KR20110115162A - 입자막의 제조장치 및 입자막의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 관련되는 입자막의 제조장치(20)는, 대향하는 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 사이에 충전된 입자 분산액(4)의 메니스커스 영역(5)을 소인하는 것으로, 해당 메니스커스 영역(5)의 용매를 증발시키면서 제 1 기판(1)상에 입자막을 형성시키는 입자막의 제조장치로서, 해당 메니스커스 영역(5)에 있어서의 입자농도를 측정하는 입자농도 측정수단(3)과, 상기 입자농도 측정수단(3)에 의해 측정된 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 입자농도 조정수단(13)을 구비하고 있다.

Description

입자막의 제조장치 및 입자막의 제조방법{DEVICE FOR PRODUCING PARTICLE FILM AND METHOD FOR PRODUCING PARTICLE FILM}
본 발명은 입자막의 제조방법 및 상기 제조방법에 매우 적합하게 이용할 수 있는 입자막의 제조장치에 관한 것이다.
종래, 미립자를 기판상에 2차원 또는 3차원으로 고밀도로 집적시키는 방법으로서 이류집적법(advective accumulation)이 알려져 있다. 이류집적법이란 수용액 등의 용매 속에 장시간 분산하는 입자의 분산액에, 유리 등의 용매에 친숙해지기 쉬운 평탄한 기판을 침지시키고, 기판상에 입자막을 제작하는 방법이다. 이 방법에서는 기판과 분산액의 계면에 있어서의 입자의 자율적 집적력을 이용함으로써 입자의 고밀도 집적을 실현할 수 있다. 지금까지, 이류집적법에 따르는 입자막의 성막에는 딥코터(dip coater)가 주로 사용되어 왔다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조).
딥코터에서는 미립자 분산액에 기판을 침지시킨 후에, 임의의 속도로 기판을 미립자 분산액으로부터 끌어올림으로써 기판상에 미립자막을 성막시킨다. 여기서, 기판을 미립자 분산액으로부터 끌어올릴 때에 기판과 미립자 분산액의 사이에 메니스커스(meniscus)가 발생하고, 액류와 모세관력에 의해 나노입자가 메니스커스 선단으로 공급된다. 메니스커스 영역에서는 용매의 증발이 일어나기 때문에 입자막의 막 두께에 대해서 액막의 두께가 얇아지면, 입자 사이에는 액화 가교력이 발생하고, 나노입자는 기판 표면에 고정화된다.
또한, 수평구동형 나노코터(nanocoater)를 이용한 폴리스티렌입자 분산액에 의한 입자막의 제조방법이 보고되어 있다(예를 들면, 비특허문헌 2∼3 참조). 구체적으로, 제 1 기판에 대해서 제 2 기판을 0. 14°경사시키고, 나노입자를 포함하는 현탁액을 그 사이에 끼워넣으며, 제 1 기판만을 수평방향으로 이동시킴으로써 입자막을 형성할 방법이 개시되어 있다.
비특허문헌 1: 아인테스라(eintesla)사 홈 페이지, 2008년 12월 24일 검색, 인터넷 <URL：http://www.eintesla.om/products/dip/array.html> 비특허문헌 2: 2008년도 정밀공학회 추계대회 관서지방 정기학술강연회 공연논문집 65페이지, 2008년 7월 22일 발행 비특허문헌 3: 2008년도 정밀공학회 추계대회 학술강연회 강연논문집 689페이지, 2008년 9월 17일 발행
그러나 비특허문헌 1에 기재된 방법에서는 실용 사이즈의 기판상에 고정밀도로 입자막을 성막하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 발생한다.
구체적으로, 상기 방법에서는 작업환경에 있어서의 온도나 습도의 변화 등의 교란에 의해, 형성되는 동일면 내에 있어서의 입자막의 밀도가 불균일하게 되고, 실용 사이즈의 기판상에 균일하게 입자막을 성막하는 것은 곤란했었다.
또한, 비특허문헌 2∼3에 기재된 방법에서는 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 입자막을 성막할 수 있지만, 더욱 균일하게 입자막을 성막하는 것이 요망되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점에 감안하여 이루어진 것이며, 그의 목적은 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 균일하게 입자막을 성막할 수 있는 입자막의 제조방법 및 입자막의 제조장치를 실현하는 것에 있다.
본 발명자는 상술한 과제를 해결하기 위해 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 균일하게 입자막을 성막하는 방법에 대해서 예의 검토를 실시했다. 그 결과, 단위시간 당의 입자막의 증가 체적과, 단위시간 당의 메니스커스 영역(meniscus area)으로부터의 입자의 공급 체적이 동등할 때에, 단(單)입자막이 고밀도로 성막된다고 생각하고, 입자막의 피복률은 기판의 이동속도와 분산액 속의 입자농도에 의해 결정된다는 가설을 세웠다. 그리고 해당 가설에 입각하여 메니스커스 영역에서의 입자농도의 변동을 억제할 수 있으면, 실용 사이즈의 기판상에 균일하게 입자막을 성막할 수 있는 것을 밝혀내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명에 관련되는 입자막의 제조장치는 상술한 과제를 해결하기 위해, 대향하는 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 충전된 입자 분산액의 메니스커스 영역을 소인(掃引, Sweep)하는 것으로, 상기 메니스커스 영역의 용매를 증발시키면서 제 1 기판상에 입자막을 형성시키는 입자막 제조장치로서, 해당 메니스커스 영역에서의 입자농도를 측정하는 입자농도 측정수단과, 상기 입자농도 측정수단에 의해 측정된 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 입자농도 조정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 입자농도 조정수단에 의해 입자농도 측정수단으로 측정한 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하기 때문에, 메니스커스 영역에서의 입자농도를 일정한 값이 되도록 조정하면서 성막할 수 있다. 이에 따라, 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 관련되는 입자막의 제조방법은 상기 과제를 해결하기 위해, 대향하는 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 충전된 입자 분산액의 메니스커스 영역을 소인하는 것으로, 해당 메니스커스 영역의 용매를 증발시키면서 제 1 기판상에 입자막을 형성시키는 입자막의 제조방법으로서, 해당 메니스커스 영역에서의 입자농도를 측정하는 입자농도 측정공정과, 상기 입자농도 측정수단에 의해 측정된 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 입자농도 조정공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법에 따르면, 입자농도 조정공정에 의해, 입자농도 측정공정에 있어서 측정한 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하기 때문에, 메니스커스 영역에서의 입자농도를 일정한 값이 되도록 조정하면서 성막할 수 있다. 이에 따라, 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
게다가, 본 발명에 관련되는 입자막은 상기 과제를 해결하기 위해, 상기 본 발명에 관련되는 입자막의 제조방법에 의해 제조되고, 성막 주위 전체 영역에 있어서 집적밀도가 균일하게 제어되고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면 성막 주위 전체 영역에 있어서 집적밀도가 균일하게 제어된 입자막을 제공할 수 있다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조장치는 이상과 같이, 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 관련되는 입자막의 제조방법은, 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조장치의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조장치에 있어서의, 제 1 기판 및 제 2 기판의 배치의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 참고예 1에서 얻어진 입자막의 SEM화상을 나타내는 도면이다.
도 4는 참고예 1에서 얻어진 결과와, 물리적 모델에 의한 이론식으로부터 구해지는 곡선을 플롯한, 입자농도와 피복률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 참고예 2에서 얻어진 결과와, 물리적 모델에 의한 이론식으로부터 구해지는 곡선을 플롯한, 입자농도와 피복률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 1에서 얻어진 기판이동거리와 정전용량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 참고예 3에서 얻어진 각 입자막의 SEM화상을 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 2에서 얻어진 주사거리와 정전용량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 도 9에 나타내는 입자막의 제조방법에 있어서의 제 1 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화에 관한 데이터베이스 작성방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조방법의 다른 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 도 11에 나타내는 입자막의 제조방법에 있어서의 정전용량 프로브 위치에 관한 데이터베이스 작성방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조장치의 다른 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조장치의 또 다른 일례를 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 15는 실시예 2에 의해서 측정한 제 1 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화를 나타내는 그래프이다.
도 16은 도 15의 그래프에 대해서, 제 1 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화가 제로가 되도록 측정된 정전용량의 값을 보정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17은 실시예 2의 성막시에 있어서의 제 1 기판의 주사거리와 메니스커스 영역에서의 정전용량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 실시예 2의 성막시에 있어서의 입자 사이 거리의 분포를 나타내는 도면이다.
도 19는 비교예 1의 성막시에 있어서의 제 1 기판의 주사거리와 메니스커스 영역에서의 정전용량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 20은 비교예 1의 성막시에 있어서의 입자 사이 거리의 분포를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시의 한 형태에 대해서 설명하면, 이하와 같다.
또한, 본 명세서에서는 범위를 나타내는 「A∼B」는, A 이상 B 이하인 것을 나타낸다.
(I) 입자농도의 측정방법
본 실시형태에 관련되는 입자농도의 측정방법은 입자 분산액과 접촉시킨 기판의 위치를 해당 입자 분산액에 대해서 변화시키면서 해당 기판상에 발생하는 입자 분산액의 메니스커스 영역에 있어서, 용매를 증발시킴으로써 기판상에 입자막을 형성하는 방법에 있어서의 해당 메니스커스 영역의 입자농도를 측정하는 방법이다.
