薄膜形成装置および薄膜形成方法
【課題】ガス冷却を用いた成膜方法において、基板への損傷を抑制しながら、十分な基板冷却能力を確保する。
【解決手段】本発明の薄膜形成装置は、薄膜形成領域９において基板７の裏面に近接する冷却体１０と、冷却体１０と基板７の裏面の間にガスを導入するガス導入手段とを備え、冷却体１０は、基板と近接し赤外光を透過する透過体と透過体を介して基板と対向する吸収体から構成される。このような構成によって、基板から放射された輻射光が透過体を透過し、透過体を介して基板と対向する輻射率が大きな吸収体に吸収されるため、冷却体１０から基板７への輻射を抑制することが出来る。
【解決手段】本発明の薄膜形成装置は、薄膜形成領域９において基板７の裏面に近接する冷却体１０と、冷却体１０と基板７の裏面の間にガスを導入するガス導入手段とを備え、冷却体１０は、基板と近接し赤外光を透過する透過体と透過体を介して基板と対向する吸収体から構成される。このような構成によって、基板から放射された輻射光が透過体を透過し、透過体を介して基板と対向する輻射率が大きな吸収体に吸収されるため、冷却体１０から基板７への輻射を抑制することが出来る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置または薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイスの高性能化、小型化に薄膜技術が幅広く展開されている。また、デバイスの薄膜化はユーザーの直接的な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。
【０００３】
こうした薄膜技術の進展には、薄膜製造方法の高効率化、安定化、高生産性化、低コスト化といった産業利用面からの要請に応えることが必要不可欠であり、これに向けた努力が続けられている。
【０００４】
薄膜の高生産性には、高堆積速度の成膜技術が必須であり、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などをはじめとする薄膜製造において、高堆積速度化が進められている。また、薄膜を連続的に大量に形成する方法として、巻き取り式の薄膜製造方法が用いられる。巻き取り式の薄膜製造方法はロール状に巻かれた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、しかる後に巻き取りロールに巻き取る方法である。巻き取り式の薄膜製造方法は、例えば電子線を用いた真空蒸着源などの高堆積速度の成膜源と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出来る。
【０００５】
このような連続巻き取り式の薄膜製造の成否を決める要因として、成膜時の熱負荷の課題がある。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が基板に付与され、基板の温度が上昇する。特に堆積速度を高めるために蒸発源の温度を上げたり、蒸発源と基板を近づけたりすると、基板の温度が過度に上昇する。しかし基板の温度が上昇しすぎると、基板の機械特性の低下が顕著となり、堆積した薄膜や基板の熱膨張によって基板が大きく変形したり、基板が溶断したりする問題が生じやすくなる。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り、同様の問題がある。
【０００６】
こうした基板の変形や溶断などが生じることを防ぐために、成膜時に基板の冷却が行われる。基板の冷却を目的として、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。この方法で基板と円筒状キャンの熱的な接触を確保すると、熱容量の大きな冷却キャンに熱を逃がすことが出来るので、基板温度の上昇を防いだり、特定の冷却温度に基板温度を保持したりすることが出来る。
【０００７】
真空雰囲気下で基板と円筒状キャンの熱的な接触を確保するための方法のひとつとして、ガス冷却方式がある。ガス冷却方式とは、基板と冷却体である円筒状キャンとの間で間隔が数ｍｍ以下のわずかな隙間を維持しつつ、この隙間に微量の冷却ガスを供給して気体の熱伝導を利用して基板と円筒状キャンの熱的な接触を確保し、基板を冷却する方法である。特許文献１には、基板であるウエブに薄膜を形成するための装置において、ウエブと支持手段である円筒状キャンとの間に冷却ガスを導入することが示されている。これによれば、ウエブと支持手段との間の熱伝導が確保できるので、ウエブの温度上昇を抑制することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−１５２２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１のように、蒸着を行うような真空雰囲気においては、接触による熱伝導が小さいため、輻射伝熱による熱伝達の割合が大きくなるが、ウエブとキャンが近接した構成では、ウエブからの輻射光をキャンが反射する際に、反射された輻射光は再びウエブに吸収されるため、ウエブからキャンへの輻射伝熱が阻害されるという課題があった。特に、ウェブへの傷やキヤン表面形状のウェブへの転写が敏感な工程において、キヤン表面に鏡面加工を施す場合、輻射光のキャン表面での反射が大きいという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の薄膜形成装置は、真空中で表面と裏面を有する帯状の基板の前記表面上に、薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記基板を搬送する搬送機構と、搬送されている前記基板の前記表面上に、薄膜形成領域内で薄膜を形成する薄膜形成手段と、前記薄膜形成領域において前記裏面に近接する冷却面を有する冷却体と、前記搬送機構と、前記薄膜形成手段と、前記冷却体とを収容する真空容器とを備え、前記冷却体は、基板と近接し赤外光を透過する透過体と、透過体を介して基板を対向する吸収体を具備することを特徴とし、透過体の輻射率は吸収体の輻射率よりも小さいことを特徴とする薄膜形成装置である
さらに、真空中で、表面と裏面を有する帯状の基板の前記表面に、薄膜を形成する薄膜形成方法であって、薄膜形成領域において前記裏面に近接する冷却体を配置する配置工程と、搬送されている前記基板の前記表面上に、前記薄膜形成領域内で薄膜を形成する薄膜形成工程を含み、前記冷却体は、基板と近接し赤外光を透過する透過体と、透過体を介して基板を対向する吸収体を有し、透過体の輻射率は吸収体の輻射率よりも小さいことを特徴とする薄膜形成方法である。
【発明の効果】
【００１１】
上記のような構成によって、基板から放射された輻射光が透過体を透過し、透過体を介して基板と対向する輻射率が大きな吸収体に吸収されるため、冷却体から基板への輻射を抑制することが出来る。
【００１２】
したがって、基板の冷却能力が向上し、キャン表面形状の転写による損傷を抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１の成膜装置全体の構成を示す模式側面図。
【図２】(Ａ)は本発明の実施形態１に用いるキャンの正面図、(Ｂ)は図２（Ａ）のＡＡ’断面図。
【図３】(Ａ)は本発明の実施形態１に用いるキャンの正面図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＡＡ’断面図。
【図４】（Ａ）本発明の実施形態１に用いるキャンの正面図、(Ｂ)は図４（Ａ）のＡＡ’断面図。
【図５】本発明の実施形態２の成膜装置全体の構成を示す模式側面図。
【図６】本発明の実施形態２に用いる冷却体の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態において、同一部分には、同一番号を記し、重複する記載は省略する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１である、薄膜形成領域内で基板が円筒状のキャンに沿って搬送される場合の成膜装置全体の構成を模式的に示す側面図である。
【００１６】
真空容器１は内部空間を有する耐圧性の容器状部材であり、その内部空間に巻き出しローラ２、複数の搬送ローラ３、薄膜形成領域９、巻き取りローラ４、成膜源５、及び、遮蔽板６を収容する。巻き出しローラ２は、軸心回りに回転自在に設けられているローラ状部材であり、その表面に帯状で長尺の基板７が捲回され、最も近接する搬送ローラ３に向けて基板７を供給する。
【００１７】
搬送ローラ３は軸心回りに回転自在に設けられているローラ状部材であり、巻き出しローラ２から供給される基板７を薄膜形成領域９に誘導し、最終的に巻き取りローラ４に導く。薄膜形成領域９を基板７が走行する際に、成膜源５から飛来した材料粒子が、必要に応じて原料ガス導入管（図示せず）から導入された原料ガスと反応して基板７表面に堆積し、薄膜が形成される。巻き取りローラ４は、図示しない駆動手段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、薄膜が表面に形成された基板７を巻き取って保存する。
