(57)【要約】  この巻き取り成膜装置は、第一前駆体が導入される第一真空気室と、第二前駆体が導入される第二真空気室と、前記第一前駆体及び前記第二前駆体をパージするために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、巻き取り可能な基材を、前記第一真空気室、前記第二真空気室、及び前記第三真空気室に搬送し、前記基材を前記基材の厚み方向において挟持し第１ローラ及び第２ローラを有し前記第１ローラ及び前記第２ローラのうち少なくとも一方の外周面に凹凸形状が形成されている一対のローラ対を有する搬送ローラ部と、を備え、前記搬送ローラ部を用いて、前記基材を前記第一真空気室及び前記第二真空気室を往復させることで、前記基材の表面に原子層を堆積させて原子層堆積膜を形成する。
2013180005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一前駆体が導入される第一真空気室と、
第二前駆体が導入される第二真空気室と、
前記第一前駆体及び前記第二前駆体をパージするために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、
巻き取り可能な基材を、前記第一真空気室、前記第二真空気室、及び前記第三真空気室に搬送し、前記基材を前記基材の厚み方向において挟持し第１ローラ及び第２ローラを有し前記第１ローラ及び前記第２ローラのうち少なくとも一方の外周面に凹凸形状が形成されている一対のローラ対を有する搬送ローラ部と、を備え、
前記搬送ローラ部を用いて、前記基材を前記第一真空気室及び前記第二真空気室を往復させることで、前記基材の表面に原子層を堆積させて原子層堆積膜を形成する巻き取り成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の巻き取り成膜装置であって、
前記第１ローラは、前記基材に対して直交する軸線回りに前記第１ローラの回転軸が回転可能となるように構成されている巻き取り成膜装置。
【請求項３】
請求項１に記載の巻き取り成膜装置であって、
前記第２ローラに接続された駆動機構をさらに備える巻き取り成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻き取り成膜装置に関する。
本願は、２０１２年５月３１日に、日本に出願された特願２０１２−１２３９６９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長尺に形成され、巻き取り可能な、紙又はプラスチックフィルムなどの巻取り基材を、真空中で巻き戻し、蒸着又はスパッタリングなどの成膜方法により金属又は金属酸化物などを連続的に成膜する技術が知られている。上記技術は、金銀糸に用いられる金属光沢フィルム、食品包装用のガスバリアフィルム、フィルムコンデンサーの電極、又は反射防止などの機能を有する光学フィルムの製造方法として利用されている。上記技術を利用した食品包装用ガスバリアフィルムを製造する用途では、近年、有機半導体を利用して形成された可撓性基材の有機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬ照明、及び有機太陽電池の開発のために、非常に高い水蒸気透過率とガスバリア性とを有する透明ガスバリアフィルムの商品化の要望が高まっている。【０００３】
この要望に応えるために、原子層堆積法を利用して成膜する巻き取り成膜装置が検討されている。原子層堆積法は、緻密な構造の薄膜を形成する方法として知られている。原子層堆積法の備える優位な特徴の観点から、原子層堆積法は、ＤＲＡＭ又はＴＦＴにおいて絶縁膜を形成する際に使用されている。ここで、原子層堆積法における薄膜の堆積工程においては、バッチ処理が行われており、生産性を向上させるために、Ｓｉウエハを複数枚同時処理する装置が開発されている。しかしながら、生産性の向上には限界がある。また、このようなバッチ処理装置は、巻き取り可能な基材に連続的に成膜を行うことができない。この問題を解決するために、特許文献１、２に示される装置が提案されている。【０００４】
特許文献１、２には、原子層堆積法で連続的に薄膜を形成する技術が示されている。原子層の堆積においては、第一前駆体を基材表面に吸着させる工程、余剰の第一前駆体をパージする工程、第一前駆体を第二前駆体に暴露させることによって第一前駆体と第二前駆体とを反応させる工程、及び余剰の第二前駆体をパージする工程から構成される原子層堆積のサイクルが複数回繰り返される。これにより、所望の膜厚を有する薄膜が得られる。なお、前駆体としては、例えば、非特許文献１に記載の材料が使用できる。
