JP7054055B2 - ガス放出ロール及びその製造方法並びにガス放出ロールを用いた処理装置 - Google Patents
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Description
この種の金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムの製造方法として、従来から、金属箔を接着剤により耐熱性樹脂フィルムに貼り付けて製造する方法(3層基板の製造方法)、金属箔に耐熱性樹脂溶液をコーティングし且つ乾燥させて製造する方法(キャスティング法)、並びに、耐熱性樹脂フィルムに真空成膜法若しくは真空成膜法と湿式めっき法により金属膜を成膜して製造する方法(メタライジング法)等が知られている。また、メタライジング法に用いる真空成膜法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビームスパッタリング法等がある。
ところで、上述した真空成膜法において、一般にスパッタリング法は密着力に優れる反面、真空蒸着法に比べて耐熱性樹脂フィルムに与える熱負荷が大きいといわれている。そして、成膜の際に耐熱性樹脂フィルムに大きな熱負荷がかかると、フィルムにシワが発生し易くなることも知られている。このシワの発生を防ぐために、金属膜付耐熱性樹脂フィルムの製造装置であるスパッタリングウェブコータでは、搬送される耐熱性樹脂フィルムをキャンロールにロールツーロールで巻き付けることによって、成膜中の耐熱性樹脂フィルムを裏面側から冷却する方式が採用されている。
しかしながら、非特許文献1に記載されているように、キャンロールの外周面はミクロ的に見て平坦ではないため、キャンロールとその外周面に接触して搬送される耐熱性樹脂フィルムとの間には真空空間を介して離間する隙間(ギャップ部)が存在している。このため、成膜の際に生じる耐熱性樹脂フィルムの熱はキャンロールに効率よく伝熱されているとはいえず、これがフィルムのシワ発生の原因となっていた。尚、非特許文献2によれば、導入ガスがアルゴンガスで導入ガス圧力が500Paの場合、キャンロール外周面と耐熱性樹脂フィルムとのギャップ部の距離が約40μm以下(接触も含む)の分子流領域のとき、ギャップ部の熱コンダクタンスは250(W/m2・K)であるとされる。
前述したように、スパッタリングウェブコータのように真空中でフィルムに成膜処理を行うキャンロールは冷却機構が具備されている必要がある。
このような冷却キャンロールは、アウタロールとしてのアウタパイプ及びインナロールとしてのインナドラムを有し、アウタパイプより若干小さなインナドラムに対してアウタパイプを暖めて熱膨張させたところで、インナドラムに嵌める焼き嵌めと呼ばれる方法が古くから採用されている。さらに、使用中にアウタパイプに大きな熱負荷が印加されたり、アウタパイプを加工する際に大きな熱負荷が印加されたり、また、アウタパイプを薄く削って締め付け応力が低減したり、高温熱処理を行うことにより、インナドラムとアウタパイプが緩んでしまうことがあったので、レーザ溶接あるいは電子ビームにより溝間を溶接する手法が特許文献5,6に記載されている。
特に、ガス導入路をガンドリルで開口する場合には、ガス導入路の断面は円形に限られるが、ガス溝と焼き嵌めの組合せによって形成されるガス導入路の断面は、溝切りカッタの刃先形状に依存するので、円形は困難であるが、U字形、四角形や三角形にもすることができる。また、ガンドリルでは実現できないような細い溝を形成することも可能である。
更に、特許文献7に示すように、1本のガス導入路に斜め方向から対向するガス放出孔をレーザで開口するようにすれば、ガス導入路の本数に対して2倍のガス放出孔を開口することも可能である。
また、溝切りカッタで、太くて深い溝を形成するより、細くて浅い溝を形成した方が冷却水とキャンロール表面の熱伝達を妨げる断熱領域が少なくなることは明らかである。ところが、冷却キャンロールの製作上の問題として、細い溝にレーザによるガス放出孔の位置を一致させることは難しく、さらに、浅い溝にレーザでガス放出孔を開口する貫通時のスパッタやドロスが開口部と溝底辺に近過ぎて、開口部を塞いでしまうこともある。
そこで、本発明者は、インナドラムに溝切りカッタで形成する溝の形状と間隔に関して最適な範囲を検討し、本発明を案出するに至った。
但し、ガス導入範囲の空隙率B=(ガス導入路断面積×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面を挟む最大径円周と最小径円周との間で囲まれる円環状面積)
但し、ガス導入路断面の円周遮断率A=(ガス導入路断面の円周方向の最大幅×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面の円周方向の最大幅位置を過る最小径円周長)
本発明の第4の技術的特徴は、第1乃至第3のいずれかの技術的特徴を備えたガス放出ロールにおいて、前記ガス導入用溝は非円形断面であることを特徴とするガス放出ロールである。
本発明の第5の技術的特徴は、第1乃至第4のいずれかの技術的特徴を備えたガス放出ロールにおいて、前記ガス放出孔群は、前記アウタロールの径方向に対して傾斜配置されることを特徴とするガス放出ロールである。
但し、ガス導入範囲の空隙率B=(ガス導入路断面積×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面を挟む最大径円周と最小径円周との間で囲まれる円環状面積)
