JP2005313046A

JP2005313046A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2005313046A
Application number: JP2004132387A
Authority: JP
Inventors: Naoki Watase; 直樹渡瀬; Akihiro Yoshino; 彰洋吉野; Hironobu Toyoshima; 広宣豊島; Michihiro Watanabe; 道弘渡邊
Original assignee: Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】
従来の装置では、基板表面全体に塗布液ミストを同時に供給するため、基板表面全体にわたって塗布液を均一に供給することが不可能であり、塗布量制御の応答性が悪く、また、ミストの使用効率が低いという課題がある。
【解決手段】
塗布液ミストを基板の表面に供給して基板表面上に塗布液の薄膜を形成する装置において、塗布液を微粒化する微粒子発生ノズルと、微粒子発生ノズルにより生成した塗布液ミストを整流する整流部と、整流部で整流された塗布液ミストを浮上させることにより塗布液ミストを分別する分別部とを備えた分別室と、分別された塗布液ミストを吐出する吐出部と、分別室と吐出部とを接続するミスト搬送配管とから成り、吐出部はキャリアガスを供給するガス供給部と、キャリアガスと前記塗布液ミストを吐出するスリット状開口部とを備えた構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置用基板や、プラズマ表示装置用基板や、有機ＥＬ表示装置用基板や、半導体装置用基板や、フォトマスク用ガラス基板、および光ディスク用基板等（以下、基板と略称する）の表面に、フォトレジスト、配向膜、発光層、正孔輸送層等の塗布液の薄膜を形成する装置に係り、特に、微粒子状の塗布液を基板表面に供給して薄膜を形成する装置に関する。

半導体ウエハにフォトレジストを塗布する装置として特許文献１の装置が提案されている。すなわち、ミスト発生室内には、フォトレジスト液を噴霧してフォトレジスト液のミストを発生させるためのノズルが設けられている。また、このミスト発生室には、キャリアガス例えば窒素ガスを供給するための窒素ガス供給配管と、フォトレジスト液のミストを搬送するためのミスト搬送配管が接続されている。ミスト発生室の側方には、塗布室が設けられている。この塗布室の内部には、半導体ウエハを支持するためのウエハ支持台が設けられている。ウエハ支持台の上部にはミスト搬送配管に接続された円錐状のミスト供給部が設けられており、ウエハ支持台のまわりには、ウエハ支持台の周囲および下部を囲むようにカップが設けられている。ミスト発生室の下部には、排気配管を設けた構成となっている。

また、超微粒子発生装置として特許文献２の構成が提案されている。この構成は、液体を気体により破砕微粒化して液体の微粒子を発生させる微粒子発生ノズルと、前記微粒子発生ノズルにより発生させた微粒子を分別する分別容器と、前記分別容器において微粒子から分別された超微粒子を吐出させる吐出部とを備える超微粒子発生装置であって、前記分別容器は、前記微粒子発生ノズルにより発生させた微粒子を、この分別容器の下部まで導く整流部材と、前記整流部材により分別容器の下部まで導かれた微粒子の浮上を抑制し選別を行う微粒子選別プレートとを備えた構成としたものである。

特開平５−１８４９８９号公報

特開２００３−１０７４１号公報

しかしながら、特許文献１の構成のものは円錐形状のミスト供給部の開口から基板面全体に塗布液ミストを同時に噴霧する構成としているために、塗布液ミストを基板表面全体にわたって均一に供給することが難しい。例えば、ミスト供給部とミスト搬送配管との接続箇所（ミスト供給部の上端部）から最も近い基板表面の中央部と、その接続箇所から最も離れた基板周縁部とでは、塗布液ミストの流速、供給量や密度などが大きく相違している。そのため、基板表面において薄膜を均一に形成することが困難であった。特に、近年、基板サイズの大型化に伴って、さらに基板表面全体にわたって均一に塗布する要求も厳しくなり、上記構成では均一化を図ることが難しくなっている。

また、特許文献１の構成では、ミスト発生室内にキャリアガスを導入する構成としている。このキャリアガスによって、基板面への塗布開始や停止を制御行っている。このため、ミスト発生室から吐出部までの距離が長くなるために応答性が悪く、基板毎に塗布量が異なる場合が発生する場合があるという問題がある。

