(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の真空槽と、これらの真空槽を順次に連通させる大気から遮断された連通路とを備え、一連となった帯状シートを前記真空槽と連通路とを通して搬送し、それぞれの真空槽に設けられたスパッタ領域で順次に成膜を行うインラインスパッタ装置において、
前記連通路の少なくとも一部に、通過する帯状シートの表裏に対面する内壁相互の間隔を帯状シートの厚みの１０倍以内にした微小間隙を形成するとともに、
床面に対して真空槽を支持する真空槽支持手段と、
前記真空槽のベースプレートに形成された貫通穴を通って床面に達する搬送系支持脚を有し、真空槽の内部で前記帯状シートを搬送するシート搬送手段を前記真空槽及び真空槽支持手段から機械的に独立して床面に対して支持する搬送系支持手段とが設けられ、
前記貫通穴は、前記ベースプレートに一端側が固定され他端側が前記搬送系支持脚に固定された可撓性を有する気密材でカバーされていることを特徴とするインラインスパッタ装置。
【請求項２】
前記連通路は、隣接する真空槽の一方に固定された第一スリーブと、隣接する真空槽の他方に固定された第二スリーブの内部に形成され、前記第一スリーブと第二スリーブとは一方が他方を包み込むように接続されるとともに互いの接続部には気密用のパッキンが設けられていることを特徴とする請求項１記載のインラインスパッタ装置。
【請求項３】
隣接し合う真空槽の相互間に、排気を行ったときの前記真空槽相互間の最短間隔を規制する間隔規制部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のインラインスパッタ装置。
【請求項４】
前記連通路の内部又は連通路に連なる真空槽の内壁に、前記微小間隙を調節する間隙調節手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のインラインスパッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空槽を多連に接続したインラインスパッタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック製のシートに、導電性薄膜や電磁波シールド用の金属薄膜など用途に応じた種々の薄膜をスパッタリングにより形成することが行われている。スパッタリングでシートに薄膜を形成する際には、例えば特許文献１や特許文献２などに見られるように、シートに切断する前の帯状シートを真空槽の内部で走行させ、その走行途中でスパッタリングを行うのが効率的である。
【特許文献１】特開２００３−２７２３４号公報
【特許文献２】特開２００４−２３２０４５号公報
【０００３】
多層膜構成の薄膜をスパッタ成膜するには真空槽内の複数箇所にスパッタ領域を確保し、それぞれのスパッタ領域で順次に成膜する必要がある。ところが、異種の薄膜を積層する際には、単にターゲット材料が異なるだけでなく、放電ガスのガス圧や、反応ガスの導入の有無及びそのガス圧など、必ずしも真空槽内の成膜条件は一定していないのが通常である。こうした背景から、単一の真空槽の内部で異種の薄膜を成膜するよりは、その成膜条件に応じて複数の真空槽を用いるのが有利である。
【０００４】
上記の目的で使用されるインラインスパッタ装置では、一連の帯状シートを搬送することができるように、複数の真空槽が隣接する相互間を連通させる連通路を挟んで直列に接続されるため、隣接する真空槽が流体的にも一連に接続されることになる。したがって、特定の真空槽内の真空度や導入した放電ガスあるいは反応ガスのガス圧が、隣接する他の真空槽の真空度・ガス圧の影響を受け、所望の成膜条件で安定させることが難しくなる。これを防ぐには、帯状シートの厚み方向で連通路の隙間をできるだけ狭くし、放電ガスや反応ガスがもつ粘性を利用して真空槽相互間でガスの流通を抑えるのが有効である。