WO2013076922A1

WO2013076922A1 - 基板搬送ローラ、薄膜の製造装置及び薄膜の製造方法

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Publication number: WO2013076922A1
Application number: PCT/JP2012/006963
Authority: WO
Inventors: 岡崎　禎之; 本田　和義
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-05-30
Also published as: US8697582B2; CN103370439A; JPWO2013076922A1; US20140057448A1

Abstract

　基板搬送ローラ６は、第１シェル１１、第２シェル１３、内ブロック３、マニホールド４及び隙間部１５を備えている。第１シェル１１は、ガスの供給経路としての複数の第１貫通孔１２を有する。内ブロック３は、第１シェル１１の内部に配置されている。特定の角度の範囲内で第１貫通孔１２に向けてガスを導くように、内ブロック３にマニホールドが形成されている。隙間部１５は、特定の角度の範囲外で第１貫通孔１２に向けてガスを導くように形成されている。第２シェル１３は、マニホールド４から第１貫通孔１２にガスを導く第２貫通孔を有し、第１シェル１１と内ブロック３との間に配置されている。第１貫通孔１２の中心軸が第２貫通孔１４の中心軸からオフセットしている。

Description

基板搬送ローラ、薄膜の製造装置及び薄膜の製造方法

　本発明は、基板搬送ローラ、薄膜の製造装置及び薄膜の製造方法に関する。

　デバイスの高性能化及び小型化に薄膜技術が幅広く展開されている。デバイスの薄膜化はユーザーの直接メリットに留まらず、地球資源の保護、消費電力の低減といった環境側面からも重要な役割を果たしている。

　薄膜の生産性を高めるには、高堆積速度の成膜技術が必須である。真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition Method）等の成膜方法において、堆積速度の高速化が進められている。薄膜を連続的かつ大量に製造する方法として、巻き取り式の薄膜製造方法が知られている。巻き取り式の薄膜製造方法は、長尺の基板を巻き出しロールから巻き出し、搬送系に沿って搬送中に基板上に薄膜を形成し、その後、巻き取りロールに基板を巻き取る方法である。例えば、電子ビームを用いた真空蒸着源等の高堆積速度の成膜源と巻き取り式の薄膜製造方法とを組み合わせることによって、薄膜を生産性よく形成することができる。

　このような連続巻き取り式の薄膜製造における成否を決める要因として、成膜時の熱負荷及び基板の冷却の課題がある。例えば真空蒸着の場合、蒸発源からの熱輻射と、蒸発原子の有する熱エネルギーとが基板に付与され、基板の温度が上昇する。その他の成膜方式においても熱源は異なるが、成膜時に基板に熱負荷が加わる。こうした熱負荷によって基板の変形、溶断等が生じることを防ぐために、基板の冷却が行われる。冷却は必ずしも成膜中に限らず成膜領域以外の基板搬送経路においてなされてもよい。

　大気中でスラリー等をローラで冷却する方式として、特許文献１には円筒体の筒壁に多数個のスリット又は孔を設け、該円筒体内に仕切板を設け、該仕切板に対して該円筒体を摺動回転可能とし、該仕切板で仕切った一室に冷却気体噴出管を設けたことを特徴とする冷却ローラが開示されている。これによれば多量の冷却ガスをスラリーに吹き付けることにより、スラリーから直接に熱を奪って冷却することができる。

　しかし、真空雰囲気では冷却ガスで直接熱を奪うほどの大流量のガスを用いることは真空を維持する上でできない。例えば、成膜中の基板の冷却方式として、搬送系の経路上に配置された円筒状キャンに基板が沿った状態で成膜を行うことが広く行われている。この方法によれば、基板と円筒状キャンとの間の熱的な接触を確保すれば、熱容量の大きな冷却キャンに熱を逃がすことができるので、基板の温度の上昇を防ぐことが可能である。また、特定の冷却温度に基板の温度を保持することができる。冷却キャンによる基板の冷却は成膜領域以外の基板搬送経路においても有効である。

　基板と円筒状キャンとの間の熱的な接触を確保するための方法の１つとして、ガス冷却方式がある。特許文献２には、基板であるウェブに薄膜を形成するための装置において、ウェブと支持手段との間の領域にガスを導入することが示されている。これによれば、ウェブと支持手段との間の熱伝導が確保できるので、ウェブの温度上昇を抑制することができる。

　一方、基板の冷却手段として円筒状キャンの代わりに冷却ベルトを用いることも可能である。斜め入射成分を用いた成膜を行う際には、基板が直線状に走行した状態で成膜を行うことが、材料利用効率の上で有利であり、その際の基板冷却手段として冷却ベルトを用いることが有効である。特許文献３には、基板材料の搬送及び冷却にベルトを用いた場合のベルトの冷却方法が開示されている。特許文献３に開示された方法によれば、熱負荷を与える薄膜形成装置において、薄膜形成効率を向上させる冷却ベルトを使用する場合、この冷却ベルトをさらに冷却するために、内側に二重以上の冷却ベルト又は液状の媒体による冷却機構を設ける。これにより、冷却効率を高めることができるので、電磁変換特性等の磁気テープの特性を改善し、同時に生産性を著しく改善することができる。

　特許文献４には、基板にダメージを与えにくく、真空度の悪化を抑えてガス冷却が可能な基板搬送ローラが記載されている。

実開昭６０－１８４４２４号公報特開平１－１５２２６２号公報特開平６－１４５９８２号公報特許第４７８６７７２号明細書

　特許文献４の図１４に記載された基板搬送ローラ（ブローローラ）は、内ブロック、第１シェル及び第２シェルを備えている。第２シェルと内ブロックとの間には、ガスが導入されるマニホールドと、マニホールド以外に設定された隙間部とが形成されている。第１シェルに形成された複数の第１貫通孔及び第２シェルに形成された複数の第２貫通孔を通じて、マニホールドから基板の裏面へとガスが供給される。このような構造によると、真空度の悪化を抑制しつつ、基板を冷却できる。ただし、貫通孔にダスト等の異物が入り込み、内ブロックとシェルとの相対回転が妨げられ、基板にダメージを与える可能性がある。

　本発明は、基板へのダメージを抑制しつつ、真空中で基板を冷却する技術を提供することを目的とする。

　すなわち、本開示は、
　真空中で基板を搬送する機能及び前記基板を冷却するためのガスを真空中で前記基板に向けて供給する機能を有する基板搬送ローラであって、
　前記基板を支持するための円筒形の外周面と、前記外周面の周方向に沿って設けられた、前記ガスの供給経路としての複数の第１貫通孔とを有し、前記基板と同期して回転できる第１シェルと、
　前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、
　外部から導入された前記ガスを保持するように前記第１シェルの内部において前記内ブロックによって規定された空間であって、前記第１シェルの回転軸を中心として特定の角度の範囲内で複数の前記第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記第１シェルの径方向に関して相対的に広い寸法を有するマニホールドと、
　前記第１シェルの内部に形成された空間であって、前記特定の角度の範囲外で複数の前記第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記径方向に関して相対的に狭い寸法を有する隙間部と、
　前記第１シェルと前記内ブロックとの間に配置され、前記マニホールドから複数の前記第１貫通孔に前記ガスを導く第２貫通孔を有する第２シェルと、
　を備え、
　前記第１貫通孔の中心軸が前記第２貫通孔の中心軸からオフセットしている、基板搬送ローラを提供する。

　上記の技術によれば、基板搬送ローラの回転不良が防止され、基板へのダメージを抑制しつつ、真空中で基板を冷却することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る薄膜の製造装置の構成図本発明の別の実施形態に係る薄膜の製造装置の構成図ブローローラの縦断面図ブローローラのIIIB-IIIB線に沿った横断面図第１シェル及び第２シェルの部分展開図抱き角の説明図第１シェル及び第２シェルの別の部分展開図第１シェルのさらに別の展開図ガス漏れ削減部材の位置及び形状を示す横断面図第１貫通孔及び第２貫通孔の別の形状を示す部分拡大断面図第１貫通孔及び第２貫通孔のさらに別の形状を示す部分拡大断面図第１貫通孔及び第２貫通孔のさらに別の形状を示す部分拡大断面図第１貫通孔及び第２貫通孔のさらに別の形状を示す部分拡大断面図第１貫通孔及び第２貫通孔のさらに別の形状を示す部分拡大断面図第１貫通孔及び第２貫通孔のさらに別の形状を示す部分拡大断面図変形例１に係るブローローラの縦断面図変形例２に係るブローローラの縦断面図変形例３に係るブローローラの縦断面図変形例４に係るブローローラの横断面図変形例４に係る第１シェル及び第２シェルの部分展開図変形例５に係るブローローラの縦断面図変形例５に係る第１シェル及び第２シェルの部分展開図変形例６に係るブローローラの縦断面図変形例６に係る第１シェル及び第２シェルの部分展開図変形例７に係るブローローラの縦断面図変形例７に係る第１シェル及び第２シェルの部分展開図変形例８に係るブローローラの縦断面図変形例８に係る第１シェル及び第２シェルの部分展開図変形例８に係る第１シェル及び第２シェルの別の部分展開図

