(57)【要約】【課題】  基板の温度上昇を抑え、材質劣化を回避すると共に、生産性を向上させる基板冷却装置及び基板の冷却方法を提供する。【解決手段】  帯状の基板１に連続して蒸着を行う真空蒸着装置に用いられ、チャンバ２内に設けられ、基板１の走行を案内する冷却ロール７と、冷却ロール７の周囲に設けられ、チャンバ２を、蒸着を行う圧力室１０と、圧力室１０より高い所定圧力を有する圧力室８、圧力室９とに分離する圧力分離壁６ａ、６ｂとを有し、冷却ロール７は、圧力室８にて基板１を巻き付け、基板１と冷却ロール７との間にガス層１５を形成して、基板の冷却を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の基板に連続して蒸着を行う真空蒸着装置に用いられる基板冷却装置であって、
チャンバ内に設けられ、前記基板の走行を案内する冷却されたロールと、
前記ロール周囲の前記チャンバ内の空間を、少なくとも、蒸着を行う第１圧力室と、前記第１圧力室より高い所定圧力を有する第２圧力室とに分離する分離手段とを有し、
前記ロールは、前記第２圧力室にて前記基板を巻き付け、前記基板と前記ロールとの間にガス層を形成するものであることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の基板冷却装置において、
前記ロールの周方向の表面に、該ロールの周方向に連通する複数の溝を形成したことを特徴とする基板冷却装置。
【請求項３】
請求項１記載の基板冷却装置において、
前記ロールの周方向の表面に、柔構造物を設けたことを特徴とする基板冷却装置。
【請求項４】
請求項１記載の基板冷却装置において、
前記基板と前記ロールとの間の両端部に、シール部材を配置したことを特徴とする基板冷却装置。
【請求項５】
帯状の基板の両面に連続して蒸着を行う真空蒸着装置に用いられる基板冷却装置であって、
チャンバ内に設けられ、前記基板の走行を案内する冷却された２つのロールと、
前記２つのロール周囲の前記チャンバ内の空間を、少なくとも、蒸着を行う第１圧力室と、前記第１圧力室より高い所定圧力を有する第２圧力室とに分離する分離手段とを有し、
一方の前記ロールは、前記第２圧力室にて前記基板の一方側の面を外周面にして前記基板を巻き付け、前記基板と該ロールとの間にガス層を形成するものであり、
他方の前記ロールは、前記第２圧力室にて前記基板の他方側の面を外周面にして前記基板を巻き付け、前記基板と該ロールとの間にガス層を形成するものであることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の基板冷却装置において、
前記第２圧力室の所定圧力を１３Ｐａ以上、望ましくは１００Ｐａ以上とすることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の基板冷却装置において、
前記第２圧力室のガスは、水素ガス又はヘリウムガスよりなることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項８】
所定形状に切断された基板に蒸着を行なう真空蒸着装置に用いられる基板冷却装置であって、
前記基板を保持する保持手段と、前記基板の蒸着されない側の面に配設された冷却部材と、前記基板と前記冷却部材との間に配設され、前記基板と前記冷却部材との間を封止するシール部材とを有し、
前記基板と前記冷却部材との間に所定圧力のガス層を形成したことを特徴とする基板冷却装置。
【請求項９】
請求項８記載の基板冷却装置において、
前記ガス層の所定圧力を１３Ｐａ以上、望ましくは１００Ｐａ以上とすることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の基板冷却装置において、
前記ガス層は、水素ガス又はヘリウムガスよりなることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項１１】
帯状の基板に連続して蒸着を行う真空蒸着装置に用いられる基板の冷却方法であって、
前記基板の走行を案内する冷却されたロールの周囲のチャンバ内の空間を、分離手段により、少なくとも、蒸着を行う第１圧力室と前記第１圧力室より高い所定圧力を有する第２圧力室とに分離し、
前記第２圧力室にて、前記基板を前記ロールに巻き付け、前記基板と前記ロールとの間にガス層を形成することを特徴とする基板の冷却方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の基板の冷却方法において、
前記ロールの周方向の表面は、該ロールの周方向に連通する複数の溝を有することを特徴とする基板の冷却方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の基板の冷却方法において、
前記ロールの周方向の表面は、柔構造物を有することを特徴とする基板の冷却方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の基板の冷却方法において、
前記基板と前記ロールとの間の両端部に、シール部材を配置することを特徴とする基板の冷却方法。
【請求項１５】
帯状の基板の両面に連続して蒸着を行う真空蒸着装置に用いられる基板の冷却方法であって、
前記基板の走行を案内する冷却された２つのロールの周囲のチャンバ内の空間を、分離手段により、少なくとも、蒸着を行う第１圧力室と前記第１圧力室より高い所定圧力を有する第２圧力室とに分離し、
一方の前記ロールが、前記第２圧力室にて前記基板の一方側の面を外周面にして、前記基板を巻き付け、前記基板と一方の前記ロールとの間にガス層を形成し、
他方の前記ロールが、前記第２圧力室にて前記基板の他方側の面を外周面にして、前記基板を巻き付け、前記基板と他方の前記ロールとの間にガス層を形成することを特徴とする基板の冷却方法。
【請求項１６】
請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の基板の冷却方法において、
