JP2012201900A - Film deposition apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film deposition apparatus capable of depositing a multilayered film, wherein the size of the entire apparatus can be reduced.SOLUTION: The film deposition apparatus is structured to deposit a film onto an inner surface of a substrate to be treated while winding the substrate around a deposition treatment drum at a prescribed angle and continuously or intermittently transferring the substrate, so that the size of the entire apparatus is reduced. The multilayered film can be readily deposited by rotating a rotary drum equipped with a film deposition source in the deposition treatment drum.

Description

本発明は、基板上に薄膜を形成する成膜装置に関する。より詳しくは、基板を連続的または断続的に搬送しながら成膜を行う成膜装置に関する。   The present invention relates to a film forming apparatus for forming a thin film on a substrate. More specifically, the present invention relates to a film forming apparatus that performs film formation while conveying a substrate continuously or intermittently.

気相を用いて薄膜を形成する方法は、大別して化学的気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)と物理的気相成長法(PVD:Physical Vapor Deposition)とがある。   Methods for forming a thin film using a vapor phase are roughly classified into a chemical vapor deposition (CVD) method and a physical vapor deposition (PVD) method.

PVDとして代表的なものには真空蒸着法やスパッタ法などがあり、特にスパッタ法では一般に装置コストは高いが膜質と膜厚の均一性に優れた高品質の薄膜の作製が行えるため、表示デバイスなどに広く応用されている。   Typical examples of PVD include vacuum deposition and sputtering. In particular, sputtering is generally high in equipment cost, but can produce high-quality thin films with excellent film quality and film thickness uniformity. Widely applied to such as.

CVDは真空チャンバ内に原料ガスを導入し、熱エネルギーによって基板上で1種類あるいは2種類以上のガスを分解または反応させて固体薄膜を成長させるものである。反応を促進させたり、反応温度を下げたりするため、プラズマや触媒(Catalyst)反応を併用するものもある。プラズマを併用するものをPECVD(Plasma Enhanced CVD)、触媒反応を併用するものをCat−CVD(Catalytic CVD)と呼ぶ。化学的気相成長法は成膜欠陥が少ない特徴を有し、ゲート絶縁膜の成膜など半導体デバイス製造工程に主に適用されている。   In CVD, a raw material gas is introduced into a vacuum chamber, and one or more gases are decomposed or reacted on a substrate by thermal energy to grow a solid thin film. In order to promote the reaction or lower the reaction temperature, there are some which use plasma or a catalytic reaction in combination. One that uses plasma in combination is called PECVD (Plasma Enhanced CVD), and one that uses catalyst reaction in combination is called Cat-CVD (Catalytic CVD). The chemical vapor deposition method is characterized by few film formation defects, and is mainly applied to semiconductor device manufacturing processes such as gate insulating film formation.

近年、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition)が注目されている。ALDは、表面吸着した物質を表面における化学反応によって原子レベルで1層ずつ成膜していく方法であり、CVDに分類される。ALDが一般的なCVDと区別されるのは、一般的なCVDが単一のガスまたは複数のガスを同時に用いて基板上で反応させて薄膜を成長させるのに対して、ALDでは前駆体(またはプリカーサーともいう)と呼ばれる活性に富んだガスと反応性ガス(これもALDでは前駆体と呼ばれる)を交互に用い、基板表面における吸着と続く化学反応によって原子レベルで1層ずつ薄膜を成長させていく特殊な成膜方法にある。   In recent years, attention has been paid to atomic layer deposition (ALD: Atomic Layer Deposition). ALD is a method of depositing a surface-adsorbed substance layer by layer at the atomic level by a chemical reaction on the surface, and is classified as CVD. ALD is distinguished from general CVD by the fact that general CVD uses a single gas or a plurality of gases simultaneously to react on a substrate to grow a thin film, whereas ALD uses a precursor ( Alternatively, an active gas called a precursor (also called a precursor) and a reactive gas (also called a precursor in ALD) are alternately used to grow a thin film one layer at an atomic level by adsorption and subsequent chemical reaction on the substrate surface. There is a special film formation method.

具体的には、表面吸着において表面がある種のガスで覆われるとそれ以上そのガスの吸着が生じない自己制限(self−limiting)効果を利用し、表面が前駆体を1層吸着したところで未反応の前駆体を排気する。続いて反応性ガスを導入して先の前駆体を酸化または還元して所望の組成を有する薄膜を1層得たのち反応性ガスを排気する。これを1サイクルとしこのサイクルを繰り返して、1サイクルで1層ずつ、薄膜を成長させていくものである。従ってALDでは薄膜は二次元的に成長する。ALDでは、従来の蒸着法やスパッタ法などとの比較ではもちろん、一般的なCVDなどと比較しても成膜欠陥が少ないことが特徴であり、様々な分野に応用が期待されている。   Specifically, when the surface is covered with a certain type of gas during surface adsorption, the self-limiting effect that does not cause further gas adsorption is used. The reaction precursor is evacuated. Subsequently, a reactive gas is introduced to oxidize or reduce the precursor and obtain a thin film having a desired composition, and then the reactive gas is exhausted. This cycle is defined as one cycle, and this cycle is repeated to grow a thin film one layer at a time. Therefore, in ALD, the thin film grows two-dimensionally. ALD is characterized in that it has fewer film-forming defects than conventional CVD and sputtering as well as conventional vapor deposition and sputtering, and is expected to be applied in various fields.

ALDでは、第二の前駆体を分解し、基板に吸着している第一の前駆体と反応させる工程において、反応を活性化させるためにプラズマを用いる方法があり、これはプラズマ活性化ALD(PEALD:Plasma Enhanced ALD)または単にプラズマALDと呼ばれる。   In ALD, there is a method of using plasma to activate the reaction in the step of decomposing the second precursor and reacting with the first precursor adsorbed on the substrate, which is a plasma activated ALD ( PEALD: Plasma Enhanced ALD) or simply Plasma ALD.

ALD技術そのものは1974年にフィンランドのDr. Tuomo Suntolaによって提唱された。高品質高密度な膜が得られるためゲート絶縁膜など半導体産業で応用が進められており、ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)にも記載がある。また他の成膜法と比較して斜影効果が無いなどの特徴があるため、ガスが入り込める隙間があれば成膜が可能であり、高アスペクト比を有するラインやホールの被覆のほか3次元構造物の被覆用途でMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)関連にも応用が期待されている。   The ALD technology itself was developed in 1974 by Finnish Dr. Proposed by Tuomo Suntola. Since a high-quality and high-density film can be obtained, applications such as a gate insulating film are being advanced in the semiconductor industry, and it is also described in ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors). In addition, because it has a feature such as no slanting effect compared to other film formation methods, film formation is possible if there is a gap through which gas can enter, as well as line and hole coating with a high aspect ratio, as well as a three-dimensional structure. It is expected to be applied to MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) related to the coating of materials.

ALDの欠点として特殊な材料を使用する点やそのコスト等が挙げられるが、最大の欠点は、ALDは1サイクルで1層ずつ原子レベルの薄膜を成長させていく方法であるため、成膜速度が遅いことである。蒸着やスパッタ等の成膜法と比較して5〜10倍ほど遅い。   The disadvantages of ALD include the use of special materials and their costs, but the biggest drawback is that ALD is a method of growing thin films at the atomic level layer by layer in one cycle. Is slow. It is about 5 to 10 times slower than film forming methods such as vapor deposition and sputtering.

以上述べてきたような成膜法を用いて薄膜を形成する対象は、ウェハーやフォトマスクなどの小さな板状の基板、ガラス板などの大面積でフレキシブル性が無い基板、またはフィルムなどの大面積でフレキシブル性がある基板、など様々に存在する。これに対応してこれらの基板に薄膜を形成するための量産設備では、コスト、取り扱いの容易さ、成膜品質などによって様々な基板の取り扱い方法が提案され、実用化されている。   The target for forming a thin film using the film forming method as described above is a small plate-like substrate such as a wafer or a photomask, a large area such as a glass plate that is not flexible, or a large area such as a film. There are various types such as flexible substrates. In response to this, mass production facilities for forming thin films on these substrates have proposed and put to practical use various substrate handling methods depending on cost, ease of handling, film formation quality, and the like.

例えばウェハーでは基板一枚を成膜装置に供給して成膜して、その後、次の基板へ入れ換えて再び成膜を行う枚葉式や、複数の基板をまとめてセットし全てのウェハーに同一の成膜を行うバッチ式等がある。   For example, in a wafer, a single substrate is supplied to a film forming apparatus to form a film, and then replaced with the next substrate to form a film again, or a plurality of substrates are set together and the same for all wafers There is a batch type for forming the film.