　本開示の第１態様は、
　真空中で基板を搬送する機能及び前記基板を冷却するためのガスを真空中で前記基板に向けて供給する機能を有する基板搬送ローラであって、
　前記基板を支持するための円筒形の外周面と、前記外周面の周方向に沿って設けられた、前記ガスの供給経路としての複数の第１貫通孔とを有し、前記基板と同期して回転できる第１シェルと、
　前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、
　外部から導入された前記ガスを保持するように前記第１シェルの内部において前記内ブロックによって規定された空間であって、前記第１シェルの回転軸を中心として特定の角度の範囲内で複数の前記第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記第１シェルの径方向に関して相対的に広い寸法を有するマニホールドと、
　前記第１シェルの内部に形成された空間であって、前記特定の角度の範囲外で複数の前記第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記径方向に関して相対的に狭い寸法を有する隙間部と、
　前記第１シェルと前記内ブロックとの間に配置され、前記マニホールドから複数の前記第１貫通孔に前記ガスを導く第２貫通孔を有する第２シェルと、
　を備え、
　前記第１貫通孔の中心軸が前記第２貫通孔の中心軸からオフセットしている、基板搬送ローラを提供する。

　第１態様によれば、第１貫通孔の中心軸が第２貫通孔の中心軸からオフセットしている。そのため、内ブロックと第２シェルとの間に異物が侵入しにくい。これにより、基板搬送ローラの回転不良が防止され、基板へのダメージを抑制しつつ、真空中で基板を冷却することが可能となる。

　本開示の第２態様は、第１態様に加え、前記第１シェルが前記第２シェルと同期して回転する、基板搬送ローラを提供する。両者が同期して回転すると、第１貫通孔と第２貫通孔との相対的な位置関係が一定に保たれるので、第２貫通孔への異物の侵入をより効果的に防止できる。

　本開示の第３態様は、第２態様に加え、前記第２シェルが、前記第１シェルの内周面に密着している外周面を有し、前記隙間部が前記第２シェルと前記内ブロックとの間に形成されている、基板搬送ローラを提供する。このような構成によれば、第１シェルと第２シェルとの間に異物が侵入することを防止できる。また、第１シェルから第２シェルへの熱移動も良好なので、基板の冷却効率が高まる。

　本開示の第４態様は、第１～第３態様のいずれか１つに加え、前記第１シェル及び前記第２シェルを展開し、さらに、前記第１シェルの表面に平行な平面に前記第１シェル及び前記第２シェルを投影することによって得られた投影図において、前記第１貫通孔の輪郭が前記第２貫通孔の輪郭から離れている、基板搬送ローラを提供する。このような構成によれば、内ブロックと第２シェルとの間に異物が侵入することをより確実に防止できる。

　本開示の第５態様は、第１～第４態様のいずれか１つに加え、前記第２シェルは、前記第１貫通孔に向かい合う位置に形成された凹部をさらに有し、前記凹部に前記第２貫通孔が開口している、基板搬送ローラを提供する。このような構成によれば、第２貫通孔への異物の侵入をより効果的に防止できる。

　本開示の第６態様は、第５態様に加え、１つの前記凹部に対して、複数の前記第１貫通孔が向かい合っている、基板搬送ローラを提供する。このような構成によれば、第２シェルの凹部を切削によって形成するための加工が複雑になることを回避できる。

　本開示の第７態様は、第５又は第６態様に加え、前記第２シェルが、複数の前記第２貫通孔を有し、１つの前記凹部に対して、複数の前記第２貫通孔が開口している、基板搬送ローラを提供する。このような構成によれば、第２シェルの凹部を切削によって形成するための加工が複雑になることを回避できる。

　本開示の第８態様は、第１～第７態様のいずれか１つに加え、前記内ブロックを支持している支持体をさらに備え、前記支持体は、前記外部から前記マニホールドに前記ガスを導入するためのガス流路を有する、基板搬送ローラを提供する。このような構成によれば、ガス流路のための別部材が不要となる。

　本開示の第９態様は、第１～第８態様のいずれか１つに加え、前記第１貫通孔が、前記第１シェルの外周側から中心側に向かって縮小している直径を有する、基板搬送ローラを提供する。第１貫通孔がこのような形状を有していると、異物の侵入を防止する効果が高まる。

　本開示の第１０態様は、第１～第９態様のいずれか１つに加え、前記第２貫通孔が、前記第２シェルの外周側から中心側に向かって縮小している直径を有する、基板搬送ローラを提供する。第２貫通孔がこのような形状を有していると、異物の侵入を防止する効果が高まる。

　本開示の第１１態様は、第５～第７態様のいずれか１つに加え、前記凹部が、前記第１貫通孔の中心軸の延長線上に位置している第１部分と、前記第２貫通孔が開口している第２部分とを含み、前記第１部分の深さが、前記第２部分の深さよりも深い、基板搬送ローラを提供する。このような構成によれば、第１部分に異物が捕獲されやすいので、異物は、第１貫通孔を通過できたとしても、第２貫通孔に到達しにくい。

　本開示の第１２態様は、第１～第１１態様のいずれか１つに加え、前記第２シェルの外周側における前記第２貫通孔の直径が、前記第１シェルの中心側における前記第１貫通孔の直径よりも小さい、基板搬送ローラを提供する。このような関係によれば、第１貫通孔の直径よりも小さく、第２貫通孔の直径よりも大きい異物が、隙間部に侵入することを防止できる。

　本開示の第１３態様は、第１～第１２態様のいずれか１つに加え、複数の前記第１貫通孔は、（i）前記回転軸に平行な幅方向の所定位置において前記周方向に沿って設けられた第１グループと、（ii）前記所定位置に隣接した位置において前記周方向に沿って設けられた第２グループと、を構成しており、前記第１グループに属する複数の前記第１貫通孔と、前記第２グループに属する複数の前記第１貫通孔とが、互い違いの配列を形成している、基板搬送ローラを提供する。第１貫通孔のこのような配列によれば、より均一な冷却が可能となる。

　本開示の第１４態様は、
　真空槽と、
　第１～第１３態様のいずれか１つの基板搬送ローラを有し、長尺の基板を巻き出し位置から巻き取り位置へと搬送するように前記真空槽内に配置された搬送系と、
　前記搬送系の搬送経路に設けられた開口部と、
　前記開口部で前記基板に材料を付与するための成膜源と、
　を備えた、薄膜の製造装置を提供する。

　本開示の第１５態様は、
　第１～第１３態様のいずれか１つの基板搬送ローラを用い、真空槽内に長尺の基板の搬送系を構築する工程と、
　前記搬送系の巻き出し位置から巻き取り位置へと長尺の基板を搬送する工程と、
　前記基板に材料が付与されるように、前記搬送系の搬送経路に設けられた開口部に向けて成膜源から材料を蒸発させる工程と、
　を含む、薄膜の製造方法を提供する。

　第１４及び第１５態様によれば、基板へのダメージを抑制しつつ、真空中で基板を冷却できるので、高品質な薄膜を高い生産性で製造できる。

　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではない。

　図１に示すように、薄膜の製造装置２０Ａは、真空槽２２、搬送系３６Ａ、成膜源１９、遮蔽板２９、原料ガス導入管３０及び排気ポンプ３５を備えている。搬送系３６Ａは、巻き芯ローラ２３、ブローローラ６、搬送ローラ２４、キャン２７及び巻き芯ローラ２６で構成されている。ブローローラ６は、基板２１を搬送する機能及び基板２１を冷却するためのガスを基板２１に向けて供給する機能を有する。ブローローラ６も搬送ローラの１つである。ガス供給管３２を通じて、真空槽２２の外部からブローローラ６にガス（冷却ガス）が供給される。

　ブローローラ６に導入されるべきガスの種類は特に限定されない。例えば、酸素ガス、水素ガス、不活性ガス等を使用できる。不活性ガスとして、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、キセノンガス、クリプトンガス等を使用できる。また、複数の種類のガスを混合して使用してもよい。

　真空槽２２は、内部空間を有する耐圧性の容器状部材である。真空槽２２の内部空間に搬送系３６Ａ、成膜源１９等が配置されている。巻き芯ローラ２３は、軸心回りに回転可能に設けられているローラ状部材である。巻き芯ローラ２３の表面に帯状で長尺の基板２１が捲回されている。巻き芯ローラ２３は、巻き芯ローラ２３に最も近い搬送ローラ（図１ではブローローラ６）に向けて基板２１を供給する。

　排気ポンプ３５は真空槽２２の外部に設けられて、真空槽２２の内部を薄膜の形成に適する減圧状態にする。排気ポンプ３５は、例えば、油拡散ポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ等を主ポンプとした真空排気系によって構成される。

　基板２１には、金属箔、高分子フィルム、高分子フィルムと金属箔との複合体等を使用できる。金属箔としては、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、チタニウム箔、ステンレス箔が挙げられる。高分子フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリイミドが挙げられる。ただし、基板２１の材料は特に限定されない。基板２１として、上記材料に限定されない長尺基板を用いることができる。