一般的に、原子層堆積の１サイクルでは、厚さ０．０１ｎｍ以上０．２ｎｍ以下、平均的には、厚さ約０．１ｎｍの層が形成される。
所望の膜厚は、用途に応じて異なるが、１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下の水蒸気透過性を有する高バリア性の膜を得るには、酸化アルミニウムの場合、１０ｎｍ以上の膜厚が必要であることが一般的に知られている。従って、膜厚が１０ｎｍの酸化アルミニウム層を得るには、一般的な原子層堆積のサイクルを１００回繰り返す必要がある。【０００５】
一方、特許文献３では、回転ドラムを用いた巻き取り式原子層堆積装置が開示されている。この装置では、基材が回転ドラム上に位置する間に、原子層が基材の表面に堆積される。
また、特許文献４では、散布マニホールドを用いた巻き取り式原子層堆積装置が開示されている。この装置では、基材が散布マニホールドに近い位置を通過する間に原子層が基材の表面に堆積される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第０７／１１２３７０号
【特許文献２】日本国特表２００９−５４０１２２号公報
【特許文献３】日本国特表２００７−５２２３４４号公報
【特許文献４】日本国特表２００９−５３１５４８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｍ．Ｒｉｔａｌａ，  Ｍ．Ｌｅｓｋｅｌａ，ｉｎ：  Ｈ．Ｓ．Ｎａｌｗａ，  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ．  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，  ＣＡ，  ＵＳＡ，  Ｖｏｌ．１，  Ｃｈａｐｔｅｒ  ２，  Ｐ．１０３−１５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に記載の装置では、１０ｎｍの膜厚の原子層堆積膜を得るために、基材は、１００セットのガイドローラを通過しなければならない。即ち、原子層堆積膜は、１００回ガイドローラに接触する。原子層堆積膜とガイドローラとの接触によって発生する擦れ又はスリップにより原子層堆積膜が損傷する又はパーティクルが発生するという恐れは皆無ではない。また、原子層が損傷すること又はパーティクルが原子層堆積膜に付着することにより原子層堆積膜の性能が低下する恐れがある。
従来の食品包装用ガスバリアフィルムに要求される性能は、約１０−１［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］の水蒸気透過率であり、小さな欠陥（擦り傷、ピンホール、又はパーティクル付着等）は問題とはならない。しかしながら、有機ＥＬディスプレイ又はポリマー太陽電池の用途、または、有機半導体の用途では、高い性能、例えば、１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下の水蒸気透過率という性能が要求されて、小さな欠陥が上記デバイスに生じている場合、許容できない性能の低下が起こる。特許文献１の段落０００７には、搬送機構について記述されている。しかしながら、“ローラを利用し、少なくとも基材の搬送方向の転換（ターン）の際に、基材を支持できるガイドが望ましい”と記述されているのみである。また、特許文献１の段落００３０にも搬送機構について記述されている。しかしながら、搬送機構としてローラの利用が開示されているのみである。
一方、特許文献２では、搬送方法に関して、「なお、ローラ２２と基材２０との間の接触を最小限に維持すべきである。このことは、スプール形状の・・・・ローラ２２の大きい直径部分に乗せることによって、達成できる。」（段落００１３）と記述されている。しかしながら、基材の厚みが薄く剛性が低い場合、基材は、ローラにおける直径の大きい箇所だけでなく、ローラにおけるスプール形状を有する部分の全体に接触する。原子層堆積膜がガイドローラに触れる場合、原子層堆積膜に微小なピンホール等の欠陥が発生する。このため、所望の性能が得られない。特に、薄いプラスチックフィルム基材又は布等の剛性の低い基材を用いる場合では、ローラと基材との接触を防ぐことはできない。
また、特許文献２には、上記記述の他に、「或いはまた、基材２０が各ローラ２２のまわりに巻き付くにつれて基材２０を保持する把持具をローラ２２の縁部に設けることもできる。」（段落００１３）とも記述されている。しかしながら、特許文献２には、把持具及びローラ縁部への取り付け方法、搬送機構に関しての詳細な開示はない。【０００９】
