KR102354893B1 - 미스트 도포 성막 장치의 도포 헤드 및 그의 메인터넌스 방법 - Google Patents

미스트 도포 성막 장치의 도포 헤드 및 그의 메인터넌스 방법 Download PDF

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Abstract

실시 형태에서는, 수율 및 스루풋을 향상시킨 미스트 도포 성막 장치의 도포 헤드 및 그의 메인터넌스 방법을 제공한다. 도포 헤드는 본체를 구비한다. 상기 본체는, 원료 용액의 미스트를 공급하는 것을 가능하게 하는 공급구를 마련한 톱 플레이트와, 상기 톱 플레이트의 연직 방향의 하방에 마련된 보텀 플레이트와, 상기 톱 플레이트와 상기 보텀 플레이트 사이에 마련되고, 상기 톱 플레이트 및 상기 보텀 플레이트와 함께 내부 공간을 형성하는 사이드 월을 포함한다. 상기 사이드 월은, 상기 내부 공간으로부터 상기 미스트를 외부에 분무하는 슬릿과, 상기 내부 공간에서 응집한 미스트를 회수하는 것을 가능하게 하는 회수구를 포함한다. 상기 보텀 플레이트는, 상기 사이드 월의 내주로부터 상기 회수구를 향하여 높이가 낮아지는 경사를 갖는다.

Description

미스트 도포 성막 장치의 도포 헤드 및 그의 메인터넌스 방법
본 발명의 실시 형태는 미스트 도포 성막 장치의 도포 헤드 및 그의 메인터넌스 방법에 관한 것이다.
미스트 도포 성막 장치는 도포액 무화 기구와 미스트 도포 기구와 소성·건조 기구를 포함한다. 도포액 무화 기구는 초음파 진동자를 이용하여, 무화 용기 내의 소정의 원료를 포함하는 도포액을 무화하여 액적상의 도포액 미스트를 얻는다. 미스트 도포 기구는, 성막 대상으로 되는 기판을 적재하는 적재부를 갖는다. 미스트 도포 기구는 이 기판에, 도포액 무화 기구에서 생성한 도포액 미스트를 공급하여, 이 기판의 표면 상에 도포액 미스트를 도포한다. 소성·건조 기구는, 기판의 표면 상에 도포된 도포액 미스트를 소성·건조하여 기판의 표면 상에, 소정의 원료를 포함하는 박막을 성막한다.
이와 같은 미스트 도포 성막 장치는, 1㎛ 이하의 막 두께를 갖는 박막을 균일하게 성막할 수 있다.
도포액을 액적화하여 행하는 도포 장치로서 스프레이 코트 장치(예를 들어 특허문헌 1 참조)나 스핀 코트 장치 등이 있다. 스핀 코트 장치는, 기판의 표면 중앙부에 공급된 도포액의 액적을 고속 회전시킴으로써 기판 표면에 박막을 형성한다. 스프레이 코트 장치는 고압의 에어 가스에 의하여 도포액을 기판에 분무하여 기판 표면에 박막을 형성한다.
미스트 도포 성막 장치는 스프레이 코트 장치 등과는 달리 도포 헤드 내에서 미스트를 정류하고 기판의 표면 상에 도포하여 얇고 균일한 박막을 형성한다.
미스트 도포 성막 장치는 미스트를 도포 헤드 내에서 정류하기 때문에 도포 헤드 내에 원료 용액이 체류한다. 원료 용액을 그대로 폐기해 버리면 실질적으로 수율이 저하되어 비용 증대로 이어진다.
또한 원료 용액을 바꾸어 상이한 박막을 성막하는 경우에는, 체류한 원료 용액을 제거할 필요가 있다. 그러기 위해서는 도포 헤드를 해체하여 세정해야만 하여, 작업 공정 수가 증대되어 박막의 제조의 스루풋이 저하된다.
일본 특허 공개 제2003-98699호 공보
본 실시 형태에서는, 수율 및 스루풋을 향상시킨 미스트 도포 성막 장치의 도포 헤드 및 그의 메인터넌스 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 본체를 구비한 미스트 도포 성막 장치의 도포 헤드가 제공된다. 상기 본체는, 원료 용액의 미스트 또는 세정액 중 어느 것을 공급하는 것을 가능하게 하는 공급구를 마련한 톱 플레이트와, 상기 톱 플레이트의 연직 방향의 하방에 마련된 보텀 플레이트와, 상기 톱 플레이트와 상기 보텀 플레이트 사이에 마련되고, 상기 톱 플레이트 및 상기 보텀 플레이트에 상단 및 하단에서 각각 접속되어, 상기 톱 플레이트 및 상기 보텀 플레이트와 함께 내부 공간을 형성하는 사이드 월을 포함한다. 상기 사이드 월은, 상기 내부 공간으로부터 상기 미스트를 외부에 분무하는 슬릿과, 상기 내부 공간에서 응집한 미스트 또는 상기 공급된 세정액을 회수하는 것을 가능하게 하는 회수구를 포함한다. 상기 보텀 플레이트는, 상기 사이드 월의 내주로부터 상기 회수구를 향하여 높이가 낮아지는 경사를 갖는다.
실시 형태의 도포 헤드에 의하면, 보텀 플레이트가, 사이드 월의 내주로부터 회수구를 향하여 높이가 낮아지는 경사를 갖고 있으므로, 체류한 원료 용액 또는 세정액을 용이하게 회수할 수 있다. 따라서 실시 형태의 도포 헤드에서는 수율 및 스루풋을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 형태에 따른 미스트 도포 성막 장치를 예시하는 모식적인 설명도이다.
도 2는 실시 형태의 도포 헤드를 예시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 AA 선에 있어서의, 화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 4는 실시 형태의 도포 헤드의 일부를 예시하는 3면도이다. 도 4의 (a)는 평면도, 도 4의 (b)는 정면도, 도 4의 (c)는 측면도이다.
도 5는 실시 형태의 도포 헤드의 일부를 예시하는 3면도이다. 도 5의 (a)는 평면도, 도 5의 (b)는 정면도, 도 5의 (c)는 측면도이다.
