(57)【要約】【課題】  ガス導入管及びガス放出孔を有しているにもかかわらず良好な伝熱性能を有するキャンロールを提供する。【解決手段】  減圧雰囲気下で搬送される厚さ１００μｍ以下の長尺樹脂フィルムＦを筒状胴体部２０の外周面２０ａに巻き付け、温調媒体で温度調整を行うキャンロール１４であって、筒状胴体部２０には、その中心軸Ｏ方向に延在する複数のガス導入管２１が外周面２０ａの周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って穿設されており、各ガス導入管２１には外周面２０ａで開口する複数のガス導入孔２２が設けられている。各ガス導入孔２２の内径は、下限が１０μｍ、上限が４００μｍ及び長尺樹脂フィルムＦの厚さの２０倍のうちのいずれか小さい値であり、隣接するガス導入管２１同士のピッチがガス導入管２１の内径の２倍以上である。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧雰囲気下で搬送される厚さ１００μｍ以下の長尺樹脂フィルムを筒状の胴体部の外周面に巻き付け、内部を循環する温調媒体で温度調整を行うキャンロールであって、
前記胴体部には、その中心軸方向に延在する複数のガス導入管が該外周面の周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って穿設されており、各ガス導入管には該外周面で開口する複数のガス導入孔が設けられており、各ガス導入孔の内径は、下限が１０μｍ、上限が４００μｍ及び長尺樹脂フィルムの厚さの２０倍のうちのいずれか小さい値であり、隣接するガス導入管同士のピッチがガス導入管の内径の２倍以上であることを特徴とするキャンロール。
【請求項２】
前記複数のガス導入管は、それぞれガス開閉手段を介してガスの供給が行われており、各ガス開閉手段は前記キャンロールの回転に伴って回転するガス導入管が位置する角度範囲に応じて開閉することを特徴とする、請求項１に記載のキャンロール。
【請求項３】
前記ガス開閉手段が、ガス導入管と共に回転し且つ磁力によって開閉作動するガス導入弁であり、該ガス導入弁が有する磁石に磁気を付与してガス導入弁を閉位置に移動させる磁気付与手段が、前記外周面のうち長尺樹脂フィルムの巻き付けられない角度範囲に対応する位置に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のキャンロール。
【請求項４】
前記ガス開閉手段が、ガス導入管と共に回転し且つ電気的に開閉作動するガス導入弁であり、キャンロールの回転に伴って回転するガス導入管が、前記外周面のうち長尺樹脂フィルムの巻き付けられない角度範囲に来たことを検出した電気的信号に基づいてガス導入弁を閉位置に移動させることを特徴とする、請求項２に記載のキャンロール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のキャンロールを備えた長尺樹脂フィルムの処理装置であって、減圧容器内においてロールツーロールで搬送される長尺樹脂フィルムを該キャンロールの外周面上の搬送経路に巻き付けて、該外周面に対向して配置された熱負荷のかかる表面処理手段で長尺樹脂フィルムの表面を処理することを特徴とする長尺樹脂フィルムの処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の前記熱負荷のかかる表面処理手段がスパッタリングカソードであることを特徴とするスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバー内においてロールツーロールで搬送される長尺樹脂フィルムを巻き付けて冷却するキャンロール及びこれを搭載した長尺樹脂フィルム処理装置に関し、特に、表面処理手段により熱負荷の掛かる表面処理を施す際に、長尺樹脂フィルムを外周面に巻き付けて冷却しながら該外周面に設けたガス放出孔から該外周面と長尺樹脂フィルムの隙間にガスの放出を行うガス放出機構付きキャンロール及びこれを搭載した長尺樹脂フィルム処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネル、ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話等には、耐熱性樹脂フィルムの上に配線パターンが形成されたフレキシブル配線基板が用いられている。このフレキシブル配線基板は、耐熱性樹脂フィルムの片面若しくは両面に金属膜を成膜した金属膜付耐熱性樹脂フィルムに、フォトリソグラフィーやエッチング等の薄膜技術を適用したパターニング処理を施すことによって得られる。近年、フレキシブル配線基板の配線パターンは、ますます繊細化、高密度化する傾向にあり、これに伴って金属膜付耐熱性樹脂フィルムには平坦でシワのないものが求められている。
【０００３】
この種の金属膜付耐熱性樹脂フィルムの製造方法として、従来から、金属箔を接着剤により耐熱性樹脂フィルムに貼り付けて製造する方法（３層基板の製造方法）、金属箔に耐熱性樹脂溶液をコーティングした後、乾燥させて製造する方法（キャスティング法）、耐熱性樹脂フィルムに真空成膜法単独で、又は真空成膜法と湿式めっき法との併用で金属膜を成膜して製造する方法（メタライジング法）等が知られている。
【０００４】
