JP6704343B2 - インライン堆積制御装置及びインライン堆積制御方法 - Google Patents
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Description
本開示の実施形態は、真空堆積装置のためのインライン堆積制御及び真空堆積装置のインライン堆積を制御するための装置に関する。詳細には、実施形態は、特に光学的多層システムについて、フレキシブル基板上へのインライン堆積を制御することに関する。
多くの用途において、フレキシブル基板上に薄層を堆積させることが必要である。通常、フレキシブル基板は、フレキシブル基板コーティング装置の一つ以上のチャンバの中でコーティングされる。更に、フレキシブル基板のストック、例えば、フレキシブル基板のロールが、基板コーティング装置の一つのチャンバの中に配置され得る。通常、フレキシブル基板は、例えば物理的気相堆積又は化学気相堆積などの気相堆積技術を用いて、真空内でコーティングされる。
ロールツーロールコータは、フレキシブル基板が堆積システムを通って高速に案内されることができることに照らして、高いスループットを通常可能にする。更に、フィルム又は同様なものなどのフレキシブル基板は、ガラス基板上に堆積される同様な層スタックに比べて、低い製造価格をもたらすことができる。用途の一例は、タッチパネル用の層スタックであり得る。タッチパネルは、ある種の電子表示装置であり、表示領域内でタッチを検知し、位置を突き止めることができる。通常、タッチパネルは、スクリーン上に配置され、タッチを感知するように構成された透明な本体を含む。そのような本体は実質的に透明であり、そのため、スクリーンによって放射された可視スペクトル中の光は、それを透過することができる。タッチパネル用途のための普通の製造プロセスは、スパッタリングプロセスであることができ、そこにおいて、タッチパネルコーティングは、ロールツーロールスパッタウェブコータを用いて、プラスチックフィルム上に堆積される。幾つかのタイプのタッチパネルコーティングが、市場に存在する。
コーティングプロセスにおいて、その層システムの指定された特性を達成するために、基板上に堆積される一つ以上の層のそれぞれの厚さをモニタし制御することが、望ましい。そのような特性は、反射防止、日射調整、透明な酸化スズ層、低放射率その他のような光学的特性を含み得る。通常の層システムは、２〜１０層を含み、それぞれの層の厚さの正確な確定は、層の数が増えるとともに、ますます難しくなる。それ故、特に多層堆積プロセスについて、堆積プロセスの制御を改善することが望ましい。
上記に照らして、独立請求項１による、真空堆積装置のためのインライン堆積制御装置と、独立請求項１４による、真空堆積装置のためのインライン堆積制御の方法が、提供される。本発明の更なる態様、利点及び特徴が、従属請求項、明細書、及び添付の図面から明らかである。
一つの実施形態によれば、基板上に一つ以上の堆積層を堆積させるための一つ以上の堆積源を有する真空堆積装置のためのインライン堆積制御装置が、提供される。インライン堆積制御装置は、一つ以上の堆積層を有する基板を照射するように適合された一つ以上の光源を含む。インライン堆積制御装置は、測定信号のスペクトル分解検出に適合された検出装置を更に含み、測定信号は、一つ以上の堆積層を有する基板で反射された光、及び一つ以上の堆積層を有する基板を透過した光のうちの少なくとも一つから選択される。更に、インライン堆積制御装置は、測定信号に基づいて一つ以上の堆積層のそれぞれの厚さを確定するための評価ユニットと、評価ユニットに接続され、確定された厚さに基づく一つ以上の堆積層の堆積のフィードバック制御のために真空堆積装置に接続可能なコントローラとを含む。
他の実施形態によれば、真空堆積装置のためのインライン堆積制御の方法が、提供される。本方法は、一つ以上の堆積層が堆積された基板を照射すること、一つ以上の堆積層を有する基板で反射された光、及び一つ以上の堆積層を有する基板を透過した光のうちの少なくとも一つから選択されるスペクトル分解された信号を測定すること、測定されたスペクトル分解された信号及び一つ以上の堆積層の堆積についての一組の設定値パラメータに基づいて、一つ以上の堆積層のそれぞれの厚さを確定すること、並びに確定された厚さに基づいて一つ以上の堆積層の堆積をフィードバック制御すること、を含む。
実施形態はまた、開示された方法を実行するための装置にも向けられており、記載された方法ステップの各々を実施するための装置部品を含む。これらの方法ステップは、ハードウェア部品を通して、適当なソフトウェアによってプラグラムされたコンピュータを通して、その２つの任意の組合せによって、又は任意の他の仕方で、実施され得る。更に、本発明による実施形態は、記載された装置が作動する方法にも向けられる。それは、装置の各機能を実行するための方法ステップを含む。
本発明の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られうる。添付の図面は、本発明の実施形態に関するものであり、以下に説明される。
