JP2014189845A - 機能性膜形成方法および機能性膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアロゾルディポジション法（ＡＤ法）により、シート状基板の表面に機能性膜を作成する方法の提供。
【解決手段】基板の一方向に渡り少なくとも基板の機能性膜形成領域全幅を覆うことが可能な減圧チャンバーを、少なくとも外気がチャンバーに進入困難になる程度に基板に近接させる近接工程と、減圧チャンバー内を減圧することにより基板の減圧チャンバーに覆われた部分を減圧状態とする減圧工程と、微粉末材料を減圧工程により減圧状態となった減圧チャンバーに供給することによって微粉末材料を基板上に高速噴射により衝突させ融着させる噴射工程と、減圧チャンバーを減圧工程により生じた減圧状態を維持しながら基板の一方向と基板設置平面上垂直な方向に基板上を走査し、噴射工程を連続することにより前記基板表面に機能性膜を形成する走査工程と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シート状基板上に機能性膜を形成する方法および装置に関するものである。

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。

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。

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。

特開２００２−６６４３２号公報 特開平５−１８８３９９号公報

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。

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高真空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。

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、この方法は湿式成膜であり、従って前記問題を有する乾燥工程が必要となる。

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。

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エアロゾルディポジション法による機能性膜形成方法であって、基板の一方向に渡り少なくとも前記基板の機能性膜形成領域全幅を覆うことが可能な減圧チャンバーを、少なくとも外気が前記チャンバーに進入困難になる程度に前記基板に近接させる近接工程と、前記減圧チャンバー内を減圧することにより基板の前記減圧チャンバーに覆われた部分を減圧状態とする減圧工程と、前記微粉末材料を前記減圧工程により減圧状態となった前記減圧チャンバーに供給することによって前記微粉末材料を前記基板上に高速噴射により衝突させ融着させる噴射工程と、前記減圧チャンバーを前記減圧工程により生じた減圧状態を維持しながら前記基板の一方向と基板設置平面上垂直な方向に前記基板上を走査し、前記噴射工程を連続することにより前記基板表面に機能性膜を形成する走査工程と、を有するものである。上記機能性膜形成方法によれば、基板全体を覆う高真空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。

また、本発明の機能性膜形成方法は、基板上の機能性膜形成領域に対応した形状のマスクキングが可能なマスクを使用することにより基板の減圧チャンバー長手方向に対して基板上の機能性膜形成領域を規定し、走査方向に対しては走査時の減圧チャンバー位置に応じて前記微粉末材料の噴出を制御することにより走査方向の基板上の機能性膜形成領域を規定することを特徴としている。この機能性膜形成方法によって基板上の所定の位置に機能性膜を形成することができる。

また、本発明の機能性膜形成方法は、基板上に、機能性膜形成領域以外の領域への機能性膜の形成を防ぐための保護部材による規制領域を形成する規制領域形成工程と、前記機能性膜の形成完了後に前記規制領域を除去する規制領域除去工程とをさらに有することを特徴としている。この機能性膜形成方法によって減圧チャンバーにマスクを設けること無く基板上の所定の位置に機能性膜を形成することができる。

また、本発明の機能性膜形成装置は、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エアロゾルディポジション法によりシート状基板上に機能性膜を形成する機能性膜形成装置であって、基板の一方向に渡り少なくとも前記基板の機能性膜形成領域全幅を覆うことが可能な減圧チャンバーと、少なくとも外気が前記チャンバーに進入困難になる程度にまで前記基板に減圧チャンバーを接離させることができる接離手段と、基板の前記減圧チャンバーに覆われた部分を減圧する減圧手段と、前記微粉末材料を含むエアロゾルを前記減圧チャンバーに供給するエアロゾル供給手段と、前記減圧チャンバーを前記基板の一方向と基板設置平面上垂直な方向に走査させる走査手段と、を有することを特徴としている。この構成によれば、基板全体を覆う高真空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装置を実現できる。

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等の欠陥の発生を無くし、さらに従来の乾式成膜の問題である成膜時間の短縮と高真空装置の不要化を実現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。

本発明で用いた成膜原理を示す模式図である。 本発明の装置構成および接続を示す概略構成図である。 基板上の機能性膜形成領域を示す図である。 本発明の成膜方法を用いた成膜装置の斜視図である。 本発明で用いられる減圧チャンバーの断面図である。 本発明の減圧チャンバーのシール部の拡大断面図である。

本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

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。また、エアロゾル３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。

