JP2017057453A - Thin film formation method and thin film deposition system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空間分割型の原子層堆積法を用いた成膜方法及び成膜装置に関する。特に薄いフィルム基材上にロールツーロールで薄膜を形成する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus using a space division type atomic layer deposition method. In particular, the present invention relates to a method and apparatus for forming a thin film roll-to-roll on a thin film substrate.
薄膜を形成する方法の一つとして、原子層堆積法が提案されている。ALD(ALD:Atomic Layer Deposition)法とも呼ばれる原子層堆積法は、基板表面に吸着した物質を化学変化させることで、原子レベルで1層ずつ成膜していく方法である。前駆体(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とを交互に用い、基板表面における吸着と当該吸着に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。反応性ガスもALD法では前駆体と呼ばれることがある。 As one of methods for forming a thin film, an atomic layer deposition method has been proposed. An atomic layer deposition method, also called an ALD (ALD: Atomic Layer Deposition) method, is a method in which a layer is formed one layer at an atomic level by chemically changing a substance adsorbed on a substrate surface. Gases rich in activity called precursors (also referred to as precursors) and reactive gases are alternately used, and thin films are grown layer by layer at the atomic level by adsorption on the substrate surface and chemical reaction following the adsorption. The reactive gas is sometimes called a precursor in the ALD method.
ALD法では、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。 The ALD method is characterized by few film formation defects, and is expected to be applied in various fields.
このALD法において、一つの成膜室内で前駆体の供給と排気を繰り返す時間分割型と呼ばれる成膜装置及び成膜方法が提案されている。時間分割型の成膜装置及び成膜方法では、1サイクル内で前駆体ガスの供給、停止、排気と、反応性ガスの供給、停止、排気と、場合によってはパージガスの供給、停止、排気とを繰り返し1層ずつ原子レベルの薄膜を成長させていくことから、成膜速度が遅いという問題がある。 In this ALD method, a film forming apparatus and a film forming method called a time division type in which the supply and exhaust of the precursor are repeated in one film forming chamber have been proposed. In the time-division type film forming apparatus and film forming method, precursor gas supply, stop, exhaust, and reactive gas supply, stop, exhaust, and sometimes purge gas supply, stop, exhaust in one cycle Since the thin film at the atomic level is grown one layer at a time, there is a problem that the film forming speed is slow.
成膜室を幾つかのゾーン(領域)に分割しそれぞれのゾーンには単一の前駆体またはパージガスを供給して、各ゾーン間で基板を行き来させるタイプの空間分割型もまた提案されている(例えば特許文献1及び2)。この空間分割型のALD法により成膜速度は大きく改善される。
A space division type in which the deposition chamber is divided into several zones (regions) and a single precursor or purge gas is supplied to each zone to move the substrate back and forth between the zones is also proposed. (For example,
空間分割型のALD法では、一例として、成膜室の内部においてフレキシブル基材を所定の搬送路に沿って搬送し、各ゾーン間を行き来させることが行われる。 In the space division type ALD method, as an example, a flexible substrate is transported along a predetermined transport path in a film forming chamber, and is moved back and forth between zones.
しかし上記のような空間分割型でフレキシブル基材上に成膜をしようとすると、基材のフィルムが薄い場合には搬送中に基材が折れたり基材に皺が発生したりして、基材の搬送が困難になる。これは基材が薄くなると基材の剛性が低下するためであり、基材幅が大きな基材では特に取り扱いが困難になる。 However, when trying to form a film on a flexible substrate with the space division type as described above, if the film of the substrate is thin, the substrate may break during transportation or wrinkles may occur on the substrate. Material transport becomes difficult. This is because the rigidity of the base material decreases as the base material becomes thin, and handling becomes particularly difficult with a base material having a large base material width.
本発明はかかる課題の解決のために成されたものであり、薄いフレキシブル基材の搬送中に折れや皺が発生することを抑制しつつ、フレキシブル基材上に薄膜を形成できる薄膜形成法及び薄膜形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and a thin film forming method capable of forming a thin film on a flexible substrate while suppressing the occurrence of folding and wrinkles during conveyance of the thin flexible substrate, and An object is to provide a thin film forming apparatus.
より具体的には、本発明に係る薄膜形成方法は、前駆体を導入及び/または排気する機構を有する一つまたは複数の第一のゾーンと、それ以外の一つまたは複数の第二のゾーンとを成膜室に設け、フィルム基材に第一のゾーン及び第二のゾーンを通過させて原子層堆積法によってフィルム基材上に薄膜を形成するものであって、成膜室を具備する真空容器内でフィルム基材をキャリアフィルムに貼り合わせる工程と、フィルム基材を貼り合わせたキャリアフィルムを搬送しながらフィルム基材上に薄膜を形成する工程と、薄膜形成後にフィルム基材からキャリアフィルムを剥離する工程と、を含み、フィルム基材から剥離したキャリアフィルムは真空容器内で一連の成膜の最中に再使用されることを特徴とする。 More specifically, the thin film forming method according to the present invention includes one or more first zones having a mechanism for introducing and / or exhausting a precursor and one or more second zones other than that. And forming a thin film on the film base material by an atomic layer deposition method by passing the first zone and the second zone through the film base material. A process of bonding a film substrate to a carrier film in a vacuum vessel, a process of forming a thin film on the film substrate while conveying the carrier film bonded to the film substrate, and a carrier film from the film substrate after forming the thin film The carrier film peeled from the film substrate is reused during a series of film formation in a vacuum container.
