KR101823728B1 - 기판 처리 장치, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

기판 처리 장치, 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

미세한 패턴을 고정밀도로 기판에 형성할 수 있는 기판 처리 장치 및 디바이스 제조 방법을 제공한다. 기판 상에, 광 에너지에 의해서 친발액성에 차이가 생기는 기능층(커플링제)을 도포하고, 광 패터닝을 행하여, 기능층에 친발액성으로 콘트라스트를 부여한 후, 전자 디바이스 등을 위한 원재료 물질을 포함하는 용액을 초음파 등에 의해 미스트화 하여 기판 표면에 분무하는 것에 의해, 기판 표면 중 표면 에너지가 높은 친액부에 미스트를 부착시켜, 원재료 물질을 선택적으로 퇴적시킨다.

Description

기판 처리 장치, 및 디바이스 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 기판 처리 장치, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 소자 등의 대화면 표시 소자(표시 패널)에서는, 평면 모양의 유리 기판 상(上)에 ITO 등의 투명 전극층, Si 등의 반도체 물질층, 절연막층, 혹은 배선용 금속막층 등을 퇴적한 후에 포토레지스트를 도포하여 회로 패턴을 전사(轉寫)하고, 전사 후에 포토레지스트를 현상(現像)한 후, 에칭함으로써 회로 패턴 등을 형성하고 있다. 그런데, 표시 소자의 대화면화에 따라서 유리 기판이 대형화하기 때문에, 기판의 반송 장치나 처리 장치도 대형화하여, 제조 라인(공장)이 거대화한다고 하는 문제가 있었다. 이에, 가요성을 가지는 기판(예를 들면, 폴리이미드, PET, 금속박(箔) 등의 필름 부재나 매우 얇은 유리 시트재 등) 상에 표시 소자를 직접 형성하는 롤·투·롤 방식(이하, 간단히 「롤 방식」이라고 표기함)으로 불리는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
롤 방식으로 가요성의 필름 부재를 처리하는 경우, 종래의 생산 방법에 비해, 제조에 관련되는 각종 재료의 사용량, 각종의 용력(用力)(전력, 공압, 냉매 등)의 사용량 등을 삭감하여, 환경 부하가 보다 적은 애디티브(additive)한 제조 방식이 원해지고 있다. 특허 문헌 1에 개시된 제조 방식도, 종래의 포토레지스트를 사용한 리소그래피법을 사용하지 않고, TFT(박막 트랜지스터)나 배선 등의 미세한 패터닝을 할 때에, 필요한 재료를 필요한 부분에만 피착시키는 잉크젯 방식 등에 의한 제조법을 주체로 하고 있다.
또, 특허 문헌 2에는, 그러한 잉크젯 방식에 의해서, 도전성의 잉크 재료를 필름 재료 상에 선택적으로 코팅하여 전극층이나 배선층을 형성할 때, 자기(自己) 조직화 단분자막(SAM층)을 균일하게 형성한 후, 전극이나 배선의 형상에 대응한 패턴화된 자외선을 조사하여 SAM층의 표면의 젖음성(친발액성(親撥液性))을 개질(改質)하고 나서, 잉크 재료를 코팅하는 방법이 개시되어 있다.
또, 특허 문헌 3에는, 높은 생산성을 기대할 수 있는 방법으로서, 성막(成膜)해야할 재료 용액의 미스트를, 섀도우 마스크(shadow mask)를 매개로 하여 기판 상에 도포, 패터닝하는 방법이 개시되어 있다. 이 특허 문헌 3 중에는, 잉크젯 방식과 마찬가지로, 기판의 표면에 미리 친액성(親液性)과 발액성(撥液性)에 의한 콘트라스트를 부여한 다음에, 섀도우 마스크를 기판 상에 겹쳐, 패턴을 형성하는 것도 개시되고, 실험예에서는, 섀도우 마스크 상의 0.5mm×12mm의 개구 패턴이, 기판 상에 동일 치수로 형성된 것으로 하고 있다.
특허 문헌 1 : 국제공개 공보　WO2008/129819호 팜플렛 특허 문헌 2 : 국제공개 공보　WO2010/001537호 팜플렛 특허 문헌 3 : 일본특허 제4387775호 공보
그렇지만, 잉크젯 방식에서는, 나노 잉크화한 도전재료 등의 기능성 재료를, 잉크 토출 헤드로부터 작은 액적(液滴)으로 하여 기판 상의 지정된 영역에 선택적으로 도포하고 있기 때문에, 패턴 사이즈(선폭(線幅)이나 도트(dot)의 치수)가, 예를 들면 20㎛ 이하로 작은 경우, 헤드로부터의 잉크 액적의 착탄(着彈) 정밀도가 나쁜 것에 기인하여, 미리 기판 상에 친액성, 발액성에 의한 콘트라스트를 갖게 하여, 친액부에 잉크가 집중하는 처리를 해도, 깨끗한 패터닝이 어렵다고 한 과제가 있다. 물론, 잉크 토출 헤드나 잉크 재료를 생각하여, 헤드의 노즐로부터 1회에 토출되는 잉크 액적을 더 적게 하는 것도 고려될 수 있지만, 생산성이 현저히 저하한다고 하는 과제가 있다.
한편, 특허 문헌 3에 개시된 방법에서는, 섀도우 마스크가 기판에 대해서 간격을 두고 배치되기 때문에, 기판 상에 형성되는 패턴 사이즈는, 일반적으로 섀도우 마스크 상의 개구 패턴 보다도 크게 된다고 하는 문제가 있다. 특허 문헌 3에서는, 500㎛×1200㎛ 라고 하는 큰 패턴을 전사(轉寫)하고 있기 때문에, 패턴 엣지가 5㎛ 나 10㎛ 정도 두껍다고 해도, 영향은 적다. 그렇지만, 20㎛ 이하의 미세한 패턴의 경우, 패턴 엣지가 5㎛ 나 10㎛ 정도도 두꺼운 것은 큰 문제이며, 또, 그러한 미세 패턴의 복수가 인접하고 있는 경우는, 이웃끼리의 패턴이 연결되어 버린다고 하는 문제도 생긴다.
게다가, 기판 표면에 친액성과 발액성의 콘트라스트를 부여하고, 섀도우 마스크를 병용하는 경우에도, 섀도우 마스크와 친발액 처리된 기판과의 상대적인 위치 맞춤 오차가 생기기 때문에, 미세한 패턴은 섀도우 마스크의 정밀도에 의해 제한된다. 또, 사전에 친액성의 기판 표면에 발액성 재료에 의한 발액층을 균일하게 형성하고, 포토리소그래피 기술을 이용하여, 발액층을 선택적으로 제거하여 패터닝 하는 등의 준비도 필요했다. 그것에 더하여, 원래 20㎛ 이하의 미세한 선폭의 선 모양 패턴이나 컨택트 홀(contact hole)(비어 홀(via hole)) 패턴을 섀도우 마스크로서 제작하는 것 자체가 어렵다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 이상과 같은 점을 고려하여 이루어진 것으로, 전자 디바이스용 재료 물질을, 필름 등의 기판 상에 고정밀도로 미세화하여 형성할 수 있는 기판 처리 장치, 및, 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태에서는, 필름이나 시트 등의 기판의 표면에, 광 에너지에 의해서 친발액성(親撥液性)이 개질하는 기능층을 형성하는 기능층 형성부와, 그 기능층에 패턴화된 광 에너지를 조사하여, 친발액성에 의해서 콘트라스트화한 패턴을 형성하는 패터닝부와, 패터닝을 위한 재료 물질의 분자나 입자를 포함하는 기능성 용액을 미스트화하여, 캐리어 가스와 함께 기판의 표면에 소정의 유속으로 보내는 미스트 퇴적부를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 기판의 표면에, 광 에너지에 의해서 친발액성이 개질하는 기능층을 형성하는 기능층 형성부와, 그 기능층에 패턴화된 광 에너지를 조사하여, 친발액성에 의해서 콘트라스트화한 패턴을 형성하는 패터닝부와, 패터닝을 위한 재료 물질의 분자나 입자를 포함하는 기능성 용액을 미스트화하여, 캐리어 가스와 함께 기판의 표면에 소정의 유속으로 보내는 미스트 퇴적부와, 상기 패터닝부에서 콘트라스트가 부여된 패턴의 일부에 미스트로서 부착하여 퇴적하는 기능성 용액층, 혹은 재료 물질층의 두께, 또는 패턴 치수를 계측하는 계측부를 구비하는 기판 처리 장치가 제공된다.
