JP2004160287A

JP2004160287A - 成膜装置および成膜方法

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Publication number: JP2004160287A
Application number: JP2002326401A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Miyashita; 裕安宮下; Katsuyasu Tarui; 克泰樽井; Takeshi Mori; 健森; Yukinobu Abiru; 幸信阿比留
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】液状物質を特定対象物の表面に塗布して薄膜を形成するための成膜装置および成膜方法に関し、簡便かつ安定的に、被塗物の表面に均一に成膜を行うことのできる装置および方法を提供することを目的とする。
【解決手段】液状物質供給手段、前記液状物質の供給量を調整する手段、前記対象物をモニタリングする手段、および前記モニター情報に基づき前記液状物質の供給量または／および対物距離を管理制御する制御手段を設けたことを特徴とする。特に、モニタリング手段として測距手段や温度計測手段を有することが好適である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液状物質を特定対象物の表面に塗布して薄膜を形成するための成膜装置および成膜方法に関するもので、特に電子部品等の各種部材に絶縁膜や保護膜などを形成するための薄膜成膜装置および成膜方法に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品を集積した基板や電子部品自体は、多種多様な用途に用いられており、その使用環境によっては、こうした電子部品に所定の処理をして保護する必要が生じる場合がある。例えば、特定部品や部材からの影響を防止することを目的としての絶縁処理や電磁シールドなどを施す場合や、粉塵や水分などからの影響を防止する目的としての保護膜などを施す場合を挙げることができる。また、電子部品としてのＳｉ基板等に誘電率が大きな金属酸化物等を原料とする薄膜を成膜させる場合には、非常に薄い層を均等に塗布する技術が求められる。
【０００３】
一般に液状物質を塗布する方法としては、刷毛塗り、噴霧塗装、浸漬、電着塗装、ディスペンサー塗布、ローラコータ塗装等が挙げられるが、特に真空装置などの大掛かりな装置を使わない薄膜の成膜方法であって、被塗物の表面に凹凸が存在する場合や内繰り部を有する場合には、噴霧塗装が比較的多く用いられる。噴霧塗装としては、エアスプレー塗装、エアレス塗装および静電塗装などが挙げられるが、電子部品に対して如何に簡単な機構で生産性を上げるかについていくつかの塗装方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。具体的には、複数のスプレーノズルを並べて、基体表面上に塗布剤を噴射塗布するとともに、基体をノズルの配列方向と直交する方向に移動させることで、塗布作業を容易に行うことができることなどが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３３４３４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の電子部品等に求められている特性は非常に厳しいものになってきており、それに関連した成膜の特性も非常に高い均一性や安定性が求められている。従って、上記塗装方法や成膜方法では、以下のような課題が生じることがある。なお、以下の説明は「噴霧塗装」を主に行うが、これらの課題は他の塗装方法や成膜方法についても関連することであり、従来技術の一般的な課題と捉えることができる。
【０００６】
具体的には、噴霧塗装によって液状物質を被塗物表面に塗布するに際して、噴霧口から被塗物表面までが近つきすぎると液が多量に塗布され、液ダレや塗装ムラが生じやすくなる。逆に離れすぎると、塗布量が少なくなり塗料のロスも大きくなる。これには、１つの電子部品を塗布する場合における液状物質供給手段と前記対象物との距離（以下「対物距離」という。）の問題だけでなく、例えば、多種の部品が装着されたプリント基板を塗布する場合に部品の凹凸による対物距離がマチマチになることによって生じる影響をも含まれる。
【０００７】
また、液状物質中の溶液の蒸気圧が低い場合には、溶液の気化が緩やかなため溶液量を多くしないと所定の厚みの塗膜ができなくなり、液ダレや塗装ムラが生じやすくなることがある。逆に高い蒸気圧の溶液の場合にも、結果的には塗装ムラを生じることとなる。
