JP2017064583A - エレクトロスプレー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減圧環境下で精度良く薄膜を形成することができるエレクトロスプレー装置を提供する。【解決手段】溶液材料を噴出させるノズル１０と、ノズル１０に電圧を印加する電源部１１と、シリンジ２１およびプランジャ２２を有して溶液材料を貯留し、プランジャ２２が押し込まれることによりノズル１０へ溶液材料を供給する液供給部２０と、ノズル１０および液供給部２０を内部に密閉するチャンバー部４０と、チャンバー部４０内の密閉空間を減圧させる減圧手段４２と、プランジャ２２に接続されたシャフト２３と、シャフト２３をプランジャ２２の移動方向に押し引きするシャフト駆動部２４と、を備え、シャフト２３はチャンバー部４０を貫通し、シャフト駆動部２４はチャンバー部４０の外側に配置されている。【選択図】図１

Description

この発明は、減圧環境下において基材に薄膜を形成するエレクトロスプレー装置に関する。

有機ＥＬや薄膜太陽電池など、水分に弱い電子デバイスの製造において、デバイスへ水分が浸入しないようにデバイスを封止する必要がある。従来では、ガラスやバリア性の高いフィルムなどを用いてデバイスを封止していたが、製品をより薄く軽量化させるために、近年、ＣＶＤ法などのドライプロセスによってバリア性の高い薄膜（封止膜）をデバイス表面に成膜させることによって、電子デバイスを外気から保護する手段が採用されつつある。

ただし、このように封止膜で保護を行う場合、工程上発生してしまうパーティクルなどの異物が電子デバイス上に付着して凹凸を有した電子デバイスの表面にその上から封止膜を形成させてしまうと、封止膜が途切れやすくなり、そこから水分が浸入して電子デバイスの劣化が生じる可能性があった。

そこで、基材Ｗの表面に流動性のあるカバー膜を形成してカバー膜で異物を埋めてから、カバー膜の表面に封止膜を形成することが提案されている。これにより、カバー膜のなだらかな表面に封止膜を形成することができるので、途切れが無くバリア性の高い封止膜を得ることができる。

このように基材Ｗの表面に流動性のあるカバー膜を形成する手法として、たとえば特許文献１、図３に示すようなエレクトロスプレー装置による薄膜形成が用いられる。エレクトロスプレー装置９０は、ノズル９１、電源部９２および液供給部９３を有しており、電源部９２によりノズル９１に高電圧が印加された状態においてシリンジおよびプランジャから構成される液供給部９３からノズル９１へ微量の薄膜材料（溶液材料）を送り出すことにより、接地されたステージ９４に載置された基材Ｗに向かってスプレー状の薄膜材料が飛散し、いわゆるエレクトロスプレー法によって基材Ｗに薄膜９５が形成されるというものである。また、上記のようにバリア性の高い封止膜を形成する目的でエレクトロスプレー装置を用いてカバー膜を形成する場合、そのカバー膜の表面に再びパーティクルが付着することを防ぐため、減圧環境下でエレクトロスプレー法が行われ、減圧環境を維持したまま基材Ｗがドライプロセス装置に搬送されることが望まれる。

特開２０１４−１８０５９０号公報

しかし、特許文献１および図３に記載された構成のエレクトロスプレー装置だと、減圧環境下では精度良く薄膜を形成できないおそれがあった。具体的には、エレクトロスプレー法における微量の溶液材料の供給を精度良く制御するために液供給部９３のプランジャを高精度に移動させる駆動源は減圧環境下では動作できないものが多く、液供給部９３はノズル９１などを囲う減圧チャンバーの外に配置して大気圧下で駆動制御する必要があるのに対し、減圧チャンバーの内部を減圧するとノズル９１の先端部と液供給部９３のプランジャ周辺とで圧力差が生じるため、プランジャが勝手に押し込まれてノズル９１の先端部から溶液材料が流出して、溶液材料の精密な流量制御ができないという問題があった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、減圧環境下で精度良く薄膜を形成することができるエレクトロスプレー装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明のエレクトロスプレー装置は、溶液材料を噴出させるノズルと、前記ノズルに電圧を印加する電源部と、シリンジおよびプランジャを有して溶液材料を貯留し、プランジャが押し込まれることにより前記ノズルへ溶液材料を供給する液供給部と、前記ノズルおよび前記液供給部を内部に密閉するチャンバー部と、前記チャンバー部内の密閉空間を減圧させる減圧手段と、前記プランジャに接続されたシャフトと、前記シャフトを前記プランジャの移動方向に押し引きするシャフト駆動部と、を備え、前記シャフトは前記チャンバー部を貫通し、前記シャフト駆動部は前記チャンバー部の外側に配置されていることを特徴としている。

