JP2013095938A - Film deposition apparatus and film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、成膜装置および成膜方法に関し、特に、微粒子化した成膜材料を堆積させて成膜する成膜装置および成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method, and more particularly to a film forming apparatus and a film forming method for forming a film by depositing a fine film forming material.
半導体、ディスプレイおよび太陽電池などの分野で、透明導電膜が広く利用されている。透明導電膜としては、STO(チタン酸ストロンチウム)およびITO(Snドープ酸化インジウム)などの金属酸化物からなるものが主流である。透明導電膜は、一般的に、スパッタリング法、蒸着法、および、有機金属化合物を用いた有機金属化学気相成長法などを用いて成膜される。 Transparent conductive films are widely used in fields such as semiconductors, displays, and solar cells. As the transparent conductive film, those made of metal oxides such as STO (strontium titanate) and ITO (Sn-doped indium oxide) are mainly used. The transparent conductive film is generally formed using a sputtering method, a vapor deposition method, a metal organic chemical vapor deposition method using an organic metal compound, or the like.
スパッタリング法および蒸着法においては、真空プロセスで成膜するため、真空容器などの真空雰囲気を形成して維持する設備が必要となる。有機金属化学気相成長法においては、原料として用いる有機金属化合物が爆発性および毒性を有するため、機密性の高い設備が必要となる。このため、上記の成膜方法を行なうためには、高価な成膜装置が必要となる。 In the sputtering method and the vapor deposition method, since a film is formed by a vacuum process, an equipment for forming and maintaining a vacuum atmosphere such as a vacuum vessel is required. In the organometallic chemical vapor deposition method, since the organometallic compound used as a raw material has explosiveness and toxicity, a highly confidential facility is required. For this reason, in order to perform the film forming method described above, an expensive film forming apparatus is required.
そこで、従来とは異なる成膜方法としてミスト法が提案されている。ミスト法は、原料金属を溶質として含む溶媒を霧化して基板上に噴霧することによって成膜する方法である。 Therefore, a mist method has been proposed as a film forming method different from the conventional one. The mist method is a method of forming a film by atomizing a solvent containing a raw material metal as a solute and spraying it on a substrate.
ミスト法においては、大気圧で成膜することができるため、真空容器およびポンプ類などの製造設備が不要である。また、ミスト法においては有機金属化合物のような危険物質を用いないため、簡易な構成で安価な成膜装置を使用することができる。 In the mist method, a film can be formed at atmospheric pressure, so that no manufacturing equipment such as a vacuum vessel and pumps is required. In addition, since a dangerous substance such as an organometallic compound is not used in the mist method, an inexpensive film forming apparatus with a simple configuration can be used.
均一な膜厚で成膜するために、噴射するガスの流量を切り替える成膜方法を開示した先行文献として、特開2010−229460号公報(特許文献1)がある。特許公報1に記載された成膜方法においては、基板面の成膜すべき有効領域にノズルが対向しているときに紛体を含んだガスを所定の流量で噴射し、有効領域以外の無効領域にノズルが対向しているときに所定の流量より大きな流量でガスを噴射している。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-229460 (Patent Document 1) is a prior document that discloses a film forming method for switching the flow rate of a gas to be injected in order to form a film with a uniform film thickness. In the film forming method described in
複数のノズルを用いて成膜する場合、各ノズルから噴霧されるミストの流量はばらつきを有する。また、ノズルの噴霧流量は経時的に変化する。そのため、複数のノズルを用いて基板上に均一な膜厚の膜を成膜することは困難であった。 When a film is formed using a plurality of nozzles, the flow rate of mist sprayed from each nozzle varies. Further, the spraying flow rate of the nozzle changes with time. Therefore, it has been difficult to form a film with a uniform thickness on the substrate using a plurality of nozzles.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、基板上に成膜される膜の厚さの均一性を向上できる、成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of improving the uniformity of the thickness of a film formed on a substrate. .
本発明に基づく成膜装置は、微粒子化した成膜材料を基板上に堆積させて成膜する成膜装置である。成膜装置は、筐体と、筐体の内部に成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する複数の噴霧機構と、複数の噴霧機構の基板上への成膜量を所定の範囲に収めるように調節する調節手段とを備える。調節手段は、複数の噴霧機構の各々の基板上への成膜量を調節する、または、基板上への成膜量に関して複数の群に分けられた複数の噴霧機構においてこの複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に基板上への成膜量を調節する。 A film forming apparatus according to the present invention is a film forming apparatus that deposits a fine film forming material on a substrate to form a film. The film forming apparatus includes a housing, a plurality of spray mechanisms for spraying mist obtained by atomizing a film forming material into the housing, and a film deposition amount on the substrate of the plurality of spray mechanisms within a predetermined range. And adjusting means for adjusting. The adjusting unit adjusts the film formation amount on each substrate of the plurality of spray mechanisms, or each of the plurality of groups in a plurality of spray mechanisms divided into a plurality of groups with respect to the film formation amount on the substrate. The amount of film formation on the substrate is adjusted for each spray mechanism included in.
本発明の一形態においては、複数の噴霧機構の各々はスプレーノズルからなる。スプレーノズルは、成膜材料を圧縮空気により微粒子化したミストを噴霧する。 In one form of the present invention, each of the plurality of spray mechanisms comprises a spray nozzle. A spray nozzle sprays the mist which atomized the film-forming material with compressed air.