【０００８】
同様に、被塗物表面の温度が高い場合には液状物質中の溶液の飛散が早く、噴霧液の供給速度を少し多い目に塗布する必要がある。
【０００９】
また、同一物を塗布する場合であっても、塗膜の状態は、塗布を始めたときから刻々変化しており、こうした変化にあった液状物質の供給量や被塗物表面までの距離の調整を行わければ、厳格な均一性の要求を満足できないこともある。
【００１０】
以上のように、被塗物および塗装条件によって、塗装方法や成膜方法の適用を変更する必要があり、従来は各条件にあった個別の装置を準備するか、或いはその度ごとに装置の設定を変更していたため、非常に煩雑な作業を伴うこととなっていた。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、簡便かつ安定的に、被塗物の表面に均一に成膜を行うことのできる成膜装置および成膜方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す成膜装置または成膜方法により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１３】
本発明は、液状物質を特定対象物の表面に塗布し、薄膜を形成するための成膜装置であって、液状物質供給手段、前記液状物質の供給量を調整する手段、前記対象物をモニタリングする手段、および前記モニター情報に基づき前記液状物質の供給量または／および前記供給手段と前記対象物との距離（対物距離）を管理制御する制御手段を設けたことを特徴とする。このように、被塗物および塗装条件によって液状物質の供給量や対物距離の調整を行うことで、簡便かつ安定的に、被塗物の表面に均一に成膜を行うことのできる成膜装置が可能となる。また、上記モニタリング手段を、上記の液状物質供給手段に設けた場合には、より正確な情報に基づき制御を行うことができることとなる。
【００１４】
特に、前記成膜装置であって、前記モニタリング手段として前記対物距離をモニタリングするための測距手段を有する場合には、その測距手段からの信号を基に、均一な成膜を行うために必要な正確な距離を常に制御することができる。
【００１５】
同様に、前記成膜装置であって、前記モニタリング手段として前記対象物の表面温度を計測する手段を有する場合にあっては、その温度計測手段からの信号を基に、液状物質の供給量または／および対物距離を管理制御することで、均一な成膜を行うことができる。
【００１６】
また、前記成膜装置であって、静電噴霧を利用して予め高圧印加して帯電された液状物質を塗布すること、つまり、静電塗装を適用した場合にあっては、液状物質供給手段と被塗物との間の状態が成膜に大きな影響を与えるため、上記のような供給量や対物距離を制御することが非常に有効である。
【００１７】
本発明は、液状物質を特定対象物の表面に塗布するための液状物質供給手段を用いて、前記対象物の表面上に薄膜を形成するための成膜方法であって、前記液状物質の供給量を調整または／および前記供給手段と前記対象物との距離を、前記対象物をモニタリングする手段からの信号に応じて制御することを特徴とする。こうした方法を適用することで、簡便かつ安定的に、被塗物の表面に均一に成膜を行うことのできる成膜方法の提供が可能となる。
【００１８】
また、前記成膜方法であって、液状物質の供給量または／および対物距離を、供給時間を基に制御する方法を適用することで、塗布を始めたときから刻々変化する塗膜の状態に合致させたより適切な塗布を行うことができ、塗膜に対する厳格な均一性の要求を満足させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
本発明は、液状物質を特定対象物の表面に塗布し、薄膜を形成するための成膜装置であって、液状物質供給手段、前記液状物質の供給量を調整する手段、前記対象物をモニタリングする手段、および前記モニター情報に基づき前記液状物質の供給量または／および前記供給手段と対物距離を管理制御する制御手段を設けたことを特徴とする。また、本発明は、液状物質を特定対象物の表面に塗布するための液状物質供給手段を用いて、前記対象物の表面上に薄膜を形成するための成膜方法であって、前記液状物質の供給量を調整または／および対物距離を、前記対象物をモニタリングする手段からの信号に応じて制御することを特徴とする。
【００２１】