但し、ガス導入路断面の円周遮断率A=(ガス導入路断面の円周方向の最大幅×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面の円周方向の最大幅位置を過る最小径円周長)
本発明の第3の技術的特徴によれば、ガス導入路のガス放出ロールの円周方向に沿う配列間隔を広げて配置した態様であっても、ガス放出孔群からのガスの放出分布を略均一に分散させることができる。
本発明の第4の技術的特徴によれば、ガンドリル加工を用いることなく、溝切りカッタにてガス導入用溝を形成することでガス導入路を容易に構築することができる。
本発明の第5の技術的特徴によれば、ガス導入路の配列間隔と同間隔でガス放出孔を設ける態様に比べて、各ガス導入路に対してガス放出孔の数を容易に増加させることができる。
本発明の第6又は第7の技術的特徴によれば、ガンドリル加工を用いることなく、外周面近傍に軸方向に延びる複数のガス導入路を全周に亘って形成でき、しかも、熱負荷に対する冷却性能を良好に保つことが可能なガス放出ロールの製造方法を提供することができる。
本発明の第8の技術的特徴によれば、ガンドリル加工を用いることなく、外周面近傍に軸方向に延びる複数のガス導入路を全周に亘って形成でき、しかも、熱負荷に対する冷却性能を良好に保つことが可能なガス放出ロールを含む処理装置を構築することができる。
図1(a)は本発明が適用されたガス放出ロールを用いた処理装置の実施の形態の概要を示す説明図である。
同図において、処理装置は、例えば長尺樹脂フィルム11に成膜処理等の熱負荷の掛かる表面処理を施すものであって、熱負荷を低減する上で長尺樹脂フィルム11との間のギャップ部に熱伝導を損なわないガスが放出可能なガス放出ロール1と、ガス放出ロール1に長尺樹脂フィルム11を巻き付けながら搬送する搬送手段12と、ガス放出ロール1の外周面に対向して設けられ、当該ガス放出ロール1に巻き付けられた長尺樹脂フィルム11に対して熱負荷が掛かる表面処理を実施する表面処理手段13と、を備えている。
ここで、本例の処理装置は、ロールツーロール方式の長尺樹脂フィルム11を搬送する態様に適用したものであり、表面処理手段13には成膜手段、プラズマ処理手段、イオンビーム処理手段が挙げられる。
但し、ガス導入路断面の円周遮断率A=(ガス導入路断面の円周方向の最大幅×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面の円周方向の最大幅位置を過る最小径円周長)
また、ガス放出ロール1としては、以下に定義するガス導入範囲の空隙率Bが20%以下であるものが挙げられる。
但し、ガス導入範囲の空隙率B=(ガス導入路断面積×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面を挟む最大径円周(2πr1)と最小径円周(2πr2)との間で囲まれる円環状面積)
尚、図1(b)中、符号7はインナロール2内に組み込まれた冷媒仕切材、符号8はインナロール2内で冷媒仕切材7との間に形成される冷媒循環路である。
また、ガス導入用溝4の形状としてはインナロール2の外周面に溝形成工具にて形成可能なものであれば、矩形状(四角形状)、三角形状(V字状)、U字状など適宜選定して差し支えない。尚、四角形状には正方形状、長方形状のほか、台形状のものも含む。
更に、ガス放出孔6については各ガス導入路5に貫通するものであればよく、アウタロール3の回転軸方向に少なくとも1列以上形成されていればよい。このとき、ガス放出ロール1の外周面に放出されるガスを略均等に配分するには、ガス放出孔6群はアウタロール3の外周面に対して略均等に配置されていることが好ましい。また、ガス放出孔6についてはアウタロール3の径方向に沿う方向に開設してもよいし、あるいは、アウタロール3の径方向に対して傾斜配置されるように開設してもよい。
また、ガス導入範囲の空隙率Bが20%以下であるという要件も、後述する実施例、比較例の評価結果に基づくものであり、ガス導入範囲の空隙率Bが20%を超える態様では、ガス導入路5による断熱作用が強くなり、長尺樹脂フィルム11にシワや変形が生じ易くなる傾向が見られた。
尚、ガス導入路断面の円周遮断率Aが36%以下であっても、ガス導入範囲の空隙率Bが20%を超える態様では、ガス導入路5による断熱作用が強くなるため、同空隙率Bを20%以下とするガス導入路5を構築することが好ましい。
先ず、ガス放出孔6群の好ましい態様としては、ガス放出ロール1の円周方向に沿う配列間隔がガス導入路5の配列間隔よりも狭い態様が挙げられる。本例は、ガス放出孔6群の配列間隔を狭める上で、ガス導入路5の配列間隔を狭めずにガス放出孔6群を配列する態様である。この場合、一つのガス導入路5に対して複数の方向に貫通するガス放出孔6を形成するようにすればよい。本例では、ガス導入路5の配列間隔を狭める態様では、ガス導入路断面の円周遮断率Aやガス導入範囲の空隙率Bが上限条件から外れ易くなってしまうため、ガス導入路5の配列間隔を狭めずにガス放出孔6群の配列間隔を狭めることが必要である。
また、ガス導入用溝4の代表的形状としては非円形断面である態様が挙げられる。本例は、ガス導入用溝4が溝形成工具として例えば溝切りカッタによる切削にて構成される場合、ガス導入用溝4の形状が溝切りカッタの刃先形状に依存するので、断面形状としてはU字状、矩形状、三角形状(V字状)、台形状などを選定することが可能である。
