JP7139085B2 - 成膜装置 - Google Patents

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Description

この発明は、太陽電池などの電子デバイスの製造に用いられ、基板上に薄膜を成膜する成膜装置に関するものである。
基板上に膜を成膜する方法として、化学気相成長（ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)）法がある。しかしながら、化学気相成長法では真空下での成膜が必要な場合が多くなり、真空ポンプなどに加えて、大型の真空容器を用いる必要がある。さらに、化学気相成長法では、コスト等の観点から、成膜される基板として大面積のものを採用することが困難である、という問題があった。そこで、大気圧下における成膜処理が可能なミスト法が、注目されている。
ミスト法を利用した成膜装置に関する従来技術として、例えば特許文献１に係る技術が存在している。
特許文献１に係る技術では、ミスト噴射用ノズル等を含むミスト噴射ヘッド部の底面に設けられる原料溶液噴出口及び反応材料噴出口から、大気中に配置されている基板に対してミスト化された原料溶液及び反応材料が噴射されている。当該噴射により、基板上には膜が成膜される。なお、反応材料は原料溶液との反応に寄与する材料を意味する。
図３は従来の成膜装置の概略構成を示す説明図である。同図に示すように、基板載置部である基板積載ステージ３０は上面に複数の基板１０を載置している。
基板積載ステージ３０は真空吸着による吸着機構３１を有し、この吸着機構３１により、載置した複数の基板１０それぞれの裏面全体を、基板積載ステージ３０の上面上に吸着することができる。さらに、基板積載ステージ３０は吸着機構３１の下方に加熱機構３２が設けられており、この加熱機構３２により、基板積載ステージ３０の上面に載置した複数の基板１０に対する加熱処理を実行することができる。
薄膜形成ノズル１（ミスト噴射部）は噴射面１Ｓに設けられた噴射口から下方に原料ミストＭＴを噴射するミスト噴射処理を実行する。なお、原料ミストＭＴは原料溶液をミスト化して得られるミストであり、薄膜形成ノズル１によって原料ミストＭＴを大気中に噴射することができる。
薄膜形成ノズル１、基板積載ステージ３０、基板積載ステージ３０の上面に載置された複数の基板１０は全て成膜室６０に収納される。成膜室６０は上部容器６８、下部容器６９及び扉６７により構成される。成膜室６０は、成膜処理を行う際、扉６７を閉状態にして上部容器６８，下部容器６９間の開口部を塞ぐことにより、薄膜形成ノズル１、基板積載ステージ３０及び複数の基板１０を外部から遮断することができる。
したがって、成膜室６０の扉６７を閉状態にし、加熱機構３２の加熱処理中に、薄膜形成ノズル１によりミスト噴射処理を実行することにより、基板積載ステージ３０の上面に載置された基板１０上に薄膜を成膜することができる。
このように、従来の成膜装置は、薄膜形成ノズル１によるミスト噴射処理と加熱機構３２による加熱処理とを同時に実行することにより薄膜を基板１０上に成膜している。
国際公開第２０１７／０６８６２５号
上述したように、従来の成膜装置は、成膜対象物となる基材である基板１０を上面上に載置する基板積載ステージ３０の内部に加熱機構３２を設け、基板積載ステージ３０を平面型加熱手段として用いるのが一般的であった。
基板積載ステージ３０のような平面型加熱手段を用いる場合、基板積載ステージ３０の上面と基板１０の裏面とを接触させ、基板積載ステージ３０，基板１０間を伝熱させて基板１０の加熱処理を実行することになる。
