JP6233292B2 - 長尺フィルムの搬送および冷却用ロール、ならびに該ロールを搭載した長尺フィルムの処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、減圧雰囲気下で長尺フィルムにスパッタリング等の熱負荷のかかる処理を施すべく該長尺フィルムを連続的に搬送しながら効率よく冷却する長尺フィルムの搬送および冷却用ロール、ならびに該ロールを搭載した長尺フィルムの処理装置に関するものである。

スマートフォン等の移動体通信機器、テレビ、パソコン、デジタルカメラ等の液晶ディスプレイのドライバＩＣ搭載用に使われるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）には、耐熱性樹脂フィルム上に所定のパターンを有する配線が形成されたフレキシブル配線基板が用いられている。この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成膜し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得られる。近年、かかる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、高密度化する傾向にあり、これに伴って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。

この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）、耐熱性樹脂フィルムに真空成膜法単独で、または真空成膜法と湿式めっき法との併用で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用いる真空成膜法としては、ＣＶＤ（化学蒸着）法、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。これらメタライジング法の中では、密着力に優れるため信頼性の高い微細配線形成が可能であるという理由によりスパッタリング法による成膜が一般的に広く実施されている。しかしながらスパッタリング法は、例えば真空蒸着法に比べて基材としての耐熱性樹脂フィルムに与える熱負荷が大きいと言われている。また、スパッタリング法は、その大きな熱負荷のために成膜処理の際に耐熱性樹脂フィルムにシワが発生しやすいことも知られている。

そこで、ポリイミドフィルムなどの耐熱性樹脂フィルムに対して真空成膜法による成膜で金属膜付耐熱性樹脂フィルムを作製する工程では、ロールツーロールで搬送される長尺状の耐熱性樹脂フィルムを外周面に巻き付けて冷却するキャンロールとも称される長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを搭載したスパッタリングウェブコータが一般的に使用されている。この長尺フィルムの搬送および冷却用ロールは、モーター駆動の筒状体の外周面に搬送中の長尺フィルムを巻き付けた状態で連続的にスパッタリング成膜を行うものである。該筒状体の内側には冷媒が循環する流路が設けられており、これにより長尺フィルムの表面側のスパッタリング成膜によって該長尺フィルムに加わる熱負荷をフィルムの裏面側から直ちに除熱することができるので、シワの発生を効果的に防ぐことが可能になる。

しかしながら、例えば特許文献１に記載されているように、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に巻き付けられる長尺フィルムと当該外周面との間には真空空間を介して離間する隙間（ギャップ部）が局所的に存在している。このため、成膜の際に長尺フィルムに加わる熱負荷はキャンロールの外周面に効率よく伝熱されているとはいえず、これがフィルムのシワ発生の原因になることがあった。

この問題を解決するため、特許文献１では真空チャンバーを真空蒸着室と該真空蒸着室よりも高い圧力雰囲気を有する圧力室とに分け、キャンロールの外周面に長尺フィルムが巻き付く始点を該圧力室内に設けることにより、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に真空蒸着室の雰囲気よりも高い圧力を有するガスを介在させる技術が開示されている。これにより当該キャンロールの外周面と長尺フィルムとの間の伝熱係数を高めることができるので、長尺フィルムの温度上昇を抑制することができると記載されている。なお、特許文献１にはロールの外周面に周方向に連通する複数の溝を形成することによって、ロールの外周面と長尺フィルムとの間により確実にガス層を介在させることができると記載されている。

また、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る領域からガスを放出することで上記ギャップ部に伝熱媒体としてのガスを導入し、当該ギャップ部の熱伝導率を真空に比べて高くして成膜中の耐熱性樹脂フィルムの除熱を促進することでシワの発生を効果的に抑制する技術が提案されている。例えば特許文献２には、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る領域にガス噴射ノズルを配置し、ここから導入したガスを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隙に介在させる技術が提案されている。

また、特許文献３には、キャンロールの外周面に設けた多数の微細なガス導入孔あるいはスリットからガスを放出し、これによりロールの外周面と樹脂フィルムとの間のギャップ部にガス層を形成する技術が開示されている。特許文献３には、キャンロールの外周面のうちフィルムが巻き付けられていない領域からのガスのリークを防止するため、独自のシール機構を備えることが記載されている。

さらに特許文献４には、キャンロールの外周面に設けた多数の微細なガス導入孔からガスを放出し、ロールの外周面と樹脂フィルムとの間にガス層を形成するキャンロールおよびこれを搭載した長尺樹脂フィルム処理装置が開示されており、特にガス導入孔の径やピッチを規定すると共にガス導入管に設置されたガス開閉手段によってキャンロールの外周面のうちフィルムが巻き付けられていない領域からはガスの導入を閉止する技術が開示されている。

