CN109943830A - 用于卷对卷沉积的滚筒、卷对卷沉积设备以及膜卷 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种用于卷对卷沉积的滚筒，其围绕纵轴旋转。滚筒的横向截面是圆形的并且具有如下的形状：相对的纵向边缘部分分别具有比纵向中央部分窄的宽度。通过使用根据本公开的实施例的用于卷对卷沉积的滚筒，可以在执行卷对卷沉积工艺时消除在柔性基板上发生的褶皱。因此，可以制造具有拥有优异的横向厚度均匀性的沉积层的膜卷。

Description

用于卷对卷沉积的滚筒、卷对卷沉积设备以及膜卷
技术领域
本公开涉及用于卷对卷沉积的滚筒，其能够消除在卷对卷沉积工艺中柔性基板上发生的褶皱。
此外，本公开涉及包括该滚筒的卷对卷沉积设备。
此外，本公开涉及具有卷绕的柔性膜的膜卷(film roll)，该柔性膜上沉积有无机物质或有机物质。
背景技术
用于制造半导体器件、显示器和发光器件的通用沉积设备包括原子层沉积(ALD)设备、化学气相沉积(CVD)设备、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备等。这些装置包括封闭腔室，沉积工艺在该封闭腔室中进行。
在沉积工艺中，将晶片或基板装载到腔室中，然后将有机物质或无机物质沉积在晶片或基板上。这里，在沉积工艺中，通过设置在腔室内的加热器控制腔室的内部温度和基板的温度。
此外，通过诸如设置在腔室中的喷头的气体分配装置将工艺气体供应到腔室中。
当沉积完成时，将腔室打开，并从腔室卸载其上沉积有机物质或无机物质的基板。
在这种传统的沉积设备中，不可能连续地执行沉积工艺，因为基板不能连续地装载或卸载。
为了克服上述问题，已经开发了一种在连续供应柔性基板的同时执行沉积工艺的卷对卷沉积设备。卷对卷沉积设备使得可以连续地执行沉积工艺。
然而，当通过卷对卷沉积设备执行沉积工艺时，在柔性基板上可能发生褶皱。已知在卷对卷沉积工艺中柔性基板上发生的褶皱是由施加到柔性基板的热或张力引起的。
在柔性基板上发生的褶皱可能导致在沉积工艺中形成的沉积层的厚度不均匀。沉积层的不均匀厚度可能导致在随后的蚀刻工艺中褶皱部分过蚀刻。过蚀刻可能带来各种问题，例如，对要蚀刻的膜的下部形成的下层膜的损坏、下层膜与上层膜之间的阶梯覆盖(step coverage)缺陷、曝光工艺中的未对准等。
因此，需要消除在卷对卷沉积工艺中柔性基板上发生的褶皱。
发明内容
本公开的一个方面提供了一种用于卷对卷沉积的滚筒，其可以有效地消除在卷对卷沉积工艺中柔性基板上发生的褶皱。
本公开的另一方面提供了一种卷对卷沉积设备，其可以有效地消除在柔性基板上发生的褶皱。
本公开的又一方面提供了一种具有柔性膜的膜卷，其上沉积有无机物质或有机物质。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于卷对卷沉积的滚筒，其绕纵轴旋转。滚筒的横向截面可以是圆形的。滚筒的纵向方向可以与基板的前进方向正交，并且可以与基板的宽度方向相同。此外，滚筒的横向截面可以指在滚筒的宽度方向上截取的横截面。
这里，滚筒的相对的纵向边缘部分分别具有比滚筒的纵向中央部分窄的宽度。
在常规的具有圆柱形结构的用于卷对卷沉积的滚筒中，滚筒的相对的纵向边缘部分的宽度分别滚筒的纵向中央部分的宽度相同。在基板上发生的褶皱具有被推移到张力相对较弱的部分的性质。当滚筒的相对的纵向边缘部分的宽度分别与滚筒的纵向中央部分的宽度相同时，从基板的横向中央部分到基板的横向边缘部分被施加基本相同的张力。因此，基板的褶皱几乎不会被推移到基板的横向边缘部分，并且在沉积之后保留。