【００１８】
成膜源５には各種成膜源を用いることが出来、例えば抵抗加熱、誘導加熱、電子線加熱などによる蒸発源や、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出来る。また成膜源として、イオン源やプラズマ源を組み合わせて用いることも可能である。例えば、成膜源５は、薄膜形成領域９の最下部の鉛直方向下方に設けられて、鉛直方向上部が開口している容器状部材と、当該容器状部材の内部に載置された成膜材料とを含む。成膜源５の近傍には電子銃や誘導コイル等の加熱手段（図示せず）が設けられ、これらの加熱手段によって前記容器状部材内部の成膜材料が加熱されて蒸発する。材料の蒸気は鉛直方向上方に向けて移動し、薄膜形成領域９における基板７表面に付着して薄膜が形成される。成膜源５は、成膜時に、基板７に対して熱負荷を与えることになる。
【００１９】
遮蔽板６は、成膜源５から飛来した材料粒子が基板７と接触し得る領域を薄膜形成領域９のみに制限している。
【００２０】
排気手段８は真空容器１の外部に設けられて、真空容器１内部を薄膜の形成に適する減圧状態に調整する。排気手段８は、たとえば、油拡散ポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポンプなどを主ポンプとした各種真空排気系によって構成される。
【００２１】
薄膜形成領域９内で、基板７の裏面（成膜される表面の反対面）側には円筒状のキャン冷却体１０が配置され、薄膜形成中、基板７は冷却体１０に沿って搬送されている。
【００２２】
冷却体１０は、冷媒によって冷却されている。冷媒は、通常、液体又は気体の物質であり、代表的には水である。冷却体１０には冷媒流路（図示せず）が接して設置されるか又埋設され、この流路を冷媒が通過することで冷却体１０は冷却されている。冷媒流路として配管を使用する場合、配管の材質は特に限定されず、銅やステンレス等のパイプを用いることができる。配管は溶接などによって冷却体１０に取り付けられても良い。
【００２３】
冷却体１０と基板７の間にはガス供給機構２５により、冷却ガスが供給される。冷却ガスには、ヘリウムやアルゴンなどの各種ガスを用いることができる。ガス供給機構としては、例えば横笛様の吹きだし形状を有するガスノズルを冷却体１０直近に設置し、そのノズルから基板７と冷却体１０の間に向かってガスを導入する方法等が挙げられる。
【００２４】
以上のように、図１の薄膜形成装置によれば、巻き出しローラ２から送り出された基板７が、搬送ローラ３を経由して走行し、薄膜形成領域９において蒸発源５から飛来した蒸気および必要に応じて酸素、窒素などの供給を受け、基板上に薄膜が形成される。この基板７は、別の搬送ローラ３を経由して巻き取りローラ４に巻き取られる。これによって、表面に薄膜が形成された基板７が得られる。
【００２５】
基板７には、各種高分子フィルムや、各種金属箔、あるいは高分子フィルムと金属箔の複合体、その他の上記材料に限定されない長尺基板を用いることが出来る。高分子フィルムとしては、例えば、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、ポリイミド等が挙げられる。金属箔としては、例えば、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、チタニウム箔や、ステンレスなどの合金箔等が挙げられる。基板の幅は例えば５０〜１０００ｍｍであり、基板の望ましい厚みは例えば３〜１５０μｍである。基板の幅が１００ｍｍ以上では温度ムラにより基板の熱膨張に部分的な差ができ、基板の一部がキャンから浮き上がりやすくなるが、本発明を適用できないということではない。基板の厚みが３μｍ未満では基板の熱容量が極めて小さいために薄膜形成中に熱変形が発生しやすい。基板の厚みが１５０μｍより大きいと、巻き出しローラ２や巻き取りローラ４から付与される張力でも基板がほとんど伸びないため、基板に部分的に発生する歪を抑えられずに冷却体と基板との間に大きな隙間が生じやすくなり、ガス冷却時の冷却ガスの漏れが大きくなる。しかし、いずれも本発明が適用できないことを示すものではない。基板の搬送速度は作成する薄膜の種類や成膜条件によって異なるが、例えば０．１〜５００ｍ／分である。搬送方向Ｒで搬送中の基板７に印加される張力は、基板の材質や厚み、あるいは成膜レートなどのプロセス条件によって適宜選択される。
【００２６】
図２は冷却体１０の正面図および、基板通過位置での断面図を示す。
【００２７】
冷却体１０は基板７と接触する透過体５１と透過体を介して基板７と対向する吸収体５２により構成される。
透過体５１は基板７と直接または冷却ガスを介して熱的に接触し、接触熱伝導による基板７の冷却を担い、基板７からの輻射で放出される赤外光を透過する。透過体５１の表面は基板７への表面形状の転写や基板７への傷を防ぐため平滑である。透過体５１は巨視的には基板７と直接接触するが、基板７と透過体の間に冷却ガスを導入するため、厳密に接触が確保される必要はなく、近接していれば良い。
【００２８】
透過体５１の厚みは、上限は赤外光の透過率によって制限されるため、およそ１０ｍｍ以下であることが望ましい。厚みの下限は機械的強度によって、ある程度の制限を受けるが、基板７と透過体との摩擦や基板７にかけられた張力によって破壊されない材料であれば、蒸着や鍍金などの各種方法で吸収体表面に透過体の薄膜を形成して用いることもできる。本発明は透過体の厚みによって限定されるものではない。
【００２９】
透過体５１は、基板７から放出される赤外光を透過する材質により構成される。
基板からの輻射光のピーク波長（λm（μｍ））は基板絶対温度（Ｔ（Ｋ））により決まり、式１（ウイーンの式）に従うことが知られている。
【００３０】
（式１）λm＝２８９６/Ｔ ウイーンの式
基板７からの輻射光を有効に透過するためには、透過体５１は基板温度に対するピーク波長λmにおいて透過率が５０％以上であることが好ましい。
【００３１】
蒸着工程で用いられる基板温度は基板の材質や薄膜の性状によって異なるが、大まかに１００℃〜５００℃程度であり、このときの輻射光のピーク波長は３〜８μｍ程度であることから、この波長領域に透過率が５０％以上であることが好ましい。
【００３２】
具体的には、シリコンや、ゲルマニウム、サファイア、フッ化カルシウムやフッ化バリウムなどを使用することができる。また、基板温度が比較的高温であり、ピーク波長が短い場合には、石英ガラスなどの長波長領域の透過率が低い材料を用いることも可能である。
【００３３】
吸収体５２は透過体５１を介して基板７に対向し、基板７からの輻射光を吸収する。
【００３４】
吸収体５２は基板７と直接接触する危険性が無く、表面形状の基板への転写など基板に損傷を与える危険性が無いことから、平滑かつ磨耗に強い表面性状が必要な従来の冷却体に比べて、表面形状や材質の選択肢を多くとることができる。
【００３５】
吸収体５２の輻射光の吸収率を向上させるため、吸収体表面は輻射率が高い材質で構成されることが望ましく、吸収体表面粗さは透過体表面粗さよりも大きいことが望ましい。
【００３６】
具体的には吸収体５２の表面の輻射率は０．７以上あることが望ましく、材質としては表面に電解処理や酸化処理を施して輻射率を向上させたアルミニウムなど各種金属を用いることができるほか、シリカやアルミナのような酸化物や黒鉛などの比較的表面が粗く、磨耗に弱いもしくは脆い高輻射率の材料も用いることが可能である。また、吸収体５２の機械的強度が小さい場合には、図３に示すように吸収体のさらに内側に機械的強度が高い芯５３を埋め込むことで、機械的強度を補償することも可能である。芯の材質としては、一般にローラや円筒状キャンの材質として用いられるアルミニウムなど各種材料を用いることができ、本発明は芯５３の材質や形状に限定されるものではない。さらに、芯５３を設置した場合には、吸収体５２は機械的強度を必要としないことから、各種黒化塗料の塗布や鍍金、蒸着により芯５３上に薄膜状の吸収体５２を形成しても良い。
【００３７】
従来の円筒状キャン冷却体の材質として使用されるアルミニウムやステンレスなど各種金属材料の場合、輻射率は０．１程度の値であるが、基板への表面形状の転写や損傷を抑制するため、冷却体表面を研磨した場合、研磨の程度にもよるが輻射率はさらに低下し、0.05程度になる。この場合、基板からの輻射光の９５％程度が冷却体に吸収されず基板に反射してしまい、再び基板が吸収してしまうため、輻射による冷却が阻害され、冷却効率の低下を招く。
【００３８】
