特許 6055360 真空製膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6055360

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】真空製膜装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/56 20060101AFI20161219BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/56 B

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-85338(P2013-85338)

(22)【出願日】2013年4月16日

(65)【公開番号】特開2014-205898(P2014-205898A)

(43)【公開日】2014年10月30日

【審査請求日】2016年3月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107940

【弁理士】

【氏名又は名称】岡 憲吾

(74)【代理人】

【識別番号】100120938

【弁理士】

【氏名又は名称】住友 教郎

(74)【代理人】

【識別番号】100122806

【弁理士】

【氏名又は名称】室橋 克義

(74)【代理人】

【識別番号】100168192

【弁理士】

【氏名又は名称】笠川 寛

(74)【代理人】

【識別番号】100174311

【弁理士】

【氏名又は名称】染矢 啓

(74)【代理人】

【識別番号】100182523

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 由賀里

(72)【発明者】

【氏名】熱田 直行

(72)【発明者】

【氏名】恩地 卓也

【審査官】 岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−３０２４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４４９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０４４７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上流側処理ラインと下流側処理ラインとの間に配置される、内部真空化が可能な反転用チャンバーと、
この反転用チャンバーに設けられた、製膜対象の基板の導入口及び送出口と、
この反転用チャンバー内に設けられた、巻取り送り出しロールとを備えており、
この巻取り送り出しロールが、回転することにより、上記導入口を通して上流側処理ラインからの基板を巻取り、且つ、逆回転することにより、この基板を送出口を通して下流側処理ラインに送り出すように構成されており、
上記巻取り送り出しロールによって巻取り送り出される基板が、上記導入口を通過するときと送出口を通過するときとで、その表面と裏面とが逆を向くように構成されている、真空製膜装置用の反転機構。

【請求項2】

上記導入口が、上流側処理ラインに備わった処理用の第一製膜チャンバーに、大気に連通しない状態で連結可能に構成されており、上記送出口が、下流側処理ラインに備わった処理用の第二製膜チャンバーに、大気に連通しない状態で連結可能に構成されている請求項１に記載の反転機構。

【請求項3】

上記反転用チャンバー内に、介装シートが備えられており、
この介装シートは、基板が上記巻取り送り出しロールに巻き取られる際、基板の上流側処理ラインにおける処理面に重ね合わされる請求項１又は２に記載の反転機構。

【請求項4】

上流側処理装置と、
下流側処理装置と、
上記両処理の間に配置される、処理対象である基板の表裏を反転しうる反転機構とを備えており、
上記上流側処理装置が、供給ロールを備えた供給チャンバー、及び、第一製膜源を備えた第一製膜チャンバーを有しており、
上記下流側処理装置が、第二製膜源を備えた第二製膜チャンバー、及び、巻取りロールを備えた巻取りチャンバーを有しており、
上記反転機構が、請求項１から３のいずれかに記載の反転機構である真空製膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空製膜装置に関する。詳細には、本発明は、ロールからロールへ送られる帯状のワークに対し、塗布、真空蒸着等によって製膜するためのロール・トゥ・ロール製膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

帯状の基板の表面に、塗布、スパッタリング、化学蒸着、真空蒸着等によって膜を形成するために製膜装置が用いられる。この製膜装置の一種として、供給ロール（送り出しロール）から帯状の基板を送り出し、膜が形成された後の基板を、エンドロール（巻取りロール）に巻き取るロール・トゥ・ロール製膜装置が知られている。基板に膜を形成する製膜部は、供給ロールとエンドロールとの間に設けられる。供給ロールから送り出された基板は、製膜部を経由してエンドロールに向かって搬送される。このロール・トゥ・ロール製膜装置では、連続的に基板が製膜部に供給されつつ、この基板の表面に薄膜が形成される。このような装置の例が、特開２０１０−００７１１３公報及び特開２０１０−０５３４３９公報に開示されている。

