JP4786772B2 - 薄膜の製造装置、薄膜の製造方法及び基板搬送ローラ - Google Patents

Description

本発明は、薄膜の製造装置、薄膜の製造方法及び基板搬送ローラに関する。

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。また、デバイスの薄膜化はユーザーの直接メリットに留まらず、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。

こうした薄膜技術の進展には、薄膜製造方法の高効率化、安定化、高生産性化、低コスト化といった産業利用面からの要請に応えることが必要不可欠であり、これに向けた努力が続けられている。

薄膜の生産性を高めるには、高堆積速度の成膜技術が必須である。真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition Method）等をはじめとする薄膜製造において、堆積速度の高速化が進められている。また、薄膜を連続的に大量に形成する方法として、巻き取り式の薄膜製造方法が用いられる。巻き取り式の薄膜製造方法は、ロール状に巻かれた長尺の基板を巻き出しローラから巻き出し、搬送系に沿って搬送中に、基板上に薄膜を形成し、しかる後に巻き取りローラに基板を巻き取る方法である。例えば、電子ビームを用いた真空蒸着源等の高堆積速度の成膜源と巻き取り式の薄膜製造方法とを組み合わせることによって、薄膜を生産性よく形成することができる。

このような連続巻き取り式の薄膜製造における成否を決める要因として、成膜時の熱負荷及び基板の冷却の課題がある。例えば真空蒸着の場合、蒸発源からの熱輻射と、蒸発原子の有する熱エネルギーとが基板に付与され、基板の温度が上昇する。その他の成膜方式においても熱源は異なるが、成膜時に基板に熱負荷が加わる。こうした熱負荷によって基板の変形や溶断等が生じることを防ぐために、基板の冷却が行われる。冷却は必ずしも成膜中に限らず成膜領域以外の基板搬送経路においてなされてもよい。

大気中でスラリー等を、ローラを用いて冷却する方式として、特許文献１には円筒体の筒壁に多数個のスリット又は孔を設け、該円筒体内に仕切板を設け、該仕切板に対して該円筒体を摺動回転可能とし、該仕切板で仕切った一室に冷却気体噴出管を設けたことを特徴とする冷却ローラが開示されている。これによれば多量の冷却ガスをスラリーに吹き付けることにより、スラリーから直接に熱を奪って冷却することができる。

しかし、真空雰囲気では冷却ガスで直接熱を奪うほどの大流量のガスを用いることは真空を維持する上でできない。例えば、成膜中の基板の冷却方式として、搬送系の経路上に配置された円筒状キャンに基板が沿った状態で成膜を行うことが広く行われている。この方法によれば、基板と円筒状キャンとの間の熱的な接触を確保すれば、熱容量の大きな冷却キャンに熱を逃がすことができるので、基板の温度の上昇を防ぐことが可能である。また、特定の冷却温度に基板の温度を保持することができる。冷却キャンによる基板の冷却は成膜領域以外の基板搬送経路においても有効である。

基板と円筒状キャンとの間の熱的な接触を確保するための方法のひとつとして、ガス冷却方式がある。特許文献２には、基板であるウェブに薄膜を形成するための装置において、ウェブと支持手段との間の領域にガスを導入することが示されている。これによれば、ウェブと支持手段との間の熱伝導が確保できるので、ウェブの温度上昇を抑制することができる。

一方、基板の冷却手段として円筒状キャンの代わりに冷却ベルトを用いることも可能である。斜め入射成分を用いた成膜を行う際には、基板が直線状に走行した状態で成膜を行うことが、材料利用効率上有利であり、その際の基板冷却手段として冷却ベルトを用いることが有効である。特許文献３には、基板材料の搬送及び冷却にベルトを用いた場合の、ベルトの冷却方法が開示されている。特許文献３に開示された方法によれば、熱負荷を与える薄膜形成装置において、薄膜形成効率を向上させる冷却ベルトを使用する場合、この冷却ベルトをさらに冷却するため、内側に二重以上の冷却ベルトや液状の媒体による冷却機構を設ける。これにより、冷却効率を高めることができるので、電磁変換特性を始めとする、磁気テープの特性を改善し、同時に生産性を著しく改善することができる。

実開昭６０−１８４４２４号公報 特開平１−１５２２６２号公報 特開平６−１４５９８２号公報

薄膜の生産性向上のためには成膜速度の高速化と、これに伴う冷却効率の向上が必要である。

ガス冷却における冷却効率を上げるためには、冷却体と基板との間の圧力を高くすることが有効である。例えば、できるだけ冷却体と基板との間隔を小さくするとともに、冷却ガス量を多くする必要がある。しかし、前記した従来の構成では、真空槽内に導入するガスを増やすと冷却体と基板との間から漏れ出した冷却ガスによって真空度が悪化し、薄膜の品質の低下や異常放電等の課題を生じるので、導入ガス量には制限がある。また、排気ポンプの大型化が必要となり、設備コスト増大の課題がある。

本発明の目的は、従来の課題を解決するもので、高速成膜に必要なガス冷却を、真空度の悪化を抑えて実現することである。

すなわち、本発明は、
真空槽と、
長尺の基板を巻き出し位置から巻き取り位置へと搬送するように前記真空槽内に配置された搬送系と、
前記搬送系の搬送経路に設置された開口部と、
前記開口部で前記基板に材料を付与するための成膜源と、
を備え、
前記搬送系は、前記基板を搬送する機能及び前記基板を冷却するためのガスを前記基板に向けて供給する機能を有するブローローラを含み、
前記ブローローラは、（i）前記基板を支持するための円筒形の外周面と、前記外周面の周方向に沿って設けられた、前記ガスの供給経路としての複数の第１貫通孔とを有し、前記基板と同期して回転できる円筒形の第１シェルと、（ii）前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、（iii）前記真空槽の外部から導入された前記ガスを保持するように前記第１シェルの内部において前記内ブロックによって規定された空間であって、前記第１シェルの回転軸を中心として前記第１シェルと前記基板との接触部分の角度で定義される抱き角の範囲内で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記第１シェルの径方向に関して相対的に広い寸法を有するマニホールドと、（iv）前記第１シェルの内部に形成された空間であって、前記抱き角の範囲外で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記径方向に関して相対的に狭い寸法を有する隙間部と、を含む、薄膜の製造装置を提供する。

別の側面において、本発明は、
真空槽内に長尺の基板の搬送系を構築する工程と、
前記搬送系の巻き出し位置から巻き取り位置へと長尺の基板を搬送する工程と、
前記基板に材料が付与されるように、前記搬送系の搬送経路に設置された開口部に向けて成膜源から材料を蒸発させる工程と、を含み、
前記搬送系は、前記基板を搬送する機能及び前記基板を冷却するためのガスを前記基板に向けて供給する機能を有するブローローラと、前記基板の搬送方向に沿って前記ブローローラの上流側に配置された第１ローラと、前記基板の搬送方向に沿って前記ブローローラの下流側に配置された第２ローラと、を有し、
前記ブローローラは、（i）前記基板を支持するための円筒形の外周面と、前記外周面の周方向に沿って設けられた、前記ガスの供給経路としての複数の第１貫通孔とを有し、前記基板と同期して回転できる円筒形の第１シェルと、（ii）前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、（iii）前記真空槽の外部から導入された前記ガスを保持するように前記第１シェルの内部において前記内ブロックによって規定された空間であって、前記第１シェルの回転軸を中心として特定の角度の範囲内で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記第１シェルの径方向に関して相対的に広い寸法を有するマニホールドと、（iv）前記第１シェルの内部に形成された空間であって、前記特定の角度の範囲外で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記径方向に関して相対的に狭い寸法を有する隙間部と、を含み、
前記特定の角度が、前記第１シェルと前記基板との接触部分の角度で定義される抱き角の範囲に収まるように、前記搬送系を構築する工程において、前記第１ローラ、前記ブローローラ及び前記第２ローラの間の相対的な位置関係を設定する、薄膜の製造方法を提供する。

さらに別の側面において、本発明は、
真空中で基板を搬送する機能及び前記基板を冷却するためのガスを真空中で前記基板に向けて供給する機能を有する基板搬送ローラであって、
（i）前記基板を支持するための円筒形の外周面と、前記外周面の周方向に沿って設けられた、前記ガスの供給経路としての複数の第１貫通孔とを有し、前記基板と同期して回転できる円筒形の第１シェルと、
（ii）前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、
（iii）外部から導入された前記ガスを保持するように前記第１シェルの内部において前記内ブロックによって規定された空間であって、前記第１シェルの回転軸を中心として特定の角度の範囲内で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記第１シェルの径方向に関して相対的に広い寸法を有するマニホールドと、
（iv）前記第１シェルの内部に形成された空間であって、前記特定の角度の範囲外で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記径方向に関して相対的に狭い寸法を有する隙間部と、
を備えた、基板搬送ローラを提供する。

さらに別の側面において、本発明は、
真空槽と、
（i）表面に沿って基板を搬送し、前記基板と同期して回転する、複数の貫通孔を有する第１シェルと、（ii）前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期回転しない内ブロックと、（iii）前記第１シェルと前記内ブロックとの間であって、前記第１シェルと前記基板とが接触する抱き角の範囲の内側に設定された、前記基板を冷却するためのガスが導入されるマニホールドと、（iv）前記マニホールド以外に設定され、前記マニホールドに比べて前記内ブロックとの間の空間が小さい隙間部と、を有するブローローラを含む、前記真空槽内に配置された搬送系と、
前記搬送系の搬送経路に設置された開口部と、
前記開口部で前記基板に材料を付与するための成膜源と、
を備えた、薄膜の製造装置を提供する。

本発明によれば、第１シェルと基板との間に効率的に冷却ガスを送り込むことができる。そのため、冷却ガスの導入量を少なくしても第１シェルと基板との間のガス圧を高くすることができる。従って、真空度の悪化を抑えて基板のガス冷却を行うことができる。また、薄膜の製造装置をコンパクトに実現することができる。

本発明の実施形態の一例を示す成膜装置の模式図 本発明の実施形態の別の一例を示す成膜装置の模式図 本発明の実施形態のさらに別の一例を示す成膜装置の模式図 ブローローラの斜視図 ブローローラの縦断面図 ブローローラの横断面図 抱き角の説明図 第１シェルの展開図 ガス漏れ削減部材の位置及び形状を示す模式図 冷却体と基板との間にガスを導入する方法の一例を示す断面模式図 第１変形例に係るブローローラの縦断面図 第２変形例に係るブローローラの縦断面図 第３変形例に係るブローローラの縦断面図 第４変形例に係るブローローラの縦断面図 第５変形例に係るブローローラの縦断面図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

成膜装置全体の構成の一例を、図１に模式的に示す。成膜装置２０Ａ（薄膜の製造装置）は、真空槽２２、搬送系５０Ａ、成膜源１９、遮蔽板２９、原料ガス導入管３０及び排気ポンプ３５を備えている。搬送系５０Ａは、巻き芯ローラ２３、ブローローラ６、搬送ローラ２４、キャン２７及び巻き芯ローラ２６で構成されている。ブローローラ６は、基板２１を搬送する機能及び基板２１を冷却するためのガスを基板２１に向けて供給する機能を有する。ブローローラ６も搬送ローラの１つである。ガス供給管５２を通じて、真空槽２２の外部からブローローラ６にガスが供給される。

真空槽２２は、内部空間を有する耐圧性の容器状部材である。真空槽２２の内部空間に搬送系５０Ａ、成膜源１９等が配置されている。巻き芯ローラ２３は、軸心回りに回転可能に設けられているローラ状部材である。巻き芯ローラ２３の表面に帯状で長尺の基板２１が捲回されている。巻き芯ローラ２３は、巻き芯ローラ２３に最も近い搬送ローラ（図１ではブローローラ６）に向けて基板２１を供給する。

排気ポンプ３５は真空槽２２の外部に設けられて、真空槽２２内部を薄膜の形成に適する減圧状態にする。排気ポンプ３５は、例えば、油拡散ポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ等を主ポンプとした各種真空排気系によって構成される。

基板２１には、各種金属箔、各種高分子フィルム、高分子フィルムと金属箔との複合体等を使用できる。金属箔としては、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、チタニウム箔、ステンレス箔が挙げられる。高分子フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリイミドが挙げられる。ただし、基板２１の材料は特に限定されない。基板２１として、上記材料に限定されない長尺基板を用いることができる。

基板２１の幅は、例えば５０〜１０００ｍｍである。基板２１の望ましい厚みは、例えば３〜１５０μｍである。基板２１の幅が５０ｍｍ未満ではガス冷却時の基板２１の幅方向へのガスロスが大きいが、本発明を適用できないということではない。基板２１の厚みが３μｍ未満では基板２１の熱容量が極めて小さいために熱変形が発生しやすいが、いずれも本発明が適用不可であることを示すものではない。

基板２１の搬送速度は、作製するべき薄膜の種類及び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に印加される張力は、基板２１の材質、基板２１の厚み、成膜速度等の条件によって適宜調節される。

搬送ローラ２４は、軸心回りに回転可能に設けられているローラ状部材である。搬送ローラ２４は、巻き芯ローラ２３から供給された基板２１を成膜領域に誘導し、最終的に巻き芯ローラ２６に導く。成膜領域に設けた開口部３１を基板２１がキャン２７に沿って走行する際に、成膜源１９から飛来した材料粒子が、必要に応じて原料ガス導入管３０から導入された原料ガスと反応して基板２１に堆積し、基板２１の表面に薄膜が形成される。巻き芯ローラ２６は、図示しない駆動手段（例えばモータ）によって回転駆動可能に設けられているローラ状部材であり、薄膜が形成された基板２１を巻き取って保存する。

成膜源１９には各種成膜源を用いることができる。例えば、抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱等による蒸発源、イオンプレーティング源、スパッタ源、ＣＶＤ源等を用いることができる。また、成膜源１９にイオン源やプラズマ源を組み合わせて用いることも可能である。例えば、成膜源１９は開口部３１の鉛直下方に設けられている。成膜源１９は、上部が開口している容器状部材であり、蒸発用坩堝がその具体的な一例であり、蒸発用坩堝の内部には材料が載置される。成膜源１９の近傍には電子銃等の加熱手段が設けられ、この電子銃からの電子ビーム等によって、蒸発用坩堝の内部の材料が加熱されて蒸発する。材料の蒸気は鉛直上方に向けて移動し、開口部３１を通って、基板２１の表面に付着する。これにより、基板２１の表面に薄膜が形成される。

