(57)【要約】  本発明の一形態に係る成膜装置は、巻出しローラ、巻取りローラ、加熱ローラ、成膜部及び制御部を有する。巻出しローラは長尺のフィルムである基材を巻き出す。巻取りローラは巻出しローラから巻き出された基材を巻き取る。加熱ローラは温調ユニットを含み、基材の搬送方向において巻出しローラと巻取りローラとの間に設けられ、基材を加熱する。成膜部は加熱ローラに対向して設けられ、金属材料を加熱する加熱機構を有する蒸発源を含み、基材上に金属膜を成膜する。制御部は基材が加熱ローラから巻き出され、巻取りローラに巻き取られる過程で、金属膜と基材との温度差が０℃以上１８０℃未満となるように、温調ユニット又は加熱機構のいずれか一方を制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺のフィルムである基材を巻き出す巻出しローラと、
前記巻出しローラから巻き出された前記基材を巻き取る巻取りローラと、
温調ユニットを含み、前記基材の搬送方向において前記巻出しローラと前記巻取りローラとの間に設けられ、前記基材を加熱する加熱ローラと、
前記加熱ローラに対向して設けられ、金属材料を加熱する加熱機構を有する蒸発源を含み、前記基材上に金属膜を成膜する成膜部と、
前記基材が前記加熱ローラから巻き出され、前記巻取りローラに巻き取られる過程において、前記金属膜と前記基材との温度差が０℃以上１８０℃未満となるように、前記温調ユニットと前記加熱機構の少なくとも一方を制御可能に構成された制御部と
を具備する成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置であって、
前記成膜部より前記基材の搬送方向上流側に設けられた予熱部をさらに具備し、
前記制御部は、前記基材が巻出しローラから前記加熱ローラへ搬送される過程において、前記基材の単位時間あたりの温度変化が３．６℃／ｍｉｎ以上３６００℃／ｍｉｎ以下となるように前記予熱部を制御するように構成される
成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の成膜装置であって、
前記制御部は、前記加熱ローラの温度が０℃以上７０℃以下となるように、前記温調ユニットを制御するように構成される
成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の成膜装置であって、
前記制御部は、前記蒸発源と前記加熱ローラとの温度差が３００℃以上７００℃以下となるように前記温調ユニット及び前記加熱機構を制御するように構成される
成膜装置。
【請求項５】
長尺のフィルムである基材を巻き出す巻出しローラと、前記巻出しローラから巻き出された前記基材を巻き取る巻取りローラと、温調ユニットを含み、前記基材の搬送方向において前記巻出しローラと前記巻取りローラとの間に設けられ、前記基材を加熱する加熱ローラと、前記加熱ローラに対向して設けられ、金属材料を蒸発させる蒸発源を含み、前記基材上に金属膜を成膜する成膜部と、を有する成膜装置の成膜方法であって、
前記基材が前記加熱ローラから巻き出され、前記巻取りローラに巻き取られる過程において、前記金属膜と前記基材との温度差を０℃以上１８０℃未満に維持する
成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発材料を蒸発させて基材上に当該蒸発材料の膜を形成する成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、巻出しローラから巻き出された基材をキャンロールに巻き付けながら、基材上に蒸発材料の膜を形成し、当該基材を巻取りローラにより巻き取る方式の成膜装置が知られている（例えば、特許文献１，２及び３）。【０００３】
ここで、上記のような成膜装置では、長尺のフィルム等からなる基材に金属膜を形成する場合に、高温の金属材料の粒子が基材上に堆積されることで、高温の堆積物と基材との間で過剰な温度差が生じ、基材にシワが発生する場合がある。【０００４】
