JP7093684B2

JP7093684B2 - 成膜装置及び成膜方法

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Publication number: JP7093684B2
Application number: JP2018116846A
Authority: JP
Inventors: 大江平; 礼寛横山; 貴啓廣野
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2038-06-20
Also published as: JP2019218603A

Description

本発明は、蒸発材料を蒸発させて基材上に当該蒸発材料の膜を形成する成膜装置及び成膜方法に関する。

従来、巻出しローラから巻き出された基材をメインロールに巻き付けながら、基材上に蒸発材料の薄膜を形成し、当該基材を巻取りローラにより巻き取る方式の成膜装置が知られている。

近年では、上記したような成膜装置を扱う業界において、薄膜が形成された基材の使用用途等に応じて、成膜の過程で薄膜が形成された成膜領域と薄膜の形成されない非成膜領域を設ける必要性が生じてきた。

そこで、このような背景から例えば特許文献１には、フィルムと蒸発源との間にマスクを配置することによって、フィルムの両側縁部に非成膜領域を形成する技術が記載されている（特許文献１図２参照）。

特許５０２４９７２号公報

特許文献１に記載の成膜装置では、基材に薄膜が形成される成膜領域と、基材に薄膜が形成されない非成膜領域が形成される。この場合、非成膜領域には薄膜が形成されないため、非成膜領域は薄膜からの熱負荷を受けにくい。

その結果、成膜領域と非成膜領域と間で温度差（温度分布）が生じ、成膜領域内の基材と非成膜領域内の基材の熱伸び量に差が生じるため、非成膜領域内の基材である基材の幅方向両端にシワが発生する課題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、基材の幅方向両端にシワが発生することを抑制可能な成膜装置及び成膜方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜装置は、搬送機構と、成膜部と、加熱ユニットと、を有する。
上記搬送機構は、長尺の基材を搬送する。
上記成膜部は、成膜位置に対向して設けられた成膜源と、上記基材の幅方向両端に対向する固定マスクとを有し、上記基材に薄膜を形成する。
上記加熱ユニットは、上記固定マスクと上記基材の幅方向両端との間に設けられる一対の加熱部を有する。

上記構成によれば、成膜装置は、基材の幅方向両端を加熱する加熱部を有する。これにより、基材に薄膜を形成しつつ、基材の幅方向両端を加熱することができる。従って、非成膜領域は、成膜領域と同等の熱負荷を受けるため、基材の幅方向の温度分布が均一化される。よって、非成膜領域と成膜領域の熱伸び量が均等になり、基材の幅方向両端にシワが発生することが抑制される。

上記搬送機構は、
上記成膜部より上記基材の搬送方向上流側に設けられ、上記基材を巻き出す巻出しローラと、
上記成膜部より上記基材の搬送方向下流側に設けられ、上記基材を巻き取る巻取りローラと、
上記基材の搬送方向において上記巻出しローラと上記巻取りローラとの間に設けられ、上記成膜位置に対向するメインローラと
を有してもよい。

上記加熱ユニットは、上記加熱部を上記基材の幅方向に移動可能に支持してもよい。
これにより、基材の幅に依存せずに常に加熱部を基材の幅方向両端に対向させることができる。よって、種々の幅を持つ基材に対応可能となる。

上記加熱ユニットは、
上記成膜位置において、上記基材の幅方向両端を加熱する第１の加熱部と、
上記成膜位置より上記基材の搬送方向上流側において、上記基材の幅方向両端を加熱する第２の加熱部と、
上記成膜位置より上記基材の搬送方向下流側において、上記基材の幅方向両端を加熱する第３の加熱部と
を有してもよい。