遮蔽板２９は、成膜源１９から飛来した材料粒子が基板２１と接触する領域を開口部３１のみに制限している。

成膜装置２０Ａは、さらに、反応成膜用の成膜ガスを真空槽２２の中に導入する手段を備えていてもよい。成膜ガスを導入する手段としては、例えば、図１の原料ガス導入管３０である。原料ガス導入管３０は、例えば、一端が成膜源１９の鉛直上方に配置され、他端が真空槽２２の外部に設けられた図示しない成膜反応用ガス供給手段に接続された管状部材であり、材料の蒸気に例えば酸素、窒素等を供給する。これによって、成膜源１９から飛来した材料の酸化物、窒化物又は酸窒化物を主成分（質量比で最も多く含まれた成分）とする薄膜が基板２１の表面に形成される。成膜反応用ガス供給手段には、ガスボンベ、ガス発生装置等がある。

薄膜が形成された基板２１は、別の搬送ローラ２４を経由して巻き芯ローラ２６に巻き取られる。

巻き芯ローラ２３から巻き芯ローラ２６に至る基板搬送経路の途中に、ブローローラ６が設置されている。基板２１はブローローラ６によって冷却される。ブローローラ６は、搬送系５０Ａに１つのみ設けられていてもよいし、本実施形態のように複数のブローローラ６が搬送系５０Ａに設けられていてもよい。さらに、ブローローラ６は、成膜前の基板２１を冷却できる位置に設けられていてもよいし、成膜後の基板２１を冷却できる位置に設けられていてもよい。図４にブローローラ６の斜視図を示す。図５にブローローラ６の縦断面図を示す。図６にブローローラ６の横断面図を示す。

ブローローラ６は基板２１と同期して回転する外シェル１１（第１シェル）と、基板２１と同期回転しない内ブロック１２とを有する。外シェル１１には貫通孔１３が複数形成されている。例えば中空円柱の外シェル１１の中空部分に内ブロック１２が配置されている。外シェル１１の直径は例えば４０〜１０００ｍｍである。外シェル１１が大きい方が冷却能力は得やすいが、大きすぎると真空槽２２の中で占有する体積が大きくなり、成膜装置２０Ａが大型化して設備コストが増大するおそれがある。また、直径が大きい程、熱膨張による変形の絶対値が大きくなるので、外シェル１１の回転軸Ｏに平行な方向（幅方向）の長さが長い場合に外シェル１１と内ブロック１２との隙間精度を維持することが困難になる。一方、外シェル１１の直径が小さくなると外シェル１１の内周面の研削加工精度を確保することが困難となる。幅方向に関する外シェル１１の長さ（幅）は、安定走行のために基板２１の幅より長く設定されている。外シェル１１の幅は、基板２１の幅に応じて例えば１００〜８００ｍｍである。また、貫通孔１３が形成されている領域における外シェル１１の肉厚は例えば２〜１５ｍｍである。肉厚が薄いと基板２１に付与された張力によって外シェル１１の変形がおきやすく、外シェル１１が厚いと、貫通孔１３を形成するための加工が難しくなる。

図４に示すように、貫通孔１３の直径、回転方向の孔ピッチＡ及び軸方向の孔ピッチＢは、基板２１の冷却条件や真空度条件に応じて適宜設定される。貫通孔１３の直径は、例えば０．５〜３ｍｍである。貫通孔１３の直径が大きすぎると冷却ガスの漏れが大きくなり、逆に貫通孔１３の直径が小さくなると、貫通孔１３を形成するための加工が困難になる。孔ピッチＡは例えば１０〜５０ｍｍである。孔ピッチＡは、また、外シェル１１の回転方向の角度ピッチに換算して、例えば５〜３０度程度であってもよい。孔ピッチＡが小さいと孔加工の数が増えて設備コストが増大する。孔ピッチＡが大きすぎると外シェル１１の回転位置による圧力変動が大きくなり、冷却能力の均一性が低下する。孔ピッチＢは例えば１０〜２００ｍｍである。孔ピッチＢは幅方向に均一ピッチである必要はなく、基板２１の温度と冷却の状態に応じて適宜調整することができる。孔ピッチＢが小さいと孔加工の数が増えて設備コストが増大するが、孔ピッチＢが大きすぎると、幅方向の冷却能力の均一性が低下する。

外シェル１１と内ブロック１２との間には、ガスが導入されるマニホールド１４と、マニホールド１４以外に設定された隙間部１５とが形成されている。マニホールド１４は、外シェル１１と内ブロック１２との間に形成された１以上の中空空間である。複数の中空空間が連結されてマニホールド１４が構成されていてもよい。マニホールド１４は例えば内ブロック１２の一部をくり抜いて形成され、外シェル１１の貫通孔１３及びガス流路１６（ガス導入ポート）につながっている。ガス流路１６から導入された冷却ガスがマニホールド１４を介して貫通孔１３に供給される。マニホールド１４における外シェル１１と内ブロック１２との間隔を例えば５ｍｍ以上とすることにより、冷却ガスを高コンダクタンスで貫通孔１３に導くことができる。

隙間部１５における外シェル１１と内ブロック１２との間隔は、マニホールド１４に比べて小さく設定され、例えば３０μｍ〜２００μｍである。すなわち、外シェル１１の径方向に関する隙間部１５の寸法は、径方向に関するマニホールド１４の寸法よりも小さい。間隔が大きすぎると隙間部１５を介した貫通孔１３からの冷却ガス漏れが多くなり、真空度が悪化する。間隔が小さすぎると、加工精度、熱膨張による変形等によって、外シェル１１と内ブロック１２とが接触し、回転異常やブローローラ６の損傷を発生するリスクが高まる。

マニホールド１４は、ブローローラ６に基板２１が接触する抱き角の範囲の内側に設定される。これによって、マニホールド１４を介して貫通孔１３から放出される冷却ガスを外シェル１１と基板２１との間に閉じこめやすくなる。さらに好ましくは、抱き角の範囲の両側から孔ピッチＡ以上内側に入った範囲にマニホールド１４を設定する。このようにすれば、マニホールド１４を介して貫通孔１３から放出される冷却ガスを外シェル１１と基板２１との間にさらに閉じこめやすくなる。

さらに、外シェル１１の外周面に近接して対向するガス漏れ削減部材が設けられていてもよい。これにより、抱き角の範囲以外での冷却ガスの漏れを一層小さくすることができる。ガス漏れ削減部材は、例えば、抱き角の範囲以外で外シェル１１から５０〜３００μｍ程度の位置で近接して配置される、湾曲した板材である。

図９に示すように、ガス漏れ削減部材５６は、例えば、第１シェル１１の外周面１１ｐに沿った円弧の形状を有する。第１シェル１１の外周面１１ｐに向かい合う位置かつ抱き角の範囲外にガス漏れ削減部材５６を設けることができる。

以上のようなブローローラ６の構造により、外シェル１１の貫通孔１３は外シェル１１の回転に伴って、マニホールド１４と隙間部１５とに対向して移動する。ガス流路１６から貫通孔１３に至るコンダクタンスは、マニホールド１４を経由した場合の方が、隙間部１５を経由した場合に比べてはるかに大きい。そのため、基板２１の無い状態では、マニホールド１４に対向しているときに貫通孔１３を外向きに通過する冷却ガスの量は、隙間部１５に対向しているときに貫通孔１３を通過する冷却ガスの量よりも多い。従って、抱き角の範囲の貫通孔１３から効率的に冷却ガスを放出することができるので、外シェル１１と基板２１との間の冷却ガス圧を高くすることができる。

基板２１のある状態では、抱き角の範囲内で外シェル１１と基板２１との間に高圧力の冷却ガスが存在するので、外シェル１１は基板２１から効率的に受熱することができる。一方、抱き角の範囲外では外シェル１１は内ブロック１２に近接し、かつ外シェル１１と内ブロック１２との間に冷却ガスが保持されている。そのため、外シェル１１は内ブロック１２によって効率的に冷却される。このように外シェル１１の回転に伴い、外シェル１１は基板２１の冷却と、内ブロック１２への放熱とを周期的に繰り返すので、安定した冷却動作を長時間にわたって発揮できる。

また、マニホールド１４にガスを導入したとき、外シェル１１の外周面１１ｐと基板２１との間の平均圧力が、例えば大気圧より低い。また、外シェル１１の外周面１１ｐと基板２１との間隔の変化が、ガス導入の有無で１００μｍ以下であってもよい。また、外シェル１１の外周面１１ｐと基板２１との間の平均圧力による浮力は、基板２１の搬送張力による、基板２１のブローローラ６への垂直抗力よりも小さくてもよい。

冷却ガスを導入したときの、外シェル１１の外周面１１ｐと、基板２１との間の平均圧力を、大気圧より低くすることで、外シェル１１の外周面１１ｐと、基板２１との間から漏れ出す冷却ガスの量を少なくできる。そのため、排気ポンプ３５の負荷を小さくすることができる。

なお、外シェル１１と基板２１との間隔の変化は、レーザー変位計を使用して測定できる。レーザー変位計によれば、レーザー変位計の測定ヘッドから対象物までの距離を測定できる。基板２１が無い状態では、測定ヘッドから外シェル１１までの距離は一定である。基板２１がある状態では、測定ヘッドから基板２１までの距離は変化する。基板２１が無い状態で得た測定値から、基板２１がある状態で得た測定値及び基板２１の厚さを引くことにより、外シェル１１と基板２１との間隔を算出できる。

「平均圧力」は、抱き角の範囲における基板２１の全体での平均値を意味し、コンダクタンス、ガスの供給圧力及びガスの流量を用いて理論的に計算できる。コンダクタンスは、ガスの流路の形状（貫通孔の径、貫通孔の長さ、マニホールドの寸法等）及び外シェル１１と基板２１との間隔分布で決まる。

また、外シェル１１の回転ムラが閾値を越えたり、外シェル１１の回転速度が閾値を下回ったりした場合に、外シェル１１の外周面１１ｐと基板２１との間の平均圧力による浮力が、基板２１の搬送張力による、基板２１のブローローラ６への垂直抗力よりも小さいものと判断できる。外シェル１１の回転は、速度ムラ計で測定可能である。速度ムラ計は、例えば、ゴムローラとロータリエンコーダとで構成される。

本実施形態によれば、冷却ガスの導入量を少なくしてもブローローラ６と基板２１との間のガス圧を高くすることができる。また、冷却機能をコンパクトに実現できるので、設備の大型化、高コスト化を抑制することができる。

次に、本実施形態のブローローラ６の構造をより詳細に説明する。

図４〜図６に示すように、ブローローラ６は、円筒形の第１シェル１１、第１シェル１１の内部に配置された内ブロック１２及び内ブロック１２を固定している支持体１７を備えている。第１シェル１１の内部には、マニホールド１４及び隙間部１５が形成されている。

第１シェル１１は、基板２１を支持するための円筒形の外周面１１ｐと、外周面１１ｐの周方向に沿って設けられた複数の貫通孔１３（第１貫通孔）とを有する。第１貫通孔１３は、マニホールド１４から基板２１へのガスの供給経路としての役割を担う。第１シェル１１は、基板２１と同期して回転できるように構成されている。具体的には、図５に示すように、第１シェル１１の両端にベアリング５４をそれぞれ設けることができる。ベアリング５４によって、第１シェル１１を支持体１７に回転可能に接続できる。

内ブロック１２は、基板２１と同期して回転することが禁止された部材である。本実施形態では、内ブロック１２が支持体１７に固定されている。支持体１７は、例えば、真空槽２２に固定されている。すなわち、内ブロック１２の位置及び姿勢は真空槽２２に対して固定されている。

マニホールド１４は、真空槽２２の外部から導入されたガスを保持するように第１シェル１１の内部において内ブロック１２によって規定された空間である。マニホールド１４は、抱き角の範囲内で複数の第１貫通孔１３に向けてガスを導くように形成されている。第１シェル１１の径方向に関して、マニホールド１４は、相対的に広い寸法を有する。従って、先に説明したように、第１シェル１１と基板２１との間のガスの圧力は比較的高い圧力に維持される。

「抱き角の範囲内」には、第１シェル１１の周方向に関して、抱き角の範囲の一端又は両端がマニホールド１４の範囲の一端又は両端に一致している場合も含まれる。ここで「一致」とは完全な一致を意味しない。第１シェル１１の回転角度に換算して、例えば、抱き角の範囲からマニホールド１４が約２〜３度食み出ていたとしても、これは誤差にすぎず、抱き角の範囲の一端又は両端がマニホールド１４の範囲の一端又は両端に一致しているものとみなす。

隙間部１５も第１シェル１１の内部に形成された空間であって、抱き角の範囲外で複数の第１貫通孔１３に向けてガスを導くように形成されている。第１シェル１１の径方向に関して、隙間部１５は、相対的に狭い寸法を有する。

図７に示すように、「抱き角」は、第１シェル１１の回転軸Ｏを中心として第１シェル１１と基板２１との接触部分の角度θで定義される。抱き角の大きさは特に限定されない。例えば３０〜１８０度（又は４５〜１２０度）の範囲に抱き角が収まっていると、第１シェル１１の直径がある程度小さい場合でも、過度な曲げ応力を発生させることなく、基板２１を円滑に搬送できる。

搬送系５０Ａは、基板２１の搬送方向に沿ってブローローラ６の上流側に配置された第１ローラと、基板の搬送方向に沿ってブローローラ６の下流側に配置された第２ローラと、を含む。抱き角は、第１ローラ、ブローローラ６及び第２ローラの間の相対的な位置関係によって規定されている。図１に示す成膜装置２０Ａでは、「第１ローラ」は、巻き芯ローラ２３又は搬送ローラ２４である。「第２ローラ」は、搬送ローラ２４又は巻き芯ローラ２６である。ここで、第１シェル１１の回転軸Ｏを中心として特定の角度の範囲内で複数の第１貫通孔１３に向けてガスを導くようにマニホールド１４が形成されているものと仮定する。「特定の角度」が、抱き角の範囲に収まるように、搬送系５０Ａを構築することができる。