도 6은 실시 형태의 도포 헤드의 일부를 예시하는 3면도이다. 도 6의 (a)는 평면도, 도 6의 (b)는 정면도, 도 6의 (c)는 측면도이다.
도 7은 실시 형태의 도포 헤드를 예시하는 일부 분해 조립도이다.
도 8은 도포 헤드의 동작의 수순을 예시하는 흐름도이다.
이하에, 본 발명의 각 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
또한 도면은 모식적 또는 개념적인 것이며, 각 부분의 두께와 폭의 관계, 부분 간의 크기의 비율 등은, 반드시 현실의 것과 동일하다고 할 수는 없다. 또한 동일한 부분을 나타내는 경우이더라도, 도면에 따라 서로의 치수나 비율이 달리 표시되는 경우도 있다.
또한 본원 명세서와 각 도면에 있어서, 기출 도면에 관하여 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 붙여서, 상세한 설명은 적절히 생략한다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 미스트 도포 성막 장치를 예시하는 모식적인 설명도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 본 실시 형태의 미스트 도포 성막 장치(100)는 원료 용액 미스트화 기구(50), 미스트 도포 기구(70), 소성·건조 기구(90)를 주요 구성 요소로서 갖고 있다.
원료 용액 미스트화 기구(50)는 원료 용액 미스트 발생 처리를 실행한다. 원료 용액 미스트화 처리는, 미스트화(무화)하여 원료 용액 미스트(6)를 발생시킨다. 초음파를 발생시키는 초음파 진동자(1)를 이용함으로써, 미스트화 용기(4)에 투입한 원료 용액(5)을, 중심 입경이 약 4㎛이고 입경 분포가 (표준 편차 σ가 ±20% 이하인) 좁은 액적으로 미스트화할 수 있다. 원료 용액 미스트(6)는, 캐리어 가스 공급부(16)로부터 공급되는 캐리어 가스에 의하여 미스트 공급 라인(22)을 통해 미스트 도포 기구(70)로 반송된다.
원료 용액 미스트화 기구(50)에 있어서 초음파 진동자(1)는, 예를 들어 1.5 내지 2.5㎒ 범위 내에서 설정된 주파수로 발진한다. 초음파 진동자(1) 상에 마련된 수조(2)에는 초음파 전파의 매체로서 물(3)이 도입되어 있다. 초음파 진동자(1)를, 설정된 발진 주파수로 구동함으로써, 미스트화 용기(4)에 투입된 원료 용액(5)이 미스트화(무화)된다.
또한 원료 용액(5)으로서 저점도의 원료 용액이 상정된다. 저점도의 원료 용액은, 아세톤, 메틸에틸케톤, 염화메틸렌, 메탄올, 톨루엔, 물, 헥산, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산비닐, 또는 염화에틸 등의 용매로 희석된다.
원료 용액(5)이 나노 입자 분산 용액인 경우를 생각하자. 이 경우, 예를 들어 은 나노 입자 분산 용액, 산화지르코늄 분산 용액, 산화세륨 분산 용액, 산화인듐 분산 용액, 산화주석 분산 용액, 산화아연 분산 용액, 산화티타늄 분산 용액, 실리카 분산 용액, 또는 알루미나 분산 용액을 생각할 수 있으며, 이들 용액이 상기 용매에 의하여 희석되어 원료 용액(5)이 얻어진다.
한편, 원료 용액(5)이 나노파이버 분산 용액인 경우를 생각하자. 이 경우, 예를 들어 카본 나노튜브 분산 용액, 은 나노파이버 분산 용액, 또는 셀룰로오스 나노파이버 분산 용액을 생각할 수 있으며, 이들 용액이 상기 용매에 의하여 희석되어 원료 용액(5)이 얻어진다.
캐리어 가스 공급부(16)로부터 공급된 캐리어 가스는 캐리어 가스 도입 라인(21)으로부터 미스트화 용기(4) 내에 공급된다. 이것에 의하여, 미스트화 용기(4)의 내부 공간에서 미스트화된 액적상의 원료 용액 미스트(6)는 미스트 공급 라인(22)을 통해 미스트 도포 기구(70)의 도포 헤드(8)를 향하여 운반된다.
캐리어 가스로는 주로 질소 가스 또는 공기가 이용되며, 원료 용액 미스트(6)를 반송한다. 캐리어 가스 유량은 미스트 제어부(35)에 의하여 2 내지 10(L/min)으로 제어된다. 밸브(21b)는, 캐리어 가스 유량을 조정하기 위한 밸브이다. 밸브(21b)는 캐리어 가스 도입 라인(21)에 마련되어 있다.
미스트 제어부(35)는 밸브(21b)의 개폐 정도를 제어하여, 캐리어 가스 공급부(16)로부터 공급되는 캐리어 가스 유량을 제어한다. 미스트 제어부(35)는 캐리어 가스 유량의 제어와 함께, 초음파 진동자(1)의 초음파 발진 회로의 개폐나, 상이한 주파수의 초음파 진동자를 위한 초음파 발진 회로의 개폐 등을 제어한다.
미스트 도포 기구(70)는 원료 용액 미스트 도포 처리(mist coating processing)를 실행한다. 원료 용액 미스트 도포 처리는, 미스트 공급 라인(22)을 통해 공급된 원료 용액 미스트(6)를 기판(9)(성막 대상의 기판)의 표면 상에 도포하여(coat), 원료 용액 액막을 형성한다. 원료 용액 미스트 도포 처리에서는, 도포 헤드(8)로부터, 이동 스테이지(10)(적재부) 상에 적재된 기판(9)(성막 대상의 기판)의 표면 상에 원료 용액 미스트(6)가 공급된다.
소성·건조 기구(90)는 소성·건조 처리를 실행한다. 소성·건조 처리는, 원료 용액 액막에 포함되는 원료를 구성 재료로 한 박막을 기판(9)의 표면 상에 형성하는 처리이다. 소성·건조 처리에서는, 핫 플레이트(13) 상에 있어서, 표면 상에 원료 용액 액막이 형성된 기판(9)을 소성·건조하여 원료 용액 액막의 용매를 증발시킨다.
