KR20070089848A - 권취식 프라즈마 ｃｖｄ 장치 - Google Patents
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Abstract
필름 성막영역에 반응 가스를 균일하게 공급하여 막질의 균일화를 꾀하는 것이 가능하고, 필름 성막도중에서 성막부의 셀프 클리닝을 실행가능한 권취식 프라즈마 CVD 장치를 제공한다.
필름 주행방향에 관하여 성막부(25)의 상류측 및 하류측에 배치한 한 대의 가동 롤러(33, 34) 사이로 필름(22)을 지지하고, 필름(22)을 성막위치에 있어서 거의 직선적으로 주행시킨다. 이에 의해 샤워 플레이트(37)와 필름(22) 사이의 대향거리를 일정하게 유지하여 막질의 균질화를 꾀한다. 필름(22)은 그 이면측에서 동시 주행하는 금속벨트(40)에 의해 가열된다. 가동 롤러(33, 34)는 성막위치에서 셀프 클리닝위치로 상승가능하게 구성하고, 필름(22)을 샤워 플레이트(37)에서 멀리하도록 한다. 그리고 마스크(51) 개구부를 셔터(65)로 막고, 클리닝 가스의 노출을 방지하고 성막중 셀프 클리닝을 실행가능하게 한다.
성막, 막 형성, 성막장치
Description
본 발명은, 감압 분위기내에서 필름을 주행시키면서 필름에 프라즈마 CVD에 의해 성막(막 형성)을 행하는 권취식 프라즈마 CVD 장치에 관한 것이다.
종래로부터, 긴 길이의 필름 혹은 필름상 기판에 연속적으로 성막을 행하는데, 예를 들어 권취식 진공성막장치가 사용되어 있다(하기 특허문헌 1, 2 참조). 이는, 권출부에서 권출한 필름을 일정 속도로 주행시키면서, 성막위치에 있어서 프라즈마 CVD 등에 의해 성막을 행한 후, 권취부에서 권취하도록 구성되어 있다.
도 7에 종래의 권취식 프라즈마 CVD 장치의 구성을 도시한다. 종래의 권취식 프라즈마 CVD 장치에 있어서는, 진공 챔버(1) 내부에 있어서, 권출 롤러(2)에서 필름(3)을 권출하고(풀어내고), 이를 복수 본의 보조 롤러(4)를 통해 가열원을 내장한 드럼 롤러(5)에 감아 붙인 후, 복수 본의 보조 롤러(6)를 통해 권취 롤러(7)에 권취하도록 구성되어 있다. 드럼 롤러(5)는 접지전위에 접속되어 있음과 동시에 원호상의 고주파 전극(8)과 대향 배치되어 있고, 가스공급관(9)을 통해 반응 가스를 드럼 롤러(5)와 고주파 전극(8) 사이에 공급하여 프라즈마를 발생시키고, 그 반응생성물을 드럼 롤러(5) 위의 필름에 부착시켜 성막을 행한다.
이 종래 권취식 프라즈마 CVD 장치에 있어서는, 드럼 롤러(5) 주위에 배치된 밀폐수단(9)에 의해 진공실(1) 내부를 반응실(10)과 비반응실(11)로 구획하고 있다. 또, 반응실(10)을 진공배기라인(12)으로 진공배기하고, 비반응실(11)을 보조가스도입관(13)에서의 보조가스 도입에 의해 가압하는 것으로, 반응실(10)에 공급된 반응가스의 비반응실(11)측으로의 유동을 억제하도록 구성되어 있다.
특허문헌 1: 일본국 특개 2002-212744호 공보
특허문헌 2: 일본국 특개평 7-233474호 공보
특허문헌 3: 일본국 특개 2003-179043호 공보
상술한 종래 권취식 프라즈마 CVD 장치에 있어서는, 필름(3)을 드럼 롤러(5) 주위면에 둘러 감은 상태로 성막을 행하기 때문에, 프라즈마를 형성하기 위한 고주파 전극(8)은, 드럼 롤러(9) 주위면에 따르는 원호상으로 형성되어 있다.
그렇지만, 이와 같은 구성에서는, 필름 성막영역 전역에 반응 가스를 균일하게 공급하는 것이 곤란하기 때문에, 균일한 프라즈마 형성할 수 없고, 필름(3)에 균일한 성막을 행하기 어렵다고 하는 문제가 있다. 또, 고주파 전극(8)을 드럼 롤러(5)와 동심 원통상으로 형성할 필요가 있기 때문에, 고주파 전극(8)과 드럼 롤러(5) 사이의 간극조정을 용이하게 할 수 없고, 더욱이 고주파 전극(8)의 작성도 용이하지 않다고 하는 문제도 있다.
한편, 통상 프라즈마 CVD에 의한 성막시는, 성막위치의 주변부품(샤워 플레이트, 마스크 등)이 반응 생성물의 부착에 의해 오염된다. 이 때문에, 정기적으로 반응실의 클리닝을 행하고, 먼지의 발생률을 낮게 억누를 필요가 있다. 이 클리닝 작업은 반응 가스 대신에 클리닝용 가스를 도입하여 프라즈마화하고, 부착물과 반응시켜 제거하는 수법(셀프 클리닝)이 있다(상기 특허문헌 3 참조).
