JP2004298667A - Thin film deposition apparatus - Google Patents

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勝美 山口
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千秋 松本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus with which a thin film having prescribed thickness is deposited on the whole surfaces of a substrate in a short period of time. <P>SOLUTION: The apparatus for depositing a thin film having uniform film thickness on the substrate by atomizing a liquid material to produce mist and depositing the mist on the substrate by electrostatic force is composed of a mist producing part for atomizing the liquid material to produce the mist, a mist electrifying part for electrifying the mist, a deceleration part for decelerating the flow rate of the electrified mist electrified in the electrifying part and a electrostatic coating part for inducing charge having polarity counter to the polarity of the electrification of the electrified mist on the substrate and causing the substrate to adsorb the electrified mist. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液状物質を霧化したミストを静電力によって基板に付着させて均一な膜厚の薄膜を形成する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
基板に薄膜を形成する技術としては、古くから種々の技術が知られている。例えば、鉄板や合成樹脂板のような基板に刷毛やロールコータを使って塗料を均一に塗り、塗膜を形成する方法、あるいは静電塗装ガンによって基板に塗料のミストを塗布して塗膜を形成する方法、又は静電流動浸漬層を用いて雲状にした粉末塗料の雲の中に基板を浸漬し、静電力によって粉末を基板に付着させ、焼き付けて塗膜を形成する方法などが広く知られている。
【0003】
また、近年に至っては、光ディスクの基板に保護膜を形成したり、記録膜などを形成するのに高速回転による遠心力を利用して薄膜を形成するスピンコート技術が広く用いられ、さほど大きくない円板状の基板に対しては比較的効果をあげている。また、スピンコート技術は液晶パネルのような面積の大きな4角形状の基板に薄膜を形成する場合にも利用されている。
【0004】
【本発明が解決しようとする課題】
しかし、前者のような刷毛やロールコータなどで塗布する方法は、塗膜の厚みを調整することが非常に難しく、特に1μmから数μmで膜厚を調整するのは不可能であり、また静電塗装を利用する方法も同様であるが、静電流動浸漬層を用いた静電塗装方法は比較的塗膜の膜厚の調整が可能であると言われている。しかし、この静電塗装では粉末の塗料を用いるので、焼き付け工程が必要であり、その工程では高温処理を行うので、光ディスクや液晶パネルなど適用できないものも多い。
【0005】
また、後者のようにスピンコート技術による方法では、比較的面積が大きな液晶パネルのような4角の基板の場合に、角部分の膜厚が厚くなってしまい、均一な膜厚にできないという問題点があった。
【0006】
したがって、本発明では適当な液状物質を比較的均一な粒径のミスト状(霧状)にし、そのミストを一方の極性(通常は負)に帯電させると共に、空気の流れによる指向性をできるだけ無くし、静電力によって基板に帯電ミストを付着させて、均一で所定膜厚の薄膜を形成することを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記問題点を解決するため、本願請求項1記載の発明は、液状物質を霧状にしてミストを発生し、そのミストを静電力によって基板に付着させ、該基板に均一な膜厚の薄膜を形成する装置において、前記液状物質を霧状にしてミストを発生するミスト発生部と、前記ミストを帯電させるミスト帯電部と、このミスト帯電部により帯電された帯電ミストの流速を減速すると共に、前記基板近傍の前記帯電ミストの濃度を高くする帯電ミスト減速部と、前記帯電ミストの帯電の極性と反対の極性の電荷を前記基板に誘起させて、その基板に前記帯電ミストを吸着させる静電コーティング部とからなる薄膜形成装置を提供するものである。
【0008】
請求項1の薄膜形成装置によれば、所定の厚みの薄膜を基板の全面に短時間で形成することができる。
【0009】
また本願請求項2は、請求項1において、前記帯電ミスト減速部は、前記帯電ミストの極性と同極性であって、前記帯電ミストとの間に反発力を生じ、該帯電ミストを付着も通過もさせず、エアーを通過させる静電反発フィルタを具備する薄膜形成装置を提供するものである。
【0010】
請求項2の薄膜形成装置によれば、有効に帯電ミストの流速を減速でき、しかもメンテナンスフリーの減速部を有する。
【0011】
本願請求項3は、液状物質を霧状にしてミストを発生し、そのミストを静電力によって基板に付着させ、該基板に均一な膜厚の薄膜を形成する装置において、前記液状物質を霧状にしてミストを発生するミスト発生部と、前記ミストを帯電させるミスト帯電部と、前記帯電ミストの帯電の極性と反対の極性の電荷を前記基板に誘起させて、その基板に前記帯電ミストを吸着させる静電コーティング部とを具備し、その静電コーティング部は、前記帯電ミストの極性と同極性であって、前記帯電ミストとの間に反発力を生じ、帯電ミストを付着も通過もさせず、エアーを通過させて、前記基板近傍の雰囲気における前記帯電ミストの濃度を高める静電反発フィルタを備える薄膜形成装置を提供するものである。
【0012】
請求項3の薄膜形成装置によれば、有効に帯電ミストを基板近傍の雰囲気に集中させてその濃度を高めることができるので、所定の厚みの薄膜を基板の全面に短時間で形成することができ、しかもその作用を行う静電反発フィルタはメンテナンスが非常に容易である。
【0013】
また本願請求項4は、請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、前記静電コーティング部は、前記基板を囲む位置に環状の補正部材を備え、前記基板の前記電荷の極性と同じ極性の電圧を印加する薄膜形成装置を提供するものである。
【0014】
請求項4の薄膜形成装置によれば、電界の集中を緩和して均一化できるので、基板全面に均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
【0015】
本願請求項5は、請求項1ないし請求項4のいずれかにおいて、前記静電コーティング部は、前記基板に誘起又は付与される電荷量を調整することができる可変の電圧を供給できる直流電源を有し、前記電圧を調整して前記薄膜の膜厚を調整できる薄膜形成装置を提供するものである。
【0016】
請求項5の薄膜形成装置によれば、電圧値を調整することにより、所望の厚みの膜厚を形成することができる。
【0017】
本願請求項6は、請求項1ないし請求項5のいずれかにおいて、前記ミスト帯電部は放電電極を有し、その放電電極はチューブによって囲まれ、そのチューブ内に前記放電電極の先端方向に向けてエアーを流すことにより、前記放電電極に前記ミストが付着するのを防止する薄膜形成装置を提供するものである。
【0018】
請求項6の薄膜形成装置によれば、放電電極にミストが付着しないので、放電電極のメンテナンスに要する時間が大幅に短縮できる。
【0019】
本願請求項7は、請求項1ないし請求項6のいずれかにおいて、前記ミスト発生部の後段に、前記ミスト発生部からのミストを分別するダクトが接続され、そのダクトは所定の粒子径よりも大きな粒子径をもつ前記ミストの多くを除去し得る高さと長さとを有する薄膜形成装置を提供するものである。
【0020】
請求項7の薄膜形成装置によれば、粒子径の大きなミストを除去して比較的小さな粒子径のミストで薄膜を形成できるので、精度の高い厚みの薄膜を形成することができる。
【0021】
