JP5946402B2 - 基材搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、基材の表面に成膜処理を施す成膜装置に備えられた成膜ロールなどの基材搬送ロールを有する基材搬送装置に関する。

近年、映像等を表示する表示デバイスの製造技術として、フィルム状の基材を円筒状のローラでガイドしながら搬送し、連続的に生産するロールツーロール方式が広く採用されている。生産装置のハード開発はもとより、成膜等のプロセスの開発、基板材料の開発などが同時並行的に進められている。とりわけ、基板材料については、軽量化の観点からより薄い基板の使用が検討されたり、より広範囲でのプロセス温度に耐えうる材料の開発などが進められている。最近では、ガスバリア性や透光性などに優れ、樹脂と比較して高温処理も可能でありながら、樹脂フィルムと同様に曲げられる薄膜ガラス（ガラスフィルム）も開発されつつあり、従来にはない性能や特徴を有したデバイスの実現が期待されている。

ロールツーロール方式を採用した装置例としては、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法などを用いた成膜処理によって皮膜を形成する成膜装置や、同じく基材の表面に塗料を塗布してコーティングするコーティング装置などが挙げられる。これらの装置では、基材搬送ロールと呼ばれる比較的大径で略円柱状の部材に巻き掛けられた基材に対して成膜処理及びコーティングを施しながら、基材搬送ロールの回転によって巻き掛けられた基材を搬送することが一般的に行なわれている。また、プロセス処理部以外でも、基材の搬送方向を変えるためのガイドローラや張力検出用のローラなど、様々な目的を有した搬送ローラが使用される。

上述したように、様々な基板・プロセス開発が進められるに従い、装置ハード面でも基板・プロセス特性を最大限発揮せしめる開発が求められており、具体的には基板の薄型化に伴う皺などの対策や成膜等のプロセス時の入熱に対する冷却対策などが検討される必要がある。こうした観点で、ロールツーロール装置の搬送ローラについても様々な技術が考案されている。一例として、基材搬送ロールを用いた装置に関しては、特許文献１に開示のウェブに被膜を形成する装置、及び特許文献２に開示の真空処理装置などがある。

特許文献１に記載の技術は、ウェブに被膜を形成するための装置において、被膜を被着すべきウェブを被覆被着ステーションに送る手段と、前記被覆被着ステーションにおいて前記ウェブを支持する手段と、前記被覆被着ステーションにおいて前記ウェブに被覆を添着する手段と、前記ウェブと前記支持手段との間の領域内にガスを駆動する手段を具備することを特徴とするものである。

また、特許文献２に記載の技術は、冷却ロールを備えた真空処理装置において、冷却ロールが、その長手方向両端の開口それぞれを塞ぐように蓋状部材が取り付けられた、その外周方向に回転する中空筒状の回転体と、前記蓋状部材を貫通する、前記回転体の回転中心軸と、前記回転体の中空部に配置されて該回転体とは非接触状態を保つ、その内部に第１の冷媒が導入される冷却筒とを備え、前記回転体の内周面と前記冷却筒の外周面とに挟まれた空間に第２の冷媒が導入されることを特徴とするものである。

特開平１−１５２２６２号公報 特開２０１０−７１４２号公報

上述の特許文献１及び特許文献２では、いずれも成膜プロセス及びコーティングプロセスによる基材への入熱を逃がすことを目的として、基材を冷却する手段が設けられている。これら基材の冷却は、温度が上昇した基材が基材搬送ロールに巻き掛けられる際に生じる皺や折れを防いだり、成膜される膜の品質を保つ等の目的で行われるものである。
特許文献１では、駆動手段が、ウェブ（基材）と支持手段の間の領域に１つのジェット又は複数の離間したジェットを噴射して基材を冷却する手段を具備している。これによれば、ウェブと支持手段との伝熱効率を高めることにより、生産性を高めることが可能とされている。しかし、この技術では、噴射したガスはウェブと支持手段との狭い空隙を通過した後、ウェブ両端からプロセスゾーンに漏れ出すことが予想され、スパッタＩＴＯ膜のように少量のガス量が膜質に大きく影響を及ぼすプロセスでは問題となりうる。

特許文献２では、第１の冷媒及び第２の冷媒が導入される冷却ロールによって、基材が冷却される。本技術は、成膜ゾーンのみならず、ガイドロールとして幅広く適用されうるものである。一方で、近年の基材搬送ロールは、基材の塗装面又は成膜面に接触することを極力避けるために、基材搬送ロールの長手方向（基材の幅方向）の両端部の径と中央部の径に差を設けて（２段形状）、中央部の径が両端部の径よりも小さくなるように構成されているものも見られる。しかし、特許文献２の真空処理装置のように、真空下で成膜プロセス及びコーティングプロセスを行う場合、基材において基材搬送ロールと接触しない箇所では、輻射伝熱によってしか基材と基材搬送ロール間での熱のやりとりができない。

このことは、成膜プロセス及びコーティングプロセスによる基材への入熱を逃がすことを困難にするため、温度の上昇した基材が基材搬送ロールに巻き掛けられる際に皺や折れを生じさせたり、膜の変性を生じさせてしまう。一方で、段差形状の無い円筒面を有する搬送ロールとした場合、基材との接触面積が増えることで伝熱効率はいくらか改善されうるが、塗装面又は成膜面との接触による傷等の発生が懸念される。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、両端の大径部と中央の小径部からなる２段形状を有する基材搬送ロールに関して、周辺ゾーンへのガス漏れ影響を最小限としながらも、基材と基材搬送ロールとの非接触箇所における伝熱効率を向上させることができる基材搬送装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の基材搬送装置では以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の基材搬送装置は、基材の表面に成膜処理を施す成膜装置に設けられると共に、前記基材を搬送する基材搬送ロールを有する基材搬送装置であって、前記基材搬送ロールは、前記基材搬送ロールの軸心に沿った長手方向における中央部に形成され且つ基材が接触しない中央小径部と、前記中央小径部の長手方向両端に形成され、基材と接触し前記基材搬送ロールの軸心周りに回転することで前記基材を搬送する両端大径部と、を備え、前記基材と前記中央小径部の間に形成される空間に不活性ガスを導入するガス導入機構を有し、前記中央小径部の前記基材と対向しない面と向かい合う位置に設けられた圧力隔壁をさらに有し、前記空間は、前記圧力隔壁と、前記両端大径部に接触する基材と、前記中央小径部と、前記両端大径部とで形成されることを特徴とする。