그렇지만, 상술한 종래 권취식 프라즈마 CVD 장치에 있어서는, 드럼 롤러(5)에 둘러 감아지고 있는 필름(3)이 항상 고주파 전극(8)과 대향하고 있고, 셀프 클리닝을 행하면 필름이나 주위 부품이 오염되기 때문에 필름 성막도중에는 성막부의 셀프 클리닝을 행할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상술의 문제에 감안해서, 필름 성막영역에 반응 가스를 균일하게 공급하여 막질의 균일화를 꾀할 수 있고, 고주파 전극과 대향 전극간의 간극 조정도 용이하게 행할 수 있는 권취식 프라즈마 CVD 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
또, 본 발명은 필름 성막도중에서 성막부의 셀프 클리닝을 실행할 수 있는 권취식 프라즈마 CVD 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 권취식 프라즈마 CVD 장치는, 필름 주행방향에 관하여 성막위치 상류측 및 하류측에 각각 배치되고, 성막위치에서 필름을 거의 직선적으로 주행시키는 상류 롤러 및 하류 롤러를 가지고, 상기 성막위치에는 필름 성막면에 대향하고 고주파 전원에 접속된 고주파 전극과 필름 성막면의 이면측에 배치된 대향 전극과 필름 성막면에 원료 가스를 공급하는 가스공급수단이 배치되어 있다.
본 발명에 있어서, 필름은 상류 롤러 및 하류 롤러에 지지되는 것에 의해, 성막위치에서 고주파 전극과 대항 전극 사이를 거의 직선적으로 주행한다. 필름 성막면을 향해 공급된 원료 가스는 고주파 전극에 고주파 전압이 인가되는 것으로 프라즈마화하고, 그 반응생성물이 주행하는 필름 성막면에 부착하는 것으로 성막된다.
필름은 직선적으로 지지되어 있으므로, 상류 롤러 및 하류 롤러의 높은 위치 조정으로 필름과 고주파 전극과의 간극 설정이 용이하게 된다. 또, 고주파 전극 및 대향 전극을 함께 평탄하게 형성할 수 있으므로, 양 전극간의 간극 조정도 용이하게 행할 수 있다. 더욱이 양 전극의 구성도 간소화할 수 있고, 제작도 용이화할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 가스공급수단은 고주파 전극에 취부된 샤워 플레이트와, 고주파 전극과 샤워 플레이트 사이에 형성된 공간부와, 이 공간부와 연통하고 샤워 플레이트를 통해 필름 성막면에 가스를 공급하는 가스공급배관을 가진다. 이에 의해, 필름의 성막영역에 공급되는 반응 가스의 균일화를 꾀할 수 있으므로 프라즈마를 균일하게 형성할 수 있고, 막질의 균일화를 꾀할 수 있다.
성막위치에서 필름을 균일한 온도로 가열할 수 있는 구성이 있으면 바람직하다. 그래서 본 발명에서는, 성막위치에서 필름과 동시에 주행하는 금속벨트를 진공실 내에 순환 주행시키고 있다. 금속 벨트는 일정 온도로 가열되고, 필름의 이면측에 대향하여 주행한다. 역시, 금속 벨트는 상기 대향 전극과는 별개로 구성하거나, 상기 대향 전극으로써 구성할 수 있다.
한편, 본 발명은 진공실에 있어서 순환 주행하고 성막위치에서 필름 성막면의 이면측을 동시 주행하는 금속 벨트와, 필름 성막면을 한정하는 개구부를 가지는 마스크와, 필름 성막면과 마스크간의 간극을 조정하는 조정기구와, 필름 성막면과 마스크 개구부와의 사이에 삽입됨에 의해 마스크 개구부를 폐색(閉塞) 가능한 셔터와, 클리닝용 가스의 공급수단을 구비하고 있다.
이에 의해, 마스크 개구부를 셔터에서 폐색하는 것으로 필름 성막면을 프라즈마 형성공간에서 차단하고, 필름 성막도중에서 성막부의 셀프 클리닝을 실행할 수 있다. 이 경우, 예컨대 부식성이 있는 클리닝용 가스나 그 분해생성물이 필름이나 주변 기구부품 등으로 확산하는 것을 억누르는 것이 가능하다. 셔터는 대향 전극으로써 기능시키는 것이 가능하다. 또, 클리닝용 가스공급수단은 반응 가스를 공급하는 가스공급수단으로 구성할 수 있다.
역시, 상기 조정기구는 필름과 금속 벨트의 주행을 가이드하는 상류 롤러 및 하류 롤러를 승강 이동시키는 롤러이동기구부와, 금속 벨트의 장력을 조정하는 벨트장력조정부로 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 권취식 프라즈마 CVD 장치의 개략구성도이다.
도 2는 성막부(25)의 개략구성도이다.
도 3은 도 1에 있어 [3]-[3]선 방향 단면도이다.
도 4는 셀프 클리닝시의 이행과정을 설명하는 성막부(25)의 측단면도이다.