【0003】

例えば、薄膜太陽電池、有機エレクトロルミネッセンスパネル等のフレキシブル電子デバイスの分野においては、基板に複数層の膜を積層する製膜処理が知られている。その一例は、前工程で基板の一方の面に塗布によって塗膜を形成し、次工程でこの塗膜の上にさらに真空蒸着によって蒸着膜を形成する処理である。基板上に形成された塗膜は、大気に接触すると変質するおそれがあるため、大気に接触させることができない。

【0004】

図７には、直列２連のロール・トゥ・ロール製膜装置５１が示されている。この製膜装置５１は、積層された複数の膜からなる薄膜を、帯状の基板（ワークともいう）Ｗに形成するためのものである。この製膜装置５１は、塗布処理を行う塗布装置５２と、真空蒸着処理を行う真空蒸着装置５３とを備えている。両装置５２、５３それぞれが、ロール・トゥ・ロール製膜装置として構成されている。製膜対象の基板Ｗの片面には、塗膜ＣＦが形成された後、真空蒸着によってさらに膜ＤＦが形成される。塗布装置５２は、供給ロール５４を備えた供給チャンバー５５と、塗膜源５６を備えた塗膜チャンバー５７と、巻取りロール５８を備えうる巻取りチャンバー５９とを備えている。真空蒸着装置５３は、供給ロール５８を備えうる供給チャンバー６０と、蒸着膜源６１を備えた蒸着チャンバー６２と、巻取りロール６３を備えた巻取りチャンバー６４とを備えている。塗布装置５２において、塗膜処理された基板Ｗを巻き取った上記巻取りロール５８は、真空蒸着装置５３に供給ロール５８として取り付けられる。

【0005】

図７に示されるように、塗膜処理は、その処理方向が上から下に向けられる必要があり、真空蒸着処理は、その処理方向が下から上に向けられる必要がある。一方、前述のとおり、基板に形成された塗膜の上に、さらに真空蒸着膜が形成される必要がある。塗膜と真空蒸着膜とは、基板Ｗの同一面に形成される必要がある。このため、塗布装置５２の巻取りロール５８は、上下反転させられた上で、真空蒸着装置５３に取り付けられる必要がある。この反転取付作業を、塗膜に大気を触れさせずに行うことは非常に難しい。この作業は、電子デバイス等の製品の生産性を損なう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平２０１０−００７１１３号公報

【特許文献1】特開平２０１０−０５３４３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上記した現状に鑑みてなされたものであり、製膜対象である基板の前工程から後工程への移送に際して、基板の上面（表面）と下面（裏面）との反転を容易且つスムーズに行うことのできる反転機構を提供すること、及び、この反転機構を備えた真空製膜装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る真空製膜装置用の反転機構は、
上流側処理ラインと下流側処理ラインとの間に配置される、内部真空化が可能な反転用チャンバーと、
この反転用チャンバーに設けられた、製膜対象の基板の導入口及び送出口と、
この反転用チャンバー内に設けられた、巻取り送り出しロールとを備えており、
この巻取り送り出しロールが、回転することにより、上記導入口を通して上流側処理ラインからの基板を巻取り、且つ、逆回転することにより、この基板を送出口を通して下流側処理ラインに送り出すように構成されており、
この巻取り送り出しロールによって巻取り送り出される基板が、上記導入口を通過するときと送出口を通過するときとで、その表面と裏面とが逆を向く。

【0009】

好ましくは、上記導入口が、上流側処理ラインに備わった処理用の第一製膜チャンバーに、大気に連通しない状態で連結可能に構成されており、上記送出口が、下流側処理ラインに備わった処理用の第二製膜チャンバーに、大気に連通しない状態で連結可能に構成されている。

【0010】

好ましくは、上記反転用チャンバー内に、介装シートが備えられており、
この介装シートは、基板が上記巻取り送り出しロールに巻き取られる際、基板の上流側処理ラインにおける処理面に重ね合わされる。