上記構成によれば、成膜装置は第２の加熱部を有する。この構成により、基材は、その幅方向両端が予熱されて所定量熱伸びしつつ成膜位置に搬送される。これにより、成膜位置に搬送された基材が成膜される過程において、成膜領域と非成膜領域との熱伸び量をより速く均等にさせることができ、成膜位置で基材の幅方向の温度分布が均一化するまでに発生するシワの発生が抑制される。
また、上記構成によれば、成膜装置は第３の加熱部を有する。この構成により、薄膜が形成された基材が巻取りローラに巻き取られるまでの徐冷過程において、成膜領域と非成膜領域との収縮挙動の均一化が図られる。従って、成膜領域と非成膜領域との収縮ミスマッチが抑制され、徐冷過程において基材の幅方向両端にシワが発生することが抑制される。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、長尺の基材を搬送する搬送機構と、成膜位置に対向して設けられた成膜源と、上記基材の幅方向両端に対向する固定マスクとを有し、上記基材に薄膜を形成する成膜部と、上記固定マスクと上記基材の幅方向両端との間に設けられる一対の加熱部を有する加熱ユニットと、を有する成膜装置の成膜方法である。
上記成膜方法は、上記成膜位置において、上記基材の幅方向両端が加熱される。
上記成膜源によって、上記基材に薄膜が形成される。

以上のように、本発明によれば、基材の幅方向両端にシワが発生することを抑制可能な成膜装置及び成膜方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る成膜装置の構成例を示す模式図である。上記成膜装置の構成例を示す模式図である。上記成膜装置の成膜方法を示すフローチャートである。上記成膜装置の成膜プロセスを示す模式図である。従来の成膜装置の構成例を簡略的に示す模式図である。上記実施形態の成膜装置の構成例を簡略的に示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る成膜装置の構成例を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

１．第１の実施形態
［成膜装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置１００の構成例を示す模式図である。図１に示すＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向は相互に直交する３軸方向であり、本明細書の全図において共通である。

成膜装置１００は、図１に示すように、真空チャンバ１０１と、成膜部１１０と、搬送部１２０と、搬送機構１３０と、加熱ユニット１４０とを有する。

（真空チャンバ）
真空チャンバ１０１は、密閉構造を有し、真空ポンプＰ１を有する排気ラインＬ１に接続される。これにより、真空チャンバ１０１は、その内部が所定の減圧雰囲気に排気又は維持可能に構成される。また、真空チャンバ１０１は、図１に示すように、成膜部１１０と搬送部１２０をそれぞれ区画する仕切り板１１１を有する。

（成膜部）
成膜部１１０は、仕切り板１１１と真空チャンバ１０１の外壁により区画された成膜室であり、その内部に蒸発源１１２、固定マスク１１３及び加熱部１４１を有する。また、成膜部１１０は、排気ラインＬ１に接続されている。これにより、真空チャンバ１０１が排気される際には、先ず、成膜部１１０内が排気される。

一方、成膜部１１０は搬送部１２０と連通しているため、成膜部１１０内が排気されると、搬送部１２０内も排気される。これにより、成膜部１１０と搬送部１２０との間に圧力差が生じる。この圧力差により、蒸発材料の蒸気流が搬送部１２０内に侵入することが抑制される。

蒸発源１１２は、任意の蒸発材料を蒸発させる蒸発源であり、この蒸発材料を加熱する加熱機構（図示略）を有する。加熱機構の加熱温度は、例えば蒸発材料がリチウム金属である場合に、５３０℃～７００℃程度である。蒸発源１１２は、例えば、抵抗加熱式蒸発源、誘導加熱式蒸発源、電子ビーム加熱式蒸発源等である。

成膜部１１０は、図１に示すように、固定マスク１１３（防着板）を有する。図２は、蒸発源１１２側から見た成膜装置１００の構成例を示す模式図である。なお、図２では、真空チャンバ１０１、蒸発源１１２及び排気ラインＬ１の図示を省略する。

固定マスク１１３は、後述するメインローラ１３２と蒸発源１１２との間に設けられ、開口部１１３ａを有する。固定マスク１１３は、成膜位置において、基材Ｆの幅方向両端とメインローラ１３２のＹ軸方向両端部に対向する。これにより、固定マスク１１３は、基材Ｆの幅方向両端とメインローラ１３２のＹ軸方向両端部に蒸発源１１２からの粒子が付着すること防ぐマスクとして機能する。