また、ガラス基板などに成膜を行う方法には、成膜の源となる部分に対して基板を逐次搬送しながら同時に成膜を行うインライン式や、さらには、主にフレシキブル基板に対してはロールから基板を巻き出し、搬送しながら成膜を行い、別のロールに基板を巻き取る、いわゆるロールツーロールによるウェブコーティング方式がある。フレシキブル基板だけでなく、成膜対象となる基板を連続搬送できるようなフレキシブルなシートまたは一部がフレシキブルとなるようなトレイに載せて連続成膜する方式も、ウェブコーティング方式に含まれる。   In addition, as a method of forming a film on a glass substrate or the like, an in-line type in which film formation is performed simultaneously while sequentially transporting the substrate to a source of film formation, and moreover, mainly for a flexible substrate There is a so-called roll-to-roll web coating method in which a substrate is unwound from a roll, film is formed while being conveyed, and the substrate is wound on another roll. The web coating method includes not only a flexible substrate but also a method of continuously forming a flexible sheet on which a substrate to be deposited can be continuously conveyed or a tray on which a part of the substrate is flexible.

いずれの成膜法、基板取り扱い方法も、コスト、品質、取り扱いの容易さなどから判断して最適な組み合わせが採用されている。   As for any film forming method and substrate handling method, an optimum combination is adopted in consideration of cost, quality, ease of handling, and the like.

光学膜の成膜などでは、異なる種類の薄膜を多層成膜する必要がある。またALDでは、膜厚によっては100〜200サイクルの前駆体曝露を実施して成膜が行われる。このような場合、フレシキブル基板を用いたウェブコーティング方式では1層に対して1成膜源が必要となる。
そのため、複数の成膜源を配設し、一つの工程で複数のサイクルの成膜を行う成膜装置が提案されている。
In the formation of an optical film or the like, it is necessary to form different types of thin films in multiple layers. In ALD, depending on the film thickness, 100 to 200 cycles of precursor exposure are performed to form a film. In such a case, the web coating method using a flexible substrate requires one film forming source for one layer.
For this reason, there has been proposed a film forming apparatus in which a plurality of film forming sources are provided and a plurality of cycles of film forming are performed in one process.

このような従来の成膜装置として、特許文献1及び特許文献2に開示されたものがある。特許文献1に開示された成膜装置は、真空にしたチャンバ内においてALDを用いて成膜を行うものであり、処理ドラムの外面に巻きつけた薄膜の基板を2つのロールの間で搬送し、処理ドラムの外周部に放射状に配設された複数の成膜源により、薄膜の基板の外面に成膜する構成からなる。基板を複数の成膜源に暴露させて十分に厚い層を形成できる。   As such conventional film forming apparatuses, there are those disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. The film forming apparatus disclosed in Patent Document 1 performs film formation using ALD in a vacuum chamber, and transports a thin film substrate wound around the outer surface of a processing drum between two rolls. The film is formed on the outer surface of the thin film substrate by a plurality of film forming sources arranged radially on the outer periphery of the processing drum. A sufficiently thick layer can be formed by exposing the substrate to a plurality of deposition sources.

また、特許文献2にて開示された成膜装置は、CVDを用いて成膜を行うものであり、成膜ローラの外面に巻きつけた被成膜テープを2つのローラの間で搬送し、成膜ローラの外周部に放射状に配設された複数のCVD部により被成膜テープの外面に成膜する構成からなる。多層膜を時間的な無駄を伴うことなく効率的に形成できる。   In addition, the film forming apparatus disclosed in Patent Document 2 performs film formation using CVD, and transports a film forming tape wound around the outer surface of the film forming roller between the two rollers. The film is formed on the outer surface of the film-forming tape by a plurality of CVD units arranged radially on the outer periphery of the film-forming roller. The multilayer film can be efficiently formed without time waste.

特表2007−522344号公報Special table 2007-522344 国際公開第2006/093168号公報International Publication No. 2006/093168

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、複数の成膜源を処理ドラムの外周部に放射状に配設しているので、処理ドラムと比べて、装置全体が大きなものになるという不都合があった。また、サイクル数が増えるに従って設備が大型化し、生産コスト及び設備占有面積が増大するという不都合があった。   However, the technique described in Patent Document 1 has a disadvantage that the entire apparatus is larger than the processing drum because a plurality of film forming sources are arranged radially on the outer periphery of the processing drum. . In addition, as the number of cycles increases, the size of the equipment increases, and the production cost and the area occupied by the equipment increase.

また、特許文献2に記載の技術では、CVDにより多層化処理するために、複数のCVD部を成膜ローラの外周部に放射状に配設しているので、装置全体が大きくなるという不都合があった。   In addition, the technique disclosed in Patent Document 2 has a disadvantage that the entire apparatus becomes large because a plurality of CVD portions are arranged radially on the outer peripheral portion of the film forming roller in order to perform multilayer processing by CVD. It was.

本発明の目的は、装置全体を小型化可能として、多層の成膜を形成できる成膜装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of forming a multilayer film by making the entire apparatus small.

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。   The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems.

本発明は、被成膜基板を処理ドラムに所定角巻き付けた状態で、基板搬送部によりこの被成膜基板を連続的または断続的に搬送しながら、成膜源により被成膜基板の表面に成膜する成膜装置に関する。
そして、処理ドラムは、成膜源が少なくとも1つ設けられ、回転駆動部により回転駆動される回転ドラムを備え、回転駆動部により、基板搬送部による被成膜基板の搬送速度とは異なる速度で回転ドラムを回転させながら、被成膜基板の処理ドラム側の面に成膜源により成膜することを特徴とする。
In the present invention, the film formation substrate is transferred to the surface of the film formation substrate by the film formation source while the film formation substrate is continuously or intermittently transferred by the substrate transfer unit in a state where the film formation substrate is wound around the processing drum by a predetermined angle. The present invention relates to a film forming apparatus for forming a film.
The processing drum is provided with at least one film forming source and includes a rotating drum that is rotationally driven by the rotational driving unit, and the rotational driving unit has a speed different from the transport speed of the deposition target substrate by the substrate transporting unit. The film formation is performed by a film formation source on the surface of the film formation substrate on the processing drum side while rotating the rotating drum.

また、成膜源は原子層堆積法による成膜源であり、ALDによって成膜が成されることを特徴とする。   Further, the film formation source is a film formation source by an atomic layer deposition method, and the film formation is performed by ALD.

また、成膜源は複数のガス放出部とガス排気部とを備えることを特徴とする。   The film forming source includes a plurality of gas discharge portions and gas exhaust portions.

また、成膜源は少なくも3つのガス放出部を備え、3つのガス放出部から第1の前駆体、第2の前駆体、パージガスをそれぞれ放出するようにしたことを特徴とする。   Further, the film forming source includes at least three gas discharge portions, and the first precursor, the second precursor, and the purge gas are discharged from the three gas discharge portions, respectively.

また、被成膜基板が、フレキシブル基板であることを特徴とする。   Further, the deposition target substrate is a flexible substrate.

また、被成膜基板の搬送速度に対して該回転ドラムの外周部の移動速度が相対的に速いことを特徴とする。   In addition, the moving speed of the outer peripheral portion of the rotating drum is relatively high with respect to the transport speed of the deposition target substrate.

また、基板の搬送経路にプラズマを発生または照射する機構を有することを特徴とする。   Further, the present invention is characterized by having a mechanism for generating or irradiating plasma in the substrate transfer path.

また、被成膜基板の巻き出し及び/または巻き取りの機構を備えることを特徴とする。   In addition, a mechanism for unwinding and / or winding the deposition target substrate is provided.

また、回転ドラムが複数設けられることを特徴とする。   Further, a plurality of rotating drums are provided.

そして、該回転ドラムの外周を、円周方向360°のうちの90%以上の範囲に渡って基板が覆う構成であることを特徴とする。   And the board | substrate covers the outer periphery of this rotating drum over the range of 90% or more of 360 degrees of circumferential directions, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、上述の特徴を有することから、下記に示すことが可能となる。   According to the present invention, since it has the above-described features, the following can be achieved.