また、本発明に係る薄膜形成装置は、前駆体を導入または/及び排気する機構を有する一つまたは複数の第一のゾーンと、それ以外の一つまたは複数の第二のゾーンとを成膜室に設け、フィルム基材に第一のゾーン及び第二のゾーンを通過させて原子層堆積法によってフィルム基材上に薄膜を形成するものであって、成膜室を具備する真空容器内でフィルム基材の一部をキャリアフィルムの一部に貼り合わせる機構と、フィルム基材を貼り合わせたキャリアフィルムを搬送しながらフィルム基材上に薄膜を形成する機構と、薄膜形成後にフィルム基材からキャリアフィルムを剥離する機構と、フィルム基材を剥離したキャリアフィルムを真空容器内でループさせて再度フィルム基材の別の部位に貼り合わせる機構と、を含むことを特徴とする。 In addition, the thin film forming apparatus according to the present invention forms one or more first zones having a mechanism for introducing or / and exhausting a precursor, and one or more second zones other than that. A thin film is formed on the film substrate by an atomic layer deposition method by passing the first zone and the second zone through the film substrate, and in a vacuum vessel equipped with a film formation chamber A mechanism for bonding a part of the film substrate to a part of the carrier film, a mechanism for forming a thin film on the film substrate while transporting the carrier film bonded to the film substrate, and a film substrate after forming the thin film. A mechanism for peeling the carrier film, and a mechanism for looping the carrier film from which the film base material has been peeled off in a vacuum container and attaching the film again to another part of the film base material.
本発明によれば、薄いフレキシブル基材の搬送中に折れや皺が発生することを抑制しつつ、フレキシブル基材上に薄膜を形成できる薄膜形成法及び薄膜形成装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thin film formation method and thin film formation apparatus which can form a thin film on a flexible base material can be provided, suppressing that a folding | folding and a wrinkle generate | occur | produce during conveyance of a thin flexible base material.
[実施形態]
以下、本発明の実施形態(以下第1実施形態)にかかる成膜装置及び成膜方法について、図1乃至図3を参照して説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, a film forming apparatus and a film forming method according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as a first embodiment) will be described with reference to FIGS.
図1及び図2は、第1実施形態に係る成膜装置1の成膜室100を示す概略断面図であり、成膜室100内部の正面視の構成を示す。図1は、フレキシブル基材205を、キャリアフィルム301を用いて搬送している状態を示し、図2は、フレキシブル基材205を供給していない状態を示す。図3は図1中の切断線I−I’に沿う概略断面図であり、成膜室100内の側面視の構成を示す。
1 and 2 are schematic cross-sectional views showing the
各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。 In each figure, the structure is appropriately enlarged, reduced, or omitted for explanation.
図1乃至図3に示す成膜装置1は、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition)を用いて、基材上に薄膜を形成する空間分割型のALD成膜装置1である。図1乃至図3では成膜室100のみを図示しており、通常成膜装置として必要な基材を巻き出したり巻き取ったりする機構はここでは省略している。また真空ポンプやローラーの駆動装置など、実施の当事者であれば実施に際して必要であると容易に想定できる機構も省略しており、本発明を説明及び実施するに当たって必要な情報のみを簡潔に図示している。成膜装置1は、成膜室100の内部が複数に分割され、それぞれのゾーンZ1〜Z3のいずれかまたは複数に前駆体たはパージガスを供給して、各ゾーンZ1〜Z3間で基材を往来させるタイプの空間分割型ALD成膜装置である。
A
本実施形態では、基材として、一定の幅(Y方向寸法)W1及び厚みt1を有するフレキシブル基材205を用いる。基材の材料は、特に限定されないが、例えばプラスチックフィルム、プラスチックシート、金属箔、金属シート、紙、不織布等の可撓性の材料から選択される。基材の厚みは、特に限定されないが、1μm以上1000μm以下の厚みを有する基材が用いられる。後述するキャリアフィルム301と貼り合わせて搬送するため、後述する貼り合わせる段階と剥離する段階で破れや変形などが生じない程度の剛性が要求される。
In the present embodiment, a