好ましくは、前記ガス導入機構が、前記中央小径部の外周面から前記中央小径部の内部に向かって形成された穿孔を有し、前記穿孔に不活性ガスを供給することで前記基材と前記中央小径部の間に形成される空間に不活性ガスを導入可能に構成されているとよい。

好ましくは、前記ガス導入機構は、前記基材と前記中央小径部の間に形成される空間に、前記空間における一定の位置から不活性ガスを導入可能に構成されているとよい。
好ましくは、前記基材搬送ロールは、前記中央小径部に対して温度制御を行う昇降温機構を有し、前記昇降温機構が、前記中央小径部の前記基材と対向する面の複数の領域に対して、互いに独立に前記温度制御が可能であるとよい。

本発明の基材搬送装置によれば、両端の大径部と中央の小径部からなる２段形状を有する基材搬送ロールに関して、基材と基材搬送ロールとの非接触箇所における伝熱効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態による成膜装置の構成を示す概略図である。 第１実施形態による成膜装置の基材搬送装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は、成膜装置の右方又は左方から見たときの基材搬送装置の構成を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施形態による成膜装置の基材搬送装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は、成膜装置の右方又は左方から見たときの基材搬送装置の構成を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第３実施形態による成膜装置の基材搬送装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は、基材搬送装置の斜視図を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。 本発明の第４実施形態による成膜装置の基材搬送装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は、成膜装置の右方又は左方から見たときの基材搬送装置の構成を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態による成膜装置について説明する。なお、以下に説明する各実施形態及び図面において、成膜装置における同一の構成部材には、同一の符号及び同一の名称を付すこととする。従って、同一の符号及び同一の名称が付された構成部材については、同じ説明を繰り返さない。
［第１実施形態］
図１及び図２を参照しながら、本発明の第１実施形態による成膜装置１について説明する。図１は、本実施形態による成膜装置１の構成を示す概略図である。図２は、成膜装置１の基材搬送装置２ａの構成を示す概略図である。

成膜装置１は、例えば幅１メートルほどで、厚さ数十〜数百μｍ程度の薄い樹脂又はガラス製のフィルム状の基材（フィルム基材）Ｗがロール状に巻かれた基材ロールからフィルム基材Ｗを巻き出す巻出し部３と、巻き出されたフィルム基材Ｗに対してスパッタリング法やＣＶＤ法などによる表面処理を施す表面処理工程へ搬送するフィルム基材搬送部と、表面処理が施されたフィルム基材Ｗを再びロール状の基材ロールとして巻き取る巻取り部４とを有している。成膜装置１は、例えば１００ｍ以上にわたる長尺のフィルム基材Ｗがロール状に巻かれたガラスロールを、巻出し部３から巻取り部４へ、いわゆるロール・ツー・ロール方式で搬送しつつフィルム基材Ｗに対して表面処理を施す装置である。

図１を参照しながら、本実施形態による成膜装置１の構成を説明する。
以下の説明では、図１の紙面に向かっての上下方向を成膜装置１の上下方向とし、同じく紙面に向かっての左右方向を成膜装置１の左右方向とする。また、図１の紙面貫通方向を前後方向という。
巻出し部３、基材搬送装置２ａ、及び巻取り部４を有する成膜装置１は、例えば箱形の真空チャンバ５内に設けられている。

真空チャンバ５は、内部が空洞の筺状に形成されており、真空チャンバ５の外部に対して内部を気密的に保持するものである。図示しないが、真空チャンバ５の下側には真空ポンプが設けられており、この真空ポンプによって真空チャンバ５の内部が低圧状態または真空状態にまで減圧される。
図１に示す真空チャンバ５内の上下方向における中央部の左側上方には、基材ロールを装着した巻出し部３が配置されている。巻出し部３は、フィルム基材Ｗの幅よりも若干全長の長い円筒状又は円柱状の巻き付け芯である巻出しコアを有しており、巻出しコアにフィルム基材Ｗを巻回することで基材ロールが形成されている。この基材ロールを成膜装置１に取り付けることで、巻出し部３となる。

このように基材ロールを装着した巻出し部３は、巻出し部３の回転軸１０が、図１の紙面に向かって垂直方向となるように真空チャンバ５内に配置されている。
図１に示す真空チャンバ５内の上下方向における中央より下側であって、巻出し部３の下方には、巻出し部３から巻き出されたフィルム基材Ｗの表面に対して、例えばスパッタリングやプラズマＣＶＤ等による表面処理（表面処理工程）を施す成膜機構部が備えられている。本実施形態では、成膜機構部の一例としてスパッタリング法によるスパッタリン
グ成膜部が備えられている。

基材搬送装置２ａは、この表面処理工程を実施するスパッタリング成膜部におけるフィルム基材Ｗの搬送部材を含んで構成されている。図１は、一般的なスパッタリング成膜部の構成の一部であってフィルム基材Ｗを搬送する搬送部材としての基材搬送ロール６及びスパッタ蒸発源Ｔが示されている。以下の説明では、基材搬送ロール６の一例として成膜ロールを示して説明する。

