KR102151325B1 - 미스트 도포 성막 장치 및 미스트 도포 성막 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 막 두께가 100㎚ 이하인 박막을, 균일하게 성막할 수 있는 미스트 도포 성막 장치 및 미스트 도포 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고, 본 발명에 있어서, 도포액 무화 기구(50)는 초음파를 발생하는 초음파 진동자(1)를 이용하여 도포액(5)을 무화하여 도포액 미스트(6)를 발생하는 도포액 미스트 발생 처리를 실행한다. 미스트 도포 기구(70)는 미스트 도포 헤드(8)로부터 이동 스테이지(10) 상에 적재된 기판(9)의 표면 상에 도포액 미스트(6)를 공급하여, 기판(9)의 표면 상에 도포액 미스트(6)를 도포하는 도포액 미스트 도포 처리를 실행한다. 소성ㆍ건조 기구(90)는 핫 플레이트(13) 상에 도포액 미스트(6)가 표면 상에 도포된 기판(9)을 소성ㆍ건조하고, 도포액 미스트(6)로 형성된 액막의 용매를 증발시켜 기판(9)의 표면 상에 박막을 성막하는 소성ㆍ건조 처리를 실행한다.

Description

미스트 도포 성막 장치 및 미스트 도포 성막 방법

본 발명은 초음파에 의한 분무한 도포액의 미스트를 이용하여, 성막 대상으로 되는 기판 상에 박막을 성막하는 미스트 도포 성막 장치 및 미스트 도포 성막 방법에 관한 것이다.

필름, 유리 기판, 반도체 웨이퍼 등의 피도포체 상에 박막을 도포하여, 다양한 기능성(반사 방지, 방현성, 방오성, 친수성, 소수성)을 제공하기 위해, 도포액의 물성(점도, 표면 장력), 피도포체(성막 대상의 기판)의 특성(표면 형상, 표면 장력), 막 특성(막 두께, 막 중 조성 농도, 막 경도) 등의 차이에 의해 다양한 도포 방법이 채용되고 있다.

필름이나 유리 기판과 같은 피도포체의 도포 장치로서는, 도포액을 전량 도포하는 슬릿 다이 도공 장치, 롤 도포 장치, 바 도공 장치, 그라비아 도공 장치 등이 있다. 근년, 기능성 필름, 광학 필름, 플랫 디스플레이 패널의 고성능화에 의해, 도포막의 박막화 및 막 두께 불균일 방지의 요구 정밀도가 높아지고 있다.

한편, 도포액을 액적화하여 행하는 도포 장치로서, 스프레이 코트 장치, 스핀 코트 장치 등이 있다. 스핀 코트 장치는 반도체 웨이퍼에 대해 박막을 제조하는 방법으로서 널리 채용되고 있다. 스핀 코트법은 기판의 표면 중앙부에 도포액의 액적을 공급하고, 고속 회전시킴으로써 기판 표면에 박막을 형성하는 방법이다. 이 방법에서는, 기판이 고속 회전될 때 도포액이 버려지기 때문에, 도포액의 이용 효율이 나빠, 대형 피도포체에 적용하기에는 과제가 많다.

스프레이 코트법은 고압의 에어 가스로 도포액을 분무하여 기판 표면에 박막을 형성하는 방법이다. 스프레이 코트법은 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있다. 스프레이 코트 장치의 스프레이건은 이동할 수 있기 때문에, 대형 피도포체에 적응할 수 있지만, 고압 에어와 유량에 의한 분무한 도포액의 미립자 입경의 제어가 곤란하여, 성막되는 박막에 막 두께 불균일이 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.

일본 특허 공개 제2003-98699호 공보

전술한 스프레이 코트법 등의 스프레이 도포 방법에서는 일반의 스프레이건을 사용하여, 도포액을 공급하면서 건에 도입되는 고압 에어 가스에 의해, 도포액의 무화를 행하고 있다. 무화된 도포액의 미립자 직경은 도포액의 공급량이 일정한 경우에는, 에어의 압력 혹은 유량을 증가시킴으로써 작아진다. 또한, 에어 압력 혹은 유량이 일정한 경우에는, 도포액의 공급량을 감소시킴으로써 작아진다. 도포액의 미립자 직경은 도포액의 공급량, 에어 압력, 에어 유량에 의존하기 때문에, 미립자 직경의 입경 제어와 작은 입경의 무화량의 증감 제어는 모두 곤란하다는 문제점이 있었다.

종래의 스프레이 도포 방법에서는 도포액의 토출량을 적게, 무화 에어 압력 또는 유량을 크게 함으로써 스프레이 무화 입자의 직경을 작게, 또는 도포액의 농도를 작게 하여, 스프레이 시의 입자가 비행 중에 건조를 수반하면서 부착되어, 도막을 마무리하는 방법이다.

도포액의 토출량을 적게 하는 경우와 도포액의 농도를 옅게 하는 경우에는, 얇은 도막이 성막되기 때문에, 막 두께에 따라서 적층 횟수를 늘려 성막할 필요가 있다. 도포 횟수를 많게 하면 도막의 균일성이 향상되지만, 생산 효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 스프레이 무화를 보다 미립화하기 위해서는, 높은 에어 압력 혹은 에어 유량을 많게 할 필요가 있다는 점에서, 복수회 연속 도포할 때 미립화하기 위한 고압과 다량의 에어가 피도포체의 표면에 강하게 부딪침으로써, 고압과 다량의 에어에 의해 액막이 흐트러지는 문제점이 있다.