本例におけるガス放出ロール1の製造方法は、端部に回転軸を有する金属製のインナロール2と、インナロール2の外周面に接する内周面を有する円筒状の金属製のアウタロール3とを含み、アウタロール3表面にガス放出を可能とするガス放出ロール1を製造するに際し、インナロール2の外周面に回転軸方向に延びる複数のガス導入用溝4を全周に亘って略等間隔に形成する溝形成工程と、溝形成工程にてガス導入用溝4が形成されたインナロール2の外周面にアウタロール3を焼き嵌める焼き嵌め工程と、焼き嵌められたインナロール2及びアウタロール3を溶接により接合する接合工程と、インナロール2の外周面に形成された複数のガス導入用溝4とアウタロール3の内周面との間で区画された複数のガス導入路5の夫々に貫通するガス放出孔6群をアウタロール3に形成する孔形成工程と、を備え、溝形成工程は、前述したガス導入路断面の円周遮断率Aが36%以下、又は、前述したガス導入範囲の空隙率Bが20%以下になるように実施されるものである。
また、孔形成工程についてはレーザにてガス放出孔6を形成する手法が代表的である。
◎実施の形態1
-成膜装置の全体構成-
キャンロールを備えたロールツーロール方式による長尺樹脂フィルム基板の処理装置としては、例えば図2に示す成膜装置、具体的にはスパッタリングによる真空成膜装置がある。このスパッタリングによる真空成膜装置について、図2を参照して具体的に説明する。尚、図2に示す長尺樹脂フィルム基板の成膜装置はスパッタリングウェブコータと称される装置であり、ロールツーロール方式で搬送される長尺樹脂フィルム基板の表面に連続的に効率よく成膜処理を施す場合に好適に用いられる。
ロールツーロール方式で搬送される長尺樹脂フィルム基板の成膜装置(スパッタリングウェブコータ)50は、巻出ロール51から巻き出された長尺樹脂フィルム52を図示外のモータでキャンロール56に巻き付けて搬送させながら、所定の成膜処理を行った後、巻取ロール64で巻き取るようになっている。巻出ロール51から巻取ロール64までの搬送経路の途中に配置されたキャンロール56はモータで回転駆動され、キャンロール56の内部には温調された冷媒が循環している。
巻出ロール51からキャンロール56までの搬送経路には、長尺樹脂フィルム52を案内するフリーロール53と、長尺樹脂フィルム52の張力の測定を行う張力センサロール54が配置されている。また、張力センサロール54から送り出されてキャンロール56に向かう長尺樹脂フィルム52は、キャンロール56の近傍に設けられたモータ駆動のフィードロール55によってキャンロール56の周速度に対する調整が行われ、これによりキャンロール56の外周面に長尺樹脂フィルム52を密着させて搬送することができる。
キャンロール56から巻取ロール64までの搬送経路にも、上記と同様に、キャンロール56の周速度に対する調整を行うモータ駆動のフィードロール61、長尺樹脂フィルム52の張力測定を行う張力センサロール62、及び長尺樹脂フィルム52を案内するフリーロール63がこの順に配置されている。
キャンロール56の近傍には、長尺樹脂フィルム52がキャンロール56の外周面上に巻き付けられる搬送経路に対向する位置に、成膜手段としてのマグネトロンスパッタリングカソード57,58,59,60が設けられている。長尺樹脂フィルム52がキャンロール56の外周面に巻き付けられる角度範囲のことを、長尺樹脂フィルム52の抱き角と称することもある。
金属膜のスパッタリング成膜の場合には、図2に示すように板状ターゲットを使用することができるが、板状ターゲットを用いた場合、ターゲット上にノジュール(異物の成長)が発生することがある。これが問題になる場合には、ノジュールの発生がなく、ターゲットの使用効率も高い円筒形のロータリーターゲットを使用することが好ましい。
また、図2の長尺樹脂フィルム52の成膜装置50は、熱負荷の掛かる処理としてスパッタリング処理を想定したものであるため、マグネトロンスパッタリングカソード57,58,59,60が図示されているが、熱負荷の掛かる処理が蒸着処理などの他のものである場合は、板状ターゲットに代えて他の真空成膜手段が設けられる。尚、他の熱負荷の掛かる真空成膜処理として、CVD(化学蒸着)又は真空蒸着などを用いることができる。
次に、本実施の形態で用いられるキャンロールについて図3を用いて説明する。
同図において、ガス放出可能なキャンロール56は、外周面に開設されたガス放出孔からガスを放出し、成膜中の長尺樹脂フィルム52としての耐熱性樹脂フィルムの熱負荷を軽減し、シワ発生を抑制する上で有効な手段である。
ここで、ガス放出可能なキャンロール56は、端部に回転軸71aを有する金属製のインナドラム(インナロールに相当)71と、このインナドラム71の外周面に嵌着される円筒状の金属製のアウタパイプ72(アウタロールに相当)とを備え、アウタパイプ72を冷却するためにインナドラム71の内側には冷媒循環路80を設けると共に、キャンロール56内にはガス導入放出機構90を設けるようにしたものである。尚、図中符号73はインナドラム71の回転軸71aを回転可能に支持するベアリングである。
このように、本例では、ガス導入口95から導入されたガスは、ガスロータリージョイント94を介して、ガス導入を要するガス導入路91に分配され、ガス放出孔93からキャンロール56の外表面と長尺樹脂フィルム52との間に放出される。