【本発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明による帯電ミストコータの1実施例を示す。この帯電ミストコータ100は、大きく分けて、塗料又は記録材料となる有機色素などの液状物質を、霧状、つまりミスト状の微小霧滴(以下ミストと言う)にするミスト発生部1、ミスト発生部1からのミストの粒子径はさまざまであるので、所定の粒子径よりも小さな粒子径のミストを残し、それよりも粒子径の大きなミストを除去するミスト分別部2、ミスト分別部2からのミストを負に帯電するミスト帯電部3、帯電された帯電ミストの流速を減速する帯電ミスト減速部4、帯電ミストの帯電極性と反対の正の表面電荷をもつ基板Sに付着させて被覆する静電コーティング部5、及び基板Sに付着されなかった帯電ミストを再利用するために回収するミスト回収部6からなる。
【0022】
ここで基板Sは、液晶パネルに用いられる基板、又は次世代大容量光ディスクを形成するのに用いられる基板などであり、本発明により形成される薄膜は、液晶パネルに用いられる基板の場合には保護膜であり、次世代大容量光ディスクの場合には光透過保護層として用いることができる。その他にも、基板Sとしてガラス、レンズなど種々のものが考えられる。
【0023】
ミスト発生部1は、一般に知られている超音波振動による霧化方法、スプレイノズルによる霧化方法など種々の方法があるが、この発明ではノズル11に圧搾空気を送るとともに、液体タンク12からコーティング液を供給し、ノズル11からミストを発生している。このノズルについては、本発明に適する噴霧型の塗装機の塗装ガンをノズルとして使用しており、ミスト発生部1の出口における気流の流れをできるだけ小さくしている。ここで、ミスト化される液体は、好ましくは粒子径が10μm以上の顔料などのような物質を含まない。
【0024】
ミスト分別部2は、より均一な膜厚の薄膜を形成するためには、できるだけ粒子径が所定値以下のミストの雰囲気を作る必要がある。ミストの分別は、ミストの慣性力や遠心力、重力の働き、ミストの粒子径の大きさの差異による表面エネルギーの大きさの相違、帯電による反発力などの複合作用によって、粒子径が所定値以上のミストを除去できる。ミスト分別部2を構成する主な部材は、金属材料などの導電材料からなるダクト21、ダクト21に負の電圧を印加する比較的高い直流電圧を出力する直流電源22、ダクト21にトラップされたミストによる液を排出するドレイン23、その液を溜めるドレイン槽24などからなる。
【0025】
ダクト21は、ミスト発生部1との接続箇所よりも山状に高くなっており、粒子径の大きなミストはその慣性力、重力などによりダクト21の内壁に接触し、除去される。ダクト21の高さと長さは、粒子径の大きさやミスト発生部1からの気流の速さによって決められる。ダクト21は螺旋状、又は流路の断面積の大きい箇所、狭い箇所が交互にあってもよい。
【0026】
ミスト発生部1からのミストは弱く負に帯電されており、粒子径の小さなミストほどその影響を受けてダクト21の内壁にトラップされ易いので、ダクト21を負の極性の電位に固定することにより、粒子径が小さく、慣性力、重力などの影響が小さいミストはトラップされにくくなり、粒子径の大きなミストは電位の影響よりも慣性力、重力などの影響が大きいために、ダクト21の内壁にトラップされる。このようにして、粒子径の大きなミストの多くは除去され、粒子径の小さいミストがミスト帯電部3に送られる。
【0027】
ミスト帯電部3は、負の直流高電圧が印加される第1の放電電極31、第1の放電電極31と離れて対向するよう配置され、接地電位に接続される第2の放電電極32、第1の放電電極31に負の直流高電圧を与える直流高電圧電源33、ミスト分別部2からのミストを集中して放電電極31と32との間の間隙に送るミストガイド34、ダクト21に接続され、ミストの流路を形成する隔壁部材35などからなる。
【0028】
放電電極31と32の間隙にはコロナ放電が発生され、その間隙を通過するミストはコロナ放電によって有効に負に帯電される。図1では放電電極を上下一対で示しているが、紙面の表裏方向に複数対の放電電極が配置されている。
【0029】
ミスト帯電部3の基本的な具体的一例を図2により説明する。放電電極31と32は、ミストが放電電極31、32に付着するのを防ぐために、それぞれチューブ31a、32aで囲まれ、そのチューブ31a、32a内に弱いエアーを流している。そのエアーは放電電極31、32にミストが付着しない程度であれば、できるだけ弱い方が好ましい。直流高電圧電源33の電圧は、放電電極31と32との間の距離などによっても異なるが、通常、数キロボルトないし数十キロボルトの負の電圧である。この電圧により、放電電極31と32との間にコロナ放電が発生し、そのコロナ放電内をミストが通過することにより、有効に帯電される。
【0030】
次に、図3によってミスト帯電部3の基本的な別の具体的一例を説明する。この具体例は、ミストの流路を形成する隔壁部材35の外から負に帯電したエアーを隔壁部材35内に供給し、ミストを負に帯電させる帯電方法である。これは、隔壁部材35の外から内へエアーを供給できる筒状体36、筒状体36内における隔壁部材35に近い箇所に設けられた放電電極37、38などからなる。放電電極37は負の直流高電圧(−HV)が印加され、放電電極38は接地電位に接続される。
【0031】
放電電極37、38間にはコロナ放電が形成され、そのコロナ放電雰囲気を通過するエアーはマイナスイオン化される。このマイナスイオン化されたエアーは、隔壁部材35内のミストにマイナスイオンを与え、負に帯電させる。この例では、隔壁内に高電圧が印加される放電電極を設置する必要が無く、隔壁部材35の外でマイナスイオン化したエアーを隔壁部材35内へ導入すればよいので、放電電極にミストが付着しないのは勿論のこと、装置を設計する上で、余裕が生じる。
【0032】
このようにして帯電された帯電ミストは、後の静電コーティング工程で基板Sに誘起された正の電荷による静電的な吸引力によって、基板表面に付着されるが、ここで問題なのは、帯電ミストの流速であり、帯電ミストに働く静電引力は小さいので、帯電ミストの流速が大きいと、基板Sに付着する帯電ミストの量は少なくなる。したがって、帯電ミストの流速はできるだけ小さい方が好ましく、理想的には無指向性であるのがよい。このようなことから、この実施例では静電コーティング工程の前に帯電ミストの減速を行う帯電ミスト減速部4を具備する。
【0033】
この帯電ミストの流速を減速する方法として、図4に示すような二つの方法がある。流路の断面積を変える方法(1)は広く知られている方法であり、流路の断面積を大きくすることによって、帯電ミストの流速はその断面積の比率で小さくなる。しかし、この方法は、基板Sが存在する箇所の流路の断面積を大きくするということであり、基板Sを離れて通過する帯電ミストが多くなるので、本発明の場合にはこの方法はさほど有効ではない。
【0034】
エアーだけを通過させて帯電ミストの流速を減速する第2の方法は、流路からエアーのみを排気し、帯電ミストはそのまま流路に残す考え方であり、この方法は流路の断面積を大きくせずに、帯電ミストの流速をかなり低減できると共に、流速を低減した後の流路の帯電ミストの濃度が高まるので有効な考え方である。したがって、この実施例ではその第2の減速方法を用いる。
【0035】
第2の方法を実現するための帯電ミスト減速部の具体例について図5により説明する。この特徴は、ミスト帯電部3の隔壁部材35の延長である隔壁部材41により形成される流路の一部分を塞ぐように静電反発フィルタ7を設け、静電反発フィルタ7を通して流路からエアーを排気する排気管42と排気装置43とを設けて、流路から帯電ミストは除去せずに、エアーだけを排気して帯電ミストの流速を減速すると共に、流速を低減した後の流路の帯電ミストの濃度が高めるものである。
【0036】
ここで通常の静電力を利用しないフィルタは、除去したい粒子をフィルタで濾過して、エアーのみを通過させる。また、静電特性を有する織布を利用した静電フィルタ、空気清浄器で利用されているような正負電極間の静電空間を利用した静電フィルタ、あるいはこれらを組み合わせた静電フィルタは、静電吸引力を利用してフィルタに付着させて除去し、清浄化されたエアーのみを通過させる。つまり、このような静電フィルタはいずれも、負又は正に帯電された帯電粒子と反対の極性をもち、静電的な吸引力を利用して帯電粒子を静電フィルタに吸着して除去し、エアーだけを通過させるものである。
【0037】
このようなフィルタを用いて帯電ミストの流速を低減することは可能であるが、帯電ミストの一部分又は多くの部分が除去されてしまうので、基板S近傍の雰囲気における帯電ミストの濃度が薄くなり、短時間で薄膜を形成するという面では期待できない。つまり、実際には従来の静電フィルタを用いることは不可能である。
【0038】