また、特許文献３及び４に記載の装置では、回転ドラムに接している基材表面、又は、散布マニホールドに露出されない基材表面に原子層は堆積されない。このため、特許文献３及び４には、特許文献１、２に記載の装置を用いることにより生じる、処理過程でのガイドローラと基材との接触による原子層堆積膜の損傷及びその損傷によるガスバリア性能の低下という課題について示唆されていない。【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、搬送時に生じる擦れによる基材の損傷又はスリップによるパーティクルの付着を防ぎ、巻き取り可能な基材の表面に原子層堆積膜を連続的に形成する処理を行うことが可能な巻き取り成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の一態様に係る巻き取り成膜装置は、第一前駆体が導入される第一真空気室と、第二前駆体が導入される第二真空気室と、前記第一前駆体及び前記第二前駆体をパージするために用いられるパージガスが導入される第三真空気室と、巻き取り可能な基材を、前記第一真空気室、前記第二真空気室、及び前記第三真空気室に搬送し、前記基材を前記基材の厚み方向において挟持し第１ローラ及び第２ローラを有し前記第１ローラ及び前記第２ローラのうち少なくとも一方の外周面に凹凸形状が形成されている一対のローラ対を有する搬送ローラ部と、を備え、前記搬送ローラ部を用いて、前記基材を前記第一真空気室及び前記第二真空気室を往復させることで、前記基材の表面に原子層を堆積させて原子層堆積膜を形成する。【００１２】
上記本発明の一態様に係る巻き取り成膜装置によれば、ローラと基材との接触箇所を基材の両端のみに制限でき、ローラとの接触による基材の損傷領域又はパーティクルが付着する領域を制限できる。
また、一組のローラで基材を挟持することによって基材を確実に挟み込んで安定して搬送できる。
さらに、ローラの外周面に凹凸形状が形成されているため、基材に対して摩擦力が生じ滑り止め効果が得られる。これにより、基材をより安定して搬送できる。
また、基材の両端を挟持することでローラを弛ませることなく搬送できる。このため、より一層安定して基材を挟持できる。これらの作用により、基材とローラとの接触により生じる擦れ又はスリップを軽減できる。【００１３】
また、上記本発明の一態様に係る巻き取り成膜装置は、前記第１ローラは、前記基材に対して直交する軸線回りに前記第１ローラの回転軸が回転可能となるように構成されていることが好ましい。【００１４】
この場合、ローラの方向を基材に追従させ動かすことができ、基材に対して該基材幅方向への適度なテンションを作用させた状態で基材を搬送することができる。このため、基材搬送時の弛みを防止できる。これにより、搬送時に基材とのずれが軽減され、接触により生じる擦れ又はスリップをより軽減できる。【００１５】
また、上記本発明の一態様に係る巻き取り成膜装置は、前記第２ローラに接続された駆動機構をさらに備えることが好ましい。【００１６】
この場合、駆動機構によってローラの回転速度を制御でき、基材とローラとを安定して接触させ、基材を変形させることなく基材を搬送できる。これにより、搬送ローラ部と接触した際の基材の変形を防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明の一態様に係る巻き取り成膜装置によれば、ローラによって基材を安定して挟持することにより、搬送によって生じる擦れによる基材の損傷又はスリップによるパーティクルの付着を防ぐことができる巻き取り成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る基材搬送ローラ部を備えた巻き取り成膜装置の概略図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る巻き取り成膜装置が備える基材搬送ローラ部におけるニップローラ及びガイドローラの構成を説明する模式図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る巻き取り成膜装置が備える基材搬送ローラ部におけるニップローラ及びガイドローラの構成を説明する断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に係る巻き取り成膜装置が備える基材搬送ローラ部におけるニップローラ及びガイドローラの構成を説明する平面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る巻き取り成膜装置が備えるガイドレールの構成を説明する模式図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る巻き取り成膜装置が備えるガイドレールの構成を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について図１から図３Ｂを参照して説明する。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る巻き取り成膜装置１は、第一前駆体ガス２１（以下、単に、第一前駆体２１と記載する。）が導入される第一真空気室である第一ゾーン２と、第二前駆体ガス３１（以下、単に、第二前駆体３１と記載する。）が導入される第二真空気室である第二ゾーン３と、パージガス４１が導入される第三真空気室である第三ゾーン４とを備える。