도 5는 셀프 클리닝시의 이행과정을 설명하는 성막부(25)의 측단면도이다.
도 6은 셀프 클리닝시의 성막부(25)의 측단면도이다.
도 7은 종래의 권취식 프라즈마 CVD 장치의 개략구성도이다.
*부호의 설명*
20: 권취식 프라즈마 CVD 장치 21: 진공 챔버
22: 필름 23: 권출 롤러
24: 권취 롤러 25: 성막부
27: 반응실 29: 진공배기포트
32: 가열 롤러 33: 상류측 가동 롤러
34: 하류측 가동 롤러 36: 고주파 전극
37: 샤워 플레이트 38: 애노드 전극(대향 전극)
40: 금속 벨트 41: 벨트 주행계
43: 이동 롤러 46: 리프터
47: 고주파 전원 49: 공간부
50: 가스도입배관 51: 마스크
52: 개구부 53: 제전(除電)기구
56: 회전축 57: 지지브라켓
60: 상단측 후크 61: 하단측 후크
65: 셔터
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 권취식 프라즈마 CVD 장치(20)의 개략구성을 도시하고 있다. 본 실시형태의 권취식 프라즈마 CVD 장치(20)는, 진공 챔 버(21)와, 성막대상인 필름(22)의 권출 롤러(23) 및 권취 롤러(24)와, 성막부(25)를 구비하고 있다.
진공 챔버(21) 내부의 진공실은, 칸막이판(26)에 의해, 성막부(25)가 배치되는 반응실(27)과, 권출 롤러(23) 및 권취 롤러(24)가 배치되는 비반응실(28)로 구획되어 있다. 반응실(27) 및 비반응실(28)에는 각각 진공배기포트(29, 30)가 접속되어 있고, 각 실이 독립해 진공배기가능하게 되어 있다. 여기서는, 반응실(27) 압력을 예컨대 수십∼수백 ㎩로 유지하고 있다. 또, 반응실(27)측 진공배기포트(29)는 성막부(25) 근방에 배치되어 있다.
또한, 칸막이판(26)에는 권출 롤러(23)에서 성막부(25)로 향하는 필름(22)이 통과할 수 있는 슬릿(26a)과, 성막부(25)에서 권취 롤러(24)로 향하는 필름(22)이 통과할 수 있는 슬릿(26b)이 각각 설치되어 있다.
필름(22)은 소정 폭으로 재단된 긴 길이의 가요성(可撓性) 필름으로 되고, 두께가 예컨대 70㎛의 유리필름 또는 수지필름이 사용되고 있다. 수지필름으로써는, 폴리이미드, 폴리아미드, 아라미드 등 내열온도 200℃ 이상의 수지필름이 적합하다. 또한, 필름(22) 주행속도는 예컨대 0.01∼0.1m/min로 되어 있다.
권출 롤러(23)에서 성막부(25)로 도달하는 필름(22) 주행경로에는 필름(22) 주행을 가이드하는 복수의 보조 롤러(31A, 31B), 가열 롤러(32) 및 상류측 가동 롤러(33)가 각각 순서대로 배치되어 있다. 또한, 성막부(25)에서 권취 롤러(24)로 도달하는 필름(22) 주행경로에는, 필름(22) 주행을 가이드하는 하류측 가동 롤러(34) 및 복수의 보조 롤러(35A∼35C)가 각각 순서대로 배치되어 있다. 역시, 보 조 롤러(35B)는 냉각 롤러로서의 기능도 가지고 있다.
가열 롤러(32)는 히터 등의 가열수단을 내장하고, 필름(22) 반송과정에서 필름(22)을 소정온도(예컨대 200∼250℃)로 가열한다. 역시 필요하게 응하여, 가열 롤러(32)와 상류측 가동 롤러(33) 사이에 필름(22) 성막면측에 보조 히터(39)를 설치하여도 좋다.
상류측 가동 롤러(33) 및 하류측 가동 롤러(34)는, 각각 본 발명의 「상류 롤러」 및 「하류 롤러」에 대응하고, 성막부(25; 성막위치)에서 필름(22)을 거의 직선적(수평)으로 주행시킨다. 이들 상류측 가동 롤러(33) 및 하류측 가동 롤러(34)는 후술하는 바와 같이, 진동 챔버(21) 외부에 설치된 리프터(46)에 의해, 도 1에 있어서 실선으로 도시하는 성막위치와 2점쇄선으로 도시하는 셀프 클리닝위치 사이를 승강이동가능하게 되어 있다.
성막부(24)는 상류측 가동 롤러(33)와 하류측 가동 롤러(34) 사이에 배치되고, 필름(22) 성막면에 대향하는 고주파 전극(36)과, 고주파 전극(36)에 취부된 샤워 플레이트(37)와, 필름(22) 성막면의 이면측에 대향하는 애노드 전극(38) 등을 구비하고 있다. 그리고 샤워 플레이트(37)를 통해 필름(22) 성막면에 공급한 원료가스를 고주파 전극(36)과 필름(22) 사이에서 프라즈마화하고, 주행하는 필름(22) 성막면에 원료가스의 반응생성물을 부착시켜 성막한다. 역시, 애노드 전극(38)은 대향전극으로써 구성되고, 접지전위로 되어 있음과 동시에, 필름(22)의 온도 균일화를 위해 가열 롤러(32)와 같은 온도로 가열되어 있다.
