JP3608838B2

JP3608838B2 - Thin film forming apparatus and thin film forming method

Info

Publication number: JP3608838B2
Application number: JP09617195A
Authority: JP
Inventors: 猛山崎; 俊一村上
Original assignee: アネルバ株式会社
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1995-03-28
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JPH08269722A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は薄膜形成装置および薄膜形成方法に関し、特に、長尺材料上に成膜を行う薄膜形成装置および薄膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電線材料、ポリエステルフィルム、金属シートなどの長尺な材料の表面に薄膜（Ａｌ等の金属やＳｉＯ_２等の酸化物）を形成するための従来の薄膜形成装置の第１の例を図５に示す。この装置では、２つのロータ（円柱体または円筒体等）５１，５２を平行に配置し、図示しない長尺材料供給装置から供給される長尺材料５３を、複数のローラ（図示せず）でガイドしながら２つのロータの間に複数回巻き付け、長尺材料５３の先端を連続巻取機５４に取り付けている。図示例では、長尺材料５３は電線材料のごとき線状のものである。長尺材料５３は幅を有する帯形状のものであってもよい。連続巻取機５４はフィルムワインダと呼ばれる。連続巻取機５４をモータ（図示せず）等で回転させることにより、長尺材料５３の巻取動作を行い、長尺材料５３は連続巻取機５４に巻き取られる。２つのロータ５１，５２は図示しない支持部材によって回転自在に支持され、連続巻取機５４による巻取動作の間、長尺材料５３を連続巻取機５４側に送るために回転している。５５は、下方に配置された堆積材料源である。堆積材料源５５から蒸発した堆積材料は、長尺材料５３の表面に堆積され、薄膜が形成される。堆積材料が堆積された長尺材料５３はさらに送給され、連続巻取機５４に巻き取られる。
【０００３】
図６は従来の長尺材料用の薄膜形成装置の第２の例を示す。この例による装置の構成では、１つのロータ５６のみを使用する。連続巻取機５４、長尺材料５３の配置状態、長尺材料５３に連続的に薄膜形成処理を行うための堆積材料源５５等の構成は前述の第１の例と同じである。
【０００４】
堆積材料源５５から長尺材料５３に対して堆積材料が与えられ、長尺材料５３に薄膜が形成される空間は所要の減圧状態（真空状態）であることが必要であり、上記の装置は、真空中で動作するように設けられるのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
長尺材料上に成膜を行う従来の装置では、真空中で長時間連続して安定して動作させることが要求され、次のような４つの理由で、装置のコスト／生産性が著しく低下するという問題を有していた。
【０００６】
第１は、ロータ５１，５２またはロータ５６で長尺材料５３を所定位置に巻き付けるため複数（一般的に６〜８個）の円筒状ロールが使用されるが、各ローラで、長尺材料の巻きずれを起こさないようにするため、ロールを受ける軸受け穴に関し平行度を出すための精密加工が必要とされることである。
【０００７】
第２は、連続巻取機５４において巻きむらが生じないようにするために、巻取量の変化に応じてフォアテンションとバックテンションを精密に制御しなければならないことである。この精密制御には、例えば、トルクコンバータが利用される。
【０００８】
第３は、回転部のシール部材が消耗し、当該シール部で大気が漏れることである。シール部材はゴムで作られ、軸材は金属で作られるので、シール部材は摩耗し、消耗する。この結果、大気の漏れが発生する。そこでシール部材の消耗を低減する必要がある。
【０００９】
第４は、長尺材料の移動速度と長尺材料における堆積物の堆積速度は、従来、独立に制御されていたので、いずれか一方に変動が生じると、堆積物の厚みが長尺方向に関し変動し、堆積の分布が生じることである。このため、移動速度と堆積速度に関し相関的制御を行うことが望ましいが、一般にコストが高くなる。
【００１０】
さらに従来装置によって長尺材料に対し元素成分の異なる多層膜を堆積させる場合には、生産性を考慮すると、経済的に不可能であるという欠点も有する。
【００１１】
本発明の目的は、長尺材料上の成膜でコスト／生産性を高めた薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、長尺材料に対し元素成分の異なる多層膜を経済的に堆積でき、実用性の高い薄膜形成装置および薄膜形成方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄膜形成装置は、ロータの表面に線状または帯状の長尺材料を配置して被堆積対象物を構成し、堆積材料源から供給される堆積材料を被堆積対象物の表面に堆積させ、長尺材料の表面に薄膜を形成する装置であって、被堆積対象物をその中心軸の回りに回転させかつ中心軸の方向に移動させる回転・直線移動手段を備えるように構成されている。
上記の被堆積対象物は、ロータの表面に長尺材料を巻き付けてなることが好ましい。
【００１４】
上記堆積材料源は、被堆積対象物の中心軸に平行な位置に堆積材料の種類が異なる複数の堆積材料源を隔離して配置したことで特徴づけられる。
さらに、堆積材料の堆積速度を検出する検出手段と、この検出手段で検出される堆積速度から回転・直線移動手段の回転動作を制御する制御手段を備えることが好ましい。
【００１５】
複数の堆積材料源は各々蓋部材を備えるように構成される。
【００１６】