본 발명에서는, 인쇄 방식이나 잉크젯 방식 보다도 고정밀도로, 기판 상에 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능하게 됨과 아울러, 균일성이 좋은 두께로 선택적으로 패턴으로 해야 할 물질에 의한 박막층을 간편하게 형성하는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 제1 실시 형태에 의한 기판 처리 장치의 개략적인 구성을 설명하는 도이다.
도 2는, 기판에 피착한 감광성(感光性) 실란(silane) 커플링제의 화학 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은, 액티브·매트릭스형 디스플레이의 화소 회로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4a는, 도 3의 화소 회로의 트랜지스터 구조를 나타내는 평면도이다.
도 4b는, 도 4a 중의 4B－4B 화살표로부터 본 단면도이다.
도 5는, 제2 실시 형태에 의한 기판 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은, 제3 실시 형태에 의한 기판 처리 장치의 일부의 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은, 피처리 기판으로서의 시트 상에 형성되는 각종 패턴을 나타내는 도면이다.
도 8은, 제4 실시 형태에 의한 기판 처리 장치의 일부의 유닛의 구성을 나타내는 도면이다.
(제1 실시 형태)
이하, 본 발명의 기판 처리 장치의 제1 실시 형태를, 도 1 내지 도 4b를 참조하여 설명한다. 도 1은 기판 처리 장치의 개략 전체 구성을 나타내고, 본 실시 형태에서는, 공급롤(FR1)로부터 공급되는 가요성의 기판(P)을, 전형적으로 4개의 처리 유닛(U1, U2, U3, U4)에 차례로 보낸 후에, 회수롤(FR2)에서 권취하는 구성으로 하고, 기판(P)이 공급롤(RF1)로부터 회수롤(RF2)로 보내어지는 동안에, 기판(P) 상에 기능성 재료에 의한 미세 패턴이 정밀하게 형성된다.
처리 유닛(기능층 형성부)(U1)은, 예를 들면, 인쇄용 전사 드럼(Gpa) 등을 구비하며, 감광성 친발액 커플링제, 예를 들면, 니트로 벤질에 발액성을 가지는 불소기를 가진 실란 커플링제를, 기판(P)의 표면의 적어도 패턴 형성 영역의 전체에 균일하게 도포한다. 또, 기판(P)의 이면에는 통상은 패턴을 형성하지 않기 때문에, 후공정의 미스트·디포지션(depositon)에서 불필요한 퇴적이 생기지 않도록, 기판(P)의 이면에, 전사 드럼(Gpb)에 의해서 발수성(撥水性)의 막을 코팅해 두어도 좋다.
본 실시 형태에서 사용하는 감광성 실란 커플링제(감광성 SAM)는, 일례로서, 도 2에 나타내는 바와 같은 화학식으로 구성되며, 그 상세는, 예를 들면, 2009년 6월 19일에 독립 행정 법인·과학기술진흥기구가 개최한 「신기술 설명회」에서 발표된 논문 1：「표면 수식제(修飾劑)를 이용한 근자외광에 의한 세포 패터닝 기술」, 혹은 일본특허공개 2003－321479호 공보, 일본특허공개 2008－050321호 공보에 개시되어 있다.
도 2에서, 기판(P)의 표면에 도포되는 불소기를 가진 실란 커플링제는, 도포 후에 용제를 건조시키면, 그 표면은 불소기를 가진 발액성의 영역(HPB)으로 되어 있다. 그 표면에, 패터닝용 자외선 UV를 소정 조도로 소정 시간만큼 조사하면, 불소기의 결합이 떨어지고, 그 부분은 상대적으로 발액성이 저하하여 친액화한 영역(HPR)이 된다. 일본특허공개 2008－050321호 공보에 나타내어진 실험예에서는, 기판의 표면의 자외선의 미조사 영역에서의 접촉각은 110°(발수성), 자외선 조사 후에 기판을 테트라 메틸 암모늄 수산화물(TMAH)의 수용액으로 세정함으로써, 자외선 조사를 받은 영역의 접촉각이 20° 정도로 저감(친액성으로 변화)된 것이 개시되어 있다.
그런데, 커플링제가 도포된 기판(P)은, 다음의 처리 유닛(U2)에서 충분히 건조(200도 이하로 가열 처리)된 후, 처리 유닛(U3)(패터닝부)으로 보내어지고, 여기서, 패턴화된 자외선의 광 에너지가 기판(P)의 표면의 커플링제에 의한 층(기능층)에 소정량 조사된다. 처리 유닛(U3) 내에는, 미세 패턴용 마스크가 형성된 드럼 마스크(DM), 자외선역(파장 400nm 이하)의 광원을 포함하고, 드럼 마스크(DM)에 자외선의 조명광을 조사하는 조명계(IU), 드럼 마스크(DM)에 의해서 패턴화된 자외선을 기판(P) 상에 결상하는 투영 광학계(PL) 등이 마련되어 있다. 처리 유닛(U3)은, 스테퍼(stepper) 방식, 또는 스캔 방식의 노광 장치이지만, 빔 주사형의 묘화기(描畵機), DMD 등을 이용한 마스크리스(maskless) 노광기라도 괜찮다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 감광성 실란 커플링제를 기판(P)의 표면에 도포하여 건조시킨 직후는, 니트로 벤질에 발액성을 가지는 불소기가 결합하고, 그 부분은 발액성의 영역(HPB)으로 되어 있지만, 자외선 UV가 소정 에너지량으로 조사되면, 조사된 부분의 니트로 벤질기가 반응하여 불소기의 결합이 떨어지고, 그 부분의 발액성이 저하하여 친액성의 영역(HPR)이 된다. 즉, 드럼 마스크(DM)에 의해서 생성된 광 패턴이, 기판(P) 상에서는 친발액성의 차이로 콘트라스트를 이루는 패턴으로서 전사된다.
또, 결합이 떨어진 불소기를 기판(P)의 표면으로부터 제거하기 위해, 처리 유닛(U3)에서 노광된 기판(P)을, 일본특허공개 2008－050321호 공보에 개시된 바와 같은 TMAH에 의해서 세정하고 나서 건조시키는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 처리 유닛(U3)과 처리 유닛(U4)과의 사이에, TMAH에 의한 세정조(洗淨槽), 순수한 물에 의한 세정조, 건조부 등이 마련된다.
노광 처리(또는 세정·건조 처리)를 받은 기판(P)은, 다음에 처리 유닛(미스트 퇴적부)(U4)로 보내어진다. 처리 유닛(U4)에서는, 소위, 미스트 ·디포지션으로불리는 성막법이 적용되지만, 이를 위한 원리적인 장치 구성은, 예를 들면, 일본특허공개 2005－307238호에 개시되며, 그 미스트 ·디포지션법 의해, 산화 아연(ZnO)의 박막을 퇴적시킨 실험예가, 논문 2：교토 대학 출판, 「미스트 CVD법과 그 산화 아연 박막 성장에의 응용에 관한 연구」(2008년 3월 24일 발행)〔URI:　http://hdl.handle.net/2433/57270〕의 35 페이지, 43 ~ 65 페이지에 나타내어져 있다.
처리 유닛(U4) 내에는, 기판(P)의 친액성의 영역(HPR) 상에 퇴적시켜야 할 원재료 물질의 분자나 입자를 함유하는 액체(기능성 용액)를, 초음파 진동자로 미스트 모양으로 하는 무화기(霧化器, GS1)와, 질소(N2)나 아르곤(Ar), 공기(O2) 등의 캐리어 가스를 소정의 유량으로 공급하는 가스 공급부(GS2)와, 캐리어 가스에 기능성 용액의 미스트를 소정 농도로 혼합하는 혼합기(ULW)와, 혼합된 기체를 소정의 유속으로 기판(P)의 표면에 접촉시키는 반응 챔버(TC)와, 그 챔버(TC) 내의 기체를 회수하는 회수 포트부(De)가 마련되어 있다.