薄膜を製造するためには、まず、真空槽２２内に搬送系５０Ａを構築する。搬送系５０Ａの巻き出し位置（巻き芯ローラ２３）から巻き取り位置（巻き芯ローラ２６）へと基板２１を搬送する。基板２１に材料が付与されるように、搬送系５０Ａの搬送経路に設置された開口部３１に向けて成膜源１９から材料を蒸発させる。搬送系５０Ａを構築する工程において、「特定の角度」が抱き角の範囲に収まるように、第１ローラ（巻き芯ローラ２３）、ブローローラ６及び第２ローラ（搬送ローラ２４）の間の相対的な位置関係を設定する。

図７に示すように、角度θで定義された抱き角は、周方向に互いに隣り合う２つの第１貫通孔１３の各中心と第１シェル１１の回転軸Ｏとを結ぶことによって得られた２つの線分のなす角度αよりも大きい。この関係によれば、複数の第１貫通孔１３の少なくとも１つが必ずマニホールド１４に向かい合うことができる。

本実施形態では、抱き角の範囲内でのみマニホールド１４が複数の第１貫通孔１３に向かい合うように、周方向に関するマニホールド１４の範囲（角度範囲）が規定されている。この構成によれば、第１シェル１１と基板２１との間のガスの圧力を高い圧力に維持しやすい。

図６に示すように、内ブロック１２は、抱き角の範囲外において円弧状の外周面を有する。内ブロック１１の円弧状の外周面と第１シェル１１の内周面との間に隙間部１５が形成されている。この構成によれば、隙間部１５の広さを一定に保持しやすい。すなわち、隙間部１５の広さは一定であってもよい。広さが一定の範囲を隙間部１５、それ以外の範囲をマニホールド１４と考えることができる。

図６に示すように、複数の第１貫通孔１３は、周方向に沿って等間隔で形成されている。これにより、周方向の冷却能力の均一性を確保できる。

図８は、第１シェル１１の展開図である。複数の第１貫通孔１３は、（i）回転軸Ｏに平行な幅方向ＷＤの所定位置において周方向ＬＤに沿って設けられた第１グループＧ₁と、（ii）幅方向ＷＤに関して所定位置に隣接した位置において周方向ＬＤに沿って設けられた第２グループＧ₂と、を構成している。第１グループＧ₁に属する複数の第１貫通孔１３と、第２グループＧ₂に属する複数の第１貫通孔１３とが、互い違いの配列を形成している。第１貫通孔１３のこのような配列によれば、より均一な冷却が可能となる。ただし、複数の第１貫通孔１３の配列は特に限定されず、例えば格子状に形成されていてもよい。

図５に示すように、支持体１７は、真空槽２２の外部からマニホールド１４にガスを導入するためのガス流路１６（ガス導入ポート）を有する。支持体１７と内ブロック１２とが別々の部品で構成されていることは必須ではない。内ブロック１２の一部が第１シェル１１から突出し、その突出した部分が支持体１７としての役割を担ってもよい。

例えば、ブローローラ６に関して、外シェル１１を直径１２０ｍｍ、幅１２０ｍｍ、肉厚６．５ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを２０度、孔ピッチＢを３８ｍｍで３列構成、隙間部１５における外シェル１１と内ブロック１２との間隔を１００μｍに設定する。このときに、ガス流路１６からの冷却ガスとしてヘリウムガスを７３ｓｃｃｍ（Standard Cubic Centimeter per Minute）の流量で導入すると、ガス流路１６からのガス導入をせずに、真空槽２２の全体が１００Ｐａとなるようにヘリウムガスを真空槽２２に導入した場合と同等のガス冷却能力が得られる。熱伝達係数は、ブローローラ６の表面を走行中の基板２１の温度を熱電対等を用いて測定し、移動時間と基板２１の温度の変化とから算出することができる。ガス冷却による熱伝達係数は基板２１の種類にもよるが、例えば０．００３Ｗ／ｃｍ²／Ｋである。例えばこの場合、真空槽２２の一部に差圧構造を導入するだけでは、ヘリウムガス導入量は約６８０ｓｃｃｍが必要である。ブローローラ６によって、必要なガス導入量は１／９程度にまで低減することができる。

以上のように、成膜装置２０Ａによれば、巻き芯ローラ２３から送り出された基板２１が、搬送ローラ２４を経由して走行し、巻き芯ローラ２６に巻き取られる。その途上において、開口部３１において成膜源１９から飛来した蒸気及び必要に応じて酸素、窒素等の供給を受けて基板２１上に薄膜が形成され、また、ブローローラ６によって基板２１が冷却される。これらの動作によって、成膜装置２０Ａは基板２１の温度の上昇を抑制した巻き取り成膜を行うことができる。

図２は、本発明の実施形態の別の一例を示す成膜装置の模式図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。成膜装置２０Ｂによれば、例えば、リチウムイオン二次電池用負極を形成できる。なお、以下に示す具体的数値は、あくまでも一例に過ぎず、本発明は、これらによって何ら限定されない。

集電体となる古河サーキットフォイル社製の粗面化銅箔（厚さ１８μｍ、幅１００ｍｍ）を基板２１として用い、集電体の両面上にそれぞれシリコン多層薄膜を厚さ８μｍに、真空蒸着法によって形成する。排気ポンプ３５として口径１４インチの油拡散ポンプを２台備えた、容積０．４ｍ³の真空槽２２を０．００２Ｐａまで排気した後に、成膜材料であるシリコンを溶解する。シリコンの溶解は日本電子社製の２７０度偏向型電子ビーム蒸発源（成膜源１９）を用いて行う。加速電圧−１０ｋＶ、エミッション電流５２０〜７００ｍＡの電子ビームを溶融シリコンに照射し、発生した蒸気を、キャン２７に沿って走行中の基板２１に差し向ける。

シリコン薄膜の成膜幅が８５ｍｍとなるように、図示しないメタルマスク（開口長は各１００ｍｍ）を基板２１から約２ｍｍの位置に設置する。搬送系５０Ｂは、基板２１の往復走行が可能となるように構成されている。一回の走行で基板２１の両面に膜厚０．５μｍ程度のシリコン薄膜が一層ずつ形成される。往復走行しながら成膜を１６回繰り返すことによって、約８μｍのシリコン薄膜を形成できる。

基板２１の両面への各層の形成は、例えば、平均エミッション電流６００ｍＡ、基板搬送速度２ｍ／分、平均成膜速度８０ｎｍ／秒で行う。

ブローローラ６ａは基板２１の片面（第一面）にシリコン薄膜が形成された後、他面（第二面）への成膜が行われる前の搬送経路に設置される。ブローローラ６ａに関して、外シェル１１を直径１２０ｍｍ、軸方向長さ１２０ｍｍ、肉厚４ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを２０ｍｍ、孔ピッチＢを３０ｍｍで３列構成、隙間部１５における外シェル１１と内ブロック１２との間隔を８０μｍに設定する。ガス流路１６からの冷却ガスとしてアルゴンガスを８０ｓｃｃｍ導入する。これによって基板２１の各面への成膜開始時における基板２１の温度をほぼ同一にすることができる。成膜開始時における基板２１の温度を両面で均等とすることにより、薄膜の品質を同等とすることができるほか、熱膨張係数差等に起因した、成膜後の基板２１の反りを小さくすることができる。また、第二面への成膜開始時の基板２１の温度を低く抑えることによって、基板２１の最高到達温度を低くすることができて、基板２１の劣化を防止することができる。一例として、電池用極板として、銅箔基板上にシリコン薄膜の成膜を行った場合、温度上昇による銅箔の劣化については、例えば引っ張り試験等による機械的物性値の変化によって評価することができる。熱劣化した銅箔は引っ張り負荷に対する伸びの増加や、破断強度の低下等の現象を示す。これらの特性劣化は、リチウム二次電池極板に用いるシリコン薄膜が、リチウム吸蔵時に膨張するため、極板の変形や破断につながる。

また、ブローローラ６ｂは、基板２１の各走行において、成膜の完了後、巻き芯ローラ２６に至るまでの間に設置されている。これによって、巻き取り時の基板２１の温度を常温近くにすることができる。巻き取り時の基板２１の温度を常温近傍とすることによって、巻き取り時の基板２１の熱変形に起因する皺の発生を防ぎ、また巻き取り後の基板２１の収縮による、巻き締まりの現象を防止することができる。ブローローラ６ｂに関して、外シェル１１を直径８０ｍｍ、軸方向長さ１２０ｍｍ、肉厚３ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを１５ｍｍ、孔ピッチＢを３０ｍｍで３列構成、隙間部１５における外シェル１１と内ブロック１２との間隔を５０μｍに設定する。ガス流路１６からの冷却ガスとしてアルゴンガスを５０ｓｃｃｍ導入する。

図２に示す成膜装置２０Ｂによれば、搬送経路の第１成膜領域で基板２１の第一面に薄膜が形成された後、第１成膜領域よりも下流側に位置している第２成膜領域で基板２１の第二面に薄膜が形成されるように、開口部３１が搬送経路の２箇所に設置されている。第１成膜領域を通過した後、第２成膜領域に達する前に、基板２１がブローローラ６（６ａ）を通過して冷却されるように、搬送系５０Ｂが構築されている。このことは、図３に示す成膜装置２０Ｃについても同様である。

図３は、本発明の実施形態のさらに別の一例を示す成膜装置の模式図である。図３において、図１及び図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。成膜装置２０Ｃによれば、例えば、リチウムイオン二次電池用負極を形成できる。

集電体となる古河サーキットフォイル社製の粗面化銅箔（厚さ１８μｍ、幅２００ｍｍ）を基板２１として用い、集電体の両面上にそれぞれシリコン酸化物多層薄膜を厚さ１５μｍに真空蒸着法によって形成する。排気ポンプ３５として口径１４インチの油拡散ポンプを２台備えた、容積０．４ｍ³の真空槽２２を０．００２Ｐａまで排気した後に、成膜材料であるシリコンを溶解する。シリコンの溶解は日本電子社製の２７０度偏向型電子ビーム蒸発源（成膜源１９）を用いて行う。加速電圧−１０ｋＶ、エミッション電流９５０ｍＡの電子ビームを溶融シリコンに照射し、発生した蒸気を基板２１に差し向ける。

基板２１は１０℃の冷却水によって冷却されている冷却体１から約０．５ｍｍの位置を移動しており、冷却体１に沿って移動中にシリコン薄膜が形成される。基板２１の幅方向の冷却体１の長さは９０ｍｍである。

冷却体１はアルミニウムで構成されている。図１０に断面模式図を示すように、冷却体１と基板２１との間にガスを導入するために、冷却体１に冷却用ガス導入口３６及びマニホールド３２が設けられている。マニホールド３２から冷却体１の表面に延びる細孔３３が形成されており、細孔３３を経由して冷却体１と基板２１との間にガスを供給する。

シリコン薄膜の成膜幅が１８０ｍｍとなるように、メタルマスク２５（開口長は各１５０ｍｍ）を基板２１（銅箔基板）から約２ｍｍの位置に設置する。また、基板２１の成膜面側に設置した反応ガスノズルからメタルマスク２５の開口部３１に酸素ガスを差し向ける。これによって基板２１上にシリコン酸化物薄膜が形成される。搬送系５０Ｃは、基板２１の往復走行が可能となるように構成されている。一回の走行で基板２１の両面に膜厚１μｍ程度のシリコン薄膜が一層ずつ形成される。往復走行しながら成膜を１５回繰り返すことによって、約１５μｍのシリコン酸化物薄膜を形成できる。

基板２１の両面への各層の形成は、例えば、平均エミッション電流９５０ｍＡ、基板搬送速度３．６ｍ／分、平均成膜速度２００ｎｍ／秒で行う。この時冷却ガスとしてアルゴンガス９ｓｃｃｍを、冷却体１と基板２１との間に導入する。また、成膜反応用ガスとして、反応ガスノズルから酸素ガスを各開口部３１に向けてそれぞれ３０ｓｃｃｍ導入する。

ブローローラ６ａは、基板２１の片面（第一面）にシリコン薄膜が形成された後、他面（第二面）への成膜が行われる前の搬送経路に設置される。ブローローラ６ａに関して、外シェル１１を直径２５０ｍｍ、軸方向長さ４００ｍｍ、肉厚４ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを２０ｍｍ、孔ピッチＢを５０ｍｍで５列構成、隙間部１５における外シェル１１と内ブロック１３との間隔を１００μｍに設定する。ガス流路１６からの冷却ガスとして酸素ガスを２５０ｓｃｃｍ導入する。また、外シェル１１の外周面から２００μｍの位置に平均厚み５ｍｍのアルミブロック（ガス漏れ削減部材）を設置する。これによって基板２１の各面への成膜開始時における基板２１の温度をほぼ同一にすることができる。

また、ブローローラ６ｂは、基板２１の各走行において、成膜の完了後、巻き芯ローラ２６に至るまでの間に設置されている。これによって、巻き取り時の基板２１の温度を常温近くにすることができる。巻き取り時の基板２１の温度を常温近傍とすることによって、巻き取り時の基板２１の熱変形に起因する皺の発生を防ぎ、また巻き取り後の基板２１の収縮による、巻き締まりの現象を防止することができる。ブローローラ６ｂの外シェル１１を直径２００ｍｍ、軸方向長さ４００ｍｍ、肉厚３ｍｍ、貫通孔を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを１５ｍｍ、孔ピッチＢを５０ｍｍで５列構成、隙間部１５における外シェル１１と内ブロック１２との間隔を６０μｍに設定する。ガス流路１６からの冷却ガスとして酸素ガスを１２０ｓｃｃｍ導入する。

ブローローラ６に導入する冷却ガスとして、アルゴンガスと酸素ガスを用いる場合について述べたが、ヘリウムガス、ネオンガス、キセノンガス、クリプトンガス等の不活性ガスや、水素ガスを冷却ガスに用いてもよい。

