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

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WO2013076922A1
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岡崎 禎之
本田 和義
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate transport roller, a thin film manufacturing apparatus, and a thin film manufacturing method.
  • Thin film technology is widely deployed to improve the performance and miniaturization of devices.
  • the thinning of devices is not only a direct merit for users, but also plays an important role in environmental aspects such as protecting earth resources and reducing power consumption.
  • a winding-type thin film manufacturing method is a method in which a long substrate is unwound from an unwinding roll, a thin film is formed on the substrate while being transported along the transport system, and then the substrate is wound on the winding roll.
  • a thin film can be formed with high productivity by combining a film formation source having a high deposition rate such as a vacuum evaporation source using an electron beam with a winding thin film manufacturing method.
  • the factors that determine success or failure in the production of such a continuous winding type thin film include the problem of heat load during film formation and substrate cooling.
  • thermal radiation from the evaporation source and thermal energy possessed by the evaporated atoms are applied to the substrate, and the temperature of the substrate rises.
  • heat sources are different in other film formation methods, a thermal load is applied to the substrate during film formation.
  • the substrate is cooled.
  • the cooling is not necessarily performed during film formation, and may be performed in a substrate transport path other than the film formation region.
  • Patent Document 1 provides a plurality of slits or holes in the cylindrical wall of the cylindrical body, a partition plate in the cylindrical body, and the cylinder with respect to the partition plate.
  • a cooling roller is disclosed in which a body is slidably rotatable and a cooling gas jet pipe is provided in a chamber partitioned by the partition plate. According to this, by blowing a large amount of cooling gas to the slurry, it is possible to cool it by taking heat directly from the slurry.
  • Patent Document 2 discloses that in an apparatus for forming a thin film on a web that is a substrate, a gas is introduced into a region between the web and a support means. According to this, since heat conduction between the web and the support means can be ensured, an increase in the temperature of the web can be suppressed.
  • Patent Document 3 discloses a belt cooling method when a belt is used for transporting and cooling a substrate material. According to the method disclosed in Patent Document 3, when a cooling belt that improves thin film formation efficiency is used in a thin film forming apparatus that applies a thermal load, in order to further cool the cooling belt, a double or more inside is used. A cooling mechanism using a cooling belt or a liquid medium is provided. Thereby, since cooling efficiency can be improved, the characteristics of magnetic tape such as electromagnetic conversion characteristics can be improved, and at the same time, productivity can be remarkably improved.
  • Patent Document 4 describes a substrate transport roller that is less susceptible to damage to a substrate and can suppress gas deterioration and gas cooling.
  • the substrate transport roller (blow roller) described in FIG. 14 of Patent Document 4 includes an inner block, a first shell, and a second shell. Between the second shell and the inner block, a manifold into which a gas is introduced and a gap portion set other than the manifold are formed. Gas is supplied from the manifold to the back surface of the substrate through the plurality of first through holes formed in the first shell and the plurality of second through holes formed in the second shell. According to such a structure, the substrate can be cooled while suppressing the deterioration of the degree of vacuum. However, there is a possibility that foreign matters such as dust enter the through hole and the relative rotation between the inner block and the shell is hindered and the substrate may be damaged.
  • An object of the present invention is to provide a technique for cooling a substrate in a vacuum while suppressing damage to the substrate.
  • a substrate transport roller having a function of transporting a substrate in a vacuum and a function of supplying a gas for cooling the substrate toward the substrate in a vacuum;
  • a cylindrical outer peripheral surface for supporting the substrate; and a plurality of first through holes provided along the circumferential direction of the outer peripheral surface as the gas supply path, and synchronized with the substrate.
  • a first shell that can be rotated An inner block disposed inside the first shell and prohibited from rotating in synchronization with the substrate; A space defined by the inner block in the first shell so as to hold the gas introduced from the outside, and a plurality of spaces within a specific angle range around the rotation axis of the first shell.
  • a manifold formed to guide the gas toward the first through hole and having a relatively wide dimension with respect to a radial direction of the first shell; A space formed inside the first shell, the gas being guided toward the plurality of first through holes outside the range of the specific angle, and relative to the radial direction; A gap having a narrow dimension, A second shell disposed between the first shell and the inner block and having a second through hole for guiding the gas from the manifold to the plurality of first through holes; With A substrate transport roller is provided in which a central axis of the first through hole is offset from a central axis of the second through hole.
  • the rotation failure of the substrate transport roller can be prevented, and the substrate can be cooled in a vacuum while suppressing damage to the substrate.
  • the first aspect of the present disclosure is: A substrate transport roller having a function of transporting a substrate in a vacuum and a function of supplying a gas for cooling the substrate toward the substrate in a vacuum; A cylindrical outer peripheral surface for supporting the substrate; and a plurality of first through holes provided along the circumferential direction of the outer peripheral surface as the gas supply path, and synchronized with the substrate.
  • a first shell that can be rotated An inner block disposed inside the first shell and prohibited from rotating in synchronization with the substrate; A space defined by the inner block in the first shell so as to hold the gas introduced from the outside, and a plurality of spaces within a specific angle range around the rotation axis of the first shell.
  • a manifold formed to guide the gas toward the first through hole and having a relatively wide dimension with respect to a radial direction of the first shell; A space formed inside the first shell, the gas being guided toward the plurality of first through holes outside the range of the specific angle, and relative to the radial direction; A gap having a narrow dimension, A second shell disposed between the first shell and the inner block and having a second through hole for guiding the gas from the manifold to the plurality of first through holes; With A substrate transport roller is provided in which a central axis of the first through hole is offset from a central axis of the second through hole.
  • the central axis of the first through hole is offset from the central axis of the second through hole. Therefore, it is difficult for foreign matter to enter between the inner block and the second shell. Thereby, the rotation failure of the substrate transport roller is prevented, and it becomes possible to cool the substrate in a vacuum while suppressing damage to the substrate.
  • the second aspect of the present disclosure provides, in addition to the first aspect, a substrate transport roller in which the first shell rotates in synchronization with the second shell.
  • a substrate transport roller in which the first shell rotates in synchronization with the second shell.
  • the second shell has an outer peripheral surface that is in close contact with the inner peripheral surface of the first shell, and the gap is formed between the second shell and the inner surface.
  • a substrate transport roller formed between the blocks. According to such a configuration, foreign matter can be prevented from entering between the first shell and the second shell. In addition, since the heat transfer from the first shell to the second shell is good, the cooling efficiency of the substrate is increased.
  • the first shell and the second shell are developed, and further, the first shell is arranged in a plane parallel to the surface of the first shell.
  • a substrate transport roller is provided in which a contour of the first through hole is separated from a contour of the second through hole. According to such a structure, it can prevent more reliably that a foreign material penetrate
  • the second shell further includes a concave portion formed at a position facing the first through hole, and the concave portion includes the concave portion.
  • a substrate transport roller having a second through hole is provided. According to such a configuration, entry of foreign matter into the second through hole can be more effectively prevented.