원재료 물질로서는, 산화물 반도체나 유기 반도체가 되는 분자나 카본 나노 튜브를 포함하는 용액, 금속 나노 입자를 포함하는 전극용 또는 배선용 용액, 혹은 절연막이 되는 분자 구조를 가지는 용액이 선택된다. 원재료로서, 산화 아연(ZnO)을 선택한 경우는, 앞의 논문 2에 개시되어 있는 바와 같이, 무화기(GS1)에는, ZnAc2, 98%H2O 용액이 공급되고, 내부의 2.4MHz 초음파 진동자에 의해서, ZnAc2 용액이 미스트화된다. 그 미스트는, 캐리어 가스와 함께 반응 챔버(TC) 내로 보내어 넣어지고, 챔버(TC) 내를 일정 속도로 진행하는 기판(P)의 표면의 친액성의 영역(HPR)에, 선택적으로 원재료 물질(미스트)이 포착된다.
처리 유닛(U4)에서 미스트·디포지션 처리된 기판(P)은, 미도시한 건조(가열) 유닛 등으로 보내어지고, 기판(P)의 표면의 친액성의 영역(HPR)에 퇴적한 원재료 물질로부터 용제 성분 등이 제거되고, 이어서 하류의 처리 공정으로 보내어지며, 적당한 처리 공정 후에, 회수롤(FR2)에 권취된다. 이와 같이, 처리 유닛(U4)을 통과한 기판(P) 상에는, 원재료 물질에 의한 박막층이 친액성의 영역(HPR)을 따른 형상의 패턴으로서 퇴적된다.
그런데, 일반적으로, 유기 EL를 발광체로 하는 액티브·매트릭스형의 표시 패널(AMOLED)에서는, 각 화소(서브 픽셀)마다, 도 3에 나타내는 바와 같은 박막 트랜지스터(TFT)에 의한 화소 회로가 마련되어 있다. 도 3에서, 유기 EL소자로서의 발광 다이오드 OLED는, 화소 스위칭용 트랜지스터(TR1)와 전류 구동용 트랜지스터(TR2)의 2개로 구동된다. 트랜지스터(TR1)의 드레인 전극(D1)에는, 그 화소에 대응한 휘도 신호(Yc)가 인가되고, 트랜지스터(TR1)의 게이트 전극(G1)에 인가되는 동기(同期) 클록 펄스(clock pulse)(Hcc)에 응답하여, 트랜지스터(TR1)가 on/off 한다.
트랜지스터(TR1)가 on이 되면, 휘도 신호(Yc)의 전압 레벨이 콘덴서(Cg)에 유지됨과 동시에, 트랜지스터(TR2)의 게이트 전극(G2)에 인가된다. 트랜지스터(TR2)는, 게이트 전극(G2)에 인가된 전압에 대응한 구동 전류를, 드레인 전극(D2)으로부터 소스 전극(S2)으로 흐르게 하는 전압/전류 변환을 행한다. 이것에 의해서, 발광 다이오드 OLED에는, 휘도 신호(Yc)에 대응한 전류가 전원 버스 라인(bus line)(Vdd)으로부터 공급되고, 발광 다이오드 OLED는 그 전류의 크기에 대응한 휘도로 발광한다.
이러한 화소 회로는, 예를 들면, 도 4a 및 도 4b와 같이 구성된다. 도 4a는, 1개의 화소 회로 중 트랜지스터(TR1, TR2)만의 평면적인 배치를 나타내는 것이고, 도 4b는, 도 4a 중의 4B－4B 화살표로부터 본 단면이다. 또, 도 4a 및 도 4b에 나타내는 트랜지스터는, 보텀 게이트(bottom gate)형이며, 먼저, 기판(P)의 상면에 임프린트(imprint)법 등으로 형성된 오목부 내에, 도전성 잉크에 의한 인쇄법, 혹은 무전해 도금법 등에 의해서, 게이트 전극(G1, G2)이 형성된다. 그 다음에는, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 게이트 절연막(Is)이 적층되지만, 여기에서는 기판(P)의 전면(全面)이 아니라, 트랜지스터(TR1)의 소스 전극(S1)과 트랜지스터(TR2)의 게이트 전극(G2)을 전기적으로 접속하기 위한 개구부(HA)가, 트랜지스터(TR1)와 트랜지스터(TR2)의 사이에 형성되도록, 인쇄법, 잉크젯법 등의 선택적인 퇴적 수법에 따라 형성된다. 또, 게이트 전극의 층은, 미스트 ·디포지션법 의해서 형성해도 괜찮다.
절연막(Is) 상에는, 용액으로서 제공되는 유기계, 산화물계, 혹은 카본 나노 튜브 등에 의한 반도체층(MS)이, 각 트랜지스터의 형성 영역에 대응하여, 인쇄법이나 잉크젯법 등에 의해서 선택적으로 퇴적된다. 반도체층(MS)의 결정화(배향)를 위한 저온 아닐(anneal) 등 (200℃ 이하)이 끝나면, 도전성 잉크 등을 사용하여 드레인 전극(D1, D2)과 소스 전극(S1, S2)에 대응한 패턴이 코팅된다. 이 때, 절연막(Is)의 개구부(HA) 내에서는, 트랜지스터(TR2)의 게이트 전극(G2)이 노출하고 있고, 트랜지스터(TR1)의 소스 전극(S1)에 대응한 패턴을 도전성 잉크 등에 의해서 코팅할 때에는, 개구부(HA) 내에서 소스 전극(S1)과 게이트 전극(G2)이 접속된다.
이와 같이 구성되는 화소 회로에서, 본 실시 형태에 의한 프로세스는, 예를 들면, 게이트 전극(G1, G2)을 형성하는 공정, 반도체층(MS)을 형성하는 공정, 혹은, 드레인 전극(D1, D2)과 소스 전극(S1, S2)를 형성하는 공정에 적용할 수 있다. 단, 미스트 ·디포지션법 의한 박막 형성에서는, 원재료 물질을 포함하는 용액을 미스트화했을 때의 미스트 사이즈, 미스트에 포함되는 원재료 물질의 농도나 캐리어 가스 중의 미스트의 농도(이후, 총칭하여 '미스트 농도'라고 함), 캐리어 가스의 유속, 반응 챔버(TC) 내의 온도 등을, 형성해야 할 패턴의 사이즈에, 최적화하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 미스트 ·디포지션법 의해 종래의 포트리소그래피법과 마찬가지의 미세 패턴의 형성을 효율 좋게 행하기 위해, 기판(P) 상에 감광성에 의해 친액, 발액이 변화하는 재료(실란 커플링제)를 도포하고, 미세한 패턴화된 광을 기판(P) 상에 조사하여, 친발수성의 콘트라스트를 가진 고정밀한 패턴을 형성한다. 그 때문에, 기판(P)의 표면 중, 친액성이 높은 영역(HPR)은 발액성이 높은 영역(HPB)에 비해, 그 표면 에너지가 높게 되기 때문에, 미스트가 부착하기 쉽고, 원재료 물질의 선택적인 퇴적이 가능해진다.
여기서, 발액성이 높은 영역(HPB)의 표면 에너지를 Epb, 친액성이 높은 영역(HPR)의 표면 에너지를 Epr, 미스트의 용매의 표면 에너지를 Eem, 미스트 직경을Φm, 형성해야 할 패턴의 치수(최소 선폭 등)를 ΔDp로 하면, 이하의 관계 I, II 중 어느 일방, 또는 타방 모두를 만족하는 관계로 설정한다.
관계 I：표면 에너지　　　Epb＜Eem＜Epr
관계 II：미스트 사이즈(직경)　　　0.2ㆍΔDp＜Φm＜ΔDp
패터닝해야 할 최소 선폭 ΔDp에 비해, 미스트 지름 Φm이 큰 경우는, 친액성이 높은 영역(HPR)(선폭 ΔDp) 상에, 미스트가 비어져 나와 부착하게 되지만, 그 미스트가 자기의 표면 에너지로 큰 미스트로 성장하고, 친액성이 높은 영역(HPR)으로부터는 비어져 나와 흘러 버리는 경우가 있다. 그 때문에, 형성해야 할 패턴 치수(ΔDp) 보다도 너무 큰 미스트 지름은 바람직하지 않다. 또, 너무 작으면, 패턴 형성을 위한 퇴적 시간이 너무 걸려, 생산성을 저하시키게 된다.