（第１〜第３変形例に係るブローローラ）
巻き取り式の薄膜の製造において、基板２１が受ける熱負荷は、成膜物質の凝縮熱の他に成膜源１９からの輻射熱等がある。そのため、熱負荷は基板２１の幅方向で必ずしも一定ではない。従って、ガスを用いて基板２１を冷却する場合の冷却強度も基板２１の熱負荷状態に応じて基板２１の幅方向で調整可能なことが望まれる。また、巻き取り式の薄膜製造に使用するガス冷却の機器は加工精度を確保することが容易で、基板２１の張力による悪影響を受けないことが望まれる。

以下に説明する第１〜第３変形例は、上記の問題点を解決するもので、幅広の基板２１の冷却に適合するガス冷却を、真空度の悪化を抑えて実現する。なお、図１〜図１０を参照して説明した実施形態の特徴は、技術的な矛盾を生じない限りにおいて、各変形例のブローローラ及びそれを用いた薄膜の製造に適用できる。

第１〜第３変形例に係るブローローラの概要は以下の通りである。

図４〜図９を参照して説明したブローローラにおいて、第１シェルの回転軸に平行な幅方向に沿って、複数のマニホールドが形成されていてもよい。本構成によって、貫通孔へのガス導入をマニホ−ルド毎に独立に行うことができる。

また、内ブロックを固定する支持体が設けられていてもよい。支持体は、複数のマニホールドと連通するガス流路を有する。複数のマニホールドのうち、端部のマニホールドに導入するガス量よりも、端部のマニホールドの内側に形成された１つのマニホールド又は複数のマニホールドに導入するガス量を多くすることができる。本構成によって、基板の中央部を端部よりも強力に冷却することができる。

また、ガス流路は、複数のマニホールドの全てと連通する第１ガス流路と、端部のマニホールドよりも内側に形成された１つのマニホールドと連通する第２ガス流路とを含んでいてもよい。端部のマニホールドよりも内側に複数のマニホールドが形成されている場合、第２ガス流路は、端部のマニホールドよりも内側に形成された複数のマニホールドから選ばれる少なくとも１つと連通していてもよい。本構成によって、冷却ガスの種類を基板の幅方向で変えることができる。

また、内ブロックは、基板の幅方向に並び、複数のマニホールドに対応する複数の分割ブロックを有していてもよい。第１シェルが、分割ブロックに対応する複数の分割シェル（第１分割シェル）を有していてもよい。本構成によって、幅広の第１シェルを加工容易に得ることができる。

また、内ブロックは、基板の幅方向に並び、複数のマニホールドに対応する複数の分割ブロックを有していてもよい。第１シェルが、分割ブロックに対応する、複数の分割シェルを有していてもよい。分割シェルが、それぞれ、内ブロック又は内ブロックを支持する支持体とベアリングを介して接続する機構を有していてもよい。本構成によって、第１シェルと内ブロックとの接触を防止することができる。

また、第１シェルと内ブロックとの間に、内ブロックのマニホールドから第１シェルの貫通孔に冷却ガスを導く複数の貫通孔を有する第２シェルが設けられていてもよい。第１シェルと第２シェルとの間に空間が形成されていてもよく、第２シェルと内ブロックとの間に空間が形成されていてもよい。内ブロックが、基板の幅方向に並び、複数のマニホールドに対応して分割された複数の分割ブロックを有していてもよい。第２シェルは、分割ブロックに対応する複数の分割シェル（第２分割シェル）を有していてもよい。本構成によって、幅広の第２シェルを加工容易に得ることができる。

また、内ブロックを固定する支持体と、第２シェルと内ブロック又は支持体とをベアリングを介して接続する第１接続機構と、第１シェルと第２シェルとをベアリングを介して接続する第２接続機構と、が設けられていてもよい。本構成によって、第２シェルを駆動回転し、第１シェルにより基板に擦過傷を生じることを防止することができる。

また、支持体がローラを冷却する水を流す水流路を有していてもよい。本構成によって、ローラの温度上昇を防止することができる。

次に、図面を参照しつつ、第１〜第３変形例に係るブローローラを説明する。実施形態で説明した部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。同様に、各変形例に共通する部材には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

図１１は、第１変形例に係るブローローラの縦断面図である。図１１に示すように、ブローローラ６０は、第１シェル１１、内ブロック６２及び支持体１７を備えている。

第１シェル１１と内ブロック６２との間には、ガスが導入されるマニホールド１４と、マニホールド１４以外に設定された隙間部１５とが形成されている。マニホールド１４は第１シェル１１と内ブロック６２との間に形成された中空空間であり、内ブロック６２によって複数のマニホールド１４が形成されている。詳細には、第１シェル１１の回転軸Ｏに平行な幅方向に沿って、複数のマニホールド１４が形成されている。マニホールド１４は例えば内ブロック６２の一部をくり抜いて形成され、第１シェル１１の貫通孔１３及び内ブロック６２を支持する支持体１７のガス流路１６（ガス導入ポート）につながっている。支持体１７と内ブロック６２は一体構造であってもよい。ガス流路１６から導入された冷却ガスがマニホールド１４を介して貫通孔１３に供給される。マニホールド１４における第１シェル１１と内ブロック６２との間隔を例えば５ｍｍ以上とすることにより、冷却ガスを高コンダクタンスで貫通孔１３に導くことができる。また、マニホールド１４を複数形成し、必要に応じて各マニホールド１４の形状を変えることで、ガス流路１６から貫通孔１３に至るガス経路のコンダクタンスを独立に設定することができる。これによって基板２１の幅方向のガス冷却の強度を変化させることが可能となる。

複数の第１貫通孔１３は、複数のマニホールド１４に対応する形で複数の列で設けられている。そのため、第１シェル１１と基板２１との間の圧力を均一に保つことができる。支持体１７は、真空槽２２の外部から複数のマニホールド１４にガスを導入するためのガス流路１６を有する。ガス流路１６は、複数のマニホールド１４のそれぞれに連通している。これにより、各マニホールド１４に冷却ガスを円滑に導くことができる。

例えば、真空プロセスを用いた薄膜の形成において、基板２１の幅方向の中央部が受ける熱負荷は、基板２１の幅方向の端部が受ける熱負荷よりも大きい場合が多い。これは薄膜の膜厚が均等であってもなお、基板２１の中央部付近では輻射熱に起因する熱負荷が端部に比べて大きいからである。このような場合に、ブローローラ６０の各マニホールド１４から第１シェル１１の貫通孔１３を介した冷却ガスの噴出が、基板２１の中央部で相対的に多くなり、基板２１の端部で相対的に少なくなるように、複数のマニホールド１４のコンダクタンス設計を行ってもよい。このようにすれば、基板２１が受ける熱負荷に応じて冷却強度を変化させることができる。基板２１の幅方向の温度分布を小さくし、基板２１の熱たわみ等を軽減することができる。

また、図１１に示すように、ガス流路１６の系統を複数用意してもよい。すなわち、ガス流路１６が、複数のマニホールド１４の全てと連通している第１ガス流路７と、端部のマニホールド１４よりも内側に形成されたマニホールド１４と連通している第２ガス流路８とを有する。詳細には、第２ガス流路８は、複数のマニホールド１４のうち、幅方向に関して両端に位置している２つのマニホールド１４よりも内側に形成された複数のマニホールド１４の少なくとも１つと連通している。これによって、基板２１の幅方向でマニホールド１４に導入されるガス量を変え、基板２１が受ける熱負荷に応じて冷却強度を変化させることができる。また、第１ガス流路７のガスの種類を第２ガス流路８のガスの種類と異ならせることもできる。例えば、基板２１の中央部で熱負荷が強い場合、特に金属箔基板を用いた場合等には、基板２１の中央部が伸びやすい。これによって、基板２１の中央部が、若干、ブローローラ６０から浮き上がりやすい。このような場合、例えば第１ガス流路７にアルゴンガスを用い、第２ガス流路８にヘリウムガスを用いる。ヘリウムガスは、高価ではあるが、分子衝突が起きにくいのでブローローラ６０と基板２１との間隔が広くても冷却能力が得やすい。これにより、ブローローラ６０から基板２１が多少浮き上がっていたとしても、基板２１の中央部付近を重点的に冷却することができる。

図１１では、第２ガス流路８は、両端の２つのマニホールド１４よりも内側に形成された複数のマニホールド１４のそれぞれと連通している。両端に位置している２つのマニホールド１４よりも内側にマニホールド１４が１つのみが形成されているとき（つまり、マニホールド１４の数が３つのとき）、第２ガス流路８は、中央部の１つのマニホールド１４のみと連通しうる。このように、第２ガス流路８は、両端の２つのマニホールド１４よりも内側に形成された１つのマニホールド１４のみと連通しうる。また、中央部に複数のマニホールド１４が形成されているとき、第２ガス流路８は、中央部の複数のマニホールド１４から選ばれる少なくとも１つのみと連通しうる。

隙間部１５における第１シェル１１と内ブロック６２との間隔は、マニホールド１４に比べて小さく設定され、例えば３０μｍ〜２００μｍである。間隔が大きすぎると隙間部１５を介した貫通孔１３からの冷却ガス漏れが多くなり、真空度が悪化する。間隔が小さすぎると、加工精度や、熱膨張による変形等によって、第１シェル１１と内ブロック６２とが接触し、回転異常やブローローラ６０の損傷を発生するリスクが高まる。

マニホールド１４は、抱き角の範囲の内側に設定される。これによって、マニホールド１４を介して貫通孔１３から放出される冷却ガスを第１シェル１１と基板２１との間に閉じこめやすくなる。さらに好ましくは、抱き角の範囲の両側から孔ピッチＡ以上内側に入った範囲にマニホールド１４を設定する。このようにすれば、マニホールド１４を介して貫通孔１３から放出される冷却ガスを第１シェル１１と基板２１との間にさらに閉じこめやすくなる。

図１２は、第２変形例に係るブローローラの縦断面図である。ブローローラ７０は、第１シェル４１、内ブロック６５、支持体１７及び複数のベアリング５４を備えている。内ブロック６５は、複数のマニホールド１４のそれぞれを規定するように幅方向に並べられた複数の分割ブロック６４で構成されている。第１シェル４１は、複数の分割ブロック６４に対応する複数の分割シェル４０を有する。支持体１７には、各分割ブロック６４が固定されている。複数のベアリング５４は、第１シェル４１（すなわち複数の分割シェル４０）を支持体１７に回転可能に接続している。なお、支持体１７は内ブロック６５に一体に形成されていてもよい。この場合、複数のベアリング５４は、第１シェル４１（複数の分割シェル４０）を複数の分割ブロック６４にそれぞれ接続する役割を担う。

内ブロック６５は、基板２１の幅方向に並んだ、マニホールド１４の分割に対応した複数の分割ブロック６４から構成することができる。さらに、第１シェル４１を、分割ブロック６４に対応する複数の分割シェル４０から構成することができる。内ブロック６５及び第１シェル４１を複数に分割することにより、所望の冷却条件に応じたブローローラ７０を、分割ブロック６４及び分割シェル４０の組み替えによって簡便に得ることができる。また、幅広のブローローラ７０においても特に内面研削の加工精度を維持することが容易となる。

さらに、複数の分割シェル４０を、それぞれ内ブロック６５又は内ブロック６５を支持する支持体１７とベアリング５４を介して接続する。これにより、第１シェル４１を短スパンで強固に支持することができるので、第１シェル４１と内ブロック６５との接触を防止することができる。

図１２に示すブローローラ７０の構造により、第１シェル４１の貫通孔１３は第１シェル４１の回転に伴って、マニホールド１４と隙間部１５とに対向して移動する。ガス流路１６から貫通孔１３に至るコンダクタンスは、マニホールド１４を経由した場合の方が、隙間部１５を経由した場合に比べてはるかに大きい。そのため、基板２１の無い状態では、マニホールド１４に対向しているときに貫通孔１３を外向きに通過する冷却ガスの量は、隙間部１５に対向しているときに貫通孔１３を通過する冷却ガスの量よりも多い。従ってブローローラ７０に基板２１が接触する抱き角の範囲の貫通孔１３から効率的に冷却ガスを放出することができるので、第１シェル４１と基板２１との間の冷却ガス圧を高くすることができる。

基板２１のある状態では、抱き角の範囲で第１シェル４１と基板２１との間に高圧力の冷却ガスが存在するので、第１シェル４１は基板２１から効率的に受熱することができる。一方、抱き角の範囲外では第１シェル４１は内ブロック６５に近接しており、かつ第１シェル４１と内ブロック６５との間に冷却ガスが保持されている。そのため、第１シェル４１は内ブロック６５によって効率的に冷却される。このように第１シェル４１の回転に伴い、第１シェル４１は基板２１の冷却と、内ブロック６５への放熱を周期的に繰り返すので、安定した冷却動作を長時間にわたって発揮できる。

冷却ガスを導入したときの、第１シェル４１の外周面と基板２１との間の平均圧力を、大気圧より低くすることで、第１シェル４１の外周面と基板２１との間から漏れ出す冷却ガスの量を少なくできる。これにより、排気ポンプ３５の負荷を小さくすることができる。

また、ガスの導入量が少ないので、第１シェル４１の外周面と基板２１との間の平均圧力による浮力は、基板２１の搬送張力による、基板２１のブローローラ７０への垂直抗力よりも小さい。そのため、第１シェル４１の外周面と基板２１との間隔の変化は、ガス導入の有無で例えば１００μｍ以下である。すなわち、基板２１の浮き上がりを防止し、基板２１の冷却を効率良く行うことができる。

基板２１の幅方向に複数のマニホールド１４が形成されていると、基板２１の幅方向に最適の冷却条件を実現することができる。従って、冷却ガスの導入量を少なくしてもブローローラ７０と基板２１との間のガス圧を高くすることができる。また、冷却機能をコンパクトに実現できるので、設備の大型化、高コスト化を抑制することができる。

