JP2014180618A - Functional film forming method and functional film forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シート状基板上に機能性膜を形成する機能性膜形成方法および機能性膜形成装置に関するものである。 The present invention relates to a functional film forming method and a functional film forming apparatus for forming a functional film on a sheet-like substrate.
液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、またはプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ、あるいは太陽電池(PV)または有機EL照明などに用いられるパネルには、ガラス基板又はフィルム基板上にそれぞれのパネルに応じた機能を有する機能膜が形成されている。これら機能膜は液状の機能膜液を基板に均一に塗布する湿式成膜方法や化学気相成膜(CVD)もしくはスパッタリングなどの乾式成膜方法によって製作されている。一例として、特許文献1に示すスリットノズルコータは一方向に延びるスリットノズルを有する口金を塗布機構として備えており、このスリットノズルから前記塗布液を吐出させながら、口金と基板を塗布膜形成方向に相対的に移動させることにより、均一な厚さの塗布液膜が形成された基板が製作されるようになっている。
A panel used for a flat panel display such as a liquid crystal display, an organic EL display, or a plasma display, or a solar cell (PV) or an organic EL illumination has a function corresponding to each panel on a glass substrate or a film substrate. A functional film is formed. These functional films are manufactured by a wet film forming method in which a liquid functional film liquid is uniformly applied to a substrate, or a dry film forming method such as chemical vapor deposition (CVD) or sputtering. As an example, the slit nozzle coater shown in
このようなスリットノズルコータは、形成した塗布液膜を機能膜に仕上げるために乾燥およびベーキング工程が必要となる。とりわけ、ベーキング工程は露光/現像工程前後で2工程、すなわち露光/現像工程前の低温プリベークと露光/現像工程後の高温ポストベークが必要とされている。 Such a slit nozzle coater requires drying and baking processes in order to finish the formed coating liquid film into a functional film. In particular, the baking process requires two steps before and after the exposure / development process, that is, a low temperature pre-bake before the exposure / development process and a high temperature post-bake after the exposure / development process.
一方、特許文献2に示すCVDおよびスパッタリングを含む乾式成膜は、真空装置が必要ではあるものの、前記塗布成膜に必要であった乾燥工程およびベーキング工程が不要であり特に半導体そのものまたは半導体を利用するディスプレイなどの製造工程に広く利用されている。
On the other hand, the dry film formation including CVD and sputtering shown in
これら従来の成膜技術には以下の様な問題点があった。すなわち、スリットノズルコータの様な湿式成膜においては、前述の様に乾燥工程およびベーキング工程が不可欠であるが、これら工程中特に乾燥工程においては塗布液から蒸発する溶剤を含む気流の流れにより乾燥むらが生じる場合がある。この現象は特に急速に乾燥を行った場合に顕著に現れる。さらに、乾燥中または搬送中の基板を保持するためにピン等の保持手段が必要となるが、ピンと基板の熱容量の違い等からピンと基板の接触部分に熱勾配が生じ、これもまた乾燥むらの原因となる。 These conventional film formation techniques have the following problems. That is, in the wet film formation such as the slit nozzle coater, the drying process and the baking process are indispensable as described above. In these processes, particularly in the drying process, the drying is performed by the flow of the air stream containing the solvent evaporating from the coating liquid. Unevenness may occur. This phenomenon is particularly prominent when drying is performed rapidly. In addition, holding means such as pins are required to hold the substrate being dried or being transported, but due to differences in the heat capacity between the pins and the substrate, a thermal gradient occurs at the contact portion between the pins and the substrate, which also causes uneven drying. Cause.
一方、CVDやスパッタリングのような乾式成膜においては上記のような問題は発生しないものの、基本的に基板全体を収納するチャンバーが必要であり、現在のような最大3m角になる基板が使用されている状況では装置価格、ひいては最終製品価格に影響をおよぼしている。また、これら乾式成膜は大型チャンバーの減圧時間や成膜時間において、前記スリットノズルコータの様な塗布方式に劣り、この面からの改善も望まれている。 On the other hand, in dry film formation such as CVD and sputtering, the above-mentioned problems do not occur, but basically a chamber for storing the entire substrate is necessary, and a substrate having a maximum size of 3 m square is used. This has an impact on the price of equipment and, in turn, the final product price. Further, these dry film formations are inferior to the coating method such as the slit nozzle coater in the decompression time and film formation time of the large chamber, and improvement from this aspect is also desired.
