(57)【要約】  薄膜形成装置１００は、真空槽１と、真空槽１内に設けられ、成膜源２７に面する所定の成膜位置４に長尺の基板８を供給する基板搬送機構４０と、基板搬送機構４０による基板８の供給に応じて走行可能であり、直線的に搬送中の基板８の表面上に薄膜が形成されるように成膜位置４における基板８の搬送経路を自身の外周面に沿って規定するエンドレスベルト１０と、エンドレスベルト１０に形成された貫通孔１６と、走行中のエンドレスベルト１０の内周側から、貫通孔１６を通じてエンドレスベルト１０と基板８の裏面との間に冷却ガスを導入する基板冷却ユニット３０とを備えている。
2009104382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、成膜源に面する所定の成膜位置に長尺の基板を供給する基板搬送機構と、
前記基板搬送機構による前記基板の供給に応じて走行可能であり、直線的に搬送中の前記基板の表面上に薄膜が形成されるように前記成膜位置における前記基板の搬送経路を自身の外周面に沿って規定するエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトに形成された貫通孔と、
走行中の前記エンドレスベルトの内周側から、前記貫通孔を通じて前記エンドレスベルトと前記基板の裏面との間に冷却ガスを導入する基板冷却ユニットと、
を備えた、薄膜形成装置。
【請求項２】
前記基板冷却ユニットが、(a)前記エンドレスベルトによって囲まれた空間に設けられ、前記基板の搬送経路が規定されている区間における前記エンドレスベルトの内周面に向かって開口している筐体と、(b)一端が前記筐体に接続され、他端が前記真空槽の外部に延びている冷却ガス供給路と、を有する、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記エンドレスベルトの長手方向に沿って複数の前記貫通孔が等間隔で形成されている、請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記筐体が、前記エンドレスベルトの内周面と平行な方向に張り出した板状の鍔部を前記内周面と向かい合う位置に有し、
前記鍔部の下面と前記エンドレスベルトの内周面との隙間によって、前記筐体の内部から外部へと向かう経路が形成されている、請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記筐体が、前記ガス供給路が接続された内側部分と、前記内側部分を覆う外側部分とを含む二重構造を有し、
前記内側部分と前記外側部分との間の空間に滞在している前記冷却ガスを前記真空槽の外部に直接排気しうるように前記外側部分に排気路が接続されている、請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記基板搬送機構が、前記エンドレスベルトと前記基板とを密着させる補助ローラを有する、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記エンドレスベルトに複数の前記貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の開口面積が一つあたり０．５〜２０ｍｍ2である、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記成膜源と前記エンドレスベルトとの間に配置され、前記基板の表面における成膜領域を規定する遮蔽部をさらに備え、
前記エンドレスベルトに複数の前記貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の総面積が前記成膜領域の０．２〜２０％である、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
前記エンドレスベルトが、前記基板と接する外周面側に樹脂層を有する、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項１０】
前記エンドレスベルトを駆動するとともに前記エンドレスベルトを冷却するキャンをさらに備えた、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項１１】
真空中で長尺の基板上に薄膜を形成する方法であって、
前記基板の搬送経路を規定しているエンドレスベルトの外周面に沿って直線的に搬送中の前記基板の表面上に成膜源からの材料を堆積させる工程と、
前記堆積工程を実施しつつ、前記エンドレスベルトに形成された貫通孔を通じて前記エンドレスベルトと前記基板の裏面との間に冷却ガスを導入する工程と、
を含む、薄膜形成方法。
【請求項１２】
前記基板の搬送経路が規定されている区間における前記エンドレスベルトの内周面に向かって開口する筐体を、前記エンドレスベルトによって囲まれた空間に設け、
その筐体内に真空槽の外部からの冷却ガスを供給することによって、前記冷却ガスの導入を行う、請求項１１に記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】
前記基板が金属製である、請求項１２に記載の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置および薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、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。デバイスの薄膜化は、ユーザーに直接的なメリットをもたらすだけでなく、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】
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、化学気相堆積（ＣＶＤ）法等の種々の成膜方法において高堆積速度化が進められている。また、薄膜を連続的かつ大量に製造する方法として、巻き取り式の薄膜製造方法が知られている。巻き取り式の薄膜製造方法とは、繰り出しローラから巻き取りローラへと搬送中の長尺基板上に薄膜を形成する方法である。【０００４】
巻き取り式の薄膜製造方法においては、基板の冷却に留意する必要がある。例えば真空蒸着の場合、蒸発源からの輻射熱と蒸発粒子の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。熱が加わることによって基板が変形したり溶断したりするのを防ぐために、基板を冷却する。【０００５】
基板を冷却する手段として、大きい熱容量を有する円筒状キャンが広く使用されている。具体的には、搬送経路上に配置されたキャンに基板が沿った状態で成膜を行う。キャンに熱を逃がせるので、基板の温度の過昇を防止できる。効率の良い冷却を行うために、基板とキャンの熱的な接触が十分に確保されていることが好ましい。【０００６】
真空雰囲気で基板とキャンの熱的な接触を確保する方法として、冷却ガスを使用する方法がある。特開平１−１５２２６２号公報には、基板とキャン（回転ドラム）との間にガスを導入して熱伝導を促進する技術が記載されている。ただし、キャンと基板との接触が始まる位置（または終わる位置）にガスを吹き付けるだけでは、ガスが基板の面内に十分に行き渡らないので、ガスによる冷却効果は限定的である。【０００７】
一方、キャンに代えて、基板の搬送にベルトを使用することもある。キャンを使用する場合、円弧状に曲がった基板に成膜を行う。これに対し、ベルトを使用する場合、長い区間にわたって基板を直線的に搬送できる。ベルトによって平らに保持された基板に対して成膜を行えるので、ベルトを使用した搬送は、材料利用効率の観点でキャンを使用した搬送よりも有利である。
【発明の開示】
【０００８】
