JP7263105B2

JP7263105B2 - 巻取式成膜装置及び巻取式成膜方法

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Publication number: JP7263105B2
Application number: JP2019088148A
Authority: JP
Inventors: 礼寛横山; 孝仁木本; 和彦齋藤
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2023-04-24
Anticipated expiration: 2039-05-08
Also published as: JP2020183563A

Description

本発明は、巻取式成膜装置及び巻取式成膜方法に関する。

巻取式成膜装置の中に、真空容器内で帯状のフィルムを所定の巻き取り角度でローラによって巻回し、ローラをフィルムを介して成膜源に対向させて、フィルムの成膜面に薄膜を形成するものがある。このような巻取式成膜装置では、フィルムが成膜源から熱負荷を受けるために、ローラの外周面に鏡面加工を施す場合がある（例えば、特許文献１参照）。

このような加工を施せば、フィルムと外周面とが密着する面積が充分に確保されるため、フィルムが成膜源から熱負荷を受けたとしても、フィルムがローラによって効率よく冷却される。

特開２０１０－２４２２１７号公報

しかしながら、外周面が鏡面になるほどの加工を施すと、外周面とフィルムとの間の密着力が過剰になり、外周面とフィルムとの間に働く摩擦力が大きくなる可能性がある。さらに、成膜源から放たれた材料の熱量が大きいと、フィルムが材料から受けた熱の影響によって外周面上で伸びようとする。しかし、外周面とフィルムとの間の摩擦力が大きいと、この伸びが抑制されて、外周面上でフィルムに皺が発生してしまう。この結果、巻取式成膜の信頼性が低下してしまう。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、巻取式成膜の信頼性を向上させた巻取式成膜装置及び巻取式成膜方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る巻取式成膜装置は、巻出ローラから繰り出され巻取ローラによって巻き取られるフィルムの成膜面に膜を形成する巻取式成膜装置である。
主ローラは、上記成膜面とは反対側の上記フィルムの非成膜面に当接する外周面を有し、上記外周面の算術平均粗さＲａが１０μｍ以上３００μｍ以下に構成されている。
成膜源は、上記非成膜面に当接する上記主ローラの上記外周面に対向する。

このような巻取式成膜装置によれば、主ローラによってフィルムが確実に支持され、フィルムが成膜源からの熱の影響を受けたとしても、フィルムには、均一な厚みの膜が形成される。すなわち、巻取式成膜の信頼性が向上する。

上記の巻取式成膜装置においては、上記主ローラの上記外周面は、ブラスト加工面を有してもよい。

このような巻取式成膜装置によれば、主ローラの外周面がブラスト加工面を有するため、主ローラによってフィルムが確実に支持され、フィルムが成膜源からの熱の影響を受けたとしても、フィルムには、均一な厚みの膜が形成される。すなわち、巻取式成膜の信頼性が向上する。

上記の巻取式成膜装置においては、上記主ローラの上記外周面に、厚みが１μｍ以上２００μｍ以下の樹脂層に、平均粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の粉末粒子が分散された層が設けられてもよい。

このような巻取式成膜装置によれば、主ローラの外周面が上記層で形成されているため、主ローラによってフィルムが確実に支持され、フィルムが成膜源からの熱の影響を受けたとしても、フィルムには、均一な厚みの膜が形成される。すなわち、巻取式成膜の信頼性が向上する。

上記の巻取式成膜装置においては、上記主ローラは、１８０°以上３３０°以下の巻付角度で上記フィルムを巻回してもよい。

このような巻取式成膜装置によれば、主ローラが１８０°以上３３０°以下の巻付角度でフィルムを巻回するため、主ローラによってフィルムが確実に支持される。すなわち、巻取式成膜の信頼性が向上する。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る巻取式成膜方法は、巻出ローラから繰り出され巻取ローラによって巻き取られるフィルムの成膜面に膜を形成する巻取式成膜方法である。
上記成膜面とは反対側の上記フィルムの非成膜面に当接する外周面を有し、上記外周面の算術平均粗さＲａが１０μｍ以上３００μｍ以下に構成された主ローラが用いられて、上記非成膜面に当接する上記主ローラの上記外周面に成膜源を対向させて上記成膜面に上記膜が形成される。

このような巻取式成膜方法によれば、主ローラによってフィルムが確実に支持され、フィルムが成膜源からの熱の影響を受けたとしても、フィルムには、均一な厚みの膜が形成される。すなわち、巻取式成膜の信頼性が向上する。