図１では、本発明の実施の態様の具体例を示す。被塗物１に対し、供給手段３の内管を経由して液状物質２が塗布される状態を表しており、液状物質の供給量を調整する手段として加圧手段（図示せず）を、モニタリング手段として測距センサー５および放射温度検出器６を供給手段３に設けた例を示している。つまり、例えば加圧手段によって所定の供給量に調整された液状物質２は、供給手段３の先端部に配された噴射口４から被塗物１に向かって噴出される。このとき、液状物質２の組成および被塗物１の状態に対応した成膜の最適条件、つまり、最適な対物距離ｄや最適な液状物質の供給量（加圧の圧力）を予め実験的に求めておき、上記最適条件から外れた場合には制御手段（図示せず）によって、これらを調整し最適条件に近い状態に変更する。例えば、被塗物１との対物距離ｄを検知する測距センサー５の信号を制御手段に入力し、上記最適条件から外れた場合には、供給手段３または被塗物１のいずれかを移動させる駆動手段（図示せず）を作動させて上記最適条件となる対物距離ｄに供給手段３を移動する。また、同様に被塗物１表面温度を検知する放射温度検出器６の信号を制御手段に入力し、駆動手段または加圧手段を作動させて上記最適条件となる対物距離ｄに供給手段３を移動する。このように、被塗物や塗装条件に応じた液状物質の供給量や対物距離の調整を行うことで、簡便かつ安定的に、被塗物の表面に均一に成膜を行うことのできる成膜装置が可能となる。
【００２２】
ここで、被塗物としては、電子部品や電子部品を搭載した基板を始め種々の部材が可能であるが、金属や樹脂、木材や生体材料などあらゆるものを挙げることができる。
【００２３】
他方、液状物質としては、用途によって多種多様な素材が可能であるが、塗料や樹脂、金属酸化物、セラミックスや紙などを、水や有機溶媒等で溶液状にしたものが挙げられる。
【００２４】
加圧手段としては、特に制限はなく液体昇圧機能があれば、いずれの手段の使用可能である。一般には、ピストンや各種ポンプなどを用いた昇圧方法があり、圧力センサーを使いて圧力を監視しながらモータの供給電圧や電流或いは印加パルスを調整して、圧力を制御する方法がよく採られる。
【００２５】
供給手段は、液状物質によって種々の材料が使用されるが、一般には軽量で取扱いの容易な金属や樹脂材が用いられる。また、腐食性の材料を含む液状物質を塗布するときは、供給手段を耐蝕材料で作製する場合や、供給手段の内部に噴射口まで腐食性の材料を用いた導管を配する場合がある。
【００２６】
ここで、モニタリング手段は、１つの種類・単数に限定されることはなく、複数種の手段・複数の手段によって２次元情報をえて成膜ムラを防止するように制御することも可能である。また、上記モニタリング手段を、上記の液状物質供給手段に設けた場合には、正確な情報に基づき制御を行うことができることとなる。特に噴射口の近傍で、液状物質の飛散・逸散の影響を受けない位置で、噴射口と同一平面に配置することがより好ましい。
【００２７】
特に、前記成膜装置であって、前記モニタリング手段として対物距離をモニタリングするための測距手段を有し、その測距手段からの信号を基に、均一な成膜を行うために必要な正確な距離を常に制御することが好適である。上記の例では測距手段として測距センサーを挙げたが、例えば、小型レーダーや赤外線を利用したセンサ或いは光源部と受光部を有するフォトダイオードやフォトセルなどの比較的簡便な測定手段で十分であり、また、非接触で測定できるものが好適である。
【００２８】
同様に、前記成膜装置であって、前記モニタリング手段として対象物の表面温度を計測する手段を有し、その温度計測手段からの信号を基に、液状物質の供給量または／および対物距離を管理制御することが好適である。また、温度検出器としては、非接触で測定できるものが好適であり、例えば、赤外線放射検出器が挙げられる。むろん、モニタリング手段は上記に限られるものでないことはいうまでもない。
【００２９】
また、前記成膜装置であって、静電噴霧を利用して予め高圧印加して帯電された液状物質を塗布すること、つまり、静電塗装を適用した場合が好適である。例えば、図１のような供給手段３を用いた場合であっても、液状物質２を噴出するための加圧手段は必ずしも必要とせず、予め高圧印加され（例えば、正電荷で−１００ｋＶ印加されるとする。）、噴射口近傍に溜まった液状物質２’ が、被塗物１の表面（例えば、零電位状態であるとする。）に向かって噴霧状態で移行していくことで被塗物１の表面に塗膜が形成される。静電塗装は、他の塗装手段に比べ、液状物質２の移行が非常に緩やかであることが特徴的であり、液状物質供給手段３と被塗物１との間の状態が成膜に大きな影響を与えるとともに、供給量や対物距離ｄを制御することで被塗物１の表面に均一な塗膜を形成することができる点において、非常に有効な成膜装置である。
【００３０】