すなわち、被成膜基板を処理ドラムに所定角巻き付けた状態で、基板搬送部によりこの被成膜基板を連続的または断続的に搬送しながら、成膜源により被成膜基板の表面に成膜する成膜装置において、処理ドラムは、成膜源が少なくとも1つ設けられ、回転駆動部により回転駆動される回転ドラムを備え、回転駆動部により、基板搬送部による被成膜基板の搬送速度とは異なる速度で回転ドラムを回転させながら、被成膜基板の処理ドラム側の面に成膜源により成膜するので、装置全体を小型化可能として、回転ドラムを回転させながら成膜して、多層の成膜を形成することを可能とした。
また、回転ドラムの成膜源が1の場合は、回転ドラムが小型になるので装置全体が小型になり、成膜源が複数の場合は、回転ドラムを1回転するごとに複数の成膜をすることが可能となる。
That is, the film forming substrate is formed on the surface of the film forming substrate by the film forming source while the film forming substrate is continuously or intermittently transferred by the substrate transfer unit while the film forming substrate is wound around the processing drum by a predetermined angle. In the film forming apparatus, the processing drum includes at least one film forming source, and includes a rotating drum that is rotationally driven by the rotational driving unit. Since the film formation source is used to form a film on the processing drum side surface of the film formation substrate while rotating the rotating drum at different speeds, the entire apparatus can be downsized, and the film is formed while rotating the rotating drum. It was possible to form a multilayer film.
In addition, when the film forming source of the rotating drum is 1, the rotating drum becomes smaller, so the entire apparatus becomes smaller. When there are a plurality of film forming sources, a plurality of films are formed every time the rotating drum is rotated. It becomes possible to do.

また、成膜源は原子層堆積法による成膜源であり、ALDによって成膜が成されるので、ALDは1サイクルで1層ずつ原子レベルの薄膜を成長させていく方法であり成膜速度が遅いが、成膜源を回転させることにより多層形成が容易になり、このALDの欠点も解消することができる。   Further, the film formation source is a film formation source by an atomic layer deposition method, and film formation is performed by ALD. Therefore, ALD is a method of growing an atomic level thin film layer by layer in one cycle. However, by rotating the film forming source, multilayer formation can be facilitated, and the disadvantages of ALD can be eliminated.

また、成膜源は複数のガス放出部とガス排気部を備えるので、被成膜基板に吸着されなかったガスをすみやかに排気でき、パーティクルの発生を抑制し、高品質の膜を得ることができる。   In addition, since the film formation source includes a plurality of gas discharge units and gas exhaust units, the gas that has not been adsorbed to the deposition target substrate can be exhausted quickly, and the generation of particles can be suppressed and a high quality film can be obtained. it can.

また、成膜源は少なくも3つのガス放出部を備え、3つのガス放出部から第1の前駆体、第2の前駆体、パージガスをそれぞれ放出するようにしたので、放出されるガスがそれぞれ別のガス放出部を有し、混ざり合うことなく処理できる。   In addition, the film forming source includes at least three gas discharge portions, and the first precursor, the second precursor, and the purge gas are discharged from the three gas discharge portions, respectively. It has another gas release part and can be processed without mixing.

また、被成膜基板が、フレキシブル基板であるので、回転ドラム部の表面からは放出されるガスにより、回転ドラム部の内面との間にいわゆるエアフィルム部が形成され、回転ドラム部は滑らかに回転させることができる。   In addition, since the film formation substrate is a flexible substrate, a so-called air film portion is formed between the inner surface of the rotating drum portion by the gas released from the surface of the rotating drum portion, and the rotating drum portion is smooth. Can be rotated.

また、被成膜基板の搬送速度に対して該回転ドラムの外周部の移動速度が相対的に速いので、一回の被成膜基板を搬送することにより多層膜を成膜することができる。   In addition, since the moving speed of the outer peripheral portion of the rotary drum is relatively fast with respect to the deposition speed of the deposition target substrate, a multilayer film can be formed by transporting the deposition target substrate once.

また、基板の搬送経路にプラズマを発生または照射する機構を有するので、ALDを用いた場合に、未反応の前駆体が吸着された状態で基板が回転ドラムから離れた場合でもこれを反応させまたは除去することができる。基板が、プラズマを発生または照射する機構によって得られるプラズマ領域を通り、回転ドラムの外周を通った後、再び該プラズマ領域を通る構成にすると、プラズマを発生または照射する機構は一つであったとしても、プラズマ領域の一回目の通過で基板がクリーニングまたは基板の表面状態の改質による密着力向上などの効果が得られ、成膜後二回目の通過で先に述べた未反応の前駆体を処理する効果が得られ、このように2つの効果を同時に得ることができる。   In addition, since it has a mechanism for generating or irradiating plasma in the substrate transport path, when ALD is used, even if the substrate is separated from the rotating drum with the unreacted precursor adsorbed, or Can be removed. When the substrate passes through the plasma region obtained by the mechanism for generating or irradiating plasma, passes through the outer periphery of the rotating drum, and then passes through the plasma region again, there is only one mechanism for generating or irradiating plasma. Even in the first pass of the plasma region, the substrate can be cleaned or the adhesion state can be improved by modifying the surface state of the substrate, and the unreacted precursor described above in the second pass after film formation. Thus, two effects can be obtained at the same time.

また、被成膜基板の巻き出し及び/または巻き取りの機構を備えるので、ロールツーロールによる成膜を行うことが可能となり、生産性を高めることができる。   In addition, since a film formation substrate unwinding and / or winding mechanism is provided, film formation by roll-to-roll can be performed, and productivity can be improved.

また、回転ドラムが複数設けられるので、被成膜基板に異なった種類の成膜を連続して行うことができる。   In addition, since a plurality of rotating drums are provided, different types of film formation can be continuously performed on the film formation substrate.

そして、該回転ドラムの外周を、円周方向360°のうちの90%以上の範囲に渡って基板が覆うので、被成膜基板が回転ドラムの外周のうち円周方向のほとんどを覆うため、材料ガスの回転ドラム外への拡散が抑えられ、材料を効率的に使用できる。また拡散を抑えるためのシールドを設置する必要も無くなり、薄膜がシールドに形成されこれが成膜中に剥離することによるパーティクル発生の問題からも開放される。   And since the substrate covers the outer periphery of the rotating drum over a range of 90% or more of 360 ° in the circumferential direction, the deposition target substrate covers most of the outer periphery of the rotating drum in the circumferential direction. The diffusion of the material gas outside the rotating drum is suppressed, and the material can be used efficiently. Moreover, it is not necessary to install a shield for suppressing diffusion, and a thin film is formed on the shield, which is free from the problem of particle generation due to separation during film formation.

本発明の第1の実施形態に係る成膜装置の概略図Schematic of the film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention 第1の実施形態に係る成膜装置の要部の概略図Schematic of the principal part of the film-forming apparatus which concerns on 1st Embodiment 第1の実施形態に係る成膜装置の要部の分解斜視図1 is an exploded perspective view of a main part of a film forming apparatus according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る成膜装置の要部の部分の概略図Schematic of the principal part of the film forming apparatus according to the first embodiment 第1の実施形態に係る成膜装置の要部の一部の斜視図1 is a perspective view of a part of a main part of a film forming apparatus according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る成膜装置の要部の概略断面図1 is a schematic cross-sectional view of a main part of a film forming apparatus according to a first embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る成膜装置の概略図Schematic of the film-forming apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、成膜装置1の全体構成を示す概略図である。図2は、この成膜装置1の要部である処理ドラム100の組み立て状態を示す概略図である。図3は、処理ドラム100を分解したときの斜視図である。図4は、処理ドラム100の要部である回転ドラム部101と回転軸部102とを示す概略図である。図5は、回転軸部101を示す斜視図である。図6は、回転軸部101と基板ガイド部103とを組み合わせた状態を示す概略断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the film forming apparatus 1. FIG. 2 is a schematic view showing an assembled state of the processing drum 100 which is a main part of the film forming apparatus 1. FIG. 3 is a perspective view when the processing drum 100 is disassembled. FIG. 4 is a schematic diagram showing a rotating drum portion 101 and a rotating shaft portion 102 which are the main parts of the processing drum 100. FIG. 5 is a perspective view showing the rotating shaft 101. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the rotating shaft portion 101 and the substrate guide portion 103 are combined.