　基板２１の幅は、例えば５０～１０００ｍｍである。基板２１の望ましい厚みは、例えば３～１５０μｍである。基板２１の幅が５０ｍｍ未満ではガス冷却時の基板２１の幅方向へのガスロスが大きいが、本発明を適用できないということではない。基板２１の厚みが３μｍ未満では基板２１の熱容量が極めて小さいために熱変形が発生しやすいが、いずれも本発明が適用不可であることを示すものではない。

　基板２１の搬送速度は、作製するべき薄膜の種類及び成膜条件によって異なるが、例えば０．１～５００ｍ／分である。搬送中の基板２１に印加される張力は、基板２１の材質、基板２１の厚み、成膜速度等の条件によって適宜調節される。

　搬送ローラ２４は、軸心回りに回転可能に設けられているローラ状部材である。搬送ローラ２４は、巻き芯ローラ２３から供給された基板２１を成膜領域に誘導し、最終的に巻き芯ローラ２６に導く。成膜領域に設けられた開口部３１を基板２１がキャン２７に沿って走行する際に、成膜源１９から飛来した材料粒子が、必要に応じて原料ガス導入管３０から導入された原料ガスと反応して基板２１に堆積する。これにより、基板２１の表面に薄膜が形成される。巻き芯ローラ２６は、図示しない駆動手段（例えばモータ）によって回転駆動可能に設けられているローラ状部材であり、薄膜が形成された基板２１を巻き取って保存する。

　成膜源１９には各種成膜源を用いることができる。例えば、抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱等による蒸発源、イオンプレーティング源、スパッタ源、ＣＶＤ源等を用いることができる。また、成膜源１９にイオン源又はプラズマ源を組み合わせて用いることも可能である。成膜源１９は開口部３１の鉛直下方に設けられている。成膜源１９は、上部が開口している容器状部材であり、蒸発用坩堝がその具体的な一例であり、蒸発用坩堝の内部には材料が載置される。成膜源１９の近傍には電子銃等の加熱手段が設けられ、この電子銃からの電子ビームによって、蒸発用坩堝の内部の材料が加熱されて蒸発する。材料の蒸気は鉛直上方に向けて移動し、開口部３１を通って、基板２１の表面に付着する。これにより、基板２１の表面に薄膜が形成される。

　遮蔽板２９は、成膜源１９から飛来した材料粒子が基板２１と接触する領域を開口部３１のみに制限している。

　成膜装置２０Ａは、さらに、反応成膜用の成膜ガスを真空槽２２の中に導入する手段を備えていてもよい。成膜ガスを導入する手段としては、例えば、図１の原料ガス導入管３０である。原料ガス導入管３０は、例えば、一端が成膜源１９の鉛直上方に配置され、他端が真空槽２２の外部に設けられた管状部材であり、材料の蒸気に例えば酸素、窒素等を供給する。これによって、成膜源１９から飛来した材料の酸化物、窒化物又は酸窒化物を主成分（質量比で最も多く含まれた成分）とする薄膜が基板２１の表面に形成される。原料ガス導入管３０は、図示しない成膜反応用ガス供給手段に接続されている。成膜反応用ガス供給手段には、ガスボンベ、ガス発生装置等がある。

　薄膜が形成された基板２１は、別の搬送ローラ２４を経由して巻き芯ローラ２６に巻き取られる。

　巻き芯ローラ２３から巻き芯ローラ２６に至る基板搬送経路の途中に、ブローローラ６が配置されている。基板２１はブローローラ６によって冷却される。ブローローラ６は、搬送系３６Ａに１つのみ設けられていてもよいし、本実施形態のように複数のブローローラ６が搬送系３６Ａに設けられていてもよい。さらに、ブローローラ６は、成膜前の基板２１を冷却できる位置に設けられていてもよいし、成膜後の基板２１を冷却できる位置に設けられていてもよい。

　図２に示すように、別の実施形態に係る薄膜の製造装置２０Ｂは、搬送系３６Ｂを備えている。真空槽２２の内部には、複数の成膜源１９及び複数の開口部３１が設けられている。搬送系３６Ｂは、複数のキャン２７を有し、基板２１の両面に薄膜を形成するように構成されている。搬送系３６Ｂには、複数のブローローラ６が設けられている。

　次に、ブローローラ６の詳細な構造をいくつかの変形例とともに説明する。

　図３Ａ～図３Ｃに示すように、ブローローラ６は、第１シェル１１、第２シェル１３、内ブロック３、キー５、保持プレート５１、支持体１０及びベアリング１８を備えている。第１シェル１１及び第２シェル１３は、共に円筒の形状を有する。第１シェル１１の内部に第２シェル１３が配置されている。第２シェル１３の内部に内ブロック３が配置されている。ベアリング１８を介して、第１シェル１１及び第２シェル１３が内ブロック３に回転可能に取り付けられている。第２シェル１３の内部、すなわち、第１シェル１１の内部には、マニホールド４及び隙間部１５が形成されている。

　第１シェル１１は、基板２１を支持するための円筒形の外周面１１ｐと、外周面１１ｐの周方向ＬＤに沿って設けられた複数の第１貫通孔１２とを有する。第１貫通孔１２は、マニホールド４から基板２１へのガスの供給経路としての役割を担う。第１シェル１１は、基板２１の移動と同期して回転できるように構成されている。

　第２シェル１３は、第１シェル１１と内ブロック３との間に配置されている。第２シェル１３の回転軸は、第１シェル１１の回転軸Ｏに一致している。第２シェル１３は、マニホールド４から第１シェル１１の複数の第１貫通孔１２にガスを導く複数の第２貫通孔１４を有する。ただし、第２貫通孔１４の数は特に限定されない。

　第１シェル１１及び第２シェル１３の回転軸は、内ブロック３の中心に一致していてもよいし、一致していなくてもよい。例えば、抱き角の範囲内で第２シェル１３の内周面１３ｑと内ブロック３の外周面３ｐとの間の空間が相対的に広くなり、抱き角の範囲外で隙間部１５が相対的に狭くなるように、第２シェル１３及び内ブロック３の位置関係が設定されていてもよい。

　図３Ａ及び図３Ｃに示すように、第１貫通孔１２の中心軸は、第２貫通孔１４の中心軸からオフセットしている。そのため、内ブロック３と第２シェル１３との間に異物が侵入しにくい。従って、ブローローラ６の回転不良が防止され、基板２１へのダメージを抑制しつつ、真空中で基板２１を冷却することが可能となる。

　なお、第１貫通孔１２の横断面の形状及び第２貫通孔１４の横断面の形状は、円形とは限らない。すなわち、それらの横断面の形状が多角形であってもよいし、楕円形であってもよい。このような場合において、「第１貫通孔１２の中心軸」及び「第２貫通孔１４の中心軸」は次のルールで決定される。まず、第１シェル１１の外周面１１ｐを平面視し、第１貫通孔１２の開口を観察する。次に、観察された開口を内側に収めることができる最小の直径の円を決定する。この円の中心を通り、回転軸Ｏに垂直な軸を「第１貫通孔１２の中心軸」とみなすことができる。同様のルールで第２貫通孔１４の中心軸を決定することができる。

　図３Ｃの展開図は、第１シェル１１及び第２シェル１３を展開し、さらに、第１シェル１１の表面１１ｐに平行な平面に第１シェル１１及び第２シェル１３を投影（正射影）することによって得られた投影図に対応している。この投影図において、第１貫通孔１２の輪郭（実線部）が第２貫通孔１４の輪郭（破線部）から離れている。つまり、第１貫通孔１２の輪郭が第２貫通孔１４の輪郭と交わっていない。このような構成によれば、内ブロック３と第２シェル１３との間に異物が侵入することをより確実に防止できる。

　第２シェル１３は、キー溝２にキー５を挿入することによって第１シェル１１に固定されている。従って、第２シェル１３は、第１シェル１１と同期して回転する。第１シェル１１と第２シェル１３とが同期して回転することは本発明に必須ではなく、第２シェル１３が第１シェル１１に対して回転できてもよい。しかし、両者が同期して回転すると、第１貫通孔１２と第２貫通孔１４との相対的な位置関係が一定に保たれるので、第２貫通孔１４への異物の侵入をより効果的に防止できる。なお、キー５以外の固定手段で第２シェル１３が第１シェル１１に固定されていてもよい。そのような固定手段としては、ネジ、ボルト等が挙げられる。第２シェル１３の一部と第１シェル１１の一部とが係合することによって固定手段が形成されていてもよい。

　さらに、本実施形態では、第２シェル１３が、第１シェル１１の内周面１１ｑに密着している外周面１３ｐを有する。このような構成によれば、第１シェル１１と第２シェル１３との間に異物が侵入することを防止できる。また、第１シェル１１から第２シェル１３への熱移動も良好なので、基板２１の冷却効率が高まる。

　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第２シェル１３は、第１貫通孔１２に向かい合う位置に形成された凹部５０（座繰り）をさらに有する。凹部５０に第２貫通孔１４が開口している。このような構成によれば、第２貫通孔１４への異物の侵入をより効果的に防止できる。

　内ブロック３は、基板２１と同期して回転することが禁止された部材である。本実施形態では、内ブロック３が支持体１０に固定されている。支持体１０は、例えば、真空槽２２に固定されている。すなわち、内ブロック３の位置及び姿勢は真空槽２２に対して固定されている。