巻き取り成膜装置１は、巻き出し室５に設置された巻き出しロール５２と、巻き取り室６に設置された巻き取りロール６２と、巻き出しロール５２から巻き取りロール６２までの間で、巻き取り可能な基材８（以下、単に基材８と記載する。）を搬送する搬送ローラ部７と、を備える。
【００２０】
上記実施形態の搬送ローラ部７は、基材８の幅方向における両端部に（すなわち、基材８の幅方向に離間して配置された）、異なる二つのローラであるガイドローラ７１（第２ローラ）とニップローラ７２（第１ローラ）とを有するローラ対７０を備えている。ガイドローラ７１は、例えば、モータ等の駆動機構１０と接続され、駆動機構１０によってガイドローラ７１の回転速度を制御することによって基材８を保持し搬送する。
基材８の表面に連続的に原子層を堆積させるためには、搬送ローラ部７によって基材８を第三ゾーン４、第一ゾーン２、第三ゾーン４、第二ゾーン３、及び第三ゾーン４の順に通過させることで、一つの原子層を基材８の表面に堆積できる。
本発明の巻き取り成膜装置１では、搬送ローラ部７によって基材８が、所望の膜厚を有する原子層を基材８の表面に堆積させるために必要な回数上述したゾーンを通過するように、すなわち、原子層堆積のサイクルが、所望の膜厚を有する原子層を基材８の表面に堆積させるために必要な回数繰り返されるように、成膜装置が設計されている。
【００２１】
使用される基材８は、プラスチックフィルム、プラスチックシート、金属箔、金属シート、紙、及び不織布などの可撓性材料から選択されることが好ましい。基材８の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ〜１０００μｍの間で設定されることが好ましい。
【００２２】
基材８は、巻き出しロール５２により巻き出され、第三ゾーン４へ搬送される。
巻き出しロール５２が設置されている巻き出し室５と第三ゾーン４との間には、仕切り板が設置されている。仕切り板には、基材８が通過するのに必要な巻き出し室開口部５１が設けられている。基材８は、巻き出し室開口部５１を通って、巻き出し室５から第三ゾーン４へ搬送される。
【００２３】
第三ゾーン４には、パージガス４１として不活性ガスが導入されている。不活性ガスとしては、窒素、ヘリウム、又はアルゴン等から適宜選択されたガスが用いられる。
【００２４】
ここで上記実施形態における搬送ローラ部７の構造を表した概念図を図２Ａ〜図２Ｃに示す。
搬送ローラ部７は、ガイドローラ７１およびニップローラ７２を有するローラ対７０を用い、基材８の幅方向における両端部の表面と裏面とを挟持し、基材８に同時に動力を伝える。基材８を挟持する際の圧力（ニップ圧）は０．０００１ＭＰａ以上０．１ＭＰａ以下に設定されることが好ましい。
また、ローラ対７０は、基材８の幅方向（ローラ対回転軸方向）における両端部に一組ずつ配置される。ガイドローラ７１およびニップローラ７２の材料は基材８に応じてそれぞれ適宜選択されれば良く、特定の材料に限定されない。例えば、ガイドローラ７１の材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）又はアルミニウムなどが挙げられる。また、ニップローラ７２の材料としては、ウレタンゴム又はシリコーンゴムなどが挙げられる。
【００２５】
また、ガイドローラ７１の表面には、凹凸形状７１１が形成されている。ここで、凹凸形状７１１は、適度な摩擦力を基材８に対して生じさせる形状であればよく、特定の形状に限定されないが、例えば、ガイドローラ７１の回転軸に平行に、且つガイドローラ７１の円周方向において離間して形成された線形状が挙げられる（例えば図２Ａ参照）。
なお、ガイドローラ７１の凹凸形状７１１は線形状に限られない。ガイドローラ７１の表面に形成された単純な凹凸形状、又はガイドローラ７１の表面に薬剤を塗布して形成された凹凸形状等によって、摩擦力を生じさせて滑り止め効果を得ても良い。
【００２６】
基材８の幅方向における両端部の表面と裏面とを挟持するガイドローラ７１及びニップローラ７２のうち、ニップローラ７２は、ニップローラ７２の回転軸Ａ１が基材８に対して直交する軸線Ａ３回りに回転可能に設けられている。
