(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中で基板を搬送する、基板搬送ローラであって、
前記基板を支持するための円筒形の外周面を有し、前記基板と同期して回転できる円筒状の第１シェルと、
前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、
前記内ブロックを貫通し、かつ支持するシャフトとを有し、
前記第１シェルの内周面と前記内ブロックの外周面との間に隙間部が形成され、
前記隙間部に、前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かってガスを導入し、
前記シャフト又は前記内ブロックが冷却液を流す流路を有し、
前記内ブロックの形状が円柱又は円筒状であり、
前記第１シェルの前記内周面と前記内ブロックの前記外周面との距離で定義される前記隙間部の広さが０．０５〜１ｍｍの範囲にある、基板搬送ローラ。
【請求項２】
前記隙間部の圧力が前記第１シェルの外側の圧力よりも高い、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項３】
前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かっての、前記隙間部への前記ガスの導入位置が前記第１シェルの幅方向の中央部を中心にして配置されている、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項４】
前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かっての、前記隙間部への前記ガスの導入が、前記シャフト又は前記内ブロックに配置された複数の孔を通じて行われ、
前記複数の孔は、前記シャフト又は前記内ブロックの軸方向に沿って形成されている、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項５】
前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かっての、前記隙間部への前記ガスの導入が、前記内ブロックに設けられたマニホールドを介して行われる、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項６】
前記マニホールドが前記内ブロックの幅方向に並んだ複数のマニホールドである、請求項５に記載の基板搬送ローラ。
【請求項７】
前記内ブロックは、前記基板の幅方向に並び、前記複数のマニホールドに対応する複数の分割ブロックを有し、
前記第１シェルは、前記分割ブロックに対応する複数の分割第１シェルを有する、請求項６に記載の基板搬送ローラ。
【請求項８】
前記分割第１シェルのそれぞれを前記内ブロック又は前記シャフトにベアリングを介して接続するための機構をさらに備えた、請求項７に記載の基板搬送ローラ。
【請求項９】
前記第１シェルと前記内ブロックとの間に、前記第１シェルと空隙部を介して配され、前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に前記ガスを導く複数の導通孔を有する第２シェルと、
前記第２シェルと前記シャフトとをベアリングを介して接続する、又は前記第２シェルと前記内ブロックとをベアリングを介して接続する第１接続機構と、
前記第１シェルと前記第２シェルとをベアリングを介して接続する第２接続機構と、
をさらに備えた、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項１０】
前記内ブロックは、前記基板の幅方向に並び、前記複数のマニホールドに対応して分割された複数の分割ブロックを有し、
前記第２シェルは、前記分割ブロックに対応する複数の第２分割シェルを有する、請求項９に記載の基板搬送ローラ。
【請求項１１】
前記ガスが前記第１シェルの端部のみから排出される、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項１２】
前記第１シェルが周囲に貫通孔を有しない、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項１３】
前記隙間部の圧力が１０〜１０００Ｐａである、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項１４】
前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かっての、前記隙間部への前記ガスの導入位置よりも前記第１シェルの幅方向の両端に向かった位置に配置され、ガス流出を低減するための漏れ止め構造をさらに備えた、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項１５】
前記第１シェルが前記シャフト又は前記内ブロックにベアリングを介して接続されており、
前記ベアリングは前記第１シェルの端部に配置されており、
前記ガスが前記ベアリングのみを通じて前記第１シェルの外側へと排出される、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項１６】
真空中に配置され、前記ガスを導入したときの、前記隙間部の平均圧力が、大気圧より低い、請求項１に記載の基板搬送ローラ。
【請求項１７】
請求項１に記載の基板搬送ローラを含むローラ搬送系と、
前記ローラ搬送系の搬送経路に設置された開口部と
前記開口部で前記基板に材料を付与するための成膜源と、
前記ローラ搬送系と前記成膜源とを収容している真空槽と、
を備えた、薄膜製造装置。
【請求項１８】
真空中において、ローラ搬送系の巻き出し位置から巻き取り位置へと前記基板を搬送する工程と、
前記基板に材料が付与されるように、前記ローラ搬送系の搬送経路に設置された開口部に向けて成膜源から材料を蒸発させる工程と、を含み、
前記ローラ搬送系が、請求項１に記載の基板搬送ローラを含む、薄膜製造方法。
【請求項１９】
前記ガスが前記第１接続機構の前記ベアリング及び前記第２接続機構の前記ベアリングのみを通じて前記第１シェルの外側及び前記第２シェルの外側へと排出される、請求項９に記載の基板搬送ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板搬送ローラ、薄膜製造装置及び薄膜製造方法に関する。
【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】
薄膜の生産性を高めるには、高堆積速度の成膜技術が必須である。真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition Method）等をはじめとする薄膜製造において、堆積速度の高速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ラから巻き出し、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ラに基板を巻き取る方法である。例えば、電子ビームを用いた真空蒸着源等の高堆積速度の成膜源と巻き取り式の薄膜製造方法とを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できる。【０００５】
