(57)【要約】【課題】マグネトロン方式のスパッタリングによるフィルム基板への成膜時や、プラズマ処理手段によるフィルム表面処理時に発生する熱によって、フィルム基板の変形や皺の発生を抑える。【解決手段】真空処理装置は真空容器内で、ロール状フィルムを保持したフィルム送出手段からフィルムを送り出し、送り出されたフィルムが、フィルム搬送用ガイドロールを経て、真空処理手段領域において真空処理手段により真空処理が行われ、さらにフィルム搬送用ガイドロールを経て、フィルム巻取手段で巻き取るものであり、真空処理手段領域中を搬送中の該フィルムの真空処理を行うフィルム面の裏面側より冷却されたガスをフィルム基板裏面に吹き付けることができるフィルム冷却機構を具備している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内で、ロール状フィルムを保持したフィルム送出手段からフィルムを送り出し、送り出されたフィルムが、フィルム搬送用ガイドロールを経て、真空処理手段領域において真空処理手段により真空処理が行われ、さらにフィルム搬送用ガイドロールを経て、フィルム巻取手段で巻き取る真空処理装置において、
真空処理手段領域中を搬送中の該フィルムの真空処理を行うフィルム面の裏面側より冷却されたガスをフィルム基板裏面に吹き付けることができるフィルム冷却機構を具備していることを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
フィルム冷却機構に、搬送中のフィルムに吹き付けるガスを冷却可能なガス冷却機構を具備していることを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。
【請求項３】
フィルムに吹き付けるガスに、真空処理手段により真空処理を行うときに用いるガスを混合することを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項４】
真空処理手段が、マグネトロン方式スパッタリング成膜手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の真空処理装置。
【請求項５】
真空処理手段が、プラズマ電極を有するプラズマ処理手段であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
真空中でプラズマ処理、マグネトロンスパッタリング方式巻取式真空成膜処理等の真空処理を行う装置におけるフィルム基板への熱発生の影響を抑制するフィルム冷却機構を具備する真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フィルム状基板に成膜する場合のフィルム基板の温度上昇を抑える方法として、特開平５−３２０８８１号公報（特許文献１）に開示されているように、真空容器内で、フィルム巻取手段１０１と、フィルム原反送り出し手段１０１とが、冷却ロール１０３の上方に設置され、フィルム原反送り出し手段１０１から送り出されたフィルムが、フィルム搬送用ロールを経て、冷却ロール１０３に沿って搬送され、この冷却ロールに沿って搬送される位置にあるフィルムに、冷却ロール１０３の下方に設置された蒸着ルツボから蒸発した金属が蒸着され、このようにして蒸着された蒸着フィルムが、フィルム搬送用ロールを経て、フィルム巻取手段１０２に巻き取られる（図１参照）、という方法が採られていた。
【０００３】
しかし、条件によっては成膜中の熱の輻射により冷却ロール上のフィルム状基板に皺が発生し製品の歩留まりを悪くするという問題があった。また、冷却ロールを含め多くのフィルム搬送用ロールを用いる必要があり成膜工程が複雑となるとともに、装置が大型化してしまい、巻取式真空成膜装置の設備技術が難しくなり、設備費用も高価になるという問題も生じていた。
【０００４】