또한, 스프레이 도포 방법에서는, 피도포물의 회전 속도, 스프레이건의 이동 속도를 임의로 설정할 수 있지만, 피도포물의 회전 속도와 스프레이건의 이동 속도를 밸런스 좋게 조정하지 않으면 균일하게 도포할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 막 두께가 100㎚ 이하인 박막을, 균일하게 성막할 수 있는 미스트 도포 성막 장치 및 미스트 도포 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 미스트 도포 성막 장치는, 초음파 진동자를 이용하여 무화 용기 내의 소정의 원료를 포함하는 도포액을 무화하여 액적형 도포액 미스트를 얻는 도포액 무화 기구와, 성막 대상으로 되는 기판을 적재하는 적재부를 갖고, 상기 기판에 상기 도포액 미스트를 공급하여, 상기 기판의 표면 상에 상기 도포액 미스트를 도포하는 미스트 도포 기구와, 상기 기판의 표면 상에 도포된 상기 도포액 미스트를 소성ㆍ건조하여 상기 기판의 표면 상에 상기 소정의 원료를 포함하는 박막을 성막하는 소성ㆍ건조 기구를 구비한다.

청구항 1에 기재된 본원 발명의 미스트 도포 성막 장치는 미스트 도포 기구에 의해 기판의 표면 상에 도포액 미스트를 도포한 후, 소성ㆍ건조 기구에 의해 도포액 미스트를 소성ㆍ건조하여 기판의 표면 상에 소정의 원료를 포함하는 박막을 성막함으로써, 막 두께가 100㎚ 이하인 박막을 균일성 좋게 기판 상에 성막할 수 있다.

본 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해 보다 명백해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1인 미스트 도포 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 2는 도 1에서 도시한 미스트 도포 헤드의 저면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 3은 실시 형태 1의 미스트 도포 성막 방법 및 박막의 막 두께 검증 방법의 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 1에서 도시한 기판에 대한 헤드 저면의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 5는 검증 대상의 기판의 표면을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 6은 도 5에서 도시한 측정 영역에서의 막 두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 복수의 측정 영역 각각에 있어서의 측정 막 두께를 나타내는 그래프이다.
도 8은 다른 측정 처리의 처리 내용을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 9는 다른 측정 처리를 실시한 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 상이한 스테이지 이동 속도에 있어서의 박막의 막 두께를 나타내는 그래프이다.
도 11은 각 이동 속도에서의 평균 막 두께, 막 두께의 표준 편차를 표 형식으로 도시하는 설명도이다.
도 12는 실시 형태 2의 도포액 무화 기구에 있어서의 미스트 제어부의 제어 내용을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 13은 실시 형태 3의 미스트 도포 성막 장치에 있어서의 특징 부분을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 14는 복수의 미스트 도포 헤드의 저면 구조를 도시하는 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.

<실시 형태 1>

(미스트 도포 성막 장치)

도 1은 본 발명의 실시 형태 1인 미스트 도포 성막 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1의 미스트 도포 성막 장치는, 도포액 무화 기구(50), 미스트 도포 기구(70) 및 소성ㆍ건조 기구(90)를 주요 구성 요소로서 갖고 있다.

도포액 무화 기구(50)는 초음파를 발생하는 초음파 진동자(1)를 이용하여 무화 용기(4)에 투입한 도포액(5)을 입경 분포가 좁고 중심 입경이 약 4㎛인 액적으로 무화하여 도포액 미스트(6)를 발생하는 도포액 미스트 발생 처리를 실행한다. 도포액 미스트(6)는 캐리어 가스 공급부(16)로부터 공급되는 캐리어 가스에 의해 미스트 공급 라인(22)을 통해 미스트 도포 기구(70)로 반송된다.

미스트 도포 기구(70)는 미스트 공급 라인(22)으로부터 도포액 미스트(6)를 받아, 미스트 도포 헤드(8)로부터 이동 스테이지(10)(적재부) 상에 적재된 기판(9)(성막 대상의 기판)의 표면 상에 도포액 미스트(6)를 공급하여, 기판(9)의 표면 상에 도포액 미스트(6)를 도포하는 도포액 미스트 도포 처리를 실행한다.

소성ㆍ건조 기구(90)는 핫 플레이트(13) 상에 도포액 미스트(6)가 표면 상에 도포된 기판(9)을 소성ㆍ건조하고, 도포액 미스트(6)에 있어서의 용매를 증발시켜 도포액 미스트(6)에 포함되는 실리콘 화합물의 원료(충전제, 가교제 등의 첨가제를 가한 실록산 중합체, 다른 유기 화합물과 반응한 실록산 중합체)를 포함하는 박막을 기판(9)의 표면 상에 성막하는 소성ㆍ건조 처리를 실행한다.

(도포액 무화 기구(50))

도포액 무화 기구(50)에 있어서, 초음파 진동자(1)로서는, 예를 들어 1.5 내지 2.5㎒ 범위 내의 초음파 주파수를 사용할 수 있다. 초음파 진동자(1) 상에 설치된 수조(2)에 초음파 진동자(1)에 의해 발생한 초음파 전파의 매체로서 물(3)을 도입하고, 초음파 진동자(1)를 구동함으로써, 무화 용기(4)에 투입한 도포액(5)을 액적화시켜, 입경 분포가 좁고 중심 입경이 4㎛ 정도인 마이크로미터 사이즈의 액적인 도포액 미스트(6)를 얻는다.

