JP6451558B2 - キャンロール及びこれを用いた長尺基板の処理方法 - Google Patents

Description

本発明はガス供給手段及びこれを備えたキャンロールに関し、特にロールツーロールで連続的に搬送される長尺基板を処理する長尺基板の処理装置に搭載されるガス導入装置を備えたキャンロール用のガス供給手段に関する。

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、フレキシブルな基板の上に配線回路が形成された様々な種類のフレキシブル配線基板が用いられている。かかるフレキシブル配線基板の作製では、長尺基板の片面若しくは両面に金属膜が形成された金属膜付長尺基板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配線回路をパターニング加工することが行われている。近年、電子機器の高性能化に伴い、フレキシブル配線基板の配線回路はますます微細化、高密度化する傾向にあり、そのため金属膜付長尺基板には平坦でシワのないものが求められている。

上記した金属膜付長尺基板の製造方法として、従来、金属箔を接着剤により長尺基板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）、又は長尺基板に真空成膜法若しくは真空成膜法と湿式めっき法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。そして、メタライジング法の真空成膜法には、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知られている。

上記メタライジング法に関し、特許文献１には、ポリイミド絶縁層上にクロム層をスパッタリングした後、銅をスパッタリングしてポリイミド絶縁層上に導体層を形成する方法が開示されており、特許文献２には、銅ニッケル合金をターゲットとするスパッタリングにより形成された第一の金属薄膜と、銅をターゲットとするスパッタリングにより形成された第二の金属薄膜とをこの順にポリイミドフィルム上に積層することで形成したフレキシブル回路基板用材料が開示されている。尚、上記したポリイミドフィルムの様なフレキシブルな長尺基板に真空成膜を行う場合はスパッタリングウェブコータを用いることが一般的である。

ところで、上記した真空成膜法のうち、スパッタリング法は一般に密着力に優れる反面、真空蒸着法に比べて成膜の際に長尺基板に与える熱負荷が大きいため、長尺基板にシワが発生し易いことが問題になることがあった。このシワの発生を防ぐため、金属膜付長尺基板の製造装置であるスパッタリングウェブコータでは、内部に冷却機構を備えた回転自在な筒状体からなるキャンロールが搭載されており、このキャンロールの外周面にロールツーロールで搬送される長尺基板を巻き付けて裏面側から冷却しながら熱負荷のかかるスパッタリング成膜を行っている。

例えば特許文献３には、スパッタリングウェブ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において少なくともフィルム（長尺基板）の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フィルムをクーリングロールに密着する制御が行われている。

しかしながら、非特許文献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、キャンロールとその外周面に密着して搬送される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、スパッタリングや蒸着の際に生じるフィルムの熱は、実際には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、上記キャンロールの外周面とフィルムとの間のギャップ部にキャンロール側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４には、上記ギャップ部にキャンロール側からガスを導入する具体的な方法として、キャンロールの外周面にガスの導入口となる多数の微細孔を設ける技術が開示されている。また、特許文献５には、キャンロールの外周面にガスの導入口となる溝を設ける技術が開示されている。さらに、キャンロール自体を多孔質体で構成し、その多孔質体自身の微細孔をガス分配管機能を備えたガス導入口にする方法も知られている。非特許文献２に記載されているように、上記の方法で例えばガス圧力５００Ｐａのアルゴンガスをギャップ部に導入することにより、キャンロールの外周面とフィルムとの離間距離が約４０μｍ以下の場合は当該ギャップ部の熱伝導率を２５０（Ｗ／ｍ^２・Ｋ）にすることができる。

しかし、上記のいずれの方法においても、キャンロールの外周面においてフィルムが巻き付けられていない領域はフィルムが巻き付けられている領域に比べて、ガス導入口での抵抗が低くなるため、真空チャンバーの外部から供給したガスがこのフィルムの巻き付けられていない領域のガス導入口を経て真空チャンバー内に無駄に放出されることになる。その結果、キャンロールの外周面とそこに巻き付けられているフィルムとの間のギャップ部に本来導入されるべき量のガスが供給されず、熱伝導率を高める効果が十分に得られないことがあった。

この問題に対しては、キャンロールの外周面から出没するバルブをガス導入口に設け、このバルブをフィルム面で押さえつけることによってガス導入口を開放する方法（特許文献５）や、キャンロールの外周面のうちフィルムを送り出してから受け入れるまでに該当するフィルムの巻き付けられない領域にカバーを取り付けて、この領域から真空チャンバー内にガスが放出されるのを防止してキャンロール外周面とフィルムとの間のギャップ部に良好にガスを導入する方法（特許文献６）などが提案されている。

特開平２−９８９９４号公報 特許第３４４７０７０号公報 特開昭６２−２４７０７３号公報 国際公開第２００５／００１１５７号 米国特許第３４１４０４８号明細書 国際公開第２００２／０７０７７８号

"Vacuum Heat Transfer Models for Web Substrates: Review of Theory and Experimental Heat Transfer Data," 2000 Society of Vacuum Coaters, 43rd. Annual Technical Conference Proceeding, Denver, April 15-20, 2000, p.335 "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、特許文献５に示すようなフィルム面でバルブを押さえつけてガス導入口を開放させる方法は、バルブとの接触によりフィルム面に僅かなキズや凹みを生じさせるおそれがあり、高い品質が要求される電子機器のフレキシブル配線基板の製造に採用することは難しかった。また、特許文献６に示すようなカバーを用いてフィルムが巻き付けられない領域のガス導入口を封鎖する方法は、高い真空度で成膜処理を行う処理装置ではカバーとキャンロール外周面との隙間からガスが漏れるのを防ぐことができなかった。

