JP6760709B2 - ミスト塗布成膜装置の塗布ヘッドおよびそのメンテナンス方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ミスト塗布成膜装置の塗布ヘッドおよびそのメンテナンス方法に関する。

ミスト塗布成膜装置は、塗布液霧化機構と、ミスト塗布機構と、焼成・乾燥機構と、を含む。塗布液霧化機構は、超音波振動子を利用して霧化容器内の所定の原料を含む塗布液を霧化して液滴状の塗布液ミストを得る。ミスト塗布機構は、成膜対象となる基板を載置する載置部を有する。ミスト塗布機構は、この基板に、塗布液霧化機構で生成した塗布液ミストを供給し、この基板の表面上に塗布液ミストを塗布する。焼成・乾燥機構は、基板の表面上に塗布された塗布液ミストを焼成・乾燥して、基板の表面上に所定の原料を含む薄膜を成膜する。

このようなミスト塗布成膜装置は、１μｍ以下の膜厚を有する薄膜を、均一に成膜できる。

塗布液を液滴化して行う塗布装置として、スプレーコート装置（たとえば特許文献１参照）やスピンコート装置等がある。スピンコート装置は、基板の表面中央部に供給された塗布液の液滴を、高速回転させることにより基板表面に薄膜を形成する。スプレーコート装置は、高圧のエアーガスによって塗布液を基板に噴霧して基板表面に薄膜を形成する。

ミスト塗布成膜装置は、スプレーコート装置等とは異なり、塗布ヘッド内でミストを整流して基板の表面上に塗布して薄く均一な薄膜を形成する。

ミスト塗布成膜装置は、ミストを塗布ヘッド内で整流するため、塗布ヘッド内に原料溶液が滞留する。原料溶液をそのまま廃棄してしまっては、実質的に歩留りが低下し、コスト増大につながる。

また、原料溶液を変えて異なる薄膜を成膜する場合には、滞留した原料溶液を除去する必要がある。そのためには、塗布ヘッドを解体して洗浄しなければならず、作業工数が増大し、薄膜の製造のスループットが低下する。

特開２００３−９８６９９号公報

本実施形態では、歩留りおよびスループットを向上させたミスト塗布成膜装置の塗布ヘッドおよびそのメンテナンス方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態によれば、本体を備えたミスト塗布成膜装置の塗布ヘッドが提供される。前記本体は、原料溶液のミストまたは洗浄液のいずれかを供給することを可能とする供給口を設けたトッププレートと、前記トッププレートの鉛直方向の下方に設けられたボトムプレートと、前記トッププレートと前記ボトムプレートとの間に設けられ、前記トッププレートおよび前記ボトムプレートに上端および下端でそれぞれ接続されて、前記トッププレートおよび前記ボトムプレートとともに、内部空間を形成するサイドウォールと、を含む。前記サイドウォールは、前記内部空間から前記ミストを外部に噴霧するスリットと、前記内部空間で凝集したミストまたは前記供給された洗浄液を回収することを可能とする回収口と、を含む。前記ボトムプレートは、前記サイドウォールの内周から前記回収口に向かって高さが低くなる傾斜を有する。

実施形態の塗布ヘッドによれば、ボトムプレートが、サイドウォールの内周から回収口に向かって高さが低くなる傾斜を有しているので、滞留した原料溶液または洗浄液を容易に回収することができる。したがって、実施形態の塗布ヘッドでは、歩留りおよびスループットを向上させることができる。

実施形態に係るミスト塗布成膜装置を例示する模式的な説明図である。 実施形態の塗布ヘッドを例示する斜視図である。 図２のＡＡ線における矢視断面図である。 実施形態の塗布ヘッドの一部を例示する三面図である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は側面図である。 実施形態の塗布ヘッドの一部を例示する三面図である。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は側面図である。 実施形態の塗布ヘッドの一部を例示する三面図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図、図６（ｃ）は側面図である。 実施形態の塗布ヘッドを例示する一部分解組立図である。 塗布ヘッドの動作の手順を例示するフローチャートである。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、本実施形態に係るミスト塗布成膜装置を例示する模式的な説明図である。図１に示すように、本実施の形態のミスト塗布成膜装置１００は、原料溶液ミスト化機構５０、ミスト塗布機構７０、焼成・乾燥機構９０を主要構成要素として有している。

原料溶液ミスト化機構５０は、原料溶液ミスト発生処理を実行する。原料溶液ミスト化処理は、ミスト化（霧化）して原料溶液ミスト６を発生する。超音波を発生する超音波振動子１を利用することによって、ミスト化容器４に投入した原料溶液５を、中心粒径が約４μｍで粒径分布が（標準偏差σが±２０％以下の）狭い液滴にミスト化することができる。原料溶液ミスト６はキャリアガス供給部１６から供給されるキャリアガスによってミスト供給ライン２２を介してミスト塗布機構７０に搬送される。