例えば、ブローローラ７０に関して、第１シェル４１を直径１１０ｍｍ、幅１２０ｍｍ、肉厚６．５ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを２０度、孔ピッチＢを１９ｍｍで５列構成、隙間部１５における第１シェル４１と内ブロック６５との間隔を１００μｍに設定する。内ブロック６５のマニホールド１４を５分割し、ガス流路１６からの冷却ガスとしてヘリウムガスを両端のマニホールド１４に合計２０ｓｃｃｍ、中央部の３つのマニホールド１４に合計５３ｓｃｃｍ導入すると、ガス流路１６からのガス導入をせずに、真空槽２２の全体が１００Ｐａとなるようにヘリウムガスを導入した場合と同等のガス冷却能力が得られる。熱伝達係数は、ブローローラ７０の表面を走行中の基板２１の温度を、熱電対等を用いて測定し、移動時間と基板２１の温度の変化とから算出することができる。ガス冷却による熱伝達係数は基板２１の種類にもよるが、例えば０．００３Ｗ／ｃｍ²／Ｋである。例えばこの場合、真空槽２２の一部に差圧構造を導入するだけでは、ヘリウムガス導入量は約６８０ｓｃｃｍが必要である。ブローローラ７０によって、必要なガス導入量は１／９程度にまで低減することができる。また、基板２１の中央部に、端部に比べてより多くのガスを流すことで、基板２１の中央部での冷却を強化することができ、基板２１の変形を効果的に抑制できる。

ブローローラ７０を用いた薄膜の製造をさらに具体的に説明する。例えば、図２を参照して説明した成膜装置２０Ｂのブローローラ６に代えて、ブローローラ７０を用いる。

集電体となる古河サーキットフォイル社製の粗面化銅箔（厚さ１８μｍ、幅１００ｍｍ）を基板２１として用い、集電体の両面上にそれぞれシリコン多層薄膜を厚さ８μｍに、真空蒸着法によって形成する。排気ポンプ３５として口径１４インチの油拡散ポンプを２台備えた、容積０．４ｍ³の真空槽２２を０．００２Ｐａまで排気した後に、成膜材料であるシリコンを溶解する。シリコンの溶解は日本電子社製の２７０度偏向型電子ビーム蒸発源（成膜源１９）を用いて行う。加速電圧−１０ｋＶ、エミッション電流５２０〜７００ｍＡの電子ビームを溶融シリコンに照射し、発生した蒸気を、キャン２７に沿って走行中の基板２１に差し向ける。

シリコン薄膜の成膜幅が８５ｍｍとなるように、図示しないメタルマスク（開口長は各１００ｍｍ）を基板２１から約２ｍｍの位置に設置する。搬送系５０Ｂは、基板２１の往復走行が可能となるように構成されている。一回の走行で基板２１の両面に膜厚０．５μｍ程度のシリコン薄膜が一層ずつ形成される。往復走行しながら成膜を１６回繰り返すことによって、約８μｍのシリコン薄膜を形成できる。

基板２１の両面への各層の形成は、例えば、平均エミッション電流６００ｍＡ、基板搬送速度２ｍ／分、平均成膜速度８０ｎｍ／秒で行う。

ブローローラ７０（図２のブローローラ６ａに対応）は基板２１の片面（第一面）にシリコン薄膜が形成された後、他面（第二面）への成膜が行われる前の搬送経路に設置される。ブローローラ７０に関して、第１シェル４１を直径１２０ｍｍ、軸方向長さ１２０ｍｍ、肉厚４ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを２０度、孔ピッチＢを１５ｍｍで５列構成、隙間部１５における第１シェル４１と内ブロック６５との間隔を８０μｍに設定する。ガス流路１６からの冷却ガスとしてアルゴンガスを両端の２つのマニホールド１４に合計２０ｓｃｃｍ、中央部の３つのマニホールド１４に合計６０ｓｃｃｍ導入する。これによって基板２１の各面への成膜開始時における基板２１の温度をほぼ同一にすることができる。成膜開始時における基板２１の温度を両面で均等とすることにより、薄膜の品質を同等とすることができるほか、熱膨張係数差等に起因した、成膜後の基板２１の反りを小さくすることができる。また、第二面への成膜開始時の基板２１の温度を低く抑えることによって、基板２１の最高到達温度を低くすることができて、基板２１の劣化を防止することができる。

また、別のブローローラ７０（図２のブローローラ６ｂに対応）は、基板２１の各走行において、成膜の完了後、巻き芯ローラ２６に至るまでの間に設置されている。これによって、巻き取り時の基板２１の温度を常温近くにすることができる。巻き取り時の基板２１の温度を常温近傍とすることによって、巻き取り時の基板２１の熱変形に起因する皺の発生を防ぎ、また巻き取り後の基板２１の収縮による、巻き締まりの現象を防止することができる。ブローローラ７０に関して、第１シェル４１を直径８０ｍｍ、軸方向長さ１２０ｍｍ、肉厚３ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを１５度、孔ピッチＢを１５ｍｍで５列構成、隙間部１５における第１シェル４１と内ブロック６５との間隔を５０μｍに設定する。ガス流路１６からの冷却ガスとしてアルゴンガスを両端の２つのマニホールドに合計１４ｓｃｃｍ、中央部の３つのマニホールド１４に合計３６ｓｃｃｍ導入する。

次に、図１３は、第３変形例に係るブローローラの縦断面図である。ブローローラ８０は、第１シェル５１、第２シェル５８、内ブロック６５、支持体１７、第１ベアリング５４及び第２ベアリング５５を備えている。第１シェル５１は、先に説明した第１シェル１１と概ね同じ構造を有する。第２シェル５８は、図１２を参照して説明した第１シェル４１と概ね同じ構造を有する。本変形例において、第２シェル５８は、第１シェル５１と内ブロック６５との間に配置されている。第２シェル５８は、円筒の形状を有する。第２シェル５８の回転軸は、第１シェル５１の回転軸Ｏに一致していてもよいし、ずれていてもよい。第２シェル５８は、第１シェル５１の内径よりも小さい外径を有する。第２シェル５８は、複数のマニホールド１４から第１シェル５１の複数の第１貫通孔１３にガスを導く複数の第２貫通孔４３を有する。内ブロック６５は、複数のマニホールド１４のそれぞれを規定するように幅方向に並べられた複数の分割ブロック６４で構成されている。第２シェル５８は、複数の分割ブロック６４に対応する複数の分割シェル５７（第２分割シェル）を有する。隙間部１５の一部は、内ブロック６５と第２シェル５８との間に形成されており、隙間部１５の他の一部は、第２シェル５８と第１シェル５１との間に形成されている。このように、ブローローラ８０は、図１２を参照して説明したブローローラ７０をさらに別のシェルで被覆した構造を有している。

支持体１７には、内ブロック６５が固定されている。支持体１７は、真空槽２２の外部からマニホールド１４にガスを導入するためのガス流路１６と、当該支持体１７を冷却するための冷媒を流すための冷媒流路６６とを有する。ガス流路１６は、第１ガス流路７及び第２ガス流路８を有していてもよいし、１種類のガスのみをマニホールド１４に供給できる単一の流路で構成されていてもよい。第１ベアリング５４は、第２シェル５８を支持体１７に回転可能に接続している。第２ベアリング５５は、第１シェル５１を第２シェル５８に回転可能に接続している。

図１３に示すように、第１シェル５１と内ブロック６５との間に、第２シェル５８を配置することができる。第１シェル５１と第２シェル５８との間に空間が形成され、第２シェル５８と内ブロック６５との間に空間が形成されている。また、第２シェル５８には、マニホールド１４から第１シェル５１の貫通孔１３に冷却ガスを導く第２貫通孔４３を形成することができる。第２シェル５８を、内ブロック６５を形成する分割ブロック６４に対応する複数の分割シェル５７（第２分割シェル）で形成することで、幅広のブローローラ８０においても特に内面研削の加工精度を維持することが容易となる。また、第２シェル５８を、内ブロック６５又は内ブロック６５を固定する支持体１７にベアリング５４を介して回転可能に接続することができる。さらに、第１シェル５１と第２シェル５８とをベアリング５５を介して回転可能に接続することができる。これによって、第２シェル５８を駆動回転し、第１シェル５１により基板２１に擦過傷を生じることを防止することができる。

ブローローラ８０は基板２１の冷却を行うので、温度上昇を防ぐために冷却水の水流路６６（冷媒流路）を支持体１７に設けることが望ましい。冷却手段は水に限定されず、液状やガス状の各種冷媒を用いることができる。水流路６６には、真空槽２２の外部から水が供給される。水流路６６を流れた水は、真空槽２２の外部へと戻される。

第１シェル５１の貫通孔１３は、第１シェル５１の回転に伴って、第２シェル５８を介して、マニホールド１４及び隙間部１５に対向して移動する。すなわち、第１シェル５１は、第２シェル５８を介して内ブロック６５によって冷却される。

ブローローラ８０を用いた薄膜の製造をさらに具体的に説明する。例えば、図３を参照して説明した成膜装置２０Ｃのブローローラ６に代えて、ブローローラ８０を用いる。

集電体となる古河サーキットフォイル社製の粗面化銅箔（厚さ１８μｍ、幅２００ｍｍ）を基板２１として用い、集電体の両面上にそれぞれシリコン酸化物多層薄膜を厚さ１５μｍに真空蒸着法によって形成する。排気ポンプ３５として口径１４インチの油拡散ポンプを２台備えた、容積０．４ｍ³の真空槽２２を０．００２Ｐａまで排気した後に、成膜材料であるシリコンを溶解する。シリコンの溶解は日本電子社製の２７０度偏向型電子ビーム蒸発源（成膜源１９）を用いて行う。加速電圧−１０ｋＶ、エミッション電流９５０ｍＡの電子ビームを溶融シリコンに照射し、発生した蒸気を基板２１に差し向ける。

基板２１は１０℃の冷却水によって冷却されている冷却体１から約０．５ｍｍの位置を移動しており、冷却体１に沿って移動中にシリコン薄膜が形成される。基板２１の幅方向の冷却体１の長さは９０ｍｍである。冷却体１の構造は、図１０を参照して先に説明した通りである。

シリコン薄膜の成膜幅が１８０ｍｍとなるように、メタルマスク２５（開口長は各１５０ｍｍ）を基板２１から約２ｍｍの位置に設置する。また、基板２１の成膜面側に設置した反応ガスノズルからメタルマスク２５の開口部３１に酸素ガスを差し向ける。これによって基板２１上にシリコン酸化物薄膜が形成される。一回の走行で基板２１の両面に膜厚１μｍ程度のシリコン薄膜が一層ずつ形成される。往復走行しながら成膜を１５回繰り返すことによって、約１５μｍのシリコン酸化物薄膜を形成できる。

基板２１の両面への各層の形成は、例えば、平均エミッション電流９５０ｍＡ、基板搬送速度３．６ｍ／分、平均成膜速度２００ｎｍ／秒で行う。この時冷却ガスとしてアルゴンガス９ｓｃｃｍを、冷却体１と基板２１との間に導入する。また、成膜反応用ガスとして、反応ガスノズルから酸素ガスを各開口部３１に向けてそれぞれ３０ｓｃｃｍ導入する。

ブローローラ８０（図３に示すブローローラ６ａに対応）は、基板２１の片面（第一面）にシリコン薄膜が形成された後、他面（第二面）への成膜が行われる前の搬送経路に設置される。ブローローラ８０に関して、第１シェル５１を直径２５０ｍｍ、軸方向長さ４００ｍｍ、肉厚４ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを２０度、孔ピッチＢを２５ｍｍで９列構成、第１シェル５１と第２シェル５８との間隔を１００μｍ、隙間部１５における第２シェル５８と内ブロック６５との間隔を１００μｍに設定する。内ブロック６５のマニホールド１４を９分割し、ガス流路１６からの冷却ガスとして酸素ガスを全てのマニホールド１４にほぼ均等に合計２００ｓｃｃｍ、中央部の５つのマニホールド１４にヘリウムガスを合計５０ｓｃｃｍ導入する。また、第１シェル５１の外周面から２００μｍの位置に平均厚み５ｍｍのアルミブロック（ガス漏れ削減部材）を配置する。これによって基板２１の各面への成膜開始時における基板２１の温度をほぼ同一にすることができる。

また、別のブローローラ８０（図３のブローローラ６ｂに対応）は、基板２１の各走行において、成膜の完了後、巻き芯ローラ２６に至るまでの間に設置されている。これによって、巻き取り時の基板２１の温度を常温近くにすることができる。巻き取り時の基板２１の温度を常温近傍とすることによって、巻き取り時の基板２１の熱変形に起因する皺の発生を防ぎ、また巻き取り後の基板２１の収縮による、巻き締まりの現象を防止することができる。ブローローラ８０に関して、第１シェル５１を直径２００ｍｍ、軸方向長さ４００ｍｍ、肉厚３ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを１５度、孔ピッチＢを２５ｍｍで９列構成、第１シェル５１と第２シェル５８との間隔を１００μｍ、隙間部１５における第２シェル５８と内ブロック６５との間隔を６０μｍに設定する。内ブロック６５のマニホールド１４を９分割し、ガス流路１６からの冷却ガスとして酸素ガスを全てのマニホールド１４にほぼ均等に合計１００ｓｃｃｍ、中央部の５つのマニホールド１４にヘリウムガスを合計４０ｓｃｃｍ導入する。ブローローラ８０の第２シェル５８には、図示しないタイミングプーリーが設置されており、タイミングプーリーはタイミングベルトとモーターとによって駆動される。第２シェル５８の角速度は、例えば、第１シェル５１と同じ直径を有するローラが基板２１の搬送速度と等しい速度で回転するための角速度に等しい。

以上に説明したブローローラ７０（又は８０）によれば、基板２１の幅方向に複数のマニホールド１４が形成されている。そのため、冷却強度をガス導入量やガス種によって基板２１の幅方向で調整できる。ブローローラ８０は、内ブロック６５、第１シェル５１及び第２シェル５８で構成されているので、加工精度を確保しやすい。また、第１シェル５１及び第２シェル５８がそれぞれベアリング機構で支持されているので、基板２１の張力による、隙間部１５の径方向の寸法の変化を小さくすることができる。そのため、幅広の基板２１を用い、かつ冷却ガスの導入量を少なくしても、第１シェル４１（又は５１）と基板２１との間のガス圧を高くすることができる。さらに、第２シェル５８の導入と駆動により第１シェル５１による基板２１の擦過傷を防止することができる。従って、真空度の悪化を抑えてガス冷却が可能なガス冷却ローラをコンパクトに実現することができる。すなわち、ガス冷却ローラを用いたときの真空度悪化を抑え、基板２１の効率的冷却が可能な成膜装置をコンパクトに実現することができる。