　マニホールド４は、真空槽２２の外部から導入されたガスを保持するように第１シェル１１の内部において内ブロック３によって規定された空間である。マニホールド４は、抱き角の範囲内で複数の第１貫通孔１２に向けてガスを導くように形成されている。第１シェル１１の径方向に関して、マニホールド４は、相対的に広い寸法を有する。従って、第１シェル１１と基板２１との間のガスの圧力は比較的高い圧力に維持される。本実施形態において、シェル１１及び１３の幅方向ＷＤに沿って、複数のマニホールド４が形成されている。複数のマニホールド４のそれぞれに向かって第２貫通孔１４が開口している。ガスは、ガス流路７を通じて、複数のマニホールド４のそれぞれに供給される。

　マニホールド４は、抱き角の範囲内に設定されている。これによって、マニホールド４を通じて第１貫通孔１２から放出されるガスを第１シェル１１と基板２１との間に閉じこめやすくなる。さらに望ましくは、抱き角の範囲の両側からピッチＡ（図３Ｃ参照）以上内側に入った範囲にマニホールド４を設定する。このようにすれば、マニホールド４を通じて第１貫通孔１２から放出されるガスを第１シェル１１と基板２１との間にさらに閉じこめやすくなる。

　マニホールド４は、例えば、内ブロック３の一部をくり抜くことによって形成されており、第２貫通孔１４、凹部５０、第１貫通孔１２及び支持体１０の内部に形成されたガス流路７に連通している。必要に応じて各マニホールド４の形状を変えることで、ガス流路７から第１貫通孔１２に至るガス経路のコンダクタンスを独立に設定することができる。また、第１貫通孔１２の噴出角度を基板２１の幅方向で独立に調節することができる。これにより、基板２１の幅方向のガス冷却の強度を変化させることが可能となる。

　例えば、真空プロセスを用いた薄膜の形成において、基板２１の幅方向の中央部が受ける熱負荷は、基板２１の幅方向の端部が受ける熱負荷よりも大きい場合が多い。これは薄膜の膜厚が均等であってもなお、基板２１の中央部付近では輻射熱に起因する熱負荷が端部に比べて大きいからである。このような場合に、ブローローラ６の各マニホールド４から第１貫通孔１２及び第２貫通孔１４を介したガスの噴出量が、基板２１の中央部で相対的に多くなり、基板２１の端部で相対的に少なくなるように、複数のマニホールド４のコンダクタンス設計を行ってもよい。このようにすれば、基板２１が受ける熱負荷に応じて冷却強度を変化させることができる。基板２１の幅方向の温度分布を小さくし、基板２１の熱たわみ等を軽減することができる。

　本明細書において、「抱き角の範囲内」には、第１シェル１１の周方向に関して、抱き角の範囲の一端又は両端がマニホールド４の範囲の一端又は両端に一致している場合も含まれる。ここで「一致」とは完全な一致を意味しない。第１シェル１１の回転角度に換算して、例えば、抱き角の範囲からマニホールド４が約２～３度食み出ていたとしても、これは誤差にすぎず、抱き角の範囲の一端又は両端がマニホールド４の範囲の一端又は両端に一致しているものとみなす。

　隙間部１５も第１シェル１１の内部に形成された空間であって、抱き角の範囲外で（詳細には、特定の角度の範囲外で）複数の第１貫通孔１２に向けてガスを導くように形成されている。詳細には、第２シェル１３と内ブロック３との間に隙間部１５が形成されている。第１シェル１１の径方向に関して、隙間部１５は、相対的に狭い寸法を有する。

　径方向に関する隙間部１５の広さは、例えば３０～２００μｍの範囲にある。隙間部１５の広さが適切に調節されていると、隙間部１５を通じてブローローラ６の外部に漏れるガスの量を減らすことができるので、真空度の悪化を防止できる。また、各部材の加工精度、熱膨張による変形等に基づく第２シェル１３と内ブロック３との接触を回避し、回転異常及びブローローラ６の損傷を防止できる。

　図４に示すように、「抱き角」は、第１シェル１１の回転軸Ｏを中心として第１シェル１１と基板２１との接触部分の角度θで定義される。抱き角の大きさは特に限定されない。例えば３０～１８０度（又は４５～１２０度）の範囲に抱き角が収まっていると、第１シェル１１の外径がある程度小さい場合でも、過度な曲げ応力を発生させることなく、基板２１を円滑に搬送できる。

　図１に示すように、搬送系３６Ａは、基板２１の搬送方向に沿ってブローローラ６の上流側に配置された第１ローラと、基板の搬送方向に沿ってブローローラ６の下流側に配置された第２ローラと、を含む。抱き角は、第１ローラ、ブローローラ６及び第２ローラの間の相対的な位置関係によって規定されている。図１に示す薄膜の製造装置２０Ａでは、「第１ローラ」は、巻き芯ローラ２３又は搬送ローラ２４である。「第２ローラ」は、搬送ローラ２４又は巻き芯ローラ２６である。ここで、第１シェル１１の回転軸Ｏを中心として特定の角度の範囲内で複数の第１貫通孔１２に向けてガスを導くようにマニホールド４が形成されているものと仮定する。「特定の角度」が、抱き角の範囲に収まるように、搬送系３６Ａを構築することができる。つまり、「特定の角度」は、抱き角以下の角度である。

　薄膜を製造するためには、まず、真空槽２２の内部に搬送系３６Ａを構築する。搬送系３６Ａの巻き出し位置（巻き芯ローラ２３）から巻き取り位置（巻き芯ローラ２６）へと基板２１を搬送する。基板２１に材料が付与されるように、搬送系３６Ａの搬送経路に設けられた開口部３１に向けて成膜源１９から材料を蒸発させる。搬送系３６Ａを構築する工程において、「特定の角度」が抱き角の範囲に収まるように、第１ローラ（巻き芯ローラ２３）、ブローローラ６及び第２ローラ（搬送ローラ２４）の間の相対的な位置関係を設定する。

　図４に示すように、角度θで定義された抱き角は、周方向に互いに隣り合う２つの第２貫通孔１４の各中心と回転軸Ｏとを結ぶことによって得られた２つの線分のなす角度αよりも大きい。この関係によれば、複数の第２貫通孔１４の少なくとも１つが必ずマニホールド４に向かい合うことができる。

　本実施形態では、抱き角の範囲内でのみマニホールド４が複数の第２貫通孔１４に向かい合うように、周方向に関するマニホールド４の範囲（角度範囲）が規定されている。この構成によれば、第１シェル１１と基板２１との間のガスの圧力を高い圧力に維持しやすい。

　図３Ｂに示すように、内ブロック３は、抱き角の範囲外において円弧状の外周面３ｐを有する。内ブロック３の円弧状の外周面３ｐと第２シェル１３の内周面１３ｑとの間に隙間部１５が形成されている。この構成によれば、隙間部１５の広さを一定に保持しやすい。すなわち、隙間部１５の広さは一定であってもよい。広さが一定の部分を隙間部１５、それ以外の部分をマニホールド４とみなすことができる。

　図３Ａ及び図３Ｃに示すように、第１貫通孔１２は、第１シェル１１の幅方向ＷＤに沿って等間隔で形成されている。同様に、第２貫通孔１４は、第２シェル１３の幅方向ＷＤに沿って等間隔で形成されている。これにより、幅方向の冷却能力の均一性を確保できる。図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、第１貫通孔１２は、周方向ＬＤに沿って等間隔で形成されている。同様に、第２貫通孔１４は、周方向ＬＤに沿って等間隔で形成されている。これにより、周方向の冷却能力の均一性を確保できる。

　図３Ｃに示すように、凹部５０は、幅方向ＷＤに平行な長手方向を有している。１つの凹部５０に対して、１つの第１貫通孔１２が面し、１つの第２貫通孔１４が開口している。つまり、第１貫通孔１２と第２貫通孔１４のペアは、幅方向ＷＤに沿って並んでいる。このような位置関係によれば、第１シェル１１と第２シェル１３とが相対的に回転できたとしても、第２貫通孔１４に異物が入りにくい。なお、図５Ａに示すように、凹部５０の長手方向は、周方向ＬＤに平行であってもよい。

　凹部５０の形状は特に限定されない。凹部５０は、第２貫通孔１４が開口している位置から、第１貫通孔１２に向かい合う位置に向かって徐々に深くなっていてもよい。第１貫通孔１２の中心軸及び第２貫通孔１４の中心軸を通り、これらの中心軸に垂直に交わる仮想直線を定義する。この仮想直線に垂直な断面を観察したとき、凹部５０は、Ｖ字形、半円形、半楕円形、矩形などの形状の輪郭を有していてもよい。

　本明細書において、幅方向ＷＤは、第１シェル１１及び第２シェル１３の幅方向であり、回転軸Ｏに平行な方向を意味する。周方向ＬＤは、第１シェル１１の外周面１１ｐの周方向であるとともに、第２シェル１３の外周面１３ｐの周方向でもある。