一方、本発明で使用する材質は、たとえばアルマイト処理したアルミニウムで輻射率０．８、黒鉛材で０．９程度を達成することができ、黒化塗料などを用いた場合には０．９５程度まで達成することが可能である。このため、基板からの輻射光の７０％〜９５％程度を吸収することが可能になるため、基板への輻射光の反射を大幅に減少させることが可能になり、輻射による基板冷却が良好に達成される。
【００３９】
基板７と冷却体１０の間に冷却ガスを供給する方法としては、図１に示すようなガス供給機構を用いて供給する方法のほかに、冷却体１０自身から冷却ガスを供給する方法が挙げられる。
【００４０】
図４に冷却ガスを供給する機構を備えた冷却体１０の一例を示す。
【００４１】
冷却体１０は透過体５１と吸収体５２から成るが、透過体上の基板が通過する位置には、冷却ガスを流通させるための細孔５３が開けられており、また、透過体５１と冷却体５２の間には冷却ガスを保持するための空間（マニホールド）１５が設けられている。このマニホールドに冷却ガスを導入することで、細孔５３を通じて基板７と透過体５１の間にガスを供給することが可能になる。
【００４２】
透過体５１表面における細孔５３の開口面積は１つ当たり０．５〜２０ｍｍ２であることが好ましい。０．５ｍｍ２未満では、成膜粒子により細孔が詰まりやすく好ましくない。２０ｍｍ２を超えると、各細孔から導入されるガスの圧力にバラツキが生じやすく、基板幅方向及び基板長手方向において冷却ムラが発生するため好ましくない。
【００４３】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、細孔５３は複数設置しているが、細孔の数は必要なガス圧や基板にかけられる張力に応じて、基板７と冷却体１０の間のガス圧が均一になるように適切に選択することができ、本発明は細孔の数に規制されない。
【００４４】
複数の細孔５３は、透過体５１表面において均一な間隔を開けて配置しても良い。しかし、冷却体と基板７との間からのガス漏れが多い場合は、ガス導入穴の配置や大きさを調整することで、基板幅方向の両端部近傍でのガス流量が多くなるように細孔５１の配置を調節しても良い。
冷却ガスの吸収体５２と透過体５１の間のマニホールド１５への導入方法としては、ガス導入用の管１３を吸収体５２の内部に設置し、吸収体にも細孔をあけることで可能になるほか、各種方法を用いることができ、本発明は冷却ガスの導入方法に規制されるものではない。
【００４５】
また、本発明の冷却体は、薄膜形成領域９のみでなく、基板の搬送経路における搬送ローラ３や巻き取りローラ４、巻き出しローラ２に使用することも可能である。
搬送ローラ３や巻き取りローラ４、巻き出しローラ２に冷却体１０を用いる場合、薄膜形成領域９と異なり、基板７への熱負荷が小さいことから、必ずしも基板７と冷却体１０の間に冷却ガスを導入して冷却能力を向上させる必要はなく、必要とされる冷却能力が小さい、または排気能力が低く冷却ガスを導入することで真空容器１内圧が上昇し、薄膜形成に支障をきたす場合には、冷却ガスを導入せずに冷却体１０を使用しても問題はない。
【００４６】
（実施の形態２）
本発明は、板状の冷却体を用い、基板７と冷却体を近接させて、基板７と冷却体の間に冷却ガスを導入することも可能である。
【００４７】
図５は、本発明の実施形態２である、薄膜形成領域内で基板が直線状に搬送される場合の成膜装置全体の構成を模式的に示す側面図である。ここで、「基板が直線上に搬送される」とは、図１に示すような円筒状キャンに沿って湾曲した状態での基板の搬送を除外することを意図しており、具体的には、図５で示すように複数のローラによって搬送方向に張力がかけられた状態での基板の搬送を意味している。ただし、図５に示すような側面図において、完全な直線上を基板が搬送される場合のみではなく、基板７の自重によるたるみや、冷却ガス、原料ガスの噴射などの原因で、直線的な搬送経路内に若干の曲がり部分を含んでいる場合も含む。
【００４８】
真空容器１は内部空間を有する耐圧性の容器状部材であり、その内部空間に巻き出しローラ２、複数の搬送ローラ３、薄膜形成領域９、巻き取りローラ４、成膜源５、及び、遮蔽板６を収容する。巻き出しローラ２は、軸心回りに回転自在に設けられているローラ状部材であり、その表面に帯状で長尺の基板７が捲回され、最も近接する搬送ローラ３に向けて基板７を供給する。
【００４９】
搬送ローラ３は軸心回りに回転自在に設けられているローラ状部材であり、巻き出しローラ２から供給される基板７を薄膜形成領域９に誘導し、最終的に巻き取りローラ４に導く。薄膜形成領域９を基板７が走行する際に、成膜源５から飛来した材料粒子が、必要に
応じて原料ガス導入管（図示せず）から導入された原料ガスと反応して基板７表面に堆積し、薄膜が形成される。巻き取りローラ４は、図示しない駆動手段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、薄膜が表面に形成された基板７を巻き取って保存する。
【００５０】
成膜源５には各種成膜源を用いることが出来、例えば抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱などによる蒸発源や、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出来る。また成膜源として、イオン源やプラズマ源を組み合わせて用いることも可能である。例えば、成膜源５は、薄膜形成領域９の最下部の鉛直方向下方に設けられて、鉛直方向上部が開口している容器状部材と、当該容器状部材の内部に載置された成膜材料とを含む。成膜源５の近傍には電子銃や誘導コイル等の加熱手段（図示せず）が設けられ、これらの加熱手段によって前記容器状部材内部の成膜材料が加熱されて蒸発する。材料の蒸気は鉛直方向上方に向けて移動し、薄膜形成領域９における基板７表面に付着して薄膜が形成される。成膜源５は、成膜時に、基板７に対して熱負荷を与えることになる。
【００５１】
遮蔽板６は、成膜源５から飛来した材料粒子が基板７と接触し得る領域を薄膜形成領域９のみに制限している。
【００５２】
排気手段８は真空容器１の外部に設けられて、真空容器１内部を薄膜の形成に適する減圧状態に調整する。排気手段８は、たとえば、油拡散ポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポンプなどを主ポンプとした各種真空排気系によって構成される。
【００５３】
薄膜形成領域９内で、基板７の裏面（成膜される表面の反対面）側には冷却体１０が基板７に近接して配置されている。
【００５４】
基板７の搬送経路に沿って冷却体１０の前後には、一対の補助ローラ１１が配置されており、基板７の裏面に接している。これにより、薄膜形成領域９近傍での基板７の搬送経路を調整し、基板と冷却体との距離を微調整することが容易になる。
【００５５】
冷却体１０と基板裏面との間には、ガスフローコントローラ１２で導入量を制御されたガスが、冷却ガス供給手段１４からガス配管１３を通して導入される。この導入されたガスが、冷却体１０の冷熱を伝達して基板７を冷却する。冷却ガス供給手段１４には、ガスボンベ、ガス発生装置などがある。
【００５６】
冷却体１０は、冷媒によって冷却されている。冷媒は、通常、液体又は気体の物質であり、代表的には水である。冷却体１０には冷媒流路（図示せず）が接して設置されるか又埋設され、この流路を冷媒が通過することで冷却体１０は冷却されている。冷媒流路として配管を使用する場合、配管の材質は特に限定されず、銅やステンレス等のパイプを用いることができる。配管は溶接などによって冷却体１０に取り付けられても良い。また、冷媒を通すための穴を冷却体１０に直接開けることで冷媒流路を形成してもよい。
【００５７】
基板７の冷却能は種々の条件を変更することで調整が可能である。そのような条件として、例えば、冷却体１０を冷却する冷媒の種類、流量又は温度や、冷却体１０と基板裏面との間に導入する冷却ガスの流量、種類又は温度（ガス導入条件）、補助ローラ１１等により調整される冷却体１０と基板７との距離などが挙げられる。これらの条件は１種類のみを調整してもよく、２種類以上を組み合わせて調整してもよい。
【００５８】
以上のように、図５の薄膜形成装置によれば、巻き出しローラ２から送り出された基板７が、搬送ローラ３を経由して走行し、薄膜形成領域９において蒸発源５から飛来した蒸気および必要に応じて酸素、窒素などの供給を受け、基板上に薄膜が形成される。この基
板７は、別の搬送ローラ３を経由して巻き取りローラ４に巻き取られる。これによって、表面に薄膜が形成された基板７が得られる。
【００５９】
基板７には、各種高分子フィルムや、各種金属箔、あるいは高分子フィルムと金属箔の複合体、その他の上記材料に限定されない長尺基板を用いることが出来る。高分子フィルムとしては、例えば、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、ポリイミド等が挙げられる。金属箔としては、例えば、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、チタニウム箔やステンレスなどの合金箔等が挙げられる。基板の幅は例えば５０〜１０００ｍｍであり、基板の望ましい厚みは例えば３〜１５０μｍである。