図１に示すスパッタリング成膜部の成膜ロール６は、ステンレス材料等によって円筒状又は円柱状に形成されており、曲面を形成する外周面にフィルム基材Ｗを巻き付けて搬送する搬送部材である。成膜ロール６は、回転中心となる成膜ロール６の軸心（回転軸１０）が、巻出し部３の回転中心となる軸心と略平行となるように配置されている。
このような成膜ロール６を有する基材搬送装置２ａは、基材Ｗと成膜ロール６との間の伝熱効率を向上させるために、基材Ｗと成膜ロール６の間に形成される空間に気体を導入するガス導入機構を有するものであり、本実施形態による成膜装置１を特徴づける固有の構成を有している。成膜ロール６及び基材搬送装置２ａの詳細な構成については、後述する。

スパッタ蒸発源Ｔは、成膜ロール６で搬送されるフィルム基材Ｗと対向するように、成膜ロール６の左右側に配置されている。スパッタ蒸発源Ｔは、フィルム基材Ｗの表面に堆積させる成分で構成された蒸発源であり、周知のとおりグロー放電によってスパッタされた（蒸発した）成分がフィルム基材Ｗの表面へ導かれて堆積する。
また、図１に示す真空チャンバ５内において、図１の紙面に向かって巻出し部３の右側には、巻取り部４が配置されている。巻取り部４は、基材搬送装置２ａを通って表面処理が施されたフィルム基材Ｗを再びロール状の基材ロールとして巻き取るものであり、巻出し部３と同様の構成及び配置となっている。

さらに、図１を参照して、基材搬送装置２ａは、巻出し部３と成膜ロール６との間で成膜ロール６寄りに第１ガイドローラ７を備えている。
第１ガイドローラ７の回転軸１０は、巻出し部３及び成膜ロール６の回転軸１０と平行であって、真空チャンバ５の左右方向において、成膜ロール６の左端よりも真空チャンバ５の中央寄り、つまり、成膜ロール６の回転軸１０寄りに配置されており、成膜ロール６に対して、常に一定の角度及び方向から基材Ｗを搬送することを可能にする。

また、図１に示すように、基材搬送装置２ａは、巻取り部４と成膜ロール６との間であって第１ガイドローラ７の右側に、第２ガイドローラ８を備えている。第２ガイドローラ８は、第１ガイドローラ７と同様の構成であって、第１ガイドローラ７の外径とほぼ同じ外径を有している。
以下に、図２を参照しながら、成膜ロール６の構成について詳細に説明する。

図２は、成膜ロール６を有する基材搬送装置２ａの構成を示す概略図であり、図１に示す成膜装置１の右方又は左方から見たときの基材搬送装置２ａの構成を示している。図２の紙面に向かっての上下方向は、図１に示す成膜装置１の上下方向と一致しており、図１において紙面に対して垂直方向（貫通方向）に示された成膜ロール６の軸心（回転軸１０）は、図２において、左右方向に沿うように示されている。

成膜ロール６は、真空チャンバ５内で前後方向に離れていて所定の位置に保持される２つのベアリング９と、２つのベアリング９に保持されて回転する回転軸１０と、回転軸１０に一体となるように設けられた２つの両端大径部１１ａ，１１ｂと、２つの両端大径部１１ａ，１１ｂの間に挟まれるように設けられた中央小径部１２を有している。
回転軸１０は、一様な太さの円柱又は円筒状の部材であって、両端の近傍が２つのベアリング９によって保持されている。従って、回転軸１０は、長手方向に沿った軸心を中心に回転することが可能であり、図示しない駆動装置によって所定の回転速度で回転する。

このような構成の回転軸１０に対して、回転軸１０の長手方向の中央より右側のベアリング９寄りには両端大径部１１ａが設けられ、同じく長手方向の中央より左側のベアリング９寄りには両端大径部１１ｂが設けられている。
両端大径部１１ａ，１１ｂは共に、フィルム基材Ｗの幅方向における端部（側部）側が
巻き掛けられるのに十分な所定の厚みを有する円板状の外形を有する部材である。両端大径部１１ａ，１１ｂの径は、望まれる成膜装置１の性能に合わせて任意に決定されるが、少なくとも回転軸１０より大径である。

両端大径部１１ａ，１１ｂは、フィルム基材Ｗの幅方向における両端部（両側部）が巻き掛けられるのに十分で、且つフィルム基材Ｗの幅よりも狭い間隔を空けて、回転軸１０に対して同軸となるように設けられている。このとき、両端大径部１１ａ，１１ｂは、回転軸１０の長手方向における中央位置に関してほぼ左右対称となる位置に設けられる。このような構成の両端大径部１１ａ，１１ｂは、回転軸１０と一体に形成されてもよいし、回転軸１０に対して固定具を用いて固定されてもよい。いずれにしても、両端大径部１１ａ，１１ｂは、回転軸１０の回転に合わせて回転可能となる。

ここで、図２を参照すると、フィルム基材Ｗが、幅方向における中央の位置を回転軸１０の長手方向における中央の位置にほぼ一致させて、フィルム基材Ｗの幅方向における両端部（両側部）によって両端大径部１１ａ，１１ｂに巻きかけられている状態が示されている。フィルム基材Ｗは、幅方向における両端が両端大径部１１ａ，１１ｂ上に存在するように、両端大径部１１ａ，１１ｂに巻きかけられており、幅方向における両端が、両端大径部１１ａ，１１ｂ上から回転軸１０の端部側へはみ出すことはない。このように両端大径部１１ａ，１１ｂに巻きかけられたフィルム基材Ｗは、両端大径部１１ａ，１１ｂの回転によって搬送される。

図２を参照して、中央小径部１２は、一様な太さの円柱又は円筒状であって、軸心に沿った長さが両端大径部１１ａ，１１ｂの間隔よりも短くなるように形成された部材である。中央小径部１２の径は、両端大径部１１ａ，１１ｂの径より小さく、両端大径部１１ａ，１１ｂ及び回転軸１０に対して同軸となるように設けられている。このような構成の中央小径部１２は、回転軸１０と一体に形成されてもよいし、回転軸１０に対して固定具を用いて固定されてもよい。いずれにしても、中央小径部１２は、回転軸１０の回転に合わせて回転可能となる。

