領域ＤＡ（広さや形）が変化するのを防止できる。また、無終端帯１１を走行させることによって、無終端帯１１が熱で変形するのを防止できる。その結果、無終端帯１１の変形に起因して成膜領域ＤＡが変化するのを防止できる。真空槽２２をパージせずに無終端帯１１を走行させることが可能なので、高い生産性を維持できる。

駆動部１７は、無終端帯１１が掛けられた複数のローラ１２〜１４を有する。ローラ１２〜１４は、基板２１を覆う位置から離れた位置に配置されており、基板２１を横切る方向（長尺基板２１の幅方向）の一方側と他方側とにおいて無終端帯１１の走行方向を反転させている。無終端帯１１は、ローラ１２〜１４によって内周側または外周側から支持されるとともに、ローラ１２〜１４に沿って走行する。本実施形態において、ローラ１２〜１４は、駆動ローラ１２、搬送ローラ１３およびテンションローラ１４によって構成されている。

駆動ローラ１２は、無終端帯１１に駆動力を与えるローラである。無終端帯１１の内側面に接するように駆動ローラ１２を配置すると、無終端帯１１上の堆積物の影響を受けにくいので、無終端帯１１の安定走行に有効である。駆動ローラ１２は、典型的には、ステンレス鋼等の金属で形成されている。耐久性向上のために、駆動ローラ１２の表面に硬質クロムメッキ等の被膜が形成されていてもよい。また、無終端帯１１に確実に駆動力を与えるために、駆動ローラ１２の表面が樹脂、例えばゴムでライニングされていてもよいし、凹凸加工等の表面加工が施されていてもよい。

搬送ローラ１３は、自由回転できるローラである。無終端帯１１の走行経路上に複数個の搬送ローラ１３が設けられている。必要に応じて、搬送ローラ１３の一部または全部を駆動ローラ１２に置き換え可能である。

テンションローラ１４は、無終端帯１１に張力を印加するローラである。テンションローラ１４で無終端帯１１に張力を印加すると、駆動ローラ１２の駆動力が確実に無終端帯１１に加わり、走行経路に沿って無終端帯１１が安定に走行する。テンションローラ１４の張力印加機構としては、ばねを使用したもの、空気圧アクチュエータや油圧アクチュエータを使用したもの、電磁力を応用したもの等が挙げられる。

ローラ１２〜１４は冷却されていてもよい。成膜時において、無終端帯１１は、材料粒子の熱や成膜源２７からの輻射熱によって加熱される。ローラ１２〜１４が冷却されていると、ローラ１２〜１４を介して無終端帯１１を積極的に冷却できる。その結果、無終端帯１１が熱で損傷したり変形したりするのを確実に防止できる。

ローラ１２〜１４の各直径は、遮蔽ユニット４２の全体の大きさや無終端帯１１の寸法等に応じて適宜設定される。ローラ１２〜１４の各直径は、典型的には、２５〜３００ｍｍの範囲にある。このような直径のローラを使用すれば、無終端帯１１がローラ１２〜１４に沿って無理なく屈曲するので、スムーズな走行を実現できる。また、真空槽２２内でのローラ１２〜１４の設置スペースも大きくなりすぎない。

無終端帯１１には金属ベルトや樹脂ベルトを使用できる。樹脂ベルトは、ポリアミドやポリイミド等の耐熱性樹脂でできたものが望ましい。金属ベルトは樹脂ベルトに比べて一般的に耐熱性および強度に優れているので、無終端帯１１として好適である。金属ベルトの材料は特に限定されないが、鉄、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等が取扱性、屈曲性およびコストの観点で望ましい。

無終端帯１１の寸法は、成膜材料や成膜速度等の成膜条件に応じて適宜設定される。無終端帯１１の厚さは、例えば２０〜３００μｍ程度である。このような厚さの無終端帯１１によると、熱損傷や熱変形が発生しにくく、走行安定性も高い。無終端帯１１の幅は、例えば５〜５００ｍｍ程度である。このような幅の無終端帯１１によると、破断しにくく、走行安定性も高い。また、無終端帯１１の内側面が堆積物によって汚れにくく、真空槽２２内での無終端帯１１の設置スペースも大きくなりすぎない。