본 실시형태에 관련되는 입자농도의 측정방법에서는 상기 메니스커스 영역을 포함하는 영역의 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량에 의거하여 입자농도를 결정한다.
본 실시형태에 관련되는 입자농도의 측정방법을 적용할 수 있는, 기판상에 입자막을 형성하는 매우 적합한 방법은 이류집적법이며, 구체적으로, 딥코터를 이용한 방법이나, 후술하는 바와 같은 2장의 기판 사이에 입자 분산액을 충전하고, 한쪽의 기판을 이동시킴으로써 막을 형성하는 방법에 적용할 수 있다.
상기 입자 분산액의 정전용량의 측정은 예를 들면, 기판이 도전성을 갖고 있는 경우에는, 센서 프로브(이하, 단지 「프로브」라고 약기하는 경우가 있다)와 기판의 사이에서 형성되는 정전용량을 계측함으로써 실시할 수 있다. 구체적으로, 기판을 접지하고, 상기 기판에 있어서의 메니스커스가 발생하고 있는 측의 면에 대향하도록 정전용량계의 프로브를 설치하여, 해당 프로브와 제 1 기판 사이의 정전용량을 측정함으로써 실시할 수 있다.
또한, 기판에 도전성이 없는 경우에는 프로브 내에서 정전용량이 형성되는 바와 같은 프로브를 이용함으로써 실시할 수 있다. 예를 들면, KLA-Tencor사에 의해 독자 개발된 프로브(상품명：「2810」) 등에 의해 전계의 확대를 적극적으로 이용함으로써 프로브와 기판 사이의 정전용량을 계측할 수 있다. 이 경우, 프로브와 기판 사이의 거리를 1㎜ 이하로 설정함으로써 기판이 도전성을 갖고 있는 경우와 동등한 감도를 얻을 수 있다.
정전용량을 측정하는 대상은 상기 메니스커스에 있어서의 입자 분산액을 포함하는 영역이면, 특별히는 한정되지 않고, 메니스커스 영역(입자 분산액과, 해당 분산액과 프로브 사이의 공기층으로 이루어지는 영역)의 정전용량만을 측정해도 좋고, 해당 메니스커스 영역과, 입자 분산액과, 제 2 기판과, 해당 제 2 기판과 프로브 사이의 공기층으로 이루어지는 영역과 합한 영역의 정전용량을 측정해도 좋다.
상기 프로브의 위치는 메니스커스 영역의 거의 모두를 덮도록 배치하는 것이 바람직하다. 이때 상기 프로브의 위치가 성막된 나노입자 단층막 영역과 겹치지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이들 조건을 만족시키면, 후술의 2장의 기판을 이용하여 성막하는 경우에 있어서, 제 2 기판상에 프로브의 일부가 겹쳐도 상관없다. 또한, 상술한 KLA-Tencor사제 프로브를 이용하는 경우에는 프로브 선단과 기판 사이의 거리가 1.5㎜ 이하이면, 프로브의 배치위치에 한정하지 않고 나노입자농도의 변동을 양호하게 계측할 수 있다.
고분해능(高分解能)으로 나노입자 농도변화에 의한 용량변화계측을 실시하는 관점에서 프로브는 기판 근처에 배치하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 고분자미립자 등의 비교적 유전율이 작은 재료를 성막하는 경우에는, 프로브와 기판 사이의 거리는 200㎛ 이상 3000㎛ 이하의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하고, 200㎛ 이상 1.0㎜ 이하의 범위 내로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 무기물 반도체나 금속 등의 유전율이 큰 재료를 성막하는 경우에는, 기판으로부터 더욱 떨어진 위치라도 검출 가능하기 때문에, 프로브와 기판 사이의 거리는 200㎛ 이상 3.0㎜ 이하의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 범위 내로 함으로써 프로브의 바로 밑에 있어서 입자의 성막이 저해되는 것을 억제할 수 있으며, 또한 양호하게 정전용량을 측정할 수 있다.
프로브의 직경은 작으면 작을수록, 국소적인 영역의 계측이 가능하게 되지만, 후술의 2장의 기판을 이용해서 성막하는 경우에 있어서는, 프로브의 직경이 작아지면 제 2 기판의 에지(edge)와의 예기치 않은 정전용량이 형성되어 버릴 우려가 있다. 또한, 후술의 실시예에서 사용하고 있는 시판품에 한해서는, 프로브의 직경이 작아질수록 프로브와 기판 사이의 거리에 제한이 나오는 등의 문제가 발생한다. 이상의 것으로부터 직경 10㎜ 정도의 프로브를 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 관련되는 입자농도의 측정방법에서는, 분산액의 용매보다도 유전율이 높은 입자를 이용할 경우에는, 메니스커스 영역의 입자농도가 높아지면, 측정되는 정전용량은 높아지고, 메니스커스 영역의 입자농도가 낮아지면, 측정되는 정전용량은 낮아진다. 즉, 상기 입자농도와 정전용량은 비례관계에 있기 때문에, 미리 상기 입자농도와 정전용량의 관계식을 계산 등에 의해 구해두면, 정전용량을 측정함으로써 상기 입자농도를 측정할 수 있다.
또한, 분산액의 용매보다도 유전율이 낮은 입자를 이용하는 경우라도, 상기 입자농도와 정전용량은 반비례의 관계에 있기 때문에, 마찬가지로 미리 상기 입자농도와 정전용량의 관계식을 계산 등에 의해 구해두면, 정전용량을 측정함으로써 상기 입자농도를 측정할 수 있다.
본 실시형태에 관련되는 방법에서는, 상기 정전용량에 덧붙여서 상기 기판의 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 측정 및 조정할 수 있다.
상기 휨의 측정은, 예를 들면, 기판에 있어서의 메니스커스가 발생하고 있는 측의 면과 반대 측의 면에 대향하도록 정전용량계(예를 들면, 정전용량형 변위계)의 프로브를 별도 설치하여, 해당 프로브와 기판 사이의 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량으로부터 제 1 기판의 휨을 계산함으로써 실시할 수 있다.
또한, 입자 분산액이 없는 상태에서 기판을 이동시켜서, 해당 기판의 각 위치에 있어서 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화에 관한 데이터베이스를 미리 작성하고, 해당 데이터베이스를 이용하여 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화가 제로가 되도록, 측정된 정전용량의 값을 보정해서 나노입자농도를 구해도 좋다. 해당 방법이면, 정전용량계를 별도 설치할 필요가 없기 때문에 더욱 바람직하다.
또한, 상술의 설명에서는 입자 분산액과 접촉시킨 기판의 위치를, 해당 입자 분산액에 대해서 변화시키면서, 해당 기판상에 발생하는, 입자 분산액의 메니스커스 영역에 있어서, 용매를 증발시킴으로써, 기판상에 입자막을 형성하는 방법에 있어서의, 해당 메니스커스 영역의 입자농도를 측정하는 방법인 경우에 대해서 설명했지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 단지, 입자 분산액의 입자농도를 측정하는 것에 이용해도 좋다. 입자 분산액의 정전용량을 측정하여, 해당 정전용량에 의거하여 입자농도를 결정하는 것이면, 본 실시형태와 대략 똑같은 효과가 얻어진다.
(Ⅱ) 입자막의 제조방법
본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조방법은, 제 1 기판의 위치를, 해당 제 1 기판상에 대향하여 배치한 제 2 기판에 대해서, 해당 제 1 기판의 면 방향을 따라 변화시키면서, 해당 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 충전된 입자 분산액의, 해당 제 1 기판의 위치의 변화하는 방향 측에 있어서의 메니스커스 영역에 있어서, 용매를 증발시킴으로써, 제 1 기판상에 입자막을 형성하는 방법이다. 본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조방법은, 바람직하게는 단입자막을 형성하는 방법이다.
상기 입자막의 제조방법은, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 측정하는 입자농도 측정공정과, 입자농도 측정공정에 의해 얻어진 입자농도에 의거하여, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 입자농도 조정공정을 포함한다.
(Ⅱ－I) 입자농도 측정공정
상기 입자농도 측정공정은, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 측정하는 공정이다. 예를 들면, 상술한 「(I) 입자농도의 측정방법」에서 설명한, 정전용량으로부터 입자농도를 구하는 방법이나, 광산란을 이용해서 입자농도를 구하는 방법 등에 의해 실시할 수 있다.
예를 들면, 정전용량으로부터 입자농도를 구하는 상기 방법에 의해 상기 입자농도 측정공정을 실시할 경우에는, 상술한 「(I) 입자농도의 측정방법」과 마찬가지로 상기 제 1 기판을 접지하고, 제 1 기판에 있어서의 메니스커스가 발생하고 있는 측의 면에 대향하도록 정전용량계의 프로브를 설치하여 실시할 수 있다.
상기 입자농도 측정공정은, 상기 메니스커스에 있어서의 입자 분산액을 포함하는 영역의 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량으로부터 입자농도를 결정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상술한 「(I) 입자농도의 측정방법」과 마찬가지로 정전용량을 측정하는 대상은, 상기 메니스커스에 있어서의 입자 분산액을 포함하는 영역이면, 특별히는 한정되지 않고, 메니스커스 영역의 정전용량(실제로는, 입자 분산액과, 해당 분산액과 프로브 사이의 공기층으로 이루어지는 영역의 정전용량)만을 측정해도 좋으며, 해당 메니스커스 영역과, 입자 분산액과, 제 2 기판과, 해당 제 2 기판과 프로브 사이의 공기층으로 이루어지는 영역과 합한 영역의 정전용량을 측정해도 좋다.