このような連続巻き取り式の薄膜製造における成否を決める要因として、成膜時の熱負荷及び基板の冷却の課題がある。例えば真空蒸着の場合、成膜源からの熱輻射と、蒸発原子の有する熱エネルギーとが基板に付与され、基板の温度が上昇する。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る。こうした熱負荷によって基板の変形や溶断等が生じることを防ぐために、基板の冷却が行われる。冷却は必ずしも成膜中に限らず成膜領域以外の基板搬送経路においてなされてもよい。【０００６】
大気中でスラリー等を、ローラを用いて冷却する方式として、特許文献１には円筒体の筒壁に多数個のスリット又は孔を設け、該円筒体内に仕切板を設け、該仕切板に対して該円筒体を摺動回転可能とし、該仕切板で仕切った一室に冷却気体噴出管を設けたことを特徴とする冷却ローラが開示されている。これによれば多量の冷却ガスをスラリーに吹き付けることにより、スラリーから直接に熱を奪って冷却することができる。【０００７】
しかし、真空雰囲気では冷却ガスで直接熱を奪うほどの大流量のガスを用いることは真空を維持する上でできない。例えば、成膜中の基板の冷却方式として、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。この方法によれば、基板と円筒状キャンとの間の熱的な接触を確保すれば、熱容量の大きな冷却キャンに熱を逃がすことができるので、基板の温度の上昇を防ぐことが可能である。また、特定の冷却温度に基板の温度を保持することができる。冷却キャンによる基板の冷却は成膜領域以外の基板搬送経路においても有効である。【０００８】
基板と円筒状キャンとの間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。特許文献２には、基板であるウェブに薄膜を形成するための装置において、ウェブと支持手段との間の領域にガスを導入することが示されている。これによれば、ウェブと支持手段との間の熱伝導が確保できるので、ウェブの温度上昇を抑制することができる。【０００９】
さらに、薄膜の工業的安定生産のためには、設備状態の長時間安定性が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実開昭６０−１８４４２４号公報
【特許文献２】特開平１−１５２２６２号公報
【特許文献３】特開２０１０−７１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
長時間にわたって巻き取り式の薄膜製造を行うと、特に成膜後の基板搬送系には基板からの熱伝導で徐々に蓄熱が行われる。一般に搬送系には基板の接触によって受動的に回転する多数のフリーローラが配置されている。フリーローラは、一般的に、中心軸と、ベアリングを介して中心軸に接続されているローラシェルとによって構成される。真空中では基板とローラとの間の熱伝導は小さいので、ローラを通過する基板の冷却は少しずつしか行われない。しかし、ローラは基板搬送を継続して行うので、長時間成膜を行うとフリーローラへの蓄熱が進行する。そのため成膜後に巻き取りローラに至るまでの基板搬送系の温度が上昇し、搬送経路又は巻き取りローラにおいて基板に皺が発生したり、フリーローラの膨張による回転不良が発生したりする場合がある。【００１２】
その一方、搬送ローラを冷媒が循環する冷却ローラとした場合には、冷却ローラを駆動する必要があるので走行系の張力制御が複雑になる。特許文献３には、冷却ローラの外周方向に回転する中空円筒状の回転体（ローラ本体）と、この中空円筒状の回転体の長手方向の両端の開口をそれぞれ塞ぐように回転体に取り付けられた円板状の蓋状部材と、回転体の回転中心軸と、回転体の中空部に配置されて回転体とは非接触状態を保つ冷却筒とを備えた冷却ローラが開示されている。回転中心軸は、蓋状部材の中心部を貫通して回転体の中空部を貫通している。回転中心軸は、蓋状部材に軸受を介して取り付けられている。回転中心軸は固定されて回転しないが、回転体は従動回転するように構成されているので冷却可能なフリーローラを構成することができる。【００１３】
薄膜の工業的安定生産のためには、高真空下での幅広かつ高レートの成膜と、設備状態の長時間安定性とが必要である。ガス導入によるフリーローラの熱的安定化は、真空槽内へのガス流出ができるだけ少なくなるようなローラ構造と導入ガス量の調節とで行う必要がある。【００１４】
本発明の目的は、前記従来の課題を解決するもので、少ないガス導入量で基板搬送系におけるフリーローラの温度上昇を小さく抑え、長時間成膜における設備の安定性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
すなわち、本開示は、
真空中で基板を搬送する、基板搬送ローラであって、
前記基板を支持するための円筒形の外周面を有し、前記基板と同期して回転できる円筒状の第１シェルと、
前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、
前記内ブロックを貫通し、かつ支持するシャフトとを有し、
前記第１シェルの内周面と前記内ブロックとの間に隙間部が形成され、
前記隙間部に、前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かってガスを導入する、基板搬送ローラを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
上記基板搬送ローラによれば、第１シェルの内周面と内ブロックとの隙間にガスが導入されるので、成膜時間の経過に伴う第１シェルの蓄熱を内ブロックに逃がすことができる。従って、成膜時間の経過に伴う第１シェルの蓄熱及び温度上昇を防止することができる。また、内ブロックを介して第１シェルの内周面に向かってガスを導入することにより、導入ガスを無駄なく第１シェルの冷却に寄与させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】本発明の実施形態の一例を示す基板搬送ローラの断面模式図
【図１Ｂ】図１Ａに示す基板搬送ローラの軸方向に垂直な断面模式図
【図１Ｃ】漏れ止め構造の具体例を示す模式図
【図２Ａ】本発明の実施形態の別の一例を示す基板搬送ローラの断面模式図
【図２Ｂ】図２Ａに示す基板搬送ローラの軸方向に垂直な断面模式図
【図３Ａ】本発明の実施形態の別の一例を示す基板搬送ローラの断面模式図
【図３Ｂ】図３Ａに示す基板搬送ローラの軸方向に垂直な断面模式図
【図４Ａ】本発明の実施形態の別の一例を示す基板搬送ローラの断面模式図
【図４Ｂ】図４Ａに示す基板搬送ローラの軸方向に垂直な断面模式図
【図５Ａ】本発明の実施形態の別の一例を示す基板搬送ローラの断面模式図
【図５Ｂ】図５Ａに示す基板搬送ローラの軸方向に垂直な断面模式図
【図６Ａ】本発明の実施形態の別の一例を示す基板搬送ローラの断面模式図
【図６Ｂ】図６Ａに示す基板搬送ローラの軸方向に垂直な断面模式図
【図７Ａ】本発明の実施形態の別の一例を示す基板搬送ローラの断面模式図
【図７Ｂ】図６Ａに示す基板搬送ローラの軸方向に垂直な断面模式図
【図８】本発明の薄膜製造装置の一例を示す模式図
【図９】本発明の薄膜製造装置の別の一例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１の態様は、真空中で基板を搬送する、基板搬送ローラであって、
前記基板を支持するための円筒形の外周面を有し、前記基板と同期して回転できる円筒状の第１シェルと、
前記第１シェルの内部に配置され、前記基板と同期して回転することが禁止された内ブロックと、
