JP6183284B2 - ガス放出機構を備えたキャンロールを用いた長尺フィルムの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、減圧雰囲気下の真空チャンバー内においてロールツーロールで搬送される長尺フィルムを、外周面からガスを放出するガス放出機構を備え且つ内部に冷媒循環路を有するキャンロールの該外周面に巻き付けながら熱負荷の掛かる表面処理を施す長尺フィルムの処理方法に関する。

液晶パネル、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話等の電子機器には、耐熱性樹脂フィルムの表面上に所定の配線パターンの配線回路が形成されたフレキシブル配線基板が用いられている。フレキシブル配線基板は、耐熱性樹脂フィルムの片面若しくは両面に金属膜を備えた金属膜付耐熱性樹脂フィルムに対してフォトリソグラフィーやエッチング等の薄膜技術を適用して金属膜をパターニング加工することによって作製することができる。近年、電子機器の軽薄短小化に伴ってフレキシブル配線基板の配線パターンはますます微細化、高密度化しており、このため金属膜付耐熱性樹脂フィルムにはより一層平坦でシワのないものが求められている。

上記した金属膜付耐熱性樹脂フィルムの製造方法としては、従来から金属箔を接着剤により耐熱性樹脂フィルムに貼り付けて製造する方法（３層基板の製造方法）、金属箔に耐熱性樹脂溶液をコーティングした後、乾燥させて製造する方法（キャスティング法）、あるいは耐熱性樹脂フィルムに真空成膜法により、もしくは真空成膜法と湿式めっき法との組み合わせにより金属膜を成膜して製造する方法（メタライジング法）等が知られている。また、メタライジング法における真空成膜法には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタリング法等がある。

上記したメタライジング法については、例えば特許文献１に、支持基体となるポリイミド製の長尺フィルムの表面にシード層としてＮｉ−Ｃｒ合金をスパッタリングしてから銅をスパッタリングし、得られた銅スパッタリング膜の表面にさらに電解メッキ法で銅を成膜する技術が開示されている。また、ポリイミドに代表される耐熱性樹脂フィルムからなる長尺フィルムに連続的にスパッタリング成膜などの乾式めっき処理を行うため、連続巻取式スパッタ装置（スパッタリングフィルムコータとも称する）を用いることも開示されている。

ところで、上述した真空成膜法において、一般にスパッタリング法は密着力に優れる反面、真空蒸着法に比べて耐熱性樹脂フィルムに与える熱負荷が大きいといわれている。そして、成膜の際に耐熱性樹脂フィルムに大きな熱負荷がかかると、フィルムにシワが発生し易くなることも知られている。そこで、スパッタリングフィルムコータでは内部に冷却機能を備えた円筒形状のいわゆるキャンロールを搭載し、このキャンロールを回転させながらその外周面にロールツーロールで搬送される耐熱性樹脂からなる長尺フィルムを巻き付けてスパッタリング処理することが行われている。これによりスパッタリングの際の長尺フィルムへの熱負荷をその裏面側から除熱することができ、シワの発生を抑えることが可能になる。

例えば特許文献２には、スパッタリングフィルムコータの一例である巻出巻取式（ロールツーロール方式）真空スパッタリング装置が開示されている。この巻出巻取式真空スパッタリング装置には上記したキャンロールの役割を担うクーリングロールが具備されており、さらにクーリングロールの少なくとも長尺フィルム送入れ側若しくは送出し側に設けたサブロールによって長尺フィルムをクーリングロールの外周面に密着する制御が行われている。

しかしながら、キャンロールの外周面はミクロ的に見て平坦ではないため、キャンロールの外周面とそこに密着して搬送される長尺フィルムとの間には真空空間を介して離間するギャップ部（間隙）が存在している。このため、上記したスパッタリングや真空蒸着の際に生じる長尺フィルムの熱は、実際には長尺フィルムからキャンロールに効率よく伝熱されているとはいえない。また、長尺フィルムが熱負荷により温度上昇した時、熱膨張により伸びようとする力が生ずるが、キャンロールの外周面との摩擦力のためキャンロールの外周面上に拘束されて圧縮熱応力が働く。そして、この圧縮熱応力が臨界座屈応力の最小値以上になればシワが発生する。