特許４６６４６３７号公報 特開平１−１５２２６２号公報 国際公開第２００２／０７０７７８号 特開２０１４−５１７１７号公報

上記した特許文献１〜４の技術は、真空下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スパッタリング等の熱負荷のかかる処理を施す場合に該長尺フィルムを効果的に冷却できる方法ではあるものの、特殊なガス噴射ノズルを具備するロールや多数の微細な開口部を有する精密なロール等を用いたり、複雑な構造の真空チャンバーを用いたりすることが必要であり、その作製に極めて高度な加工技術が必要になるうえ、設備コストと維持管理コストが多くかかり、さらには運転が難しく手間が掛かるという問題があった。

また、製造現場では常に生産性をより一層向上させることが求められており、スパッタリングの成膜速度を速めて単位時間当たりの処理量を高めることが試みられているが、スパッタリングの成膜速度を高速にすればするほど耐熱性樹脂フィルムが受ける熱負荷が大きくなるため、長尺フィルムにシワが発生するリスクが高まっている。従って、キャンロールの伝熱効率を高めて耐熱性樹脂フィルムの温度上昇を抑制し、シワの発生を防止する技術がますます重要になってきている。本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、伝熱効率が高く且つ低コストで簡易に作製できる構造の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明者は長尺フィルムの搬送および冷却用ロールに設けるガス導入機構の構造やその加工法および改造法について鋭意研究を重ねた結果、ロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域を粗面化し、該粗面化された領域のうち該ロールの中心軸方向の少なくとも一端部に該中心軸方向に延在する複数のガス供給路を連通させることによって、長尺フィルムの搬送および冷却用ロールに低コストで簡単にガス導入機構を具備できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールは、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を巻き付けて冷却するロールであって、該ロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域は該外周面方向に連通する無数のガス流路が形成されるように粗面化されており、該粗面化された領域のうち該ロールの中心軸方向における少なくとも一端部に連通し且つ該中心軸方向に延在する複数のガス供給路が設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、長尺フィルムの搬送および冷却用の伝熱効率の高いガス導入機構付きロールを極めて低コストで簡易に作製することが可能になる。

本発明に係る長尺フィルムの搬送および冷却用ロールが好適に搭載される長尺フィルムの処理装置の一具体例を示す模式図である。 本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの一具体例を示す断面図である。 図２の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを構成する円筒部材の末端部近傍の部分斜視図である。 本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの他の具体例を示す断面図である。 図４の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを構成する円筒部材の末端部近傍の部分斜視図である。 従来のガス導入機構を備えていない長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの一具体例を示す模式図である。

以下、本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの一具体例について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明における長尺フィルムの材質としては、限定するものではないが、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミド系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリテトラフルオロエチレン系フィルム、ポリフェニレンサルファイド系フィルム、ポリエチレンナフタレート系フィルム、液晶ポリマー系フィルム等を挙げることができる。

先ず、図１を参照しながら本発明の一具体例の長尺フィルムの搬送および冷却用ロール（以下、キャンロールと称する）が好適に搭載される長尺フィルムの処理装置としての真空成膜装置５０について説明する。この真空成膜装置５０はスパッタリングウエブコータとも称される装置であり、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長尺状耐熱性樹脂フィルム（以下、長尺フィルムと称する）Ｆに対して、その表面にスパッタリング法により連続的に熱負荷のかかる成膜処理を施す装置である。

具体的に説明すると、真空チャンバー５１は図示しないドライポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオコイル等の減圧装置を有しており、これにより真空チャンバー５１内を到達圧力１０^−４Ｐａ程度まで減圧した後、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の導入により０.１〜１０Ｐａ程度の圧力に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からキャンロール５６を経て巻取ロール６４に至る長尺フィルムＦの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、キャンロール５６の外周面に長尺フィルムＦを密着させるべく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に対してキャンロール５６の周速度に対する周速度の調整を行うモーター駆動のフィードロール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、キャンロール５６の周速度に対する周速度の調整を行うモーター駆動のフィードロール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、および長尺フィルム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および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および巻取ロール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、内部に冷媒循環路が設けられている。このキャンロール５６の構造については、後で詳しく説明する。

キャンロール５６の外周面のうち、長尺フィルムＦが巻き付けられる角度範囲Ａ（抱き角Ａとも称する）内の領域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成膜手段として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。