図２に示すように、中央小径部１２の径が両端大径部１１ａ，１１ｂの径より小さいので、両端大径部１１ａ，１１ｂに巻き掛けられたフィルム基材Ｗと中央小径部１２との間に空間（隙間）が形成される。ここで、フィルム基材Ｗと中央小径部１２との間に形成される空間を、特に気体導入空間という。従って、中央小径部１２の径は、望まれる成膜装置１の性能に合った空間がフィルム基材Ｗとの間に形成されるように任意に決定される。

これによって、中央小径部１２は、回転軸１０の長手方向において、中央小径部１２の長手方向における中央の位置と、両端大径部１１ａ，１１ｂの中間位置と、回転軸１０の中央の位置とがほぼ一致する位置に設けられ、これによって、成膜ロール６が、回転軸１０の長手方向における中央位置に関してほぼ左右対称な外形を有することとなる。
以上に述べたように、本実施形態における成膜ロール６は、回転軸１０が回転することによって、回転軸１０と一体に形成された又は回転軸１０に固定された中央小径部１２と両端大径部１１ａ，１１ｂとが、互いに同期して回転する構成となる。

基材搬送装置２ａは、上述の第１ガイドローラ７、第２ガイドローラ８、成膜ロール６を有するものであるが、これらに加えて、圧力隔壁１３、及びフィルム基材Ｗと中央小径部１２との間に形成された空間（気体導入空間）に気体（ガス）を導入するガス導入機構１４ａを有している。以下、圧力隔壁１３及びガス導入機構１４ａについて説明する。
図１及び図２に示すように、圧力隔壁１３は、中央小径部１２の基材Ｗと対向しない面と向かい合う位置に設けられ、成膜ロール６（中央小径部１２及び両端大径部１１ａ，１１ｂ）のフィルム基材Ｗと対向しない面を覆うように、第１ガイドローラ７と第２ガイドローラ８の間の開口を塞ぐ部材である。

このように設けられた圧力隔壁１３は、両端大径部１１ａ，１１ｂに接触する基材Ｗ、中央小径部１２、及び両端大径部１１ａ，１１ｂとともに、フィルム基材Ｗと中央小径部１２との間に形成された気体導入空間をほぼ密閉した略閉空間を作り、ガス導入機構１４ａによって気体が導入された際に、当該略閉空間の内部の圧力が十分に保持されるように構成されている。

気体導入空間を略閉空間として構成することで、真空環境下において気体導入空間内の圧力が十分に上昇しないといった問題を回避することができる。つまり、気体導入空間内を所定の圧力に保持することが可能となり、気体導入空間内の気体を介してフィルム基材Ｗと中央小径部１２との間の伝熱効率を向上させることが可能となる。
詳しくは、図２に示すように、圧力隔壁１３は、第１ガイドローラ７に巻き掛けられた基材Ｗと対向する第１気密部１３ａ、第２ガイドローラ８に巻き掛けられた基材Ｗと対向する第２気密部１３ｂ、第１気密部１３ａと第２気密部１３ｂを接続する接続部１３ｃとから構成される。なお、圧力隔壁１３の左右方向（図２（ａ）における左右方向）には、第１気密部１３ａ、第２気密部１３ｂ、接続部１３ｃの側部を覆う第１壁部１３ｄと第２壁部１３ｅが設けられている。第１壁部１３ｄは、一方の両端大径部１１ａの基材Ｗと対向しない面と対向するものとなっており、第２壁部１３ｅは、他方の両端大径部１１ｂの基材Ｗと対向しない面と対向するものとなっている。

図２（ｂ）に示すように、第１気密部１３ａは、第１ガイドローラ７の長手方向に沿って成膜ロール６とほぼ同じ長さを有する柱状の部材であり、第１ガイドローラ７に対向する湾曲面を有している。湾曲面は、第１ガイドローラ７に巻き掛けられた基材Ｗの湾曲に沿った形状を有しており、この湾曲面が、第１ガイドローラ７に巻き掛けられた基材Ｗから、例えば１ｍｍ程度の微少な距離だけ離れた位置に配置されている。

第２気密部１３ｂは、第１気密部１３ａと同様の構成及び形状を有しており、湾曲面を第２ガイドローラ８に対向させて、第２ガイドローラ８に巻き掛けられた基材Ｗから、例えば１ｍｍ程度の微少な距離だけ離れた位置されている。
接続部１３ｃは、第１気密部１３ａ及び第２気密部１３ｂの長手方向に沿った長さとほぼ同じ長さの平板状の部材であり、上述のように配置された第１気密部１３ａ及び第２気密部１３ｂを、第１気密部１３ａ及び第２気密部１３ｂの長手方向に沿って、成膜ロール６（中央小径部１２及び両端大径部１１ａ，１１ｂ）のフィルム基材Ｗと対向しない面を覆うように一体につないで、第１ガイドローラ７と第２ガイドローラ８の間の開口を塞ぐものである。

図２（ｂ）に示すように、第１気密部１３ａ、第２気密部１３ｂ、及び接続部１３ｃが一体につながれることで、第１ガイドローラ７と第２ガイドローラ８の間の開口を塞ぐ蓋が設けられたともいえる。このとき、一体となった第１気密部１３ａ、第２気密部１３ｂ、及び接続部１３ｃの一端側と他端側には、開口が形成されている。圧力隔壁１３は、さらに、これら一端側の開口を塞ぐための第１壁部１３ｄ、及び他端側の開口を塞ぐための第２壁部１３ｅを有している。

