WO2014097545A1 - 基材搬送ローラ - Google Patents

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film
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尚樹 大庭
玉垣　浩
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    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B3/0095—Heating devices in the form of rollers
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D21F5/022—Heating the cylinders

Definitions

  • the present invention relates to a base material transport roller such as a film forming roller provided in a film forming apparatus for performing a film forming process on the surface of the base material.
  • Patent Document 1 As an example of an apparatus adopting a roll-to-roll system, there is a sputtering apparatus disclosed in Patent Document 1 (see FIG. 1), for example.
  • This sputtering apparatus has a delivery / winding chamber and a film forming roller (coating drum).
  • the film is unwound from the film roll in the delivery / winding chamber and conveyed while being wound around the film forming roller. After the film is sputtered on the film, it is again wound on a roll in a feed / windup chamber.
  • a plurality of coating chambers are provided around the film forming roller, and a sputter evaporation source is disposed in each chamber, so that a multilayer film can be formed by one film run.
  • Each chamber has a vacuum pump.
  • Partition walls are provided between the coating chambers and between the coating chambers and the delivery / winding chamber. These partition walls are arranged close to the front of the film forming roller. This partition wall is close to the film forming roller (interval of about several mm), thereby maintaining the independence of the atmosphere between the coating chambers, and enabling different films to be formed in adjacent rooms.
  • roll-to-roll continuous processing is generally performed on a resin film having low heat resistance, and the film forming roller is often cooled to protect the resin film from thermal damage.
  • the film forming roller is temperature-controlled so that the base material has a temperature required for the film forming process, and this temperature control ensures the accuracy of the outer diameter and the cylindricity by machining. This is done by uniformly raising and lowering the outer cylinder surface of the cylindrical roll.
  • the temperature control range of temperature increase and temperature decrease is expanded, the following problems 1) to 3) occur.
  • the distance between the film forming roller and each partition wall is the outer diameter of the film forming roller.
  • the partition wall performance fluctuates due to changes. In the worst case, the film forming roller and the partition wall may come into contact with each other.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a base material transport roller that makes it possible to control the temperature of a base material over a wide region without deteriorating the transport quality of the base material. With the goal.
  • the present invention provides a substrate transport roller that is provided in a film forming apparatus for performing a film forming process on the surface of a substrate so as to be rotatable around a specific central axis and transports the substrate.
  • the base material transport roller is provided at a central portion in the axial direction along the central axis, and is positioned on both outer sides in the axial direction of the central segment, the central segment having the first outer peripheral surface,
  • the cylindrical second outer peripheral surface and the third outer peripheral surface are coaxial with the central axis, and the second outer peripheral surface and the third outer peripheral surface are the second outer peripheral surface and the third outer peripheral surface, respectively.
  • a pair of end segments, a central heating / cooling mechanism for changing the temperature of the central segment, and both end portions for changing the temperature of each end segment independently of the central segment A temperature raising and lowering mechanism.
  • FIG. 1 is a cross-sectional front view of a film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. It is a cross-sectional side view of the film-forming roller of the film-forming apparatus according to the first embodiment. It is a cross-sectional side view which shows the modification of the film-forming roller by 1st Embodiment.
  • FIG. 4A is a cross-sectional side view of a film forming roller of a film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line IVB-IVB in FIG.
  • FIG. 5A is a cross-sectional side view of a film forming roller of a film forming apparatus according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line VB-VB in FIG.
  • FIG. 1 is a sectional front view of the film forming apparatus 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional side view showing a film forming roller 2 a which is a base material transport roller provided in the film forming apparatus 1.
  • the film forming apparatus 1 includes an unwinding unit 3, a film base material transporting unit 4, and a winding unit 5.
  • the winding unit 3 unwinds the film substrate W that is a film-like substrate from the substrate roll.
  • the base material roll is obtained by winding the film base material W into a roll shape.
  • the film base W has a width of about 1 meter and a small thickness of about several tens to several hundreds of ⁇ m, for example, and is made of, for example, resin or glass.
  • the film base material transport unit 4 transports the unwound film base material W to the surface treatment process. In this surface treatment step, the film substrate W is subjected to a surface treatment by a sputtering method, a CVD method, or the like.
  • the said winding part 5 winds up the film base material W in which the surface treatment was given again as a roll-shaped base material roll. That is, the film forming apparatus 1 conveys a long film substrate W of, for example, 100 m or more from the substrate roll of the unwinding unit 3 to the substrate roll of the winding unit 5 by a so-called roll-to-roll method. However, it is an apparatus for performing a surface treatment on the film substrate W.
  • the up-down direction toward the paper surface of FIG. 1 is the up-down direction of the film forming apparatus 1, and the left-right direction toward the paper surface is also the left-right direction of the film forming apparatus 1.
  • the paper surface penetration direction of FIG. 1 is called the front-back direction.
  • the film forming apparatus 1 further includes a vacuum chamber 6.
  • the vacuum chamber 6 accommodates the unwinding unit 3, the film base material transport unit 4, and the winding unit 5.
  • the vacuum chamber 6 has, for example, a box shape and is formed in a bowl shape with a hollow inside. Further, the vacuum chamber 6 has a function of keeping the inside airtight with respect to the outside of the vacuum chamber 6.
  • a vacuum pump (not shown) is provided below the vacuum chamber 6. By this vacuum pump, the inside of the vacuum chamber 6 is depressurized to a low pressure state or a vacuum state.
  • the unwinding part 3 is arranged on the upper left side of the central part in the vertical direction in the vacuum chamber 6 shown in FIG.
  • the unwinding unit 3 has an unwinding core that is a winding core.
  • the unwinding core has, for example, a cylindrical shape or a columnar shape slightly longer than the width of the film base W.
  • a base material roll is formed by winding the film base material W around the unwinding core.
  • the unwinding unit 3 is configured by attaching the base material roll to the film forming apparatus 1.
  • the unwinding portion 3 is disposed in the vacuum chamber 6 so that the rotation center axis given thereto is perpendicular to the paper surface of FIG.
  • the film forming apparatus 1 includes a film forming unit.
  • the film forming unit is provided at a position below the center in the vertical direction in the vacuum chamber 6 shown in FIG.
  • the film forming unit performs a surface treatment (surface treatment step) on the surface of the film substrate W unwound from the unwinding unit 3 by, for example, sputtering or plasma CVD.
  • a sputtering film forming unit 7 by a sputtering method is disclosed as an example of the film forming unit.
  • the film base material transport unit 4 includes a base material transport roller for transporting the film base material W in the sputtering film forming unit 7 that performs the surface treatment process.
  • FIG. 1 shows a film forming roller 2a and a pair of sputter evaporation sources T, which are a part of the configuration of a general sputtering film forming unit and are examples of the substrate transport roller.
  • the film forming roller 2a has a cylindrical outer peripheral surface, and conveys the film substrate W wound around the film forming roller 2a.
  • the film forming roller 2 a has a rotation shaft 8 and rotates around a rotation center axis that is a center axis of the rotation shaft 8.
  • the film forming roller 2 a is arranged so that the rotation center axis is substantially parallel to the rotation center axis of the unwinding unit 3.
  • the film forming roller 2a In the film forming roller 2a, temperature control for appropriately raising and lowering the temperature of the substrate in accordance with the sputtering conditions is performed.
  • the film forming roller 2a according to the present embodiment has a unique configuration for enabling the temperature control as a feature thereof. The detailed configuration of the film forming roller 2a will be described later.
  • the sputter evaporation source T is disposed on each of the left and right sides of the film forming roller 2a so as to face the film substrate W conveyed by the film forming roller 2a.
  • the sputter evaporation source T is an evaporation source containing a component to be deposited on the surface of the film substrate W. As is well known, this component is sputtered (evaporated) by glow discharge, guided to the surface of the film substrate W, and deposited on the surface.
  • the winding unit 5 is arranged on the right side of the unwinding unit 3 in the vacuum chamber 6 shown in FIG.
  • the winding unit 5 winds the film substrate W that has been surface-treated through the film substrate transport unit 4 as a roll-shaped substrate roll, and has the same configuration as the unwinding unit 3. And they are arranged in the same way.
  • the film forming apparatus 1 further includes a first guide roller 9 and a second guide roller 10 as shown in FIG.
  • the first guide roller 9 is provided near the film forming roller 2a between the unwinding portion 3 and the film forming roller 2a.
  • the first guide roller 9 is arranged in the left-right direction of the vacuum chamber 6 closer to the center of the vacuum chamber 6 than the left end of the film-forming roller 2a, that is, closer to the rotation shaft 8 of the film-forming roller 2a.
  • the first guide roller 9 is disposed so as to be rotatable about a rotation center axis provided thereto, and the rotation center axis is parallel to the rotation center axes of the unwinding unit 3 and the film forming roller 2a.
  • the first guide roller 9 can always convey the substrate W from the film forming roller 2a from a certain angle and direction.
  • the second guide roller 10 is disposed on the right side of the first guide roller 9 between the winding unit 5 and the film forming roller 2a.
  • the second guide roller 10 has the same configuration as the first guide roller 9 and has an outer diameter that is substantially the same as the outer diameter of the first guide roller 9.
  • FIG. 2 is a cross-sectional side view of the film forming roller 2a, and shows the configuration of the film forming roller 2a when viewed from the right or left side of the film forming apparatus 1 shown in FIG.
  • the vertical direction toward the paper surface of FIG. 2 matches the vertical direction of the film forming apparatus 1 shown in FIG.
  • the rotation center axis of the film forming roller 2a extending in the direction perpendicular to the paper surface (through direction), that is, the center axis of the rotation axis 8 is shown along the left-right direction in FIG.
  • the film forming roller 2a includes a pair of bearings 11, a pair of end segments 12a and 12b, a center segment 13a, both end heating / cooling mechanisms, and a center heating / cooling mechanism.
  • the bearings 11 are arranged at positions separated from each other in the front-rear direction in the vacuum chamber 6 and hold the end portions of the rotating shaft 8 at the positions so as to be rotatable. That is, the rotating shaft 8 can rotate around its central axis while being held by both bearings 11.
  • the both end segments 12 a and 12 b are provided around the rotary shaft 8 at positions spaced apart from each other in the axial direction of the rotary shaft 8, and rotate integrally with the rotary shaft 8.
  • the center segment 13a is provided around the rotary shaft 8 at a position sandwiched between the both end segments 12a and 12b.
  • the both end temperature increasing / decreasing mechanism has both end temperature increasing / decreasing medium paths 14 which are medium paths indicated by broken lines in FIG. 2, and the both end temperature increasing / decreasing medium paths 14 are provided inside the end segments 12a and 12b.
  • the central heating / cooling mechanism has a central heating / cooling medium path 15a which is a medium path indicated by a broken line in FIG. 2, and the central heating / warming medium path 15a is provided inside the central segment 13a. .
  • the rotary shaft 8 is a columnar or cylindrical member having a constant outer diameter, and portions near both ends thereof are held by the bearings 11. In this way, the rotation shaft 8 can be rotated around the longitudinal direction, that is, the central axis along the axial direction, that is, the rotation center axis of the film forming roller 2a, and is rotated at a predetermined rotation speed by a driving device (not shown). Driven.
  • the end segment 12 a is provided at a position close to the bearing 11 on the right side of the center in the longitudinal direction of the rotary shaft 8, and the end segment 12 b is arranged in the longitudinal direction of the rotary shaft 8. It is provided at a position near the bearing 11 on the left side from the center.
  • Both end segments 12a and 12b are disk-shaped and have a predetermined thickness sufficient to wrap the end (side) side in the width direction of the film substrate W.
  • Both end segments 12a and 12b each have a cylindrical second outer peripheral surface and a third outer peripheral surface that are coaxial with the rotation center axis of the film forming roller 2a.
  • the diameters of the second and third outer peripheral surfaces, that is, the outer diameters of both end segments 12 a and 12 b are arbitrarily determined according to the desired performance of the film forming apparatus 1, but are at least larger than the outer diameter of the rotating shaft 8. large.
  • Both end segments 12a and 12b are provided so as to be coaxial with the rotary shaft 8 at a position with a sufficient gap therebetween.
  • the spacing is sufficient for both ends (both sides) in the width direction of the film substrate W to be wound around the both end segments 12a and 12b, and has a size smaller than the width of the film substrate W.
  • Both end segments 12a and 12b are provided at positions that are substantially symmetrical with respect to the center position in the longitudinal direction of the rotating shaft 8.
  • Both end segments 12a and 12b may be formed integrally with the rotary shaft 8, or may be formed as a member different from the rotary shaft 8 and fixed to the rotary shaft 8 using a fixture. In any case, the both end segments 12 a and 12 b can be rotated in accordance with the rotation of the rotary shaft 8.
  • FIG. 2 shows a state in which the film base W is wound around the both end segments 12a and 12b.
  • the center position in the width direction of the film substrate W substantially coincides with the longitudinal direction of the rotating shaft 8, that is, the center position in the axial direction, and both ends (both sides) in the width direction of the film substrate W are both ends. It exists on the 2nd and 3rd outer peripheral surface of part segment 12a, 12b.
  • the film base W wound around the both end segments 12a and 12b is conveyed by the rotation of the both end segments 12a and 12b.
  • the center segment 13a has an outer diameter that is smaller than the outer diameter of the end segments 12a, 12b. That is, the central segment 13a has a first outer peripheral surface having a diameter smaller than the diameters of the second and third outer peripheral surfaces of the end segment 12a, 12b.
  • the center segment 13a is provided so as to be spaced from the both end segments 12a and 12b inside by a predetermined distance and to be coaxial with the both end segments 12a and 12b and the rotary shaft 8.
  • the central segment 13a may be formed integrally with the rotating shaft 8, or may be formed as a member different from the rotating shaft 8 and fixed to the rotating shaft 8 using a fixture. In any case, the central segment 13a can be rotated in accordance with the rotation of the rotary shaft 8.