被成膜基材となるフレキシブル基材205は、その幅に対して厚みが小さい可撓性を有するシートであり、成膜室100の一端側に設けられた供給室(図示無し)から供給され、成膜室100の他端側に設けられた回収室(図示無し)に向かって、分割された複数のゾーンZ1からZ3間を複数回往復する走行経路Pに沿って移動する。搬送の方式としては、ロール状に巻回されたシート状のフレキシブル基材205を、供給ロール(図示無し)から巻き出し、搬送しながら成膜を行い、別の回収ロール(図示無し)に巻き取る、いわゆるロールツーロール方式を用いる。
The
図1及び図2に示すように、成膜装置1は、その内部に複数のゾーンZ1、Z2、Z3を有する成膜室100と、所定の走行経路Pに沿ってフレキシブル基材205を搬送する搬送ガイドローラー201、202と、各部の動作を制御する制御部(図示無し)と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
成膜室100は、それぞれ矩形状に形成された上下壁、側壁を備え、これらの壁で囲まれた直方体状の内部空間を形成している。
The
成膜室100内には、Z方向において2か所に、XY面に沿う面を成す隔壁211、212がそれぞれ設けられている。隔壁211は第1ゾーンZ1と第2ゾーンZ2とを区画し、隔壁212は第2ゾーンZ2と第3ゾーンZ3とを区画する。この隔壁211、212によって、成膜室100内がZ方向に3分割されている。
In the
成膜室100は、第1前駆体ガスが導入される第1真空気室を形成する第1ゾーンZ1と、反応性ガスが導入される第3真空気室を形成する第3ゾーンZ3と、第1ゾーンZ1と第3ゾーンZ3との間に介在するとともにパージガスが導入される第2真空気室を形成する第2ゾーンZ2と、に区画される。
The
第1ゾーンZ1に導入される第1前駆体は、目的の堆積材料にあわせて適宜選択される。例えばフレキシブル基材205に堆積される材料(目的の堆積材料)が酸化アルミニウムの場合は、トリメチルアルミニウムやジメチルアルミニウムイソプロポキシド(DMAI)や三塩化アルミニウムなどが使用される。使用する前駆体の種類や要求する薄膜の品質などによっては成膜室を適宜加熱してもよい。加熱機構は図示していないが、成膜室全体または各ゾーンを個別に加熱/温度制御する機構を備えることができる。 The first precursor introduced into the first zone Z1 is appropriately selected according to the target deposition material. For example, when the material deposited on the flexible substrate 205 (target deposition material) is aluminum oxide, trimethylaluminum, dimethylaluminum isopropoxide (DAMI), aluminum trichloride, or the like is used. Depending on the type of precursor used and the required quality of the thin film, the film formation chamber may be appropriately heated. Although a heating mechanism is not shown, a mechanism for heating / temperature control of the entire film forming chamber or each zone can be provided.
第3ゾーンZ3に導入される反応性ガスは、目的の堆積材料にあわせて適宜選択される。例えば、目的の堆積材料が酸化アルミニウムの場合は、水、オゾン、過酸化水素、酸素、二酸化炭素、などが使用される。本実施形態ではこれらガスは第3ゾーンZ3に設置されるプラズマ電極203によって励起されるプラズマによって活性化され、先だって第1ゾーンZ1においてフレキシブル基材205に吸着した前駆体層と反応して、目的の堆積材料がフレキシブル基材205上に1原子層形成される。プラズマ励起の手段の一つとしてDC電源を用いたDCグロー放電があるが、これ以外にもパルス化したDC電源や中波(MF)の電源を用いることもできるほか、各電極間で同期を取ることによって高周波(RF)電源を用いることもできる。ここでは活性化の方法としてプラズマによる方法を示したが、前駆体ガスとの組み合わせによって熱反応を用いる場合は別途第3のゾーンZ3に加熱機構を設けるなどして第3のゾーンZ3を特に加熱するなどしてもよい。反応性の高い反応性ガスを用いる場合は第3のゾーンZ3を加熱しないこともある。
The reactive gas introduced into the third zone Z3 is appropriately selected according to the target deposition material. For example, when the target deposition material is aluminum oxide, water, ozone, hydrogen peroxide, oxygen, carbon dioxide, or the like is used. In this embodiment, these gases are activated by the plasma excited by the
第2ゾーンZ2に導入されるパージガスとして、不活性ガスを用いる。不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、窒素、二酸化炭素等から適宜選択されたガスが用いられる。前述の前駆体や反応性ガスに対して不活性であればよいので、必ずしもここで挙げたガスにとらわれる必要は無い。ここでいう不活性とは、常温、または、活性化など特殊な条件を用いない状態では、単に混合しただけでは反応しない事を意味する。 An inert gas is used as the purge gas introduced into the second zone Z2. As the inert gas, a gas appropriately selected from helium, argon, nitrogen, carbon dioxide and the like is used. Since it is only necessary to be inert with respect to the above-described precursor and reactive gas, it is not always necessary to be caught by the gases mentioned here. The term “inert” as used herein means that at a normal temperature or in a state where no special conditions such as activation are used, it does not react by simply mixing.