소성·건조 기구(90)는, 소성·건조 챔버(14) 내에 마련되는 핫 플레이트(13)를 주요 구성으로서 갖고 있다. 미스트 도포 기구(70)를 이용한 원료 용액 미스트(6)의 도포에 의하여 표면 상에 원료 용액 액막이 형성된 기판(9)이 소성·건조 챔버(14) 내에 있어서 핫 플레이트(13) 상에 적재된다.
핫 플레이트(13)를 이용하여, 원료 용액 액막이 표면 상에 형성된 기판(9)에 대하여 소성·건조 처리를 행한다. 소성·건조 처리에 의하여, 도포된 원료 용액 미스트(6)로 형성된 원료 용액 액막의 용매를 증발시켜 기판(9)의 표면 상에, 원료 용액(5)에 포함되는 원료(소정의 원료) 자체를 구성 재료로 한 박막을 형성할 수 있다. 또한 소성·건조 처리에 의하여 생성된 원료 용액(5)의 용매 증기는 배기 가스 출력 라인(24)으로부터, 도시하지 않은 배기 처리 장치에서 처리된 후에 대기로 방출된다. 배기 가스 출력 라인(24)은 밸브(24b)에 의하여 개폐된다.
또한 도 1에서 도시하는 예에서는 소성·건조 처리를 핫 플레이트(13)를 이용하여 실행하였지만, 핫 플레이트(13)를 이용하는 일 없이 소성·건조 챔버(14) 내에 열풍을 공급하는 양태로 소성·건조 기구(90)를 구성해도 된다.
도포 헤드(8)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는, 본 실시 형태의 도포 헤드를 예시하는 사시도이다. 도 3은, 도 2의 AA 선에 있어서의, 화살표 방향으로 본 단면도이다. 도 4의 (a) 내지 도 6의 (c)는, 본 실시 형태의 도포 헤드의 일부를 예시하는 3면도이다. 도 7은, 본 실시 형태의 도포 헤드를 예시하는 일부 분해 조립도이다.
도 2에 도시한 바와 같이 도포 헤드(8)는 본체(80)와 슬릿 블록(83)과 슬릿 플레이트(84)를 구비한다. 슬릿 블록(83)은 본체(80)의 측면 하방에 접속되어 있다. 슬릿 플레이트(84)는 일단의 부분에서 슬릿 블록(83)의 경사를 따라 접속되며, 나머지 부분이 도포 헤드(8)의 저면(8b)을 형성하고 있다.
도포 헤드(8)의 저면(8b)에는 슬릿형의 미스트 분출구(18)가 마련되어 있다. 미스트 분출구(18)로부터는 원료 용액의 미스트가 분출된다. 한편, 본체(80)에는 본체 슬릿(85a)이 마련되어 있다. 슬릿 블록(83)의 경사가 마련되어 있는 면에는 홈이 마련되어 있으며, 홈의 한쪽 단에는 본체 슬릿(85a)이 접속되어 있다. 홈의 다른 쪽 단은 미스트 분출구(18)이다. 홈의 상부는 슬릿 플레이트(84)의 일부로 덮여 있다. 슬릿 블록(83)의 홈과 슬릿 플레이트(84)로 덮인 부분은, 본체 슬릿(85a)으로부터 공급된 미스트의 유도로(83a)를 형성한다.
본체 슬릿(85a)으로부터 공급된 미스트는 유도로(83a)를 통해 미스트 분출구(18)로부터 분출된다. 유도로(83a)는 슬릿 블록(83)의 경사에 따른 각도를 갖고 있다. 그 때문에, 유도로(83a)로부터 공급된 미스트는 연직 방향으로부터 각도 θ1을 갖고 미스트 분출구(18)로부터 분출된다.
기판(9)은, 그 표면이 도포 헤드(8)의 저면(8b)에 대향하도록 놓인다. 즉, 기판(9)은 도포 헤드(8)의 저면(8b) 아래에 놓인다. 미스트 분출구(18)는 헤드의 저면(8b)에 마련되어 있다. 미스트 분출구(18)는, 기판(9)의 짧은 변의 방향을 긴 쪽 방향으로 한 슬릿형으로 마련되어 있다. 미스트 분출구(18)의 형성 길이는 기판(9)의 짧은 변 폭과 같은 정도로 설정된다.
이하의 설명에서는 3차원 좌표를 이용하는 경우가 있다. 즉, 3차원 좌표는, 미스트 분출구(18)의 슬릿이 연신되어 있는 방향에 평행인 X축, 이동 스테이지(10)가 이동하는 방향에 평행인 Y축, 및 연직 방향인 Z축을 포함한다.
예를 들어 이동 스테이지(10)에 의하여 기판(9)을 Y축 방향(미스트 분출구(18)의 연신 방향 및 연직 방향 중 어느 것에도 직교하는 방향)을 따라 이동시키면서, 도포 헤드(8) 내에서 정류된 원료 용액 미스트(6)를 미스트 분출구(18)로부터 공급한다. 이것에 의하여, 기판(9)의 표면 상의 거의 전체면에 원료 용액 미스트(6)를 도포하여 기판(9)의 표면 상에 원료 용액의 액막을 형성할 수 있다. 미스트 분출구(18)는 슬릿형으로 형성되어 있다. 그 때문에, 도포 헤드(8)에 있어서의 긴 쪽 방향(X축 방향, 제1 방향)의 형성 길이를 조정함으로써, 박막 형성용 기판인 기판(9)의 짧은 변 폭에 제한되는 일이 없이, 짧은 변 폭이 넓은 기판(9)에도 적응할 수 있다. 구체적으로는, 상정되는 기판(9)의 최대의 짧은 변 폭에 합치한 긴 쪽 방향의 폭을 도포 헤드(8)에 갖게 함으로써, 미스트 분출구(18)의 형성 길이를 기판(9)의 최대의 짧은 변 폭에 거의 합치시킬 수 있다.