特許文献１には、真空槽相互間のガスの流通を防ぐために、帯状シートの通過路に微小間隙を開けて平行に配置した一対のシールロールを設けているが、帯状シートの送り方向に関して微小間隙の距離が短いため、ガスの粘性を充分に利用することができず、充分な効果があるとは言い難い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、帯状シートの通過路を通して真空槽相互間でガスが流通することを防ぐには、帯状シートが通過する連通路を帯状シートの厚み方向でその１０倍以下、好ましくは５倍以下にした微小間隙を設け、しかも微小間隙の範囲を帯状シートの送り方向である程度長くし、あるいはある程度の長さ範囲の中の複数箇所に微小間隙を設けておく必要がある。ところが、このような微小間隙を通して帯状シートの搬送を行おうとすると、スパッタリングに先立って真空槽ごとに排気を行い、さらに放電ガスや反応ガスの導入を行ったときに、それぞれの真空槽が内部圧力の変化に応じて微妙に変形し、微小間隙の位置に狂いが生じてくる。このため、真空槽の排気を行う前の大気圧条件下で微小間隙との相対位置を確認しながら帯状シートの搬送路を適正に設定しておいても、排気を行った後に帯状シートの搬送を行うと帯状シートの一方の面が微小間隙を構成する一方の内壁に擦れながら送られることがあり、品質を著しく低下させてしまう。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、真空槽ごとに設定された真空度や導入ガス圧などの成膜条件を適正に維持できるようにし、しかも大気中で帯状シートの搬送経路を決めた後、真空槽の排気を行っても帯状シートの搬送経路にほとんど狂いが生ぜず、帯状シートに擦り傷が入らないようにしたインラインスパッタ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】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するにあたり、まず連通路で接続された真空槽の相互間を流体的にできるだけ隔絶するために、帯状シートの表裏に対面する内壁面の間隔を帯状シートの厚みの１０倍以内に抑えた微小間隙を連通路の少なくとも一部に設ける。そして、真空槽を床面に対して支持する真空槽支持手段のほかに、真空槽の内部で前記帯状シートを搬送するシート搬送手段を前記真空槽及び真空槽支持手段から機械的に独立して床面に対して支持する搬送系支持手段を設けたことを特徴とする。この搬送系支持手段を構成するに際しては、真空槽のベースプレートに形成された貫通穴を通って床面に達する搬送系支持脚を用い、かつ真空槽内部を大気から隔絶するには、ベースプレートに一端側が固定され他端側が前記搬送系支持脚に固定された可撓性を有する気密材で前記貫通穴をカバーするとよい。
【０００８】
連通路を構成するにあたっては、隣接する真空槽の一方に固定された第一スリーブと、隣接する真空槽の他方に固定された第二スリーブとを用い、これらの内部に帯状シートを挿通するのがよく、これらのスリーブの接続部にはＯリングなどの気密用のパッキンを使用して大気との隔絶を図る。さらに、連通路の内部又は連通路に連なる真空槽の内壁に、前記微小間隙の間隔を適宜に調節し、この間隙を帯状シートの厚みの１０倍以内、好ましくは５倍以内に抑えられるようにした間隙調節手段を設けるのが効果的である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は上記構成により、真空槽内で帯状シートを搬送するシート搬送手段が真空槽あるいは真空槽支持手段とは機械的に切り離された状態で床面に支持されているから、真空槽が排気に伴って多少変形するようなことがあっても帯状シートの搬送経路が極端に変わることがなく、帯状シートは壁面に擦れることなく連通路内を通過する。真空槽相互を接続する連通路を上記のような第一，第二スリーブから構成することにより、帯状シートの送り方向に自由度をもたせることができ、またこれらの接続部にはパッキンによる気密性を確保されているから、真空槽が多少変形しても真空槽相互間で気密が破れるおそれがなくなる。さらに、間隙調節手段を用いることによって、真空槽相互間でのガスの流通をより確実に制限することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を用いたインラインスパッタ装置を図１に概念的に示す。