  • the sixth aspect of the present disclosure provides, in addition to the fifth aspect, a substrate transport roller in which a plurality of the first through holes face one concave portion. According to such a structure, it can avoid that the process for forming the recessed part of a 2nd shell by cutting becomes complicated.
  • the second shell has a plurality of the second through holes, and the plurality of the second through holes have one recess.
  • An open substrate transport roller is provided. According to such a structure, it can avoid that the process for forming the recessed part of a 2nd shell by cutting becomes complicated.
  • the eighth aspect of the present disclosure in addition to any one of the first to seventh aspects, further includes a support body that supports the inner block, and the support body supplies the gas from the outside to the manifold.
  • a substrate transport roller having a gas flow path for introduction is provided. According to such a configuration, a separate member for the gas flow path is not necessary.
  • the first through hole has a diameter that decreases from the outer peripheral side of the first shell toward the center side.
  • a substrate transport roller is provided.
  • the second through hole has a diameter that decreases from an outer peripheral side to a center side of the second shell.
  • a substrate transport roller is provided.
  • the concave portion is located on an extension line of the central axis of the first through hole, and the second portion And a second portion having a through-hole, wherein a depth of the first portion is greater than a depth of the second portion. According to such a configuration, the foreign matter is easily captured by the first portion, and therefore the foreign matter is unlikely to reach the second through hole even if it can pass through the first through hole.
  • the diameter of the second through hole on the outer peripheral side of the second shell is such that the first side on the center side of the first shell A substrate transport roller having a diameter smaller than that of the through hole is provided. According to such a relationship, it is possible to prevent foreign matters that are smaller than the diameter of the first through hole and larger than the diameter of the second through hole from entering the gap portion.
  • the plurality of first through holes are (i) arranged in the circumferential direction at a predetermined position in a width direction parallel to the rotation axis. And (ii) a second group provided along the circumferential direction at a position adjacent to the predetermined position, and a plurality of the groups belonging to the first group A substrate transport roller is provided in which first through holes and a plurality of the first through holes belonging to the second group form an alternating arrangement. According to such an arrangement of the first through holes, more uniform cooling is possible.
  • a fourteenth aspect of the present disclosure includes A vacuum chamber; A transport system having any one of the substrate transport rollers according to any one of the first to thirteenth aspects and disposed in the vacuum chamber so as to transport a long substrate from the unwinding position to the winding position; An opening provided in a transport path of the transport system; A deposition source for applying material to the substrate at the opening; An apparatus for manufacturing a thin film is provided.
  • a fifteenth aspect of the present disclosure includes Using the substrate transport roller of any one of the first to thirteenth aspects to construct a long substrate transport system in the vacuum chamber; Transporting a long substrate from the unwinding position of the transport system to the winding position; Evaporating the material from the film forming source toward the opening provided in the transport path of the transport system so that the material is applied to the substrate; A method for producing a thin film is provided.
  • the substrate can be cooled in vacuum while suppressing damage to the substrate, a high-quality thin film can be produced with high productivity.
  • the thin film manufacturing apparatus 20 ⁇ / b> A includes a vacuum chamber 22, a transport system 36 ⁇ / b> A, a film forming source 19, a shielding plate 29, a source gas introduction pipe 30, and an exhaust pump 35.
  • the conveyance system 36 ⁇ / b> A includes a winding core roller 23, a blow roller 6, a conveyance roller 24, a can 27, and a winding core roller 26.
  • the blow roller 6 has a function of transporting the substrate 21 and a function of supplying a gas for cooling the substrate 21 toward the substrate 21.
  • the blow roller 6 is also one of the transport rollers. Gas (cooling gas) is supplied from the outside of the vacuum chamber 22 to the blow roller 6 through the gas supply pipe 32.
  • the type of gas to be introduced into the blow roller 6 is not particularly limited.
  • oxygen gas, hydrogen gas, inert gas, etc. can be used.
  • inert gas nitrogen gas, helium gas, neon gas, argon gas, xenon gas, krypton gas, or the like can be used.
  • a plurality of types of gases may be mixed and used.
  • the vacuum chamber 22 is a pressure-resistant container-like member having an internal space.
  • a transfer system 36 ⁇ / b> A, a film forming source 19, and the like are arranged in the internal space of the vacuum chamber 22.
  • the winding core roller 23 is a roller-like member provided so as to be rotatable around an axis.
  • a belt-like long substrate 21 is wound on the surface of the winding core roller 23.
  • the winding core roller 23 supplies the substrate 21 toward the transport roller (the blow roller 6 in FIG. 1) closest to the winding core roller 23.
  • the exhaust pump 35 is provided outside the vacuum chamber 22 to bring the inside of the vacuum chamber 22 into a reduced pressure state suitable for forming a thin film.
  • the exhaust pump 35 is configured by a vacuum exhaust system using, for example, an oil diffusion pump, a cryopump, a turbo molecular pump, or the like as a main pump.
  • the substrate 21 can be a metal foil, a polymer film, a composite of a polymer film and a metal foil, or the like.
  • the metal foil include aluminum foil, copper foil, nickel foil, titanium foil, and stainless steel foil.
  • the polymer film include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyamide, and polyimide.
  • the material of the substrate 21 is not particularly limited. As the substrate 21, a long substrate that is not limited to the above materials can be used.
  • the width of the substrate 21 is, for example, 50 to 1000 mm.
  • a desirable thickness of the substrate 21 is, for example, 3 to 150 ⁇ m. If the width of the substrate 21 is less than 50 mm, the gas loss in the width direction of the substrate 21 during gas cooling is large, but this does not mean that the present invention cannot be applied. If the thickness of the substrate 21 is less than 3 ⁇ m, the heat capacity of the substrate 21 is extremely small, and thermal deformation is likely to occur. However, none of them indicates that the present invention is not applicable.
  • the conveyance speed of the substrate 21 varies depending on the type of thin film to be produced and the film formation conditions, but is, for example, 0.1 to 500 m / min.
  • the tension applied to the substrate 21 being transferred is appropriately adjusted according to conditions such as the material of the substrate 21, the thickness of the substrate 21, and the film forming speed.
  • the transport roller 24 is a roller-like member provided so as to be rotatable around an axis.
  • the transport roller 24 guides the substrate 21 supplied from the winding core roller 23 to the film forming region and finally guides it to the winding core roller 26.
  • the material particles flying from the film formation source 19 are introduced from the source gas introduction pipe 30 as necessary. And deposited on the substrate 21. Thereby, a thin film is formed on the surface of the substrate 21.
  • the winding core roller 26 is a roller-like member that is rotatably provided by a driving means (for example, a motor) (not shown), and winds and stores the substrate 21 on which a thin film is formed.
  • Various film forming sources can be used as the film forming source 19.
  • an evaporation source, an ion plating source, a sputtering source, a CVD source, or the like by resistance heating, induction heating, electron beam heating, or the like can be used.