第１壁部１３ｄは、第１ガイドローラ７と第２ガイドローラ８の間の距離とほぼ同じ幅を有し、一体に形成された第１気密部１３ａ、第２気密部１３ｂ、及び接続部１３ｃと両端大径部１１ａ，１１ｂとの間に形成される開口を閉じる平板状の部材である。第１壁部１３ｄは、一方の両端大径部１１ａの基材Ｗと接触しない面と対向する位置に配置され、該両端大径部１１ａと対向する面は、両端大径部１１ａの外周面に沿って湾曲する湾曲面となっている。

また、第１壁部１３ｄは、第１ガイドローラ７から成膜ロール６に搬送される基材Ｗに対向する面と、成膜ロール６から第２ガイドローラ８に搬送される基材Ｗに対向する面とが、基材Ｗの搬送方向に沿って形成されている。
第１壁部１３ｄは、これら第１ガイドローラ７及び第２ガイドローラ８と成膜ロール６との間で基材Ｗの搬送方向に沿って形成された面が、対向する基材Ｗから、例えば１ｍｍ程度の微少な距離だけ離れるとともに、両端大径部１１ａに対向する湾曲面が、両端大径部１１ａの外周面から、例えば１ｍｍ程度の微少な距離だけ離れる位置に配置される。

第２壁部１３ｅは、第１壁部１３ｄと同様の構成及び形状を有しており、一体となった第１気密部１３ａ、第２気密部１３ｂ、及び接続部１３ｃの他端側に設けられている。
図２に示すように、上述の構成を有する圧力隔壁１３によって、圧力隔壁１３と成膜ロール６との間に空間が形成され、該空間が、両端大径部１１ａ，１１ｂに巻き掛けられた基材Ｗと中央小径部１２との間に形成される気体導入空間と連続することで、成膜ロール
６の中央小径部１２の外周全体を包囲する一体の空間が形成される。

上述の構成を有する圧力隔壁１３によって、成膜ロール６の中央小径部１２の外周全体を包囲する空間を、真空チャンバ５内の空間からほぼ隔絶することができるので、次に説明するガス導入機構１４ａによって、気体導入空間の圧力を、真空チャンバ５内の圧力とは異なった圧力に調整することが可能となる。
図２に示すように、ガス導入機構１４ａは、例えば、内部が空洞となった管状のパイプで構成された部材であり、パイプ内の空洞に供給されたガスをパイプの外部に流出させるための孔が長手方向に沿って複数形成されている。このような構成を有するパイプ状のガス導入機構１４ａは、圧力隔壁１３と中央小径部１２の間に成膜ロール６の長手方向に沿って配置されている。

図２（ａ）に示すように、ガス導入機構１４ａには、ガスの供給管（ガス供給管）を介して導入ガス源１５が接続され、ガス供給管に設けられたニードル弁などの調整弁１６によりガス導入機構１４ａに供給されるガスの流量が調整される。ガス導入機構１４ａによって供給されるガスは、スパッタリング法による成膜に悪影響を及ぼさない不活性ガスなどである。

ガス導入機構１４ａから供給されたガスは、圧力隔壁１３と成膜ロール６との間に形成された空間を満たすと共に、両端大径部１１ａ，１１ｂに巻き掛けられた基材Ｗと中央小径部１２との間に形成された気体導入空間に流れ込む。これによって、成膜ロール６の中央小径部１２の外周全体を包囲する一体の空間がガスで満たされ、減圧された真空チャンバ５内の圧力に対して、ガスで満たされた気体導入空間の圧力が高くなる。そのため、圧力隔壁１３と基材Ｗ及び両端大径部１１ａ，１１ｂとの間に設けられた約１ｍｍの隙間からガスが流出するが、そのガスの流出量に対するガス導入機構１４ａからのガスの供給量によって、ガスで満たされた気体導入空間の圧力が決定される。 ここで、圧力隔壁１３によって形成された中央小径部１２の外周を包囲する空間の圧力について考察する。

例えば、巾３７０ｍｍ、直径４００ｍｍの円筒状の成膜ロール６にフィルム状の基材Ｗを成膜ロール６の中心角１８０度にわたって巻き掛けた状態で、基材Ｗに１０Ｎの張力を与えた場合、基材Ｗが成膜ロール６の円筒面から受ける面圧（接触圧）は約１４０Ｐａである。ここで、張力が変化した場合、面圧は張力と比例関係である。従って、基材Ｗと成膜ロール６の中央小径部１２の間の気体導入空間にガスを導入（供給）する場合、気体導入空間内の圧力を、基材Ｗが成膜ロール６から受ける面圧以下となるように導入ガス源１５及び調整弁１６を調整すれば、ガス導入機構１４ａから供給されたガスを、基材Ｗの接触圧によって基材Ｗと成膜ロール６の中央小径部１２の間の気体導入空間内に密閉することが可能となる。

通常、スパッタリング法による成膜プロセスでは、０．１Ｐａオーダの圧力下で実施される。０．１Ｐａにおける不活性ガスアルゴン（Ａｒ）の平均自由工程は、約７ｃｍである。この領域では、気体導入空間の隙間空間のサイズに比べて平均自由工程が十分大きく、分子流とみなして良い。平均自由工程は圧力と反比例の関係にあり、１０〜１００Ｐａの領域では、平均自由工程が０．０７〜０．７ｍｍであり、隙間空間のサイズと同等となるので、分子流から粘性流に遷移する領域とみなせる。一般に、分子流から粘性流に遷移する領域では、圧力に比例して気体分子の数が増え、気体導入空間を取り巻く壁面への衝突数も増加する。壁面間の対流による熱収支は、ミクロに見れば気体分子の衝突によるエネルギーのやり取りであり、衝突数が大きくなるほど伝達する熱量も増加する関係となる。従って、熱伝達係数は圧力比例の関係となる。