原料溶液ミスト化機構５０において、超音波振動子１は、たとえば１．５〜２．５ＭＨｚ範囲内で設定された周波数で発振する。超音波振動子１上に設けられた水槽２には、超音波伝播の媒体として水３が導入されている。超音波振動子１を設定された発振周波数で駆動することによって、ミスト化容器４に投入された原料溶液５がミスト化（霧化）される。

なお、原料溶液５として、低粘度の原料溶液が想定される。低粘度の原料溶液は、アセトン、メチルエチルケトン、塩化メチレン、メタノール、トルエン、水、ヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ビニル、または塩化エチル等の溶媒で希釈される。

原料溶液５がナノ粒子分散溶液の場合を考える。この場合、例えば、銀ナノ粒子分散溶液、酸化ジルコニウム分散溶液、酸化セリウム分散溶液、酸化インジウム分散溶液、酸化スズ分散溶液、酸化亜鉛分散溶液、酸化チタン分散溶液、シリカ分散溶液あるいはアルミナ分散溶液が考えられ、これらの溶液が上記溶媒により希釈されて原料溶液５が得られる。

一方、原料溶液５がナノファイバー分散溶液の場合を考える。この場合、例えば、カーボンナノチューブ分散溶液、銀ナノファイバー分散溶液、あるいはセルロースナノファイバー分散溶液が考えられ、これらの溶液が上記溶媒により希釈されて原料溶液５が得られる。

キャリアガス供給部１６から供給されたキャリアガスは、キャリアガス導入ライン２１からミスト化容器４内に供給される。これにより、ミスト化容器４の内部空間でミスト化された液滴状の原料溶液ミスト６は、ミスト供給ライン２２を介してミスト塗布機構７０の塗布ヘッド８に向けて運ばれる。

キャリアガスには、主に窒素ガスあるいは空気が用いられ、原料溶液ミスト６を搬送する。キャリアガス流量は、ミスト制御部３５によって、２〜１０（Ｌ／ｍｉｎ）に制御される。バルブ２１ｂは、キャリアガス流量を調整するためのバルブである。バルブ２１ｂは、キャリアガス導入ライン２１に設けられている。

ミスト制御部３５は、バルブ２１ｂの開閉度合いを制御してキャリアガス供給部１６から供給されるキャリアガス流量を制御する。ミスト制御部３５は、キャリアガス流量の制御とともに、超音波振動子１の超音波発振回路の開閉や、異なった周波数の超音波振動子のための超音波発振回路の開閉等を制御する。

ミスト塗布機構７０は、原料溶液ミスト塗布処理(mist coating processing)を実行する。原料溶液ミスト塗布処理は、ミスト供給ライン２２を介して供給された原料溶液ミスト６を、基板９（成膜対象の基板）の表面上に塗布して(coat)、原料溶液液膜を形成する。原料溶液ミスト塗布処理では、塗布ヘッド８から移動ステージ１０（載置部）上に載置された基板９（成膜対象の基板）の表面上に原料溶液ミスト６が供給される。

焼成・乾燥機構９０は、焼成・乾燥処理を実行する。焼成・乾燥処理は、原料溶液液膜に含まれる原料を構成材料とした薄膜を基板９の表面上に形成する処理である。焼成・乾燥処理では、ホットプレート１３上において、表面上に原料溶液液膜が形成された基板９を焼成・乾燥し、原料溶液液膜の溶媒を蒸発させる。

焼成・乾燥機構９０は、焼成・乾燥チャンバー１４内に設けられるホットプレート１３を主要構成として有している。ミスト塗布機構７０を用いた原料溶液ミスト６の塗布によって、表面上に原料溶液液膜が形成された基板９が焼成・乾燥チャンバー１４内においてホットプレート１３上に載置される。

ホットプレート１３を用いて原料溶液液膜が表面上に形成された基板９に対し焼成・乾燥処理を行う。焼成・乾燥処理によって、塗布された原料溶液ミスト６で形成された原料溶液液膜の溶媒を蒸発させて、基板９の表面上に原料溶液５に含まれる原料（所定の原料）そのものを構成材料とした薄膜を形成することができる。なお、焼成・乾燥処理により生成した原料溶液５の溶媒蒸気は排ガス出力ライン２４から、図示しない排気処理装置にて処理された後に大気に放出される。排ガス出力ライン２４は、バルブ２４ｂによって開閉される。

なお、図１で示す例では、焼成・乾燥処理をホットプレート１３を用いて実行したが、ホットプレート１３を用いることなく、焼成・乾燥チャンバー１４内に熱風を供給する態様で焼成・乾燥機構９０を構成してもよい。