本実施形態では、前述の前駆体を導入または/及び排気する機構を有する一つまたは複数の第一のゾーンは第1ゾーンZ1及び第3ゾーンZ3に対応し、それ以外の第二のゾーンは第2ゾーンZ2に対応する。 In the present embodiment, one or more first zones having a mechanism for introducing or / and exhausting the precursor described above correspond to the first zone Z1 and the third zone Z3, and the other second zones are This corresponds to the second zone Z2.
隔壁211、212には、フレキシブル基材205が通過するためのスリット状の通過口211a、212aが複数形成されている。通過口211a、212aは隔壁211、212をZ方向に貫通する。本実施形態では、フレキシブル基材205の走行経路Pは5往復半分であり、隔壁211、212には、この走行経路Pに対応して10個の通過口211a,212aがそれぞれ形成されている。
The
走行経路Pは、第1ゾーンZ1と第3ゾーンZ3においてそれぞれ折り返される湾曲経路と、第1ゾーンZ1の湾曲経路と第3ゾーンZ3の湾曲経路との間を接続するとともにZ方向に沿う直線経路とを、それぞれX方向に複数並列して備え、ジグザグ形状を成している。走行経路Pは第1ゾーンZ1と第3ゾーンZ3の間を複数回往復することで、第1ゾーンZ1、第2ゾーンZ2、第3ゾーンZ3、を順に通過した後再び第2ゾーンZ2に戻る1サイクルを、複数回繰り返す。 The travel path P is a straight path along the Z direction that connects between the curved path folded in the first zone Z1 and the third zone Z3, and the curved path of the first zone Z1 and the curved path of the third zone Z3. Are arranged in parallel in the X direction, forming a zigzag shape. The travel route P reciprocates a plurality of times between the first zone Z1 and the third zone Z3, and then passes through the first zone Z1, the second zone Z2, and the third zone Z3 in order, and then returns to the second zone Z2. One cycle is repeated several times.
前駆体ガスは第1ゾーンZ1の導入口(図示無し)から導入され、第1ゾーンZ1の排気口220(図3参照)から排気される。導入口及び排気口はゾーン内に複数あってもよい。 The precursor gas is introduced from the introduction port (not shown) of the first zone Z1, and is exhausted from the exhaust port 220 (see FIG. 3) of the first zone Z1. There may be a plurality of introduction ports and exhaust ports in the zone.
第2ゾーンZ2には不活性ガスが導入口(図示無し)から導入される。導入口はゾーン内に複数あってもよい。 Inert gas is introduced into the second zone Z2 from an inlet (not shown). There may be a plurality of inlets in the zone.
第3ゾーンZ3には反応性ガスが導入口(図示無し)から導入され、第3ゾーンZ3の排気口221(図3参照)から排気される。導入口及び排気口はゾーン内に複数あってもよい。 Reactive gas is introduced into the third zone Z3 from an inlet (not shown) and exhausted from the exhaust port 221 (see FIG. 3) of the third zone Z3. There may be a plurality of introduction ports and exhaust ports in the zone.
なお、第1ゾーンZ1及び第3ゾーンZ3に導入された前駆体ガスまたは反応性ガスは、それぞれ排気口(図3参照)を通じ真空ポンプによって排気される。第2ゾーンZ2内の圧力は、第1ゾーンZ1及び第3ゾーンZ3の圧力より高く保たれている。このため、第1ゾーンZ1及び第3ゾーンZ3にそれぞれ導入される第1前駆体ガス及び反応性ガスは、第2ゾーンZ2に拡散しにくい条件下に維持されている。 The precursor gas or reactive gas introduced into the first zone Z1 and the third zone Z3 is exhausted by a vacuum pump through an exhaust port (see FIG. 3). The pressure in the second zone Z2 is kept higher than the pressure in the first zone Z1 and the third zone Z3. For this reason, the first precursor gas and the reactive gas introduced into the first zone Z1 and the third zone Z3, respectively, are maintained under conditions that are difficult to diffuse into the second zone Z2.
