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WO2017098651A1 - ミスト塗布成膜装置及びミスト塗布成膜方法 - Google Patents

ミスト塗布成膜装置及びミスト塗布成膜方法 Download PDF

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Publication number
WO2017098651A1
WO2017098651A1 PCT/JP2015/084771 JP2015084771W WO2017098651A1 WO 2017098651 A1 WO2017098651 A1 WO 2017098651A1 JP 2015084771 W JP2015084771 W JP 2015084771W WO 2017098651 A1 WO2017098651 A1 WO 2017098651A1
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WO
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mist
coating
substrate
coating liquid
film forming
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/084771
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English (en)
French (fr)
Inventor
天明 李
Original Assignee
東芝三菱電機産業システム株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東芝三菱電機産業システム株式会社 filed Critical 東芝三菱電機産業システム株式会社
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Priority to PCT/JP2015/084771 priority patent/WO2017098651A1/ja
Priority to CN201580085271.4A priority patent/CN108472676B/zh
Priority to US15/776,972 priority patent/US20180326436A1/en
Priority to KR1020187015816A priority patent/KR102151325B1/ko
Priority to TW105125911A priority patent/TWI629107B/zh
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    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11Anti-reflection coatings

Definitions

  • the present invention relates to a mist coating film forming apparatus and a mist coating film forming method for forming a thin film on a substrate to be formed by using a mist of a coating liquid sprayed by ultrasonic waves.
  • Examples of a coating apparatus for an object to be coated such as a film or a glass substrate include a slit die coating apparatus, a roll coating apparatus, a bar coating apparatus, and a gravure coating apparatus that apply the entire coating liquid.
  • a spin coater is widely adopted as a method for producing a thin film on a semiconductor wafer.
  • the spin coating method is a method of forming a thin film on the surface of a substrate by supplying a droplet of a coating solution to the center of the surface of the substrate and rotating it at high speed. In this method, since the coating liquid is discarded when the substrate is rotated at a high speed, the utilization efficiency of the coating liquid is poor, and there are many problems in applying to a large-sized object.
  • the spray coating method is a method of forming a thin film on the substrate surface by spraying a coating solution with high-pressure air gas.
  • the spray coating method is disclosed in Patent Document 1, for example.
  • the spray gun of the spray coater can be moved, so it can be applied to large-scale coated objects, but it is difficult to control the particle size of the sprayed coating liquid by high-pressure air and flow rate, and the film thickness is uneven in the film to be deposited. There is a problem that is likely to occur.
  • the coating liquid is atomized by high-pressure air gas introduced into the gun while supplying the coating liquid.
  • the fine particle diameter of the atomized coating liquid is reduced by increasing the air pressure or flow rate.
  • the air pressure or the flow rate is constant, the pressure is reduced by decreasing the supply amount of the coating liquid. Since the fine particle diameter of the coating liquid depends on the supply amount of the coating liquid, the air pressure, and the air flow rate, there is a problem that it is difficult to control the particle diameter of the fine particle diameter and the increase / decrease control of the atomization amount of a small particle diameter. It was.
  • the spray volume of the spray liquid is reduced by increasing the atomizing air pressure or flow rate to reduce the spray atomized particle diameter or the coating liquid concentration. It is a method of finishing the coating film by adhering while drying inside.
  • the rotation speed of the object to be coated and the movement speed of the spray gun can be set arbitrarily, but it is impossible to apply uniformly unless the rotation speed of the object to be coated and the movement speed of the spray gun are adjusted in a well-balanced manner. was there.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a mist coating film forming apparatus and a mist coating film forming method capable of uniformly forming a thin film having a film thickness of 100 nm or less.
  • a mist coating film forming apparatus includes a coating liquid atomizing mechanism that atomizes a coating liquid containing a predetermined raw material in an atomization container using an ultrasonic vibrator to obtain a droplet-shaped coating liquid mist.
  • a mist coating mechanism for placing the substrate on which the film is to be formed, supplying the coating liquid mist to the substrate, and coating the coating liquid mist on the surface of the substrate;
  • a firing / drying mechanism for firing and drying the coating solution mist applied on the surface to form a thin film containing the predetermined raw material on the surface of the substrate;
  • the mist coating film forming apparatus of the present invention according to claim 1, after coating the coating liquid mist on the surface of the substrate by the mist coating mechanism, firing and drying the coating liquid mist on the surface of the substrate by the firing / drying mechanism.
  • a thin film containing a predetermined raw material By forming a thin film containing a predetermined raw material, a thin film having a thickness of 100 nm or less can be formed on the substrate with good uniformity.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the positional relationship of the bottom surface of the head with respect to the substrate shown in FIG. 1. It is explanatory drawing which shows typically the surface of the board
  • FIG. 10 is an explanatory diagram schematically showing the control content of a mist control unit in a coating liquid atomizing mechanism of a second embodiment. It is explanatory drawing which shows typically the characteristic part in the mist coating film-forming apparatus of Embodiment 3.
  • FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration of a mist coating film forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the mist coating film forming apparatus of the first embodiment has a coating liquid atomizing mechanism 50, a mist coating mechanism 70, and a baking / drying mechanism 90 as main components.
  • the coating liquid atomization mechanism 50 atomizes the coating liquid 5 charged into the atomization container 4 using the ultrasonic vibrator 1 that generates ultrasonic waves into droplets having a narrow particle size distribution and a central particle size of about 4 ⁇ m. Then, a coating liquid mist generation process for generating the coating liquid mist 6 is executed.
  • the coating liquid mist 6 is conveyed to the mist coating mechanism 70 via the mist supply line 22 by the carrier gas supplied from the carrier gas supply unit 16.
  • the mist coating mechanism 70 receives the coating liquid mist 6 from the mist supply line 22 and is placed on the surface of the substrate 9 (film formation target substrate) placed on the moving stage 10 (mounting unit) from the mist coating head 8.
  • the coating liquid mist 6 is supplied, and the coating liquid mist coating process for coating the coating liquid mist 6 on the surface of the substrate 9 is executed.
  • the baking / drying mechanism 90 bakes and dries the substrate 9 on which the coating liquid mist 6 is applied on the surface of the hot plate 13, evaporates the solvent in the coating liquid mist 6, and forms a silicone compound contained in the coating liquid mist 6.
  • a baking / drying process is performed in which a thin film containing a raw material (a siloxane polymer added with additives such as a filler and a crosslinking agent, and a siloxane polymer reacted with another organic compound) is formed on the surface of the substrate 9.
  • Coating liquid atomization mechanism 50 In the coating liquid atomizing mechanism 50, as the ultrasonic vibrator 1, for example, an ultrasonic frequency within the range of 1.5 to 2.5 MHz can be used. Water 3 is introduced into a water tank 2 provided on the ultrasonic vibrator 1 as a medium for propagation of ultrasonic waves generated by the ultrasonic vibrator 1, and the ultrasonic vibrator 1 is driven to enter the atomizing container 4.
  • the applied coating solution 5 is made into droplets to obtain a coating solution mist 6 which is a micrometer-sized droplet having a narrow particle size distribution and a central particle size of about 4 ⁇ m.