또한, 도포액(5)으로서는, 도포액의 점도가 높아도 저점도의 메탄올, 톨루엔, 물, 헥산, 에테르, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산비닐, 염화에틸 등의 용매로 희석할 수 있고, 점도가 1.1mPaㆍS 이하인 도포액이다.

캐리어 가스 공급부(16)로부터 공급된 캐리어 가스를 캐리어 가스 도입 라인(21)으로부터 무화 용기(4) 내에 공급함으로써, 무화 용기(4)의 내부 공간에서 분무된 액적형 도포액 미스트(6)는, 미스트 공급 라인(22)을 통해 미스트 도포 기구(70)의 미스트 도포 헤드(8)를 향하여 운반된다. 또한, 캐리어 가스는 주로 도포액 미스트(6)를 반송할 목적으로 질소 가스 혹은 공기가 사용되고 있고, 캐리어 가스 유량은 2 내지 10(L/min)이며 미스트 제어부(35)에 의해 제어된다. 또한, 밸브(21b)는 캐리어 가스 도입 라인(21)에 설치되며, 캐리어 가스 유량을 조정하기 위한 밸브이다.

미스트 제어부(35)는 밸브(21b)의 개폐 정도를 제어하여 캐리어 가스 공급부(16)로부터 공급되는 캐리어 가스 유량을 제어함과 함께, 초음파 진동자(1)의 진동의 유무, 초음파 주파수 등을 제어한다.

(미스트 도포 기구(70))

미스트 도포 기구(70)는 미스트 도포 헤드(8)와 성막 기판(9)을 상부에 적재하고, 이동 제어부(37)의 제어 하에서 이동 가능한 이동 스테이지(10)(적재부)를 주요 구성 요소로서 갖고 있다.

도 2는 미스트 도포 헤드(8)의 저면 구조를 도시하는 평면도이다. 도 2에 XY 좌표축을 도시하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 미스트 도포 헤드(8)의 헤드 저면(8b)에 있어서 Y 방향(소정 방향)을 길이 방향으로 한 슬릿형 미스트 분출구(18)가 형성되어 있다.

도 2에 있어서, 미스트 도포 헤드(8)의 헤드 저면(8b) 아래에 존재하는 기판(9)의 가상 평면 위치를 도시하고 있다. 기판(9)은 도면 중, X 방향의 변을 긴 변, Y 방향의 변을 짧은 변으로 한 직사각형으로 구성된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 헤드 저면(8b)에 설치되는 미스트 분출구(18)는 기판(9)의 짧은 변 형성 방향(Y 방향)을 길이 방향으로 한 슬릿형으로 형성되어 있고, 그 형성 길이(Y 방향의 길이)는 기판(9)의 짧은 변 폭과 동일 정도로 설정된다.

따라서, 예를 들어 이동 스테이지(10)에 의해 기판(9)을 X 방향을 따라서 이동시키면서, 미스트 도포 헤드(8) 내에서 정류된 도포액 미스트(6)를 미스트 분출구(18)로부터 공급함으로써, 기판(9)의 표면 상의 대략 전체면에 도포액 미스트(6)를 도포할 수 있다. 또한, 미스트 분출구(18)가 슬릿형으로 형성되어 있기 때문에, 미스트 도포 헤드(8)에 있어서의 길이 방향(Y 방향)의 형성 길이를 조정함으로써, 성막 대상의 기판인 기판(9)의 짧은 변 폭에 제한되지 않고, 짧은 변 폭이 넓은 기판(9)에도 적응할 수 있다. 구체적으로는, 상정되는 기판(9)의 최대 짧은 변 폭에 합치한 길이 방향의 폭을 미스트 도포 헤드(8)에 갖게 함으로써, 미스트 분출구(18)의 형성 길이를 기판(9)의 최대 짧은 변 폭에 거의 합치시킬 수 있다.

또한, 기판(9)을 상부에 적재하는 이동 스테이지(10)는 미스트 도포 헤드(8)의 헤드 저면(8b)으로부터 2 내지 5㎜ 이격된 상태에서, 이동 제어부(37)에 의한 제어 하에서 X 방향을 따라서 이동함으로써, 기판(9)의 표면의 대략 전체면 상에 도포액 미스트(6)에 의한 극박의 액막을 도포할 수 있다. 이때, 이동 제어부(37)에 의해 이동 스테이지(10)의 이동 속도를 변경함으로써, 액막의 두께를 조정할 수 있다.

즉, 이동 제어부(37)는 미스트 도포 헤드(8)의 미스트 분출구(18)의 폭 방향에 합치하는 이동 방향(도 2의 X 방향)을 따라서 이동 스테이지(10)를 이동시키고, 이동 방향을 따른 이동 스테이지(10)의 이동 속도를 가변 제어한다.

또한, 미스트 도포 헤드(8) 및 이동 스테이지(10)는 미스트 도포 챔버(11) 내에 설치되어 있고, 미스트 도포 챔버(11) 내에서 휘발한 도포액 미스트(6)의 용매 증기와 캐리어 가스의 혼합 가스는 배기 가스 출력 라인(23)을 통해, 도시하지 않은 배기 처리 장치에 의해 처리된 후에 대기로 방출된다. 또한, 밸브(23b)는 배기 가스 출력 라인(23)에 설치되는 밸브이다.