일례로서, 도 4a 및 도 4b에 나타낸 화소 회로에서, 트랜지스터(TR1, TR2)를 구성하는 드레인 전극과 소스 전극의 패턴 선폭을 20㎛ 정도, 게이트 전극의 패턴 선폭을 6㎛ 정도, 반도체층(MS)의 사이즈를 40×30㎛ 정도로 한 경우, 게이트 전극을 미스트·디포지션법으로 형성할 때의 미스트 사이즈 Φm는, 1.2㎛ ＜φm＜6㎛ 이며, 반도체층(MS)을 미스트·디포지션법으로 형성할 때의 미스트 사이즈 Φm는, 6㎛ ＜Φm＜30㎛가 된다. 또, TFT 형성을 위한 전극(배선)층, 반도체층, 절연막 등은, 전기적인 성능상, 최적인 두께가 다르기 때문에, 퇴적해야 할 패턴의 두께에 따라서, 반응 챔버(TC) 내의 미스트 농도를 바꾸거나, 기판(P)의 반송 속도나 미스트 기체의 유속을 바꾸거나, 반응 챔버(TC) 내의 온도를 바꾸는 등의 조정이 필요하다.
도 1에 나타낸 프로세스는, 1개의 층을 미스트·디포지션법으로 형성하기 위한 것이며, 다수의 층 구조로 된 디바이스의 몇 개의 층을 미스트·디포지션법으로 형성하려면, 도 1 중의 처리 유닛(U1 ~ U4)의 조(組, set)를, 층수만큼 시리얼(serial)로 연결하여, 기판(P)을 차례로 반송해 나가면 된다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 상기의 기판 처리 장치를 구체화한 디바이스 제조 시스템에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는, 디바이스 제조 시스템(플렉시블·디바이스 제조라인)의 일부의 구성을 나타내는 도면이다. 공급롤(FR1)로부터 인출된 가요성의 기판(P)(시트, 필름 등)이, 차례로, n대의 처리 장치(U1, U2, U3, U4, U5, …,Un)를 거쳐, 회수롤(FR2)에 감아 올려지기까지의 예를 나타내고 있다. 상위(上位) 제어 장치(5)는, 제조 라인을 구성하는 각 처리 장치(U1 ~ Un)를 통괄 제어한다.
도 5에서, 직교좌표계 XYZ는, 기판(P)의 표면(또는 이면)이 XZ면과 수직이 되도록 설정되고, 기판(P)의 반송 방향(장척(長尺) 방향)과 직교하는 폭방향이 Y방향으로 설정되는 것으로 한다. 또, 그 기판(P)은, 미리 소정의 전처리를 실시하여, 감광성 실란 커플링제의 피착을 강고하게 하기 위한 표면 개질을 행한 것, 혹은, 표면에 정밀 패터닝을 위한 미세한 격벽 구조(요철 구조)를 형성한 것이라도 괜찮다.
공급롤(FR1)에 감겨져 있는 기판(P)은, 닙(nip)된 구동 롤러(DR1)에 의해서 인출되어 처리 장치(U1)로 반송되지만, 기판(P)의 Y방향(폭방향)의 중심은 엣지 포지션 컨트롤러(EPC1)에 의해서, 목표 위치에 대해서 ±십수㎛ ~ 수십㎛ 정도의 범위에 들어가도록 서보(servo) 제어된다.
처리 장치(U1)는, 인쇄 방식으로 기판(P)의 표면에 감광성 기능액(감광성 실란 커플링제)을, 기판(P)의 반송 방향(장척 방향)에 관해서 연속적 또는 선택적으로 도포하는 도포 장치이다. 처리 장치(U1) 내에는, 기판(P)이 감겨지는 실린더 롤러(DR2), 이 실린더 롤러(DR2) 상에서, 기판(P)의 표면에 감광성 기능액을 균일하게 도포하기 위한 도포용 롤러, 혹은 감광성 기능액을 패터닝하여 도포하기 위한 인쇄용 판(版) 몸통 롤러 등을 포함하는 도포 기구(Gp1), 기판(P)에 도포된 감광성 기능액에 포함되는 용제 또는 수분을 급속히 제거하기 위한 건조기구(Gp2) 등이 마련되어 있다.
처리 장치(U2)는, 처리 장치(U1)로부터 반송되어 온 기판(P)을 소정 온도(예를 들면, 수10 ~ 120℃ 정도)까지 가열하여, 표면에 도포된 감광성 기능층을 안정으로 하기 위한 가열 장치이다. 처리 장치(U2) 내에는, 기판(P)을 되접어 반송하기 위한 복수의 롤러와 에어 턴 바(turn bar), 반입되어 온 기판(P)을 가열하기 위한 가열 챔버부(HA1), 가열된 기판(P)의 온도를, 후공정(처리 장치(U3))의 환경 온도와 일치하도록 내리기 위한 냉각 챔버부(HA2), 닙된 구동 롤러(DR3) 등이 마련되어 있다.
패터닝을 행하는 처리 장치(U3)는, 처리 장치(U2)로부터 반송되어 온 기판(P)의 감광성 기능층에 대해서, 디스플레이용 회로 패턴이나 배선 패턴에 대응한 자외선의 패터닝광을 조사하는 노광 장치이다. 처리 장치(U3) 내에는, 기판(P)의 Y방향(폭방향)의 중심을 일정 위치로 제어하는 엣지 포지션 컨트롤러(EPC), 닙된 구동 롤러(DR4), 기판(P)을 소정의 텐션으로 부분적으로 감아, 기판(P) 상의 패턴 노광되는 부분을 균일한 원통면 모양으로 지지하는 회전 드럼(DR5)(실린더체), 및, 기판(P)에 소정의 늘어짐(여유)(DL)을 주기 위한 2조(組)의 구동 롤러(DR6, DR7) 등이 마련되어 있다.
또 처리 장치(U3) 내에는, 투과형 원통 마스크(DM)(마스크 유닛)와, 그 원통 마스크(DM) 내에 마련되어, 원통 마스크(DM)의 외주면에 형성된 마스크 패턴을 자외선으로 조명하는 조명 기구(IU)(조명부(10))와, 회전 드럼(DR5)에 의해서 원통 면 모양으로 지지되는 기판(P)의 일부분에, 원통 마스크(DM)의 마스크 패턴의 일부분의 상(像)과 기판(P)을 상대적으로 위치 맞춤(얼라이먼트)하기 위해, 기판(P)에 미리 형성된 얼라이먼트 마크 등을 검출하는 얼라이먼트 현미경(AM1, AM2)이 마련되어 있다.
처리 장치(U4)는, 처리 장치(U3)로부터 반송되어 온 기판(P)의 감광성 기능층에 대해서 미스트·디포지션을 행하는 처리 장치이며, 앞의 도 1에 나타낸 무화기(GS1), 캐리어 가스의 공급부(GS2), 혼합기(ULW), 반응 챔버(TC), 회수 포트부(De) 외에, 반응 챔버(TC)의 전단(前段)과 후단(後段)에 마련된 차동(差動) 배기실(DE1, DE2)과, 반응 챔버(TC) 내를 통과하는 미스트화된 원재료 물질의 기체의 온도나 반송되는 기판(P)의 온도를 조정하는 온조(溫調, 온도 조정) 기구(HP)와, 회수 포트부(De)를 매개로 하여 회수되는 기체 내에 포함되는 원재료 물질의 분자나 입자를 포착하는 집진기구(RT)와, 처리 장치(U4)의 동작을 통괄적으로 제어하는 유닛 제어부(CUC)를 구비하고 있다.
미스트·디포지션에서는, 여러 가지 원재료 물질의 용액을 무화할 수 있지만, 그러한 물질 중에서, 특히 카본 나노 튜브(이하, 'CNT'라고 함)는, 대기 중에 비산하면 인체에 있어서 유해가 되는 경우도 있다. 그 때문에, 반응 챔버(TC)는 기밀성이 높은 구조로 하고, 그 전단과 후단에는, 기판(P)의 반송을 가능하게 하면서, 원재료 물질을 포함하는 미스트화된 기체가 장치 밖으로 누출되지 않도록 씰링하는 차동 배기실(DE1, DE2)을 마련하고 있다. 또, 무화기(GS1), 캐리어 가스의 공급부(GS2) 등의 구성에 대해서는, 앞의 논문 2에 개시되어 있는 바와 같은 것을 이용할 수 있으며, 무화기(GS1) 내에는 초음파 진동자가 마련되고, 필요한 미스트 사이즈에 따라서, 발진 주파수나 발진 강도가 조정된다.