前記内ブロックを貫通し、かつ支持するシャフトと、
前記第１シェルの内周面と前記内ブロックとの間に形成された隙間部と、
前記隙間部に、前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かってガスを導入するガス経路と、
を備えた、基板搬送ローラを提供する。
【００１９】
第２の態様は、第１の態様に加え、前記隙間部の圧力が前記第１シェルの外側の圧力よりも高くてもよい基板搬送ローラを提供する。このようにすれば、第１シェルを効率的に冷却することができる。
【００２０】
第３の態様は、第１又は第２の態様に加え、前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かっての、前記隙間部への前記ガスの導入位置が前記第１シェルの幅方向の中央部を中心にして配置されていてもよい基板搬送ローラを提供する。すなわち、隙間部にガスを導入するためのガス経路は、第１シェルの幅方向において、第１シェルの中央部を含む範囲に形成されていてもよい。また、第１シェルの幅方向の中央部が相対的に強く冷却され、第１シェルの幅方向の端部が相対的に弱く冷却されるように、ガス流路が形成されていてもよい。この構成によれば、幅方向において、第１シェルが均一に冷却されうる。
【００２１】
第４の態様は、第１〜第３の態様のいずれか１つに加え、前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かっての、前記隙間部への前記ガスの導入が、前記シャフト又は前記内ブロックに配置された複数の孔を通じて行われてもよい基板搬送ローラを提供する。すなわち、ガス経路としての複数の孔が内ブロックに形成されていてもよい。複数の孔を通じて、隙間部に前記ガスを導入することができる。
【００２２】
第５の態様は、第１〜第３の態様のいずれか１つに加え、前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かっての、前記隙間部への前記ガスの導入が、前記内ブロックに設けられたマニホールドを介して行われてもよい基板搬送ローラを提供する。すなわち、ガス経路は、内ブロックに設けられたマニホールドを含んでいてもよい。マニホールドを介して隙間部にガスを導入することができるので、第１シェルを均一に効率良く冷却することができる。
【００２３】
第６の態様は、第５の態様に加え、前記マニホールドが内ブロックの幅方向に並んだ複数のマニホールドであってもよい基板搬送ローラを提供する。これによって基板の幅方向における隙間部の圧力分布を調整し、ガス冷却の強度を変化させることが可能となる。
【００２４】
第７の態様は、第６の態様に加え、以下の構造を有していてもよい基板搬送ローラを提供する。前記内ブロックは、前記基板の幅方向に並び、前記複数のマニホールドに対応する複数の分割ブロックを有していてもよい。前記第１シェルは、前記分割ブロックに対応する複数の分割第１シェルを有していてもよい。このようにすれば、所望の冷却条件に応じた自己冷却ガスローラの構成を、分割ブロックや分割シェルの組み替えによって簡便に得ることができる。
【００２５】
第８の態様は、第７の態様に加え、前記分割第１シェルのそれぞれを前記内ブロック又は前記シャフトにベアリングを介して接続するための機構をさらに備えていてもよい基板搬送ローラを提供する。第１シェルを短スパン（short span）で強固に支持することができるので、第１シェルと内ブロックとの接触を防止することができる。
【００２６】
第９の態様は、第１〜第８の態様のいずれか１つに加え、第２シェル、第１接続機構及び第２接続機構をさらに備えていてもよい基板搬送ローラを提供する。前記第２シェルは、前記第１シェルと前記内ブロックとの間に、前記第１シェルと空隙部を介して配され、前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に前記ガスを導く複数の導通孔を有していてもよい。前記第１接続機構は、前記第２シェルと前記シャフトとをベアリングを介して接続してもよいし、又は前記第２シェルと前記内ブロックとをベアリングを介して接続してもよい。前記第２接続機構は、前記第１シェルと前記第２シェルとをベアリングを介して接続してもよい。この構成によれば、第２シェルをベルトやチェーン等を用いて駆動回転し、高速搬送においても第１シェルによって基板に擦り傷が生じることを防止することができる。
【００２７】
第１０の態様は、第８の態様に加え、以下の構造を有していてもよい基板搬送ローラを提供する。前記内ブロックは、前記基板の幅方向に並び、前記複数のマニホールドに対応して分割された複数の分割ブロックを有していてもよい。前記第２シェルは、前記分割ブロックに対応する複数の第２分割シェルを有していてもよい。この構成によれば、幅広の自己冷却ガスローラにおいても特に内面研削の加工精度を維持することが容易となる。
【００２８】
第１１の態様は、第１〜第１０の態様のいずれか１つに加え、前記ガスが前記第１シェルの端部のみから排出されてもよい基板搬送ローラを提供する。
【００２９】
第１２の態様は、第１〜第１１の態様のいずれか１つに加え、前記第１シェルが周囲に貫通孔を有していなくてもよい基板搬送ローラを提供する。第１１及び第１２の態様によれば、ガスを効率良く冷却に用いることができる。
【００３０】
第１３の態様は、第１〜第１２の態様のいずれか１つに加え、前記内ブロックが、前記第１シェルと同じ中心軸を持った円柱又は円筒状であってもよい基板搬送ローラを提供する。この構成によれば、第１シェルの半径方向における隙間部の広さを一定に保ちやすい。
【００３１】
第１４の態様は、第１〜第１３の態様のいずれか１つに加え、前記第１シェルと前記内ブロックとの最近接部での前記隙間部の広さが０．０５〜１ｍｍであってもよい基板搬送ローラを提供する。
【００３２】
第１５の態様は、第１〜第１４の態様のいずれか１つに加え、前記隙間部の圧力が１０〜１０００Ｐａであってもよい基板搬送ローラを提供する。第１４及び第１５の態様よれば、第１シェル１１と内ブロック１２との間の伝熱効率を高めることができる。
【００３３】
第１６の態様は、第１〜第１５の態様のいずれか１つに加え、前記内ブロックから前記第１シェルの前記内周面に向かっての、前記隙間部への前記ガスの導入位置よりも前記第１シェルの幅方向の両端に向かった位置に配置され、ガス流出を低減するための漏れ止め構造をさらに備えていてもよい基板搬送ローラを提供する。すなわち、ガス経路の位置から第１シェルの幅方向の両端に向かった位置に漏れ止め構造が設けられていてもよい。本構成によって、ガスを効率良く冷却に用いることができる。
【００３４】
第１７の態様は、第１〜第１６の態様のいずれか１つに加え、前記シャフト又は前記内ブロックが冷却液を流す流路を有していてもよい基板搬送ローラを提供する。この構成によれば、第１シェルをより効率的に冷却できる。
【００３５】
第１８の態様は、第１の態様に加え、前記第１シェルが前記シャフト又は前記内ブロックにベアリングを介して接続されていてもよい基板搬送ローラを提供する。この構成によれば、第１シェル１１がスムーズに回転できる。
【００３６】
第１９の態様は、第１〜第１８の態様のいずれか１つに加え、真空中に配置され、前記ガスを導入したときの、前記隙間部の平均圧力が、大気圧より低くてもよい基板搬送ローラを提供する。隙間部の平均圧力をこのような圧力に設定することによって、第１シェルから漏れ出す冷却ガスの量を少なくし、真空装置の真空度を大きく悪化させることなく、第１シェルと内ブロックとの間の伝熱効率を高めることができる。