本発明の一形態においては、調節手段は、圧縮空気の流量を調節することにより基板上への成膜量を調節する。 In one embodiment of the present invention, the adjusting means adjusts the amount of film formation on the substrate by adjusting the flow rate of the compressed air.
本発明の一形態においては、調節手段は、成膜材料の溶液の圧力を調節することにより基板上への成膜量を調節する。 In one embodiment of the present invention, the adjusting means adjusts the amount of film formation on the substrate by adjusting the pressure of the film forming material solution.
本発明の一形態においては、成膜装置は、スプレーノズルを基板に対して接近または離隔するように動作させる駆動機構をさらに備える。調節手段は、駆動機構によりスプレーノズルと基板との間の距離を調節することにより基板上への成膜量を調節する。 In one embodiment of the present invention, the film forming apparatus further includes a drive mechanism that operates the spray nozzle so as to approach or separate from the substrate. The adjusting means adjusts the amount of film formation on the substrate by adjusting the distance between the spray nozzle and the substrate by the driving mechanism.
本発明の一形態においては、成膜装置は、スプレーノズルを冷却する冷却手段をさらに備える。 In one embodiment of the present invention, the film forming apparatus further includes a cooling unit that cools the spray nozzle.
本発明の一形態においては、冷却手段は、駆動機構によるスプレーノズルの動作に連動して基板に対して接近または離隔する。 In one form of this invention, a cooling means approaches or leaves | separates with respect to a board | substrate in response to operation | movement of the spray nozzle by a drive mechanism.
本発明に基づく成膜方法は、成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する複数の噴霧機構の基板上への成膜量を所定の範囲に収めるように調節する調節工程と、調節工程後に、複数の噴霧機構により微粒子化したミストを噴霧する噴霧工程とを備える。調節工程において、複数の噴霧機構の各々の基板上への成膜量を調節する、または、基板上への成膜量に関して複数の群に分けられた複数の噴霧機構においてこの複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に基板上への成膜量を調節する。 The film forming method according to the present invention includes an adjustment step of adjusting a film formation amount on a substrate of a plurality of spray mechanisms for spraying mist obtained by atomizing a film formation material into a predetermined range, and after the adjustment step, A spraying step of spraying mist that has been atomized by a plurality of spraying mechanisms. In the adjusting step, the amount of film formation on each substrate of the plurality of spray mechanisms is adjusted, or each of the plurality of groups in a plurality of spray mechanisms divided into a plurality of groups with respect to the amount of film formation on the substrate The amount of film formation on the substrate is adjusted for each spray mechanism included in.
本発明によれば、基板上に成膜される膜の厚さの均一性を向上できる。 According to the present invention, the uniformity of the thickness of the film formed on the substrate can be improved.
以下、本発明の一実施形態に係る成膜装置について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。本実施形態においては、薄膜太陽電池などに用いられる透明導電膜の成膜を例に説明するが、本発明は様々な膜の成膜に応用可能である。 Hereinafter, a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. In the following description of the embodiments, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. In the present embodiment, film formation of a transparent conductive film used for a thin film solar cell will be described as an example, but the present invention can be applied to film formation of various films.
図1は、本発明の一実施形態に係る成膜装置の構成を示す側面図である。図2は、本実施形態に係る成膜装置に含まれる成膜室の構成を示す断面図である。図3は、図2の成膜室を矢印III方向から見た図である。なお、図3においては、噴霧機構を簡略に図示している。 FIG. 1 is a side view showing a configuration of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a film forming chamber included in the film forming apparatus according to the present embodiment. FIG. 3 is a view of the film forming chamber of FIG. 2 as viewed from the direction of arrow III. In FIG. 3, the spray mechanism is illustrated in a simplified manner.