そこで、このような問題を解決するため、特許文献１及び２ではキャンロールに接する直前の基材を加熱したり、あるいは特許文献３ではキャンロール上の基材の温度が所定の温度範囲内となるようにキャンロールの温度を調整したりすることで、堆積物と基材との温度差によるシワの発生を抑制する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０８１８２０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８２５９９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２１１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の成膜装置では、基材上に金属膜を形成する際のシワの発生は抑制することはできても、成膜後の基材と金属膜の温度は考慮されていない。これにより、金属膜が形成された基材が巻取りローラに巻き取られるまでの徐冷過程において、基材と金属膜との収縮ミスマッチにより、当該基材にシワが発生するおそれがある。【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、金属膜が形成された基材が回収されるまでの過程において、当該基材にシワが発生することを抑制可能な成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、巻出しローラと、巻取りローラと、加熱ローラと、成膜部と、制御部と、を有する。
上記巻出しローラは、長尺のフィルムである基材を巻き出す。
上記巻取りローラは、上記巻出しローラから巻き出された上記基材を巻き取る。
上記加熱ローラは、温調ユニットを含み、上記基材の搬送方向において上記巻出しローラと上記巻取りローラとの間に設けられ、上記基材を加熱する。
上記成膜部は、上記加熱ローラに対向して設けられ、金属材料を加熱する加熱機構を有する蒸発源を含み、上記基材上に金属膜を成膜する。
上記制御部は、上記基材が上記加熱ローラから巻き出され、上記巻取りローラに巻き取られる過程において、上記金属膜と上記基材との温度差が０℃以上１８０℃未満となるように、上記温調ユニットと上記加熱機構の少なくとも一方を制御可能に構成される。【０００９】
この構成によれば、金属膜が形成された基材が巻取りローラに巻き取られるまでの徐冷過程において、金属膜と基材との収縮挙動の均一化が図られる。従って、金属膜と基材との収縮ミスマッチが抑制され、金属膜が形成された基材にシワ等の塑性変形が生じることが抑制される。【００１０】
上記成膜部より上記基材の搬送方向上流側に設けられた予熱部をさらに具備し、
上記制御部は、上記基材が巻出しローラから上記加熱ローラへ搬送される過程において、上記基材の単位時間あたりの温度変化が３．６℃／ｍｉｎ以上３６００℃／ｍｉｎ以下となるように上記予熱部を制御するように構成されてもよい。【００１１】
この構成によれば、基材が予熱されて所定量熱膨張しつつ加熱ローラと接触することとなる。従って、加熱ローラ上の基材に金属膜が形成される過程において、基材と金属膜との過剰な温度差に起因するシワの発生が抑制される。【００１２】
上記制御部は、上記加熱ローラの温度が０℃以上７０℃以下となるように、上記温調ユニットを制御するように構成されてもよい。【００１３】
上記制御部は、上記蒸発源と上記加熱ローラとの温度差が３００℃以上７００℃以下となるように上記温調ユニット及び上記加熱機構を制御するように構成されてもよい。【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、長尺のフィルムである基材を巻き出す巻出しローラと、上記巻出しローラから巻き出された上記基材を巻き取る巻取りローラと、温調ユニットを含み、上記基材の搬送方向において上記巻出しローラと上記巻取りローラとの間に設けられ、上記基材を加熱する加熱ローラと、上記加熱ローラに対向して設けられ、金属材料を蒸発させる蒸発源を含み、上記基材上に金属膜を成膜する成膜部と、を有する成膜装置の成膜方法である。