【００３７】
本開示は、また、
第１〜第１９の態様のいずれか１つの基板搬送ローラを含むローラ搬送系と、
前記ローラ搬送系の搬送経路に設置された開口部と
前記開口部で前記基板に材料を付与するための成膜源と、
前記ローラ搬送系と前記成膜源とを収容している真空槽と、
を備えた、薄膜製造装置を提供する。
【００３８】
上記の開示によれば、自己冷却型のフリーローラを用いたときの真空度の悪化を抑え、フリーローラの熱的安定性を長時間にわたって保つことができる装置をコンパクトに実現することができる。つまり、長時間にわたって熱的に安定な薄膜製造装置を提供することができる。
【００３９】
本開示は、また、
真空中において、ローラ搬送系の巻き出し位置から巻き取り位置へと前記基板を搬送する工程と、
前記基板に材料が付与されるように、前記ローラ搬送系の搬送経路に設置された開口部に向けて成膜源から材料を蒸発させる工程と、を含み、
前記ローラ搬送系が、第１〜第１９の態様のいずれか１つの基板搬送ローラを含む、薄膜製造方法を提供する。
【００４０】
上記の開示によれば、フリーローラの熱的安定性を長時間にわたって保つことができる。従って、長時間にわたって巻き取り式の薄膜製造を安定して実施できる。
【００４１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。基板搬送ローラの構造の一例を実施の形態１〜６に示す。以下、基板搬送ローラを自己冷却ガスローラと呼ぶ。
【００４２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を、図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら説明する。本実施の形態に係る自己冷却ガスローラを図１Ａ及び図１Ｂに模式的に示す。
【００４３】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、自己冷却ガスローラ６Ａは基板と同期して回転する第１シェル１１と、基板と同期回転しない内ブロック１２と、内ブロック１２を支持するシャフト１０とを有している。第１シェル１１は、基板を支持するための円筒形の外周面１１ｐを有する。内ブロック１２は、第１シェル１１の内部に配置されている。内ブロックは、全体として、円柱又は円筒の形状を有している。シャフト１０は、内ブロック１２を貫通して、内ブロック１２を支持している。シャフト１０及び内ブロック１２の中心軸Ｏは、第１シェル１１の中心軸Ｏ（回転軸）に一致している。
【００４４】
第１シェル１１は、ベアリング１８を介してシャフト１０に接続されており、基板と同期して回転する。内ブロック１２は、中空円柱の第１シェル１１の中空部分に配置されている。ただし、第１シェル１１は、ベアリング１８を介して内ブロック１２に接続されていてもよい。
【００４５】
第１シェル１１と内ブロック１２との間には、ガスが導入されるマニホールド１４と、マニホールド１４以外に設定された隙間部１５とが形成されている。
【００４６】
マニホールド１４は、内ブロック１２の一部をくり抜いて形成され、内ブロック１２の第１ガス流路７又は内ブロック１２を支持するシャフト１０の第１ガス流路７に接続されている。
【００４７】
このような構成によって、シャフト１０内の第１ガス流路７から、内ブロック１２に設けたマニホールド１４を介して、隙間部１５にガスを導入することができるので、第１シェル１１を均一に効率良く冷却することができる。
【００４８】
さらに具体的には、熱負荷を受けた基板を自己冷却ガスローラ６Ａで搬送する際に、第１シェル１１は、抱き角の範囲で基板から若干の受熱をしながら、内ブロック１２によってガス冷却されうる。また、抱き角の範囲外では、第１シェル１１は、基板から受熱することなく内ブロック１２によってガス冷却されうる。「抱き角」は、第１シェル１１と基板との接触部分の角度である。
【００４９】
このように第１シェル１１の回転に伴い、第１シェル１１は基板からの受熱を断続的に繰り返しながら、ガス冷却によって内ブロック１２への放熱を行うので、自己冷却機能を持たない通常の搬送ローラに比べて安定した冷却動作を長時間にわたって発揮できる。
【００５０】
なお、マニホールド１４は、第１シェル１１の幅方向の中央部を中心にして配置されていることが望ましい。このようにすることによって、幅方向の冷却を均一にすることができる。具体的に、第１シェル１１の幅方向の中央部が相対的に強く冷却され、第１シェル１１の幅方向の端部が相対的に弱く冷却されるように、内ブロック１２にマニホールド１４が形成されていてもよい。なお、第１シェル１１の幅方向は、第１シェル１１の回転軸Ｏ（シャフト１０の中心軸）に平行な方向を意味する。第１シェル１１の幅方向は、基板の幅方向に一致する。
【００５１】
さらに、自己冷却ガスローラ６Ａにおいて、第１シェル１１の冷却をさらに効率的に行なう目的で、温度上昇を防ぐための冷却水の水流路４６がシャフト１０に設けられている。冷却手段は水に限定されず、液状やガス状の各種冷媒を用いることができる。水流路４６は、内ブロック１２に形成されていてもよい。すなわち、シャフト１０及び／又は内ブロック１２は、冷却液を流す流路を有していてもよい。
【００５２】
なお、第１シェル１１の直径は、例えば４０〜１０００ｍｍである。第１シェル１１が大きい方が冷却能力は得やすいが、大きすぎると真空槽の中で自己冷却ガスローラ６Ａが占有する体積が大きくなり、薄膜製造装置が大型化して設備コストが増大する。また、直径が大きい程、熱膨張による変形の絶対値が大きくなるので、第１シェル１１の軸方向長さが長い場合に、第１シェル１１と内ブロック１２との隙間の精度を維持することが困難になる。一方、第１シェル１１の直径が小さくなると第１シェル１１の内面の研削加工精度を確保することが困難となる。
【００５３】
なお、第１シェル１１の軸方向長さは、安定走行のために基板の幅より長くすることが望ましく、基板の幅に応じて例えば１００〜８００ｍｍである。また、基板を搬送する領域における第１シェル１１の肉厚は、例えば２〜１５ｍｍである。肉厚が薄いと基板の張力によって第１シェル１１の変形が起きやすく、第１シェル１１が厚いと、自己冷却ガスローラ６Ａの回転が重くなる。これらの範囲は例示にすぎず、自己冷却ガスローラ６Ａが例示した範囲外の寸法を有していてもよい。
【００５４】
なお、第１シェル１１と内ブロック１２との最近接部での隙間が０．０５〜１ｍｍであることが望ましい。このような隙間に設定することによって、第１シェル１１と内ブロック１２との間の伝熱効率を高めることができる。言い換えれば、第１シェル１１と内ブロック１２との最近接部において、隙間部１５の広さが、０．０５〜１ｍｍの範囲に調節されていてもよい。隙間部１５の広さは、第１シェル１１の内周面と内ブロック１２の外周面との距離で定義されうる。
【００５５】
なお、内ブロック１２から第１シェル１１の内周面に向かっての、隙間部１５へのガスの導入位置よりも第１シェル１１の幅方向の両端に向かった位置に、ガス流出を低減するための漏れ止め構造が配置されていることが望ましい。図１Ｃに示すように、漏れ止め構造としては、例えば、第１シェル１１の幅方向の端部の隙間部１５に、ガスの流出方向に対向するように、アルミブロックや邪魔板１３を設けることが考えられる。本構成によってガスを効率良く冷却に用いることができる。隙間部１５における第１シェル１１と内ブロック１２との空隙は、マニホールド１４に比べて小さく設定され、例えば５０〜１０００μｍである。空隙が大きすぎると隙間部１５を介した熱伝導が低下し、冷却効果が得られにくい。空隙が小さすぎると、加工精度や、熱膨張による変形等によって、第１シェル１１と内ブロック１２とが接触し、回転異常や自己冷却ガスローラ６Ａの損傷が発生するリスクが高まる。