図1に示すように、本発明の実施形態1に係る成膜装置10は、基板200が投入される投入部11と、基板200が予熱される予熱部12と、基板200が成膜処理される成膜部13と、基板200が冷却される徐冷部14と、基板200が取り出される取出し部15とを有している。
As shown in FIG. 1, a
図1から3に示すように、成膜装置10は、基板200を搬送経路に沿って搬送する搬送手段である搬送コンベア110を備える。搬送コンベア110は、投入部11、予熱部12、成膜部13、徐冷部14および取出し部15に亘って設けられている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
搬送コンベア110は、基板200が載置される搬送ベルト111と、搬送ベルト111が巻き掛けられたプーリ112と、プーリ112を駆動させる駆動軸113と、駆動軸113に動力を付与する図示しないモータとから構成されている。搬送ベルト111は、耐熱性を有する金属または樹脂から形成されている。
The
基板200は、搬送コンベア110により矢印114で示す方向に搬送される。すなわち、本実施形態に係る成膜装置10においては、基板200の搬送経路は平面視において直線状である。ただし、搬送経路は直線状に限られず、搬送経路が平面視において屈曲していてもよいし、曲線状であってもよい。
The
また、成膜装置10は、搬送経路中に並ぶように位置する複数の成膜室100(100a,100b,100c,100d)を備える。具体的には、基板200の搬送方向の上流側から順に、成膜室100a、成膜室100b、成膜室100c、成膜室100dが設けられている。本実施形態においては、4つの成膜室100(100a,100b,100c,100d)が設けられているが、1つ以上の成膜室100が設けられていればよい。
The
さらに、成膜装置10は、複数の成膜室100のうち隣接する成膜室同士を繋ぐように搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、複数の成膜室100を順次通過する基板200を取り囲んで加熱する加熱炉120を備える。図3に示すように、筐体150の下部が、加熱炉120に覆われている。
Further, the
トンネル状の加熱炉120の上部に開口が設けられ、その開口内に筐体150が組み込まれている。加熱炉120は、4つの成膜室100(100a,100b,100c,100d)に亘って設けられている。加熱炉120は、基板200を予熱するために、基板200の搬送方向の上流側に位置する成膜室100aより上流側から設けられている。すなわち、加熱炉120は、予熱部12および成膜部13に亘って設けられている。
An opening is provided in the upper part of the tunnel-shaped
基板200は、搬送コンベア110により加熱炉120内を搬送されつつ加熱される。基板200に成膜する際には、加熱炉120内は、ほぼ同一の温度、たとえば550℃に維持されている。
The
本実施形態に係る成膜室100においては、微粒子化した成膜材料160を基板200上に堆積させて成膜する。図2に示すように、成膜室100には、筐体150と、筐体150の内部に成膜材料160を微粒子化したミストを噴霧する噴霧機構が設けられている。
In the
筐体150は、側壁の1つに、ミストを排気するための排気口152を有している。図1に示すように、排気口152には、接続管310の一端が接続されている。接続管310の他端は、排気されたミストを無害化処理するガス処理手段である除害装置300に接続されている。
The
図2に示すように、筐体150は、キャリアガス170が導入される導入口151を有している。また、筐体150は、筐体150内を3つの空間に分割する仕切壁154を有している。第1の空間は、噴霧機構の一部が配置される噴霧機構配置空間158である。第2の空間は、噴霧機構からミストが噴霧されるミスト噴霧空間159である。第3の空間は、排気口152と繋がっている排気空間153である。
As shown in FIG. 2, the
筐体150は、ミスト噴霧空間159からミストを基板200上に流動可能とする、基板200と対向する開放部を有している。開放部は、筐体150の下部に形成されている。図1,3に示すように、開放部は、加熱炉120内に位置している。搬送コンベア110により搬送されている基板200と筐体150の開放部との間には、所定の間隙が設けられている。
The
噴霧機構は、成膜材料160を圧縮空気により微粒子化して噴霧するスプレーノズル130からなる。複数の噴霧機構は、噴霧口を各々有する。具体的には、図示しないコンプレッサーからの圧縮空気により、タンク140に貯溜されている成膜材料160の溶液を加圧して通路141を通過させ、スプレーノズル130の噴霧口から微粒子化したミストを噴霧する。筐体150には、スプレーノズル130の位置に対応して開口155が形成されている。
The spray mechanism includes a
スプレーノズル130の端部に、スプレーノズル130を冷却する冷却手段である冷却ジャケット131が取り付けられている。冷却ジャケット131は図示しない冷却水供給管と接続され、冷却ジャケット131の内部では冷却水が循環している。
A cooling
また、成膜室100には、スプレーノズル130の先端に取り付けられた筒状の整流部材132が設けられている。本実施形態においては、整流部材132は、内側面に位置してミストを整流するテーパ状の整流部134を有している。ただし、整流部134の形状はこれに限られず、たとえば、ラッパ状の形状を有していてもよい。
Further, the
整流部材132は、整流部材132の外側面の一部に接続された図示しない接続部材が冷却ジャケット131の外側面の一部に接続されることにより、冷却ジャケット131に取り付けられている。
The rectifying
スプレーノズル130は、成膜材料160の溶液と圧縮空気との2流体を混合してミストを噴霧する2流体スプレーノズルである。ここで、ミストとは、平均粒子経が0.1μm以上100μm以下の液滴が気体中に分散された状態のものをいう。ミストの平均粒子径は、液浸法によって算出された値とする。
The
ただし、噴霧機構はスプレーノズル130に限られず、超音波を用いてミストを発生させるものでもよい。超音波振動子によってミストを発生させる場合、スプレーノズル130によりミストを発生させる場合に比べて、ミストの平均粒子径を均一にできるため、発生させたミスト同士が基板200に到達する前に凝集することを抑制できる。
However, the spray mechanism is not limited to the
図3に示すように、複数のスプレーノズル130は、筐体150内において、基板200と対向して互いに間隔を置いて基板200の搬送方向と直交する方向に並んでいる。図3においては、ピッチLpで3つのスプレーノズル130を配置しているが、スプレーノズル130の数は3つに限られず複数であればよい。
As shown in FIG. 3, the plurality of
設けられるスプレーノズル130の数は、基板200の成膜処理の所望のタクトタイムを満たすために必要な単位時間当たりのミストの噴霧量、または、成膜処理を行なううえで必要な成膜速度に応じて適宜変更される。
The number of
スプレーノズル130の噴霧口と基板200の上面との間の距離Lhに対して加熱炉120の上端と基板200との間の距離はLh/4に設定されている。
The distance between the upper end of the
なお、後述する導入口151から導入されるキャリアガス170の一部は、スプレーノズル130を冷却するためにスプレーノズル130に対して送られる。スプレーノズル130にキャリアガス170を送るために、スプレーノズル130の近傍に図示しない冷却ファンが配置されている。スプレーノズル130は、冷却ファンにより空冷される。さらに、スプレーノズル130は上述の冷却ジャケット131により水冷される。