ニップローラ７２と接触する基材８の緩み等が調整されるようにニップローラ７２の回転軸を回転させる。具体的には、搬送方向に沿って、基材８を引っ張ることで、基材８の弛みを矯正する、又は蛇行する基材８の軌道を修正する等、搬送時の基材８の動きを調整することが可能である。また、ニップローラ７２の回転軸Ａ２の角度はガイドローラ７１の回転軸Ａ３の回転軸の角度に対して５度以下と設定されることが好ましく、０．５度以上２度以下と設定されることがより好ましい。
このような回転可能な回転軸を有するローラを搬送ローラ部７に設ける場合には、図２Ｃのように、回転可能な回転軸を有するニップローラ７２の径が他方の回転可能な回転軸を持たないガイドローラ７１の径よりも小さいことが好ましい。また、他方のガイドローラ７１も、ニップローラ７２と同様に、回転可能な回転軸を有してもよい。
なお、ニップローラ７２またはガイドローラ７１の少なくともいずれか一方が回転可能な回転軸を有していれば良く、ニップローラ７２及びガイドローラ７１の双方が回転可能な回転軸を有していてもよい。
【００２７】
搬送ローラ部７により挟持された基材８は、第三ゾーン４と第一ゾーン２との間に設置された第一ゾーン仕切り板２２に設けられた複数の開口部を通って、第一ゾーン２に搬送される。
第一ゾーン２には、第一前駆体２１が導入されている。このため、基材８が第一ゾーン２を通過する際に、第一前駆体２１が基材８の両面に吸着する。
基材８が第一ゾーン２を通過する間、基材８の両端部のみが搬送ローラ部７により挟持されている。このため、第一前駆体２１が吸着した基材８の両面は、巻き取り成膜装置１内に配置された機械部品に触れない。
【００２８】
第一前駆体２１を形成する材料は、基材８の表面に堆積され所望の材料に応じて適宜選択される。例えば、基材８の表面に堆積される材料が酸化アルミニウムの場合には、第一前駆体２１を形成する材料としてトリメチルアルミニウムが使用される。
なお、使用される第一前駆体２１の材料としては、所望の堆積膜に応じて、非特許文献１に示されている材料が使用できる。
【００２９】
第一ゾーン２における基材８の搬送速度は、第一ゾーン２を基材８が通過する時間が飽和吸着時間より長くないように、飽和吸着時間と通過時間とから算出される。
【００３０】
第一ゾーン２で第一前駆体２１が飽和吸着した基材８は、第一ゾーン２と第三ゾーン４との間に設置された第一ゾーン仕切り板２２に設けられた複数の開口部を通って、再度、第三ゾーン４へ搬送される。
なお、第一ゾーン２内のガスは、真空ポンプによって排気され、第三ゾーン４内の圧力は、第一ゾーン２内の圧力より高く保たれている。従って、第一ゾーン２に導入される第一前駆体２１は、第三ゾーン４に拡散し難い。第一前駆体２１が第一ゾーン２に導入される場合の第一ゾーン２と第三ゾーン４との圧力差は、０．０１以上１Ｐａ以下であることが好ましい。
【００３１】
次に、搬送ローラ部７により挟持された基材８は、第三ゾーン４と第二ゾーン３との間に設置された第二ゾーン仕切り板３２に設けられた複数の開口部を通って、第二ゾーン３へ搬送される。
基材８が第三ゾーン４を通過する間に、基材８に吸着した余剰の第一前駆体２１は気化し、パージされる。第三ゾーン４における基材８の搬送速度は、十分なパージ時間が得られるように、通過距離から算出される。
【００３２】
第二ゾーン３には、第二前駆体３１が導入される。基材８が第二ゾーン３を通過する間に、基材８の両面に吸着した第一前駆体２１の吸着物が、第二前駆体３１と反応し、所望の材料膜が生成される。
基材８が第二ゾーン３を通過する間、基材８の両端部のみが搬送ローラ部７により挟持される。このため、第一前駆体２１の吸着物と第二前駆体３１とが反応する際、基材８の両面は、巻き取り成膜装置１内に配置された機械部品に触れない。
【００３３】
第二前駆体３１を形成する材料は、基材８の表面に堆積される所望の材料に応じて適宜選択される。例えば、基材８の表面に堆積される材料が酸化アルミニウムの場合には、水、オゾン、又は原子状酸素が第二前駆体３１を形成する材料として使用される。
なお、使用される第二前駆体３１の材料としては、所望の堆積膜に応じて、非特許文献１に示されている材料が使用できる。
【００３４】
第二ゾーン３における基材８の搬送速度は、第二ゾーン３を基材８が通過する時間よりも反応時間が長くなるように、反応時間と通過距離とから算出される。
【００３５】
第二ゾーン３で第一前駆体２１の吸着物と第二前駆体３１とが反応した後、基材８は第二ゾーン３と第三ゾーン４との間に設置された第二ゾーン仕切り板３２に設けられた複数の開口部を通って、再度、第三ゾーン４へ搬送される。