　基板２１を均一に冷却できる限りにおいて、第１貫通孔１２の配列及び第２貫通孔１４の配列は特に限定されない。例えば、図５Ｂに示す例において、複数の第１貫通孔１２は、（i）回転軸Ｏに平行な幅方向ＷＤの所定位置において周方向ＬＤに沿って設けられた第１グループＧ₁と、（ii）上記所定位置に隣接した位置において周方向ＬＤに沿って設けられた第２グループＧ₂と、を構成している。第１グループＧ₁に属する複数の第１貫通孔１２と、第２グループＧ₂に属する複数の第１貫通孔１２とが、互い違いの配列を形成している。つまり、第１貫通孔１２は、第１シェル１１の展開図において、千鳥格子の格子点上に位置している。第１貫通孔１２のこのような配列によれば、より均一な冷却が可能となる。

　図３Ａに示すように、支持体１０は、内ブロック３を支持している部材であり、真空槽２２の外部からマニホールド４にガスを導入するためのガス流路７（ガス導入ポート）と、当該支持体１０を冷却するための冷媒を流すための冷媒流路４６とを有する。ガス流路７は、１種類のガスのみをマニホールド４に供給できる単一の流路で構成されていてもよいし、複数種類のガスをマニホールド４に供給できるように複数の流路で構成されていてもよい。さらに、複数のマニホールド４が形成されている場合において、あるマニホールド４へのガス供給量と別のマニホールドへのガス供給量とを互いに異ならせることができるようにガス流路７が構成されていてもよい。

　ガスは、ガス供給管３２及びガス流路７を通じて、内ブロック３に形成されたマニホールド４を満たす。ガスは、複数の第２貫通孔１４のうち、マニホールド４に面する第２貫通孔１４に優先的に導かれ、凹部５０を通じて第１貫通孔１２に導かれ、第１貫通孔１２から基板２１の裏面に向かって噴出する。

　ブローローラ６は基板２１の冷却を行うので、温度上昇を防ぐために冷却水の水流路４６（冷媒流路）を支持体１０に設けることが望ましい。冷却手段は水に限定されず、液状又はガス状の冷媒を用いることができる。水流路４６には、真空槽２２の外部から水が供給される。水流路４６を流れた水は、真空槽２２の外部へと戻される。

　なお、支持体１０と内ブロック３とが別々の部品で構成されていることは必須ではない。内ブロック３の一部が第１シェル１１から突出し、その突出した部分が支持体１０としての役割を担ってもよい。つまり、支持体１０と内ブロック３とは一体に形成されていてもよい。

　図６に示すように、第１シェル１１の外周面１１ｐに対向するガス漏れ削減部材３７が設けられていてもよい。これにより、抱き角の範囲外でのガスの漏れを抑制できる。ガス漏れ削減部材３７は、例えば、抱き角の範囲外で第１シェル１１から５０～３００μｍの範囲の位置に配置された、湾曲した板材である。ガス漏れ削減部材３７は、例えば、第１シェル１１の外周面１１ｐに沿った円弧の形状を有する。第１シェル１１の外周面１１ｐに向かい合う位置かつ抱き角の範囲外にガス漏れ削減部材３７を設けることができる。

　図３Ａに示すように、保持プレート５１は、第１シェル１１と第２シェル１３との間の僅かな隙間を塞ぐ形で第１シェル１１及び第２シェル１３の両端面に配置されている。ブローローラ６の使用時において、第１シェル１１の温度は、第２シェル１３の温度よりも高い。そのため、熱膨張によって第１シェル１１と第２シェル１３との間の隙間が僅かに拡大し、ガスが漏れる可能性がある。保持プレート５１は、隙間の拡大によるガスの漏れを防ぐ効果を奏する。

　第１シェル１１の材料が、第２シェル１３の材料の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有していると、次のような効果が得られる。すなわち、ブローローラ６の使用時に第１シェル１１の温度が第２シェル１３の温度よりも上がったとしても、第１シェル１１と第２シェル１３との間の隙間が拡大することを抑制できる。例えば、第１シェル１１がＳＵＳ４３０で作られており、第２シェル１３がＳＵＳ３０４で作られているとする。ＳＵＳ４３０の線膨張係数は、０～１００℃の平均値で１．０４×１０^-5／℃である。ＳＵＳ３０４の線膨張係数は、０～１００℃の平均値で１．７３×１０^-5／℃である。第１シェル１１の内径及び第２シェル１３の外径を約１００ｍｍとし、中間ばめによって第１シェル１１と第２シェル１３とを互いに嵌め合わせる。第１シェル１１の温度が５０℃、第２シェル１３の温度が４０℃に到達した場合、第１シェル１１の内径は１００．０３５ｍｍから１００．０６３ｍｍへと変化し、第２シェル１３の外径は９９．９６５ｍｍから９９．９９４ｍｍへと変化する。第１シェル１１と第２シェル１３との間の隙間の広さは、０．０７ｍｍから０．０６９ｍｍへと変化する。つまり、隙間は殆ど拡大しない。

　次に、各部材の好適な寸法等について説明する。

　本実施形態において、第２シェル１３は、第１シェル１１に密着及び固定されている。詳細には、所定のはめあい精度（例えば、中間ばめ）で第１シェル１１の内部に第２シェル１３が組み込まれ、第２シェル１３が第１シェル１１に対して回転しないようにキー５で固定されている。第１シェル１１の外径は、例えば４０～１０００ｍｍの範囲にある。第１シェル１１の外径がこのような範囲にあると、設備コストを抑制しつつ、十分な冷却能力を得ることができる。また、第１シェル１１の内周面１１ｑを形成するための研削加工が容易になる。第１シェル１１の軸方向の長さは、例えば１００～８００ｍｍの範囲にある。ただし、第１シェル１１の軸方向の長さは、基板２１の安定走行のために基板２１の幅より長くするべきである。第１シェル１１の外径及び軸方向の長さが適切に調節されていると、第１シェル１１と第２シェル１３との隙間の精度を適切に維持することができる。第１貫通孔１２が形成されている領域における第１シェル１１の肉厚は、例えば２～１５ｍｍの範囲にある。第１シェル１１の肉厚がこのような範囲にあると、第１シェル１１の変形を防止できる。また、第１貫通孔１２を形成するための加工も容易である。

　第１貫通孔１２の直径は、基板２１の冷却条件、真空度等に応じて適宜設定される。第１貫通孔１２の直径は、例えば０．５～３ｍｍの範囲にある。第１貫通孔１２の直径が適切に調節されていると、ガスの漏れを必要最小限に止めることができる。また、第１貫通孔１２を形成するための加工も容易になる。

　図３Ｃに示すように、第１貫通孔１２のピッチＡは、周方向ＬＤにおいて互いに隣り合う２つの第１貫通孔１２の間隔を表す。第１貫通孔１２のピッチＢは、幅方向ＷＤにおいて互いに隣り合う２つの第１貫通孔１２の間隔を表す。ピッチＡ及びピッチＢも基板２１の冷却条件、真空度等に応じて適宜設定される。ピッチＡは、例えば１０～５０ｍｍの範囲にある。ピッチＡは、第１シェル１１の回転角度に換算して、例えば５～３０度の範囲にあってもよい。ピッチＡが適切に調節されていると、第１シェル１１の回転角度による圧力変動の幅を小さくすることができ、冷却能力の均一性が高まる。また、第１貫通孔１２が適切な数になるので、加工コストの高騰も防止できる。ピッチＢは、例えば１０～２００ｍｍの範囲にある。ピッチＢは、幅方向ＷＤに沿って一定である必要はない。つまり、幅方向ＷＤに沿って第１貫通孔１２が一定の間隔で配列していなくてもよい。ピッチＢは、基板２１の温度、冷却の状態に応じて適宜調節されうる。ピッチＢが適切に調節されていると、幅方向ＷＤにおける冷却能力の均一性が高まる。また、第１貫通孔１２が適切な数になるので、加工コストの高騰も防止できる。

　第２シェル１３の外径は、第１シェル１１の内径及びはめあい精度で指定される。例えば、第１シェル１１の内径をＨ７とし、第２シェル１３の外径をｈ７とすることができる。ここで、「Ｈ７」「ｈ７」は、日本工業規格ＪＩＳＢ０４０１（１９９９）に規定された寸法公差を意味する。第２シェル１３の外径が適切に調節されていると、設備コストを抑制しつつ、十分な冷却能力を得ることができる。また、第２シェル１３の内周面の研削加工が容易になる。第２シェル１３の軸方向の長さは、第１シェル１１の軸方向の長さに応じて決定される。第２シェル１３の軸方向の長さは、例えば１００～８００ｍｍの範囲にある。第２シェル１３の外径及び軸方向の長さが適切に調節されていると、第１シェル１１と第２シェル１３との隙間の精度を適切に維持することができる。第２貫通孔１４が形成されている領域における第２シェル１３の肉厚は、例えば５～１５ｍｍの範囲にある。第２シェル１３の肉厚がこのような範囲にあると、第２シェル１３の変形を防止できる。また、第２貫通孔１４を形成するための加工も容易である。凹部５０の深さは、例えば２～５ｍｍの範囲にある。凹部５０の深さが適切に調節されていると、異物を凹部５０で捕獲しやすい。後述するように、凹部５０の一部を深くする場合、その部分の深さは、例えば５～１０ｍｍの範囲にある。凹部５０の幅は、第１貫通孔１２の直径より大きいことが望ましい。このようにすれば、ガス流路のコンダクタンスを最適化しやすい。凹部５０の幅は、例えば３～５ｍｍの範囲にある。