一方、液を放出するスプレーコーティング法を利用すれば前記乾式成膜の欠点を回避できるが、この方法では乾燥工程が必要な上、機能性膜を形成する領域にのみ塗布するためには塗布不要領域をマスキングする金属またはガラス製の高価なマスクが必要となる。 On the other hand, if the spray coating method that discharges the liquid is used, the disadvantages of the dry film formation can be avoided. However, this method requires a drying process, and it is not necessary to apply only to the area where the functional film is formed. An expensive mask made of metal or glass that masks the area is required.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、塗布方式で問題となる乾燥むらの様な成膜欠陥を発生させることが無く、同時に従来の乾式成膜方式で問題となっている装置価格を低減すると共に成膜時間も大幅に短縮できる成膜方法およびそれを利用した成膜装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and does not generate film formation defects such as drying unevenness, which is a problem in the coating method, and at the same time becomes a problem in the conventional dry film forming method. The present invention provides a film forming method and a film forming apparatus using the same, which can reduce the cost of the apparatus and significantly reduce the film forming time.
上記課題を解決するために、本発明の機能性膜形成方法は、シート状基板上に機能性膜を形成するための微粉末材料を減圧環境下で高速に基板に衝突させ、衝突エネルギーにより前記微粉末を基板上に融着させる機能性膜形成方法であって、機能性膜形成領域以外の表面にレジストによる規制領域が形成された基板の一部または全ての機能性膜形成領域を覆うことが可能な減圧チャンバーを、基板上の前記機能性膜形成領域を覆う様当接させ、前記減圧チャンバー内に局所的な減圧空間を形成する、減圧空間形成工程と、前記局所的な減圧空間を減圧する減圧工程と、減圧状態の前記局所的な減圧空間へ前記微粉末材料を供給し、エアロゾルデポジション法により前記微粉末材料を基板上に高速噴射して衝突させ、融着させることにより機能性膜を基板上の前記機能性膜形成領域に形成させる、膜形成工程と、前記基板表面の前記規制領域を除去する除去工程と、を有するものである。上記機能性膜形成方法によれば、基板全体を覆う減圧チャンバーを使用せずにチャンバーの小型化を実現し、かつ湿式塗布方式で問題となる乾燥工程およびベーキング工程を不要とした機能性膜形成方法を実現できる。 In order to solve the above problems, the functional film forming method of the present invention causes a fine powder material for forming a functional film on a sheet-like substrate to collide with the substrate at high speed under a reduced pressure environment, and the collision energy is used to A functional film forming method for fusing fine powder onto a substrate, covering a part or all of the functional film forming region of the substrate in which a restriction region is formed by a resist on the surface other than the functional film forming region A reduced pressure chamber forming step for forming a local reduced pressure space in the reduced pressure chamber, and a reduced pressure space forming step for contacting the functional film forming region on the substrate. Functions by depressurizing step of depressurization, supplying the fine powder material to the local depressurized space in a depressurized state, and injecting and colliding the fine powder material onto the substrate at high speed by the aerosol deposition method Film is formed on the functional film forming region on the substrate, and has a film forming step, and a removing step of removing the restriction area of said substrate surface. According to the above functional film forming method, a functional film can be formed without using a decompression chamber that covers the entire substrate, and without requiring a drying process and a baking process that are problematic in the wet coating method. The method can be realized.
また、本発明の機能性膜形成方法はさらに、前記膜形成工程では、前記局所的な減圧空間の減圧状態が前記減圧工程で到達した減圧状態に維持されるよう制御することを特徴としている。この方法によれば、成膜中にチャンバー内に外気等が進入し減圧状態が悪化することを効果的に防止することができる。 The functional film forming method of the present invention is further characterized in that, in the film forming step, control is performed so that the reduced pressure state of the local reduced pressure space is maintained at the reduced pressure state reached in the reduced pressure step. According to this method, it is possible to effectively prevent the outside air or the like from entering the chamber during film formation to deteriorate the reduced pressure state.
また、本発明の機能性膜形成方法はさらに、基板上に設けられた基準位置を読み取り、その結果より得られた情報から基板と前記減圧チャンバーとの相対位置を確認する読み取り工程と、基板設置平面と平行な平面内において前記読み取り工程により得られた情報を基に前記減圧チャンバーを前記基板設置平面と平行な平面内の所定の位置に移動させる移動工程と、前記所定位置に移動した前記減圧チャンバーを、前記基板に対して所定の高さに移動させる接離工程とを有することを特徴としている。この方法によれば、基板と減圧チャンバー間の位置決めを正確に行い、基板上の成膜位置に正確に機能性膜を形成できる。 The functional film forming method of the present invention further includes a reading step of reading a reference position provided on the substrate and confirming a relative position between the substrate and the decompression chamber from information obtained from the result, and a substrate installation A moving step of moving the decompression chamber to a predetermined position in a plane parallel to the substrate installation plane based on information obtained by the reading step in a plane parallel to the plane; and the decompression moved to the predetermined position And a contact / separation step of moving the chamber to a predetermined height with respect to the substrate. According to this method, the positioning between the substrate and the decompression chamber can be accurately performed, and the functional film can be accurately formed at the film forming position on the substrate.