また、冷却ロールを用いる方式では、フィルムのロール面に接触する面で傷の発生が問題になることもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３２０８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、マグネトロン方式のスパッタリングによるフィルム基板への成膜時や、プラズマ処理手段によるフィルム表面処理時に発生する熱によって、フィルム基板の変形や皺の発生を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、真空容器内で、ロール状フィルムを保持したフィルム送り出し手段からフィルムを送り出し、送り出されたフィルムが、フィルム搬送用ロールを経て、真空処理手段領域において真空処理手段により真空処理が行われ、さらにフィルム搬送用ロールを経て、フィルム巻取手段で巻き取る真空処理装置において、真空処理手段を用いて該フィルムの真空処理を行っているときに発生する熱の輻射によりフィルム状基板に皺が発生し製品の歩留まりを悪化させるという課題に着目し、真空容器内で真空処理中のフィルム冷却機構について試験を行ったところ、真空処理手段領域中を搬送中の該フィルムの真空処理を行うフィルム面の裏面側より冷却されたガスをフィルム基板裏面に吹き付けることができるフィルム冷却機構を用いることで解決できることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明の第１の発明は、真空容器内で、ロール状フィルムを保持したフィルム送り出し手段からフィルムを送り出し、送り出されたフィルムが、フィルム搬送用ロールを経て、真空処理手段領域において真空処理手段により真空処理が行われ、さらにフィルム搬送用ロールを経て、フィルム巻取手段で巻き取る真空処理装置において、
真空処理手段領域中を搬送中の該フィルムの真空処理を行うフィルム面の裏面側より冷却されたガスをフィルム基板裏面に吹き付けることができるフィルム冷却機構を具備していることを特徴とする真空処理装置を提供する。
【０００９】
本発明の第２の発明は、フィルム冷却機構に、搬送中のフィルムに吹き付けるガスを冷却可能なガス冷却機構を具備していることを特徴とする第１の発明に記載の真空処理装置を提供する。
【００１０】
本発明の第３の発明は、フィルムに吹き付けるガスに、真空処理手段により真空処理を行うときに用いるガスを混合することを特徴とする第１、２の発明のいずれかに記載の真空処理装置を提供する。
【００１１】
本発明の第４の発明は、真空処理手段が、マグネトロン方式スパッタリング成膜手段であることを特徴とする第１〜３の発明のいずれかに記載の真空処理装置を提供する。
【００１２】
本発明の第５の発明は、真空処理手段が、プラズマ電極を有するプラズマ処理手段であることを特徴とする第１〜３の発明のいずれかに記載の真空処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の真空処理装置は、真空容器内で、ロール状フィルムを保持したフィルム送り出し手段からフィルムを送り出し、送り出されたフィルムが、フィルム搬送用ロールを経て、真空処理手段領域において真空処理手段により真空処理が行われ、さらにフィルム搬送用ロールを経て、フィルム巻取手段で巻き取る真空処理装置において、真空処理手段領域中を搬送中の該フィルムの真空処理を行うフィルム面の裏面側より冷却されたガスをフィルム基板裏面に吹き付けることができるフィルム冷却機構を具備しており、真空処理が行われる時に、該フィルムの裏面側より冷却することにより該フィルムの熱変を起こさずに成膜することができ、フィルム基板の変形や皺の発生を抑えることができる。
【００１４】
これにより、フィルム基板に皺が発生し製品の歩留まりを悪くするという問題を解決できるとともに、装置大型化や設備費用の高額化の問題も解消でき、工業的に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】真空蒸着装置における、冷却ロールを用いてフィルム冷却する、フィルム冷却の従来例を示す。
【図２】本発明のフィルム冷却機構を有した巻取式連続プラズマ処理手段を有する真空処理装置構造を示す。