  • an ion source or a plasma source in combination with the film forming source 19.
  • the film forming source 19 is provided vertically below the opening 31.
  • the film forming source 19 is a container-like member having an open top, and an evaporation crucible is a specific example. A material is placed inside the evaporation crucible.
  • a heating means such as an electron gun is provided in the vicinity of the film forming source 19, and the material inside the evaporation crucible is heated and evaporated by the electron beam from the electron gun.
  • the vapor of the material moves vertically upward and adheres to the surface of the substrate 21 through the opening 31. Thereby, a thin film is formed on the surface of the substrate 21.
  • the shielding plate 29 restricts the region where the material particles flying from the film forming source 19 are in contact with the substrate 21 to the opening 31 only.
  • the film forming apparatus 20 ⁇ / b> A may further include means for introducing a film forming gas for reaction film formation into the vacuum chamber 22.
  • a means for introducing the film forming gas for example, the source gas introducing pipe 30 of FIG.
  • the source gas introduction pipe 30 is, for example, a tubular member having one end disposed vertically above the film forming source 19 and the other end provided outside the vacuum chamber 22, and supplies oxygen, nitrogen, etc., to the material vapor, for example. To do.
  • a thin film mainly composed of oxide, nitride or oxynitride of the material flying from the film forming source 19 is formed on the surface of the substrate 21.
  • the source gas introduction pipe 30 is connected to a film forming reaction gas supply means (not shown). Examples of the film supply gas supply means include a gas cylinder and a gas generator.
  • the substrate 21 on which the thin film is formed is wound around the winding core roller 26 via another conveying roller 24.
  • the blow roller 6 is disposed in the middle of the substrate conveyance path from the winding core roller 23 to the winding core roller 26.
  • the substrate 21 is cooled by the blow roller 6.
  • Only one blow roller 6 may be provided in the transport system 36A, or a plurality of blow rollers 6 may be provided in the transport system 36A as in the present embodiment. Further, the blow roller 6 may be provided at a position where the substrate 21 before film formation can be cooled, or may be provided at a position where the substrate 21 after film formation can be cooled.
  • a thin film manufacturing apparatus 20B includes a transport system 36B.
  • a transport system 36B In the vacuum chamber 22, a plurality of film forming sources 19 and a plurality of openings 31 are provided.
  • the transport system 36 ⁇ / b> B has a plurality of cans 27 and is configured to form thin films on both surfaces of the substrate 21.
  • a plurality of blow rollers 6 are provided in the transport system 36B.
  • the blow roller 6 includes a first shell 11, a second shell 13, an inner block 3, a key 5, a holding plate 51, a support body 10, and a bearing 18. Both the first shell 11 and the second shell 13 have a cylindrical shape.
  • a second shell 13 is disposed inside the first shell 11.
  • the inner block 3 is disposed inside the second shell 13.
  • the first shell 11 and the second shell 13 are rotatably attached to the inner block 3 via a bearing 18.
  • a manifold 4 and a gap 15 are formed inside the second shell 13, that is, inside the first shell 11.
  • the first shell 11 has a cylindrical outer peripheral surface 11p for supporting the substrate 21, and a plurality of first through holes 12 provided along the circumferential direction LD of the outer peripheral surface 11p.
  • the first through hole 12 serves as a gas supply path from the manifold 4 to the substrate 21.
  • the first shell 11 is configured to be able to rotate in synchronization with the movement of the substrate 21.
  • the second shell 13 is disposed between the first shell 11 and the inner block 3.
  • the rotation axis of the second shell 13 coincides with the rotation axis O of the first shell 11.
  • the second shell 13 has a plurality of second through holes 14 that guide gas from the manifold 4 to the plurality of first through holes 12 of the first shell 11.
  • the number of second through holes 14 is not particularly limited.
  • the rotational axes of the first shell 11 and the second shell 13 may or may not coincide with the center of the inner block 3.
  • the space between the inner peripheral surface 13q of the second shell 13 and the outer peripheral surface 3p of the inner block 3 is relatively wide within the range of the holding angle, and the gap 15 is relatively outside the range of the holding angle.
  • the positional relationship between the second shell 13 and the inner block 3 may be set so as to be narrowed.
  • the central axis of the first through hole 12 is offset from the central axis of the second through hole 14. Therefore, it is difficult for foreign matter to enter between the inner block 3 and the second shell 13. Accordingly, the rotation failure of the blow roller 6 is prevented, and the substrate 21 can be cooled in a vacuum while suppressing damage to the substrate 21.
  • the shape of the cross section of the first through hole 12 and the shape of the cross section of the second through hole 14 are not necessarily circular. That is, the shape of those cross sections may be polygonal or elliptical.
  • “the central axis of the first through hole 12” and “the central axis of the second through hole 14” are determined by the following rule. First, the outer peripheral surface 11p of the first shell 11 is viewed in plan, and the opening of the first through hole 12 is observed. Next, the circle with the smallest diameter that can accommodate the observed opening is determined. An axis that passes through the center of the circle and is perpendicular to the rotation axis O can be regarded as a “center axis of the first through hole 12”. The central axis of the second through hole 14 can be determined by the same rule.
  • the first shell 11 and the second shell 13 are developed, and the first shell 11 and the second shell 13 are projected (orthographically projected) on a plane parallel to the surface 11 p of the first shell 11. It corresponds to the projection figure obtained by this.
  • the outline (solid line part) of the first through hole 12 is separated from the outline (broken line part) of the second through hole 14. That is, the outline of the first through hole 12 does not intersect with the outline of the second through hole 14. According to such a configuration, it is possible to more reliably prevent foreign matter from entering between the inner block 3 and the second shell 13.
  • the second shell 13 is fixed to the first shell 11 by inserting the key 5 into the keyway 2. Therefore, the second shell 13 rotates in synchronization with the first shell 11. It is not essential for the present invention that the first shell 11 and the second shell 13 rotate in synchronization, and the second shell 13 may be able to rotate with respect to the first shell 11. However, if both rotate synchronously, the relative positional relationship between the first through hole 12 and the second through hole 14 is kept constant, so that the entry of foreign matter into the second through hole 14 is more effective. Can be prevented.
  • the second shell 13 may be fixed to the first shell 11 by fixing means other than the key 5. Examples of such fixing means include screws and bolts.
  • the fixing means may be formed by engaging a part of the second shell 13 and a part of the first shell 11.
  • the second shell 13 has an outer peripheral surface 13p that is in close contact with the inner peripheral surface 11q of the first shell 11. According to such a configuration, foreign matter can be prevented from entering between the first shell 11 and the second shell 13. Further, since the heat transfer from the first shell 11 to the second shell 13 is also good, the cooling efficiency of the substrate 21 is increased.
  • the second shell 13 further has a recess 50 (a counterbore) formed at a position facing the first through hole 12.
  • the second through hole 14 is opened in the recess 50. According to such a configuration, entry of foreign matter into the second through hole 14 can be more effectively prevented.