また、本発明の機能性膜形成方法はさらに、前記膜形成工程における前記規制領域は、溶剤による除去が可能な強度を有し、また、前記除去工程は、前記溶剤によるものであることを特徴としている。この方法によれば、機能膜形成後に不要となった規制領域を除去工程できれいに除去することが可能である。 The functional film formation method of the present invention is further characterized in that the restriction region in the film formation step has a strength capable of being removed by a solvent, and the removal step is by the solvent. It is said. According to this method, it is possible to cleanly remove the restriction region that has become unnecessary after the formation of the functional film in the removal step.
また、本発明の機能性膜形成装置は基板と当接する端部にシールを有し、基板を上方から覆うことによって、基板との間に局所的な減圧空間を形成する減圧チャンバーと、基板が有する機能性膜形成領域以外の表面に形成されたレジストによる規制領域を除去する規制領域除去手段と、を備え、前記減圧チャンバーは、機能性膜を形成するための微粉末材料を含んだエアロゾルを供給するエアロゾル供給手段と、前記局所的な減圧空間を減圧する減圧手段と、を有し、前記減圧チャンバーで覆われた基板上の機能性膜形成領域に機能性膜を形成するものである。この構成によれば、上記記載の効果を発揮する機能性膜形成装置を提供することができる。 In addition, the functional film forming apparatus of the present invention has a seal at the end that comes into contact with the substrate, and covers the substrate from above, thereby forming a local decompression space between the substrate and the substrate. A restriction region removing means for removing a restriction region by a resist formed on a surface other than the functional film forming region, and the decompression chamber contains an aerosol containing a fine powder material for forming the functional film. It has an aerosol supply means for supplying and a decompression means for decompressing the local decompression space, and forms a functional film in a functional film formation region on the substrate covered with the decompression chamber. According to this configuration, a functional film forming apparatus that exhibits the above-described effects can be provided.
本発明の機能性膜形成方法および機能性膜形成装置によれば、装置価格を上昇させること無く、同時に塗布方法で問題となった乾燥むらなどの欠陥の発生を無くし、従来の乾式成膜の問題である性膜時間を短縮した機能性膜の基板上への形成を実現することができる。 According to the functional film forming method and the functional film forming apparatus of the present invention, it is possible to eliminate the occurrence of defects such as drying unevenness, which has been a problem in the coating method, without increasing the cost of the apparatus. It is possible to realize formation of a functional film on a substrate with a reduced sex film time as a problem.
本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。 Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の機能膜形成方法の原理を模式的に示した図である。本発明に利用する機能膜形成方法はエアロゾルデポジション法、通称AD法と称されるものである。説明を簡略化するために以後AD法と称することとする。AD法においては、成膜の原材料である微粉末1は高圧ガス35に混合されエアロゾル3を形成し、秒速150m/秒〜1000m/秒の速度で基板2に衝突する。衝突時に微粉末1の運動エネルギーは衝突エネルギーに変換され、最終的に熱エネルギーとなる。この熱エネルギーにより微粉末1と基板2の衝突面は融解し、微粉末1は基板2と融着する。基板2表面が融着した微粉末1で覆われた後は、融着した微粉末1上に同様の過程で所定の厚みになるまで微粉末1が融着積層され、例えば図3に示される機能性膜形成領域4上に機能性膜が形成される。