ただし、ベルトを使用すると基板の冷却が難しくなる。なぜなら、基板を直線的に搬送する区間では、基板とベルトとの間に法線方向の力が殆ど作用せず、基板とベルトとの熱的な接触を確保しにくいからである。真空成膜の場合には、熱伝導を媒介する空気が希薄なので尚更深刻である。特開平６−１４５９８２号公報に記載されているように、ベルトの内周面を冷却することによって基板の冷却を促進する方法もあるものの、熱伝導が良くないので十分な冷却を期待できない。本発明の目的は、直線的に搬送中の基板を冷却する技術を提供することにある。
【０００９】
すなわち、本発明は、
真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、成膜源に面する所定の成膜位置に長尺の基板を供給する基板搬送機構と、
前記基板搬送機構による前記基板の供給に応じて走行可能であり、直線的に搬送中の前記基板の表面上に薄膜が形成されるように前記成膜位置における前記基板の搬送経路を自身の外周に沿って規定するエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトに形成された貫通孔と、
走行中の前記エンドレスベルトの内周側から、前記貫通孔を通じて前記エンドレスベルトと前記基板の裏面との間に冷却ガスを導入する基板冷却ユニットと、
を備えた、薄膜形成装置を提供する。
【００１０】
他の側面において、本発明は、
真空中で長尺の基板上に薄膜を形成する方法であって、
前記基板の搬送経路を規定しているエンドレスベルトの外周面に沿って直線的に搬送中の前記基板の表面上に成膜源からの材料を堆積させる工程と、
前記堆積工程を実施しつつ、前記エンドレスベルトに形成された貫通孔を通じて前記エンドレスベルトと前記基板の裏面との間に冷却ガスを導入する工程と、
を含む、薄膜形成方法を提供する。
【００１１】
上記本発明によると、基板を搬送するエンドレスベルトに貫通孔を設け、その貫通孔を通じてエンドレスベルトと基板の裏面との間に冷却ガスを導入する。このようにすれば、エンドレスベルトと基板との密着をあえて確保する必要もなく、直線的に搬送中の基板を十分に冷却できる。また、成膜中の基板を冷却できるので、少量の冷却ガスで十分な冷却効果が得られる。このことは、真空槽内の圧力を成膜に適した圧力に保持して高堆積速度を実現するのに有利である。冷却ガスの使用量を少なくすることは、真空ポンプに加わる負荷を軽減する観点でも好ましい。
【００１２】
なお、本明細書において「基板を直線的に搬送する」とは、エンドレスベルトを用いた基板の搬送を意味している。詳細には、エンドレスベルトの平坦な部分（ローラやキャンに接していない部分）に基板を沿わせて搬送することを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる薄膜形成装置を示す概略断面図
【図２Ａ】図１の部分拡大図
【図２Ｂ】エンドレスベルトの平面図
【図２Ｃ】図２Ａの部分拡大図
【図３Ａ】筐体の変形例を示す概略断面図
【図３Ｂ】図３Ａの筐体の上面図
【図４】筐体の他の変形例を示す概略断面図
【図５Ａ】エンドレスベルトに形成された貫通孔の配列を示す平面図
【図５Ｂ】貫通孔の別の配列を示す平面図
【図５Ｃ】貫通孔のさらに別の配列を示す平面図
【図５Ｄ】貫通孔のさらに別の配列を示す平面図
【図６】エンドレスベルトに形成された貫通孔の作用説明図
【図７】本発明の第２実施形態にかかる薄膜形成装置を示す概略断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、添付の図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１に示すように、本実施形態の薄膜形成装置１００は、真空槽１、成膜源２７、遮蔽板７、基板搬送機構４０、エンドレスベルト１０、キャン１１（冷却キャン）および基板冷却ユニット３０を備えている。成膜源２７、基板搬送機構４０およびエンドレスベルト１０は、真空槽１内に配置されている。基板冷却ユニット３０の一部は真空槽１の内部にあり、残部は真空槽１の外部にある。真空槽１には真空ポンプ９が接続されている。【００１５】
基板冷却ユニット３０は、筐体１２、冷却ガス供給路１３（冷却ガス供給管）、フローコントローラ１４およびガス供給源１５を有している。筐体１２は、エンドレスベルト１０によって囲まれた空間にエンドレスベルト１０に近接して設けられているとともに、基板８の搬送経路が規定されている区間におけるエンドレスベルト１０の内周面に向かって開口している。冷却ガス供給路１３の一端は筐体１２に接続され、他端は真空槽１の外部にある冷却ガス源１５に接続されている。フローコントローラ１４は、冷却ガス供給路１３上に設けられている。冷却ガス供給路１３を通じた冷却ガス源１５から筐体１２への冷却ガスの供給量をフローコントローラ１４で調節できる。【００１６】
エンドレスベルト１０は、自身の外周面に沿って基板８の搬送経路の一部を規定している。図２Ａに示すように、エンドレスベルト１０には厚さ方向に貫通孔１６が形成されている。冷却ガス供給路１３を通じて冷却ガス源１５から筐体１２内に冷却ガスを供給すると、冷却ガスは、筐体１２の内部空間に面しているエンドレスベルト１０に接触する。エンドレスベルト１０に貫通孔１６が形成されているので、冷却ガスは、その貫通孔１６に露出している基板８に接触し、さらに、エンドレスベルト１０と基板８との間に導入される。エンドレスベルト１０の外周面に沿って直線的に搬送中の基板８の表面上に成膜源２７からの材料を堆積させつつ、冷却ガスを使用した基板８の冷却を行うことにより、基板８の変形や溶断を防げる。【００１７】
図１に示すように、基板搬送機構４０は、成膜源２７に面する所定の成膜位置４に基板８を供給する機能と、成膜後の基板８をその成膜位置４から退避させる機能とを有する。成膜位置４は、基板８の搬送経路上の位置である。成膜位置４を基板８が通過する際に、成膜源２７から飛来した材料が基板８上に堆積し、それにより基板８上に薄膜が形成される。【００１８】
具体的に、基板搬送機構４０は、繰り出しローラ２、ガイドローラ３および巻き取りローラ５によって構成されている。繰り出しローラ２には成膜前の基板８が準備される。ガイドローラ３は、基板８の搬送方向における上流側と下流側とのそれぞれに配置されている。上流側のガイドローラ３は、繰り出しローラ２から繰り出された基板８をエンドレスベルト１０に誘導する。下流側のガイドローラ３は、成膜後の基板８をエンドレスベルト１０から引き継いで巻き取りローラ５に誘導する。巻き取りローラ５は、モータ（図示せず）によって駆動され、薄膜が形成された基板８を巻き取って保存する。【００１９】
成膜時には、繰り出しローラ２から基板８を繰り出す操作と、成膜後の基板８を巻き取りローラ５に巻き取る操作とが同期して行われる。すなわち、薄膜形成装置１００は、繰り出しローラ２から巻き取りローラ３へと搬送中の基板８上に薄膜を形成する、いわゆる巻き取り式の薄膜形成装置である。巻き取り式の薄膜形成装置によると、長時間の連続成膜が可能なので高い生産性を実現できる。【００２０】
成膜源２７からの材料粒子は、基板８に対して主に斜め方向から入射する。つまり、薄膜形成装置１００では、水平方向および垂直方向から傾いた方向に直線的に走行している基板８に対して、成膜源２７からの材料粒子を堆積させる（いわゆる斜め入射成膜）。斜め入射成膜によると、自己陰影効果により微小空間を有する薄膜を形成できるので、高Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）磁気テープやサイクル特性に優れた電池負極の製造に有効である。エンドレスベルト１０を使用すれば、比較的容易かつ安定して基板８を直線的に搬送できる。【００２１】
本実施形態において、基板８は、可撓性を有する長尺基板である。基板８の材料は特に限定されず、高分子フィルムや金属箔を使用できる。高分子フィルムの例は、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリアミドフィルムおよびポリイミドフィルムである。金属箔の例は、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、チタニウム箔およびステンレス箔である。高分子フィルムと金属箔との複合材料も基板８に使用できる。【００２２】