また本発明に係る薄膜形成方法はロータの表面に長尺材料を配置し被堆積対象物を形成し、ロータをその中心軸の回りに回転させかつ中心軸の方向に移動させて、堆積材料源から供給される堆積材料を被堆積対象物の表面に堆積させ、長尺材料に薄膜を形成する薄膜形成方法において、堆積材料の堆積速度を検出し、堆積速度から被堆積対象物の回転動作を制御して薄膜を形成する方法である。
上記の薄膜形成方法において、好ましくは、堆積材料の堆積速度と被堆積対象物の回転速度との比を一定にするように被堆積対象物の回転動作を制御して薄膜を形成する。
上記の薄膜形成方法において、好ましくは、堆積材料源は、被堆積対象物の中心軸に平行な位置に堆積材料の種類が異なる複数の堆積材料源を隔離して配置してなり、複数の堆積材料源は各々蓋部材を備え、各堆積材料源に対応する位置に被堆積対象物が移動して来たとき、蓋部材を開けて堆積材料を供給する。
上記の薄膜形成方法において、好ましくは、ロータの表面に長尺材料を巻き付けて被堆積対象物を形成する。
【００１７】
また複数の堆積材料源の配列の中に紫外線照射機構、ラジカル源、イオン源のいずれかを適宜に組み合わて配置することもできる。
【００１８】
【作用】
本発明では、ロータに螺旋状に密巻きされた長尺材料に対して堆積材料源から堆積材料を堆積させ、長尺材料の表面に薄膜を形成する。この場合に、回転駆動手段によってロータを回転し、被堆積対象物をその中心軸の回りに回転させかつ軸方向に並進移動させることにより堆積材料を堆積する。このとき堆積材料の堆積速度を検出する検出手段と、フィードバック制御手段によって、堆積材料の堆積速度と被堆積対象物の回転速度との比を一定にし、これにより堆積速度を一定値に保持する。また被堆積対象物をその中心軸の回りに回転させかつ中心軸の方向に移動させると共に、被堆積対象物の中心軸に平行な位置に配置された種類が異なる複数の堆積材料源を用いて、元素成分の異なる多層膜を形成することもできる。
【００１９】
ロータの中心軸に平行な位置に堆積材料の種類が異なる複数の堆積材料源を配置して複数種類の元素を用いて多層膜を形成する。元素成分が異なる複数の堆積材料源は互いに隔離して配置され、相互のコンタミネーションを防ぐようにしている。
【００２０】
また複数の堆積材料源の配列の中に組み合わせて配置した紫外線照射機構、ラジカル源、イオン源によって、被堆積物表面のクリーニングや、表面の改質が行われる。
【００２１】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る薄膜形成装置の第１実施例の全体的構成を示す。１１は、内部に成膜室１２を形成する真空容器であり、成膜室１２内は真空ポンプ１３によって排気され、所要レベルの減圧状態に保持される。なお真空容器１１の図中左部分は図示の便宜上一部を切って示している。１４はロータ（外観が例えば円柱体または円筒体の形状を有するもの）であり、ロータ１４の表面には、例えばその全体にわたって長尺材料１５が螺旋状に密に巻き付けられている。この実施例の長尺材料１５は所定の幅を有する帯形状を有するものである。ここで「密に巻き付けられる」とは、ロータ１４の表面に長尺材料１５が互いに重ならず、かつ隙間が生じないように巻かれた状態のことを意味する。長尺材料１５が密巻きされたロータ１４は、被堆積対象物を構成する。この被堆積対象物すなわちロータ１４は、成膜室１２内に設けられた、当該ロータ１４を回転させかつ右方向Ｂへ移動させるための軸装置１６の先端部に固定されている。
【００２３】
軸装置１６は、その左端部が真空容器１１の壁部で回転自在に支持され、かつ当該左端部が真空シール部（図示せず）を通して真空容器１１の外へ延設され、真空容器外に配置された回転駆動装置１７によってその回転運動が伝達される。回転駆動装置１７としては例えば交流サーボモータが使用される。回転駆動装置１７が回転動作し軸装置１６がその運動を伝達されると、ロータ１４は回転すると共に図中左側から右側への方向に並進移動する。上記軸装置１６は、回転および直線運動を行える装置として知られる装置である（例えば日電アネルバ株式会社のカタログに記載されるＲ／Ｌ導入機）。
【００２４】
ロータ１４は、軸装置１６に対して着脱自在に取り付けられる。ロータ１４を軸装置１６に取り付ける構造には、よく知られた任意の構造を採用することができる。また真空容器１３には、長尺部材１５が螺旋状に密巻きされたロータ１４を出し入れするためのゲート（図示せず）が設けられている。
【００２５】
成膜室１２のほぼ中央部分の下側には堆積材料源Ａ１が配置され、ロータ１４に密巻きされた長尺材料１５の表面に成膜を行うための領域が設けられる。堆積材料源Ａ１の両側には隔離部材１８が設けられる。堆積材料源Ａ１としては、例えば抵抗加熱蒸発源、電子銃加熱蒸発源、ラングミュア傍熱型蒸発源（分子線セル）、スパッタ源が用いられる。堆積材料源Ａ１を設けることによって、長尺材料１５の表面に成膜を行うことができる。また隔離部材１８を設けることによってコンタミネーションを防止できる。堆積材料源Ａ１の堆積材料は加熱作用によって蒸発して上昇し、真上の位置に到来したロータ１４上の長尺材料１５の表面に堆積する。堆積材料源Ａ１はシャッタ１９を備える。シャッタ１９は、図示しない駆動・制御機構によって独立に開閉され、堆積材料源Ａ１の上方にロータ１４が到来し、成膜を開始しようとするときに開く。図１では、ロータ１４は堆積材料Ａ１の真上に存在し、シャッタ１９が開いた状態にあるので、各シャッタ１９を便宜上破線で示している。またシャッタ１９の駆動装置にはモータが使用され、その駆動・制御機構は、例えば、回転駆動装置１７に付設されたロータリエンコーダ３１で回転駆動装置１７によるロータ１４の並進移動量を計測し、ロータ１３の右端部が堆積材料源Ａ１の箇所に到達したときにシャッタ１９が開くように構成される。
【００２６】
また堆積材料源Ａ１に対応して堆積速度監視器２０が配置される。堆積速度監視器２０には例えば水晶式成膜速度検出器が用いられる。そして堆積速度監視器２０から出力される堆積速度に関する情報を含む検出信号は、堆積速度制御器２１に供給される。堆積速度制御器２１は、長尺材料１５の表面に形成される薄膜の堆積速度を望ましい速度に制御するための手段である。堆積速度制御器２１から望ましい一定の堆積速度にするための制御信号が回転速度制御器２２に与えられ、これによって回転駆動装置１７の回転動作量を制御する。堆積速度の制御に関してフィードバックサーボ制御機構が構成される。回転速度制御器２２には例えばインバータが使用される。