塗布ヘッド８の構成について詳述する。
図２は、本実施形態の塗布ヘッドを例示する斜視図である。図３は、図２のＡＡ線における矢視断面図である。図４（ａ）〜図６（ｃ）は、本実施形態の塗布ヘッドの一部を例示する三面図である。図７は、本実施形態の塗布ヘッドを例示する一部分解組立図である。

図２に示すように、塗布ヘッド８は、本体８０と、スリットブロック８３と、スリットプレート８４と、を備える。スリットブロック８３は、本体８０の側面下方に接続されている。スリットプレート８４は、一端の部分でスリットブロック８３の傾斜に沿って接続され、残りの部分が塗布ヘッド８の底面８ｂを形成している。

塗布ヘッド８の底面８ｂには、スリット状のミスト噴出口１８が設けられている。ミスト噴出口１８からは、原料溶液のミストが噴出される。一方、本体８０には、本体スリット８５ａが設けられている。スリットブロック８３の傾斜が設けられている面には、溝が設けられており、溝の一方の端には、本体スリット８５ａが接続されている。溝の他方の端は、ミスト噴出口１８である。溝の上部は、スリットプレート８４の一部で覆われている。スリットブロック８３の溝とスリットプレート８４で覆われた部分は、本体スリット８５ａから供給されたミストの誘導路８３ａを形成する。

本体スリット８５ａから供給されたミストは、誘導路８３ａを介してミスト噴出口１８から噴出される。誘導路８３ａは、スリットブロック８３の傾斜にしたがう角度を有している。そのため、誘導路８３ａから供給され、ミストは、鉛直方向から角度θ１をもってミスト噴出口１８から噴出される。

基板９は、その表面が塗布ヘッド８の底面８ｂに対向するように置かれる。つまり、基板９は、塗布ヘッド８の底面８ｂの下に置かれる。ミスト噴出口１８は、ヘッドの底面８ｂに設けられている。ミスト噴出口１８は、基板９の短辺の方向を長手方向としたスリット状に設けられている。ミスト噴出口１８の形成長は、基板９の短辺幅と同程度に設定される。

以下の説明では、三次元座標を用いることがある。すなわち、三次元座標は、ミスト噴出口１８のスリットが延伸している方向に平行なＸ軸、移動ステージ１０が移動する方向に平行なＹ軸、および鉛直方向であるＺ軸を含む。

たとえば、移動ステージ１０によって基板９をＹ軸方向（ミスト噴出口１８の延伸方向および鉛直方向のいずれにも直交する方向）に沿って移動させながら、塗布ヘッド８内で整流された原料溶液ミスト６をミスト噴出口１８から供給する。これにより、基板９の表面上のほぼ全面に原料溶液ミスト６を塗布して、基板９の表面上に原料溶液の液膜を形成することができる。ミスト噴出口１８は、スリット状に形成されている。そのため、塗布ヘッド８における長手方向（Ｘ軸方向、第１方向）の形成長を調整することによって、薄膜形成用基板である基板９の短辺幅に制限されることがなく、短辺幅が広い基板９にも適応することができる。具体的には、想定される基板９の最大短辺幅に合致した長手方向の幅を塗布ヘッド８にもたせることによって、ミスト噴出口１８の形成長を基板９の最大短辺幅にほぼ合致させることができる。

移動ステージ１０は、その上部に基板９を載置している。移動ステージ１０は、塗布ヘッド８の底面８ｂから２〜５ｍｍ程度離れた状態で、移動制御部３７による制御の下で、移動する。たとえば、移動ステージ１０は、Ｙ軸の正方向の逆方向（負方向）に向かって移動する。これにより、基板９の表面のほぼ全面上に原料溶液ミスト６を塗布することができ、原料溶液液膜を基板９の表面上に形成することができる。

この際、移動制御部（図１）３７によって移動ステージ１０の移動速度を変更することにより、原料溶液液膜の厚さを調整することができる。

すなわち、移動制御部３７は、塗布ヘッド８のミスト噴出口１８の短手方向に合致する移動方向（図２のＹ軸の負方向）に沿って移動ステージ１０を移動させ、移動方向に沿った移動ステージ１０の移動速度を可変制御する。

また、図１にすでに示したように、塗布ヘッド８および移動ステージ１０は、ミスト塗布チャンバー１１内に設けられている。ミスト塗布チャンバー１１内で揮発した原料溶液ミスト６の溶媒蒸気とキャリアガスとの混合ガスは、排ガス出力ライン２３を介して、図示しない排気処理装置によって処理された後に大気に放出される。なお、バルブ２３ｂは排ガス出力ライン２３に設けられるバルブである。