したがって、この帯電ミスト減速部の具体例では静電反発フィルタ7を用いている。ここで言う静電反発フィルタとは、従来の静電フィルタと極性が逆であり、つまり帯電された帯電ミストの極性と同じ極性を有し、帯電ミストとの間に反発力を生じ、帯電ミストを付着させず、もちろん通過させず、エアーだけを通過させるためのものである。静電反発フィルタ7は、通常、ミストは負に帯電されることが圧倒的に多いから、負の静電特性を有する織布を利用したものや、メッシュ状の金属材料に負の直流高電圧を印加したものなどからなる。
【0039】
図5では、静電反発フィルタ7を通して帯電ミストが通過する流路内のエアーの一部分を排気することにより、排気した後における帯電ミストの流速を減速すると共に、これによって帯電ミストの濃度を高くしている。例えば、排気前のエアーの単位時間当たりの流量1(図1のノズル11のエアー噴出量にほぼ等しい量とする)から静電反発フィルタ7を通して排気機構42、43により排気される流量2を差し引いた量が排気後の流量3であり、流量1と流量3との比率から容易に帯電ミストの流速の減速比が求まる。例えば、流量2が流量1の1/2であれば、流量3は流量1の1/2になり、流路の断面積が同じであるとすれば、帯電ミストの流速はほぼ1/2となる。この結果、帯電ミストが排気されなければ、帯電ミスト減速機構の後段では帯電ミストがほぼ2倍の濃度で存在する。このような帯電ミスト減速機構は、図1におけるミスト帯電部3と静電コーティング部5との間に設けられ、ミスト帯電部3からの帯電ミストの流速を減速すると共に、帯電ミストの濃度を高くして静電コーティング部5に供給し、効果的に帯電ミストが基板Sに付着するのを助ける。
【0040】
静電コーティング部5は、図6にも示すように、帯電ミスト減速部4の隔壁部材41に結合されたハウジング部材51、電界強度の不均一性や部分的な集中によって帯電ミストの基板Sへの不均一な付着で、基板Sに形成される薄膜の膜厚の偏りが生じるのを抑制するために、窓部54の回りに設けられた金属材料などからなる補正部材52、補正部材52に負の電圧を与える直流電源53、ハウジング部材51の窓部54に置かれる基板Sに正の電荷を与えるための電荷付与部55などからなる。なお、補正部材52は、ハウジング部材51の外側に設けられ、基板Sの大きさや形状などに応じて適合したもの、例えば、断面が角型又は円形状のものが用いられる。
【0041】
電荷付与部55は、調整された電圧を与えることのできる可変直流電源55a、可変直流電源55aの正の直流電圧が印加される電極板55b、電極板55bとハウジング部材51間を電気的に絶縁する電気絶縁部材55cなどからなる。電気絶縁部材55cは窓部54を開閉する蓋の役割を行うことができ、また、図示しないエアー吸引機構に通ずる複数の吸引孔を有する周知の吸着構造を有して、基板Sを吸着保持できる機能をもつものが都合がよい。
【0042】
この静電コーティング部5では、可変直流電源55aの正の直流電圧が電極板55bに印加されることにより、電気絶縁部材55cには電極板55bに接触する側が負、基板Sに接触する側に正の電荷が誘起され、基板Sが電気絶縁材料からなる場合には同様に負、正の電荷が誘起される。したがって、基板Sの下面は正の電荷が誘起され、負の帯電ミストを静電的に吸引するので、効率良く数十μm以下の厚みの薄膜を形成することができる。なお、基板Sが導電性材料からなる場合には、前述のように電極板55bには正の電圧が印加されるので、基板Sは正の極性をもつ。
【0043】
ここで、可変直流電源55aは数百ボルト以上の正の直流電圧を電極板55bに供給することができ、その直流電圧の大きさを変えることで膜厚の調整を行うことができる。可変直流電源55aの電圧を大きくすることにより、電極板55bと接地間に形成される電界は大きくなり、基板Sの電荷量が多くなるので、基板Sに付着する帯電ミスト量も増え、塗膜の膜厚を厚くできる。他方、可変直流電源55aの電圧を小さくすれば、基板Sの電荷量が少なくなるので、基板Sに付着する帯電ミスト量は少なくなり、塗膜の膜厚は薄くなる。
【0044】
次に図7により、好ましい構造を有する静電コーティング部5の実施例について説明する。図1、図6で用いた記号と同一の記号は、同じ名称の部材を示すものとする。図7では、ハウジング部材51の底板の上に電気絶縁材料又は高抵抗材料からなる絶縁板56を備えるとともに、その上に鎖線で示す静電反発フィルタ7を具備する。この静電反発フィルタ7は、帯電ミストの流速の減速は行わないが、基板Sの近傍に帯電ミストを集中させ、基板近傍の雰囲気における帯電ミストの濃度を高める作用を行う。
【0045】
この静電反発フィルタ7は、適当な大きさの無数の網目を有するメッシュ状金属部材7aとメッシュ状金属部材7aに負の直流電圧を印加する直流電源7bとからなる。メッシュ状金属部材7aは、その下端部がハウジング部材51の底板上に固定され、ある角度、例えば60度程度で立ち上がり、ハウジング部材51の底板から1/2ないし3/4程度の高さで基板S面とほぼ平行になるように折り曲げられている。メッシュ状金属部材7aは、エアーが通流するのを極力妨げないように、メッシュ全体の開口領域と閉じた領域との間の比率が決められ、各メッシュの大きさが決定される。
【0046】
そのメッシュの大きさによって直流電源7bの負の直流電圧の大きさが決定される。この電圧は、各メッシュの網目に負の静電的なカーテンが形成され、イオン化されていないエアーは通過できるが、負に帯電された帯電ミストを通過させないような、電圧値に決められる。通常、数キロボルトから数十キロボルトである。
【0047】
したがって、帯電ミスト減速部4から送られてきた帯電ミストは、メッシュ状金属部材7aに吸着もされなければ通過もせず、メッシュ状金属部材7aとの間の反発力によって、メッシュ状金属部材7aの傾斜に沿って上昇し、基板Sの下近傍の空間に存在する帯電ミストの濃度を高めることになる。一方、エアーは静電反発フィルタ7のメッシュ状金属部材7aのメッシュを通過するので、基板Sの下近傍の空間に存在する帯電ミストの流れを速めることはない。帯電ミスト減速部4と静電反発フィルタ7のこのような働きによって、基板Sに吸着される単位時間あたりの帯電ミスト量はより一層多くなり、薄膜形成がより短時間で行える。
【0048】
このような静電反発フィルタ7を静電コーティング部5に備えた場合には、必ずしも帯電ミスト減速部4を具備する必要はない。なお、この場合には、図示しないが、静電コーティング部5の入り口にエアーの流れを斜め下方向に向ける風向板を設け、基板S近傍におけるエアーの流れを小さくすることなどが考えられる。この場合には、前記風向板によってエアーと帯電ミストの流れは下方向に向けられ、エアーは静電反発フィルタ7をそのまま通過し、帯電ミストは静電反発フィルタ7の傾斜に沿って基板S近傍部まで上昇する。これにより、基板S近傍におけるエアーの流れは大幅に遅くなり、帯電ミストの濃度は高くなる。
【0049】
この実施例では、静電コーティング部5において直流電源55aにより電極55bに適当な大きさの正の電圧を印加し、電気絶縁部材55cを通して基板Sの表面に正の電荷を誘起させているので、互いに反発し合いながら重なり合うことなく基板Sに付着した負の帯電ミストは瞬時に中和され、さらに直流電源55aの電圧によって正に帯電されることで、その上に負の帯電ミストが付着することが可能になる。このようにして数十μm以下の所定膜厚の薄膜が形成される。なお、前記実施例と同様に、直流電源55aの電圧を調整することにより、薄膜の膜厚を調整することができる。
【0050】
この際、電極55bに印加される直流電源55aの電圧は電界を形成するが、この電界は均一にはならない。一般に電界は電極の角など尖った形状の箇所に集中して、電界強度が強くなり、電界の強い領域と弱い領域とが生じる。この現象を補正して、比較的電界強度を一様にするのが補正部材52である。この補正部材52の形状を最適化するのと同時に、その電位も最適化することにより、前記電界は均一性の高いものになり、基板S全面に均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
【0051】
そして、図1に示すように基板Sに付着しなかった帯電ミストは、ミスト回収部6において回収され、再使用される。ミスト回収部6は、回収ケース61、前述したような静電反発フィルタ62、ミスト回収槽63、静電反発フィルタ62を通して実質的にエアーだけを排気する排気装置64などからなる。なお、乾燥工程などにつては説明するのを省略する。
【0052】
本発明で用いる静電反発フィルタは、前述のように帯電ミストを実質的に吸着しないので、帯電ミストによる汚れが生じず、したがってそのメンテナンスをほとんど行わなくてもよい。
【0053】
なお、ミスト帯電部の放電電極の構造については、前記実施例の他にも種々のものが考えられる。ミストを有効に帯電可能な好ましい例を2、3説明する。放電電極をくし形状のものにし、一対のくし形状の放電電極の歯側を向かい合わせてそれらの隙間に互い違いに歯を入れ、各歯と歯の間でコロナ放電を発生させ、その歯と歯の間をミストが通過することにより有効にミストを帯電させることができる。更に帯電効果をあげるためには、このようなくし型放電電極をミストの流れる方向に多重に設ければよい。
【0054】