또한, 프로브와 제 1 기판 사이의 거리는, 마찬가지로 200㎛ 이상 3000㎛ 이하의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하고, 200㎛ 이상 1.0㎜ 이하의 범위 내로 설정하는 것이 더욱 바람직하다.
(Ⅱ－Ⅱ) 입자농도 조정공정
상기 입자농도 조정공정은, 입자농도 측정공정에 의해 측정한 입자농도에 의거하여, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 공정이다.
상기 공정에서는, 구체적으로, 상기 입자농도 측정수단에 의해 구해지는 입자농도가, 설정된 입자농도에 대해서 낮은 경우에는, 메니스커스 영역에서의 농도를 높게 하도록 조정하고, 설정된 입자농도에 대해서 높은 경우에는, 메니스커스 영역에서의 농도를 낮게 하도록 조정한다.
상기 입자농도 조정공정에 있어서, 기준으로 하는 입자농도는, 예를 들면, 소정의 입자농도, 및 제 1 기판의 이동속도에 있어서 성막을 실시하고, 성막한 입자막의 피복률을 구하며, 이하의 관계식
Figure pct00001
(식 중, c는 피복률, k는 상수, ψ는 분산액 속의 입자농도(체적％), ｖ는 제 1 기판의 이동속도(㎛/s)이다)
로부터 k를 구함으로써, 원하는 피복률을 얻기 위한 입자농도를 구할 수 있다.
상기 입자농도를 조제하는 방법으로서는, 예를 들면, (i) 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 전계를 인가하는 방법이나, (ⅱ) 상기 입자 분산액에 대해서, 농도가 높은 입자 분산액이나 농도가 낮은 입자 분산액을 첨가하는 방법, (ⅲ) 제 1 기판의 이동속도(변화속도)를 변화시키는 방법 등을 들 수 있다.
상기 (i)의 방법에서는, 예를 들면, 입자농도 측정공정에 의해 구해지는 입자농도가, 설정된 입자농도보다도 낮은 경우에는, 전계를 메니스커스로 향하는 방향으로 인가함으로써, 입자 분산액 속의 입자를 전기영동에 의해 메니스커스로 향하여 이동시킬 수 있다.
또한, 마찬가지로 입자농도 측정공정에 의해 구해지는 입자농도가, 설정된 입자농도보다도 높은 경우에는, 전계를 메니스커스와는 반대로 향하는 방향으로 인가함으로써, 입자 분산액 속의 입자를 메니스커스와는 반대방향을 향하게 이동시킬 수 있다.
이와 같은 조작의 어느 한쪽에만 의해 상기 입자농도의 제어를 실시해도 좋고, 양쪽의 조작에 의해 상기 입자농도의 제어를 실시해도 좋다.
또한, 상기 (ⅱ)의 방법에서는, 예를 들면, 입자농도 측정공정에 의해 구해지는 입자농도가, 설정된 입자농도보다도 낮은 경우에는, 미리 제작한, 입자 분산액의 초기농도보다도 농도가 높은 입자 분산액을 입자 분산액에 대해서 첨가함으로써, 입자 분산액의 농도를 높일 수 있으며, 결과적으로 메니스커스 영역에서의 입자농도를 높게 할 수 있다.
또한, 마찬가지로 입자농도 측정공정에 의해 구해지는 입자농도가 설정된 입자농도보다도 높은 경우에는, 미리 제작한, 입자 분산액의 초기농도보다도 농도가 낮은 입자 분산액을 입자 분산액에 대해서 첨가함으로써, 입자 분산액의 농도를 낮게 할 수 있으며, 결과적으로 메니스커스 영역에서의 입자농도를 낮게 할 수 있다.
(ⅱ)의 방법에 대해서도, 이들의 조작의 어느 한쪽에만 의해 상기 입자농도의 제어를 실시해도 좋고, 양쪽의 조작에 의해 상기 입자농도의 제어를 실시해도 좋다.
또한, 상기 (ⅲ)의 방법에서는, 예를 들면, 입자농도 측정공정에 의해 구해지는 입자농도가 설정된 입자농도보다도 낮은 경우에는, 제 1 기판의 이동속도를 늦춤으로써, 성막을 위해 메니스커스로부터 배출되는 입자의 양이 감소하고, 결과적으로, 메니스커스 영역에서의 입자농도를 초기농도보다도 높게 할 수 있다.
또한, 마찬가지로 입자농도 측정공정에 의해 구해지는 입자농도가, 설정된 입자농도보다도 높은 경우에는, 제 1 기판의 이동속도를 빠르게 함으로써, 성막을 위해 메니스커스로부터 배출되는 입자의 양이 증가하고, 결과적으로, 메니스커스 영역에서의 입자농도를 초기농도보다도 낮게 할 수 있다.
(ⅲ)의 방법에 대해서도, 이들 조작의 어느 한쪽에만 의해 상기 입자농도의 제어를 실시해도 좋고, 양쪽의 조작에 의해 상기 입자농도의 제어를 실시해도 좋다.
또한, 상술의 설명에서는, 상기 (ⅲ)의 방법에 대해서 제 1 기판만을 이동시키는 구성을 전제로 하고 있었지만, 예를 들면, 제 2 기판만을 이동시키는 구성이나, 제 1 기판과 제 2 기판의 양쪽을 이동시키는 구성이라도 마찬가지로 이들의 기판이동속도를 변화시킴으로써, 성막을 위해 메니스커스로부터 배출되는 입자의 양을 조정할 수 있기 때문에 거의 똑같은 효과를 나타낸다.
상기 방법(i)(ⅱ)(ⅲ)의 방법에 있어서, 인가하는 전계의 양이나, 첨가하는 분산액의 양, 제 1 기판 이동속도는, 설정된 입자농도와 입자농도 측정공정에 의해 측정된 입자농도의 차이로부터 필요한 양을 구할 수 있다.
(Ⅱ－Ⅲ) 휨 측정 공정
본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조방법에서는, 상기 입자농도 측정공정에 있어서 정전용량으로부터 입자농도를 구하는 경우에는, 상기 제 1 기판의 휨의 정도를 측정하는 휨 측정공정을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우에는, 상기 입자농도 측정공정에서는 상기 정전용량 외에도, 상기 휨 측정공정에 의해 측정한 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정한다. 이에 따라, 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 측정 및 조정할 수 있다.
상기 휨 측정공정은 이용하는 제 1 기판에 휨이 없는 경우에는 필요 없지만, 통상, 얇은 판 형상물에서는 휨이 발생하고 있다. 그리고 이 휨에 기인하여 상기 입자농도 측정공정에 있어서의 정전용량의 측정에 있어서, 정전용량을 측정하는 범위(공기층의 양)가 변화하기 때문에, 측정되는 입자농도에 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 휨 측정공정에 의해 측정한, 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정함으로써, 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 측정 및 조정할 수 있다.
상기 휨 측정공정은, 예를 들면, 제 1 기판에 있어서의 메니스커스가 발생하고 있는 측의 면과 반대 측의 면에 대향하도록 정전용량계의 프로브를 별도 설치하여, 해당 프로브와 제 1 기판 사이의 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량으로부터 제 1 기판의 휨을 계산함으로써 실시할 수 있다.
상기 휨 측정공정은, 입자막을 제작중에 실시해도 좋고, 입자 분산액을 공급하기 전에, 사전에 제 1 기판의 휨을 측정함으로써 실시해도 좋다. 즉, 성막 전에, 입자 분산액이 없는 상태에서, 입자막이 형성되는 제 1 기판을 이동시켜서, 제 1 기판의 각 위치에 있어서 제 1 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화에 관한 데이터베이스를 미리 작성하고, 해당 데이터베이스를 이용하여, 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화가 제로가 되도록 컴퓨터상에서 보정함으로써, 성막시에 측정된 정전용량의 값을 보정하여 나노입자농도를 구해도 좋다. 또한, 해당 방법은 정전용량계의 프로브를 별도 설치할 필요가 없으므로 더욱 바람직하다.
또한, 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정하는 대신에, 해당 휨의 정도에 의거하여, 정전용량계의 프로브 등의 위치를 보정해도 좋다. 단, 프로브가 움직이는 것에 의한 노이즈의 발생을 억제하는 관점에서는, 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정하는 방법이 바람직하다. 해당 휨 측정공정도 입자막을 제작중에 실시해도 좋고, 입자 분산액을 공급하기 전에, 사전에 제 1 기판의 휨을 측정함으로써 실시해도 좋다. 제 1 기판의 휨을 사전에 측정하는 경우에는, 예를 들면, 해당 측정에 의해서, 제 1 기판의 위치에 대한 휨의 데이터베이스를 우선 작성하고, 입자농도 측정공정에 있어서, 해당 데이터베이스에 의거하여 정전용량계의 프로브 등의 위치를 보정함으로써, 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 측정 및 조정할 수 있다.
(Ⅱ－ IV ) 기판
본 실시형태에서 사용하는, 상기 제 1 기판으로서는, 표면에 입자를 성막할 수 있는 기판이면 특별히는 한정되지 않고, 예를 들면, 실리콘 기판, 유리 기판, 금속 기판, 금속 산화물 기판, 금속 질화물 기판, 고분자 기판, 유기 결정 기판, 운모(mica) 등의 평활한 광석 기판 등을 들 수 있다.