  • the inner block 3 is a member that is prohibited from rotating in synchronization with the substrate 21.
  • the inner block 3 is fixed to the support 10.
  • the support 10 is fixed to the vacuum chamber 22, for example. That is, the position and posture of the inner block 3 are fixed with respect to the vacuum chamber 22.
  • the manifold 4 is a space defined by the inner block 3 inside the first shell 11 so as to hold the gas introduced from the outside of the vacuum chamber 22.
  • the manifold 4 is formed so as to guide the gas toward the plurality of first through holes 12 within the range of the holding angle.
  • the manifold 4 has a relatively wide dimension with respect to the radial direction of the first shell 11. Therefore, the gas pressure between the first shell 11 and the substrate 21 is maintained at a relatively high pressure.
  • a plurality of manifolds 4 are formed along the width direction WD of the shells 11 and 13.
  • a second through hole 14 is opened toward each of the plurality of manifolds 4. The gas is supplied to each of the plurality of manifolds 4 through the gas flow path 7.
  • the manifold 4 is set within the range of the holding angle. As a result, the gas released from the first through hole 12 through the manifold 4 is easily confined between the first shell 11 and the substrate 21. More desirably, the manifold 4 is set in a range that is more than the pitch A (see FIG. 3C) from both sides of the holding angle range. This makes it easier to confine the gas released from the first through hole 12 through the manifold 4 between the first shell 11 and the substrate 21.
  • the manifold 4 is formed, for example, by hollowing out a part of the inner block 3, and the second through hole 14, the recess 50, the first through hole 12, and the gas flow path 7 formed inside the support body 10. Communicate.
  • the conductance of the gas path from the gas flow path 7 to the first through hole 12 can be set independently by changing the shape of each manifold 4 as necessary. Further, the ejection angle of the first through hole 12 can be adjusted independently in the width direction of the substrate 21. This makes it possible to change the gas cooling intensity in the width direction of the substrate 21.
  • the thermal load received by the central portion of the substrate 21 in the width direction is often larger than the thermal load received by the end portions of the substrate 21 in the width direction. This is because even if the thickness of the thin film is uniform, the thermal load caused by radiant heat is larger in the vicinity of the central portion of the substrate 21 than in the end portion. In such a case, the amount of gas ejected from each manifold 4 of the blow roller 6 via the first through hole 12 and the second through hole 14 is relatively large at the center of the substrate 21, and the end of the substrate 21 is The conductance design of the plurality of manifolds 4 may be performed so that the number of the manifolds is relatively small. In this way, the cooling strength can be changed according to the thermal load received by the substrate 21. The temperature distribution in the width direction of the substrate 21 can be reduced, and thermal deflection of the substrate 21 can be reduced.
  • “within the holding angle range” includes a case where one end or both ends of the holding angle range coincide with one end or both ends of the range of the manifold 4 in the circumferential direction of the first shell 11. .
  • “match” does not mean perfect match. In terms of the rotation angle of the first shell 11, for example, even if the manifold 4 protrudes from the holding angle range by about 2 to 3 degrees, this is only an error, and one or both ends of the holding angle range. Is coincident with one end or both ends of the range of the manifold 4.
  • the gap 15 is also a space formed inside the first shell 11, and gas is directed toward the plurality of first through holes 12 outside the range of the holding angle (specifically, outside the range of the specific angle). It is formed to guide. Specifically, a gap 15 is formed between the second shell 13 and the inner block 3. With respect to the radial direction of the first shell 11, the gap portion 15 has a relatively narrow dimension.
  • the width of the gap 15 in the radial direction is, for example, in the range of 30 to 200 ⁇ m. If the width of the gap portion 15 is appropriately adjusted, the amount of gas leaking to the outside of the blow roller 6 through the gap portion 15 can be reduced, so that the degree of vacuum can be prevented from deteriorating. Further, contact between the second shell 13 and the inner block 3 based on processing accuracy of each member, deformation due to thermal expansion, and the like can be avoided, and abnormal rotation and damage to the blow roller 6 can be prevented.
  • the “holding angle” is defined by an angle ⁇ of a contact portion between the first shell 11 and the substrate 21 around the rotation axis O of the first shell 11.
  • the size of the hugging angle is not particularly limited. For example, when the holding angle is within a range of 30 to 180 degrees (or 45 to 120 degrees), even when the outer diameter of the first shell 11 is small to some extent, the substrate 21 can be smoothed without generating excessive bending stress. Can be transported.
  • the transport system 36A is disposed on the downstream side of the blow roller 6 along the transport direction of the substrate and the first roller disposed on the upstream side of the blow roller 6 along the transport direction of the substrate 21.
  • the holding angle is defined by the relative positional relationship among the first roller, the blow roller 6 and the second roller.
  • the “first roller” is the winding core roller 23 or the conveyance roller 24.
  • the “second roller” is the conveyance roller 24 or the winding core roller 26.
  • the manifold 4 is formed so as to guide the gas toward the plurality of first through holes 12 within a specific angle range around the rotation axis O of the first shell 11.
  • the transport system 36A can be constructed so that the “specific angle” falls within the range of the holding angle. That is, the “specific angle” is an angle equal to or smaller than the holding angle.
  • a transport system 36A is constructed inside the vacuum chamber 22.
  • the substrate 21 is transported from the unwinding position (winding roller 23) of the transport system 36A to the winding position (winding roller 26).
  • the material is evaporated from the film forming source 19 toward the opening 31 provided in the transport path of the transport system 36 ⁇ / b> A so that the material is applied to the substrate 21.
  • the relative relationship between the first roller (core roller 23), the blow roller 6 and the second roller (conveyance roller 24) so that the “specific angle” is within the range of the holding angle. Set a specific positional relationship.
  • the holding angle defined by the angle ⁇ is two line segments obtained by connecting the centers of the two second through holes 14 adjacent to each other in the circumferential direction and the rotation axis O. It is larger than the angle ⁇ formed. According to this relationship, at least one of the plurality of second through holes 14 can always face the manifold 4.
  • the range (angle range) of the manifold 4 in the circumferential direction is defined so that the manifold 4 faces the plurality of second through holes 14 only within the range of the holding angle. According to this configuration, the gas pressure between the first shell 11 and the substrate 21 can be easily maintained at a high pressure.
  • the inner block 3 has an arcuate outer peripheral surface 3p outside the range of the holding angle.
  • a gap 15 is formed between the arc-shaped outer peripheral surface 3p of the inner block 3 and the inner peripheral surface 13q of the second shell 13. According to this configuration, it is easy to keep the width of the gap 15 constant. That is, the width of the gap 15 may be constant. A portion having a constant width can be regarded as the gap portion 15, and other portions can be regarded as the manifold 4.
  • the first through holes 12 are formed at equal intervals along the width direction WD of the first shell 11.
  • the second through holes 14 are formed at equal intervals along the width direction WD of the second shell 13.
  • the uniformity of the cooling capability in the width direction can be ensured.