以上述べたように、本発明によれば、巻取式成膜の信頼性を向上させた巻取式成膜装置及び巻取式成膜方法が提供される。

図（ａ）は、本実施形態に係る巻取式成膜装置の模式的断面図である。図（ｂ）は、巻取式成膜装置における主ローラの外周面周辺の様子を説明する模式図である。図（ａ）は、図１（ｂ）の破線Ｐ１で囲む部分の構成を示す模式的断面図である。図（ｂ）は、破線Ｐ１で囲む部分の別の構成を示す模式的断面図である。巻取式成膜装置の作用の一例を説明する模式的断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。

［巻取式成膜装置］

図１（ａ）は、本実施形態に係る巻取式成膜装置の模式的断面図である。図１（ｂ）は、巻取式成膜装置における主ローラの外周面周辺の様子を説明する模式図である。

巻取式成膜装置１は、真空容器７０内でフィルム６０が走行しながら、フィルム６０の成膜面６０ｄに金属膜（例えば、リチウム膜）が形成される成膜装置である。巻取式成膜装置１は、例えば、主ローラ１０と、成膜源２０と、フィルム走行機構３０と、仕切板４０と、真空容器７０とを具備する。

主ローラ１０は、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属製の筒状ローラである。主ローラ１０は、中心軸Ｃ１を中心に回転する。主ローラ１０は、フィルム６０と、成膜源２０との間に配置される。

巻取式成膜装置１の外部には、主ローラ１０を回転駆動させる回転駆動機構が設けられている。あるいは、主ローラ１０が回転駆動機構を有してもよい。あるいは、主ローラ１０は、回転駆動機構によって回転されず、中心軸１０ｃを中心に自由に回転するローラであってもよい。主ローラ１０においては、その外周面１０ｓがローラ面となり、外周面１０ｓがフィルム６０の成膜面６０ｄとは反対側のフィルム６０の非成膜面６０ｒに当接する。

主ローラ１０の直径は、特に限定されることなく、例えば、１０ｍｍ以上１５００ｍｍ以下である。主ローラ１０のＸ軸方向における長さは、フィルム６０の幅以下に構成される。例えば、主ローラ１０の長さは、特に限定されることなく、例えば、５０ｍｍ以上２０００ｍｍ以下である。

フィルム６０が矢印Ａの方向に走行しているとき、例えば、フィルム６０に接する主ローラ１０は、時計回りに回転する。このとき、外周面１０ｓが中心軸１０ｃを中心に動く速度（接線速度）は、例えば、フィルム６０の走行速度と同じ速度に設定される。これにより、フィルム６０の走行中には、外周面１０ｓとフィルム６０との間でずれが起きにくく、成膜面６０ｄに安定して膜を形成することができる。

本実施形態においては、主ローラ１０の内部には、外周面１０ｓの温度を調節する温調媒体循環系等の温調機構が設けられてもよい。温調機構は、例えば、温調媒体循環系等の温調機構である。なお、主ローラ１０が成膜源２０から熱を受けたとしても、主ローラ１０は、中心軸１０ｃを中心に回転しているため、主ローラ１０の外周面１０ｓの温度は、均一の温度に保たれている。

成膜源２０は、溶融容器２１（坩堝）を有する。成膜源２０は、主ローラ１０の外周面１０ｓに対向する。溶融容器２１には、例えば、リチウム（Ｌｉ）等の蒸着材料２５が収容される。蒸着材料２５は、例えば、溶融容器２１内において抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱等の手法によって溶融される。

フィルム走行機構３０は、巻出ローラ３１と、巻取ローラ３２と、ガイドローラ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄとを有する。巻取式成膜装置１の外部には、巻出ローラ３１及び巻取ローラ３２を回転駆動させる回転駆動機構が設けられている。あるいは、巻出ローラ３１及び巻取ローラ３２のそれぞれが回転駆動機構を有してもよい。

フィルム６０は、予め巻出ローラ３１に巻かれ、巻出ローラ３１から繰り出される。この後、フィルム６０には、成膜処理が施され、フィルム６０は、巻取ローラ３２によって巻き取られる。

例えば、巻出ローラ３１から連続的に繰り出されたフィルム６０は、走行中にガイドローラ３３ａ、３３ｂによって支持されつつ、ガイドローラ３３ａ、３３ｂのそれぞれによって走行方向が変えられ、主ローラ１０に巻回される。フィルム６０を巻回する主ローラ１０の巻付角度θ１は、特に限定されることなく、例えば、１８０°以上３３０°以下である。

