JP2013104092A

JP2013104092A - 成膜装置

Info

Publication number: JP2013104092A
Application number: JP2011248301A
Authority: JP
Inventors: Koji Murakami; 浩二村上; Hisahiro Tamura; 壽宏田村; Kazuhiro Nishikawa; 和宏西川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2013-05-30

Abstract

【課題】パーティクルの発生を抑制して成膜される膜の品質を安定させる。
【解決手段】筐体１５０と、筐体１５０の内部に成膜材料１６０を微粒子化して噴霧する噴霧口１３０ａを有する噴霧機構と、噴霧口１３０ａと間隙１３３を介して対向する流入口１３２ａ、および流入口１３２ａとは反対側に位置する流出口１３２ｂを有する整流部材１３２とを備える。整流部材１３２の流入口１３２ａと流出口１３２ｂとの間の空間と、筺体１５０の内部とは間隙１３３により連通している。
【選択図】図２

Description

本発明は、成膜装置に関し、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に関する。

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。

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。

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。

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。

未気化残渣を低減できる気化器を開示した先行文献として、特開２００２−１０５６４６号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された気化器においては、液体材料が流れる内側配管と霧化用ガスが流れる外側配管とで構成される２重管の先端にオリフィス部材を設けている。そのオリフィス部材と内側配管との間隙から霧化用ガスを噴出させている。

特開２００２−１０５６４６号公報

気化された液体材料を含むノズルから噴霧されたミストが、ノズルの先端に付着すると液体材料が固化してパーティクルが発生する。そのパーティクルが基板上に付着すると、成膜される膜の品質が低下する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、パーティクルの発生を抑制して成膜される膜の品質を安定させることができる成膜装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく成膜装置は、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て噴霧する噴霧口を有する噴霧機構と、噴霧口と間隙を介して対向する流入口、およびこの流入口とは反対側に位置する流出口を有する整流部材とを備える。整流部材の流入口と流出口との間の空間と、筐体の内部とは間隙により連通している。

本発明の一形態においては、噴霧機構の噴霧口が配置されている面と、整流部材の流入口側の端面とは、互いに略平行に位置する。

本発明の一形態においては、間隙の周囲から流入口に向けて送風する送風機構をさらに備える。

本発明の一形態においては、噴霧機構がスプレーノズルからなる。
本発明の一形態においては、噴霧機構は、成膜材料を圧縮空気により微粒子化して噴霧する。

本発明によれば、パーティクルの発生を抑制して成膜される膜の品質を安定させることができる。

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。同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２の成膜室を矢印ＩＩＩ方向から見た図である。同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。同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。同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。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。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。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。第４比較例として、整流部材の流入口とスプレーノズルの噴霧口との間に間隙を設けていない場合におけるミストの噴き付け状態を模式的に示す図である。同実施形態のように、整流部材の流入口とスプレーノズルの噴霧口との間に間隙を設けた場合におけるミストの噴き付け状態を模式的に示す図である。整流部材の流入口とスプレーノズルの噴霧口との間に間隙を設けていない場合において、一列に配置された噴霧領域の長手方向におけるミストの到達量の分布を示すグラフである。整流部材の流入口とスプレーノズルの噴霧口との間に間隙を設けている場合において、一列に配置された噴霧領域の長手方向におけるミストの到達量の分布を示すグラフである。

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。

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。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る成膜装置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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。なお、成膜室１００が１つ設けられている場合は、搬送手段の代わりに成膜室１００の下方に載置台が設けられ、基板２００は載置台上に載置された状態で加熱されてもよい。

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とが設けられている。

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、接続管３１０を開閉するバルブ３２０を介して接続されている。

図１，２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。導入口１５１には、送風管３４０の一端が接続されている。送風管３４０の他端は、送風管３４０を開閉するバルブ３５０を介して送風機３３０に接続されている。

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。

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。

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１３０ａ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。

スプレーノズル１３０の噴霧口１３０ａ側の端部に、スプレーノズル１３０を冷却する冷却ジャケット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。