エアロゾルの速度を前記速度範囲に保つため、AD法の成膜プロセスは数Torr程度に減圧した減圧環境下で実施される。なお、微粉末1の形状は図1では球形で示されているが、AD法を適用する上においては任意の形状が利用可能であって、不定形もその中に含まれる。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the principle of the functional film forming method of the present invention. The functional film forming method used in the present invention is an aerosol deposition method, commonly referred to as an AD method. In order to simplify the explanation, it will hereinafter be referred to as the AD method. In the AD method,
図4は本発明に関わる機能性膜形成装置10を示した斜視図であり、図2は機能膜形成装置10の機能膜形成材料(微粉末)1の供給経路を含む全体の構成を模式的に示した図である。図4に示す様に、機能性膜形成装置10は、供給される薄板状の基板2に機能性膜を形成するものである。この機能性膜形成装置10は、基台16と、基板2を載置するためのテーブル12と、前記テーブル12に対し一定方向に移動可能に構成され減圧チャンバー11を含むガントリー20、および以下に記載する動作を制御する制御装置(不図示)と、図2に示す様に減圧チャンバーに機能膜形成材料(微粉末)1を含むエアロゾル3を供給するエアロゾル発生器30、および前記減圧チャンバー11内を減圧状態にする真空ポンプ40とを備えている。
FIG. 4 is a perspective view showing a functional
なお、以下の説明では、減圧チャンバー11を保持するガントリー20またはテーブル12が移動する方向をX軸方向、これと水平面上で直交する方向をY軸方向、X軸およびY軸方向の双方に直交する方向をZ軸方向として説明を進めることとする。さらに、基板の部分成膜により複数回の成膜で基板2の所定部分に機能性膜を形成する実施例について説明する。
In the following description, the direction in which the
図4に示す機能性膜形成装置10の前記基台16は、各構成部材、例えばテーブル12及び支持部20を支持するものであり、剛性を有し振動の影響を受けにくい材料、例えば石材等で形成されている。前記テーブル12は、搬入された基板2をその表面に載置して保持するものであり、同じく剛性を有し振動の影響を受けにくい材料、例えば石材等で形成されている。具体的には、テーブル12には、その表面に開口する複数の吸引孔(不図示)が形成されており、これらの吸引孔とテーブル用真空ポンプ(不図示)とが連通して接続されている。そして、テーブル12の表面に基板2が載置された状態で真空ポンプを作動させることにより、吸引孔に吸引力が発生し基板2がテーブル12の表面側に吸引されて吸着保持されるようになっている。また、減圧チャンバー11が基板全体を覆う場合においては、チャンバー内減圧により基板吸着部との圧力差が減少し基板保持が困難になるため、チャンバー内の基板の保持は静電吸着または機械的保持手段を利用すれば良い。本実施例においては減圧は基板の一部について局所的に実施されるので非減圧部分と吸着部の圧力差により基板を保持することができる。もちろん、基板保持を減圧吸着以外の上記方法で実施しても構わない。さらに、テーブル12には、基板2を昇降動作させる基板昇降機構が設けられている。すなわち、テーブル12の表面には複数のピン孔(不図示)が形成されており、このピン孔にはZ軸方向に昇降動作可能なリフトピン(不図示)が埋設されている。これにより、テーブル12の表面に基板2を載置した状態でリフトピンを上昇させることにより、リフトピンの先端部分が基板2に当接した状態で、基板2を所定の高さ位置に保持できるようになっている。
The base 16 of the functional
基板2はガラス、シリコン、シリコンカーバイド、または樹脂から成る薄板であって、用途に応じて0.1mmから数mm程度の板厚を有している。基板形状も用途に応じて異なり、矩形、円形、またはその他任意の形状が利用されている。本実施例では矩形基板を使用する前提で話を進めることとする。本実施例では、基板2上に前工程のレジスト塗布、露光、プリベーク、現像/洗浄により図3に示す機能性膜形成領域4と機能性膜形成領域4以外のレジストによる保護膜領域5が既に形成されている。
The
ガントリー20は、テーブル12に載置された基板2に機能膜形成材料(微粉末)1を含むエアロゾル3を噴射するためのものであり、エアロゾル3を噴射するための減圧チャンバー11、両端部分に設けられた支持部20aおよび20b、前記支持部20aおよび20bを連結するステー25,および前記減圧チャンバー11をY軸方向に駆動するY軸駆動部22とを有している。前記支持部20aおよび20bは、減圧チャンバー11を保持する前記Y軸駆動部22を昇降動作可能に支持するとともに、減圧チャンバー11をX軸方向に移動させるためのものであり、X軸駆動部14の主要部分とZ軸駆動部21とを有している。Z軸駆動部21は、減圧チャンバー11を昇降動作させるものであり、Z軸方向に延びるボールねじ機構(不図示)と減圧チャンバー11に連結されるスライダ(不図示)とを有しており、前記ボールねじ機構には前記スライダが取り付けられている。また、前記支持部20aおよび20bにはサーボモータ(不図示)が取り付けられており、このサーボモータを駆動制御し前記ボールねじを回転することにより、前記スライダがZ軸方向に移動するとともに、任意の位置で停止できるようになっている。これにより、減圧チャンバー11は、Z軸方向への昇降動作が駆動制御され、テーブル12に対して接離可能に動作するようになっている。なお、Z軸駆動部21には本発明の実施例のサーボモータとボールねじ機構の組み合わせ以外に、リニアサーボモーターによる直接駆動、またはその他同等の駆動が可能な任意の駆動機構が利用できる。
The