このインラインスパッタ装置は、それぞれ真空槽２〜６を連通路７により一連に接続して構成されている。各室を構成する真空槽は、それぞれ架台８〜１２により床面１５に安定に設置される。真空槽２はシート供給室として用いられ、薄膜の被着対象となる帯状シート１６のロール１６ａを収納する。真空槽６はシート巻取り室として用いられ、成膜済みの帯状シート１６をロール状に巻き取る。真空槽３、４、５にはスパッタ装置３ａ、４ａ、５ａが設けられ、それぞれ異種のターゲット材料を用いたスパッタ成膜が行われる。
【００１１】
各々の真空槽２〜６にはそれぞれ個別の排気装置が接続され、スパッタ成膜を行う前に真空槽２〜６の排気が行われる。スパッタ成膜に用いられる真空槽３、４、５は、それぞれ所定の真空度まで排気された後に放電ガスが導入され、また必要に応じて酸素や窒素などの反応ガスが所定のガス圧まで導入される。こうして導入された放電ガスや反応ガスのガス圧は、スパッタ成膜中も安定に維持する必要があるため、排気装置の排気能力に応じて放電ガスや反応ガスは継続して導入される。
【００１２】
一方、シート供給室となる真空槽２及びシート巻取り室となる真空槽６は、その内部に放電ガスや反応ガスを満たす必要はないが、隣接する真空槽２あるいは真空槽５との相互間でガスが移動することを抑制するには、相互間で極端にガス圧が異ならないようにするのが望ましく、例えば適量の放電ガスを導入しながら排気を継続することも有効である。
【００１３】
真空槽２から真空槽６まで帯状シート１６を安定に搬送する手段として、真空槽２〜６にはそれぞれの真空槽に応じた搬送装置が設けられている。帯状シート１６は、真空槽６に設けられた巻取り搬送装置２４の駆動によって搬送され、また真空槽２に設けられた送り出し搬送装置２５によって一定の張力・速度のもとで搬送される。また、真空槽３〜５にはそれぞれのスパッタ装置３ａ〜５ａに対して帯状シート１６が一定の距離を維持しながら走行するように搬送経路を決める搬送装置２６〜２８が設けられている。搬送装置２６〜２８を構成する複数のローラは基本的には従動ローラを用いれば足りるが、途中で帯状シート１６に緩みや異常張力が生じないように、ロータリエンコーダによりその回転ムラをチェックすることも効果的である。
【００１４】
図２に隣接する真空槽相互を連絡する連通路７の具体的な構成を示す。一方の真空槽の壁面３０にスリット状の開口３０ａが形成され、幅方向が紙面と垂直な帯状シート１６が挿通される。また他方の真空槽の壁面３１にも同様の開口３１ａが形成され、この開口３１ａを通って帯状シート１６は他方の真空槽の内部へと走行する。
【００１５】
壁面３０に第一スリーブ３３が固定され、他方の壁面３１に第二スリーブ３４が固定される。これらのスリーブ３３，３４は、図示のように第二スリーブ３４の先端側が第一スリーブ３３の内側に包み込まれるように入れ子式に組み合わされ、各々の摺接部には内部を気密に保つためのパッキン３５が組み込まれている。パッキン３５としては、いわゆるＯリングを用いるのが簡便であり、必要に応じて帯状シート１６の搬送方向に２〜３本設けておいてもよい。このような第一，第二スリーブ３３，３４を用いれば、隣接して設置される真空槽の間隔に応じて連通路７の長さ調節を行うことができる。
【００１６】
真空槽相互間でガスが流通することを防ぐために、この例では真空槽の壁面３０，３１に形成した開口３０ａ，３１ａを微小間隙にしている。帯状シート１６の表裏面に対面する開口３０ａ，３１ａの内壁の相互間隔は、微小間隙Ｄとして帯状シート１６の厚みの５倍以内に抑えられている。帯状シート１６として例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が用いられ、その厚みが０．１ｍｍであるときには、上記微小間隙Ｄは０．５ｍｍ以下となる。
【００１７】