さらに、キャリアガスの流れに対して、塗布液ミストの噴霧流、粒径の小さい塗布液ミストの浮上流が同一方向でないために、ミスト発生室内でミストの対流が生じ、効率の良い薄膜形成ができないという課題もある。

また、引用文献２では塗布液の粒子径の均一化を図ることができるが、吐出部を分別容器上部に設けて、浮上粒子をその浮上力で吐出する構成している。なお分別容器内には塗布液を散布するノズルの吐出圧の他に、二次気体を整流部に供する構成としているが、ノズルより吐出され微粒化された粒子を整流部内のフィルタを通過させるためアシストと吐出圧を調整すると記載されている。この場合でも二次気体用の圧を大きくすると、微粒化されて浮上する粒子径を制御することが難しくなり、吐出量にむらが生じるという問題と、大量の吐出が困難であるという問題がある。

そこで本発明では、塗布液ミストを基板面上に均一に塗布して、膜厚制御も精度よく行える薄膜形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、塗布液を微粒化する微粒子発生ノズルと、前記微粒子発生ノズルにより生成した塗布液ミストを整流する整流部と、前記整流部で整流された塗布液ミストを浮上させることにより塗布液ミストを分別する分別部とを備えた分別室と、分別された塗布液ミストを吐出する吐出部と、前記分別室と吐出部とを接続するミスト搬送配管とから成り、前記吐出部にキャリアガスを供給するガス供給部と、前記キャリアガスと前記塗布液ミストを吐出するための幅方向に長いスリット状開口部とを備えた構成としたものである。

本発明の薄膜形成装置によれば、塗布液ミストを優れた面内均一性で基板表面に供給して均一な薄膜を形成することができる。

以下、図面を用いて本発明の薄膜形成装置（以下、塗布装置と称する）を説明する。

図１に本発明の塗布装置のノズル部近傍の構成を示す。
図において塗布ヘッド部は、大別するとミスト分別室３と、吐出部４と、ミスト分別室３と吐出部４とを連通するミスト搬送配管６とからなる。ミスト分別室は、その上部に設けた微粒子発生ノズル１と、微粒子発生ノズル１の下部に円錐形状のミスト整流部２とが設けてある。微粒子発生ノズル１は気体により塗布液を破砕微細化する二流体ノズル、もしくは超音波振動を利用した超音波アトマイジングノズルを使用している。この微粒子発生ノズル１には図示していない塗布液供給タンクから塗布液を供給する構成にしてある。なお、この微粒子発生ノズル１より噴出される塗布液の平均粒子径は１０μｍ以下にすることができる。

この微粒化発生ノズル１から噴霧された塗布液ミストは、円錐形状のミスト整流部２内に噴出され、このミスト整流部２の円錐形状に広がってミスト分別室３内に噴出される。ミスト分別室３では、塗布液ミストのうち粒子径の小さな粒子は上部側に移動し、粒子径の大きな粒子はミスト分別室３下部に集積する。このうちミスト分別室３上部に集まった粒子径の小さな塗布液ミストは、流速がほとんど０に近い状態でミスト搬送配管６を経由して吐出部４に送られる。吐出部４は、本図では分からないが、塗布する基板の幅方向に合わせて、幅方向に長い形状となっており、基板幅に合わせた開口部が設けてある。

このとき、吐出部４ではスリット状に開けられた開口部に向かって、スリットエアノズル５からアシスト用の気体が供給される。このアシスト用の気体を供給するスリットエアノズル５は、吐出部４の開口部に合わせて幅方向に供給量が均一になるように幅方向にスリットが設けてある。スリットエアノズル５からアシスト用の気体が供給されると吐出部４から塗布液ミストが、供給気体と共に基板７上に吐出される。このとき、吐出部４内はミスト分別室３で生成された均一な粒径のミストが幅方向に均一に分散しているため、基板幅方向に均一な塗布が可能となる。また基板７又は塗布ヘッド部を、基板７の縦方向に一定の速度で移動させることで基板面上に一定の厚さの膜を形成できるものである。