また、前述したようにフィードロール(サブロール)を用いて長尺フィルムをキャンロール(クーリングロール)の外周面に密着させる場合、フィードロールとキャンロールとの周速度に差をつけることでキャンロールの外周面に密着させるため、長尺フィルムの張力を測定することが困難になる。そのため、張力を良好に制御することが出来なくなり、スリップにより長尺フィルムの表面に傷が発生したり張力が過大になって成膜された長尺フィルムに反りが発生したりすることがあった。

上記した問題を解決するため、キャンロールの外周面とそこに巻き付けられる長尺フィルムとの間のギャップ部にキャンロールの外周面からガスを導入して、当該ギャップ部の熱伝導率を真空に比べて高くする技術が提案されている。例えば特許文献３には、キャンロールを構成する円筒部材の外周肉厚部に周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って配設された複数のガス導入路と、これら複数のガス導入路の各々に設けられた外周面側で開口する複数のガス導入孔とからなるガス放出機構を備えたキャンロールが提案されている。このキャンロールのガス放出機構では、各ガス導入路にバルブを介してガスが供給される構造になっており、個々のバルブの開閉によりキャンロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられている領域にのみガスを導入できるようになっている。

特開平６−１２０６３０号公報 特開昭６２−２４７０７３号公報 特開２０１２−１１７１２８号公報

"Improvement of Web Condition by the Deposition Drum Design," 2000 Society of Vacuum Coaters, 50th. Annual Technical Conference Proceeding (2007), p.749

しかし、上記したガス放出機構を用いてキャンロールの外周面とそこに巻き付けられている長尺フィルムとの間のギャップ部にガスを導入すると、ギャップ部が大きくなってかえって熱伝導率が低下してシワが生じることがあった。また、キャンロールの外周面とそこに巻き付けられている長尺フィルムとの間の摩擦係数がゼロの状態が発生する場合が生じ、キャンロールとの拘束から解放された長尺フィルムの搬送速度が不安定になったり、蛇行の発生等で安定した搬送が出来なくなったりすることがあった。その結果、長尺フィルムにスパッタリング成膜の熱負荷による膜応力によってうねりが発生したり、長尺フィルムとキャンロールの間にスリップが発生したりして長尺フィルムの表面に傷がつくことがあった。

発明者は、減圧雰囲気下でキャンロールの外周面に長尺フィルムを巻きつけて搬送するに際して、長尺フィルムが巻きつけられる範囲のキャンロールの外周面からガスを放出してキャンロールの外周面とそこに巻きつけられている長尺フィルムとの隙間にガスを導入すると、長尺フィルムがキャンロールの外周面から浮上した状態で搬送され、スパッタリング成膜時に長尺フィルムにうねりが発生する場合があることを確認した。そして、このようなうねりが発生しないように長尺フィルムのキャンロールの外周面からの局所的な変位量を制御するには、高度な調整技術を要していた。

本発明は上記した従来の問題に鑑みてなされたものであり、減圧雰囲気下でロールツーロールで搬送される長尺フィルムに対して熱負荷のかかる処理を行った場合であっても長尺フィルムにうねりを発生させることなく、且つシワの発生をも抑制できる長尺フィルムの処理方法を提供することを目的としている。