【図３】本発明の、フィルム冷却機構とプラズマ電極を複数個有した巻取式連続プラズマ処理手段を有する真空処理装置構造を示す。
【図４】本発明の、フィルム冷却機構を有した巻取式連続マグネトロン方式のスパッタリング装置を有する真空処理装置構造を示す。
【図５】本発明の、フィルム冷却機構とスパッタリング源を複数個有した巻取式連続多層膜マグネトロン方式のスパッタリング装置を有する真空処理装置構造を示す。
【図６】本発明の、フィルム冷却機構とスパッタリング源を４個有した巻取式連続両面成膜マグネトロン方式のスパッタリング装置を有する真空処理装置構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の真空処理装置は、真空容器内で、ロール状フィルムを保持したフィルム送り出し手段からフィルムを送り出し、送り出されたフィルムが、フィルム搬送用ガイドロールを経て、真空処理手段領域において真空処理手段により真空処理が行われ、さらにフィルム搬送用ガイドロールを経て、フィルム巻取手段で巻き取る真空処理装置において、真空処理手段領域中を搬送中の該フィルムの真空処理を行うフィルム面の裏面側より冷却されたガスをフィルム基板裏面に吹き付けることができるフィルム冷却機構を具備していることを特徴としている。
【００１７】
また、フィルム冷却機構に、搬送中のフィルムに吹き付けるガスを冷却可能なガス冷却機構を具備していることを特徴としている。
【００１８】
（１）プラズマ電極を有するプラズマ処理手段を有する真空処理装置
プラズマ電極でフィルムを連続搬送し表面処理する場合は、基板裏面に冷却したガス、例えば、ヘリウムガスを吹き付けることでフィルムの熱変形を抑制して処理することが可能となる。
【００１９】
本発明のフィルム冷却機構を用いた表面処理を行う真空処理装置において、ガス種、プラズマ電源の種類、プラズマ電極構造、プラズマ処理条件を最適となるよう選択することにより、目的に合わせた処理を安定して行うことが出来る。
【００２０】
本発明のプラズマ表面処理手段を有する真空処理装置とそれを用いたプラズマ処理方法について、図を用いて説明する。
図２は本発明の真空処理装置であり、プラズマ表面処理手段を有する真空処理装置であり、プラズマ電極１、フィルム搬送機構（例えば送出ロール２であるフィルム送出手段、例えば巻取ロール３であるフィルム巻取手段、およびガイドロール（フィルム搬送用ガイドロール）４）およびフィルム冷却機構７を具備している。
【００２１】
図２の真空処理装置を用いてプラズマ表面処理を実施する場合は、フィルム冷却機構７をフィルム裏面に最も近く、かつ、フィルムに接触しない位置に配置する。真空ポンプ１２を用いて真空槽６内の空気を排気する。この状態でフィルム冷却機構７に液体窒素などの冷媒を冷媒導入口１０より投入しフィルム冷却機構のガス導入口Ａ８より真空槽内に冷却用ガスを供給する。さらにプラズマ処理に必要なガスとして、例えばヘリウムガスをガス導入口バルブＢ９から導入してプラズマ表面処理時のガス圧力を最適化するためにポンプ１２の排気弁１１の開度を調節してガス圧力を微調整する。その後、送出ロール２よりフィルムを送り出し巻取ロール３に巻き取る。送出ロールより供給されたフィルムはガイドロール４間で弛むことなく一定の張力で巻取ロール側に巻き取られる。
【００２２】
プラズマ電源１３によりプラズマ電極に電力を供給してプラズマ放電を起こさせてプラズマ表面処理を実施する。
【００２３】
プラズマ電極１の形状は特に制限は無いが、図２のようにフィルムを搬送しながら表面処理を実施する場合はフィルム巾に合わせて長方形が好ましい。本発明のプラズマ電源およびプラズマ電極には、直流（ＤＣ）、高周波（ＲＦ）、交流（ＭＦ）など各種の電源を用い、電極構造も表面処理が好適となるような電極構造を任意に選択される。またガス種についても、酸素、ヘリウム、アルゴン、窒素、水素、有機物など、さらにそれらの混合ガスを用いて、表面処理の目的に合わせて用いることが可能であり、表面改質により濡れ性の制御、表面洗浄、表面粗化などを行うことができる。
【００２４】