上記成膜方法は、上記基材が上記加熱ローラから巻き出され、上記巻取りローラに巻き取られる過程において、上記金属膜と上記基材との温度差が０℃以上１８０℃未満に維持される。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、金属膜が形成された基材が回収されるまでの過程において、当該基材にシワが発生することを抑制可能な成膜装置及び成膜方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置の構成を示す概略側断面図である。
【図２】上記成膜装置の成膜方法を示すフローチャートである。
【図３】上記成膜装置の加熱ローラの温度と、基材の昇温速度と、基材のシワの発生との関係を示す一実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
［成膜装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置１００の構成を示す概略側断面図である。図１に示すＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向は相互に直交する３軸方向を示し、Ｘ軸及びＹ軸は水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向を示す。
【００１９】
成膜装置１００は、図１に示すように、真空チャンバ１０１と、成膜部１１０と、搬送部１２０と、搬送機構１３０と、制御部１４０と、予熱部１５０と、を有する。
【００２０】
真空チャンバ１０１は密閉構造を有し、真空ポンプＰを有する排気ラインＬに接続される。これにより、真空チャンバ１０１は、その内部が所定の減圧雰囲気に排気又は維持可能に構成される。また、真空チャンバ１０１は、図１に示すように、成膜部１１０と搬送部１２０をそれぞれ区画する仕切り板１０２を有する。
【００２１】
成膜部１１０は、仕切り板１０２と真空チャンバ１０１の外壁により区画された成膜室であり、その内部に蒸発源１１１を有する。また、成膜部１１０は、排気ラインＬに接続されている。これにより、真空チャンバ１０１が排気される際には、先ず、成膜部１１０内が排気される。
【００２２】
一方、成膜部１１０は搬送部１２０と連通しているため、成膜部１１０内が排気されると、搬送部１２０内も排気される。これにより、成膜部１１０と搬送部１２０との間に圧力差が生じる。この圧力差により、後述するリチウム金属の蒸発流が搬送部１２０内に侵入することが抑制される。
【００２３】
蒸発源１１１は、リチウム金属を蒸発させる蒸発源であり、リチウム金属を加熱する加熱機構（図示略）を有する。加熱機構の加熱温度（Ｔ１）は、５３０℃〜７００℃程度である。
【００２４】
また、蒸発源１１１と加熱ローラ１３２との間の最短距離Ｄ（リチウム金属を保持する坩堝の湯面と加熱ローラ１３２との間の最短距離）は、例えば数百ｍｍ程度である。本実施形態に係る蒸発源１１１は、例えば、抵抗加熱式蒸発源、誘導加熱式蒸発源又は電子ビーム加熱式蒸発源等で構成される。
【００２５】
搬送部１２０は、仕切り板１０２と、真空チャンバ１０１の外壁に区画された搬送室であり、真空チャンバ１０１内のＹ軸方向上方に配置される。本実施形態では、排気ラインＬを成膜部１１０にのみ接続したが、搬送部１２０にも別の排気ラインを接続することにより、搬送部１２０と成膜部１１０とを独立して排気してもよい。
【００２６】
搬送機構１３０は、巻出しローラ１３１と、加熱ローラ１３２と、巻取りローラ１３３と、ガイドローラ１３４ａ，１３４ｂと、を有する。搬送機構１３０が基材Ｆを支持する際の張力（テンション）は、例えば、２００Ｎ程度である。
【００２７】