しかし、基板１０が平板形状ではなく、その下面が湾曲したものや、下面に凹凸がある構造を呈する場合、平面型加熱手段では、基板積載ステージ３０の上面と基板１０の裏面との接触が局所的になる。このため、加熱機構３２による加熱処理の実行時に基板１０の加熱が不均一になったり、基板１０に反りが発生して変形したりする等の問題点があった。
本発明では、上記のような問題点を解決し、成膜品質や成膜速度を落とすことなく、低コストで基板上に薄膜を成膜することができる成膜装置を提供することを目的とする。
この発明に係る成膜装置は、基板を載置する基板載置部と、前記基板載置部と離れて設けられ、赤外光ランプを有し、前記赤外光ランプから赤外光を照射して前記基板を加熱する加熱処理を実行する加熱機構と、原料溶液をミスト化して得られる原料ミストを前記基板の表面に噴射するミスト噴射処理を実行するミスト噴射部とを備え、前記赤外光ランプから照射される赤外光の波長は、７００～９００ｎｍの範囲に設定され、前記加熱機構による前記加熱処理と前記ミスト噴射部による前記ミスト噴射処理とを同時に実行することにより、前記基板の表面に薄膜を成膜することを特徴とする。
請求項１記載の本願発明の成膜装置は、基板載置部から離れて設けられ、赤外光ランプから赤外光を照射することにより基板を加熱する加熱処理を実行する加熱機構を備えている。
したがって、請求項１記載の本願発明は、基板と接触関係をもたせることなく、加熱機構によって基板を直接加熱することができるため、基板の形状に関わらず均一な加熱を基板を変形させることなく行うことができる。
その結果、請求項１記載の本願発明の成膜装置は、成膜品質や成膜速度を落とすことなく、低コストで基板上に薄膜を成膜することができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
この発明の実施の形態１である成膜装置の概略構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態２である成膜装置の概略構成を示す説明図である。 従来の成膜装置の概略構成を示す説明図である。
＜実施の形態１＞
図１はこの発明の実施の形態１である成膜装置の概略構成を示す説明図である。図１にＸＹＺ直交座標系を記す。
図１に示すように、実施の形態１の成膜装置１１は、成膜室６Ａ、薄膜形成ノズル１、赤外光照射器２及びコンベア５３を主要構成要素として含んでいる。
基板載置部であるコンベア５３はベルト５２の上面に複数の基板１０を載置している。コンベア５３は左右（－Ｘ方向，＋Ｘ方向）両端に設けられた搬送用の一対のローラ５１と、一対のローラ５１に架け渡された無端状の搬送用のベルト５２とを備えている。
コンベア５３は、一対のローラ５１の回転駆動によって、上方側（＋Ｚ方向側）のベルト５２を搬送方向（Ｘ方向）に沿って移動させることができる。
コンベア５３の一対のローラ５１は成膜室６Ａ外に設けられ、ベルト５２は中央部が成膜室６Ａ内に設けられ、成膜室６Ａの左右（－Ｘ方向，＋Ｘ方向）側面の一部に設けられる一対の開口部６３を介して成膜室６Ａの内部と外部との間を移動することができる。
薄膜形成ノズル１、コンベア５３の一部、コンベア５３のベルト５２の上面に載置された複数の基板１０及び赤外光照射器２は成膜室６Ａ内に収納される。
成膜室６Ａは上部容器６１、下部容器６２及び一対の開口部６３により構成される。Ｚ方向である高さ方向において上部容器６１と下部容器６２との間に一対の開口部６３が位置する。したがって、成膜室６Ａ内の開口部６３，６３間に設けられるコンベア５３は下部容器６２より高く、上部容器６１より低い位置に配置される。
加熱機構である赤外光照射器２は下部容器６２内のコンベア５３から離れた位置に、図示しない固定手段より固定される。
なお、赤外光照射器２は、成膜室６Ａ内のベルト５２の上面と平面視して重複する位置に配置される。