また、本発明の真空処理装置が具備するフィルム冷却機構は、フィルムの搬送機構の違いに関わらず、巻取式プラズマ表面処理装置、バッチ式プラズマ表面処理装置、インライン方式プラズマ表面処理装置などのプラズマ表面処理装置に装着することができる。
【００２５】
また、本発明の真空処理装置が具備するフィルム冷却機構では、フィルム裏面に最も近づく冷却機構部材は黒化処理されていることが望ましい。これにより、フィルムと該ガス冷却機構部材面の間で効率良く熱交換することができるようになる。
【００２６】
（２）マグネトロン方式スパッタリング成膜手段を有する真空処理装置
マグネトロン方式のスパッタリング源でフィルムを連続搬送しスパッタリングする場合は、基板裏面に冷却したガス、例えば、アルゴンガスを吹き付けることでフィルムの熱変形を起こさずに成膜することが可能となる。
【００２７】
本発明のフィルム冷却機構を用いた真空処理装置において、ガス種、スパッタリング電源の種類、ターゲット材質、スパッタリング条件を最適となるような条件を選択することにより、目的に合わせた処理を安定して行うことが出来る。
【００２８】
本発明のマグネトロン方式スパッタリング成膜手段を有する真空処理装置とそれを用いた薄膜形成法について、図を用いて説明する。図４は本発明の真空処理装置であり、マグネトロン方式スパッタリング成膜手段を有する真空処理装置であり、マグネトロンスパッタリング源２１、フィルム搬送機構（送出ロール２２、巻取ロール２３、ガイドロール２４）（すなわち、フィルム送出手段、フィルム巻取手段、フィルム搬送用ガイドロール）およびフィルム冷却機構２７を具備している。
【００２９】
図４の真空処理装置を用いてスパッタリング成膜を実施する場合は、フィルム冷却機構をフィルム裏面に最も近くかつフィルムに接触しない位置に配置する。真空ポンプ３２を用いて真空容器２６内の空気を排気する。この状態でフィルム冷却機構に液体窒素などの冷媒を冷媒導入口３０より投入しフィルム冷却機構のガス導入口Ａ２８より真空容器内に冷却用ガスを供給する。さらにスパッタリングに必要なガスとして、例えばアルゴンガスをガス導入口バルブＢ２９から導入してスパッタリング成膜時のガス圧力を最適化するためにポンプの排気バルブ３１の開度を調節してガス圧力を微調整する。その後、送出ロール２２よりフィルムを送り出し巻取ロール２３に巻き取る。送出ロールより供給されたフィルムはガイドロール２４間で弛むことなく一定の張力で巻取ロール側に巻き取られる。
【００３０】
上記搬送中に、スパッタリング電源３３に電圧を印加してマグネトロン放電を発生させてスパッタリング成膜を実施する。
【００３１】
スパッタリング源（カソード）２１の形状は特に制限は無いが、図４のようにフィルムを搬送しながら成膜する場合はフィルム巾に合わせて長方形が好ましく、このスパッタリング源２１上に長方形ターゲットが設置される。本発明のスパッタリング電源には、直流（ＤＣ）、高周波（ＲＦ）、交流（ＭＦ）など各種の電源を用いることができる。また、スパッタリングターゲットには、金属、酸化物、窒化物、ホウ素化物、炭化物、有機物など各種材料を処理目的に合わせて用いることが可能であり、金属、酸化物、窒化物、ホウ素化物、炭化物、有機物などの薄膜を形成することが出来る。
【００３２】
また、本発明の真空処理装置が具備するフィルム冷却機構は、フィルムの搬送機構の違いに関わらず、巻取式スパッタリングリング装置、バッチ式スパッタリング装置、インライン方式スパッタリング装置などのスパッタリング装置に装着することができる。
【００３３】
また、本発明の真空処理装置が具備するフィルム冷却機構２７では、フィルム裏面に最も近づく冷却機構部材は黒化処理されていることが望ましい。これにより、フィルムと該ガス冷却機構部材面の間で効率良く熱交換することができるようになる。
【００３４】
本発明の他の実施態様として、図５に、フィルム冷却機構とスパッタリング源を２個有した巻取式連続多層膜マグネトロン方式のスパッタリング装置を有する真空処理装置構造を示す。
【００３５】