【００２７】
上記構成の薄膜形成装置の動作を説明する。長尺材料１５を全面的（または部分的であってもよい）に螺旋状に密巻きしたロータ１４を、真空容器１１のゲートを通して軸装置１６の先部に取り付けた状態で成膜室１２内に配置する。その後真空ポンプ１３を動作させて排気を行い、真空容器１１内の成膜室１２を例えば１０^−４Ｐａ程度まで減圧する。次に各堆積材料源Ａ１を動作させ、堆積材料を蒸発できるように用意する。ロータ１４が図１中において成膜領域に移動していない状態では、堆積材料源Ａ１のシャッタ１９は閉じた状態にある。
【００２８】
次に回転駆動装置１７を動作させ、軸装置１６を、ロータ１４が図１中右方向Ｂに移動するように回転させる。軸装置１６の動作によって、ロータ１４は回転しながら右方向Ｂに並進移動する。ロータ１４の回転速度と並進移動速度は最初は所定の速度に設定されている。ロータ１４の右端部が成膜領域に到達し、堆積材料源Ａ１の配置位置に来ると、堆積材料源Ａ１のシャッタ１９が開き、堆積材料源Ａ１によってロータ１４に密巻きされた長尺材料１５の表面に第１の堆積材料が堆積させられる。長尺材料１５の表面に堆積材料の堆積が行われると、その堆積速度は、堆積速度監視器２０によって監視される。堆積速度監視器２０の監視で得られた堆積速度値に関する信号は、堆積速度制御器２１に与えられる。堆積速度制御器２１は、堆積速度監視器２０で得られた堆積速度値を基準にして、ロータの回転速度と並進移動速度のそれぞれが望ましい値、すなわち堆積速度値と回転速度値の積、堆積速度値と並進移動速度値の積のそれぞれが一定値になるように回転駆動装置１７を制御する。この結果、軸装置１６の回転速度は、ロータ１４の回転速度値および並進移動速度値の各々と長尺材料１５上の堆積材料の堆積速度値との積が一定になるように制御される。これにより、長尺材料１５における堆積材料の堆積速度が所望の一定値となるようにフィードバック制御が行われ、堆積材料の堆積厚みに変動が生じるのを防ぐことができる。こうしてロータ１４が堆積材料源Ａ１の上方を移動する間、堆積材料の堆積が行われ、螺旋状に密巻きされた長尺材料１５の全面にわたって薄膜が形成される。
【００２９】
なお、回転速度制御器２２を設けて回転駆動装置１７の回転速度を制御する代わりに、他の制御機構として、材料源制御電源３２を設け、堆積速度制御器２１からの制御信号で材料源制御電源３２を制御し、堆積材料源Ａ１の蒸発速度あるいは蒸発量を調整することによって堆積速度を調整するように構成することもできる。
【００３０】
図２は本発明に係る薄膜形成装置の第２実施例の全体的構成を示す。この実施例では、成膜領域に複数の堆積材料源を設けることにより、長尺材料１５に多層膜を形成する。その他の構成は、図１で説明した構成と実質的に同じであり、同一要素には同一の符号を付している。
【００３１】
成膜室１２で、軸装置１６のほぼ中央部分の下側に例えば６個の堆積材料源Ａ１〜Ａ６が一列の配列状態で配置され、ロータ１４に密巻きされた長尺材料１５の表面に成膜を行うための成膜領域が設けられる。各堆積材料源Ａ１〜Ａ６は堆積材料が異なるものであり、各堆積材料源の間には隔離部材１８が設けられる。堆積材料源Ａ１〜Ａ６としては、前記実施例と同様に例えば抵抗加熱蒸発源、電子銃加熱蒸発源、ラングミュア傍熱型蒸発源（分子線セル）、スパッタ源が用いられる。堆積材料の異なる複数の堆積材料源を設けることによって、長尺材料１５の表面に複数層の成膜を行うことが可能となる。また隔離部材１８を設けることによって各堆積材料の相互のコンタミネーションを防止している。各堆積材料源Ａ１〜Ａ６の堆積材料は加熱作用によって蒸発して上昇し、真上の位置に到来したロータ１４上の長尺材料１５の表面に堆積する。各堆積材料源Ａ１〜Ａ６はシャッタ１９を備える。各シャッタ１９は、図示しない駆動・制御機構によって独立に開閉され、対応する堆積材料源の上方にロータ１４が到来し、成膜を開始しようとするときに開動作される。なお図２では、ロータ１４は各堆積材料の真上に存在し、すべてのシャッタ１９が開いた状態にあるので、各シャッタ１９を破線で示している。
【００３２】
各堆積材料源Ａ１〜Ａ６に対応して堆積速度監視器２０が配置される。そして例えば左端の第１の堆積速度監視器２０から出力される堆積速度に関する情報を含む検出信号は、堆積速度制御器２１に供給される。堆積速度制御器２１は、長尺材料１５の表面に形成される薄膜の堆積速度を望ましい速度に制御するための手段である。望ましい一定の堆積速度にするための制御信号が堆積速度制御器２１から材料源制御電源３２に与えられ、これによって堆積材料源Ａ１の堆積材料源の供給量を制御する。このように堆積速度の制御に関しフィードバックサーボ制御機構が構成される。
【００３３】
図２中では、第１番目の堆積材料源Ａ１に関し、その堆積速度監視器２０、堆積速度制御器２１、材料源制御電源３２に基づく堆積速度の制御機構を示しているが、他の堆積材料源Ａ２〜Ａ６に関しても同様な堆積速度の制御機構が設けられる。すなわち、複数の堆積材料源Ａ２〜Ａ６の堆積速度監視器２０の各々に対応して個別に堆積速度制御器２１と材料源制御電源３２が設けられる。
【００３４】
上記構成の薄膜形成装置の動作を、図２および図３を参照して説明する。
【００３５】
第１実施例で説明した条件と同じ成膜の条件で、長尺材料１５を螺旋状に密巻きしたロータ１４を所定の位置にセットする。次にすべての各堆積材料源Ａ１〜Ａ６を動作させ、各堆積材料源から堆積材料を蒸発できるように用意する。ロータ１４が図２中において成膜領域に移動していない状態では、すべての堆積材料源の各シャッタ１９は閉じた状態にある。
【００３６】