図２は機能性膜形成装置１０の微粉末（機能膜形成材料）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。全体の概略構成は図２に示す様に、基板２を載置するテーブル１２，内部に基板２を収納し減圧状態に保つ減圧チャンバー１１、減圧チャンバー１１に微粉末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から成っている。

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る。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。

図４に示す様に、機能性膜形成装置１０は、図示しない供給装置から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）とで構成されている。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及びガントリー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４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。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、例えば静電吸着法で実施しても構わない。また、テーブル１２には、基板２を昇降動作させる基板昇降機構（不図示）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。

基板２はガラス、シリコン、サファイア、シリコンカーバイド、または樹脂等その他材料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場合について説明する。

ガントリー２０は、テーブル１２に載置された基板２にエアロゾル３を噴射する減圧チャンバー１１を保持し基板上を走査するものであり、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より構成されている。前記支持部２０ａおよび２０ｂは、減圧チャンバー１１をＺ軸方向に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（走査手段）の主要部分とＺ軸駆動部２１（接離手段）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。

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。

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軸方向に沿って移動できるようになっている。減圧チャンバー１１の所定高さの維持については後述する。なお、Ｘ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。

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。図２に示す様に、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、微粉末１により目詰まりせずかつ漏らさず、微粉末１の重量を保持でき、また、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。

図５は減圧チャンバー１１の詳細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を噴出する複数の噴出口５１，チャンバー内の減圧状態を維持するシール部５２、距離センサー５３，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、図２に示す排気管４１と連接した真空ポンプ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。

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。また減圧チャンバー１１は、本実施例ではＹ方向において基板の全幅を一度に成膜できるようにＹ方向に伸びた形状を有する一方、Ｘ方向は走査により基板全長に渡り成膜を行う為に幅が狭い構成となっている。従って噴出口５１はＹ方向に基板の全幅を一度に成膜できる数量が減圧チャンバー１１内に配置され、Ｘ方向は一列または噴出口５１とチャンバー本体５０の寸法が許す範囲で複数列配置される。さらに、噴出口５１はチャンバー本体５０の一側面ににおいて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。また、エアロゾル放出パイプ３８が接続された噴出口５１と基板２までの距離は所用成膜面積、使用する微粉末１など成膜プロセス条件に応じて設定されている。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、図５に示す様に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る等の対応をすることができる。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微粉末１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、チャンバー本体５０の端部にはシール部５２が設けられている。シール部５２はチャンバー本体５０の先端部を外側からさらに覆う構造であり、複数の通気口５２ａによりチャンバー本体５０と連通している。これにより減圧チャンバー１１外より浸入する外気およびエアロゾル３の高圧ガス３５の残余（共に５２ｂとして表示）を排気口５５から排気することが出来、減圧チャンバー１１内を所定の圧力に維持すると共に余分なガスも排出することが出来る。また、通気口５２ａはエアロゾル３の噴出に影響を与えない様噴出口５１より高い位置に設けることが好ましい。シール部５２については、本実施例以外にさらに柔軟性を有する部材、たとえばゴムリップ状のシールなどの柔軟性を有する封止部材をさらに追加することが出来る。また、基板表面の条件によってはシール材のみの構造とすることも可能である。距離センサー５３はＺ軸方向の位置制御に利用するものであるが、ガントリー２０により減圧チャンバー１１を基板２上に走査させる工程に於ける基板と減圧チャンバー１１の距離を一定に保つため、減圧チャンバー１１の先端部分が基板２と接触する前に基板２と減圧チャンバー１１の距離を測定し所定の距離に調整出来る様、減圧チャンバーの走査方向前方位置に減圧チャンバー１１に結合して取り付けられている。

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が所定の位置に移動する。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、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を降下させる（これを近接工程と呼ぶ）。降下量はシール部５２が確実に作用する距離までとなる。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依存している。

減圧チャンバー１１が基板２の表面近傍に降下すると真空ポンプ４０が作動し減圧チャンバー１１内の減圧が開始される（これを減圧工程と呼ぶ）。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。

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。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。

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に噴射され、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（これを噴射工程と呼ぶ）。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恐れがある。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。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ものの、減圧チャンバー１１外から流入する外気の影響も排除する必要が有る。従って、前述の様に通気口５２ａはエアロゾル３の噴出に影響を与えない様噴出口５１より高い位置に設けられ、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い。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ものの成膜プロセス上必要な排気量は確保する必要がある。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（不図示）などによりエアロゾル３の状態を観察し、得られた情報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、成膜プロセス条件により決定される。