赤外光照射器２はランプ載置台２１及び複数の赤外光ランプ２２から構成され、ランプ載置台２１の上部に複数の赤外光ランプ２２が取り付けられる。したがって、赤外光照射器２は複数の赤外光ランプ２２から上方（＋Ｚ方向）に向けて赤外光を照射することができる。赤外光照射器２による上述した赤外光照射によってベルト５２の上面に載置した複数の基板１０に対する加熱処理を実行することができる。
ミスト噴射部である薄膜形成ノズル１は上部容器６１内に図示しない固定手段により固定配置される。この際、薄膜形成ノズル１は、噴射面１Ｓとベルト５２の上面とが対向する位置関係で配置される。
薄膜形成ノズル１は噴射面１Ｓに設けられた噴射口から下方（－Ｚ方向）に原料ミストＭＴを噴射するミスト噴射処理を実行する。なお、原料ミストＭＴは原料溶液をミスト化して得られるミストであり、薄膜形成ノズル１によって原料ミストＭＴを大気中に噴射することができる。
成膜室６Ａは、成膜処理を行う際、エアカーテン７により上部容器６１，下部容器６２間の開口部６３を塞ぐことにより、薄膜形成ノズル１、ベルト５２上に載置された複数の基板１０及び赤外光照射器２を外部から遮断することができる。
したがって、実施の形態１の成膜装置１１は、エアカーテン７によって成膜室６Ａの一対の開口部６３を閉状態にし、コンベア５３のベルト５２を搬送方向（Ｘ方向）に沿って移動させて成膜環境を設定することができる。
そして、成膜装置１１は、上記成膜環境下で、赤外光照射器２の赤外光照射による加熱処理と、薄膜形成ノズル１によるミスト噴射処理とを同時に実行することにより、成膜室６Ａ内においてベルト５２の上面に載置された基板１０上に薄膜を成膜している。
このように、実施の形態１の成膜装置１１は、基板載置部であるコンベア５３から離れて設けられ、赤外光ランプ２２から赤外光を照射して複数の基板１０を直接加熱する加熱処理を実行する赤外光照射器２を加熱機構として備えている。
したがって、実施の形態１の成膜装置１１は、基板１０と接触関係をもたせることなく、赤外光照射器２によって基板１０を直接加熱することができるため、基板１０の形状に関わらず均一な加熱を、基板１０を変形させることなく行うことができる。
その結果、実施の形態１の成膜装置１１は、成膜品質や成膜速度を落とすことなく、低コストで基板１０上に薄膜を成膜することができる。
さらに、実施の形態１の成膜装置１１は、加熱機構である赤外光照射器２を成膜室６Ａ内に設けることにより、成膜室６Ａを介することなく、赤外光を基板１０に照射することができる分、赤外光の照射効率を高めることができる。
なお、コンベア５３の下方（－Ｚ方向）に位置する赤外光照射器２からの赤外光の照射は、上方（＋Ｚ方向）に向けて行われているため、赤外光はコンベア５３のベルト５２（上方側及び下方側）を介して複数の基板１０に照射されることになる。
この点を考慮して、ベルト５２を一対の線状のコンベアチェーンの組合せにより構成し、赤外光通過用の開口部分が存在する構造にする第１の対応と、赤外光を吸収することなく、赤外光の透過性に優れた赤外光透過材料をベルト５２の構成材料とする第２の対応が考えられる。
したがって、ベルト５２に関し、上記第１及び第２の対応のうち少なくとも一つの対応を採用することにより、ベルト５２による赤外光の吸収度合を必要最小限に抑えることができる。
第２の対応の具体例を以下に述べる。赤外光透過材料として、例えば、ゲルマニウム、シリコン、硫化亜鉛、セレン化亜鉛などが考えられる。ただし、ベルト５２として使用するための強度を満足する必要がある。
また、赤外光照射器２から照射される赤外光の波長は、原料ミストＭＴの吸収波長域を避けて設定する第１の変形例を採用することが望ましい。第１の変形例を実現する具体的設定として、赤外光照射器２から照射される赤外光の波長を７００～９００ｎｍの範囲に設定することが考えられる。上記具体的設定により、想定される溶媒を用いた原料ミストＭＴの吸収波長域を避けることができるからである。