  • the coating solution 5 can be diluted with a low-viscosity solvent such as methanol, toluene, water, hexane, ether, methyl acetate, ethyl acetate, vinyl acetate, or ethyl chloride even when the coating solution has a high viscosity.
  • a low-viscosity solvent such as methanol, toluene, water, hexane, ether, methyl acetate, ethyl acetate, vinyl acetate, or ethyl chloride even when the coating solution has a high viscosity.
  • the droplet-shaped coating liquid mist 6 sprayed in the inner space of the atomization container 4 is It is conveyed toward the mist application head 8 of the mist application mechanism 70 through the mist supply line 22.
  • the carrier gas is mainly nitrogen gas or air for the purpose of transporting the coating liquid mist 6, and the carrier gas flow rate is controlled by the mist control unit 35 at 2 to 10 (L / min).
  • the valve 21b is provided in the carrier gas introduction line 21 and is a valve for adjusting the carrier gas flow rate.
  • the mist control unit 35 controls the opening / closing degree of the valve 21b to control the flow rate of the carrier gas supplied from the carrier gas supply unit 16, and also controls the presence / absence of vibration of the ultrasonic transducer 1, the ultrasonic frequency, and the like.
  • the mist coating mechanism 70 has the mist coating head 8 and the film formation substrate 9 placed on the upper part, and has a movable stage 10 (mounting unit) that can move under the control of the movement control unit 37 as a main component. .
  • FIG. 2 is a plan view showing the bottom structure of the mist application head 8.
  • FIG. 2 shows the XY coordinate axes.
  • a slit-like mist outlet 18 having a longitudinal direction in the Y direction (predetermined direction) is formed on the head bottom surface 8 b of the mist application head 8.
  • the virtual plane position of the substrate 9 existing under the head bottom surface 8b of the mist application head 8 is shown.
  • the substrate 9 is configured in a rectangular shape having a long side in the X direction and a short side in the Y direction.
  • the mist outlet 18 provided in the head bottom surface 8 b is provided in a slit shape with the short side forming direction (Y direction) of the substrate 9 as the longitudinal direction.
  • the length) is set to be approximately the same as the short side width of the substrate 9.
  • the coating liquid mist 6 can be applied to substantially the entire surface.
  • the mist ejection port 18 is formed in a slit shape, the short side width of the substrate 9 that is the film formation target substrate can be adjusted by adjusting the length of the mist application head 8 in the longitudinal direction (Y direction). It is not limited, and can be applied to the substrate 9 having a short short side width. Specifically, by providing the mist application head 8 with a width in the longitudinal direction that matches the assumed maximum short side width of the substrate 9, the formation length of the mist ejection port 18 is substantially equal to the maximum short side width of the substrate 9. Can be matched.
  • the moving stage 10 on which the substrate 9 is placed is moved along the X direction under the control of the movement control unit 37 in a state 2 to 5 mm away from the head bottom surface 8b of the mist application head 8, whereby the substrate An extremely thin liquid film by the coating liquid mist 6 can be applied on substantially the entire surface of the surface 9. At this time, the thickness of the liquid film can be adjusted by changing the moving speed of the moving stage 10 by the movement control unit 37.
  • the movement control unit 37 moves the moving stage 10 along a moving direction (X direction in FIG. 2) that matches the short direction of the mist outlet 18 of the mist application head 8, and moves along the moving direction. 10 moving speeds are variably controlled.
  • the mist coating head 8 and the moving stage 10 are provided in the mist coating chamber 11, and the mixed gas of the solvent vapor and the carrier gas of the coating liquid mist 6 volatilized in the mist coating chamber 11 passes through the exhaust gas output line 23. Then, after being processed by an exhaust processing apparatus (not shown), it is released to the atmosphere.
  • the valve 23b is a valve provided in the exhaust gas output line 23.
  • the firing / drying mechanism 90 has a hot plate 13 provided in the firing / drying chamber 14 as a main component.
  • the substrate 9 on which the coating liquid mist 6 (liquid film thereof) is coated on the surface by the mist coating mechanism 70 is placed on the hot plate 13 in the baking / drying chamber 14.
  • the firing / drying process is performed using the hot plate 13, but the firing / drying mechanism 90 is configured so as to supply hot air into the firing / drying chamber 14 without using the hot plate 13. May be configured.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of a mist coating film forming method and a subsequent thin film thickness verification method executed using the mist coating film forming apparatus shown in FIG. First, the processing procedure of the mist coating film forming method will be described with reference to FIG.
  • step S ⁇ b> 1 a coating liquid mist generation process in which the coating liquid atomization mechanism 50 atomizes the coating liquid 5 in the atomization container 4 using the ultrasonic vibrator 1 to generate a droplet-shaped coating liquid mist 6. Execute.
  • the coating liquid 5 uses 1 wt% (weight percent) silicon coding raw material, drives the two ultrasonic vibrators 1 that vibrate at 1.6 MHz, sprays the coating liquid 5, and the carrier gas flow rate.
  • step S ⁇ b> 2 the substrate 9 that is the substrate to be coated is placed on the moving stage 10 by the mist coating mechanism 70, and the coating liquid mist 6 is supplied from the mist ejection port 18 of the mist coating head 8.
  • the coating liquid mist coating process for coating the coating liquid mist 6 on the surface is performed.
  • the coating liquid mist 6 rectified in the mist coating head 8 is supplied to the surface of the substrate 9 through a slit-shaped mist outlet 18 to execute a coating liquid mist coating process.
  • the substrate 9 has a rectangular surface with a long side of 120 (mm) and a short side of 60 (mm).
  • the substrate 9 placed (set) on the moving stage 10 is present at a position 2 to 5 mm below the bottom surface 8b of the head, and the moving stage 10 is controlled by the movement control unit 37 as shown in FIG.
  • the movement control unit 37 can variably control the moving speed of the moving stage 10 in the range of 1 to 50 (mm / sec).
  • the substrate 9 can be relatively easily moved.
  • the coating liquid mist 6 can be applied on the surface.
  • Embodiment 1 since the pressure and flow rate of the carrier gas from the carrier gas supply unit 16 are smaller than the gas pressure and flow rate of the high-pressure air gas of the conventional spray gun, the substrate 9 is subjected to the coating liquid mist coating process. Disturbance of the liquid film due to the coating liquid mist 6 hitting the surface strongly can be suppressed compared to the conventional case. In addition, the disturbance of the liquid film due to the coating liquid mist 6 can be further suppressed by the following device.
  • FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the positional relationship of the head bottom surface 8b with respect to the substrate 9.
  • the XZ coordinate axes are also shown.
  • the coating liquid is obliquely inclined by an angle ⁇ from the perpendicular L9 of the substrate 9 from the mist outlet 18. Mist 6 can be ejected.
  • the head bottom surface 8 b of the mist coating head 8 is inclined ⁇ with respect to the surface formation direction of the substrate 9, so that the coating liquid mist 6 due to the carrier gas flow rate from the carrier gas supply unit 16 strikes the surface of the substrate 9.
  • the disturbance of the liquid film that occurs at the time is effectively suppressed so that the coating liquid mist 6 can be more uniformly applied on the surface of the substrate 9.