  • the outer diameter of the central segment 13a that is, the diameter of the first outer peripheral surface is smaller than the outer diameters of the end segments 12a, 12b, that is, the diameters of the second and third outer peripheral surfaces.
  • the contact between the inner surface of the film base W wound on the second and third outer peripheral surfaces of 12a and 12b and the first outer peripheral surface of the central segment 13a is prevented, and a space between both surfaces is prevented. (Gap) is formed.
  • the diameter of the central segment 13a is arbitrarily determined so that a space suitable for the desired performance of the film forming apparatus 1 is formed between the first outer peripheral surface of the central segment 13a and the film substrate W.
  • the length along the axial center of the central segment 13a also matches the performance of the film forming apparatus 1 where the distance (gap) between the end segments 12a and 12b and the central segment 13a is desired. It is arbitrarily determined so as to be an interval. Further, it is desirable that the central segment 13a is provided so that two intervals formed between the end segments 12a and 12b on both ends of the central segment 13a are substantially equal to each other. As a result, in the longitudinal direction of the rotating shaft 8, that is, in the axial direction, the center position in the longitudinal direction of the central segment 13a, the intermediate position between the end segments 12a and 12b, and the central position of the rotating shaft 8 are substantially equal. As a result, the film forming roller 2a has a substantially symmetrical outer shape with respect to the center position in the longitudinal direction of the rotating shaft 8.
  • the central segment 13a and the end segments 12a and 12b are separated from each other with an interval in the axial direction, and the rotating shaft 8 rotates.
  • the central segment 13a and the end segments 12a, 12b that are formed integrally with the rotary shaft 8 or fixed to the rotary shaft 8 rotate in synchronization with each other.
  • the both end temperature raising / lowering mechanism has the both end temperature raising / lowering medium path 14 provided in the end segments 12a and 12b as described above, and the both end temperature raising / lowering medium path 14 includes, for example, heat medium oil or water.
  • the fluid is circulated as a heating / cooling medium.
  • route 14 is comprised by pipes and other tubular members, for example.
  • the both end temperature raising / lowering mechanism may be configured by a sheath heater embedded in the end segments 12a and 12b.
  • the both end temperature raising / lowering medium path 14 passes the temperature raising / lowering medium from the outside of the film forming roller 2a to the right end segment 12a and further through the rotating shaft 8 to the left end segment 12b. After being introduced into the interior, it is arranged so as to be folded back within the end segment 12b and led out to the outside in the reverse order.
  • the both end temperature raising / lowering medium path 14 includes a portion embedded in each of both end segments 12a and 12b, an intermediate portion that relays these portions via the rotary shaft 8, and a right end segment 12a. And a portion connecting the heat medium supply source outside the film forming roller 2a.
  • the portions embedded in the end segments 12a and 12b are arranged along the second and third outer peripheral surfaces of the end segments 12a and 12b and facing the substrate W. .
  • the heated and cooled heating / cooling medium circulates in the tubular both ends heating / warming medium path 14 arranged in this manner, so that the second and third outer peripheral surfaces of the end segments 12a, 12b, that is, the upper and lower surfaces thereof.
  • the temperature of the surface around which the film substrate W is wound increases or decreases, and thereby the temperature of the film substrate W wound around the end segments 12a and 12b increases or decreases.
  • a sheath heater having a similar shape is embedded in the end segments 12a and 12b instead of the both end heating and cooling medium paths 14, the end segments 12a and 12b can be obtained by changing the heat generation amount of the sheath heater.
  • both end part temperature raising / lowering mechanism changes the temperature of the end segment 12a, 12b by changing the temperature of the 2nd and 3rd outer peripheral surface of the end segment 12a, 12b, ie, the surface around which the film base material W is wound. It is possible to control the temperature of the film substrate W wound around the film.
  • the central heating / cooling mechanism has the central heating / cooling medium path 15a provided inside the central segment 13a as described above, and fluid such as heat medium oil or water is supplied to the central heating / cooling medium path 15a. It is circulated as a heating / cooling medium.
  • the central heating / cooling medium path 15a is constituted by, for example, a pipe or other tubular member.
  • the central temperature raising / lowering mechanism may be configured by a sheath heater embedded in the central segment 13a.
  • the central heating / cooling medium path 15a introduces the heating / warming medium from the outside of the film forming roller 2a into the central segment 13a, and the first in the central segment 13a.
  • the film is arranged so as to be guided to the outside of the film forming roller 2a. That is, the central heating / cooling medium path 15a has a portion embedded inside the central segment 13a and a portion connecting this portion and a heat medium supply source outside the film forming roller 2a.
  • the portion embedded in the center segment 13a is arranged along the surface that is the first outer peripheral surface of the center segment 13a and faces the substrate W.
  • the heated or cooled heating / cooling medium circulates in the tubular central heating / cooling medium path 15a arranged in this manner, so that the film base W is the first outer peripheral surface of the central segment 13a.
  • the temperature of the surface facing the substrate rises or falls, whereby the temperature of the film substrate W facing the first outer peripheral surface rises or falls.
  • a sheath heater having a similar shape is embedded in the central segment 13a instead of the central heating / cooling medium path 15a
  • the first segment of the central segment 13a is changed by changing the amount of heat generated by the sheath heater.
  • the temperature of the outer peripheral surface of the film and the temperature of the film substrate W facing this can be raised.
  • the central temperature raising / lowering mechanism changes the temperature of the first outer peripheral surface of the central segment 13a and faces the film substrate W, so that the film facing the first outer peripheral surface is changed.
  • the temperature of the base material W can be controlled.
  • the both end temperature raising and lowering mechanism for raising and lowering the temperature of the both end segments 12a and 12b and the center temperature raising and lowering mechanism for raising and lowering the temperature of the center segment 13a operate independently of each other. Therefore, the both end temperature raising / lowering mechanism and the central temperature raising / lowering mechanism have the both end temperature raising / lowering medium path 14 and the center part heating / warming medium path 15a, respectively, and these paths 14, 15a have different temperatures.
  • the temperature of the central segment 13a and the end segment 12a are controlled by separately controlling the temperatures of the sheath heaters. , 12b can be controlled independently of each other.
  • the temperatures of the central segment 13a and the end segments 12a and 12b that are spaced apart from each other can be controlled independently of each other, the temperature of the central segment 13a is greatly increased or decreased.
  • the temperature of the end segments 12a and 12b (temperature control range) is controlled while the temperature of the film substrate W is sufficiently controlled to the required temperature, and the end segments 12a and 12b are thermally expanded and deformed. Can be suppressed to a range that does not cause any problems. For example, maintaining the end segments 12a and 12b in contact with the film substrate W at a low temperature while keeping the center segment 13a at a high temperature in order to raise the temperature of the substrate W to a temperature required for the sputtering process.
  • FIG. 3 shows a schematic configuration of the film forming roller 2b of this modification.
  • the film forming roller 2b further includes a pair of temperature gradient portions 16 in addition to the components of the film forming roller 2a shown in FIG. Therefore, only the temperature gradient portion 16 will be described below.
  • Each temperature gradient portion 16 is made of a heat insulating material, and is preferably made of a heat insulating material having a low thermal conductivity such as ceramic.
  • Each temperature gradient part 16 is each arrange
  • the temperature gradient portion 16 has, for example, a substantially disk shape having a thickness corresponding to the interval formed between the center segment 13a and the end segments 12a and 12b, and is coaxial with the rotation shaft 8 of the film forming roller 2b. It is provided to become.
  • both temperature gradient portions 16 insulate between the central segment 13a and the end segments 12a, 12b while being in close contact with the central segment 13a and the end segments 12a, 12b.
  • a sufficient temperature gradient is created between the end segments 12a, 12b. Therefore, even when the temperature change of the central segment 13a is large, the end segments 12a and 12b are not easily affected by the temperature change.
  • the film forming roller 2b of this modification a wider temperature control range of the film base W can be ensured.
  • the film substrate transport unit of the present embodiment and the above-described modified example is not shown in FIGS. 1 to 3, but in addition to the above-described configuration, the pressure bulkhead and the film substrate W between the film segment W and the central segment 13a. It has a gas introduction mechanism for introducing gas into the formed space (gas introduction space).
  • gas introduction space gas introduction space
  • the pressure bulkhead is provided at a position facing the surface of the first outer peripheral surface of the central segment 13a that does not face the substrate W.
  • the first partition roller 9 shown in FIG. 1 is provided so that the pressure partition covers the surface of the film forming roller (center segment 13a and end segments 12a, 12b) 2a or 2b that does not face the film base W.
  • the second guide roller 10 is closed.
  • the pressure partition provided in this way is between the film base W and the central segment 13a together with the film base W, the central segment 13a, and the end segments 12a and 12b that are in contact with the end segments 12a and 12b.
  • a closed space including a gas introduction space formed in the space is formed. Therefore, when the gas is introduced into the closed space by the gas introduction mechanism, the pressure inside the closed space is sufficiently maintained.
  • the problem that the pressure in the gas introduction space does not sufficiently increase in a vacuum environment can be avoided by including the gas introduction space in the closed space. That is, the gas introduction space can be maintained at a predetermined pressure, and the heat transfer efficiency between the film substrate W and the central segment 13a can be improved via the gas in the gas introduction space. .
  • the gas introduction mechanism includes, for example, a tubular pipe having a hollow inside, and the pipe has a hole along the longitudinal direction for allowing the gas supplied to the cavity in the pipe to flow out of the pipe. Are formed.
  • a pipe-like gas introduction mechanism is disposed along the longitudinal direction of the film forming roller 2a or 2b between the pressure partition and the central segment 13a.
  • An introduction gas source is connected to the gas introduction mechanism via a gas supply pipe, and an adjustment valve such as a needle valve is provided in the gas supply pipe. This regulating valve changes the flow rate of the gas supplied to the gas introduction mechanism.
  • the gas supplied into the gas introduction space by the gas introduction mechanism is an inert gas that does not adversely affect the film formation by the sputtering method.
  • the two-stage substrate having the end segments 12a and 12b that are the large-diameter portions at both ends and the central segment 13a that is the small-diameter portion at the center.
  • the pressure in the vacuum chamber is maintained at a vacuum required for sputtering, and the non-contact portion between the base material W and the base material transport roller, that is, the first segment 13a.
  • Gas can be supplied to a location between the outer peripheral surface and the substrate W. Therefore, the contribution of heat transfer using gas molecules as a medium in addition to radiant heat can be increased, and the efficiency of heat transfer from the substrate W, whose temperature has risen due to heat entering through the film formation process, to the substrate transport roller is improved. To do.
  • FIG. 4A is a cross-sectional side view of the film forming roller 2c of the film forming apparatus 1 according to the second embodiment, and is a view of the film forming roller 2c viewed from the right side or the left side of the film forming apparatus 1.
  • FIG. . 4B is a cross-sectional view taken along the line IVB-IVB in FIG. 4A, and shows a cross section of the film forming roller 2c when the film forming roller 2c is viewed along the axial direction. .
  • the film forming roller 2c of the present embodiment includes a rotating shaft 8, end segments 12a and 12b, a central segment 13b, an end heating / cooling mechanism, and a center heating / cooling mechanism.
  • the rotating shaft 8, the end segments 12a and 12b, and the end heating / cooling mechanism are the same as those of the film forming roller 2a of the first embodiment, but the center segment 13b and the center heating / cooling temperature are the same.
  • the mechanism is different from the central segment 13a of the film forming roller 2a of the first embodiment and its central temperature raising / lowering mechanism.
  • the structure of the center part segment 13b and the center part temperature raising / lowering mechanism which are the differences will be described.
  • the center segment 13b has a cylindrical shape having the same outer shape and outer diameter as the center segment 13a of the first embodiment. That is, it has a cylindrical shape having a first outer peripheral surface.
  • the central segment 13b has a cylindrical shape that surrounds the through hole along the axis at the center.
  • the through hole has a larger hole diameter than the outer diameter of the rotary shaft 8, and the rotary shaft 8 does not contact the inner peripheral surface of the central segment 13b surrounding the through hole over the entire circumference and substantially. It is inserted inside the central segment 13b so as to be coaxial. That is, it is loosely fitted to the central segment 13b. Therefore, the central segment 13 b is not fixed to the rotating shaft 8.
  • the central segment 13b is also spaced apart from the end segments 12a and 12b in the axial direction at a predetermined interval, and is not fixed to the end segments 12a and 12b. Therefore, as the rotation shaft 8 rotates, the end segments 12a and 12b that come into contact with the film substrate W rotate integrally with the rotation shaft 8, but the center segment 13b that does not contact the film substrate W does not rotate. .
  • Such a non-rotating central segment 13b has a rotational axis by providing a fixture on the surface of the first outer peripheral surface that does not face the film substrate W wound around the end segments 12a and 12b. 8 is fixed to the vacuum chamber 6 so that the relative position to 8 does not change.
  • the central heating / cooling mechanism has a central heating / cooling medium path 15b provided inside the central segment 13b, and a fluid such as heat medium oil or water is used as the heating / cooling medium in the central heating / cooling medium path 15b. It will be circulated.
  • the central heating / cooling medium path 15b is constituted by, for example, a pipe or other tubular member.
  • the central temperature raising / lowering mechanism may be configured by a sheath heater embedded in the central segment 13b.
  • the central heating / cooling medium path 15b has a central segment 13b from the surface of the first outer peripheral surface that does not face the film substrate W.
  • the center segment 13b is arranged so as to be guided to the outside of the film forming roller 2c after making a round along the surface of the first outer peripheral surface that faces the film base W. That is, the central heating / cooling medium path 15b is a portion connecting the portion embedded in the central segment 13b and the heat medium supply source outside the film forming roller 2c across the first outer peripheral surface. And having.
  • the portion embedded in the center segment 13b is arranged along the first outer peripheral surface of the center segment 13b that faces the substrate W.
  • the central heating / cooling medium path 15b in the present embodiment is directly introduced into the central segment 13b without passing through the rotary shaft 8 and the end segments 12a and 12b, as in the first embodiment. It is also led directly to the outside.