次に、本発明の種々の実施形態への言及が、詳細になされ、その一つ又は複数の例が、図中に示される。図面についての以下の説明の中で、同じ参照番号は、同じ構成要素を指す。通常、個々の実施形態に関する違いのみが、記載される。各例は、本発明の説明として提供されており、本発明の限定の意図ではない。更に、一つの実施形態の一部として示される又は記載される特徴が、他の実施形態について又は他の実施形態と共に用いられて、更に別の実施形態を生ずることができる。本明細書はそのような修正及び変形を含むということが、意図される。
本書に記載される実施形態の中で用いられるフレキシブル基板又はウェブは、曲げることができるという点で、通常、特徴付けることができる。「フレキシブル基板」又は「ウェブ」という用語は、「ストリップ」という用語と同義に用いられ得る。例えば、本書で実施形態に記載されるウェブは、フォイル、フィルム、又は同様なものであってよい。
本書に記載される装置及び方法の実施形態は、基板上に堆積される層のインライン堆積制御に関する。単一の波長（８００ｎｍ）での層の厚さと光学密度との間の関係が、Ａｌの単一層とＡｕの単一層について、図１に示される。この金属層、例えばＡｌ層、の厚さは、単一波長での光学密度ＯＤ（ＯＤ＝−ｌｎ（Ｔ／Ｔ０））を測定することによって計算され得る。ここで、Ｔ０は、基板と層がない（又は基板のみ）透過率であり、Ｔは、層が堆積された基板の透過率である。このように、金属の単一層について、物理的厚さは、単一の波長で測定された光学密度から直接に導出できる。
堆積層、詳細には、光学的な層は、スペクトル反射曲線及びスペクトル透過率曲線によって特徴付けられ得る。しかしながら、非吸収性の透明層の場合には、物理的厚さＤは、等式Ｄ＝λ０／（４＊ｎ）に従う、いわゆるラムダクォーター（ｌａｍｂｄａ−ｑｕａｒｔｅｒ）位置において、反射（透過）ピークの最大（最小）位置から導出される。ここで、λ０は、（１次の）反射又は透過ピークのスペクトル位置を示し、ｎは、層材料の屈折率を示す。そのようなスペクトル曲線の一例が図２に示され、屈折率２．４９の酸化チタンの単一層のスペクトル反射を示す。ピーク最大値は、５５０ｎｍの波長に位置しているので、物理的厚さは、Ｄ＝５５０ｎｍ／（４＊２．４９）＝５５ｎｍと計算される。しかしながら、一つより多い層を有する光学的多層システムの場合には、事態はより複雑である。層は、通常、干渉により互いに相互作用するので、個々の層の物理的厚さの値は、層システムのスペクトル反射及び／又は透過率曲線から容易に推測することができない。本書に記載された幾つかの実施形態は、多層システムの層の厚さを得る方法を提供し、以下でより詳細に説明される。
図３は、フレキシブル基板１１上に一つ以上の層を堆積させるための装置１００を示す。それにより、コーティングされていないフレキシブル基板が、アンワインドチャンバ１０２の中のロール１０上に用意されることができる。フレキシブル基板が、例えばガイドローラ２０を通って処理ドラム３０の方へ案内される。基板が堆積チャンバ又はサブチャンバ４０を通って導かれる間に、一つ以上の層がフレキシブル基板１１上に堆積される。これらのサブチャンバは、堆積チャンバ１０４の一部分であってもよい。図３に示されるように、堆積源５０は、例えばスパッタターゲットであってもよい。堆積チャンバ１０４の中で一つ以上の層を堆積させた後、基板１１は、３つの加熱要素１３０を含む任意選択の隣接するアニールチャンバ１１２の中のガイドローラ２０を通って更に進められ得る。本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、アニールチャンバが省略される。コーティングされ、任意選択でアニールされた、基板が、ワインドチャンバ１０６の中に供給されて、そこで基板がロール１２上に巻かれる。
図３に示される実施形態において、特に、基板１１が少なくとも段階的に透明である場合に、コーティングされた基板を検査するためのインライン透過測定装置１４０を、ワインドチャンバ１０６は含む。インライン透過測定装置１４０は、コーティングされた層を上に有する基板１１を照射するように適合されている光源１４２を含む。本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、一つより多い光源１４２が設けられ得る。本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、一つより多い光源は、基板１１の幅にわたって異なる位置に配列され得る。更に、インライン透過測定装置１４０は、コーティングされた基板を透過した光を受け取るように適合されたレシーバ１４４を含む。光源１４２とレシーバ１４４の組合せは、測定ヘッドとも呼ばれ得る。レシーバ１４４は、検出装置１６０に接続されており、検出装置１６０は、レシーバ１４４によって与えられる測定信号のスペクトル分解検出に適合される。本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、検出装置１６０は分光計である。本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、分光計は、約３００〜約１７００ｎｍの波長範囲、特に約３８０〜約１１００ｎｍの波長範囲での、コーティングされた基板１１の透過率を確定するように、適合され得る。