なお、上記したマグネトロンスパッタリングカソードに板状ターゲットを用いる場合は、ターゲット上にノジュール（異物の成長）が発生することがある。これが問題になる場合は、ノジュールの発生がなく、ターゲットの使用効率も高い円筒形のロータリーターゲットを使用することが好ましい。また、この図１の長尺フィルムＦの真空成膜装置５０は、熱負荷の掛かる処理としてスパッタリング処理を想定したものであるため、マグネトロンスパッタリングカソードが図示されているが、熱負荷の掛かる処理がＣＶＤ（化学蒸着）や真空蒸着処理などの他のものである場合は、板状ターゲットに代えてそれらの真空成膜手段が設けられる。

次に、図２を参照しながら上記したキャンロール５６についてより詳細に説明する。キャンロール５６は、長尺フィルムＦの搬送経路となる外周面を備えた円筒部材１００とその中心軸１１１部分に位置する回転軸部材１１４とで主に構成されており、中心軸１１１を回転中心軸としてモーターで回転駆動されるようになっている。この円筒部材１００の内周面側には、該内周面と同心円状のジャケット１１２が設けられており、これら円筒部材１００とジャケット１１２とによって画定される環状空間内に、冷却水などの冷媒が流れる冷媒循環路１１３が形成されている。回転軸部材１１４は二重管構造になっており、この二重管を介して真空チャンバー５１の外部に設けられた図示しない冷媒冷却装置と上記冷媒循環路１１３との間で冷媒の循環が行われる。これにより、円筒部材１００の外周面１００ａすなわちキャンロール５６の外周面に巻き付けられる長尺フィルムＦを冷却することが可能になる。

ところで、従来のキャンロールは、伝導伝熱による冷却効果を高めるため、円筒部材の内側の冷媒循環路内を流れる冷媒によって冷却された円筒部材の外周面とそこに巻き付けられる長尺フィルムとの実接触面積を増加させるべく、円筒部材の外周面を算術平均粗さＲａで０.３μｍ以下の平滑な面に仕上げるのが一般的であった。また、キャンロールにガス放出機構を設ける場合は、円筒部材の外周面とそこに巻き付けられる長尺フィルムとの間に伝熱用のガス層を均一に形成するため、円筒部材の外周面上で略均等な間隔をあけて配置されたガス導入孔、スリット、または溝からガスを供給することが多かった。

しかし、これらガス導入孔、スリット、または溝からガスを供給する方法では、長尺フィルムがキャンロールの外周面に巻き付けられた時、これらガス導入孔、スリット、または溝に対向する領域ではキャンロールの外周面との伝導伝熱はもちろんのこと輻射伝熱の効果もあまり期待できないので、長尺フィルムの厚みや成膜条件等によるものの、ガス導入孔、スリットまたは溝に対向する領域の冷却に必要な長尺フィルム内の面方向の熱拡散に要する面積が広くなり、長尺フィルム内の面方向での温度差が大きくなって長尺フィルムにシワや微細な凹凸が入るなどの品質上の問題が生じる場合があった。また、ガス導入孔、スリット、または溝の痕跡が長尺フィルムに残ることもあった。

これに対して本発明の一具体例のキャンロール５６では、円筒部材１００の外周面１００ａのうち長尺フィルムＦの搬送経路となる長尺フィルムＦが巻き付けられる領域はサンドブラスト等の粗面化処理により全面に亘って無数の微小な凹部が形成されている。これにより、円筒部材１００の外周面１００ａには該外周面１００ａ方向に連通する無数のガス流路が形成されている。すなわち、上記した粗面化処理により得られる粗面領域１０２における無数の微小な凹部のうち、隣接する凸部同士の間に形成される谷状の凹部は長尺フィルムＦと接触しないため、該凹部とこれに対向する長尺フィルムＦとの間に空隙部が形成される。そして、複数の凹部同士が外周面１００ａの方向に連なることで無数のガス経路が円筒部材１００の外周面１００ａに張り巡らされることになる。なお、図３（ａ）には粗面領域１０２の一部を拡大したスケッチ図が右上に図示されており、図中の白い部分が凸部に、黒い部分が凹部で形成されるガス流路にそれぞれ該当する。

このように円筒部材１００の外周面１００ａに粗面領域１０２を設けることにより、円筒部材１００の外周面１００ａとこれに巻き付く長尺フィルムＦとの間に冷却用のガスを充たすことが可能になる。この場合、外周面１００ａと長尺フィルムＦとの接触面積が減るので伝導伝熱は若干減少するものの、ガス層を介した伝導伝熱を利用することで全体としてみれば冷却効果を高めることができる。しかも、サンドブラスト等の粗面化処理により円筒部材１００の外周面１００ａに無数の微小な凹部を均質に形成することができるので、上記した円筒部材１００の外周面１００ａに巻き付いた長尺フィルムＦの面方向の不均一な冷却の問題も解消することができる。