別の例として、有刺鉄線のように途中に多数の先鋭な突起を有する金属線を用い、それら金属線を平行になるように複数本配置してなる金属線ユニットを複数個、ミストの流れる方向に配置し、金属ユニット間に所定の電圧を印加してコロナ放電を発生させても、ミストを有効に帯電させることができる。
【0055】
その他にも、金網状の放電電極とその網目の中心を通る放電線との組み合わせなど種々のものが考えられるが、これらの場合にはミストが付着するので、ときどきメンテナンスが必要となる。
【0056】
以上の実施例では、基板Sに電荷を与える手段として直流電源55aを用いたが、直流電源を用いずに種々の知られた荷電方法によって予め基板Sに電荷を与えておいてもよい。この場合には、基板Sに予め与えられた電荷量と同じ帯電量の帯電ミストが基板Sに付着されたとき、基板Sは中和される。
【0057】
なお、図面では静電コーティング部5の窓部54をハウジング部材51の天井に設け、上部に基板Sを配置したが、窓部54はハウジング部材の側壁又は底板、あるいは図1のミスト回収部6の位置に設けられて、その位置に基板Sを配置してもよく、同様な効果が得られる。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定の厚みの薄膜を基板の全面に短時間で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る薄膜形成装置の1実施例を説明するための概略を示す。
【図2】本発明に係る薄膜形成装置におけるミスト帯電部の一例を示す。
【図3】本発明に係る薄膜形成装置におけるミスト帯電部の他の一例を示す。
【図4】本発明における帯電ミスト減速方法の基本的な考え方を説明するための図である。
【図5】本発明における帯電ミスト減速機構の一例を示す図である。
【図6】本発明に係る薄膜形成装置における静電コーティング部の一例を示す。
【図7】本発明に係る薄膜形成装置における静電コーティング部の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
1…ミスト発生部
11…ノズル
12…液体タンク
2…ミスト分別部
21…ダクト
22…直流電源
23…ドレイン
24…ドレイン槽
3…ミスト帯電部
31、32…放電電極
33…直流高電圧電源
34…ミストガイド
35…隔壁部材
4…帯電ミスト減速部
41…隔壁部材
42…排気管
43…排気装置
5…静電コーティング部
51…ハウジング部材
52…補正部材
53…直流電源
54…窓部
55…電荷付与部
55a…直流電源
55b…電極板
55c…電気絶縁部材
56…絶縁板
6…ミスト回収部
61…回収ケース
62…静電反発フィルタ
63…ミスト回収槽
64…排気装置
7…静電反発フィルタ
7a…メッシュ状金属部材
7b…直流電源
S…基板
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for forming a thin film having a uniform thickness by applying a mist obtained by atomizing a liquid substance to a substrate by electrostatic force.
[0002]
[Prior art]
As a technique for forming a thin film on a substrate, various techniques have been known for a long time. For example, apply paint uniformly to a substrate such as an iron plate or synthetic resin plate using a brush or a roll coater to form a coating, or apply a paint mist to the substrate using an electrostatic coating gun to apply the coating. A method of forming, or a method of immersing a substrate in a cloud of powder paint formed into a cloud using an electrostatic fluidized immersion layer, attaching the powder to the substrate by electrostatic force, and baking to form a coating film, etc. Are known.
[0003]
In recent years, a spin coating technique of forming a thin film using a centrifugal force by high-speed rotation to form a protective film on a substrate of an optical disc or a recording film has been widely used, and is not so large. It is relatively effective for disk-shaped substrates. The spin coating technique is also used when forming a thin film on a square substrate having a large area such as a liquid crystal panel.
[0004]
[Problems to be solved by the present invention]
However, in the former method of applying with a brush or a roll coater, it is very difficult to adjust the thickness of the coating film. In particular, it is impossible to adjust the film thickness from 1 μm to several μm. The same applies to the method using electrocoating, but it is said that the electrostatic coating method using the electrostatic fluidized immersion layer can relatively adjust the thickness of the coating film. However, since powder coating is used in the electrostatic coating, a baking step is required. In this step, high-temperature processing is performed, and thus many of the optical discs and liquid crystal panels cannot be applied.
[0005]
In addition, in the case of a method using the spin coating technique as described above, in the case of a square substrate such as a liquid crystal panel having a relatively large area, the film thickness at the corners becomes large, and the film thickness cannot be uniform. There was a point.
[0006]
Therefore, in the present invention, a suitable liquid substance is formed into a mist (mist) having a relatively uniform particle size, the mist is charged to one polarity (usually negative), and the directivity due to the flow of air is minimized. Another object of the present invention is to form a uniform thin film having a predetermined thickness by causing a charge mist to adhere to a substrate by electrostatic force.