メタライジング法においては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタリング法等が真空成膜法として用いられている。例えば特許文献１には、ポリイミド支持基体にＮｉ−Ｃｒ合金をスパッタリングしてから銅をスパッタリングし、得られた銅スパッタリング膜の表面に電解メッキ法で銅を成膜する技術が開示されている。このようなポリイミドなどの長尺フィルムからなる支持基体に対してスパッタリング成膜などの乾式めっき処理を行う場合は、スパッタリングフィルムコータを用いることが一般的である。
【０００５】
ところで、上記スパッタリング法は一般に密着力に優れる反面、真空蒸着法に比べて耐熱性樹脂フィルムに与える熱負荷が大きいといわれている。そして、成膜の際に耐熱性樹脂フィルムに大きな熱負荷がかかると、フィルムにシワが発生し易くなることも知られている。このシワの発生を防ぐため、金属膜付耐熱性樹脂フィルムの製造装置であるスパッタリングフィルムコータでは、冷却機能を備えた回転駆動されるキャンロールの外周面にロールツーロールで搬送される耐熱性樹脂フィルムを巻き付けることによってスパッタリング処理中の耐熱性樹脂フィルムをその裏面側から冷却することが行われている。
【０００６】
例えば特許文献２には、スパッタリングウェブコータの一例である巻出巻取式（ロールツーロール方式）の真空スパッタリング装置が開示されている。この巻出巻取式の真空スパッタリング装置には、上記キャンロールの役割を担うクーリングロールが具備されている。更に、クーリングロールの少なくともフィルム送入れ側若しくは送出し側にサブロールが設けられており、これにより耐熱性の長尺樹脂フィルムをクーリングロールに密着する制御が行われている。
【０００７】
しかしながら、キャンロールの外周面はミクロ的に見て平坦ではないため、キャンロールの外周面とそこに巻き付けて搬送される長尺樹脂フィルムとの間には真空空間を介して離間するギャップ部（間隙）が存在している。このギャップ部のため、スパッタリングや蒸着の際に長尺樹脂フィルムに加わった熱は実際には長尺樹脂フィルムからキャンロールに効率よく伝熱されているとはいえず、これが長尺樹脂フィルムのシワ発生の原因になっていた。
【０００８】
この問題を解決するため、キャンロールの外周面と長尺樹脂フィルムとの間のギャップ部にキャンロール側からガスを導入して、当該ギャップ部の熱伝導率を真空に比べて高くする技術が提案されている。例えば特許文献３には、フィルムと支持手段であるキャンロールの外周面との間に１箇所のガス導入用ノズルからガスを導入し、熱伝導を改善する技術が開示されている。しかし、一箇所だけに設けたガス導入用のノズルのみで支持手段とそこに巻き付けたフィルムとの隙間にガス供給することは困難であり、制御も難しくなることが懸念される。
【０００９】
そこで、特許文献４には、キャンロールの外周面に全周に亘ってガスの供給を行う多数の微細な孔（ガス放出孔）を設けることで上記ギャップ部にキャンロール側からガスを導入する技術が開示されている。しかし、この場合は、キャンロールの外周面のうちフィルムが巻き付けられていない領域はフィルムが巻き付けられている領域に比べてガス放出孔での抵抗が低くなるため、キャンロールに供給されるガスのほとんどがこのフィルムの巻き付けられていない領域のガス放出孔を経て真空チャンバーの空間に放出されてしまう。その結果、キャンロールの外周面とそこに巻き付けられているフィルムとの間のギャップ部に本来導入されるべき量のガスが供給されなくなって、熱伝導率を高める効果が得られなくなることがあった。
【００１０】
このフィルムの巻き付けられていない領域からのガス放出の問題に対しては、当該フィルムの巻き付けられない領域にカバーを取り付けて、この領域からチャンバーにガスが放出されるのを防止し、これによりキャンロールの外周面とそこに巻き付けられたフィルムとの間のギャップ部に良好にガスを導入する方法（特許文献５）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平６−１２０６３０号公報
【特許文献２】特開昭６２−２４７０７３号公報
【特許文献３】特開平１−１５２２６２号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ２００５／００１１５７号パンフレット
【特許文献５】国際公開第ＷＯ２００２／０７０７７８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記したようにキャンロールの外周面と長尺樹脂フィルムとの間のギャップ部の熱伝導率を高めるべくキャンロール側からガスを導入する場合は、キャンロールの外周面にガス放出孔を設けることになるが、これにより当該外周面の表面積が狭くなることと、ガス放出孔にガスを供給するガス供給機構が更に必要になることが問題となることがあった。すなわち、ガス放出孔を設けることによってキャンロール本来の目的であるフィルムの冷却や加温がかえって非効率になるおそれがあった。