本発明者らは、上述した従来の問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、真空チャンバー内においてロールツーロールで搬送させる長尺フィルムをガス放出機構を備えたキャンロールの外周面に巻き付けながら熱負荷のかかる表面処理を行うに際して、長尺フィルムの張力に応じてガス放出機構に供給するガスの圧力を制御することによりキャンロールの外周面とそこに巻き付いている長尺フィルムとの間に形成されるギャップ部の距離をほぼゼロの状態に近づけることができ、よって表面処理時の長尺フィルムの温度上昇を抑制することができるとともに、キャンロール外周面とそこに巻き付いている長尺フィルムとの間の摩擦も低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の長尺フィルムの処理方法は、真空チャンバー内においてロールツーロールで搬送される長尺フィルムに対して内部に冷媒循環路を備えたキャンロールの外周面に巻きつけた状態で熱負荷の掛かる表面処理を施す長尺フィルムの処理方法であって、前記キャンロールの外周部には周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って複数のガス導入路が配設されており、各ガス導入路は前記キャンロールの外周面で開口する複数のガス放出孔を備えており、前記ガス導入路の供給ガス圧をＧ［Ｐａ］、前記キャンロールの外周面に巻きついている長尺フィルムがその単位面積当たり張力によってキャンロールの中心軸に向って引っ張られる力をΡ［Ｐａ］とした時、前記Ｇの前記Ｐに対する比Ｇ／Ρが０.１〜１.０の範囲内となるように前記Ｐに基づいて前記Ｇを制御することを特徴としている。

本発明によれば、減圧雰囲気下でロールツーロールで搬送される長尺フィルムに対して熱負荷のかかる処理を行った場合であっても長尺フィルムにうねりやシワを発生させることなく安定して表面処理を行うことができる。

本発明に係る長尺フィルムの処理方法を好適に実施できる成膜装置の一具体例を示す模式図である。 図１の成膜装置が具備するガス放出機構付きキャンロールの一具体例を示す断面図である。 キャンロール外周面に巻きついている長尺フィルムがその単位面積当たり張力によってキャンロールの中心軸に向って引っ張られる力Ρに対するガス導入路の供給ガス圧Ｇの比Ｇ／Ρと、該外周面及び該長尺フィルムの間の有効摩擦係数比μ_ｅｆｆ／μ_ｓとの関係を示すグラフである。

先ず、図１を参照しながら本発明に係る長尺フィルムの処理方法を好適に実施することができる真空成膜装置（スパッタリングウェブコータ）５０について説明する。この真空成膜装置５０は、真空チャンバー５１内においてロールツーロール方式で搬送される耐熱性樹脂フィルム製の被成膜基材としての長尺フィルムＦをキャンロール５６の外周面に巻き付けて冷却しながらその表面に連続的に熱負荷のかかるスパッタリング成膜処理を施すものであり、金属膜付耐熱性樹脂フィルムを連続的に作製することができる。

具体的に説明すると、真空チャンバー５１内は、図示しないドライポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオコイル等により到達圧力１０^−４Ｐａ程度まで減圧された後、アルゴンガスや目的に応じて添加される酸素ガスなどのスパッタリングガスを導入することで０.１〜１０Ｐａ程度に圧力調整できるようになっている。真空チャンバー５１の形状については上記減圧状態に耐え得るものであれば特に限定はなく、直方体や円筒形などの種々の形状を採用することができる。

この真空チャンバー５１内に、巻出ロール５２から巻取ロール６４までロールツーロールで搬送される長尺フィルムＦの当該搬送経路を画定する各種のロールが設けられている。すなわち、巻出ロール５２からキャンロール５６までの搬送経路には、巻出ロール５２から巻き出された長尺フィルムＦを案内するフリーロール５３、長尺フィルムＦの張力の測定を行う張力センサーロール５４、及び張力センサーロール５４から送り出される長尺フィルムＦをキャンロール５６に導入するフリーロール５５がこの順に配置されている。

キャンロール５６から巻取ロール６４までの搬送経路にも、上記と同様に、フリーロール６１、長尺フィルムＦの張力測定を行う張力センサーロール６２、及び長尺フィルムＦを案内するフリーロール６３がこの順に配置されている。なお、張力センサーロール５４及び６２には、各々回転軸に垂直な方向の変位を検知するロードセルなどの張力センサーが備わっている。

モーター駆動の巻出ロール５２及び巻取ロール６４は、パウダークラッチ等によりトルク制御が行われており、これにより長尺フィルムＦの張力バランスが保たれている。また、モーター駆動のキャンロール５６は、熱負荷の掛かるスパッタリング処理により熱せられる長尺フィルムＦを冷却するため、内部に冷媒循環路を有している。