[0007]
Means and Action for Solving the Problems
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 of the present application generates a mist by atomizing a liquid substance, adheres the mist to a substrate by electrostatic force, and forms a thin film having a uniform thickness on the substrate. In the forming device, a mist generating section that generates a mist by atomizing the liquid substance, a mist charging section that charges the mist, and a flow rate of the charged mist charged by the mist charging section is reduced, A charge mist decelerating unit that increases the concentration of the charge mist near the substrate, and an electrostatic coating that induces a charge having a polarity opposite to the polarity of the charge of the charge mist on the substrate to attract the charge mist to the substrate. And a thin film forming apparatus comprising:
[0008]
According to the thin film forming apparatus of the first aspect, a thin film having a predetermined thickness can be formed on the entire surface of the substrate in a short time.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the charging mist decelerating unit has the same polarity as the polarity of the charging mist, and generates a repulsive force between the charging mist and the adhesion of the charging mist. An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus including an electrostatic repulsion filter that allows air to pass therethrough.
[0010]
According to the thin-film forming apparatus of the second aspect, the flow rate of the charging mist can be effectively reduced, and the maintenance-free reduction section is provided.
[0011]
A third aspect of the present invention is an apparatus for forming a mist by atomizing a liquid substance, and applying the mist to a substrate by electrostatic force to form a thin film having a uniform film thickness on the substrate. A mist generating unit that generates a mist, a mist charging unit that charges the mist, and induces a charge having a polarity opposite to the polarity of the charging mist on the substrate, and attracts the charged mist to the substrate. An electrostatic coating portion for causing the charged mist to have the same polarity as the charged mist and to generate a repulsive force with the charged mist, thereby preventing the charged mist from adhering or passing therethrough. A thin film forming apparatus provided with an electrostatic repulsion filter that allows air to pass therethrough to increase the concentration of the charged mist in an atmosphere near the substrate.
[0012]
According to the thin film forming apparatus of the third aspect, since the concentration of the charged mist can be effectively concentrated in the atmosphere near the substrate and the concentration thereof can be increased, the thin film having a predetermined thickness can be formed on the entire surface of the substrate in a short time. An electrostatic repulsion filter that can and does its job is very easy to maintain.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the electrostatic coating unit includes an annular correction member at a position surrounding the substrate, and has a same polarity as the polarity of the charge on the substrate. An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus for applying a voltage.
[0014]
According to the thin film forming apparatus of the fourth aspect, since the concentration of the electric field can be reduced and made uniform, a thin film having a uniform thickness can be formed on the entire surface of the substrate.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the electrostatic coating unit includes a DC power supply capable of supplying a variable voltage capable of adjusting a charge amount induced or applied to the substrate. And a thin film forming apparatus capable of adjusting the voltage to adjust the thickness of the thin film.
[0016]
According to the thin film forming apparatus of the fifth aspect, it is possible to form a film having a desired thickness by adjusting the voltage value.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the mist charging portion has a discharge electrode, and the discharge electrode is surrounded by a tube, and is disposed inside the tube toward a tip end of the discharge electrode. The present invention provides a thin film forming apparatus that prevents the mist from adhering to the discharge electrodes by flowing air.
[0018]
According to the thin film forming apparatus of claim 6, since no mist adheres to the discharge electrode, the time required for maintenance of the discharge electrode can be greatly reduced.
[0019]
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, a duct that separates mist from the mist generation unit is connected to a stage subsequent to the mist generation unit, and the duct has a predetermined particle diameter. An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus having a height and a length capable of removing most of the mist having a large particle diameter.
[0020]
According to the thin film forming apparatus of the seventh aspect, since a mist having a relatively small particle diameter can be formed by removing a mist having a large particle diameter, a thin film having a highly accurate thickness can be formed.
[0021]
[Embodiment of the present invention]
An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an embodiment of a charging mist coater according to the present invention. The charging mist coater 100 is roughly divided into a mist generating unit 1 and a mist generating unit that convert a liquid substance such as an organic dye serving as a paint or a recording material into mist, that is, mist-like fine mist droplets (hereinafter, referred to as mist). Since the particle size of the mist from 1 is various, the mist from the mist separation unit 2 and the mist from the mist separation unit 2 that leave the mist with a smaller particle size than the predetermined particle size and remove the mist with a larger particle size Mist charging unit 3 for negatively charging the mist, charging mist deceleration unit 4 for reducing the flow velocity of the charged mist, and electrostatic charging for covering the substrate S having a positive surface charge opposite to the charging polarity of the charging mist. The coating unit 5 includes a mist collecting unit 6 that collects the charged mist that has not adhered to the substrate S for reuse.
[0022]
Here, the substrate S is a substrate used for a liquid crystal panel or a substrate used for forming a next-generation large-capacity optical disk, and the thin film formed according to the present invention is a substrate used for a liquid crystal panel. This is a protective film and can be used as a light transmission protective layer in the case of a next-generation large-capacity optical disk. In addition, various substrates such as glass and lenses may be used as the substrate S.
[0023]
The mist generating section 1 can be formed by various methods such as a commonly known atomizing method using ultrasonic vibration and a spraying method using a spray nozzle. In the present invention, compressed air is sent to the nozzle 11 and coating from the liquid tank 12 is performed. The liquid is supplied, and mist is generated from the nozzle 11. With respect to this nozzle, a coating gun of a spray-type coating machine suitable for the present invention is used as a nozzle, and the flow of the air stream at the outlet of the mist generating section 1 is made as small as possible. Here, the liquid to be mist preferably does not contain a substance such as a pigment having a particle diameter of 10 μm or more.
[0024]
In order to form a thin film having a more uniform thickness, the mist sorting section 2 needs to create an atmosphere of mist having a particle diameter as small as possible or less as much as possible. The mist is separated by a predetermined value due to the combined effects of mist inertia, centrifugal force, gravity, surface energy difference due to mist particle size difference, and repulsion force due to electrification. The above mist can be removed. The main members constituting the mist separation unit 2 are trapped in a duct 21 made of a conductive material such as a metal material, a DC power supply 22 for outputting a relatively high DC voltage for applying a negative voltage to the duct 21, and the duct 21. It comprises a drain 23 for discharging the liquid by mist, a drain tank 24 for storing the liquid, and the like.
[0025]
The duct 21 has a mountain-like height higher than the connection point with the mist generating unit 1, and the mist having a large particle diameter comes into contact with the inner wall of the duct 21 due to its inertia, gravity, and the like, and is removed. The height and length of the duct 21 are determined by the size of the particle diameter and the speed of the air flow from the mist generating unit 1. The duct 21 may have a spiral shape, or portions having a large cross-sectional area of the flow path and narrow portions may be alternately arranged.
[0026]
The mist from the mist generating section 1 is weakly negatively charged, and the mist having a smaller particle diameter is more likely to be trapped on the inner wall of the duct 21 under the influence of the mist. Therefore, by fixing the duct 21 to a negative polarity potential, A mist having a small particle diameter and a small influence of inertia force and gravity is difficult to be trapped, and a mist having a large particle diameter has a larger influence of inertia force and gravity than the influence of potential. Be trapped. In this way, most of the mist having a large particle diameter is removed, and the mist having a small particle diameter is sent to the mist charging section 3.
[0027]
The mist charging unit 3 includes a first discharge electrode 31 to which a negative DC high voltage is applied, a second discharge electrode 32 disposed to face the first discharge electrode 31 at a distance, and connected to a ground potential; A DC high-voltage power supply 33 that applies a negative DC high voltage to the first discharge electrode 31, a mist guide 34 that concentrates mist from the mist separation unit 2 and sends the mist to the gap between the discharge electrodes 31 and 32, and the duct 21. It is composed of a partition member 35 connected to form a mist flow path.