粗面領域１０２の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で０.５〜１０μｍ程度が好ましく、０.５〜５μｍ程度がより好ましい。長尺フィルムＦがキャンロール５６の外周面に巻き付けられた時、粗面を形成する微小な凹部に対向する領域ではキャンロール５６の外周面との伝導伝熱はもちろんのこと輻射伝熱の効果もあまり期待できないが、この表面粗さがＲａで１０μｍ以下であれば当該微小な凹部の間に存在する凸部と長尺フィルムＦの裏面との接触面積を十分に確保することができるので、長尺フィルムＦを良好に冷却することができる。

すなわち、冷却されたキャンロール５６の外周面と長尺フィルムＦとの間に存在するガス層を介した伝導伝熱による長尺フィルムの冷却よりも冷却されたキャンロール５６の外周面と長尺フィルムとの接触による伝導伝熱の方がより効率よく長尺フィルムＦを除熱することができるので、接触部分ができるだけ多くなるように粗面化処理するのが望ましく、これにより長尺フィルムＦにシワや微細な凹凸が入りにくくなって高い品質を有する成膜フィルムを作製することができる。

一方、この表面粗さが０.５μｍ未満の場合は、長尺フィルムＦの裏面と微小な凹部との間に形成される空隙部が減少するため、ガス流路の断面積が減少し、この部分を流れるガスの圧力損失が増加してキャンロール５６の外周面とそこに巻き付けられる長尺フィルムＦとの間の隙間に良好にガスを導入することが難しくなる。

なお、前述したようにキャンロール５６は内部に冷媒循環路１１３を有しているので、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からキャンロール５６の外周面へ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以下程度の減圧雰囲気下の真空チャンバー５１内で使用されるため、熱伝導による冷却が行われる上記した凸部と長尺フィルムＦとの接触部分以外の上記した凹部と長尺フィルムＦとが離間する隙間（ギャップ部）内は、減圧雰囲気となるため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、上記隙間内にガスが満たされるとガスによる伝熱が輻射熱に付加されるので、より効率的に長尺フィルムＦからキャンロール５６に熱を伝えることができる。

上記した無数の微小な凹部からなる粗面領域１０２は、サンドブラスト等のごく一般的な方法によって所望の表面粗さに加工することができる。例えばステンレス材によって円筒部材１００を作製し、続いて目的の粗さになるように円筒部材１００の表面にサンドブラストを掛ける。次に、該円筒部材１００の表面に硬化クロムめっきを行う。最後に、仕上げとして突起部を研磨により除去することで簡易に外周面が粗面化された円筒部材を製作することができる。

上記した無数の微小な凹部からなる粗面領域１０２は、円筒部材１００の外周面１００ａのうちの長尺フィルムＦの搬送経路部分、すなわち円筒部材１００の外周面１００ａのうち幅方向両端部を除いた帯状領域にのみ形成する。そのため、この粗面領域１０２にガスを供給すべく、該帯状の粗面領域１０２のうち円筒部材１００の中心軸１１１方向における少なくとも一端部に連通し且つ円筒部材１００の中心軸１１１方向に延在して円筒部材１００の端面１００ｂにまで至る複数のガス供給路１０３が円筒部材１００の円周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って配設されている。

円筒部材１００の周方向に配設するかかるガス供給路１０３の本数は、粗面領域１０２に全面に亘って良好にガスを供給できるのであれば特に制約はなく、例えば周方向に１００ｍｍごとに設けるのが好ましい。なお、図２には、円筒部材１００の両端部のうち紙面右側の端部にのみガス供給路１０３を設けた場合が示されているが、円筒部材１００の両端部にガス供給路１０３を設けてもよい。これにより、円筒部材１００の幅方向に関して粗面領域１０２に均等にガスを導入することができる。なお、円筒部材１００の外周面１００ａには、粗面化した領域と粗面化しない領域とを円筒部材１００の周方向に交互に設けてもよい。この場合は、粗面化した各領域ごとに１つのガス供給路１０３を設けるか、あるいはその両端に１つずつガス供給路１０３を設けるのが好ましい。

各ガス供給路１０３は、円筒部材１００の外周面１００ａにおいて中心軸１１１方向に延在するガス供給溝１０４とこのガス供給溝１０４を覆う樹脂製または金属製のシート材からなる蓋材１０５とによって構成することができる。この場合、ガス供給溝１０４の幅および深さは、連通する粗面領域１０２にガスを良好に供給するためにはある程度大きい方がよい。具体的にはガス供給溝１０４の幅および深さは、それぞれ１ｍｍ程度にするのが好ましい。これにより、ガス供給溝１０４での圧力損失を抑えることができるので、粗面領域１０２に均一にガスを導入することができる。