上記エレクトロスプレー装置によれば、減圧環境下で精度良く薄膜を形成することができる。具体的には、シャフトはチャンバー部を貫通し、シャフト駆動部はチャンバー部の外側に配置されていることにより、シャフト駆動部は問題無く動作可能なチャンバーの外側に配置されかつ液供給部のシリンジおよびプランジャはチャンバーの内部に配置することができる。したがって、プランジャを精度良く駆動させることができかつノズル先端部とプランジャ周辺との間で圧力差が無く溶液材料が勝手に流出することが無くなるため、溶液材料の流量を精度良く制御して精度良く薄膜を形成することができる。

また、前記液供給部が前記ノズルへ送り出す溶液材料の流量は、１０〜２０ｕｍ／ｍｉｎであると良い。

このような微量の塗布液の高精度な流量制御であっても、本発明のエレクトロスプレー装置ならば実施することができる。

また、本発明のエレクトロスプレー装置はドライプロセス装置の手前の工程で用いられると良い。

こうすることにより、エレクトロスプレー装置で形成された薄膜の上にパーティクルが付着することが無いため、平坦な薄膜の表面にドライプロセスで成膜を行うことができる。

また、本発明のエレクトロスプレー装置は減圧環境下で行われる２つの工程の間で用いられると良い。

こうすることにより、装置間で大きな圧力の変更を行うことなく短い時間で工程を重ねることができる。

本発明のエレクトロスプレー装置によれば、減圧環境下で精度良く薄膜を形成することができる。

本発明の一実施形態におけるエレクトロスプレー装置を示す概略図である。 本発明のエレクトロスプレー装置の適用例である。 従来の実施形態におけるエレクトロスプレー装置を示す概略図である。

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、本発明の一実施形態におけるエレクトロスプレー装置を示す概略図である。

エレクトロスプレー装置１はノズル１０、電源部１１、液供給部２０、およびステージ３０を有し、液供給部２０から供給された溶液材料が内部に充填されたノズル１０に対して電源部１１が電圧を印加することにより、接地されたステージ３０に載置された基材Ｗに向かって溶液材料がスプレーされ、数百ｎｍ〜数十ｕｍの膜厚の薄膜２が形成される。また、ノズル１０およびステージ３０はチャンバー部４０に収納されており、チャンバー部４０の内部が減圧されることにより減圧環境下でエレクトロスプレー法による基材Ｗへの薄膜２の形成が行われる。

ノズル１０は、導電体製の管状の部材であり、開口がＺ軸方向（上下方向）を向いている。また、ノズル１０は液供給部２０と接続されており、液供給部２０から溶液材料が供給されてノズル１０の中空部に溶液材料が充填される。なお、本実施形態ではノズル１０として内径０．８ｍｍ、外径１．２ｍｍの管状体を用いている。

また、ノズル１０には電源部１１が接続されており、ノズル１０の中空部を通る溶液材料に電圧を印加した状態で、溶液材料を下方から上方に向かって噴霧するように構成されている。そして、ノズル１０から噴霧された溶液材料は、ノズル１０と基材Ｗとの間でスプレーを形成し、基材Ｗに薄膜２として堆積される。

液供給部２０は、筒状のシリンジ２１およびシリンジ２１の内壁を摺動するプランジャ２２を有し、注射器状の形態を構成しており、シリンジ２１に対してプランジャ２２が押し込まれる方向に駆動することによって、シリンジ２１内に貯留された溶液材料がプランジャ２２に対して反対側から押し出され、押し出された溶液材料がノズル１０に供給される。

また、プランジャ２２には棒状のシャフト２３が接続されており、このシャフト２３はシャフト駆動部２４に接続されている。このシャフト駆動部２４は直動精密ステージであり、シャフト２３をプランジャ２２の移動方向（図１の矢印で示す方向であり、Ｘ軸方向）に駆動させる。これにより、プランジャ２２はシャフト２３を介してシャフト駆動部２４によって精密駆動して、１０〜２０ｕｍ／ｍｉｎ程度の非常に少ない流量であっても高精度で制御されてノズル１０へ溶液材料を供給する。