【0011】

本発明に係る真空製膜装置は、
上流側処理装置と、
下流側処理装置と、
上記両処理装置の間に配置される、処理対象である基板の表裏を反転しうる反転機構とを備えており、
上記上流側処理装置が、供給ロールを備えた供給チャンバー、及び、第一製膜源を備えた第一製膜チャンバーを有しており、
上記下流側処理装置が、第二製膜源を備えた第二製膜チャンバー、及び、巻取りロールを備えた巻取りチャンバーを有しており、
上記反転機構が、前述したいずれかの反転機構である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、真空製膜装置において、基板の表面と裏面との反転を容易且つスムーズに行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、基板の製膜処理の一工程中にある本発明の一実施形態に係る真空製膜装置の内部を概略的に示す正面図である。

【図2】図２は、基板の製膜処理の他の工程中にある本発明の一実施形態に係る真空製膜装置の内部を概略的に示す正面図である。

【図3】図３は、基板の製膜処理のさらに他の工程中にある本発明の一実施形態に係る真空製膜装置の内部を概略的に示す正面図である。

【図4】図４は、基板の製膜処理のさらに他の工程中にある本発明の一実施形態に係る真空製膜装置の内部を概略的に示す正面図である。

【図5】図５は、基板の製膜処理のさらに他の工程中にある本発明の一実施形態に係る真空製膜装置の内部を概略的に示す正面図である。

【図6】図６は、基板の製膜処理のさらに他の工程中にある本発明の一実施形態に係る真空製膜装置の内部を概略的に示す正面図である。

【図7】図７は、基板の製膜処理工程中にある従来の真空製膜装置の内部を概略的に示す正面図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0014】

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

【0015】

図１に示された製膜装置１は、帯状の基板Ｗに、複数層の薄膜を積層する装置である。この製膜装置１では、基板Ｗの一方の面に、不活性ガス雰囲気下で薄膜が形成され、その薄膜の上に、真空雰囲気下でさらに薄膜が形成される。この装置１は、塗布処理を行う上流側処理装置としての塗布装置２と、真空蒸着処理を行う下流側処理装置としての真空蒸着装置３とを備えている。これらいずれの装置２、３も、後述する基板反転機構１４が接続されることにより、ロール・トゥ・ロール製膜装置として構成される。塗布装置２により、基板Ｗの片面に塗膜ＣＦが形成され、真空蒸着装置３により、塗膜ＣＦの上面に蒸着膜ＤＦが形成される。

【0016】

塗布装置２は、供給ロール４を備えた供給チャンバー５と、第一製膜源としての塗膜源６を備えた第一製膜チャンバーとしての塗膜チャンバー７とを有している。真空蒸着装置３は、第二製膜源としての蒸着膜源１０を備えた第二製膜チャンバーとしての蒸着チャンバー１１と、巻取りロール１２を備えた巻取りチャンバー１３とを有している。製膜装置１は、基板反転機構１４をも備えている。この基板反転機構１４は、巻取り送り出しロール８を備えた反転用チャンバー９を有している。

【0017】

この反転用チャンバー９は移動式に構成されている。反転用チャンバー９の上流側部分は、塗布装置２の塗膜チャンバー７の下流側部分に接続されうる（図１、図２）。反転用チャンバー９の下流側部分は、真空蒸着装置３の蒸着チャンバー１１の上流側部分に接続されうる（図３、図４、図５、図６）。反転用チャンバー９には、移動容易のために、キャスター２９が装備されている。