上記したガス供給溝１０４は、バイト等の一般的な切削工具を用いて低コストで簡単に切削加工することができる。例えば円筒部材１００の外周面１００ａに粗面領域１０２を形成した後、図３（ａ）に示すように、その少なくとも一端部からロールの直近の末端面に至るようにバイトを用いてガス供給溝を設ければよい。このようにして作製したガス供給溝１０４の開口部を、図３（ｂ）に示すように、樹脂製または金属製のシートからなる蓋材１０５によって覆う。これにより、円筒部材１００の外周面１００ａにおける粗面領域１０２と後述するガス供給口とを連通するガス供給路１０３を円筒部材１００の全周に亘って設けることができる。

蓋材１０５でガス供給溝１０４の開口部を覆う場合は、長尺フィルムＦがキャンロール５６の外周面に巻き付けられた時に該長尺フィルムＦの幅方向端部と蓋材１０５の端部とが重なるようにする。これにより、ガス供給路１０３内を流れるガスが円筒部材１００の外周面１００ａと長尺フィルムＦとの間のギャップ部に伝熱媒体として導入される前にリークするのを防ぐことができる。なお、蓋材１０５は、例えばボルトや接着剤によって円筒部材１００の外周面１００ａに固定すれば良い。

蓋材１０５の厚みは、ガス供給路１０３内を流れるガスの圧力と真空チャンバー内の圧力との差によるものの、一般的には厚さ０.２ｍｍ以下の樹脂製の接着テープで良好に封止状態を保ちながら蓋をすることができる。蓋材１０５は、図３（ｂ）に示すように、リボン状のものを用いてその長手方向をガス供給溝１０４の延在方向に一致させて開口部に蓋をしても良いし、円筒部材１００の外周面１００ａにおいて長尺フィルムＦが巻き付けられない領域の全面を覆うように、リボン状シートの長手方向をガス供給溝１０４の延在方向に対して交差する方向、すなわち円筒部材１００の周方向に全周に亘って巻き付けても構わない。

蓋材１０５の材質には、厚み方向に導電性を有する導電性テープを用いてもよい。このような導電性テープは、例えばカーボン粉等が混入された導電性を有する接着剤を金属箔等の基材に塗布したものを用いることができる。かかる導電性テープを蓋材１０５に用いる場合は、前述したようにその長手方向をガス供給溝１０４の延在方向に対して交差させて円筒部材１００の周方向に全周に亘って巻き付けることが好ましい。

導電性テープをこのように円筒部材１００の周方向に全周に亘って巻き付けることにより、成膜時にスパッタ粒子が長尺フィルムＦの表面に向かう進行方向から外れて円筒部材１００の外周面の端部に巻き付けられている該導電性テープの表面で成膜しても、該成膜物質を該導電性テープを介して円筒部材１００の外周面１００ａに電気的に導通させることができる。その結果、該導電性テープ上の成膜物質と長尺フィルムＦ上の成膜物質との間の電位差が下がるので、異常放電を抑えることができ、長尺フィルムに形成された成膜物質のうち特に長尺フィルムの幅方向縁部が異常放電によって溶解して製品不良となる問題を抑えることができる。

また、円筒部材１００の外周面１００ａのうち長尺フィルムＦが巻き付けられない領域に付着した成膜物質は何らかのタイミングで剥離して長尺フィルムＦ上の成膜物質に不純物として混入することがあり、この場合も製品不良になることがある。これに対して導電性テープを円筒部材１００の周方向に全周に亘って巻き付けておけば、該導電性テープを交換するだけで上記した製品に悪影響を及ぼす付着物質を簡単に除去することができる。

上記した複数のガス供給路１０３の各々において、粗面領域１０２に連通する一端部とは反対側の他端部は、円筒部材１００の円板状の端面１００ｂにまで至っており、ここに位置するガス供給口１０６に連通している。ガス供給口１０６は、後述するロータリージョイントのガス供給配管とガス供給路１０３とを接続する継手の役割を担うものであり、例えば円筒部材１００の端面１００ｂ上においてガス供給路１０３の端部に接する位置にタップネジを切り、そこにユニオンタイプの継手を装着することで簡単に取付けることができる。