一方、気体導入空間の圧力を上述のように高める際、気体導入空間の周囲の圧力も同時に高くなってしまうと、スパッタリング等の成膜プロセスに影響を及ぼしてしまう。従って、気体導入空間内外の圧力差を十分に確保するために、圧力隔壁１３周囲の隙間によるコンダクタンス（流通抵抗）を適切に設計する必要があり、これによって隙間内圧力の上限が規定される。

例えば、図１及び図２において、第１ガイドローラ７及び第２ガイドローラ８の直径を７４ｍｍ、第１ガイドローラ７及び第２ガイドローラ８の幅を３７０ｍｍ、第１ガイドロ
ーラ７及び第２ガイドローラ８と圧力隔壁１３との間隙を１ｍｍ、第１ガイドローラ７及び第２ガイドローラ８における基材Ｗの抱き角（巻き掛け角度）を９０度とすれば、第１ガイドローラ７及び第２ガイドローラ８と圧力隔壁１３との間隙が作るガス出口ギャップを、開口１ｍｍ×巾３７０ｍｍ、奥行き６０ｍｍ（直径７４ｍｍ円周長の１／４）の矩形スリットとしてモデル化することができる。実際には、第１ガイドローラ７及び第２ガイドローラ８の曲率影響や、第１ガイドローラ７及び第２ガイドローラ８の側面のギャップによる影響も生じるが、ここでは考慮しないこととする。

この場合のコンダクタンスは、モデル化した矩形スリットの式より０．００３[ｍ^３/ｓ]程度と見積もられ、気体導入空間内の圧力を１００Ｐａ、気体導入空間の外部圧力を０Ｐａとすると、圧力隔壁１３からのガス漏れ量は１８０ｓｃｃｍ程度と見積もることができる。
このガス漏れ量に相当する量のガス量をガス導入機構１４ａから常時導入し、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの排気能力が十分な高真空排気ポンプを用いれば、上記の考察は実現可能となる。気体導入空間内の圧力を高めることによって、気体導入空間内の圧力を、スパッタリング時のプロセス圧力に比べて約１００〜１０００倍に高めることが可能となり、これに対応した（分子流ならば圧力比例の）熱伝達係数の上昇を見込むことができる。

従って、本実施形態による基材搬送装置２ａを用いれば、両端の大径部と中央の小径部からなる２段形状を有する基材搬送ロールであっても、真空チャンバ５内の圧力をスパッタリングに必要とされる程度の真空に維持しつつ、基材Ｗと基材搬送ロールとの非接触箇所にガスを供給することができる。従って、輻射熱に加えて気体分子を媒体とした熱伝達の寄与度を増加させることができ、成膜プロセスによる入熱で温度が上昇した基材Ｗから成膜ロール６への伝熱効率が向上する。

これにより、スパッタリングなどの成膜プロセスによる基材Ｗの入熱を十分に逃がすことができ、２段形状を有する基材搬送ロールに搬送される基材Ｗにおける、皺や折れの発生を防ぐことができる。
［第２実施形態］
図３を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態による成膜装置１の基材搬送装置２ｂの概略構成を示している。図３（ａ）は、成膜装置１の右方又は左方から見たときの基材搬送装置２ｂの構成を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

本実施形態の基材搬送装置２ｂは、圧力隔壁１３を有していない点、及びガス導入機構１４ｂが成膜ロール６の中央小径部１２に形成されている点が、第１実施形態の基材搬送装置２ａとは異なる。以下の説明では、これら相違点について詳しく説明する。
図３に示すように、本実施形態におけるガス導入機構１４ｂは、成膜ロール６の中央小径部１２に設けられている。

ガス導入機構１４ｂは、中央小径部１２の径方向に沿って中央小径部１２の外周面から中央小径部１２の内部に向かって形成されたガス流路としての穿孔であり、中央小径部１２の長手方向に沿って一端側から他端側にかけてスリット状に複数形成されている。
図３（ｂ）に示すように、これら複数のスリット状の穿孔は、中央小径部１２の円形の断面において、円周方向に沿って隣り合うスリット状の穿孔が形成する中心角がほぼ３０度となるように１２箇所に形成されているが、形成されるスリット状の穿孔の数は、１２より多くても少なくても良い。

但し、後に説明するが、特に成膜ロール６の回転が低速である場合、円周方向における本数が少な過ぎると、ガス流路であるガス導入機構１４ｂへ供給されるガスの流量が成膜ロール６の回転位相によって変動してしまい、成膜ロール６に巻き掛けられた基材Ｗと中央小径部１２との間に形成された空間（気体導入空間）内の圧力変動が大きくなってしまう。そのため、円周方向に沿って隣り合うスリット状の穿孔が形成する中心角がほぼ４５度以下となるように、ガス導入機構１４ｂが８箇所以上に形成されることが望ましい。

図３（ａ）ではスリット形状の穿孔を例示したが、中央小径部１２の幅方向に沿ったガ
ス流路の形状は特に限定されるものではない。スリット形状の穿孔の代わりに、スリット形状の穿孔の各々を複数に分割して、複数の穴状のガス流路が中央小径部１２の幅方向に沿って並列に設けられた構成としてもよい。この場合、中央小径部１２の幅方向に沿って並ぶ複数のガス流路は、中央小径部１２の軸心に近い内部で互いに連通していることが望ましい。

また、図３（ｂ）に示すように、これら複数のガス流路であるガス導入機構１４ｂのうち、例えば左右方向に沿って水平位置にあるガス導入機構１４ｂに対して、第１実施形態と同様の構成の導入ガス源１５から不活性ガスなどが導入される。導入ガス源１５は、複数のガス導入機構１４ｂ全てに対して同時にガスを導入するのではなく、成膜ロール６の回転によって回転する複数のガス導入機構１４ｂのうち、水平位置を通過するガス導入機構１４ｂに対してガスを導入する。