（第４変形例に係るブローローラ）
巻き取り式の薄膜製造において、生産性を高めるために、基板の搬送速度が高速になると、基板と搬送ローラとの間で速度差が生じた場合及びローラの表面が平滑でない場合に基板に擦過傷が入る場合がある。従って、ガス冷却を用いて基板を冷却する場合に基板の機械的ダメージ無く冷却可能なことが望まれている。また、巻き取り式の薄膜製造に使用するガス冷却の機器は加工精度を確保することが容易なことが望まれる。

以下に説明する第４変形例は、上記の問題点を解決するもので、幅広の基板の冷却に適合するガス冷却を、真空度の悪化及び基板のダメージを抑制しつつ実現する。

第４変形例に係るブローローラの概要は以下の通りである。

図４〜図９を参照して説明したブローローラにおいて、第１シェルと内ブロックとの間に配置され、マニホールドから第１シェルの複数の第１貫通孔にガスを導く複数の第２貫通孔を有する円筒形の第２シェルがさらに設けられていてもよい。本構成によって、基板と第１シェルとが触れている部分にガスを集中的に導く構造を内ブロックと第１シェルとで形成することができる。基板にダメージを与えずガスを第１シェルと基板との間に導く構造を第２シェルと第１シェルとで形成することができる。

また、内ブロックを固定する支持体と、第２シェルと支持体とをベアリングを介して接続する第１接続機構と、第１シェルと第２シェルとベアリングを介して接続する第２接続機構とが設けられていてもよい。本構成によって、第２シェルの駆動が可能となり、第１シェルによる基板の擦過傷を防止することができる。

また、支持体は、マニホールドと連通するガス流路を有していてもよい。ガス流路を介してマニホールドにガスを供給することができる。本構成によって、マニホールドから第１シェルの貫通孔に至る経路に円滑にガスを送ることができる。

また、内ブロックが、基板の幅方向に並ぶ複数の分割ブロックを有し、第２シェルが、分割ブロックに対応して並ぶ分割シェルを有していてもよい。本構成によって、幅広の第２シェルを加工容易に得ることができる。

好適な態様において、第２シェルの貫通孔が第２シェルの回転に伴って、内ブロックと隙間部とに対向して移動する。基板の無い状態では、マニホールドに対向しているときに第２シェルの貫通孔を外向きに通過するガスの量が、隙間部に対向しているときに第２シェルの貫通孔を通過するガスの量よりも多い。基板のない状態では、第１シェルの貫通孔を通過するガス量は、第１シェルの回転に伴って、抱き角の範囲と、抱き角以外の範囲とで増減する。基板のある状態では、第１シェルは回転に伴い、基板からの受熱と、第２シェルへの放熱を行う。基板のある状態では、第２シェルは回転に伴い、第１シェルからの受熱と、内ブロックへの放熱を周期的に繰り返す。ガスを導入したときの、第１シェルの外周面と基板との間の平均圧力が、大気圧より低い。本構成によって、ガス冷却における冷却ガスを効率的に用いることができる。

また、第１シェルの外周面と基板との間隔の変化が、ガス導入の有無で１００μｍ以下であってもよい。本構成によって、基板の冷却を効率良く行うことができる。

好適な態様において、第１シェルの外周面と基板との間の平均圧力による浮力が、基板の搬送張力による、第１シェルへの垂直抗力よりも小さい。本構成によって、基板の浮き上がりを防止し、基板の冷却を効率良く行うことができる。

また、第２シェルが第１シェルと独立して回転可能であってもよい。本構成によって、第２シェルを駆動した際の、第１シェルによる基板の擦過傷を軽減することができる。

また、第１シェルの回転に伴って、第１シェルの貫通孔が第２シェルの貫通孔と対向可能であってもよい。本構成によって、冷却ガスを効率良く第１シェルと基板との間に保持することができる。

また、貫通孔が第１シェルの周方向に均等に配置されており、かつ貫通孔の列が隣接する貫通孔の別の列と位相ずれの関係にあってもよい。本構成によって、冷却強度の変動を小さくすることができる。

また、貫通孔が第２シェルの周方向に均等に配置されており、かつ貫通孔の列が隣接する貫通孔の列と位相ずれの関係にあってもよい。本構成によって、冷却強度の変動を小さくすることができる。

次に、図面を参照しつつ、第４変形例に係るブローローラを説明する。実施形態及び先の変形例で説明した部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

図１４は、第４変形例に係るブローローラの縦断面図である。図１４に示すように、ブローローラ９０は、第１シェル５１、第２シェル７２、内ブロック１２、支持体１７、第１ベアリング５４及び第２ベアリング５５を備えている。すなわち、ブローローラ９０は、第３変形例のブローローラ８０と共通する構造（２重シェル構造）を有している。従って、ブローローラ８０に関する説明は、ブローローラ９０に援用できる。同様に、ブローローラ９０に関する説明は、ブローローラ８０に援用できる。ただし、ブローローラ９０は、ブローローラ８０のような幅方向の分割構造を有しておらず、比較的簡素である。

支持体１７には、内ブロック１２が固定されている。支持体１７は、真空槽２２の外部からマニホールド１４にガスを導入するためのガス流路１６を有する。第１ベアリング５４は、第２シェル７２を支持体１７に回転可能に接続している。第２ベアリング５５は、第１シェル５１を第２シェル７２に回転可能に接続している。第１シェル５１及び第２シェル７２は、互いに独立して回転可能である。第１シェル５１の回転軸Ｏは、第２シェル７２の回転軸Ｏに一致している。ただし、第１シェル５１と第２シェル７２とが同軸であることは必須でない。

第２シェル７２は、円筒形の外周面を有する。第２シェル７２に複数の第２貫通孔４３が形成されている。複数の第２貫通孔４３は、（i）第２シェル７２の回転軸Ｏに平行な幅方向の所定位置において周方向に沿って設けられた第１グループと、（ii）幅方向に関して所定位置に隣接した位置において周方向に沿って設けられた第２グループと、を構成している。第１グループに属する複数の第２貫通孔４３と、第２グループに属する複数の第２貫通孔４３とが、互い違いの配列を形成していてもよい。このことは、図８を参照して説明した通りである。

ブローローラ９０をさらに詳しく説明する。

ブローローラ９０は基板２１と同期して回転する第１シェル５１と、基板２１と同期回転しない内ブロック１２とを有する。第１シェル５１には貫通孔１３（第１貫通孔）が複数形成されている。第１シェル５１と内ブロック１２との間には、第２シェル７２が配置されている。第１シェル５１と第２シェル７２との間に空間が形成され、第２シェル７２と内ブロック１２との間に空間が形成されている。第２シェル７２には複数の貫通孔４３（第２貫通孔）が形成されている。中空円柱の第１シェル５１の中空部分に第２シェル７２が配置されている。また、中空円柱の第２シェル７２の中空部分に内ブロック１２が配置されている。第１シェル５１の直径は例えば４０〜１０００ｍｍである。第１シェル５１が大きい方が冷却能力は得やすいが、大きすぎると真空槽２２の中で占有する体積が大きくなり、成膜装置２０Ａが大型化して設備コストが増大するおそれがある。また、直径が大きい程、熱膨張による変形の絶対値が大きくなるので、第１シェル５１の軸方向長さが長い場合に第２シェル７２との隙間精度を維持することが困難になる。一方、第１シェル５１の直径が小さくなると第１シェル５１の内面の研削加工精度を確保することが困難となる。第１シェル５１の軸方向長さは、安定走行のために基板２１の幅より長く設定されている。第１シェル５１の幅は、例えば１００〜８００ｍｍである。また、貫通孔１３が形成されている領域における第１シェル５１の肉厚は例えば２〜１５ｍｍである。肉厚が薄いと基板２１に付与された張力によって第１シェル５１の変形がおきやすく、第１シェル５１が厚いと、貫通孔１３を形成するための加工が難しくなる。

第１シェル５１における貫通孔１３の配列、寸法等は、図４を参照して説明した通りである。

第２シェル７２の直径は例えば３５〜９９０ｍｍである。第２シェル７２が大きい方が冷却能力は得やすいが、大きすぎると真空槽２２の中で占有する体積が大きくなり、成膜装置２０Ａが大型化して設備コストが増大する。また、直径が大きい程、熱膨張による変形の絶対値が大きくなるので、第２シェル７２の軸方向長さが長い場合に内ブロック１２との隙間精度を維持することが困難になる。一方、第２シェル７２の直径が小さくなると第２シェル７２の内面の研削加工精度を確保することが困難となる。第２シェル７２の軸方向長さは、基板２１の幅に応じて例えば１００〜８００ｍｍである。また、貫通孔４３が形成されている領域における第２シェル７２の肉厚は例えば２〜１５ｍｍである。肉厚が薄いと第２シェル７２の変形がおきやすく、第２シェル７２が厚いと、貫通孔４３を形成するための加工が難しくなる。

第１シェル５１の貫通孔１３と同様、第２シェル７２の貫通孔４３の直径、回転方向の孔ピッチＣ（図４の孔ピッチＡに対応）及び軸方向の孔ピッチＤ（図４の孔ピッチＢに対応）は、基板２１の冷却条件や真空度条件に応じて適宜設定される。貫通孔４３の直径は、例えば１〜１０ｍｍである。貫通孔４３の直径が大きすぎると冷却ガスの漏れが大きくなり、逆に貫通孔４３の直径が小さくなると、貫通孔４３を形成するための加工が困難になる。孔ピッチＣは例えば１０〜５０ｍｍである。孔ピッチＣは、また、回転方向の角度ピッチに換算して、例えば５〜３０度程度であってもよい。孔ピッチＣが小さいと孔加工の数が増えて設備コストが増大する。孔ピッチＣが大きすぎると第２シェル７２の回転位置による圧力変動が大きくなり、冷却能力の均一性が低下する。孔ピッチＤは例えば１０〜２００ｍｍである。孔ピッチＤは第２シェル７２の軸方向（幅方向）に均一ピッチである必要はなく、基板２１の温度と冷却の状態に応じて適宜調整することができる。孔ピッチＤが小さいと孔加工の数が増えて設備コストが増大するが、孔ピッチＤが大きすぎると、幅方向の冷却能力の均一性が低下する。

第１シェル５１の貫通孔１３の孔ピッチＢと、第２シェル７２の貫通孔４３の孔ピッチＤは必ずしも同じである必要はない。しかし、孔ピッチＢと孔ピッチＤを同一とすると、以下の利益が得られる。すなわち、第１シェル５１と第２シェル７２が相対的に回転したときに、第１シェル５１の径方向に関して、第１シェル５１の貫通孔１３が第２シェル７２の貫通孔４３に重なる。この場合、内ブロック１２のマニホールド１４から第２シェル７２の貫通孔４３を介して第１シェル５１の貫通孔１３にガスを効率良く流し易い。これにより、より少ない冷却ガス量で基板２１の冷却が可能となる。

第２シェル７２と内ブロック１２との間にはガスが導入されるマニホールド１４と、マニホールド１４以外に設定された隙間部１５とが形成されている。隙間部１５は、第２シェル７２と第１シェル５１との間にも形成されている。マニホールド１４は第２シェル７２と内ブロック１２との間に形成された中空空間である。内ブロック１２によって複数のマニホールド１４が形成されていてもよい。マニホールド１４は例えば内ブロック１２の一部をくり抜いて形成され、第２シェル７２の貫通孔４３、第１シェル５１の貫通孔１３及び内ブロック１２を支持する支持体１７のガス流路１６（ガス導入ポート）につながっている。支持体１７と内ブロック１２は一体構造であってもよい。支持体１７のガス流路１６から導入された冷却ガスがマニホールド１４及び貫通孔４３を介して貫通孔１３に供給される。マニホールド１４における第２シェル７２と内ブロック１２との間隔を例えば５ｍｍ以上とすることにより、冷却ガスを高コンダクタンスで貫通孔４３に導くことができる。また、マニホールド１４を複数形成し、必要に応じて各マニホールド１４の形状を変えることで、ガス流路１６から、マニホールド１４、第２シェル７２の貫通孔４３、第１シェル５１の貫通孔１３に至るガス経路のコンダクタンスを独立に設定することができる。これによって、基板２１の幅方向のガス冷却の強度を変化させることが可能となる。

例えば、真空プロセスを用いた薄膜の形成において、基板２１の幅方向の中央部が受ける熱負荷は、基板２１の幅方向の端部が受ける熱負荷よりも大きい場合が多い。これは薄膜の膜厚が均等であってもなお、基板２１の中央部付近では輻射熱に起因する熱負荷が端部に比べて大きいからである。このような場合に、ブローローラ９０のマニホールド１４から貫通孔４３及び貫通孔１３を介した冷却用ガスの噴出が、基板２１の中央部で相対的に多くなり、基板２１の端部で相対的に少なくなるように、複数のマニホールド１４のコンダクタンス設計を行ってもよい。このようにすれば、基板２１が受ける熱負荷に応じて冷却強度を変化させることができる。基板２１の幅方向の温度分布を小さくし、基板２１の熱たわみ等を軽減することができる。

ブローローラ９０が複数のマニホールド１４を有している場合、図１１を参照して説明したように、ガス流路１６が複数の流路で構成されていてもよい。

隙間部１５における第２シェル７２と内ブロック１２との間隔は、マニホールド１４に比べて小さく設定され、例えば３０μｍ〜２００μｍである。間隔が大きすぎると隙間部１５を介した貫通孔１３からの冷却ガス漏れが多くなり、真空度が悪化する。間隔が小さすぎると、加工精度や、熱膨張による変形等によって、第２シェル７２と内ブロック１２とが接触し、回転異常やブローローラ９０の損傷を発生するリスクが高まる。