次に、本実施の形態で用いられるキャンロール56の製造工程の概要について図4を用いて説明する。
同図において、キャンロール56を製造するに際し、先ず、インナドラム71の外周面にはガス導入路91として機能するガス導入用溝92につき溝切り加工を行い、熱したアウタパイプ72を焼き嵌めし、インナドラム71とアウタパイプ72とが温度差により緩むことがないように、そのガス導入用溝92間を溶接74(レーザ溶接若しくは電子ビーム溶接)する。この溶接74はすべてのガス導入用溝92間に行う必要はない。この後、アウタパイプ72を研削後にハードクロムめっきを施し、鏡面研磨加工してマイクロドリル又はレーザドリルでガス放出孔93を開口する。その後、インナドラム71及びアウタパイプ72の両端に側板75をレーザ溶接した後、最終鏡面研磨を施して完成する。
先ず、図5(a)に示す部分断面図のように、インナドラム71と冷媒循環パイプ81とで冷媒循環路80が形成されている。そして、図5(b)に示す部分断面図のように、円筒研削加工されたインナドラム71にガス導入用溝92を溝切り加工により形成する。本例では例えば断面矩形状(四角形状)のガス導入用溝92が形成されている。
そして、図5(c)に示す部分断面図のように、厚みのあるアウタパイプ72を加熱してインナドラム71に焼き嵌める。更に、図5(d)に示す部分断面図のように、インナドラム71のガス導入用溝92以外の外周面とアウタパイプ72の内周面との間をレーザ溶接若しくは電子ビーム溶接により接合し、インナドラム71のガス導入用溝92とアウタパイプ72の内周面との間にガス導入路91を区画する。最後に図5(e)に示す部分断面図のように、アウタパイプ72にガス導入路91に向かって、マイクロドリル又はレーザドリルによりガス放出孔93を開ける。尚、例えばレーザドリルによるガス放出孔93の加工後、キャンロール56外表面には加工時に発生した溶けた金属が付着していたり、表面が若干平面では無くなってしまうこともあるので、最終仕上げとして円筒切削あるいは円筒研磨を行っても構わない。そして、キャンロール56外表面には、傷付き防止のため、必要に応じてニッケルめっき、ダイヤモンドライクカーボンコーティング、タングステンカーバイトコーティング、窒化チタンコーティング等の処理を行うことが望ましい。
本例において、ガス導入用溝92は、図6(a)に示すように、断面矩形状(四角形状)に形成されており、インナドラム71の円周方向に間隔p1で配列されている。このため、ガス導入路91もインナドラム71の円周方向に間隔p1で配列されている。
ここで、インナドラム71のガス導入用溝92以外の外周面の半径(ガス導入路断面の最大径に相当)をr1、ガス導入用溝92の最深部に対応する半径(ガス導入路断面の最小径に相当)をr2、ガス導入路断面の円周方向の最大幅をw1、ガス導入路断面積をS1、ガス導入路91の本数をnとすると、ガス導入路断面の円周遮断率Aは、図6(a)及び図7(a)に示すように、以下の式(I)で表される。
●ガス導入路断面の円周遮断率A
=(ガス導入路断面の円周方向の最大幅×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面の円周方向の最大幅位置を過る最小径円周mの長さ(本例では2πr2に相当))
=w1×n/2πr2 …(I)
尚、本例では、ガス導入路91が断面矩形状(四角形状)であることから、円周方向の最大幅位置が単一ではないことから、基準とする円周については最大幅位置を過る最小径円周mとした。
また、ガス導入範囲の空隙率Bは、図6(a)及び図7(b)に示すように、以下の式(II)で表される。
●ガス導入範囲の空隙率B
=(ガス導入路断面積×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面を挟む最大径円周m1と最小径円周m2との間で囲まれる円環状面積
=S1×n/π(r1 2-r2 2) …(II)
本例では、ガス導入路断面の円周遮断率Aが36%以下で、かつ、ガス導入範囲の空隙率Bが20%以下になるように、ガス導入路91の配列間隔p1、ガス導入路91の大きさや断面積が選定されている。
今、図8(a)に示すように、ガス導入路91の断面が三角形状(V字状)である場合には、ガス導入路91断面の円周方向の最大幅w1位置はガス導入用溝92の外縁であることから、ガス導入用溝92の外縁を過る円周が最小径円周mである。
また、図8(b)に示すように、ガス導入路91の断面が台形状である場合には、ガス導入路91断面の円周方向の最大幅w1位置はガス導入用溝92の底辺両縁であることから、ガス導入用溝92の底辺両縁を過る円周が最小径円周mである。
更に、例えば図8(c)に示す比較の形態のように、キャンロール56’の外筒部561にガンドリルで断面円形のガス導入路91’を開設した態様にあっては、ガス導入路断面の円周方向の最大幅w1位置は円形の中央直径部分であることから、ガス導入路91’の中心を過る円周が最小径円周mに相当する。
また、本例において、ガス放出孔93は、図6(a)(b)に示すように、キャンロール56の円周方向に間隔p2で配列されており、本例では、ガス導入路91の配列間隔p1よりも狭くなっている。具体的にはp2=(1/2)×p1である。
また、本例では、ガス放出孔93は各ガス導入路91に貫通し、キャンロール56の径方向に対して角度θをもって対称的に傾斜配置される対構成(具体的には93a,93b)になっており、キャンロール56の回転軸方向に対しても略p2の間隔で配列されている。