上記具体的設定の通り、赤外光照射器２から照射される赤外光の波長を７００～９００ｎｍの範囲に設定すれば、成膜原料溶液の溶媒が水あるいはトルエンの場合、原料ミストＭＴの吸収波長域以外になることは既知の事実として確認されている。
成膜装置１１は上記第１の変形例を採用することにより、原料ミストＭＴが赤外光照射器２から照射される赤外光を吸収し、原料ミストＭＴが加熱されて蒸発するという、原料ミスト蒸発現象の発生を回避することができるという効果を奏する。
特に、第１の変形例として赤外光の波長を７００～９００ｎｍに設定するという上記具体的設定を採用することにより、想定される全ての原料の原料ミストＭＴに対して上記原料ミスト蒸発現象の発生を回避することができる効果を奏する。
＜実施の形態２＞
図２はこの発明の実施の形態２である成膜装置の概略構成を示す説明図である。図２にＸＹＺ直交座標系を記す。
図２に示すように、実施の形態２の成膜装置１２は、成膜室６Ｂ、薄膜形成ノズル１、赤外光照射器２及びコンベア５３を主要構成要素として含んでいる。
以下、実施の形態１の成膜装置１１と共通する構成部は、同一符号を付して説明を適宜省略し、実施の形態２の成膜装置１２の特徴箇所を中心に説明する。
薄膜形成ノズル１、コンベア５３の一部、及びコンベア５３のベルト５２の上面に載置された複数の基板１０は成膜室６Ｂに収納される。成膜室６Ｂは上部容器６１、下部容器６２Ｂ及び一対の開口部６３により構成され、一対の開口部６３は成膜室６Ｂの左右側面の一部に設けられる。なお、Ｚ方向である高さ方向において上部容器６１と下部容器６２Ｂとの間に一対の開口部６３が位置する。
成膜室６Ｂは赤外光照射器２から照射される赤外光を吸収することなく、透過性に優れた赤外光透過材料を構成材料としている。具体的には、成膜室６Ｂは構成材料として石英ガラスを採用している。
加熱機構である赤外光照射器２は下部容器６２Ｂ外の下方（－Ｚ方向）に、コンベア５３から離れた位置に、図示しない固定手段より固定される。
なお、赤外光照射器２は、成膜室６Ｂ内のベルト５２の上面と平面視して重複する位置に配置される。
赤外光照射器２は複数の赤外光ランプ２２から赤外光を上方にむけて照射することによって、下部容器６２Ｂ及びベルト５２を介してベルト５２の上面に載置した複数の基板１０に対する加熱処理を実行することができる。
成膜室６Ｂは、成膜処理を行う際、エアカーテン７により上部容器６１，下部容器６２Ｂ間の開口部６３を塞ぐことにより、薄膜形成ノズル１、及びベルト５２上に載置された複数の基板１０を外部から遮断することができる。
したがって、実施の形態２の成膜装置１２は、エアカーテン７によって成膜室６Ｂの一対の開口部６３を閉状態にし、コンベア５３のベルト５２を搬送方向（Ｘ方向）に移動させることにより、成膜環境を設定することができる。
そして、成膜装置１２は、上記成膜環境下で、赤外光照射器２の赤外光照射による加熱処理と、薄膜形成ノズル１によるミスト噴射処理とを同時に実行することにより、成膜室６Ｂ内においてベルト５２の上面に載置された基板１０上に薄膜を成膜している。
このように、実施の形態２の成膜装置１２は、基板載置部であるベルト５２から離れて設けられ、赤外光ランプ２２から赤外光を照射して複数の基板１０を加熱する加熱処理を実行する赤外光照射器２を加熱機構として備えている。
したがって、実施の形態２の成膜装置１２は、実施の形態１と同様、基板１０と接触関係をもたせることなく、赤外光照射器２によって基板１０を加熱することができるため、基板１０の形状に関わらず均一な加熱を、基板１０を変形させることなく行うことができる。
その結果、実施の形態２の成膜装置１２は、実施の形態１と同様、成膜品質や成膜速度を落とすことなく、低コストで基板１０上に薄膜を成膜することができる。