無終端帯１１の蛇行を防止するために、蛇行検出センサおよび補正機構を設けてもよい。さらに、ローラ１２〜１４のいずれかに走行位置を規定する段差を設けたり、ローラ１２〜１４にエキスパンドローラやクラウンローラを使用したりして、無終端帯１１の蛇行を防止することも可能である。

無終端帯１１の走行経路は、成膜位置４６の近傍において互いに近接した往路および復路を有する。つまり、成膜位置４６と成膜源２７との間に無終端帯１１の往路と復路とが形成されるように、複数のローラ１２〜１４の位置が調節されている。詳細には、成膜位置４６と固定遮蔽板３５との間に無終端帯１１の走行経路の往路と復路とが形成されている。基板２１を覆う位置において、無終端帯１１は、往路を占有している往路側部分１１ａと、復路を占有している復路側部分１１ｂとを有する。したがって、成膜位置４６を通過する基板２１は、無終端帯１１によって二重に覆われる。本明細書では、駆動ローラ１２を基準として、成膜源２７に近い側を走行経路の往路、基板２１に近い側を走行経路の復路と定義する。

成膜位置４６の近傍に無終端帯１１の走行経路の往路と復路が形成されていると、次のような効果が得られる。成膜時において、無終端帯１１の往路側部分１１ａは、基板２１の表面を遮蔽して成膜領域ＤＡ以外の領域に材料粒子が堆積するのを防ぐとともに、成膜源２７からの輻射熱を受け止める。無終端帯１１の復路側部分１１ｂには材料粒子が堆積しにくく、かつ輻射熱も及びにくい。つまり、往路側部分１１ａで復路側部分１１ｂを熱から守れる。その結果、復路側部分１１ｂによって成膜領域ＤＡや入射角範囲を正確に規定できる。併せて、基板２１が成膜源２７からの輻射熱に晒されて変形するのを防止できる。

詳細には、往路側部分１１ａと復路側部分１１ｂとが当該無終端帯１１の厚さ方向に関して互いに平行である。このような位置関係によれば、上述の効果をより確実に得ることができる。

基板２１と復路側部分１１ｂとの間隔は、成膜領域、入射角範囲、必要な規定精度、成膜材料、成膜速度等の条件に応じて適宜設定される。基板２１と復路側部分１１ｂとの最小間隔は、例えば０．５〜１０ｍｍである。このような範囲によると、成膜領域や入射角範囲の規定精度を十分に高めつつ、基板２１と復路側部分１１ｂとの接触を防げる。このことは、往路側部分１１ａと復路側部分１１ｂに関しても同様であり、往路側部分１１ａと復路側部分１１ｂとの最小間隔は、例えば２〜２０ｍｍである。これにより、成膜源２７からの材料粒子が無終端帯１１の内側に回りこんで堆積したり、往路側部分１１ａと復路側部分１１ｂとが接触して成膜領域や入射角範囲が変化したりするのを防げる。

図２Ａを参照して説明したように、本実施形態では、方形状の成膜領域ＤＡを規定するマスクが固定遮蔽板３５および可動式遮蔽機構３６の無終端帯１１で構成されている。ただし、図２Ｂに示すように、全てのマスクを可動式遮蔽機構３６の無終端帯１１で構成してもよい。前者によれば、装置コストの面で有利である。後者によれば、より正確に成膜領域ＤＡおよび入射角範囲を規定できる。

無終端帯１１を走行させるタイミングは特に限定されない。好適には、基板２１に材料２７ｂを堆積させる工程（堆積工程）を実施しながら無終端帯１１を走行させる工程を実施する。例えば、無終端帯１１を一定の速度でゆっくり走行させると、無終端帯１１の全体に満遍なく材料２７ｂが堆積する。このことは、成膜領域ＤＡを長時間にわたって一定に維持するのに有効である。予め定められたタイムスケジュールで無終端帯１１を間欠的に走行させてもほぼ同じ効果が得られる。