ここで、ガス導入路91の本数や、各ガス導入路91が有するガス放出孔93(93a,93b)の個数は、長尺樹脂フィルム52の抱き角、長尺樹脂フィルム52の張力やガスの放出量等に応じて適宜選定することが可能である。各ガス放出孔93(93a,93b)の直径は、キャンロール56と長尺樹脂フィルム52とのギャップ間に良好にガスを導入できる大きさであれば特に限定されない。しかし、ガス放出孔93の直径が1000μmを越えると付近の冷却効率が低下する原因となるため、一般的には30~1000μm程度の直径が好ましい。各ガス導入路91に設ける複数のガス放出孔93については、小さな直径を有するガス放出孔93を狭ピッチにして多数配置することがキャンロール56全面に亘って熱伝導性を均一化できるという点において好ましい。しかしながら、小さな直径のガス放出孔93を狭ピッチで多数設ける加工技術は困難を伴うので、現実的には直径が100~500μm程度のガス放出孔93を5~10mmの間隔p2で配置することがより好ましい。
また、ガス放出孔93の角度θはキャンロール56の円周方向の間隔p2をできるだけ均一にするという要請から、ガス導入路91の本数に依存する。つまり、ガス導入路91の本数が多ければキャンロール56の径方向に近く、ガス導入路91の本数が少なければ傾斜度合が大きくなる。しかしながら、斜め方向に延びるガス放出孔93のレーザ加工は難しく、角度θとしては60°が限界で、実用的な範囲としては40°以下で選定される。
また、ガス導入路91にガス放出孔93をキャンロール56の円周方向に対して1本開ける態様では、キャンロール56の円周方向に対するガス放出孔93の配設間隔が広すぎるため、キャンロール56と長尺樹脂フィルム52とのラップ部全域にガスが行き渡らない可能性がある。
これを解決するには、ガス圧を高く設定すればよいが、ガス圧を高くすると、長尺樹脂フィルム52がキャンロール56の外表面から浮いてしまい、冷却効率が極端に低下する懸念がある。
これを防ぐためには、キャンロール56に対してガス圧以上の抗力で長尺樹脂フィルム52を押し付けることが必要である。
このような抗力を得るには、長尺樹脂フィルム52の張力を高くすればよいが、熱負荷が掛かるプロセス中で高い張力で薄い長尺樹脂フィルム52を引っ張ると、変形する可能性があるので、長尺樹脂フィルム52の張力調整には留意することが必要である。
尚、長尺樹脂フィルム52として例えば35μm以上の厚いものを成膜対象とする場合にはある程度強く引っ張っても、変形する懸念は少ない。
つまり、キャンロール56に対して長尺樹脂フィルム52が浮かない条件としては以下の条件を充足するようにすればよい。
ガス圧力(Pa)<抗力F(N)=張力(N/m)/キャンロール56の半径(m)
ガス圧力(Pa)×キャンロール56の半径(m)<張力(N/m)
本実施の形態によれば、キャンロール56に巻き付けられて搬送される長尺樹脂フィルム52は成膜手段としてのマグネトロンスパッタリングカソード57,58,59,60による成膜処理が行われる。
このとき、キャンロール56は循環する冷媒によって表面が冷却され、また、ガスロータリージョイント94により、キャンロール56に長尺樹脂フィルム52が接触している抱き角範囲のキャンロール56の外周面と長尺樹脂フィルム52とにより形成されるギャップ部にガスが放出され、長尺樹脂フィルム52が巻かれていない抱き角範囲以外にはガスが放出されることはない。従って、導入したガスのほとんどがキャンロール56の外周面と長尺樹脂フィルム52との間に形成されるギャップ部に放出されるため、ギャップ間隔を略一定に維持するためのガス流量制御が容易になり、キャンロール56外周面と長尺樹脂フィルム52とのギャップ部全体における熱コンダクタンスを均一にすることが可能となる。
尚、キャンロール56の外周面と長尺樹脂フィルム52とのギャップ部が40μm程度のとき、キャンロール56に導入してギャップ部に放出されたガスは真空成膜装置が備える真空ポンプで排気可能である。従って、ギャップ部に導入するガスをスパッタリング雰囲気のガスと同じにすれば、スパッタリング雰囲気を汚染することもない。例えば熱伝導も比較的良いアルゴンが望ましい。
特に、本実施の形態では、キャンロール56のガス導入路91の構造に関し、ガス導入路断面の円周遮断率Aが36%以下で、かつ、ガス導入範囲の空隙率Bが20%以下になるように、ガス導入路91の配列間隔p1、ガス導入路91の大きさや断面積が選定されているため、ガス導入路91による断熱作用が強すぎることなく、キャンロール56の外周面にはガスが略均等に放出され、キャンロール56による冷却作用が効率的に実現されている。
また、アウタパイプ72全体の厚みも薄くでき、成膜中の長尺樹脂フィルム基板を効率よく冷却することもでき、キャンロール56と長尺樹脂フィルム基板との熱コンダクタンスを向上させ、前処理や成膜等の熱負荷の掛かる処理の際にフィルム温度を低下させることができる。このため、このようなキャンロール56を備えた長尺樹脂フィルム基板の処理装置により、長尺樹脂フィルム基板のシワの発生をなくすことができる。そして、シワの発生のない高品質の金属膜付耐熱性樹脂フィルムを高い歩留まりで作製し、液晶テレビ、携帯電話等のフレキシブル配線基板に適用することができる。