  • the first through holes 12 are formed at equal intervals along the circumferential direction LD.
  • the second through holes 14 are formed at equal intervals along the circumferential direction LD.
  • the recess 50 has a longitudinal direction parallel to the width direction WD.
  • One first through hole 12 faces one recess 50 and one second through hole 14 opens. That is, the pair of the first through hole 12 and the second through hole 14 are arranged along the width direction WD. According to such a positional relationship, even if the first shell 11 and the second shell 13 can be rotated relatively, it is difficult for foreign matter to enter the second through hole 14.
  • the longitudinal direction of the recess 50 may be parallel to the circumferential direction LD.
  • the shape of the recess 50 is not particularly limited.
  • the recess 50 may gradually become deeper from the position where the second through hole 14 is opened toward the position facing the first through hole 12.
  • An imaginary straight line passing through the central axis of the first through-hole 12 and the central axis of the second through-hole 14 and perpendicularly intersecting these central axes is defined.
  • the recess 50 may have a V-shaped, semi-circular, semi-elliptical, rectangular or other contour.
  • the width direction WD is the width direction of the first shell 11 and the second shell 13 and means a direction parallel to the rotation axis O.
  • the circumferential direction LD is the circumferential direction of the outer peripheral surface 11 p of the first shell 11 and also the circumferential direction of the outer peripheral surface 13 p of the second shell 13.
  • the arrangement of the first through holes 12 and the arrangement of the second through holes 14 are not particularly limited.
  • the plurality of first through holes 12 includes (i) a first group G 1 provided along the circumferential direction LD at a predetermined position in the width direction WD parallel to the rotation axis O; (Ii) A second group G 2 provided along the circumferential direction LD at a position adjacent to the predetermined position is configured.
  • the plurality of first through holes 12 belonging to the first group G 1 and the plurality of first through holes 12 belonging to the second group G 2 form an alternating arrangement. That is, the first through holes 12 are located on the lattice points of the staggered lattice in the development view of the first shell 11. According to such an arrangement of the first through holes 12, more uniform cooling is possible.
  • the support 10 is a member that supports the inner block 3, and includes a gas flow path 7 (gas introduction port) for introducing gas into the manifold 4 from the outside of the vacuum chamber 22, And a refrigerant flow path 46 for flowing a refrigerant for cooling the support 10.
  • the gas flow path 7 may be configured by a single flow path that can supply only one type of gas to the manifold 4, or may be configured by a plurality of flow paths so that a plurality of types of gas can be supplied to the manifold 4. It may be. Further, when a plurality of manifolds 4 are formed, the gas flow path 7 is configured so that the gas supply amount to one manifold 4 and the gas supply amount to another manifold can be made different from each other. Also good.
  • the gas fills the manifold 4 formed in the inner block 3 through the gas supply pipe 32 and the gas flow path 7.
  • the gas is led preferentially to the second through hole 14 facing the manifold 4 among the plurality of second through holes 14, led to the first through hole 12 through the recess 50, and from the first through hole 12 to the substrate 21. Erupts toward the back of the.
  • the cooling means is not limited to water, and a liquid or gaseous refrigerant can be used. Water is supplied to the water channel 46 from the outside of the vacuum chamber 22. The water that has flowed through the water flow path 46 is returned to the outside of the vacuum chamber 22.
  • the support 10 and the inner block 3 are composed of separate parts.
  • a part of the inner block 3 may protrude from the first shell 11, and the protruding part may serve as the support 10. That is, the support 10 and the inner block 3 may be formed integrally.
  • a gas leakage reducing member 37 facing the outer peripheral surface 11p of the first shell 11 may be provided. Thereby, the leakage of the gas outside the range of the holding angle can be suppressed.
  • the gas leakage reducing member 37 is, for example, a curved plate disposed at a position in the range of 50 to 300 ⁇ m from the first shell 11 outside the holding angle range.
  • the gas leakage reducing member 37 has, for example, an arc shape along the outer peripheral surface 11p of the first shell 11.
  • a gas leakage reducing member 37 can be provided at a position facing the outer peripheral surface 11p of the first shell 11 and outside the holding angle range.
  • the holding plate 51 is disposed on both end surfaces of the first shell 11 and the second shell 13 so as to close a slight gap between the first shell 11 and the second shell 13.
  • the temperature of the first shell 11 is higher than the temperature of the second shell 13.
  • the gap between the first shell 11 and the second shell 13 is slightly enlarged due to thermal expansion, and gas may leak.
  • the holding plate 51 has an effect of preventing gas leakage due to the enlargement of the gap.
  • the material of the first shell 11 has a thermal expansion coefficient smaller than that of the material of the second shell 13, the following effects are obtained. That is, even when the temperature of the first shell 11 is higher than the temperature of the second shell 13 when the blow roller 6 is used, it is possible to suppress an increase in the gap between the first shell 11 and the second shell 13.
  • the first shell 11 is made of SUS430 and the second shell 13 is made of SUS304.
  • the linear expansion coefficient of SUS430 is 1.04 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. with an average value of 0 to 100 ° C.
  • the linear expansion coefficient of SUS304 is 1.73 ⁇ 10 ⁇ 5 / ° C. with an average value of 0 to 100 ° C.
  • the inner diameter of the first shell 11 and the outer diameter of the second shell 13 are about 100 mm, and the first shell 11 and the second shell 13 are fitted together by an intermediate fit.
  • the inner diameter of the first shell 11 changes from 100.035 mm to 100.063 mm, and the outer diameter of the second shell 13 changes. Varies from 99.965 mm to 99.994 mm.
  • the width of the gap between the first shell 11 and the second shell 13 changes from 0.07 mm to 0.069 mm. That is, the gap hardly expands.
  • the second shell 13 is closely attached and fixed to the first shell 11. Specifically, the second shell 13 is incorporated into the first shell 11 with a predetermined fitting accuracy (for example, intermediate fit), and the key 5 is used to prevent the second shell 13 from rotating with respect to the first shell 11. It is fixed.
  • the outer diameter of the first shell 11 is in the range of 40 to 1000 mm, for example. When the outer diameter of the first shell 11 is in such a range, sufficient cooling capacity can be obtained while suppressing the equipment cost. Moreover, the grinding process for forming the inner peripheral surface 11q of the first shell 11 is facilitated.
  • the length of the first shell 11 in the axial direction is, for example, in the range of 100 to 800 mm.
  • the axial length of the first shell 11 should be longer than the width of the substrate 21 in order for the substrate 21 to travel stably.
  • the accuracy of the gap between the first shell 11 and the second shell 13 can be appropriately maintained.
  • the thickness of the first shell 11 in the region where the first through hole 12 is formed is, for example, in the range of 2 to 15 mm. When the thickness of the first shell 11 is in such a range, the deformation of the first shell 11 can be prevented. Moreover, the process for forming the 1st through-hole 12 is also easy.
  • the diameter of the first through hole 12 is appropriately set according to the cooling condition of the substrate 21, the degree of vacuum, and the like.