【００６０】
基板の幅が５０ｍｍ未満ではガス冷却時のガスの漏れが大きいが、本発明を適用できないということではない。基板の厚みが３μｍ未満では基板の熱容量が極めて小さいために熱変形が発生しやすい。基板の厚みが１５０μｍより大きいと、巻き出しローラ２や巻き取りローラ４から付与される張力でも基板がほとんど伸びないため、基板に部分的に発生する歪を抑えられずに冷却体と基板との間に大きな隙間が生じやすくなり、ガス冷却時のガスの漏れが大きくなる。しかし、いずれも本発明が適用できないことを示すものではない。基板の搬送速度は作成する薄膜の種類や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７に印加される張力は、基板の材質や厚み、あるいは成膜レートなどのプロセス条件によって適宜選択される。
【００６１】
図６は、図１で示した成膜装置の薄膜形成領域９近傍を拡大した断面図である。
【００６２】
冷却体１０は実施の形態１にて記載した冷却体と同様、基板７に近接する透過体５１と透過体５１を介して基板と対向する吸収体５２から構成される。
【００６３】
冷却体１０と基板７の間にガスを導入する方法としては、様々な方法が可能である。例として、図６に示すように、冷却体１０の内部に、ガス配管１３に連結したマニホールド１５を設け、そこから透過体の表面（基板７の裏面と対向する面）に伸びる複数の細孔５３を経由してガスを供給する。別法として、例えば横笛様の吹きだし形状を有するガスノズルを冷却体に埋め込み、そのノズルからガスを導入する方法等により、冷却体１０と基板７の間にガスを導入することもできる。ガス導入方法は、これらに限定されるものではなく、熱伝達媒体としてのガスを冷却体と基板との間に制御しながら導入できるのであれば、他の方法を用いることも出来る。
【００６４】
図６における細孔５３の開口面積は、細孔１つ当たり０．５〜２０ｍｍ２であることが好ましい。０．５ｍｍ２未満では、成膜粒子により細孔が詰まりやすく好ましくない。２０ｍｍ２を超えると、各穴から導入されるガスの圧力にバラツキが生じやすく、基板幅方向及び基板長手方向において冷却ムラが発生するため好ましくない。
【００６５】
複数の細孔５３は、冷却体１０表面において均一な間隔を開けて配置しても良い。しかし、冷却体と基板との間からのガス漏れが多い場合は、ガス導入穴の配置や大きさを調整することで、基板幅方向の両端部近傍でのガス流量が多くなるように細孔５３の配置を調節しても良い。
【００６６】
実施の形態２に記載の板状の冷却体を用いる場合、走行中の基板と冷却体とが接触すると傷や基板切れなどの不具合が発生する恐れがあるため、特に冷却体表面が基板の走行経路よりも突出している場合には、冷却体と基板裏面との間に導入される冷却ガスによって、冷却面と基板裏面とのあいだにギャップが生じる（すなわち、基板が冷却面から浮上する）よう、冷却ガスの圧力を調整することが好ましい。このときの冷却体と基板裏面とのあいだの距離は０．１〜５ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍ未満では、基板の形状
バラツキや走行バラツキによって基板と冷却体が接触する恐れがある。５ｍｍを超えると、そのギャップからガスが漏れやすくなるため、ガス導入量の増加が必要となり、更にギャップ拡大による冷却効率の低下も招くので好ましくない。
【００６７】
ギャップを生じさせるために導入する冷却ガスの圧力は、２０〜２００Ｐａであることが好ましい。２０Ｐａ未満では、圧力が低すぎるため、基板の形状バラツキや走行バラツキがある場合は、基板が冷却体に接触する恐れがある。２００Ｐａを超えると、冷却面と裏面とのあいだのギャップが大きくなり、ガス漏れの増加、そして真空ポンプへの不必要な負荷が発生する。
【００６８】
発明を実施するための形態として上記に具体的に述べたが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６９】
また、具体的な適用例として、シリコンを用いた電池用極板や、磁気テープ等について述べたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、コンデンサ、センサ、太陽電池、光学膜、防湿膜、導電膜、などをはじめとする安定成膜が要求される様々なデバイスに適用可能なことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の薄膜形成膜装置及び薄膜形成方法では、ガス冷却方式において基板と冷却体の接触が懸念され、冷却体表面を平滑化する必要があるプロセスにおいても、基板から冷却体への輻射光の反射を抑制し、熱伝達を促進することにより、十分な冷却効果を達成することが可能である。これによって、基板の変形や溶断等を防止しながら、高材料利用効率と高成膜レートを両立する薄膜形成を実現することが出来る。
【符号の説明】
【００７１】
１ 真空容器
２ 巻き出しローラ
３ 搬送ローラ
４ 巻き取りローラ
５ 成膜源
６ 遮蔽板
７ 基板
８ 排気手段
９ 薄膜形成領域
１０ 冷却体
１１ 補助ローラ
１２ ガスフローコントローラ
１３ ガス配管
１４ 冷却ガス供給手段
１５ マニホールド
１６ ガス導入穴
１７ 導入ガス
５１ 透過体
５２ 吸収体
５３ 細孔
５５ 芯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置または薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイスの高性能化、小型化に薄膜技術が幅広く展開されている。また、デバイスの薄膜化はユーザーの直接的な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。
【０００３】
こうした薄膜技術の進展には、薄膜製造方法の高効率化、安定化、高生産性化、低コスト化といった産業利用面からの要請に応えることが必要不可欠であり、これに向けた努力が続けられている。
【０００４】
薄膜の高生産性には、高堆積速度の成膜技術が必須であり、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などをはじめとする薄膜製造において、高堆積速度化が進められている。また、薄膜を連続的に大量に形成する方法として、巻き取り式の薄膜製造方法が用いられる。巻き取り式の薄膜製造方法はロール状に巻かれた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、しかる後に巻き取りロールに巻き取る方法である。巻き取り式の薄膜製造方法は、例えば電子線を用いた真空蒸着源などの高堆積速度の成膜源と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出来る。
【０００５】
このような連続巻き取り式の薄膜製造の成否を決める要因として、成膜時の熱負荷の課題がある。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が基板に付与され、基板の温度が上昇する。特に堆積速度を高めるために蒸発源の温度を上げたり、蒸発源と基板を近づけたりすると、基板の温度が過度に上昇する。しかし基板の温度が上昇しすぎると、基板の機械特性の低下が顕著となり、堆積した薄膜や基板の熱膨張によって基板が大きく変形したり、基板が溶断したりする問題が生じやすくなる。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り、同様の問題がある。
【０００６】
こうした基板の変形や溶断などが生じることを防ぐために、成膜時に基板の冷却が行われる。基板の冷却を目的として、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。この方法で基板と円筒状キャンの熱的な接触を確保すると、熱容量の大きな冷却キャンに熱を逃がすことが出来るので、基板温度の上昇を防いだり、特定の冷却温度に基板温度を保持したりすることが出来る。
【０００７】