本体８０は、たとえばこの例のように、ほぼ直方体形状である。図３に示すように、本体８０は、トッププレート８７と、ボトムプレート８２と、サイドウォール８８と、を含む。トッププレート８７は、本体８０の上部に設けられている。トッププレート８７は、方形状の板である。ボトムプレート８２は、本体８０の底部に設けられている。ボトムプレート８２は、ＸＹ平面視でトッププレート８７とほぼ同形状の方形の部材である。サイドウォール８８は、ＸＹ断面視がトッププレート８７およびボトムプレート８２とほぼ同じ方形の枠状体である。サイドウォール８８は、トッププレート８７とボトムプレート８２との間に設けられている。サイドウォール８８は、上端でトッププレート８７に接続されており、下端でボトムプレート８２に接続されている。

本体８０は、トッププレート８７、サイドウォール８８およびボトムプレート８２に囲まれた空洞を有する。この本体８０の内部の空洞は、整流室８０ａである。

トッププレート８７には、開口が設けられている。この開口には、ミスト供給ライン２２および洗浄液・置換ガス供給ライン２５のための配管が流体的に接続されている。この開口を介してミスト、洗浄液および置換ガスが供給される。この開口は、供給口８７ａである。

サイドウォール８８は、フロントプレート８６と、バックプレート８５と、を含む。フロントプレート８６およびバックプレート８５は、ＸＺ平面に平行し、互いに対向して配置されている。フロントプレート８６およびバックプレート８５は、サイドウォール８８を構成する板状体である。

フロントプレート８６の下方には、開口が設けられている。この開口には、原料溶液回収ライン２６のための配管が流体的に接続されている。この開口は、回収口８６ａである。回収口８６ａは、ボトムプレート８２の上面の位置あるいは上面よりも高い位置にある。

バックプレート８５には、本体スリット８５ａが設けられている。本体スリット８５ａは、Ｘ軸にほぼ平行な長手方向を有する。本体スリット８５ａは、ボトムプレート８２の上面よりも高い位置に設けられている。

ボトムプレート８２は、後述するように、本体スリット８５ａからスリット回収口に向かって高さが低下する傾斜部を有するので、塗布ヘッド８は、ボトムプレート８２に原料溶液が滞留することとはほぼ無関係に、ミストを噴出することができる。したがって、頻繁に塗布ヘッド８から原料溶液を回収したり、を洗浄したりする必要がないので、薄膜の製造スループットを向上させることができる。また、滞留した原料溶液は、再利用することができるので、ボトムプレート８２に十分な量の原料溶液を回収することができ、歩留りの向上に貢献することができる。

本体８０の内部空間である整流室８０ａは、１つ以上のカレントプレートによって仕切られている。この例では、カレントプレート８１−１〜８１−４は、４つ設けられている。カレントプレート８１−１〜８１−４は、下方から上方に向かってこの順で設けられている。各カレントプレート８１−１〜８１−４は、方形の板であり、三辺が本体８０の内壁に接続されている。残りの辺が端部８１−１ａ〜８１−４ａとしてそれぞれ開放されている。つまり、整流室８０ａは、カレントプレート８１−１〜８１−４によって部分的に仕切られており、整流室８０ａ内の空間は、流体的に連続である。

各カレントプレート８１−１〜８１−４は、各端部８１−１ａ〜８１−４ａが他の部分よりも鉛直方向の下となるように設けられている。もっとも下のカレントプレート８１−１では、その端部８１−１ａが本体スリット８５ａの設けられている方向とは反対方向に向くように設けられている。好ましくは、端部８１−１ａが延伸する方向は、本体スリット８５ａと平行な方向である。

カレントプレート８１−２は、カレントプレート８１−１の上方に隣接して設けられている。その端部８１−２ａの鉛直下方には、カレントプレート８１−１の板面が配置されている。カレントプレート８１−２は、その端部８１−２ａが本体スリット８５ａの設けられている方向に向くように設けられている。

カレントプレート８１−３は、カレントプレート８１−２の上方に隣接して設けられている。その端部８１−３ａの鉛直下方には、カレントプレート８１−２の板面が配置されている。カレントプレート８１−３は、その端部８１−３ａが本体スリット８５ａの設けられている方向とは反対方向に向くように設けられている。

カレントプレート８１−４は、カレントプレート８１−３の上方に隣接して設けられている。その端部８１−４ａの鉛直下方には、カレントプレート８１−３の板面が配置されている。カレントプレート８１−４は、その端部８１−４ａが本体スリット８５ａの設けられている方向に向くように設けられている。

カレントプレートの端部と、そのカレントプレートに隣接して下方に配置されたカレントプレートとの鉛直方向の距離は、１ｍｍ程度から数ｍｍ程度に設定される。たとえば、この距離は、ミスト化する原料溶液によって適切に設定される。