A part of the
このように、スプレーノズル130の近傍を冷却することにより、スプレーノズル130から噴き付けられる前の成膜材料160の溶液が沸点以下の温度まで冷却される。より好ましくは、成膜材料160の溶液が室温程度まで冷却される。
In this way, by cooling the vicinity of the
この冷却により、成膜材料160の溶液中の溶媒がスプレーノズル130内において揮発することを抑制できるため、噴き付けられる成膜材料160の溶液の濃度を一定に保つことができる。また、スプレーノズル130内において成膜材料160の溶液中の溶媒が揮発することによる成膜材料160の固化を抑制できる。
By this cooling, since the solvent in the solution of the
その結果、一定の濃度の成膜材料160を用いて成膜できるため、基板200上に成膜される膜の品質を安定させることができる。また、固化した成膜材料160によるスプレーノズル130の目詰まりを抑制することができる。
As a result, since the film can be formed using the
成膜材料160の溶液としては、亜鉛、スズ、インジウム、カドミウムおよびストロンチウムからなる群より選択される無機材料の塩化物を、溶媒に溶解させた溶液を用いることができる。溶媒としては、水、メタノール、エタノールおよびブタノールなどを用いることができる。このような成膜材料160の溶液としては、たとえば、酢酸亜鉛を含む水溶液、酸化インジウム錫を含む水溶液および酸化錫を含む水溶液などを用いることができる。
As a solution of the
ただし、成膜材料160の溶液としてはこれに限られず、種々の溶液を用いることができる。成膜材料160の溶液の濃度は特に限定されないが、たとえば、0.1mol/L以上3mol/L以下の濃度である。
However, the solution of the
ここで、筐体150内におけるガスの流動経路について説明する。まず、導入口151から、たとえば圧縮空気からなるキャリアガス170が筐体150のミスト噴霧空間159内に導入される。ミスト噴霧空間159内に導入されたキャリアガス170は、矢印171で示す向きに流動する。キャリアガス170としては、たとえば、窒素、酸素、水素およびこれらの混合ガスを用いることができる。
Here, the flow path of the gas in the
スプレーノズル130からミストが、矢印161で示す向きに噴霧領域162中に噴霧される。ミストとキャリアガス170とは、混合領域181において互いに混合されて混合ミストとなる。混合ミストは、矢印182で示す向きに流動して開放部に到達する。混合ミストは、開放部から基板200の主面上に噴き付けられる。ミストを含む混合ミストが基板200上に噴き付けられる領域を、噴き付け領域Xと称する。
Mist is sprayed from the
噴き付け領域Xに到達した混合ミストは、基板200の主面に沿って流動する。具体的には、仕切壁154の一部であって基板200の主面と対向している対向面と、基板200の主面との間を矢印183で示す向きに混合ミストが流動する。混合ミストが矢印183で示す向きに流動する領域を、流路領域Yと称する。
The mixed mist that has reached the spray region X flows along the main surface of the
流路領域Yを通過した混合ミストは、排気空間153内を矢印184で示す向きに流動する。このように混合ミストが基板の主面上から排気口152に向かう領域を、排気領域Zと称する。排気空間153内を通過して排気口152に到達した混合ミストは、除害装置300により無害化されて排気ガス180として外部に放出される。なお、図2においては、除害装置300を図示していない。
The mixed mist that has passed through the flow path region Y flows in the direction indicated by the
上記の噴き付け領域Xと流路領域Yと排気領域Zとから開放部が構成されている。ミストは、複数の成膜室100(100a,100b,100c,100d)の各々において、噴霧機構から開放部を通過して排気口152に向けて流動する。
The spray area X, the flow path area Y, and the exhaust area Z constitute an open portion. In each of the plurality of film forming chambers 100 (100a, 100b, 100c, 100d), the mist flows from the spray mechanism through the opening portion toward the
なお、排気口152においては、導入口151から導入されるキャリアガス170の3倍〜10倍程度大きな流量で混合ミストを排気している。ただし、導入されるキャリアガス170の流量および混合ミストの排気流量は適宜設定される。
In the
図1に示すように、成膜室100aにおいて、矢印400で示すようにミストが流動する。成膜室100bにおいて、矢印410で示すようにミストが流動する。成膜室100cにおいて、矢印420で示すようにミストが流動する。成膜室100dにおいて、矢印430で示すようにミストが流動する。
As shown in FIG. 1, mist flows in the
上記のようにミストが流動している状態で、開放部の近傍を基板200が通過することにより、基板200が成膜処理される。本実施形態の成膜装置10においては、開放部の近傍を基板200が通過するように搬送コンベア110が設けられている。
As described above, the
基板200は、搬送コンベア110により、複数の成膜室100(100a,100b,100c,100d)の各々において、噴き付け領域X、流路領域Yおよび排気領域Zを順に通過するように搬送される。基板200は、噴き付け領域X、流路領域Yおよび排気領域Zを通過する間に、主面上に成膜材料160の微粒子が堆積することにより成膜される。
The
たとえば、基板200には、アルカリバリア層としてSiO2膜、および、透明導電膜としてTCO(Transparent Conductive Oxide)などの複数の膜が形成される。なお、アルカリバリア層は、基板200に含まれるアルカリ分による太陽電池の性能低下を防止するためのものである。そのため、基板200がアルカリ分を多く含まない材質からなる場合、アルカリバリア層を形成しなくてもよい。
For example, the
このように基板200上に異なる種類の膜を形成する場合は、複数の成膜室100(100a,100b,100c,100d)において、種々のミストが用いられる。たとえば、成膜室100aにおいてSiO2を成膜材料160とするミストを用い、成膜室100bにおいてSnO2を成膜材料160とするミストを用いる。
When different types of films are formed on the
SnO2からなる透明導電膜を形成する場合には、加熱炉120内の温度は、450℃以上600℃以下であることが好ましく、520℃以上580℃以下であることがより好ましい。
When forming a transparent conductive film made of SnO 2 , the temperature in the
加熱炉120内の温度が450℃未満である場合、基板200上に付着した混合ミストの乾燥時間が長くなることにより成膜レートが著しく低下する。一方、加熱炉120内の温度が600℃より高い場合、混合ミストの一部において基板200上に到達する前に混合ミストに含まれる溶媒が揮発して成膜性能を失うことにより、基板200上に到達する混合ミストの量が低下して成膜レートが著しく低下する。