基板８の寸法も製造するべき薄膜の種類や生産数量等に応じて決まるので、特に限定されない。基板８の幅は例えば５０〜１０００ｍｍであり、基板８の厚さは例えば３〜１５０μｍである。【００２３】
成膜時において、基板８は一定の速度で搬送される。搬送速度は製造するべき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８には、基板８の材料、基板８の寸法および成膜条件等に応じて、適切な大きさの張力がかけられる。【００２４】
成膜源２７は、電子ビーム、抵抗加熱および誘導加熱等の加熱方法によって材料を蒸発させる蒸発源である。つまり、薄膜形成装置１００は真空蒸着装置である。蒸発した材料が鉛直上方に向かって進むように、真空槽１の下部に成膜源２７が配置されている。成膜源２７として、イオンプレーティング源、スパッタ源、化学気相堆積（ＣＶＤ）源、プラズマ等の他の成膜源を使用してもよいし、複数種類の成膜源の組み合わせを使用してもよい。また、酸化物や窒化物の薄膜を形成する場合には、成膜源２７と基板８との間の空間に向けて酸素ガスや窒素ガス等の原料ガスを導入するガス導入管が設けられる。【００２５】
遮蔽板７は、成膜源２７とエンドレスベルト１０との間に配置されている。遮蔽板７の開口部によって、基板８の表面における成膜領域が規定されている。遮蔽板７によって遮蔽されていない領域が、基板８の表面の成膜領域である。言い換えると、成膜領域は、成膜源２７からの材料粒子が到達できる基板８上の領域を意味する。【００２６】
成膜時において、真空槽１の内部は真空ポンプ９によって薄膜の形成に適した圧力（例えば１．０×１０-2〜１．０×１０-4Ｐａ）に保たれる。真空ポンプ９として、ロータリポンプ、油拡散ポンプ、クライオポンプおよびターボ分子ポンプ等の各種真空ポンプを使用できる。【００２７】
エンドレスベルト１０および基板冷却ユニット３０についてさらに詳しく説明する。【００２８】
図１に示すように、エンドレスベルト１０は、２つのキャン１１に掛けられており、キャン１１をモータ等で駆動することによって走行する。成膜位置４における基板８の搬送経路がエンドレスベルト１０の外周面に沿って規定されている。成膜位置４を直線的に搬送中の基板８の表面上に薄膜が形成される。成膜時におけるエンドレスベルト１０の走行速度は、基板搬送機構４０による基板８の搬送速度に等しい。ただし、基板８にダメージが及ばない範囲内であれば、エンドレスベルト１０の走行速度と基板８の搬送速度との間に多少の相違があってもよい。【００２９】
エンドレスベルト１０の材料は特に限定されないが、耐熱性の観点で、ステンレス、チタン、モリブデン、銅およびチタン等の金属が優れている。エンドレスベルト１０の厚さは例えば０．１〜１．０ｍｍである。このような厚さのエンドレスベルト１０は、成膜時の輻射熱および蒸気流の熱によって変形しにくく、かつ比較的小径のキャン１１を使用できる程度に柔軟である。【００３０】
また、エンドレスベルト１０は、基板８と接する外周面側に樹脂層を有していてもよい。つまり、樹脂でライニングされた金属ベルトをエンドレスベルト１０として使用できる。柔軟性に優れた樹脂層が表面に設けられていると、エンドレスベルト１０がキャン１１に接している区間において、エンドレスベルト１０と基板８との密着性が高まる。エンドレスベルト１０と直線的に搬送中の基板８との密着性も多少は高まる。そのため、エンドレスベルト１０と基板８との直接的な接触に基づく基板８の冷却効率がよくなる。また、基板８がエンドレスベルト１０の上を摺動しにくくなるので、基板８の裏面にキズが付くのを防止できる。【００３１】
エンドレスベルト１０の表面の樹脂層は、例えば、テフロン（登録商標）、シリコンゴム、フッ素ゴム、天然ゴムおよび石油合成ゴムのいずれかを主成分（質量％で最も多く含まれる成分）する材料で作られる。また、樹脂層の機械的耐久性を高めるために、樹脂層にガラス繊維等のフィラーが含まれていてもよい。【００３２】
また、エンドレスベルト１０と基板８との接触部分を増やすために、静電力を利用して基板８をエンドレスベルト１０に貼り付けてもよい。本実施形態によると、図６に示すように、貫通孔１６を通じてエンドレスベルト１０と基板８との間に冷却ガス１９を導入できる。したがって、エンドレスベルト１０と基板８との接触部分が増えても、基板８の面内に冷却ガスが均一に行き渡る。【００３３】
エンドレスベルト１０はキャン１１と密着しており、キャン１１によって冷却される。エンドレスベルト１０をキャン１１で冷却することによって、エンドレスベルト１０と基板８との直接接触に基づく基板８の冷却効果をそれなりに高めることができる。キャン１１とエンドレスベルト１０との接触面積を稼ぐために（密着性を高めるために）、キャン１１の表面に柔軟性がある樹脂層を設けてもよい。樹脂層の材料として、シリコンゴム、フッ素ゴム、天然ゴムおよび石油合成ゴム等を使用できる。このような樹脂層は、キャン１１およびエンドレスベルト１０の両者が金属製である場合に特に有効である。なお、キャン１１とは別に、エンドレスベルト１０に張力をかけるためのテンションローラが設けられていてもよい。【００３４】
図２Ａに示すように、エンドレスベルト１０には、長手方向（周回方向）に沿って複数の貫通孔１６が等間隔で形成されている。このようにすれば、基板８を均一に冷却できる。エンドレスベルト１０の長手方向に関して互いに隣り合う２つの貫通孔１６の間隔ｄは、同方向に関する筐体１２の長さよりも短い。そのため、筐体１２に面している貫通孔１６の数がゼロになりえず、貫通孔１６を通じてエンドレスベルト１０と基板８との間に確実に冷却ガスを導入できる。【００３５】
詳細には、図２Ｂに示すように、エンドレスベルト１０には、幅方向の複数の列に沿って等間隔で貫通孔１６が形成されている。このようにすれば、長手方向と幅方向の両方向に関して基板８を均一に冷却できる。したがって、基板８の面内で冷却むらが生じにくく、熱による基板８の変形を確実に防げる。【００３６】
貫通孔１６の開口面積は、例えば一つあたり０．５〜２０ｍｍ2である。このような範囲によると、成膜源２７からの材料で目詰まりが起こる可能性が低く、かつ各貫通孔１６を通じてエンドレスベルト１０と基板８との間に均一な圧力で冷却ガスを導入できる。冷却ガスの導入圧力が均一な場合、基板８の全体を均一に冷却できるため、変形を抑制する効果が高い。【００３７】
貫通孔１６の総面積は、例えば、成膜領域の０．２〜２０％の範囲にある。貫通孔１６の総面積をこのような範囲に設定すれば、各貫通孔１６を通じてエンドレスベルト１０と基板８との間に均一な圧力で冷却ガスを導入できる。【００３８】
貫通孔１６の配置は適宜変更可能である。例えば、図５Ａに示すエンドレスベルト１０Ａには、幅方向に２列、かつ長手方向に等間隔で貫通孔１６が形成されている。図５Ｂに示すエンドレスベルト１０Ｂには、大きい開口径の貫通孔１６ａと小さい開口径の貫通孔１６ｂとが千鳥配列で形成されている。つまり、貫通孔の開口径が一定である必要はない。図５Ｂのエンドレスベルト１０Ｂによると、比較的大きい開口径の貫通孔１６ａが幅方向の両サイドに位置し、真ん中の列に小さい開口径の貫通孔１６ｂが位置しているので、基板８を端までしっかり冷却できる。図５Ｃに示すエンドレスベルト１０Ｃには、貫通孔１６が３列で形成されている。両サイドの列には、真ん中の列の２倍の個数の貫通孔１６が形成されているので、基板８を端までしっかり冷却できる。図５Ｄに示すエンドレスベルト１０Ｄは、貫通孔１６ａと貫通孔１６ｂとの位置関係が図５Ｂのエンドレスベルト１０Ｂに対して逆になっている。つまり、小さい開口径の貫通孔１６ｂが幅方向の両サイドに位置し、真ん中の列に大きい開口径の貫通孔１６ａが位置している。この配列によると、基板８の中央部をより確実に冷却できる。【００３９】
なお、貫通孔の開口形状は円形に限らず、三角形、方形および楕円形等の各種形状を適宜採用できる。溝状の貫通孔が形成されていてもよい。貫通孔の列の数も２列や３列に限定されず、４列以上、場合によっては２０列以上であってもよい。【００４０】