また、成膜室１００には、噴霧口１３０ａと所定の間隔の間隙１３３を開けて対向する流入口１３２ａ、内側面に位置してミストを整流する整流部１３４、および、流入口１３２ａとは反対側に位置する流出口１３２ｂを有する筒状の整流部材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、流入口１３２ａ側から流出口１３２ｂ側に広が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、流入口１３２ａ側から流出口１３２ｂ側に広がるラッパ状の形状を有していてもよい。

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。接続部材により、噴霧口１３０ａと流入口１３２ａとの間の間隙１３３が維持されている。

整流部１３４で囲まれた整流部材１３２の内部と筐体１５０の内部とは、噴霧口１３０ａと流入口１３２ａとの間の間隙１３３を介して連通している。すなわち、整流部材１３２の流入口１３２ａと流出口１３２ｂとの間の空間と、筐体１５０の内部とは間隙１３３により連通している。そのため、筐体１５０の内部の気体は、間隙１３３を通過して流入口１３２ａから整流部材１３２の内部に流入可能である。

スプレーノズル１３０の噴霧口１３０ａが配置されている面と、整流部材１３２の流入口１３２ａ側の端面とは、互いに略平行に位置している。また、冷却ジャケット１３１の噴霧口１３０ａ側の端部と、整流部材１３２の流入口１３２ａ側の端部とは、互いに略平行に対向している。ただし、冷却ジャケット１３１の噴霧口１３０ａ側の端部と、整流部材１３２の流入口１３２ａ側の端部とは、噴霧口１３０ａから離れるに従って互いの間の間隔が広がるように対向していてもよい。

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流体を混合したミストを噴霧する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。

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。

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Ｌ_p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１つ以上であればよい。

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。

スプレーノズル１３０の噴霧口１３０ａと基板２００の上面との間の距離Ｌ_hに対して加熱炉１２０の上端と基板２００との間の距離はＬ_h／４に設定されている。

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。

このように、スプレーノズル１３０の噴霧口１３０ａ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。

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。

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。

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。

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。

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、バルブ３５０が開かれて送風機３３０から送風された、たとえば圧縮空気からなるキャリアガス１７０が導入口１５１から筐体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。空気以外のキャリアガス１７０を用いる場合には、送風機３３０にキャリアガス供給ボンベが併設されている。

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ミストとなる。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。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。

噴き付け領域Ｘに到達したミストは、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で示す向きにミストが流動する。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。

流路領域Ｙを通過したミストは、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。このとき、図１に示すバルブ３２０が開かれている。なお、図２においては、除害装置３００を図示していない。

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。

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の流量およびミストの排気流量は適宜設定される。

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。

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。

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。

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。

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(１
００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)において、種々の成膜材料からなる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。

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。

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、ミストの一部において基板２００上に到達する前に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上に到達するミストの量が低下して成膜レートが著しく低下する。

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、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。

上記の構成により発生したミストにより基板２００上に均一な膜を形成するためには、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。

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。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Ｌ_h離れた地点において、楕円形状の外形を有している。

具体的には、長径の長さがＬ_W、短径の長さがＬ_T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。

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。

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。

図５に示すように、Ｌ_h＝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。

図６に示すように、Ｌ_h＝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。

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。

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。

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。

図７〜９に示すように、Ｌ_h＝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。

上記のようにスプレーノズル１３０を配置して基板２００上へのミストの噴き付け強度を均一にすることにより、基板２００上に均一な膜厚の膜を成膜することができる。ただし、均一な膜厚の膜を成膜できたとしても、成膜された膜にパーティクルが含まれている場合には膜の品質が低下する。

そこで本実施形態に係る成膜装置１０においては、整流部材１３２が設けられている。整流部材１３２の流入口１３２ａとスプレーノズル１３０の噴霧口１３０ａとの間には所定の間隔の間隙１３３が設けられている。

図１０は、第４比較例として、整流部材の流入口とスプレーノズルの噴霧口との間に間隙を設けていない場合におけるミストの噴き付け状態を模式的に示す図である。図１１は、本実施形態のように、整流部材の流入口とスプレーノズルの噴霧口との間に間隙を設けた場合におけるミストの噴き付け状態を模式的に示す図である。