このように、各カレントプレート８１−１〜８１−４は、鉛直方向から角度θ２だけ斜めに設けられている。角度θ２は、洗浄液や置換ガスを導入した場合に、洗浄液等とともにボトムプレート８２に流れ落ちるように適切に設定される。角度θ２は、たとえば６０°程度に設定される。

供給口８７ａから供給されたミストは、カレントプレート８１−４の板面に行く手をさえぎられて、カレントプレート８１−４が広がる二次元方向に分散され、端部８１−４ａが延伸する方向に分散されつつ、次のカレントプレート８１−３に供給される。分散されたミストは、カレントプレート８１−３の板面に行く手をさえぎられて、さらに分散される。下方のカレントプレート８１−２，８１−１で同様にミストは分散されて、整流室８０ａのもっとも下方において、空間中に広く分散するようになる。

供給口８７ａのＹ軸方向の位置は、たとえばこの例のように、カレントプレートの端部付近となるように設けられてもよいし、ミストの分散の度合いによって、端部よりもフロントプレート８６よりに、あるいはバックプレート８５よりにオフセットさせて配置してもよい。

分散されたミストは、本体スリット８５ａから誘導路８３ａを介してミスト噴出口１８から噴出される。

塗布ヘッド８の洗浄時には、供給口８７ａから洗浄液や置換ガスが供給される。各カレントプレート８１−１〜８１−４の端部８１−１ａ〜８１−４ａは、各カレントプレート８１−１〜８１−４の他の部分よりも下方となるように設けられているので、供給口８７ａから供給された洗浄液や置換ガスを、カレントプレート上に滞留させることなく、重力によって下方に流すことができる。

上述では、４つのカレントプレートが設けられている場合について説明したが、カレントプレートは、４つに限らず、１つ〜３つのいずれかであってもよいし、５つ以上設けられていてもよい。いずれの場合も、ミストの整流効果を十分に高め、噴出されるミストを十分に分散させるために、本体スリット８５ａにもっとも近い（もっとも下方に位置する）カレントプレートは、その端部が本体スリット８５ａの設けられている方向の反対方向に向くように設けられる。

図４に示すように、ボトムプレート８２は、接続部８２ａと、傾斜部８２ｂ，８２ｃと、を含む。接続部８２ａは、方形のボトムプレート８２の三辺を取り囲むように形成されている。接続部８２ａは、傾斜部８２ｂ，８２ｃの端部で方形の板を取り囲んでいる。接続部８２ａは、上部（Ｚ軸の正方向）の平坦面によって、サイドウォール８８の下端と接続される。方形の板を囲んでいない一辺には、原料溶液回収ライン２６を接続する回収口８６ａが接続される。

傾斜部８２ｂは、回収口８６ａに対向する位置から回収口８６ａに向かって、高さが低くなる傾斜を有する。傾斜部８２ｃは、回収口８６ａが設けられた面に隣接する辺の位置から回収口８６ａに向かって、高さが低くなる傾斜を有する。

整流室８０ａの最下部で分散されたミストのうち凝集したものは、原料溶液としてボトムプレート８２にたまる。たまった原料溶液は、傾斜部８２ｂ，８２ｃによって回収口８６ａに向かって流れ落ちるので、回収口８６ａを介して回収される。

また、塗布ヘッド８の洗浄時には、各カレントプレート８１−１〜８１−４を洗浄した洗浄液は、ボトムプレート８２に落ちて、傾斜部８２ｂ，８２ｃによって回収口８６ａの方へ流れる。たまった洗浄液は、回収口８６ａを介して回収される。

図５に示すように、スリットブロック８３は、Ｘ軸方向に延伸する三角柱の部材である。この三角柱の部材は、ＸＹ平面に平行な面８３ｂと、これに直交するＸＺ平面に平行な面８３ｃとを有する。スリットブロック８３は、これら２つの面に交差する斜面８３ｄを有する。

スリットブロック８３のＸＹ平面に平行な面８３ｂは、スリットプレート８４とともに、塗布ヘッド８の底面８ｂの一部を形成する。スリットブロック８３のＸＺ平面に平行な面８３ｃは、バックプレート８５に接続される。

スリットブロック８３は、斜面８３ｄに平行な溝部８３ｅを含む。溝部８３ｅは、Ｘ軸方向に沿って、スリットブロック８３の両端を残して形成されている。

図６に示すように、スリットプレート８４は、底面部８４ａと、斜面部８４ｂとを含む。底面部８４ａの一端に斜面部８４ｂが設けられている。斜面部８４ｂは、底面部８４ａから角度θ１を有して設けられている。角度θ１は、スリットブロック８３の面８３ｃと斜面８３ｄとの角度に等しい。斜面部８４ｂの長さは、スリットブロック８３の斜面の長さにほぼ等しい。