本実施形態の成膜装置1は、原子層堆積法を用いて、処理ドラム100によりフレキシブル基板(被成膜基板)2に成膜処理をする装置である。図1に示すように、成膜装置1は処理ドラム100、巻き出しロール3、巻き取りロール4、巻き出し側ガイドローラ5、巻き取り側ガイドローラ6、プラズマ装置7、チェンバ8を備える。成膜装置1全体はチャンバ8に収納されている。チャンバ8内は図示しない真空ポンプにより真空に保持される。   The film forming apparatus 1 of the present embodiment is an apparatus that performs a film forming process on a flexible substrate (film forming substrate) 2 by a processing drum 100 using an atomic layer deposition method. As shown in FIG. 1, the film forming apparatus 1 includes a processing drum 100, an unwinding roll 3, a winding roll 4, an unwinding side guide roller 5, a winding side guide roller 6, a plasma apparatus 7, and a chamber 8. The entire film forming apparatus 1 is housed in a chamber 8. The inside of the chamber 8 is kept in a vacuum by a vacuum pump (not shown).

図1に示すように、フレキシブル基板2は巻き出しロール3から巻き出され、巻き出し側ガイドローラ5と巻き取り側ガイドローラ6により処理ドラム100の外周に所定の角度を巻き付けられて搬送され、巻き取りロール4により巻き取られる。
処理ドラム100に設けられた成膜源により、処理ドラム100に巻き付けられたフレキシブル基板2の内面が成膜処理される。
As shown in FIG. 1, the flexible substrate 2 is unwound from the unwinding roll 3, wound around the outer periphery of the processing drum 100 by a unwinding side guide roller 5 and a winding side guide roller 6, and conveyed. It is wound up by a winding roll 4.
A film forming process is performed on the inner surface of the flexible substrate 2 wound around the processing drum 100 by a film forming source provided on the processing drum 100.

フレキシブル基板2は、可撓性のある長尺のフィルムであり、巻き出しロール3と巻き出し側ガイドローラ5と処理ドラム100と巻き取り側ガイドローラ6と巻き取りロール4とにより、連続的にまたは断続的に搬送される。   The flexible substrate 2 is a flexible long film, and is continuously formed by the unwinding roll 3, the unwinding side guide roller 5, the processing drum 100, the winding side guide roller 6, and the winding roll 4. Or it is conveyed intermittently.

図1に示すように、フレキシブル基板2は回転ドラム102の外周を、円周方向360°のうち90%以上を覆っている。このように構成することにより、ガス拡散の拡散を防ぎ、異なるガスが混じるのを防ぎ、パーティクルの発生を防止している。   As shown in FIG. 1, the flexible substrate 2 covers 90% or more of the outer periphery of the rotating drum 102 out of 360 ° in the circumferential direction. By configuring in this way, diffusion of gas diffusion is prevented, mixing of different gases is prevented, and generation of particles is prevented.

次に、処理ドラム100について、図2〜図6を参照しながら説明する。図2および図3に示すように、処理ドラム100は回転ドラム部101と回転軸部102と基板ガイド部103とを備える。なお、図3では、右側の1枚の基板ガイド103は図示していない。   Next, the processing drum 100 will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 2 and 3, the processing drum 100 includes a rotating drum unit 101, a rotating shaft unit 102, and a substrate guide unit 103. In FIG. 3, the single substrate guide 103 on the right side is not shown.

回転ドラム部101は、回転軸部102の周囲を、図示しない処理ドラム回転駆動部により回転駆動される。基板ガイド部103は中央に丸穴が設けられた円板型をなし、回転ドラム部101の両側に設けられ、回転軸部102の外周部を回転自在に構成される。回転ドラム部101の回転とは独立して別個に、基板ガイド部103は、図示しない基板ガイド回転駆動部により回転駆動される。処理ドラム回転駆動部と基板ガイド回転駆動部とは、図示しないコントロール部により回転が制御される。回転軸部102は回転せず固定され、配管104が接続される。   The rotating drum unit 101 is driven to rotate around the rotating shaft unit 102 by a processing drum rotation driving unit (not shown). The substrate guide portion 103 has a disk shape with a round hole in the center, is provided on both sides of the rotating drum portion 101, and is configured to be rotatable around the outer peripheral portion of the rotating shaft portion 102. Independently of the rotation of the rotating drum unit 101, the substrate guide unit 103 is rotationally driven by a substrate guide rotation driving unit (not shown). The rotation of the processing drum rotation driving unit and the substrate guide rotation driving unit is controlled by a control unit (not shown). The rotating shaft 102 is fixed without rotating, and the pipe 104 is connected.

図2において、左右の基板ガイド部103の外方幅はフレキシブル基板2の幅と略同一に形成されている。フレキシブル基板2の幅方向の両端部が基板ガイド部103の外周部を覆うように巻き付いているので、フレキシブル基板2の内面は、基板ガイド部103の外形と同じ径に保持される。基板ガイド部103が回転駆動されると、外縁が基板ガイド部103に巻きついているフレキシブル基板2も回転駆動され、搬送される。   In FIG. 2, the outer width of the left and right substrate guide portions 103 is formed substantially the same as the width of the flexible substrate 2. Since both ends in the width direction of the flexible substrate 2 are wound so as to cover the outer periphery of the substrate guide portion 103, the inner surface of the flexible substrate 2 is held at the same diameter as the outer shape of the substrate guide portion 103. When the substrate guide portion 103 is rotationally driven, the flexible substrate 2 whose outer edge is wound around the substrate guide portion 103 is also rotationally driven and conveyed.

図2において、回転ドラム部101の外径は、左右の基板ガイド部103の外径に対して、所定寸法だけ小さな径に形成されている。回転ドラム部101に巻き付けられたフレキシブル基板2の内面を、回転ドラム部101は回転駆動される。後述するように、回転ドラム部101の表面からはガスが放出されるので、フレキシブル基板2が薄い場合には、その内面と回転ドラム部101の表面との間にエアフィルム部が形成され、回転ドラム部101は滑らかに回転する。   In FIG. 2, the outer diameter of the rotating drum portion 101 is smaller than the outer diameter of the left and right substrate guide portions 103 by a predetermined dimension. The rotary drum unit 101 is rotationally driven on the inner surface of the flexible substrate 2 wound around the rotary drum unit 101. As will be described later, since gas is released from the surface of the rotating drum unit 101, when the flexible substrate 2 is thin, an air film unit is formed between the inner surface of the rotating drum unit 101 and the surface of the rotating drum unit 101. The drum unit 101 rotates smoothly.

図2に示すように、回転ドラム部101の表面には複数の区切りがされ、その区切りで仕切られた区画(上面が解放された小部屋)をなす凹部106が設けられ、区切りの部分にガス放出部105を設けられている。回転ドラム部101の表面には、回転中心と略平行な方向である幅方向に並ぶ放出孔を備えるガス放出部105が(本実施形態では8条)形成されている。各々のガス放出部105の間には幅方向に広がった凹部106が設けられ、凹部106の底部には凹部開口部107が設けられている。   As shown in FIG. 2, a plurality of partitions are formed on the surface of the rotating drum unit 101, and a concave portion 106 is formed which forms a partition (small chamber with an open upper surface) partitioned by the partitions. A discharge portion 105 is provided. On the surface of the rotary drum portion 101, gas discharge portions 105 (eight strips in the present embodiment) having discharge holes arranged in the width direction that is a direction substantially parallel to the rotation center are formed. A recess 106 that extends in the width direction is provided between the gas discharge portions 105, and a recess opening 107 is provided at the bottom of the recess 106.

回転ドラム101の表面には、回転ドラム部101の回転方向に順に4つのガス放出部105a、105c、105b、105cが形成されているが、これらは後述するように、異なるガスに対応しており、ガス放出部105a、105c、105b、105cにより1サイクルの成膜処理をおこなうことができる。本実施形態ではガス放出部105が8条形成されており、ガス放出部105a、105c、105b、105cの対向する面にも同じ順番でガス放出部105が形成されているので、一周で2サイクルの成膜処理ができるように構成されている。   Four gas discharge portions 105a, 105c, 105b, and 105c are formed in order on the surface of the rotary drum 101 in the rotation direction of the rotary drum portion 101, and these correspond to different gases as described later. Further, one cycle of film formation can be performed by the gas discharge portions 105a, 105c, 105b, and 105c. In this embodiment, eight gas discharge portions 105 are formed, and the gas discharge portions 105 are formed in the same order on the opposing surfaces of the gas discharge portions 105a, 105c, 105b, and 105c. The film forming process can be performed.