이동 스테이지(10)는 그 상부에 기판(9)을 적재하고 있다. 이동 스테이지(10)는, 도포 헤드(8)의 저면(8b)으로부터 2 내지 5㎜ 정도 떨어진 상태에서 이동 제어부(37)에 의한 제어 하에서 이동한다. 예를 들어 이동 스테이지(10)는 Y축의 정 방향의 역방향(부 방향)을 향하여 이동한다. 이것에 의하여 기판(9)의 표면의 거의 전체면 상에 원료 용액 미스트(6)를 도포할 수 있어서, 원료 용액 액막을 기판(9)의 표면 상에 형성할 수 있다.
이때, 이동 제어부(도 1)(37)에 의하여 이동 스테이지(10)의 이동 속도를 변경함으로써 원료 용액 액막의 두께를 조정할 수 있다.
즉, 이동 제어부(37)는, 도포 헤드(8)의 미스트 분출구(18)의 짧은 쪽 방향에 합치하는 이동 방향(도 2의 Y축의 부 방향)을 따라 이동 스테이지(10)를 이동시키고, 이동 방향에 따른 이동 스테이지(10)의 이동 속도를 가변 제어한다.
또한 도 1에 이미 도시한 바와 같이 도포 헤드(8) 및 이동 스테이지(10)는 미스트 도포 챔버(11) 내에 마련되어 있다. 미스트 도포 챔버(11) 내에서 휘발한 원료 용액 미스트(6)의 용매 증기와 캐리어 가스의 혼합 가스는 배기 가스 출력 라인(23)을 통해, 도시하지 않은 배기 처리 장치에 의하여 처리된 후에 대기로 방출된다. 또한 밸브(23b)는 배기 가스 출력 라인(23)에 마련되는 밸브이다.
본체(80)는, 예를 들어 이 예와 같이 거의 직육면체 형상이다. 도 3에 도시한 바와 같이 본체(80)는 톱 플레이트(87)와 보텀 플레이트(82)와 사이드 월(88)을 포함한다. 톱 플레이트(87)는 본체(80)의 상부에 마련되어 있다. 톱 플레이트(87)는 사각 형상의 판이다. 보텀 플레이트(82)는 본체(80)의 저부에 마련되어 있다. 보텀 플레이트(82)는, XY 평면으로 보아 톱 플레이트(87)과 거의 같은 형상의 사각형 부재이다. 사이드 월(88)은, XY 단면으로 보아 톱 플레이트(87) 및 보텀 플레이트(82)와 거의 동일한 사각형의 프레임형체이다. 사이드 월(88)은 톱 플레이트(87)와 보텀 플레이트(82) 사이에 마련되어 있다. 사이드 월(88)은 상단에서 톱 플레이트(87)에 접속되어 있고 하단에서 보텀 플레이트(82)에 접속되어 있다.
본체(80)는, 톱 플레이트(87), 사이드 월(88) 및 보텀 플레이트(82)에 둘러싸인 공동을 갖는다. 이 본체(80)의 내부의 공동은 정류실(80a)이다.
톱 플레이트(87)에는 개구가 마련되어 있다. 이 개구에는, 미스트 공급 라인(22) 및 세정액·치환 가스 공급 라인(25)을 위한 배관이 유체적으로 접속되어 있다. 이 개구를 통하여 미스트, 세정액 및 치환 가스가 공급된다. 이 개구는 공급구(87a)이다.
사이드 월(88)은 프런트 플레이트(86)와 백 플레이트(85)를 포함한다. 프런트 플레이트(86) 및 백 플레이트(85)는, XZ 평면에 평행이고 서로 대향하여 배치되어 있다. 프런트 플레이트(86) 및 백 플레이트(85)는, 사이드 월(88)을 구성하는 판형체이다.
프런트 플레이트(86)의 하방에는 개구가 마련되어 있다. 이 개구에는, 원료 용액 회수 라인(26)을 위한 배관이 유체적으로 접속되어 있다. 이 개구는 회수구(86a)이다. 회수구(86a)는 보텀 플레이트(82)의 상면의 위치, 또는 상면보다도 높은 위치에 있다.
백 플레이트(85)에는 본체 슬릿(85a)이 마련되어 있다. 본체 슬릿(85a)은, X축에 거의 평행인 긴 쪽 방향을 갖는다. 본체 슬릿(85a)은, 보텀 플레이트(82)의 상면보다도 높은 위치에 마련되어 있다.
보텀 플레이트(82)는 후술하는 바와 같이, 본체 슬릿(85a)으로부터 슬릿 회수구를 향하여 높이가 저하되는 경사부를 가지므로, 도포 헤드(8)는, 보텀 플레이트(82)에 원료 용액이 체류하는 것과는 거의 무관하게 미스트를 분출할 수 있다. 따라서 빈번히 도포 헤드(8)로부터 원료 용액을 회수하거나 를 세정하거나 할 필요가 없으므로 박막의 제조 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한 체류한 원료 용액은 재이용할 수 있으므로, 보텀 플레이트(82)에 충분한 양의 원료 용액을 회수할 수 있어서 수율의 향상에 공헌할 수 있다.
본체(80)의 내부 공간인 정류실(80a)은 하나 이상의 커런트 플레이트에 의하여 칸막이되어 있다. 이 예에서는, 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)는 4개 마련되어 있다. 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)는 하방으로부터 상방을 향하여 이 순서대로 마련되어 있다. 각 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)는 사각형 판이며, 3변이 본체(80)의 내벽에 접속되어 있다. 나머지 변이 단부(81-1a 내지 81-4a)로서 각각 개방되어 있다. 즉, 정류실(80a)은 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)에 의하여 부분적으로 칸막이되어 있으며, 정류실(80a) 내의 공간은 유체적으로 연속된다.