[0028]
Corona discharge is generated in the gap between the discharge electrodes 31 and 32, and the mist passing through the gap is effectively negatively charged by the corona discharge. Although FIG. 1 shows a pair of upper and lower discharge electrodes, a plurality of pairs of discharge electrodes are arranged in front and back directions on the paper.
[0029]
A basic specific example of the mist charging unit 3 will be described with reference to FIG. The discharge electrodes 31 and 32 are surrounded by tubes 31a and 32a, respectively, in order to prevent mist from adhering to the discharge electrodes 31 and 32, and weak air flows through the tubes 31a and 32a. The air is preferably as weak as possible as long as mist does not adhere to the discharge electrodes 31 and 32. The voltage of the DC high-voltage power supply 33 varies depending on the distance between the discharge electrodes 31 and 32 and the like, but is usually a negative voltage of several kilovolts to tens of kilovolts. The corona discharge is generated between the discharge electrodes 31 and 32 by this voltage, and the mist passes through the corona discharge, thereby being charged effectively.
[0030]
Next, another basic specific example of the mist charging unit 3 will be described with reference to FIG. This specific example is a charging method in which negatively charged air is supplied into the partition member 35 from outside the partition member 35 forming the mist flow path, and the mist is negatively charged. This is composed of a cylindrical body 36 capable of supplying air from the outside to the inside of the partition member 35, and discharge electrodes 37 and 38 provided at locations in the cylindrical body 36 near the partition member 35. A negative DC high voltage (-HV) is applied to the discharge electrode 37, and the discharge electrode 38 is connected to the ground potential.
[0031]
Corona discharge is formed between the discharge electrodes 37 and 38, and the air passing through the corona discharge atmosphere is negatively ionized. The negatively ionized air gives negative ions to the mist in the partition wall member 35 and charges the mist negatively. In this example, it is not necessary to install a discharge electrode to which a high voltage is applied in the partition, and it is only necessary to introduce negative ionized air outside the partition 35 into the partition 35, so that mist adheres to the discharge electrode. Needless to say, there is a margin in designing the apparatus.
[0032]
The charged mist charged in this manner is attached to the substrate surface by electrostatic attraction caused by the positive charge induced on the substrate S in a subsequent electrostatic coating process. Since the flow rate of the mist is small and the electrostatic attraction acting on the charging mist is small, if the flow rate of the charging mist is large, the amount of the charging mist adhering to the substrate S decreases. Therefore, it is preferable that the flow rate of the charging mist is as small as possible, and ideally, it is omnidirectional. For this reason, in this embodiment, the charging mist deceleration unit 4 that decelerates the charging mist before the electrostatic coating step is provided.
[0033]
As a method of reducing the flow velocity of the charging mist, there are two methods as shown in FIG. The method (1) for changing the cross-sectional area of the flow path is a widely known method, and by increasing the cross-sectional area of the flow path, the flow rate of the charging mist is reduced by the ratio of the cross-sectional area. However, this method is to increase the cross-sectional area of the flow path at the location where the substrate S is present, and increases the amount of charged mist that passes away from the substrate S. Therefore, in the case of the present invention, this method is not so large. Not valid.
[0034]
A second method of reducing the flow velocity of the charging mist by passing only air is to exhaust only air from the flow path and leave the charging mist as it is in the flow path. This method increases the cross-sectional area of the flow path. This is an effective idea because the flow rate of the charging mist can be considerably reduced without increasing the flow rate, and the concentration of the charging mist in the flow path after the flow rate is reduced increases. Therefore, in this embodiment, the second deceleration method is used.
[0035]
A specific example of the charging mist reduction unit for realizing the second method will be described with reference to FIG. This feature is that the electrostatic repulsion filter 7 is provided so as to close a part of the flow path formed by the partition member 41 which is an extension of the partition member 35 of the mist charging unit 3, and air is discharged from the flow path through the electrostatic repulsion filter 7. By providing an exhaust pipe 42 and an exhaust device 43 for exhausting the gas, the charged mist is not removed from the flow path, but only the air is exhausted to reduce the flow velocity of the charged mist and to reduce the flow rate of the charged mist. It increases the concentration of mist.
[0036]
Here, in a filter that does not use a normal electrostatic force, particles to be removed are filtered by a filter and only air is passed. In addition, an electrostatic filter using a woven cloth having electrostatic characteristics, an electrostatic filter using an electrostatic space between positive and negative electrodes used in an air purifier, or an electrostatic filter combining these, The filter is attached to and removed from the filter using electrostatic attraction, and only the purified air is passed. In other words, each of such electrostatic filters has a polarity opposite to that of the charged particles charged negatively or positively, and removes the charged particles by attracting the charged particles to the electrostatic filter using electrostatic attraction. , Through which only air passes.
[0037]
It is possible to reduce the flow rate of the charged mist using such a filter, but since a part or a large part of the charged mist is removed, the concentration of the charged mist in the atmosphere near the substrate S is reduced, It cannot be expected to form a thin film in a short time. That is, it is actually impossible to use a conventional electrostatic filter.
[0038]
Therefore, in the specific example of the charging mist reduction unit, the electrostatic repulsion filter 7 is used. Here, the electrostatic repulsion filter has the opposite polarity to that of the conventional electrostatic filter, that is, it has the same polarity as that of the charged mist, and generates a repulsive force between the charged mist and the charged mist. This is for allowing air to pass without adhering and of course not passing. Usually, the mist is overwhelmingly negatively charged in the electrostatic repulsion filter 7, and therefore, a woven fabric having a negative electrostatic property or a negative direct current high voltage And the like.
[0039]
In FIG. 5, by exhausting a part of the air in the flow path through which the charged mist passes through the electrostatic repulsion filter 7, the flow velocity of the charged mist after the exhaust is reduced, and thereby the concentration of the charged mist is increased. ing. For example, the flow rate 2 exhausted by the exhaust mechanisms 42 and 43 through the electrostatic repulsion filter 7 is subtracted from the flow rate 1 of air per unit time before exhaustion (an amount substantially equal to the air ejection amount of the nozzle 11 in FIG. 1). The flow rate after the exhaust is the flow rate 3, and the reduction ratio of the flow rate of the charging mist can be easily obtained from the ratio of the flow rate 1 to the flow rate 3. For example, if the flow rate 2 is の of the flow rate 1, the flow rate 3 is 1 / of the flow rate 1. If the cross-sectional area of the flow path is the same, the flow rate of the charging mist is almost 1 /. Become. As a result, if the charge mist is not exhausted, the charge mist exists at almost twice the density in the subsequent stage of the charge mist reduction mechanism. Such a charging mist deceleration mechanism is provided between the mist charging unit 3 and the electrostatic coating unit 5 in FIG. 1, and reduces the flow rate of the charging mist from the mist charging unit 3 and increases the concentration of the charging mist. And supplied to the electrostatic coating unit 5 to help the charged mist adhere to the substrate S effectively.
[0040]
As shown in FIG. 6, the electrostatic coating unit 5 is connected to the housing member 51 connected to the partition wall member 41 of the charge mist reduction unit 4 and to the substrate S of the charge mist due to non-uniformity and partial concentration of the electric field intensity. In order to prevent the uneven thickness of the thin film formed on the substrate S from being caused by the non-uniform adhesion, the correcting member 52 made of a metal material or the like provided around the window 54 is provided. It comprises a DC power supply 53 for applying a negative voltage, a charge application section 55 for applying a positive charge to the substrate S placed on the window 54 of the housing member 51, and the like. Note that the correction member 52 is provided outside the housing member 51 and has a shape suitable for the size and shape of the substrate S, for example, a shape having a square or circular cross section.