隙間部１５における第１シェル５１と第２シェル７２との間隔は、例えば３０μｍ〜２００μｍである。第１シェル５１の回転軸Ｏと第２シェル７２の回転軸は必ずしも一致していなくともよい。例えば、抱き角の範囲での第１シェル５１と第２シェル７２との間隔が、抱き角の範囲外での第１シェル５１と第２シェル７２との間隔よりも若干広めになるような設定が可能である。間隔が大きすぎると抱き角の範囲外の貫通孔１３からの冷却ガス漏れが多くなり、真空度が悪化する。間隔が小さすぎると、加工精度や、熱膨張による変形等によって、第１シェル５１と第２シェル７２とが接触し、回転異常やブローローラ８０の損傷を発生するリスクが高まる。

マニホールド１４は、抱き角の範囲の内側に設定されている。これによって、マニホールド１４を介して貫通孔１３から放出される冷却ガスを第１シェル５１と基板２１との間に閉じこめやすくなる。さらに好ましくは、抱き角の範囲の両側から孔ピッチＡ以上内側に入った範囲にマニホールド１４を設定する。このようにすれば、マニホールド１４を介して貫通孔１３から放出される冷却ガスを第１シェル５１と基板２１との間にさらに閉じこめやすくなる。

ブローローラ９０の内ブロック１２を軸方向に分割すると、図１５に示すブローローラ１９０が得られる。なお、内ブロックの分割構造については、第１変形例及び第２変形例で詳細に説明した通りである。

第１シェル５１と第２シェル７２とは、ベアリング５５を介して回転可能に接続されている。これによって、第２シェル７２を駆動回転して、第１シェル５１により基板２１に擦過傷を生じることを防止することができる。

ブローローラ８０と同様に、ブローローラ９０の支持体１７に水流路６６（冷媒流路）が設けられていてもよい。

以上のようなブローローラ９０の構造により、第１シェル５１の貫通孔１３は第１シェル５１の回転に伴って、第２シェル７２を介して、マニホールド１４及び隙間部１５に対向して移動する。ガス流路１６から貫通孔１３に至るコンダクタンスは、マニホールド１４を経由した場合の方が、隙間部１５を経由した場合に比べてはるかに大きい。そのため、基板２１の無い状態では、マニホールド１４に対向しているときに貫通孔１３を外向きに通過する冷却ガスの量は、隙間部１５に対向しているときに貫通孔１３を通過する冷却ガスの量よりも多い。従って、抱き角の範囲の貫通孔１３から効率的に冷却ガスを放出することができるので、第１シェル５１と基板２１との間の冷却ガス圧を高くすることができる。

基板２１のある状態では、抱き角の範囲で第１シェル５１と基板２１との間に高圧力の冷却ガスが存在するので、第１シェル５１は基板２１から効率的に受熱することができる。一方、抱き角の範囲外では第１シェル５１は第２シェル７２を介して内ブロック１２に近接し、かつ第１シェル５１と内ブロック７２との間に冷却ガスが保持されている。そのため、第１シェル５１は第２シェル７２を介して内ブロック１２によって効率的に冷却される。このように第１シェル５１の回転に伴い、第１シェル５１は基板２１の冷却と、内ブロック１２への放熱を周期的に繰り返すので、安定した冷却動作を長時間にわたって発揮できる。

冷却ガスを導入したときの、第１シェル５１の外周面と基板２１との間の平均圧力は、大気圧より低いことが好ましい。第１シェル５１の外周面と基板２１との間から漏れ出す冷却ガスの量を少なくできるので、排気ポンプ３５の負荷を小さくすることができる。また、ガスの導入量が少ないので、第１シェル５１の外周面と基板２１との間の平均圧力による浮力は、基板２１の搬送張力による、基板２１のブローローラ９０への垂直抗力よりも小さい。そのため、通常第１シェル５１の外周面と基板２１との間隔の変化は、ガス導入の有無で１００μｍ以下である。基板２１の浮き上がりを防止し、基板２１の冷却を効率良く行うことができる。第１シェル５１と内ブロック１２との間に第２シェル７２を配置した本変形例の構成によって、基板２１の擦過傷の防止と、冷却ガスの導入量を少なくしてもブローローラ９０と基板２１との間のガス圧を高くすることが可能なガスの吹き出し方向の制御とを両立することができる。また、冷却機能をコンパクトに実現できるので、設備の大型化、高コスト化を抑制することができる。

図１に示す成膜装置２０Ａのブローローラ６に代えて、ブローローラ９０を好適に使用できる。

例えば、ブローローラ９０に関して、第１シェル５１を直径１１０ｍｍ、幅１２０ｍｍ、肉厚６．５ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを２０度、孔ピッチＢを１９ｍｍで５列構成、第２シェル７２の肉厚６ｍｍ、貫通孔４３を直径３ｍｍ、孔ピッチＣを１５度、孔ピッチＤを１９ｍｍで５列構成、隙間部１５における第１シェル５１と第２シェル７２との間隔を１２０μｍ、第２シェル７２と内ブロック１２との間隔を１００μｍに設定する。内ブロック１２のマニホールド１４を５分割し、ガス流路１６からの冷却ガスとしてヘリウムガスを両端のマニホールド１４に合計２０ｓｃｃｍ、中央部の３つのマニホールド１４に合計５３ｓｃｃｍ導入すると、ガス流路１６からのガス導入をせずに、真空槽２２の全体が１００Ｐａとなるようにヘリウムガスを導入した場合と同等のガス冷却能力が得られる。熱伝達係数は、ブローローラ９０の表面を走行中の基板２１の温度を、熱電対等を用いて測定し、移動時間と基板２１の温度の変化とから算出することができる。ガス冷却による熱伝達係数は基板２１の種類にもよるが、例えば０．００３Ｗ／ｃｍ²／Ｋである。

例えばこの場合、真空槽２２の一部に差圧構造を導入するだけでは、ヘリウムガス導入量は約６８０ｓｃｃｍが必要である。ブローローラ９０によって、必要なガス導入量は１／９程度にまで低減することができる。また、基板２１の中央部での冷却を強化することができ、基板２１の変形を効果的に抑制できる。

また、第２シェル７２の端部にタイミングプーリーや歯車等を設置し、第２シェル７２を回転駆動させることができる。第２シェル７２が回転することによって、ベアリング５５で第２シェル７２に連結されている第１シェル５１も回転する。例えば、第１シェル５１の外周面の速度がキャン２７の外周面の速度と同じになる回転数で第２シェル７２を回転駆動させる。これにより、基板２１の張力で基板２１を駆動源にして第１シェル５１を回転させる必要がなくなるので、第１シェル５１によって基板２１が擦過傷を受けるのを防止することができる。

ブローローラ９０を用いた薄膜の製造をさらに具体的に説明する。例えば、図２を参照して説明した成膜装置２０Ｂのブローローラ６に代えて、ブローローラ９０を用いる。

集電体となる古河サーキットフォイル社製の粗面化銅箔（厚さ１８μｍ、幅１００ｍｍ）を基板２１として用い、集電体の両面上にそれぞれシリコン多層薄膜を厚さ８μｍに、真空蒸着法によって形成する。排気ポンプ３５として口径１４インチの油拡散ポンプを２台備えた、容積０．４ｍ³の真空槽２２を０．００２Ｐａまで排気した後に、成膜材料であるシリコンを溶解する。シリコンの溶解は日本電子社製の２７０度偏向型電子ビーム蒸発源（成膜源１９）を用いて行う。加速電圧−１０ｋＶ、エミッション電流５２０〜７００ｍＡの電子ビームを溶融シリコンに照射し、発生した蒸気を、キャン２７に沿って走行中の基板２１に差し向ける。

シリコン薄膜の成膜幅が８５ｍｍとなるように、図示しないメタルマスク（開口長は各１００ｍｍ）を基板２１から約２ｍｍの位置に設置する。搬送系５０Ｂは、基板２１の往復走行が可能となるように構成されている。一回の走行で基板２１の両面に膜厚０．５μｍ程度のシリコン薄膜が一層ずつ形成される。往復走行しながら成膜を１６回繰り返すことによって、約８μｍのシリコン薄膜を形成できる。

基板２１の両面への各層の形成は、例えば、平均エミッション電流６００ｍＡ、基板搬送速度２ｍ／分、平均成膜速度８０ｎｍ／秒で行う。

ブローローラ９０（図２のブローローラ６ａに対応）は基板２１の片面（第一面）にシリコン薄膜が形成された後、他面（第二面）への成膜が行われる前の搬送経路に設置される。ブローローラ９０に関して、第１シェル５１を直径１２０ｍｍ、軸方向長さ１２０ｍｍ、肉厚４ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを２０度、孔ピッチＢを１５ｍｍで５列構成、第２シェル７２を肉厚４ｍｍ、貫通孔４３を直径２ｍｍ、孔ピッチＣを１０度、孔ピッチＤを１５ｍｍで第１シェル５１と同じ位置に５列構成、第１シェル５１と第２シェル７２との間隔を１２０μｍ、隙間部１５における第１シェル５１と内ブロック１２との間隔を８０μｍに設定する。ガス流路１６からの冷却ガスとしてアルゴンガスをマニホールド１４の７箇所のポートに合計８０ｓｃｃｍ導入する。

また、第２シェル７２の端部に設けたタイミングプーリーに、図示しない駆動源からタイミングベルトによって駆動力を与え、毎分５回転で回転駆動させる。これによって第１シェル５１もまた、ベアリング５５を介してキャン２７とほぼ等速で回転するので第１シェル５１との摺動によって基板２１に擦過傷が発生しない。

成膜装置２０Ｂにおいて、ブローローラ９０とブローローラ８０（図１３）とを併用してもよい。

ブローローラ８０（図２のブローローラ６ｂに対応）は、基板２１の各走行において、成膜の完了後、巻き芯ローラ２６に至るまでの間に設置されている。これによって、巻き取り時の基板２１の温度を常温近くにすることができる。巻き取り時の基板２１の温度を常温近傍とすることによって、巻き取り時の基板２１の熱変形に起因する皺の発生を防ぎ、また巻き取り後の基板２１の収縮による、巻き締まりの現象を防止することができる。ブローローラ８０の第１シェル５１は５つの第１分割シェルに分割されていてもよい。例えば、第１シェル５１に関して、直径８０ｍｍ、軸方向長さ１２０ｍｍ、肉厚３ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを１５度、孔ピッチＢを１５ｍｍで５列構成とする。第２シェル５８も例えば５つの第２分割シェルに分割されていてもよい。第２シェル５８に関して、肉厚５ｍｍ、貫通孔４３を直径４ｍｍ、孔ピッチＣを１５度、孔ピッチＤを１５ｍｍで第１シェル５１と同じ位置に５列構成、第１シェル５１と第２シェル５８との間隔を１００μｍ、隙間部１５における第２シェル５８と内ブロック６５との間隔を５０μｍに設定する。内ブロック５８のマニホールド１４は５分割されており、ガス流路１６からの冷却ガスとしてアルゴンガスを両端のマニホールド１４に合計１４ｓｃｃｍ、中央部の３つのマニホールド１４に合計３６ｓｃｃｍ導入する。

次に、図１５に示すブローローラ１９０は、図１４に示すブローローラ９０の内ブロック１２を図１１に示す分割された内ブロック６２に置き換えたものである。このブローローラ１９０を成膜装置２０Ｃに適用できる。すなわち、図３に示すブローローラ６に代えて、ブローローラ１９０を用いる。以下、ブローローラ８０とブローローラ１９０とを併用した例を説明する。

集電体となる古河サーキットフォイル社製の粗面化銅箔（厚さ１８μｍ、幅２００ｍｍ）を基板２１として用い、集電体の両面上にそれぞれシリコン酸化物多層薄膜を厚さ１５μｍに真空蒸着法によって形成する。排気ポンプ３５として口径１４インチの油拡散ポンプを２台備えた、容積０．４ｍ³の真空槽２２を０．００２Ｐａまで排気した後に、成膜材料であるシリコンを溶解する。シリコンの溶解は日本電子社製の２７０度偏向型電子ビーム蒸発源（成膜源１９）を用いて行う。加速電圧−１０ｋＶ、エミッション電流９５０ｍＡの電子ビームを溶融シリコンに照射し、発生した蒸気を基板２１に差し向ける。

基板２１は１０℃の冷却水によって冷却されている冷却体１から約０．５ｍｍの位置を移動しており、冷却体１に沿って移動中にシリコン薄膜が形成される。基板２１の幅方向の冷却体１の長さは９０ｍｍである。冷却体１の構造は、図１０を参照して先に説明した通りである。

シリコン薄膜の成膜幅が１８０ｍｍとなるように、メタルマスク２５（開口長は各１５０ｍｍ）を基板２１から約２ｍｍの位置に設置する。また、基板２１の成膜面側に設置した反応ガスノズルからメタルマスク２５の開口部３１に酸素ガスを差し向ける。これによって基板２１上にシリコン酸化物薄膜が形成される。一回の走行で基板２１の両面に膜厚１μｍ程度のシリコン薄膜が一層ずつ形成される。往復走行しながら成膜を１５回繰り返すことによって、約１５μｍのシリコン酸化物薄膜を形成できる。

基板２１の両面への各層の形成は、例えば、平均エミッション電流９５０ｍＡ、基板搬送速度３．６ｍ／分、平均成膜速度２００ｎｍ／秒で行う。この時冷却ガスとしてアルゴンガス９ｓｃｃｍを、冷却体１と基板２１との間に導入する。また、成膜反応用ガスとして、反応ガスノズルから酸素ガスを各開口部３１に向けてそれぞれ３０ｓｃｃｍ導入する。

ブローローラ８０（図３に示すブローローラ６ａに対応）は基板２１の片面（第一面）にシリコン薄膜が形成された後、他面（第二面）への成膜が行われる前の搬送経路に設置される。ブローローラ８０に関して、第１シェル５１を分割無しの直径２５０ｍｍ、軸方向長さ４００ｍｍ、肉厚４ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを２０度、孔ピッチＢを２５ｍｍで９列構成、第２シェル５８を９分割、肉厚３ｍｍ、貫通孔４３を直径７ｍｍ、孔ピッチＣを１０度、孔ピッチＤを２５ｍｍで第１シェル５１の孔ピッチＢの中間に８列構成、第１シェル５１と第２シェル５８との間隔を２００μｍ、隙間部１５における第２シェル５８と内ブロック６５との間隔を１００μｍに設定する。内ブロック６５のマニホールド１４を９分割し、第１ガス流路７からの冷却ガスとして酸素ガスを全てのマニホールド１４にほぼ均等に合計２００ｓｃｃｍ導入し、第２ガス流路８を用いて中央部の５つのマニホールド１４にヘリウムガスを合計５０ｓｃｃｍ導入する。