本実施形態では、メインローラ１３２の外周面のうち、Ｚ軸方向において開口部１１３ａと対向する位置が、基材Ｆに薄膜を形成する際の成膜位置となる。蒸発源１１２は、この成膜位置に対向する。

（搬送部）
搬送部１２０は、仕切り板１１１と、真空チャンバ１０１の外壁に区画された搬送室であり、真空チャンバ１０１内のＺ軸方向上方に配置される。本実施形態では、排気ラインＬ１を成膜部１１０にのみ接続したが、搬送部１２０にも別の排気ラインを接続することにより、搬送部１２０と成膜部１１０とを独立して排気してもよい。

（搬送機構）
搬送機構１３０は、巻出しローラ１３１と、メインローラ１３２と、巻取りローラ１３３とを有する。巻出しローラ１３１、メインローラ１３２及び巻取りローラ１３３は、それぞれ回転駆動部（図示しない）を備え、Ｙ軸周りに所定の回転速度でそれぞれ回転可能に構成される。これにより、真空チャンバ１０１内において、巻出しローラ１３１から巻取りローラ１３３に向かって基材Ｆが所定の搬送速度（例えば０．１ｍ／ｍｉｎ）で搬送される。

巻出しローラ１３１は、成膜部１１０よりも基材Ｆの搬送方向上流側に設けられ、基材Ｆをメインローラ１３２へ送り出す機能を有する。巻出しローラ１３１とメインローラ１３２との間の適宜の位置には、独自の回転駆動部を備えていないフリーローラである少なくとも１つのガイドローラ（図示略）が配置されてもよい。

メインローラ１３２は、基材Ｆの搬送方向において巻出しローラ１３１と巻取りローラ１３３との間に配置される。メインローラ１３２は、基材Ｆを支持する支持面（外周面）を有する。

メインローラ１３２は、Ｚ軸方向における下部の少なくとも一部が、仕切り板１１１に設けられた開口部１１１ａを通って成膜部１１０に臨む位置に配置される。これにより、メインローラ１３２は、所定の間隔を空けて開口部１１２ａに対向し、蒸発源１１２とＺ軸方向に対向する。

メインローラ１３２は、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム等の金属材料で筒状に構成され、その内部に例えば温調媒体循環系等の温調ユニット（図示略）が設けられてもよい。温調ユニットに循環させる温媒としては、例えばシリコン油等の高沸点の有機媒体を用いることができ、例えば５０℃程度に加熱される。冷媒としては水を用いることができる。メインローラ１３２の大きさは特に限定されないが、典型的には、Ｙ軸方向の幅寸法が基材ＦのＹ軸方向の幅寸法よりも大きく設定される。

巻取りローラ１３３は、成膜部１１０より基材Ｆの搬送方向下流側に設けられ、巻出しローラ１３１から巻き出され成膜部１１０で薄膜が形成された基材Ｆを回収する機能を有する。メインローラ１３２と巻取りローラ１３３との間の適宜の位置には、独自の回転駆動部を備えていないフリーローラである少なくとも１つのガイドローラ（図示略）が配置されてもよい。

基材Ｆは、例えば、所定幅に裁断された長尺のフィルムである。基材Ｆは、例えば銅、アルミニウム、ニッケル又はステンレス鋼等の金属で構成される。または、基材Ｆは、ＯＰＰ（延伸ポリプロピレン）フィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）フィルム、ＰＩ（ポリイミド）フィルム等の樹脂フィルムであってもよい。あるいは、基材Ｆは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）付き樹脂フィルム等であってもよい。