そこで、上記のようにキャンロールにガス導入機構を設ける場合に設けられるガスロータリージョイントにおいて、その内部に設けた複数のガス供給路のうち上記したフィルムの巻き付けられない領域に位置するガス供給路を機械的に閉めることで当該したフィルムの巻き付けられない領域のガス導入口へのガスの供給を停止することが提案されている。

しかし、かかる機構の場合は、フィルムが巻き付けられていない領域に位置するガス導入口及びそのガス供給路内は真空チャンバー内に連通しているため減圧状態にあり、このガス導入口及びガス供給路がガスロータリージョイントの回転に伴ってフィルムの巻き付けられていない領域からフィルムの巻き付けられている領域に来た瞬間にガスが一気に流れ込むことになる。そのため、一般的な流量制御や圧力制御を設けたとしてもガス導入量を安定的に制御するのが難しかった。

本発明は上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、減圧雰囲気でスパッタリング成膜などの熱負荷の掛かる処理が施される長尺基板（フィルム）を効率よく冷却すべく冷却機構に加えてガス放出機構を備えたキャンロールなどのような真空チャンバーの内部の放出ガス用ガス溜め空間に、該真空チャンバーの外部から安定してガスを供給することが可能なガス供給手段を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明者はキャンロールの外周面に設けた複数のガス導入口から減圧下の真空チャンバー内に無駄にガスが放出されることなく該外周面とそこに巻き付けられる長尺基板との間のギャップ部に安定してガスを供給可能な機構について鋭意研究を続けた結果、キャンロールの回転軸方向の一端部に設けたガスロータリージョイントに設けられているガス分配路に対して、圧力制御された供給系と流量制御された供給系との２つの供給系に分けてガスを供給することにより安定してガスを供給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、本発明のキャンロールは、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基板を外周面に巻き付けて該外周面に対向する処理手段により熱せられる長尺基板を冷却するキャンロールであって、前記キャンロールは、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、これら複数のガス導入路の各々はキャンロールの中心軸方向に沿って略均等な間隔をあけて外周面側に開口する複数のガス放出孔を有しており、該外周面のうち長尺基板が巻き付けられる領域に位置するガス導入路にのみ該真空チャンバーの外部からガスを導入するガス分配手段を備えており、前記ガス分配手段は、前記キャンロールの周方向及び又は半径方向に延在する複数のガス供給路を有し且つ前記キャンロールと同心円状に結合されて共に回転する回転リングユニットと、前記真空チャンバーの外部のガス供給源からのガスを分配する１本のガス分配路を有し且つ該回転リングユニットと互いに摺接面同士で摺接する静止リングユニットとからなるガスロータリージョイントであり、前記複数のガス供給路はそれぞれ一端部が複数のガス導入路に連通しており他端部が前記摺動面で開口しており、前記ガス分配路は一端部が前記キャンロールの外周面のうち長尺基板が巻き付けられる角度範囲に位置するガス導入路に連通するガス供給路の摺接面上の開口部にのみ対向するように摺接面で開口しており他端部がガス供給手段を介して前記ガス供給源からの配管に接続しており、前記ガス供給手段は、前記ガス供給源からのガスが所定の流量で流れるように流量制御される主供給系と、該主供給系の最大設計流量以下の最大設計流量を有する副供給系との少なくとも２つの供給系からなり、これら主供給系及び副供給系は別々に前記ガス分配路に接続されており、該副供給系の流量制御用バルブの最大設計流量が、該主供給系の流量制御用バルブの最大設計流量以下で且つ１／２０以上であり、前記副供給系ではガス溜め空間である前記ガス分配路のガス圧が一定になるように流量制御を行うことを特徴としている。

本発明によれば、真空チャンバーの内部の放出ガス用ガス溜め空間のガス圧を安定させることができ、特に該ガス溜め空間がキャンロールに設けたガスロータリージョイントのガス分配路の場合は、キャンロールの外周面とそこに巻き付けられる長尺基板とのギャップ間の圧力をほぼ一定に維持することができる。これにより、キャンロールの外周面に巻き付けた長尺基板に熱負荷の掛かる処理を施す際に該長尺基板を効率よく冷却することができ、よってシワのない高品質の金属膜付長尺基板を高い歩留まりで作製することができる。

本発明に係るガス供給手段を備えたキャンロールが好適に使用されるロ真空成膜装置の一具体例を模式的に示す正面図である。 本発明に係るガス供給手段が好適に使用されるキャンロールの斜視図である。 本発明に係るガス供給手段が好適に使用されるキャンロールをその中心軸を通る面で切断した断面図である。 図３のキャンロールが具備するガスロータリージョイントの斜視図である。 図３のキャンロールが具備するガスロータリージョイントの正面図及び部分断面図である。 従来のガス供給手段を模式的に示すフロー図である。 図３のガスロータリージョイントのガス分配路の開口部とガス供給路の開口部との位置関係を模式的に示す正面図である。 従来の他のガス供給手段を模式的に示すフロー図である。 本発明に係るガス供給手段を模式的に示すフロー図である。

（１）真空成膜装置
先ず、本発明のガス供給手段及びこれを備えたキャンロールが好適に搭載される長尺基板処理装置について図１を参照しながら詳細に説明する。この図１の長尺基板処理装置は、減圧雰囲気下でロールツーロール方式で搬送される長尺基板に対して熱負荷の掛かる処理であるスパッタリング成膜を行うスパッタリングウェブコータとも称される真空成膜装置５０であり、長尺状の耐熱樹脂フィルムなどの長尺基板Ｆをロールツーロール方式で連続的に搬送する搬送機構と、該長尺基板Ｆに対して熱負荷のかかる処理を施す処理手段と、これらを収容する真空チャンバー５１とから主に構成されている。かかる構成の真空成膜装置５０は、長尺基板Ｆの表面に連続的に効率よく成膜処理を施す場合に好適に用いられる。