(소성ㆍ건조 기구(90))

소성ㆍ건조 기구(90)에서는 소성ㆍ건조 챔버(14) 내에 설치되는 핫 플레이트(13)를 주요 구성으로서 갖고 있다. 미스트 도포 기구(70)에 의해 도포액 미스트(6)(의 액막)가 표면 상에 도포된 기판(9)이 소성ㆍ건조 챔버(14) 내에 있어서 핫 플레이트(13) 상에 적재된다.

핫 플레이트(13)를 사용하여 도포액 미스트(6)가 도포된 기판(9)에 대해 소성ㆍ건조 처리를 행함으로써, 도포액 미스트(6)로 형성된 액막의 용매를 증발시켜, 기판(9)의 표면 상에 도포액(5) 내의 원료를 포함하는 박막을 형성할 수 있다. 또한, 소성ㆍ건조 처리에 의해 생성된 도포액(5)의 용매 증기는 배기 가스 출력 라인(24)으로부터, 도시하지 않은 배기 처리 장치에서 처리된 후에 대기로 방출된다.

또한, 도 1에서 도시한 예에서는, 소성ㆍ건조 처리를 핫 플레이트(13)를 사용하여 실행하였지만, 핫 플레이트(13)를 사용하지 않고, 소성ㆍ건조 챔버(14) 내에 열풍을 공급하는 양태로 소성ㆍ건조 기구(90)를 구성해도 된다.

(미스트 도포 성막 방법)

도 3은 도 1에서 도시한 미스트 도포 성막 장치를 사용하여 실행하는 미스트 도포 성막 방법 및 그 후의 박막의 막 두께 검증 방법의 처리 수순을 나타내는 흐름도이다. 먼저, 도 3을 참조하여, 미스트 도포 성막 방법의 처리 수순을 설명한다.

스텝 S1에 있어서, 도포액 무화 기구(50)에 의해, 초음파 진동자(1)를 이용하여 무화 용기(4) 내의 도포액(5)을 무화하여 액적형 도포액 미스트(6)를 발생하는 도포액 미스트 발생 처리를 실행한다.

구체적으로는, 도포액(5)은 1wt％(중량 퍼센트)의 실리콘 코팅 원료를 사용하고, 1.6㎒에서 진동하는 2개의 초음파 진동자(1)를 구동하여 도포액(5)의 분무를 행하고, 캐리어 가스 유량이 2L/min인 질소 캐리어 가스를 캐리어 가스 공급부(16)로부터 공급함으로써, 무화 용기(4) 내에서 발생된 도포액 미스트(6)를 미스트 공급 라인(22)을 통해 미스트 도포 기구(70) 내의 미스트 도포 헤드(8)로 반송한다.

다음에, 스텝 S2에 있어서, 미스트 도포 기구(70)에 의해, 이동 스테이지(10) 상에 도포 대상 기판인 기판(9)을 적재하고, 미스트 도포 헤드(8)의 미스트 분출구(18)로부터 도포액 미스트(6)를 공급하여, 기판(9)의 표면 상에 도포액 미스트(6)를 도포하는 도포액 미스트 도포 처리를 실행한다.

구체적으로는, 미스트 도포 헤드(8) 내에서 정류된 도포액 미스트(6)는 슬릿형으로 형성된 미스트 분출구(18)를 통해 기판(9)의 표면에 공급됨으로써 도포액 미스트 도포 처리가 실행된다. 또한, 기판(9)은 긴 변을 120(㎜), 짧은 변을 60(㎜)으로 한 직사각형 표면을 갖고 있다.

이동 스테이지(10) 상에 적재(세트)된 기판(9)은 헤드 저면(8b)의 하방 2 내지 5㎜의 간격을 둔 위치에 존재하고, 이동 제어부(37)에 의한 제어 하에서 이동 스테이지(10)를 도 2의 X 방향으로 이동(스캔)시킴으로써, 기판(9)의 표면 상의 대략 전체면에 도포액 미스트(6)에 의한 극박의 액막이 형성된다. 또한, 이동 제어부(37)에 의해 이동 스테이지(10)의 이동 속도는 1 내지 50(㎜/sec)의 범위에서 가변 제어할 수 있다.

이와 같이, 미스트 도포 헤드(8)를 고정하면서, 기판(9)을 적재한 이동 스테이지(10)만을 이동하여 기판(9)의 표면 상에 도포액 미스트(6)를 도포함으로써, 비교적 용이하게 기판(9)의 표면 상에 도포액 미스트(6)를 도포할 수 있다.

이때, 실시 형태 1에서는, 캐리어 가스 공급부(16)로부터의 캐리어 가스의 압력과 유량은, 종래의 스프레이건의 고압 에어 가스의 가스 압력과 유량보다 작기 때문에, 도포액 미스트 도포 처리 시, 기판(9)의 표면에 도포액 미스트(6)가 강하게 부딪치는 것에 의한 액막의 흐트러짐을 종래에 비해 억제할 수 있다. 게다가, 이하의 고안에 의해 도포액 미스트(6)에 의한 액막의 흐트러짐을 더욱 억제할 수 있다.

도 4는 기판(9)에 대한 헤드 저면(8b)의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 4에 있어서, XZ 좌표축을 병기하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 기판(9)의 표면 형성 방향(도 4의 X 방향)에 대해 기울기 θ를 갖게 함으로써, 미스트 분출구(18)로부터 기판(9)의 수선 L9로부터 각도 θ만큼, 경사 방향으로 도포액 미스트(6)를 분출할 수 있다.