When the temperature in the
また、スプレーノズル130の噴霧圧力、キャリアガス170の流量および排気流量を適切に設定することにより、混合ミストを安定して基板200の上面に到達させることができる。
Further, by appropriately setting the spray pressure of the
上記の構成により発生した混合ミストにより基板200上に均一な膜を形成するためには、混合ミストを基板200上の全体に到達させる必要がある。ここで、スプレーノズル130の噴霧領域について説明する。
In order to form a uniform film on the
図4は、本実施形態に係る成膜装置に用いたスプレーノズルの噴霧領域の外形を示す模式図である。成膜材料160の溶液として、0.9mol/LのSnCl4・5H2Oと、0.3mol/LのNH4Fと、30体積%のHClと、2.5体積%のメタノールとを含む水溶液を用いた。この水溶液の沸点は、約70℃程度であった。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the outer shape of the spray region of the spray nozzle used in the film forming apparatus according to the present embodiment. As a solution of the
図4に示すように、スプレーノズル130の噴霧領域162は、スプレーノズル130の噴霧口から距離Lh離れた地点において、楕円形状の外形を有している。
As shown in FIG. 4, the
具体的には、長径の長さがLW、短径の長さがLTである楕円形状を有している。すなわち、噴霧領域162は、長径に平行な長手方向と、短径に平行な短手方向とを有している。図4中の0点は、長径と短径との交点であって、スプレーノズル130の中心の鉛直方向における直下の位置である。
Specifically, the length of the major axis has a L W, elliptical length of the minor axis is L T. That is, the
図5は、本実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。図6は、本実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の短手方向における相対噴付強度を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the relative spray strength in the longitudinal direction of the spray region of the spray nozzle according to the present embodiment. FIG. 6 is a graph showing the relative spray strength in the short direction of the spray region of the spray nozzle according to the present embodiment.
図5においては、縦軸に相対噴付強度(%)、横軸に噴霧領域の長手方向における0点からの位置(mm)を示している。図6においては、縦軸に相対噴付強度(%)、横軸に噴霧領域の短手方向における0点からの位置(mm)を示している。 In FIG. 5, the vertical axis represents the relative spray strength (%), and the horizontal axis represents the position (mm) from the zero point in the longitudinal direction of the spray region. In FIG. 6, the vertical axis represents the relative spray strength (%), and the horizontal axis represents the position (mm) from the zero point in the short direction of the spray region.
図5に示すように、Lh=300mmの地点においては、スプレーノズル130の噴霧領域162の長手方向における相対噴付強度は、0点から離れるに従って上昇して100%になった後、さらに0点から離れるに従って下降して0%になっている。
As shown in FIG. 5, at the point where L h = 300 mm, the relative spray strength in the longitudinal direction of the
図6に示すように、Lh=300mmの地点においては、スプレーノズル130の噴霧領域162の短手方向における相対噴付強度は、0点において100%であり、0点から離れるに従って下降して0%になっている。
As shown in FIG. 6, at the point where L h = 300 mm, the relative spray strength in the short direction of the
このように、噴霧領域162内において、スプレーノズル130の中心の直下より端部の方がミストの噴付強度が弱くなる。この傾向は、複数のスプレーノズル130を設けた場合にも同様である。
Thus, in the
図7は、第1比較例として、ピッチを100mmとして11ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図8は、第2比較例として、ピッチを120mmとして9ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図9は、第3比較例として、ピッチを150mmとして8ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing, as a first comparative example, comparative spraying strength in the longitudinal direction of the spray area when 11 spray nozzles are arranged with a pitch of 100 mm so that the longitudinal direction of each spray area is in a line. It is. FIG. 8 is a graph showing the comparative spraying intensity in the longitudinal direction of the spray area when nine spray nozzles are arranged so that the longitudinal direction of each spray area is in a line as a second comparative example with a pitch of 120 mm. It is. FIG. 9 is a graph showing the comparative spraying intensity in the longitudinal direction of the spray area when the spray nozzle is arranged so that the longitudinal direction of each spray area is in a line with a pitch of 150 mm as a third comparative example. It is.