尚、一般に、上記した長尺樹脂フィルム(耐熱性樹脂フィルム)52の表面並びにキャンロール56の外周面はミクロ的に完全な平面ではない。そのため、ガス放出のない従前態様のキャンロールを備えた成膜装置では、キャンロールの外周面と長尺樹脂フィルムの間に隙間(ギャップ部)が生じ、ギャップ部では真空による断熱のため熱伝導効率が低下している。その結果、ギャップ部での熱コンダクタンスが高まり、成膜等の熱負荷によって耐熱性樹脂フィルムにシワが発生する原因になっている。例えば導入ガスがアルゴンガスの場合、導入ガス圧力が500Paでギャップ間距離が約40μm以下の分子流領域においては、ギャップ部の熱コンダクタンスは250W/m2・Kとなることが報告されている(非特許文献2参照)。
尚、プラズマ処理とは、公知のプラズマ処理方法により、例えばアルゴンと酸素の混合ガスまたはアルゴンと窒素の混合ガスからなる減圧雰囲気下において放電を行うことにより、酸素プラズマまたは窒素プラズマを発生させて長尺樹脂フィルム基板を処理する方法である。また、イオンビーム処理とは、公知のイオンビーム源を用い、強い磁場を印加した磁場ギャップでプラズマ放電を発生させ、プラズマ中の陽イオンを陽極による電解でイオンビームとして照射することにより、長尺樹脂フィルム基板を処理する方法である。
ここで、長尺樹脂フィルム基板としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムのような樹脂フィルムや、ポリイミドフィルムのような耐熱性樹脂フィルムが挙げられる。長尺樹脂フィルム基板として耐熱性樹脂フィルムを用い、金属膜をスパッタリング等により成膜することで、金属膜付耐熱性樹脂フィルムが得られる。具体的には、金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムの成膜装置(スパッタリングウェブコータ)を用いるメタライジング法により、シワのない金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムを製造することができる。
上記金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムとしては、耐熱性樹脂フィルムの表面にNi系合金等からなる膜とCu膜が積層された構造体が例示される。このような構造を有する金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムは、サブトラクティブ法によりフレキシブル配線基板に加工される。ここで、サブトラクティブ法とは、レジストで覆われていない金属膜(例えば、上記Cu膜)をエッチングにより除去してフレキシブル配線基板を製造する方法である。
上記Ni系合金等からなる膜はシード層と呼ばれ、Ni-Cr合金又はインコネル、コンズタンタンやモネル等の各種公知の合金を用いることができるが、その組成は金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムの電気絶縁性や耐マイグレーション性等の所望の特性に応じて選択される。また、金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムの金属膜を更に厚くしたい場合は、湿式めっき法を用いて金属膜を形成することがある。尚、電気めっき処理のみで金属膜を形成する場合と、一次めっきとして無電解めっき処理を行い、二次めっきとして電解めっき処理等の湿式めっき法を組み合わせて行う場合もある。湿式めっき処理は、常法による湿式めっき法の諸条件を採用すればよい。
また、金属膜付長尺耐熱性樹脂フィルムに用いる耐熱性樹脂フィルムとしては、例えば、ポリイミド系フィルム、ポリアミド系フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリテトラフルオロエチレン系フィルム、ポリフェニレンサルファイド系フィルム、ポリエチレンナフタレート系フィルム、液晶ポリマー系フィルム等が挙げられる。これらの耐熱性樹脂フィルムは、金属膜付フレキシブル基板としての柔軟性、実用上必要な強度、配線材料として好適な電気絶縁性を有する点から好ましいものである。
尚、上記金属膜付耐熱性樹脂フィルムとして、長尺耐熱性樹脂フィルムにNi-Cr合金やCu等の金属膜を積層した構造体を例示したが、上記金属膜以外に目的に応じて酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜等を用いることも可能である。その場合にも、酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜等の成膜に本実施の形態に係るキャンロール56及び成膜装置や成膜方法を用いることができる。
◎比較例1
比較例1は、図9(a)に示すように、キャンロール56’の外筒部561内に円周方向に所定の間隔で断面円形のガス導入路91’を形成し、更に、ガス導入路91’に貫通するガス放出孔93’をキャンロール56’の径方向に対して傾斜配置し、かつ、ガス導入路91’と略同じ間隔で配列したものである。
◎比較例2
比較例2は、図9(b)に示すように、キャンロール56’の外筒部561内に円周方向に所定の間隔でガンドリルによる断面円形のガス導入路91’を形成し、更に、ガス導入路91’に貫通するガス放出孔93’をキャンロール56’の径方向に対して対称的に傾斜配置し、ガス導入路91’の配列間隔の略1/2の間隔で配列したものである。