【００１３】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、ロールツーロールで搬送される長尺樹脂フィルムを巻き付けて冷却するキャンロールにおいて、効率よく冷却すべく外周面にガス放出孔を備えても、長尺樹脂フィルムからキャンロールへの伝熱が低下しないようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明が提供するキャンロールは、減圧雰囲気下で搬送される厚さ１００μｍ以下の長尺樹脂フィルムを筒状の胴体部の外周面に巻き付け、内部を循環する温調媒体で温度調整を行うキャンロールであって、前記胴体部には、その中心軸方向に延在する複数のガス導入管が該外周面の周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って穿設されており、各ガス導入管には該外周面で開口する複数のガス導入孔が設けられており、各ガス導入孔の内径は、下限が１０μｍ、上限が４００μｍ及び長尺樹脂フィルムの厚さの２０倍のうちのいずれか小さい値であり、隣接するガス導入管同士のピッチがガス導入管の内径の２倍以上であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高い冷却効果を維持しながらキャンロール外周面からガスを放出することが可能となり、減圧雰囲気下においてフィルムに熱負荷の掛かる表面処理を施してもより効果的にシワの発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一具体例のキャンロールを備えたスパッタリング装置の概略の正面図である。
【図２】本発明の一具体例のキャンロールの筒状胴体部の斜視図である。
【図３】図２に示すキャンロールを構成する筒状胴体部の部分斜視図である。
【図４】本発明のキャンロールが好適に具備するガス導入弁の正面図である。
【図５】実施例１のシミュレーションで想定したキャンロールの筒状胴体部をその回転中心軸を通る面で切断した時の部分断面図である。
【図６】ガス放出孔の内径を変更せずに、ガス導入管のピッチをパラメータとして変更させたときのシミュレーション結果を示すグラフであり、横軸がガス放出孔の中心からの距離、縦軸が長尺樹脂フィルムの表面温度である。
【図７】ガス導入管のピッチを変更せずに、ガス導入管の内径をパラメータとして変更させたときのシミュレーション結果を示すグラフであり、横軸がガス放出孔の中心からの距離、縦軸が長尺樹脂フィルムの表面温度である。
【図８】ガス導入管の内径とピッチを変更せずに、ガス放出孔の内径のみをパラメータとして変更させたときのシミュレーション結果を示すグラフであり、横軸がガス放出孔の中心からの距離、縦軸が長尺樹脂フィルムの表面温度である。
【図９】ガス導入管の内径とピッチを変更せずに、ガス放出孔の内径のみをパラメータとして変更させたときのシミュレーション結果を示すグラフであり、横軸が長尺樹脂フィルムの厚さとガス放出孔の倍率、縦軸がガス放出孔の中心部とその周辺部の長尺樹脂フィルムの表面温度の温度差である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
先ず、本発明に係るキャンロールが好適に搭載される長尺基板の処理装置であるロールツーロール方式のスパッタリング装置について説明する。このスパッタリング装置は、長尺基板である長尺樹脂フィルムをロールツーロールで搬送し、搬送経路としてのキャンロールの外周面に巻き付けて冷却しながら当該キャンロールの外周面に対向して設けられたスパッタリングカソードで長尺樹脂フィルムに熱負荷の掛かる表面処理であるスパッタリング成膜処理を施す装置である。
【００１８】
図１を参照しながら具体的に説明すると、このロールツーロール方式のスパッタリング装置１０は、ロール状に巻かれた長尺樹脂フィルムＦが巻き出される巻出しロール１３と、長尺樹脂フィルムＦを巻き付けて冷却する外周面を有するキャンロール１４と、長尺樹脂フィルムＦの搬送経路に関してキャンロール１４の直前及び直後にそれぞれ設けられた前フィードロール１６ａ及び後フィードロール１６ｂと、キャンロール１４の上流側を走行する長尺樹脂フィルムＦの張力及びキャンロール１４の下流側を走行する成膜処理された長尺樹脂フィルムＳの張力をそれぞれ測定する張力センサーを備えたテンションロール１７ａ及び１７ｂと、成膜処理された長尺樹脂フィルムＳを巻き取る巻取りロール１８とを有している。
【００１９】
これら巻出しロール１３、キャンロール１４、前フィードロール１６ａ及び後フィードロール１６ｂ、テンションロール１７ａ及び１７ｂ、並びに巻取りロール１８が搬送手段を構成し、このうち巻出しロール１３、キャンロール１４、前フィードロール１６ａ、及び巻取りロール１８が、各々サーボモータなどの回転駆動手段によって回転せしめられる。更に、巻出しロール１３及び巻取りロール１８にはパウダークラッチ等のトルク制御手段が設けられており、これにより搬送中の長尺樹脂フィルムＦ及びＳの張力バランスが保たれる。なお、テンションロール１７ａ及び１７ｂ、並びにキャンロール１４は、外周面が硬質クロムめっきで仕上げられている。
【００２０】
スパッタリング装置１０には、更にキャンロール１４の外周面に巻き付けられた長尺樹脂フィルムＦにスパッタリング成膜処理を施して、成膜された長尺樹脂フィルムＳを形成する４つのスパッタリングカソード１５ａ〜１５ｄが設けられている。これらスパッタリングカソード１５ａ〜ｄは、例えばマグネトロンカソード式であり、キャンロール１４の外周面の搬送経路に沿って当該外周面に対向するように配置されている。なお、スパッタリングカソード１５ａ〜ｄにおいて、長尺樹脂フィルムＦの搬送方向に直交する方向の寸法は、当該長尺樹脂フィルムＦの巾より広ければよい。
【００２１】
上記したスパッタリング装置１０の構成要素は、筐体としての略直方体形状の真空チャンバー１２に収納されており、これにより長尺樹脂フィルムＦを減圧雰囲気下において搬送しながら連続的に表面処理することが可能になる。このようにスパッタリング法で成膜する場合は、真空チャンバー１２内は１０−４Ｐａ〜１０−３Ｐａの範囲内の圧力まで減圧される（この減圧により達成する最小の圧力を到達圧力という）。
【００２２】