  • step S ⁇ b> 3 the liquid film formed from the coating liquid mist 6 applied on the surface of the substrate 9 is baked and dried by the baking / drying mechanism 90, and a raw material such as a silicone compound is formed on the surface of the substrate 9. Baking and drying processes for forming a thin film containing
  • a thin film having a thickness of 100 ⁇ m or less can be formed on the substrate 9 by the mist coating film forming method according to the above steps S1 to S3.
  • step S4 of FIG. 3 an etching process for selectively removing the thin film formed on the surface of the substrate 9 is executed. Specifically, etching is performed for 10 minutes at room temperature using an aqueous solution in which methanol having a NaOH concentration of 4 wt% and pure water are mixed at a ratio of 1: 1.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing the surface of the substrate to be verified. As shown in the figure, the thin film in the etching removal regions R11 and R12 is selectively removed on the surface of the substrate 9 by the etching process in step S4, and the thin film in the non-etching regions R21 and R22 is selectively left. .
  • step S5 a film thickness measurement process for the thin film formed on the substrate 9 is executed.
  • the film thickness was measured using an existing stylus profilometer.
  • the film thickness measurement points are the measurement regions M1 to M18, the measurement regions M1 to M9 are set to the region extending from the etching removal region R11 to the non-etching region R21, and the measurement regions M10 to M18 are etched away.
  • the region extends from the region R12 to the non-etched region R22.
  • the distance dM between adjacent measurement areas is set to 10 mm.
  • FIG. 6 is a graph showing the film thickness measurement results in the measurement region M1.
  • the film thickness is measured along the + Y direction as shown in the measurement direction D1 of FIG.
  • the film thickness is measured at around 40 mm
  • the film thickness is measured at around 0 mm. Therefore, the measured average value (excluding the noise portion) in the non-etched region R21 is the measured film thickness in the measured region M1.
  • FIG. 7 is a graph showing the measured film thickness in each of the measurement regions M1 to M18.
  • the number i of the measurement area corresponds to the measurement area Mi.
  • the in-plane average film thickness was 47 nm and the standard deviation of the film thickness was 5 nm.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing the processing content of other measurement processing in step S5.
  • the film thickness measurement points are the measurement regions K1 to K6, the measurement regions K1 to K3 are set to regions extending from the etching removal region R11 to the non-etching region R21, and the measurement regions K4 to K6 are etching removal.
  • the region extends from the region R12 to the non-etched region R22.
  • the other measurement process is a process for measuring the average of the measured film thicknesses in the measurement regions K1 to K6.
  • FIG. 9 is a graph showing measurement results obtained by executing the mist coating film forming method in steps S1 to S3 three times and performing the other measurement processing shown in FIG. 8 in each of the three times.
  • the number j of the number of times corresponds to the j-th execution result by another measurement process.
  • the average film thickness in the other three measurement processes is 40 nm and the standard deviation of the film thickness is within 5 nm, so that the mist coating composition using the mist coating film forming apparatus of the first embodiment is used. It can be seen that the thin film can be manufactured uniformly and stably even in the film forming process of the thin film of 100 nm or less by executing the film method.
  • the mist coating film forming method using the mist coating film forming apparatus of Embodiment 1 was executed to form a thinner thin film and to evaluate the film thickness distribution.
  • the moving speed of the moving stage 10 controlled by the movement control unit 37 is set to 10 (mm / sec), 20 (mm / sec), and 30 (mm / sec), and the steps S1 to S3 are performed once.
  • a thin film was formed on the surface of the substrate 9, and the film thickness was measured.
  • FIG. 10 is a graph showing the film thickness of the thin film at different stage moving speeds.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing the average film thickness and the standard deviation of the film thickness at each moving speed in a tabular form. As shown in FIG. 10, by increasing the moving speed of the moving stage 10 by the movement control unit 37, the thickness of the thin film to be formed can be reduced, and the thinning of the thickness of the thin film proceeds. You can see that
  • the film thickness uniformity of the formed thin film can be maintained.
  • the mist coating film forming apparatus of the first embodiment that executes the mist coating film forming method including steps S1 to S3 shown in FIG. 3 applies the coating liquid mist 6 onto the surface of the substrate 9 by the mist coating mechanism 70. Thereafter, the liquid film formed from the coating liquid mist 6 on the surface of the substrate 9 is baked and dried by the baking / drying mechanism 90 to form a thin film containing the raw material in the coating liquid 5 on the surface of the substrate 9. Thus, a thin film having a thickness of 100 nm or less can be uniformly formed on the substrate.
  • the mist application head 8 has, on the head bottom surface 8b, a mist ejection port 18 formed in a slit shape with the short side forming direction (Y direction in FIG. 2; a predetermined direction) of the substrate 9 having a rectangular surface as a longitudinal direction. Provided.
  • the short side formation width of the substrate 9 and the formation length in the longitudinal direction of the mist jet 18 are set to the same length, and the short side direction of the substrate 9 and the longitudinal direction of the mist jet 18 are matched.
  • the mist coating head 8 (mist) is supplied so that the coating liquid mist 6 is supplied to the side surface of the substrate while rotating the substrate about the central axis of the cylindrical portion.
  • the spout 18 By arranging the spout 18), a thin film can be formed on the side surface of the cylindrical substrate.
  • thin films having various thicknesses can be formed by variably controlling the moving speed of the moving stage 10 by the movement control unit 37.
  • FIG. 12 is an explanatory view schematically showing the control contents of the mist control unit 35 in the coating liquid atomizing mechanism 50 of the second embodiment.
  • the configuration other than that shown in FIG. 12 is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
  • a plurality of ultrasonic transducers 1 are provided under the water tank 2.
  • the mist control unit 35 can individually control the on / off of each of the plurality of ultrasonic transducers 1 and the ultrasonic frequency. Therefore, the mist control unit 35 can determine the number of operating transducers that is the number of ultrasonic transducers to be operated among the plurality of ultrasonic transducers 1. Further, the mist control unit 35 can variably control the carrier gas flow rate of the carrier gas supplied from the carrier gas supply unit 16 in the range of 2 to 10 (L / min) by controlling the degree of opening and closing of the valve 21b. it can.
  • the amount of atomization of the coating liquid mist 6 (the amount of the coating liquid mist 6 supplied to the mist coating mechanism 70 per unit time) is the number of operating vibrators, the ultrasonic frequency of each ultrasonic vibrator 1 and the carrier gas flow rate. Can be determined. At this time, regarding the atomization amount of the coating liquid mist 6, the number of operating vibrators and the carrier gas flow rate have a positive correlation, and the ultrasonic frequency has a negative correlation. Therefore, when the ultrasonic frequency of the ultrasonic vibrator 1 (usually set to the same frequency among a plurality of ultrasonic vibrators 1) is fixed, the atomization amount of the coating liquid mist 6 depends on the number of operating vibrators and the carrier. It can be adjusted by increasing or decreasing the gas flow rate.
  • the particle size of the coating liquid mist 6 applied on the surface of the substrate 9 is controlled, and the final In particular, the thickness of the thin film formed on the surface of the substrate 9 can be determined.
  • the concentration of the coating liquid 5 and the atomization amount of the coating liquid mist 6 have a positive correlation, and the moving speed of the moving stage 10 has a negative correlation.