本書に記載の他の実施形態と結合され得る、別の実施形態によれば、インライン透過測定装置が、堆積チャンバ１０４の中の位置１４０’に、追加的に又は代替的に配置されてもよい。そのような配置は、アニールチャンバ１１２が省略される実施形態において、特に有益であり得る。本書に記載の他の実施形態と結合され得る、更に別の実施形態によれば、インライン透過測定装置が、堆積チャンバ１０４の中の位置１４０”に、追加的に又は代替的に配置されてもよい。そのような配置は、基板が逆方向に運ばれる、例えば、最初にロール１０からロール１２へ、次に逆にロール１２からロール１０へ戻る、リバースモードで、装置１００が動作することができる場合に、特に有益である。
更に、装置１００は、基板１１上にコーティングされた一つ以上の層のそれぞれの厚さを確定するように適合される評価ユニット１７０を含む。通常、評価ユニット１７０は、検出装置１６０から入力を受け取り、基板１１上の実際のコーティングが、所望の層の厚さに相当するかどうかを評価する。評価ユニット１７０は、コントローラ１８０に接続され、次にコントローラは、フィードバック制御のために堆積源５０に直接又は間接に接続可能である。本書に記載の実施形態によれば、真空堆積装置のためのインライン堆積制御のプロセスは、一つ以上の堆積層が堆積された基板１１を照射することを含む。本プロセスは、一つ以上の堆積層を有する基板で反射された光、及び一つ以上の堆積層を有する基板を透過した光のうちの少なくとも一つから選択されるスペクトル分解された信号を測定することを更に含む。加えて、本プロセスは、測定信号及び一つ以上の堆積層の堆積についての一組の設定値パラメータに基づいて、一つ以上の層のそれぞれの厚さを確定することを含む。本プロセスはまた、確定された厚さに基づいて一つ以上の堆積層の堆積をフィードバック制御することを含む。
本書で熟考されるような又はそれと同様な配置及び／又はプロセスにより、堆積装置を正しい層の厚さに調整するための、現行の試行錯誤の修正メカニズムを克服することができる。これはまた、調整がインライン及び自動で行われるので、熟練作業者の必要性を減らす。更に、その明示された設計によれば、コーティングされない材料の量を減らすことができる。また、堆積装置の正確な調整が、従来の試行錯誤の調整によるよりも速く達成されるので、所与のプロセスについての起動時間を短縮することができる。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、評価ユニット１７０は、一つ以上の堆積層の堆積についての一組の設定値パラメータを有する。幾つかの実施形態において、一組の設定値パラメータは、基板の所望の材料組成、基板の所望の厚さ、基板の屈折率、基板の消衰係数、堆積層の所望の材料組成、堆積層の所望の厚さ、基板上の堆積層の数、堆積層の屈折率、堆積層の消衰係数のうちの一つ以上を含む。そのような設定値パラメータは、基板上に最終的に生成されるべき所望のコーティングに対応する。設定値パラメータはまた、実際の、すなわち測定された、コーティングの値がそこから逸脱し得る、コーティングプロセスについての所望の値とみなしてもよい。従って、設定値パラメータは、コーティングプロセスの所望の結果を定義するのに役立ち得る。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、評価ユニット１７０は、スペクトル分解された測定信号を、一組の設定値パラメータに基づく一つ以上のシミュレーションされたスペクトル曲線と比較するように、適合される。例えば、評価ユニット１７０は、スペクトル曲線自体をシミュレーションしてもよいし、データソースからシミュレーションされたスペクトル曲線を入力されてもよい。シミュレーションは、所望のコーティングに対応する設定値パラメータ、例えば、コーティングの中の層のそれぞれの材料の光学パラメータｎ及びｋ並びに層の厚さ、に基づく。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、評価ユニット１７０は、測定信号とシミュレーションされたスペクトル曲線との間の比較から、一つ以上の堆積層の各々について実際の層の厚さを確定するように、更に適合される。そのような確定方法の実施形態が、以下により詳細に説明される。限定的と解釈すべきでない例示によれば、所望のコーティングは、８ｎｍの厚さの第一の層、４０ｎｍの厚さの第二の層、及び３０ｎｍの厚さの第三の層の３つの層を有する。これらの所望の値及び他の設定値パラメータ、例えば、各層のそれぞれの材料、に基づいて、光学的測定についてのシミュレーションされたスペクトル曲線が、計算される。その後、これらの計算された曲線が、測定ヘッド及び検出装置１６０によって確定されるような実際のスペクトル曲線を比較され、所望のスペクトル曲線からの実際のスペクトル曲線の偏差を確定する。本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、一つ以上のシミュレーションされたスペクトル曲線の入力パラメータが、スペクトル分解された測定信号、すなわち、実際のスペクトル曲線とマッチするように、フィッティングされてもよい。例えば、シミュレーションされた曲線が、測定されたスペクトル曲線と合うまで、それぞれの層の厚さの値が、調整されてもよい。