  • the heated / cooled heating / cooling medium circulates in the tubular central heating / cooling medium path 15b arranged in this manner, so that it is the first outer peripheral surface of the central segment 13b and faces the film substrate W. The temperature of the surface rises or falls, and the temperature of the film substrate W facing the central segment 13b can be raised or lowered.
  • the film base is formed on the first outer peripheral surface of the central segment 13b by changing the heat generation amount of the sheath heater.
  • the temperature of the surface facing the material W can be increased, and the temperature of the film substrate W facing the center segment 13b can be increased.
  • the central heating / cooling medium path 15b in the present embodiment also operates independently without being interlocked with the both-ends heating / cooling mechanism, similarly to the central heating / warming medium path 15a in the first embodiment. Therefore, the both end temperature raising / lowering mechanism and the central temperature raising / lowering mechanism have the both end temperature raising / lowering medium path 14 and the center part heating / warming medium path 15b, respectively. Circulates, or both end temperature raising / lowering mechanisms and the central temperature raising / lowering mechanism have sheath heaters, and the temperature of these sheath heaters is individually controlled, so that the temperature of the central segment 13b and the end segment 12a are controlled. , 12b can be controlled independently of each other.
  • the film forming apparatus 1 that performs surface treatment (film forming process) such as sputtering or plasma CVD is exemplified, and the characteristics of the film forming rollers 2a to 2c used in the film forming apparatus 1 are exemplified.
  • the film forming rollers 2a to 2c having the configuration described in the present embodiment are limited to the film forming apparatus 1 as long as the temperature of the base material needs to be controlled when the film-like base material is transported. Obviously, it can be applied to various devices.
  • the film forming apparatus 1 according to the second embodiment can also include a pressure partition and a gas introduction mechanism similar to those of the first embodiment. These pressure partition walls and the gas introduction mechanism make it possible to maintain the gas introduction space at a predetermined pressure, and improve the heat transfer efficiency between the film substrate W and the central segment 13b via the gas in the gas introduction space. Make it possible to improve.
  • FIG. 5A is a cross-sectional side view of the base material transport device 2d of the film forming apparatus 1 according to the third embodiment, that is, a view of the base material transport device 2d viewed from the right or left side of the film forming device 1.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line VB-VB in FIG.
  • the base material transport device 2 d includes a film forming roller 17, a pressure partition wall 19, and a gas introduction mechanism 20.
  • the film forming roller 17 has substantially the same configuration as that of the film forming roller 2a of the first embodiment, but instead of the center segment 13a and the end segments 12a and 12b according to the first embodiment, a central portion is provided.
  • a segment 13c and end segments 12c and 12d are provided.
  • both end heating / heating medium paths equivalent to the both end heating / warming medium paths 14 according to the first embodiment are provided.
  • the inside of the central segment 13c is divided into a plurality of regions (zones) aligned in the circumferential direction, and the central heating / cooling mechanism of the film forming roller 17 can change the temperature of each zone independently of each other. Provided with a plurality of heating and cooling units.
  • the configuration of the central temperature raising / lowering mechanism will be described in detail.
  • the central temperature raising / lowering mechanism has a plurality of temperature raising / lowering medium paths 18 as the respective temperature raising / lowering parts.
  • a fluid such as heat medium oil or water is circulated as a temperature raising / lowering medium in the temperature raising / lowering medium path 18 and circulated.
  • Each heating / warming medium path 18a is constituted by, for example, a pipe or other tubular member.
  • the central temperature raising / lowering mechanism may include a plurality of sheath heaters embedded in the central segment 13c.
  • each of the heating / cooling medium paths 18 is arranged so as to introduce the heating / cooling medium from the outside of the film forming roller 17 into the central segment 13c.
  • the first outer peripheral surface 13c is disposed along the surface facing the substrate W.
  • Three regions ZONE1, ZONE2, and ZONE3 are set inside the central segment 13c.
  • Each of the heating / warming medium paths 18 is provided in each of the zones ZONE1 to ZONE3 independently of each other. That is, the heating / cooling medium path 18 provided in each of the zones ZONE1 to ZONE3 is formed after making a round along the first outer peripheral surface facing the substrate W in each zone ZONE1 to ZONE3.
  • FIG. 17 In the film forming roller 17 in this embodiment, the end segments 12c and 12d rotate, but the central segment 13c does not rotate. That is, the base material W is transported by the rotation of the end segments 12c and 12d without rotating the central segment 13c.
  • the heated / cooled heating / cooling medium circulates independently through the plurality of tubular heating / cooling medium paths 18 arranged independently from each other, so that each of the zones ZONE1 to ZONE3 in the central segment 13c has a base.
  • the temperature of the surface facing the material W rises or falls independently of each other. Thereby, the temperature of the base material W facing the surface existing in each of the regions ZONE1 to ZONE3 in the first outer peripheral surface of the central segment 13c can be increased or decreased.
  • the number of regions set in the central segment 13c is not limited to three. Two regions or four or more regions may be set in the central segment 13c. The number of regions to be set can be arbitrarily selected according to characteristics desired for the substrate transport apparatus 2d.
  • the central temperature increasing / decreasing mechanism having the plurality of temperature increasing / decreasing medium paths 18 independently determines the temperature of the surface of the first outer peripheral surface of the central segment 13c facing the substrate W for each region.
  • the temperature of the substrate W facing the first outer peripheral surface of the central segment 13c can be adjusted to a temperature corresponding to each of a plurality of film forming processes on the single film forming roller 17. It is to realize that.
  • the substrate transport apparatus 2d of the present embodiment since it is not necessary to use a plurality of film forming rollers for each temperature of the film forming process, the capacity of the vacuum chamber can be reduced, and consequently the film forming apparatus 1 Can be miniaturized. Furthermore, if the heat insulation between the zones ZONE1 to ZONE3 can be ensured, the temperature of each zone can be controlled almost accurately and independently. If the number of regions provided in the central segment 13c can be increased by further subdividing the regions, a plurality of processes can be realized on one film forming roller 17, and the film forming apparatus can be further downsized. It becomes possible to do.
  • the pressure partition wall 19 is provided at a position facing the surface of the first outer peripheral surface of the central segment 13c that does not face the substrate W.
  • the pressure partition wall 19 is a surface of the film forming roller 17 that does not oppose the film substrate W among the first outer peripheral surface of the central segment 13c and the second and third outer peripheral surfaces of the end segments 12c and 12d. It is provided so as to cover and to close the opening between the first guide roller 9 and the second guide roller 10.
  • the pressure partition wall 19 thus provided is almost sealed together with the base material W, the central segment 13c, and the end segments 12c, 12d that are in contact with the second and third outer peripheral surfaces of the end segments 12c, 12d.
  • a closed space that includes a gas introduction space formed between the film substrate W and the central segment 13c, so that when the gas is introduced by the gas introduction mechanism 20, the closed space is closed. It allows the pressure inside the space to be sufficiently retained.
  • the inclusion of the gas introduction space in the almost closed space as described above makes it possible to avoid the problem that the pressure in the gas introduction space does not rise sufficiently in a vacuum environment. That is, the gas introduction space can be maintained at a predetermined pressure, and the heat transfer efficiency between the film substrate W and the central segment 13c can be improved via the gas in the gas introduction space. .
  • the pressure partition wall 19 includes a first airtight portion 19 a facing the base material W wound around the first guide roller 9, and a base material W wound around the second guide roller 10. It has a second airtight portion 19b facing each other, a connecting portion 19c that connects the first airtight portion 19a and the second airtight portion 19b to each other, a first wall portion 19d, and a second wall portion 19e.
  • the first and second wall portions 19d and 19e are respectively provided on both sides of the pressure partition wall 19 in the left-right direction (the left-right direction in FIG. 5A), and the first air-tight portion 19a, the second air-tight portion 19b, and the connection portion 19c. Cover the sides.
  • the first hermetic portion 19 a is a columnar member having substantially the same length as the film forming roller 17 along the longitudinal direction of the first guide roller 9.
  • This curved surface has a concave shape corresponding to the curvature of the substrate W wound around the first guide roller 9, and this curved surface is formed from, for example, the substrate W wound around the first guide roller 9. It is arranged at a position separated by a minute distance of about 1 mm.
  • the second hermetic portion 19 b has the same configuration and shape as the first hermetic portion 19 a and has a curved surface facing the second guide roller 10.
  • the curved surface is arranged at a position separated from the base material W wound around the second guide roller 10 by a minute distance of about 1 mm, for example.
  • the connecting portion 19c has a flat plate shape and has approximately the same length as the length along the longitudinal direction of the first airtight portion 19a and the second airtight portion 19b.
  • the connecting portion 19c integrally connects the first airtight portion 19a and the second airtight portion 19b arranged as described above along the longitudinal direction of the first airtight portion 19a and the second airtight portion 19b.
  • the connection portion 19c covers a surface of the film forming roller 17 that does not oppose the film substrate W among the first outer peripheral surface of the central segment 13c and the second and third outer peripheral surfaces of the end segments 12c and 12d. Thus, the opening between the first guide roller 9 and the second guide roller 10 is closed.
  • the first hermetic portion 19a, the second hermetic portion 19b, and the connecting portion 19c are connected together so that the first guide roller 9 and the second guide roller 10 are connected to each other.
  • a lid that closes the opening is constructed. Openings are formed in one end side and the other end side of the first hermetic part 19a, the second hermetic part 19b, and the connection part 19c integrated as described above.
  • the first wall portion 19d closes the opening on the one end side
  • the second wall portion 19e closes the opening on the other end side.
  • the first wall portion 19d is a flat plate having substantially the same width as the distance between the first guide roller 9 and the second guide roller 10, and the first airtight portion 19a, the second airtight portion 19b, The opening formed between the connecting portion 19c and the end segments 12c and 12d is closed.
  • 19 d of 1st wall parts have a surface which opposes the surface which does not contact the base material W among the 2nd outer peripheral surfaces of one edge part segment 12c. This opposing surface is a curved surface that curves along the outer peripheral surface of the end segment 12c.
  • the first wall portion 19d includes a first facing surface facing the substrate W conveyed from the first guide roller 9 to the film forming roller 17, and a substrate conveyed from the film forming roller 17 to the second guide roller 10. And a second facing surface that faces W, and the first and second facing surfaces extend along the conveyance direction of the substrate W. These first and second opposing surfaces extend along the conveyance direction of the substrate W between the first guide roller 9 and the second guide roller 10 and the film forming roller 17. In the first wall portion 19d, the first and second opposing surfaces are separated from the substrate W by a minute distance of about 1 mm, for example, and the curved surface facing the end segment 12c is the second end segment 12c.
  • the second wall portion 19e has the same configuration and shape as the first wall portion 19d, and is provided on the other end side of the integrated first airtight portion 19a, second airtight portion 19b, and connection portion 19c. It has been.
  • the pressure partition wall 19 forms a space between the pressure partition wall 19 and the film forming roller 17, and the space is formed between the base material W wound around the end segments 12c and 12d and the first segment 13c.
  • a continuous space surrounding the entire outer periphery of the central segment 13c of the film forming roller 17 is formed by being continuous with the gas introducing space formed between the outer peripheral surface of the first film forming roller 17 and the outer peripheral surface.
  • the pressure partition wall 19 can substantially isolate the space surrounding the entire outer periphery of the central segment 13c from the space inside the vacuum chamber 6 outside the space.
  • the mechanism 20 makes it possible to adjust the pressure of the gas introduction space to a pressure different from the pressure in the vacuum chamber 6.
  • the gas introduction mechanism 20 has, for example, a member constituted by a tubular pipe having a hollow inside.
  • the pipe is formed with a plurality of holes along the longitudinal direction for allowing the gas supplied to the cavity to flow out of the pipe.
  • the pipe-shaped member constituting such a gas introduction mechanism 20 is disposed so as to extend along the longitudinal direction of the film forming roller 17 between the pressure partition wall 19 and the central segment 13c.
  • an introduction gas source 21 is connected to the gas introduction mechanism 20 via a gas supply pipe.
  • An adjustment valve 22 is provided in the gas supply pipe.
  • the adjustment valve 22 includes a needle valve and adjusts the flow rate of the gas supplied from the introduction gas source 21 to the gas introduction mechanism 20.
  • the gas supplied through the gas introduction mechanism 20 is an inert gas that does not adversely affect the film formation by the sputtering method.
  • the gas supplied through the gas introduction mechanism 20 fills the space formed between the pressure partition wall 19 and the film forming roller 17, and the base material W and the central segment 13c wound around the end segments 12c and 12d. Into the gas introduction space formed between the two. As a result, the integral space surrounding the entire outer periphery of the central segment 13c of the film forming roller 17 is filled with the gas, and the pressure of the gas introduction space filled with the gas is reduced with respect to the pressure in the vacuum chamber 6 which has been decompressed. Becomes higher. Due to this pressure difference, gas flows out from a gap of about 1 mm provided between the pressure partition wall 19 and the base material W and the end segments 12c and 12d. The pressure of the gas introduction space filled with gas is determined by the balance with the supply amount of gas.
  • the surface pressure (contact pressure) that the substrate W receives from the cylindrical surface of the film forming roller 17 is about 140 Pa.
  • the tension of the substrate W changes, the surface pressure changes in proportion to the tension. Therefore, when the gas is introduced (supplied) into the gas introduction space between the substrate W and the central segment 13 c of the film forming roller 17, the surface on which the substrate W receives the pressure in the gas introduction space from the film forming roller 17.
  • the flow rate of the supply gas from the introduction gas source 21 is adjusted by the adjustment valve 22 so that the pressure is lower than the pressure, the substrate W and the first outer peripheral surface of the central segment 13c of the film forming roller 17 through the gas introduction mechanism It becomes possible to seal the gas supplied in the gas introduction space between the gas introduction space by the contact pressure of the substrate W.
  • the film forming process by the sputtering method is performed under a pressure of the order of 0.1 Pa.