前記第２圧力室の所定圧力を１３Ｐａ以上、望ましくは１００Ｐａ以上とすることを特徴とする基板の冷却方法。
【請求項１７】
請求項１１乃至請求項１６のいずれかに記載の基板の冷却方法において、
前記第２圧力室のガスは、水素ガス又はヘリウムガスよりなることを特徴とする基板の冷却方法。
【請求項１８】
所定形状に切断された基板に蒸着を行なう真空蒸着装置に用いられる基板の冷却方法であって、
保持手段により保持される基板と前記基板の蒸着されない側の面に配設された冷却部材との間を、シール部材により封止し、
前記基板と前記冷却部材との間に、所定圧力のガス層を形成することを特徴とする基板の冷却方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の基板の冷却方法において、
前記ガス層の所定圧力を１３Ｐａ以上、望ましくは１００Ｐａ以上とすることを特徴とする基板の冷却方法。
【請求項２０】
請求項１８又は請求項１９に記載の基板の冷却方法において、
前記ガス層は、水素ガス又はヘリウムガスよりなることを特徴とする基板の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜が形成される基板の冷却装置及び冷却方法に関し、例えば、真空蒸着装置により薄膜が蒸着される基板に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
真空蒸着では、蒸着材料を気化させるため、蒸着材料の温度及び蒸着材料を収容するるつぼの温度が高温となる。例えば、蒸着材料として銅を用いる場合、蒸着材料及びるつぼの温度は、銅の融点である１３５８Ｋ以上となる。そして、蒸着材料を基板に蒸着させるため、高温のるつぼの上方に基板が配置される。蒸着中は、一般的に、以下の理由により基板の温度が上昇する。
（１）高温のるつぼ及び溶融した蒸着材料の表面からの輻射熱により、基板の温度が上昇する。
（２）蒸着材料の蒸着時の潜熱により、基板の温度が上昇する。
ところが、基板に蒸着材料を蒸着する場合、基板温度の上昇を所定範囲内に抑えながら蒸着する必要性がある。例えば、プラスチックのフィルムに銅を蒸着する場合、フィルムが溶けたり、フィルム自身の特性が変わったりするような温度に達することなく、蒸着を行うことが必要である。
【０００３】
そこで、従来は、以下のような工夫を行って、基板の温度を所定温度以下に抑えるようにしていた。これを、図１０（ａ）に示す従来の真空蒸着装置を参照して説明する。
図１０（ａ）に示す従来の真空蒸着装置は、帯状の基板８１に蒸着を行うためのチャンバ８２を有し、チャンバ８２の内部に、ロール状に巻回された基板８１を供給する払い出しロール８３と、蒸着された基板８１をロール状に巻回する巻き取りロール８４と、走行する基板８１を巻き付け、蒸着面を形成するロール８５と、冷却ロール８５が形成する基板８１の蒸着面に対向して、ロール８５の下方側に配設され、蒸着材料８６を有するるつぼ８７と、電子ビーム８８ａにより蒸着材料８６を加熱、蒸発させ、蒸気８６ａを発生させる電子銃８８とを有している。
【０００４】
図１０（ａ）に示すような真空蒸着装置において、基板８１の温度を所定温度以下に抑えながら蒸着を行う場合、以下に示すような方法を用いて基板８１の温度上昇を抑制している。
（１ａ）基板８１とるつぼ８７との間の距離ｌを離して、輻射熱を受けにくい構成とし、基板８１が受ける輻射熱を減少させる。
（２ａ）基板８１の走行速度を遅くし、単位時間あたりに付着する蒸気８６ａの量を減らして、基板８１が受ける蒸気８６ａからの潜熱を減少させる。この場合、るつぼ８７からの蒸気８６ａの量を減らすため、るつぼ８７自体の温度を下げることになるので、基板８１が受ける輻射熱も減少させることになる。
（３ａ）ロール８５の内部に低温の冷媒を通して、冷却したロール８５の表面に基板８１を接触させて基板温度を下げる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２００６１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、生産性向上のために、蒸着中に基板温度を制御する技術、即ち、冷却する技術が必要となってきている。ところが、上記真空蒸着装置においては、上述した（１ａ）〜（３ａ）のような方法を用いているため、以下の問題点があり、生産性と冷却性を両立させることができなかった。
（１ｂ）基板８１とるつぼ８７とが離れており、無効蒸気（基板８１に付着せず、周りの機器に付着する蒸気）が多い。そのため、蒸着材料の歩留が低く、又、頻繁に装置のメンテナンス（大気開放しての清掃）が必要となり、生産性が低い。
（２ｂ）必要な成膜量となる蒸気８６ａを付着させるためには、基板８１の走行速度を低くせざるを得ず、結果として製品の生産性が低い。
（３ｂ）基板８１を冷却したロール８５に直接接触させても、後述の理由により高い伝熱性能は期待できず、冷却効果は小さい。このため、同じ基板速度で成膜量を増加させたり、同じ成膜量の蒸着で基板速度を上げたりすることが困難であり、生産性を向上させることができない。
【０００７】
ここで、図１０（ｂ）を用いて、従来の真空蒸着装置における基板８１の冷却方法の問題点を説明する。
基板８１及びロール８５の表面には微視的な粗さがあり、図１０（ｂ）に示すように、基板８１をロール８５へ直接接触させても、基板８１とロール８５との間には、微細な間隙８９が数多く存在する。通常、蒸着は真空中（１Ｐａ以下）で行われるため、真空中では間隙８９も真空となる。その結果、基板８１とロール８５間の伝熱は、微少な接触部分による熱伝達Ａのみが支配的となり、真空の間隙８９における熱伝達は、基板８１からロール８５への輻射以外ほとんどなく、輻射による伝熱量が小さいため、高い伝熱性能は期待できなかった。このように、基板８１とロール８５間の伝熱性能を大きくすることができないため、生産性を向上させるには、ロール８５自体の温度を更に低温にする必要があり、例えば、液体窒素を使用するような大がかりな冷却装置が必要であった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、基板の温度上昇を抑え、材質劣化を回避すると共に、生産性を向上させる基板冷却装置及び基板の冷却方法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】