図７に示すように、スリットブロック８３は、本体８０のバックプレート８５の下部に接続される。スリットブロック８３の底面は、本体８０のボトムプレート８２の底面と同一の平面内となるように接続される。

スリットプレート８４は、スリットブロック８３の斜面に、スリットプレート８４の斜面部８４ｂで覆うように接続する。スリットプレート８４の底面部８４ａは、スリットブロック８３の底面および本体８０のボトムプレート８２の底面と同一の平面内となるように接続される。

これによって、スリットプレート８４の底面部８４ａ、スリットブロック８３のＸＹ平面に平行な面８３ｂ、および本体８０のボトムプレート８２の底面は、塗布ヘッド８の底面８ｂを形成する。

溝部８３ｅは、本体スリット８５ａの位置に一致するように設けられている。したがって、溝部８３ｅは、スリットプレート８４の斜面部８４ｂで覆われることによって、ミストの誘導路８３ａが形成される。このようにして、ミストの誘導路８３ａは、本体８０のバックプレート８５の面から角度θ１を有する。バックプレート８５の面が鉛直方向に平行な場合には、本体スリット８５ａから噴出されたミストは、鉛直方向から角度θ１をもってミスト噴出口１８まで誘導される。したがって、ミスト噴出口１８から噴出されるミストは、鉛直方向から角度θ１をもって基板９の表面に噴出される。角度θ１は、たとえば４５°程度に設定される。角度θ１は、これに限らず、成膜する薄膜の原料や膜厚等によって適切な値に設定される。

このように、基板９の表面に噴出されるミストが、角度をもっていることによって、鉛直方向に噴出された場合よりも、表面付近での乱流が抑制され、より均一に成膜することができる。

塗布ヘッド８の各構成要素は、用いる原料溶液や洗浄液、置換ガスに対して、腐食等しない材料で形成される。たとえば本体８０、スリットブロック８３およびスリットプレート８４は、金属材料によって形成されている。これらの部材は、板金加工や、鋳物加工等によって形成されることができる。金属材料に限らず、合成樹脂等を用いて、部品ごとに射出成型技術等を用いてもよい。

本実施形態の塗布ヘッド８の動作およびメンテナンスの方法について説明する。
図８は、塗布ヘッドの動作の手順を例示するフローチャートである。
（ミスト塗布工程）
図８に示すように、ミストを塗布する場合には、ステップＳ１において、洗浄液・置換ガス供給ライン２５に設けられたバルブ２５ｂおよび原料溶液回収ライン２６に設けられたバルブ２６ｂの両方が閉鎖される。洗浄液・置換ガス供給ライン２５に設けられたバルブ２５ｂによって、洗浄液および置換ガスの導入を遮断する。また、原料溶液回収ライン２６に設けられたバルブ２６ｂによって、ボトムプレート８２に滞留する原料溶液が本体８０の外に流出するのを遮断する。

ステップＳ２において、ミスト供給ライン２２に設けられたバルブ２２ｂが開放される。バルブ２２ｂよって、原料溶液ミスト化機構５０によって生成された原料溶液のミストは、供給口８７ａから塗布ヘッド８内に導入される。

整流室８０ａ内に導入されたミストは、１段または複数段に設けられたカレントプレート８１−１〜８１−４によって整流、分散され、整流室８０ａの下方に到達する。

ミストは、本体スリット８５ａから誘導路８３ａを介してミスト噴出口１８から噴出される。

ミストは、整流室８０ａ内で分散されるが、一部のミストは、互いに近接し、凝集する。また、本体スリット８５ａから噴出されなかったミストも凝集する。凝集したミストは、ボトムプレート８２の傾斜部８２ｂ，８２ｃによって、回収口８６ａ付近に原料溶液として滞留する。

ステップＳ３において、薄膜の成膜が終了するまで上述の動作が継続される。成膜工程の終了は、膜厚や、成膜対象基板が所定長さに達したか等により判定される。成膜を終了した場合には、処理は、原料溶液回収工程に遷移される。

（原料溶液回収工程）
ボトムプレート８２上に滞留した原料溶液は、原料溶液回収工程によって、回収口８６ａを介して回収される。まず、ステップＳ４において、ミスト供給ライン２２のバルブ２２ｂが閉鎖される。洗浄液・置換ガス供給ライン２５に設けられたバルブ２５ｂは閉鎖したままである。バルブ２２ｂによって、原料溶液の供給を停止する。