次に回転駆動装置１７を動作させることにより、軸装置１６の機能によって、ロータ１４は回転しながら右方向Ｂに並進移動する。図３の（Ａ），（Ｂ）に示すように、ロータ１４の右端部が成膜領域に到達し、最初（第１）の堆積材料源Ａ１の配置位置に来ると、第１実施例で説明した通りロータリエンコーダ３１の計測量に基づき駆動・制御機構が動作し、堆積材料源Ａ１のシャッタ１９が開き、堆積材料源Ａ１によってロータ１４の表面に密巻きされた長尺材料１５の表面に第１の堆積材料が堆積させられる。長尺材料１５の表面に堆積材料の堆積が行われると、その堆積速度は、堆積速度監視器２０によって監視される。堆積速度監視器２０の監視で得られた堆積速度値に関する信号は、堆積速度制御器２１に与えられる。堆積速度制御器２１は、堆積速度監視器２０で得られた堆積速度値を基準にして、堆積材料の供給量が望ましい値になるように材料源制御電源３２を制御する。この結果、堆積材料源Ａ１から堆積材料源の供給量が最適に調節され、長尺材料１５における堆積材料の堆積速度が所望の一定値となるようにフィードバック制御が行われ、これにより第１の堆積材料の堆積厚みに変動が生じ分布が生じるのを防ぐことができる。
【００３７】
ロータ１４が第１の堆積材料源Ａ１の真上を移動する時、堆積材料源Ａ１によって第１層目に相当する堆積材料が堆積される。図３の（Ｃ）に示すようにロータ１４の右端部が第２の材料堆積源Ａ２の真上に移動すると、堆積材料源Ａ２のシャッタ１９が開き、堆積材料源Ａ２によって第２層目に相当する堆積材料が長尺材料１５の上に、正確には第１層目の堆積材料の上に堆積される。またロータ１４の右端部分の隣に位置する、第１の堆積材料源Ａ１の真上の長尺材料１５の部分には第１の堆積材料源Ａ１によって第１層目の堆積材料が堆積される。ロータ１４の右端部が成膜領域において右方向に並進移動すると、第３以降の各堆積材料源Ａ３〜Ａ６の各シャッタ１９が開いて各堆積材料源によって堆積材料が堆積される。こうして、ロータ１４に密巻きされた長尺材料１５に６層の堆積材料が積層状態で堆積される。
【００３８】
各堆積材料源Ａ２〜Ａ６による各種の堆積材料の堆積においても、必要に応じて、前述したそれぞれの堆積速度の制御機構によって堆積速度を一定に保持するように制御が行われる。
【００３９】
成膜領域においてロータ１４が右方向Ｂに並進移動して各堆積材料源の配置位置から離れると、各堆積材料源のシャッタ１９が閉じる。図３（Ｄ）はロータ１４が成膜領域から離れた状態を示している。
【００４０】
前述した各実施例によれば、長尺材料を予めロータに螺旋状に密巻きして装備することにより被堆積対象物を構成したので、巻ずれ防止のための構造および精密加工が不要となり、また巻きむら発生を防止するためのフォアテンションとバックテンションなどの精密制御が不要となる。また回転部に設けたシール部の数が少なく、シール部材は摩耗・消耗を低減することができる。さらに堆積速度監視器、堆積速度制御器、回転速度制御器または材料源制御電源による堆積速度のフィードバック制御によって長尺材料における堆積物の堆積速度が所定値に保持されるようにしたため、厚みの変動が少ない均一分布の堆積層を作ることができる。
【００４１】
また上記実施例によれば、種類の異なる複数の堆積材料を蒸発させるための複数の堆積材料源を配列して設けることにより、比較的に安価にかつ容易に長尺材料に対し元素成分の異なる多層膜を堆積させることができ、長尺材料に高い生産性で、経済的に多層膜を形成することができる。
【００４２】
図４に本発明の他の実施例を示す。この実施例では、第２の実施例における成膜領域において例えば２つの堆積材料源Ａ２，Ａ４のみを残し、他の堆積材料源Ａ１，Ａ３，Ａ６を除き、堆積材料源Ａ１，Ａ３，Ａ６の配置箇所のそれぞれに例えば紫外線照射機構２３、ラジカル源２４、イオン源２５を配置している。その他の構成は前記実施例の場合と同じである。この実施例によれば、紫外線照射機構２３を設けることによって、炭化水素系の分解を促進することができ、これによって長尺材料１５の被堆積表面のクリーニングを行うことができる。また成膜工程の途中にラジカル源２４を入れることによってガスを導入することで表面を改質することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、長尺材料における薄膜形成を行う装置において、長尺材料をロータに螺旋状に密巻きした状態で回転動作および並進移動を行わせることによって薄膜形成を行うようにしたため、長尺材料上の成膜でコスト／生産性を高めることができる。
【００４４】
また成膜室の成膜領域において、長尺材料が螺旋状に密巻きされたロータの移動する場所の下側において複数の堆積材料源を配列し逐次に堆積動作を行われるようにしたため、長尺材料に対し元素成分の異なる多層膜を経済的に堆積でき、実用性の高い長尺材料の薄膜形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜形成装置の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る薄膜形成装置の第２の実施例を示す構成図である。
【図３】第２実施例による薄膜形成装置の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部を示す図である。
【図５】長尺材料の薄膜形成装置の従来装置の第１の例を示す斜視図である。
【図６】従来装置の第２の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１真空容器
１２成膜室
１３真空ポンプ
１４ロータ
１５長尺材料
１６軸装置
１７回転駆動装置
１８隔離部材
１９シャッタ
２０堆積速度監視器
２１堆積速度制御器
２２回転速度制御器
Ａ１〜Ａ６堆積材料源
３１ロータリエンコーダ
３２材料源制御電源[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a thin film forming apparatus and a thin film forming method , and more particularly to a thin film forming apparatus and a thin film forming method for forming a film on a long material.