【００５６】
なお、隙間部１５にガスを導入したとき、隙間部１５の圧力は、例えば、第１シェル１１の外側（真空槽の内部）の圧力よりも高い。つまり、ガスを導入したときの、隙間部１５の平均圧力は、真空槽中の平均圧力より高く、大気圧より低く設定される。隙間部１５の圧力（平均圧力）は、例えば、１０〜１０００Ｐａであることが望ましい。このような圧力に設定することによって、第１シェル１１の両端から漏れ出す冷却ガスの量を少なくし、真空装置の真空度を大きく悪化させることなく、第１シェル１１と内ブロック１２との間の伝熱効率を高めることができる。また、漏れ出す冷却ガスの量が少なくなることより、排気ポンプの負荷を小さくすることにもつながる。
【００５７】
隙間部１５の圧力は、隙間部１５のコンダクタンスから理論的に計算できる。隙間部１５の複数の位置で計算を行い、得られた値を平均することによって、平均圧力を算出できる。隙間部１５の現実の圧力を知るために、以下の操作を行うことができる。自己冷却ガスローラ６Ａと同じ構造を有しているが回転できない圧力測定用ローラを作製し、その圧力測定用ローラの隙間部に真空ゲージを取り付ける。自己冷却ガスローラ６Ａの実際の使用条件下に圧力測定用ローラを置き、圧力測定用ローラに冷却ガスを供給し、真空ゲージの値を読み取る。これにより、隙間部１５の現実の圧力を知ることができる。
【００５８】
なお、シャフト１０と内ブロック１２とは一体構造であってもよい。これによってシャフト１０の第１ガス流路７からマニホールド１４に導入された冷却ガスが、マニホールド１４を介して、内ブロック１２と第１シェル１１の内周面とで構成される隙間部１５に供給される。第１ガス流路７は、内ブロック１２に相当する部分に形成されていてもよい。
【００５９】
なお、第１シェル１１は周囲に貫通孔を有していない。つまり、第１シェル１１の基板搬送面１１ｐ（円筒状の外周面１１ｐ）には孔があいていない。ガスが第１シェル１１の端部のみから第１シェル１１の外側に排出される。本実施形態では、第１シェル１１の回転軸Ｏに平行な方向において第１シェル１１の両端部に配置されたベアリング１８（例えば、ボールベアリング）のみを通じて、第１シェル１１の内部から第１シェル１１の外部へとガスが排出される。このようにすることによってガスを効率良く冷却に用いることができる。
【００６０】
以上のような自己冷却ガスローラ６Ａの構造により、第１シェル１１は回転に伴って、マニホールド１４と、隙間部１５に対向して移動する。ガス冷却の熱伝導係数は隙間部１５に対向したときの方が、マニホールド１４に対向したときに比べてはるかに大きいので、第１シェル１１は、主に隙間部１５に対向しているときに冷却される。従って、冷却強度分布より冷却能力を優先する場合には、マニホールド１４は、分布と加工容易性に問題がなければ省略することもできる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、内ブロック１２にマニホールド１４を形成したが、マニホールド１４を内ブロック１２の外面に形成することは必須ではない。例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示す自己冷却ガスローラ６Ｂのように、シャフト１０と内ブロック１２とのなす空間（マニホールド１４）を形成し、内ブロック１２の最外周にガス経路となる１つ又は複数の孔１２ｈを形成し、マニホールド１４に接続されたガス導入口１０ｈと孔１２ｈとを連通させることによっても、内ブロック１２から第１シェル１１の内周面に向かってガスを導入することができる。ガス導入口１０ｈからマニホールド１４に至るガス経路は、シャフト１０に沿った配管に横笛状に穴を並べたものであってもよいし、マニホールド１４の中央部付近までガス配管を突き刺したような構造であってもよい。
【００６２】
（薄膜製造装置への適用）
また、本実施形態の自己冷却ガスローラ６Ａは、薄膜製造装置に適用することができる。薄膜製造装置は、上述の自己冷却ガスローラ６Ａを含むローラ搬送系と、搬送系の搬送経路に設置された開口部と、開口部で基板に材料を付与するための成膜源と、ローラ搬送系と成膜源とを収容する真空槽とを有する。真空槽は、排気ポンプで減圧されうる。本構成によってガス冷却における冷却ガスを効率的に用いることができるため、冷却時の真空度の悪化を防止できる。
【００６３】
そのため、ローラの温度上昇を防ぎ、高真空下で高品質な薄膜を得ることができる。以下に本実施形態の薄膜製造装置について説明する。
【００６４】
薄膜製造装置２０Ａの全体の構成の一例を、図８に模式的に示す。真空槽２２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芯ローラ２３、複数の搬送ローラ２４、巻き芯ローラ２６、キャン２７、自己冷却ガスローラ６Ａ、成膜源１９、遮蔽板２９及び原料ガス導入管３０を収容する。巻き芯ローラ２３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２１が捲回され、最も近接する搬送ローラ２４に向けて基板２１を供給する。
【００６５】
巻き芯ローラ２３（巻き出し位置）、複数の搬送ローラ２４、巻き芯ローラ２６（巻き取り位置）、キャン２７及び複数の自己冷却ガスローラ６Ａによってローラ搬送系５０Ａが形成されている。ローラ搬送系５０Ａは、自己冷却ガスローラ６Ａを１つのみ有していてもよい。自己冷却ガスローラ６Ａに代えて、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明した自己冷却ガスローラ６Ｂを使用することができる。自己冷却ガスローラ６Ａに代えて、後述する他の実施形態に係る自己冷却ガスローラを使用することもできる。ローラ搬送系５０Ａは、互いに異なる構造を有する複数の種類の自己冷却ガスローラを有していてもよい。
【００６６】
排気手段３７は真空槽２２の外部に設けられて、真空槽２２の内部を薄膜の形成に適する減圧状態にする。排気手段３７は、例えば、油拡散ポンプ、クライオポンプ、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを主ポンプとした各種真空排気系によって構成される。
【００６７】
基板２１には、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、チタニウム箔、ステンレス箔を始めとする各種金属箔、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、ポリイミドを始めとする各種高分子フィルム、高分子フィルムと金属箔との複合体、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できる。基板２１の幅は例えば５０〜１０００ｍｍであり、基板２１の望ましい厚みは例えば３〜１５０μｍである。基板２１の幅が５０ｍｍ未満では生産効率が低いが、本実施形態の自己冷却ガスローラ６Ａを適用できないということではない。基板２１の厚みが３μｍ未満では基板２１の熱容量が極めて小さいために熱変形が発生しやすいが、いずれも本実施形態の自己冷却ガスローラ６Ａが適用不可であることを示すものではない。基板２１の搬送速度は作製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２１の走行方向に印加される張力は、基板２１の材質、基板２１の厚み、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。