【０００９】
上記課題を解決する第１の発明に係る基板冷却装置は、
帯状の基板に連続して蒸着を行う真空蒸着装置に用いられる基板冷却装置であって、
チャンバ内に設けられ、前記基板の走行を案内する冷却されたロールと、
前記ロール周囲の前記チャンバ内の空間を、少なくとも、蒸着を行う第１圧力室と、前記第１圧力室より高い所定圧力を有する第２圧力室とに分離する分離手段とを有し、
前記ロールは、前記第２圧力室にて前記基板を巻き付け、前記基板と前記ロールとの間にガス層を形成するものであることを特徴とする。
つまり、所定圧力を有する第２圧力室にて基板をロールに巻き付けると、基板とロールが接触し始める部分の周囲に所定圧力のガスが存在するので、基板とロールとの間の微小な間隙にガスが自然に巻き込まれてガス層が形成される。そして、このガス層が熱伝達に寄与し、基板の冷却効果をもたらすことになる。
なお、第１圧力室と第２圧力室との圧力差が大きい場合には、分離手段により更に多くの圧力室に分離する。
【００１０】
上記課題を解決する第２の発明に係る基板冷却装置は、
第１の発明に係る基板冷却装置において、
前記ロールの周方向の表面に、該ロールの周方向に連通する複数の溝を形成したことを特徴とする。
つまり、ロール表面の周方向の溝により、所定圧力のガスが第２圧力室から基板とロールとの間に容易に流入し、ロール全周に渡ってガスの流入が可能であるので、蒸着を行う第１圧力室においても、形成されたガス層が維持される。
【００１１】
上記課題を解決する第３の発明に係る基板冷却装置は、
第１の発明に係る基板冷却装置において、
前記ロールの周方向の表面に、柔構造物を設けたことを特徴とする。
つまり、ロールの周方向の表面の柔構造物により、基板との密着性を向上させると共に基板との間に形成される微小な間隙の密閉性が向上し、蒸着を行う第１圧力室においても、形成されたガス層が維持される。
【００１２】
上記課題を解決する第４の発明に係る基板冷却装置は、
第１の発明に係る基板冷却装置において、
前記基板と前記ロールとの間の両端部に、シール部材を配置したことを特徴とする。
つまり、基板とロールとの間の両端部にシール部材を配置し、形成したガス層からのリークを抑えることで、蒸着を行う第１圧力室においても、形成されたガス層が維持される。
なお、シール部材は、基板側又はロール側に予め形成しておいてもよいし、基板をロールに巻込む際に、基板とロールの間の両端部に挟み込むようにしてもよい。
【００１３】
上記課題を解決する第５の発明に係る基板冷却装置は、
帯状の基板の両面に連続して蒸着を行う真空蒸着装置に用いられる基板冷却装置であって、
チャンバ内に設けられ、前記基板の走行を案内する冷却された２つのロールと、
前記２つのロール周囲の前記チャンバ内の空間を、少なくとも、蒸着を行う第１圧力室と、前記第１圧力室より高い所定圧力を有する第２圧力室とに分離する分離手段とを有し、
一方の前記ロールは、前記第２圧力室にて前記基板の一方側の面を外周面にして前記基板を巻き付け、前記基板と該ロールとの間にガス層を形成するものであり、
他方の前記ロールは、前記第２圧力室にて前記基板の他方側の面を外周面にして前記基板を巻き付け、前記基板と該ロールとの間にガス層を形成するものであることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第６の発明に係る基板冷却装置は、
第１〜５の発明に係る基板冷却装置において、
前記第２圧力室の所定圧力を１３Ｐａ以上、望ましくは１００Ｐａ以上とすることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第７の発明に係る基板冷却装置は、
第１〜６の発明に係る基板冷却装置において、
前記第２圧力室のガスは、水素ガス又はヘリウムガスよりなることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第８の発明に係る基板冷却装置は、
所定形状に切断された基板に蒸着を行なう真空蒸着装置に用いられる基板冷却装置であって、
前記基板を保持する保持手段と、前記基板の蒸着されない側の面に配設された冷却部材と、前記基板と前記冷却部材との間に配設され、前記基板と前記冷却部材との間を封止するシール部材とを有し、
前記基板と前記冷却部材との間に所定圧力のガス層を形成したことを特徴とする。
つまり、基板、ガス層、冷却部材が層構造をなし、所定圧力のガス層による熱伝達により基板からの熱を冷却部材に伝熱することが可能となる。
【００１７】
上記課題を解決する第９の発明に係る基板冷却装置は、
第８の発明に係る基板冷却装置において、
前記ガス層の所定圧力を１３Ｐａ以上、望ましくは１００Ｐａ以上とすることを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第１０の発明に係る基板冷却装置は、
第８、９の発明に係る基板冷却装置において、
前記ガス層は、水素ガス又はヘリウムガスよりなることを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する第１１の発明に係る基板の冷却方法は、
帯状の基板に連続して蒸着を行う真空蒸着装置に用いられる基板の冷却方法であって、
前記基板の走行を案内する冷却されたロールの周囲のチャンバ内の空間を、分離手段により、少なくとも、蒸着を行う第１圧力室と前記第１圧力室より高い所定圧力を有する第２圧力室とに分離し、
前記第２圧力室にて、前記基板を前記ロールに巻き付け、前記基板と前記ロールとの間にガス層を形成することを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する第１２の発明に係る基板の冷却方法は、