第1ガイドローラー201及び第2ガイドローラー202は、円柱状または円筒状であって、Y方向に沿う回転軸を有している。第1ガイドローラー201及び第2ガイドローラー202は、成膜室100内のZ方向両端部分において、それぞれX方向に複数並列に配置されている。本実施形態では、第1ガイドローラー201及び第2ガイドローラー202はそれぞれ5つずつX方向に並べて設けられている。第1ガイドローラー201及び第2ガイドローラー202の回転軸はその端部が成膜室100の側壁に回転可能に支持されている。
The
X方向において、隣接する第1ガイドローラー201の中間位置にそれぞれ対向する位置に、第2ガイドローラー202が配置されている。すなわち、X方向に関して、第1ガイドローラー201と第2ガイドローラー202は交互に位置している。第1ガイドローラー201及び第2ガイドローラー202には、フレキシブル基材205の例えば幅方向の両端部をクリップで挟持するクリップ式挟持機構などがそれぞれ設けられている。
In the X direction, the
Z方向における両端で、第1ガイドローラー201と第2ガイドローラー202の外周面に交互にフレキシブル基材205が転回されることで、フレキシブル基材205の進行方向が変換され、すなわちフレキシブル基材205が湾曲して折り返される。従って、X方向において隣り合う走行経路P同士の進行方向は逆方向となる。フレキシブル基材205は、成膜室100内において、第1ガイドローラー201の外周面と第2ガイドローラー202の外周面とにより交互に折り返され、ジグザグの走行経路Pに沿って案内され、第1ゾーンZ1及び第3ゾーンZ3をそれぞれ複数回通過するように往復しながら搬送される。
By rotating the
フレキシブル基材205が第1ゾーンZ1及び第3ゾーンZ3を通過する回数、すなわち往復数は、所望の膜厚を得るために必要な原子層をフレキシブル基材205の表面に堆積することができるサイクル数と同数に設計されている。
The number of times the
キャリアフィルム301は、薄くて搬送が困難なフレキシブル基材205を補強する目的で設置するものであるから、搬送に際して充分な剛性を有している必要がある。従ってある程度の厚みが要求され、概ね50μm以上の厚みのものが用いられるが、100μm以上あるとトラブル無く搬送が可能になる。成膜の段階で膜質に影響を及ぼさない限り、キャリアフィルム301の材質は問わない。従って特に限定されないが、例えばプラスチックフィルム、プラスチックシート、金属箔、金属シート、紙、不織布等の可撓性の材料から選択される。激しい脱ガスを発生させないもの、前駆体曝露で劣化しないもの、プラズマ曝露で変質しないもの、などが好適である。
Since the
キャリアフィルム301の面のうち一方の面は一連の工程の中でフレキシブル基材205と接することになる。キャリアフィルム301の面のうちフレキシブル基材205と接する面は、粘着性を有することが望ましい。これによりフレキシブル基材205をしっかり保持し搬送を容易にすることができる。粘着性は、フレキシブル基材205を保持するのに充分であって且つ分離する際は容易に分離できる程度の粘着性が好ましい。
One of the surfaces of the
キャリアフィルム301はフレキシブル基材205の搬送経路Pに沿って設置される。その起点と終点とが接続され、成膜室内で循環(ループ)する構造をとる。すなわち、キャリアフィルム301はバンドとなる。
The
張力制御ローラー305は円柱状または円筒状であって、Y方向に沿う回転軸を有している。張力制御ローラー305はキャリアフィルム301のバンドに張力を掛けてバンドを張るための機構の一部であり、別途図示しないコントローラーで張力制御ローラー305の軸の位置または該ローラーの径が制御される。ローラーの径を制御する方法としては、ローラー内部からの構造物の突出などが一例として挙げられる。
The
図示しない供給ロールから巻き出されたフレキシブル基材205は第1ガイドローラー201のうちの最初の一つでキャリアフィルム301と出会い、互いに貼り合わせられる。この時、ここでは図示していないが、ニップローラーを使用して両フィルムを挟み込む様にして貼り合わせてもよい。
The
気体の噛み込みを防ぐため、貼り合わせは真空下で行われる。真空とは、気体の圧力が大気圧よりも低い状態と定義される。 In order to prevent gas from being caught, bonding is performed under vacuum. A vacuum is defined as a state in which the gas pressure is lower than atmospheric pressure.
本実施形態では第1ゾーンZ1で貼り合わせを実施しているが、別途貼り合わせ専用のゾーンを設けて貼り合わせを実施してもよい。その場合、差動排気などを設けて当該のゾーンのガス圧を更に低く設定すると好適である。 In the present embodiment, the bonding is performed in the first zone Z1, but the bonding may be performed by providing a separate zone dedicated for the bonding. In that case, it is preferable to provide a differential exhaust or the like and set the gas pressure in the zone to be lower.
フレキシブル基材205とキャリアフィルム301とは貼り合わされたまま搬送され、薄膜形成が成されたのち、本例では両者は第2ガイドローラー202のうちの最後のローラーの所でフレキシブル基材205とキャリアフィルム301とへ分離(剥離)される。分離したフレキシブル基材205は成膜室を出て図示しない回収ロールへ巻き取られる。一方、同時に分離されたキャリアフィルム301はキャリアフィルム301専用の複数のガイドローラー306で転回されて最終的に再び第1ガイドローラー201のうちの最初の一つへ戻り、以後この工程が繰り返される。すなわち、一旦貼り合わされて搬送されたキャリアフィルムは成膜室内でループして再利用される。
After the
ガイドローラー306は円柱状または円筒状であって、Y方向に沿う回転軸を有している。
The
ガイドローラー306には必要に応じて動力源を接続するなどして駆動を掛けることもできる。駆動を掛けることによって、キャリアフィルム301の走行が安定化され、搬送時にキャリアフィルム301を引っ張る力を低減することができる。これにより搬送中のフレキシブル基材205の張力制御を行い易くなり、フレキシブル基材205に折れや皺が入ることを低減することができる。駆動はキャリアフィルム専用のガイドローラー306だけでなく第1のガイドローラー201や第2のガイドローラー202に付加的にまたは排他的に掛けてもよい。
The
成膜は、一例として次のように行われる。 Film formation is performed as follows as an example.