[0002]
[Prior art]
For example, a first example of a conventional thin film forming apparatus for forming a thin film (a metal such as Al or an oxide such as SiO ₂ ) on the surface of a long material such as a wire material, a polyester film, or a metal sheet is shown in FIG. Shown in In this apparatus, two rotors (columns or cylinders) 51 and 52 are arranged in parallel, and a long material 53 supplied from a long material supply device (not shown) is provided by a plurality of rollers (not shown). The guide is wound a plurality of times between the two rotors while being guided, and the tip of the long material 53 is attached to the continuous winder 54. In the example of illustration, the elongate material 53 is a linear thing like electric wire material. The long material 53 may have a band shape having a width. The continuous winder 54 is called a film winder. By rotating the continuous winder 54 with a motor (not shown) or the like, the long material 53 is wound, and the long material 53 is wound on the continuous winder 54. The two rotors 51 and 52 are rotatably supported by a support member (not shown), and are rotated to feed the long material 53 to the continuous winder 54 side during the winding operation by the continuous winder 54. Reference numeral 55 denotes a deposition material source disposed below. The deposited material evaporated from the deposited material source 55 is deposited on the surface of the long material 53 to form a thin film. The long material 53 on which the deposited material is deposited is further fed and wound on the continuous winder 54.
[0003]
FIG. 6 shows a second example of a conventional thin film forming apparatus for long materials. In the configuration of the apparatus according to this example, only one rotor 56 is used. The configuration of the continuous winder 54, the arrangement state of the long material 53, the deposition material source 55 for continuously performing the thin film forming process on the long material 53, and the like are the same as in the first example.
[0004]
The deposition material is applied to the long material 53 from the deposition material source 55, and the space in which the thin film is formed on the long material 53 needs to be in a required reduced pressure state (vacuum state). Generally, it is provided to operate in a vacuum.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
A conventional apparatus for forming a film on a long material is required to operate stably continuously for a long time in a vacuum, and the cost / productivity of the apparatus is remarkably lowered for the following four reasons. Had the problem of doing.
[0006]
First, a plurality of (typically 6 to 8) cylindrical rolls are used to wind the long material 53 around a predetermined position by the rotors 51, 52 or the rotor 56. In order not to cause the winding slip, it is necessary to perform precision processing for obtaining parallelism with respect to the bearing hole for receiving the roll.
[0007]
Secondly, in order to prevent winding unevenness from occurring in the continuous winder 54, it is necessary to precisely control the fore tension and the back tension according to changes in the winding amount. For this precise control, for example, a torque converter is used.
[0008]
Thirdly, the seal member of the rotating part is consumed, and the atmosphere leaks through the seal part. Since the seal member is made of rubber and the shaft member is made of metal, the seal member is worn and consumed. As a result, atmospheric leakage occurs. Therefore, it is necessary to reduce the consumption of the seal member.
[0009]
Fourthly, since the moving speed of the long material and the deposition speed of the deposit in the long material have been controlled independently of each other, if any one of them fluctuates, the thickness of the deposit is related to the longitudinal direction. Variable, and a distribution of deposition occurs. For this reason, it is desirable to perform relative control on the moving speed and the deposition speed, but generally the cost increases.
[0010]
Furthermore, when a multilayer film having different element components is deposited on a long material by a conventional apparatus, there is a disadvantage that it is economically impossible in consideration of productivity.
[0011]
An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus and a thin film forming method which are improved in cost / productivity by forming a film on a long material.
[0012]
Another object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus and a thin film forming method which can economically deposit a multilayer film having different elemental components on a long material and have high practicality.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In the thin film forming apparatus according to the present invention, an object to be deposited is configured by arranging a linear or belt-like long material on the surface of the rotor, and the deposition material supplied from the deposition material source is applied to the surface of the object to be deposited. An apparatus for depositing and forming a thin film on the surface of a long material, comprising a rotation / linear movement means for rotating an object to be deposited around its central axis and moving it in the direction of the central axis. ing.
The deposition object is preferably formed by winding a long material around the surface of the rotor.
[0014]
The deposition material source is characterized in that a plurality of deposition material sources with different types of deposition materials are arranged separately at a position parallel to the central axis of the deposition target.
Furthermore, it is preferable to include a detection unit that detects the deposition rate of the deposition material, and a control unit that controls the rotation operation of the rotation / linear movement unit based on the deposition rate detected by the detection unit.
[0015]
Each of the plurality of deposition material sources is configured to include a lid member.
[0016]
Further, the thin film forming method according to the present invention forms an object to be deposited by arranging a long material on the surface of the rotor, rotates the rotor around its central axis and moves it in the direction of the central axis, In a thin film formation method in which the deposition material supplied from is deposited on the surface of the deposition target and a thin film is formed on the long material, the deposition rate of the deposition material is detected, and the rotational motion of the deposition target is determined from the deposition rate. It is a method of forming a thin film by controlling.
In the above thin film forming method, the thin film is preferably formed by controlling the rotation operation of the deposition target so that the ratio of the deposition rate of the deposition material and the rotation speed of the deposition target is constant.
In the above-described thin film forming method, preferably, the deposition material source is formed by isolating and arranging a plurality of deposition material sources having different types of deposition materials at positions parallel to the central axis of the deposition target object. Each material source includes a lid member, and when the deposition target object has moved to a position corresponding to each deposition material source, the lid member is opened to supply the deposition material.
In the thin film forming method described above, preferably, the deposition target is formed by winding a long material around the surface of the rotor.
[0017]
Further, any of an ultraviolet irradiation mechanism, a radical source, and an ion source can be appropriately combined and arranged in an array of a plurality of deposition material sources.