このように構成することで、図３（ｂ）に矢印で明示するように、複数のガス流路であうガス導入機構１４ｂに対して順にガスを導入することができると共に、成膜ロール６に巻き掛けられた基材Ｗと中央小径部１２との間に形成された気体導入空間に対して、常に一定の位置及び位相からガスを導入することができる。ガスを導入する位置及び位相を、スパッタ蒸発源Ｔなどプロセス源の配置に対応するように適切に決めることにより、プロセス源背後の熱伝達を高め、より生産性の高いプロセス条件を実現することが可能となる。

ここで、導入ガス源１５に接続された回転しないガス供給管から、中央小径部１２の回転と共に回転する複数のガス導入機構１４ｂへガスを導入する手段として、回転しないガス供給管と回転するガス導入機構１４ｂとの間の狭いギャップを介したガスの導入を考えることができる。この場合、ギャップの開口部から真空チャンバ内に僅かに漏れるガスを、成膜プロセスへ及ぼす影響が小さい場所まで引き回したり、同じく影響が小さい場所まで差動排気機構によって誘導したりするなどして、ギャップから僅かに漏れるガスを排出することが可能である。ギャップから漏出しなかった大部分のガスは、成膜ロール６に形成したガス導入機構１４ｂに流入することとなる。

上述したように、本実施形態では、巻き掛けられた基材Ｗが成膜ロール６から離れていく箇所から回転方向とは反対に十分離れたガス流路によってガスを導入することで、第１実施形態で示したスリット状矩形ダクトに相当する空間を、中央小径部１２と巻き掛けられた基材Ｗで形成している。例えば、直径２３０ｍｍ、両端大径部１１ａ，１１ｂと中央小径部１２の段差が１ｍｍの成膜ロール６では、中心角３０度の円弧長が約６０ｍｍとなる。このとき、基材Ｗが成膜ロール６から離れる点から、中心角３０度程度、回転方向とは反対にガス流路の噴出し口を設ければ、第１実施形態で説明した構成に相当するコンダクタンスを得ることができる。

［第３実施形態］
図４を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態による成膜装置１の成膜ロール６の概略構成を示している。図４（ａ）は、成膜装置１の右方又は左方から見たときの成膜ロール６の構成を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。

本実施形態の成膜ロール６は、第２実施形態の成膜ロール６と同様の構成であるが、ガス導入機構１４ｃのガス流路の構成が、第２実施形態とは異なる。以下の説明では、ガス導入機構１４ｃの構成について詳しく説明する。
図４に示すように、本実施形態における成膜ロール６は、両端大径部１１ａ，１１ｂが回転するが、中央小径部１２は回転しない構成となっている。つまり、回転する両端大径部１１ａ，１１ｂによって基材Ｗは搬送されるが、中央小径部１２は回転しない。

ガス導入機構１４ｃは、このような回転しない非回転部材である中央小径部１２に形成されている。
図４に示すように、ガス導入機構１４ｃは、中央小径部１２の外周面に中央小径部１２の長手方向に沿って溝状に形成された２本のガス流路１７ａ，１７ｂと、成膜ロール６のほぼ軸心位置に形成されたガス導入路１９と、ガス導入路を２本のガス流路につなぐ接続
路１８ａ，１８ｂを有している。

２本のガス流路１７ａ，１７ｂは、中央小径部１２の外周面上にほぼ平行、且つ互いの距離が中央小径部１２の外周の半分より小さくなるように形成された溝であり、成膜ロール６に巻き掛けられた基材Ｗと中央小径部１２との間に形成された気体導入空間における一定の位置（ある所定の位置）に対応するように、中央小径部１２の外周面上に配置されている。具体的には、図４（ｂ）に向かっての上下方向における上方を時計の１２時方向としたときに、１２時方向を０度とし、反時計周りを位相の正方向と定義すると、気体導入空間内である１２０度および２４０度の位置のそれぞれに配置されている。

第１実施形態と同様の構成を有する導入ガス源１５は、成膜ロール６のほぼ軸心位置に形成されたガス導入路１９に不活性ガスなどを導入し、導入されたガスは、接続路１８ａ，１８ｂを通って２本のガス流路１７ａ，１７ｂへ導入される。このようにして、成膜ロール６に巻き掛けられた基材Ｗと中央小径部１２との間に形成された気体導入空間における一定の位置及び位相から、ガスを導入することができる。

気体導入空間において、両ガス流路１７ａ，１７ｂで挟まれた１２０度〜２４０度の領域では、圧力は周辺部より高い値でほぼ一定になり、主にこの領域で熱伝達が生じる。この領域に向かい合う位置にスパッタ蒸発源Ｔなどプロセス源を配置することで、成膜プロセスによる入熱で温度が上昇した基材Ｗから成膜ロール６への伝熱効率が向上させることができ、プロセスの生産性を高めることが可能となる。

一方、気体導入空間に導入されたガスは、基材Ｗが成膜ロール６から離れるほぼ９０度及び２７０度の位置から、周辺空間に流出することとなる。９０〜１２０度、及び２４０〜２７０度の領域では、導入されたガスが、常に周辺空間への流出側に向かって一定方向に流れることとなる。
非回転部である中央小径部１２に形成されるガス導入路１９、接続路１８ａ，１８ｂ、及び２本のガス流路１７ａ，１７ｂの構造と位置は、スパッタ蒸発源Ｔなど周辺のプロセス源の配置等に応じて適宜決定することができる。

本実施例においても、第１実施形態で説明した構成に相当するコンダクタンスを得ることができる。
［第４実施形態］
図５を参照して、本発明の第４実施形態について説明する。図５は、第４実施形態による成膜装置１の基材搬送装置２ｄの概略構成を示している。図５（ａ）は、成膜装置１の右方又は左方から見たときの基材搬送装置２ｄの構成を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。