이와 같이, 미스트 도포 헤드(8)의 헤드 저면(8b)을 기판(9)의 표면 형성 방향에 대하여 기울기 θ를 갖게 함으로써, 캐리어 가스 공급부(16)로부터의 캐리어 가스 유량에 의한 도포액 미스트(6)가 기판(9)의 표면에 부딪칠 때 발생하는 액막의 흐트러짐을 효과적으로 억제하여, 도포액 미스트(6)를 보다 균일하게 기판(9)의 표면 상에 도포할 수 있도록 하고 있다.

다음에, 스텝 S3에 있어서, 소성ㆍ건조 기구(90)에 의해, 기판(9)의 표면 상에 도포된 도포액 미스트(6)로 형성된 액막을 소성ㆍ건조하여 기판(9)의 표면 상에 실리콘 화합물 등의 원료를 포함하는 박막을 성막하는 소성ㆍ건조 처리를 실행한다.

이상의 스텝 S1 내지 S3에 의한 미스트 도포 성막 방법에 의해, 기판(9) 상에 막 두께가 100㎛ 이하인 박막을 형성할 수 있다.

다음에, 도 3 및 도 5를 참조하여, 실시 형태 1의 미스트 도포 성막 장치에 의한 미스트 도포 성막 방법에 의해 기판(9)의 표면 상에 성막된 박막의 막 두께 검증 처리를 설명한다.

도 3의 스텝 S4에 있어서, 기판(9)의 표면 상에 성막된 박막을 선택적으로 에칭 제거하는 에칭 처리를 실행한다. 구체적으로는, NaOH 농도가 4wt％인 메탄올과 순수를 1:1로 혼합한 수용액을 사용하여 상온에서 10min간 에칭한다.

도 5는 검증 대상의 기판의 표면을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 스텝 S4의 에칭 처리에 의해, 기판(9)의 표면 상에 있어서 에칭 제거 영역 R11 및 R12에 있어서의 박막을 선택적으로 에칭 제거하고, 비에칭 영역 R21 및 R22에 있어서의 박막을 선택적으로 잔존시킨다.

다음에, 스텝 S5에 있어서, 기판(9) 상에 성막된 박막의 막 두께 측정 처리를 실행한다. 막 두께 측정에는 기존의 촉침 단차계를 사용하여 측정하였다.

도 5에 도시한 바와 같이, 막 두께 측정 개소는 측정 영역 M1 내지 M18이며, 측정 영역 M1 내지 M9는 에칭 제거 영역 R11로부터 비에칭 영역 R21에 걸치는 영역에 설정되고, 측정 영역 M10 내지 M18은 에칭 제거 영역 R12로부터 비에칭 영역 R22에 걸치는 영역에 설정되어 있다. 측정 영역 M1 내지 M18에 있어서 인접하는 측정 영역간 거리 dM은 10㎜로 설정되어 있다.

도 6은 측정 영역 M1에 있어서의 막 두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6에 있어서, 도 5의 측정 방향 D1로 나타내는 바와 같이, +Y 방향을 따라서 막 두께가 측정된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 비에칭 영역 R21에서는 막 두께는 40㎚ 전후로 측정되고, 에칭 제거 영역 R11에서는 막 두께로서 0㎚ 전후로 측정된다. 따라서, 비에칭 영역 R21에 있어서의 측정 평균값(노이즈 부분을 제외함)이 측정 영역 M1에 있어서의 측정 막 두께로 된다.

도 7은 측정 영역 M1 내지 M18 각각에 있어서의 측정 막 두께를 나타내는 그래프이다. 도 7에 있어서, 측정 영역의 번호 i가 측정 영역 Mi에 대응한다. 도 7의 측정점별 막 두께 측정선 L2로 나타내는 측정 결과로부터, 면내 평균 막 두께는 47㎚이며 막 두께의 표준 편차는 5㎚가 도출되었다.

도 8은 스텝 S5에 있어서의 다른 측정 처리의 처리 내용을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 막 두께 측정 개소는 측정 영역 K1 내지 K6이며, 측정 영역 K1 내지 K3은 에칭 제거 영역 R11로부터 비에칭 영역 R21에 걸치는 영역에 설정되고, 측정 영역 K4 내지 K6은 에칭 제거 영역 R12로부터 비에칭 영역 R22에 걸치는 영역에 설정되어 있다. 다른 측정 처리에서는, 측정 영역 K1 내지 K6에 있어서의 측정 막 두께의 평균을 측정하는 처리이다.

도 9는 스텝 S1 내지 S3에 의한 미스트 도포 성막 방법을 3회 실행하고, 3회 각각에 있어서 도 8에서 도시한 다른 측정 처리를 실시한 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8에 있어서, 횟수의 번호 j가 다른 측정 처리에 의한 j회째의 실행 결과에 대응한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 3회의 다른 측정 처리에 있어서의 평균 막 두께는 40㎚이며 막 두께의 표준 편차는 5㎚ 이하에 들어가는 점에서, 실시 형태 1의 미스트 도포 성막 장치를 사용한 미스트 도포 성막 방법의 실행에 의해, 100㎚ 이하의 박막의 성막 처리에 있어서도, 균일하면서 안정적으로 박막을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

기판(9)의 표면에 도포하는 도포액 미스트(6)의 박막화 및 막 두께 불균일 방지의 요구 정밀도가 높아지고 있는 상황 하에서, 막 두께가 얇아지면 얇아질수록 균일화가 어렵다는 종래의 과제가 있다.