到達圧力まで減圧された後、真空チャンバー１２内にはスパッタリングガス（アルゴン）が導入されて１０−１Ｐａ〜約１Ｐａの範囲内の圧力に維持される。この状態でスパッタリングが行われる。なお、図１では真空チャンバー１２は直方体状で示されているが、真空チャンバー１２内を１０−４Ｐａ〜１０Ｐａ程度の減圧状態に保持できるのであればこの形状に限定されるものではなく、円筒状などの他の形状でも良い。
【００２３】
次に、上記キャンロール１４について図２及び図３を参照しながらより詳しく説明する。キャンロール１４は筒状胴体部２０で構成されており、その外周面２０ａにロールツーロールで搬送される長尺樹脂フィルムＦが巻き付けられる。筒状胴体部２０の内側には、例えば筒状胴体部２０に対して同心円状の筒状部材が設けられており、この筒状部材と筒状胴体部２０との間が冷媒循環部２３になっている。
【００２４】
この冷媒循環部２３と真空チャンバー１２の外部に設けた冷媒供給装置（図示せず）との間で冷却水などの冷媒を循環させることにより、筒状胴体部２０の外周面２０ａの温度を略一定に調節することができる。なお、上記筒状部材に代えて２つの円筒の間を冷媒の通路にした二重管構造体を使用し、その外側円筒部の外周面を筒状胴体部２０の内周面に接触するように取り付けてもよい。
【００２５】
筒状胴体部２０の外周部分には、筒状胴体部２０の回転中心軸Ｏ方向に延在する複数のガス導入管２１が、周方向に略均等な間隔をあけて全周に亘って設けられている。各ガス導入管２１からは、外周面２０ａに向かって複数のガス放出孔２２が延在しており、これらは筒状胴体部２０の外周面２０ａで法線方向に開口している。これら複数のガス放出孔２２は、外周面２０ａのうち両端を除いた長尺樹脂フィルムＦの搬送経路において、ガス導入管２１の延在方向に沿って略均等な間隔をあけて穿設されている。
【００２６】
なお、各ガス導入管２１に連通させる複数のガス放出孔２２を、筒状胴体部２０の外周面２０ａで法線方向に開口させることにより、複数のガス放出孔２２とこれに連通するガス導入管２１との位置関係を筒状胴体部２０の周方向において一致させることが可能となる。これにより、後述するガス開閉手段の作動により容易にキャンロール１４の角度範囲ごとにガス放出を制御することが可能となる。
【００２７】
これら複数のガス放出孔２２や複数のガス導入管２１は、長尺樹脂フィルムＦからキャンロール１４の冷媒循環部２３までの伝熱を考慮してサイズやピッチが定められている。すなわち、長尺樹脂フィルムＦからキャンロール１４への伝熱には、下記式１で示すＲ１の熱抵抗とＲ２の熱抵抗が関与していると考えることができる。
【００２８】
[式１]
Ｒ＝Ｒ１（長尺樹脂フィルムＦから筒状胴体部２０の外周面２０ａに至るまでの熱抵抗）＋Ｒ２（筒状胴体部２０の外周面２０ａから冷媒循環部２３に至るまでの熱抵抗）
【００２９】
先ず、Ｒ１の熱抵抗について説明する。Ｒ１の熱抵抗には、長尺樹脂フィルムＦ内での熱抵抗と、長尺樹脂フィルムＦと筒状胴体部２０の外周面２０ａとの間の熱抵抗とがある。このうち、長尺樹脂フィルムＦと筒状胴体部２０との間は、長尺樹脂フィルムＦと筒状胴体部２０の外周面２０ａとの接触による熱伝導や、長尺樹脂フィルムＦが当該外周面２０ａから離間することで形成される隙間に存在するガスを介した輻射により伝熱されるが、長尺樹脂フィルムＦにおいてガス放出孔２２に対向した箇所では、長尺樹脂フィルムＦと筒状胴体部２０の外周面２０ａとの隙間に加えてガス放出孔２２の空間とガス導入管２１の空間を介して筒状胴体部２０を構成する金属などの部材の表面に対向することになる。
【００３０】
その結果、長尺樹脂フィルムＦ内において、上記ガス放出孔２２の開口部に対向した箇所では、開口部のない領域に対向する箇所より熱が伝わりにくくなり、上記開口部に対向した箇所とそれ以外の箇所との間に温度差が生じることになる。そして、この温度差のため、長尺樹脂フィルムＦ内において平面方向の熱拡散が生じる。
【００３１】
この長尺樹脂フィルムＦ内の平面方向の熱拡散は、長尺樹脂フィルムＦが十分に厚ければ拡散しやすくなって特に問題が生じることはないと考えられるが、本発明に係るキャンロールの使用に適した長尺樹脂フィルムＦの厚みは、フレキシブル性や商業的な入手可能性から１μｍ〜１００μｍ程度となる。このように比較的薄めのフィルムが使用されるため、長尺樹脂フィルムＦの平面方向での温度差が大きくなって、問題が生じることがあった。例えばこの温度差が５０℃を超えると、長尺樹脂フィルムＦの表面にガス放出孔２２の痕が残り、製品外観を著しく損なうことがあった。なお、ガス放出孔２２とキャンロール１４表面とで対向した箇所の温度差は３０℃以内が望ましい。
【００３２】
そこで、本発明のキャンロールではガス放出孔２２の内径を極力小さくして上記した温度差の問題を回避している。具体的には、ガス放出孔２２の内径の上限を、４００μｍ及び長尺樹脂フィルムＦの厚さの２０倍のうちのいずれか小さい値としている。この内径が４００μｍを超えると、長尺樹脂フィルムＦ内での熱拡散に要する面積が広くなりすぎ、長尺樹脂フィルムＦ内の平面方向での温度差が大きくなって上記した長尺樹脂フィルムＦの品質上の問題が生じることがある。
【００３３】
また、ガス放出孔２２の内径が長尺樹脂フィルムＦの厚さの２０倍を超えて大きくなると、長尺樹脂フィルムＦ内での熱拡散に要する面積が広くなりすぎ、長尺樹脂フィルムＦ内の平面方向での温度差が大きくなって上記した長尺樹脂フィルムＦの品質上の問題が生じることとなる。特に、ガス放出孔２２の内径が４００μｍを越えると、ガス放出孔の痕跡が長尺樹脂フィルムＦに残る可能性がある。なお、ガス放出孔２２の内径の下限は、１０μｍ好ましくは５０μｍである。この内径が１０μｍ未満の場合は、複数のガス放出孔２２を形成することが困難になる場合や、ガスの流量にもよるがガス放出孔２２内を流れるガスの流動の抵抗が高くなり、外周面と長尺樹脂フィルムＦの間の隙間にガスを導くことが難しくなる場合がある。