キャンロール５６の外周面に対向する位置には、長尺フィルムＦの搬送経路に沿って４個のマグネトロンスパッタリングカソード５７、５８、５９、６０がこの順に設けられている。これらマグネトロンスパッタリングカソード５７〜６０の各々には、キャンロール５６の外周面に対向する面にターゲット（図示せず）が取り付けられており、これらターゲットから叩き出されたスパッタ粒子を長尺フィルムＦの表面上に堆積させることで金属膜の成膜が行われる。

次に、上記キャンロール５６について図２を参照しながらより詳しく説明する。キャンロール５６は、円筒部２０とその回転中心軸Ｏ部分に設けられた二重配管構造の回転軸２１とで構成されている。回転軸２１は、その両端部に設けられた回転軸受け２２で回転可能に支持されており、図示しない駆動装置で回転中心軸Ｏを中心として回転する。この円筒部２０の外周面２０ａにロールツーロールで搬送される長尺フィルムＦが巻き付けられる。

円筒部２０の内側には、冷却水などの冷媒が流通する例えばジャケット構造の冷媒循環路２３が設けられており、これに前述した回転軸２１の二重配管が接続している。これにより、真空チャンバー５１外部の図示しない冷媒冷却装置との間で冷媒の循環が行われる。円筒部２０の外周肉厚部には、円筒部２０の回転中心線Ｏ方向に平行に延在する複数のガス導入路２４が周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って設けられている。これらガス導入路２４は、内径５ｍｍ程度であればガンドリルを用いた深穴加工により容易に加工できる。ガス導入路２４の具体的な内径や本数は、キャンロール５６に必要な伝熱性能などを考慮して適宜定められる。

各ガス導入路２４には、円筒部２０の外周面２０ａで開口する複数のガス放出孔２５が回転中心線Ｏ方向に沿って略均等な間隔をあけて設けられている。ガス放出孔２５の内径は１００μｍ以上４００μｍ以下が望ましい。この内径が１００μ未満ではガス放出孔２５の加工が困難になる。一方、この内径が４００μｍを超えるとキャンロール５６の伝熱性能が低下するおそれがある。ガス放出孔２５の穴あけ加工はドリルやレーザー加工で行うことができる。

上記複数のガス導入路２４に、キャンロール５６の両端部に設けられた２つのロータリージョイント３０、４０を介して真空チャンバー５１の外部からＨ_２、Ｈｅ、Ａｒ等のガスが供給される。これにより、ガス導入路２４及びガス放出孔２５を経てキャンロール５６の外周面とそこに巻き付けられる長尺フィルムＦとの間にガスが導入される。

前述したようにキャンロール５６は内部に冷媒循環路２３を備えるので、キャンロール５６の外周面とそこに巻きつけられる長尺フィルムＦとで形成される隙間にガスが導入されると、長尺フィルムＦへのキャンロール５６からの伝熱が阻害されるように思われる。しかし、キャンロール５６は１０Ｐａ以下の減圧雰囲気下で使用されるため、このような減圧雰囲気下での隙間を介した物体間の伝熱はほぼ輻射熱のみと考えられる。したがって、かかる隙間にガスが満たされるとガスによる伝熱が付加されるので、より効率的にキャンロール５６から長尺フィルムＦに熱を伝えることができる。

キャンロール５６の両端部にそれぞれ設けられたロータリージョイント３０及び４０は互いに同じ構造になっており、ロータリージョイント３０（４０）は、円筒部２０と共に回転する回転部３１（４１）と固定部３２（４２）とが互いに摺接する構造を有しており、固定部３２（４２）内に形成されているガス供給路３６（４６）は、この摺接面で複数のガス導入路２４にそれぞれ連通する複数の分岐菅３３（４３）に分岐するようになっている。各分岐菅３３（４３）には磁力にて開閉するバルブ３５（４５）が設けられており、また、図１の角度範囲Ａ（抱き角Ａとも称する）以外の角度範囲においてバルブ３５（４５）が対向する位置には磁石３７（４７）が設けられている。これにより、抱き角Ａ以外の角度範囲内にガス導入路２４が位置している時は磁石３７（４７）からの磁力の働きによりバルブ３５（４５）が閉じ、そのガス導入路２４のガス放出孔２５からはガスの放出が遮断される。その結果、キャンロール５６の外周面のうち長尺フィルムＦが巻き付いていない領域に位置するガス放出孔２５から無駄にガスが放出されるのを防止することができる。