基材Ｆの厚さは、特に限定されず、例えば数μｍ～数十μｍである。また、基材Ｆの幅や長さについても特に制限はなく、用途に応じて適宜決定可能である

（加熱ユニット）
本実施形態の成膜装置１００は、図１及び図２に示すように、加熱ユニット１４０を有する。加熱ユニット１４０は、一対の加熱部１４１と、駆動機構（図示略）とを有する。加熱部１４１は、熱源を有し、固定マスク１１３と基材Ｆの幅方向両端との間に設けられ、駆動機構に支持される。

駆動機構は、例えば真空チャンバ１０１の外壁に支持されたシリンダであり、このシリンダのロッドの端部に加熱部１４１が支持される。これにより、加熱部１４１は、基材Ｆの幅方向（Ｙ軸方向）に移動可能に構成される（図６参照）。

本実施形態の加熱部１４１の形状は、特に限定されないが、例えば面状又は棒状である。また、加熱部１４１は、典型的にはランプヒータ、又は、赤外線レーザー等のレーザーヒーターであるが、これら以外の加熱源が採用されてもよい。

成膜装置１００は、以上のような構成を有する。なお、成膜装置１００の構成は図１及び図２に示す構成に限定されるものではなく、例えば、成膜部１１０、搬送部１２０、巻出しローラ１３１、メインローラ１３２、巻取りローラ１３３、加熱部１４１の数や大きさ、配置等が適宜変更されてもよい。

[成膜方法]
図３は、成膜装置１００の成膜方法を示すフローチャートである。以下、成膜装置１００の成膜方法について、図３を適宜参照しながら説明する。

（ステップＳ０１：排気処理）
真空ポンプＰを起動させ、真空チャンバ１０１内を排気し、成膜部１１０と搬送部１２０各々を所定の真空度に維持する。

また、基材Ｆを支持する搬送機構１３０を駆動させ、基材Ｆを巻出しローラ１３１から巻取りローラ１３３に向けて搬送させる。成膜部１１０では、蒸発源１１２が蒸発材料を蒸発させ、メインローラ１３２上の基材Ｆに向けて出射する蒸発材料の蒸気流を形成する。

（ステップＳ０２：成膜工程）
図４は、成膜装置１００の成膜プロセスを示す模式図である。巻出しローラ１３１、メインローラ１３２及び巻取りローラ１３３がＹ軸周りに所定の回転速度で連続的に回転することにより、メインローラ１３２上の基材Ｆが成膜部１１０を通過する。

ここで、本実施形態の成膜装置１００は、図２に示すように、基材Ｆの幅方向両端に対向する固定マスク１１３と、当該幅方向両端と固定マスク１１３との間に設けられた加熱部１４１と有する。従って、メインローラ１３２上の基材Ｆは、成膜部１１０を通過する過程において、その幅方向両端が加熱部１４１に加熱されながら、固定マスク１１３と対向しない部分に蒸発材料の薄膜Ｌが形成される（図４（ａ）参照）。加熱部１４１による基材Ｆの幅方向両端に対する加熱温度は特に限定されず、成膜領域との温度差が所定範囲内（例えば０℃以上１００℃以下）となるように設定される。薄膜Ｌの厚みは特に限定されず、例えば、数μｍ～数十μｍである。
（ステップＳ０３：回収）
薄膜Ｌが形成された基材Ｆは、巻取りローラ１３３に巻き取られる。この基材Ｆには、先のステップＳ０２において固定マスク１１３を介した成膜処理が実行されたことにより、成膜領域Ｅ１と非成膜領域Ｅ２が形成されている（図４（ｂ）参照）。

[作用]
次に、本実施形態の成膜装置１００の作用について、基材の幅方向両端をハードマスクによりマスキングする方法（以下、従来法）と比較して説明する。図５は従来法を採用する成膜装置を簡略的に示す模式図であり、図６は本実施形態の成膜装置１００の構成例を簡略的に示す模式図である。