또, 제 1 기판상에 입자를 성막하기 쉽게 하는 관점에서, 상기 제 1 기판으로서 표면에 바인더 층이 코팅된 기판을 이용해도 좋다. 상기 바인더 층으로서는, 성막하는 입자의 종류 등에 의해 적절히 변경하면 좋지만, 예를 들면, 상기 입자로서 금 입자를 이용하는 경우에는, 변성 폴리에틸렌이민, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피리딘 등의 아미노기를 갖는 고분자 박막층이나 아민계 자기 조직화 단분자막의 층, 및 미소량의 산소, 질소, 및 수증기를 포함하고, 또한 헬륨(He)이나 아르곤(Ar) 등의 희가스를 주성분으로 하는 대기압 플라스마로 활성화한 폴리스티렌 등의 탄화수소고분자의 층을 들 수 있다.
또한, 상기 입자농도 조정공정에 있어서, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 전계를 인가하여, 상기 입자농도를 조정하는 경우에는, 상기 제 1 기판과 제 2 기판은, 그 표면이 도전성으로 되어 있을 필요가 있다. 이 경우에는, 상기 제 1 기판으로서는, ITO(indium tin oxide) 기판, FTO(fluorine-tin-oxide) 기판, ZnO2(zinc oxides) 기판, 실리콘 기판, 금속 기판, 도전성 고분자 기판을 들 수 있다.
상기 제 2 기판으로서는, 특별히는 한정되지 않고, 예를 들면, 실리콘 기판, 유리 기판, 금속 기판, 금속 산화물 기판, 금속 질화물, 고분자 기판, 유기 결정, 운모 등의 평활한 광석 기판 등을 들 수 있다. 상기 제 2 기판도, 상기 입자농도 조정공정에 있어서, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 전계를 인가하여, 상기 입자농도를 조정하는 경우에는, 그 표면이 도전성으로 되어 있을 필요가 있다. 이 경우, 상기 제 2 기판으로서는, ITO(indium tin oxide) 유리, FTO(fluorine-tin-oxide) 기판, ZnO2(zinc oxides) 기판, 실리콘 기판, 금속 기판, 도전성 고분자 기판을 들 수 있다.
메니스커스 영역에서의, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 거리는, 성막시킬 입자의 직경 등에 의해서 적절히 변경하면 좋고, 200㎛ 이하이면 특별히는 한정되지 않는다. 예를 들면, 직경 1㎛의 입자에서는, 10㎛∼200㎛의 범위 내로 설정할 수 있다.
상기 제 2 기판은, 상기 제 1 기판에 대해서 평행이라도, 경사져 있어도 상관없지만, 제 1 기판의 위치가 변화하는 방향 측에 있어서의 상기 제 2 기판과 상기 제 1 기판의 거리가, 해당 변화방향과 반대 측에 있어서의 상기 제 2 기판과 상기 제 1 기판의 거리보다도 짧아지도록, 상기 제 2 기판을 상기 제 1 기판에 대해서 경사지게 배치하는 것이 바람직하다.
제 2 기판을, 상기 제 1 기판에 대해서 경사지게 배치할 경우, 제 1 기판의 면방향에 대한, 제 2 기판이 이루는 각도는, 예를 들면, 0. 1∼0. 5°의 범위 내로 설정할 수 있다.
(Ⅱ－V) 입자 분산액
상기 입자 분산액은, 성막시킬 입자를 용매에 분산시킨 분산액이다. 상기 입자로서는, 제 1 기판상에 성막할 수 있으면 특별히는 한정되지 않고, 예를 들면, 폴리스티렌이나 폴리아크릴산으로 대표되는 고분자 미립자, 실리카, 산화티탄으로 대표되는 금속 산화물 미립자, 카드뮴 텔루르(cadmium tellurium) , 카드뮴 셀렌(cadmium selenium)으로 대표되는 화합물 반도체 미립자, 금, 은, 구리로 대표되는 금속 미립자, 티탄이나 하이드록시 아파타이트(hydroxyapatite) 등의 생체 적합성 미립자, 풀러렌(fullerene) 등의 카본 미립자를 들 수 있다.
상기 입자농도 조정공정에 있어서, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 전계를 인가하여, 상기 입자농도를 조정할 경우에는, 상기 입자는 분산액 속에 있어서 전하를 띠는 입자인 것이 바람직하다.
상기 입자의 직경은 작으면 작을수록, 더욱 조밀하게 충전한 단층막을 형성할 수 있기 때문에 바람직하다. 본 실시형태에 관련되는 방법에서는, 예를 들면, 직경이 3∼2000㎚의 범위 내의 입자를 사용할 수 있다.
상기 용매로서는, 도전성의 용매이면 특별히는 한정되지 않고, 용액 속에서 나노입자를 대전시킬 수 있으면 좋다. 예를 들면, 초순수(超純水)나, 초순수에 나트륨이나 칼슘 등의 이온종류를 용해시킨 수용액이나, 이온성 액체나, 수용액 고분자 용액 등을 들 수 있다.
상기 입자 분산액에 있어서의 입자농도는, 기판의 이동속도, 제작되는 입자막의 피복률에 의해서 적절히 변경할 수 있다.
상술한 입자막의 제조방법의 일례의 흐름도를 도 9에 나타낸다. 또한, 예시하는 해당 제조방법에서는 메니스커스에 있어서의 입자 분산액을 포함하는 영역의 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량으로부터 입자농도를 결정한다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 상기 제조방법에서는, 우선, 성막속도나 성막하는 기판의 위치 등의 초기조건설정을 실시한다. 그 후, 제 1 기판의 각 위치에 있어서의 제 1 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화에 관한 데이터베이스를 작성한다(휨 측정공정).
다음에, 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 입자 분산액을 충전하고, 메니스커스를 형성시키며, 용매를 증발시키면서, 제 1 기판을 이동시킴으로써, 제 1 기판상에 입자막을 형성한다.
여기서, 입자막을 형성하고 있는 동안, 소정시간마다, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 측정한다(입자농도 측정공정). 입자농도의 측정은, 제 1 기판(1)의 휨에만 의거한 정전용량변화에 관한 상기 데이터베이스를 이용하여 제 1 기판(1)의 휨에만 의거한 정전용량변화가 제로가 되도록, 측정한 입자농도의 값을 컴퓨터상에서 보정하여 나노입자농도를 구함으로써 실시한다.
그리고 구한 상기 농도에 의거하여 입자농도를 조제한다(입자농도 조정공정). 구체적으로, 측정한 입자농도가 설정 값보다 높으면 제 1 기판의 이동속도를 빠르게 하고, 측정한 입자농도가 설정 값보다 낮으면 제 1 기판의 이동속도를 늦게 한다. 그리고 이들의 일련의 조작을 성막이 완료될 때까지 반복하여 실시함으로써 입자막을 제조할 수 있다.
또한, 상술한, 제 1 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화에 관한 상기 데이터베이스의 작성은, 구체적으로, 도 10에 나타내는 바와 같이, 우선, 입자 분산액이 없는 상태에서, 제 1 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화를 측정하고, 해당 측정 결과를 제 1 기판의 위치정보와 함께 컴퓨터 등에 출력한다. 그리고 제 1 기판을 이동시켜서 이들의 조작을 데이터베이스 작성이 종료될 때까지 반복함으로써 상기 데이터베이스를 작성한다.
또한, 제 1 기판의 휨에 의한 오차를 억제하기 위한 다른 방법으로서, 정전용량계에 있어서의 프로브의 위치를 압전제어(piezoelectric control)함으로써 보정하는 방법을 들 수 있다. 단, 프로브가 움직이는 것에 의한 노이즈의 발생을 억제하는 관점에서는, 휨의 정도에 의거하여 측정한 입자농도의 값을 컴퓨터상에서 보정하여 나노입자농도를 구하는 상술한 방법이 더욱 바람직하다.
정전용량계에 있어서의 프로브의 위치를 압전제어함으로써 보정하는 방법으로서 구체적으로, 도 11에 나타내는 바와 같이, 성막속도나 성막하는 기판의 위치 등의 초기조건설정을 실시한 후, 제 1 기판의 표면 형상의, 휨 등의 약간의 차이에 따라서 정전용량계에 있어서의 프로브의 위치보정을 하기 위한 데이터베이스를 작성한다.
다음에, 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 입자 분산액을 충전하고, 메니스커스를 형성시키며, 용매를 증발시키면서 제 1 기판을 이동시킴으로써 제 1 기판상에 입자막을 형성한다.
여기서, 입자막을 형성하고 있는 동안, 소정시간마다 정전용량계에 있어서의 프로브의 위치를 먼저 작성한 데이터베이스에 의거하여 보정하고, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 측정한다(입자농도 측정공정). 그리고, 상술의 방법과 마찬가지로 해당 측정결과에 의거하여 입자농도를 조제한다(입자농도 조정공정).
또한, 정전용량계에 있어서의 프로브의 위치보정을 하기 위한 데이터베이스의 작성에 대해서는, 구체적으로, 도 12에 나타내는 바와 같이, 우선, 입자 분산액이 없는 상태에서, 제 1 기판 면에 대향하도록 설치한 정전용량계의 프로브에 의해서 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량으로부터 제 1 기판에 대한 정전용량계에 있어서의 프로브의 위치(더욱 구체적으로, 제 1 기판 면에 대한 정전용량계에 있어서의 프로브의 측정 면의 경사)를 구한다(휨 측정공정).