【００６８】
搬送ローラ２４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、巻き芯ローラ２３から供給される基板２１を成膜領域に誘導し、最終的に巻き芯ローラ２６に導く。成膜領域に設けられた開口部３１を基板２１がキャン２７に沿って走行する際に、成膜源１９から飛来した材料粒子が、必要に応じて原料ガス導入管３０から導入された原料ガスと反応して堆積し、基板２１の表面に薄膜が形成される。巻き芯ローラ２６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、薄膜が形成された基板２１を巻き取って保存する。
【００６９】
成膜源１９には各種成膜源を用いることができ、例えば抵抗加熱、誘導加熱、電子ビーム加熱などによる成膜源、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できる。また、成膜源１９に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１９は、開口部３１の最下部の鉛直方向の下方に設けられて、鉛直方向の上部が開口している容器状部材である。蒸発用坩堝１９が成膜源の具体的な一例である。蒸発用坩堝１９の内部には材料が載置される。成膜源１９の近傍には電子銃等の加熱手段が設けられ、この電子銃からの電子ビーム等によって、蒸発用坩堝１９の内部の材料が加熱されて蒸発する。材料の蒸気は鉛直方向の上方に向けて移動し、開口部３１を介して、基板２１の表面に付着して薄膜が形成される。
【００７０】
遮蔽板２９は、蒸発用坩堝１９から飛来した材料粒子が基板２１と接触する領域を開口部３１のみに制限している。
【００７１】
本実施形態の薄膜製造装置２０Ａは、さらに、反応成膜用の成膜ガスを導入する手段を設けてもよい。この成膜ガス導入手段としては、例えば、図８の成膜反応用ガス導入管３０である。成膜反応用ガス導入管３０は、例えば一端が蒸発用坩堝１９の鉛直方向の上方に配置され、他端が真空槽２２の外部に設けられる図示しない成膜反応用ガス供給手段に接続される管状部材であり、材料の蒸気に例えば酸素、窒素などを供給する。これによって、成膜源１９から飛来した材料の酸化物、窒化物又は酸窒化物を主成分とする薄膜が基板２１の表面に形成される。成膜反応用ガス供給手段には、ガスボンベ、ガス発生装置などがある。
【００７２】
開口部３１において成膜源１９から飛来した蒸気及び必要に応じて酸素、窒素などの供給を受け、薄膜が形成された基板２１は、自己冷却ガスローラ６Ａ、搬送ローラ２４を経由して巻き芯ローラ２６に巻き取られる。
【００７３】
本実施形態の薄膜製造方法は、基板２１を搬送する工程と、成膜源１９から材料を蒸発させる工程とを含む。詳細には、基板２１は、ローラ搬送系５０Ａの巻き芯ローラ２３から巻き芯ローラ２６へと搬送される。基板２１に材料が付与されるように、ローラ搬送系５０Ａの搬送経路に設置された開口部３１に向けて成膜源１９から材料が蒸発する。
【００７４】
一方の巻き芯ローラから他方の巻き芯ローラに至る基板搬送経路の途中に、搬送ローラ２４を置き換えた形で自己冷却ガスローラ６Ａが設置され、高温の基板２１によるローラの温度上昇が防止される。どの搬送ローラを自己冷却ガスローラ６Ａにするかは、プロセス仕様などによって適宜決定される。例えば、成膜直後の搬送ローラや、抱き角の大きな搬送ローラが選択基準のひとつである。自己冷却ガスローラ６Ａは複数あってもよく、全ての搬送ローラを自己冷却ガスローラ６Ａにすることもできる。
【００７５】
第１シェル１１と内ブロック１２との間の熱伝達係数の向上は、自己冷却ガスローラ６Ａの表面と内ブロック１２の温度と、自己冷却ガスローラ６Ａを通過する前後での基板温度を、熱電対等を用いて測定し、ガス導入の有無による各熱電対の温度変化から算出することができる。ガス冷却による熱伝達係数は、ローラの構成材料の種類にもよるが、例えば０．００３Ｗ／ｃｍ2／Ｋである。また、成膜位置の幅方向の中心部に、端部に比べてより多くのガスを流すことで、成膜幅の中心位置でのローラ冷却を強化することができ、ローラのたわみ発生及び基板のたわみ発生を抑制できる。
【００７６】
以上のように、薄膜製造装置２０Ａによれば、巻き芯ローラ２３から送り出された基板２１が、自己冷却ガスローラ６Ａへの置き換えも含めた搬送ローラ２４を経由して走行し、巻き芯ローラ２６に巻き取られる。巻き芯ローラ２３から巻き芯ローラ２６への途上において、開口部３１において成膜源１９から飛来した蒸気及び必要に応じて酸素、窒素などの供給を受けて基板２１の上に薄膜が形成される。これらの動作において、薄膜製造装置２０Ａは自己冷却ガスローラ６Ａの温度上昇を抑制した巻き取り成膜を行うことができる。
【００７７】
自己冷却ガスローラ６Ａに導入する冷却ガスは、アルゴンガスとヘリウムガスを用いる場合について述べたがこれらに限定されず、ネオンガス、キセノンガス、クリプトンガス等の不活性ガスや、酸素ガス、水素ガスを冷却ガスに用いてもよい。
【００７８】
図９に示すように、薄膜製造装置２０Ｂは、複数の成膜源１９、複数の開口部３１及び複数のキャン２７を有するローラ搬送系５０Ｂを備えている。ローラ搬送系５０Ｂによれば、基板２１の両面に薄膜を形成できる。
【００７９】
発明を実施するための形態として図面を用いて具体的に述べたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、基板２１と同期して回転する円筒状の第１シェル１１と、基板２１と同期回転しない内ブロック１２と、内ブロック１２を貫通するシャフトを有し、第１シェル１１の内周面と内ブロック１２とが隙間を介して対向周回し、隙間に内ブロック１２を介して第１シェル１１の内周面に向かってガスを導入し、隙間に圧力空間を形成する他の自己冷却ガスローラ及びこれを用いる薄膜製造装置を包含するものである。
【００８０】
また、具体的な適用例として、例えば、電気化学キャパシタ用極板、透明電極フィルム、コンデンサ、リチウムイオン二次電池用負極、装飾フィルム、太陽電池、磁気テープ、ガスバリア膜、各種センサ、各種光学膜、硬質保護膜等をはじめとする高速安定成膜が要求される様々な用途に適用することができ、各種デバイスの形成を行う薄膜製造装置に応用することができることは言うまでもない。
【００８１】
（実施の形態２）
次に、第２の実施の形態を、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明する。先の実施形態で説明した部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００８２】
本実施の形態では、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、マニホールドが、複数のマニホールド１４によって形成されている。このように、マニホールド１４を複数形成すると、それぞれのガス流路（マニホールド１４）のコンダクタンスを独立に設定することができる。複数のマニホールド１４は、内ブロック１２の幅方向に並んでいる。
【００８３】
これによって基板の幅方向における隙間部１５の圧力分布を調整し、ガス冷却の強度を変化させることが可能となる。