図４に示す本発明の他の具体例のキャンロールのように、円筒部材２００の外周面２００ａ上にガス供給口２０６を設けてもよい。この場合は、図５（ａ）に示すように、円筒部材２００の粗面領域２０２に連通するガス供給溝２０４を、粗面領域２０２の一端部から該円筒部材２００の中心軸２１１方向に延在して円筒部材２００の外周面２００ａの縁部の手前まで設ければよい。そして、図５（ｂ）に示すように、このガス供給溝２０４の外周面２００ａ側の開口部に帯状の蓋材２０５で蓋をすればよい。

このように、円筒部材２００の外周面２００ａ上にガス供給口２０６を設ける場合は、ガス供給路２０３の構造が簡単になるが、一般的には円筒部材の外周面側よりは円筒部材の端面側にスペース的な余裕のある場合が多いので、円筒部材の端面にガス供給口を設ける図２の構造の方が図４の構造よりも好ましい。特に既設のキャンロールを改造してガス導入機構を具備する場合は、外周面のロールの法線上にはスペースが無い場合が多く、図４よりも図２に示す構造のロールが好ましい。

再度図２に戻ると、円筒部材１００において上記したガス供給口１０６の設置側の側部にロータリージョイント１０８が設けられている。ロータリージョイント１０８は、回転する円筒部材１００の各ガス供給路１０３に真空チャンバー５１の外部のガス供給源からのガスを分岐して供給するものであり、円筒部材１００に伴って回転する回転部と、該回転部に対して互いの摺接面で摺接する回転することのない静止部とから構成されている。

回転部には上記した円筒部材１００の複数のガス供給路１０３にそれぞれ接続する複数のガス供給配管１０７が設けられており、これらガス供給配管１０７に連通する回転部内のガス流路は上記した摺接面で開口している。一方、固定部には真空チャンバー５１の外部のガス供給源に連通するガス供給路が設けられており、上記した摺接面において上記回転部側のガス流路の開口部に対向するようにリング状に開口している。これにより、ガス供給路からのガスを複数のガス供給配管１０７に分配することができる。

以上説明した構造の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールであれば、ガス導入機構を備えていない既設のキャンロールに対して、極めて簡単かつ安価にガス導入機構を具備させることができる。すなわち、既設の一般的な水冷ジャケット構造のキャンロールに対して、その外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域にガス流路となる算術平均粗さＲａが０.５〜１０μｍ程度の微小な凹部が無数に形成されるように粗面化する工程と、該粗面化された領域のうちキャンロールの中心軸方向の少なくとも一端部から該キャンロールの末端にまで至るように該中心軸に対して平行なガス供給溝を設ける工程と、該ガス供給溝にその延在方向に沿って樹脂製または金属製のシート状の蓋材によって蓋をする工程と、該ガス供給溝の両端部のうちキャンロールの端面側の一端部にガス供給口を設ける工程とからなる改造を行うことによって、極めて簡単かつ安価にガス導入機構を備えたキャンロールが得られる。

また、キャンロールのガス導入機構を上記した粗面領域とこれに連通するガス供給路とからなる構造にすることで、キャンロールの外周面にほぼ端から端まで等間隔に並んだ微細なガス放出孔群の列が全周に亘って設けられた従来のガス導入機構を作製する際に使用していた放電加工やレーザー加工等の高価な加工装置の使用が不要になる。さらに、上記の従来のガス導入機構では、上記ガス放出孔群の列ごとにガスを供給するため、幅６００ｍｍ程度のキャンロールの肉厚部に端から端までガス導入路を貫通させる必要があり、そのため高価で手間のかかるガンドリルを用いて深穴加工を行う必要があった。これに対して、上記した本発明の一具体例のガス導入機構であればかかる深穴加工も不要になる。

以上、本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの具体例について、該ロールがスパッタリングウエブコータに搭載されるキャンロールとして使用される場合を例に挙げて説明したが、本発明の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールはこれに限定されるものではなく、ロールツーロールで搬送される長尺フィルムに連続的にプラズマ処理やイオンビーム処理などの熱負荷がかかる表面処理を行う場合にも好適に用いることができる。

図６に示すようなガス導入機構を備えていない水冷ジャケット構造の円筒部材１０からなるキャンロールを改造して、図２に示すようなガス導入機構を備えた水冷ジャケット構造のキャンロールを作製した。この図６に示す円筒部材１０は、直径４００×幅６００ｍｍ×肉厚１５ｍｍのステンレス製であった。また、円筒部材１０の内周面側には、該内周面と同心円状のジャケット１２が設けられており、これら円筒部材１０とジャケット１２とによって、冷却水が流れる冷媒循環路１３が形成されていた。この円筒部材１０からなるキャンロールは、軸受けから取外すことが可能な構造となっていたため、図１に示すような真空成膜装置５０からキャンロールを取外した。