具体的に説明すると、真空チャンバー５１には、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種々の真空装置が具備されており、スパッタリング成膜の際はこれら真空装置により到達圧力１０^−４Ｐａ程度までの減圧と、その後のスパッタリングガスの導入による０.１〜１０Ｐａ程度の圧力調整を行うことができる。スパッタリングガスにはアルゴンなど公知のガスを使用でき、目的に応じてさらに酸素などのガスを添加してもよい。真空チャンバー５１の形状や材質は、このような減圧状態に耐え得るものであれば特に限定はなく、種々のものを使用することができる。

この真空チャンバー５１内において、長尺基板Ｆをロールツーロールで搬送しながら連続的に成膜処理を施すべく、巻出ロール５２からモーター駆動のキャンロール５６を経て巻取ロール６４に至る長尺基板Ｆの搬送経路を画定する各種のロール群が配設されている。これらロール群のうち、巻出ロール５２からキャンロール５６までの搬送経路には、長尺基板Ｆを案内するフリーロール５３、長尺基板Ｆの張力の測定を行う張力センサロール５４、及び長尺基板Ｆをキャンロール５６の外周面に密着させるためにキャンロール５６の周速度に対する調整を行うモータ駆動のフィードロール５５がこの順で配置されている。

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の周速度に対する調整を行うモータ駆動のフィードロール６１、長尺基板Ｆの張力の測定を行う張力センサロール６２、及び長尺基板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。上記した巻出ロール５２及び巻取ロール６４は、パウダークラッチ等によるトルク制御によって長尺基板Ｆの張力バランスが保たれている。モータ駆動のキャンロール５６と、これに連動して回転するモータ駆動のフィードロール５５、６１とにより、長尺基板Ｆは巻出ロール５２から巻き出されて上記搬送経路を走行した後、巻取ロール６４で巻き取られる。

このキャンロール５６の外周面のうち長尺基板Ｆが巻き付けられる角度範囲Ａ（前フィードロール５５から送られてきた長尺基板Ｆがキャンロール５６の外周面に接触し始める角度位置から、キャンロール５６に巻き付いている長尺基板Ｆが後フィードロール６１に送り出されるために該外周面から離れる角度位置までの範囲）の領域に対向する位置に、乾式成膜手段としてのマグネトロンスパッタリングカソード５７、５８、５９及び６０が当該外周面上に画定される長尺基板Ｆの搬送経路に沿ってこの順に設けられている。なお、上記した角度範囲Ａのことを長尺基板Ｆの抱き角あるいはラップ部と称することがある。

金属膜のスパッタリング成膜を行う場合は、上記したマグネトロンスパッタリングカソード５７〜６０には板状のターゲットを使用することができるが、板状ターゲットはその表面にノジュール（異物の成長）が発生することがあるので、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してもよい。また、この図１の真空成膜装置は、熱負荷の掛かる処理としてスパッタリング成膜を行うものであるため、マグネトロンスパッタリングカソードが設けられているが、熱負荷の掛かる処理はスパッタリング成膜に限定されるものではなく、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition、化学蒸着）や真空蒸着などの処理の場合は板状ターゲットに代えて他の真空成膜手段が設けられる。

（２）ガス導入機構付キャンロール
次に、上記したキャンロール５６について図２及び図３を参照しながら説明する。キャンロール５６は、外周面が長尺基板Ｆの巻き付く搬送経路となる金属製の円筒部材１０で構成されており、その中心軸Ｏ部分に位置する回転軸１１によって回転可能に支持されている。この円筒部材１０の内側にはジャケット１２が設けられていわゆるジャケットロール構造になっており、これにより冷却水などの冷媒が流通する冷媒循環路１３が形成されている。

回転軸１１は二重配管構造になっており、その内側の往路１１ａと外側の復路１１ｂとを介して、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冷媒循環路１３との間で上記した冷媒の循環が行われる。これにより、円筒部材１０の外周面に巻き付いた長尺基板Ｆを温度調節された冷媒によって冷却できるようになっている。なお、図２では説明のため、キャンロール５６の側面に設けられている円板状部材が取り除かれている。

上記したキャンロール５６を構成する円筒部材１０の肉厚部には、キャンロール５６の中心軸Ｏ方向に平行な複数のガス導入路１４が周方向に略等間隔をあけて全周に亘って配設されている。各ガス導入路１４には、円筒部材１０の外周面側（すなわち、キャンロール５６の外周面側）においてキャンロール５６の回転軸方向に略等間隔に開口する複数のガス放出孔１５が設けられている。上記した複数のガス導入路１４には、キャンロール５６の中心軸Ｏ方向の一端部に設けられたガス分配手段としてのガスロータリージョイント２０を介して真空チャンバー５１の外部からガスが供給される。これにより、キャンロール５６の外周面とそこに巻き付いている長尺基板Ｆとの間に形成されるギャップ部（間隙）にガスを導入することができる。

これらガス導入路１４の本数や、各ガス導入路１４が有するガス放出孔１５の個数は、キャンロール５６の外周面のうちの長尺基板Ｆが巻き付けられる領域の面積やギャップ部に導入するガスの導入量、排気ポンプ能力等により適宜定められる。また、各ガス放出孔１５の内径は、キャンロール５６の外周面とそこに巻き付けられる長尺基板Ｆとの間に形成されるギャップ部（隙間）に良好にガスを導入できる大きさであるのが望ましい。この場合、キャンロール５６の外周面に微小な内径を有するガス放出孔１５を狭ピッチにして多数設けるのが熱伝導率をキャンロールの外周面に全面に亘って均一化できるという点において好ましい。しかしながら、微小な内径を有する孔を狭ピッチで多数設ける加工技術は困難を伴うので、現実的には内径３０〜１０００μｍ程度、より好適には内径１５０〜５００μｍ程度の微細孔を５〜１０ｍｍのピッチでキャンロールの外周面に設けるのが好ましい。