【0018】

反転用チャンバー９が塗膜チャンバー７に接続されているときは、巻取り送り出しロール８が、塗布装置２にとっての巻取りロールとして動作しうる（図１）。一方、反転用チャンバー９が蒸着チャンバー１１に接続されているときは、巻取り送り出しロール８は、真空蒸着装置３にとっての供給ロールとして動作しうる（図６）。反転用チャンバー９内には、巻取り送り出しロール８に加えて、介装シート供給ロール１５、上流側フリーロール１６，上流側テンションロール１７、下流側テンションロール１８及び下流側フリーロール１９が装備されている。これらフリーロール及びテンションロールの周面の両端近傍には、図示しない凸条又は段が周方向に形成されている。この一対の凸条又は段の間隔は、基板Ｗの幅に略等しい。基板Ｗがフリーロール及びテンションロールに巻掛けられるとき、基板Ｗの両側縁近傍がこの凸条又は段に当接する。その結果、基板Ｗの膜が形成された部分とフリーロール及びテンションロールの周面との間に隙間が生じる。これにより、膜は、フリーロール及びテンションロールの周面との接触によって損傷することが防止される。

【0019】

塗布装置２における供給チャンバー５と塗膜チャンバー７との間には、ゲート弁２０が装備されている。このゲート弁２０により、両チャンバー５、７同士が、連通され、また、遮断されもする。真空蒸着装置３における蒸着チャンバー１１と巻取りチャンバー１３との間にも、ゲート弁２１が装備されている。このゲート弁２１により、両チャンバー１１、１３同士が連通され、遮断されうる。

【0020】

上記反転用チャンバー９の、上流側部分に基板Ｗの導入口２４が形成され、下流側部分に基板Ｗの送出口２５が形成されている。この導入口２４には、基板Ｗが通過しうる差動排気方式のバルブ（差動排気弁という）２２が装備され、送出口２５にも差動排気弁２３が装備されている。導入口２４の差動排気弁２２は、塗膜チャンバー７の下流側部分に接続されうる。送出口２５の差動排気弁２３は、蒸着チャンバー１１の上流側部分に接続されうる。塗膜チャンバー７の下流側部分には、上記差動排気弁２２が接続されうる開閉口２７が形成されている。蒸着チャンバー１１の上流側部分には、差動排気弁２３が接続されうる開閉口２８が形成されている。これら差動排気弁により、不活性ガスの充填、真空引き、チャンバー同士の脱着等が、スムーズ且つ効率良く行われる。上記開閉口２７、２８は、単独で気密に閉止することができ、且つ、これを開口することができる弁機構を含む。開閉口２７、２８として、例えば、ゲート弁が採用されうる。上記した差動排気弁及びゲート弁は、基板Ｗを保持した状態で気密に閉止することが可能である。

【0021】

図１に示された製膜装置１においては、塗布装置２が塗膜形成処理を実行している。塗布装置２と基板反転機構１４とが接続されている。供給チャンバー５と塗膜チャンバー７との間のゲート弁２０、及び、塗膜チャンバー７と反転用チャンバー９との間の差動排気弁２２は、ともに開放されている。反転用チャンバー９の下流側部分の差動排気弁２３は閉じている。基板Ｗが、供給チャンバー５内の供給ロール４から、塗膜チャンバー７を経由して、実質的水平方向に、反転用チャンバー９内の巻取り送り出しロール８に送られている。供給チャンバー５、塗膜チャンバー７及び反転用チャンバー９の各内部は窒素ガス雰囲気にされている。塗膜チャンバー７において、塗膜源６により、基板Ｗの上面に対し、上方から塗膜ＣＦが形成されている。塗膜源６に対向する位置に、基板Ｗを下方から支持するための載置床３０が設けられている。基板Ｗは、塗膜源６と載置床３０との間を通過して送られている。

【0022】

待機中の真空蒸着装置３の各チャンバー１１、１３も、内部が窒素ガス雰囲気にされている。巻取りチャンバー１３内の巻取りロール１２には、将来の蒸着処理時のために、案内用のわずかな基板Ｗが巻掛けられている。この案内用基板Ｗの先端は、蒸着チャンバー１１内に引き出されている。