보조 롤러(35B)와 권취 롤러(24) 사이에는, 제전기구(53)가 설치되어 있다. 이 제전기구(53)는 필름(22)의 대전을 제거할 목적으로 설치되어 있다. 제전기구(53)의 구성예로써는, 프라즈마중에 필름(22)을 통과시켜 본베이드 처리에 의해 필름(22)을 제전하는 기구가 채용되어 있다.
다음에, 반응실(27)에는 금속 벨트(40)가 순환 주행되고 있다. 이 금속 벨트(25)는 예를 들어 스텐레스제의 무단 벨트이고, 가열 롤러(32), 상류측 가동 롤러(33), 하류측 가동 롤러(34), 보조 롤러(35A) 사이를 필름(22) 성막면의 이면측에서 필름(22)과 동시에 주행한다. 금속 벨트(40)는 애노드 전극(38)과 동전위(접지전위)로 되어 있다.
보조 롤러(35A)와 가열 롤러(32) 사이에는, 금속 벨트(40)의 주행을 가이드하는 복수의 가이드 롤러(42A∼42C)와, 금속 벨트(40)의 주행장력을 조정하는 이동 롤러(43)가 각각 배치되어 있다. 이들 가열 롤러(32), 상류측 가동 롤러(33), 하류측 가동 롤러(34), 보조 롤러(35A), 가이드 롤러(42A∼42C), 이동 롤러(43)에 의해 벨트 주행계(41)가 구성되어 있다. 역시, 금속 벨트(40)의 텐션 조정은 이동 롤러(43)에 의해 행해지는 경우와, 도시하지 않은 텐션 롤러를 별도 설치하여 행해지는 경우가 있다.
그리고 반응실(27)에는 가열 롤러(32)와 보조 롤러(35A) 사이에, 칸막이 판(44, 45)이 각각 설치되어 있다. 칸막이 판(44)과 칸막이 판(45) 사이는 중간실(버퍼실; 70)로 되고, 칸막이 판(26)과 칸막이 판(44) 사이는 주행실(71)로 되어 있다. 중간실(70) 및 주행실(71)에는 진동배기포트(72 및 73)가 각각 설치되고, 독립하여 진공배기가능하다. 이들 칸막이 판(44, 45) 및 진공배기포트(72, 73)에 의해 성막부(25)에 도입되는 반응 가스나 클리닝 가스, 프라즈마 생성물 등이 벨트 주행계(41)로 확산하고 부착, 오염되는 것을 억제한다.
도 2는 성막부(25)의 개략구성도이다.
고주파 전극(36)은 고주파 전원(47)에 접속되어 있다. 고주파 전원(47)은 프라즈마의 형성조건에 응하여, 100㎑ 이상 100㎒ 이하의 전원주파수가 채용가능하게 되어 있다. 고주파 전극(36)은 용기 형상을 가지고, 내부에 소정 용적의 공간부(49)가 형성되어 있다. 고주파 전극(36) 상단부에는 금속제의 샤워 플레이트(37)가 취부되어 있다. 샤워 플레이트(37)는 성막부(25)에 건너 걸려진 필름(22) 성막면에 대향하고 있다.
샤워 플레이트(37)는 고주파 전극의 일부로써 기능하고, 접지전위에 접속된 애노드 전극(38)과 협동하여 샤워 플레이트(37)와 필름(22) 사이에 원료 가스의 프라즈마 공간을 형성한다. 원료 가스는 가스공급배관(50)에서 유량조정밸브(48) 및 가스도입구(50a)를 통해 공간부(49)로 도입되고, 샤워 플레이트(37)의 각 구멍에서 균일하게 공급된다. 역시, 이들 샤워 플레이트(37), 공간부(49), 가스공급배관(50a) 및 도입구(50a)에 의해 본 발명의 「가스공급수단」이 구성되어 있다.
사용되는 원료 가스의 종류는 특히 한정되지 않고, 성막하는 재료의 종류에 응해 적당히 선정 가능하다. 본 실시형태에서는 프라즈마 CVD법에 의해, 필름(22)에 박막트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)용의 각종 기능층을 형성하도록 하고 있다.
즉, 성막재료로써는, 실리콘, 질화 실리콘, 산화 실리콘 혹은 산질화 실리 콘, 또는, 이들에 붕소(B), 인(P)중 어느 것인가가 한쪽 혹은 양쪽이 첨가된다. 이 경우, 원료 가스로써는, 어모퍼스(amorphous) 실리콘층을 성막하는 경우는 SiH4와 H2의 혼합 가스를 사용하는 것이 가능하고, P도프n(P dope n)＋형 어모퍼스 실리콘층을 성막하는 경우는 SiH4, PH3, H2의 혼합 가스를 사용할 수 있다. 더욱이, SiN층을 형성하는 경우는 SiH4, NH3, N2의 혼합 가스, 혹은 SiH4, N2O, Ar의 혼합가스를 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 성막시에 공급되는 상기 원료 가스 외에, 후술하는 셀프 클리닝시는 공급되는 클리닝 가스로써, NF3 등의 불소계 가스가 가스공급배관(50)에서 도입가능하게 구성되어 있다. 이 NF3가스는 부식성 가스이다.