なお、ミスト分別室３内に噴霧された塗布液ミストの内、粒径の大きな粒子はミスト分別室の低部に一時貯留される。この貯留されたミストはドレン７を開くことによって、塗布液供給タンクへ戻され再び微粒子発生ノズル１に供給される。この構成とすることで、塗布液を循環して使用することができる。なお、ミスト分別室３に貯留されたミストを廃液として回収することも可能である。

前述のように、塗布液ミストを吐出する吐出部４にアシスト気体を供給するスリットエアノズル５を配置することによって、吐出部４からの塗布液ミストの吐出を精度良く制御することが可能となる。

また図１において、ミスト分別室３と吐出部４とを連通するミスと搬送配管６の断面積を吐出部４の開口断面積より小さく形成することで、吐出部４にアシスト気体を供給するとミスト搬送配管６側が負圧になり、ミスト分別室３からの吐出部４への流れが形成され、ミスト分別室３内の塗布液ミストが吐出部４に効率よく供給され、吐出部４より均一にミストを吐出することができる。

次に、他の実施例を、図２を用いて説明する。図２において、図１と異なる点は、ミスト分別室３と吐出部４とを連通するミスト搬送配管５の吐出部側に水車形状の回転弁９を設けた点である。この回転弁９の羽の一部がスリットエアノズル５の吐出した気体の流路中に掛かるように配置されている。従って、回転弁９がスリットエアノズル５の供給する気体により回転して、ミスト分別室３から吐出部４への流れを作り出し、塗布液ミストを均一に基板面上に吐出することができる。本構成の場合、回転弁の回転を利用して塗布液ミストを吐出部４に送るため、ミスト搬送配管６の断面積を吐出部４の開口断面より小さくする必要はない。

図３に第４実施例のノズル部近傍の構成を示す。

本図において、図１の構成と異なる点は、ミスト分別室３内に微粒子を吐出して整流する部分、即ち、微粒子発生ノズル１とミスト整流部２をミスト分別室３内であって、ミスト搬送配管６を配置した位置とは反対側の位置に近づけて配置した点である。このように、ミスト整流部２等の位置をミスト搬送配管６側より離すことで、ミスト分別室３のミスト搬送配管６の入り口側に大きな空間を確保でき、ミスト分別室内で浮上した粒子径の小さな粒子をミスト搬送配管６から吐出部４に効率よく供給できる。なお、本実施例において実施例２及び３の特徴点の構成を適用することで、さらに効率を向上できる点はいうまでもない。

図４に第５実施例のノズル部近傍の構成を示す。

本図において図３と異なる点は、ミスト整流部２の一部外壁面をミスト分別室３の内壁面に接触するまで、又はミスト分別室３の内壁面の一部をミスト整流部２に兼用（この場合、ミスト整流部は半円錐形状となる）するように、ミスト搬送配管６の反対側に寄せると共に、微粒子発生ノズル１の噴射方向を、ノズルの噴射角θの１／２だけミスト搬送配管側に傾けて配置してある。ミスト整流部２も当然のことながらノズル噴射角θになるようにθ／２だけ傾けてある。すなわち、ミスト整流部２の一部をミスト分別室３の内壁面に接する、または一部を兼用するように配置しているため、ミスト整流部２から吐出したミストがミスト分別室の内壁面に沿って流れるため、微粒化粒子が発生しやすい。また、ミスト分別室３ミスト分別室３のミスト搬送配管側の空間を広くすることができる。このようにミスト分別室３を広げることで、図３の構成よりもさらに、ミスト分別室内で浮上した粒子径の小さな粒子をミスト搬送配管６から吐出部４に効率よく供給できる。なお、本実施例において実施例２及び３の特徴点の構成を適用することで、さらに効率を向上できる点はいうまでもない。

図５に第６実施例のノズル部近傍の構成を示す。

図５において図１と異なる点はミスト分別室の底面の形状を流線型にした点である。このように、底面を流線型とするとすることでミスト粒子が浮上しやすくしてミスト搬送配管６から吐出部４に微粒子ミストを効率よく供給できるものである。また、本実施例においても第２および第３実施例の特徴点の構成を適用することで、さらに効率を向上できる。