減圧チャンバー１１により機能性膜形成が開始されると所定時間経過後ガントリー２０が基板上の走査を開始する（これを走査工程と呼ぶ）。これにより基板全面に亘り機能性膜を形成することが出来る。走査速度は微粉末１の特性、所用膜厚、エアロゾル３の噴出速度などの成膜プロセスに応じて決定される。図３に示す様に、基板２に複数の機能性膜形成領域４が設定されている場合、まず減圧チャンバーの長手（図４のＹ方向）についてはマスク５６を利用し機能性膜形成領域４にのみエアロゾル３を噴出することができる。一方、走査方向（図４のＸ方向）については、機能性膜形成領域４に応じてエアロゾル３の噴出制御を行うことにより機能性膜形成領域４にのみ成膜を行う事が出来る。一方、マスクを利用する代わりに基板２上に予めレジスト等による規制領域５を設け、機能性膜形成領域４にのみに成膜を限定する方法を使用しても良い。レジスト等による規制領域５の形成工程（これを規制領域形成工程と呼ぶ）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３の衝突により破損しない必要が有る。一方で保護および規制領域５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、規制領域５の塗布、乾燥、プリベーク、露光、現像までの工程を終了後基板２表面のゴミ等を洗浄しその後乾燥が終了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。

ガントリー２０が基板２の全長を走査完了し、基板２上の機能性膜領域４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。また前記除去工程と平行して、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が作動し、減圧チャンバー１１を待機位置に移動させる。

基板２上の全ての機能性膜形成領域４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が洗浄工程に搬出される。洗浄工程において、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（これを規制領域除去工程と呼ぶ）。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、前記機能性膜形成工程が繰り返される。

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Ｘ軸方向に固定され、基板を設置するテーブルがＸ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軸方向に駆動するため、基板約２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軸方向に固定し、Ｚ軸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軸方向はガントリー２０を駆動させ、Ｚ軸方向をテーブル駆動とする構成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。

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。

１ 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 シール部
５５ 排気口
５６ マスク
５７ ベント管

Claims (4)

1. 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エアロゾルディポジション法による機能性膜形成方法であって、基板の一方向に渡り少なくとも前記基板の機能性膜形成領域全幅を覆うことが可能な減圧チャンバーを、少なくとも外気が前記チャンバーに進入困難になる程度に前記基板に近接させる近接工程と、前記減圧チャンバー内を減圧することにより基板の前記減圧チャンバーに覆われた部分を減圧状態とする減圧工程と、前記微粉末材料を前記減圧工程により減圧状態となった前記減圧チャンバーに供給することによって前記微粉末材料を前記基板上に高速噴射により衝突させ融着させる噴射工程と、前記減圧チャンバーを前記減圧工程により生じた減圧状態を維持しながら前記基板の一方向と基板設置平面上垂直な方向に前記基板上を走査し、前記噴射工程を連続することにより前記基板表面に機能性膜を形成する走査工程と、を有することを特徴とする機能性膜形成方法。
2. 基板上の機能性膜形成領域に対応した形状のマスクキングが可能なマスクを使用することにより基板の減圧チャンバー長手方向に対して基板上の機能性膜形成領域を規定し、走査方向に対しては走査時の減圧チャンバー位置に応じて前記微粉末材料の噴出を制御することにより走査方向の基板上の機能性膜形成領域を規定することを特徴とする請求項１に記載の機能性膜形成方法。
3. 基板上に、機能性膜形成領域以外の領域への機能性膜の形成を防ぐための保護部材による規制領域を形成する規制領域形成工程と、前記機能性膜の形成完了後に前記規制領域を除去する規制領域除去工程とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の機能性膜形成方法。
4. 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エアロゾルディポジション法によりシート状基板上に機能性膜を形成する機能性膜形成装置であって、基板の一方向に渡り少なくとも前記基板の機能性膜形成領域全幅を覆うことが可能な減圧チャンバーと、少なくとも外気が前記チャンバーに進入困難になる程度にまで前記基板に減圧チャンバーを接離させることができる接離手段と、基板の前記減圧チャンバーに覆われた部分を減圧する減圧手段と、前記微粉末材料を含むエアロゾルを前記減圧チャンバーに供給するエアロゾル供給手段と、前記減圧チャンバーを前記基板の一方向と基板設置平面上垂直な方向に走査させる走査手段と、を有することを特徴とする機能性膜形成装置。

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