（３）ガスロータリージョイント
次に、上記した複数のガス導入路１４にガスを分配して供給するガスロータリージョイント２０について図４及び図５をも参照しながら説明する。ガスロータリージョイント２０は、キャンロール５６の一方の側面にキャンロール５６と同心円状に結合されて共に回転する回転リングユニット２１と、真空チャンバー５１の外部の図示しないガス供給源からの配管が接続されており且つ回転リングユニット２１と互いに摺接面同士で摺接する静止リングユニット２２とから構成されている。

回転リングユニット２１には、ガス導入路１４の本数と同じ本数のガス供給路２３が周方向に均等な間隔をあけて全周に亘って形成されている。これら複数のガス供給路２３の各々は、回転リングユニット２１の内部で放射状に及び／又は回転リングユニット２１の中心軸方向に平行に形成されており、その一端部が当該ガス供給路２３と同じ角度位置にあるガス導入路１４に連結配管２４を介して連通しており、他端部は略円形状の開口部２３ａとして回転リングユニット２１の摺接面２１ａで開口している。

一方、静止リングユニット２２には１つのガス分配路２５が形成されており、このガス分配路２５の一端部は前述したガス供給源に接続するガス供給源接続配管２６に連通しており、他端部は静止リングユニット２２の摺接面２２ａで開口している。このガス分配路２５が静止リングユニット２２の摺接面２２ａで開口している開口部２５ａの形状は、上記したガス供給路２３の開口部２３ａに対向する環状領域のうち、抱き角Ａの角度範囲に位置するガス供給路２３の開口部２３ａにのみ対向するように略Ｃ字状になっている。すなわち、静止リングユニット２２のガス分配路２５は、長尺基板Ｆを巻き付ける抱き角Ａの範囲内に位置しているガス導入路１４に接続しているガス供給路２３には連通し、この抱き角Ａの範囲内に位置していないガス導入路１４に接続しているガス供給路２３には連通しないようになっている。

かかる構成により、キャンロール５６の全周に設けられている複数のガス導入路１４のうち角度範囲Ａに位置するガス導入路１４に接続しているガス供給路２３及び連結配管２４は、上記略Ｃ字状開口部２５ａを介してガス分配路２５に連通するので、当該ガス導入路１４を経てキャンロール５６の外周面に開口しているガス放出孔１５からキャンロール５６の外周面と長尺基板Ｆとの間のギャップ部にガスが放出される。一方、角度範囲Ａに位置しないガス導入路１４に接続しているガス供給路２３及び連結配管２４は、ガス分配路２５との連通が遮断されるのでこのガス導入路１４及びガス放出孔１５からはギャップ部にガスが放出されない。

これにより、真空チャンバー５１の外部のガス供給源から導入したガスが角度範囲Ａ以外の抵抗の少ない図１の角度範囲Ｂの領域から真空チャンバー内に無駄に漏れるのを防ぐことができ、キャンロール５６の外周面とそこに巻き付いている長尺基板Ｆとの間の隙間に良好にガスを導入することができる。なお、上記した略Ｃ字状の開口部２５ａの周方向の延在長さを変えることにより、ガスを放出しない角度範囲Ｂを適宜調整することが可能になる。また、ガス導入路１４の本数が多すぎてそれらの各々を連結配管２４を介してガスロータリージョイント２０のガス供給路２３に接続するのが困難な場合は、キャンロール５６の周方向に連続する複数本のガス導入路１４毎に１本のガス集合管（図示せず）にまとめて接続してからガスロータリージョイント２０のガス供給路２３に接続してもよい。

ガスロータリージョイント２０の構造は図４に示すような略同じ内径及び外径を有する環状の静止リングユニット及び回転リングユニットがキャンロール５６の中心軸Ｏ方向に対向する構造に限定されない。例えば小径の環状の静止リングユニットの外周面に大径の環状の回転リングユニットの内周面を摺接させるような構造でもよく、この場合は静止リングユニットに設けたガス分配路の開口部は外周面で開口し、一方、回転リングユニットのガス供給路の開口部は内周面で開口することになる。

上記したガスロータリージョイント２０には、公知のガスシール手段を備えることによりガスロータリージョイント２０の摺接面からのガスのリークを防ぐことができる。但し、キャンロール５６の外周面と長尺基板Ｆとの離間距離が４０μｍ程度のとき、この離間したギャップ部の両端からある程度ガスがリークするが、この場合のガスリーク量は真空成膜装置５０が備える前述した真空ポンプなどの真空装置で排気可能である上、ギャップ部に導入するガスをスパッタリング雰囲気のガスとすればスパッタリング雰囲気を汚染することもない。

ところで、上記したようなガスロータリージョイント２０へのガス供給系には、図６に示すようにガス供給源接続配管２６にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を設けて、ガス供給源接続配管２６を介して供給されるガスが一定の流量で流れるように制御する流量制御方式を採用することが考えられる。しかし、この方式ではキャンロール５６と長尺基板Ｆとの間のギャップ部（間隙）のガス圧を一定に保つのが困難になると考えられる。その理由は、長尺基板Ｆが巻き付けられていない領域に位置するガス放出孔１５及びそのガス導入路１４並びにこれに接続しているガス供給路２３及び連結配管２４の管内は真空チャンバー５１内に連通して減圧状態にあるため、キャンロール５６の回転に伴って移動するこれらガス導入路１４等の連通空間が長尺基板Ｆの巻き付けられていない領域から長尺基板Ｆの巻き付けられている領域に来た瞬間にガスが一気に流れ込むからである。

これについて、キャンロール５６の外周面のうちの長尺基板Ｆが巻き付けられていない領域及びその周方向の前後近傍におけるガス分配路２５の摺動面上の略Ｃ字状開口部２５ａとガス供給路２３の摺動面上の開口部２３ａとの位置関係を示した図７を参照しながら説明する。なお、この図７の紙面右側図面は、説明を簡単にするため、実際は円弧状に並んでいるガス供給路２３の摺動面上の開口部２３ａ群を一直線状に図示しており、さらにガス分配路２５の略Ｃ字状開口部２５ａはその両端部のみを図示している。