　第２貫通孔１４の直径は、基板２１の冷却条件、真空度等に応じて適宜設定される。第２貫通孔１４の直径は、例えば０．１～３ｍｍの範囲にある。第２貫通孔１４の直径が適切に調節されていると、第１貫通孔１２を通過した異物が第２貫通孔１４をさらに通過し、第２シェル１３と内ブロック３との間に侵入する確率を低減できる。また、第２貫通孔１４を形成するための加工も容易になる。この観点において、第２貫通孔１４は、第１貫通孔１２の直径よりも小さい直径を有していてもよい。このようにすれば、異物が第１貫通孔１２を通過したとしても、第２貫通孔１４で止めることができる。その結果、第２シェル１３と内ブロック３との間に異物が侵入する確率を更に低減できる。

　図３Ｃに示すように、第２貫通孔１４のピッチＣは、周方向ＬＤにおいて互いに隣り合う２つの第２貫通孔１４の間隔を表す。第２貫通孔１４のピッチＢは、幅方向ＷＤにおいて互いに隣り合う２つの第２貫通孔１４の間隔を表す。ピッチＣ及びピッチＤは、第１貫通孔１２のピッチＡ及びピッチＢに適合するように形成されている。すなわち、第１貫通孔１２の中心軸と第２貫通孔１４の中心軸とが同一直線上に存在しないように各ピッチが定められている。本実施形態では、第１貫通孔１２の中心軸の延長線上に第２シェル１３の凹部５０が存在している。

　次に、第１貫通孔１２、第２貫通孔１４及び凹部５０の別の形状について詳細に説明する。

　図７Ａ～図７Ｅに示すように、第１貫通孔１２は、第１シェル１１の外周側から中心側に向かって縮小している直径を有していてもよい。第１貫通孔１２がこのような形状を有していると、異物の侵入を防止する効果が高まる。第１貫通孔１２の直径は、図７Ｂに示すように、連続的に変化していてもよい。また、第１貫通孔１２の直径は、段階的に変化していてもよい。さらに、図７Ａに示すように、第１貫通孔１２は、直径が連続的に変化している部分と、直径が一定の部分とを有していてもよい。

　同様に、図７Ｃ～図７Ｅに示すように、第２貫通孔１４は、第２シェル１３の外周側から中心側に向かって縮小している直径を有していてもよい。第２貫通孔１４がこのような形状を有していると、異物の侵入を防止する効果が高まる。第２貫通孔１４の直径は、図７Ｄ及び図７Ｅに示すように、連続的に変化していてもよい。また、第２貫通孔１４の直径は、段階的に変化していてもよい。さらに、図７Ｃに示すように、第２貫通孔１４は、直径が連続的に変化している部分と、直径が一定の部分とを有していてもよい。

　図７Ｆに示すように、第２シェル１３の外周側における第２貫通孔１４の直径は、第１シェル１１の中心側における第１貫通孔１２の直径よりも小さくてもよい。このような関係によれば、第１貫通孔１２の直径よりも小さく、第２貫通孔１４の直径よりも大きい異物が、隙間部１５に侵入することを防止できる。

　図７Ｅに示すように、凹部５０は、第１貫通孔１２の中心軸の延長線上に位置している第１部分５０ａと、第２貫通孔１４が開口している第２部分５０ｂとを含んでいてもよい。第１部分５０ａの深さは、第２部分５０ｂの深さよりも深い。このような構成によれば、第１部分５０ａに異物が捕獲されやすいので、異物は、第１貫通孔１２を通過できたとしても、第２貫通孔１４に到達しにくい。

　以上に説明したブローローラ６によれば、第１貫通孔１２、凹部５０及び第２貫通孔１４は、第１シェル１１及び第２シェル１３の回転に伴って、マニホールド４と隙間部１５とに対向して移動する。ガス流路７から第１貫通孔１２に至るガス経路のコンダクタンスは、マニホールド４を経由した場合の方が、隙間部１５を経由した場合に比べてはるかに大きい。そのため、基板２１の無い状態では、マニホールド４に対向しているときに第１貫通孔１２を外向きに通過するガスの量は、隙間部１５に対向しているときに第１貫通孔１２を通過するガスの量よりも多い。従って、ブローローラ６に基板２１が接触する抱き角の範囲の第１貫通孔１２から効率的にガスを放出することができるので、第１シェル１１と基板２１との間のガス圧を高くすることができる。

　基板２１のある状態では、抱き角の範囲で第１シェル１１と基板２１との間に高圧力のガスが存在するので、第１シェル１１は基板２１から効率的に受熱することができる。一方、抱き角の範囲外では第１シェル１１は、第２シェル１３を介して内ブロック３に近接しており、かつ第２シェル１３と内ブロック３との間にガスが保持されている。そのため、第１シェル１１及び第２シェル１３は、内ブロック３によって効率的に冷却される。このように、第１シェル１１の回転に伴い、第１シェル１１は基板２１の冷却と、内ブロック３への放熱を周期的に繰り返すので、安定した冷却動作を長時間にわたって発揮できる。

　ガスを導入したときの、第１シェル１１の外周面１１ｐと基板２１との間の平均圧力を、大気圧より低くすることで、第１シェル１１の外周面１１ｐと基板２１との間から漏れ出すガスの量を少なくできる。これにより、排気ポンプ３５の負荷を小さくすることができる。

　また、ガスの導入量が少ないので、第１シェル１１の外周面１１ｐと基板２１との間の平均圧力による浮力は、基板２１の搬送張力による、基板２１のブローローラ６への垂直抗力よりも小さい。そのため、第１シェル１１の外周面１１ｐと基板２１との間隔の変化は、ガス導入の有無で例えば１００μｍ以下である。すなわち、基板２１の浮き上がりを防止し、基板２１の冷却を効率良く行うことができる。

　本実施形態のブローローラ６によれば、第１貫通孔１２に異物が侵入したとしても、マニホールド４及び隙間部１５に侵入することを阻止できる。これにより、ブローローラ６がロックすることによる基板２１のこすれキズを防止できる。また、ガスを導入しながらブローローラ６と基板２１との間のガスの圧力を高めることができる。さらに、冷却機能をコンパクトに実現できるので、設備の大型化、コストの高騰等を抑制できる。

　ガス流路７にガスを流さなかった場合、異物は、例えば、真空槽２２の大気に開放して薄膜の製造装置２０Ａ又は２０Ｂの内部を清掃しているとき、及び、基板２１を搬送しながら基板２１の上に材料を蒸着しているときに第１貫通孔１２に侵入する。異物としては、ダスト、基板２１の上に堆積させた材料等が挙げられる。異物は、真空槽２２を大気に開放してガス流路７に圧縮空気（例えば０．３ＭＰａ）を導入し、第１シェル１１を手動で回転させることで取り除くことができる。

　以下、変形例に係るブローローラを説明する。以下の変形例において、図１～図７を参照して説明したブローローラ６の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

（変形例１）
　図８に示すように、変形例１に係るブローローラ６Ｂは、幅広のマニホールド４４を有している。マニホールド４４は、内ブロック３に１つのみ形成されている。このような構成によれば、内ブロック３のコストを低減できる。マニホールド４４の幅（回転軸Ｏに平行な方向の長さ）は、回転軸Ｏに平行な方向（幅方向ＷＤ）に配列している複数の第２貫通孔１４のそれぞれに円滑にガスを供給できるように調節されている。具体的には、マニホールド４４の幅は、幅方向ＷＤにおいて両端に位置している２つの第２貫通孔１４の距離よりも大きい。

（変形例２）
　図９に示すように、変形例２に係るブローローラ６Ｃは、ガス流路７の系統を複数備えている。ガス流路７は、複数のマニホールド４の全てと連通している第１ガス流路７ａと、端部のマニホールド４よりも内側に形成されたマニホールド４と連通している第２ガス流路７ｂとを含む。詳細には、第２ガス流路７ｂは、複数のマニホールド４のうち、幅方向において両端に位置している２つのマニホールド４よりも内側に形成された複数のマニホールド４の少なくとも１つと連通している。これによって、基板２１の幅方向でマニホールド４に導入されるガス量を変え、基板２１が受ける熱負荷に応じて冷却強度を変化させることができる。また、第１ガス流路７ａのガスの種類を第２ガス流路７ｂのガスの種類と異ならせることもできる。例えば、基板２１の中央部で熱負荷が強い場合、特に金属箔基板を用いた場合等には、基板２１の中央部が伸びやすい。これによって、基板２１の中央部が、若干、ブローローラ６Ｃから浮き上がりやすい。このような場合、例えば第１ガス流路７ａにアルゴンガスを用い、第２ガス流路７ｂにヘリウムガスを用いる。ヘリウムガスは、高価ではあるが、分子衝突が起きにくいのでブローローラ６Ｃと基板２１との間隔が広くても冷却能力が得やすい。これにより、ブローローラ６Ｃから基板２１が多少浮き上がっていたとしても、基板２１の中央部付近を重点的に冷却することができる。