また、本発明の他の実施態様として、図６に、巻取式スパッタリング装置に本発明のフィルム冷却機構を付属した、両面成膜用マグネトロンスパッタリング装置を示す。該巻取式スパッタリング装置は４式のスパッタリング源とフィルム冷却機構を交互に配置することにより片面２層、両面成膜をフィルムの一方向連続搬送のみで達成できる。このようにスパッタリング源とフィルム冷却機構を多数台装備することによって、複雑な搬送機構と冷却構造を必要とせず多層膜や厚い膜の処理が可能となる。
【実施例】
【００３６】
以下に実施例を示し、具体的に本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されることはない。
（実施例１）
図３に示した、巻取式プラズマ表面処理手段を具備する表面処理装置に、フィルム冷却機構とプラズマ電極を２台装着し、表面改質処理を行った。
【００３７】
まず真空槽を排気した後、ヘリウムガスをフィルム冷却機構のガス導入口バルブＡを通して導入し、槽内を０．１３Ｐａ（１ｍｍＴｏｒｒ）に保持した。さらに酸素ガスを、ガス導入口バルブＢを通して導入し真空槽内を１３Ｐａ（１００ｍｍＴｏｒｒ）にした。圧力の変動や微細な調整は主排気バルブの開度調整により行った。
【００３８】
送出ロール、巻取ロールに装着した２５μｍ厚さ、５２４ｍｍ巾のポリイミドフィルムを毎分１０ｍの速さで搬送しながら高周波電源よりそれぞれのプラズマ電極に５ｋＷの電力を供給し、ポリイミドフィルム表面を表面改質した。その後、他の巻取式スパッタリング成膜装置を用いて、該ポリイミドフィルム上にＣｒ薄膜とその上にＣｕ薄膜を形成した。この積層膜は高い密着性を有していることが確認された。
【００３９】
本発明のフィルム冷却機構を有していない巻取方式のプラズマ表面処理装置に比べて、しわの発生を抑制した高品質のプラズマ表面処理を行えることが確認された。
【００４０】
（実施例２）
図６に示した巻取式スパッタリング装置に、フィルム冷却機構とスパッタリング源を４台装着し、片面の１台のカソードにはＣｒ、残り１台にはＣｕのターゲットを装着しフィルム両面に成膜した。
【００４１】
まず真空槽を排気した後、アルゴンガスをフィルム冷却機構のガス導入口バルブＡを通して導入し、槽内を０．１３Ｐａ（１ｍｍＴｏｒｒ）に保持した。さらにアルゴンガスを、ガス導入口バルブＢを通して導入し真空槽内を０．４Ｐａ（３ｍｍＴｏｒｒ）にした。圧力の変動や微細な調整は主排気バルブの開度調整により行った。
【００４２】
送出ロール、巻取ロールに装着した２５μｍ厚さ、５２４ｍｍ巾のポリイミドフィルムを毎分２ｍの速さで搬送しながら直流電源よりＣｒスパッタリング源に１０ｋＷ、Ｃｕ  スパッタリング源に２５ｋＷの電力を供給し、両面にＣｒとＣｕの積層膜を形成した。
【００４３】
これによって、２０ｎｍのＣｒ薄膜と１５０ｎｍのＣｕ薄膜を１５００ｍの長さのフィルム上に形成することができた。
【００４４】
本発明のフィルム冷却機構を有しない巻取式連続マグネトロン方式のスパッタリング装置では、高品質の両面多層膜の成膜は困難である。機械的にフィルムに接触すること無く薄いフィルム状基板を連続処理できる。
【符号の説明】
【００４５】
１  プラズマ電極
２    送出ロール
３    巻取ロール
４    ガイドロール
５    フィルム
６    真空容器
７    フィルム冷却機構
８    ガス導入口バルブＡ
９    ガス導入口バルブＢ
１０  冷媒導入口
１１  主排気バルブ
１２  真空ポンプ
１３  プラズマ電源
２１    マグネトロンスパッタリング源
２２    送出ロール
２３    巻取ロール
２４    ガイドロール
２５    フィルム
２６    真空容器
２７    フィルム冷却機構
２８    ガス導入口バルブＡ
２９    ガス導入口バルブＢ
３０    冷媒導入口
３１    主排気バルブ
３２    真空ポンプ
３３    スパッタリング電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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