각 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)는, 각 단부(81-1a 내지 81-4a)가 다른 부분보다도 연직 방향 아래로 되도록 마련되어 있다. 가장 아래의 커런트 플레이트(81-1)에서는 그 단부(81-1a)가, 본체 슬릿(85a)이 마련되어 있는 방향과는 반대 방향을 향하도록 마련되어 있다. 바람직하게는, 단부(81-1a)가 연신되는 방향은, 본체 슬릿(85a)과 평행인 방향이다.
커런트 플레이트(81-2)는 커런트 플레이트(81-1)의 상방에 인접하여 마련되어 있다. 그 단부(81-2a)의 연직 하방에는 커런트 플레이트(81-1)의 판면이 배치되어 있다. 커런트 플레이트(81-2)는 그 단부(81-2a)가, 본체 슬릿(85a)이 마련되어 있는 방향을 향하도록 마련되어 있다.
커런트 플레이트(81-3)는 커런트 플레이트(81-2)의 상방에 인접하여 마련되어 있다. 그 단부(81-3a)의 연직 하방에는 커런트 플레이트(81-2)의 판면이 배치되어 있다. 커런트 플레이트(81-3)는 그 단부(81-3a)가, 본체 슬릿(85a)이 마련되어 있는 방향과는 반대 방향을 향하도록 마련되어 있다.
커런트 플레이트(81-4)는 커런트 플레이트(81-3)의 상방에 인접하여 마련되어 있다. 그 단부(81-4a)의 연직 하방에는 커런트 플레이트(81-3)의 판면이 배치되어 있다. 커런트 플레이트(81-4)는 그 단부(81-4a)가, 본체 슬릿(85a)이 마련되어 있는 방향을 향하도록 마련되어 있다.
커런트 플레이트의 단부와, 그 커런트 플레이트에 인접하여 하방에 배치된 커런트 플레이트 사이의 연직 방향의 거리는, 1㎜ 정도 내지 수 ㎜ 정도로 설정된다. 예를 들어 이 거리는, 미스트화할 원료 용액에 따라 적절히 설정된다.
이와 같이 각 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)는 연직 방향으로부터 각도 θ2만큼 경사지게 마련되어 있다. 각도 θ2는, 세정액이나 치환 가스를 도입한 경우에 세정액 등과 함께 보텀 플레이트(82)로 흘러서 떨어지도록 적절히 설정된다. 각도 θ2는, 예를 들어 60° 정도로 설정된다.
공급구(87a)로부터 공급된 미스트는 커런트 플레이트(81-4)의 판면에 가로막혀, 커런트 플레이트(81-4)가 펼쳐지는 이차원 방향으로 분산되고, 단부(81-4a)가 연신되는 방향으로 분산되면서 다음 커런트 플레이트(81-3)에 공급된다. 분산된 미스트는 커런트 플레이트(81-3)의 판면에 가로막혀 더 분산된다. 하방의 커런트 플레이트(81-2, 81-1)에서 마찬가지로 미스트는 분산되어, 정류실(80a)의 가장 하방에 있어서 공간 중에 널리 분산되게 된다.
공급구(87a)의 Y축 방향의 위치는, 예를 들어 이 예와 같이 커런트 플레이트의 단부 부근으로 되도록 마련되어도 되고, 미스트의 분산의 정도에 따라, 단부보다도 프런트 플레이트(86) 근방에 또는 백 플레이트(85) 근방에 오프셋시켜 배치해도 된다.
분산된 미스트는 본체 슬릿(85a)으로부터 유도로(83a)를 통해 미스트 분출구(18)로부터 분출된다.
도포 헤드(8)의 세정 시에는 공급구(87a)로부터 세정액이나 치환 가스가 공급된다. 각 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)의 단부(81-1a 내지 81-4a)는, 각 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)의 다른 부분보다도 하방으로 되도록 마련되어 있기 때문에, 공급구(87a)로부터 공급된 세정액이나 치환 가스를 커런트 플레이트 상에 체류시키는 일 없이 중력에 의하여 하방으로 흐르게 할 수 있다.
상술에서는 4개의 커런트 플레이트가 마련되어 있는 경우에 대하여 설명하였지만 커런트 플레이트는 4개에 한정되지 않으며, 하나 내지 3개 중 어느 것이어도 되고 5개 이상 마련되어 있어도 된다. 어느 경우에도 미스트의 정류 효과를 충분히 높여서, 분출되는 미스트를 충분히 분산시키기 위하여, 본체 슬릿(85a)에 가장 가까운(가장 하방에 위치하는) 커런트 플레이트는 그 단부가, 본체 슬릿(85a)이 마련되어 있는 방향의 반대 방향을 향하도록 마련된다.
도 4에 도시한 바와 같이 보텀 플레이트(82)는 접속부(82a)와 경사부(82b, 82c)를 포함한다. 접속부(82a)는 사각형의 보텀 플레이트(82)의 3변을 둘러싸도록 형성되어 있다. 접속부(82a)는 경사부(82b, 82c)의 단부에서 사각형 판을 둘러싸고 있다. 접속부(82a)는 상부(Z축의 정 방향)의 평탄면에 의하여 사이드 월(88)의 하단과 접속된다. 사각형 판을 둘러싸고 있지 않은 1변에는, 원료 용액 회수 라인(26)을 접속하는 회수구(86a)가 접속된다.
경사부(82b)는, 회수구(86a)에 대향하는 위치로부터 회수구(86a)를 향하여 높이가 낮아지는 경사를 갖는다. 경사부(82c)는, 회수구(86a)가 마련된 면에 인접하는 변의 위치로부터 회수구(86a)를 향하여 높이가 낮아지는 경사를 갖는다.
정류실(80a)의 최하부에서 분산된 미스트 중 응집한 것은 원료 용액으로서 보텀 플레이트(82)에 고인다. 고인 원료 용액은 경사부(82b, 82c)에 의하여 회수구(86a)를 향하여 흘러서 떨어지므로 회수구(86a)를 통하여 회수된다.
또한 도포 헤드(8)의 세정 시에는, 각 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)를 세정한 세정액은 보텀 플레이트(82)로 떨어져 경사부(82b, 82c)에 의하여 회수구(86a) 쪽으로 흐른다. 고인 세정액은 회수구(86a)를 통하여 회수된다.