第１１の発明に係る基板の冷却方法において、
前記ロールの周方向の表面は、該ロールの周方向に連通する複数の溝を有することを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する第１３の発明に係る基板の冷却方法は、
第１１の発明に係る基板の冷却方法において、
前記ロールの周方向の表面は、柔構造物を有することを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する第１４の発明に係る基板の冷却方法は、
第１１の発明に係る基板の冷却方法において、
前記基板と前記ロールとの間の両端部に、シール部材を配置することを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決する第１５の発明に係る基板の冷却方法は、
帯状の基板の両面に連続して蒸着を行う真空蒸着装置に用いられる基板の冷却方法であって、
前記基板の走行を案内する冷却された２つのロールの周囲のチャンバ内の空間を、分離手段により、少なくとも、蒸着を行う第１圧力室と前記第１圧力室より高い所定圧力を有する第２圧力室とに分離し、
一方の前記ロールが、前記第２圧力室にて前記基板の一方側の面を外周面にして、前記基板を巻き付け、前記基板と一方の前記ロールとの間にガス層を形成し、
他方の前記ロールが、前記第２圧力室にて前記基板の他方側の面を外周面にして、前記基板を巻き付け、前記基板と他方の前記ロールとの間にガス層を形成することを特徴とする。
【００２４】
上記課題を解決する第１６の発明に係る基板の冷却方法は、
第１１〜１５の発明に係る基板の冷却方法において、
前記第２圧力室の所定圧力を１３Ｐａ以上、望ましくは１００Ｐａ以上とすることを特徴とする。
【００２５】
上記課題を解決する第１７の発明に係る基板の冷却方法は、
第１１〜１６の発明に係る基板の冷却方法において、
前記第２圧力室のガスは、水素ガス又はヘリウムガスよりなることを特徴とする。
【００２６】
上記課題を解決する第１８の発明に係る基板の冷却方法は、
所定形状に切断された基板に蒸着を行なう真空蒸着装置に用いられる基板の冷却方法であって、
保持手段により保持される基板と前記基板の蒸着されない側の面に配設された冷却部材との間を、シール部材により封止し、
前記基板と前記冷却部材との間に、所定圧力のガス層を形成することを特徴とする。
【００２７】
上記課題を解決する第１９の発明に係る基板の冷却方法は、
第１８の発明に係る基板の冷却方法において、
前記ガス層の所定圧力を１３Ｐａ以上、望ましくは１００Ｐａ以上とすることを特徴とする。
【００２８】
上記課題を解決する第２０の発明に係る基板の冷却方法は、
第１８、１９の発明に係る基板の冷却方法において、
前記ガス層は、水素ガス又はヘリウムガスよりなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
第１、５の発明に係る基板冷却装置によれば、又は、第１１、１５の発明に係る基板の冷却方法によれば、圧力分離壁によりチャンバ内に複数の圧力室を設け、基板とロールとの間に簡単にガス層を形成するようにしたので、ガス層により基板と冷却されたロールとの間の熱伝達率を向上させて、基板の温度上昇を低減することができる。
又、第８の発明に係る基板冷却装置によれば、又は、第１８の発明に係る基板の冷却方法によれば、基板と冷却部材との間にガス層を形成したので、ガス層により基板と冷却部材との間の熱伝達率を向上させて、基板の温度上昇を低減することができる。
その結果、蒸着の際、るつぼ側からの輻射及び蒸着材料の潜熱による基板の温度上昇を小さくすることができるため、基板に蒸着された蒸着材料、基板の劣化を抑制することができる。又、るつぼと基板との間の距離を小さくすることができるため、無効蒸気を減らすことができ、蒸着材料の歩留りを高くすることができる。従って、従来と比較して、より高速で基板に蒸着することができ、蒸着時間が短縮されるので、生産性の向上を図ることができる。
【００３０】
第２の発明に係る基板冷却装置によれば、又は、第１２の発明に係る基板の冷却方法によれば、ロール表面に周方向の溝を形成したので、所定圧力を有する第２圧力室から基板とロールとの間へのガスの流入が促進され、蒸着を行う第１圧力室においても、形成されたガス層を維持することができる。この結果、ガス層による熱伝達も維持されて、ガス層による冷却を行うことができる。
【００３１】
第３の発明に係る基板冷却装置によれば、又は、第１３の発明に係る基板の冷却方法によれば、ロールの周方向の表面に柔構造物を設けたので、基板とロールとの接触面積を増大させると共に、基板とロールの柔構造物との間に形成されたガス層が柔構造物により密閉されるので、蒸着を行う第１圧力室においても、形成されたガス層を維持することができる。この結果、ガス層による熱伝達も維持されて、ガス層による冷却を行うことができると共に、接触による冷却も向上させることができる。
【００３２】
第４の発明に係る基板冷却装置によれば、又は、第１４の発明に係る基板の冷却方法によれば、基板とロールと間の両端部にシール部材を設けたので、基板とロールと間に形成されたガス層からのリーク量を減少することができ、蒸着を行う第１圧力室においても、形成されたガス層を維持することができる。この結果、ガス層による熱伝達も維持されて、ガス層による冷却を行うことができる。
【００３３】
第６、９の発明に係る基板冷却装置によれば、又は、第１６、１９の発明に係る基板の冷却方法によれば、ガス層の圧力を１３Ｐａ以上、望ましくは１００Ｐａ以上としたので、ガス層による熱伝達率が真空の場合と比較して数倍以上となり、大きな冷却効果を実現することができる。
【００３４】