このフィッティングから、実際の層の厚さが、確定され得る。例示にすぎないが、フィッティングにより、第一の層の厚さが６ｎｍ、第二の層の厚さが４５ｎｍ、第三の層の厚さが３２ｎｍであることが明らかとなるかもしれない。従って、第一の層は所望の厚さから−２ｎｍだけずれ、第二の層は＋５ｎｍだけずれ、第三の層は＋２ｎｍだけずれている。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、コントローラ１８０は、前記堆積層のうちの少なくとも一つを堆積させるための少なくとも一つのスパッタ源５０を制御するように適合される。上記の特定の例において、コントローラ１８０は、実際の層の厚さを所望の値に調整するために、第一の層のためのスパッタ源の出力を３３％増加させ、第二の層のためのスパッタ源の出力を１１％減少させ、第三の層のためのスパッタ源の出力を６．３％減少させてもよい。例えば、そのような調整は、スパッタ源の電力を制御することによって、行われうる。しかしながら、幾つかの実施形態において、他の堆積源が用いられてもよく、その場合に、源の出力が、異なる方法で、例えば、気相堆積源の中のガス流を制御することによって、制御されてもよい。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、インライン堆積制御装置は、約０．００５〜約０．５ｍ／ｓの速度で運ばれる基板のインライン検査に適合される。そのようなインライン堆積制御装置は、堆積装置のスループットを低下させずに、コーティングの連続的モニタを可能にする。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、インライン堆積制御装置は、約２００〜約２０００ｍｍの横幅を有する基板のインライン検査に適合される。そのようなインライン堆積制御装置は、通常の基板の連続的モニタを可能にする。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、インライン堆積制御装置は、搬送されているときに、２０〜８００Ｎの張力を受けている基板のインライン検査に適合される。そのような張力は、コーティングされた基板の光学的特性を変化させ得るので、それを考慮することは、基板上の所望のコーティングと実際のコーティングとの間の偏差を減少させる。
代表的な実施形態によれば、それぞれの層の堆積材料は、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｉ，ＮｉＣｒ，ＮｉＶ，Ｓｉ，ステンレス鋼，Ｔｉ，ＴｉＯ２，Ｔａ，Ａｌ２Ｏ３，アルミニウムがドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ），ＣｒＯｘＮｙ，インジウムがドープされた酸化スズ（ＩＴＯ），ＭｇＯ，Ｎｂ２Ｏ５，ＳｉＮ，ＳｉＯ２，及びＳｉＯｘＮｙから選択される。それぞれのコーティング材料は、シミュレーションされるスペクトル曲線のために選択される設定値パラメータに反映され得る。
代表的な実施形態によれば、基板は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース、及び金属箔から選択される。それぞれの基板は、シミュレーションされるスペクトル曲線のために選択される設定値パラメータに反映され得る。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、加熱、すなわちアニールは、１５０℃以上の加熱要素の温度で行われることができる。通常、温度は、１５０℃〜１８０℃であることができる。幾つかのタイプのフレキシブル基板について、加熱は、１５０℃〜２５０℃、例えば１５０℃〜２１０℃の範囲であることができる。それぞれのアニール温度が、シミュレーションされるスペクトル曲線のための設定値パラメータに反映され得る。
本書に記載の実施形態によれば、装置１００は、アンワインドチャンバ１０２を有するアンワインドモジュール、堆積チャンバ１０４を有する堆積モジュール、及び例えばアニールチャンバ１１２を有することができる任意選択のアニールモジュール、及びワインドチャンバ１０６を有するワインドモジュールを含む。これらのモジュール及びチャンバは、通常、この順序で提供される。
図３に示されるように、フレキシブル基板１１は、第一の方向に導かれ、本質的に反対の方向に戻る。この曲がりくねった形状のガイド（ｇｕｉｄｉｎｇ）が、図３において一回繰り返される。本書に記載の他の実施形態と結合できる、異なる実施形態によれば、この曲がりくねった形状のガイドが、２回、３回、４回、５回又は更に多い回数設けられることができる。