【００３４】
なお、本発明のキャンロールに適した長尺樹脂フィルムＦの材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリイミド系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリテトラフルオロエチレン系フィルム、ポリフェニレンサルファイド系フィルム、ポリエチレンナフタレート系フィルム、液晶ポリマー系フィルム等を挙げることができる。
【００３５】
Ｒ１の熱抵抗に影響を及ぼす他の要因に、長尺樹脂フィルムＦが筒状胴体部２０の外周面２０ａから離間する距離がある。この離間距離は、上記したように２０μｍ〜１００μｍの厚みを有する長尺樹脂フィルムＦの場合は、４００μｍ以下に抑えるのが好ましい。この距離が４００μｍを超えると、上記長尺樹脂フィルムＦと筒状胴体部２０の外周面２０ａとの間の隙間から減圧雰囲気下の真空チャンバー内に漏れ出すガスの量が多くなり、長尺樹脂フィルムの表面処理に悪影響を及ぼすおそれがある。更に、上記距離が４００μｍを超えると、ロールツーロールで搬送中の長尺樹脂フィルムＦがキャンロール１４の外周面でばたつき、長尺樹脂フィルムＦの表面にキズがつくなどの問題が生じるおそれがある。
【００３６】
更に、長尺樹脂フィルムＦが外周面２０ａから離間する距離は、当該離間により形成される隙間に導入されるガスの平均自由工程の１０倍以下となることが好ましい。上記離間距離が平均自由工程の１０倍以下であれば自由分子熱伝導率が支配的となり、高い熱伝導率が得られるからである。これに対して上記距離が平均自由工程の１０倍を超えると、隙間が拡がりすぎて粘性気体の熱伝導率が支配的となり、自由分子熱伝導率に比べて熱伝導率が低くなる。
【００３７】
つまり、長尺樹脂フィルムＦと筒状胴体部２０の外周面２０ａとの間に形成される隙間ではその離間する距離が４００μｍ以下及びガスの平均自由行程の１０倍以下のうちいずれか小さい値となるのが好ましく、かかる距離になるように、当該隙間に導入するガスの圧力を制御するのが好ましい。例えば、上記隙間に温度７０℃、圧力１００Ｐａのアルゴンガスを導入すれば、そのガスの平均自由行程は８０μｍとなる。
【００３８】
次に、Ｒ２の熱抵抗について説明する。Ｒ２の熱抵抗は、筒状胴体部２０の形状と筒状胴体部２０を構成する材料の固有の物性値で定まる。この筒状胴体部２０内には、前述したように複数のガス導入管２１と複数のガス放出孔２２とが形成されており、それらの空間がＲ２の熱抵抗に大きく影響する。なお、ガス放出孔２２内やガス導入管２１内は層流で流れる程度のガス流量であるので、乱流による高い熱伝導率は期待できない。
【００３９】
従って、Ｒ２の熱抵抗の観点から、複数のガス放出孔２２は、ガス導入管２１の延在方向において隣接するガス放出孔２２同士の中心間距離（ピッチ）が、ガス放出孔２２の内径の５０倍〜１２０倍となるように配設することが望ましい。この中心間距離が該ガス放出孔２２の内径の５０倍未満では、ガス導入管２１の延在方向における単位長さ当たりのガス放出孔２２の数が多くなりすぎて、長尺樹脂フィルムＦから筒状胴体部２０の内側の冷媒循環部２３への伝熱が不十分になる。一方、この中心間距離がガス放出孔２２の内径の１２０倍を超えると、長尺樹脂フィルムＦと筒状胴体部２０の外周面２０ａとの間の隙間に十分にガスを導入することができなくなる。
【００４０】
また、複数のガス導入管２１は、隣接するガス導入管２１同士の中心間距離（ピッチ）が、最も狭い箇所であってもガス導入管の内径の２倍以上となるように配設する。これにより筒状胴体部２０から冷媒循環部２３への伝熱の際、ガス導入管２１の位置を迂回して伝熱する箇所を適度な数に抑えることができるので、良好に熱伝導を行わせることが可能となる。
【００４１】
このように、筒状胴体部２０の外周部に設ける複数のガス導入管２１及び複数のガス放出孔２２は、Ｒ１の熱抵抗及びＲ２の熱抵抗の両方に影響を及ぼすことがわかる。これら複数のガス導入管２１に、真空チャンバー１２の外部からＨ２、Ｈｅ、Ａｒ等のガスが供給される。その結果、各ガス導入管２１に連通する複数のガス放出孔２２からガスが放出されてキャンロール１４の外周面とそこに巻き付けられる長尺樹脂フィルムＦとの間の隙間に導入され、該隙間の熱伝導度が向上して長尺樹脂フィルムＦを良好に冷却することが可能となる。
【００４２】
なお、上記ガス導入管２１は、内径５ｍｍ程度であれば公知のガンドリルなどで容易に深穴加工を行うことができる。また、ガス放出孔２２は、ドリル、パンチ、放電加工、レーザー加工などを用いて筒状胴体部２０の外周面からガス導入管２１に向けて穿孔することで形成することができる。
【００４３】
上記した本発明に係るキャンロール１４を図１に示すようなロールツーロール方式の真空成膜装置１０に搭載して使用すると、キャンロール１４の上部側の角度範囲では、キャンロール１４の外周面は長尺樹脂フィルムに覆われずに露出する。キャンロール１４の回転に伴って回転するガス導入管２１がこの露出する角度範囲内に来た時は、当該ガス導入管２１にはガスの供給を停止するのが望ましい。なぜなら、長尺樹脂フィルムＦに覆われていない領域に位置するガス放出孔２２の方が、覆われている領域に位置するガス放出孔２２よりガスが放出されやすいため、キャンロール１４の外周面に巻き付けられている長尺樹脂フィルムＦと当該外周面との間の隙間に良好にガスを導入するのが困難になるからである。