上記構成により、隣接する真空槽の相互間は微小間隙Ｄにした２つの開口３０ａ，３１ａを通して流体的に連通されることになるが、この微小間隙Ｄの略中央を横切るように帯状シート１６が存在しているため、ガス自体がもつ粘性の影響によってこれらの開口３０ａ，３１ａを通してガスが移動しにくくなり、隣接する真空槽相互間でガスが流通することを防ぐことができる。なお、微小間隙Ｄを帯状シート１６の１０倍以下に抑えれば実用的には問題がない程度にガスの流通を防ぐことができる。
【００１８】
隣接する真空槽相互間でのガスの流通を防ぐ上でより効果的な例を図３，図４に示す。図３の例では、真空槽の壁面３０，３１に形成した開口３０ｂ，３１ｂは、帯状シート１６の厚みとは無関係に大きめのサイズで開口し、微小間隙Ｄにはなっていない。そして、第一スリーブ３３，第二スリーブ３４で囲まれたスペース内に、スリット通路３７ａが形成された通路部材３７が設けられている。スリット通路３７の上下の壁面の間隔は帯状シート１６の厚み０．１ｍｍに対して０．５ｍｍに決められ、このスリット通路３７ａ全体が微小間隙Ｄとなっている。そして、その長さＥを２００ｍｍ程度と長くしてあるため、ガスの粘性も有効に作用し、このスリット通路３７ａを通してガスが流通することをかなり制限することができる。なお、帯状シート１６の長さ方向に関して微小間隙Ｄを長い範囲にする方がより効果的であるが、上記態様では１００ｍｍ程度でも実用的には充分な効果が得られる。
【００１９】
この通路部材３７は真空槽の壁面３１にフランジ３７ｂをネジ止めすることによって支持されている。フランジ３７ｂにネジ止め用のスロット３７ｃが形成されているが、このスロット３７ｃを帯状シート１６の厚み方向に長くし、帯状シート１６の走行位置に応じて取り付け位置の調節が可能となっている。したがって、スリット通路３７ａの高さ方向に関してそのほぼ中央を帯状シート１６が通過するように通路部材３７の位置を調節することができ、ガスの流通を防ぐだけでなく、帯状シート１６の表裏両面をスリット通路３７ａの内壁から離しておくことができる。なお、通路部材３７を上下に二分し、その一方取り付け位置を上下に調節して微小間隙Ｄの寸法を調節し、あるいは両方の取り付け位置を調節して帯状シート１６との相対位置を決めるようにしてもよい。
【００２０】
図４は、一方の真空槽の内壁に連通路に連なるように微小間隙Ｄを形成した例を示す。この例では、真空槽の壁面の内側に微小間隙調整装置４０が取り付けられている。微小間隙調整装置４０は、壁面３１に固着されたベースブロック４１ａと、ベースブロック４１ａに対して上下方向に移動自在に支持された調節ブロック４１ｂとから構成され、調節ブロック４１ｂに組み込まれた調節ネジ４１ｃとベースブロック４１ａに形成されたネジ穴との螺合長を調節して微小間隙Ｄを調節することができるようにしてある。調節ブロック４１ｂのサイズに応じて微小間隙Ｄの長さＥが決まることになるが、図３の実施形態と同様に、壁面３０，３１の開口サイズとは無関係に微小間隙Ｄの寸法や長さＥを決めることができるので、真空槽や連通路の設計，製造に自由度をもたせることができる。なお、ベースブロック４１ａと調節ブロック４１ｂとの摺接部にパッキン４２が設けられ、これらの摺接部からのガスの流通を防ぐようにしている。
【００２１】
図５に、真空槽とその内部に設けられた搬送手段とを個別に支持する構造を概略的に示す。図１で説明したように、真空槽２，真空槽３は、それぞれ架台８，９によって床面１５に対して支持されている。真空槽２の架台８は、真空槽２の底部を床面１５に対して支持する真空槽支持脚４５と、真空槽２の内部に設けられた送り出し搬送装置２５を床面１５に対して支持する搬送系支持脚４６とからなる。同様に真空槽３の架台９は、真空槽３の底部を支持する真空槽支持脚４８と搬送装置２６を支持する搬送系支持脚４９とを備え、それぞれ個別に床面１５に対して支持している。
【００２２】
送り出し搬送装置２５は、共通のベースフレーム２５ａにロール１６ａの支持部及び搬送経路を決める複数のローラを取り付けることによってユニット化され、この送り出し搬送装置２５の全体が搬送系支持脚４６で支持されている。搬送系支持脚４６は、真空槽２の底面をなすベースプレートを貫通し、真空槽２及び真空槽支持脚４５とは機械的な連結をとることなく床面１５に達している。
【００２３】