図4に示すように、回転軸部102の中央部には4つの溝部108a、108b、108c、108dが径方向に形成されている。また、回転軸部102の一方の端面には4本の連結管からなる配管104が設けられている。4つの溝部108a、108b、108c、108dは4本の連結管からなる配管104にそれぞれ連通している。配管104のうちの太い方の連結管が、4つの溝部108a、108b、108c、108dのうちの幅の広い溝108dと連通している。   As shown in FIG. 4, four grooves 108 a, 108 b, 108 c, and 108 d are formed in the radial direction in the central portion of the rotating shaft portion 102. A pipe 104 composed of four connecting pipes is provided on one end face of the rotating shaft portion 102. The four groove portions 108a, 108b, 108c, and 108d communicate with the pipe 104 including four connecting pipes, respectively. The thicker connecting pipe of the pipes 104 communicates with the wide groove 108d of the four grooves 108a, 108b, 108c, and 108d.

図4に示すように、4つの溝部108a、108b、108c、108dの両脇の回転軸部102の外周面には、径方向に無端状に連続しているシール部109が形成されている。シール部109は磁気流体からなり、磁気流体が回転ドラム部101の内面円筒部と回転軸部102との隙間を埋めることにより、溝部108はそれぞれ封止される。   As shown in FIG. 4, on the outer peripheral surface of the rotating shaft 102 on both sides of the four grooves 108a, 108b, 108c, and 108d, a seal portion 109 that is endless in the radial direction is formed. The seal portion 109 is made of a magnetic fluid, and the magnetic fluid fills the gap between the inner cylindrical portion of the rotary drum portion 101 and the rotary shaft portion 102, whereby the groove portions 108 are sealed.

図6(b)に示すように、凹部開口部107は幅の広い溝108dに対応した位置に開口されている。結局、凹部106は凹部開口部107を通じて、配管104のうちの太い方の連結管に連通されている。溝部108dは外周に連続して設けられているので、回転ドラム部101が回転しても、凹部開口部107の位置関係は維持される。   As shown in FIG. 6B, the recess opening 107 is opened at a position corresponding to the wide groove 108d. Eventually, the recess 106 communicates with the thicker connecting pipe of the pipes 104 through the recess opening 107. Since the groove 108d is provided continuously on the outer periphery, the positional relationship of the recess opening 107 is maintained even when the rotary drum 101 rotates.

図2及び図6に示すように、ガス放出部105a、105b、105cは回転ドラム部101の内面円筒部に図示しない内面開口部を有していて、この内面開口部は溝部108a、108b、108cにそれぞれ対応している。内面開口部はガス放出部105a、105b、105cにそれぞれ連通し、内面開口部が対応する溝部108a、108b、108cは配管104の連結管にそれぞれ連通するので、配管104の連結管とガス放出部105a、105b、105cはそれぞれ連通されている。   As shown in FIGS. 2 and 6, the gas discharge portions 105 a, 105 b, and 105 c have inner surface openings (not shown) in the inner surface cylindrical portion of the rotating drum portion 101, and these inner surface openings are groove portions 108 a, 108 b, and 108 c. It corresponds to each. The inner surface opening portion communicates with the gas discharge portions 105a, 105b, and 105c, and the groove portions 108a, 108b, and 108c corresponding to the inner surface opening portion respectively communicate with the connection pipe of the pipe 104. 105a, 105b, and 105c are communicated with each other.

次に、回転ドラム部101によるフレキシブル基板2の内面への成膜処理について説明する。ガス放出部105a、105b、105cには、第1の前駆体、パージガス、第2の前駆体、パージガスが配管104から供給され、それぞれのガスがガス放出部105a、105b、105cから放出される。   Next, a film forming process on the inner surface of the flexible substrate 2 by the rotating drum unit 101 will be described. A first precursor, a purge gas, a second precursor, and a purge gas are supplied from the pipe 104 to the gas discharge portions 105a, 105b, and 105c, and the respective gases are discharged from the gas discharge portions 105a, 105b, and 105c.

配管104のうちの太い方の連結管は排気管となっており、これに連通する凹部106は排気を行う。ガス放出部105a、105b、105cから放出されたそれぞれのガスは、フレキシブル基板2の内面が前駆体等のガスを1層吸着したところで、未反応のガスは回転方向後方に隣接する後続する凹部106により排気される。
そうすると、フレキシブル基板2の内面は、第1の前駆体、パージガス、第2の前駆体、パージガスにより順次処理がなされ、未反応のガスはその都度、排気される。
The thicker connecting pipe of the pipes 104 is an exhaust pipe, and the recess 106 communicating with the exhaust pipe exhausts. Each of the gases released from the gas releasing portions 105a, 105b, and 105c has a concave portion 106 adjacent to the rear in the rotational direction when the inner surface of the flexible substrate 2 adsorbs one layer of a gas such as a precursor. Is exhausted.
Then, the inner surface of the flexible substrate 2 is sequentially treated with the first precursor, the purge gas, the second precursor, and the purge gas, and the unreacted gas is exhausted each time.

前駆体等のガスがガス放出部105から放出される時、回転ドラム部101を回転させていない状態では前駆体はフレキシブル基板2に当たるほか四方八方へ拡散するが、回転ドラム部101を回転させている状態ではガスは回転ドラム部101から見て相対的に後方へと流れる。凹部106により、回転ドラムが回転すると、後方へ流れた余剰のガスを効率よく排気することができる。   When a gas such as a precursor is released from the gas discharge unit 105, the precursor hits the flexible substrate 2 and diffuses in all directions in a state where the rotary drum unit 101 is not rotated. In this state, the gas flows relatively backward as viewed from the rotating drum unit 101. When the rotating drum is rotated by the recess 106, it is possible to efficiently exhaust the surplus gas that flows backward.

従って、本実施形態では、回転ドラム部101に設けられたガス放出部105及び凹部106が成膜源ということになる。   Therefore, in this embodiment, the gas discharge part 105 and the recessed part 106 provided in the rotating drum part 101 are film forming sources.

ガス放出部105は、回転ドラム部101に2組設けられているので、回転ドラム部101が1回転するごとに2サイクル分の成膜処理を行う。また、回転ドラム部101はフレキシブル基板2内面で自在に回転することができるので、例えば、フレキシブル基板2が通過する間に回転ドラム部101がN回回転したとすれば、2×N層の成膜処理がされることになる。例えば、回転ドラム部101を100回転させれば、200層の成膜処理がされる。   Since two sets of the gas discharge unit 105 are provided in the rotating drum unit 101, film forming processing for two cycles is performed every time the rotating drum unit 101 makes one rotation. Further, since the rotating drum unit 101 can freely rotate on the inner surface of the flexible substrate 2, for example, if the rotating drum unit 101 rotates N times while the flexible substrate 2 passes, a 2 × N layer structure is formed. Film treatment will be performed. For example, if the rotary drum unit 101 is rotated 100 times, a 200-layer film forming process is performed.

図1に示すように、回転ドラム部101が回転しながらフレキシブル基板2も搬送されているため、フレキシブル基板2が回転ドラム部101から離れる部分では、第1の前駆体が基板のその部分に曝露された後、第2の前駆体がその部分に曝露される前に基板が回転ドラム部101から離れてしまう現象が生じることがある。このような場合、特に何も対策をしていない状況では第一の前駆体のみが曝露された部分には想定した一層が形成されることなくチャンバ8から取り出され、第1の前駆体が想定外の物質と結びつくなどして想定外の化合物が形成されることがある。これは膜の品質を低下させる原因となる。   As shown in FIG. 1, since the flexible substrate 2 is also conveyed while the rotating drum unit 101 rotates, the first precursor is exposed to that portion of the substrate at a portion where the flexible substrate 2 is separated from the rotating drum unit 101. Then, a phenomenon may occur in which the substrate is separated from the rotating drum portion 101 before the second precursor is exposed to the portion. In such a case, in the situation where no countermeasure is taken, the first precursor is assumed to be taken out from the chamber 8 without forming the assumed layer in the exposed portion of only the first precursor. Unexpected compounds may be formed by combining with other substances. This causes the film quality to deteriorate.

この課題に対応するため、成膜装置1には、回転ドラム102とは別に、フレキシブル基板2の搬送経路にプラズマを発生または照射するプラズマ装置7を備えている。プラズマ装置7によりプラズマを発生または照射することにより、フレキシブル基板2に吸着した第1の前駆体を安定な形に変化させ、膜の品質の低下を防ぐことができる。   In order to cope with this problem, the film forming apparatus 1 includes a plasma apparatus 7 that generates or irradiates plasma on the conveyance path of the flexible substrate 2, in addition to the rotating drum 102. By generating or irradiating plasma with the plasma device 7, the first precursor adsorbed on the flexible substrate 2 can be changed into a stable shape, and deterioration of the film quality can be prevented.