ところで、キャンロール５６の外周面は硬質クロムでめっき処理されており、目視では確認できないが、表面にはサブミクロンからミクロン単位の微細な凹凸が存在している。かかる微細な凹凸により、キャンロール５６の外周面とそこに巻き付いている長尺フィルムＦとの間には微細なギャップ部（隙間）が生じている。このギャップ部にガス放出孔２５から放出されるＨ_２、Ｈｅ、Ａｒ等のガスが流れ込み、この隙間内の圧力を高めるので長尺フィルムＦには隙間が拡張する向き、すなわちキャンロール５６の外周面から浮上する向きに力がかかる。

長尺フィルムＦが実際にキャンロール５６の外周面から浮上するには、キャンロール５６の半径Ｒ［ｍ］、及び長尺フィルムＦの幅Ｗ［ｍ］、長尺フィルムＦの張力Ｔ［Ｎ］のとき、下記式１で得られる長尺フィルムＦがその単位面積当たり張力Ｔの大きさに応じてキャンロール５６の中心軸に向かって引っ張られる力Ρ［Ｐａ］よりも隙間に導入されたガスの圧力Ｇ［Ｐａ］が高いことが必要となる。なお、真空チャンバー５１内はほぼ真空状態にあるので、キャンロール５６の周辺の圧力はゼロと近似することができる。

［式１]
Ρ＝Ｔ／（Ｒ×Ｗ）

ここで、長尺フィルムＦの張力Ｔは、長尺フィルムＦの断面積当たり１０〜４０Ｎ／ｍｍ^２が好ましい。長尺フィルムＦの断面積当たり１０Ｎ／ｍｍ^２未満では、長尺フィルムＦがキャンロール５６の外周から浮上してしまい、長尺フィルムＦの搬送の際にうねりが発生したりスリップや蛇行が発生したりするおそれがある。一方、４０Ｎ／ｍｍ^２を超えると、巻取ロール６４に巻き取った時に長尺フィルムＦのロールの硬度が高くなりすぎ、ブロッキングの発生や巻き癖による反りが発生するおそれがある。

また、非特許文献１よれば、キャンロールの外周面とそこに巻きついている長尺フィルムとの間に形成されるギャップ部に導入する導入ガスにアルゴンガスを用いた場合、分子流領域において当該ギャップ部の距離ｄ［μｍ］（すなわち、キャンロールの外周面とこれに対向する長尺フィルムとの間の距離）とそのギャップ部内の圧力Ｇ［Ｐａ］の関係は、下記式２で求めることができる。

［式２]
Ｇ＜２００００／ｄ

従って、導入ガスがアルゴンガスの場合、分子流領域として取り扱える範囲では、ギャップ部内の圧力が例えば９００Ｐａのとき、ギャップ部の距離は２３μｍ未満となる。なお、ギャップ部内の圧力は、キャンロール外周面からのガス導入量と真空チャンバーに設けられている真空ポンプの排気能力と長尺フィルムの張力とによりほぼ定まる。

更に、非特許文献１よれば、導入ガスにアルゴンガスを用いた場合、ギャップ部内の熱伝導係数α［Ｗ／ｍ^２・Ｋ］とギャップ部内の供給ガス圧Ｇ［Ｐａ］との関係は、下記式３で求めることができる。

［式３]
α＝０.５×Ｇ

したがって、導入ガスがアルゴンガスの場合、供給ガス圧力が例えば９００Ｐａでギャップ部の距離が約２３μｍの時、ギャップ部の熱伝導率は４５０Ｗ／ｍ^２・Ｋとなる。これら式２と式３から、ギャップ部の距離が小さい場合の方が、熱伝導係数が大きくなることが分かる。