그리고 제 1 기판 면에 대한 정전용량계에 있어서의 프로브의 측정 면의 경사가 3.4mrad를 넘고 있으면, 해당 경사가 3.4mrad 이하가 되도록 정전용량계에 있어서의 프로브의 위치를 보정하고, 해당 조작을 제 1 기판 면에 대한 정전용량계에 있어서의 프로브의 측정 면의 경사가 3.4mrad 이하가 될 때까지 반복한다. 그 결과, 경사가 3.4mrad 이하가 되면, 정전용량 값 변화로서의 전압 값 변화를 제 1 기판의 위치정보와 함께 컴퓨터 등에 출력한다. 그리고 이들의 조작을 입자막을 작성하는 제 1 기판의 모든 위치에 대해서 실시하고, 제 1 기판의 각 위치에 있어서의, 정전용량계에 있어서의 프로브 위치의 보정의 정도에 대한 데이터베이스를 작성한다.
이와 같은 데이터베이스를 작성함으로써, 휨 측정공정을 성막 중에 실시하는 일없이, 기판의 형상의 약간의 차이에 의거하는 입자농도의 측정오차를 억제할 수 있다.
또한, 도 9 및 도 11의 흐름도에서는, 입자농도를 조정하는 방법으로서, 제 1 기판의 이동속도를 변화시키는 방법을 예시했다. 말할 것도 없이 당연한 일이지만, 상술한 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 전계를 인가하는 방법이나, 입자 분산액에 대해서 농도가 높은 입자 분산액이나 농도가 낮은 입자 분산액을 첨가하는 방법을 채용하는 것도 가능하다.
또한, 제 1 기판 면에 대한 정전용량계에 있어서의 프로브의 측정 면의 경사의 임계값(threshold)을 3.4mrad로 설정했지만, 해당 값은 목적에 따라서 적절히 변경할 수 있다.
(Ⅲ) 입자막의 제조장치
상술한 본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조방법은, 예를 들면, 이하에 설명하는 제조장치에 의해 매우 적합하게 실시할 수 있다.
본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조장치의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도를 도 1에 나타낸다. 또, 본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조장치에 있어서의 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)의 배치의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도를 도 2에 나타낸다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조장치(20)는 제 1 기판(1)의 위치를 해당 제 1 기판(1)상에 대향하여 배치한 제 2 기판(2)에 대해서 해당 제 1 기판(1)의 면 방향을 따라 변화시키면서 해당 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 사이에 충전된 입자 분산액(4)의, 해당 제 1 기판(1)의 위치가 변화하는 방향 측에 있어서의 메니스커스 영역(5)에 있어서, 용매를 증발시킴으로써 제 1 기판(1)상에 입자막을 형성시키는 장치이다.
상기 입자막의 제조장치(20)는 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)을 서로 대향하여 배치하는 기판배치수단(11)과, 제 2 기판(2)의 위치에 대한 제 1 기판(1)의 위치를 해당 제 1 기판(1)의 면 방향을 따라 변화시키는 기판이동수단(12)과, 상기 메니스커스 영역(5)에 있어서의 입자농도를 측정하는 입자농도 측정수단(3)과, 상기 입자농도 측정수단(3)에 의해 측정된 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역(5)에 있어서의 입자농도를 조정하는 입자농도 조정수단(13)을 포함한다.
(Ⅲ－I) 기판배치수단
상기 기판배치수단(11)은 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)을 서로 대향하여 배치하는 구성이면 특별히는 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 2 기판(2)을 클램프 등의 고정기구에 의해 고정하고, 제 1 기판(1)은 클램프 등의 고정기구가 구비된 제 1 기판(1)의 재치면을 갖는 받침대(mount) 등 위에 고정하는 구성이라도 좋다. 이와 같은 구성의 경우에는, 제 1 기판(1)을 고정한 받침대 등을 기판이동수단(12)에 의해 이동시킴으로써 상기 제 1 기판(1)을 해당 제 1 기판(1)의 면 방향을 따라 변화시키는 것이 가능하게 된다.
(Ⅲ－Ⅱ) 기판이동수단
상기 기판이동수단(12)으로서는, 제 2 기판(2)의 위치에 대해서 제 1 기판(1)의 위치를 변화시킬 수 있으면 특별히는 한정되지 않고, 예를 들면, 스테핑모터나, 서보모터 제어형의 X스테이지 등에 의해 제 1 기판(1)을 이동시키는 구성을 들 수 있다. 또, 반대로, 제 1 기판(1)을 고정하여 제 2 기판(2)을 스테핑모터 등에 의해 이동시키는 구성이라도 상관없다.
(Ⅲ－Ⅲ) 입자농도 측정수단
상기 입자농도 측정수단(3)으로서는, 메니스커스 영역(5)에 있어서의 입자농도를 측정할 수 있으면 특별히는 한정되지 않고, 예를 들면, 「(I) 입자농도의 측정방법」에서 설명한 정전용량계나, 광산란이나 광반사를 이용하여 입자농도를 구하는 구성을 들 수 있다.
예를 들면, 정전용량을 측정하는 경우에서는, 입자농도 측정수단은 정전용량계와, 정전용량계에 의해 측정되는 정전용량에 의거하여 입자농도를 계산하는 입자농도 산출수단을 구비하는 구성으로 할 수 있다.
(Ⅲ－ IV ) 입자농도 조정수단
상기 입자농도 조정수단(13)으로서는, 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 사이에 전계를 인가함으로써 상기 메니스커스 영역(5)에 있어서의 입자농도를 조제하는 구성을 들 수 있다.
여기서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 메니스커스 영역(5)에 있어서 입자 분산액(4)과 접촉하는 제 2 기판(2)의 단부(10)와, 입자 분산액(4)의 메니스커스 영역(5)의 선단과 접촉하는 제 1 기판(1)을 연결하는 직선은, 제 1 기판(1)의 면 방향에 대해서 수직이 되는 관계로는 되지 않고, 제 2 기판(2)에서 제 1 기판(1)을 향하여 메니스커스 영역(5)에 가까워지도록 경사져 있다. 이로 인해, 제 2 기판(2)에서 제 1 기판(1)으로 발생하는 전기력선의 방향은, 메니스커스 영역(5)으로 향하는 방향이 된다. 따라서, 상기 제 1 기판(1)에서 제 2 기판(2)으로 전계를 인가함으로써 상기 메니스커스 영역(5)으로 입자를 이동시킬 수 있다.
또한, 도 1에서는, 입자농도 조정수단(13)으로서 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 사이에 전계를 인가함으로써, 상기 메니스커스 영역(5)에 있어서의 입자농도를 조제하는 구성을 기재하고 있지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 상기 입자 분산액에 대해서, 농도가 높은 입자 분산액이나 농도가 낮은 입자 분산액을 첨가하는 구성 등이라도 좋다. 입자농도 조정수단(13)이 상기 메니스커스 영역(5)에 있어서의 입자농도를 조제할 수 있으면, 본 실시형태와 대략 똑같은 효과가 얻어진다. 이와 같은 구성으로서는, 예를 들면, 시린지 펌프(syringe pump), 튜브 헤드 등에 의해, 농도가 높은 입자 분산액이나 농도가 낮은 입자 분산액을 첨가하는 구성을 들 수 있다.
또, 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)의 적어도 1개의 이동속도를 변화시킴으로서, 즉, 소인속도(sweep rate)를 제어함으로써 상기 메니스커스 영역(5)에 있어서의 입자농도를 조제하는 구성이라도 좋다.
단, 본 실시형태와 같이, 입자농도 조정수단(13)이 상기 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 사이에 전계를 인가함으로써, 상기 메니스커스 영역(5)에 있어서의 입자농도를 조제하는 구성인 경우는, 더욱 간편하게 입자농도를 제어할 수 있기 때문에 특히 효과가 크다.
(Ⅲ－V) 휨 측정 수단
본 실시형태에 관련되는 입자막의 제조장치에서는, 상기 입자농도 측정수단에 있어서 정전용량으로부터 입자농도를 구할 경우에는, 상기 제 1 기판의 휨의 정도를 측정하는 휨 측정수단을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.
도 13에, 휨 측정수단을 구비한 입자막의 제조장치의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도를 나타낸다.
도 13에 나타내는 제조장치(20’)는 휨 측정수단(6)을 구비하고 있기 때문에, 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 측정 및 조정할 수 있다.
구체적으로, 상기 휨 측정수단(6)은, 예를 들면, 제 1 기판(1)에 있어서의 메니스커스 영역(5)이 발생하고 있는 측의 면과 반대 측의 면에 대향하도록 정전용량계의 프로브를 별도 설치하여 해당 프로브와 제 1 기판(1) 사이의 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량으로부터 제 1 기판(1)의 휨을 계산할 수 있다. 그 결과, 상기 입자농도 측정수단(3)에서는 상기 정전용량 외에도, 상기 휨 측정수단(6)에 의해 측정한 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정하는 것이 가능하게 된다.
이에 따라, 기판의 형상의 약간의 차이에 의한 오차를 방지할 수 있기 때문에, 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 측정 및 조정할 수 있다.
여기서, 휨 측정수단(6)에 의한 제 1 기판(1)의 휨의 정도의 측정은, 입자막을 제작중에 실시해도 좋고, 입자 분산액을 공급하기 전에, 사전에 제 1 기판(1)의 휨을 측정함으로써 실시할 수도 있다.