図７の（１）〜（４）に示すように、ガス供給路２３−Ａは、その開口部２３ａ−Ａが略Ｃ字状開口部２５ａの一端部を横切って該略Ｃ字状開口部２５ａに対向しなくなると、ガス供給源からのガス供給が遮断される。その結果、ガス供給路２３−Ａに連通するガス導入路１４及びガス放出孔１５からガスが抜けて真空チャンバー５１内と同じ減圧状態になっていく。逆に、ガス供給路２３−Ｄは、図７の（１）〜（２）ではガス供給源からのガス供給が遮断されており、その管内はこれに連通するガス導入路１４及びガス放出孔１５と共に減圧状態にあるが、回転により図７の（３）に来た時に略Ｃ字状開口部２５ａに対向するので、該減圧状態の管内に急激にガス供給源からガスが導入される。その結果、図７の（２）〜（３）の間ではキャンロール５６の外周面とそこに巻き付けられる長尺基板Ｆとの間に形成されるギャップ部（間隙）のガス圧が大きく変動し、これにより冷却効率が変化してシワ発生の原因になることがあった。

上記した急激な圧力変動の対策として、図８に示すように、ガス分配路２５に圧力センサー（Ｐ）を設けると共にガス供給源接続配管２６にピエゾバルブ（ＰＶ）及びマスフローメータ（ＭＦＭ）を設け、調節計（ＣＰＵ）によってピエゾバルブ（ＰＶ）の開度を圧力センサー（Ｐ）の出力信号に基づいて調整し、これによりガス分配路２５のガス圧を一定に制御する圧力制御方式が考えられる。このように高速対応が可能なピエゾバルブを採用することで、ガス分配路２５のガス圧の変動に対して迅速に開閉させることが可能になる。しかし、この制御方式では、常時所定量のガスを供給しながらガス分配路２５のガス圧を一定に維持させるべくその僅かな圧力変動にも対応させるのは困難である。これは制御系の精度は最大設計流量に対する変動時の流量に影響するので、選定したピエゾバルブの最大設計流量に対して僅かな流量の調整で制御するのは難しいからである。

そこで、本発明の一具体例のガスロータリージョイントのガス供給手段は、所定の流量でガスが流れるように流量制御される主供給系と、該主供給系の最大設計流量以下の最大設計流量を有する副供給系との少なくとも２つの供給系からなり、この副供給系ではガス分配路２５のガス圧が一定になるように流量制御を行っている。

具体的には、図９に例示するように、ガス供給源接続配管２６の少なくとも一部を主供給系３１と副供給系３２との２つの供給系で構成すると共に、ガスロータリージョイント２０のガス分配路２５にそのガス圧を検知する圧力センサー（Ｐ）３３を設け、主供給系３１にはマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３４を設けて一定の流量でガスが流れるように流量制御し、一方、副供給系３２にはピエゾバルブ（ＰＶ）３５とマスフローメータ（ＭＦＭ）３６とを設ける。そして、このピエゾバルブ（ＰＶ）３５の開度が圧力センサー（Ｐ）３３の出力信号値に基づいて調整されるように調節計（ＣＰＵ）３７による制御を行う。

このように、ガスロータリージョイント２０のガス分配路２５のような真空チャンバー５１の内部の放出ガス用ガス溜め空間に該真空チャンバー５１の外部からガスを供給するガス供給手段において、該ガス溜め空間のガス圧を一定に制御する圧力制御方式と、該ガス溜め空間に一定流量のガスを流すように制御する流量制御方式とを併用することによって、該ガス溜め空間の圧力変動に対して迅速かつ高い精度で圧力制御を行うことが可能になる。その結果、該ガス溜め空間としてのガス分配路２５にガス供給路２３、連結配管２４、ガス導入路１４及びガス放出孔１５を介して連通しているキャンロール５６の外周面とそこに巻き付けられる長尺基板Ｆとの間のギャップ部（間隙）のガス圧に変動が発生しにくくなる。

副供給系３２の流量制御用バルブの最大設計流量は、主供給系３１の流量制御用バルブの最大設計流量以下で且つ１／２０以上であるのが好ましい。例えば、キャンロール５６の外周面と長尺基板Ｆとの間のギャップ部（間隙）のガス圧を９００Ｐａに保つためにガス供給源から定常的に６０ｓｃｃｍの流量でガスを供給する必要がある場合、主供給系３１のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３４にはフルスケール５０ｓｃｃｍのものを用いて設定流量３０ｓｃｃｍで流量制御しながら主供給系３１からガスの供給を行うと共に、副供給系３２のピエゾバルブ（ＰＶ）３５にはフルスケール５０ｓｃｃｍのものを用いてその開度を調整することでガス分配路２５のガス圧を制御する。これにより、ガス溜め空間としてのガス分配路２５をほぼ一定圧力に維持することができる。この制御方式の方が、図８に示すように、フルスケール１００ｓｃｃｍのピエゾバルブのみを用いてその開度をガス分配路２５のガス圧が一定になるように制御するよりも制御性が良いのは明らかである。