成膜室100にはキャリアフィルム301が図2に示した様に成膜室100内でループする様に張られ、張力制御ローラー305によって適切な張り具合に調整される。その後フレキシブル基材205を図1の様に設置し、真空引きを行う。この時成膜室に存在する部分のフレキシブル基材205はリード部となり製品には向かない。
A
必要に応じて成膜室全体または各ゾーンを所望の温度に加熱する。温度は、用いる前駆体の種類と成膜室の形状や構造及び/または材質などによって左右されるため、規定することは妥当ではなく、それぞれの実施状況にしたがって適宜適切な温度が使用される。 If necessary, the entire film formation chamber or each zone is heated to a desired temperature. Since the temperature depends on the type of precursor used and the shape, structure, and / or material of the film forming chamber, it is not appropriate to define the temperature, and an appropriate temperature is appropriately used according to each implementation situation.
第1ゾーンZ1に所望の前駆体を供給し、第3ゾーンZ3に所望の反応性ガスを供給する。第2ゾーンZ2には不活性ガスを供給する。この時、第1ゾーンZ1及び第3ゾーンZ3に設置された排気口(図3参照)の開口度をそれぞれ調整するとともに第2ゾーンZ2に供給する不活性ガスの流量を調整して、第2ゾーンZ2のガス圧または供給流量が第1ゾーンZ1及び第3ゾーンZ3よりも高い状態をつくる。 A desired precursor is supplied to the first zone Z1, and a desired reactive gas is supplied to the third zone Z3. An inert gas is supplied to the second zone Z2. At this time, the degree of opening of exhaust ports (see FIG. 3) installed in the first zone Z1 and the third zone Z3 is adjusted respectively, and the flow rate of the inert gas supplied to the second zone Z2 is adjusted, so that the second The state where the gas pressure or the supply flow rate of the zone Z2 is higher than that of the first zone Z1 and the third zone Z3 is created.
次いで第3ゾーンZ3に設置したプラズマ電極203に電力を供給し放電を開始する。
Next, electric power is supplied to the
図示していない供給ロール、回収ロール、及び複数のガイドローラー201、202、306、及び張力制御ローラー305を回転動作させる。これにより、図示しない供給ロールからフレキシブル基材205が巻き出され、図示しない回収ロールへフレキシブル基材205が巻き取られる。
A supply roll, a collection roll, a plurality of
この時、フレキシブル基材205は、成膜室100の一端側に設けられた供給室からフレキシブル基材205を供給する成膜室100の他端側に設けられた回収室に向かって、分割された複数のゾーンZ1、Z2、Z3間を複数回往復するジグザグ状の走行経路Pに沿って、厚み方向に撓み変形させながら移動する。
At this time, the
フレキシブル基材205の搬送方向における一部分に着目すると、フレキシブル基材205は、供給ロールから巻出され、まず、第1ゾーンZ1に搬送される。
When attention is paid to a part of the
この時、フレキシブル基材205はガイドローラー201でキャリアフィルム301と出会い、互いに貼り合わされてフレキシブル基材205にキャリアフィルム301が貼り合わせられた状態の基材302となる(以降、基材302と呼称する)。なおこの時、第1前駆体が第1ゾーンZ1に導入されているので、基材302が第1ゾーンZ1を通過する際に、第1前駆体が基材302の両面に吸着する。
At this time, the
なお、第1ゾーンZ1における基材302の搬送速度は、第1ゾーンZ1を基材302が通過する時間が飽和吸着時間より長くなるように、飽和吸着時間と通過距離とから算出される。
In addition, the conveyance speed of the
続いて基材302は隔壁211に設けられた通過口211aを通って第2ゾーンZ2に搬送される。そして、走行経路Pに沿って第2ゾーンZ2を通過する間に、基材302に吸着した余剰の第1前駆体は気化し、パージされる。第2ゾーンZ2における基材302の搬送速度は、充分なパージ時間が得られるように、通過距離から算出される。
Subsequently, the
その後、基材302は、第2ゾーンZ2と第3ゾーンZ3との間に配置された仕切りの隔壁212に設けた通過口212aを介して、第3ゾーンZ3に搬送される。
Then, the
第3ゾーンZ3には、反応性ガスが導入されており、且つ電力印加されたプラズマ電極203によってプラズマが励起されているため、基材302が第3ゾーンZ3を通過する間に、基材302の両面に吸着した第1前駆体吸着物のうちプラズマ電極側の面に、第1前駆体吸着物が反応性ガスと反応し目的の薄膜が形成される。
The reactive gas is introduced into the third zone Z3, and the plasma is excited by the
第3ゾーンZ3で第1前駆体吸着物と反応性ガスが反応した後、基材302は、第3ゾーンZ3と第2ゾーンZ2との間に配置された仕切りの隔壁212に設けた別の通過口212aを介して、再度、第2ゾーンZ2に搬送される。
After the first precursor adsorbate and the reactive gas react in the third zone Z3, the
第3ゾーンZ3における基材302の搬送速度は、第3ゾーンZ3を基材302が通過する時間が反応時間より長くなるように、反応時間と通過距離とから算出される。
The conveyance speed of the
その後、基材302は、第2ゾーンZ2と第1ゾーンZ1との間に配置された仕切りの隔壁211に設けた通過口211aを介して、再度第1ゾーンZ1に搬送される。