なお、第二ゾーン３内のガスは真空ポンプによって排気され、第三ゾーン４内の圧力は、第二ゾーン３内の圧力より高く保たれている。従って、第二ゾーン３に導入される第二前駆体３１は、第三ゾーン４に拡散し難い。第二前駆体３１が第二ゾーン３に導入される場合の第二ゾーン３と第三ゾーン４との圧力差は、０．０１以上１Ｐａ以下程度であることが好ましい。
【００３６】
以上の工程が、原子層堆積の１回のサイクルである。この１回のサイクルによって、１つの原子層が基材８の表面に堆積される。このサイクルを複数回繰り返すことにより、基材８の表面に所望の膜厚を有する原子層堆積膜を形成できる。
ここで、図１に示す巻き取り成膜装置１は、第一ゾーン２、第二ゾーン３、及び第三ゾーン４の３つのゾーンを有しているが、上記のサイクルを複数回繰り返すことができるようにゾーンが配置されていれば、ゾーンの数は特に制限されない。図１に示した巻き取り成膜装置１は、上から順に、第一ゾーン２、第三ゾーン４、及び第二ゾーン３の３つのゾーンが配置されているが、例えば、上から順に、第一ゾーン２、第三ゾーン４、第二ゾーン３、第一ゾーン２、第三ゾーン４、及び第二ゾーン３の６つのゾーンが配置されてもよい。
なお、上記サイクルが複数回繰り返される間、基材８の搬送速度は、前述の第一ゾーン２、第二ゾーン３、及び第三ゾーン４に、基材８を曝すために必要な時間と基材８が各ゾーンを通過する通過距離とから算出された複数の搬送速度の中から一番低い速度に設定される。
【００３７】
上記サイクルが複数回繰り返され、基材８の表面に所望の膜厚を有する原子層堆積膜が形成された後、基材８は、巻き取りロール６２により巻き取られる。
第三ゾーン４と巻取りロール６２が設置されている巻き取り室６との間には、仕切り板が設置されている。仕切り板には、基材８が通過する巻き取り室開口部６１が設けられている。基材８は、原子層堆積膜の成膜後、巻き取り室開口部６１を通って、第三ゾーン４から巻き取り室６へ搬送される。
【００３８】
なお、搬送ローラ部７は、第一ゾーン２、第二ゾーン３、又は第三ゾーン４のうちいずれか１つのゾーン内に配置されることが好ましい。換言すれば、搬送ローラ部７は、第一ゾーン２、第二ゾーン３、又は第三ゾーン４のうち複数のゾーンを跨がないように配置されることが好ましい。搬送ローラ部７が、複数のゾーンを跨がないように配置される場合、搬送ローラ部７、具体的には、ガイドローラ７１及びニップローラ７２の表面に原子層堆積膜が形成されることを好適に抑制できる。
【００３９】
また、上記の各種仕切り板に設けられた開口部には図３Ａ及び図３Ｂに示すようなガイドレール９を設けることが好ましい。ガイドレール９は、ゾーンの間に配置された仕切り板に設けられた開口部を通過する基材８が仕切り板に接触しにくくするための補助具である。ガイドレール９を用いることにより、基材８は精度よく開口部を通って搬送される。このため、開口部の大きさ（開口部幅寸法Ｘ）を小さく形成できる。これにより、第一ゾーン２及び第二ゾーン３に導入されている前駆体の第三ゾーン４のパージガス４１によるコンタミネーションを低く抑えることができる。
例えば、ガイドレール９が設けられていない場合は、開口部幅寸法Ｘが約５ｍｍの開口部が必要である。一方、ガイドレール９を設ける場合は、開口部幅寸法Ｘが約１ｍｍであればよい。
また、ガイドレール９は基材８の両端部を挟み込むように設置されることが好ましい（例えば図３Ａ参照）。ローラ対７０と基材８との接触部及びガイドレール９と基材８との接触部を一致させることで、基材８の損傷領域を抑えることができる。
なお、ガイドレール９の設置箇所は、基材８の厚み又は搬送速度に応じて適宜設定して問題ない。しかしながら、基材８の剛性が低く基材８の搬送時に基材８が著しく不安定な動きを示す場合は、搬送ローラ部７を仕切り板付近に設置することが好ましい。
【００４０】
次に、上記実施形態に係る巻き取り成膜装置１の作用について説明する。
上記の構成を有する上記実施形態に係る巻き取り成膜装置１によれば、基材８の両端のみが保持され、搬送ローラ部７と基材８との接触部が基材８の両端部に制限される。これにより、ガイドローラ７１又はニップローラ７２と基材８との接触範囲を必要最低限に抑えることができる。また、搬送ローラ部７との接触により損傷する基材８の領域を小さくできる。
そして、ガイドローラ７１とニップローラ７２とを有するローラ対７０を、基材８の一端に一つ配置するのではなく、基材８の両端に各々一つずつ設置することで、基材８の両端を同時に保持でき、基材８を弛ませることなく搬送できる。これにより、基材８の搬送時に基材８とローラ対７０との接触部分に生じる擦れ又はスリップを軽減できる。
また、ローラ対７０にて基材８を挟持することにより、基材８をしっかりとはさみこむことができ、搬送時の基材８のずれを軽減できる。これにより、基材８の搬送時に基材８とローラ対７０との接触部分に生じる擦れ又はスリップをより軽減できる。