上記のようにピエゾバルブ（ＰＶ）の開度でガス溜め空間の圧力制御を行う場合、ピエゾバルブ（ＰＶ）で制御できるガス圧は、該ピエゾバルブ（ＰＶ）を定常時に流れるガス流量の１／１０の精度で制御することは可能であるが、１／１０より細かい制御は困難である。本発明のガス供給手段では、ガス供給系を少なくとも２つの供給系に分けて、それらのうち最大設計流量が多くない方に設けたバルブの開度でガス溜め空間の圧力制御を行うので、高い精度で且つ制御性よくガス溜め空間のガス圧を制御することが可能になる。このため、上記したように副供給系３２の流量制御用バルブの最大設計流量が主供給系３１の流量制御用バルブの最大設計流量以下で且つ１／２０以上になるように、副供給系３２のピエゾバルブ（ＰＶ）３５のサイズを選定するのが好ましい。なお、図９では主供給系３１と副供給系３２とを合流させてからガスロータリージョイント２０に接続しているが、これに限定されるものではなく、主供給系３１と副供給系３２とを合流させずに別々にガスロータリージョイント２０のガス分配路２５に接続してもよい。

このように、本発明の一具体例のガス供給手段を備えたキャンロールを用いることで、真空チャンバー内へのガスのリークなどの問題を生じることなく、キャンロール外周面とそこに巻き付けられる長尺基板との間のギャップ部に安定してガスを導入することができる。よって、長尺基板の冷却が安定するのでシワを生ずることなく長尺基板に熱負荷が掛かる処理を施すことが可能となる。

（４）長尺基板
上記した本発明の一具体例のガス供給手段を備えたキャンロールを真空成膜装置に搭載し、この真空成膜装置（スパッタリングウェブコータ）を用いてロールツーロールで連続的に搬送される長尺基板の表面に例えばＮｉ系合金等からなる膜とＣｕ膜とが積層された金属膜をスパッタリング成膜することにより、フィルムシワ等の不具合の無い極めて高品質の金属膜付長尺基板を作製することができる。このようなメタライジング法で作製された金属膜付長尺基板は、サブトラクティブ法によりフレキシブル配線基板に加工することができる。サブトラクティブ法とは、レジストで覆われていない金属膜（例えば、上記Ｃｕ膜）をエッチングにより除去してフレキシブル配線基板を製造する方法である。

上記Ｎｉ合金等から成る膜はシード層と呼ばれ、金属膜付長尺基板の電気絶縁性や耐マイグレーション性等の所望の特性によりその組成が選択される。そして、シード層には、Ｎｉ−Ｃｒ合金やインコネルやコンズタンタンやモネル等の各種公知の合金を用いることができる。また、金属膜付長尺基板の金属膜（Ｃｕ膜）を更に厚くしたい場合、湿式めっき法を用いて金属膜を形成することがある。湿式めっき法には、電気めっき処理のみで金属膜を形成する場合と、一次めっきとして無電解めっき処理と、二次めっきとして電解めっき処理とを組み合わせて行う場合がある。いずれにおいても、湿式めっき処理には一般的な湿式めっき法を採用することができる。

また、上記金属膜付長尺基板に用いる長尺基板としては、樹脂フィルムのほか金属箔や金属ストリップなど用いることができる。樹脂フィルムとしては、例えば、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または液晶ポリマー系フィルムなどの樹脂フィルムを挙げることができ、これらは金属膜付フレキシブル基板としての柔軟性、実用上必要な強度、配線材料として好適な電気絶縁性を有している。尚、上記本発明の一具体例では金属膜付長尺基板として長尺基板にＮｉ-Ｃｒ合金やＣｕ等の金属膜を積層する場合について説明したが、上記金属膜の成膜のほか、酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜等の成膜を行う場合にも本発明の本発明の効果が奏される。

以上、本発明のガス供給手段及びこれを備えたキャンロールの一具体例について説明したが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない種々の変形例や変更例が含まれる。例えば、該キャンロールが搭載される長尺基板の処理装置としてスパッタリング等の乾式成膜を行う真空成膜装置を採り上げて説明したが、これに限定されるものではなく、減圧雰囲気下で長尺基板の表面を改質するプラズマ処理やイオンビーム処理等の熱負荷が掛かる処理を行うものでもよく、この場合も本発明の効果が奏される。

ここでプラズマ処理とは、例えばアルゴンと酸素の混合ガスまたはアルゴンと窒素の混合ガスによる減圧雰囲気下において放電を行うことにより、酸素プラズマまたは窒素プラズマを発生させて長尺基板を処理するものである。一方、イオンビーム処理とは、例えば公知のイオンビーム源を用いて強い磁場を印加した磁場ギャップでプラズマ放電を発生させ、プラズマ中の陽イオンを陽極による電解でイオンビームとして目的物（長尺基板）へ照射する処理である。

［実施例１］（流量制御方式と圧力制御方式の併用）
図１に示すような真空成膜装置（スパッタリングウェブコータ）５０を用いて、長尺基板Ｆとしての幅５００ｍｍ、長さ８００ｍ、厚さ２５μｍの宇部興産株式会社製の耐熱性ポリイミドフィルム「ユーピレックス（登録商標）」に金属膜を成膜して金属膜付長尺基板を作製した。キャンロール５６には、アルミ製の直径９００ｍｍ、幅７５０ｍｍのジャケットロール構造の円筒部材を用い、その外周面にハードクロムめっきを施した。図２に示すように円筒部材１０の肉厚部にその中心軸方向に平行な内径４ｍｍのガス導入路１４を周方向に等間隔に３６０本開け、それらの各々に対して、その長手方向に１０ｍｍ毎に外周面側に開口する内径０.２ｍｍのガス放出孔１５を４７個穿孔した。これにより、円筒部材１０の両端部からそれぞれ長尺基板Ｆの両端部の２０ｍｍ内側までの領域にはガス放出孔１５が存在しないことになる。

