成膜裝置和成膜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用輥對輥系統(tǒng)的成膜裝置和成膜方法。
【背景技術(shù)】
[0002]使用輥對輥系統(tǒng)的成膜工藝為通過從退繞輥至卷繞輥卷繞成膜靶而傳輸成膜靶(金屬箔等)并在傳輸期間在成膜靶上形成薄膜。輥對輥系統(tǒng)允許傳輸大型成膜靶，適合大規(guī)模生產(chǎn)薄膜。
[0003]例如，專利文獻(xiàn)I公開了一種“石墨稀棍對棍涂布裝置”，其通過棍對棍系統(tǒng)傳輸金屬構(gòu)件并在金屬構(gòu)件上形成石墨烯膜。
[0004]引用列表
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]PTL 1:日本專利申請公開2011-162877號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]然而，在如專利文獻(xiàn)I中所述的使用輥對輥系統(tǒng)的成膜工藝中，與不使用輥對輥系統(tǒng)的成膜工藝相比，可能存在膜質(zhì)量由于通過輥對輥系統(tǒng)施加至成膜靶的張力而降低的情況。
[0009]鑒于上述情況，期望提供一種能夠通過使用輥對輥系統(tǒng)生產(chǎn)高質(zhì)量薄膜的成膜裝置和成膜方法。
[0010]問題的解決方案
[0011]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種成膜裝置，其包括輥對輥機(jī)構(gòu)和加熱單元。
[0012]輥對輥機(jī)構(gòu)被配置為傳輸成膜靶并包括張力釋放單元，所述張力釋放單元被配置為釋放施加至所傳輸?shù)某赡ぐ械膹埩Α?br>[0013]加熱單元被配置為加熱由輥對輥機(jī)構(gòu)傳輸?shù)某赡ぐ小?br>[0014]利用該配置，由輥對輥機(jī)構(gòu)釋放施加至成膜靶的張力。因此，可以防止膜質(zhì)量由于張力引起成膜靶變形(塑性變形和孿生變形)而降低。
[0015]張力釋放單元可以包括被配置為夾持成膜靶的夾送輥。
[0016]利用該配置，可以防止與輥對輥機(jī)構(gòu)卷繞并退繞成膜靶相關(guān)聯(lián)的張力被夾持成膜靶的夾送輥直接施加至成膜靶，即，可以釋放施加至成膜靶的張力。
[0017]夾送輥可以包括:引導(dǎo)輥，被配置為引導(dǎo)成膜靶的傳輸，以及彈性輥，具有由彈性材料制成的輥表面，并且彈性輥可以由引導(dǎo)輥推送以使得成膜靶被夾持在彈性輥和引導(dǎo)輥之間。
[0018]利用該配置，通過結(jié)合引導(dǎo)輥旋轉(zhuǎn)的彈性輥的摩擦力，防止成膜靶相對于引導(dǎo)輥滑動，并且可以防止與輥對輥機(jī)構(gòu)卷繞并退繞成膜靶相關(guān)聯(lián)的張力直接施加至成膜靶。
[0019]張力釋放單元可以包括多級輥，所述多級輥包括多個輥。
[0020]利用該配置，可以通過多級輥逐漸釋放施加至成膜靶的張力。在成膜靶的張力在一個點(diǎn)處釋放的情況下，擔(dān)心在此點(diǎn)造成大梯度的張力并且成膜靶滑動等。根據(jù)該配置，可以防止此大梯度的張力。
[0021]成膜裝置還可以包括松弛檢測傳感器，被配置為檢測成膜靶的松弛量。張力釋放單元可以被配置為根據(jù)松弛檢測傳感器的輸出來調(diào)節(jié)施加至成膜靶的張力。
[0022]利用該配置，松弛檢測傳感器可以檢測成膜靶的松弛量，所述松弛是由于釋放施加至成膜靶的張力造成的。張力釋放單元可以根據(jù)成膜靶的松弛量來調(diào)節(jié)施加至成膜靶的張力，使得張力可以落入合適的范圍內(nèi)。
[0023]張力釋放單元可以被配置為釋放施加至成膜靶的張力至等于或小于成膜靶中發(fā)生孿生變形的張力。
[0024]當(dāng)在加熱的狀態(tài)下施加張力時，特定的金屬種類(銅等)會導(dǎo)致孿生變形。在孿生變形中，晶體的取向在金屬晶體中局部改變。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)孿生變形還可以在小于塑性變形的張力下發(fā)生并且孿生變形還相反地影響膜質(zhì)量。因此，張力釋放單元釋放施加至成膜靶的張力以成為成膜靶中發(fā)生孿生變形的張力或更小的張力。因此，可以防止膜質(zhì)量由于孿生變形而降低。