また、成膜前のフレキシブル基板2にプラズマを照射すると、成膜の密着性を向上させたり、クリーニングすることができる。   Further, when the flexible substrate 2 before film formation is irradiated with plasma, adhesion of the film formation can be improved or cleaning can be performed.

図1に示すように、プラズマ装置7を巻き出しロール3から巻き出されるフレキシブル基板2と巻き取りロール4により巻き取られるフレキシブル基板2との間に配設したので、プラズマ装置7によりプラズマを発生または照射することにより、上述した2つの効果を同時に得ることができる。   As shown in FIG. 1, the plasma device 7 is disposed between the flexible substrate 2 unwound from the unwinding roll 3 and the flexible substrate 2 wound up by the winding roll 4, so that plasma is generated by the plasma device 7. Or by irradiating, the two effects mentioned above can be acquired simultaneously.

なお、プラズマ装置7により発生または照射するプラズマとして、酸化物薄膜を形成する際には酸素プラズマを、窒化物薄膜を形成するには窒素プラズマを用いることができる。金属の成膜ではアルゴンプラズマなども適用可能である。   As the plasma generated or irradiated by the plasma apparatus 7, oxygen plasma can be used when forming an oxide thin film, and nitrogen plasma can be used when forming a nitride thin film. Argon plasma or the like can also be applied for metal film formation.

以上に述べた構成により、成膜源を回転ドラム部101に配設するようにして、装置全体の小型化を実現した。また、従来の成膜源は固定されていたが、回転するようにして、多くのサイクルの成膜処理が容易に可能となる。装置を小型化することによりチャンバ8も小型にすることが可能となり、特に中を真空にしたチャンバ8を用いる場合にはその効果は大きい。また、ALDは1サイクルで1層ずつ原子レベルの薄膜を成長させていく方法であり成膜速度が遅いが、成膜源を回転させることにより多層形成が容易になり、このALDの欠点も解消することができる。   With the above-described configuration, the film forming source is disposed on the rotating drum unit 101, thereby realizing a reduction in the size of the entire apparatus. In addition, although the conventional film forming source is fixed, the film forming process of many cycles can be easily performed by rotating the film forming source. By downsizing the apparatus, the chamber 8 can also be reduced in size, and the effect is great particularly when the chamber 8 having a vacuum inside is used. In addition, ALD is a method of growing an atomic level thin film layer by layer in one cycle, and the film formation speed is slow. However, by rotating the film formation source, multi-layer formation is facilitated, and the drawbacks of ALD are also eliminated. can do.

なお、本実施例では、回転ドラム部101に2つの成膜源を配設したが、これに限定されず、1つの成膜源を配設してもよいし、2つ以上の成膜源を配設するようにしてもよい。また、4つのガス放出部105により1サイクルとしたが、3種類以上の前駆体を用いる場合はさらにそれ以上の開口部を設けて割り当ててもよい。2種類以上のパージガスを使用する場合も同様である。   In the present embodiment, two film forming sources are disposed on the rotating drum unit 101. However, the present invention is not limited to this, and one film forming source may be disposed, or two or more film forming sources may be disposed. May be arranged. In addition, one cycle is formed by the four gas discharge portions 105. However, when three or more kinds of precursors are used, more openings may be provided and assigned. The same applies when two or more types of purge gas are used.

ここで、パージガスはその役割の一つに、それぞれの前駆体が空間内で混合し反応することを避ける目的が有るため、パージガスを供給するガス放出部105cを、前駆体を供給するそれぞれのガス放出部との間に設けるとよい。すなわち、例えば第1の前駆体を供給するガス放出部105aと、第2の前駆体を供給するガス放出部105bとの間に、パージガスを供給するガス放出部105cを配置したように、放出部105bと第3の前駆体のための放出部との間にパージガスを供給する放出部105cを配置してもよい。一方で、排気のみで未吸着または未反応の前駆体を充分に除去できる場合には、パージガスを一切導入しないこともできる。   Here, since the purge gas has one purpose of avoiding mixing and reacting of the respective precursors in the space, the gas discharge part 105c that supplies the purge gas is used as each gas that supplies the precursor. It is good to provide between discharge parts. That is, for example, the gas discharge part 105c that supplies the purge gas is disposed between the gas discharge part 105a that supplies the first precursor and the gas discharge part 105b that supplies the second precursor. A discharge part 105c for supplying a purge gas may be arranged between 105b and the discharge part for the third precursor. On the other hand, when the unadsorbed or unreacted precursor can be sufficiently removed only by exhaust, it is possible to introduce no purge gas.

また、本実施形態では被成膜基板として、フレキシブル基板を用いて説明したが、他の可撓性のあるフィルムやシートであってもよい。また、ガラスやウェハーなど可撓性がない剛体であっても、回転ドラムに沿って搬送できる形態であれば本発明が適用できる。例えば、小さな基板を搬送用シートやベルトシートに固定して搬送する場合などがこれにあたる。いわゆるウェブコーティング方式での成膜に適用できる。すなわち、これらのガラスやウェハーなどや、小さな基板、ウェブコーティング方式での被成膜物も被成膜基板に含まれる。   In the present embodiment, the flexible substrate is used as the film formation substrate, but another flexible film or sheet may be used. Moreover, even if it is a rigid body with no flexibility, such as glass and a wafer, this invention is applicable if it is a form which can be conveyed along a rotating drum. For example, this is the case when a small substrate is transported while being fixed to a transport sheet or belt sheet. It can be applied to film formation by the so-called web coating method. That is, these glass and wafers, small substrates, and film-formed objects in the web coating method are also included in the film-formed substrate.

また、本実施形態では、フレキシブル基板2は基板ガイド部103により駆動され、搬送される構成となっているが、基板ガイド部103を駆動せず、フレキシブル基板2の移動により回転するいわゆるアイドラとして用いて、フレキシブル基板2の搬送を巻き出しロール3と巻き取りロール4を駆動することにより行ってもよい。また、基板ガイド部103を固定し、フレキシブル基板2の両縁が基板ガイド部103の円盤状の側面を滑るように構成し、フレキシブル基板2を所定の径に保持するようにしてもよい。   In the present embodiment, the flexible substrate 2 is driven and conveyed by the substrate guide unit 103, but is used as a so-called idler that rotates by the movement of the flexible substrate 2 without driving the substrate guide unit 103. The flexible substrate 2 may be conveyed by driving the unwinding roll 3 and the winding roll 4. Further, the substrate guide portion 103 may be fixed, and both edges of the flexible substrate 2 may be configured to slide on the disk-shaped side surface of the substrate guide portion 103 so that the flexible substrate 2 is held at a predetermined diameter.

また、前駆体は、使用時に気相になっているものであれば種類は問わない。パージガスは、成膜によって得られる薄膜を構成する成分とならない限り、種類は問わない。窒素ガスを使用すると、高品位の膜をより低コストで製造することができる。またパージガスに不活性ガスを用いると、使用できる前駆体の種類の幅が広がり、多彩な前駆体の中から最適な前駆体を選定することができる。その中でもアルゴンは不活性ガスとしては比較的低コストで導入でき、生産性を高めることができる。   The precursor is not limited as long as it is in a gas phase at the time of use. The purge gas may be of any type as long as it does not become a component constituting a thin film obtained by film formation. When nitrogen gas is used, a high-quality film can be produced at a lower cost. When an inert gas is used as the purge gas, the range of types of precursors that can be used is widened, and an optimum precursor can be selected from a wide variety of precursors. Among them, argon can be introduced as an inert gas at a relatively low cost, and productivity can be improved.

また、ガス放出部105として、回転ドラム部101上に幅方向に並ぶ放出孔により説明したが、これに限定されず、幅方向に形成されたスリット状のものでもよい。スリット状の形状では、放出されるガスの圧力が均一であるという長所がある。   Further, the gas discharge part 105 has been described with the discharge holes arranged in the width direction on the rotary drum part 101, but the present invention is not limited to this and may be a slit-like shape formed in the width direction. The slit shape has the advantage that the pressure of the gas to be discharged is uniform.