한편, 샤워 플레이트(37)와 필름(22) 성막면 사이에는, 마스크(51)가 배치되어 있다. 마스크(51)는 적어도 상부가 세라믹 등의 절연 재료로 되고, 필름(22) 성막면의 면내에 있어서 성막영역을 한정하는 개구부(52)가 형성되어 있다. 마스크(51)는 고주파 전극(36) 측주부 및 상면 일부를 덮는 크랭크형상의 마스크 본체(53)와, 개구부(52)를 형성하는 마스크 주연부(54)로 구성되어 있다. 마스크(51)와 고주파 전극(36) 사이에는 도 2에 있어서 화살표 P로 도시하는 가스의 배기유로가 형성되어 있고, 근방의 진공배기포트{29(도 1)}로 가스를 인도한다.
도 3∼도 6은, 필름(22)의 주행방향에서 본 성막부(25)의 측단면도이다. 역시, 도면에서는 상류측 가동 롤러(33)측의 구성을 도시하고 있지만, 하류측 가동 롤러(34)측도 같은 구성을 가지고 있다.
본 실시형태의 권취식 프라즈마 CVD 장치(20)는 마스크(51)의 개구부(52)를 개폐자재한 셔터(65)를 가지고, 이 셔터(65)에서 마스크(51)의 개구부(52)를 막고, 가스도입구(50a)에서 클리닝 가스를 공급하여 성막부(25)의 셀프 클리닝을 실행가능하게 구성되어 있다.
상류측 가동 롤러{33 및 하류측 가동 롤러(34), 이하 같음}는, 그 회전축(56)의 양단이 각각 지지브라켓(57)에 축지지되는 것으로, 필름(22)의 주행위치를 규정하고 있다. 지지브라켓(57)은 리프터 핀(58)을 통해 진공 챔버(21) 저벽외면측의 리프터(46)에 접속되어 있다. 따라서, 상류측 가동 롤러(33)는 이 리프터(46) 구동에 의해 상하방향으로 승강 구동된다.
리프터 핀(58)은 지지브라켓(57)과 진공 챔버(21) 저벽 사이에 설치된 진벨로우즈(59) 내부에 삽입되는 것에 의해 리프터 핀(58)과 진공 챔버(21) 저벽 사이의 기밀이 유지되고 있다.
도 3은 필름(22) 성막시의 모양을 도시하고 있다. 상류측 가동 롤러(33)는 필름(22) 폭보다도 크고, 금속 벨트(40) 폭과 거의 같게 구성되어 있다. 상류측 가동 롤러(33)가 도시하는 성막위치에 있는 경우, 상류측 가동 롤러(33)에서 주행이 가이드되는 필름(22) 및 금속 벨트(40)는 애노드 전극(38)과 마스크(51) 사이를 통과한다. 이때, 애노드 전극(38)은 지지브라켓(57, 57)에 취부된 L자 형상의 상단측 후크(60)에서 지지되고, 마스크(51)는 진공 챔버(21) 저벽내면측에 설치된 지지블럭(62)에 지지되는 것으로, 각각의 높이 위치가 규정되어 있다.
이 상태에 있어서, 필름(22)과 샤워 플레이트(37) 사이의 대향거리는, 10㎜ 이상 50㎜ 이하, 바람직하게는 15㎜ 이상 25㎜ 이하로 조정되어 있다. 이 거리는 후술하는 바와 같이 리프터(46)의 승강이동에서 조정된다. 필름(22)과 샤워 플레이트(37) 사이의 대향거리가 10㎜보다 작으면, 프라즈마가 발생하는 지역이 좁게 되고, 가스의 반응이 진행되지 않게 된다. 또, 50㎜를 웃돌면, 성막비율이 저하하고 생산성이 나쁘게 된다.
리프터(46)는 도에서는 부분적으로 도시하고 있지만, 에어 실린더 혹은 모터 등을 구동원으로써 가지고 있다. 리프터(46)는 도 4에 도시하는 바와 같이, 상단측 후크(60)에 지지되어 있는 애노드 전극(38)을 마스크(51)에서 멀리하여, 애노드 전극(38)과 마스크(51) 사이에 간극(G1)을 형성하는 위치로 상승가능하게 되어 있다. 리프터(46)는 더욱이 도 5에 도시하는 바와 같이, 지지브라켓(57)에 취부된 L자 형상의 하단측 후크(61)와의 계합에 의해 마스크(51)를 샤워 플레이트(37)에서 멀리하여, 마스크(51)와 샤워 플레이트(37) 사이에 간극(G2)을 형성하는 위치까지 상승 가능하게 구성되어 있다.