第７、１０の発明に係る基板冷却装置によれば、又は、第１７、２０の発明に係る基板の冷却方法によれば、ガス層に熱伝達率のよい水素、ヘリウムを用いるので、ガス層による熱伝達率が向上し、より大きな冷却効果を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
通常、真空蒸着を行う際、基板は真空下で蒸着されるため、冷却部材（例えば、冷却ロール等）に基板を接触させて冷却しようとしても、基板及び冷却部材の表面の粗さにより微少な間隙が形成され、これにより、冷却部材に直接接触する面積が小さくなる上、形成された間隙が真空となるため、接触部分、間隙部分での熱伝達は大きくなかった。そこで、本発明に係る基板冷却装置及び基板の冷却方法においては、基板と冷却部材との間に形成された間隙に所定圧力のガス層を形成、維持し、ガス層による熱伝達（ガスの対流及び熱伝導）を用いることで、冷却効率を向上させるものである。上記特徴を有する本発明に係る基板冷却装置及び基板の冷却方法の実施形態例を、以下に示す図面を参照して説明を行う。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本発明に係る基板冷却装置の実施形態の一例であり、図１（ａ）に、本発明に係る基板冷却装置を有する真空蒸着装置の構成図を示し、図１（ｂ）に、本発明に係る基板冷却装置及び冷却方法を説明する図を示す。
【００３７】
図１（ａ）に示すように、本発明に係る基板冷却装置を有する真空蒸着装置は、帯状の基板１に連続して蒸着を行うためのチャンバ２を有し、チャンバ２の外部（大気中）に、ロール状に巻回された基板１をチャンバ２内部へ供給する払い出しロール３と、蒸着された基板１をロール状に巻回する巻き取りロール４と、チャンバ２と払い出しロール３及び巻き取りロール４との間に設けられ、チャンバ２内部の真空度を維持するシール装置５とを有する。シール装置５では、基板１をチャンバ２内部に供給する際及び基板１をチャンバ２内部から巻き取る際に、シール用ロール５ａと複数の補助ロール５ｂの間のギャップを最適とすることで、チャンバ２内部の真空度を維持している。
【００３８】
チャンバ２の内部には、所定温度に冷却された冷却ロール６が設けられており、その周方向に基板１を所定の張力で巻き付け、冷却ロール６の回転運動により基板１の走行を案内している。又、冷却ロール６周囲のチャンバ２内部の空間は、複数の圧力分離壁７ａ、７ｂ（分離手段）により、蒸着を行う圧力室８（第１圧力室）、中間の圧力室９、圧力室８、９より高い所定圧力を有する圧力室１０（第２圧力室）に複数に分離されている。チャンバ２には、真空ポンプ（図示せず。）が接続されており、適切に排気を行うことにより、チャンバ２内部の圧力が適切に制御される。又、基板１と冷却ロール６の間に挟み込むガスを空気以外（例えば、水素やヘリウム等）とする場合は、チャンバ２にガス供給装置（図示せず。）を接続し、ガス供給装置から供給される所定ガスの流量を調整し、真空ポンプにより適切に排気を行うことにより、チャンバ２内部の圧力が適切に制御される。具体的には、圧力室８、９、１０では、シール装置５側の圧力室１０が一番高い所定圧力に制御され、圧力室９、そして、圧力室８に行くに従い、圧力が真空側へ減圧するように制御され、圧力室８は、蒸着に最適な真空度に制御される。なお、圧力室９は、圧力室８と圧力室１０との間の中間圧力室の役割を果たす。本実施例の場合、２つの圧力分離壁７ａ、７ｂにより、３つの圧力室８、９、１０に分離され、１つの中間の圧力室９を有する構成であるが、圧力室８と圧力室１０との差圧に応じ、差圧が大きいときは圧力分離壁を増やし、より多くの中間圧力室を設けるようにする。
【００３９】
冷却ロール６に巻き付けられた基板１の蒸着領域に対向して、圧力室８には、蒸着材料１１を有するるつぼ１２が配置されており、例えば、電子銃１３からの電子ビーム１３ａにより蒸着材料１１を加熱し、蒸発させ、蒸発された蒸着材料１１の蒸気１１ａを基板１に蒸着させる。なお、蒸着材料１１の加熱法としては、電子銃１３から発生させる電子ビーム１３ａに限らず、例えば、抵抗加熱や誘導加熱等でもよい。
【００４０】
上記構成により、払い出しロール３から供給された基板１は、冷却ロール６に巻き付けられてチャンバ２内部を走行する際、各々圧力が異なる全ての圧力室１０、９、８を通過し、圧力室８において蒸着が行われ、蒸着後、圧力室８、９、１０を通過して、巻き取りロール４に巻き取られる。
【００４１】
ここで、本発明に係る基板冷却装置おける基板の冷却方法を、図１（ｂ）を参照して説明を行う。
図１（ｂ）に示すように、基板１及び冷却ロール６は、各々その表面に所定の粗さを有しており、冷却ロール６に基板１を巻き付けた際、基板１と冷却ロール６の表面との間に間隙１４が形成される。従来の真空蒸着装置では、真空中において、基板１を冷却ロール６に巻き付けていたため、間隙１４も真空状態となり、基板１の冷却は、冷却ロール６の表面との接触部分における熱伝達Ａと基板１から冷却ロール６への輻射しか行われなかった。これに対して、本発明では、チャンバ２内部に複数の圧力室８、９、１０を形成しており、所定圧力を有する圧力室１０において、基板１を冷却ロール６に巻き付けているので、圧力室１０内部に存在するガスを基板１と冷却ロール６の間に巻き込み、基板１と冷却ロール６の表面の間の間隙１４にガス層１５を形成することとなる。そして、基板１は冷却ロール６との間にガス層１５を保持した状態でるつぼ１２の上を通過し、蒸着されることとなる。この際、基板１の冷却は、冷却ロール６の表面との接触部分による熱伝達Ａと基板１から冷却ロール６への輻射に加えて、ガス層１５の対流及び熱伝導による熱伝達Ｂにより行われることになり、基板１と冷却ロール６との熱伝達率が向上されて、より効果的に冷却を行うことができ、基板１の温度上昇を抑制することができる。なお、圧力室１０の好適な圧力範囲、そして、本発明による冷却の効果については、後述の図７、８のグラフを用いて説明を行う。
【実施例２】
【００４２】