ステップＳ５において、原料溶液回収ライン２６のバルブ２６ｂが開放される。バルブ２６ｂによって、塗布ヘッド８内に滞留した原料溶液は、原料溶液回収ライン２６を介して、回収される。回収された原料溶液は、たとえばミスト化容器４に投入され、再利用される。原料溶液回収ライン２６とミスト化容器４との間を流体的に接続して、ポンプ等を用いて原料溶液を回収するようにしてもよい。

ステップＳ６において、原料溶液回収が終了するまで、上述の動作を継続する。原料溶液の回収が終了した場合には、処理は塗布ヘッド内の洗浄工程に遷移される。なお、原料溶液の回収が終了したか否かについては、たとえば回収口８６ａ付近に原料溶液の液面を検出するレベルメータ等によって判定することができる。あるいは、原料溶液回収ライン２６の配管に透明樹脂製のパイプを用いることによって、目視で原料溶液のレベルを判定するようにしてもよい。

（塗布ヘッド内の洗浄工程）
原料溶液の回収後には、他の原料溶液を用いたミストによる成膜を行う場合がある。その場合には、洗浄工程によって、先行して用いた原料溶液を洗浄する必要がある。

ステップＳ７において、ミスト供給ライン２２のバルブ２２ｂおよび原料溶液回収ライン２６のバルブ２６ｂが閉鎖される。バルブ２２ｂによって、原料溶液の供給が遮断される。バルブ２６ｂによって、内部に滞留した物質の流出が遮断される。その後、ステップＳ８において、洗浄液・置換ガス供給ライン２５のバルブ２５ｂが開放される。バルブ２５ｂによって、洗浄液・置換ガス供給ライン２５を介して、洗浄液が導入される。洗浄液は、供給口８７ａから導入される。

整流室８０ａ内に導入された洗浄液は、カレントプレート８１−１〜８１−４の面を含めて整流室８０ａの内壁を洗浄する。カレントプレート８１−１〜８１−４は、端部８１−１ａ〜８１−４ａの接続部分よりもそれぞれ下方に設けられている。そのため、導入された洗浄液は、カレントプレート８１−１〜８１−４の表面を洗浄して、それぞれの端部８１−１ａ〜８１−４ａから下方に落ちる。下方に落ちた洗浄液は、ボトムプレート８２上に滞留する。

ステップＳ９において、滞留した洗浄液は、原料溶液回収ライン２６のバルブ２６ｂを開放して、回収する。回収された洗浄液は、回収された原料溶液とは異なる場所に回収される。

その後、ステップＳ１０において、洗浄液・置換ガス供給ライン２５を介して、置換ガスを整流室８０ａ内に導入する。置換ガスによって、洗浄液が乾燥され、他の原料溶液を導入することができるようになる。

ステップＳ１１において、洗浄工程が終了するまで上述の動作が継続される。洗浄工程の終了により、一連の動作が終了する。洗浄工程の終了は、たとえばあらかじめ設定された時間に達したか否か等によって、判定される。

上述した各ステップについて、各バルブ２２ｂ，２５ｂ，２６ｂの開閉や、洗浄液および置換ガスの選択的導入は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等を用いることによってシーケンス制御を行うことができる。

ＰＬＣを用いることによって、さらに、ミスト塗布工程において、ボトムプレート８２に滞留した原料溶液が所定のレベルに達した場合に、原料溶液回収工程に遷移させたり、原料溶液の回収後に自動的に洗浄工程に遷移するようにすることもできる。

本実施形態の塗布ヘッドの効果について説明する。

本実施形態の塗布ヘッド８では、本体８０のボトムプレート８２が傾斜部８２ｂ，８２ｃを含んでいる。この傾斜部８２ｂ，８２ｃは、回収口８６ａに向かって高さが低くなるように設けられているので、凝集したミストはボトムプレート８２上で、回収口８６ａの付近に滞留する。そのため、回収口８６ａから原料溶液回収ライン２６を介して滞留した原料用溶液を回収することができる。回収された原料溶液は、再利用することができるので、ミスト塗布成膜装置１００による歩留りを向上させることができる。

整流室８０ａ内に設けられたカレントプレート８１−１〜８１−４は、端部が他の部分の高さよりも低くなるように設けられている。そのため、上部の供給口８７ａから供給された洗浄液が各カレントプレート８１−１〜８１−４を洗浄した後、下方のボトムプレート８２上に容易に落ちる。ボトムプレート８２の内面は、回収口８６ａに向かって高さが低く設定されているので、洗浄が終了した洗浄液は、回収口８６ａから容易に回収することができる。

このようにして、本実施形態の塗布ヘッド８では、塗布ヘッド８をミスト塗布機構７０から取り外して分解することなく、容易に原料溶液を回収し、内部を洗浄することができる。したがって、製造される薄膜製品の歩留りを向上させるとともに、製造のスループットを向上させることができる。