さらに、実施の形態２の成膜装置１２は、赤外光照射器２を成膜室６Ｂ外に設けることにより、赤外光ランプ２２の取り換え等、赤外光照射器２のメンテナンスの簡略化を図ることができる。
加えて、実施の形態２の成膜装置１２の成膜室６Ｂは、赤外光ランプ２２から照射される赤外光の透過性に優れた赤外光透過材料である石英ガラスを構成材料としているため、成膜室６Ｂの下部容器６２の底面を介して基板１０を加熱する際の下部容器６２の底面による赤外光の吸収度合を必要最小限に抑えることができる効果を奏する。
なお、成膜室６Ｂのうち、少なくとも下部容器６２Ｂの底面の構成材料を赤外光透過材料である石英ガラスにすれば上記効果を発揮することができる。
また、赤外光透過材料として、石英ガラス以外に例えば以下の材料が考えられる。ホウケイ酸ガラス、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウムなどが近赤外光に対する透過率が高いため、石英ガラス以外の赤外光透過材料として考えられる。すなわち、成膜室６Ｂの構成材料は、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化マグネシウム、及びフッ化リチウムのうち、少なくとも一つを含めば良い。
なお、実施の形態２の成膜装置１２においても、実施の形態１と同様、ベルト５２による赤外光吸収に関する上記第１及び第２の対応のうち少なくとも一つの対応を採用しても良い。
さらに、実施の形態２の成膜装置１２において、実施の形態１と同様、赤外光照射器２から照射する赤外光の波長に関し、上記第１の変形例（実施の形態１で述べた具体的設定を含む）を採用しても良い。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
１ 薄膜形成ノズル
２ 赤外光照射器
１１，１２ 成膜装置
２１ ランプ載置台
２２ 赤外光ランプ
６Ａ，６Ｂ 成膜室
５１ ローラ
５２ ベルト
５３ コンベア
６１ 上部容器
６２，６２Ｂ 下部容器
６３ 開口部

Claims (4)

  1. 基板（１０）を載置する基板載置部（５３）と、
    前記基板載置部と離れて設けられ、赤外光ランプ（２２）を有し、前記赤外光ランプから赤外光を照射して前記基板を加熱する加熱処理を実行する加熱機構（２）と、
    原料溶液をミスト化して得られる原料ミスト（ＭＴ）を前記基板の表面に噴射するミスト噴射処理を実行するミスト噴射部（１）とを備え、前記赤外光ランプから照射される赤外光の波長は、７００～９００ｎｍの範囲に設定され、
    前記加熱機構による前記加熱処理と前記ミスト噴射部による前記ミスト噴射処理とを同時に実行することにより、前記基板の表面に薄膜を成膜することを特徴とする、
    成膜装置。
  2. 請求項１記載の成膜装置であって、
    前記基板、前記加熱機構及び前記ミスト噴射部を内部に収容する成膜室（６Ａ）をさらに備える、
    成膜装置。
  3. 請求項１記載の成膜装置であって、
    前記基板及び前記ミスト噴射部を内部に収容する成膜室（６Ｂ）をさらに備え、
    前記加熱機構は前記成膜室外に配置され、前記成膜室を介して前記加熱処理を実行し、
    前記成膜室は、前記加熱機構の前記赤外光ランプから照射される赤外光に対し、透過性に優れた赤外光透過材料を構成材料とする、
    成膜装置。
  4. 請求項３記載の成膜装置であって、
    前記赤外光透過材料は石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化マグネシウム、及びフッ化リチウムのうち、少なくとも一つを含む、
    成膜装置。
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