本発明において、第１に重要なことは、蒸着が行われる圧力室８より高い所定圧力を有する圧力室１０において、基板１を冷却ロール６へ巻き付け、基板１と冷却ロール６との間の間隙１４に所定圧力のガス層１５を形成することである。ところが、図２に示すように、冷却ロール６の回転により基板１が走行する際に、圧力室１０の圧力ＰHより低い圧力ＰC、ＰLを有する圧力室９、８において、基板１と冷却ロール６との間に形成したガス層１５は、ガス層１５の圧力と圧力室８、９の圧力ＰL、ＰCとの差圧により、基板１の端部からリークし（図２中Ｌで示す。）、蒸着中にガス層１５の圧力が低下し、冷却効果が低減するおそれがある。例えば、実施例１の真空蒸着装置において、所定の張力にて基板１を冷却ロール６側へ押し付けるようにしていても、基板１の表面が粗い場合、形成されたガス層１５が基板１の両端部から圧力室８、９へリークし、間隙１４のガスが減圧された状態となり、冷却効果を持続することができない場合がある。つまり、第２に重要なことは、如何にガス層を維持するかということである。そこで、実施例２〜４に、ガス層を維持するための構成を示して、その説明を行う。
【００４３】
図３は、本発明に係る基板冷却装置の実施形態の他の一例であり、本発明に係る基板冷却装置及び冷却方法を説明する図である。
図３に示す本実施例の基板冷却装置は、実施例１に示した真空蒸着装置（図１参照）に用いられるものであり、図３に示すように、冷却ロール６の構成が異なる以外、実施例１と同等の構成である。従って、重複する説明は省略して、本実施例に係る部分を中心に説明を行う。
【００４４】
図２に示すように、本実施例の基板冷却装置は、冷却ロール６の表面に、冷却ロール６表面の全周（周方向）に溝を切り、周方向に連通する複数の溝６ａを形成したものである。従って、溝６ａにより形成された基板１と冷却ロール６との間隙２１は、溝６ａにより圧力室８より大きい圧力を有する圧力室１０と連通され、圧力室１０からのガスが容易に流入されて、ガス層２２が形成されている。従って、蒸着が行われる圧力室８において、基板１と冷却ロール６との間にリークがあっても、ガス層２２が維持され、ガス層２２による冷却効果（熱伝達Ｂ）が低減されない構成となっている。このように、溝６ａは、ガス層２２を形成すると共に圧力室１０とのガスの流路も兼ねるものであり、本実施例では、圧力室１０に連通する溝６ａにより、ガス層２２を維持することが可能となる。
【実施例３】
【００４５】
図４は、本発明に係る基板冷却装置の実施形態の他の一例であり、図４（ａ）に、本発明に係る基板冷却装置を有する真空蒸着装置の構成図を示し、図４（ｂ）に、本発明に係る基板冷却装置及び冷却方法を説明する図を示す。
なお、図４において、実施例１に示した真空蒸着装置（図１参照）と同等の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４６】
図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、本実施例の基板冷却装置は、冷却ロール６の周方向の表面に、ゴム等の柔らかい材料によるライニング３１（柔構造物）を設けたものである。従って、基板１を冷却ロール６に巻き込む際、基板１とライニング３１との接触面積が多くなり、ライニング３１を介した基板１から冷却ロール６への直接接触による熱伝達Ａが多くなる。又、基板１を冷却ロール６に巻き込む際、基板１とライニング３１との間に形成される間隙３２は、実施例１の場合と比較して小さくなるが、ライニング３１により間隙３２が密閉されて、ガス層３３が形成されるので、蒸着が行われる圧力室８において、ガス層３３からのリークをより低減して、ガス層３３をより維持するようにしている。この結果、熱伝達Ａの増大に加えて、ガス層３３による冷却効果（熱伝達Ｂ）が維持され、さらに熱伝達性の向上を図ることができる。このように、本実施例では、ライニング３１でガス層３３（間隙３２）を密閉することにより、ガス層を維持することが可能となる。
【実施例４】
【００４７】
図５は、本発明に係る基板冷却装置の実施形態の他の一例であり、本発明に係る基板冷却装置及び冷却方法を説明する図である。
図５に示す本実施例の基板冷却装置は、実施例１に示した真空蒸着装置（図１参照）に用いられるものであり、図５に示すように、基板１−冷却ロール６間の構成が異なる以外、実施例１と同等の構成である。従って、重複する説明は省略して、本実施例に係る部分を中心に説明を行う。
【００４８】
図５に示すように、本実施例の基板冷却装置は、基板１と冷却ロール６との間の両端部にシリコンゴム等のシール４２（シール部材）を配置したものである。このため、シール４２により間隙４１が圧力室８、９に対して封止され、間隙４１に形成されたガス層４３から圧力室８、９へのリークが低減される。従って、圧力室８、９においても、ガス層４３が維持され、ガス層４３による冷却効果（熱伝達Ｂ）を低減させることがない。更に、圧力室１０に対しては、圧力室１０に連通する流路が形成されることとなり、実施例２と同様に、圧力室１０から間隙４１へのガスの流入が促進され、ガス層４３の維持に寄与する。このように、本実施例では、シール４２により圧力室８、９へのリークを防止すると共に圧力室１０へ連通する流路が形成されるので、ガス層４３を維持することが可能となる。
【００４９】
なお、シール４２の配置方法としては、冷却ロール６上の基板１の両端部に対応する位置に、予めシール４２を設けたり、基板１側の両端部に予めシール４２を設けたり、基板１を冷却ロール６に巻込む際に、基板１と冷却ロール６の間の両端部に挟み込むように、シール４２を別途供給するようにしたりしてもよい。例えば、図１に示すような、エアツーエア式の真空蒸着装置（大気圧側の払い出しロール３から真空側のチャンバ２に連続的に基板１を供給し、蒸着後、チャンバ２から基板１を連続的に送り出し、大気圧側の巻き取りロール４で巻き取る真空蒸着装置）の場合、真空側のチャンバ２に入る前に、大気圧下で連続塗布装置等によりシール４２を基板１にコーティングすることで、シール４２が基板１と冷却ロール６との間の両端部に配置されるようにする。
【実施例５】
【００５０】