筐体１２に供給する冷却ガスとして、水素、ヘリウム、二酸化炭素、アルゴン、酸素、窒素および水蒸気等を使用できる。小さい分子量を有するガス、例えばヘリウムガスは、熱伝導率が高く冷却能力に優れているとともに、成膜源２７からの材料粒子との衝突の影響も少ない。【００４１】
図２Ａに示すように、筐体１２は、エンドレスベルト１０の内周面に向かって開口しており、冷却ガスをエンドレスベルト１０の内周面に接触させる機能を有している。このような筐体１２を使用すれば、相当数の貫通孔１６に均一に冷却ガスを送り込めるので、成膜位置４で成膜中の基板８のほぼ全体をむらなく冷却できる。本実施形態において、筐体１２は直方体の形状のものであるが、ドーム形等の他の形状であってもよい。【００４２】
筐体１２の材料に特に限定はない。金属板を成形したり樹脂を成形したりして筐体１２を作製できる。図２Ｃに示すように、開口端１２ｅを形成している部分１２ｈの厚さＤ1が大きい場合、筐体１２とエンドレスベルト１０との隙間２３のコンダクタンスが小さくなる。すると、筐体１２の内部から外部へと冷却ガスが流れにくくなり、筐体１２内の圧力が高くなる。その結果、貫通孔１６に冷却ガスが導入されやすくなる。【００４３】
筐体１２の開口端１２ｅとエンドレスベルト１０の内周面との隙間２３の広さＤ2は、筐体１２の開口端１２ｅの周方向に関して一定である。隙間２３の広さＤ2は、エンドレスベルト１０の厚さ方向に関して、例えば０．１〜１．０ｍｍ（好ましくは０．２〜０．５ｍｍ）に設定される。隙間２３の広さＤ2を適切に設定することによって、筐体１２とエンドレスベルト１０とが接触するのを回避しつつ、隙間２３を通じて筐体１２の内部から外部に冷却ガスが流れにくくなる。【００４４】
また、上述の効果を得るために、冷却ガスの漏れコンダクタンスを小さくする構造を設けてもよい。例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示す筐体３２は、エンドレスベルト１０に向かって開口している直方体の形状の本体部１２ｓと、エンドレスベルト１０の内周面１０ｑと平行な方向に張り出した板状の鍔部１２ｔとで構成されている。平面視で鍔部１２ｔは枠の形状を有している（図３Ｂ）。鍔部１２ｔは、エンドレスベルト１０の内周面１０ｑと向かい合う位置に設けられており、筐体３２の開口部を形成している。筐体３２の内部から外部へと向かう経路が、鍔部１２ｔの下面１２ｐとエンドレスベルト１０の内周面１０ｑとの隙間によって形成されている。【００４５】
さらに、余分な冷却ガスを回収する構造を設けてもよい。具体的に、図４に示す筐体２２は、ガス供給路１３が接続された内側部分２０と、内側部分２０を覆う外側部分２１とを含む二重構造を有している。外側部分２１には、内側部分２０と外側部分２１との間の空間２３に滞在している冷却ガスを真空槽１の外部に直接排気しうるように、排気路２４（排気管）が接続されている。この排気路２４は、図１に示す真空ポンプ９とは別の真空ポンプ（図示省略）に接続される。この筐体２２によると、内側部分２０とエンドレスベルト１０との隙間から内側部分２０の外部に冷却ガスが漏れたとしても、その冷却ガスは、内側部分２０と外側部分２１との間の空間２３にトラップされ、排気路２４を通じて真空槽１の外部に排気される。したがって、より高い真空度での成膜が可能となる。なお、筐体２２の内側部分２０や外側部分２１に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明した鍔部２０ｔおよび２１ｔをそれぞれ設けると、いっそう効果的である。【００４６】
冷却ガス供給路１３の数は、本実施形態のように１本であってもよいし、２本以上、場合によっては１０本以上であってもよい。冷却ガス源１５の具体例は、ガスボンベやガス発生装置である。【００４７】
（第２実施形態）
図７に示すように、本実施形態の薄膜形成装置２００によると、エンドレスベルト１０と筐体１２との隙間の広さを調節するギャップ調節ローラ１７が基板冷却ユニット３０に設けられている。また、エンドレスベルト１２と基板８とを密着させる補助ローラ１８が基板搬送機構４０に設けられている。他の構成は第１実施形態の薄膜形成装置１００と同じなので説明を省略する。【００４８】
ギャップ調節ローラ１７は、筐体１２の開口部に設けられている。ギャップ調節ローラ１７によって、筐体１２とエンドレスベルト１０との隙間の広さを高精度で一定に維持できる。その結果、筐体１２がエンドレスベルト１０に接触してエンドレスベルト１０にキズが付くのを防げる。また、筐体１２とエンドレスベルト１０との隙間を極力狭くして、筐体１２内の圧力を保てば、貫通孔１６に冷却ガスが導入されやすくなる。その場合、少量の冷却ガスで十分な冷却効果を得ることが可能なので、真空槽１の圧力上昇を抑制するのに有利である。余分な冷却ガスを回収する構造（図４参照）と、ギャップ調節ローラ１７とを組み合わせれば、より効果的である。【００４９】
ギャップ調節ローラ１７には、ステンレスやアルミ等の金属でできたローラを使用できる。ギャップ調節ローラ１７の表面がゴムやプラスチックで形成されていてもよい。ギャップ調節ローラ１７の直径は、十分な強度を確保しつつ設置スペースを取り過ぎないように、例えば５〜１００ｍｍの範囲内に設定される。【００５０】
補助ローラ１８は、エンドレスベルト１０から見て、基板８の搬送経路の上流側と下流側とのそれぞれに設けられている。補助ローラ１８は、基板８の搬送経路上においてエンドレスベルト１０から最も近い場所に位置しているローラである。エンドレスベルト１０に沿って直線的に搬送中の基板８に成膜を行う場合、成膜位置４を搬送中の基板８には張力をかけにくく、基板８とエンドレスベルト１０との距離が開きやすい。キャン１１を挟んで成膜位置４とは反対側（上流側および下流側）に補助ローラ１８を設ければ、基板８に張力をかけやすい。その結果、基板８がエンドレスベルト１０に適度に密着する。【００５１】
（変形例）
成膜位置４の数は１つに限定されず、基板８の搬送経路上に複数の成膜位置４が存在してもよい。具体的には、山型、Ｖ型、Ｗ型およびＭ型の搬送経路を形成し、基板８を直線的に搬送する各区間に面するように成膜源２７を設ける。基板８の両面に成膜を行ってもよい。また、エンドレスベルト１０をより十分に冷却するために、追加のキャンを設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、長尺の蓄電デバイス用極板の製造に応用できる。例えば、基板８として銅箔を使用し、成膜材料として珪素を使用する。成膜源２７から珪素を蒸発させ、基板８上に珪素膜を形成する。真空槽１内に微量の酸素ガスを導入すれば、珪素と酸化珪素とを含む薄膜を基板８上に形成できる。珪素膜が形成された銅基板は、リチウムイオン二次電池の負極に利用できる。【００５３】
一般に、樹脂基板に比べて金属基板は張力に対する伸びが小さいので、一度変形した金属基板を張力で強制的に元の形に戻すのは困難である。また、負極活物質として珪素を使用したリチウムイオン二次電池用負極に関して言えば、リチウムが珪素の格子間に挿入されたとき珪素膜（または珪素と酸化珪素とを含む膜）が膨張するので、集電体としての銅基板に十分な強度が要求される。珪素膜を形成する過程で銅基板が熱で変形すると、銅基板の強度が低下したり、面内で強度のバラつきが生じたりするのでよくない。本発明を適用すれば基板の変形を確実に防げるので、優れた性能のリチウムイオン二次電池用負極を製造できる。【００５４】
本発明は、また、磁気テープの製造にも好適である。基板８としてポリエチレンテレフタレートフィルムを使用し、成膜材料としてコバルトを使用する。真空槽１内に酸素ガスを導入しつつ、成膜源２７からコバルトを蒸発させる。これにより、基板８上にコバルトを含む膜が形成される。【００５５】
なお、基板冷却ユニット３０で使用する冷却ガスの種類と薄膜の原料ガスの種類とを同一にして、冷却ガスの一部を原料ガスとして使用すれば、真空槽１内に供給されるガスの総量を少なくできる可能性がある。【００５６】
蓄電デバイス用極板や磁気テープだけでなく、コンデンサ、各種センサ、太陽電池、各種光学膜、防湿膜および導電膜等、成膜が必要な対象に本発明を適用できる。
【図１】
2009104382.tif 000003