第４比較例においては、図１０に示すように、整流部材１３２の流入口１３２ａとスプレーノズル１３０の噴霧口１３０ａとの間に間隙を設けないように、流入口１３２ａ側の整流部材１３２の端部と噴霧口１３０ａ側の冷却ジャケット１３１の端部とを接触させて配置している。

この場合、噴霧口１３０ａからミストが噴霧されると、整流部材１３２の内部における流入口１３２ａの近傍において負圧が発生する。具体的には、矢印１６１ａで示す向きに噴霧口１３０ａから整流部材１３２の内部の中央部分を通過するように噴き付けられるミストの流れによって、流入口１３２ａ側の整流部１３４の近傍に存在していた気体がその流れに引かれて流出口１３２ｂ側に移動する。その結果、流入口１３２ａ側の整流部１３４の近傍において負圧部１３５が発生する。

すると、噴霧口１３０ａから噴霧されたミストの一部は、矢印１６１ｂで示すように負圧部１３５に引き寄せられて整流部１３４上に付着する。整流部１３４上に付着したミストの一部は固化してパーティクルとなる。このパーティクルが基板２００上に落下して付着すると、基板２００上に形成される膜の質が低下する。

図１１に示すように、本実施形態においては、整流部材１３２の流入口１３２ａとスプレーノズル１３０の噴霧口１３０ａとの間に所定の間隔の間隙１３３を設けている。この間隙１３３を介して、整流部１３４で囲まれた整流部材１３２の内部と筐体１５０の内部とが連通している。

この場合、噴霧口１３０ａからミストが噴霧されると、矢印１７２で示すように、間隙１３３の周囲から流入口１３２ａに向けて筐体１５０内の気体が引き寄せられる。その気体は、矢印１７３で示すように、流入口１３２ａ内に流入する。

具体的には、矢印１６１で示す向きに噴霧口１３０ａから整流部材１３２の内部の中央部分を通過するように噴き付けられるミストの流れによって、流入口１３２ａ側の整流部１３４の近傍に存在していた気体がその流れに引かれて流出口１３２ｂ側に移動する。その気体が移動した部分に間隙１３３に存在する気体が、矢印１７３で示すように流入口１３２ａを通過して流入する。間隙１３３には、矢印１７２で示すように間隙１３３の周囲から筐体１５０内の気体が移動してくる。

このように筐体１５０内の気体が流動する結果、比較例のように負圧部１３５が発生しないため、噴霧口１３０ａから噴霧されたミストは矢印１６１で示すように整流部材１３２の内部の中央部分を整流部１３４に沿って流動する。よって、ミストが整流部１３４に付着してパーティクルが発生することを抑制できる。

なお、本実施形態においては、噴霧機構の噴霧口１３０ａが配置されている面と、整流部材１３２の流入口１３２ａ側の端面とは、互いに略平行に位置している。そのため、流入口１３２ａに向かって間隙１３３を流れる気体の流路面積が一定になり、間隙１３３を流動する気体の流速を略一定にすることができる。その結果、流入口１３２ａから整流部材１３２の内部に流入する筐体１５０内の気体の流れが乱れることを抑制して、噴霧口１３０ａから噴霧されたミストを整流部１３４に沿って所定の噴霧領域１６２に噴霧することができる。

本実施形態においては、噴霧口１３０ａから噴霧されるミストの流れによって、筐体１５０内の気体を間隙１３３の周囲から間隙１３３に移動させるようにしたが、成膜装置１０は、間隙１３３の周囲から流入口１３２ａに向けて送風する送風機構をさらに備えてもよい。

送風機構を備える場合、噴霧口１３０ａから噴霧されたミストの流れを阻害しない程度の風圧で、間隙１３３の周囲の全周から一様に流入口１３２ａに向けて送風機構により送風する。送風機構としては、ファンまたはエアーノズルなどを用いることができる。

送風機構により送風した場合、流入口１３２ａから整流部材１３２の内部に流入する筐体１５０内の気体の流量を多くすることができ、噴霧口１３０ａから噴霧されたミストの指向性を高めることができる。

間隙１３３を設けた場合の効果を確認するために、搬送方向において１．４ｍの長さを有し、搬送方向と直交する方向において１ｍの幅を有する基板２００に対して成膜装置１０を用いて成膜した。

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。

ピッチＬ_pを１２０ｍｍとして１０ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅を１２００ｍｍとした。