사전에 제 1 기판(1)의 휨을 측정할 경우에는, 해당 측정에 의해서 제 1 기판(1)의 위치에 대한 휨의 데이터베이스를 작성하고, 입자농도측정에 있어서, 해당 데이터베이스에 의거하여 제 1 기판(1)의 휨에 의한 오차를 보정하여 입자농도를 계산함으로써 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 측정 및 조정할 수 있다.
더욱 구체적으로, 성막 전에 입자 분산액이 없는 상태에서, 입자막이 형성되는 제 1 기판(1)을 이동시켜서 제 1 기판(1)의 각 위치에 있어서 제 1 기판(1)의 휨에만 의거한 정전용량변화에 관한 데이터베이스를 미리 작성하고, 해당 데이터베이스를 이용하여 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화가 제로가 되도록 컴퓨터상에서 보정함으로써 성막시에 측정된 정전용량의 값을 보정하여 나노입자농도를 구할 수 있다.
이와 같이 사전에 제 1 기판(1)의 휨을 측정할 경우에는, 입자농도 측정수단(3)을 이용하여 해당 휨을 측정할 수 있기 때문에, 휨 측정수단(6)을 별도 설치할 필요는 없고, 더욱 간단한 장치 구성으로 할 수 있다.
또한, 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 보정하는 대신에, 휨의 정도에 따라서 정전용량계의 프로브 등의 입자농도 측정수단(3)의 위치를 보정함으로써, 제 1 기판(1)의 휨 등에 의한 오차를 억제할 수도 있다. 그와 같은 실시형태에 관련되는 입자막의 제조장치의 일례를 모식적으로 나타내는 블록도를 도 14에 나타낸다. 단, 프로브가 움직이는 것에 의한 노이즈의 발생을 억제하는 관점에서는, 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 보정하는 방법이 더욱 바람직하다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 제조장치(20”)는 초기조건 설정수단(7)과, 기판이동수단(12)과, 입자농도 조정수단(13)을 제어컴퓨터(9)로 제어하는 구성이다. 그리고 상기 입자막의 제조장치(20”)는 입자농도 조정수단(13)으로서 기판속도 가변수단(14)과, 전계부여수단(15)과, 입자 분산액 공급수단(16)을 구비하고 있으며, 각 수단이 제어컴퓨터(9)와 접속되어 있다.
상기 제조장치(20”)에서는 입자막 제조를 개시하기 전에 초기조건을 설정하는 초기조건 설정수단(7)을 구비하고 있다. 초기조건 설정수단(7)은 성막속도나, 성막하는 기판의 위치 등을 입력함으로써, 성막에 관한 초기조건을 설정하는 수단이다.
또한, 초기조건 설정수단(7)은, 초기조건 설정수단(7)에 있어서의 정전프로브위치결정수단(8)에 의해서 기판의 형상의 휨 등의 약간의 차이에 따라서 정전용량계의 프로브의 위치 보정하기 위한 데이터베이스를 작성한다.
구체적으로, 입자 분산액이 없는 상태에서, 입자막이 형성되는 제 1 기판(1)을 이동시켜서 제 1 기판(1)의 각 위치에 있어서 제 1 기판(1)의 형상의 오차에 따라서 정전용량계의 프로브에 대해 위치 보정하기 위한 데이터베이스를 작성한다. 이 데이터베이스를 작성함으로써, 해당 데이터베이스에 의거하여 입자농도 측정수단(3)이 정전용량계의 프로브의 위치를 보정하고, 제 1 기판(1)의 형상의 약간의 차이에 의거하는 입자농도의 측정오차를 억제할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명은, 예를 들면, 이하와 같이 바꾸어 말할 수 있다.
즉, 본 발명에 관련되는 입자막의 제조방법은, 제 1 기판의 위치를, 해당 제 1 기판상에 대향하여 배치한 제 2 기판에 대해서 해당 제 1 기판의 면 방향을 따라 변화시키면서, 해당 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 충전된 입자 분산액의, 해당 제 1 기판의 위치가 변화하는 방향 측에 있어서의 메니스커스 영역에 있어서, 용매를 증발시킴으로써, 제 1 기판상에 입자막을 형성하는 입자막의 제조방법이며, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 측정하는 입자농도 측정공정과, 상기 입자농도 측정공정에 의해 측정한 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 입자농도 조정공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법에 따르면, 입자농도 조정공정에 의해, 입자농도 측정공정에 있어서 측정한 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하기 때문에, 메니스커스 영역에서의 입자농도를 일정한 값이 되도록 조정하면서, 성막할 수 있다. 이에 따라, 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
게다가, 제 1 기판의 상기 변화시키는 속도를 높게 해도, 메니스커스 영역에서의 입자농도를 일정한 값이 되도록 조정할 수 있기 때문에, 더욱 단시간에 균일하게 입자막을 성막할 수 있다. 따라서, 높은 생산효율로 입자막을 제조할 수 있다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조방법은, 상기 입자농도 측정공정에서는, 상기 메니스커스 영역을 포함하는 영역의 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량으로부터 입자농도를 결정하는 것이 바람직하다.
상기 방법에 따르면, 정전용량은 프로브를 입자 분산액에 접촉시키는 일없이, 고감도로 간편하게 측정할 수 있기 때문에, 입자농도 측정공정에 있어서 더욱 높은 정밀도로 간편하게 입자농도를 측정할 수 있다. 따라서, 간편하고 더욱 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 추가적인 효과를 나타낸다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조방법은, 상기 제 1 기판의 휨의 정도를 측정하는 휨 측정공정을 추가로 포함하고, 상기 입자농도 측정공정에서는, 상기 정전용량에 덧붙여서 상기 휨 측정공정에 의해 측정한 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정하는 것이 바람직하다.
상기 방법에 따르면, 상기 정전용량에 덧붙여서 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정하기 때문에, 상기 입자농도 측정공정에 있어서 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 측정할 수 있다. 따라서, 상기 입자농도 조정공정에 있어서 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 조정할 수 있기 때문에, 더욱 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 추가적인 효과를 나타낸다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조방법은, 상기 입자농도 조정공정에서는 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 전계를 인가함으로써, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 것이 바람직하다.
상기 방법에 따르면, 입자농도 조정공정에 있어서 더욱 간편하게 입자농도를 조정할 수 있기 때문에, 더욱 간편하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 추가적인 효과를 나타낸다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조방법에서는, 제 1 기판의 위치가 변화하는 방향 측에 있어서의 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 거리가, 해당 변화방향과 반대 측에 있어서의 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 거리보다도 짧아지도록 상기 제 1 기판에 대해서 상기 제 2 기판을 경사지게 배치하는 것이 바람직하다.
상기 방법에 따르면, 상기 제 2 기판이 상기 제 1 기판에 대해서 상기와 같이 경사져 있기 때문에, 상기 메니스커스 영역에서의 입자 분산액과 제 1 기판의 접촉선을 더욱 균일하게 할 수 있다. 따라서, 더욱 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 추가적인 효과를 나타낸다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조장치는, 상기 과제를 해결하기 위해 제 1 기판의 위치를 해당 제 1 기판상에 대향하여 배치한 제 2 기판에 대해서, 해당 제 1 기판의 면 방향을 따라 변화시키면서 해당 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 충전된 입자 분산액의, 해당 제 1 기판의 위치가 변화하는 방향 측에 있어서의 메니스커스 영역에 있어서, 용매를 증발시킴으로써 제 1 기판상에 입자막을 형성시키는 입자막의 제조장치이며, 제 1 기판과 제 2 기판을 서로 대향하여 배치하는 기판배치수단과, 제 2 기판의 위치에 대한 제 1 기판의 위치를 해당 제 1 기판의 면 방향을 따라서 변화시키는 기판이동수단과, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 측정하는 입자농도 측정수단과, 상기 입자농도 측정수단에 의해 측정된 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 입자농도 조정수단을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 따르면, 입자농도 조정수단에 의해 입자농도 측정수단으로 측정한 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하기 때문에, 메니스커스 영역에서의 입자농도를 일정한 값이 되도록 조정하면서 성막할 수 있다. 이에 따라, 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조장치에서는, 상기 입자농도 측정수단은 정전용량계에 의해 상기 메니스커스 영역을 포함하는 영역의 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량으로부터 입자농도를 결정하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 정전용량은 프로브를 입자 분산액에 접촉시키는 일없이, 고감도로 간편하게 측정할 수 있기 때문에, 상기 입자농도 측정수단은 더욱 높은 정밀도로 간편하게 입자농도를 측정할 수 있다. 따라서, 더욱 간편하고 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 추가적인 효과를 나타낸다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조장치에서는, 상기 제 1 기판의 휨의 정도를 측정하는 휨 측정수단을 추가로 포함하고, 상기 입자농도 측정수단은 상기 정전용량에 덧붙여서 상기 휨 측정수단에 의해 측정한 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 상기 휨 측정수단은 상기 정전용량에 덧붙여서 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정하기 때문에, 상기 입자농도 측정수단은 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 측정할 수 있다. 따라서, 상기 입자농도 조정수단은 더욱 높은 정밀도로 입자농도를 조정할 수 있기 때문에, 더욱 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 추가적인 효과를 나타낸다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조장치에서는, 상기 입자농도 조정수단은 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 전계를 인가함으로써, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 입자농도 조정수단은 더욱 간편하게 입자농도를 제어할 수 있기 때문에, 더욱 간편하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 추가적인 효과를 나타낸다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조장치에서는, 상기 기판배치수단은 제 1 기판의 위치가 변화하는 방향 측에 있어서의 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 거리가, 해당 변화방향과 반대 측에 있어서의 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 거리보다도 짧아지도록 상기 제 1 기판에 대해서 상기 제 2 기판을 경사지게 배치하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 상기 제 2 기판이 상기 제 1 기판에 대해서 상기와 같이 경사져 있기 때문에, 상기 메니스커스 영역에서의 입자 분산액과 제 1 기판의 접촉선을 더욱 균일하게 할 수 있다. 따라서, 더욱 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 추가적인 효과를 나타낸다.