可動式遮蔽機構３６には、真空を維持しつつ無終端帯１１上の堆積物を除去するクリーナが設けられていてもよい。無終端帯１１上の堆積物を除去することにより、無終端帯１１を常に清潔な状態に保てる。その結果、成膜領域ＤＡや入射角範囲をより長時間にわたって一定に維持できる。また、堆積物を無終端帯１１から積極的に剥離させれば、堆積物が無終端帯１１から自然に剥離するのを予防できる。その結果、成膜源２７に堆積物が落ちて、成膜条件が急変したりスプラッシュが発生したりするのを防止できる。

クリーナで堆積物を除去する工程は、薄膜の製造過程で行ってもよい。つまり、基板２１に材料２７ｂを堆積させる工程を実施しながら除去工程を実施できる。このことは、長時間成膜において有意義である。また、無終端帯１１を走行させながら除去工程を実施するのが能率的である。好適には、基板２１に材料２７ｂを堆積させる工程と無終端帯１１を走行させる工程とを実施しながら除去工程を実施する。ただし、堆積工程を中断しつつ除去工程のみを行ってもよいし、無終端帯１１を走行させる工程と除去工程とを交互に実施してもよい。

また、無終端帯１１の任意部分が基板２１を覆う位置での往路を通過後、基板２１を覆う位置での復路に到達する前までに、無終端帯１１のその任意部分に対して除去工程を実施するとよい。このようにすれば、復路側部分１１ｂを清潔な状態に保てるので、成膜領域ＤＡや入射角範囲をより正確に規定できる。

クリーナは、基板２１を覆う位置から離れている無終端帯１１から堆積物を除去できる位置に設けられているとよい。除去された堆積物が基板２１に付着したり、成膜源２７に向かって落下したりするのを防ぐためである。本実施形態では、基板２１を挟んで駆動ローラ１２が配置されている側とは反対側にクリーナが配置されている。

具体的に、クリーナとして、(i)無終端帯１１上の堆積物に機械的な力を付与する器具、(ii)無終端帯１１を屈曲させる器具、(iii)無終端帯１１上の堆積物を加熱する加熱源、および(iv)無終端帯１１上の堆積物にレーザーを照射するレーザー照射装置を使用できる。(i)〜(iv)から選ばれる２以上の組み合わせも使用できる。

図３Ａに示すように、堆積物１１に機械的な力を付与する器具の一例は、ブレード１５（スクレーパ）である。無終端帯１１にブレード１５を接触させて堆積物を剥ぎ取る。ブレード１５の下方には、無終端帯１１から剥離した堆積物４を回収するための回収容器１８が設けられている。回収容器１８に集められた堆積物を成膜材料として再利用してもよい。回収容器１８に堆積物を集めれば真空槽２２内で堆積物が飛散するのを防止できるし、清掃作業も容易である。

ブレード１５の位置は、無終端帯１１上に堆積物が存在しない状態で先端が無終端帯１１に僅かに接触するように調節されている。ブレード１５と無終端帯１１との間に僅かな隙間が存在するように、ブレード１５の位置が調節されていてもよい。このようにすれば、ブレード１５で無終端帯１１が損傷するのを避けつつ、堆積物を確実に除去できる。また、ブレード１５の位置を調節するアクチュエータが設けられていてもよい。さらに、アクチュエータでブレード１５を振動させて堆積物の除去効果を促進することもできる。ブレード１５の材料としては、ステンレス、チタンおよび焼き入れ鋼等の金属が挙げられる。金属に代えて、サファイアガラスやセラミック等の硬質材料も使用できる。