巻出しローラ１３１、加熱ローラ１３２及び巻取りローラ１３３は、それぞれ図示しない回転駆動部を備え、Ｚ軸周りに所定の回転速度で図１における矢印方向にそれぞれ回転可能に構成されている。これにより、真空チャンバ１０１内において、巻出しローラ１３１から巻取りローラ１３３へ向かって基材Ｆが所定の搬送速度で搬送される。
【００２８】
本実施形態では、基材Ｆの搬送速度は、好ましくは０．１ｍ／ｍｉｎ以上０．８ｍ／ｍｉｎ以下であり、より好ましくは０．１ｍ／ｍｉｎである。
【００２９】
巻出しローラ１３１は、成膜部１１０より基材Ｆの搬送方向上流側に設けられ、基材Ｆを加熱ローラ１３２へ送り出す機能を有する。巻出しローラ１３１と加熱ローラ１３２との間の適宜の位置には、独自の回転駆動部を備えていないフリーローラであるガイドローラ１３４ａが配置される。
【００３０】
加熱ローラ１３２は、基材Ｆの搬送方向において巻出しローラ１３１と巻取りローラ１３３との間に配置される。加熱ローラ１３２は、Ｙ軸方向における下部の少なくとも一部が、仕切り板１０２に設けられた開口部１０２ａを通って成膜部１１０に臨む位置に配置される。これにより、加熱ローラ１３２は、所定の間隔を空けて開口部１０２ａに対向し、蒸発源１１１とＹ軸方向に対向する。
【００３１】
加熱ローラ１３２は、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム等の金属材料で筒状に構成され、その内部に例えば温調媒体循環系等の温調ユニット（図示略）が設けられる。温調ユニットに循環させる温媒としては、例えばシリコン油等の高沸点の有機媒体を用いることができる。加熱ローラ１３２の大きさは特に限定されないが、典型的には、Ｚ軸方向の幅寸法が基材ＦのＺ軸方向の幅寸法よりも大きく設定される。
【００３２】
巻取りローラ１３３は、成膜部１１０より基材Ｆの搬送方向下流側に設けられ、巻出しローラ１３１から巻き出され成膜部１１０で金属材料が成膜された基材Ｆを回収する機能を有する。加熱ローラ１３２と巻取りローラ１３３との間の適宜の位置には、独自の回転駆動部を備えていないフリーローラであるガイドローラ１３４ｂが配置される。
【００３３】
制御部１４０は、図１に示すように、真空チャンバ１０１の外部に配置される。制御部１４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを含むコンピュータ等により構成され、成膜装置１００の各部を制御することにより成膜装置１００の全体の動作を制御する。
【００３４】
具体的には、制御部１４０は例えば、真空ポンプＰを含む排気ラインＬの制御、基材Ｆの搬送速度や成膜速度の制御、温調ユニットの加熱温度制御、蒸発源１１１が有する加熱機構の加熱温度制御、予熱部１５０の加熱温度制御及び搬送機構１３０の回転駆動制御等を行う。
【００３５】
予熱部１５０は基材Ｆを加熱するためのランプヒータであり、熱放射面を基材Ｆに向けて配置される。予熱部１５０は、真空チャンバ１０１内において、成膜部１１０よりも基材Ｆの搬送方向上流側に設けられる。
【００３６】
これにより、巻出しローラ１３１から加熱ローラ１３２へ連続的に搬送される基材Ｆが、予熱部１５０からの熱輻射により加熱される。ここで、当該基材Ｆは、加熱ローラ１３２に接触する手前の領域において予熱部１５０により加熱されるものとなる。予熱部１５０が基材Ｆを加熱する温度は、基材Ｆにリチウム金属膜が形成される場合、例えば５５０℃程度である。
【００３７】
基材Ｆは、例えば、所定幅に裁断された銅からなる長尺のフィルムである。また、基材Ｆには、加熱ローラ１３２上で熱変形しない程度の耐熱性を有する樹脂フィルムが用いられてもよい。
【００３８】
基材Ｆの厚さは、特に限定されず、例えば数μｍ〜数十μｍである。また、基材Ｆの幅や長さについても特に制限はなく、用途に応じて適宜決定可能である。
【００３９】