図１２は、整流部材の流入口とスプレーノズルの噴霧口との間に間隙を設けていない場合において、一列に配置された噴霧領域の長手方向におけるミストの到達量の分布を示すグラフである。図１３は、整流部材の流入口とスプレーノズルの噴霧口との間に間隙を設けている場合において、一列に配置された噴霧領域の長手方向におけるミストの到達量の分布を示すグラフである。図１２，１３においては、縦軸に基板２００上へのミストの到達量(ａ．ｕ．)、横軸に、１列に配置された噴霧領域の長手方向における中心からの位置(ｍｍ)を示している。

図１２に示すように、間隙１３３を設けていない場合には、噴霧されたミストが負圧部１３５に引き寄せられることによりスプレーノズルの指向性が失われて、噴霧領域１６２内におけるミストの流れが乱れていることが分かる。

図１３に示すように、間隙１３３を設けた場合には、負圧部１３５に外部からガスが流れ込んで噴霧領域１６２内におけるミストの流れが整流化されることにより、スプレーノズルの位置に対応する山谷が明確に表れている。さらに、この山谷がオーバーラップするように成膜を行なうことにより、膜厚の均一性を向上することができる。

この結果から、間隙１３３を設けていない場合には、噴霧口１３０ａから噴霧されたミストの指向性が低くなり隣接する噴霧領域１６２の境界が不明瞭になるとともに、ミストの一部が基板２００以外に付着していると考えられる。すなわち、整流部材１３２の流入口１３２ａと流出口１３２ｂとの間の空間でのミストの流れを制御できていない状態となっていることを示している。

一方、間隙１３３を設けている場合には、噴霧口１３０ａから噴霧されたミストの指向性が高くなり隣接する噴霧領域１６２の境界が明瞭になるとともに、基板２００まで到達するミストの量が多くなったと考えられる。すなわち、噴き付け部内部の制御性が上がった事を示している。さらには、隣接する噴霧領域１６２の境界が明瞭になりすぎると、基板２００上に均一な膜厚の膜を形成するうえで好ましくないため、間隙１３３の所定の間隔を適宜変更することにより、噴霧口１３０ａから噴霧されたミストの指向性を調節することが好ましい。

また、上記の条件においてスプレーノズル１３０からミストを１２０秒間噴き付けた後の整流部１３４に付着したミストの液滴を目視で観察したところ、間隙１３３を設けなかった方が明らかに間隙１３３を設けた方より多くの液滴が付着していた。

上記の結果から、整流部材１３２とスプレーノズル１３０との間に間隙１３３を設けることにより、ミストを所望の噴霧領域１６２中に噴霧させることができるため、パーティクルの発生を抑制して成膜される膜の品質を安定させることができることが確認された。

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。

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、１３０ａ噴霧口、１３１冷却ジャケット、１３２整流部材、１３２ａ流入口、１３２ｂ流出口、１３３間隙、１３４整流部、１３５負圧部、１４０タンク、１４１通路、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、３２０，３５０バルブ、３３０送風機、３４０送風管、Ｘ噴き付け領域、Ｙ流路領域、Ｚ排気領域。

Claims

成膜材料を基板上に堆積させて成膜する成膜装置であって、
筐体と、
前記筐体の内部に前記成膜材料を微粒子化して噴霧する噴霧口を有する噴霧機構と、
前記噴霧口と間隙を介して対向する流入口、および該流入口とは反対側に位置する流出口を有する整流部材と
を備え、
前記整流部材の前記流入口と前記流出口との間の空間と、前記筐体の内部とは前記間隙により連通している、成膜装置。
前記噴霧機構の前記噴霧口が配置されている面と、前記整流部材の前記流入口側の端面とは、互いに略平行に位置する、請求項１に記載の成膜装置。
前記間隙の周囲から前記流入口に向けて送風する送風機構をさらに備える、請求項１または２に記載の成膜装置。
前記噴霧機構がスプレーノズルからなる、請求項１から３のいずれかに記載の成膜装置。
前記噴霧機構は、前記成膜材料を圧縮空気により微粒子化して噴霧する、請求項１から４のいずれかに記載の成膜装置。