図３Ａに示すように、無終端帯１１を屈曲させる器具の一例は、無終端帯１１の走行経路上に設けられた小径ローラ１６である。無終端帯１１は小径ローラ１６に掛けられており、小径ローラ１６によって強く屈曲させられる。このように、無終端帯１１に強い屈曲力を与える区間を走行経路の特定区間に設けると、堆積物がその特定区間で剥離しやすい。

小径ローラ１６が無終端帯１１に与える屈曲力は、他の搬送用のローラ１２〜１４が無終端帯１１に与える屈曲力よりも強い。強い屈曲力により、無終端帯１１上の堆積物に大きい応力が生じ、無終端帯１１から堆積物が自然に剥離する。小径ローラ１６の直径は、他のローラ１２〜１４の直径よりも小さく、堆積物を剥離させるのに必要な屈曲力を無終端帯１１に付与できる大きさに調節されている。例えば、小径ローラ１６の直径はローラ１２〜１４の直径の３０〜７０％である。小径ローラ１６に対する無終端帯１１の巻き付け角度を、ローラ１２〜１４に対する無終端帯１１の巻き付け角度以上（例えば１〜４倍）に調節してもよい。なお、小径ローラ１６は、自由回転するローラであってもよいし、モータで駆動されるローラであってもよい。

小径ローラ１６の数は１つであっても構わないが、本実施形態のように複数の小径ローラ１６を使用し、屈曲方向を交互に変化させることにより、堆積物の剥離を促進できる。また、本実施形態では、ブレード１５で堆積物を剥ぎ取る方法と小径ローラ１６で無終端帯１１を屈曲させる方法とを併用している。このようにすると、走行経路の上流側に設けられた小径ローラ１２で堆積物を無終端帯１１から浮かせつつ、浮いた堆積物を下流側に設けられたブレード１５ですくい取れる。その結果、無終端帯１１から堆積物をより確実に除去できる。

離型剤を予め無終端帯１１に塗布しておけば、無終端帯１１と堆積物との接着強度が弱くなるので、無終端帯１１から堆積物を剥離させやすくなる。離型剤は、機械的な力を付与する方法や無終端帯１１を屈曲させる方法によって堆積物を除去する場合に特に有効である。離型剤としては、例えばシリコン系の離型剤を使用できる。

薄膜の製造過程において、無終端帯１１は決められた走行経路を繰り返し周回する。これに伴って、無終端帯１１への材料２７ｂの堆積および堆積物の剥離が繰り返され、無終端帯１１上の離型剤も次第に減少する。そのため、真空中で無終端帯１１上に離型剤を補充することが有効である。図４に示す例では、無終端帯１１に離型剤を供給する装置１９が無終端帯１１の走行経路に隣接して設けられている。供給装置１９によると、基板２１への成膜を行いながら無終端帯１１に離型剤を補充できる。供給装置１９の具体例は、無終端帯１１に離型剤を塗布する装置や無終端帯１１に離型剤を蒸着する装置である。

また、図５に示すように、無終端帯１１上の堆積物を加熱する加熱装置８を無終端帯１１の走行経路に隣接して設けてもよい。加熱装置８で無終端帯１１を加熱し、無終端帯１１上の堆積物を蒸発または熱分解して除去する。この方法は、無終端帯１１の耐熱性や堆積物の特性に応じて適用可能である。具体的には、堆積物が蒸発または熱分解する温度で無終端帯１１が熱損傷を起こさない場合に、この方法を適用できる。

ただし、加熱により無終端帯１１と堆積物との接着強度を低下させるだけで十分な場合もある。例えば、有機物でできた溶融性離型剤を使用した場合、比較的低温の加熱によって離型剤が溶融するので、堆積物の剥離を生じさせることが可能である。この方法には、無終端帯１１の熱損傷が発生しにくい利点がある。図５に示すように、加熱によって無終端帯１１と堆積物との接着強度を低下させつつ、ブレード１５で堆積物を剥ぎ取れば、より効果的である。

加熱装置８は、無終端帯１１に接触して直接熱を伝える接触式のものであってもよいし、熱線や電子ビームを照射する非接触式のものであってもよい。前者の具体例は加熱ローラであり、後者の具体例は赤外線照射装置、ハロゲンランプおよび電子ビーム照射装置である。