[0025]成膜靶可以包括包含銅的金屬箔，并且張力釋放單元可以被配置為釋放施加至成膜靶的張力至小于IMPa。
[0026]加熱的銅(例如，950度)在大約8.3MPa的張力下造成塑性變形。然而，在大約IMPa的進(jìn)一步更低的張力下同樣發(fā)生孿生變形。因此，在成膜靶是包含銅(包括銅合金)的金屬箔的情況下，釋放施加至成膜革G的張力至小于lMPa(更可取的是小于0.1MPa)。因此，可以抑制膜質(zhì)量由于銅發(fā)生孿生變形而降低。
[0027]成膜裝置還可以包括成膜材料供應(yīng)單元，被配置為將包含碳的碳源物質(zhì)供應(yīng)至由加熱單元加熱的成膜靶。
[0028]當(dāng)碳源物質(zhì)(甲烷等)供應(yīng)至加熱的成膜靶(包含銅的金屬箔)時，分解碳源物質(zhì)并在成膜靶上形成石墨烯膜。發(fā)現(xiàn)在石墨烯生產(chǎn)溫度(例如，950度)下如上所述銅可以發(fā)生孿生變形，并且當(dāng)發(fā)生孿生變形時，石墨烯膜的質(zhì)量(電特性等)降低。在本發(fā)明中，如上所述，釋放施加至成膜靶的張力，以便防止銅發(fā)生孿生變形。因此，可以防止石墨烯膜的質(zhì)量由于銅孿生變形而降低，由此可以生產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例，提供了一種成膜方法，包括:將成膜靶設(shè)置在輥對輥機(jī)構(gòu)中；通過輥對輥機(jī)構(gòu)傳輸成膜靶；將成膜材料供應(yīng)至成膜靶；以及在由輥對輥機(jī)構(gòu)釋放施加至成膜靶的張力的狀態(tài)下加熱成膜靶。
[0030]根據(jù)成膜方法，在施加至成膜靶的張力通過輥對輥機(jī)構(gòu)傳輸成膜靶而釋放的狀態(tài)下，執(zhí)行膜形成。因此，可以防止膜質(zhì)量由于成膜靶變形而降低，由此可以生產(chǎn)高質(zhì)量薄膜。
[0031]在停止通過輥對輥機(jī)構(gòu)傳輸成膜靶并釋放張力之后可以執(zhí)行加熱成膜靶。
[0032]利用該配置，停止通過輥對輥機(jī)構(gòu)傳輸成膜靶，由此可以釋放通過傳輸施加至成膜靶的張力。
[0033]本發(fā)明的有益效果
[0034]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種能夠通過使用輥對輥系統(tǒng)生產(chǎn)高質(zhì)量薄膜的成膜裝置和成膜方法。
【附圖說明】
[0035]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的成膜裝置的配置的示意圖。
[0036]圖2是示出了在施加有低張力(0.1MPa)的狀態(tài)下加熱的銅箔的晶體取向分布的反極圖。
[0037]圖3是示出了在施加有高張力(IMPa)的狀態(tài)下加熱的銅箔的晶體取向分布的反極圖。
[0038]圖4是形成在施加有低張力(0.1MPa)的銅箔上形成的石墨烯膜的光學(xué)顯微鏡圖像。
[0039]圖5是形成在施加有高張力(IMPa)的銅箔上形成的石墨烯膜的光學(xué)顯微鏡圖像。
[0040]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的成膜裝置的配置的示意圖。
[0041]圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的修改實(shí)例I的成膜裝置的配置的示意圖。
[0042]圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的修改實(shí)例2的成膜裝置的配置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043](第一實(shí)施例)
[0044]將給出關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的成膜裝置的描述。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的成膜裝置100的示意圖。應(yīng)該注意，假設(shè)根據(jù)該實(shí)施例的成膜裝置100是要在成膜靶上形成石墨烯膜的成膜裝置。