실시 형태 1의 미스트 도포 성막 장치를 사용한 미스트 도포 성막 방법을 실행하여, 보다 한층 더 얇은 박막을 형성하여 막 두께 분포의 평가를 행하였다. 이때, 이동 제어부(37)에 의해 제어하는 이동 스테이지(10)의 이동 속도를 10(㎜/sec), 20(㎜/sec), 30(㎜/sec)으로 설정하고, 1회의 스텝 S1 내지 S3의 실행에 의해 기판(9)의 표면에 박막을 형성하여 막 두께를 측정하였다.

도 10은 상이한 스테이지 이동 속도에 있어서의 박막의 막 두께를 나타내는 그래프이다. 도 11은 각 이동 속도에서의 평균 막 두께, 막 두께의 표준 편차를 표 형식으로 나타내는 설명도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 이동 제어부(37)에 의해, 이동 스테이지(10)의 이동 속도를 증가시킴으로써, 성막하는 박막의 막 두께를 얇게 할 수 있어, 박막의 막 두께 박막화를 진행할 수 있음을 알 수 있다.

도 11에 도시한 바와 같이, 박막의 막 두께 박막화가 진행되어도, 표준 편차는 평균 막 두께의 1/5 이하로 억제되기 때문에, 막 두께의 균일성이 유지되고 있음을 알 수 있었다.

이와 같이, 본 실시 형태의 미스트 도포 성막 장치에 의한 미스트 도포 성막 방법의 실행에 의해, 100㎚ 이하로 박막화해도, 성막되는 박막의 막 두께 균일성이 유지될 수 있다.

(효과 등)

도 3에서 도시한 스텝 S1 내지 S3을 구비한 미스트 도포 성막 방법을 실행하는, 실시 형태 1의 미스트 도포 성막 장치는 미스트 도포 기구(70)에 의해 기판(9)의 표면 상에 도포액 미스트(6)를 도포한 후, 소성ㆍ건조 기구(90)에 의해, 기판(9) 표면 상에 있어서의 도포액 미스트(6)로 형성된 액막을 소성ㆍ건조하여 기판(9)의 표면 상에 도포액(5) 내의 원료를 포함하는 박막을 성막함으로써, 막 두께가 100㎚ 이하인 막 두께의 박막을 균일하게 기판 상에 성막할 수 있다.

또한, 미스트 도포 헤드(8)는 헤드 저면(8b)에, 표면이 직사각형인 기판(9)의 짧은 변 형성 방향(도 2의 Y 방향; 소정 방향)을 길이 방향으로 한 슬릿형으로 형성되는 미스트 분출구(18)를 설치하고 있다.

따라서, 기판(9)의 짧은 변 형성 폭과 미스트 분출구(18)의 길이 방향의 형성 길이를 동일 정도의 길이로 설정하고, 기판(9)의 짧은 변 방향과 미스트 분출구(18)의 길이 방향을 일치시킨 상태에서, 이동 제어부(37)에 의한 제어 하에서 기판(9)을 적재한 이동 스테이지(10)를 기판(9)의 긴 변 방향(제1 방향)을 따라서 이동시킴으로써, 기판(9)의 표면 상의 대략 전체면에 박막을 성막할 수 있다.

또한, 성막 대상의 기판이 원통형 기체인 경우, 원통 부분의 중심축을 중심으로 하여 기체를 회전시키면서, 기체의 측면에 도포액 미스트(6)가 공급되도록 미스트 도포 헤드(8)(미스트 분출구(18))를 배치함으로써, 원통형 기체의 측면 상에 박막을 성막할 수 있다.

게다가, 이동 제어부(37)에 의해 이동 스테이지(10)의 이동 속도를 가변 제어함으로써, 다양한 막 두께의 박막을 형성할 수 있다.

<실시 형태 2>

도 12는 실시 형태 2의 도포액 무화 기구(50)에 있어서의 미스트 제어부(35)의 제어 내용을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 또한, 도 12에서 도시한 것 이외의 구성은 도 1에서 도시한 실시 형태 1의 구성과 마찬가지이다. 실시 형태 2의 도포액 무화 기구(50)는 수조(2) 아래에 복수의 초음파 진동자(1)가 설치되어 있다.

도 12에 도시한 바와 같이, 미스트 제어부(35)는 복수의 초음파 진동자(1) 각각의 동작의 온, 오프 및 초음파 진동수를 개별로 제어할 수 있다. 따라서, 미스트 제어부(35)는 복수의 초음파 진동자(1) 중 동작시키는 초음파 진동자의 수인 동작 진동자수를 결정할 수 있다. 또한, 미스트 제어부(35)는 밸브(21b)의 개폐 정도를 제어함으로써, 캐리어 가스 공급부(16)로부터 공급되는 캐리어 가스의 캐리어 가스 유량을 2 내지 10(L/min)의 범위에서 가변 제어할 수 있다.

도포액 미스트(6)의 무화량(도포액 미스트(6)의 단위 시간당의 미스트 도포 기구(70)에의 공급량)은 상술한 동작 진동자수, 각 초음파 진동자(1)의 초음파 주파수 및 캐리어 가스 유량에 의해 결정할 수 있다. 이때, 도포액 미스트(6)의 무화량에 관해, 동작 진동자수 및 캐리어 가스 유량은 정의 상관을 갖고, 초음파 주파수는 부의 상관을 갖는다. 따라서, 초음파 진동자(1)의 초음파 주파수(통상, 복수의 초음파 진동자(1)의 사이에서 동일 주파수로 설정)를 고정한 경우, 도포액 미스트(6)의 무화량은, 동작 진동자수 및 캐리어 가스 유량의 증감에 의해 조정할 수 있다.