[0041]
The charge applying section 55 includes a variable DC power supply 55a capable of applying a regulated voltage, an electrode plate 55b to which a positive DC voltage of the variable DC power supply 55a is applied, and an electrical insulation between the electrode plate 55b and the housing member 51. And an electrical insulating member 55c. The electric insulating member 55c can serve as a lid for opening and closing the window 54, and has a well-known suction structure having a plurality of suction holes communicating with an air suction mechanism (not shown), so that the substrate S can be suction-held. Those with functions are convenient.
[0042]
In the electrostatic coating unit 5, when the positive DC voltage of the variable DC power supply 55a is applied to the electrode plate 55b, the side of the electrical insulating member 55c that contacts the electrode plate 55b is negative, and the side that contacts the substrate S is the negative side. Positive charges are induced, and negative and positive charges are similarly induced when the substrate S is made of an electrically insulating material. Therefore, a positive charge is induced on the lower surface of the substrate S, and the negatively charged mist is electrostatically attracted, so that a thin film having a thickness of several tens μm or less can be efficiently formed. When the substrate S is made of a conductive material, a positive voltage is applied to the electrode plate 55b as described above, so that the substrate S has a positive polarity.
[0043]
Here, the variable DC power supply 55a can supply a positive DC voltage of several hundred volts or more to the electrode plate 55b, and the film thickness can be adjusted by changing the magnitude of the DC voltage. By increasing the voltage of the variable DC power supply 55a, the electric field formed between the electrode plate 55b and the ground increases, and the amount of charge on the substrate S increases. Can be made thicker. On the other hand, if the voltage of the variable DC power supply 55a is reduced, the amount of charge on the substrate S is reduced, so that the amount of charge mist adhering to the substrate S is reduced, and the thickness of the coating film is reduced.
[0044]
Next, an embodiment of the electrostatic coating unit 5 having a preferable structure will be described with reference to FIG. The same symbols as those used in FIGS. 1 and 6 indicate members having the same names. In FIG. 7, an insulating plate 56 made of an electrically insulating material or a high-resistance material is provided on a bottom plate of the housing member 51, and an electrostatic repulsion filter 7 indicated by a chain line is provided thereon. The electrostatic repulsion filter 7 does not reduce the flow velocity of the charging mist, but concentrates the charging mist near the substrate S, thereby increasing the concentration of the charging mist in the atmosphere near the substrate.
[0045]
The electrostatic repulsion filter 7 includes a mesh-shaped metal member 7a having an infinite number of meshes of an appropriate size, and a DC power supply 7b for applying a negative DC voltage to the mesh-shaped metal member 7a. The mesh-like metal member 7a has its lower end fixed on the bottom plate of the housing member 51, rises at an angle, for example, about 60 degrees, and has a height of about 1/2 to 3/4 from the bottom plate of the housing member 51. It is bent so as to be almost parallel to the S plane. In the mesh-shaped metal member 7a, the ratio between the open area and the closed area of the entire mesh is determined, and the size of each mesh is determined so as to minimize the flow of air.
[0046]
The magnitude of the negative DC voltage of the DC power supply 7b is determined by the size of the mesh. This voltage is determined so that a negative electrostatic curtain is formed in the mesh of each mesh, so that non-ionized air can pass through but not a negatively charged mist. Usually, it is several kilovolts to several tens of kilovolts.
[0047]
Therefore, the charging mist sent from the charging mist decelerating unit 4 does not adsorb or pass through the mesh-shaped metal member 7a, and does not pass therethrough. As a result, the concentration of the charged mist existing in the space near the bottom of the substrate S is increased. On the other hand, since the air passes through the mesh of the mesh-shaped metal member 7a of the electrostatic repulsion filter 7, the flow of the charging mist existing in the space near and below the substrate S is not accelerated. Due to such operations of the charging mist reduction section 4 and the electrostatic repulsion filter 7, the amount of charging mist adsorbed on the substrate S per unit time is further increased, and a thin film can be formed in a shorter time.
[0048]
When such an electrostatic repulsion filter 7 is provided in the electrostatic coating section 5, it is not always necessary to provide the charging mist reduction section 4. In this case, although not shown, it is conceivable to provide a wind direction plate at the entrance of the electrostatic coating unit 5 for directing the air flow obliquely downward to reduce the air flow near the substrate S. In this case, the flow of the air and the charging mist is directed downward by the wind direction plate, the air passes through the electrostatic repulsion filter 7 as it is, and the charging mist flows near the substrate S along the inclination of the electrostatic repulsion filter 7. Rise to the department. Accordingly, the flow of air near the substrate S is greatly slowed, and the concentration of the charged mist is increased.
[0049]
In this embodiment, in the electrostatic coating section 5, a DC voltage 55a applies an appropriate positive voltage to the electrode 55b from the DC power supply 55a to induce a positive charge on the surface of the substrate S through the electric insulating member 55c. The negatively charged mist adhering to the substrate S without repelling and overlapping each other is instantaneously neutralized, and is further positively charged by the voltage of the DC power supply 55a, so that the negatively charged mist adheres thereon. Becomes possible. Thus, a thin film having a predetermined thickness of several tens μm or less is formed. Note that, similarly to the above embodiment, the thickness of the thin film can be adjusted by adjusting the voltage of the DC power supply 55a.
[0050]
At this time, the voltage of the DC power supply 55a applied to the electrode 55b forms an electric field, but the electric field is not uniform. Generally, the electric field concentrates on a point having a sharp shape such as a corner of an electrode, and the intensity of the electric field is increased, so that a region having a strong electric field and a region having a weak electric field are generated. The correction member 52 corrects this phenomenon and makes the electric field intensity relatively uniform. By optimizing the shape of the correction member 52 and optimizing the potential at the same time, the electric field becomes highly uniform, and a thin film having a uniform thickness can be formed on the entire surface of the substrate S. .
[0051]
Then, as shown in FIG. 1, the charged mist that has not adhered to the substrate S is collected in the mist collection unit 6 and reused. The mist collection unit 6 includes a collection case 61, an electrostatic repulsion filter 62 as described above, a mist collection tank 63, an exhaust device 64 that exhausts substantially only air through the electrostatic repulsion filter 62, and the like. The description of the drying step and the like is omitted.
[0052]
As described above, the electrostatic repulsion filter used in the present invention does not substantially adsorb the charged mist, and therefore does not cause contamination due to the charged mist, and therefore requires little maintenance.
[0053]
In addition, as for the structure of the discharge electrode of the mist charging section, various structures can be considered in addition to the above embodiment. A few preferable examples in which the mist can be effectively charged will be described. The discharge electrode is comb-shaped, teeth are alternately inserted into the gaps between the teeth of a pair of comb-shaped discharge electrodes, and a corona discharge is generated between each tooth. The mist can be effectively charged by passing the mist through the gap. In order to further enhance the charging effect, such a comb-shaped discharge electrode may be provided in multiple layers in the direction in which the mist flows.
[0054]
As another example, a metal wire having a large number of sharp protrusions in the middle, such as a barbed wire, is used, and a plurality of metal wire units in which a plurality of such metal wires are arranged in parallel, the mist flows. The mist can be effectively charged even if the mist is arranged in the direction and a predetermined voltage is applied between the metal units to generate corona discharge.