그리고 반응실(27)에는 도 3∼도 5에 도시한 바와 같이 성막부(25)의 근방 위치에 셔터(65)가 대기되어 있다. 이 셔터(65)는 도 6에 도시하는 바와 같이 애노드 전극(38)과 마스크(51) 사이의 간극(G1)에 진입하여 마스크 개구부(52)를 상방위치에서 폐색 가능하게 구성되어 있다. 역시, 셔터(65)는 금속제에서 접지전위에 접속되어 있고, 마스크 개구부(52)를 통해 샤워 플레이트(37)와 대향하고, 양자 간에 프라즈마 공간을 구획한다.
역시, 상류측 가동 롤러(33) 및 하류측 가동 롤러(40)는 상승 이동에 의해, 이들에 지지되는 필름(22) 및 금속 벨트(40)는 장력의 저하에 의해 느슨해진다. 그래서, 금속 벨트(40)에 관해서는, 벨트 주행계(41)의 이동 롤러(43)가 도 1에 있어서 2점쇄선으로 보이는 위치로 이동하는 것으로 금속 벨트(40)의 느슨함이 흡수된다. 또, 필름(22)에 관해서는, 예컨대 권출 롤러(23)의 빽 토크(Back torque) 혹은 권취 롤러(24)의 장력제어 혹은 토크제어 등에 의해 필름(22)의 느슨함이 흡수되도록 되어 있다.
이상, 상술한 리프터(46), 지지브라켓(57), 상단측 후크(60) 등에 의해, 본 발명의 「롤러 이동기구부」가 구성된다. 또한, 이 롤러 이동기구부와, 벨트 주행계(41)를 구성하는 이동 롤러(43)에 의해 본 발명의 「조정기구」가 구성된다.
계속해서, 이상과 같이 구성되는 본 발명 실시형태의 권취식 프라즈마 CVD 장치(20)의 작용에 대해서 설명한다.
도 1을 참조하여, 권출 롤러(23)에서 권출된 필름(22)은, 보조 롤러(31A, 31B), 가열 롤러(32), 상류측 및 하류측 가동 롤러(33, 34), 보조 롤러(35A∼35C)를 통해 권취 롤러(24)에 가로질러져 있다. 상류측 및 하류측 가동 롤러(33, 34)는 각각 도면중 실선으로 도시하는 성막위치에 있다.
한편, 벨트 주행계(41)를 주행하는 금속 벨트(40)는, 가열 롤러(32), 상류측 및 하류측 가동 롤러(33, 34), 보조 롤러(35A)의 구간에서 필름(22)과 일체적으로 주행한다. 이동 롤러(43)는 각각 도면중 실선으로 도시하는 금속 벨트(40)의 주행을 가이드하고 있다.
성막시, 권출 롤러(23)에서 권출 된 필름(22)은, 가열 롤러(32)에서 금속 벨트(40)와 합류한다. 가열 롤러(32)는, 필름 성막에 필요한 반응 온도(200∼250℃)로 가열되어 있다. 따라서, 필름(22)은, 그 이면측(성막면과는 반대측면)에 위치하는 금속 벨트(40)를 통해 가열 롤러(32)와 접촉하고 가열된다. 역시, 필요에 응하여 보조 히터(39)에 의해 필름(22)의 가열처리가 실시된다.
본 실시형태에 의하면, 주행하는 금속 벨트(40)를 통해 필름(22)을 가열하고 있으므로, 필름(22)의 가열효율을 높이고, 또 가열원에 필요로 하는 소비전력의 감소를 꾀할 수 있다. 또한, 금속 벨트(40)를 필름(22)과 일체적으로 주행시키고 있으므로 금속 벨트(40)와 필름(22) 간의 마모를 없애고, 필름(22) 보호를 꾀할 수 있다.
가열 롤러(39)에서 가열된 필름(22)은 금속 벨트(40)와 함께 성막부(25)로 반송된다. 성막부(25)에 있어서, 도 2에 도시한 바와 같이, 필름(22)은 샤워 플레이트(37)와 일정 간극을 두어 대향하고 있다. 그 대향거리는, 상술한 바와 같이 10∼50㎜이다. 이 크기는 프라즈마 형성조건에 응해 적당히 조정 가능하다.
특히 본 실시형태에 의하면, 상류측 및 하류측 가동 롤러(33, 34)에 의해 필름(22)을 성막위치에 있어서 거의 직선적으로 주행시키는 것이 가능하므로, 샤워 플레이트(37) 사이의 간극 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또, 샤워 플레이트(37)를 평탄하게 형성할 수 있다.
필름(22)으로의 성막은 고주파 전극(36)으로의 고주파 전압 인가에 의해 샤워 플레이트(37)에서 공급된 원료 가스를 프라즈마화하고, 그 반응생성물을 주행하 는 필름(22)에 부착시키는 것에 의해 행해진다. 필름(22)의 성막 영역은 마스크(51)에 의해 제한된다. 또, 이때 금속 벨트(40)는 애노드 전극(대향전극)으로써도 기능한다.
여기서, 고주파 전극(36) 내부에 형성된 공간부(49)는, 가스도입구(50a)에서 도입된 원료 가스의 버퍼공간으로써 기능하고, 그래서 샤워 플레이트(37)의 각 구멍을 통해 프라즈마 공간에 균일하게 원료 가스를 공급한다. 이에 의해, 필름(22)에 대해서 균일한 프라즈마를 형성할 수 있고, 성막층의 균질화를 꾀할 수 있다.