【００８４】
例えば、真空プロセスを用いた薄膜の形成において、基板の幅方向の中央部が受ける熱負荷は、基板の幅方向の端部が受ける熱負荷よりも大きい場合が多い。これは薄膜の膜厚が均等であってもなお、基板の幅方向の中央付近では輻射熱に起因する熱負荷が基板の幅方向の端部に比べて大きいからである。このような場合に、自己冷却ガスローラ６Ｃ（又は６Ｄ）のマニホールド１４から隙間部１５への冷却用ガスの導入量が、基板の幅方向の中央部で多くなるように、第１シェル１１内に配置された複数のマニホールド１４のコンダクタンス設計を行う。その結果、基板が受ける熱負荷に応じた冷却強度の変化を付けることができ、これによって第１シェル１１の幅方向の温度分布を小さくし、自己冷却ガスローラ６Ｃ（又は６Ｄ）の熱たわみ、基板の熱たわみ等を軽減することができる。
【００８５】
また、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂに示すようにガス導入ポート（自己冷却ガスローラにガスを供給するための入口）の系統を複数用意し、各ガス導入ポートの系統が接続されるガス流路（第１ガス流路７及び第２ガス流路８）が、異なるマニホールドに連通するようにすることもできる。つまり、自己冷却ガスローラ６Ｃ（又は６Ｄ）は、第１ガス流路７及び第２ガス流路８を有する。第１ガス流路７は、第１シェル１１の外部から少なくとも１つのマニホールド１４にガスを供給できるようにシャフト１０の内部に形成された流路である。第２ガス流路８は、第１シェル１１の外部から少なくとも１つのマニホールド１４にガスを供給できるようにシャフト１０の内部に形成された流路である。
【００８６】
また、第１ガス流路７と第２ガス流路８で導入するガス種を変えることもできる。例えば、基板の幅方向の中央部で熱負荷が強い場合、第１シェル１１の幅方向の中央部が最も蓄熱しやすい。このような場合、例えば第１シェル１１の両端に至る第１ガス流路７にアルゴンガスを用い、第１シェル１１の中央に至る第２ガス流路８に、冷却能力は得やすいが高価なヘリウムガスを用いることで自己冷却ガスローラ６Ｃ（又は６Ｄ）の幅方向の中央部付近を重点的に冷却することができる。
【００８７】
以上のような自己冷却ガスローラ６Ｃ及び６Ｄの構造により、第１シェル１１は回転に伴って、マニホールド１４と、隙間部１５に対向して移動する。
【００８８】
ガス冷却の熱伝導係数は、隙間部１５に対向したときの方が、マニホールド１４に対向したときに比べてはるかに大きいので、第１シェル１１は、主に隙間部１５に対向しているときに冷却される。従って、冷却強度分布より冷却能力を優先する場合には、例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、分布と加工容易性に問題がなければ、マニホールド１４は、扇の形状を有していなくてもよい。すなわち、マニホールド１４は、シャフト１０から半径方向の外向きに向かって延びるように内ブロック１２に形成された一定の直径を有する長孔であってもよい。
【００８９】
また、基板の幅方向に複数のマニホールド１４が形成された本実施形態の構成によって、基板の幅方向に最適の冷却条件を実現することができる。そのため、冷却ガスの導入量を少なくしても第１シェル１１と内ブロック１２との間のガス圧が高い場所を重点的に構成することができる。また、本実施形態の自己冷却ガスローラ６Ｃ及び６Ｄは冷却機能をコンパクトに実現できるので、設備の大型化、高コスト化を抑制することができる。
【００９０】
なお、薄膜製造装置への適用は、実施の形態１と同様に可能である。
【００９１】
（実施の形態３）
次に、第３の実施の形態を、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。他の実施形態で説明した部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００９２】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、自己冷却ガスローラ６Ｅにおいて、内ブロック１２は、基板の幅方向に並んだ、マニホールド１４ごとに分割された複数の分割ブロック１６から構成されている。複数の分割ブロック１６は、複数のマニホールド１４のそれぞれに対応している。
【００９３】
さらに、第１シェル１１は、分割ブロック１６に対応する複数の分割シェル１７から構成されている。
【００９４】
内ブロック１２と第１シェル１１を複数に分割することにより、所望の冷却条件に応じた自己冷却ガスローラの構成を、分割ブロック１６や分割シェル１７の組み替えによって簡便に得ることができる。また、幅広の自己冷却ガスローラにおいても特に内面研削の加工精度を維持することが容易となる。
【００９５】
さらに、複数の分割第１シェル１１を、それぞれ内ブロック１２又は内ブロック１２を支持するシャフト１０とベアリング１８を介して接続することで第１シェル１１を短スパンで強固に支持することができるので、第１シェル１１と内ブロック１２との接触を防止することができる。すなわち、自己冷却ガスローラ６Ｅは、分割第１シェル１１をシャフト１０に接続する機構を有していてもよいし、分割第１シェル１１を内ブロック１２に接続する機構を有していてもよい。そのような機構は、典型的には、ベアリング１８、回転ブッシュなどを含むものである。そのような機構は、ベアリング１８そのものであってもよい。
【００９６】
例えば、真空プロセスを用いた薄膜の形成において、基板の幅方向の中央部が受ける熱負荷は、基板の幅方向の端部が受ける熱負荷よりも大きい場合が多い。これは薄膜の膜厚が均等であってもなお、基板の幅方向の中央付近では輻射熱に起因する熱負荷が基板の幅方向の端部に比べて大きいからである。
【００９７】
このような場合に、自己冷却ガスローラ６Ｅのマニホールド１４から隙間部１５への冷却用ガスの導入量が、基板の幅方向の中央部で多くなるように、第１シェル１１内に配置された複数のマニホールド１４のコンダクタンス設計を行う。その結果、基板が受ける熱負荷に応じた冷却強度の変化を付けることができ、これによって第１シェル１１の幅方向の温度分布を小さくし、自己冷却ガスローラ６Ｅの熱たわみ、基板の熱たわみ等を軽減することができる。
【００９８】
以上のような自己冷却ガスローラ６Ｅの構造により、第１シェル１１は回転に伴って、マニホールド１４と隙間部１５に対向して移動する。
【００９９】
ガス冷却の熱伝導係数は、隙間部１５に対向したときの方が、マニホールド１４に対向したときに比べてはるかに大きいので、第１シェル１１は、主に隙間部１５に対向しているときに冷却される。従って、冷却強度分布より冷却能力を優先する場合には、マニホールド１４は分布と加工容易性に問題がなければ省略することもできる。
【０１００】
また、基板の幅方向に複数のマニホールド１４が形成された本実施形態の構成によって、基板の幅方向に最適の冷却条件を実現することができる。そのため、冷却ガスの導入量を少なくしても第１シェル１１と内ブロック１２との間のガス圧が高い場所を重点的に構成することができる。また、本実施形態の自己冷却ガスローラ６Ｅは冷却機能をコンパクトに実現できるので、設備の大型化、高コスト化を抑制することができる。
【０１０１】
なお、薄膜製造装置への適用は、実施の形態１と同様に可能である。
【０１０２】
（実施の形態４）