  • the diameter of the first through hole 12 is in the range of 0.5 to 3 mm, for example.
  • gas leakage can be minimized.
  • the process for forming the 1st through-hole 12 becomes easy.
  • the pitch A of the first through holes 12 represents the interval between the two first through holes 12 adjacent to each other in the circumferential direction LD.
  • the pitch B of the first through holes 12 represents the interval between two first through holes 12 adjacent to each other in the width direction WD.
  • the pitch A and the pitch B are also set as appropriate according to the cooling conditions of the substrate 21, the degree of vacuum, and the like.
  • the pitch A is, for example, in the range of 10 to 50 mm.
  • the pitch A may be in the range of 5 to 30 degrees, for example, in terms of the rotation angle of the first shell 11. If the pitch A is adjusted appropriately, the width of the pressure fluctuation due to the rotation angle of the first shell 11 can be reduced, and the uniformity of the cooling capacity is improved.
  • the pitch B is, for example, in the range of 10 to 200 mm.
  • the pitch B does not have to be constant along the width direction WD. That is, the first through holes 12 do not have to be arranged at regular intervals along the width direction WD.
  • the pitch B can be appropriately adjusted according to the temperature of the substrate 21 and the cooling state. When the pitch B is adjusted appropriately, the uniformity of the cooling capacity in the width direction WD increases.
  • the number of first through holes 12 is an appropriate number, it is possible to prevent an increase in processing cost.
  • the outer diameter of the second shell 13 is specified by the inner diameter of the first shell 11 and the fitting accuracy.
  • the inner diameter of the first shell 11 can be H7
  • the outer diameter of the second shell 13 can be h7.
  • “H7” and “h7” mean dimensional tolerances defined in Japanese Industrial Standards JIS B 0401 (1999).
  • the length of the second shell 13 in the axial direction is determined according to the length of the first shell 11 in the axial direction.
  • the length of the second shell 13 in the axial direction is, for example, in the range of 100 to 800 mm.
  • the thickness of the second shell 13 in the region where the second through hole 14 is formed is, for example, in the range of 5 to 15 mm.
  • the depth of the recess 50 is, for example, in the range of 2 to 5 mm.
  • the depth of the part is in the range of 5 to 10 mm, for example.
  • the width of the recess 50 is preferably larger than the diameter of the first through hole 12. In this way, it is easy to optimize the conductance of the gas flow path.
  • the width of the recess 50 is in the range of 3 to 5 mm, for example.
  • the diameter of the second through hole 14 is appropriately set according to the cooling condition of the substrate 21, the degree of vacuum, and the like.
  • the diameter of the second through hole 14 is, for example, in the range of 0.1 to 3 mm.
  • the second through hole 14 may have a diameter smaller than the diameter of the first through hole 12. In this way, even if a foreign substance passes through the first through hole 12, it can be stopped by the second through hole 14. As a result, the probability of foreign matter entering between the second shell 13 and the inner block 3 can be further reduced.
  • the pitch C of the second through holes 14 represents the interval between the two second through holes 14 adjacent to each other in the circumferential direction LD.
  • the pitch B of the second through holes 14 represents the interval between the two second through holes 14 adjacent to each other in the width direction WD.
  • the pitch C and the pitch D are formed to match the pitch A and the pitch B of the first through hole 12. That is, each pitch is determined so that the central axis of the first through hole 12 and the central axis of the second through hole 14 do not exist on the same straight line.
  • the concave portion 50 of the second shell 13 exists on the extension line of the central axis of the first through hole 12.
  • the first through hole 12 may have a diameter that is reduced from the outer peripheral side of the first shell 11 toward the central side.
  • the diameter of the 1st through-hole 12 may be changing continuously, as shown to FIG. 7B.
  • the diameter of the 1st through-hole 12 may be changing in steps.
  • the 1st through-hole 12 may have a part with which the diameter is changing continuously, and a part with a constant diameter.
  • the second through hole 14 may have a diameter that decreases from the outer peripheral side of the second shell 13 toward the center side.
  • the diameter of the second through hole 14 may be continuously changed as shown in FIGS. 7D and 7E. Further, the diameter of the second through hole 14 may be changed in stages. Furthermore, as shown in FIG. 7C, the second through hole 14 may have a portion where the diameter continuously changes and a portion where the diameter is constant.
  • the diameter of the second through hole 14 on the outer peripheral side of the second shell 13 may be smaller than the diameter of the first through hole 12 on the center side of the first shell 11. According to such a relationship, it is possible to prevent foreign matters that are smaller than the diameter of the first through hole 12 and larger than the diameter of the second through hole 14 from entering the gap portion 15.
  • the recess 50 includes a first portion 50a located on an extension line of the central axis of the first through hole 12 and a second portion 50b in which the second through hole 14 is opened. You may go out.
  • the depth of the first portion 50a is deeper than the depth of the second portion 50b. According to such a configuration, foreign matter is likely to be captured by the first portion 50 a, so that the foreign matter is unlikely to reach the second through hole 14 even if it can pass through the first through hole 12.
  • the first through hole 12, the recessed portion 50, and the second through hole 14 are formed between the manifold 4 and the gap portion 15 as the first shell 11 and the second shell 13 rotate. Move in opposition.
  • the conductance of the gas path from the gas flow path 7 to the first through hole 12 is much larger when passing through the manifold 4 than when passing through the gap 15.
  • the amount of gas that passes outwardly through the first through hole 12 when facing the manifold 4 is such that the first through hole 12 faces the gap 15. More than the amount of gas passing through. Accordingly, since the gas can be efficiently discharged from the first through hole 12 in the range of the holding angle where the substrate 21 contacts the blow roller 6, the gas pressure between the first shell 11 and the substrate 21 is increased. be able to.
  • Leakage from between the outer peripheral surface 11p of the first shell 11 and the substrate 21 is caused by making the average pressure between the outer peripheral surface 11p of the first shell 11 and the substrate 21 lower than the atmospheric pressure when the gas is introduced.
  • the amount of gas to be released can be reduced. Thereby, the load of the exhaust pump 35 can be reduced.
  • the buoyancy due to the average pressure between the outer peripheral surface 11p of the first shell 11 and the substrate 21 is higher than the vertical drag force of the substrate 21 on the blow roller 6 due to the transport tension of the substrate 21. small. Therefore, the change of the space
  • substrate 21 is 100 micrometers or less with the presence or absence of gas introduction, for example. That is, the substrate 21 can be prevented from being lifted, and the substrate 21 can be efficiently cooled.
  • blow roller 6 of the present embodiment even if foreign matter enters the first through hole 12, it can be prevented from entering the manifold 4 and the gap portion 15. Thereby, the rubbing damage
  • the blow roller 6 ⁇ / b> B according to the first modification has a wide manifold 44. Only one manifold 44 is formed in the inner block 3. According to such a configuration, the cost of the inner block 3 can be reduced.