[0045]如圖1所示，成膜裝置100包括腔室101、退繞輥102、第一引導(dǎo)輥103、第二引導(dǎo)輥104、彈性輥105、卷繞輥106、電流源107、氣體供應(yīng)系統(tǒng)108、和真空排空系統(tǒng)109。退繞輥102、第一引導(dǎo)輥103、第二引導(dǎo)輥104、彈性輥105、和卷繞輥106構(gòu)成輥對輥機(jī)構(gòu)。輥對輥機(jī)構(gòu)和電流源107容納在腔室101中，并且氣體供應(yīng)系統(tǒng)108和真空排空系統(tǒng)109連接至腔室101。此外，成膜靶S設(shè)置在輥對輥機(jī)構(gòu)中。
[0046]腔室101容納輥對輥機(jī)構(gòu)和電流源107并且還提供成膜氣氛。腔室101可以是真空腔室，例如其可以將真空狀態(tài)保持在其中。然而，可以根據(jù)成膜條件選擇任何腔室。
[0047]退繞輥102是一種輥，成膜靶S自該輥退繞。退繞輥102調(diào)節(jié)從夾送輥110 (稍后所述)至退繞輥102的成膜靶S的張力。退繞輥102可由驅(qū)動源(電機(jī)等)(未示出)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。通過離合器等控制傳輸來自驅(qū)動源的驅(qū)動力，成膜靶S的張力可以由退繞輥102進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0048]第一引導(dǎo)輥103引導(dǎo)成膜靶S的傳輸并且還施加從電流源107供應(yīng)至成膜靶S的電流。第一引導(dǎo)輥103可以連接至驅(qū)動源(未示出)并旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。第一引導(dǎo)輥103可以由具有電導(dǎo)性的材料，比如金屬制成。
[0049]第二引導(dǎo)輥104引導(dǎo)成膜靶S的傳輸并且還施加從電流源107供應(yīng)至成膜靶S的電流。第二引導(dǎo)輥104可以連接至驅(qū)動源(未示出)并旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。第二引導(dǎo)輥104可以由具有電導(dǎo)性的材料，比如金屬制成。
[0050]彈性輥105由第二引導(dǎo)輥104推送并與第二引導(dǎo)輥104 —起夾持成膜靶S。彈性輥105由彈性材料制成，其中其至少一個表面(輥表面)具有彈性。該彈性防止成膜靶S相對于第二引導(dǎo)輥104滑動。彈性材料例如可以是硅。
[0051]第二引導(dǎo)輥104和彈性輥105構(gòu)成夾送輥110，由輥對輥機(jī)構(gòu)傳輸?shù)某赡ぐ蠸利用該夾送輥夾持。
[0052]卷繞輥106是一種輥，成膜靶S利用該輥進(jìn)行卷繞。卷繞輥106調(diào)節(jié)從夾送輥110 (稍后所述)至卷繞輥106的成膜靶S的張力。卷繞輥106可以通過驅(qū)動源(電機(jī)等)(未示出)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。通過離合器等控制傳輸來自驅(qū)動源的驅(qū)動力，成膜靶S的張力可以由卷繞棍106進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0053]電流源107連接至第一引導(dǎo)輥103和第二引導(dǎo)輥104并在第一引導(dǎo)輥103和第二引導(dǎo)輥104之間施加電流。因此，電流在第一引導(dǎo)輥103和第二引導(dǎo)輥104之間的成膜靶S的區(qū)域(在下文中稱為成膜區(qū)域)中流動，使得成膜靶S被電阻加熱。
[0054]應(yīng)該注意，成膜靶S可以通過不同于電阻加熱的方法來加熱。在這種情況下，不可以設(shè)置電流源107。與電阻加熱不同的加熱方法的實(shí)例包括通過陶瓷加熱器、鹵素?zé)?、并?yīng)用激光等加熱、通過感應(yīng)電流通過施加磁場加熱、和通過熱導(dǎo)加熱。
[0055]在成膜靶S通過與電阻加熱