【図２Ａ】
2009104382.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月8日(2009.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置および薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、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。デバイスの薄膜化は、ユーザーに直接的なメリットをもたらすだけでなく、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】
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、化学気相堆積（ＣＶＤ）法等の種々の成膜方法において高堆積速度化が進められている。また、薄膜を連続的かつ大量に製造する方法として、巻き取り式の薄膜製造方法が知られている。巻き取り式の薄膜製造方法とは、繰り出しローラから巻き取りローラへと搬送中の長尺基板上に薄膜を形成する方法である。
【０００４】
巻き取り式の薄膜製造方法においては、基板の冷却に留意する必要がある。例えば真空蒸着の場合、蒸発源からの輻射熱と蒸発粒子の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。熱が加わることによって基板が変形したり溶断したりするのを防ぐために、基板を冷却する。
【０００５】
基板を冷却する手段として、大きい熱容量を有する円筒状キャンが広く使用されている。具体的には、搬送経路上に配置されたキャンに基板が沿った状態で成膜を行う。キャンに熱を逃がせるので、基板の温度の過昇を防止できる。効率の良い冷却を行うために、基板とキャンの熱的な接触が十分に確保されていることが好ましい。
【０００６】
真空雰囲気で基板とキャンの熱的な接触を確保する方法として、冷却ガスを使用する方法がある。特開平１−１５２２６２号公報には、基板とキャン（回転ドラム）との間にガスを導入して熱伝導を促進する技術が記載されている。ただし、キャンと基板との接触が始まる位置（または終わる位置）にガスを吹き付けるだけでは、ガスが基板の面内に十分に行き渡らないので、ガスによる冷却効果は限定的である。
【０００７】
一方、キャンに代えて、基板の搬送にベルトを使用することもある。キャンを使用する場合、円弧状に曲がった基板に成膜を行う。これに対し、ベルトを使用する場合、長い区間にわたって基板を直線的に搬送できる。ベルトによって平らに保持された基板に対して成膜を行えるので、ベルトを使用した搬送は、材料利用効率の観点でキャンを使用した搬送よりも有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−１５２２６２号公報
【特許文献２】特開平６−１４５９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ただし、ベルトを使用すると基板の冷却が難しくなる。なぜなら、基板を直線的に搬送する区間では、基板とベルトとの間に法線方向の力が殆ど作用せず、基板とベルトとの熱的な接触を確保しにくいからである。真空成膜の場合には、熱伝導を媒介する空気が希薄なので尚更深刻である。特開平６−１４５９８２号公報に記載されているように、ベルトの内周面を冷却することによって基板の冷却を促進する方法もあるものの、熱伝導が良くないので十分な冷却を期待できない。本発明の目的は、直線的に搬送中の基板を冷却する技術を提供することにある。
【００１０】
すなわち、本発明は、
真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、成膜源に面する所定の成膜位置に長尺の基板を供給する基板搬送機構と、
前記基板搬送機構による前記基板の供給に応じて走行可能であり、直線的に搬送中の前記基板の表面上に薄膜が形成されるように前記成膜位置における前記基板の搬送経路を自身の外周に沿って規定するエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトに形成された貫通孔と、
走行中の前記エンドレスベルトの内周側から、前記貫通孔を通じて前記エンドレスベルトと前記基板の裏面との間に冷却ガスを導入する基板冷却ユニットと、
を備えた、薄膜形成装置を提供する。
【００１１】
他の側面において、本発明は、
真空中で長尺の基板上に薄膜を形成する方法であって、
前記基板の搬送経路を規定しているエンドレスベルトの外周面に沿って直線的に搬送中の前記基板の表面上に成膜源からの材料を堆積させる工程と、
前記堆積工程を実施しつつ、前記エンドレスベルトに形成された貫通孔を通じて前記エンドレスベルトと前記基板の裏面との間に冷却ガスを導入する工程と、
を含む、薄膜形成方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明によると、基板を搬送するエンドレスベルトに貫通孔を設け、その貫通孔を通じてエンドレスベルトと基板の裏面との間に冷却ガスを導入する。このようにすれば、エンドレスベルトと基板との密着をあえて確保する必要もなく、直線的に搬送中の基板を十分に冷却できる。また、成膜中の基板を冷却できるので、少量の冷却ガスで十分な冷却効果が得られる。このことは、真空槽内の圧力を成膜に適した圧力に保持して高堆積速度を実現するのに有利である。冷却ガスの使用量を少なくすることは、真空ポンプに加わる負荷を軽減する観点でも好ましい。
【００１３】
なお、本明細書において「基板を直線的に搬送する」とは、エンドレスベルトを用いた基板の搬送を意味している。詳細には、エンドレスベルトの平坦な部分（ローラやキャンに接していない部分）に基板を沿わせて搬送することを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる薄膜形成装置を示す概略断面図
【図２Ａ】図１の部分拡大図
【図２Ｂ】エンドレスベルトの平面図
【図２Ｃ】図２Ａの部分拡大図
【図３Ａ】筐体の変形例を示す概略断面図
【図３Ｂ】図３Ａの筐体の上面図
【図４】筐体の他の変形例を示す概略断面図
【図５Ａ】エンドレスベルトに形成された貫通孔の配列を示す平面図
【図５Ｂ】貫通孔の別の配列を示す平面図
【図５Ｃ】貫通孔のさらに別の配列を示す平面図
【図５Ｄ】貫通孔のさらに別の配列を示す平面図
【図６】エンドレスベルトに形成された貫通孔の作用説明図
【図７】本発明の第２実施形態にかかる薄膜形成装置を示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、添付の図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１に示すように、本実施形態の薄膜形成装置１００は、真空槽１、成膜源２７、遮蔽板７、基板搬送機構４０、エンドレスベルト１０、キャン１１（冷却キャン）および基板冷却ユニット３０を備えている。成膜源２７、基板搬送機構４０およびエンドレスベルト１０は、真空槽１内に配置されている。基板冷却ユニット３０の一部は真空槽１の内部にあり、残部は真空槽１の外部にある。真空槽１には真空ポンプ９が接続されている。
【００１６】
基板冷却ユニット３０は、筐体１２、冷却ガス供給路１３（冷却ガス供給管）、フローコントローラ１４およびガス供給源１５を有している。筐体１２は、エンドレスベルト１０によって囲まれた空間にエンドレスベルト１０に近接して設けられているとともに、基板８の搬送経路が規定されている区間におけるエンドレスベルト１０の内周面に向かって開口している。冷却ガス供給路１３の一端は筐体１２に接続され、他端は真空槽１の外部にある冷却ガス源１５に接続されている。フローコントローラ１４は、冷却ガス供給路１３上に設けられている。冷却ガス供給路１３を通じた冷却ガス源１５から筐体１２への冷却ガスの供給量をフローコントローラ１４で調節できる。
【００１７】