도 5에 도시한 바와 같이 슬릿 블록(83)은, X축 방향으로 연신되는 삼각기둥 부재이다. 이 삼각기둥 부재는, XY 평면에 평행인 면(83b)와, 이에 직교하는 XZ 평면에 평행인 면(83c)을 갖는다. 슬릿 블록(83)은, 이들 2개의 면에 교차하는 사면(83d)을 갖는다.
슬릿 블록(83)의 XY 평면에 평행인 면(83b)은, 슬릿 플레이트(84)와 함께 도포 헤드(8)의 저면(8b)의 일부를 형성한다. 슬릿 블록(83)의 XZ 평면에 평행인 면(83c)은 백 플레이트(85)에 접속된다.
슬릿 블록(83)은, 사면(83d)에 평행인 홈부(83e)를 포함한다. 홈부(83e)는, X축 방향을 따라 슬릿 블록(83)의 양단을 남기고 형성되어 있다.
도 6에 도시한 바와 같이 슬릿 플레이트(84)는 저면부(84a)와 사면부(84b)를 포함한다. 저면부(84a)의 일단에 사면부(84b)가 마련되어 있다. 사면부(84b)는 저면부(84a)로부터 각도 θ1을 갖고 마련되어 있다. 각도 θ1은, 슬릿 블록(83)의 면(83c)와 사면(83d) 사이의 각도와 동등하다. 사면부(84b)의 길이는 슬릿 블록(83)의 사면의 길이와 거의 동등하다.
도 7에 도시한 바와 같이 슬릿 블록(83)은 본체(80)의 백 플레이트(85)의 하부에 접속된다. 슬릿 블록(83)의 저면은, 본체(80)의 보텀 플레이트(82)의 저면과 동일한 평면 내로 되도록 접속된다.
슬릿 플레이트(84)는 슬릿 블록(83)의 사면에, 슬릿 플레이트(84)의 사면부(84b)로 덮도록 접속한다. 슬릿 플레이트(84)의 저면부(84a)는, 슬릿 블록(83)의 저면 및 본체(80)의 보텀 플레이트(82)의 저면과 동일한 평면 내로 되도록 접속된다.
이것에 의하여, 슬릿 플레이트(84)의 저면부(84a), 슬릿 블록(83)의 XY 평면에 평행인 면(83b), 및 본체(80)의 보텀 플레이트(82)의 저면은, 도포 헤드(8)의 저면(8b)을 형성한다.
홈부(83e)는 본체 슬릿(85a)의 위치에 일치하도록 마련되어 있다. 따라서 홈부(83e)는 슬릿 플레이트(84)의 사면부(84b)로 덮임으로써 미스트의 유도로(83a)가 형성된다. 이와 같이 하여 미스트의 유도로(83a)는, 본체(80)의 백 플레이트(85)의 면으로부터 각도 θ1을 갖는다. 백 플레이트(85)의 면이 연직 방향에 평행인 경우에는, 본체 슬릿(85a)으로부터 분출된 미스트는 연직 방향으로부터 각도 θ1을 갖고 미스트 분출구(18)까지 유도된다. 따라서 미스트 분출구(18)로부터 분출되는 미스트는, 연직 방향으로부터 각도 θ1을 갖고 기판(9)의 표면으로 분출된다. 각도 θ1은, 예를 들어 45° 정도로 설정된다. 각도 θ1은 이에 한정되지 않으며, 성막할 박막의 원료나 막 두께 등에 따라 적절한 값으로 설정된다.
이와 같이, 기판(9)의 표면으로 분출되는 미스트가 각도를 갖고 있음으로써, 연직 방향으로 분출된 경우보다도 표면 부근에서의 난류가 억제되어 보다 균일하게 성막할 수 있다.
도포 헤드(8)의 각 구성 요소는, 이용할 원료 용액이나 세정액, 치환 가스에 대하여 부식되거나 하지 않는 재료로 형성된다. 예를 들어 본체(80), 슬릿 블록(83) 및 슬릿 플레이트(84)는 금속 재료에 의하여 형성되어 있다. 이들 부재는 판금 가공이나 주물 가공 등에 의하여 형성될 수 있다. 금속 재료에 한정되지 않으며, 합성 수지 등을 이용하여 부품별로 사출 성형 기술 등을 이용해도 된다.
본 실시 형태의 도포 헤드(8)의 동작 및 메인터넌스의 방법에 대하여 설명한다.
도 8은, 도포 헤드의 동작의 수순을 예시하는 흐름도이다.
(미스트 도포 공정)
도 8에 도시한 바와 같이, 미스트를 도포하는 경우에는 스텝 S1에 있어서, 세정액·치환 가스 공급 라인(25)에 마련된 밸브(25b) 및 원료 용액 회수 라인(26)에 마련된 밸브(26b)의 양쪽이 폐쇄된다. 세정액·치환 가스 공급 라인(25)에 마련된 밸브(25b)에 의하여 세정액 및 치환 가스의 도입을 차단한다. 또한 원료 용액 회수 라인(26)에 마련된 밸브(26b)에 의하여, 보텀 플레이트(82)에 체류하는 원료 용액이 본체(80) 밖으로 유출하는 것을 차단한다.
스텝 S2에 있어서, 미스트 공급 라인(22)에 마련된 밸브(22b)가 개방된다. 밸브(22b)에 의하여, 원료 용액 미스트화 기구(50)에 의하여 생성된 원료 용액의 미스트는 공급구(87a)로부터 도포 헤드(8) 내에 도입된다.
정류실(80a) 내에 도입된 미스트는, 1단 또는 복수 단으로 마련된 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)에 의하여 정류, 분산되어 정류실(80a)의 하방에 도달한다.
미스트는 본체 슬릿(85a)으로부터 유도로(83a)를 통해 미스트 분출구(18)로부터 분출된다.