相反，根据本公开的实施例的用于卷对卷沉积的滚筒可以具有这样的结构，其中滚筒的相对的纵向边缘部分分别具有比滚筒的纵向中央部分窄的宽度。
根据这种结构，施加到基板的横向边缘部分的张力可以低于施加到基板的横向中央部分的张力，使得基板的褶皱可以容易地被推移到基板的横向边缘部分并被消除。因此，可以在基板上不存在褶皱的状态下执行沉积工艺，从而解决了沉积层的不均匀厚度的问题。
优选地，滚筒的宽度可以从纵向中央部分朝向相对的纵向边缘部分逐渐减小，这使得可以使基板与滚筒的表面面对面接触，从而防止沉积稳定性降低。
另外，滚筒的相对的纵向边缘部分的宽度分别可以优选地是滚筒的纵向中央部分的宽度的90％以上，这使得可以稳定地使基板与滚筒的表面面对面接触。
另外，根据本公开的实施例，加热元件可以设置在用于卷对卷沉积的滚筒的表面上或内部。加热元件可以通过电阻加热方法加热，并用于在沉积工艺中提供基板所需的热量。
根据本公开的另一方面，提供了一种卷对卷沉积设备，包括卷出辊、滚筒、气体供应器和卷绕辊。卷出辊可以连续地向滚筒供应柔性基板。
滚筒可以与从卷出辊供应的柔性基板的下表面接触并且围绕滚筒的纵轴旋转。此外，滚筒的横向截面可以是圆形的，并且具有如下的形状：滚筒的相对的纵向边缘部分分别具有比滚筒的纵向中央部分窄的宽度。
气体供应器可以具有面对滚筒的表面，并且将工艺气体供应到柔性基板的上表面以执行沉积。在完成沉积之后，卷绕辊可以卷绕从滚筒转移的柔性基板。
根据本公开的实施例的卷对卷沉积设备可以包括滚筒，滚筒的横向截面是圆形的并且具有如下的形状：滚筒的相对的纵向边缘部分分别具有比滚筒的纵向中央部分窄的宽度，因此可以消除在柔性基板上发生的褶皱，从而解决了沉积层的不均匀厚度的问题。
卷对卷沉积设备可以另外包括至少一个辊(方向改变辊或张力调节辊)，以改变被转移的柔性基板的方向或者调节卷出辊与滚筒之间的张力。这里，另外包括的辊的横向截面也可以是圆形的，并且具有相对的纵向边缘部分分别具有比其纵向中央部分窄的宽度的形状，从而进一步提高消除基板的褶皱的效率。
此外，气体供应器可以不仅在宽度方向上而且在滚筒的纵向方向上具有凹面。该结构可以允许从气体供应器到与滚筒接触的柔性基板的距离，即沉积距离，基本相同。因此，可以进一步改善沉积层的厚度均匀性。
根据本公开的又一方面，提供了一种膜卷，其上缠绕有柔性基板，并且可以在柔性基板上设置由有机物质和无机物质中的至少一种制成的至少一层沉积层。这里，沉积层的横向厚度(widthwise thickness)变化可以是5％以下。
卷对卷沉积工艺的最终产品是膜卷。如上所述，当应用圆柱形滚筒时，褶皱可能留在柔性基板上，导致沉积膜的厚度均匀性差。圆柱形滚筒具有如下的形状：滚筒的相对的纵向边缘部分的宽度分别与滚筒的纵向中央部分的宽度相同。相反，当应用具有相对的纵向边缘部分的宽度分别窄于纵向中央部分的宽度的形状的滚筒时，可以消除柔性基板的褶皱，从而表现出优异的厚度均匀性，其中沉积层的横向厚度变化为5％以下。
根据本公开的实施例的用于卷对卷沉积的滚筒可以具有相对的纵向边缘部分分别具有比纵向中央部分窄的宽度的形状，并且滚筒的形状可以允许施加到基板的横向边缘部分的张力低于施加到基板的横向中央部分的张力。
因此，柔性基板的褶皱可以被推向基板的横向边缘部分，并且最终可以被消除。因此，可以在基板上不存在褶皱的状态下执行沉积工艺，并且因此可以制造沉积层的横向厚度变化小的膜卷。