また、キャンロールの外周面側からギャップ部にガスを導入すると、ギャップ部内の圧力が上昇してギャップ部が拡張するため、キャンロールの外周面とそこの巻きついている長尺フィルムとの間の摩擦が低減する。その結果、キャンロールの外周面で長尺フィルムに熱負荷が掛かる表面処理を行ってもシワが発生しにくくなるという効果が得られる。

これに関して、東レ・デュポン製の長尺のポリイミドフィルム（カプトン５０ＥＮ）を減圧下でロールツーロールで搬送しながらガス放出機構を備えたキャンロールの外周面に巻き付け、キャンロールの外周面とそこに巻きついている該ポリイミドフィルムとの間のギャップ部にガス放出機構を用いて様々な供給ガス圧Ｇ[Ｐａ]のガスを導入した時の有効摩擦係数μ_ｅｆｆの影響を調べた。

具体的には、ガス放出機構を備えたキャンロール５６の抱き角がＡ［ｒａｄ］、巻出ロール５２側のポリイミドフィルムの張力がＴ_１［Ｎ］、巻取ロール６４側のポリイミドフィルムの張力がＴ_２［Ｎ］の時、これら張力Ｔ_１及びＴ_２の差を大きくしていき、該ポリイミドフィルムがキャンロール５６の外周面上で滑り出した時の張力比から下記式４により摩擦係数μを算出した。

［式４]
μ＝｛Ｉｎ（Ｔ_２／Ｔ_１）｝／Ａ （但し、Ｔ_２＞Ｔ_１）

また、ポリイミドフィルムがその単位面積当たりキャンロール５６の中心軸に向かって引っ張られるΡは、Ｔ_１とＴ_２の平均張力、すなわち（Ｔ_１＋Ｔ_２）／２を前述した式１に代入して求めた。そして、横軸に供給ガス圧Ｇ［Ｐａ］と長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロール５６の中心軸に向かって引っ張られる力Ρとの比Ｇ／Ρをとり、縦軸に有効摩擦係数μ_ｅｆｆとガス放出機構からガスを放出しない場合の静摩擦係数μ_sとの比μ_ｅｆｆ／μ_ｓをとってプロットした。その結果を図３に示す。なお、図３では平均張力１００Ｎのデータを使用した。また、供給ガス圧Ｇ［Ｐａ］は、２つのロータリージョイント３０、４０のガス供給口３６ａ、４６ａにそれぞれ接続された２本のガス供給配管に設けた圧力計で測定したガス圧の平均値をとった。

この図３のグラフに示されるように、有効摩擦係数比μ_ｅｆｆ／μ_ｓはガス圧の増加とともに徐々に減少し、比Ｇ／Ρが１.０のときにゼロになる。また、比Ｇ／Ρが０.１の場合、有効摩擦係数比は０.８となる。すなわち、長尺フィルムとキャンロール間のガス圧が大きいほど、摩擦係数が小さくなり、熱伝導係数が増加することから、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロール５６の中心軸に向かって引っ張られる力Ρ［Ｐａ］に対する供給ガス圧Ｇ［Ｐａ］の比Ｇ／Ρは、０.１から１.０の範囲内にあることが望ましい。

Ｇ／Ρの下限を０.１とする理由は、前述したように、キャンロール５６の外周面において長尺フィルムＦが巻き付けられていない角度範囲に位置するガス導入路２４ではガスが供給されないため、当該ガス導入路２４内は真空チャンバー５１内とほぼ同等の減圧雰囲気となる。そのため、キャンロール５６の回転によりこのガス導入路２４が抱き角Ａに移動して再びガスの供給が開始されてもガス導入路２４内の圧力が一定になるまで時間を要する。この圧力が立ち上がるまでの間はＧ／Ρの値が設定値より小さくなるため、Ｇ／Ρの下限を０.１より低くすると実際の有効摩擦係数比は１.０に近くなり、摩擦低減の効果が得られなくなるおそれがある。

一方、Ｇ／Ρを１.０より大きくすると、長尺フィルムＦがキャンロールの外周面上でほぼ完全に浮上してしまい、キャンロール５６の外周面とそこに巻き付いている長尺フィルムＦとの間のギャップ部の距離が広くなりすぎて伝熱係数が低下し、成膜時にうねりが発生するおそれがある。