  • the mean free path of the inert gas argon (Ar) at 0.1 Pa is about 7 cm.
  • the mean free path is sufficiently larger than the size of the gap space of the gas introduction space, and may be regarded as a molecular flow.
  • the mean free path is inversely proportional to the pressure, and in the pressure range of 10 to 100 Pa, the mean free path is 0.07 to 0.7 mm, which is equivalent to the size of the gap space. Therefore, this region can be regarded as a region where a transition is made from a molecular flow to a viscous flow.
  • the number of gas molecules increases in proportion to the pressure, and the number of gas molecules colliding with the wall surface surrounding the gas introduction space also increases.
  • the heat balance due to convection between the wall surfaces is an exchange of energy due to collisions of gas molecules when viewed microscopically, and the amount of heat transferred increases as the number of collisions increases. Therefore, the heat transfer coefficient is proportional to the pressure.
  • the diameter of the first guide roller 9 and the second guide roller 10 is 74 mm
  • the width of the first guide roller 9 and the second guide roller 10 is 370 mm
  • the first guide roller 9 and the second guide roller 10 If the gap with the pressure partition wall 19 is 1 mm, and the holding angle (wrapping angle) of the substrate W in the first guide roller 9 and the second guide roller 10 is 90 degrees, the first guide roller 9 and the second guide roller 10
  • the gas outlet gap formed by the gap between the pressure partition wall 19 and the pressure partition wall 19 can be modeled as a rectangular slit having an opening of 1 mm ⁇ width of 370 mm and a depth of 60 mm (1/4 of the circumferential length of 74 mm in diameter).
  • the influence of the curvatures of the first guide roller 9 and the second guide roller 10 and the influence of the gap between the side surfaces of the first guide roller 9 and the second guide roller 10 occur, but they are not considered here.
  • the conductance in this case is estimated to be about 0.003 [m 3 / s] from the modeled rectangular slit equation, and the pressure in the gas introduction space is 100 Pa and the external pressure in the gas introduction space is 0 Pa.
  • the amount of gas leakage from the partition wall 19 can be estimated to be about 180 sccm.
  • a high vacuum exhaust pump having a sufficient exhaust capability such as a turbo molecular pump (TMP) as a pump for constantly introducing a gas corresponding to the gas leakage amount through the gas introduction mechanism 20 and exhausting the inside of the vacuum chamber 6.
  • TMP turbo molecular pump
  • the pressure in the gas introduction space can be increased to about 100 to 1000 times the process pressure at the time of sputtering, and the corresponding heat transfer coefficient (which is proportional to the pressure for molecular flow) We can expect a rise.
  • the film forming roller 17 includes both end segments 12c and 12d that are large-diameter portions at both ends and a central segment 13c that is a small-diameter portion at the center.
  • the gas in the non-contact portion between the base material W and the base material transport roller is maintained while maintaining the pressure in the vacuum chamber 6 at a vacuum required for sputtering. Can be supplied. Therefore, the contribution of heat transfer using gas molecules as a medium in addition to radiant heat can be increased, and the heat transfer efficiency from the substrate W, whose temperature has risen due to heat penetration by the film forming process, to the film forming roller 17 is improved. To do.
  • the heat that has entered the base material W by a film forming process such as sputtering can be sufficiently released, and the occurrence of wrinkles and creases in the base material W transported to the base material transport roller having a two-stage shape is prevented. be able to.
  • the temperature change of the end segments 12c and 12d that are in contact with the base material W is suppressed to a small level, so that the end segments 12c and 12d
  • the substrate W is brought to a temperature necessary for the film forming process by largely changing the temperature of the central segment 13c while suppressing a change in the outer diameter of the second and third outer peripheral surfaces and a decrease in cylindricity. Can do.
  • the substrate transport apparatus capable of suppressing the temperature change of the end segments 12c and 12d can transport a glass substrate with an edge tab or the like as an object of the film forming process.
  • the glass substrate with an edge tab has, for example, a glass substrate and protective members called edge tabs attached to both ends along the longitudinal direction, and most of the edge tabs are formed of a heat-sensitive resin or the like. . Since the glass substrate has a higher melting point than the resin film substrate, when the glass substrate is the object of the film formation process, the resin film substrate with low heat resistance is the object of the film formation process.
  • the temperature of the end segment in contact with the edge tab having low heat resistance is kept low, and the temperature of the central segment is increased to increase the heat resistant glass. Since the substrate can be heated, it is possible to perform film formation making the best use of the high heat resistance of the glass substrate while suppressing the deformation of the edge tab.
  • the film forming apparatus 1 that performs surface treatment (film forming process) such as sputtering or plasma CVD is exemplified, and the characteristics of the substrate transport roller used in the film forming apparatus 1 are described.
  • the base material transport roller having the configuration described in each embodiment is not limited to the film forming device 1 as long as it is a device that needs to control the temperature of the base material W when transporting the film-shaped base material W. Obviously, it can be applied to various devices.
  • the present invention provides a base material transport roller that makes it possible to control the temperature of a base material over a wide region without deteriorating the transport quality of the base material.
  • the base material transport roller is provided in a film forming apparatus for performing a film forming process on the surface of the base material so as to be rotatable around a specific central axis, and transports the base material.
  • a central segment provided at a central portion in the axial direction and having a cylindrical first outer peripheral surface coaxial with the central axis, and positioned on both outer sides in the axial direction of the central segment and coaxial with the central axis