また、シール部109には磁性流体を用いる説明をしたが、Oリング等を使用しても良い。シール部109に磁性流体を用いると発塵などが抑えられ、またメンテナンス間隔も伸ばすことができる。また、回転ドラム部101の回転の抵抗力を小さくできる。   Further, although the magnetic fluid is used for the seal portion 109, an O-ring or the like may be used. When a magnetic fluid is used for the seal portion 109, dust generation and the like can be suppressed, and the maintenance interval can be extended. In addition, the resistance to rotation of the rotating drum unit 101 can be reduced.

また、回転ドラム部101の凹部106は、未反応のガスの排気に用いられるものであり、形状は溝状のものでも良い。凹部106の底部の凹部開口部107は複数設けてもよい。効率良く排気することができ、基板に吸着されずに空間内に残った前駆体を効率よく除去することができ、成膜中のパーティクル発生を抑えて高品質の薄膜を作製することができる。   Further, the concave portion 106 of the rotating drum portion 101 is used for exhausting unreacted gas, and may have a groove shape. A plurality of recess openings 107 at the bottom of the recess 106 may be provided. Exhaust can be efficiently performed, precursors remaining in the space without being adsorbed on the substrate can be efficiently removed, and generation of particles during film formation can be suppressed, and a high-quality thin film can be manufactured.

また、回転ドラム部101とフレキシブル基板2との間の隙間(クリアランス)は、できるだけ狭い方が好ましい。フレキシブル基板2を所定の径に保持する基板ガイド部103をフレキシブル基板2の両縁部分に設けたが、フレキシブル基板2の幅方向の中央部が撓む等の場合には、中央にも配置してもよい。   Further, it is preferable that the gap (clearance) between the rotating drum unit 101 and the flexible substrate 2 is as narrow as possible. Although the substrate guide portions 103 for holding the flexible substrate 2 at a predetermined diameter are provided at both edge portions of the flexible substrate 2, if the central portion in the width direction of the flexible substrate 2 is bent, it is also disposed at the center. May be.

また、本実施形態では、配管104のうちの太い方の連結管により、まとめて排気されるように構成したが、排気用の配管等を増やすことにより、ガス放出部から放出されたぞれぞれのガスを別々に排気するようにしてもよい。未反応の前駆体を回収して再利用することが容易になる。   In this embodiment, the thicker connecting pipe of the pipes 104 is configured to be exhausted together. However, by increasing the number of exhaust pipes, etc. These gases may be exhausted separately. It becomes easy to collect and reuse the unreacted precursor.

また、本実施形態では、チャンバ8は装置全体を収納する構成としたが、成膜が行われる処理ドラム100だけを収納する構成にしてもよい。また、チャンバ8を真空とするのが一般的ではあるが、大気圧で成膜する場合にはそれに適応したチャンバ8とすることもできる。   In the present embodiment, the chamber 8 is configured to store the entire apparatus, but may be configured to store only the processing drum 100 on which film formation is performed. In general, the chamber 8 is evacuated, but when the film is formed at atmospheric pressure, the chamber 8 can be adapted.

また、回転ドラム部101には加熱機構を備えてもよい。前駆体が吸着した基板を加熱することによって反応を促進し薄膜の成長を促すことができる。また、成膜のために加熱が必要な前駆体を使用することができる。熱源としてフラッシュランプを用いると、温度制御が比較的容易であり、また輻射熱を利用することができるため効率的である。熱を伝えたくない部分に対しては水冷機構を設けて温度を制御してもよい。加熱機構はチャンバの壁面や、回転ドラムの外部に設けてもよい。   Further, the rotary drum unit 101 may be provided with a heating mechanism. By heating the substrate on which the precursor is adsorbed, the reaction can be promoted and the growth of the thin film can be promoted. In addition, a precursor that needs to be heated for film formation can be used. When a flash lamp is used as a heat source, temperature control is relatively easy and radiant heat can be used, which is efficient. A water cooling mechanism may be provided for a portion where heat is not desired to be transmitted to control the temperature. The heating mechanism may be provided on the wall surface of the chamber or outside the rotating drum.

また、回転ドラム部101はプラズマを発生または照射させる機構を備えてもよい。プラズマにより前駆体の反応を促進し薄膜の成長を促すことができる。プラズマの発生方法は、高周波(RF)放電やDC放電の他、誘導結合によるプラズマ生成(ICP)など、公知の技術が使用できる。   Further, the rotating drum unit 101 may include a mechanism for generating or irradiating plasma. Plasma can promote the reaction of the precursor and promote the growth of the thin film. As a method for generating plasma, known techniques such as inductively coupled plasma generation (ICP) can be used in addition to radio frequency (RF) discharge and DC discharge.

また、前駆体の種類は問わない。成膜種、成膜温度によって適宜選択される。前駆体は装置使用時に気相となっていればよいので、前駆体の保管状態は気相の他、液相、あるいは固相であってもよい。例えば前駆体が液相の場合は加熱やバブリングなどの方法によって導入される。   Moreover, the kind of precursor is not ask | required. It is appropriately selected depending on the film formation type and film formation temperature. Since the precursor only needs to be in a gas phase when the apparatus is used, the storage state of the precursor may be a liquid phase or a solid phase in addition to the gas phase. For example, when the precursor is in a liquid phase, it is introduced by a method such as heating or bubbling.

また、前駆体にはキャリアガスが含まれてもよい。キャリアガスは一般にパージガスと同一ものものまたは同様の性質を有するものが使用されるが、これに限定されるものではない。前述のバブリングを使用した場合、バブリングのためのガスがキャリアガスになることが多い。   The precursor may contain a carrier gas. The carrier gas is generally the same as the purge gas or one having similar properties, but is not limited thereto. When the aforementioned bubbling is used, the gas for bubbling often becomes a carrier gas.

また、パージガスは膜の構成成分にはならないが、第一の前駆体放出と第二の前駆体放出の間を隔てるガスとして有効である。これにはアルゴンなどの希ガスの他、成膜種に影響しない範囲においてあらゆる種類のガスが使用できる。   The purge gas does not become a component of the film, but is effective as a gas separating the first precursor release and the second precursor release. For this, in addition to a rare gas such as argon, any kind of gas can be used as long as it does not affect the film forming species.

また、回転ドラム部101と基板ガイド部103の回転方向は、同一方向であっても、また相対的に逆方向であってもよい。
また、フレキシブル基板2の搬送は、連続的であっても、あるいは断続的であってもよいし、必要に応じ、巻き戻し方向に行ってもよい。
(第2の実施形態)
図7を参照して、本発明の第2の実施形態に係る成膜装置について説明する。この第2の実施形態において、第1の実施形態と同じ部分には同一符号を付して、詳細な説明を省略し、異なっている部分について主に説明する。
Further, the rotation directions of the rotating drum unit 101 and the substrate guide unit 103 may be the same direction or relatively opposite directions.
Moreover, conveyance of the flexible substrate 2 may be continuous or intermittent, or may be performed in the rewind direction as necessary.
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 7, a film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof is omitted, and different parts are mainly described.

図7は、第2の実施形態に係る成膜装置1の全体構成を示す図である。成膜装置1は2つの処理ドラム100、200を備えていて、成膜処理するガスを異なるものとすることにより、異なる成膜を形成することができる。なお、以下の説明で、第1の実施形態の処理ドラム100と巻き出し側ガイドローラ5と巻き取り側ガイドローラ6とについて、それぞれ「第1の」を頭に付けて呼ぶこととする。   FIG. 7 is a diagram illustrating an overall configuration of the film forming apparatus 1 according to the second embodiment. The film forming apparatus 1 includes two processing drums 100 and 200, and different films can be formed by using different gases for film forming. In the following description, the processing drum 100, the unwinding side guide roller 5 and the winding side guide roller 6 of the first embodiment will be referred to with “first” attached to their heads.

図7に示すように、フレキシブル基板2は、巻き出しロール3から巻き出され、第1の巻き出し側ガイドローラ5にガイドされて第1の処理ドラム100の上半分の外周を半周巻き付いたところで、第2の巻き出し側ガイドローラ9により引き出され、第3の巻き出し側ガイドローラ11によりガイドされて第2の処理ドラム200の外周に所定角度巻き付く。次に、フレキシブル基板2は、第3の巻き取り側ガイドローラ12により引き出され、第2の巻き取り側ガイドローラ10にガイドされて第1の処理ドラム100の下半分の外周を半周巻き付いたところで、第1の巻き取り側ガイドローラ6により引き出され、巻き取りロール4により巻き取られる。   As shown in FIG. 7, the flexible substrate 2 is unwound from the unwinding roll 3, and is guided by the first unwinding-side guide roller 5 and is wound around the outer periphery of the upper half of the first processing drum 100 by a half-round. Then, it is pulled out by the second unwinding side guide roller 9 and is guided by the third unwinding side guide roller 11 so as to wind around the outer periphery of the second processing drum 200 by a predetermined angle. Next, the flexible substrate 2 is pulled out by the third winding-side guide roller 12 and is guided by the second winding-side guide roller 10 so that the outer periphery of the lower half of the first processing drum 100 is wound around the half circumference. Then, it is pulled out by the first winding side guide roller 6 and wound by the winding roll 4.