また、このインラインスパッタ装置を稼働する際には、例えば連通路７を外側から取り囲むようにパイプ状の間隔規制部材５１を付設しておくことが望ましい。図２〜図４で述べたように、連通路７を入れ子式に組み合わせた第一スリーブ３３，第二スリーブ３４で構成し、各々の摺接部にパッキン３５を組み込んだ場合、隣接する真空槽２，３の相互間隔に応じて連通路７の長さ調節を簡便に行うことができるが、インラインスパッタ装置の各真空槽から排気を行ってゆくと、隣接する真空槽２，３には連通路７を縮ませながら互いに接近する方向への大気圧が加わる。このため真空槽２，３が床面１５に対して動いたり、またボルトなどを用いて架台４５，４８を床面１５に固定しておいたとしても真空槽２，３が床面に対して傾いたりして帯状シート１６の安定な搬送が困難となり、極端な場合には稼働の安全性すら懸念される。
【００２４】
そこで隣接する真空槽２，３の相互間に間隔規制部材５１を配設し、相対的に真空槽２，３の最短間隔を規制するようにしてある。間隔規制部材５１の両端は、真空槽２，３にそれぞれ固定された第一，第二スリーブ３３，３４のフランジ部に当接するように配置されるため、排気が進んで真空槽２，３が大気圧の影響で互いに近接する方向に加圧されたとしてもその最短間隔は間隔規制部材５１によって制限され、真空槽２，３が大きく動いたり傾いたりすることがなくなる。なお、間隔規制部材５１は必ずしもパイプ状である必要はなく、強度的に充分であれば棒状や枠状のものであってもよい。また、設置箇所としても連通路７を取り囲む位置に限られず、真空槽２，３の最短間隔を規制できる位置であれば、例えば真空槽２，３の上部と架台４５，４８の間に設けることも可能である。もちろん、このような間隔規制部材５１は他の真空槽の相互間にも同様に設けられる。
【００２５】
図６に示すように、搬送系支持脚４６はベースプレート５０に形成された貫通穴５０ａを通して真空槽２の外部に突出して床面１５に達している。搬送系支持脚４６には床面１５に載置される台座４６ａが固着され、搬送系支持脚４６を内部に包み込むように、ベースプレート５０と台座４６ａとの間に可撓性をもつパイプ状の気密材５５が設けられている。気密材５５の両端は、適宜の箇所にパッキン５６を組み込んだ取り付け座を介してベースプレート５０，台座４６ａに固定され、貫通穴５０ａは大気とは遮断された状態となっている。なお、可撓性を有するパイプ状の気密材５５としてはフレキシブルパイプを用いることができる。
【００２６】
上記のように、ベースプレート５０と搬送系支持脚４６とは気密材５５で接続されてはいるが、気密材５５は可撓性を有しているためベースプレート５０の振動や変形が機械的に搬送系支持脚４６に伝わることがなく、搬送系支持脚４６は真空槽２や真空槽支持脚４５とは機械的に独立している。なお、このような搬送系支持脚４６の形態は真空槽３の搬送系支持脚４９でも同様で、さらには図１に示す他の真空槽４〜６でも同様である。
【００２７】
以上のように構成されたインラインスパッタ装置で成膜を行うときには、まず大気中で準備作業を行う。ロール１６ａを真空槽２の送り出し搬送装置２５にセットし、その先端を順次に連通路７に通しながら搬送装置２６〜２８に掛け渡す。そして、真空槽６の巻取り搬送装置２４にセットされた巻芯に固定する。巻取り搬送装置２４を一定時間駆動し、搬送経路の全長にわたって帯状シート１６を正規の状態に保ってから搬送を停止し、真空槽２〜６の排気を開始する。
【００２８】
排気がすすみ各真空槽の内圧が低下してゆくにつれ、いくつかの真空槽には非常にわずかではあるが変形や歪みが生じる。ところが、こうした真空槽の変形や歪みは、真空槽支持脚４５，４８などにより床面１５には及ぶものの、搬送系支持脚４６，４９などには及ぶことがない。したがって、準備作業で設定した帯状シート１６の搬送経路は全く変化することがなく、真空槽の変形が帯状シート１６の厚みに対して５倍の余裕をもつ微小間隙Ｄの範囲内であれば、微小間隙Ｄを形成している壁面に帯状シート１６が接触することはない。
【００２９】