  • the film thickness of the thin film formed on the surface of the substrate 9 is as follows. 6 atomization amount (determined by the combination of the number of operating vibrators and the carrier gas flow rate).
  • the number of operating vibrators and the carrier gas flow rate can be controlled under the control of the mist control unit 35 so that a thin film having a desired film thickness can be formed in consideration of the moving speed of the moving stage 10 and the like. As a result, it is possible to improve the production efficiency when forming a thin film.
  • the mist coating film forming apparatus of the second embodiment the number of operating vibrators in the plurality of ultrasonic vibrators 1 and the carrier supplied from the carrier gas supply unit 16 by the mist control unit 35 that is an atomization control unit.
  • the mist control unit 35 that is an atomization control unit.
  • Embodiment 3 is a mist coating film forming apparatus for uniformly forming a relatively thick thin film.
  • FIG. 13 is an explanatory view schematically showing a characteristic part in the mist coating film forming apparatus of the third embodiment.
  • the configuration other than that shown in FIG. 13 is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
  • the third embodiment has three coating liquid atomizing mechanisms 51 to 53 (a plurality of coating liquid atomizing mechanisms) each corresponding to the coating liquid atomizing mechanism 50 of the first embodiment.
  • mist application chamber 11X corresponding to the mist application chamber 11 of the first embodiment
  • mist application heads 81 to 83 are provided corresponding to the application liquid atomizing mechanisms 51 to 53. It is done.
  • the mist application heads 81 to 83 have head bottom surfaces 81b to 83b, and mist ejection ports 181 to 183 are provided on the head bottom surfaces 81b to 83b.
  • FIG. 14 is a plan view showing the bottom structure of the mist application heads 81 to 83, along with the XY coordinate axes. As shown in FIG. 14, slit-like mist ejection ports 181 to 183 having the Y direction (predetermined direction) as the longitudinal direction are formed on the head bottom surfaces 81b to 83b of the mist application heads 81 to 83.
  • the virtual plane position of the substrate 9 existing under the mist application heads 81 to 83 is shown.
  • the substrate 9 is configured in a rectangular shape having a long side in the X direction and a short side in the Y direction.
  • the mist coating film forming apparatus of the third embodiment is provided with the three coating liquid atomizing mechanisms 51 to 53 (a plurality of coating liquid atomizing mechanisms) and is provided in the mist coating chamber 11X of the mist coating mechanism 70.
  • the coating liquid mist 6 is simultaneously transferred from the three mist coating heads 81 to 83 to the substrate. 9 surfaces can be supplied.
  • the coating in one step S2 is performed as compared with the first embodiment.
  • the coating liquid mist 6 of about 3 times can be applied on the surface of the substrate 9 when the liquid mist coating process is executed.
  • the mist coating film forming apparatus of the third embodiment can uniformly form a relatively thick thin film with a smaller number of film forming processes than the mist coating film forming apparatus of the first embodiment. Play.

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Abstract