主ローラ１０に巻回されたフィルム６０は、主ローラ１０の外周面１０ｓに接触しながら、主ローラ１０によって支持されて、ガイドローラ３３ｃに導かれる。

主ローラ１０の外周面１０ｓから離れたフィルム６０は、走行中にガイドローラ３３ｃ、３３ｄに支持されつつ、ガイドローラ３３ｃ、３３ｄのそれぞれによって走行方向が変えられ、巻取ローラ３２に連続的に巻き取られる。ここで、主ローラ１０の外周面１０ｓに支持されたフィルム６０の張力は、張力（Ｎ）／フィルム幅（ｍｍ）の値が０．１（Ｎ／ｍｍ）以上１．０（Ｎ／ｍｍ）以下に設定されている。

仕切板４０は、成膜源２０と主ローラ１０との間に配置される。仕切板４０には、成膜源２０を主ローラ１０の外周面１０ｓに向けて開口する開口４１が設けられている。主ローラ１０の回転方向Ｒにおける開口４１の幅Ｗ１を底辺とし、主ローラ１０の中心（中心軸１０ｃ）を頂点とする三角形を想定した場合、三角形の頂角θ２は、特に限定されることなく、例えば、０°より大きく１８０°以下に構成されている。

ここで、角度θ１から角度θ２を差し引いた角度（θ１－θ２）は、角度θ２よりも大きい（（θ１－θ２）＞θ２）。

フィルム６０は、所謂ｗｅｂであり、所定幅に裁断された長尺のフィルムである。フィルム６０は、銅箔、アルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔、樹脂フィルムの少なくともいずれかを含む。フィルム６０の厚みは、特に限定されることなく、例えば、１μｍ以上５００μｍ以下である。

真空容器７０は、主ローラ１０、成膜源２０、フィルム走行機構３０、仕切板４０、及びフィルム６０等を収容する。真空容器７０は、減圧状態を維持することができ、例えば、真空ポンプ等の真空排気系（不図示）に接続された排気管７１を通じて、その内部が所定の真空度に維持される。

または、真空容器７０内には、ガス供給機構７２によって乾燥空気、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ等）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素等の少なくともいずれかのガスが供給されてもよい。

また、本実施形態においては、リチウム以外に、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、及びカリウム（Ｋ）等の少なくともいずれかが溶融容器２１内に収容されてもよい。

図２（ａ）は、図１（ｂ）の破線Ｐ１で囲む部分の構成を示す模式的断面図である。図２（ｂ）は、破線Ｐ１で囲む部分の別の構成を示す模式的断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）の構成は、独立した構成とは限らず、互いの構成を複合させてもよい。

図２（ａ）に示すように、主ローラ１０の外周面１０ｓには、樹脂層１０２に粉末粒子１０３が分散された層１０１が設けられている。層１０１の厚みは、特に限定されることなく、例えば、１μｍ以上２００μｍ以下である。粉末粒子１０３の平均粒径は、特に限定されることなく、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。粉末粒子１０３の平均粒径は、例えば、レーザ回折散乱法等で測定される。例えば、測定分布のピーク値が平均粒径とされる。

粉末粒子１０３は、特に限定されることなく、例えば、０．１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下で樹脂層１０２に含有されている。本実施形態では、層１０１を主ローラ１０に含めて、層１０１の外周面１０１ｓを主ローラ１０の外周面としてもよい。

樹脂層１０２は、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、炭素系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の少なくとも１つを含む。粉末粒子１０３は、シリカ、マグネシア、チタニア、アルミナ等の少なくとも１つを含む。

または、主ローラ１０の外周面１０ｓには、層１０１が設けられることなく、図２（ｂ）に示すように、外周面１０ｓが凸凹構造を有してもよい。例えば、外周面１０ｓには、アルミナ粒子、ガラス粒子等によってブラスト加工が施されたブラスト加工面が施されている。

このような、外周面１０１ｓ及び外周面１０ｓの算術平均粗さＲａは、特に限定されることなく、例えば、１０μｍ以上３００μｍ以下に構成されている。

本実施形態では、このような主ローラ１０を用いて、フィルム６０の成膜面６０ｄに膜を形成する巻取式成膜方法も提供される。

［作用］

図３は、巻取式成膜装置の作用の一例を説明する模式的断面図である。

図３では、主ローラ１０の外周面１０ｓがフィルム６０が角度θ２の範囲で主ローラ１０に接する領域１１０と、フィルム６０が角度θ２を除く角度θ１の範囲で主ローラ１０に接する領域１２０とに分けられた状態が示されている。主ローラ１０が回転しても、領域１１０、１２０のそれぞれの位置は、固定である。

外周面１０ｓが鏡面になるほどの加工を施すと、外周面１０ｓとフィルム６０との間に働く摩擦力が大きくなり、成膜中、蒸着材料２５を受容したフィルム６０の伸びが抑制される。これにより、外周面１０ｓ上でフィルム６０に皺が発生する可能性がある。