X軸駆動部14は、ガントリー20をX軸方向に走行させるためのものであり、支持部20aおよび20bに設置された駆動装置本体14aおよびエアスライダー17と、基台16上に設置されたX軸方向に延びるレール15およびリニアモータ固定レール13を含む構成となっている。さらにX軸駆動装置14は、基台16に取り付けられたリニアモータ固定レール13を逐次励磁制御することにより、駆動装置本体14aの固定磁石(不図示)との間に吸着/反発作用を生じさせ、ガントリー20をX軸方向に移動させる駆動力を生じる。ガントリ20がX軸方向に移動することにより、ガントリ20に取り付けられた減圧チャンバー11も同じくX軸方向に沿って走行することができるようになっている。X軸方向の移動量(位置)はレール15または基台16に設けられた精密スケール(不図示)から得ることが出来る。
The
Y軸駆動部22は、減圧チャンバー11をY軸方向に移動可能とするものであり、駆動源22aおよびY軸レール23により構成されていて、その両端部は支持部20aおよび20bに固定されている。駆動源22aはサーボモータであり、またY軸レール23はボールねじ機構(不図示)を有していて、駆動源22aからの回転駆動力を直線方向の駆動力に変換するとともに、ホルダー24により減圧チャンバー11を保持している。さらにホルダー24には、減圧チャンバー11をX−Y平面内で回転させるチャンバー回転モータ26が備えられている。ここで、Y軸方向の移動量(位置)は駆動源22aに組み込まれたエンコーダにより得ることが出来る。
The Y-axis drive unit 22 allows the
このように構成されるガントリー20により、減圧チャンバー11は、テーブル12の表面に対してZ軸方向に昇降動作できるとともに、テーブル12の表面から所定高さを維持した状態でテーブル12の表面上をX軸およびY軸方向に沿って移動できるようになっている。なお、X軸およびY軸の駆動方法は本発明の実施例以外にも同様の効果を期待出来る方法であれば利用可能である。一例として、X軸駆動をサーボモータとボールねじの組み合わせとしても良い。また、Y軸をリニアモータ駆動としてもよく、あるいはこれらの組み合わせでも良い。
With the
図2に示す減圧チャンバー11には、エアロゾル発生器30(エアロゾル供給手段)よりエアロゾル3が供給される。エアロゾル発生器30はケーシング31、高圧ガス供給パイプ37、メッシュ36、エアロゾル放出パイプ38からなる構成となっている。ケーシング31は中間部にメッシュ36が設置され、供給された機能膜形成材料(微粉末)1が高圧ガス供給パイプ37の噴出口を塞がないよう高圧ガス供給パイプ37の噴出口と機能膜形成材料(微粉末)1を通気性を有するメッシュ36により分離する構造になっている。メッシュ36は、機能膜形成材料(微粉末)1により目詰まりせずかつ漏らさない、機能膜形成材料(微粉末)1の重量を保持できる、および通気性を有するという要求を満足する材料であればいかなる材料も使用可能である。本発明に於いては多孔質材を使用している。
The
図5は減圧チャンバー11の構造を示す断面図である。減圧チャンバー11はチャンバー本体50,エアロゾル放出パイプ38の先端であってエアロゾル3を噴出する噴出口51,チャンバー内の減圧状態を維持するシール52、距離センサー53,画像センサー54、排気口55から構成されている。さらに、減圧チャンバー11には排気管41が設けられており、排気管41と連接した図2に示す真空ポンプ40(減圧手段)により減圧チャンバー11内を減圧することができる。排気管41には、同じく図2に示すフィルター42が設けられており、機能性膜形成時に余分となった機能膜形成材料(微粉末)1を捕集し、これによって真空ポンプ40を保護している。なお、減圧チャンバー11はチャンバー回転モータ26によりX−Y平面内で回動可能に構成されている。これにより、機能膜形成領域4と減圧チャンバー11のX−Y平面内における回転方向誤差を修正することが出来る。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the
ここで、減圧チャンバー11に関して詳述する。チャンバー本体50は、天板および側板から構成された、下方に開口を有する箱体であり、基板2を上方から覆うことによって基板2との間に局所的な減圧空間を形成する。また、チャンバー本体50は金属又は樹脂製であって、例えばアルミ合金などにより減圧に耐えられる構造となっている。チャンバー本体50の一側面において、噴出口51はエアロゾル放出パイプ38と接続し、一方、チャンバー本体50の別の側面には排気管41と接続する排気口55が設けられている。ここで、エアロゾル放出パイプ38および排気管41は、減圧チャンバー11の動きに対応するため、柔軟な構造とすることが好ましい。エアロゾル放出パイプ38が接続された噴出口51はチャンバー本体50のX−Y平面上略中央に位置するように配置され、噴出口51と基板2までの距離は成膜面積に応じて設定されている。ただし、噴出口51の数量と一度に成膜が必要な機能性膜形成領域4の数量を比較して、噴出口51が単体では均一な成膜が困難と判断される場合は、噴出口51を複数設ける構造にしても良い。この場合、エアロゾル噴出領域がオーバーラップしても膜厚の均一性が維持できるのであれば、エアロゾル噴出領域がオーバーラップする配置としても構わない。次に、噴出口51形状および噴出口51の直前配管断面形状は必要とするエアロゾル3の流速により決定され、例えば、微粉末材料特性の都合や成膜強度等の理由でエアロゾル放出パイプ38内流速を遅く、かつ噴射速度を早くする必要がある場合は、実施例と異なりベンチュリー管状の構造にすればよい。一般に、AD法におけるエアロゾルの噴出速度は150m/秒〜1000m/秒であるが、実使用上は上記の様に機能性膜材料の特性により決定される。一方、図2に示す真空ポンプ40は排気口55から排気管41を通じて減圧チャンバー11内の気体(主として空気)を吸引し、これにより減圧チャンバー11内は数Torrのレベルに減圧される。この様に減圧チャンバー11内を減圧することにより、エアロゾル3が空気分子との衝突により減速することを防止できる。また、減圧チャンバー11を減圧状態に維持するため、基板2と当接するチャンバー本体50の端部にはシール52が設けられている。シール52の形状と材質は上記減圧状態を維持出来るものであればどの様なものでも構わず、例えば、図6中の(1)〜(3)に示す形状のものでもよい。シール形状を詳述すると、図6(1)のシール52aは接触部分が中空に形成され、チャンバーと基板の接触時に容易に変形しシール性を保持することが出来る。図6(2)のシール52bは内部にクッション材52cを有しており、シール52aと同じ効果を発揮する。図6(2)のシール52dはリップ状のシールであり、チャンバーと基板の接触時に容易に曲がることによりシール性を保持することが出来る。シール52の材料は広範に選択可能であり、殆どの種類のゴム材料または弾性を有する樹脂材料等弾性を有し、チャンバーの接離により永久歪みが生じないか生じ難い材料であれば任意の材料が利用できる。距離センサー53および画像センサー54は、それぞれZ軸方向の位置制御と成膜領域との位置合わせに利用するものであり、詳細は後述する。