図６は、第７実施例のミスト分別室を幅方向から見た断面を示したものである。

通常単一の微粒子発生ノズルの噴霧幅は３００ｍｍ以下である。このため、幅方向に広い範囲を塗布する場合には、噴霧幅毎に独立した整流部に微粒子発生ノズルを設ける必要がある。そこで、本実施例では、図に示すように、ミスト分別室３の幅方向（吐出部４の幅方向に略一致する）に複数の微粒子発生ノズル１を複数配置すると共に、微粒子発生ノズル１に合わせてミスト整流部２を設けた構成としたものである。なお、この配置において、隣接するミスト整流部２から噴出するミスト同士が干渉しないように、各微粒子発生ノズル１及びミスト整流部２は所定の間隔を開けて配置してある。このように、ミスト分別室３を吐出部４の幅方向に合わせて長く構成し、複数の微粒子発生ノズル１等を配置することで、ミスト分別室３内の幅方向のミストを均一化できる。さらに、ミスト搬送配管６も吐出部４の幅方向に合わせて幅方向に長い扁平形状としている。このように構成することで、吐出部４の幅方向にミストが均一に搬送され、且つ幅方向に均一な吐出が可能となる。

図７に第８実施例のノズル部近傍の構成を示す。
本図において図１と異なる点はミスト整流部２の一部２１が蛇腹状になっていて伸び縮みできる構成とした点と、ミスト分別室３も固定部３１と移動部３２の２つの部材から構成され伸び縮みできる構成とした点である。微粒子発生ノズル１から噴霧された塗布液ミストは、噴霧条件(例えば、塗布液の流量、粘度、噴出圧等）によって粒子径の小さい微粒子が浮上する距離が変化する。そのため、噴霧条件によって、ミスト整流部２の長さが調整できる構成としたものである。これより、塗布液ミストの使用効率が向上し、薄膜形成速度の向上及びスリットエアノズル５からのエア消費量を抑えることができる。また、塗布液ミストの飛翔距離に応じて分別容器の長さも調節できるように構成した。即ち、図示していないが、移動部３２が、固定部３２に沿ってスライドできるようにガイドが設けてある。これよっても、塗布液ミストの使用効率が向上し、薄膜形成速度の向上及びスリットエアノズルからのエア消費量を抑えることができる。

当然のことながら上記のように、ミスト整流部２又はミスト分別室３の、いずれか一方を伸縮させて調整することで説明したが、両者を変化させることで調整することも可能である。また、これら部材に駆動部を設けて、伸縮を自動的に行う構成とすることができる。

次に、これまで説明した各実施例の内、１つの塗布ヘッド部を備えた薄膜形成装置の全体構成を、図８を用いて説明する。

図８に薄膜形成装置の概略構成を示す。薄膜形成装置は、架台７２上に設けたＸ軸ステージ５７上にＹ軸ステージ５５が設けてあり、このＹ軸ステージ５５はＸ軸ステージ上に設けられたＸ軸駆動源５６によりＸ軸方向に移動されるよう構成してある。また、Ｙ軸ステージ５５上にはθ軸ステージ５８が設けてあり、このθ軸ステージ５８はＹ軸ステージ５５に設けたＹ軸駆動源５４によりＹ軸方向に移動できるように構成してある。θ軸ステージ５８上には、θ軸駆動源５３が設けてあり、このθ軸駆動源上に基板５２を吸着保持するための基板保持テーブル（吸着テーブルと言う場合もある）５１が取付けてある。すなわち吸着テーブル５１はθ軸駆動源によりθ方向に回転される。

このように、ＸＹθステージを積み上げた構成とすることで、基板を保持する吸着テーブル５１をＸＹθ方向に自由に移動させることができる。前述の各ステージを跨ぐように門型フレーム７１が架台７２上に設けてあり、この門型フレーム７１の門の略中央部にＺ軸ステージ６２が取付けられ、このＺ軸ステージ６２がＺ軸駆動源６１によってＺ軸方向（上下方向）に移動できるようになっている。このＺ軸ステージ６２に固定してあるヘッド取付け部材６３に整流部２、ミスト分別室３、吐出部４などから構成される塗布ヘッド部１０が、吸着テーブル５１に対向する方向に吐出部４を向けて固定されている。