エンドレスベルト１０は、自身の外周面に沿って基板８の搬送経路の一部を規定している。図２Ａに示すように、エンドレスベルト１０には厚さ方向に貫通孔１６が形成されている。冷却ガス供給路１３を通じて冷却ガス源１５から筐体１２内に冷却ガスを供給すると、冷却ガスは、筐体１２の内部空間に面しているエンドレスベルト１０に接触する。エンドレスベルト１０に貫通孔１６が形成されているので、冷却ガスは、その貫通孔１６に露出している基板８に接触し、さらに、エンドレスベルト１０と基板８との間に導入される。エンドレスベルト１０の外周面に沿って直線的に搬送中の基板８の表面上に成膜源２７からの材料を堆積させつつ、冷却ガスを使用した基板８の冷却を行うことにより、基板８の変形や溶断を防げる。
【００１８】
図１に示すように、基板搬送機構４０は、成膜源２７に面する所定の成膜位置４に基板８を供給する機能と、成膜後の基板８をその成膜位置４から退避させる機能とを有する。成膜位置４は、基板８の搬送経路上の位置である。成膜位置４を基板８が通過する際に、成膜源２７から飛来した材料が基板８上に堆積し、それにより基板８上に薄膜が形成される。
【００１９】
具体的に、基板搬送機構４０は、繰り出しローラ２、ガイドローラ３および巻き取りローラ５によって構成されている。繰り出しローラ２には成膜前の基板８が準備される。ガイドローラ３は、基板８の搬送方向における上流側と下流側とのそれぞれに配置されている。上流側のガイドローラ３は、繰り出しローラ２から繰り出された基板８をエンドレスベルト１０に誘導する。下流側のガイドローラ３は、成膜後の基板８をエンドレスベルト１０から引き継いで巻き取りローラ５に誘導する。巻き取りローラ５は、モータ（図示せず）によって駆動され、薄膜が形成された基板８を巻き取って保存する。
【００２０】
成膜時には、繰り出しローラ２から基板８を繰り出す操作と、成膜後の基板８を巻き取りローラ５に巻き取る操作とが同期して行われる。すなわち、薄膜形成装置１００は、繰り出しローラ２から巻き取りローラ３へと搬送中の基板８上に薄膜を形成する、いわゆる巻き取り式の薄膜形成装置である。巻き取り式の薄膜形成装置によると、長時間の連続成膜が可能なので高い生産性を実現できる。
【００２１】
成膜源２７からの材料粒子は、基板８に対して主に斜め方向から入射する。つまり、薄膜形成装置１００では、水平方向および垂直方向から傾いた方向に直線的に走行している基板８に対して、成膜源２７からの材料粒子を堆積させる（いわゆる斜め入射成膜）。斜め入射成膜によると、自己陰影効果により微小空間を有する薄膜を形成できるので、高Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）磁気テープやサイクル特性に優れた電池負極の製造に有効である。エンドレスベルト１０を使用すれば、比較的容易かつ安定して基板８を直線的に搬送できる。
【００２２】
本実施形態において、基板８は、可撓性を有する長尺基板である。基板８の材料は特に限定されず、高分子フィルムや金属箔を使用できる。高分子フィルムの例は、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリアミドフィルムおよびポリイミドフィルムである。金属箔の例は、アルミ箔、銅箔、ニッケル箔、チタニウム箔およびステンレス箔である。高分子フィルムと金属箔との複合材料も基板８に使用できる。
【００２３】
基板８の寸法も製造するべき薄膜の種類や生産数量等に応じて決まるので、特に限定されない。基板８の幅は例えば５０〜１０００ｍｍであり、基板８の厚さは例えば３〜１５０μｍである。
【００２４】
成膜時において、基板８は一定の速度で搬送される。搬送速度は製造するべき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８には、基板８の材料、基板８の寸法および成膜条件等に応じて、適切な大きさの張力がかけられる。
【００２５】
成膜源２７は、電子ビーム、抵抗加熱および誘導加熱等の加熱方法によって材料を蒸発させる蒸発源である。つまり、薄膜形成装置１００は真空蒸着装置である。蒸発した材料が鉛直上方に向かって進むように、真空槽１の下部に成膜源２７が配置されている。成膜源２７として、イオンプレーティング源、スパッタ源、化学気相堆積（ＣＶＤ）源、プラズマ等の他の成膜源を使用してもよいし、複数種類の成膜源の組み合わせを使用してもよい。また、酸化物や窒化物の薄膜を形成する場合には、成膜源２７と基板８との間の空間に向けて酸素ガスや窒素ガス等の原料ガスを導入するガス導入管が設けられる。
【００２６】
遮蔽板７は、成膜源２７とエンドレスベルト１０との間に配置されている。遮蔽板７の開口部によって、基板８の表面における成膜領域が規定されている。遮蔽板７によって遮蔽されていない領域が、基板８の表面の成膜領域である。言い換えると、成膜領域は、成膜源２７からの材料粒子が到達できる基板８上の領域を意味する。
【００２７】
成膜時において、真空槽１の内部は真空ポンプ９によって薄膜の形成に適した圧力（例えば１．０×１０-2〜１．０×１０-4Ｐａ）に保たれる。真空ポンプ９として、ロータリポンプ、油拡散ポンプ、クライオポンプおよびターボ分子ポンプ等の各種真空ポンプを使用できる。
【００２８】
エンドレスベルト１０および基板冷却ユニット３０についてさらに詳しく説明する。
【００２９】
図１に示すように、エンドレスベルト１０は、２つのキャン１１に掛けられており、キャン１１をモータ等で駆動することによって走行する。成膜位置４における基板８の搬送経路がエンドレスベルト１０の外周面に沿って規定されている。成膜位置４を直線的に搬送中の基板８の表面上に薄膜が形成される。成膜時におけるエンドレスベルト１０の走行速度は、基板搬送機構４０による基板８の搬送速度に等しい。ただし、基板８にダメージが及ばない範囲内であれば、エンドレスベルト１０の走行速度と基板８の搬送速度との間に多少の相違があってもよい。
【００３０】
エンドレスベルト１０の材料は特に限定されないが、耐熱性の観点で、ステンレス、チタン、モリブデン、銅およびチタン等の金属が優れている。エンドレスベルト１０の厚さは例えば０．１〜１．０ｍｍである。このような厚さのエンドレスベルト１０は、成膜時の輻射熱および蒸気流の熱によって変形しにくく、かつ比較的小径のキャン１１を使用できる程度に柔軟である。
【００３１】
また、エンドレスベルト１０は、基板８と接する外周面側に樹脂層を有していてもよい。つまり、樹脂でライニングされた金属ベルトをエンドレスベルト１０として使用できる。柔軟性に優れた樹脂層が表面に設けられていると、エンドレスベルト１０がキャン１１に接している区間において、エンドレスベルト１０と基板８との密着性が高まる。エンドレスベルト１０と直線的に搬送中の基板８との密着性も多少は高まる。そのため、エンドレスベルト１０と基板８との直接的な接触に基づく基板８の冷却効率がよくなる。また、基板８がエンドレスベルト１０の上を摺動しにくくなるので、基板８の裏面にキズが付くのを防止できる。
【００３２】
エンドレスベルト１０の表面の樹脂層は、例えば、テフロン（登録商標）、シリコンゴム、フッ素ゴム、天然ゴムおよび石油合成ゴムのいずれかを主成分（質量％で最も多く含まれる成分）する材料で作られる。また、樹脂層の機械的耐久性を高めるために、樹脂層にガラス繊維等のフィラーが含まれていてもよい。
【００３３】
また、エンドレスベルト１０と基板８との接触部分を増やすために、静電力を利用して基板８をエンドレスベルト１０に貼り付けてもよい。本実施形態によると、図６に示すように、貫通孔１６を通じてエンドレスベルト１０と基板８との間に冷却ガス１９を導入できる。したがって、エンドレスベルト１０と基板８との接触部分が増えても、基板８の面内に冷却ガスが均一に行き渡る。
【００３４】
エンドレスベルト１０はキャン１１と密着しており、キャン１１によって冷却される。エンドレスベルト１０をキャン１１で冷却することによって、エンドレスベルト１０と基板８との直接接触に基づく基板８の冷却効果をそれなりに高めることができる。キャン１１とエンドレスベルト１０との接触面積を稼ぐために（密着性を高めるために）、キャン１１の表面に柔軟性がある樹脂層を設けてもよい。樹脂層の材料として、シリコンゴム、フッ素ゴム、天然ゴムおよび石油合成ゴム等を使用できる。このような樹脂層は、キャン１１およびエンドレスベルト１０の両者が金属製である場合に特に有効である。なお、キャン１１とは別に、エンドレスベルト１０に張力をかけるためのテンションローラが設けられていてもよい。