[0018]
[Action]
In the present invention, a deposition material is deposited from a deposition material source on a long material that is closely wound spirally around a rotor, and a thin film is formed on the surface of the long material. In this case, the deposition material is deposited by rotating the rotor by the rotation driving means, rotating the object to be deposited around its central axis, and translating it in the axial direction. At this time, the ratio of the deposition speed of the deposition material and the rotation speed of the deposition target is made constant by the detection means for detecting the deposition speed of the deposition material and the feedback control means, thereby holding the deposition speed at a constant value. Further, the object to be deposited is rotated around its central axis and moved in the direction of the central axis, and a plurality of different deposition material sources arranged at positions parallel to the central axis of the object to be deposited are used. A multilayer film having different element components can also be formed.
[0019]
A plurality of deposition material sources having different types of deposition materials are arranged at positions parallel to the central axis of the rotor, and a multilayer film is formed using a plurality of types of elements. A plurality of deposition material sources having different elemental components are arranged separately from each other so as to prevent mutual contamination.
[0020]
Further, the surface of the deposition object is cleaned and the surface is modified by an ultraviolet irradiation mechanism, a radical source, and an ion source arranged in combination in an array of a plurality of deposition material sources.
[0021]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0022]
FIG. 1 shows the overall configuration of a first embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention. Reference numeral 11 denotes a vacuum container in which a film forming chamber 12 is formed, and the inside of the film forming chamber 12 is evacuated by a vacuum pump 13 and maintained at a reduced pressure state of a required level. Note that the left part of the vacuum container 11 in the drawing is cut away for convenience of illustration. Reference numeral 14 denotes a rotor (appearance having a cylindrical or cylindrical shape, for example), and a long material 15 is wound around the surface of the rotor 14 densely in a spiral shape, for example. The long material 15 of this embodiment has a band shape having a predetermined width. Here, “tightly wound” means that the long materials 15 are wound around the surface of the rotor 14 so that they do not overlap each other and no gap is formed. The rotor 14 in which the long material 15 is closely wound constitutes an object to be deposited. The deposition object, that is, the rotor 14 is fixed to the tip of a shaft device 16 provided in the film forming chamber 12 for rotating the rotor 14 and moving it in the right direction B.
[0023]
The left end of the shaft device 16 is rotatably supported by the wall of the vacuum vessel 11, and the left end is extended out of the vacuum vessel 11 through a vacuum seal (not shown). The rotational movement is transmitted by the arranged rotary drive device 17. For example, an AC servomotor is used as the rotation drive device 17. When the rotary drive device 17 rotates and the shaft device 16 receives the movement, the rotor 14 rotates and translates in the direction from the left side to the right side in the drawing. The said shaft apparatus 16 is an apparatus known as an apparatus which can perform rotation and a linear motion (for example, R / L introduction machine described in the catalog of Nidec Denerva Corporation).
[0024]
The rotor 14 is detachably attached to the shaft device 16. As the structure for attaching the rotor 14 to the shaft device 16, any well-known structure can be adopted. The vacuum vessel 13 is provided with a gate (not shown) for taking in and out the rotor 14 in which the long member 15 is closely wound in a spiral shape.
[0025]
A deposition material source A1 is disposed below the substantially central portion of the film forming chamber 12, and a region for film formation is provided on the surface of the long material 15 tightly wound around the rotor 14. Isolation members 18 are provided on both sides of the deposition material source A1. As the deposition material source A1, for example, a resistance heating evaporation source, an electron gun heating evaporation source, a Langmuir indirectly heated evaporation source (molecular beam cell), or a sputtering source is used. By providing the deposition material source A1, a film can be formed on the surface of the long material 15. Moreover, contamination can be prevented by providing the isolation member 18. The deposited material of the deposited material source A1 evaporates and rises by the heating action, and is deposited on the surface of the long material 15 on the rotor 14 that has reached the position just above. The deposition material source A1 includes a shutter 19. The shutter 19 is independently opened and closed by a drive / control mechanism (not shown), and is opened when the rotor 14 arrives above the deposition material source A1 to start film formation. In FIG. 1, since the rotor 14 exists right above the deposition material A1 and the shutter 19 is in an open state, each shutter 19 is indicated by a broken line for convenience. A motor is used for the drive device of the shutter 19, and its drive / control mechanism measures, for example, the amount of translational movement of the rotor 14 by the rotary drive device 17 using a rotary encoder 31 attached to the rotary drive device 17. The shutter 19 is configured to open when the right end of 13 reaches the location of the deposition material source A1.
[0026]
A deposition rate monitor 20 is arranged corresponding to the deposition material source A1. For the deposition rate monitor 20, for example, a quartz film formation rate detector is used. A detection signal including information on the deposition rate output from the deposition rate monitor 20 is supplied to the deposition rate controller 21. The deposition rate controller 21 is a means for controlling the deposition rate of the thin film formed on the surface of the long material 15 to a desired rate. A control signal for setting a desired constant deposition rate from the deposition rate controller 21 is given to the rotation rate controller 22, thereby controlling the rotational operation amount of the rotary drive device 17. A feedback servo control mechanism is configured for controlling the deposition rate. For example, an inverter is used as the rotation speed controller 22.
[0027]
The operation of the thin film forming apparatus having the above configuration will be described. In the film forming chamber 12, the rotor 14 in which the long material 15 is tightly wound on the entire surface (or part thereof) spirally is attached to the front portion of the shaft device 16 through the gate of the vacuum vessel 11. To place. Thereafter, the vacuum pump 13 is operated to evacuate, and the film forming chamber 12 in the vacuum vessel 11 is depressurized to about 10 ⁻⁴ Pa, for example. Next, each deposition material source A1 is operated and prepared so that the deposition material can be evaporated. When the rotor 14 is not moved to the film formation region in FIG. 1, the shutter 19 of the deposition material source A1 is in a closed state.