なお図示していないが、吸着テーブル５１は、負圧による吸引吸着、又は静電気による静電吸着等の機構を備えている。基板５２を固定した吸着ステージ５１が所定の速度でＹ軸方向に塗布装置１０のスリット部３３を通過するときに塗布液ミストを吐出することで、基板表面に一様の厚さで塗布液を塗布することができる。なお、塗布液の吐出制御のために、図示していない基板の進入検出等の各種センサが吸着ステージ５１の周囲又は上部に配置してある。

上記実施例の構成では、基板を搭載するテーブルを移動して塗布ヘッド部を停止状態として基板面上に塗布液を散布して薄膜を形成することで説明した。これに換えて、塗布ヘッドを取り付けてある門型フレーム７１をＹ軸方向に移動できるようにして、基板を搭載したテーブルを停止状態にして、塗布ヘッドから塗布液を噴出しながら門型フレームを一定速度で移動させる構成としても同様に塗布することができる。

本発明の一実施例を示す塗布装置のノズル部近傍の概略図である。本発明の一実施例を示す塗布装置のノズル部近傍の概略図である。本発明の一実施例を示す塗布装置のノズル部近傍の概略図である。本発明の一実施例を示す塗布装置のノズル部近傍の概略図である。本発明の一実施例を示す塗布装置のノズル部近傍の概略図である。本発明の一実施例を示す塗布装置のノズル部近傍の概略図である。本発明の一実施例を示す塗布装置のノズル部近傍の概略図である。本発明における薄膜形成装置のノズル部近傍の概略図である。

符号の説明

１…微粒化発生ノズル、２…整流部、３…ミスト分別部、４…吐出部、５…スリットエアノズル、６…ミスト搬送配管、７…ドレン弁、８…基板、９…回転弁、１０…塗布装置、３３…スリット部、５１…基板保持テーブル、５２…基板、５３…θ軸駆動源、５４…Ｙ軸駆動源、５５…Ｙ軸ステージ、５６…Ｘ軸駆動源、５７…Ｘ軸ステージ、５８…θ軸ステージ、６１…Ｚ軸駆動源、６２…Ｚ軸ステージ、６３…ヘッド取付け部材、７１…門型フレーム。

Claims

塗布液ミストを基板表面に供給して、前記基板表面上に塗布液の薄膜を形成する薄膜形成装置において、
塗布液を微粒化する微粒子発生ノズルと、前記微粒子発生ノズルにより生成した塗布液ミストを整流する整流部と、前記整流部で整流された塗布液ミストを浮上させることにより塗布液ミストを分別する分別部とを備えた分別室と、
分別された塗布液ミストを吐出する吐出部と、前記分別室と吐出部とを接続するミスト搬送配管とから成り、
前記吐出部がキャリアガスを供給するガス供給部と、前記キャリアガスと前記塗布液ミストを吐出するためのスリット状開口部とを備えた構成としたことを特徴とする薄膜形成装置。
請求項１に記載の薄膜形成装置において、
前記ミスト搬送配管の断面積が前記吐出部の断面積より小さく形成したことを特徴とする薄膜形成装置。
請求項１に記載の薄膜形成装置において、
前記ミスト搬送配管と吐出部との間に回転弁を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置において、
前記ミスト分別室に塗布ミストを噴霧する微粒子発生ノズルが、ミスト分別室の入射面の中央部よりミスト分別室と吐出部を連通するミスト搬送配管と対面する側から入射することを特徴とする薄膜形成装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置において、
前記ミスト分別室に塗布液ミストを噴霧する微粒子発生ノズルが、ミスト分別室の入射面の垂線に対して、微粒子発生ノズルの噴射角を２分の１の角度傾斜させることを特徴とする薄膜形成装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置において、
ミスト分別室に塗布液ミストを噴霧する微粒子発生ノズルの入射面に対向する面の形状が流線型であることを特徴とする薄膜形成装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜形成装置において、ミスト分別室内に複数の微粒子発生ノズルと、前記微粒子発生ノズル毎に塗布液ミスト整流部を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置において、塗布液ミスト噴霧方向に対する塗布液ミスト整流部の長さを、可変できる構成としたことを特徴とする薄膜形成装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置において、塗布液ミスト噴霧方向に対するミスト分別室の長さを可変できる構成としたことを特徴とする薄膜形成装置。