また、第１シェル５１の外周面から２００μｍの位置に平均厚み５ｍｍのアルミブロック（ガス漏れ削減部材）を配置する。これによって基板２１の各面への成膜開始時における基板２１の温度をほぼ同一にすることができる。

また、ブローローラ１９０（図３のブローローラ６ｂに対応）は、基板２１の各走行において、成膜の完了後、巻き芯ローラ２６に至るまでの間に設置されている。これによって、巻き取り時の基板２１の温度を常温近くにすることができる。巻き取り時の基板２１の温度を常温近傍とすることによって、巻き取り時の基板２１の熱変形に起因する皺の発生を防ぎ、また巻き取り後の基板２１の収縮による、巻き締まりの現象を防止することができる。ブローローラ１９０の第１シェル５１は分割無しの直径２００ｍｍ、軸方向長さ４００ｍｍ、肉厚３ｍｍ、貫通孔１３を直径１ｍｍ、孔ピッチＡを１５度、孔ピッチＢを２５ｍｍで９列構成、第２シェル７２を分割無し、肉厚４ｍｍ、貫通孔４３を３ｍｍ、孔ピッチＣを５度、孔ピッチＤを２５ｍｍで第１シェル５１の孔ピッチＢの中間に８列構成、第１シェル５１と第２シェル７２との間隔を１００μｍ、隙間部１５における第２シェル７２と内ブロック６２との間隔を６０μｍに設定する。内ブロック６２のマニホールド１４を９分割し、ガス流路１６（第１ガス流路７及び第２ガス流路８を含む）からの冷却ガスとして酸素ガスを全てのマニホールド１４にほぼ均等に合計１００ｓｃｃｍ、中央部の５つのマニホールド１４にヘリウムガスを合計４０ｓｃｃｍ導入する。ブローローラ８０の第２シェル５８及びブローローラ１９０の第２シェル７２にはそれぞれ図示しないタイミングプーリーが設置されている。タイミングプーリーはタイミングベルトとモーターとによって駆動される。第２シェル５８の角速度は、例えば、第１シェル５１と同じ直径を有するローラが基板２１の搬送速度と等しい速度で回転するための角速度に等しい。第２シェル１９０の角速度は、例えば、第１シェル５１と同じ直径を有するローラが基板２１の搬送速度と等しい速度で回転するための角速度に等しい。

本発明を実施するための形態として上記に具体的に述べたが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、外シェル（第１シェル）、内ブロック、マニホールド及び隙間部を備えたブローローラを用いた薄膜の製造を包含する。さらに、外シェルと基板との間に効率的に冷却ガスを送り込み、外シェルの回転に伴い、基板からの受熱と、内ブロックへの放熱とを周期的に繰り返すことによって基板を冷却する技術を包含する。

また、具体的な適用例として、実施形態では、リチウムイオン二次電池用負極を形成する場合を中心に述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、類似の構成で電気化学キャパシタ用の極板を形成することもできる。その他、透明電極フィルム、コンデンサ、装飾フィルム、太陽電池、磁気テープ、ガスバリア膜、各種センサ、各種光学膜、硬質保護膜等をはじめとする高速安定成膜が要求される様々な用途に本発明を適用することができる。また、各種デバイスの形成を行う薄膜の製造装置に本発明を応用することができる。

本発明によれば、冷却ガスを効率的に用いることができるため、冷却時の真空度の悪化を防止できる。また、本発明に他のガス冷却方式を組み合わせることもできるので、高速成膜を実現する薄膜の製造装置を、排気ポンプをはじめとする設備の大型化を抑え、低コストで実現することができる。

Claims (28)

1. 真空槽と、
   長尺の基板を巻き出し位置から巻き取り位置へと搬送するように前記真空槽内に配置された搬送系と、
   前記搬送系の搬送経路に設置された開口部と、
   前記開口部で前記基板に材料を付与するための成膜源と、
   を備え、
   前記搬送系は、前記基板を搬送する機能及び前記基板を冷却するためのガスを前記基板に向けて供給する機能を有するブローローラを含み、
   前記ブローローラは、（i）前記基板を支持するための円筒形の外周面と、前記外周面の周方向に沿って設けられた、前記ガスの供給経路としての複数の第１貫通孔とを有し、前記基板と同期して回転できる円筒形の第１シェルと、（ii）前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、（iii）前記真空槽の外部から導入された前記ガスを保持するように前記第１シェルの内部において前記内ブロックによって規定された空間であって、前記第１シェルの回転軸を中心として前記第１シェルと前記基板との接触部分の角度で定義される抱き角の範囲内で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記第１シェルの径方向に関して相対的に広い寸法を有するマニホールドと、（iv）前記第１シェルの内部に形成された空間であって、前記抱き角の範囲外で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記径方向に関して相対的に狭い寸法を有する隙間部と、を含む、薄膜の製造装置。
2. 前記抱き角の範囲内のみで前記マニホールドが前記複数の第１貫通孔に向かい合うように、前記周方向に関する前記マニホールドの範囲が規定されている、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
3. 前記内ブロックが前記抱き角の範囲外において円弧状の外周面を有し、
   前記内ブロックの前記外周面と前記第１シェルの内周面との間に前記隙間部が形成されている、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
4. 前記搬送系が、前記基板の搬送方向に沿って前記ブローローラの上流側に配置された第１ローラと、前記基板の搬送方向に沿って前記ブローローラの下流側に配置された第２ローラと、を含み、
   前記第１ローラ、前記ブローローラ及び前記第２ローラの間の相対的な位置関係によって前記抱き角が規定されている、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
5. 前記抱き角が３０〜１８０度の範囲にある、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
6. 前記抱き角は、前記周方向に互いに隣り合う２つの前記第１貫通孔の各中心と前記第１シェルの前記回転軸とを結ぶことによって得られた２つの線分のなす角度よりも大きい、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
7. 前記複数の第１貫通孔は、前記周方向に沿って等間隔で形成されている、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
8. 前記複数の第１貫通孔は、（i）前記回転軸に平行な幅方向の所定位置において前記周方向に沿って設けられた第１グループと、（ii）前記幅方向に関して前記所定位置に隣接した位置において前記周方向に沿って設けられた第２グループと、を構成しており、
   前記第１グループに属する前記複数の第１貫通孔と、前記第２グループに属する前記複数の第１貫通孔とが、互い違いの配列を形成している、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
9. 前記真空槽の前記外部から前記マニホールドに前記ガスを導入するためのガス流路を有し、前記内ブロックを固定している支持体と、
   前記第１シェルを前記支持体に回転可能に接続しているベアリングと、
   をさらに備えた、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
10. 前記第１シェルの前記外周面に沿った円弧の形状を有し、前記第１シェルの前記外周面に向かい合う位置かつ前記抱き角の範囲外に設けられたガス漏れ削減部材をさらに備えた、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
11. 前記搬送経路の第１成膜領域で前記基板の第１面に薄膜が形成された後、前記第１成膜領域よりも下流側に位置している第２成膜領域で前記基板の第２面に薄膜が形成されるように、前記開口部が前記搬送経路の２箇所に設置され、
    前記第１成膜領域を通過した後、前記第２成膜領域に達する前に、前記基板が前記ブローローラを通過して冷却されるように、前記搬送系が構築されている、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
12. 前記第１シェルの前記回転軸に平行な幅方向に沿って、複数の前記マニホールドが形成されている、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
13. 前記複数の第１貫通孔は、前記複数のマニホールドに対応する形で複数の列で設けられている、請求項１２に記載の薄膜の製造装置。
14. 前記内ブロックを固定している支持体をさらに備え、
    前記支持体は、前記真空槽の前記外部から前記複数のマニホールドに前記ガスを導入するためのガス流路を有し、
    前記ガス流路は、前記複数のマニホールドのそれぞれに連通している、請求項１２に記載の薄膜の製造装置。
15. 前記ガス流路は、（i）前記複数のマニホールドの全てと連通している第１ガス流路と、（ii）前記複数のマニホールドのうち、前記幅方向に関して両端に位置している２つの前記マニホールドよりも内側に形成された１つの前記マニホールド又は複数の前記マニホールドから選ばれる少なくとも１つと連通している第２ガス流路と、を有する、請求項１４に記載の薄膜の製造装置。
16. 前記内ブロックは、前記複数のマニホールドのそれぞれを規定するように前記幅方向に並べられた複数の分割ブロックで構成されており、
    前記第１シェルは、前記複数の分割ブロックに対応する複数の第１分割シェルを有する、請求項１２に記載の薄膜の製造装置。
17. 前記複数の第１分割シェルを前記複数の分割ブロックにそれぞれ接続している複数のベアリングをさらに備えた、請求項１６に記載の薄膜の製造装置。
18. 前記内ブロックを固定している支持体と、
    前記複数の第１分割シェルを前記支持体に回転可能に接続している複数のベアリングと、
    をさらに備えた、請求項１６に記載の薄膜の製造装置。
19. 前記第１シェルと前記内ブロックとの間に配置され、前記複数のマニホールドから前記第１シェルの前記複数の第１貫通孔に前記ガスを導く複数の第２貫通孔を有する円筒形の第２シェルをさらに備え、
    前記内ブロックは、前記複数のマニホールドのそれぞれを規定するように前記幅方向に並べられた複数の分割ブロックで構成されており、
    前記第２シェルは、前記複数の分割ブロックに対応する複数の第２分割シェルを有する、請求項１２に記載の薄膜の製造装置。
20. 前記内ブロックを固定している支持体と、
    前記第２シェルを前記支持体に回転可能に接続している第１ベアリングと、
    前記第１シェルを前記第２シェルに回転可能に接続している第２ベアリングと、
    をさらに備えた、請求項１９に記載の薄膜の製造装置。
21. 前記内ブロックを固定している支持体をさらに備え、
    前記支持体は、前記真空槽の前記外部から前記マニホールドに前記ガスを導入するためのガス流路と、当該支持体を冷却するための冷媒を流すための冷媒流路とを有する、請求項１２に記載の薄膜の製造装置。
22. 前記第１シェルと前記内ブロックの間に配置され、前記マニホールドから前記第１シェルの前記複数の第１貫通孔に前記ガスを導く複数の第２貫通孔を有する円筒形の第２シェルをさらに備えた、請求項１に記載の薄膜の製造装置。
23. 前記内ブロックを固定している支持体と、
    前記第２シェルを前記支持体に回転可能に接続している第１ベアリングと、
    前記第１シェルを前記第２シェルに回転可能に接続している第２ベアリングと、
    をさらに備えた、請求項２２に記載の薄膜の製造装置。
24. 前記支持体は、前記真空槽の前記外部から前記マニホールドに前記ガスを導入するためのガス流路を有する、請求項２２に記載の薄膜の製造装置。
25. 前記第１シェル及び前記第２シェルが互いに独立して回転可能である、請求項２２に記載の薄膜の製造装置。
26. 前記第２シェルは、円筒形の外周面を有し、
    前記複数の第２貫通孔は、（i）前記回転軸に平行な幅方向の所定位置において前記周方向に沿って設けられた第１グループと、（ii）前記幅方向に関して前記所定位置に隣接した位置において前記周方向に沿って設けられた第２グループと、を構成しており、
    前記第１グループに属する前記複数の第２貫通孔と、前記第２グループに属する前記複数の第２貫通孔とが、互い違いの配列を形成している、請求項２２に記載の薄膜の製造装置。
27. 真空槽内に長尺の基板の搬送系を構築する工程と、
    前記搬送系の巻き出し位置から巻き取り位置へと長尺の基板を搬送する工程と、
    前記基板に材料が付与されるように、前記搬送系の搬送経路に設置された開口部に向けて成膜源から材料を蒸発させる工程と、を含み、
    前記搬送系は、前記基板を搬送する機能及び前記基板を冷却するためのガスを前記基板に向けて供給する機能を有するブローローラと、前記基板の搬送方向に沿って前記ブローローラの上流側に配置された第１ローラと、前記基板の搬送方向に沿って前記ブローローラの下流側に配置された第２ローラと、を有し、
    前記ブローローラは、（i）前記基板を支持するための円筒形の外周面と、前記外周面の周方向に沿って設けられた、前記ガスの供給経路としての複数の第１貫通孔とを有し、前記基板と同期して回転できる円筒形の第１シェルと、（ii）前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、（iii）前記真空槽の外部から導入された前記ガスを保持するように前記第１シェルの内部において前記内ブロックによって規定された空間であって、前記第１シェルの回転軸を中心として特定の角度の範囲内で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記第１シェルの径方向に関して相対的に広い寸法を有するマニホールドと、（iv）前記第１シェルの内部に形成された空間であって、前記特定の角度の範囲外で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記径方向に関して相対的に狭い寸法を有する隙間部と、を含み、
    前記特定の角度が、前記第１シェルと前記基板との接触部分の角度で定義される抱き角の範囲に収まるように、前記搬送系を構築する工程において、前記第１ローラ、前記ブローローラ及び前記第２ローラの間の相対的な位置関係を設定する、薄膜の製造方法。
28. 真空中で基板を搬送する機能及び前記基板を冷却するためのガスを真空中で前記基板に向けて供給する機能を有する基板搬送ローラであって、
    （i）前記基板を支持するための円筒形の外周面と、前記外周面の周方向に沿って設けられた、前記ガスの供給経路としての複数の第１貫通孔とを有し、前記基板と同期して回転できる円筒形の第１シェルと、
    （ii）前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、
    （iii）外部から導入された前記ガスを保持するように前記第１シェルの内部において前記内ブロックによって規定された空間であって、前記第１シェルの回転軸を中心として特定の角度の範囲内で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記第１シェルの径方向に関して相対的に広い寸法を有するマニホールドと、
    （iv）前記第１シェルの内部に形成された空間であって、前記特定の角度の範囲外で前記複数の第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記径方向に関して相対的に狭い寸法を有する隙間部と、
    を備えた、基板搬送ローラ。

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