【００４４】
このように、キャンロール１４の回転に伴って回転する各ガス導入管２１が位置する角度範囲に応じて当該ガス導入管２１にガスを供給するか否かを可能にするため、各ガス導入管２１のガス供給側にガスの供給又は停止の切り替えが可能なガス開閉手段を取り付け、このガス開閉手段を介して真空チャンバー１２の外部からガスを供給するのが好ましい。
【００４５】
これにより、複数のガス導入管２１の各々に対して、それが位置しているキャンロール１４の外周面における角度範囲に応じて、ガスを供給するか否かを制御することができ、上記したキャンロール１４の外周面のうちの長尺樹脂フィルムＦに覆われていない領域に位置するガス放出孔２２から真空チャンバー１２内にガスが放出されるのを止めることが可能となる。
【００４６】
ガス開閉手段の構成は特に限定するものではなく、例えば図４に示すような磁力により開位置（ａ）と閉位置（ｂ）との間で往復動自在な磁気作動式のガス導入弁３０を各ガス導入管２１への供給側ライン３１に設けると共に、コイルスプリング３２等の弾性部材を用いて開方向に付勢させる。そして、ガス導入管２１が上記長尺樹脂フィルムＦに覆われていない角度範囲内にきたときに、当該ガス導入管２１に対応するガス導入弁３０の磁石部３３に磁気を付与できるように、磁石部３３に対向する位置に磁気付与手段３４を取り付ける。
【００４７】
これにより、ガス導入弁３０の磁石部３３と磁気付与手段３４とを磁気的に反発させて、上記長尺樹脂フィルムＦに覆われていない角度範囲内に位置するガス導入管２１にはガスの供給を停止することが可能になる。つまり、長尺樹脂フィルムＦが巻き付けられる（覆われる）角度範囲内だけにガスを放出させることが可能となる。なお、上記供給側ライン３１には例えばロータリージョイントを介して真空チャンバー１２の外部のガス供給源からガスを供給することができる。
【００４８】
ガス開閉手段は、上記した磁気作動式のガス導入弁に限定されるものではなく、電気的に開閉作動する電気作動式のガス導入弁（例えば電磁弁）を使用してもよい。この場合は、キャンロール１４の回転に伴って回転する各ガス導入管２１が上記長尺樹脂フィルムＦに覆われていない角度範囲に来たことをエンコーダや機械的スイッチなどの位置検出手段を用いて検出し、この位置検出手段から出力される電気的信号に基づいて当該ガス導入管２１に対応するガス導入弁を開位置から閉位置に移動させればよい。
【００４９】
なお、ガス導入管２１に真空チャンバー１２の外部から供給するガスの流量は、ガス放出孔２２の内径やピッチ、キャンロール１４の外周面において長尺樹脂フィルムＦに覆われる面積を考慮して適宜定めればよい。また、ガス放出孔２２から放出されるガスは、キャンロール１４の外周面と長尺樹脂フィルムＦとの間の隙間から真空チャンバー１２のチャンバー雰囲気内に漏れて拡散する。そのため、真空チャンバー１２には排気装置を設けて所定の流量で排気することが必要となる。
【００５０】
ところで、キャンロール１４の外周面は前述したように硬質クロムめっき処理されているため、目視では凹凸は確認できないが、サブμｍからμｍオーダーでの微細な凹凸が無数に存在している。これらの凹凸によりキャンロール１４の外周面に長尺樹脂フィルムＦが巻き付いている場合であっても当該外周面と長尺樹脂フィルムＦとの間には微細な隙間が存在することになる。
【００５１】
ガス放出孔２２から放出されたＨ２等のガスは、このキャンロール１４の外周面とそこに巻き付けられる長尺樹脂フィルムＦとの間の隙間に流れ込む。そして、隙間を拡張させて長尺樹脂フィルムＦをキャンロール１４の外周面から浮上させる。このような長尺樹脂フィルムＦのキャンロール１４の外周面からの浮上は、主にキャンロール１４の雰囲気の圧力やキャンロール１４の半径、更には長尺樹脂フィルムＦの張力と幅の影響を受ける。
【００５２】
具体的には、キャンロール１４の雰囲気の圧力と、長尺樹脂フィルムＦがその張力によりキャンロール１４の外周面に密着しようとする力Ｎとの合計よりも高い圧力で上記隙間にガスが導入されると、長尺樹脂フィルムＦはキャンロール１４の外周面から浮上する。ここで、長尺樹脂フィルムＦがその張力によりキャンロール１４の外周面に密着しようとする力Ｎは、キャンロール１４の半径をＲ、長尺樹脂フィルムＦの張力をＴ、その幅をＷとすると下記式２の関係式から求めることができる。
【００５３】
[式２]
Ｎ＝Ｔ／（Ｒ×Ｗ）
【００５４】
キャンロール１４の内部には前述したように冷媒循環部２３が設けられているので、キャンロール１４とその外周面に巻き付けられた長尺樹脂フィルムＦとの間に形成される隙間にガスが導入されると、長尺樹脂フィルムＦからキャンロール１４への伝熱が阻害されるとも思われる。しかし、上述の通りキャンロール外周面と長尺樹脂フィルムＦとの間には微細な隙間が存在するので、１０Ｐａ以下の減圧雰囲気下では物体間の伝熱は、微細な隙間が生じて接触のない箇所では輻射熱のみになり、接触のある箇所では物体間の接触による伝熱のみになるのに対して、本発明に係るキャンロール１４では隙間にガスを導入することにより当該ガスによる対流伝熱が付加されるので、より効率的に長尺樹脂フィルムＦからキャンロール１４に熱を伝えることが可能となる。
【００５５】