真空雰囲気下で基板と円筒状キャンの熱的な接触を確保するための方法のひとつとして、ガス冷却方式がある。ガス冷却方式とは、基板と冷却体である円筒状キャンとの間で間隔が数ｍｍ以下のわずかな隙間を維持しつつ、この隙間に微量の冷却ガスを供給して気体の熱伝導を利用して基板と円筒状キャンの熱的な接触を確保し、基板を冷却する方法である。特許文献１には、基板であるウエブに薄膜を形成するための装置において、ウエブと支持手段である円筒状キャンとの間に冷却ガスを導入することが示されている。これによれば、ウエブと支持手段との間の熱伝導が確保できるので、ウエブの温度上昇を抑制することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−１５２２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１のように、蒸着を行うような真空雰囲気においては、接触による熱伝導が小さいため、輻射伝熱による熱伝達の割合が大きくなるが、ウエブとキャンが近接した構成では、ウエブからの輻射光をキャンが反射する際に、反射された輻射光は再びウエブに吸収されるため、ウエブからキャンへの輻射伝熱が阻害されるという課題があった。特に、ウェブへの傷やキヤン表面形状のウェブへの転写が敏感な工程において、キヤン表面に鏡面加工を施す場合、輻射光のキャン表面での反射が大きいという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の薄膜形成装置は、真空中で表面と裏面を有する帯状の基板の前記表面上に、薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記基板を搬送する搬送機構と、搬送されている前記基板の前記表面上に、薄膜形成領域内で薄膜を形成する薄膜形成手段と、前記薄膜形成領域において前記裏面に近接する冷却面を有する冷却体と、前記搬送機構と、前記薄膜形成手段と、前記冷却体とを収容する真空容器とを備え、前記冷却体は、基板と近接し赤外光を透過する透過体と、透過体を介して基板を対向する吸収体を具備することを特徴とし、透過体の輻射率は吸収体の輻射率よりも小さいことを特徴とする薄膜形成装置である
さらに、真空中で、表面と裏面を有する帯状の基板の前記表面に、薄膜を形成する薄膜形成方法であって、薄膜形成領域において前記裏面に近接する冷却体を配置する配置工程と、搬送されている前記基板の前記表面上に、前記薄膜形成領域内で薄膜を形成する薄膜形成工程を含み、前記冷却体は、基板と近接し赤外光を透過する透過体と、透過体を介して基板を対向する吸収体を有し、透過体の輻射率は吸収体の輻射率よりも小さいことを特徴とする薄膜形成方法である。
【発明の効果】
【００１１】
上記のような構成によって、基板から放射された輻射光が透過体を透過し、透過体を介して基板と対向する輻射率が大きな吸収体に吸収されるため、冷却体から基板への輻射を抑制することが出来る。
【００１２】
したがって、基板の冷却能力が向上し、キャン表面形状の転写による損傷を抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１の成膜装置全体の構成を示す模式側面図。
【図２】(Ａ)は本発明の実施形態１に用いるキャンの正面図、(Ｂ)は図２（Ａ）のＡＡ’断面図。
【図３】(Ａ)は本発明の実施形態１に用いるキャンの正面図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＡＡ’断面図。
【図４】（Ａ）本発明の実施形態１に用いるキャンの正面図、(Ｂ)は図４（Ａ）のＡＡ’断面図。
【図５】本発明の実施形態２の成膜装置全体の構成を示す模式側面図。
【図６】本発明の実施形態２に用いる冷却体の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態において、同一部分には、同一番号を記し、重複する記載は省略する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１である、薄膜形成領域内で基板が円筒状のキャンに沿って搬送される場合の成膜装置全体の構成を模式的に示す側面図である。
【００１６】
真空容器１は内部空間を有する耐圧性の容器状部材であり、その内部空間に巻き出しローラ２、複数の搬送ローラ３、薄膜形成領域９、巻き取りローラ４、成膜源５、及び、遮蔽板６を収容する。巻き出しローラ２は、軸心回りに回転自在に設けられているローラ状部材であり、その表面に帯状で長尺の基板７が捲回され、最も近接する搬送ローラ３に向けて基板７を供給する。
【００１７】
搬送ローラ３は軸心回りに回転自在に設けられているローラ状部材であり、巻き出しローラ２から供給される基板７を薄膜形成領域９に誘導し、最終的に巻き取りローラ４に導く。薄膜形成領域９を基板７が走行する際に、成膜源５から飛来した材料粒子が、必要に応じて原料ガス導入管（図示せず）から導入された原料ガスと反応して基板７表面に堆積し、薄膜が形成される。巻き取りローラ４は、図示しない駆動手段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、薄膜が表面に形成された基板７を巻き取って保存する。
【００１８】
成膜源５には各種成膜源を用いることが出来、例えば抵抗加熱、誘導加熱、電子線加熱などによる蒸発源や、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出来る。また成膜源として、イオン源やプラズマ源を組み合わせて用いることも可能である。例えば、成膜源５は、薄膜形成領域９の最下部の鉛直方向下方に設けられて、鉛直方向上部が開口している容器状部材と、当該容器状部材の内部に載置された成膜材料とを含む。成膜源５の近傍には電子銃や誘導コイル等の加熱手段（図示せず）が設けられ、これらの加熱手段によって前記容器状部材内部の成膜材料が加熱されて蒸発する。材料の蒸気は鉛直方向上方に向けて移動し、薄膜形成領域９における基板７表面に付着して薄膜が形成される。成膜源５は、成膜時に、基板７に対して熱負荷を与えることになる。
【００１９】
遮蔽板６は、成膜源５から飛来した材料粒子が基板７と接触し得る領域を薄膜形成領域９のみに制限している。
【００２０】
排気手段８は真空容器１の外部に設けられて、真空容器１内部を薄膜の形成に適する減圧状態に調整する。排気手段８は、たとえば、油拡散ポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポンプなどを主ポンプとした各種真空排気系によって構成される。
【００２１】
薄膜形成領域９内で、基板７の裏面（成膜される表面の反対面）側には円筒状のキャン冷却体１０が配置され、薄膜形成中、基板７は冷却体１０に沿って搬送されている。
【００２２】
冷却体１０は、冷媒によって冷却されている。冷媒は、通常、液体又は気体の物質であり、代表的には水である。冷却体１０には冷媒流路（図示せず）が接して設置されるか又埋設され、この流路を冷媒が通過することで冷却体１０は冷却されている。冷媒流路として配管を使用する場合、配管の材質は特に限定されず、銅やステンレス等のパイプを用いることができる。配管は溶接などによって冷却体１０に取り付けられても良い。
【００２３】
冷却体１０と基板７の間にはガス供給機構２５により、冷却ガスが供給される。冷却ガスには、ヘリウムやアルゴンなどの各種ガスを用いることができる。ガス供給機構としては、例えば横笛様の吹きだし形状を有するガスノズルを冷却体１０直近に設置し、そのノズルから基板７と冷却体１０の間に向かってガスを導入する方法等が挙げられる。
【００２４】
以上のように、図１の薄膜形成装置によれば、巻き出しローラ２から送り出された基板７が、搬送ローラ３を経由して走行し、薄膜形成領域９において蒸発源５から飛来した蒸気および必要に応じて酸素、窒素などの供給を受け、基板上に薄膜が形成される。この基板７は、別の搬送ローラ３を経由して巻き取りローラ４に巻き取られる。これによって、表面に薄膜が形成された基板７が得られる。
【００２５】
基板７には、各種高分子フィルムや、各種金属箔、あるいは高分子フィルムと金属箔の複合体、その他の上記材料に限定されない長尺基板を用いることが出来る。高分子フィルムとしては、例えば、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、ポリイミド等が挙げられる。金属箔としては、例えば、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、チタニウム箔や、ステンレスなどの合金箔等が挙げられる。基板の幅は例えば５０〜１０００ｍｍであり、基板の望ましい厚みは例えば３〜１５０μｍである。基板の幅が１００ｍｍ以上では温度ムラにより基板の熱膨張に部分的な差ができ、基板の一部がキャンから浮き上がりやすくなるが、本発明を適用できないということではない。基板の厚みが３μｍ未満では基板の熱容量が極めて小さいために薄膜形成中に熱変形が発生しやすい。基板の厚みが１５０μｍより大きいと、巻き出しローラ２や巻き取りローラ４から付与される張力でも基板がほとんど伸びないため、基板に部分的に発生する歪を抑えられずに冷却体と基板との間に大きな隙間が生じやすくなり、ガス冷却時の冷却ガスの漏れが大きくなる。しかし、いずれも本発明が適用できないことを示すものではない。基板の搬送速度は作成する薄膜の種類や成膜条件によって異なるが、例えば０．１〜５００ｍ／分である。搬送方向Ｒで搬送中の基板７に印加される張力は、基板の材質や厚み、あるいは成膜レートなどのプロセス条件によって適宜選択される。