（変形例３）
　図１０に示すように、変形例３に係るブローローラ６Ｄは、複数の分割ブロック３ａで構成された内ブロック３３を備えている。分割ブロック３ａは、回転軸Ｏに沿って配列している。各分割ブロック３ａにマニホールド４が形成されている。このような構成によれば、所望の冷却条件に応じてブローローラ６Ｄの構造を変更することができる。すなわち、分割ブロック３ａの組み替えによって、冷却条件を簡単に変更することができる。

（変形例４）
　図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、変形例４に係るブローローラ６Ｅにおいて、第２シェル１３は、周方向ＬＤに平行に延びている溝状の凹部５２を有する。凹部５２は、第２シェル１３の全周囲に形成されていてもよい。凹部５２は、幅方向ＷＤに沿って複数の列で形成されている。隣り合う凹部５２同士の間隔は一定であってもよいし、異なっていてもよい。１つの凹部５２に対して、複数の第１貫通孔１２が向かい合っている。同様に、１つの凹部５２に対して、複数の第２貫通孔１４が開口している。このような構成によれば、第２シェル１３の凹部５２を切削によって形成するための加工が複雑になることを回避できるので、ブローローラ６Ｅの製作費用を削減できる。

（変形例５）
　図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、変形例５に係るブローローラ６Ｆにおいて、第２シェル１３は、幅方向ＷＤに平行に延びている溝状の凹部５４を有する。凹部５４は、幅方向ＷＤの一端から他端にわたって第２シェル１３に形成されていてもよい。凹部５４は、周方向ＬＤに沿って複数の列で形成されている。隣り合う凹部５４の間隔は一定である。１つの凹部５４に対して、複数の第１貫通孔１２が向かい合っている。同様に、１つの凹部５４に対して、複数の第２貫通孔１４が開口している。このような構成によれば、変形例４に係るブローローラ６Ｅと同じ効果が得られる。

（変形例６）
　図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、変形例６に係るブローローラ６Ｇにおいて、第２シェル１３は、幅方向ＷＤに平行に延びている溝状の凹部５４を有する。凹部５４の構造は図１２Ａ及び図１２Ｂを参照して説明した通りである。第２シェル１３には、周方向ＬＤに沿って、複数の第２貫通孔１４が１列のみ形成されている。内ブロック３には、マニホールド４が１つのみ形成されている。１つの凹部５４に対して、複数の第１貫通孔１２が向かい合っている。他方、１つの凹部５４に対して、１つの第２貫通孔１４が開口している。このような構成によれば、ブローローラ６Ｇの製作費用をさらに削減できる。

（変形例７）
　図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、変形例７に係るブローローラ６Ｈにおいて、第２シェル１３は、幅方向ＷＤに平行に延びている溝状の凹部５６を有する。凹部５６は、幅方向ＷＤの一端から他端にわたって第２シェル１３に形成されていてもよい。凹部５６は、周方向ＬＤに沿って複数の列で形成されている。隣り合う凹部５６の間隔は一定である。第２シェル１３には、周方向ＬＤに沿って、複数の第２貫通孔１４が１列のみ形成されている。内ブロック３には、マニホールド４が１つのみ形成されている。１つの凹部５６に対して、複数の第１貫通孔１２が向かい合っている。他方、１つの凹部５６に対して、１つの第２貫通孔１４が開口している。

　凹部５６は、詳細には、第１貫通孔１２の中心軸の延長線上に位置している第１部分５６ａと、第２貫通孔１４が開口している第２部分５６ｂとを含む。第１部分５６ａの深さは、第２部分５６ｂの深さよりも深い。このような構成によれば、第１部分５６ａに異物が捕獲されやすいので、異物は、第１貫通孔１２を通過できたとしても、第２貫通孔１４に到達しにくい。

（変形例８）
　図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、変形例８に係るブローローラ６Ｉにおいて、第２シェル１３は、幅方向ＷＤ及び周方向ＬＤに平行に延びている溝状の凹部５８を有する。凹部５８は、詳細には、周方向ＬＤに平行に延びている第１部分５８ａと、幅方向ＷＤに平行に延びている第２部分５８ｂとを含む。第１部分５８ａの深さは、第２部分５８ｂの深さよりも深い。このような構成によれば、第１部分５８ａに異物が捕獲されやすいので、異物は、第１貫通孔１２を通過できたとしても、第２貫通孔１４に到達しにくい。内ブロック３には、幅広のマニホールド４４が形成されている。このマニホールド４４は、図８を参照して説明した通りである。図１５Ｂ及び図１５Ｃに示すように、１つの第１部分５８ａに対して、複数の第１貫通孔１２が向かい合っている。１つの第２部分５８ｂに対して、複数の第１貫通孔１２が向かい合っている。図１５Ｂに示すように、１つの第２部分５８ｂに複数の第２貫通孔１４が開口していてもよい。図１５Ｃに示すように、１つの第２部分５８ｂに１つの第２貫通孔１４が開口していてもよい。

　以上に説明した変形例から理解できるように、第２シェル１３において、凹部の形状及び第２貫通孔１４の個数は、特に限定されない。マニホールド４の形状及び個数は、第２貫通孔１４の個数に応じて決定されうる。本明細書において説明したブローロール６，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆ，６Ｇ，６Ｈ及び６Ｉの有利な構成は、相互に組み合わせることができる。

（実施条件１）
　例えば、図３Ａに示すブローローラ６において、第１シェル１１の外径を１１０ｍｍ、第１シェル１１の幅を１２０ｍｍ、第１シェル１１の肉厚を６．５ｍｍ（第１シェルの内径は９７Ｈ７）、第１貫通孔１２の直径を１ｍｍ、ピッチＡを２０度、ピッチＢを１９ｍｍで５列構成とする。第２シェル１３の外径を９７ｈ７、第２シェル１３の肉厚を６ｍｍ、第２貫通孔１４の直径を０．７ｍｍ、ピッチＣを２０度、ピッチＤを１９ｍｍで５列構成とする。凹部５０の深さを２ｍｍ、幅を３ｍｍ、長さを１３ｍｍとする。ただし、第１貫通孔１２の中心軸の延長線上において、凹部５０の直径を３ｍｍ、深さを４ｍｍとする。第１貫通孔１２の中心軸と第２貫通孔１４の中心軸とを１１．８度ずらす。隙間部１５における第２シェル１３と内ブロック３との間隔を１００μｍとする。内ブロック３のマニホールド４を５分割し、ガス流路７からのガスとしてヘリウムガスを両端のマニホールド４に合計２０ｓｃｃｍ（Standard Cubic Centimeter per Minute）、中央部の３つのマニホールド４に合計５３ｓｃｃｍ導入する。この場合、ガス流路７からのガス導入をせずに、真空槽２２の全体が１００Ｐａとなるようにヘリウムガスを導入した場合と同等のガス冷却能力が得られる。熱伝達係数は、ブローローラ６の表面を走行中の基板２１の温度を熱電対等で測定し、移動時間と基板２１の温度の変化とから算出できる。ガス冷却による熱伝達係数は基板２１の種類にもよるが、例えば０．００３Ｗ／ｃｍ²／Ｋである。

　この場合、真空槽２２の一部に差圧構造を導入するだけでは、約６８０ｓｃｃｍのヘリウムガス導入量が必要である。ブローローラ６によって、ガス導入量を１／９程度にまで低減できる。基板２１の端部に相対的に少ない量のガスを流し、基板２１の中央部に相対的に多い量のガスを流す。これにより、基板２１の中央部での冷却を強化することができ、基板２１の変形を抑制できる。

（実施条件２）
　図２に示す薄膜の製造装置２０Ｂを用い、以下の条件により、リチウムイオン二次電池用の負極を製造することができる。

　集電体となる粗面化銅箔（厚さ１８μｍ、幅１００ｍｍ）を基板２１として用い、集電体の両面上にそれぞれシリコン多層薄膜を厚さ８μｍに、真空蒸着法によって形成する。排気ポンプ３５として口径１４インチの油拡散ポンプを２台備えた、容積０．４ｍ³の真空槽２２を０．００２Ｐａまで排気した後に、成膜材料であるシリコンを溶解する。シリコンの溶解は２７０度偏向型電子ビーム蒸発源（成膜源１９）を用いて行う。加速電圧－１０ｋＶ、エミッション電流５２０～７００ｍＡの電子ビームを溶融シリコンに照射し、発生した蒸気を、キャン２７に沿って走行中の基板２１に差し向ける。

　シリコン薄膜の成膜幅が８５ｍｍとなるように、図示しないメタルマスク（開口長は各１００ｍｍ）を基板２１から約２ｍｍの位置に配置する。搬送系３６Ｂは、基板２１の往復走行が可能となるように構成されている。一回の走行で基板２１の両面に膜厚０．５μｍ程度のシリコン薄膜が一層ずつ形成される。往復走行しながら成膜を１６回繰り返すことによって、約８μｍのシリコン薄膜を形成できる。