さらに、本実施形態の塗布ヘッド８は、鉛直方向から角度θ１をもった誘導路８３ａを形成するスリットブロック８３およびスリットプレート８４を備えている。そのため、整流室８０ａで整流され、分散されたミストは、鉛直方向から角度θ１をもって基板９にミストを噴出することができる。角度θ１をもって噴出されることによって、基板９の表面付近に乱流が発生しにくくなり、より安定して均一な膜厚で成膜することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (8)

1. 原料溶液のミストまたは洗浄液のいずれかを供給することを可能とする供給口を設けたトッププレートと、
   前記トッププレートの鉛直方向の下方に設けられたボトムプレートと、
   前記トッププレートと前記ボトムプレートとの間に設けられ、前記トッププレートおよび前記ボトムプレートに上端および下端でそれぞれ接続されて、前記トッププレートおよび前記ボトムプレートとともに、内部空間を形成するサイドウォールと、
   を含む本体を備え、
   前記サイドウォールは、
   前記内部空間から前記ミストを外部に噴霧するスリットと、
   前記内部空間で凝集したミストまたは前記供給された洗浄液を回収することを可能とする回収口と、を含み、
   前記ボトムプレートは、
   前記サイドウォールの内周から前記回収口に向かって高さが低くなる傾斜面を有するミスト塗布成膜装置の塗布ヘッド。
2. 前記スリットは、前記傾斜面のもっとも高い位置よりもさらに高い位置であって、鉛直方向に交差する第１方向に沿って設けられた請求項１記載の塗布ヘッド。
3. 前記本体は、板状の第１カレントプレートを含み、
   前記第１カレントプレートは、四辺を有し、四辺のうちの三辺で前記サイドウォールの内壁に接続され、四辺のうちの残りの一辺が第１端部として前記サイドウォールの内壁から開放され、
   前記サイドウォールは、鉛直方向および鉛直方向に交差する第１方向を含む面に平行し、前記スリットが形成された第１壁部を含み、
   前記第１カレントプレートは、前記第１壁部から前記第１端部に向かって延伸し、
   前記第１端部は、前記第１カレントプレートの他の部分よりも高さの低い位置に設けられた請求項１記載の塗布ヘッド。
4. 前記スリットは、前記第１方向に沿って設けられ、
   前記第１端部は、前記第１方向に沿って設けられた請求項３記載の塗布ヘッド。
5. 前記サイドウォールは、前記第１壁部に対向する位置に設けられた第２壁部を含み、
   前記第２壁部から前記第１壁部に向かって延伸し、前記第１端部よりも上方に設けられた端部である第２端部を有する板状の第２カレントプレートをさらに備え、
   前記第２カレントプレートは、四辺を有し、四辺のうちの三辺で前記サイドウォールの内壁に接続され、前記第２端部は、四辺のうちの残りの一辺であり、前記サイドウォールの内壁から開放された請求項３記載の塗布ヘッド。
   
6. 前記スリットから噴出される前記ミストは、鉛直方向から所定の角度をもって噴出される請求項１記載の塗布ヘッド。
7. 前記スリットから噴出される前記ミストを誘導する誘導路を含むミスト誘導部材をさらに備え、
   前記誘導路は、前記所定の角度で形成された請求項６記載の塗布ヘッド。
8. 原料溶液のミストまたは洗浄液のいずれかを供給することを可能とする供給口を設けたトッププレートと、
   前記トッププレートの鉛直方向の下方に設けられたボトムプレートと、
   前記トッププレートと前記ボトムプレートとの間に設けられ、前記トッププレートおよび前記ボトムプレートに上端および下端でそれぞれ接続されて、前記トッププレートおよび前記ボトムプレートとともに、内部空間を形成するサイドウォールと、
   を含む本体を含み、
   前記サイドウォールは、
   前記内部空間から前記ミストを外部に噴霧するスリットと、
   前記内部空間で凝集したミストまたは前記供給された洗浄液を回収することを可能とする回収口と、を含み、
   前記ボトムプレートは、
   前記サイドウォールの内周から前記回収口に向かって高さが低くなる傾斜を有するミスト塗布成膜装置の塗布ヘッドをメンテナンスするメンテナンス方法であって、
   前記供給口の供給弁を閉鎖して前記ミストの供給を停止し、
   前記回収口の回収弁を開放して凝集した前記ミストを回収し、
   前記回収弁を閉鎖して前記ミストの回収を停止し、
   前記供給弁を開放して前記洗浄液を供給し、
   前記洗浄液の供給を停止した後、前記供給弁の開放を維持して、置換ガスを供給する塗布ヘッドのメンテナンス方法。

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