【００２６】
図２は冷却体１０の正面図および、基板通過位置での断面図を示す。
【００２７】
冷却体１０は基板７と接触する透過体５１と透過体を介して基板７と対向する吸収体５２により構成される。
透過体５１は基板７と直接または冷却ガスを介して熱的に接触し、接触熱伝導による基板７の冷却を担い、基板７からの輻射で放出される赤外光を透過する。透過体５１の表面は基板７への表面形状の転写や基板７への傷を防ぐため平滑である。透過体５１は巨視的には基板７と直接接触するが、基板７と透過体の間に冷却ガスを導入するため、厳密に接触が確保される必要はなく、近接していれば良い。
【００２８】
透過体５１の厚みは、上限は赤外光の透過率によって制限されるため、およそ１０ｍｍ以下であることが望ましい。厚みの下限は機械的強度によって、ある程度の制限を受けるが、基板７と透過体との摩擦や基板７にかけられた張力によって破壊されない材料であれば、蒸着や鍍金などの各種方法で吸収体表面に透過体の薄膜を形成して用いることもできる。本発明は透過体の厚みによって限定されるものではない。
【００２９】
透過体５１は、基板７から放出される赤外光を透過する材質により構成される。
基板からの輻射光のピーク波長（λm（μｍ））は基板絶対温度（Ｔ（Ｋ））により決まり、式１（ウイーンの式）に従うことが知られている。
【００３０】
（式１）λm＝２８９６/Ｔ ウイーンの式
基板７からの輻射光を有効に透過するためには、透過体５１は基板温度に対するピーク波長λmにおいて透過率が５０％以上であることが好ましい。
【００３１】
蒸着工程で用いられる基板温度は基板の材質や薄膜の性状によって異なるが、大まかに１００℃〜５００℃程度であり、このときの輻射光のピーク波長は３〜８μｍ程度であることから、この波長領域に透過率が５０％以上であることが好ましい。
【００３２】
具体的には、シリコンや、ゲルマニウム、サファイア、フッ化カルシウムやフッ化バリウムなどを使用することができる。また、基板温度が比較的高温であり、ピーク波長が短い場合には、石英ガラスなどの長波長領域の透過率が低い材料を用いることも可能である。
【００３３】
吸収体５２は透過体５１を介して基板７に対向し、基板７からの輻射光を吸収する。
【００３４】
吸収体５２は基板７と直接接触する危険性が無く、表面形状の基板への転写など基板に損傷を与える危険性が無いことから、平滑かつ磨耗に強い表面性状が必要な従来の冷却体に比べて、表面形状や材質の選択肢を多くとることができる。
【００３５】
吸収体５２の輻射光の吸収率を向上させるため、吸収体表面は輻射率が高い材質で構成されることが望ましく、吸収体表面粗さは透過体表面粗さよりも大きいことが望ましい。
【００３６】
具体的には吸収体５２の表面の輻射率は０．７以上あることが望ましく、材質としては表面に電解処理や酸化処理を施して輻射率を向上させたアルミニウムなど各種金属を用いることができるほか、シリカやアルミナのような酸化物や黒鉛などの比較的表面が粗く、磨耗に弱いもしくは脆い高輻射率の材料も用いることが可能である。また、吸収体５２の機械的強度が小さい場合には、図３に示すように吸収体のさらに内側に機械的強度が高い芯５３を埋め込むことで、機械的強度を補償することも可能である。芯の材質としては、一般にローラや円筒状キャンの材質として用いられるアルミニウムなど各種材料を用いることができ、本発明は芯５３の材質や形状に限定されるものではない。さらに、芯５３を設置した場合には、吸収体５２は機械的強度を必要としないことから、各種黒化塗料の塗布や鍍金、蒸着により芯５３上に薄膜状の吸収体５２を形成しても良い。
【００３７】
従来の円筒状キャン冷却体の材質として使用されるアルミニウムやステンレスなど各種金属材料の場合、輻射率は０．１程度の値であるが、基板への表面形状の転写や損傷を抑制するため、冷却体表面を研磨した場合、研磨の程度にもよるが輻射率はさらに低下し、0.05程度になる。この場合、基板からの輻射光の９５％程度が冷却体に吸収されず基板に反射してしまい、再び基板が吸収してしまうため、輻射による冷却が阻害され、冷却効率の低下を招く。
【００３８】
一方、本発明で使用する材質は、たとえばアルマイト処理したアルミニウムで輻射率０．８、黒鉛材で０．９程度を達成することができ、黒化塗料などを用いた場合には０．９５程度まで達成することが可能である。このため、基板からの輻射光の７０％〜９５％程度を吸収することが可能になるため、基板への輻射光の反射を大幅に減少させることが可能になり、輻射による基板冷却が良好に達成される。
【００３９】
基板７と冷却体１０の間に冷却ガスを供給する方法としては、図１に示すようなガス供給機構を用いて供給する方法のほかに、冷却体１０自身から冷却ガスを供給する方法が挙げられる。
【００４０】
図４に冷却ガスを供給する機構を備えた冷却体１０の一例を示す。
【００４１】
冷却体１０は透過体５１と吸収体５２から成るが、透過体上の基板が通過する位置には、冷却ガスを流通させるための細孔５３が開けられており、また、透過体５１と冷却体５２の間には冷却ガスを保持するための空間（マニホールド）１５が設けられている。このマニホールドに冷却ガスを導入することで、細孔５３を通じて基板７と透過体５１の間にガスを供給することが可能になる。
【００４２】
透過体５１表面における細孔５３の開口面積は１つ当たり０．５〜２０ｍｍ２であることが好ましい。０．５ｍｍ２未満では、成膜粒子により細孔が詰まりやすく好ましくない。２０ｍｍ２を超えると、各細孔から導入されるガスの圧力にバラツキが生じやすく、基板幅方向及び基板長手方向において冷却ムラが発生するため好ましくない。
【００４３】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、細孔５３は複数設置しているが、細孔の数は必要なガス圧や基板にかけられる張力に応じて、基板７と冷却体１０の間のガス圧が均一になるように適切に選択することができ、本発明は細孔の数に規制されない。
【００４４】
複数の細孔５３は、透過体５１表面において均一な間隔を開けて配置しても良い。しかし、冷却体と基板７との間からのガス漏れが多い場合は、ガス導入穴の配置や大きさを調整することで、基板幅方向の両端部近傍でのガス流量が多くなるように細孔５１の配置を調節しても良い。
冷却ガスの吸収体５２と透過体５１の間のマニホールド１５への導入方法としては、ガス導入用の管１３を吸収体５２の内部に設置し、吸収体にも細孔をあけることで可能になるほか、各種方法を用いることができ、本発明は冷却ガスの導入方法に規制されるものではない。
【００４５】
また、本発明の冷却体は、薄膜形成領域９のみでなく、基板の搬送経路における搬送ローラ３や巻き取りローラ４、巻き出しローラ２に使用することも可能である。
搬送ローラ３や巻き取りローラ４、巻き出しローラ２に冷却体１０を用いる場合、薄膜形成領域９と異なり、基板７への熱負荷が小さいことから、必ずしも基板７と冷却体１０の間に冷却ガスを導入して冷却能力を向上させる必要はなく、必要とされる冷却能力が小さい、または排気能力が低く冷却ガスを導入することで真空容器１内圧が上昇し、薄膜形成に支障をきたす場合には、冷却ガスを導入せずに冷却体１０を使用しても問題はない。
【００４６】
（実施の形態２）
本発明は、板状の冷却体を用い、基板７と冷却体を近接させて、基板７と冷却体の間に冷却ガスを導入することも可能である。
【００４７】
図５は、本発明の実施形態２である、薄膜形成領域内で基板が直線状に搬送される場合の成膜装置全体の構成を模式的に示す側面図である。ここで、「基板が直線上に搬送される」とは、図１に示すような円筒状キャンに沿って湾曲した状態での基板の搬送を除外することを意図しており、具体的には、図５で示すように複数のローラによって搬送方向に張力がかけられた状態での基板の搬送を意味している。ただし、図５に示すような側面図において、完全な直線上を基板が搬送される場合のみではなく、基板７の自重によるたるみや、冷却ガス、原料ガスの噴射などの原因で、直線的な搬送経路内に若干の曲がり部分を含んでいる場合も含む。
【００４８】
真空容器１は内部空間を有する耐圧性の容器状部材であり、その内部空間に巻き出しローラ２、複数の搬送ローラ３、薄膜形成領域９、巻き取りローラ４、成膜源５、及び、遮蔽板６を収容する。巻き出しローラ２は、軸心回りに回転自在に設けられているローラ状部材であり、その表面に帯状で長尺の基板７が捲回され、最も近接する搬送ローラ３に向けて基板７を供給する。
【００４９】
搬送ローラ３は軸心回りに回転自在に設けられているローラ状部材であり、巻き出しローラ２から供給される基板７を薄膜形成領域９に誘導し、最終的に巻き取りローラ４に導く。薄膜形成領域９を基板７が走行する際に、成膜源５から飛来した材料粒子が、必要に