本発明は、膜厚が100nm以下の薄膜を、均一に成膜できるミスト塗布成膜装置及びミスト塗布成膜方法を提供することを目的とする。そして、本発明において、塗布液霧化機構(50)は、超音波を発生する超音波振動子(1)を利用して塗布液5を霧化して塗布液ミスト(6)を発生する塗布液ミスト発生処理を実行する。ミスト塗布機構(70)は、ミスト塗布ヘッド(8)から移動ステージ(10)上に載置された基板(9)の表面上に塗布液ミスト(6)を供給して、基板(9)の表面上に塗布液ミスト(6)を塗布する塗布液ミスト塗布処理を実行する。焼成・乾燥機構(90)はホットプレート(13)上に塗布液ミスト(6)が表面上に塗布された基板(9)を焼成・乾燥し、塗布液ミスト(6)から形成された液膜の溶媒を蒸発させて基板(9)の表面上に薄膜を成膜する焼成・乾燥処理を実行する。

Description

ミスト塗布成膜装置及びミスト塗布成膜方法
 この発明は、超音波による噴霧した塗布液のミストを利用して、成膜対象となる基板上に薄膜を成膜するミスト塗布成膜装置及びミスト塗布成膜方法に関するものである。
 フィルム、ガラス基板、半導体ウエハ等の被塗布体上に薄膜を塗布して、様々な機能性(反射防止、防眩性、防汚性、親水性、疎水性)をもたらすために、塗布液の物性(粘度、表面張力)、被塗布体(成膜対象の基板)の特性(表面形状、表面張力)、膜特性(膜厚、膜中組成濃度、膜硬度)等の違いにより様々な塗布方法が採用されている。
 フィルムやガラス基板のような被塗布体の塗布装置としては、塗布液を全量塗布するスリットダイ塗工装置、ロール塗布装置、バー塗工装置、グラビア塗工装置などがある。近年、機能性フィルム、光学フィルム、フラットディスプレイパネルの高性能化によって、塗布膜の薄膜化及び膜厚ムラ防止の要求精度が高くなっている。
 一方、塗布液を液滴化して行う塗布装置として、スプレーコート装置、スピンコート装置等がある。スピンコート装置は半導体ウエハへの薄膜を製造する方法として広く採用されている。スピンコート法は基板の表面中央部に塗布液の液滴を供給し、高速回転させることにより基板表面に薄膜を形成する方法である。この方法では、基板が高速回転される際に塗布液が捨てられるため、塗布液の利用効率が悪く、大型の被塗布体に適用するには課題が多い。
 スプレーコート法は高圧のエアーガスで塗布液を噴霧して基板表面に薄膜を形成する方法である。スプレーコート法は例えば特許文献1に開示されている。スプレーコート装置のスプレーガンは移動できるため、大型の被塗布体に適応できるが、高圧エアーと流量による噴霧した塗布液の微粒子粒径の制御が困難であり、成膜される薄膜に膜厚ムラが生じやすいという問題点がある。
特開2003-98699号公報
 前述したスプレーコート法等のスプレー塗布方法では一般のスプレーガンを使用して、塗布液を供給しながらガンに導入される高圧エアーガスにより、塗布液の霧化を行っている。霧化された塗布液の微粒子径は塗布液の供給量が一定の場合は、エアーの圧力あるいは流量を増加することにより小さくなる。また、エアー圧力あるいは流量が一定の場合は、塗布液の供給量を減少することにより小さくなる。塗布液の微粒子径は塗布液の供給量、エアー圧力、エアー流量に依存するため、微粒子径の粒径制御と小さい粒径の霧化量の増減制御とは共に困難であるという問題点があった。
 従来のスプレー塗布方法では塗布液の吐出量を少なく、霧化エアー圧力または流量を大きくすることでスプレー霧化粒子の径を小さく、または塗布液の濃度を小さくして、スプレー時の粒子が飛行中に乾きを伴いながら付着し、塗膜を仕上げる方法である。
 塗布液の吐出量を少なくする場合と塗布液の濃度を小さくする場合は、薄い塗膜が成膜されるため、膜厚に応じて積層回数を増やして成膜する必要がある。塗布回数を多くすることで塗膜の均一性を向上するが、生産効率を低下する問題点がある。
 また、スプレー霧化をより微粒化するためには、高いエアー圧力あるいはエアー流量を多くする必要があることから、複数回連続塗布する時に微粒化するための高圧と多量のエアーが被塗布体の表面に強く当たることにより、高圧と多量のエアーによる液膜を乱す問題点がある。
 さらに、スプレー塗布方法では、被塗布物の回転速度、スプレーガンの移動速度を任意に設定できるが、被塗布物の回転速度とスプレーガンの移動速度をバランスよく調整しないと均一に塗布できない問題点があった。
 本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、膜厚が100nm以下の薄膜を、均一に成膜できるミスト塗布成膜装置及びミスト塗布成膜方法を提供することを目的とする。
 この発明に係るミスト塗布成膜装置は、超音波振動子を利用して霧化容器内の所定の原料を含む塗布液を霧化して液滴状の塗布液ミストを得る塗布液霧化機構と、成膜対象となる基板を載置する載置部を有し、前記基板に前記塗布液ミストを供給し、前記基板の表面上に前記塗布液ミストを塗布するミスト塗布機構と、前記基板の表面上に塗布された前記塗布液ミストを焼成・乾燥して前記基板の表面上に前記所定の原料を含む薄膜を成膜する焼成・乾燥機構とを備える。
 請求項1記載の本願発明のミスト塗布成膜装置はミスト塗布機構により基板の表面上に塗布液ミストを塗布した後、焼成・乾燥機構により塗布液ミストを焼成・乾燥して基板の表面上に所定の原料を含む薄膜を成膜することにより、膜厚が100nm以下の薄膜を均一性良く基板上に成膜することができる。
 この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
この発明の実施の形態1であるミスト塗布成膜装置の構成を模式的に示す説明図である。 図1で示したミスト塗布ヘッドの底面構造を示す平面図である。 実施の形態1のミスト塗布成膜方法及び薄膜の膜厚検証方法の処理手順を示すフローチャートである。 図1で示した基板に対するヘッド底面の位置関係を模式的に示す説明図である。 検証対象の基板の表面を模式的に示す説明図である。 図5で示した測定領域における膜厚測定結果を示すグラフである。 複数の測定領域それぞれにおける測定膜厚を示すグラフである。 他の測定処理の処理内容を模式的に示す説明図である。 他の測定処理を実施した測定結果を示すグラフである。 異なるステージ移動速度における薄膜の膜厚を示すグラフである。 各移動速度での平均膜厚、膜厚の標準偏差を表形式で示す説明図である。 実施の形態2の塗布液霧化機構におけるミスト制御部の制御内容を模式的に示す説明図である。 実施の形態3のミスト塗布成膜装置における特徴部分を模式的に示す説明図である。 複数のミスト塗布ヘッドの底面構造を示す平面図である。
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
 <実施の形態1>
 (ミスト塗布成膜装置)
 図1は、この発明の実施の形態1であるミスト塗布成膜装置の構成を模式的に示す説明図である。同図に示すように、実施の形態1のミスト塗布成膜装置は、塗布液霧化機構50、ミスト塗布機構70及び焼成・乾燥機構90を主要構成要素として有している。
 塗布液霧化機構50は、超音波を発生する超音波振動子1を利用して霧化容器4に投入した塗布液5を粒径分布が狭く中心粒径が約4μmの液滴に霧化して塗布液ミスト6を発生する塗布液ミスト発生処理を実行する。塗布液ミスト6はキャリアガス供給部16から供給されるキャリアガスによってミスト供給ライン22を介してミスト塗布機構70に搬送される。
 ミスト塗布機構70は、ミスト供給ライン22から塗布液ミスト6を受け、ミスト塗布ヘッド8から移動ステージ10(載置部)上に載置された基板9(成膜対象の基板)の表面上に塗布液ミスト6を供給して、基板9の表面上に塗布液ミスト6を塗布する塗布液ミスト塗布処理を実行する。
 焼成・乾燥機構90はホットプレート13上に塗布液ミスト6が表面上に塗布された基板9を焼成・乾燥し、塗布液ミスト6における溶媒を蒸発させて塗布液ミスト6に含まれるシリコーン化合物の原料(充填剤、架橋剤などの添加剤を加えたシロキサンポリマー、他の有機化合物と反応したシロキサンポリマー)を含む薄膜を基板9の表面上に成膜する焼成・乾燥処理を実行する。