また、図６に示すように、無終端帯１１上の堆積物に向けてレーザーを照射するレーザー照射装置７を無終端帯１１の走行経路に隣接して設けてもよい。加熱による方法と同様、レーザーによる方法は、レーザーにより堆積物を蒸発または分解できる場合に有効である。レーザー照射装置７としては、堆積物に吸収されやすく、かつ無終端帯１１に吸収されにくい波長のレーザーを照射できるものが好適である。例えば、ステンレス製の無終端帯１１上に珪素酸化物が堆積している場合には、炭酸ガスレーザーを使用できる。

レーザー処理用ローラ６に沿って無終端帯１１が走行している最中にレーザー照射を行うとよい。無終端帯１１の変形を防止する観点から、レーザー処理用ローラ６を水冷機構等によって冷却しつつ、レーザー照射を行うことが望ましい。

（変形例）
図７に示す成膜装置２００の基本構造は、図１に示す成膜装置１００のそれと同じである。成膜装置２００は、成膜源２７からの材料粒子が基板２１に対して主に斜め方向から入射する点で成膜装置１００と相違する。つまり、成膜装置２００では、水平方向および垂直方向から傾いた方向に直線的に走行している基板２１に対して、成膜源２７からの材料粒子を堆積させる（いわゆる斜め入射成膜）。斜め入射成膜によると、自己陰影効果により微小空間を有する薄膜を形成できるので、高Ｃ／Ｎ磁気テープやサイクル特性に優れた電池負極の製造に有効である。

成膜装置２００によると、基板２１と無終端帯１１とが平行になるので、基板２１と無終端帯１１との距離を一定に保ちやすい。また、基板２１を覆う位置において、基板２１の長手方向と無終端帯１１の長手方向とが直交している。そのため、無終端帯１１を走行させるローラや堆積物を除去するクリーナのスペースを確保しやすい。

また、基板２１がキャンに支持されていないので、基板２１を冷却する機構９を別途設けてもよい。冷却機構９は、例えば、基板２１の裏面側に配置される。冷却機構９として、基板２１に接触可能な冷却体、複数のローラ、基板２１の裏面に向けて冷却ガスを噴射する装置等を採用できる。

成膜装置２００によると、成膜源２７から近い位置と遠い位置とに可動式遮蔽機構３６が設けられている。斜め成膜を行う場合、成膜源２７から近い位置のマスクにより多くの堆積物が蓄積する。したがって、基板２１の搬送方向に関して、少なくとも成膜源２７から近い側に可動式遮蔽機構３６を設けるのが好ましい。

本発明は、長尺の蓄電デバイス用極板の製造に応用できる。例えば、基板２１として銅箔を用い、炭素製坩堝２７ａに材料２７ｂとして珪素を収容する。電子ビーム３３により珪素を蒸発させ、基板２１上に珪素膜を形成する。真空槽２２内に微量の酸素ガスを導入すれば、珪素と酸化珪素とを含む薄膜を基板２１上に形成できる。この薄膜は、リチウムイオン二次電池の負極に利用できる。

本発明は、また、磁気テープの製造にも好適である。基板２１としてポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、マグネシア製坩堝２７ａに材料２７ｂとしてコバルトを収容する。真空槽２２内に酸素ガスを導入しつつ、電子ビーム３３によりコバルトを蒸発させる。これにより、基板２１上にコバルトを含む膜が形成される。

蓄電デバイス用極板や磁気テープだけでなく、コンデンサ、各種センサ、太陽電池、各種光学膜、防湿膜および導電膜等、成膜が必要な対象に本発明を適用できる。中でも、長時間成膜、比較的厚い膜の形成、入射角範囲の規定が必要である、磁気テープ、蓄電デバイス用極板およびコンデンサ等の成膜を行う場合に本発明が特に有効である。

Claims (14)