続いて、キャンロールを構成するロール本体の円筒部材１０と軸部とを分割し、円筒部材１０の外周面１０ａに粒径約７０μｍのシリカを研磨材として用いて一般的な条件でサンドブラスト処理を行って、Ｒａ（算術平均粗さ）が５〜１０μｍの無数の微小な凹部からなる粗面領域を形成した。なお、Ｒａ（算術平均表面粗さ）の測定は、ミツトヨ製サーフテストＳＪ−２１０を用いて行った。この粗面領域は円筒部材１０の外周面１０ａにおいて幅約５００ｍｍの長尺フィルムが巻き付けられる領域内となるように、円筒部材１０の両末端からそれぞれ１００ｍｍ内側の位置よりも内側の範囲内に加工した。これにより、粗面領域の両側端部は、円筒部材１０の外周面１０ａに巻き付けられた時の長尺フィルムの幅方向の両縁部からそれぞれ約５０ｍｍ内側となる。次に、円筒部材１０の外周面１０ａに膜厚１０〜２０μｍの硬質クロムめっきを行い、最後に、仕上げ＃１０００の砥石によるロール研磨を行うことで最終的にＲａ（算術平均粗さ）が３〜４μｍの無数の微小な凹部で構成される粗面領域を形成した。

このような表面加工により形成した無数の微小な凹部からなる粗面領域の片側端部からガスを供給すべく、円筒部材１０の外周面１０ａおよび片側の端面１０ｂにバイトによる切削加工を行って端面１０ｂを除いて円筒部材１０の中心軸１１方向に延在する１２本のガス供給溝を周方向に等間隔に形成した。具体的には、各ガス供給溝を形成するため、円筒部材１０の片側末端部よりも１０５ｍｍ内側の位置から円筒部材１０の中心軸１１方向に沿って円筒部材１０の端面１０ｂまで切削した後、端面１０ｂ上において円筒部材１０の外周面１０ａから中心軸１１に向かって７０ｍｍ内側の位置まで切削した。これにより、ガス供給溝の外周面１０ａ上の端部は、粗面領域の一端部から５ｍｍ内側となる。ガス供給溝の延在方向に垂直な面での断面形状は、深さ１ｍｍ、幅１ｍｍの四角形状とした。

円筒部材１０の端面１０ｂに位置するガス供給溝の端部に、ガス供給口としてのユニオンが取付けられるようにタップをネジ加工した。そして、このタップにガス供給口としての接続部品をネジ込んだ。なお、この接続部品と円筒部材１０の末端面との間には、ガスが漏れないように厚さ１ｍｍのバイトン（フッ素ゴム）（登録商標）製ガスケットを挟み込んだ。さらに、ガス供給溝の開口部を塞ぐ蓋材として、幅１０ｍｍ、厚み０.０３５ｍｍのポリイミド製の接着テープを使用した。このポリイミド製の接着テープの一端部は円筒部材１０の端面１０ｂに取り付けた上記接続部品の側部に接するようにし、該接着テープの他端部は円筒部材１０の外周面１０ａにおいて端部から１００ｍｍ内側にまで至るようにした。これにより、ガス供給溝の端部５ｍｍは粗面領域側で開口することになる。

このようにして粗面領域およびこれに連通するガス供給路からなるガス導入機構を備えた円筒部材１０を先に分割した軸部に再度組み合わせ、該軸部にロータリージョイントを取り付けた。このロータリージョイントの回転部から放射状に延出する複数のガス供給配管としてテフロン製のフレキシブルチューブを用い、これによりロータリージョイントの回転部と上記ガス供給口としての接続部品とを接続した。

上記のようにして改造したキャンロールを、図１に示すような真空成膜装置に搭載し、厚さ１０００Åの銅を成膜して、その性能を評価した。具体的には、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た。シード層としてのニッケルクロム合金膜と、その上の銅膜とを長尺フィルムＦの片面に成膜するため、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。

この長尺フィルムＦが巻回されたロールを巻出ロール５２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。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、ロータリージョイントの固定部に接続したガス供給配管に設けた圧力計でのガス圧が１０００Ｐａになるように調整しながらガス供給路に回転部のガス供給配管を介してアルゴンガスを１００〜２００ｓｃｃｍの流量で供給した。キャンロール５６の冷媒循環路内には２０℃に温度制御された冷却水を循環させた。この状態で、長尺フィルムＦを２ｍ／分の速度で搬送させた。キャンロール５６の上流側に位置するモーター駆動フィードロール５５の周速度はキャンロール５６の周速度の９９.９％とし、キャンロール５６の下流側に位置するモーター駆動フィードロール６１の周速度はキャンロール５６の周速度の１００.１％とした。このように周速度を設定することにより、搬送される長尺フィルムＦは僅かに引っ張られながらキャンロール５６に巻き付くことになり、よってフィルムＦをキャンロール５６の外周面に強く密着させることができる。