応じて原料ガス導入管（図示せず）から導入された原料ガスと反応して基板７表面に堆積し、薄膜が形成される。巻き取りローラ４は、図示しない駆動手段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、薄膜が表面に形成された基板７を巻き取って保存する。
【００５０】
成膜源５には各種成膜源を用いることが出来、例えば抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱などによる蒸発源や、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出来る。また成膜源として、イオン源やプラズマ源を組み合わせて用いることも可能である。例えば、成膜源５は、薄膜形成領域９の最下部の鉛直方向下方に設けられて、鉛直方向上部が開口している容器状部材と、当該容器状部材の内部に載置された成膜材料とを含む。成膜源５の近傍には電子銃や誘導コイル等の加熱手段（図示せず）が設けられ、これらの加熱手段によって前記容器状部材内部の成膜材料が加熱されて蒸発する。材料の蒸気は鉛直方向上方に向けて移動し、薄膜形成領域９における基板７表面に付着して薄膜が形成される。成膜源５は、成膜時に、基板７に対して熱負荷を与えることになる。
【００５１】
遮蔽板６は、成膜源５から飛来した材料粒子が基板７と接触し得る領域を薄膜形成領域９のみに制限している。
【００５２】
排気手段８は真空容器１の外部に設けられて、真空容器１内部を薄膜の形成に適する減圧状態に調整する。排気手段８は、たとえば、油拡散ポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポンプなどを主ポンプとした各種真空排気系によって構成される。
【００５３】
薄膜形成領域９内で、基板７の裏面（成膜される表面の反対面）側には冷却体１０が基板７に近接して配置されている。
【００５４】
基板７の搬送経路に沿って冷却体１０の前後には、一対の補助ローラ１１が配置されており、基板７の裏面に接している。これにより、薄膜形成領域９近傍での基板７の搬送経路を調整し、基板と冷却体との距離を微調整することが容易になる。
【００５５】
冷却体１０と基板裏面との間には、ガスフローコントローラ１２で導入量を制御されたガスが、冷却ガス供給手段１４からガス配管１３を通して導入される。この導入されたガスが、冷却体１０の冷熱を伝達して基板７を冷却する。冷却ガス供給手段１４には、ガスボンベ、ガス発生装置などがある。
【００５６】
冷却体１０は、冷媒によって冷却されている。冷媒は、通常、液体又は気体の物質であり、代表的には水である。冷却体１０には冷媒流路（図示せず）が接して設置されるか又埋設され、この流路を冷媒が通過することで冷却体１０は冷却されている。冷媒流路として配管を使用する場合、配管の材質は特に限定されず、銅やステンレス等のパイプを用いることができる。配管は溶接などによって冷却体１０に取り付けられても良い。また、冷媒を通すための穴を冷却体１０に直接開けることで冷媒流路を形成してもよい。
【００５７】
基板７の冷却能は種々の条件を変更することで調整が可能である。そのような条件として、例えば、冷却体１０を冷却する冷媒の種類、流量又は温度や、冷却体１０と基板裏面との間に導入する冷却ガスの流量、種類又は温度（ガス導入条件）、補助ローラ１１等により調整される冷却体１０と基板７との距離などが挙げられる。これらの条件は１種類のみを調整してもよく、２種類以上を組み合わせて調整してもよい。
【００５８】
以上のように、図５の薄膜形成装置によれば、巻き出しローラ２から送り出された基板７が、搬送ローラ３を経由して走行し、薄膜形成領域９において蒸発源５から飛来した蒸気および必要に応じて酸素、窒素などの供給を受け、基板上に薄膜が形成される。この基
板７は、別の搬送ローラ３を経由して巻き取りローラ４に巻き取られる。これによって、表面に薄膜が形成された基板７が得られる。
【００５９】
基板７には、各種高分子フィルムや、各種金属箔、あるいは高分子フィルムと金属箔の複合体、その他の上記材料に限定されない長尺基板を用いることが出来る。高分子フィルムとしては、例えば、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、ポリイミド等が挙げられる。金属箔としては、例えば、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、チタニウム箔やステンレスなどの合金箔等が挙げられる。基板の幅は例えば５０〜１０００ｍｍであり、基板の望ましい厚みは例えば３〜１５０μｍである。
【００６０】
基板の幅が５０ｍｍ未満ではガス冷却時のガスの漏れが大きいが、本発明を適用できないということではない。基板の厚みが３μｍ未満では基板の熱容量が極めて小さいために熱変形が発生しやすい。基板の厚みが１５０μｍより大きいと、巻き出しローラ２や巻き取りローラ４から付与される張力でも基板がほとんど伸びないため、基板に部分的に発生する歪を抑えられずに冷却体と基板との間に大きな隙間が生じやすくなり、ガス冷却時のガスの漏れが大きくなる。しかし、いずれも本発明が適用できないことを示すものではない。基板の搬送速度は作成する薄膜の種類や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７に印加される張力は、基板の材質や厚み、あるいは成膜レートなどのプロセス条件によって適宜選択される。
【００６１】
図６は、図１で示した成膜装置の薄膜形成領域９近傍を拡大した断面図である。
【００６２】
冷却体１０は実施の形態１にて記載した冷却体と同様、基板７に近接する透過体５１と透過体５１を介して基板と対向する吸収体５２から構成される。
【００６３】
冷却体１０と基板７の間にガスを導入する方法としては、様々な方法が可能である。例として、図６に示すように、冷却体１０の内部に、ガス配管１３に連結したマニホールド１５を設け、そこから透過体の表面（基板７の裏面と対向する面）に伸びる複数の細孔５３を経由してガスを供給する。別法として、例えば横笛様の吹きだし形状を有するガスノズルを冷却体に埋め込み、そのノズルからガスを導入する方法等により、冷却体１０と基板７の間にガスを導入することもできる。ガス導入方法は、これらに限定されるものではなく、熱伝達媒体としてのガスを冷却体と基板との間に制御しながら導入できるのであれば、他の方法を用いることも出来る。
【００６４】
図６における細孔５３の開口面積は、細孔１つ当たり０．５〜２０ｍｍ２であることが好ましい。０．５ｍｍ２未満では、成膜粒子により細孔が詰まりやすく好ましくない。２０ｍｍ２を超えると、各穴から導入されるガスの圧力にバラツキが生じやすく、基板幅方向及び基板長手方向において冷却ムラが発生するため好ましくない。
【００６５】
複数の細孔５３は、冷却体１０表面において均一な間隔を開けて配置しても良い。しかし、冷却体と基板との間からのガス漏れが多い場合は、ガス導入穴の配置や大きさを調整することで、基板幅方向の両端部近傍でのガス流量が多くなるように細孔５３の配置を調節しても良い。
【００６６】
実施の形態２に記載の板状の冷却体を用いる場合、走行中の基板と冷却体とが接触すると傷や基板切れなどの不具合が発生する恐れがあるため、特に冷却体表面が基板の走行経路よりも突出している場合には、冷却体と基板裏面との間に導入される冷却ガスによって、冷却面と基板裏面とのあいだにギャップが生じる（すなわち、基板が冷却面から浮上する）よう、冷却ガスの圧力を調整することが好ましい。このときの冷却体と基板裏面とのあいだの距離は０．１〜５ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍ未満では、基板の形状
バラツキや走行バラツキによって基板と冷却体が接触する恐れがある。５ｍｍを超えると、そのギャップからガスが漏れやすくなるため、ガス導入量の増加が必要となり、更にギャップ拡大による冷却効率の低下も招くので好ましくない。
【００６７】
ギャップを生じさせるために導入する冷却ガスの圧力は、２０〜２００Ｐａであることが好ましい。２０Ｐａ未満では、圧力が低すぎるため、基板の形状バラツキや走行バラツキがある場合は、基板が冷却体に接触する恐れがある。２００Ｐａを超えると、冷却面と裏面とのあいだのギャップが大きくなり、ガス漏れの増加、そして真空ポンプへの不必要な負荷が発生する。
【００６８】
発明を実施するための形態として上記に具体的に述べたが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６９】