Here, the
ここで、本発明における機能性膜形成方法について詳述する。基板2がテーブル12上に搬送されると吸着機構(不図示)によりテーブル12に吸着・固定される。ついで、ガントリ20が移動し、減圧チャンバー11に設けられた画像センサー54により基板2上に印された位置決めマーキング(不図示)の映像を撮影する。前記位置決めマーキングの読み取り値とX方向およびY方向のエンコーダの読み取り値の比較により基板2のテーブル12上の位置を認識すると共に、前記位置決めマーキングの傾きを読み取ることにより、基板2のX−Y平面内の傾きを認識しチャンバー回転モータ26により回転補正を行うことができる(これを読み取り工程と呼ぶ)。こうして、前記位置情報と傾き補正により、減圧チャンバー11を基板2の機能性膜形成領域上に正確に移動させることができる。
Here, the functional film formation method in this invention is explained in full detail. When the
減圧チャンバー11がX−Y平面上で所定の位置に移動すると(これを移動工程と呼ぶ)、次に距離センサー53を使用して減圧チャンバー11と基板2間の距離が所定の数値に達するまで、Z軸駆動部21により減圧チャンバー11を降下させ(これを接離工程と呼ぶ)、局所減圧チャンバーと基板2とを当接させて局所的な減圧空間を形成する(減圧空間形成工程と呼ぶ)。降下量はシール52が確実に基板2に接触し、かつシール52の弾性が失われない領域までとなる。この値はシール形状および材質に応じて決定される。また、この値はエアロゾル3の噴出速度などプロセスや必要な真空度など成膜プロセス条件にも依存している。
When the
減圧チャンバー11が基板2に接触し、降下が完了すると真空ポンプ40が作動し減圧チャンバー11内の減圧が開始される(減圧工程と呼ぶ)。AD法においては、高真空は必要とされない為、真空到達値は数Torr程度で良い。エアロゾル3の噴射後は真空ポンプ40は粉末を含んだガス(エアロゾル3の残部)を吸引するため、粉末による破損の危険がある。そのため、排気管41の経路の任意の位置にフィルター42が設置されている。
When the
減圧チャンバー11内の減圧が完了すると、高圧ガス供給パイプ37を通ってケーシング31に供給される高圧ガス35がエアロゾル発生器30に供給される。レギュレータ32により供給量を調節され、メッシュ36で仕切られたケーシング31の底部に噴出する。噴出した高圧ガス35はメッシュ36を通過して機能膜形成材料(微粉末)1とケーシング31内で撹拌されエアロゾル化する。機能膜形成材料(微粉末)1と高圧ガス35の混合物であるエアロゾル3は、噴出用パイプ38を通り分級器33により粒径を一定にされた後、減圧チャンバー11へ送られる。
When the decompression in the
減圧チャンバー11へ供給されたエアロゾル3は噴出口51より基板2に放出され、図1に示された成膜メカニズムにより基板2上に機能性膜を形成する(膜形成工程と呼ぶ)。エアロゾル3が放出されると減圧チャンバー11内の圧力が上昇し、時間の経過と共に図1に示された成膜メカニズムが機能しなくなるおそれがある。従って、エアロゾル3の放出中も真空ポンプ40は作動し、これにより減圧チャンバー11内の減圧状態をAD法に必要なレベルに維持することができる。ただし、排気がエアロゾル3の流れに影響をおよぼすことは好ましく無い。従って排気口55は噴出口51から離れた位置に設置することが望ましく、また真空ポンプ40による吸引速度(吸引量)もエアロゾル3放出前の減圧時と同じ設定とする必要は無い。また、エアロゾル3または高圧ガス35の放出量制御は、減圧チャンバー11内において光学センサーなどによりエアロゾル3の状態を観察し、これを基に制御しても良いが、予めプログラムにより放出速度(放出量)を制御し、たとえば放出時間関数として放出量を定めることも可能である。もちろん、放出速度(放出量)を一定に維持する方法も利用出来る。何れの方法を採用するかは、成膜対象等の条件により決定される。
The
減圧チャンバー11により機能性膜を形成する場合、複数の機能性膜領域を同時に成膜する場合もある。この場合、領域間も含めて成膜すると隔壁などの機能性膜不要領域にも成膜を行うことになり、これにより問題が発生する可能性がある。この様に、複数の領域を同時に成膜する為に、本発明の機能性膜形成方法においては、マスクを利用する代わりに基板2上に予めレジストによる保護および領域規制層(規制領域5と呼ぶ)を設け、所定領域のみに成膜を限定する方法を使用する。レジストによる規制領域5の形成は既存のフォトリソグラフィ−技術を利用して、本発明の機能性膜形成工程の前工程で実施される。既述の様に、AD法においてはエアロゾルは高速で目標に衝突する。エアロゾルに含まれる粉末径は平均的にサブミクロンオーダーであり、個々の衝突エネルギーは小さいものの多数の粉末が衝突するために規制領域5はエアロゾルの衝突により破損しない必要が有る。一方で保護および領域規制層は洗浄により除去される必要が有り、必要以上に強固な層とすることも好ましく無い。従って、基板2はその規制領域5を塗布、乾燥、プリベーク、露光、現像までの工程を終了後表面のゴミ等を洗浄しその後乾燥が終了した時点で本発明の機能性膜形成工程に搬送することが望ましい。規制領域5は低温焼成であるプリベークにより、エアロゾルの衝突により容易に破壊されない程度の強度を有するが、完全に高温焼成されていない為、溶剤による除去が可能である。