  • Each of the cylindrical second outer peripheral surface and the third outer peripheral surface, and the second outer peripheral surface and the third outer peripheral surface are formed on the second outer peripheral surface and the third outer peripheral surface, respectively.
  • the temperature of the central segment and the temperature of the end segment can be controlled independently of each other. Therefore, for example, while controlling the temperature of the film substrate to the required temperature by greatly increasing or decreasing the temperature of the central segment, the end segment has a temperature control range (temperature control range). It can suppress to the range which does not cause thermal expansion and thermal deformation.
  • the center segment and the end segment may be separated from each other or may be rotated in synchronization with each other. In the latter case, it is possible to convey the substrate by rotating the end segment while the central segment is not rotated.
  • a temperature gradient portion that generates a temperature gradient between the central segment and the end segment.
  • the temperature gradient portion suppresses the influence of the change in the temperature of the central segment on the temperature of the end segment, thereby enabling the accuracy of temperature control of the end segment to be increased.
  • the temperature gradient portion for example, one including a heat insulating material provided between the central segment and the end segment to insulate between the segments is suitable.

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Abstract

　基材の搬送品質を低下させることなく、基材に対して幅広い温度制御域を確保することができる基材搬送ローラ（２ａ）が提供される。基材搬送ローラ（２ａ）は、フィルム基材（Ｗ）の表面に成膜処理を施す成膜装置（１）に設けられ、中心軸回りに回転することによりフィルム基材（Ｗ）を搬送するものであり、前記中心軸に沿った軸方向における中央部に位置して第１の外周面を有する中央部セグメント（１３ａ）と、中央部セグメント（１３ａ）の軸方向の両外側に位置し、基材（Ｗ）と接触する第２の外周面を有し、第２の外周面は第１の外周面よりも大きな径を有する端部セグメント（１２ａ，１２ｂ）と、中央部セグメント（１３ａ）の温度を変化させる中央部昇降温媒体機構と、前記各端部セグメント（１２ａ，１２ｂ）の温度を前記中央部セグメント（１３ａ）とは独立して変化させる両端部昇降温機構と、を備える。

Description

基材搬送ローラ
　本発明は、基材の表面に成膜処理を施す成膜装置に設けられる成膜ローラなどの基材搬送ローラに関する。
　近年、映像等を表示する表示デバイスの製造技術として、フィルム状の基材を円筒状のローラでガイドしながら搬送し、連続的に生産するロールツーロール方式が広く採用されている。生産装置のハード開発はもとより、成膜等プロセスの開発、基板材料の開発などが同時並行的に進められている。とりわけ、基板材料については、軽量化の観点からより薄い基板の使用の検討や、より広範囲でのプロセス温度に耐えうる材料の開発などが進められている。最近では、ガスバリア性や透光性などに優れ、樹脂と比較して高温処理も可能でありながら、樹脂フィルムと同様に曲げることが可能な薄膜ガラス（ガラスフィルム）も開発されつつあり、従来にはない性能や特徴を有したデバイスの実現が期待されている。
　ロールツーロール方式を採用した装置例としては、例えば特許文献１に開示されたスパッタリング装置（図１を参照）がある。このスパッタリング装置は、送り出し／巻取りチャンバと、成膜ローラ（コーティングドラム）と、を有する。この装置では、送り出し／巻取りチャンバの中のフィルムロールからフィルムが巻き出され、前記成膜ローラに巻き付けられながら搬送される。当該フィルムは、これにスパッタ成膜が行われた後、再び送り出し／巻取りチャンバ内でロールに巻き取られる。前記成膜ローラの周辺には複数のコーティングチャンバが設けられ、各チャンバ内にはスパッタ蒸発源が配置されており、１回のフィルム走行で多層の皮膜が形成できる。前記各チャンバは真空排気ポンプを有する。各コーティングチャンバ同士の間、および各コーティングチャンバと送り出し／巻取りチャンバとの間にはそれぞれ隔壁が設けられている。これらの隔壁は成膜ローラの前方に近接して配置されている。この隔壁は、成膜ローラと近接（数ｍｍ程度の間隔）することにより、各コーティングチャンバ間の雰囲気の独立性を維持し、隣り合う部屋で異なる皮膜を形成することを可能にしている。従来から、このようなロールツーロール方式の連続処理は、一般に耐熱性の低い樹脂フィルムを対象に行なわれ、樹脂フィルムを熱ダメージから守るために成膜ローラは冷却されていることが多い。
　しかし、近年は、良好な膜質を得るために成膜ローラの温度を上げて操業することが求められるようになりつつある。特に、ポリイミドなどの耐熱性の高い樹脂フィルムや、ロールツーロール処理も可能な１００μｍ以下の薄いガラスが開発されるにつれて、これらの耐熱性を生かすため、例えば３００℃に及ぶ高い温度が成膜ローラに求められることがある。また、金属箔に対する成膜時にはさらに高い温度を求められることもある。一方で、通常の樹脂フィルムへの処理を高速で行うために、成膜ローラを氷点下に冷却する要求もある。このように、成膜ローラに対して広い温度域での運転の要求が高まっている。
　一般に、成膜ローラでは、基材が成膜処理のプロセスに必要とされる温度となるように温度制御が行われ、この温度制御は、外径の精度や円筒度が機械加工によって確保された円筒形状のロールの外筒面を均一に昇温及び降温させることで、行われる。このような従来の成膜ローラにおいて昇温及び降温の温度制御域を広げた場合、以下の１）～３）のような問題が生じる。
　１）熱膨張によって成膜ローラ円筒面の外径変化が数ｍｍ単位で生じる。これにより、成膜ローラの回転により制御されるフィルムの走行速度や走行距離に狂いが生じる。
　２）成膜ローラの円筒精度が狂い、フィルムの蛇行等、搬送品質に問題が生じる。
　３）特許文献１のスパッタリング装置のように複数の隔壁を備えかつこれらの隔壁と成膜ローラとの間隔が小さい装置では、成膜ローラと各隔壁との間の間隔が成膜ローラの外径変化の影響で変動して隔壁性能が変動する。最悪の場合には成膜ローラと隔壁が接触するおそれがある。
特開２００５－３３８０４７号公報
　本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、基材の搬送品質を低下させることなく、基材の温度を広い領域にわたって制御することを可能にする基材搬送ローラを提供することを目的とする。
　本発明は、基材の表面に成膜処理を施す成膜装置に特定の中心軸回りに回転可能に設けられて前記基材を搬送する基材搬送ローラを提供する。この基材搬送ローラは、前記中心軸に沿った軸方向における中央部に設けられ、第１の外周面を有する中央部セグメントと、前記中央部セグメントの軸方向の両外側にそれぞれ位置し、前記中心軸と同軸の円筒状の第２の外周面及び第３の外周面をそれぞれ有し、これらの第２の外周面及び第３の外周面は、当該第２の外周面及び第３の外周面に前記基材が接触した状態で回転することにより当該基材を搬送するとともに、当該基材が前記第１の外周面に接触するのを阻止するように当該第１の外周面の径よりも大きな径を有する、一対の端部セグメントと、前記中央部セグメントの温度を変化させる中央部昇降温機構と、前記各端部セグメントの温度を前記中央部セグメントとは独立して変化させる両端部昇降温機構と、を備える。
本発明の第１実施形態による成膜装置の断面正面図である。 第１実施形態による成膜装置の成膜ローラの断面側面図である。 第１実施形態による成膜ローラの変形例を示す断面側面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態による成膜装置の成膜ローラの断面側面図、（ｂ）は図４（ａ）におけるＩＶＢ－ＩＶＢ線に沿った断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態による成膜装置の成膜ローラの断面側面図、（ｂ）は図５（ａ）におけるＶＢ－ＶＢ線に沿った断面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態による成膜装置について説明する。なお、以下に説明する各実施形態及び図面において、成膜装置における同一の構成部材には、同一の符号及び同一の名称を付すこととする。従って、同一の符号及び同一の名称が付された構成部材については、同じ説明を繰り返さない。
［第１実施形態］
　図１及び図２を参照しながら、本発明の第１実施形態による成膜装置１について説明する。図１は、本実施形態による成膜装置１の断面正面図である。図２は、前記成膜装置１に設けられる基材搬送ローラである成膜ローラ２ａを示す断面側面図である。
　成膜装置１は、巻出し部３と、フィルム基材搬送部４と、巻取り部５と、を備える。巻取り部３は、基材ロールからフィルム状の基材であるフィルム基材Ｗを巻き出す。基材ロールは、前記フィルム基材Ｗがロール状に巻かれたものである。フィルム基材Ｗは、例えば１メートルほどの幅と、数十～数百μｍ程度の小さい厚みを有し、例えば樹脂又はガラスからなる。前記フィルム基材搬送部４は、巻き出されたフィルム基材Ｗを表面処理工程へ搬送する。この表面処理工程では、前記フィルム基材Ｗに対してスパッタリング法やＣＶＤ法などによる表面処理が施される。前記巻取り部５は、表面処理が施されたフィルム基材Ｗを再びロール状の基材ロールとして巻き取る。つまり、この成膜装置１は、例えば１００ｍ以上にわたる長尺のフィルム基材Ｗを、巻出し部３の基材ロールから巻取り部５の基材ロールへ、いわゆるロール・ツー・ロール方式で搬送しつつ、当該フィルム基材Ｗに対して表面処理を施す装置である。
　図１を参照しながら、本実施形態による成膜装置１の構成を説明する。
　以下の説明では、図１の紙面に向かっての上下方向を成膜装置１の上下方向とし、同じく紙面に向かっての左右方向を成膜装置１の左右方向とする。また、図１の紙面貫通方向を前後方向という。
　この成膜装置１は、さらに真空チャンバ６を備える。真空チャンバ６は、前記巻出し部３、フィルム基材搬送部４、及び巻取り部５を収容する。真空チャンバ６は、例えば箱型で、内部が空洞の筺状に形成されている。さらに、真空チャンバ６は、この真空チャンバ６の外部に対して内部を気密的に保持する機能を有する。真空チャンバ６の下側には図示しない真空ポンプが設けられる。この真空ポンプによって真空チャンバ６の内部が低圧状態または真空状態にまで減圧される。
　前記巻出し部３は、図１に示す真空チャンバ６内の上下方向における中央部の左側上方に配置されている。巻出し部３は、巻き付け芯である巻出しコアを有する。この巻出しコアは、例えば、フィルム基材Ｗの幅よりも若干全長の長い円筒状又は円柱状をなす。この巻出しコアの周囲にフィルム基材Ｗを巻回することで基材ロールが形成される。この基材ロールを成膜装置１に取り付けることで、巻出し部３が構成される。この巻出し部３は、これに与えられた回転中心軸が図１の紙面に向かって垂直方向となるように真空チャンバ６内に配置されている。
　成膜装置１は、成膜部を備える。この成膜部は、図１に示す真空チャンバ６内の上下方向における中央より下側の位置であって、巻出し部３の下方の位置に設けられている。成膜部は、巻出し部３から巻き出されたフィルム基材Ｗの表面に対して、例えばスパッタリングやプラズマＣＶＤ等による表面処理（表面処理工程）を施す。本実施形態では、成膜部の一例としてスパッタリング法によるスパッタリング成膜部７が開示されている。
　フィルム基材搬送部４は、前記表面処理工程を実施するスパッタリング成膜部７においてフィルム基材Ｗを搬送するための基材搬送ローラを含む。図１は、一般的なスパッタリング成膜部の構成の一部であって前記基材搬送ローラの例である成膜ローラ２ａ及び一対のスパッタ蒸発源Ｔを示している。
　図１に示すスパッタリング成膜部７の成膜ローラ２ａは、ステンレス材料等によって円筒状又は円柱状に形成されている。当該成膜ローラ２ａは、円筒状の外周面を有し、これに巻き付けられたフィルム基材Ｗを搬送する。成膜ローラ２ａは、回転軸８を有し、この回転軸８の中心軸である回転中心軸回りに回転する。成膜ローラ２ａは、前記回転中心軸が前記巻出し部３の回転中心軸と略平行となるように配置されている。
　成膜ローラ２ａにおいては、スパッタリングの条件に合わせて基材の温度を適切に昇降させる温度制御が実施される。本実施形態による成膜ローラ２ａは、その特徴として、前記温度制御を可能にするための固有の構成を有している。成膜ローラ２ａの詳細な構成については、後述する。
　スパッタ蒸発源Ｔは、成膜ローラ２ａにより搬送されるフィルム基材Ｗと対向するように、成膜ローラ２ａの左右両側にそれぞれ配置されている。スパッタ蒸発源Ｔは、フィルム基材Ｗの表面に堆積させるべき成分を含む蒸発源である。この成分は、周知のとおりグロー放電によってスパッタされ（蒸発させられ）、フィルム基材Ｗの表面へ導かれて当該表面上に堆積する。
　前記巻取り部５は、図１に示す真空チャンバ６内において、図１の紙面に向かって巻出し部３の右側に配置されている。巻取り部５は、フィルム基材搬送部４を通って表面処理が施されたフィルム基材Ｗを再びロール状の基材ロールとして巻き取るものであり、巻出し部３と同様の構成を有し、同様に配置されている。