図１に示す角度範囲Ｂに対応するキャンロール５６の外周面のうち長尺基板Ｆが巻き付けられない領域の角度は約３０°となり、この領域に位置するガス導入路１４の本数は３０本になる。そこで、図４に示すようにガスロータリージョイント２０の静止リングユニット２２のガス分配路２５のＣ字状開口部２５ａは周方向に３３０°延在させた。その際、３６０本のガス導入路１４を直接ガスロータリージョイント２０の回転リングユニット２１に接続するのは困難であったため、周方向に連続する１０本のガス導入路１４毎に１本のガス集合管に接続した後、回転リングユニット２１のガス供給路２３に接続した。これにより、ガスロータリージョイント２０の回転リングユニット２１のガス供給路２３の本数は３６本となった。

長尺基板Ｆとしての耐熱性ポリイミドフィルムに成膜させる金属膜はシード層としてのＮｉ−Ｃｒ膜の上にＣｕ膜を成膜するものとし、そのため、マグネトロンスパッタリングカソード５７にはＮｉ−Ｃｒターゲットを用い、マグネトロンスパッタリングカソード５８〜６０にはＣｕターゲットを用いた。キャンロール５６は水冷により２０℃に制御した。巻出ロール５２に長尺基板Ｆをセットし、その先端部を引き出してキャンロール５６を経由して巻取ロール６４に取り付けた。巻出ロール５２と巻取ロール６４の張力は８０Ｎとした。

真空チャンバー５１内を複数台のドライポンプにより５Ｐａまで排気した後、更に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。キャンロール５６の外周面と長尺基板Ｆとの間のギャップ部（間隙）のガス圧を９００Ｐａに保つため、図９に示すように、ガス供給手段はガス供給源接続配管２６の一部を主供給系３１と副供給系３２との２つの供給系で構成すると共に、ガスロータリージョイント２０のガス分配路２５にそのガス圧を検出する圧力センサー（Ｐ）３３を設けておいた。そして、主供給系３１のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３４にはフルスケール５０ｓｃｃｍのものを用いて設定流量３０ｓｃｃｍで流量制御しながら主供給系３１からガスの供給を行うと共に、フルスケール５０ｓｃｃｍのピエゾバルブ（ＰＶ）３５を用いてその開度をガス分配路２５のガス圧の圧力制御により調節することで副供給系３２からガスを供給した。このようにしてガス導入量の全量を６０ｓｃｃｍとした。

この状態で、長尺基板Ｆを搬送速度３ｍ／分で搬送し、マグネトロンスパッタカソード５７〜６０の各々に３００ｓｃｃｍのアルゴンガスを導入すると共に１０ｋＷの電力を印加し、Ｎｉ−Ｃｒ膜のシード層の成膜及びその上のＣｕ膜の成膜を開始した。成膜の際、キャンロール５６上の長尺基板Ｆの表面の観察が可能な観察窓から長尺基板Ｆを観察したところ、マグネトロンスパッタリングカソード５７〜６０の成膜ゾーンを通過した成膜直後において、長尺基板Ｆの進行方向と平行な方向のシワの原因となるキャンロール５６上からの長尺基板Ｆの浮きが見られることは無かった。

長尺基板Ｆが６００ｍ搬送された時点で、各プラズマ反応室のプラズマと各マグネトロンスパッタカソードへの電力を停止し、それぞれのガス導入も停止した。最後に、長尺基板Ｆの搬送を停止し、各ポンプを停止してからベント（大気開放）し、巻出ロール５２の長尺基板Ｆの終端部を外し、金属膜が成膜された全ての長尺基板Ｆを巻取ロール４に巻き取ってから取り外した。巻取ロール６４に巻き取られた成膜後の長尺基板Ｆを大気中にて展開してシワの有無を確認したところ、末端部から６００ｍまでの間にシワは見つからなかった。

［比較例１]（流量制御方式）
上記実施例１と同様に長尺基板Ｆとしての耐熱性ポリイミドフィルムの表面にＮｉ−Ｃｒ膜からなるシード層とＣｕ膜とからなる金属膜を成膜したが、キャンロール５６に設けたガスロータリージョイント２０へのガス供給手段には、図９に示すような流量制御方式と圧力制御方式の併用方式に変えて図６に示すようなフルスケール１００ｓｃｃｍのマスフローコントローラーを用いた流量制御方式を採用した。その結果、ガス分配路２５のガス圧はキャンロール５６の回転に伴って変動し、９００Ｐａに安定的に維持させることができなかった。

また、成膜の際、キャンロール５６上の長尺基板Ｆの表面の観察が可能な観察窓から長尺基板Ｆを観察しところ、マグネトロンスパッタリングカソード５７、５８、５９、６０の成膜ゾーンを通過した成膜直後において、長尺基板Ｆの進行方向と平行な方向のシワの原因となるキャンロール５６上からの長尺基板Ｆの浮きが複数箇所で発生していた。成膜が完了した後、巻取ロール６４に巻き取られた長尺基板Ｆを大気中にて展開してシワの有無を確認したところ、末端部から６００ｍまでの間の数カ所でシワが見つかった。

［比較例２］（圧力制御方式）
上記実施例１と同様に長尺基板Ｆとしての耐熱性ポリイミドフィルムの表面にＮｉ−Ｃｒ膜からなるシード層とＣｕ膜とからなる金属膜を成膜したが、キャンロール５６に設けたガスロータリージョイント２０へのガス供給手段には、図９に示すような流量制御方式と圧力制御方式の併用方式に変えて、図８に示すようなフルスケール１００ｓｃｃｍの圧力計とピエゾバルブを用いた圧力制御方式を採用した。その結果、ガス分配路２５のガス圧はキャンロール５６の回転に伴って変動し、９００Ｐａに安定的に維持させることができなかった。

また、成膜の際、キャンロール５６上の長尺基板Ｆの表面の観察が可能な観察窓から長尺基板Ｆを観察しところ、マグネトロンスパッタリングカソード５７、５８、５９、６０の成膜ゾーンを通過した成膜直後において、長尺基板Ｆの進行方向と平行な方向のシワの原因となるキャンロール５６上からの長尺基板Ｆの浮きが複数箇所で発生していた。成膜が完了した後、巻取ロール６４に巻き取られた長尺基板Ｆを大気中にて展開してシワの有無を確認したところ、末端部から６００ｍまでの間の数カ所でシワが見つかった。