以上、ロールツーロールで搬送される長尺フィルムに熱負荷がかかる表面処理としてスパッタリング成膜を行う真空成膜装置５０を例に挙げて本発明に係る長尺フィルムの処理方法について説明を行ったが、本発明は熱負荷がかかる表面処理としてスパッタリング成膜に限定するものではなく、蒸着などの乾式成膜、あるいは乾式成膜以外ではプラズマやイオンビーム等の表面処理にも本発明の処理方法を適用することができる。

図１に示すようなスパッタリングウェブコータ５０を用いてロールツーロールで長尺フィルムＦを搬送しながらスパッタリング成膜を行った。キャンロール５６には、図２に示すような直径４００×幅６００ｍｍのステンレス製の円筒部２０を用いた。この円筒部２０は、外周肉厚部に中心軸Ｏに略平行に延在する直径５ｍｍの複数のガス導入路２４を全周に亘って貫通させた後、各ガス導入路２４には円筒部２０の外周面２０ａにおいて法線方向に開口する内径０.２ｍｍのガス放出孔２５を連通させることで作製した。なお、ガス導入路２４及びガス放出孔２５を設ける際、隣接するガス放出孔２５同士が円筒部２０の周方向及び軸方向に共に約１０ｍｍのピッチとなるようにした。

このキャンロール５６を図１に示すようなスパッタリングウェブコータ５０に搭載した。キャンロール５６の抱き角Ａが２７０°となるように搬送経路を調整し、この抱き角Ａ以外の角度範囲ではガス放出孔２５からガスが放出されないようにするため、抱き角Ａ以外の角度範囲に位置するガス導入路２５のバルブ３５、４５が対向する位置に扇形の磁石を配置した。

長尺フィルムＦの片面にシード層としてニッケルクロム合金膜を成膜し、その上に銅膜を成膜するため、スパッタリングカソード５７には２０重量％クロムのニッケルクロム合金ターゲットを装着し、残りのスパッタリングカソード５８〜６０には銅ターゲットを装着した。長尺フィルムＦには東レ・デュポン製の厚さ１２.５μｍ×幅５００ｍｍのポリイミドフィルム（カプトン５０ＥＮ）を使用した。

＜実施例１＞
巻回された長尺フィルムＦを上記したスパッタリングウェブコータ５０の巻出ロール５２側にセットし、その一端を引き出してキャンロール５６等のロール群を経由させて巻取ロール６４に取り付けた。巻出ロール５２側の張力と巻取ロール６４側の張力はともに１００Ｎとした。ロータリージョイント３０、４０の供給口３６ａ、４６ａに接続したガス供給配管に設けた圧力計でのガス圧が９００Ｐａになるように調整しながらアルゴンガスをキャンロール５６のガス導入路２４に供給した。

この時、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロールの中心軸に向って引っ張られる力Ρ［Ｐａ］を前述した式１を用いて計算したところ、Ρ＝Ｔ／（Ｒ×Ｗ）＝１００Ｎ／（０.２ｍ×０.５ｍ）＝１０００Ｐａであった。したがって、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロールの中心軸に向かって引っ張られる力Ρ［Ｐａ］の供給ガス圧Ｇ［Ｐａ］に対する比Ｇ／Ρは、９００Ｐａ／１０００Ｐａ＝０.９であった。

次に、真空チャンバー５１内の空気を複数台のドライポンプを用いて５Ｐａまで排気した後、複数台のターボ分子ポンプとクライオコイルを用いて３×１０^−３Ｐａまで排気した。更に、アルゴンガスを導入して、スパッタリング雰囲気を圧力０.３Ｐａとした。そして、キャンロール５６の冷媒循環路２３に冷却水を循環して２０℃で温度制御した。

この状態で、長尺フィルムＦを２ｍ／分の速度で搬送させ、ニッケルクロム合金ターゲットを装着したスパッタリングカソード５７は投入電力を３.０ｋＷとし、銅ターゲットを装着した各スパッタリングカソード５８〜６０は投入電力を６.０ｋＷとして成膜処理を行った。この成膜条件で５０ｍの長尺フィルムを連続的に成膜処理した。この成膜処理を合計３回実施したところ、いずれの長尺フィルムにおいてもシワやうねりが発生することはなかった。