従来の成膜装置は、図５に示すように、ハードマスクを利用することで、基材に薄膜が形成される成膜領域Ｅ１と、基材に薄膜が形成されない非成膜領域Ｅ２が形成される。しかしながら従来法では、同図に示すように、非成膜領域Ｅ２には薄膜が形成されないため、非成膜領域Ｅ２は薄膜からの熱負荷を受けにくい。

その結果、成膜領域Ｅ１と非成膜領域Ｅ２と間で温度差（温度分布）が生じ、成膜領域Ｅ１内の基材と非成膜領域Ｅ２内の基材の熱伸び量に差が生じるため、非成膜領域Ｅ２内の基材である基材の幅方向両端にシワが発生する課題がある。

これに対し、本実施形態の成膜装置１００は、基材Ｆの幅方向両端を加熱する加熱部１４１を有する。これにより、基材Ｆに薄膜Ｌを形成しつつ、基材Ｆの幅方向両端を加熱することができる。

従って、非成膜領域Ｅ２（基材Ｆの固定マスク１１３と対向する部分）は、成膜領域Ｅ１（基材Ｆの固定マスク１１３と対向しない部分）と同等の熱負荷を受けるため、基材Ｆの幅方向の温度分布が均一化される。よって、非成膜領域Ｅ２と成膜領域Ｅ１の熱伸び量が均等になり、基材Ｆの幅方向両端にシワが発生することが抑制される。

また、本実施形態の加熱部１４１は、典型的には棒状又は面状の形成を示す。加熱部１４１が図１及び図２に示すように棒状であることによって、基材Ｆの成膜位置だけでなく、成膜位置より基材Ｆの搬送方向上流側の位置と、成膜位置より基材Ｆの搬送方向下流側の位置とを同時に加熱することができる。これにより、非成膜位置Ｅ２の予熱および徐冷が可能となり、基材Ｆのシワの発生をさらに抑えることが可能となる。

一方、加熱部１４１を面状とすることにより、基材Ｆに対して固定マスク１１３をより接近させることができる。これにより、基材Ｆと固定マスク１１３とのギャップが小さくなるため、マスク精度が向上する。

さらに、本実施形態の加熱部１４１は、図６に示すように、基材Ｆの幅方向に移動可能に構成される。これにより、基材Ｆの幅に依存せずに常に加熱部１４１を基材Ｆの幅方向両端に対向させることができる。よって、種々の幅を持つ基材Ｆが用いられた場合であっても上記した作用効果（基材Ｆの幅方向両端にシワが発生することの抑止）が得られる。

２．第２の実施形態
[成膜装置の構成]
図７は、第２の実施形態の成膜装置２００の構成例を示す模式図である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

第２の実施形態の成膜装置２００では、加熱ユニット１４０が第１～第３の加熱部１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃを有する点において、第１の実施形態と異なる。

第１の加熱部１４０ａは、成膜位置において、固定マスク１１３と基材Ｆの幅方向両端との間に設けられた一対の加熱部である。第２の加熱部１４０ｂは、成膜位置よりも基材Ｆの搬送方向上流側において、基材Ｆの幅方向両端に対向する一対の加熱部である。

第３の加熱部１４０ｃは、成膜位置よりも基材Ｆの搬送方向下流側において、基材Ｆの幅方向両端に対向する一対の加熱部である。第１～第３の加熱部１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃは、それぞれ同タイプの加熱部であってもよく。それぞれ異なるタイプの加熱部であってもよい。

[作用]
第２の実施形態の成膜装置２００は、第２の加熱部１４０ｂを有する。この構成により、基材Ｆは、その幅方向両端が予熱されて所定量熱伸びしつつ成膜位置に搬送される。これにより、成膜位置に搬送された基材Ｆが成膜される過程において、成膜領域Ｅ１と非成膜領域Ｅ２との熱伸び量をより速く均等にさせることができ、成膜位置で基材Ｆの幅方向の温度分布が均一化するまでに発生するシワの発生が抑制される。