附图说明
图1示意性地示出了可以应用于本公开的实施例的卷对卷沉积设备的示例；
图2示出了图1的滚筒和气体供应器的示例；
图3示出了根据现有技术的用于卷对卷沉积的圆柱形滚筒的示例；
图4示出了图3中所示的滚筒的纵向中央部分和纵向边缘部分的宽度；
图5示出了根据本公开的实施例的用于卷对卷沉积的滚筒的示例；
图6示出了图5中所示的滚筒的纵向中央部分的宽度和滚筒的纵向边缘部分的宽度；
图7是示出在卷对卷沉积工艺中柔性基板上存在褶皱的示例的平面图和横截面图；
图8是示出在卷对卷沉积工艺中柔性基板上不存在褶皱的示例的平面图和横截面图；
图9示意性地示出了在卷对卷沉积工艺中消除柔性基板的褶皱的过程；
图10示出了当应用图5的滚筒时，其上设置有沉积层的柔性膜的横截面的示例；
图11示出了当应用图3的圆柱形滚筒时，其上设置有沉积层的柔性膜的横截面的示例。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述根据本公开实施例的用于卷对卷沉积的滚筒、卷对卷沉积设备以及膜卷。
在此可以使用诸如第一、第二等术语来描述组件。这些术语不用于定义相应的组件，而仅用于将相应的组件与另一组件区分开。
在使用诸如“组件A在组件B上”和“组件A在组件B上方”的短语描述位置关系时，除非明确使用了术语“紧接地”或“直接地”，否则可以在组件A和B之间布置另一组件C。
滚筒的纵向方向可以与基板的前进方向正交，并且可以与基板的宽度方向相同。此外，滚筒的宽度方向可以与基板的前进方向相同，并且可以与基板的宽度方向正交。此外，滚筒的横向截面可以指在滚筒的宽度方向上切割的横截面。
图1示意性地示出了适用于本公开的实施例的卷对卷沉积设备的示例。
参照图1，卷对卷沉积设备可以包括处理室101、设置在处理室101外部的卷出辊110和卷绕辊120、以及设置在处理室101内部的滚筒130和气体供应器140。如图1所示，卷出辊110和卷绕辊120可以设置在预备室102中，并且处理室101和预备室102可以通过打开可打开和关闭的狭缝103而彼此连通。另外，处理室101和预备室102可以保持在真空状态。
可以从卷出辊110连续地供应柔性基板10。滚筒130可以与从卷出辊110供应的柔性基板10的下表面接触旋转。气体供应器140可以具有面对滚筒130的表面，并将工艺气体供应到柔性基板10的上表面，以执行有机物质和/或无机物质的沉积。在沉积完成之后，卷绕辊120可以卷绕从滚筒130转移的柔性基板10。
加热元件135可以设置在滚筒130的表面上或内部。加热元件135可以由钨(W)、镍-铬(Ni-Cr)、碳纳米管(CNT)等制成。加热元件135可以通过电阻加热方法加热，并用于在沉积工艺中保持柔性基板10所需的温度，例如50℃至300℃。
另外，参照图1，多个辊150可以另外设置在卷出辊110与滚筒130之间和/或滚筒130与卷绕辊120之间，以便改变柔性基板10的方向或调节柔性基板的张力。
此外，加热器160和/或等离子体模块170可以另外设置在卷出辊110与滚筒130之间。加热器160或等离子体模块170可以用于在沉积工艺之前预处理柔性基板10。例如，加热器160可以用于蒸发存在于上表面上的水分以及将吸附在柔性基板的上表面上的空气分子与柔性基板的表面分离，该上表面是从卷出辊110供应的柔性基板10的沉积表面。作为加热器160，可以使用包括红外线加热器的各种加热器。另外，等离子体模块170可以用于去除吸附在柔性基板10的上表面上的异物。