これにより、例えば、外周面１０ｓの領域１１０では、フィルム６０の一部が外周面１０ｓから浮いてしまい、浮いた部分が主ローラ１０によって充分に冷却されなくなったり、あるいは、フィルム６０に入射する蒸着材料２５の入射角度がフィルム６０の場所によって変わったりしてしまう。この結果、均一な厚みの膜がフィルム６０に形成されなくなる可能性がある。

これに対して本実施形態では、外周面１０ｓ（または、外周面１０１ｓ）の算術平均粗さＲａが１０μｍ以上３００μｍ以下に構成されている。

このため、領域１１０でフィルム６０の伸びたとしても、その伸びは抑制されず、フィルム６０が領域１１０では外周面１０ｓに沿って自由に膨脹する。これにより、領域１１０ではフィルム６０に皺が発生しにくくなる。この結果、均一な厚みの膜がフィルム６０に形成される。ここで、外周面１０ｓ（または、外周面１０１ｓ）の算術平均粗さＲａが１０μｍよりも小さくなると、領域１１０でフィルム６０の伸びが抑制されるので好ましくない。

一方、主ローラ１０において、角度（θ１－θ２）は、角度θ２よりも大きく構成されている。このため、領域１２０の面積は、領域１１０の面積よりも圧倒的に大きくなり、フィルム６０は、主ローラ１０とは領域１２０において大きな接触面積を有することになる。ここで、巻付角度θ１が１８０°より小さくなると、フィルム６０と主ローラ１０との充分な接触面積が取れなくなり、好ましくない。

これにより、領域１２０においては、フィルム６０と外周面１０ｓとがずれにくく、フィルム６０は、主ローラ１０に支持されつつ、ガイドローラ３３ｂからガイドローラ３３ｃにまで搬送されることになる。ここで、外周面１０ｓ（または、外周面１０１ｓ）の算術平均粗さＲａが３００μｍよりも大きくなると、領域１２０でもフィルム６０と外周面１０ｓのずれが起きやすくなり好ましくない。

このように、本実施形態によれば、主ローラ１０によってフィルム６０が確実に支持され、フィルム６０が成膜源２０からの熱の影響を受けたとしても、フィルム６０には、均一な厚みの膜が形成される。すなわち、巻取式成膜の信頼性が向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。

１…巻取式成膜装置
１０…主ローラ
１０ｃ…中心軸
１０ｓ、１０１ｓ…外周面
２０…成膜源
２１…溶融容器
２５…蒸着材料
３０…フィルム走行機構
３１…巻出ローラ
３２…巻取ローラ
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ…ガイドローラ
４０…仕切板
４１…開口
６０…フィルム
６０ｄ…成膜面
６０ｒ…非成膜面
７０…真空容器
７１…排気管
７２…ガス供給機構
１０１…層
１０２…樹脂層
１０３…粉末粒子
１１０、１２０…領域

Claims

巻出ローラから繰り出され巻取ローラによって巻き取られるフィルムの成膜面に膜を形成する巻取式成膜装置であって、
前記成膜面とは反対側の前記フィルムの非成膜面に当接する外周面を有し、前記外周面の算術平均粗さＲａが１０μｍ以上３００μｍ以下に構成された主ローラと、
前記非成膜面に当接する前記主ローラの前記外周面に対向する成膜源と
を具備し、
前記主ローラの前記外周面に、厚みが１μｍ以上２００μｍ以下の樹脂層に、平均粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の粉末粒子が分散された層が設けられている
巻取式成膜装置。
請求項１に記載の巻取式成膜装置であって、
前記主ローラの前記外周面は、ブラスト加工面を有する
巻取式成膜装置。
請求項１または２に記載の巻取式成膜装置であって、
前記主ローラは、１８０°以上３３０°以下の巻付角度で前記フィルムを巻回する
巻取式成膜装置。
巻出ローラから繰り出され巻取ローラによって巻き取られるフィルムの成膜面に膜を形成する巻取式成膜方法であって、
前記成膜面とは反対側の前記フィルムの非成膜面に当接する外周面を有し、前記外周面の算術平均粗さＲａが１０μｍ以上３００μｍ以下に構成され、前記外周面に、厚みが１μｍ以上２００μｍ以下の樹脂層に、平均粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の粉末粒子が分散された層が設けられた主ローラを用いて、
前記非成膜面に当接する前記主ローラの前記外周面に成膜源を対向させて前記成膜面に前記膜を形成する
巻取式成膜方法。