図7〜9においては、縦軸に比較噴付強度(%)、横軸に、一列に配置された噴霧領域の長手方向における0点からの位置(mm)を示している。なお、比較噴付強度(%)は、上記の1ヶのスプレーノズルの相対噴付強度の最大値を100%として、複数のスプレーノズルを各ピッチで配置したときの噴付強度を示している。 7 to 9, the vertical axis represents the comparative spraying intensity (%), and the horizontal axis represents the position (mm) from the zero point in the longitudinal direction of the spray region arranged in a line. The comparative spray strength (%) indicates the spray strength when a plurality of spray nozzles are arranged at each pitch, with the maximum value of the relative spray strength of one spray nozzle as 100%. .
図7〜9に示すように、Lh=300mmの地点においては、ピッチを120mmとしてスプレーノズルを配置した場合に、噴霧領域の長手方向における比較噴付強度が比較的均一になっていた。 As shown in FIGS. 7 to 9, at the point where L h = 300 mm, when the spray nozzle was arranged with a pitch of 120 mm, the comparative spraying strength in the longitudinal direction of the spray region was relatively uniform.
第1から第3比較例の成膜装置のように、複数のスプレーノズル130を配置して成膜する場合、各スプレーノズル130の噴霧量にはばらつきがある。また、スプレーノズル130の噴霧量は経時的に変化する。
When forming a film by arranging a plurality of
図10は、20本の噴霧開始直後のスプレーノズル130の噴霧量(L/hr)をと圧縮空気消費量(L/min)を調査した結果を示す図である。図10に示すように、噴霧開始直後のスプレーノズル130の噴霧量には、±10%程度のばらつきがある。
FIG. 10 is a diagram showing the results of examining the spray amount (L / hr) of the
スプレーノズル130の噴霧量の経時変化は、スプレーノズル130を構成する材料によって異なる。たとえば、ハステロイ(登録商標)からなるスプレーノズルと、ハステロイ(登録商標)およびアルミナからなるスプレーノズルとにおいて、上記の成膜材料160の溶液を噴霧した場合の噴霧量の経時変化が異なる。
The change over time in the spray amount of the
図11は、ハステロイ(登録商標)からなるスプレーノズルと、ハステロイ(登録商標)およびアルミナからなるスプレーノズルとにおいてミストを噴霧した際の噴霧量の経時変化を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing the change over time in the spray amount when mist is sprayed in a spray nozzle made of Hastelloy (registered trademark) and a spray nozzle made of Hastelloy (registered trademark) and alumina.
図11に示すように、ハステロイ(登録商標)からなるスプレーノズルでは、噴霧開始時の噴霧量に比較して、噴霧開始後40時間経過時の噴霧量が約25%増加した。一方、ハステロイ(登録商標)およびアルミナからなるスプレーノズルでは、噴霧量は略一定であった。これは、ハステロイ(登録商標)からなるスプレーノズルにおいては、ノズルの内部がミストにより腐食されてノズルの口径が大きくなったためである。このように、スプレーノズルの噴霧量は、スプレーノズルの構成材料によって経時変化の度合いが異なる。 As shown in FIG. 11, in the spray nozzle made of Hastelloy (registered trademark), the spray amount after 40 hours from the start of spraying increased by about 25% compared to the spray amount at the start of spraying. On the other hand, in the spray nozzle made of Hastelloy (registered trademark) and alumina, the spray amount was substantially constant. This is because in the spray nozzle made of Hastelloy (registered trademark), the inside of the nozzle is corroded by mist and the nozzle diameter is increased. Thus, the amount of change with time of the spray amount of the spray nozzle differs depending on the constituent material of the spray nozzle.
スプレーノズルの噴霧量は、他のファクターによっても異なってくる。図12は、スプレーノズルの噴霧量およびミスト径と圧縮空気の圧力との関係を示す図である。図13は、スプレーノズルの噴霧量およびミスト径と成膜材料の溶液の圧力との関係を示す図である。図14は、スプレーノズルの噴霧量およびミスト径とスプレーノズルのノズル径との関係を示す図である。 The spray amount of the spray nozzle varies depending on other factors. FIG. 12 is a diagram illustrating the relationship between the spray amount of the spray nozzle, the mist diameter, and the pressure of the compressed air. FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the spray amount and mist diameter of the spray nozzle and the pressure of the film forming material solution. FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the spray amount and mist diameter of the spray nozzle and the nozzle diameter of the spray nozzle.
図12においては、縦軸に噴霧量およびミスト径、横軸に圧縮空気の圧力を示している。図13においては、縦軸に噴霧量およびミスト径、横軸に成膜材料の溶液の圧力を示している。図14においては、縦軸に噴霧量およびミスト径、横軸にスプレーノズルのノズル径を示している。図12〜14においては、噴霧量を点線で、ミスト径を実線で示している。 In FIG. 12, the vertical axis represents the spray amount and the mist diameter, and the horizontal axis represents the pressure of the compressed air. In FIG. 13, the vertical axis represents the spray amount and the mist diameter, and the horizontal axis represents the pressure of the film forming material solution. In FIG. 14, the vertical axis represents the spray amount and the mist diameter, and the horizontal axis represents the nozzle diameter of the spray nozzle. 12 to 14, the spray amount is indicated by a dotted line, and the mist diameter is indicated by a solid line.