미스트는 정류실(80a) 내에서 분산되지만, 일부 미스트는 서로 근접하여 응집한다. 또한 본체 슬릿(85a)으로부터 분출되지 않은 미스트도 응집한다. 응집한 미스트는 보텀 플레이트(82)의 경사부(82b, 82c)에 의하여 회수구(86a) 부근에 원료 용액으로서 체류한다.
스텝 S3에 있어서, 박막의 성막이 종료되기까지 상술한 동작이 계속된다. 성막 공정의 종료는, 막 두께나, 성막 대상 기판이 소정 길이에 달하였는지 등에 따라 판정된다. 성막을 종료한 경우에는, 처리는 원료 용액 회수 공정으로 천이된다.
(원료 용액 회수 공정)
보텀 플레이트(82) 상에 체류한 원료 용액은 원료 용액 회수 공정에 의하여 회수구(86a)를 통하여 회수된다. 먼저, 스텝 S4에 있어서, 미스트 공급 라인(22)의 밸브(22b)가 폐쇄된다. 세정액·치환 가스 공급 라인(25)에 마련된 밸브(25b)는 폐쇄된 채 그대로이다. 밸브(22b)에 의하여 원료 용액의 공급을 정지한다.
스텝 S5에 있어서, 원료 용액 회수 라인(26)의 밸브(26b)가 개방된다. 밸브(26b)에 의하여, 도포 헤드(8) 내에 체류한 원료 용액은 원료 용액 회수 라인(26)을 통해 회수된다. 회수된 원료 용액은, 예를 들어 미스트화 용기(4)에 투입되어 재이용된다. 원료 용액 회수 라인(26)과 미스트화 용기(4) 사이를 유체적으로 접속하고 펌프 등을 이용하여 원료 용액을 회수하도록 해도 된다.
스텝 S6에 있어서, 원료 용액 회수가 종료되기까지 상술한 동작을 계속한다. 원료 용액의 회수가 종료된 경우에는, 처리는 도포 헤드 내의 세정 공정으로 천이된다. 또한 원료 용액의 회수가 종료되었는지의 여부에 대해서는, 예를 들어 회수구(86a) 부근에 원료 용액의 액면을 검출하는 레벨 미터 등에 의하여 판정할 수 있다. 또는 원료 용액 회수 라인(26)의 배관으로 투명 수지제의 파이프를 이용함으로써 눈으로 보아 원료 용액의 레벨을 판정하도록 해도 된다.
(도포 헤드 내의 세정 공정)
원료 용액의 회수 후에는, 다른 원료 용액을 이용한 미스트에 의한 성막을 행하는 경우가 있다. 그 경우에는 세정 공정에 의하여, 선행하여 이용한 원료 용액을 세정할 필요가 있다.
스텝 S7에 있어서, 미스트 공급 라인(22)의 밸브(22b) 및 원료 용액 회수 라인(26)의 밸브(26b)가 폐쇄된다. 밸브(22b)에 의하여 원료 용액의 공급이 차단된다. 밸브(26b)에 의하여, 내부에 체류한 물질의 유출이 차단된다. 그 후, 스텝 S8에 있어서, 세정액·치환 가스 공급 라인(25)의 밸브(25b)가 개방된다. 밸브(25b)에 의하여 세정액·치환 가스 공급 라인(25)을 통해 세정액이 도입된다. 세정액은 공급구(87a)로부터 도입된다.
정류실(80a) 내에 도입된 세정액은, 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)의 면을 포함하여 정류실(80a)의 내벽을 세정한다. 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)는, 단부(81-1a 내지 81-4a)의 접속 부분보다도 각각 하방에 마련되어 있다. 그 때문에, 도입된 세정액은 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)의 표면을 세정하고 각각의 단부(81-1a 내지 81-4a)로부터 하방으로 떨어진다. 하방으로 떨어진 세정액은 보텀 플레이트(82) 상에 체류한다.
스텝 S9에 있어서, 체류한 세정액은, 원료 용액 회수 라인(26)의 밸브(26b)를 개방하여 회수한다. 회수된 세정액은, 회수된 원료 용액과는 상이한 장소로 회수된다.
그 후, 스텝 S10에 있어서, 세정액·치환 가스 공급 라인(25)을 통해 치환 가스를 정류실(80a) 내에 도입한다. 치환 가스에 의하여 세정액이 건조되어, 다른 원료 용액을 도입할 수 있게 된다.
스텝 S11에 있어서, 세정 공정이 종료되기까지 상술한 동작이 계속된다. 세정 공정의 종료에 의하여 일련의 동작이 종료된다. 세정 공정의 종료는, 예를 들어 미리 설정된 시간에 도달하였는지의 여부 등에 따라 판정된다.
상술한 각 스텝에 대하여, 각 밸브(22b, 25b, 26b)의 개폐나 세정액 및 치환 가스의 선택적 도입은, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 등을 이용함으로써 시퀀스 제어를 행할 수 있다.
PLC를 이용함으로써 또한, 미스트 도포 공정에 있어서, 보텀 플레이트(82)에 체류한 원료 용액이 소정의 레벨에 도달한 경우에 원료 용액 회수 공정으로 천이시키거나, 원료 용액의 회수 후에 자동적으로 세정 공정으로 천이하도록 할 수도 있다.
본 실시 형태의 도포 헤드의 효과에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 도포 헤드(8)에서는, 본체(80)의 보텀 플레이트(82)가 경사부(82b, 82c)를 포함하고 있다. 이 경사부(82b, 82c)는, 회수구(86a)를 향하여 높이가 낮아지도록 마련되어 있기 때문에, 응집한 미스트는 보텀 플레이트(82) 상에서 회수구(86a)의 부근에 체류한다. 그 때문에, 회수구(86a)로부터 원료 용액 회수 라인(26)을 통해, 체류한 원료용 용액을 회수할 수 있다. 회수된 원료 용액은 재이용할 수 있으므로, 미스트 도포 성막 장치(100)에 의한 수율을 향상시킬 수 있다.