また、具体的な適用例として、シリコンを用いた電池用極板や、磁気テープ等について述べたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、コンデンサ、センサ、太陽電池、光学膜、防湿膜、導電膜、などをはじめとする安定成膜が要求される様々なデバイスに適用可能なことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の薄膜形成膜装置及び薄膜形成方法では、ガス冷却方式において基板と冷却体の接触が懸念され、冷却体表面を平滑化する必要があるプロセスにおいても、基板から冷却体への輻射光の反射を抑制し、熱伝達を促進することにより、十分な冷却効果を達成することが可能である。これによって、基板の変形や溶断等を防止しながら、高材料利用効率と高成膜レートを両立する薄膜形成を実現することが出来る。
【符号の説明】
【００７１】
１ 真空容器
２ 巻き出しローラ
３ 搬送ローラ
４ 巻き取りローラ
５ 成膜源
６ 遮蔽板
７ 基板
８ 排気手段
９ 薄膜形成領域
１０ 冷却体
１１ 補助ローラ
１２ ガスフローコントローラ
１３ ガス配管
１４ 冷却ガス供給手段
１５ マニホールド
１６ ガス導入穴
１７ 導入ガス
５１ 透過体
５２ 吸収体
５３ 細孔
５５ 芯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中で、表面と裏面を有する帯状の基板の前記表面上に、薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記基板を搬送する搬送機構と、
搬送されている前記基板の前記表面上に、薄膜形成領域内で薄膜を形成する薄膜形成手段と、
前記薄膜形成領域において前記裏面に近接する冷却面を有する冷却体と、
前記搬送機構と、前記薄膜形成手段と、前記冷却体とを収容する真空容器とを備え、
前記冷却体は、基板と近接し赤外光を透過する透過体と、透過体を介して基板を対向する吸収体を具備することを特徴とし、透過体の輻射率は吸収体の輻射率よりも小さいことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記冷却面と前記裏面との間に冷却ガスを導入して基板を冷却するガス導入手段とを有する、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記透過体と前記吸収体の間にガスを保持する空間と、前記透過体を貫通する細孔を具備し、前記細孔から前記基板と前記冷却体の間に冷却ガスを導入することを特徴とする請求項２記載の薄膜形成装置
【請求項４】
前記細孔の１つ当たりの開口面積が０．５〜２０ｍｍ２であることを特徴とする請求項３記載の薄膜形成装置
【請求項５】
前記冷却体は、前記冷却面が円筒形状を有する回転式冷却体であり、
前記薄膜形成領域で、前記基板は前記冷却面に沿って湾曲しつつ搬送される、請求項１〜４に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記透過体は波長３〜８μｍの赤外光を５０％以上透過することを特徴とする、請求項１〜５に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記吸収体の輻射率が０．７以上であることを特徴とする、請求項６に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記冷却体が冷媒によって冷却されている、請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
真空中で、表面と裏面を有する帯状の基板の前記表面に、薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
薄膜形成領域において前記裏面に近接する冷却体を配置する配置工程と、
搬送されている前記基板の前記表面上に、前記薄膜形成領域内で薄膜を形成する薄膜形成工程を含み、
前記冷却体は、基板と近接し赤外光を透過する透過体と、透過体を介して基板を対向する吸収体とを有し、透過体の輻射率は吸収体の輻射率よりも小さいことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記冷却体と前記裏面との間に冷却ガスを導入する、請求項９に記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】
前記薄膜形成工程において、前記冷却ガスを、前記裏面と前記冷却面とのあいだにギャップが生じるよう調整された圧力で導入する、請求項１０に記載の薄膜形成方法。
【請求項１２】
前記裏面と前記冷却面とのあいだの距離は、０．１〜５ｍｍである、請求項１１に記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】
前記圧力は、２０〜２００Ｐａである、請求項１１又は１２に記載の薄膜形成方法。
【請求項１】
真空中で、表面と裏面を有する帯状の基板の前記表面上に、薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記基板を搬送する搬送機構と、
搬送されている前記基板の前記表面上に、薄膜形成領域内で薄膜を形成する薄膜形成手段と、
前記薄膜形成領域において前記裏面に近接する冷却面を有する冷却体と、
前記搬送機構と、前記薄膜形成手段と、前記冷却体とを収容する真空容器とを備え、
前記冷却体は、基板と近接し赤外光を透過する透過体と、透過体を介して基板を対向する吸収体を具備することを特徴とし、透過体の輻射率は吸収体の輻射率よりも小さいことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記冷却面と前記裏面との間に冷却ガスを導入して基板を冷却するガス導入手段とを有する、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記透過体と前記吸収体の間にガスを保持する空間と、前記透過体を貫通する細孔を具備し、前記細孔から前記基板と前記冷却体の間に冷却ガスを導入することを特徴とする請求項２記載の薄膜形成装置
【請求項４】
前記細孔の１つ当たりの開口面積が０．５〜２０ｍｍ２であることを特徴とする請求項３記載の薄膜形成装置
【請求項５】
前記冷却体は、前記冷却面が円筒形状を有する回転式冷却体であり、
前記薄膜形成領域で、前記基板は前記冷却面に沿って湾曲しつつ搬送される、請求項１〜４に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記透過体は波長３〜８μｍの赤外光を５０％以上透過することを特徴とする、請求項１〜５に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記吸収体の輻射率が０．７以上であることを特徴とする、請求項６に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記冷却体が冷媒によって冷却されている、請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
真空中で、表面と裏面を有する帯状の基板の前記表面に、薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
薄膜形成領域において前記裏面に近接する冷却体を配置する配置工程と、
搬送されている前記基板の前記表面上に、前記薄膜形成領域内で薄膜を形成する薄膜形成工程を含み、
前記冷却体は、基板と近接し赤外光を透過する透過体と、透過体を介して基板を対向する吸収体とを有し、透過体の輻射率は吸収体の輻射率よりも小さいことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記冷却体と前記裏面との間に冷却ガスを導入する、請求項９に記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】
前記薄膜形成工程において、前記冷却ガスを、前記裏面と前記冷却面とのあいだにギャップが生じるよう調整された圧力で導入する、請求項１０に記載の薄膜形成方法。
【請求項１２】
前記裏面と前記冷却面とのあいだの距離は、０．１〜５ｍｍである、請求項１１に記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】
前記圧力は、２０〜２００Ｐａである、請求項１１又は１２に記載の薄膜形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−５８０７９（Ｐ２０１１−５８０７９Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１１３８９（Ｐ２００９−２１１３８９）
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１４日（２００９．９．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]