또한, 도포액(5)의 농도, 도포액 미스트(6)의 무화량 및 이동 스테이지(10)의 이동 속도 등에 기초하여, 기판(9)의 표면 상에 도포되는 도포액 미스트(6)의 입경을 제어하여, 최종적으로 기판(9)의 표면 상에 성막되는 박막의 막 두께를 결정할 수 있다. 이때, 박막의 막 두께에 관해, 도포액(5)의 농도, 도포액 미스트(6)의 무화량은 정의 상관을 갖고, 이동 스테이지(10)의 이동 속도는 부의 상관을 갖는다.

여기서, 도포액(5)의 농도, 이동 스테이지(10)의 이동 속도, 동작 진동수 및 캐리어 가스 유량 이외의 조건을 고정한 경우, 기판(9)의 표면 상에 성막되는 박막의 막 두께는, 도포액 미스트(6)의 무화량(동작 진동자수 및 캐리어 가스 유량의 조합으로 결정)에 의해 조정할 수 있다.

따라서, 이동 스테이지(10)의 이동 속도 등을 고려하여, 원하는 막 두께의 박막을 성막할 수 있도록, 미스트 제어부(35)의 제어 하에서 동작 진동자수 및 캐리어 가스 유량을 제어할 수 있다. 그 결과, 박막 성막 시에 있어서의 생산 효율의 향상을 도모할 수 있다.

이와 같이, 실시 형태 2의 미스트 도포 성막 장치는, 무화 제어부인 미스트 제어부(35)에 의해 복수의 초음파 진동자(1)에 있어서의 동작 진동자수와 캐리어 가스 공급부(16)로부터 공급되는 캐리어 가스에 있어서의 캐리어 가스 유량을 제어함으로써, 원하는 막 두께의 박막을 균일성 좋게 기판(9)의 표면 상에 성막할 수 있다.

<실시 형태 3>

실시 형태 1의 미스트 도포 성막 장치에서는, 1회의 성막 처리(도 3의 스텝 S1 내지 S3을 각각 1회 실행하는 처리)에 의해 100㎚ 이하의 막 두께의 박막을 기판(9)의 표면 상에 성막할 수 있다. 그러나, 100㎚를 초과하는 비교적 두꺼운 막 두께의 박막을 균일하게 형성하는 경우, 상기 성막 처리를 복수회 행할 필요가 있다. 실시 형태 3은 비교적 두꺼운 막 두께의 박막을 균일하게 형성하기 위한 미스트 도포 성막 장치이다.

도 13은 실시 형태 3의 미스트 도포 성막 장치에 있어서의 특징 부분을 모식적으로 도시하는 설명도이다. 또한, 도 13에서 도시한 것 이외의 구성은 도 1에서 도시한 실시 형태 1의 구성과 마찬가지이다.

도 13에 도시한 바와 같이, 실시 형태 3에서는, 각각이 실시 형태 1의 도포액 무화 기구(50)에 상당하는 3개의 도포액 무화 기구(51 내지 53)(복수의 도포액 무화 기구)를 갖고 있고, 미스트 도포 기구(70)의 미스트 도포 챔버(11X)(실시 형태 1의 미스트 도포 챔버(11)에 대응) 내에는, 도포액 무화 기구(51 내지 53)에 대응하여 미스트 도포 헤드(81 내지 83)가 설치된다. 그리고, 도포액 무화 기구(51 내지 53)로부터 얻어지는 도포액 미스트(6)는 미스트 공급 라인(221 내지 223)을 통해 미스트 도포 헤드(81 내지 83)에 공급된다. 즉, 각 미스트 도포 헤드(8i)(i=1 내지 3 중 어느 것)에는 대응하는 도포액 무화 기구(5i)로부터 미스트 공급 라인(22i)을 통해 도포액 미스트(6)가 공급된다.

미스트 도포 헤드(81 내지 83)는 헤드 저면(81b 내지 83b)을 갖고, 헤드 저면(81b 내지 83b)에 미스트 분출구(181 내지 183)가 설치된다.

도 14는 미스트 도포 헤드(81 내지 83)의 저면 구조를 도시하는 평면도이며, XY 좌표축을 병기하고 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 미스트 도포 헤드(81 내지 83)의 헤드 저면(81b 내지 83b)에 있어서 Y 방향(소정 방향)을 길이 방향으로 한 슬릿형 미스트 분출구(181 내지 183)가 형성되어 있다.

도 14에 있어서, 미스트 도포 헤드(81 내지 83) 아래에 존재하는 기판(9)의 가상 평면 위치를 도시하고 있다. 기판(9)은 도면 중, X 방향의 변을 긴 변, Y 방향의 변을 짧은 변으로 한 직사각형으로 구성된다.

이와 같이, 실시 형태 3의 미스트 도포 성막 장치는, 3개의 도포액 무화 기구(51 내지 53)(복수의 도포액 무화 기구)를 설치함과 함께, 미스트 도포 기구(70)의 미스트 도포 챔버(11X) 내에 3개의 도포액 무화 기구(51 내지 53)에 대응하여 3개의 미스트 도포 헤드(81 내지 83)(복수의 미스트 도포 헤드)를 설치함으로써, 동시에 3개의 미스트 도포 헤드(81 내지 83)로부터 도포액 미스트(6)를 기판(9)의 표면에 공급할 수 있다.