 (塗布液霧化機構50)
 塗布液霧化機構50において、超音波振動子1としては、例えば1.5~2.5MHz範囲内の超音波周波数を用いることができる。超音波振動子1上に設けられた水槽2に超音波振動子1で発生した超音波伝播の媒体として水3を導入し、超音波振動子1を駆動することにより、霧化容器4に投入した塗布液5を液滴化させて、粒径分布が狭く中心粒径が4μm程度のマイクロメーターサイズの液滴である、塗布液ミスト6を得る。
 なお、塗布液5としては、塗布液の粘度が高くても低粘度のメタノール、トルエン、水、ヘキサン、エーテル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ビニル、塩化エチル等の溶媒で希釈でき、粘度が1.1mPa・S以下の塗布液である。
 キャリアガス供給部16から供給されたキャリアガスをキャリアガス導入ライン21から霧化容器4内に供給することにより、霧化容器4の内部空間で噴霧された液滴状の塗布液ミスト6は、ミスト供給ライン22を介してミスト塗布機構70のミスト塗布ヘッド8に向けて運ばれる。なお、キャリアガスは主に塗布液ミスト6を搬送する目的で窒素ガスあるいは空気が使われており、キャリアガス流量は2~10(L/min)でミスト制御部35によって制御される。なお、バルブ21bはキャリアガス導入ライン21に設けられ、キャリアガス流量を調整するためのバルブである。
 ミスト制御部35はバルブ21bの開閉度合を制御してキャリアガス供給部16から供給されるキャリアガス流量を制御するとともに、超音波振動子1の振動の有無、超音波周波数等を制御する。
 (ミスト塗布機構70)
 ミスト塗布機構70はミスト塗布ヘッド8と成膜基板9を上部に載置して、移動制御部37の制御下で移動可能な移動ステージ10(載置部)を主要構成要素として有している。
 図2はミスト塗布ヘッド8の底面構造を示す平面図である。図2にXY座標軸を示している。同図に示すように、ミスト塗布ヘッド8のヘッド底面8bにおいてY方向(所定方向)を長手方向としたスリット状のミスト噴出口18が形成されている。
 図2において、ミスト塗布ヘッド8のヘッド底面8b下に存在する基板9の仮想平面位置を示している。基板9は図中、X方向の辺を長辺、Y方向の辺を短辺とした矩形状に構成される。
 図2に示すように、ヘッド底面8bに設けられるミスト噴出口18は、基板9の短辺形成方向(Y方向)を長手方向としたスリット状に設けられており、その形成長(Y方向の長さ)は、基板9の短辺幅と同程度に設定される。
 したがって、例えば、移動ステージ10によって基板9をX方向に沿って移動させながら、ミスト塗布ヘッド8内で整流された塗布液ミスト6をミスト噴出口18から供給することにより、基板9の表面上の略全面に塗布液ミスト6を塗布することができる。また、ミスト噴出口18がスリット状で形成されているため、ミスト塗布ヘッド8における長手方向(Y方向)の形成長を調整することにより、成膜対象の基板である基板9の短辺幅に制限されることがなく、短辺幅が広い基板9にも適応することができる。具体的には、想定される基板9の最大短辺幅に合致した長手方向の幅をミスト塗布ヘッド8に持たせることにより、ミスト噴出口18の形成長を基板9の最大短辺幅にほぼ合致させることができる。
 なお、基板9を上部に載置する移動ステージ10はミスト塗布ヘッド8のヘッド底面8bから2~5mm離れた状態で、移動制御部37による制御下でX方向に沿って移動することにより、基板9の表面の略全面上に塗布液ミスト6による極薄の液膜を塗布することができる。この際、移動制御部37によって移動ステージ10の移動速度を変更することにより、液膜の厚さを調整することができる。
 すなわち、移動制御部37は、ミスト塗布ヘッド8のミスト噴出口18の短手方向に合致する移動方向(図2のX方向)に沿って移動ステージ10を移動させ、移動方向に沿った移動ステージ10の移動速度を可変制御する。
 また、ミスト塗布ヘッド8及び移動ステージ10はミスト塗布チャンバー11内に設けられており、ミスト塗布チャンバー11内で揮発した塗布液ミスト6の溶媒蒸気とキャリアガスとの混合ガスは排ガス出力ライン23を介して、図示しない排気処理装置にて処理された後に大気に放出される。なお、バルブ23bは排ガス出力ライン23に設けられるバルブである。
 (焼成・乾燥機構90)
 焼成・乾燥機構90では焼成・乾燥チャンバー14内に設けられるホットプレート13を主要構成として有している。ミスト塗布機構70によって塗布液ミスト6(の液膜)が表面上に塗布された基板9が焼成・乾燥チャンバー14内においてホットプレート13上に載置される。
 ホットプレート13を用いて塗布液ミスト6が塗布された基板9に対し焼成・乾燥処理を行うことにより、塗布液ミスト6から形成された液膜の溶媒を蒸発させて、基板9の表面上に塗布液5内の原料を含む薄膜を形成することができる。なお、焼成・乾燥処理により生成した塗布液5の溶媒蒸気は排ガス出力ライン24から、図示しない排気処理装置にて処理された後に大気に放出される。
 なお、図1で示す例では、焼成・乾燥処理をホットプレート13を用いて実行したが、ホットプレート13を用いることなく、焼成・乾燥チャンバー14内に熱風を供給する態様で焼成・乾燥機構90を構成しても良い。
 (ミスト塗布成膜方法)
 図3は、図1で示したミスト塗布成膜装置を用いて実行するミスト塗布成膜方法及びその後の薄膜の膜厚検証方法の処理手順を示すフローチャートである。まず、図3を参照して、ミスト塗布成膜方法の処理手順を説明する。
 ステップS1において、塗布液霧化機構50により、超音波振動子1を利用して霧化容器4内の塗布液5を霧化して液滴状の塗布液ミスト6を発生する塗布液ミスト発生処理を実行する。
 具体的には、塗布液5は1wt%(重量パーセント)のシリコンコーディング原料を用い、1.6MHzで振動する2つの超音波振動子1を駆動して塗布液5の噴霧を行い、キャリアガス流量が2L/minの窒素キャリアガスをキャリアガス供給部16から供給することにより、霧化容器4内で発生された塗布液ミスト6をミスト供給ライン22を介してミスト塗布機構70内のミスト塗布ヘッド8に搬送する。
 次に、ステップS2において、ミスト塗布機構70により、移動ステージ10上に塗布対象基板である基板9を載置し、ミスト塗布ヘッド8のミスト噴出口18から塗布液ミスト6を供給し、基板9の表面上に塗布液ミスト6を塗布する塗布液ミスト塗布処理を実行する。
 具体的には、ミスト塗布ヘッド8内で整流された塗布液ミスト6はスリット状に形成されたミスト噴出口18を通して基板9の表面に供給されることにより塗布液ミスト塗布処理が実行される。なお、基板9は長辺を120(mm)短辺を60(mm)とした矩形状の表面を有している。
 移動ステージ10上に載置(セット)された基板9は、ヘッド底面8bの下方2~5mmの間隔を隔てた位置に存在し、移動制御部37による制御下で移動ステージ10を図2のX方向に移動(スキャン)させることにより、基板9の表面上の略全面に塗布液ミスト6による極薄の液膜が形成される。なお、移動制御部37によって移動ステージ10の移動速度は1~50(mm/sec)の範囲で可変制御できる。
 このように、ミスト塗布ヘッド8を固定しつつ、基板9を載置した移動ステージ10のみを移動して基板9の表面上に塗布液ミスト6を塗布することにより、比較的容易に基板9の表面上に塗布液ミスト6を塗布することができる。
 この際、実施の形態1では、キャリアガス供給部16からキャリアガスの圧力と流量は、従来のスプレーガンの高圧エアーガスのガス圧力と流量より小さいため、塗布液ミスト塗布処理の際、基板9の表面に塗布液ミスト6が強く当たることによる液膜の乱れを従来に比べ抑制することができる。加えて、以下の工夫により塗布液ミスト6による液膜の乱れをさらに抑制することができる。