　基板２１の両面への各層の形成は、例えば、平均エミッション電流６００ｍＡ、基板搬送速度２ｍ／分、平均成膜速度８０ｎｍ／秒で行う。

　ブローローラ６は、基板２１の片面（第一面）にシリコン薄膜が形成された後、他面（第二面）への成膜が行われる前の搬送経路に配置されている。このブローローラ６に関して、第１シェル１１の外径を１２０ｍｍ、第１シェル１１の幅を１２０ｍｍ、第１シェル１１の肉厚を４ｍｍ、第１貫通孔１２の直径を１ｍｍ、ピッチＡを２０度、ピッチＢを１５ｍｍで５列構成とする。第２シェル１３の外径を１１２ｈ７、第２シェル１３の肉厚を６ｍｍ、第２貫通孔１４の直径を０．７ｍｍ、ピッチＣを２０度、ピッチＤを１５ｍｍで５列構成とする。凹部５０の深さを２ｍｍ、幅を３ｍｍ、長さを１４．６ｍｍとする。ただし、第１貫通孔１２の中心軸の延長線上において、凹部５０の直径を３ｍｍ、深さを４ｍｍとする。第１貫通孔１２の中心軸と第２貫通孔１４の中心軸とを１１．８度ずらす。隙間部１５における第２シェル１３と内ブロック３との間隔を８０μｍとする。ガス流路７からのガスとしてヘリウムガスをマニホールド４に合計８０ｓｃｃｍ導入する。

　これによって基板２１の各面への成膜開始時における基板２１の温度をほぼ同一にすることができる。成膜開始時における基板２１の温度を両面で均等とすることにより、薄膜の品質を同等とすることができるほか、熱膨張係数差等に起因した、成膜後の基板２１の反りを小さくすることができる。また、第二面への成膜開始時の基板２１の温度を低く抑えることによって、基板２１の最高到達温度を低くすることができて、基板２１の劣化を防止することができる。一例として、電池用極板として、銅箔基板上にシリコン薄膜の成膜を行った場合、温度上昇による銅箔の劣化については、例えば引っ張り試験等による機械的物性値の変化によって評価することができる。熱劣化した銅箔は、引っ張り負荷に対する伸びの増加、破断強度の低下等の現象を示す。これらの特性劣化は、リチウム二次電池極板に用いるシリコン薄膜が、リチウム吸蔵時に膨張するため、極板の変形及び破断につながる。

　また、ブローローラ６は、各成膜位置から巻き芯ローラ２６に至るまでの経路上に配置されている。これによって、巻き取り時の基板２１の温度を常温近くにすることができる。巻き取り時の基板２１の温度を常温近傍とすることによって、巻き取り時の基板２１の熱変形に起因する皺の発生を防ぎ、巻き取り後の基板２１の収縮による巻き締まりの現象を防止することができる。

　このブローローラ６に関して、第１シェル１１の外径を８０ｍｍ、第１シェル１１の幅を１２０ｍｍ、第１シェル１１の肉厚を４ｍｍ（第１シェルの内径は７２Ｈ７）、第１貫通孔１２の直径を１ｍｍ、ピッチＡを１５度、ピッチＢを１５ｍｍで５列構成とする。第２シェル１３の外径を７２ｈ７、第２シェル１３の肉厚を６ｍｍ、第２貫通孔１４の直径を０．７ｍｍ、ピッチＣを１５度、ピッチＤを１５ｍｍで５列構成とする。凹部５０の深さを２ｍｍ、幅を３ｍｍ、長さを７．４ｍｍとする。ただし、第１貫通孔１２の中心軸の延長線上において、凹部５０の直径を３ｍｍ、深さを４ｍｍとする。第１貫通孔１２の中心軸と第２貫通孔１４の中心軸とを１１．８度ずらす。隙間部１５における第２シェル１３と内ブロック３との間隔を５０μｍとする。内ブロック３のマニホールド４を５分割し、ガス流路７からのガスとしてアルゴンガスを両端のマニホールド４に合計１４ｓｃｃｍ、中央部の３つのマニホールド４に合計３６ｓｃｃｍ導入する。

　以上、本明細書に開示された技術によれば、ガスを効率的に用いることができるため、冷却時の真空度の悪化を防止できる。本明細書に開示された技術によれば、基板搬送ローラのロックを防止できるので、基板へのダメージを抑制できる。また、本明細書に開示された技術に他のガス冷却方式を組み合わせることもできるので、排気ポンプ等の設備の大型化を抑え、低コストの薄膜の製造装置を実現することができる。

　本明細書に開示された技術は、高速かつ安定な成膜が要求される薄膜の製造装置に好適に採用されうる。具体的には、デバイス及び機能性薄膜の製造に本明細書に開示された技術を採用できる。デバイスとしては、リチウムイオン二次電池用極板、電気化学キャパシタ用極板、コンデンサ、太陽電池、各種センサ等が挙げられる。機能性薄膜としては、透明電極フィルム、装飾フィルム、磁気テープ、ガスバリア膜、各種光学膜、硬質保護膜等が挙げられる。

Claims

　真空中で基板を搬送する機能及び前記基板を冷却するためのガスを真空中で前記基板に向けて供給する機能を有する基板搬送ローラであって、
　前記基板を支持するための円筒形の外周面と、前記外周面の周方向に沿って設けられた、前記ガスの供給経路としての複数の第１貫通孔とを有し、前記基板と同期して回転できる第１シェルと、
　前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、
　外部から導入された前記ガスを保持するように前記第１シェルの内部において前記内ブロックによって規定された空間であって、前記第１シェルの回転軸を中心として特定の角度の範囲内で複数の前記第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記第１シェルの径方向に関して相対的に広い寸法を有するマニホールドと、
　前記第１シェルの内部に形成された空間であって、前記特定の角度の範囲外で複数の前記第１貫通孔に向けて前記ガスを導くように形成されており、前記径方向に関して相対的に狭い寸法を有する隙間部と、
　前記第１シェルと前記内ブロックとの間に配置され、前記マニホールドから複数の前記第１貫通孔に前記ガスを導く第２貫通孔を有する第２シェルと、
　を備え、
　前記第１貫通孔の中心軸が前記第２貫通孔の中心軸からオフセットしている、基板搬送ローラ。
　前記第１シェルが前記第２シェルと同期して回転する、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
　前記第２シェルが、前記第１シェルの内周面に密着している外周面を有し、
　前記隙間部が前記第２シェルと前記内ブロックとの間に形成されている、請求項２に記載の基板搬送ローラ。
　前記第１シェル及び前記第２シェルを展開し、さらに、前記第１シェルの表面に平行な平面に前記第１シェル及び前記第２シェルを投影することによって得られた投影図において、前記第１貫通孔の輪郭が前記第２貫通孔の輪郭から離れている、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
　前記第２シェルは、前記第１貫通孔に向かい合う位置に形成された凹部をさらに有し、
　前記凹部に前記第２貫通孔が開口している、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
　１つの前記凹部に対して、複数の前記第１貫通孔が向かい合っている、請求項５に記載の基板搬送ローラ。
　前記第２シェルが、複数の前記第２貫通孔を有し、
　１つの前記凹部に対して、複数の前記第２貫通孔が開口している、請求項５に記載の基板搬送ローラ。
　前記内ブロックを支持している支持体をさらに備え、
　前記支持体は、前記外部から前記マニホールドに前記ガスを導入するためのガス流路を有する、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
　前記第１貫通孔が、前記第１シェルの外周側から中心側に向かって縮小している直径を有する、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
　前記第２貫通孔が、前記第２シェルの外周側から中心側に向かって縮小している直径を有する、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
　前記凹部が、前記第１貫通孔の中心軸の延長線上に位置している第１部分と、前記第２貫通孔が開口している第２部分とを含み、
　前記第１部分の深さが、前記第２部分の深さよりも深い、請求項５に記載の基板搬送ローラ。
　前記第２シェルの外周側における前記第２貫通孔の直径が、前記第１シェルの中心側における前記第１貫通孔の直径よりも小さい、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
　複数の前記第１貫通孔は、（i）前記回転軸に平行な幅方向の所定位置において前記周方向に沿って設けられた第１グループと、（ii）前記所定位置に隣接した位置において前記周方向に沿って設けられた第２グループと、を構成しており、
　前記第１グループに属する複数の前記第１貫通孔と、前記第２グループに属する複数の前記第１貫通孔とが、互い違いの配列を形成している、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
　真空槽と、
　請求項１に記載の基板搬送ローラを有し、長尺の基板を巻き出し位置から巻き取り位置へと搬送するように前記真空槽内に配置された搬送系と、
　前記搬送系の搬送経路に設けられた開口部と、
　前記開口部で前記基板に材料を付与するための成膜源と、
　を備えた、薄膜の製造装置。
　請求項１に記載の基板搬送ローラを用い、真空槽内に長尺の基板の搬送系を構築する工程と、
　前記搬送系の巻き出し位置から巻き取り位置へと長尺の基板を搬送する工程と、
　前記基板に材料が付与されるように、前記搬送系の搬送経路に設けられた開口部に向けて成膜源から材料を蒸発させる工程と、
　を含む、薄膜の製造方法。