図３に示されるように、チャンバ１０２、１０４、１１２、及び１０６の各々が、それぞれ、真空フランジ１０３、１０５、１１３、及び１０７を含む。それにより、チャンバの各々が、一つ以上の真空ポンプを有する真空装置に接続されるように構成される。従って、チャンバの各々が、隣接するチャンバから独立に排気されることができる。それ故、本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、密閉要素がチャンバ１０２とチャンバ１０４の間に設けられることができ、密閉要素がチャンバ１０４とチャンバ１１２の間に設けられることができ、及び／又は密閉要素がチャンバ１１２と１０６の間に設けられることができる。詳細には、それぞれの密閉要素が、アンワインドチャンバ１０２及び隣接するチャンバの間並びにワインドチャンバ１０６及び隣接するチャンバの間に設けられることができる。それにより、堆積装置１００の他のチャンバの真空を維持しながら、チャンバ１０２とチャンバ１０６をそれぞれ通風することによって、ロール１０及び／又はロール１２を交換することが可能になる。代表的な実施形態によれば、チャンバ間の密閉は、可膨張性の密閉又は同様なものであることができ、それにより、フレキシブル基板１１が、一つのチャンバから隣接するチャンバへと導かれる間、チャンバが互いに対して密閉されることができる。
上記のように、一つ以上の堆積源５０が、装置１００に設けられる。通常、これらの源は、スパッタターゲットであることができる。しかしながら、蒸発器、ＣＶＤ源及びＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）源のような他の源も、含めてよい。特に、層スタックが、堆積モジュールの中で、すなわち堆積チャンバ１０４の中で堆積される場合、２つ以上の源が設けられることができ、源は、ＰＶＤ源、スパッタ源、平面又は回転可能なスパッタ源、平面又は回転可能なツインスパッタ源、ＣＶＤ源、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）源及び蒸発器からなる群から個別に選択されることができる。本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、一つ以上のスパッタターゲットが、堆積モジュールの中に、例えば、一つのサブチャンバ４０につき一つのスパッタターゲットで、設けられることができる。図３に示されるように、ターゲットは、第一のターゲット部と第二のターゲット部を有するツインターゲットとして設けることができる。
「ツインターゲット」という用語は、１対の２つのターゲットを指し、２つのターゲットが結合され、ツインターゲットになる。第一のターゲット部５２と第二のターゲット部５４が、ツインターゲットペアを形成し得る。例えば、ツインターゲットペアの両方のターゲットが、同じ基板をコーティングするための同じ堆積プロセスで同時に用いられ得る。ツインターゲットが、同時に基板の同じ部分をコーティングするために用いられることができる。本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、ツインターゲットの２つのターゲットは、同じ堆積材料を含む。幾つかの実施形態によれば、ツインターゲットが中波（ＭＦ）で作動するように、上記の堆積装置及び配列が用いられ得る。本書の実施形態によれば、中波は、５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、例えば、１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ、の範囲の周波数である。透明な導電性酸化物膜のためのターゲットからのスパッタリングは、ＤＣスパッタリングとして通常行われる。一つの実施形態において、堆積装置及び／又は堆積装置のターゲット支持体は、ターゲットの一方をアノードとして用い、それぞれの他方をカソードとして用いるように適合され得る。概して、アノード及びカソードとしてのターゲットの動作が交互にされ得るように、堆積装置は適合される。これは、以前はアノードとして用いられていたターゲット部５２と５４が、カソードとして用いられてもよく、以前はカソードとして用いられていたターゲットが、アノードとして動作してよいということを意味する。
図３に関して例示的に説明される実施形態によれば、処理ドラム３０が設けられる。通常、処理ドラム３０は、堆積中にフレキシブル基板１１を冷却するために、例えば、堆積中に生成される熱を受け取るために、利用されることができる。及び／又は処理ドラムは、堆積されるべき層又は層スタックの最良の堆積特性のための温度で提供されることができる。従って、フレキシブル基板１１は、基板が堆積源５０を通り過ぎる間、処理ドラム上に導かれる。
図４に示され、本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、透過測定装置１４０は、一つ以上の反射測定ヘッド２４０で置換えられてもよい。幾つかの実施形態において、反射測定ヘッド２４０は、コーティングされる基板を照射するための光源及びコーティングされる基板から反射される光を受け取るためのレシーバを統合する。反射測定のためのそのような装置は、基板１１が不透明である、及び／又は低い透過率を有する場合に、特に有用である。図４に示される装置により、反射光の測定信号が、反射測定ヘッド２４０により出力され、検出装置１６０に送られる。測定された信号の評価は、透過測定について上記で説明したものと基本的に同じであるが、シミュレーションされるスペクトル曲線は、反射測定に適合されねばならない。測定方法を考慮することにより、シミュレーションの正確さが向上するであろう。