ステージ３０は、基材Ｗを把持する機構を有するプレートであり、導電性を有する。本実施形態では、ステージ３０は金属板である。ステージ３０は、カバー膜の形成時に基材Ｗに対してノズル１０と反対側から基材Ｗに接触して基材Ｗを把持するとともに接地するように構成されている。これにより、電源部１１により電圧が印加されるノズル１０とステージ３０との間に電位差が生じ、ノズル１０とステージ３０との間に電気力線が形成される。そして、電圧が印加されてノズル１０から噴出する溶液材料は、電気力線の影響を受けてステージ３０に向かって飛行し（すなわちＺ軸方向に飛行し）、スプレーを形成する。

チャンバー部４０は、ノズル１０、シリンジ２１、プランジャ２２、およびステージ３０を収納して内部空間を減圧することにより減圧空間にてエレクトロスプレー法による薄膜形成を行わせる中空の箱状体であり、外壁部４１および減圧手段４２を有する。

外壁部４１は、本実施形態ではたとえばステンレスなど剛性の高い材料からなる６枚の板状体であり、それぞれが天板、底板、側板に相当し、これらが組み合わさることにより中空の略直方体状の箱状体を構成する。また、一部の外壁部４１には開口が設けられており、この開口にはシャッター４３が設けられている。シャッター４３は図示しない制御装置により開閉が制御され、シャッター４３が開状態のときにたとえばチャンバー部４０の内外への基材Ｗの搬送が行われ、全てのシャッター４３が閉状態のときはチャンバー部４０の内部は密閉状態となる。

また、一部の外壁部４１には液供給部２０のシャフト２３が通る貫通穴４４が設けられており、この貫通穴４４にシャフト２３が通され、チャンバー部４０の内部側のシャフト２３の端部にはプランジャ２２が接続され、チャンバー部４０の外部側のシャフト２３の端部にはシャフト駆動部２４が接続される。なお、貫通穴４４が設けられた箇所においては、公知の技術を用いることによって貫通穴４４の内と外との間で気体が漏れることなくシャフト２３がＸ軸方向に移動することが可能となっている。

減圧手段４２は本実施形態では真空ポンプであり、チャンバー部４０の内部を減圧させる。本実施形態は、チャンバー部４０の内部が密閉状態となった状態においてチャンバー部４０の内部を０．１Ｐａ程度まで減圧させることが可能となっている。

以上の構成のエレクトロスプレー１により、チャンバー部４０の内部の減圧環境下で精度良く薄膜２を形成することができる。具体的には、シャフト２３がチャンバー部４０の外壁部４１を貫通し、シャフト駆動部２４はチャンバー部４０の外側に配置されていることにより、シャフト駆動部２４は問題無く動作可能な環境であるチャンバー部４０の外側に配置されかつ液供給部２０のシリンジ２１およびプランジャ２２はチャンバー部４０の内部に配置することができる。したがって、シャフト駆動部２４によってプランジャ２２を精度良く駆動させることができ、かつノズル１０の先端部とプランジャ２２周辺はともにチャンバー部４０の内部の減圧環境下にあるため圧力差が無く、溶液材料が勝手に流出することが無くなるため、溶液材料の流量を精度良く制御して精度良く薄膜を形成することができる。

次に、本発明のエレクトロスプレー装置の適用例を図２に示す。

図２は、エレクトロスプレー装置１の下流に封止膜形成装置３を設けた例である。

封止膜形成装置３は、基材Ｗへドライプロセスにより封止膜材料を供給する装置であり、本実施形態ではプラズマＣＶＤ装置である。なお、ドライプロセスによって成膜対象に数十ｎｍ〜数ｕｍの膜厚の封止膜４を形成することが可能である。

封止膜形成装置３は、チャンバー部５１、電極ユニット５２、プラズマガス供給源５３、原料ガス供給源５４、高周波電源５５、およびステージ５６を有しており電極ユニット５２およびステージ５６がチャンバー部５１内に設けられている。減圧手段５７によりチャンバー部５１の内部が減圧された状態でプラズマガス供給源５３および原料ガス供給源５４からプラズマガスおよび原料ガスが供給され、高周波電源５５によって電極ユニット５２に高周波電力が印加されることにより、プラズマガスがプラズマ化して誘導結合プラズマが発生し、この誘導結合プラズマが原料ガスを分解させる。この分解された原料ガスがステージ５６に載置された基材Ｗに堆積することにより、エレクトロスプレー装置１によって基材Ｗの表面に形成された薄膜２（カバー膜）の表面に封止膜４が形成される。