처리 장치(U5)는, 처리 장치(U4)로부터 반송되어 온 기판(P)을 따뜻하게 하여, 미스트·디포지션법 의해서, 기판(P)의 친액성의 영역(HPR) 상에 퇴적한 원재료 물질을 건조시켜, 수분 함유량을 소정값으로 조정하는 가열 건조 장치이지만, 상세는 생략한다. 그 후, 몇 개의 처리 장치를 거쳐, 일련의 프로세스의 최후의 처리 장치(Un)를 통과한 기판(P)은, 닙된 구동 롤러(DR1)를 매개로 하여 회수롤(FR2)에 감아 올려진다. 그 감아 올려질 때에도, 기판(P)의 Y방향(폭방향)의 중심, 혹은 Y방향의 기판단이, Y방향으로 어긋나기 않도록, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC2)에 의해서, 구동 롤러(DR1)와 회수롤(FR2)의 Y방향의 상대 위치가 순서대로 보정 제어된다.
상위 제어 장치(5)는, 도 5 중의 각 처리 장치(U1 ~ Un)를 통괄적으로 제어하고 있지만, 기판(P) 상에 형성되는 패턴의 상태를 계측하는 각종의 계측 센서, 기판(P)의 반송 상태를 모니터하는 각종 센서 등으로부터의 신호에 응답하여, 요소(要所)에서, 프로세스 상의 피드·백 제어, 피드·포워드 제어도 행한다. 상기의 디바이스 제조 시스템에서는, 처리 장치(U3)로서, 미세 패턴을 정밀하게 패터닝 가능한 노광 장치가 사용되기 때문에, 기판(P) 상에 형성되는 친발액부의 경계가 매우 선명하게 됨과 아울러, 기판(P) 상의 친액성의 영역(HPR) 상에는 미스트화된 원재료 물질을 석출시켜 가는 방식이므로, 미세한 패턴을 고정밀도로 형성하는 것이 가능하게 된다.
이상과 같은 제조 시스템을 사용한 제조 방법에 의하면, 패터닝은 감광성의 기능 재료에 대해서, 포토리소그래피법과 동일 노광 방법을 적용하기 때문에, 인쇄 방식, 잉크젯 방식이나 메탈 마스크(섀도우 마스크) 방식과 비교하여, 고정밀도로 미세한 패터닝이 가능해진다. 게다가 진공 성막 장치나 에칭 장치라고 하는 종래의 포토리소그래피 공정에서 사용되는 고가의 장치를 사용하지도 않고, 또 원재료는 석출시키고 싶은 부분에만 퇴적시킬 수 있으므로, 에칭에 의해 불요 부분을 제거할 필요도 없고, 환경 부하가 적다고 하는 이점을 얻을 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 5에서 나타낸 미스트·디포지션용 처리 장치(U4)에서는, 앞의 관계 I, 또는 관계 II를 만족함과 아울러, 반응 챔버(TC) 내에서의 미스트 농도, 가스 유속, 온도, 기판(P)의 반송 속도 등을 조정 파라미터로 해두는 것이 바람직하다. 이것은, 기판(P) 상의 친액성이 높은 영역(HPR)에 퇴적하는 원재료 물질의 막 두께나 치밀성을 제어하기 위함이다. 게다가, 친액성이 높은 영역(HPR)에 퇴적한 원재료 물질의 막 두께를 계측하는 기능을 마련하고, 그 계측값에 따라서, 미스트·디포지션의 처리 시간이나 조건(조정 파라미터)을 동적으로 바꾸는 것도 유용하다.
도 6은, 도 5에 나타낸 미스트·디포지션용 처리 장치(U4)에, 퇴적되는 패턴의 두께를 계측하는 기능을 마련한 일례를 나타내고, 도 5 중의 부재와 동일 기능의 구성에 대해서는 동일 부호를 부여하고 있다. 도 6에서, 기판(P)은 차동 배기실(DE1) 내에 마련된 구동 롤러(DR8)와, 차동 배기실(DE2) 내에 마련된 구동 롤러(DR9)에 의해서, 반응 챔버(TC) 내를 소정의 텐션을 유지하여 X방향으로 보내어진다.
본 실시 형태에서는, 반응 챔버(TC) 내의 차동 배기실(DE1)에 가까운 위치에, 기판(P)의 표면에 원재료 물질을 포함하는 용액의 미스트화된 가스를 분출하는 제1 노즐(NZ1)이 혼합기(ULW1)로부터 접속되고, 그 하류에도, 원재료 물질을 포함하는 용액의 미스트화된 가스를 분출하는 제2 노즐(NZ2)이 혼합기(ULW2)로부터 접속되어 있다. 2개의 혼합기(ULW1, ULW2)는, 각 노즐(NZ1, NZ2)로부터 분출되는 가스에 포함되는 미스트 농도를 동일하게 하거나, 다르게 하거나 하도록, 유닛 제어부(CUC)에 의해서 적절히 제어된다. 미스트 농도는, 혼합기(ULW1, ULW2)의 각각에 공급부(GS2)(도 5 참조)로부터 공급되는 캐리어 가스와, 무화기(GS1)(도 5 참조)로부터 공급되는 미스트 기체와의 혼합비를 바꾸는 것으로 실현할 수 있다.
반응 챔버(TC) 내의 하류에서, 차동 배기실(DE2)에 가까운 위치에는, 노즐(NZ1, NZ2)로부터 분출된 가스를 흡인하여 회수하기 위한 노즐(VT)이 마련되며, 챔버(TC) 내의 가스는 배기 유닛(Exo)에 의해서 제어되는 유량으로 회수 포트부(De)에 보내어진다. 노즐(NZ1, NZ2)로부터 분출되는 가스의 총 유량과, 노즐(VT)에서 흡인되는 가스 유량을 조정하는 것에 의해서, 챔버(TC) 내에 기판(P)의 반송 방향(X방향)을 따른 가스의 흐름을 만들 수 있다. 그 흐름은, 기판(P)의 반송 속도에 대해서, 느리게 하거나, 빠르게 하거나 혹은 동일하게 할 수 있다.
도 6의 구성에서는, 미스트·디포지션이 행해지는 것은, 챔버(TC) 내의 노즐(NZ1) 또는 노즐(NZ2)로부터 노즐(VT)까지의 유로 사이이지만, 미스트 농도의 조정 범위가 크고, 가스의 유속을 기판(P)의 반송 속도에 따라 조정할 수 있으므로, 원하는 막 두께가 되는 패턴 형성(퇴적)이 가능하다.
그런데, 본 실시 형태에서는, 반응 챔버(TC) 내에서, 가스 회수용 노즐(VT)의 하류측으로서, 가장 하류의 위치에, 기판(P) 상에 미스트가 되어 퇴적한 원재료 물질을 포함하는 용액의 층 두께를 측정하는 계측 센서(TMS)가 마련되고, 그 계측값이 유닛 제어부(CUC)에 보내어진다. 유닛 제어부(CUC)는, 그 계측값에 기초하여 챔버(TC) 내의 가공 조건(미스트 농도, 가스 유속, 온도 등)을 조정할지 여부를 판단한다. 가공 조건의 조정으로서, 기판(P)의 반송 속도를 변화시키는 경우는, 유닛 제어부(CUC)가 구동 롤러(DR9)(또는 DR8)용 구동 모터에 신호(Ds1)를 출력하여, 회전 속도가 조정된다.
계측 센서(TMS)로서는, 광 간섭식 막 두께 측정기, 분광 엘립소미터(ellipsometer) 등이 사용되지만, 반응 챔버(TC)의 최하류의 위치에서도, 기판(P) 상에 퇴적한 미스트는 용제(수분)를 포함하고 있기 때문에, 원재료 물질로 치밀하게 형성된 패턴의 두께를 정확하게 구할 수 없는 것도 있다. 그래서, 도 6과 같이, 미스트·디포지션용 처리 장치(U4)의 후(차동 배기실(DE2)의 후)이며 기판(P)을 가열 건조시키는 처리 장치(U5)의 후에, 한 쌍의 닙 구동 롤러(NR1, NR2)와 댄서(dancer) 롤러(DSR)에 의해서 구성되는 기판(P)의 머무름부를 마련하고, 그 직후에, 막 두께의 계측 센서(TMS)를 마련해도 괜찮다.