成膜装置１００は、以上のような構成を有する。なお図示せずとも、成膜装置１００は、金属膜が形成された基材Ｆが加熱ローラ１３２から巻き出され、巻取りローラ１３３に巻き取られる過程において、金属膜の温度（Ｔ２）と基材Ｆの温度（Ｔ３）をそれぞれモニタリングする検出部を備える。
【００４０】
これにより、制御部１４０は例えば、検出部の出力に基づきリアルタイムに金属膜と基材Ｆとの温度差（Ｔ２-Ｔ３）を所望の範囲内に制御することができる。上記検出部は、非接触に金属膜と基材Ｆ各々の温度を計測可能に構成される。本実施形態では、上記検出部として例えば放射温度計等が採用される。
【００４１】
また、成膜装置１００の構成は図１に示す構成に限定されるものではなく、例えば、成膜部１１０，搬送部１２０，巻出しローラ１３１、加熱ローラ１３２，巻取りローラ１３３，ガイドローラ１３４ａ，１３４ｂの数や大きさ、配置等は適宜変更可能である。
【００４２】
［成膜方法］
図２は、成膜装置１００を用いた成膜方法を示すフローチャートである。以下、成膜装置１００の成膜方法について、図２に沿って説明する。
【００４３】
（ステップＳ０１：排気処理）
真空ポンプＰを起動させ、真空チャンバ１０１内を排気し、成膜部１１０と搬送部１２０各々を所定の真空度に維持する。
【００４４】
次に、基材Ｆを支持する搬送機構１３０を駆動させ、基材Ｆを巻出しローラ１３１から巻取りローラ１３３に向けて搬送させる。成膜部１１０では、蒸発源１１１がリチウム金属を蒸発させ、加熱ローラ１３２上の基材Ｆに向けて出射するリチウム原料の蒸発流を形成する。
【００４５】
（ステップＳ０２：加熱処理）
巻出しローラ１３１、加熱ローラ１３２及び巻取りローラ１３３がＺ軸周りの所定の回転速度で連続的に回転する。基材Ｆは、ガイドローラ１３４ａによって走行をガイドされながら加熱ローラ１３２へ搬送される。
【００４６】
この際、基材Ｆは、予熱部１５０を通過することにより、加熱される。ここで、制御部１４０は、基材Ｆが予熱部１５０を通過し、加熱ローラ１３２に当接するまでの基材Ｆの昇温速度（単位時間当たりの温度変化）が３．６℃／ｍｉｎ以上３６００℃／ｍｉｎ以下となるように予熱部１５０の加熱温度を制御する。
【００４７】
これにより、基材Ｆが予熱されて所定量熱膨張しつつ加熱ローラ１３２と接触することとなる。従って、後述する成膜工程（ステップＳ０３）において、基材Ｆの表面側と裏面側との熱膨張差に起因するシワの発生が抑制される。
【００４８】
基材Ｆの昇温温度が３．６℃／ｍｉｎ未満であると、基材Ｆを十分に予熱することができず、基材Ｆが加熱ローラ１３２に接触した際にシワが発生するおそれがある。また、３６００℃／ｍｉｎを超えると、基材Ｆが予熱部１５０を通過することで基材Ｆの温度が急峻に変化するため、予熱工程そのものが基材Ｆにシワが発生する原因となるおそれがある。
【００４９】
（ステップＳ０３：成膜工程）
巻出しローラ１３１、加熱ローラ１３２及び巻取りローラ１３３がＺ軸周りに所定の回転速度で連続的に回転することによって、予熱部１５０により加熱された基材Ｆが加熱ローラ１３２の外周面に巻回される。そして、基材Ｆは加熱ローラ１３２により加熱されながら成膜部１１０を通過する。
【００５０】
ステップＳ０３では、前述の加熱処理工程（ステップＳ０２）において、基材Ｆの昇温速度が３．６℃／ｍｉｎ以上３６００℃／ｍｉｎ以下となるように制御されることにより、制御部１４０は加熱ローラ１３２の温度（Ｔ４）を０℃以上７０℃以下、より好ましくは３０℃以上５０℃以下となるように温調ユニットを制御する。
【００５１】
図３は、基材Ｆの昇温速度が３．６℃／ｍｉｎ以上３６００℃／ｍｉｎ以下の場合に、加熱ローラ１３２の温度を変化させて、基材Ｆのシワの発生具合を実験した結果を示す星取表である。なお、図３に示す「○」は、基材Ｆにシワが無かったことを示す。「△」は、基材Ｆに若干シワがあるものの良品レベルであることを示す。「×」は、基材Ｆに発生したシワにより不良品であることを示す。
【００５２】
図３に示すように、加熱ローラ１３２の温度が０℃以上７０℃以下であれば基材Ｆにシワが発生することが抑制され、３０℃以上５０以下であれば基材Ｆにシワが発生することが防止される。