  • the width of the manifold 44 (the length in the direction parallel to the rotation axis O) is smoothly supplied to each of the plurality of second through holes 14 arranged in the direction parallel to the rotation axis O (width direction WD). It is adjusted so that it can. Specifically, the width of the manifold 44 is larger than the distance between the two second through holes 14 located at both ends in the width direction WD.
  • the blow roller 6 ⁇ / b> C according to Modification 2 includes a plurality of gas flow path 7 systems.
  • the gas flow path 7 includes a first gas flow path 7a that communicates with all of the plurality of manifolds 4, and a second gas flow path 7b that communicates with the manifold 4 formed inside the manifold 4 at the end.
  • the second gas flow path 7b communicates with at least one of the plurality of manifolds 4 formed inside the two manifolds 4 positioned at both ends in the width direction among the plurality of manifolds 4. Yes.
  • the amount of gas introduced into the manifold 4 in the width direction of the substrate 21 can be changed, and the cooling strength can be changed according to the thermal load received by the substrate 21.
  • the type of gas in the first gas channel 7a can be different from the type of gas in the second gas channel 7b.
  • the thermal load is strong at the center of the substrate 21, particularly when a metal foil substrate is used, the center of the substrate 21 tends to stretch.
  • the central portion of the substrate 21 is slightly lifted from the blow roller 6C.
  • argon gas is used for the first gas flow path 7a
  • helium gas is used for the second gas flow path 7b.
  • the blow roller 6D according to the modification 3 includes an inner block 33 composed of a plurality of divided blocks 3a.
  • the divided blocks 3a are arranged along the rotation axis O.
  • a manifold 4 is formed in each divided block 3a. According to such a configuration, the structure of the blow roller 6D can be changed according to desired cooling conditions. That is, the cooling condition can be easily changed by rearranging the divided blocks 3a.
  • the second shell 13 has a groove-like recess 52 extending parallel to the circumferential direction LD.
  • the recess 52 may be formed around the entire periphery of the second shell 13.
  • the recesses 52 are formed in a plurality of rows along the width direction WD.
  • the interval between the adjacent recesses 52 may be constant or different.
  • a plurality of first through holes 12 face one recess 52.
  • a plurality of second through holes 14 are open to one recess 52. According to such a configuration, it is possible to avoid complicated processing for forming the concave portion 52 of the second shell 13 by cutting, and thus it is possible to reduce the manufacturing cost of the blow roller 6E.
  • the second shell 13 has a groove-like recess 54 extending in parallel to the width direction WD.
  • the recess 54 may be formed in the second shell 13 from one end to the other end in the width direction WD.
  • the recesses 54 are formed in a plurality of rows along the circumferential direction LD. The interval between the adjacent recesses 54 is constant.
  • a plurality of first through holes 12 face one recess 54.
  • a plurality of second through holes 14 are open to one recess 54. According to such a configuration, the same effect as the blow roller 6E according to Modification 4 can be obtained.
  • the second shell 13 has a groove-like recess 54 extending in parallel to the width direction WD.
  • the structure of the recess 54 is as described with reference to FIGS. 12A and 12B.
  • the second shell 13 has a plurality of second through holes 14 formed in only one row along the circumferential direction LD. Only one manifold 4 is formed in the inner block 3.
  • a plurality of first through holes 12 face one recess 54.
  • one second through hole 14 is open to one recess 54. According to such a configuration, the manufacturing cost of the blow roller 6G can be further reduced.
  • the second shell 13 has a groove-like recess 56 extending in parallel with the width direction WD.
  • the recess 56 may be formed in the second shell 13 from one end to the other end in the width direction WD.
  • the recesses 56 are formed in a plurality of rows along the circumferential direction LD. The interval between the adjacent recesses 56 is constant.
  • the second shell 13 has a plurality of second through holes 14 formed in only one row along the circumferential direction LD. Only one manifold 4 is formed in the inner block 3.
  • a plurality of first through holes 12 face one recess 56.
  • one second through hole 14 is open to one recess 56.
  • the concave portion 56 includes a first portion 56a located on an extension line of the central axis of the first through hole 12, and a second portion 56b in which the second through hole 14 is opened.
  • the depth of the first portion 56a is deeper than the depth of the second portion 56b. According to such a configuration, foreign matter is easily captured by the first portion 56 a, so that the foreign matter is unlikely to reach the second through hole 14 even if it can pass through the first through hole 12.
  • the second shell 13 has a groove-shaped recess 58 extending in parallel with the width direction WD and the circumferential direction LD.
  • the recess 58 includes a first portion 58a extending in parallel with the circumferential direction LD and a second portion 58b extending in parallel with the width direction WD.
  • the depth of the first portion 58a is deeper than the depth of the second portion 58b. According to such a configuration, foreign matter is easily captured by the first portion 58 a, so that the foreign matter is unlikely to reach the second through hole 14 even if it can pass through the first through hole 12.
  • a wide manifold 44 is formed in the inner block 3.
  • the manifold 44 is as described with reference to FIG.
  • the plurality of first through holes 12 face one first portion 58a.
  • the plurality of first through holes 12 face one second portion 58b.
  • a plurality of second through holes 14 may be opened in one second portion 58b.
  • one second through hole 14 may be opened in one second portion 58b.
  • the shape of the recesses and the number of the second through holes 14 in the second shell 13 are not particularly limited.
  • the shape and number of manifolds 4 can be determined according to the number of second through holes 14.
  • the advantageous configurations of the blow rolls 6, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G, 6H and 6I described herein can be combined with each other.
  • Examplementation condition 1 For example, in the blow roller 6 shown in FIG. 3A, the outer diameter of the first shell 11 is 110 mm, the width of the first shell 11 is 120 mm, and the thickness of the first shell 11 is 6.5 mm (the inner diameter of the first shell is 97H7).
  • the diameter of the first through-holes 12 is 1 mm, the pitch A is 20 degrees, and the pitch B is 19 mm to form a 5-row configuration.
  • the outer diameter of the second shell 13 is 97h7, the thickness of the second shell 13 is 6 mm, the diameter of the second through-hole 14 is 0.7 mm, the pitch C is 20 degrees, and the pitch D is 19 mm.
  • the depth of the recess 50 is 2 mm, the width is 3 mm, and the length is 13 mm. However, on the extended line of the central axis of the first through hole 12, the diameter of the recess 50 is 3 mm and the depth is 4 mm.
  • the central axis of the first through hole 12 and the central axis of the second through hole 14 are shifted by 11.8 degrees.
  • the distance between the second shell 13 and the inner block 3 in the gap 15 is 100 ⁇ m.
  • the manifold 4 of the inner block 3 is divided into five, and helium gas is introduced into the manifold 4 at both ends as a gas from the gas flow path 7 in a total of 20 sccm (Standard Cubic Centimeter per Minute), and a total of 53 sccm is introduced into the three manifolds 4 in the center.