성막된 필름(22)은 보조 롤러(35A)에서 금속 벨트(40)와 분리되고, 보조 롤러(35B)에서 소정 온도로 냉각된다. 그리고 제전기구(53)에 있어서 필름(22)에 대전한 전하의 제전(除電)처리가 실시된 후, 권취 롤러(24)로 권취된다. 이에 의해, 필름(22)의 소정 이상의 대전에 의한 주름이나 흐트러지게 감김의 발생을 억제할 수 있다.
이상과 같이하여, 필름(22)에 대한 성막처리가 행해진다.
게다가, 필름(22) 성막처리를 장시간 연속하여 행하면, 성막부(25) 특히 샤워 플레이트(37)와 마스크(51) 개구부(52) 주변에, 원료 가스의 분해생성물의 부착량이 증대한다. 이를 방치하면, 먼지의 발생에 의해 막질을 열악화 시키거나, 마스크 개구부(52)의 개구면적이 변동한다. 그래서, 본 실시형태에서는, 이하와 같이하여 성막부(25)의 셀프 클리닝처리가 실행된다.
셀프 클리닝시는, 성막부(25)에 있어 원료 가스의 공급을 정지하고, 필름(22) 및 금속 벨트(40)의 주행도 정지시킨다. 그 후, 리프터(46)를 상승 구동시 키고, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상류측 가동 롤러(33), 하류측 가동 롤러(34), 애노드 전극(38) 및 마스크(51)를 순차적으로 위쪽의 셀프 클리닝 위치로 이동시킨다.
역시, 가동 롤러(33, 34)의 상승 이동에 의해 발생하는 필름(22) 및 금속 벨트(40)의 느슨해짐은, 상술한 바와 같이, 권출 롤러(23) 혹은 권취 롤러(24)의 회전 제어, 이동 롤러(43)에 의해 흡수된다.
그 후, 도 6에 도시한 바와 같이, 셔터(65)가 애노드 전극(38)과 마스크(51) 간의 간극(G1)을 통해 마스크 개구부(59) 바로 위로 이동한 후, 마스크(51)를 더욱 상승시키는 것으로 당해 개구부(52)를 폐색한다. 그리고 가스도입구(50a)에서 클리닝 가스를 도입하고, 샤워 플레이트(37)와 셔터(65) 사이에 프라즈마를 발생시키는 것으로, 샤워 플레이트(37) 및 마스크(51)에 부착된 부착물의 분해제거를 행한다.
이상과 같이 하여, 성막부(25)의 셀프 클리닝이 행해진다. 본 실시형태에 의하면, 필름(22)을 성막부(25)에 가로지른 상태로 셀프 클리닝이 실행가능하므로, 클리닝 종료 후는, 바로 필름(22)의 성막처리를 재개할 수 있다. 역시, 성막재개 시는, 마스크(51), 애노드 전극(38), 가동 롤러(33, 34)를 상술과는 역동작으로 하강시키는 것으로 도 3에 도시한 성막위치로 복귀시킨다.
또한, 셀프 클리닝시에 도입되는 클리닝 가스에 부식성 가스가 사용되는 경우에서도, 마스크 개구부(52)를 셔터(65)로 폐색하고 있으므로, 마스크 위쪽 공간으로의 클리닝 가스의 확산을 방지할 수 있다. 또, 반응실(27)측의 진공배기포 트(29, 도 1)를 성막부(25) 근방에 배치하고 있으므로 도입된 클리닝 가스는 도 6에 화살표 P로 도시한 배기유로에 따라 마스크(51) 옆 방향에서 상기 진공배기포트(29)로 직접 배기되고, 성막부(25)를 돌아 들어가 상방부로의 확산이 억제된다.
따라서, 본 실시형태에 의하면, 필름(22) 성막도중에서 성막부(25)의 셀프 클리닝을 실행할 수 있고, 장치 가동률의 저하를 억제하고, 고품위를 유지하여 성막처리를 행할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 기반하여 여러 가지의 변형이 가능하다.
예컨대, 이상의 실시형태에서는, 금속 벨트(40)와 애노드 전극(38)과는 같은 작용을 행하므로 어느 쪽인가 한쪽을 필요에 따라 생략해도 좋다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 성막부(25)의 셀프 클리닝시에 상류측 가동 롤러(33) 및 하류측 가동 롤러(34)를 상승 이동시키고, 필름(22) 및 금속 벨트(40)를 샤워 플레이트(37)에서 멀리하도록 구성했지만, 이에 대신해, 상류측 가동 롤러(33)와 성막부(25), 성막부(25)와 하류측 가동 롤러(34) 사이에 승강자재한 롤러부재를 별도 설치하고, 이들 롤러부재로서 필름 및 금속 벨트를 승강 이동시켜도 좋다.