また、成膜装置２００は、第３の加熱部１４０ｃを有する。この構成により、薄膜Ｌが形成された基材Ｆが巻取りローラ１３３に巻き取られるまでの徐冷過程において、成膜領域Ｅ１と非成膜領域Ｅ２との収縮挙動の均一化が図られる。従って、成膜領域Ｅ１と非成膜領域Ｅ２との収縮ミスマッチが抑制され、徐冷過程において基材Ｆの幅方向両端にシワが発生することが抑制される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、蒸発源１１２に保持される原料は典型的にはリチウム金属であるが、これに限られず、例えばインジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）及びカリウム（Ｋ）等であってもよい。

また、上記実施形態では、加熱部１４１が一対で構成されるがこれに限られず、固定マスク１１３と基材Ｆの幅方向両端との間の位置において、熱源が一対設けられていればよい。

さらに、上記実施形態では、加熱部１４１は固定マスク１１３と別体的に構成されるがこれに限られず、加熱部１４１は固定マスク１１３と一体的に構成されてもよい。

加えて、上記実施形態では、成膜方法の一例として真空蒸着法が採用されるが、これに限られない。本発明は、高温で原料の粒子を生成して、基材Ｆ上に当該粒子を堆積させる成膜技術一般に適用可能である。具体的には、例えば分子線蒸着法、イオンプレーディング法又はイオンビーム蒸着法等が採用されてもよい。

また、上記実施形態では、成膜装置１００，２００の一例として巻取り式の成膜装置について説明したが、本発明は例えば枚様式の成膜装置にも適用可能であり、その用途は問わない。

１００，２００・・・成膜装置
１０１・・・真空チャンバ
１１０・・・成膜部
１１２・・・蒸発源（成膜源）
１１３・・・固定マスク
１２０・・・搬送部
１３０・・・搬送機構
１３１・・・巻出しローラ
１３２・・・メインローラ
１３３・・・巻取りローラ
１４０・・・加熱ユニット
１４１・・・加熱部
Ｆ・・・・・基材

Claims

長尺の基材を搬送する搬送機構と、
成膜位置に対向して設けられた成膜源と、前記基材の幅方向両端に対向する固定マスクとを有し、前記基材に薄膜を形成する成膜部と、
前記固定マスクと前記基材の幅方向両端との間に設けられる一対の加熱部を有し、前記加熱部を前記基材の幅方向に移動可能に支持する加熱ユニットと
を具備する成膜装置。
請求項１に記載の成膜装置であって、
前記搬送機構は、
前記成膜部より前記基材の搬送方向上流側に設けられ、前記基材を巻き出す巻出しローラと、
前記成膜部より前記基材の搬送方向下流側に設けられ、前記基材を巻き取る巻取りローラと、
前記基材の搬送方向において前記巻出しローラと前記巻取りローラとの間に設けられ、前記成膜位置に対向するメインローラと
を有する成膜装置。
請求項１又は２に記載の成膜装置であって、
前記加熱ユニットは、
前記成膜位置において、前記基材の幅方向両端を加熱する第１の加熱部と、
前記成膜位置より前記基材の搬送方向上流側において、前記基材の幅方向両端を加熱する第２の加熱部と、
前記成膜位置より前記基材の搬送方向下流側において、前記基材の幅方向両端を加熱する第３の加熱部と
を有する成膜装置。
長尺の基材を搬送する搬送機構と、成膜位置に対向して設けられた成膜源と、前記基材の幅方向両端に対向する固定マスクとを有し、前記基材に薄膜を形成する成膜部と、前記固定マスクと前記基材の幅方向両端との間に設けられる一対の加熱部を有し、前記加熱部を前記基材の幅方向に移動可能に支持する加熱ユニットと、を有する成膜装置の成膜方法であって、
前記基材の幅方向の両端に対向する位置に前記一対の加熱部を移動させ、
前記成膜位置において、前記基材の幅方向両端を前記一対の加熱部で加熱し、
前記成膜源によって、前記基材に薄膜を形成する
成膜方法。