When a functional film is formed by the
基板2上の機能性膜領域に機能性膜の成膜が完了すると。噴出用パイプ38に設けられたバルブ(不図示)を閉じてエアロゾル3の供給を停止し、次いでベント管57のバルブ(不図示)を開いて減圧チャンバー11内を大気圧に戻す。この間、真空ポンプ40は一定時間作動しチャンバー内の残留粉末を除去する。この残留粉末の除去は真空ポンプ40を利用する代わりに、専用のフィルタ付き排気ファンまたはブロア(不図示)を利用しても良い。減圧チャンバー11内が大気圧に戻り、チャンバー内の残存粉末が除去されると、Z軸駆動部21が作動し減圧チャンバー11を上昇させる。減圧チャンバー11の上昇が完了すると、次にX軸駆動部14およびY軸駆動部22が作動し、減圧チャンバー11を次の機能性膜形成領域に移動させる。前記移動完了後は同じ工程が繰り返される。
When the functional film is completely formed in the functional film region on the
基板2上の全ての機能性膜形成領域に機能性膜が成膜されると、テーブル12の基板吸着機構(不図示)が解除され、基板昇降機構(不図示)が作動しリフトピン(不図示)が上昇して基板2を持ち上げると、ロボット(不図示)等の搬送装置により基板2が規制領域除去手段に搬出される。規制領域除去手段において、基板2は溶剤等により規制領域5を除去された後純水等により残留物が除去される(除去工程と呼ぶ)。引き続き基板2は乾燥工程に搬送され、乾燥終了時点でこの工程全体が終了し、基板2は次の工程、例えば機能性膜のアニーリング工程へと搬送される。一方、基板2の搬出完了後、新たな基板が搬入され、機能性膜形成が繰り返される。
When the functional film is formed in all functional film forming regions on the
上記実施形態では、減圧チャンバー11は基板2の機能性膜形成領域の一部を覆う例について説明されている。しかし、本発明の趣旨の機能性膜形成方法はマスクを利用しない為、減圧チャンバー11が基板2全体を覆う構成とすることも可能である。この場合、少なくともY軸駆動は不要となり、テーブル12上で直接基板2の搬入・搬出を行う構成とした場合にはX軸駆動も不要とすることが出来る。さらには、基板2がテーブル12上に載置されたときの回転方向位置ずれが一定範囲、すなわち減圧チャンバー11の内面範囲に収まる場合、減圧チャンバー11を回転させて位置調整を行う必要が無くなる。従って、この場合にはチャンバー回転モーター26をも不要とすることが出来る。本実施例の装置構成で基板全体を覆う場合、減圧チャンバー11は片持ち構造となるが、両端または四隅支持が必要となるかは基板サイズに依存している。例えば、ディスプレー製造用途またはPV用途など基板サイズが大きい場合は両端または四隅支持が必要となる。さらに、減圧チャンバー11で基板全体を覆う場合、テーブル側とチャンバー側の圧力差が無くなる為、基板とテーブルの固定は真空吸着では不可能となる。この場合、静電吸着または機械的保持により基板2をテーブル12に固定すれば良い。
In the above embodiment, an example in which the
また、上記実施形態ではテーブル12は固定であって、ガントリー20が移動する構成となっているが、本発明の趣旨に従えば、逆の構成すなわちガントリー20がZ軸駆動および回転方向駆動を除き固定され、基板を設置するテーブルがX−Y軸方向に駆動する構成としても構わない。この構成にすれば、テーブルがX−Y軸方向に駆動するため、基板約4枚分の移動空間が必要となり、装置のサイズ増大および設置面積の増大という不利益はあるが、ガントリー20が固定のため減圧チャンバー11の配管をその移動に対応出来る様に柔軟性を持たせる必要が無く、配管を固定化できるため、配管回りの設計が大幅に簡略化できる利点がある。これら駆動方法はそれぞれ組み合わせ可能であり、例えば減圧チャンバー11をさらにZ軸方向またはZ軸と回転方向に固定し、Z軸方向またはZ軸方向と回転方向の駆動をテーブル12で行う構成とすることも可能である。あるいは、X−Y軸方向は減圧チャンバー11を駆動させ、Z軸方向をテーブル駆動とする構成や、減圧チャンバー11を全く固定化し、全ての軸方向の駆動をテーブル12で行う構成や、テーブル12の駆動をX軸のみまたはX軸と回転方向のみに限定し、残りの軸を減圧チャンバー11で駆動とすることも可能である。これら構成のどれを採用するかは制約条件、例えば基板サイズ、設置場所の制約、要求されるサイクルタイムなどにより決定すれば良い。
In the above embodiment, the table 12 is fixed and the
以上、本発明の機能性膜形成方法およびこの機能性膜形成方法を利用した成膜装置を利用することで、3m角に及ぶような大型基板から数十cm角程度の小型基板に至るまで、枚葉基板上に機能性膜を成膜後の乾燥工程が不要かつ従来の塗布方法に匹敵する品質の機能性膜を形成することが出来る。 As described above, by using the functional film forming method of the present invention and the film forming apparatus using this functional film forming method, from a large substrate of 3 m square to a small substrate of about several tens of cm square, A functional film having a quality comparable to that of the conventional coating method can be formed without the need for a drying step after the functional film is formed on the single wafer substrate.
1 機能性膜形成材料(微粉末)