次に、第４の実施の形態を、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。他の実施形態で説明した部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【０１０３】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施の形態のローラ６Ｆでは、第１シェル１１と内ブロック１２との間に、第１シェル１１及び内ブロック１２と空隙部を介して第２シェル４を配置している。第２シェル４には、内ブロック１２のマニホールド１４から第１シェル１１の内周面に冷却ガスを導く複数の導通孔３が形成されている。導通孔３の数は複数に限定されない。第２シェル４に導通孔３が１つのみ形成されていてもよい。
【０１０４】
以上のような自己冷却ガスローラ６Ｆの構造により、第１シェル１１は回転に伴って、第２シェル４を介してマニホールド１４と、隙間部１５に対向して移動する。
【０１０５】
ガス冷却の熱伝導係数は、隙間部１５に対向したときの方が、マニホールド１４に対向したときに比べてはるかに大きいので、第２シェル４は、主に隙間部１５に対向しているときに冷却される。従って、冷却強度分布より冷却能力を優先する場合には、マニホールド１４は分布と加工容易性に問題がなければ省略することもできる。
【０１０６】
なお、薄膜製造装置への適用は、実施の形態１と同様に可能である。
【０１０７】
（実施の形態５）
次に、第５の実施の形態を、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。他の実施形態で説明した部材と同一の部材には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【０１０８】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、第１シェル１１と内ブロック１２の間に、第１シェル１１及び内ブロック１２と空隙部を介して第２シェル４を配置している。第２シェル４には、内ブロック１２のマニホールド１４から第１シェル１１の内周面に冷却ガスを導く複数の導通孔３が形成されている。
【０１０９】
また、内ブロック１２は、基板の幅方向に並んだ、マニホールド１４ごとに分割された複数の分割ブロック１６から構成されている。
【０１１０】
第２シェル４を、内ブロック１２を形成する分割ブロックに対応する複数の第２分割シェル５で形成することで、幅広の自己冷却ガスローラにおいても特に内面研削の加工精度を維持することが容易となる。また、第２シェル４を、内ブロック１２又は内ブロック１２を固定するシャフトにベアリング１８を介して回転可能に接続し、さらに第１シェル１１と第２シェル４とをベアリング１８を介して回転可能に接続することができる。これによって、第２シェル４をベルトやチェーン等を用いて駆動回転し、高速搬送においても第１シェル１１によって基板に擦り傷が生じることを防止することができる。すなわち、自己冷却ガスローラ６Ｇは、第２シェル４とシャフト１０又は第２シェル１０と内ブロック１２とをベアリング１８を介して接続する第１接続機構と、第１シェル１１と第２シェル１０とをベアリング１８を介して接続する第２接続機構とを備えていてもよい。このことは、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明した自己冷却ガスローラ６Ｆにもあてはまる。第１接続機構及び第２接続機構の具体例は、実施の形態３で説明した機構と同じである。
【０１１１】
内ブロック１２や第２シェル４を複数に分割することにより、所望の冷却条件に応じた自己冷却ガスローラの構成を、分割ブロック１６や分割シェル１７の組み替えによって簡便に得ることができる。また、幅広の自己冷却ガスローラにおいても特に内面研削の加工精度を維持することが容易となる。
【０１１２】
さらに、複数の分割シェルを、それぞれ内ブロック１２又は内ブロック１２を支持するシャフト１０とベアリング１８を介して接続することで第２シェル４を短スパンで強固に支持することができるので、第２シェル４と内ブロック１２との接触を防止することができる。
【０１１３】
また、ガス導入ポート（自己冷却ガスローラにガスを供給するための入口）の系統を複数用意し、各ガス導入ポートの系統が接続されるガス流路（第１ガス流路７及び第２ガス流路８）が、異なるマニホールド１４に連通するようにすることもできる。また、第１ガス流路７と第２ガス流路８で導入するガス種を変えることもできる。例えば、基板の幅方向の中央部で熱負荷が強い場合、第１シェル１１の幅方向の中央部が最も蓄熱しやすい。このような場合、例えば第１シェル１１の両端に至る第１ガス流路７にアルゴンガスを用い、第１シェル１１の中央に至る第２ガス流路８に、冷却能力は得やすいが高価なヘリウムガスを用いることで自己冷却ガスローラ６Ｇの幅方向の中央部付近を重点的に冷却することができる。
【０１１４】
例えば、真空プロセスを用いた薄膜の形成において、基板の幅方向の中央部が受ける熱負荷は、基板の幅方向の端部が受ける熱負荷よりも大きい場合が多い。これは薄膜の膜厚が均等であってもなお、基板の幅方向の中央付近では輻射熱に起因する熱負荷が基板の幅方向の端部に比べて大きいからである。このような場合に、自己冷却ガスローラ６Ｇのマニホールド１４から隙間部１５への冷却用ガスの導入量が、基板の幅方向の中央部で多くなるように、第１シェル１１内に配置された複数のマニホールド１４のコンダクタンス設計を行う。その結果、基板が受ける熱負荷に応じた冷却強度の変化を付けることができ、これによって第１シェル１１の幅方向の温度分布を小さくし、自己冷却ガスローラ６Ｇの熱たわみ、基板の熱たわみ等を軽減することができる。
【０１１５】
以上のような自己冷却ガスローラ６Ｇの構造により、第１シェル１１は回転に伴って、第２シェル４を介してマニホールド１４と、隙間部１５に対向して移動する。ガス冷却の熱伝導係数は隙間部１５に対向したときの方が、マニホールド１４に対向したときに比べてはるかに大きいので、第２シェル４は、主に隙間部１５に対向しているときに冷却される。従って、冷却強度分布より冷却能力を優先する場合には、マニホールド１４は分布と加工容易性に問題がなければ省略することもできる。
【０１１６】
基板の幅方向に複数のマニホールド１４が形成された本実施形態の構成によって、基板の幅方向に最適の冷却条件を実現することができる。そのため、冷却ガスの導入量を少なくしても第１シェル１１と内ブロック１２との間のガス圧が高い場所を重点的に構成することができる。また、本実施形態の自己冷却ガスローラ６Ｇは冷却機能をコンパクトに実現できるので、設備の大型化、高コスト化を抑制することができる。
【０１１７】
なお、薄膜製造装置への適用は、実施の形態１と同様に可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本明細書に開示された基板搬送ローラ及び薄膜製造装置は、フリーローラの回転シェルをガス冷却によって基板の幅方向に制御して効率的に用いる構造を有するため、導入ガスを無駄なくシェルの冷却に寄与させることができる。また、ローラの幅方向に左右対称な冷却効果が得られやすく、偏った冷却による不具合が発生せず、高成膜レート及び高品質を実現する薄膜製造装置を、排気ポンプをはじめとする設備の大型化を抑え、低コストで実現することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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