【0023】

反転用チャンバー９内では、基板Ｗが、介装シート（合紙ともいう）Ｐを介在させた上で巻取り送り出しロール８に巻き取られている。ここでは、巻取り送り出しロール８は巻取りロールとして動作している。基板Ｗは、その塗膜ＣＦ形成面が上を向いた状態で、時計回りに回転する巻取り送り出しロール８に巻き取られている。介装シートＰも同時に巻き取られている。介装シートＰは、基板Ｗの塗膜ＣＦの面が、基板Ｗの裏面と接触することによって生じうる損傷を防止する。

【0024】

図２から図５に示されるように、所定量の基板Ｗに対する塗膜形成が終了すると、この基板Ｗに対する真空蒸着の準備がなされる。図２では、塗膜チャンバー７の上流側部分のゲート弁２０及び下流側部分の差動排気弁２２が閉止されている。作業員が、塗膜チャンバー７を開放して、基板Ｗを切断する。閉止されているゲート弁２０及び差動排気弁２２により、供給チャンバー５及び反転用チャンバー９への大気の進入が阻止されている。

【0025】

図３に示されるように、反転用チャンバー９は、塗膜チャンバー７の開閉口２７との接続が解かれ、蒸着チャンバー１１の開閉口２８に接続される。一方のゲート弁２０、及び、両方の差動排気弁２２、２３は閉じられている。作業員が、反転用チャンバー９に設けられたグローブボックス３１を使用して、反転用チャンバー９内の基板Ｗを切断する。大気に触れ、且つ、差動排気弁２２に把持された基板の切れ端は、使用されず、処理終了まで放置される。

【0026】

図４に示されるように、作業員が、グローブボックス３１を使用して、巻取り送り出しロール８に巻き取られている塗膜ＣＦ形成済みの基板Ｗを、下流側テンションロール１８及びフリーロール１９に巻き掛ける。反転用チャンバー９と蒸着チャンバー１１との間の差動排気弁２３が開放される。塗膜ＣＦ形成済みの基板Ｗの先端が、上記差動排気弁２３を通して、蒸着チャンバー１１内に送られる（図５）。このように、塗膜ＣＦ形成面が上を向いた状態で巻取り送り出しロール８に巻き取られていた基板Ｗが、巻取り送り出しロール８の逆回転により、巻き取られた向き（左から右）と同じ向き（左から右）に送り出される。従って、このとき、基板Ｗの塗膜ＣＦ形成面は下を向く。このとき、同時に、介装シートＰは、巻取り送り出しロール８から介装シート供給ロール１５に巻き戻される。

【0027】

図５に示されるように、作業員が、蒸着チャンバー１１に設けられたグローブボックス３２を使用して、塗膜ＣＦ形成済みの基板Ｗの先端を、前述した巻取りロール１２に巻掛けられた案内用の未処理基板Ｗに接続する。ここで、前述のごとく、基板Ｗの塗膜ＣＦが形成された面は下方を向いている。この作業と並行して、上記差動排気弁２３が閉止される。次いで、図示しない真空ポンプにより、反転用チャンバー９の内部が真空にされる。引き続き、蒸着チャンバー１１及び巻取りチャンバー１３の内部が真空にされる。その後、差動排気弁２３が開放される。以上で、真空蒸着のための準備が完了する。

【0028】

図６に示されるように、巻取り送り出しロール８から基板Ｗが送り出される。介装シートＰは、巻取り送り出しロール８から介装シート供給ロール１５に巻き戻される。基板Ｗは、蒸着膜源１０の上方を通過して、巻取りロール１２に巻き取られる。基板Ｗの塗膜ＣＦが形成されている下面に対し、蒸着膜源１０からの膜用ソースが下方から蒸着され、蒸着膜ＤＦが形成される。

【0029】

本実施形態に係る基板反転機構１４は、移動可能であり、塗膜チャンバー７及び蒸着チャンバー１１との間で着脱可能にされている。しかし、かかる構成には限定されない。基板反転機構１４が、上記両チャンバー７、１１間に常時接続されている真空製膜装置であってもよい。