図12に示すように、成膜材料160の溶液と混合される圧縮空気の圧力が高くなるに従って、噴霧されるミストの径は小さくなる。また、圧縮空気の圧力が高くなるに従って、スプレーノズルの噴霧量は、ある程度増加した後、減少する。
As shown in FIG. 12, as the pressure of the compressed air mixed with the solution of the
図13に示すように、成膜材料160の溶液の圧力が高くなるに従って、噴霧されるミストの径は大きくなり、スプレーノズルの噴霧量は増加する。図14に示すように、スプレーノズルのノズル径が大きくなるに従って、噴霧されるミストの径は大きくなり、スプレーノズルの噴霧量は僅かに増加する。
As shown in FIG. 13, as the pressure of the solution of the
上記のように、スプレーノズルの噴霧量に相関を有するファクターとして、圧縮空気の圧力および成膜材料の溶液の圧力がある。これらのファクターについて制御することにより、スプレーノズルから所望の噴霧量でミストを噴霧させることができる。複数のスプレーノズル130に所望の噴霧量でミストを噴霧させることにより、基板200上への成膜量を調節することができる。
As described above, factors having a correlation with the spray amount of the spray nozzle include the pressure of the compressed air and the pressure of the solution of the film forming material. By controlling these factors, the mist can be sprayed at a desired spray amount from the spray nozzle. The amount of film formation on the
そこで、本実施形態に係る成膜装置10においては、複数の噴霧機構の基板200上への成膜量を所定の範囲に収めるように調節する調節手段を備える。調節手段は、基板200上への成膜量に関して複数の群に分けられた複数の噴霧機構において、この複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に、基板上への成膜量を調節する。
Therefore, the
たとえば、図10に示す20本のスプレーノズル130を用いて基板200上に成膜する場合、噴霧量によって20本のスプレーノズル130を4つの群に分ける。ノズルNo.5,8,18,20のスプレーノズルをA群とし、ノズルNo.1,2,12,17のスプレーノズルをB群とし、ノズルNo.3,10,15のスプレーノズルをC群とし、ノズルNo.4,9,19のスプレーノズルをD群とする。
For example, in the case where a film is formed on the
図15は、各群に含まれるスプレーノズル毎に調節手段を備えたタンクが接続されている状態を示す平面図である。図15に示すように、基板200の搬送方向においてスプレーノズル130を2列に配置する。スプレーノズル130の配置は1列でもよいが、2列に配置した場合、基板200の搬送速度を上げて成膜処理することが可能となるため成膜時間を短縮することができる。また、2列に配置したスプレーノズル130を千鳥状に配置している。このように配置することにより、基板200上に均一に成膜することができる。
FIG. 15 is a plan view showing a state in which a tank provided with adjusting means is connected to each spray nozzle included in each group. As shown in FIG. 15, the
A群に含まれるスプレーノズル130の各々は、タンク140aと通路141を介して接続されている。B群に含まれるスプレーノズル130の各々は、タンク140bと通路141を介して接続されている。C群に含まれるスプレーノズル130の各々は、タンク140cと通路141を介して接続されている。D群に含まれるスプレーノズル130の各々は、タンク140dと通路141を介して接続されている。
Each of the
図16は、本実施形態に係るタンクの構成を示す断面図である。図2においてはタンク140を簡略に示したが、図16に示すようにタンク140は二重構造を有している。具体的には、タンク140は、外側容器142と、外側容器142内に位置する内側容器143とを有する。成膜材料160の溶液は、内側容器143内に貯液されている。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the configuration of the tank according to the present embodiment. Although the
外側容器142には、調節手段である圧力調整部500が配管510を介して接続されている。内側容器143は開口部145を有し、開口部145を通じて内側容器143内の空間部146と外側容器142の空間部144とが連通している。通路141は、外側容器142および内側容器143を貫通して、通路141の端部が成膜材料160の溶液中に位置している。
The
圧力調整部500により外側容器142の空間部144内が負圧に引かれると、開口部145を通じて内側容器143内の空間部146内が負圧に引かれる。その結果、成膜材料160の溶液の圧力が低下する。逆に、圧力調整部500により外側容器142の空間部144内が加圧されると、開口部145を通じて内側容器143内の空間部146内が加圧される。その結果、成膜材料160の溶液の圧力が上昇する。このように、圧力調整部500により成膜材料160の溶液の圧力を調節することができる。
When the inside of the
スプレーノズル130の各群毎にタンク140が接続されているため、各群毎に成膜材料160の溶液の圧力を調節することができる。そのため、各群毎にスプレーノズル130の噴霧量を調節して基板上への成膜量を調節することができる。
Since the
また、調節手段は、圧縮空気を供給する上記コンプレッサーの駆動を調節するものでもよい。コンプレッサーの駆動を調節することにより、圧縮空気の圧力を調節することができる。 The adjusting means may adjust the driving of the compressor that supplies the compressed air. By adjusting the drive of the compressor, the pressure of the compressed air can be adjusted.