　前記成膜装置１は、さらに、図１に示すような第１ガイドローラ９及び第２ガイドローラ１０を備える。前記第１ガイドローラ９は、前記巻出し部３と前記成膜ローラ２ａとの間で成膜ローラ２ａ寄りの位置に設けられる。詳しくは、第１ガイドローラ９は、真空チャンバ６の左右方向において、成膜ローラ２ａの左端よりも真空チャンバ６の中央寄り、つまり、成膜ローラ２ａの回転軸８寄りに配置されている。第１ガイドローラ９は、これに与えられた回転中心軸回りに回転可能に配置され、その回転中心軸は前記巻出し部３及び成膜ローラ２ａの回転中心軸と平行である。第１ガイドローラ９は、成膜ローラ２ａに対して基材Ｗを常に一定の角度及び方向から搬送することを可能にする。前記第２ガイドローラ１０は、巻取り部５と成膜ローラ２ａとの間であって第１ガイドローラ９の右側に配置されている。第２ガイドローラ１０は、第１ガイドローラ９と同様の構成を有し、第１ガイドローラ９の外径とほぼ同じ外径を有している。
　図２を参照しながら、以下に、成膜ローラ２ａの構成について詳細に説明する。
　図２は、成膜ローラ２ａの断面側面図であり、図１に示す成膜装置１の右方又は左方から見たときの成膜ローラ２ａの構成を示している。図２の紙面に向かっての上下方向は、図１に示す成膜装置１の上下方向と一致している。図１において紙面に対して垂直方向（貫通方向）に延びる成膜ローラ２ａの回転中心軸すなわち回転軸８の中心軸は、図２において、左右方向に沿うように示されている。
　成膜ローラ２ａは、前記回転軸８に加え、一対のベアリング１１と、一対の端部セグメント１２ａ，１２ｂと、中央部セグメント１３ａと、両端部昇降温機構と、中央部昇降温機構と、を備える。前記各ベアリング１１は、真空チャンバ６内で互いに前後方向に離れた位置に配置され、その位置で前記回転軸８の端部をそれぞれ回転可能に保持する。つまり、回転軸８は両ベアリング１１に保持されながらその中心軸回りに回転することが可能である。前記両端部セグメント１２ａ，１２ｂは、互いに前記回転軸８の軸方向に離間する位置で前記回転軸８の周囲に設けられ、当該回転軸８と一体と回転する。中央部セグメント１３ａは、前記両端部セグメント１２ａ，１２ｂ同士の間に挟まれる位置で、前記回転軸８の周囲に設けられている。前記両端部昇降温機構は、図２に破線で示される媒体経路である両端部昇降温媒体経路１４を有し、この両端部昇降温媒体経路１４は端部セグメント１２ａ，１２ｂの内部に設けられている。前記中央部昇降温機構は、図２に破線で示される媒体経路である中央部昇降温媒体経路１５ａを有し、この中央部昇降温媒体経路１５ａは中央部セグメント１３ａの内部に設けられている。
　回転軸８は、一定の外径をもつ円柱又は円筒状の部材であって、その両端の近傍の部位が前記各ベアリング１１によって保持されている。このようにして回転軸８はその長手方向すなわち軸方向に沿った中心軸すなわち成膜ローラ２ａの回転中心軸を中心に回転することが可能であり、図示しない駆動装置によって所定の回転速度で回転駆動される。
　この回転軸８に対し、前記端部セグメント１２ａは、前記回転軸８の長手方向の中央より右側のベアリング１１に近い位置に設けられ、前記端部セグメント１２ｂは、前記回転軸８の長手方向の中央より左側のベアリング１１に近い位置に設けられている。両端部セグメント１２ａ，１２ｂは共に、円板状をなし、フィルム基材Ｗの幅方向における端部（側部）側が巻き掛けられるのに十分な所定の厚みを有する。両端部セグメント１２ａ，１２ｂは、それぞれ、前記成膜ローラ２ａの回転中心軸と同軸の円筒状の第２の外周面及び第３の外周面を有する。これら第２及び第３の外周面の径すなわち両端部セグメント１２ａ，１２ｂの外径は、望まれる成膜装置１の性能に合わせて任意に決定されるが、少なくとも回転軸８の外径よりも大きい。
　両端部セグメント１２ａ，１２ｂは、これらの間に十分な間隔をおいた位置で回転軸８に対して同軸となるように設けられている。前記間隔は、両端部セグメント１２ａ，１２ｂの周囲にフィルム基材Ｗの幅方向における両端部（両側部）が巻き掛けられるのに十分で、且つフィルム基材Ｗの幅よりも小さい寸法を有する。両端部セグメント１２ａ，１２ｂは、回転軸８の長手方向における中央位置に関してほぼ左右対称となる位置に設けられる。両端部セグメント１２ａ，１２ｂは、回転軸８と一体に形成されてもよいし、回転軸８とは別の部材として形成されて当該回転軸８に固定具を用いて固定されてもよい。いずれにしても、両端部セグメント１２ａ，１２ｂは、回転軸８の回転に合わせて回転することが可能となる。
　図２は、前記フィルム基材Ｗが両端部セグメント１２ａ，１２ｂに巻きかけられている状態を示している。この状態において、フィルム基材Ｗの幅方向における中央の位置が回転軸８の長手方向すなわち軸方向における中央の位置にほぼ一致し、フィルム基材Ｗの幅方向における両端部（両側部）が両端部セグメント１２ａ，１２ｂの第２及び第３の外周面上に存在している。このように両端部セグメント１２ａ，１２ｂに巻き掛けられたフィルム基材Ｗは、両端部セグメント１２ａ，１２ｂの回転によって搬送される。
　図２に示される中央部セグメント１３ａは、一定の外径を有する円柱又は円筒状である。中央部セグメント１３ａのその中心軸に沿った長さすなわち軸方向の寸法は両端部セグメント１２ａ，１２ｂ同士の間隔よりも小さい。中央部セグメント１３ａは、両端部セグメント１２ａ，１２ｂの外径より小さい外径を有する。つまり、中央部セグメント１３ａは、両端部セグメント１２ａ，１２ｂの第２及び第３の外周面の径よりも小さい径をもつ第１の外周面を有する。中央部セグメント１３ａは、両端部セグメント１２ａ，１２ｂからその内側にそれぞれ所定の間隔を空けて、かつ、両端部セグメント１２ａ，１２ｂ及び回転軸８に対して同軸となるように設けられている。中央部セグメント１３ａは、回転軸８と一体に形成されてもよいし、回転軸８とは別の部材として形成されて当該回転軸８に固定具を用いて固定されてもよい。いずれにしても、中央部セグメント１３ａは、回転軸８の回転に合わせて回転することが可能となる。
　図２に示すように、中央部セグメント１３ａの外径つまり第１の外周面の径が両端部セグメント１２ａ，１２ｂの外径つまり第２及び第３の外周面の径より小さいので、両端部セグメント１２ａ，１２ｂの第２及び第３の外周面上に巻き掛けられたフィルム基材Ｗの内側面と中央部セグメント１３ａの第１の外周面とが接触することが阻まれ、両面の間に空間（隙間）が形成される。中央部セグメント１３ａの径は、望まれる成膜装置１の性能に合った空間が当該中央部セグメント１３ａの第１の外周面とフィルム基材Ｗとの間に形成されるように任意に決定される。
　また、中央部セグメント１３ａの軸心に沿った長さすなわち軸方向の長さも、両端部セグメント１２ａ，１２ｂと中央部セグメント１３ａとの間隔（隙間）が望まれる成膜装置１の性能に合った間隔となるように、任意に決定される。さらに、中央部セグメント１３ａは、中央部セグメント１３ａの両端側で端部セグメント１２ａ，１２ｂとの間に形成される２つの間隔が互いにほぼ等しくなるように設けられることが望ましい。これによって、回転軸８の長手方向すなわち軸方向において、中央部セグメント１３ａの長手方向における中央の位置と、両端部セグメント１２ａ，１２ｂ同士の中間位置と、回転軸８の中央の位置とがほぼ一致し、これによって、成膜ローラ２ａが、回転軸８の長手方向における中央位置に関してほぼ左右対称な外形を有することとなる。
　以上に述べたように、本実施形態における成膜ローラ２ａでは、中央部セグメント１３ａと端部セグメント１２ａ，１２ｂが、互いに軸方向に間隔をおいて分離していると共に、回転軸８が回転することによって、回転軸８と一体に形成された又は回転軸８に固定された中央部セグメント１３ａと端部セグメント１２ａ，１２ｂとが、互いに同期して回転する。
　両端部昇降温機構は、前記のように端部セグメント１２ａ，１２ｂの内部に設けられた両端部昇降温媒体経路１４を有し、この両端部昇降温媒体経路１４に例えば熱媒体油や水といった流体が昇降温媒体として流されて循環する。前記両端部昇降温媒体経路１４は、例えばパイプその他の管状の部材により構成される。あるいは、両端部昇降温機構は、端部セグメント１２ａ，１２ｂに埋め込まれたシースヒータによって構成されてもよい。
　図２に破線で示すように、両端部昇降温媒体経路１４は、前記昇降温媒体を成膜ローラ２ａの外部から右側の端部セグメント１２ａさらには回転軸８を経て左側の端部セグメント１２ｂの内部に導入してから当該端部セグメント１２ｂ内で折返し、前記と逆の順で外部に導出するように配置される。つまり、両端部昇降温媒体経路１４は、両端部セグメント１２ａ，１２ｂの内部にそれぞれ埋め込まれる部分と、これらの部分を回転軸８を経由して中継する中間部分と、右側の端部セグメント１２ａ内の部分と成膜ローラ２ａの外部の熱媒体供給源とを接続する部分と、を有する。特に、前記端部セグメント１２ａ，１２ｂの内部に埋め込まれる部分は、この端部セグメント１２ａ，１２ｂの第２及び第３の外周面であって基材Ｗと対向する面に沿うように配置される。
　このように配置された管状の両端部昇降温媒体経路１４内を、加熱又は冷却された昇降温媒体が循環することで、端部セグメント１２ａ，１２ｂの第２及び第３の外周面すなわちその上にフィルム基材Ｗが巻き掛けられる面の温度が上昇又は下降し、これにより、端部セグメント１２ａ，１２ｂに巻き掛けられたフィルム基材Ｗの温度が上昇又は下降する。前記両端部昇降温媒体経路１４に代えて例えばこれと類似した形状のシースヒータなどが端部セグメント１２ａ，１２ｂに埋め込まれている場合、当該シースヒータの発熱量を変化させることで、端部セグメント１２ａ，１２ｂの第２の外周面の温度及び当該第２の外周面に巻き掛けられるフィルム基材Ｗの温度を上昇させることができる。このように、両端部昇降温機構は、端部セグメント１２ａ，１２ｂの第２及び第３の外周面すなわちフィルム基材Ｗが巻き掛けられる面の温度を変化させることで、端部セグメント１２ａ，１２ｂに巻き掛けられたフィルム基材Ｗの温度の制御を可能にするものである。
　中央部昇降温機構は、前記のように中央部セグメント１３ａの内部に設けられた中央部昇降温媒体経路１５ａを有し、この中央部昇降温媒体経路１５ａに例えば熱媒体油や水といった流体が昇降温媒体として流されて循環する。前記中央部昇降温媒体経路１５ａは、例えばパイプその他の管状の部材により構成される。あるいは、中央部昇降温機構は、中央部セグメント１３ａに埋め込まれたシースヒータによって構成されてもよい。
　図２に一点鎖線で示すように、中央部昇降温媒体経路１５ａは、前記昇降温媒体を成膜ローラ２ａの外部から中央部セグメント１３ａの内部に導入し、中央部セグメント１３ａ内を第１の外周面であってフィルム基材Ｗと対向する面に沿って一巡した後に、成膜ローラ２ａの外部へ導くように配置される。つまり、中央部昇降温媒体経路１５ａは、中央部セグメント１３ａの内部に埋め込まれる部分と、この部分と成膜ローラ２ａの外部の熱媒体供給源とを接続する部分と、を有する。特に、前記中央部セグメント１３ａの内部に埋め込まれる部分は、この中央部セグメント１３ａの第１の外周面であって基材Ｗと対向する面に沿うように配置される。
　このように配置された管状の中央部昇降温媒体経路１５ａ内を、加熱又は冷却された昇降温媒体が循環することで、中央部セグメント１３ａの第１の外周面であって前記フィルム基材Ｗと対向する面の温度が上昇又は下降し、これにより、当該第１の外周面に対向するフィルム基材Ｗの温度が上昇又は下降する。前記中央部昇降温媒体経路１５ａに代えて例えばこれと類似した形状のシースヒータなどが中央部セグメント１３ａに埋め込まれている場合、当該シースヒータの発熱量を変化させることで、中央部セグメント１３ａの第１の外周面の温度及びこれに対向するフィルム基材Ｗの温度を上昇させることができる。このように、中央部昇降温機構は、中央部セグメント１３ａの第１の外周面であってフィルム基材Ｗと対向する面の温度を変化させることで、当該第１の外周面に対向するフィルム基材Ｗの温度の制御を可能にするものである。
　前記両端部セグメント１２ａ，１２ｂの温度を昇降させる両端部昇降温機構と、中央部セグメント１３ａの温度を昇降させる中央部昇降温機構は、互いに独立して動作する。従って、両端部昇降温機構及び中央部昇降温機構がそれぞれ前記両端部昇降温媒体経路１４及び中央部昇降温媒体経路１５ａを有していてこれらの経路１４，１５ａに互いに異なる温度の昇降温媒体を循環させたり、両端部昇降温機構と中央部昇降温機構がそれぞれシースヒータを有していてこれらのシースヒータの温度を別々に制御したりすることで、中央部セグメント１３ａの温度と端部セグメント１２ａ，１２ｂの温度とを互いに独立して制御することが可能になる。
　このように、互いに間隔をおいて離れている中央部セグメント１３ａと端部セグメント１２ａ，１２ｂとについてこれらの温度を互いに独立して制御することができれば、中央部セグメント１３ａの温度を大きく上昇あるいは低下させてフィルム基材Ｗの温度を要求される温度に十分に制御しつつ、端部セグメント１２ａ，１２ｂの温度の制御範囲（温度制御域）を、端部セグメント１２ａ，１２ｂが熱膨張や熱変形を引き起こさない範囲に抑制することができる。例えば、基材Ｗの温度をスパッタ処理のプロセスに必要な温度まで上昇させるために中央部セグメント１３ａを高温としつつも、フィルム基材Ｗと接触する端部セグメント１２ａ，１２ｂを低温に維持することが可能であり、これにより、端部セグメント１２ａ，１２ｂの第２及び第３の外周面の径の変化や円筒度の低下を抑制することができる。この結果として、フィルム基材Ｗの搬送における速度精度の悪化や搬送される基材の蛇行といった基材搬送品質の低下を回避しつつ、従来の成膜ローラでは成し得なかったフィルム基材Ｗの幅広い温度制御域を確保することができる。
　（変形例）
　図３を参照して、第１実施形態の変形例について説明する。
　図３は、本変形例の成膜ローラ２ｂの概略構成を示している。この成膜ローラ２ｂは、図２に示される成膜ローラ２ａの構成要素に加えて、さらに一対の温度勾配部１６を備える。従って、以下では専ら温度勾配部１６について説明する。
　前記各温度勾配部１６は、断熱材からなり、好ましくはセラミック等の熱伝導率の低い断熱材で構成される。各温度勾配部１６は、中央部セグメント１３ａと両端部セグメント１２ａ，１２ｂとの間にそれぞれ配置される。すなわち、図３において右側に位置する端部セグメント１２ａと中央部セグメント１３ａの間と、同じく左側に位置する端部セグメント１２ｂと中央部セグメント１３ａの間と、にそれぞれ設けられる。温度勾配部１６は、例えば、中央部セグメント１３ａと端部セグメント１２ａ，１２ｂの間に形成された間隔に相当する厚みを有する略円板状をなし、成膜ローラ２ｂの回転軸８と同軸となるように設けられている。このようにして両温度勾配部１６は中央部セグメント１３ａと端部セグメント１２ａ，１２ｂとに密接しながら中央部セグメント１３ａと端部セグメント１２ａ，１２ｂの間を断熱し、これにより中央部セグメント１３ａと端部セグメント１２ａ，１２ｂの間に十分な温度勾配を生じさせる。従って、中央部セグメント１３ａの温度変化が大きい場合でも、端部セグメント１２ａ，１２ｂは、その温度変化の影響を受けにくくなる。このようにして、本変形例の成膜ローラ２ｂによれば、フィルム基材Ｗのさらに幅広い温度制御域を確保することができる。
　本実施形態及び上述の変形例のフィルム基材搬送部は、図１～図３において図示しないが、上述の構成に加えて、圧力隔壁、及びフィルム基材Ｗと中央部セグメント１３ａとの間に形成された空間（ガス導入空間）にガスを導入するガス導入機構を有している。圧力隔壁及びガス導入機構の構成について以下に説明し、さらに詳しい構成については後述する第３実施形態において説明される。