◎実施例1
実施例1は、図9(c)に示すように、実施の形態1に係るキャンロール56の一部を変更したもので、断面矩形状(本例では正方形状)のガス導入路91を所定の配列間隔で配列し、更に、ガス導入路91に貫通するガス放出孔93をキャンロール56の径方向に対して傾斜配置し、かつ、ガス導入路91と略同じ間隔で配列したものである。
◎実施例2
実施例2は、図9(d)に示すように、実施の形態1に係るキャンロール56を具現化したもので、断面矩形状(本例では正方形状)のガス導入路91を所定の配列間隔で配列し、更に、ガス導入路91に貫通するガス放出孔93をキャンロール56の径方向に対して対称的に傾斜配置し、ガス導入路91の配列間隔の略1/2の間隔で配列したものである。
◎実施例3
実施例3は、図9(e)に示すように、実施の形態1に係るキャンロール56の一部を変更したもので、断面矩形状(本例では三角形状)のガス導入路91を所定の配列間隔で配列し、更に、ガス導入路91に貫通するガス放出孔93をキャンロール56の径方向に対して傾斜配置し、かつ、ガス導入路91と略同じ間隔で配列したものである。
◎実施例4
実施例4は、図9(f)に示すように、実施の形態1に係るキャンロール56を具現化したもので、断面矩形状(本例では三角形状)のガス導入路91を所定の配列間隔で配列し、更に、ガス導入路91に貫通するガス放出孔93をキャンロール56の径方向に対して対称的に傾斜配置し、ガス導入路91の配列間隔の略1/2の間隔で配列したものである。
尚、図10(a)は比較例1,2の例、図10(b)(e)(g)は実施例1,2の例、図10(d)(f)(h)は実施例3,4の例、図10(c)は実施例1,2の変形例を示す。
また、最大遮断長とは1本あたりのガス導入路最大幅、最大遮断長の円周とはガス導入路の最大遮断長が位置する半径の円周、円周遮断率は最大遮断長/最大遮断長の円周である。
比較例1,2のガンドリルによる工法では、直径800mmのキャンロール56’の外周部に両端から開けることができるガンドリル径は5mmが限界で3mmと4mmでは両端から開口したときに中央部で開通位置を一致させることは極端に難しい。また、ガス導入路91’に対して径方向から傾斜した状態でガス放出孔を2本開ける態様では、ガス導入路91’のピッチが3°の場合、円周方向のガス放出孔ピッチを均一に保つためにはガス放出孔93’の傾斜角度が径方向から大きく外れ、その分、開口距離が長くなってしまいレーザドリルで貫通することができなかった。
また、実施例1~4の溝切りと焼き嵌めによる工法では、ガス導入路91断面が辺長3mm、4mmと5mmの四角形、三角形共に可能である。また、ガス導入路91に対して径方向から傾斜した状態でガス放出孔93を2本開ける態様では、ガス導入路91のピッチが3°の場合、円周方向のガス放出孔ピッチを均一に保つためにはガス放出孔93の傾斜角度が径方向から大きく外れ、開口距離が長くなってしまいレーザドリルで貫通することができなかった。
したがって、実際製作可能なキャンロール56は図11の中で総合評価に「-」が付いていない組合せである。
尚、ガス導入路91に対して径方向から傾斜した状態でガス放出孔93を1本開ける態様では、ガス導入路91のピッチが2°と3°の場合、円周方向のガス放出孔ピッチが12mmを越えると、長尺樹脂フィルム搬送長が高速になるとガス圧力が安定しなくなった。また、空隙率Bが20%を越えるもの、円周遮断率Aが36%を越えるものは成膜中にフィルムにわずかなシワあるいは変形が生じてしまった。結果的に、スパッタの熱負荷に対して良好な冷却性能を示したのは、図11中の総合評価にある実施例4のガス導入路91の断面にガス放出孔93が2本貫通した態様のうち、ピッチが2°の場合だけであった。
特に、ガス導入路91の断面形状が三角形(V字状)の場合、ガス導入路91の頂角がガス放出孔93の傾斜角度θに比べて2倍以上であることが好ましい。これは、例えばガス導入路91からガス放出孔93へのガスの放出抵抗が少ないことによる。
また、図11においては、実施例2において、ガス導入路91の断面形状が四角形(実施例中では正方形)の態様について、冷却性能を評価したところ、いずれの態様も、ガス導入範囲の空隙率Bが20%を超えていたことから、総合評価として○が得られなかったが、例えば図10(c)に示すように、ガス導入路91の断面形状を正方形よりも狭い長方形である態様とし、ピッチが2°の場合、長辺が3~5mmにおけるガス導入範囲の空隙率Bがいずれも20%以下になるように設定したところ、総合評価として良好に至ることが確認された。
ここで、長尺樹脂フィルム52の張力としては、ガス圧力800(Pa)×キャンロール半径0.4m=320(N/m)よりも高く設定すればよい。従って、張力は長尺樹脂フィルム幅1mあたり320Nより高くしなければならず、長尺樹脂フィルム幅が0.5mのときは160Nよりも高く設定するようにすればよい。
このような条件による成膜処理の結果、ピッチが2°の場合、例えばガス導入路91の断面形状が三角形である態様では、ガス導入路断面の円周遮断率Aが36%以下、あるいは、ガス導入範囲の空隙率Bが20%以下では、長尺樹脂フィルム52にシワが発生せず、冷却性能も良好であることが確認された。
2 インナロール
3 アウタロール
4 ガス導入用溝
5 ガス導入路
6 ガス放出孔
7 冷媒仕切材
8 冷媒循環路
11 長尺樹脂フィルム
12 搬送手段