본 발명에 관련되는 입자막의 제조장치에서는, 상기 입자농도 조정수단은 제 1 기판의 위치가 변화하는 속도를 변화시킴으로써, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 따르면, 입자농도 조정수단은 더욱 간편하게 입자농도를 제어할 수 있기 때문에, 더욱 간편하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 추가적인 효과를 나타낸다.
본 발명에 관련되는 입자농도의 측정방법은, 상기 과제를 해결하기 위해 입자 분산액의 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량에 의거하여 입자농도를 결정하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법에 따르면, 예를 들면, 입자막을 형성하면서, 메니스커스 영역에서의 입자농도를 구할 수가 있기 때문에, 얻어지는 입자농도의 결과에 의거하여 메니스커스 영역에서의 입자농도를 일정한 값이 되도록 조정하는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 균일하게 입자막을 성막할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.
[ 실시예 ]
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[ 참고예 1]
직경 260㎚의 폴리스티렌 입자(상품명：「연구용 폴리스티렌 입자 5026A」, MORITEX사제)를 5체적％, 10체적％, 15체적％, 20체적％의 농도로 물에 분산시킨 분산액을 각각 조제하고, 입자농도 측정수단 및 입자농도 조정수단을 구비하고 있지 않은 것 이외는 도 1에 나타내는 구성과 똑같은 장치를 이용하며, 성막속도 100㎛/s로 제 1 기판을 이동시키고, 30×60㎟ 사이즈의 입자막을 바인더 층을 도포한 실리콘 기판상에 성막했다.
또한, 바인더 층을 도포한 상기 실리콘 기판은, 바인더 층으로서 폴리스티렌을 이용하고, 두께가 200㎚ 이하가 되도록, 폴리스티렌(상품명 「폴리스티렌」, Kishida Chemicals사제)을 톨루엔에 용해시킨 용액을 두께 0. 7㎜의 실리콘 기판상에 스핀 도포함으로써 제작했다. 또한, 제 2 기판으로서 ITO 유리를 이용하고, 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 거리는 50㎛로 하며, 제 1 기판의 면 방향에 대한 제 2 기판이 이루는 각도는 0.14°로 했다.
얻어진 입자막을 SEM로 관찰하고, 그 상(像)을 토대로 화상처리분석으로부터 입자밀도를 산출했다. 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타낸다. 도 4에 나타내는 실선은 물리적 모델에 의한 이론식으로부터 구해지는 곡선이며, 플롯은 실험결과를 나타낸다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 실험결과는, 이론식과 잘 일치하고 있으며, 직경 260㎚, 성막속도 100㎛/s의 조건에서는 입자농도가 20.0 질량％일 때에 가장 조밀하게 입자가 충전된 단층막이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
참고예 1에 나타내는 바와 같이, 물리적 모델에 의한 이론식으로부터 구해지는 입자의 농도변화와 입자의 피복률의 관계는 실험값과 거의 일치하고 있었던 것으로부터, 메니스커스 영역에서의 입자의 농도를 제어함으로써 원하는 피복률의 입자 단층막을 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
[ 참고예 2]
직경 1000㎚의 폴리스티렌 입자(상품명：「연구용 폴리스티렌 입자 5100A」, MORITEX사제)를 1.0체적％, 2.0체적％, 3.0체적％, 4.0체적％의 농도로 물에 분산시킨 분산액을 각각 조제하고, 참고예 1과 똑같은 장치를 이용하며, 3.0㎛/s, 6.0㎛/s, 9.0㎛/s의 각 성막속도로 제 1 기판을 이동시키고, 30×60㎟ 사이즈의 입자막을 바인더 층을 도포한 실리콘 기판상에 각각 성막했다.
또한, 바인더 층을 도포한 상기 실리콘 기판은, 바인더 층으로서 폴리스티렌을 이용하고, 두께가 200㎚ 이하가 되도록 폴리스티렌(상품명 「폴리스티렌」, Kishida Chemicals사제)을 톨루엔에 용해시킨 용액을 두께 0.7㎜의 실리콘 기판상에 스핀 도포함으로써 제작했다. 또한, 제 2 기판으로서 ITO 유리를 이용하고, 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 거리는 50㎛로 하며, 제 1 기판의 면 방향에 대한 제 2 기판이 이루는 각도는 0. 14°로 했다.
얻어진 입자막을 SEM로 관찰하고, 그 상을 토대로 화상처리분석으로부터 입자밀도를 산출했다. 그 결과를 도 4에 나타낸다. 도 5에 나타내는 실선은 물리적 모델에 의한 이론식으로부터 구해지는 곡선이며, 플롯은 실험결과를 나타낸다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 실험결과는 이론식과 잘 일치했다. 이로 인해, 입자농도를 조정하면, 기판이동속도를 변화시켜도, 높은 피복률의 입자 단층막을 형성할 수 있기 때문에, 더욱 높은 생산성으로 높은 피복률의 입자 단층막을 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
[ 참고예 3]
직경 1000㎚의 폴리스티렌 입자 분산액(상품명：「연구용 폴리스티렌 입자 5100 A」, MORITEX사제)의 농도를 40.5 질량％로 하고, 참고예 1과 똑같은 조건으로 정전용량계(제품명：「마이크로 센스 4800」, KLA-Tencor사제)를 이용하며, 성막과정에 있어서의 입자농도의 변동을 추적했다. 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 성막영역이 커지면, 서서히 정전용량의 값이 증가하고 있는 것으로부터, 성막영역이 커지면, 메니스커스 영역에서의 폴리스티렌 입자의 농도가 감소하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 여기서, 정전용량의 감소가 확인된 영역의 막 상태를 SEM로 측정한바, 충전밀도가 낮은 단층막이 형성되고 있는 것이 확인되었다.
[ 참고예 4]
Japanese Journal of Applied Physics 2001, 40, 346-349에 기재되어 있는 방법으로 합성한 직경 15㎚의 Au입자를 5.0 질량％의 농도로 물에 분산시킨 분산액을 조제하고, 입자농도 측정수단을 구비하고 있지 않은 것 이외는 도 1에 나타내는 구성과 똑같은 장치를 이용하며, 기판 사이에 0, 60, 100V/cm의 전계를 각각 인가하여 성막속도 1.25㎛/s로 제 1 기판을 이동시키고, 30×60㎟ 사이즈의 입자막을 바인더 층을 도포한 실리콘 기판상에 각각 성막했다.
또한, 바인더 층을 도포한 상기 실리콘 기판은, 바인더 층으로서 폴리스티렌을 이용하고, 두께가 20㎚ 이하가 되도록 폴리스티렌(상품명 「폴리스티렌」, Kishida Chemicals사제)을 톨루엔에 용해시킨 용액을 두께 0.7㎜의 실리콘 기판상에 스핀 도포함으로써 제작했다. 또한, 제 2 기판으로서 ITO 유리를 이용하고, 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 거리는 50㎛로 하며, 제 1 기판의 면 방향에 대한 제 2 기판이 이루는 각도는 0. 14°로 했다.
결과를 표 1 및 도 7에 나타낸다. 그 결과, 인가하는 전계를 크게 함으로써 형성되는 입자막의 밀도가 높아져 있는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 기판 사이에 전계를 인가함으로써 메니스커스 영역에서의 입자농도를 제어할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
[표 1]
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[ 실시예 1]
참고예 4에서 이용한 것과 같은 직경 15㎚의 Au입자를 1 질량％의 농도로 물에 분산시킨 분산액을 조제하고, 도 1에 나타내는 구성과 똑같은 장치를 이용하며, 기판 사이에 100, 60, 0V/cm의 전계를 각각 단계적으로 인가하여 성막속도 0.1㎜/s로 제 1 기판을 이동시키고, 30×60㎟ 사이즈의 입자막을 바인더 층을 도포한 실리콘 기판상에 각각 성막했다. 또한, 바인더 층을 도포한 상기 실리콘 기판은, 폴리스티렌(상품명 「폴리스티렌」, Kishida Chemicals사제)을 톨루엔에 용해시킨 용액을 두께가 20㎚ 이하가 되도록 두께 0.7㎜의 실리콘 기판상에 스핀 도포함으로써 제작했다.
그 결과를 도 8에 나타낸다. 또한, 도 8에 있어서, 세로축은 정전용량 값이며, 위로 갈수록 값이 작아진다. 또한, 가로축이 성막시의 기판의 위치정보이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 성막개시와 함께, 우선, 100V/cm의 전압을 인가했다(도 8의 영역 1 참조). 그 후, 인가전압을 100V/cm에서 60V/cm로 저하시키고, 그 결과 정전용량이 대폭으로 저하했다(도 8의 영역 2 참조). 그리고, 마지막으로, 인가전압을 0V/cm로 저하시키고, 그 결과, 똑같이 정전용량이 대폭으로 저하했다(도 8의 영역 3 참조).