また、前記成膜方法であって、液状物質の供給量または／および対物距離を、供給時間を基に制御する方法を適用することが好適である。実際の被塗物表面での成膜状態は、塗布を始めたときから刻々変化するものであり、上記のように変化する塗膜の状態に合致させた液状物質の供給量や対物距離の調整を行なうことが好ましい。しかし、液状物質の特性や被塗物の状態によっては、塗膜の状態とこうした調整には一定の時間的ズレが生じる場合があり、瞬時々々の調整を行うと却って均一性が損なわれる場合がある。こうした場合には予め実験的に最適条件の経時的なパターンを求めておき、液状物質の供給量や対物距離の制御の基本をこうしたパターンに沿って行い、微調整を瞬時のモニター値を使って行うことが好ましい場合がある。実用上はこうした方法を用いることで、本発明を有効に生かすことができる場合がある。
【００３１】
以上は、主として電子部品等の各種部材に絶縁膜や保護膜などを形成するための薄膜成膜装置および成膜方法について述べたが、本発明の技術はこうした適用範囲に限定されるものではなく、例えば、各種装置の表面塗装や車輌の表面塗装などを含む広い範囲においても応用が可能である。従って、本発明は広い汎用性を有する技術であるといえる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明を適用した成膜装置では、対象物をモニタリングしながら、そのモニター情報に基づき被塗物および塗装条件によって液状物質の供給量や対物距離の調整を行うことで、簡便かつ安定的に、被塗物の表面に均一に成膜を行うことのできる成膜装置が可能となる。また、上記モニタリング手段を、上記の液状物質供給手段に設けた場合には、より正確な情報に基づき制御を行うことができることとなる。
【００３３】
特に、上記モニタリング手段として測距手段を有する場合には、その測距手段からの信号を基に均一な成膜を行うために必要な正確な距離を常に制御することができる。
【００３４】
同様に、上記モニタリング手段として温度計測手段を有する場合にあっては、その温度計測手段からの信号を基に液状物質の供給量や対物距離を管理制御することで、均一な成膜を行うことができる。
【００３５】
また、前記成膜装置に静電塗装を適用した場合にあっては、液状物質供給手段と被塗物との間の状態が成膜に大きな影響を与えるため、上記のような供給量や対物距離を制御することが非常に有効である。
【００３６】
さらに、本発明を適用した成膜方法であっては、対象物をモニタリングしながら、その信号に応じて液状物質の供給量や対物距離の調整を制御することで、簡便かつ安定的に、被塗物の表面に均一に成膜を行うことのできる成膜方法の提供が可能となる。
【００３７】
また、前記成膜方法であって、液状物質の供給量や対物距離を、供給時間を基に制御することで、刻々変化する塗膜の状態に合致させたより適切な塗布を行うことができ、塗膜に対する厳格な均一性の要求を満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例である噴霧式成膜装置の一般的な構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１被塗物
２、２’ 液状物質
３供給手段
４噴射口
５測距センサー
６放射温度検出器

Claims

液状物質を特定対象物の表面に塗布し、薄膜を形成するための成膜装置であって、液状物質供給手段、前記液状物質の供給量を調整する手段、前記対象物をモニタリングする手段、および前記モニター情報に基づき前記液状物質の供給量または／および前記供給手段と前記対象物との距離を管理制御する制御手段を設けたことを特徴とする成膜装置。
前記成膜装置であって、前記モニタリング手段として前記供給手段と前記対象物との距離をモニタリングするための測距手段を有することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
前記成膜装置であって、前記モニタリング手段として前記対象物の表面温度を計測する手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
前記成膜装置であって、静電噴霧を利用して予め高圧印加して帯電された液状物質を塗布することを特徴とする請求項１〜３に記載の成膜装置。
液状物質を特定対象物の表面に塗布するための液状物質供給手段を用いて、前記対象物の表面上に薄膜を形成するための成膜方法であって、前記液状物質の供給量を調整または／および前記供給手段と前記対象物との距離を、前記対象物をモニタリングする手段からの信号に応じて制御することを特徴とする成膜方法。
前記成膜方法であって、前記液状物質の供給量または／および前記供給手段と前記対象物との距離を、供給時間を基に制御することを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。