更に、上記隙間にガスが導入されて隙間が拡張し、キャンロール１４の外周面と長尺樹脂フィルムＦの接触面積が減少すると、キャンロール１４の外周面と長尺樹脂フィルムＦの間の摩擦が低減する。その結果、長尺樹脂フィルムＦに熱負荷が掛けられて膨張しても外周面に拘束されることがなくなるので、シワの発生を防ぐことができる。すなわち、キャンロール１４の外周面上で発生する長尺樹脂フィルムＦのシワは、（１）熱負荷による長尺樹脂フィルムＦの温度の上昇、（２）キャンロール１４の外周面との摩擦によって長尺樹脂フィルムＦの熱膨張が妨げられてその内部に生ずる圧縮応力の増大、の２段階の機構を経ている。従来の長尺樹脂フィルムＦのシワ抑制技術は、もっぱら上記（１）のみに着目してなされたものであった。
【００５６】
そのため、冷却性を向上させたり長尺樹脂フィルムＦをキャンロール１４へ密着させたりするための各種ロールの検討や張力の制御については検討されてきたが、キャンロール１４と長尺樹脂フィルムＦとの間の摩擦についてはほとんど検討されてこなかった。これに対して、本発明のキャンロール１４では伝熱性能を高めると共に、摩擦の問題を抑えることも可能となるので、よりシワの少ない高品質の金属膜付耐熱性樹脂フィルムを効率よく作製することが可能となる。
【実施例】
【００５７】
[実施例１]
図２に示すようなキャンロール１４を図１に示すようなロールツーロール方式のスパッタリング装置１０に搭載し、該キャンロール１４の外周面に対向するスパッタリングカソード１５ａ〜ｄから、当該外周面に巻き付けられているポリイミドフィルムからなる長尺樹脂フィルムＦに１０ｋｗ／ｍ２の熱量を与えた場合、長尺樹脂フィルムＦの表面温度がガス放出孔２２の中心から離れていくにつれてどのように変化するかシミュレーションした。
【００５８】
なお、キャンロール１４内部の冷媒循環部２３には温度２２℃の冷却水が循環していることを想定した。また、ガス放出孔２２からはアルゴンガスが放出されるものとし、キャンロール１４の外周面とそこに巻き付けられている長尺樹脂フィルムＦとの間の隙間のアルゴンの圧力は５００Ｐａと想定した。キャンロール１４の筒状胴体部２０は厚み１５ｍｍのステンレス製とし、ガス導入管２１は筒状胴体部２０の肉厚部において厚み方向の中央部にキャンロール側面から軸方向にほぼ平行にガンドリルで深穴加工で形成したものと想定した。この筒状胴体部２０の内面は冷媒循環部２３の冷媒に接触している。図５には、かかるシミュレーションで想定したガス導入管２１とガス放出孔２２の概略図を示す。
【００５９】
１番目のシミュレーションでは、長尺樹脂フィルムＦの厚みを２５μｍ、ガス放出孔２２の内径を２００μｍ、ガス導入管２１の内径を５ｍｍとし、ガス導入管２１のピッチを７ｍｍ（シミュレーションＳ１）、１０ｍｍ（シミュレーションＳ２）、２０ｍｍ（シミュレーションＳ３）と変えた場合のキャンロール１４上の長尺樹脂フィルムＦの温度を計算した。その結果を図６に示す。
【００６０】
図６の横軸は、図５におけるガス放出孔２２の中心からの距離Ｄであり、縦軸は当該中心からの距離Ｄ離れた点の長尺樹脂フィルムＦの表面温度Ｔである。この図から、ガス導入管２１のピッチが狭くなるにつれて長尺樹脂フィルムＦの表面温度が上昇することが分かる。特に、ガス導入管２１のピッチがガス導入管２１の内径の２倍よりも狭い７ｍｍでは、長尺樹脂フィルムＦの温度が８０℃を超えている。
【００６１】
２番目のシミュレーションでは、長尺樹脂フィルムＦの厚みを２５μｍ、ガス放出孔２２の直径を２００μｍとし、ガス導入管２１のピッチ（中心間距離）は１０ｍｍのままでガス導入管２１の内径を２ｍｍ（シミュレーションＳ４）、５ｍｍ（シミュレーションＳ５）、７ｍｍ（シミュレーションＳ６）、９ｍｍ（シミュレーションＳ７）とした場合のキャンロール１４上の長尺樹脂フィルムＦの温度を計算した。その結果を図７に示す。図７の横軸及び縦軸は図６と同じである。
【００６２】
この図から、ピッチを固定してガス導入管２１の内径を大きくしていくと隣接するガス導入管２１同士の間隔が狭くなっていくので、長尺樹脂フィルムＦの表面温度が上昇することが分かる。特に、ガス導入管２１のピッチがガス導入管２１の内径の２倍よりも狭くなると長尺樹脂フィルムＦの表面温度が８０℃を超えている。上記１番目と２番目のシミュレーション結果から、ガス導入管２１のピッチがガス導入管２１の内径の２倍より狭くなると熱伝導が不十分になることが分かる。
【００６３】
３番目のシミュレーションでは、長尺樹脂フィルムＦの厚みを１２.５μｍとして、ガス放出孔２２の内径を１００μｍ（厚みの８倍、シミュレーションＳ８）、２００μｍ（厚みの１６倍、シミュレーションＳ９）、４００μｍ（厚みの３２倍、シミュレーションＳ１０）とした場合のキャンロール１４上の長尺樹脂フィルムＦの温度を計算した。その結果を図８及び図９に示す。
【００６４】
図８の横軸及び縦軸は図６と同じである。図９の横軸は長尺樹脂フィルムＦの厚さとガス放出孔２２の内径との比であり、縦軸はガス放出孔２２の中心とその周辺部との長尺樹脂フィルムＦの表面温度の差である。図９に示されるように、ガス放出孔２２の内径が４００μｍでは、ガス放出孔２２の中心と周辺部で５０℃以上の温度差が生じている。このことから、ガス放出孔２２の内径は、長尺樹脂フィルムＦの厚みも考慮する必要があることが分かる。
【００６５】
[実施例２]
図１に示すようなロールツーロール方式のスパッタリング装置１０に図２に示すようなガス導入管２１及びガス放出孔２２を備えたキャンロール１４を装着してスパッタリング成膜を行った。キャンロール１４の筒状胴体部２０には直径４０ｃｍ、幅６０ｃｍのアルミニウム合金の部材を使用し、その中心軸部にステンレス製の回転軸を備えた。
【００６６】