[0028]
Next, the rotation drive device 17 is operated, and the shaft device 16 is rotated so that the rotor 14 moves in the right direction B in FIG. By the operation of the shaft device 16, the rotor 14 translates in the right direction B while rotating. The rotational speed and translational movement speed of the rotor 14 are initially set to predetermined speeds. When the right end of the rotor 14 reaches the film formation region and reaches the position where the deposition material source A1 is disposed, the shutter 19 of the deposition material source A1 opens, and the long material 15 tightly wound around the rotor 14 by the deposition material source A1. A first deposition material is deposited on the surface of the substrate. When the deposition material is deposited on the surface of the long material 15, the deposition rate is monitored by the deposition rate monitor 20. A signal relating to the deposition rate value obtained by the monitoring of the deposition rate monitor 20 is given to the deposition rate controller 21. The deposition rate controller 21 is based on the deposition rate value obtained by the deposition rate monitor 20, and each value of the rotational speed and translational speed of the rotor is desirable, that is, the product of the deposition rate value and the rotational rate value, deposition. The rotation driving device 17 is controlled so that the product of the speed value and the translational movement speed value becomes a constant value. As a result, the rotational speed of the shaft device 16 is controlled such that the product of each of the rotational speed value and translational movement speed value of the rotor 14 and the deposition speed value of the deposited material on the long material 15 is constant. Thereby, feedback control is performed so that the deposition rate of the deposition material in the long material 15 becomes a desired constant value, and fluctuations in the deposition thickness of the deposition material can be prevented. Thus, while the rotor 14 moves above the deposition material source A1, deposition material is deposited, and a thin film is formed over the entire surface of the long material 15 closely wound in a spiral shape.
[0029]
Instead of providing the rotation speed controller 22 to control the rotation speed of the rotation drive device 17, as another control mechanism, a material source control power source 32 is provided, and the material source control is performed by a control signal from the deposition speed controller 21. The power supply 32 may be controlled to adjust the deposition rate by adjusting the evaporation rate or evaporation amount of the deposition material source A1.
[0030]
FIG. 2 shows the overall configuration of a second embodiment of the thin film forming apparatus according to the present invention. In this embodiment, a multilayer film is formed on the long material 15 by providing a plurality of deposition material sources in the film formation region. The other configuration is substantially the same as the configuration described in FIG. 1, and the same elements are denoted by the same reference numerals.
[0031]
In the film forming chamber 12, for example, six deposition material sources A1 to A6 are arranged in a row in the lower side of the substantially central portion of the shaft device 16, and on the surface of the long material 15 tightly wound around the rotor 14. A film formation region for film formation is provided. The deposition material sources A1 to A6 are different in deposition material, and a separating member 18 is provided between the deposition material sources. As the deposition material sources A1 to A6, for example, a resistance heating evaporation source, an electron gun heating evaporation source, a Langmuir side-heat evaporation source (molecular beam cell), and a sputtering source are used as in the above-described embodiment. By providing a plurality of deposition material sources having different deposition materials, a plurality of layers can be formed on the surface of the long material 15. Further, by providing the isolation member 18, mutual contamination of each deposited material is prevented. The deposition material of each deposition material source A1 to A6 evaporates and rises by the heating action, and deposits on the surface of the long material 15 on the rotor 14 that has arrived at the position just above. Each of the deposition material sources A1 to A6 includes a shutter 19. Each shutter 19 is opened and closed independently by a drive / control mechanism (not shown), and is opened when the rotor 14 arrives above the corresponding deposition material source and starts film formation. In FIG. 2, the rotor 14 exists immediately above each deposited material, and all the shutters 19 are in an open state, so that each shutter 19 is indicated by a broken line.
[0032]
A deposition rate monitor 20 is arranged corresponding to each of the deposition material sources A1 to A6. For example, a detection signal including information on the deposition rate output from the first deposition rate monitor 20 at the left end is supplied to the deposition rate controller 21. The deposition rate controller 21 is a means for controlling the deposition rate of the thin film formed on the surface of the long material 15 to a desired rate. A control signal for setting a desired constant deposition rate is supplied from the deposition rate controller 21 to the material source control power source 32, thereby controlling the supply amount of the deposition material source of the deposition material source A1. Thus, a feedback servo control mechanism is configured for controlling the deposition rate.
[0033]
FIG. 2 shows a deposition rate control mechanism based on the deposition rate monitor 20, the deposition rate controller 21, and the material source control power source 32 for the first deposition material source A1, but other deposition materials are also shown. A similar deposition rate control mechanism is provided for the sources A2 to A6. That is, the deposition rate controller 21 and the material source control power source 32 are individually provided corresponding to each of the deposition rate monitors 20 of the plurality of deposition material sources A2 to A6.
[0034]
The operation of the thin film forming apparatus having the above configuration will be described with reference to FIGS.
[0035]
Under the same film formation conditions as described in the first embodiment, the rotor 14 in which the long material 15 is closely wound in a spiral shape is set at a predetermined position. Next, all the respective deposition material sources A1 to A6 are operated and prepared so that the deposition material can be evaporated from each deposition material source. When the rotor 14 is not moved to the film formation region in FIG. 2, the shutters 19 of all the deposition material sources are in a closed state.
[0036]
Next, by operating the rotary drive device 17, the rotor 14 translates in the right direction B while rotating by the function of the shaft device 16. As shown in FIGS. 3A and 3B, when the right end of the rotor 14 reaches the film formation region and reaches the position where the first (first) deposition material source A1 is arranged, As described, the drive / control mechanism operates based on the measurement amount of the rotary encoder 31, the shutter 19 of the deposition material source A1 opens, and the surface of the long material 15 tightly wound around the surface of the rotor 14 by the deposition material source A1. A first deposition material is deposited. When the deposition material is deposited on the surface of the long material 15, the deposition rate is monitored by the deposition rate monitor 20. A signal relating to the deposition rate value obtained by the monitoring of the deposition rate monitor 20 is given to the deposition rate controller 21. The deposition rate controller 21 controls the material source control power supply 32 so that the supply amount of the deposition material becomes a desirable value on the basis of the deposition rate value obtained by the deposition rate monitor 20. As a result, the supply amount of the deposition material source from the deposition material source A1 is optimally adjusted, and feedback control is performed so that the deposition rate of the deposition material in the long material 15 becomes a desired constant value. Variations in the deposition thickness of the deposited material can be prevented from occurring.