정류실(80a) 내에 마련된 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)는, 단부가 다른 부분의 높이보다도 낮아지도록 마련되어 있다. 그 때문에, 상부의 공급구(87a)로부터 공급된 세정액이 각 커런트 플레이트(81-1 내지 81-4)를 세정한 후, 하방의 보텀 플레이트(82) 상으로 용이하게 떨어진다. 보텀 플레이트(82)의 내면은, 회수구(86a)를 향하여 높이가 낮게 설정되어 있으므로, 세정이 종료된 세정액은 회수구(86a)로부터 용이하게 회수할 수 있다.
이와 같이 하여 본 실시 형태의 도포 헤드(8)에서는, 도포 헤드(8)를 미스트 도포 기구(70)로부터 떼어내어 분해하는 일 없이 용이하게 원료 용액을 회수하고 내부를 세정할 수 있다. 따라서 제조되는 박막 제품의 수율을 향상시킴과 함께 제조의 스루풋을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 도포 헤드(8)는, 연직 방향으로부터 각도 θ1을 가진 유도로(83a)를 형성하는 슬릿 블록(83) 및 슬릿 플레이트(84)를 구비하고 있다. 그 때문에, 정류실(80a)에서 정류되어 분산된 미스트는, 연직 방향으로부터 각도 θ1을 갖고 기판(9)에 미스트를 분출시킬 수 있다. 각도 θ1을 갖고 분출됨으로써 기판(9)의 표면 부근에 난류가 발생하기 어려워져, 보다 안정적으로 균일한 막 두께로 성막할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시 형태를 설명하였지만 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 원료 용액의 미스트 또는 세정액 중 어느 것을 공급하는 것을 가능하게 하는 공급구를 마련한 톱 플레이트와,
    상기 톱 플레이트의 연직 방향의 하방에 마련된 보텀 플레이트와,
    상기 톱 플레이트와 상기 보텀 플레이트 사이에 마련되고, 상기 톱 플레이트 및 상기 보텀 플레이트에 상단 및 하단에서 각각 접속되어, 상기 톱 플레이트 및 상기 보텀 플레이트와 함께 내부 공간을 형성하는 사이드 월
    을 포함하는 본체를 구비하고,
    상기 사이드 월은,
    상기 내부 공간으로부터 상기 미스트를 외부에 분무하는 슬릿과,
    상기 내부 공간에서 응집한 미스트 또는 상기 공급된 세정액을 회수하는 것을 가능하게 하는 회수구를 포함하고,
    상기 보텀 플레이트는,
    상기 사이드 월의 내주로부터 상기 회수구를 향하여 높이가 낮아지는 경사면을 갖고,
    상기 슬릿으로부터 분출되는 상기 미스트는 연직 방향으로부터 소정의 각도를 갖고 분출되는, 미스트 도포 성막 장치의 도포 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬릿은, 상기 경사면의 가장 높은 위치보다도 더 높은 위치이고, 연직 방향에 교차하는 제1 방향을 따라 마련된, 도포 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본체는, 상기 내부 공간에서 상기 사이드 월에 접속되고, 단부인 제1 단부가 개방된 판형의 제1 커런트 플레이트를 포함하고,
    상기 사이드 월은, 연직 방향 및 연직 방향에 교차하는 제1 방향을 포함하는 면에 평행이고, 상기 슬릿이 형성된 제1 벽부를 포함하고,
    상기 제1 커런트 플레이트는 상기 제1 벽부로부터 상기 제1 단부를 향하여 연신되고,
    상기 제1 단부는, 상기 제1 커런트 플레이트의 다른 부분보다도 높이가 낮은 위치에 마련된, 도포 헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 제1 방향을 따라 마련되고,
    상기 단부는 상기 제1 방향을 따라 마련된, 도포 헤드.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 사이드 월은, 상기 제1 벽부에 대향하는 위치에 마련된 제2 벽부를 포함하고,
    상기 제2 벽부로부터 상기 제1 벽부를 향하여 연신되고, 상기 제1 단부보다도 상방에 마련된 단부인 제2 단부를 갖는 제2 커런트 플레이트를 더 구비한, 도포 헤드.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 슬릿으로부터 분출되는 상기 미스트를 유도하는 유도로를 포함하는 미스트 유도 부재를 더 구비하고,
    상기 유도로는 상기 소정의 각도로 형성된, 도포 헤드.
  8. 원료 용액의 미스트 또는 세정액 중 어느 것을 공급하는 것을 가능하게 하는 공급구를 마련한 톱 플레이트와,
    상기 톱 플레이트의 연직 방향의 하방에 마련된 보텀 플레이트와,
    상기 톱 플레이트와 상기 보텀 플레이트 사이에 마련되고, 상기 톱 플레이트 및 상기 보텀 플레이트에 상단 및 하단에서 각각 접속되어, 상기 톱 플레이트 및 상기 보텀 플레이트와 함께 내부 공간을 형성하는 사이드 월
    을 포함하는 본체를 포함하고,
    상기 사이드 월은,
    상기 내부 공간으로부터 상기 미스트를 외부에 분무하는 슬릿과,
    상기 내부 공간에서 응집한 미스트 또는 상기 공급된 세정액을 회수하는 것을 가능하게 하는 회수구를 포함하고,
    상기 보텀 플레이트는,
    상기 사이드 월의 내주로부터 상기 회수구를 향하여 높이가 낮아지는 경사를 갖는 미스트 도포 성막 장치의 도포 헤드를 메인터넌스하는 메인터넌스 방법이며,
    상기 공급구의 공급 밸브를 폐쇄하여 상기 미스트의 공급을 정지하고,
    상기 회수구의 회수 밸브를 개방하여, 응집한 상기 미스트를 회수하고,
    상기 회수 밸브를 폐쇄하여 상기 미스트의 회수를 정지하고,
    상기 공급 밸브를 개방하여 상기 세정액을 공급하고,
    상기 세정액의 공급을 정지한 후, 상기 공급 밸브의 개방을 유지하여 치환 가스를 공급하는, 도포 헤드의 메인터넌스 방법.
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