图2示出了图1的滚筒130和气体供应器140的示例。
参照图2，气体供应器140可以包括在其表面上的多个喷嘴145。诸如前驱气体或空气的工艺气体可以通过多个喷嘴145喷射到柔性基板10上，以在柔性基板10的表面上形成期望的沉积层。
另外，因为滚筒130的横向截面是凸起的，气体供应器140的面对滚筒130的表面可以在滚筒130的宽度方向上凹入，使得每个喷嘴145与待沉积的柔性基板10之间的距离可以保持恒定，以形成厚度均匀的沉积层。如果气体供应器140是平坦的，则位于气体供应器140的中央部分处的喷嘴与柔性基板之间的距离会短于位于气体供应器140的边缘部分处的喷嘴与柔性基板之间的距离，导致形成在柔性基板上的沉积层的厚度变化。然而，当气体供应器140的表面在滚筒130的宽度方向上凹入时，位于中央部分处的喷嘴和柔性基板之间的距离可以与位于边缘部分处的喷嘴和柔性基板之间的距离相同，从而改善沉积层的厚度均匀性。
图3示出了根据现有技术的用于卷对卷沉积的圆柱形滚筒的示例，图4示出了图3中所示的滚筒的纵向中央部分和纵向边缘部分的宽度。
参照图3和图4，传统的用于卷对卷沉积的圆柱形滚筒的横向截面可以是圆形的，并且滚筒的纵向中央部分P1的宽度T1等于滚筒的纵向边缘部分P2的宽度T2(T1＝T2)。
如上所述，在卷对卷沉积工艺中，由于热或张力，在柔性基板上可能发生褶皱。当在柔性基板上存在褶皱的状态下执行沉积时，发生褶皱的部分的沉积厚度和不发生褶皱的部分的沉积厚度可能彼此不同。沉积膜的这种不均匀厚度可能导致在随后的蚀刻工艺中由厚度变化引起的褶皱部分的过蚀刻。过蚀刻可能导致下层膜的损坏以及下层膜和上层膜之间的阶梯覆盖缺陷。另外，沉积层的不均匀厚度可能带来各种问题，例如曝光工艺中的未对准等。因此，需要在卷对卷沉积工艺之前或在进行卷对卷沉积工艺时消除柔性基板上发生的褶皱。
这里，当如图3所示，滚筒的相对的纵向边缘部分P2的宽度分别与滚筒的纵向中央部分P1的宽度相同时，从柔性基板的横向中央部分到柔性基板的横向边缘部分可以被施加基本相同的张力。在柔性基板上发生的褶皱倾向于被推向张力相对较弱的部分。因此，褶皱可能不会被推移，并且因此可能会在进行沉积时残留。
图5示出了根据本公开的实施例的用于卷对卷沉积的滚筒的示例，图6示出了图5中所示的滚筒的纵向中央部分的宽度和滚筒的纵向边缘部分的宽度。
参照图5和图6，根据本公开的实施例的用于卷对卷沉积的滚筒可以围绕纵轴旋转并且横向截面可以是圆形的。该滚筒可以与根据图3和4中所示的现有技术的圆柱形滚筒相似。然而，根据本公开的实施例的用于卷对卷沉积的滚筒可以具有如下的形状：滚筒的相对的纵向边缘部分P2的宽度T2均窄于滚筒的纵向中央部分P1的宽度T1(T1>T2)。由于施加到相同面积的力与质量成正比，因此在滚筒的纵向中央部分P1施加的力可以大于滚筒的相对的纵向边缘部分P2。
因此，施加到柔性基板的横向中央部分的张力可以大于施加到柔性基板的横向边缘部分的张力，因此在柔性基板的中央部分上出现的褶皱可以容易地被推移到施加有相对较低的张力的柔性基板的横向边缘部分。因此，沉积工艺可以在消除了柔性基板褶皱的状态下进行，从而解决了沉积层的厚度不均匀的问题。
优选地，如图5所示，滚筒的宽度可以从其纵向中央部分P1到其相对的纵向边缘部分P2逐渐减小。