【００３５】
図２Ａに示すように、エンドレスベルト１０には、長手方向（周回方向）に沿って複数の貫通孔１６が等間隔で形成されている。このようにすれば、基板８を均一に冷却できる。エンドレスベルト１０の長手方向に関して互いに隣り合う２つの貫通孔１６の間隔ｄは、同方向に関する筐体１２の長さよりも短い。そのため、筐体１２に面している貫通孔１６の数がゼロになりえず、貫通孔１６を通じてエンドレスベルト１０と基板８との間に確実に冷却ガスを導入できる。
【００３６】
詳細には、図２Ｂに示すように、エンドレスベルト１０には、幅方向の複数の列に沿って等間隔で貫通孔１６が形成されている。このようにすれば、長手方向と幅方向の両方向に関して基板８を均一に冷却できる。したがって、基板８の面内で冷却むらが生じにくく、熱による基板８の変形を確実に防げる。
【００３７】
貫通孔１６の開口面積は、例えば一つあたり０．５〜２０ｍｍ2である。このような範囲によると、成膜源２７からの材料で目詰まりが起こる可能性が低く、かつ各貫通孔１６を通じてエンドレスベルト１０と基板８との間に均一な圧力で冷却ガスを導入できる。冷却ガスの導入圧力が均一な場合、基板８の全体を均一に冷却できるため、変形を抑制する効果が高い。
【００３８】
貫通孔１６の総面積は、例えば、成膜領域の０．２〜２０％の範囲にある。貫通孔１６の総面積をこのような範囲に設定すれば、各貫通孔１６を通じてエンドレスベルト１０と基板８との間に均一な圧力で冷却ガスを導入できる。
【００３９】
貫通孔１６の配置は適宜変更可能である。例えば、図５Ａに示すエンドレスベルト１０Ａには、幅方向に２列、かつ長手方向に等間隔で貫通孔１６が形成されている。図５Ｂに示すエンドレスベルト１０Ｂには、大きい開口径の貫通孔１６ａと小さい開口径の貫通孔１６ｂとが千鳥配列で形成されている。つまり、貫通孔の開口径が一定である必要はない。図５Ｂのエンドレスベルト１０Ｂによると、比較的大きい開口径の貫通孔１６ａが幅方向の両サイドに位置し、真ん中の列に小さい開口径の貫通孔１６ｂが位置しているので、基板８を端までしっかり冷却できる。図５Ｃに示すエンドレスベルト１０Ｃには、貫通孔１６が３列で形成されている。両サイドの列には、真ん中の列の２倍の個数の貫通孔１６が形成されているので、基板８を端までしっかり冷却できる。図５Ｄに示すエンドレスベルト１０Ｄは、貫通孔１６ａと貫通孔１６ｂとの位置関係が図５Ｂのエンドレスベルト１０Ｂに対して逆になっている。つまり、小さい開口径の貫通孔１６ｂが幅方向の両サイドに位置し、真ん中の列に大きい開口径の貫通孔１６ａが位置している。この配列によると、基板８の中央部をより確実に冷却できる。
【００４０】
なお、貫通孔の開口形状は円形に限らず、三角形、方形および楕円形等の各種形状を適宜採用できる。溝状の貫通孔が形成されていてもよい。貫通孔の列の数も２列や３列に限定されず、４列以上、場合によっては２０列以上であってもよい。
【００４１】
筐体１２に供給する冷却ガスとして、水素、ヘリウム、二酸化炭素、アルゴン、酸素、窒素および水蒸気等を使用できる。小さい分子量を有するガス、例えばヘリウムガスは、熱伝導率が高く冷却能力に優れているとともに、成膜源２７からの材料粒子との衝突の影響も少ない。
【００４２】
図２Ａに示すように、筐体１２は、エンドレスベルト１０の内周面に向かって開口しており、冷却ガスをエンドレスベルト１０の内周面に接触させる機能を有している。このような筐体１２を使用すれば、相当数の貫通孔１６に均一に冷却ガスを送り込めるので、成膜位置４で成膜中の基板８のほぼ全体をむらなく冷却できる。本実施形態において、筐体１２は直方体の形状のものであるが、ドーム形等の他の形状であってもよい。
【００４３】
筐体１２の材料に特に限定はない。金属板を成形したり樹脂を成形したりして筐体１２を作製できる。図２Ｃに示すように、開口端１２ｅを形成している部分１２ｈの厚さＤ1が大きい場合、筐体１２とエンドレスベルト１０との隙間２３のコンダクタンスが小さくなる。すると、筐体１２の内部から外部へと冷却ガスが流れにくくなり、筐体１２内の圧力が高くなる。その結果、貫通孔１６に冷却ガスが導入されやすくなる。
【００４４】
筐体１２の開口端１２ｅとエンドレスベルト１０の内周面との隙間２３の広さＤ2は、筐体１２の開口端１２ｅの周方向に関して一定である。隙間２３の広さＤ2は、エンドレスベルト１０の厚さ方向に関して、例えば０．１〜１．０ｍｍ（好ましくは０．２〜０．５ｍｍ）に設定される。隙間２３の広さＤ2を適切に設定することによって、筐体１２とエンドレスベルト１０とが接触するのを回避しつつ、隙間２３を通じて筐体１２の内部から外部に冷却ガスが流れにくくなる。
【００４５】
また、上述の効果を得るために、冷却ガスの漏れコンダクタンスを小さくする構造を設けてもよい。例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示す筐体３２は、エンドレスベルト１０に向かって開口している直方体の形状の本体部１２ｓと、エンドレスベルト１０の内周面１０ｑと平行な方向に張り出した板状の鍔部１２ｔとで構成されている。平面視で鍔部１２ｔは枠の形状を有している（図３Ｂ）。鍔部１２ｔは、エンドレスベルト１０の内周面１０ｑと向かい合う位置に設けられており、筐体３２の開口部を形成している。筐体３２の内部から外部へと向かう経路が、鍔部１２ｔの下面１２ｐとエンドレスベルト１０の内周面１０ｑとの隙間によって形成されている。
【００４６】
さらに、余分な冷却ガスを回収する構造を設けてもよい。具体的に、図４に示す筐体２２は、ガス供給路１３が接続された内側部分２０と、内側部分２０を覆う外側部分２１とを含む二重構造を有している。外側部分２１には、内側部分２０と外側部分２１との間の空間２３に滞在している冷却ガスを真空槽１の外部に直接排気しうるように、排気路２４（排気管）が接続されている。この排気路２４は、図１に示す真空ポンプ９とは別の真空ポンプ（図示省略）に接続される。この筐体２２によると、内側部分２０とエンドレスベルト１０との隙間から内側部分２０の外部に冷却ガスが漏れたとしても、その冷却ガスは、内側部分２０と外側部分２１との間の空間２３にトラップされ、排気路２４を通じて真空槽１の外部に排気される。したがって、より高い真空度での成膜が可能となる。なお、筐体２２の内側部分２０や外側部分２１に、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明した鍔部２０ｔおよび２１ｔをそれぞれ設けると、いっそう効果的である。
【００４７】
冷却ガス供給路１３の数は、本実施形態のように１本であってもよいし、２本以上、場合によっては１０本以上であってもよい。冷却ガス源１５の具体例は、ガスボンベやガス発生装置である。
【００４８】
（第２実施形態）
図７に示すように、本実施形態の薄膜形成装置２００によると、エンドレスベルト１０と筐体１２との隙間の広さを調節するギャップ調節ローラ１７が基板冷却ユニット３０に設けられている。また、エンドレスベルト１２と基板８とを密着させる補助ローラ１８が基板搬送機構４０に設けられている。他の構成は第１実施形態の薄膜形成装置１００と同じなので説明を省略する。
【００４９】
ギャップ調節ローラ１７は、筐体１２の開口部に設けられている。ギャップ調節ローラ１７によって、筐体１２とエンドレスベルト１０との隙間の広さを高精度で一定に維持できる。その結果、筐体１２がエンドレスベルト１０に接触してエンドレスベルト１０にキズが付くのを防げる。また、筐体１２とエンドレスベルト１０との隙間を極力狭くして、筐体１２内の圧力を保てば、貫通孔１６に冷却ガスが導入されやすくなる。その場合、少量の冷却ガスで十分な冷却効果を得ることが可能なので、真空槽１の圧力上昇を抑制するのに有利である。余分な冷却ガスを回収する構造（図４参照）と、ギャップ調節ローラ１７とを組み合わせれば、より効果的である。