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とすることで動的成膜レート５０ｎｍ・ｍ／ｍｉｎ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。なお、長尺フィルムに直径０.１ｍｍの熱電対式温度計を貼り付けて、長尺フィルムの表面温度を測定することにより、長尺フィルムの冷却効果を評価した。比較のため、上記した改造前の図６に示すようなガス導入機構を備えていない水冷ジャケット構造のキャンロールを用いて上記と同一の条件で真空成膜処理を行い、前記フィルムの表面温度測定を行った。

その結果、ガス導入機構を備えていない改造前の水冷ジャケット構造のキャンロールでスパッタリングによる真空成膜処理を行った場合は、スパッタリング処理中の長尺フィルムの表面温度は最大で１１０℃まで上昇した。一方、キャンロールを改造してガス導入機構を具備したものを用いてアルゴンガスをガス導入溝に流しながらスパッタリングによる真空成膜処理を行った場合は、スパッタリング処理中の長尺フィルムの表面温度は最大でも７０〜９０℃であった。

これは、ガス供給路から供給したアルゴンガスが、キャンロールの外周面の微小な凹部と長尺フィルムとの間のギャップ部に介在して伝熱媒体となることで、伝熱効率が高まったことによるものと考えられる。なお、実質的な効果として、長尺フィルムの温度が低下したので、長尺フィルム（成膜品）にシワが入ることで制限されていた上限搬送速度を改造前に対して約３０〜５０％速めることができた。

１０２、２０２ 粗面領域
１０３、２０３ ガス供給路
１０４、２０４ ガス供給溝
１０５、２０５ 蓋材
１０６、２０６ ガス供給口
１０７、２０７ ガス供給配管
１０８、２０８ ロータリージョイント
１０、１００、２００ 円筒部材
１０ａ、１００ａ、２００ａ 外周面
１０ｂ、１００ｂ、２００ｂ 端面
１１、１１１、２１１ 中心軸
１２、１１２、２１２ ジャケット
１３、１１３、２１３ 冷媒循環路
１４、１１４、２１４ 回転軸部材
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 フィードロール
５６ キャンロール
５７、５８、５９、６０ マグネトロンスパッタリングカソード
６４ 巻取ロール
Ｆ 長尺フィルム
Ａ 抱き角

Claims (8)

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を巻き付けて冷却するロールであって、該ロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域は該外周面方向に連通する無数のガス流路が形成されるように粗面化されており、該粗面化された領域のうち該ロールの中心軸方向における少なくとも一端部に連通し且つ該中心軸方向に延在する複数のガス供給路が設けられていることを特徴とする長尺フィルムの搬送および冷却用ロール。
2. 前記粗面化された領域は、Ｒａ（算術平均粗さ）が０.５〜１０μｍの無数の微小な凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の長尺フィルムの搬送および冷却用ロール。
3. 前記複数のガス供給路の各々は、前記外周面に形成された前記中心軸方向に延在するガス供給溝と、これを覆う樹脂製または金属製のシート状の蓋材とからなり、該ガス供給溝において前記粗面化された領域に連通している一端部とは反対側の他端部にガス供給口が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の長尺フィルムの搬送および冷却用ロール。
4. 前記ガス供給口が前記ロールの外周面または末端面に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の長尺フィルムの搬送および冷却用ロール。
5. 前記蓋材は厚さ０.２ｍｍ以下の樹脂製の接着テープであることを特徴とする、請求項３または４に記載の長尺フィルムの搬送および冷却用ロール。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の長尺フィルムの搬送および冷却用ロールを使用して前記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にガスを導入しながら該長尺フィルムに熱負荷のかかる表面処理を施すことを特徴とする長尺フィルムの処理装置。
7. 前記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６に記載のフィルムの処理装置。
8. 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巻き付けて冷却するロールの改造方法であって、該ロールの外周面のうち長尺フィルムが巻き付けられる領域を該外周面方向に連通する無数のガス流路が形成されるように粗面化する工程と、該粗面化された領域のうち該ロールの中心軸方向の少なくとも一端部に連通し且つ該中心軸方向に延在する複数のガス供給溝を設ける工程と、該ガス供給溝に樹脂製または金属製のシート状の蓋材によって蓋をする工程と、該複数のガス供給溝の各々において該粗面化された領域に連通している一端部とは反対側の他端部にガス供給口を設ける工程とからなることを特徴とする長尺フィルムの搬送および冷却用ロールの改造方法。
   
   
   

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