1. 真空中で成膜源から飛来した粒子を基板上に堆積させることによって薄膜を形成する方法であって、
   前記成膜源と前記基板との間に走行経路の往路と復路とが設定された可動式の無終端帯によって前記基板の表面の成膜領域が規定されるように前記成膜源と前記基板との間に前記無終端帯を配置した状態で、前記基板上に前記粒子を堆積させる、薄膜形成方法。
2. 前記基板を覆う位置において、前記無終端帯が、前記往路を占有している往路側部分と、前記復路を占有している復路側部分とを有し、
   前記往路側部分と前記復路側部分とが、前記無終端帯の厚さ方向に関して互いに平行である、請求項１に記載の薄膜形成方法。
3. 前記成膜領域を規定している部分が一の部分から他の部分へと移るように前記無終端帯を走行させる工程をさらに含む、請求項１に記載の薄膜形成方法。
4. 前記基板上に前記粒子を堆積させる工程を実施しながら前記無終端帯を走行させる工程を実施する、請求項３に記載の薄膜形成方法。
5. 前記基板を覆う位置から離れた位置において前記無終端帯上の堆積物を除去する工程をさらに含み、
   前記堆積工程および前記無終端帯を走行させる工程を実施しながら前記除去工程を実施する、請求項４に記載の薄膜形成方法。
6. 前記除去工程において、前記無終端帯上の堆積物に機械的な力を付与する操作、前記無終端帯を屈曲させる操作、前記無終端帯上の堆積物を加熱する操作および前記無終端帯上の堆積物にレーザーを照射する操作からなる群より選ばれる少なくとも１つの操作を行う、請求項５に記載の薄膜形成方法。
7. 前記成膜源に近い側を前記往路、前記基板に近い側を前記復路としたとき、
   前記無終端帯の任意部分が前記基板を覆う位置での前記往路を通過後、前記基板を覆う位置での前記復路に到達する前までに、前記無終端帯の前記任意部分に対して前記除去工程を実施する、請求項５に記載の薄膜形成方法。
8. 真空を維持しつつ、前記基板を覆う位置から離れた位置において前記無終端帯上の堆積物を除去する工程をさらに含む、請求項１に記載の薄膜形成方法。
9. 前記基板が可撓性を有する長尺基板であり、
   繰り出しローラから巻き取りローラへと搬送中の前記基板上に前記粒子を堆積させる、請求項１に記載の薄膜形成方法。
10. 真空槽と、
    前記真空槽内に配置された成膜源と、
    前記成膜源に面する所定の成膜位置に基板を供給する基板搬送ユニットと、
    前記成膜位置と前記成膜源との間に走行経路の往路と復路とが形成されるように前記成膜位置に近接して配置されるとともに前記基板の表面の成膜領域を規定する無終端帯と、前記成膜領域を規定している部分が一の部分から他の部分へと移るように前記無終端帯を走行させる駆動部とを有する可動式遮蔽機構と、
    を備えた、成膜装置。
11. 前記基板を覆う位置において、前記無終端帯が、前記往路を占有している往路側部分と、前記復路を占有している復路側部分とを有し、
    前記往路側部分と前記復路側部分とが、前記無終端帯の厚さ方向に関して互いに平行である、請求項１０に記載の成膜装置。
12. 前記可動式遮蔽機構が、真空を維持しつつ前記無終端帯上の堆積物を除去するクリーナをさらに有する、請求項１０に記載の成膜装置。
13. 前記クリーナが、前記無終端帯上の堆積物に機械的な力を付与する器具、前記無終端帯を屈曲させる器具、前記無終端帯上の堆積物を加熱する加熱装置および前記無終端帯上の堆積物にレーザーを照射するレーザー照射装置からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の成膜装置。
14. 前記基板が可撓性を有する長尺基板であり、
    前記基板搬送ユニットが、成膜前の前記基板を繰り出す第１ローラと、成膜後の前記基板を巻き取る第２ローラとを有する、請求項１０に記載の成膜装置。

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