筒状胴体部２０の外周部には、筒状胴体部２０の中心軸Ｏ方向に略平行に延在する１２０本のガス導入管２１を設けた。これらガス導入管２１は、周方向に略均等な間隔をあけて配設した。各ガス導入管２１は、中心軸Ｏに直交する面での断面形状を内径５ｍｍの略円形とした。このとき、隣接するガス導入管２１同士の間隔は約５.１ｍｍとなり、よって隣接するガス導入管２１間のピッチはガス導入管２１の内径の２倍以上であった。
【００６７】
筒状胴体部２０の外周部には、更に外周面２０ａ側で開口する内径０.２ｍｍのガス放出孔２２を、各ガス導入管２１ごとに略均等な間隔をあけて配された複数のガス放出孔２２が連通するように穿設した。各ガス導入孔２２は、筒状胴体部２０の略法線方向に延在するように深さ５ｍｍで孔加工してガス導入管２１に連通させた。隣接するガス放出孔２２同士の筒状胴体部２０の周方向と中心軸Ｏ方向のピッチは共に１０.５ｍｍとなった。
【００６８】
各ガス導入管２１には、キャンロール１４の外周面のうち、長尺樹脂フィルムＦに覆われない領域で開口するガス放出孔２２からはガスの放出を止めるため、図４に示すような磁力で開閉する磁気作動式のガス導入弁３０を取り付け、このガス導入弁３０を介して真空チャンバー１２の外部からガスを供給した。そして、キャンロール１４の回転に伴って回転するガス導入管２１が上記長尺樹脂フィルムＦに覆われない領域に来た時、該ガス導入管２１に連通するガス導入弁３０の磁石部３３に対向するように、キャンロール１４の側面近傍に磁気付与手段３４としての略扇形の磁石を設置した。
【００６９】
これにより、上記略扇形の磁石とガス導入弁３０の磁石部３３とが対向した時、これら磁石同士が反発してガス導入弁３０が移動し、真空チャンバー１２の外部から該ガス導入管２１に至る供給側ライン３１を閉じるようにした。つまり、長尺樹脂フィルムＦに巻き付けられない（覆われない）角度範囲内にガス導入管２１が位置するときはガス導入弁３０が閉じられてガスが供給されない仕組みになっている。なお、ガス導入弁３０の磁石部３３がキャンロール１４の側面近傍に設けた磁石に対向しない時は、コイルスプリング３２の付勢力によりガス導入弁３０は開位置で保持されるようにした。
【００７０】
また、キャンロール１４の外周面を覆う長尺樹脂フィルムＦの浮上量を測定するためのレーザー式の変位計と、長尺樹脂フィルムＦの温度を測定する赤外温度計とを配置した。スパッタリングカソード１５ａにはクロム２０重量％を含むニッケル−クロム合金ターゲットを装着し、スパッタリングカソード１５ｂ、１５ｃ、１５ｄには銅ターゲットを装着した。そして、長尺樹脂フィルムＦには、幅５０ｃｍ厚み１２.５μｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン社製  カプトン  登録商標）を使用し、その表面にニッケル−クロム合金薄膜を成膜し、更にその表面に銅薄膜を積層させた。
【００７１】
長尺樹脂フィルムＦの搬送時の張力は１００Ｎとした。真空チャンバー１２内はスパッタリング時は圧力１.３Ｐａのアルゴン雰囲気とした。キャンロール１４の冷媒循環部２３には温度２２℃の冷媒を循環させた。この状態で、先ずガス放出孔２２からガスを放出せずに、各スパッタリングカソードの出力を上昇させながら成膜を行い、キャンロール１４の外周面上でシワが発生する条件を割り出し、スパッタリングカソードの出力を固定した。その際の長尺樹脂フィルムＦの温度は１５０℃であった。
【００７２】
次に、ガス放出孔２２からアルゴンガスを放出し、レーザー変位計で長尺樹脂フィルムＦの浮上量とシワの解消を観察した。アルゴンガスの供給量を増したところ、浮上量は１０μｍ〜２０μｍで長尺樹脂フィルムＦの温度は７５℃となり、シワは解消した。また、長尺樹脂フィルムＦにガス放出孔の痕跡は残らなかった。
【００７３】
［実施例３］
ガス放出孔２２の内径を０.１ｍｍとしたキャンロールを用意した以外は実施例２と同様に長尺樹脂フィルムＦにスパッタリング成膜を行った。長尺樹脂フィルムＦにガス放出孔の痕跡は残らなかった。
【００７４】
［比較例］
ガス放出孔２２の内径を０.５ｍｍとしたキャンロールを用意した以外は実施例２と同様に長尺樹脂フィルムＦにスパッタリング成膜を行った。シワが発生しないようにアルゴンガスをキャンロール１４から供給しても長尺樹脂フィルムＦにガス放出孔の痕跡が一部に残り、不良品となった。
【符号の説明】
【００７５】
１０      スパッタリング装置
１２      真空チャンバー
１３      巻出ロール
１４      キャンロール
１５ａ〜１５ｄ      スパッタリングカソード
１６ａ    前フィードロール
１６ｂ    前フィードロール
１７ａ、１７ｂ  テンションロール
１８      巻取ロール
２０      筒状胴体部
２１      ガス導入管
２２      ガス放出孔
２３      冷媒循環部
３０      ガス導入弁
３１      供給側ライン
３２      コイルスプリング
３３      磁石部
３４      磁気付与手段
Ｆ        長尺樹脂フィルム
Ｏ        回転中心軸
【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】
2014051717.tif 000008
【図７】
2014051717.tif 000009
【図８】
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【図９】
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