本書に記載の他の実施形態と結合され得る、別の実施形態によれば、インライン反射測定装置が、堆積チャンバ１０４の中の位置２４０’に、追加的に又は代替的に配置されてもよい。そのような配置は、アニールチャンバ１１２が省略される実施形態において、特に有益であり得る。本書に記載の他の実施形態と結合され得る、別の実施形態によれば、インライン反射測定装置が、堆積チャンバ１０４の中の位置２４０”に、追加的に又は代替的に配置されてもよい。そのような配置は、基板が逆方向に運ばれる、例えば、最初にロール１０からロール１２へ、次に逆にロール１２からロール１０へ戻る、リバースモードで、装置２００が動作することができる場合に、特に有益である。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、反射は、基板の両側から、すなわち、コーティングされた側及びコーティングされていない側から測定され得る。これは、一つ以上のコーティング層が、吸収材料、例えば金属層又はインジウムスズ酸化物の層を含む場合に、特に有益である。反射測定は、いずれの側からなされてもよく、又は幾つかの実施形態では、両側からさえなされてよく、このようにして独立の測定値が得られる。幾つかの実施形態において、第三の独立の測定値を得るために、透過測定が、一つ又は両方の反射測定と結合されてもよい。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、一つより多い反射測定のための測定ユニットが設けられ、各測定ユニットは、前記光源の少なくとも一つ及び前記検出装置の少なくとも一つを含む。例えば、反射測定ユニット２４２、２４４、２４６が、図５に示されるように、基板の幅にわたる位置に設けられ得る。このようにして、堆積が基板の幅にわたって均一であるかどうかが、モニタされることができる。基板のある部分でのみ生じる層の厚さの偏差が、このようにして検出され得るが、それらは、層の厚さが基板上の単一の場所でのみモニタされる場合には、気付かれない。
本書に記載の他の実施形態と結合できる、幾つかの実施形態によれば、測定ユニット、例えば図６に示されるような反射測定ヘッド２４０、が、基板１１の搬送方向と実質的に垂直に可動であってもよい。このようにして、堆積が基板の幅にわたって均一であるかどうかが、モニタされることができる。基板のある部分でのみ生じる層の厚さの偏差が、このようにして検出され得るが、それらは、層の厚さが基板上の単一の場所でのみモニタされる場合には、気付かれない。
真空堆積装置のためのインライン堆積制御の方法が、図７に示される。ステップ５０２で、一つ以上の堆積層が堆積された基板が、照射される。次のステップ５０４で、一つ以上の堆積層を有する基板で反射された光、及び／又は一つ以上の堆積層を有する基板を透過した光である、スペクトル分解された信号が、測定される。その後、ステップ５０６で、測定信号及び一つ以上の堆積層の堆積についての一組の設定値パラメータに基づいて、一つ以上の層のそれぞれの厚さが確定される。次のステップ５０８で、一つ以上の堆積層の堆積が、確定された厚さに基づいてフィードバック制御される。
幾つかの実施形態による方法の詳細な記載が、次に、図８及び図９を参照して説明される。図８は、第一の層がＮｂ２Ｏ５であり、第二の層がＳｉＯ２であり、最後の層ＩがＮｂ２Ｏ５である、例示的な多層システムを示す。全ての層について、それらの所望の厚さｄｋ、屈折率ｎｋ、及び消衰係数ｋｋが既知である。図９に示される方法９００の第一のステップ９０２で、これらの値が、方法の開始において初期値として用いられる。
第二のステップ９０４で、反射率と透過率が、例えば、特性行列公式を用いて計算される。この公式において、各層は、前記の層パラメータである厚さｄ、屈折率ｎ、及び消衰係数ｋを含む２ｘ２行列によって表される。そのような公式の詳細は、周知であり、例えば、Ｈ．Ａ．Ｍａｃｌｅｏｄ，“Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒｓ”，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｐｕｂ．，３ｒｄ ｅｄｉｔｉｏｎ，１９８６に記載されており、その全内容（特に３５〜３９ページ）、及び特に特性行列公式が、これによって参照により含まれる。本実施形態との関連で記載されているけれども、特性行列公式は、他の実施形態でも適用され得る。更に、他の公式が個々の層の厚さを確定するために用いられ得るということが、理解されるべきである。
次のステップ９０６で、反射率及び／又は透過率についての測定値が、対応する計算値と比較される。そのような比較が図１０に示され、以下でより詳細に説明される。比較に基づいて、最初のメリット関数Ｍ０が決定される。本書に記載の実施形態は、任意の特定の形のメリット関数に限定されるものでなく、測定されたスペクトルデータと計算されたスペクトルデータの間の偏差の程度を十分に反映する限り、様々なメリット関数が用いられてよい、ということが理解されるべきである。
次のステップ９０８で、多層システムの層の厚さｄｋが、例えば非線形最適化アルゴリズムを利用して、変えられる。本実施形態との関連で記載されているけれども、そのような非線形最適化アルゴリズムは、他の実施形態でも適用され得る。更に、他の最適化アルゴリズムが個々の層の厚さを確定するために用いられ得るということが、理解されるべきである。