さらに、ガイドローラ７１の外周面に溝形状７１１を形成することで基材８に対して摩擦力を生じさせることができる。これにより、基材８の搬送時に基材８とローラ対７０との接触部分に生じる擦れ又はスリップをより一層軽減できる。
【００４１】
また、回転可能な回転軸Ａ２を有するニップローラ７２を設けることで、ニップローラ７２の方向を調整し、ニップローラ７２の方向を基材８に追従させ動かすことができる。また、基材８が常に引っ張られるように基材８を搬送することで、基材８の弛みを矯正する、又は蛇行する基材８の軌道を修正することができる。これにより、常に弛みのない平面形状で基材８がローラ対７０に挿入される。このため、基材８とローラ対７０との接触により生じる擦れ又はスリップを軽減できる。
【００４２】
さらに、ガイドローラ７１に接続された駆動機構を作動させることで、ガイドローラ７１の回転速度を制御しながら基材８を搬送できる。また、上記駆動機構によらず一様な速度で基材８を搬送する場合と比較すると、基材８とローラ対７０とを安定して接触させ、基材８を変形させずに基材８を搬送できる。すなわち、基材８とローラ対７０とが接触する際の基材８の変形を防止できる。
【００４３】
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、本発明に係る巻き取り成膜装置の具体的な構成は上記実施形態に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、ガイドローラ７１またはニップローラ７２のいずれか一方を回転させる駆動機構について言及していないが、サーボモータ等の各種モータとガイドローラ７１またはニップローラ７２とを直接接続して制御し回転させても良いし、他の公知の駆動機構を使用してもよい。または、直接モータとローラとを連動させず、巻取りロールと駆動機構と連動させて基材８を搬送し、搬送される基材８によってガイドローラ７１又はニップローラ７２を回転させても良い。
【００４５】
また、上記実施形態では、ローラ対７０は、基材８の幅方向に離間して配置された異なる二つのローラであるガイドローラ７１とニップローラ７２とを有していたが、基材８の幅方向に離間して配置された異なる三つ以上のローラを有しても良い。或いは、このような離間を伴わずに一つのローラのみを有しても良い。基材８における緩み等の調整の観点からは、上記実施形態で示されたように、基材８の幅方向に離間して配置された二つのローラを有するローラ対７０がより好ましい。
【００４６】
次に、上記の巻き取り成膜装置１を用いたフィルムの製造方法について説明する。
上記の巻き取り成膜装置１を用いることで、基材８と、基材８の表面に形成された原子層堆積膜と、を備えるフィルムを製造できる。
すなわち、第一前駆体２１が導入される第一ゾーン２又は第二前駆体３１が導入される第二ゾーン３に基材８を搬送する第一の工程と、基材８の幅方向における両端部を、搬送ローラ部７を構成するガイドローラ７１及びニップローラ７２の一対の異なったローラから構成されるローラ対７０によって保持しながら、第一ゾーン２と第二ゾーン３の間を基材８を複数回往復させ、基材８の表面に前駆体を吸着させることにより原子層堆積膜を形成する第二の工程と、表面に原子層堆積膜が形成された基材８を巻き取る第三の工程と、を経ることで、基材８と、基材８の表面に形成された原子層堆積膜と、を備えるフィルムを製造できる。
【００４７】
第一の工程は、表面に原子層堆積膜が形成されていない基材８を、第一前駆体２１が導入される第一ゾーン２又は第二前駆体３１が導入される第二ゾーン３に搬送する工程である。このとき、図１に示す巻き取り成膜装置１のように、パージガス４１が導入される第三ゾーン４を通って、第一前駆体２１が導入される第一ゾーン２又は第二前駆体３１が導入される第二ゾーン３に基材８を搬送してもよい。通常、表面に原子層堆積膜が形成されていない基材８は、基材８に吸着して第二前駆体３１と反応する第一前駆体２１が導入される第一ゾーン２から順に搬送される。
【００４８】
第二の工程は、基材８の幅方向における両端部をローラ対７０によって保持しながら、第一ゾーン２と第二ゾーン３の間を基材８を複数回往復させて、基材８の表面に原子層堆積膜を形成する工程である。このとき、図１に示す巻き取り成膜装置１のように、余剰の前駆体をパージするために、パージガス４１が導入される第三ゾーン４を経由して基材８を往復させることが好ましい。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定されない。
［使用材料］
本実施例で使用した材料を以下に示す。