이와 같이 하면, 기판(P)의 머무름부의 직후에서는, 기판(P) 상의 계측하고 싶은 패턴을 계측 센서(TMS)의 바로 아래에 위치 결정하여, 일정 시간(예를 들면 몇 초)만큼 기판(P)을 정지시킬 수 있어, 계측 센서(TMS)의 측정 시간을 확보할 수 있다. 기판(P)을 정지할 수 있는 시간은, 처리 장치(U5)로부터 반출되는 기판(P)의 속도 Vo와, 댄서 롤러(DSR)의 Z방향의 요동(搖動) 스트로크 Ld에 의해서 정해진다. 예를 들면, 기판(P)의 속도 Vo가 5cm/s, 스트로크 Ld가 50cm라고 하면, 머무름부의 직후의 계측 센서(TMS)의 위치에서는, 기판(P)을 최대 20초까지 정지시킬 수 있다.
처리 장치(U5)의 후의 계측 센서(TMS)에서는, 미스트·디포지션에 의해서 퇴적한 원재료 물질의 패턴층으로부터 액체 성분이 빠져있기 때문에, 그 두께를 정확하게 계측할 수 있다. 반응 챔버(TC) 내의 계측 센서(TMS), 처리 장치(U5)의 뒤의 계측 센서(TMS)는, 모두 미세한 패턴(예를 들면 선폭으로 20㎛ 이하)의 막 두께를 계측할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 한국의 K－MAC사가 판매하고 있는 광간섭식 막 두께계의 제품명 ST2000－DLXn, ST4000－DLX는, 현미경 타입이므로 조립도 용이하고, 계측용의 광 스포트의 지름이 수㎛로 작으며, 계측 시간도 몇 초 이내이다. 그 외, 다이니폰 스크린 제조 주식회사의 광 간섭식 막 두께 측정 장치의 제품명 람다 에이스 VM－1020/1030, 분광 엘립소미터를 탑재한 제품명 RE－8000 등을, 처리 장치(U5)의 후의 계측 센서(TMS)로서 이용할 수도 있다.
이상과 같은 계측 센서(TMS)에 의해서, 기판(P) 상에 퇴적한 원재료 물질에 의한 패턴의 두께를 계측할 때, 기판(P) 상에 형성되는 디바이스(표시 패널)의 TFT의 부분이나 배선부의 특정의 층을 직접 계측해도 좋지만, 기판(P) 상의 디바이스 형성 영역의 외측에, 두께 계측용 테스트 패턴(마크)의 형성 영역을 마련하고, 그곳에 퇴적되는 원재료 물질의 두께를 계측하도록 해도 괜찮다. 그러한 테스트 패턴을 마련하는 경우의 일례를, 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은, 기판(P) 상에 형성되는 복수의 디바이스(표시 패널) 영역(100)과, 테스트 패턴이 형성되는 복수의 마커 영역(MK1 ~ MK5)과의 배치를 나타내는 평면도이다. 여기서, 종횡비 16：9로 화면 사이즈 32인치의 텔레비전용 표시 패널을 제조하는 것으로 하고, 표시 패널 영역(100)의 길이 방향을 기판(P)의 장척 방향(X방향)으로 배치하는 것으로 한다. 각 패널 영역(100)은 기판(P)의 장척 방향으로 소정의 여백을 두고 배치되며, 기판(P)의 폭방향(Y방향)의 양측부에도 일정 폭의 여백이 설정된다. 각 패널 영역(100)의 사이의 여백부에는, Y방향으로 이간하여, 3개의 마커 영역(MK1, MK2, MK3)이 마련되고, 각 패널 영역(100)의 Y방향의 양측에도, 2개의 마커 영역(MK4, MK5)이 마련된다.
도 6에 나타낸 계측 센서(TMS)는, 여기에서는, 마커 영역(MK1 ~ MK5)의 배치에 대응하여 기판(P)의 폭방향으로 이간하여 3개 마련되어 있다. 마커 영역(MK1 ~ MK5)은, 각 계측 센서(TMS)의 계측 시야(St1, St2, St3) 중 어느 것에 의해서 관찰 가능하게 되어 있다. 마커 영역(MK1 ~ MK5) 중, Y방향으로 늘어선 3개의 마커 영역(MK1~MK3)에는, 모두 동일한 테스트 패턴이 형성된다.
그 테스트 패턴의 일례를, 마커 영역(MK1)를 대표하여 도시한 것이나, 도 7 중 아래의 파선원 안에 나타내어져 있다. 마커 영역(MK1) 내에는, 다수의 테스트 패턴이 형성될 수 있지만, 선폭이 다른 라인＆스페이스 모양의 테스트 패턴(MPa, MPd, MPe, MPg, MPh)이나, 원형의 테스트 패턴(MPb), 직사각형 모양의 큰 테스트 패턴(MPc), 2차원의 도트 모양의 테스트 패턴(MPf) 등이 배치 가능하다. 라인＆스페이스 모양의 테스트 패턴은, 피치 방향이 X방향의 것과 Y방향의 것이 세트로 되어 있다. 또, 테스트 패턴(MPe)은 L자 모양의 라인을 경사 45°방향으로 복수 늘어선 것이며, 테스트 패턴(MPh)은 45°경사 격자 패턴으로서 형성된다.
라인＆스페이스의 선폭은, 미스트·디포지션에 의해서 형성되는 패턴의 사이즈에 대응하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 기판(P)의 패널 영역(100)에, 선폭 20㎛의 전극 패턴이나 배선 패턴을 미스트·디포지션에 의해서 생성하는 경우, 테스트 패턴의 라인＆스페이스로서, 예를 들면 40㎛ , 30㎛ , 20㎛ , 15㎛와 선폭을 바꾼 4조를, 처리 장치(U3)의 노광 공정에서, 패널 영역(100)용 마스크 패턴과 함께 함께 노광해 둔다. 그 외의 테스트 패턴(MPb, MPc, MPf)에 대해서도, 계측에 필요한 것은, 처리 장치(U3)의 노광 공정에서 함께 노광해 둔다.
또, 패널 영역(100)의 Y방향의 양측에 배치되는 마커 영역(MK4, MK5)에는, Y방향의 폭이 수mm 정도로, X방향의 길이가 수십 mm의 1개의 라인 모양의 테스트 패턴만을 형성하도록 해도 괜찮다. 이와 같이, 기판(P)의 장척 방향으로 가늘고 긴 테스트 패턴으로 하면, 예를 들면, 도 6에 나타낸 반응 챔버(TC) 내의 계측 센서(TMS)에 의해서, 기판(P)의 반송을 멈추지 않고, 마커 영역(MK4, MK5)에 형성되는 테스트 패턴의 막 두께를 계측하는 것이 용이하게 된다.
그런데, 마커 영역(MK1)과 마커 영역(MK4)은, 계측 시야(St1)를 가지는 계측 센서(TMS)에 의해서 관찰 가능하고, 마커 영역(MK2)은, 계측 시야(St2)를 가지는 계측 센서(TMS)에 의해서 관찰 가능하며, 마커 영역(MK3)과 마커 영역(MK5)은, 계측 시야(St3)를 가지는 계측 센서(TMS)에 의해서 관찰 가능하지만, 마커 영역(MK1 ~ MK3)의 테스트 패턴의 막 두께 계측은, 도 6 중의 처리 장치(U5)의 뒤의 계측 센서(TMS)에서 행하고, 마커 영역(MK4, MK5)의 테스트 패턴의 막 두께 계측은 반응 챔버(TC) 내의 계측 센서(TMS)에 의해서 행하도록, 분담해도 괜찮다. 또, 각 마커 영역(MK1 ~ MK5) 내에는, 1회의 미스트·디포지션에 의해서 테스트 패턴이 성막되므로, 복수의 층을 걸쳐 미스트·디포지션의 패터닝을 행하는 경우는, 층마다 마커 영역(MK1 ~ MK5)의 위치를 어긋나게 하는 것이 좋다.