13 表面処理手段
A ガス導入路断面の円周遮断率
B ガス導入範囲の空隙率
r1 インナロールのガス導入用溝以外の外周に沿う半径
r2 ガス導入用溝の最深部に対応する半径
50 成膜装置
51 巻出ロール
52 長尺樹脂フィルム
53 フリーロール
54 張力センサロール
55 フィードロール
56,56’ キャンロール
561 外筒部
57 マグネトロンスパッタリングカソード
58 マグネトロンスパッタリングカソード
59 マグネトロンスパッタリングカソード
60 マグネトロンスパッタリングカソード
61 フィードロール
62 張力センサロール
63 フリーロール
64 巻取ロール
71 インナドラム
71a 回転軸
72 アウタパイプ
73 ベアリング
74 溶接
75 側板
80 冷媒循環路
81 冷媒循環パイプ
90 ガス導入放出機構
91,91’ ガス導入路
92 ガス導入用溝
93(93a,93b),93’ ガス放出孔
94 ガスロータリージョイント
95 ガス導入口
P1 ガス導入路の配列間隔
P2 ガス放出孔の配列間隔
m ガス導入路断面の円周方向の最大幅位置を過る最小径円周
m1 ガス導入路断面の最大径円周
m2 ガス導入路断面の最小径円周
w1 ガス導入路断面の円周方向の最大幅
S1 ガス導入路の断面積
n ガス導入路の本数
Claims (8)
- 端部に回転軸を有する金属製のインナロールと、
前記インナロールの外周面に嵌着して一体化される円筒状の金属製のアウタロールと、
前記インナロールの外周面全周に当該インナロールの円周方向に沿って略均等な間隔をあけ且つ前記インナロールの回転軸方向に沿って延びるように形成され、前記アウタロールの内周面との間にガス導入路を区画するガス導入用溝と、
前記ガス導入路に貫通するように前記アウタロールに形成されるガス放出孔群と、を備え、
以下に定義するガス導入範囲の空隙率Bが20%以下であることを特徴とするガス放出ロール。
但し、ガス導入範囲の空隙率B=(ガス導入路断面積×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面を挟む最大径円周と最小径円周との間で囲まれる円環状面積) - 請求項1に記載のガス放出ロールにおいて、
以下に定義するガス導入路断面の円周遮断率Aが36%以下であることを特徴とするガス放出ロール。
但し、ガス導入路断面の円周遮断率A=(ガス導入路断面の円周方向の最大幅×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面の円周方向の最大幅位置を過る最小径円周長) - 請求項1又は2に記載のガス放出ロールにおいて、
前記ガス放出孔群は、ガス放出ロールの円周方向に沿う配列間隔が前記ガス導入路の配列間隔よりも狭いことを特徴とするガス放出ロール。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載のガス放出ロールにおいて、
前記ガス導入用溝は非円形断面であることを特徴とするガス放出ロール。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載のガス放出ロールにおいて、
前記ガス放出孔群は、前記アウタロールの径方向に対して傾斜配置されることを特徴とするガス放出ロール。 - 端部に回転軸を有する金属製のインナロールと、
前記インナロールの外周面に接する内周面を有する円筒状の金属製のアウタロールとを含み、前記アウタロール表面にガス放出を可能とするガス放出ロールを製造するに際し、
前記インナロールの外周面に回転軸方向に延びる複数のガス導入用溝を全周に亘って略等間隔に形成する溝形成工程と、
前記溝形成工程にて前記ガス導入用溝が形成された前記インナロールの外周面に前記アウタロールを焼き嵌める焼き嵌め工程と、
前記焼き嵌められた前記インナロール及び前記アウタロールを溶接により接合する接合工程と、
前記インナロールの外周面に形成された複数のガス導入用溝と前記アウタロールの内周面との間で区画された複数のガス導入路の夫々に貫通するガス放出孔群を前記アウタロールに形成する孔形成工程と、を備え、
前記溝形成工程は、以下に定義するガス導入範囲の空隙率Bが20%以下になるように実施されることを特徴とするガス放出ロールの製造方法。
但し、ガス導入範囲の空隙率B=(ガス導入路断面積×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面を挟む最大径円周と最小径円周との間で囲まれる円環状面積) - 請求項6に記載のガス放出ロールの製造方法において、
前記溝形成工程は、以下に定義するガス導入路断面の円周遮断率Aが36%以下になるように実施されることを特徴とするガス放出ロールの製造方法。
但し、ガス導入路断面の円周遮断率A=(ガス導入路断面の円周方向の最大幅×ガス導入路本数)/(ガス導入路断面の円周方向の最大幅位置を過る最小径円周長) - 請求項1乃至5のいずれかに記載のガス放出ロールと、
前記ガス放出ロールに長尺樹脂フィルムを巻き付けながら搬送する搬送手段と、
前記ガス放出ロールの外周面に対向して設けられ、当該ガス放出ロールに巻き付けられた長尺樹脂フィルムに対して熱負荷が掛かる表面処理を実施する表面処理手段と、
を備えたことを特徴とする処理装置。
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