2 基板
3 エアロゾル
4 機能性膜形成領域
5 規制領域
10 機能性膜形成装置
11 減圧チャンバー
12 テーブル
30 エアロゾル発生器
35 高圧ガス
40 真空ポンプ
50 チャンバー本体
51 噴出口
52 シール
55 排気口
57 ベント管
1 Functional film forming material (fine powder)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
機能性膜形成領域以外の表面にレジストによる規制領域が形成された基板の一部または全ての機能性膜形成領域を覆うことが可能な減圧チャンバーを、基板上の前記機能性膜形成領域を覆う様当接させ、前記減圧チャンバー内に局所的な減圧空間を形成する、減圧空間形成工程と、
前記局所的な減圧空間を減圧する減圧工程と、
減圧状態の前記局所的な減圧空間へ前記微粉末材料を供給し、エアロゾルデポジション法により前記微粉末材料を基板上に高速噴射して衝突させ、融着させることにより機能性膜を基板上の前記機能性膜形成領域に形成させる、膜形成工程と、
前記基板表面の前記規制領域を除去する除去工程と、
を有することを特徴とする、機能性膜形成方法。 A functional film forming method of causing a fine powder material for forming a functional film on a sheet-like substrate to collide with the substrate at high speed under a reduced pressure environment, and fusing the fine powder on the substrate by collision energy,
Cover the functional film forming region on the substrate with a decompression chamber capable of covering a part or all of the functional film forming region of the substrate in which the resist restricting region is formed on the surface other than the functional film forming region. A reduced pressure space forming step of forming a local reduced pressure space in the reduced pressure chamber,
A decompression step of decompressing the local decompression space;
The fine powder material is supplied to the local decompression space in a reduced pressure state, and the functional film is formed on the substrate by spraying the fine powder material onto the substrate at high speed by an aerosol deposition method to cause collision. Forming a film in the functional film forming region; and
A removal step of removing the restriction region on the substrate surface;
A method for forming a functional film, comprising:
基板が有する機能性膜形成領域以外の表面に形成されたレジストによる規制領域を除去する規制領域除去手段と、
を備え、
前記減圧チャンバーは、機能性膜を形成するための微粉末材料を含んだエアロゾルを供給するエアロゾル供給手段と、前記局所的な減圧空間を減圧する減圧手段と、を有し、前記減圧チャンバーで覆われた基板上の機能性膜形成領域に機能性膜を形成する、機能性膜形成装置。 A decompression chamber having a seal at an end contacting the substrate and covering the substrate from above to form a local decompression space with the substrate;
A restriction region removing means for removing a restriction region by a resist formed on the surface other than the functional film formation region of the substrate;
With
The decompression chamber has an aerosol supply means for supplying an aerosol containing a fine powder material for forming a functional film, and a decompression means for decompressing the local decompression space, and is covered with the decompression chamber. A functional film forming apparatus for forming a functional film in a functional film forming region on a broken substrate.
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2013
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