また、チャンバー部５１のエレクトロスプレー装置１と対向する外壁にはシャッター５８が設けられた開口が設けられており、このシャッター５８が開状態となることでチャンバー部５１の外側からチャンバー部５１の内部のステージ５６へ基材Ｗを搬送することができる。

また、エレクトロスプレー装置１のシャッター４３を有する開口と封止膜形成装置３のシャッター５８を有する開口との間には、減圧手段６１により内部が減圧された減圧搬送路６が設けられており、ロボットハンド６２により減圧搬送路６を通って基材Ｗはエレクトロスプレー装置１から封止膜形成装置３へ搬送される。すなわち、減圧状態が維持されたまま基材Ｗはエレクトロスプレー装置１から封止膜形成装置３へ搬送される。

こうすることにより、エレクトロスプレー装置１で形成された薄膜２の上にパーティクルが付着すること無くエレクトロスプレー装置１から封止膜形成装置３へ搬送されるため、平坦な薄膜２の表面にドライプロセスで成膜を行うことができ、バリア性の高い封止膜４を形成することができる。

また、エレクトロスプレー装置１と封止膜形成装置３とで行われる両工程が減圧環境下で行われるため、装置間で大きな圧力の変更を行うことなく短い時間で工程を重ねることができる。

特に電子デバイスの製造においては減圧環境下で行う工程が多く、仮にエレクトロスプレー装置１が減圧環境下で行われる２つの工程の間で用いられる場合であっても、本発明のエレクトロスプレー装置１は減圧環境下でエレクトロスプレー工程が実施されるため、３つの装置間で大きな圧力の変更を行うことなく短い時間で工程を重ねることができる。

以上のエレクトロスプレー装置により、減圧環境下で精度良く薄膜を形成することができる。

ここで、本発明のエレクトロスプレー装置は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、封止膜形成装置３はＣＶＤ装置に限らず他のドライプロセス装置であっても良い。たとえば、スパッタリング装置であっても良い。

また、上記の説明では基材を把持するプレート全体を接地しており、これにより基材全面に薄膜を形成することができるが、たとえば接地されたニードルをプレートに当接させることによってプレートの一部のみ接地することにより基材の任意の部分に薄膜を形成するようにしても良い。また、基材が導電性を有しているのであれば、プレートではなく基材を直接接地することによりノズルと基材との間に電位差を形成させても良い。

１ エレクトロスプレー装置
２ 薄膜
３ 封止膜形成装置
４ 封止膜
６ 減圧搬送路
１０ ノズル
１１ 電源部
２０ 液供給部
２１ シリンジ
２２ プランジャ
２３ シャフト
２４ シャフト駆動部
３０ ステージ
４０ チャンバー部
４１ 外壁部
４２ 減圧手段
４３ シャッター
４４ 貫通穴
５１ チャンバー部
５２ 電極ユニット
５３ プラズマガス供給源
５４ 原料ガス供給源
５５ 高周波電源
５６ ステージ
５７ 減圧手段
６１ 減圧手段
６２ ロボットハンド
９０ エレクトロスプレー装置
９１ ノズル
９２ 電源部
９３ 液供給部
９４ ステージ
９５ 薄膜
Ｗ 基材

Claims (4)

1. 溶液材料を噴出させるノズルと、
   前記ノズルに電圧を印加する電源部と、
   シリンジおよびプランジャを有して溶液材料を貯留し、プランジャが押し込まれることにより前記ノズルへ溶液材料を供給する液供給部と、
   前記ノズルおよび前記液供給部を内部に密閉するチャンバー部と、
   前記チャンバー部内の密閉空間を減圧させる減圧手段と、
   前記プランジャに接続されたシャフトと、
   前記シャフトを前記プランジャの移動方向に押し引きするシャフト駆動部と、
   を備え、前記シャフトは前記チャンバー部を貫通し、前記シャフト駆動部は前記チャンバー部の外側に配置されていることを特徴とする、エレクトロスプレー装置。
2. 前記液供給部が前記ノズルへ送り出す溶液材料の流量は、１０〜２０ｕｍ／ｍｉｎであることを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロスプレー装置。
3. ドライプロセス装置の手前の工程で用いられることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のエレクトロスプレー装置。
4. 減圧環境下で行われる２つの工程の間で用いられることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のエレクトロスプレー装置。

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