当宽度从滚筒的纵向中央部分P1到滚筒的相对的纵向边缘部分P2不连续地减小时，例如，以阶梯方式减小时，柔性基板10的部分区域可能不与滚筒接触，因此，沉积稳定性可能降低。因此，当宽度从滚筒的纵向中央部分P1到滚筒的相对的纵向边缘部分P2逐渐减小时，柔性基板10可以更稳定地与滚筒130的表面面对面接触，从而防止沉积稳定性降低。
优选地，滚筒的相对的纵向边缘部分P2的宽度T2可以是滚筒的纵向中央部分P1的宽度T1的90％以上(0.9×T1≤T2<T1)。当滚筒的相对的纵向边缘部分P2的宽度T2分别过于窄于滚筒的纵向中央部分P1的宽度T1时，沉积可能在柔性基板仅与滚筒的纵向中央部分P1接触，并且在滚筒的纵向相对的边缘部分P2处被升起而与相对的纵向边缘部分P2分开的状态下执行。因此，通过使滚筒的相对的纵向边缘部分P2的宽度为滚筒的纵向中央部分P1的宽度的90％以上，基板可以稳定地与滚筒的表面面对面接触。
图7是示出在卷对卷沉积工艺中柔性基板上存在褶皱的示例的平面图和横向截面图，其示出了当使用根据图3所示的现有技术的圆柱形滚筒时基板的状态。
参照图7，当皱褶S存在于柔性基板上时，褶皱S可具有沿柔性基板的纵向方向延伸的形状。因此，由于有褶皱S，柔性基板的表面可能是局部不平坦的。因此，当在柔性基板上沉积有机物质或无机物质时，在出现褶皱S的部分上形成的沉积层的厚度可能与在未出现褶皱S的部分上形成的沉积层的厚度不同。
图8是示出在卷对卷沉积工艺中柔性基板上不存在褶皱的示例的基板的平面图和横向截面图，其示出了当使用图5中所示的滚筒时基板的状态。
在图8中，不同于图7，柔性基板上不存在褶皱。因此，当在柔性基板上沉积有机物质或无机物质时，沉积的膜可整体上具有均匀的厚度。
图9示意性地示出了当使用根据本公开的实施例的滚筒时在卷对卷沉积工艺中消除柔性基板的褶皱的过程。
参照图9，出现在柔性基板的横向中央部分上的皱褶S(如图9(a)所示)可以在与具有相对的纵向边缘部分的宽度分别窄于纵向中央部分的宽度的形状的滚筒接触的同时，逐渐朝向施加较低张力的滚筒的纵向边缘部分移动(如图9(b)所示)，并且可以被最终消除(如图9(c)所示)。
参照图1，根据本公开的实施例的用于卷对卷沉积的滚筒的结构可以应用于其他辊。例如，另外设置在卷出辊110与滚筒130之间以便改变被转移的柔性基板的方向并调节张力的辊150也可以具有相对的纵向边缘部分分别窄于纵向中央部分的宽度的形状，从而进一步提高消除柔性基板10的褶皱的效率。
另外，气体供应器140可以不仅在宽度方向上而且在滚筒130的纵向方向上具有凹面，以对应于如图5所示的滚筒的表面形状。该结构可以使得从气体供应器140到与滚筒130接触的柔性基板10的距离，即沉积距离，基本相同。
图10示出了当应用图5的滚筒时，其上设置有沉积层的柔性膜的横截面的示例，图11示出了当应用图3的圆柱形滚筒时，其上设置有沉积层的柔性膜的横截面的示例。
图10和图11分别示出了使用图1所示的卷对卷沉积设备通过CVD工艺在由聚酰亚胺材料制成的厚度为约100μm的柔性基板10上形成由氮化硅制成的厚度为约560nm的沉积层20之后的所得结构。柔性基板10的实际厚度显著大于沉积层20的厚度，但是为了便于说明，在图10和图11中略微更大地示出了沉积层20的厚度。
参照图10，当使用如图5所示具有相对的纵向边缘部分的宽度分别窄于纵向中央部分的宽度的形状的滚筒时，形成在柔性基板的横向中央部分上的沉积层的厚度ST1可以与形成在柔性基板的宽度边缘部分上的沉积层的厚度ST2和ST3基本相同。因此，尽管使用了卷对卷工艺，但是可以在柔性基板10上形成具有小的横向厚度变化的沉积层20。优选地，沉积层20的横向厚度变化为5％以下。