Thereafter, the
以上の工程が、原子層堆積の1サイクルであり、この1サイクルの工程によって1つの原子層が基材302上の特にフレキシブル基材205側に堆積される。この1サイクルを複数回繰り返すことにより、基材302のフレキシブル基材205側の表面に所望の膜厚の原子層堆積膜を形成することができる。
The above process is one cycle of atomic layer deposition, and one atomic layer is deposited on the
なお、上記1サイクルを複数回繰り返す際、基材302の搬送速度は、前述の第1ゾーンZ1、第2ゾーンZ2、及び第3ゾーンZ3において基材302を曝すために必要な時間と、基材302が各ゾーンを通過する通過距離とから算出した搬送速度の中から一番低い速度に設定される。
Note that when the above-described one cycle is repeated a plurality of times, the conveyance speed of the
所望の膜厚の原子層堆積膜が形成された後、基材302は、第3ゾーンZ3に設置された複数のガイドローラー202のうちの一つにおいて、フレキシブル基材205とキャリアフィルム301とに分離され、その後分離されたフレキシブル基材205は成膜室100を出て回収ロール(図示無し)により巻き取られる。同様に分離されたキャリアフィルム301はキャリアフィルム専用のガイドローラー306によって転回され、仕切りの隔壁に設けた通過口212a、211aを通って第1ゾーンZ1へ入り、ガイドローラー201のうちの最初の一つで再びフレキシブル基材205の別の部分と出会って貼り合わされることによりループして再利用される。
After the atomic layer deposition film having a desired film thickness is formed, the
本実施形態にかかる成膜装置1及び成膜方法によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、キャリアフィルム301をフレキシブル基材205に貼り合わせて搬送することにより、フレキシブル基材205が薄い基材であっても折れや皺の発生を抑制し無理なく搬送が可能になると同時に、キャリアフィルム301をバンド状にして成膜室内で循環させて再利用することによりキャリアフィルム301の使用量を削減することができる。
According to the
また、キャリアフィルム301の一方の面に適度な粘着性を持たせることで、フレキシブル基材205への貼り合わせが容易になる。また、貼り合わせを真空下で行う事により気体の噛み込みを低減する事ができる。また、キャリアフィルム301を100μm以上の厚みとすることで貼り合わせ及び搬送を容易に実施できる。
In addition, by giving appropriate adhesiveness to one surface of the
また、使用時にキャリアフィルム301の一部が接するガイドローラーを駆動することで、キャリアフィルム301の走行が安定化され、搬送時にキャリアフィルム301を引っ張る力を低減することができる。これにより搬送中のフレキシブル基材205の張力制御を行い易くなり、フレキシブル基材205に折れや皺が入ることを低減することができる。
In addition, by driving a guide roller with which a part of the
また、張力制御ローラー305によりループ構造(バンド状)のキャリアフィルム305に張力を掛けることで、フレキシブル基材205との貼り合わせ及びフレキシブル基材205からの剥離を容易に行うことができ、且つキャリアフィルム301の空回りを防止することができる。
Further, by applying tension to the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。また、各部の具体的構成や材質等は上記実施形態に例示したものに限られるものではなく適宜変更可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. In addition, the specific configuration, material, and the like of each unit are not limited to those illustrated in the above embodiment, and can be changed as appropriate.
例えば、図4に示す別のALD成膜装置2は、パージガスを供給する第0ゾーンZ0を新たに設け、ガイドローラー201のうちの一つを第0ゾーンZ0へ配置したものである。これにより成膜装置の使用中であっても貼り合わせ前にフレキシブル基材205が前駆体に触れることがないため、キャリアフィルム301に持たせた粘着性をさらに永く維持することができる。
For example, in another ALD film forming apparatus 2 shown in FIG. 4, a 0th zone Z0 for supplying a purge gas is newly provided, and one of the
また、図5に示す別のALD成膜装置3は、成膜室100の第2ゾーンZ2に新たにガイドローラー307を設け、フレキシブル基材205を成膜室100の第2ゾーンZ2へ導入してガイドローラー307で転回すると同時にキャリアフィルム301とフレキシブル基材205とを貼り合わせるものである。これにより、本実施形態ではキャリアフィルム301も成膜装置3の使用中においてフレキシブル基材205との貼り合わせ前に前駆体に触れることがないため、キャリアフィルム301に持たせた粘着性をさらにより永く維持することができる。
In another ALD
本発明はALD法により基材を搬送しながら基材上に高品質薄膜を作製する工程において、薄いフレキシブル基材にも薄膜を形成できると同時に消耗品である支持(キャリア)フィルムの使用量を削減する事ができ、生産コスト低減に貢献する。 In the process of producing a high-quality thin film on a substrate while the substrate is conveyed by the ALD method, the present invention can form a thin film on a thin flexible substrate and at the same time reduce the amount of support (carrier) film used as a consumable This can be reduced and contributes to the reduction of production costs.