＜実施例２〜６及び比較例１〜４＞
長尺フィルムＦの搬送速度、長尺フィルムＦの張力、キャンロール５６への供給ガス圧、及びカソードへの投入電力を下記表１に示すように様々に変えた以外は実施例１と同様にして実施例２〜６及び比較例１〜４の成膜処理を行った。それらの成膜処理結果を成膜条件と共に下記表１に示す。なお、表中の「○」はシワやうねりが発生しなかったことを示しており、「×」はシワまたはうねりが発生したことを示している。

上記表１に示す結果から分かるように、実施例１〜６では、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロール５６の中心軸に向かって引っ張られる力Ρ［Ｐａ］に対する供給ガス圧Ｇ［Ｐａ］の比Ｇ／Ρが０.１〜１.０の範囲内であったので、いずれも長尺フィルムにシワやうねりが発生することはなく、良好に成膜することができた。

一方、比較例１〜３では、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロール５６の中心軸に向って引っ張られるΡ［Ｐａ］に対する供給ガス圧Ｇ［Ｐａ］の比Ｇ／Ρが０.１未満であったので、キャンロール５６と長尺フィルムとの間の摩擦係数が高くなり、成膜中にシワが発生した。また、比較例４では上記の比Ｇ／Ρが１.０を超えていたため、キャンロール５６から長尺フィルムが完全に浮上してしまい、キャンロールと長尺フィルムとのギャップ距離が大きくなって熱伝導率が低下し、成膜中に長尺フィルムにうねりが発生した。

以上の結果から、長尺フィルムがその単位面積当たりキャンロール５６の中心軸に向って引っ張られるΡ［Ｐａ］に対する供給ガス圧Ｇ［Ｐａ］の比Ｇ／Ρを０.１〜１.０の範囲内に制御することで、シワやうねりの無い良好な金属被覆長尺フィルムが得られることがわかる。

２０ 円筒部
２１ 回転軸
２２ 回転軸受け
２３ 冷媒循環路
２４ ガス導入路
２５ ガス放出孔
３０、４０ ロータリージョイント
３５、４５ バルブ
３７、４７ 磁石
５０ 真空成膜装置（スパッタリングウェブコータ）
５１ 真空チャンバー
５２ 巻出ロール
５３、６３ フリーロール
５４、６２ 張力センサーロール
５５、６１ フリーロール
５６ キャンロール
５７、５８、５９、６０ スパッタリングカソード
６４ 巻取ロール
Ｆ 長尺フィルム

Claims (4)

1. 真空チャンバー内においてロールツーロールで搬送される長尺フィルムに対して内部に冷媒循環路を備えたキャンロールの外周面に巻きつけた状態で熱負荷の掛かる表面処理を施す長尺フィルムの処理方法であって、前記キャンロールの外周部には周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って複数のガス導入路が配設されており、各ガス導入路は前記キャンロールの外周面で開口する複数のガス放出孔を備えており、前記ガス導入路の供給ガス圧をＧ［Ｐａ］、前記キャンロールの外周面に巻きついている長尺フィルムがその単位面積当たり張力によってキャンロールの中心軸に向って引っ張られる力をΡ［Ｐａ］とした時、前記Ｇの前記Ｐに対する比Ｇ／Ρが０.１〜１.０の範囲内となるように前記Ｐに基づいて前記Ｇを制御することを特徴とする長尺フィルムの処理方法。
2. 前記熱負荷の掛かる表面処理が真空成膜処理であることを特徴とする、請求項１に記載の長尺フィルムの処理方法。
3. 前記真空成膜処理がスパッタリング処理であることを特徴とする、請求項２に記載の長尺フィルムの処理方法。
4. 前記熱負荷の掛かる表面処理がプラズマ処理またはイオンビーム処理であることを特徴とする、請求項１に記載の長尺フィルムの処理方法。

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