더욱이, 성막제의 필름을 귄취 롤러(24)로 전부 권취한 후, 필름의 주행방향을 역으로 하여 성막부(25)에서 다른 재료층을 성막하는 것도 가능하다. 이 경우, 권출 롤러(22)는 권취 롤러로써 기능하고, 권취 롤러(24)는 권출 롤러로써 기능한 다. 또한, 보조 롤러(35A)는 가열 롤러로써, 보조 롤러(31A)는 냉각 롤러로써 미리 구성하여도 좋다. 더욱이, 제전기구와 보조 히터를 미리 필요위치에 설치하여도 좋다.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 권취식 프라즈마 CVD 장치에 의하면, 필름에 형성되는 막질의 균일화를 꾀하는 것이 가능함과 동시에, 성막조건 등에 응하여 고주파 전극과 대향 전극간의 간극 조정을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 구성에 의해, 필름 성막도중에서 성막부의 셀프 클리닝을 행할 수 있으므로, 장치 가동률의 저하를 억누르고, 고품위의 성막처리를 행할 수 있게 된다.
Claims (21)
- 진공실 내에서 필름을 주행시키면서 당해 필름에 프라즈마 CVD에 의해 성막을 행하는 권취식 프라즈마 CVD 장치에 있어서,상기 필름의 주행방향에 관하여 성막위치의 상류측 및 하류측에 각각 배치되고, 상기 성막위치에서 상기 필름을 거의 직선적으로 주행시키는 상류 롤러 및 하류 롤러를 가지고,상기 성막위치에는,상기 필름 성막면에 대향하고 고주파 전원에 접속된 고주파 전극과,상기 필름 성막면 이면측에 배치된 대향 전극과,상기 필름 성막면에 원료 가스를 공급하는 가스공급수단이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 가스공급수단은,상기 고주파 전극에 취부된 샤워 플레이트와,상기 고주파 전극과 상기 샤워 플레이트 사이에 형성된 공간부와,상기 공간부와 연통하고 상기 샤워 플레이트를 통해 상기 필름 성막면에 가스를 공급하는 가스공급배관을 가지는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제2항에 있어서,상기 샤워 플레이트와 상기 필름 성막면 사이의 대향거리는 10㎜ 이상 50㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 고주파전원의 주파수는, 100㎑ 이상 100㎒ 이하인 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 대향전극은 접지전위인 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 성막위치 상류측에는 상기 필름을 가열하는 히터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 성막위치 하류측에는 상기 필름을 제전(除電)하는 제전기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 필름은 수지필름 또는 유리 필름인 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 필름 성막면에 성막되는 재료는 실리콘, 질화 실리콘, 산화 실리콘 혹은 산질화 실리콘, 또는, 이들에 붕소, 인중 어느 것인가 한쪽 혹은 양쪽을 첨가한 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 진공실에는 상기 성막위치에서 상기 필름 성막면의 이면측을 지지하는 금속 벨트와, 이 금속 벨트를 순환 주행시키는 벨트 주행계가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제10항에 있어서,상기 금속 벨트는 상기 성막위치에 배치된 대향전극과 동전위인 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제10항에 있어서,상기 금속 벨트는 상기 성막위치에 배치된 대향전극인 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제10항에 있어서,상기 금속 벨트 및 상기 필름은 각각 상기 성막위치 상류측에 배치된 상류 롤러에 접촉하여 주행하고, 이 상류 롤러에는 상기 금속 벨트를 통해 상기 필름을 가열하는 히터가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 성막위치에는 상기 필름 성막면을 한정하는 개구부를 가지는 마스크가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제14항에 있어서,상기 마스크 개구부를 개폐자재한 셔터를 가지고, 이 셔터에서 상기 마스크 개구부를 막고, 가스공급수단에서 클리닝용 가스를 공급하여, 성막부의 클리닝을 행하는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 필름 성막면을 한정하는 개구부를 가지는 마스크와,상기 필름 성막면과 상기 마스크 사이의 간격을 조정하는 조정기구와,상기 필름 성막면과 상기 마스크 개구부 사이에 삽입되는 것에 의해 당해 개 구부를 폐색 가능한 셔터와,클리닝용 가스의 공급수단을 구비한 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제16항에 있어서,상기 필름 성막면의 이면측에서 당해 필름과 동시에 주행하는 금속 벨트를 가지고,상기 조정기구는 상기 필름과 상기 금속 벨트의 주행을 가이드하는 상류 롤러 및 하류 롤러를 상승 이동시키는 롤러이동기구부와, 상기 금속 벨트의 장력을 조정하는 벨트장력조정부를 가지는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제17항에 있어서,상기 롤러이동기구부는 상기 상류 롤러 및 하류 롤러를 승강 이동시키면서 동시에, 상기 성막위치에 배치된 대향전극도 승강 이동시키는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제18항에 있어서,상기 롤러이동기구부는 상기 상류 롤러 및 하류 롤러 회전축의 양단을 지지하는 지지브라켓과 이 지지브라켓에 취부되고, 상기 대향전극의 주연 하단부에 계합가능한 계합조(係合爪)를 가지는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제16항에 있어서,상기 셔터는 접지전위인 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
- 제1항에 있어서,상기 성막위에는 상기 필름 성막면을 한정하는 개구부를 가지는 마스크가 배치되어 있고, 이 마스크와 상기 고주파 전극 사이에 가스배기유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권취식 프라즈마 CVD 장치.
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