 図4は基板9に対するヘッド底面8bの位置関係を模式的に示す説明図である。同図において、XZ座標軸を併記している。同図に示すように、基板9の表面形成方向(図4のX方向)に対し傾きθを持たせることにより、ミスト噴出口18から基板9の垂線L9から角度θ分、斜め方向に塗布液ミスト6を噴出することができる。
 このように、ミスト塗布ヘッド8のヘッド底面8bを基板9の表面形成方向に対し傾きθを持たせることにより、キャリアガス供給部16からのキャリアガス流量による塗布液ミスト6が基板9の表面に当たる際に生じる液膜の乱れを効果的に抑制して、塗布液ミスト6がより均一に基板9の表面上に塗布できるようにしている。
 次に、ステップS3において、焼成・乾燥機構90により、基板9の表面上に塗布された塗布液ミスト6から形成された液膜を焼成・乾燥して基板9の表面上にシリコーン化合物等の原料を含む薄膜を成膜する焼成・乾燥処理を実行する。
 以上のステップS1~S3によるミスト塗布成膜方法により、基板9上に膜厚が100μm以下の薄膜を形成することができる。
 次に、図3及び図5を参照して、実施の形態1のミスト塗布成膜装置によるミスト塗布成膜方法により基板9の表面上に成膜された薄膜の膜厚検証処理を説明する。
 図3のステップS4において、基板9の表面上に成膜された薄膜を選択的にエッチング除去するエッチング処理を実行する。具体的には、NaOH濃度が4wt%のメタノールと純水を1:1で混合した水溶液を用いて常温で10min間エッチングする。
 図5は検証対象の基板の表面を模式的に示す説明図である。同図に示すように、ステップS4のエッチング処理により、基板9の表面上においてエッチング除去領域R11及びR12における薄膜を選択的にエッチング除去し、非エッチング領域R21及びR22における薄膜を選択的に残存させる。
 次に、ステップS5において、基板9上に成膜された薄膜の膜厚測定処理を実行する。膜厚測定には既存の触針段差計を用いて測定した。
 図5に示すように、膜厚測定箇所は測定領域M1~M18であり、測定領域M1~M9はエッチング除去領域R11から非エッチング領域R21に跨る領域に設定され、測定領域M10~M18はエッチング除去領域R12から非エッチング領域R22に跨る領域に設定されている。測定領域M1~M18において隣接する測定領域間距離dMは10mmに設定されている。
 図6は測定領域M1における膜厚測定結果を示すグラフである。図6において、図5の測定方向D1に示すように、+Y方向に沿って膜厚が測定される。同図に示すように、非エッチング領域R21では膜厚は40mm前後で測定され、エッチング除去領域R11では膜厚として0mm前後で測定される。したがって、非エッチング領域R21における測定平均値(ノイズ部分除く)が測定領域M1における測定膜厚となる。
 図7は測定領域M1~M18それぞれにおける測定膜厚を示すグラフである。図7において、測定領域の番号iが測定領域Miに対応する。図7の測定点別膜厚測定線L2で示す測定結果から、面内平均膜厚は47nmで膜厚の標準偏差は5nmが導き出された。
 図8はステップS5における他の測定処理の処理内容を模式的に示す説明図である。図8に示すように、膜厚測定箇所は測定領域K1~K6であり、測定領域K1~K3はエッチング除去領域R11から非エッチング領域R21に跨る領域に設定され、測定領域K4~K6はエッチング除去領域R12から非エッチング領域R22に跨る領域に設定されている。他の測定処理では、測定領域K1~K6における測定膜厚の平均を測定する処理である。
 図9はステップS1~S3によるミスト塗布成膜方法を3回実行し、3回それぞれにおいて図8で示した他の測定処理を実施した測定結果を示すグラフである。図8において、回数の番号jが他の測定処理によるj回目の実行結果に対応する。
 同図に示すように、3回の他の測定処理における平均膜厚は40nmで膜厚の標準偏差は5nm以下に収まることから、実施の形態1のミスト塗布成膜装置を用いたミスト塗布成膜方法の実行により、100nm以下の薄膜の成膜処理においても、均一かつ安定的に薄膜を製造できたことが分かる。
 基板9の表面に塗布する塗布液ミスト6の薄膜化及び膜厚ムラ防止の要求精度が高くなっている状況下、膜厚が薄くなればなるほど均一化が難しいという従来の課題がある。
 実施の形態1のミスト塗布成膜装置を用いたミスト塗布成膜方法を実行して、より一層薄い薄膜を形成して膜厚分布の評価を行った。この際、移動制御部37によって制御する移動ステージ10の移動速度を10(mm/sec)、20(mm/sec)、30(mm/sec)に設定して、1回のステップS1~S3の実行によって基板9の表面に薄膜を形成して膜厚を測定した。
 図10は異なるステージ移動速度における薄膜の膜厚を示すグラフである。図11は各移動速度での平均膜厚、膜厚の標準偏差を表形式で示す説明図である。図10に示すように、移動制御部37によって、移動ステージ10の移動速度を増加することにより、成膜する薄膜の膜厚が薄くすることができ、薄膜の膜厚の薄膜化を進行することができることが分かる。
 図11に示すように、薄膜の膜厚の薄膜化が進行しても、標準偏差は平均膜厚の1/5以下に収まるため、膜厚の均一性が維持されていることが分かった。
 このように、本実施の形態のミスト塗布成膜装置によるミスト塗布成膜方法の実行により、100nm以下で薄膜化しても、成膜される薄膜の膜厚の均一性が維持されることができる。
 (効果等)
 図3で示したステップS1~S3を備えたミスト塗布成膜方法を実行する、実施の形態1のミスト塗布成膜装置はミスト塗布機構70により基板9の表面上に塗布液ミスト6を塗布した後、焼成・乾燥機構90により、基板9表面上における塗布液ミスト6から形成された液膜を焼成・乾燥して基板9の表面上に塗布液5内の原料を含む薄膜を成膜することにより、膜厚が100nm以下の膜厚の薄膜を均一に基板上に成膜することができる。
 さらに、ミスト塗布ヘッド8はヘッド底面8bに、表面が矩形状の基板9の短辺形成方向(図2のY方向;所定方向)を長手方向としたスリット状に形成されるミスト噴出口18を設けている。
 したがって、基板9の短辺形成幅とミスト噴出口18の長手方向の形成長を同程度の長さに設定し、基板9の短辺方向とミスト噴出口18の長手方向を一致させた状態で、移動制御部37による制御下で基板9を載置した移動ステージ10を基板9の長辺方向(第1の方向)に沿って移動させることにより、基板9の表面上の略全面に薄膜を成膜することができる。
 さらに、成膜対象の基板が円筒状の基体である場合、円筒部分の中心軸を中心として基体を回転させながら、基体の側面に塗布液ミスト6が供給されるようにミスト塗布ヘッド8(ミスト噴出口18)を配置することにより、円筒状の基体の側面上に薄膜を成膜することができる。
 加えて、移動制御部37により移動ステージ10の移動速度を可変制御することにより、多様な膜厚の薄膜を形成することができる。
 <実施の形態2>
 図12は実施の形態2の塗布液霧化機構50におけるミスト制御部35の制御内容を模式的に示す説明図である。なお、図12で示す以外の構成は図1で示した実施の形態1の構成と同様である。実施の形態2の塗布液霧化機構50は水槽2下に複数の超音波振動子1が設けられている。
 図12に示すように、ミスト制御部35は複数の超音波振動子1それぞれの動作のオン,オフ及び超音波振動数を個別に制御することができる。したがって、ミスト制御部35は、複数の超音波振動子1のうち動作させる超音波振動子の数である動作振動子数を決定することができる。さらに、ミスト制御部35はバルブ21bの開閉度合を制御することにより、キャリアガス供給部16から供給されるキャリアガスのキャリアガス流量を2~10(L/min)の範囲で可変制御することができる。
 塗布液ミスト6の霧化量(塗布液ミスト6の単位時間当たりのミスト塗布機構70への供給量)は、上述した動作振動子数、各超音波振動子1の超音波周波数及びキャリアガス流量により決定することができる。この際、塗布液ミスト6の霧化量に関し、動作振動子数及びキャリアガス流量は正の相関を有し、超音波周波数は負の相関を有する。したがって、超音波振動子1の超音波周波数(通常、複数の超音波振動子1の間で同一周波数に設定)を固定した場合、塗布液ミスト6の霧化量は、動作振動子数及びキャリアガス流量の増減によって調整することができる。