따라서, 실시 형태 3의 미스트 도포 성막 장치를 사용하여 실시 형태 1과 마찬가지로 도 3의 스텝 S1 내지 S3의 처리를 실행하는 경우, 실시 형태 1에 비해, 1회의 스텝 S2의 도포액 미스트 도포 처리 실행 시에 3배 정도의 도포액 미스트(6)를 기판(9)의 표면 상에 도포할 수 있다.

그 결과, 실시 형태 3의 미스트 도포 성막 장치는, 실시 형태 1의 미스트 도포 성막 장치에 비해, 적은 성막 처리 횟수로 비교적 두꺼운 막 두께의 박막을 균일하게 형성할 수 있는 효과를 발휘한다.

본 발명은 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에 있어서, 예시이며, 본 발명이 그것에 한정되는 것은 아니다. 예시되지 않은 무수한 변형예가, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것으로 이해된다.

1 : 초음파 진동자
4 : 무화 용기
5 : 도포액
6 : 도포액 미스트
8, 81 내지 83 : 미스트 도포 헤드
8b, 81b 내지 83b : 헤드 저면
9 : 기판
10 : 이동 스테이지
11, 11X : 미스트 도포 챔버
13 : 핫 플레이트
14 : 소성ㆍ건조 챔버
16 : 캐리어 가스 공급부
18, 181 내지 183 : 미스트 분출구
21 : 캐리어 가스 도입 라인
22, 221 내지 223 : 미스트 공급 라인
21b : 밸브
35 : 미스트 제어부
37 : 이동 제어부
50 내지 54 : 도포액 무화 기구

Claims (6)

1. 초음파 진동자(1)를 이용하여 무화 용기(4) 내의 소정의 원료를 포함하는 도포액(5)을 무화하여 액적형 도포액 미스트(6)를 얻는 도포액 무화 기구(50, 51 내지 53)와,
   성막 대상으로 되는 기판(9)을 적재하는 적재부(10)를 갖고, 상기 기판에 상기 도포액 미스트를 공급하여, 상기 기판의 표면 상에 상기 도포액 미스트를 도포하는 미스트 도포 기구(70)와,
   상기 기판의 표면 상에 도포된 상기 도포액 미스트를 소성ㆍ건조하여 상기 기판의 표면 상에 상기 소정의 원료를 포함하는 박막을 성막하는 소성ㆍ건조 기구(90)를 구비하고,
   상기 미스트 도포 기구는 가열 수단을 갖지 않고,
   상기 미스트 도포 기구는 미스트 분출구에서 상기 도포액 미스트를 분출하는 미스트 도포 헤드 (8, 81 내지 83)을 더 갖고,
   상기 미스트 분출구는 소정 방향을 길이 방향으로 한 슬릿형으로 형성되고,
   상기 미스트 도포 헤드의 헤드 저면은 상기 미스트 분출구의 폭 방향에 대해 "0"을 초과하는 기울기를 가지며,
   상기 미스트 도포 기구는,
   상기 미스트 도포 헤드의 상기 미스트 분출구의 폭 방향에 합치하는 이동 방향에 따라 상기 적재부를 이동시키고, 상기 이동 방향에 따른 상기 적재부의 이동 속도를 가변 제어하는 이동 제어부(37)를 더 갖는,
   미스트 도포 성막 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 초음파 진동자는 복수의 초음파 진동자를 포함하고,
   상기 도포액 무화 기구는 상기 도포액 미스트를 상기 미스트 도포 기구를 향하여 반송하기 위한 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스 공급부(16)를 포함하고,
   상기 미스트 도포 성막 장치는,
   상기 복수의 초음파 진동자 중 동작시키는 초음파 진동자의 수인 동작 진동자수를 결정함과 함께, 상기 캐리어 가스의 유량을 제어하는 무화 제어부(35)를 더 구비하는 미스트 도포 성막 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 도포액 무화 기구는 복수의 도포액 무화 기구(51 내지 53)를 포함하고,
   상기 미스트 도포 헤드는 상기 복수의 도포액 무화 기구(50)에 대응하여 설치되는 복수의 미스트 도포 헤드(81 내지 83)를 포함하는 미스트 도포 성막 장치.
4. 제1항에 따른 미스트 도포 성막 장치를 이용한 미스트 도포 성막 방법으로서,
   (a) 상기 초음파 진동자(1)를 이용하여 상기 무화 용기(4) 내의 소정의 원료를 포함하는 도포액(5)을 무화하여 액적형 도포액 미스트(6)를 얻는 스텝(S1)과,
   (b) 상기 미스트 도포 기구(70)에 의해 성막 대상으로 되는 기판(9)에 상기 도포액 미스트를 공급하여, 상기 기판의 표면 상에 상기 도포액 미스트를 도포하는 스텝(S2)과,
   (c) 상기 소성ㆍ건조 기구(90)에 의해 상기 기판의 표면 상에 도포된 상기 도포액 미스트로 형성된 액막을 소성ㆍ건조하여 상기 기판의 표면 상에 상기 소정의 원료를 포함하는 박막을 성막하는 스텝(S3)을 구비하고,
   상기 스텝(b)은 가열 처리를 하지 않고,
   상기 스텝(b)은,
   상기 미스트 도포 헤드의 상기 미스트 분출구의 폭 방향에 합치하는 이동 방향에 따라 상기 적재부를 이동시키고, 상기 이동 제어부에 의해 상기 이동 방향에 따른 상기 적재부의 이동 속도를 가변 제어하는 스텝을 더 포함하는
   미스트 도포 성막 방법.
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