另一方面，参照图11，当使用如图3所示具有相对的纵向边缘部分的宽度分别与纵向中央部分的宽度相同的形状的滚筒时，形成在柔性基板的横向中央部分上的沉积层的厚度ST1可能比形成在柔性基板的宽度边缘部分上的沉积层的厚度ST2和ST3相对更薄。
因此，在图10中，可以消除柔性基板10的褶皱S，并且沉积层可以在柔性基板10的宽度方向上具有优异的厚度均匀性，而在图11中，柔性基板10的褶皱S可能残留，并且沉积层在柔性基板10的宽度方向上可能具有相对差的厚度均匀性。
如上所述，当通过应用具有相对的纵向边缘部分的宽度分别窄于纵向中央部分的宽度的形状的滚筒执行卷对卷工艺时，可以消除在柔性基板上发生的褶皱，从而使得可以制造具有拥有优异的横向厚度均匀性的沉积层的膜卷。
参考本文描述的实施例和附图来描述本公开，但是本公开不限于此。对于本领域技术人员来说，显然可以进行本文未示例但仍在本公开的精神和范围内的各种变化或修改。
附图标记说明
10：柔性基板
20：沉积层
101：处理室
102：预备室
103：打开和关闭狭缝
110：卷出辊
120：卷绕辊
130：滚筒
135：加热元件
140：气体供应器
145：喷嘴
150：辊
160：加热器
170：等离子体模块

Claims (10)

1.一种滚筒，所述滚筒用于卷对卷沉积，所述滚筒绕纵轴旋转，所述滚筒的横向截面是圆形的，并且具有如下的形状：相对的纵向边缘部分分别具有比纵向中央部分小的宽度。
2.根据权利要求1所述的滚筒，其中，所述滚筒的宽度从所述纵向中央部分朝向所述相对的纵向边缘部分逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的滚筒，其中，所述相对的纵向边缘部分的宽度分别为所述纵向中央部分的宽度的90％以上。
4.根据权利要求1所述的滚筒，其中，加热元件设置在用于卷对卷沉积的所述滚筒的表面上或内部。
5.一种卷对卷沉积设备，包括：
卷出辊，连续地供应柔性基板；
滚筒，与从所述卷出辊供应的所述柔性基板的下表面接触并围绕所述滚筒的纵轴旋转，所述滚筒的横向截面是圆形的并且具有如下的形状：相对的纵向边缘部分分别具有比纵向中央部分小的宽度；
气体供应器，具有面对所述滚筒的表面，所述气体供应器将工艺气体供应到所述柔性基板的上表面；
卷绕辊，卷绕从所述滚筒转移的所述柔性基板。
6.根据权利要求5所述的卷对卷沉积设备，其中，所述滚筒的宽度从所述滚筒的纵向中央部分朝向所述滚筒的相对的纵向边缘部分逐渐减小。
7.根据权利要求5所述的卷对卷沉积设备，其中，所述滚筒的相对的纵向边缘部分的宽度分别为所述滚筒的纵向中央部分的宽度的90％以上。
8.根据权利要求5所述的卷对卷沉积设备，还包括在所述卷出辊与所述滚筒之间的多个辊，
其中，所述多个辊中的至少一个辊的横向截面是圆形的，并且具有如下的形状：相对的纵向边缘部分分别具有比纵向中央部分窄的宽度。
9.根据权利要求5所述的卷对卷沉积设备，其中，所述气体供应器不仅在所述滚筒的宽度方向上具有凹面，而且在所述滚筒的纵向方向上具有凹面。
10.一种膜卷，所述膜卷具有卷绕的柔性基板，其中，由有机物质和无机物质中的至少一种制成的沉积层沉积在所述柔性基板上，并且所述沉积层的横向厚度变化为5％以下。
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