【００５０】
ギャップ調節ローラ１７には、ステンレスやアルミ等の金属でできたローラを使用できる。ギャップ調節ローラ１７の表面がゴムやプラスチックで形成されていてもよい。ギャップ調節ローラ１７の直径は、十分な強度を確保しつつ設置スペースを取り過ぎないように、例えば５〜１００ｍｍの範囲内に設定される。
【００５１】
補助ローラ１８は、エンドレスベルト１０から見て、基板８の搬送経路の上流側と下流側とのそれぞれに設けられている。補助ローラ１８は、基板８の搬送経路上においてエンドレスベルト１０から最も近い場所に位置しているローラである。エンドレスベルト１０に沿って直線的に搬送中の基板８に成膜を行う場合、成膜位置４を搬送中の基板８には張力をかけにくく、基板８とエンドレスベルト１０との距離が開きやすい。キャン１１を挟んで成膜位置４とは反対側（上流側および下流側）に補助ローラ１８を設ければ、基板８に張力をかけやすい。その結果、基板８がエンドレスベルト１０に適度に密着する。
【００５２】
（変形例）
成膜位置４の数は１つに限定されず、基板８の搬送経路上に複数の成膜位置４が存在してもよい。具体的には、山型、Ｖ型、Ｗ型およびＭ型の搬送経路を形成し、基板８を直線的に搬送する各区間に面するように成膜源２７を設ける。基板８の両面に成膜を行ってもよい。また、エンドレスベルト１０をより十分に冷却するために、追加のキャンを設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、長尺の蓄電デバイス用極板の製造に応用できる。例えば、基板８として銅箔を使用し、成膜材料として珪素を使用する。成膜源２７から珪素を蒸発させ、基板８上に珪素膜を形成する。真空槽１内に微量の酸素ガスを導入すれば、珪素と酸化珪素とを含む薄膜を基板８上に形成できる。珪素膜が形成された銅基板は、リチウムイオン二次電池の負極に利用できる。
【００５４】
一般に、樹脂基板に比べて金属基板は張力に対する伸びが小さいので、一度変形した金属基板を張力で強制的に元の形に戻すのは困難である。また、負極活物質として珪素を使用したリチウムイオン二次電池用負極に関して言えば、リチウムが珪素の格子間に挿入されたとき珪素膜（または珪素と酸化珪素とを含む膜）が膨張するので、集電体としての銅基板に十分な強度が要求される。珪素膜を形成する過程で銅基板が熱で変形すると、銅基板の強度が低下したり、面内で強度のバラつきが生じたりするのでよくない。本発明を適用すれば基板の変形を確実に防げるので、優れた性能のリチウムイオン二次電池用負極を製造できる。
【００５５】
本発明は、また、磁気テープの製造にも好適である。基板８としてポリエチレンテレフタレートフィルムを使用し、成膜材料としてコバルトを使用する。真空槽１内に酸素ガスを導入しつつ、成膜源２７からコバルトを蒸発させる。これにより、基板８上にコバルトを含む膜が形成される。
【００５６】
なお、基板冷却ユニット３０で使用する冷却ガスの種類と薄膜の原料ガスの種類とを同一にして、冷却ガスの一部を原料ガスとして使用すれば、真空槽１内に供給されるガスの総量を少なくできる可能性がある。
【００５７】
蓄電デバイス用極板や磁気テープだけでなく、コンデンサ、各種センサ、太陽電池、各種光学膜、防湿膜および導電膜等、成膜が必要な対象に本発明を適用できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内に設けられ、成膜源に面する所定の成膜位置に長尺の基板を供給する基板搬送機構と、
前記基板搬送機構による前記基板の供給に応じて走行可能であり、直線的に搬送中の前記基板の表面上に薄膜が形成されるように前記成膜位置における前記基板の搬送経路を自身の外周面に沿って規定するエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトに形成された貫通孔と、
走行中の前記エンドレスベルトの内周側から、前記貫通孔を通じて前記エンドレスベルトと前記基板の裏面との間に冷却ガスを導入する基板冷却ユニットと、
を備えた、薄膜形成装置。
【請求項２】
前記基板冷却ユニットが、(a)前記エンドレスベルトによって囲まれた空間に設けられ、前記基板の搬送経路が規定されている区間における前記エンドレスベルトの内周面に向かって開口している筐体と、(b)一端が前記筐体に接続され、他端が前記真空槽の外部に延びている冷却ガス供給路と、を有する、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記エンドレスベルトの長手方向に沿って複数の前記貫通孔が等間隔で形成されている、請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記筐体が、前記エンドレスベルトの内周面と平行な方向に張り出した板状の鍔部を前記内周面と向かい合う位置に有し、
前記鍔部の下面と前記エンドレスベルトの内周面との隙間によって、前記筐体の内部から外部へと向かう経路が形成されている、請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記筐体が、前記ガス供給路が接続された内側部分と、前記内側部分を覆う外側部分とを含む二重構造を有し、
前記内側部分と前記外側部分との間の空間に滞在している前記冷却ガスを前記真空槽の外部に直接排気しうるように前記外側部分に排気路が接続されている、請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記基板搬送機構が、前記エンドレスベルトと前記基板とを密着させる補助ローラを有する、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記エンドレスベルトに複数の前記貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の開口面積が一つあたり０．５〜２０ｍｍ2である、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
前記成膜源と前記エンドレスベルトとの間に配置され、前記基板の表面における成膜領域を規定する遮蔽部をさらに備え、
前記エンドレスベルトに複数の前記貫通孔が形成されており、
前記貫通孔の総面積が前記成膜領域の０．２〜２０％である、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項９】
前記エンドレスベルトが、前記基板と接する外周面側に樹脂層を有する、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項１０】
前記エンドレスベルトを駆動するとともに前記エンドレスベルトを冷却するキャンをさらに備えた、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項１１】
真空中で長尺の基板上に薄膜を形成する方法であって、
前記基板の搬送経路を規定しているエンドレスベルトの外周面に沿って直線的に搬送中の前記基板の表面上に成膜源からの材料を堆積させる工程と、
前記堆積工程を実施しつつ、前記エンドレスベルトに形成された貫通孔を通じて前記エンドレスベルトと前記基板の裏面との間に冷却ガスを導入する工程と、
を含む、薄膜形成方法。
【請求項１２】
前記基板の搬送経路が規定されている区間における前記エンドレスベルトの内周面に向かって開口する筐体を、前記エンドレスベルトによって囲まれた空間に設け、
その筐体内に真空槽の外部からの冷却ガスを供給することによって、前記冷却ガスの導入を行う、請求項１１に記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】
前記基板が金属製である、請求項１２に記載の薄膜形成方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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