이상과 같은 마커 영역(MK1 ~ MK5) 내에는, 다른 기초 패턴층이 없기 때문에, 처리 장치(U4)(미스트·디포지션)에 의해서 성막되는 각종의 테스트 패턴의 두께를 정확하게 계측할 수 있다. 또 계측에 사용되는 테스트 패턴의 사이즈(선폭 등)를, 디바이스 패턴(표시 패널 영역(100) 내의 패턴)의 사이즈에 맞추어 선택할 수(바꿀 수) 있기 때문에, 막 두께 조건을 정밀하게 제어하는 것도 가능해진다. 또 패널 영역(100) 사이의 3개의 마커 영역(MK1 ~ MK3)의 각각에서, 동종의 테스트 패턴의 막 두께를 비교하는 것에 의해서, 기판(P)의 폭방향에서의 성막 조건의 차이(미스트 농도의 불균일 등)를 확인하여, 보정할 수도 있다. 또 계측 센서(TMS)는, 성막된 패턴의 두께만이 아니라, 그 선폭 등을 계측하는 센서를 병설(竝設)해도 괜찮다.
(제4 실시 형태)
도 8은, 도 5에 나타낸 미스트·디포지션용 처리 장치(U4)와 가열 건조 처리를 행하는 처리 장치(U5)를 일체화함과 아울러, 기판(P)을 회전 드럼에 감아 반송하면서, 미스트·디포지션을 행하는 장치의 일례를 나타낸다.
도 8에서, 반입되는 가요성의 기판(P)은, 닙 구동 롤러(NDR), 텐션용 롤러(DR10)를 매개로 하여, 축(AX1)의 주위로 회동하는 회전 드럼(RD)에 반(半)둘레 이상을 걸쳐 감겨지며, 처리 장치(U5)로서의 가열 건조 유닛(20) 내의 에어 턴 바(ATB)에서 접혀, 롤러(DR11), 텐션용 롤러(DR12), 및 닙 구동 롤러(NDR)를 매개로 하여, 반출된다. 회전 드럼(RD)의 주위에서 기판(P)이 감겨져 있는 둘레 방향의 범위에는, 반응 챔버(TC)를 구성하는 원통형의 격벽이 마련되고, 그 격벽의 둘레 방향의 양단에는, 챔버(TC) 내의 미스트 기체가 환경에 유출하지 않도록 에어 씰(seal) 베어링(Pd)이 마련되다. 물론, 챔버(TC)를 구성하는 원통 모양의 격벽의 축(AX1) 방향(Y방향)의 단부에도, 회전 드럼(RD)과의 틈새를 막기 위한 에어 씰 베어링이 마련되어 있다.
앞의 도 1, 도 5, 도 6에 나타내는 바와 같이, 무화기(GS1)로부터의 미스트와 캐리어 가스 공급부(GS2)로부터의 가스는, 혼합기(ULW)에서 혼합되어, 미스트 함유 가스가 되고, 원통 모양의 반응 챔버(TC)의 일단측(회전 드럼(RD)에 기판(P)이 접촉한 부분)에 공급된다. 그 미스트 함유 가스는, 회전 드럼(RD)에 감긴 기판(P)의 표면을 따라서 좁은 원통 모양의 공간을 따라서 나아가고, 원통 모양의 반응 챔버(TC)의 타단측(회전 드럼(RD)으로부터 기판(P)이 멀어지는 부분)에서, 회수 포트부(De)로부터 배기된다.
본 실시 형태에서는, 회전 드럼(RD)의 외주면에 기판(P)의 이면을 밀착시켜 반송시키기 때문에, 기판(P)의 이면에 불필요한 미스트가 돌아 들어오지 않으므로, 이면을 청정하게 유지할 수 있다. 또, 회전 드럼(RD) 내에 외주를 따라서 온조 기구를 마련하면, 기판(P)의 응답성이 높은 온도 제어를 할 수 있다.
회전 드럼(RD)의 회전에 따라서, 표면의 친액부(HPR)에 미스트가 퇴적된 기판(P)은, 가열 건조 유닛(20)의 제1 공간(AT1)에 직선적으로 보내어지고, 전기 히터나 온풍 히터 등의 온조 기구(HP)에 의해서, 미스트·디포지션에서 퇴적된 액에 의한 패턴이 건조된다. 건조 공간(AT1)을 통과한 기판(P)은, 제2 공간(AT2) 내에 배치된 에어 턴 바(ATB)에 의해서, 거의 180°접혀, 제3 공간(AT3) 내를 직선적으로 나아가, 롤러(DR11)에 이른다. 공간(AT1, AT2, AT3)의 사이는 격벽으로 나뉘어져 있으며, 그 격벽에는 기판(P)을 통과시킬만한 슬릿 모양의 개구가 마련되어 있다. 그리고, 각 공간(AT2, AT3)에는 회수 포트부(De)가 접속되며, 잔류하는 미스트 함유 가스가 회수된다. 또, 미스트 ·디포지션에서 퇴적된 원재료 물질이, 반도체 재료인 경우, 공간(AT1)은 반도체 재료를 결정화하거나, 배향하거나 하기 위한 아닐로(anneal爐)로서 기능을 한다.
에어 턴 바(ATB)는, 원통의 거의 반둘레 분량의 외주면을 가지며, 그 외주면에는 미세한 기체 분출 구멍과 흡인 구멍이 무수히 마련되어 있다. 이것에 의해서, 기판(P)은, 그 표면(원재료 물질이 퇴적된 면)이 에어 턴 바(ATB)의 표면과 접촉하지 않게, 접혀진다. 에어 턴 바(ATB)로부터 분출해지는 기체는, 기판(P)의 표면에 퇴적한 원재료 물질의 패턴을, 더 건조시키는 작용도 가진다.
에어 턴 바(ATB)에 의해 접혀진 기판(P)은, 공간(AT3) 내의 노즐(ANZ)로부터 분출되는 온조 기체에 의해서, 소정의 온도로 제어되어, 롤러(DR11)에 이르고, 격벽에 의해서 나누어진 공간 내의 롤러(DR12), 닙 구동 롤러(NDR)를 통과하며, 기판(P)을 사이에 끼우도록 배치된 에어 씰 베어링(Pd)를 통과하여, 다음의 처리 장치, 혹은 막 두께나 선폭의 계측 센서부로 보내어진다.
이상, 도 8과 같은 회전 드럼(RD)을 사용하여 기판(P)을 반송하는 경우, 회전 드럼(RD)의 직경을 50cm 정도로 하고, 기판(P)이 회전 드럼(RD)의 외주면에 밀착하는 범위를 약 240°로 하면, 반응 챔버(TC)의 실질적인 길이는 약 100cm(50×π×240/360)가 되며, 도 5, 도 6과 같이 반응 챔버(TC)를 직선으로 하는 것보다도, 장치의 풋프린트(footprint)를 작게 할 수 있다. 또, 기판(P)은, 회전 드럼(RD)의 외주에 밀착하여 보내지므로, 반송 중에 기판(P)이 상하로 진동하거나 하지도 않고, 안정적인 미스트·디포지션을 실현할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 바람직한 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 관계되는 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 상술한 예에서 나타낸 각 구성 부재의 모든 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 여러 가지 변경 가능하다. 예를 들면, 기판(P)은, 가요성을 가지는 얇은 필름이나 시트에 한정하지 않고, 유리 기판이나 실리콘 웨이퍼 등 외에, 플라스틱 기판이나 수지 기판이라도 괜찮다. 게다가 기판(P)은, 롤에 감겨진 장척의 것을 롤·투·롤 방식으로 처리할 필요는 없고, 소정의 사이즈(A4, B5 등)로 컷한 것을 매엽(枚葉) 처리하는 방식이라도 괜찮다.
또, 이상의 각 실시 형태에서는, 기판(P) 상의 원하는 영역에, 선택적으로 반도체층이나 전극층, 혹은 배선층을 형성하는 방법으로서 미스트·디포지션법을 이용했지만, 거기에 한정하지 않고, 스프레이법, 딥 코트(deep coat)법 등의 성막 방법을 대신하여 이용할 수 있다. 스프레이법은, 미스트·디포지션법과 마찬가지로, 노즐로부터 살포되는 분무 모양의 재료 용액을 기판(P) 상에 도포하는 것이며, 딥 코트법은, 재료 용액의 조(槽) 안에서 기판(P)을 일정 시간 침지시켜 끌어 올리는 것이다.