図7に示すように、フレキシブル基板2が第1の処理ドラム100の上半分に沿って搬送されるときに、処理ドラム100によりフレキシブル基板2の内面に第1の成膜が行われる。次に、フレキシブル基板2が処理ドラム200に沿ってほぼ一周分搬送されるときに、第2の成膜が行われた後、第1の処理ドラム100の下半分に沿って搬送されるときに、第3の成膜が行われる。この場合、第1の成膜と第3の成膜とは同じ膜質の薄膜が形成される。   As shown in FIG. 7, when the flexible substrate 2 is conveyed along the upper half of the first processing drum 100, the first film is formed on the inner surface of the flexible substrate 2 by the processing drum 100. Next, when the flexible substrate 2 is transported along the processing drum 200 for almost one turn, after the second film formation is performed, when the flexible substrate 2 is transported along the lower half of the first processing drum 100 A third film formation is performed. In this case, a thin film having the same film quality is formed in the first film formation and the third film formation.

複数の回転ドラムの数や配置はこれに限定されず、必要に応じ、いろいろ構成することができる。例えば、3つの成膜装置をトランプカードのクローバマークのように配置し、クローバマークの脚の部分に巻き出しロール3と巻き取りロール4を配設して、フレキシブル基板2をクローバマークの輪郭に沿って搬送すれば、別々の3つの成膜を形成することができる。   The number and arrangement of the plurality of rotating drums are not limited to this, and can be variously configured as necessary. For example, three film forming apparatuses are arranged like a clover mark of a playing card, and an unwinding roll 3 and a winding roll 4 are arranged at the leg part of the clover mark so that the flexible substrate 2 has an outline of the clover mark. If transported along, it is possible to form three separate films.

以上の構成の場合も、成膜源を回転ドラム部101に配設して、装置全体の小型化を実現することができる。また、従来の成膜源は固定されていたが、回転ドラム101に配設することで、多層の成膜処理に対応可能とできる。
また、処理ドラム100、200を複数備えることにより、異なる材料ガスを供給することにより、異なる種類の薄膜を積層することが可能となる。
In the case of the above configuration as well, the film forming source can be arranged in the rotating drum unit 101 to achieve downsizing of the entire apparatus. In addition, although the conventional film formation source is fixed, it is possible to cope with a multilayer film formation process by disposing it on the rotating drum 101.
Further, by providing a plurality of processing drums 100 and 200, it is possible to stack different types of thin films by supplying different material gases.

なお、本発明の成膜装置は、上述した実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。一例として、上述した実施形態では、原子層堆積法による成膜装置として説明を行ったが、これに限定されずCVD法、スパッタ法その他の方法による成膜源を、回転ドラムに配設した成膜装置においても、成膜源を回転ドラムに配設することにより、同様の効果を得ることができる。   In addition, the film-forming apparatus of this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible. As an example, in the above-described embodiment, the film formation apparatus using the atomic layer deposition method has been described. However, the present invention is not limited to this, and a film formation source using a CVD method, a sputtering method, or another method is provided on the rotating drum. In the film apparatus, the same effect can be obtained by disposing the film forming source on the rotating drum.

本発明は基板を搬送しながら基板上に薄膜を作製する工程において、設備を大規模化することなく成膜を実施することができ、生産コスト低減に貢献する。   According to the present invention, in the process of forming a thin film on a substrate while transporting the substrate, film formation can be performed without increasing the scale of the equipment, which contributes to a reduction in production cost.

1 成膜装置
2 フレキシブル基板
3 巻き出しロール
4 巻き出しロール
5 (第1の)巻き出し側ガイドローラ
6 (第1の)巻き取り側ガイドローラ
7 プラズマ装置
8 チェンバ
9 第2の巻き出し側ガイドローラ
10 第2の巻き取り側ガイドローラ
11 第3の巻き出し側ガイドローラ
12 第3の巻き取り側ガイドローラ
100 (第1の)処理ドラム
101 回転ドラム部
102 回転軸部
103 基板ガイド部
104 配管
105 ガス放出部
106 凹部
107 凹部開口部
108 溝部
109 シール部
200 第2の処理ドラム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming apparatus 2 Flexible substrate 3 Unwinding roll 4 Unwinding roll 5 (1st) Unwinding side guide roller 6 (1st) Winding side guide roller 7 Plasma apparatus 8 Chamber 9 2nd unwinding side guide Roller 10 Second winding-side guide roller 11 Third winding-side guide roller 12 Third winding-side guide roller 100 (First) processing drum 101 Rotating drum section 102 Rotating shaft section 103 Substrate guide section 104 Piping 105 Gas discharge part 106 Concave part 107 Concave opening part 108 Groove part 109 Seal part 200 Second processing drum

Claims (10)

被成膜基板を処理ドラムに所定角巻き付けた状態で、基板搬送部によりこの被成膜基板を連続的または断続的に搬送しながら、成膜源により前記被成膜基板の表面に成膜する成膜装置において、
前記処理ドラムは、前記成膜源が少なくとも1つ設けられ、回転駆動部により回転駆動される回転ドラムを備え、
前記回転駆動部により、前記基板搬送部による前記被成膜基板の搬送速度とは異なる速度で前記回転ドラムを回転させながら、前記被成膜基板の前記処理ドラム側の面に前記成膜源により成膜する
ことを特徴とする成膜装置。
A film forming source is used to form a film on the surface of the film forming substrate while the film forming substrate is continuously or intermittently transferred by the substrate transfer unit while the film forming substrate is wound around the processing drum by a predetermined angle. In the film forming apparatus,
The processing drum includes a rotating drum provided with at least one film forming source and driven to rotate by a rotation driving unit,
While the rotary drum is rotated by the rotation driving unit at a speed different from the conveyance speed of the deposition target substrate by the substrate conveyance unit, the deposition source is applied to the surface on the processing drum side of the deposition target substrate. A film forming apparatus for forming a film.
前記成膜源は原子層堆積法による成膜源であり、ALDによって成膜が成される
ことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
The film formation apparatus according to claim 1, wherein the film formation source is a film formation source by an atomic layer deposition method, and film formation is performed by ALD.
前記成膜源は複数のガス放出部とガス排気部とを備える
ことを特徴とする請求項2記載の成膜装置における成膜処理ドラム。
The film formation processing drum in the film formation apparatus according to claim 2, wherein the film formation source includes a plurality of gas discharge units and a gas exhaust unit.
前記成膜源は少なくも3つの前記ガス放出部を備え、
3つの前記ガス放出部から第1の前駆体、第2の前駆体、パージガスをそれぞれ放出するようにした
ことを特徴とする請求項3記載の成膜装置における成膜処理ドラム。
The film forming source includes at least three gas discharge portions,
4. The film forming process drum in the film forming apparatus according to claim 3, wherein the first precursor, the second precursor, and the purge gas are discharged from the three gas discharge portions, respectively.
前記被成膜基板が、フレキシブル基板である
ことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the deposition target substrate is a flexible substrate.
前記被成膜基板の搬送速度に対して該回転ドラムの外周部の移動速度が相対的に速い
ことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
The film forming apparatus according to claim 1, wherein a moving speed of an outer peripheral portion of the rotary drum is relatively high with respect to a transport speed of the deposition target substrate.
基板の搬送経路にプラズマを発生または照射する機構を有する
ことを特徴とする請求項2記載の成膜装置。
3. The film forming apparatus according to claim 2, further comprising a mechanism for generating or irradiating plasma on a substrate transfer path.
前記被成膜基板の巻き出し及び/または巻き取りの機構を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
The film forming apparatus according to claim 1, further comprising a mechanism for unwinding and / or winding the deposition target substrate.
前記回転ドラムが複数備けられる
ことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
The film forming apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the rotating drums are provided.
該回転ドラムの外周を、円周方向360°のうちの90%以上の範囲に渡って基板が覆う
ことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the substrate covers the outer periphery of the rotating drum over a range of 90% or more of 360 ° in the circumferential direction.
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