次に、ステップ９１０で、変えられた層の厚さについての反射率及び／又は透過率の値が、例えば、ステップ９０４と同じ特性行列公式を用いて計算される。
次のステップ９１２で、新しいメリット関数Ｍ１が、ステップ９１０で確定された新しい反射率及び／又は透過率の値に基づいて計算される。その後、新しいメリット関数Ｍ１が、ステップ９１４で最初のメリット関数Ｍ０と比較される。このようにして、変えられた層の厚さが、測定データとよりぴったり合うスペクトルデータをもたらすかどうかが、決定されることができる。これが事実である場合、新しいメリット関数Ｍ１は、最初のメリット関数Ｍ０よりも小さいであろう。この場合、最初のメリット関数Ｍ０は、ステップ９１６で、新しいメリット関数Ｍ１によって置換えられ、本方法は、ステップ９０８における層の厚さの更なる変化とともに継続する。新しいメリット関数Ｍ １ が、古いメリット関数Ｍ０よりも小さくない場合、反復最適化プロセスは終了し、最新の層の厚さｄ１Ｎ，…，ｄＮＮが、測定されたスペクトル曲線とフィットする厚さの値の最良の組として維持される。
これらの最良の厚さの値に基づいて、本プロセスの所望の層の厚さからの各層の厚さの偏差が、ステップ９１８で確定されることができる。確定された厚さの誤差に基づいて、実際の層の厚さが所望の層の厚さに近付くように、堆積装置の動作パラメータがステップ９２０で調整される。堆積プロセスの機械の調節を変えるための幾つかの選択肢がある。例えば、スパッタリングプロセスにおいて、堆積速度を調整するための代表的な方法は、スパッタ源のための供給電力を減少又は増加させることである。非限定的な例において、第一の層（例えば、Ｎｂ２Ｏ５）が、所望の厚さに５％足りないので、スパッタ源の電力が、５％（例えば、１０ｋＷから１０．５ｋＷに）増加されるであろう。堆積装置が調整された後、スペクトルデータの新たな測定が、ステップ９２２で実行され、ステップ９２４で制御方法のための新たな入力として用いられる。新たな測定データに基づいて、本方法がステップ９０６から繰り返される。
上記に照らして、複数の実施形態が説明された。一つの実施形態によれば、フレキシブル基板を処理するための装置が提供される。本装置は、フレキシブル基板を供給するように構成されるアンワインドモジュール、フレキシブル基板上に一つ以上の層を堆積させるように構成される堆積モジュール、コーティングされた層（複数可）を伴う基板を巻き取るように構成されたワインドモジュール、並びに堆積後及び巻き取り前に設けられるインライン堆積制御装置を含む。更なる実施形態が、他の実施形態、従属項及び図面に記載される細部、特徴、態様の組合せにより生成されることができ、細部、特徴及び態様は、それらが互いに矛盾しない程度に、互いに代替又は追加として提供されることができる。
本書に記載の実施形態は、基板処理装置、すなわち層堆積装置の手作業の調整の必要性を省略又は減少させるために、利用することができる。試行錯誤方法を用いる熟練作業者による手作業の調整を置き換えることは、ロールツーロールコータの所有者にとって時間、材料及び費用を節約し、その結果、ＣｏＯが改善されるであろう。
上記は本発明の実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の及び更なる実施形態を考え出すことができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (13)
- 基板（１１）上に二つ以上の堆積層を堆積させるための二つ以上の堆積源（５０）を有する真空堆積装置（１００）のためのインライン堆積制御装置（１４０）であって、
前記二つ以上の堆積層を有する前記基板を照射するように適合された一つ以上の光源（１４２）と、
前記二つ以上の堆積層を有する前記基板で反射された、または前記基板を透過した光を受光するように適合されたレシーバ（１４４、２４０）と、
前記レシーバに接続され、前記レシーバによって提供された測定信号のスペクトル分解検出に適合された検出装置（１６０）であって、前記測定信号は、前記二つ以上の堆積層を有する前記基板で反射された光、及び前記二つ以上の堆積層を有する前記基板を透過した光のうちの少なくとも一つから選択される、検出装置（１６０）と、
前記検出装置からの入力として受信された、スペクトル分解された前記測定信号に基づいて前記二つ以上の堆積層のそれぞれの厚さを決定するための評価ユニット（１７０）と、
前記評価ユニットに接続されたコントローラ（１８０）であって、前記二つ以上の堆積層の決定された前記それぞれの厚さに基づく前記二つ以上の堆積層の堆積のフィードバック制御のために前記真空堆積装置に接続可能なコントローラ（１８０）と、
前記一つ以上の光源及び前記レシーバのうち少なくとも一つを含む、反射測定のための測定ユニット（２４２、２４４、２４６）とを含み、