図６は、本発明に係る基板冷却装置の実施形態の他の一例であり、本発明に係る基板冷却装置を有する真空蒸着装置の構成図である。
【００５１】
本実施例の真空蒸着装置は、全ての構成機器がチャンバ２内部に配置されるロールツーロール式の真空蒸着装置である。図６に示すように、本実施例の真空蒸着装置は、帯状の基板６１の両面に連続して蒸着を行うためのチャンバ６２を有し、チャンバ２の内部に、ロール状に巻回された基板６１を供給する払い出しロール６３と、蒸着された基板６１をロール状に巻回する巻き取りロール６４とを有する。
【００５２】
又、チャンバ６２の内部には、所定温度に冷却された２つの冷却ロール６５ａ、６５ｂが設けられており、その周方向に基板６１を所定の張力で巻き付け、冷却ロール６５ａ、６５ｂの回転運動により基板６１の走行を案内している。又、２つの冷却ロール６５ａ、６５ｂの周囲のチャンバ２内部の空間は、複数の圧力分離壁６６ａ、６６ｂ、６６ｃ（分離手段）により、蒸着を行う圧力室６７（第１圧力室）、２つの中間圧力の圧力室６８、６９、圧力室６７、６８、６９より高い所定圧力を有する圧力室７０（第２圧力室）に複数に分離されている。チャンバ６２には、所定ガスを供給するガス供給装置７１とチャンバ６２内部の排気を行う真空ポンプ（図示せず。）が接続されており、ガス供給装置７１から供給される所定ガスの流量を調整し、真空ポンプにより適切に排気を行うことにより、チャンバ６２内部の圧力が適切に制御される。具体的には、圧力室７０が一番高い所定圧力に制御され、圧力室６９、６８、そして、圧力室６７に行くに従い、圧力が真空側へ減圧するように制御され、圧力室６７は、蒸着に最適な真空度に制御される。本実施例の場合、圧力室６７と圧力室７０との差圧を考慮して、３つの圧力分離壁６６ａ、６６ｂ、６６ｃにより、４つの圧力室６７、６８、６９、７０に分離し、２つの中間の圧力室６８、６９を有する構成である。
【００５３】
２つの冷却ロール６５ａ、６５ｂに巻き付けられた基板６１の各々の蒸着領域に対向して、圧力室６７には、蒸着材料を有するるつぼ７２ａ、７２ｂが２つ配置されており、電子銃７３ａ、７３ｂからの電子ビームにより蒸着材料を加熱し、蒸発させ、蒸発された蒸着材料の蒸気を基板６１に蒸着させる構成である。
【００５４】
上記構成により、払い出しロール６３から供給された基板６１は、圧力室７０にて一方の冷却ロール６６ａにより基板６１の一方側の面を外周面にして巻き付けられ、基板６１と一方の冷却ロール６６ａとの間にガス層が形成される。そして、各々圧力が異なる全ての圧力室７０〜６７を通過し、圧力室６７において基板６１の一方側の面の蒸着が行われる。蒸着後、圧力室６７〜７０を通過して、再び圧力室７０に戻る。その後、基板６１は、圧力室７０にて他方の冷却ロール６６ｂにより基板６１の他方側の面を外周面にして巻き付けられ、基板６１と他方の冷却ロール６６ｂとの間にガス層が形成される。そして、圧力室７０〜６７を通過し、圧力室６７において基板６１の他方側の面の蒸着が行われる。蒸着後、圧力室６７〜７０を通過して、巻き取りロール６４に巻き取られる。
【００５５】
このように、本実施例の真空蒸着装置では、基板６１の両面に蒸着を行うものであるが、いずれの場合でも、基板６１と冷却ロール６５ａ、６５ｂとの間にガス層が形成された後、蒸着が行われており、蒸着時に基板６１の温度上昇を抑制することができる。更に、実施例１の場合と同様に、実施例２〜４に示す基板冷却装置を本実施例にも適用可能であり、その場合、蒸着が行われる圧力室６７においてもガス層を維持し、冷却効果を維持できるため、基板の温度上昇を更に抑制して、生産性を更に向上させることができる。
【００５６】
本実施例は、冷却ロール６５ａ、６５ｂにおける基板６１の巻き取り方向を変更することにより、るつぼ７２ａ、７２ｂに対して、基板６１を反転させて、両面に蒸着を行う構成である。これに対して、実施例１に示した真空蒸着装置（図１（ａ）参照）のように、シール装置を設け、払い出しロール、巻き取りロールをチャンバの外部に配置した場合には、基板６１を反転させる装置をチャンバ６２の圧力室７０に設けるようにすれば、本実施例と同様に、ガス層による冷却効果を用いた蒸着が可能となる。
【００５７】
ここで、上記圧力室１０、７０に好適な圧力範囲及び本発明による冷却の効果を図７、図８を用いて説明を行う。
【００５８】
図７は、圧力に対する気体の等価熱伝達率を示すグラフである。具体的には、０．２ｍｍの隙間を有する同じ物体間に、１５０℃の空気層を挟み込み、空気層の圧力を変化させたときに、空気層（若しくは真空）の等価熱伝達率がどのように変化していくかを調べたものである。図７に示すように、所定圧力Ｐs以上（図７における条件の場合、約２００Ｐａ（約１．５Ｔｏｒｒ）以上）の場合、空気層の等価熱伝達率は一定であり、１００Ｗ／ｍ2Ｋ以上の高い等価熱伝達率を有している。このように、空気層の圧力が高い場合、等価熱伝達率は一定であり、その大きさは、物体間の隙間の大きさによって変化する。
【００５９】
一方、所定圧力Ｐs以下の場合、空気層の等価熱伝達率は、物体間の隙間の大きさにかかわらず、空気層の圧力に比例して、圧力が減少するに従い低下し、通常の真空蒸着が行われる１Ｐａ（約０．００７５Ｔｏｒｒ）では、１以下の等価熱伝達率となってしまう。そこで、本発明では、空気層、つまり、ガス層の等価熱伝達率を、少なくとも１０以上、望ましくは８０以上にするべく、ガス層の圧力を１３Ｐａ（約０．１Ｔｏｒｒ）以上、望ましくは１００Ｐａ（約０．７５Ｔｏｒｒ）以上にするようにしている。従って、圧力室１０、７０の圧力が１３Ｐａ以上、望ましくは１００Ｐａ以上あれば、基板１と冷却ロール６との間に形成されるガス層の圧力も同等の圧力にすることができる。
【００６０】
なお、図７では、ガス層として空気を用いて説明を行ったが、空気より高い熱伝達率の気体、例えば、水素やヘリウム等をガス層のガス種として用いれば、同じ圧力でもより高い等価熱伝達率を得ることができる。
【００６１】
次に、図８に、真空蒸着を行った場合の熱伝達率比による基板の最高到達温度を示し、従来と本発明の場合とを比較して、本発明の効果を説明する。