本発明に係る原子層堆積法を用いた成膜方法及び成膜装置によって製造された薄膜付きフィルムは、使用する材料や構成によって異なるが、ガスバリアフィルム、断熱フィルム、電磁波遮蔽フィルム、絶縁フィルム、誘電フィルム、導電性フィルムなどに適用できる。 The film with a thin film manufactured by the film forming method and film forming apparatus using the atomic layer deposition method according to the present invention varies depending on the material and configuration used, but the gas barrier film, heat insulating film, electromagnetic wave shielding film, insulating film, dielectric It can be applied to films, conductive films and the like.
1…ALD成膜装置(成膜装置)、
2…ALD成膜装置(成膜装置)、
3…ALD成膜装置(成膜装置)、
100…成膜室、
201、202…ガイドローラー(ガイド部)、
203…プラズマ電極、
205…フレキシブル基材(被成膜基材)、
211、212…隔壁
211a、212a…通過口、
220、221…排気口、
301…キャリアフィルム、
302…フレキシブル基材にキャリアフィルムが貼り合わせられた状態の基材、
305…張力制御ローラー、
306…キャリアフィルム専用のガイドローラー、
307…ガイドローラー、
Z0、Z1、Z2、Z3…ゾーン、
P…走行経路。
1 ... ALD film forming apparatus (film forming apparatus),
2 ... ALD film forming device (film forming device),
3 ... ALD film forming device (film forming device),
100 ... deposition chamber,
201, 202 ... guide rollers (guide portions),
203 ... Plasma electrode,
205: Flexible base material (film formation base material),
211, 212 ...
220, 221 ... exhaust port,
301 ... carrier film,
302: a substrate in a state where a carrier film is bonded to a flexible substrate;
305 ... tension control roller,
306 ... Guide roller for carrier film
307 ... Guide roller,
Z0, Z1, Z2, Z3 ... zone,
P: Traveling route.
Claims (9)
前記成膜室を具備する真空容器内で前記フィルム基材をキャリアフィルムに貼り合わせる工程と、
前記フィルム基材を貼り合わせた前記キャリアフィルムを搬送しながら前記フィルム基材上に薄膜を形成する工程と、
薄膜形成後に前記フィルム基材から前記キャリアフィルムを剥離する工程と、を含み、
前記フィルム基材から剥離した前記キャリアフィルムは前記真空容器内で一連の成膜の最中に再使用されることを特徴とする、成膜方法。 One or a plurality of first zones having a mechanism for introducing and / or exhausting a precursor and one or a plurality of other second zones are provided in the film forming chamber, and the film base is provided with the first zone. A thin film forming method of forming a thin film on a film substrate by an atomic layer deposition method by passing through the second zone and the second zone,
Bonding the film substrate to a carrier film in a vacuum container having the film formation chamber;
Forming a thin film on the film substrate while conveying the carrier film to which the film substrate is bonded; and
Peeling the carrier film from the film substrate after thin film formation,
The film forming method, wherein the carrier film peeled from the film substrate is reused during a series of film formation in the vacuum container.
前記成膜室を具備する真空容器内で前記フィルム基材の一部をキャリアフィルムの一部に貼り合わせる機構と、
前記フィルム基材を貼り合わせた前記キャリアフィルムを搬送しながら前記フィルム基材上に薄膜を形成する機構と、
薄膜形成後に前記フィルム基材から前記キャリアフィルムを剥離する機構と、
前記フィルム基材を剥離した前記キャリアフィルムを前記真空容器内でループさせて再度前記フィルム基材の別の部位に貼り合わせる機構と、を含むことを特徴とする、薄膜形成装置。 One or a plurality of first zones having a mechanism for introducing or / and evacuating a precursor and one or a plurality of other second zones are provided in the film forming chamber, and the film base is provided with the first zone. A thin film forming apparatus for forming a thin film on a film substrate by an atomic layer deposition method through the zone and the second zone,
A mechanism for bonding a part of the film substrate to a part of a carrier film in a vacuum container including the film forming chamber;
A mechanism for forming a thin film on the film substrate while transporting the carrier film on which the film substrate is bonded;
A mechanism for peeling the carrier film from the film substrate after thin film formation;
A mechanism for looping the carrier film from which the film substrate has been peeled off in the vacuum container and bonding the carrier film to another part of the film substrate again.
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