前記測定ユニットが、前記基板の搬送方向に実質的に垂直に可動である、インライン堆積制御装置（１４０）。 - 前記評価ユニット（１７０）が、前記二つ以上の堆積層の堆積の一組の設定値パラメータを含み、前記一組の設定値パラメータが、以下のパラメータ：前記基板の所望の材料組成、前記基板の所望の厚さ、前記基板の屈折率、前記基板の消衰係数、堆積層の所望の材料組成、堆積層の所望の厚さ、前記基板上の堆積層の数、堆積層の屈折率、及び堆積層の消衰係数、のうちの一つ以上を含む、請求項１に記載のインライン堆積制御装置（１４０）。
- 前記評価ユニット（１７０）が、スペクトル分解された前記測定信号を、一組の設定値パラメータに基づく一つ以上のシミュレーションされたスペクトル曲線と比較するように適合される、請求項１または２に記載のインライン堆積制御装置（１４０）。
- 前記評価ユニット（１７０）が、スペクトル分解された前記測定信号と前記シミュレーションされたスペクトル曲線との間の前記比較から、前記二つ以上の堆積層の各々について実際の層の厚さを決定するように更に適合される、請求項３に記載のインライン堆積制御装置（１４０）。
- 前記コントローラ（１８０）が、前記堆積層の少なくとも一つを堆積させるための少なくとも一つのスパッタ源（５０）を制御するように適合される、請求項１から４のいずれか一項に記載のインライン堆積制御装置（１４０）。
- 前記検出装置（１６０）が、３００〜１７００ｎｍの波長範囲での、前記二つ以上の堆積層を有する基板の反射率及び／又は透過率を決定するように適合される少なくとも一つの分光計を更に含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のインライン堆積制御装置（１４０）。
- 以下：
（ａ）前記基板が０．００５〜０．５ｍ／ｓの速度で運ばれる；
（ｂ）前記基板が２００〜２０００ｍｍの横幅を有する；及び
（ｃ）前記基板が搬送されているときに２０〜８００Ｎの張力を受ける、
のうちの少なくとも一つの特性を有する前記基板のインライン検査のために更に適合される、請求項１から６のいずれか一項に記載のインライン堆積制御装置（１４０）。 - 堆積材料が、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｎｉ，ＮｉＣｒ，ＮｉＶ，Ｓｉ，ステンレス鋼，Ｔｉ，ＴｉＯ２，Ｔａ，Ａｌ２Ｏ３，アルミニウムがドープされた酸化亜鉛，ＣｒＯｘＮｙ，インジウムがドープされた酸化スズ，ＭｇＯ，Ｎｂ２Ｏ５，ＳｉＮ，ＳｉＯ２，及びＳｉＯｘＮｙからなる群から選択され、及び／又は、
前記基板が、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、トリアセチルセルロース、及び金属箔からなる群から選択される、請求項１から７のいずれか一項に記載のインライン堆積制御装置（１４０）。 - 基板（１１）上に二つ以上の堆積層をインライン堆積するために配置された二つ以上の堆積源（５０）と、
請求項１から８のいずれか一項に記載のインライン堆積制御装置と
を含む真空堆積装置（１００）であって、
前記インライン堆積制御装置の前記コントローラは、前記基板上の前記二つ以上の堆積層のインライン堆積のフィードバック制御のために前記二つ以上の堆積源と接続される、真空堆積装置（１００）。 - 前記基板はフレキシブル基板であり、
前記真空堆積装置は、
前記フレキシブル基板を提供するためのロールを含むアンワインドチャンバ（１０２）と、
堆積チャンバ（１０４）と、
前記フレキシブル基板を巻き取るためのロールを含むワインドチャンバ（１０６）とを含み、
前記二つ以上の堆積源は、前記堆積チャンバ内に配置され、かつ、前記フレキシブル基板上の前記二つ以上の堆積層のインライン堆積のために適合され、
前記インライン堆積制御装置の前記一つ以上の光源とレシーバは、前記堆積源によるインライン堆積後に配置される、請求項９に記載の真空堆積装置（１００）。 - 真空堆積装置のためのインライン堆積制御の方法であって、
二つ以上の堆積層が上に堆積された基板を一つ以上の光源（１４２）で照射すること（５０２）、
前記二つ以上の堆積層を有する前記基板で反射された光、及び前記二つ以上の堆積層を有する前記基板を透過した光のうちの少なくとも一つから選択されるスペクトル分解された測定信号を測定すること（５０４）、
スペクトル分解された前記測定信号及び前記二つ以上の堆積層の堆積の一組の設定値パラメータに基づいて、前記二つ以上の堆積層のそれぞれの厚さを決定すること（５０６）、並びに
前記二つ以上の堆積層の決定された前記それぞれの厚さに基づいて前記二つ以上の堆積層の堆積をフィードバック制御すること（５０８）、
を含み、
前記測定すること（５０４）において、スペクトル分解された前記測定信号を測定する測定ユニット（２４２、２４４、２４６）が、前記基板の搬送方向に実質的に垂直に可動である、方法。 - 前記それぞれの厚さを決定することは、スペクトル分解された前記測定信号とマッチするように、一つ以上のシミュレーションされたスペクトル曲線の入力パラメータをフィッティングすることを含む、請求項１１に記載の方法。
- 前記それぞれの厚さを決定することは、非線形最適化アルゴリズムとともに特性行列公式を用いて、スペクトル分解された前記測定信号から前記それぞれの厚さを決定することを含む、請求項１２に記載の方法。
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