  • the gas cooling ability equivalent to the case where helium gas is introduced so that the entire vacuum chamber 22 becomes 100 Pa without introducing gas from the gas flow path 7 can be obtained.
  • the heat transfer coefficient can be calculated by measuring the temperature of the substrate 21 traveling on the surface of the blow roller 6 with a thermocouple or the like and changing the movement time and the temperature of the substrate 21.
  • the heat transfer coefficient by gas cooling is, for example, 0.003 W / cm 2 / K, although it depends on the type of the substrate 21.
  • a helium gas introduction amount of about 680 sccm is required.
  • the blow roller 6 can reduce the gas introduction amount to about 1/9. A relatively small amount of gas is flowed to the end of the substrate 21, and a relatively large amount of gas is flowed to the center of the substrate 21. Thereby, the cooling in the center part of the board
  • Examplementation condition 2 Using the thin film manufacturing apparatus 20B shown in FIG. 2, a negative electrode for a lithium ion secondary battery can be manufactured under the following conditions.
  • a silicon multilayer thin film is formed on both sides of the current collector to a thickness of 8 ⁇ m by vacuum deposition.
  • the vacuum tank 22 having two oil diffusion pumps with a diameter of 14 inches as the exhaust pump 35 and having a volume of 0.4 m 3 is evacuated to 0.002 Pa, and then silicon as a film forming material is dissolved. Silicon is dissolved by using a 270 ° deflection electron beam evaporation source (deposition source 19).
  • the molten silicon is irradiated with an electron beam having an acceleration voltage of ⁇ 10 kV and an emission current of 520 to 700 mA, and the generated vapor is directed along the can 27 to the traveling substrate 21.
  • a metal mask (opening length is 100 mm each) (not shown) is arranged at a position of about 2 mm from the substrate 21 so that the film forming width of the silicon thin film becomes 85 mm.
  • the transport system 36B is configured to allow the substrate 21 to reciprocate.
  • a silicon thin film having a film thickness of about 0.5 ⁇ m is formed on both surfaces of the substrate 21 by one run. By repeating the film formation 16 times while reciprocating, a silicon thin film of about 8 ⁇ m can be formed.
  • each layer on both surfaces of the substrate 21 is performed, for example, at an average emission current of 600 mA, a substrate transfer speed of 2 m / min, and an average film formation speed of 80 nm / sec.
  • the blow roller 6 is disposed in the conveyance path after the silicon thin film is formed on one surface (first surface) of the substrate 21 and before film formation on the other surface (second surface) is performed.
  • the outer diameter of the first shell 11 is 120 mm
  • the width of the first shell 11 is 120 mm
  • the thickness of the first shell 11 is 4 mm
  • the diameter of the first through holes 12 is 1 mm
  • the pitch A is 20 degrees.
  • the pitch B is 15 mm and the structure is 5 rows.
  • the outer diameter of the second shell 13 is 112h7
  • the thickness of the second shell 13 is 6 mm
  • the diameter of the second through-hole 14 is 0.7 mm
  • the pitch C is 20 degrees
  • the pitch D is 15 mm.
  • the depth of the recess 50 is 2 mm, the width is 3 mm, and the length is 14.6 mm. However, on the extended line of the central axis of the first through hole 12, the diameter of the recess 50 is 3 mm and the depth is 4 mm. The central axis of the first through hole 12 and the central axis of the second through hole 14 are shifted by 11.8 degrees. The distance between the second shell 13 and the inner block 3 in the gap 15 is 80 ⁇ m. A total of 80 sccm of helium gas is introduced into the manifold 4 as gas from the gas flow path 7.
  • the temperature of the substrate 21 at the start of film formation on each surface of the substrate 21 can be made substantially the same.
  • the quality of the thin film can be made equal, and the warpage of the substrate 21 after film formation due to the difference in thermal expansion coefficient or the like is reduced. be able to.
  • the maximum temperature reached by the substrate 21 can be lowered, and deterioration of the substrate 21 can be prevented.
  • the deterioration of the copper foil due to a temperature rise can be evaluated by, for example, a change in mechanical property values by a tensile test or the like. it can.
  • the thermally deteriorated copper foil exhibits phenomena such as an increase in elongation with respect to a tensile load and a decrease in breaking strength. These characteristic deteriorations lead to deformation and breakage of the electrode plate because the silicon thin film used for the lithium secondary battery electrode plate expands during lithium occlusion.
  • the blow roller 6 is arranged on a path from each film formation position to the winding core roller 26.
  • substrate 21 at the time of winding can be made into normal temperature.
  • generation of wrinkles due to thermal deformation of the substrate 21 at the time of winding is prevented, and the phenomenon of tightening due to the shrinkage of the substrate 21 after winding is prevented. be able to.
  • the outer diameter of the first shell 11 is 80 mm, the width of the first shell 11 is 120 mm, the thickness of the first shell 11 is 4 mm (the inner diameter of the first shell is 72H7), The diameter is 1 mm, the pitch A is 15 degrees, and the pitch B is 15 mm.
  • the outer diameter of the second shell 13 is 72h7, the thickness of the second shell 13 is 6 mm, the diameter of the second through-hole 14 is 0.7 mm, the pitch C is 15 degrees, and the pitch D is 15 mm.
  • the depth of the recess 50 is 2 mm, the width is 3 mm, and the length is 7.4 mm.
  • the diameter of the recess 50 is 3 mm and the depth is 4 mm.
  • the central axis of the first through hole 12 and the central axis of the second through hole 14 are shifted by 11.8 degrees.
  • the interval between the second shell 13 and the inner block 3 in the gap 15 is 50 ⁇ m.
  • the manifold 4 of the inner block 3 is divided into five, and argon gas is introduced as a gas from the gas flow path 7 into the manifold 4 at both ends in a total of 14 sccm and into the three manifolds 4 at the center in a total of 36 sccm.
  • the gas can be used efficiently, deterioration of the degree of vacuum during cooling can be prevented.
  • the substrate transport roller can be prevented from being locked, and thus damage to the substrate can be suppressed.
  • other gas cooling methods can be combined with the technology disclosed in the present specification, an increase in the size of equipment such as an exhaust pump can be suppressed, and a low-cost thin film manufacturing apparatus can be realized.
  • the technique disclosed in the present specification can be suitably employed in a thin film manufacturing apparatus that requires high-speed and stable film formation.
  • the technology disclosed in the present specification can be employed in the manufacture of devices and functional thin films.
  • the device include an electrode plate for a lithium ion secondary battery, an electrode plate for an electrochemical capacitor, a capacitor, a solar cell, and various sensors.
  • the functional thin film include a transparent electrode film, a decorative film, a magnetic tape, a gas barrier film, various optical films, and a hard protective film.

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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 JIS B 0401(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 (15)

  1.  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。
  2.  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。
  3.  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。
  4.  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。
  5.  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。
  6.  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。
  7.  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。
  8.  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。
  9.  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。
  10.  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。
  11.  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。
  12.  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。
  13.  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。
  14.  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。
  15.  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。
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