이상과 같이, 인가전압의 크기를 변화시킴으로써 메니스커스 영역에 있어서 측정되는 정전용량의 값을 제어할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 전압인가 직후에서는 정전용량은 조금 변동하고 있지만, 점차 정상상태에 도달하고 있었다.
또한, 정전용량의 변화에 의해 성막되는 입자밀도를 제어할 수 있는 것을 확인하기 위해, 각 영역에서의 단층막의 SEM을 측정했다(도 8 참조). 그 결과, 정전용량의 값에 대응한 막밀도가 다른 입자막이 얻어지고 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 8 중의 SEM화상은 아래에서 위로 향하는 방향이 기판의 주사방향이다. 또한, 도 8 중의 「－50㎛」는 각 SEM사진에 있어서의 스케일 바이다.
[ 실시예 2]
[데이터베이스의 작성]
도 1에 나타내는 구성과 똑같은 장치를 이용하고, 30×60㎟로 자른 실리콘 웨이퍼(컷 웨이퍼)를 제 1 기판으로서 이용하며, 해당 컷 웨이퍼를 진공척(vacuum chuck)에 의해 장치에 고정했다. 센싱영역 직경 10㎜의 원통형 정전용량 프로브(제품명：「2810」, KLA-Tencor사제)를 컷 웨이퍼의 짧은 쪽 방향의 중심으로부터 실리콘 웨이퍼 면에 대해서 수직방향으로 1.03㎜의 위치에 고정했다. 그리고 스테핑모터에 의해 제 1 기판만을 1000㎛/s의 속도로 컷 웨이퍼의 긴 쪽(X축) 방향으로 1축 이동시켰다. 결과를 도 15에 나타낸다.
여기서, 측정 피치는 10회/초로 하고, 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화에 관한 데이터베이스의 작성을 실시했다. 그리고 얻어진 데이터를 퍼스널컴퓨터에 의해서 도 16에 나타내는 바와 같이, 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화가 거의 제로가 되도록, 측정된 정전용량의 값을 보정했다.
[나노입자 농도변화 측정]
Japanese Journal of Applied Physics 2001, 40, 346-349에 기재되어 있는 방법으로 합성한, 직경 12㎚의 금 나노입자를 5중량％ 포함하는 수용액을 제 1 기판(실리콘 웨이퍼)과 제 2 기판(석영)의 사이에 도입하고, 상기 실험과 똑같이 제 1 기판만을 1000㎛/s의 속도로 1축 주사했다.
이때, 사전에 제 1 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화에 관한 상기 데이터베이스를 이용하고, 기판의 휨에만 의거한 정전용량변화가 제로가 되도록, 측정된 정전용량의 값을 보정하여 나노입자농도를 구했다. 또한, 측정 피치는 똑같이 10회/초로 했다.
그리고 구한 나노입자농도에 의거하여 나노입자 농도변화가 거의 제로가 되도록 시린지 펌프를 이용하여 5중량％의 나노입자 분산수용액을 12ℓ/h의 속도로 계속 공급했다.
그 결과, 도 17에 나타내는 바와 같이, 주사거리 전체에 걸쳐서 메니스커스 영역에서의 입자농도를 일정하게 제어할 수 있었다. 또한, 도 18에 나타내는 바와 같이 얻어진 입자막에 있어서의 입자 사이 거리 분포는 매우 좁고, 본 발명에 관련되는 방법 및 장치에 의해서 균일한 입자막을 제작할 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 도 18에 나타내는 입자밀도분포의 그래프는 얻어진 SEM의 데이터로부터 추측한 것이다.
[ 비교예 1]
나노입자 농도변화가 거의 제로가 되도록, 시린지 펌프를 이용하여 5중량％의 나노입자 분산수용액을 공급하지 않았던 것 이외는, 실시예 2와 똑같은 조작을 실시하고, 입자막을 제작했다.
그 결과, 도 19에 나타내는 바와 같이, 주사거리가 길어짐에 따라서 메니스커스 영역의 정전용량이 낮아지고, 입자농도가 저하하고 있는 것이 확인되었다.
또한, 도 20에 나타내는 바와 같이, 메니스커스 영역에서의 입자농도의 감소에 동반하여, 제작되는 입자막의 밀도도 저하하고 있었다. 이것은 3.7중량％ 입자 분산수용액을 이용하여 성막한 것에 상당하는 입자밀도이었다.
또한, 도 20에 나타내는 입자밀도분포의 그래프는 얻어진 SEM의 데이터로부터 추측한 것이다.
본 발명은 상술한 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하며, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합하여 얻어지는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
본 발명의 입자막의 제조방법은, 실용 사이즈의 기판상에 성막하는 경우라도 균일하게 입자막을 성막할 수 있다. 이로 인해, 기판상에 입자막을 성막하는 것이 요구되는 각종 용도에 매우 적합하게 적용할 수 있다.
1: 제 1 기판
2: 제 2 기판
3: 입자농도 측정수단
4: 입자 분산액
5: 메니스커스 영역
6: 휨 측정수단
7: 초기조건 설정수단
11: 기판배치수단
12: 기판이동수단
13: 입자농도 조정수단
14: 기판속도 가변수단
15: 전계부여수단
16: 입자 분산액 공급수단
20: 입자막의 제조장치
20’: 입자막의 제조장치
20”: 입자막의 제조장치

Claims (15)

  1. 대향하는 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 충전된 입자 분산액의 메니스커스 영역(meniscus area)을 소인하는 것으로, 해당 메니스커스 영역의 용매를 증발시키면서 제 1 기판상에 입자막을 형성시키는 입자막의 제조장치로서,
    해당 메니스커스 영역에서의 입자농도를 측정하는 입자농도 측정수단과,
    상기 입자농도 측정수단에 의해 측정된 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 입자농도 조정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자막이 단입자막인 것을 특징으로 하는 입자막의 제조장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 입자농도 측정수단은, 센서 프로브를 갖는 정전용량계를 구비하고, 해당 센서 프로브에 의해서 상기 메니스커스 영역의 정전용량을 비접촉으로 측정하여 해당 정전용량으로부터 입자농도를 결정하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 입자농도 측정수단은, 센서 프로브를 구비한 정전용량계를 구비하고, 해당 센서 프로브에 의해서 상기 메니스커스 영역의 정전용량을 비접촉으로 측정하여 해당 정전용량으로부터 메니스커스 영역의 용매가 증발하는 상황하에 있어서의 입자농도를 결정하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 센서 프로브와 상기 메니스커스 영역을 포함하는 제 1 기판과의 거리가 200㎛∼3000㎛인 것을 특징으로 하는 입자막의 제조장치.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    센서 프로브를 구비한 정전용량형 변위계에 의해 해당 센서 프로브와 제 1 기판의 사이에 형성되는 정전용량 값으로부터 상기 제 1 기판의 휨의 정도를 측정하는 휨 측정수단을 추가로 구비하고,
    상기 입자농도 측정수단은, 메니스커스 영역의 정전용량 외에도, 상기 휨 측정수단에 의해 측정한 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조장치.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자농도 조정수단은, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 직류 전계를 인가함으로써, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조장치.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자농도 조정수단은, 상기 제 1 기판의 위치의 변화속도를 제어함으로써, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조장치.
  9. 대향하는 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 충전된 입자 분산액의 메니스커스 영역을 소인하는 것으로, 해당 메니스커스 영역의 용매를 증발시키면서 제 1 기판상에 입자막을 형성시키는 입자막의 제조방법으로서,
    해당 메니스커스 영역에서의 입자농도를 측정하는 입자농도 측정공정과,
    상기 입자농도 측정공정에 의해 측정된 입자농도에 의거하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 입자농도 조정공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 입자농도 측정공정에서는, 센서 프로브를 구비한 정전용량계에 의해서 상기 메니스커스 영역의 정전용량을 비접촉으로 측정하여 해당 정전용량으로부터 입자농도를 결정하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 입자농도 측정공정은, 센서 프로브를 구비한 정전용량계에 의해서 상기 메니스커스 영역의 정전용량을 비접촉으로 측정하여 해당 정전용량으로부터 메니스커스 영역의 용매가 증발하는 상황하에 있어서의 입자농도를 결정하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    센서 프로브를 구비한 정전용량형 변위계에 의해 해당 센서 프로브와 제 1 기판의 사이에 형성되는 정전용량 값으로부터 상기 제 1 기판의 휨의 정도를 측정하는 휨 측정공정을 추가로 포함하고,
    상기 입자농도 측정공정은, 상기 정전용량 외에도, 상기 휨 측정공정에 의해 측정한 휨의 정도에 의거하여 입자농도를 결정하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자농도 조정공정은, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 직류 전계를 인가하여 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조방법.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자농도 조정공정은, 제 1 기판의 위치의 변화속도를 제어함으로써, 상기 메니스커스 영역에서의 입자농도를 조정하는 것을 특징으로 하는 입자막의 제조방법.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 기재된 입자막의 제조방법에 의해서 제조되고, 성막 주위 전체 영역에 있어서 집적밀도가 균일하게 제어되어 있는 입자막.
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