【００５３】
一方、加熱ローラ１３２の温度が０℃未満であると、リチウム金属粒子と基材Ｆとの温度差が大きくなり、線膨張係数の差からシワが発生するおそれがある。また、７０℃を超えると、成膜時の温度上昇によりリチウム金属と基材Ｆが合金化してしまうおそれがある。
【００５４】
基材Ｆは成膜部１１０を通過する過程で、リチウム金属の粒子が基材Ｆに堆積し、基材Ｆ上にリチウム金属膜が形成される。リチウム金属膜の厚みは特に限定されず、例えば、数μｍ〜数十μｍである。
【００５５】
ここで、ステップＳ０３では、制御部１４０が後述する回収工程（ステップＳ０４）において、リチウム金属膜と基材Ｆとの温度差（Ｔ２-Ｔ３）が０℃以上１８０℃未満の範囲におさまるように、温調ユニット若しくは加熱機構の少なくとも一方の加熱温度を制御する。この場合、制御部１４０は、蒸発源１１１と加熱ローラ１３２との温度差（Ｔ１-Ｔ４）が３００℃以上７００℃以下となるように、温調ユニット及び加熱機構を制御するものとなる。
【００５６】
（ステップＳ０４：回収）
続いて、リチウム金属膜が形成された基材Ｆは、ガイドローラ１３４ｂによって走行をガイドされながら巻取りローラ１３３へ搬送され、回収される。ここで、本実施形態に係る成膜方法では、前述のステップＳ０３によりリチウム金属膜と基材Ｆとの温度差（Ｔ２-Ｔ３）が０℃以上１８０℃未満に維持されるように制御されている。
【００５７】
これにより、リチウム金属膜が形成された基材Ｆが加熱ローラ１３２から巻き出され、巻取りローラ１３３に巻き取られるまでの徐冷過程において、リチウム金属膜と基材Ｆとの収縮挙動の均一化が図られる。従って、リチウム金属膜と基材Ｆとの収縮ミスマッチが抑制され、リチウム金属膜が形成された基材Ｆにシワ等の塑性変形が生じることが抑制される。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５９】
例えば、基材Ｆは典型的には銅からなるが、これに限られず、例えばアルミニウム、ニッケル、ステンレス、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなるものであってもよい。
【００６０】
また、蒸発源１１１に保持される金属材料は典型的にはリチウム金属であるが、これに限られず、例えばインジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）及びカリウム（Ｋ）等であってもよい。
【００６１】
さらに、上記実施形態では、基材Ｆに金属膜を形成する前に基材Ｆを予熱することで、基材Ｆにシワが発生することを抑制しているが、これに限られない。例えば、成膜装置１００では、基材Ｆの搬送速度や蒸発源１１１を収容するシャッタ等の開口径を調整することで、基材Ｆにシワが発生することを抑制してもよい。
【００６２】
加えて、上記実施形態では、成膜方法の一例として真空蒸着法が採用されるが、これに限られない。本発明は、高温で金属材料の粒子を生成して、基材Ｆ上に当該粒子を堆積させる成膜技術一般に適用可能である。具体的には、例えば分子線蒸着法、イオンプレーディング法又はイオンビーム蒸着法等が採用されてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１００・・・成膜装置
１１０・・・成膜部
１３１・・・巻出しローラ
１３２・・・加熱ローラ
１３３・・・巻取りローラ
１４０・・・制御部
１５０・・・予熱部
Ｆ・・・・・基材
【図１】
2018199169.tif 000003
【図２】
2018199169.tif 000004
【図３】
2018199169.tif 000005
【国際調査報告】
2018199169.tif 000006
2018199169.tif 000007
2018199169.tif 000008
2018199169.tif 000009