この場合も、スプレーノズル130の各群毎にタンク140が接続されているため、各群毎に圧縮空気の圧力を調節することができる。そのため、各群毎にスプレーノズル130の噴霧量を調節して基板上への成膜量を調節することができる。
Also in this case, since the
上記のように、噴霧開始直後の噴霧量の近いスプレーノズル130同士を1つの群にまとめて噴霧量を調節することにより、多数のスプレーノズル130の成膜量の調節を精度よく、かつ、装置構成が複雑にならないようにすることができる。
As described above, the
ただし、調節手段は、複数のスプレーノズル130の各々の噴霧量を調節するものでもよい。調節手段が、各スプレーノズル130において圧縮空気の圧力または成膜材料の溶液の圧力を調節することにより、それぞれのスプレーノズル130における噴霧量を所望の噴霧量として基板200上への成膜量を調節することができる。
However, the adjusting means may adjust the spray amount of each of the plurality of
さらに、成膜装置10は、スプレーノズル130を基板200に対して接近または離隔するように動作させる図示しない駆動機構をさらに備えてもよい。この場合、調節手段は、この駆動機構によりスプレーノズル130と基板200との間の距離を調節することにより成膜量を調節することができる。
Furthermore, the
具体的には、スプレーノズル130と基板200との間の距離を接近させることにより、基板200上に到達するミストの量を増やして成膜量を増加させる。逆に、スプレーノズル130と基板200との間の距離を離隔させることにより、基板200上に到達するミストの量を減じて成膜量を減少させる。
Specifically, by increasing the distance between the
なお、駆動機構は、スプレーノズル130本体を移動させるものでもよいし、スプレーノズル130の端部のみを伸縮させるものでもよい。
The drive mechanism may move the
この場合、冷却ジャケット131は、駆動機構によるスプレーノズル130の動作に連動して基板200に対して接近または離隔する。このようにすることにより、スプレーノズル130を冷却しつつスプレーノズル130からミストを噴霧させることができる。
In this case, the cooling
その結果、スプレーノズル130が基板200に接近して加熱炉120に近づいた際に、スプレーノズル130の温度が高くなることを抑制してスプレーノズル130の目詰まりを防ぐことができる。
As a result, when the
本実施形態においては、冷却ジャケット131および整流部材132を設けたが、必ずしも冷却ジャケット131および整流部材132を設けなくてもよい。
In the present embodiment, the cooling
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 成膜装置、11 投入部、12 予熱部、13 成膜部、14 徐冷部、15 取出し部、100,100a,100b,100c,100d 成膜室、110 搬送コンベア、111 搬送ベルト、112 プーリ、113 駆動軸、120 加熱炉、130 スプレーノズル、131 冷却ジャケット、132 整流部材、134 整流部、140,140a,140b,140c,140d タンク、141 通路、142 外側容器、143 内側容器、145 開口部、144,146 空間部、150 筐体、151 導入口、152 排気口、153 排気空間、154 仕切壁、155 開口、158 噴霧機構配置空間、159 ミスト噴霧空間、160 成膜材料、162 噴霧領域、170 キャリアガス、180 排気ガス、181 混合領域、200 基板、300 除害装置、310 接続管、500 圧力調整部、510 配管、X 噴き付け領域、Y 流路領域、Z 排気領域。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
筐体と、
前記筐体の内部に前記成膜材料を微粒子化したミストを噴霧する複数の噴霧機構と、
前記複数の噴霧機構の基板上への成膜量を所定の範囲に収めるように調節する調節手段とを備え、
前記調節手段は、前記複数の噴霧機構の各々の基板上への成膜量を調節する、または、基板上への成膜量に関して複数の群に分けられた前記複数の噴霧機構において該複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に基板上への成膜量を調節する、成膜装置。 A film forming apparatus for depositing a fine film forming material on a substrate to form a film,
A housing,
A plurality of spray mechanisms for spraying mist obtained by atomizing the film forming material into the housing;
Adjusting means for adjusting the film formation amount on the substrate of the plurality of spray mechanisms so as to fall within a predetermined range;
The adjusting means adjusts the film formation amount on each substrate of the plurality of spray mechanisms, or the plurality of spray mechanisms divided into a plurality of groups with respect to the film formation amount on the substrate. A film forming apparatus for adjusting a film forming amount on a substrate for each spray mechanism included in each group.
前記スプレーノズルは、前記成膜材料を圧縮空気により微粒子化した前記ミストを噴霧する、請求項1に記載の成膜装置。 Each of the plurality of spray mechanisms comprises a spray nozzle,
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the spray nozzle sprays the mist obtained by atomizing the film forming material with compressed air.
前記調節手段は、前記駆動機構により前記スプレーノズルと基板との間の距離を調節することにより基板上への成膜量を調節する、請求項2から4のいずれかに記載の成膜装置。 A drive mechanism for operating the spray nozzle to approach or separate from the substrate;
5. The film forming apparatus according to claim 2, wherein the adjusting unit adjusts a film forming amount on the substrate by adjusting a distance between the spray nozzle and the substrate by the driving mechanism.
前記調節工程後に、前記複数の噴霧機構により微粒子化した前記ミストを噴霧する噴霧工程とを備え、
前記調節工程において、前記複数の噴霧機構の各々の基板上への成膜量を調節する、または、基板上への成膜量に関して複数の群に分けられた前記複数の噴霧機構において該複数の群の各々に含まれる噴霧機構毎に基板上への成膜量を調節する、成膜方法。 An adjustment step of adjusting the amount of film formation on the substrate of a plurality of spray mechanisms for spraying mist obtained by atomizing the film formation material into a predetermined range;
A spraying step of spraying the mist finely divided by the plurality of spraying mechanisms after the adjusting step;
In the adjusting step, the amount of film formation on each substrate of the plurality of spray mechanisms is adjusted, or the plurality of spray mechanisms divided into a plurality of groups with respect to the amount of film formation on the substrate. A film forming method for adjusting a film forming amount on a substrate for each spray mechanism included in each group.
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