어느 경우도, 예를 들면, 앞의 제3 실시 형태(도 7)에서 설명한 바와 같이, 기판(P) 상의 적절한 위치에, 마커 영역(MK1 ~ MK5)이 형성되도록 광 패터닝을 행하고, 스프레이법, 딥 코트법에 의한 재료 용액의 퇴적 처리 후에, 마커 영역(MK1 ~ MK5) 내의 각종의 테스트 패턴에서의 퇴적 상태(피착 상태)를, 도 6과 같은 계측 센서(TMS)로 확인함으로써, 스프레이법이나 딥 코트법의 각종 조건을 피드·백 보정할 수 있다. 스프레이법의 각종 조건이란, 살포용 노즐의 미세 구멍 지름, 분무 압력, 기판(P)과 노즐과의 간격, 노즐과 기판(P)과의 상대 이동 속도 등이며, 딥 코트법의 각종 조건이란, 재료 용액의 온도, 기판(P)의 침지 시간, 끌어 올림 속도 등이다.
게다가, 포토레지스트층에 광 패터닝(노광 처리)을 행한 후에 현상 처리를 실시하고, 레지스터층을 패턴에 따라 에칭하는 종래의 포토리소그래피 공정을 사용하는 경우는, 기판(P)의 표면(기초층이 있는 경우는 그 표면)을 친액성이 높은 상태로 한 후, 발액성이 높은 포토레지스트재를 기판(P)의 표면에 균일한 두께로 도포한다. 그 후, 현상 처리를 행하는 것에 의해, 레지스터층이 제거된 부분(기판(P)의 표면, 또는 기초층의 표면)은 친액성이 높은 표면으로서 드러내므로, 미스트·디포지션법(또는, 스프레이법, 딥 코트법)에 의해, 재료 용액에 의한 정밀한 패턴이 형성된다.
FR1 - 공급롤 FR2 - 회수롤
P - 기판
U1, U2, U3, U4, U5, Un - 처리 유닛(처리 장치)
Gpa - 감광성 실란 커플링제의 도포용 회전 드럼
Gp1 - 도포 기구 IU - 자외선 조명계
DM - 드럼 마스크 PL - 투영 광학계
DE1, DE2 - 차동 배기실 TC - 반응 챔버
GS1 - 재료 물질의 무화기 GS2 - 캐리어 가스 공급부
ULW - 혼합기 HPB - 발액부
HPR - 친액부 RD - 회전 드럼
MK1 ~ MK5 - 마커 영역 20 - 가열 건조 유닛
100 - 표시 패널 영역

Claims (14)

  1. 가요성을 가지는 장척의 시트모양의 기판을 장척 방향으로 반송하면서, 상기 기판의 표면에 전자 디바이스를 형성하는 기판 처리 장치로서,
    니트로 벤질에 발액성(撥液性)을 가지는 불소기를 가짐과 아울러, 파장 400nm 이하인 자외선의 광 에너지의 조사에 의해서 상기 불소기의 결합이 떨어져 친발액성(親撥液性)이 개질(改質)하는 감광성(感光性) 친발액 커플링제에 의한 기능층을, 상기 장척 방향으로 반송되어 오는 상기 기판의 표면에 균일하게 혹은 패터닝하여 도포하는 도포기구와,
    상기 기판에 도포된 상기 기능층에 포함되는 용제 또는 수분을 제거하는 건조기구와,
    상기 건조기구로부터 반송되어 이동하고 있는 상기 기판 상의 상기 기능층에 패턴화된 상기 자외선의 광 에너지를 조사하여, 상기 기능층의 상기 불소기가 떨어진 영역과 상기 불소기가 남은 영역을 형성하는 것에 의해, 상기 기능층에 친발액성에 의한 콘트라스트(contrast)를 부여한 패턴을 생성하기 위해서, 투영 광학계에 의해서 마스크의 패턴을 투영하는 노광기, 마스크리스(maskless) 노광기 및 빔 주사형의 묘화기 중 어느 하나에 의해서 구성되는 노광장치와,
    상기 노광장치로부터 반송되어 오는 상기 기판을 장척 방향을 따라서 연속적으로 이동시키는 반송기구와, 상기 반송기구에 의해서 반송되는 상기 기판을 장척방향에 관하여 소정의 길이로 통과시키는 챔버기구를 구비하며, 상기 전자 디바이스를 위한 재료 물질의 분자 또는 입자를 포함하는 기능성 용액을 미스트화하여 캐리어 가스와 혼합한 미스트 함유기체를 상기 챔버기구 내에서 상기 기판의 상기 기능층이 형성된 표면을 따르도록 분무하는 미스트·디포지션 장치를 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 미스트·디포지션 장치의 상기 반송기구는, 상기 기판을 상기 챔버기구내에서 소정의 텐션을 유지하여 보내기 위하여, 반송방향으로 떨어져 마련된 2개의 롤러를 구비하며,
    상기 미스트·디포지션 장치의 상기 챔버기구는, 상기 2개의 롤러의 사이이며, 상기 기판이 상기 챔버기구 내에 반입되는 측에 마련되어 상기 미스트 함유기체를 공급하는 분출용 노즐과, 상기 기판의 반송방향을 따른 유로의 하류에서 상기 미스트 함유기체를 흡인하는 회수용 노즐을 가지는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 챔버기구는, 상기 기판의 반송 방향에 관하여 상기 회수용 노즐의 하류에 배치되어, 상기 기판의 표면에 퇴적된 상기 재료 물질의 분자 또는 입자를 포함하는 상기 기능성 용액의 층 두께를 측정하는 계측 센서를 구비하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 미스트·디포지션 장치의 상기 챔버기구로부터 반출되는 상기 기판을 반입하고, 상기 기판 상에 퇴적된 상기 재료 물질을 건조시켜 수분 함유량을 소정값으로 조정하는 가열건조장치와,
    상기 가열건조장치에서 건조된 상기 기판의 표면에 퇴적된 상기 재료 물질에 의한 막 두께를 측정하는 측정 센서를 더 구비하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 노광장치는, 상기 전자디바이스로서의 박막 트랜지스터를 구성하는 전극층, 반도체층, 절연막, 혹은 배선층의 형상에 대응하여 상기 자외선의 광 에너지를 패턴화하여 상기 기능층에 조사하는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 미스트·디포지션 장치에 의해서, 상기 기능층의 친액성이 된 패턴 영역에 퇴적된 재료 물질, 또는 그 용액에 의한 층 두께, 혹은 패턴 치수를 계측하는 계측장치를 구비하는 기판 처리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 미스트·디포지션 장치와 상기 계측장치와의 사이에 마련되며, 상기 기판 상에 퇴적된 상기 재료 물질을 건조시켜 수분 함유량을 소정값으로 조정하는 가열건조장치를 더 구비하는 기판 처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 계측장치는, 상기 가열건조장치에서 건조된 상기 기판의 표면에 퇴적된 상기 재료 물질에 의한 패턴의 막 두께, 또는 패턴의 치수를 계측하는 기판 처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 미스트·디포지션 장치는, 상기 계측장치에 의해서 계측된 상기 패턴의 막 두께에 기초하여, 상기 챔버기구 내에서 상기 기판에 분무되는 기체에 포함되는 미스트의 농도, 혹은 상기 미스트에 포함되는 상기 재료 물질의 농도를 조정하는 조정 기구를 구비하는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 노광장치는, 상기 기판의 표면에 형성된 상기 기능층의 일부에, 상기 전자 디바이스용 패턴의 치수에 대응한 사이즈로, 상기 계측장치에 의해서 계측 가능한 테스트 패턴에 따른 광 패턴을, 상기 전자 디바이스용 광 패턴과 함께 노광하는 기판 처리 장치.
  11. 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 노광장치에 의해서 친발액성에 의한 콘트라스트가 부여된 상기 기능층에서, 상대적으로 발액성이 높은 영역의 표면 에너지를 Epb, 상대적으로 친액성이 높은 영역의 표면 에너지를 Epr로 하고, 상기 미스트의 표면 에너지를 Eem, 상기 미스트의 지름을 Φm, 생성해야 할 패턴의 치수를 ΔDp로 했을 때,
    Epb＜Eem＜Epr …관계 Ⅰ
    0.2ㆍΔDp＜Φm＜ΔDp …관계 Ⅱ
    로 정하는 관계 I, II 중 어느 일방, 또는 쌍방을 만족하도록 설정되는 기판 처리 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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