　圧力隔壁は、中央部セグメント１３ａの第１の外周面のうち基材Ｗと対向しない面と向かい合う位置に設けられている。圧力隔壁は、成膜ローラ（中央部セグメント１３ａ及び端部セグメント１２ａ，１２ｂ）２ａまたは２ｂの外周面のうちフィルム基材Ｗと対向しない面を覆うように、図１に示す第１ガイドローラ９と第２ガイドローラ１０との間の開口を塞ぐ。このように設けられた圧力隔壁は、端部セグメント１２ａ，１２ｂに接触するフィルム基材Ｗ、中央部セグメント１３ａ、及び端部セグメント１２ａ，１２ｂとともに、フィルム基材Ｗと中央部セグメント１３ａとの間に形成されるガス導入空間を含む閉空間であってほぼ密閉された空間を作る。従って、当該閉空間内にガス導入機構によってガスが導入された際に当該閉空間の内部の圧力が十分に保持される。
　この閉空間に前記ガス導入空間が含まれることで、真空環境下においてガス導入空間内の圧力が十分に上昇しないといった問題を回避することができる。つまり、ガス導入空間内を所定の圧力に保持することが可能となり、ガス導入空間内のガスを介してフィルム基材Ｗと中央部セグメント１３ａとの間の伝熱効率を向上させることが可能となる。
　また、ガス導入機構は、例えば、内部が空洞となった管状のパイプを備え、当該パイプには当該パイプ内の空洞に供給されたガスをパイプの外部に流出させるための孔が長手方向に沿って複数形成される。このようなパイプ状のガス導入機構が、前記圧力隔壁と中央部セグメント１３ａの間に成膜ローラ２ａまたは２ｂの長手方向に沿って配置されている。当該ガス導入機構には、ガス供給管を介して導入ガス源が接続され、ガス供給管にニードル弁などの調整弁が設けられる。この調整弁は、前記ガス導入機構に供給されるガスの流量を変化させる。ガス導入機構によって前記ガス導入空間内に供給されるガスは、スパッタリング法による成膜に悪影響を及ぼさない不活性ガスなどである。
　このように、本実施形態及び変形例による基材搬送装置では、両端の大径部である端部セグメント１２ａ，１２ｂと中央の小径部である中央部セグメント１３ａとを有する２段形状の基材搬送ローラを用いながらも、真空チャンバ内の圧力をスパッタリングに必要とされる程度の真空に維持しつつ、基材Ｗと基材搬送ローラとの非接触箇所、つまり中央部セグメント１３ａの第１の外周面と基材Ｗとの間の箇所にガスを供給することができる。従って、輻射熱に加えてガス分子を媒体とした熱伝達の寄与度を増加させることができ、成膜プロセスにより侵入する熱で温度が上昇した基材Ｗから基材搬送ローラへの伝熱効率が向上する。
［第２実施形態］
　図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図４（ａ）は、第２実施形態による成膜装置１の成膜ローラ２ｃの断面側面図であって当該成膜ローラ２ｃを成膜装置１の右方又は左方から見た図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＩＶＢ－ＩＶＢ線に沿った断面図であり、成膜ローラ２ｃを軸心方向に沿って見たときの成膜ローラ２ｃの断面を示している。
　本実施形態の成膜ローラ２ｃは、回転軸８、端部セグメント１２ａ，１２ｂ、中央部セグメント１３ｂ、端部昇降温機構及び中央部昇降温機構を備える。このうち、前記回転軸８、前記端部セグメント１２ａ，１２ｂ、及び前記端部昇降温機構は、第１実施形態の成膜ローラ２ａのそれと同様であるが、中央部セグメント１３ｂ及び中央部昇降温機構は第１実施形態の成膜ローラ２ａの中央部セグメント１３ａ及びその中央部昇降温機構と異なる。以下、その相違点である中央部セグメント１３ｂ及び中央部昇降温機構の構成について説明する。
　図４に示すように、中央部セグメント１３ｂは、第１実施形態の中央部セグメント１３ａと同様の外形及び外径を有する円筒の形状を有する。つまり第１の外周面を有する円筒状をなす。詳しくは、中央部セグメント１３ｂは、その中央において軸心に沿った貫通孔を囲む円筒状をなす。しかし、この貫通孔は前記回転軸８の外径よりも大きな孔径を有し、前記回転軸８は前記貫通孔を囲む前記中央部セグメント１３ｂの内周面と全周にわたって接触することなくかつほぼ同軸となるように前記中央部セグメント１３ｂの内側に挿入されている。つまり、中央部セグメント１３ｂに対して遊嵌されている。従って、中央部セグメント１３ｂは、回転軸８に固定されるものではない。また、中央部セグメント１３ｂは端部セグメント１２ａ，１２ｂからも軸方向に所定の間隔を隔てて離れており、これら端部セグメント１２ａ，１２ｂにも固定されていない。従って、回転軸８の回転に伴って、フィルム基材Ｗと接触する端部セグメント１２ａ，１２ｂは当該回転軸８と一体に回転するが、フィルム基材Ｗと接触しない中央部セグメント１３ｂは回転しない。このような非回転の中央部セグメント１３ｂは、その第１の外周面のうち端部セグメント１２ａ，１２ｂに巻き掛けられたフィルム基材Ｗと対向しない面に固定具を設けることなどによって、回転軸８に対する相対位置が変化しないように真空チャンバ６に固定される。
　中央部昇降温機構は、中央部セグメント１３ｂの内部に設けられた中央部昇降温媒体経路１５ｂを有し、この中央部昇降温媒体経路１５ｂに例えば熱媒体油や水といった流体が昇降温媒体として流されて循環する。前記中央部昇降温媒体経路１５ｂは、例えばパイプその他の管状の部材により構成される。あるいは、中央部昇降温機構は、中央部セグメント１３ｂに埋め込まれたシースヒータによって構成されてもよい。
　図４（ａ）（ｂ）に一点鎖線で示すように、中央部昇降温媒体経路１５ｂは、前記昇降温媒体を第１の外周面のうちフィルム基材Ｗと対向しない面から中央部セグメント１３ｂの内部に導入し、中央部セグメント１３ｂ内を第１の外周面であってフィルム基材Ｗと対向する面に沿って一巡した後に、成膜ローラ２ｃの外部へ導くように配置される。つまり、中央部昇降温媒体経路１５ｂは、中央部セグメント１３ｂの内部に埋め込まれる部分と、この部分と成膜ローラ２ｃの外部の熱媒体供給源とを第１の外周面を横切って接続する部分と、を有する。特に、前記中央部セグメント１３ｂの内部に埋め込まれる部分は、この中央部セグメント１３ｂの第１の外周面であって基材Ｗと対向する面に沿うように配置される。
　すなわち、本実施形態における中央部昇降温媒体経路１５ｂは、第１実施形態のように、回転軸８や端部セグメント１２ａ，１２ｂを通過することなく、直接中央部セグメント１３ｂの内部に導入され、また直接外部へ導かれている。このように配置された管状の中央部昇降温媒体経路１５ｂを加熱又は冷却された昇降温媒体が循環することで、中央部セグメント１３ｂの第１の外周面であってフィルム基材Ｗと対向する面の温度が上昇又は下降し、中央部セグメント１３ｂと対向するフィルム基材Ｗの温度を上昇又は下降させることができる。中央部昇降温媒体経路１５ｂに代えて中央部セグメント１３ｂ内にシースヒータなどが設けられている場合、シースヒータの発熱量を変化させることで、中央部セグメント１３ｂの第１の外周面であってフィルム基材Ｗと対向する面の温度を上昇させ、中央部セグメント１３ｂと対向するフィルム基材Ｗの温度を上昇させることができる。
　本実施形態における中央部昇降温媒体経路１５ｂも、第１実施形態における中央部昇降温媒体経路１５ａと同様に、両端部昇降温機構とは連動せず独立して動作する。従って、両端部昇降温機構及び中央部昇降温機構がそれぞれ前記両端部昇降温媒体経路１４及び中央部昇降温媒体経路１５ｂを有していてこれらの経路１４，１５ｂを互いに異なる温度の昇降温媒体が循環したり、両端部昇降温機構と中央部昇降温機構がそれぞれシースヒータを有していてこれらのシースヒータの温度が個別に制御されたりすることで、中央部セグメント１３ｂの温度と端部セグメント１２ａ，１２ｂの温度とを互いに独立して制御することが可能になる。
　なお、上述の各実施形態では、スパッタリングやプラズマＣＶＤ等の表面処理（成膜処理）を実施する成膜装置１を例示して、この成膜装置１で用いられる成膜ローラ２ａ～２ｃの特徴について説明した。しかし、本実施形態で説明した構成を有する成膜ローラ２ａ～２ｃは、フィルム状の基材を搬送する際に基材の温度を制御する必要のある装置であれば、成膜装置１に限らず様々な装置に適用できることは明らかである。
　第２実施形態による成膜装置１も、第１実施形態と同様の圧力隔壁及びガス導入機構を備えることが、可能である。これら圧力隔壁及びガス導入機構は、ガス導入空間内を所定の圧力に保持することを可能にし、ガス導入空間内のガスを介してフィルム基材Ｗと中央部セグメント１３ｂとの間の伝熱効率を向上させることを可能にする。
　［第３実施形態］
　図５を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。図５（ａ）は、第３実施形態による成膜装置１の基材搬送装置２ｄの断面側面図、つまり、成膜装置１の右方又は左方から基材搬送装置２ｄを見た図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＶＢ－ＶＢ線に沿った断面図である。
　前記基材搬送装置２ｄは、成膜ローラ１７と、圧力隔壁１９と、ガス導入機構２０と、を備える。前記成膜ローラ１７は、第１実施形態の成膜ローラ２ａとほぼ同様の構成を有しているが、第１実施形態に係る中央部セグメント１３ａ及び両端部セグメント１２ａ，１２ｂに代えて中央部セグメント１３ｃと端部セグメント１２ｃ，１２ｄとを具備する。端部セグメント１２ｃ，１２ｄ内には、図示が省略されているが、第１実施形態に係る両端部昇降温媒体経路１４と同等の両端部昇降温媒体経路が設けられている。前記中央部セグメント１３ｃの内部はその周方向に並ぶ複数の領域（ゾーン）に分割され、前記成膜ローラ１７の中央部昇降温機構は、各ゾーンの温度を互いに独立して変化させることが可能な複数の昇降温部を備える。以下の説明では、この中央部昇降温機構の構成について詳しく説明する。
　中央部昇降温機構は、前記各昇降温部として、複数の昇降温媒体経路１８を有する。これらの昇降温媒体経路１８に例えば熱媒体油や水といった流体が昇降温媒体として流されて循環する。各昇降温媒体経路１８ａは、例えばパイプその他の管状の部材により構成される。あるいは、中央部昇降温機構は、中央部セグメント１３ｃに埋め込まれた複数のシースヒータを有するものでもよい。
　図５（ａ）に一点鎖線で示すように、各昇降温媒体経路１８は、昇降温媒体を成膜ローラ１７の外部から中央部セグメント１３ｃの内部に導入するように配置され、特に中央部セグメント１３ｃの第１の外周面であって基材Ｗと対向する面に沿うように配置される。前記中央部セグメント１３ｃの内部には３つの領域ＺＯＮＥ１，ＺＯＮＥ２及びＺＯＮＥ３が設定されている。前記各昇降温媒体経路１８は、各領域ＺＯＮＥ１～ＺＯＮＥ３に互いに独立に設けられている。つまり、各領域ＺＯＮＥ１～ＺＯＮＥ３に設けられた昇降温媒体経路１８は、それぞれ、各領域ＺＯＮＥ１～ＺＯＮＥ３内で第１の外周面であって基材Ｗと対向する面に沿って一巡した後に成膜ローラ１７の外部へ導かれるように配置される。本実施形態における成膜ローラ１７において、前記端部セグメント１２ｃ，１２ｄは回転するが中央部セグメント１３ｃは回転しない。つまり、中央部セグメント１３ｃが回転しないまま基材Ｗが端部セグメント１２ｃ，１２ｄの回転によって搬送される。
　前記のように互いに独立に配置された複数の管状の昇降温媒体経路１８を加熱又は冷却された昇降温媒体がそれぞれ独立して循環することにより、中央部セグメント１３ｃにおける各領域ＺＯＮＥ１～ＺＯＮＥ３において基材Ｗと対向する面の温度が相互独立して上昇又は下降する。これにより、当該中央部セグメント１３ｃの第１の外周面のうち各領域ＺＯＮＥ１～ＺＯＮＥ３内に存在する面と対向する基材Ｗの温度を上昇又は下降させることができる。前記中央部セグメント１３ｃに設定される領域の数は３つに限られない。中央部セグメント１３ｃに２つの領域あるいは４つ以上の領域が設定されてもよい。設定される領域の数は、基材搬送装置２ｄに対して望まれる特性に応じて任意に選択されることができる。
　以上のように、複数の昇降温媒体経路１８を有する中央部昇降温機構は、中央部セグメント１３ｃの第１の外周面のうち基材Ｗと対向する面の温度を各領域ごとに独立して昇降させることができ、これにより、単一の成膜ローラ１７上で、中央部セグメント１３ｃの第１の外周面に対向する基材Ｗの温度を複数の成膜プロセスにそれぞれ対応する温度に調節することを実現するものである。
　つまり、本実施形態の基材搬送装置２ｄによれば、成膜プロセスの温度毎に複数の成膜ローラを用いる必要がなくなるので、真空チャンバの容量を小さくすることができ、ひいては成膜装置１を小型化することができる。さらには、各領域ＺＯＮＥ１～ＺＯＮＥ３同士の間の断熱性を確保できれば、当該各領域の温度をほぼ正確に独立して制御することができる。その上で領域を細分化することで中央部セグメント１３ｃに設ける領域の数を増やすことができれば、１つの成膜ローラ１７上で複数のプロセスを実現することができ、成膜装置をさらに小型化することが可能となる。
　前記圧力隔壁１９は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、中央部セグメント１３ｃの第１の外周面のうち基材Ｗと対向しない面と向かい合う位置に設けられる。詳しくは、圧力隔壁１９は、成膜ローラ１７における中央部セグメント１３ｃの第１の外周面及び端部セグメント１２ｃ，１２ｄの第２及び第３の外周面のうちフィルム基材Ｗと対向しない面を覆うように、かつ、第１ガイドローラ９と第２ガイドローラ１０の間の開口を塞ぐように、設けられる。
　このように設けられた圧力隔壁１９は、端部セグメント１２ｃ，１２ｄの第２及び第３の外周面に接触する基材Ｗ、中央部セグメント１３ｃ、及び端部セグメント１２ｃ，１２ｄとともに、ほぼ密閉された閉空間であって、フィルム基材Ｗと中央部セグメント１３ｃとの間に形成されたガス導入空間を含む空間を囲み、これにより、ガス導入機構２０によってガスが導入された際に、当該閉空間の内部の圧力が十分に保持されることを可能にする。このようにほぼ密閉された閉空間にガス導入空間が含まれることは、真空環境下においてガス導入空間内の圧力が十分に上昇しないといった問題を回避することを可能にする。つまり、ガス導入空間内を所定の圧力に保持することが可能となり、ガス導入空間内のガスを介してフィルム基材Ｗと中央部セグメント１３ｃとの間の伝熱効率を向上させることが可能となる。
　前記図５に示すように、圧力隔壁１９は、第１ガイドローラ９に巻き掛けられた基材Ｗと対向する第１気密部１９ａと、第２ガイドローラ１０に巻き掛けられた基材Ｗと対向する第２気密部１９ｂと、第１気密部１９ａと第２気密部１９ｂとを相互に接続する接続部１９ｃと、第１壁部１９ｄと、第２壁部１９ｅと、を有する。第１及び第２壁部１９ｄ，１９ｅは、圧力隔壁１９の左右方向（図５（ａ）における左右方向）の両側にそれぞれ設けられて第１気密部１９ａ、第２気密部１９ｂ、接続部１９ｃの側部を覆う。第１壁部１９ｄは、一方の端部セグメント１２ｃの第２の外周面のうち基材Ｗと対向しない面と対向し、第２壁部１９ｅは、他方の端部セグメント１２ｄの第３の外周面のうち基材Ｗと対向しない面と対向する。
　図５（ｂ）に示すように、第１気密部１９ａは、第１ガイドローラ９の長手方向に沿って成膜ローラ１７とほぼ同じ長さを有する柱状の部材であり、第１ガイドローラ９に対向する湾曲面を有している。この湾曲面は、第１ガイドローラ９に巻き掛けられた基材Ｗの湾曲に対応した凹形状を有し、この湾曲面が、第１ガイドローラ９に巻き掛けられた基材Ｗから、例えば１ｍｍ程度の微小な距離だけ離れた位置に配置されている。第２気密部１９ｂは、第１気密部１９ａと同様の構成及び形状を有しており、第２ガイドローラ１０に対向する湾曲面を有する。この湾曲面は、第２ガイドローラ１０に巻き掛けられた基材Ｗから例えば１ｍｍ程度の微小な距離だけ離れた位置に配置されている。