[0055]
In addition to the above, various kinds of combinations such as a combination of a wire net-like discharge electrode and a discharge wire passing through the center of the mesh are conceivable. In these cases, mist adheres, so that maintenance is sometimes required.
[0056]
In the above-described embodiment, the DC power supply 55a is used as a means for applying electric charge to the substrate S. However, the electric charge may be applied to the substrate S in advance by various known charging methods without using the DC power supply. In this case, when the charge mist having the same charge amount as the charge amount previously given to the substrate S is attached to the substrate S, the substrate S is neutralized.
[0057]
In the drawing, the window 54 of the electrostatic coating unit 5 is provided on the ceiling of the housing member 51 and the substrate S is disposed on the upper part. However, the window 54 is provided on the side wall or the bottom plate of the housing member, or the mist collecting unit 6 of FIG. And the substrate S may be arranged at that position, and the same effect can be obtained.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a thin film having a predetermined thickness can be formed on the entire surface of a substrate in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 schematically shows a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an example of a mist charging section in the thin film forming apparatus according to the present invention.
FIG. 3 shows another example of the mist charging section in the thin film forming apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a basic concept of a charging mist deceleration method according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a charging mist reduction mechanism according to the present invention.
FIG. 6 shows an example of an electrostatic coating unit in the thin film forming apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a view showing one embodiment of an electrostatic coating unit in the thin film forming apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Mist generation part
11 ... Nozzle
12 ... Liquid tank
2… Mist sorting part
21 ... duct
22 DC power supply
23 ... Drain
24 ... Drain tank
3: Mist charging part
31, 32 ... discharge electrode
33… DC high voltage power supply
34 ... Mist guide
35 ... partition member
4: Charge mist reduction unit
41 ... partition member
42 ... exhaust pipe
43… Exhaust device
5 ... Electrostatic coating part
51 ... housing member
52 ... Correction member
53 ... DC power supply
54 ... Window
55 ... Charge giving section
55a ... DC power supply
55b ... electrode plate
55c ... electric insulation member
56 ... insulating plate
6: Mist collection unit
61 ... Collection case
62 ... Electrostatic repulsion filter
63… Mist collection tank
64 ... exhaust device
7 ... Electrostatic repulsion filter
7a: mesh metal member
7b ... DC power supply
S ... substrate

Claims (7)

液状物質を霧状にしてミストを発生し、そのミストを静電力によって基板に付着させ、該基板に均一な膜厚の薄膜を形成する装置において、
前記液状物質を霧状にしてミストを発生するミスト発生部と、
前記ミストを帯電させるミスト帯電部と、
該ミスト帯電部により帯電された帯電ミストの流速を減速すると共に、前記基板近傍の前記帯電ミストの濃度を高くする帯電ミスト減速部と、
前記帯電ミストの帯電の極性と反対の極性の電荷を前記基板に誘起させて、その基板に前記帯電ミストを吸着させる静電コーティング部と、
からなることを特徴とする薄膜形成装置。
In an apparatus for generating a mist by atomizing a liquid substance, attaching the mist to a substrate by electrostatic force, and forming a thin film having a uniform thickness on the substrate,
A mist generator that generates a mist by atomizing the liquid substance,
A mist charging unit that charges the mist,
A charging mist reducing unit that reduces the flow rate of the charging mist charged by the mist charging unit and increases the concentration of the charging mist near the substrate;
An electrostatic coating unit that induces a charge having a polarity opposite to the polarity of the charge of the charge mist on the substrate, and causes the charge mist to be attracted to the substrate,
An apparatus for forming a thin film, comprising:
請求項1において、
前記帯電ミスト減速部は、前記帯電ミストの極性と同極性であり、前記帯電ミストとの間に反発力を生じて、該帯電ミストを付着も通過もさせず、エアーを通過させる静電反発フィルタを具備することを特徴とする薄膜形成装置。
In claim 1,
The charging mist reduction unit has the same polarity as the polarity of the charging mist, and generates a repulsive force between the charging mist and the charging mist. A thin film forming apparatus comprising:
液状物質を霧状にしてミストを発生し、そのミストを静電力によって基板に付着させ、該基板に均一な膜厚の薄膜を形成する装置において、
前記液状物質を霧状にしてミストを発生するミスト発生部と、
前記ミストを帯電させるミスト帯電部と、
前記帯電ミストの帯電の極性と反対の極性の電荷を前記基板に誘起させて、その基板に前記帯電ミストを吸着させる静電コーティング部と、
を具備し、
該静電コーティング部は、前記帯電ミストの極性と同極性であって、前記帯電ミストとの間に反発力を生じ、該帯電ミストを付着も通過もさせず、エアーを通過させて、前記基板近傍の雰囲気における前記帯電ミストの濃度を高める静電反発フィルタを備えることを特徴とする薄膜形成装置。
In an apparatus for generating a mist by atomizing a liquid substance, attaching the mist to a substrate by electrostatic force, and forming a thin film having a uniform thickness on the substrate,
A mist generator that generates a mist by atomizing the liquid substance,
A mist charging unit that charges the mist,
An electrostatic coating unit that induces a charge having a polarity opposite to the polarity of the charge of the charge mist on the substrate, and causes the charge mist to be attracted to the substrate,
With
The electrostatic coating portion has the same polarity as the polarity of the charged mist, generates a repulsive force with the charged mist, does not allow the charged mist to adhere or pass, and allows air to pass therethrough, and A thin film forming apparatus comprising: an electrostatic repulsion filter that increases the concentration of the charged mist in a nearby atmosphere.
請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、
前記静電コーティング部は、前記基板を囲む位置に環状の補正部材を備え、前記基板の前記電荷の極性と同じ極性の電圧を印加することを特徴とする薄膜形成装置。
In any one of claims 1 to 3,
The thin film forming apparatus, wherein the electrostatic coating unit includes an annular correction member at a position surrounding the substrate, and applies a voltage having the same polarity as the polarity of the charge on the substrate.
請求項1ないし請求項4のいずれかにおいて、
前記静電コーティング部は、前記基板に誘起又は付与される電荷量を調整することができる可変の電圧を供給できる直流電源を有し、前記電圧を調整して前記薄膜の膜厚を調整することを特徴とする薄膜形成装置。
In any one of claims 1 to 4,
The electrostatic coating unit has a DC power supply that can supply a variable voltage that can adjust the amount of charge induced or applied to the substrate, and adjusts the voltage to adjust the thickness of the thin film. A thin film forming apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1ないし請求項5のいずれかにおいて、
前記ミスト帯電部は放電電極を有し、
該放電電極はチューブによって囲まれ、
該チューブ内に前記放電電極の先端方向に向けてエアーを流すことにより、前記放電電極に前記ミストが付着するのを防止することを特徴とする薄膜形成装置。
In any one of claims 1 to 5,
The mist charging unit has a discharge electrode,
The discharge electrode is surrounded by a tube,
An apparatus for forming a thin film, wherein the mist is prevented from adhering to the discharge electrode by flowing air toward the tip of the discharge electrode in the tube.
請求項1ないし請求項6のいずれかにおいて、
前記ミスト発生部の後段に、前記ミスト発生部からのミストを分別するダクトが接続され、該ダクトは所定の粒子径よりも大きな粒子径をもつミストの多くを除去し得る高さと長さとを有することを特徴とする薄膜形成装置。
In any one of claims 1 to 6,
A duct that separates mist from the mist generating section is connected to a stage subsequent to the mist generating section, and the duct has a height and a length that can remove most of the mist having a particle diameter larger than a predetermined particle diameter. An apparatus for forming a thin film, comprising:
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