【0030】

本実施形態では、巻取り送り出しロール８が時計回りに回転して、塗布装置２からの基板Ｗを巻き取っている。しかし、かかる構成には限定されない。巻取り送り出しロール８が反時計回りに回転して基板Ｗを巻き取るようにしてもよい。この場合、巻取り送り出しロール８は、時計回りに回転して基板Ｗを送り出す。

【0031】

本実施形態では、前工程で基板Ｗの面に上方から製膜され、後工程で当該面に下方から製膜されている。しかし、かかる構成には限定されない。前工程で基板Ｗの面に下方から製膜され、後工程で当該面に上方から製膜される装置であってもよい。

【0032】

本実施形態では、反転用チャンバー９の導入口２４及び送出口２５を通過するときの基板Ｗの姿勢は、いずれも水平状態である。しかし、水平には限定されない。総じて言えば、前処理の終わった基板Ｗを正転方向に回転して巻き取った巻取り送り出しロールは、逆転方向に回転して後工程にこの基板送り出す。このとき、基板の表裏の面の向きを容易に反転することができる。

【0033】

本実施形態では、反転用チャンバー９が移動式に構成されている。しかし、かかる構成には限定されない。反転用チャンバー９は、必要に応じて、常時塗膜チャンバー７及び蒸着チャンバー１１の両方に同時に接続された状態の固定式の構成であってもよい。すなわち、全チャンバーが固定式であってもよい。また、任意に固定式及び移動式のチャンバーを選定することが可能である。例えば、反転用チャンバー９が床に固定され、供給チャンバー５、塗膜チャンバー７、蒸着チャンバー１１及び巻取りチャンバー１３が、移動式に構成されてもよい。

【0034】

本実施形態では、塗布装置２には一台の塗膜チャンバー７が備えられ、真空蒸着装置３には一台の蒸着チャンバー１１が備えられている。しかし、かかる構成には限定されない。塗布装置２に複数台の塗膜チャンバーが直列に配置されてもよい。複数台の塗膜チャンバーには、異なる塗膜源が装備されてもよい。真空蒸着装置３にも、複数台の蒸着チャンバーが直列に配置されてもよい。複数台の蒸着チャンバーには、異なる蒸着膜源が装備されてもよい。上記各装置２、３に、複数台のチャンバーが並列に配置されてもよい。この場合、反転機構１４に、複数台の反転用チャンバーが備えられてもよい。

【0035】

また、本実施形態では、チャンバーにゲート弁が装備されている。必要に応じて、これらのゲート弁に代えて、差動排気弁が用いられてもよい。

【0036】

本実施形態にかかる真空製膜装置として、塗布装置と真空蒸着装置との組み合わせが例示されている。しかし、かかる構成には限定されない。例えば、真空スパッタ装置と真空蒸着装置との組み合わせであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明に係る反転機構は、種々のロール・トゥ・ロール真空製膜装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0038】

１・・・製膜装置
２・・・塗布装置
３・・・真空蒸着装置
４・・・供給ロール
５・・・供給チャンバー
６・・・塗膜源
７・・・塗膜チャンバー
８・・・巻取り送り出しロール
９・・・反転用チャンバー
１０・・・蒸着膜源
１１・・・蒸着チャンバー
１２・・・巻取りロール
１３・・・巻取りチャンバー
１４・・・反転機構
１５・・・介装シート供給ロール
１６、１９・・・フリーロール
１７、１８・・・テンションロール
２０、２１・・・ゲート弁
２２、２３・・・差動排気弁
２４・・・導入口
２５・・・送出口
２７、２８・・・開閉口
２９・・・キャスター
３０・・・載置床
３１、３２・・・グローブボックス
ＣＦ・・・塗膜
ＤＦ・・・蒸着膜
Ｐ・・・介装シート
Ｗ・・・基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】