　前記接続部１９ｃは、平板状をなし、前記第１気密部１９ａ及び前記第２気密部１９ｂの長手方向に沿った長さとほぼ同じ長さを有する。接続部１９ｃは、上述のように配置された第１気密部１９ａ及び第２気密部１９ｂを、第１気密部１９ａ及び第２気密部１９ｂの長手方向に沿って一体につなぐ。接続部１９ｃは、前記成膜ローラ１７における中央部セグメント１３ｃの第１の外周面及び端部セグメント１２ｃ，１２ｄの第２及び第３の外周面のうち前記フィルム基材Ｗと対向しない面を覆うように、第１ガイドローラ９と第２ガイドローラ１０の間の開口を塞ぐ。
　図５（ｂ）に示すように、前記第１気密部１９ａ、第２気密部１９ｂ、及び接続部１９ｃは、互いに一体につながることにより、第１ガイドローラ９と第２ガイドローラ１０の間の開口を塞ぐ蓋を構成する。このように一体となった第１気密部１９ａ、第２気密部１９ｂ、及び接続部１９ｃの一端側と他端側には、開口が形成されている。前記第１壁部１９ｄは、前記一端側の開口を塞ぎ、前記第２壁部１９ｅは、前記他端側の開口を塞ぐ。
　第１壁部１９ｄは、第１ガイドローラ９と第２ガイドローラ１０の間の距離とほぼ同じ幅を有する平板状で、一体に形成された第１気密部１９ａ、第２気密部１９ｂ、及び接続部１９ｃと端部セグメント１２ｃ，１２ｄとの間に形成される開口を閉じる。第１壁部１９ｄは、一方の端部セグメント１２ｃの第２の外周面のうち基材Ｗと接触しない面と対向する面を有する。この対向する面は、端部セグメント１２ｃの外周面に沿って湾曲する湾曲面である。
　前記第１壁部１９ｄは、第１ガイドローラ９から成膜ローラ１７に搬送される基材Ｗに対向する第１対向面と、成膜ローラ１７から第２ガイドローラ１０に搬送される基材Ｗに対向する第２対向面と、を有し、これらの第１及び第２対向面が基材Ｗの搬送方向に沿って延びている。これら第１及び第２対向面は、第１ガイドローラ９及び第２ガイドローラ１０と成膜ローラ１７との間で基材Ｗの搬送方向に沿って延びる。前記第１壁部１９ｄは、前記第１及び第２対向面が前記基材Ｗから例えば１ｍｍ程度の微小な距離だけ離れるとともに、端部セグメント１２ｃに対向する湾曲面が端部セグメント１２ｃの第２の外周面から例えば１ｍｍ程度の微小な距離だけ離れる位置に、配置される。第２壁部１９ｅは、第１壁部１９ｄと同様の構成及び形状を有しており、一体となった第１気密部１９ａ、第２気密部１９ｂ、及び接続部１９ｃの他端側に設けられている。
　前記圧力隔壁１９は、この圧力隔壁１９と前記成膜ローラ１７との間に空間を形成し、該空間が、端部セグメント１２ｃ，１２ｄに巻き掛けられた基材Ｗと中央部セグメント１３ｃの第１の外周面との間に形成されるガス導入空間と連続することで、成膜ローラ１７の中央部セグメント１３ｃの外周全体を包囲する一体の空間が形成される。圧力隔壁１９は、このように中央部セグメント１３ｃの外周全体を包囲する空間をその外側の空間であって真空チャンバ６内の空間からほぼ隔絶することができ、これにより、次に説明するガス導入機構２０によってガス導入空間の圧力を真空チャンバ６内の圧力とは異なった圧力に調整することを可能にする。
　図５（ａ）（ｂ）に示すように、ガス導入機構２０は、例えば、内部が空洞となった管状のパイプで構成された部材を有する。このパイプには、その空洞に供給されたガスをパイプの外部に流出させるための孔が長手方向に沿って複数形成されている。このようなガス導入機構２０を構成するパイプ状の部材は、圧力隔壁１９と中央部セグメント１３ｃの間に成膜ローラ１７の長手方向に沿って延びるように配置されている。
　図５（ａ）に示すように、ガス導入機構２０には、ガス供給管を介して導入ガス源２１が接続されている。ガス供給管には調整弁２２が設けられる。調整弁２２は、ニードル弁などからなり、前記導入ガス源２１からガス導入機構２０に供給されるガスの流量を調整する。ガス導入機構２０を通じて供給されるガスは、スパッタリング法による成膜に悪影響を及ぼさない不活性ガスなどである。
　ガス導入機構２０を通じて供給されるガスは、圧力隔壁１９と成膜ローラ１７との間に形成された空間を満たすと共に、端部セグメント１２ｃ，１２ｄに巻き掛けられた基材Ｗと中央部セグメント１３ｃとの間に形成されたガス導入空間に流れ込む。これによって、成膜ローラ１７の中央部セグメント１３ｃの外周全体を包囲する一体の空間がガスで満たされ、減圧された真空チャンバ６内の圧力に対して、ガスで満たされたガス導入空間の圧力が高くなる。この圧力差により、圧力隔壁１９と基材Ｗ及び端部セグメント１２ｃ，１２ｄとの間に設けられた約１ｍｍの隙間からガスが流出するが、そのガスの流出量とガス導入機構２０からのガスの供給量とのバランスによって、ガスで満たされたガス導入空間の圧力が決定される。
　ここで、圧力隔壁１９によって形成された中央部セグメント１３ｃの外周を包囲する空間の圧力について考察する。
　例えば、巾３７０ｍｍ、直径４００ｍｍの円筒状の成膜ローラ１７にフィルム状の基材Ｗを成膜ローラ１７の中心角１８０度にわたって巻き掛けた状態で、基材Ｗに１０Ｎの張力を与えた場合、基材Ｗが成膜ローラ１７の円筒面から受ける面圧（接触圧）は約１４０Ｐａである。ここで、当該基材Ｗの張力が変化した場合、前記面圧は前記張力に比例して変化する。従って、基材Ｗと成膜ローラ１７の中央部セグメント１３ｃの間のガス導入空間にガスを導入（供給）する場合、ガス導入空間内の圧力を、基材Ｗが成膜ローラ１７から受ける面圧以下とするように導入ガス源２１からの供給ガスの流量を調整弁２２で調整すれば、ガス導入機構２０を通じて基材Ｗと成膜ローラ１７の中央部セグメント１３ｃの第１の外周面との間のガス導入空間内に供給されるガスを基材Ｗの接触圧によって当該ガス導入空間内に密閉することが可能となる。
　通常、スパッタリング法による成膜プロセスは、０．１Ｐａオーダの圧力下で実施される。０．１Ｐａにおける不活性ガスアルゴン（Ａｒ）の平均自由行程は、約７ｃｍである。この圧力領域では、ガス導入空間の隙間空間のサイズに比べて平均自由行程が十分大きく、分子流とみなして良い。平均自由行程は圧力と反比例の関係にあり、１０～１００Ｐａの圧力領域では、平均自由行程が０．０７～０．７ｍｍであって隙間空間のサイズと同等となる。従ってこの領域は分子流から粘性流に遷移する領域とみなせる。一般に、分子流から粘性流に遷移する領域では、圧力に比例してガス分子の数が増え、ガス導入空間を取り巻く壁面へのガス分子の衝突数も増加する。壁面間の対流による熱収支は、ミクロに見ればガス分子の衝突によるエネルギーのやり取りであり、衝突数が大きくなるほど伝達する熱量も増加する関係となる。従って、熱伝達係数は圧力に比例する。
　一方、ガス導入空間の圧力を上述のように高める際、ガス導入空間の周囲の圧力も同時に高くなってしまうと、スパッタリング等の成膜プロセスに影響を及ぼしてしまう。従って、ガス導入空間内外の圧力差を十分に確保するために、圧力隔壁１９の周囲の隙間によるコンダクタンス（流通抵抗）を適切に設計する必要があり、これによって隙間内圧力の上限が規定される。
　例えば、図５において、第１ガイドローラ９及び第２ガイドローラ１０の直径を７４ｍｍ、第１ガイドローラ９及び第２ガイドローラ１０の幅を３７０ｍｍ、第１ガイドローラ９及び第２ガイドローラ１０と圧力隔壁１９との間隙を１ｍｍ、第１ガイドローラ９及び第２ガイドローラ１０における基材Ｗの抱き角（巻き掛け角度）を９０度とすれば、第１ガイドローラ９及び第２ガイドローラ１０と圧力隔壁１９との間隙が作るガス出口ギャップを、開口１ｍｍ×巾３７０ｍｍ、奥行き６０ｍｍ（直径７４ｍｍの円周長の１／４）の矩形スリットとしてモデル化することができる。実際には、第１ガイドローラ９及び第２ガイドローラ１０の曲率による影響や、第１ガイドローラ９及び第２ガイドローラ１０の側面のギャップによる影響も生じるが、ここでは考慮しないこととする。
　この場合のコンダクタンスは、モデル化した矩形スリットの式より０．００３［ｍ３／ｓ］程度と見積もられ、ガス導入空間内の圧力を１００Ｐａ、ガス導入空間の外部圧力を０Ｐａとすると、圧力隔壁１９からのガス漏れ量は１８０ｓｃｃｍ程度と見積もることができる。
　このガス漏れ量に相当する量のガスをガス導入機構２０を通じて常時導入し、かつ、真空チャンバ６内を排気するためのポンプとしてターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）などの排気能力が十分な高真空排気ポンプを用いれば、上記の考察に基づく圧力差の確保が実現可能となる。具体的には、ガス導入空間内の圧力をスパッタリング時のプロセス圧力の約１００～１０００倍の圧力まで高めることが可能となり、これに対応した（分子流ならば圧力に比例する）熱伝達係数の上昇を見込むことができる。
　従って、本実施形態による基材搬送装置２ｄを用いれば、前記成膜ローラ１７のように両端の大径部である両端部セグメント１２ｃ，１２ｄと中央の小径部である中央部セグメント１３ｃとからなる２段形状を有する基材搬送ローラを備えながらも、真空チャンバ６内の圧力をスパッタリングに必要とされる程度の真空に維持しつつ、基材Ｗと基材搬送ローラとの非接触箇所にガスを供給することができる。従って、輻射熱に加えてガス分子を媒体とした熱伝達の寄与度を増加させることができ、成膜プロセスによる熱の侵入で温度が上昇した基材Ｗから成膜ローラ１７への伝熱効率が向上する。これにより、スパッタリングなどの成膜プロセスにより基材Ｗに侵入した熱を十分に逃がすこともでき、２段形状を有する基材搬送ローラに搬送される基材Ｗにおける、皺や折れの発生を防ぐことができる。
　上述の第１実施形態～第３実施形態で説明した基材搬送装置によれば、基材Ｗと接触する端部セグメント１２ｃ，１２ｄの温度変化を小さく抑えることでこれら端部セグメント１２ｃ，１２ｄの第２及び第３の外周面の外径の変化や円筒度の低下を抑制しつつ、中央部セグメント１３ｃの温度を大きく変化させることで、基材Ｗを成膜プロセスに必要な温度にすることができる。
　このように、端部セグメント１２ｃ，１２ｄの温度変化を小さく抑えることができる基材搬送装置は、エッジタブ付きのガラス基材などを成膜プロセスの対象として搬送することができる。エッジタブ付きのガラス基材は、例えば、ガラス基材と、その長手方向に沿った両端に取付けられるエッジタブと呼ばれる保護部材と、を有し、エッジタブの多くは熱に弱い樹脂などで形成されている。ガラス基材は樹脂製のフィルム基材よりも融点が高いため、ガラス基材を成膜プロセスの対象とする場合は、耐熱性の低い樹脂製のフィルム基材を成膜プロセスの対象とする場合に比べてより高い成膜温度での成膜プロセスを実施することが可能であり、その材料特性である耐熱性の高さを最大限活かした成膜を行うことが望まれる。しかし、耐熱性の低い樹脂製のエッジタブが取り付けられたエッジタブ付きガラス基材を成膜プロセスに用いる場合、樹脂製のエッジタブが変形しない程度の成膜温度で成膜プロセスを実施しなくてはならないため、ガラス基材の材料特性を最大限活かした成膜を行うことは困難である。
　しかし、上述の各実施形態で説明した基材搬送装置によれば、耐熱性の低いエッジタブが接する端部セグメントの温度を低く保ちつつ、中央部セグメントの温度を高く上昇させて耐熱性の高いガラス基材を加熱することができるので、エッジタブの変形を抑制しつつガラス基材の耐熱性の高さを最大限活かした成膜を行うことができる。
　ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
　例えば、上述の各実施形態では、スパッタリングやプラズマＣＶＤ等の表面処理（成膜処理）を実施する成膜装置１を例示して、この成膜装置１で用いられる基材搬送ローラの特徴について説明した。しかし、各実施形態で説明した構成を有する基材搬送ローラは、フィルム状の基材Ｗを搬送する際に基材Ｗの温度を制御する必要のある装置であれば、成膜装置１に限らず様々な装置に適用できることは明らかである。
　以上のように、本発明は、基材の搬送品質を低下させることなく、基材の温度を広い領域にわたって制御することを可能にする基材搬送ローラを提供する。この基材搬送ローラは、基材の表面に成膜処理を施す成膜装置に特定の中心軸回りに回転可能に設けられて前記基材を搬送するものであって、前記中心軸に沿った軸方向における中央部に設けられ、前記中心軸と同軸の円筒状の第１の外周面を有する中央部セグメントと、前記中央部セグメントの軸方向の両外側にそれぞれ位置し、前記中心軸と同軸の円筒状の第２の外周面及び第３の外周面をそれぞれ有し、これらの第２の外周面及び第３の外周面は、当該第２の外周面及び第３の外周面に前記基材が接触した状態で回転することにより当該基材を搬送するとともに、当該基材が前記第１の外周面に接触するのを阻止するように当該第１の外周面の径よりも大きな径を有する、一対の端部セグメントと、前記中央部セグメントの温度を変化させる中央部昇降温機構と、前記各端部セグメントの温度を前記中央部セグメントとは独立して変化させる両端部昇降温機構と、を備える。
　この基材搬送ローラによれば、中央部セグメントの温度と端部セグメントの温度を互いに独立して制御することができる。従って、例えば、中央部セグメントの温度を大きく上昇あるいは低下させてフィルム基材の温度を要求される温度に制御しつつ、端部セグメントの温度の制御範囲（温度制御域）を、端部セグメントが熱膨張や熱変形を引き起こさない範囲に抑制することができる。
　前記中央部セグメントと前記端部セグメントは、互いに分離していてもよいし、互いに同期して回転するものでもよい。後者の場合、中央部セグメントが非回転状態のまま端部セグメントを回転させて基材を搬送することが可能である。
　また、本発明では、前記中央部セグメントと前記端部セグメントとの間に温度勾配を生じさせる温度勾配部をさらに備えることが、好ましい。この温度勾配部は、中央部セグメントの温度の変化が端部セグメントの温度に与える影響を小さく抑え、これにより、端部セグメントの温度制御の精度を高めることを可能にする。前記温度勾配部としては、例えば、前記中央部セグメントと前記端部セグメントとの間に設けられてこれらセグメント同士の間を断熱する断熱材を含むものが、好適である。

Claims (5)

  1. 　基材の表面に成膜処理を施す成膜装置に特定の中心軸回りに回転可能に設けられて前記基材を搬送する基材搬送ローラであって、
    　前記中心軸に沿った軸方向における中央部に設けられ、第１の外周面を有する中央部セグメントと、前記中央部セグメントの軸方向の両外側にそれぞれ位置し、前記中心軸と同軸の円筒状の第２の外周面及び第３の外周面をそれぞれ有し、これらの第２の外周面及び第３の外周面は、当該第２の外周面及び第３の外周面に前記基材が接触した状態で回転することにより当該基材を搬送するとともに、当該基材が前記第１の外周面に接触するのを阻止するように当該第１の外周面の径よりも大きな径を有する、一対の端部セグメントと、
    　前記中央部セグメントの温度を変化させる中央部昇降温機構と、
    　前記各端部セグメントの温度を前記中央部セグメントとは独立して変化させる両端部昇降温機構と、を備える、基材搬送ローラ。
  2. 　請求項１に記載の基材搬送ローラであって、前記中央部セグメントと前記端部セグメントが互いに分離している、基材搬送ローラ。
  3. 　請求項１に記載の基材搬送ローラであって、前記中央部セグメントと前記端部セグメントが、互いに同期して回転する、基材搬送ローラ。
  4. 　請求項２に記載の基材搬送ローラであって、前記中央部セグメントが非回転であって前記端部セグメントが回転する、基材搬送ローラ。
  5. 　請求項２に記載の基材搬送ローラであって、前記中央部セグメントと前記端部セグメントとの間に温度勾配を生じさせる温度勾配部をさらに備える、基材搬送ローラ。
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