本実施形態の基材搬送装置２ｄは、第１実施形態の基材搬送装置２ａとほぼ同様の構成を有しているが、中央小径部１２の内部に昇降温機構を有している点で第１実施形態の基材搬送装置２ａとは異なる。以下の説明では、昇降温機構の構成について詳しく説明する。
昇降温機構は、熱媒体油や水などの流体を温度制御媒体として循環させる管状のパイプ、又はシースヒータなどによって中央小径部１２の内部に設けられた昇降温媒体経路２０である。

図５（ａ）に一点鎖線で示すように、昇降温媒体経路２０は、成膜ロール６の外部から導入されて中央小径部１２の内部に配置され、特に基材Ｗと対向する面に沿うように配置される。ここで、図５（ｂ）に示すように、中央小径部１２の内部には、３つの領域（ＺＯＮＥ１〜ＺＯＮＥ３）が設けられている。昇降温媒体経路２０は、ＺＯＮＥ１〜ＺＯＮＥ３の各領域のそれぞれに互いに独立に設けられており、ＺＯＮＥ１〜ＺＯＮＥ３に設けられた昇降温媒体経路２０のそれぞれは、ＺＯＮＥ１〜ＺＯＮＥ３の各領域内で基材Ｗと対向する面に沿って一巡した後に、成膜ロール６の外部へ導かれるように配置される。

ここで、本実施形態における成膜ロール６は、両端大径部１１ａ，１１ｂが回転するが、中央小径部１２は回転しない構成となっている。つまり、回転する両端大径部１１ａ，１１ｂによって基材Ｗは搬送されるが、中央小径部１２は回転しない。
このように独立に配置された管状の昇降温媒体経路２０に、加熱又は冷却された温度制
御媒体を循環させることで、中央小径部１２におけるＺＯＮＥ１〜ＺＯＮＥ３の基材Ｗと対向する各面の温度を独立に温度制御して上昇又は下降させ、中央小径部１２と対向する基材Ｗの温度を上昇又は下降させることができる。

このように、昇降温媒体経路２０で構成される昇降温機構は、中央小径部１２の基材Ｗと対向する面の温度を複数の領域に分けて昇降させることで、中央小径部１２に対向する基材Ｗの温度を、１つの成膜ロール６上で複数の成膜プロセスの温度を実現するものである。
本実施形態の基材搬送装置２ｄを用いれば、成膜プロセスの温度毎に複数の成膜ロール６を用いる必要がなくなるので真空チャンバ５の容量を小さくすることができ、ひいては成膜装置１を小型化することができる。

なお、上述の各実施形態では、スパッタリングやプラズマＣＶＤ等の表面処理（成膜処理）を実施する成膜装置１を例示して、この成膜装置１で用いられる基材搬送装置２ｄの特徴について説明した。しかし、本実施形態で説明した構成を有する基材搬送装置２ｄは、フィルム状の基材Ｗを搬送する際に基材Ｗの温度を制御する必要のある装置であれば、成膜装置１に限らず様々な装置に適用できることは明らかである。

成膜装置１内においても、基材搬送装置２ｄに限らず、基材搬送速度を決定する駆動ロールや、基材Ｗとの摩擦トルクによって基材Ｗに従動し搬送方向を変えるアイドラーなど、ロールの駆動有無によらず広く適用可能である。
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 成膜装置
２ａ〜２ｄ 基材搬送装置
３ 巻出し部
４ 巻取り部
５ 真空チャンバ
６ 成膜ロール（基材搬送ロール）
７ 第１ガイドローラ
８ 第２ガイドローラ
９ ベアリング
１０ 回転軸
１１ａ，１１ｂ 両端大径部
１２ 中央小径部
１３ 圧力隔壁１３
１３ａ 第１気密部
１３ｂ 第２気密部
１３ｃ 接続部
１３ｄ 第１壁部
１３ｅ 第２壁部
１４ａ〜１４ｃ ガス導入機構
１５ 導入ガス源
１６ 調整弁
１７ａ，１７ｂ ガス流路
１８ａ，１８ｂ 接続路
１９ ガス導入路
２０ 昇降温媒体経路
Ｔ スパッタ蒸発源
Ｗ フィルム基材

Claims (4)

1. 基材の表面に成膜処理を施す成膜装置に設けられると共に、前記基材を搬送する基材搬送ロールを有する基材搬送装置であって、
   前記基材搬送ロールは、前記基材搬送ロールの軸心に沿った長手方向における中央部に形成され且つ基材が接触しない中央小径部と、
   前記中央小径部の長手方向両端に形成され、基材と接触し前記基材搬送ロールの軸心周りに回転することで前記基材を搬送する両端大径部と、を備え、
   前記基材と前記中央小径部の間に形成される空間に不活性ガスを導入するガス導入機構を有し、
   前記中央小径部の前記基材と対向しない面と向かい合う位置に設けられた圧力隔壁をさらに有し、
   前記空間は、前記圧力隔壁と、前記両端大径部に接触する基材と、前記中央小径部と、前記両端大径部とで形成される
   ことを特徴とする基材搬送装置。
2. 前記ガス導入機構が、前記中央小径部の外周面から前記中央小径部の内部に向かって形成された穿孔を有し、前記穿孔に不活性ガスを供給することで前記基材と前記中央小径部の間に形成される空間に不活性ガスを導入可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基材搬送装置。
3. 前記ガス導入機構は、前記基材と前記中央小径部の間に形成される空間に、前記空間における一定の位置から不活性ガスを導入可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の基材搬送装置。
4. 前記基材搬送ロールは、前記中央小径部に対して温度制御を行う昇降温機構を有し、
   前記昇降温機構が、前記中央小径部の前記基材と対向する面の複数の領域に対して、互いに独立に前記温度制御が可能であることを特徴とする請求項１に記載の基材搬送装置。