[0037]
When the rotor 14 moves just above the first deposition material source A1, the deposition material corresponding to the first layer is deposited by the deposition material source A1. When the right end portion of the rotor 14 moves right above the second material deposition source A2 as shown in FIG. 3C, the shutter 19 of the deposition material source A2 opens, and the second layer is deposited by the deposition material source A2. The corresponding deposited material is deposited on the elongate material 15, more precisely on the first layer of deposited material. Further, the first deposition material source A1 deposits the first layer deposition material on the portion of the long material 15 located immediately next to the right end portion of the rotor 14 and just above the first deposition material source A1. . When the right end portion of the rotor 14 translates in the right direction in the film formation region, the shutters 19 of the third and subsequent deposition material sources A3 to A6 are opened and the deposition material is deposited by the deposition material sources. In this manner, six layers of deposition materials are deposited in a laminated state on the long material 15 tightly wound around the rotor 14.
[0038]
Also in the deposition of various deposition materials by the respective deposition material sources A2 to A6, control is performed as necessary to keep the deposition rate constant by the respective deposition rate control mechanisms described above.
[0039]
When the rotor 14 translates in the right direction B in the film formation region and moves away from the arrangement position of each deposition material source, the shutter 19 of each deposition material source is closed. FIG. 3D shows a state where the rotor 14 is separated from the film formation region.
[0040]
According to each of the above-described embodiments, the object to be deposited is configured by preliminarily winding the long material on the rotor in a spiral manner, so that the structure and precision processing for preventing winding deviation are not necessary, Further, precise control such as fore tension and back tension for preventing the occurrence of uneven winding is not required. Further, the number of seal portions provided in the rotating portion is small, and the seal member can reduce wear and wear. Furthermore, the deposition rate of the deposit in the long material is maintained at a predetermined value by the deposition rate feedback control by the deposition rate monitor, the deposition rate controller, the rotation rate controller or the material source control power source. Therefore, it is possible to produce a deposited layer having a small uniform distribution.
[0041]
Further, according to the above-described embodiment, by arranging a plurality of deposition material sources for evaporating a plurality of different types of deposition materials, the element components differ from those of a long material relatively inexpensively and easily. A multilayer film can be deposited, and a multilayer film can be economically formed on a long material with high productivity.
[0042]
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, for example, only two deposition material sources A2 and A4 are left in the film formation region in the second embodiment, except for the other deposition material sources A1, A3 and A6, and the deposition material sources A1, A3 and A6. For example, an ultraviolet irradiation mechanism 23, a radical source 24, and an ion source 25 are arranged at each of the arrangement locations. Other configurations are the same as those in the above-described embodiment. According to this embodiment, by providing the ultraviolet irradiation mechanism 23, it is possible to promote the decomposition of the hydrocarbon system, thereby cleaning the deposition surface of the long material 15. Further, the surface can be modified by introducing a gas by introducing the radical source 24 in the middle of the film forming process.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention As is clear from the above description, it is performed in an apparatus that performs film formation in the long material, the rotational movement and translational movement in tight coiling state spirally elongated material to the rotor Therefore, the cost / productivity can be improved by forming a film on a long material.
[0044]
In addition, in the film formation region of the film formation chamber, a plurality of deposition material sources are arranged under the place where the rotor, in which the long material is densely wound in a spiral, moves, so that the deposition operation can be performed sequentially. A multilayer film having different elemental components can be economically deposited on the long material, and a thin film forming apparatus for a long material with high practicality can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the thin film forming apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the thin film forming apparatus according to the second embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a main part of another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a first example of a conventional apparatus for forming a long material thin film.
FIG. 6 is a perspective view showing a second example of a conventional device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Vacuum container 12 Film-forming chamber 13 Vacuum pump 14 Rotor 15 Long material 16 Axis device 17 Rotation drive device 18 Isolation member 19 Shutter 20 Deposition speed monitor 21 Deposition speed controller 22 Rotation speed controllers A1 to A6 Deposition material source 31 Rotary encoder 32 Material source control power supply

Claims

A thin film is formed by arranging a long material on the surface of the rotor to form a deposition target, depositing a deposition material supplied from a deposition material source on the surface of the deposition target, and forming a thin film on the long material. 2. An apparatus according to claim 1, further comprising a rotation / linear movement means for rotating the object to be deposited around its central axis and moving it in the direction of the central axis .

The thin film forming apparatus according to claim 1 , wherein the deposition material source is a plurality of deposition material sources having different types of deposition materials arranged in a position parallel to a central axis of the object to be deposited .

A detecting means for detecting the deposition rate of the deposited material, according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a control means for controlling the rotation of said rotary-linear movement means from the deposition rate detected by the detection means The thin film forming apparatus described.

Wherein the plurality of deposition source materials each thin film forming apparatus according to claim 2 or 3, wherein the obtaining Bei the lid member.

5. The thin film forming apparatus according to claim 2, wherein any one of an ultraviolet irradiation mechanism, a radical source, and an ion source is arranged in combination in the array of the plurality of deposition material sources.

The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the deposition object is formed by winding the long material around a surface of the rotor.

An elongated material is arranged on the surface of the rotor to form an object to be deposited, and the rotor is rotated around the central axis and moved in the direction of the central axis. In a thin film forming method of depositing on the surface of the object to be deposited and forming a thin film on the long material, the deposition speed of the deposited material is detected, and the rotational operation of the object to be deposited is controlled from the deposition speed. And forming the thin film.

8. The thin film is formed by controlling a rotation operation of the deposition target so that a ratio between the deposition speed of the deposition material and a rotation speed of the deposition target is constant. The thin film formation method as described.

The deposition material source is formed by isolating a plurality of deposition material sources having different types of deposition materials at positions parallel to the central axis of the deposition target, and each of the plurality of deposition material sources has a lid member. 9. The thin film forming method according to claim 7, wherein when the deposition object moves to a position corresponding to each deposition material source, the deposition material is supplied by opening the lid member. .

The thin film forming method according to claim 7, wherein the deposition target object is formed by winding the long material around a surface of the rotor.