 また、塗布液5の濃度、塗布液ミスト6の霧化量、及び移動ステージ10の移動速度等に基づき、基板9の表面上に塗布される塗布液ミスト6の粒径を制御して、最終的に基板9の表面上に成膜される薄膜の膜厚を決定することができる。この際、薄膜の膜厚に関し、塗布液5の濃度、塗布液ミスト6の霧化量は正の相関を有し、移動ステージ10の移動速度は負の相関を有する。
 ここで、塗布液5の濃度、移動ステージ10の移動速度、動作振動数及びキャリアガス流量以外の条件を固定した場合、基板9の表面上に成膜される薄膜の膜厚は、塗布液ミスト6の霧化量(動作振動子数及びキャリアガス流量の組み合わせに決定)によって調整することができる。
 したがって、移動ステージ10の移動速度等を考慮して、所望の膜厚の薄膜が成膜できるように、ミスト制御部35の制御下で動作振動子数及びキャリアガス流量を制御することができる。その結果、薄膜成膜時における生産効率の向上を図ることができる。
 このように、実施の形態2のミスト塗布成膜装置は、霧化制御部であるミスト制御部35により複数の超音波振動子1における動作振動子数とキャリアガス供給部16から供給されるキャリアガスにおけるキャリアガス流量とを制御することにより、所望の膜厚の薄膜を均一性良く基板9の表面上に成膜することができる。
 <実施の形態3>
 実施の形態1のミスト塗布成膜装置では、1回の成膜処理(図3のステップS1~S3をそれぞれ1回実行する処理)により100nm以下の膜厚の薄膜を基板9の表面上に成膜することができる。しかしながら、100nmを超える比較的厚い膜厚の薄膜を均一に形成する場合、上記成膜処理を複数回行う必要がある。実施の形態3は比較的厚い膜厚の薄膜を均一に形成するためのミスト塗布成膜装置である。
 図13は実施の形態3のミスト塗布成膜装置における特徴部分を模式的に示す説明図である。なお、図13で示す以外の構成は図1で示した実施の形態1の構成と同様である。
 同図に示すように、実施の形態3では、各々が実施の形態1の塗布液霧化機構50に相当する3つの塗布液霧化機構51~53(複数の塗布液霧化機構)を有しており、ミスト塗布機構70のミスト塗布チャンバー11X(実施の形態1のミスト塗布チャンバー11に対応)内には、塗布液霧化機構51~53に対応してミスト塗布ヘッド81~83が設けられる。そして、塗布液霧化機構51~53から得られる塗布液ミスト6はミスト供給ライン221~223を介してミスト塗布ヘッド81~83に供給される。すなわち、各ミスト塗布ヘッド8i(i=1~3のいずれか)には対応する塗布液霧化機構5iからミスト供給ライン22iを介して塗布液ミスト6が供給される。
 ミスト塗布ヘッド81~83はヘッド底面81b~83bを有し、ヘッド底面81b~83bにミスト噴出口181~183が設けられる。
 図14はミスト塗布ヘッド81~83の底面構造を示す平面図であり、XY座標軸を併記している。図14に示すように、ミスト塗布ヘッド81~83のヘッド底面81b~83bにおいてY方向(所定方向)を長手方向としたスリット状のミスト噴出口181~183が形成されている。
 図14において、ミスト塗布ヘッド81~83下に存在する基板9の仮想平面位置を示している。基板9は図中、X方向の辺を長辺、Y方向の辺を短辺とした矩形状に構成される。
 このように、実施の形態3のミスト塗布成膜装置は、3つの塗布液霧化機構51~53(複数の塗布液霧化機構)を設けるとともに、ミスト塗布機構70のミスト塗布チャンバー11X内に3つの塗布液霧化機構51~53に対応して3つのミスト塗布ヘッド81~83(複数のミスト塗布ヘッド)を設けることにより、同時に3つのミスト塗布ヘッド81~83から塗布液ミスト6を基板9の表面に供給することができる。
 したがって、実施の形態3のミスト塗布成膜装置を用いて実施の形態1と同様に図3のステップS1~S3の処理を実行する場合、実施の形態1に比べ、1回のステップS2の塗布液ミスト塗布処理実行時に3倍程度の塗布液ミスト6を基板9の表面上に塗布することができる。
 その結果、実施の形態3のミスト塗布成膜装置は、実施の形態1のミスト塗布成膜装置に比べ、少ない成膜処理回数で比較的厚い膜厚の薄膜を均一に形成することができる効果を奏する。
 この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
 1 超音波振動子
 4 霧化容器
 5 塗布液
 6 塗布液ミスト
 8,81~83 ミスト塗布ヘッド
 8b,81b~83b ヘッド底面
 9 基板
 10 移動ステージ
 11,11X ミスト塗布チャンバー
 13 ホットプレート
 14 焼成・乾燥チャンバー
 16 キャリアガス供給部
 18,181~183 ミスト噴出口
 21 キャリアガス導入ライン
 22,221~223 ミスト供給ライン
 21b バルブ
 35 ミスト制御部
 37 移動制御部
 50~54 塗布液霧化機構

Claims (6)

  1.  超音波振動子(1)を利用して霧化容器(4)内の所定の原料を含む塗布液(5)を霧化して液滴状の塗布液ミスト(6)を得る塗布液霧化機構(50,51~53)と、
     成膜対象となる基板(9)を載置する載置部(10)を有し、前記基板に前記塗布液ミストを供給し、前記基板の表面上に前記塗布液ミストを塗布するミスト塗布機構(70)と、
     前記基板の表面上に塗布された前記塗布液ミストを焼成・乾燥して前記基板の表面上に前記所定の原料を含む薄膜を成膜する焼成・乾燥機構(90)とを備える、
    ミスト塗布成膜装置。
  2.  請求項1記載のミスト塗布成膜装置であって、
     前記超音波振動子は複数の超音波振動子を含み、
     前記塗布液霧化機構は前記塗布液ミストを前記ミスト塗布機構に向けて搬送するためのキャリアガスを供給するキャリアガス供給部(16)を含み、
     前記ミスト塗布成膜装置は、
     前記複数の超音波振動子のうち動作させる超音波振動子の数である動作振動子数を決定するとともに、前記キャリアガスの流量を制御する霧化制御部(35)をさらに備える、
    ミスト塗布成膜装置。
  3.  請求項1または請求項2記載のミスト塗布成膜装置であって、
     前記ミスト塗布機構は、ミスト噴出口から前記塗布液ミストを噴出するミスト塗布ヘッド(8,81~83)をさらに有し、
     前記ミスト噴出口は所定方向を長手方向としたスリット状に形成される、
    ミスト塗布成膜装置。
  4.  請求項3記載のミスト塗布成膜装置であって、
     前記塗布液霧化機構は複数の塗布液霧化機構(51~53)を含み、
     前記ミスト塗布ヘッドは前記複数の塗布液霧化機構50に対応して設けられる複数のミスト塗布ヘッド(81~83)を含む、
    ミスト塗布成膜装置。
  5.  請求項3記載のミスト塗布成膜装置であって、
     前記ミスト塗布機構は、
     前記ミスト塗布ヘッドの前記ミスト噴出口の短手方向に合致する移動方向に沿って前記載置部を移動させ、前記移動方向に沿った前記載置部の移動速度を可変制御する移動制御部(37)をさらに有する、
    ミスト塗布成膜装置。
  6.  (a) 超音波振動子(1)を利用して霧化容器(4)内の所定の原料を含む塗布液(5)を霧化して液滴状の塗布液ミスト(6)を得るステップ(S1)と、
     (b) 成膜対象となる基板(9)に前記塗布液ミストを供給し、前記基板の表面上に前記塗布液ミストを塗布するステップ(S2)と、
     (c) 前記基板の表面上に塗布された前記塗布液ミストから形成された液膜を焼成・乾燥して前記基板の表面上に前記所定の原料を含む薄膜を成膜するステップ(S3)とを備える、
    ミスト塗布成膜方法。
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