実施例１及び比較例１では、基材Ａとしてポリエステルフィルム（厚み１００μｍ）を、第一前駆体Ｂとしてトリメチルアルミニウム（窒素ガスをキャリアとして使用）を、第二前駆体Ｃとしてイオン水（窒素ガスをキャリアとして使用）を、そして、不活性ガスＤとして窒素ガスを共通して使用した。
また、実施例１では、凹凸形状として表面に溝を有するガイドローラと、ニップローラと、を備える搬送ローラ部Ｘを使用した。これに対し、比較例１では、凹凸形状として表面に溝を有さないガイドローラと、搬送ローラ部Ｘが備える上記ニップローラと同じニップローラと、を備える搬送ローラ部Ｙを使用した。【００５０】
（巻き取り成膜装置１による成膜方法）
原子層堆積のサイクルを１００回繰り返すことが可能な巻き取り成膜装置１を使用し、原子層堆積のサイクルを１００回繰り返して原子層を堆積した。
先ず、巻き出しロール６２に取り付けられた基材Ａは、第三ゾーン４に搬送され、第三ゾーン４に配置された搬送ローラ部（Ｘ又はＹ）を通って、第一ゾーン２に搬送される。第一ゾーン２には第一前駆体Ｂを導入し、第一ゾーン２の圧力を５０Ｐａに設定することで、第一ゾーン２の内の排気量とガスの流量とを調整した。そして、基材Ａが搬送ローラ部（Ｘ又はＹ）を通って第一ゾーン２内を移動する間に、基材Ａの両面に第一前駆体Ｂが飽和吸着した。
両面に第一前駆体Ｂが飽和吸着した基材Ａは再び、第三ゾーン４に搬送された。第三ゾーン４にはパージガスＤを導入し、第三ゾーン４の圧力をおよそ５０．５Ｐａに設定することで、第三ゾーン４のガス流量を調整した。そして、基材Ａが第三ゾーン４内を移動する間に、余剰の第一前駆体Ｂがパージされた。余剰の第一前駆体Ｂが十分にパージされた後、基材Ａは第二ゾーン３へ搬送された。
第二ゾーン３には、第二前駆体Ｃを導入し、第二ゾーン３の圧力を５０Ｐａに設定することで、第二ゾーン３の内の排気量とガスの流量とを調整した。そして、基材Ａが搬送ローラ部（Ｘ又はＹ）を通って第二ゾーン３内を移動する間に、基材Ａの両面に飽和吸着した第一前駆体Ｂが第二前駆体Ｃと反応し、一つの原子層が基材Ａに堆積された。
なお、基材Ａの搬送速度は、第三ゾーン４における必要なパージ時間によって決められた。また、第一ゾーン２、第二ゾーン３、及び第三ゾーン４はすべて９０℃に保たれた状態で成膜を行った。【００５１】
（観察結果）
実施例１、比較例１ともに形成された酸化アルミ膜の厚みは１０ｎｍであった。
表面に凹凸形状として溝形状が形成されたガイドローラ用いた実施例１において形成された酸化アルミ膜を、電子顕微鏡を使用して観察し、酸化アルミ膜の端部を含む表面の損傷度を調べた。その結果、形成された酸化アルミ膜の表面に損傷は見られなかった。
一方、表面に凹凸形状として溝形状が形成されていないガイドローラを用いた比較例１において形成された酸化アルミ膜も、実施例１において形成された酸化アルミ膜と同様の方法で観察し、酸化アルミ膜の端部を含む表面の損傷度を調べた。その結果、基材の幅方向における中央部分であるローラ対との非接触部では、形成された酸化アルミ膜の表面に損傷は見られなかった。しかしながら、基材の幅方向における端部であるローラ対との接触部では、形成された酸化アルミ膜の表面に微細な傷が確認された。
以上から、表面に凹凸形状が形成されたガイドローラを用いる場合、ローラ対との接触部においても、基材表面に形成された堆積膜は損傷しないことが分かった。
また、表面に凹凸形状が形成されていないガイドローラを用いない場合でも、ローラ対との接触部以外の部分においては、基材表面に形成された堆積膜が損傷しないことが分かった。
これらのことから、表面に凹凸形状が形成されたガイドローラを用いて基材の両端部を挟持することによって、基材表面に形成された堆積膜は損傷しないことが分かった。
また、基材の両端部を挟持する場合のみならず、基材の一端部のみを挟持した場合においても、基材表面に形成された膜に生じる損傷は軽減できると推認される。
【符号の説明】
【００５２】
１…巻き取り成膜装置
２…第一ゾーン
３…第二ゾーン
４…第三ゾーン
５…巻き出し室
６…巻き取り室
７…搬送ローラ部
８…基材
９…ガイドレール
７１１…凹凸形状
Ｘ…開口部幅寸法
２１…第一前駆体
２２…第一ゾーン仕切り板
３１…第二前駆体
２３…第一ゾーン内排気
３２…第二ゾーン仕切り板
３３…第二ゾーン内排気
４１…パージガス
５１…巻き出し室開口部
５２…巻き出しロール
６１…巻き取り室開口部
６２…巻き取りロール
７０…ローラ対
７１…ガイドローラ
７２…ニップローラ
Ａ１…ガイドローラ７１の回転軸
Ａ２…ニップローラ７２の回転軸
Ａ３…基材８に対して直交する軸線
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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