各真空槽を所定の真空度まで排気した後、必要に応じて放電ガスや反応ガスが導入され真空槽の内圧は変化するが、これに伴う変形も帯状シート１６の搬送経路を変化させることがない。真空槽２〜５のガス圧が所定の成膜条件に整えられた後、帯状シート１６の搬送が開始されスパッタ成膜が行われるが、帯状シート１６は準備作業で設定した当初の搬送経路のもとで搬送され、帯状シート１６に擦り傷が入ったりすることもなくスパッタ成膜を行うことができる。なお、シート供給室となる真空槽２とシート巻取り室となる真空槽６との間に設けられる真空槽の数は、帯状シート１６に形成される薄膜の層数に応じて適宜に増減することができる。この場合、連通路７の構造は全く共通化することが可能であり、また真空槽についてもそれぞれに放電ガス及び反応ガスの導入口を設けておけば、真空槽の基本構造自体は共通化を図ることも可能で、薄膜の種類に応じてターゲット材料あるいはターゲット装置を変更するだけで対応が可能となる。
【００３０】
帯状シート１６の搬送にはモータが使用されるが、真空槽の歪みや変形がモータに及ぶことを防ぐには、図７に示す構成を採ることが効果的である。例えば帯状シート１６を巻き取る巻取りロール６０及びその回転軸６１は、すでに述べたように、ベースプレート５０の貫通穴５０ａを通る搬送系支持脚４６により、真空槽支持脚４５とは機械的に独立して搬送系架台６２を介して床面１５に対して支持される。
【００３１】
真空槽６には、回転軸６１の外径に対して余裕のある内径で開口６３が形成され、回転軸６１はこの開口６３を貫通して大気中に突出される。なお、回転軸６１は搬送系支持脚４６に固定された軸受６４，６４によって高精度に位置決めされている。回転軸６１は、大気中で専用の支持プレート６５によって支持され、ユニバーサルジョイント６６を介してモータ６７に接続されている。開口６３と支持プレート６５との間にはフレキシブルパイプ６８が設けられ、開口６３を外気から遮断している。なお、図中の●はＯリングなどのパッキンを表す。上記構成によれば、搬送系の駆動を行うモータ６７にも真空槽６や真空槽支持脚４５の振動や変形が及ぶことがなく、安定して帯状シートを搬送することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のインラインスパッタ装置は、帯状シートを複数の真空槽を通して搬送しながら表面処理を行う装置に適用可能である。例えば、一部あるいは全ての真空槽が電子ビームを照射し、あるいは抵抗加熱方式で蒸着材料を蒸散させて薄膜形成を行う真空蒸着に用いるものであってもよく、さらには真空槽を必要とする他の表面処理、例えばＰＶＤ法やＣＶＤ法を組み合わせたインライン表面処理装置になどにも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を用いたインラインスパッタ装置の概略を示す概念図である。
【図２】連通路の構成の一例を示す要部断面図である。
【図３】連通路の他の構成例を示す要部断面図である。
【図４】連通路に連ねて用いられる微小間隙調整装置を示す要部断面図である。
【図５】真空槽及び搬送系を支持する架台を示す概略図である。
【図６】搬送系の支持構造を示す概略図である。
【図７】搬送系を駆動するモータの支持構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
２〜６  真空槽
７  連通路
３ａ〜５ａ  スパッタ装置
８〜９  架台
１６  帯状シート
２４  巻取り搬送装置
２５  送り出し搬送装置
２６〜２８  搬送装置
３３  第一スリーブ
３４  第二スリーブ
３７  通路部材
４５，４８  真空槽支持脚
４６，４９  搬送系支持脚
５１  間隔規制部材
５５  気密材
６０  巻取りロール
６１  回転軸
６８  モータ
６８  フレキシブルパイプ
【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】
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【図７】
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