１０ 円筒部材
１１ 回転軸
１２ ジャケット
１３ 冷媒循環路
１４ ガス導入路
１５ ガス放出孔
２０ ガスロータリージョイント
２１ 回転リングユニット
２１ａ 回転リングユニット摺接面
２２ 静止リングユニット
２２ａ 静止リングユニット摺接面
２３ ガス供給路
２３ａ 略円形状開口部
２４ 連結配管
２５ ガス分配路
２５ａ 略Ｃ字状開口部
２６ ガス供給源接続配管
３１ 主供給系
３２ 副供給系
３３ 圧力センサー（Ｐ）
３４ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
３５ ピエゾバルブ（ＰＶ）
３６ マスフローメータ（ＭＦＭ）
３７ 調節計（ＣＰＵ）
５０ 真空成膜装置
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 長尺基板

Claims (6)

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基板を外周面に巻き付けて該外周面に対向する処理手段により熱せられる長尺基板を冷却するキャンロールであって、
   前記キャンロールは、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、これら複数のガス導入路の各々はキャンロールの中心軸方向に沿って略均等な間隔をあけて外周面側に開口する複数のガス放出孔を有しており、該外周面のうち長尺基板が巻き付けられる領域に位置するガス導入路にのみ該真空チャンバーの外部からガスを導入するガス分配手段を備えており、
   前記ガス分配手段は、前記キャンロールの周方向及び又は半径方向に延在する複数のガス供給路を有し且つ前記キャンロールと同心円状に結合されて共に回転する回転リングユニットと、前記真空チャンバーの外部のガス供給源からのガスを分配する１本のガス分配路を有し且つ該回転リングユニットと互いに摺接面同士で摺接する静止リングユニットとからなるガスロータリージョイントであり、前記複数のガス供給路はそれぞれ一端部が複数のガス導入路に連通しており他端部が前記摺動面で開口しており、前記ガス分配路は一端部が前記キャンロールの外周面のうち長尺基板が巻き付けられる角度範囲に位置するガス導入路に連通するガス供給路の摺接面上の開口部にのみ対向するように摺接面で開口しており他端部がガス供給手段を介して前記ガス供給源からの配管に接続しており、
   前記ガス供給手段は、前記ガス供給源からのガスが所定の流量で流れるように流量制御される主供給系と、該主供給系の最大設計流量以下の最大設計流量を有する副供給系との少なくとも２つの供給系からなり、これら主供給系及び副供給系は別々に前記ガス分配路に接続されており、該副供給系の流量制御用バルブの最大設計流量が、該主供給系の流量制御用バルブの最大設計流量以下で且つ１／２０以上であり、前記副供給系ではガス溜め空間である前記ガス分配路のガス圧が一定になるように流量制御を行うことを特徴とするキャンロール。
2. 前記ガス分配路の前記一端部が前記摺接面で開口する開口部の形状が略Ｃ字状であることを特徴とする、請求項１に記載のキャンロール。
3. 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基板を外周面に巻き付けて冷却するキャンロールと、該キャンロールの外周面に対向する位置に設けられた処理手段とを備えた長尺基板の処理装置であって、前記キャンロールが請求項１又は２に記載のキャンロールであることを特徴とする長尺基板の処理装置。
4. 前記処理手段が乾式成膜手段であることを特徴とする、請求項３に記載の長尺基板の処理装置。
5. 前記乾式成膜手段がスパッタリングカソードであることを特徴とする、請求項４に記載の長尺基板の処理装置。
6. 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基板をキャンロールの外周面に巻き付けて冷却しながら該キャンロールの外周面に対向する位置に設けられた処理手段で長尺基板の処理を行う長尺基板の処理方法であって、
   前記キャンロール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、これら複数のガス導入路の各々はキャンロールの中心軸方向に沿って略均等な間隔をあけて外周面側に開口する複数のガス放出孔を有しており、該外周面のうち長尺基板が巻き付けられる領域に位置するガス導入路にのみ該真空チャンバーの外部からガスを導入するガス分配手段を備えており、
   前記ガス分配手段は、前記キャンロールの周方向及び又は半径方向に延在する複数のガス供給路を有し且つ前記キャンロールと同心円状に結合されて共に回転する回転リングユニットと、前記真空チャンバーの外部のガス供給源からのガスを分配する１本のガス分配路を有し且つ該回転リングユニットと互いに摺接面同士で摺接する静止リングユニットとからなるガスロータリージョイントであり、前記複数のガス供給路はそれぞれ一端部が複数のガス導入路に連通しており他端部が前記摺動面で開口しており、前記ガス分配路は一端部が前記キャンロールの外周面のうち長尺基板が巻き付けられる角度範囲に位置するガス導入路に連通するガス供給路の摺接面上の開口部にのみ対向するように摺接面で開口しており他端部が前記ガス供給源からの配管に接続しており、
   前記長尺基板の処理方法は、減圧雰囲気下でガス放出が行われるガス溜め空間である前記ガス分配路に対して外部からガスを供給するガス供給方法を含んでおり、前記ガス供給方法は、前記ガス供給源からのガスが所定の流量で流れるように流量制御される主供給系と、該主供給系の最大設計流量以下の最大設計流量を有する副供給系との少なくとも２つの供給系からガスを供給し、これら主供給系及び副供給系は別々に前記ガス分配路に接続されており、該副供給系の流量制御用バルブの最大設計流量が、該主供給系の流量制御用バルブの最大設計流量以下で且つ１／２０以上であり、前記副供給系では前記ガス溜め空間のガス圧が一定になるように流量制御を行うことを特徴とする長尺基板の処理方法。

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