図８は、所定の基板の走行速度（ロールの周速度）にて基板を走行させた場合、基板とロール間の熱伝達率比に応じて、基板の最高到達温度がどのように変化するかを示したものである。ここで、熱伝達率比とは、異なる物体に対する気体の等価熱伝達率同士の比をとったものであり、図８の場合、基板に対する気体の等価熱伝達率と冷却ロールに対する気体の等価熱伝達率の比をとったものである。
【００６２】
前述したように、従来の真空蒸着装置における真空度は１Ｐａ程度であり、その場合、気体（真空）の等価熱伝達率は１以下となり、これを、基板とロール間の熱伝達率比として換算すると１以下となる。従って、従来の場合、図８に示すように、基板の走行速度が速い場合（Ｖ＝５ｍ／ｍｉｎ、１０ｍ／ｍｉｎ）には、基板の温度上昇が大きく、一番低い場合でも５００℃まで最高到達温度が上昇してしまう。一方、基板の走行速度が遅い場合（Ｖ＝１ｍ／ｍｉｎ）には、最高到達温度を２００℃程度までの上昇に抑えることができるが、この場合、基板の走行速度が遅く、生産性の向上は望めない。
【００６３】
これに対して、本発明の場合、ガス層の圧力を１００Ｐａ程度にしているので、気体の等価熱伝達率は１００近くなり、これを、基板とロール間の熱伝達率比にすると２以上（２〜５）となり、従来と比較すると、少なくとも２倍以上の熱伝達率があることがわかる。例えば、従来は、基板の走行速度をＶ＝１０ｍ／ｍｉｎとした場合、基板の最高到達温度は７５０℃以上になってしまうが、本発明では、基板の最高到達温度を４５０℃以下に抑えることができる。従って、本発明の場合、基板の走行速度が速い場合でも、基板の最高到達温度を４５０℃以下まで低減することができ、基板の温度上昇を抑制すると共に、生産性の向上を図ることができる。
【実施例６】
【００６４】
図９は、本発明に係る基板冷却装置の実施形態の他の一例を示す構成図である。
図９に示す基板冷却装置は、所定形状に切断された基板に蒸着を行う真空蒸着装置に好適なものである。本実施例の基板冷却装置は、図９に示すように、所定形状に形成された基板７５を保持するホルダ７６（保持手段）と、基板７５の一方側の面、即ち、蒸着が行われない側の面に配設された冷却板７７（冷却部材）と、基板７５と冷却板７７との間の端部に配設され、基板１と冷却板７７との空間を封止するシール７９（シール部材）とを有し、基板１、冷却板７７、シール７９により、所定圧力を有するガス層７８が形成されている。ホルダ７６は、基板１の蒸着面側に単数若しくは複数の開口部を有しており、蒸着時には、開口部を通して蒸着材料の蒸気が、基板７５上に蒸着される。なお、基板７５としては、例えば、ガラス基板等を用い、冷却板７７としては、例えば、Ｃｕ等の金属製の材料を用いる。又、冷却板７７は、放熱性が良好なものが望ましく、例えば、放熱性の高い材料を用いたり、複数のフィンを設けたりすることにより、冷却性を持たせるようにする。
【００６５】
本実施例の場合も、ガス層７８の圧力、ガス層７８のガス種として、前述したような条件を用いれば、図８に示したような熱伝達率比を得ることができ、ガス層７８により冷却板７７へ熱伝達が行われることとなり、蒸着中の基板の温度上昇を抑えることが可能となる。その結果、基板の温度を制限値以上に上昇させることなく、基板と蒸発源との距離を近づけることが可能となり、無効蒸気を低減して、蒸着速度を向上させると共に、生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る基板冷却装置の実施形態の一例（実施例１）を示す図であり、（ａ）は、本発明に係る基板冷却装置が用いられる真空蒸着装置の構成図、（ｂ）は、本発明に係る基板冷却装置及び基板の冷却方法を説明する図である。
【図２】基板と冷却ロールとの間のガス層のリークを説明する図である。
【図３】本発明に係る基板冷却装置の実施形態の他の一例（実施例２）を示し、本発明に係る基板冷却装置及び基板の冷却方法を説明する図である。
【図４】本発明に係る基板冷却装置の実施形態の他の一例（実施例３）を示す図であり、（ａ）は、本発明に係る基板冷却装置が用いられる真空蒸着装置の構成図、（ｂ）は、本発明に係る基板冷却装置及び基板の冷却方法を説明する図である。
【図５】本発明に係る基板冷却装置の実施形態の他の一例（実施例４）を示し、本発明に係る基板冷却装置及び基板の冷却方法を説明する図である。
【図６】本発明に係る基板冷却装置の実施形態の他の一例（実施例５）を示し、本発明に係る基板冷却装置が用いられる真空蒸着装置の構成図である。
【図７】圧力に対する気体の等価熱伝達率を示すグラフである。
【図８】基板−ロール間の熱伝達率比に対する基板の最高到達温度を示すグラフである。
【図９】本発明に係る基板冷却装置の実施形態の他の一例（実施例６）を示す図である。
【図１０】従来の真空蒸着装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
１    基板
２    チャンバ
６    冷却ロール
６ａ  溝
７ａ、７ｂ  圧力分離壁
１４  間隙
１５  ガス層
２１  間隙
２２  ガス層
３１  ライニング
３２  間隙
３３  ガス層
４１  間隙
４２  シール
４３  ガス層
６１  基板
６２  チャンバ
６５ａ、６５ｂ  冷却ロール
６６ａ、６６ｂ、６６ｃ  圧力分離壁
７１  ガス供給装置
【図１】
2006089782.tif 000003
【図２】
2006089782.tif 000004
【図３】
2006089782.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006089782.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006089782.tif 000009
【図８】
2006089782.tif 000010
【図９】
2006089782.tif 000011
【図１０】
2006089782.tif 000012